(57)【要約】      （修正有）【課題】エンドエフェクタに対してロボットアームを位置合わせするための装置が提供される。【解決手段】装置は、球状ツール及び受け部１３２を含む。球状ツールは、球状端部、及び、エンドエフェクタに着脱可能に接続するように構成された遠位ベース部を含む。受け部１３２は、複数のアーム１３８、及び、ロボットアーム１０４に着脱可能に接続するように構成された近位ベース部１３６を含む。更に、アーム１３８は、球状端部を受容するように構成されており、ロボットアーム１０４とエンドエフェクタとの間の位置合わせを追跡するように構成された１つ又は複数のインジケータを含む。【選択図】図３
2017056548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンドエフェクタに対してロボットアームを位置合わせするための装置であって、
球状端部、及び、前記エンドエフェクタに着脱可能に接続するように構成された遠位ベース部を有する球状ツールと、
複数のアーム、及び、前記ロボットアームに着脱可能に接続するように構成された近位ベース部を有する受け部と、を含み、
前記アームは、前記球状端部を受容するように構成されており、前記ロボットアームと前記エンドエフェクタとの間の位置合わせを追跡するように構成された１つ又は複数のインジケータを含む、装置。
【請求項２】
前記遠位ベース部は、前記エンドエフェクタと接続するように構成された複数のロックピンを含み、前記近位ベース部は、前記ロボットアームの複数のロックピンを受容するように構成されたコネクタを含み、
前記球状ツールは、その内部を通って同軸上に設けられたロックシリンダを更に含み、前記ロックシリンダは、前記球状ツールに対して軸方向に移動可能であり、前記遠位ベース部の前記ロックピンを、選択的にロック位置に固定するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記遠位ベース部は、前記エンドエフェクタのツール側接続ベースに着脱可能に接続するように構成され、前記近位ベース部は、前記ロボットアームのマシン側接続ベースに着脱可能に接続されている、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記受け部の前記アームは、湾曲端を含み、当該湾曲端は、前記球状ツールの前記球状端部を嵌合可能に受容するとともに、前記球状ツールのツール中心点を中心として回転するように構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記球状端部は、前記受け部及び前記ロボットアームを、前記球状ツール及び前記エンドエフェクタに接続する際に、前記受け部の前記湾曲端に当接する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記受け部の前記アーム及び前記インジケータは、前記ロボットアームと前記エンドエフェクタとの間の中心点位置合わせ及びアーム位置合わせを示すように構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記インジケータは、前記球状端部との干渉に基づいて、前記アームに対して枢動可能に変位することができ、前記インジケータの前記変位は、前記ロボットアームと前記エンドエフェクタとの間の少なくとも中心点位置合わせに対応している、請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記インジケータは、前記変位を検出して、対応する位置合わせ及び前記エンドエフェクタに関連するオフセット距離を示す１つ又は複数の出力を生成するように構成された１つ又は複数の検出装置を更に含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
ロボットアセンブリの位置合わせをプログラムするための、請求項１〜８のいずれかに記載の装置を含むシステムであって、更に、
ツール側接続ベースを有するエンドエフェクタと、
前記エンドエフェクタに対して移動することにより、複数のプログラム可能な姿勢のうちの１つの姿勢をとることが可能なマシン側接続ベースを有するロボットアームと、を含み、
球状端部及び遠位ベース部を有する前記球状ツールは、前記ツール側接続ベースに着脱可能に接続するように構成され、
複数のアーム及び近位ベース部を有する前記受け部は、前記マシン側接続ベースに着脱可能に接続するように構成され、
前記アームは、前記球状端部を嵌合可能に受容するように構成されており、前記ロボットアームと前記エンドエフェクタとの間の位置合わせを示すように構成された１つ又は複数のインジケータを含む、システム。
【請求項１０】
前記遠位ベース部は、前記エンドエフェクタと接続するように構成された複数のロックピン及び位置合わせピンを含み、前記近位ベース部は、前記ロボットアームの複数のロックピン及び位置合わせピンを受容するように構成されたコネクタを含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記球状ツールは、その内部を通って同軸上に設けられたロックシリンダを更に含み、前記ロックシリンダは、前記球状ツールに対して軸方向に移動可能であり、前記遠位ベース部の前記ロックピンを、選択的にロック位置に固定するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記インジケータは、前記球状端部との干渉に基づいて、前記アームに対して変位することができ、前記インジケータの前記変位は、前記ロボットアームと前記エンドエフェクタとの間の少なくとも中心点位置合わせに対応し、前記ロボットアームは、前記インジケータが当該ロボットアームと前記エンドエフェクタとの間の位置合わせが適切であることを示すまで、手作業で調節可能であり、前記ロボットアームの姿勢は、前記インジケータが適切な位置合わせを示す場合に、プログラム可能である、請求項９〜１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
前記インジケータは、前記変位を検出して、対応する位置合わせを示す１つ又は複数の電気信号を生成するように構成された１つ又は複数の検出装置を更に含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
エンドエフェクタに対してロボットアームを位置合わせするための方法であって、
球状端部、及び前記エンドエフェクタに着脱可能に接続された遠位ベース部を有する球状ツールを用意し、
複数のアーム、複数のインジケータ、及び、前記ロボットアームに着脱可能に接続された近位ベース部を有する受け部を用意し、
前記インジケータが適切な位置合わせを示すまで、前記エンドエフェクタに対して前記ロボットアームの姿勢を調節し、
前記インジケータが適切な位置合わせを示す場合、前記ロボットアームの姿勢をプログラムする、ことを含み、
適切な位置合わせは、線形成分及び回転成分に基づいて示され、前記線形成分は、前記球状端部が前記アームの各々に十分に受容されている場合に、位置合わせがなされており、前記回転成分は、前記アームが、前記球状端部のツール中心点に対して所望の配向にある場合に、位置合わせがなされている、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、ロボットアセンブリに関し、より具体的には、ロボットアームをエンドエフェクタに位置合わせするための装置、システム、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットアームなどのロボットアセンブリは、一般に、様々な産業上の用途において用いられる。特に、ロボットアームは、例えば、計測、製造、配置、部品の組み立てなどの、手作業で行うには煩雑または困難な自動化機能や繰り返し機能を実行するために用いられる。このような自動化プロセスは、使用するツールの量や潜在的な人為的ミスを低減するだけでなく、全体的な生産性を高めて、実行する作業に対する柔軟性を向上させることができる。例えば航空機を製造する用途においては、ロボットアームは、アルゴリズム及びデータを用いて予めプログラムされている。これらのアルゴリズム及びデータは、様々な航空機用コンポーネントの取付けを自動化できるだけでなく、自動化プロセス中の特定の状況における変化に対応するために容易に再構成することができる。
【０００３】
ロボットアームは、しばしば、様々な作業用の様々な交換可能エンドエフェクタ又は交換可能ツールに取り付けることができる作業端（working end）を含んだ構成とされる。より具体的には、作業端は、様々なエンドエフェクタに接合可能な着脱式の機械式機構又は空圧式機構を用いるユニバーサルコネクタ（universal connector）を備えうる。更に、ロボットアームは、当該ロボットアームの届く範囲内の１つ又は複数のツールラック上にあって、当該ロボットアームの作業端に容易に取り付け可能な様々なエンドエフェクタの交換を自律的に行うように予めプログラムすることができる。しかしながら、ロボットアームが様々なエンドエフェクタの交換を自律的に行うようにするためには、ロボットアームは、まず、様々なエンドエフェクタが、ツールラック、及び／又はロボットアームのベース部に対してどこに置かれているのか、また、作業端が、ツールラックの特定のエンドエフェクタに接続するためにどこに位置するべきか、についてティーチングされる必要がある。
【０００４】
ティーチングプロセスは、通常、オペレータにより実行される。オペレータは、手作業又はローカルな制御により、ロボットアームの作業端をツールラックに向かって移動させて、当該作業端を、所望のエンドエフェクタに取り付けるための適切な位置に配置する。エンドエフェクタに対して作業端が適切に接続されると、その状態における、ロボットアームのベース部に関連する当該ロボットアームの空間的姿勢が、メモリに格納される。ラックにおける個々のツール位置毎に、空間的姿勢を、例えばプリセット値（presets）の形態などでプログラムすることにより、ロボットアームは、これらの空間姿勢のうちの任意の空間姿勢を単に呼び出して、エンドエフェクタの交換又はツール位置にあるエンドエフェクタに対する取付けを行うことができる。しかしながら、ティーチングプロセスの際、オペレータは、６自由度の範囲内で線形移動だけでなく回転移動も用いて、ロボットアームとエンドエフェクタとを適切に位置合わせしなければならない。この動作は、ユニバーサルコネクタ又はクイックチェンジコネクタの視認性が限られているため、困難な場合がある。従来のコネクタプレートには、位置合わせプロセスをある程度サポートするための位置合わせピンを有するものも存在するが、ティーチングプロセスを改善する余地は十分にある。
【０００５】
したがって、静止しているエンドエフェクタに対してロボットアームを位置合わせする際に、位置合わせプロセス中の未知の要素をシンプル且つ効率的に低減することができる、改善された技術が求められている。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の一態様によれば、エンドエフェクタに対してロボットアームを位置合わせするための装置が提供される。当該装置は、球状ツール及び受け部を含みうる。球状ツールは、球状端部、及び、エンドエフェクタに着脱可能に接続するように構成された遠位ベース部を含みうる。受け部は、複数のアーム、及び、ロボットアームに着脱可能に接続するように構成された近位ベース部を含みうる。アームは、球状端部を受容するように構成可能であり、ロボットアームとエンドエフェクタとの間の位置合わせを追跡するように構成された１つ又は複数のインジケータを含みうる。
【０００７】
本開示の他の態様によると、ロボットアセンブリの位置合わせをプログラムするためのシステムが提供される。当該システムは、ツール側接続ベースを有するエンドエフェクタと、エンドエフェクタに対して移動することにより、複数のプログラム可能な姿勢のうちの１つの姿勢をとることが可能なマシン側接続ベースを有するロボットアームと、球状端部、及び、着脱可能にツール側接続ベースに接続するように構成された遠位ベース部を有する球状ツールと、複数のアーム、及び、マシン側接続ベースに着脱可能に接続するように構成された近位ベース部を有する受け部と、を含みうる。アームは、球状端部を嵌合可能に受容するように構成可能であり、ロボットアームとエンドエフェクタとの間の位置合わせを示すように構成された１つ又は複数のインジケータを含みうる。
【０００８】
本開示の更なる一態様によれば、エンドエフェクタに対してロボットアームを位置合わせするための方法が提供される。当該方法は、球状端部、及びエンドエフェクタに着脱可能に接続された遠位ベース部を有する球状ツールを用意し、複数のアーム、複数のインジケータ、及び、ロボットアームに着脱可能に接続された近位ベース部を有する受け部を用意し、インジケータが適切な位置合わせを示すまで、エンドエフェクタに対してロボットアームの姿勢を調節し、インジケータが適切な位置合わせを示す場合、ロボットアームの姿勢をプログラムする、ことを含みうる。
【０００９】
上述した特徴、機能、及び、利点は、様々な実施形態において個別に実現可能であり、他の実施形態においては互いに組み合わせることも可能である。詳細については、以下の記載と図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の教示により提供される１つの例示的な位置合わせシステムを示す斜視図である。
【図２】本開示の１つの例示的な位置合わせシステムを示す側面図である。
【図３】本開示の１つの例示的な受け部を示す斜視図である。
【図４】本開示の１つの例示的な球状ツールを示す斜視図である。
【図５】図４に示す球状ツールを示す斜視図である。
【図６】図４に示す球状ツールのロックシリンダを示す断面図である。
【図７】図４に示す球状ツールのロックピンを示す断面図である。
【図８】図３に示す受け部を示す斜視図である。
【図９】本開示の他の例示的なインジケータを示す斜視図である。
【図１０】図９に示すインジケータを示す斜視図である。
【図１１】本開示の他の例示的なインジケータを示す斜視図である。
【図１２】図１１に示すインジケータを示す斜視図である。
【図１３】本開示の更に他の例示的なインジケータを示す斜視図である。
【図１４】本開示の１つの例示的な位置合わせ方法を示す図である。
【図１５】本開示の１つの例示的な位置合わせ装置を用いて、線形ロボット移動により、エンドエフェクタに対してロボットアームを位置合わせする様子を示す側面平面図である。
【図１６】図１５に示す位置合わせ装置を用いて、回転ロボット移動により、エンドエフェクタに対してロボットアームを位置合わせする様子を示す側面平面図である。
【図１７】図１５に示す位置合わせ装置を用いて、ロボットアームの位置合わせ後の姿勢をプログラムする様子を示す側面平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に多くの異なる実施形態を詳細に説明するが、保護の法的範囲は、本書の最後に記載されている請求の範囲の文言によって規定される。実施形態の詳細な説明は、例示的なものとしてのみ解釈されるべきである。また、可能な実施形態の全てを説明することは、不可能ではないが非現実的であるため、以下においては、可能な実施形態の全てを説明しているわけではない。現在の技術または本願の出願日よりも後に開発された技術を用いて多くの代替の実施形態を実現することができるが、これらの実施形態も、保護範囲を規定する請求の範囲に含まれる。
【００１２】
また、本明細書において用語の定義が明確に記載されていない限り、用語の平易又は一般的な意味を超えて当該用語を限定することは、明示的にも暗示的にも意図していない。そのような用語の範囲は、本書のセクションにおける如何なる記載に基づいても限定されず、請求項の文言のみに基づいて解釈されるべきである。本書の最後の請求の範囲に記載されている用語が、１つの意味と一致するように言及されている場合、これは、読み手を混乱させないように明瞭化することを目的としているのであって、請求の範囲における用語をその１つの意味に限定することは、暗示的にも明示的にも意図されていない。
【００１３】
次に図１を参照すると、ロボットアセンブリ１０２と共に用いる位置合わせシステム１００の１つの例示的な実施形態が概略的に示されている。図示のように、ロボットアセンブリ１０２は、ロボットアーム１０４を含み、当該ロボットアームは、その１つ又は複数の軸１０８を中心として、ベース部１０６に対して回転、枢動、又は移動することができる。ロボットアセンブリ１０２は、１つ又は複数のツールラック１１０に対して移動することができる。このツールラックの各々は、ロボットアーム１０４の作業端１１４に取り付け可能な複数の異なるツール又はエンドエフェクタ１１２を保持することができる。より具体的には、ツールラック１１０は、１つ又は複数のポスト１１６を含み、当該ポストは、ロボットアーム１０４が、エンドエフェクタ１１２に自律的に到達及び接続することができ、且つ、先に接続されているエンドエフェクタ１１２と容易に交換できるような態様で、各エンドエフェクタ１１２を支持及び配置するように構成されている。更に、利用可能なエンドエフェクタ１１２の各々は、ツールラック１１０の個別のポスト１１６に割当てられているため、ロボットアーム１０４は、プログラム又はティーチングにより、異なる作業のための異なるエンドエフェクタ１１２を自律的に検索交換することができる。
【００１４】
次に、図２を参照すると、ロボットアセンブリ１０２のための位置合わせシステム１００の他の例示的な実施形態が詳細に示されている。図示のロボットアセンブリ１０２において、ロボットアーム１０４の作業端１１６は、異なる用途向けに設計された１つ又は複数の交換可能なツール又はエンドエフェクタ１１２に嵌合可能に接続するように構成されている。例えば、ロボットアーム１０４は、適切なエンドエフェクタ１１２に接続されており、計測、製造、配置、組み立て、設置などの特定の作業を実行するための１つ又は複数のアルゴリズムを用いてプログラムされている。図示のように、位置合わせシステム１００は、位置合わせ装置１１８を更に含み、当該装置は、位置合わせ工程中などに、ロボットアーム１０４とエンドエフェクタ１１２との間に一時的に取り付けられ、ロボットアーム１０４をエンドエフェクタ１１２と適切に位置合わせするために用いられる。適切に位置合わせが行われると、位置合わせ装置１１８は取り外され、ロボットアーム１０４は、位置合わせされた位置から位置合わせ装置１１８の所定寸法だけオフセットした位置を、ティーチング又はプログラムされる。
【００１５】
図３及び図４に更に示すように、図２の位置合わせ装置１１８は、マシン側コネクタ１２０とツール側コネクタ１２２との間に設けられる。マシン側コネクタ１２０は、ロボットアーム１０４の遠位端に設けられるとともに、相手側のコネクタ、すなわち、エンドエフェクタ１１２の近位端に設けられたツール側コネクタ１２２に嵌合可能に接続するように構成されている。図３及び図４に示すように、例えば、マシン側コネクタ１２０は、ツール側コネクタ１２２の雌型受容部１２６に受容されるようにサイズ決め及び構成された雄型円筒キー１２４を含む。マシン側コネクタ１２０は、ツール側コネクタ１２２の対応する位置合わせ穴１３０に受容されるように設計された１つ又は複数の位置合わせピン１２８を更に含む。更に、コネクタ１２０、１２２は、汎用品又は市販品（universal or commercial fitment）を用いて構成されているため、互換性のあるツール側コネクタ１２２を有する複数の異なるエンドエフェクタ１１２は、何れも所与のロボットアーム１０４に対して用いることができる。他の代替例において、コネクタ１２０、１２２は、商業的な用途ではなく、特定の用途向けにカスタマイズされてもよい。ツール側コネクタ１２２は、機械的、空圧的、電気的、及び／又は、磁気的なロック手段を用いて、マシン側コネクタ１２０に着脱可能にロックされている。
【００１６】
図２に示す位置合わせ装置１１８は、マシン側コネクタ１２０に接続するように構成された受け部１３２と、ツール側コネクタ１２２に接続するように構成された球状ツール１３４とを含む。図示のように、図３に示す受け部１３２は、近位ベース部１３６と、当該ベース部から遠位に延びる複数のアーム１３８とを含み、図４に示す球状ツール１３４は、球状端部１４０と、当該端部に接続された遠位ベース部１４２とを含む。近位ベース部１３６は、エンドエフェクタ１１２のツール側コネクタ１２２を模倣して設計されており、マシン側コネクタ１２０と接続される。例えば、近位ベース部１３６は、マシン側コネクタ１２０の対応する雄型円筒キー１２４及び位置合わせピン１２８を嵌合可能に受容するように構成された雌型受容部１２６および位置合わせ穴１３０を含む。同様に、球状ツール１３４の遠位ベース部１４２は、ロボットアーム１０４のマシン側コネクタ１２０を模倣して設計されており、ツール側コネクタ１２２と接続することができる。これに対応して、遠位ベース部１４２は、ツール側コネクタ１２２の雌型受容部１２６および位置合わせ穴１３０に嵌合可能に受容されるように構成された雄型円筒キー１２４および位置合わせピン１２８を含む。
【００１７】
次に図５〜図７を参照すると、球状ツール１３４の１つの例示的な実施形態が詳細に示されている。図示のように、球状ツール１３４は、その内部を通って同軸上に設けられたロックシリンダ１４４を含む。このロックシリンダは、球状端部１４０と遠位ベース部１４２との間に延在するとともに、球状端部１４０と実質的に面一になる。更に、図６及び図７の断面図に示すように、ロックシリンダ１４４の遠位端は、遠位ベース部１４２の対応する螺合内面１４８と係合する（interact）ように設計された螺合接触面１４６を含む。ロックシリンダ１４４は、遠位ベース部１４２の円筒キー１２４の周りに径方向に設けられた１つ又は複数のロックピン１５２と機械的に係合するように設計されたテーパー状先端１５０を更に含む。ロックシリンダ１４４は、球状ツール１３４に対して軸方向に移動可能であり、これにより、ロック位置とロック解除位置との間で選択的にロックピン１５２に係合することができる。より具体的には、ロック位置においては、ロックピン１５２は、円筒キー１２４から径方向に延びて、受容部１２６の内壁と係合する一方で、ロック解除位置においては、ロックピン１５２は、径方向に後退して円筒キー１２４内に収まり、円筒キー１２４をツール側コネクタ１２２から解放する。
【００１８】
図５〜図７に示す実施形態においては、テーパー状先端１５０がロックピン１５２に接触して当該ロックピンを径方向外方に延出させるまで、球状ツール１３４に対してロックシリンダ１４４を軸方向前進及び／又は回転させることにより、遠位ベース部１４２が、ツール側コネクタ１２２の受容部１２６内でロックされる。図７により詳細に示すように、各ロックピン１５２は、円筒キー１２４内に当該ロックピン１５２を保持する段差面１５４を有する。これとは逆に、受容部１２６から遠位ベース部１４２をロック解除するために、テーパー状先端１５０がロックピン１５２に接触しなくなるまで、或いは、ロックピン１５２が十分に後退して、円筒キー１２４を受容部１２６から解放するまで、球状ツール１３４に対してロックシリンダ１４４を軸方向後退及び／又は回転させる。図示していないが、コイルばね、板ばね、又は、当該技術分野で通常用いられる付勢機構を用いて、ロックピン１５２を更に円筒キー１２４の中心に向かって付勢して、完全に後退した位置まで移動させてもよい。更に、ロックシリンダ１４４の軸方向の動作及び／又は回転動作は、手作業で行ってもよいし、機械的、空圧的、電気的、及び／又は、磁気的な駆動手段を用いて、選択的に行ってもよい。
【００１９】
再度図３及び図４を参照すると、受け部１３２のアーム１３８は、球状ツール１３４の球状端部１４０と当接するように構成されている。例えば、球状ツール１３４の球状端部１４０は、共通ツール中心点１５６を中心として画定された球状外面を有する。これに対応して、アーム１３８の端部は、内方に湾曲した表面１５８を有しており、この表面は、適切に配置されたときに、球状端部１４０の球状外面を受容して、当該球状外面と均一に接触するようにサイズ及び形状が決められている。更に、曲面１５８は、受け部１３２が、球状端部１４０及びその中心点１５６を中心として回転及び／又は枢動することができ、その際、当該受け部が、これらに実質的に均一に接触した状態を維持できるような態様で、球状端部１４０の外面を受容するように構成されている。図３及び図４に示す受け部１３２と球状ツール１３４との間の界面は球状であるが、例えば、円筒状、円錐状、楕円状などの他の種類の界面を同様に用いても同等の結果をもたらすことができる。
【００２０】
図８を参照すると、受け部１３２の１つの例示的な実施形態が詳細に示されている。図示されている実施形態において、受け部１３２は、近位ベース部１３６から遠位に延びる、例えば３つのアーム１３８などの複数のアーム１３８を有する。各アーム１３８は、球状ツール１３４の球状端部１４０を受容するための曲面１５８を有する。これに加えて、各アーム１３８の端部は、例えば中心点位置合わせやロボットアーム位置合わせなどの、ロボットアーム１０４とエンドエフェクタ１１２との間の位置合わせに関する追跡（track）、監視、及びフィードバックを行うように構成された１つ又は複数のインジケータ１６０を含む。中心点位置合わせ、すなわち、受け部アーム１３８の中心点を球状ツール１３４のツール中心点１５６と揃えるために線形ロボット移動により行われる位置合わせに関して、インジケータ１６０は、球状端部１４０が、全ての受け部アーム１３８の曲面１５８に十分且つ均一に受容されているか否かを示すために、用いられる。アーム位置合わせ、すなわち、中心点の位置が合わされた状態を維持しつつ、球状ツール１３４のツール中心点１５６を中心とする受け部アーム１３８の回転姿勢を位置合わせするために回転ロボット移動により行われる位置合わせに関して、インジケータ１６０は、球状ツール１３４のツール中心点１５６に対する受け部１３２の角度位置若しくは回転位置、又は、空間的姿勢が、所望通りに位置合わせされているか否かを示すために、用いられる。例えば図８において、中心点位置合わせは、インジケータ１６０により追跡される一方で、アーム位置合わせは、アーム１３８の縁部のうちの１つ又は複数と、球状端部１４０の外面に設けられた任意の参照点との間の比較に基づいて追跡される。
【００２１】
図８に示すように、各インジケータ１６０は、機械式揺動部（mechanical rocker）１６２を含む。当該揺動部は、曲面１５８と連続するとともに、受け部アーム１３８内において、上昇位置と変位位置（deflected position）との間で、揺動軸１６４を中心として枢動可能に変位することができる。揺動部１６２の変位は、球状端部１４０との干渉に依存し、且つ、ロボットアーム１０４とエンドエフェクタ１１２との間の中心点位置合わせを実現するためにロボットアセンブリ１０２により要求される線形移動の程度に対応する。各揺動部１６２は、更に付勢機構１６６を含み、当該付勢機構は、揺動部１６２を上昇位置へと付勢する一方で、揺動部１６２が球状端部１４０と接触すると当該揺動部を変位させることができる。更に、各インジケータ１６０は、少なくとも１つの位置合わせマーカ１６８を含む。この位置合わせマーカは、揺動部１６２と共に移動して、アーム１０４とエンドエフェクタ１１２との間の位置合わせに関するフィードバックを行う。例えば、マーカ１６８の構成として、マーカ１６８は、揺動部１６２が、球状端部１４０により変位位置まで十分に押圧されると、明確に視認可能になり、受け部アーム１３８の外面と実質的に面一になるように構成されている。これとは逆に、揺動部１６２が十分に変位位置に押圧されない場合、マーカ１６８は、明確に視認することができないか、或いは、アーム１３８に対して歪曲したりする。
【００２２】
図９〜図１３を参照すると、受け部１３２の受け部アーム１３８において実施可能な、図８に示すインジケータ１６０の変形例が示されている。例えば、図９及び図１０に示すインジケータ１６０は、第１の遠位位置合わせマーカ１６８に加えて、第２の近位位置合わせマーカ１７０を有している。これにより、遠位位置合わせマーカ１６８が見えない場合にも、位置合わせを追跡することができる。遠位位置合わせマーカ１６８と同様に、近位位置合わせマーカ１７０は、揺動部１６２に接続され、当該揺動部と共に直接移動することができる。近位位置合わせマーカ１７０もまた、揺動部１６２が、球状端部１４０により変位位置まで十分に押圧されると、受け部アーム１３８の外面と実質的に面一になるが、当該揺動部が、変位位置まで十分に押圧されない場合には、アーム１３８に対して上昇又は延出するように構成されている。具体的には、揺動部１６２が十分に変位位置に押圧されない場合、マーカ１７０は、アーム１３８に対して延出及び傾斜する。図１０に更に示すように、インジケータ１６０は、目盛り１７２を更に含む。この目盛りは、遠位位置合わせマーカ１６８の相対的な変位、つまりは、受け部アーム１３８と球状端部１４０との間の中心点位置合わせ又は位置ずれの程度を特定するための基準として用いられる。
【００２３】
図１１及び図１２に示す実施形態は、図８〜図１０に示すインジケータ１６０の更なる変形例である。図８〜図１０に示す揺動部１６２とは異なり、図１１〜図１２に示す揺動部１６２は、曲面１５８に対して遠位に設けられた揺動軸１６４を中心として枢動可能に変位することができる。図１１及び図１２に示すインジケータ１６０の全体的な仕組みは同じであり、揺動部１６２は、曲面１５８と連続するとともに、球状端部１４０との干渉に基づいて、上昇位置と変位位置との間を変位する。更に、図１１及び図１２に示すインジケータ１６０は、１つの近位位置合わせマーカ１７０を有しているが、図８〜図１０に示す遠位位置合わせマーカ１６８は備えていない。また、図９及び図１０に示す近位位置合わせマーカ１７０とは異なり、図１１及び図１２に示す近位位置合わせマーカ１７０の動きは、受け部アーム１３８の外面に制限されている。例えば、近位位置合わせマーカ１７０は、揺動部１６２が、球状端部１４０により変位位置まで十分に押圧されると、受け部アーム１３８の外面と実質的に面一になるが、当該揺動部が、変位位置まで十分に押圧されない場合には、アーム１３８内に隠れるか、或いは入り込むように構成されている。これに加えて、インジケータ１６０は、近位位置合わせマーカ１７０に対して相対的に配置された目盛り１７２を更に含む。この目盛りは、位置合わせ又は位置ずれの程度を特定するための基準として用いられる。
【００２４】
更に、図１３に示す実施形態は、図８〜図１２に示すインジケータ１６０の他の変形例である。図８に示すインジケータ１６０と同様に、図１３に示す揺動部１６２は、曲面１５８に対して近位に設けられた揺動軸１６４を中心として枢動可能に変位するように構成されている。また、図８と同様に、図１３に示すインジケータ１６０は、受け部アーム１３８の外面から視認可能な遠位位置合わせマーカ１６８を有する。しかしながら、上述した実施形態とは異なり、図１３に示すインジケータ１６０は、１つ又は複数の検出装置１７４を含む。当該検出装置は、揺動部１６２の変位を検出するとともに、対応する位置合わせ、及び／又はエンドエフェクタ１１２に関連するオフセット距離を示す１つ又は複数の出力を生成するように構成されている。図１３に示すように、例えば、検出装置１７４は、揺動部１６２及び／又は付勢機構１６６に接続された圧力センサ又はリニアエンコーダを用いる。他の種類の検出装置１７４を用いることもできるし、変位及び／又は位置合わせを検出する他の構成を用いることもできる。更に、検出装置１７４により生成される出力は、受け部１３２と球状ツール１３４との間の位置合わせを示す出力信号又は他の形態の情報として、機械的、電気的、空圧的、磁気的、及び／又は、これらの組み合わせにより供給される。
【００２５】
次に、図１４を参照すると、エンドエフェクタ１１２に対してロボットアーム１０４を位置合わせする１つの例示的な方法１７６が示されている。図示のように、方法１７６は、ブロック１７６−１において、最初に、受け部１３２をロボットアーム１０４に接続する。更に、図３を参照すると、例えば、受け部１３２における近位ベース部１３６の雌型受容部１２６及び位置合わせ穴１３０が、マシン側コネクタ１２０の雄型円筒キー１２４及び位置合わせピン１２８に対して位置合わせ及び固定される。同様に、方法１７６は、ブロック１７６−２において、球状ツール１３４をエンドエフェクタ１１２に接続する。図４に示すように、例えば、エンドエフェクタ１１２におけるツール側コネクタ１２２の雌型受容部１２６及び位置合わせ穴１３０が、球状ツール１３４における遠位ベース部１４２の雄型円筒キー１２４及び位置合わせピン１２８に対して位置合わせ及び固定される。受け部１３２がロボットアーム１０４に接続され、且つ、球状ツール１３４がエンドエフェクタ１１２に接続されると、球状ツール１３４のツール中心点１５６に対してロボットアーム１０４の空間的姿勢を調節して、位置合わせ手順を開始する。
【００２６】
図１４に示すように、方法１７６は、ブロック１７６−３において、少なくとも中心点位置合わせが達成されるまで、或いは、球状ツール１３４のツール中心点１５６が、受け部アーム１３８の中心点と一致するまで、球状ツール１３４に対して、ロボットアーム１０４の線形位置、又は、当該ロボットアームの空間的姿勢の線形成分を調節する。更に、いくつかの実施形態においては、中心点位置合わせが達成されている場合、ロボットアーム１０４及びエンドエフェクタ１１２の相対的な回転位置に関係なく、球状端部１４０のツール中心点１５６を中心として受け部アーム１３８が均一に位置決めされる。図１５に示すように、球状端部１４０が、受け部１３２のアーム１３８の各々に十分に受容されるまで、エンドエフェクタ１１２に対するロボットアーム１０４の線形位置を調節する。方法１７６は、ブロック１７６−４において、受け部１３２のインジケータ１６０によるフィードバックに基づいて、中心点位置合わせが完了したか否かを特定する。中心点位置合わせは、例えば、全てのインジケータ１６０によって球状端部１４０が受け部アーム１３８に十分に受容されたことが示された場合に、完了する。しかしながら、インジケータ１６０のうちの何れかにより位置ずれが示されると、ブロック１７６−３において、適切な中心点位置合わせが達成されるまで、例えば、位置がずれているインジケータ１６０により示される方向において、ロボットアーム１０４の位置が再調節される。
【００２７】
方法１７６は、ブロック１７６−５において、更に、所望のアーム位置合わせが達成されるまで、又は、アームの回転位置が揃うか、或いは所望の位置に設定されるまで、エンドエフェクタ１１２に対してロボットアーム１０４の空間的姿勢を調節する。中央点の位置合わせが既に達成されている場合、ロボットアーム１０４は、中心点位置合わせを崩さないように、ツール中心点１５６を中心とした回転運動などの回転運動のみを用いて調節される。図１６に示すように、例えば、ロボットアーム１０４を、軸１７８を中心として回転、及び／又は、球状端部１４０のツール中心点１５６に対して枢動させることにより、エンドエフェクタ１１２に対して所望のアーム位置合わせを達成する。しかしながら、他の実施形態においては、所望のアーム位置合わせは、回転ロボット運動及び線形ロボット運動の組み合わせを用いることにより、中心点位置合わせとは独立して達成される。いずれの場合においても、方法１７６は、ブロック１７６−６において、例えば、アーム位置合わせを追跡可能なインジケータ１６０によるフィードバック、及び／又は、球状端部１４０の外面に設けられた参照点に対する受け部１３２のアーム１３８の位置に基づいて、所望のアーム位置合わせが達成されたか否かを判断する。所望のアーム位置合わせは、例えば、全てのインジケータ１６０及び／又は受け部アーム１３８により、ロボットアーム１０４が、エンドエフェクタ１１２に対して軸方向及び枢軸方向に所望通り位置決めされていることが示された場合に、達成される。インジケータ１６０又はアーム１３８のうちの何れかが位置ずれを示した場合、ブロック１７６−５において、ロボットアーム１０４の回転位置を再調節する。
【００２８】
線形成分及び回転成分の両方について、ロボットアーム１０４の空間的姿勢が、エンドエフェクタ１１２に対して十分に位置合わせされている場合、方法１７６は、ブロック１７６−７において、このエンドエフェクタ１１２又は他の互換性ツールに関連する今後の自動化作業のための参照用として、ロボットアーム１０４の姿勢をプログラムしたり、取得可能にメモリに格納したりする。更に、ロボットアーム１０４の姿勢をプログラムするに際して、位置合わせ作業中のみに設置されるが、それ以外の場合には使用されない位置合わせ装置１１８のサイズ又は長さを、ロボットアーム１０４の実際の姿勢を調節することにより補正する。図１７に示すように、例えば、位置合わせされたロボットアーム１０４の姿勢は、当該アームの実際の姿勢を、位置合わせ装置１１８の所定の長さ、及び、ツール中心点１５６に対する位置合わせ装置１１８の他の所定の寸法だけオフセットすることにより、最終的に決定される。位置合わせされた姿勢が最終的に計算又は決定されると、その位置合わせされた姿勢を呼び出すための適切なコマンドがプログラムされるか、或いは、今後の参考のためにメモリに格納される。他の改変例においては、ロボットアーム１０４は、更に、特定のツールラック１１０における様々なエンドエフェクタ１１２の位置を自律的に特定し、様々なエンドエフェクタ１１２に到達するために必要な様々な空間的姿勢を自律的に学習することができる。
【００２９】
以上、本開示の装置、システム、及び方法について例を挙げて説明を行ってきた。しかしながら、本開示の他の実施形態は、上述した例とは細部が異なる場合もありうる。本開示についての全ての記載及びその例は、その時点で説明されている特定の例に言及することを意図しており、より一般に本開示の範囲を限定することを示唆するものではない。いくつかの特徴との区別及びこれらに対する批判についての全ての記載は、これらの特徴が好ましくないことを示しているが、特に明記しない場合、本開示の範囲から完全にこれらを除外するわけではない。明細書において特に明記されている場合や記載内容と比較して明らかに矛盾している場合を除いては、本書に記載されている全ての方法は、任意の適切な順序で実行することができる。
【００３０】
更に、本開示は、以下の付記による実施形態を含む。
【００３１】
付記１．エンドエフェクタに対してロボットアームを位置合わせするための装置であって、
球状端部、及び、前記エンドエフェクタに着脱可能に接続するように構成された遠位ベース部を有する球状ツールと、
複数のアーム、及び、前記ロボットアームに着脱可能に接続するように構成された近位ベース部を有する受け部と、を含み、
前記アームは、前記球状端部を受容するように構成されており、前記ロボットアームと前記エンドエフェクタとの間の位置合わせを追跡するように構成された１つ又は複数のインジケータを含む、装置。
【００３２】
付記２．前記遠位ベース部は、前記エンドエフェクタと接続するように構成された複数のロックピンを含み、前記近位ベース部は、前記ロボットアームの複数のロックピンを受容するように構成されたコネクタを含む、付記１に記載の装置。
【００３３】
付記３．前記球状ツールは、その内部を通って同軸上に設けられたロックシリンダを更に含み、前記ロックシリンダは、前記球状ツールに対して軸方向に移動可能であり、前記遠位ベース部の前記ロックピンを、選択的にロック位置に固定するように構成されている、付記２に記載の装置。
【００３４】
付記４．前記遠位ベース部は、前記エンドエフェクタのツール側接続ベースに着脱可能に接続するように構成され、前記近位ベース部は、前記ロボットアームのマシン側接続ベースに着脱可能に接続されている、付記１〜３のいずれかに記載の装置。
【００３５】
付記５．前記受け部の前記アームは、湾曲端を含み、当該湾曲端は、前記球状ツールの前記球状端部を嵌合可能に受容するとともに、前記球状ツールのツール中心点を中心として回転するように構成されている、付記１〜４のいずれかに記載の装置。
【００３６】
付記６．前記球状端部は、前記受け部及び前記ロボットアームを、前記球状ツール及び前記エンドエフェクタに接続する際に、前記受け部の前記湾曲端に当接する、付記５に記載の装置。
【００３７】
付記７．前記受け部の前記アーム及び前記インジケータは、前記ロボットアームと前記エンドエフェクタとの間の中心点位置合わせ及びアーム位置合わせを示すように構成されている、付記１〜６のいずれかに記載の装置。
【００３８】
付記８．前記インジケータは、前記球状端部との干渉に基づいて、前記アームに対して枢動可能に変位することができ、前記インジケータの前記変位は、前記ロボットアームと前記エンドエフェクタとの間の少なくとも中心点位置合わせに対応している、付記１に記載の装置。
【００３９】
付記９．前記インジケータは、前記変位を検出して、対応する位置合わせ及び前記エンドエフェクタに関連するオフセット距離を示す１つ又は複数の出力を生成するように構成された１つ又は複数の検出装置を更に含む、付記８に記載の装置。
【００４０】
付記１０．ロボットアセンブリの位置合わせをプログラムするための、付記１に記載の装置を含むシステムであって、更に、
ツール側接続ベースを有するエンドエフェクタと、
前記エンドエフェクタに対して移動することにより、複数のプログラム可能な姿勢のうちの１つの姿勢をとることが可能なマシン側接続ベースを有するロボットアームと、を含み、
球状端部及び遠位ベース部を有する前記球状ツールは、前記ツール側接続ベースに着脱可能に接続するように構成され、
複数のアーム及び近位ベース部を有する前記受け部は、前記マシン側接続ベースに着脱可能に接続するように構成され、
前記アームは、前記球状端部を嵌合可能に受容するように構成されており、前記ロボットアームと前記エンドエフェクタとの間の位置合わせを示すように構成された１つ又は複数のインジケータを含む、システム。
【００４１】
付記１１．前記遠位ベース部は、前記エンドエフェクタと接続するように構成された複数のロックピン及び位置合わせピンを含み、前記近位ベース部は、前記ロボットアームの複数のロックピン及び位置合わせピンを受容するように構成されたコネクタを含む、付記１０に記載のシステム。
【００４２】
付記１２．前記球状ツールは、その内部を通って同軸上に設けられたロックシリンダを更に含み、前記ロックシリンダは、前記球状ツールに対して軸方向に移動可能であり、前記遠位ベース部の前記ロックピンを、選択的にロック位置に固定するように構成されている、付記１１に記載のシステム。
【００４３】
付記１３．前記遠位ベース部及び前記近位ベース部の各々は、空圧式ロック機構及び機械式ロック機構のいずれかを備える、付記１１に記載のシステム。
【００４４】
付記１４．前記受け部の前記アームは、湾曲端を含み、当該湾曲端は、前記球状ツールの前記球状端部を嵌合可能に受容するとともに、前記球状ツールのツール中心点を中心として回転するように構成されている、付記１０に記載のシステム。
【００４５】
付記１５．前記インジケータは、前記球状端部との干渉に基づいて、前記アームに対して変位することができ、前記インジケータの前記変位は、前記ロボットアームと前記エンドエフェクタとの間の少なくとも中心点位置合わせに対応している、付記１０に記載のシステム。
【００４６】
付記１６．前記ロボットアームは、前記インジケータが当該ロボットアームと前記エンドエフェクタとの間の位置合わせが適切であることを示すまで、手作業で調節可能であり、前記ロボットアームの姿勢は、前記インジケータが適切な位置合わせを示す場合に、プログラム可能である、付記１５に記載のシステム。
【００４７】
付記１７．前記インジケータは、前記変位を検出して、対応する位置合わせを示す１つ又は複数の電気信号を生成するように構成された１つ又は複数の検出装置を更に含む、付記１５に記載のシステム。
【００４８】
付記１８．エンドエフェクタに対してロボットアームを位置合わせするための方法であって、
球状端部、及び前記エンドエフェクタに着脱可能に接続された遠位ベース部を有する球状ツールを用意し、
複数のアーム、複数のインジケータ、及び、前記ロボットアームに着脱可能に接続された近位ベース部を有する受け部を用意し、
前記インジケータが適切な位置合わせを示すまで、前記エンドエフェクタに対して前記ロボットアームの姿勢を調節し、
前記インジケータが適切な位置合わせを示す場合、前記ロボットアームの姿勢をプログラムする、ことを含む方法。
【００４９】
付記１９．適切な位置合わせは、線形成分及び回転成分に基づいて示され、前記線形成分は、前記球状端部が前記アームの各々に十分に受容されている場合に、位置合わせがなされており、前記回転成分は、前記アームが、前記球状端部のツール中心点に対して所望の配向にある場合に、位置合わせがなされている、付記１８に記載の方法。
【００５０】
付記２０．前記インジケータは、前記球状端部との干渉に基づいて、前記アームに対して枢動可能に変位することができ、前記インジケータの前記変位は、前記ロボットアームと前記エンドエフェクタとの間の少なくとも中心点位置合わせに対応している、付記１８に記載の方法。
【００５１】
したがって、本開示は、適用法によって認められているように、本明細書に添付した請求の範囲に記載する要部の全ての改変例及び均等物を含む。更に、上述した要素の全ての変形例におけるこれらの要素の組み合わせは、明細書において特に明記されている場合や記載内容と比較して明らかに矛盾している場合を除いては、全て本開示に含まれるものとする。
【図１】
2017056548.tif 000003
【図２】
2017056548.tif 000004
【図３】
2017056548.tif 000005
【図４】
2017056548.tif 000006
【図５】
2017056548.tif 000007
【図６】
2017056548.tif 000008
【図７】
2017056548.tif 000009
【図８】
2017056548.tif 000010
【図９】
2017056548.tif 000011
【図１０】
2017056548.tif 000012
【図１１】
2017056548.tif 000013
【図１２】
2017056548.tif 000014
【図１３】
2017056548.tif 000015
【図１４】
2017056548.tif 000016
【図１５】
2017056548.tif 000017
【図１６】
2017056548.tif 000018
【図１７】
2017056548.tif 000019
【外国語明細書】
2017056548000001.pdf
2017056548000002.pdf
2017056548000003.pdf
2017056548000004.pdf