ПРИМЕНЕНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ ЗАВОДА К УЗЛУ САМОЛЕТА И СПОСОБУ ЕГО СБОРКИ
APPLICATION OF PLANT AUTOMATION TO AIRCRAFT ASSEMBLY AND METHOD OF ITS ASSEMBLY

1. Область техники
Настоящее изобретение относится в целом к области автоматизации завода, а более конкретно, к применению автоматизации завода к узлу самолета и способу его сборки.
2. Уровень техники
Автоматизация на уровне гибкой производственной ячейки и завода для узла самолета и способа его сборки обычно основана на использовании специальных гибких производственных ячеек для передних и хвостовых частей фюзеляжа соответственно. Типичная гибкая производственная ячейка содержит множество опорных приспособлений для удержания и размещения узла фюзеляжа и рабочий стенд. Автоматизация На уровне гибкой производственной ячейки и завода обычно требует, чтобы автоматически управляемые транспортные средства (Automated Guided Vehicles), на которых роботы размещены как внутри, так и снаружи фюзеляжа, обеспечивали необходимую точность и повторяемость положений относительно узла фюзеляжа на опорном приспособлении, для согласованной работы роботов на автоматически управляемых транспортных средствах внутри фюзеляжа с роботами на автоматически управляемых транспортных средствах снаружи фюзеляжа.
Планирование траекторий движений и навигация автоматически управляемых транспортных средств снаружи фюзеляжа управляются лазерными сканирующими датчиками, установленными на каждой из четырех сторон автоматически управляемого транспортного средства. Эти лазерные сканирующие датчики способны измерять расстояние до объекта в их поле обзора (Field of View), и диапазон этих расстояний до объектов в пределах их зоны охвата (Field of Regard) используются контроллером автоматически управляемого транспортного средства для построения контура или карты в двумерной (2-D) плоскости обзора с целью их использования в планировании траекторий и навигации.
Имеется два направления для совершенствования:
(1) точность и повторяемость возврата автоматически управляемого транспортного средства в заданные обучением узловые позиции в пределах конкретной гибкой производственной ячейки, и
(2) способность автоматически управляемого транспортного средства использовать одни и те же заданные обучением узловые позиции, когда опорные приспособления и рабочий стенд находятся в пределах конкретной гибкой производственной ячейки, в пределах других гибких производственных ячеек с использованием других наборов или копий аналогичных опорных приспособлений и рабочих стендов.
Что касается направления (1), автоматически управляемое транспортное средство, приближаясь или находясь в заданной обучением узловой позиции в пределах гибкой производственной ячейки рядом с опорными приспособлениями и/или рабочим стендом, может использовать любой или все из лазерных сканирующих датчиков на каждой из четырех сторон транспортного средства. Однако с функциональной точки зрения идеально использовать тот лазерный сканирующий датчик, который непосредственно обращен и/или примыкает к опорным приспособлениям и/или рабочему стенду. Другие лазерные сканирующие датчики, которые расположены на задней и боковых сторонах автоматически управляемого транспортного средства, могут эффективно обозревать или не обозревать целевые элементы на опорных приспособлениях и/или рабочем стенде. Лазерный сканирующий датчик, используемый автоматически управляемым транспортным средством, сканирует по углу 190 градусов дискретными шагами, измеряя расстояние до объекта в пределах траектории лазерного луча этого датчика по принципу измерения времени пролета оптического импульса. Значения измерения расстояний до объекта в пределах траектории луча лазерного сканирующего датчика содержат систематические и случайные статистические погрешности. Погрешность измерений лазерного сканирующего датчика в 5 сигма (содержит систематические и случайные статистические погрешности) соответствует порядку, который превышает требуемый порядок погрешности перемещения и повторяемости возврата автоматически управляемого транспортного средства в заданные обучением узловые позиции в пределах гибкой производственной ячейки, а значит, простого усреднения значения измерения расстояний будет недостаточно.
Что касается направления (2), способность автоматически управляемого транспортного средства использовать одни и те же заданные обучением узловые позиции, когда опорные приспособления и рабочий стенд находятся в пределах конкретной гибкой производственной ячейки, в пределах других гибких производственных ячеек с использованием других наборов или копий аналогичных опорных приспособлений и рабочих стендов, является проблемой из-за варьирований в объектах, которые отличаются от целевых элементов в пределах зоны охвата и поля обзора лазерного сканирующего датчика в пределах конкретной гибкой производственной ячейки. Предполагается, что целевые элементы на опорном приспособлении или рабочем стенде в одной гибкой производственной ячейке продублированы с метрологической точностью на других наборах или копиях аналогичных опорных приспособлений и рабочих стендов в пределах других гибких производственных ячеек. Учитывая, что лазерный сканирующий датчик сканирует в пределах 190 градусов на нормативном диапазоне расстояния 49 метров, существует большая вероятность того, что в рабочих условиях будут захвачены другие статичные и динамические объекты, которые отличны от целевых элементов на опорном приспособлении и рабочем стенде, а это приведет к неясностям картирования и проблемам с планированием траекторий и навигацией автоматически управляемого транспортного средства при его перемещении в требуемую узловую позицию в пределах гибкой производственной ячейки, примыкающую к опорным приспособлениям и/или рабочему стенду.
Таким образом, в данной области техники существует потребность в совершенствовании применимости автоматизации завода к узлу самолета и способу его сборки.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для того чтобы устранить ограничения, существующие в уровне техники, и другие ограничения, которые станут очевидны после прочтения и осмысления настоящего описания, настоящее изобретение раскрывает способ и устройство для автоматизации на уровне гибкой производственной ячейки и завода с использованием автоматически управляемого транспортного средства, имеющего один или более лазерных сканирующих датчиков.
Выполняются одна или более калибровок лазерных сканирующих датчиков, расположенных на автоматически управляемом транспортном средстве для определения систематических и случайных погрешностей в значениях измеренных расстояний, измеренных лазерными сканирующими датчиками. Эти калибровки являются автономными калибровками лазерных сканирующих датчиков на автоматически управляемом транспортном средстве, относительно целевых точек привязки для определения систематических погрешностей или распределения и среднеквадратического отклонения случайных погрешностей в значениях измеренных расстояний, измеренных лазерными сканирующими датчиками. Распределение случайных погрешностей образует распределение Гаусса, в противном случае оно заносится в таблицу.
Выполняются одно или более измерений расстояний до одного или более объектов в пределах гибкой производственной ячейки с использованием лазерных сканирующих датчиков на автоматически управляемом транспортном средстве. В частности, выполняются измерения расстояний до объектов в поле обзора лазерного сканирующего датчика, расположенного на автоматически управляемом транспортном средстве, на каждом шаге углового перемещения лазерного сканирующего датчика в пределах его зоны охвата. Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения измерения расстояний выполняются только с использованием лазерного сканирующего датчика на автоматически управляемом транспортном средстве, который непосредственно обращен или примыкает к опорному приспособлению или рабочему стенду в пределах гибкой производственной ячейки. Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения измерения расстояний выполняются с использованием более одного лазерного сканирующего датчика на автоматически управляемом транспортном средстве в пределах зоны охвата лазерных сканирующих датчиков на автоматически управляемом транспортном средстве.
От значений измеренных расстояний отфильтровываются расстояния до объектов, которые не являются целевыми элементами на опорном приспособлении или рабочем стенде в пределах гибкой производственной ячейки. Вокруг каждого из целевых элементов задается выпуклая зона для исключения объектов, не являющихся целевыми элементами. Предельное расстояние между периметром целевых элементов и периметром заданной выпуклой зоны достаточно мало, так что никакие другие статичные или динамические объекты не займут кольцевое пространство, образованное между периметром целевых элементов и периметром заданной выпуклой зоны. Значения измеренных расстояний, выходящие за пороговые границы выпуклых зон, которые заданы вокруг каждого из целевых элементов, отфильтровываются, что дает отфильтрованных значений измеренных расстояний для каждого объекта в зоне охвата лазерного сканирующего датчика, расположенного на автоматически управляемом транспортном средстве.
Из отфильтрованных значений измеренных расстояний удаляются систематические погрешности лазерного сканирующего датчика.
К отфильтрованным значениям измеренных расстояний применяется математический фильтр или статистическая оценка, использующие случайные погрешности лазерного сканирующего датчика для генерации оцененных значений измеренных расстояний.
Наконец, строится карта целевых элементов в двумерной плоскости обзора с использованием оцененных значений измеренных расстояний. Построенная карта используется для планирования маршрута автоматически управляемого транспортного средства и навигационного управления им относительно опорного приспособления или рабочего стенда в пределах гибкой производственной ячейки. В частности, построенная карта обеспечивает точный и повторяемый возврат автоматически управляемого транспортного средства в одну или более заданные обучением узловые позиции в пределах гибкой производственной ячейки. Кроме того, если гибкая производственная ячейка является исходной, то построенная карта обеспечивает точный и повторяемый возврат того или иного автоматически управляемого транспортного средства в заданные обучением узловые позиции в пределах одной или более других гибких производственных ячеек, когда опорное приспособление или рабочий стенд в пределах других гибких производственных ячеек размещен аналогичным образом, что и опорное приспособление или рабочий стенд в пределах исходной ячейки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее делаются ссылки на чертежи, на которых аналогичные ссылочные позиции везде отражают соответствующие аналогичные элементы.
Фиг. 1 изображает схему типичной гибкой производственной ячейки, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг. 1B изображает рабочий стенд, который может быть использован в схеме типичной гибкой производственной ячейки, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг. 1C, 1D и 1E изображают карты типичной гибкой производственной ячейки, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг. 1F схематически иллюстрирует применение автоматически управляемого транспортного средства с лазерными сканирующими датчиками, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг. 2 изображает блок-схему, иллюстрирующую этапы выполнения процесса автономной калибровки для автоматически управляемого транспортного средства, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг. 3 изображает блок-схему, иллюстрирующую этапы выполнения процесса сканирования с использованием лазерных сканирующих датчиков автоматически управляемого транспортного средства, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг. 4 изображает структурную схему способа изготовления и обслуживания летательного аппарата, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг. 5 изображает блок-схему летательного аппарата, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В нижеследующем описании предпочтительного варианта реализации настоящего изобретения делаются ссылки на сопроводительные чертежи, которые являются частью данного описания и наглядно иллюстрируют частный вариант реализации изобретения на практике. Подразумевается, что могут быть применены и другие варианты реализации настоящего изобретения, при этом в него могут вноситься конструктивные изменения без выхода за рамки объема изобретения.
Обзор
На фиг. 1A изображена схема типичной гибкой производственной ячейки 100, которая содержит одно или более опорных приспособлений 102 для удержания и размещения в определенном положении узла 104 фюзеляжа. Одно или более автоматически управляемых транспортных средств 106 несут на себе роботов 108 как внутри, так и снаружи узла 104 фюзеляжа. Схема типичной гибкой производственной ячейки 100 может содержать также рабочий стенд 110, как показано на фиг. 1B, который может быть размещен в любом месте в пределах гибкой производственной ячейки 100.
Автоматизация на уровне гибкой производственной ячейки и завода требует, чтобы автоматически управляемые транспортные средства 106 обеспечивали требуемую точность и повторяемость положений относительно опорных приспособлений 102 или рабочих стендов 110, что обеспечит согласованную работу роботов 108 снаружи узла 104 фюзеляжа с роботами 108 внутри узла 104 фюзеляжа. Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения автоматически управляемые транспортные средства 106 строят карты для планирования траекторий и навигации, причем эти карты содержат цифровые представления объектов в гибкой производственной ячейке в двумерной плоскости обзора.
На фиг. 1C изображена карта схемы типичной гибкой производственной ячейки 100, содержащей множество опорных приспособлений 102, обозначенных также как опорные приспособления 1, 2 и 3, которые удерживают и размещают в определенном положении узел фюзеляжа (не показан), а также один рабочий стенд 110.
На фиг. 1D изображен вид сверху или в плане опорного приспособления 102 или рабочего стенда 110 по фиг. 1C, содержащий целевые элементы 112, обозначенные также как F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7 и F8, и стойки 114, обозначенные также как L1, L2, L3 и L4. Целевые элементы 112 и стойки 114 показаны с пунктирными контурами, означающими, что на виде сверху или в плане они скрыты под опорным приспособлением 102 или рабочим стендом 110. Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения целевые элементы 112 представляют собой вспомогательные средства выравнивания, установленные на опорном приспособлении 102 или рабочем стенде 110, а стойки 114 - опорные конструкции для опорного приспособления 102 или рабочего стенда 110. Кроме того, конфигурация целевых элементов 112 на опорном приспособлении 102 или рабочем стенде 110 уникально идентифицирует тип или функцию опорного приспособления 102 или рабочего стенда 110.
На фиг. 1E изображен вид сбоку опорного приспособления 102 или рабочего стенда 110 по фиг. 1C и 1D, содержащего целевые элементы 112, которые обозначены также как F1, F2, F3 и F4, и стойки 114, которые обозначены также как L1 и L2. Целевые элементы 112 и стойки 114 показаны сплошными контурами, означающими, что они не спрятаны на виде сбоку опорного приспособления 102 или рабочего стенда 110.
На фиг. 1F изображен вид сверху или в плане опорного приспособления 102 или рабочего стенда 110, содержащего целевые элементы 112, обозначенные также как F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7 и F8, и стойки 114, обозначенные также как L1, L2, L3 и L4. Целевые элементы 112 и стойки 114 показаны с пунктирными контурами, означающими, что на виде сверху или в плане они скрыты под опорным приспособлением 102 или рабочим стендом 110.
На фиг. 1F автоматически управляемое транспортное средство 106 работает вблизи опорного приспособления 102 или рабочего стенда 110. Автоматически управляемое транспортное средство 106 содержит по меньшей мере один контроллер 116, обозначенный также как CTL, и лазерные сканирующие датчики 118, обозначенные также как LSS 1, LSS 2, LSS 3 и LSS 4, на каждой из четырех сторон автоматически управляемого транспортного средства 106. Лазерные сканирующие датчики 118 служат для сканирования целевых элементов 112 с использованием лазерных лучей 120, чтобы можно было выполнить измерения расстояний до целевых элементов 112, а также определить выпуклые зоны 122, показанные в виде квадратов с пунктирными контурами вокруг целевых элементов 112, как подробнее описано ниже.
Контроллер 116 может содержать компьютер или процессор общего или специального назначения. Хотя показан только один контроллер 116, может быть предусмотрено множество контроллеров 116 для управления автоматически управляемыми транспортными средствами 106 и роботами 108 соответственно, и подсистемы этих контроллеров. Контроллер 116 содержит бортовое запоминающее устройство, в котором могут быть сохранены различные программы управления и контроля, а также карты для планирования траекторий и навигации.
Согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения автоматически управляемое транспортное средство 106 может быть полностью автономным, и контроллер 116 запрограммирован на автоматическое выполнение всех операций, включая перемещение автоматически управляемого транспортного средства 106 и управление роботом 108. Однако согласно другим вариантам реализации настоящего изобретения автоматически управляемое транспортное средство 106 может быть лишь частично автоматизированным, и контроллер 116 может запрашивать от другой системы и/или оператора подачу инструкций или команд на автоматически управляемое транспортное средство 106.
Контроллер 116 осуществляет планирование траекторий и навигацию для автоматически управляемого транспортного средства 106 используя принципы одновременной локализации и картирования (ОЛИК), руководствуясь данными от лазерных сканирующих датчиков 118, установленных на каждой из четырех сторон автоматически управляемого транспортного средства 106. Как упомянуто выше, лазерные сканирующие датчики 118 способны картировать объекты в двумерной плоскости обзора, которые расположены в нескольких дюймах от заводского пола, и доработаны до поддержания значений измереных расстояний до объектов в двумерной плоскости обзора.
Задача, которую необходимо решить, складывается из двух основных направлений:
(1) точность и повторяемость возврата автоматически управляемого транспортного средства 106 в заданные обучением узловые позиции, когда опорное приспособление 102 или рабочий стенд 110 находятся в пределах определенной гибкой производственной ячейки 100, и
(2) возможность применения одних и тех же заданных обучением узловых позиций в других гибких производственных ячейках 100 с использованием других наборов или копий аналогичных опорных приспособлений 102 и рабочих стендов 110.
Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения контроллер 116 планирования траекторий и навигации применяет математический подход, обеспечивающий точный и повторяемый возврат автоматически управляемого транспортного средства 106 в заданные обучением узловые позиции с использованием лазерных сканирующих датчиков 118, которые картируют модель по целевым элементам 112 на опорных приспособлениях 102 и рабочем стенде 110. Этот подход позволяет использовать лазерные сканирующие датчики 118, которые измеряют расстояние до того или иного целевого элемента 112 с некоторой погрешностью расстояния, включающей в себя как систематические, так и случайные погрешности, при этом погрешность значений измеренных расстояний отфильтровывается с устранением систематических погрешностей лазерного сканирующего датчика 118, что позволяет контроллеру 116 планирования траекторий и навигации автоматически управляемого транспортного средства 106 обеспечивать требуемую точность и повторяемость его положений относительно опорных приспособлений 102 или рабочего стенда 110 в пределах гибкой производственной ячейки 100.
Кроме того, этот подход позволяет определить границы двумерных областей, то есть выпуклых зон 122 вокруг целевых элементов 112 на опорных приспособлениях 102 или рабочем стенде 110 в гибкой производственной ячейке 100, чтобы гарантировать, что эти картируемые целевые элементы 112, идентифицированные лазерными сканирующими датчиками 118 автоматически управляемого транспортного средства 106, не содержат других объектов, а значит, снабдить контроллер 116 планирования траекторий и навигации автоматически управляемого транспортного средства 106 точной и единообразной информацией о наборе целевых элементов 112, лишенной двусмысленности. В этой связи и с учетом того, что целевые элементы 112 на опорном приспособлении 102 или рабочем стенде 110 исходной гибкой производственной ячейки 100 продублированы с метрологической точностью на другом наборе или копиях аналогичных опорных приспособлений 102 и рабочих стендов 110 в пределах других гибких производственных ячеек 100, автоматически управляемое транспортное средство 106 может использовать те же заданные обучением узловые позиции от исходной гибкой производственной ячейки 100 в пределах других гибких производственных ячеек 100, что значительно уменьшает необходимость дополнительного обучения и верификации заданных обучением узловых позиций для того или иного процесса автоматизации на уровне гибкой производственной ячейки и завода, то есть для процессов, относящихся к передней и хвостовой частям фюзеляжа соответственно.
Это подробнее описано ниже, с противопоставлением обычной методики картирования усовершенствованной методике картирования.
Существующая методика картирования
1) Точность и повторяемость возврата автоматически управляемого транспортного средства в заданные обучением узловые позиции в пределах гибкой производственной ячейки
Существующая методика картирования использует простое усреднение значений измеренных расстояний, измеренных лазерным сканирующим датчиком 118. В условиях такой настройки лазерный сканирующий датчик 118 запрограммирован на выполнение множества (порядка 30-50) измерений расстояний до объектов, содержащих целевые элементы 112, в пределах зоны охвата и поля обзора лазерного сканирующего датчика 118 в пределах гибкой производственной ячейки 100. Затем исключаются значения измеренных расстояний до любых ранее зарегистрированных или заданных обучением посторонних объектов, и вычисляется среднее арифметическое для определения значения измеренного расстояния до конкретных зарегистрированных или заданных обучением объектов. Эти усредненные значения измеренных расстояний затем используются для создания карты в двумерной плоскости обзора с использованием данных, зарегистрированных конкретным лазерным сканирующим датчиком 118 в пределах той или иной гибкой производственной ячейки 100. Создание двумерной карты наблюдений для той или иной гибкой производственной ячейки 100 с той или иной позиции автоматически управляемого транспортного средства 106 с использованием усредненных значений измеренных расстояний в условиях возможных систематических погрешностей лазерного сканирующего датчика 118 влечет за собой общие погрешности значений измерения расстояний (систематические и случайные погрешности), что не позволяет контроллеру 116 планирования траекторий и навигации автоматически управляемого транспортного средства 106 обеспечить требуемую точность и повторяемость его возврата в заданные обучением узловые позиции в пределах гибкой производственной ячейки 100, то есть контроллер 116 планирования траекторий и навигации выступает в роли пропорционально-интегрально-дифференцирующего регулятора (ПИД-регулятора), который использует комбинацию шагов грубого перемещения и последующих шагов точного перемещения при поиске требуемой позиции, при этом контроллер 116 предположительно будет работать в условиях ниже минимального уровня шума сигнала измеряемых расстояний, поступающего на вход контроллера, то есть шум в воспринимаемых или регистрируемых входных сигналах ограничивает управляемость контроллера 116 планирования траекторий и навигации. В силу вышеупомянутых неопределенностей в значениях измеряемых расстояниях, представляемых на карте в двумерной плоскости, точность и повторяемость возврата автоматически управляемого транспортного средства 106 в заданные обучением узловые позиции в пределах гибкой производственной ячейки 100 не может быть достигнута с высокой степенью достоверности, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на процессе автоматизации на уровне гибкой производственной ячейки и завода.
2) Способность автоматически управляемого транспортного средства применять те же заданные обучением узловые позиции, когда опорные приспособления и рабочий стенд находятся в пределах конкретной гибкой производственной ячейки, в других гибких производственных ячейках, в которых используются другие наборы или копии аналогичных опорных приспособлений и рабочих стендов
Существующая методика картирования требует, чтобы объекты, отличные от целевых элементов 112 в пределах зоны охвата и поля охвата лазерного сканирующего датчика 118 внутри гибкой производственной ячейки 100, имели идентичный вид в пределах всех гибких производственных ячеек 100, в которых используются другие наборы или копии аналогичных опорных приспособлений 102 и рабочих стендов 110. Предполагается, что целевые элементы 112 на опорном приспособлении 102 или рабочем стенде 110 в исходной гибкой производственной ячейке 100 продублированы с метрологической точностью на других наборах или копиях аналогичных опорных приспособлений 102 и рабочих стендов 110 в пределах других гибких производственных ячеек 100. Лазерный сканирующий датчик 118, используемый на каждой отдельно взятой стороне автоматически управляемого транспортного средства 106, способен сканировать в пределах около 190 градусов на нормативном диапазоне расстояния около 49 метров. С учетом этих характеристик для лазерных сканирующих датчиков 118, имеется большая вероятность того, что в рабочих условиях будут захвачены другие статичные и динамические объекты помимо целевых элементов 112 на опорном приспособлении 102 или рабочем стенде 110. Это может повлечь двусмысленности и неопределенности картирования для контроллера 116 планирования траекторий и навигации автоматически управляемого транспортного средства 106, когда контроллер перемещает транспортное средство в требуемую узловую позицию в пределах гибкой производственной ячейки 100, примыкающую к опорным приспособлениям 102 и/или рабочему стенду 110. Кроме того, этот подход предполагает использование четырех лазерных сканирующих датчиков 118, установленных на каждой соответственной стороне автоматически управляемого транспортного средства 106. Лазерные сканирующие датчики 118, расположенные на задней и боковых сторонах автоматически управляемого транспортного средства 106, могут захватывать другие статичные и динамические объекты, которые могут варьироваться от одной гибкой производственной ячейки 100 к другой. Это может повлечь вариации в динамической карте, представленной в двумерной плоскости, что приведет к неспособности автоматически управляемого транспортного средства 106 эффективно использовать те же заданные обучением узловые позиции, когда опорные приспособления 102 и рабочий стенд 110 находится в пределах исходной гибкой производственной ячейки 100, в других гибких производственных ячейках 100, в которых используются другие наборы или копии аналогичных опорных приспособлений 102 и рабочих стендов 110. Кроме того, при целенаправленном использовании лазерных сканирующих датчиков 118, расположенных на боковых сторонах автоматически управляемого транспортного средства 106, в дополнение к лазерному сканирующему датчику 118, который непосредственно обращен или примыкает к опорному приспособлению 102 и/или рабочему стенду 110, в поле обзора датчиков могут попадать целевые элементы 112 за пределами рассматриваемого основного имеющего жесткий корпус опорного приспособления 102 и/или рабочего стенда 110. Типичная гибкая производственная ячейка 100 содержит множество опорных приспособлений 102 для удержания и размещения в определенном положении узла фюзеляжа и рабочий стенд 110. Однако расстояния, отделяющие это множество имеющих жесткий корпус опорных приспособлений 102 от рабочего стенда 110, не обладают точностью до метрологических требований и не могут обеспечить единообразное и точное изображение на карте в двумерной плоскости в пределах других гибких производственных ячеек 100, в которых используются другие наборы или копии аналогичных опорных приспособлений 102 и рабочих стендов 110. Таким образом, использование целевых элементов 112, расположенных за пределами отдельно взятого имеющего жесткий корпус опорного приспособления 102 или рабочего стенда 110, повлечет вариации в динамической карте в двумерной плоскости, что приведет к неспособности автоматически управляемого транспортного средства 106 эффективно использовать те же заданные обучением узловые позиции, когда опорные приспособления 102 и рабочий стенд 110 находятся в пределах исходной гибкой производственной ячейки 100, в других гибких производственных ячейках 100, в которых используются другие наборы или копии аналогичных опорных приспособлений 102 и рабочих стендов 110.
Усовершенствованная методика картирования
1) Точность и повторяемость возврата автоматически управляемого транспортного средства в заданные обучением узловые позиции в пределах гибкой производственной ячейки
В рамках усовершенствованной методики картирования выполняется автономная калибровка четырех лазерных сканирующих датчиков 118 на каждой стороне автоматически управляемого транспортного средства 106 относительно целевых точек привязки для определения систематических погрешностей среди четырех лазерных сканирующих датчиков 118, когда применяются функции ранжирования к значениям измеренных расстояний до объектов в пределах поля обзора лазерного сканирующего датчика118, а значит, для устранения с использованием вычислительных процессов систематических погрешностей из значений измеренных расстояний до объектов и целевых элементов 112.
В рамках данного подхода выполняется также автономный процесс калибровки для определения распределения и среднеквадратического отклонения случайных погрешностей значений измеренных расстояний для каждого из четырех лазерных сканирующих датчиков 118 на каждой стороне автоматически управляемого транспортного средства 106. Как правило, распределение случайных погрешностей значений измеренных расстояний подчиняется распределению Гаусса, но этот процесс подтверждает, что даже если датчик 118 не подчиняется процессу с точным распределением Гаусса, то может быть построена справочная таблица распределений с использованием автономного процесса калибровки для большей точности процессов вычислений. Часто, среднеквадратическое отклонение случайной погрешности значения измеренного расстояния, указанное в спецификации производителя лазерного сканирующего датчика 118, превышает фактическое значение, выдаваемое конкретным датчиком 118, а значит, для большей точности процессов вычислений придется использовать среднеквадратическое отклонение случайной погрешности значений измеренного расстояния с использованием данных процесса автономной калибровки. При данном подходе берутся измеренные расстояния до специальных объектов, привязанных к целевым элементам 112, на снимках в пределах зоны охвата лазерного сканирующего датчика 118 и удаляются значения измеренных систематических погрешностей для конкретного лазерного сканирующего датчика 118.
Для повышения точности каждого значения измеренного расстояния до специального объекта или целевого элемента 112 с использованием лазерного сканирующего датчика 118, применяются математический фильтр/статистическая оценка, к примеру, статистические методы максимального правдоподобия и Байесовские оценки параметров. Реализация такой методики как рекурсивная байесовская оценка с использованием распределения и среднеквадратического отклонения случайных погрешностей значений измеренных расстояний для конкретного лазерного сканирующего датчика 118 с использованием данных автономной калибровки, позволила в значительной степени отсеять случайную погрешность значения измеренного расстояния и обеспечить таким образом точный и повторяемый возврат автоматически управляемого транспортного средства 106 в заданные обучением узловые позиции в пределах гибкой производственной ячейки 100.
2) Способность автоматически управляемого транспортного средства использовать те же заданные обучением узловые позиции, когда опорные приспособления и рабочий стенд находятся в пределах конкретной гибкой производственной ячейки, в других гибких производственных ячейках, в которых используются другие наборы или копии аналогичных опорных приспособлений и рабочего стенда.
В рамках усовершенствованной методики картирования предполагается, что целевые элементы 112 на опорном приспособлении 102 или рабочем стенде 110 исходной гибкой производственной ячейки 100 продублированы с метрологической точностью на другом наборе или копиях аналогичных опорных приспособлений 102 или рабочих стендов 110 в пределах других гибких производственных ячеек 100.
Этот подход, при выполнении грубого и точного перемещений автоматически управляемого транспортного средства 106 из одной узловой позиции в следующую узловую позицию в пределах гибкой производственной ячейки 100, включает в себя один или более из следующих вариантов действий:
Использование только лазерного сканирующего датчика 118, который непосредственно обращен или примыкает к опорному приспособлению 102 или рабочему стенду 110. В альтернативном случае могут использоваться другие лазерные сканирующие датчики 118 в дополнение к основному лазерному сканирующему датчику 118, который непосредственно обращен или примыкает к опорному приспособлению 102 или рабочему стенду 110, если другие лазерные сканирующие датчики 118 могут обозревать целевые элементы 112 опорных приспособлений 102 или рабочего стенда 110.
Использование только целевых элементов 112, относящихся к данному опорному приспособлению 102 или рабочему стенду 110, и неиспользование статичных или динамических объектов в пределах гибкой производственной ячейки 100.
Использование только целевых элементов 112, относящихся к единственному опорному приспособлению 102 или рабочему стенду 110, и помимо этого, использование по меньшей мере трех целевых элементов 112, ближайших к автоматически управляемому транспортному средству 106, то есть поскольку отдельно взятый опорное приспособление 102 или рабочий стенд 110 имеет множество целевых элементов 112, одни из которых расположены на ближней стороне, а другие - на дальней стороне опорного приспособления 102 или рабочего стенда 110 относительно автоматически управляемого транспортного средства 106, при этом предлагается, чтобы по меньшей мере три целевых элемента 112 было на ближней стороне опорного приспособления 102 или рабочего стенда 110 относительно автоматически управляемого транспортного средства 106.
В рамках этого подхода задается выпуклая зона 122 вокруг каждого из целевых элементов 112, относящегося к опорным приспособлениям 102 или рабочему стенду 110 в гибкой производственной ячейке 100, так чтобы целевой элемент 112 полностью располагался в пределах заданной выпуклой зоны 122. Предел расстояния между периметром целевого элемента 112 и периметром заданной выпуклой зоны 122 мал, так что можно уверенно исключить возможное проникновение любого другого постороннего статичного или динамического объекта в кольцевое пространство, образованное между периметром целевого элемента 112 и периметром заданной выпуклой зоны 122. Периметр выпуклой зоны 122 вокруг конкретного целевого элемента 112 задает пороговые границы значений измеряемого расстояния до объектов в пределах зоны охвата лазерного сканирующего датчика 118, которые должны быть включены в процесс вычислений, в то время как объекты, детектированные за пороговыми границами вокруг конкретного целевого элемента 112, игнорируются. Этот подход позволяет игнорировать статичные и динамические объекты, варьирующиеся от одной гибкой производственной ячейки 100 к другой, и одновременно ослабить варьирование из-за таких элементов как шланги, кабели и т.д., относящихся к конкретному опорному приспособлению 102 или рабочему стенду, которые относятся к той или иной гибкой производственной ячейке 100.
Ниже подробно описаны процессы реализации усовершенствованной методики картирования для процесса автоматизации на уровне гибкой производственной ячейки и завода.
Процесс автономной калибровки
На фиг. 2 представлена блок-схема, иллюстрирующая этапы осуществления процесса автономного калибровки для лазерных сканирующих датчиков 118 автоматически управляемого транспортного средства 106.
Блок 200 отражает этап выполнения одной или более калибровок лазерных сканирующих датчиков 118, а именно датчиков LSS 1 - LSS 4, на автоматически управляемом транспортном средстве 106 для определения систематических погрешностей в значениях измеренных расстояний, измеренных лазерными сканирующими датчиками 118.
Блок 202 отражает этап выполнения одной или более калибровок лазерных сканирующих датчиков 118, а именно датчиков LSS 1 - LSS 4, на автоматически управляемом транспортном средстве 106 для определения случайных погрешностей в значениях измеренных расстояний, измеренных лазерными сканирующими датчиками 118.
Калибровки, выполняемые согласно блокам 200 и 202, - это автономные калибровки лазерных сканирующих датчиков 118 на автоматически управляемом транспортном средстве 106, выполняемые относительно целевых точек привязки для определения систематических погрешностей и/или распределения и среднеквадратического отклонения случайных погрешностей в значениях измеренных расстояний, измеренных лазерными сканирующими датчиками 118. Как упомянуто выше, распределение случайных погрешностей может образовывать распределение Гаусса, в противном случае это распределение заносится в таблицу.
Процесс сканирования
Фигура 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую этапы выполнения процесса сканирования с использованием лазерных сканирующих датчиков 118 автоматически управляемого транспортного средства 106.
Блок 300 отражает этап инициирования процесса сканирования с использованием лазерных сканирующих датчиков 118 автоматически управляемого транспортного средства 106.
Блоки 302-306 отражают цикл выполнения 1-N числа сканирований.
На каждом повторе этого цикла блок 304 отражает этап выполнения одного или более измерений расстояний до одного или более объектов в пределах гибкой производственной ячейки 100 с использованием по меньшей мере одного лазерного сканирующего датчика 118 на автоматически управляемом транспортном средстве 106. В частности, на этом этапе выполняются измерения расстояний до объектов в поле обзора лазерного сканирующего датчика 118 автоматически управляемого транспортного средства 106 на каждом шаге углового перемещения лазерного сканирующего датчика 118 автоматически управляемого транспортного средства 106 в пределах зоны охвата датчика. Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения измерения расстояний выполняются только с использованием лазерного сканирующего датчика 118 на автоматически управляемом транспортном средстве 106, который непосредственно обращен или примыкает к опорному приспособлению 102 или рабочему стенду 110 в пределах гибкой производственной ячейки 100. Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения измерения расстояний выполняются с использованием более одного из лазерных сканирующих датчиков 118 на автоматически управляемом транспортном средстве 106 в пределах зоны охвата лазерных сканирующих датчиков 118 на автоматически управляемом транспортном средстве 106.
Блок 306 представляет собой блок принятия решения, который определяет, закончены ли N сканирований; если да, то управление передается на блок 308; если нет, то управление передается обратно на блок 302 для выполнения следующего повтора цикла.
Блок 308 отражает этап отфильтровывания значений измеренных расстояний до объектов, не являющихся целевыми элементами 112 на опорном приспособлении 102 или рабочем стенде 110 в пределах гибкой производственной ячейки 100. В частности, на этом этапе отфильтровываются все значения измеренных расстояний в результате N сканирований, выходящие за пороговые границы выпуклых зон 122, которые заданы для каждого целевого элемента 112, относящегося к отдельно взятому сканируемому опорному приспособлению 102 или рабочему стенду 110, что дает N значений измеренных расстояний для каждого из К объектов в зоне охвата, относящихся к целевым элементам 112. Вокруг каждого из целевых элементов 112 задается выпуклая зона 122 для исключения объектов, не являющихся целевыми элементами 112. Предел расстояния между периметром целевых элементов 112 и периметром заданной выпуклой зоны 122 достаточно мал, так что никакие другие статичные или динамические объекты не займут кольцевое пространство, образованное между периметром целевых элементов 112 и периметром заданной выпуклой зоны 122. Значения измеренных расстояний, выходящие за пороговые границы выпуклых зон 122, заданных вокруг каждого из целевых элементов 112, отфильтровываются, что дает отфильтрованные значения измеренных расстояний для каждого объекта в зоне охвата лазерного сканирующего датчика 118 на автоматически управляемом транспортном средстве 106.
Блоки 310-316 отражают цикл, выполняемый для объектов 1-K в зоне охвата.
На каждом повторе этого цикла блок 312 соответствует этапу устранения систематических погрешностей лазерного сканирующего датчика 118 из отфильтрованных значений измеренных расстояний, то есть каждого из N значений измеренных расстояний, относящихся к выбранному объекту в зоне охвата, а блок 314 соответствует этапу применения математического фильтра или статистической оценки, такой как рекурсивная байесовская оценка, к отфильтрованным значениям измеренных расстояний с использованием распределения и среднеквадратического отклонения случайных погрешностей лазерного сканирующего датчика 118 для получения оцененных значений измеренных расстояний до выбранного объекта в зоне охвата.
Блок 316 представляет собой блок принятия решения, который определяет, закончены ли операции для К объектов в зоне охвата; если да, то управление передается на блок 318; если нет, то управление передается обратно на блок 310 для выполнения следующего повтора цикла.
Блок 318 соответствует этапу построения карты целевых элементов 112 на опорных приспособлениях 102 или рабочем стенде 110 в пределах гибкой производственной ячейки 100 с использованием оцененных значений измеренных расстояний в двумерной плоскости обзора между автоматически управляемым транспортным средством 106 и целевыми элементами 112 в зоне охвата лазерных сканирующих датчиков 118.
Блок 320 соответствует этапу ввода построенной карты целевых элементов 112 в двумерной плоскости обзора в контроллер 116 планирования траекторий и навигации автоматически управляемого транспортного средства 106 и использования построенной карты для планирования маршрута автоматически управляемого транспортного средства 106 и навигационного управления им относительно опорных приспособлений 102 или рабочего стенда 110 в пределах гибкой производственной ячейки 100. В частности, построенная карта обеспечивает точный и повторяемый возврат автоматически управляемого транспортного средства 106 в одну или более заданные обучением узловые позиции в пределах гибкой производственной ячейки 100.
Автоматически управляемое транспортное средство 106 возвращается в заданные обучением узловые позиции в рамках допустимой точности положения, то есть положение может быть не совсем точной, но в пределах установленного допуска, соответствующего высокой степени достоверности. Таким образом, существует два аспекта: (1) способность автоматически управляемого транспортного средства 106 быть обученным на переход в узловую позицию с допустимой точностью положения, и (2) в последующем, когда на автоматически управляемое транспортное средство поступает команда возврата в заданную обучением узловую позицию с допустимой точностью положения, что обеспечивает повторяемость положений транспортного средства.
Кроме того, если гибкая производственная ячейка 100 является исходной ячейкой 100, то построенная карта обеспечивает точный и повторяемый возврат того или иного автоматически управляемого транспортного средства 106 в заданные обучением узловые позиции в пределах одной или более других гибких производственных ячеек 100, когда опорное приспособление 102 или рабочий стенд 110 в пределах других гибких производственных ячеек 100 размещен аналогично опорному приспособлению 102 или рабочему стенду 110 в пределах исходной гибкой производственной ячейки 100.
Узел самолета
Варианты реализации настоящего изобретения могут быть описаны в контексте способа 400 производства и обслуживания летательного аппарата, проиллюстрированного на фиг. 4, и летательного аппарата 500, изображенного на фиг. 5.
Как показано на фиг. 4, в ходе подготовки к серийному производству примерный способ 400 может включать в себя выполнение технического задания и проектирование 402 летательного аппарата 500 и материальное снабжение 404. В ходе производства имеют место изготовление 406 компонентов и подузлов и системная интеграция 408 летательного аппарата 500, которые включают в себя автоматизацию на уровне гибкой производственной ячейки и завода с использованием автоматически управляемого транспортного средства 106, контроллера 116 и лазерных сканирующих датчиков 118, описанных в настоящем документе. После этого летательный аппарат 500 может проходить сертификацию и поставку 410 для его ввода в эксплуатацию 412. Находясь на эксплуатации у заказчика, летательный аппарат 500 подлежит плановому обслуживанию и ремонту 414 (которые включают в себя модификацию, реконфигурацию, переоснащение и т.д.), что тоже предусматривает автоматизацию на уровне гибкой производственной ячейки и завода с использованием автоматически управляемого транспортного средства 106, контроллера 116 и лазерных сканирующих датчиков 118, описанных в настоящем документе.
Каждый из процессов способа 400 может быть выполнен или реализован системным интегратором, третьей стороной и/или эксплуатационником (к примеру, заказчиком). В контексте данного описания системный интегратор может включать в себя, но не ограничивается этим, любое число производителей летательных аппаратов и субподрядчиков по основным системам; третья сторона может включать в себя, но не ограничивается этим, любое число организаций сбыта, субподрядчиков и поставщиков; а эксплуатационником может быть авиакомпания, компания-арендодатель, военный субъект, обслуживающая организация и т.д.
Как показано на фиг. 5, летательный аппарат 500, производимый примерным способом 400, может иметь в своем составе корпус 502 с множеством систем 504 и внутреннюю часть 506. Примеры систем 504 высокого уровня включают в себя одну или более систем из: системы 508 тяги, электрической системы 510, гидравлической системы 512 и системы 514 искусственного климата. Может быть включено в состав и любое количество других систем. Хотя проиллюстрирован пример, относящийся к авиакосмической отрасли, принципы настоящего изобретения могут быть применены к другим отраслям промышленности, таким как автомобилестроение.
Устройства и способы, воплощенные в настоящем документе, могут применяться на любом одном или более этапах способа 400 производства и обслуживания. К примеру, компоненты или подузлы, соответствующие процессу 406 производства, могут быть изготовлены или собраны по аналогии с компонентами или подузлами, произведенными в ходе эксплуатации летательного аппарата 500. Также, на этапах 406 и 408 производства могут быть применены один или более вариантов реализации устройств, способов или их комбинаций, к примеру, с обеспечением существенного ускорения сборки или снижения стоимости летательного аппарата 500. Аналогичным образом, один или более вариантов реализации устройств, способов или их комбинаций могут быть применены в ходе эксплуатации летательного аппарата 500, к примеру, но не ограничиваясь этим, для его технического обслуживания и ремонта 414.
Преимущества
Описанные в настоящем документе варианты реализации обеспечивают ряд преимуществ, таких как существенная потенциальная выгода, благодаря возможности применения заводской автоматизации к узлу самолета и его сборке, что привнесет непосредственные и значительные оптимизации в темпы, качество и безопасность производства, одновременно снизив издержки.
Варианты реализации, описанные в настоящем документе, столь же эффективно применимы в других сферах производства помимо авиации и космонавтики. К примеру, имеется потенциал для использования этих вариантов реализации другими организациями в других отраслях промышленности для достижения полной автоматизации на уровне гибкой производственной ячейки и завода в контексте иерархической системы диспетчерского управления, образованной динамическими системами с дискретным временем. Этими организациями могут быть производители летательных аппаратов, производители электрического и электронного оборудования, производители автомобильной техники, организации-поставщики заводской автоматики и др.
Таким образом, согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается:
A1. Способ автоматизации на уровне гибкой производственной ячейки и завода, включающий в себя:
выполнение (304) одного или более измерений расстояний до одного или более объектов в пределах гибкой производственной ячейки (100) с использованием по меньшей мере одного лазерного сканирующего датчика (118) на автоматически управляемом транспортном средстве (106);
отфильтровывание (308) значений измеренных расстояний до объектов, не являющихся целевыми элементами (112) на опорном приспособлении (102) или рабочем стенде (110) в пределах данной гибкой производственной ячейки (100);
удаление (312) систематических погрешностей лазерного сканирующего датчика (118) из отфильтрованных значений измеренных расстояний;
применение (314) математического фильтра или статистической оценки к отфильтрованным значениям измеренных расстояний с использованием случайных погрешностей лазерного сканирующего датчика (118) для получения оцененных значений измеренных расстояний;
построение (318) карты целевых элементов (112), расположенных на опорном приспособлении (102) или рабочем стенде (110) в пределах гибкой производственной ячейки (100), с использованием оцененных значений измеренных расстояний; и
использование (320) построенной карты для планирования маршрута автоматически управляемого транспортного средства (106) и навигационного управления им относительно опорного приспособления (102) или рабочего стенда (110) в пределах гибкой производственной ячейки (100).
A2. Предлагается также способ по параграфу A1, согласно которому построенная карта обеспечивает точный и повторяемый возврат автоматически управляемого транспортного средства (106) в одну или более заданные обучением узловые позиции в пределах гибкой производственной ячейки (100).
A3. Предлагается также способ по параграфу A2, согласно которому гибкая производственная ячейка (100) является исходной гибкой производственной ячейкой (100) и построенная карта обеспечивает точный и повторяемый возврат указанного автоматически управляемого транспортного средства (106) или других автоматически управляемых средств (106) в заданные обучением узловые позиции в пределах одной или более других гибких производственных ячеек (100), если опорное приспособление (102) или рабочий стенд (110) в пределах других гибких производственных ячеек (100) размещен аналогично опорному приспособлению (102) или рабочему стенду (110) в пределах исходной гибкой производственной ячейки (100).
A4. Предлагается также способ по параграфу A1, также включающий выполнение (200, 202) одной или более калибровок лазерного сканирующего датчика (118), расположенного на автоматически управляемом транспортном средстве (106), для определения систематических и случайных погрешностей в значениях измеренных расстояний, измеренных лазерным сканирующим датчиком (118).
A5. Предлагается также способ по параграфу A4, согласно которому этап выполнения включает в себя выполнение (200) автономной калибровки лазерного сканирующего датчика (118), расположенного на автоматически управляемом транспортном средстве (106), относительно целевых точек привязки для определения систематических погрешностей в значениях измеренных расстояний, измеренных лазерным сканирующим датчиком (118).
A6. Предлагается также способ по параграфу A4, согласно которому этап выполнения включает в себя процесс выполнения (202) автономной калибровки лазерного сканирующего датчика (118), расположенного на автоматически управляемом транспортном средстве (106), относительно целевых точек привязки для определения распределения и среднеквадратического отклонения случайных погрешностей в значениях измеренных расстояний, измеренных лазерным сканирующим датчиком (118) на автоматически управляемом транспортном средстве (106).
A7. Предлагается также способ по параграфу A6, согласно которому распределение погрешностей представляет собой распределение Гаусса.
A8. Предлагается также способ по параграфу A6, согласно которому распределение погрешностей хранится в таблице, если оно не является распределением Гаусса.
A9. Предлагается также способ по параграфу A1, согласно которому этап выполнения включает в себя использование (304) лазерного сканирующего датчика (118), расположенного на автоматически управляемом транспортном средстве (16), который непосредственно обращен или примыкает к опорному приспособлению (102) или рабочему стенду (110) в пределах гибкой производственной ячейки (100).
A10. Предлагается также способ по параграфу A1, согласно которому по меньшей мере один из лазерных сканирующих датчиков (118) содержит множество лазерных сканирующих датчиков (118), а этап выполнения включает в себя использование (304) более одного лазерного сканирующего датчика (118), расположенных на автоматически управляемом транспортном средстве (106), в пределах зоны охвата лазерных сканирующих датчиков (118), расположенных на автоматически управляемом транспортном средстве (106).
A11. Предлагается также способ по параграфу A1, согласно которому этап выполнения включает в себя выполнение (304) измерений расстояний до объектов в поле обзора лазерного сканирующего датчика (118) на автоматически управляемом транспортном средстве (106) с шагом углового перемещения в пределах зоны охвата лазерного сканирующего датчика (118) на автоматически управляемом транспортном средстве (106).
A12. Предлагается также способ по параграфу A1, согласно которому этап отфильтровывания включает в себя задание (308) выпуклой зоны (122) вокруг по меньшей мере одного из целевых элементов (112) для исключения объектов, не являющихся целевыми элементами (112).
A13. Предлагается также способ по параграфу A12, при котором предел расстояния между периметром целевых элементов (112) и периметром заданной выпуклой зоны (122) достаточно мал, так что никакие другие статичные или динамические объекты не займут кольцевое пространство, образованное между периметром целевых элементов (112) и периметром заданной выпуклой зоны (122).
A14. Предлагается также способ по параграфу A12, согласно которому этап отфильтровывания включает в себя отфильтровывание (308) значений измеренных расстояний, которые выходят за пороговые границы выпуклых зон (122), заданных вокруг целевых элементов (112), для получения отфильтрованных значений измеренных расстояний до каждого объекта в зоне охвата лазерного сканирующего датчика (118), расположенного на автоматически управляемом транспортном средстве (106).
A15. Предлагается также способ по параграфу A1, согласно которому этап построения включает в себя построение (318) карты целевых элементов (112) в двумерной (2-D) плоскости обзора с использованием оцененных значений измеренных расстояний.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предлагается:
B1. Устройство для автоматизации на уровне гибкой производственной ячейки и завода, содержащее:
автоматически управляемое транспортное средство (106), содержащее по меньшей мере один лазерный сканирующий датчик (118) и контроллер (116), при этом контроллер (116) выполнен с возможностью:
выполнения (304) одного или более измерений расстояний до одного или более объектов в пределах гибкой производственной ячейки (100) с использованием лазерного сканирующего датчика (118), расположенного на автоматически управляемом транспортном средстве (106);
отфильтровывание (308) значений измеренных расстояний до объектов, не являющихся целевыми элементами (112) на опорном приспособлении (102) или рабочем стенде (110) в пределах данной гибкой производственной ячейки (100);
устранения (312) систематических погрешностей лазерного сканирующего датчика (118) из отфильтрованных значений измеренных расстояний;
применения (314) математического фильтра или статистической оценки к отфильтрованным значениям измеренных расстояний с использованием случайных погрешностей лазерного сканирующего датчика (118) для получения оцененных значений измеренных расстояний;
построения (318) карты целевых элементов (112) на опорном приспособлении (102) или рабочем стенде (110) в пределах гибкой производственной ячейки (100) с использованием оцененных значений измеренных расстояний; и
использования (320) построенной карты для планирования маршрута автоматически управляемого транспортного средства (106) и навигационного управления им относительно опорного приспособления (102) или рабочего стенда (110) в пределах гибкой производственной ячейки (100).
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предлагается:
C1. Способ автоматизации на уровне гибкой производственной ячейки и завода, включающий в себя:
выполнение (304) одного или более измерений расстояний до одного или более объектов в пределах гибкой производственной ячейки (100) с использованием одного или более лазерных сканирующих датчиков (118) на автоматически управляемом транспортном средстве (106);
отфильтровывание (308) значений измеренных расстояний до объектов, не являющихся целевыми элементами (112) на опорном приспособлении (102) или рабочем стенде (110) в пределах данной гибкой производственной ячейки (100);
удаление (312) систематических погрешностей лазерных сканирующих датчиков (118) из отфильтрованных значений измеренных расстояний;
применение (314) математического фильтра или статистической оценки к отфильтрованным значениям измеренных расстояний с использованием случайных погрешностей лазерных сканирующих датчиков (118) для получения оцененных значений измеренных расстояний;
построение (318) карты целевых элементов (112) на опорном приспособлении (102) или рабочем стенде (110) в пределах гибкой производственной ячейки (100) с использованием оцененных значений измеренных расстояний; и
использование (320) построенной карты для обеспечения точного и повторяемого возврата автоматически управляемого транспортного средства (106) в одну или более заданные обучением узловые позиции в пределах гибкой производственной ячейки (100).
C2. Предлагается также способ по параграфу C1, согласно которому построенная карта обеспечивает точный и повторяемый возврат автоматически управляемого транспортного средства (106) в одну или более заданные обучением узловые позиции в пределах одной или более других гибких производственных ячеек (100).
C3. Предлагается также способ по параграфу C1, включающий в себя также выполнение (200, 202) одной или более калибровок лазерных сканирующих датчиков (118) на автоматически управляемом транспортном средстве (106) для определения систематических или случайных погрешностей в значениях измеренных расстояний, измеренных лазерным сканирующим датчиком (118).
C4. Предлагается также способ по параграфу C1, согласно которому этап выполнения включает в себя использование (304) лазерных сканирующих датчиков (118) на автоматически управляемом транспортном средстве (106) в пределах зоны охвата лазерных сканирующих датчиков (118) на автоматически управляемом транспортном средстве (106).
C5. Предлагается также способ по параграфу C1, согласно которому этап выполнения включает в себя выполнение (304) измерений расстояний до объектов в поле обзора лазерных сканирующих датчиков (118) на автоматически управляемом транспортном средстве (106) с шагом углового перемещения в пределах зоны охвата лазерных сканирующих датчиков (118) на автоматически управляемом транспортном средстве (106).
C6. Предлагается также способ по параграфу C1, согласно которому этап отфильтровывания включает в себя задание (308) выпуклой зоны (122) вокруг по меньшей мере одного из целевых элементов (112) для исключения объектов, не являющихся целевыми элементами (112).
C7. Предлагается также способ по параграфу C6, согласно которому предел расстояния между периметром целевых элементов (112) и периметром заданной выпуклой зоны (122) достаточно мал, так что никакие другие статичные или динамические объекты не займут кольцевое пространство, образованное между периметром целевых элементов (112) и периметром заданной выпуклой зоны (122).
C8. Предлагается также способ по параграфу 6, согласно которому этап отфильтровывания включает в себя отфильтровывание (308) значений измеренных расстояний, выходящих за пороговые границы выпуклых зон (122), заданных вокруг целевых элементов (112), для получения отфильтрованных значений измеренных расстояний, измеренных для каждого объекта в зоне охвата лазерных сканирующих датчиков (118) на автоматически управляемом транспортном средстве (106).
C9. Предлагается также способ по параграфу 1, при котором этап построения включает в себя построение (318) карты целевых элементов (112) в двумерной (2-D) плоскости обзора с использованием оцененных значений измеренных расстояний.
Альтернативы
Описание различных вариантов реализации настоящего изобретения, изложенное выше, приведено в иллюстративно-пояснительных целях, и предполагается, что это описание не исчерпывающее и не сводится к вариантам реализации в той форме, в которой они раскрыты. Многие модификации и вариации будут очевидны специалисту в данной области техники.
В частности, могут применяться устройства, отличные от автоматически управляемых транспортных средств и источников лазерного сканирования. Кроме того, могут выполняться различные способы и этапы. Наконец, применение и размещение гибких производственных ячеек, опорных приспособлений, рабочих стендов, целевых элементов и т.п. могут отличаться от раскрытых в настоящем документе.
Предполагается, что объем настоящего изобретения ограничен не этим подробным описанием, а скорее прилагаемой к нему формулой изобретения.