(57)【要約】  本発明は、外郭が設けられた強固CMMアーム用装置に関し、内部CMMアームと、内部CMMアームを、１つ以上の内部ボリュームが、固体対象物および流体の進入に対してシールされるように、複数の伝達手段を介して駆動する外郭を備える。本発明はまた、RCAの触覚制御にも関する。【選択図】なし
2009504418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット（１４）と、座標測定機械、CMM、アーム（２）と伝達手段（９）を備え、プローブ端（１２、１０００）を触覚モードで平行移動および／または回転させるように構成されているロボット座標測定機械アーム、RCA（１、１７、１１００）。
【請求項２】
触覚制御のために、オペレータの手動圧を受け取る感知ハンドル（１１７０）を更に備える請求項１に記載のRCA。
【請求項３】
前記感知ハンドル（１１７０）は、最終ジョイント（１３）の後で、ロボットアーム（１４）に取り付けられる請求項２に記載のRCA。
【請求項４】
感知ハンドルは、ステム（１１７１）とグリップ（１１７２）を備え、グリップ（１１７２）は、ステム（１１７１）とグリップ（１１７２）の間に、グリップ（１１７２）がステムに対して柔軟な方法で、自由度６で自由に動けるように３つの柔軟トランスファ（１１８３）を有する請求項２または３に記載のRCA。
【請求項５】
X長センサ（１１７４）およびY長センサ（１１７５）は上部柔軟トランスファ（１１７３）および下部柔軟トランスファ（１１７３）に埋め込まれており、Z剪断センサ（１１７６）および捩れ剪断センサ（１１７７）は中間柔軟トランスファ（１１７３）に埋め込まれている請求項４に記載のRCA。
【請求項６】
エルボーにおいて、またはエルボーに向けて２つの対向するボタン（１１７８）を更に備え、アームのエルボーを時計方向または反時計方向に回転させるように構成されている請求項１〜５のいずれかに記載のRCA。
【請求項７】
コンタクトプローブを更に備え、前記プローブに接触または力が加えられたときは、RCAを減速するように構成されている請求項１〜６のいずれかに記載のRCA。
【請求項８】
コンタクトプローブを更に備え、前記プローブに接触または力が加えられたときは、１回以上の測定を自動的に実行するように構成されている請求項１〜６のいずれかに記載のRCA。
【請求項９】
接触力走査プローブを更に備え、RCAは、前記走査プローブと走査されている対象物の間のほぼ理想的な接触および方位を維持するように構成され、一方、オペレータは手動でアームを導くことによりRCAを動かす概略方向を提供する請求項１〜７のいずれかに記載のRCA。
【請求項１０】
RCAの応答を、オペレータの好みに適合させる応答手段を備える請求項１〜８のいずれかに記載のRCA。
【請求項１１】
前記応答手段はRCAの応答を、軽量で、かつオペレータのアームを操作する手に応答するように適合させる請求項９に記載のRCA。
【請求項１２】
前記応答手段はRCAの応答を、オペレータのアームを操作する手に対して高い慣性および低加速度を有するように適合させる請求項９に記載のRCA。
【請求項１３】
可動部材と、
可動位置報告装置と、
前記可動部材と、前記可動位置報告装置の両者に接触する伝達手段と、を備え、
流体および固体対象物の有害な侵入からシールされているRCA。
【請求項１４】
前記可動部材は、複数の、リンクされ、シールされたボリュームを更に備え、前記可動位置報告装置は、複数の、リンクされ、シールされたボリュームを更に備え、それにより、流体および小粒子が、前記可動部材と、前記位置報告装置の間を通過できる請求項１３に記載のRCA。
【請求項１５】
各シールされたボリュームは、少なくとも最小保護等級にシールされている請求項１４に記載のRCA。
【請求項１６】
エントランスギャップ制限手段（１１２４）を更に備え、前記可動部材と、前記可動位置報告装置の間において、損傷を与えるのに十分な大きさの異物の侵入は、前記エントランスギャップ制限手段により防止される請求項１３〜１５のいずれかに記載のRCA。
【請求項１７】
前記可動部材と、前記可動位置報告装置の間への侵入を許可される異物の最大サイズは、前記可動部材と、前記可動位置報告装置がお互いに対して動くときの、前記可動部材と、前記可動位置報告装置の最小ギャップよりも小さい請求項１６に記載のRCA。
【請求項１８】
少なくとも１つのモーターポッド（pod）手段を更に備える請求項１３〜１７のいずれかに記載のRCA。
【請求項１９】
内部イーサネット（登録商標）システムと、外部イーサネット（登録商標）システムと、前記内部イーサネット（登録商標）システムおよび前記外部イーサネット（登録商標）システムの間のゲートウェイと、を更に備える請求項１３〜１８のいずれかに記載のRCA。
【請求項２０】
外部位置制御ループと内部速度制御ループを更に備える請求項１３〜１９のいずれかに記載のRCA。
【請求項２１】
前記可動部材上のエンコーダと、前記可動位置報告装置上のエンコーダと、前記可動位置報告装置上の前記エンコーダから、コントローラの位置制御ループへ入力される高いゲインと、前記可動部材上の前記エンコーダから、前記コントローラの速度および加速度制御ループへ入力される高いゲインに特徴付けられる前記コントローラを更に備える請求項２０に記載のRCA。
【請求項２２】
前記可動位置報告装置は、少なくとも１対のベアリングを更に備え、前記少なくとも１対のベアリングは、較正されて較正データを生成し、前記較正データは、測定精度を高めるために使用される請求項１３〜２１のいずれかに記載のRCA。
【請求項２３】
前記可動位置報告装置は、少なくとも１対のベアリングを更に備え、前記少なくとも１対のベアリングは、較正されて較正データを生成し、前記較正データは、パス追尾の精度を高めるために使用される請求項１３〜２１のいずれかに記載のRCA。
【請求項２４】
前記可動位置報告装置は、少なくとも１対のベアリングと、各ベアリングの振れを測定するために配置される複数の変位センサと、を更に備える請求項１３〜２１に記載のRCA。
【請求項２５】
遠隔操作手段により、手動または非手動RCAであってよい第２装置に接続される請求項１〜２４のいずれかに記載のRCA。
【請求項２６】
ベースアセンブリを更に備え、ベースアセンブリは、
前記可動部材のベースと、前記可動位置報告装置のベースの間における制限された相対運動を可能にし、
手動で位置を決めることが容易であり、
強固であり、
前記可動位置報告装置の整列が高いアライメント精度を有している請求項１３〜２５のいずれかに記載のRCA。
【請求項２７】
多数の参照マークを、前記参照マーク間で可変の間隔を有する格子上に備える、ジョイント参照手段を更に備える請求項１３〜２６のいずれかに記載のRCA。
【請求項２８】
前記RCAは請求項１３〜２７のいずれかに記載された通りである請求項１〜１２のいずれかに記載のRCA。
【請求項２９】
前記RCAはロボット外郭を備える請求項１〜２８のいずれかに記載のRCA。
【請求項３０】
ジョイントを参照する方法であって、
複数の参照マークの位置を突き止めるステップと、
前記参照マークのそれぞれの位置を、その隣接する参照マーク位置に関して減算して、前記参照マーク間の1つ以上の間隔を決定するステップと、
リスト内で前記1つ以上の間隔を探して、前記ジョイントを参照するステップと、を含む方法。
【請求項３１】
RCAを制御するシステムであって、各軸に対して外部制御ループと内部制御ループを備え、それにより、
該外部制御ループは、RCAジョイント上のロータリエンコーダから角度位置フィードバックを受け取り、
該外部制御ループは、各軸の内部制御ループに要求速度を提供し、
該内部制御ループは、外部制御ループと、モーターエンコーダから要求速度を受け取り、
該内部制御ループは、モーターを駆動するための制御信号を提供するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過酷な環境において、正確な測定および操作を行うための、また手動操作のための、強化された手動制御によるCMMアームに対する装置および方法に関する。本発明はまた、外郭を有するCMMアームの装置および方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
座標測定機械（CMM）アームは、介在するジョイントにより接続された２つ以上のリンクを備える多関節測定装置である。CMMアームは、可動位置報告装置として機能し、該リンクにより選択された内角を監視し、それにより、プローブ端の位置と方位が、典型的には０．１mm未満のある精度で計算できる。CMMアームは普通、非接触プローブのような測定装置を支持するためのプローブ端を備えている。CMMアームは、この技術においてはよく知られている。CMMアームは、計測アプリケーションにおいて主に使用される。CMMアームは、手動装置であり、これは人間のオペレータが、測定を行う所望の位置において、手動でアームを移動し、時には、アームを支持しなければならないことを意味する。そのようなアームの製造業者は、例えば、FaroまたはCimcoreがある。
【０００３】
ロボットもまた多関節装置であり、ツールおよび／または測定装置を支持する２つ以上のリンクおよびジョイント、およびプローブ端を備えている。ロボットは可動部材として機能する。しかし、CMMアームとは異なり、ロボットリンクは、例えばサーボまたは油圧機構のような動力手段により動かすことができる。ロボットは、プローブ端に関する位置および方位情報を与える機能を有しているが、その精度はCMMアームほど良好ではない。従って、ロボットは高精度の計測アプリケーションには使用されない。ロボットの製造業者は、例えば、KukaまたはFanucがある。
【０００４】
ロボットCMMアーム（RCA）は、ロボットの動力による運動を、CMMアームの精度と組み合わせる。RCAは、このように可動部材、つまりロボットと、可動位置報告装置、つまりCMMアームと、該可動部材と該可動位置報告装置の両者と接触している伝達手段を備えている。これらの要素は、ロボットの運動が、伝達手段を介してCMMアームに伝達されるように構成されている。実際、RCAのロボットは、人間のオペレータの手と置き換わり、CMMアームの重量を運動機構により支えることを可能にし、プローブ端の半自動または自動化運動を可能にしている。従って、RCAにより、自動化された方法で、高精度の計測アプリケーションが可能になる。
【０００５】
手動制御によるRCA
RCAの制御は、アーム上に設けられたボタンを使用することで行われる。プローブを、走査されている対象物に衝突することなく、十分に値が読み取れるほど接近した所望の位置に導くための操作には多大な訓練と技術が要求される。ロボットの加速度と速度は、手動制御のもとでは、緩慢であることが必要であり、そのため測定も緩慢になる。更に、衝突防止センサおよびバッファのシステムが重要になり、そのためRCAのコストと重量が嵩む。本発明は、RCAを制御する問題を克服して、より正確な測定が、衝突の危険性を削減しながら行えるようにする。
【０００６】
外郭を有する強固（Robust）なRCA
RCAの例としては、本発明の発明者である、CramptonによるPCT/GB2004/001827（特許文献１）に開示された、外郭を有するRCAがあり、そのアプリケーションは参照により本明細書に組み込まれるものとする。多関節アームに対してのプローブ端モジュールは、GB0424729.2（特許文献２）においてCramptonにより開示されている。外郭を有するRCAは、PCT/GB2004/001827の図（例えば、図１Ｃ）に示されているように、内部CMMアーム５と、外郭６を備えている。生産ラインにおいては、一千万サイクルを超える機器のライフタイム動作サイクルは珍しいことではなく、平均故障間隔は、一万時間を越えることが期待されている。液体および固体に対する、IP５４以上のライン機器の保護等級（ingress protection ratings）は、よく要求される。外郭を有するRCAが強固であるためには、すべての機構的、電気的、およびソフトウェアシステムは、これらの必要条件を達成するためのコンセプトおよび設計を有していなければならない。過酷な環境に対して、外郭を有するRCAの開発の課題を克服する際の本発明者の経験により本発明に到達した。
【特許文献１】PCT/GB2004/001827号明細書
【特許文献２】GB0424729.2号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの実施形態は、ロボット座標測定機械アーム、RCA（１、１７、１１００）であって、ロボット（１４）と、座標測定機械、CMM、アーム（２）と、伝達手段（９）を備え、プローブ端（１２、１０００）を触覚モードで平行移動および／または回転させるように構成されている。
【０００８】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、触覚制御のために、オペレータの手動圧を受け取る感知ハンドル(１１７０）を更に備える。
【０００９】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、該感知ハンドル（１１７０）は、最終ジョイント（１３）の後ろで、ロボットアーム（１４）上に取り付けられる。
【００１０】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、感知ハンドルは、ステム（１１７１）とグリップ（１１７２）を備え、グリップ（１１７２）は、ステム（１１７１）とグリップ（１１７２）の間に、グリップ（１１７２）がステムに対して、柔軟な方法で、自由度６で自由に動けるように３つの柔軟に動くトランスファ（１１８３）を有する。
【００１１】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、X長センサ（１１７４）およびY長センサ（１１７５）は上部柔軟トランスファ（１１７３）および下部柔軟トランスファ（１１７３）に埋め込まれており、Z剪断センサ（１１７６）および捩れ剪断センサ（１１７７）は中間柔軟トランスファ（１１７３）に埋め込まれている。
【００１２】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、エルボーにおいて、またはエルボーに向けて２つの対向するボタン（１１７８）を更に備えており、アームのエルボーを時計方向または反時計方向に回転させるように構成されている。
【００１３】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、コンタクトプローブを更に備え、該プローブに接触または力が加えられたときは、RCAを減速するように構成されている。
【００１４】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、コンタクトプローブを更に備え、該プローブに接触または力が加えられたときは、１回以上の測定を自動的に実行するように構成されている。
【００１５】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、接触力走査プローブを更に備え、RCAは、該走査プローブと走査されている対象物の間のほぼ理想的な接触および方位を維持するように構成され、一方、オペレータは手動でアームを導くことによりRCAを動かす概略方向を提供する。
【００１６】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、RCAの応答を、オペレータの好みに適合させる応答手段を更に備える。
【００１７】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、該応答手段はRCAの応答を、軽量で、かつオペレータのアームを操作する手に応答するように適合させる。
【００１８】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、該応答手段はRCAの応答を、オペレータのアームを操作する手に対して高い慣性および低加速度を有するように適合させる。
【００１９】
本発明の別の実施形態はRCAであって、
可動部材と、
可動位置報告装置と、
該可動部材と、該可動位置報告装置の両者に接触する伝達手段を備え、
流体および固体対象物の有害な侵入からシールされている。
【００２０】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、該可動部材は、複数の、リンクされ、シールされたボリュームを更に備え、該可動位置報告装置は、複数の、リンクされ、シールされたボリュームを備え、それにより、流体および小粒子が、該可動部材と、該位置報告装置の間を通過できる。
【００２１】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、各シールされたボリュームは、少なくとも最小保護等級でシールされている。
【００２２】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、エントランスギャップ制限手段（１１２４）を更に備え、該可動部材と、該可動位置報告装置の間において、損傷を与えるのに十分な大きさの異物の侵入は、該エントランスギャップ制限手段により防止される。
【００２３】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、該可動部材と、該可動位置報告装置の間への侵入を許可される異物の最大サイズは、該可動部材と、該可動位置報告装置がお互いに対して動くときの、該可動部材と、該可動位置報告装置の最小ギャップよりも小さい。
【００２４】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、少なくとも１つのモーターポッド（pod）手段を更に備える。
【００２５】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、内部イーサネット（登録商標）システムと、外部イーサネット（登録商標）システムと、該内部イーサネット（登録商標）システムおよび該外部イーサネット（登録商標）システムの間のゲートウェイと、を更に備える。
【００２６】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、外部位置制御ループと内部速度制御ループを更に備える。
【００２７】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、該可動部材上のエンコーダと、該可動位置報告装置上のエンコーダと、該可動位置報告装置上の該エンコーダから、コントローラの位置制御ループへ入力される高いゲインと、該可動部材上の該エンコーダから、該コントローラの速度および加速度制御ループへ入力される高いゲインに特徴付けられるコントローラを更に備える。
【００２８】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、該可動位置報告装置は、少なくとも１対のベアリングを更に備え、該少なくとも１対のベアリングは、較正されて較正データを生成し、該較正データは、測定精度を高めるために使用される。
【００２９】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、該可動位置報告装置は、少なくとも１対のベアリングを更に備え、該少なくとも１対のベアリングは、較正されて較正データを生成し、該較正データは、パス追尾の精度を高めるために使用される。
【００３０】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、該可動位置報告装置は、少なくとも１対のベアリングと、各ベアリングの振れを測定するために配置される複数の変位センサを更に備える。
【００３１】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、遠隔操作手段により、手動または非手動RCAであってよい第２装置に接続される。
【００３２】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、ベースアセンブリを更に備え、ベースアセンブリは、
該可動部材のベースと、該可動位置報告装置のベースの間における制限された相対運動を可能にし、
手動で位置を決めることが容易であり、
強固であり、
該可動位置報告装置の整列が高いアライメント精度を有している。
【００３３】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、多数の参照マークを、該参照マーク間で可変の間隔を有する格子上に備える、ジョイント参照手段を更に備える。
【００３４】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、該RCAは上述した通りである。
【００３５】
本発明の別の実施形態は上述したRCAであって、該RCAはロボット外郭を備える。
【００３６】
本発明の別の実施形態はジョイントを参照する方法であって、
複数の参照マークの位置を突き止めるステップと、
該参照マークのそれぞれの位置を、その隣接する参照マーク位置に関して減算して、該参照マーク間の1つ以上の間隔を決定するステップと、
リスト内で該1つ以上の間隔を探し、該ジョイントを参照するステップを含む方法。
【００３７】
本発明の別の実施形態はRCAを制御するシステムであって、各軸に対して外部制御ループと内部制御ループを備え、それにより、
外部制御ループは、RCAジョイント上のロータリエンコーダから角度位置フィードバックを受け取り、
外部制御ループは、各軸の内部制御ループに要求速度を提供し、
内部制御ループは、外部制御ループと、モーターエンコーダから要求速度を受け取り、
内部制御ループは、モーターを駆動するための制御信号を提供する。
【００３８】
従来技術において、Cramptonにより、外郭を有するRCAが開示されている。外郭を有するRCAが必要な生産およびアセンブリラインのような環境は、外郭を有するRCAに対して、強固さおよび保護についての高い要求を突きつける。
【００３９】
従って、本発明の第１実施形態の目的は、新規かつ強固なシーリングを有する外郭を有するRCAを提供することである。本発明の更なる目的は、より強固な、イーサネット（登録商標）ベースのアーキテクチャを提供することである。本発明の更なる目的は、より強固な制御システムを提供することである。本発明の更なる目的は、ベアリング較正のための、より強固な装置を提供することである。本発明の更なる目的は、補正のための改善された装置を提供することである。本発明の更なる目的は、改善されたベースアセンブリを提供することである。本発明の更なる目的は、改善された参照を提供することである。本発明の更なる目的は、改善された熱的安定性を提供することである。本発明の第２実施形態においては、触覚モードにおける手動操作のための装置と方法が提供される。本発明の第３実施形態においては、遠隔操作のための装置と方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
特に他に定義されなければ、ここで使用されるすべての技術的および科学的用語は、この当業者が通常に理解するのと同じ意味を有する。ここで参照されるすべての刊行物は、参照によって本明細書に引用されたものとする。ここで参照されるすべての特許と特許出願は、図も含めてそのすべてが、参照によって本明細書に引用されたものとする。
【００４１】
ここで使用される冠詞「a」および「an」は、1つまたは2つ以上、つまり、冠詞の文法上の対象物の少なくとも１つを含む。例えば、「ボタン」は、１つのボタンまたは２つ以上のボタンを意味する。
【００４２】
本出願を通して、用語「約（about）」は、値が、その値を決定するために採用された装置または方法に対する誤差の標準偏差を含むことを示している。
【００４３】
両端の点により示される数値範囲の個々の数字は、すべての整数を含み、適切であればその範囲に含まれる分数も含む（例えば、１から５の範囲は、例えば、構成要素の数に言及するときは１、２、３、４を含むことができ、また、例えば、距離に言及しているときは、１．５、２、２．７５、および３．８０を含むことができる）。その範囲はまた、その両端の数字も含むことができる（例えば、１．０から５．０は１．０と５．０を含むことができる）。
【００４４】
下記の記載においては、本発明の特別な実施形態を例示する図を参照するが、それらの図は制限されたものとはまったく意図されていない。当業者であれば、本発明、その構成要素、および特徴を、この当業者の普通の実践に従って適合できる。
【実施例１】
【００４５】
ここで記載される第１実施形態は、外郭を有する強固RCAである。強固RCAは、ここに参照により本明細書に引用される、WO 2004/096502に記載されているように、内部CMMアームと外郭を備えることができる。前述の記載においては、内部CMMアーム５、外郭６、プローブ端３、プローブ９０、接触トリガプローブ９２、および接触力走査プローブ９９に関しては、時折、WO 2004/096502の図（例えば、図１、２、１０）と対応する記載を参照した。用語それ自身は、当業者には自明であるが、図の参照記号は、明確さを目的として設けられている。
【００４６】
シーリング
本発明の１つの実施形態はRCAに関し、
可動部材と、
可動位置報告装置と、
該可動部材と該可動位置報告装置の両者に接触している伝達手段を備え、
流体および固体対象物の有害な侵入からシールされている。
【００４７】
上記のように、可動部材はロボットを構成する。可動位置報告装置はCMMアームのことを指し、伝達手段は、ロボットの動きをCMMアームに機械的に伝達する機構のことである。これらの要素は共にRCAを構成する。RCAは、下記に言及されるように特別な構成を有することができ、それにより、可動部材要素は、内部CMMアームを取り囲み、内部CMMアームを伝達手段により、それが測定を行えるように操作するロボット外郭である。ロボット外郭と内部CMMアームは、ベースに強固に取付けられている。ロボット外郭および内部CMMアームは、同じジョイント軸方位とジョイント中心を有している。
【００４８】
本発明の１つの実施形態によれば、強固RCAはローカライズされたシールが設けられる。強固RCAの内部CMMアームは、そのすべての可動ジョイントにおいて、およびケーブルが貫通しているすべての場所において、内部CMMアームの内部に液体または固体が侵入できないように、IP５４にシールされている。強固RCAの外郭は、ベアリングおよびギヤリングのような、構成要素またはジョイントを保護する必要がある場所ではどこでもIP５４にシールされている。伝達手段は、内部CMMアームと外郭の間の伝達インタフェースにおいて、液体または固体の侵入がないようするためにIP５４にシールされる。液体および固体は、内部CMMアームと外郭の間に侵入することができる。
【００４９】
図１を参照すると、強固RCA１１００は、ベースシールドボリューム１１０１と、CMMアームシールドボリューム１１０３、１１０４と、外郭シールドボリューム１１１２−１１１６と、伝達シールドボリューム１１３１、１１３２と、プローブ端モジュールシールドボリューム１０００を備える。ベースシールドボリューム１１０１は、ベース内部開口部１１２１により相互接続されているCMMアームボリューム１１０２と外郭ボリューム１１１１を備える。ベースシールドボリューム１１０１は、その外部スキンに、制御パネルシールドドア１１２２を更に備える。各シールドボリュームは、少なくとも最小保護等級にシールできる。シールドボリューム１１０１、１１０３、１１０４、１１１２−１１１６、１０００、１１３１、１１３２は、環境からIP５４にシールできる。シールドボリューム１１０１、１１０３、１１０４、１１１２−１１１６、１０００、１１３１、１１３２は、構造および搭載機構により、強固RCA１１００の機能を実行するように機械的に相互接続されている。空気、液体、粒状固体、および小さな異物は、シールドボリューム１１０１、１１０３、１１０４、１１１２−１１１６、１０００、１１３１、１１３２の間を、強固RCA１１００の機能を妨げることなく通過できる。このように、本発明の１つの実施形態は上述した強固RCAであり、該可動部材は、複数のリンクされたシールドボリュームを更に備え、該可動位置報告装置は、複数のリンクされたシールドボリュームを更に備え、それにより、流体および小粒子は、該可動部材と該位置報告装置の間を通過できる。
【００５０】
シールドボリューム１１０１、１１０３、１１０４、１１１２−１１１６、１０００は、強固RCA１１００の機能を実行するように、ケーブルにより電気的に相互接続できる。シーリングは、それに制限されるわけではないが、ボルトジョイント、シャフトシール、ゲートル、エンドキャップ、シリコンシーラント、シーリングテープ、および「Ｏ」リングシールを含む多数の普通の方法で達成できる。
【００５１】
接続セグメントが、その間に、典型的には厚さ数mmの相当大きな空気ギャップを有するチューブを備える場合は、液体または固体粒子は、それらの間を流れ落ちることができる。強固RCA１１００の表面の形状は、液体および固体が集積する可能性のある凹領域を有しないように設けられる。
【００５２】
作動中、CMMアームと外郭はお互いに対して動く。CMMアームと外郭の間にエントランスギャップがあってもよい。CMMアームと外郭の間のエントランスギャップは、十分に狭く、十分に柔軟であってよくそれにより、内部CMMアームと外郭の間で捕捉されるほど大きな固体は侵入できない。一般的に、エントランスギャップは、固体または液体が、空間的なほとんどの方位から、内部CMMアームと外郭の間に侵入しないように方向を変える形状で設けられる。このようにして、ネジ付き固定ナットまたは石のような中間サイズの異物は、侵入すると詰まり、および損傷の原因になる、内部CMMアームと外郭の間のボリュームに侵入できない。より小さな異物は詰まることなく、通過できる。
【００５３】
ここで図２を参照すると、CMM下部リム（limb）ボリューム１１０３と外郭ジョイント３ボリューム１１１３は、最大「ｍ」のわずかな距離を相対的に動く。柔軟偏向器１１２４のようなエントランスギャップ制限手段は、固体が、CMM下部リムボリューム１１０３と外郭ジョイント３ボリューム１１１３の間のギャップに侵入ないように方向を変えるように位置決めされている。該可動部材と該可動位置報告装置の間への、損傷を与えるのに十分な大きさの異物の侵入は、該エントランスギャップ制限手段により防止される。該可動部材と該可動位置報告装置の間に侵入することが許可される異物の最大サイズは、該可動部材と該可動位置報告装置がお互いに関して動くときの、該可動部材と該可動位置報告装置の間の最小ギャップよりも小さい。
【００５４】
エントランスギャップ１１２５の幅は通常は「ｗ」である。CMM下部リムボリューム１１０３と外郭ジョイント３ボリューム１１１３の間の次に小さいギャップは「ｄ」である。CMM下部リムボリューム１１０３と外郭ジョイント３ボリューム１１１３の間に侵入できる最大異物サイズは、エントランスギャップ１１２５が、CMM下部リムボリューム１１０３と外郭ジョイント３ボリューム１１１３の間の相対運動により最大である点においてはｗ＋ｍである。異物サイズｗ＋ｍがいったんCMM下部リムボリューム１１０３と外郭ジョイント３ボリューム１１１３の間を貫通すると、それが遭遇する最小ギャップはｄ−ｍである。従って、「ｗ」に対する値は典型的には、ｗ＞ｍおよびｗ＋ｍ＜ｄ−ｍのように選択される。この当業者には、本発明の範囲は、損傷の原因となるサイズの異物がCMMアームと外郭の間に侵入することを防止すると共に、より小さい異物、液体、および粒子は自由に侵入させる装置の上記の例としての記述に制限されず、損傷の原因となるサイズの異物がCMMアームと外郭の間に侵入することを防止すると共に、より小さい異物、液体、および粒子は自由に侵入させるいかなる手段も含むということは理解されよう。
【００５５】
強固RCAのショルダー、エルボー、およびリストにおけるヨークにおいて、CMMアームのヨークは外郭のヨーク内を動き、ジョイントが開閉するときに、重大な損傷の原因となる可能性のあるバールまたは類似の物体が挿入する機会を与えてしまう。おそらくは破壊行動であることに対する完全な保護は提供されないが、内部CMMアームのヨークと外郭のヨークはその形状において補完的であって、それにより、バールまたは類似の物体が損傷を与えるように引っ掛かる方向はほとんどない。同様に、ジョイント回転の範囲のギャップは、指が挟まれる危険性を回避するために維持される。
【００５６】
ギヤボックス、エンコーダ、およびブレーキを有するモーターは、一般的にはモーターの製造業者によっては保護されず、重要なIP等級は有していない。本発明の目的は、典型的に、その内部に組み込まれており、シールドインタフェースにより外郭にボルトで取付けられているギヤボックス／モーター／エンコーダ／ブレーキ／反バックラッシュアセンブリを備えるポッドを提供することである。このように、本発明の１つの実施形態はここで記述されたようなRCAであり、少なくとも１つのモーターポッド手段を更に備える。ここで図３を参照すると、ポッド１１２６は、モーター／ギヤボックス１７６と、スパ−ギヤ１００８と、エンコーダ１７９と、ブレーキ１７７と、増幅器１７５と、手動ブレーキリリースシステム８４６と、反バックラッシュアセンブリ１１５０を含む。ポッド１１２６は、好ましくは、アルミニウムから鋳造されるが、IP５４保護を提供し、またモーター／ギヤボックスで生成された熱を外郭に導く。ポッドはまた良好に見え、配線を被覆する。外郭のベースは好ましくは鋳造部品１１２３である。このように、モーター／ギヤボックス１７６と、スパーギヤ１００８と、エンコーダ１７９と、ブレーキ１７７と、増幅器１７５と、手動ブレーキリリースシステム８４６と、反バックラッシュアセンブリ１１５０は、ベース鋳造部品１１２３の形状内でシールされ、別のベースポッド１１２６を提供するための余分なコストが不要になる。ポッド１１２６が強固RCA１１００に搭載されると、反バックラッシュアセンブリ１１５０をポッド１１２６の外側から調整するためにネジが提供される。この当業者には、ポッド１１２６は、多様な異なる構成で提供できることは理解されよう。例えば、ポッド１１２６は、反バックラッシュ手段なしで提供できる。または、ポッド１１２６は、手動ブレーキリリースシステム８４６なしで提供できる。本発明の範囲は、少なくともモーターと駆動出力を含むいかなる構成のポッド１１２６も含む。
【００５７】
制御パネル１１２２とアクセスパネルは、ベース鋳造部品１１２３において提供され、IP５４にシールされる。鋳造ベースの１つの利点は、構成要素数が減少することである。鋳造ベースは、組立てられたベースと比較して、典型的に８アイテムの構成要素を減少する。強固RCA１１００のプローブ端において、プローブ端モジュール１０００が搭載され、それ自身でシールされている。全体の結果としては、すべての空間的方位において、それ自身にかかる水または小固体粒子に対する耐性がある強固RCA１１００が得られる。このアプローチは、IP５４を超える、またはIP５４未満の保護に対して使用できる。この実施形態は、ツーリングコストの削減、より迅速なアセンブリおよび保守操作、および構成要素数の削減のような多数の結果としての利点を有するカバーを必要としない。
【００５８】
本発明の更なる実施形態において、カバーを使用する代替アプローチが提供され、それにより、強固RCA全体は、単一ボリュームとしてシールされ、内部CMMアームと外郭の間へ、または単一ボリューム内への液体または固体粒子の貫通はない。図４を参照すると、強固RCAシールドボリューム１１４０は、内部CMMアームと外郭を取り囲んでいる。シールドプローブ端モジュール１０００は、プローブ端に搭載されている。または、搭載面がシールされていないプローブ端モジュール１０００は、搭載されたときに強固RCA１１００内に単一ボリュームを形成できる。ベローズがヨークにおいて使用され、内部CMMアームが、外郭カバーを通して動く場所でギャップをシールする。典型的には、外郭においてシールされる強固RCA１１００に対して、約２０のカバーが必要とされる。各カバーは、その対応する表面にシールされる。二次保護レベルが要求されない限り、内部CMMアームのジョイントのいくつかをシールする必要はない。
【００５９】
この当業者には、強固RCA１１００は、十分なシーリングを有し、単一のシールドボリュームまたは複数のシールドボリュームが設けられるRCAであり、本発明の範囲は、上記に開示された例としてのボリュームの機構に限定されず、１つ以上のシールドボリュームを有するいかなるRCAも含むということは理解されよう。特に、本発明の、より多くの強固RCAがシールドボリュームを備えて、シールドボリューム内で、１つ以上のシーリングレベルに対して提供される。
【００６０】
イーサネット（登録商標）
イーサネット（登録商標）ベースのRCAアーキテクチャの強固さは、強固RCAイーサネット（登録商標）システムと、それを取り付けることができる任意の外部イーサネット（登録商標）システムの間にゲートウェイ／ルーターを追加することにより増大される。ルーターは、ファイアウォールのように機能し、外部イーサネット（登録商標）システム上の動作が、強固RCAイーサネット（登録商標）システムの性能を低下させることを防止できる。図５を参照すると、ルーター３９７は、強固RCA１１００のベースにおいて、外部ネットワーク２００とスイッチ３９６の間に接続できる。一連のスイッチ３９６は、強固RCA１１００と接続できる。ベーススイッチ３９６は更に、制御PCB１７２、ペンダント１５３、PCラップトップ１５１に接続でき、ショルダーにおいては更に強固RCA１１００と次のスイッチ３９６に接続できる。ショルダースイッチ３９６はエルボーにおいて、ジョイントPCB１７３と、次のスイッチ３９６に更に接続される。エルボースイッチ３９６はリストにおいて、ジョイントPCB１７３、ジョイスティック６３９、および次のスイッチ３９６に更に接続される。リストスイッチ３９６は、プローブ９０、カメラ１９６、ジョイスティック６３９、およびジョイントPCB１７３に更に接続される。余分なイーサネット（登録商標）接続を有するイーサネット（登録商標）スイッチは、強固RCAイーサネット（登録商標）システム上のショルダー、エルボー、およびリストジョイントにおいて提供され、ユーザーが、強固RCAの手動制御のために、イーサネット（登録商標）静止／ビデオカメラまたはスイッチ／ジョイスティックのようなイーサネット（登録商標）装置を追加できる。強固RCAイーサネット（登録商標）システムへのゲートウェイ／ルーターの追加により、イーサネット（登録商標）のユーザーは、イーサネット（登録商標）パワーリンクプロトコルを使用して、コントローラとインテリジェント増幅器の間の動きの制御が可能になる。２つ以上の強固RCAが接続されたセルにおいては、２つ以上の強固RCAイーサネット（登録商標）システムを直接接続できる。この当業者には、本発明の範囲は、イーサネット（登録商標）タイプのネットワークに制限されず、ルーターによる望ましくない外部使用から遮断できるいかなるタイプのネットワークも含むことは理解されよう。例えば、スイッチ３９６は、ルーター３９７の機能も含むことができ、それにより、組み合わされた機能を有する１つの構成要素を提供することによりスペースとコストを削減できる。このように、本発明の別の実施形態はここで記載されるようなRCAであって、内部イーサネット（登録商標）システムと、外部イーサネット（登録商標）システムと、該内部イーサネット（登録商標）システムと該外部イーサネット（登録商標）システムの間のゲートウェイを更に備える。
【００６１】
制御ループ
この強固RCAに対する制御システムの実施形態においては、外部位置制御ループが使用されて、各ジョイントに対して、内部速度制御ループのための速度を生成し、内部速度制御ループは、そのジョイントに対する速度を維持する。外部制御ループは、逆運動機構を使用し、強固RCA内のすべてのジョイントを全体として考慮する。外部制御ループへの入力は、内部CMMアームジョイント上のロータリエンコーダからの角度位置フィードバックである。ここで図６を参照すると、制御アーキテクチャすなわちシステム１１６０は、各軸上のCMMエンコーダ１７８からの入力回転角を有する外部制御ループ１１６２と、予め計画されたターゲット１１６１を備える。外部制御ループ１１６２は、要求速度を、各軸に対する内部制御ループ１１６３に出力する。内部制御ループ１１６３は、モーターエンコーダ１７９からの更なる入力を受け取り、制御信号を、モーター１７６を駆動する増幅器３９３に出力する。外部ループ閉結時間は一定であるが、変更できる。典型的な外部ループ閉結時間は、１ミリ秒から１５ミリ秒の間で変化する。各ジョイント内部制御ループ１１６３は、要求速度を達成して維持する作業を受け持ち、この作業に対するソリューションは、この当業者にはよく知られている。典型的な内部ループ閉結時間は、１ミリ秒である。この要求速度に対する更新は、１から１５ミリ秒ごとに内部制御ループ１１６３に到達できる。外郭ジョイント上のモーターエンコーダ１７９と内部CMMアームジョイント上のロータリエンコーダ１７８は、ジョイントの運動中は、典型的には異なるジョイント角度位置トレースを提供する。２つのエンコーダトレースの間における差は、リンク長の差、ジョイントの整列、伝達におけるコンプライアンス、１つ以上の駆動におけるバックラッシュ、および「静摩擦」スティック／スリップ摩擦に特徴付けられる１つ以上の伝達における急速スリップのような機構的効果が原因となっている。
【００６２】
制御アーキテクチャすなわちシステム１１６０は、外部および内部ループの作業を少なくとも実行する複数の手段を有する装置内に実現できる。または、コンピュータ読取可能媒体上に格納された、上記のステップを実行するコンピュータプログラムとして実現できる。
【００６３】
本発明の１つの実施形態はRCAを制御するシステムであって、各軸に対する外部制御ループと内部制御ループを備え、それにより
外部制御ループは、RCAジョイント上のロータリエンコーダから角度位置フィードバックを受け取り、
外部制御ループは、各軸に対して、内部制御ループに要求速度を提供し、
内部制御ループは、外部制御ループとモーターエンコーダから要求速度を受け取り、
内部制御ループは、モーター駆動用の制御信号を提供する。
【００６４】
強固RCA１１００の発明の目的の１つは、それが非常に正確に運動経路に追従するようにすることである。計画された経路に沿う各点は、数学的にXYZIJKIJKと定義でき、それにより、強固RCAと、プローブ端に取り付けられたセンサの経路の定義が可能になる。従来のロボット逆運動機構が、転置ヤコビアンに基づいて採用される。各位置制御ループ閉結においては、偏微分方程式が生成され、エンドエフェクタ要求ベクトルからジョイントベクトルを生成するために使用される。これらのジョイントベクトルは、反復アプローチによりフィードバックされ、十分な収束が達成されるまで新しい偏微分方程式を生成する。反復は単一外部ループ位置閉結サイクルにおいて起こる。必要な反復回数は、ループ閉結時間と共に減少する。使用される外部ループ位置制御アプローチは、ターゲットを、典型的には１から１５ミリ秒である、少なくとも外部制御ループ閉結時間間隔の時間ファクタだけは離れている、予め生成された一連の要求された中間ターゲットとして使用することである。
【００６５】
外部ループ位置制御１１６２は、各ジョイントの内部ループ位置制御１１６３に対して、更新された要求速度を生成する。内部制御アプローチは、速度制御を使用して、強固RCAが最小の誤差で、一連の中間ターゲットのそれぞれを通過できるようにすることである。本発明の範囲は、固定ループ閉結時間を有する外部制御ループ１１６２に制限されず、十分な精度に収束するための反復回数に少なくとも依存する、可変ループ閉結時間を有することができる。
【００６６】
この強固RCAに対する制御システムの代替実施形態においては、単一制御ループが使用される。内部CMMアームジョイント上のエンコーダは、コントローラの位置ループに入力される高いゲインを有しており、強固RCAの正確な位置決めに対する必要条件を満たす。外郭ジョイント上のモーター上のエンコーダは、コントローラの速度および加速度ループに入力される高いゲインを有している。このように、本発明の１つの形態によれば、ここで開示されるRCAは、該可動部材上のエンコーダと該可動位置報告装置上のエンコーダと、該可動位置報告装置上の該エンコーダから該コントローラの位置制御ループへ入力される高いゲインと、該可動部材上の該エンコーダから該コントローラの速度および加速度制御ループへ入力される高いゲインに特徴付けられるコントローラを更に備える。
【００６７】
この強固RCAに対する制御システムの更なる実施形態においては、経路の正確さが重要でない急速トラバースに対して単一制御ループが使用される。産業ロボットの較正で使用される方法を使用して、外郭の較正が行われる。コントローラは、内部CMMアーム上のロータリエンコーダからの位置フィードバックなしで、単に外郭を制御するだけである。
【００６８】
内部CMMアームの端部上のプローブが、サーボ制御のもとで安定に保持され、または絶対座標系において所定のXYZIJKIJK経路に正確に追従することは、測定および高精度な制御のための必要条件である。これを行うために、外郭ジョイント上の各モーターエンコーダ１７９は、ギヤ比により乗算されたときに十分な分解能を有していなければならない。典型的には、これは、エンコーダ上のエッジ１つ当たりのプローブ運動が少なくとも０.１ミクロンである。
【００６９】
ベアリング較正
内部CMMアームのジョイントにおけるベアリングは、軸の周りを完全には回転しない。実際は、ある程度の振れがある。ベアリングの振れは２つの成分を有し、各回転ごとに繰り返される特徴的で反復的なトレースと、いかなる動きに対しても変化するランダムな振れノイズである。テストにより、繰り返されるトレースが、振れの主な原因であり、良好にシールされたベアリングの有効ベアリング寿命中に変化しないことが示された。内部CMMアームの各ジョイントは、典型的に５０−１５０mmの距離だけ離れた、ハウジング内のシャフト上に２つの対向するベアリングを有している。２つのベアリングが１００mm離れていて、各ベアリング軸が反対方向に１ミクロン動くと、ジョイントの中心から１m離れた誤差は２０ミクロンである。強固RCAは、ベアリングにおける繰返し振れに対して各ジョイントを較正し、その較正をベアリング較正ファイルに保存することにより、更に精度を高めることができる。ジョイントの較正は、目的構築ジグ（purpose built jig）において行われる。ジョイントハウジングはジグ内に搭載される。球体がジョイントシャフトの各端において一時的に搭載され、それに対して目的参照孔（purpose reference bore）がシャフトの各端において提供される。４つのコンタクト線形変位センサは、９０度の間隔で各球体の大径上で作動する。８つの線形変位センサのそれぞれは、５０ナノメートルのオーダーの分解能を有する。ロータリエンコーダがシャフトの端部に取り付けられる。シャフトは手動またはモーターによりゆっくりと回転される。ロータリエンコーダと、８つの線形変位センサからのデータは、シャフトの数回の順方向および数回の逆方向回転に対して収集される。各球体に４つの線形変位センサを設ける利点は、シャフト中心からの、球体中心の固定誤差オフセットが、対向するセンサの各対からのデータを平均することにより自動的に補正されることである。ジョイント較正ファイルは単純に計算されて、シャフト角度を伴うシャフトの各端部において、平均の振れが提供される。ジョイント較正ファイルは、強固RCAの較正のための工程において使用される。ジョイント較正ファイルは、ジョイントに接着されたメモリチップに保存され、それにより、強固RCA上のジョイントが置換されたとき、新しいジョイント上のジョイント較正ファイルが、再較正時に自動的に使用される。強固RCAの使用中に、較正は、ジョイント較正ファイルデータを取り込み、測定および／または経路追尾の精度を高める。
【００７０】
このように、本発明の別の実施形態はここで記載されるようなRCAであって、該可動位置報告装置は、少なくとも１対のベアリングを更に備え、該少なくとも１対のベアリングは、較正されて較正データを生成し、該較正データは測定精度を高めるために使用される。本発明の更なる実施形態はここで記載されるようなRCAであって、該可動位置報告装置は、少なくとも１対のベアリングを更に備え、該少なくとも１対のベアリングは、較正されて較正データを生成し、該較正データは経路追尾の精度を高めるために使用される。本発明の更なる実施形態はここで記載されるようなRCAであって、該可動位置報告装置は、少なくとも１対のベアリングと、各ベアリングの振れを測定するために配置された複数の変位センサを更に備える。
【００７１】
この発明の更なる実施形態において、線形変位センサは、強固RCAの各ジョイントに恒久的に内蔵される。これは、特徴的な振れおよびノイズ振れの両者を補正するという利点がある。
【００７２】
内部CMMアームは標準的な方法で較正され、外郭を較正する必要はない。内部CMMアームの較正は、各ジョイントに対してジョイント較正ファイルを取り込み、内部CMMアームの精度をより高める。較正は、典型的には製造後で、出荷前に行われる。また、保守作業が行われた後に行ってもよく、またはユーザーにより指定された時間間隔で行ってもよい。
【００７３】
補正
アームの補正または平衡化は、ショルダーヨークジョイントにおける加工バネにより達成される。アセンブリまたは生産ライン上において、強固RCAには、多様な測定タスクにおける実用性を最大化するために、垂直線を挟んで、前進のみならず後退できるショルダージョイントが要求される。加工バネが設けられ、アームを前進方向に重力に対して支持するためにコイル状に巻き、後退方向にアームを重力に対して支持するためにコイル状から巻き戻る。または、バネは、反対方向にコイル状に巻き、コイル状から巻き戻ることもできる。支持されるべき強固RCAの重量は、垂直方向に対する角度の余弦で変化する。加工バネの支持力は、垂直方向に対する角度に対して線形である。これは、線形加工バネは、強固RCAのすべての空間的方位に対する補正を完全には提供できないことを意味する。固定加工バネにより、バネ力は、垂直方向を除くすべての角度において存在する。これは、エネルギー消費を最小化して、機械的寿命を最大化するための、アームのほとんどの支持を提供するための次善策である。この発明の目的は、加工バネに対して、非エネルギーの角度を与えることであって、その状態においては、加工バネの通常は捕捉されている端部が、２つの停止点の間を自由に動ける。加工バネにおいて、巻いていない状態での運動の典型的な角度は２５度であり、その運動中に加工バネはほとんどエネルギーを保存しない。各異なるアーム長に対して、最適な、巻いていない状態の角度は、固定バネ定数に対して異なっている。この巻いていない状態の角度は、走行行程の各端部における２つの停止点を調整することにより変更できる。強固RCAは典型的には、６アーム長の範囲で設けられる。これは通常、６つの異なる加工バネを必要とし、それぞれは、異なるバネ定数を有する。この巻いていない状態の角度を利用することにより、典型的には、異なるバネ定数を有する２つの異なる加工バネのみが必要となる。生産において、加工バネは熱処理され、その結果、バネ定数にはバラツキが発生する。２つの調整可能停止点により、加工バネを、前進および後退方向両者の巻きに対して最適に調整することが可能になる。
【００７４】
反バックラッシュ
ほとんどのギヤリングシステムは、その内部にある量のバックラッシュを有している。ハーモニック駆動ジョイントにはバックラッシュはない。ロボットの場合、ジョイントにおけるこのバックラッシュは、RCAの寿命を縮める振動の原因となる。市場はロボットの更に速い動きを要求し、振動は通常、加速度が高くなるにつれて増大する。この発明の目的は、ヨークジョイントにおいてハーモニック駆動を有し、軸ジョイントにおいて反バックラッシュ手段を有する、振動に影響されにくい強固RCAを提供することである。好ましくは、反バックラッシュは、バネ圧力により強制的に半分に離された２つの部分を有するスプリットギヤリングにより提供される。スパーギヤは、好ましくは、ハーモニック駆動ギヤボックスを介して駆動され、駆動チェーンにおける上流でバックラッシュを削除する。代替反バックラッシュは、スパーギヤおよび関連するモーター、ギヤボックスが、スパーの歯が、ギヤリングの歯に対して押し付けられるように跳ね返されるときに提供される。
【００７５】
ベースアセンブリ
外郭およびCMMベースが相対的に動き、外郭上の応力が、外郭ベースを介してCMMベース上に伝達されないようになることが望ましい。このようにして、CMMの精度は、外郭の動きにより影響されない。また、CMMベースが、１つの強固RCAが別のものと置き換えられたときに、高いアライメント精度を有するように位置することも望ましい。更なる必要条件は、強固RCAの位置決めが容易であることである。また、ベースアセンブリはがたがた動かず、強固で容易には損傷を受けにくいことも望ましい。これらの必要条件の組合せにより、新規のベースアセンブリの発明がなされる。この強固RCAの発明の目的は、外郭およびCMMベースの制限のある相対運動が可能で、位置決めが簡単で、CMM整列が高いアライメント精度を有し、強固であるベースアセンブリを提供することである。この新規のベースが、図６Ａ１、６Ａ２、６Ａ３、６Ａ４を参照してここで開示される。
【００７６】
ここで図６Ａ１を参照すると、ベースアセンブリ１１９０は、内部CMMアーム５のCMMセグメント１  ３１と、外郭６の外郭セグメント１  ４１を備える。外郭セグメント１  ４１とCMMセグメント１  ３１は、２つの柔軟ジョイント１１９１により接続され、それにより、CMMセグメント１  ３１が、外郭セグメント１  ４１に対して、少なくとも自由度１で、制限された量だけ動ける。これは、外郭セグメント１  ４１が上昇すると、CMMセグメント１  ３１もまた上昇することを意味する。柔軟ジョイント１１９１は、強固RCA１１００の輸送中に、外郭セグメント１  ４１内でのCMMセグメント１  ３１のがたつきを回避するために、ゴムまたはフォームのような柔軟材料を含む。外郭セグメント１  ４１は、６つの突出リムセグメント１１９３を更に備える。CMMセグメント１  ３１は、２つの突出ツーリングドエル１１９４を更に備える。ここで図６Ａ２を参照すると、プレート１１９２が設けられ、その上に強固RCA１１００のベースアセンブリ１１９０が搭載されている。プレート１１９２は、６つの溝セグメント１１９５と、位置穴１１９６と、位置スロット１１９７を含む。ここで図６Ａ３を参照すると、ベースアセンブリ１１９０の幾何学的レイアウトが示されている。６つのリムセグメント１１９３は、交互に長短セグメントを備える。ここで図６Ａ４を参照すると、プレート１１９２の幾何学的レイアウトが示されている。６つの溝セグメント１１９５は、交互に長短セグメントを備える。３つの特有かつ容易に見分けられるマーキング１１９８がプレート１１９２上に設けられており、円形、正方形、および三角形を備える。これらの３つの特有なマーキング１１９８は、これもまたベースアセンブリ１１９０上の円形、正方形、および三角形（図には示されていない）である整合マーキング１１９８と整列する。
【００７７】
オペレータは、強固RCA１１００を、そのベースアセンブリ１１９０のリムセグメント１１９３上で、プレート１１９２の平坦参照面全体を手動によりスライドする。スライド中、ツーリングドエル１１９４は、プレート１１９２の表面を妨害しないように配置される。オペレータは目視により強固RCA１１００の位置決めを行い、マーキング１１９８の２つのセットを、マーキング１１９８が整合するように整列させる。プレート１１９２の６つの溝セグメント１１９５と、位置穴１１９６と、位置スロット１１９７は幾何学的に配置されて、ベースアセンブリ１１９０の６つの突出リムセグメント１１９３と、２つの突出ツーリングドエル１１９４を整合させ、それによりベースアセンブリ１１９０は、整列しているマーキング１１９８の２つのセットと正しく整列したときは、プレート１１９２内に沈み込むことができる。リムセグメント１１９３は、長短セグメントが交互に配置され、それにより、ベースアセンブリ１１９０のリムセグメント１１９３が、プレート１１９２の溝セグメント１１９５に部分的に位置できなくなり、それにより強固RCA１１００は常に、少なくとも３つのセグメント上で支持され、溝セグメント１１９５内に傾いたり、そこに挟まれたりすることはない。リムセグメント１１９３は先が細くなっており、そのため、オペレータは、それを溝セグメント１１９５に滑り落とすためには、強固RCA１１００を大雑把に整列させればよい。溝セグメント１１９５におけるリムセグメント１１９３は、緩やかな許容誤差があり、典型的には０．２５mmであり、それにより、示差熱膨張および加工許容誤差を許容する。ツーリングドエル１１９４もまた先が細くなっている。強固RCA１１００がプレート１１９２に滑り落ちるとき、ツーリングドエル１１９４は、別にCMMセグメント１  ３１をプレート１１９２内に位置させる。プレート１１９２内のCMMセグメント１  ３１の位置は、典型的には約０．０２５mmと、非常に厳格な許容誤差である。位置スロット１１９７は、CMMセグメント１  ３１とプレート１１９２の間の如何なる示差熱膨張と加工許容誤差をも許容する。プレート１１９２は強固であり、それにより、外郭セグメント１  ４１の固定により、プレートにかかるいかなる変動負荷もプレート１１９２を変形させることはなく、プレート１１９２に取り付けられたCMMセグメント１  ３１に重大な影響を与えることもない。プレート１１９２は、典型的には非常に堅い材料で作られており、厚さもかなりある。典型的な材料としては、１００mmの厚さを有する花崗岩がある。すべての整列手段１１９３、１１９４、１１９５、１１９６、１１９７に対する許容誤差と、それらのテーパの寸法と、柔軟ジョイント１１９１の運動は、慎重に制御する必要があり、それにより、外郭セグメント１  ４１はプレート１１９２内に沈むことなく、CMMセグメント１  ３１の位置を固定させることなく、プレート１１９２上で、その２つのツーリングドエル１１９４上に静止する。好適な実施形態においては、CMMセグメント１  ３１と外郭セグメント１  ４１の間の半径方向の嵌合（fit）は、滑り嵌合（sliding fit）である。
【００７８】
本発明の１つの実施形態はここで開示されるロボットCMMであり、
該可動部材のベースと該可動位置報告装置のベース間の制限された相対運動を可能にし、
手動での位置決めが容易であり、
強固であり、
該可動位置報告装置の高いアライメント精度を有するベースアセンブリを更に備える。
【００７９】
この当業者には、この実施形態が適切なベースアセンブリを提供するための唯一の方法ではなく、本発明の範囲はこの実施形態に制限されることなく、外郭とCMMベースの制限された相対運動を可能にし、容易に位置決めでき、高いCMMアライメント精度を有し、強固であるベースアセンブリを有する如何なる実施形態も含むということは理解されよう。
【００８０】
絶対参照位置
内部CMMアーム５の各エンコーダにおいては正確な測定が行われる。内部CMMアーム５のジョイント上のロータリエンコーダ格子は、典型的に１６，３８４本の線と、１つの参照マークを有している。これは、強固RCA１１００が起動されるたびに、参照マークが、リードヘッド内の参照マークセンサを通過するまで、ジョイントを動力により動かさなければならないことを意味する。これは、１つの角度方位においてのみ起こり得、最大３６０度の相当な動きが必要なこともよくある。この参照運動は時間がかかり、強固RCA１１００がアセンブリライン環境におけるように、他の機器に囲まれているときは不便でもある。各ジョイント上に、ポテンショメータのような別の絶対位置フィードバック装置が設けられない限り、自動化される参照に対して、大雑把にさえ各ジョイントの角度を知ることができないという問題がある。ポテンショメータは、製造および保守コストの追加的なソースであり、システムの複雑さを増し、システムの強固さを減少する。動力による参照が間違った方向で行われると、堅いバンプ停止点が衝撃を受ける。従って、技量のあるオペレータに、動力参照を手動で行わせるのが普通である。この強固RCA１１００の発明の更なる目的は、自動的かつ迅速に内部CMMアームを、強固RCA１１００を実質的に動かすことなく参照する新規の装置および方法を提供することである。
【００８１】
強固RCA１１００を実質的に動かすことなく、内部CMMアームを参照するこの新規の装置および方法は、ここで図６Ｂ１を参照して開示される。ジョイント１２０５の一方に搭載されたロータリエンコーダ光学格子１２００は、１０４mmのピッチでの円の直径上に、１６，３８４本のエンコーダ線１２０２と、３６２個の参照マーク  １２０１を備える。ロータリエンコーダ光学格子１２００は、直径が１０８mmであり、ガラスから製造され、一方が、ジョイント１２０５の他方上に搭載されている４つのリードヘッド１８６に面している。エンコーダ線１２０２は、各対の間に２０ミクロンの均一な間隔を有している。各参照マーク１２０１は、エンコーダ線１２０２上の中央に位置している。参照マーク１２０１の各対の間には間隔１２０３がある。２つの隣接する参照マーク１２０１の間の最小間隔１２０３は２７線であるが、間隔１２０３が、２７線よりも近いと、リードヘッド１８６上の参照マークセンサは、不正確な結果を与える可能性がある。参照マーク１２０１は、隣接する参照マーク１２０１の間のエンコーダ線１２０２による可変間隔１２０３に基づいて、コード化されたパターンでロータリエンコーダ光学格子１２００上に配置されている。整列、熱的、および光学的要因による誤差を許容するために、間隔１２０３の任意の隣接対間最小差は、２エンコーダ線１２０２である。設定マーク１２０９がロータリエンコーダ光学格子１２００上に彫り込まれており、オペレータがジョイント１８６のアセンブリ中に正確にロータリエンコーダ光学格子１２００の方位を決めることを支援する。
【００８２】
図６Ｂ２に関し、リスト１２０４は、ロータリエンコーダ光学格子１２００の約３６０度の周囲に、エンコーダ線１２０２単位の間隔１２０３を順に提供するものであり、リスト１２０４における、２７エンコーダ線１２０２の値を有する最初の間隔１２０３は、６７エンコーダ線１２０２の値を有する最後の間隔１２０３と隣接するようになっている。表における間隔１２０３の合計は１６，３８４であり、これはロータリエンコーダ光学格子１２００上のエンコーダ線１２０２の総計である。隣接する間隔１２０３の各対は特有である。間隔１２０３の対の最小距離は２７＋２９＝５６エンコーダ線１２０２であり、間隔１２０３の対の最大距離は５７＋６７＝１２４エンコーダ線１２０２である。
【００８３】
図６Ｂ３に関し、ジョイント１２０５は起動されると、開始角度１２０６から、R2，R3，R4と表示されている３つの参照マーク１２０１が読まれるまで連続する正方向を横切り、一方、この当業者には知られている方法を使用して、エンコーダ線１２０２をカウントし、３つの連続する参照マーク１２０１であるR2、R3、R4に対応する、COUNT2、COUNT3、COUNT4で表示される３つのエンコーダ線カウント１２０７という結果になる。３つのエンコーダ線カウント１２０７である、COUNT2、COUNT3、COUNT4の間の、エンコーダ線１２０２でのS2、S3と表示される２つの間隔１２０３は、減算S2＝COUNT3−COUNT2と、S3＝COUNT4−COUNT3により得られる。隣接する間隔１２０３であるS2、S3のこの対は、リスト１２０４上の特有な位置に位置している。この位置により、ジョイント１２０５の参照に対して、ジョイント１２０５を更に動かすことなく十分な情報が提供される。参照の間の、エンコーダ線１２０２での、ジョイント１２０５の動きの角度弧１２０８「A」は、２つの間隔１２０３であるS2、S3の合計に、間隔１２０３のS1のほとんどと、加速および減速に対する少量を加算したものである。この角度弧１２０８Aは、第１参照マーク１２０１のR2に遭遇したときに方向を変更し、２つの間隔１２０３であるS1、S0上を後退させることにより、２つの間隔１２０３に減少できる。参照中の、最大正角度と最大負角度の間の減少された角度弧１２０８「B」は、１度から３度であり、ロータリエンコーダ光学格子１２００上の開始角度１２０６の位置に依存する。
【００８４】
この発明の範囲はこの実施形態に制限されず、自動的かつ迅速に、強固RCA１１００の実質的な動きなしに、内部CMMアームを参照する強固RCA１１００のすべての実施形態を含む。例えば、角度弧１２０８は、１度をかなり下回っても、３度をかなり上回ってもよい。参照マーク読込みの不正確さを回避するためのエンコーダ線１２０２の最小間隔は、２７よりも少なくても多くてもよい。パターンにおけるエンコーダ線の増分は１であっても２を超えてもよい。ロータリエンコーダ光学格子１２００は、１６，３８４本よりも少ないまたは多い線を有することもできる。リードヘッド１８６の数は、１つでも２つでも、また２つを超えてもよい。参照に必要な間隔１２０３の数は、１または２を超えてもよい。参照に必要な間隔１２０３の数が１の場合は、リスト１２０４における各間隔１２０３は、特有な整数のエンコーダ線１２０２となる。参照マーク間隔１２０３のリスト１２０４は、この分野に精通した者により、この発明の如何なる有効な実施形態にも適合するように生成できる。リスト１２０４は、この分野に精通した者により、リスト１２０４により定義された参照マーク１２０１に対する適切な間隔１２０３を有する、互換性あるロータリエンコーダ光学格子１２００を製造するためのマスクを設計するために使用できる。
【００８５】
ここで図６Ｂ４に関し、強固RCA１１００の内部CMMアーム５のジョイント１２０５を参照する方法が提供される。第１ステップ１２１０において、ジョイント１２０５は、参照マーク１２０１の位置が突き止められるまで回転される。第２ステップ１２１１において、第１参照マークのカウントはCOUNT1として格納される。第３ステップ１２１２において、ジョイント１２０５は、第２参照マーク１２０１の位置が突き止められるまで回転される。ジョイント１２０５は、隣接参照マーク１２０１の位置が突き止められるまで回転される。第４ステップ１２１３において、第２参照マークのカウントはCOUNT2として格納される。第５ステップ１２１４において、２つの参照マーク１２０１の間の間隔１２０３は、間隔＝COUNT2−COUNT1として計算される。第６ステップにおいて、リスト１２０４上の間隔１２０３を探して、ロータリエンコーダ光学格子１２００の参照場所を与える。
【００８６】
本発明の範囲はこの方法には制限されず、自動的かつ迅速に、強固RCA１１００の実質的な動きなしに、内部CMMアームを参照するすべての方法を含む。例えば、位置を突き止められる参照マーク１２０１の数は、３つまたはそれを超えてもよく、計算された間隔１２０３は、２つまたはそれを超えてもよい。参照マーク１２０１の位置を突き止めるために使用されるリードヘッド１８６の数は、角度弧１２０８を削減し、従って、参照中に強固RCA１１００の運動による衝突の危険性を削減するために、２つまたはそれを超えてもよい。強固RCA１１００の各ジョイント１２０５の参照は、他のジョイントに対していつでも開始でき、最も時間効率のよい方法は、同時にすべてのジョイント１２０５を参照することである。参照はすべて１方向であってもよく、または方向の変更があってもよい。各ジョイント１２０５は、オペレータが設定可能な検索方向を有することができ、その方向においてオペレータは、運動方向を、衝突を起こす可能性が最も少ないように設定する。ジョイント１２０５の参照中にバンプ停止点が衝撃を受けると、その工程は停止し、それに続いて新しい工程が、他の方向で参照マーク１２０１を見つけることができる。
【００８７】
本発明の１つの実施形態はここで開示されるようなRCA１１００であって、多数の参照マークを、該参照マーク間の可変間隔で格子上に備えるジョイント参照手段を更に備える。
【００８８】
本発明の別の実施形態はここで開示されるような、RCA１１００のジョイントを参照する方法であって、
複数の参照マークの位置を突き止めるステップと、
該参照マークのそれぞれの位置を、その隣接する参照マークの位置に関して減算して、該参照マークの間の１つまたは２つ以上の間隔を決定するステップと、
リストにおいて該１つまたは２つ以上の間隔を探して、該ジョイントを参照するステップと、を含む。
【００８９】
熱安定性内部CMMアーム
強固RCA１１００の精度を、モーター動力出力およびアーム方位における変化に伴って見られる変動する熱的条件のもとで、より安定させることは本発明の目的である。内部CMMアーム５は典型的には、小さな熱膨張係数を有し、アルミニウムから製造されたいくつかのジョイントによりリンクされた３つのカーボンファイバチューブを備える。アルミニウムは相対的に高い熱膨張係数を有しており、そのため、各アルミニウム構成要素に対して２つの問題を引き起こす。（ａ）温度によるその膨張は、測定して補正しなければならない。（ｂ）熱膨張中の曲がりおよび捩れを解消するために、熱的に対称に設計し製造しなければならない。内部CMMアーム５のベースと先端の間のアルミニウムの距離は６００mmもあり、温度が１５℃変化すると、アームを０．２mm膨張させる。アルミニウムは典型的には、下記の領域に存在し、各領域におけるアーム長のアルミニウムの百分率を括弧内に示している。ベース（５％）、ショルダージョイント（３２％）、エルボージョイント（２４％）、リストジョイント（２０％）、およびプローブ端モジュール（１９％）である。それぞれが異なる熱膨張／収縮特性を有するカーボンファイバーの異なる層が組み合わされると、全体の効果により、相当な温度変化による長さの変化をほとんどゼロにしてしまうことができる。この技術は、チューブのような対称対象物に対して確立されている。
【００９０】
強固RCA１１００の実施形態が開示され、そこにおいては、ベース（５％）およびプローブ端モジュール（１９％）におけるアルミニウムのほとんどが、対称カーボンファイバー構造により置き換えられている。アルミニウム長の残りの７６％は、ショルダー、エルボー、およびリストにおける３つの非対称ヨーク内である。３つのヨーク内のアルミニウム長のほとんどは、現在は鋳造アルミニウムにより製造されている６つの構成要素により説明される。この強固RCA１１００発明の更なる実施形態においては、これらの６つの構成要素は、カーボンファイバーの層を使用して、鋳型に収められている。鋳型の形状および層の組合せは、熱膨張を最小にし、剛性を最大にするように注意深く設計される。これは、内部CMMアーム５の長さのほぼ１００％が、熱的に中性の材料で構成されることを意味する。
【００９１】
無限ジョイント
強固RCA１１００の幅広い手動による起動を目標とする、この発明のこの実施形態においては、軸ジョイントの１つ以上に、制限のない無限回転を提供することができ、この無限回転において筐体ケーブルは、トレードに精通した者には知られている方法で、ジョイントにおける無限回転コンタクトリングを介して信号を送る。軸ジョイントの無限回転による強固RCA１１００の手動の起動により、アームは使い易くなる。更なる実施形態においては、光学エミッターとレシーバを、無限回転ジョイントの中心において対にすることができ、任意の軸方位においてお互いにエミッターおよびレシーバと操作可能であり、データは高帯域でそこを通して送ることができる。
【実施例２】
【００９２】
本発明の第２主要実施形態は、複雑でなく、オペレータの疲労もなく、出力データにおいて、精度の一貫性あるレベルを維持しながら、容易に手動で操作できるRCAに関する。
【００９３】
第２実施形態の上記の記載においては、そのような強化された手動制御を有するRCA１は図１０の装置が参照により記載されている。しかし、その記載はこの実施形態に制限されない。RCA１は他の要素を含むことができる。本発明の強化された手動制御を有するRCAは、例えば、第２実施形態に従って適合され、図７に記載された、上述の強固RCA１１００であってもよい。それは、それにより、ロボットが、図１１に示すような外郭の構成となるRCAであってもよい。このように、下記に記載するRCA１は、上述した強固RCA１１００と、図１１で記載された外郭RCA１７とを有する任意のRCAのことであり、この技術で知られているRCAを含む。
【００９４】
図１０に関し、強化された手動制御を有するRCA１は、典型的RCAを備える。そのような典型的RCAは、ロボット１４、つまり、ジョイント１６により接続された、２つ以上のリンク８を備える１つの可動部材を備え、そのロボットの運動は、サーボまたは油圧構成要素のような機構手段により動力が与えられる。ロボット１４は、普通はベース１１を介して床の上に設置される。ロボット１４はこの技術ではよく知られている。典型的RCAの第２要素は、CMMアーム２、つまり、介在ジョイント１５により接続された２つ以上のリンク７を備える可動位置報告装置である。CMMアーム２は、ベース１０を介して床上に設置できる。上記で既に説明したように、CMMアーム２は、非常に高い精度でプローブ端１２の位置を計算できる。CMMは、プローブ端１２にプローブ９０を設けることができる。CMMアーム２は、この技術ではよく知られている。典型的RCAの第３要素は伝達手段９であり、ロボットリンク８の運動を、CMMアーム２の対応するリンク７へ伝達する。RCAを形成するロボット１４、CMMアーム２、および伝達手段９の構成は、よく知られている。
【００９５】
図１１もまた、強化された手動制御を有するRCA１７を示している。それは、図１０に対して上記に記載され、同じ参照符号を有するそのような典型的RCA構成要素を特徴とするが、ロボット１４は、内部CMMアーム２の周りの外郭として設置される。従って、可動部材は、内部CMMアーム２を取り囲み、伝達手段９を介して内部CMMアーム２を操作してそれが測定を行えるようにするロボット外郭１４である。ロボット外郭と内部CMMアームは、ベース１０、１１において強固に取り付けることができる。ロボット外郭と内部CMMアームは、同じジョイント軸方位およびジョイント中心を有する。外郭RCAの構成はよく知られている。
【００９６】
本発明の第２実施形態は上記に記載したようなRCA１に関し、触覚モードで操作できる。RCA１は、オペレータがそれを放したときに、空間におけるその位置を維持しながら、オペレータはそれがほとんど重さがないように扱うことができる。オペレータの手からの力によりRCA１のプローブ端１２を操作する。力はセンサにより読み込まれ、センサは運動方向を決定し、オプションとしてアームの速度も決定し、抵抗および／またはモーメントによりオペレータにフィードバックすることができる。オペレータの手からの力は、CMMアームに直接力またはモーメントをまったく加えない。例えば、強固RCA１１００は、最小の力およびトルクしか内部CMMアームに加わらない環境において、ロボット外郭６に置かれた内部CMMアーム５上への直接の、いかなる大きさの力またはモーメントも受けることはない。これは、手動操作によってはRCA構造に歪みを与えることはないので、操作のそのような強化された、触覚モードを有するRCAは、等価の手動CMMアームよりも、より精度が高いことを意味する。更に、触覚モードは、ボタンパッドまたはジョイスティックのようなボタンインタフェースでは得ることのできなかった、正確な制御を達成するための、オペレータの手およびグリップの自然の運動を利用する。
【００９７】
従来の直交系CMMの手動制御は、いくつかの理由により広くは使用されていない。その理由とは、（ａ）従来の直交CMMは、普通は、大きな花崗岩のテーブルを使用し、それが、対象物のすべての側面に近接する領域へのオペレータのアクセスの邪魔になるからであり、（ｂ）従来の直交系CMMは、慣性が大きく自然には扱えないからである。オペレータがRCAを手動で操作することが自然であり、数千もの多数のCMMアームのオペレータがそのような自然な技術に慣れ、それが動力によるツールのように、RCAを直感的に手動で操作することを体得できるようにすることは本発明の目的である。
【００９８】
本発明の１つの実施形態は、触覚モードで、プローブ端１２、１０００を平行移動および／または回転するように構成された、ロボット座標測定機械、つまりCMMアームに関する。
【００９９】
制御の触覚モードを有するRCA１は、下記に記載される１つ以上の特徴を有することができる。
【０１００】
感知ハンドル
手動CMMアームは、典型的には、一方の手でCMMアームのリストを握り、他方の手でCMMアームのエルボーに向かう更に上部をグリップすることにより手動で操作される。７軸アームは、しばしばリストにおいてハンドルが設けられ、オペレータによるアームの制御を支援する。他の手は２つの機能を有する。１つは、重力に対してアームの残りの部分を支持することであり、オペレータが手動CMMアームを放すと、それは落下する。第２の機能は、ショルダーとリストが固定された位置の間で、可能な位置を通る弧上の好適な位置へエルボーを動かすことである。
【０１０１】
本発明の１つの実施形態はここで記載されるようなRCA１であり、触覚制御のために、オペレータの手動圧を受け取るための感知ハンドル１１７０を更に備える。感知ハンドルは、自由度（DOF）６の感知ハンドルであってよい。それは、ロボットアームとプローブ端の間のリストに位置する。更に、エルボーにおいて、またはそこに向けて、２つの対向するボタンもまたあってもよい。DOF６の感知ハンドルは、RCA制御システムに対して、完全な平行移動および回転命令を与える。２つの対向ボタンにより、エルボーが時計方向にまたは反時計方向に運動するか、または、ボタンが押されない場合である相対的位置を維持するかを信号で送ることができる。リストにおける感知ハンドルの配置、およびエルボーに向けてのボタンのセットの配置は、手動の７軸CMMアームを両手で制御する配置に類似しており、このため、訓練されたオペレータは、手動CMMアームから、本発明のRCAへ、必要以上の努力をすることなく容易に移ることができる。
【０１０２】
図１０を参照すると、本発明のRCA１は、最終ジョイント１３または最終軸の後ろで、ロボットアーム１４上に搭載される感知ハンドル１１７０を有することができる。それは好ましくは強固に搭載される。
【０１０３】
図７は、最終軸の後ろで、リストにおいて強固に搭載された感知ハンドル１１７０と、外郭セグメント５  ４５の反対側に搭載された２つのエルボーボタン１１７８が配置された強固RCA１１００の構成を示している。
【０１０４】
ここで図８を参照すると、感知ハンドル１１７０は、ステム１１７１とグリップ１１７２を有してよく、グリップ１１７２は、ステム１１７１とグリップ１１７２の間に、グリップ１１７２が、ステム１１７１に対して柔軟な方法で、自由度６で自由に動けるように３つの柔軟トランスファ１１７３を有している。X長センサ１１７４とY長センサ１１７５は、上部柔軟トランスファ１１７３と下部柔軟トランスファ１１７３に埋め込むことができる。Z剪断センサ１１７６と捩れ剪断センサ１１７７は、中間柔軟トランスファ１１７３内に埋め込まれている。これらの６つのセンサ１１７３−１１７６は、自由度６の誘導情報をRCAの制御部へ提供するためには十分である。センサ１１７３−１１７６は、応力ゲージまたは任意の類似感知構成要素であってよい。オペレータがグリップ１１７２を握ったときの、オペレータにより加えられる手動力のX、Y、Z、ヨー、ピッチ、およびロール成分は、この当業者にはよく知られた方法を使用して、６つのセンサ信号から分解される。グリップ１１７２が握られていないときのセンサ出力の中立位置は、重力に対して、すべての方位で較正できる。応力ゲージは、オペレータにより加えられた応力X、Y、Z、ヨー、ピッチ、およびロール成分の大きさを検出し、より高い応力が、構成要素の、より速い、所望の相対運動に対応する。改善された実施形態においては、エルボーボタン１１７８が、エルボーのより速い、所望の相対運動に対応するより高い圧力による、オペレータの手動圧の大きさを検出できる。別の改善された実施形態においては、ボタン１１７８は、感知ハンドル１１７０上に位置してよく、オペレータは片手でRCAを操作できる。
【０１０５】
RCA手動制御
図９を参照すると、RCA手動（触覚）制御システム１１８０は、８つのセンサ１１７４−１１７８からベクトルジェネレータ１１８１への入力を備えることができ、ベクトルジェネレータ１１８１は、感知ハンドル１１７０およびオプションのエルボーボタン１１７８上のオペレータの手動圧により提供されるRCAの運動に関する大きさと所望の方向に対応するベクトル１１８３を生成する。ベクトルジェネレータ１１８１により生成されたベクトル１１８３は、経路ジェネレータ１１８２に入力し、経路ジェネレータ１１８２もまた、外部ループ１１６２から、強固CMMアーム１１００の現在位置と方位を受け取る。経路ジェネレータ１１８２は、外部ループ１１６２に対して新しいターゲット１１６１を生成する。経路ジェネレータ１１８２は、下記を含む種々のパラメータを備える。
ａ）ジョイントにおける最大角速度
ｂ）ジョイントにおける最大角加速度
ｃ）力が除去されたときの設定角減速度
ｄ）アーム運動機構
ｅ）計測アプリケーション
手動操作中、RCA手動制御１１８０は、関連する速度およびエネルギーを削減することにより安全性を高めるために速度制限を組み込むことができる。ケーブル上の緊急ボタンまたは手動操作用ボタンは、起動中のRCAを瞬時に停止する。計測アプリケーションによっては、経路ジェネレータ１１８２は、直線状で、および／または一定速度を有する経路を生成できる。
【０１０６】
パネルおよび力センサ
この第２実施形態の代替においては、RCA１の外部表面の多くは、CMMまたはロボットアームに、複数のアナログ力センサを介して搭載されたパネルで覆われている。RCAが強固RCA１１００の場合は、パネルは外郭６に搭載され、パネルはその基盤となるロボット外郭と類似した形状をしている。または、パネルは、人間工学的、美的、機能的、または他の必要性に適合するような形状にすることができる。パネルは異なるサイズおよび形状であるが、２つのパネルが同一で、単一のツールを使用してそれを製造でき、それによりコストを下げるようにRCA１を設計することも可能である。各パネルは典型的には、CMMアーム、ロボット、またはロボット外郭６に、１つから４つの力センサおよび多数の剛性取付け器具により取り付けられる。各センサは１つ以上の方向で加えられた力を感知する。RCA１に対してのパネルの実際の動きは少なく、これによりオペレータに対しては、RCA１は剛性であるとの感じを与える。全体として、パネルはRCAの表面領域の約８０％を覆う。RCAパネルは、RCA１のプローブ端３に取り付けられたすべてのプローブまたはツールを除いて、RCAの可動部分の多くを効果的に覆う。パネルは軽量であり、それにより、重力に対してのロボットの加速またはパネルの方位の変化が、オペレータの手からの相対的に大きい力と比較して無視できる。パネルはRCAのほとんどを覆い、いかなる衝突も、手動誘導として触覚制御ループにより処理され、それにより、アームを後退または少なくとも停止させることにより衝撃を削減する。
【０１０７】
RCA１のこの実施形態もまた、自動モードで作動できる。RCA１の表面領域のほとんどを覆うパネルを設けることにより、RCA１の安全性が高められる。RCA１が、プログラムされた経路に従って、または適合的に経路を生成しながら自動運転で正常に機能しているときに、人間がアーム動作のボリュームに入り込むと、アームが人間にぶつかることがある。人間と接触すると、RCAパネル上の力は増大して、RCA１はこれに応答して元の方向での運動を停止し、パネル上の力をゼロにするように遠ざける。オペレータが捕捉されても、オペレータは単にRCA１を押しやることができる。RCA１が機能不良を起こしてオペレータに何かがぶつかる場合は、この発明に適用できるいくつかの追加的安全モードがある。第１に、アームは軽量で柔らかいパネルに覆われていて、それにより衝突による損傷を削減できる。第２に、物理的にスリップできる機械的クラッチを設けることにより、オペレータが依然として捕捉されている場合に、オペレータに加えられる力の量を制限できる。第３に、モーター制御システムにおける後に続くエラーの急激な増大は、制御ループで検出でき、アームの動きに対して停止をトリガし、モーターに対してはデフォルトの制動が適用される。第４に、モーター制御システムにおける動力要求の急激な増加は、制御ループにおいて検出でき、アームの動きに対して停止をトリガし、モーターに対してはデフォルトの制動が適用される。RCAが強固RCA１１００の場合は、内部CMMアームは衝突の際は、ロボット外郭とパネルにより保護される。ロボット外郭とスキンもまた、完全にまたは部分的に、強固RCA１１００に取り付けられた繊細なプローブをすべて保護する。RCA手動制御１１８０における衝突応答および既に開示された機能不良応答は、強固RCA１１００と、光学プローブ９１に対して更なる保護を提供する。光学プローブ９１は、衝突およびその結果としての損傷、または精度が落ちることから保護される。ほとんどの衝突は、RCA１またはそのプローブ（例えば、光学プローブ９１）の再較正を必要としない。
【０１０８】
スキン
この第２実施形態の代替実施形態においては、パネルはオペレータの手により加えられる力およびモーメントを感知でき、その力とモーメントをRCA手動制御１１８０に通信できる接触感知スキンと置き換えることができる。スキンは、RCA１の表面領域のすべてまたはその多くを覆う。スキンは、特別な表面感触または色により、RCA１の表面の残りの部分から区別できる。
【０１０９】
オペレータはRCA１を、Faro Technologies and Romerにより製造された手動CMMアームと同様な方法で維持および操作できる。RCA１のスキンは、オペレータにより作用されると人間の操作の意図をRCA１手動（触覚）制御１１８０に提供する、複数の力センサを備えることができる。RCA１手動制御１１８０は、７ジョイントへの駆動システムを起動することにより、その意図への触覚応答を提供する。手動接触に対するRCA１の触覚的行動は、それが、手動CMMアームに類似した応答により手動で使用できることを意味するが、関連する努力の利点がかなり削減される。
【０１１０】
ナッジバー
この第２実施形態に対する更なる実施形態においては、RCA１上（例えば、強固RCA１１００のロボット外郭上）に適切に位置され、オペレータの手により加えられた力とモーメントを感知でき、その力とモーメントをRCA１手動（触覚）制御１１８０に通信できる、オペレータが手でアクセスする多数のナッジバーが設けられる。この第２実施形態に対する代替実施形態においては、RCA１上に適切に位置され、オペレータの手により加えられた力とモーメントを感知でき、その力とモーメントをRCA手動制御１１８０に通信できる、オペレータが手でアクセスする多数のジョイスティックが設けられる。感知装置は、ロボット外部（例えば、強固RCA１１００のロボット外郭）上に設置され、操作中にCMMアーム（または強固RCA１１００の内部CMMアーム）へ加えられる力とモーメントを最小にすることは好ましいが、感知装置は、RCA１のいずれの部分にも設置できる。
【０１１１】
コンタクトプローブ衝突、データ化および測定
本発明の１つの実施形態はここで記載されるようなRCA１であって、コンタクトプローブを更に備え、コンタクトまたは力が該プローブに加えられたときにRCA１を減速するように構成される。RCA１に嵌合されるコンタクトプローブは、接触トリガプローブ９２であってよく、または、その先端に加えられるいかなるコンタクトおよび／または力を、RCA手動制御１１８０に対して信号として送るプローブ９０の他の形態が好ましい。接触トリガプローブ９２からコンタクト信号を受け取ると、RCA手動制御１１８０は、強固RCA１１００を急速に停止させるために減速できる。更なる動作は、次のような選択された操作の手動モードにより自動的である。
（ａ）プローブ９２を表面から後退させる
（ｂ）円錐形状の位置を測定するために、自動プロービングサイクルを開始する
（ｃ）球体の中心を測定するために、自動プロービングサイクルを開始する
（ｄ）平面を測定するために、自動プロービングサイクルを開始する。
RCA手動制御１１８０におけるこのコンタクトプローブ機能は、接触トリガプローブ９２を使用する標準測定サイクルと、衝突の場合の両者において有効である。もっとも精度のよい測定は、制御された方法で行われる。プローブの先端は、最初対象物に高速度で衝突するが、穏やかなアプローチが続く後退工程により、正確な表示が可能になる。
【０１１２】
点走査プローブ測定
RCA手動制御１１８０に対する新規のコンタクト走査自由度６モードがここに開示され、そこにおいて、対象物の表面といったん接触した接触力走査プローブ９９は、RCAがオペレータにより手動で誘導される間、対象物の表面に沿う経路を詳細に示すことができる。オペレータは、アームを手動で誘導することにより、RCA手動制御１１８０に、運動する概略方向を提供する。RCA手動制御１１８０はまた、接触力走査プローブ９９からの入力を受け取る。RCA手動制御１１８０は、RCA１の物理的制限が与えられれば、対象物の表面との、接触力走査プローブ９９のほぼ理想的な接触および方位を維持しながら、オペレータにより所望された概略方向における経路を生成する。そのような経路は、後で走査される表面領域の境界を詳細に示すために使用できる。いったん境界が定義されると、走査プログラムは自動的に生成され実行される。このように、本発明の１つの実施形態はここで開示されるようなRCA１であって、コンタクトプローブを更に備え、接触または力が該プローブに加えられると、１回以上の測定を自動的に実行するように構成される。
【０１１３】
当業者には理解されるように、類似の非接触点走査自由度６制御ループが、Wolf & Beck（ドイツ）によるレーザー走査点プローブのような、非接触点プローブとの使用のためにここで開示される。新規の自由度６制御ループは、ここで開示された装置に制限されることなく、一般的に適用可能である。
【０１１４】
応答パラメータ
本発明の１つの形態によれば、ここで開示されるRCA１は、RCA１の応答を、オペレータの好みに適合させる応答手段を更に備える。本発明の１つの形態によれば、オペレータは、RCA１の応答をオペレータの好みに適合させる応答パラメータを調整できる。応答パラメータは、応答手段により使用され、RCAの応答を適合させる。RCA１手動制御１１８０により使用される応答パラメータは、応答規則の適用比率を調整できる。応答パラメータは、RCAユーザーインタフェースにより調整される。応答パラメータを高く設定すると、RCA１は、オペレータには非常に軽量で、パネルを押すオペレータの手によく反応するように見える。応答パラメータを低く設定すると、RCA１は、オペレータには、パネルを操作するオペレータの手に対する応答において大きな慣性と、低加速度を有しているように見える。６−７軸RCAにおいては、オペレータに対して、多数の異なる応答パラメータが提供され、それによりオペレータは、RCAの応答を、オペレータが所望する応答に合わせるための多数の異なる方法で設定できるということは理解されよう。例えば、プローブ端における軸は高い応答を有するように設定でき、ベース端に向かう軸は低い応答を有するように設定できる。本発明は、応答パラメータがどのように指定でき、RCA手動制御１１８０内でどのように実現できるかをいかなる意味でも制限しない。この実施形態の更なる形態は、多数の応答パラメータに対してオペレータにより設定される設定が、設定ファイルに保存されるということである。この実施形態の更なる形態は、多数の異なる設定ファイルがRCAの供給者により提供され、オペレータはそれらの間で選択できるということである。オペレータは１つの設定から他の設定に変更できる。オペレータにとって好ましい設定ファイルは設定することができ、オペレータがログオンするときに自動的に呼び出すことができる。供給された設定ファイルの１つ以上を、操作における努力を最小にしたいと所望することにより課せられるかなりの拘束において、手動CMMアームの扱いに類似する応答をする手動CMMアームの使用に慣れているオペレータに対して特別に設定することができる。
【０１１５】
ソフトサーボ動作
この第２実施形態の代替実施形態においては、ソフトサーボ動作が提供され、そこにおいて、RCAは、それを押す人間の方向に動くように構成される。
【実施例３】
【０１１６】
この第３実施形態においては、マスター強固RCA１１００はオペレータにより手動で操作され、スレーブ強固RCA１１００を遠隔操作する。この第３実施形態は、危険な環境における測定のような操作に特に適用できる。この第３実施形態の目的は、強固RCA１１００の発明が触覚モードで操作可能で、それによりマスター強固RCA１１００によるスレーブ強固RCA１１００の遠隔操作が、スレーブ強固RCA１１００からマスター強固RCA１１００への触覚フィードバックを伴って起こるということである。マスター強固RCA１１００が、スレーブ強固RCA１１００と類似の軸配置を有することは好ましい。２つの強固RCA１１００は、寸法またはいかなる他の機能においても同一である必要はない。この第３実施形態の更なる目的は、如何なる適切な遠隔操作装置も、スレーブ強固RCA１１００を遠隔操作するマスター装置として使用できるということであり、例えば、手動CMMアームをマスター装置として使用でき、オペレータの意図を感知し、それに応答する力センサを有するロボットを、マスター装置として使用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
本発明の実施形態が、例としての目的のみのために、付随する図面を参照して記載される。
【図１】図１は、強固RCAにおけるシールされたボリュームの模式図である。アームは断面ブロックで描かれている。
【図２】図２は、大きな異物の侵入を防止する装置の図である。装置は、ボリュームと外郭の断面を示している。
【図３】図３は、モーターポッドの断面を示す断面図である。
【図４】図４は、平面図における単一の外部シールされたボリュームを有する強固RCAの模式図である。
【図５】図５は、強固RCAに対する、ルーター付きイーサネット（登録商標）システムの模式図である。
【図６】図６は、強固RCAに対する、制御アーキテクチャの模式図である。
【図６Ａ】図６Ａ１は、ベースアセンブリの断面を示す断面図である。図６Ａ２は、プレートの断面を示す断面図である。図６Ａ３は、ベースアセンブリのベースの断面を示す模式図である。図６Ａ４は、平面図におけるプレートの模式図である。
【図６Ｂ１】図６Ｂ１は、平面図における複数の参照マークを有する格子の模式図である。
【図６Ｂ２】図６Ｂ２は、参照マーク間隔のリストである。
【図６Ｂ３】図６Ｂ３は、参照運動を示す格子の一部の直線図である。
【図６Ｂ４】図６Ｂ４は、参照工程のフロー図である。
【図７】図７は、感知ハンドルとエルボーボタンを有する強固RCAの三次元表現である。
【図８】図８は、感知ハンドルの三次元表現である。
【図９】図９は、強固RCAに対する手動制御アーキテクチャの模式図である。
【図１０】図１０は、感知ハンドルが設けられたRCAの模式図である。
【図１１】図１１は、感知ハンドルが設けられた、ロボット外郭を有するRCAの模式図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１    RCA
２    アーム
７    リンク
８    リンク
９    伝達手段
１０    ベース
１１    ベース
１２    プローブ端
１３    最終ジョイント
１４    ロボット外郭
１５    介在ジョイント
１６    ジョイント
１７    RCA
３１    CMMセグメント１  
４１    外郭セグメント１  
９０    プローブ
１５１    PCラップトップ
１５３    ペンダント
１７２    制御PCB
１７３    ジョイントPCB
１７５    増幅器
１７６    モーター／ギヤボックス
１７７    ブレーキ
１７８    CMMエンコーダ
１７９    モーターエンコーダ
１８６    リードヘッド
１９６    カメラ
２００    外部ネットワーク
３９３    増幅器
３９６    スイッチ
３９７    ルーター
６３９    ジョイスティック
８４６    手動ブレーキリリースシステム
１０００    プローブ端モジュールシールドボリューム
１１００    強固RCA
１００８    スパ−ギヤ
１１０１    ベースシールドボリューム
１１０２    CMMアームボリューム
１１０３    CMMアームシールドボリューム
１１０３    CMM下部リムボリューム
１１０４    CMMアームシールドボリューム
１１１１    外郭ボリューム
１１１２    外郭シールドボリューム
１１１３    外郭ジョイント３ボリューム
１１１４    外郭シールドボリューム
１１１５    外郭シールドボリューム
１１１６    外郭シールドボリューム
１１２１    ベース内部開口部
１１２２    制御パネル
１１２３    ベース鋳造部品
１１２４    柔軟偏向器
１１２５    エントランスギャップ
１１２６    ポッド
１１３１    伝達シールドボリューム
１１３２    伝達シールドボリューム
１１４０    強固RCAシールドボリューム
１１５０    反バックラッシュアセンブリ
１１６０    システム
１１６１    ターゲット
１１６２    外部制御ループ
１１６３    内部制御ループ
１１７０    感知ハンドル
１１７１    ステム
１１７２    グリップ
１１７３    柔軟トランスファ
１１７４    X長センサ
１１７５    Y長センサ
１１７６    Z剪断センサ
１１７７    捩れ剪断センサ
１１７８    ボタン
１１８０    RCA手動（触覚）制御システム
１１８１    ベクトルジェネレータ
１１８２    経路ジェネレータ
１１８３    ベクトル
１１９０    ベースアセンブリ
１１９１    柔軟ジョイント
１１９２    プレート
１１９３    リムセグメント
１１９４    ツーリングドエル
１１９５    溝セグメント
１１９６    位置穴
１１９７    位置スロット
１１９８    マーキング
１２００    ロータリエンコーダ光学格子
１２０１    参照マーク  
１２０２    エンコーダ線
１２０３    間隔
１２０４    リスト
１２０５    ジョイント
１２０６    開始角度
１２０７    エンコーダ線カウント
１２０８    角度弧
１２０９    設定マーク
【図１】
2009504418.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009504418.tif 000007
【図６】
2009504418.tif 000008
【図６Ａ】
2009504418.tif 000009
【図６Ｂ１】
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【図６Ｂ２】
2009504418.tif 000011
【図６Ｂ３】
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【図６Ｂ４】
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【図７】
2009504418.tif 000014
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
2009504418.tif 000019
2009504418.tif 000020
2009504418.tif 000021
2009504418.tif 000022
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