用于构件的自动化组装的系统和方法
1.相关申请的交叉引用本技术请求享有2021年2月9日提交的美国专利申请序列号17/171688(未决)的优先权，该申请又请求享有2020年4月7日提交的美国临时专利申请序列号63/006491(待定)的优先权，其公开内容通过引用以其整体并入本文中。
技术领域
2.本发明总体上涉及自动化制造系统，并且更具体地涉及用于构件的自动化组装的系统和方法。
背景技术：
3.自动化在产品的制造和组装中发挥着越来越重要的作用。随着制造系统变得越来越自动化，存在用于制造、处理和组装构件和子构件成为最终产品的机器人操作器的对应增加的使用。可在汽车工业中找到这样的自动化制造系统的一个示例，其中自动化制造线由构件零件组装完整车辆。许多自动化制造系统利用具有以协调方式协作的多轴机器人操作器的组装线以将构件处理和组装成期望的最终产品。典型地，这些多轴机器人操作器包括多个串联布置的连杆(link)，这些连杆由电机移动以执行处理和组装功能。
4.随着这些制造系统已变得更加自动化，组装构件之间的公差变得越来越小。尽管常规的六自由度操作器为这些高度自动化制造系统提供了所需的灵活性，但具有串联布置的连杆的机器人操作器的构造会导致组装构件中的公差更宽松(loose)，或要求频繁校准机器人操作器以确保可达到并且保持紧公差。因此，存在对于便于将构件快速、有效和可重复地组装成最终产品、并且克服当前自动化制造系统的这些和其它缺点的改进的自动化系统的需要。
技术实现要素：
5.本发明提供了一种用于在组装线上将构件自动化组装到工件的系统和相关方法。尽管将结合某些实施例描述本发明，但将理解本发明不限于这些实施例。相反，本发明包括可包括在本公开的精神和范围内的所有备选方案、改型和等同方案。
6.一方面，一种用于在组装线上自动地操纵待组装到产品上的构件的示例性系统包括支承在框架上的滑架，框架将系统定位在组装线附近。滑架可移动到与组装线间隔开一定距离的第一缩回位置和从缩回位置沿朝向组装线的方向移位的第二工作位置并且可在第一缩回位置与第二工作位置之间移动。滑架支承多轴铰接式操作器，该操作器继而又支承构件安装工具，该构件安装工具构造成接收和支承用于组装到产品的至少一个构件。当滑架处于第一位置中时，操作器可布置在第一定向中，并且当滑架处于第二位置中时，操作器可枢转到第二定向，使得当滑架处于第一位置中时，构件安装工具上的构件以用于处理的姿势受支承，并且当滑架处于第二位置中时，构件以用于连结到产品的姿势受支承。
7.另一方面，一种在组装线上操纵待组装到产品上的构件的方法包括在与组装线间
隔开的第一缩回位置处将构件接收在构件安装工具上，并且将构件安装工具沿朝向组装线的方向移动到第二工作位置。在第一位置中，构件安装工具处于适于便于接收或处理构件的第一姿势中。在第二位置中，构件安装工具处于适于便于将构件连结到产品的第二姿势中。
8.以下示例性实施例确定了用于根据本公开的原理组装构件的自动化系统和相关方法的各个方面。
9.示例性实施例1。一种用于在组装线上自动地操纵待组装到产品上的构件的系统，该系统包括：可位于组装线附近的框架；支承在框架上的滑架，滑架用于移动到与组装线间隔开一定距离的第一缩回位置和从缩回位置沿朝向组装线的方向移位的第二工作位置以及在第一缩回位置与第二工作位置之间移动；支承在滑架上的多轴铰接式操作器，操作器包括与滑架联接的基座、以及能够以至少三个自由度相对于基座可控地移动的工具安装板；当滑架处于第一位置中时，操作器基座布置在第一定向中，并且当滑架处于第二位置中时，操作器基座枢转到第二定向；以及与操作器的工具安装板联接的构件安装工具，该构件安装工具构造成接收和支承用于组装到产品的至少一个构件；其中当滑架处于第一位置中时，构件安装工具上的构件以用于装载和/或处理的姿势受支承，并且当滑架处于第二位置中时，构件以用于连结到产品的姿势受支承。
10.示例性实施例2。示例性实施例1的系统，其中，构件安装工具能够可变地构造成支承具有不同几何形状的不同构件。
11.示例性实施例3。示例性实施例1-2中任一项的系统，其中，构件安装工具包括：可与操作器的工具安装板联接的工具框架；支承在工具框架上的至少一个轴组件；每个轴组件包括：至少一个耳轴，支承在至少一个耳轴上的轴，安装在轴上并且可致动以可支承地接合构件的至少一个抓持部件。
12.示例性实施例4。示例性实施例3的系统，其中，至少一个轴组件包括支承在工具框架上的第一轴组件和第二轴组件。
13.示例性实施例5。示例性实施例3-4中任一项的系统，其中：每个轴组件包括定位在围绕轴的不同周向位置处的多个抓持部件；其中定位在围绕轴的不同周向位置处的抓持部件构造成接合具有不同几何形状的构件；并且每个轴可围绕轴的纵向轴线相对于工具框架旋转，由此选定的抓持部件通过相应轴的旋转而定位以与构件接合。
14.示例性实施例6。示例性实施例3-5中任一项的系统，其中，至少一个抓持部件包括多个抓持部件，抓持部件构造为空气操纵器，空气操纵器适于在真空压力供应到空气操纵
器时密封地接合构件。
15.示例性实施例7。示例性实施例6的系统，其中：每个轴组件包括定位在围绕轴的不同周向位置处的多个空气操纵器；其中在围绕轴的不同周向位置处的空气操纵器构造成接合具有不同几何形状的构件；并且每个轴可围绕轴的纵向轴线相对于工具框架旋转，由此选定的空气操纵器通过相应轴的旋转而定位以与构件接合。
16.示例性实施例8。示例性实施例5或7中的一项的系统，进一步包括：在工具框架上并且可操作成锁定轴以防止相对于工具框架旋转的锁定组件。
17.示例性实施例9。示例性实施例6-8中任一项的系统，进一步包括：至少一个通路，其通过轴并且构造成在真空压力源与至少一个空气操纵器之间提供选择性连通，由此当空气操纵器定位以与构件接合时，真空压力提供到空气操纵器。
18.示例性实施例10。示例性实施例1-9中任一项的系统，其中，操作器包括：联接在操作器基座与工具安装板之间的至少三个连杆机构；每个连杆机构具有与工具安装板枢转地联接的第一端；每个连杆机构具有第二端，第二端与第一端相对，并且与操作器基座联接，以用于在平行于基座的平面中沿至少一条平移轴线可控移动。
19.示例性实施例11。示例性实施例10的系统，其中，至少三个连杆机构具有固定的纵向长度。
20.示例性实施例12。示例性实施例10的系统，进一步包括：设置在每个相应连杆机构的第二端与基座之间的至少一个致动器。
21.示例性实施例13。示例性实施例12的系统，其中，至少一个致动器包括设置在每个相应连杆机构的第二端与基座之间的第一致动器和第二致动器。
22.示例性实施例14。示例性实施例13的系统，其中，与每个连杆机构相关联的第一致动器是排列成控制相应的第二端沿第一方向的移动的线性致动器，并且第二致动器是排列成控制相应的第二端沿与第一方向正交的第二方向的移动的线性致动器。
23.示例性实施例15。一种在组装线上操纵待组装到产品的构件的方法，该方法包括：在与组装线间隔开的第一缩回位置处将构件接收在构件安装工具上，其中构件安装工具处于适于便于接收或处理构件的第一姿势中；将构件安装工具上的构件沿朝向组装线的方向移动到第二工作位置，在第二工作位置，构件安装工具处于适于便于将构件连结到产品的第二姿势中。
24.示例性实施例16。示例性实施例15的方法，其中：构件安装工具支承在具有操作器基座的多轴操作器上；并且将构件安装工具上的构件移动到第二工作位置包括将操作器基座从在第一位置处的第一姿势移动到在第二位置处的具有不同定向的第二姿势。
25.示例性实施例17。示例性实施例15-16中任一项的方法，其中：构件安装工具包括至少一个空气操纵器，该空气操纵器构造成使用真空压力密封地接合构件；并且该方法进一步包括选择性地提供真空压力到至少一个空气操纵器。
26.示例性实施例18。示例性实施例17的方法，其中：至少一个空气操纵器包括多个空气操纵器，空气操纵器构造成密封地接合具有不同几何形状的构件；并且该方法进一步包括将多个空气操纵器中的至少一个选择性地转位到用于密封地接合构件的位置和定向。
27.示例性实施例19。示例性实施例18的方法，进一步包括：与转位协作来选择性地提供真空压力到至少一个空气操纵器。
28.示例性实施例20。示例性实施例15-19中任一项的方法，进一步包括以下至少一项：在构件在第一位置处支承在构件安装工具上时，将子构件添加到构件；或在构件在第一位置处支承在构件安装工具上时，在构件上执行制造过程。
29.本发明的以上和其它目标和优点将从附图及其描述中变得显而易见。
附图说明
30.并入本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图图示了本发明的示例性实施例，并且与以上给出的本发明的总体描述以及下文给出的详细描述一起用来解释本发明的原理。
31.图1是根据本公开的原理的包括用于操纵构件的系统的示例性制造工厂的示意性平面视图。
32.图2是根据本公开的原理的用于操纵构件的示例性系统的透视图。
33.图3a是图2的系统的局部立面视图，图示了支承在第一缩回位置中的滑架。
34.图3b是类似于图3a并且图示了处于第二位置中的滑架的局部立面视图。
35.图4是根据本公开的原理的图2的系统中的示例性多轴铰接式操作器的细节透视图。
36.图5是根据本公开的原理的图2的系统中的示例性构件安装工具的细节透视图。
37.图6是沿线6-6截取的图5的构件安装工具的横截面视图。
具体实施方式
38.图1描绘描绘了根据本公开的原理的示例性制造工厂10，其包括示例性系统12，该系统用于自动地操纵(handle)待组装到沿制造组装线16移动的工件14上的构件。在所示出的实施例中，制造工厂10包括定位在制造组装线16附近并且设置在组装线16的任一侧上的多个独立的制造单元18a、18b、18c、18d。组装线16可包括用于工件14沿组装线16(诸如沿箭头20的方向)自动化移动的传送结构(未示出)，由此工件14可定位在多个制造单元18a-18d附近，并且诸如机器人操作器的自动化系统作为制造过程的一部分可将构件组装到工件14上或处理工件14。在所示出的实施例中，工件14描绘为机动车辆，并且制造工厂10的单元18a-18d构造成将构件组装到车身上或执行可能期望的各种处理步骤。尽管示例性实施例在本文中示出和描述为具有适于组装和处理车辆的单元18a-18d的制造工厂10，但是将认识到，制造工厂10和单元18a-18d可备选地构造成生产各种其它产品。
39.继续参考图1，示例性制造单元18a可包括根据本公开的原理的示例性构件操纵系
统12。构件操纵系统12可在多个机器人操作器附近布置在单元18a中。例如，第一机器人操作器22a可构造成从供应源(未示出)拾取一个或多个构件，并且将构件定位在构件操纵系统12上或构件操纵系统内。第一机器人操作器22a可位于制造单元18a内，或备选地，可放置在制造单元18a附近，并且可构造成与构件操纵系统12协作在制造单元18a内延伸。附加的机器人操作器22b、22c可定位在单元18a内，并且可构造成与构件操纵系统12协作，以便于由构件操纵系统12定位以用于组装到工件14上的构件的组装和/或处理。尽管示例性制造单元18a在本文中已示出和描述为包括与构件操纵系统12协作的若干机器人操作器22a、22b、22c，但是将认识到，可备选地使用制造单元的各种其它构造。
40.继续参考图1，并且进一步参考图2、3a和3b，更详细地描绘了根据本公开的原理的示例性构件操纵系统12。在所示出的实施例中，构件操纵系统12可支承在框架30上，以用于定位在制造单元18a内和制造线16附近。示例性构件操纵系统12包括由滑架34支承在框架30上的多轴铰接式操作器32。滑架34支承在框架30上，以用于移动到与组装线间隔开一定距离的第一缩回位置(如图3a中所描绘的)和从缩回位置沿朝向组装线16的方向移位的第二工作位置(如图3b中所描绘的)以及在第一缩回位置与第二工作位置之间移动。在所示出的实施例中，滑架34由具有可延伸杆28的致动器26选择性地在第一位置与第二位置之间移动。然而，将认识到，可使用合适于在第一位置与第二位置之间移动滑架34的各种其它机构。
41.示例性构件操纵系统12进一步包括构件安装工具36，该构件安装工具与多轴操作器32联接，并且构造成接收和支承至少一个用于组装到工件14的构件38。在所示出的实施例中，构件38图示为门，当车身沿组装线16移动并且定位在制造单元18a附近时，该门将安装到车身。尽管构件38在本文中示出和描述为车门，但是将认识到，在其它实施例中，各种其它构件可接收在构件安装工具36上，以用于处理和/或组装到工件上。作为非限制性示例，根据本公开的原理，汽车构件(诸如车身面板、把手或铰链)或甚至非汽车构件可接收和支承在构件安装工具上。
42.如图3a中所示出的，当滑架34处于第一缩回位置中时，安装工具36定向和定位成接收构件38，并且以便于诸如由定位在构件操纵系统12附近的机器人操作器22a进一步处理构件38的姿势支承构件38。作为所示出的实施例的非限制性示例，车门形式的构件38可支承为门的内部侧面向上，以由此便于子构件定位和附接到门上。有利地，滑架34的第一位置便于在工件14在制造组装线16的制造单元18a-18d之间移动的同时装载和处理构件和子构件，由此提供了吞吐效率的提高。当滑架34然后移动到如图3b中所描绘的第二工作位置时，安装工具36随着滑架34平移移动，并且还以曲线方式移动，使得安装工具36以便于将构件38连结到工件14的第二姿势支承构件38。例如，在所示出的实施例中，构件38可以与门将如何附接到车身(工件14)相对应的该门的大体竖直定向受支承。
43.构件操纵系统12还可设有各种传感器，以用于监测和便于构件操纵系统12的操作。在所示出的实施例中，系统12可进一步包括一个或多个光学传感器或相机40，其定位在操作器32、滑架34和/或构件安装工具36上或附近的各种合适位置处。例如，光学传感器40可支承在单独的支承框架42上，或可如可能期望那样与框架30或其它结构联接。作为非限制性示例，其它传感器可包括一个或多个非接触式接近传感器44，其定位在构件操纵系统12上或附近，并且构造成感测构件操纵系统12附近的工件14的存在。其它传感器可用于确
认支承在构件安装工具36上的构件的存在和/或姿势。从传感器40、44获得的信号或数据可提供到控制器或其它合适的计算机并且用于控制和/或监测构件操纵系统12的操作。
44.继续参考图2、3a和3b，并且进一步参考图4，将更详细地描述示例性多轴铰接式操作器32。在所示出的实施例中，操作器32包括将操作器32联接到滑架34的基座组件50，以随着滑架34在框架30上的第一位置与第二位置之间移动。多个连杆机构52与基座组件50的基板54联接，并且构造成在其相对端上支承工具安装板56，以用于与构件安装工具36联接。在所示出的实施例中，操作器32包括在其第一端58处联接到基板54的三个固定长度的连杆机构52，并且连杆机构52的第二端60与工具安装板56联接。连杆机构58的第一端58由相应的枢轴接头62和至少一个致动器联接到基板54，致动器构造成以可控方式移动连杆机构52的第二端60。通过连杆机构52的第二端60的协调移动，可精确地控制工具安装板56的姿势(位置和定向)。在所示出的实施例中，每个连杆机构52的第一端58由成对的线性致动器66a、66b联接到基板54，线性致动器排列成控制连杆机构52的第一端58沿彼此正交布置的相应第一方向68和第二方向70的移动。连杆机构52的第二端60由相应的回转接头72联接到工具安装板56，使得工具安装板56的姿势可由与相应连杆机构52联接的线性致动器66a、66b的选择性定位来控制。在使用中，多轴操作器32便于当滑架34处于第二位置中时精确定位由构件安装工具36支承的构件38，该构件安装工具与工具安装板56联接。
45.当滑架34处于如图3a中所示出的第一位置中时，多轴操作器32的基板54定向成使得与工具安装板56联接的构件安装工具36处于用于接收和支承构件38的以上描述的姿势中。如图2和3b中所示出的，当滑架从第一位置移动到第二位置时，基板54枢转到如下的定向：使得与工具安装板56联接的构件安装工具36移动到用于将构件38连结到工件14的以上描述的姿势。
46.尽管多轴操作器32在本文中已示出和描述为包括三个固定长度的连杆机构52以及将连杆机构52联接到操作器基板54的线性致动器66a、66b，但是将认识到，各种其它的连杆机构和致动器的布置(包括可变长度的连杆机构)可备选地用于便于将工具安装板56定位在用于将构件38安装到工件14的期望姿势。
47.继续参考图2、3a和3b，并且进一步参考图5和6，将描述根据本公开的原理的示例性构件安装工具36。在所示出的实施例中，构件安装工具36包括构造成与多轴操作器32的工具安装板56联接的工具框架80。一个或多个轴组件82a、82b支承在工具框架80上，并且继而又支承抓持部件84，抓持部件构造成接合和支承待安装到工件14的构件38。在所示出的实施例中，安装工具36包括支承在工具框架80上的第一轴组件82a和第二轴组件82b。每个轴组件82a、82b包括轴86a、86b，轴由相应的耳轴安装件88支承来相对于工具框架80旋转。每个轴86a、86b可进一步包括定位在围绕轴86的间隔开的周向位置处的多个抓持部件84。有利地，每个抓持部件84可构造成接合具有不同几何形状的构件，由此可通过使轴86围绕其各自的纵向轴线90a、90b相对于框架80旋转而选择性地定位抓持部件84中的某些来与待组装到工件14的构件38接合。
48.如图6中最佳所见，构件安装工具36可进一步包括锁定组件92，其与轴组件82a、82b中的一个或多个协作以将轴86a、86b锁定在期望的旋转位置处，使得选定的抓持部件84可定位以与构件38接合。在所示出的实施例中，锁定组件92包括具有可延伸杆96的致动器94，可延伸杆接合相关联的轴组件82a、82b来由此将相应的轴86a、86b锁定在期望的旋转位
置中。为此目的，每个轴组件82a、82b进一步包括配准块98，配准块支承在轴86a、86b上，并且具有构造成与锁定组件致动器94的杆96协作的配准特征。在所示出的实施例中，杆96的远端100具有楔形尖端，并且配准块上的配准特征包括设置在围绕轴86a、86b的选定角位置处的对应形状的凹口102。在使用中，当期望的抓持部件84处于用以与构件38接合的位置中时，锁定组件致动器94的杆96可延伸以接合设在配准块98上的对应凹口102，由此防止轴86a、86b进一步旋转。
49.尽管构件安装工具36在本文中已示出和描述为包括两个轴组件82a、82b，每个轴组件具有设置在间隔开的周向位置处的多个抓持部件84，但是将认识到，根据本公开的构件安装工具可备选地仅包括单个轴组件，或可包括超过两个的轴组件。此外，当仅单一类型的构件将由构件安装工具36操纵时、或当构件具有足够均一的几何形状时，构件安装工具36可能不要求围绕轴组件82a、82b沿周向设置的多个不同的抓持部件84。
50.在所示出的实施例中，构件安装工具36的抓持部件84构造为空气操纵器，该空气操纵器适于在真空压力供应到空气操纵器时密封地接合构件。如图6中最佳示出的，每个空气操纵器包括壳体110，壳体由支架组件112支承在相应的轴86a、86b上。空气操纵器设有使得一个或多个密封部件116构造成密封地接合构件38的抽吸面114，并且形成在壳体110中的真空开孔118与抽吸面114连通以提供足以接合和支承构件38的真空压力。各个空气操纵器的真空开孔118可与真空压力源(未示出)联接，该真空压力源可控制成选择性地抓持和释放构件38。
51.在所示出的实施例中，每个轴86a、86b包括至少一个空气通路120a、120b、120c、120d，空气通路通过轴86a、86b并且构造成在真空压力源与空气操纵器的相应真空开孔118之间提供选择性连通，例如，诸如经由相应的软管(未示出)。在一个实施例中设置通过轴组件82a、82b的轴86a、86b的空气通路120a、120b、120c、120d中的一个或多个可构造成在相应的轴86a、86b旋转到使得空气操纵器定位成接合构件38的位置时在真空压力源与选定的空气操纵器之间提供选择性连通，而通过轴86a、86b的其它空气通路120a、120b、120c、120d不与真空压力源连通，由此没有真空压力提供到未用于接合构件38的空气操纵器。在所示出的实施例中，构件安装工具36进一步包括与每个轴组件82a、82b相关联的滑环，以通过轴86a、86b对空气通路120a、120b、120c、120d提供电和/或真空压力。可使用的示例性滑环是可从中国广东内的森瑞普电子有限公司获得的零件号为3004012的气动旋转单元(pneumatic rotary union)。
52.尽管已经通过各种实施例的描述而说明了本发明，并且尽管已经相当详细地描述了这些实施例，但是并不意在将所附权利要求的范围局限到或以任何方式限制到这样的细节。本文中示出和描述的各种特征可单独使用或以任何组合使用。对于本领域中的技术人员来说，附加的优点和改型将是容易显现的。因此，本发明在其更广泛的方面不限于示出和描述的特定细节、代表性设备和方法以及示范性示例。因此，在不背离总体发明概念的精神和范围的情况下，可偏离这样的细节。
1.相关申请的交叉引用本技术请求享有2021年2月9日提交的美国专利申请序列号17/171688(未决)的优先权，该申请又请求享有2020年4月7日提交的美国临时专利申请序列号63/006491(待定)的优先权，其公开内容通过引用以其整体并入本文中。
技术领域
2.本发明总体上涉及自动化制造系统，并且更具体地涉及用于构件的自动化组装的系统和方法。
背景技术：
3.自动化在产品的制造和组装中发挥着越来越重要的作用。随着制造系统变得越来越自动化，存在用于制造、处理和组装构件和子构件成为最终产品的机器人操作器的对应增加的使用。可在汽车工业中找到这样的自动化制造系统的一个示例，其中自动化制造线由构件零件组装完整车辆。许多自动化制造系统利用具有以协调方式协作的多轴机器人操作器的组装线以将构件处理和组装成期望的最终产品。典型地，这些多轴机器人操作器包括多个串联布置的连杆(link)，这些连杆由电机移动以执行处理和组装功能。
4.随着这些制造系统已变得更加自动化，组装构件之间的公差变得越来越小。尽管常规的六自由度操作器为这些高度自动化制造系统提供了所需的灵活性，但具有串联布置的连杆的机器人操作器的构造会导致组装构件中的公差更宽松(loose)，或要求频繁校准机器人操作器以确保可达到并且保持紧公差。因此，存在对于便于将构件快速、有效和可重复地组装成最终产品、并且克服当前自动化制造系统的这些和其它缺点的改进的自动化系统的需要。
技术实现要素：
5.本发明提供了一种用于在组装线上将构件自动化组装到工件的系统和相关方法。尽管将结合某些实施例描述本发明，但将理解本发明不限于这些实施例。相反，本发明包括可包括在本公开的精神和范围内的所有备选方案、改型和等同方案。
6.一方面，一种用于在组装线上自动地操纵待组装到产品上的构件的示例性系统包括支承在框架上的滑架，框架将系统定位在组装线附近。滑架可移动到与组装线间隔开一定距离的第一缩回位置和从缩回位置沿朝向组装线的方向移位的第二工作位置并且可在第一缩回位置与第二工作位置之间移动。滑架支承多轴铰接式操作器，该操作器继而又支承构件安装工具，该构件安装工具构造成接收和支承用于组装到产品的至少一个构件。当滑架处于第一位置中时，操作器可布置在第一定向中，并且当滑架处于第二位置中时，操作器可枢转到第二定向，使得当滑架处于第一位置中时，构件安装工具上的构件以用于处理的姿势受支承，并且当滑架处于第二位置中时，构件以用于连结到产品的姿势受支承。
7.另一方面，一种在组装线上操纵待组装到产品上的构件的方法包括在与组装线间
隔开的第一缩回位置处将构件接收在构件安装工具上，并且将构件安装工具沿朝向组装线的方向移动到第二工作位置。在第一位置中，构件安装工具处于适于便于接收或处理构件的第一姿势中。在第二位置中，构件安装工具处于适于便于将构件连结到产品的第二姿势中。
8.以下示例性实施例确定了用于根据本公开的原理组装构件的自动化系统和相关方法的各个方面。
9.示例性实施例1。一种用于在组装线上自动地操纵待组装到产品上的构件的系统，该系统包括：可位于组装线附近的框架；支承在框架上的滑架，滑架用于移动到与组装线间隔开一定距离的第一缩回位置和从缩回位置沿朝向组装线的方向移位的第二工作位置以及在第一缩回位置与第二工作位置之间移动；支承在滑架上的多轴铰接式操作器，操作器包括与滑架联接的基座、以及能够以至少三个自由度相对于基座可控地移动的工具安装板；当滑架处于第一位置中时，操作器基座布置在第一定向中，并且当滑架处于第二位置中时，操作器基座枢转到第二定向；以及与操作器的工具安装板联接的构件安装工具，该构件安装工具构造成接收和支承用于组装到产品的至少一个构件；其中当滑架处于第一位置中时，构件安装工具上的构件以用于装载和/或处理的姿势受支承，并且当滑架处于第二位置中时，构件以用于连结到产品的姿势受支承。
10.示例性实施例2。示例性实施例1的系统，其中，构件安装工具能够可变地构造成支承具有不同几何形状的不同构件。
11.示例性实施例3。示例性实施例1-2中任一项的系统，其中，构件安装工具包括：可与操作器的工具安装板联接的工具框架；支承在工具框架上的至少一个轴组件；每个轴组件包括：至少一个耳轴，支承在至少一个耳轴上的轴，安装在轴上并且可致动以可支承地接合构件的至少一个抓持部件。
12.示例性实施例4。示例性实施例3的系统，其中，至少一个轴组件包括支承在工具框架上的第一轴组件和第二轴组件。
13.示例性实施例5。示例性实施例3-4中任一项的系统，其中：每个轴组件包括定位在围绕轴的不同周向位置处的多个抓持部件；其中定位在围绕轴的不同周向位置处的抓持部件构造成接合具有不同几何形状的构件；并且每个轴可围绕轴的纵向轴线相对于工具框架旋转，由此选定的抓持部件通过相应轴的旋转而定位以与构件接合。
14.示例性实施例6。示例性实施例3-5中任一项的系统，其中，至少一个抓持部件包括多个抓持部件，抓持部件构造为空气操纵器，空气操纵器适于在真空压力供应到空气操纵
器时密封地接合构件。
15.示例性实施例7。示例性实施例6的系统，其中：每个轴组件包括定位在围绕轴的不同周向位置处的多个空气操纵器；其中在围绕轴的不同周向位置处的空气操纵器构造成接合具有不同几何形状的构件；并且每个轴可围绕轴的纵向轴线相对于工具框架旋转，由此选定的空气操纵器通过相应轴的旋转而定位以与构件接合。
16.示例性实施例8。示例性实施例5或7中的一项的系统，进一步包括：在工具框架上并且可操作成锁定轴以防止相对于工具框架旋转的锁定组件。
17.示例性实施例9。示例性实施例6-8中任一项的系统，进一步包括：至少一个通路，其通过轴并且构造成在真空压力源与至少一个空气操纵器之间提供选择性连通，由此当空气操纵器定位以与构件接合时，真空压力提供到空气操纵器。
18.示例性实施例10。示例性实施例1-9中任一项的系统，其中，操作器包括：联接在操作器基座与工具安装板之间的至少三个连杆机构；每个连杆机构具有与工具安装板枢转地联接的第一端；每个连杆机构具有第二端，第二端与第一端相对，并且与操作器基座联接，以用于在平行于基座的平面中沿至少一条平移轴线可控移动。
19.示例性实施例11。示例性实施例10的系统，其中，至少三个连杆机构具有固定的纵向长度。
20.示例性实施例12。示例性实施例10的系统，进一步包括：设置在每个相应连杆机构的第二端与基座之间的至少一个致动器。
21.示例性实施例13。示例性实施例12的系统，其中，至少一个致动器包括设置在每个相应连杆机构的第二端与基座之间的第一致动器和第二致动器。
22.示例性实施例14。示例性实施例13的系统，其中，与每个连杆机构相关联的第一致动器是排列成控制相应的第二端沿第一方向的移动的线性致动器，并且第二致动器是排列成控制相应的第二端沿与第一方向正交的第二方向的移动的线性致动器。
23.示例性实施例15。一种在组装线上操纵待组装到产品的构件的方法，该方法包括：在与组装线间隔开的第一缩回位置处将构件接收在构件安装工具上，其中构件安装工具处于适于便于接收或处理构件的第一姿势中；将构件安装工具上的构件沿朝向组装线的方向移动到第二工作位置，在第二工作位置，构件安装工具处于适于便于将构件连结到产品的第二姿势中。
24.示例性实施例16。示例性实施例15的方法，其中：构件安装工具支承在具有操作器基座的多轴操作器上；并且将构件安装工具上的构件移动到第二工作位置包括将操作器基座从在第一位置处的第一姿势移动到在第二位置处的具有不同定向的第二姿势。
25.示例性实施例17。示例性实施例15-16中任一项的方法，其中：构件安装工具包括至少一个空气操纵器，该空气操纵器构造成使用真空压力密封地接合构件；并且该方法进一步包括选择性地提供真空压力到至少一个空气操纵器。
26.示例性实施例18。示例性实施例17的方法，其中：至少一个空气操纵器包括多个空气操纵器，空气操纵器构造成密封地接合具有不同几何形状的构件；并且该方法进一步包括将多个空气操纵器中的至少一个选择性地转位到用于密封地接合构件的位置和定向。
27.示例性实施例19。示例性实施例18的方法，进一步包括：与转位协作来选择性地提供真空压力到至少一个空气操纵器。
28.示例性实施例20。示例性实施例15-19中任一项的方法，进一步包括以下至少一项：在构件在第一位置处支承在构件安装工具上时，将子构件添加到构件；或在构件在第一位置处支承在构件安装工具上时，在构件上执行制造过程。
29.本发明的以上和其它目标和优点将从附图及其描述中变得显而易见。
附图说明
30.并入本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图图示了本发明的示例性实施例，并且与以上给出的本发明的总体描述以及下文给出的详细描述一起用来解释本发明的原理。
31.图1是根据本公开的原理的包括用于操纵构件的系统的示例性制造工厂的示意性平面视图。
32.图2是根据本公开的原理的用于操纵构件的示例性系统的透视图。
33.图3a是图2的系统的局部立面视图，图示了支承在第一缩回位置中的滑架。
34.图3b是类似于图3a并且图示了处于第二位置中的滑架的局部立面视图。
35.图4是根据本公开的原理的图2的系统中的示例性多轴铰接式操作器的细节透视图。
36.图5是根据本公开的原理的图2的系统中的示例性构件安装工具的细节透视图。
37.图6是沿线6-6截取的图5的构件安装工具的横截面视图。
具体实施方式
38.图1描绘描绘了根据本公开的原理的示例性制造工厂10，其包括示例性系统12，该系统用于自动地操纵(handle)待组装到沿制造组装线16移动的工件14上的构件。在所示出的实施例中，制造工厂10包括定位在制造组装线16附近并且设置在组装线16的任一侧上的多个独立的制造单元18a、18b、18c、18d。组装线16可包括用于工件14沿组装线16(诸如沿箭头20的方向)自动化移动的传送结构(未示出)，由此工件14可定位在多个制造单元18a-18d附近，并且诸如机器人操作器的自动化系统作为制造过程的一部分可将构件组装到工件14上或处理工件14。在所示出的实施例中，工件14描绘为机动车辆，并且制造工厂10的单元18a-18d构造成将构件组装到车身上或执行可能期望的各种处理步骤。尽管示例性实施例在本文中示出和描述为具有适于组装和处理车辆的单元18a-18d的制造工厂10，但是将认识到，制造工厂10和单元18a-18d可备选地构造成生产各种其它产品。
39.继续参考图1，示例性制造单元18a可包括根据本公开的原理的示例性构件操纵系
统12。构件操纵系统12可在多个机器人操作器附近布置在单元18a中。例如，第一机器人操作器22a可构造成从供应源(未示出)拾取一个或多个构件，并且将构件定位在构件操纵系统12上或构件操纵系统内。第一机器人操作器22a可位于制造单元18a内，或备选地，可放置在制造单元18a附近，并且可构造成与构件操纵系统12协作在制造单元18a内延伸。附加的机器人操作器22b、22c可定位在单元18a内，并且可构造成与构件操纵系统12协作，以便于由构件操纵系统12定位以用于组装到工件14上的构件的组装和/或处理。尽管示例性制造单元18a在本文中已示出和描述为包括与构件操纵系统12协作的若干机器人操作器22a、22b、22c，但是将认识到，可备选地使用制造单元的各种其它构造。
40.继续参考图1，并且进一步参考图2、3a和3b，更详细地描绘了根据本公开的原理的示例性构件操纵系统12。在所示出的实施例中，构件操纵系统12可支承在框架30上，以用于定位在制造单元18a内和制造线16附近。示例性构件操纵系统12包括由滑架34支承在框架30上的多轴铰接式操作器32。滑架34支承在框架30上，以用于移动到与组装线间隔开一定距离的第一缩回位置(如图3a中所描绘的)和从缩回位置沿朝向组装线16的方向移位的第二工作位置(如图3b中所描绘的)以及在第一缩回位置与第二工作位置之间移动。在所示出的实施例中，滑架34由具有可延伸杆28的致动器26选择性地在第一位置与第二位置之间移动。然而，将认识到，可使用合适于在第一位置与第二位置之间移动滑架34的各种其它机构。
41.示例性构件操纵系统12进一步包括构件安装工具36，该构件安装工具与多轴操作器32联接，并且构造成接收和支承至少一个用于组装到工件14的构件38。在所示出的实施例中，构件38图示为门，当车身沿组装线16移动并且定位在制造单元18a附近时，该门将安装到车身。尽管构件38在本文中示出和描述为车门，但是将认识到，在其它实施例中，各种其它构件可接收在构件安装工具36上，以用于处理和/或组装到工件上。作为非限制性示例，根据本公开的原理，汽车构件(诸如车身面板、把手或铰链)或甚至非汽车构件可接收和支承在构件安装工具上。
42.如图3a中所示出的，当滑架34处于第一缩回位置中时，安装工具36定向和定位成接收构件38，并且以便于诸如由定位在构件操纵系统12附近的机器人操作器22a进一步处理构件38的姿势支承构件38。作为所示出的实施例的非限制性示例，车门形式的构件38可支承为门的内部侧面向上，以由此便于子构件定位和附接到门上。有利地，滑架34的第一位置便于在工件14在制造组装线16的制造单元18a-18d之间移动的同时装载和处理构件和子构件，由此提供了吞吐效率的提高。当滑架34然后移动到如图3b中所描绘的第二工作位置时，安装工具36随着滑架34平移移动，并且还以曲线方式移动，使得安装工具36以便于将构件38连结到工件14的第二姿势支承构件38。例如，在所示出的实施例中，构件38可以与门将如何附接到车身(工件14)相对应的该门的大体竖直定向受支承。
43.构件操纵系统12还可设有各种传感器，以用于监测和便于构件操纵系统12的操作。在所示出的实施例中，系统12可进一步包括一个或多个光学传感器或相机40，其定位在操作器32、滑架34和/或构件安装工具36上或附近的各种合适位置处。例如，光学传感器40可支承在单独的支承框架42上，或可如可能期望那样与框架30或其它结构联接。作为非限制性示例，其它传感器可包括一个或多个非接触式接近传感器44，其定位在构件操纵系统12上或附近，并且构造成感测构件操纵系统12附近的工件14的存在。其它传感器可用于确
认支承在构件安装工具36上的构件的存在和/或姿势。从传感器40、44获得的信号或数据可提供到控制器或其它合适的计算机并且用于控制和/或监测构件操纵系统12的操作。
44.继续参考图2、3a和3b，并且进一步参考图4，将更详细地描述示例性多轴铰接式操作器32。在所示出的实施例中，操作器32包括将操作器32联接到滑架34的基座组件50，以随着滑架34在框架30上的第一位置与第二位置之间移动。多个连杆机构52与基座组件50的基板54联接，并且构造成在其相对端上支承工具安装板56，以用于与构件安装工具36联接。在所示出的实施例中，操作器32包括在其第一端58处联接到基板54的三个固定长度的连杆机构52，并且连杆机构52的第二端60与工具安装板56联接。连杆机构58的第一端58由相应的枢轴接头62和至少一个致动器联接到基板54，致动器构造成以可控方式移动连杆机构52的第二端60。通过连杆机构52的第二端60的协调移动，可精确地控制工具安装板56的姿势(位置和定向)。在所示出的实施例中，每个连杆机构52的第一端58由成对的线性致动器66a、66b联接到基板54，线性致动器排列成控制连杆机构52的第一端58沿彼此正交布置的相应第一方向68和第二方向70的移动。连杆机构52的第二端60由相应的回转接头72联接到工具安装板56，使得工具安装板56的姿势可由与相应连杆机构52联接的线性致动器66a、66b的选择性定位来控制。在使用中，多轴操作器32便于当滑架34处于第二位置中时精确定位由构件安装工具36支承的构件38，该构件安装工具与工具安装板56联接。
45.当滑架34处于如图3a中所示出的第一位置中时，多轴操作器32的基板54定向成使得与工具安装板56联接的构件安装工具36处于用于接收和支承构件38的以上描述的姿势中。如图2和3b中所示出的，当滑架从第一位置移动到第二位置时，基板54枢转到如下的定向：使得与工具安装板56联接的构件安装工具36移动到用于将构件38连结到工件14的以上描述的姿势。
46.尽管多轴操作器32在本文中已示出和描述为包括三个固定长度的连杆机构52以及将连杆机构52联接到操作器基板54的线性致动器66a、66b，但是将认识到，各种其它的连杆机构和致动器的布置(包括可变长度的连杆机构)可备选地用于便于将工具安装板56定位在用于将构件38安装到工件14的期望姿势。
47.继续参考图2、3a和3b，并且进一步参考图5和6，将描述根据本公开的原理的示例性构件安装工具36。在所示出的实施例中，构件安装工具36包括构造成与多轴操作器32的工具安装板56联接的工具框架80。一个或多个轴组件82a、82b支承在工具框架80上，并且继而又支承抓持部件84，抓持部件构造成接合和支承待安装到工件14的构件38。在所示出的实施例中，安装工具36包括支承在工具框架80上的第一轴组件82a和第二轴组件82b。每个轴组件82a、82b包括轴86a、86b，轴由相应的耳轴安装件88支承来相对于工具框架80旋转。每个轴86a、86b可进一步包括定位在围绕轴86的间隔开的周向位置处的多个抓持部件84。有利地，每个抓持部件84可构造成接合具有不同几何形状的构件，由此可通过使轴86围绕其各自的纵向轴线90a、90b相对于框架80旋转而选择性地定位抓持部件84中的某些来与待组装到工件14的构件38接合。
48.如图6中最佳所见，构件安装工具36可进一步包括锁定组件92，其与轴组件82a、82b中的一个或多个协作以将轴86a、86b锁定在期望的旋转位置处，使得选定的抓持部件84可定位以与构件38接合。在所示出的实施例中，锁定组件92包括具有可延伸杆96的致动器94，可延伸杆接合相关联的轴组件82a、82b来由此将相应的轴86a、86b锁定在期望的旋转位
置中。为此目的，每个轴组件82a、82b进一步包括配准块98，配准块支承在轴86a、86b上，并且具有构造成与锁定组件致动器94的杆96协作的配准特征。在所示出的实施例中，杆96的远端100具有楔形尖端，并且配准块上的配准特征包括设置在围绕轴86a、86b的选定角位置处的对应形状的凹口102。在使用中，当期望的抓持部件84处于用以与构件38接合的位置中时，锁定组件致动器94的杆96可延伸以接合设在配准块98上的对应凹口102，由此防止轴86a、86b进一步旋转。
49.尽管构件安装工具36在本文中已示出和描述为包括两个轴组件82a、82b，每个轴组件具有设置在间隔开的周向位置处的多个抓持部件84，但是将认识到，根据本公开的构件安装工具可备选地仅包括单个轴组件，或可包括超过两个的轴组件。此外，当仅单一类型的构件将由构件安装工具36操纵时、或当构件具有足够均一的几何形状时，构件安装工具36可能不要求围绕轴组件82a、82b沿周向设置的多个不同的抓持部件84。
50.在所示出的实施例中，构件安装工具36的抓持部件84构造为空气操纵器，该空气操纵器适于在真空压力供应到空气操纵器时密封地接合构件。如图6中最佳示出的，每个空气操纵器包括壳体110，壳体由支架组件112支承在相应的轴86a、86b上。空气操纵器设有使得一个或多个密封部件116构造成密封地接合构件38的抽吸面114，并且形成在壳体110中的真空开孔118与抽吸面114连通以提供足以接合和支承构件38的真空压力。各个空气操纵器的真空开孔118可与真空压力源(未示出)联接，该真空压力源可控制成选择性地抓持和释放构件38。
51.在所示出的实施例中，每个轴86a、86b包括至少一个空气通路120a、120b、120c、120d，空气通路通过轴86a、86b并且构造成在真空压力源与空气操纵器的相应真空开孔118之间提供选择性连通，例如，诸如经由相应的软管(未示出)。在一个实施例中设置通过轴组件82a、82b的轴86a、86b的空气通路120a、120b、120c、120d中的一个或多个可构造成在相应的轴86a、86b旋转到使得空气操纵器定位成接合构件38的位置时在真空压力源与选定的空气操纵器之间提供选择性连通，而通过轴86a、86b的其它空气通路120a、120b、120c、120d不与真空压力源连通，由此没有真空压力提供到未用于接合构件38的空气操纵器。在所示出的实施例中，构件安装工具36进一步包括与每个轴组件82a、82b相关联的滑环，以通过轴86a、86b对空气通路120a、120b、120c、120d提供电和/或真空压力。可使用的示例性滑环是可从中国广东内的森瑞普电子有限公司获得的零件号为3004012的气动旋转单元(pneumatic rotary union)。
52.尽管已经通过各种实施例的描述而说明了本发明，并且尽管已经相当详细地描述了这些实施例，但是并不意在将所附权利要求的范围局限到或以任何方式限制到这样的细节。本文中示出和描述的各种特征可单独使用或以任何组合使用。对于本领域中的技术人员来说，附加的优点和改型将是容易显现的。因此，本发明在其更广泛的方面不限于示出和描述的特定细节、代表性设备和方法以及示范性示例。因此，在不背离总体发明概念的精神和范围的情况下，可偏离这样的细节。
再多了解一些
本文用于创业者技术爱好者查询，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
