JP6969886B2 - 飛行機組み立て構築プロセスに対するファクトリオートメーションの適用 - Google Patents
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Description
図1Aは、胴体組立品104を保持して位置決めする1つ以上の架台102を含む典型的なワークセル100のレイアウトを示す。1つ以上のAGV106が、胴体組立品104の内側と外側との両方にあるロボット108を搬送する。典型的なワークセル100のレイアウトは、図1Bに示されているような整備台110も含んでもよく、整備台110はワークセル100内のどこに配置してもよい。
1)ワークセル内の指定ノード位置に戻る際のAGVの精度および再現性
現状のマッピング技術は、レーザ・スキャナ・センサ118による測定距離の単純測定平均を用いる。このセットアップでは、レーザ・スキャナ・センサ118は、ワークセル100内のレーザ・スキャナ・センサ118のFoRおよびFoV内の目標形状112を含む複数の対象に対する複数(30〜50)の距離測定を行なうようにプログラムされる。この場合、任意の以前に観測または指定された対象の異常距離測定値を除去し、単純平均を計算して特定の観測または指定された対象についての距離測定を決定する。その後、これらの平均距離測定は、所定のワークセル100内で特定のレーザ・スキャナ・センサ118により観測されるような2D視野平面のマップを生成するのに用いられる。レーザ・スキャナ・センサ118に由来する生じ得る系統またはバイアス誤差を含む平均距離測定に基づいて所定のAGV106位置から所定のワークセル100用の観測2Dマップを生成すると、距離測定誤差(系統またはバイアス誤差および偶然誤差)が生じて、AGV106の経路計画ナビゲーションコントローラー116がワークセル100内の指定ノード位置に戻る際に所望の精度および再現性を実現することができなくなる。言い換えると、経路計画ナビゲーションコントローラー116は、所望の位置を探索するように粗い運動ステップの後に細かい運動ステップが続くという組合せを用いて、比例積分微分(PID)コントローラー116として機能する。この場合、コントローラー116は、コントローラーに入力される距離測定のノイズ下限未満で動作することが予想される。すなわち、感知または観測された入力のノイズにより、経路計画ナビゲーションコントローラー116の制御性は制限される。2D平面のマップの距離測定の上記の不確実性のために、ワークセル100内の指定ノード位置に戻る際のAGV106の精度および再現性を高い信頼度で実現することができず、したがって、ワークセルおよび工場レベルの自動化プロセスに悪影響を与える。
現状のマッピング技術では、ワークセル100内のレーザ・スキャナ・センサ118のFoRおよびFoV内の目標形状112以外の対象が、類似する架台102および整備台110の他のセットまたは複製物を用いるすべてのワークセル100にわたって同一の見え方を示すことを想定している。参照ワークセル100内の架台102または整備台110上の目標形状112が、計測精度を持ち、かつ他のワークセル100にわたる類似する架台102および整備台110の他のセットまたは複製物上にある状態で複製されていると仮定する。AGV106の任意の所定の側部で用いられるレーザ・スキャナ・センサ118は、約190°にわたって約49メートルの測距距離仕様でスキャンすることができる。これらのレーザ・スキャナ・センサ118仕様が与えられる場合、動作環境において、架台102または整備台110上の目標形状112を越える他の静的および動的対象がピックアップされる尤度は高い。これにより、架台102および/または整備台110に隣接するワークセル100内の所望のノード位置にAGV106を動かすときに、AGV106の経路計画ナビゲーションコントローラー116についてのマッピングの曖昧さおよび不確実性が生じる場合がある。さらに、このアプローチでは、AGV106の側部の各々にそれぞれ取り付けられる4つのレーザ・スキャナ・センサ118を用いる。AGV106の後部および側部にあるレーザ・スキャナ・センサ118は、ワークセル100からワークセル100に変更し得る他の静的および動的対象をピックアップし得る。これにより、2D平面の動的なマップは変化し易くなる場合があり、結果として、類似する架台102および整備台110の他のセットまたは複製物を用いる他のワークセル100にまたがる参照ワークセル100内に架台102および整備台110がある場合の、同じ指定ノード位置を効果的に用いるAGV106の能力がなくなる。さらに、架台102および/または整備台110に直接面するか、隣接するレーザ・スキャナ・センサ118に加えて、AGV106の側部にあるレーザ・スキャナ・センサ118を計画されているように使用すると、考慮中の主要な剛体架台102または整備台110を越える目標形状112が観察され得る。典型的なワークセル100は、胴体組立品を保持して位置決めする複数の架台102と、整備台110とを含む。しかしながら、これらの複数の剛体架台102および整備台110間の離隔距離は、類似する架台102および整備台110の他のセットまたは複製物を用いる他のワークセル100にわたる2D平面のマップの、完備性を備え、かつ正確な表示を保証する計測要求に対して正確ではない。したがって、1つの剛体架台102または整備台110を越える目標形状112を用いると、2D平面の動的なマップは変化し易くなり、結果として、類似する架台102および整備台110の他のセットまたは複製物を用いる他のワークセル100にまたがる参照ワークセル100内に架台102および整備台110がある場合の、同じ指定ノード位置を効果的に用いるAGV106の能力がなくなる。
1)ワークセル内の指定ノード位置に戻る際のAGVの精度および再現性
改善されたマッピング技術では、目標参照点に対するAGV106の各側部上の4つのレーザ・スキャナ・センサ118のオフライン較正を行なって、レーザ・スキャナ・センサ118のFoV内の対象に対する距離測定のための測距機能を実行するときに4つのレーザ・スキャナ・センサ118間の系統またはバイアス誤差を決定し、これにより、計算プロセスを用いて、距離測定から対象および目標形状112に対する系統またはバイアス誤差を除去することができる。
改善されたマッピング技術では、参照ワークセル100内の架台102または整備台110上の目標形状112が、計測精度を持ち、かつ他のワークセル100にわたる類似する架台102および整備台110の他のセットまたは複製物上にある状態で複製されていると仮定する。
・架台102または整備台110に直接面するか、隣接するレーザ・スキャナ・センサ118のみを用いる。または、他のレーザ・スキャナ・センサ118を用いてもよく、さらに、これらの他のレーザ・スキャナ・センサ118が架台102または整備台110の目標形状112を観察することができるとき、架台102または整備台110に直接面するか、隣接する主レーザ・スキャナ・センサ118を用いてもよい。
・所定の架台102または整備台110に関連する目標形状112のみを用い、ワークセル100内の静的または動的対象を用いない。
・1つの架台102または整備台110に関連する目標形状112のみを用い、さらに、AGV106に最も近い少なくとも3つの目標形状112を用いる。言い換えると、1つの架台102または整備台110は、複数の目標形状112、すなわち、AGV106に対して架台102または整備台110の近い側にあるいくつかと、遠い側にあるその他を有するので、この場合、目標形状112のうちの少なくとも3つがAGV106に対して架台102または整備台110の近い側によるものであると言える。
図2は、AGV106のレーザ・スキャナ・センサ118のオフライン較正プロセスを実行するステップを示すフローチャートである。
図3は、AGV106のレーザ・スキャナ・センサ118を用いてスキャンプロセスを実行するステップを示すフローチャートである。
本開示の実施の形態は、図4に示されているような航空機の製造および保守点検方法400と、図5に示されているような航空機500とに関して記載されている場合がある。
ここに記載されている実施の形態は、飛行機組み立て構築プロセスに対するファクトリオートメーションの適用を可能にすることによって、顕著な価値が潜在的にあるといった利益をもたらし、これらの利益は、製造速度、品質および安全における有効な改善を直接可能にする一方で、コストを低減する。
A1.無人搬送ビークル(AGV)(106)上の少なくとも1つのレーザ・スキャナ・センサ(118)を用いてワークセル(100)内の1つ以上の対象の1回以上の距離測定を行なうステップ(304)と、
ワークセル(100)内の架台(102)または整備台(110)上の目標形状(112)ではない対象の距離測定をフィルタリングするステップ(308)と、
フィルタリングされた距離測定からレーザ・スキャナ・センサ(118)の系統またはバイアス誤差を除去するステップ(312)と、
レーザ・スキャナ・センサ(118)の偶然誤差を用いて、フィルタリングされた距離測定に数学的フィルタまたは推定を適用して評価距離測定を生成するステップ(314)と、
評価距離測定を用いてワークセル(100)内の架台(102)または整備台(110)上の目標形状(112)のマップを構築するステップ(318)と、
ワークセル(100)内の架台(102)または整備台(110)に対するAGV(106)の経路計画ナビゲーション制御に構築されたマップを用いるステップ(320)と
を備えるワークセルおよび工場レベルの自動化のための方法。
B1.少なくとも1つのレーザ・スキャナ・センサ(118)とコントローラー(116)とを含む無人搬送ビークル(AGV)(106)を備えており、コントローラー(116)は、
AGV(106)上のレーザ・スキャナ・センサ(118)を用いてワークセル(100)内の1つ以上の対象の1回以上の距離測定を行なうステップ(304)と、
ワークセル(100)内の架台(102)または整備台(110)上の目標形状(112)ではない対象の距離測定をフィルタリングするステップ(308)と、
フィルタリングされた距離測定からレーザ・スキャナ・センサ(118)の系統またはバイアス誤差を除去するステップ(312)と、
レーザ・スキャナ・センサ(118)の偶然誤差を用いて、フィルタリングされた距離測定に数学的フィルタまたは推定を適用して評価距離測定を生成するステップ(314)と、
評価距離測定を用いてワークセル(100)内の架台(102)または整備台(110)上の目標形状(112)のマップを構築するステップ(318)と、
ワークセル(100)内の架台(102)または整備台(110)に対するAGV(106)の経路計画ナビゲーション制御に構築されたマップを用いるステップ(320)とのために動作可能である、
本発明のさらなる態様に係れば、以下が提供される。
C1.無人搬送ビークル(AGV)(106)上の1つ以上のレーザ・スキャナ・センサ(118)を用いてワークセル(100)内の1つ以上の対象の1回以上の距離測定を行なうステップ(304)と、
ワークセル(100)内の架台(102)または整備台(110)上の目標形状(112)ではない対象の距離測定をフィルタリングするステップ(308)と、
フィルタリングされた距離測定からレーザ・スキャナ・センサ(118)の系統またはバイアス誤差を除去するステップ(312)と、レーザ・スキャナ・センサ(118)の偶然誤差を用いて、フィルタリングされた距離測定に数学的フィルタまたは推定を適用して評価距離測定を生成するステップ(314)と、
評価距離測定を用いてワークセル(100)内の架台(102)または整備台(110)上の目標形状(112)のマップを構築するステップ(318)と、
AGV(106)がワークセル(100)内の1つ以上の指定ノード位置に正確にかつ繰り返し戻ることを可能にする構築されたマップを用いるステップ(320)と
を備えるワークセルおよび工場レベルの自動化のための方法。
上記で説明されている異なる実施の形態の記載は、例示および説明目的で示されており、網羅的であるか、あるいは開示されている形態の実施の形態に限定することを意図していない。多くの修正および変更が当業者には明らかである。
102 架台
104 胴体組立品
106 無人搬送ビークル(AGV)
108 ロボット
110 整備台
112 目標形状
114 脚
116 経路計画ナビゲーションコントローラー
118 レーザ・スキャナ・センサ
120 レーザビーム
122 凸ゾーン
400 製造および保守点検方法
402 仕様および設計
404 材料調達
406 構成要素および部分組立品の製造
408 システム統合
410 認証および搬送
412 就航中
414 整備および保守点検
500 航空機
502 機体
504 システム
506 内部
508 推進システム
510 電気システム
512 油圧システム
514 環境システム
Claims (14)
- 無人搬送ビークル(AGV)(106)上の少なくとも1つのレーザ・スキャナ・センサ(118)を用いてワークセル(100)内の1つ以上の対象の1回以上の距離測定を行なうステップ(304)と、
前記ワークセル(100)内の架台(102)または整備台(110)上の目標形状(112)ではない前記対象の前記距離測定をフィルタリングするステップ(308)と、
前記フィルタリングされた距離測定から前記レーザ・スキャナ・センサ(118)の系統またはバイアス誤差を除去するステップ(312)と、
前記レーザ・スキャナ・センサ(118)の偶然誤差を用いて、前記フィルタリングされた距離測定に数学的フィルタまたは推定を適用して評価距離測定を生成するステップ(314)と、
前記評価距離測定を用いて前記ワークセル(100)内の前記架台(102)または整備台(110)上の前記目標形状(112)のマップを構築するステップ(318)と、
前記ワークセル(100)内の前記架台(102)または整備台(110)に対する前記AGV(106)の経路計画ナビゲーション制御に前記構築されたマップを用いるステップ(320)と
を備え、
前記フィルタリングするステップは、前記目標形状(112)ではない前記対象を除外するために前記目標形状(112)の少なくとも1つの周囲に凸ゾーン(122)を定めるステップ(308)を備える、ワークセルおよび工場レベルの自動化のための方法。 - 前記構築されたマップにより、前記AGV(106)は前記ワークセル(100)内の1つ以上の指定ノード位置に正確にかつ繰り返し戻ることができる、請求項1に記載の方法。
- 前記ワークセル(100)が参照ワークセル(100)であり、また、他のワークセル(100)内の架台(102)または整備台(110)が前記参照ワークセル(100)内の前記架台(102)または整備台(110)と同じ様に配置されているとき、前記構築されたマップにより、前記AGV(106)または別のAGV(106)は前記1つ以上の他のワークセル(100)内の前記指定ノード位置に正確にかつ繰り返し戻ることができる、請求項2に記載の方法。
- 前記AGV(106)上の前記レーザ・スキャナ・センサ(118)の1回以上の較正を実行して前記レーザ・スキャナ・センサ(118)によって行なわれる前記距離測定の前記系統またはバイアス誤差および偶然誤差を決定するステップ(200,202)をさらに備える請求項1に記載の方法。
- 前記較正を実行するステップは、目標参照点に対して前記AGV(106)上の前記レーザ・スキャナ・センサ(118)のオフライン較正を実行して前記レーザ・スキャナ・センサ(118)によって行なわれる前記距離測定の前記系統またはバイアス誤差を決定するステップ(200)を備える、請求項4に記載の方法。
- 前記較正を実行するステップは、目標参照点のプロセスに対して前記AGV(106)上の前記レーザ・スキャナ・センサ(118)のオフライン較正を実行して前記AGV(106)上の前記レーザ・スキャナ・センサ(118)によって行なわれる前記距離測定の前記偶然誤差の分布および標準偏差を決定するステップ(202)を備える、請求項4に記載の方法。
- 前記分布はガウス分布を備える、請求項6に記載の方法。
- 前記分布がガウス分布を備えない場合、前記分布はテーブルに格納される、請求項6に記載の方法。
- 前記距離測定を行なうステップは、前記ワークセル(100)内の前記架台(102)または整備台(110)に直接面するか、隣接する前記AGV(106)上の前記レーザ・スキャナ・センサ(118)を用いるステップ(304)を備える、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのレーザ・スキャナ・センサ(118)は複数のレーザ・スキャナ・センサ(118)を備えており、前記距離測定を行なうステップは、前記AGV(106)上の前記レーザ・スキャナ・センサ(118)の動眼視野(FoR)にわたって前記AGV(106)上の前記レーザ・スキャナ・センサ(118)の1つ以上を用いるステップ(304)を備える、請求項1に記載の方法。
- 前記距離測定を行なうステップは、前記AGV(106)上の前記レーザ・スキャナ・センサ(118)の動眼視野(FoR)にわたって角度インデックスステップで前記AGV(106)上の前記レーザ・スキャナ・センサ(118)の視野(FoV)内の前記対象に前記距離測定を行なうステップ(304)を備える、請求項1に記載の方法。
- 前記目標形状(112)の周囲長と前記定めた凸ゾーン(122)の周囲長との間の距離マージンが、他のいかなる静的または動的対象も、前記目標形状(112)の前記周囲長と前記定めた凸ゾーン(122)の前記周囲長との間に形成される環状空間を占めない程度に十分に小さい、請求項1に記載の方法。
- 前記フィルタリングするステップは、前記目標形状(112)の周囲に定めた前記凸ゾーン(122)の閾値境界の外側の前記距離測定をフィルタリングし、前記AGV(106)上の前記レーザ・スキャナ・センサ(118)の動眼視野(FoR)内の前記対象の各々の前記フィルタリングされた距離測定を提供するステップ(308)を備える、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1つのレーザ・スキャナ・センサ(118)とコントローラー(116)とを含む無人搬送ビークル(AGV)(106)を備えており、前記コントローラー(116)は、
前記AGV(106)上の前記レーザ・スキャナ・センサ(118)を用いてワークセル(100)内の1つ以上の対象の1回以上の距離測定を行なうステップ(304)と、
前記ワークセル(100)内の架台(102)または整備台(110)上の目標形状(112)ではない前記対象の前記距離測定をフィルタリングするステップ(308)と、
前記フィルタリングされた距離測定から前記レーザ・スキャナ・センサ(118)の系統またはバイアス誤差を除去するステップ(312)と、
前記レーザ・スキャナ・センサ(118)の偶然誤差を用いて、前記フィルタリングされた距離測定に数学的フィルタまたは推定を適用して評価距離測定を生成するステップ(314)と、
前記評価距離測定を用いて前記ワークセル(100)内の前記架台(102)または整備台(110)上の前記目標形状(112)のマップを構築するステップ(318)と、
前記ワークセル(100)内の前記架台(102)または整備台(110)に対する前記AGV(106)の経路計画ナビゲーション制御に前記構築されたマップを用いるステップ(320)と
のために動作可能であり、
前記フィルタリングするステップは、前記目標形状(112)ではない前記対象を除外するために前記目標形状(112)の少なくとも1つの周囲に凸ゾーン(122)を定めるステップ(308)を備える、ワークセルおよび工場レベルの自動化のための装置。
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