(57)【要約】【課題】本発明は、過去には手動で行う必要のあった、大型及び／又は複雑な構造体における表面処理を提供することを可能にするシステムを提供すること。【解決手段】本発明によるロボット表面処理システムは、全方向型ベース車両と、ベース車両から延びるマストと、マストから延び、マストに対して移動可能であるアームと、アームの遠位端に接続されるリストと、マスト、アーム及びリストの内側を通ってベースからリストまで延びる表面処理システムと、を含む。【選択図】図１ａ
2021526981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全方向型のベース車両と、
前記ベース車両から延びるマストと、
前記マストから延び、前記マストに対して移動可能であるアームと、
前記アームの遠位端に接続されるリストと、
前記マスト、前記アーム及び前記リストの内側を通って前記ベース車両から前記リストまで延びる表面処理システムと
を備える、ロボット表面処理システム。
【請求項２】
当該ロボット表面処理システムは、レーザビームを用いた表面処理のためのものであり、
前記表面処理システムが、
前記マスト、前記アーム及び前記リストの内部を通って延びるレーザチャネルと、
前記レーザチャネルのすべての部分を通った伝送のために前記レーザビームを位置合わせするための複数の偏向システムと
を備える、請求項１に記載のロボット表面処理システム。
【請求項３】
前記複数の偏向システムの各々が、動かされること及び／又は傾斜されることが可能であるミラーを備える、請求項２に記載のロボット表面処理システム。
【請求項４】
前記レーザビームを前記複数の偏向システム及び前記レーザチャネルの各々と位置合わせさせるための制御システムをさらに備える、請求項２に記載のロボット表面処理システム。
【請求項５】
前記制御システムが、
前記複数の偏向システムの各々と関連付けられたカメラであって、該カメラが、前記偏向システム上の前記レーザビームの位置を検出し、前記偏向システム上の前記レーザビームの位置に関連した信号を送信するように構成されている、カメラと、
前記信号を受信し、前記偏向システム上の所望の位置に応じて前記レーザビームの経路を調整するためのコントローラと
を備える、請求項４に記載のロボット表面処理システム。
【請求項６】
前記コントローラが、前記複数の偏向システムの別のものを調整して所望の位置に応じて前記レーザビームを偏向させることによって、前記所望の位置に応じて前記レーザビームの経路を調整する、請求項５に記載のロボット表面処理システム。
【請求項７】
前記マスト、前記アーム及び前記リストの内部を通って延びる排出チャネルをさらに備える、請求項２に記載のロボット表面処理システム。
【請求項８】
前記排出チャネルが複数の羽根を備える、請求項７に記載のロボット表面処理システム。
【請求項９】
前記排出チャネルが、前記マスト、前記アーム及び前記リストの少なくとも一部分を通って前記レーザチャネルを少なくとも部分的に囲む、請求項７に記載のロボット表面処理システム。
【請求項１０】
前記アームが、回転すること、並進移動すること、及び前記マストに対して上下に動くことができる、請求項１に記載のロボット表面処理システム。
【請求項１１】
前記マスト及び／又は前記アームが伸長可能である、請求項１に記載のロボット表面処理システム。
【請求項１２】
前記リストが、少なくとも３つの運動度を可能にする、請求項１に記載のロボット表面処理システム。
【請求項１３】
前記全方向型のベース車両が、
複数のメカナムホイールを有する台車と、
前記台車を前記ベース車両に接続するフレキシブル懸架システムと
を備える、請求項１に記載のロボット表面処理システム。
【請求項１４】
前記全方向型のベース車両が、
複数の多方向ホイールを有する複数の台車と、
前記台車の各々を前記ベース車両に接続するフレキシブル懸架システムと
を備える、請求項１に記載のロボット表面処理システム。
【請求項１５】
前記システムを支持し作業中の移動を防ぐための少なくとも１つのジャッキをさらに備える、請求項１４に記載のロボット表面処理システム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのジャッキが、前記ベースに接続され、前記フレキシブル懸架システムが、当該ロボット表面処理システムを停車モードに支持するために前記ベース及び前記ジャッキを下降させる、請求項１５に記載のロボット表面処理システム。
【請求項１７】
印刷、塗装、ファイバレーザ適用及び／又は検査のための請求項１に記載のロボット表面処理システムの使用。
【請求項１８】
大型の乗物に表面処理を行う方法であって、
ロボット表面処理システムを支持する全方向型のベース車両を動かすことによって、前記ロボット表面処理システムを所望の場所へ移動させるステップと、
前記ロボット表面処理システムを停車モードに置くステップと、
移動可能なアーム及び／又はリストを動かして、前記リストの出力点を、表面処理を開始する予定である前記乗物の表面の方へ向けるステップと、
前記表面処理を前記乗物の前記表面に制御可能に向けるステップであって、前記表面処理が、前記出力点を通じて前記アーム及び前記リストを経て、マストを通じて前記ベース車両から実行される、ステップと
を含む、方法。
【請求項１９】
前記表面処理が、レーザ処理であり、前記表面処理を前記乗物の前記表面に制御可能に向ける前記ステップが、
複数の偏向システムを使用して、前記レーザを、前記ベースから、前記マスト、前記アーム及びショルダを通して向けることと、
前記表面処理からの廃物を前記リスト、前記アーム及び前記マストを通して前記ベースまで吸引することと
を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
作業前及び作業中にレーザの位置合わせをチェック及び調整するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
ロボット表面処理システムを自動的に配置するステップと、前記乗物の検出された位置及び向きに基づいて、アーム及び／又はリストを動かすステップとをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
[0001]航空機の表面処理は、製造中だけでなく、航空機の保守のためにも重要な作業である。様々な表面処理は、ベース材料又は基材上に積層される有機／無機材料の塗料剥がし／剥離、ベース材料又は基材の実際の仕様を判定することができるベース材料及び基材の検査、仕様に対してベース材料又は基材を修正及び／又は補正すること、並びに特定の仕様に一致するようにベース材料又は基材を１つ又は複数の層内に塗装、印刷又は接着剤被覆することを含み得る。航空機の外側塗料は、航空機が運転中に最適且つ安全に性能発揮することができるように十分に良好な状態になければならない。小さな擦り傷又は塗料の持ち上がった部分が、航空機性能に影響を及ぼし得る。したがって、外側塗料を完全に除去すること、及び新しい塗料を定期的に塗布することが必要とされる。しかしながら、航空機の外側表面に使用される塗料は、それが耐えなければならない条件に起因して、容易に除去可能なものではない。そのような塗料は、典型的には、塗料を溶解することができる化学溶液を手作業で塗布することによって除去される。機体の複雑な構造もまた、航空機が除去又は再塗装のプロセス中に損傷を受けないことを確実にするために、手動の適用を最も安全な選択肢にしている。
【発明の概要】
【０００２】
[0002]本発明の第１の態様によると、ロボット表面処理システムは、全方向型のベース車両と、ベース車両から延びるマストと、マストから延び、マストに対して移動可能であるアームと、アームの遠位端に接続されるリストと、マスト、アーム及びリストの内側を通ってベースからリストまで延びる表面処理システムと、を備える。
【０００３】
[0003]かかるシステムは、過去には手動で行う必要のあった、大型及び／又は複雑な構造体における表面処理を行うことを可能にし得る。マスト、アーム、リスト、及び全方向型ベース車両を使用することにより、処理のために様々な表面に送達するために少なくとも部分的にシステムの内側に表面処理に関連した様々な要素を移送及び維持することを可能にする。
【０００４】
[0004]一実施形態によると、ロボット表面処理システムは、レーザビームを用いた表面処理のためのものであり、表面処理システムは、マスト、アーム及びリストの内部を通って延びるレーザチャネルと、レーザチャネルのすべての部分を通った伝送のためにレーザビームを位置合わせさせるための複数の偏向システムとを備える。そのようなシステムは、表面処理のためにレーザをベース車両からリストまで正確且つ安全に伝送することができる。
【０００５】
[0005]一実施形態によると、複数の偏向システムの各々は、動かされること及び／又は傾斜されることが可能であるミラーを備える。ミラーは、レーザを向けることを助けることができ、ミラーを動かす、又は傾斜させる能力は、多くの屈曲又は湾曲、並びにロボットシステム構成要素間の相対運動にもかかわらず、正確なレーザ配置を確実にすることができる。
【０００６】
[0006]一実施形態によると、本システムは、レーザビームを複数の偏向システム及びレーザチャネルの各々と位置合わせさせるための制御システムをさらに備える。任意選択ではあるが、制御システムは、複数の偏向システムの各々と関連付けられたカメラであって、カメラが、偏向システム上のレーザビームの位置を検出し、偏向システム上のレーザビームの位置に関連した信号を送信するように構成される、カメラと、信号を受信し、偏向システム上の所望の位置に応じてレーザビームの経路を調整するためのコントローラと、を備える。さらに任意選択ではあるが、コントローラは、複数の偏向システムの別のものを調整して所望の位置に従ってレーザビームを偏向させることによって、所望の位置に応じてレーザビームの経路を調整する。そのようなシステムは、レーザビームがシステム動作にかかわらず安全且つ正確な表面処理のために適切に配置されることを確実にするために、動作全体を通して正確に位置合わせすることができる。本システムはまた、レーザを切り換える前に偏向システムが適切に位置合わせされることを確実にするために、事前の位置合わせチェックのために使用され得る。
【０００７】
[0007]一実施形態によると、本システムは、マスト、アーム及びリストの内部を通って延びる排出チャネルをさらに備える。任意選択ではあるが、排出チャネルは、複数の羽根を備える。さらに任意選択ではあるが、排出チャネルは、マスト、アーム及びリストの少なくとも一部分を通ってレーザチャネルを少なくとも部分的に囲む。排出チャネルは、生成されるすべての廃物を、中和及び／又は廃棄のために、吸引及び移送してベース車両へ戻すことを可能にし得る。羽根は、例えば、マストとアームとの間に、急な曲がり部がある場合に特に、様々なシステム部品間で排ガスを誘導することを助けることができる。レーザチャネルを少なくとも部分的に囲む排出チャネルは、すべてのガスが吸引されることを確実にすることを助けることができ、またレーザの周りの領域を冷却することを助ける。
【０００８】
[0008]一実施形態によると、アームは、回転すること、並進移動すること、及びマストに対して上下に動くことができる。これが、困難な表面、例えば、航空機の様々な表面すべてに到達することを可能にし得る。
【０００９】
[0009]一実施形態によると、マスト及び／又はアームは伸長可能である。これは、伸展運動システム、伸縮システムなどを通じたものであり得る。マスト及び／又はアームを伸長することができることにより、本システムが、動くこと及び再位置合わせすることを必要とせずに、さらなる表面に到達することを助けることができる。これにより、作業全体の時間を節約することができる。
【００１０】
[0010]一実施形態によると、リストは、少なくとも３つの運動度（ｔｈｒｅｅ  ｄｅｇｒｅｅｓ  らはｍｏｖｅｍｅｎｔ）を可能にする。いくつかのシステムにおいて、リストは、４つ以上の運動度を有し得る。そのようなリストは、表面処理のための出口の精密な配置を可能にする。
【００１１】
[0011]一実施形態によると、全方向型ベース車両は、複数のメカナムホイール及び／又は１つ若しくは複数のトラックを有する台車と、台車をベース車両に接続するフレキシブル懸架システムとを備える。メカナムホイール及び／又はトラック（複数可）を有する台車は、任意の方向における運動を可能にする。台車をベース車両に接続するフレキシブル懸架システムは、凸凹又は粗い表面上での円滑な動作を可能にする。加えて、フレキシブル懸架システムは、移動と停車との容易な移行をもたらすことができ、並びに、システムがいかなる地形においても安定して均一に支持されることを確実にすることができる。任意選択ではあるが、全方向型ベース車両は、複数の多方向ホイール及び／又はトラックを有する複数の台車と、各台車をベース車両に接続するフレキシブル懸架システムとを備える。複数の台車を使用することにより、大きいシステムの支持を可能にする。
【００１２】
[0012]一実施形態によると、本システムは、システムを支持し、作業中の動きを防ぐために少なくとも１つのジャッキをさらに備える。任意選択ではあるが、少なくとも１つのジャッキは、ベースに接続され、フレキシブル懸架システムは、ロボットシステムを停車モードに支持するためにベース及びジャッキを下降させる。
【００１３】
[0013]さらなる態様によると、本システムは、印刷、塗装、ファイバレーザ適用、及び／又は検査のために使用され得る。システムの内部空間は、パイプ、ケーブル、チューブ、ファイバ、又は特定の表面処理に必要とされる任意の他の構成要素のために使用され得る。
【００１４】
[0014]さらなる態様によると、大型の乗物において表面処理を実行する方法は、ロボット表面処理システムを支持する全方向型ベース車両を動かすことによって、システムを所望の場所へ動かすステップと、ロボット表面処理システムを停車モードに置くステップと、移動可能なアーム及び／又はリストを動かして、リストの出力点を、表面処理を開始する予定である大型の乗物の表面の方へ向けるステップと、表面処理を大型の乗物の表面に制御可能に向けるステップであって、表面処理が、出力点を通じてアーム及びリストを通って、マストを通じてベース車両から実行される、ステップと、を含む。
【００１５】
[0015]かかる方法は、大型の乗物、又は大型である及び／若しくは複雑な幾何形状を有する他の構造体において、正確且つ制御可能に表面処理をもたらすことができる。ベースを位置に動かし、停車する能力は、作業のための安定したベースをもたらす。アーム及び／又はリストを動かすことにより、ベースが動く必要なしに様々な表面に処理を向けることが可能である。
【００１６】
[0016]一実施形態によると、表面処理は、レーザ処理であり、大型の乗物の表面に表面処理を制御可能に向けるステップは、複数の偏向システムを使用して、レーザを、ベースから、マスト、アーム、及びショルダを通して向けることと、処理からの廃物をリスト、アーム、及びマストを通じてベースまで吸引することと、を含む。レーザ（又は他の表面処理）及び廃物を、マスト、アーム、及びリストを通じて伝送することにより、表面処理の品質、及び送達に使用される構成要素を保護し、並びに、表面処理及び廃物を安全性及び処理のために封じ込めたままにする。
【００１７】
[0017]一実施形態によると、本方法は、作業前及び作業中にレーザの位置合わせをチェック及び調整するステップをさらに含む。これは、レーザがシステムを通じた安全且つ精密な指向のために正確に配置されることを確実にすることができる。
【００１８】
[0018]一実施形態によると、本方法は、ロボット表面処理システムを自動的に配置するステップと、乗物の検出された位置及び向きに基づいて、アーム及び／又はリストを動かすステップとをさらに含む。そのようなシステムは、大型又は複雑な構造体の表面処理を、システムが構造体に接触すること又は損傷を及ぼすことがないことを確実にしながら、可能にし、これは、航空機などの感受性の高い表面を処理するときに特に重要である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１ａ】乗物の表面処理のために使用されるロボットシステムの斜視図である。
【図１ｂ】走行モードにあるロボットシステムのベース及び台車の一部の斜視図である。
【図１ｃ】停車モードにある、作業のために台車が下げられた状態の図１ｂの斜視図である。
【図２ａ】図１のロボットシステムを通るレーザ経路を示す図である。
【図２ｂ】図２ａの拡大部分を示す図である。
【図２ｂ】図２ａの拡大部分を示す図である。
【図２ｃ】図２ａの拡大部分を示す図である。
【図２ｄ】図２ａの拡大部分を示す図である。
【図２ｅ】図２ａの拡大部分を示す図である。
【図３ａ】上側からの、偏向システムの斜視図である。
【図３ｂ】下側からの、図３ａの偏向システムの斜視図である。
【図４ａ】図１のロボットシステムのアームの透過図である。
【図４ｂ】図４ａのアームの断面図である。
【図５ａ】図１のマストの斜視図である。
【図５ｂ】図５ａのマストの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
[0030]図１は、乗物の表面処理のために使用されるロボットシステム１０の斜視図を示している。システム１０は、航空機１２の表面全体にわたってレーザを走査ないしはスキャンすることによって被膜を除去するために高出力レーザを使用した塗料除去システムとして示され、また説明されるが、システム１０は、塗装、研磨、直接印刷、他の被膜又は表面処理の適用又は除去、洗浄、拭き取り、表面スキャン又は検査及び修理など、多種多様な表面処理を提供するために使用され得るということを理解されたい。加えて、システム１０は、ヘリコプター、船、トラック、自動車、潜水艦、宇宙船などの他の乗物若しくは構造体、又はすべての表面に達するには大面積及び／若しくは複雑な配置を伴う任意の乗物若しくは構造体と共に使用され得る。
【００２１】
[0031]システム１０は、全方向型台車１６に接続される可動性のベース１４を有する自立型の表面処理システムである。ベースは、４つの台車１６を使用し、これらの台車は、各台車１６と関連付けられた２セットのメカナムホイール（Ｍｅｃａｎｕｍ  ｗｈｅｅｌ）、並びに作業のための円滑な走行及び安定した停車を可能にするためにフレキシブル懸架システムの使用により、任意の方向に動かされ得る。台車の詳細は、２０１８年６月２１日に提出された、Ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｍｏｖｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍというタイトルの米国出願に見ることができ、この内容は、参照により本明細書に組み込まれる。可動性ベース１４は、メカナムホイールを有して示されるが、いくつかの可動性ベースは、移動及び支持のために１つ又は複数のトラックを代わりに使用することもできる。
【００２２】
[0032]電力、冷却水、及びガスなど、任意の必要とされるユーティリティは、ベース１４上のアンビリカル（供給用）接続部３４に接続することができるテザー（ｔｅｔｈｅｒ）を介して提供され得る。いくつかの場合においては、一部のユーティリティのみが必要とされるか、又はいずれのユーティリティも必要とされないため（例えば、電力は、ベース上のバッテリによって提供される）、システム１０は、様々な場所での作業に対して順応性が高く、また大量のコード又は接続手段なしに容易に操作可能になる。
【００２３】
[0033]可動性ベース１４は、航空機１２のところまで走行し、自ら「停車」し、作業のための安定したベースを提供することができるように、比較的小型でありながら安定していることにより、様々な航空機及び格納庫のバリエーションに対応することができる。全方向型台車１６及びフレキシブル懸架システムは、可動性ベース１４が、システム１０の大きな荷重を均一に分散させることができると同時に、平坦ではない、又は障害物を有する領域を円滑に移動することができるということを結果としてもたらす。台車１６のフレキシブル懸架システムは、ベース１４が、このベース及びジャッキ３８が地表レベルより上に持ち上げられている（障害物には十分な間隙を伴う）走行モード（図１ｂを参照されたい）にあることを可能にし、次いで、システム１０の重量が、停車モード（図１ｃを参照されたい）のためにジャッキ３８の上に載り、台車１６のホイールが、作業中にシステム１０の重量をほとんど或いは全く支持しないように、ジャッキ３８（及びおそらくはベース１４全体）が下げられることを可能にする。これが安定したベースを確実にし、その結果として、アーム（腕部）２０及びリスト（手首部）２２の動作は、作業中に支持されて、処理表面に対する損傷のリスクを最小限にする。
【００２４】
[0034]システム１０はまた、特定の表面処理に関連したベース１４上のいくつかの他の構成要素、このシステムでは、レーザ発生装置２４、レーザ電源装置２６、制御システムキャビネット２８、ガスホルダ３０、ろ過装置３２、アンビリカル接続部３４、熱交換器３５、スキャナ３６、油圧システム３７、及びジャッキ３８を含む。他のシステムは、ベース１４上に示される構成要素に加えて、又はこれらの代わりに、ベースによって支持される他の構成要素を含み得る。これらは、例えば、排気フィルタ、バッテリ、塗料、及び／又は塗料ラインなどを含み得る。
【００２５】
[0035]表面処理は、マスト１８、ショルダ（肩部）１９、アーム２０及びリスト２２を通じてベース１４から行われ、この場合、マスト１８、ショルダ１９、アーム２０及びリスト２２は協働して、レーザビームをベース１４から航空機１２表面上の任意の所望の地点へ伝送することを可能にするための構造体を提供する。マスト１８及びアーム２０は、伸長可能であり、（例えば、線形ギア２１及び回転ギア１７を通じて）回転することができるが、マスト１８の回転は、ベース１４の運動又は回転を通じたものであり得る。ショルダ１９は、マスト１８に対するアーム２０の回転及び並進運動を可能にする。いくつかの実施形態において、アーム２０は、並進アームの代わりに入れ子式のアームであってもよい。アーム２０はまた、線形ギア２１を通じてマスト１８の長さ方向に沿って上下に動くことができる。リスト２２は、航空機１２のすべての表面に達して、それを処理する能力をシステム１０に提供するために、例えば、３つなど、より多くの自由度の軸を提供する。図示の運動システムは、マスト１８、ショルダ１９、アーム２０及びリスト２２の構成、処理表面、並びに／又は他の要件に応じて様々であり得る。
【００２６】
[0036]レーザは、マスト１８、アーム２０及びリスト２２の中空部分を通じて、ベース１４からリスト２２へ伝送され、図２ａ〜図３ｂに関連して詳述するように、ミラー制御及び位置合わせシステムを用いて一連のミラーによって誘導されて、正確なレーザビームの位置決めを確実にする。システム１０はまた、マスト１８、アーム２０、及びリスト２２の内部を通じて廃物を除去するための排ガスシステムと、航空機１２に対するすべてのシステム１０構成要素の配置及び配向のためのシステムとを含む。
【００２７】
[0037]ロボットシステム１０の制御は、自動又は手動のいずれかであり得る。典型的には、作業開始時に、航空機１２（又は他の構造体）のタイプが選択される。内容が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年６月２１日に提出された米国特許に詳述される配置システムは、航空機１２の位置及び向きを決定するために使用される。これは、典型的には、航空機上の既知の位置にいくつかのターゲットを掲げること、並びに、ロボットシステムが、リスト２２の出力部２３を正確に配置して、航空機１２の任意の表面に、その表面に接触することなく、レーザを向けることができるように、少なくとも１つのスキャナ３６を使用して既知の航空機寸法及び構成を用いてターゲット位置をマッピングすることを伴う。これは、航空機１２の大きいサイズ及び複雑な幾何形状、並びに任意の接触から航空機１２表面が損傷を受ける可能性が高いことに起因して、重要である。
【００２８】
[0038]一旦位置が分かると、ロボットシステムは、所望の開始場所へと動かされ得る。台車１６は、ベースを第１の位置（例えば、航空機１２の前部分の近く、及びアーム２０及びリスト２２が伸長することができる長さが分かっており、出力部２３が最前方に到達することができる位置）まで走行させることができる。ベース１４は、次いで、停車モード（図１ｃを参照されたい）に置かれ得、ここでは、台車１６のフレキシブル懸架システムは、ベース１４がジャッキ３８（ホイールの代わりに）によって少なくとも主に支持されるように、ベース１４及びジャッキ３８を下げる。次いで、作業を開始し得る。アーム２０及びリスト２２は、開始位置に配置される。レーザの位置合わせがチェックされ、次いで、高出力レーザビームがオンにされ得る。ロボットシステムアーム２０及びリスト２２の動作は、すべての表面が十分に処理されることを確実にするために、予めプログラムされた経路に従うことができ、２つ以上の経路が、必要な場合には使用され得る。レーザはまた、特定の層のみが除去されるように調整され得る。光学センサ（又は他のセンサ手段）は、レーザが障害物（例えば、窓）を回避することを確実にするために使用され得る。
【００２９】
[0039]レーザは、航空機１２の大きく且つ複雑な表面エリアにもかかわらず十分な表面処理を確実にするために、非常に素早く、例えば、１秒に２００回掃引（ｓｗｅｅｐ）することができる。加えて、カメラ又は他のセンサは、レーザが所望の層を効果的に除去していることを確実にするために使用され得る。これは、例えば、色及び外観分析のために掃引ごとに１回又は複数回撮られる写真を使用することにより行われ得る。レーザ出力、並びにロボットの動作及び速度は、この検知及び分析に基づいて継続的に更新され得る。
【００３０】
[0040]レーザ作業中、廃物除去システムもまた、発生したガスを除去するために作動する。廃物除去チャネル（図３ｂ、４ｂ参照）は、廃物が、リスト、アーム、及びマストを通ってベース１４へ吸引され、そこで（例えば、ろ過装置３２内のフィルタを通じて）清浄化され、適切に廃棄され得る（例えば、クリーンなガスが、フィルタ内での清浄化の後に放出される）ように、負圧をベース１４から発生させる（例えば、ベース１４上のろ過システムを通じて）。与えられる吸引力は、レーザ除去の地点における排ガス及び微小汚染物が、排ガスと共に廃物除去チャネル内へ取り込まれるようなレベルでなければならない。出力部２３は、すべての排ガスの完全な吸引を促進するためにレーザチャネル出力部を完全に囲む廃物チャネル入力部など、特定の構成を有し得る。そのような構成は、図４ａのアームに示されるチャネル（典型的には、リスト２２を形成するチャネルでもある）内へ移っていくものとすることができる。ろ過装置３２はまた、追加の空気、又は他の場合、廃物の冷却のための空気を提供し得る。廃物チャネルは、アーム２０から垂直マスト１８への進行など、狭い角部を移動するときに特に、ガスが正しい方向に動くことを助けるために様々な位置に羽根を含み得る。
【００３１】
[0041]ロボットシステム１０が、アーム２０及びリスト２２の届く範囲のすべての被膜を除去したとき、システム１０は、未処理の表面に到達することができるように、航空機１２に対する第２の位置へと動かされ得る。同じ手順が、移動、停車、及び次いで作業のために使用される。航空機の全表面が処理されたとき、ロボットシステム１０は、格納のため、又は新規の作業を始めるために、異なる場所へ移動することができる。
【００３２】
[0042]背景技術の欄で述べたように、航空機における塗料除去のための過去の表面処理システムは、典型的には、溶剤を手動で塗付することを伴っていた。ロボットシステム１０は、航空機に対する損傷のリスク及び必要とされる肉体労働を最小限にすると同時に、航空機の複雑な表面幾何形状を処理することができる表面処理のための効率的な方法を提供する。高出力レーザの使用は、効率的及び効果的に被膜を除去することができ、ベース１４、マスト１８、ショルダ１９、アーム２０、及びリスト２２の運動システムは、人手をかけずにレーザが所望の位置に到達することを可能にする。レーザ位置合わせシステムは、レーザが、異なる表面に到達するためのすべての移動及び回旋にもかかわらず、移動可能なミラーの使用を通じて適切に位置合わせされたままであることを確実にして、高出力レーザビームを使用しているときにさえ安全なシステムを確実にする。可動性ベース１４は、多くの異なる航空機及び格納庫（又は他の処理の場所）のバリエーションに対応するために所望の位置への容易且つ適応性の高い運動を可能にする。
【００３３】
[0043]図２ａは、ロボットシステム１０を通るレーザ経路の図を示し、図２ｂ〜図２ｅは、レーザ経路の拡大部分を示す。
【００３４】
[0044]レーザ経路は、レーザ源から航空機１２上の所望の表面処理地点まで所望される経路に従うためにレーザが偏向を必要とするすべての地点に配置された偏向システム４０によって誘導される。システム１０において、レーザビームは、所望の場所（レーザチャネルの中心）でマスト１８に入るために、ベース１４上の８つの偏向システム４０（図２ｂ〜図２ｃに示される）によって偏向される。レーザは、マストを垂直に上へ偏向されてショルダ１９まで進み、次いでここでレーザは、水平に偏向されて、アーム２０に入り、次いで偏向されてリスト２２（図２ｄに示される）の方に進む。リスト２２において、レーザは、２つの異なる偏向システムによって偏向され、次いで、リスト２２の出力部２３において１つ又は複数のミラー４１によって航空機１２の表面（又は他の所望の表面）の方へ反射される。
【００３５】
[0045]図３ａは、上側からの、偏向システム４０の斜視図を示し、図３ｂは、下側からの、偏向システム４０の斜視図を示す。偏向システム４０は、フレーム４２、運動システム４４（モータ４６及びドライブトレイン４８を有する）、ミラー５０、並びにカメラ５２を含む。ミラー５０は、くぼみ（ｄｉｍｐｌｅ）５４、入口５６、及び出口５８を含む。
【００３６】
[0046]ミラー５０表面は、典型的には、アルミニウム又は銅であるが、他の好適な材料が使用され得る。入口５６及び出口５８は、ミラー５０が、レーザビームを偏向するとき、作業中に過熱されないことを確実にするための冷却剤（例えば、水又はガス）の循環のためのものである。くぼみ５４は、任意のセットパターンであり得、カメラ５２ａ、５２ｂが、ミラー表面に当たるレーザビーム及びミラー５０表面上のビームの場所を検出することができるように、レーザビームのほんの一部分を偏向するように動作することができる。ミラー５０はまた、例えば、レーザビームがミラー５０の端に近づくことが検出される場合にレーザの自動停止のための信号を送信することができる安全システムを含み得る。これは、例えば、ミラー５０の端部又は角部における熱負荷をモニタする１つ又は複数の安全センサを含み得る。
【００３７】
[0047]ミラー５０は、運動システム４４を通じてフレーム４２に接続され、運動システム４４は、フレーム４２に対してミラー５０を動かすこと、又は傾斜させることができる。この運動は、１つ又は複数のモータ４６、ドライブトレイン４８、及び、ミラー５０を制御可能に動かすために又は傾斜させるためにフレーム４２とミラー５０とを接続する他の構成要素（例えば、コネクタ、ブラケット、ギア）によって、１つ又は複数の方向においてなされ得る。ミラー５０は、２つのモータ４６及び２つのドライブトレイン４８を使用して２つの方向に傾斜されることが可能であるが、他の偏向システム４０は、より多くの、又はより少ない運動オプション又は傾斜オプションを含み得る。この運動は、内容が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年６月２１日に提出された、Ｌａｓｅｒ  ｂｅａｍ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  ｍｉｒｒｏｒというタイトルの米国出願に詳述される位置合わせシステムによって制御される。偏向システム４０が、図２ａに示されるレーザ経路内のどこに位置するかによって、運動及び制御は様々であり得る。例えば、レーザ源の直後に位置する第１の偏向システム４０は、典型的には、極めて小さい運動を伴い得るが、リスト２２内に位置する偏向システム４０は、その場所におけるすべての異なる動きに対応するために、より大きい範囲（複数可）で動くこと、又は傾斜することができる場合がある。
【００３８】
[0048]カメラ５２ａ、５２ｂは、典型的には、ミラー５０上のレーザ及びミラー５０上のレーザの位置を検出することができる赤外カメラその他のタイプの検出器である。カメラ５２ａ、５２ｂは、フレーム４２に上方部分において接続されており、ミラー５０における適切な検出のための十分な距離を可能にし、ミラー５０に対する安定した保持位置をもたらす。一方のカメラ５２ａは、位置合わせのためだけに使用される低出力ビームを検出するために使用され得、一方のカメラ５２ｂは、主要又は高出力レーザビームの検出のために使用され得る。他の実施形態は、より多くの、又はより少ないカメラ、例えば、少なくとも１つの第１のカメラがくぼみ検出のために使用される一方で、ビーム検出のためだけの（例えば、ビームが確実に邪魔されていないこと、又は別途侵害されていないことを確保するための）追加のカメラなどを有し得る。追加のカメラもまた、主要カメラ故障の場合のバックアップカメラを有するためになど、重複して、また安全を考慮して使用され得る。ミラー５０上のくぼみ５４は、例えば、ビーム総出力の０．００１％など、ビームのわずかな部分のみをカメラの方へ反射させるように構成及び配置される。この小さい偏向はまた、カメラ５２ａ、５２ｂの方へ偏向されるレーザエネルギーがカメラ５２ａ、５２ｂに損傷を及ぼすレベルにないことを確実にすることができる。いくつかの実施形態において、カメラ５２ａ、５２ｂは、偏向されるレーザがカメラ及びその機能能力に損傷を及ぼさないことをさらに確実にするためにシールドを有し得る。カメラ５２ａ、５２ｂを説明したが、レーザビーム及びミラー上の位置を検出することができる別のタイプの検出器、例えば、他のタイプの好適な光検出器が使用され得る。
【００３９】
[0049]フレーム４２は、ロボットシステム１０の特定の構成に応じて、ベース１４、マスト１８、ショルダ１９、アーム２０、及びリスト２２内の様々な部分に接続され得る。この接続は、フレームが安定状態を保たれるようなものでなければならず、また、レーザビームがフレーム４２の一方の側に入り、ミラー５０によって偏向され、次いでフレーム４２の他方の側から、典型的には、後続の偏向システム４０、ミラー、又は処理表面に向かって出射するように構成される。なお、偏向システム４０の数及び構成は、システム１０サイズ及び要件に応じて様々であり得る。
【００４０】
[0050]フレーム４２に対するミラー５０の動作又は傾斜は、相対的な部分の任意の動作（例えば、マスト２０に対するアーム２０の傾斜又は並進運動）にかかわらず、レーザビームが次の所望のミラー（又は他のシステム若しくは表面）へ偏向されることを確実にする。表面処理のために使用され、ミラーによって偏向されるレーザビームが、典型的には、非常に強力（例えば、２０ｋＷ）であることから、レーザビームが、ロボットシステム１０の構成要素又は他の近くのシステムに対する損傷を回避するために、所望される場所にのみ適切に向けられることを確実にすることが重要である。フレーム４２、カメラ５２ａ、５２ｂ、ミラーパターン５４、運動システム４４、並びに制御及び整列システムは、ミラー５０上のレーザビームの配置が検出され得ること、並びにこの配置情報が、レーザビームがシステム内の１つ又は複数のミラー５０との適切な位置合わせを達成するように、前の及び／又は後続のミラー５０を動かす、又は傾斜させるために使用されることを確実にする。
【００４１】
[0051]図４ａは、ロボットシステム１０のアーム２０の透過図を部分的に示し、図４ｂは、アーム２０の断面図を示す。アーム２０は、レーザチャネル６０、廃物チャネル６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、シール６４ａ、６４ｂ、及び回転羽根６６を含む。アーム２０は、典型的には、所望される長さ（例えば、１５メートル）だけ延び、リスト２２の重量を一端で制御可能に支持するのに十分な強度及び剛性を有する材料、例えば、鋼、で作製された硬いアームである。
【００４２】
[0052]レーザチャネル６０は、アーム２０の一方の側面に中央に位置し、シール６４ａは、アーム２０の長さの少なくとも大半を延び、マスト１８からアーム２０へのレーザビーム通過を可能にするためにマスト１８とアーム２０との間の接続手段として機能する。レーザチャネル６０は、ビームが任意の側面からある距離、例えば、２５ｍｍのところで通過するように十分な断面積を有していなければならず、典型的には、ベース１４上の圧力システムから提供される正圧を有する。シール６４ａ（及びシール６４ｂ）、及びシールを通るレーザビームの通過領域（ボート又はキャリッジ）は、内容が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年６月２１日に提出された米国出願に詳述される。シール６４ａ、６４ｂは、典型的には、アーム２０の動作を可能にしながら、レーザビーム通過を可能にし、埃、水分、又は他の汚染物がレーザチャネル６０に入ることを防ぐ加圧シールである。
【００４３】
[0053]廃物チャネル６２ａ、６２ｂ、６２ｃは、典型的には、廃物がチャネル６２ａ、６２ｂ、６２ｃの間を進み、したがってシール６４ｂ（チャネル６２ｂに位置する）を通ってアーム２０を出射することを可能にするために、アーム２０を通る１つ又は複数の地点において流体接続される。チャネル６２ｂは、アーム２０の廃物チャネルをマスト１８廃物チャネルと接続するためにアーム２０の長さの少なくとも大半に延びるシール６４ｂを有する（図５ａ〜図５ｂを参照されたい）。シール６４ｂは、典型的には、シール６４ａと同じ構成である。廃物チャネル６２ａ、６２ｂ、６２ｃはまた、温度調節を支援するためにいくつか又はすべての外周に断熱材を含み得る。廃物チャネル６２ａ、６２ｂ、６２ｃの温度は、廃物ガスの高温に起因して最大１００℃になり得るが、アーム２０の外側では４０℃まで減少されなければならない。断熱材、他のガス循環及び／又は他の冷却手段は、適切な冷却温度が達成されることを確実にすることを助けるために使用され得る。
【００４４】
[0054]レーザチャネル６０及び廃物チャネル６２ａ、６２ｂ、６２ｃのサイズ及び形状は、単に例の目的のためであり、他のシステムでは異なって構成され得る。チャネル６０は、レーザビームの周りの十分な間隙を許容するようにサイズ決定されなければならず、廃物チャネル６２ａ、６２ｂ、６２ｃは、それらが廃物を移送し、必要な冷却を達成することができるように構成されなければならない。廃物チャネル６２ａ、６２ｂ、６２ｃを少なくとも部分的にレーザチャネル６０の周りに配置することもまた、レーザチャネル６０を冷却することを支援することができる。回転羽根６６は、廃物又は他のガス（例えば、冷却ガス）が方向転換しなければならない任意の地点に挿入され得る。ここでは、いくつかの回転羽根が廃物チャネル６２ａ、６２ｂ、６２ｃ内に示されるが、これらは、異なるシステムにおいては構成及び配置が様々であり得、例えば、リスト２２、マスト１８内、及び／又はベース１４に位置し得る。
【００４５】
[0055]図５ａは、マスト１８の第１の側面６８の斜視図を示し、図５ｂは、第１の側面６８の断面図を示す。完全なマスト２０は、第１の側面６８の左右反転バージョンであり、図１で見ることができる第２の側面（図２を参照されたい、第２の側面６９）を含む。アーム２０は、（例えば、線形ギア２１を通じて及び／又は回転ギア１７を通じて回転可能に）マスト１８の側面の間を上下に動く。マスト１８の第１の側面６８は、レーザチャネル７０、外側チャネル７２、シール７４、及びベース７６を含む。第２の側面は、同じ、又は少なくとも同様に構成され、チャネル７０だけは、レーザ７０の代わりに廃物のためのものである。
【００４６】
[0056]レーザチャネル７０は、レーザが中心点を通って進行することを可能にするのに十分にサイズ決定され、アーム２０に関連して説明されるレーザチャネル６０と同様に、側面から十分な間隙を有する。外側チャネル７２は、例えば、断熱材料の挿入により、レーザ／廃物チャネルの周りを冷却するために使用され得る。外側チャネル７２はまた、アーム２０に接続され得るつり合い重りを収容し、アーム２０をマスト１８に対して上下に動かすために必要とされるエネルギーを最小限にすることを支援するために使用され得る。
【００４７】
[0057]ベース７６は、マスト１８（並びにしたがって、アーム２０及びリスト２２）をベース１４上に安定して支持するために、ロボットシステムのベース１４に接続する。マスト１８は、第１及び第２の側面６８、６９を通じて、アーム２０及びリスト２２のための強力且つ安定した支持、並びに航空機１２又は複雑な表面幾何形状を有する他の大きい物体の様々な表面を処理するのに必要なすべての動作を可能とする。
【００４８】
[0058]要約すると、ロボットシステム１０は、複雑且つ変化する表面幾何形状を有し得る航空機又は他の大きな物体において表面処理を実施するために小型で効率的な手段を提供する。ベース１４は、マスト１８、ショルダ１９、アーム２０、及びリスト２２を安定した様式で支持して、より大きい航空機の処理に必要とされる大きいサイズ及び重量にもかかわらず、作業のための動作及び安定した支持を可能にする。フレキシブル懸架システムを有する全方向型台車１６は、走行モード又は停車モードのいずれかのために安定したベースを維持しながら、地表面及び任意の小さい障害物の上でのシステム１０の円滑な移送を可能とする。フレキシブル懸架システムを有する複数の台車１６の使用は、作業のため、スロープ又は他の非平坦な表面に停車することも可能にする。アーム２０及びリスト２２のそれぞれの動作を可能にする運動システムは、ベース１４を動かす必要なしに大面積の表面処理を可能にする。レーザ位置合わせシステム（レーザの伝送のための、マスト１８、アーム２０、及びリスト２２の構成を有する）、並びにロボットシステム１０配置及び配向システムは、ロボットシステム１０及びレーザが、作業のために適切に位置合わせされ配置されることを確実にし、望ましくない領域に接触すること（これにより損傷をもたらし得る）を回避する。追加のセンサ及び他の安全システムは、レーザロボットシステム１０が、大きいサイズ、高出力レーザの使用、並びに物体表面に向かう動作及び物体表面周辺の動作にもかかわらず、安全に実施することを確実にする。ベース上に多くの支持システムを受け入れる能力は、ロボットシステム１０が、多くの場合、１つの場所から別の場所へ動くときは特に、自立型であり得、関連コード、及び電源又は他のコードに装着されている間に動くことに関連する複雑性を除去することを意味する。このとき、電源又は他の接続は、（仮にあるとしても）停車モードにあるときに接続され得、その結果として、ロボットシステム１０の動作は、接続によって妨げられない。
【００４９】
[0059]ロボットシステム１０及び特定の構成要素のサイズ及び構成は、例の目的のためであり、異なるロボットシステムでは異なり得る。このサイズ、運動システム、及び相対寸法はまた、表面処理、及びロボットシステム１０が処理している航空機又は他の乗物若しくはシステムに応じて変化し得る。
【００５０】
[0060]本発明は、例示的な実施形態を参照して説明されているが、様々な変更がなされ得、等価物が、本発明の範囲から逸脱することなく、それら実施形態の要素の代わりになり得ることは、当業者により理解されるものとする。加えて、多くの修正は、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況及び物質を本発明の教示に適合させるために行われ得る。したがって、本発明は、開示される特定の実施形態に限定されないが、本発明は、添付の特許請求の範囲内に入るすべての実施形態を含むことが意図される。
【図１ａ】
2021526981.tif 000003
【図１ｂ】
2021526981.tif 000004
【図１ｃ】
2021526981.tif 000005
【図２ａ】
2021526981.tif 000006
【図２ｂ】
2021526981.tif 000007
【図２ｃ】
2021526981.tif 000008
【図２ｄ】
2021526981.tif 000009
【図２ｅ】
2021526981.tif 000010
【図３ａ】
2021526981.tif 000011
【図３ｂ】
2021526981.tif 000012
【図４ａ】
2021526981.tif 000013
【図４ｂ】
2021526981.tif 000014
【図５ａ】
2021526981.tif 000015
【図５ｂ】
2021526981.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】令和3年2月24日(2021.2.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全方向型のベース車両と、
前記ベース車両から延びるマストと、
前記マストから延び、前記マストに対して移動可能であるアームと、
前記アームの遠位端に接続されるリストと、
前記マスト、前記アーム及び前記リストの内側を通って前記ベース車両から前記リストまで延びる表面処理システムと
を備える、ロボット表面処理システム。
【請求項２】
前記アームが、回転すること、並進移動すること、及び前記マストに対して上下に動くことができる、請求項１に記載のロボット表面処理システム。
【請求項３】
当該ロボット表面処理システムは、レーザビームを用いた表面処理のためのものであり、
前記表面処理システムが、
前記マスト、前記アーム及び前記リストの内部を通って延びるレーザチャネルと、
前記レーザチャネルのすべての部分を通った伝送のために前記レーザビームを位置合わせするための複数の偏向システムと
を備える、請求項１に記載のロボット表面処理システム。
【請求項４】
前記複数の偏向システムの各々が、動かされること及び／又は傾斜されることが可能であるミラーを備える、請求項３に記載のロボット表面処理システム。
【請求項５】
前記レーザビームを前記複数の偏向システム及び前記レーザチャネルの各々と位置合わせさせるための制御システムをさらに備える、請求項３に記載のロボット表面処理システム。
【請求項６】
前記制御システムが、
前記複数の偏向システムの各々と関連付けられたカメラであって、該カメラが、前記偏向システム上の前記レーザビームの位置を検出し、前記偏向システム上の前記レーザビームの位置に関連した信号を送信するように構成されている、カメラと、
前記信号を受信し、前記偏向システム上の所望の位置に応じて前記レーザビームの経路を調整するためのコントローラと
を備える、請求項５に記載のロボット表面処理システム。
【請求項７】
前記コントローラが、前記複数の偏向システムの別のものを調整して所望の位置に応じて前記レーザビームを偏向させることによって、前記所望の位置に応じて前記レーザビームの経路を調整する、請求項６に記載のロボット表面処理システム。
【請求項８】
前記マスト、前記アーム及び前記リストの内部を通って延びる排出チャネルをさらに備える、請求項１に記載のロボット表面処理システム。
【請求項９】
前記排出チャネルが複数の羽根を備える、請求項８に記載のロボット表面処理システム。
【請求項１０】
前記排出チャネルが、前記マスト、前記アーム及び前記リストの少なくとも一部分を通って前記レーザチャネルを少なくとも部分的に囲む、請求項３に従属する場合の請求項８に記載のロボット表面処理システム。
【請求項１１】
前記マスト及び／又は前記アームが伸長可能である、請求項１に記載のロボット表面処理システム。
【請求項１２】
前記リストが、少なくとも３つの運動度を可能にする、請求項１に記載のロボット表面処理システム。
【請求項１３】
前記全方向型のベース車両が、
複数のメカナムホイールを有する台車と、
前記台車を前記ベース車両に接続するフレキシブル懸架システムと
を備える、請求項１に記載のロボット表面処理システム。
【請求項１４】
前記全方向型のベース車両が、
複数の多方向ホイールを有する複数の台車と、
前記台車の各々を前記ベース車両に接続するフレキシブル懸架システムと
を備える、請求項１に記載のロボット表面処理システム。
【請求項１５】
前記システムを支持し作業中の移動を防ぐための少なくとも１つのジャッキをさらに備える、請求項１４に記載のロボット表面処理システム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのジャッキが、前記ベースに接続され、前記フレキシブル懸架システムが、当該ロボット表面処理システムを停車モードに支持するために前記ベース及び前記ジャッキを下降させる、請求項１５に記載のロボット表面処理システム。
【請求項１７】
印刷、塗装、ファイバレーザ適用及び／又は検査のための請求項１に記載のロボット表面処理システムの使用。
【請求項１８】
大型の乗物に表面処理を行う方法であって、
ロボット表面処理システムを支持する全方向型のベース車両を動かすことによって、前記ロボット表面処理システムを所望の場所へ移動させるステップと、
前記ロボット表面処理システムを停車モードに置くステップと、
前記ロボット表面処理システムの移動可能なアーム及び／又はリストを動かして、前記リストの出力点を、表面処理を開始する予定である前記乗物の表面の方へ向けるステップと、
前記表面処理を前記乗物の前記表面に制御可能に向けるステップであって、前記表面処理が、前記出力点を通じて前記アーム及び前記リストを経て、マストを通じて前記ベース車両から実行される、ステップと
を含み、
前記表面処理が、レーザ処理であり、
前記表面処理を前記乗物の前記表面に制御可能に向ける前記ステップが、
複数の偏向システムを使用して、前記レーザを、前記ベースから、前記マスト、前記アーム及びショルダを通して向けることと、
前記表面処理からの廃物を前記リスト、前記アーム及び前記マストを通して前記ベースまで吸引することと
を含む、方法。
【請求項１９】
作業前及び作業中にレーザの位置合わせをチェック及び調整するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ロボット表面処理システムを自動的に配置するステップと、前記乗物の検出された位置及び向きに基づいて、前記アーム及び／又は前記リストを動かすステップとをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【国際調査報告】
2021526981.tif 000017
2021526981.tif 000018