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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024110388
(43)【公開日】2024-08-15
(54)【発明の名称】ピック・アンド・プレイス・システムおよび方法
(51)【国際特許分類】
B25J 15/00 20060101AFI20240807BHJP
B25J 13/08 20060101ALI20240807BHJP
【ＦＩ】
B25J15/00 D
B25J13/08 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023195097
(22)【出願日】2023-11-16
(31)【優先権主張番号】18/163,812
(32)【優先日】2023-02-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】523043898
【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(74)【代理人】
【識別番号】100163522
【弁理士】
【氏名又は名称】黒田 晋平
(74)【代理人】
【識別番号】100154922
【弁理士】
【氏名又は名称】崔 允辰
(72)【発明者】
【氏名】サンドラ・エル・ズメウ
(72)【発明者】
【氏名】ジョナサン・ワイ・アン
(72)【発明者】
【氏名】オースティン・ビー・ボール
(72)【発明者】
【氏名】リカルド・エー・フリッツケ
(72)【発明者】
【氏名】クリストファー・アール・ブラウン
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707AS02
3C707BS12
3C707CY32
3C707DS06
3C707ES02
3C707ET08
3C707EU16
3C707EV02
3C707EV10
3C707HS14
3C707HS26
3C707HT12
3C707KS03
3C707KS04
3C707KS29
3C707KS34
3C707KS35
3C707KV11
3C707KW03
3C707KX07
3C707KX08
3C707LT12
3C707LV02
3C707LV04
3C707LV05
(57)【要約】
【課題】ロボット装置のロボットアームによって支持されるように構成された剛性の細長いストロングバックを有するピック・アンド・プレイス・システムを提供する。
【解決手段】ピック・アンド・プレイス・システム（100）は、ロボット装置（110）のロボットアーム（114）によって支持された剛性の細長いストロングバック（120）を含む。システム（100）は、ストロングバック（120）に互いに間隔をあけて取付け可能な複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）を含む。各アセンブリ（130）は、それぞれワークピース（300）の局所セグメント（302）にクランプする1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）を含む。各アセンブリ（130）はまた、1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）をストロングバック（120）に結合し、ワークピース（300）を接合構造上に配置する前に局所セグメント（302）の向きを調整する多軸アクチュエータ（138）を含む。
【選択図】図1
【解決手段】ピック・アンド・プレイス・システム（100）は、ロボット装置（110）のロボットアーム（114）によって支持された剛性の細長いストロングバック（120）を含む。システム（100）は、ストロングバック（120）に互いに間隔をあけて取付け可能な複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）を含む。各アセンブリ（130）は、それぞれワークピース（300）の局所セグメント（302）にクランプする1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）を含む。各アセンブリ（130）はまた、1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）をストロングバック（120）に結合し、ワークピース（300）を接合構造上に配置する前に局所セグメント（302）の向きを調整する多軸アクチュエータ（138）を含む。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロボット装置（110）のロボットアーム（114）によって支持された剛性の細長いストロングバック（120）と、
前記ストロングバック（120）に互いに間隔をあけて取付け可能な複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）であって、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）が、
それぞれワークピース（300）の局所セグメント（302）にクランプする1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）と、
前記1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）を前記ストロングバック（120）に結合し、前記ワークピース（300）を接合構造（410）上に配置する前に前記局所セグメント（302）の向きを調整する多軸アクチュエータ（138）とを備える、複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）と
を備える、ピック・アンド・プレイス・システム（100）。
前記ストロングバック（120）に互いに間隔をあけて取付け可能な複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）であって、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）が、
それぞれワークピース（300）の局所セグメント（302）にクランプする1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）と、
前記1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）を前記ストロングバック（120）に結合し、前記ワークピース（300）を接合構造（410）上に配置する前に前記局所セグメント（302）の向きを調整する多軸アクチュエータ（138）とを備える、複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）と
を備える、ピック・アンド・プレイス・システム（100）。
【請求項2】
各多軸アクチュエータ（138）が、6自由度で前記1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）の前記向きを調整するように協調して動作可能な6つのアクチュエータ（142）を有する6軸ヘキサポッド（140）である、請求項1に記載のピック・アンド・プレイス・システム（100）。
【請求項3】
各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）の前記ジョーアセンブリ（170）が、
固定ジョー（172）と、可動ジョー（174）と、前記可動ジョー（174）と前記固定ジョー（172）との間に前記ワークピース（300）をクランプおよびアンクランプするために、前記可動ジョー（174）を前記固定ジョー（172）に向かっておよび前記固定ジョー（172）から離れるように移動させるジョーアクチュエータ（176）とを備える、請求項1に記載のピック・アンド・プレイス・システム（100）。
固定ジョー（172）と、可動ジョー（174）と、前記可動ジョー（174）と前記固定ジョー（172）との間に前記ワークピース（300）をクランプおよびアンクランプするために、前記可動ジョー（174）を前記固定ジョー（172）に向かっておよび前記固定ジョー（172）から離れるように移動させるジョーアクチュエータ（176）とを備える、請求項1に記載のピック・アンド・プレイス・システム（100）。
【請求項4】
各ジョーアセンブリ（170）が、
一対の一方向グリッパパッド（178）であって、それぞれ前記可動ジョー（174）および前記固定ジョー（172）に取付け可能であり、前記接合構造（410）に向かう配置方向（182）への前記グリッパパッド（178）間の前記ワークピース（300）のスライド移動を抑え、前記ワークピース（300）が前記接合構造（410）に接触する際に、前記配置方向（182）とは反対の方向への前記ワークピース（300）のスライド移動を可能にしながら前記ワークピース（300）を把持する、一対の一方向グリッパパッド（178）を備える、請求項3に記載のピック・アンド・プレイス・システム（100）。
一対の一方向グリッパパッド（178）であって、それぞれ前記可動ジョー（174）および前記固定ジョー（172）に取付け可能であり、前記接合構造（410）に向かう配置方向（182）への前記グリッパパッド（178）間の前記ワークピース（300）のスライド移動を抑え、前記ワークピース（300）が前記接合構造（410）に接触する際に、前記配置方向（182）とは反対の方向への前記ワークピース（300）のスライド移動を可能にしながら前記ワークピース（300）を把持する、一対の一方向グリッパパッド（178）を備える、請求項3に記載のピック・アンド・プレイス・システム（100）。
【請求項5】
各ジョーアセンブリ（170）が、
前記固定ジョー（172）に向かって移動するとき、前記ワークピース（300）に接触する前に、前記可動ジョー（174）を減速させ、
クランプ圧力を所定の最大値未満に維持するために前記ジョーアクチュエータ（176）にフィードバックするために、前記可動ジョー（174）と前記固定ジョー（172）との間の前記ワークピース（300）に対する前記クランプ圧力を測定する、ショックアブソーバ（184）を含む、請求項3に記載のピック・アンド・プレイス・システム（100）。
前記固定ジョー（172）に向かって移動するとき、前記ワークピース（300）に接触する前に、前記可動ジョー（174）を減速させ、
クランプ圧力を所定の最大値未満に維持するために前記ジョーアクチュエータ（176）にフィードバックするために、前記可動ジョー（174）と前記固定ジョー（172）との間の前記ワークピース（300）に対する前記クランプ圧力を測定する、ショックアブソーバ（184）を含む、請求項3に記載のピック・アンド・プレイス・システム（100）。
【請求項6】
各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）が、
前記多軸アクチュエータ（138）と前記1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）との間に置かれ、前記ワークピース（300）の前記局所セグメント（302）に対するトルクおよび力を測定するロードセル（160）を備え、
前記ロボット装置（110）および前記多軸アクチュエータ（138）のうちの少なくとも一方が、前記ロードセル（160）からのトルクおよび力の測定値に応答して、
前記局所セグメント（302）の向きを所望のロフト角（316）に合わせている間、前記ワークピース（300）材料のクリープ速度を所定の最大値未満に維持することと、
前記接合構造（410）上に配置している間、前記ワークピース（300）に対する圧縮圧力を所定の最大値未満に維持することと、のうちの少なくとも1つを実行するように構成されている、請求項1に記載のピック・アンド・プレイス・システム（100）。
前記多軸アクチュエータ（138）と前記1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）との間に置かれ、前記ワークピース（300）の前記局所セグメント（302）に対するトルクおよび力を測定するロードセル（160）を備え、
前記ロボット装置（110）および前記多軸アクチュエータ（138）のうちの少なくとも一方が、前記ロードセル（160）からのトルクおよび力の測定値に応答して、
前記局所セグメント（302）の向きを所望のロフト角（316）に合わせている間、前記ワークピース（300）材料のクリープ速度を所定の最大値未満に維持することと、
前記接合構造（410）上に配置している間、前記ワークピース（300）に対する圧縮圧力を所定の最大値未満に維持することと、のうちの少なくとも1つを実行するように構成されている、請求項1に記載のピック・アンド・プレイス・システム（100）。
【請求項7】
各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）が、
前記ワークピース（300）の前記向きおよび位置を測定する少なくとも1つのワークピース方位測定装置（200）を含み、
前記ロボット装置（110）および前記多軸アクチュエータ（138）のうちの少なくとも一方が、前記ワークピース方位測定装置（200）からの向きおよび位置の測定値に応答して、
前記ワークピース（300）にクランプする前に、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）の前記1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）をそれぞれの前記局所セグメント（302）と位置合わせすることと、
前記ワークピース（300）が前記接合構造（410）上に配置されるときに、各局所セグメント（302）のワークピースロフト角（316）が前記接合構造（410）の接合面（412）の接合構造ロフト角（416）と一致するように、前記局所セグメント（302）の向きを合わせることと、
前記局所セグメント（302）の実際の中心線（314）が前記接合構造（410）上の前記ワークピース（300）の所期の中心線（414）と位置合わせされるように、前記局所セグメント（302）を前記接合構造（410）上に位置決めすることと、のうちの少なくとも1つを実行するように構成されている、請求項1に記載のピック・アンド・プレイス・システム（100）。
前記ワークピース（300）の前記向きおよび位置を測定する少なくとも1つのワークピース方位測定装置（200）を含み、
前記ロボット装置（110）および前記多軸アクチュエータ（138）のうちの少なくとも一方が、前記ワークピース方位測定装置（200）からの向きおよび位置の測定値に応答して、
前記ワークピース（300）にクランプする前に、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）の前記1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）をそれぞれの前記局所セグメント（302）と位置合わせすることと、
前記ワークピース（300）が前記接合構造（410）上に配置されるときに、各局所セグメント（302）のワークピースロフト角（316）が前記接合構造（410）の接合面（412）の接合構造ロフト角（416）と一致するように、前記局所セグメント（302）の向きを合わせることと、
前記局所セグメント（302）の実際の中心線（314）が前記接合構造（410）上の前記ワークピース（300）の所期の中心線（414）と位置合わせされるように、前記局所セグメント（302）を前記接合構造（410）上に位置決めすることと、のうちの少なくとも1つを実行するように構成されている、請求項1に記載のピック・アンド・プレイス・システム（100）。
【請求項8】
前記ワークピース方位測定装置（200）がレーザープロフィロメータ（204）を備える、請求項7に記載のピック・アンド・プレイス・システム（100）。
【請求項9】
各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）が、
前記1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）に近接して取付け可能であり、前記ワークピース（300）をピックアップし、向きを合わせ、配置している間、前記ロボット装置（110）および前記多軸アクチュエータ（138）のリアルタイム制御を容易にするために、追跡装置（210）を介して、前記アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）の空間位置および向きを追跡するための追跡ピン（218）と反射体（220）とを有する追跡固定具（214）を備える、請求項1に記載のピック・アンド・プレイス・システム（100）。
前記1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）に近接して取付け可能であり、前記ワークピース（300）をピックアップし、向きを合わせ、配置している間、前記ロボット装置（110）および前記多軸アクチュエータ（138）のリアルタイム制御を容易にするために、追跡装置（210）を介して、前記アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）の空間位置および向きを追跡するための追跡ピン（218）と反射体（220）とを有する追跡固定具（214）を備える、請求項1に記載のピック・アンド・プレイス・システム（100）。
【請求項10】
ロボットアーム（114）を有するロボット装置（110）と、
前記ロボットアーム（114）によって支持された剛性の細長いストロングバック（120）と、
前記ストロングバック（120）に互いに間隔をあけて取付け可能な複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）であって、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）が、
それぞれワークピース（300）の局所セグメント（302）にクランプする1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）と、
前記1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）を前記ストロングバック（120）に結合し、前記ワークピース（300）を接合構造（410）上に配置する前に前記局所セグメント（302）の向きを調整する多軸アクチュエータ（138）とを備える、複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）と、
前記ワークピース（300）の前記局所セグメント（302）の実際の中心線（314）が前記接合構造（410）上の前記ワークピース（300）の所期の中心線（414）と位置合わせされるように前記ワークピース（300）を前記接合構造（410）上に位置決めする仕方で、前記ロボットアーム（114）と、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）の前記多軸アクチュエータ（138）とを制御するコントローラー（102）と
を備える、ピック・アンド・プレイス・システム（100）。
前記ロボットアーム（114）によって支持された剛性の細長いストロングバック（120）と、
前記ストロングバック（120）に互いに間隔をあけて取付け可能な複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）であって、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）が、
それぞれワークピース（300）の局所セグメント（302）にクランプする1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）と、
前記1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）を前記ストロングバック（120）に結合し、前記ワークピース（300）を接合構造（410）上に配置する前に前記局所セグメント（302）の向きを調整する多軸アクチュエータ（138）とを備える、複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）と、
前記ワークピース（300）の前記局所セグメント（302）の実際の中心線（314）が前記接合構造（410）上の前記ワークピース（300）の所期の中心線（414）と位置合わせされるように前記ワークピース（300）を前記接合構造（410）上に位置決めする仕方で、前記ロボットアーム（114）と、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）の前記多軸アクチュエータ（138）とを制御するコントローラー（102）と
を備える、ピック・アンド・プレイス・システム（100）。
【請求項11】
前記コントローラー（102）は、前記ワークピース（300）が前記接合構造（410）上に配置されるときに、各局所セグメント（302）のロフト角（316）が前記接合構造（410）のロフト角（416）と一致するように前記局所セグメント（302）の前記向きを調整する仕方で、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）の前記多軸アクチュエータ（138）を制御するようにさらに構成されている、請求項10に記載のピック・アンド・プレイス・システム（100）。
【請求項12】
ワークピース（300）をピックアップし、接合構造（410）上に配置する方法であって、
剛性の細長いストロングバック（120）に互いに間隔をあけて取付け可能な複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）のそれぞれ複数のジョーアセンブリ（170）をそれぞれ使用して、ワークピース（300）の局所セグメント（302）にクランプするステップと、
前記ストロングバック（120）に結合されたロボットアーム（114）を使用して、前記ワークピース（300）をピックアップするステップと、
前記複数のジョーアセンブリ（170）を前記ストロングバック（120）にそれぞれ結合する複数の多軸アクチュエータ（138）を使用して、前記ワークピース（300）が前記ストロングバック（120）によって3次元空間において支持されているときに、前記局所セグメント（302）の向きを調整するステップと、
前記多軸アクチュエータ（138）と協調して前記ロボットアーム（114）を動作させることによって、前記ワークピース（300）を接合構造（410）上に配置するステップとを含む、方法。
剛性の細長いストロングバック（120）に互いに間隔をあけて取付け可能な複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）のそれぞれ複数のジョーアセンブリ（170）をそれぞれ使用して、ワークピース（300）の局所セグメント（302）にクランプするステップと、
前記ストロングバック（120）に結合されたロボットアーム（114）を使用して、前記ワークピース（300）をピックアップするステップと、
前記複数のジョーアセンブリ（170）を前記ストロングバック（120）にそれぞれ結合する複数の多軸アクチュエータ（138）を使用して、前記ワークピース（300）が前記ストロングバック（120）によって3次元空間において支持されているときに、前記局所セグメント（302）の向きを調整するステップと、
前記多軸アクチュエータ（138）と協調して前記ロボットアーム（114）を動作させることによって、前記ワークピース（300）を接合構造（410）上に配置するステップとを含む、方法。
【請求項13】
複数の多軸アクチュエータ（138）を使用して前記局所セグメント（302）の前記向きを調整する前記ステップが、
それぞれ、6自由度で移動するために協調して動作する6つのアクチュエータ（142）を有する複数の6軸ヘキサポッド（140）を使用して、前記局所セグメント（302）の前記向きを調整するステップを含む、請求項12に記載の方法。
それぞれ、6自由度で移動するために協調して動作する6つのアクチュエータ（142）を有する複数の6軸ヘキサポッド（140）を使用して、前記局所セグメント（302）の前記向きを調整するステップを含む、請求項12に記載の方法。
【請求項14】
前記複数のジョーアセンブリ（170）を使用して前記ワークピース（300）にクランプする前記ステップが、
各ジョーアセンブリ（170）の固定ジョー（172）を、前記ジョーアセンブリ（170）の可動ジョー（174）に向かって移動させるステップを含む、請求項12に記載の方法。
各ジョーアセンブリ（170）の固定ジョー（172）を、前記ジョーアセンブリ（170）の可動ジョー（174）に向かって移動させるステップを含む、請求項12に記載の方法。
【請求項15】
前記ワークピース（300）にクランプするステップが、
各ジョーアセンブリ（170）の前記可動ジョー（174）と前記固定ジョー（172）とにそれぞれ取り付けられた一対の一方向グリッパパッド（178）間に前記ワークピース（300）をクランプするステップを含み、
前記グリッパパッド（178）が、
前記ワークピース（300）を前記接合構造（410）上に配置する方向への、前記グリッパパッド（178）間の前記ワークピース（300）のスライド移動を抑え、
前記ワークピース（300）が前記接合構造（410）に接触する際に、前記配置方向（182）とは反対の方向への前記ワークピース（300）のスライド移動を可能にする、ように構成されている、請求項14に記載の方法。
各ジョーアセンブリ（170）の前記可動ジョー（174）と前記固定ジョー（172）とにそれぞれ取り付けられた一対の一方向グリッパパッド（178）間に前記ワークピース（300）をクランプするステップを含み、
前記グリッパパッド（178）が、
前記ワークピース（300）を前記接合構造（410）上に配置する方向への、前記グリッパパッド（178）間の前記ワークピース（300）のスライド移動を抑え、
前記ワークピース（300）が前記接合構造（410）に接触する際に、前記配置方向（182）とは反対の方向への前記ワークピース（300）のスライド移動を可能にする、ように構成されている、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
前記ワークピース（300）にクランプするステップが、
前記固定ジョー（172）に接近するとき、前記ワークピース（300）に接触する前に、ショックアブソーバ（184）を使用して前記可動ジョー（174）を減速させるステップと、
クランプ圧力を所定の最大値未満に維持するために、前記ショックアブソーバ（184）を使用して、前記可動ジョー（174）と前記固定ジョー（172）との間で前記ワークピース（300）に加えられる前記クランプ圧力を測定するステップとを含む、請求項14に記載の方法。
前記固定ジョー（172）に接近するとき、前記ワークピース（300）に接触する前に、ショックアブソーバ（184）を使用して前記可動ジョー（174）を減速させるステップと、
クランプ圧力を所定の最大値未満に維持するために、前記ショックアブソーバ（184）を使用して、前記可動ジョー（174）と前記固定ジョー（172）との間で前記ワークピース（300）に加えられる前記クランプ圧力を測定するステップとを含む、請求項14に記載の方法。
【請求項17】
前記複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）にそれぞれ含まれている複数のロードセル（160）をそれぞれ使用して、前記ワークピース（300）の前記局所セグメント（302）に対するトルクおよび力を測定するステップと、
前記局所セグメント（302）の向きを前記局所セグメント（302）のそれぞれの所望のロフト角（316）に合わせている間、前記ワークピース（300）材料のクリープ速度を所定の最大値未満に維持することと、
前記接合構造（410）上に配置している間、前記ワークピース（300）に対する圧縮圧力を所定の最大値未満に維持することと、のうちの少なくとも1つを実行するために、前記ロードセル（160）からのトルクおよび力のうちの少なくとも一方の測定値に基づいて、前記ロボットアーム（114）および前記多軸アクチュエータ（138）のうちの少なくとも一方を動作させるステップと
をさらに含む、請求項12に記載の方法。
前記局所セグメント（302）の向きを前記局所セグメント（302）のそれぞれの所望のロフト角（316）に合わせている間、前記ワークピース（300）材料のクリープ速度を所定の最大値未満に維持することと、
前記接合構造（410）上に配置している間、前記ワークピース（300）に対する圧縮圧力を所定の最大値未満に維持することと、のうちの少なくとも1つを実行するために、前記ロードセル（160）からのトルクおよび力のうちの少なくとも一方の測定値に基づいて、前記ロボットアーム（114）および前記多軸アクチュエータ（138）のうちの少なくとも一方を動作させるステップと
をさらに含む、請求項12に記載の方法。
【請求項18】
少なくとも1つのワークピース方位測定装置（200）を使用して、前記アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）および前記接合構造（410）のうちの少なくとも一方に対する前記ワークピース（300）の前記向きおよび位置を測定するステップと、
前記ワークピース（300）にクランプする前に、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）の1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）を、前記ワークピース（300）のそれぞれの前記局所セグメント（302）と位置合わせすることと、
前記ワークピース（300）が前記接合構造（410）上に配置されるときに、各局所セグメント（302）のロフト角（316）が前記接合構造（410）のロフト角（416）と一致するように、前記局所セグメント（302）の向きを合わせることと、
前記局所セグメント（302）の各々の実際の中心線（314）が前記接合構造（410）上の前記ワークピース（300）の所期の中心線（414）と位置合わせされるように、前記局所セグメント（302）を前記接合構造（410）上に位置決めすることと、のうちの少なくとも1つを実行するために、前記ワークピース方位測定装置（200）からの前記ワークピース（300）の向きおよび位置のうちの少なくとも一方の測定値に基づいて、前記ロボットアーム（114）および前記多軸アクチュエータ（138）のうちの少なくとも一方を動作させるステップと
をさらに含む、請求項12に記載の方法。
前記ワークピース（300）にクランプする前に、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）の1つまたは複数のジョーアセンブリ（170）を、前記ワークピース（300）のそれぞれの前記局所セグメント（302）と位置合わせすることと、
前記ワークピース（300）が前記接合構造（410）上に配置されるときに、各局所セグメント（302）のロフト角（316）が前記接合構造（410）のロフト角（416）と一致するように、前記局所セグメント（302）の向きを合わせることと、
前記局所セグメント（302）の各々の実際の中心線（314）が前記接合構造（410）上の前記ワークピース（300）の所期の中心線（414）と位置合わせされるように、前記局所セグメント（302）を前記接合構造（410）上に位置決めすることと、のうちの少なくとも1つを実行するために、前記ワークピース方位測定装置（200）からの前記ワークピース（300）の向きおよび位置のうちの少なくとも一方の測定値に基づいて、前記ロボットアーム（114）および前記多軸アクチュエータ（138）のうちの少なくとも一方を動作させるステップと
をさらに含む、請求項12に記載の方法。
【請求項19】
前記ワークピース（300）の前記向きおよび位置を測定するステップが、
レーザープロフィロメータ（204）を使用して、前記ワークピース（300）の前記向きおよび位置を測定するステップを含む、請求項18に記載の方法。
レーザープロフィロメータ（204）を使用して、前記ワークピース（300）の前記向きおよび位置を測定するステップを含む、請求項18に記載の方法。
【請求項20】
前記複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）にそれぞれ結合されたレーザートラッカ（212）および複数の追跡固定具（214）を使用して、前記アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）のそれぞれ空間位置および向きを追跡するステップと、
前記アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）の前記空間位置および向きに関する前記レーザートラッカ（212）からの入力に基づいて、前記ワークピース（300）をピックアップし、向きを合わせ、配置している間、コントローラー（102）を使用してリアルタイムで前記ロボットアーム（114）と前記多軸アクチュエータ（138）とを制御するステップと
をさらに含む、請求項12に記載の方法。
前記アクチュエータ・クランプ・アセンブリ（130）の前記空間位置および向きに関する前記レーザートラッカ（212）からの入力に基づいて、前記ワークピース（300）をピックアップし、向きを合わせ、配置している間、コントローラー（102）を使用してリアルタイムで前記ロボットアーム（114）と前記多軸アクチュエータ（138）とを制御するステップと
をさらに含む、請求項12に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、製造システムに関し、より詳細には、長尺の可撓性部品をピックアップし、配置するように構成されたピック・アンド・プレイス・システムに関する。
【背景技術】
【0002】
製造設備の生産ラインでは、個々の部品が1つまたは複数の部品処理ステーションから組立ステーションに移動され、組立ステーションで部品は他の部品と組み立てられて組立体を形成する。例えば、航空機の複合翼の生産ラインでは、硬化前の複合ストリンガが、ストリンガトリム治具などのストリンガ処理ステーションから翼組立ステーションに移動され、翼組立ステーションで複合ストリンガは複合翼パネル上に配置される。翼リブおよび翼桁などの他の部品も翼パネルに組み付けられて翼組立体を形成する。
【0003】
複合ストリンガをピックアップし、翼パネル上に配置する従来の方法は、ガントリシステムの使用を含む。翼用の複合ストリンガは一般に長尺で、硬化前の状態では可撓性である。その結果、ガントリシステムは、ストリンガの長さに沿った複数の箇所において複合ストリンガを支持するための複数のヘッドを有さなければならず、これは、ストリンガ配置システムの複雑さおよびコストを増大させる。さらに、ガントリシステムは、複合ストリンガの全出荷セット（shipset）の配置を可能にするために、翼パネルの幅にわたって延伸しなければならない。その結果、ストリンガ配置用のガントリシステムは、工場の床面積を大きく占有することがある。
【0004】
ガントリシステムに関連する課題を大きくしているのが、翼パネル上に配置する前にストリンガ操作を必要とすることであり、ストリンガ接合面が翼パネルの外形と一致するように、最初は直線状の各ストリンガをねじらなければならない。さらに、ガントリシステムは、翼パネル上に各複合ストリンガを配置する際に、高い位置精度を確保しなければならない。現在の位置決め方法は、翼パネル上の所期の中心線と位置合わせするために、ストリンガフランジの補正オフセットを使用して、ストリンガの実際の中心線ではなく、ストリンガの理論上の中心線を画定する。大きい配置公差は翼組立体の構造設計によって補正され得るが、そのような補正構造設計は、一般に、翼組立体の構造質量の増加（すなわち重量の増加）をもたらす。
【0005】
このように、当技術分野において、上記の課題を回避するように、長尺の可撓性部品をピックアップし、操作し、配置するためのシステムおよび方法が必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
長尺の可撓性部品をピックアップし、配置することに関連する上記の必要性は、ロボット装置のロボットアームによって支持されるように構成された、剛性の細長いストロングバックを有するピック・アンド・プレイス・システムを提供する本開示によって、特に対処され、軽減される。さらに、ピック・アンド・プレイス・システムは、ストロングバックに互いに間隔をあけて取付け可能な複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリを含む。各アクチュエータ・クランプ・アセンブリは、それぞれワークピースの局所セグメントにクランプする1つまたは複数のジョーアセンブリを含む。各アクチュエータ・クランプ・アセンブリはまた、1つまたは複数のジョーアセンブリをストロングバックに結合し、ワークピースを接合構造上に配置する前に局所セグメントの向きを調整する多軸アクチュエータを含む。
【0007】
ロボット装置を有するピック・アンド・プレイス・システムも開示される。ロボット装置はロボットアームを有する。ピック・アンド・プレイス・システムは、ロボットアームによって支持された剛性の細長いストロングバックを含む。さらに、ピック・アンド・プレイス・システムは、ストロングバックに互いに間隔をあけて取付け可能な複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリを含む。各アクチュエータ・クランプ・アセンブリは、それぞれワークピースの局所セグメントにクランプする1つまたは複数のジョーアセンブリを含む。各アクチュエータ・クランプ・アセンブリはまた、1つまたは複数のジョーアセンブリをストロングバックに結合し、ワークピースを接合構造上に配置する前に局所セグメントの向きを調整する多軸アクチュエータを含む。ピック・アンド・プレイス・システムはまた、ワークピースの局所セグメントの実際の中心線が接合構造上のワークピースの所期の中心線と位置合わせされるようにワークピースを接合構造上に位置決めする仕方で、ロボットアームと、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリの多軸アクチュエータとを制御するコントローラーを含む。
【0008】
ワークピースをピックアップし、ワークピースを接合構造に配置する方法も開示される。本方法は、剛性の細長いストロングバックに互いに間隔をあけて取付け可能な複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリのそれぞれ複数のジョーアセンブリをそれぞれ使用して、ワークピースの局所セグメントにクランプするステップを含む。本方法はまた、ストロングバックに結合されたロボットアームを使用してワークピースをピックアップするステップと、複数のジョーアセンブリをストロングバックにそれぞれ結合する複数の多軸アクチュエータを使用して、ワークピースがストロングバックによって3次元空間において支持されているときに、局所セグメントの向きを調整するステップとを含む。本方法は、多軸アクチュエータと協調してロボットアームを動作させることによって、ワークピースを接合構造上に配置するステップをさらに含む。
【0009】
説明してきた形態、機能および利点は、本開示の様々な実施形態において独立して達成され得るか、またはさらに他の実施形態において組み合わせられ得、そのさらなる詳細は以下の説明および図面を参照して理解され得る。
【0010】
本開示のこれらおよび他の形態は、全体にわたって同様の番号が同様の部分を指す図面を参照するとより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】ロボット装置のロボットアームによって支持可能であるストロングバックを有し、ワークピースにクランプするための複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリを有するピック・アンド・プレイス・システムの斜視図である。
【図3】一対のジョーアセンブリと、一対のジョーアセンブリをストロングバックに結合する多軸アクチュエータとを備えるアクチュエータ・クランプ・アセンブリの一例を示す図である。
【図6】固定ジョーと、可動ジョーと、ワークピースをクランプおよびアンクランプするために、可動ジョーを固定ジョーに向かっておよび固定ジョーから離れるように移動させるためのジョーアクチュエータとを備えるジョーアセンブリの一例の斜視図である。
【図8】ストリンガをピックアップする準備としてストリンガトリム治具に隣接して配置されたピック・アンド・プレイス・システムの一例を示し、ストリンガをピックアップし、向きを合わせ、配置している間、ジョーアセンブリの空間位置および向きを追跡するための追跡装置をさらに示す図である。
【図9】追跡装置によって追跡するための追跡固定具を有するアクチュエータ・クランプ・アセンブリの拡大図である。
【図10】図のストリンガトリム治具に隣接して配置されたピック・アンド・プレイス・システムの側面図である。
【図11】ストリンガの上に配置されたアクチュエータ・クランプ・アセンブリの正面斜視図であり、アクチュエータ・クランプ・アセンブリに対するワークピースの向きおよび位置を測定するための一対のワークピース方位測定装置（例えばレーザープロフィロメータ）によって放射されるレーザー帯を示す図である。
【図13】図11のアクチュエータ・クランプ・アセンブリの側面図であり、ジョーアセンブリに対するストリンガの局所セグメントの向きおよび／または位置を測定するためにレーザープロフィロメータによって放射されるレーザー帯を示す図である。
【図15】ストリンガトリム治具からストリンガをピックアップする前にストリンガにクランプするジョーアセンブリを示す図である。
【図16】ストリンガトリム治具上のストリンガに係合する前のピック・アンド・プレイス・システムの正面図である。
【図17】ピックアップ前に、ストリンガのそれぞれの局所セグメントの向きと一致するように、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリのジョーアセンブリの向きを合わせているところを示す図である。
【図18】ストリンガトリム治具上のストリンガをピックアップし、ストリンガを翼組立治具の上に移動させる準備中のピック・アンド・プレイス・システムの斜視図である。
【図19】レールに沿って翼組立治具の方に移動するピック・アンド・プレイス・システムのロボット装置を示す図である。
【図20】ストリンガを翼組立治具の上に位置決めするピック・アンド・プレイス・システムを示す図である。
【図21】ストリンガを翼パネルの上に降ろすピック・アンド・プレイス・システムの一部分を示し、翼パネルに対するストリンガの局所セグメントの向きおよび位置を測定するレーザープロフィロメータを示す図である。
【図22】図21のアクチュエータ・クランプ・アセンブリのうちの1つの側面図であり、翼パネルのロフト角に対するストリンガの局所セグメントの接合面のロフト角を測定するために、レーザープロフィロメータによって放射されるレーザービーム（例えばレーザー帯）を示す図である。
【図24】ストリンガの実際の中心線が翼パネル上のストリンガの所期の中心線と位置合わせされるように、ストリンガを翼パネル上に配置するアクチュエータ・クランプ・アセンブリを示す図である。
【図25】各局所セグメントのロフト角が接合構造のロフト角と一致するようにストリンガをねじる仕方で、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリの向きを合わせ直しているところを示す図である。
【図26】実際の中心線が所期の中心線と位置合わせされるように翼パネル上に配置されたストリンガを示す斜視図である。
【図27】翼パネル上に配置されたストリンガを示す、翼組立治具の端面図である。
【図29】ワークピースをピックアップし、ワークピースを接合構造上に配置する方法に含まれる動作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
ここで、開示される例またはバージョンのすべてではなくいくつかが示されている添付の図面を参照して、開示される例またはバージョンについて以下でより十分に説明する。実際、いくつかの異なる例またはバージョンが与えられ得るが、本明細書に記載されている例またはバージョンに限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの例またはバージョンは、本開示が周到になり、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるように与えられる。
【0013】
本明細書は、「いくつかの例」、「一例」、または「例」への言及を含む。「いくつかの例」、「一例」、または「例」という句の事例は、必ずしも同じ例を指すとは限らない。特定の形態、構造、または特性が、本開示と一致する任意の適切な方法で組み合わせられてもよい。
【0014】
本明細書で使用される場合、「含む（comprising）」は非限定的な用語であり、特許請求の範囲で使用される場合、この用語は追加の構造またはステップを除外しない。
【0015】
本明細書で使用される場合、「ように構成される（configured to）」は、様々な部品または構成要素が、1つまたは複数のタスクを実行する「ように構成される」と説明または特許請求され得ることを意味する。このような文脈において、「ように構成される」は、部品または構成要素が、動作中にそれらの1つまたは複数のタスクを実行する構造を含むことを示すことによって、構造を暗示するために使用される。したがって、部品または構成要素は、指定された部品または構成要素が現在動作していない（例えばオンではない）ときでもタスクを実行するように構成されていると言うことができる。
【0016】
本明細書で使用される場合、単数形で記載され、「a」または「an」という単語が前に付く要素またはステップは、必ずしも複数の要素またはステップを除外するものではないと理解されるべきである。
【0017】
本明細書で使用される場合、「のうちの少なくとも1つ」という句は、項目のリストと共に使用されるとき、リストに挙げられた項目のうちの1つまたは複数の異なる組合せが使用されてもよいし、リスト内の各項目のうちの1つのみが必要とされてもよいことを意味する。言い換えると、「のうちの少なくとも1つ」は、項目の任意の組合せおよび任意の数の項目がリストから使用され得るが、リスト内の項目のすべてが必要とされるわけではないことを意味する。項目は、特定の対象、物、またはカテゴリであり得る。
【0018】
図1～図2を参照すると、細長いワークピース300（図8）をピックアップし、ワークピース300を操作し、ワークピース300を接合構造410（図18）上に正確に配置するように構成されたピック・アンド・プレイス・システム100の一例が示されている。本開示では、ピック・アンド・プレイス・システム100について、硬化前の複合ストリンガ304（すなわちワークピース300）をピックアップし、操作し、複合翼パネル418（すなわち接合構造410）上に配置する文脈において説明する。しかしながら、ピック・アンド・プレイス・システム100は、任意のサイズ、形状、および材料組成（金属または非金属）、および硬化状態（複合材料の場合）のワークピース300をピックアップし、配置するために実装されてもよい。
【0019】
図28～図29を簡単に参照すると、図28には、翼パネル418上の硬化前のストリンガ304を示す、翼組立治具406の側面図が示されている。各ストリンガ304は、ウェブ308とフランジ306とを備えるT字形の断面を有する。図29に示されているように、各ストリンガ304は、硬化前の複合プライ310の積重ねから構成されている。各複合プライ310は、ポリマー母材（例えばエポキシ樹脂）が含浸された強化繊維（例えば炭素繊維）から構成されている。硬化前の状態であるため、ストリンガ304は比較的可撓性であり、したがって、それらのストリンガ304の長さに沿って間隔をあけて支持されなければならない。この目的のために、ピック・アンド・プレイス・システム100（図1）は、ワークピース300をその長さに沿って間隔をあけて支持するための剛性の細長いストロングバック120（図1）を含む。
【0020】
図28では、フランジ306の下面はストリンガ304のワークピース接合面312として機能し、本開示では、翼パネル418（図22）の内側モールドライン420（図21）である、接合構造410の接合面412と接触して配置される。本開示では、内側モールドライン420のロフト角416（図22）は、翼パネル418の長さに沿って可変である。有利なことに、ピック・アンド・プレイス・システム100は、以下でより詳細に説明するように、ストリンガ304を翼パネル418上に配置する前に、ストリンガ304のワークピースロフト角316（図22）が内側モールドライン420のロフト角416と一致するまで、ストリンガ304を操作するかまたはねじるように構成される。
【0021】
図1、図2、図8、および図10を参照すると、ストロングバック120は、ロボット装置110のロボットアーム114によって支持される。図示の例では、ロボット装置110は、ドイツ、アウクスブルクのKUKA AGから市販され、270kgの最大積載量と2900mmのリーチ能力とをもつ6軸ロボットアームを有するKR270ロボットであると特定される。しかしながら、ピック・アンド・プレイス・システム100では、図に示されている、上記で説明したロボット装置110よりも小さいもしくは大きい移動能力の自由度（例えば7自由度）、それよりも低いもしくは高い最大積載量、および／またはそれよりも短いもしくは長いリーチ能力を有するロボット装置を含む、様々な代替ロボット装置のうちのいずれか1つを使用することができる。ロボットアーム114は、ストロングバックロボット連結ブラケット126を介して、ストロングバックロボット関節124においてストロングバック120に結合される。図示の例では、ストロングバックロボット関節124は、ほぼストロングバックの中間点に位置する。ピック・アンド・プレイス・システム100は、以下で説明するように、ロボット装置110と、ピック・アンド・プレイス・システム100の他の部品とを制御するためのコントローラー102（図16～図17）を含む。
【0022】
ロボット装置110はロボット装置ベース112を含む。図示の例では、ロボット装置ベース112は、作業現場に埋め込まれた一対のレール116に支持されて、ロボット装置110がワークピース・ピックアップ・ステーション400（図18）とワークピース配置ステーション404（図18）との間で移動することを可能にする。例えば、図18～図20は、以下でより詳細に説明するように、ストリンガトリム治具402（例えばワークピース・ピックアップ・ステーション400）においてストリンガ304をピックアップし、翼組立治具406（例えばワークピース配置ステーション404）においてストリンガ304を翼パネル418上に配置するピック・アンド・プレイス・システム100を示す。しかしながら、図示されていない他の例では、レール116を起上台（図示せず）上で支持することができる。図示されていないさらに他の例では、ロボット装置ベース112は据置き型であり、作業現場に移動不能に固定されることがある。据置き型のロボット装置の場合、ロボットアーム114は、ワークピース300をワークピース・ピックアップ・ステーション400からワークピース配置ステーション404に移動させることを可能にするのに十分なリーチを有することができる。
【0023】
図1～図2では、ストロングバック120は、移動されるべきワークピース300（図8）とほぼ同じ長さである長さを有する剛性要素である。一例では、ストロングバック120は、60フィート以上の長さを有することができる。ストロングバック120の長さは、少なくとも部分的に、ワークピース300の長さおよび／または重量、ならびに／あるいはロボットアーム114の最大積載量に依存する。
【0024】
図は、単一のロボット装置110と単一のストロングバック120とを有するピック・アンド・プレイス・システム100を使用したワークピース300の処理を示しているが、図示されていない他の例では、ピック・アンド・プレイス・システムは、長い長さおよび／または大きい構造質量（すなわち重量）を有するワークピース300を移動させるために必要とされ得るような、単一の共通のストロングバック120を支持する2つ以上のロボット装置110を含むことができる。例えば、単一のピック・アンド・プレイス・システムは、大型航空機の全翼幅長のストリンガを処理するために必要とされ得るような、ストロングバック120の長さに沿った3つの異なる箇所において単一の共通のストロングバック120を支持する3つのロボット装置110（図示せず）を含むことができる。図示されていないさらに他の例では、2つ以上のピック・アンド・プレイス・システムを協調して動作させて、長い長さを有する単一のワークピース300を移動させることができる。例えば、全翼幅長のストリンガをその長さに沿った3つの異なる箇所において支持するために、それぞれ専用のストロングバック120を支持するロボット装置110を有する3つの別個のピック・アンド・プレイス・システムを協調して動作させることができる。
【0025】
図1～図5を参照すると、ピック・アンド・プレイス・システム100は、コントローラー102によって制御される複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ130を含む。アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130は、ストロングバック120に互いに間隔をあけて取付け可能である。ピック・アンド・プレイス・システム100の本開示の例は、ストロングバック120に沿って等間隔に配置された合計4つのアクチュエータ・クランプ・アセンブリ130を有するが、ピック・アンド・プレイス・システム100は、ストロングバック120上に互いに任意の間隔をあけて配置可能な任意の数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ130を有することができる。等しい数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ130を、ストロングバックロボット関節124の両側に取り付けることができる。図3に示されているように、ストロングバック120は、ストロングバック120に沿って各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の箇所を調整することを可能にするために、長手方向溝122を有することができる。しかしながら、図示されていない他の例では、ストロングバック120には長手方向溝122がないことがあり、および／または各多軸アクチュエータ138がストロングバック120に移動不能に結合されていることがある。
【0026】
図3～図5を参照すると、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130は、1つまたは複数のジョーアセンブリ170を有する。さらに、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130は、1つまたは複数のジョーアセンブリ170をストロングバック120に結合する多軸アクチュエータ138を有する。各ジョーアセンブリ170は、ワークピース300の局所セグメント302（図16～図17）にクランプするように構成される。図示の例では、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130は、ジョー取付バー162の両端に取り付けられた2つのジョーアセンブリ170を有する。以下でより詳細に説明するように、各ジョーアセンブリ170は、固定ジョー172と、可動ジョー174と、可動ジョー174を作動させるためのジョーアクチュエータ176とを含む。
【0027】
各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の多軸アクチュエータ138は、1つまたは複数のジョーアセンブリ170をストロングバック120に結合する。図3～図4に示されているように、各多軸アクチュエータ138は、下部アダプタプレート136と上部アダプタプレート134とを含む。下部アダプタプレート136は、ジョー取付バー162に結合されたロードセル160に結合される。上部アダプタプレート134はアクチュエータ取付具132に結合され、アクチュエータ取付具132は、ストロングバック120中の長手方向溝122に係合されたメカニカルファスナ（図示せず）を介してストロングバック120に結合される。
【0028】
各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の多軸アクチュエータ138は、一対のジョーアセンブリ170の位置および向きを調整するために、コントローラー102（図16～図17）によって独立して制御される。例えば、以下で説明するように、ピック・アンド・プレイス・システム100の多軸アクチュエータ138は、ワークピース・ピックアップ・ステーション400（図8）からピックアップするためにワークピース300の局所セグメント302（図16～図17）にそれぞれクランプする前に、ジョーアセンブリ170の向きを調整するように作動させられる。ワークピース300がピック・アンド・プレイス・システム100によってピックアップされた後、多軸アクチュエータ138は、以下でより詳細に説明するように、コントローラー102の制御下で、ロボット装置110（図8）と複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ130との協調動作によって接合構造410（図20）上に配置される前に、ワークピース300のそれぞれの局所セグメント302の位置および向きを調整するように独立して制御される。
【0029】
図3～図4では、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の多軸アクチュエータ138は、6つのリニアアクチュエータ142を有する6軸ヘキサポッド140である。リニアアクチュエータ142は、アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の1つまたは複数のジョーアセンブリ170の位置および向きを6自由度で調整するように協調して動作させられる。例えば、図3に示されているように、6軸ヘキサポッド140は、アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130のロール軸144（x軸）と、ピッチ軸146（y軸）と、ヨー軸148（z軸）とに平行な軸（図示せず）を中心に、アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130のジョーアセンブリ170の並進および回転を行うように構成される。リニアアクチュエータ142は、ジョーアセンブリ170の位置および向きの正確な制御を行うように構成された電気機械式アクチュエータであり得る。しかしながら、他の例では、リニアアクチュエータ142は、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ、または他のアクチュエータタイプであり得る。さらに他の例では、多軸アクチュエータ138を、それらのそれぞれのジョーアセンブリ170の向きを調整することができる様々な代替構成のうちのいずれか1つで設けることができ、6軸ヘキサポッド140に限定されない。
【0030】
図3～図5を参照すると、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130は、アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の多軸アクチュエータ138とジョーアセンブリ170との間に置かれた上述のロードセル160を含む。図示の例では、ロードセル160は、ATI Industrial Automation、Apex、NCから市販されているOmega 160 Force－Torque Sensorである。しかしながら、ロードセル160は、様々な代替サイズ、形状、および構成のうちのいずれか1つで設けられてもよく、図に示されている例に限定されない。その構成にかかわらず、各ロードセル160は、ワークピース300のそれぞれの局所セグメント302（図16～図17）に対するトルクおよび力を連続的に測定するように構成される。各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130のロードセル160は、機械的負荷を力およびトルクに変換し、同時に、アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130のロール軸144、ピッチ軸146、およびヨー軸148に沿った力と、ロール軸144、ピッチ軸146、およびヨー軸148の周りのトルクとを測定する（図3）。
【0031】
ストリンガ配置の文脈において、ロードセル160は、接合構造410（例えば翼パネル418）の接合面412の局所ロフト角416（図22）と一致するように、ストリンガ304（図25）の局所セグメント302（図25）の接合面312のワークピースロフト角316（図22）を調整する仕方で操作された（例えばねじられた）ときの、ストリンガ304に対するトルクを測定する。ワークピース300に対するトルクを測定することに加えて、各ロードセル160は、ワークピース300の局所セグメント302によって接合構造410にかけられる圧縮圧力などの力を測定するように構成される。各ロードセル160は、コントローラー102に、トルクおよび力の測定値を表す信号を（例えば連続的に）送信するように構成される。
【0032】
ロードセル160からのトルクおよび力の測定値に応答して、コントローラー102は、ワークピース300をピックアップし、操作し、配置している間、ワークピース300への損傷および／または接合構造410への損傷のリスクを低減するように、ロボット装置110と多軸アクチュエータ138とを制御する。例えば、コントローラー102は、ロードセル160からのトルクの測定値を使用して、ワークピース300を操作している間、ワークピース材料のクリープ速度を所定の最大許容クリープ速度未満に維持するように、多軸アクチュエータ138を制御する。複合プライ310（図28）から構成される硬化前の複合ストリンガ304の例では、ロードセル160からのトルクの測定値により、コントローラー102は、局所セグメント302（図25）が、接合構造410の局所ロフト角416（図22）と一致するワークピースロフト角316（図22）まで回転されるときに、ストリンガ304に対するねじり力（すなわちトルク）を監視することが可能になる。この点に関して、コントローラー102は、複合プライ310が互いに対して滑るのに十分な時間を見込んだ速度でワークピース300をねじるように多軸アクチュエータ138を制御し、それにより、さもなければ過度に高いクリープ速度により生じ得るプライの座屈、プライのしわ、または他の異常が回避される。
【0033】
ワークピース300のクリープ速度を所定の最大値未満に維持することに加えて、コントローラー102は、ロードセル160からの力の測定値を使用して、接合構造410上に配置している間、ワークピース300に対する圧縮圧力を所定の最大値未満に維持する仕方でロボット装置110を制御するように構成される。ストリンガ304の文脈において、ロボット装置110およびアクチュエータ・クランプ・アセンブリ130は、さもなければ過度の圧縮圧力により生じ得る、ストリンガ304と翼パネル418の両方への損傷を回避する圧縮圧力で複合ストリンガ304を翼パネル418上に配置するように制御される。
【0034】
図3～図7を参照すると、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130のジョーアセンブリ170はジョー取付バー162に取り付けられている。図示の例では、固定ジョー172はジョー取付バー162と一体になっている。しかしながら、図示されていない他の例では、固定ジョー172をアクチュエータ・クランプ・アセンブリ130に取外し可能に結合することができる。ジョーアクチュエータ176は、ワークピース300を可動ジョー174と固定ジョー172との間にクランプおよびアンクランプするために、可動ジョー174を固定ジョー172に向かっておよび固定ジョー172から離れるように並進させるように構成される。図示の例では、ジョーアクチュエータ176は、エアレギュレータ（図示せず）に流体結合された空気圧アクチュエータである。コントローラー102の命令を受けて、エアレギュレータは、固定ジョー172に向かうおよび固定ジョー172から離れる可動ジョー174の並進運動を制御するために、ジョーアクチュエータ176への空気圧の供給を調整する。さらに、エアレギュレータは、可動ジョー174と固定ジョー172との間にクランプされたときにワークピース300に加えられるクランプ圧力の量を調整する。
【0035】
図6、図7、図15、および図23を参照すると、各ジョーアセンブリ170は、それぞれ可動ジョー174と固定ジョー172とに取付け可能な一対の一方向グリッパパッド178を含む。グリッパパッド178は、接合構造410（図24）に向かう配置方向182（図23）へのグリッパパッド178間のワークピース300のスライド移動を抑えながらワークピース300を把持するように構成される。この点に関して、グリッパパッド178は、ワークピース300がワークピース・ピックアップ・ステーション400からピックアップされるとき（図15）、および、ワークピース配置ステーション404に移動され、接合構造410上に配置される前に3次元空間において操作される（例えばねじられる）ときに（図25）、ワークピース300が可動ジョー174と固定ジョー172との間から下方に滑り落ちるのを防止する。グリッパパッド178はまた、図23に示されているように、ワークピース300が接合構造410と接触して配置されるときに、配置方向182とは反対の方向への、可動ジョー174と固定ジョー172との間のワークピース300の限られたスライド移動を可能にするように構成される。この点に関して、一方向グリッパパッド178により、ワークピース300を接合構造410上に配置するときにある程度の応従（compliance）が許容され、それにより、さもなければ過度の圧縮圧力により生じ得るワークピース300および／または接合構造410への損傷が防止される。
【0036】
図6～図7の例では、各一方向グリッパパッド178は、リブセグメントとして示されている複数の突起180を有する。しかしながら、他の例では、グリッパパッド178は、ワークピース300の表面（例えば、ウェブ308の表面）を把持し、配置方向182とは反対の方向へのグリッパパッド178間のワークピース300の限られた量の滑りを可能にするように構成された突刺（barb）、スパイク、または他の機械的形態を含むことができる。一例では、各グリッパパッド178の突起180を、固定ジョー172に対する可動ジョー174の運動方向に対する垂線から30～60度の角度に向けることができる。しかしながら、一方向グリッパパッド178は、上記で説明した仕方でワークピース300の表面を把持することができる様々な代替サイズ、形状、および構成のうちのいずれか1つを有する機械的形態を備えることができる。
【0037】
図6～図7では、各ジョーアセンブリ170は、ジョー取付バー162に取り付けられたショックアブソーバ184を含む。ショックアブソーバ184は、シリンダ186と、シリンダ186から可動ジョー174に向かって延伸するピストン188とを含む。ショックアブソーバ184は、空気圧式とすることができ、および／またはピストン188を可動ジョー174に向かって外側に偏らせるための機械ばね（図示せず）を含むことができる。可動ジョー174が固定ジョー172に向かって移動する際に可動ジョー174がピストン188に接触すると、ショックアブソーバ184は、ワークピース300に接触する前に可動ジョー174の接近速度を減速または低下させるように構成される。さらに、ショックアブソーバ184は、可動ジョー174と固定ジョー172との間でワークピース300に加えられるクランプ圧力を連続的に測定して、ジョーアクチュエータ176にフィードバックするように構成される。ジョーアクチュエータ176は、コントローラー102の制御下で、クランプ圧力を所定の最大値未満に維持し、それにより、過度のクランプ圧力によるワークピース300（すなわち硬化前の複合ストリンガ）への損傷のリスクが低減される。
【0038】
図4～図5、図11～図15、および図21～図24を参照すると、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130は、1つまたは複数のジョーアセンブリ170に近接して取付け可能な少なくとも1つのワークピース方位測定装置200を含む。図示の例では、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130は、アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の一対のジョーアセンブリ170にそれぞれ近接して配置された一対のワークピース方位測定装置200（例えば一対のレーザープロフィロメータ204）を有する。各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の一対のワークピース方位測定装置200は、アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130に対するワークピース300の局所セグメント302（図16～図17）の向きおよび位置を測定するように構成される。ワークピース方位測定装置200からの測定値はコントローラー102に送信され、コントローラー102は、向きおよび位置の測定値を使用して、いくつかの動作を実行している間、ロボット装置110と多軸アクチュエータ138とを制御する。
【0039】
例えば、ワークピース・ピックアップ・ステーション400（例えばストリンガトリム治具402）においてワークピース300にクランプする前に、コントローラー102は、ワークピース方位測定装置200からの測定値を使用して、図11～図14に示されているように、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130のジョーアセンブリ170がそれぞれの局所セグメント302（図16～図17）と位置合わせされるまで、それぞれのジョーアセンブリ170をピッチ軸146（図3）を中心に回転させるように、各多軸アクチュエータ138を独立して制御する。さらに、コントローラー102は、ワークピース方位測定装置200からの測定値を使用してロボットアーム114を制御して（図8）、図15に示されているように、ジョーアセンブリ170がピックアップのためにワークピース300にクランプすることができる位置にストロングバック120を降ろす。
【0040】
図16～図17では、ワークピース300にクランプするためにストロングバック120を降ろす前に、コントローラー102は、ワークピース方位測定装置200（図11）からの測定値を使用して、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130のジョーアセンブリ170が、正面から見たときに（例えば図16～図17）、ワークピース300中に存在し得るいかなる翼幅方向の湾曲にも相補的な向きになるまで、それぞれのジョーアセンブリ170をそれらのジョーアセンブリ170のそれぞれのロール軸144（図3）を中心に回転させるように各多軸アクチュエータ138を制御することができる。例えば、ストリンガ304にクランプする前に、コントローラー102は、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の一対のワークピース方位測定装置200からの測定値を使用して、各ジョーアセンブリ170がウェブ308上のほぼ同じ深さでストリンガ304にクランプするように、アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130のジョーアセンブリ170をそれらのジョーアセンブリ170のロール軸144（図3）を中心に回転させる仕方で、多軸アクチュエータ138を独立して制御する。コントローラー102はまた、ワークピース方位測定装置200からの測定値を使用して、上から下に見たときに（図示せず）、各対のジョーアセンブリ170の向きが、ストリンガ304に存在し得るいかなる翼幅方向の湾曲（図示せず）にも一致するように、それぞれのジョーアセンブリ170をそれらのジョーアセンブリ170のヨー軸148（図3）を中心に回転させる仕方で、各多軸アクチュエータ138を制御することができる。
【0041】
図21～図25を参照すると、コントローラー102はまた、ワークピース方位測定装置200からの測定値を使用して、3次元空間において支持されている状態でワークピース300を操作するように、アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の多軸アクチュエータ138を独立して制御することができる。より具体的には、多軸アクチュエータ138は、ワークピース300を接合構造410上に配置する（図24）前に、ワークピース300を操作して（例えば図22～図23）ネットシェイプ形状にすることができる。例えば、各局所セグメント302（図25）のワークピース接合面312のワークピースロフト角316が、接合構造410（例えば翼パネル418）の接合面412（例えば内側モールドライン420）の局所ロフト角416と一致する（例えば0．5度以内に収まる）までワークピース300をねじるために、多軸アクチュエータ138のうちの1つまたは複数が、それらのそれぞれのジョーアセンブリ170をそれらのジョーアセンブリ170のそれぞれのピッチ軸146（図3）を中心に回転させることができる。
【0042】
ワークピース300を操作してネットシェイプ形状にすることに加えて、コントローラー102はまた、ワークピース方位測定装置200からの測定値を使用して、図23～図24に示され、以下で説明するように、ワークピース300の実際の中心線314が接合構造410上のワークピース300の所期の中心線414と（例えば0．10インチ以内に）位置合わせされるような仕方で、ワークピース300を接合構造410上に正確に配置するように多軸アクチュエータ138を制御する。ワークピース300がストリンガ304であり、接合構造410が翼パネル418である本開示の文脈において、ワークピース300の実際の中心線314（図21～図24）は、ウェブ308の中央面（例えばウェブ中心線、図示せず）とフランジ306の下面との交差部に位置する。上記で示したように、フランジ306の下面はストリンガ304の接合面312である。ストリンガ304の所期の中心線414（図21～図24）は、翼パネル418（すなわち接合構造410）の内側モールドライン420（すなわち接合面412）上のストリンガ304の設計通りの箇所である。
【0043】
図4～図5の例では、各ワークピース方位測定装置200はレーザープロフィロメータ204である。しかしながら、ワークピース方位測定装置200は、アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130に対する、ならびに互いにおよびワークピース配置ステーション404に対する、ワークピース300の局所セグメント302の向きおよび位置の測定値を生成することができる様々な異なるモダリティのうちのいずれか1つの下で動作する、様々な代替構成のうちのいずれか1つで設けられ得る。
【0044】
図4～図5の例示的なピック・アンド・プレイス・システム100では、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の一対のレーザープロフィロメータ204は、ジョー取付バー162に結合されたワークピース方位測定装置取付具202に結合される。各レーザープロフィロメータ204は、図11～図12に示されているように、レーザービーム206（例えばレーザー帯）を放射するように構成される。各レーザープロフィロメータ204は、図13～図14に示されているように、ピックアップの準備としてロボットアーム114がジョーアセンブリ170をワークピース300のごく近傍に降ろすときに、各レーザープロフィロメータ204のレーザービーム206がワークピース300とワークピース・ピックアップ・ステーション400の両方の表面に入射するように取り付けられる。同様に、ワークピース配置ステーション404における接合構造410上への配置の準備として、レーザープロフィロメータ204は、ワークピース300が接合構造410のごく近傍に降ろされたときに、レーザービーム206がワークピース300と接合構造410とに入射するように取り付けられる。各レーザービーム206は、ワークピース300、ワークピース・ピックアップ・ステーション400、および／または接合構造410の表面上にレーザープロファイル208（例えば、図11、図12、および図21）をもたらす。
【0045】
レーザープロファイル208に基づいて、ワークピース300（例えばストリンガ）の位置および向きに関する測定値が（例えばコントローラー102によって）生成される。例えば、ワークピース・ピックアップ・ステーション400（例えばストリンガトリム治具402）からワークピース300をピックアップする準備として、レーザープロファイル208（例えば図11～図12）により、アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130に対するワークピース300の向きおよび位置の測定値の生成が容易になる。コントローラー102は、そのような測定値を使用して、ジョーアセンブリ170がワークピース300に相補的な向きになるまで、上記で説明したように、それぞれのジョーアセンブリ170をそれらのジョーアセンブリ170のそれぞれのロール軸144、ピッチ軸146、および／またはヨー軸148を中心に回転させるように多軸アクチュエータ138を制御し、それにより、図13～図15に示されているように、ジョーアセンブリ170は、ワークピース・ピックアップ・ステーション400においてワークピース300にクランプすることが可能になる。ワークピース300をピックアップした後、ロボット装置110は、図18～図20に示され、以下で説明するように、ワークピース300をワークピース・ピックアップ・ステーション400からワークピース配置ステーション404に移動させるように、コントローラー102によって命令される。
【0046】
図21～図24を参照すると、ワークピース配置ステーション404において、レーザープロフィロメータ204からのレーザービーム206は、ワークピース300上に、および接合構造410上にレーザープロファイル208をもたらす。レーザープロファイル208（例えば図21）により、接合構造410に対するワークピース300の局所セグメント302の向きおよび位置に関する測定値の生成が容易になる。例えば、ウェブ308上のレーザープロファイル208により、ワークピース300を接合構造410上に配置する前に、ウェブ中央面（例えばウェブ中心線、図示せず）の位置を特定することができる。コントローラー102はまた、そのような測定値を使用して、ワークピース300を接合構造410に相補的な幾何学形状に操作するように、それぞれのジョーアセンブリ170をそれらのジョーアセンブリ170のそれぞれのロール軸144、ピッチ軸146、および／またはヨー軸148（図3）を中心に回転させる仕方で、多軸アクチュエータ138を制御する。例えば、コントローラー102は、レーザープロフィロメータ204からの測定値を使用して、図21～図24に示され、上記で説明したように、各局所セグメント302のワークピースロフト角316が接合構造410の局所ロフト角416と一致するまでワークピース300をねじるために、ジョーアセンブリ170をそれらのジョーアセンブリ170のそれぞれのピッチ軸146を中心に回転させる仕方で、多軸アクチュエータ138を制御する。
【0047】
図8～図9を簡単に参照すると、ピック・アンド・プレイス・システム100は、追跡装置210と複数の追跡固定具214とを備える追跡システム222を含む。追跡装置210は、生産セル内（例えば作業現場上）の、ワークピース・ピックアップ・ステーション400、ワークピース配置ステーション404、およびピック・アンド・プレイス・システム100への見通し線アクセスを追跡装置210に与える箇所に配置され得る。複数の追跡固定具214は、それぞれ複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ130に取り付けられる。図9の例では、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130は、ジョー取付バー162に取り付けられた追跡固定具214を有する。各追跡固定具214は、アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130のジョーアセンブリ170間のほぼ中央に置かれている。各追跡固定具214は、1つまたは複数の追跡ピン218と、追跡反射体220とを有する追跡プレート216を含む。
【0048】
図示されていないが、追跡ピン218および追跡反射体220を、ワークピース・ピックアップ・ステーション400（例えばストリンガトリム治具402）上の、およびワークピース配置ステーション404（例えば翼組立治具406）上の、追跡装置210との見通し線を与える箇所に取り付けることもできる。図示の例では、追跡装置210は、アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の追跡ピン218および追跡反射体220、ならびに、ワークピース・ピックアップ・ステーション400およびワークピース配置ステーション404上の追跡ピン218および／または追跡反射体220があればそれらと相互作用するレーザービーム206を放射するように構成されたレーザートラッカ212である。レーザービーム206と、追跡ピン218および追跡反射体220との相互作用により、追跡システム222は、互いに対する、およびワークピースピックアップステーション400とワークピース配置ステーション404とに対する、複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の空間位置および向きを連続的に追跡することが可能になる。
【0049】
ロボット装置110および多軸アクチュエータ138のリアルタイム制御を容易にするために、追跡システム222およびワークピース方位測定装置200（例えばレーザープロフィロメータ204）からの測定値はコントローラー102に（例えば連続的に）送信され、それにより、ワークピース300のピックアップ、操作、および配置が可能になる。例えば、コントローラー102は、追跡システム222からの測定値を使用して、ワークピース300をピックアップする準備として、ワークピース・ピックアップ・ステーション400にストロングバック120を配置する。この点に関して、コントローラー102は、追跡システムの測定値を使用して、ワークピース・ピックアップ・ステーション400にロボット装置110を配置するために、レール116（図8）に沿ったロボット装置ベース112（図8）の動きを制御する。ロボット装置110がワークピース・ピックアップ・ステーション400における所望の箇所に到達すると、コントローラー102は、追跡システム測定値を使用して、上記で説明し、図11～図17に示されているように、ワークピース方位測定装置200（例えばレーザープロフィロメータ204）が各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130のジョーアセンブリ170の空間位置および向きの測定値をそこで与えることができる、ワークピース300の上方の少し離れたところにストロングバック120を配置するようにロボットアーム114の動きを制御して、ワークピース300にクランプする準備としてジョーアセンブリ170の向きを合わせる。
【0050】
図18～図24の例を参照すると、ジョーアセンブリ170（図15）がワークピース・ピックアップ・ステーション400においてワークピース300（図15）にクランプされると、コントローラー102は、追跡システム222からの測定値を使用して、図18に示されているように、ワークピース300をワークピース・ピックアップ・ステーション400から持ち上げるようにロボットアーム114を制御する。次いで、コントローラー102は、追跡システムの測定値を使用して、図19に示されているように、ロボット装置110をレール116に沿って移動するように制御して、ワークピース300をワークピース・ピックアップ・ステーション400からワークピース配置ステーション404に搬送する。図20に示されているように、ロボット装置110がワークピース配置ステーション404における所望の箇所に到達すると、コントローラー102は、追跡システムの測定値を使用して、ワークピース方位測定装置200（例えばレーザープロフィロメータ204）が接合構造410に対するワークピース300の空間位置および向きの測定値をそこで与えることができる、接合構造410の上方の箇所までワークピース300を降ろすように、ロボットアーム114の移動を制御する。上記で説明したように、コントローラー102は、ワークピース方位測定装置200からの測定値を使用して、上記で説明し、図22～図24に示されているように、ワークピース300を接合構造410に相補的な形状に操作する仕方でジョーアセンブリ170を回転させ、ワークピース300の実際の中心線314が接合構造410上のワークピース300の所期の中心線414と位置合わせされるようにワークピース300を接合構造410上に配置するように、多軸アクチュエータ138を制御する。
【0051】
次に、図29を参照すると、ピック・アンド・プレイス・システム100を使用して、ワークピース300をピックアップし、ワークピース300を接合構造410上に配置する方法500に含まれる動作のフローチャートが示されている。上記で説明したように、ピック・アンド・プレイス・システム100は、ロボット装置110のロボットアーム114によって支持されたストロングバック120を含む。ピック・アンド・プレイス・システム100は、ストロングバック120に取り付けられた複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ130をさらに含む。各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130は、1つまたは複数のジョーアセンブリ170と、1つまたは複数のジョーアセンブリ170をストロングバック120に結合する多軸アクチュエータ138とを含む。上記で説明したように、各対のジョーアセンブリ170は、ワークピース300の局所セグメント302にクランプするように構成される。また上述のように、ピック・アンド・プレイス・システム100は、ロボット装置110と、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の多軸アクチュエータ138およびジョーアセンブリ170とを制御するためのコントローラー102を含む。
【0052】
図8～図9を参照すると、方法500は、追跡システム222を使用して、アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の空間位置および向きを追跡するステップを含む。上記で説明した例では、追跡システム222は、レーザートラッカ212などの追跡装置210と、それぞれ複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ130に取り付けられた複数の追跡固定具214とを含む。追跡固定具214を、ワークピース・ピックアップ・ステーション400およびワークピース配置ステーション404に取り付けることもできる。上述のように、追跡固定具214は、追跡ピン218と追跡反射体220とを含む。追跡装置210と追跡固定具214との間の相互作用により、互いに対する、ならびにワークピース・ピックアップ・ステーション400および／またはワークピース配置ステーション404に対するアクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の空間位置および向きに関する測定値が得られる。
【0053】
方法500は、アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の空間位置および向きに関するレーザートラッカ212からの入力に基づいて、ワークピース300をピックアップし、向きを合わせ、配置している間、コントローラー102を使用してリアルタイムでロボットアーム114と多軸アクチュエータ138とを制御するステップを含む。例えば、方法500は、ワークピース300をピックアップする準備として、図8に示されているように、追跡システム222からの測定値を使用して、ワークピース・ピックアップ・ステーション400にストロングバック120を配置するステップを含む。この点に関して、方法500は、追跡システムの測定値を使用して、ロボット装置110に、ワークピース・ピックアップ・ステーション400に配置されるまでレール116に沿って移動するように命令するステップを含む。ワークピース・ピックアップ・ステーション400における所望の箇所に到達すると、方法500は、追跡システムの測定値を使用して、ロボットアーム114に、ワークピース方位測定装置200（例えばレーザープロフィロメータ204）が各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130のジョーアセンブリ170の空間位置および向きの測定値をそこで与えることができる、ワークピース300の上方の少し離れたところにストロングバック120を配置するように命令するステップを含む。
【0054】
図11～図17を参照すると、方法500は、少なくとも1つのワークピース方位測定装置200を使用して、ワークピース・ピックアップ・ステーション400におけるワークピース300に対するアクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の向きおよび位置を測定するステップをさらに含む。図示の例では、ワークピース300の向きおよび位置を測定するステップは、レーザープロフィロメータ204を使用して実行される。上記で説明し、図11～図12に示されているように、各レーザープロフィロメータ204は、レーザービーム206を放射するように構成され、その結果、レーザープロフィロメータ204がワークピース・ピックアップ・ステーション400に極めて近接しているときに、ワークピース300の表面上に、およびワークピース・ピックアップ・ステーション400上にレーザープロファイル208（例えば、図11、図12、および図22）が生じる。
【0055】
レーザープロファイル208に基づいて、コントローラー102は、ワークピース300に対するアクチュエータ・クランプ・アセンブリ130の向きおよび位置に関する測定値を生成する。方法500は、ワークピース300の向きおよび／または位置の測定値に基づいて、ロボットアーム114および／または多軸アクチュエータ138を動作させるステップを含む。より具体的には、方法500は、ワークピース300にクランプする前に、各アクチュエータ・クランプ・アセンブリ130のジョーアセンブリ170をワークピース300のそれぞれの局所セグメント302（例えば、ストリンガ304のウェブ308）と位置合わせするステップを含む。上記で説明したように、ジョーアセンブリ170を局所セグメント302と位置合わせする工程は、ジョーアセンブリ170がワークピース300に相補的な向きになるまで、ジョーアセンブリ170をそれらのジョーアセンブリ170のそれぞれのロール軸144、ピッチ軸146、および／またはヨー軸148（図3）を中心に回転させるように多軸アクチュエータ138を制御するステップを含む。図13～図14の例では、ジョーアセンブリ170をワークピース300と位置合わせする工程は、ジョーアセンブリ170がストリンガ304のウェブ308と平行になるまで、各ジョーアセンブリ170をそのジョーアセンブリ170のそれぞれのピッチ軸146を中心に回転させるステップを含む。上記で示したように、各多軸アクチュエータ138は、協調して動作させられる6つのリニアアクチュエータ142を有する6軸ヘキサポッド140として設けられ得る。
【0056】
方法500のステップ502は、図15に示されているように、複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ130のそれぞれ複数のジョーアセンブリ170をそれぞれ使用して、ワークピース300の局所セグメント302にクランプするステップを含む。ワークピース300にクランプするステップ502は、ワークピース300が固定ジョー172と可動ジョー174との間にクランプされるまで、各ジョーアセンブリ170の固定ジョー172を、ジョーアセンブリ170の可動ジョー174に向かって移動させるステップを含む。この点に関して、方法500は、コントローラー102を使用して、ジョーアクチュエータ176に、各ジョーアセンブリ170の可動ジョー174を固定ジョー172に向かって移動させるように命令するステップを含む。
【0057】
いくつかの例では、ワークピース300にクランプするステップ502は、各ジョーアセンブリ170の可動ジョー174と固定ジョー172とにそれぞれ取り付けられた一対の一方向グリッパパッド178間にワークピース300をクランプするステップを含む。上記で説明し、図6～図7に示されているように、各グリッパパッド178は、以下で説明する図23～図24に示されているように、ワークピース300が接合構造410に接触する際に、グリッパパッド178が、配置方向182とは反対の方向へのワークピース300のスライド移動を可能にするように構成されるように向きを合わせられた複数の突起180を有する。さらに、グリッパパッド178は、ワークピース300がワークピース・ピックアップ・ステーション400から持ち上げられたときなどに、ワークピース300を接合構造410上に配置するための配置方向182への、グリッパパッド178間のワークピース300のスライド移動を抑えるように構成される。
【0058】
またさらなる例では、ワークピース300にクランプするステップ502は、ショックアブソーバ184を使用して、固定ジョー172に近づくとき、ワークピース300に接触する前に、可動ジョー174を減速させるステップを含む。図6～図7に示され、上記で説明したように、各ショックアブソーバ184は、シリンダ186と、可動ジョー174が固定ジョー172に向かって移動する際に、可動ジョー174の接近速度を低下させるように構成されたピストン188とを備える。ステップ502は、クランプ圧力を所定の最大値未満に維持するための手段として、ショックアブソーバ184からのフィードバックを使用して、可動ジョー174と固定ジョー172との間でワークピース300に加えられるクランプ圧力を測定するステップを含むことができる。この点に関して、方法500は、ショックアブソーバ184によって生成されたクランプ圧力の測定値に基づいて、ジョーアクチュエータ176を使用して、可動ジョー174によってワークピース300に加えられるクランプ圧力の大きさを調整し、それにより、過度のクランプ圧力によるワークピース300への損傷を防止するステップを含むことができる。
【0059】
図18～図20を参照すると、方法500のステップ504は、ロボットアーム114を使用してワークピース300をピックアップするステップを含む。上述のように、コントローラー102は、追跡システム222からの測定値を使用して、図18に示されているように、ワークピース300をワークピース・ピックアップ・ステーション400から持ち上げるようにロボットアーム114を制御する。方法500は、図19に示されているように、ロボット装置110をレール116に沿って移動させ、それによってワークピース300をワークピース・ピックアップ・ステーション400からワークピース配置ステーション404に搬送するステップをさらに含む。コントローラー102は、追跡システムの測定値を使用して、図20に示されているように、ワークピース300を接合構造410の上に置くようにロボットアーム114を制御する。この点に関して、方法500は、上記で説明したワークピース方位測定装置200（例えばレーザープロフィロメータ204）が接合構造410に対するワークピース300の空間位置および向きの測定値をそこで与えることができる、接合構造410の上方の箇所までワークピース300を降ろすステップを含む。
【0060】
方法500のステップ506は、ワークピース300がストロングバック120によって3次元空間において支持されているときに、局所セグメント302の向きを調整するステップを含む。局所セグメント302の調整は、複数のジョーアセンブリ170をそれぞれストロングバック120に結合する複数の多軸アクチュエータ138（例えば6軸ヘキサポッド140）を使用して行われる。コントローラー102は、ワークピース方位測定装置200（例えばレーザープロフィロメータ204）からの測定値を使用して、多軸アクチュエータ138を独立して制御する。上述のように、レーザープロフィロメータ204は、図21に示されているように、ワークピース300の表面上および接合構造410の表面上にレーザープロファイル208をもたらすレーザービーム206を放射する。
【0061】
局所セグメント302の向きを調整するステップ506は、レーザープロファイル208を使用して、接合構造410に対するワークピース300の空間位置および向きに関する測定値を生成するステップを含むことができる。ステップ506は、そのような測定値を使用して、図22～図24に示されているように、ワークピース300が接合構造410上に配置されるときに、各局所セグメント302のワークピースロフト角316が接合構造410の局所ロフト角416と一致するように、局所セグメント302を操作するステップを含む。
【0062】
ワークピース300を操作する工程の間、方法500は、複数のアクチュエータ・クランプ・アセンブリ130にそれぞれ含まれている複数のロードセル160（例えば図3～図4）をそれぞれ使用して、ワークピース300の複数の局所セグメント302に対するトルクを測定するステップを含むことができる。局所セグメント302の向きをそれらの局所セグメント302のそれぞれのロフト角316に合わせている間、方法500は、ワークピース300材料のクリープ速度を所定の最大値未満に維持するように、ロードセル160からのトルク測定値に基づいて多軸アクチュエータ138を動作させることをさらに含むことができる。上述のように、クリープ速度を所定の最大値未満に維持することにより、さもなければ複合ワークピースの過度に急激なねじりの間に生じ得るプライのしわ、プライの座屈、または他の異常が防止され得る。
【0063】
ステップ506は、ワークピース300が接合構造410上に配置されるときに、局所セグメント302の各々の実際の中心線314が、接合構造410上のワークピース300の所期の中心線414と位置合わせされるように局所セグメント302を操作するステップをさらに含む。有利なことに、多軸アクチュエータ138により、ロボットアーム114のみを使用すると可能になる精度を超える精度でワークピース300を操作することが可能になる。この点に関して、ワークピース方位測定装置200（例えばレーザープロフィロメータ204）からの連続的な測定値により、ワークピース300の正確な操作と配置とを行うために多軸アクチュエータ138を正確に制御することが可能になる。
【0064】
方法500のステップ508は、多軸アクチュエータ138と協調してロボットアーム114を動作させることによって、ワークピース300を接合構造410と接触して配置するステップを含む。ワークピース300を接合構造410上に配置する工程の間、方法500は、ロードセル160を使用して、各局所セグメント302の箇所におけるワークピース300に対する圧縮圧力を連続的に測定し、それにより、接合構造410上に配置する間、圧縮圧力を所定の最大値未満に維持するステップを含むことができる。上述のように、接合構造410に対してワークピース300に加えられる圧縮圧力を制限する仕方でロボットアーム114および／または多軸アクチュエータ138を制御するために、ロードセル160からの力の測定値（例えば圧縮圧力）をコントローラー102に連続的に送信することができる。このようにして、ワークピース300および／または接合構造410への損傷を回避することができる。
【0065】
上記の説明および関連する図面に提示された教示の利益を得る、本開示に関係する当業者には、本開示の多くの改変および他の構成が想到されるであろう。本明細書で説明した構成は例示的なものであり、限定的または網羅的なものではない。特定の用語が本明細書中で使用されているが、これらは一般的かつ説明的な意味で使用されているにすぎず、限定の目的のためではない。
【符号の説明】
【0066】
100 ピック・アンド・プレイス・システム
102 コントローラー
110 ロボット装置
112 ロボット装置ベース
114 ロボットアーム
116 レール
120 ストロングバック
122 長手方向溝
124 ストロングバックロボット関節
126 ストロングバックロボット連結ブラケット
130 アクチュエータ・クランプ・アセンブリ
132 アクチュエータ取付具
134 上部アダプタプレート
136 下部アダプタプレート
138 多軸アクチュエータ
140 6軸ヘキサポッド
142 リニアアクチュエータ
144 ロール軸
146 ピッチ軸
148 ヨー軸
160 ロードセル
162 ジョー取付バー
170 ジョーアセンブリ
172 固定ジョー
174 可動ジョー
176 ジョーアクチュエータ
178 グリッパパッド
180 突起
182 配置方向
184 ショックアブソーバ
186 シリンダ
188 ピストン
200 ワークピース方位測定装置
202 ワークピース方位測定装置取付具
204 レーザープロフィロメータ
206 レーザービーム
208 レーザープロファイル
210 追跡装置
212 レーザートラッカ
214 追跡固定具
216 追跡プレート
218 追跡ピン
220 追跡反射体
222 追跡システム
300 ワークピース
302 局所セグメント
304 ストリンガ
306 フランジ
308 ウェブ
310 複合プライ
312 接合面
314 実際の中心線
316 ワークピースロフト角
400 ワークピース・ピックアップ・ステーション
402 ストリンガトリム治具
404 ワークピース配置ステーション
406 翼組立治具
410 接合構造
412 接合面
414 所期の中心線
416 局所ロフト角
416 接合構造ロフト角
418 翼パネル
420 内側モールドライン
500 方法
102 コントローラー
110 ロボット装置
112 ロボット装置ベース
114 ロボットアーム
116 レール
120 ストロングバック
122 長手方向溝
124 ストロングバックロボット関節
126 ストロングバックロボット連結ブラケット
130 アクチュエータ・クランプ・アセンブリ
132 アクチュエータ取付具
134 上部アダプタプレート
136 下部アダプタプレート
138 多軸アクチュエータ
140 6軸ヘキサポッド
142 リニアアクチュエータ
144 ロール軸
146 ピッチ軸
148 ヨー軸
160 ロードセル
162 ジョー取付バー
170 ジョーアセンブリ
172 固定ジョー
174 可動ジョー
176 ジョーアクチュエータ
178 グリッパパッド
180 突起
182 配置方向
184 ショックアブソーバ
186 シリンダ
188 ピストン
200 ワークピース方位測定装置
202 ワークピース方位測定装置取付具
204 レーザープロフィロメータ
206 レーザービーム
208 レーザープロファイル
210 追跡装置
212 レーザートラッカ
214 追跡固定具
216 追跡プレート
218 追跡ピン
220 追跡反射体
222 追跡システム
300 ワークピース
302 局所セグメント
304 ストリンガ
306 フランジ
308 ウェブ
310 複合プライ
312 接合面
314 実際の中心線
316 ワークピースロフト角
400 ワークピース・ピックアップ・ステーション
402 ストリンガトリム治具
404 ワークピース配置ステーション
406 翼組立治具
410 接合構造
412 接合面
414 所期の中心線
416 局所ロフト角
416 接合構造ロフト角
418 翼パネル
420 内側モールドライン
500 方法
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【外国語明細書】