[发明专利]用于末端执行器夹具的力和常态传感

说明书

背景技术

在商用飞机的装配过程中，在限制空间(confined space)的内部和外部同步执行某些操作。考虑将翼梁紧固至翼盒面板的操作。在面板的一侧，翼盒外部的装配系统执行钻孔、打埋头孔(countersinking)和紧固件插入任务。在面板另一侧的翼盒内的人或系统将套管和螺母放置在插入的紧固件上。

在钻孔过程中，装配系统需要对面板施加适当的夹紧力。如果电磁体被用于施加夹紧力，则可以根据供应给电磁体线圈的电流估算夹紧力。然而，估算并不总是正确的。错误的估算会导致夹紧力不足。

如果在钻孔操作过程中夹紧力不足，则钻孔器会偏移。结果，钻出的孔的位置将超差。考虑到需要在商用飞机里精确地钻出的孔的数量，超差的孔成本会相当大。

在钻孔过程中期望准确地测量夹紧力而不是估算夹紧力。

发明内容

根据此处的一个方面，机器人系统包括末端执行器、力传感器和多个常态(normality)传感器，末端执行器包括电磁夹具，力传感器附着于末端执行器，用于测量由夹具对工件表面施加的力。常态传感器置于力传感器周围，从而在力传感器与表面接触前确定夹具是否垂直于表面。

根据此处的另一方面，电磁夹具包括芯子、环绕芯子的绕组、夹具表面上的力传感器和在力传感器周围设置的多个线性位移传感器。线性位移传感器具有比力传感器从夹紧表面更进一步延伸的顶部(tip)，这使得在力传感器不触碰表面的情况下，能够确定夹具相对于工件表面的常态。

根据此处的又一方面，一种方法包括使用夹具对工件执行制造操作，其中夹具包括力传感器，用于测量夹具对工件表面的夹紧力。使用夹具包括将夹具的夹紧表面接近工件表面放置、在夹紧表面触碰工件表面之前确定夹紧表面相对于工件表面的常态、在维持夹紧表面的常态的同时将夹紧表面朝向工件表面移动以及对着/倚着工件表面夹紧夹具。

附图说明

图1示出包括末端执行器的机器人系统。

图2示出控制机器人系统以对着工件表面夹紧末端执行器的方法。

图3示出相对于末端执行器轴线的力传感器和常态传感器。

图4A示出常态传感器。

图4B示出相对于校准平面的两个常态传感器顶部。

图5示出电磁夹具的芯子，其中芯子中嵌有力传感器和常态传感器。

图6示出包括图5的芯子的电磁夹具。

图7示出控制图6的电磁夹具的方法。

图8A-8D示出在校准、定位和夹紧过程中图6的电磁夹具。

图9示出制造操作期间的电磁夹具。

具体实施方式

参考图1，其示出了使用测得的夹紧力对着工件表面(S)夹紧末端执行器110的机器人系统100。末端执行器110包括主体112和电磁夹具114。在一些实施例中，主体112和夹具114可以是集成的。在其他实施例中，主体112和夹具114可以是分开的元件。

在系统100的操作过程中，末端执行器110的夹紧表面(C)将离开工件表面(S)移动。末端执行器110还包括力传感器116，其用于测量由夹具114对工件表面(S)施加的力。例如，力传感器116可以包括应变计、液压传感器或形状记忆传感器(shape memory sensor)。当夹紧表面(C)垂直于工件表面(S)时，读数(Reading)最准确。

末端执行器110还包括安置在力传感器116周围的多个常态传感器118。在一些实施例中，常态传感器118可以是线性位移传感器。在其他实施例中，常态传感器118可以是接近度/距离传感器。常态传感器118能够在力传感器116接触工件表面(S)之前确定夹紧表面(C)是否垂直于工件表面(S)。该布置允许常态传感器118的运动与力传感器116去耦合，以便可以相对于工件表面(S)标准化夹紧力。当力传感器116垂直于工件表面时，力测量值更准确。将运动去耦合进一步提高了准确性。例如，正在确定常态性的同时力传感器116与工件表面接触。末端执行器110将要求更复杂的设计，包括力传感器和末端执行器之间的球面轴承，以便力传感器正在触碰工件表面(S)的同时旋转夹具。结果，反作用力(reactionary force)将磨损球面轴承并引起夹具偏移。将运动去耦合避免了这些问题。除了以较高准确度测量夹紧力之外，系统100还具有无需球面轴承的较简单的设计。

机器人系统100还包括用于移动末端执行器110的机器人操作器120。例如，机器人操作器120可以包括机器人臂。