本公開(kāi)涉及機(jī)器人的領(lǐng)域，并且具體涉及機(jī)器人制造環(huán)境中的碰撞防護(hù)。

背景技術(shù)：

機(jī)器人在各種制造環(huán)境中被使用。例如，機(jī)器人可以被放置在裝配線上的單元(即，預(yù)定的空間體積)內(nèi)。機(jī)器人可以在進(jìn)來(lái)的零件被放置在單元中之后、在該零件被向前移動(dòng)到下一個(gè)單元以接收進(jìn)一步處理之前執(zhí)行工作。例如，機(jī)器人可以通過(guò)操作末端執(zhí)行器來(lái)執(zhí)行工作，以便鉆孔到零件內(nèi)、將鉚釘應(yīng)用到零件等。

雖然機(jī)器人在制造環(huán)境中有效且高效地操作，但是機(jī)器人具有在正常操作期間與單元內(nèi)的物體意外碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。例如，計(jì)算機(jī)模型可以表明機(jī)器人將會(huì)占據(jù)單元內(nèi)的某些預(yù)定位置。然而，如果機(jī)器人和/或正在被執(zhí)行工作的零件未在單元中被精確地安裝在其預(yù)期的位置和/或取向處，碰撞則可能發(fā)生。此外，機(jī)器人可以被包括液壓軟管、電纜等的線纜包(dressing)覆蓋，并且該線纜包不會(huì)在單元的計(jì)算機(jī)模型中被充分考慮。因此，線纜包可能意外碰撞、劃到或觸到單元內(nèi)的其他物體。

為了解決這些問(wèn)題，利用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(cmm)的形式來(lái)測(cè)量單元內(nèi)的各種部件(包括機(jī)器人、零件等)的位置和/或取向的技術(shù)并不是罕見(jiàn)的。然而，這些物體在cmm的坐標(biāo)系中被測(cè)量，并且這些物體的測(cè)量包括殘余誤差。因此，為了確定機(jī)器人的末端執(zhí)行器的任何點(diǎn)與零件之間的距離，會(huì)需要將這些測(cè)量(其包括誤差)從cmm坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到機(jī)器人的坐標(biāo)系。因此，取決于cmm測(cè)量誤差的量值，碰撞仍然可能發(fā)生。而且，這些測(cè)量需要專用的裝備和時(shí)間來(lái)處理并周期性地驗(yàn)證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文中描述的實(shí)施例操作一種被附接到機(jī)器人的成像系統(tǒng)，以便通過(guò)鏡子掃描機(jī)器人的圖像并且量化由機(jī)器人占據(jù)的體積。這實(shí)現(xiàn)了由機(jī)器人(包括例如被附接到機(jī)器人的任何線纜包)在制造單元中占據(jù)的體積的準(zhǔn)確且快速的確定。此外，由于成像系統(tǒng)的位置相對(duì)于機(jī)器人的末端執(zhí)行器是已知的且固定的，成像系統(tǒng)測(cè)量中固有的誤差與末端執(zhí)行器加工工具共用共同的路徑，因此它們將會(huì)抵消。相比之下，外部坐標(biāo)系中固有的誤差將會(huì)轉(zhuǎn)移到機(jī)器人坐標(biāo)系作為末端執(zhí)行器和機(jī)器人姿態(tài)的誤差。

一個(gè)實(shí)施例是一種包括機(jī)器人的設(shè)備。所述機(jī)器人包括末端執(zhí)行器和致動(dòng)器，所述末端執(zhí)行器在制造單元內(nèi)操作，所述致動(dòng)器定義在所述制造單元內(nèi)重新取向所述末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)鏈。機(jī)器人還包括成像系統(tǒng)和控制器，所述成像系統(tǒng)安裝有所述末端執(zhí)行器，所述控制器被配置為識(shí)別鏡子的位置和取向。所述控制器能夠引導(dǎo)所述致動(dòng)器朝向所述鏡子取向所述成像系統(tǒng)，通過(guò)操作所述成像系統(tǒng)掃描所述鏡子中的圖像而采集3d位置的點(diǎn)云，以及通過(guò)關(guān)于由所述鏡子定義的表面折疊所述3d位置而修正所述點(diǎn)云中的所述3d位置。所述機(jī)器人還能夠基于所述經(jīng)修正的位置確定由所述機(jī)器人在所述制造單元內(nèi)占據(jù)的體積，以及基于所述體積引導(dǎo)所述機(jī)器人操作以防止在所述制造單元內(nèi)的碰撞。

另一實(shí)施例是一種掃描機(jī)器人的方法。所述方法包括操作被附接到機(jī)器人的末端執(zhí)行器的成像系統(tǒng)以識(shí)別鏡子在制造單元內(nèi)的位置和取向，引導(dǎo)所述機(jī)器人的致動(dòng)器朝向所述鏡子取向所述成像系統(tǒng)，通過(guò)操作所述成像系統(tǒng)掃描所述鏡子中的圖像而采集3d位置的點(diǎn)云，以及通過(guò)關(guān)于由所述鏡子定義的表面折疊所述3d位置而修正所述點(diǎn)云中的所述3d位置。所述方法還包括基于所述經(jīng)修正的3d位置確定由所述機(jī)器人在所述制造單元內(nèi)占據(jù)的體積，以及基于所述體積引導(dǎo)所述機(jī)器人操作以防止在所述制造單元內(nèi)的碰撞。

另一實(shí)施例是一種包含被編程的指令的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)所述被編程的指令被處理器執(zhí)行時(shí)，所述被編程的指令可操作用于執(zhí)行一種方法。所述方法包括操作被附接到機(jī)器人的末端執(zhí)行器的成像系統(tǒng)以識(shí)別鏡子在制造單元內(nèi)的位置和取向，引導(dǎo)所述機(jī)器人的致動(dòng)器朝向所述鏡子取向所述成像系統(tǒng)，通過(guò)操作所述成像系統(tǒng)掃描所述鏡子中的圖像而采集3d位置的點(diǎn)云，以及通過(guò)關(guān)于由所述鏡子定義的表面折疊所述3d位置而修正所述點(diǎn)云中的所述3d位置。所述方法還包括基于所述經(jīng)修正的3d位置確定由所述機(jī)器人在所述制造單元內(nèi)占據(jù)的體積，以及基于所述體積引導(dǎo)所述機(jī)器人操作以防止在所述制造單元內(nèi)的碰撞。

其他示例性實(shí)施例(例如，與上述實(shí)施例有關(guān)的方法和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì))可以在下面進(jìn)行描述。已經(jīng)被討論的特征、功能和優(yōu)勢(shì)能夠在各種實(shí)施例中獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)，或可以在其他實(shí)施例中組合，其中參考以下說(shuō)明和附圖能夠看出其進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在以示例的方式并且參照附圖描述了本公開(kāi)的一些實(shí)施例。相同參考數(shù)字表示所有附圖上的相同元件或相同類型的元件。

圖1是一個(gè)示例性實(shí)施例中的制造單元的示意圖。

圖2是一個(gè)示例性實(shí)施例中的機(jī)器人在制造單元中初始化的示意圖。

圖3是一個(gè)示例性實(shí)施例中的圖示用于操作機(jī)器人的方法的流程圖。

圖4-圖6是一個(gè)示例性實(shí)施例中的圖示3d位置的折疊的示意圖。

圖7是一個(gè)示例性實(shí)施例中的制造單元的方框圖。

圖8是一個(gè)示例性實(shí)施例中的飛行器生產(chǎn)和保養(yǎng)方法的流程圖。

圖9是一個(gè)示例性實(shí)施例中的飛行器的方框圖。

具體實(shí)施方式

附圖和以下描述圖示了本公開(kāi)的具體的示例性實(shí)施例。因此應(yīng)認(rèn)識(shí)到，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠設(shè)計(jì)盡管未在本文中明確描述或示出但是體現(xiàn)本公開(kāi)的原理并且被包括在本公開(kāi)的范圍內(nèi)的各種裝置。此外，本文中所描述的任何示例都意圖幫助理解本公開(kāi)的原理，并且應(yīng)被理解為不限于這些具體闡述的示例和情況。因此，本公開(kāi)不限于下面所描述的具體實(shí)施例或示例，而是受權(quán)利要求和其等同物限定。

圖1是一個(gè)示例性實(shí)施例中的制造單元100的方框圖。制造單元100包含期望機(jī)器人150運(yùn)轉(zhuǎn)以便于進(jìn)來(lái)的零件的制造、制作和/或組裝的空間的任何體積。例如，制造單元100可以包含封閉的空間、或工廠地板上的空間的開(kāi)放體積。根據(jù)圖1，制造單元100包括體積102、底座110、被安裝在底座110上的機(jī)器人150、傳送器160和零件170。底座110可以包含占據(jù)制造單元100內(nèi)的固定位置的結(jié)構(gòu)部件，或可以包含能夠被驅(qū)動(dòng)跨過(guò)工廠地板以便根據(jù)需要而將機(jī)器人和/或工具布置為各種構(gòu)造的可移動(dòng)特征件(例如，推車)。因此，在一些實(shí)施例中，底座110、零件170和傳送器160可移動(dòng)和/或可驅(qū)動(dòng)跨過(guò)工廠地板。機(jī)器人150被安裝到底座110，并且包括多個(gè)致動(dòng)器(112、114、116)和一起定義運(yùn)動(dòng)鏈156的剛性主體(120、130)。機(jī)器人150還包括能夠在零件170上執(zhí)行工作的末端執(zhí)行器132。例如，末端執(zhí)行器132可以包含鋸、鉆頭、鉚釘槍、自動(dòng)纖維鋪放(afp)機(jī)器等。

控制器152引導(dǎo)機(jī)器人150(包括末端執(zhí)行器132和成像系統(tǒng)134)的操作?？刂破?52可以被實(shí)施為例如定制電路、執(zhí)行編程的指令的處理器、或其一些組合。

零件170可以包含被配置為由末端執(zhí)行器132進(jìn)行工作的任何合適的結(jié)構(gòu)。例如，零件170可以包含用于飛行器機(jī)翼的固化復(fù)合面板、機(jī)身的結(jié)構(gòu)部件、支柱等。傳送器160將零件170移動(dòng)到制造單元100內(nèi)，并且可以包含自動(dòng)傳送帶、推車等。

為了防止末端執(zhí)行器132與制造單元100中的其他物體碰撞，成像系統(tǒng)134安裝有末端執(zhí)行器132(例如，被安裝到末端執(zhí)行器134、或被安裝到剛性主體130)。成像系統(tǒng)134掃描末端執(zhí)行器134周圍的空間，以便產(chǎn)生3d點(diǎn)云并防止碰撞。此外，成像系統(tǒng)134能夠利用鏡子(圖2，200)來(lái)準(zhǔn)確地確定由機(jī)器人150(包括被附接到機(jī)器人150的任何線纜包140(例如，電纜、液壓軟管等))占據(jù)的空間。以此方式，當(dāng)機(jī)器人150經(jīng)由向致動(dòng)器112、114和116發(fā)送的關(guān)節(jié)(joint)空間指令而被移動(dòng)時(shí)，它在理解移動(dòng)如何將會(huì)導(dǎo)致與制造單元100內(nèi)的其他物體碰撞的情況下被移動(dòng)?？刂破?52可以基于來(lái)自成像系統(tǒng)134的輸入計(jì)算體積信息，并且當(dāng)引導(dǎo)致動(dòng)器112、114和116時(shí)可以使用該信息以便避免碰撞。成像系統(tǒng)134可以包含激光雷達(dá)(lidar)系統(tǒng)、3d掃描儀、或其輸入(當(dāng)在機(jī)器人150的標(biāo)稱3d模型的情況下被考慮時(shí))被用來(lái)計(jì)算3d位置的2d攝像機(jī)、或任何其他合適的成像系統(tǒng)。

圖2是在一個(gè)示例性實(shí)施例中的制造單元100中初始化的機(jī)器人150的示意圖。在該實(shí)施例中，鏡子200已經(jīng)被放置在制造單元100內(nèi)以便使得機(jī)器人150能夠準(zhǔn)確地確定其自己的體積。如果需要的話，鏡子200可以在機(jī)器人150的初始化已經(jīng)完成之后被移除。鏡子200包括表面201，并且可以伴隨掃描目標(biāo)210，所述掃描目標(biāo)210被放置在相距鏡子200的已知距離和方向處(例如，沿著鏡子200的邊界，在鏡子200的側(cè)面之上、之下和/或到鏡子200的側(cè)面一英寸等)。目標(biāo)210可以通過(guò)可由控制器152識(shí)別的獨(dú)特顏色和/或形狀來(lái)表征。這可以幫助便于測(cè)量鏡子200相對(duì)于成像系統(tǒng)134的位置和/或取向。

機(jī)器人150的操作的圖示性細(xì)節(jié)將會(huì)關(guān)于圖3進(jìn)行討論。在該實(shí)施例中，機(jī)器人150已經(jīng)開(kāi)始初始化過(guò)程，并且準(zhǔn)備好執(zhí)行自掃描。機(jī)器人150還未開(kāi)始在進(jìn)來(lái)的零件(例如，零件170)上主動(dòng)執(zhí)行工作。例如，當(dāng)機(jī)器人150被首次安裝時(shí)，該初始化過(guò)程可以被執(zhí)行，每天一次，每小時(shí)一次等。

圖3是一個(gè)示例性實(shí)施例中的圖示用于操作機(jī)器人150的方法300的流程圖。方法300的步驟參照如在圖1-圖2中示出的機(jī)器人150進(jìn)行描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到方法300可以在其他系統(tǒng)中根據(jù)需要而被執(zhí)行。在本文中描述的流程圖的步驟不是包括一切的，而是可以包括未示出的其他步驟。在本文中描述的步驟也可以以替代性順序被執(zhí)行。

控制器152通過(guò)操作成像系統(tǒng)134以識(shí)別鏡子200在制造單元100內(nèi)的位置而開(kāi)始初始化步驟(步驟302)。作為該過(guò)程的一部分，控制器152可以迭代地重新定位/重新取向成像系統(tǒng)134并采集圖像直至鏡子200(或目標(biāo)210)被發(fā)現(xiàn)。該過(guò)程因此會(huì)涉及操作成像系統(tǒng)134以檢測(cè)在鏡子200附近的目標(biāo)210，以及基于目標(biāo)210相對(duì)于鏡子200的已知位置確定鏡子200相對(duì)于成像系統(tǒng)134的位置和取向。

在機(jī)器人150已經(jīng)朝向鏡子200取向成像系統(tǒng)134之后，控制器152處理來(lái)自成像系統(tǒng)134的輸入，以通過(guò)操作成像系統(tǒng)134掃描存在于鏡子200處/由鏡子200反射的圖像來(lái)采集3d位置的點(diǎn)云(步驟306)。例如，在成像系統(tǒng)134使用激光的實(shí)施例中，成像系統(tǒng)134可以發(fā)射激光136(如在圖2中示出的)在位置202處進(jìn)入鏡子200。光136然后從鏡子200反射出來(lái)并且被反射到機(jī)器人150上的位置154上。通過(guò)激光136的機(jī)器人150上的位置154的圖示表現(xiàn)為鏡子200的相對(duì)側(cè)上的位置。到該位置的距離與經(jīng)由從鏡子200反射出來(lái)到機(jī)器人150行進(jìn)的距離相同。因此，通過(guò)成像系統(tǒng)134針對(duì)每個(gè)位置/點(diǎn)計(jì)算的總距離表示由激光136從成像系統(tǒng)134到位置202的行程加上由激光136從位置/圖像202到位置154的行程。這樣的技術(shù)可以被迭代地執(zhí)行，以便采集由機(jī)器人150(例如，包括末端執(zhí)行器132)和線纜包140占據(jù)的位置的3d點(diǎn)云。

在距離已經(jīng)經(jīng)由成像系統(tǒng)134進(jìn)行測(cè)量之后，控制器152通過(guò)關(guān)于鏡子200的已知表面幾何形狀(諸如定義鏡子200的表面201的已知平面)折疊位置來(lái)修正圖像中的位置(例如，3d點(diǎn))(步驟308)。這樣的過(guò)程的細(xì)節(jié)下面在示例部分中進(jìn)行描述。

已經(jīng)通過(guò)關(guān)于鏡子200的表面201折疊它們來(lái)修正圖像中的位置，控制器152可以基于修正的位置確定由機(jī)器人150(例如，包括末端執(zhí)行器132、和/或線纜包140)占據(jù)的體積(步驟310)。體積可以通過(guò)點(diǎn)云被表示為一系列體素等。該信息然后可以被存儲(chǔ)在控制器152的存儲(chǔ)器中，以便確定由機(jī)器人150占據(jù)的體積。例如，基于計(jì)算機(jī)模式，當(dāng)已知力經(jīng)由致動(dòng)器112、114和116被施加時(shí)，可以預(yù)期到機(jī)器人150占據(jù)一定的體積。然而，未預(yù)期的阻力(例如，由線纜包140中的扭結(jié)引起)會(huì)引起機(jī)器人150在操作期間占據(jù)與預(yù)期的不同的體積。

當(dāng)機(jī)器人150被移動(dòng)到多個(gè)姿態(tài)(例如，由運(yùn)動(dòng)鏈156所允許的多個(gè)位置)中每一個(gè)時(shí)，步驟302-310可以被控制器152迭代地執(zhí)行，以便確定在那些姿態(tài)中的每一個(gè)中由機(jī)器人150實(shí)際占據(jù)的體積?？刂破?52可以進(jìn)一步在逐個(gè)姿態(tài)的基礎(chǔ)上將該體積信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。例如，每個(gè)體積可以與被施加于致動(dòng)器112、114和116的力的不同組合相關(guān)聯(lián)(力的每個(gè)不同的組合導(dǎo)致不同的姿態(tài))。

在進(jìn)一步的實(shí)施例中，由機(jī)器人150執(zhí)行的移動(dòng)可以在力的組合被施加于致動(dòng)器112、114和116時(shí)對(duì)由機(jī)器人150到達(dá)的姿態(tài)有影響。例如，如果機(jī)器人150在試圖呈現(xiàn)姿態(tài)之前執(zhí)行迂回運(yùn)動(dòng)，它會(huì)引起與在不同運(yùn)動(dòng)被使用的情況下不同的力/扭結(jié)在線纜包140中積累。即使力的相同組合在運(yùn)動(dòng)結(jié)束的時(shí)候由致動(dòng)器112、114和116施加，這反過(guò)來(lái)也會(huì)改變由機(jī)器人150呈現(xiàn)的最終姿態(tài)(和由機(jī)器人150占據(jù)的體積)。在這樣的情況下，控制器152首先確定當(dāng)力的相同組合被施加時(shí)可以發(fā)生哪些不同姿態(tài)?？刂破?52進(jìn)一步組合在這些不同姿態(tài)中的每一個(gè)中發(fā)現(xiàn)的機(jī)器人150的體積。因此，當(dāng)力的組合被施加時(shí)，機(jī)器人150將不會(huì)與其他物體碰撞(不管機(jī)器人150正在使用不同姿態(tài)中的哪一個(gè))。

在機(jī)器人150的體積已經(jīng)被確定(例如，在多個(gè)不同姿態(tài)中的每一個(gè)處)之后，控制器152基于該體積引導(dǎo)機(jī)器人150操作(步驟312)。例如，如果預(yù)期機(jī)器人150使線纜包140延伸兩厘米越過(guò)機(jī)器人150，但是線纜包140實(shí)際上延伸七厘米越過(guò)機(jī)器人150，控制器152可以利用該信息來(lái)防止制造單元100內(nèi)的碰撞。作為該過(guò)程的一部分，控制器152可以限制機(jī)器人150呈現(xiàn)引起與在制造單元100內(nèi)檢測(cè)到的其他物體碰撞的姿態(tài)。

在進(jìn)一步的實(shí)施例中，控制器152將機(jī)器人150的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)模型存儲(chǔ)在其存儲(chǔ)器內(nèi)。在步驟310中確定機(jī)器人150的真實(shí)體積之后，控制器152識(shí)別cad模型與機(jī)器人150的真實(shí)體積(例如，真實(shí)體積延伸越過(guò)cad模型多于一厘米的位置)之間的差異?？刂破?52可以進(jìn)一步產(chǎn)生并且傳遞指示這些差異中的每一個(gè)的位置和嚴(yán)重性的報(bào)告。例如，控制器152可以產(chǎn)生指示差異的文件，并且將該文件傳遞給用戶的計(jì)算機(jī)。該文件可以包括每個(gè)差異的位置、差異的線性測(cè)量、和差異的體積測(cè)量。如在本文中使用的，差異可以包含機(jī)器人150的位置、尺寸或取向與在cad文件中指示的預(yù)期值的任何偏差。在一個(gè)實(shí)施例中，差異僅在它們大于閾值(例如，多于線性偏差的一厘米)的情況下才被報(bào)告。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，閾值可以被設(shè)定得非常低(例如，在一毫米內(nèi))以確保機(jī)器人可以在它正在利用末端執(zhí)行器134執(zhí)行工作時(shí)檢測(cè)已經(jīng)落在機(jī)器人150上的金屬、碎屑和/或其他碎片。

方法300提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)益處，因?yàn)樗沟脵C(jī)器人150能夠掃描它本身以便在多個(gè)姿態(tài)中的每一個(gè)中時(shí)識(shí)別其真實(shí)形狀。這允許控制器152預(yù)先識(shí)別將會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人150碰撞的運(yùn)動(dòng)，并且在它們發(fā)生之前避免那些碰撞。因?yàn)槊總€(gè)碰撞要不然將會(huì)導(dǎo)致制造的停止(或?qū)C(jī)器人150和/或制造單元100內(nèi)或附近的其他物體的昂貴修復(fù))，所以避免這些碰撞提供了實(shí)質(zhì)益處。

示例

在以下示例中，在機(jī)器人150的背景下描述確定從末端執(zhí)行器132到機(jī)器人150上的其他位置的距離的附加地過(guò)程、系統(tǒng)和方法。具體地，在這些示例中，圖4-圖6是圖示示例性實(shí)施例中的用于機(jī)器人150的距離的三角測(cè)量的示意圖。這些示意圖關(guān)于二維幾何形狀進(jìn)行討論，但是其原理可延伸到三維幾何形狀計(jì)算，特別是當(dāng)鑒于個(gè)體三角形被定義為平面的理解進(jìn)行考慮時(shí)。此外，額外的技術(shù)和系統(tǒng)可以被用于執(zhí)行自掃描的目的。這些技術(shù)包括但不限于3d掃描儀技術(shù)、攝影測(cè)量方法、激光雷達(dá)(lidar)等。例如，攝影測(cè)量方法可以通過(guò)解決用于將2d輸入與3d位置相關(guān)聯(lián)而產(chǎn)生的pnp問(wèn)題而利用來(lái)自2d攝像機(jī)的輸入與標(biāo)稱3d模型相組合來(lái)檢測(cè)/采集3d位置。pnp問(wèn)題的解可以返回利用最佳擬合從剛性主體的標(biāo)稱3d模型轉(zhuǎn)換為2d測(cè)量的平移和旋轉(zhuǎn)偏移。在這樣的情況下，可以有益的是假設(shè)被掃描的機(jī)器人是剛性主體。

以下示例聚焦于3d掃描儀技術(shù)，但是類似的測(cè)距原理可以利用lidar和其他技術(shù)。根據(jù)圖4，激光器410發(fā)射激光束412從點(diǎn)p2到正在由被定中心在點(diǎn)p1處的成像器進(jìn)行成像的物體400上的點(diǎn)p3。p1與p2之間的δ距離(d)是已知的，并且δ距離(dd)通過(guò)確定由激光束412斑點(diǎn)(p3)產(chǎn)生的輻照度(irradiance)在哪里照到(strike)傳感器420來(lái)進(jìn)行測(cè)量。此外，傳感器420具有已知的視線和位置(p1)，并且激光器410具有已知的方向和位置(p2)。此外，如在圖4中示出的，透鏡430位于遠(yuǎn)離傳感器420的焦距(f)。距離dd表示物體400與傳感器420的視線422之間的距離。還示出了聚焦平面424。利用三角法技術(shù)，物體400與傳感器420之間的距離可以被確定。簡(jiǎn)而言之，當(dāng)光束412返回時(shí)，傳感器420上的2d矩心位置可以被確定，并且光束412行進(jìn)的距離可以基于傳感器420處的該矩心的位置來(lái)計(jì)算。

如在圖5中示出的，三角測(cè)量可以被用來(lái)識(shí)別涉及距離的各種參數(shù)?；谶@些參數(shù)，精確距離可以被確定。角度b可以被定義為(dd/f)的反正切，角度c可以被定義為π/2-b，并且角度d可以被定義為π-a-c。利用正弦定理，應(yīng)理解正弦(d)除以d與dd的和等于正弦(c)除以距離c。因此，通過(guò)重新布置該等式，可以發(fā)現(xiàn)距離c等于d與dd的和乘以正弦(c)并且除以正弦(d)。點(diǎn)p3位于沿著激光束412的方向相距p2的距離c。因此，到物體的距離可以基于上面討論的重新布置的等式來(lái)確定。

鏡子使得掃描能夠在焦平面424后面發(fā)生(例如，只要激光斑點(diǎn)p3保持在傳感器420場(chǎng)深度和視場(chǎng)內(nèi))。在這樣的實(shí)施例中，物體400通過(guò)由鏡像線(mirrorline)610定義的鏡子進(jìn)行觀察。如在圖6中示出的，任何線性鏡像線610都可以通過(guò)關(guān)系y＝m鏡子*x+b鏡子來(lái)定義，而任何線性反射線620都可以通過(guò)垂直線關(guān)系y＝m反射*x+b反射來(lái)定義。在這樣的環(huán)境中，p3表示照亮的位置p5的鏡像線610后面的圖像。因此，關(guān)于位置p3進(jìn)行的計(jì)算是關(guān)于鏡像線610垂直地“折疊”其他位置p5的計(jì)算(在3d環(huán)境中，鏡子的表面可以被定義為平面)。在具有坐標(biāo)(x3，y3)的位置p3處，m反射＝-1/m鏡子，y3＝m反射*x3+b反射，并且b反射＝y(tǒng)3-m反射*x3。在鏡子線與反射線相交的具有坐標(biāo)(x4，y4)的位置p4處，m鏡子*x4+b鏡子＝m反射*x4+b反射，x4*(m鏡子–m反射)＝b反射-b鏡子，并且x4＝(b反射-b鏡子)/(m鏡子–m反射)，并且y4＝m鏡子*x4+b鏡子。在具有坐標(biāo)(x5，y5)的位置p5處，x5＝2*(x4-x3)，并且y5＝(y4-y3)。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，另一鏡子可以被放置在p4與p5之間，以提供傳感器420的后側(cè)的可見(jiàn)性。當(dāng)一起被考慮時(shí)，這些等式提供用于測(cè)量從末端執(zhí)行器到機(jī)器人上的其他點(diǎn)的實(shí)際距離的框架。

圖7是一個(gè)示例性實(shí)施例中的制造單元700的方框圖。如在圖7中示出的，單元700包括機(jī)器人750。機(jī)器人線纜包740覆蓋機(jī)器人750以為末端執(zhí)行器832提供液壓和電力。機(jī)器人750被附接到底座710，并且包括控制器752?？刂破?52引導(dǎo)致動(dòng)器714、714和716的操作，以便重新定位剛性主體720和730。這還重新定位末端執(zhí)行器732(例如，以便在零件770上執(zhí)行工作)和成像系統(tǒng)734(例如，以便掃描機(jī)器人150)。致動(dòng)器714、716與剛性主體720和730(包括成像系統(tǒng)734和末端執(zhí)行器732)的組合形成運(yùn)動(dòng)鏈754?？刂破?52還包括存儲(chǔ)器754。當(dāng)控制器752基于來(lái)自成像系統(tǒng)734的輸入檢測(cè)3d位置時(shí)，它將這些位置存儲(chǔ)在點(diǎn)云756中，體積758可以基于此而被計(jì)算并且被存儲(chǔ)。體積758可以包括所有機(jī)器人150、線纜包140、末端執(zhí)行器132、和/或成像系統(tǒng)134。此外，機(jī)器人150的這些特征中的每一個(gè)的具體體積可以被識(shí)別/被確定為體積758的一部分。利用機(jī)器人750來(lái)掃描它本身提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的益處，因?yàn)楫?dāng)在不同姿態(tài)中時(shí)由機(jī)器人150占據(jù)的體積能夠被精確地測(cè)量，并且與末端執(zhí)行器732的位置相關(guān)聯(lián)。以此方式，末端執(zhí)行器732可以被重新定位而不引起未預(yù)期的碰撞。

更具地參照附圖，本公開(kāi)的實(shí)施例可以在如在圖8中示出的飛行器制造與保養(yǎng)方法800和如在圖9中示出的飛行器802的背景下進(jìn)行描述。在預(yù)制造期間，示例性方法800可以包括飛行器802的規(guī)格與設(shè)計(jì)804以及材料采購(gòu)806。在生產(chǎn)期間，進(jìn)行飛行器802的部件和子組件制造808以及系統(tǒng)集成810。其后，飛行器802可以通過(guò)認(rèn)證與交付812，以便使其服役814。在由客戶使用時(shí)，飛行器802被安排進(jìn)行日常的維護(hù)與保養(yǎng)816(其還可以包括更改、重新配置、翻新等)。

可以由系統(tǒng)集成商、第三方和/或操作者(例如，客戶)執(zhí)行或?qū)嵤┓椒?00的每個(gè)過(guò)程。為了該描述的目的，系統(tǒng)集成商可以包括但不限于任意數(shù)量的飛行器制造商和主系統(tǒng)轉(zhuǎn)包商；第三方可以包括但不限于任意數(shù)量的售賣者、轉(zhuǎn)包商和供應(yīng)商；而操作者可以是航空公司、租賃公司、軍事實(shí)體、服務(wù)機(jī)構(gòu)等。

如在圖9中示出的，由示例性方法800生產(chǎn)的飛行器802可以包括機(jī)身818以及多個(gè)系統(tǒng)820和內(nèi)部822。高水平系統(tǒng)820的示例包括推進(jìn)系統(tǒng)824、電氣系統(tǒng)826、液壓系統(tǒng)828和環(huán)境系統(tǒng)830中的一個(gè)或更多個(gè)。任意數(shù)量的其它系統(tǒng)可以被包括。盡管示出了航空示例，但是本發(fā)明的原理可以被應(yīng)用于其它行業(yè)，諸如船舶以及汽車工業(yè)。

在本文中體現(xiàn)的設(shè)備和方法可以在生產(chǎn)與保養(yǎng)方法800的任意一個(gè)或更多個(gè)階段期間使用。例如，對(duì)應(yīng)于生產(chǎn)階段808的部件或子組件可以被類似于飛行器802服役時(shí)生產(chǎn)的部件或子組件的方式制作或制造。而且，例如通過(guò)充分加快飛行器802的裝配或降低飛行器802的成本，可以在生產(chǎn)階段808和810期間利用一個(gè)或更多個(gè)設(shè)備實(shí)施例、方法實(shí)施例或其組合。類似地，在飛行器802服役時(shí)，設(shè)備實(shí)施例、方法實(shí)施例或其組合中一個(gè)或更多個(gè)可以例如但不限于被用于維護(hù)與保養(yǎng)816。例如，在本文中描述的技術(shù)和系統(tǒng)可以被用于步驟806、808、810、814、和/或816，和/或可以被用于機(jī)身818、內(nèi)部822、和/或系統(tǒng)820(例如，推進(jìn)824、電氣826、液壓828、和/或環(huán)境830)。

在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)器人150在部件和子組件制造908期間制造包含機(jī)身118的一部分的零件170。零件170然后可以在系統(tǒng)集成810中被組裝到飛行器內(nèi)，然后在服役814中被使用直至磨損致使零件170不能用。然后，在維護(hù)與保養(yǎng)816中，機(jī)器人150翻新零件170或制造新零件170。

在圖中示出或在本文中描述的各種控制元件中的任一個(gè)都可以被實(shí)施為硬件、軟件、固件、或這些的一些組合。例如，元件可以被實(shí)施為專用硬件。專用硬件元件可以指如“處理器”、“控制器”、或一些類似的術(shù)語(yǔ)。當(dāng)通過(guò)處理器來(lái)提供時(shí)，功能可以通過(guò)單個(gè)專用處理器、通過(guò)單個(gè)共用處理器、或通過(guò)其中一些可以被共用的多個(gè)個(gè)體處理器來(lái)提供。此外，術(shù)語(yǔ)“處理器”或“控制器”的明確使用不應(yīng)當(dāng)被理解為指的是排除能夠執(zhí)行軟件的硬件，而是可以隱含地包括但不限于數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)硬件、網(wǎng)絡(luò)處理器、專用集成電路(asic)或其他電路、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)、用于存儲(chǔ)軟件的只讀存儲(chǔ)器(rom)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、非臨時(shí)性貯存器、邏輯、或一些其他物理硬件部件或模塊。

而且，控制元件可以被實(shí)施為可由處理器或計(jì)算機(jī)執(zhí)行以執(zhí)行元件的功能的指令。指令的一些示例是軟件、程序代碼和固件。當(dāng)被處理器執(zhí)行時(shí)，指令可操作以引導(dǎo)處理器執(zhí)行元件的功能。指令可以被存儲(chǔ)在可由處理器讀取的存儲(chǔ)裝置上。存儲(chǔ)裝置的一些示例是數(shù)字或固態(tài)存儲(chǔ)器、諸如磁盤和磁帶的磁性存儲(chǔ)介質(zhì)、硬盤驅(qū)動(dòng)器、或光可讀數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。

因此，總而言之，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了：

實(shí)施例a1.一種設(shè)備，其包含：

機(jī)器人(150)，其包含：

末端執(zhí)行器(132)，其在制造單元(100)內(nèi)操作；

致動(dòng)器(114、116)，其定義在所述制造單元重新取向所述末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)鏈(156)；

成像系統(tǒng)(134)，其具有所述末端執(zhí)行器；以及

控制器(152)，其識(shí)別鏡子(200)的位置和取向，引導(dǎo)所述致動(dòng)器朝向所述鏡子取向所述成像系統(tǒng)，通過(guò)操作所述成像系統(tǒng)掃描所述鏡子中的圖像而采集3d位置的點(diǎn)云(756)，通過(guò)關(guān)于由所述鏡子定義的表面(201)折疊所述3d位置而修正所述點(diǎn)云中的所述3d位置，基于經(jīng)修正的3d位置確定由所述機(jī)器人在所述制造單元內(nèi)占據(jù)的體積(758)，并且基于所述體積引導(dǎo)所述機(jī)器人操作以防止在所述制造單元內(nèi)的碰撞。

實(shí)施例a2.還提供了，根據(jù)實(shí)施例a1所述的設(shè)備，其中：

所述控制器識(shí)別所述機(jī)器人的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)模型與所述體積之間的差異，并且傳遞指示所述差異的報(bào)告。

實(shí)施例a3.還提供了，根據(jù)實(shí)施例a1所述的設(shè)備，其中：

所述控制器基于經(jīng)修正的位置確定由覆蓋所述機(jī)器人的線纜包(140)在所述制造單元內(nèi)占據(jù)的體積。

實(shí)施例a4.還提供了，根據(jù)實(shí)施例a3所述的設(shè)備，其中：

所述控制器基于由所述線纜包占據(jù)的所述體積引導(dǎo)所述機(jī)器人操作以防止在所述制造單元內(nèi)的碰撞。

實(shí)施例a5.還提供了，根據(jù)實(shí)施例a1所述的設(shè)備，其中：

所述控制器操作所述成像系統(tǒng)以檢測(cè)在所述鏡子附近的目標(biāo)，并且基于所述目標(biāo)相對(duì)于所述鏡子的已知位置確定所述鏡子相對(duì)于所述成像系統(tǒng)的位置和取向。

實(shí)施例a6.還提供了，根據(jù)實(shí)施例a1所述的設(shè)備，其中：

所述控制器基于經(jīng)修正的位置確定由所述末端執(zhí)行器占據(jù)的體積。

實(shí)施例a7.還提供了，根據(jù)實(shí)施例a1所述的設(shè)備，其中：

所述末端執(zhí)行器更改所述制造單元內(nèi)的零件(170)。

根據(jù)本發(fā)明的另外的方面，提供了：

實(shí)施例b1.一種方法(300)，其包含：

操作被附接到機(jī)器人的末端執(zhí)行器的成像系統(tǒng)以識(shí)別鏡子在制造單元內(nèi)的位置和取向(302)；

引導(dǎo)所述機(jī)器人的致動(dòng)器朝向所述鏡子取向所述成像系統(tǒng)(304)；

通過(guò)操作所述成像系統(tǒng)掃描所述鏡子中的圖像而采集3d位置的點(diǎn)云(306)；

通過(guò)關(guān)于由所述鏡子定義的表面折疊所述3d位置而修正所述點(diǎn)云中的所述3d位置(308)；

基于經(jīng)修正的3d位置確定由所述機(jī)器人在所述制造單元內(nèi)占據(jù)的體積(310)；以及

基于所述體積引導(dǎo)所述機(jī)器人操作以防止在所述制造單元內(nèi)的碰撞(312)。

實(shí)施例b2.還提供了，根據(jù)實(shí)施例b1所述的方法，其進(jìn)一步包含：

識(shí)別所述機(jī)器人的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)模型與所述體積之間的差異；

傳遞指示所述差異的報(bào)告。

實(shí)施例b3.還提供了，根據(jù)實(shí)施例b1所述的方法，其進(jìn)一步包含：

基于經(jīng)修正的位置確定由覆蓋所述機(jī)器人的線纜包在所述制造單元內(nèi)占據(jù)的體積(758)。

實(shí)施例b4.還提供了，根據(jù)實(shí)施例b3所述的方法，其進(jìn)一步包含：

基于由所述線纜包占據(jù)的所述體積引導(dǎo)所述機(jī)器人操作以防止在所述制造單元內(nèi)的碰撞。

實(shí)施例b5.還提供了，根據(jù)實(shí)施例b1所述的方法，其進(jìn)一步包含：

操作所述成像系統(tǒng)以檢測(cè)在所述鏡子附近的目標(biāo)(210)；以及

基于所述目標(biāo)相對(duì)于所述鏡子的已知位置確定所述鏡子相對(duì)于所述成像系統(tǒng)的位置和取向。

實(shí)施例b6.還提供了，根據(jù)實(shí)施例b1所述的方法，其進(jìn)一步包含：

基于經(jīng)修正的位置確定由所述末端執(zhí)行器占據(jù)的體積(758)。

實(shí)施例b7.還提供了，根據(jù)實(shí)施例b1所述的方法，其進(jìn)一步包含：

操作所述末端執(zhí)行器以更改所述制造單元內(nèi)的零件。

根據(jù)本發(fā)明的另外的方面，提供了：

實(shí)施例c1.一種包含編程指令的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)所述編程指令被處理器執(zhí)行時(shí)，所述編程指令可操作用于執(zhí)行包含以下步驟的方法(300)：

操作被附接到機(jī)器人的末端執(zhí)行器的成像系統(tǒng)以識(shí)別鏡子在制造單元內(nèi)的位置和取向(302)；

引導(dǎo)所述機(jī)器人的致動(dòng)器朝向所述鏡子取向所述成像系統(tǒng)(304)；

通過(guò)操作所述成像系統(tǒng)掃描所述鏡子中的圖像而采集3d位置的點(diǎn)云(306)；

通過(guò)關(guān)于由所述鏡子定義的表面折疊所述3d位置而修正所述點(diǎn)云中的所述3d位置(308)；

基于經(jīng)修正的3d位置確定由所述機(jī)器人在所述制造單元內(nèi)占據(jù)的體積(310)；以及

基于所述體積引導(dǎo)所述機(jī)器人操作以防止在所述制造單元內(nèi)的碰撞(312)。

實(shí)施例c2.還提供了，根據(jù)實(shí)施例c1所述的介質(zhì)，其中所述方法進(jìn)一步包含：

識(shí)別所述機(jī)器人的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)模型與所述體積之間的差異；

傳遞指示所述差異的報(bào)告。

實(shí)施例c3.還提供了，根據(jù)實(shí)施例c1所述的介質(zhì)，其中所述方法進(jìn)一步包含：

基于經(jīng)修正的3d位置確定由覆蓋所述機(jī)器人的線纜包在所述制造單元內(nèi)占據(jù)的體積(758)。

實(shí)施例c4.還提供了，根據(jù)實(shí)施例c3所述的介質(zhì)，其中所述方法進(jìn)一步包含：

基于由所述線纜包占據(jù)的所述體積引導(dǎo)所述機(jī)器人操作以防止在所述制造單元內(nèi)的碰撞。

實(shí)施例c5.還提供了，根據(jù)實(shí)施例c1所述的介質(zhì)，其中所述方法進(jìn)一步包含：

操作所述成像系統(tǒng)以檢測(cè)在所述鏡子附近的目標(biāo)(210)；以及

基于所述目標(biāo)相對(duì)于所述鏡子的已知位置確定所述鏡子相對(duì)于所述成像系統(tǒng)的位置和取向。

實(shí)施例c6.還提供了，根據(jù)實(shí)施例c1所述的介質(zhì)，其中所述方法進(jìn)一步包含：

基于經(jīng)修正的3d位置確定由所述末端執(zhí)行器占據(jù)的體積(758)。

盡管在本文中描述了具體實(shí)施例，但是本公開(kāi)的范圍不限于那些具體實(shí)施例。本公開(kāi)的范圍由以下權(quán)利要求和其任何等同物進(jìn)行限定。