[发明专利]使用机器人的用于航空器结构的自动定位和对准方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年12月14日提交的临时申请no.61/286,295的优先权，其全部内容在此引入以供参考。

有关联合发起的研究或开发的声明

N/A

技术领域

在此的技术涉及机器人技术，以及更具体地说，涉及用于例如在使用具有作为定位装置或结构的关节臂的机器人的结构组装期间，定位和对准航空器或彼此有关的其他部分的方法和系统。

背景技术

航空器机身能由需要仔细地组装地一起的若干独立的部分组成。见图1。如果航空器大，一些机身部将太重或太庞大而不能由一个或甚至一组工人来提升或定位。因此，用于定位和对准航空器机身部的示例性手动处理通常传统上由将机身部加载到支座或台车上组成。支座或台车用来将机身部移入到用于组装的位置。

通常，组装包含定位先前创建或定义的(多个)基准点或其他(多个)基准(例如，参见图1A中作为基准点的定位孔H1、H2)。基于加工基准计划，根据所需的对准公差，使用机械设备或用手(见图1A)能将机身部移动到最佳装配条件。只要机身部适当地定位，就通过诸如铆接的适当的紧固技术将它们接合。

使用传统的手动处理，通过诸如手摇把或气动马达的装置，可以驱动、移动或定位机身部，以便对准、定位、接合并由此组装这些机身部-见图1A。这些装置(例如手摇把或气动马达)可以直接附连到机身部或支撑机身部的某种支座上，如台车。

根据定位和对准的手动传统处理的一个例子，其是传统的基于夹具的组装处理，组件能够指向硬设备。硬设备的一个例子是在具有相应孔的末端的一个，环绕每一机身部的外周的环。为对准两个机身部，第一环的孔能够与第二环的相应孔接合。使用硬设备来指向组件的另一例子如下：第一设备(夹具)的尖头插入第一机身部的第一定位孔中，并且第二设备(夹具)的尖头插入第二机身部的第二定位孔中(例如图1A示出了两个定位孔H1、H2)。在该例子中，两个设备是相同的；每一设备在其外部具有孔；然后，为对准两个机身部件，第一设备的孔能通过销与第二设备的孔相连。通常为组装几何结构的专用方面设计和构建这种硬设备。

并非所有的机身组装是手动的。例如，存在用于使用笛卡尔机电促动器(Cartesian mechatronic actuator)以对准航空器机身的航空器结构的传统的自动定位和对准系统(见图2)。由这些系统应用的一种示例性方法由以下组成：

·将机身部加载到支座(或台车)上

·将(在支座上的)机身部放在将移动支座和机身部两者的机电促动器上。图2示出了一种示例性系统，包括四个传统的笛卡尔机电促动器MA1-MA4、一个机身部FP和控制促动器的一个传统的CNC-计算机数字控制控制器。

·通过使用图2中未示出的计量系统MS，测量机身部FP中的一些基准(例子：通过使用激光跟踪仪或激光雷达，测量机身部的形状曲率)

·根据对准公差，使用笛卡尔机电促动器MA，将机身部件FP移动到最佳装配条件，以使一个机身部与另一机身部对准；

·在此之后，通过紧固、铆接等等，接合机身部；

该示例性传统的处理的一些细节是：

·使用专用测量(例如计量)系统MS，用于执行所有机身部中的基准的测量

·通过由测量系统MS或其他方式提供的分析软件，分析测量数据。

通常，用于分析的软件(其例如在CNC-计算机数字控制，PLC-可编程逻辑控制器或另一计算机上运行)使用机身部的3D图(例如存储在数据库中)及其几何公差要求来工作。该软件确定部分的将由机电促动器MA移动的位置(注意：一些部分保持不动，而其他部分被移动)。该软件在对准前确定其笛卡尔坐标[x，y，z]和姿态角[R，P，Y]，以及还确定哪些必须是这些部分的位置，以实现正确的对准，即，什么是表示最佳装配的所期望的笛卡尔坐标[x’，y’，z’]和姿态角[R’，P’，Y’]。测量分析软件为将要移动的每一部分确定两个位置间的差，以及将该信息发送到计算机数字控制(CNC)，用于控制机电促动器MA(见图2)。

然后，位置驱动器(由CNC控制的笛卡尔机电促动器MA)以线性方式在X，Y和Z中平滑地移动部分，以及以滚动、俯仰和摇摆(R，P和Y)旋转部分，由此使用6个自由度执行定位和对准。当执行定位和对准操作时，计量系统MS可以连续地或逐步地监视部分的位置和姿态以及将该信息反馈到在计算机上运行的测量分析软件。