(57)【要約】レーザを用いた位置合わせシステムにおいて、レーザ発光器と、検知素子と、を備えるレーザセンサ器具を、ロボットアームのグリッパユニットによって把持することができ、また、前記レーザセンサ器具を使用して、ロボットアームを作業面と自動的に位置合わせすることができる。Ｘ−Ｙ平面においてレーザセンサを用いて、作業面を走査することにより、作業面上の目印を識別することができる。Ｘ−Ｙ平面における目印の中心点を決定して、Ｘ−Ｙ平面において、グリッパユニットを作業面と位置合わせすることができる。グリッパユニットが作業面に接触するまでにＺ方向において下向きにグリッパを移動させることにより、ロボットアームをＺ軸上に較正することができる。
2016501733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動位置合わせ方法であって、
ロボットアームのグリッパユニットによってレーザセンサ器具を把持することであって、前記レーザセンサは、レーザパルスを出射し、前記レーザパルスの反射を受光するように構成されている、ことと、
Ｘ−Ｙ平面において前記レーザセンサを用いて作業面を走査することにより、前記作業面上の目印を識別することと、
前記Ｘ−Ｙ平面において前記目印の中心点を決定して、前記Ｘ−Ｙ平面において前記グリッパユニットを前記作業面と位置合わせすることと
を含む、方法。
【請求項２】
前記グリッパユニットが前記作業面に接触するまでにＺ方向において下向きに前記グリッパを移動させることにより、Ｚ軸上に前記グリッパユニットを較正することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記Ｘ−Ｙ平面において前記目印の中心点を決定して、前記Ｘ−Ｙ平面において前記グリッパユニットを前記作業面と位置合わせすることは、
第１の方向に前記目印を走査して、前記レーザセンサによって受光された反射に基づいて、前記目印の第１の縁部及び前記目印の第２の縁部を決定することと、
前記第１の縁部及び前記第２の縁部に基づいて、第１の軸上の前記目印の第１の中心点を決定することと、
前記目印の前記第１の中心点から、前記第１の方向に実質的に直交する第２の方向に、前記目印を走査して、第３の縁部及び第４の縁部を決定することと、
前記第３の縁部及び前記第４の縁部に基づいて、第２の軸上の前記目印の第２の中心点を決定することと、
複数の中心点が互いに事前設定した距離内にあるまで、前記目印の走査を繰り返すことと
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記目印の前記中心点が決定された後、前記グリッパユニットにおける前記レーザセンサの初期位置に対して、前記レーザセンサ器具を９０度回転させて、前記目印の第２の中心点を決定することと、
前記グリッパユニットにおける前記レーザセンサの初期位置に対して、前記レーザセンサ器具を１８０度回転させて、前記目印の第３の中心点を決定することと、
前記グリッパユニットにおける前記レーザセンサの初期位置に対して、前記レーザセンサ器具を２７０度回転させて、前記目印の第４の中心点を決定することと、
前記中心点の平均をとることにより前記目印の平均中心点を決定することと
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
Ｘ−Ｙ平面において前記レーザセンサを用いて前記作業面を走査することにより、前記作業面上の目印を識別することは、
前記グリッパユニットを、前記Ｘ−Ｙ平面におけるプログラムされた経路内に移動させることと、
前記レーザセンサ器具からパルスを出射することと、
前記作業面からの反射を記録することであって、前記目印は、変調された反射が記録されるときに識別される、ことと
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記目印は、前記作業面における穿孔である、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記目印は、無反射コーティングでコーティングされた前記作業面の領域である、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記目印の前記中心点を保存することと、
前記目印の前記中心点を位置合わせデータと比較して、前記作業面上の１つ又は複数の要素の位置を識別することと
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記作業面上の前記１つ又は複数の要素は、引き出し、ラック、又は器具を含み得る、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記グリッパユニットが前記作業面に接触するまでにＺ方向において下向きに前記グリッパを移動させることにより、Ｚ軸上に前記グリッパユニットを較正することは、
前記グリッパユニットによって、前記レーザセンサ器具を解放することと、
前記グリッパユニットによって、Ｚ−較正器具を把持することと、
前記作業面の上方で、第１の高さに前記グリッパユニットを位置決めして、第１のＺ位置を記録することと、
前記Ｚ−較正器具が前記作業面に接触するまでに前記Ｚ方向に前記グリッパユニットを下げて、第２のＺ位置を記録することと、
前記第１及び第２のＺ位置を保存することと
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記レーザセンサ器具は、溝又は出っ張りを備える把持可能なハウジングを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
アセンブリであって、
レーザセンサ器具を把持するように構成されたグリッパユニットを備えたロボットアームであって、前記ロボットアームは、作業面の上方で三次元的に移動するように構成されている、ロボットアームと、
前記ロボットアーム及び前記レーザセンサに連結された１つ又は複数のコントローラを備えた自動位置合わせシステムであって、前記自動位置合わせシステムは、前記ロボットアームに、前記レーザセンサ器具を把持するように指示するように構成され、かつ、Ｘ−Ｙ平面において前記作業面の上方で前記ロボットアームを移動させるように構成され、前記レーザセンサは、レーザパルスを出射し、反射を受光するように構成されている、自動位置合わせシステムと
を備え、
前記自動位置合わせシステムは、前記レーザセンサ器具に、目印を識別するために前記作業面を走査するように指示することと、前記Ｘ−Ｙ平面における前記目印の中心点を決定して、前記Ｘ−Ｙ平面において前記ロボットアームを前記作業面と位置合わせすることとを行うように更に構成されている、アセンブリ。
【請求項１３】
前記Ｘ−Ｙ平面における前記目印の中心点を決定するために、前記自動位置合わせシステムは、前記ロボットアーム及び前記レーザセンサ器具に、
第１の方向に前記目印を走査して、前記レーザセンサによって受光された反射に基づいて、前記目印の第１の縁部及び前記目印の第２の縁部を決定することと、
前記第１の縁部及び前記第２の縁部に基づいて、第１の軸上の前記目印の第１の中心点を決定することと、
前記目印の前記第１の中心点から、前記第１の方向に直交する第２の方向に、前記目印を走査して、第３の縁部及び第４の縁部を決定することと、
前記第３の縁部及び前記第４の縁部に基づいて、第２の軸上の前記目印の第２の中心点を決定することと、
複数の中心点が互いに事前設定した距離内にあるまで、前記目印の走査を繰り返すことと
を行うように指示するように構成されている、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記自動位置合わせシステムは、前記ロボットアーム及び前記レーザセンサに、
前記目印の前記中心点が決定された後、前記グリッパユニットにおける前記レーザセンサの初期位置に対して、前記レーザセンサ器具を９０度回転させて、前記目印の第２の中心点を決定することと、
前記グリッパユニットにおける前記レーザセンサの初期位置に対して、前記レーザセンサ器具を１８０度回転させて、前記目印の第３の中心点を決定することと、
前記グリッパユニットにおける前記レーザセンサの初期位置に対して、前記レーザセンサ器具を２７０度回転させて、前記目印の第４の中心点を決定することと、
前記中心点の平均をとることにより前記目印の平均中心点を決定することと
を行うように指示するように更に構成されている、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
Ｘ−Ｙ平面において前記レーザセンサを用いて前記作業面を走査することにより、前記作業面上の目印を識別するために、前記自動位置合わせシステムは、
前記グリッパユニットを、前記Ｘ−Ｙ平面におけるプログラムされた経路内に移動させることと、
前記レーザセンサ器具からパルスを出射することと、
前記作業面からの反射を記録することと
を行うように更に構成され、
前記目印は、変調された反射が記録されるときに識別される、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記目印は、前記作業面における穿孔である、請求項１４に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記目印は、無反射コーティングでコーティングされた前記作業面の領域である、請求項１４に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記自動位置合わせシステムは、
前記目印の前記中心点を保存することと、
前記目印の前記中心点を位置合わせデータと比較して、前記作業面上の１つ又は複数の要素の位置を識別することと
を行うように更に構成されている、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記作業面上の前記１つ又は複数の要素は、引き出し、ラック、又は器具を含み得る、請求項１７に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記自動位置合わせシステムは、前記グリッパユニットが前記作業面に接触するまでにＺ方向において下向きに前記グリッパを移動させることと、前記グリッパユニットが前記作業面に接触するときにＺ軸上における前記ロボットアームの位置を保存することとにより、前記Ｚ軸上に前記ロボットアームを較正するように更に構成されている、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
前記レーザセンサ器具は、溝又は出っ張りを備える把持可能なハウジングを備える、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項２２】
目印の中心点を識別する方法であって、
第１の方向において、目印の境界点の第１の集合を識別することと、
前記境界点の第１の集合に基づいて、前記第１の方向における前記目印の第１の中点を決定することと、
前記第１の方向に実質的に直交する第２の方向において、前記目印の境界点の第２の集合を識別することであって、前記境界点の第２の集合と前記第１の中点とは、共線である、ことと、
前記境界点の第２の集合に基づいて、前記第２の方向における前記目印の第２の中点を決定することと、
前記第１の中点の位置を前記第２の中点の位置と比較することと、
前記第１の中点の位置が前記第２の中点の所定距離内にある場合に、平均位置を計算して、前記平均位置を保存することであって、前記平均位置は、前記目印の中心点に対応する、ことと、
前記第１の中点の位置が前記第２の中点の前記所定距離内にない場合に、少なくとも２つの中点の位置が互いに前記所定距離内にあるまで、交互に直交する方向において、反復して中点を決定することと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１２年１２月２１日に出願された、発明の名称が「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＡＵＴＯ−ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ」である、Ｓｔｅｆａｎ  Ｒｕｅｃｋｌ，ｅｔ  ａｌ．による米国特許仮出願第６１／７４５，２５２号、及び、２０１３年３月５日に出願された、発明の名称が「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＡＵＴＯ−ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ」である、Ｓｔｅｆａｎ  Ｒｕｅｃｋｌ，ｅｔ  ａｌ．による米国特許仮出願第６１／７７２，９７１号に対する優先権を主張し、これらの各出願の全体を、あらゆる目的のため、本明細書に参照により援用する。本出願は、２０１２年１０月５日に出願された、発明の名称が「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＡＵＴＯ−ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ」である、Ｓｔｅｆａｎ  Ｒｕｅｃｋｌによる米国特許仮出願第６１／７１０，６１２号、及び、２０１３年１０月４日に出願された、発明の名称が「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＣＡＭＥＲＡ−ＢＡＳＥＤ  ＡＵＴＯ−ＡＬＩＧＮＭＥＮＴ」である、Ｓｔｅｆａｎ  Ｒｕｅｃｋｌ  ｅｔ  ａｌ．による米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿＿号（出願番号はまだ付与されていない）に関し、これらの各出願の全体を、あらゆる目的のため、本明細書に参照により援用する。
【０００２】
（背景技術）
ラボラトリー・オートメーション・システム（ＬＡＳ）が顧客先において設置される際には、サービス技術者が、フレーム、ロボットアーム用のＸＹガントリー、及び作業面上の引き出しなどの、前記システムの各要素を位置合わせして、ロボットアームがサンプル管を正確に把持して、ある位置から他の位置へ運べるようにする。典型的には、作業スペースへのロボットアームの位置合わせは、手作業で行われる。手作業による位置合わせは、時間とコストのかかるプロセスであり、特に、それぞれ個別の位置合わせが必要なロボットアームを複数備えている場合のある、複雑なＬＡＳにおいては、そうである。加えて、手作業による位置合わせでは、それぞれの位置合わせにおいて、人為エラーが入り込む可能性がある。自動位置合わせプロセスにより、より少ないサービス技術者によって、より多くのＬＡＳをより短時間で設置及び位置合わせでき、人為エラーに起因する不正確な位置合わせのリスクも低減される。
【０００３】
典型的なＬＡＳでは、各ロボットアームは、作業面の上方にあるガントリーに固定され、この作業面は、例えば、様々な位置又は作業面上の器具へと移動可能なラックに入った試験管などを含み得る。例えば、分配ラックから、遠心分離アダプタへ試験管を移動させることなどである。把持する動作は、様々な問題を回避するために精密なものである必要がある。例えば、ロボットアームが、管を把持できない場合、又は、選んだ管を把持することには成功しても、位置合わせに失敗したために管を破壊してしまう場合などである。既存の手作業による位置合わせには、手又は外部の駆動モータを使用して、グリッパアームを作業面上の複数の異なる位置に手作業で位置決めすることなどの、様々な工程が含まれ得る。加えて、ロボットアームは、作業面上のラック又は引き出しに対して、個別に位置合わせする必要がある。サービス技術者による手作業での位置合わせであるため、この手法では、ロボットアーム毎に数時間〜一日かかる。
【０００４】
本発明の実施形態は、これらの問題及び他の問題に対処するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本明細書は、一実施形態によれば、ラボラトリー・オートメーション・システム（ＬＡＳ）内において、グリッパユニットを備えるロボットアームを較正し、かつ／又は位置合わせする、自動位置合わせプロセス、及び関連する技術的構成を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
レーザを用いた位置合わせシステムにおいて、レーザ発光器と、検知素子と、を備えるレーザセンサ器具を、ロボットアームのグリッパユニットによって把持することができ、また、前記レーザセンサ器具を使用して、ロボットアームを作業面と自動的に位置合わせすることができる。レーザセンサを用いて、作業面を走査することにより、作業面上の目印を識別することができる。面上の目印の中心点を決定して、グリッパユニットを作業面と位置合わせすることができる。グリッパユニットが作業面に接触するまでにＺ方向において下向きにグリッパを移動させることにより、ロボットアームをＺ軸上に較正することができる。
【０００７】
このレーザを用いた位置合わせシステムの利点の一つは、例えば、グリッパフィンガで器具を把持するといった、グリッパの通常の機能を利用する方法で、位置合わせを行い得ることである。レーザを用いた位置合わせの際、グリッパは、デジタル・レーザ・センサを把持し、孔又は柱などの作業面上の目印を検知する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の実施形態による、グリッパユニット及び把持可能なレーザセンサ器具の例を示す。
【図１Ｂ】本発明の実施形態による、グリッパユニット及び把持可能なレーザセンサ器具の例を示す。
【図１Ｃ】本発明の実施形態による、グリッパユニット及び把持可能なレーザセンサ器具の例を示す。
【図２】本発明の実施形態による、ラボラトリー・オートメーション・システム（ＬＡＳ）の例を示す。
【図３】本発明の実施形態による、目印検知の例を示す。
【図４】本発明の実施形態による、複数の測定の平均を使用した、目印検知の例を示す。
【図５】本発明の実施形態による、ＸＹＺ−ロボットを較正する方法を示す。
【図６】本発明の実施形態による、レーザセンサを使用したＸ−Ｙ較正結果を示す。
【図７】本発明の実施形態による、レーザセンサを使用したＸ−Ｙ較正結果を示す。
【図８】本発明の実施形態による、レーザセンサを使用したＸ−Ｙ較正結果を示す。
【図９】本発明の実施形態による、Ｚ−較正器具の例を示す。
【図１０】本発明の実施形態による、自動位置合わせシステムのブロック図を示す。
【図１１】本発明の実施形態による、コンピュータ装置のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の説明では、説明のために、本発明の様々な実施形態について深い理解が得られるように、多くの具体的な詳細について記載する。しかしながら、当業者であれば、これらの具体的な詳細がなくても、本発明の実施形態を実施し得ることが明らかであろう。他の実例では、周知の構造及びデバイスが、ブロック図形式で示される。
【００１０】
続く説明は、例示的な実施形態を提供するものに過ぎず、本開示の範囲、適用性、又は構成を限定する意図はない。むしろ、続く例示的な実施形態の説明は、当業者に、例示的な実施形態を実施するための、実施可能な説明を提供するものであろう。添付の特許請求の範囲に記載する本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、構成要素の機能及び配置が、様々に変更されてもよいことが理解されるべきである。
【００１１】
実施形態について深い理解が得られるように、続く説明にて、具体的な詳細が提供される。しかしながら、当業者であれば、これらの実施形態を、これらの具体的な詳細なしに、実施し得ることが理解されるであろう。不必要に詳細にすることで、実施形態を不明瞭にしないために、例えば、回路、システム、ネットワーク、プロセス、及び他の構成要素は、ブロック図形式における構成要素として示す場合がある。他の実例では、実施形態を不明瞭にしないために、周知の回路、プロセス、アルゴリズム、構造、手法を、不必要な詳細を省いて示す場合がある。
【００１２】
本明細書では、レーザを用いた光学測定器具を使用して、作業面に対してロボットアームの自動位置合わせを行うシステム及び方法が開示される。一実施形態によれば、グリッパユニットを備えるロボットアームは、レーザセンサを把持し得る。レーザセンサは、レーザを出射して、反射を受光するように構成され得る。一部の実施形態では、ロボットアームは、Ｘ−Ｙガントリーに接続され、ロボットアームが、作業面の上方でＸ−Ｙ平面内を移動できるようにされ得る。また、本発明の実施形態では、他の種類のロボットで使用することもできる。ロボットアームを作業面と位置合わせするために、グリッパユニットは、レーザセンサを掴み上げることができ、ロボットアームは、Ｘ−Ｙ平面において移動し、レーザセンサを用いて作業面を走査することができる。本明細書で使用する場合、Ｘ−Ｙ平面とは、作業面に平行な平面を指すことができる。作業面は、作業面上の既知の位置に、１つ又は複数の目印を備えることができる。目印は、レーザセンサにとって識別可能な任意の物体又は位置であってよい。例えば、一部の実施形態では、穿孔を目印として使用できる。穿孔は、反射が読み取られない位置として、レーザセンサにより識別可能である。一部の実施形態では、目印は、無反射コーティングが適用された作業面上の位置であってもよい。無反射コーティングは、レーザセンサによって出射されたスペクトルにおいて無反射となるように、レーザセンサの周波数に基づいて選択することができる。
【００１３】
一実施形態によれば、目印の位置は、第１の方向に目印を走査して、レーザセンサによって受光された反射に基づいて、目印の第１の縁部及び目印の第２の縁部を決定することによって、識別することができる。その後、第１の軸上の目印の第１の中心点を、第１の縁部と第２の縁部に基づいて決定することができる。目印の第１の中心点から、第１の方向に直交する第２の方向に、目印を走査して、第３の縁部及び第４の縁部を決定することができる。その後、第３の縁部及び第４の縁部に基づいて、第２の軸上の目印の第２の中心点を決定することができる。複数の中心点が互いに事前設定した距離内に識別されるまで、この方法で目印の走査を継続し得る。一部の実施形態では、これらの中心点の平均を計算して、目印の中心点として保存してもよい。一部の実施形態では、上述のプロセスを繰り返すことにより、ロボットアームを、作業面上の複数の目印と位置合わせすることもできる。
【００１４】
上述したように、作業面上の１つ又は複数の目印の位置を、レーザセンサを使用して識別し、ロボットアームをＸ−Ｙ平面において作業面と位置合わせすることができる。グリッパユニットが作業面に接触するまでにＺ方向において下向きに、作業面の上方の把持位置から、ロボットアームを移動させることにより、ロボットアームをＺ軸上に較正することができる。本明細書で使用する場合、Ｚ軸とは、作業面に直交する軸を指すことができる。それぞれの目印の位置において、「物理的な」接触（「ｈａｒｄ」ｔｏｕｃｈ  ｏｆｆ）を使用することで、目印のＺ方向高さを決定することができる。一部の実施形態では、ロボットアームが目印において作業面と接触するまでに下げられる前に、ロボットアームは、作業面上方において、最大の高さまでＺ方向に上げられ得る。一部の実施形態では、Ｚ方向においてロボットアームを位置合わせする間、グリッパユニットは、Ｚ軸用の器具を把持していてもよい。一部の実施形態では、レーザセンサを使用して、レーザセンサから受光された反射に基づき、作業面の上方でのロボットアームの高さを測定することができる。測定した距離を使用して、Ｚ軸上にロボットアームを較正することができる。
【００１５】
図１Ａ〜１Ｃは、本発明の実施形態による、グリッパユニット及び把持可能なレーザセンサ器具の例を示す。図１Ａに示されるように、レーザセンサ１００は、ロボットアームのグリッパユニット１０４によって把持可能なハウジング１０２内に取り付けることができる。一実施形態によれば、レーザセンサは、背景抑制レーザセンサ、スポット反射型レーザセンサ、又は、把持可能なハウジングに取り付け可能な任意の他の種類のレーザセンサであってよい。レーザセンサハウジング１０２は、例えば、出っ張り、溝、又は、グリッパフィンガ１０６が確実に把持できる同様の形状によって把持されるように構成することができる。一部の実施形態では、レーザセンサは、センサの破損、又はセンサ上への汚れ／埃の蓄積を防ぐために、レーザセンサハウジングの底部側に凹部を有する。図１Ｂ及び１Ｃは、それぞれ出っ張りを備えた、代替的なレーザセンサハウジング１０８及び１１０を示す。図１Ｂ及び１Ｃに示されるように、グリッパフィンガの先端を、出っ張りに行き当たらせることができるので、レーザセンサの把持位置は確実かつ再現可能なものとなる。
【００１６】
一実施形態によれば、把持可能なレーザセンサを使用してロボットアームを位置合わせすることは、結果的に、ロボットアームの実際の使用の典型的な配置となる。グリッパユニットを変更することなくロボットアームを位置合わせすることもでき、例えば、グリッパフィンガに取り付けられたパッドはいずれも、位置合わせの際に取り外す必要がない。レーザセンサ器具は、有線式であってもよいし、無線式であってもよい。有線式の場合、コードは、レーザセンサの構成に応じて、グリッパフィンガ間の様々な位置において現れていてよい。上述したように、各レーザセンサはまた、レーザセンサが出射したレーザの反射を検知するように構成された検知器であってもよい。
【００１７】
一部の実施形態では、カメラなどの撮像デバイスを使用して、レーザセンサによって出射されたレーザの反射を検知することができる。レーザが作業面に入射しているときは、反射は、撮像デバイスで視認可能である。レーザが目印に入射しているときは、反射は、変調されるか、又は撮像デバイスによって観測できない。例えば、無反射の目印は、レーザの反射を減衰させて、撮像デバイスに観測できないようにしてもよいし、又は撮像デバイスによって弁別できるようにしてもよい。同様に、穿孔型の目印は、レーザを反射せず、また、作業面より下の表面からの反射は、撮像デバイスにとって全く観測できないか、又は撮像デバイスによって弁別できる。一部の実施形態では、撮像デバイスは、グリッパユニットに取り付けることができる。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態による、ラボラトリー・オートメーション・システム（ＬＡＳ）の例を示す。図２に示されるように、ＬＡＳ  ２００は、Ｚ軸２０４が取り付けられた、Ｘ−Ｙガントリー２０２を有するフレームを備え得る。Ｚ軸２０４には、グリッパユニット２０６を備えるロボットアームを連結することができる。上述したように、Ｘ−Ｙガントリーは、作業面２０８の上方で、Ｘ−Ｙ平面において、ロボットアーム及びグリッパユニットを移動させるように動作可能であり、Ｚ軸は、ロボットアーム及びグリッパユニットを、作業面２０８に対して、上下方向に沿って移動させるように動作可能である。一実施形態によれば、それぞれの軸は、１つ又は複数の電動モータを使用して、各軌道に沿って移動することができる。一部の実施形態では、モータは、ＤＣブラシモータ、又は既知のモータ分解能（ミリメートルあたりのステップ数）を有するステッピングモータであってよい。マイクロコントローラ、プロセッサ、又は他のコントローラなどの１つ又は複数のコントローラを使用して、各軸に連結されたモータを制御し、作業面の上方の三次元空間内にてロボットアームを位置決めすることができる。ロボットアームを作業面と位置合わせするために、作業面は、既知の位置にある１つ又は複数の目印２１０を備えることができる。図１Ａ〜１Ｃに関連して上述したようなレーザセンサを使用して、ロボットアームを、作業面上の１つ又は複数の目印２１０と自動的に位置合わせすることができ、これにより、ロボットアームは、作業面上の物体の掴み上げ及び再位置決めなどの、精度が重要な機能を実行できるようになる。
【００１９】
図３は、本発明の実施形態による、目印検知の例を示す。上述したように、レーザを用いた自動位置合わせに使用される目印としては、作業面に機械加工された穿孔、又は、代替的には無反射の目印などが挙げられる。目印は、既知の位置に位置していてよい。穿孔により、表面上において、移動することがなく、かつレーザを反射しない、確実な既知の位置が提供される。無反射ドットなどの、他の無反射の目印を同様に利用することもできる。無反射ドットは、レーザセンサから出射される光を吸収するか、又は反射を減少させて、このドットからの反射を、レーザセンサ及び／又は撮像デバイスによって全く検知できないようにする。ラック、遠心分離機、引き出しなどの、作業面に取り付けられる他の器具及びデバイスの位置は、１つ又は複数の目印に相対させて、知ることができる。それ故、目印の位置を既知としてから、グリッパを作業面上の他の要素に対して位置合わせする。
【００２０】
一部の実施形態では、レーザセンサ器具がグリッパユニットによって把持されたとき、自動位置合わせ方法を実行することができ、その際、グリッパユニットは、レーザセンサ器具を把持したまま、Ｘ−Ｙ平面において移動し、レーザセンサ器具を使用して作業面を走査する。例えば、中央コントローラは、１つ又は複数の軸コントローラに対して、指示を送信することができ、軸コントローラは、作業面の上方で、プログラムされた経路内にロボットアームを移動させる。更に、中央コントローラは、レーザ・センサ・コントローラに対し、レーザパルスを出射し、ロボットアームがプログラムされた経路内に移動した際の、時間間隔毎の反射を記録するように、指示を送信することができる。作業面上の平坦領域であれば、レーザパルスを反射するであろうが、一方で、ロボットアームとレーザセンサ器具が目印の上方に位置している場合には、検知可能な反射が受光されないことになる。
【００２１】
図３に示されるように、ロボットが孔を横断してレーザを通過させる際、目印３０２の縁部において、作業面３００からのレーザの反射を検知することができる。レーザ・センサ・コントローラ、中央コントローラ若しくは他の好適なコントローラなどのコントローラ及び／又はプロセッサは、目印３０２の縁部に対応する、各通過の位置３０４を記録できる。例えば、レーザセンサ器具によって、反射が受光されなかった箇所又は変調された反射が受光された箇所は、目印の境界を示唆し得る。変調された反射には、より反射率の低い目印、又は目印の下の、作業面の下方にある物体からの反射によってもたらされる、作業面からの反射ほどには強くない減衰した反射も含まれ得る。この位置は、モータのステップ又はエンコーダのカウントに対応する。一実施形態によれば、孔を横断する線の中心は、２つの読み取り値の平均をとることで計算できる。ベルトなどの、ロボットアームの駆動システムの任意のヒステリシスを考慮して、このプロセスを反対方向に繰り返すこともできる。このプロセスにより、第１の軸上にて、目印の中心点の座標を決定することができる。この座標は、第１の軸上でのエンコーダのカウント又はステップに対応させることができる。図３に示されるように、目印を横断する線３０６は、目印の中心にあるわけではない。この第１の線の中点を、目印の中心を決定するための開始点として使用することができる。
【００２２】
例えば、図３に示した実施形態では、円形の目印が使用されている。ロボットアームは、目印を横断して交互に直交する方向に移動し（例えば、Ｘ軸に平行な第１の経路に沿って移動し、続いてＹ軸に平行な第２の経路に沿って移動し、続いてＸ軸に平行な第３の経路に沿って移動していく、というように）、目印の中心点を反復して決定する。目印を横断してロボットアームが通過する毎に、目印を横断する線の端点に対応する、目印の境界点を識別することができる。この目印を横断するロボットアームの第１の通過は、Ｘ軸又はＹ軸に平行な方向におけるものであってよい。第１の通過線の端点を使用し、この線の中点を決定し、保存することができる。その後、ロボットアームを第１の通過線の中点の上方で位置決めすることができ、第１の通過に実質的に直交する方向で、ロボットアームに目印を横断した第２の通過を行わせることができる。例えば、Ｘ軸に平行な線３０６が第１の通過線を表すとすると、第２の通過線は、この中心点において線３０６と交差する、Ｙ軸に平行な線となる。第１の通過線の中点の上方でロボットアームを位置決めして第２の通過を行うことによって、第２の通過線の端点は、第１の通過線の中点と共線となる。第２の通過線の端点を識別して、第２の通過線の中点を決定し、保存することができる。第１の通過線上の中点の位置を、第２の通過線上の中点の位置と比較することができる。これらの２つの位置が所定距離内にある場合は、これらの２つの位置の平均を計算して、保存することができる。この平均位置は、目印の中心点に対応する。これらの２つの位置が所定距離内にない場合、第２の通過線上の中点から、交互に直交する方向において上述のプロセスを繰り返すことによって、自動位置合わせプロセスを、第２の通過線上の中点から反復して継続することもできる。
【００２３】
一部の実施形態では、それぞれの軸に沿った目印の測定を、異なる回転位置にて、グリッパによって把持されたレーザセンサ器具を用いて繰り返し、確率的な測定誤差及び製造ばらつきを減少させることができる。これについては、以下に、図４に関連して更に述べる。
【００２４】
図４は、一実施形態による、複数回の測定の平均を使用した目印検知の一例を示す。各フィンガパッドの摩耗、又は把持機構の摩耗の違いなどのグリッパのフィンガにおけるばらつきに起因して、レーザセンサ器具は、把持される際に、グリッパの軸と完全に位置合わせされない場合がある。これにより、掴み上げられたときにレーザ器具がどのように位置決めされたかに依存して、測定される中心位置のずれが引き起こされる。一実施形態によれば、これらのばらつきを考慮して、一旦目印の中心４００を決定してしまってから、レーザセンサを９０度回転させて、プロセスを繰り返すこともできる。例えば、グリッパユニットは、レーザセンサを作業面上に置き、９０度回転して、レーザセンサを掴み上げることができる。あるいは、グリッパユニットは、作業面からレーザセンサを掴み上げ、グリッパユニットを９０度未満回転させ、レーザセンサを作業面上に再び置き、レーザセンサが９０度回転させられるまで繰り返すこともできる。そして、９０度中心点４０２が、決定される。この動作を、初期位置に対して１８０度レーザセンサを回転させることによって、再度繰り返し、１８０度中心点４０４を決定し、再度、初期位置に対して２７０度回転させて、２７０度中心点４０６を決定することもできる。その後、測定で得られた目印の４つの中心点４００、４０２、４０４、及び４０６の平均をとり、その平均位置４０８を目印の中心として保存することができる。
【００２５】
図５〜７は、本発明の実施形態による、レーザセンサを使用したＸ−Ｙ較正結果を示す。図５に示されるように、上述した、レーザを用いた位置合わせ方法を使用して、直径９．５２５ｍｍ（３／８インチ）の穿孔型の目印５０２の中心を、事前設定した半径内に識別することができる。図５では、事前設定した半径を．０５ｍｍに設定しているが、具体的なＬＡＳの設置で求められる位置合わせ精度要件に基づき、他の事前設定した半径を使用することもできる。測定の平均は、十字形で表されている。破線で示された円５００の内側の領域を、図６に更に詳細に示した。
【００２６】
図６は、破線で示された円５００の内側の領域のより詳細な図である。破線で示された円５００は、半径が．５ｍｍであり、目印の平均中心点に中心がある。点線で示された円６００は、測定した目印の中心点の平均から最も遠くで測定された中心点に対応する。図５〜７の実施形態では、点線で示された円６００の半径は．０４９３ｍｍである。この値は事前設定した半径の．０５ｍｍよりも小さく、このロボットアームは位置合わせされている。
【００２７】
図７は、上述した位置合わせ方法に従って測定した複数の中心点を示す。図７の格子は、エンコーダのカウント１つ分対エンコーダのカウント１つ分である。即ち、各格子は、ロボットアームを駆動するモータのＸ方向とＹ方向における１ステップを表している。データ点の平均は、やはり、十字形７００で表されている。
【００２８】
図８は、本発明の実施形態による、Ｚ−較正器具の例を示す。図８に示されるように、Ｚ−較正器具８００は、レーザセンサ器具の寸法に合うように設計することができる。これにより、レーザセンサ器具を破損する危険性なしに、Ｚ方向にロボットアームを較正することができる。Ｚ−較正器具は、器具の底部から延びる、丸い先端８０２を備えることができる。Ｚ−較正の際、ロボットアームは、ある抗力に達するまでに（例えば、Ｚ−較正器具の丸い先端が作業面に接触するまでに）下げられてよい。丸い先端により、作業面又はグリッパユニットを破損する危険性なしに、作業面と衝突し得る停止が得られる。あるいは、レーザセンサ器具８０４が、丸い先端８０６を備えるように変更されてもよい。レーザセンサ器具８０４がグリッパフィンガの端部を通り過ぎて延びているため、レーザセンサを破損する危険性が、丸い先端により低減される。加えて、複数の器具を必要とすることなく、レーザセンサ８０４により、三次元全てにおいてグリッパを較正することが可能となる。事前設定した抗力レベルに達したときに、アームを停止させるように構成された圧力センサを、ロボットアームに組み込んでもよい。
【００２９】
一実施形態によれば、レーザセンサ器具は、アナログ・レーザ・センサを備えていてもよい。アナログ・レーザ・センサを使用することで、「物理的な接触」を必要とすることなく、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸において、較正を行うことができる。Ｘ−Ｙ平面における較正は、上述したように行うことができ、Ｚ軸上での較正は、アナログ・レーザ・センサを使用した反射の検出を用いて行うことができる。この実施形態では、Ｚ軸上での較正は、Ｘ−Ｙ平面における較正の際と同一の高さにおいて、レーザセンサ器具を位置決めして行うことができる。例えば、グリッパユニットを、目印に隣接する位置などの、作業面における反射性の部分の上方に位置決めすることができる。アナログ・レーザ・センサ器具を使用することで、グリッパユニットの高さを決定することができる。例えば、アナログ・レーザ・センサ器具は、受光された反射にかかった時間を測定し、その時間に基づいて、ＬＡＳの設置に応じた、センチメートル、インチ、又は他の適切な単位での高さを計算できる。Ｚ軸を作動させるモータの、既知である分解能に基づいて、この高さを、エンコーダのカウント又はステップに変換できる。あるいは、グリッパユニットの高さを計算した後に、Ｚ軸上でのグリッパユニットの位置を、エンコーダのカウント又はステップとして記録することもできる。その後、グリッパユニットを作業面と接触するまで下げてもよく、そして、Ｚ軸上での位置を再度記録する。その後、記録されたこれら２つの位置の差に基づいて、この高さをエンコーダのカウント又はステップに変換することができる。
【００３０】
一部の実施形態では、円錐形の器具を使用して、作業面上の穿孔の中心に対して、Ｚ値を決定してもよい。ロボットアームは、この円錐形の器具を把持した状態で、この円錐が孔の内側に来るように手動で位置決めされ得る。一旦位置決めされると、較正手順が実行され、その際に、ロボットアームは円錐形の器具を穿孔から持ち上げ、孔の周囲の均等にずれた複数の箇所に移動する。各箇所において、器具が作業面に接触するまで、ロボットアームをゆっくりと下げ得る。各箇所に対して、ｚエンコーダのカウントが記録され得る。記録された各箇所に対するカウントの平均を、孔の中心に対するＺ値として使用することができる。
【００３１】
図９は、本発明の実施形態による、ＸＹＺ−ロボットを較正する方法を示す。９００において、レーザセンサ器具は、グリッパユニットに把持される。一部の実施形態では、グリッパユニットは、技術者によって手動でレーザセンサ器具を把持するように指示され得る。一部の実施形態では、グリッパユニットは、作業面上の既知の位置においてレーザセンサ器具を自動的に把持することができる。上述したように、レーザセンサ器具は、レーザパルスを出射し、反射を受光するように構成することができる。９０２において、Ｘ−Ｙ平面においてグリッパユニットを移動させ、レーザセンサ器具を用いて作業面を走査することにより、作業面上において目印を識別することができる。９０４において、Ｘ−Ｙ平面において目印の中心点を決定する。９０６において、グリッパユニットが作業面に接触するまでにＺ方向において下向きにグリッパユニットを移動させることにより、グリッパユニットをＺ軸上に較正する。一部の実施形態では、把持されているレーザセンサ器具が作業面に接触するとき、グリッパユニットが、作業面に接触する。一部の実施形態では、Ｚ軸上にグリッパユニットを較正する前に、グリッパユニットは、レーザセンサ器具を離して、把持可能なＺ−較正器具を掴み上げることができる。Ｚ−較正器具が作業面に接触するとき、グリッパユニットは、作業面に接触する。
【００３２】
一部の実施形態では、Ｘ−Ｙ平面における目印の中心点を決定することは、第１の方向に目印を走査して、レーザセンサによって受光された反射に基づいて、目印の第１の縁部及び目印の第２の縁部を決定することを含み得る。第１の軸上の目印の第１の中心点は、第１の縁部及び第２の縁部に基づいて決定できる。例えば、第１の縁部及び第２の縁部は、ステップ又はエンコーダのカウントにおいて測定される、第１の軸上における座標であってよい。第１の軸上の中心点は、第１の縁部及び第２の縁部のステップ又はエンコーダのカウントの平均をとることにより決定できる。目印の第１の中心点から、第１の方向に直交する第２の方向に、目印を走査して、第３の縁部及び第４の縁部を決定することができる。その後、第３の縁部及び第４の縁部に基づいて、第２の軸上の目印の第２の中心点を決定することができる。複数の中心点が互いに事前設定した距離内にあるまで、この方法で繰り返し目印を走査することができる。
【００３３】
図１０は、本発明の実施形態による、自動位置合わせシステムのブロック図を示す。自動位置合わせシステムは、軸モータ１０００ａ、１０００ｂ、及び１０００ｃなどの、複数の軸モータ１０００を備えることができる。軸モータ１０００を使用することで、ロボットアーム及びグリッパユニットを、作業面の上方の三次元空間において位置決めすることができる。レーザセンサ器具１００２は、グリッパユニットによって把持可能であり、レーザセンサ器具１００２を使用して、自動的にロボットアームを作業面と位置合わせすることができる。１つ又は複数のモータコントローラ１００４及びレーザコントローラ１００６は、自動位置合わせプロセスの際に、中央コントローラ１００８からの指示を中継することができる。一部の実施形態では、モータコントローラ１００４は、エンコーダのカウント又はステップなどの、それぞれの軸モータからの位置情報を記録することができ、レーザコントローラ１００６は、レーザセンサ器具によって受光される反射をモニタリングすることができる。中央コントローラ１００８は、プロセッサ１０１０から位置合わせ指示を受信し、モータコントローラ及びレーザコントローラから受信した、位置情報及び反射情報などの位置合わせ結果を返す。プロセッサ１０１０は、中央コントローラから返された情報を使用して、中心点の位置を決定し、位置合わせプロセスが完了したかどうかを決定することができる。プロセッサ１０１０は、自動位置合わせモジュール１０１２ａを備え得る、メモリ１０１２に連結することができ、自動位置合わせモジュール１０１２ａは、軸モータに、Ｘ−Ｙ軸にて、プログラムされた経路に沿ってロボットアームを移動させる指示、及び、レーザセンサ器具に、ロボットアームがプログラムされた経路に沿って移動する際に作業面を走査させる指示などの、自動位置合わせを行うためにプロセッサ１０１０が実行可能なコンピューターコードを含んでよい。メモリは、決定した目印の位置１０１２ｂ、及び、１つ又は複数の目印の位置に対する、作業面上の要素（引き出し、器具など）の位置データなどの位置合わせデータ１０１２ｃ用の記憶装置を更に備えてもよい。
【００３４】
プロセッサ１０１０は、データを処理するために、任意の好適なデータプロセッサを備えてよい。例えば、プロセッサは、１つ又は複数のマイクロプロセッサを備えてもよく、この１つ又は複数のマイクロプロセッサは、個別に、又は一体となって、システムの様々な構成要素を動作させるように機能する。
【００３５】
メモリ１０１２は、任意の好適な種類のメモリデバイスを、任意の好適な組み合わせで含んでよい。メモリ１０１２は、任意の好適な、電気的な、磁気的な、かつ／又は光学的なデータ記憶技術を使用して動作する、１つ又は複数の揮発性又は不揮発性メモリデバイスを含んでよい。
【００３６】
図に関連して本明細書に記載する様々な関与物（ｐａｒｔｉｃｉｐａｎｔ）及び要素は、１つ又は複数のコンピュータ装置を動作させ、本明細書に記載する機能を容易にすることができる。任意のサーバ、プロセッサ、又はデータベースなどの、上記の説明における任意の要素は、任意の好適な数のサブシステムを使用して、例えば、ラボラトリー・オートメーション・システム、軸コントローラ、センサコントローラなどの機能ユニット及びモジュールを操作及び／又は制御する機能などの、本明細書に記載する機能を容易にしてもよい。
【００３７】
このようなサブシステム又は構成要素の例が図１１に示されている。図１１に示された前記サブシステムは、システムバス４４４５を介して相互に接続される。プリンタ４４４４、キーボード４４４８、固定ディスク４４４９（又はコンピュータにより読み取り可能な媒体を含む他のメモリ）、ディスプレイアダプタ４４８２に連結されたモニタ４４４６、及びその他などの追加的なサブシステムが図示されている。（プロセッサ又は他の好適なコントローラであってもよい）Ｉ／Ｏコントローラ４４４１に連結される周辺機器及び入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイスは、当該技術分野で既知の、任意の数の手段（シリアルポート４４８４など）によって、コンピュータシステムに接続できる。例えば、シリアルポート４４８４又は外部インターフェース４４８１を使用して、コンピュータ装置をインターネットなどの広域ネットワーク、マウス入力デバイス、又はスキャナに接続できる。システムバスを介した相互接続により、中央処理装置４４４３は、それぞれのサブシステムと通信し、システムメモリ４４４２又は固定ディスク４４４９からの指示の実行、並びに各サブシステム間での情報の交換を制御することができる。システムメモリ４４４２及び／又は固定ディスク４４４９は、コンピュータにより読み取り可能な媒体の具体例であり得る。
【００３８】
本技術の実施形態は、上述の実施形態に限定されない。上述の態様の一部に関する具体的な詳細が、上に提供されている。具体的な態様の具体的な詳細は、本技術の実施形態の趣旨及び範囲から逸脱することなく、任意の好適な手法と組み合わされてよい。本技術の一部の実施形態では、例えば、バックエンド処理、データ分析、データ収集、及び他のプロセスが全て組み合わされていてもよい。しかしながら、本技術の他の実施形態は、それぞれの個別の態様、又はこれらの個別の態様の具体的な組み合わせに関する具体的な実施形態に向けられたものであってよい。
【００３９】
上述した本技術は、モジュール式の、又は統合化された様式のコンピュータソフトウェアを用いた制御論理（有形物理媒体内に保存されたもの）の形態で実装することができることが理解されるべきである。更に、本技術は、任意のイメージ処理の形態にて、かつ／又は、それの組み合わせで、実装されてもよい。本開示及び本明細書に提供された教示に基づいて、当業者であれば、ハードウェア及びハードウェアとソフトウェアの組み合わせを用いて本技術を実施するための、他の手段及び／又は方法を知り、かつ理解するであろう。
【００４０】
この出願において記載されたソフトウェア構成要素又は機能のいずれも、任意の好適なコンピュータ言語、例えば、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｃ＋＋又はＰｅｒｌなどを使用し、例えば、従来型の又はオブジェクト指向型の手法を用いて、プロセッサにより実行されるソフトウェアコードとして実装され得る。このソフトウェアコードは、一連の指示又はコマンドとして、コンピュータ読み取り可能な媒体、例えば、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ハードドライブ若しくはフロッピディスクなどの磁気媒体、又はＣＤ−ＲＯＭなどの光学媒体に保存され得る。このようなコンピュータ読み取り媒体はいずれも、１つのコンピュータ装置上に属するか、又は、同装置内にあることができ、システム又はネットワーク内の種々のコンピュータ装置上に存在するか、又は、同装置内に存在することができる。
【００４１】
上記記載は、例示であり、限定的なものではない。本開示を検討することにより、本技術の多くの変更形態が、当業者にとっては明らかとなるであろう。それ故、本技術の範囲は、上述の説明に関わらず判断されるべきであり、むしろ、係属中の特許請求の範囲に対して、その範囲全体及び均等物と共に決定されるべきである。
【００４２】
いずれの実施形態の１つ又は複数の特徴も、本技術の範囲を逸脱することなく、任意の他の実施形態の１つ又は複数の特徴と組み合わされてよい。
【００４３】
「ａ」、「ａｎ」又は「ｔｈｅ」の記載は、そうでないことを特記しない限りは、「１つ又は複数（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」を意味するように意図されている。
【００４４】
上に述べた全ての特許、特許出願、刊行物及び説明は、全ての目的のために、それらの内容全体を参照により、本願明細書に援用する。従来技術は認められない。
【図１Ａ】
2016501733.tif 000003
【図１Ｂ】
2016501733.tif 000004
【図１Ｃ】
2016501733.tif 000005
【図２】
2016501733.tif 000006
【図８】
2016501733.tif 000007
【図３】
2016501733.tif 000008
【図４】
2016501733.tif 000009
【図５】
2016501733.tif 000010
【図６】
2016501733.tif 000011
【図７】
2016501733.tif 000012
【図９】
2016501733.tif 000013
【図１０】
2016501733.tif 000014
【図１１】
2016501733.tif 000015
【国際調査報告】
2016501733.tif 000016
2016501733.tif 000017
2016501733.tif 000018
2016501733.tif 000019
2016501733.tif 000020