JP6265603B2 - 位置測定方法及び位置測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク及び当該ワークに対する作業を行う作業装置の位置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、ワーク及び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。

作業用ロボットの位置情報を精度良く測定する工夫として、例えば、特許文献１が知られている。特許文献１では、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ことで、外乱（温度、湿度、風等）による超音波への影響を除外して作業用ロボットの位置情報を測定する。

特開２０１１−３８７９９号公報

ところで、超音波方式による位置情報の検出では、超音波の到達時間の違いを利用して位置情報を測定するため、被測定物体が動体である場合には、既定のタイミングで発信さ れた超音波を受信して位置情報を出力したタイミング（超音波受信タイミング）と、当該位置情報により表された位置に実際に被測定物体が存在したタイミングとの関係が、一定にならない。
このようなタイミングの相違は、ワーク及び作業用ロボットのような２つ以上の物体の位置合わせを行う場合に問題となり、２つ以上の物体を精度高く位置合わせ可能な工夫が求められる。

本発明は、このような要求に鑑みてなされたものであり、搬送中のワーク及び当該ワークに対する作業を行う作業装置の位置関係を精度良く測定可能な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、位置測定の対象となる第１対象物（例えば、後述のワークＷ）、及び、前記第１対象物と同期して移動する移動体（例えば、後述の移動部１１）上に設置され位置測定の対象となる第２対象物（例えば、後述の作業部１３）のうち前記第２対象物の位置情報を超音波を用いて取得するとともに、前記第１対象物及び前記第２対象物の同時刻の位置関係を取得する位置測定方法において、一定の第１の時間間隔に設定されたサンプリング周期（例えば、後述の５ｍｓ）に基づき、前記第１対象物の位置情報を光学式のセンサ装置により取得する第１位置測定工程と、前記第２対象物に設置された超音波発信機（例えば、後述の超音波発信装置１４１）から既定のタイミングで発信された超音波を固定位置に設けられた３つ以上の超音波受信機（例えば、後述の超音波受信装置１４２）が受信するまでの時間から、超音波受信タイミングにおける前記第２対象物の位置情報を取得する第２位置測定工程と、前記第１位置測定工程で取得した前記第１対象物の位置情報のうち、前記超音波受信タイミングの近傍のタイミングで取得された複数の位置情報を抽出する第１位置抽出工程と、前記第１位置抽出工程で抽出した前記複数の位置情報から前記超音波受信タイミングにおける前記第１対象物の位置情報を補間する第１位置補間工程と、を含むことを特徴とする。

このような位置測定方法では、第２対象物が位置情報で表される位置に存在した超音波受信タイミングの近傍のタイミングで取得した第１対象物の位置情報を複数抽出し、これら複数の位置情報から超音波受信タイミングにおける第１対象物の位置情報を補間する。これにより、超音波受信タイミングにおける第１対象物及び第２対象物の位置情報を把握することができ、超音波受信タイミングが一定にならない超音波を用いた場合であっても、両対象物を精度良く位置合わせすることができる。

また、前記第２位置測定工程では、前記第１の時間間隔とは異なる第２の時間間隔に設定されたサンプリング周期（例えば、後述の２０ｍｓ）に基づき、前記超音波受信タイミングにおける前記第２対象物の位置情報を取得し、前記第１位置抽出工程では、前記第２の時間間隔において前記第１位置測定工程で取得された前記第１対象物の位置情報を、前記複数の位置情報として抽出することを特徴とする。
このような位置測定方法によれば、超音波受信タイミングの近傍のタイミングを予め設定しておくことができ、処理負担を軽減することができる。

また、前記第１位置抽出工程で抽出した前記複数の位置情報の中に、前記超音波受信タイミングよりも遅いタイミングで取得された位置情報がない場合に、取得済みの前記第１対象物の位置情報から、前記超音波受信タイミング後に前記第１位置測定工程で取得される前記第１対象物の位置情報を予測する第１位置予測工程、を更に含み、前記第１位置補間工程は、前記第１位置抽出工程で抽出した前記複数の位置情報、及び前記第１位置予測工程で予測した前記位置情報に基づいて、前記超音波受信タイミングにおける前記第１対象物の位置情報を補間することを特徴とする。
このような位置測定方法によれば、超音波受信タイミングに関わらず当該超音波受信タイミング前後の第１対象物の位置情報を取得することができ、両対象物を精度良く位置合わせすることができる。

また、位置測定の対象となる第１対象物（例えば、後述のワークＷ）、及び、前記第１対象物と同期して移動する移動体（例えば、後述の移動部１１）上に設置され位置測定の対象となる第２対象物（例えば、後述の作業部１３）のうち前記第２対象物の位置情報を超音波を用いて取得するとともに、前記第１対象物及び前記第２対象物の同時刻の位置関係を取得する位置測定装置（例えば、後述の位置測定装置１００）において、一定の第１の時間間隔に設定されたサンプリング周期（例えば、後述の５ｍｓ）に基づき、前記第１対象物の位置情報を光学式のセンサ装置により取得する第１位置測定部（例えば、後述の第１センサ１２、第１位置測定部１５Ａ）と、前記第２対象物に設置された超音波発信機（例えば、後述の超音波発信装置１４１）から既定のタイミングで発信された超音波を固定位置に設けられた３つ以上の超音波受信機（例えば、後述の超音波受信装置１４２）が受信するまでの時間から、超音波受信タイミングにおける前記第２対象物の位置情報を取得する第２位置測定部（例えば、後述の第２センサ１４、後述の第２位置測定部１５Ｂ）と、前記第１位置測定部が取得した前記第１対象物の位置情報のうち、前記超音波受信タイミングの近傍のタイミングで取得された複数の位置情報を抽出する第１位置抽出部（例えば、後述の第１位置抽出部）と、前記第１位置抽出部が抽出した前記複数の位置情報から前記超音波受信タイミングにおける前記第１対象物の位置情報を補間する第１位置補間部（例えば、後述の第１位置補間部）と、を含むことを特徴とする。

また、前記第２位置測定部は、前記第１の時間間隔とは異なる所定の第２の時間間隔に設定されたサンプリング周期（例えば、後述の２０ｍｓ）に基づき、前記超音波受信タイミングにおける前記第２対象物の位置情報を取得し、前記第１位置抽出部は、前記第２の時間間隔において前記第１位置測定部で取得された前記第１対象物の位置情報を、前記複数の位置情報として抽出することを特徴とする。

また、前記第１位置抽出部が抽出した前記複数の位置情報の中に、前記超音波受信タイミングよりも遅いタイミングで取得された位置情報がない場合に、取得済みの前記第１対象物の位置情報から、前記超音波受信タイミング後に前記第１位置測定部が取得する前記第１対象物の位置情報を予測する第１位置予測部（例えば、後述の第１位置予測部１５Ｅ）、を更に含み、前記第１位置補間部は、前記第１位置抽出部が抽出した位置情報である抽出位置情報、及び前記第１位置予測部が予測した位置情報である予測位置情報に基づいて、前記超音波受信タイミングにおける前記第１対象物の位置情報を補間す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、超音波を用いて作業装置の位置情報を取得しつつ、搬送中のワーク及び当該ワークに対する作業を行う作業装置の位置関係を精度良く測定することができる。

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。 超音波受信タイミングと位置情報を出力するタイミングとの関係を示す図である。 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。 超音波受信タイミンのワーク位置情報の補間を示す図である。 本発明に係る位置測定装置の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明に係る位置測定装置の処理の流れを示すフローチャートである。 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３０の概略］
初めに、図１及び図２を参照して、本発明を実施する搬送システム３０の概略について説明する。図１は、搬送システム３０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３０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３０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、第１センサ１２と、作業部１３と、第２センサ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９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。

第１センサ１２は、一定時間間隔のサンプリング周期（例えば、５ｍｓ）でワーク搬送装置２により搬送されるワークＷの位置情報（座標位置）を検出する。一例として、第１センサ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。

第２センサ１４は、所定時間間隔のサンプリング周期（例えば、毎回２０ｍｓの時間区間の始期で発信された超音波が同時間区間内で受信される）で作業部１３の位置情報（座標位置）を検出する。一例として、第２センサ１４は、作業部１３の位置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、発信された超音波の受信タイミングから作業部１３の先端の位置を検出する。
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、発信装置から既定のタイミングで発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、本実施形態の第２センサ１４は、ロボット１３１夫々に設置され既定のタイミングで超音波を発信する超音波発信装置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超音波を受信する超音波受信装置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「超音波発信装置１４１」「超音波受信装置１４２」と呼ぶ。このとき、超音波受信装置１４２の夫々は３個の受信部を備え、対応する超音波発信装置１４１から既定のタイミングで発信された超音波を３個の受信部で受信することで、超音波発信装置１４１の位置情報を検出する。即ち、超音波受信装置１４２ａは超音波発信装置１４１ａの位置情報を検出し、超音波受信装置１４２ｂは超音波発信装置１４１ｂの位置情報を検出し、超音波受信装置１４２ｃは超音波発信装置１４１ｃの位置情報を検出し、超音波受信装置１４２ｄは超音波発信装置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、超音波発信装置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超音波発信装置１４１を備えることが好ましい。

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、第１センサ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、振動の予測後に第１センサ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、第２センサ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。

ところで、超音波方式による位置情報の検出では、既定のタイミングで発信された超音波の到達時間の違いを利用して作業部１３の位置情報を検出するため、第２センサ１４による位置情報の検出タイミングと、当該位置情報により表された位置に作業部１３が実際に存在したタイミングとの関係が、一定にならない。
この点、図３（１）を参照して、第２センサ１４は、毎回２０ｍｓの時間区間の始期で発信された超音波が同時間区間内で受信されるタイミングに基づいて位置検出結果を出力する超音波式のセンサ装置である。図示の通り、作業部１３の位置情報として、最初の２０ｍｓの時間区間の始期で発信された超音波が同時間区間内で受信されるタイミングに基づいて位置情報Ｂ１を出力する。次いで、４０ｍｓ（続く２０ｍｓ）の時間区間の始期で発信された超音波が同時間区間内で受信されるタイミングに基づいて位置情報Ｂ２を出力する。更に、６０ｍｓ（更に続く２０ｍｓ）の時間区間の始期で発信された超音波が同時間区間内で受信されるタイミングに基づいて位置情報Ｂ３を出力している。ところで、作業部１３は移動部１１とともにワークＷに同期して移動していることから、超音波を発信してから受信するまでのタイミングは、最初の２０ｍｓの時間区間、続く４０ｍｓ（最初の時間区間に続く２０ｍｓ）の時間区間、更に続く６０ｍｓ（直前の２０ｍｓの時間区間に続く２０ｍｓ）の時間区間の夫々で異なる。即ち、２０ｍｓ時には、０ｍｓ時に発信した超音波が７ｍｓ時に受信されており、超音波を発信してから７ｍｓ以降に作業部１３の位置情報が出力されている。また、４０ｍｓ時には、２０ｍｓ時に発信した超音波が２９ｍｓ時に受信されており、超音波を発信してから９ｍｓ以降に作業部１３の位置情報が出力されている。同様に、６０ｍｓ時には、４０ｍｓ時に発信した超音波が５６ｍｓ後に受信されており、超音波を発信してから１６ｍｓ以降に作業部１３の位置情報が出力されている。

一方、光学式の第１センサ１２では、ワークＷの位置情報を検出したタイミング（サンプリング周期）と、当該位置情報により表された位置にワークＷが実際に存在したタイミングとの関係が、一定になる。一例として本実施形態では、図３（２）に示すように、第１センサ１２は、０ｍｓ時のワークＷの位置情報を５ｍｓ時に出力し、５ｍｓ時のワークＷの位置情報を１０ｍｓ時に出力するように、第１センサ１２は、５ｍｓ前のワークＷの位置情報を出力することとしている。

しかしながら、光学式のセンサ装置である第１センサ１２がワークＷの位置情報を出力するタイミングは、第２センサ１４の出力位置情報によって作業部１３の位置が検出され るタイミングと一致するとは限らない。従って、ワークＷと作業部１３との位置合わせの精度を向上させるためには、このような超音波による作業部１３の位置検出のタイミングと第１センサ１２による位置検出のタイミングとのズレを適切に処理する必要がある。
そこで、本実施形態では、制御部１５、第１センサ１２及び第２センサ１４により本発明に係る位置測定装置１００を構成し、ワークＷに対する作業部１３の追従精度を向上させることとしている。

［位置測定装置１００の詳細］
図４は、位置測定装置１００の構成を示すブロック図である。位置測定装置１００を構成する制御部１５は、第１位置測定部１５Ａと、第２位置測定部１５Ｂと、第１位置抽出部１５Ｃと、第１位置補間部１５Ｄと、第１位置予測部１５Ｅと、を含んで構成される。

第１位置測定部１５Ａは、５ｍｓ間隔で第１センサ１２から出力される位置情報に基づいて、ワークＷの位置情報を取得し、図示しない記憶部に記憶する。
また、第２位置測定部１５Ｂは、２０ｍｓ間隔で第２センサ１４の超音波発信装置１４１から出力される超音波が第２センサ１４の超音波受信装置１４２で受信されるタイミングである超音波受信タイミングにおける作業部１３の位置情報を取得し、図示しない記憶部に記憶する。なお、第２センサ１４は、超音波発信装置１４１から発信された超音波を３つの超音波受信装置１４２で受信するセンサ装置である。３つの超音波受信装置１４２のうち最も速く受信したタイミングを超音波受信タイミングとしてもよく、また、２番目に受信したタイミングを超音波受信タイミングとしてもよく、また、最後に受信したタイミングを超音波受信タイミングとしてもよく、また、３つのタイミングの平均を超音波受信タイミングとしてもよい。

第１位置抽出部１５Ｃは、第１位置測定部１５Ａが取得したワークＷの位置情報のうち、超音波受信タイミング近傍のタイミングに対応して取得された複数の位置情報を記憶部から抽出する。なお、抽出する位置情報の数は必要に応じて任意に設定することとしてよいが、後述するように抽出した位置情報は、所定の回帰分析により補間するため、少なくとも３つ以上であることが好ましい。
また、超音波受信タイミング近傍のタイミングとは、超音波受信タイミングの直前又は直後の第１センサ１２の出力タイミングを含む。本実施形態では、第２センサ１４が２０ｍｓ毎に作業部１３の位置情報を出力する一方で、第１センサ１２は５ｍｓ毎にワークＷの位置情報を出力することとしている。そのため、第２センサ１４が位置情報を出力する間に、第１センサ１２は４つの位置情報を出力する。また、既述のように取得された何れの位置情報も、一旦、記憶部に記憶されている。そこで、第１位置抽出部１５Ｃは、後の補間処理に適合したタイミングの位置情報を記憶部から抽出する。

第１位置補間部１５Ｄは、第１位置抽出部１５Ｃが抽出した複数の位置情報から超音波受信タイミングにおけるワークＷの位置情報を補間する。補間の手法は任意であり、例えば、抽出した複数の位置情報及び当該位置情報を取得したタイミングから線形補間又は非線形補間により超音波受信タイミングにおけるワークＷの位置情報を算出する。

ところで、超音波受信タイミングによっては、第１位置抽出部１５Ｃは超音波受信タイミングよりも後のタイミングのワークＷの位置情報を抽出できない場合がある。図３に戻り、図示の範囲における最後の６０ｍｓ（直前の２０ｍｓの時間区間に続く２０ｍｓ）の時間区間には、第１位置抽出部１５Ｃは、４０ｍｓ時のワークＷの位置情報Ａ９、４５ｍｓ時のワークＷの位置情報Ａ１０、５０ｍｓ時のワークＷの位置情報Ａ１１、及び５５ｍｓ時のワークＷの位置情報Ａ１２を抽出することになる。しかしながら、上述の最後の６０ｍｓの時間区間に第２センサ１４から出力される作業部１３の位置情報Ｂ３は、超音波受信タイミング５６ｍｓに基づくものであり、第１位置抽出部１５Ｃが抽出した位置情報Ａ９〜Ａ１２は、超音波受信タイミング（５６ｍｓ）よりも前のタイミングの位置情報となってしまう。
このような場合、超音波受信タイミングにおけるワークＷの位置情報の補間ができないため、第１位置予測部１５Ｅは、取得済みのワークＷの位置情報から、超音波受信タイミング後に取得されるワークＷの位置情報をＡＲ（ａｕｔｏ−ｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ）予測により算出する。
そして、第１位置補間部１５Ｄは、第１位置予測部１５Ｅにより予測された超音波受信タイミング後のワークＷの位置情報を用いて、超音波受信タイミングにおけるワークＷの位置情報を補間する。

［超音波受信タイミング時のワークＷの位置情報］
続いて、図５を参照して、制御部１５による超音波受信タイミング時のワークＷの位置情報の算出（補間）を具体的に説明する。

図５（１）を参照して、上述の２０ｍｓの時間区間において、第１位置抽出部１５Ｃは、０ｍｓ時のワークＷの位置情報Ａ１、５ｍｓ時のワークＷの位置情報Ａ２、１０ｍｓ時のワークＷの位置情報Ａ３、１５ｍｓ時のワークＷの位置情報Ａ４を抽出する。第１位置補間部１５Ｄは、これら抽出された情報から、例えば線形補間により超音波受信タイミング（７ｍｓ時）のワークＷの位置情報Ｚ１を算出する。
図５（２）を参照して、上述の４０ｍｓ（続く２０ｍｓ）の時間区間において、第１位置抽出部１５Ｃは、２０ｍｓ時のワークＷの位置情報Ａ５、２５ｍｓ時のワークＷの位置情報Ａ６、３０ｍｓ時のワークＷの位置情報Ａ７、３５ｍｓ時のワークＷの位置情報Ａ８を抽出する。第１位置補間部１５Ｄは、これら抽出された情報から、例えば非線形補間により超音波受信タイミング（２９ｍｓ時）のワークＷの位置情報Ｚ２を算出する。
図５（３）を参照して、上述の６０ｍｓ（更に続く２０ｍｓ）の時間区間において、第１位置抽出部１５Ｃは、４０ｍｓ時のワークＷの位置情報Ａ９、４５ｍｓ時のワークＷの位置情報Ａ１０、５０ｍｓ時のワークＷの位置情報Ａ１１、５５ｍｓ時のワークＷの位置情報Ａ１２を抽出する。このとき、超音波受信タイミングは５６ｍｓ時であり、抽出した位置情報Ａ１２よりも後のタイミングであるため、第１位置予測部１５Ｅは、位置情報Ａ９〜Ａ１２に基づいて、６０ｍｓ時のワークＷの位置情報Ａ１３´を予測する。そして、第１位置補間部１５Ｄは、抽出した情報及び予測した情報から、例えば非線形補間により超音波受信タイミング（５６ｍｓ時）のワークＷの位置情報Ｚ３を算出する。

［位置測定装置１００の動作］
続いて、図６及び図７を参照して、位置測定装置１００の動作について説明する。
図６を参照して、制御部１５（第２位置測定部１５Ｂ）は、第２センサ１４から出力される情報に基づいて、超音波受信タイミングにおける作業部１３の位置情報を取得し（ステップＳＴ１）、続いて、超音波受信タイミング及び取得した位置情報を保存する（ステップＳＴ２）。続いて、制御部１５は、図７で後述する第１センサ測定を実行し（ステップＳＴ３）、処理を終了する。

図７を参照して、ステップＳＴ３の第１センサ測定について説明する。初めに、制御部１５（第１位置測定部１５Ａ）は、第１センサ１２から出力される情報に基づいて、一定時間間隔（５ｍｓ）毎のワークＷの位置情報を取得し（ステップＳＴ３１）、取得した位置情報及び取得したタイミングを保存する（ステップＳＴ３２）。

続いて、制御部１５（第１位置抽出部１５Ｃ）は、ステップＳＴ２で保存した超音波受信タイミングを取得し（ステップＳＴ３３）、当該超音波受信タイミングの近傍のタイミングで取得されたワークＷの位置情報を複数抽出する（ステップＳＴ３４）。

続いて、制御部１５（第１位置補間部１５Ｄ）は、抽出した複数のワークＷの位置情報に対して所定の回帰分析を行い、超音波受信タイミングにおけるワークＷの位置情報を補間し（ステップＳＴ３５）、その結果を第１センサ１２の測定値として出力する（ステップＳＴ３６）。

このように、本発明に係る位置測定装置１００は、超音波受信タイミングにおける作業部１３の位置情報を取得するとともに、この超音波受信タイミングの近傍のタイミングで 取得したワークＷの複数の位置情報から超音波受信タイミングにおけるワークＷの位置情報を補間する。これにより、超音波受信タイミングという同時刻におけるワークＷ及び作業部１３の位置情報を把握することができ、到達時間の相違を前提に位置情報を取得する超音波方式を用いた場合であっても、ワークＷ及び作業部１３を精度良く位置合わせすることができる。

このとき、第１センサ１２のサンプリング周期が超音波を用いる第２センサ１４のサンプリング周期よりも短い場合には、第２センサ１４が作業部１３の位置情報を取得する間に取得したワークＷの位置情報を抽出する構成とすることで、抽出するワークＷの位置情報を予め設定しておくことができ、処理負担を軽減することができる。
また、超音波受信タイミングよりも後のタイミングで取得したワークＷの位置情報が存在しない場合には、超音波受信タイミングよりも前に取得されたワークＷの位置情報から超音波受信タイミングよりも後のタイミングで取得されるワークＷの位置情報を予測することで、超音波受信タイミング前後の第１対象物の位置情報を取得することができ、両対象物を精度良く位置合わせすることができる。

［搬送システム３０の具体的構成］
続いて、本発明に係る位置測定装置１００を利用した搬送システム３０の一実施形態を、図８〜図１１を参照して説明する。図８は搬送システム３０の側面図であり、図９は搬送システム３０の平面図である。また、図１０は搬送システム３０を構成する作業装置１の側面図であり、図１１は作業装置１の背面図である。

図８及び図９を参照して、搬送システム３０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９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８及び図９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、前述の第２センサ１４の一部を構成する超音波受信装置１４２が設置されている。超音波受信装置１４２の夫々は、ロボット１３１の作業部分に取り付けられた超音波発信装置１４１（図１０参照）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１０及び図１１に示すように、台車１１１の上面には、前述の第１センサ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超音波発信装置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。
この超音波発信装置１４１は、超音波受信装置１４２とともに前述の第２センサ１４を構成するものであり、対応する超音波受信装置１４２に対して超音波を発信することで、超音波発信装置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、超音波発信装置１４１及び超音波受信装置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３０において、本発明に係る位置測定装置１００を適用することで、ワークＷとロボット１３１との位置合わせを精度良く行うことができ好適である。

以上、本実施形態に係る搬送システム３０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。

例えば、上記実施形態では、移動部１１として台車１１１及びレール１１２を例にとって説明したが、移動部１１はこれに限られるものではなく、その他の構成により実現することとしてもよい。このとき、移動部１１は、ワークＷに対して作業を行う作業部１３、即ちロボット１３１の先端に設けられた作業部分が、搬送方向に沿ってワークＷと同期していれば足りる。即ち、移動部１１は、上記実施形態のように作業部１３が設置された台車１１１のように作業部１３自体を移動させる構成としてもよく、作業部１３自体は移動せずワークＷに対して作業を行う作業部分のみが移動する構成としてもよい。作業部分のみが移動する構成としては、任意の位置に固定的に設置され、所定の長さのアームを供える作業用ロボットが挙げられる。このような作業用ロボットは、自身は移動しないものの、アームを伸縮あるいは関節を屈伸することで作業部分をＡ−Ｂ地点間で移動可能に構成される。

また、上記実施形態では、第１センサ１２は、ワークＷの底面の任意の３点（位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）から位置Ｐの位置情報を検出することとしているが、これに限られるものではなく、必要に応じて３点以上の位置から位置Ｐの位置情報を検出することとしてもよい。
また、第１センサ１２は、ワークＷに生じた振動を検出できれば足り、上記実施形態のようなセンサ装置１２１に限られず、他の構成により実現することとしてもよい。例えば、ワークＷをカメラ等の撮像装置により撮像し、撮像した動画像を解析することでワークＷに生じた振動を検出することとしてもよい。
また、例えば、ワークＷを搬送するハンガ２２に加速度センサ、角速度センサ、地磁気センサ等の各種センサを取り付けることで、ハンガ２２の振動を検出し、当該ハンガ２２の振動をワークＷの振動として用いることとしてもよい。また、これら加速度センサ等の各種センサをワークＷ自身に取り付けることで、ワークＷに生じた振動を検出することとしてもよい。このような構成であっても既存の製造ラインに対する変更は最小限ですみ、既存設備を好適に利用することができる。

１００…位置測定装置
１２…第１センサ
１４…第２センサ
１５…制御部
１５Ａ…第１位置測定部
１５Ｂ…第２位置測定部
１５Ｃ…第１位置抽出部
１５Ｄ…第１位置補間部
１５Ｅ…第１位置予測部
１３…作業部
Ｗ…ワーク

Claims (6)

1. 位置測定の対象となる第１対象物、及び、前記第１対象物と同期して移動する移動体上に設置され位置測定の対象となる第２対象物のうち前記第２対象物の位置情報を超音波を用いて取得するとともに、前記第１対象物及び前記第２対象物の同時刻の位置関係を取得する位置測定方法において、
   一定の第１の時間間隔に設定されたサンプリング周期に基づき、前記第１対象物の位置情報を光学式のセンサ装置により取得する第１位置測定工程と、
   前記第２対象物に設置された超音波発信機から既定のタイミングで発信された超音波を固定位置に設けられた３つ以上の超音波受信機が受信するまでの時間から、超音波受信タイミングにおける前記第２対象物の位置情報を取得する第２位置測定工程と、
   前記第１位置測定工程で取得した前記第１対象物の位置情報のうち、前記超音波受信タイミングの近傍のタイミングで取得された複数の位置情報を抽出する第１位置抽出工程と、
   前記第１位置抽出工程で抽出した前記複数の位置情報から前記超音波受信タイミングにおける前記第１対象物の位置情報を補間する第１位置補間工程と、
   を含むことを特徴とする位置測定方法。
2. 前記第２位置測定工程では、前記第１の時間間隔とは異なる所定の第２の時間間隔に設定されたサンプリング周期に基づき、前記超音波受信タイミングにおける前記第２対象物の位置情報を取得し、
   前記第１位置抽出工程では、前記第２の時間間隔において前記第１位置測定工程で取得された前記第１対象物の位置情報を、前記複数の位置情報として抽出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置測定方法。
3. 前記第１位置抽出工程で抽出した前記複数の位置情報の中に、前記超音波受信タイミングよりも遅いタイミングで取得された位置情報がない場合に、取得済みの前記第１対象物の位置情報から、前記超音波受信タイミング後に前記第１位置測定工程で取得される前記第１対象物の位置情報を予測する第１位置予測工程、を更に含み、
   前記第１位置補間工程は、前記第１位置抽出工程で抽出した位置情報である抽出位置情報、及び前記第１位置予測工程で予測した位置情報である予測位置情報に基づいて、前記超音波受信タイミングにおける前記第１対象物の位置情報を補間する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置測定方法。
4. 位置測定の対象となる第１対象物、及び、前記第１対象物と同期して移動する移動体上に設置され位置測定の対象となる第２対象物のうち前記第２対象物の位置情報を超音波を用いて取得するとともに、前記第１対象物及び前記第２対象物の同時刻の位置関係を取得する位置測定装置において、
   一定の第１の時間間隔に設定されたサンプリング周期に基づき、前記第１対象物の位置情報を光学式のセンサ装置により取得する第１位置測定部と、
   前記第２対象物に設置された超音波発信機から既定のタイミングで発信された超音波を固定位置に設けられた３つ以上の超音波受信機が受信するまでの時間から、超音波受信タイミングにおける前記第２対象物の位置情報を取得する第２位置測定部と、
   前記第１位置測定部が取得した前記第１対象物の位置情報のうち、前記超音波受信タイミングの近傍のタイミングで取得された複数の位置情報を抽出する第１位置抽出部と、
   前記第１位置抽出部が抽出した前記複数の位置情報から前記超音波受信タイミングにおける前記第１対象物の位置情報を補間する第１位置補間部と、
   を含むことを特徴とする位置測定装置。
5. 前記第２位置測定部は、前記第１の時間間隔とは異なる所定の第２の時間間隔に設定されたサンプリング周期に基づき、前記超音波受信タイミングにおける前記第２対象物の位置情報を取得し、
   前記第１位置抽出部は、前記第２の時間間隔において前記第１位置測定部で取得された前記第１対象物の位置情報を、前記複数の位置情報として抽出する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の位置測定装置。
6. 前記第１位置抽出部が抽出した前記複数の位置情報の中に、前記超音波受信タイミングよりも遅いタイミングで取得された位置がない場合に、取得済みの前記第１対象物の位置情報から、前記超音波受信タイミング後に前記第１位置測定部が取得する前記第１対象物の位置情報を予測する第１位置予測部、を更に含み、
   前記第１位置補間部は、前記第１位置抽出部が抽出した位置情報である抽出位置情報、及び前記第１位置予測部が予測した位置情報である予測位置情報に基づいて、前記超音波受信タイミングにおける前記第１対象物の位置情報を補間する、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の位置測定装置。

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