(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】P2024058685
(43)【公開日】2024-04-26
(54)【発明の名称】ピックアンドプレース製造システム及び方法
(51)【国際特許分類】
B29C 70/38 20060101AFI20240419BHJP
B25J 15/00 20060101ALI20240419BHJP
【ＦＩ】
B29C70/38
B25J15/00 C
【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 2023178037
(22)【出願日】2023-10-16
(31)【優先権主張番号】18/046,936
(32)【優先日】2022-10-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】500520743
【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】クローザーズ， フィリップ ジョン
(72)【発明者】
【氏名】シャラスキー， マーティン アレキサンダー
【テーマコード（参考）】
3C707
4F205
【Ｆターム（参考）】
3C707AS01
3C707BS05
3C707DS02
3C707FS01
3C707FS10
3C707FT13
3C707NS09
4F205AC03
4F205AD16
4F205AG03
4F205AJ08
4F205AM29
4F205HA14
4F205HA23
4F205HA33
4F205HA37
4F205HA45
4F205HB01
4F205HF23
4F205HK03
4F205HK04
4F205HK05
4F205HK23
4F205HT26
(57)【要約】 （修正有）
【課題】複合材料を正確でしわがなく時間効率に優れたやり方で複雑な形状に自動的に成形するためのシステム及び方法を提供する。
【解決手段】ステータベース１４２は、電磁場を生成するように構成された一連の電気コイルをカバーする平面的なステータ面を有する。複数の移動体は、各々、電磁場に応じて複数の移動体をステータ面に対して浮上及び移動させるように構成された複数の永久磁石を含む。複数のエンドエフェクタ２００が、複数の移動体に結合され、各エンドエフェクタ２００は、材料シート３００に関連して１以上の機能を実行する。コントローラ２４０は、ステータ面にわたる複数の移動体の独立した協調移動をもたらすやり方であって、複数のエンドエフェクタ２００が材料シート３００に係合して動作することをもたらすやり方で、電気コイルを選択的に起動する。
【選択図】図１
【解決手段】ステータベース１４２は、電磁場を生成するように構成された一連の電気コイルをカバーする平面的なステータ面を有する。複数の移動体は、各々、電磁場に応じて複数の移動体をステータ面に対して浮上及び移動させるように構成された複数の永久磁石を含む。複数のエンドエフェクタ２００が、複数の移動体に結合され、各エンドエフェクタ２００は、材料シート３００に関連して１以上の機能を実行する。コントローラ２４０は、ステータ面にわたる複数の移動体の独立した協調移動をもたらすやり方であって、複数のエンドエフェクタ２００が材料シート３００に係合して動作することをもたらすやり方で、電気コイルを選択的に起動する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電磁場を生成するように構成された一連の電気コイル（１４４）をカバーする平面的なステータ面（１４６）を有するステータベース（１４２）、
複数の移動体（１６０）であって、各移動体（１６０）は複数の永久磁石（１６２）を含み、前記複数の永久磁石（１６２）は、前記電磁場に応じて前記複数の移動体（１６０）を前記ステータ面（１４６）に対して浮上及び移動させるように構成されている、複数の移動体（１６０）、
前記複数の移動体（１６０）に結合された１以上のエンドエフェクタ（２００）であって、各エンドエフェクタ（２００）は、材料シート（３００）に関連して１以上の機能を実行するように構成されている、１以上のエンドエフェクタ（２００）、並びに
コントローラ（２４０）を備え、前記コントローラ（２４０）は、前記ステータ面（１４６）にわたる前記複数の移動体（１６０）の独立した協調移動をもたらすやり方であって、前記１以上のエンドエフェクタ（２００）を前記材料シート（３００）に係合させて動作させるやり方で、前記電気コイル（１４４）を選択的に起動するように構成されている、製造システム（１００）。
複数の移動体（１６０）であって、各移動体（１６０）は複数の永久磁石（１６２）を含み、前記複数の永久磁石（１６２）は、前記電磁場に応じて前記複数の移動体（１６０）を前記ステータ面（１４６）に対して浮上及び移動させるように構成されている、複数の移動体（１６０）、
前記複数の移動体（１６０）に結合された１以上のエンドエフェクタ（２００）であって、各エンドエフェクタ（２００）は、材料シート（３００）に関連して１以上の機能を実行するように構成されている、１以上のエンドエフェクタ（２００）、並びに
コントローラ（２４０）を備え、前記コントローラ（２４０）は、前記ステータ面（１４６）にわたる前記複数の移動体（１６０）の独立した協調移動をもたらすやり方であって、前記１以上のエンドエフェクタ（２００）を前記材料シート（３００）に係合させて動作させるやり方で、前記電気コイル（１４４）を選択的に起動するように構成されている、製造システム（１００）。
【請求項2】
前記ステータベース（１４２）は、互いに横並び関係で配置され且つ前記平面的なステータ面（１４６）を集合的に画定する複数のタイル（１４８）で構成され、各タイルは、一連の前記電気コイル（１４４）を含む、請求項１に記載の製造システム（１００）。
【請求項3】
各移動体（１６０）は、少なくとも２つの自由度で移動するように構成され、前記少なくとも２つの自由度は、
移動体ｘ軸（１６４）と移動体ｙ軸（１６６）との平面内での前記ステータ面（１４６）に平行な平面的運動、及び
前記ステータ面（１４６）に垂直な移動体ｚ軸（１６８）の周りの回転運動を含む、請求項１に記載の製造システム（１００）。
移動体ｘ軸（１６４）と移動体ｙ軸（１６６）との平面内での前記ステータ面（１４６）に平行な平面的運動、及び
前記ステータ面（１４６）に垂直な移動体ｚ軸（１６８）の周りの回転運動を含む、請求項１に記載の製造システム（１００）。
【請求項4】
前記複数の移動体（１６０）のうちの少なくとも１つは、前記ステータ面（１４６）に垂直な方向にエンドエフェクタ（２００）を延伸及び後退させるように構成された伸縮ポスト（１７２）を含む、請求項１に記載の製造システム（１００）。
【請求項5】
前記１以上のエンドエフェクタ（２００）のうちの少なくとも１つは、手首関節式機構（１７４）と多軸ロボット（１７６）とのうちの少なくとも一方を介して、前記複数の移動体（１６０）のうちの１つに結合可能である、請求項１に記載の製造システム（１００）。
【請求項6】
前記１以上のエンドエフェクタ（２００）うちの１以上は、
前記材料シート（３００）を切断するように構成された切断デバイス（２０２）、
前記材料シート（３００）のピックアップ及び配置を可能にするために、前記材料シート（３００）に係合し、前記材料シート（３００）から離脱するように構成されたグリッパ（２０６）、
ツーリング面（４０４）又は先に付加された材料シート（３００）上の適所に前記材料シート（３００）をスポット固定するように構成されたタッキングデバイス（２１２）、
前記ツーリング面（４０４）に対して前記材料シート（３００）を圧密するように構成された圧密デバイス（２１６）、並びに
前記ツーリング面（４０４）上での前記材料シート（３００）のピックアップ、配置、及び成形を能動的にモニタするように構成された検査デバイス（２２０）、のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の製造システム（１００）。
前記材料シート（３００）を切断するように構成された切断デバイス（２０２）、
前記材料シート（３００）のピックアップ及び配置を可能にするために、前記材料シート（３００）に係合し、前記材料シート（３００）から離脱するように構成されたグリッパ（２０６）、
ツーリング面（４０４）又は先に付加された材料シート（３００）上の適所に前記材料シート（３００）をスポット固定するように構成されたタッキングデバイス（２１２）、
前記ツーリング面（４０４）に対して前記材料シート（３００）を圧密するように構成された圧密デバイス（２１６）、並びに
前記ツーリング面（４０４）上での前記材料シート（３００）のピックアップ、配置、及び成形を能動的にモニタするように構成された検査デバイス（２２０）、のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の製造システム（１００）。
【請求項7】
前記コントローラ（２４０）は、前記材料シート（３００）をツーリング面（４０４）に付加する前に、前記複数の移動体（１６０）及び前記１以上のエンドエフェクタ（２００）に、前記材料シート（３００）を三次元スペース内で支持しながら、前記材料シート（３００）を前記ツーリング面（４０４）と相補的な形状に成形させるように構成されている、請求項１に記載の製造システム（１００）。
【請求項8】
ベース搬送システム（１０２）、
前記ベース搬送システム（１０２）によって移動可能に支持されたステータベース（１４２）であって、電磁場を生成するように構成された一連の電気コイル（１４４）をカバーする平面的なステータ面（１４６）を有するステータベース（１４２）、
前記ステータベース（１４２）に関連付けられた複数の移動体（１６０）であって、各移動体（１６０）は複数の永久磁石（１６２）を含み、前記複数の永久磁石（１６２）は、前記電磁場に応じて前記複数の移動体（１６０）を前記ステータ面（１４６）に対して浮上させて移動させるように構成されている、複数の移動体（１６０）、
前記複数の移動体（１６０）に結合され、材料シート（３００）に関連して１以上の機能を実行するように構成された複数のエンドエフェクタ（２００）、並びに
コントローラ（２４０）を備え、前記コントローラ（２４０）は、
前記ステータ面（１４６）にわたる前記複数の移動体（１６０）の独立した協調移動をもたらすやり方であって、材料ピックアップステーション（２６０）において前記複数のエンドエフェクタ（２００）を前記材料シート（３００）に係合させるやり方で、前記電気コイル（１４４）を選択的に起動すること、及び
前記ベース搬送システム（１０２）に、前記ステータベース（１４２）を運動の包絡線を通して移動させ、それによって、前記材料シート（３００）を前記材料ピックアップステーション（２６０）から材料配置ステーション（４００）へ搬送させること、を実行するように構成されている、製造システム（１００）。
前記ベース搬送システム（１０２）によって移動可能に支持されたステータベース（１４２）であって、電磁場を生成するように構成された一連の電気コイル（１４４）をカバーする平面的なステータ面（１４６）を有するステータベース（１４２）、
前記ステータベース（１４２）に関連付けられた複数の移動体（１６０）であって、各移動体（１６０）は複数の永久磁石（１６２）を含み、前記複数の永久磁石（１６２）は、前記電磁場に応じて前記複数の移動体（１６０）を前記ステータ面（１４６）に対して浮上させて移動させるように構成されている、複数の移動体（１６０）、
前記複数の移動体（１６０）に結合され、材料シート（３００）に関連して１以上の機能を実行するように構成された複数のエンドエフェクタ（２００）、並びに
コントローラ（２４０）を備え、前記コントローラ（２４０）は、
前記ステータ面（１４６）にわたる前記複数の移動体（１６０）の独立した協調移動をもたらすやり方であって、材料ピックアップステーション（２６０）において前記複数のエンドエフェクタ（２００）を前記材料シート（３００）に係合させるやり方で、前記電気コイル（１４４）を選択的に起動すること、及び
前記ベース搬送システム（１０２）に、前記ステータベース（１４２）を運動の包絡線を通して移動させ、それによって、前記材料シート（３００）を前記材料ピックアップステーション（２６０）から材料配置ステーション（４００）へ搬送させること、を実行するように構成されている、製造システム（１００）。
【請求項9】
前記ベース搬送システム（１０２）は、ロボットデバイス（１０４）、軌道システム、オーバーヘッドガントリ（１１２）のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載の製造システム（１００）。
【請求項10】
材料シート（３００）を処理する方法であって、
平面的なステータ面（１４６）を有するステータベース（１４２）内の一連の電気コイル（１４４）を起動し、それによって、電磁場を生成すること、
複数の移動体（１６０）の各移動体（１６０）内の複数の永久磁石（１６２）が前記電磁場に反応したことに応じて、前記複数の移動体（１６０）を前記ステータ面（１４６）にわたり協調したやり方で浮上及び移動させること、並びに
前記複数の移動体（１６０）に結合された複数のエンドエフェクタ（２００）を使用して、材料シート（３００）に１以上の機能を実行することを含む、方法。
平面的なステータ面（１４６）を有するステータベース（１４２）内の一連の電気コイル（１４４）を起動し、それによって、電磁場を生成すること、
複数の移動体（１６０）の各移動体（１６０）内の複数の永久磁石（１６２）が前記電磁場に反応したことに応じて、前記複数の移動体（１６０）を前記ステータ面（１４６）にわたり協調したやり方で浮上及び移動させること、並びに
前記複数の移動体（１６０）に結合された複数のエンドエフェクタ（２００）を使用して、材料シート（３００）に１以上の機能を実行することを含む、方法。
【請求項11】
前記ステータベース（１４２）内の前記一連の電気コイル（１４４）を起動することは、
互いに横並び関係で配置された複数のタイル（１４８）であって、前記ステータ面（１４６）を集合的に画定する複数のタイル（１４８）の各々内の一連の電気コイル（１４４）を起動することを含む、請求項１０に記載の方法。
互いに横並び関係で配置された複数のタイル（１４８）であって、前記ステータ面（１４６）を集合的に画定する複数のタイル（１４８）の各々内の一連の電気コイル（１４４）を起動することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記複数の移動体（１６０）を移動させることは、少なくとも１つの移動体（１６０）を少なくとも２つの自由度で移動させることを含み、前記少なくとも２つの自由度は、
移動体ｘ軸（１６４）と移動体ｙ軸（１６６）との平面内で前記ステータ面（１４６）に平行な方向に前記移動体（１６０）を平行移動させること、及び
前記ステータ面（１４６）に垂直な移動体ｚ軸（１６８）の周りで前記移動体（１６０）を回転させることを含む、請求項１０に記載の方法。
移動体ｘ軸（１６４）と移動体ｙ軸（１６６）との平面内で前記ステータ面（１４６）に平行な方向に前記移動体（１６０）を平行移動させること、及び
前記ステータ面（１４６）に垂直な移動体ｚ軸（１６８）の周りで前記移動体（１６０）を回転させることを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項13】
少なくとも１つのエンドエフェクタ（２００）を前記複数の移動体（１６０）のうちの１つに結合する伸縮ポスト（１７２）を使用して、前記ステータ面（１４６）に垂直な方向に前記少なくとも１つのエンドエフェクタ（２００）を延伸及び後退させることを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項14】
少なくとも１つのエンドエフェクタ（２００）を前記複数の移動体（１６０）のうちの１つに結合する手首関節式機構（１７４）又は多軸ロボット（１７６）のうちの一方を使用して、前記少なくとも１つのエンドエフェクタ（２００）を方向付けることを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項15】
１以上のエンドエフェクタ（２００）を使用して、前記材料シート（３００）に１以上の機能を実行することは、
切断デバイス（２０２）を使用して、前記材料シート（３００）を切断すること、
複数のグリッパ（２０６）を使用して、前記材料シート（３００）に係合し、前記材料シート（３００）から離脱すること、
タッキングデバイス（２１２）を使用して、ツーリング面（４０４）又は先に付加された材料シート（３００）上の適所に前記材料シート（３００）をスポット固定すること、
圧密デバイス（２１６）を使用して、前記ツーリング面（４０４）に対して前記材料シート（３００）を圧密すること、
検査デバイス（２２０）を使用して、前記ツーリング面（４０４）上での前記材料シート（３００）のピックアップ、配置、及び成形をモニタすること、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の方法。
切断デバイス（２０２）を使用して、前記材料シート（３００）を切断すること、
複数のグリッパ（２０６）を使用して、前記材料シート（３００）に係合し、前記材料シート（３００）から離脱すること、
タッキングデバイス（２１２）を使用して、ツーリング面（４０４）又は先に付加された材料シート（３００）上の適所に前記材料シート（３００）をスポット固定すること、
圧密デバイス（２１６）を使用して、前記ツーリング面（４０４）に対して前記材料シート（３００）を圧密すること、
検査デバイス（２２０）を使用して、前記ツーリング面（４０４）上での前記材料シート（３００）のピックアップ、配置、及び成形をモニタすること、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項16】
前記複数のグリッパ（２０６）を使用して、前記材料シート（３００）に係合し、前記材料シート（３００）から離脱することは、
平面的な構成にある材料シート（３００）の全体を通して分散された対応する複数の係合ポイント（３１２）に前記複数のグリッパ（２０６）を係合させること、
前記複数の移動体（１６０）及び／又は前記複数のグリッパ（２０６）の位置及び／又は向きを調整することによって、前記材料シート（３００）をピックアップすること、
前記複数の移動体（１６０）及び／又は前記複数のグリッパ（２０６）の前記位置を再調整することによって、非平面的なツーリング面（４０４）上に前記材料シート（３００）を配置すること、並びに
前記複数の係合ポイント（３１２）から前記複数のグリッパ（２０６）を離脱させることを含む、請求項１５に記載の方法。
平面的な構成にある材料シート（３００）の全体を通して分散された対応する複数の係合ポイント（３１２）に前記複数のグリッパ（２０６）を係合させること、
前記複数の移動体（１６０）及び／又は前記複数のグリッパ（２０６）の位置及び／又は向きを調整することによって、前記材料シート（３００）をピックアップすること、
前記複数の移動体（１６０）及び／又は前記複数のグリッパ（２０６）の前記位置を再調整することによって、非平面的なツーリング面（４０４）上に前記材料シート（３００）を配置すること、並びに
前記複数の係合ポイント（３１２）から前記複数のグリッパ（２０６）を離脱させることを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記ツーリング面（４０４）上に前記材料シート（３００）を配置することは、
前記材料シート（３００）の局所的な部分（３１４）を前記ツーリング面（４０４）に接触させるように最初に配置することであって、前記材料シート（３００）の残りの部分が前記ツーリング面（４０４）から分離されている状態で配置すること、及び
前記ツーリング面（４０４）の上で前記材料シート（３００）の前記残りの部分を徐々に成形しながら、対応する複数の前記グリッパ（２０６）を介して、複数の前記係合ポイント（３１２）において前記材料シート（３００）に引張力（３１６）を加えること、
を介して、前記ツーリング面（４０４）の上で前記材料シート（３００）を成形するようなやり方で、前記複数の移動体（１６０）及び／又は前記複数のグリッパ（２０６）を移動させることを含む、請求項１６に記載の方法。
前記材料シート（３００）の局所的な部分（３１４）を前記ツーリング面（４０４）に接触させるように最初に配置することであって、前記材料シート（３００）の残りの部分が前記ツーリング面（４０４）から分離されている状態で配置すること、及び
前記ツーリング面（４０４）の上で前記材料シート（３００）の前記残りの部分を徐々に成形しながら、対応する複数の前記グリッパ（２０６）を介して、複数の前記係合ポイント（３１２）において前記材料シート（３００）に引張力（３１６）を加えること、
を介して、前記ツーリング面（４０４）の上で前記材料シート（３００）を成形するようなやり方で、前記複数の移動体（１６０）及び／又は前記複数のグリッパ（２０６）を移動させることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記材料シート（３００）を前記ツーリング面（４０４）上に配置する前に、前記材料シート（３００）を三次元スペース内で支持しながら、前記材料シート（３００）を前記ツーリング面（４０４）と相補的な形状に成形させるようなやり方で、前記複数の移動体（１６０）及び前記複数のエンドエフェクタ（２００）を位置決めし、方向付けることを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項19】
前記複数のエンドエフェクタ（２００）が、前記材料シート（３００）を材料ピックアップステーション（２６０）からピックアップし、前記材料シート（３００）をツーリング面（４０４）を含む材料配置ステーション（４００）へ移動させることを可能にする、運動の包絡線を通して前記ステータベース（１４２）を移動させるために、ベース搬送システム（１０２）を使用することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項20】
前記運動の包絡線を通して前記ステータべース（１４２）を移動させるために、前記ベース搬送システム（１０２）を使用することは、
ロボットデバイス（１０４）、軌道システム、又はオーバーヘッドガントリ（１１２）のうちの１つを使用して、前記運動の包絡線を通して前記ステータベース（１４２）を移動させることを含む、請求項１９に記載の方法。
ロボットデバイス（１０４）、軌道システム、又はオーバーヘッドガントリ（１１２）のうちの１つを使用して、前記運動の包絡線を通して前記ステータベース（１４２）を移動させることを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[0001] 本開示は、広くは、製造システムに関し、特に、複数の浮上する移動体で構成されるピックアンドプレース製造システムに関する。各浮上する移動体は、エンドエフェクタを支持し、材料シートに同時に係合して動作するような協調したやり方でステータ面にわたり移動可能である。
【背景技術】
【0002】
[0002] 複合材料は、高比強度、高比剛性、及び高耐食性といったそれらの好適な特性のため、広範な用途で使用されている。一例における複合材料は、樹脂（例えば、エポキシ）が予め含侵された繊維状材料（例えば、炭素繊維）で構成される。複合材ファブリックなどの複合材料は、概して、平坦な又は平面的な形状で製造され、機能的な最終製品を製造するためには二次成形が必要である。複合材料の二次成形には、幾つかの方法が開発されている。
【0003】
[0003] 二次成形の１つの方法は、手作業の動作である。その場合、１人以上の技術者が、プライカッターを使用して原材料から切り出された後の複合材料のシート又はプライをピックアップする。技術者は、プライカッターからレイアップ工具まで各プライを１枚ずつ手作業で運び、そこで各プライをレイアップ工具のツーリング面上に慎重に位置決めする。技術者は、各プライを手作業でツーリング面の輪郭に合わせて成形する。その成形プロセスは、ほとんど無計画であり、時間がかかり、プライを手作業で扱うため成形された製品にしわが寄ることもある。
【0004】
[0004] 別の１つの方法は、一方向テープ又はファブリックをレイアップ工具の上に自動付加するために、自動繊維配置機、輪郭テープ積層機、又はファブリック分配機などの、自動積層機（ALM）の使用を含む。このようなALMは、複合材料をツーリング面の輪郭に適合させるための機構を含む。しかし、複合材料のせん断強度とALMの嵩高性とは、複合材料を連続して成形できるレイアップ工具の形状を制限し得る。更に、ALMの材料堆積速度は、概して、ツーリング面の複雑さが増すにつれて低下する。
【0005】
[0005] スタンプ成形とダイヤフラム成形は、複合材料の単一平面成形のための、又は複雑さの程度が小さい成形のための方法である。複合材料のせん断強度は、スタンプ成形やダイヤフラム成形を使用して成形され得る形状の複雑さにおける制限要因であり得る。例えば、材料のせん断強度は、成形プロセス中に複合材料に加えられ得る力の大きさを制限し得る。複合材料の成形性が高ければ、スタンプ成形やダイヤフラム成形を使用して、複雑な形状を連続的に成形できるが、その場合、材料強度が犠牲になる可能性がある。
【0006】
[0006] 複合材料を成形する他の方法も利用可能である。しかし、このような方法は、重要なエリアにおける複合材料のブリッジや制御不能な伸長などの課題をもたらす可能性があり、成形された製品にしわや他の望ましくないフィーチャをもたらす可能性がある。ブリッジ問題を克服するためのアプローチも開発されているが、そのようなアプローチでは、複合材料を上手く成形できるレイアップ工具の形状が限られる。
【0007】
[0007] このように、複合材料を正確でしわがなく時間効率に優れたやり方で複雑な形状に自動的に成形するためのシステム及び方法が、当該技術分野で必要とされている。
【発明の概要】
【0008】
[0008] 複合材料の自動成形に関連する上述の必要性は、電磁場を生成するように構成された一連の電気コイルをカバーする平面的なステータ面を有するステータベースを備える製造システムを提供する本開示によって対処される。加えて、製造システムは、複数の移動体を含む。各移動体は、電磁場に応じて複数の移動体をステータ面に対して浮上及び移動させるように構成された複数の永久磁石を含む。製造システムはまた、複数の移動体に結合された１以上のエンドエフェクタも含む。各エンドエフェクタは、材料シートに関連して１以上の機能を実行するように構成されている。更に、製造システムは、コントローラを含む。該コントローラは、ステータ面にわたる複数の移動体の独立した協調移動をもたらすやり方であって、複数のエンドエフェクタが材料シートに係合して動作することをもたらすやり方で、電気コイルを選択的に起動する。
【0009】
[0009] また、ベース搬送システムを有する製造システムも開示される。加えて、製造システムは、ベース搬送システムに移動可能に支持されたステータベースであって、電磁場を生成するように構成された一連の電気コイルをカバーする平面的なステータ面を有するステータベースを含む。また、製造システムは、ステータベースに関連付けられた複数の移動体も含む。各移動体は、電磁場に応じて移動体をステータ面に対して浮上させて移動させるように構成された複数の永久磁石を含む。更に、製造システムは、複数の移動体に結合された複数のエンドエフェクタであって、材料シートに関連して１以上の機能を実行するように構成された複数のエンドエフェクタを含む。製造システムは、更に、以下のことを実行するように構成されたコントローラを含む。それは、ステータ面にわたる移動体の独立した協調移動をもたらすやり方であって、材料ピックアップステーションにおいて、複数のエンドエフェクタが材料シートに係合することをもたらすやり方で、電気コイルを選択的に起動すること、及び、ベース搬送システムに運動の包絡線を通してステータベースを移動させ、それによって、材料シートを材料ピックアップステーションから材料配置ステーションへ搬送することである。
【0010】
[00010] また、材料シートを処理する方法も開示される。該方法は、平面的なステータ面を有するステータベース内の一連の電気コイルを起動し、それによって、電磁場を生成することを含む。加えて、該方法は、各移動体内の複数の永久磁石が電磁場に反応したことに応じて、複数の移動体をステータ面にわたり協調したやり方で浮上及び移動させることを含む。該方法はまた、複数の移動体に結合された複数のエンドエフェクタを使用して、材料シートに１以上の機能を実行することも含む。
【0011】
[00011] 上記の特徴、機能、及び利点は、本開示の様々なバージョンにおいて単独で実現することができ、又は、以下の説明及び図面を参照して更なる詳細が分かる更に別の複数のバージョンにおいて組み合わされてよい。
【0012】
[00012] 本開示は、添付の図面に関連して以下の詳細な説明を参照するとより良く理解することができ、図面は好適な例示的バージョンを示しているが、必ずしも縮尺通りには描かれていない。図面は例示であり、本明細書の説明又は特許請求の範囲への限定を意図していない。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】[00013] ガントリとして構成されたベース搬送機構であって、平面的なモータシステムを材料切断テーブルの上で支持するベース搬送機構を有するピックアンドプレース製造システムの一実施例の斜視図である。
【図4】[00016] ステータベースと複数の移動体とを備える平面的なモータシステムの下面図である。各移動体はエンドエフェクタを支持する。
【図5】[00017] 平面的なモータシステムの一実施例の下面図である。その場合、ステータベースは、一連の横並びタイルで構成される。
【図6】[00018] 図４の参照番号５によって特定される移動体の拡大図であり、材料シートを機械的に把持するためのグリッパとして構成されたエンドエフェクタであって、伸縮ポストを介して移動体に結合されたエンドエフェクタを示す。
【図7】[00019] エンドエフェクタ（例えば、グリッパ）を伸縮ポストに結合する手首関節式機構の一実施例の斜視図である。
【図8】[00020] 図６の線８‐８に沿って切り取られた平面的なモータシステムの一部分の断面図であり、ステータベースのステータ面に対して浮上した移動体を示し、ステータベース内に含まれた一連の電気コイル、及び移動体内に含まれた一連の永久磁石を更に示す。
【図9】[00021] 材料シートをツーリング面に対して圧密するための圧密デバイスとして構成されたエンドエフェクタを支持する移動体の一実施例を示す。
【図10】[00022] 材料シートをツーリング面上の適所にスポット固定するように構成されたタッキングデバイスとして構成されたエンドエフェクタの一実施例を示す。
【図11】[00023] ツーリング面上での材料シートのピックアップ、配置、及び成形をモニタするための検査デバイスとして構成されたエンドエフェクタの一実施例を示す。
【図12】[00024] 材料シートを切断するための切断デバイスとして構成されたエンドエフェクタの一実施例を示す。
【図13】[00025] エンドエフェクタを移動体に結合する多軸ロボットを有する移動体の一実施例を示す。
【図14】[00026] グリッパが材料切断テーブル上の材料シートと係合することを可能にする高さまで、ガントリを介して下げられた平面的なモータシステムを示す。
【図15】[00027] ガントリを介して材料切断テーブルの上方に持ち上げられた平面的なモータシステム及び材料シートを示す。
【図17】[00029] レイアップ工具の真上に配置された平面的なモータシステムを示す。
【図18】[00030] 材料シートをツーリング面の上に付加するためにレイアップ工具に近接して下げられた平面的なモータシステム及び材料シートを示す。
【図19】[00031] 材料シートがツーリング面に付加された後、レイアップ工具の上方に持ち上げられた平面的なモータシステムを示す。
【図20】[00032] 材料シートをツーリング面に付加する初期段階中の平面的なモータシステム及びレイアップ工具の図式的な断面図である。
【図21】[00033] 材料シートをツーリング面の上で成形する中間段階中のグリッパの再方向付け及び再位置決めを示す平面的なモータシステム及びレイアップ工具の図式的な断面図である。
【図22】[00034] 材料シートをツーリング面の上で成形する完了時におけるグリッパの再方向付け及び再位置決めを示す平面的なモータシステム及びレイアップ工具の図式的な断面図である。
【図23】[00035] 図２０の線２３‐２３に沿って切り取られた材料シート及びレイアップ工具の上面図であり、ツーリング面の上で成形する初期段階中の材料シートを示し、グリッパを介して係合ポイントにおいて加えられた引張力に応じて、材料シートの移動の追跡を可能にするための材料シート上の複数の制御ポイントを更に示す。
【図24】[00036] 対応する複数の係合ポイントにおいて材料シートに係合する比較的大量の移動体及びグリッパを含む平面的なモータシステムの一実施例の図式的な断面図である。
【図28】[00040] レイアップ工具の上に持ち上げられた平面的なモータシステム及び材料シートを示す。
【図29】[00041] 材料シートがレイアップ工具の上方の三次元スペース内で支持されている間に、ツーリング面と相補的な形状に成形された材料シートを示す。
【図30】[00042] レイアップ工具の上方で材料シートを支持する比較的大量の移動体及びグリッパを含む平面的なモータシステムの図式的な断面図である。
【図31】[00043] レイアップ工具の上方の三次元スペース内で支持されている間の、材料シートの成形中の平面的なモータシステムの図式的な断面図である。
【図32】[00044] レイアップ工具の上方の三次元スペース内で支持しながらツーリング面と相補的な形状に材料シートを成形することの完了時における平面的なモータシステムの図式的な断面図である。
【図33】[00045] ツーリング面の上に下げられた後の平面的なモータシステム及び材料シートの図式的な断面図である。
【図34】[00046] ベース搬送機構が、ロボット軌道に沿って移動可能な複数のロボットデバイスを備える、製造システムであって、材料シートに係合して動作するための複数の平面的なモータシステムを操作するように構成された製造システムの更なる一実施例の斜視図である。
【図41】[00053] 材料シートを処理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】
【0014】
[00054] 本開示で示される複数の図は、提示されるバージョンの様々な態様を表しており、相違点のみが詳細に説明されることになる。
【0015】
[00055] 次に、開示される複数のバージョンが、添付の図面を参照しながらより完全に説明されることとなる。それらの図面には、本開示の複数の実施例の全てが示されているわけではない。実際には、幾つかの異なる実施例又はバージョンが提供されることがあり、これらは本明細書で説明される複数の実施例に限定されると解釈すべきではない。これらの実施例はむしろ、この開示が包括的なものになり且つ本開示の範囲が当業者に十分に伝わるように提供されている。
【0016】
[00056] 本明細書は、「幾つかの実施例（some example）」、「ある実施例（one example）」、又は「一実施例（an example）」への参照を含む。「幾つかの実施例」、「ある実施例」、又は「一実施例」という表現の事例は、必ずしも同じ実施例を指すわけではない。特定の特徴、構造、又は特性が、本開示と合致する任意の適切な様態で組み合わせられ得る。
【0017】
[00057] 本明細書で使用されるときに、「含む、備える（comprising）」は、非限定的な（open-ended）用語であり、特許請求の範囲で使用されるときに、この用語は、追加的な構造又はステップを排除しない。
【0018】
[00058] 本明細書で使用されるときに、「ように構成される（configured to）」は、様々な部品又は構成要素が、１以上の作業を実行する「ように構成される」として説明又は請求され得ることを意味している。このような文脈において、「ように構成される」は、部品又は構成要素が、動作中にそれらの１以上の作業を実行する構造を含んでいる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、部品又は構成要素は、指定された部品又は構成要素が現在含まれていないときでさえも、その作業を実行するように構成されると言うことができる。
【0019】
[00059] 本明細書で使用されるときに、単語「一（a）」又は「１つの（an）」に続く単数形の要素又はステップは、複数の当該要素又はステップを必ずしも除外しないと理解されるべきである。
【0020】
[00060] 本明細書で使用されるときに、列挙されたアイテムと共に使用される「～のうちの少なくとも１つ」という表現は、列挙されたアイテムのうちの１以上の種々の組み合わせが使用されてもよく、列挙された各アイテムのうちの１つだけが必要とされてもよいということを意味する。言い換えるならば、「～のうちの少なくとも１つ」とは、列挙された中から、アイテムの任意の組み合わせ及び任意の数のアイテムが使用されてよく、列挙されたアイテムの全てが必要とされるわけではないことを意味している。アイテムは、特定の物体、物、又はカテゴリであり得る。
【0021】
[00061] 次に図面を参照すると、図１～図２で示されているのは、材料シート３００にピックアンドプレース動作を実行するように構成された製造システム１００の一実施例である。図示されている一実施例では、製造システム１００が、ベース搬送システム１０２、平面的なモータシステム１４０、及びコントローラ２４０を含む。平面的なモータシステム１４０は、ステータベース１４２、及び１以上の移動体１６０（図２）を含む。移動体１６０は、ステータベース１４２と非接触関係で浮上して移動するように構成されている。
【0022】
[00062] 図１～図１３で示され、以下でより詳細に説明されるように、平面的なモータシステム１４０は、移動体１６０に結合された１以上のエンドエフェクタ２００を含む。各エンドエフェクタ２００は、材料シート３００に関連して１以上の機能を実行するように構成されている。例えば、エンドエフェクタ２００は、材料ピックアップステーション２６０（例えば、図１４）において材料シート３００に係合し（例えば、把持し）、材料シート３００をピックアップし、ベース搬送システム１０２（例えば、図１５～図１７）を介して材料シート３００を材料配置ステーション４００へ搬送し、材料配置ステーション４００（例えば、図１８）において材料シート３００をレイアップ工具４０２の上に配置するように構成されたグリッパ２０６（図４）として構成され得る。その後、グリッパ２０６は、材料シート３００から離脱する（例えば、図１９）。例えば、各グリッパ２０６は、材料シート３００上の予め規定された係合ポイント３１２（図３）において材料シート３００に係合し得る。図２０～図２７で示され、以下でより詳細に説明されるように、材料シート３００は、ツーリング面４０４の上でのピックアップ、配置、及び／又は成形中に、材料シート３００の移動の追跡を可能にする複数の予め規定された制御ポイント３１０（図３）を含む。
【0023】
[00063] これに関して、平面的なモータシステム１４０は、材料シート３００に実行されるピックアンドプレース動作の一部として、同時発生的及び／又は連続的なやり方で１以上の機能を実行する、複数のエンドエフェクタ２００の独立した平面的及び面外移動のための手段を提供する。例えば、ピックアンドプレース能力に加えて、平面的なモータシステム１４０は、個々の材料シート３００の測定、圧密、タッキング（tacking）、及び／又は切り出し（shearing）のための手段を提供する。材料シート３００は、複合材プライであり得る。製造システム１００は、複合材積層体（図示せず）をレイアップするプロセスの一部として、レイアップ工具４０２の上で各複合材プライを成形し得る。
【0024】
[00064] 図１～図２の一実施例を参照すると、ベース搬送システム１０２は、平面的なモータシステム１４０を支持して搬送するように構成されたオーバーヘッドガントリ１１２として示されている。ガントリ１１２は、一対のオーバーヘッドビーム１１４を有する。ステータベース１４２は、オーバーヘッドビーム１１４と固定的に結合されている。オーバーヘッドビーム１１４は、両端部でガントリポスト１１６に結合されている。オーバーヘッドビーム１１４は、平面的なモータシステム１４０の垂直高さを位置決めするために、ガントリポスト１１６に沿って垂直方向に移動可能である。ガントリポスト１１６は、製造現場に埋め込まれ得るガントリ軌道１１８に沿って移動可能である。オーバーヘッドビーム１１４の垂直方向の移動とガントリ１１２の水平方向の移動とは、コントローラ２４０によって制御される。
【0025】
[00065] ガントリ１１２の代替として、ベース搬送システム１０２は、１以上のロボットデバイス１０４（図３４～図４０）として提供され得る。以下でより詳細に説明されるように、各ロボットデバイス１０４は、１以上の平面的なモータシステム１４０を支持し、移動させるように構成されている。しかし、ベース搬送システム１０２は、ガントリ１１２又はロボットデバイス１０４に限定されず、平面的なモータシステム１４０を支持して搬送するための様々な代替的ベース搬送システム１０２のうちのいずれか１つを含み得る。
【0026】
[00066] 図１～図３３では、ベース搬送システム１０２が、材料切断テーブル２６２を含む材料ピックアップステーション２６０とレイアップ工具４０２を含む材料配置ステーション４００との間で、単一の平面的なモータシステム１４０（及び材料シート３００）を搬送する文脈で説明される。しかし、ベース搬送システム１０２は、製造施設内の様々な異なる位置のうちのいずれか２つの間で任意の数の平面的なモータシステム１４０を搬送するように構成されてよく、材料ピックアップステーション２６０と材料配置ステーション４００との間の移動に限定されない。
【0027】
[00067] 図１～図８を参照すると、上述されたように、平面的なモータシステム１４０は、ステータベース１４２と１以上の移動体１６０とを含む。図４は、ステータベース１４２にわたる４つの移動体１６０を示し、各移動体１６０は、材料シート３００に係合し又は材料シート３００を把持するためのグリッパ２０６として構成されたエンドエフェクタ２００を支持する。図３の一実施例では、材料シート３００が、それぞれ４つのグリッパ２０６（図４）による係合のための４つの係合ポイント３１２を有する。図４は、４つの移動体１６０と４つのエンドエフェクタ２００とを示しているが、製造システム１００は、任意の数の移動体１６０及び任意の数のエンドエフェクタ２００を含み得る。
【0028】
[00068] 図８で示されているように、ステータベース１４２は、一連の電気コイル１４４をカバーする平面的なステータ面１４６を有する。電気コイル１４４は、アレイ状に配置され（例えば、ハルバッハアレイ又は他の配置）、コントローラ２４０の命令を介して通電されると、電磁場（図示せず）を生成するように構成されている。ステータベース１４２は、正方形状を有するように図示されているが、ステータベース１４２は、非限定的に、矩形状、直線形状、三角形状、円盤形状、又は他の形状を含む、様々な異なる形状のうちのいずれか１つを有し得る。
【0029】
[00069] 図６～図８を参照すると、移動体１６０の各々は、図８で示されているように、水平面に配置された複数の複数の永久磁石１６２を含む。コントローラ２４０によって起動されたときに電気コイル１４４によって生成される電磁場に応じて、永久磁石１６２は、ステータ面１４６と非接触関係で移動体１６０を浮上及び移動させる。有利なことに、ステータ面１４６にわたる移動体１６０の非接触移動は、従来のピックアンドプレースシステムに関連付けられる摩擦エネルギー損失及び摩耗をなくす。図６では正方形状を有するように示されているが、移動体１６０は、非限定的に、矩形状、三角形状、円盤形状、又は他の形状を含む、様々な代替的形状のうちのいずれか１つとして設けられてよい。
【0030】
[00070] 図６では、各移動体１６０が、移動体ｘ軸１６４、移動体ｙ軸１６６、及び移動体ｚ軸１６８を有する。各移動体１６０は、移動体ｘ軸１６４（例えば、左右方向）及び移動体ｙ軸１６６（例えば、前後方向）の平面内のステータ面１４６と平行な平面的運動を含む、少なくとも２つの自由度で移動するように構成されている。コントローラ２４０は、無数の自由にプログラム可能な移動体経路（図示せず）に沿ってステータ面１４６にわたり、独立して各移動体１６０を誘導するようなやり方で、電磁場を精密に操作するように構成されている。一実施例では、移動体１６０が、秒速２メートルまで又はそれより上の速度で移動するように構成され得る。加えて、移動体１６０は、数十ミクロン（例えば、５０ミクロン未満）のオーダーの位置再現精度で、ステータ面１４６の任意の位置において停止され得る。
【0031】
[00071] ステータ面１４６に平行な移動に加えて、各移動体１６０は、移動体ｚ軸１６８の周りでいずれかの方向に３６０度回転するように構成されている。図８で示されているように、移動体１６０は、更に、ステータ面１４６に対して制御可能な移動体‐ステータ間隙１７０（例えば、５mmまで）で浮上するように構成されている。更に、移動体１６０は、移動体ｘ軸１６４の周りでの少量の傾斜運動（例えば、５度まで）及び／又は移動体ｙ軸１６６の周りでの少量の傾斜運動（例えば、５度まで）が可能なように構成され得る。
【0032】
[00072] 図５を参照すると、互いに横並び関係で配置された複数のタイル１４８で構成されたステータベース１４２の一実施例が示されている。タイル１４８は、タイル支持フレーム１５２に取り付けられている。タイル支持フレーム１５２は、好適には、金属材料（例えば、アルミニウム）、複合材料（例えば、炭素繊維）、又は他の材料などの、剛性材料で製造された剛性構造体である。タイル支持フレーム１５２は、ピックアンドプレース動作中に複数タイルのステータベース１４２を移動させることができるように、ベース搬送システム１０２結合され得る。
【0033】
[00073] 図５では、各タイル１４８が、タイル上面１５０を有し、一連の電気コイル１４４（図８）を含む。横並び関係で組み立てられたときに、複数のタイル１４８は、平面的なステータ面１４６を有するステータベース１４２を集合的に形成する。複数のタイル１４８はモジュール式であり、様々な異なる形状のうちのいずれか１つを有するステータ面１４６を形成するために、任意の数のタイル１４８が横並び関係で配置されることを可能にする。図５は、正方形状を有するステータベース１４２を形成するように配置された複数のタイル１４８を示しているが、複数のタイル１４８は、矩形状、直線形状、又は任意の他の形状を有するステータベース１４２を形成するように配置されてよい。モジュール式の複数のタイル１４８を含む平面的なモータシステム１４０の一例は、ミネソタ州サベージのBeckhoff Automation社から市販されているXPlanarモータシステム（商標）である。
【0034】
[00074] 図１～図１３で示されているように、製造システム１００は、移動体１６０に結合された１以上のエンドエフェクタ２００を含む。図示されている一実施例では、各移動体１６０が、単一のエンドエフェクタ２００を支持する。しかし、図示されていない他の複数の実施例では、単一の移動体１６０が、２つ以上のエンドエフェクタ２００を支持してよい。各エンドエフェクタ２００は、移動体１６０に支持され、機械的に結合されている。図１～図７、及び図９～図１２は、エンドエフェクタ２００を移動体１６０に結合する伸縮ポスト１７２を有する各移動体１６０を示している。伸縮ポスト１７２は、移動体ｚ軸１６８（図６）に沿って、ステータ面１４６に垂直な方向にエンドエフェクタ２００を延伸及び後退させるように構成されている。
【0035】
[00075] 代替的に又は更に、各移動体１６０は、任意の数の方向におけるエンドエフェクタ２００の回転を容易にするためのジョイントアセンブリを含んでよい。例えば、図７は、エンドエフェクタ２００を伸縮ポスト１７２に結合する手首関節式機構１７４を示している。手首関節式機構１７４は、少なくとも２つの軸の周りでエンドエフェクタ２００を回転させるように構成されている。幾つかの実施例では、手首関節式機構１７４が、ユニバーサルジョイント、ボールアンドソケットジョイント、又は他のジョイント構成として構成され得る。ジョイントアセンブリの別の一実施例では、図１３が、エンドエフェクタ２００を移動体１６０に結合する多軸ロボットアーム１７６を示している。多軸ロボットアーム１７６は、任意の数の軸の周りでのエンドエフェクタ２００の配向を容易にするために、任意の数のアームセグメント１０８及びアームジョイント１１０を含み得る。
【0036】
[00076] 図６及び図９～図１２を参照すると、各エンドエフェクタ２００が、材料シート３００（製造システム１００によってレイアップされている複合材積層体の複合材プライなど）に関連して１以上の機能を実行するように構成されている。図６は、材料ピックアップステーション２６０（図１）などからの材料シート３００のピックアップを可能にするために、材料シート３００に係合する（すなわち、把持する）ように構成されたグリッパ２０６として構成されたエンドエフェクタ２００の一実施例を示している。グリッパ２０６はまた、材料配置ステーション４００においてレイアップ工具４０２のツーリング面４０４に付加された後、材料シート３００から離脱する（すなわち、材料シート３００を解放する）ようにも構成されている。図６及び図９～図１２の一実施例では、グリッパ２０６が、材料シート３００に機械的に係合するためのグリッパプレート２０８から突出する複数の針又はフック２１０を有する。しかし、図示されていない他の複数の実施例では、グリッパ２０６が、材料シート３００の真空係合のための複数の吸引カップを備えてよい。或いは、グリッパ２０６が、材料シート３００の静電係合のための静電デバイス（図示せず）を備えてよい。
【0037】
[00077] 図９は、圧密デバイス２１６として構成されたエンドエフェクタ２００の一実施例を示している。圧密デバイス２１６は、ツーリング面４０４（図１）に対して又は先に付加された材料シート３００に対して、材料シート３００（図１）を圧密するように構成されている。図示されている一実施例では、圧密デバイス２１６が、ツーリング面４０４の上を転動する最中に材料シート３００上に圧密圧力を加えるように構成されたローラー２１８である。図示されていない他の複数の実施例では、圧密デバイス２１６が、圧密圧力を加えている間に材料シート３００の上で摺動するように構成された圧密シューであってよい。
【0038】
[00078] 図１０は、タッキングデバイス２１２として構成されたエンドエフェクタ２００の一実施例を示している。タッキングデバイス２１２は、ツーリング面４０４又は先に付加された材料シート３００に、材料シート３００をスポット固定するように構成されている。材料シート３００のスポット固定は、後続のレイアップ、圧密、及び／又はトリミング中に、材料シート３００の移動を防止する。図示されている一実施例では、タッキングデバイス２１２が、スポット加熱を介して材料シート３００を適所に付着させるように構成された半田ごて２１４である。しかし、タッキングデバイス２１２は、材料シート３００を適所にスポット固定するための様々な他の構成のうちのいずれか１つとして設けられてよい。
【0039】
[00079] 図１１は、検査デバイス２２０として構成されたエンドエフェクタ２００の一実施例を示している。製造システム１００は、ツーリング面４０４上での材料シート３００のピックアップ、配置、及び／又は成形を能動的にモニタするように構成された１以上の検査デバイス２２０を含み得る。例えば、検査デバイス２２０は、ツーリング面４０４上の材料シート３００の正確な位置決めを容易にし得る。それによって、材料シート３００のシート縁部３０８（図１８）が、製造システム１００と共に含まれる１以上のレーザー投影デバイス（図示せず）を使用してツーリング面４０４の上に投影された縁部位置４０６（図１）と整列する。検査デバイス２２０からのフィードバックが、後続の付加される材料シート３００の横たえの精度を改善するようなやり方で、コントローラソフトウェアの調整を容易にし得る。検査デバイス２２０は、可視光カメラ、赤外線センサ、渦電流センサ、温度センサ、並びに／又は、材料シート３００上で実行され得るピックアップ、配置、成形、トリミング、及び他の動作を、能動的に測定し、観察し、及び／又は検知するための能力を有する様々な他のセンサ構成のうちのいずれか１つであり得る。
【0040】
[00080] 図１２は、切断デバイス２０２として構成されたエンドエフェクタ２００の一実施例を示している。図示されている一実施例では、切断デバイス２０２が、複合材プライなどの材料シート３００を切断するように構成されたナイフブレード２０４である。これに関して、複合材プライを材料切断テーブル２６２上に係合させるためのグリッパ２０６に加えて、平面的なモータシステム１４０は、材料切断テーブル２６２からの複合材プライのピックアップ中に、移動体に取り付けられた検査デバイス２２０（例えば、力センサやカメラ、図示せず）によって検出された任意の未切断材料（例えば、未切断繊維）を切断するための、１以上の移動体に取り付けられた切断デバイス２０２を含み得る。
【0041】
[00081] 未だ図６及び図９～図１２を参照すると、各移動体１６０のサイズ（例えば、長さ及び幅）が、エンドエフェクタ２００の質量によって及び／又はエンドエフェクタ２００によって実行される機能によって、少なくとも部分的に決定され得る。比較的重いエンドエフェクタ２００並びに／又は材料シート３００及び／若しくはレイアップ工具４０２に大きな力を加えるエンドエフェクタ２００を支持する移動体１６０は、より軽量なエンドエフェクタ２００並びに／又は材料シート３００若しくはレイアップ工具４０２に限られた量の力を加えるエンドエフェクタ２００を支持する移動体１６０よりもサイズが大きくなり得る。例えば、グリッパ２０６（例えば、図９）を支持する移動体１６０は、検査デバイス２２０、タッキングデバイス２１２、又は切断デバイス２０２を支持する移動体１６０よりもサイズが大きくなり得る。それは、ピックアップ及び配置中に材料シート３００の質量の一部分を支持するためのグリッパ２０６の要件に起因する。それはまた、図２３及び図２５で示され、以下で説明されるように、ツーリング面４０４の上での成形中に材料シート３００に引張力３１６を加えるためのグリッパ２０６の任意選択的な要件に起因する。同様に、圧密デバイス２１６を支持する移動体１６０は、比較的サイズが大きくなり得る。というのも、圧密デバイス２１６は、成形プロセス中にツーリング面４０４に対して材料シート３００上に圧密圧力を加える必要があるからである。対照的に、検査デバイス２２０（例えば、図１１）、タッキングデバイス２１２、又は切断デバイス２０２を支持する移動体１６０は、比較的サイズが小さくなり得る。というのも、検査デバイス２２０、タッキングデバイス２１２、又は切断デバイス２０２は、いずれも材料シート３００又はレイアップ工具４０２に大きな力を加える必要がないからである。
【0042】
[00082] 上述されたように、製造システム１００は、コントローラ２４０（例えば、図１及び図３～図５）を含む。コントローラ２４０は、ステータベース１４２及びエンドエフェクタ２００と通信可能に結合されている。コントローラ２４０は、複数の移動体１６０をステータ面１４６に対して浮上させる電磁場をもたらすやり方で、電気コイル１４４（図８）を選択的に起動するように構成されている。移動体を浮上させることに加えて、電磁場は、移動体１６０が、上述された移動体‐ステータ間隙１７０（図８）を越えて、ステータ面１４６から垂直方向に離れるように移動することを防止する。更に、電磁場は、無限の様々な予めプログラムされた移動体経路（図示せず）のいずれか１つに沿って、ステータ面１４６と平行に移動体１６０を推進するようなやり方で操作される。上述されたように、コントローラ２４０は、ステータ面１４６にわたる移動体１６０の独立した協調移動をもたらす電磁場を生成するように構成されている。加えて、コントローラ２４０は、材料シート３００に係合して動作するようにエンドエフェクタ２００に命令する。ステータベース１４２の移動（ベース搬送システム１０２を介した）、移動体１６０の移動、及び／又はエンドエフェクタ２００の移動は、連続的に及び／又は同時に行われ得る。
【0043】
[00083] 平面的なモータシステム１４０は、ステータ面１４６の配向に関係なく、移動体１６０がステータ面１４６から上述された移動体‐ステータ間隙１７０（図８）で浮上するように構成されている。移動体１６０は、ステータ面１４６が水平に向いているか（すなわち、下向き又は上向きに面している）、又はステータ面１４６が水平に向いていないかに関係なく、移動体‐ステータ間隙１７０に維持され得る。図１～図３３の一実施例では、ステータベース１４２が、ガントリ１１２に固定的に結合され、ステータ面１４６が下を向いた状態で水平配向に維持されている。電磁場は、移動体１６０がステータ面１４６の下方で一定の移動体‐ステータ間隙１７０に維持されるようになっている。
【0044】
[00084] 更に、図示されていないが、ベース搬送システム１０２は、ステータ面１４６が上を向くようにステータベース１４２を方向付けることができ、電磁場は、移動体１６０がステータ面１４６に対して移動体‐ステータ間隙１７０に維持されるようになっている。更に他の複数の実施例では、ベース搬送システム１０２が、ステータベース１４２を非水平方向（例えば、横向き）に向けることができ、電磁場は、移動体１６０がステータ面１４６に対して一定の移動体‐ステータ間隙１７０に維持されるようになっている。ベース搬送システム１０２は、図３４～図４０の一実施例で示されているように、製造システム１００の動作中に、ステータ面１４６が異なる時間において異なる方向を向くように（例えば、上向き、下向き、横向き）、ステータベース１４２を再方向付けすることができる。
【0045】
[00085] 図１４～図２２を参照すると、ステータベース１４２及び複数の移動体１６０を有する平面的なモータシステム１４０を支持するガントリ１１２として構成されたベース搬送システム１０２の一実施例が示されている。ステータベース１４２は、下を向いたステータ面１４６を有する。各移動体１６０は、グリッパ２０６を伸縮ポスト１７２で支持する。図示されていないが、平面的なモータシステム１４０はまた、１以上の検査デバイス２２０（図１１）及び１以上の切断デバイス２０２（例えば、図１２）も含んでよい。それらの各々は、移動体１６０で支持される。
【0046】
[00086] 図１４では、コントローラ２４０が、材料切断テーブル２６２の上方の高さまでステータベース１４２を下げるようにガントリ１１２に命令する。材料切断テーブル２６２は、平面的な形態を採る複合材ファブリックなどの原材料３０２を支持するように構成されている。材料シート３００（例えば、複合材プライ）は、二次元プライカッター（図示せず）などの従来の切断機械を使用して、切断ライン３０６に沿って原材料３０２から切り出されている。
【0047】
[00087] 図１４で示されているように、コントローラ２４０は、材料シート３００の全体を通して分散された対応する複数の係合ポイント３１２（図３）において材料シート３００と係合するように、複数のグリッパ２０６に命令する。材料シート３００はまた、材料シート３００の全体を通して分散された複数の制御ポイント３１０（図３）も含んでよい。制御ポイント３１０は、検査デバイス２２０を介して、材料シート３００のピックアップ、配置、及び成形の追跡を可能にする。グリッパ２０６は、材料シート３００のピックアップ中に、計画された順序で係合位置に係合されてよい。
【0048】
[00088] 図１４～図１５を参照すると、コントローラ２４０の命令により、ガントリ１１２は、平面的なモータシステム１４０を持ち上げ、それによって、材料シート３００を材料切断テーブル２６２からピックアップし、スクラップ材料３０４のみを残す。幾つかの実施例では、材料切断テーブル２６２上の原材料３０２からの材料シート３００の抽出を容易にするために、伸縮ポスト１７２が部分的に後退してよい。代替的に又は更に、コントローラ２４０は、材料シート３００の抽出を容易にするために、ステータ面１４６にわたる移動体１６０の位置を互いに対して調整し、及び／又はグリッパ２０６の配向を調整するように構成されてよい。
【0049】
[00089] 材料切断テーブル２６２から材料シート３００を持ち上げる初期段階中に、検査デバイス２２０（図２０）は、原材料３０２からの材料シート３００の抽出を阻害する可能性がある任意の未切断材料（例えば、複合材プライの未切断繊維）について切断ライン３０６を検査することができる。この目的のために、検査デバイス２２０は視覚カメラとして構成されてよく、又はグリッパ２０６は力センサを有してよく、或いは、切断ライン３０６に沿って未切断材料を検出するための様々な他のデバイスのうちのいずれか１つが、製造システム１００と共に含まれてよい。平面的なモータシステム１４０は、１以上の切断デバイス２０２（図１２）を含んでよい。各切断デバイス２０２は、検査デバイス２２０によって検出された任意の未切断材料を切断するために移動体１６０に取り付けられる。代替的に、任意の未切断材料は、技術者によって手作業で切断され得る。
【0050】
[00090] 図１５は、材料切断テーブル２６２の上方にガントリ１１２によって垂直に持ち上げられた材料シート３００を示している。図１６は、係合ポイント３１２においてグリッパ２０６に係合された材料シート３００を示している。図１７は、平面的なモータシステム１４０及び材料シート３００を、材料切断ステーションから材料配置ステーション４００へ搬送するガントリ１１２を示している。材料配置ステーション４００では、材料シート３００が、レイアップ工具４０２のツーリング面４０４の上方に吊り下げられている。製造システム１００は、ツーリング面４０４の上に縁部位置４０６を投影するように構成された１以上のレーザープロジェクター（図示せず）を含んでよい。縁部位置４０６は、ツーリング面４０４の上に正確に位置決めされ、ツーリング面４０４の上で成形されるときの、材料シート３００のシート縁部３０８の意図される位置を規定する。
【0051】
[00091] 図１８～図１９を参照すると、コントローラ２４０は、示されている一実施例では非平面的なツーリング面４０４上に材料シート３００を配置するための協調したやり方で動作するように、ガントリ１１２、移動体１６０、及びエンドエフェクタ２００（例えば、グリッパ２０６、圧密デバイス２１６、タッキングデバイス２１２、及び／又は検査デバイス２２０）に命令するよう構成されている。コントローラ２４０は、ツーリング面４０４上での材料シート３００の配置及び成形中に必要とされるように、移動体１６０及び／又はグリッパ２０６の位置及び／又は向きの調整を命令するように構成されている。材料シート３００の配置に成功した後、コントローラ２４０は、係合ポイント３１２から離脱するように複数のグリッパ２０６に命令する。コントローラ２４０は、レイアップ工具４０２上に先に付加された材料シート３００上への配置のために、材料シート３００をピックアップするプロセスを繰り返すため、図１９で示されているように平面的なモータシステム１４０を持ち上げ、材料ピックアップステーション２６０（図１４）に戻るようガントリ１１２に命令する。
【0052】
[00092] 幾つかの実施例では、図２０～図２３を参照すると、コントローラ２４０は、ツーリング面４０４の上での材料シート３００の成形中に、制御ポイント３１０の移動をモニタ及び記録するよう検査デバイス２２０に命令する。以下で説明されるように、制御ポイントの移動の記録は、成形中及び成形後のツーリング面４０４上の材料シート３００の位置決めの精度を特定するために分析され得る。図２０は、材料シート３００が平面的な構成にある成形の初期段階を示している。図２３で示されているように、平面的な材料シート３００の局所的な部分３１４（クロスハッチ領域として示されている）が、最初にレイアップ工具４０２と接触する。一方で、材料シート３００の残りの部分は、最初はツーリング面４０４から分離されている。係合ポイント３１２におけるグリッパ２０６（図２０～図２２）を介した材料シート３００への引張力３１６の任意選択的な印加もまた、図２３で示されている。引張力３１６は、ツーリング面４０４の上での成形中に材料シート３００におけるしわの発生を低減又は最小化するやり方で加えられ得る。
【0053】
[00093] 図２１は、成形の中間段階における材料シート３００を示している。コントローラ２４０は、ツーリング面４０４の上で材料シート３００を徐々に成形するようなやり方で、移動体１６０及び／又はグリッパ２０６の移動を命令する。例えば、コントローラ２４０は、材料シート３００がツーリング面４０４の凸状湾曲に適合するにつれて、ツーリング面４０４の両側にある移動体１６０が、互いに向けて（例えば、レイアップ工具４０２の中心線に向けて）わずかに移動するように命令し得る。同時に、コントローラ２４０は、グリッパ２０６が材料シート３００をツーリング面４０４と接触するような方向に徐々に移動させるにつれて、伸縮ポスト１７２が徐々に延伸するように命令し得る。
【0054】
[00094] 図２２は、成形プロセスの完了段階を示しており、ツーリング面４０４の湾曲に材料シート３００を適合させるための、移動体１６０及び／又はグリッパ２０６の更なる再方向付け及び／又は再位置決めを示している。図２０～図２２では、検査デバイス２２０が、材料シート３００上の制御ポイント３１０の移動を綿密にモニタ及び記録する。加えて、検査デバイス２２０は、グリッパ２０６によってそれらのそれぞれの係合ポイント３１２に加えられる任意の引張力３１６をモニタ及び記録してよい。この目的のために、各グリッパ２０６は、その係合ポイント３１２に加えられる引張力３１６の大きさ及び向きを測定するように構成された力センサ（図示せず）を含んでよい。検査デバイス２２０はまた、成形プロセスの完了段階中及び／又は完了時に各材料シート３００において生じる任意のしわ（図示せず）の形成を記録するようにも構成される。
【0055】
[00095] 以下でより詳細に説明されるように、成形プロセス中に検査デバイス２２０によって記録される上述された情報は、各材料シート３００（例えば、複合材プライ）がレイアップ工具４０２に付加されるにつれて、継続的にコントローラ２４０に供給される。コントローラ２４０は、人工知能（例えば、機械学習）を使用するように構成されたプロセッサ（図示せず）を含む。人工知能は、成形プロセス中の各係合ポイント３１２における引張力３１６及び各制御ポイント３１０の移動、並びに各材料シート３００において生じる結果としてのしわ（例えば、しわの量、位置、サイズ、及び方向）を分析する。この分析に基づいて、プロセッサは、コントローラソフトウェアに対する調整を行うように構成されている。コントローラソフトウェアは、引き続いて付加される材料シート３００におけるしわの形成を低減させるようなやり方で、ベース搬送システム１０２、移動体１６０、及び／又はエンドエフェクタ２００の移動を制御する。例えば、コントローラソフトウェアは、１以上の係合ポイント３１２において加えられる引張力３１６の向き及び／又は大きさ及び／又は順序をわずかに変えるやり方で調整されてよい。
【0056】
[00096] 図２４～図２７を短く参照すると、大量のグリッパ２０６を含む製造システム１００の一実施例の側面図が、図２４及び図２６で示されている。これらのグリッパ２０６は、材料シート３００（図２５及び図２７）上の対応する数の係合ポイント３１２に係合される。図２４～図２５は、レイアップ工具４０２の上に平面的な材料シート３００を付加し、結果として局所的な部分３１４（クロスハッチで示されている）がツーリング面４０４に接触することをもたらす、初期段階を示している。図２６～図２７は、ツーリング面４０４の上で材料シート３００を成形する中間段階を示している。上述されたように、コントローラソフトウェアはまた、引張力３１６が係合ポイント３１２に加えられる順序を調整するようなやり方で修正されてもよい。例えば、材料シート３００の初期の付加中に、局所的な部分３１４に最も近いグリッパ２０６（例えば、インボードグリッパ）は、それらの対応する係合ポイント３１２に引張力３１６を加えることができる。一方で、シート縁部３０８に最も近いグリッパ２０６（例えば、アウトボードグリッパ）は、それらの係合ポイント３１２にほとんど又は全く引張力を加えない。図２６及び図２７で示されている成形の中間段階では、シート縁部３０８に最も近いグリッパ２０６は、それらの対応する係合ポイント３１２において引張力３１６を加えることができる。一方で、インボードグリッパ２０６は、それらの係合ポイント３１２に引張力を加えることを停止する。というのも、そのような係合ポイント３１２は、成形プロセス中にそのポイントにおいてレイアップ工具４０２に接触しているからである。図２４～図２７の製造システム１００は、検査デバイス２２０（移動体１６０に取り付けられた）を含み得る。検査デバイス２２０は、コントローラ２４０へのフィードバックのために制御ポイント３１０の移動をモニタするように構成されている。それによって、ツーリング面４０４の上に材料シート３００が位置決めされる精度、及びツーリング面４０４の上で材料シート３００が成形される精度を改善するために、移動体１６０及びグリッパ２０６の移動の調整を容易にする。
【0057】
[00097] 図２８～図３３を参照すると、製造システム１００の一実施例が示されている。その場合、コントローラ２４０（図１）は、材料シート３００をツーリング面４０４の上に付加する前に、移動体１６０及びエンドエフェクタ２００に、材料シート３００をツーリング面４０４と相補的な形状に成形することを実行させるように構成されている。例えば、図２８及び図３０では、材料シート３００が、レイアップ工具４０２に付加される前に、平面的な構成で支持されている。図３１は、レイアップ工具４０２の上方の三次元スペース内で支持されている材料シート３００を示す。図３１における移動体１６０及びグリッパ２０６は、ツーリング面４０４の輪郭に略一致する輪郭に材料シート３００を成形するために、再位置決め及び／又は再方向付けされている。その後、図３２～図３３で示されているように、材料シート３００は、ツーリング面４０４の上に下げられ得る。図２８～図３３の製造システム１００は、コントローラ２４０へのフィードバックのために制御ポイント３１０の移動をモニタするための上述された検査デバイス２２０を含み得る。それにより、材料シート３００が、ツーリング面４０４の上に位置決めされる精度、及びツーリング面４０４の上で成形される精度を改善することができる。
【0058】
[00098] 図３４～図４０を参照すると、製造システム１００の一実施例が示されている。その場合、ベース搬送システム１０２は、複数のロボットデバイス１０４を備える。各ロボットデバイス１０４は、ロボットベース１０６、及びアームジョイント１１０によって接続された１以上のアームセグメント１０８を有する。図示されている一実施例では、各ロボットベース１０６が、材料切断テーブル２６２を含む材料ピックアップステーション２６０とレイアップ工具４０２を含む材料配置ステーション４００との間で延在するロボット軌道１２０に取り付けられている。図示されていない代替的な複数の実施例では、各ロボットデバイス１０４が、作業現場、壁、屋根、又は他の固定された構造に固定的に取り付けられ得る。
【0059】
[00099] 図３４～図４０の製造システム１００は、複数のステータベース１４２を含む。各ステータベース１４２は、ロボットデバイス１０４（すなわち、ベース搬送システム１０２）によって、移動可能に支持されている。上述されたように、ステータベース１４２は、各々、電磁場を生成するように構成された一連の電気コイル１４４（図８）をカバーする平面的なステータ面１４６を有する。図３４～図４０は、単一のステータベース１４２を支持する各ロボットデバイス１０４を示しているが、図示されていない他の複数の実施例では、単一のロボットデバイス１０４が、２つ以上のステータベース１４２を支持するように構成されてよい。図３４～図４０における各ステータベース１４２は、図４で示されているような一体構造として示されているが、各ステータベース１４２は、代替的に、図５で示されているように、横並び関係で組み立てられた複数のタイル１４８で構成され得る。
【0060】
[000100] 製造システム１００は、ステータベース１４２に関連付けられた複数の移動体１６０を含む。図３４～図３９は、２つの移動体１６０を有する各ステータベース１４２を示している。各移動体１６０は、それ自体のエンドエフェクタ２００を有する。各ステータベース１４２は、単一の移動体１６０又は２つ以上の移動体１６０を含む任意の数の移動体１６０を含み得る。上述されたように、各移動体１６０は、電気コイル１４４によって生成された電磁場に応じて、ステータ面１４６に対して移動体１６０を浮上させて移動させるように構成された複数の永久磁石１６２（図８）を含む。上述されたように、電磁場は、ステータ面１４６の配向に関係なく、移動体１６０が一定の移動体‐ステータ間隙１７０（図８）で維持されるようになっている。例えば、移動体１６０は、ステータ面１４６が上向きであるか若しくは図３４～図３８で示されているように下向きであるか、又は図３９で示されているように非水平方向に向けられているかに関係なく、一定の移動体‐ステータ間隙１７０で維持される。
【0061】
[000101] 上述されたように、製造システム１００は、移動体１６０に結合された複数のエンドエフェクタ２００であって、材料シート３００に関連して１以上の機能を実行するように構成された複数のエンドエフェクタ２００を更に含む。複数のエンドエフェクタ２００は、図６及び図９～図１２で示されている上述された複数の構成のうちのいずれか１つであり得るか、又は、複数のエンドエフェクタ２００は、図示されていない他の複数の構成で設けられ得る。
【0062】
[000102] 図３４～図４０では、製造システム１００が、ロボットデバイス１０４、ステータベース１４２、及びエンドエフェクタ２００と通信可能に結合されたコントローラ２４０（図３５）を含む。コントローラ２４０は、材料ピックアップステーション２６０に位置付けられた材料シート３００にそれぞれ隣接した複数のエンドエフェクタ２００を位置決めするために、移動体１６０を協調したやり方で移動させるように構成されている。図３４の一実施例では、材料シート３００が、図３で示されている上述された配置と同様に、材料切断テーブル２６２上に位置付けられている。エンドエフェクタ２００は、上述され図６で示されているように、グリッパ２０６（図３５）として示されている。
【0063】
[000103] コントローラ２４０は、材料ステージング位置（材料ピックアップステーション２６０）からピックアップするために、複数のエンドエフェクタ２００（例えば、複数のグリッパ２０６）を材料シート３００に係合させ、ロボットデバイス１０４に運動の包絡線を通してステータベース１４２を移動させ、それによって、材料シート３００を材料ピックアップステーション２６０から材料配置ステーション４００へ搬送させるように構成されている。更に、コントローラ２４０は、移動体１６０及びエンドエフェクタ２００に、ツーリング面４０４の上で材料シート３００を成形させるように構成されている。上述されたように、図２５及び図２７で示され上述されたように、移動体１６０及びグリッパ２０６はまた、材料シート３００に引張力３１６を局所的に加えるようなやり方でも操作され得る。引張力３１６は、材料シート３００内のしわの発生を低減させ又は最小化する順序で、複数のグリッパ２０６によって加えられ得る。加えて、各係合制限において加えられる引張力３１６の向き及び大きさは、上述されたように、材料シート３００内のしわの発生を最小化するようなやり方で制御され得る。
【0064】
[000104] 図３４～図４０は、ロボットデバイス１０４を使用して、レイアップ工具４０２の上で平面的な材料シート３００を成形するプロセスを示している。図３４～図３５は、材料切断テーブル２６２の上にロボットデバイス１０４によって位置決めされたステータベース１４２を示している。グリッパ２０６は、材料シート３００に係合する（すなわち、材料シート３００を把持する）ための適所にある。図３６は、ロボットデバイス１０４のそれぞれのステータベース１４２を同時に持ち上げ、それによって、材料シート３００を材料切断テーブル２６２から持ち上げるような協調したやり方で動作しているロボットデバイス１０４を示している。図３７は、ロボット軌道１２０に沿って移動し、それによって、材料シート３００を材料切断テーブル２６２からレイアップ工具４０２へ搬送するロボットデバイス１０４を示している。
【0065】
[000105] 図３８は、ツーリング面４０４の上での成形のための準備において、材料シート３００をレイアップ工具４０２の上に位置決めするステータベース１４２を示している。図３９～図４０は、ツーリング面４０４の上で材料シート３００を成形するプロセスの完了時におけるステータベース１４２及びグリッパ２０６の再方向付け及び再位置決めを示している。成形プロセスが完了した後で、グリッパ２０６は、材料シート３００から離脱し、別の材料シート３００を用いたプロセスを繰り返すために、ロボットデバイス１０４が材料ピックアップステーション２６０に戻ることを可能にする。幾つかの実施例では、グリッパ２０６が、所定の順序で材料シート３００から離脱してよい。それは、材料シート３００内のしわの発生を最小化するのに役立つことがある。
【0066】
[000106] 図１～図３３に関連して説明された製造システム１００の構成要素、構成、及び／又は機能性のうちのいずれか１以上は、図３４～図４０の製造システム１００の構成要素、構成、及び／又は機能性のうちのいずれか１以上に適用可能である。同様に、図３４～図４０に関連して本明細書で説明された製造システム１００の構成要素、構成、及び／又は機能性のうちのいずれか１以上は、図１～図３３の製造システム１００の構成要素、構成、及び／又は機能性のうちのいずれか１以上に適用可能である。
【0067】
[000107] 次に図４１を参照すると、現在開示されているような製造システム１００を使用して材料シート３００を処理する方法５００に含まれる動作が示されている。方法５００は、ベース搬送システム１０２上にステータベース１４２を支持することを含む。図１～図３３の例示的な製造システム１００では、方法５００が、ガントリ１１２を介してステータベース１４２を支持することを含む。図３４～図４０の例示的な製造システム１００では、方法５００が、１以上のロボットデバイス１０４を介してステータベース１４２を支持することを含む。ベース搬送システム１０２の構成に関係なく、方法５００は、運動の包絡線を通してステータベース１４２を移動させることを含む。それは、エンドエフェクタ２００が、材料ピックアップステーション２６０から材料シート３００をピックアップし、材料シート３００を材料配置ステーション４００へ移動させることを可能にする。
【0068】
[000108] 未だ図４１を参照すると、方法５００のステップ５０２が、平面的なステータ面１４６を有するステータベース１４２内の一連の電気コイル１４４（図８）を起動し、それによって、電磁場を生成することを含む。電気コイルの起動は、上述されたように、コントローラ２４０の命令によって実行される。図４のステータベース１４２の構成では、ステップ５０２が、単一のステータベース１４２内の一連の電気コイル１４４を起動することを含む。図５のステータベース１４２の構成では、ステップ５０２が、互いに横並び関係で配置された複数のタイル１４８であって、集合的にステータベース１４２を規定する複数のタイル１４８の各々内の一連の電気コイル１４４を起動することを含む。
【0069】
[000109] 方法５００のステップ５０４は、電磁場に応じてステータ面１４６にわたり協調したやり方で複数の移動体１６０を浮上させ、独立して移動させることを含む。上述されたように、各移動体１６０は、図８で示されているように、複数の永久磁石１６２を含む。
【0070】
[000110] 複数の移動体１６０を浮上及び移動させるステップ５０４は、少なくとも１つの移動体１６０を少なくとも２つの自由度で移動させることを含む。移動体１６０を浮上及び移動させることは、図６で示され上述されたように、移動体ｘ軸１６４に沿って及び／又は移動体ｙ軸１６６に沿って、ステータ面１４６と平行な方向に各移動体１６０を平行移動させることを含む。例えば、各移動体１６０は、移動体ｘ軸１６４と平行な方向に、移動体ｙ軸１６６と平行な方向に、又は移動体ｘ軸１６４と移動体ｙ軸１６６との間の任意の方向角度に移動し得る。移動体１６０を浮上及び移動させることはまた、移動体ｚ軸１６８の周りで移動体１６０を回転させることも含み得る。また更なる複数の実施例では、各移動体１６０が、移動体ｚ軸１６８の周りのいずれかの方向に回転され得、及び／又は、各移動体１６０が、図７で示されているように、移動体ｘ軸１６４の周りで及び／又は移動体ｙ軸１６６の周りでわずかに傾斜し得る（例えば、５度まで）。
【0071】
[000111] 方法５００のステップ５０６は、移動体１６０に結合された１以上のエンドエフェクタ２００を使用して、材料シート３００に１以上の機能を実行することを含む。材料シート３００への機能の実行を容易にするために、方法５００は、図１～図７及び図９～図１３で示されているように、エンドエフェクタ２００を移動体１６０に結合する伸縮ポスト１７２を使用して、エンドエフェクタ２００をステータ面１４６に対して垂直な方向に延伸及び後退させることを含み得る。代替的に又は更に、方法５００は、図６で示されているように（例えば、伸縮ポスト１７２を介して）エンドエフェクタ２００を移動体１６０のうちの１つに結合する手首関節式機構１７４を使用して、及び／又は、図１３で示されているような多軸ロボットを使用して、エンドエフェクタ２００を方向付けることを含み得る。
【0072】
[000112] ステップ５０６では、エンドエフェクタ２００によって実行される複数の機能が、材料シート３００などの物体に係合すること及び／又は動作することを含み得る。例えば、ステップ５０６は、図１２で示されているナイフブレード２０４のような切断デバイス２０２を使用して、材料シート３００を切断することを含み得る。切断デバイス２０２は、図３で示されているように、切断ライン３０６に沿って未切断材料を切断し、複合材プライ（すなわち、材料シート３００）をスクラップ材料３０４から分離することが必要とされ得る。
【0073】
[000113] 別の一実施例では、ステップ５０６が、複数のグリッパ２０６を使用して、材料シート３００に係合し、材料シート３００から離脱することを含み得る。各グリッパ２０６は、移動体１６０のうちの１つに結合されている。上述されたように、図４～図６は、グリッパプレート２０８から突出する複数のフック２１０を有するグリッパ２０６の一実施例を示している。しかし、他の複数の実施例では、グリッパ２０６が、材料シート３００の吸引係合のための一連の吸引カップ（図示せず）、又は材料シート３００の静電係合のための静電デバイス（図示せず）を含み得る。
【0074】
[000114] ステップ５０６はまた、圧密デバイス２１６を使用して、ツーリング面４０４又は先に付加された材料シート３００に対して材料シート３００を圧密することも含み得る。図９は、圧密デバイス２１６を、ツーリング面４０４に対して材料シート３００上に圧密圧力を加えるように構成されたローラー２１８として示している。圧密デバイス２１６は、材料シート３００がツーリング面４０４の上に押し下げられたときに、成形プロセスを容易にするように計画された順序で材料シート３００に適用され得る。
【0075】
[000115] また更なる複数の実施例では、ステップ５０６が、タッキングデバイス２１２を使用して、材料シート３００をレイアップ工具４０２上の適所にスポット固定することを含み得る。図１０は、半田ごて２１４として構成されたタッキングデバイス２１２の一実施例を示している。しかし、タッキングデバイス２１２は、材料シート３００を局所的に溶かす（例えば、複合材プライの樹脂を局所的に溶かす）ためなどに、局所的な熱を加えることができる任意の機構又はデバイスとして設けられてよい。タッキングデバイス２１２は、成形中に材料シート３００の位置と形状を固定するために、計画された順序で及び／又は計画された位置において材料シート３００上に適用され得る。
【0076】
[000116] ステップ５０６は、更に、１以上の検査デバイス２２０を使用して、ツーリング面４０４上での材料シート３００のピックアップ、配置、及び成形をモニタすることを含み得る。上述されたように、検査デバイス２２０は、カメラ、赤外線センサ、温度センサ、又は、ピックアップ、配置、及び成形を、測定、観察、及び／若しくは検知することができる、若しくは材料シート３００に他の動作を実行するための、任意の他のセンサ構成であり得る。成形プロセスが完了すると、材料シート３００の形状を操作することができる全てのエンドエフェクタ２００は離脱し得る。そして、検査デバイス２２０が、ツーリング面４０４上の材料シート３００の形状及び位置を測定及び確認し得る。
【0077】
[000117] グリッパ２０６を使用して材料シート３００に係合し、材料シート３００から離脱するプロセスは、図１４～図２３を参照しながら説明され得る。例えば、図１４は、材料シート３００の全体を通して分散された対応する複数の係合ポイント３１２に係合し、そのような複数の係合ポイント３１２を把持する複数の複数のグリッパ２０６を示している。図１４で示されているように、材料シート３００は、材料切断テーブル２６２上に支持されたときに平面的な構成を有する。該プロセスは、ベース搬送システム１０２、移動体１６０、及び／又はグリッパ２０６の位置及び／又は向きを調整することによって、材料シート３００をピックアップすることを含む。例えば、図１５は、材料シート３００のピックアップのためにステータベースを下げた後、材料切断テーブル２６２から材料シート３００を持ち上げるためにステータベース１４２を持ち上げるガントリ１１２を示している。図１６は、平面的なモータシステム１４０の下側を示し、グリッパ２０６によって係合ポイント３１２において支持された材料シート３００を示している。グリッパ２０６の各々は、移動体１６０に係合されている。移動体１６０は、ステータベース１４２のステータ面１４６に対して浮上して（すなわち、吊り下げられて）いる。
【0078】
[000118] 図１７は、運動の包絡線を通してガントリ１１２によって移動されているステータベース１４２を示している。それによって、材料シート３００は、材料ピックアップステーション２６０から材料配置ステーション４００へ搬送される。図１８は、非平面的であるツーリング面４０４上への材料シート３００の配置を示している。上述されたように、材料シート３００をツーリング面４０４に成形するプロセスは、図２０～図２２で示されているように、移動体１６０及び／又はグリッパ２０６の位置及び／又は向きを再調整することを含む。材料シート３００がツーリング面４０４に成形された後、該プロセスは、グリッパ２０６を係合ポイント３１２から離脱させ、図１９で示されているように、ステータベース１４２をツーリング面４０４から離れるように移動させることを含む。
【0079】
[000119] 図２０～図２５を参照すると、上述されたように、材料シート３００をツーリング面４０４上に配置するプロセスは、ステータベース１４２、移動体１６０、及び／又は、グリッパ２０６を移動させることを含む。例えば、ステータベース１４２は、ガントリ１１２を介して、ロボットデバイス１０４を介して、又は他の手段によって垂直に平行移動され、材料シート３００の局所的な部分３１４（図２５参照、クロスハッチ領域）をツーリング面４０４と接触するように最初に配置し得る。一方で、材料シート３００の残りの部分は、ツーリング面４０４から分離されている。ツーリング面４０４上への材料シート３００の配置はまた、移動体１６０をステータ面１４６と平行な方向に平行移動させ、ツーリング面４０４の上での材料シート３００の成形を容易にするやり方でグリッパ２０６のｚ位置を再方向付け及び／又は再位置決めすることも含み得る。
【0080】
[000120] 図２５で示されているように、プロセッサは、更に、ツーリング面４０４の上で材料シート３００の残りの部分を徐々に成形しながら、引張力３１６を材料シート３００に加えるように、移動体１６０及びグリッパ２０６の移動を命令し得る。上述されたように、各引張力３１６は、材料シート３００とグリッパ２０６のうちの１つとの係合ポイント３１２において、その１つのグリッパ２０６によって独立して加えられる。引張力３１６は、ステータ面１４６に平行な平面内での移動体１６０の平行移動の結果として加えられる。引張力３１６は、コントローラ２４０によって命令されるように、同じ又は異なる大きさにおいて及び／又は異なる方向に加えられ得る。
【0081】
[000121] 方法５００は、ツーリング面４０４の上で材料シート３００を成形しながら、１以上の検査デバイス２２０を使用して、成形プロセスの１以上のパラメータを記録することを含み得る。例えば、検査デバイス２２０は、ツーリング面４０４上の位置を記録し得る。その場合、材料シート３００の局所的な部分３１４が、最初にツーリング面４０４と接触するように置かれる。上述されたように、製造システム１００は、ツーリング面４０４上に縁部位置４０６を投影するように構成された１以上のレーザー投影デバイスを含んでよい。検査デバイス２２０は、レーザープロジェクターによって投影された縁部位置４０６に対するシート縁部３０８の位置の画像を記録し、それによって、材料シート３００がツーリング面４０４に付加される精度を特定することができる。
【0082】
[000122] 図２３を参照すると、上述されたように、検査デバイス２２０は、引張力３１６が係合ポイント３１２において材料シート３００に加えられる順序、並びに各引張力３１６の大きさ及び向きを記録し得る。係合ポイント３１２における引張力３１６の印加は、成形プロセスの完了時における材料シート３００内で生じ得るしわの量又はサイズを低減させ得る。検査デバイス２２０はまた、材料シート３００がツーリング面４０４の上で成形されるにつれて、材料シート３００によって想定される様々な形状を記録するための手段として、材料シート３００上の制御ポイント３１０の移動も記録し得る。成形プロセスの完了時において、検査デバイス２２０は、各材料シート３００内の各しわの量、位置、サイズ（例えば、高さ及び幅）、並びに長さ方向を記録し得る。
【0083】
[000123] 上述されたように、コントローラ２４０（すなわち、プロセッサ）は、材料シート３００がツーリング面４０４の上で成形される精度及び品質を評価するための手段として、検査デバイス２２０によって記録されたパラメータを分析するために、人工知能（すなわち、機械学習又は深層学習）を使用し得る。例えば、プロセッサは、成形プロセス中の引張力３１６の順序、大きさ、及び向き、並びに制御ポイント３１０の移動と、成形された材料シート３００内に生じたしわの量、位置、サイズ、並びに向きとを分析し得る。プロセッサは、その後に付加される材料シート３００の付加中に、移動体１６０及びエンドエフェクタ２００の移動を制御するための、コントローラ２４０が動作するソフトウェアプログラムに対する調整を行い得る。これに関して、該調整は、材料シート３００内のしわの量及び／又はサイズを低減させる意図で行われる。一実施例では、プロセッサが、図２４～図２５に関して上述されたように、異なる係合ポイント３１２において引張力３１６が材料シート３００に加えられる順序を調整し得る。代替的に又は更に、プロセッサは、引張力３１６の大きさ及び／又は向きを調整し得る。各材料シート３００の成形を記録し、記録されたデータを分析し、ソフトウェアを調整する上述されたプロセスは、材料シート３００の全て（例えば、複合材積層体の全ての複合材プライ）がレイアップ工具４０２に付加されてしまうまで、各材料シート３００について繰り返され得る。
【0084】
[000124] 図２８～図２９を短く参照すると、幾つかの実施例では、該方法が、材料シート３００をツーリング面４０４に付加する前に、三次元スペース内で材料シート３００を成形することを含み得る。例えば、上述されたように、方法５００は、材料シート３００をツーリング面４０４上に置く前に、平面的な材料シート３００（例えば、図２８）をツーリング面４０４（例えば、図２９）と補完的な形状に成形するようなやり方で、移動体１６０を位置決めし、伸縮ポスト１７２を延伸又は後退させ、エンドエフェクタ２００を再方向付けすることを含み得る。
【0085】
[000125] 前述の説明及び関連する図面で提示された教示の利点を有する本開示が属する技術分野の当業者には、本開示の多くの変形例及び他の複数のバージョン並びに複数の実施例が想起されよう。本明細書で説明される複数のバージョン及び実施例は例示のためのものであり、限定的であることも、網羅的であることも意図されていない。本明細書では特定の用語が使用されるが、それらは、一般的及び説明的な意味でのみ使用されており、限定を目的とするものではない。本明細書において列挙されたものに加えて、本開示の範囲に入る機能的に均等な方法及び装置が先の記載から可能である。このような変形例及び変更は、添付の特許請求の範囲に入ることが意図されている。本開示は、添付の特許請求の範囲、及びかかる特許請求の範囲の権利が与えられる均等物の全範囲によってのみ限定される。
【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】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【外国語明細書】