JP2017159441A5 - - Google Patents

Description

本開示は概して製造に関し、詳細には、ロボットを使用して被加工物に機能を実行することに関する。より一層詳細には、本開示は、被加工物に機能を実行するために、移動表面上でのロボットの自己位置決めのための方法及び装置に関する。

製造において、ロボットは被加工物に機能を実行しうる。一部のロボットは、製造フロアに繋ぎとめられた多関節（ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ）アームロボットでありうる。それ以外の一部のロボットは、移動システムを使用して、表面に沿って動きうる。ロボットが移動システムを使用して動く場合、このロボットは、ロボットの場所の経過を追いうる。機能は、被加工物上の所望の場所に、技術上の寸法公差の範囲内で、望ましく実行されうる。ロボットの場所を知ることは、被加工物上の機能の場所を制御するために重要でありうる。

ロボットが被加工物の上方で動く場合、ロボットの場所は、被加工物に印されたマーキングによって決定されうる。例えば、ロボットは、被加工物上の誘導経路を感知しうる。更に、ロボットは、目標指標に基づいて機能を実行しうる。目標指標は、ロボットが望ましく機能を実行しうる場所を標示しうる。

移動表面に沿って動くロボットの場所は、最初に、任意の望ましい方法を使用して決定されうる。ロボットは次いで、オドメトリ（ｏｄｏｍｅｔｒｙ）を通じてその後の場所を推定しうる。オドメトリは、ロボットの場所の経時的な変化を推定するために、運動センサを含みうる。しかし、オドメトリは、推定される場所に誤差を取り込みうる。オドメトリによる誤差は、経時的に度合いを増しうる。この誤差により、所望の場所の寸法公差範囲から外れて、被加工物に機能が実行されることになりうる。したがって、上述の問題の少なくとも一部、並びに他の起こりうる問題を勘案している、方法及び装置を有することが望ましいだろう。

航空機１００は、例示的な一実施形態により製造されうる構成要素を有する航空機の一例である。例えば、航空機１００の翼１０２、翼１０４、又は機体１０６のうちの少なくとも１つの製造又は整備を実行するロボットは、自己位置決めを行いうる。

ここで図２を参照するに、例示的な一実施形態による製造環境のブロック図が示されている。製造環境２００は、被加工物２０２に複数の製造機能を実行するために使用されうる。被加工物２０２は、任意の望ましい製品、又は製品の構成要素を含みうる。一部の具体例では、被加工物２０２は、翼１０２、翼１０４、又は機体１０６といった、図１の航空機１００の一部分でありうる。一部の具体例では、被加工物２０２は、操縦翼面（図示せず）、ドア（図示せず）、又は他の任意の望ましい構成要素といった、航空機１００の別の構成要素でありうる。製造環境２００は、被加工物２０２と、製造アセンブリ２０４と、コントローラ２０６とを含みうる。

製造アセンブリ２０４は、複数の機能性ロボット２１０を使用して、被加工物２０２にいくつかの機能２０８を実行しうる。一部の具体例では、複数の機能性ロボット２１０の各機能性構成要素は、いくつかの機能２０８のうちの対応する単一の機能を実行するよう構成されうる。

複数の機能性ロボット２１０は、第１ロボット２１２と第２ロボット２１４とを含みうる。第１ロボット２１２は、いくつかの機能２０８のうちの一機能を実行するために、機能性構成要素２１６を有しうる。一部の具体例では、機能性構成要素２１６はエンドエフェクタと称されうる。第２ロボット２１４は、いくつかの機能２０８のうちの一機能を実行するために、機能性構成要素２１８を有しうる。一部の具体例では、機能性構成要素２１８はエンドエフェクタと称されうる。一部の具体例では、第１ロボット２１２と第２ロボット２１４は、同じ機能を実行しうる。他の一部の具体例では、第１ロボット２１２と第２ロボット２１４は、異なる機能を実行しうる。一例においては、第１ロボット２１２が被加工物２０２に穴（図示せず）を穿孔しうる一方、第２ロボット２１４は、被加工物２０２の別の穴（図示せず）を検査しうる。別の具体例では、第１ロボット２１２が密封剤（図示せず）を塗布しうる一方、第２ロボット２１４はファスナ（図示せず）を設置しうる。

場所２３１は、移動表面２２４上の第１ロボット２１２の絶対位置である。第１ロボット２１２の場所２３１を決定した後、被加工物２０２に対する第１ロボットの場所２５２が決定されうる。場所２５２は、第１ロボット２１２が機能を実行する、被加工物２０２上の場所でありうる。場所２５２は、場所２３１、機能性構成要素２１６の位置２５３、及び、被加工物２０２に対するベース２４４の場所２５４のうちの少なくとも１つを使用して、決定されうる。機能性構成要素２１６の位置２５３、移動表面２２４上の第１ロボット２１２の場所２３１、又は、被加工物２０２に対するベース２４４の場所２５４のうちの少なくとも１つは、変化しうる。例えば、位置２５３は、機能性構成要素２１６を、第１ロボット２１２の他の構成要素に対して伸長させるか、操作するか、又は移動させることによって、変化しうる。場所２５２は、場所２３１が決定されるのと同じ頻度で決定されうる。

場所２４０は、移動表面２２４上の第２ロボット２１４の絶対位置である。第２ロボット２１４の場所２４０を決定した後、被加工物２０２に対する第２ロボット２１４の場所２５５が決定されうる。場所２５５は、第２ロボット２１４が機能を実行する、被加工物２０２上の場所でありうる。場所２５５は、場所２４０、機能性構成要素２１８の位置２５６、及び、被加工物２０２に対するベース２４４の場所２５４のうちの少なくとも１つを使用して、決定されうる。機能性構成要素２１８の位置２５６、移動表面２２４上の第２ロボット２１４の場所２４０、又は、被加工物２０２に対するベース２４４の場所２５４のうちの少なくとも１つは、変化しうる。例えば、位置２５６は、機能性構成要素２１８を、第２ロボット２１４の他の構成要素に対して伸長させるか、操作するか、又は移動させることによって、変化しうる。場所２５５は、場所２４０が決定されるのと同じ頻度で決定されうる。

複数の機能性ロボット２１０がいくつかの機能２０８を実行している時に、ベース２４４は、被加工物２０２に対して静止している。したがって、被加工物２０２に対するベース２４４の位置は、複数の機能性ロボット２１０を使用していくつかの機能２０８が実行される前に、既知でありうる。被加工物２０２に対するベース２４４の位置は、計測システムを使用して決定されうる。

製造アセンブリ２０４は、第１領域２７９においていくつかの機能２０８を実行するために使用されうる。移動アセンブリ２７４は、複数の機能性ロボット２１０が第１領域２７９にアクセスしうるように、被加工物２０２に対してベース２４４を移動させうる。ベース２４４が第１領域２７９に関連して配置されている場合、複数の機能性ロボット２１０は第２領域２８０にアクセス可能ではないことがある一部の具体例では、ベース２４４は、複数の機能性ロボット２１０が第２領域２８０の中でいくつかの機能を実行しうるように、第２領域２８０に関連して移動しうる。

コントローラ２０６は、機能性構成要素２１６か機能性構成要素２１８の少なくとも一方を使用して、被加工物２０２にいくつかの機能２０８を実行するよう構成されうる。コントーラ２０６は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせで実装されうる。ソフトウェアを使用する場合、コントーラ２０６によって実施される動作は、プロセッサユニット上で実行されるよう構成されたプログラムコードに実装されうる。ファームウェアを使用する場合、コントーラ２０６によって実施される動作は、プログラムコード及びデータに実装され、かつ永続メモリに保存されて、プロセッサユニット上で実行されうる。ハードウェアが採用される場合、このハードウェアはコントーラ２０６の動作を実行するよう動作する、回路を含みうる。

被加工物２０２に対する機能性構成要素２１６の場所２５２は、被加工物２０２に対するベース２４４の場所２５４、移動表面２２４上の第１ロボット２１２の場所２３１、製造環境２００内の被加工物２０２の場所、及び被加工物２０２の形状２８６のうちの、少なくとも１つに依拠しうる。一部の具体例では、被加工物２０２の形状２８６は、被加工物２０２にいくつかの機能２０８を実行する前に既知でありうる。例えば、形状２８６は、被加工物２０２のために設計された形状でありうる。

例えば、第２製造アセンブリ（図示せず）は、被加工物２０２に機能を実行しうる、対応する複数の機能性ロボット（図示せず）を有しうる。第２製造アセンブリ（図示せず）は、第２製造アセンブリの複数の機能性ロボット（図示せず）が、被加工物２０２の、製造アセンブリ２０４の複数の機能性ロボット２１０とは異なる領域に機能を実行しうるように、被加工物２０２に対して配置されうる。

ここで図３を参照するに、例示的な一実施形態による製造環境の図が示されている。製造環境３００は、図２にブロック形式で示した製造環境２００の物理的な実行形態でありうる。製造環境３００は、翼１０２又は翼１０４といった図１の航空機１００の構成要素に製造機能が実行されうる環境の、一例でありうる。

種々の具体例は、動作又は工程を実行する構成要素について説明している。例示的な一実施形態では、ある構成要素は、説明している動作又は工程を実行するよう構成されうる。例えば、この構成要素は、具体例において構成要素によって実行されると説明されている動作又は工程を実行する能力をこの構成要素に提供する構造物に適した、構成又は設計を有しうる。

プロセス９００は、まず、第１のいくつかのセンサを用いて移動表面をスキャンして、表面データを生成しうる（工程９０２）。プロセス９００は、第１ロボットを、移動表面全体にわたり、かつ被加工物に対して移動させてよく、この第１ロボットは移動表面と被加工物との間に配置される（工程９０４）。移動表面全体にわたり第１ロボットを移動させることによって、被加工物の上方でロボット駆動システムを移動させることなく、第１ロボットが被加工物に対して移動しうる。第１ロボットは、移動表面全体にわたって移動しうるが、被加工物に機能を実行しうる。

プロセス９００は更に、移動表面上の第１ロボットの場所を使用して、被加工物に対する第１ロボットの機能性構成要素の場所を決定してよく、この機能性構成要素は、第１ロボットの、第１ロボットの第１のいくつかのセンサとは反対の側にある（工程９０８）。その後、このプロセスは終了する。機能性構成要素が被加工物に機能を実行可能である間に、第１ロボットのいくつかのセンサは移動表面に対向していることがある。機能性構成要素の場所は、移動表面上の第１ロボットの場所に加えてそれ以外の情報も使用して、決定されうる。例えば、第１ロボットの機能性構成要素の場所を決定することには、機能性構成要素の位置、移動システムを有するベースの被加工物に対する場所、又は、製造環境内の被加工物の場所のうちの少なくとも１つも、使用されうる。

一部の具体例では、プロセス８００において、移動表面は被加工物に対向してよく、第１ロボットは、移動表面と被加工物との間に配置される。上記の例では、プロセス８００は、第１ロボットの場所を決定した後に、第１ロボットを使用して被加工物に機能を実行することを更に含みうる。第１ロボットは、コントローラからの指令に基づいて、機能を実行しうる。一部の具体例では、コントローラは、被加工物に対する機能性構成要素の場所に基づいて、指令を送信しうる。一部の具体例では、コントローラは、移動表面上の第１ロボットの場所に基づいて、指令を送信しうる。他の例では、プロセス８００は、第１ロボットが移動表面全体にわたって移動するにつれて、一定の時間間隔で、生成するステップ及び決定するステップを反復することも含みうる。

更に別の例としては、プロセス９００において、移動表面は被加工物に対向していることがある。第１ロボットは、移動表面と被加工物との間に配置されうる。更に、プロセス９００は、第１ロボットの場所を決定した後に、第１ロボットを使用して被加工物に機能を実行することを更に含みうる。

この具体例では、種々の例示的な実施形態のプロセスが、コンピュータ実装される指令を使用して、プロセッサユニット１００４によって実行されうる。上記の指令は、プログラムコード、コンピュータ使用可能プログラムコード、又はコンピュータ可読プログラムコードと称されることがあり、かつ、プロセッサユニット１００４内の一又は複数のプロセッサによって読み取られ、実行されうる。

本書で具現化されている装置及び方法は、図１１の航空機の製造及び保守方法１１００のうちの少なくとも１つの段階において採用されうる。一又は複数の例示的な実施形態が、構成要素及びサブアセンブリの製造１１０６において使用されうる。例えば、製造アセンブリ２０４が、構成要素及びサブアセンブリの製造１１０６において、図２の被加工物２０２にいくつかの機能性２０８を実行するために使用されうる。製造アセンブリ２０４がいくつかの機能２０８を実行する際に、複数の機能性ロボット２１０は、移動表面２２４上で自己位置決めを行いうる。更に、製造アセンブリ２０４は、整備及び保守１１１４において整備を実行するためにも使用されうる。製造アセンブリ２０４は、構成要素及びサブアセンブリの製造１１１６か整備及び保守１１１４の少なくとも一方において、機体１２０２の任意の構成要素にいくつかの機能を実行しうる。

センサデータを使用して自己位置決めを行うことによって、ロボットは、オドメトリを使用する場所の推定によるよりも正確に、場所が決定されるようにしうる。自己位置決めロボットは、他の従来型の技法よりも正確に、場所が決定されるようにしうる。更に、自己位置決めロボットは、決定された場所に所望の精度を有することによって、選択された寸法公差の範囲内で機能を実行しうる。

Ａ６．移動表面（２２４）は被加工物（２０２）に対向しており、第１ロボット（２１２）は移動表面（２２４）と被加工物（２０２）との間に配置され、
第１ロボット（２１２）の場所を決定した後に、第１ロボット（２１２）を使用して被加工物（２０２）に機能（２０８）を実行することを更に含む、段落Ａ１に記載の方法も提供される。

Ｂ２．移動表面（２２４）は被加工物（２０２）に対向しており、第１ロボット（２１２）は移動表面（２２４）と被加工物（２０２）との間に配置され、
第１ロボット（２１２）の場所（２３１）を決定した後に、第１ロボット（２１２）を使用して被加工物（２０２）に機能（２０８）を実行することを更に含む、段落Ｂ１に記載の方法も提供される。

Ｃ８．
被加工物（２０２）であって、移動表面（２２４）がこの被加工物（２０２）に対向しており、かつ、第１ロボット（２１２）が移動表面（２２４）に関連付けられている間に、第１ロボット（２１２）が被加工物（２０２）に機能（２０８）を実行する、被加工物（２０２）を更に備える、段落Ｃ１に記載の装置も提供される。

Claims (10)

1. 製造環境（２００）において製造アセンブリ（２０４、４００）の少なくとも１つの移動システム（４０２、４０４）により被加工物（２０２）に対して移動可能なベース（２４４）の移動表面（２２４）上でロボットが自己位置決めするための方法であって、
   第１ロボット（２１２、４０８）を、前記移動表面（２２４）上全体にわたり、かつ前記被加工物（２０２）に対して移動させることであって、前記移動表面（２２４）は前記被加工物（２０２）に対向している、移動させることと、
   前記第１ロボット（２１２、４０８）が前記移動表面（２２４）上全体にわたって移動する際、前記ベース（２４４）が前記被加工物（２０２）に対して静止している間に、前記移動表面（２２４）に対向する前記第１ロボット（２１２、４０８）の第１のいくつかのセンサ（２２１）を使用してセンサデータ（２２８）を生成することであって、前記センサデータ（２２８）は前記移動表面（２２４）の一部分（２３０）の識別特性（２２９）を表す、生成することと、
   前記センサデータ（２２８）を使用して、前記移動表面（２２４）上の前記第１ロボット（２１２、４０８）の場所（２３１）を決定することと、
   前記移動表面（２２４）上の前記第１ロボット（２１２、４０８）の前記場所（２３１）を使用して、前記被加工物（２０２）に対する前記第１ロボット（２１２、４０８）のエンドエフェクタである機能性構成要素（２１６）の場所（２５２）を決定することとを含む、方法。
2. 第２のいくつかのセンサ（２５８）を用いて前記移動表面（２２４）をスキャンして、表面データ（２６１）を生成することと、
   前記表面データ（２６１）をデータベース（２５９）に保存することとを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記センサデータ（２２８）を使用して前記移動表面（２２４）上の前記第１ロボット（２１２、４０８）の前記場所（２３１）を決定することは、
   前記センサデータ（２２８）を前記表面データ（２６１）と比較して、比較結果を生成することと、
   前記比較結果を使用して、前記移動表面（２２４）上の前記第１ロボット（２１２、４０８）の前記場所（２３１）を決定することとを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記センサデータ（２２８）は、画像かベクトル図の少なくとも一方を含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記第１ロボット（２１２、４０８）の以前の位置に基づいて、前記表面データ（２６１）のサブセットを選択することと、
   前記センサデータ（２２８）を前記表面データ（２６１）の前記サブセットと比較して、比較結果を生成することと、
   前記比較結果を使用して、前記移動表面（２２４）上の前記第１ロボット（２１２、４０８）の前記場所（２３１）を決定することとを更に含む、請求項２に記載の方法。
6. 前記移動表面（２２４）は前記被加工物（２０２）に対向しており、前記第１ロボット（２１２、４０８）は前記移動表面（２２４）と前記被加工物（２０２）との間に配置され、
   前記第１ロボット（２１２、４０８）の前記場所を決定した後に、前記第１ロボット（２１２、４０８）を使用して前記被加工物（２０２）に前記機能性構成要素（２１６）の１つの機能（２０８）を実行することを更に含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１ロボット（２１２、４０８）が前記移動表面（２２４）全体にわたって移動するにつれて、一定の時間間隔で、生成するステップ及び決定するステップを反復することを更に含む、請求項１に記載の方法。
8. 第２ロボット（２１４）を、前記移動表面（２２４）全体にわたり移動させることと、
   前記第２ロボット（２１４）が前記移動表面（２２４）全体にわたって移動するにつれて、前記第２ロボット（２１４）の第２のいくつかのセンサ（２３４）を使用して第２センサデータ（２３８）を生成することであって、前記第２センサデータ（２３８）は前記移動表面（２２４）の一部分（２３９）の前記識別特性（２２９）を表す、生成することと、
   前記第２センサデータ（２３８）を使用して、前記移動表面（２２４）上の前記第２ロボット（２１４）の場所（２４０）を決定することとを更に含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記識別特性（２２９）は、パターン（２５０）かテクスチャ（２５１）の少なくとも一方である、請求項１に記載の方法。
10. 被加工物（２０２）と、
    製造アセンブリ（２０４、４００）の少なくとも１つの移動システム（４０２、４０４）により被加工物（２０２）に対して移動可能なベース（２４４）の移動表面（２２４）であって、前記移動表面（２２４）が前記移動表面（２２４）の全体にわたる識別特性（２２９）を有し、前記移動表面（２２４）が前記被加工物（２０２）に対向している、移動表面（２２４）と、
    前記移動表面（２２４）の前記識別特性（２２９）を表す表面データ（２６１）へのアクセスを有するプロセッサ（２２２、２６０）と、
    前記移動表面（２２４）上全体にわたり、かつ前記被加工物（２０２）に対して移動可能であり、前記移動表面（２２４）と前記被加工物（２０２）との間に配置され、第１のいくつかのセンサ（２２１）を備える、自己位置決めする第１ロボット（２１２、４０８）と、を備える、装置であって、
    前記第１のいくつかのセンサ（２２１）は前記移動表面（２２４）に対向するように構成され、前記第１ロボット（２１２、４０８）が前記移動表面（２２４）上全体にわたって移動する際、前記ベース（２４４）が前記被加工物（２０２）に対して静止している間に、前記第１のいくつかのセンサ（２２１）はセンサデータ（２２８）を生成するように構成され、前記センサデータ（２２８）は前記移動表面（２２４）の一部分（２３０）の前記識別特性（２２９）を表し、
    前記装置は,前記センサデータ（２２８）を使用して、前記移動表面（２２４）上の前記第１ロボット（２１２、４０８）の場所（２３１）を決定するように構成され、
    前記装置はさらに、前記移動表面（２２４）上の前記第１ロボット（２１２、４０８）の前記場所（２３１）を使用して、前記被加工物（２０２）に対する前記第１ロボット（２１２、４０８）のエンドエフェクタである機能性構成要素（２１６）の場所（２５２）を決定するように構成される、装置。