JP6025583B2 - 位置測定方法及び位置測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波を用いて測定対象の位置情報を測定する位置測定方法及び位置測定装置に関する。

自動車等を代表とする工業製品は、コンベア等の搬送装置を用いて搬送されるワークに対して作業用ロボットが組み付け、塗装等の各種作業を順次行うことで製造される。このような製造工程では、作業用ロボットをワークに対して位置合わせする必要があり、作業用ロボットの位置情報を適切に測定することが望まれる。

位置情報の測定方法として、超音波を用いた３次元位置を測定する方法、即ち、測定対象となる部分に超音波送信装置を配置し、そこから送信される超音波が異なる３箇所の受信装置に到達するまでの時間から測定対象の３次元位置を測定する方法が知られている。
ところで、超音波は、空気中の温度、湿度、気圧、流れ（風）等の影響を受け、空気中を伝搬する速度が変化する。そのため、これら空気中のパラメータが一定でない環境では、超音波を用いた位置情報の測定は、精度が低下する。

この点、特許文献１には、測定対象の周辺に複数の超音波送受信装置を設置し、これら複数の超音波送受信装置の間の伝搬速度から測定対象周辺の環境パラメータを取り込んだ上で、測定対象から送信される超音波の速度を算出する工夫が開示されている。

特開２０１１−３８７９９号公報

上記特許文献１に開示された工夫によれば、測定精度を向上させることができるものの、測定対象の周辺に多くの超音波送受信装置を設置しなければならず、より簡易な構成で精度向上を実現することが望まれる。

本発明は、このような要求に鑑みてなされたものであり、超音波を用いた位置情報の測定精度を向上させることを目的とし、特に、超音波の速度に大きな影響を与える風の影響を適切に反映することで測定精度を向上させる位置測定方法及び位置測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、測定対象（例えば、後述の作業部１３）に第１送信機（例えば、後述の第１送信機３１）及び第１受信機（例えば、後述の第１受信機３２）を備える第１超音波センサ（例えば、後述の第１超音波センサ３０）を設けるとともに、少なくとも３箇所の異なる固定位置に夫々が第２送信機（例えば、後述の第２送信機４１，５１，６１）及び第２受信機（例えば、後述の第２受信機４２，５２，６２）を備える複数の第２超音波センサ（例えば、後述の第２超音波センサ４０，５０，６０）を設け、前記第１超音波センサと複数の前記第２超音波センサとの間で超音波の送受信を行うことで、前記測定対象の位置情報を測定する位置測定方法において、複数の前記第２超音波センサに対して、前記第２送信機から超音波を送信するとともに前記第２受信機により超音波を受信する１の送受信第２超音波センサ、及び前記第２送信機から超音波を送信することなく前記第２受信機により超音波を受信する他の受信第２超音波センサを切り替えて設定する送信切替工程と、前記第１超音波センサ及び前記送受信第２超音波センサの間で送受信される超音波に基づき、両センサ間の風の影響を算出する風影響算出工程と、前記第１超音波センサの前記第１送信機から送信された超音波が、複数の前記第２超音波センサの第２受信機に受信されるまでの時間から前記測定対象の位置情報を測定する位置測定工程と、を含み、前記位置測定工程は、前記送受信第２超音波センサに対して前記風影響算出工程で算出した風の影響を反映するとともに、前記受信第２超音波センサに対して当該受信第２超音波センサが前記送受信第２超音波センサとして切り替えられていた直近の時点で前記風影響算出工程で算出した風の影響を反映して、前記測定対象の位置情報を測定することを特徴とする。

このような位置測定方法では、第１超音波センサ及び送受信第２超音波センサの間の一対一の関係で送受信する超音波に基づいて、両センサ間の風の影響を算出し、この送受信第２超音波センサを順次切り替えることで、第１超音波センサと全ての第２超音波センサとの間の風の影響を算出する。そして、位置測定工程において、この算出した風の影響を反映して測定対象の位置情報を測定する。このとき、送受信第２超音波センサに対しては算出した風の影響を直接反映させる一方で、受信第２超音波センサに対しては以前に送受信第２超音波センサとして切り替えられていたタイミングで算出された風の影響を利用することで、第１超音波センサ及び受信第２超音波センサの間の風の影響を反映させることができる。
これにより、測定対象に設置された第１超音波センサ、及び３箇所の固定位置に設置された第２超音波センサ以外の超音波センサを必要とすることなく、風の影響を反映することができ、超音波を用いた測定精度を向上させることができる。

また、前記送信切替工程は、前記位置測定工程で前記測定対象の位置情報を測定する度に、複数の前記第２超音波センサを順に１の送受信第２超音波センサと他の受信第２超音波センサとに切り替えることを特徴とする。
これにより、位置情報を測定する度に（即ち、サンプリング周期毎に）送受信第２超音波センサを切り替えるため、直接算出することのできない受信第２超音波センサに対する風の影響の誤差を抑えることができ、超音波を用いた測定精度を向上させることができる。

また、測定対象（例えば、後述の作業部１３）に第１送信機（例えば、後述の第１送信機３１）及び第１受信機（例えば、後述の第１受信機３２）を備える第１超音波センサ（例えば、後述の第１超音波センサ３０）を設けるとともに、少なくとも３箇所の異なる固定位置に夫々が第２送信機（例えば、後述の第２送信機４１，５１，６１）及び第２受信機（例えば、後述の第２受信機４２，５２，６２）を備える複数の第２超音波センサ（例えば、後述の第２超音波センサ４０，５０，６０）を設け、前記第１超音波センサと複数の前記第２超音波センサとの間で超音波の送受信を行うことで、前記測定対象の位置情報を測定する位置測定装置（例えば、後述の位置測定装置１４）において、複数の前記第２超音波センサに対して、前記第２送信機から超音波を送信するとともに前記第２受信機により超音波を受信する１の送受信第２超音波センサ、及び前記第２送信機から超音波を送信することなく前記第２受信機により超音波を受信する他の受信第２超音波センサを切り替えて設定する送信切替部（例えば、後述の送信切替部７１）と、前記第１超音波センサ及び前記送受信第２超音波センサの間で送受信される超音波に基づき、両センサ間の風の影響を算出する風影響算出部（例えば、後述の風影響算出部７２）と、前記第１超音波センサの前記第１送信機から送信された超音波が、複数の前記第２超音波センサの第２受信機に受信されるまでの時間から前記測定対象の位置情報を測定する位置測定部（例えば、後述の位置測定部７３）と、を含み、前記位置測定部は、前記送受信第２超音波センサに対して前記風影響算出部が算出した風の影響を反映するとともに、前記受信第２超音波センサに対して当該受信第２超音波センサが前記送受信第２超音波センサとして切り替えられていた直近の時点で前記風影響算出部が算出した風の影響を反映して、前記測定対象の位置情報を測定することを特徴とする。

このとき、前記送信切替部は、前記位置測定部が前記測定対象の位置情報を測定する度に、複数の前記第２超音波センサを順に１の送受信第２超音波センサと他の受信第２超音波センサとに切り替えることを特徴とする。

この位置測定装置によれば、上記の位置測定方法の発明と同様の効果がある。

本発明によれば、超音波を用いた測定対象の位置情報の測定精度を向上させることができる。

本発明に係る位置測定装置を用いた搬送システムの機能構成を示す機能ブロック図である。 上記搬送システムを模式的に示す模式図である。 本発明に係る位置測定装置を模式的に示す模式図である。 本発明に係る位置測定装置の機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明に係る位置測定装置の動作の流れを示す図である。 上記搬送システムの側面図である。 搬送システムの平面図である。 搬送システムを構成する作業装置の側面図である。 搬送システムを構成する作業装置の背面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、図面は、符号の向きに見るものとする。

［搬送システム３の概略］
初めに、図１及び図２を参照して、本発明に係る位置測定装置１４を利用した搬送システム３の概略について説明する。図１は、搬送システム３の機能構成を示す機能ブロック図であり、図２は、搬送システム３を模式的に示す模式図である。

図１を参照して、搬送システム３は、ワークＷに対する作業を行う作業装置１と、ワークＷを搬送するワーク搬送装置２と、を含んで構成される。
なお、以下に説明するように、本実施形態では、ワークＷとして塗装工程が終了した自動車の車体を用い、ワーク搬送装置２としてワークＷを上方から吊るして搬送するオーバーヘッドコンベアを用いることとしている。このとき、作業装置１は、ワーク搬送装置２が搬送するワークＷから塗装のために仮付けしておいたドアを取り外す作業を行う。勿論、ワークＷ、ワーク搬送装置２及び／又はワークに対する作業の内容は、一例に過ぎずこれに限られるものではない。

図１に示すように作業装置１は、移動部１１と、ワーク測定部１２と、作業部１３と、本発明に係る位置測定装置１４と、制御部１５と、を含んで構成され、ワーク搬送装置２が搬送中のワークＷに対して所定の作業を行う。

移動部１１は、制御部１５の制御に従い、ワークＷの搬送方向に沿って移動する。このとき、移動部１１は、ワークＷの搬送速度と同速度でワークＷの搬送方向に沿って移動、即ちワーク搬送装置２により搬送されるワークＷと同期して移動する。特に、移動部１１は、同期に際してワーク搬送装置２及びワークＷと接触することなく非接触の状態でワークＷと同期して移動する。
図２を参照して、移動部１１は、例えば、ワークＷの搬送方向に平行して設けられたレール１１２ａ，１１２ｂ（図７等参照、以下、夫々を区別しない場合「レール１１２」と呼ぶ）を移動する台車１１１ａ，１１１ｂである。なお、本実施形態では、ワークＷ（車体）からドアを取り外す作業を行うため、ワークＷの両側に２つの台車１１１ａ，１１１ｂ（以下、夫々を区別しない場合「台車１１１」と呼ぶ）を用いることとしている。

ワーク測定部１２は、ワーク搬送装置２により搬送されるワークＷの位置情報を検出する。一例として、ワーク測定部１２は、ワークＷの任意の点の位置情報を検出する光学式のセンサ装置であり、制御部１５と協働することで測定した位置情報の変化からワークＷに生じた振動を検出する。
ここで、図２に示すように本実施形態ではワークＷの底面の任意の位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３（例えば、底面に設けられた溶接用穴部近傍の３箇所）の位置情報から底面中央部である位置Ｐの位置情報及び振動を検出する。そこで、本実施形態では、台車１１１の上面にセンサ装置１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ（以下、夫々を区別しない場合「センサ装置１２１」と呼ぶ）を設置し、台車１１１と同期して移動するワークＷの下方から位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３（以下、夫々を区別しない場合「位置Ｐｎ」と呼ぶ）の位置情報を検出することとしている。一例として、台車１１１ａには、搬送方向下流側の任意の位置に位置Ｐ１の位置情報を検出するセンサ装置１２１ａを設置し、台車１１１ｂには、搬送方向下流側の任意の位置に位置Ｐ２の位置情報を検出するセンサ装置１２１ｂ、搬送方向上流側の任意の位置に位置Ｐ３の位置情報を検出するセンサ装置１２１ｃを設置することとしている。
なお、ワークＷに生じた振動を除外し作業を行うためには、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）の位置情報を検出することが好ましい。そのため、本実施形態では、センサ装置１２１として、位置ＰｎのＺ軸（垂直方向）の位置情報を検知するレーザー変位計、及び位置ＰｎのＸ，Ｙ軸（水平面）の位置情報を検知する２Ｄリアルタイムカメラを用いることとしている。

作業部１３は、多関節マニピュレータにより構成される作業ロボットであり、制御部１５の制御の下、ワークＷに対して所定の作業を行う。また、作業部１３は、移動部１１の上面に設置され、移動部１１の移動に伴いワークＷと同期して搬送方向に移動する。
ここで、図２に示すように本実施形態では、作業部１３はワークＷからドアを取り外す作業を行うため、ワークＷの片側に２つずつ計４つのロボット１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄを設置することとしている。即ち、台車１１１ａには、ロボット１３１ａ，１３１ｂが設置され、台車１１１ｂには、ロボット１３１ｃ，１３１ｄが設置される。なお、以下では、夫々を区別しない場合には単に「ロボット１３１」と呼ぶ。

位置測定装置１４は、所定時間間隔のサンプリング周期（例えば、２０ｍｓ）で作業部１３の位置情報（座標位置）を検出する。一例として、位置測定装置１４は、作業部１３の位置情報を測定するセンサ装置であり、制御部１５と協働することで検出した位置情報の変化から作業部１３の先端に生じた振動を検出する。
ここで、本実施形態では、作業部１３の位置情報を超音波方式で検出することとしている。なお、超音波方式とは、送信装置から送信された超音波を複数（３個以上）の受信装置で受信し、夫々の受信装置までの超音波の到達時間の違いを利用して三点測量により位置情報を検出する方式である。そこで、図２に示すように、本実施形態の位置測定装置１４は、ロボット１３１夫々に設置される第１センサ装置１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄと、搬送経路に沿った任意の位置に固定的に設置される第２センサ装置１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄと、を含んで構成されることとしている。なお、以下、夫々を区別しない場合「第１センサ装置１４１」「第２センサ装置１４２」と呼ぶ。このとき、第２センサ装置１４２の夫々は３個の受信装置を備え、対応する第１センサ装置１４１から送信された超音波を３個の受信装置で受信することで、第１センサ装置１４１の位置情報を検出する。即ち、第２センサ装置１４２ａは第１センサ装置１４１ａの位置情報を検出し、第２センサ装置１４２ｂは第１センサ装置１４１ｂの位置情報を検出し、第２センサ装置１４２ｃは第１センサ装置１４１ｃの位置情報を検出し、第２センサ装置１４２ｄは第１センサ装置１４１ｄの位置情報を検出する。なお、本発明ではワークＷに生じた振動をロボット１３１に再現させることで、ワークＷに生じた振動を除外し、搬送中のワークＷに対するロボット１３１による作業を可能にしている。そのため、第１センサ装置１４１は、ロボット１３１のうち、ワークＷに対して作業を行う部分、例えばワークＷを把持する把持部やワークＷのボルトを緩め／締めするボルト操作部等（以下「作業部分」と呼ぶ）の近傍、好適にはロボット１３１の先端に設置することが好ましい。また、ロボット１３１が複数の作業部分を備える場合には、当該複数の作業部分の夫々の近傍に第１センサ装置１４１を備えることが好ましい。
なお、本発明に係る位置測定装置１４の特徴的な構成の詳細については、図３〜５で後述する。

制御部１５は、作業装置１を統括的に制御するコントロールユニットであり、一例として、制御部１５は、搬送方向に沿って作業装置１を移動するように移動部１１を制御し、また、ワークＷに対して所定の作業を行うように作業部１３を制御する。また、制御部１５は、作業装置１を制御し、同期制御、振動予測制御、及び振動再現制御を実行する。

ここで、同期制御とは、ワーク搬送装置２により搬送されるワークＷと同期して移動部１１を移動させる制御をいう。同期制御の方法としては適宜好適な方法を利用することができるが、本実施形態では、ワーク搬送装置２に図示しないエンコーダを設け、このエンコーダからの信号に基づいて移動部１１を制御することで同期制御を行うこととしている。

また、振動予測制御とは、ワーク搬送装置２により搬送されるワークＷに生じた振動を予測する制御をいう。ワーク搬送装置２により搬送されるワークＷには、一定の周期性を持った振動が生じている。そこで、制御部１５は、ワーク測定部１２が検出した所定期間の振動から以後ワークＷに発生する振動を予測する。なお、所定期間は、ワークＷの振動の予測が可能な期間であればよく、適宜任意の期間を設定することができる。また、振動の予測後にワーク測定部１２が検出した振動を用いて、振動予測制御で予測した振動を補正することとしてもよい。以下、振動予測制御で予測したワークＷの振動を「予測振動パターン」と呼ぶ。

また、振動再現制御とは、作業部１３に対して、より詳細には作業部１３としてのロボット１３１の作業部分に対して予測振動パターンに応じた振動を再現させる制御をいう。なお、作業部１３は、移動部１１により搬送方向に移動しているため、ワーク搬送装置２により搬送されるワークＷとは異なる振動が生じる可能性があり、その結果、作業部１３にワークＷの振動を再現しようとしても、作業部１３には予測振動パターンと異なる振動が生じる可能性がある。そこで、本実施形態では、振動再現制御を、振動実行制御及び振動調整制御の２段階で行うこととしている。
なお、振動実行制御とは、作業部１３を予測振動パターンに応じて振動させる制御をいう。具体的には、制御部１５は、作業部１３に対して予測振動パターンと適合する制御信号を供給し、作業部１３としてのロボット１３１の作業部分が予測した振動で振動するように制御する。
また、振動調整制御とは、振動実行制御により作業部１３に生じた振動と、振動予測制御により予測した振動との間の相違を調整する制御である。具体的には、制御部１５は、位置測定装置１４と協働して振動実行制御中に作業部１３に生じた振動を検出し、検出した振動と予測振動パターンとを比較し、両者が一致しない場合に予測振動パターンと一致するように作業部１３の振動を調整する。

［位置測定装置１４の詳細］
以上、本発明に係る位置測定装置１４を含む搬送システム３の概略について説明した。続いて、図３〜５を参照して本発明に係る位置測定装置１４について詳細に説明する。図３は、位置測定装置１４を模式的に示す模式図であり、図４は、位置測定装置１４の機能構成を示す機能ブロック図であり、図５は、位置測定装置１４の動作の流れを示す図である。

位置測定装置１４は、作業部１３の位置情報を超音波を用いて検出するところ、超音波はその性質上、外乱の影響を受け易く、特に風の影響により検出精度が低下することがある。そこで、図３に示すように、位置測定装置１４は、第１センサ装置１４１及び第２センサ装置１４２の夫々を送受信可能な超音波センサにより構成する。即ち、第１センサ装置１４１は、第１送信機３１及び第１受信機３２を備える第１超音波センサ３０により構成される。また、第２センサ装置１４２は、第２送信機４１及び第２受信機４２を備える第２超音波センサ４０と、第２送信機５１及び第２受信機５２を備える第２超音波センサ５０と、第２送信機６１及び第２受信機６２を備える第２超音波センサ６０と、により構成される。
そして、位置測定装置１４は、第１超音波センサ３０の第１送信機３１から送信した超音波が第２超音波センサ４０，５０，６０の第２受信機４２，５２，６２に到達するまでの時間（Ｔａ）と、第２超音波センサ４０，５０，６０の第２送信機４１，５１，６１から送信した超音波が第１超音波センサ３０の第１受信機３２に到達するまでの時間（Ｔｂ）と、から風の影響（α）を算出する。

具体的には、第１超音波センサ３０及び第２超音波センサ４０，５０，６０との間で超音波の送受信を行う場合、風の影響は、一方には向かい風となってあらわれ、他方には追い風となってあらわれる。そこで、第１超音波センサ３０から送信した超音波の速度（Ｖａ）及び第２超音波センサ４０，５０，６０から送信した超音波の速度（Ｖｂ）は、夫々以下の式（１）のように算出することができる。

ｔ：温度
このとき、速度Ｖａ，Ｖｂが互いに異なるため時間Ｔａ，Ｔｂも異なることになるが、第１超音波センサ３０及び第２超音波センサ４０，５０，６０の距離（Ｄ）は一定であるため、以下の式（２）が成立し、式（１）（２）より風の影響（α）を求める式（３）が導かれる。

ところで、超音波方式による位置情報の検出では、第１超音波センサ３０及び第２超音波センサ４０，５０，６０を一対複数（３個以上）で構成しなければならない。このような構成において、第１超音波センサ３０の第１受信機３２が、第２超音波センサ４０，５０，６０の第２送信機４１，５１，６１から送信された超音波を同時に受信すると、互いの波形が混ざり正確な測定ができない。
そこで、位置測定装置１４は、送信切替部７１と、風影響算出部７２と、位置測定部７３と、を更に含んで構成される。

送信切替部７１は、第２超音波センサ４０，５０，６０のうち、１の第２超音波センサを送受信第２超音波センサとし、他の第２超音波センサを受信第２超音波センサとする。なお、送受信第２超音波センサとは、第２送信機から超音波を送信するとともに第２受信機により超音波を受信する第２超音波センサである。また、受信第２超音波センサとは、第２送信機から超音波を送信することなく第２受信機により超音波を受信する第２超音波センサである。
また、送信切替部７１は、送受信第２超音波センサとする第２超音波センサ４０，５０，６０を所定の順序に従い切り替える。なお、切り替えるタイミングは、適宜任意のタイミングであってよいが、本実施形態では、位置測定装置１４のサンプリング周期（例えば、２０ｍｓ）に従い送受信第２超音波センサとする第２超音波センサ４０，５０，６０を切り替える。即ち、位置測定装置１４が作業部１３の位置情報を測定すると、送受信第２超音波センサとなる第２超音波センサ４０，５０，６０が切り替わる。

風影響算出部７２は、第１超音波センサ３０及び送受信第２超音波センサの間で送受信される超音波に基づき、両センサ間の風の影響（α）を算出する。即ち、風影響算出部７２は、第１超音波センサ３０の第１送信機３１から送信された超音波が送受信第２超音波センサの第２受信機に到達するまでの時間（Ｔａ）と、送受信第２超音波センサの第２送信機から送信された超音波が第１超音波センサ３０の第１受信機３２に到達するまでの時間（Ｔｂ）と、に基づいて上記式（３）に従い両センサ間の風の影響（α）を算出する。

位置測定部７３は、第１超音波センサ３０の第１送信機３１から送信された超音波が、第２超音波センサ４０，５０，６０の第２受信機４２，５２，６２に受信されるまでの時間から、作業部１３の位置情報を測定する。
このとき、位置測定部７３は、風影響算出部７２が算出した風の影響（α）を加味して作業部１３の位置情報を測定する。具体的には、位置測定部７３は、送受信第２超音波センサである第２超音波センサについては、風影響算出部７２が算出した風の影響（α）を直接反映させる。一方、位置測定部７３は、受信第２超音波センサである第２超音波センサについては、当該受信第２超音波センサが送受信第２超音波センサとして切り替えられていた直近の時点で、風影響算出部７２が算出した風の影響（α）を利用し反映させる。

［位置測定装置１４の動作］
続いて、図５を参照して位置測定装置１４の動作について説明する。
０ｍｓ〜２０ｍｓ時において、作業部１３に設けられた第１超音波センサ３０は、第１送信機３１から第２超音波センサ４０，５０，６０に超音波を送信するとともに、第１受信機３２で超音波を受信している。このとき、第２超音波センサ４０，５０，６０は、第２超音波センサ４０が送受信第２超音波センサとして設定されており、他の第２超音波センサ５０，６０からは超音波が送信されない。そのため、０ｍｓ〜２０ｍｓ時では、第１超音波センサ３０及び第２超音波センサ４０の間で超音波の送受信が行われることになり、両センサ間の風の影響が算出される。

２０ｍｓ〜４０ｍｓ時において、第２超音波センサ４０は、送受信第２超音波センサから受信第２超音波センサに切り替えられ、また、第２超音波センサ５０は、受信第２超音波センサから送受信第２超音波センサに切り替えられている。そのため、２０ｍｓ〜４０ｍｓ時では、第１超音波センサ３０及び第２超音波センサ５０の間で超音波の送受信が行われることになり、両センサ間の風の影響が算出される。
このとき、２０ｍｓ〜４０ｍｓ時において第１超音波センサ３０及び第２超音波センサ４０の間では風の影響が算出されないものの、両センサ間の風の影響は、０ｍｓ〜２０ｍｓ時に既に算出している。そこで、位置測定装置１４は、０ｍｓ〜２０ｍｓ時に算出していた風の影響を、２０ｍｓ〜４０ｍｓ時における第１超音波センサ３０及び第２超音波センサ４０の間の風の影響として利用し、第１超音波センサ３０及び第２超音波センサ４０の間の距離を算出する。

４０ｍｓ〜６０ｍｓ時において、第２超音波センサ５０は、送受信第２超音波センサから受信第２超音波センサに切り替えられ、また、第２超音波センサ６０は、受信第２超音波センサから送受信第２超音波センサに切り替えられている。そのため、４０ｍｓ〜６０ｍｓ時では、第１超音波センサ３０及び第２超音波センサ６０の間で超音波の送受信が行われることになり、両センサ間の風の影響が算出される。
このとき、第１超音波センサ３０及び第２超音波センサ４０の間の風の影響は、０ｍｓ〜２０ｍｓ時に既に算出し、第１超音波センサ３０及び第２超音波センサ４０の間の風の影響は、２０ｍｓ〜４０ｍｓ時に既に算出している。そこで、位置測定装置１４は、０ｍｓ〜２０ｍｓ時に算出していた風の影響を、４０ｍｓ〜６０ｍｓ時における第１超音波センサ３０及び第２超音波センサ４０の間の風の影響として利用し、第１超音波センサ３０及び第２超音波センサ４０の間の距離を算出する。また、位置測定装置１４は、２０ｍｓ〜４０ｍｓ時に算出していた風の影響を、４０ｍｓ〜６０ｍｓ時における第１超音波センサ３０及び第２超音波センサ５０の間の風の影響として利用し、第１超音波センサ３０及び第２超音波センサ５０の間の距離を算出する。

このように、本発明に係る位置測定装置１４は、一対一の関係で送受信することで算出できる風の影響を、送受信第２超音波センサを順次切り替えることで一対複数の関係にある第１超音波センサ３０及び第２超音波センサ４０，５０，６０の間でも算出可能にしている。加えて、位置測定装置１４は、以前に送受信第２超音波センサとして切り替えられていたタイミングで算出された風の影響を利用することで、送受信第２超音波センサとして切り替えられていない第２超音波センサ４０，５０，６０についても風の影響を反映させることができる。その結果、位置測定装置１４は、作業部１３の位置情報の測定精度を向上させることができる。

［搬送システム３の具体的構成］
続いて、本発明に係る位置測定装置１４を利用した搬送システム３の一実施形態を、図６〜図９を参照して説明する。図６は搬送システム３の側面図であり、図７は搬送システム３の平面図である。また、図８は搬送システム３を構成する作業装置１の側面図であり、図９は作業装置１の背面図である。

図６及び図７を参照して、搬送システム３は、ワークＷに対する作業を行う作業装置１と、ワークＷを搬送するワーク搬送装置２と、を含んで構成される。図中Ａ−Ｂ地点間は、ワークＷに対して作業を行うステーションを示している。

ワーク搬送装置２は、自動車の車体（ワークＷ）の製造ラインの一部を構成するものであり、本実施形態ではオーバーヘッドコンベアである。具体的には、ワーク搬送装置２は、搬送経路に沿って設けられた支持レール２１と、支持レール２１に吊り下げられて移動するハンガ２２と、を含んで構成される。また、支持レール２１には、図示しないチェーンが設けられており、当該チェーンが支持レール２１に案内されて移動することで、ハンガ２２が牽引される。

図７に示すように、作業装置１は、前述の移動部１１としての台車１１１及びレール１１２を含んで構成される。レール１１２は、ワークＷの搬送経路に沿って設けられ、台車１１１の移動を規制する。また、台車１１１は、図示せぬモータを備え、制御部１５から供給されるパルス信号に従いレール１１２上をＡ地点からＢ地点まで移動する。具体的には、台車１１１は、Ａ地点からワークＷとの同期を開始し、Ｂ地点まで移動する。その後、Ｂ地点に到着すると当該ワークＷとの同期を解除し、Ａ地点まで移動し、次のワークＷとの同期を開始する。なお、図６及び図７では、前後のワークＷの間隔及びＡ−Ｂ地点間の距離を説明の都合上適宜簡略化して図示している。

また、Ａ−Ｂ地点間の所定の位置には、前述の位置測定装置１４の一部を構成する第２センサ装置１４２が設置されている。第２センサ装置１４２の夫々は、ロボット１３１の作業部分に取り付けられた第１センサ装置１４１（図５参照）から発信された超音波を３箇所の受信部で受信し、当該作業部分の位置情報を取得する。

また、図８及び図９に示すように、台車１１１の上面には、前述のワーク測定部１２としてのセンサ装置１２１、前述の作業部１３としてのロボット１３１、及び前述の制御部１５としてのコントロールユニット１５１が設置されている。

センサ装置１２１は、台車１１１の上面のうちワークＷの下方の位置に設置され、ワークＷの底面の任意の位置Ｐｎの位置情報を取得する。例えば、センサ装置１２１は、上方に向けて所定のレーザー光を照射することでワークＷの底面までの距離を測定し、また、センサ装置１２１は、ワークＷの底面の任意の位置Ｐｎを観測することで位置Ｐｎの水平方向の移動量を測定する。そして、センサ装置１２１は、このワークＷの底面までの距離及び水平方向の移動量から位置Ｐｎの３軸方向、即ち３次元上の位置情報を取得する。

ロボット１３１は、台車１１１の上面に設置され、台車１１１と同期搬送中のワークＷに対して側面から所定の作業を行う作業ロボットである。また、ロボット１３１は、複数の関節が独立して回転動作する多関節マニピュレータにより構成される作業ロボットであり、先端の任意の位置に第１センサ装置１４１を備える。なお、先端の任意の位置とは、ワークＷに対して作業を行う作業部分の近傍であり、当該作業部分による作業の妨げにならない位置である。
この第１センサ装置１４１は、第２センサ装置１４２とともに前述の位置測定装置１４を構成するものであり、対応する第２センサ装置１４２に対して超音波を発信することで、第１センサ装置１４１が設置された部分の位置情報及び位置情報の変化（即ち、振動）を検出可能に構成される。

コントロールユニット１５１は、作業装置１を統括的に制御、即ち台車１１１の移動やロボット１３１の動作等を制御する。なお、コントロールユニット１５１は、１又は複数の装置により構成することができ、例えば台車１１１及びロボット１３１と対応する数の装置を設けることとしてもよく、また１の装置のみで台車１１１及びロボット１３１を制御することとしてもよい。
また、コントロールユニット１５１は、ワーク搬送装置２に設けられた図示せぬエンコーダからの信号に基づいてワークＷを吊るしたハンガ２２の位置情報を特定し、この位置情報に基づいて前述の同期制御、即ちワークＷと同期して移動するように台車１１１の移動を制御する。また、コントロールユニット１５１は、センサ装置１２１が所定期間にわたりワークＷの振動を検出すると、検出した所定期間の振動に基づいて前述の振動予測制御、即ち以後ワークＷに生じる予測振動パターンを予測する。また、コントロールユニット１５１は、振動予測制御で予測した予測振動パターンに基づいて振動再現制御、即ちワークＷの予測振動パターンと一致するようにロボット１３１を振動させる。このとき、コントロールユニット１５１は、第１センサ装置１４１及び第２センサ装置１４２と協働してロボット１３１の振動を測定しておき、ロボット１３１の振動が予測振動パターンと異なる場合には、一致するようにロボット１３１の振動を調整する。

このような搬送システム３においても、位置測定装置１４は、ロボット１３１に設置された第１センサ装置１４１及びワークＷの搬送経路周辺に設置された３個の第２センサ装置１４２を用いて、ロボット１３１の作業部分の位置情報を精度良く測定することができる。即ち、位置測定装置１４は、送受信する第２センサ装置１４２と送信せず受信のみする第２センサ装置１４２とを順次切り替えることで一対複数の関係にある第１センサ装置１４１及び第２センサ装置１４２の間における風の影響を算出する。そして、位置測定装置１４は、送信せず受信のみする第２センサ装置１４２については、以前に算出しておいた風の影響を利用することで、全ての第２センサ装置１４２に対して風の影響を反映させることができる。その結果、位置測定装置１４は、ロボット１３１の作業部分の位置情報の測定精度を向上させることができる。
なお、送受信する第２センサ装置１４２と送信せず受信のみする第２センサ装置１４２との切り替えは、サンプリング周期（２０ｍｓ）毎に行うため、送信せず受信のみする第２センサ装置１４２に対する風の影響の誤差を抑えることができ、測定精度を向上させることができる。

以上、本実施形態に係る位置測定装置１４について説明した。なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。

１４…位置測定装置
３０…第１超音波センサ
３１…第１送信機
３２…第２送信機
４０，５０，６０…第２超音波センサ
４１，５１，６１…第２送信機
４２，５２，６２…第２受信機
７１…送信切替部
７２…風影響算出部
７３…位置測定部
１３…作業部１３

Claims (4)

1. 測定対象に第１送信機及び第１受信機を備える第１超音波センサを設けるとともに、少なくとも３箇所の異なる固定位置に夫々が第２送信機及び第２受信機を備える複数の第２超音波センサを設け、前記第１超音波センサと複数の前記第２超音波センサとの間で超音波の送受信を行うことで、前記測定対象の位置情報を測定する位置測定方法において、
   複数の前記第２超音波センサに対して、前記第２送信機から超音波を送信するとともに前記第２受信機により超音波を受信する１の送受信第２超音波センサ、及び前記第２送信機から超音波を送信することなく前記第２受信機により超音波を受信する他の受信第２超音波センサを切り替えて設定する送信切替工程と、
   前記第１超音波センサ及び前記送受信第２超音波センサの間で送受信される超音波に基づき、両センサ間の風の影響を算出する風影響算出工程と、
   前記第１超音波センサの前記第１送信機から送信された超音波が、複数の前記第２超音波センサの第２受信機に受信されるまでの時間から前記測定対象の位置情報を測定する位置測定工程と、を含み、
   前記位置測定工程は、前記送受信第２超音波センサに対して前記風影響算出工程で算出した風の影響を反映するとともに、前記受信第２超音波センサに対して当該受信第２超音波センサが前記送受信第２超音波センサとして切り替えられていた直近の時点で前記風影響算出工程で算出した風の影響を反映して、前記測定対象の位置情報を測定する、
   ことを特徴とする位置測定方法。
2. 前記送信切替工程は、前記位置測定工程で前記測定対象の位置情報を測定する度に、複数の前記第２超音波センサを順に１の送受信第２超音波センサと他の受信第２超音波センサとに切り替える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置測定方法。
3. 測定対象に第１送信機及び第１受信機を備える第１超音波センサを設けるとともに、少なくとも３箇所の異なる固定位置に夫々が第２送信機及び第２受信機を備える複数の第２超音波センサを設け、前記第１超音波センサと複数の前記第２超音波センサとの間で超音波の送受信を行うことで、前記測定対象の位置情報を測定する位置測定装置において、
   複数の前記第２超音波センサに対して、前記第２送信機から超音波を送信するとともに前記第２受信機により超音波を受信する１の送受信第２超音波センサ、及び前記第２送信機から超音波を送信することなく前記第２受信機により超音波を受信する他の受信第２超音波センサを切り替えて設定する送信切替部と、
   前記第１超音波センサ及び前記送受信第２超音波センサの間で送受信される超音波に基づき、両センサ間の風の影響を算出する風影響算出部と、
   前記第１超音波センサの前記第１送信機から送信された超音波が、複数の前記第２超音波センサの第２受信機に受信されるまでの時間から前記測定対象の位置情報を測定する位置測定部と、を含み、
   前記位置測定部は、前記送受信第２超音波センサに対して前記風影響算出部が算出した風の影響を反映するとともに、前記受信第２超音波センサに対して当該受信第２超音波センサが前記送受信第２超音波センサとして切り替えられていた直近の時点で前記風影響算出部が算出した風の影響を反映して、前記測定対象の位置情報を測定する、
   ことを特徴とする位置測定装置。
4. 前記送信切替部は、前記位置測定部が前記測定対象の位置情報を測定する度に、複数の前記第２超音波センサを順に１の送受信第２超音波センサと他の受信第２超音波センサとに切り替える、
   ことを特徴とする請求項３に記載の位置測定装置。

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