(57)【要約】座標位置決め機械を較正する方法が記載されている。機械は、機械の可動部分に関連付けられたターゲット点と機械の固定部分に関連付けられたピボット点が既知の距離間隔だけ互いに分離されるピボットポーズに制御される。そのポーズに対する誤差値は、既知の距離間隔と、機械の既存のモデルパラメータからそのポーズに予想される距離間隔に基づいて決定される。機械は、複数の異なるターゲットポーズに制御され、各ターゲットポーズについて、ターゲット点とピボット点の間の距離間隔（Ｓ）が測定され、そしてそのポーズに対する誤差値が、測定された距離間隔（Ｓ）および既存のモデルパラメータからそのポーズに予想される距離間隔に基づいて決定される。全体的な誤差の大きさは誤差値から決定され、そして既存のパラメータのセットよりも全体的な誤差の大きさが低くなる新しいパラメータのセットが決定される。また、ボールアダプタとボールバー延長部品ついても記載されている。
2021515215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標位置決め機械を較正する方法であって、
機械のジオメトリは、パラメトリックモデルによって特徴付けられ、較正方法は、既存のモデルパラメータのセットよりも優れて機械のジオメトリを特徴付けるモデルパラメータの新しいセットを決定するべく意図され、この方法は、
機械の可動部分に関連付けられたターゲット点と機械の固定部分に関連付けられたピボット点が既知の距離間隔だけ互いに分離されるピボットポーズに機械を制御すること、既知の距離間隔および既存のモデルパラメータからそのポーズに予想される距離間隔に基づいて、そのポーズに対する誤差値を決定すること、
機械を複数の異なるターゲットポーズに制御すること、
各ターゲットポーズについて、ターゲット点とピボット点との間の距離間隔を測定するために長さ測定デバイスを使用すること、そして、測定された距離間隔と既存のモデルパラメータからおよびピボットポーズからそのポーズに予想される距離間隔に基づいて、そのポーズについての誤差値を決定すること、
誤差値から全体的な誤差の大きさを決定すること、および
既存のパラメータのセットよりも全体的な誤差の大きさが低くなるであろう新しいパラメータのセットを決定すること、を備える方法。
【請求項２】
前記方法は、前記新しいパラメータのセットに基づいた誤差値の新しいセットを決定すること、および
これらの誤差値からより新しいパラメータのセットを決定し、任意選択的にこのプロセスを必要とされる回数例えば、全体的な誤差測定値が所定の閾値を下回るまで繰り返すこと
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記既知の距離間隔は、前記ピボットポーズで実質的に一致する、前記ターゲット点および前記ピボット点と共に、ゼロ能力ベクトルである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記方法は、モデルパラメータのサブセットのみのための新しい値を決定することを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記モデルパラメータのサブセットは、機械のツール中心点に関連する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記距離間隔は、長さ測定デバイスによって測定され請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記長さ測定デバイスは、ボールバーである請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記座標位置決め機械はロボットである請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
座標位置決め機械の要素またはその周囲に取り付くように適合されたアダプタであって、
前記要素は、肝心点を有し、
前記アダプタは、前記要素および／または前記要素の周りに取り付けられたとき、前記肝心点と実質的に一致する中心点を有する少なくとも部分球形の支持表面を備えるアダプタ。
【請求項１０】
前記要素はツールである請求項９に記載のアダプタ。
【請求項１１】
前記肝心点は、ツールのツール中心点である、請求項１０に記載のアダプタ。
【請求項１２】
前記アダプタは、一般的な方法で複数の異なるインサートを受け入れるように適合され、前記インサートは、異なるそれぞれの要素または要素のタイプを受け入れるべく適合され、それにより前記アダプタがさまざまな異なる要素または要素のタイプと共に使用されるのを可能にする請求項９〜１１のいずれか一項に記載のアダプタ。
【請求項１３】
各インサートは、その対応する要素の外形に合致するように、内部で成形される請求項１２に記載のアダプタ。
【請求項１４】
各インサートは、要素および／またはその周辺に取り付けられたとき、前記肝心点が前記アダプタの少なくとも部分球面の中心に実質的に一致するのを保証するために、その対応する要素の肝心点の位置を考慮して適合される請求項１２または１３に記載のアダプタ。
【請求項１５】
少なくともいくつかの前記インサートは、前記要素のＣＡＤモデルに基づいて３Ｄ印刷される請求項１２〜１４のいずれか一項に記載のアダプタ。
【請求項１６】
インサートは、溶接ツール、ドリルビットなどの機械加工ツールおよび較正シャフトから選択された複数の要素に対し、提供される請求項１２〜１５のいずれか一項に記載のアダプタ。
【請求項１７】
測定デバイスと、請求項９〜１６のいずれか一項に記載のアダプタとを備えるキットであって、
前記測定デバイスは、前記測定デバイスの測定点が前記アダプタの中心点と実質的に一致し、そして結合要素が支持表面の少なくとも所定の部分または作動部分を超えて移動するときもそのまま留まるように、前記アダプタの支持表面に結合し、それに抗して支持するように適合された結合要素を備えるキット。
【請求項１８】
前記測定デバイスは、測定デバイスの２つの測定点間の距離間隔の測定結果を提供するように適合される、請求項１７に記載のキット。
【請求項１９】
前記測定デバイスは、長さ測定デバイスである請求項１７または１８に記載のキット。
【請求項２０】
前記測定デバイスは、ボールバーである、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載のキット。
【請求項２１】
前記結合要素は、カップの形態である請求項１７〜２０のいずれか一項に記載のキット。
【請求項２２】
前記測定点は、前記カップの少なくとも部分的球面の中心である、請求項２１に記載のキット。
【請求項２３】
前記カップは、前記アダプタの少なくとも部分的球面と結合するように適合される請求項２１または２２に記載のキット。
【請求項２４】
前記測定デバイスは、一端にボールを、他端にカップを備える請求項１７〜２３のいずれか一項に記載のキット。
【請求項２５】
前記測定デバイスは、両端にカップを備える請求項１７〜２３のいずれか一項に記載のキット。
【請求項２６】
前記結合は、運動学的または少なくとも疑似運動学的である請求項１７〜２５のいずれか一項に記載のキット。
【請求項２７】
請求項１２に従属したときに、前記キットは、上記のインサートを備える請求項１７〜２６のいずれか一項に記載のキット。
【請求項２８】
座標位置決め機械を較正する方法であって、
請求項１７〜２７のいずれか一項に記載のキットを取ること、
前記要素がまだ前記座標位置決め機械にある状態で、前記アダプタを前記要素および／または要素の周りに取り付けること、
前記測定デバイスの前記結合要素が前記アダプタの少なくとも部分球面の支持表面に抗して支持するように、前記測定デバイスを前記アダプタに結合すること、
そして、測定操作中に、前記測定デバイスの前記測定点が前記アダプタの中心点と一致し、前記測定デバイスの銭結合要素が、前記アダプタの少なくとも部分的球形の支持表面の少なくとも所定のまたは作動部分を超えて移動するとき、そのまま留まるように前記測定操作を実行すること、
を含む方法。
【請求項２９】
請求項１０に従属したときに、第１の操作と前記測定操作のためのアダプタの取り付けとの間で前記ツールを取り外すことなく、前記測定操作用の前記アダプタを取り付ける前に、前記ツールを使用する前記第１の操作を実行することを含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
請求項１０に従属したときに、前記アダプタを取り付ける前または前記アダプタを取り外した後、および前記ツールを取り外すことなく、接触または非接触のツールセッターなどを使用して前記ツールの長さを決定するなど、前記ツールに対してさらに測定操作を実行することを含む請求項２８または２９に記載の方法。
【請求項３１】
ボールバーに追加の移動範囲を提供するように構成されたボールバー用の延長部分。
【請求項３２】
測定部分、標準端部分および請求項３１に記載の延長部分を備えるモジュール式システムであって、前記測定部分は、第１のタイプのボールバーを形成するべく、測定部分が標準端部分に結合可能であり、そして第２のタイプのボールバーを形成するべく、延長部分に別個に結合可能であるモジュール式システム。
【請求項３３】
請求項１〜８および２８〜３０のいずれか一項に記載の方法を実行するように設計された座標位置決め機械。
【請求項３４】
コンピュータまたは機械コントローラによって実行されたとき、前記コンピュータまたは機械コントローラに請求項１〜８および２８〜３０のいずれか一項に記載の方法を実行させるコンピュータプログラム。
【請求項３５】
請求項１〜８および２８〜３０のいずれか一項に記載の方法を実行するようにコンピュータまたは機械コントローラを制御するためのコンピュータプログラム命令が格納されたコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、座標位置決め機械に関する。本発明は、特に、限定されないが、関節式ロボットの少なくともいくつかの態様の較正に関する。
【背景技術】
【０００２】
関節式ロボットは、組み立て、溶接、塗装、プリント回路基板のピックアンドプレース、パッケージングおよびラベリング、パレタイジング（パレット搭載）、および製品検査などの製造用途で一般的に使用されている。関節式ロボット（または単に「ロボット」）は、添付図面の図１に概略的に示されており、固定ベース２からツール４を支持する可動フランジ３まで延びる関節式アーム１を備えている。典型的には、フランジ３には、ツール４が便利に交換可能であることを許容するカップリング（継手）が設けられている。
【０００３】
アーム１は、機械的リンケージを形成する複数の回転継手６によって接続された複数のリンク５を備えている。図１に示される例では、７つの回転継手６が存し、接続されたリンク５の長手方向軸に直交する回転軸を有する回転継手と、接続されたリンク５の長手方向軸に平行な回転軸を有する回転継手が交互にある。産業用ロボットの最も一般的な配置は、６つの回転継手を有することであるが、ロボットには１つ以上の線形継手を有する場合もある。複数の継手を使用することは、ツール４を作業領域の周りに移動させ、それをさまざまな異なるポーズに操作する際の適応性を許容する。適応性の程度は、アームにおける関節の数を増減することによって、もたらされ得る。
【０００４】
しかしながら、追加の継手（したがって追加の適応性）を有するということは、各継手が位置誤差または不確実性に寄与し、そしてリンケージの連続性の故に、これらの誤差は累積するという不都合な点を有している。これらの誤差または不確実性を精密に示すために、ロボットを較正できることが重要である。
【０００５】
任意のタイプの非デカルト機械の較正は重要な課題であり、これは、互いに対して固定されておらず、そしてツールを作業領域において位置させるために、複雑な方法で組み合わせることができる、複数の回転継手を有している図１に示されるような関節式アームに対しては、実際にそうである。デカルト機械の較正は、典型的には、より簡単である。何故なら、このような機械は、各軸が互いに独立している状態で、直交配列で相互に固定された３つの明確に画定された軸を有しているからである。非デカルト機械では、各軸の位置および方向が他の各軸の位置および方向に依存し、その結果、較正は各異なる機械のポーズに対して異なる。
【０００６】
レーザートラッカーを使用した較正は可能であるが、典型的に高価であり、現場での実施には時間がかかる。他の多くのタイプの較正技法は、関連する機械のパラメータのモデルを特定するという目標を共通に有している。このモデルでは、機械のジオメトリを特徴付けるために、複数のパラメータが使用される。較正されない値は、最初に機械のジオメトリの開始の点として、これらのパラメータに割り当てられている。較正の間、機械は（機械パラメータの現在の推定値に基づき）さまざまな異なるポーズに移動される。各ポーズについては、較正された測定デバイスが実際のポーズを測定するべく使用され、その結果、想定された機械ポーズと実際の機械ポーズとの間の誤差の指標が決定され得る。
【０００７】
機械を較正する課題は、ひいては、既知の数値最適化または誤差最小化手法を使用して、誤差を最小化する機械のさまざまなパラメータについての値のセットを決定することになる。このような手法の例は、よく知られているＬｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔアルゴリズムであり、これは、最小二乗法を使用して、最適化された各パラメータに従って、誤差の導関数を知る誤差を最小にする（非特許文献１および非特許文献２参照）。最尤法に基づくものを含む他の手法もまた可能である。
【０００８】
図１に示されるようなロボットの場合、これらの機械パラメータは、各ロボットリンク５の長さや、各回転継手６の回転角度オフセット（エンコーダーからの角度と実際の角度を与える較正されたオフセット）、および継手のコンプライアンスや摩擦などのさまざまな機械的パラメータのような、種々の幾何学的パラメータを含み得る。これらのすべての機械パラメータがわかっている状態で、適切に較正される場合、さまざまな継手６が異なるそれぞれの位置に移動するべく、ロボットコントローラ７によって命令されたとき、ツール６が実際にどの位置になるかをより確実に予測することが可能である。言い換えると、そのような較正から得られる機械パラメータは、機械ジオメトリのより正確な特性評価を提供する。
【０００９】
以前は、ロボットの較正手順の一部を形成するために、Ｒｅｎｉｓｈａｗ  ｐｌｃによって製造および販売されているＱＣ２０−Ｗ  ｂａｌｌｂａｒなどのボールバーを使用することが考えられていた。例えば、そのような手順は、非特許文献３「単一の入れ子式ボールバーを使用した絶対ロボット較正」（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、２０１４）に記載されている。この記事では、２つのカスタムメイドの治具が使用され、それぞれは３つのボールバー接続点を有していると説明されている。１つの入れ子式ボールバーが２」つの治具の接続点の異なるペア間に順番に接続され、治具の１つがコントローラによって他の治具に対して７２の異なるポーズのそれぞれに移動するように命令される。測定値は、誤差最小化技術を使用して機械のパラメータを決定し、それによって、機械を較正するために使用される。
【００１０】
ロボットの較正技術に関するさらなる背景は、以下に見出される。
（ａ）非特許文献４（「オフラインで生成されたロボットプログラムの較正方法」Ｇｕｓｔａｖ著）、
（ｂ）非特許文献５（Ｆｒａｎｋ  Ｓｈａｏｐｅｎｇ  Ｃｈｅｎｇによる「ロボットの位置決め精度を高めるためのロボット参照フレームの較正」）、
（ｃ）非特許文献６  （Ｇｒｅｇｏｒｉによる「Ｅｔａｌｏｎｎａｇｅ  ｄｅ  Ｒｏｂｏｔｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｌｓ」）、
（ｄ）非特許文献７（Ａｄｅｌ  Ｏｌａｂｉによる「Ａｍｅｌｉｏｒａｔｉｏｎ  ｄｅ  ｌａ  ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ｄｅｓ  ｒｏｂｏｔｓ  ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｌｓ  ｐｏｕｒ  ｄｅｓ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｄ’ｕｓｉｎａｇｅ  ａ  ｇｒａｎｄｅ  ｖｉｔｅｓｓｅ」）、
（ｅ）非特許文献８（Ａ．Ｙ．  Ｅｌａｔｔａ  ｅｔ  ａｌによる「ロボット較正の概要」）、
（ｆ）非特許文献９（ＫｈａＬｉｌおよびＥ  Ｄｏｍｂｒｅによる「ロボットのモデリング、識別および制御」）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５２９７２３８号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／０００３６４７号
【特許文献３】独国特許第３５０４４６４号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｋｅｎｎｅｔｈ  Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇによる「Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｅｒｔａｉｎ  Ｎｏｎ−Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｏｂｌｅｍｓ  ｉｎ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓ」、１９４４年、Ｑｕａｒｔｅｒｌｙ  ｏｆ  ＡｐｐＬｉｅｄ  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ、２：１６４−１６８頁
【非特許文献２】Ｄｏｎａｌｄ  Ｍａｒｑｕａｒｄｔによる「Ａｎ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｆｏｒ  Ｌｅａｓｔ−Ｓｑｕａｒｅｓ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ」、１９６３年、ＳＩＡＭ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｎ  ＡｐｐＬｉｅｄ  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ、１１（２）：４３１−４４１頁
【非特許文献３】Ａｌｂｅｒｔ  Ｎｕｂｉｏｌａによる「Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｒｏｂｏｔ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｎｇ  Ｂａｌｌｂａｒ」  ２０１４年、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ誌
【非特許文献４】Ｇｕｓｔａｖ  Ｂｅｒｇｓｔｒｏｍによる「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｏｆｆ−ｌｉｎｅ  ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  ｒｏｂｏｔ  ｐｒｏｇｒａｍ」  ２０１１年、Ｍａｓｔｅｒ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｔｈｅｓｉｓ，  Ｃｈａｌｍｅｒｓ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｇｏｔｅｂｏｒｇ，  Ｓｗｅｄｅｎ，  ，  Ｒｅｐｏｒｔ  Ｎｏ．  ＥＸ０９９／２０１１
【非特許文献５】Ｆｒａｎｋ  Ｓｈａｏｐｅｎｇ  Ｃｈｅｎｇによる「Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｒｏｂｏｔ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｆｒａｍｅｓ  ｆｏｒ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｒｏｂｏｔ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ａｃｃｕｒａｃｙ」、ａ  ｃｈａｐｔｅｒ  ｉｎ“Ｒｏｂｏｔ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ”  Ｅｄｉｔｅｄ  ｂｙ  Ｍａｒｃｏ  Ｃｅｃｃａｒｅｌｌｉ，  ＩＳＢＮ  ９７８−９５３−７６１９−０６−０）
【非特許文献６】Ｇｒｅｇｏｒｉによる「Ｅｔａｌｏｎｎａｇｅ  ｄｅ  Ｒｏｂｏｔｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｌｓ」、２０１０年７月、Ｐｒｏｊｅｔ  ｄｅ  ｆｉｎ  ｄ  ’ｅｔｕｄｅｓ、Ｉｎｇｅｎｉｅｒｉｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｌｌｅ、Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｅ  ｄｕ  Ｑｕｅｂｅｃ
【非特許文献７】Ａｄｅｌ  Ｏｌａｂｉによる「Ａｍｅｌｉｏｒａｔｉｏｎ  ｄｅ  ｌａ  ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ｄｅｓ  ｒｏｂｏｔｓ  ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｌｓ  ｐｏｕｒ  ｄｅｓ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｄ’ｕｓｉｎａｇｅ  ａ  ｇｒａｎｄｅ  ｖｉｔｅｓｓｅ」、２０１１年、Ａｒｔｓ  ｅｔ  Ｍｅｔｉｅｒｓ  ＰａｒｉｓＴｅｃｈ，  https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-006490l9からダウンロード可能
【非特許文献８】Ａ．Ｙ．  Ｅｌａｔｔａ  ｅｔ  ａｌによる「Ａｎ  Ｏｖｅｒｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｒｏｂｏｔ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ」、２００４年、Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ３  （１）：  ７４−７８頁
【非特許文献９】ＫｈａＬ１ｌおよびＥ  Ｄｏｍｂｒｅによる「Ｍｏｄｅｌｉｎｇ，  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｒｏｂｏｔｓ」ＩＳＢＮ  ９７８−１−９０３９９６−６６−９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ロボット、または少なくともロボットのジオメトリの特定の態様を較正する、改善された方法および／または簡略化された方法を提供することが望ましい。
【００１４】
特許文献１は、ロボット上のツール制御フレームを較正する方法を説明しており、その一実施形態では、プローブがロボットのツールに取り付けられ、デジタル化プレートによって非接触式に感知される。特許文献２は、測定デバイスとしてボールバーを使用する機械のエンドエフェクタにおける位置誤差を修正する方法を開示している。特許文献３は、三脚配置における３本の入れ子式測定ロッドの使用を記載している。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の態様によれば、座標位置決め機械を較正する方法であって、
機械のジオメトリは、パラメトリックモデルによって特徴付けられ、較正方法は、既存のモデルパラメータのセットよりも優れて機械のジオメトリを特徴付けるモデルパラメータの新しいセットを決定するべく意図され、この方法は、
機械の可動部分に関連付けられたターゲット点と機械の固定部分に関連付けられたピボット点が既知の距離間隔だけ互いに分離されるピボットポーズに機械を制御すること、既知の距離間隔および既存のモデルパラメータからそのポーズに予想される距離間隔に基づいて、そのポーズに対する誤差値を決定すること、
機械を複数の異なるターゲットポーズに制御すること、
各ターゲットポーズについて、ターゲット点とピボット点との間の距離間隔を測定するために長さ測定デバイスを使用すること、そして、測定された距離間隔と既存のモデルパラメータからおよびピボットポーズからそのポーズに予想される距離間隔に基づいて、そのポーズについての誤差値を決定すること、誤差値から全体的な誤差の大きさを決定すること、および既存のパラメータのセットよりも全体的な誤差の大きさが低くなるであろう新しいパラメータのセットを決定すること、を備える方法が提供される。
【００１６】
この方法は、新しいパラメータのセットに基づいて誤差値の新しいセットを決定すること、およびそれらの誤差値からさらに新しいパラメータのセットを決定することを含むことができる。これは、例えば、全体的な誤差測定値が所定の閾値を下回るまで、必要なだけ繰り返えされてもよい。
【００１７】
既知の距離間隔は、ゼロの値またはゼロ能力ベクトルである場合がある。言い換えれば、ターゲット点およびピボット点は、ピボットポーズで実質的に一致する可能性がある。
【００１８】
この方法は、モデルパラメータのサブセットのみのための新しい値を決定することを含み得る。モデルパラメータの残りの部分は、較正方法の目的のために正しいと想定されてもよく、または、機械のジオメトリを既存のモデルパラメータのセットよりも優れて特徴付けるモデルパラメータの新しいセットを決定するために、サブセットのパラメータのみが変化された状態で、少なくとも方法の実行中は変更されずに留まってもよい。
【００１９】
モデルパラメータのサブセットは、機械のツール中心点、例えばツール中心点の位置に関連してもよい。
【００２０】
測定された距離間隔は、１次元の距離間隔、つまり換言すると１自由度の距離間隔であってもよい。
【００２１】
ターゲット点とピボット点の間の距離は、長さ測定デバイスによって測定されてもよい。
【００２２】
長さ測定デバイスは、ボールバーであってもよい。
【００２３】
ターゲットポーズは、ピボットポーズの前または後に実行されてもよいが、ピボットポーズは、ターゲットポーズの前に実行されることが好ましい。これは、機械をピボットポーズに制御するステップによって、ピボット位置は少なくとも部分的に設定されるためである。
【００２４】
ピボット点とターゲット点の間の既知の距離間隔は、調整可能なピボットを使用することで達成され得る。調整可能なピボットは、ターゲット点がピボット点の近傍で機械によって移動されるので、ピボット点がそれらの間の既知の関係でターゲット点に結合し、それによって既知の距離間隔を与える状態で、ピボット点のいくらかの動きを許容する。ピボットは、後続のターゲットポーズ測定のためにその位置にロックされてもよい。調整可能なピボットは、少なくとも横方向の並進運動を許容し得る。調節可能なピボットは、ピボットの回転を可能にし得る。
【００２５】
測定された距離間隔は、その代わりに、２つの自由度の距離間隔である場合がある。測定された距離間隔は、例えば三脚によって測定された３つの自由度の距離間隔であり得る。測定された距離間隔は、代わりに、４つの自由度の距離間隔である場合がある。測定された距離間隔は、代わりに、５つの自由度の距離間隔である場合がある。測定された距離間隔は、その代わりに、例えば六脚によって測定された、６つの自由度の距離間隔であり得る。測定された距離間隔は、１次元から６次元のベクトルと見なされてもよい。ターゲット点は機械の可動部分に関連し、そしてピボット点は機械の固定部分に関連すると述べられている場合、これらは、代わりに、それぞれターゲット部分およびピボット部分と見なされてもよく、その結果、それらの間の回転関係（距離間隔）が定義され得、ただの並進関係（距離間隔）だけではありない。
【００２６】
Ｎ次元の距離間隔の場合、上記の各「誤差値」は、実際には、Ｎ個の対応する個別の誤差値を含むことが理解されよう。したがって、ピボットポーズおよび各ターゲットポーズに対して決定された「誤差値」は、それぞれが１つまたは複数の「誤差値」を有する「誤差」または「誤差測定」と見なされるか、および／または、その代わりに参照される。
【００２７】
機械はロボットであってもよい。機械は関節式ロボットであってもよい。機械は、６軸の多関節産業用ロボットであってもよい。ロボットは、回転か線形か、その組み合わせか、直列か並列か、またはその組み合わせかを問わず、３つ以上の軸を有する座標位置決め機械と見なされてもよい。
【００２８】
本発明の第２の態様によれば、座標位置決め機械の要素またはその周囲に取り付くように適合されたアダプタが提供され、この要素は、肝心点を有し、そこで、アダプタは、要素および／または要素の周りに取り付けられたとき、肝心点と実質的に一致する中心点を有する少なくとも部分球形の支持表面を備えている。
【００２９】
要素はツールの場合がある。要素は、機械の移動端にあるツールであってもよい。要素は、機械によって運ばれるおよび／または使用されるおよび／または操作されるツールであってもよい。
【００３０】
肝心点は、ツールのツール中心点である場合がある。
【００３１】
アダプタは、一般的な方法で複数の異なるインサートを受け入れるように適合されてもよく、インサートは、異なるそれぞれの要素または要素のタイプを受け入れるべく適合されている。これは、アダプタがさまざまな異なる要素または要素のタイプと共に使用されるのを可能にする。
【００３２】
各インサートは、その対応する要素の外形に合致するように、内部で成形されてもよい。
【００３３】
各インサートは、要素および／またはその周辺に取り付けられたとき、肝心点がアダプタの少なくとも部分球面の中心に実質的に一致するのを保証するために、その対応する要素の肝心点の位置を考慮して適合されてもよい。
【００３４】
少なくともいくつかのインサートは、要素のＣＡＤモデルに基づいて３Ｄ印刷されてもよい。
【００３５】
溶接ツール、ドリルビットなどの機械加工ツールおよび較正シャフトから選択された複数の要素に対し、インサートが提供されてもよい。
【００３６】
本発明の別の態様によれば、本発明の第２の態様のアダプタと共に、測定デバイスを備えるキット（例えば、部品のキット）が提供される。測定デバイスは、測定デバイスの測定点がアダプタの中心点と実質的に一致し、そして結合要素が支持表面の少なくとも所定の部分または作動部分を超えて移動するときもそのまま留まるように、アダプタの支持表面に結合し、それに抗して支持するように適合された結合要素を備えている。
【００３７】
測定デバイスは、測定デバイスの２つの測定点間の距離間隔の測定結果を提供するように適合されてもよい。
【００３８】
測定デバイスは、長さ測定デバイスであってもよい。
【００３９】
測定デバイスは、ボールバーであってもよい。
【００４０】
結合要素は、カップの形態であってもよい。
【００４１】
測定点は、カップの少なくとも部分的球面の中心、またはカップの支持点を通過する少なくとも部分的球面であってもよい（例えば、カップが３つの接触点を含む場合）。
【００４２】
カップは、アダプタの少なくとも部分的球面と結合するように適合されてもよい。
【００４３】
測定デバイスは、一端にボールを、他端にカップを備えてもよい。
【００４４】
測定デバイスは、両端にカップを備えてもよい。
【００４５】
結合は、運動学的または少なくとも疑似運動学的であってもよい。
【００４６】
結合要素は、接触面が支持表面の実質的な部分（例えば、錐体または球の一部）を覆う疑似運動学的であってもよい。これは、結合要素がボールアダプタの溝または穴をまたぐのに役立つ。
【００４７】
キットは、上記のインサートを備えてもよい。
【００４８】
本発明の別の態様によれば、座標位置決め機械を較正する方法が提供され、方法は、前述の態様によるキットを取ること、要素がまだ座標位置決め機械にある状態で、アダプタを要素および／または要素の周りに取り付けること、測定デバイスをアダプタに結合すること、測定デバイスの結合要素がアダプタの少なくとも部分球面の支持表面に抗して支持するように、測定デバイスをアダプタに結合すること、そして、測定操作中に、測定デバイスの測定点がアダプタの中心点と一致し、測定デバイスの結合要素が、アダプタの少なくとも部分的球形の支持表面の少なくとも所定のまたは作動部分を超えて移動するとき、そのまま留まるように測定操作を実行すること、を含んでいる。
【００４９】
この方法は、第１の操作と測定操作のためのアダプタの取り付けとの間でツールを取り外すことなく、測定操作用のアダプタを取り付ける前に、ツールを使用する第１の操作を実行することを含んでもよい。
【００５０】
この方法は、アダプタを取り付ける前またはアダプタを取り外した後、およびツールを取り外すことなく、接触または非接触のツールセッターなどを使用してツールの長さを決定するなど、ツールに対してさらに測定操作を実行することを含むことができる。
【００５１】
「実質的に一致する」という用語の意味は、本発明が使用される状況、ならびに予想および／または必要とされる精度に依存するとして、当業者によって理解されるであろう。この用語は、「必要な許容範囲内で一致する」または「所定の許容範囲内で一致する」を意味すると解釈されてもよい。例えば、「実質的に一致する」は、いくつかの用途において、５ｍｍ以内、またはより好ましくは２ｍｍ以内、またはより好ましくは１ｍｍ以内、またはより好ましくは０．５ｍｍ以内、またはより好ましくは０．１ｍｍ以内を意味し得る。
【００５２】
本発明の第２の態様の実施形態によれば、所定のツール中心点を有するツール、座標位置決め機械のまたは座標位置決め機械用のツールおよび／またはその周囲に嵌合するように適合されたアダプタであって、当該アダプタは、中心を有する少なくとも部分的に球形の支持表面を含み、その中心は、ツールおよび／またはツールの周りに取り付けられたときに、ツールのツール中心点と一致するか、またはツールの中心点からの既知のオフセットであるアダプタを提供する。ツールのツール中心点は、ツールの形態や形状によって、またはそれらに応じて本質的に画定される。このようなアダプタと共に使用するための測定デバイスもまた提供されており、測定デバイスは、測定デバイスの測定点が一致するか、または測定デバイスの測定点がアダプタの中心からの既知のオフセットであり、結合要素が支持表面の少なくとも所定の部分または作動部分を超えて移動するとき、そのままに留まるように、アダプタの支持表面に結合しそしてそれに抗して支持するように適合された結合要素を有している。測定デバイスは、長さ測定デバイスであってもよい。測定デバイスは、デバイスの２つの測定点の間の距離間隔の測定を提供するように適合されてもよい。測定デバイスは、ボールバーであってもよい。測定点は、測定デバイスの端部にあるボールの中心、または測定デバイスが結合するボールであってもよい。結合要素は、カップの形態であってもよい。測定デバイスは、一端にボールを、他端にカップを、または両端にカップを有することができ、カップは、アダプタの少なくとも部分的球面と結合するように適合されている。結合は、運動学的または少なくとも疑似運動学的であってもよい。
【００５３】
本発明の第３の態様によれば、ボールバーに追加の移動範囲を提供するように構成されたボールバー用の延長部分が提供される。この態様のボールバーは、代わりに、別のタイプの長さ測定デバイスでもよい。これは、例えばモジュラーシステムの一部として、オーバートラベル拡張機能を提供する。延長部分は、移動範囲を拡張するが測定範囲は拡張しないように適合されてもよい。延長部分は、測定範囲の両側に追加の移動範囲を提供するように適合されてもよい。延長部分は、測定範囲の一方の側のみに追加の移動範囲を提供するように適合されてもよい。延長部分は、ボールバーのボールの１つとして機能するボールを備えることができる。測定部分、標準端部分および延長部分を備えるモジュール式システムが提供され得、測定部分は、第１のタイプのボールバーを形成するべく、測定部分が標準端部分に結合可能であり、そして第２のタイプのボールバーを形成するべく、延長部分に別個に結合可能である。
【００５４】
本発明の第４の態様によれば、コンピュータまたは機械コントローラによって実行されたとき、コンピュータまたは機械コントローラに本発明の第１の態様による方法または第２の態様に関連する方法を実行させるコンピュータプログラムが提供される。プログラムは、キャリア媒体で搬送されてもよい。キャリア媒体は、記憶媒体であってもよい。キャリア媒体は、伝送媒体であってもよい。
【００５５】
本発明の第５の態様によれば、本発明の第１の態様による方法または第２の態様に関連する方法による方法を実行するようにコンピュータまたは機械コントローラを制御するためのコンピュータプログラム命令が格納されたコンピュータ可読媒体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
ここで、例として、添付の図面が参照される。
【図１】図１は、前述された、関節式ロボットの概略図である。
【図２】図２は、ツールの中心点（ＴＣＰ）が同じ位置に留まるように、取り付けられたツールを動かすロボットを概略的に示している。
【図３】図３は、ＴＣＰを識別するために、以前に検討された方法を示している。
【図４】図４は、ＴＣＰを識別するために、以前に検討された方法を示している。
【図５】図５は、本発明の第１の態様の第１の実施形態による方法のステップを示している。
【図６】図６は、本発明の第１の態様の第１の実施形態による方法のステップを示している。
【図７】図７は、本発明の第１の態様の第１の実施形態による方法のステップを示している。
【図８】図８は、本発明の第１の態様の第１の実施形態による方法のステップを示している。
【図９】図９は、本発明の第１の態様の第１の実施形態による方法のステップを示している。
【図１０】図１０は、図５から図９に示された方法の概略フロー図である。
【図１１】図１１は、正しくないＴＣＰ位置が、方法からの測定にどのように影響するかを示す概略図である。
【図１２】図１２は、図２に類似しているが、ツール自体からオフセットされたツール中心点を有する溶接ツールを示している。
【図１３】図１３は、調整可能なピボットではなく、固定ピボットが示されている点で、図９とは異なっている。
【図１４】図１４は、本発明の第１の態様の第１の実施形態の方法で起こり得る、不都合な点を説明するのに使用するための図である。
【図１５】図１５は、本発明の第１の態様の第１の実施形態の方法で起こり得る、不都合な点を説明するのに使用するための図である。
【図１６】図１６は、本発明の第２の態様の実施形態によるボールアダプタの概念を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の第２の態様の実施形態によるボールアダプタを使用する、本発明の第１の態様の第２の実施形態による方法のステップを図解する図である。
【図１８】図１８は、本発明の第２の態様の実施形態によるボールアダプタを使用する、本発明の第１の態様の第２の実施形態による方法のステップを図解する図である。
【図１９】図１９は、本発明の第２の態様の実施形態によるボールアダプタを使用する、本発明の第１の態様の第２の実施形態による方法のステップを図解する図である。
【図２０】図２０は、本発明の第２の態様の実施形態によるボールアダプタを使用する、本発明の第１の態様の第２の実施形態による方法のステップを図解する図である。
【図２１】図２１は、本発明の第２の態様の実施形態によるボールアダプタを使用する、本発明の第１の態様の第２の実施形態による方法のステップを図解する図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、ボールバーであって、両方の端部に１つのボール有しているタイプのボールバーが示されている。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、ボールバーであって、一方の端部に１つのボールを有し、他方にカップを有して、本発明の第１の態様の第２の実施形態で使用されるタイプのボールバーが示されている。
【図２３】図２３は、本発明の第２の態様の実施形態によるボールアダプタを使用する、本発明の第１の態様の第２の実施形態による方法のステップを図解する図である。
【図２４】図２４は、本発明の第２の態様の実施形態によるボールアダプタを使用する、本発明の第１の態様の第２の実施形態による方法のステップを図解する図である。
【図２５】図２５は、本発明の第２の態様の実施形態によるボールアダプタを使用する、本発明の第１の態様の第２の実施形態による方法のステップを図解する図である。
【図２６】図２６は、本発明の第２の態様の実施形態によるボールアダプタを使用する、本発明の第１の態様の第２の実施形態による方法のステップを図解する図である。
【図２７】図２７は、汎用ボールアダプタが、異なるツール用の様々なインサートを受け入れるように適合されているモジュール式ボールアダプタシステムを示している。
【図２８】図２８は、汎用ボールアダプタが、異なるツール用の様々なインサートを受け入れるように適合されているモジュール式ボールアダプタシステムを示している。
【図２９】図２９は、汎用ボールアダプタが、異なるツール用の様々なインサートを受け入れるように適合されているモジュール式ボールアダプタシステムを示している。
【図３０】図３０は、汎用ボールアダプタが、異なるツール用の様々なインサートを受け入れるように適合されているモジュール式ボールアダプタシステムを示している。
【図３１】図３１は、延長部分が、ボールバーに追加の移動範囲を提供するために使用される、本発明の第３の態様の第１の実施形態を示している。
【図３２】図３２は、延長部分が、ボールバーに追加の移動範囲を提供するために使用される、本発明の第３の態様の第１の実施形態を示している。
【図３３】図３３は、延長部分が、ボールバーに追加の移動範囲を提供するために使用される、本発明の第３の態様の第１の実施形態を示している。
【図３４】図３４は、延長部分が、ボールバーに追加の移動範囲を提供するために使用される、本発明の第３の態様の第１の実施形態を示している。
【図３５】図３５は、延長部分が、ボールバーに追加の移動範囲を提供するために使用される、本発明の第３の態様の第１の実施形態を示している。
【図３６】図３６は、延長部分が、ボールバーに追加の移動範囲を提供するために使用される、本発明の第３の態様の第１の実施形態を示している。
【図３７】図３７は、モジュール式ボールバーの配置を示している。
【図３８】図３８は、モジュール式ボールバーの配置を示している。
【図３９】図３９は、モジュール式ボールバーの配置を示している。
【図４０】図４０は、図３７〜３９のモジュール式ボールバー配置での本発明の第３の態様を具体化する延長部の使用を概略的に示している。
【図４１】図４１は、図３７〜３９のモジュール式ボールバー配置での、本発明の第３の態様を具体化する延長部の使用を概略的に示している。
【図４２】図４２は、図３７〜３９のモジュール式ボールバー配置での、本発明の第３の態様を具体化する延長部の使用を概略的に示している。
【図４３】図４３は、図３７〜３９のモジュール式ボールバー配置での、本発明の第３の態様を具体化する延長部の使用を概略的に示している。
【図４４】図４４は、図４０〜４３の延長部分の主要部分をより詳細に示される斜視図である。
【図４５】図４５は、図４０〜４３の延長部分の主要部分をより詳細に示す斜視図である。
【図４６】図４６は、図４０〜４３の延長部分の主要部分をより詳細に示す斜視図である。
【図４７】図４７は、図４０〜４３の延長部分の主要部分をより詳細に示す斜視図である。
【図４８】図４８は、図４０〜４３の延長部分の主要部分をより詳細に示す斜視図である。
【図４９】図４９は、図４０〜４３の延長部分の主要部分をより詳細に示す斜視図である。
【図５０】図５０は、図４０〜４３の延長部分の主要部分をより詳細に示す斜視図である。
【図５１】図５１は、第３の態様の延長ピースが、第２の態様のボールアダプタと共に使用される実施形態を示される図である。
【図５２】図５２は、本発明の第１の態様の実施形態の基礎となる概念の概略図を提供する。
【図５３】図５３は、本発明の第１の態様の実施形態の基礎となる概念の概略図を提供する。
【図５４】図５４は、本発明の第１の態様の実施形態の基礎となる概念の概略図を提供する。
【図５５Ａ】図５５Ａは、ドリルビットに適用された本発明の第２の態様のボールアダプタの概念を示す図である。
【図５５Ｂ】図５５Ｂは、ドリルビットに適用された本発明の第２の態様のボールアダプタの概念を示す図である。
【図５６Ａ】図５６Ａは、較正シャフトに適用された本発明の第２の態様のボールアダプタの概念を示す図である。
【図５６Ｂ】図５６Ｂは、較正シャフトに適用された本発明の第２の態様のボールアダプタの概念を示す図である。
【図５７Ａ】図５７Ａは、ボールアダプタの概念が、ツールを取り外す必要なしに、複数の較正または測定操作が実行されるのをどのように可能にするかを示す図である。
【図５７Ｂ】図５７Ｂは、ボールアダプタの概念が、ツールを取り外す必要なしに、複数の較正または測定操作が実行されるのをどのように可能にするかを示す図である。
【図５８】図５８は、ツールへのグリップ取り付けのためのボールアダプタの実施例を示している。
【図５９】図５９は、ツールへのねじ取り付け用のボールアダプタの実施例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
ツール４を作業領域の周りに移動させるようにロボットをプログラミングする場合、重要な情報は、ツール４が取り付けられているロボットの部分（たとえば、フランジ３）に対するツール中心点（ＴＣＰ）の位置である。ロボットのツール中心点の座標を設定することは、ロボットを設置する際の重要なステップであり、ロボットごとに行われる。ツールの中心点は、すべてのロボットの位置決めが画定される基準となる点であり、ツール座標系の原点を構成する。ツールの中心点は、例えば、アーク溶接ガンの先端、スポット溶接ガンの中心、またはグレーディングツールの端に対応する。したがって、ツールの中心点の位置は、関連する適用によって異なる。動作中において、所望のツールの向きで、所望の目標位置にジョグまたは移動されるのはツールの中心点である。
【００５８】
図２は、ツールの中心点８が同じ位置に留まるように、ツール４を移動させるべく、教育を受けているロボットを概略的に示し、これは、ツールの中心点が正しく識別されたことを確認するために、通常、実行されるテストである。このようなテストは、「ツール方向テスト」として知られている。目的は、ツールの中心点を中心として動かずに回転する能力を測定することによって、ロボットの精度を評価することである。テストの結果は、ボールバーによって測定された距離の広がりまたは偏差である。ほとんどのロボットでは、ボールバーのターゲットボールを、ロボットの作業ツールの正確な位置に取り付けることはできない。したがって、ツールの方向テストでは、実際のロボット誤差ではなく、ターゲットボールと作業ツールの間の距離を測定する。次に、ロボット上のターゲットボールの実際の位置を測定し、ロボットのコントローラに入力する必要がある。
【００５９】
しかしながら、ツールの方向テストのようにＴＣＰの位置を単に検証するのではなく、本発明の実施形態の目的は、位置を測定（決定）することである。現在最も一般的に使用されている方法は、オペレータが２つのピンを異なる方向（１つは固定され、もう１つはＴＣＰを参照するために、オペレータによって移動可能）で視覚的に整列させるピンツーピン（ｐｉｎ−ｔｏ−ｐｉｎ）方法である。これは便利な方法であるが、オペレータに大きく依存するため、比較的不正確である。また、ツール４を取り外してピンに交換する必要がある。
【００６０】
本発明の実施形態を使用してＴＣＰを識別する方法を説明する前に、本発明の実施形態を文脈に入れるために、図３および図４を参照して、いくつかのさらなる背景が提供される。
【００６１】
距離測定デバイス（ボールバーなど）を使用してロボットのツール中心点（ＴＣＰ）を測定する場合、原理は、ツールのさまざまな方向で距離を測定し、これらの測定値からＴＣＰ座標を推定することである。
【００６２】
１つの問題は、測定された距離を検討する方向を見つけることである。これには主に２つのアプローチがあり、（ａ）すべての測定は、測定デバイスが同じ方向を向いている状態で行われることを考慮すること、および（ｂ）さまざまな方向で測定を行い、その情報からピボットセンターの位置を特定することである。
【００６３】
第一のアプローチが図３に示されている。この方法では、ボールバー１０が、機械のベースに固定された第１のボールバーマウント１２（これはボールバー１０の「ピボット」と呼ばれる）とロボット自体に取り付けられた第２のボールバーマウント１４との間に、取り付けられる。したがって、この例では、図１および２のツール４は、ボールバーマウント１４によって置き換えられており、ボールバーマウント１４は、ボールバー１０の一端のボールが運動学的または疑似運動学的に位置する磁気カップを有している。このような運動学的磁気カップは、標準的でよく知られたボールバーシステムの付属品であり、ボールがカップ内の既知で反復可能な位置に着座するのを許容し、そしてその結果、ボールバー１０がマウントの周りを回転してもボールの中心が移動しない。ある本体を別の本体に対して配置する場合、運動学的設計の考慮事項は、最小限の数の制約を使用して、本体の運動の自由度を制約することで満たされ、特に過剰な制約の回避を伴う。過剰な拘束を行うと、２つの本体間に複数の接触点が生じることが可能になり、１つの本体が他の本体に対して複数の位置で静止することを許容することになる。したがって、いくつかの位置のどの位置で、本体が静止するのかわからないので、本体の位置は反復可能ではない（つまり、予測不可能すなわち明確に画定されない）。表面接触は、理論上、無限の点接触を有しているので、理想的な運動学的結合は点接触のみで構成される。しかしながら、実際には、支持表面の摩耗と負荷を減らすのにも役立つ小さな表面積で接触している場合は、疑似運動学的結合で十分である。
【００６４】
この例の場合、図３のボールバーマウント１４は、ボールバー１０のボールがツール４のＴＣＰと一致する中心で、マウントの運動学的カップに着座するように構成されていると想定されているが、しかし、本発明の第２の態様の実施形態（以下でさらに説明する）は、そのような想定の必要性を回避する解決策を提供する。または、ツールのＴＣＰとボール中心の位置の間のオフセットを構成するべく、適切なオフセット調整が以下の方法において行われてもよい。
【００６５】
ロボットが同じＴＣＰの周りを回転するように命令されたとき、コントローラのＴＣＰ座標の初期値が実際からそれほど遠くないと仮定すると、ＴＣＰはほとんど固定されたままである。次に、ボールバー１０からのすべての測定は同じ方向に沿って実行されると考えられる（方向の偏差は、計算において許容できる二次誤差をもたらす）。これらの条件では、ＴＣＰ座標の誤差がコントローラで識別され得、ＴＣＰ座標は、前述のような誤差最小化手法を使用して、修正され得る。これは、５回または６回の測定の方がより良いけれども、理想的には、最低４回の測定を必要としている。
【００６６】
この方法では、誤差最小化アルゴリズムへの入力として、次の情報が必要である。（ａ）測定が行われる方向Ｄ、（ｂ）コントローラ内のＴＣＰの座標、および（ｃ）各測定についてのロボットの座標。
【００６７】
上記において、ロボット座標は、ロボットが既に完全に較正されている（または理想的である）との仮定に基づいて、コントローラから決定されたデカルト座標である。換言すると、ロボット自体の誤差は無視されている。むしろ、この手順は、ロボットに相対的な座標であるＴＣＰ座標の誤差を識別するためのものである。上記の手順においては、方向の入力は、この方向を表すために使用されるフレームに混乱のリスクがあるので、問題になる可能性がある。
【００６８】
２番目のアプローチは図４に図解されている。ピボットマウント１２の回転中心（ピボット点）の位置は不明であるので、ＴＣＰ座標と合わせて識別する必要がある。これは、第２のアプローチにおいて、ボールバー１０が様々な方向を指し、ピボット点がそれらの様々な方向の交点にある状態で測定を行うことによって達成される。ロボットは、最初のアプローチと同様に、これらの方向毎にＴＣＰを中心に回転するように命令される。
【００６９】
２番目のアプローチでは、ＴＣＰ座標およびピボットセンターの位置が一緒に識別され得る。これには最低６回の測定が必要であるが、通常は９回から１２回の測定の方が適している。この方法はまた、測定数を増やすことで、ロボットのより多くのパラメータを特定することが可能になるので、より精巧にすることもできる。
【００７０】
２番目のアプローチでは、ロボットの位置とＴＣＰの座標を測定毎にコントローラに入力することだけが要求される。このアプローチの複雑さは、必要とされる多数の測定と、球の表面の周りにロボットを駆動する必要性から生じる。
【００７１】
次に、本発明の第１の態様の第１の実施形態による手法が、図１０が手順の概略フロー図を提供しつつ、図５から１１を参照して説明される。この実施形態の根底にある概念は、誤差最小化方法を使用してＴＣＰを識別するための入力データとして、ピボットの位置でのロボット座標を使用するものとして要約され得る。これは、以前に検討された手法では行われない。
【００７２】
図５に示されるように、手順を開始するために、ステップＳ１において、（ボールバー１０のターゲットボールを支持するための）ターゲットマウント１４がロボットアーム１のフランジに取り付けられ、そしてステップＳ２において、（ボールバー１０のピボットボールを支持するための）調整可能なピボットマウント１３が、ロボットの前のベース２に位置される。調整可能なピボットマウント１３は、図３および４の固定ピボットマウント１２とほぼ同じであるが、固定ベース２に対して磁気カップが調整され得る点が異なる（ピボットマウント１３にはユニバーサルピボットが使用され得るが、横方向の移動または並進を提供するために適合されているだけで十分である）。ステップＳ３において、ロボットにおける所望のＴＣＰおよびゼロ（ｎｕｌｌ）ベースフレームが（異なるツールおよび適用のためのＴＣＰおよびベースフレームの様々な選択から）選択される。ステップＳ４では、残りの手順中にロボットの座標（点）を記録するために、ロボットコントローラに新しい空のプログラムが作成される。
【００７３】
図６に示されるように、ステップＳ５において、ロボットは手動で調整可能なピボットマウント１３に駆動される。ステップＳ５の前は、調整可能なピボットマウント１３がロック解除されたままであり、磁気カップは重力の作用に逆らってカップを支持するのに十分な保持力によって緩く支持されている状態にあり、その結果、それは、比較的重要ではないバイアス力によって今なお回動され得る。磁気カップには、ボールバー１０のピボットボールに一致または模倣するダミーボール１５が存し、特に、ターゲットマウント１４がその上に着座するのを許容するように、ピボットボールと同じサイズである。ピボットマウント１３はまだロック解除されているので、ターゲットマウント１４は特定の位置に正確に制御される必要はないが、調整可能なピボットマウント１３の範囲内で大まかに駆動され、そしてピボットボールへ下向きに移動されてもよい。わずかな位置ずれがある場合でも、球状のダミーボール１５に作用するターゲットマウント１４の運動学的カップの性質は、これのために必要である移動が発生するのを許容するピボットマウント１３での遊びを伴って、それらを既知の相対位置で結合させることを当然に生じさせる。自在にピボット可能であることに加えて、ピボットマウント１３にはまた、さらなる適応性を許容するべく、Ｚ方向に遊びがもたらされている。ピボットマウント１３はまた、調整不可能であってもよいが、これは、ターゲットマウント１４を、ダミーボール１５を介してピボットマウント１３に結合する際に、追加の精度が必要になる。
【００７４】
ターゲットマウント１４がダミーボール１５を介してピボットマウント１３に結合された状態で、調整可能なピボットは、方法の残りの部分のためのそれ以上の動きを防ぐべく、ロックされる。手順のこの時点では、ダミーボール１５（したがって、ボールバー１０が配置されたときのピボットボール）の正確な位置は重要ではない。何故なら、この位置におけるロボット座標は、ロボットプログラムのステップＳ６において記録されるからである。したがって、ステップＳ６では、第１の点が、ロボットプログラムにおいて、現在の位置、すなわちロボットがピボット位置で記録される。これは、ロボット座標が機械のモデルパラメータに基づいて決定されるのを可能にすべく、ロボット座標、またはさまざまなエンコーダーの読み取りを記録することになる。この位置では、ボールバーが存在しないので、ボールバー測定のゼロ値も（少なくとも概念的には）記録される。この点において、ボールバーは存在せず、したがって個別の測定は行われないが、ピボット点とターゲット点が一致する場合、これは事実上、長さゼロのボールバー測定（すなわち、以下でより詳細に説明されるように、誤差最小化方法について３つの情報を提供する３つの直交方向でゼロ）を提供している。ロボットの座標は、機械のポーズ、例えば、関節角度のセットまたはさまざまな関節エンコーダーからの読み取り値を完全に特徴付ける一連の情報と考えることができる。
【００７５】
図７に示されているように、ステップＳ７では、距離間隔がボールバー１０の取り付けを可能にするのに十分になるまで、ターゲットマウント１４がピボットマウント１３から離れるように動かされる。図８に示されるように、ターゲットマウント１４とピボットマウント１３との間にボールバー１０が取り付けられた状態で、ステップＳ８において、（ボールバー１０のいずれかの端部における２つのボール間の距離間隔の）ボールバー測定が行われて記録され、そして新しい点がロボットプログラムに挿入される。ロボットプログラムに挿入された点は、その位置におけるロボット座標を備えている。
【００７６】
ステップＳ９において、ロボットは、ステップＳ３で選択されたＴＣＰの周りで、例えば、６０°から９０°、ターゲットマウント１４を回転させるように命令され、そしてステップＳ１０で、ロボットが新しい位置にある状態で別の点がロボットプログラムに挿入される。回転中に、（選択したＴＣＰ値またはロボット自体の誤差により）ターゲットマウント１４の位置がずれる場合がある。偏差がボールバー１０をその測定範囲外に駆動する場合、測定が行われ、ロボット座標が記録される前に、ユーザーは、ロボットを並進させて距離を調整し、ボールバー１０を測定範囲に戻すことができる。
【００７７】
方法は、（少なくとも４つの主方向の周りで）十分な回転が行われるまで、ターゲットマウント１４を回転させ、そしてロボットプログラムに点を追加するプロセスを繰り返すべく、ステップＳ９に戻る。これは、図９に示されている。この手順は、通常は５回または６回の測定が適しているが、最低４回の測定を必要とする。測定が多いほど、ＴＣＰ座標はより正確になるが、手順は長くなる。測定は、ボールバー１０が（必ずしも一定の方向ではない）任意の方向を指している状態で行うことができるが、１つのアプローチは、ステップＳ３で選択されたＴＣＰを中心に回転するようにロボットに命令することである。
【００７８】
十分な回転が行われたとき、方法はステップＳ１１に続き、ロボットプログラムが処理のためにコントローラ（または他の何らかの処理ユニット）にアップロードされる。ステップＳ１２では、ステップＳ３で選択されたＴＣＰの座標が入力され、既にそこに記録されている場合はロボットプログラムから読み込まれる。ステップＳ１３では、実際のＴＣＰ座標を計算するために、上述の誤差最小化方法が実行される。これについては、図１１を参照して、以下で詳しく説明される。プロセスの一部として、ピボットの中心の座標もまた決定されるが、ピボットマウント１３は一時的にしか配置されないため、この情報はあまり重要ではない。ステップＳ１４において、ＴＣＰ座標は、コントローラにおいて更新された値で更新される。
【００７９】
図１１は、上記の手順の間に、正しくないＴＣＰ位置がボールバー１０からの測定値に及ぼす影響と、これらが正しいＴＣＰ位置を決定するために、どのように使用されるかを示す略図である。（ロボットによって駆動される）ボールバー１０のターゲットボール１７は左側にあり、ピボットボール１５は右側にあり、ボールバー１０はその間にある（ボールバー１０は、図１１では単純化のために実線で描かれている）。プログラムされたＴＣＰ（つまり、ＴＣＰ識別手順が実行される前のＴＣＰ）は、ターゲットボールの物理的な中心（つまり、実際のＴＣＰ）がターゲットボール上の白い点として示された状態で、ターゲットボール上の黒い点として示されている。
【００８０】
図１１の例では、ロボットはプログラムされたＴＣＰを中心に駆動され、ＴＣＰの固定された位置を維持しようとする（これは必須ではないが、この説明をより分り易くする）。ロボットが一番上の図の位置にある場合、ボールバー１０はＬ1の測定値を生成する。次に、ロボットが中央の図の位置まで回転される。プログラムされたＴＣＰと実際のＴＣＰは一致しないので、ボールバー１０からの新しい測定値Ｌ2は、実際にはＬ1より小さくなる。同様に、ロボットが最も下の図の位置まで回転されると、ボールバー１０からの新しい測定値Ｌ3は、実際には、Ｌ1とＬ2の両方よりも大きい。プログラムされたＴＣＰが既に正しい場合は、代わりに３つの測定値Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3がすべて同じであると予想されていた。代わりに、これらの各位置に関連付けられた誤差（予想されたボールバー測定値と実際のボールバー測定値の差）が存する。したがって、これらの誤差を最小化する傾向があるＴＣＰ位置の新しい値が決定され、これは、上記の誤差最小化方法によるものである。
【００８１】
図５から１１を参照して上で説明されたアプローチの場合、ボールバー測定毎のロボットの位置（つまり、ロボットの座標）のみならず、ピボット点でのロボットの位置（つまり、ロボットの座標）を記録することのみが要求されている。これは、図３および４を参照してそれぞれ説明された１番目および２番目のアプローチと比較して、技術的に有利である。何故なら、これは、１番目のアプローチの利点（少数の測定）と２番目のアプローチの利点（堅牢性およびボールバーの方向を入力する必要を伴わない構成の容易さ）とを組み合わせているからである。この方法は、実行と指導が非常に簡単で、ロボットでのボールバーテストの迅速かつ簡単なセットアップ手順を提供する。また、コントローラでのＴＣＰ座標を更新または確認するために使用されてもよい。
【００８２】
上述のように、本発明の第１の態様の基礎となる概念は、ＴＣＰを決定するために使用される数学的方法（例えば、最小二乗または最大尤度）の入力として、ピボットの位置でのロボット座標を使用するものとして要約され得る。これは、以前に検討された手法では行われない。ロボットがピボット位置にある場合は、もちろん、ボールバーが配置されていないので、その位置でのロボット座標に関連付くボールバーからの測定値は明らかにない。しかしながら、ピボット点では、ロボットの座標に関連付けるために、ボールバーからの長さゼロの測定が事実上存する。加えて、このゼロ長さ測定は、実際のボールバー測定についての場合である１つの軸（つまり、ボールバーの長手方向軸に沿っての）１つの軸ではなく、むしろ３つの直交軸に沿っての有効な測定と見なされ得る。したがって、この概念的なゼロ長さのボールバー測定は、少なくとも３つの追加の制約を提供することによって、誤差最小化ルーチンにおいて、特に有益である。
【００８３】
方法は、最低４つのＴＣＰ方向（つまり、ＴＣＰの周りの４つの異なるボールバーの方向）で、単一のボールバー方向を使用すると、上では説明されたが、５つを使用すると、実装と教示がより完全で簡単になる。しかしながら、より少ないＴＣＰ方向を使用することも実際には可能であるが、少なくとも４つのＴＣＰ方向を使用するときに回避される問題的状況が発生する可能性があることに留意すべきである（例えば、無関係な回転が行われないなら、ボールバー１０は平面内に留まる）。また、ボールバー１０自体が既に較正されていることが好ましく、そうでなければ、少なくとも１つの追加の測定が方法において必要とされることにも留意されたい。
【００８４】
ロボット自体に起因する最終的な誤差を考慮することも価値がある。上記の手順では、実際にはそうではない場合でも、ロボットが理想的（すなわち、正確に調整済み）であると想定されている。４つまたは５つのすべての測定における実際のロボット誤差が、ＴＣＰ誤差による偏差を補償するというまれな事象では、方法は、ＴＣＰが正しいと結論付ける場合がある。実際、この方法は、実際のＴＣＰではなく、テストの特定の構成で、ボールバーにより見られたＴＣＰを識別すると考えられ得る。識別されたＴＣＰは、ロボットの局部的な誤差を減らす傾向がある。これは、どの較正戦略でも、すべてのパラメータの解離を処理する必要があるので、どの方法にも当てはまる。ロボットから発生する最終的な誤差は、機械全体の較正戦略の何よりも問題である。
【００８５】
上記の技術は、ロボットのツール中心点を識別する特定のタスクに限定されず、実際は、概してロボットジオメトリの識別に適用可能であることも理解されよう。
【００８６】
概念は、ピボットの位置でのロボット座標を、ＴＣＰ識別だけでなく、さらに概略的には、機械ジオメトリ識別（つまり、ロボットに限定されない、例えば、５軸座標測定機械）、ロボットジオメトリ識別のデータとして使用するものとして要約され得る。これは、ボールとボールの距離を測定するセンサー（例えば、ボールバー、三脚、ヘキサポッドなど）を使用した較正に有効である。これは、ロボットフランジに取り付けられたボールの位置（どこにあろうとも）を識別する。このボールが実際のエンドエフェクタに位置合わせされている場合、これは、（上記のとおり）ＴＣＰの座標を識別する。ＴＣＰ識別手順は、概念の１つの適用例にすぎず、必要な測定とユーザー入力の数を減らすことによって、ＴＣＰ識別を簡素化および高速化するという概念の利点を理解するのに役立つ、１つの例として説明されている。
【００８７】
また、ＴＣＰ識別手順の場合（単純なツール方向テストとは異なり）、固定点の周りを回転する必要はなく、ＴＣＰの位置に関係なく、ＴＣＰの周りにいくつかの異なる方向を提供する必要があるだけであることも注目される。一方、ツール（またはＴＣＰ）の配向テストでは、ロボットが、固定点を中心に回転するように命令され、このプロセス中にボールバーの偏差が測定されるという、ロボットジオメトリが正しいことを確認することである。ロボットが完璧であれば、ボールは動かず、偏差もありない。ロボットに幾何学的な誤差があると、ボールが動き、ボールバーの読みが変化する。テストの結果は、偏差の幅または広がりである。これは単なる検証であり、較正ではない。幾何学的な誤差は、アーム自体の誤差またはＴＣＰ座標の誤差である。
【００８８】
概念はまた、ボールバーを使用した測定に限定されず、任意の距離測定デバイス（例えば、測定アーム、三脚など）が適している。この概念は、「距離間隔」が１次元（２点間の距離）であるか、または２次元または６次元までのものと見なされ得るかを考慮することで、さらに拡張され得る。言い換えれば、「距離間隔」は、１つの自由度から６つの自由度までのあらゆる間隔に関係することができる。例えば、６次元の距離間隔は、２つの物の間の相対的な距離だけでなく、互いに対する方向も特徴付ける。従来のボールバーは、（２点間の線に沿っての）１自由度での距離間隔を測定するが、三脚は３自由度での距離間隔を測定でき、ヘキサポッドは６自由度での距離間隔を測定できる。本明細書で使用される「距離間隔」という用語は、それに応じて解釈されるべきである。
【００８９】
較正の観点からは、（ツールが取り付けられているロボットを基準にした）ツールの中心点の位置とピボットの位置の両方が、本発明を実施する方法の一部として、最適化されるべき機械パラメータと見なされ得る。誤差最小化方法の開始時に、ツールの中心点の現在の推定値（例えば、ツールの製造元から、またはツールのＴＣＰの以前の較正から）があり、そして方法の目標は、ＴＣＰの新しい（より良い）推定値である。この点において、ＴＣＰ位置は、較正の観点からは、他の機械パラメータと同様に考えることができ、ボールバー（または他の測定デバイス）からの測定値に「最適」を見つけるために、最適化中にさまざまなＴＣＰパラメータが試行される。ＴＣＰ位置の現在の推定値が間違っている場合、これは、測定デバイス（例えば、ボールバー）によって測定された距離間隔と現在のＴＣＰ位置に基づいて予想される（計算された）ものとの間の相違、すなわち、誤差において現れる。数学的最適化手順では、より小さい誤差値（または、測定値とパラメータから計算された値の差）となる、ＴＣＰ位置のより良い推定値を見つけようとする。
【００９０】
これは、ピボット位置についても同様である。任意の妥当な開始点が、ピボット位置の位置のために使用されてもよい。ターゲット点が、（上記のように）最初の「ピボット」読み取りのピボット点と一致して配置されている場合、ターゲット点とピボット点との間の距離間隔は（３つの直交方向すべてにおいて、それにより、３つの追加の制約を提供する）ゼロでなければならないことが知られている。しかしながら、現在の機械パラメータは、実際にピボット点の現在の推定値とは異なる場所にターゲット点を配置する場合がある（その結果、それらの間に、予想よりも大きい、つまりゼロより大きい距離間隔が存在する）。現在の機械パラメータから決定されたターゲット点の位置とピボット点の現在の推定値との差は、機械較正方法における他の誤差値（または値）と同様に誤差値（または値）として扱われ得る。ゼロ距離間隔が存する場合（ターゲットがピボットに配置されている場合）よりむしろ、最初の「ピボット」読み取りのピボットおよびターゲットから既知のオフセットまたは距離間隔が存する場合も同様である。実際の距離間隔と推定された距離間隔の両方からのこれらの誤差値はすべて、最適化方法で使用される。最適化を実行することによって、これは、ＴＣＰの位置（最も有用なもの）およびピボットの位置（あまり重要ではない）の両方のより適切な推定をもたらす。
【００９１】
これは、図５２から５４に概略的に示されている。図５２Ａ、５３Ａ、および５４Ａは、ピボットポーズの機械を示し、一方、図５２Ｂ、５３Ｂ、および５４Ｂは、ターゲットポーズの機械を示している。機械は、機械パラメータ｛ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｘ｝のセットによって特徴付けられるものとして概略的に示されている。ここで、｛ａ、ｂ、ｃ｝は関節部のそれぞれの長さ、「ｄ」はツールの長さ、「ｘ」は、機械のベースに対するピボットのｘ座標である。したがって、「ｄ」はＴＣＰパラメータであり、「ｘ」はピボットパラメータである。もちろん、この例は非常に単純化されており、文字どおりに理解されるべきではない。何故なら、実際には、さらに多くの機械パラメータがあるからであり、複数のターゲットポーズが使用されている。
【００９２】
図５２Ａおよび５２Ｂは、それぞれ、実際にピボットポーズとターゲットポーズにあるときの機械の状態を表している。ターゲットとピボットの間の実際の距離間隔は、ピボットポーズのときに「ｓ」であることが知られ、上述の実施形態では、この距離間隔はゼロである（すなわち、ターゲットはピボットと一致するように配置されている）。ターゲットとピボットの間の実際の距離は、（ボールバーまたはその他の測定デバイスによって）ターゲットポーズにおいて「Ｓ」と測定される。さまざまなパラメータ｛ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｘ、ｓ｝または｛ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｘ、Ｓ｝、つまり、それぞれ距離間隔の「ｓ」または「Ｓ」を含むパラメータが機械の閉じた計測ループを形成することがわかる。
【００９３】
図５３Ａおよび５３Ｂは、それぞれピボットポーズとターゲットポーズにあるときの機械パラメータの現在のセットから決定された機械の状態を表している。現在の機械パラメータは、｛ａ、ｂ、ｃ、ｄo、ｘo｝で、ｘ0＜ｘおよびｄｏ＜ｄである。言い換えると、パラメータ｛ｄ、ｘ｝、つまりＴＣＰパラメータとピボットパラメータの現在の推定値は正しくない。この方法の目的のために、他の機械パラメータ｛ａ、ｂ、ｃ｝、つまり、ＴＣＰおよびピボットパラメータ以外のパラメータは、正しいと見なされる（または、少なくとも方法に対して一定のままである）。ターゲットとピボットの間の予想される距離は、機械パラメータの現在のセットに基づいて、ピボットポーズ（図５３Ａ）のときは「ｓ0」、そしてターゲットポーズ（図５３Ｂ）のときは「Ｓ0」と計算される。したがって、実際の距離間隔と予想される距離間隔の間に差があり、それらの差に基づいて、ピボットポーズとターゲットポーズのそれぞれに関連する誤差ｅoおよびＥo、そして順に、機械パラメータ｛ａ、ｂ、ｃ、ｄo、ｘo｝の現在のセットに関連する全体的な誤差Σoが決定され得る。
【００９４】
測定された／既知のデータにより、よく適合するパラメータのセットを見つけるために、他のパラメータ｛ａ、ｂ、ｃ｝はそのままにしておきながら、より低い全体的な誤差Σ1を与える新しいパラメータ｛ｄ1、ｘ1｝を見つけるために、パラメータ｛ｄ、ｘ｝が摂動される最適化が行われる。これは、図５４Ａと５４Ｂに概略的に示されており、ここで、ピボットパラメータの新しい推定値「ｘ1」は実際のピボットパラメータ「ｘ」に近く、そしてＴＣＰパラメータの新しい推定値「ｄ1」は実際のＴＣＰパラメータ「ｄ」に近く、距離間隔「ｓ1」と「Ｓ1」も同様に、それぞれ既知／測定された値の「ｓ」および「Ｓ」に近い状態にあることがわかる。この最適化は、例えば全体的な誤差Σが所定のしきい値を下回るまで、必要なだけ繰り返えされてもよい。パラメータが摂動される方向は、導関数に基づいてもよい。最適化の各ステップでは、個々の誤差が減少する傾向にあるが、全体的な誤差を減少させることを目的とした状態で、他の誤差が減少しながらいくつかの個別の誤差は増加するという可能性がある（しかしながら、これが方法において後でより大きな潜在的な誤差の減少に帰するのなら、全体的な誤差は増加するかもしれないということも可能ではあるけれども）。もちろん、前述の最小二乗法や最尤法など、任意の適切な最適化方法が使用されてもよい。
【００９５】
比較として、図３および４をそれぞれ参照して説明された２つの方法のうち、第１の方法は、ボールバー１０の方向のみに依存し、ピボットの位置はまったく使用されない。２番目は、ピボットの位置を機械パラメータと見なすが、ピボットの位置での測定値を較正のためのデータとしては使用していない。したがって、より多くのボールバー測定を必要としている。本発明を実施する方法および第２の方法（図４）の両方において、ＴＣＰおよびピボットの位置は最終的に決定される。
【００９６】
この方法は、ＴＣＰおよびピボットの位置に関連するパラメータを含む、機械パラメータの完全なセットを最適化することに基づく、較正方法と見なされ得る。十分な読み取りがなされると、これは、例えば、回転継手やセクション長などに関連するパラメータを含んでいる機械の完全な較正をもたらす。しかしながら、機械パラメータの完全なセットのただサブセットだけが最適化される方法を検討することは有益である。換言すると、方法では、パラメータのセット全体が引き続き使用されるが、それらのいくつかのみが実際には最適化される（つまり、それらのいくつかのみについて、新しい値が決定される）。他のパラメータは、固定、つまり概念的には「正しい」ものとして扱われ、誤差の最小化（または同様の）方法中に変化することは考慮されない。したがって、ＴＣＰ位置だけを調整するために、ＴＣＰ機械パラメータのみが、（実際と概念の両方の）測定値によりよく適合するＴＣＰパラメータのセットを決定するために、変更される。これにより、必要な測定が少なくなるため、較正手順が迅速になる。
【００９７】
次に、本発明の第１の態様の第２の実施形態が、図１２〜図２６を参照して説明される。これはまた、本発明の第２の態様の第１の実施形態を構成する。
【００９８】
図１２は図２に類似しており、ロボットによってそのツールの中心点を中心に回転されるツールを示しているが、以降の説明を簡略化するために、図１２では、ツール４は、ツール自体からオフセットされたツール中心点を有する溶接ツールとして、概略的に描かれている。しかしながら、これは第２の態様の目的のためには必須ではない。
【００９９】
図１３は、上記のように実行されるＴＣＰ識別手順を概略的に示し、調整可能なピボットではなく、固定ピボット１２が示されている点でのみ（以下で説明されるように、図９の調整可能なピボットが代わりに使用され得るが）図９とは異なっている。図１４に示されるように、第１の態様の第１の実施形態の方法の不都合な点は、実際のツール４が取り外され、そして代わりにボールバーマウント１４が取り付けられる（または、修正されたボールバーマウントがツール１４へ追加されそしてオフセットされる）必要があることである。これはオペレータにとって不便で時間がかかるだけでなく、図１５に概略的に示されるように、ボールバーマウント１４の公称中心が、ツール４の実際のＴＣＰからオフセットされるので、調整が行なわれねばならず、これにより、さらに複雑になって、誤差の原因となる可能性がある。
【０１００】
図１６に概略的に示されているように、本発明の第２の態様は、ツール４を覆って嵌り合うように適合され、ＴＣＰ識別手順中に、ツール４が所定の位置に留まることを可能にするボールアダプタ２４を導入している。ボールアダプタ２４は、変更されたボールバー（以下を参照）に結合するように適合された球面（または少なくとも部分的に球面）の支持表面２０と、ツール４にぴったりと嵌り合い、そして所定の位置に、例えば、摩擦嵌めによって留まるように適合されたスリーブ２２を有している。球面支持表面２０は、ボールアダプタ２４が完全に挿入されてツール４に配置されたとき（図１６の最も右の部分）に、ツール４の肝心点に一致する中心２８を有している。この例では、肝心点は、ツール４のツール中心点８であるが、別の例では、ツール４のツール中心点８は、周りに設けられる球面支持表面２０の肝心点とは異なる場所にある場合がある。
【０１０１】
図１６は、概念を概略的に図解することのみを目的としており、ボールアダプタ２４とツール４の間の適切に設計された継手が、ユーザーがボールアダプタ２４をツール４に置くときに、ボールアダプタ２４の中心２８がツール４の目的の点（例えば、ツールの中心点）８と確実に一致することを保証するべく使用され得ることが理解されよう。そのような例の１つは、図２７から３０を参照して後に説明される。
【０１０２】
第１の態様の第２の実施形態および第２の態様の第１の実施形態によるＴＣＰ識別方法が、図１７から図２６を参照して、簡単に説明される。この方法は、第１の態様の第１の実施形態に関して上述した方法と非常に類似しているので、簡潔にするために、説明は類似点と相違点に焦点を当てる。
【０１０３】
この実施形態の開始点は、図１７に示されており、これは、上述の図５と同等である。もちろん、この実施形態では、図５のボールバーマウント１４ではなく、ツール４がロボットの所定の位置に留まっている。さらに、上述のように、固定ピボットマウント１２が使用されているが、図９の調整可能なピボットマウント１３が好ましいであろう。図１８は、ツール４のＴＣＰ８と一致するボール中心２８を提供するために、ツール４を覆って取り付けられているボールアダプタ２４を示している。
【０１０４】
図１９は、ボールアダプタ２４をピボットマウント１２上に動かすように制御されているロボットを示しており、これは図６に示されているものと同等である。固定ピボット１２では、ボールアダプタ２４を固定ピボットマウント１２に位置合わせするのに、ロボットが高精度で制御される必要がある。それが、代わりに調整可能なピボットマウント１３を使用することが望ましい理由である。しかしながら、図６のダミーボール１５は、必要とされない。何故なら、球形ターゲットボールがボールアダプタ２４自体によって提供されているからである。前の実施形態と同様に、ロボットの座標は、ロボットがこの位置にある、すなわちピボット点にあるときに記録される。
【０１０５】
図２０は、図７に示されているものと同等であるボールバーのために道を譲るべく、ボールアダプタ２４がピボットマウント１２から遠ざけられるべく制御されているロボットを示している。図２１は、図８と同等であり、ボールアダプタ２４とボールバーマウント１２との間の適所に位置されているボールバー１１を示している。しかしながら、この実施形態のボールバー１１は、以前のボールバー１０のターゲットボール１７が、ボールアダプタ２４自体によって提供されているので、図８に示されるものとは異なる。したがって、この実施形態におけるボールバー１１のターゲット端には、ピボットマウント１２の一部を形成するものと同様の磁気カップ２７が設けられており、これはボールアダプタ２４に対して結合している。ピボットボール１５は、両方のタイプのボールバーに存在するが、ボールバー１１のピボットボール１５は、ボールアダプタ２４の球面のサイズ（直径）と一致するサイズにする必要があることに注意のこと。これら２つのタイプのボールバーが、図２２Ａおよび２２Ｂで比較されている。前の実施形態と同様に、この実施形態では、ロボット座標およびボールバー測定がこの位置で記録される。
【０１０６】
図２３から２６は、ボールアダプタ２４をそれぞれ（３つで十分であったが）４つの追加の方向に配置するように制御されているロボットを示しており、図９に示されているものと同等である。図９と同様に、さまざまな方向は同じ平面内にはありないが、代わりに、単一の平面から離れた３次元の変化を提供する。また、図２１および２３〜２６のボールバー１１のさまざまな位置では、ロボットはツール４のＴＣＰ８を空間内の同じ位置に維持しようとしていないことに注意のこと。何故なら、上述のように、このことは必要ではないからである。
【０１０７】
本発明の第１の態様の方法と同様に、本発明の第２の態様によるボールアダプタ２４を使用すると、ＴＣＰを見つけるための手順が、存在しない場合よりも簡単になる。ＴＣＰ座標を識別するプロセスは、ロボットの完全な較正に比べてロボットの較正のレベルが低いので、ＴＣＰ識別手順は、実装が高速で簡単な場合にのみ、ユーザーに歓迎される。これにより、ユーザーが手順をより頻繁に実行するようになり、その結果、より正確に実行する機械に導く。
【０１０８】
上記のボールアダプタの概念は、さまざまな異なるツールに使用できる汎用のボールアダプタを提供することで、さらに便利で柔軟なものにすることができる。これは、各インサートを汎用のボールアダプタに取り付けて、さまざまなツール用にインサートをカスタマイズすることによって実現できる。もちろん、さまざまなタイプやツールのグループに合わせて、さまざまなタイプやサイズの汎用ボールアダプタが提供されてもよい。インサートは、用途に応じて、例えば、プラスチックなどのさまざまな異なる材料から、便利に３Ｄ印刷され得る。これは、図２７〜３０に示されている。図２７は、図１６に示されているような溶接ツールに適合するように、それ自体が内部的に形状付けられたインサート２６を受け入れるように適合された汎用のボールアダプタ２４を示している。図２８に示されるように、ボールアダプタ２４に挿入されたとき、インサート２６は、摩擦嵌合によって適所に保持され得るか、または追加の固定機能が提供されてもよい。次に、インサート２６を備えたボールアダプタ２４は、図２９に示されるように、ツール４上に配置される。この例では、インサート２６はツール４にぴったり合うように設計されているので、オペレータは、ボールアダプタ２４を止まるまでツール４に押し込むだけで、ボールアダプタ２４がツール４に対して適切に配置されていること、特に、結果として、ボール中心２８がツール４のＴＣＰ８と一致していることがわかる。ギャップをボールアダプタ２４とロボットのフランジ３との間に設けることができるので、その結果、ツール４に対するボールアダプタ２４の位置が、ボールアダプタ２４とフランジ３との間ではなく、ボールアダプタ２４とツール４との間の結合によって画定される（多くの場合、ボールアダプタ２４はツール４のすべてを覆うのではなく、ツール４の先端のみを覆う。このような例については、図５５を参照して以下で説明される）。ツール４に直接取り付けると、セットアップが迅速になり、ツール４の位置に正確に着席しないボールアダプタ２４から最終的な誤差を導入しないという利点がある。
【０１０９】
そのようなシステムのモジュール性は、図３０に概略的に示されており、２つの異なる設計のインサート２６ａ、２６ｂが２つの異なるタイプのツール４ａ、４ｂに適合し、両方の設計のインサート２６ａ、２６ｂが同じボールアダプタ２４に適合するのを示している。異なるインサート２６ａ、２６ｂは、すべてが所定の位置にあるときに、ＴＣＰがボールアダプタ２４の球表面２０の中心と一致するのを保証するために、異なるツール４ａ、４ｂのそれぞれの異なるＴＣＰ位置を考慮するように設計され得る。このようにして、同じボールアダプタ２４が、非常に異なる構成およびＴＣＰ位置を有する様々なツール４のために使用され得る。
【０１１０】
この汎用性は、図５５Ａと５５Ｂに示されている適用でさらに説明されている。この図は、機械のスピンドル９に取り付けられたドリル４ｃの端部に合うように成形されたカスタムインサート２６ｃを示し、インサート２６ｃが同じボールアダプタ２４（または、たとえば異なるサイズの異なるボールアダプタである可能性がある）に嵌合する。インサート２６ｃは、すべてが所定の位置にあるときに、ＴＣＰがボールアダプタ２４の球表面２０の中心２８と一致するのを保証するため、ドリル４ｃのＴＣＰ位置を考慮するように適合されている。
【０１１１】
図５６Ａに示されるように、ドリル４ｃ自体ではなく、インサート２６はシャフト４ｄがボールアダプタ２４のより広い凹部に嵌合するのを許容し、それにより、より広い凹部が異なる直径のさまざまな較正シャフト（または他のツール）に対応するのを可能にする状態で、較正シャフト４ｄが機械に取り付けられてもよい。あるいは、インサート２６を使用すると、（ツール４でのボールアダプタ２４のセンタリングに関して）位置的不確実性の潜在的に余分な要素をもたらすので、図５６Ｂに示されるように、インサート２６を使用せずに、凹部が再度、ＴＣＰがボールアダプタ２４の球表面２０の中心２８と一致するのを保証するように、シャフト４ｄのＴＣＰ位置を考慮するように適合された状態で、較正シャフト４ｄをボールアダプタ２４に形成された凹部に直接に嵌合することもまた可能である。
【０１１２】
ボールアダプタ２４と較正シャフト４ｄを含んでいる方法は、図５７Ａおよび５７Ｂに図解され、取り外し可能なボールアダプタ２４が、必要に応じて（例えば、前述のＴＣＰ較正方法を実行するために）、較正シャフト４ｄを取り外す必要なく、どのようにして較正シャフト４ｄに配置され、そして別の操作を実行するために、その後、取り外されるのかを示している。図５７Ａと５７Ｂに示される例では、較正シャフト４ｄの長さは既に知られているので、さらなる操作は、（Ｒｅｎｉｓｈａｗ  ｐｌｃ製のＮＣ−４非接触ツールセッターなどの）レーザーツールセッターの位置を確立させることである。図５７Ａは、シャフト４ｄから取り外されているボールアダプタ２４を概略的に示し、シャフト４ｄは、次に、機械によってツールセッター６０のレーザービーム６６に向かって操作され、レーザービーム６６は、トランスミッタ要素６２から放出され、そして受信機要素６４によって受け取られる（および検出される）。図５７Ｂは、レーザービーム６６とちょうど交差するシャフト４ｄを概略的に示し、それにより、それが受信機要素６４に到達するのを阻止し、それにより、シャフト４ｄの端部が検出される。較正シャフト４ｄの代わりに、ドリル４ｃを取り外す必要なしに、ドリル４ｃの実際の長さがツールセッター６０を使用して測定されるのを許容するような方法がドリル４ｃに対して直接に実行されてもよい。もちろん、必要に応じて、ＴＣＰ較正の前に、代わりに、レーザーツールセッター６０を使用することができる。
【０１１３】
図５５に示されるようなインサートが、ボールアダプタ２４にどのように配置され、固定されるかの例が、図５８に示されている。ボールアダプタ２４は中空であり、ボール２４の表面２０と正確に中心合わせされているボアまたは凹部２５を有している。弾力性のある（例えばプラスチック）インサート２６ｃは、ボア２５に滑り嵌めされ、ボール２４とインサート２６ｃとの間に錐体形の接触部２３を備えている。ボール２４は、締付けねじ２９を介してインサート２６ｃに固定されているので、錐体形接触部２３は、インサート２６ｃをツール４ｃに締め付け、それを把持し、所定の位置に保持する。インサート２６ｃの内部ボアまたは凹部２５は、必ずしもその先端ではなく、ツール４ｃの任意の点にボール２４をセンタリングするように形作ることができる。インサート２６ｃは、ほとんどの一般的なアーチファクトに適応するように円筒状の凹部を備えて作成され得るが、特定のケースでは、図５５Ａに示されるように、インサート２６ｃはまた、ツール４ｃの実際の形状に合わせるように作成されてもよい。図５９は、図５６の較正シャフト４ｄの端部にボール２４が直接にねじ込まれ、図５８の錐体面２３を必要とせずにボールを所定の位置に固定する方法を示しているが、このようなメカニズムも同じく採用されてもよい。
【０１１４】
要約すると、検証または較正の目的でロボットの位置を測定する必要がある場合、測定は、ロボットの実際の動作点に関連している場合にのみ意味がある。ほとんどの測定デバイスは、測定が必要な点の位置に物理的インターフェイスを配置する必要があるので、これはほとんどの測定デバイスの重要な問題である。さらに、ロボットのＴＣＰは、多くの場合、ツールの物理要素上またはその近くにある。したがって、ここで説明する解決策の前は、ロボットのツールを取り外して測定デバイスと交換するか、実際のＴＣＰから既知のオフセットに測定デバイスを取り付けるしかなかった。どちらの解決策も測定の不確かさをもたらし、および／またはセットアップ時に特別な注意を必要としている。
【０１１５】
変更せずにロボットのツールに取り付けられ、ＴＣＰの位置を直接に測定できる本明細書で提案されているような、ボールアダプタは、迅速で効率的なロボット較正を可能にする。上記のように、ロボットのＴＣＰは、測定される点を機械的に中心とされるボールによって実現される。この解決策の不確実性の主な原因は、センタリングの品質であり、それは主にボールの製造品質に依存する。
【０１１６】
測定デバイスは、測定点とボール中心の正確な一致を保証する磁気アダプタでもってボールに接続することができる。精度は、コネクタの製造品質とボールの球形度に依存する。磁気アダプタは、３点または錐体を使用してボール上に着座できるので、それにより、再現可能な運動学的または疑似運動学的結合を提供する。３点接触は「計測学的に純粋」であるが、錐体はボールの小さな溝や穴をまたぐことができ、このことは、ボールにおける特殊機能が、機械加工操作を容易にすることを許容する。錐体はまた、ボールとの接触点においてより小さな拘束を生成する。
【０１１７】
ＴＣＰがツールの物理要素上またはその近くにあるとき、ボールは、ツールの最終要素の「周りに」それを配置するために中空に作られる（ＴＣＰに中心付けられる）。解決策では、ツールの形状に合致する変形可能なインサートを使用する。例えば、インサートは、中空ボールにねじ込まれ、そしてインサートをツールに締め付ける力を及ぼすコーンオンコーン（ｃｏｎｅ  ｏｎ  ｃｏｎｅ）メカニズムを活性化させることができる（図５８を参照）。
【０１１８】
主要な円筒形の特徴を備えたツールに取り付ける汎用インサートを提供することが可能である。主に業界で使用されている直径（例えば、１０ｍｍから２０ｍｍ）に対応したインサートがあるか、または、直径の大きい１つの汎用インサートで作られ得る。
【０１１９】
汎用インサートを使用できない場合は、ツールの形状に合致する特定のインサートを作成することが可能であり、これは、インサートのＣＡＤ（コンピュータ支援設計）モデルから３Ｄ印刷されてもよい。
【０１２０】
ＴＣＰがツールの最終要素から十分離れている場合、中空ボールは適切な長さの単純なシャフトでＴＣＰが実現されるのを可能にする。例えば、ＴＣＰが切削ツールの先端である機械加工適用の場合、プレーンシャフトがスピンドルに取り付けられてもよい。較正後、シャフトはそのままにしてツールセッターの初期化に使用され、較正シャフトと切削ツールの間に較正の継続性を提供することができる。
【０１２１】
ボールアダプタは、主に、作業ツールおよび／またはその周囲に取り付けられるものとして説明されているが、アダプタは、座標位置決め機械またはそれに取り付けられたツールの任意の要素および／またはそれらの周囲に取り付けることができる。例えば、大型グリッパー、例えば、自動車製造工場でドア部品を取り扱うための装置は、グリッパーのツールフレームの位置を較正する目的で、グリッパーの異なる位置に複数の円筒形較正要素を備えることができる。本明細書に記載のボールアダプタは、これらの各円筒形較正要素に順に取り付けられ、次に、本明細書に記載の較正方法（例えば、図１９から２６を参照）が実行される。円筒形の較正要素のそれぞれは、（例えば、その円形の端面の中心に）肝心点を持ち、ボールアダプタ（またはボールアダプタのインサート）は、ボールアダプタの中心点が実質的に肝心点に一致するように適合される。この例の肝心点は、そのようなツールの中心点ではない。これは、円柱状の較正要素はそのようなツールではないからである。また、グリッパーのツール中心点はグリッパーの単一の点に対応しておらず、例えば、グリッパーによって保持されているときの車のドアを含む参照のツールフレームで、それからのオフセットで定義されている可能性もある。
【０１２２】
ボールアダプタ２４の少なくとも部分的に球形の支持表面２０は、測定デバイス（例えば、ボールバー）１１によって感知される表面であるため、感知面２０と呼ぶこともできる。感知面２０（少なくとも完全な形で、つまり完全な球として）は、肝心点（例えば、ツールの中心点）８を囲むか、またはカプセル化し、肝心点が種々の異なる方向から感知され、検知され、または計測されるのを効果的に許容している。感知面２０（少なくとも完全な形で、すなわち、完全な球として）はまた、要素（例えば、ツール）４の少なくとも一部を取り囲むかまたは交差し、その結果、ボールアダプタ２４が、ツール４の本体のための空間を作る穴、ボア、または窪みを備える中空である場合のみ、ボールアダプタ２４を肝心点８に中心付けて配置することが可能である。これは、特許文献１の図２３に示されるプローブ４６の感知面とは対照的である。特許文献１のは、平面デジタイジングプレートによって感知される限られた範囲の平面ディスクであり、（ツール４３の先端である）肝心点を取り囲んでおらず、またはツール４３と交差していない。
【０１２３】
ボールアダプタ２４を使用すると、感知面２０の各点は、アダプタ２４が所定の位置にある場合に、ボールアダプタ２４が取り付けられる要素（例えば、ツール４）の肝心点（例えば、ＴＣＰ）８から等距離にある。測定デバイス（例えば、ボールバー）１１の測定点は、測定操作中は常に、肝心点（例えば、ＴＣＰ）８と実質的に一致する。このようにして、測定デバイス（例えば、ボールバー）１１は、まるで測定デバイス（たとえば、ボールバー）１１が肝心点（例えば、ＴＣＰ）８に直接に接続されているかのように、肝心点（例えば、ＴＣＰ）８に直接に効果的に「アドレスしている」。これは、特許文献１の図２３の配置には当てはまりない。特許文献１では、プローブ４６の感知点（原点）は、ツール４３の先端と同じ位置にあることができず、その代わりに、それをツール先端と同じ線に沿って、そこからオフセットすることが可能である。本発明を具現化する中空のボールアダプタ２４では、これらの問題は、２つの点を実質的に一致させることによって解決されている。さらに、本発明を具現化する中空のボールアダプタ２４を用いて、測定は、様々な異なる角度から測定デバイス（例えば、ボールバー）１１によって行われ得る（測定操作中の様々な自由度での機械の動きを許容する）。一方、特許文献１の図２３の配置では、測定は、平面デジタル化プレートに対して固定された角度でプローブ４６を用いて行われる。
【０１２４】
本発明の第２の態様の実施形態では、測定デバイスは、測定デバイスの測定点がアダプタの中心点と実質的に一致するように、アダプタの支持表面に結合し、それに抗して支持するように適合された結合要素を備え、アダプタの中心点は、アダプタが取り付けられている機械要素の肝心点と実質的に一致している。これにより、ボールアダプタは、測定デバイスの測定点、ボールアダプタの中心点、そして、ツールの肝心点のこれら３つの異なる点を１つにまとめる働きをする。これは、上記で概説した理由により、肝心点の位置を測定および／または較正しようとするときに、大きな技術的利点を提供する。図２２Ｂは、カップ２７の形態の結合要素を備えた、ボールバー１１の形態の測定デバイスの例を提供し、そしてカップ２７の球状支持表面（または複数の支持点を通る球表面）の中心にある測定デバイス１１の測定点１８の位置を示しており、測定デバイス１１は、他端にあるボール１５の中心に第２の測定点１６を有し、測定デバイス１１は、２つの測定点１６、１８間の距離間隔の測定を提供する。
【０１２５】
次に、本発明の第３の態様の第１の実施形態が、図３１乃至図３６を参照して説明される。これは、本発明の第１および／または第２の態様と共に使用され得る。
【０１２６】
図３１は、機械のベース２に固定された第１のボールバーマウント１２（ボールバー１０のための「ピボット」）とロボット自体に取り付けられた第２のボールバーマウント１４との間に取り付けられたボールバー１０を図解している。使用中、ボールバー１０は、例えば、図３または４を参照して上述された手順、または本発明の第１の態様の第１または第２の実施形態による手順を実行するために、機械の作業領域の周りで駆動される。また、ロボットは、ジョイスティックを使用して、オペレータによって手動で駆動される可能性が高い。
【０１２７】
一部のタイプのボールバーは、非常に正確であるが、図３２に示されるように、移動範囲が制限されていたり、測定範囲がさらに制限されていたりする（例えば、２ｍｍの移動範囲と１ｍｍの測定範囲）。上記のタイプのロボットの動きでは、極端な場合もあり、人間の制御下にある場合もあるので、そのようなボールバーをロボットに使用することは問題となる場合がある。特に、ボールバー１０をその通常の移動範囲を超えて伸ばそうとする試みが行われ、その結果、ボールバー１０が（過度に伸ばされた場合）外れるまたは（過度に圧縮された場合）損傷されるというリスクがある。本発明の第３の態様は、この問題に対処することを目的としている。
【０１２８】
図３３は、本発明の第３の態様の第１の実施形態を概略的に示している。解決策は、測定部分４０を有し、長さ測定を提供するように適合されているボール４１を有するモジュール式ボールバー１９を提供することであり、それには標準部分（図示せず）または独自のボール３１を含む延長部分３０のいずれかが取り付けられ得る。この実施形態では、延長部分３０は、追加の移動範囲を提供するが、測定は提供しない。図３３の構成Ａでは、ボールバー１９は、その通常の測定範囲を超えて既に過度に伸ばされており、延長部分３０は延長状態にある。ボールバー１９が図３３の構成ＡからＤに徐々に圧縮されるとき、延長部分３０は圧縮を吸収し、ボールバー１９からの測定値は変化しない。構成ＤからＥまで、延長部分３０が完全に圧縮され（これ以上圧縮できない）、そしてボールバー１９が測定範囲に入り、この測定範囲で、測定が行われる（これは、ボール３６により他端における圧縮によって示される）。ボールバー１９が再び構成ＥからＦに延張されると、それはまだ測定範囲内にあるが、構成Ｆの測定範囲の極限に達する。次に、構成ＦからＩに、ボールバー１９は再び延張範囲、延長部分３０が延長している所、およびボールバー１９からの測定値が変化しない所にある。
【０１２９】
図３４から３６は、ロボットで使用されている延長部品を備えたボールバー１９を概略的に示している。図３４では、ボールバー１９はその測定範囲の端（完全に圧縮された状態）にあり、図３３の構成Ｅに対応している。図３４では、ボールバー１９は伸びており、依然としてその測定範囲内で動作しており、図３３の構成Ｆに対応する測定範囲の他端に移動している。最後に、図３６では、ボールバー１９は、その測定範囲を超えて、図３３の構成Ｇ〜Ｉに対応するオーバートラベル範囲まで伸びている。有利なことに、図３６において、ボールバー１９は、延長部分３０の動作により、一端においてボールバーマウント１４から、または他端においてピボットマウント１２から外れることはない。
【０１３０】
図３３の延長部分３０でもって、測定領域の一方の側へのオーバートラベル領域が効果的に存し、これは過度の延長は許容するが、過度の圧縮は許容しない。延長部分３０が測定領域のいずれかの側にオーバートラベル領域またはバッファを提供することも、図３７〜５０を参照して以下で説明されるように可能であり、それは本発明の第３の態様の第２の実施形態に関連する。
【０１３１】
図３７は、標準部分５０に接続された測定部分４０を備えた、すなわち、延長部分３０がまだ所定の位置にない、モジュール式ボールバー１９を示している。標準部分５０は、ボールバー１９の１つのボールを提供するためのボール５１を有し、一方、他のボールは、測定部分４０のボール４１によって提供される。測定部分４０は、固定プレート４２と可動プレート４３との間に配置された弾性（例えば、ばね）部材４６を備え、ボール４１は可動プレート４３に固定されている。
【０１３２】
可動プレート４３自体は、ストッパ４４と４５の間に配置されている（ストッパ４５は、測定部分４０の端壁によって提供されている）。測定部分４０は、容量性手段によって、すなわち、容量性センサを使用して測定を提供するように適合され得るが、任意のタイプの測定方法が可能である。
【０１３３】
図３７に示されるように、ボールバー１９（より具体的には、ボールバー１９の測定部分４０）は、その測定範囲の中央にある。図３８は、測定範囲の一方の端にあるボールバー１９（完全に圧縮され、プレート４３がストッパ４４に着座されている）を示し、一方、図３９は、測定範囲の一方の端にあるボールバー１９（完全に延長され、プレート４３がストッパ４５に着座されている）を示している。
【０１３４】
図４０は、延長部分３０と交換されている標準端部分５０を図解している。組み立てられたボールバー１９は、延長部分３０が測定部分４０に解放可能に結合されており、図４１に図解されている。図４１に図解されるように、この実施形態の延長部分３０は、ボール３１、３つの可動プレート３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３つのストッパ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、２つの弾性（例えば、ばね）部材３６ａ、３６ｂ、および複数の磁石３７を有している。第２のプレート３３ｂは、ボール３１に接続されて移動し、第１のスプリング３６ａは、ハウジング３４の端壁（ストッパ）３９ａと第１のプレート３３ａとの間に配置され、そして、第２のスプリング３６ｂは、ハウジング３４の他の端壁（ストッパ）３９ｂと第３のプレート３３ｃとの間に配置されている。
【０１３５】
図４１に示されるような位置では、第２および第３のプレート３３ｂ、３３ｃは、互いに対して着座され、磁石３７によって互いにおよび第２のストッパ３５ｂに対して保持されている。測定部分４０の可動板４３は、測定部分４０の測定範囲の中央にあるため、この状態においてボールバー１９が圧縮または延長すると、測定値の変化を生じさせる。したがって、ボールバー１９は、延長部分が着座されている状態でその測定範囲内で動作している。
【０１３６】
図４２は、プレート４３がストッパ４４に突き当たる点を超えて、ボールバー１９が圧縮されたときに、何が起こるかを示している。延長部分３０の第２のプレート３３ｂは、第２のばね部材３６ｂのバイアスに抗して第３のプレート３３ｃを押し、第３のプレート３３ｃを第２のストッパ３５ｂの磁気引力から分離し、両方のプレートが延長部分３０内で動くことを許容し、そして順にボール３１がボール４１に向かって移動することを許容する。これにより、延長部分３０が、測定部分４０に損傷を与えることなく、余分な圧縮を吸収するのを許容し、そしてボールバー１９により大きな移動範囲を提供している。ボールバー１９からの測定出力は変化しない。
【０１３７】
図４３は、プレート４３がストッパ４５に突き当たる点を超えてボールバー１９が延長されたときに何が起こるかを示している。延長部分３０の第２のプレート３３ｂは、第１のばね部材３６ａの付勢に抗して第１プレート３３ａを押し、それ自体が第２のストッパ３５ｂに対して保持されている第３のプレート３３ｃの磁気引力から離される。これは、両方のプレート３３ａ、３３ｂが延長部分３０内で移動することを許容し、そして順に、ボール３１がボール４１から離れるように移動することを許容する。これは、延長部分３０が、測定部分４０に損傷を与えることなく、余分な延長を吸収するのを許容し、そして、ボールバー１９により大きな移動範囲を提供する。ボールバー１９からの測定出力は変化しない。
【０１３８】
図４４乃至図４９は、延長部分３０の主要部分、すなわち、ハウジング３４、第３のプレート３３ｃ、第２のストッパ３５ｂおよび第２のプレート３３ｂを示している斜視図である。他の要素は、分かり易くするため、および混乱を避けるために、表示されていない。第２のストッパ３５ｂは、ハウジング３４に固定されている。図５０は、図４４のそれに対応する斜視図であるが、反対方向からのものである。また、お図４７および５０において特徴付けられるのは、第３のプレート３３ｃと第２のストッパ３５ｂとの間の正確で予測可能な結合を保証する運動学的結合特徴部６２ａおよび６２ｂ（それぞれ、ボールおよびｖ溝）と同様に、第２のプレート３３ｂと第３のプレート３３ｃとの間の正確で予測可能な結合を保証する運動学的結合特徴部６４ａおよび６４ｂ（それぞれ、ボールおよびｖ溝）である。
【０１３９】
本発明の上記の第１から第３の態様のそれぞれは、独立して適用可能であり、別々にまたは任意の組み合わせで使用できることが理解されよう。例えば、第３の態様の延長部品は、図５１に概略的に図解されているように、第２の態様のボールアダプタと共に使用され得る。図５１では、モジュール式ボールバー１９の延長部分３０には、ボール３１ではなくカップ２７が設けられているため、結果として、カップ２７がロボットのボールアダプタ２４と結合できることが分かる、
第２の態様のボールアダプタは、第１の態様のＴＣＰ識別方法と併せて常に使用される必要はなく、他の用途での使用を見出すことも理解されるであろう。同様に、第３の態様の延長部品は、第１の態様のそのような方法での使用または第２の態様のボールアダプタでの使用に限定されないが、より一般的に有用である。第２の態様のボールアダプタは、測定デバイスとしてボールバーと一緒に常に使用される必要はないが、例えば、三脚ベースの測定デバイスと一緒に使用することができる。
【０１４０】
ロボット（または他のタイプの座標位置決め機械）の動作を制御するための機械コントローラもまた提供される。機械コントローラは、専用の電子制御システムであってもよく、および／またはコンピュータプログラムの制御下で動作するコンピュータを含んでもよい。例えば、機械コントローラは、座標位置決め機械に低レベルの命令を提供するリアルタイムコントローラと、リアルタイムコントローラを操作するＰＣとを備えてもよい。
【０１４１】
座標位置決め機械の動作は、機械で動作するプログラム、特に図１に概略的に示されているコントローラなどの座標位置決め機械コントローラで動作するプログラムによって制御できることが理解されよう。そのようなプログラムは、コンピュータ可読媒体に格納することができ、または、例えば、インターネットのウェブサイトから提供されるダウンロード可能なデータ信号などの信号で実施することができる。添付の特許請求の範囲は、それ自体でプログラムをカバーするものとして、またはキャリア上の記録として、または信号として、または任意の他の形式で解釈されるべきである。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５Ａ】
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【図５５Ｂ】
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【図５６Ａ】
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【図５６Ｂ】
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【図５７Ａ】
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【図５７Ｂ】
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【図５８】
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【図５９】
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【国際調査報告】
2021515215.tif 000066
2021515215.tif 000067
2021515215.tif 000068
2021515215.tif 000069
2021515215.tif 000070