【手続補正書】
【提出日】平成21年7月1日(2009.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
外郭を有する強固（Robust）なRCA
RCAの例としては、本発明の発明者である、CramptonによるPCT/GB2004/001827（特許文献１）に開示された、外郭を有するRCAがあり、そのアプリケーションは参照により本明細書に組み込まれるものとする。多関節アームに対してのプローブ端モジュールは、GB0424729.2（特許文献２）においてCramptonにより開示されている。外郭を有するRCAは、PCT/GB2004/001827の図（例えば、図１Ｃ）に示されているように、内部CMMアーム２と、外郭１４を備えている。生産ラインにおいては、一千万サイクルを超える機器のライフタイム動作サイクルは珍しいことではなく、平均故障間隔は、一万時間を越えることが期待されている。液体および固体に対する、IP５４以上のライン機器の保護等級（ingress protection ratings）は、よく要求される。外郭を有するRCAが強固であるためには、すべての機構的、電気的、およびソフトウェアシステムは、これらの必要条件を達成するためのコンセプトおよび設計を有していなければならない。過酷な環境に対して、外郭を有するRCAの開発の課題を克服する際の本発明者の経験により本発明に到達した。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
ここで記載される第１実施形態は、外郭を有する強固RCAである。強固RCAは、ここに参照により本明細書に引用される、WO 2004/096502に記載されているように、内部CMMアームと外郭を備えることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
ここで図６Ａ１を参照すると、ベースアセンブリ１１９０は、内部CMMアーム２のCMMセグメント１  ３１と、外郭６の外郭セグメント１  ４１を備える。外郭セグメント１  ４１とCMMセグメント１  ３１は、２つの柔軟ジョイント１１９１により接続され、それにより、CMMセグメント１  ３１が、外郭セグメント１  ４１に対して、少なくとも自由度１で、制限された量だけ動ける。これは、外郭セグメント１  ４１が上昇すると、CMMセグメント１  ３１もまた上昇することを意味する。柔軟ジョイント１１９１は、強固RCA１１００の輸送中に、外郭セグメント１  ４１内でのCMMセグメント１  ３１のがたつきを回避するために、ゴムまたはフォームのような柔軟材料を含む。外郭セグメント１  ４１は、６つの突出リムセグメント１１９３を更に備える。CMMセグメント１  ３１は、２つの突出ツーリングドエル１１９４を更に備える。ここで図６Ａ２を参照すると、プレート１１９２が設けられ、その上に強固RCA１１００のベースアセンブリ１１９０が搭載されている。プレート１１９２は、６つの溝セグメント１１９５と、位置穴１１９６と、位置スロット１１９７を含む。ここで図６Ａ３を参照すると、ベースアセンブリ１１９０の幾何学的レイアウトが示されている。６つのリムセグメント１１９３は、交互に長短セグメントを備える。ここで図６Ａ４を参照すると、プレート１１９２の幾何学的レイアウトが示されている。６つの溝セグメント１１９５は、交互に長短セグメントを備える。３つの特有かつ容易に見分けられるマーキング１１９８がプレート１１９２上に設けられており、円形、正方形、および三角形を備える。これらの３つの特有なマーキング１１９８は、これもまたベースアセンブリ１１９０上の円形、正方形、および三角形（図には示されていない）である整合マーキング１１９８と整列する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
絶対参照位置
内部CMMアーム２の各エンコーダにおいては正確な測定が行われる。内部CMMアーム２のジョイント上のロータリエンコーダ格子は、典型的に１６，３８４本の線と、１つの参照マークを有している。これは、強固RCA１１００が起動されるたびに、参照マークが、リードヘッド内の参照マークセンサを通過するまで、ジョイントを動力により動かさなければならないことを意味する。これは、１つの角度方位においてのみ起こり得、最大３６０度の相当な動きが必要なこともよくある。この参照運動は時間がかかり、強固RCA１１００がアセンブリライン環境におけるように、他の機器に囲まれているときは不便でもある。各ジョイント上に、ポテンショメータのような別の絶対位置フィードバック装置が設けられない限り、自動化される参照に対して、大雑把にさえ各ジョイントの角度を知ることができないという問題がある。ポテンショメータは、製造および保守コストの追加的なソースであり、システムの複雑さを増し、システムの強固さを減少する。動力による参照が間違った方向で行われると、堅いバンプ停止点が衝撃を受ける。従って、技量のあるオペレータに、動力参照を手動で行わせるのが普通である。この強固RCA１１００の発明の更なる目的は、自動的かつ迅速に内部CMMアームを、強固RCA１１００を実質的に動かすことなく参照する新規の装置および方法を提供することである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
ここで図６Ｂ４に関し、強固RCA１１００の内部CMMアーム２のジョイント１２０５を参照する方法が提供される。第１ステップ１２１０において、ジョイント１２０５は、参照マーク１２０１の位置が突き止められるまで回転される。第２ステップ１２１１において、第１参照マークのカウントはCOUNT1として格納される。第３ステップ１２１２において、ジョイント１２０５は、第２参照マーク１２０１の位置が突き止められるまで回転される。ジョイント１２０５は、隣接参照マーク１２０１の位置が突き止められるまで回転される。第４ステップ１２１３において、第２参照マークのカウントはCOUNT2として格納される。第５ステップ１２１４において、２つの参照マーク１２０１の間の間隔１２０３は、間隔＝COUNT2−COUNT1として計算される。第６ステップにおいて、リスト１２０４上の間隔１２０３を探して、ロータリエンコーダ光学格子１２００の参照場所を与える。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
熱安定性内部CMMアーム
強固RCA１１００の精度を、モーター動力出力およびアーム方位における変化に伴って見られる変動する熱的条件のもとで、より安定させることは本発明の目的である。内部CMMアーム２は典型的には、小さな熱膨張係数を有し、アルミニウムから製造されたいくつかのジョイントによりリンクされた３つのカーボンファイバチューブを備える。アルミニウムは相対的に高い熱膨張係数を有しており、そのため、各アルミニウム構成要素に対して２つの問題を引き起こす。（ａ）温度によるその膨張は、測定して補正しなければならない。（ｂ）熱膨張中の曲がりおよび捩れを解消するために、熱的に対称に設計し製造しなければならない。内部CMMアーム２のベースと先端の間のアルミニウムの距離は６００mmもあり、温度が１５℃変化すると、アームを０．２mm膨張させる。アルミニウムは典型的には、下記の領域に存在し、各領域におけるアーム長のアルミニウムの百分率を括弧内に示している。ベース（５％）、ショルダージョイント（３２％）、エルボージョイント（２４％）、リストジョイント（２０％）、およびプローブ端モジュール（１９％）である。それぞれが異なる熱膨張／収縮特性を有するカーボンファイバーの異なる層が組み合わされると、全体の効果により、相当な温度変化による長さの変化をほとんどゼロにしてしまうことができる。この技術は、チューブのような対称対象物に対して確立されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
強固RCA１１００の実施形態が開示され、そこにおいては、ベース（５％）およびプローブ端モジュール（１９％）におけるアルミニウムのほとんどが、対称カーボンファイバー構造により置き換えられている。アルミニウム長の残りの７６％は、ショルダー、エルボー、およびリストにおける３つの非対称ヨーク内である。３つのヨーク内のアルミニウム長のほとんどは、現在は鋳造アルミニウムにより製造されている６つの構成要素により説明される。この強固RCA１１００発明の更なる実施形態においては、これらの６つの構成要素は、カーボンファイバーの層を使用して、鋳型に収められている。鋳型の形状および層の組合せは、熱膨張を最小にし、剛性を最大にするように注意深く設計される。これは、内部CMMアーム２の長さのほぼ１００％が、熱的に中性の材料で構成されることを意味する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９６】
本発明の第２実施形態は上記に記載したようなRCA１に関し、触覚モードで操作できる。RCA１は、オペレータがそれを放したときに、空間におけるその位置を維持しながら、オペレータはそれがほとんど重さがないように扱うことができる。オペレータの手からの力によりRCA１のプローブ端１２を操作する。力はセンサにより読み込まれ、センサは運動方向を決定し、オプションとしてアームの速度も決定し、抵抗および／またはモーメントによりオペレータにフィードバックすることができる。オペレータの手からの力は、CMMアームに直接力またはモーメントをまったく加えない。例えば、強固RCA１１００は、最小の力およびトルクしか内部CMMアームに加わらない環境において、ロボット外郭１４に置かれた内部CMMアーム２上への直接の、いかなる大きさの力またはモーメントも受けることはない。これは、手動操作によってはRCA構造に歪みを与えることはないので、操作のそのような強化された、触覚モードを有するRCAは、等価の手動CMMアームよりも、より精度が高いことを意味する。更に、触覚モードは、ボタンパッドまたはジョイスティックのようなボタンインタフェースでは得ることのできなかった、正確な制御を達成するための、オペレータの手およびグリップの自然の運動を利用する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０６】
パネルおよび力センサ
この第２実施形態の代替においては、RCA１の外部表面の多くは、CMMまたはロボットアームに、複数のアナログ力センサを介して搭載されたパネルで覆われている。RCAが強固RCA１１００の場合は、パネルは外郭１４に搭載され、パネルはその基盤となるロボット外郭と類似した形状をしている。または、パネルは、人間工学的、美的、機能的、または他の必要性に適合するような形状にすることができる。パネルは異なるサイズおよび形状であるが、２つのパネルが同一で、単一のツールを使用してそれを製造でき、それによりコストを下げるようにRCA１を設計することも可能である。各パネルは典型的には、CMMアーム、ロボット、またはロボット外郭１４に、１つから４つの力センサおよび多数の剛性取付け器具により取り付けられる。各センサは１つ以上の方向で加えられた力を感知する。RCA１に対してのパネルの実際の動きは少なく、これによりオペレータに対しては、RCA１は剛性であるとの感じを与える。全体として、パネルはRCAの表面領域の約８０％を覆う。RCAパネルは、RCA１のプローブ端９０に取り付けられたすべてのプローブまたはツールを除いて、RCAの可動部分の多くを効果的に覆う。パネルは軽量であり、それにより、重力に対してのロボットの加速またはパネルの方位の変化が、オペレータの手からの相対的に大きい力と比較して無視できる。パネルはRCAのほとんどを覆い、いかなる衝突も、手動誘導として触覚制御ループにより処理され、それにより、アームを後退または少なくとも停止させることにより衝撃を削減する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０７】
RCA１のこの実施形態もまた、自動モードで作動できる。RCA１の表面領域のほとんどを覆うパネルを設けることにより、RCA１の安全性が高められる。RCA１が、プログラムされた経路に従って、または適合的に経路を生成しながら自動運転で正常に機能しているときに、人間がアーム動作のボリュームに入り込むと、アームが人間にぶつかることがある。人間と接触すると、RCAパネル上の力は増大して、RCA１はこれに応答して元の方向での運動を停止し、パネル上の力をゼロにするように遠ざける。オペレータが捕捉されても、オペレータは単にRCA１を押しやることができる。RCA１が機能不良を起こしてオペレータに何かがぶつかる場合は、この発明に適用できるいくつかの追加的安全モードがある。第１に、アームは軽量で柔らかいパネルに覆われていて、それにより衝突による損傷を削減できる。第２に、物理的にスリップできる機械的クラッチを設けることにより、オペレータが依然として捕捉されている場合に、オペレータに加えられる力の量を制限できる。第３に、モーター制御システムにおける後に続くエラーの急激な増大は、制御ループで検出でき、アームの動きに対して停止をトリガし、モーターに対してはデフォルトの制動が適用される。第４に、モーター制御システムにおける動力要求の急激な増加は、制御ループにおいて検出でき、アームの動きに対して停止をトリガし、モーターに対してはデフォルトの制動が適用される。RCAが強固RCA１１００の場合は、内部CMMアームは衝突の際は、ロボット外郭とパネルにより保護される。ロボット外郭とスキンもまた、完全にまたは部分的に、強固RCA１１００に取り付けられた繊細なプローブをすべて保護する。RCA手動制御１１８０における衝突応答および既に開示された機能不良応答は、強固RCA１１００と、光学プローブに対して更なる保護を提供する。光学プローブは、衝突およびその結果としての損傷、または精度が落ちることから保護される。ほとんどの衝突は、RCA１またはそのプローブ（例えば、光学プローブ）の再較正を必要としない。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１１】
コンタクトプローブ衝突、データ化および測定
本発明の１つの実施形態はここで記載されるようなRCA１であって、コンタクトプローブを更に備え、コンタクトまたは力が該プローブに加えられたときにRCA１を減速するように構成される。RCA１に嵌合されるコンタクトプローブは、接触トリガプローブであってよく、または、その先端に加えられるいかなるコンタクトおよび／または力を、RCA手動制御１１８０に対して信号として送るプローブの他の形態が好ましい。接触トリガプローブからコンタクト信号を受け取ると、RCA手動制御１１８０は、強固RCA１１００を急速に停止させるために減速できる。更なる動作は、次のような選択された操作の手動モードにより自動的である。
（ａ）プローブを表面から後退させる
（ｂ）円錐形状の位置を測定するために、自動プロービングサイクルを開始する
（ｃ）球体の中心を測定するために、自動プロービングサイクルを開始する
（ｄ）平面を測定するために、自動プロービングサイクルを開始する。
RCA手動制御１１８０におけるこのコンタクトプローブ機能は、接触トリガプローブを使用する標準測定サイクルと、衝突の場合の両者において有効である。もっとも精度のよい測定は、制御された方法で行われる。プローブの先端は、最初対象物に高速度で衝突するが、穏やかなアプローチが続く後退工程により、正確な表示が可能になる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１２】
点走査プローブ測定
RCA手動制御１１８０に対する新規のコンタクト走査自由度６モードがここに開示され、そこにおいて、対象物の表面といったん接触した接触力走査プローブは、RCAがオペレータにより手動で誘導される間、対象物の表面に沿う経路を詳細に示すことができる。オペレータは、アームを手動で誘導することにより、RCA手動制御１１８０に、運動する概略方向を提供する。RCA手動制御１１８０はまた、接触力走査プローブからの入力を受け取る。RCA手動制御１１８０は、RCA１の物理的制限が与えられれば、対象物の表面との、接触力走査プローブのほぼ理想的な接触および方位を維持しながら、オペレータにより所望された概略方向における経路を生成する。そのような経路は、後で走査される表面領域の境界を詳細に示すために使用できる。いったん境界が定義されると、走査プログラムは自動的に生成され実行される。このように、本発明の１つの実施形態はここで開示されるようなRCA１であって、コンタクトプローブを更に備え、接触または力が該プローブに加えられると、１回以上の測定を自動的に実行するように構成される。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６Ａ】
2009504418.tif 000001
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６Ｂ１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６Ｂ１】
2009504418.tif 000002