KR20160013141A

KR20160013141A - 주변 장치들의 신속 연결을 위한 모듈식 재구성 가능 워크셀

Info

Publication number: KR20160013141A
Application number: KR1020157036316A
Authority: KR
Inventors: 아론 에드싱어; 안토니 줄레스; 스테판 누써; 애드베이트 제인; 제임스 니콜라스 바인스
Original assignee: 레드우드 로보틱스 엘엘씨
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2016-02-03
Also published as: US20140379129A1; JP2018027615A; JP6535832B2; EP3639982B1; JP6229052B2; CN105324219B; EP3639982A3; CN105324219A; EP3357647A1; US20160236344A1; KR101819317B1; EP3013536B1; EP3357647B1; US9346160B2; US9969079B2; EP3639982A2; EP3013536B8; ES2674527T3; WO2014209878A1; JP2016532570A

Abstract

주변 장치들의 신속 연결을 위한 예시적인 모듈식 재구성 가능 워크셀이 설명된다. 한 예에서, 모듈식 재구성 가능 워크셀은 고정된 기하학적 구성으로 도킹 모듈들의 부착을 지원하는 워크셀의 표면 상의 모듈식 도킹 베이들을 포함하고, 각각의 모듈식 도킹 베이들은 부착될 도킹 모듈들의 각종의 전력 및 통신 버스들을 위한 전기 연결들을 포함한다. 워크셀은 또한 모듈식 도킹 베이들 간에 통신 버스들을 결합하고 모듈식 도킹 베이들로의 전력 회로를 제공하기 위한 전기 서브시스템, 및 고정된 기하학적 구성으로 도킹 모듈들의 삽입을 가능하게 하는 모듈식 도킹 베이들 내의 구조적 특징부들을 포함한다. 워크셀은 또한 모듈식 도킹 베이들에 부착된 대응하는 도킹 모듈들의 위치와 배향에 기초하여 그리고 부착된 주변 장치들의 식별에 기초하여 부착된 주변 장치들의 기하학적 캘리브레이션을 결정하기 위한 프로세서를 포함한다.

Description

주변 장치들의 신속 연결을 위한 모듈식 재구성 가능 워크셀{MODULAR RECONFIGURABLE WORKCELL FOR QUICK CONNECTION OF PERIPHERALS}

<관련 출원의 상호 참조>

본 출원은 2013년 6월 24일에 출원된, 미국 특허 출원 제61/838,698호의 우선권을 주장하며, 그의 전체 내용이 본 명세서에 참고로 포함된다.

본 명세서에서 달리 지시되지 않는 한, 이 섹션에 기술된 자료들은 이 출원의 청구항들의 선행 기술이 아니며 이 섹션에 포함되었다고 해서 선행 기술로 인정되지 않는다.

워크셀(workcell)은 센서, 액추에이터(actuator), 아암(arm), 컴퓨터, 및 전원 장치(power supply)와 같은 로봇 주변 장치들을 부착하기 위한 장착 구조(mounting structure)를 제공한다. 일반적으로, 기술자는 특정 태스크를 해결할 주문형 워크셀 솔루션을 생성하기 위해 이들 주변 장치를 통합한다. 이 통합 노력은 로봇 주변 장치들을 워크셀에 기계적으로 설치하는 것, 이들 장치를 함께 배선하는 것, 자동 제어기 내에 그들의 구성을 기술하는 것, 그리고 나서 서로에 대한 그리고 주위 환경(world)에 대한 이들 장치의 기하학적 위치를 캘리브레이션하는 것을 포함한다.

이 통합 공정은 많은 시간이 걸리고 많은 비용이 들 수 있다. 워크셀 기능을 수정하기를 원한다면, 이 통합 노력의 많은 부분이 반복된다. 게다가, 워크셀들은 일반적으로 특정 태스크 또는 요건을 위해 맞춤화되므로 워크셀들은 흔히 재구성이 가능하지 않을 수 있다. 많은 비용의 수정은 또한 노후한 또는 손상된 장치들을 교환하는 것도 바람직하지 않게 만들 수 있다.

일례에서, 고정된 기하학적 구성으로 하나 이상의 도킹 모듈의 부착을 지원하는 하나 이상의 모듈식 도킹 베이를 그 표면 상에 포함하는 모듈식 재구성 가능 워크셀이 제공되며, 각각의 모듈식 도킹 베이들은 부착될 하나 이상의 도킹 모듈의 각종의 전력 및 통신 버스들을 위한 복수의 전기 연결을 포함한다. 하나 이상의 도킹 모듈은 각각의 주변 장치와 워크셀 간의 전기적 및 기계적 인터페이스를 제공한다. 워크셀은 또한 하나 이상의 모듈식 도킹 베이 간에 통신 버스들을 결합하고 하나 이상의 모듈식 도킹 베이로의 전력 회로를 제공하기 위한 백플레인, 워크셀에 대한 하나 이상의 도킹 모듈의 배향(orientation)이 유일하게 한정되도록 고정된 기하학적 구성으로 하나 이상의 도킹 모듈의 삽입을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈식 도킹 베이 내의 하나 이상의 구조적 특징부(feature), 및 하나 이상의 모듈식 도킹 베이에 부착된 대응하는 하나 이상의 도킹 모듈의 위치와 배향에 기초하여 그리고 대응하는 하나 이상의 도킹 모듈의 부착된 주변 장치들의 식별에 기초하여 부착된 주변 장치들의 기하학적 캘리브레이션(geometric calibration)을 결정하기 위한 프로세서를 포함한다.

다른 예에서, 고정된 기하학적 구성으로 도킹 모듈들의 부착을 지원하는 하나 이상의 모듈식 도킹 베이를 그 표면 상에 포함하는 모듈식 재구성 가능 워크셀이 제공되며, 각각의 모듈식 도킹 베이들은 부착될 도킹 모듈들의 각종의 전력 및 통신 버스들을 위한 복수의 전기 연결을 포함한다. 워크셀은 또한 하나 이상의 모듈식 도킹 베이 내에 삽입된 하나 이상의 도킹 모듈을 포함하고, 하나 이상의 도킹 모듈은 각각의 주변 장치와 워크셀 간의 전기적 및 기계적 인터페이스를 제공한다. 워크셀은 또한 하나 이상의 모듈식 도킹 베이에 부착된 대응하는 하나 이상의 도킹 모듈의 위치와 배향에 기초하여 그리고 대응하는 하나 이상의 도킹 모듈의 부착된 주변 장치들의 식별에 기초하여 부착된 주변 장치들의 기하학적 캘리브레이션을 결정하기 위한 프로세서를 포함한다.

다른 예에서, 고정된 기하학적 구성으로 도킹 모듈들의 부착을 지원하는 하나 이상의 모듈식 도킹 베이를 그 표면 상에 포함하는 인클로저(enclosure)를 포함하는 모듈식 재구성 가능 워크셀이 제공되며, 각각의 모듈식 도킹 베이는 부착될 도킹 모듈들의 각종의 전력 및 통신 버스들을 위한 복수의 전기 연결을 포함한다. 인클로저는 하나 이상의 모듈식 도킹 베이 간에 통신 버스들을 결합하고 하나 이상의 모듈식 도킹 베이로의 전력 회로를 제공하기 위한 백플레인을 더 포함한다. 워크셀은 또한 하나 이상의 모듈식 도킹 베이 내에 삽입된 하나 이상의 도킹 모듈을 포함하고, 하나 이상의 도킹 모듈은 각각의 주변 장치와 워크셀 간의 전기적 및 기계적 인터페이스를 제공한다.

또 다른 예들에서, 방법들 및 이 방법들의 기능들을 수행하기 위해 장치에 의해 또는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품들이 제공된다. 방법들은 워크셀을 조작하기 위해, 또는 워크셀에 부착된 주변 장치들의 기하학적 캘리브레이션을 결정하기 위해 실행 가능할 수 있다.

적절한 경우 첨부 도면들을 참고하여 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 상기한 것들뿐만 아니라 다른 양태들, 이점들, 및 대안들이 통상의 기술자들에게 명백해질 것이다.

도 1은 예시적인 모듈식 재구성 가능 워크셀을 보여준다.
도 2a는 인클로저의 내부 구조의 예를 보여주는 분해도를 예시한다.
도 2b는 서브시스템들이 부착된 예시적인 백플레인을 보여준다.
도 2c는 백플레인으로부터 도킹 모듈로 전기 신호들을 인터페이스하는 예시적인 도킹 스테이션 PCB를 보여준다.
도 2d는 인클로저에 설치된 도크 스테이션 PCB의 상세도를 보여준다.
도 3은 예시적인 모듈식 재구성 가능 워크셀을 보여준다.
도 4는 다른 예시적인 모듈식 재구성 가능 워크셀을 보여준다.
도 5는 1x3 배열의 도킹 베이들 및 유사한 배열들을 지원하는 인클로저의 예시적인 2층 구성을 보여준다.
도 6a-6b는 예시적인 도킹 모듈(600)의 평면도 및 단면도를 보여준다.
도 7a-7b는 예시적인 도킹 모듈의 삽입을 보여준다.
도 8은 예시적인 도킹 모듈의 저면도를 보여준다.
도 9는 다른 예시적인 도킹 모듈의 저면도를 보여준다.
도 10은 워크셀의 구성 요소들의 예시적인 기능 아키텍처를 보여주는 블록도이다.
도 11은 예시적인 컴퓨팅 장치의 개략도를 보여준다.
도 12는 워크셀을 조작하기 위한 예시적인 방법을 보여주는 순서도이다.

다음의 상세한 설명은 개시된 시스템들 및 방법들의 다양한 특징들 및 기능들을 첨부 도면들을 참고하여 기술한다. 도면들에서는, 문맥이 다르게 기술하지 않는 한, 유사한 기호들이 유사한 구성 요소들을 식별한다. 본 명세서에 기술된 예시적인 시스템 및 방법 실시예들은 제한하려고 하는 것이 아니다. 개시된 시스템들 및 방법들의 소정 양태들은 매우 다양한 상이한 구성들로 배열되고 조합될 수 있으며, 이들 모두가 본 명세서에서 고려된다는 것을 쉽게 이해할 수 있다.

예들 내에서, 하나 이상의 모듈식 도킹 스테이션을 수용하는 인클로저를 포함하는 재구성 가능 워크셀이 제공된다. 인클로저는 외부 환경에 대해 밀봉될 수 있고, 부착된 로봇 아암 또는 다른 주변 장치에 의해 가해지는 작업 힘들을 견고하게 지지할 수 있다. 인클로저는, 예를 들어, 작업대, 바닥, 벽, 또는 천장을 포함하는 임의의 표면에 장착되도록 구성될 수 있다. 인클로저는 컴퓨터 및 전력 요건들, 및 워크셀 기능을 위해 필요한 관련 장치들을 포함하고, 인클로저의 표면을 특정 태스크를 위한 작업 표면으로서 이용할 수 있다.

일부 예들에서, 로봇 주변 장치들의 플러그-앤-플레이 부착(plug-and-play attachment)을 지원하고 주변 장치가 도구 없이 부착될 수 있도록 무도구 신속 연결(tool-less quick connect)을 가능하게 할 수 있는 하나 이상의 모듈식 도킹 스테이션이 인클로저의 상부 표면에 노출된다. 모듈식 도킹 스테이션들은 부정확한 배향으로의 주변 장치의 설치를 방지하는 특징부들, 및 인클로저에 대한 주변 장치의 반복 가능하고 정확한 정렬을 보장하는 특징부들을 포함한다. 모듈식 도킹 스테이션들은 또한 도구들 또는 수동 전기 커넥터들의 사용 없이 부착된 주변 장치로의 하나 이상의 전력 및 통신 버스의 전기 연결을 가능하게 하는 특징부들을 포함할 수 있다.

이제 도면들을 참고하면, 도 1은 예시적인 모듈식 재구성 가능 워크셀(100)을 보여준다. 워크셀(100)은 2x3 어레이로 배열된 6개의 모듈식 도킹 베이(104a-f)를 가진 인클로저(102)를 포함한다. 모듈식 도킹 베이들(104a-f)은 인클로저(102)의 표면에 있고 고정된 기하학적 구성으로 하나 이상의 도킹 모듈의 부착을 지원한다. 모듈식 도킹 베이들(104a-f)은 부착될 도킹 모듈들의 각종의 전력 및 통신 버스들을 위한 복수의 전기 연결을 포함하고, 도킹 모듈들은 각각의 주변 장치와 워크셀(100) 간의 전기적 및 기계적 인터페이스를 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 2개의 모듈식 도킹 베이(104d 및 104f)는 로봇 아암 주변 장치(106) 및 카메라 주변 장치(108)를 포함하는 2개의 주변 장치 모듈로 삽입되어 구성된 도킹 모듈들을 포함하지만, 임의의 다양성 및 구성의 주변 장치들이 달성될 수 있다. 다른 예시적인 주변 장치들은 조립 중인 장치(device-under-assembly)를 위치시키기 위한 고정구(fixture), 및 검사 중인 장치(device-under-inspection)를 측정하기 위한 측정 도구를 포함한다. 게다가, 다른 개수 및 배열의 도킹 스테이션들이 선택될 수 있다.

각각의 모듈식 도킹 베이(104a-f)는 주변 장치 모듈이 삽입될 수 있는 위치이다. 인클로저(102)의 상부는 자동 태스크들을 위한 작업 표면(110)을 제공하는, 도킹 스테이션들이 없는 구역들을 포함할 수 있다. 작업 표면(110)은 인클로저 자체 상에 있기 때문에, 캘리브레이션 및 작업 대상의 위치가 달성될 수 있다. 도킹 베이들이 없는 구역들의 포함은 또한 도킹 베이 하드웨어가 차지하지 않는 인클로저(102) 내부의 용적을 생성한다. 이 용적은 내부 서브시스템들을 위해 이용될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 모듈식 도킹 베이들(104a, 104b, 104c 및 104e)과 같이, 도킹 모듈들이 삽입되어 있지 않은 모듈식 도킹 베이들은 각각 주변 장치가 존재하지 않은 경우 도킹 베이들을 밀봉하도록 설치된 커버를 포함할 수 있다.

도 2a는 인클로저의 내부 구조의 예를 보여주는 분해도를 예시한다. 인클로저는 주변 장치들을 기계적으로 부착하기 위한 특징부들을 포함할 수 있는 저부 플레이트(bottom plate)(202)를 포함한다. 저부 플레이트(202)는 기계적으로 부착된 주변 장치가 인클로저의 장착 표면에 하중을 전달하는 것을 가능하게 하는, 구조적 요소로서의 역할을 할 수 있다. 저부 플레이트(202)는 또한 전기 서브시스템 또는 백플레인(204)을 장착하기 위한 특징부들을 제공할 수 있다. 백플레인(204) 전기 서브시스템은 컴퓨터들, 전원 장치들, 및 부착된 주변 장치들을 컴퓨터들에 인터페이스하는 전자 장치들을 포함할 수 있다. 백플레인(204)은 모듈식 도킹 베이들 간에 통신 버스들을 결합하고 모듈식 도킹 베이들로의 전력 회로를 제공할 수 있다. 백플레인(204)은 전기 서브시스템으로 간주될 수 있고 와이어 하니스(wire harness)를 포함하거나 와이어 하니스일 수 있다.

인클로저는 또한 저부 플레이트(202)에 부착될 때 인클로저를 형성하는 측부 플레이트들(206) 및 상부 플레이트(208)를 포함한다. 인클로저는 원치 않는 먼지, 액체, 또는 다른 환경적 요소들의 진입을 방지하기 위해 밀봉될 수 있다. 상부 플레이트(208)는 각각의 도킹 베이를 수용하기 위해 상부 플레이트(208) 내로 절단된 동일한 구멍들을 가지고 있다.

후방 패널(back panel)(210)은 백플레인 전기 서브시스템(204)과 외부 소스 간의 전력 및 통신을 위한 전기 연결들을 제공한다. 도킹 모듈(212)과 같은 도킹 모듈들이 각각의 도킹 베이에 삽입될 수 있다. 도킹 모듈(212)은 로봇 아암(214)과 같은 매우 다양한 주변 장치들을 인클로저에 통합하기 위한 전기적 및 기계적 인터페이스를 제공한다.

도 2b는 서브시스템들이 부착된 예시적인 백플레인 전기 서브시스템(204)을 보여준다. 서브시스템들은 워크셀을 위해 필요한 기능을 제공한다. 서브시스템들은 전원 장치(220), 로봇 아암 주변 장치들의 실시간 제어를 처리하기 위한 제어 프로세서(222), 비실시간 태스크들을 처리하기 위한 태스크 프로세서(224), 및 하나 이상의 도크 스테이션 인쇄 회로 기판(PCB)(228a-b)와 프로세서들(222 및 224) 간의 전기 상호 연결들(electrical interconnects)을 제공하는 중앙 백플레인 PCB(226)을 포함할 수 있다.

백플레인 PCB(226)는 통신 버스들, 버스 허브들 또는 스위치들, 전력 관리 회로, 또는 계산 리소스들을 다중화하기 위한 기능을 포함할 수 있다. 각각의 모듈식 도킹 베이는 동일한 폼 팩터를 가진다. 도크 스테이션 PCB들(228a-b)은 카드 에지 커넥터들에 의해, 와이어 하니스에 의해, 또는 백플레인 자체의 일부인 것에 의해 백플레인 PCB(226)에 부착될 수 있다. 백플레인(204)은 도킹 모듈들의 부착 및 정합(registration)을 위한 특징부들을 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 테이퍼형 포스트(tapered post)(230), 래치 후크(latch hook)(232), 또는 나사형 압출 특징부(threaded extrusion feature)가, 예를 들어, 도킹 모듈과 백플레인(204)의 저부 플레이트(234) 간의 기계적 인터페이스로서의 역할을 할 수 있다.

백플레인(204)은, 예를 들어, 워크셀이 겪는 가속도를 결정하기 위한 관성 측정 유닛(IMU)(236)을 더 포함할 수 있다. IMU(236)는 백플레인(204)에 가해지는 비정상적인 가속도들을 모니터할 수 있다. 비정상적인 가속도들은 오작동하는 아암 주변 장치 또는 사람 또는 다른 기계 장치와의 예기치 않은 접촉의 표시일 수 있다. 일부 예들에서, 비정상적인 가속도가 검출되면, 워크셀은 안전 고장 모드(safety fault mode)에서 동작할 수 있다. 게다가, IMU(236)는 중력에 관하여 백플레인(204)의 배향을 제공할 수 있다. 로봇 아암과 같은 일부 주변 장치들은 중력 보상 기반 제어(gravity compensation based control)를 달성하기 위해 중력 벡터의 지식으로부터 이익을 얻을 수 있다. IMU(236)는 제어 프로세서(236)에 출력할 수 있고, 제어 프로세서는 가속도를 수신하여 오작동하는 주변 장치 또는 주변 장치와 다른 요소의 접촉의 표시를 결정할 수 있다.

도 2c는 백플레인(204)으로부터 도킹 모듈로 전기 신호들을 인터페이스하는 예시적인 도킹 스테이션 PCB(250)를 보여준다. 도킹 스테이션 PCB(250)는 예컨대 주변 장치가 삽입될 때 도킹 모듈 상의 대응하는 커넥터에 전기 연결을 하도록 배치된 신속 전기 연결 리셉터클들(quick electrical connect receptacles)(254, 256, 258, 및 260)을 위한 하나 이상의 위치를 가진 PCB(252)를 포함한다. 리셉터클들은 리셉터클들(254, 256, 및 258)과 같은 노출된 포일 패드들(foil pads), 리셉터클들(260)과 같은 블레이드 커넥터들(blade connectors), 또는 관련된 스프링 전기 신속 연결 특징부들일 수 있다. 도킹 스테이션 PCB(250)는 인클로저 내부의 정확하고 반복 가능한 설치를 보장하기 위한 정합 특징부들을 포함한다. 도킹 스테이션 PCB(250)는 전력 버스를 위한 전력 버스 바들(262)을 포함할 수 있다. PCB 에지 커넥터(264)는 도킹 스테이션 PCB(250)를 중앙 백플레인 PCB(204) 상의 대응하는 커넥터(266)에 연결하기 위해 이용될 수 있다.

도 2d는 인클로저에 설치된 도크 스테이션 PCB(270)의 상세도를 보여준다. 도크 스테이션 PCB(270)는 중앙 백플레인 PCB(204)에 부착되는 카드 에지 커넥터(272)를 포함한다. 주변 장치 설치 동안에 정렬을 보장하기 위한 기계적 연결 후크들(274) 및 테이퍼형 포스트(276)도 도시되어 있다. 백플레인 PCB(204)는 또한 부착된 컴퓨터들(278)에 전력 및 통신을 제공할 수 있다.

이렇게, 도 2a-2d에 도시된 바와 같이, 워크셀은 인클로저 내에 프로세서를 포함하고, 하나 이상의 모듈식 도킹 베이가 백플레인을 통하여 그리고 인쇄 회로 기판(PCB) 카드 에지 커넥터 또는 와이어 하니스를 통해 하나 이상의 도킹 모듈에 결합한다. 모듈식 도킹 베이들은 도킹 모듈들에 결합하기 위해, 이더넷, 파이어와이어, CANBUS, 및 USB 연결들과 같은 각종 전기 연결들을 포함한다. 인클로저는 전원 장치, 및 하나 이상의 도킹 모듈과 전원 장치 간에 그리고 하나 이상의 도킹 모듈과 프로세서 간에 전기 연결들을 제공하는 중앙 백플레인 회로 기판을 더 포함한다. 인클로저는 하나 이상의 모듈식 도킹 베이가 워크셀의 표면을 통하여 액세스 가능하게 하고, 외부 환경에 대해 밀봉될 수 있다.

예들 내에서, 도 2a-2d에 도시된 워크셀은 연결 와이어링 하니스에 대한 필요를 방지하기 위해 하나의 인클로저에 주변 장치와 전력 및 제어 시스템을 공동 배치하는 것을 가능하게 한다.

도 3은 예시적인 모듈식 재구성 가능 워크셀(300)을 보여준다. 워크셀(300)은 그리퍼(gripper)를 가진 7 자유도(degree of freedom, DOF) 아암 주변 장치(302), 카메라를 가진 7 DOF 아암 주변 장치(304), 테스트 중인 장치 기능(device-under-test functionality)에 액세스하기 위한 테스트 장치 주변 장치(306), 조립 중인 장치의 위치를 측정하기 위한 3D 센서 주변 장치(308), 도킹 베이 커버(310), 및 테스트 기계들, PLC들, 및 안전 가드들과 같은 외부 장치들에 인터페이스하기 위한 확장 입력/출력(I/O) 주변 장치(312)를 포함하여 각 도킹 베이에 설치된 상이한 주변 장치들을 포함한다. 주변 장치들 중 임의의 것이 임의의 도킹 베이들 내에 삽입되고 특정 응용 또는 태스크를 위해 원하는 대로 구성될 수 있다. 예들 내에서, 각각의 모듈식 도킹 베이는 동일하고, 삽입된 도킹 모듈들 및 주변 장치들이 없는 도킹 베이들은 균일한 작업 표면을 제공하고 전기 서브시스템을 보호하기 위해 모듈식 도킹 베이 위에 고정된 커버(310)를 포함할 수 있다.

도 4는 예시적인 모듈식 재구성 가능 워크셀(400)을 보여준다. 워크셀은 1x3 어레이의 도킹 베이들을 포함하도록 구성되어 있다. 이 구성에서, 워크셀(400)은 내부 컴퓨터들, 전원 장치들, 및 전자 장치들이 각 도킹 베이 밑에 배치될 수 있도록 2개의 내부 층을 가진 인클로저(402)를 포함한다. 이 예에서, 주변 장치들(404, 406, 및 408)이 도킹하기 위한 중간 플레이트가 이용될 수 있다. 그러면 내부 지지 구조가, 예를 들어, 기부 플레이트에 하중을 전달할 수 있다.

이렇게, 예들 내에서, MxN 어레이(예컨대, 도 1에 도시된 바와 같은 2x3)로 배열된 모듈식 도킹 베이들을 포함하는 워크셀들이 제공될 수 있고, 이 모듈식 도킹 베이들의 행들 사이에 전력 회로 및 다른 컴퓨터들이 배열될 수 있다. 다른 예들에서, 1xM 어레이(예컨대, 도 4에 도시된 바와 같은 1x3)로 배열된 모듈식 도킹 베이들을 포함하는 워크셀들이 제공될 수 있고, 이 모듈식 도킹 베이들의 행 밑에 전력 회로 및 컴퓨터들이 배열될 수 있다.

추가 예들에서, 부가의 주변 장치들은 2개의 도킹 모듈 사이에 결합하는 슬라이딩 메커니즘을 포함할 수 있고, 다른 주변 장치가 하나의 도킹 베이에서 다른 도킹 베이로 이동하기 위해 슬라이드에 부착될 수 있다. 이런 식으로, 워크셀은 컨베이어 벨트의 바로 옆에 배치될 수 있고, 주변 장치가 컨베이어 벨트와 나란히 이동할 수 있다. 이렇게, 2개의 모듈을 결합하고 하나 이상의 주변 장치의 도달범위(reach)를 확장하기 위해 다수의 모듈들이 슬라이드와 함께 결합될 수 있다. 모듈들은, 예를 들어, 캘리브레이션을 수행하기 위해 서로 그리고 슬라이드와 기하 정보를 교환할 수 있을 것이다.

도 5는 1x3 배열의 도킹 베이들 및 유사한 배열들을 지원하는 인클로저의 예시적인 2층 구성을 보여준다. 도 5에서, 하위 층 내의 내부 전자 장치들(502)이 강성 금속 프레임(504) 내에 제공되고 구성된다. 도킹 모듈 장착 플레이트(506)가 금속 프레임(504)의 상부에 부착되고 이에 따라 도킹 모듈들이 볼트들(508) 또는 유사한 메커니즘을 이용하여 도킹 모듈 장착 플레이트(506)에 부착될 수 있다.

도 6a-6b는 예시적인 도킹 모듈(600)의 평면도 및 단면도를 보여준다. 도킹 모듈(600)은 주변 장치와 인클로저 사이의 전기적 및 기계적 인터페이스로서 기능한다. 도킹 모듈(600)은 주변 장치로부터 인클로저의 저부 플레이트(604)로 하중을 전달하는 하우징(602)을 포함한다. 주변 장치가 로봇 아암에 의한 것과 같은 높은 하중을 생성할 수 있다면, 하우징(602)은 강성 금속일 수 있다. 주변 장치가 카메라에 의한 것과 같은 보다 가벼운 하중을 생성한다면, 하우징(602)은 사출 성형 플라스틱일 수 있다. 대안적으로, 주변 장치 하중은 인클로저 쉘(enclosure shell)을 통하여 장착 표면으로 전달될 수 있다. 이 예에서, 인클로저 측부 플레이트들은 압출된, 기계 가공된, 주조된, 또는 시트 금속일 수 있다.

도킹 모듈(600)은 단일 방향을 따라 워크셀의 기부의 상부를 통하여 삽입될 수 있다. 도킹 모듈(600)은 저부 플레이트(604) 내의 나사형 특징부들 내로 나사체결되는 하나 이상의 볼트(606)를 이용해 부착될 수 있다. 각각의 나사형 특징부는 도킹 모듈(600)을 저부 플레이트(604)에 정확히 정렬시키고 도킹 모듈(600)과 저부 플레이트(604) 간의 하중 전달을 제공하는 역할을 하는 연장된 보스(extended boss)(608)를 포함할 수 있다. 보스(608)는 초기 정렬을 가능하게 하는 테이퍼를 포함할 수 있다.

저부 플레이트(604) 상의 나사형 특징부는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 하우징(602) 상의 리셉터클(610)과 정확한 슬립 끼워맞춤(slip fit)을 형성하여, 도킹 모듈(600)을 정확히 정렬시킬 수 있다. 예들 내에서, 이들 특징부의 비대칭적인 간격이 하나의 달성 가능한 삽입 배향만이 있도록 보장한다.

리셉터클(610)과 같은, 하우징(600)의 부착 및 정합 특징부들은 저부 플레이트(604)에 대한 도킹 모듈(600)의 자세 및 배향이 정확히 그리고 유일하게 한정되도록 하는 핸디드니스(handedness)를 제공하는 역할을 한다. 이것은 부착된 주변 장치의 기하학적 캘리브레이션이 제조 공정의 정밀도까지 설계 시에 특정되는 것을 가능하게 한다. 이렇게, 리셉터클(610)은 워크셀에 대한 도킹 모듈(600)의 배향이 유일하게 한정되도록 고정된 기하학적 구성으로 도킹 모듈(600)의 삽입을 가능하게 하기 위해 모듈식 도킹 베이들의 보스(608) 구조적 특징부와 정렬하는 도킹 모듈(600) 내의 구조적 특징부일 수 있다.

도 7a-7b는 예시적인 도킹 모듈(700)의 삽입을 보여준다. 도킹 모듈(700)은, 예를 들어, 무도구 방법(tool-less method)을 이용하여 삽입될 수 있다. 이 예에서, 도킹 모듈(700)의 하우징(704) 상의 하나 이상의 레버 아암(lever arm)(702)이 장착 플레이트(708)에 부착된 후크들(706)과 맞물린다. 레버 아암(702)이 후크(706)와 맞물릴 때, 도킹 모듈(700)과 장착 플레이트(708) 사이에 일정한 클램핑 힘(constant clamping force)이 생성된다. 이 힘은 스프링(710)을 이용하여 또는 레버 아암(702) 내의 오버 센터 캠 윤곽(over center cam contour)(712)을 이용하는 것에 의해 생성될 수 있다. 스프링(710)은 도킹 모듈(700)이 탈착될 때 레버 아암이 상향 위치로 젖혀지는 것을 가능하게 한다. 도킹 모듈(700)과 장착 플레이트(708) 간의 일정한 압력에 의해 강성 연결을 생성하는 동일한 효과를 발생시키기 위해 다른 메커니즘들이 이용될 수 있다.

도 8은 예시적인 도킹 모듈(800)의 저면도를 보여준다. 도킹 모듈(800)은 주변 전자 장치들과 인클로저 전자 장치들 간의 전기 신속 연결들을 가능하게 한다. 전기 신속 연결을 달성하기 위해, 강성 PCB의 포일에 대해 접촉하도록 스프링 로딩식 핀 커넥터들(spring loaded pin connectors)(802 및 804)(예컨대, 포고 핀들(pogo pins))이 이용될 수 있다. 대안적으로, 교합 리셉터클(mating receptacle) 내로 삽입되는 금속 블레이드 커넥터(806)가 이용될 수 있다. 모듈 삽입 동안에 오정렬에 대한 적절한 허용 오차를 가능하게 하는 다른 유사한 신속 연결 기술들이 이용될 수 있다.

하우징(808)을 포함하는 도킹 모듈(800)은 신속 연결 커넥터들(802, 804, 806, 및 810)을 제공하는 PCB를 포함한다. 각각의 커넥터는 PCB 또는 와이어링 하니스를 통해 주변 장치의 내부 전자 장치들로 라우팅된다. 각각의 커넥터의 위치 및 기능은 전기 인터페이스 사양에 따라 고정될 수 있다. 이것은 전기 인터페이스 사양을 고수하는 다양한 주변 장치들의 모듈식 연결을 가능하게 한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 커넥터(802)는 9-핀 버스이고, 커넥터(804)는 8-핀 버스이고, 커넥터(806)는 5-블레이드 전력 버스이다. 주변 장치가 특정 커넥터 기능을 지원하지 않는다면, 커넥터 위치(810)에 의해 도시된 바와 같이 커넥터의 위치는 공백으로 남겨질 수 있다. 도킹 모듈은 그 특정 모듈을 위해 필요한 통신 및 전력 버스들을 위한 핀들을 채우기만 하면 된다. 기하학적 배열은, 커넥터의 스프링 핀들이 없으면 그 특정 버스에 대한 주변 장치에 전기 연결이 이루어지지 않게 되도록 하는 것이다.

도킹 모듈(800)은 또한 레버 아암들(812a-b), 및 정렬 리셉터클들(814a-c)과 같은, 저부 플레이트에 결합하기 위한 특징부들을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 정렬 리셉터클들(814a-c)은 연장된 보스들과 정렬될 수 있고, 연장된 보스들 내에는, 예를 들어, 도킹 모듈을 저부 플레이트에 체결하기 위한 나사들이 삽입될 수 있다.

도 9는 다른 예시적인 도킹 모듈(900)의 저면도를 보여준다. 도 9에는, 도킹 모듈(900)을 위한 대안적인 스프링 커넥터 구성이 제공된다. 이 구성에서, 주변 장치는 9-핀 버스(902) 및 8-핀 버스(904)뿐만 아니라 전력 버스를 지원한다. 다른 버스 위치(906)는 지원되지 않고, 공백으로 남겨져 있다. 이렇게, 도킹 모듈들은 다양한 유형의 버스들을 제공할 수 있고, 도킹 모듈들의 상이한 구성 요소 위치들을 채우는 것에 의해, 특정 주변 장치에 대해 맞춤화된 연결이 구현될 수 있다.

도 10은 워크셀(1000)의 구성 요소들의 예시적인 기능 아키텍처를 보여주는 블록도이다. 워크셀은 모바일 클라이언트(1004) 및 데스크톱 클라이언트(1006)와 같은 클라이언트들, 또는 사용자가 워크셀(1000)을 구성하고 프로그램하는 것을 가능하게 하기 위해 그래픽 사용자 인터페이스들을 제공하는 다른 통합 디스플레이들 및 입력 장치들에 결합하는 백플레인 전기 서브시스템(1002)을 포함한다. 예를 들어, 모바일 클라이언트(1004)는 워크셀(1000)과 무선 통신하는 태블릿 장치일 수 있다.

백플레인(1002)은 모듈식 베이 도크 인터페이스들(1008), 전력 모듈(1010), 통신 모듈(1012), 제어 프로세서(1014), 태스크 프로세서(1016), 전원 장치(1018), 근거리 통신망(LAN) 인터페이스(1020), 및 안전 인터페이스(1022)를 포함한다.

백플레인(1002)은 도크 인터페이스들(1008), 전력 모듈(1010), 통신 모듈(1012), 및 CPU들(1014 및 1016)의 전기 상호 연결을 제공한다. 백플레인(1002)은 하나 이상의 상호 연결된 PCB를 포함할 수 있다. 모듈식 베이 도크 인터페이스들(1008)은 도킹 모듈이 워크셀(1000)에 결합하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 도크 인터페이스(1008)는 부착된 주변 장치들에 디지털 통신, 전력, 및 기계적 부착을 제공하고, 모든 호환되는 주변 장치들의 필요한 전기적, 기계적, 및 소프트웨어 표준들을 정의할 수 있다.

전력 모듈(1010)은 전원 장치(1018)로부터의 전력을 각각의 도크 인터페이스(1008) 및 프로세서(1014 및 1016)에 분배한다. 전력 모듈(1010)은 전력 모니터링, 소프트 스타트, 안전 셧다운, 및 무정전 전력 공급 특징부들을 포함할 수 있다. 전원 장치(1018)는 연결된 주변 장치들 및 온-보드 컴퓨터들에 전력을 공급하는 데 필요한 하나 이상의 공급 전압을 생성하기 위해 배터리 또는 라인(AC) 전력을 변환할 수 있다.

통신 모듈(1012)은 각각의 도크 인터페이스(1008)로부터의 통신 버스 신호들을 CPU들 및 LAN의 네트워크 인터페이스들로 라우팅할 수 있다. 통신 모듈(1012)은 하나 이상의 USB, EtherCAT, 이더넷 허브, 스위치, 또는 크로스오버 패스 스루(crossover pass through)뿐만 아니라, 다른 공통 버스 유형들을 포함할 수 있다. LAN 인터페이스(1020)는 백플레인(1002)으로부터 다른 장치들로의 유선 또는 무선 네트워크 연결을 제공한다.

제어 프로세서(1014)는 하나 이상의 작동된 장치의 결정론적 실시간 제어를 제공하고, (EtherCAT과 같은) 실시간 제어 버스를 통해 각각의 도크 인터페이스(1008)에 통신한다. 태스크 프로세서(1016)는 태스크 실행 서비스들, 감지 및 지각을 위한 계산, 데이터 관리 및 분석 서비스들, 작동된 장치들의 비실시간 제어, 및 외부 디바이스들에의 네트워크 인터페이스들(USB, 이더넷)을 제공한다. 태스크 프로세서(1016)와 제어 프로세서(1014)는, 원하는 대로, 하나의 CPU 상의 개별 코어들, 단일 코어, 또는 개별 컴퓨터들 상의 개별 코어들일 수 있다.

안전 인터페이스(1022)는 백플레인(1002)으로의 (비상 정지(emergency-stop)와 같은) 외부 안전 장치(1024)의 전기적 및 기계적 연결을 제공한다.

워크셀(1000)은 인클로저 내에 제공될 수 있고, 인클로저의 상부 플레이트는 자동 태스크를 위한 캘리브레이션된 작업 표면으로서 기능한다. 이 작업 표면은 조립 지그들(assembly jigs)과 같은, 태스크를 가능하게 하기 위해 정지된 아이템들을 부착하기 위한 장착 지점들을 포함할 수 있다.

도킹 모듈을 인클로저에 운동학적으로 정합(kinematically register)시키기 위해, 임의의 수의 방법들이 이용될 수 있다. 한 가지 방법은 백플레인(1002)의 저부 플레이트 내의 3개의 핀을 도킹 모듈 하우징 내의 3개의 슬롯 내에 맞물리게 하는 것을 포함한다. 이것은 설치될 때 저부 플레이트에 대한 모듈의 배향을 유일하게 그리고 정확하게 제한한다.

워크셀(1000)은 주변 장치가 설치될 때 인클로저를 밀봉하는 특징부들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 주변 장치 도킹 모듈 저부측에 개스킷 또는 고무 o-링이 부착될 수 있다. 인클로저 상부 플레이트는 교합 립 특징부(mating lip feature)를 가진다. 모듈이 설치될 때, 인클로저 저부 플레이트로의 모듈의 클램핑 힘은 개스킷이 주변 장치와 상부 플레이트 사이에 시일(seal)을 형성하게 한다.

워크셀(1000)은 테이블, 벽, 또는 천장과 같은 평평한 표면에 부착될 수 있다. 저부 플레이트는 위로부터의 볼트가 저부 플레이트를 표면에 부착할 수 있도록 관통 구멍 특징부들(through-hole features)을 포함할 수 있다. 부착 특징부에 접근하지만 인클로저를 밀봉된 채로 유지하기 위해 제거 가능한 플러그 시일(removeable plug seal)이 이용될 수 있다. 반대로, 저부 플레이트는 아래로부터의 볼트가 저부 플레이트를 표면 안으로 당길 수 있도록 나사형 구멍 특징부들(thread hole features)을 포함할 수 있다.

워크셀(1000)은 동작 중에 그리고 구성 중에 사용자에게 피드백을 제공하기 위해 조명(LED) 및 스피커들을 포함할 수 있다. 이러한 방식들은 오작동 또는 워크셀(1000)이 동작 중인 것을 사용자에게 알리기 위해 이용될 수 있다. 이러한 방식들은 또한 사용자 경험을 향상시키기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 주변 장치가 플러그인 되고 성공적으로 문의(interrogate)될 때마다 가청 '클릭'이 생성될 수 있다.

워크셀(1000)의 다수의 구성 요소들은, 예시적인 컴퓨팅 장치(1100)의 개략도를 보여주는, 도 11에 도시된 것과 같은 컴퓨팅 장치의 형태를 취할 수 있다. 일부 예들에서, 도 11에 도시된 일부 구성 요소들은 다수의 컴퓨팅 장치들에 걸쳐 분산될 수 있다. 그러나, 예시를 위하여, 구성 요소들은 하나의 예시적인 장치(1100)의 일부로서 도시되고 기술된다. 장치(1100)는 본 명세서에 기술된 기능들을 수행하도록 구성될 수 있는 모바일 장치, 데스크톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 또는 유사한 장치이거나 이들을 포함할 수 있다.

장치(1100)는 인터페이스(1102), 센서(들)(1104), 데이터 저장소(1106), 및 프로세서(1108)를 포함할 수 있다. 도 11에 도시된 구성 요소들은 통신 링크(1110)에 의해 서로 링크될 수 있다. 통신 링크(1110)는 유선 연결로서 도시되어 있다; 그러나, 무선 연결들이 이용될 수도 있다. 장치(1100)는 또한 장치(1100) 내에서의 그리고 장치(1100)와 서버 엔티티와 같은 다른 컴퓨팅 장치(미도시) 사이의 통신을 가능하게 하는 하드웨어를 포함할 수 있다. 이 하드웨어는, 예를 들어, 송신기, 수신기, 및 안테나를 포함할 수 있다.

인터페이스(1102)는 장치(1100)가 서버와 같은 다른 컴퓨팅 장치(미도시)와 통신하는 것을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 따라서, 인터페이스(1102)는 하나 이상의 컴퓨팅 장치로부터 입력 데이터를 수신하도록 구성될 수 있고, 또한 하나 이상의 컴퓨팅 장치에 출력 데이터를 송신하도록 구성될 수 있다. 인터페이스(1102)는 또한, 예를 들어, 토크 제어식 액추에이터(torque controlled actuator), 로봇 아암의 모듈식 링크, 또는 도킹 모듈의 다른 주변 장치로부터 입력을 수신하고 그에 출력을 제공하도록 구성될 수 있다. 인터페이스(1102)는 데이터를 수신하고 송신하기 위한 수신기 및 송신기를 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 인터페이스(1102)는 또한 입력들을 수신하기 위한 키보드, 마이크, 터치스크린 등과 같은 사용자-인터페이스도 포함할 수 있다.

센서(1104)는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있고, 또는 장치(1100) 내에 포함된 하나 이상의 센서를 나타낼 수 있다. 예시적인 센서들은 주변 장치의 데이터(예컨대, 아암의 운동)를 수집하고 그 데이터를 데이터 저장소(1106) 또는 프로세서(1108)에 제공할 수 있는 가속도계, 자이로스코프, 보수계(pedometer), 광 센서들, 마이크, 카메라, 또는 다른 위치 및/또는 상황 인식 센서들을 포함한다.

프로세서(1108)는 인터페이스(1102), 센서(1104), 및 데이터 저장소(1106)로부터 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 데이터 저장소(1316)는 로봇 아암의 동작을 위한 명령어들을 결정하기 위해 실행 가능한 기능들을 수행하도록 프로세서(1108)에 의해 액세스되고 실행될 수 있는 프로그램 로직(1112)을 저장할 수 있다. 예시적인 기능들은 부착된 주변 장치들의 캘리브레이션, 부착된 주변 장치들의 동작, 안전 검출 기능들, 또는 다른 특수 용도 기능들을 포함한다. 본 명세서에 기술된 임의의 기능들, 또는 워크셀에 대한 다른 예시적인 기능들은 데이터 저장소(1106)에 저장된 명령어들의 실행을 통해 장치(1100)에 의해 또는 장치의 프로세서(1108)에 의해 수행될 수 있다.

장치(1100)는 추가 프로세서(1114)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 프로세서(1114)는 장치(1100)의 디스플레이들 또는 출력들을 포함하는 장치(1100)의 다른 측면들을 제어하도록 구성될 수 있다(예컨대, 프로세서(1114)는 GPU일 수 있다). 본 명세서에 기술된 예시적인 방법들은 장치(1100)의 구성 요소들에 의해 개별적으로, 또는 장치(1100)의 구성 요소들 중 하나 또는 전부에 의해 결합하여 수행될 수 있다. 하나의 예에서, 장치(1100)의 부분들은 데이터를 처리하고 출력을 장치(1100)에서 내부적으로, 예를 들어, 프로세서(1114)에 제공할 수 있다. 다른 예들에서, 장치(1100)의 부분들은 데이터를 처리하고 출력들을 외부적으로 다른 컴퓨팅 장치들에 제공할 수 있다.

컴퓨팅 장치(1100)는, 예를 들어, 워크셀에 부착된 주변 장치들의 캘리브레이션들을 결정하도록 구성될 수 있다. 워크셀의 작업 표면의 기하학적 구조는 모든 도킹 베이들, 장착 지점들, 및 도킹 모듈들의 상대적인 자세인 것으로 알려져 있다. 이 지식은 부착될 때 주변 장치들의 캘리브레이션을 가능하게 한다. 작업 표면의 부분들은 또한 도킹 스테이션 커버들에 의해 형성될 수 있다. 하나의 예에서, 프로세서(1108)는 모듈식 도킹 베이들에 부착된 대응하는 도킹 모듈들의 위치와 배향에 기초하여 그리고 대응하는 하나 이상의 도킹 모듈의 부착된 주변 장치들의 식별에 기초하여 부착된 주변 장치들의 기하학적 캘리브레이션을 결정할 수 있다.

부착된 주변 장치의 식별은 여러 방법으로 수신될 수 있다. 하나의 예로서, 주변 장치는 전기 연결을 이용하여(예를 들어, 도 8-9에 도시된 바와 같은 모듈을 통하여) 워크셀에 부착될 수 있다. 이 예에서, 주변 장치의 정보를 나타내는 데이터가 전기적으로 제공될 수 있다.

다른 예에서, 주변 장치는 도킹 베이에 기계적으로 결합하는 모듈에 부착될 수 있다. 핀들 또는 노브들의 세트가 주변 장치의 삽입을 통해 작동되거나 눌릴 수 있고, 작동된 핀들 또는 노브들의 소정의 조합이 주변 장치 식별과 관련될 수 있다. 프로세서(1108)는 작동된 핀들의 세트를 결정하고, 예를 들어, 주변 장치 또는 모듈과의 어떠한 전기 통신도 이용하지 않고 주변 장치를 기계적으로 식별하도록 어떤 주변 장치가 작동된 핀들과 관련되어 있는지를 결정하기 위해 룩업 테이블에 액세스할 수 있다. 따라서, 기계적 인터페이스의 속성이 주변 장치를 유일하게 식별할 수 있고 워크셀은 사용자에 의해 업데이트될 수 있는 데이터베이스로부터 기하 정보를 검색할 수 있다. 이것은 주문형 주변 장치들의 3D-인쇄 및 현장에서의 워크셀의 보다 동적인 확장을 가능하게 할 수 있다.

또 다른 예들에서, 부착된 주변 장치들을 식별하기 위해 기계적 및 전기적 연결들과 통신들의 조합이 이용될 수 있다.

프로세서(1108)는, 모듈식 도킹 베이들에 각각의 부착된 주변 장치의 대응하는 도킹 모듈이 부착되면 부착된 주변 장치의 기하학적 특징부들을 포함하는 각각의 부착된 주변 장치의 설명을 각각의 부착된 주변 장치로부터 수신할 수 있다. 프로세서(1108)는 하나 이상의 도킹 모듈의 서로에 대한 위치에 기초하여 그리고 주어진 비어 있는 모듈식 도킹 베이들에 기초하여 기하학적 캘리브레이션을 결정할 수 있다. 따라서, 주변 장치의 설명, 모듈식 베이 내에 삽입된 주변 장치의 위치, 및 도킹 모듈의 배향이 주어지면, 프로세서(1108)는 워크셀의 캘리브레이션 파라미터들을 결정할 수 있다.

캘리브레이션 파라미터들은 각각의 주변 장치들이 서로 상호 작용하는 것을 가능하게 하기 위해 각각의 주변 장치들 사이의 거리들 및 각각의 주변 장치들 사이의 배향들 및 자세들을 포함할 수 있다. 워크셀 및 모듈식 도킹 베이들의 구성은 부착된 주변 장치들의 특정 배향을 제한된 수의 방법으로 강제한다. 강제된 제약들을 이용하여, 캘리브레이션 파라미터들은 메모리에 저장된 알려진 캘리브레이션 파라미터들의 세트로부터 결정되거나 식별될 수 있다. 한 예로서, 알려진 캘리브레이션 파라미터들은 파라미터들의 예시적인 구성들의 임의의 수의 순열들에 대해 미리 결정될 수 있고, 부착된 주변 장치들이 식별되고 각각의 위치가 결정되면, 저장된 파라미터 파일에 액세스하여 워크셀의 현재 구성에 부합하는 대응하는 파라미터들을 결정할 수 있다.

본 명세서의 일부 예들 내에서, 기능들을 수행하기 위한 방법들로서 동작들이 기술될 수 있고, 방법들은 기능들을 수행하기 위해 실행 가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품(예컨대, 유형의 컴퓨터 판독가능 저장 매체 또는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체)에 구현될 수 있다.

도 12는 워크셀을 조작하기 위한 예시적인 방법(1200)을 보여주는 순서도이다. 블록 1202에서, 방법(1200)은 하나 이상의 모듈식 도킹 베이에 부착된 도킹 모듈들의 위치와 배향을 결정하는 것을 포함한다. 블록 1204에서, 방법(1200)은 대응하는 하나 이상의 도킹 모듈의 부착된 주변 장치들의 식별을 결정하는 것을 포함한다. 블록 1206에서, 방법(1200)은 도킹 모듈들의 위치와 배향에 기초하여 그리고 부착된 주변 장치들의 식별에 기초하여, 부착된 주변 장치들의 기하학적 캘리브레이션을 결정하는 것을 포함한다.

다양한 구성 요소들을 포함하는 많은 예시적인 모듈식 재구성 가능 워크셀들이 설명되었다. 하나의 예시적인 워크셀은 고정된 기하학적 구성으로 다수의 도킹 모듈들의 부착을 지원하는 다수의 모듈식 도킹 베이들을 워크셀의 표면 상에 포함한다. 모듈식 도킹 베이들은 부착될 도킹 모듈들의 각종의 전력 및 통신 버스들을 위한 다수의 전기 연결을 포함하고, 도킹 모듈들은 각각의 주변 장치와 워크셀 간의 전기적 및 기계적 인터페이스를 제공한다. 이 예시적인 워크셀은 또한 모듈식 도킹 베이들 간에 통신 버스들을 결합하고 모듈식 도킹 베이들로의 전력 회로를 제공하기 위한 백플레인, 및 워크셀에 대한 도킹 모듈들의 배향이 유일하게 한정되도록 고정된 기하학적 구성으로 도킹 모듈들의 삽입을 가능하게 하는 모듈식 도킹 베이들 내의 구조적 특징부들을 포함한다. 이 예시적인 워크셀은 모듈식 도킹 베이들에 부착된 대응하는 도킹 모듈들의 위치와 배향에 기초하여 그리고 대응하는 도킹 모듈들의 부착된 주변 장치들의 식별에 기초하여 부착된 주변 장치들의 기하학적 캘리브레이션을 결정하기 위한 프로세서를 더 포함한다.

다른 예시적인 모듈식 재구성 가능 워크셀은 고정된 기하학적 구성으로 도킹 모듈들의 부착을 지원하는 다수의 모듈식 도킹 베이들을 워크셀의 표면 상에 포함할 수 있고, 각각의 모듈식 도킹 베이들은 부착될 도킹 모듈들의 각종의 전력 및 통신 버스들을 위한 다수의 전기 연결을 포함한다. 이 예시적인 워크셀은 모듈식 도킹 베이들 내에 삽입된 도킹 모듈들을 포함하고, 이 도킹 모듈들은 각각의 주변 장치와 워크셀 간의 전기적 및 기계적 인터페이스를 제공한다. 이 예시적인 워크셀은 또한 모듈식 도킹 베이들에 부착된 대응하는 도킹 모듈들의 위치와 배향에 기초하여 그리고 대응하는 도킹 모듈들의 부착된 주변 장치들의 식별에 기초하여 부착된 주변 장치들의 기하학적 캘리브레이션을 결정하기 위한 프로세서를 포함한다.

또 다른 예시적인 모듈식 재구성 가능 워크셀은 고정된 기하학적 구성으로 도킹 모듈들의 부착을 지원하는 모듈식 도킹 베이들을 그 표면 상에 포함하는 인클로저를 포함할 수 있으며, 각각의 모듈식 도킹 베이들은 부착될 도킹 모듈들의 각종의 전력 및 통신 버스들을 위한 다수의 전기 연결을 포함한다. 인클로저는 또한 모듈식 도킹 베이들 간에 통신 버스들을 결합하고 모듈식 도킹 베이들로의 전력 회로를 제공하기 위한 백플레인을 포함한다. 이 예시적인 워크셀은 모듈식 도킹 베이들 내에 삽입된 도킹 모듈들을 포함하고, 이 도킹 모듈들은 각각의 주변 장치와 워크셀 간의 전기적 및 기계적 인터페이스를 제공한다.

본 명세서에 기술된 구성 요소들 중 임의의 것을 임의의 조합으로 이용하여 다수의 다른 예시적인 워크셀들의 상이한 구성들이 또한 제공될 수 있다. 예들 내에서, 워크셀은 필요에 따라 새로운 주변 장치들을 추가하거나 구성을 변경하기 위해 플러그 앤 플레이 환경을 제공한다. 예를 들어, 아암이 필요한 구역에 도달할 수 없다면, 아암은 다른 개방된 모듈식 베이로 이동될 수 있다. 주변 장치들은 그 주변 장치들의 알려진 기하학적 모델이 캘리브레이션을 위해 결정될 수 있도록 버스 상에 그것들 자체를 설명할 수 있다(예컨대, 주변 장치의 치수들, 형상, 수행되는 기능들, 이름, 등등을 제공할 수 있다).

본 명세서에 기술된 배열들은 단지 예시를 위한 것임을 이해해야 한다. 그러므로, 통상의 기술자들은 다른 배열들 및 다른 요소들(예컨대, 기계들, 인터페이스들, 기능들, 순서들, 및 기능들의 그룹들, 등등)이 대신에 이용될 수 있고, 일부 요소들은 원하는 결과들에 따라 완전히 생략될 수 있다는 것을 알 것이다. 또한, 기술되어 있는 요소들 중 다수는 개별 또는 분산된 구성 요소들로서 또는 다른 구성 요소들과 공동으로, 임의의 적합한 조합 및 위치로 구현될 수 있는 기능 엔티티들이며, 또는 독립된 구조들로 기술된 다른 구조적 요소들이 조합될 수 있다.

다양한 양태들 및 실시예들이 본 명세서에 개시되었지만, 통상의 기술자들에게는 다른 양태들 및 실시예들이 명백할 것이다. 본 명세서에 개시된 다양한 양태들 및 실시예들은 예시를 위한 것이고 제한하려고 하는 것이 아니며, 진정한 범위는 다음에 오는 청구항들과 함께, 그러한 청구항들의 자격이 주어지는 등가물들의 전체 범위에 의해 나타내어진다. 또한 본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정 실시예들을 기술하기 위한 것이고, 제한하려고 하는 것이 아님을 이해해야 한다.

Claims

모듈식 재구성 가능 워크셀(modular reconfigurable workcell)로서,
고정된 기하학적 구성으로 하나 이상의 도킹 모듈의 부착을 지원하는 상기 워크셀의 표면 상의 하나 이상의 모듈식 도킹 베이(modular docking bay) - 각각의 모듈식 도킹 베이들은 부착될 상기 하나 이상의 도킹 모듈의 각종의 전력 및 통신 버스들을 위한 복수의 전기 연결을 포함하고, 상기 하나 이상의 도킹 모듈은 각각의 주변 장치와 상기 워크셀 간의 전기적 및 기계적 인터페이스를 제공함 -;
상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이 간에 통신 버스들을 결합하고 상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이로의 전력 회로를 제공하기 위한 전기 서브시스템;
상기 워크셀에 대한 상기 하나 이상의 도킹 모듈의 배향이 유일하게 한정되도록 상기 고정된 기하학적 구성으로 상기 하나 이상의 도킹 모듈의 삽입을 가능하게 하는 상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이 내의 하나 이상의 구조적 특징부(structural feature); 및
상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이에 부착된 대응하는 하나 이상의 도킹 모듈의 위치와 배향에 기초하여 그리고 상기 대응하는 하나 이상의 도킹 모듈의 부착된 주변 장치들의 식별에 기초하여 상기 부착된 주변 장치들의 기하학적 캘리브레이션(geometric calibration)을 결정하기 위한 프로세서
를 포함하는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이 내에 삽입된 상기 하나 이상의 도킹 모듈을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 도킹 모듈은 상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이에 결합할 전기 커넥터들을 포함하고, 상기 전기 커넥터들은 스프링 로딩식 핀 커넥터(spring loaded pin connector)와 금속 블레이드 커넥터(metal blade connector) 중 하나 이상을 포함하는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이 내에 삽입된 상기 하나 이상의 도킹 모듈을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 도킹 모듈은 상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이 내의 상기 하나 이상의 구조적 특징부와 맞물리고 상기 하나 이상의 도킹 모듈과 상기 워크셀 간에 견고한 연결을 생성할 하나 이상의 레버 아암(lever arm)을 포함하는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이는 상기 전기 서브시스템을 통하여 그리고 인쇄 회로 기판(PCB) 카드 에지 커넥터 또는 와이어 하니스(wire harness)를 통해 상기 하나 이상의 도킹 모듈에 결합하는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
제1항에 있어서,
상기 복수의 전기 연결은 이더넷 및 USB 연결들을 포함하는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
제1항에 있어서,
주어진 주변 장치는 로봇 아암(robot arm), 카메라, 그리퍼(gripper), 카메라를 가진 7 자유도(DOF; degree of freedom) 아암, 테스트 중인 장치 기능(device-under-test functionality)에 액세스하기 위한 장치, 테스트 중인 장치의 위치를 측정하기 위한 센서, 및 외부 장치에 인터페이스하기 위한 입력/출력(I/O) 주변 장치 중 하나 이상을 포함할 수 있는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이는 MxN 어레이로 배열되고, 상기 전력 회로 및 상기 프로세서는 상기 모듈식 도킹 베이들의 행들 사이에 배열되는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이는 1xM 어레이로 배열되고, 상기 전력 회로 및 상기 프로세서는 상기 모듈식 도킹 베이들의 행 밑에 배열되는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
제1항에 있어서,
대응하는 도킹 모듈이 없는 주어진 모듈식 도킹 베이 위에 고정된 커버를 더 포함하는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이는 동일한 모듈식 재구성 가능 워크셀.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는 또한 상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이들에 각각의 부착된 주변 장치의 대응하는 도킹 모듈이 부착되면 상기 부착된 주변 장치의 기하학적 특징부들을 포함하는 상기 각각의 부착된 주변 장치의 설명(description)을 상기 각각의 부착된 주변 장치로부터 수신하는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는 또한 상기 하나 이상의 도킹 모듈들의 서로에 대한 위치에 기초하여 상기 기하학적 캘리브레이션을 결정하는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
제1항에 있어서,
전원 장치(power supply), 및 상기 하나 이상의 도킹 모듈과 상기 전원 장치 간에 그리고 상기 하나 이상의 도킹 모듈과 상기 프로세서 간에 전기적 상호 연결들(electrical interconnects)을 제공하는 중앙 백플레인 회로 기판을 더 포함하는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
제1항에 있어서,
인클로저를 더 포함하고, 상기 인클로저는
상기 워크셀의 표면을 통하여 액세스 가능한 상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이;
상기 전기 서브시스템; 및
상기 프로세서를 포함하고,
상기 인클로저는 외부 환경에 대해 밀봉되는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
제1항에 있어서,
상기 워크셀이 겪는 가속도와 상기 워크셀의 배향 중 하나 이상을 결정하는 관성 측정 유닛(IMU; inertial measurement unit)을 더 포함하고,
상기 프로세서는 상기 IMU에 결합되어 상기 워크셀의 상기 배향과 상기 가속도 중 상기 하나 이상을 수신하고 오작동하는 주변 장치 또는 주변 장치와 다른 요소의 접촉의 표시를 결정하는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
모듈식 재구성 가능 워크셀로서,
고정된 기하학적 구성으로 도킹 모듈들의 부착을 지원하는 상기 워크셀의 표면상의 하나 이상의 모듈식 도킹 베이 - 각각의 모듈식 도킹 베이들은 부착될 상기 도킹 모듈들의 각종의 전력 및 통신 버스들을 위한 복수의 전기 연결을 포함함 -;
상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이 내에 삽입된 하나 이상의 도킹 모듈 - 상기 하나 이상의 도킹 모듈은 각각의 주변 장치와 상기 워크셀 간의 전기적 및 기계적 인터페이스를 제공함 -; 및
상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이에 부착된 대응하는 하나 이상의 도킹 모듈의 위치와 배향에 기초하여 그리고 상기 대응하는 하나 이상의 도킹 모듈의 부착된 주변 장치들의 식별에 기초하여 상기 부착된 주변 장치들의 기하학적 캘리브레이션을 결정하기 위한 프로세서
를 포함하는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
제16항에 있어서,
상기 하나 이상의 도킹 모듈은 상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이 내의 하나 이상의 구조적 특징부와 맞물리고 상기 하나 이상의 도킹 모듈과 상기 워크셀 간에 견고한 연결을 생성할 하나 이상의 레버 아암을 포함하는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
제16항에 있어서,
상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이는 MxN 어레이로 배열되고, 상기 전력 회로 및 상기 프로세서는 상기 모듈식 도킹 베이들의 행들 사이에 배열되는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
모듈식 재구성 가능 워크셀로서,
인클로저 - 상기 인클로저는
고정된 기하학적 구성으로 도킹 모듈들의 부착을 지원하는 상기 인클로저의 표면 상의 하나 이상의 모듈식 도킹 베이 - 각각의 모듈식 도킹 베이는 부착될 상기 도킹 모듈들의 각종의 전력 및 통신 버스들을 위한 복수의 전기 연결을 포함함 -;
상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이 간에 통신 버스들을 결합하고 상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이로의 전력 회로를 제공하기 위한 전기 서브시스템을 포함함 -; 및
상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이 내에 삽입된 하나 이상의 도킹 모듈 - 상기 하나 이상의 도킹 모듈은 각각의 주변 장치와 상기 워크셀 간의 전기적 및 기계적 인터페이스를 제공함 -
을 포함하는 모듈식 재구성 가능 워크셀.
제19항에 있어서,
상기 하나 이상의 모듈식 도킹 베이에 부착된 대응하는 하나 이상의 도킹 모듈의 위치와 배향에 기초하여 그리고 상기 대응하는 하나 이상의 도킹 모듈의 부착된 주변 장치들의 식별에 기초하여 상기 부착된 주변 장치들의 기하학적 캘리브레이션을 결정하기 위한 프로세서를 더 포함하고;
상기 프로세서는 또한 상기 하나 이상의 도킹 모듈들의 서로에 대한 위치에 기초하여 상기 기하학적 캘리브레이션을 결정하는 모듈식 재구성 가능 워크셀.