(57)【要約】  本願は、基体ボディ８と、基体ボディ８に対して相対的に可動に配置された対向ボディとを備えたセンサ装置７を開示するものであり、当該センサ装置７は、センサ信号を出力するための複数のセンサデバイス１０を備えており、センサデバイス１０はそれぞれ少なくとも１つのセンサ１３と少なくとも１つのターゲット領域１４とを備えており、センサ１３は両ボディのうち一方に配置されており、かつ、ターゲット領域１４は他方のボディに配置されており、センサ１３はそれぞれ、ターゲット領域１４を検出するように構成されており、センサ装置７はさらに、センサ信号から、対向ボディと基体ボディ８との相対位置を求めるように構成された処理装置１１を備えており、処理装置１１は、相対位置を３つの並進自由度Ｘ，Ｙ，Ｚと３つの回転自由度Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とにおいて求めるように構成されている。
2018533006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にロボットシステム（１）用に構成されたセンサ装置（７）であって、
基体ボディ（８）と、
前記基体ボディ（８）に対して相対的に可動に配置された対向ボディと、
センサ信号を出力するための複数のセンサデバイス（１０）と
を備えており、
前記センサデバイス（１０）は、それぞれ少なくとも１つのセンサ（１３）と少なくとも１つのターゲット領域（１４）とを備えており、
前記センサ（１３）は、前記両ボディのうち一方に配置されており、かつ、前記ターゲット領域（１４）は、他方のボディに配置されており、
前記センサ（１３）はそれぞれ、前記ターゲット領域（１４）を、特に非接触で検出するように構成されており、
前記センサ装置（７）はさらに、
前記センサ信号から、前記対向ボディ（９）と前記基体ボディ（８）との相対位置を求めるように構成された処理装置（１１）
を備えている、センサ装置（７）において、
前記処理装置（１１）は、前記相対位置を３つの並進自由度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と３つの回転自由度（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）とにおいて求めるように構成されている
ことを特徴とするセンサ装置（７）。
【請求項２】
前記基体ボディ（８）は、ロボット（２）に結合可能であり、
前記対向ボディは、触覚ボディ（９）として構成されており、ツール（３）に結合可能である、
請求項１記載のセンサ装置（７）。
【請求項３】
前記対向ボディおよび前記基体ボディ（８）は、それぞれ平板部分を有し、
前記平板部分は、相互に傾動可能、回転可能および変位可能に配置されている、
請求項１または２記載のセンサ装置（７）。
【請求項４】
前記対向ボディが自動的に前記基体ボディ（８）に対して相対的に初期位置に配置されるように、前記対向ボディは、前記基体ボディ（８）に対して相対的に付勢されて配置されている、
請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ装置（７）。
【請求項５】
前記処理装置（１１）は、較正を介して、または、解析もしくは数値計算によって、前記自由度を求める、
請求項１から４までのいずれか１項記載のセンサ装置（７）。
【請求項６】
前記ターゲット領域（１４）はそれぞれ、独立した一平面をそれぞれ定義するプレーナ形の参照領域として構成されており、
全ての前記平面について、前記各平面は前記平面の他の一平面と１直線でしか交差しないことが適用され、
前記各参照領域にそれぞれ前記センサ（１３）が割り当てられており、
前記センサ（１３）は、距離センサとして構成されている、
請求項１から５までのいずれか１項記載のセンサ装置（７）。
【請求項７】
前記基体ボディ（８）と前記対向ボディとの間の基準位置において、前記センサ（１３）の各測定方向はそれぞれ、各割り当てられた前記参照領域に対して垂直である、
請求項６記載のセンサ装置（７）。
【請求項８】
前記ターゲット領域（１４）は、磁性領域として構成されており、
前記センサ（１３）は、それぞれ磁界センサとして構成されている、
請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ装置（７）。
【請求項９】
前記磁界センサは、３次元磁界センサとして構成されている、
請求項８記載のセンサ装置（７）。
【請求項１０】
第１のセンサデバイス（２０）は、３つの前記磁界センサと、前記磁性領域としての１つの第１の磁石とを備えており、
第２のセンサデバイス（２１）は、１つの磁界センサと、前記磁性領域としての１つの第２の磁石とを備えている、
請求項８または９記載のセンサ装置（７）。
【請求項１１】
前記第１の磁石と前記第２の磁石とは、互いに離隔して配置されている、
請求項１０記載のセンサ装置（７）。
【請求項１２】
前記第２のセンサデバイス（２１）は、２つまたは３つの前記磁界センサを備えている、
請求項１０または１１記載のセンサ装置（７）。
【請求項１３】
ロボット（２）と、当該ロボット（２）によって操作されるツール（３）とを備えたロボットシステム（１）において、
請求項１から１２までのいずれか１項記載のセンサ装置（７）を備えており、
前記センサ装置（７）は、前記ロボット（２）と前記ツール（３）との間に配置されている
ことを特徴とするロボットシステム（１）。
【請求項１４】
前記ツールは、プローブ先端部として構成されている、
請求項１３記載のロボットシステム。
【請求項１５】
前記ツールは、把持部として構成されている、
請求項１３記載のロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基体ボディと、当該基体ボディに対して相対的に可動に配置された対向ボディと、それぞれ少なくとも１つのセンサおよび少なくとも１つのターゲット領域を有する、センサ信号を出力するための複数のセンサデバイスとを備えたセンサ装置に関し、センサは両ボディのうち一方のボディに配置され、かつ、ターゲット領域は他方のボディに配置されており、センサはそれぞれ、ターゲット領域を検出するように構成されており、センサ装置はさらに処理装置を備えており、当該処理装置は、センサ信号から対向ボディと基体ボディとの相対位置を求めるように構成されている。本発明はさらに、上述の触覚センサ装置を備えたロボットシステムにも関する。
【背景技術】
【０００２】
自動ハンドリング装置においては、測定量を検出して記録するか、または、開ループもしくは閉ループ制御回路においてハンドリング装置を制御するか選択的に行うため、センサが多岐にわたって使用される。測定量を物理的接触によって取得するセンサは、「触覚センサ」とも称される。かかる触覚センサは、たとえば座標測定機において使用される。また、部品を検出し、または部品幾何形態を検出するために触覚センサを用いることも知られている。かかる触覚センサは、最も簡単な実施形態においては、当該触覚センサが被測定体と接触したときにスイッチング状態が変化するスイッチを備えており、これにより被測定体を検出する。他に、たとえば触覚エレメントの変位を検出することができる触覚センサもある。
【０００３】
たとえば、おそらく最も近い従来技術である独国特許出願公開第１０２００６０５６２５２号明細書（ＤＥ１０２００６０５６２５２Ａ１）には、エネルギービームを導くための装置、特にレーザビームを導くための装置が開示されている。この装置においては、触覚センサを用いて、はんだ付けすべきすみ肉溶接部の位置を検出する。制御装置が、触覚エレメントに対するすみ肉溶接部の検出された相対姿勢に依存して、レーザビームの作用点がすみ肉溶接部の所望の位置に来るように、レーザビームに対するアクチュエータを制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００６０５６２５２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の開示
本発明においては、請求項１記載の構成を備えたセンサ装置と、請求項１３に記載の構成を備えたロボットシステムとを開示する。従属請求項、以下の説明および添付図面から、本発明の有利または好適な実施形態が明らかである。
【０００６】
本発明のセンサ装置は、基体ボディおよび対向ボディを備えている。対向ボディは基体ボディに対して相対的に可動に配置されている。有利には、対向ボディは基体ボディに直接結合されている。これに代えて、中間構造体を介して対向ボディと基体ボディとを結合することもできる。たとえば、対向ボディに力が作用している場合、対向ボディが、基体ボディに対して相対的に変位するように設けられている。かかる力は、たとえば、触覚ロボット用途においては、測定対象との接触によって、対向ボディに伝達されることができる。
【０００７】
センサ装置は、センサ信号を出力するように構成された複数のセンサデバイスを備えている。センサ信号は、アナログまたはデジタル信号として実現することができる。各センサデバイスは、それぞれ少なくとも１つのセンサと、それぞれ少なくとも１つのターゲット領域とを有する。センサはそれぞれ、自己に割り当てられたターゲット領域を、特に非接触で検出するように構成されている。基体ボディおよび対向ボディは、それぞれ「ボディ」と称される。センサは、一方のボディに配置され、かつ、ターゲット領域は、他方のボディに配置されている。センサを対向ボディに配置し、かつ、ターゲット領域を基体ボディに配置することが可能である。しかし、ケーブルの設置等の理由により、または一般的に、センサ、特にいずれか複数のセンサ、特に全てのセンサを基体ボディに配置し、ターゲット領域、特にいずれか複数のターゲット領域、特に全てのターゲット領域を対向ボディに配置することが有利である。有利には、ターゲット領域、特にいずれか複数のターゲット領域、特に全てのターゲット領域は、パッシブのターゲット領域として構成されている。
【０００８】
さらに、センサ装置は、処理装置も備えており、この処理装置は、有利には、デジタルデータ処理装置として構成されている。処理装置は、特に、対向ボディと基体ボディとの相対位置を求めるように、プログラム技術的および／または回路技術的に構成されている。
【０００９】
本発明においては、処理装置が、相対位置を３つの並進自由度と３つの回転自由度とにおいて求めるように構成されている。有利には、並進自由度は、互いに直交に配置されている。特に、センサ装置は、６Ｄ（６次元）センサ装置として構成されている。特に、処理装置は、６つの自由度について座標を特定および／または出力するように構成されている。
【００１０】
本発明の利点は、公知のセンサとは対照的に、本発明のセンサ装置が、基体ボディに対する対向ボディの相対位置を完全に把握するために必要な対向ボディの全ての次元を、基体ボディに対して相対的に求められることである。
【００１１】
センサ装置は、特に有利には、触覚センサ装置として構成されており、ロボットシステムに適したもの、および／または、ロボットシステム用に構成されたものである。「触覚センサ装置」とは、有利には、測定対象または上記測定対象を検出するために当該測定対象と物理的に接触するセンサ装置をいう。ロボットシステムは、特に、ロボットとツールとを備えている。「ロボット」とは、有利には、ツールの操作を行うことができる全てのハンドリング装置をいう。たとえば、ロボットを直角座標ロボットとして、関節アームロボットとして、ピック・アンド・プレイス・ロボット等として構成することができる。最も簡単な実施形態においては、ロボットを直線軸または旋回軸として構成することもできる。
【００１２】
触覚センサ装置は、基体ボディを備えており、基体ボディは、ロボットに結合可能であり、または、結合されている。特に、基体ボディは、ロボットに結合されるためのインタフェースを備えている。特に有利には、基体ボディは、ロボットに、特にロボットのロボットハンドに、固定的に結合されている。
【００１３】
さらに、触覚センサ装置の対向ボディは、触覚ボディとして構成されており、触覚ボディは、ツールに結合可能である。特に、触覚ボディは、ツールに結合されるためのインタフェースを備えている。特に有利には、触覚ボディは、ツールに固定的に結合されている。
【００１４】
本発明においてあり得る構造上の一構成においては、対向ボディおよび基体ボディは、それぞれ平板部分を有する。平板部分は、有利には、互いに向き合っている。平板部分は、相互に傾動可能、回転可能および変位可能に配置されている。かかる構成により、対向ボディと基体ボディとは、３つの並進自由度と３つの回転自由度とにおいて相互に相対的に移動することができる。
【００１５】
特に有利であるのは、対向ボディが自動的に基体ボディに対して相対的に初期位置に配置されるように、対向ボディが、基体ボディに対して相対的に付勢されて配置されていることである。たとえば、センサ装置は、対向ボディを初期位置に復帰させるためのばね装置を備えている。特に、たとえば、測定対象によって対向ボディに力がかからないときには、対向ボディが自然に初期位置に復帰するように構成されている。かかる発展形態によって、対向ボディが未だ測定対象と接触していない限りにおいては、特に、ロボットシステムの制御装置において基体ボディに対する対向ボディの相対位置が分かることが保証される。
【００１６】
処理装置は、較正を介して自由度を求めるように構成することができる。たとえば、多数の標本点を介して対向ボディをセンサ装置を学習させることが可能である。これに代えて、標本点を有する表または他のデータ収集を記憶することも可能である。いずれの場合においても、たとえば、補間を介して自由度を、特に自由度の座標を、存在するデータに基づく補間によって求めることができる。
【００１７】
本発明の代替的な一実施形態においては、３つの並進自由度および３つの回転自由度は、解析および／または数値計算を介して求められる。解析計算の場合には、センサ信号に依存して並進自由度および回転自由度を計算することができるように、センサ装置をモデリングする。
【００１８】
本発明の有利な一実施形態においては、ターゲット領域は、それぞれプレーナ形の参照領域として、特に触覚ボディに設けられている。参照領域は、その面広がりによって、それぞれ一平面を定義する。これらの平面は、互いに独立した向きとなっており、特に全ての平面について、１つの平面は他の平面と１直線でしか交わらないということが適用される。有利には、可能なこの直線の全てが互いに独立している。
【００１９】
各参照領域に対してセンサが割り当てられており、各センサは、距離センサとして構成されている。本発明の当該有利な実施形態においては、センサ装置が本構成において基体ボディに対する対向ボディの相対位置を完全に特定することができるように、６つの独立したセンサを用いて６つの自由度が求められる。
【００２０】
有利には、センサは、誘導センサとして構成されている。有利には、触覚ボディの少なくとも一部または全部が金属により構成されている。参照領域を、この金属により構成された触覚ボディの領域として実現することができる。また、本発明の代替的な実施形態においては、センサを光学センサ、容量センサ等として構成することも可能である。
【００２１】
特に有利には、測定原理は、非接触で実現される。
【００２２】
特に有利なのは、基体ボディと対向ボディとの間の基準位置において、各センサの測定方向がそれぞれ、各割り当てられた参照領域に対して垂直であることである。本構成により、自由度の解析および／または数値計算が簡単になる。構造上、有利なのは、基準位置が上述の初期位置と一致することである。
【００２３】
本発明においてあり得る一発展形態においては、２つずつの参照領域が１つのプリズム屋根にまとめられている。各プリズム屋根は、それぞれ１つの屋根線を有し、これらの屋根線は、基体ボディと対向ボディとの積層方向まわりの円上において、有利には互いに等間隔であり、および／または、１２０°の中間角をとる。これは、有利および／または例示的な構成に相当する。有利には、屋根線は１つの共通の平面内にある。特に、屋根線は、互いに共通の１点で交わる。本構成によっても、自由度の解析および／または数値計算が簡単になる。
【００２４】
本発明の代替的な一実施形態においては、ターゲット領域は、磁性領域として構成されている。磁性領域は、有利には、それぞれ磁石として構成されており、特にネオジム磁石として構成されている。センサは、それぞれ磁界センサとして実現されている。特に有利には、磁界センサはホールセンサとして実現されている。本発明の有利な一発展形態においては、磁界センサはそれぞれ、磁界を３つ全ての空間方向において測定することができる３次元磁界センサとして構成されている。磁界センサは特に、磁界の強度および方向の双方を特定するように構成されている。
【００２５】
本発明の有利な構造上の実現においては、第１のセンサデバイスが、３つの磁界センサを、特に３つの３次元磁界センサを備えている。さらに、第１のセンサデバイスは、第１の磁石、特にネオジム磁石を、上記３つの磁界センサによって検出される磁性領域として有する。たとえば、磁界センサは、互いに３角形の形状に、特に２等辺三角形の形状に配置されている。有利には、センサ装置が初期状況および／または基準位置にあるとき、この３角形によって定まる平面は、屋根線によって定まる平面に対して平行である。有利なのは、初期状況および／または基準位置において、磁性領域が積層方向に投影されたときに、３つの磁界センサの間、特に３つの磁界センサの中心、および／または、３角形の重心に来ることである。
【００２６】
さらに、上述の有利な構造上の実現においては、センサ装置は、第２のセンサデバイスを備えており、第２のセンサデバイスは、少なくとも１つの磁界センサ、特に少なくとも１つの３次元磁界センサと、第２の磁性領域、特に第２の磁石、特に第２のネオジム磁石を、磁性領域として備えている。第１の磁石と第２の磁石とは、互いに離隔している。
【００２７】
第１のセンサデバイスによって、たとえばクロス測位法を用いて、第１の磁石の位置を検出することができ、ひいては触覚ボディの位置を検出することができる。しかし、第１のセンサデバイスでは、６つ全ての自由度を特定することができない。特に、検出時には、上述の３角形に対して垂直かつ第１のを貫いて延在する直線まわりの回転自由度は不明のままである。この最後の自由度を求めるためには、第２のセンサデバイスは、第１のセンサデバイスから離隔して配置されることによって、この回転自由度を検出するように構成されている。
【００２８】
任意選択肢として、第２のセンサデバイスは、２つまたは３つの磁界センサを備えることができる。この構成においては、基体ボディと対向ボディとの相対位置の精度を向上することができる、冗長的な測定が達成される。
【００２９】
本発明の他の１つの対象は、ロボットと、当該ロボットによって操作されるツールとを備えたロボットシステムに関するものである。ロボットシステムは、上記にて記載されたないしは先行の請求項のうちいずれか１項に記載の、特に触覚式のセンサ装置を備えており、当該触覚センサ装置は、ロボットとツールとの間に、特に直列に配置されている。特に、基体ボディおよび対向ボディ、特に触覚ボディは、ロボットとツールとの間に、特に直列に配置されている。
【００３０】
本発明の可能な一実施形態においては、ツールは、プローブ先端部として構成されている。本発明の他の一実施形態においては、ツールは把持部として構成されている。測定対象を把持することによって基体ボディに対する把持部の相対姿勢が変化したときに、その偏差が触覚センサ装置によって検出され、ロボットシステムの制御装置または上記制御装置によってさらに処理することができるように、把持部は、触覚ボディに固定的に結合されている。
【００３１】
以下の本発明の有利な実施例の記載と添付図面とから、本発明の他の特徴、利点および作用効果を導き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施例としての触覚センサ装置を備えたロボットシステムの概略的なブロック図である。
【図２】第１の実施例の触覚センサ装置の概略的な３次元図、側面図および平面図である。
【図３】本発明の他の一実施例としての触覚センサ装置の概略的な平面図および概略的な側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、本発明の一実施例としてのロボットシステム１を示す概略図である。ロボットシステム１は、ロボット２を備えており、これは図示の実施例においては直角座標ロボットとして構成されている。直角座標ロボットに代えて、ロボット２を関節アームロボットまたは他のハンドリング装置として構成することも可能である。
【００３４】
ロボット２は、ツール３を操作する。このツール３は、図示の実施例においては、２つの把持パッド５ａ，５ｂの間に測定対象６を保持する把持部４として構成されている。たとえば、ロボットシステム１は、ツール３を用いて、特に把持部４を用いて、大量の同種の物の中から測定対象６を取り出すように構成することができる。ロボット２とツール３との間には、特に触覚式であるセンサ装置７が配置されている。よって、ツール３は、触覚センサ装置７を介してロボット２によって支持される。特に、ロボット２と触覚センサ装置７とツール３とは、直列リンク系を構成する。
【００３５】
触覚センサ装置７は、基体ボディ８と、対向ボディとしての触覚ボディ９とを備えている。基体ボディ８は、ロボット２に、特にロボット２の最後の軸に、固定的に結合されている。それに対して、触覚ボディ９は、ツール３に、特に把持部４に、固定的に結合されている。
【００３６】
基体ボディ８と触覚ボディ９とは、互いに自己保持するように配置されているが、触覚ボディ９を基体ボディ８に対して傾動、回転および移動させることができる。たとえば、触覚ボディ９が自動的に基体ボディ８に対して初期位置に配置されるように、触覚ボディ９は基体ボディ８に対して付勢されて配置されている。ツール３、特に把持部４が測定対象６を正確に取り上げることができず、特に力無しで取り上げることができないため、たとえば測定対象６を把持しているときにツール３に力が加わると、この力は、ツール３から触覚ボディ９へ伝達され、触覚ボディ９は、ツール３と共に、基体ボディ８およびロボット２に対する相対姿勢を変えてしまう。
【００３７】
触覚センサ装置７は、複数のセンサデバイス１０を備えており、これについては、以下の図面に詳細に記載されている。図２ａ，図２ｂ，図２ｃおよび図３ａ，図３ｂの実施例においては、全ての各センサデバイス１０がそれぞれ少なくとも１つのセンサ１３と少なくとも１つのターゲット領域１４とを備えており、これらの図に示されている実施例においては、センサ１３は、それぞれ基体ボディ８に配置されており、かつ、ターゲット領域１４は、触覚ボディ９に配置されている。センサ１３はそれぞれ、割り当てられたターゲット領域１４を検出するように構成されている。特に、ターゲット領域１４は、パッシブ領域である。センサ１３および／またはセンサデバイス１０は、センサ信号を生成し、このセンサ信号は、処理装置１１へ伝送される。処理装置１１はたとえば、マイクロプロセッサとして、または、他のデジタルもしくはアナログデータ処理装置として実現されている。処理装置１１は、センサデバイス１０のセンサ信号から、触覚ボディ９と基体ボディ８との相対位置を求めるように構成されている。その際には、処理装置１１は、３つの並進自由度Ｘ，Ｙ，Ｚと３つの回転自由度Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とにおいて上述の相対位置を求める。回転自由度Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、特に、並進自由度Ｘ，Ｙ，Ｚまわりの回転角とされる。並進自由度Ｘ，Ｙ，Ｚは、特に直交座標系を成す。したがって、処理装置１１により、Ｘ軸上の座標と、Ｘ軸まわりの回転Ｒ１と、Ｙ軸上の座標と、Ｙ軸まわりの回転Ｒ２と、Ｚ軸上の座標と、Ｚ軸まわりの回転Ｒ３とが求められる。
【００３８】
３つの並進自由度Ｘ，Ｙ，Ｚと３つの回転自由度Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とを求めることにより、触覚ボディ９と基体ボディ８との相対位置が完全に取得される。任意選択肢として、この相対位置をロボットシステム１の制御装置１２へ伝送し、制御装置１２が、この相対位置を実際量として制御回路において、特に、開ループ制御回路または閉ループ制御回路において使用するように構成することができる。これに代えて、またはこれと共に、相対位置を記録することもできる。
【００３９】
図２ａ，図２ｂ，図２ｃは、第１の実施形態の触覚センサ装置７を示しており、図２ａは、概略的な３次元図であり、図２ｂは、側面図であり、図２ｃは、基体ボディ８と触覚ボディ９との積層方向において上から見た平面図である。特に図２ａを見ると、基体ボディ８も触覚ボディ９もそれぞれ、平板部分として形成されており、これらの平板部分は、初期位置または上記初期位置において互いに平行に配置されているのが分かる。
【００４０】
触覚センサ装置７は、６つのセンサデバイス１０を備えており、各センサデバイス１０はいずれも、センサ１３と、当該センサ１３に割り当てられたターゲット領域１４とを備えている。各センサ１３はそれぞれ、誘導距離センサとして構成されている。ターゲット領域８はそれぞれ、触覚ボディ９上のプレーナ形および／または平坦な参照領域として構成されている。触覚ボディ９は特に、誘導センサ１３によってターゲット領域１４までの距離を検出することができるように、金属部品として構成されている。センサデバイス１０および／またはターゲット領域１４は、それぞれ相互に対を成して配置されており、ターゲット領域１４は、対ごとにプリズム１５を成す。プリズム１５は、屋根線１６を決定し、３対の屋根線１６は１つの共通の中心点で交差する。プリズム１５は、積層方向まわりの回転方向において、たとえば１２０°ずれて配置されている。上記にて説明したようなターゲット領域１４の構造的選択により、ターゲット領域１４によって、互いに独立した６つの平面が定義される。特にいずれの平面についても、当該平面がいずれの任意の他の平面とも１直線でしか交わらないということが適用される。このことによって、６つのセンサ１３により、６つの互いに独立した方向に測定が行われる。
【００４１】
図２ｂは、触覚センサ装置７の側面図であり、同図でも、ターゲット領域１４がプリズム１５の屋根面として配置されているのが分かる。プリズム１５は、１２０°の屋根角をとる。これに代えて、１２０°の屋根角を選択することも可能である。センサ１３は、それぞれ測定方向１７を有し、この測定方向１７は、触覚センサ装置の初期位置においては、ターゲット領域１３に対して垂直の向きである。
【００４２】
図２ｃは、触覚センサ装置の概略的な平面図であり、同図は、上記の態様の幾何学的関係を再度示している。
【００４３】
処理装置１１は、たとえば較正情報を当該処理装置１１に記憶しておくことにより、プログラム技術および／または回路技術によってセンサ１３のセンサ信号を６つの自由度の相対位置に変換することができる。また、センサ１３のセンサ信号に基づいて６つの自由度の相対位置を解析計算または数値計算することができるように、構造上の構成を数学的モデルで表すことも可能である。
【００４４】
図３ａ，図３ｂは、本発明の第２の実施例としての触覚センサ装置７の平面図ないしは側面図である。本発明の第２の実施例においては、触覚センサ装置７は２つのセンサデバイスを備えており、第１のセンサデバイス２０は３つのセンサ１３と１つのターゲット領域１４とを有し、第２のセンサデバイス２１は１つのセンサ１３と１つのターゲット領域１４とを有する。第１のセンサデバイス２０と第２のセンサデバイス２１とは、互いに離隔して配置されている。かかる配置によって測定精度が向上し、かつ、ターゲット領域１４が相互に妨害しないことが保証される。
【００４５】
センサ１３は、第１のセンサデバイス２０および第２のセンサデバイス２１においてそれぞれ、３次元の磁界センサとして、特に３次元ホールセンサとして構成されている。ターゲット領域１４は、磁石として、本実施例においてはネオジム磁石として、構成されている。第１のセンサデバイス２０の３つのセンサ１３は、３角形に配置されている。同図の上方からの平面図においては、ターゲット領域１４は、触覚センサ装置７の初期位置では、センサ１３間に位置している。センサ１３は、基体ボディ８に固定的に結合されており、ターゲット領域１４は触覚ボディ９に固定的に結合されている。かかる３つのセンサ１３の配置により、ネオジム磁石として構成されたターゲット領域１４の位置を検出することができる。しかし、図示の配置においては、積層方向に対して平行な向きであってターゲット領域１４を貫いて延在する直線まわりの、基体ボディ８に対する触覚ボディ９の相対的な旋回または回転を検出することはできない。それゆえ、第２のセンサデバイス２１が、この‐「ロール運動」とも称される相対運動‐を検出する役割を果たす。図示の実施例においては、第１のセンサデバイス２０の１つのセンサ１３と第２のセンサデバイス２１のセンサ１３とは、１つの共通の線上に位置し、かつ、第１のセンサデバイス２０の他の２つのセンサ１３は、当該線の両側に分布している。図３ｂは、概略的な側面図であり、ターゲット領域１４の磁界１８を示している。
【図１】
2018533006.tif 000003
【図２ａ】
2018533006.tif 000004
【図２ｂ】
2018533006.tif 000005
【図２ｃ】
2018533006.tif 000006
【図３ａ】
2018533006.tif 000007
【図３ｂ】
2018533006.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月31日(2018.5.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ装置（７）であって、
基体ボディ（８）と、
前記基体ボディ（８）に対して相対的に可動に配置された対向ボディと、
センサ信号を出力するための複数のセンサデバイス（１０）と
を備えており、
前記センサデバイス（１０）は、それぞれ少なくとも１つのセンサ（１３）と少なくとも１つのターゲット領域（１４）とを備えており、
前記センサ（１３）は、前記両ボディのうち一方に配置されており、かつ、前記ターゲット領域（１４）は、他方のボディに配置されており、
前記センサ（１３）はそれぞれ、前記ターゲット領域（１４）を検出するように構成されており、
前記センサ装置（７）はさらに、
前記センサ信号から、前記対向ボディ（９）と前記基体ボディ（８）との相対位置を求めるように構成された処理装置（１１）
を備えている、センサ装置（７）において、
前記処理装置（１１）は、前記相対位置を３つの並進自由度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と３つの回転自由度（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）とにおいて求めるように構成されている
ことを特徴とするセンサ装置（７）。
【請求項２】
前記センサ（１３）はそれぞれ、前記ターゲット領域（１４）を非接触で検出するように構成されている、
請求項１記載のセンサ装置（７）。
【請求項３】
前記基体ボディ（８）は、ロボット（２）に結合可能であり、
前記対向ボディは、触覚ボディ（９）として構成されており、ツール（３）に結合可能である、
請求項１または２記載のセンサ装置（７）。
【請求項４】
前記対向ボディおよび前記基体ボディ（８）は、それぞれ平板部分を有し、
前記平板部分は、相互に傾動可能、回転可能および変位可能に配置されている、
請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ装置（７）。
【請求項５】
前記対向ボディが自動的に前記基体ボディ（８）に対して相対的に初期位置に配置されるように、前記対向ボディは、前記基体ボディ（８）に対して相対的に付勢されて配置されている、
請求項１から４までのいずれか１項記載のセンサ装置（７）。
【請求項６】
前記処理装置（１１）は、較正を介して、または、解析もしくは数値計算によって、前記自由度を求める、
請求項１から５までのいずれか１項記載のセンサ装置（７）。
【請求項７】
前記ターゲット領域（１４）はそれぞれ、独立した一平面をそれぞれ定義するプレーナ形の参照領域として構成されており、
全ての前記平面について、前記各平面は前記平面の他の一平面と１直線でしか交差しないことが適用され、
前記各参照領域にそれぞれ前記センサ（１３）が割り当てられており、
前記センサ（１３）は、距離センサとして構成されている、
請求項１から６までのいずれか１項記載のセンサ装置（７）。
【請求項８】
前記基体ボディ（８）と前記対向ボディとの間の基準位置において、前記センサ（１３）の各測定方向はそれぞれ、各割り当てられた前記参照領域に対して垂直である、
請求項７記載のセンサ装置（７）。
【請求項９】
前記ターゲット領域（１４）は、磁性領域として構成されており、
前記センサ（１３）は、それぞれ磁界センサとして構成されている、
請求項１から４までのいずれか１項記載のセンサ装置（７）。
【請求項１０】
前記磁界センサは、３次元磁界センサとして構成されている、
請求項９記載のセンサ装置（７）。
【請求項１１】
第１のセンサデバイス（２０）は、３つの前記磁界センサと、前記磁性領域としての１つの第１の磁石とを備えており、
第２のセンサデバイス（２１）は、１つの磁界センサと、前記磁性領域としての１つの第２の磁石とを備えている、
請求項９または１０記載のセンサ装置（７）。
【請求項１２】
前記第１の磁石と前記第２の磁石とは、互いに離隔して配置されている、
請求項１１記載のセンサ装置（７）。
【請求項１３】
前記第２のセンサデバイス（２１）は、２つまたは３つの前記磁界センサを備えている、
請求項１１または１２記載のセンサ装置（７）。
【請求項１４】
前記センサ装置（７）は、ロボットシステム（１）用に構成されている、
請求項１から１３までのいずれか１項記載のセンサ装置（７）。
【請求項１５】
ロボット（２）と、当該ロボット（２）によって操作されるツール（３）とを備えたロボットシステム（１）において、
請求項１から１４までのいずれか１項記載のセンサ装置（７）を備えており、
前記センサ装置（７）は、前記ロボット（２）と前記ツール（３）との間に配置されている
ことを特徴とするロボットシステム（１）。
【請求項１６】
前記ツールは、プローブ先端部として構成されている、
請求項１５記載のロボットシステム。
【請求項１７】
前記ツールは、把持部として構成されている、
請求項１５記載のロボットシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
処理装置は、較正を介して自由度を求めるように構成することができる。たとえば、多数の標本点を介して対向ボディをセンサ装置に学習させることが可能である。これに代えて、標本点を有する表または他のデータ収集を記憶することも可能である。いずれの場合においても、たとえば、補間を介して自由度を、特に自由度の座標を、存在するデータに基づく補間によって求めることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
第１のセンサデバイスによって、たとえばクロス測位法を用いて、第１の磁石の位置を検出することができ、ひいては触覚ボディの位置を検出することができる。しかし、第１のセンサデバイスでは、６つ全ての自由度を特定することができない。特に、検出時には、上述の３角形に対して垂直かつ第１のセンサデバイスを貫いて延在する直線まわりの回転自由度は不明のままである。この最後の自由度を求めるためには、第２のセンサデバイスは、第１のセンサデバイスから離隔して配置されることによって、この回転自由度を検出するように構成されている。
【国際調査報告】
2018533006.tif 000009
2018533006.tif 000010
2018533006.tif 000011
2018533006.tif 000012
2018533006.tif 000013
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