(57)【要約】【課題】多関節ロボットと共に使用される補足計測位置座標決定システムを提供する。【解決手段】（例えば、ＸＹ面内で移動するロボットアーム部に結合されたエンドツールのエンドツール位置を制御及び検知するための）ロボット精度として規定される第１の精度レベルは、ロボット内に含まれる位置センサ（例えば回転エンコーダ）を使用することに基づいている。補足システムは、撮像構成、ＸＹスケール、画像トリガ部、及び処理部を含む。ＸＹスケール又は撮像構成のうち一方がロボットアーム部に結合され、他方が静止要素（例えばロボットの上方に位置付けられたフレーム）に結合されている。撮像構成はＸＹスケールの画像を取得する。この画像を用いて、エンドツール位置を示す相対位置をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定する。【選択図】図１
2020026031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多関節ロボットであって、
近位端において第１の回転継手に搭載された第１のアーム部であって、前記第１の回転継手はｚ軸方向に沿って位置合わせされた回転軸を有して前記第１のアーム部が前記第１の回転継手を中心として前記ｚ軸に直交するｘｙ面内で移動するようになっており、前記第１のアーム部は遠位端に位置付けられた第２の回転継手を有し、前記第２の回転継手は前記ｚ軸方向に沿ってノミナルに位置合わせされた回転軸を有する、第１のアーム部と、
近位端において前記第２の回転継手に搭載された第２のアーム部であって、前記第２の回転継手を中心として前記ｚ軸にノミナルに直交するｘｙ面内で移動するようになっている、第２のアーム部と、
少なくとも部分的に、前記多関節ロボットに含まれる位置センサを用いて前記第１及び第２の回転継手を中心とした前記第１及び第２のアーム部の角度位置を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツールのエンドツール位置を制御するように構成された移動制御システムと、
を備える多関節ロボットと、
補足計測位置座標決定システムであって、
第１のカメラを含む第１の撮像構成であって、ノミナルで前記ｚ軸に対して平行に位置合わせされた光軸を有し、その光軸に沿った合焦範囲を有する、第１の撮像構成と、
前記ｚ軸に対してノミナルで直交に配置されたノミナルで平面状の基板と、前記基板上に分散した複数の撮像可能要素と、を含むＸＹスケールであって、前記撮像可能要素はそれぞれ前記ＸＹスケール上の既知のＸＹスケール座標に位置付けられている、ＸＹスケールと、
前記エンドツール位置に関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、前記少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第１の撮像トリガ信号を前記第１の撮像構成に出力するよう構成された画像トリガ部であって、前記第１の撮像構成は前記第１の撮像トリガ信号の受信に応答して画像取得時点で前記ＸＹスケールのデジタル画像を取得するよう構成されている、画像トリガ部と、
前記取得された画像を入力し、前記ＸＹスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別するように構成された計測位置座標処理部と、
を備える補足計測位置座標決定システムと、を備え、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち可動のものが前記第２のアーム部の前記遠位端の近傍で前記第２のアーム部に結合されるように構成され、他方のものは、前記ｚ軸に沿った前記ＸＹスケールのロケーションが前記第１の撮像構成の前記合焦範囲内であるように静止要素に結合され、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち静止したものは第１の参照位置を規定し、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記取得された画像内の前記識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、前記計測位置座標処理部が、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものと前記第１の参照位置との間の相対位置を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するよう動作可能であるように構成され、
前記決定された相対位置は、少なくとも前記ｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、前記画像取得時点における前記エンドツール位置の計測位置座標を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで示す、ロボットシステム。
【請求項２】
前記エンドツールが、ワークピースを測定するために使用される、前記ワークピースに触れるとタッチ信号を出力するタッチプローブである場合、前記画像トリガ部は、そのタッチ信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力するように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記エンドツールが、ワークピースを測定するために使用される、各サンプルタイミング信号に対応した各ワークピース測定サンプルデータを与えるスキャンプローブである場合、前記画像トリガ部は、その各サンプルタイミング信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力するように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記エンドツールが、各ワークピース画像取得信号に対応した各ワークピース測定画像を与えるために使用されるカメラである場合、前記画像トリガ部は、そのワークピース画像取得信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力するように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記補足計測位置座標決定システムは、前記決定された相対位置、及び、前記エンドツール位置と前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものとの間の既知の座標位置オフセットに基づいて、前記画像取得時点における前記エンドツール位置の前記計測位置座標を決定するように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記ＸＹスケールは、前記第２のアーム部の前記遠位端の近傍で前記第２のアーム部に結合され、前記第１の画像構成は、前記静止要素に結合されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記静止要素は、前記多関節ロボットの動作可能な作業範囲の少なくとも一部よりも上方に配置されたフレームを含み、前記第１の撮像構成は前記多関節ロボットの前記動作可能な作業範囲の一部よりも上方で前記フレームに固定されている、請求項６に記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記補足計測位置座標決定システムは、第２のカメラを含み、ノミナルで前記ｚ軸に対して平行に位置合わせされた光軸を有すると共にその光軸に沿った合焦範囲を有する少なくとも第２の撮像構成を更に備え、
前記画像トリガ部は更に、前記エンドツール位置に関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、前記少なくとも１つの入力信号に基づいて第２の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第２の撮像トリガ信号を前記第２の撮像構成に出力するよう構成され、前記第２の撮像構成は、前記第２の撮像トリガ信号の受信に応答して、画像取得時点で前記ＸＹスケールのデジタル画像を取得するように構成され、
前記計測位置座標処理部は更に、前記取得された画像を入力し、前記ＸＹスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別するように構成され、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記第２の撮像構成が第２の参照位置を規定するように構成され、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記取得された画像内の前記識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、前記計測位置座標処理部が、前記ＸＹスケールと前記第２の参照位置との間の相対位置を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するよう動作可能であるように構成され、
前記決定された相対位置は、少なくとも前記ｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、前記画像取得時点における前記エンドツール位置の前記計測位置座標を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで示す、請求項７に記載のロボットシステム。
【請求項９】
前記画像トリガ部に入力される前記少なくとも１つの入力信号は、前記移動制御システムから導出された１つ以上の信号を含み、
前記画像トリガ部は、前記移動制御システムから導出された前記１つ以上の信号に基づいて、前記ＸＹスケールが前記第１又は第２の撮像構成のどちらと位置合わせされているかを判定するように構成され、前記ＸＹスケールが前記第１の撮像構成と位置合わせされている場合、前記画像トリガ部は前記第１の撮像トリガ信号を出力するように構成され、前記ＸＹスケールが前記第２の撮像構成と位置合わせされている場合、前記画像トリガ部は前記第２の撮像トリガ信号を出力するように構成されている、請求項８に記載のロボットシステム。
【請求項１０】
前記ＸＹスケールの前記撮像可能要素は、一意の識別可能パターンを有する撮像可能要素のセットを含み、前記撮像可能要素のセットは、前記第１の撮像構成の視野の直径方向の距離よりも小さい距離だけ離間するように前記基板上に分散され、
前記計測位置座標処理部は、前記ＸＹスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素を、その一意の識別可能パターンに基づいて識別するように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１１】
前記計測位置座標処理部は、前記ＸＹスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素を、前記取得された画像内でのその画像位置に基づいて、更に、前記画像取得時点に対応して前記移動制御システムから導出された多関節ロボット位置データに基づいて識別するように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１２】
前記ＸＹスケールの前記撮像可能要素は、前記ロボット精度内で許される最大位置誤差よりも大きい距離だけ相互に等間隔で離間するように前記基板上に分散させた同様の撮像可能要素のセットを含む、請求項１１に記載のロボットシステム。
【請求項１３】
多関節ロボットと共に利用される補足計測位置座標決定システムを動作させるための方法であって、
前記多関節ロボットは、
近位端において第１の回転継手に搭載された第１のアーム部であって、前記第１の回転継手はｚ軸方向に沿って位置合わせされた回転軸を有して前記第１のアーム部が前記第１の回転継手を中心として前記ｚ軸に直交するｘｙ面内で移動するようになっており、前記第１のアーム部は遠位端に位置付けられた第２の回転継手を有し、前記第２の回転継手は前記ｚ軸方向に沿ってノミナルに位置合わせされた回転軸を有する、第１のアーム部と、
近位端において前記第２の回転継手に搭載された第２のアーム部であって、前記第２の回転継手を中心として前記ｚ軸にノミナルに直交するｘｙ面内で移動するようになっている、第２のアーム部と、
少なくとも部分的に、前記多関節ロボットに含まれる位置センサを用いて前記第１及び第２の回転継手を中心とした前記第１及び第２のアーム部の角度位置を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツールのエンドツール位置を制御するように構成された移動制御システムと、
を備え、
前記補足計測位置座標決定システムは、
第１のカメラを含む第１の撮像構成であって、ノミナルで前記ｚ軸に対して平行に位置合わせされた光軸を有し、その光軸に沿った合焦範囲を有する、第１の撮像構成と、
前記ｚ軸に対してノミナルで直交に配置されたノミナルで平面状の基板と、前記基板上に分散した複数の撮像可能要素と、を含むＸＹスケールであって、前記撮像可能要素はそれぞれ前記ＸＹスケール上の既知のＸＹスケール座標に位置付けられている、ＸＹスケールと、
画像トリガ部と、
計測位置座標処理部と、
を備え、前記補足計測位置座標決定システムは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち可動のものが前記第２のアーム部の前記遠位端の近傍で前記第２のアーム部に結合されるように構成され、他方のものは、前記ｚ軸に沿った前記ＸＹスケールのロケーションが前記第１の撮像構成の前記合焦範囲内であるように静止要素に結合され、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち静止したものは第１の参照位置を規定し、
前記方法は、
前記画像トリガ部において、前記エンドツール位置に関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、前記少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第１の撮像トリガ信号を前記第１の撮像構成に出力し、前記第１の撮像構成は前記第１の撮像トリガ信号の受信に応答して画像取得時点で前記ＸＹスケールのデジタル画像を取得する、ことと、
前記計測位置座標処理部において、前記取得された画像を入力し、前記ＸＹスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別することと、
前記取得された画像内の前記識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものと前記第１の参照位置との間の相対位置を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで決定し、前記決定された相対位置は、少なくとも前記ｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、前記画像取得時点における前記エンドツール位置の計測位置座標を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで示す、ことと、
を含む方法。
【請求項１４】
前記方法は補足計測位置座標モード中に実行される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ワークピースを測定するために前記決定された相対位置を利用することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記決定された相対位置は、前記ワークピース上の第１の表面ロケーションに対応する第１の決定された相対位置であり、前記方法は更に、
前記画像トリガ部において、前記エンドツール位置に関連した少なくとも１つの第２の入力信号を受信し、前記少なくとも１つの第２の入力信号に基づいて第２の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第２の撮像トリガ信号を前記第１の撮像構成に出力し、前記第１の撮像構成は、前記第２の撮像トリガ信号の受信に応答して、第２の画像取得時点で前記ＸＹスケールの第２のデジタル画像を取得する、ことと、
前記計測位置座標処理部において、前記取得された画像を受信し、前記ＸＹスケールの前記第２の取得された画像に含まれる少なくとも１つの第２の撮像可能要素及び関連する第２の既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別することと、
前記第２の取得された画像内の前記識別された少なくとも１つの第２の撮像可能要素の第２の画像位置の決定に基づいて、前記ＸＹスケール又は前記第１の画像構成のうち前記可動のものと前記第１の参照位置との間の第２の相対位置を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで決定し、前記決定された第２の相対位置は、少なくとも前記ｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、前記第２の画像取得時点における前記エンドツール位置の前記計測位置座標を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで示し、前記第２の相対位置は、前記第１の相対位置とは異なり、前記第１の表面ロケーションとは異なる前記ワークピース上の第２の表面ロケーションに対応する、ことと、
前記第１及び第２の相対位置を用いて、前記ワークピース上の前記第１及び第２の表面ロケーション間の距離に対応する前記ワークピースの寸法を決定することと、
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記決定された相対位置を用いて、前記第２の回転継手を中心とした前記第２のアーム部の回転移動中の前記第２のアーム部の位置を決定することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
移動タイミングの間、前記第２のアームは前記第２の回転継手を中心として第１の回転向きから第２の回転向きへ回転し、
前記移動タイミングの第１の部分の間、前記第２のアーム部の位置を決定するため前記多関節ロボットに含まれる前記位置センサのうち少なくとも１つが使用され、前記第２のアーム部の位置を決定するため前記決定された相対位置は使用されず、
前記移動タイミングの前記第１の部分の後に生じる前記移動タイミングの第２の部分の間、前記第２のアーム部の位置を決定するため前記決定された相対位置が使用される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記エンドツールは、ワークピースを測定するために使用される、前記ワークピースに触れるとタッチ信号を出力するタッチプローブであり、前記少なくとも１つの入力信号は、前記タッチ信号又はそれから導出された信号である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記エンドツールは、ワークピースを測定するために使用される、各サンプルタイミング信号に対応した各ワークピース測定サンプルデータを与えるスキャンプローブであり、前記少なくとも１つの入力信号は、前記各サンプルタイミング信号又はそれから導出された信号である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記エンドツールは、各ワークピース画像取得信号に対応した各ワークピース測定画像を与えるために使用されるカメラであり、前記少なくとも１つの入力信号は、前記ワークピース画像取得信号又はそれから導出された信号である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
多関節ロボットと共に使用される補足計測位置座標決定システムであって、
第１のカメラを含む第１の撮像構成であって、ノミナルでｚ軸に対して平行に位置合わせされた光軸を有し、その光軸に沿った合焦範囲を有する、第１の撮像構成と、
前記ｚ軸に対してノミナルで直交に配置されたノミナルで平面状の基板と、前記基板上に分散した複数の撮像可能要素と、を含むＸＹスケールであって、前記撮像可能要素はそれぞれ前記ＸＹスケール上の既知のＸＹスケール座標に位置付けられている、ＸＹスケールと、
多関節ロボットのエンドツール位置に関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、前記少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第１の撮像トリガ信号を前記第１の撮像構成に出力するよう構成された画像トリガ部であって、前記多関節ロボットは、近位端において第１の回転継手に搭載されると共に遠位端に位置付けられた第２の回転継手を有する第１のアーム部と、近位端において前記第２の回転継手に搭載された第２のアーム部と、少なくとも部分的に、前記多関節ロボットに含まれる位置センサを用いて前記第１及び第２の回転継手を中心とした前記第１及び第２のアーム部の角度位置を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツールのエンドツール位置を制御するように構成された移動制御システムと、を含み、前記第１の撮像構成は前記第１の撮像トリガ信号の受信に応答して画像取得時点で前記ＸＹスケールのデジタル画像を取得するよう構成されている、画像トリガ部と、
前記取得された画像を入力し、前記ＸＹスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別するように構成された計測位置座標処理部と、
を備え、前記補足計測位置座標決定システムは、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち可動のものが前記第２のアーム部の前記遠位端の近傍で前記第２のアーム部に結合されるように構成され、他方のものは、前記ｚ軸に沿った前記ＸＹスケールのロケーションが前記第１の撮像構成の前記合焦範囲内であるように静止要素に結合され、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち静止したものは第１の参照位置を規定し、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記取得された画像内の前記識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、前記計測位置座標処理部が、前記ＸＹスケール又は前記第１の撮像構成のうち前記可動のものと前記第１の参照位置との間の相対位置を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するよう動作可能であるように構成され、
前記決定された相対位置は、少なくとも前記ｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、前記画像取得時点における前記エンドツール位置の計測位置座標を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで示す、補足計測位置座標決定システム。
【請求項２３】
前記ＸＹスケールは前記第２のアーム部の前記遠位端の近傍で前記第２のアーム部に結合され、前記第１の画像構成は前記静止要素に結合されている、請求項２２に記載の補足計測位置座標決定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はロボットシステムに関し、より具体的には、多関節ロボットのエンドツール位置座標を決定するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットシステムは、製造プロセス及び他のプロセスにますます利用されるようになっている。一般的に用いられている多関節ロボットシステムの１つのタイプには、選択的コンプライアンス多関節ロボットアーム（ＳＣＡＲＡ：selective compliance articulated robot arm）が含まれる。このようなＳＣＡＲＡシステムは典型的にベースを有し、このベースに第１のアーム部を回転可能に結合すると共に第１のアーム部の端部に第２のアーム部を回転可能に結合することができる。様々な構成では、第２のアーム部の端部にエンドツールを結合することができる（例えば特定の作業及び／又は検査動作を実行するため）。このようなシステムは、アーム部の配置を決定／制御し、これに応じてエンドツールの配置を決定／制御するため利用される位置センサ（例えば回転エンコーダ）を含むことができる。様々な実施例において、このようなシステムは約１００ミクロンの配置精度を有し得るが、これはいくつかのファクタによって制限される（例えば、ロボットシステムの機械的安定性と組み合わせた回転エンコーダの性能等）。
【０００３】
米国特許第４，７２５，９６５号（「９６５号特許」）は、ＳＣＡＲＡシステムの精度を向上させるためのいくつかの較正技法を開示している。９６５号特許に記載されているように、第１の回転可能アーム部と、エンドツールを支える第２の回転可能アーム部と、を備えたＳＣＡＲＡタイプのロボットを較正するための技法が提供されている。この較正技法は、運動モデルを用いてＳＣＡＲＡロボットを制御できるという事実に関連している。この運動モデルは、正確な場合、アーム部を第１及び第２の双方の角度構成に配置すると、第２のアーム部によって支えられたエンドツールが同一の位置を保つことができる。運動モデルを較正するため、アーム部は、エンドツールを固定基準点（fixed datum point）の上方に位置付ける第１の角度構成に配置される。次いでアーム部は、ノミナルにエンドツールを再び基準点に位置合わせして配置する第２の角度構成に配置される。アーム部を第１の角度構成から第２の角度構成に切り換えた場合の基準点に対するエンドツールの位置のシフトから、運動モデルの誤差が計算される。次いで、計算された誤差に従って運動モデルを補償する。これらのステップは、誤差がゼロに達するまで繰り返される。誤差がゼロに達した時点で、ＳＣＡＲＡロボットの運動モデルは較正済みであると見なされる。
【０００４】
９６５号特許に更に記載されている通り、較正技法は特定のカメラを使用することを含み得る。例えば１つの実施例において、基準点は、静止テレビジョンカメラ（すなわちエンドツールの下方の地面に配置される）の表示エリアの中心部とすることができ、このカメラの出力信号を処理して、第１の角度構成から第２の角度構成にリンクを切り換えた場合のカメラの表示エリア中心部からのエンドツールの位置シフトを決定できる。別の実施例では、第２のアーム部がカメラを支えることができ、この技法は最初に、これらのアーム部間で第２の所定の内角が測定される第１の角度構成にアーム部を配置して、第２のアーム部が支えるカメラを固定基準点の直上で中心に配置することができる。次いで、アーム部間で第２の所定の内角に等しい内角が測定される第２の角度構成にアーム部を配置して、ノミナルにカメラを再び基準点の上方で中心に配置する。次いでカメラの出力信号を処理して、アーム部を第１の角度構成から第２の角度構成に切り換えた場合にカメラによって観察された基準点の位置のシフトを決定する。次いで、カメラによって観察された基準点の位置のシフトに従って、カメラの既知の位置の誤差を決定する。これらのステップを、誤差がゼロに近付くまで較正プロセスの一部として繰り返す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
９６５号特許に記載されているような技法はＳＣＡＲＡロボットシステムを較正するために使用できるが、いくつかの用途では、このような技法の利用は望ましくない場合がある（例えば、著しい時間を要する及び／又はいくつかの動作中にＳＣＡＲＡロボットの全ての可能な向きで所望のレベルの精度が得られるわけではない）。このような問題に関する改善を達成できるロボットシステムが望ましい（例えば、ワークピース測定及びその他のプロセス中の位置決定の信頼性、反復性、速度等を増大させるため）。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この概要は、以下で「発明を実施するための形態」において更に記載されるいくつかの概念を簡略化した形態で紹介するために提示する。この概要は、特許請求される主題の重要な特徴を識別することを意図しておらず、特許請求される主題の範囲の決定に役立てるため用いることも意図していない。
【０００７】
多関節ロボット（例えばＳＣＡＲＡロボット）及び補足計測位置座標決定システムを含むロボットシステムが提供される。多関節ロボットは、第１及び第２のアーム部、第１及び第２の回転継手、移動制御システム、並びに位置センサを含む。第１のアーム部は、近位端において第１の回転継手に搭載されている。第１の回転継手は、ｚ軸方向に沿って位置合わせされた回転軸を有し、第１のアーム部が第１の回転継手を中心としてｚ軸に直交するｘｙ面内で移動するようになっている。第２の回転継手は、第１のアーム部の遠位端に位置付けられている。第２の回転継手は、ｚ軸方向に沿ってノミナルに位置合わせされた回転軸を有する。第２のアーム部は、近位端において第２の回転継手に搭載されている。第２のアーム部は、第２の回転継手を中心としてｚ軸にノミナルに直交するｘｙ面内で移動する。移動制御システムは、エンドツール（例えば第２のアーム部の遠位端の近傍に結合されたエンドツール構成の一部としての、タッチプローブ、スキャンプローブ、カメラ等）のエンドツール位置を制御するように構成されている。多関節ロボットに含まれる位置センサ（例えば回転エンコーダ）を用いて第１及び第２の回転継手を中心とした第１及び第２のアーム部の角度位置を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツール位置を制御する。
【０００８】
補足計測位置座標決定システムは、第１の撮像構成、ＸＹスケール、画像トリガ部、及び計測位置座標処理部を含む。第１の撮像構成は第１のカメラを含み、ノミナルでｚ軸に対して平行に位置合わせされた光軸を有し、その光軸に沿った合焦範囲を有する。ＸＹスケールは、ｚ軸に対してノミナルで直交に配置されたノミナルで平面状の基板と、この基板上に分散した複数の撮像可能要素と、を含む。撮像可能要素は、それぞれＸＹスケール上の既知のＸＹスケール座標に位置付けられている。画像トリガ部は、エンドツール位置に関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、第１の撮像トリガ信号を第１の撮像構成に出力するよう構成されている。第１の撮像構成は、第１の撮像トリガ信号の受信に応答して画像取得時点でＸＹスケールのデジタル画像を取得するよう構成されている。計測位置座標処理部は、取得された画像を入力し、ＸＹスケールの取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別するように構成されている。様々な実施例において、ＸＹスケールはインクリメンタルスケール又はアブソリュートスケールとすることができる。
【０００９】
補足計測位置座標決定システムは、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものが第２のアーム部の遠位端の近傍で第２のアーム部に結合されるように構成され、他方のものは、ｚ軸に沿ったＸＹスケールのロケーションが第１の撮像構成の合焦範囲内であるように静止要素に結合されている。ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち静止したものが第１の参照位置を規定する。補足計測位置座標決定システムは更に、取得された画像内の識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、計測位置座標処理部が、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものと第１の参照位置との間の相対位置をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するよう動作可能であるように構成されている。決定された相対位置は、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、画像取得時点におけるエンドツール位置の計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。様々な実施例において、補足計測位置座標決定システムは、決定された相対位置、及び、エンドツール位置とＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものとの間の既知の座標位置オフセットに基づいて、画像取得時点におけるエンドツール位置の計測位置座標を決定するように構成されている。
【００１０】
様々な実施例において、ＸＹスケールは第２のアーム部の遠位端の近傍で第２のアーム部に結合され得る。第１の画像構成は静止要素に結合され得る。様々な実施例において、静止要素は、多関節ロボットの動作可能な作業範囲（work volume）の少なくとも一部よりも上方に配置されたフレームを含み得る。第１の撮像構成は、多関節ロボットの動作可能な作業範囲の一部よりも上方でフレームに固定され得る。
【００１１】
様々な実施例において、ロボットシステムはロボット位置座標モード又は補足計測位置座標モードのいずれかで動作させることができる。ロボット位置座標モードは、多関節ロボットの独立した及び／又は標準的な動作モードに対応し得る（例えば、補足計測位置座標決定システムがアクティブでないか又は他の理由で提供されない場合に多関節ロボットを独立して動作させるモード）。ロボット位置座標モードでは、多関節ロボットの移動及び対応するエンドツール位置は、ロボット精度として規定される精度レベルで（すなわち、多関節ロボットに含まれる位置センサを用いて）制御及び決定される。これに対して補足計測位置座標モードでは、補足計測位置座標決定システムによって、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、画像取得時点におけるエンドツール位置の計測位置座標を示す相対位置を、ロボット精度よりも良好な（例えば、多関節ロボットに含まれる位置センサの精度よりも良好な）精度レベルで決定できる。様々な実施例では、決定された位置情報（例えば、決定された相対位置、エンドツール位置の決定された計測位置座標、及び／又は他の関連する決定された位置情報）を次いで、指定された機能を実行するため（例えばワークピース測定の一部、多関節ロボットの配置制御等として）利用することができる。
【００１２】
多関節ロボットの配置制御に関連する例として、補足計測位置座標モード中、エンドツールの配置を制御するため多関節ロボットに含まれる位置センサを使用せずに、補足計測位置座標決定システムからの出力を移動制御システムにフィードバックするか、又は他の方法で使用して、エンドツールの配置を制御することも可能である。様々な実施例において、ハイブリッド動作を実施できる。ハイブリッド動作では、ロボット移動タイミングの第１の部分の間、多関節ロボットに含まれる位置センサを使用することができる（例えば、初期の／高速の／粗い移動配置の一部としてアーム部の位置及び対応するエンドツール位置を決定／制御するため）。その後、ロボット移動タイミングの第２の部分の間、多関節ロボットの位置センサを使用せずに、補足計測位置座標決定システムの出力（例えば、決定された相対位置又は関連する位置情報）を、移動制御システムにフィードバックするか、又は他の方法で配置を制御するため使用できる（例えば、より高精度の最後の／低速の／細かい移動配置の一部としてアーム部の位置及び対応するエンドツール位置を決定／制御するため）。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】多関節ロボット及び補足計測位置座標決定システムを含むロボットシステムの第１の例示的な実施例のブロック図である。
【図２】第１の撮像構成が静止要素に結合されている、図１のロボットシステムと同様のロボットシステムの第２の例示的な実施例の等角投影図である。
【図３】ＸＹスケールが静止要素に結合されているロボットシステムの第３の例示的な実施例の等角投影図である。
【図４】インクリメンタルＸＹスケールの例示的な実施例の等角投影図である。
【図５】アブソリュートＸＹスケールの例示的な実施例の等角投影図である。
【図６Ａ】多関節ロボット及び補足計測位置座標決定システムを含むロボットシステムを動作させるためのルーチンの例示的な実施例を示すフロー図である。
【図６Ｂ】多関節ロボット及び補足計測位置座標決定システムを含むロボットシステムを動作させるためのルーチンの例示的な実施例を示すフロー図である。
【図７】移動タイミングの第１の部分の間に位置センサを利用し、移動タイミングの第２の部分の間に補足計測位置座標決定システムの決定された相対位置を利用し得る、エンドツール位置を決定するためのルーチンの１つの例示的な実施例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、多関節ロボット１１０及び補足計測位置座標決定システム１５０を含むロボットシステム１００の第１の例示的な実施例のブロック図である。多関節ロボット１１０は、第１及び第２のアーム部１２０及び１３０、第１及び第２の回転継手１２５及び１３５、位置センサＳＥＮ１及びＳＥＮ２、エンドツール構成ＥＴＣＮ、並びにロボット移動制御及び処理システム１４０を含む。第１のアーム部１２０は、第１のアーム部１２０の近位端ＰＥ１において第１の回転継手１２５に搭載されている。第１の回転継手１２５（例えば支持ベース部ＢＳＥの上端に位置付けられている）は、ｚ軸方向に沿って位置合わせされた回転軸ＲＡ１を有し、第１のアーム部１２０が第１の回転継手１２５を中心としてｚ軸に直交するｘｙ面内で移動するようになっている。第１のアーム部１２０の遠位端ＤＥ１に第２の回転継手１３５が位置付けられている。第２の回転継手１３５は、ｚ軸方向に沿ってノミナルに位置合わせされた回転軸ＲＡ２を有する。第２のアーム部１３０は、第２のアーム部１３０の近位端ＰＥ２において第２の回転継手１３５に搭載されて、第２のアーム部１３０が第２の回転継手１３５を中心としてｚ軸にノミナルに直交するｘｙ面内で移動するようになっている。様々な実施例において、第１及び第２の回転継手１２５及び１３５を中心とした第１及び第２のアーム部１２０及び１３０の角度位置（すなわちｘｙ面内）をそれぞれ決定するため、位置センサＳＥＮ１及びＳＥＮ２（例えば回転エンコーダ）を利用することができる。
【００１５】
様々な実施例において、エンドツール構成ＥＴＣＮは、Ｚ移動機構ＺＭＭ、Ｚアーム部ＺＡＲＭ、位置センサＳＥＮ３、及び、エンドツールＥＴＬに結合するエンドツール結合部ＥＴＣＰを含むことができる。様々な実施例において、エンドツールＥＴＬは、エンドツール検知部ＥＴＳＮと、（例えばワークピースＷＰの表面に接触するための）接点ＣＰを備えたエンドツールスタイラスＥＴＳＴと、を含むことができる。Ｚ移動機構ＺＭＭは、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍に位置付けられている。Ｚ移動機構ＺＭＭ（例えばリニアアクチュエータ）は、Ｚアーム部ＺＡＲＭをｚ軸方向で上下に移動させるように構成されている。いくつかの実施例において、Ｚアーム部ＺＡＲＭは、ｚ軸方向に平行な軸を中心として回転するよう構成することも可能である。いずれの場合であっても、エンドツールＥＴＬは、エンドツール結合部ＥＴＣＰに結合され、対応する座標（例えばｘ座標、ｙ座標、及びｚ座標）を持つ対応するエンドツール位置ＥＴＰを有する。様々な実施例において、エンドツール位置ＥＴＰは、Ｚアーム部ＺＡＲＭの遠位端ＤＥ３に対応するか又は遠位端ＤＥ３の近傍とすることができる（例えば、エンドツール結合部ＥＴＣＰにあるか又はその近傍にある）。
【００１６】
移動制御システム１４０は、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツールＥＴＬのエンドツール位置ＥＴＰを制御するように構成されている。より具体的には、移動制御システム１４０は概して、少なくとも部分的に、位置センサＳＥＮ１及びＳＥＮ２を用いて第１及び第２の回転継手１２５及び１３５を中心とした第１及び第２のアーム部１２０及び１３０の角度位置（すなわちｘｙ面内）を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度でエンドツール位置ＥＴＰのｘ座標及びｙ座標を制御するように構成されている。様々な実施例において、移動制御及び処理システム１４０は第１及び第２の回転継手制御及び検知部１４１及び１４２を含むことができ、これらは、第１及び第２のアーム部１２０及び１３０の角度位置を検知するため位置センサＳＥＮ１及びＳＥＮ２からそれぞれ信号を受信する、及び／又は第１及び第２のアーム部１２０及び１３０を回転させるため第１及び第２の回転継手１２５及び１３５における制御信号を（例えばモータ等に）提供することができる。
【００１７】
更に、移動制御システム１４０は概して、少なくとも部分的に、Ｚ移動機構ＺＭＭ及び位置センサＳＥＮ３を用いてＺアーム部ＺＡＲＭの線形位置（すなわちｚ軸に沿った）を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度でエンドツール位置ＥＴＰのｚ座標を制御するように構成されている。様々な実施例において、移動制御及び処理システム１４０はＺ移動機構制御及び検知部１４３を含むことができ、これは、Ｚアーム部ＺＡＲＭの線形位置を検知するため位置センサＳＥＮ３から信号を受信する、及び／又はＺアーム部ＺＡＲＭのｚ位置を制御するためＺ移動機構ＺＭＭ（例えばリニアアクチュエータ）に制御信号を提供できる。
【００１８】
また、移動制御及び処理システム１４０は、エンドツール検知部ＥＴＳＮから信号を受信することができる。様々な実施例において、エンドツール検知部ＥＴＳＮは、ワークピースＷＰを検知するためのエンドツールＥＴＬの動作に関連した回路及び／又は構成を含み得る。以下で更に詳しく記載されるように、様々な実施例において、エンドツールＥＴＬ（例えばタッチプローブ、スキャンプローブ、カメラ等）は、ワークピースＷＰ上の表面ロケーション／位置／ポイントに接触するため又は他の方法でそれらを検知するために利用され、これに対応した様々な信号がエンドツール検知部ＥＴＳＮによって受信、決定、及び／又は処理され、エンドツール検知部ＥＴＳＮは対応する信号を移動制御及び処理システム１４０に提供することができる。様々な実施例において、移動制御及び処理システム１４０はエンドツール制御及び検知部１４４を含むことができ、これは、エンドツール検知部ＥＴＳＮに制御信号を提供する及び／又はエンドツール検知部ＥＴＳＮから検知信号を受信することができる。様々な実施例において、エンドツール制御及び検知部１４４及びエンドツール検知部ＥＴＳＮはマージされる及び／又は区別できない場合がある。様々な実施例において、第１及び第２の回転継手制御及び検知部１４１及び１４２、Ｚ移動機構制御及び検知部１４３、並びにエンドツール制御及び検知部１４４は全て、ロボット位置処理部１４５に出力を提供する及び／又はロボット位置処理部１４５から制御信号を受信することができる。ロボット位置処理部１４５は、ロボット移動制御及び処理システム１４０の一部として、多関節ロボット１１０及び対応するエンドツール位置ＥＴＰの全体的な配置を制御及び／又は決定できる。
【００１９】
様々な実施例において、補足計測位置座標決定システム１５０は、多関節ロボット１１０と共に含めるか又は他の方法で多関節ロボット１１０に追加することができる（例えば、既存の多関節ロボット１１０に追加するための改造構成の一部として等）。一般に、補足計測位置座標決定システム１５０は、エンドツール位置ＥＴＰの決定における精度レベルを改善するために利用できる。より具体的には、以下で更に詳しく記載されるように、補足計測位置座標決定システム１５０を用いて、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を示す相対位置をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定することができる。
【００２０】
図１に示されているように、補足計測位置座標決定システム１５０は、第１の撮像構成１６０、ＸＹスケール１７０、画像トリガ部１８１、及び計測位置座標処理部１９０を含む。第１の撮像構成１６０は静止要素ＳＴＥに結合されている。様々な実施例において、静止要素ＳＴＥは、多関節ロボット１１０の動作可能な作業範囲ＯＰＶの少なくとも一部よりも上方に配置されたフレームを含むことができ、第１の撮像構成１６０は、動作可能な作業範囲ＯＰＶの一部よりも上方でフレームに固定されている。様々な実施例において、静止要素ＳＴＥは、静止要素ＳＴＥを多関節ロボット１１０に対して固定ロケーションに（例えば固定の位置及び／又は向きで）維持するための１つ以上の構造支持要素ＳＳＰ（例えば床や天井等から延出している）を含み得る。
【００２１】
第１の撮像構成１６０は第１のカメラＣＡＭ１を含み、ノミナルでｚ軸に対して平行に位置合わせされた光軸ＯＡ１を有する。なお、本明細書で用いる場合、「ノミナルで（nominally）」という用語は、１つ以上のパラメータの許容可能公差内に収まるばらつきを包含する。第１の撮像構成１６０は、光軸ＯＡ１に沿った有効合焦範囲ＲＥＦＰを有する。様々な実施例において、範囲ＲＥＦＰは第１及び第２の有効合焦位置ＥＦＰ１及びＥＦＰ２によって画定できる。これについては以下で更に詳しく記載する。所与の時点で、第１の撮像構成１６０は、範囲ＲＥＦＰ内に収まる有効合焦位置ＥＦＰを有する。可変焦点距離（ＶＦＬ）レンズが使用される実施例では、範囲ＲＥＦＰはＶＦＬレンズの合焦範囲に対応し得る。
【００２２】
様々な実施例において、使用されるＶＦＬレンズは可変音響式屈折率分布型（ＴＡＧ：tunable acoustic gradient index of refraction）レンズとすることができる。このようなＴＡＧレンズの一般的な動作に関して、様々な実施例では、レンズ制御部（例えば第１の撮像構成制御及び画像処理部１８０に含まれる）は、迅速にＴＡＧレンズの光学パワーを周期的に調整又は変調して、２５０ｋＨｚ、又は７０ｋＨｚ、又は３０ｋＨｚ等の（すなわちＴＡＧレンズ共振周波数の）周期的変調が可能な高速ＴＡＧレンズを達成することができる。このような構成において、第１の撮像構成１６０の有効合焦位置ＥＦＰを、範囲ＲＥＦＰ（例えば自動合焦サーチ範囲）内で（迅速に）移動させることができる。有効合焦位置ＥＦＰ１（又はＥＦＰｍａｘ）はＴＡＧレンズの最大光学パワーに対応し、有効合焦位置ＥＦＰ２（又はＥＦＰｍｉｎ）はＴＡＧレンズの負の最大光学パワーに対応し得る。様々な実施例において、範囲ＲＥＦＰの中央はＥＦＰｎｏｍと示され、ＴＡＧレンズのゼロの光学パワーに対応し得る。
【００２３】
様々な実施例では、このようなＶＦＬレンズ（例えばＴＡＧレンズ）及び対応する範囲ＲＥＦＰを好都合に選択することで、この構成は、有効合焦位置ＥＦＰを変更するための第１の撮像構成１６０の巨視的機械的調整及び／又はコンポーネント間の距離の調整の必要性を限定又は排除することができる。例えば、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２において未知の量の傾斜又は「たるみ（sag）」が発生する可能性のある実施例（例えば、第１及び第２のアーム部１２０及び１３０の重さ及び／又は特定の向き等のため）では、第１の撮像構成１６０からＸＹスケール１７０までの精密な合焦距離は未知である及び／又はアームの異なる向き等では変動する可能性がある。このような構成では、有効合焦位置ＥＦＰをスキャンするか又は他の方法で調整してＸＹスケール１７０を特定し正確に合焦を行うＶＦＬレンズを利用することが望ましい場合がある。
【００２４】
様々な実施例において、ＸＹスケール１７０は、ｚ軸に対してノミナルで直交に配置されたノミナルで平面状の基板ＳＵＢ、及び基板ＳＵＢ上に分散した複数の撮像可能要素を含む。撮像可能要素はそれぞれ、ＸＹスケール１７０上の既知のｘ及びｙスケール座標に位置付けられている。様々な実施例において、ＸＹスケール１７０はインクリメンタルスケール又はアブソリュートスケールとすることができる。これについては以下で図４及び図５を参照して更に詳しく記載する。
【００２５】
様々な実施例において、画像トリガ部１８１及び／又は計測位置座標処理部１９０は、外部制御システムＥＣＳの一部として（例えば外部コンピュータ等の一部として）含めることができる。画像トリガ部１８１は、第１の撮像構成制御及び画像処理部１８０の一部として含めることができる。様々な実施例において、画像トリガ部１８１は、エンドツール位置ＥＴＰに関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、この少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、更に、この第１の撮像トリガ信号を第１の撮像構成１６０に出力するよう構成されている。様々な実施例において、第１の撮像構成１６０は、第１の撮像トリガ信号の受信に応答して、画像取得時点でＸＹスケール１７０のデジタル画像を取得するよう構成されている。様々な実施例において、計測位置座標処理部１９０は、取得された画像を入力し、ＸＹスケール１７０の取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別するように構成されている。様々な実施例において外部制御システムＥＣＳは、対応するモードを実施するため、標準ロボット位置座標モード部１４７及び補足計測位置座標モード部１９２も含むことができる。これらについては以下で更に詳しく記載する。
【００２６】
様々な実施例において、第１の撮像構成１６０は、カメラＣＡＭ１の画像積分を定期的に（例えば設定されたタイミング間隔で）活性化するコンポーネント（例えばサブ回路、ルーチン等）を含むことができ、第１の撮像トリガ信号が、ストロボ光タイミング又は事実上移動を止めると共に対応して積分期間内の露光を決定する他の機構を活性化できる。このような実施例では、積分期間中に第１の撮像トリガ信号が受信されない場合、得られる画像を破棄することができ、積分期間中に第１の撮像トリガ信号が受信された場合、得られる画像をセーブする及び／又は他の方法で処理／解析して相対位置を決定することができる。これについては以下で更に詳しく記載する。
【００２７】
様々な実施例において、異なるタイプのエンドツールＥＴＬは、画像トリガ部１８１に対して使用され得る異なるタイプの出力を提供できる。例えば、エンドツールＥＴＬがタッチプローブであり、ワークピースを測定するため使用され、ワークピースに触れるとタッチ信号を出力する実施例では、画像トリガ部１８１は、そのタッチ信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力し、それに基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定するように構成できる。別の例として、エンドツールＥＴＬがスキャンプローブであり、ワークピースを測定するため使用され、各サンプルタイミング信号に対応した各ワークピース測定サンプルデータを与える実施例では、画像トリガ部１８１は、その各サンプルタイミング信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力するように構成できる。別の例として、エンドツールＥＴＬがカメラであり、各ワークピース画像取得信号に対応した各ワークピース測定画像を与えるために使用される場合、画像トリガ部１８１は、そのワークピース画像取得信号又はそれから導出された信号を少なくとも１つの入力信号として入力するように構成できる。
【００２８】
図１の例示的な実施例において、補足計測位置座標決定システム１５０は、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍で第２のアーム部１３０に結合されたＸＹスケール１７０と、静止要素ＳＴＥ（例えば多関節ロボット１１０よりも上方に配置されたフレーム）に結合されると共に第１の参照位置ＲＥＦ１を規定する第１の撮像構成１６０と、を用いて構成されている。代替的な実施例（例えば、以下で図３を参照して更に詳しく記載する）では、補足計測位置座標決定システムは、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍で第２のアーム部１３０に結合された第１の撮像構成１６０と、静止要素ＳＴＥに結合されると共に第１の参照位置ＲＥＦ１を規定するＸＹスケール１７０と、を用いて構成されている。
【００２９】
いずれの場合であっても、以下で更に詳しく記載するように、ｚ軸に沿ったＸＹスケール１７０のロケーションは第１の撮像構成１６０の合焦範囲内であり（例えば、合焦位置はＶＦＬレンズ又は他のものによって調整できる）、補足計測位置座標決定システム１５０は、取得した画像内で識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、計測位置座標処理部１９０が、ＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０のうち可動のものと第１の参照位置ＲＥＦ１との間の相対位置（例えばｘ座標及びｙ座標を含む）をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するよう動作可能であるように構成されている。決定された相対位置は、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、画像取得時点におけるエンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。様々な実施例において、補足計測位置座標決定システム１５０は、決定された相対位置、及び、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール１７０又は第１の撮像構成１６０のうち可動のものとの間の既知の座標位置オフセット（ｘ及びｙ座標オフセット）に基づいて、画像取得時点におけるエンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するように構成できる。このようなシステムが種々の代替的なシステムよりも優れたいくつかの利点を有し得ることは認められよう。例えば様々な実施例において、本明細書に開示されるようなシステムは、ロボット移動／位置を追跡するためにレーザトラッカ又は写真測量法のような技術を利用する代替的なシステムに比べて、小型である及び／又は低費用である可能性があり、更に、いくつかの実施例では精度が高い可能性もある。また、開示されるシステムは、動作可能な作業範囲ＯＰＶのどの部分も占有したり覆い隠したりしないが、代替的なシステムは、同一エリア（例えば動作可能な作業範囲）内の地上もしくはステージ上、又はワークピースに作業及び／又は検査等を行う可能性のある他の場所に、スケール又は基準を含むことがある。
【００３０】
図２は、第１の撮像構成１６０が静止要素ＳＴＥ（例えば図１の静止要素ＳＴＥ）に結合されている、図１のロボットシステム１００と同様のロボットシステム２００の第２の例示的な実施例の等角投影図である。図２のいくつかの番号を付けたコンポーネント（例えば１ＸＸ又は２ＸＸ）は、図１の同一又は同様の番号を付けたコンポーネント（例えば１ＸＸ）に対応する及び／又はそれらと同様の動作を有し、それらと同様又は同一であると理解することができ、他の場合は類推によって及び以下で記載するように理解され得ることは認められよう。同様の及び／又は同一の設計及び／又は機能を有する要素を示すこの番号付けスキームは、以下の図３から図５にも適用される。
【００３１】
図２の構成（すなわち図１の構成と同様）において、ＸＹスケール１７０は、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍で第２のアーム１３０に結合されている。様々な実施例では、図１を参照して上述したように、第１の撮像構成１６０が結合されている静止要素ＳＴＥは、多関節ロボット１１０よりも上方に配置されたフレームを含み得る。様々な実施例において、多関節ロボット１１０のコンポーネントのいくつかの移動、座標、及び軸に言及するため、異なる参照軸及び参照線を指定することがある。例えば、第１及び第２のアーム部１２０及び１３０には、各アーム部の中心を通る水平方向の中央線ＣＬ１及びＣＬ２を指定できる。第１のアーム部１２０の中央線ＣＬ１とｘｚ面との間に生じる（例えば第１の回転軸ＲＡ１を中心とした第１の回転継手１２５の回転量に応じた）角度Ａ１を指定できる。第１のアーム部１２０の水平方向の中央線ＣＬ１と第２のアーム部１３０の水平方向の中央線ＣＬ２との間に生じる（例えば第２の回転軸ＲＡ２を中心とした第２の回転継手１３５の回転量に応じた）角度Ａ２を指定できる。
【００３２】
様々な実施例において、エンドツール構成ＥＴＣＮは、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍で第２のアーム部１３０に結合し、第２のアーム部１３０の中央線ＣＬ２とノミナルに交差するエンドツールＥＴＬのエンドツール軸ＥＡを有することを指定できる。エンドツール軸ＥＡは、概ね回転軸ＲＡ２及びｚ軸に平行であると仮定できる。様々な実施例において、エンドツール軸ＥＡはエンドツール位置ＥＴＰを通り、ＸＹスケール１７０からの既知の座標位置オフセット（すなわちｘ座標及びｙ座標）を有する。これに応じて、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール１７０との間には既知の座標位置オフセットが存在し得る。例えばＸＹスケール１７０は、（例えばＸＹスケール１７０の中心又はエッジに）指定された参照点を有することができ、これはエンドツール軸ＥＡから、従ってエンドツール位置ＥＴＰから、ｘｙ面内の既知の座標位置オフセット（例えば既知の距離）を有する。様々な実施例において、このような既知の座標位置オフセットは、既知のｘオフセット及び既知のｙオフセットで表現することができる。
【００３３】
様々な実施例において、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール１７０との間の既知の座標位置オフセットは、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するためのプロセスの一部として利用できる。更に具体的には、上述のように、補足計測位置座標決定システム１５０は、取得した画像内で識別された（すなわちＸＹスケール１７０の）少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、計測位置座標処理部１９０が、ＸＹスケール１７０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止した第１の撮像構成１６０によって規定される）との間の相対位置を決定するよう動作可能であるように構成できる。補足計測位置座標決定システム１５０は更に、決定された相対位置、及び、エンドツール位置ＥＴＰと可動ＸＹスケール１７０との間の既知の座標位置オフセットに基づいて、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するように構成できる。１つの具体的な例示の実施例では、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するため、既知の座標位置オフセット（例えば既知のｘオフセット及びｙオフセットで表現される）を、決定された相対位置に追加するか又は他の方法でこれと組み合わせることができる。
【００３４】
１つの具体的な例示の位置座標構成として、ＸＹスケール１７０は、参照位置（例えば原点位置）を、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０に有する（例えば原点位置では０、０、０の値を有し得る）ことを指定できる。このような構成では、参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止した第１の撮像構成１６０によって規定される）は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１に存在し、対応する視野ＦＯＶ１（例えば取得された画像に対応する）の中心は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０に存在し得る。ＸＹスケール１７０から延出するｘｙ面内のエンドツール軸ＥＡのロケーションは、相対座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ０を有すると指定できる。エンドツール位置ＥＴＰは座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２を有すると指定できる。様々な実施例において、エンドツールＥＴＬは、座標Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３を有すると指定できる接点ＣＰ（例えばワークピースに接触するためエンドツールスタイラスＥＴＳＴの端部にある）を有し得る。エンドツールＥＴＬの接点ＣＰがエンドツールの残り部分に対してｘ方向又はｙ方向に変動しない実施例では、Ｘ３及びＹ３座標はそれぞれＸ２及びＹ２座標に等しい可能性がある。
【００３５】
１つの具体的な例示の実施例では、取得された画像を計測位置座標処理部１９０によって解析して相対位置を決定することができる（例えば、静止した第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶ１の中心に対応するＸ１、Ｙ１座標を決定する）。このような決定は、（例えばスケールに対するカメラのロケーションを決定するための）標準的なカメラ／スケール画像処理技法に従って実行できる。このような技法の様々な例が、米国特許第６，７８１，６９４号、第６，９３７，３４９号、第５，７９８，９４７号、第６，２２２，９４０号、及び第６，６４０，００８号に記載されている。様々な実施例では、このような技法を用いて、スケール範囲内（例えばＸＹスケール１７０内）の視野のロケーション（例えばカメラの位置に対応している）を決定できる。これについては以下で図４及び図５を参照して更に詳しく記載する。様々な実施例において、このような決定は、ＸＹスケール１７０の取得された画像内に含まれる少なくとも１つの各撮像可能要素及びそれに関連した各既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別することを含み得る。このような決定は、ＸＹスケール１７０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止した第１の撮像構成１６０によって規定される）との間の相対位置を決定することに対応し得る。次いで、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール１７０との間の既知の座標位置オフセットに従って、相対Ｘ２、Ｙ２座標（すなわちエンドツール位置ＥＴＰの）を決定することができる（例えば、Ｘ２及びＹ２を決定するためＸ１及びＹ１にｘ及びｙ位置オフセット値を加える）。
【００３６】
様々な実施例において、補足計測位置座標決定システム１５０は、１つ以上の追加の撮像構成を更に含み得る。例えば図２に示されているように、補足計測位置座標決定システム１５０は、第２のカメラＣＡＭ２及びノミナルでｚ軸に対して平行に位置合わせされた光軸ＯＡ２を有する第２の撮像構成１６０’を含むことができる。第２の撮像構成１６０’は、第２の参照位置ＲＥＦ２（例えば相対座標Ｘ１’、Ｙ１’、及びＺ１を有する）を規定できる。第２の撮像構成１６０’は、その光軸ＯＡ２に沿って有効合焦範囲ＲＥＦＰを有し得る。このような構成において、画像トリガ部１８１は更に、エンドツール位置ＥＴＰに関連した少なくとも１つの入力信号を入力し、この少なくとも１つの入力信号に基づいて第２の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、更に、この第２の撮像トリガ信号を第２の撮像構成１６０’に出力するよう構成できる。様々な実施例において、第２の撮像構成１６０’は、第２の撮像トリガ信号の受信に応答して、画像取得時点でＸＹスケール１７０のデジタル画像を取得するように構成できる。計測位置座標処理部１９０は更に、取得された画像を入力し、ＸＹスケール１７０の取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別するように構成できる。
【００３７】
様々な実施例において、計測位置座標処理部１９０は、取得した画像内で識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、ＸＹスケール１７０と第２の参照位置ＲＥＦ２との間の相対位置をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するように動作可能である。このような実施例において、決定された相対位置は、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、画像取得時点におけるエンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。
【００３８】
様々な実施例において、画像トリガ部１８１に入力される少なくとも１つの入力信号は、移動制御システム１４０から導出された１つ以上の信号を含む。このような構成において、画像トリガ部１８１は、移動制御システム１４０から導出された１つ以上の信号に基づいて、ＸＹスケール１７０が第１の撮像構成１６０又は第２の撮像構成１６０’のどちらと位置合わせされているかを判定するように構成できる。ＸＹスケール１７０が第１の撮像構成１６０と位置合わせされていると判定された場合（例えば、ＸＹスケール１７０の充分な部分が第１の撮像構成１６０によって撮像されるようになっている）、画像トリガ部１８１は第１の撮像トリガ信号を出力するように構成されている。これに対して、ＸＹスケール１７０が第２の撮像構成１６０’と位置合わせされていると判定された場合（例えば、ＸＹスケール１７０の充分な部分が第２の撮像構成１６０’によって撮像されるようになっている）、画像トリガ部１８１は第２の撮像トリガ信号を出力するように構成されている。
【００３９】
図３は、ＸＹスケール１７０が静止要素ＳＴＥに結合されていると共に第１の参照位置ＲＥＦ１を規定する、ロボットシステム３００の第３の例示的な実施例の等角投影図である。図３の構成において、第１の撮像構成１６０は、第２のアーム部１３０の遠位端ＤＥ２の近傍で第２のアーム部１３０に結合されている。様々な実施例において、エンドツール軸ＥＡは、第１の撮像構成１６０からの既知の座標位置オフセット（すなわちｘ及びｙ座標）を有する。これに応じて、エンドツール位置ＥＴＰと第１の撮像構成１６０との間には既知の座標位置オフセットが存在し得る。例えば第１の撮像構成１６０は、（例えば第１の撮像構成１６０の中心に）指定された参照点を有することができ、これはエンドツール軸ＥＡから、従ってエンドツール位置ＥＴＰから、ｘｙ面内の既知の座標位置オフセット（例えば既知の距離）を有する。様々な実施例において、このような既知の座標位置オフセットは、既知のｘオフセット及び既知のｙオフセットで表現することができる。
【００４０】
様々な実施例において、エンドツール位置ＥＴＰと第１の撮像構成１６０との間の既知の座標位置オフセットは、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するためのプロセスの一部として利用できる。更に具体的には、上述のように、補足計測位置座標決定システム１５０は、取得した画像内で識別された（すなわちＸＹスケール１７０の）少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、計測位置座標処理部１９０が、第１の撮像構成１６０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止したＸＹスケール１７０によって規定される）との間の相対位置を決定するよう動作可能であるように構成できる。補足計測位置座標決定システム１５０は更に、決定された相対位置、及び、エンドツール位置ＥＴＰと可動の第１の撮像構成１６０との間の既知の座標位置オフセットに基づいて、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するように構成できる。１つの具体的な例示の実施例では、エンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標を決定するため、既知の座標位置オフセット（例えば既知のｘオフセット及びｙオフセットで表現される）を、決定された相対位置に追加するか又は他の方法で組み合わせることができる。
【００４１】
１つの具体的な例示の位置座標構成において、ＸＹスケール１７０は、参照位置ＲＥＦ１（例えば原点位置）を、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０に有する（例えば原点位置では０、０、０の値を有し得る）ことを指定できる。第１の撮像構成１６０は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１のロケーションに存在し、対応する視野ＦＯＶ１（例えば取得した画像内でキャプチャされる）の中心は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０に存在し得る。第１の撮像構成１６０から延出するｘｙ面内のエンドツール軸ＥＡのロケーションは、相対座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ１を有すると指定できる。エンドツール位置ＥＴＰは座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２を有すると指定できる。様々な実施例において、エンドツールＥＴＬは、座標Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３を有すると指定できる接点ＣＰ（例えばワークピースに接触するためエンドツールスタイラスＥＴＳＴの端部にある）を有し得る。エンドツールＥＴＬの接点ＣＰがエンドツールの残り部分に対してｘ方向又はｙ方向に変動しない実施例では、Ｘ３及びＹ３座標はそれぞれＸ２及びＹ２座標に等しい可能性がある。
【００４２】
様々な実施例において、図３のロボットシステム３００は、図２のロボットシステム２００に比べていくつかの異なる設計上の検討事項及び態様を有し得る（例えば、それぞれ第１及び第２のアーム部１２０及び１３０の遠位端ＤＥ１及びＤＥ２で生じ得る垂直方向の変位又はたるみに関連して）。このような変位又はたるみが（例えばアーム部や撮像構成１６０等の重さ及び／又は異なる向き等のため）生じ得る実施例では、これに応じて第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶがシフトすることに関連して、図３のロボットシステム３００では特に望ましくない効果が発生し得る。より具体的には、そのような垂直方向の変位又はたるみは、ＸＹスケール１７０（すなわち静止要素ＳＴＥに取り付けられている）上の視野ＦＯＶのロケーションに比較的大きいシフト／変化を引き起こし、その結果、決定された相対位置及び対応するエンドツール位置ＥＴＰの計測位置座標に比較的大きい誤差が発生する恐れがある。このような問題のため、いくつかの実施例では、図２のロボットシステム２００の構成が図３のロボットシステム３００よりも優れた利点を有すると考えられる。
【００４３】
図４は、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａの例示的な実施例の等角投影図である。図４に示されているように、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａは均等に離間された増分撮像可能要素ＩＩＦのアレイを含む。様々な実施例において、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａは１００ミクロンよりも小さい周期を有し得る（例えば、ｘ軸及びｙ軸に沿った増分撮像可能要素ＩＩＦ間の周期的間隔ＸＳＰ１及びＹＳＰ１はそれぞれ１００ミクロン未満とすることができる）。様々な実施例において、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａを用いて決定される位置情報は、少なくとも１０ミクロンの精度を有し得る。いくつかの実施例では約１００ミクロンであるロボット精度に対して、このようなＸＹスケール１７０Ａを用いて決定される精度はそのロボット精度の少なくとも１０倍とすることができる。１つの具体的な例示の実施例において、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａは約１０ミクロンよりも高い周期性を有し、第１の撮像構成１６０の倍率が約１であり内挿が１０倍で実行される場合、約１ミクロンの精度を達成できる。このような構成は、約１００ミクロンのロボット精度の約１００倍の精度向上を与える。
【００４４】
様々な実施例において、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａ内の第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶのロケーションは、ＸＹスケール１７０Ａと第１の参照位置ＲＥＦ１との間の相対位置の指示を与えることができる。様々な実施例において、第１の撮像構成１６０をインクリメンタルＸＹスケール１７０Ａと組み合わせて、カメラ／スケール画像処理構成の一部として利用できる。例えば計測位置座標処理部１９０は、カメラ／スケール画像処理技法の技術において既知のように（例えば本願に含まれる前述の引用文献に記載されているように）、取得された画像内のＸＹスケール１７０Ａの部分で示されるインクリメンタルＸＹスケール１７０Ａ内の視野ＦＯＶの位置に基づいて、ＸＹスケール１７０Ａと第１の参照位置ＲＥＦ１との間の相対増分位置を決定できる。様々な実施例において、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａは視野ＦＯＶに対して様々な大きさとすることができる（例えば、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａは視野ＦＯＶの少なくとも４倍、１０倍、２０倍等とすればよい）。
【００４５】
様々な実施例において、ＸＹスケール１７０Ａによって示される増分位置を、多関節ロボット１１０からの位置情報と組み合わせて、比較的精密な及び／又は絶対的な位置を決定することができる。例えば、多関節ロボット１１０のセンサＳＥＮ１及びＳＥＮ２（例えば回転エンコーダ）はエンドツール位置ＥＴＰをロボット精度で示すことができ、ＸＹスケール１７０Ａによって示された増分位置を用いてこの決定されたエンドツール位置ＥＴＰを更に改善することで、ロボット精度よりも高い精度が得られる。１つのそのような実施例では、計測位置座標処理部１９０は、取得された画像内の１つ以上の撮像可能要素ＩＦＦの画像位置に基づいて、更に、画像取得時点に対応して移動制御システム１４０から導出された関節ロボット位置データに基づいて、ＸＹスケール１７０Ａの取得された画像に含まれる１つ以上の撮像可能要素ＩＩＦを識別するように構成できる。
【００４６】
そのような構成において、ＸＹスケール１７０Ａの各撮像可能要素ＩＦＦは、ロボット精度内で許される最大位置誤差よりも大きい距離だけ相互に等間隔で離間するように基板上に分散させた同様の撮像可能要素ＩＦＦのセットを含み得る。図４に示されているように、撮像可能要素ＩＦＦは、代表的な撮像可能要素ＩＦＦを取り囲む円で表されている最大位置誤差ＭＰＥよりも大きく（例えば間隔ＸＳＰ１及びＹＳＰ１で）離間されている。このような構成において、位置決定のためのロボット精度は、撮像可能要素ＩＦＦ間の間隔よりも大きい精度でロケーションを決定するためには充分であることは認められよう。更に具体的には、様々な実施例において、ＸＹスケール１７０Ａ上の単一の撮像可能要素ＩＦＦは（すなわち、撮像可能要素は全てスケール全体の均等な間隔に従ってＸＹスケール１７０Ａ上の既知のｘ及びｙ計測位置座標に存在する）、このように、２つの撮像可能要素ＩＦＦが相互に混同されないよう充分な精度で多関節ロボット位置データによって識別できる。このような構成では、次いで、取得された画像内の単一の撮像可能要素ＩＦＦのロケーションを用いてエンドツール位置ＥＴＰを更に改善し、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のエンドツール位置ＥＴＰのｘ及びｙ計測位置座標についてロボット精度よりも高い精度を得ることができる。
【００４７】
図２を参照して上述したように、１つの具体的な例示の実施例において、ＸＹスケール１７０Ａは、参照位置（例えば原点位置）を、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０に有する（例えば原点位置では０、０、０の値を有し得る）ことを指定できる。このような構成において、参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止した第１の撮像構成１６０によって規定される）は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１に存在し、対応する視野ＦＯＶ（例えば取得した画像内でキャプチャされる）の中心は相対座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０に存在し得る。ＸＹスケール１７０から延出するｘｙ面内のエンドツール軸ＥＡのロケーションは、相対座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ０を有すると指定できる。エンドツール位置ＥＴＰは座標Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２を有すると指定できる。
【００４８】
動作中、取得された画像を計測位置座標処理部１９０によって解析して、静止した第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶ１の中心に対応するＸ１、Ｙ１座標を決定することができる。様々な実施例において、このような決定は、スケール範囲内（例えばＸＹスケール１７０Ａ内）の視野のロケーション（例えばカメラのロケーションに対応している）を決定するための標準的なカメラ／スケール画像処理技法に従って実行できる。標準的なカメラ／スケール画像処理技法に従って、そのような決定を行うために、参照位置／原点位置Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０が視野ＦＯＶ内にある必要はないことは認められよう（すなわち、相対位置は、均等に離間した増分撮像可能要素ＩＩＦを含むスケール要素によって部分的に与えられるＸＹスケール１７０Ａに沿った任意のロケーションのスケール情報から決定できる）。様々な実施例において、このような決定は、ＸＹスケール１７０の取得された画像内に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素、及びそれに関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別することを含み得る。このような決定は、ＸＹスケール１７０と第１の参照位置ＲＥＦ１（すなわち静止した第１の撮像構成１６０によって規定される）との相対位置を決定することに対応し得る。次いで、エンドツール位置ＥＴＰとＸＹスケール１７０との間の既知の座標位置オフセットに従って、相対Ｘ２、Ｙ２座標（すなわちエンドツール位置ＥＴＰの）を決定することができる（例えば、Ｘ２及びＹ２を決定するためＸ１及びＹ１にｘ及びｙ位置オフセット値を加える）。
【００４９】
多関節ロボット１１０からの位置情報をＸＹスケール１７０Ａで示された増分位置情報と組み合わせて比較的精密な及び／又は絶対的な位置を決定する具体例は以下の通りである。図４に示されているように、取得された画像は、視野ＦＯＶの中心が４つの増分撮像可能要素ＩＩＦの中央にあることを示し得るが、ＸＹスケール１７０のどの特定の４つの増分撮像可能要素ＩＩＦが画像内に含まれるかは示さない可能性がある。多関節ロボット１１０からの位置情報は、ＸＹスケール１７０Ａの特定の４つの増分撮像可能要素ＩＩＦを識別できるそのような情報を与えるのに充分な精度を有し得る（例えば、各撮像可能要素ＩＦＦを一意に識別できるように、撮像可能要素ＩＦＦが代表的な円形エリアＭＰＥで表される最大位置誤差よりも大きく離間している上述の原理に部分的に基づく）。次いで、取得された画像を計測位置座標処理部１９０によって解析して、ＸＹスケールのそのセクション（すなわち特定の４つの増分撮像可能要素ＩＩＦを含む）内のどこに視野の中心（すなわち座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０）があるかを精密に決定できる。次いで、（例えば対応してエンドツール位置ＥＴＰのＸ２及びＹ２座標を決定するため）このプロセスは上述のように継続することができる。
【００５０】
図５は、アブソリュートＸＹスケール１７０Ｂの例示的な実施例の等角投影図である。図５の例では、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ａと同様に、アブソリュートＸＹスケール１７０Ｂは均等に離間した増分撮像可能要素ＩＩＦのアレイを含み、更に、一意の識別可能パターン（例えば１６ビットパターン）を有する絶対撮像可能要素ＡＩＦのセットも含む。動作中、アブソリュートＸＹスケール１７０Ｂ内の第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶ（すなわちキャプチャした画像に含まれる）のロケーションは、ＸＹスケール１７０Ｂと第１の参照位置ＲＥＦ１との間の絶対位置の指示を与える。図５の実施例において、絶対撮像可能要素ＡＩＦのセットは、第１の撮像構成１６０の視野ＦＯＶの直径方向の距離よりも小さい距離だけ（例えば間隔ＸＳＰ２及びＹＳＰ２で）離間するように基板上に分散している（すなわち、少なくとも１つの絶対撮像可能要素ＡＩＦが常に視野内に含まれるようになっている）。動作中、計測位置座標処理部１９０は、ＸＹスケール１７０Ｂの取得された画像に含まれる少なくとも１つの絶対撮像可能要素ＡＩＦを、各絶対撮像可能要素ＡＩＦの一意の識別可能パターンに基づいて識別するように構成されている。このような実施例は、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のエンドツール位置ＥＴＰのｘ及びｙ計測位置座標について、ロボット精度よりも良好な精度でエンドツール位置ＥＴＰを示す絶対位置を独立して決定できることは認められよう（例えば、インクリメンタルＸＹスケール１７０Ｂとは異なり、絶対位置を決定するために多関節ロボット１１０からの位置情報との組み合わせを必要としない可能性がある）。
【００５１】
絶対撮像可能要素ＡＩＦを用いて比較的精密な絶対的な位置を決定する具体例は以下の通りである。図５に示されているように、取得された画像は、視野ＦＯＶの中心が多数の増分撮像可能要素ＩＩＦの中央にあることを示し得る。含まれる２つの絶対撮像可能要素ＡＩＦからの位置情報は、画像がＸＹスケール１７０Ｂのどのセクションを含むかを示し、これに含まれるＸＹスケール１７０増分撮像可能要素ＩＩＦも識別することができる。従って、取得された画像を計測位置座標処理部１９０によって解析して、ＸＹスケールのそのセクション（すなわち２つの絶対撮像可能要素及び複数の増分撮像可能要素ＩＩＦを含む）内のどこに視野の中心（すなわち座標Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０）があるかを精密に決定できる。次いで、（例えば対応してエンドツール位置ＥＴＰのＸ２及びＹ２座標を決定するため）このプロセスは上述のように継続することができる。
【００５２】
図６Ａ及び図６Ｂは、多関節ロボット及び補足計測位置座標決定システムを含むロボットシステムを動作させるためのルーチン６００Ａ及び６００Ｂの例示的な実施例を示すフロー図である。図６Ａに示されているように、決定ブロック６１０では、ロボットシステムを補足計測位置座標モードで動作させるか否かを決定する。様々な実施例において、補足計測位置座標モード又は標準ロボット位置座標モードの選択及び／又は活性化は、ユーザによって行う、及び／又は特定の動作及び／又は命令に応答してシステムによって自動的に行うことができる。例えば１つの実施例では、多関節ロボットが特定の位置に移動した場合（例えばエンドツールを、アセンブリ又は他の動作が実行される一般エリアから、ワークピース検査動作が典型的に実行されると共に補足計測位置座標モードが利用される特定エリアに移動させた場合）、補足計測位置座標モードを開始することができる（例えば自動的に又はユーザによる選択に従って）。様々な実施例では、このようなモードは外部制御システムＥＣＳによって実施できる（例えば、標準ロボット位置座標モード部１４７及び補足計測位置座標モード部１９２を使用する図１の外部制御システムＥＣＳ）。様々な実施例では、ハイブリッドモードを、独立して又は補足計測位置座標モードの一部として動作させる及び／又はモード間の切り換えとして実施することができる。これについては図７を参照して以下で更に詳しく記載する。
【００５３】
決定ブロック６１０においてロボットシステムを補足計測位置座標モードで動作させないことが決定された場合、ルーチンはブロック６２０に進み、ロボットシステムを標準ロボット位置座標モードで動作させる。標準ロボット位置座標モードの一部として、多関節ロボットの位置センサ（例えば回転エンコーダ）を用いて、ロボット精度（例えば、多関節ロボットの位置センサの精度に少なくとも部分的に基づく）で、多関節ロボットの移動及び対応するエンドツール位置を制御及び決定する。上述のように、第１及び第２の回転エンコーダは、ＸＹスケールを用いて決定される位置情報よりも低い精度で第１及び第２のアーム部の位置を示し得る。一般に、ロボット位置座標モードは、多関節ロボットの独立した及び／又は標準的な動作モードに対応し得る（例えば、補足計測位置座標決定システムがアクティブでないか又は他の理由で提供されない場合に多関節ロボットを独立して動作させるモード）。
【００５４】
ロボットシステムを補足計測位置座標モードで動作させる場合、ルーチンはブロック６３０に進み、多関節ロボットのエンドツール位置に関連した少なくとも１つの入力信号を（例えば画像トリガ部で）受信する。少なくとも１つの入力信号に基づいて第１の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、この第１の撮像トリガ信号を第１の撮像構成に出力する。第１の撮像構成は、第１の撮像トリガ信号の受信に応答して、画像取得時点でＸＹスケールのデジタル画像を取得する。ブロック６４０では、取得された画像を（例えば計測位置座標処理部で）受信し、ＸＹスケールの取得された画像に含まれる少なくとも１つの撮像可能要素及び関連する既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別する。
【００５５】
ブロック６５０では、取得した画像内で識別された少なくとも１つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものと第１の参照位置との間の相対位置をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定する。決定された相対位置は、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、画像取得時点におけるエンドツール位置の計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。ブロック６６０では、決定された位置情報（例えば、決定された相対位置、エンドツール位置の決定された計測位置座標、及び／又は他の関連する決定された位置情報）を、指定された機能のため（例えばワークピース測定、多関節ロボットの配置制御等のため）に使用する。このような動作又は他のものの一部として、ルーチンは次いでポイントＡに進むことができる。様々な実施例では、ルーチンはここで終了するか、又は図６Ｂを参照して以下で更に詳しく記載するように継続できる。
【００５６】
図６Ｂに示されているように、ルーチン６００ＢはポイントＡからブロック６７０へと継続することができる。以下で更に詳しく記載するように、ルーチン６００Ｂの一部として、（例えばブロック６６０からの）決定された位置情報を、ワークピース上の第１の表面ロケーションに対応するか又はこれを決定するため利用することができ、次いでワークピース上の第２の表面ロケーションを決定できる（例えばワークピース測定の一部として）。ブロック６７０では、エンドツール位置に関連した少なくとも１つの第２の入力信号を（例えば画像トリガ部で）受信し、少なくとも１つの第２の入力信号に基づいて第２の撮像トリガ信号のタイミングを決定する。この第２の撮像トリガ信号を第１の撮像構成に出力する。第１の撮像構成は、第２の撮像トリガ信号の受信に応答して、第２の画像取得時点でＸＹスケールの第２のデジタル画像を取得する。
【００５７】
ブロック６８０では、取得された画像を（例えば計測位置座標処理部で）受信し、ＸＹスケールの第２の取得された画像に含まれる少なくとも１つの第２の撮像可能要素及び関連する第２の既知のＸＹスケール座標ロケーションを識別する。ブロック６９０では、第２の取得した画像内で識別された少なくとも１つの第２の撮像可能要素の第２の画像位置の決定に基づいて、ＸＹスケール又は第１の撮像構成のうち可動のものと第１の参照位置との間の第２の相対位置をロボット精度よりも良好な精度レベルで決定する。決定された第２の相対位置は、少なくともｚ軸に直交するｘｙ面内のｘ及びｙ計測位置座標について、第２の画像取得時点におけるエンドツール位置の計測位置座標をロボット精度よりも良好な精度レベルで示す。第２の相対位置は第１の相対位置とは異なり、第１の表面ロケーションとは異なるワークピース上の第２の表面ロケーションに対応する。
【００５８】
ブロック６９５では、第１及び第２の相対位置及び／又は関連する位置情報を用いて、第１及び第２の画像取得時点における各エンドツール位置（例えば接点位置等を示す）に対応するワークピース上の第１及び第２の表面ロケーション間の距離に対応するワークピースの寸法を決定する。多関節ロボットの位置センサ（例えば回転エンコーダ）を用いてロボット精度でワークピース上の第１及び第２の表面ロケーションを決定するのではなく、上述した技法を用いて、より精度の高い位置情報を決定できることは認められよう。更に具体的には、第１及び第２の表面ロケーション（すなわち、ＸＹスケール上の第１及び第２のロケーションに対応し、そのようなロケーション間の精密な距離はＸＹスケールの精度に応じて上述した技法を用いて決定できる）の決定によって、第１及び第２の表面ロケーション間のワークピース上の対応する寸法を、より高い精度で決定することが可能となる。
【００５９】
図７は、移動タイミングの異なる部分の間にそれぞれ異なる技法を使用することができる、エンドツール位置を決定するためのルーチン７００の１つの例示的な実施例を示すフロー図である。概して、移動タイミングの間に、多関節ロボットの１つ以上のアーム部を第１の回転位置から第２の回転位置へ移動させる（例えば、回転継手を中心としてアーム部を第１の回転向きから第２の回転向きへ回転させることを含み得る）。図７に示されているように、決定ブロック７１０では、移動タイミング中のエンドツール位置を決定するためにハイブリッドモードを利用するか否かを決定する。様々な実施例において、ハイブリッドモードは、補足計測位置座標モードと標準ロボット位置座標モードとの切り換えを含むプロセスも表し得る。ハイブリッドモードが利用されない場合、ルーチンはブロック７２０に進み、移動タイミング中のエンドツール位置を決定するために多関節ロボットの位置センサ（例えば回転エンコーダ）のみを単独で利用する。
【００６０】
ハイブリッドモードが使用される場合、ルーチンはブロック７３０に進み、移動タイミングの第１の部分の間、エンドツール位置を決定するため多関節ロボットに含まれる位置センサを使用する。このような動作中、エンドツール位置を決定するために補足計測位置座標決定システムの相対位置は決定されない及び／又は利用されない可能性がある。ブロック７４０では、移動タイミングの第１の部分の後に生じる移動タイミングの第２の部分の間、補足計測位置座標決定システムの決定された相対位置を用いてエンドツール位置を決定する。このような動作によって、システムは、移動タイミングの第１の部分の間にエンドツール位置の初期の／高速の／粗い移動を実行できると共に、移動タイミングの第２の部分の間にエンドツール位置の高精度の最後の／低速の／細かい移動を実行できることは認められよう。
【００６１】
本開示において、要素１７０、１７０Ａ、１７０Ｂ等に関して要素名「ＸＹスケール」を用いたが、この要素名は単なる例示であって限定ではないことは理解されよう。これはデカルト座標系に関連付けて「ＸＹスケール」と称され、ｚ軸に対してノミナルに直交に配置されたノミナルに平面状の基板を含むものとして記載されている。しかしながら更に一般的には、要素名ＸＹスケールは、本明細書に開示されるように動作できるならば、参照スケール上の既知の２次元座標（例えば２次元の正確なロケーション及び／又は正確に較正されたロケーション）に対応する複数の要素又はマークを含む任意の参照スケールを指すと理解するべきである。例えばそのようなスケール要素は、その参照スケール上のデカルト座標系、又は極座標系、又は他の任意の好都合な座標系で表現する及び／又は指し示すことができる。更に、そのような要素は、これらの要素がスケール上の既知の２次元座標に対応すると共に本明細書に開示されるように動作できるならば、動作スケールエリア全体にわたって均一に又は不均一に分散させた要素を含み、目盛の付いた（graduated）又は目盛の付いていない（ungraduated）スケールマークを含むことができる。
【００６２】
本明細書に開示され説明されるロボットシステムは、概ね２つのアーム部（例えば第１のアーム部１２０及び第２のアーム部１３０）を参照して図示され記載されるが、そのように限定されないことは理解されよう。様々な実施例において、本明細書に記載される及び／又は特許請求されるもののような２つのアーム部を含むならば、ロボットシステムは所望の場合に追加のアーム部を含むことも可能である。
【００６３】
ＸＹスケール又は参照スケール及びスケールを撮像するために使用されるカメラは、ロボットシステムの移動及び／又は位置に応じて、相互に対して回転し得ることは理解されよう。（例えば本願に含まれる引用文献に開示されているような）当技術分野において既知の方法を用いて、そのような相対的な回転を正確に決定する及び／又は必要な座標変換を実行すること、及び／又はそのような相対的な回転にかかわらず本明細書に開示される原理に従ってカメラ及びスケールの相対位置を解析することが可能であることは認められよう。本明細書で言及される計測位置座標がそのような相対的な回転を考慮に入れていることは理解されよう。更に、いくつかの実施例において、本明細書で言及される計測位置座標は、所望の場合、そのような相対的な回転の精密な決定値及び／又は指示を含む座標セットを含み得ることは理解されよう。
【００６４】
本開示の好適な実施例について図示及び記載したが、本開示に基づいて、図示及び記載した要素の構成及び動作のシーケンスにおける多数の変形が当業者には明らかであろう。種々の代替的な形態を用いて本明細書に開示された原理を実施することができる。更に、上述の様々な実施例を組み合わせて別の実施例を提供することも可能である。これらの様々な特許及び出願の概念を用いて更に別の実施例を提供するために必要な場合は、上述の実施例の態様は変更可能である。
【００６５】
前述の記載に照らして、実施例にこれら及び他の変更を行うことができる。一般に、以下の特許請求の範囲において、使用される用語は本明細書及び特許請求の範囲に開示される特定の実施例に特許請求の範囲を限定するものとして解釈されず、そのような特許請求の範囲の権利が与えられる（entitled）均等物の全範囲に加えて全ての可能な実施例を包含するものとして解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００６６】
１００，２００，３００…ロボットシステム
１１０…多関節ロボット
１２０，１３０…アーム部
１２５，１３５…回転継手
１４０…移動制御システム（処理システム）
１４１〜１４４…検知部
１４５…ロボット位置処理部
１４７…標準ロボット位置座標モード部
１５０…補足計測位置座標決定システム
１６０…撮像構成
１７０…ＸＹスケール
１８０…画像処理部
１８１…画像トリガ部
１９０…計測位置座標処理部
１９２…補足計測位置座標モード部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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