[发明专利]用于对工件进行操作的机器人系统和方法

说明书

本申请涉及用于对工件进行操作的机器人系统和方法。一种机器人系统包括机器人和处理器，该处理器被配置为自动地生成针对机器人的末端执行器的运动的总体规划以用于对物理环境中的工件的操作表面进行操作。总体规划基于工件的计算机辅助设计(CAD)模型并且基于机器人的机械臂距多个作业路径点中每一个处的到达距离来限定末端执行器的运动路径，该多个作业路径点在总体规划中限定并且对应于工件上的基准标记。处理器将机器人对准到工件，反复调整在全局图中的近似工件位置直到与物理环境中的实际工件位置相匹配，并且构建并执行机械臂轨迹从而使末端执行器沿总体规划中限定的运动路径对操作表面进行操作。

技术领域

本公开总体涉及机器人系统，并且更具体地，涉及用于利用一个或多个移动机器人自动地对工件操作的系统的方法。

背景技术

在生产程序中制造复合部件可能涉及将复合材料层片扭绞在扭绞芯轴的扭绞表面上。每次扭绞复合部件时，首先必须清洁扭绞表面以去除污染物，例如烤焦的树脂、粘附剂、密封化学物质和/或可能由于之前使用扭绞芯轴所存在的其他消耗品。对扭绞表面的清洁可以通过技师利用手持轨道砂光机来执行。然而，对于大型扭绞芯轴，手动清洁是耗时的过程。

已经开发出了自动化的方法来减少扭绞芯轴清洁所需要的时间量。一种方法需要构建芯轴清洁室，其根据将要清洁的最大扭绞芯轴的大小来建造和服役。遗憾地是，构造专用的芯轴清洁室为生产程序带来了显著的一次性成本。一些清洁技术通过在生产设施的车间地板上安装芯轴清洁站避免了对专用芯轴清洁室的需要。然而，对于大型扭绞芯轴，基础设施要求仍然是显著的并且可能包括需要安装基座或轨道系统以用于输送和支撑此类大型扭绞芯轴。此外，被芯轴清洁站占据的地板空间减损了可以用于生产设施的现有制造系统的地板空间量。

其他自动化方法受限于其清洁具有一种以上尺寸或构造的扭绞芯轴的能力。此外，一些方法需要永久安装清洁单元，包括头顶吊架和围栏以允许对大型扭绞芯轴的清洁。此外，一些自动化方法需要针对独特的芯轴构造手动地定制清洁过程并且这导致了显著了人工成本。

正如所见，本领域中仍然需要一种用于清洁扭绞芯轴的系统和方法，其避免了对专用清洁室和/或相关基础设施的需要，并且其对于不同的扭绞芯轴尺寸和构造可以重新配置或可调节并且其无需针对每种独特的芯轴构造手动地定制清洁过程。除了清洁扭绞芯轴之外，系统和方法优选地能够对各种不同类型的工件执行各种不同类型的操作。

发明内容

以上所提到的与对工件执行操作相关的需求通过本公开被具体地解决，本公开提供了一种用于自动地对工件操作的机器人系统。该机器人系统包括至少一个机器人，该机器人可通信地耦接至包括处理器的数据处理系统。该机器人具有机械臂和耦接至机械臂的末端执行器。处理器被配置为针对末端执行器的运动自动地生成总体规划以用于对定位于物理环境中的工件的操作表面进行操作。总体规划基于工件的计算机辅助设计(CAD)模型并且至少部分基于机器人的机械臂在多个作业路径点中每一个处的到达距离(reachdistance)来限定末端执行器的运动路径，该多个作业路径点包含在总体规划中并且对应于安装在工件上且以CAD模型进行表示的多个基准标记。

处理器被配置为针对基准标记中的每一个执行以下步骤的顺序：当机器人正在朝基准标记前方的接近路径点驱进和/或在该接近路径点处时将机器人对准到物理环境中的工件，并且反复调整镶嵌工件碰撞几何在物理环境的全局图内的位置，除非或者直到镶嵌工件碰撞几何在全局图内的近似工件位置与当机器人正在朝对应于基准标记的作业路径点驱进和/或在该作业路径点处时物理环境中的实际工件位置基本匹配；在机器人处于作业路径点时，构建用于沿与作业路径点相关联的运动路径执行末端执行器的一系列运动的机械臂轨迹，并且执行该机械臂轨迹和使末端执行器对工件的操作表面的一部分操作，该工件的操作表面的一部分对应于在作业路径点处针对机器人限定的总体规划中的部分。