CN110461536B - 模块化可重新配置的车辆组装托盘系统及其组装方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种模块化可重新配置的车辆组装托盘系统及组装方法。组装托盘系统包括：支撑托盘，其具有多个接收器；第一模块化板；和第二模块化板，第一和第二模块化板中的每个可替代地、选择性地且可移除地与支撑托盘接合，以及可操作以将相应的产品第一配置和产品第二配置定位和支撑在相对于支撑托盘的预定X、Y和Z坐标位置。本申请提供快速适应不同车身风格的灵活性，并且保持了现代车辆组装系统所需的必要准确度和精确度。

Description

模块化可重新配置的车辆组装托盘系统及其组装方法
技术领域
本公开一般涉及机器或产品的组装。
背景技术
参见图1，其示出了常规托盘系统10的示例，其用于支撑部分完成的车辆，例如客运车辆(未示出)的金属板主体。托盘10支撑部分车身并通过输送机(未示出)以顺序方式沿组装线通过多个组装站(未示出)传送，例如点焊和钎焊站。
在常规的托盘系统10中，托盘12通常包括沿纵向轴线22(X坐标方向)定向并限定托盘的第一端14和第二端16的一对纵向轨道20。横向构件26沿着横向轴线32(Y坐标方向)横向跨越在轨道20之间，限定刚性托盘结构。
为了升高和支撑车身，若干根支撑梁30将横跨轨道20而定位，每根支撑梁30包括一对沿垂直轴线44(Z坐标方向)垂直延伸的立管40，通常大致所示(四根支撑梁和总共八根立管40如图1所示作为示例)。支撑梁30和立管40的数量以及支撑梁30和立管40的位置取决于车身的大小、长度和宽度以及汽车制造商的规格。尽管每根支撑梁30示出了每根支撑梁使用两根立管40，但是应当理解，取决于应用，每根支撑梁30可以使用一根立管40或多于两根立管40。
如在图1A最佳看出，常规的托盘12支撑梁30包括精密机加工的定位垫34，用于接收和安装在其上的立管40。立管40包括基部46和若干安装螺栓50(示出四个)，该安装螺栓50用于将每根立管40固定到支撑梁30，防止立管40和支撑梁30之间的相对运动。附加的锁定螺栓或销钉60(示出两个)将插入穿过基部46并进入支撑梁30的预钻孔中，以将立管 40锁定在预定位置，这是对现有设计的位置准确度和可重复性的改进。每根立管40将包括定位销54(如图1所示)，该定位销54定位成在车身上的预定位置处接合车身并在整个各种组装过程中将车身牢固地保持在适当位置。
在车辆托盘系统中，至关重要的是定位销54在所有三个坐标维度X、Y和Z中准确且精确地定位，以便将车身定位在相对于托盘12和各个组装站的已知尺寸位置，使得精密设备(例如可编程工业机器人)可以在车身上进行各种操作。当前的工业尺寸公差标准要求定位销54 距预定设计位置在0.1-0.13毫米(mm)内。
常规的托盘系统10还包括在立管40和定位销54内的钩和衔铁连杆以及定位在支撑梁 30上的驱动器80。在驱动器80处的驱动器臂(未示出)旋转时，横跨支撑梁30并且在中空立管40内部定位的连杆64将操纵定位在中空定位销54内部的钩(未示出)以延伸钩、接合车身并将车身锁定在立管上，防止车身距立管的相对移动，直到驱动器80移动以使钩回缩并脱离。在转让给本申请人的美国专利No.8,839,507中描述了合适的驱动器80和钩系统的示例，其全部内容通过引用并入本文。
早期的托盘系统10将每根支撑梁30和其上立管40刚性固定(例如焊接)到轨道20，以防止立管和定位销54距其固定位置的相对移动。由于车身的许多不同大小、长度和形状，由于托盘12的支撑梁30、立管40和定位销54的固定位置，早期的托盘系统10仅可用于一部车辆。
近年来，改进的托盘设计允许一根支撑梁30沿着轨道20的纵向轴线22移动。这将允许托盘12将一组立管移动到不同的纵向轴线22(X维度)，以便适应不同的车身，该车身在金属板中具有一组处于不同纵向位置的孔，因此托盘可以适应具有不同孔样式的车身。然而，如果对于两种车身型号不同的车辆使用相同大小/直径的立管定位销54，这些改进的托盘仅对另一车身有用。因此，这种改进的托盘在适应不同的车身型号和型号生产顺序的变化的灵活性方面也受到限制。
在现代车辆组装设施中，希望并且越来越普遍地改变沿着组装线组装的车辆的类型或型号。非常期望制造商改变正在制造的车辆风格或车身的能力，以满足客户对流行车辆类型的需求。在现有的组装设施中，在车辆型号或风格转换中，需要改变大部分组装线装备和固定装置，例如车辆托盘12，以适应新的车辆构建。由于现有托盘12、支撑梁30和立管40的固定几何形状，整个托盘12将需要从生产线移除并存储或架起，直到车辆生产计划返回到该车辆风格。典型的车辆托盘12各长5米(m)(16.4英尺)，宽1.2米(3.9英尺(ft))，重约500 千克(kg)(1100磅(lb))。因此，从组装线移动托盘12并存储需要重型装备和组装设施处的大量存储空间。
需要一种改进的车辆组装托盘，其提供快速适应不同车身风格的灵活性，并且保持了现代车辆组装系统所需的必要准确度和精确度。
发明内容
本文公开和示出的是模块化可重新配置的车辆或产品组装托盘的示例，其允许制造商快速改变组装托盘的配置以适应不同的产品或车辆型号，例如第一车辆型号或车身风格或第二车辆型号或车身风格。
在优选示例中，一根或多根固定支撑梁和其上的立管由可移除的模块化板代替，该板包括特定于车身风格的精确的预安装立管。车辆特定的模块化板选择性地定位在托盘上并且可移除地固定到托盘，从而准确且精确地将其上的立管和定位销定位在针对该车身或型号风格的适当和预定位置。
如果需要改变托盘的配置以适应不同的车身风格或产品，则模块化板从托盘脱离，通过工业机器人或其他装备从托盘移除，并用不同的模块化板替换，该不同的模块化板具有针对新身风格或产品的适当配置和立管以及立管定位器构件或销的放置。已移除的模块化板可以存储在组装线附近，例如在架中，用于快速部署或转移到组装设施中的存储区域直到需要。
在模块化可重新配置托盘的一个示例中，模块化板包括连接到板的板定位器，其可移除地接合托盘上的各自接收器，以将模块化板适当地定位和锁定地接合到托盘，从而将立管定位器构件或销定位在高度准确和精确的位置以供使用。
在需要高频率的托盘重新配置的另一示例中，工业机器人可以定位在组装线的两侧并根据需要快速改变模块化板以支持组装操作和型号转换。
在以下对实施例、所附权利要求和附图的详细描述中公开了本公开的这些和其他方面。
附图说明
当结合附图阅读时，可以从以下详细描述中最好地理解本发明。需要强调的是，根据惯例，附图的各种特征不是按比例的。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意扩大或缩小。
图1是现有技术的车辆组装托盘的透视图；
图1A是局部透视图，其示出了现有技术的立管基部和将立管固定到支撑梁上的硬件；
图2是本发明的模块化可重新配置托盘的示例的透视图；
图3是图1中的模块化立管板(没有立管)的示例的透视图；
图4是通过使用工业机器人和示例性末端执行器框架将图2中的模块化板安装到托盘的示例的透视图；
图5是图4的模块化板在托盘上的安装位置的放大视图；
图6是图5中已安装的模块化板的右视图(示出为没有立管或驱动器部件)；
图7是图5中已安装的模块化板的端视图；
图8是定位在示例性第一接收器中的第一板定位器的示例的透视图；
图9是图8中的第一板定位器和第一接收器的侧视图；
图10是定位在第二接收器中的第二板定位器的示例的透视图，该第二接收器定向在第二锁定或接合位置；
图11是图10中的第二板定位器和第二接收器处于第二或锁定位置的侧视图，接收器的一部分定位在示例性引导件中；
图12是图11的替代侧视图，其示出了相对于第二板定位器处于第一、脱离或打开方向的第二接收器；
图13是在示例性引导件中定向在第一脱离位置的第二接收器的透视图；
图14是定位在第三接收器中的第三板定位器的示例的透视图；
图15A是图14中所示的第三接收器的右视图，没有第三板定位器；
图15B是图14的另一个替代透视图，其示出了没有第三板定位器的第三接收器；
图16是连接到工业机器人的末端执行器框架的示例的端视图，用于安装和从托盘移除模块化板；
图17是图16的局部放大透视图，其示出了用于接合模块化板的末端执行器框架上的转移销的示例；
图18是图2中所示的模块化可重新配置车辆组装托盘的应用的示例；
图19是与机器人一起使用的模块化车辆组装托盘的示例，该机器人用于将车辆特定的模块化板安装和存储在存储架中；和
图20是用于重新配置组装托盘的方法的示例的示意性流程图。
具体实施方式
对于现有托盘12结构的背景技术参见图1和1A，并且对于本发明的示例参见图2-20，示出了模块化可重新配置的车辆组装托盘90和方法500。在讨论相同的部件的情况下，使用与图1和1A相同的数字。
参见图2和3，其示出了模块化可重新配置组装托盘系统90的示例。在图2所示的示例中，如大致所示，具有各自的立管40和定位销54的两个模块化板94定位并固定在模块化板 94上。如大致所示，示例模块化托盘系统90示出了两个模块化板94和两根附加的固定支撑梁30以及各自的立管40。应当理解，托盘90可以包括更多或更少模块化板94、支撑梁30和/或立管40，这取决于正在组装的车辆型号，例如第一产品或车辆型号和第二车辆型号，以及相关的构建规范。在一个示例(未示出)中，不使用固定支撑梁30，并且所有立管40由模块化板94提供。
在替代示例(未示出)中，根据车身配置和组装规范，对于每个模块化板94，可以使用仅一根立管40或多于两根立管40。还应理解，如本领域技术人员所理解，定位销54可以采用除了如所述和所示的尖锥结构之外的形式或结构，以接合部分完成的车辆或其他正在组装的产品的一个或多个特征。在优选示例中，尖锥形定位销54用于接合金属板车身部件中的孔。还应理解，立管40可以采用除细长立管之外的其他形式，细长立管具有沿着Z轴或坐标方向 44延伸的主体，定位销54位于立管40的顶点。例如，立管40可以采用许多适合于定位定位销54(或其他物理产品或车辆定位结构)的其他形式、大小、形状、长度和配置，以适应产品或车辆特征以在预定的X(22)、Y(40)和Z(44)几何坐标方向或位置接合和/或定位产品或车辆。
在优选示例中，托盘12是普通或通用构造的托盘，其保持相同的构造或基本相同的构造，而不管与托盘12一起使用的配置用于特定产品或车辆型号的模块化板94。可以理解，托盘 12的构造和配置在不背离本发明时也可以不同。还应理解，基部或托盘12(包括轨道12、横梁26和其他结构)可以具有与本文所述和所示不同的部件、配置、定向、尺寸和几何形状，以适合于本申请而不背离本发明。还应理解，尽管描述了用于客运车辆的组装，但是本发明 90可用于组装除客运车辆之外的其他产品和设备，其中，需要型号改变灵活性以及组装的高准确度和精确度。在一个示例中，多个第一模块化板94构造和配置成接合和定位第一车辆型号的组装顺序，并且多个第二模块化板94构造和配置成接合和定位第二车辆型号的组装顺序。例如，相比用于第一模块化板94的其他立管40，用于第二模块化板94的立管40可以沿X坐标方向22进一步彼此间隔开，其中，第二车辆型号具有比第一车辆型号更长的轴距。
参见图3，其示出了与可重新配置托盘90一起使用的模块化板94的示例(没有立管40)。在该示例中，如大致所示，模块化板94包括基本上为平面的板95，其具有长度96和宽度100。在一个示例中，长度96约为800毫米(mm)，并且宽度100约为200毫米(mm)。在一个示例中，板95是厚度为20至50毫米(mm)的铝板。可以使用其他宽度、长度、厚度和材料来适应特定应用和性能规格。
如上所述，在优选实例中，模块化板94预组装有板95，该板95包括一对立管40，该立管40具有立管定位构件，例如定位销54，其在板95上表面上的机加工定位垫34处固定到板95上。在优选示例中，对于特定车辆型号或风格，例如第一车辆型号和第二车辆型号，各自的定位垫34和立管定位在板95上的预定X(22)和Y(32)坐标位置。定位垫34和立管 40可沿着板95在纵向轴线22(X坐标方向)和横向轴线32(Y坐标方向)上的任何位置定位，以高精确度和准确度水平(例如+/-0.1-0.13毫米(mm))适应特定车辆型号应用。根据应用或性能规范，可以使用其他更高或更低的准确度水平。
在一个示例中，立管40定向在定位垫34上，使得立管定位构件或销54的中心线相对于板定位在预定的设计位置，例如通过使用坐标测量机(CMM)。例如，一旦板95安装在通用托盘12上，第一模块化板94配置有定位在板95上的立管，该板95处于专门与第一车辆型号配合和接合的位置和/或间隔。类似地，一旦板安装在通用托盘12上，第二模块化板94将配置有立管以与第二车辆型号配合和接合。一旦定位后，安装螺栓50和锁定销钉60如前所述将立管40刚性固定安装到板95上，从而在安装时将定位销54定位在适当的设计坐标X、 Y和Z位置，通用托盘12用于该特定车辆型号。
在图3所示的示例中，模块化板94包括沿X坐标方向22向外延伸的多个支撑垫106(示出六个)。在该示例中，支撑垫106与板95集成一体。可以使用其他设备、大小、形状和配置。在该示例中，板95中示出了四个大通孔110，其可用于减小模块化板的重量。孔110可以包括不同的数量和配置，或者可以在不需要减轻重量的使用中移除。
参见图4，示出了通过使用可编程的多轴工业机器人120安装和从托盘12移除模块化板 94的示例。在该示例中，机器人120包括框架116形式的末端执行器，其选择性地接合模块化板94并将其定位在托盘12上以供使用，如下面进一步讨论。
参见图5，示出了示例性模块化板94通过使用六个接收器230、290和380安装并固定到托盘12，如大致示出和下面进一步讨论。
参见图6的右视图(没有示出立管40)，示出了示例性模块化板94通过与第一接收器230 (定位在后面的第二接收器290的一部分也在视图中)和第三接收器380的接合而安装在托盘12上。下面进一步讨论模块化板94与各自接收器的接合。
图7示出了图5的端视图，其中模块化板94(具有立管40)安装并固定到托盘12。
参见图3、图8和图9，示出了用于沿纵向轴线22(X坐标方向)和垂直轴线44(Z坐标方向)支撑模块化板94的第一板定位器112的示例。在该示例中，第一板定位器112优选通过螺栓(未示出)刚性固定到模块化板94的支撑垫106，因此如果在使用中磨损或损坏，则可以更换定位器112。优选地，将模块化板94的支撑垫106精密加工以提供清洁的平坦表面，以相对于板94和立管40准确地定位第一定位器112。
在该示例中，如大致所示，第一板定位器112包括基部124、安装洞130、沿横向轴线32(Y坐标方向)横向延伸到基部124中的孔136和具有内表面146、外表面150、上表面 156和下表面158的直立部分140。优选地，内表面146、外表面150、上表面156和下表面 158是机加工表面，以接近尺寸公差或以高准确度和高精确度铸造。第一定位器112示出在板95上的两个位置中使用，如图3中最佳示出，并且选择性地接合各自的第一接收器230，如下面进一步描述。
参见图3、10和11，第二板定位器160用于沿横向轴线32(Y坐标方向)和垂直轴线44(Z坐标方向)支撑模块化板94的示例。在一个示例中，单个第二板定位器160连接到板 95与第二接收器290配合，如下面进一步讨论。在该示例中，如大致所示，第二定位器160 包括基部164、安装洞170、类似于上述孔136的侧孔176、向下延伸到基部164中的锁定孔 180，具有上表面190和下表面194的直立部分186。第二定位器160选择性地且可移除地接合第二接收器290，如所示和下面进一步描述。参见图14，示出了第三板定位器200安装在模块化板94支撑垫106上用于在垂直轴线(Z坐标方向)上支撑模块化板94的示例。在该示例中，第三板定位器200包括基部206、安装洞210、沿横向轴线32的孔214、限定上表面226和下表面228的直立部分220，如大致所示。第三板定位器200还可以具有与第一板定位器112相同的配置和构造。在替代示例(未示出)中，所有定位器112、160和200可以具有相同的配置，例如全部包括锁定孔180、或用于通用目的的其他特征。
在该示例中，第一板定位器112、第二板定位器160和第三板定位器200通过螺栓(未示出)、其他机械紧固件固定到板94和各自的支撑垫106，或者可以通过焊接或其他本领域技术人员理解的方式半永久地安装。板定位器112、160和200优选由用于耐磨蚀性(abrasion resistance)的硬化钢制成，或由适合于特定应用的其他材料制成。还应理解，板定位器112、 160和200可以是模块化板94的集成部分。应当理解，第一板定位器112、第二板定位器160 和第三板定位器200可以具有不同的大小、形状、尺寸、配置以及数量和板95上的位置，除了本领域技术人员已知的那些。
参见图8和9，示出了第一接收器230的示例。在该示例中，第一接收器230包括通过螺栓、其他机械紧固件或诸如焊接的半永久方法可移除地安装到托盘轨道20(或未示出的横向构件26)的基部236。示例性第一接收器230优选包括固定臂240，该固定臂240具有外部246、上部250和内部254，如大致所示。臂240限定第一接收器腔256，用于接收下面进一步讨论的板定位器。在优选示例中，第一接收器230包括多个支承表面，以接合板定位器并将其定位在第一接收器腔256中。在多个支承表面的一个示例中，使用第一或外辊260、第二或上辊266、第三或内辊270和第四或下辊272。在该示例中，每根辊260、266、270和 272分别包括各自的轮轴274和相对于基部236的旋转轴280，其中，每根辊的一部分延伸到第一接收器腔中(参见图9)。基部36和臂240优选地由硬化钢制成，用于提高强度、尺寸准确度和耐磨蚀性。如本领域技术人员已知，可以使用其他大小、形状、配置、数量、定向和材料。
在优选示例中，外辊260、上辊266、内辊270和下辊272刚性且可旋转地固定到各自的基部236或臂240，并且由硬化钢制成，以获得尺寸准确度、耐磨蚀性和耐磨损性(wearresistance)。在优选示例中，外辊260、上辊266、内辊270和下辊272永久安装到各自的基部236和臂240，以便相对于托盘12、第一定位器112和模块化板94保持准确和精确的定位。应当理解，如本领域技术人员所理解，对于辊260、266、270和272，可以使用不同大小、形状、配置、数量、定向和材料。还应理解，辊260、266、270和272形式的一个或多个示例性支承表面可以用非辊设备代替，例如固定支承表面，例如耐磨损板和本领域技术人员已知的其它设备。
在如图9中最佳看出的优选示例中，如所示，在将模块化板94安装到托盘12和第一接收器230、第二接收器290和第三接收器320上时，第一板定位器112相对于第一接收器230定位在第一接收器腔256中。在该示例中，第一板定位器112内表面146与内辊270直接接触并滚动接合，外表面150与第一接收器230外辊260直接接触并滚动接合，上表面156与上辊266直接接触并滚动接合，且下表面158与下辊272直接接触并滚动接合。这些结构用于将模块化板94定位在相对于托盘12的预定X(22)和Z(44)坐标方向上。模块化板94 相对于托盘12的预定X(22)和Z(44)位置有效地将立管40定位销54定位在准确且精确的预定X(22)和Z(44)坐标位置，该位置对预定的产品或车辆型号(例如第一车辆型号) 是特定的。这有效地配置或定制组装托盘12以配合和接合正在组装的特定产品或车辆型号。在所描述的示例性接收器辊和板定位器之间的接合中，该接合防止或基本上防止模块化板94 沿纵向轴线22(X坐标方向)和沿垂直轴线44(Z坐标方向)相对于板12的相对移动，在安装和从托盘12移除模块化板94期间，允许第一定位器112和模块化板94沿横向轴线32 (Y坐标方向)移动，如下面进一步描述。
参见图10-13，示出并在下面描述了用于选择性接收和固定第二定位器160和模块化板 94到托盘12的第二接收器290的示例。在图13最佳看出的示例中，第二接收器290包括基部296，该基部296具有限定槽306的叉300。臂320定位在槽306中并通过枢轴销324可旋转地固定，允许臂320相对于基部296围绕旋转轴330从第一脱离位置(图12)旋转到第二接合位置(示于10和图11)。臂320和/或基部296限定第二接收器腔332，用于接收板定位器，如下面进一步描述。
如图10最佳看出，第二接收器290优选包括至少一个(示出两个)支承表面，用于与板定位器接合。在该示例中，至少一个支承表面包括上或第一辊334和下或第二辊336，上或第一辊334和下或第二辊336通过各自围绕旋转轴的轮轴可旋转地固定到各自的基部296或臂320。与第一接收器230一样，每根辊334和336包括延伸到第二接收器腔332中的部分。上辊334和下辊336优选固定并且由与上面针对第一接收器230描述的辊相同的材料制成。第二接收器290可以由与上述第一接收器230相同的材料制成。应当理解，如本领域技术人员已知，对于接收器290和支承表面，可以使用不同大小、形状配置、定向、数量和材料。例如，辊334和336中的一个或多个可以由如针对第一接收器230所述的固定耐磨损板代替。
在优选示例中，第二接收器290包括连接到可旋转臂320的锁定销340。锁定销340优选地具有连接到臂320的上部342和向下延伸的下部344，当臂320处于第二位置时，该下部344选择性地向下定位到第二定位器160的锁定孔180中，如图10和11所示。在该第二位置中，锁定销340向下定位到锁定孔180中，上辊334与第二板定位器160上表面190直接接触并滚动接合，下辊336与下表面194直接接触并滚动接合，如大致所示。在该臂320 第二位置，第二定位器160和模块化板94定位在相对于托盘12的预定Y(32)和Z(44) 坐标方向上。模块化板94相对于托盘12的预定Y(32)和Z(44)位置有效地将立管40定位销54定位在准确且精确的预定Y(22)和Z(44)坐标位置，该位置对预定的产品或车辆型号(例如第一车辆型号)是特定的。这有效地配置或定制组装托盘12以配合和接合正在组装的特定产品或车辆型号。在一个未示出的示例中，第二接收器290可以移除辊336和344，并且如上所述仅依赖于通过锁定销340在Y坐标方向32上定位和固定模块化板94。
参见图12，示出了第二接收器290臂320的第一或脱离位置。在第二位置的示例中，臂 320围绕旋转轴330旋转，使得锁定销340从第二板定位器160中的锁定孔180移除，如大致所示。在该第一脱离位置，第二定位器160和模块化板94可以沿着横向轴线32(Y坐标方向)相对于第二接收器290和托盘12移动，例如当模块化板94正安装或从正托盘12移除时。在优选示例中，第二接收器290通常被定位或偏置以处于第二或接合/锁定位置，以将锁定销340定向到锁定孔180中。该示例确保：如果模块化板94安装在托盘12上，则防止模块化板94沿横向轴线32移动。如所描述，偏置设备(例如弹簧或棘爪(未示出))可用于将臂320偏置或推向第二接合位置。可以使用其他偏置或制动设备或特征(例如气动、磁性) 或本领域技术人员已知的其他设备。还应理解，臂320通常可以朝向第一脱离位置偏置并且朝向第二位置移动或者简单地在重力作用下或其他如所描述的偏置设备下以及如本领域技术人员已知的其他方式定向到第二位置。
在图10、11和13最佳看出的优选示例中，第二接收器290臂320包括朝向板94向内延伸的凸轮辊350，如大致所示。在优选示例中，模块化托盘系统90末端执行器116包括连接到末端执行器116的引导件356，如下面进一步描述。示例性引导件356包括沿着横向轴线32延伸的纵向波状轨道或槽360，如图13中最佳看出。轨道360包括开口端364，由此当末端执行器116和引导件356彼此相邻定位并且末端执行器116沿着横向轴线32(Y坐标方向) 移动时，凸轮辊350可以进入和离开轨道360。
参见图4和13，在优选示例中，在将模块化板94安装到托盘12时，末端执行器116和引导件356沿纵向22(X)、横向32(Y)和垂直44(Z)位置定位，使得第一板定位器112、第二板定位器160和第三板定位器200与各自的第一接收器230、第二接收器290和第三接收器380对齐或接近。在该位置，引导件356槽开口364与臂320第一位置中的凸轮辊350 对齐，如图11中大致所示。作为机器人120，末端执行器116和模块化板94继续沿着横向轴线32朝向完全或固定安装位置移动，波状轨道360向上倾斜，如图13所示，从而在第二定位器160到达第二接收器320之前，强制地将凸轮辊350和臂320向上朝向如上所述并在图12中示出的臂第一脱离位置抬起，以使锁定销340与第二板定位器160不接触。在机器人 120的移动反转时，末端执行器116和引导件356沿着横向轴线32，凸轮辊350、臂320和锁定销340返回到它们的第二接合位置，在该位置，锁定销340重新定位在锁定孔180中，从而锁定模块化板94使其不会沿横向轴线32(Y坐标方向)相对于第二接收器290和托盘 12移动。
应当理解，引导件356和轨道360可以采用本领域技术人员已知的其他形式、配置、数量和定向。在本发明中还可以使用二级锁定设备(未示出)来进一步将模块化板94锁定固定到托盘12，防止沿着横向轴线32或其他轴线22和44移动。
虽然第二接收器290臂320被描述为可从第一脱离位置旋转到第二接合位置，以使锁定销340与锁定孔180接合或脱离，但应理解，可使用其他设备和方法以将锁定销340插入到锁定孔180中。例如，如所描述，可以使用线性滑动设备或臂代替旋转臂320。可以使用本领域技术人员已知的用于防止模块化板94在横向轴线方向(Y坐标方向)上相对于托盘12移动的其他设备和方法。
参见图14、15A和15B，示出了用于模块化可重新配置托盘系统90中的第三接收器380 的示例。在如图4和5最佳看出的一个示例中，三个第三接收器380定位在各自的轨道20或托盘中心支撑件上，以接收第三板定位器200和模块化板94并将其固定到托盘12。如图5所示，第三接收器380都位于与第一接收器290和第二接收器320相对的一侧。应该理解，对于第三接收器380，可以使用不同的位置。
如图14、15A和15B最佳看出，示例性第三接收器380包括基部386和臂390。在该示例中，臂390限定了用于接收下面描述的板定位器的第三接收器腔402。示例性第三接收器380包括至少一个支承表面，用于与定位在第三接收器腔402中的定位器接合。在该示例中，至少一个支承表面包括上或第一辊396和下或第二辊400，如大致所示。在该实例中，基部386通过螺栓、其他机械紧固件或半永久性连接方法(如焊接)安装到轨道20或托盘中心结构上。
如图14中最佳看出，在安装模块化板94和第三板定位器200时，上辊396与第三定位器上表面226直接接触并滚动接合，且下辊400与下表面228直接接触并滚动接合，如大致所示。在该位置，模块化板94定位在相对于托盘12的预定Z(44)坐标方向上。模块化板 94相对于托盘12的预定Z坐标(44)位置有效地进一步将立管40定位销54定位在准确且精确的预定Z坐标(44)位置，该预定Z坐标(44)位置对预定产品或车辆型号是特定的，例如第一车辆型号。这有效地配置或定制组装托盘12以配合和接合正在组装的特定产品或车辆型号。在该位置，防止或基本上防止第三板定位器200和模块化板94沿垂直轴线44(Z 坐标方向)相对于第三接收器380和托盘12移动。辊396和400可由与如上关于第一接收器 230和第二接收器290所述的辊相同的材料制成并固定到各自的基部386臂390。如上所述，至少一个支承表面可以采用除所述两根辊之外的形式，例如耐磨损滑板，其紧靠第三定位器 200。如上关于第一接收器290所述，第三接收器380可以由与如上关于第一接收器290所描述的相同材料制成和包括其变形。如所述，第三接收器380可以采用关于第一接收290所描述的形式。
在模块化托盘系统90的一个示例中，可以采用多个电子传感器(未示出)以监控各个部件的状态或位置或两个部件之间的接合位置。例如，一个或多个传感器可以用于多个板定位器112、160和200与各自的多个接收器230、90和380之间，以确定或监控定位器是否正确地定位在各自的接收器中。在另一个示例中，可以使用传感器来确定第二接收器290臂320 是否处于第一脱离或第二接合位置。替代地，或除此之外，可以使用传感器以确定或监控锁定销340是否定位在锁定孔180中。示例性传感器可以是电子的，通过电线或无线协议向本地、中央或远程监控站的计算机、处理器和/或服务器发送信号，供操作人员监控。电子传感器可以是其他形式，例如光学或视觉传感器。可以使用本领域技术人员已知的其他传感器和监控设备和/或系统。
图4、16和17，示出了用于接合和转移模块化板94的末端执行器116以及多个不同的模块化板94(例如配置用于不同产品或车身的第一和第二模块化板)的示例。在该示例中，末端执行器116包括可与机器人120的手腕或安装板接合的连接器406。示例性末端执行器 116包括第一臂410和相对的第二臂416，如大致所示。如图4、16和17最佳看出，在一个示例中，引导件356连接到与连接器406相对的第一臂410的末端。
在如图4、16和17最佳看出的示例中，末端执行器116第一臂410和第二臂416中的每一个具有两个模块化板连接器424。每个示例性板连接器424包括连接到各自的臂410、416 的安装块420，连接到安装块的销块426，以及沿横向轴线32从销块向外延伸的转移销430 (如图所示)。转移销430的大小和定向为选择性地进入四个各自的第一板定位器112孔136、第二板定位器160和第三板定位器200孔176和214，以将模块化板94接合到末端执行器116 和机器人120。
在所示的示例中，臂410和416仅接合位于最靠近机器人120的第一两对定位器(图4 中左侧所示)。在模块化板接合到末端执行器116和机器人120时，模块化板94可以定向和定位使得通过模块化板94沿横向轴线32进一步移动与如上描述的接收器接合，使第一板定位器120、第二板定位器160和第三板定位器200与各自的第一接收器230、第二接收器320和第三接收器380对齐并接合。应当理解，本领域技术人员可以使用其他用于使末端执行器116与模块化板94接合或将机器人120接合到模块化板94的设备和方法。例如，末端执行器116可以通过与板连接器424不同的结构或方法接合更少或更多的第一定位器112、第二定位器160和第三定位器200。尽管机器人120示出为接合和操纵模块化板94，如本领域技术人员所知，可以使用其他设备(例如，叉车或其他装备)来相对于托盘12接合、移动和定位板94。
通过第一板定位器112、第二板定位器160、第三板定位器200与各自的第一接收器230、第二接收器290和第三接收器380的接合，模块化板94和位于其上的立管40定位在如上所述的特定于产品或车辆型号的预定位置并固定，防止在所有三个轴22、32和44(所有X、Y和Z坐标方向)上相对于托盘12移动。如上所述，通过预制板95和安装其上的立管40的过程，在优选示例中，对于特定产品或车辆型号，车辆型号特定的模块化板94到托盘12的这种固定或锁定位置能够将定位销54定位在距设计或预定三维X(22)、Y(32)和Z(44)坐标位置的+/-0.1-0.13毫米(mm)内。如本领域技术人员所知，可以实现高于和低于该范围的尺寸准确度和精确度水平。
为了从托盘12移除已接合的模块化板94，末端执行器116定位成使得转移销430与各自的定位器接合，并且引导件356接合凸轮辊150，从而将臂320升高到其第一脱离位置，从而从锁定孔180中移除锁定销340。在Z轴或方向44上的轻微向上移动或机器人120的力通过转移销430将端部执行器116摩擦地接合到板94。在优选示例中，该位置允许模块化板 94沿横向轴线32(Y坐标方向)移动。一旦臂320处于距第二定位器160的第一或脱离位置，机器人120和末端执行器116可沿横向轴线32移动，直到定位器脱离各自的接收器，并且模块化板94可以垂直升高，从托盘12移除并重新定位到相邻的模块化板94存储架，或移动到不同的位置，例如通过将模块化板94放置在用于运输到组装设施中的远程或集中存储区域的自动引导车辆(AGV)或自动引导车(AGC)上。
参见图18和19，示出了模块化可重新配置组装托盘系统90的一个示例应用。在该示例中，使用四个机器人120，两个机器人120定位在组装或托盘转移线的任一侧。在图19所示的示例中最佳看出，转移线的一侧或两侧包括存储设备或架440(仅在一侧示出)，其包括用于支撑和存储用于至少一个第一车辆型号和优选至少第二产品或车辆型号的多个模块化板94 的多个架子。在一个示例中，包括立管40和具有特定于第一车辆型号A的位置和几何形状的定位销54的多个第一模块化板94存储或架设在存储架440中的转移线的一侧，并且特定于第二车辆型号B的多个第二模块化板94A定位在转移线的另一侧。在一个示例中，沿传输线向下移动的托盘12可以选择性地配备适当的一个或多个模块化板94或94A以实时地与预定的组装线产品或车身组件顺序配合。在替代示例中，对于多个不同的待组装的车辆型号或产品，每个存储架440可以存储多个不同的模块化板94。随着组装顺序中的车辆型号的变化，机器人120可以移除已安装的模块化板(例如第一模块化板94)，替代为第二模块化板94A 以适应待组装的车辆类型或型号的变化。
替代地，具有第一模块化板94和/或第二模块化板94A的预定数量的托盘12可以配置在单独的托盘配置线或区域中并且转换成组装顺序。这提供了相对于现有的车辆组装托盘系统的实质改进和灵活性，现有的车辆组装托盘系统是针对单一车辆风格定制的或者在长度方向上具有有限的可调节性，但是限于相同的定位销类型。对于所有车辆型号，模块化可重新配置组装托盘90可以使用标准或通用托盘12，并且只有具有车辆(或产品)特定的立管位置和立管定位器构件或销54的模块化板90需要根据需要基础制造和安装以支持生产。这种灵活性使车辆和其他产品制造商能够改变型号组装顺序，例如随机的，或更随机的，A、A、A、 B、B、A、B、A相比于更常见的批量构建序列A、A、A、A、A、B、B、B、B、B。本系统90进一步为半永久性工厂型号转换或间歇生产变化提供增加的灵活性，例如执行有限的、少量车辆的测试运行以进行过程验证。如本领域技术人员所知，可以实现增加的制造灵活性和效率的其他用途和优点。
参见图20，示出了提供和使用模块化可重新配置托盘系统90的示例性方法500的流程图。在提供模块化可重新配置车辆托盘组件500的示例性方法中，如上所述，第一步骤510 制造标准或通用托盘12。这可以包括上述的一根或多根固定支撑梁30和立管40，取决于产品或车辆型号和制造商所要求的灵活性水平。在一个示例中，多个接收器(例如第一230、第二290和第三380)安装在托盘12的位置，以接收安装在模块化板94的定位器。
在第二步骤520中，识别通过立管40和定位销54的车辆特定支撑点，并识别模块化板 94的数量和型号。识别特定于各自车辆型号的X(22)、Y(32)和Z(44)坐标位置或立管 40和定位销54的位置。制造特定于该车辆型号的一个或多个模块化板94。相对于板94，定位和固定的立管40和立管定位构件54(优选销)优选地通过如上所述的机加工定位垫34、安装螺栓50和锁定螺栓或销钉60制成。多个板定位器(例如第一112、第二160和第三200) 连接到每个板94。
当对于特定车身需要组装托盘12时，具有该车辆型号配置的立管40和立管定位构件54 的模块化板94在步骤530中移动靠近托盘12和各自的接收器以安装在托盘12上。在一个示例中，机器人120和末端执行器116通过转移销43接合模块化板94以接合并支撑模块化板 94。
在优选但可选的步骤535中，在模块化板94完全或锁定接合到托盘12之前，末端执行器116定位引导件356以接合第二接收器臂320上的凸轮辊150，并且通过末端执行器12和已接合的模块化板94沿着横向轴线32的移动，第二接收器臂320移动到第一脱离位置，从而为第二定位器160提供间隙以安装在第二接收器290中。在末端执行器116沿横向轴线32 回缩时，凸轮辊150从导向件356脱离，从而使第二接收器臂和锁定销340返回到第二接合位置，进入第二定位器160中的锁定孔180，从而将模块化板94固定在相对于托盘12的横向轴线32方向。
在步骤540中，对适合于模块化板94的安装配置的特定型号的车辆或产品进行组装操作。使用模块化板94和托盘12重复组装操作，直到收到组装顺序变化的命令或例如需要更换模块化板94以进行维护或修理为止。
在步骤550中，在需要为不同的车辆型号重新配置模块化托盘90，或者为了维护或修理模块化板94时，机器人120和末端执行器116定位成重新接合模块化板94从而将第二接收器290移动到第二或脱离位置。模块化板沿横向轴线32方向移动，从而使定位器脱离各自的接收器，以从托盘移除模块化板94。在生产组装顺序改变为第二车辆型号时，系统90将第二模块化板94A安装到托盘12上，从而重新配置托盘12以适应不同的产品或第二车身，而不必如现有系统那样更换整个托盘12。
通过大大减少模块化板94相对于整个托盘12的存储，大大改善了工厂物流，相对于将整个托盘12专用于特定车辆，进一步提高了为特定车辆制造模块化板94的相对容易性和效率。
相比于现有的组装托盘系统，除了显著增加的配置灵活性之外，如果没有改进，则可以保持立管40和定位销54的位置尺寸公差。
在未示出的示例中，模块化板94可以包括除了所述和所示的立管40和立管定位构件或销54之外的车辆或产品型号特定工具。例如，模块化板94可以替代地包括相对低的轮廓/高度衬套式定位器或安装在模块化板94上的其他结构定位设备，其接合产品或车身而不是细长立管40和立管定位构件54。
此外，在未示出的替代示例中，可以在模块化板94上使用其他形式的型号或产品特定工具，例如，保持夹具，电接地设备和特定于待组装的车辆或产品型号的其他结构。以与上述包括立管40的模块化板94类似的方式，当车辆型号或产品组装顺序改变为新产品或车辆时，在托盘12上脱离、移除并更换型号特定的模块化板94或其他支撑结构以适应待组装的新车辆型号或产品。
虽然已经结合某些实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的实施例，相反，旨在覆盖涵盖包括在所附权利要求的范围中的各种修改和等同物，该范围应被赋予最广泛的解释，以包含法律允许的所有这些修改和等同物。

Claims (19)

1.一种模块化可重新配置组装托盘系统，用于将部分组装的产品定位和支撑在预定X、Y和Z坐标位置，并沿着组装线在X坐标方向转移所述产品，所述组装托盘系统包括：
支撑托盘，其具有多个接收器，所述支承托盘可操作以沿组装线在X坐标方向传输所述产品；
第一模块化板，其为在产品第一配置中的产品而配置；
第二模块化板，其为在与产品第一配置不同的第二产品配置中的产品而配置，第一和第二模块化板中的每个可替代地、选择性地且可移除地与支撑托盘接合，以及可操作以将相应的产品第一配置和产品第二配置定位和支撑在相对于支撑托盘的预定X、Y和Z坐标位置，
第一和第二模块化板还分别包括：
板，其具有多个支撑垫；和
立管，其具有固定的定位销，所述立管在相对于板的特定于在相应的第一或第二配置中的产品的预定X和Y坐标位置固定地连接到板；
其中，每个板支撑垫在相应的第一或第二模块化板与支撑托盘接合时选择性地且可移除地接合多个接收器中的各自一个，可移除地接合的板支撑垫和各自的接收器可操作以将立管定位销定位和固定在相对于支撑托盘的特定于在相应的第一或第二配置中的产品的预定X、Y和Z坐标位置。
2.根据权利要求1所述的组装托盘系统，其特征在于，所述系统还包括多个板定位器，所述多个板定位器中的每个与支撑垫的相应一个连接并且选择性地接合相应的接收器，并且所述多个接收器还包括：
具有多个支承表面的第一接收器，每个第一接收器可操作以可移除地接合多个板支撑垫中的各自一个，以将第一或第二模块化板可移除地定位和固定在X和Z坐标方向上，从而将立管定位销定位在特定于在相应的产品第一配置或第二配置的预定X和Z坐标位置；和
具有至少两个支承表面的第二接收器，每个第二接收器还具有锁定销，所述锁定销选择性地且可移除地接合多个板支撑垫中的一个，所述板支撑垫可操作以将第一或第二模块化板可移除地定位并固定在Y和Z坐标方向上，从而将立管定位销定位在特定于相应的产品第一或第二配置的预定Y和Z坐标位置。
3.根据权利要求2所述的组装托盘系统，其特征在于，所述第一接收器还包括：
限定第一接收器腔的第一臂；和
连接到支撑托盘和第一臂的第一基部。
4.根据权利要求2所述的组装托盘系统，其特征在于，所述第二接收器还包括：
连接支撑托盘的第二基部；和
具有所述锁定销的第二臂，所述第二臂围绕旋转轴可旋转地连接到第二基部，所述第二臂具有第一位置和第二位置，在所述第一位置，锁定销与相应的板支撑垫脱离，在所述第二位置，锁定销与相应的板支撑垫接合，从而将板可移除地定位并固定在Y坐标方向上，第二基部和第二臂还限定第二接收器腔；和
连接到第二臂的凸轮辊。
5.根据权利要求4所述的组装托盘系统，还包括：
可编程多轴机器人，其定位在输送机附近，所述输送机可操作以沿组装线传输支撑托盘；和
连接到机器人的末端执行器，其可操作以可替代地、选择性地且释放地接合相应的第一或第二模块化板，用于安装和从支撑托盘移除第一或第二模块化板。
6.根据权利要5所述的组装托盘系统，其特征在于，所述末端执行器还包括：
第一细长臂；
第二细长臂，其沿X坐标方向与第一细长臂分开；和
连接到第一或第二细长臂中的一个的引导件，所述引导件可操作以在板支撑垫与第二接收器接合之前将锁定销定位在第一脱离位置。
7.根据权利要求5所述的组装托盘系统，还包括定位在机器人移动范围内的存储架，所述存储架可操作以支撑多个第一和第二模块化板，所述机器人可操作以选择性地安装和从支撑托盘移除相应的第一和第二模块化板，以支持产品构建顺序。
8.根据权利要求2所述的组装托盘系统，其特征在于，所述多个接收器还包括：
第三接收器，其定位在与第一和第二接收器相对的位置，所述第三接收器具有至少一个支承表面，所述第三接收器可操作以进一步将相应的第一或第二模块化板可移除地定位在相对于支撑托盘的Z坐标方向上，从而将立管定位销定位在特定于产品第一或第二配置的预定X、Y和Z坐标位置。
9.根据权利要求2所述的组装托盘系统，其特征在于，所述多个板定位器分别包括：
第四基部；
连接到第四基部的直立件，所述直立件还包括：
内表面；
外表面；
上表面；和
下表面。
10.根据权利要求1所述的组装托盘系统，其特征在于，所述立管包括两根立管，每根立管还包括：
在Z坐标方向从板向上延伸的细长主体，所述定位销定位在所述主体的顶点。
11.根据权利要求1所述的组装托盘系统，其特征在于，所述多个接收器还包括：
第一接收器，其具有至少一个支承表面，每个第一接收器可操作以可移除地接合多个板支撑垫的各自一个，以可移除地将第一或第二模块化板立管定位销定位在相对于支撑托盘的预定X和Z坐标位置；和
第二接收器，其具有至少一个支承表面，可操作以可移除地接合多个板支撑垫的各自一个，以可移除地将第一或第二模块化板立管定位销定位在相对于支撑托盘的预定Y和Z坐标位置。
12.根据权利要求11所述的组装托盘系统，其特征在于，所述第二接收器还包括：
限定第二接收器腔的第二臂；和
连接到托盘和第二臂的第二基部。
13.根据权利要求12所述的组装托盘系统，还包括连接到第二接收器的第二臂的锁定销，所述锁定销可操作以选择性地接合板支撑垫，以防止第一或第二模块化板在Y坐标方向相对于支撑托盘的移动。
14.根据权利要求11所述的组装托盘系统，还包括锁定销，所述锁定销选择性地可操作以防止第一或第二模块化板在Y坐标方向相对于支撑托盘的移动。
15.根据权利要求1所述的组装托盘系统，还包括：
多个板定位器，每个板定位器分别还包括：
第四基部，其连接到相应的板支撑垫；
连接到第四基部的直立件，所述直立件还包括：
内表面；
外表面；
上表面；和
下表面。
16.一种用在车身组装中重新配置组装托盘的方法，所述方法包括以下步骤：
提供支撑托盘，其具有至少第一和第二接收器；
提供多个板，每个板具有多个板支撑垫；
组装第一模块化板，其具有包括固定的定位销的立管，所述立管固定地连接到多个板中的第一板，从而将定位销定位在相对于第一板的特定于第一车辆型号的预定X和Y和Z坐标位置；
组装第二模块化板，其具有包括固定的定位销的立管，所述立管固定地连接到多个板中的第二板，从而将定位销定位在特定于与第一车辆型号不同的第二车辆型号的预定X和Y和Z坐标位置，用于第一模块化板的定位销的预定X和Y和Z坐标位置不同于第二模块化板；
将第一或第二模块化板中的一个选择性地且可替代地移动到支撑托盘；和
通过将多个板支撑垫与相应的支撑托盘第一和第二接收器可移除地接合，将第一或第二模块化板可移除地接合到托盘，从而将定位销定位在特定于相应的第一或第二车辆型号的预定X、Y和Z坐标位置。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
将接合的第一模块化板或第二模块化板从支撑托盘脱离并移除；和
用第一或第二模块化板中的另一个替换已脱离和移除的第一或第二模块化板，以配合从第一车辆型号到第二车辆型号或从第二车辆型号到第一车辆型号的车辆型号的车辆构建顺序的变化。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
将多个第一模块化板和多个第二模块化板存储在存储架中，用于选择使用和与支撑托盘接合，以配合车辆构建顺序的变化。
19.一种模块化可重新配置组装托盘系统，其用于沿着组装线支撑和转移部分组装的车辆，所述组装托盘系统包括：
通用支撑托盘；
第一和第二模块化板，其选择性地且可移除地与支撑托盘接合，所述第一和第二模块化板还分别包括：
板；
立管，其沿着X、Y和Z坐标方向在相对于板的特定于第一或第二车辆型号的预定X和Y坐标位置固定地连接到所述板，所述立管的所述预定X和Y坐标位置对于第一和第二模块化板是不同的，以分别配合第一或第二车辆型号，所述立管包括固定的定位销；和
连接到所述板的多个板支撑垫；
连接到所述支撑托盘的第一接收器，所述第一接收器具有限定第一接收器腔的第一臂，所述第一接收器还包括面向第一接收器腔的至少两个支承表面，所述至少两个支承表面中的每个接合多个板支撑垫中的各自一个，以可移除地将相应的第一或第二模块化板定位和固定在X和Z坐标方向，从而将立管定位销定位在特定于相应的第一或第二车辆型号的预定X和Z坐标位置；
连接到所述托盘的第二接收器，所述第二接收器还包括：
限定第二接收器腔的第二臂；
面向第二接收器腔的至少两个支承表面，其可操作地接合定位在第二接收器腔中的多个板支撑垫中的一个，以可移除地将板定位在Z坐标方向；和
锁定销，其包括第一位置和第二位置，在第一位置中，所述锁定销是脱离的，允许板相对于支撑平台在Y坐标方向移动，在第二位置中，所述锁定销是接合的，以可移除地将板定位和固定在Y坐标方向，所述第二接收器和所述锁定销可操作以将立管定位销定位和固定在特定于相应的第一或第二车辆型号的预定Y和Z坐标位置。
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