具体实施方式

研磨工具和相关的可消耗磨料产品对于个人和组织而言呈现了各种挑战。在一个示例中，随着时间的流逝，工作人员常常对工件何时具有理想质量或可消耗磨料产品何时磨损产生直观的感知。然而，使用研磨工具的机器人不可取得此直观感知。本文公开了各种技术、系统和方法，以更准确地控制研磨工具的机器人操纵，从而实现更理想的结果(即，在一个示例中，更准确且更理想地研磨基底以去除涂漆)。本文所公开的其他技术通过允许同时在多个方向上并且/或者利用多个可消耗磨料产品研磨基底来增加处理效率。

应当理解，尽管下面提供了一个或多个实施方案的示例性具体实施，但是可使用任何数量的技术来实现相对于图1-图4描述的所公开的系统和/或方法，无论是当前已知的还是现有的。本公开绝不应限于下文所示的例示性具体实施、附图和技术，包括本文所示和所述的示例性设计和具体实施，而是可在所附权利要求连同其等同物的完整范围的范围内进行修改。

在一个实施方案中，本文所述的函数或算法可在软件中实现。软件可由计算机可执行指令组成，该计算机可执行指令存储在计算机可读介质或计算机可读存储装置上，该计算机可读存储装置诸如一个或多个非暂态存储器或其他类型的基于硬件的存储装置，本地的或联网的。另外，此类函数对应于模块，这些模块可以是软件、硬件、固件或它们的任何组合。多种函数可根据需要在一个或多个模块中执行，并且所述的实施方案仅是示例。软件可在数字信号处理器、ASIC、微处理器或在计算机系统上运行的其他类型的处理器上执行，从而将这种计算机系统转化为特定编程的机器，该计算机系统诸如个人计算机、服务器或其他计算机系统。

根据本公开的一个方面，公开了一种系统，该系统包括端部执行器，该端部执行器被构造成操纵一个或多个工具，该一个或多个工具驱动一个或多个可消耗磨料产品以沿着若干不同的表面维度研磨基底。该端部执行器可包括：三个线性致动器，该三个线性致动器各自被构造成相对于彼此正交地移动；以及至少一个工具安装座，该至少一个工具安装座联接到该三个线性致动器中的一个线性致动器并且联接到该一个或多个工具。根据如本文所述的一个示例，所采集的关于端部执行器的数据(例如，力、扭矩、压力等)可用于控制机器人装置并自动化使用自动化的磨料处理和后续抛光修复来自动化用于涂漆应用的缺陷的过程。本发明所公开的技术、系统和方法可包括机器人技术、端部执行器设计、工具、感测技术、随机过程策略、以及任选学习部件的新颖组合，该随机过程策略基于当前部件/系统状态和所提供的反馈导致期望的系统行为，该任选学习部件能够优化所提供的过程策略，由于客户的上游过程变化而连续调整策略，并且/或者从零开始以很少到没有人为干预来学习该过程策略。虽然参考用于涂漆应用的修复缺陷来描述，但本发明所公开的技术、方法和系统可用于其他研磨应用中。

根据本申请的一个方面，该系统包括计算系统，该计算系统被构造成：从通信单元接收关于测量的指示端部执行器的至少一个操作参数的特性的数据。该系统可使用用于控制/反馈的数据来引导机器人对端部执行器的操纵，并且可使用用于对端部执行器自身的控制/反馈的数据来增加柔性，该柔性使力-位移曲线平滑并导致系统可精确地控制在特定位移上的施加的力。

图1为可用于机器人涂漆修复的系统10的高度示意图。系统10可包括可消耗磨料产品12、研磨工具14、机器人装置16、力控制的柔性致动器18和支撑垫20。如本文所用，可消耗磨料产品12、研磨工具14、力控制的柔性致动器18、支撑垫20以及图3和图4中进一步示出的其他部件可构成端部执行器24。端部执行器24大致与术语工具叠堆同义；因此，在本文档中，术语“叠堆”在机器人涂漆修复的背景下为端部执行器。另外，虽然描述了提供机器人涂漆修复，该机器人涂漆修复包括底漆、涂漆和清漆涂层的修复，但应当理解，本文所述的技术适用于除涂漆修复之外的其他工业应用。

可消耗磨料产品12可被构造成研磨基底(未示出)。如所讨论的，在系统10的一个应用中，该磨料产品可用于涂漆应用(例如，底漆砂磨、清漆涂层缺陷去除、清漆涂层抛光等)的缺陷专用修复。因此，可消耗磨料产品12可被构造用于该砂磨和磨光应用。工具14可联接到可消耗磨料产品12并且被构造成驱动该可消耗磨料产品以研磨基底。机器人装置16可联接到工具14并且被构造成操纵该工具。因此，机器人装置16可根据需要经由力控制的柔性致动器18在三维空间内移动工具14，同时工具14可操作以驱动可消耗磨料产品12来进行研磨。力控制的柔性致动器18可机械地、气动地和/或电动地联接到端部执行器24的其他部件诸如工具14并且可为其一部分。在图1的示例中，力控制的柔性致动器18可在一个端部处联接到工具14，并且在另一端部处联接到机器人装置16。

力控制的柔性致动器18的示例提供于图3和图4中，并且可为端部执行器24的物理部件和感知部件。力控制的柔性致动器18可被构造成经由端部执行器24的各种部件(诸如支撑垫20、可消耗磨料产品12、工具14)中的传感器来测量实施力。在一些示例中，传感器还可用于测量基底(未示出)上的实施力。力控制的柔性致动器18还可测量其他实施力，诸如机器人装置16的力，并且可被构造成基于该实施力控制机器人装置的操纵和/或端部执行器24的其他操作标准。这可导致端部执行器24的改变的刚度，这归因于由于力控制的柔性致动器18而导致施加到其部件(最值得注意的是可消耗磨料产品12)的力/压力发生变化。力控制的柔性致动器18还可包括各种类型的反馈，包括力感测和/或扭矩感测。力控制的柔性致动器18还可实施低摩擦技术，诸如但不限于气动滑板和无齿轮电动线性单元。力控制的柔性致动器18也可以气动方式或机电方式致动。

支撑垫20可在例如可消耗磨料产品与工具14之间定位。支撑垫20可与可消耗磨料产品12联接。根据一个示例，支撑垫20可具有以天然橡胶或合成橡胶(例如，聚氨酯橡胶或氯丁二烯橡胶)作为主要原料的外层。支撑垫20可具有内层，该内层可为例如从天然橡胶或合成橡胶获得的泡沫主体。泡沫主体可为闭孔泡沫或开孔泡沫。另选地，内层的材料可为天然橡胶或合成橡胶。

如上文所简要讨论的并且现在相对于图2具体示出的，力控制的柔性致动器18可依赖于图1的工具14、支撑垫20、基底或其他部件的所感测的扭矩作为所示反馈回路的输入。该输入可用于致动力控制的柔性致动器18以控制实施力。例如，力控制的柔性致动器18可使用输入扭矩并且可被致动(使用气动机构、伺服电动机构等)以改变来自机器人装置16的力，以便向可消耗磨料产品12施加期望的力和期望的刚度。这样，通过使用力控制的柔性致动器18，可避免可由机器人装置16的不期望操纵引起的不期望量的力/压力等(诸如机器人装置16的实施力(如果过高))传送到可消耗磨料产品12(以及因此传送到基底)。

该过程示于图2的控制系统200中，其中感测的扭矩被使用并从反馈回路输入到控制器202。该控制器202可与压力控制器204(例如，力控制的柔性致动器18的一部分)进行电子通信。压力控制器204可经由气动滑板206或本领域已知的另一类型的柔性装置控制施加到工具叠堆208的压力和力，该柔性装置包括但不限于质点弹簧阻尼器系统、无齿轮电动线性单元、空气弹簧和气动波纹管。工具叠堆208(诸如来自如先前所述的支撑垫、工具、CAP、基底)的扭矩或力可被连续地测量并用作控制系统200的反馈。如果扭矩或另一个监测值发生变化，则作为响应，控制系统200可经由控制器202改变压力、力和其他操作标准。

期望的力可包括例如范围、目标、最大值、最小值。期望的刚度可包括例如角刚度和侧向刚度中的一者或多者。

高水平的手动清漆涂层修复过程在行业中得到了广泛的认知和认可。这是两步过程：研磨/砂磨和抛光/磨光。从自动化的角度来看，以下输入和输出在不同的实施方案中可能是相关的(具有来自3M Finesse-it系统的示例)：

图3为可用作用于机器人涂漆修复的图1的系统的一部分的装置110的示意图。装置110可包括端部执行器114的一部分和机器人装置112。图3所示的端部执行器114的部分包括传感器116。图3所示的端部执行器114的部分还包括三个工具安装座120A、120B和120C以及各自被构造成相对于彼此正交地移动的三个线性致动器118A、118B和118C。端部执行器114的其他部件诸如研磨工具122A、122B、122C以及CAP 124A、124B和124B采用虚线以高度示意性地方式示出。应当认识到，端部执行器114的其他部分诸如先前图1所示的那些未在图3中具体地示出。

在图3的示例中，线性致动器118A、118B和118C可为气动致动器、电动伺服马达动力致动器或它们的组合。三个线性致动器118A、118B和118C各自被构造成(取向成)相对于彼此正交地移动。每个工具安装座120A、120B和120C可与三个线性致动器118A、118B和118C中的相应一个线性致动器联接/连接。因此，工具安装座120A可与线性致动器118A联接。工具安装座120B可与线性致动器118B联接。工具安装座120C可与线性致动器118C联接。

因此，就图3的示例而言，三个工具安装座120A、120B和120C各自联接到三个线性致动器118A、118B和118C中的相应一个线性致动器。三个工具122A、122B和122C各自联接到工具安装座120A、120B和120C中的相应一个工具安装座。三种磨料产品124A、124B和124C各自联接到工具122A、122B和122C中的相应一个工具。机器人装置112被构造成使用端部执行器114同时在多个维度上并且同时在多个位置中研磨基底。具体地，这三个可消耗磨料产品124A、124B和124C可各自被构造成在基底的不同部分处研磨基底。三个工具122A、122B和122C可各自被构造成驱动三个可消耗磨料产品124A、124B和124C中的相应一个可消耗磨料产品。另外，多个工具122A、122B和122C可为不同的工具，每个工具用于在同一位置中研磨同一基底，从而使工具更换时间最短。传感器116可包括联接到三个线性致动器118A、118B和118C中的每个线性致动器上的力控制传感器。

图4为可用作用于机器人涂漆修复的图1的系统的一部分的装置210的示意图。装置210可包括端部执行器214的一部分和机器人装置212。图4所示的端部执行器214的部分包括传感器216。图3所示的端部执行器114的部分还包括单个工具安装座220以及各自被构造成相对于彼此正交地移动的三个线性致动器218A、218B和218C。端部执行器214的其他部件诸如研磨工具222和CAP 124采用虚线以高度示意性地方式示出。应当认识到，端部执行器214的其他部分诸如先前图1所示的那些未在图4中具体地示出。

在图4的示例中，线性致动器218A、218B和218C可为气动致动器、电动伺服马达动力致动器或它们的组合。三个线性致动器218A、218B和218C各自被构造成(取向成)相对于彼此正交地移动。单个工具安装座220可与三个线性致动器218A、218B和218C中的仅一个线性致动器联接/连接。在例示的示例中，工具安装座220联接到线性致动器218A。然而，由于三个线性致动器218A、218B和218C与端部执行器214设计的互连构造，工具安装座220能够通过三个线性致动器218A、218B和218C在三个维度(利用图4的笛卡尔坐标系指示)上的线性移动而移动。如同图3的示例，图4的示例可因此为能够在三个维度上移动的。因此，由于基底具有三维表面，因此端部执行器114、214也可为能够在三个维度上操纵的。用于操纵的这三个维度(由三个独立的线性移动引起)可被取向成对应于基底的表面的维度，使得可实现沿三个维度的表面研磨。因此，端部执行器114、214可被构造成操纵一个或多个工具，该一个或多个工具驱动一个或多个可消耗磨料产品以沿着若干不同的表面维度研磨基底。

因此，根据可使用例如装置110、210实现的一种方法，提供了一种机器人可控制的端部执行器，该端部执行器具有三个线性致动器并且三个线性致动器中的至少一个线性致动器与至少一个工具安装座联接。该方法可将包括可消耗磨料产品和工具的至少一个工具叠堆联接到至少一个工具安装座。三个线性致动器中的每个线性致动器可被独立地致动以相对于彼此正交地移动，从而将工具叠堆根据需要在三维空间内定位，其中工具叠堆的定位将可消耗磨料产品根据需要在三维空间内取向。可利用根据需要取向的可消耗磨料产品沿着基底的表面的一个或多个维度来研磨基底的表面。就该方法而言，致动的步骤可将可消耗磨料产品取向为在取向上对应于基底的表面在三个维度上的取向，并且其中研磨基底的表面的步骤是沿表面的三个维度的。就该方法而言，可使用三个单独的工具叠堆同时研磨基底的表面的多个单独部分，其中三个单独的工具叠堆包括该至少一个工具叠堆。

根据专用于图3的示例的另一种方法，可提供一种机器人可控制的端部执行器，该端部执行器具有各自与相应的工具安装座联接的三个线性致动器。该方法可将各自包括可消耗磨料产品和工具的三个相应的工具叠堆联接到各个相应的工具安装座。该方法可独立地致动三个线性致动器中的每个线性致动器以相对于彼此正交地移动，从而将三个工具叠堆中的每个工具叠堆根据需要彼此独立地在三维空间内定位，其中三个工具叠堆中的每个工具叠堆的定位将每个可消耗磨料产品根据需要在三维空间内取向。另外，该方法可使用三个工具叠堆中的每个工具叠堆同时研磨基底的表面的多个单独部分，其中每个可消耗磨料产品根据需要取向。

应当认识到，根据示例，本文所述技术中的任一种的某些动作或事件可以不同的顺序执行，可一起添加、合并或省去(例如，不是所有所描述动作或事件对于技术的实践都是必需的)。此外，在某些示例中，动作或事件可例如通过多线程处理、中断处理或多个处理器同时而不是顺序地执行。

在一个或多个示例中，所述的功能可以硬件、软件、固件或它们的任何组合来实现。如果在软件中实现，则这些功能可作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质传输，并且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可包括计算机可读存储介质，其对应于诸如数据存储介质的有形介质，或通信介质，其包括例如根据通信协议促进将计算机程序从一处传送到另一处的任何介质。以该方式，计算机可读介质通常可对应于(1)非暂态有形计算机可读存储介质或(2)诸如信号或载波的通信介质。数据存储介质可为可由一个或多个计算机或一个或多个处理器访问以检索用于实现本公开中所描述的技术的指令、代码和/或数据结构的任何可用介质。计算机程序产品可包括计算机可读介质。

作为示例而非限制，此类计算机可读存储介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置、闪存或者可用来以指令或数据结构的形式存储期望的程序代码并且可由计算机访问的任何其他介质。而且，任何连接均被适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或无线技术如红外线、无线电和微波从网站、服务器或其他远程源传输指令，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术如红外线、无线电和微波包括在介质的定义中。

然而，应当理解，计算机可读存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或其他暂态介质，而是针对非暂态的有形存储介质。如本文所用，磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光光盘、光学盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁的方式再现数据，而光盘通过激光以光学方式再现数据。上述的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。

指令可由一个或多个处理器诸如一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他等效集成或离散逻辑电路以及这类部件的任意组合执行。因此，如本文所用，术语“处理器”可指适用于实现本文所述的技术的前述结构中的任一结构或任何其他结构。另外，在一些方面，本文所述的功能性可在专用硬件和/或软件模块内提供。而且，这些技术可完全在一个或多个电路或逻辑单元中实现。

本公开的技术可在包括无线通信装置或无线手持机、微处理器、集成电路(IC)或一组IC(例如，芯片组)的各种各样的设备或装置中实现。各种部件、模块或单元在本公开中进行了描述以强调被构造为执行所公开的技术的设备的功能方面，但是不一定需要通过不同的硬件单元来实现。相反，如上所述，各种单元组合可在硬件单元中组合或者通过包括如上所述的一个或多个处理器的互操作硬件单元的集合，结合合适的软件和/或固件来提供。

在一个示例中，本文所述的技术或算法可在软件中实现。软件可由计算机可执行指令组成，该计算机可执行指令存储在计算机可读介质或计算机可读存储装置上，该计算机可读存储装置诸如一个或多个非暂态存储器或其他类型的基于硬件的存储装置，本地的或联网的。另外，此类函数对应于模块，这些模块可以是软件、硬件、固件或它们的任何组合。多种函数可根据需要在一个或多个模块中执行，并且所述的示例仅为示例性的。软件可在数字信号处理器、ASIC、微处理器或在计算机系统上运行的其他类型的处理器上执行，从而将这种计算机系统转化为特定编程的机器，该计算机系统诸如个人计算机、服务器或其他计算机系统。

已描述了各种示例。这些示例以及其他示例均在如下权利要求书的范围内。