特許 7500189 マルチロボットセル内の作業の連携

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-07

(45)【発行日】2024-06-17

(54)【発明の名称】マルチロボットセル内の作業の連携

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/418 20060101AFI20240610BHJP

   B25J 13/00 20060101ALI20240610BHJP

【ＦＩ】

G05B19/418 Z

B25J13/00 Z

【請求項の数】 14

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019229156

(22)【出願日】2019-12-19

(65)【公開番号】P2020119512

(43)【公開日】2020-08-06

【審査請求日】2022-11-28

(31)【優先権主張番号】16/237,880

(32)【優先日】2019-01-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【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】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100103078

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(74)【代理人】

【識別番号】100130650

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 泰光

(74)【代理人】

【識別番号】100168099

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 伸太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(74)【代理人】

【識別番号】100200609

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 智和

(72)【発明者】

【氏名】サミュエル エフ． ペディゴ

(72)【発明者】

【氏名】ヴェニアミン テレシチュク

【審査官】後藤 泰輔

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１１－５２５４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１３１０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１９４４１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｂ １９／４１８

Ｂ２５Ｊ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

部品に対し作業を実行するロボットの動作を連携させる方法であって、
一グループの各ロボットを部品に割り当てるステップと、
前記グループのロボットが相互に衝突することを回避しながら各ロボットを前記部品に対して移動させながら、各ロボットを介して前記部品に対する作業を実行させるステップと、
前記グループ内の特定のロボットが前記部品の第一位置で作業を実行し続けることができないことを決定するステップと、
前記グループの他のロボットが前記作業を実行し続けている間に、前記グループから前記特定のロボットを除去するステップと、
前記除去されたロボットが占有する予定であった、前記第一位置とは異なる第二位置で前記グループに機能するロボットを追加するステップと、
前記グループの各ロボットを介して作業を続行するステップと、
を含む方法。

【請求項2】

前記グループの各ロボットを介して前記部品に対し作業するステップは、前記各ロボットの運動連鎖に調整を実行することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記部品は領域に細分化され、
各領域を複数の区画に細分化するステップと、
前記各ロボットが直接隣接する区画で同時に動作することを防止するように、前記区画に沿った前記グループの各ロボットの移動を連携させるステップと、
をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記グループの各ロボットのスケジュールを特定するステップと、
前記スケジュールに基づいて前記作業中に異なるロボットによって占有される体積を決定するステップと、
経時的に異なるロボットによって占有される体積を比較して、潜在的な衝突を検出するステップと、
検出された潜在的衝突があればそれを報告するステップと、
をさらに含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。

【請求項5】

各ロボットの現在の位置、速度、およびタスクに基づいて、前記グループ内の各ロボット間の潜在的衝突を検出するステップと、
検出された潜在的衝突があればそれを報告するステップと、
をさらに含む、請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

前記部品を前記部品の隣り合う部分であって重なり合わない領域に細分化するステップと、
前記グループ内の各ロボットを前記部品の異なる領域に割り当てるステップと、
をさらに含む、請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。

【請求項7】

二つの隣接する領域のロボットが前記二つの隣接する領域の共有縁部を同時に占有しないように、前記グループの各ロボットをその割当て領域中で移動させるステップ、
をさらに含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

ロボットを修理して当該ロボットを機能するロボットに変えるステップと、
当該ロボットを修理しながら、前記グループの各ロボットによる前記部品に対する作業を続行するステップと、
をさらに含む、請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。

【請求項9】

前記作業は、固定具の取付け、穴あけ加工、溶接、および検査から成る群から選択される、請求項１ないし８のいずれかに記載の方法。

【請求項10】

前記除去されたロボットは誤動作ロボットである、請求項１ないし９のいずれかに記載の方法。

【請求項11】

部品に対し作業を実行するロボットの動作を連携させるための装置であって、前記装置は、
一グループの各ロボットを部品に割り当てるとともに、前記グループのロボットが相互に衝突することを回避しながら各ロボットを前記部品に対して移動させながら、各ロボットを介して前記部品に対する作業を実行させるように構成されたコントローラと、
前記グループの各ロボットを介して前記部品に対して実行される作業を示す更新を受信するように構成されたインタフェースと、
を含み、
前記コントローラは、前記グループ内のある特定のロボットが前記部品の第一位置で作業を実行し続けることができないことを決定し、前記グループの他のロボットが前記部品に対する作業を実行し続けている間に、前記グループから前記特定のロボットを除去するように指示し、前記除去されたロボットが占有することが予定されていた、前記第一位置とは異なる第二位置で前記グループに機能するロボットを追加し、かつ各ロボットを介して前記部品に対する作業を続行するように前記グループに指示するように構成されて成る、
装置。

【請求項12】

請求項１１に記載の装置を使用する航空機の一部分の製造。

【請求項13】

部品に対し作業を実行するロボットの動作を連携させるためのシステムであって、前記システムは、
一グループのロボットと、
前記グループの各ロボットがそれに対して作業を実行するように予定された部品と、
前記部品を領域に細分化し、前記グループの各ロボットが前記部品に対し作業を実行する場所および時間を示すスケジュールを生成し、かつ前記グループの各ロボットを部品に割り当てるとともに、前記グループの各ロボットが相互に衝突することを回避しながら各ロボットを前記部品に対して移動させながら、各ロボットを介して前記部品に対する作業を実行させるように構成されたコントローラと、
前記グループの各ロボットを介して前記部品に対して実行される作業を示す更新を受信するように構成されたインタフェースと、
を含み、
前記コントローラは、前記グループ内のある特定のロボットが前記部品の第一位置で作業のスケジュールを遵守していないことを決定し、前記グループの他のロボットが前記部品に対する作業を実行し続けている間に、前記グループから前記特定のロボットを除去するように指示し、前記除去されたロボットが占有することが予定されていた、前記第一位置とは異なる第二位置で前記グループに機能するロボットを追加し、かつ各ロボットを介して前記部品に対する作業を続行するように前記グループに指示するように構成されて成る、
システム。

【請求項14】

請求項１３に記載のシステムを使用した航空機の一部分の製造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、製造の分野に関し、特に製造ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

ロボットは、製造環境で部品に様々なタスクを実行する。これらのタスクは穴あけ加工、固定具の取付け、溶接等を含んでよい。大型部品を製造する場合、複数のロボットが同時に連携して作業することは珍しいことではない。一グループのロボットが部品に対して一緒に作業を実行するときに、ロボットが他のロボットまたは部品と衝突しないことが重要である。衝突はロボットまたは部品を損傷するおそれがあり、結果的にコストおよび時間のかかる修理を招く結果になり得る。

【0003】

同一部品に対し作業するロボット間の衝突を防止するために、部品に対し作業する全てのロボットは、一つのロボットが誤動作に遭遇すると、すぐに停止する。この戦略は衝突を首尾よく防止するが、全体的ダウンタイムも増大する。すなわち、ロボットが連携して作業しているときに、一つが故障すると、コラボレータロボットは作業を続けることができなくなる。多数のロボットが部品に対して連携して作業しているときに、グループにおけるダウンタイムの量は劇的に増大する。これは、グループ内のロボットの数が増加するにつれて、グループ内の単一のロボットが誤動作に遭遇する可能性が高くなるためである。ロボットの一つの機能がエラーに遭遇したときに、オフラインになる多機能エンドエフェクタからロボットを切り離すことも望ましい。

【0004】

したがって、上述した問題の少なくとも一部だけでなく、他の考えられる問題をも考慮に入れた方法および装置を持つことが望ましいであろう。

【発明の概要】

【0005】

本明細書に記載する実施形態は、衝突を防止するようにロボットを制御する一方、一つのロボットが誤動作に遭遇するか、あるいはそれ以外でその動作を所定のスケジュールに従わせることができなくなった後も、ロボットが部品に対する作業を続けることをも可能にする、改善された技術を提供する。誤動作ロボットは衝突を防止するために除去され、残りのロボットは、作業を実行するためのそれらの当初のスケジュールに従って、部品に対する作業を続行する。機能するロボットが誤動作ロボットに取って代わると、機能するロボットは、誤動作ロボットが現在あるべき予定位置に配置される。機能するロボットは、衝突が起きないことが決定されていた既定の予定位置に配置されるので、それは誤動作ロボットに意図されていた作業を問題なく続けることができる。

【0006】

一実施形態は、部品に対して作業を実行するロボットの動作を連携させる方法である。この方法は、一グループのロボットを部品に割り当てるステップと、グループのロボットを介して部品に対する作業を開始するステップと、グループ内のロボットが部品の第一位置で作業を実行し続けることができないことを決定するステップと、グループの他のロボットが作業を実行し続けている間に、グループからそのロボットを除去するステップと、そのロボットが占有する予定であった第二位置でグループに機能するロボットを追加するステップと、グループのロボットを介して部品に対する作業を続行するステップとを含む。

【0007】

さらなる実施形態は、プロセッサによって実行されたときに、部品に対し作業を実行するロボットの動作を連携させる方法を実行するために実施可能なプログラム命令を具現化する非一時的コンピュータ可読媒体である。この方法は、一グループのロボットを部品に割り当てるステップと、グループのロボットを介して部品に対する作業を開始するステップと、グループ内のロボットが部品の第一位置で作業を実行し続けることができないことを決定するステップと、
グループの他のロボットが作業を実行し続けている間に、グループからそのロボットを除去するステップと、そのロボットが占有する予定であった第二位置でグループに機能するロボットを追加するステップと、グループのロボットを介して部品に対する作業を続行するステップとを含む。

【0008】

別の実施形態は、部品に対し作業を実行するロボットの動作を連携させるための装置である。この装置は、一グループのロボットを部品に割り当てるように構成されたコントローラと、グループのロボットを介して部品に実行される作業を示す更新を受信するように構成されたインタフェースとを含む。コントローラは、グループ内のロボットが部品の第一位置で作業を実行し続けることができないことを決定し、グループの他のロボットが部品に対する作業を実行し続けている間に、グループからそのロボットを除去するように指示し、そのロボットが占有する予定であった第二位置でグループに機能するロボットを追加し、ロボットを介して部品に対する作業を続行するようにグループに指示するように構成される。

【0009】

さらに別の実施形態は、部品に対し作業を実行するロボットの動作を連携させるためのシステムである。このシステムは、一グループのロボットと、グループのロボットがそれに対して作業を実行するように予定された部品と、部品を領域に細分化し、グループのロボットが部品に対して作業を実行する場所および時間を示すスケジュールを生成し、かつグループのロボットを部品に割り当てるように構成されたコントローラと、グループのロボットを介して部品に対し実行される作業を示す更新を受信するように構成されたインタフェースとを含む。コントローラは、グループ内のロボットが部品の第一位置で作業のスケジュールに従っていないことを決定し、グループの他のロボットが部品に対し作業を実行し続けている間に、グループからそのロボットを除去するように指示し、そのロボットが占有する予定であった第二位置でグループに機能するロボットを追加し、かつロボットを介して部品に対し作業を続行するようにグループに指示するように構成される。

【0010】

さらなる実施形態は、部品に対し作業を実行するロボットの動作を連携させる方法である。この方法は、一グループのロボットが部品に対して作業を実行する場所および時間を示すスケジュールであって、他のロボットとのタイミングを計るときに衝突を回避するロボットの経路を含むスケジュールを生成するステップと、グループのロボットを部品に割り当てるステップと、スケジュールに従ってグループのロボットを介して部品に対する作業を開始するステップと、グループのロボットが部品に対する作業を実行するにつれて、グループのロボットの進捗をサンプリングするステップと、決定された進捗に基づいてロボットの速度を調整するステップとを含む。

【0011】

本装置、本媒体、および本方法は、以下の付記においても言及されるが、これらは請求の範囲と混同されるべきではない。

【0012】

１． 部品に対し作業を実行するロボットの動作を連携させる方法であって、
一グループのロボットを部品に割り当てるステップ（２０６）と、
前記グループのロボットを介して前記部品に対する作業を開始するステップ（２０８）と、
前記グループ内のロボットが前記部品の第一位置で作業を実行し続けることができないことを決定するステップ（２１０）と、
前記グループの他のロボットが作業を実行し続けている間に、前記グループからロボットを除去するステップ（２１２）と、
前記ロボットが占有する予定であった第二位置で前記グループに機能するロボットを追加するステップ（２１４）と、
前記グループのロボットを介して前記部品に対する作業を続行するステップ（２１６）と、
を含む方法。

【0013】

２． 前記グループのロボットを介する前記部品に対する作業は、前記ロボットの各々における運動連鎖の調整を実行することを含む、付記１に記載の方法。

【0014】

３． 前記部品は領域に細分化され、前記方法はさらに、
各領域を複数の区画に細分化するステップと、
ロボットが直接隣接する区画で同時に動作することを防止するように、前記区画に沿った前記グループのロボットの移動を連携させるステップと、
を含む、付記１または２に記載の方法。

【0015】

４． 前記グループのロボットのスケジュールを特定するステップと、
前記スケジュールに基づいて作業中に異なるロボットによって占有される体積を決定するステップと、
経時的に異なるロボットによって占有される体積を比較して、潜在的衝突を検出するステップと、
検出された潜在的衝突を報告するステップと、
をさらに含む、付記１ないし３のいずれかに記載の方法。

【0016】

５． ロボットの現在の位置、速度、およびタスクに基づいて、前記グループ内のロボット間の潜在的衝突を検出するステップと、
検出された潜在的衝突を報告するステップと、
をさらに含む、付記１ないし４のいずれかに記載の方法。

【0017】

６． 前記部品を、前記部品の隣り合う部分であって重なり合わない領域に細分化するステップと、
前記グループ内の各ロボットを前記部品の異なる領域に割り当てるステップと、
をさらに含む、付記１ないし５のいずれかに記載の方法。

【0018】

７． 二つの隣接する領域のロボットが前記二つの隣接する領域の共有縁部を同時に占有しないように、前記グループ内の各ロボットを割り当てられた領域中で移動させるステップをさらに含む、付記６に記載の方法。

【0019】

８． 前記ロボットを修理して前記ロボットを機能するロボットに変えるステップと、
前記ロボットを修理しながら、前記グループのロボットによる前記部品に対する作業を続けるステップと、
をさらに含む、付記１ないし７のいずれかに記載の方法。

【0020】

９． 前記作業は、固定具の取付け、穴あけ加工、溶接、および検査から成る群から選択される、付記１ないし８のいずれかに記載の方法。

【0021】

１０． 前記ロボットは誤動作ロボットである、付記１ないし９のいずれかに記載の方法。

【0022】

１１． 付記１ないし１０のいずれかに記載の方法に従って組み立てられた航空機の一部分。

【0023】

本媒体のさらなる態様によれば、以下が提供される。

【0024】

１２． プロセッサによって実行されたときに、部品に対して作業を実行するロボットの動作を連携させる方法を実行するために実施可能なプログラム命令を具現化する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記方法が、
一グループのロボットを部品に割り当てるステップ（２０６）と、
前記グループのロボットを介して前記部品に対する作業を開始するステップ（２０８）と、
前記グループ内のロボットが前記部品の第一位置で作業を実行し続けることができないことを決定するステップ（２１０）と、
前記グループの他のロボットが作業を実行し続けている間に、前記グループからロボットを除去するステップ（２１２）と、
前記ロボットが占有する予定であった第二位置で前記グループに機能するロボットを追加するステップ（２１４）と、
前記グループのロボットを介して前記部品に対する作業を続行するステップ（２１６）と、
を含んで成る、媒体。

【0025】

１３． 前記グループのロボットを介する前記部品に対する作業は、前記ロボットの各々の運動連鎖の調整を実行することを含む、付記１２に記載の媒体。

【0026】

１４． 前記方法はさらに、前記部品が領域に細分化されることを含み、前記方法は、
各領域を複数の区画に細分化するステップと、
ロボットが直接隣接する区画で同時に動作することを防止するように、前記区画に沿った前記グループのロボットの移動を連携させるステップと、
をさらに含んで成る、付記１２または１３のいずれかに記載の媒体。

【0027】

１５． 前記方法は、
前記グループのロボットのスケジュールを特定するステップと、
前記スケジュールに基づいて作業中に異なるロボットによって占有される体積を決定するステップと、
経時的に異なるロボットによって占有される体積を比較して、潜在的衝突を検出するステップと、
検出された潜在的衝突を報告するステップと、
をさらに含んで成る、付記１２ないし１４のいずれかに記載の媒体。

【0028】

１６． 前記方法は、
ロボットの現在の位置、速度、およびタスクに基づいて、前記グループ内のロボット間の潜在的衝突を検出するステップと、
検出された潜在的衝突を報告するステップと、
をさらに含んで成る、付記１２ないし１５のいずれかに記載の媒体。

【0029】

１７． 前記部品を、前記部品の隣り合う部分であって重なり合わない領域に細分化するステップと、
前記グループ内の各ロボットを前記部品の異なる領域に割り当てるステップと、
をさらに含んで成る、付記１２ないし１６のいずれかに記載の媒体。

【0030】

１８． 前記方法は、
二つの隣接する領域のロボットが前記二つの隣接する領域の共有縁部を同時に占有しないように、前記グループ内の各ロボットを割り当てられた領域中で移動させるステップ、
をさらに含んで成る、付記１６に記載の媒体。

【0031】

１９． 前記方法は、
前記ロボットを修理して前記ロボットを機能するロボットに変えるステップと、
前記ロボットを修理しながら、前記グループのロボットによる前記部品に対する作業を続けるステップと、
をさらに含んで成る、付記１２ないし１８のいずれかに記載の媒体。

【0032】

２０． 前記作業は、固定具の取付け、穴あけ加工、溶接、および検査から成る群から選択される、付記１２ないし１９のいずれかに記載の媒体。

【0033】

２１． 前記ロボットは誤動作ロボットである、付記１２ないし２０のいずれかに記載の媒体。

【0034】

２２． 付記１２に記載のコンピュータ可読媒体に格納された命令によって定義された方法に従って組み立てられた航空機の一部分。

【0035】

本装置のさらなる態様によれば、以下が提供される。

【0036】

２３． 部品に対し作業を実行するロボットの動作を連携させるための装置であって、前記装置は、一グループのロボット（１１２、１１４、１１６、１１８）を部品に割り当てるように構成されたコントローラ（１４４）と、前記グループのロボットを介して前記部品に対して実行される作業を示す更新を受信するように構成されたインタフェース（１４２）とを備え、前記コントローラは、
前記グループ内のロボットが前記部品の第一位置で作業を実行し続けることができないことを決定し、前記グループの他のロボットが前記部品に対し作業を実行し続けている間にそのロボットをグループから除去するように指示し、
そのロボットが占有する予定であった第二位置で前記グループに機能するロボットを追加し、かつロボットを介して前記部品に対する作業を続行するように前記グループに指示するように構成されて成る、装置。

【0037】

２４． 付記２３に記載の装置を使用した航空機の一部分の製造。

【0038】

２５． 部品に対する作業を実行するロボットの動作を連携させるためのシステムであって、前記システムは、
一グループのロボット（１１２、１１４、１１６、１１８）と、
前記グループのロボットがそれに対して作業を実行するように予定された部品（１２０）と、
前記部品を領域に細分化し、前記グループのロボットが前記部品に対して作業を実行する場所および時間を示すスケジュールを生成し、かつ前記グループのロボットを前記部品に割り当てるように構成されたコントローラ（１４４）と、
前記グループのロボットを介して前記部品に対し実行される作業を示す更新を受信するように構成されたインタフェース（１４２）とを備え、
前記コントローラは、前記グループ内のロボットが前記部品の第一位置で作業のスケジュールに従っていないことを決定し、前記グループの他のロボットが前記部品に対し作業を実行し続けている間に、前記グループからそのロボットを除去するように指示し、そのロボットが占有する予定であった第二位置で前記グループに機能するロボットを追加し、かつロボットを介して前記部品に対し作業を続行するように前記グループに指示するように構成されて成る、
システム。

【0039】

２６． 付記２５に記載のシステムを使用した航空機の一部分の製造。

【0040】

本方法のさらなる態様によれば、以下が提供される。

【0041】

２７． 部品に対して作業を実行するロボットの動作を連携させる方法であって、
一グループのロボットが部品に対して作業を実行する場所および時間を示すスケジュールであって、他のロボットとのタイミングを計るときに衝突を回避するロボットの経路を含むスケジュールを生成するステップ（１００４）と、
前記グループのロボットを前記部品に割り当てるステップ（１００６）と、
前記スケジュールに従って前記グループのロボットを介して前記部品に対する作業を開始するステップ（１００８）と、
前記グループのロボットが部品に対する作業を実行するときに、前記グループのロボットの進捗をサンプリングするステップ（１０１０）と、
前記決定された進捗に基づいて前記ロボットの速度を調整するステップ（１０１２）と、
を含む方法。

【0042】

２８． 前記部品を領域に細分化するステップをさらに含み、前記ロボットのグループを前記部品に割り当てるステップは前記グループ内の各ロボットに異なる領域を割り当てることを含んで成る、付記２７に記載の方法。

【0043】

２９． 前記グループ内のロボットが前記部品の第一位置で作業を実行し続けることができないことを決定するステップと、
前記グループの他のロボットが作業を実行し続けている間にそのロボットを前記グループから除去するステップと、
そのロボットが占有する予定であった第二位置で前記グループに機能するロボットを追加するステップと、
前記グループのロボットを介して前記部品に対する作業を続行するステップとをさらに含む、付記２６または２７のいずれかに記載の方法。

【0044】

３０． 付記２６～２９のいずれかに記載の方法に従って組み立てられた航空機の一部分。

【0045】

他の実施形態（例えば上記実施形態に関連する方法およびコンピュータ可読媒体）について以下で説明する。これまで論じてきた特徴、機能、および利点は、様々な実施形態で個別に達成することができ、あるいはさらに他の実施形態で、以下の説明および図面に関連して見ることのできるさらなる詳細と組み合わせてよい。

【図面の簡単な説明】

【0046】

次に、本開示の一部の実施形態について、単なる例として、添付の図面を参照しながら説明する。全ての図面で同一参照番号は同一要素または同種の要素を表す。

【0047】

【図1】実施形態における部品のための製造システムを示す。

【図2】実施形態の製造システムでロボットの動作を連携させるために方法を示すフローチャートである。

【図3-5】実施形態の製造システムにおける誤動作ロボットの除去および交換を示す。

【図6】実施形態における部品の異なる領域でのロボット間の連携移動を示す略図である。

【図7】実施形態において区画に分割された部品の領域を示す略図である。

【図8】実施形態におけるスケジュールのブロック図である。

【図9】実施形態の製造システムにおけるロボットのための衝突回避モデルを示す略図である。

【図10】実施形態の製造システムにおけるロボットの操作を連携させる方法を示すフローチャートである。

【図11】実施形態における製造システムのブロック図である。

【図12】実施形態における航空機の製造および就航方法の流れ図である。

【図13】実施形態における航空機のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0048】

図面および以下の記述は、本開示の特定の実施形態を提示するものである。したがって、本明細書に明確な記載や図示がなくても、当業者には、本開示の原理を具現化する様々な変形を考案することが可能であり、それらが本開示の範囲に含まれることは理解されるであろう。さらに、本明細書に記載する実施例は、本開示の原理の理解を助けることを意図するものであって、具体的に記載する実施例および条件に限定されないと解釈すべきである。その結果、本開示は以下に記載する特定の実施形態または実施例に限定されず、請求の範囲およびその均等物によって限定される。

【0049】

本明細書に記載するシステムは、多機能エンドエフェクタを持つロボットによって実行される労働を、単機能エンドエフェクタを持つロボットに分散させることを可能にする。このように労働を単機能エンドエフェクタに分割すると、使用するロボットの数が著しく増加し、その結果、衝突を回避するためにロボットの同期制御が必要になる。単機能エンドエフェクタを使用することで、ロボットの一つの機能が故障したときに、多機能エンドエフェクタの故障に関連する問題が克服されるので、技術的な利益がもたらされる。単機能エンドエフェクタを使用することで、ロボットの交換もより容易にできるようになる。

【0050】

図１は、実施形態における部品１２０のための製造システム１００を示す。製造システム１００は、部品１２０（例えば金属部品、繊維強化複合材部品等）に対し作業を実行するために、ロボットを利用するべく動作可能なシステム、部品、または装置の任意の組合せを備える。製造システム１００は、ロボットの一つ以上が誤動作するか、あるいはその他の理由で部品１２０で作業を実行し続けることができなくなった場合でも、部品１２０に対する作業が中断されずに続行されるように、これらのロボットを連携させるべく改善されたものである。

【0051】

この実施形態では、製造システム１００は一グループ１１０のロボット１１２、１１４、１１６、および１１８を含む。これらのロボットは、ロボット連携システム１４０からの指示に従って、部品１２０の領域１３２、１３４、１３６、および１３８でそれぞれ作業を実行する。領域１３２～１３８でロボット１１２～１１８によって実行される作業は、穴あけ加工、固定具の取付け、溶接、接着、検査、または他の作業を含むことができる。ロボットは、ロボット１１６の運動連鎖１１７など、ロボットの運動連鎖を制御することによって、動作を実行する。

【0052】

ロボット連携システム１４０は、部品１２０での作業を適切なタイミングで指示するために、かつロボット１１２～１１８が相互にまたは部品１２０と衝突するのを防止するためにも、ロボット１１２～１１８の動作を指示する。この実施形態では、ロボット連携システム１４０は、命令を提供しかつロボット１１２～１１８からそれらの進捗を示す更新を受信する、インタフェース１４２を含む。インタフェース１４２は、イーサネットインタフェースまたはユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インタフェースなどの有線通信インタフェース、Ｗｉ‐ＦｉまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ標準に準拠する無線インタフェース等を含んでよい。

【0053】

コントローラ１４４は、ロボット１１２～１１８の動作を指示するために、メモリ１４６に格納された命令を見直す。再位置決めして部品１２０で作業を実行するためにロボット１１２～１１８がそれら自体の内部コントローラを含む実施形態では、コントローラ１４４はロボット１１２～１１８からエラーメッセージまたは他の通知を受信することができる。コントローラ１４４はまた、ロボット１１２～１１８を連携して動作させるためのスケジュールを生成する。コントローラ１４４は、ロボット１１２～１１８が動作中に衝突するのを防止するように、これらのスケジュールを確認しかつ／または改定する。一実施形態では、コントローラ１４４はさらに、ロボット１１２～１１８からの更新に基づいて作業を指示するときに、実時間衝突検査に従事する。コントローラ１４４は例えばカスタム回路として、プログラム命令を実行するハードウェアプロセッサとして、またはそれらの何らかの組合せとして実現することができる。メモリ１４６はソリッドステート記憶装置、ハードディスク等として実現することができる。

【0054】

コントローラ１４４は、ロボットが作業を実行し続けることができなくなった状況でも、部品１２０に対する作業を実行するようにロボットに指示し続けるように改善されたものである。つまり、ロボットが誤動作に遭遇するか、あるいは他の理由でスケジュールに従って作業を実行することができなくなった場合、コントローラ１４４は、残りのロボットに部品１２０に対する作業を実行するように指示し続けることができる。機能するロボットが取得された場合、機能するロボットは、誤動作したロボットが正常に動作し続けていたら現在存在していたはずの位置で、作業を開始することができる。次いでロボットはそれらの原スケジュールに従って動作を続行する。原スケジュールはすでに検査され、衝突が存在しないことを確実にしているので、スケジュールの残部は衝突の懸念なく実行することができる。

【0055】

製造システム１００の動作の例示としての詳細を、図２に関連して説明する。この実施形態の場合、部品１２０はすでにロボット１１２～１１８の間に配置されており、製造を完了させるために作業の実行を待っている状態を想定する。

【0056】

図２は、実施形態における製造システムでロボットの動作を連携させる方法２００を示すフローチャートである。方法２００のステップは図１の製造システム１００に関連して記載されているが、方法２００は他のシステムでも実行することができることを当業者は理解されるであろう。本明細書に記載するフローチャートのステップは全てを網羅するものではなく、図示しない他のステップも含めることができる。本明細書に記載するステップはまた、代替的な順序で実行することもできる。

【0057】

部品１２０が所定の位置に置かれた状態で、コントローラ１４４はステップ２０２で部品１２０を領域１３２～１３８に細分化し、かつステップ２０４でロボット１１２～１１８が部品１２０に対し作業を実行する場所および時間を示すスケジュールを生成する。領域１３２～１３８は、コントローラ１４４によって部品１２０の隣り合う部分として定義され、同一大きさの領域、ロボットによって作業を完了させるために同じ量の時間がかかると予想される領域などを含むことができる。一実施形態では、コントローラ１４４によって生成されたスケジュールは、ロボット１１２～１１８のための一つ以上の数値制御（ＮＣ）プログラムを含む。コントローラ１４４は、スケジュールを実行しても予測される潜在的衝突がないことを確認し、ステップ２０２に進む。

【0058】

ステップ２０６で、コントローラ１４４は一グループ１１０のロボット１１２～１１８を部品１２０に割り当てる。一実施形態では、これは、ロボット１１２～１１８の各々を部品１２０の領域１３２～１３８の一つに割り当てることを含む。例えば、コントローラ１４４は、そのロボットが配置される領域に基づいて、各ロボットに異なるＮＣプログラムを提供することができる。

【0059】

ステップ２０８で、コントローラ１４４は、グループ１１０のロボットを介して部品１２０に対する作業を開始する。例えば、コントローラ１４４は、衝突の回避を確実にするためにロボットの移動を同期させる所定のスケジュールに従って、ロボット１１２～１１８の各々で動作を開始することができる。一部の実施形態では、コントローラ１４４は、ロボットからのそれらの進捗を示すさらなる更新を待つ。さらなる実施形態では、コントローラ１４４は、スケジュールによって指示された通りに同期して動作し続けることを確実にするために、特定のロボットの作業をそれらの進捗に応じて選択的に休止、遅延、また加速させる。例えば、一つのロボットが予想以上の速さで動作を完了した場合、コントローラ１４４は、そのロボットが衝突が無いことが分かっているスケジュールに従い続けることを確実にするために、そのロボットを短期間休止させることができる。

【0060】

ロボット１１２～１１８が作業を実行し続けるにつれて、部品１２０に対する進捗が続く。ある時点で、ロボットの一つが、スケジュールに従って部品１２０に対する作業を実行し続けることができない状態に遭遇する。例えば、ロボットは、ツーリングが破損または摩耗して交換が必要であることを検出することがあり、ロボットは予想外の位置に移動して停止することがあり、ロボットは位置決め誤差のため、作業を実行することに失敗することがあり、ロボットは実行時エラーに遭遇することがあり、ロボットは保守等が必要になることがある。いずれの状況においても、この状態はロボットの作業を停止させるか、あるいは望ましくないほど低い速度で作業を続行させる。

【0061】

ロボット１１２～１１８は各々、それらのタスクをスケジュール通りに、衝突を防止するようにすでに決められた所定の経路に沿って実行することが予想されるので、誤動作ロボットは問題をもたらす。ロボットがスケジュールに従って作業を実行するように復帰することができる場合には、この問題は是正され、作業は続行されるかもしれない。しかし、ロボットがスケジュールに従って作業を実行するように復帰することができない場合、ロボットの継続される動作は、他のロボットと衝突する未知のリスクを生じる。このため、衝突が発生する前にそのロボットを除去することが望ましい。ロボットが除去された後、残りのロボットは衝突のリスクなしにスケジュールに従って続行することができる。次いで当該ロボットは、後で交換することができる。

【0062】

ステップ２１０で、コントローラ１４４は、ロボットが部品の領域の一つにおける第一位置で作業を実行し続けることができないことを決定する。本明細書で使用する場合、ロボットとは、それがそのスケジュールに従って作業を実行し続けることができない場合（すなわち、その作業のスケジュールに従うことができない場合）、「誤動作」しているとみなすことができる。これは、ロボットのエンドエフェクタにおけるエラー、ロボットを移動させるアクチュエータにおけるエラー、ロボットのコントローラにおけるエラー等により生じることがある。この決定は、ロボットから受信する位置決めまたは他のエラーを示す更新に基づくことができ、技術者からの通知のため、コントローラ１４４に対し確認を報告しないロボット等に基づくことができる。例えば、図３では、ロボット１１６は、部品１２０に作業３１０が実行された後、第一位置３２０で誤動作に遭遇することがある。

【0063】

スケジュールに従って作業を実行し続けることができないロボットの検出後、ステップ２１２でロボットは、グループの他のロボットが作業を実行し続けている間に、グループから（例えば物理的かつ機能的に）除去される。例えば、ロボットは部品１２０から物理的に除去することができる。次いでロボットは機能するロボットになるように修理することができ、あるいは機能するロボットと交換することができる。

【0064】

機能するロボットが利用可能になった後、ステップ２１４で、機能するロボットは、誤動作ロボットが占有する予定であった領域の第二位置でグループに追加される。第二位置は、誤動作ロボットが部品に対し作業を実行し続けることができた場合に誤動作ロボットが現在占有していたはずの位置である。例えば、図４に示すように、機能するロボット４００は第二位置４１０に配置される。第二位置４１０は第一位置３２０とは区別され、第一位置３２０と第二位置４１０との間にまだ完了していない作業４２０のインスタンスが一つ以上存在する。しかし、機能するロボット４００はスケジュールによって予測される位置に配置されるので、衝突検査またはスケジュールの変更は不要である。すなわち、機能するロボットは、誤動作ロボットが脱落していなかった／除去されていなかった場合に存在していたはずの位置で、他のロボットとの協調空間を占める。

【0065】

ステップ２１６で、ロボットのグループ１１０は部品１２０の領域１３２～１３６で作業を続行する。これは、コントローラ１４４によって決定されたスケジュールが完了するまで進めることができる。例えば、図５に示すように、各ロボットは部品１２０全体にわたって作業を実行し続けることができる。方法２００は部品１２０に対し追加作業を実行するように繰り返すことができ、あるいは部品１２０に対し異なる種類の作業を実行することさえもできる。

【0066】

方法２００は、ロボットが部品に対して作業しているときに、ロボットが所定のスケジュールに従って動作し続けることを可能にするので、先行技術を上回る技術的な利益をもたらす。これは部品に対し作動しているときにダウンタイムを低減し、かつ衝突回避検査に必要な処理資源の量を低減する。

【0067】

以下の図は、実施形態におけるスケジューリングおよび衝突回避の追加的詳細を提する。図６は、実施形態における部品６５０の異なる領域でのロボット間の連携された移動を示す略図である。ロボット６００は領域６５２内で経路６１０に沿って、それに続いて経路６２０、経路６３０、および経路６４０に沿って作業を実行する。それと同時に、ロボット６０２は領域６５４内で経路６１２に沿って、それに続いて経路６２２、経路６３２、および経路６４２に沿って作業を実行する。これは、ロボット６００およびロボット６０２が作業中にそれらのそれぞれの領域の反対側に維持されることを意味する。それはまた、ロボット６００およびロボット６０２が、（隣接する）領域６５２および領域６５４の共有縁部６６０で同時に作業を実行しないことをも意味する。

【0068】

図７は、実施形態において区画に分割された部品７５０の領域を示す略図である。この実施形態では、部品７５０は領域７６０および領域７７０を含む。領域７６０はロボット７１０によって作業される一方、領域７７０はロボット７２０によって作業される。領域７６０は区画７６２および区画７６４に細分化される。領域７７０は区画７７２および区画７７４に細分化される。ロボット７１０は区画７６２から作業を実行し始め、次いで区画７６４で作業を実行する。それと同時に、ロボット７２０は区画７７２から作業を実行し始め、次いで区画７７４で作業を実行する。このスケジューリング技術に従って、ロボットは隣接しない区画で作業を続行し、それは製造中に衝突する可能性を低減する。したがってコントローラ１４４は、ロボットが直接隣接する区画で同時に動作することを防止するように、区画に沿ったロボットの移動を連携させることができる。

【0069】

図８は実施形態におけるスケジュール８００のブロック図である。この実施形態では、スケジュール８００は、コントローラ１４４によって操作されるＮＣプログラムのための命令の形で提供される。命令は、複数のロボットの各々によって実行される動作のためのものである。一セットの動作（例えばセット１、セット２、セット３）のための命令を送信した後、コントローラ１４４は、ロボットが動作の完了を確認するまで休止する。各ロボットから確認を受信すると、コントローラ１４４は次に進んで、スケジュール８００から次のセットの命令を提供する。さらなる実施形態では、スケジュールは独立した動作のためにロボット全体に分配することができ、休止せずに実行することができ、あるいはいずれかの他の適切な仕方で実現することができる。したがって、コントローラ１４４は、各ロボットがどの機能を実行すべきであるか、またこれらの機能がどこで実行されるかを独立して決定する。コントローラ１４４はまた、既知のタイミングで作業を実行することによって衝突を回避する、各ロボットのための経路をも決定する。さらなる実施形態では、コントローラ１４４は、スケジュールが維持されていることを確実にするために、ロボットの各々の進捗を周期的にサンプリングする。

【0070】

図９は、実施形態における製造システムのロボットの衝突回避モデルを示す略図である。図９によれば、各ロボットは体積９１０または体積９２０など、体積としてモデル化される。部品９００にわたる体積９１０の経路９１２および体積９２０の経路９２２もモデル化される。潜在的な衝突がないかスケジュールを検査するときに、コントローラ１４４は、スケジュールに基づいて作業中にロボットによって占有される体積を決定する。コントローラ１４４は次いで、潜在的衝突を検出するために、経時的に異なるロボットによって占有される体積を比較し、潜在的衝突が検出された場合はそれを報告する。潜在的衝突が検出されると、コントローラ１４４は容認できないものとしてスケジュールにフラグを立てることもできる。

【0071】

さらなる実施形態では、コントローラ１４４は、ロボットの現在の位置、速度、およびタスクに基づいて、ロボット間の潜在的衝突を検出し、潜在的衝突が検出された場合はそれを報告する。例えば、一つのロボットがある領域で穴あけ加工をする間、別のロボットが別の領域で加工穴を検査する一方、別のロボットがさらに別の領域で加工され検査された穴にピンを取り付けることができ、これらは全て、スケジューリングおよび実時間制御のため、衝突を回避しながら行われる。この形の実時間衝突検査は、上記のスケジュールに基づく衝突検査への補足として実現することができる。実時間衝突検査は、ロボットがスケジュールで予定されていたあるべき場所に位置していない場合に起きたであろう衝突を防止することにより、技術的な利益をもたらす。
実施例

【0072】

以下の実施例では、部品の製造システムの文脈で追加のプロセス、システム、および方法について記載する。

【0073】

図１０は、実施形態における製造システムでロボットの動作を連携させる方法１０００を示すフローチャートである。方法１０００は、ステップ１００２でコントローラ１４４が複数のロボットの各々によって実行されるべきタスクを決定することを含む。これは、部品に対しどのようなタスクがロボットによって実行されるべきか（例えば穴あけ加工、検査等）、かつこれらのタスクがどこで達成されるべきか、を決定することを含むことができる。ステップ１００４で、コントローラ１４４は、一グループのロボットがどこで、いつ部品に対して作業を実行するかを示すスケジュールを生成する。スケジュールは、他のロボットとのタイミングを計るときに衝突を回避するロボットの経路を含む。こうして、コントローラ１４４は、スケジュールに従って動作するときに、グループ内のロボットの移動が衝突を回避するように連携されることを確認する。ステップ１００６で、コントローラ１４４はグループのロボットを部品に割り当てる。例えば、部品が領域に細分化される場合、コントローラ１４４は、グループ内の異なるロボットを領域の各々に割り当てることができる。ステップ１００８で、コントローラ１４４は、スケジュールに従ってグループのロボットを介して部品に対する作業を開始する。例えば、コントローラ１４４は、スケジュールの遵守を確実にするために適切なタイミングでロボットに命令を出すことができる。ステップ１０１０で、コントローラ１４４は、グループのロボットが部品に対する作業を実行するにつれて、ロボットの進捗をサンプリングする。例えば、これは、各ロボットからのその現在の状態および／または位置を示す入力を受信することを含むことができる。ステップ１０１２で、コントローラ１４４は、決定された進捗に基づいて、グループ内の一つ以上のロボットの速度を調整する。例えば、一部のロボットの進捗が予定より遅い場合、コントローラ１４４は、スケジュールを中実に守ることを確実にするために、これらのロボットの速度を上げるか、あるいはグループ内の他のロボットの速度を落とすことができる。

【0074】

図１１は、実施形態における製造システム１１００のブロック図である。製造システム１１００は、領域１１１２および区画１１１４に細分化された部品１１１０に対し動作する。この実施形態では、製造システム１１００はロボット１１２０‐１～１１２０‐４を含み、それらは、運動連鎖１１２８‐１～１１２８‐４内でアクチュエータ１１２２‐１～１１２２‐４によって再位置決めされる剛性本体１１２４‐１～１１２４‐４を含む。エンドエフェクタ１１２６‐１～１１２６‐４は、ロボット１１２０‐１～１１２０‐４で穴あけ加工または固定具の取付けなどの作業を実行する。製造システム１１００はまたはロボット連携システム１１５０をも含む。ロボット連携システム１１５０は、ロボット１１２０との通信のために結合されたインタフェース１１５２を含む。コントローラ１１５４はインタフェース１１５２からの入力に基づいてロボット１１２０の動作を管理し、かつスケジュールおよび衝突回避論理を格納するためにメモリ１１５６にアクセスする。

【0075】

図面をより具体的に参照すると、本開示の実施形態を図１２に示す方法１２００および図１３に示す航空機１２０２における航空機の製造および就航の文脈で説明することができる。生産前の作業中に、方法１２００は航空機１２０２の仕様決定および設計１２０４ならびに材料調達１２０６を含むことができる。製造中に、航空機１２０２の部品および小組立品の製造１２０８ならびにシステム統合１２１０が行われる。その後、航空機１２０２は、就航１２１４させるために認証および納品１２１２を受ける。顧客による就航の間に、航空機１２０２は、保守およびサービス１２１６（これは変更、再構成、改装等をも含むことができる）における日常的な作業を計画される。本明細書で具体化される装置および方法は、方法１２００に記載される製造および就航のいずれかの一つ以上の適切な段階中に（例えば仕様決定および設計１２０４、材料調達１２０６、部品および小組立品の製造１２０８、システム統合１２１０、認証および納品１２１２、就航１２１４、保守およびサービス１２１６）、および／または航空機１２０２のいずれかの適切な部品（例えば機体１２１８、システム１２２０、内装１２２２、推進系１２２４、電気系１２２６、油圧系１２２８、環境系１２３０）において、採用することができる。

【0076】

方法１２００の各工程は、システムインテグレータ、第三者、および／またはオペレータ（例えば顧客）によって実行または実施することができる。本明細書の記述において、システムインテグレータとは任意の数の航空機メーカーおよび主要システムの下請け業者を含むことができるが、それらに限定されない。また、第三者とは、任意の数の売主、下請け業者、および供給業者を含むことができるが、それらに限定されない。また、オペレータとは航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織等を含むことができる。

【0077】

図１３に示すように、方法１２００によって製造される航空機１２０２は、複数のシステム１２２０および内装１２２２とを備えた機体１２１８を含みうる。システム１２２０の例としては、推進系１２２４、電気系１２２６、油圧系１２２８、および環境系１２３０の一つ以上が挙げられる。また、その他のシステムをいくつ含んでいてもよい。航空宇宙産業に用いた場合の例を示したが、本発明の原理は、例えば自動車産業等の他の産業に適用してもよい。

【0078】

既に言及したように、本明細書で具体化される装置および方法は、方法１２００で述べた製造および就航の段階の任意の一つ以上で使用することができる。例えば、部品および小組立品の製造１２０８に対応する部品または小組立品は、航空機１２０２の就航期間中に製造される部品および小組立品と同様に製作または製造してもよい。また、例えば航空機１２０２の組立てを実質的に迅速化しあるいはコストを低減することによって、一つ以上の装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組合せを、小組立品製造１２０８中およびシステム統合１２１０中に利用することができる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組合せの一つ以上を、例えば航空機１２０２の就航期間中に、例えばそれに限定するものではないが、整備および保守１２１６に利用することができる。例えば、本明細書に記載する技術およびシステムは、材料調達１２０６、部品および小組立品の製造１２０８、システム統合１２１０、就航１２１４、および／または整備および保守１２１６に使用することができ、かつ／または機体１２１８および／または内装１２２２に使用することができる。これらの技術およびシステムは、例えば推進系１２２４、電気系１２２６、油圧系１２２８、および環境系１２３０を含むシステム１２２０にさえも利用することができる。

【0079】

一実施形態では、部品は機体１２１８の一部分を含み、部品および小組立品の製造１２０８中に製造される。次いで部品はシステム統合１２１０中に航空機内に組み立てられ、次いで就航１２１４の期間中、摩耗により部品が利用できなくなるまで利用することができる。次いで整備および保守１２１６中に、部品は廃棄され、新しく製造された部品と交換される。本発明の部品および方法は、新しい部品を製造するために、部品および小組立品の製造１２０８全体を通して利用することができる。

【0080】

本明細書で図示しまたは記載した様々な制御素子（例えば電気または電子部品）はいずれも、ハードウェア、ソフトウェアを実装したプロセッサ、ファームウェアを実装したプロセッサ、またはこれらの何らかの組合せとして実現することができる。例えば、素子は専用ハードウェアとして実現することができる。専用ハードウェア素子は、「プロセッサ」、「コントローラ」、またはこれに類するその他の用語で呼ばれることがある。プロセッサによって実現される場合、その機能は単一の専用プロセッサ、単一の共有プロセッサ、または共有可能な複数の個別プロセッサによって実現することができる。さらに、用語「プロセッサ」または「コントローラ」の明示的な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアのみを指すと解釈されるべきではなく、限定するものではないが、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）もしくは他の回路構成、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェアを格納するための読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置、論理回路、または何らかの他の物理的ハードウェア部品もしくはモジュールを暗黙に含むことができる。

【0081】

また、制御素子は、この素子の機能を実行するべくプロセッサまたはコンピュータによって実行可能な命令として実現することができる。命令の幾つかの例を挙げると、ソフトウェア、プログラムコード、およびファームウェアがある。命令は、プロセッサによって実行されると、このプロセッサに指示して素子の機能を実行させるように動作する。命令は、プロセッサによって読み取り可能な記憶装置に格納することができる。記憶装置の例としては、デジタルメモリもしくは固体メモリ、磁気ディスクおよび磁気テープのような磁気記憶媒体、ハードドライブ、または、光学的に読取り可能なデジタルデータ記憶媒体が挙げられる。

【0082】

本明細書では特定の実施形態について記載したが、本開示の範囲はこれらの特定の実施形態に限定されない。本開示の範囲は、以下の請求の範囲およびその均等物によって定義される。

【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】