JP7098530B2 - ねじをねじ込む為のロボットマニピュレータの制御方法、コンピュータシステム、デジタルストレージ媒体、コンピュータプログラムプロダクト、コンピュータプログラム及びデバイス - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも既にねじ山に差し込まれているねじをねじ込む為のアクチュエータで操作された可動式ロボットマニピュレータを制御する方法およびデバイスに関する。本発明はさらに、そのようなデバイス、コンピュータシステム、デジタルストレージ媒体、コンピュータプログラムプロダクトおよびコンピュータプログラムを有するロボットに関する。

本発明の目的は、少なくとも既にねじ山に差し込まれているねじをねじ込む為の可動式ロボットマニピュレータを制御する方法を示す事である。

本発明は、独立項の特徴から明らかになる。有利な変更と実施形態が従属項の主題である。更なる特徴、応用可能性、また発明の利点は続く明細書および図１に示されている発明の実施形態の例の考察により明らかになる。

本発明の最初の側面は、少なくとも既にねじ山に差し込まれているねじをねじ込む為のアクチュエータで操作された可動式ロボットマニピュレータを制御する方法に関する。好ましくは、ロボットマニピュレータは４－７自由度を有する。ねじ山は、それ自身が空間に固定されているか、または、空間に固定されている、より大きな物体の一部(エンジンブロック等)と有利に想定される。ねじは、ねじがねじ山と既に係合しているように、例えば一回またはそれ以上の回転で、有利にねじ山に部分的にねじ込まれる。ねじは、ツール係合インターフェイスとねじ中心軸を有するねじ頭を有する。ロボットマニピュレータは、先端部にツール係合インターフェイスと係合するように設計されたツールを有する。さらに、ツールは、その周りをロボットマニピュレータが回転可能なツール中心軸を有する。

提示された方法は、以下のステップを含む：第１のステップでは、少なくともねじ山に差し込まれているねじのツール係合インターフェイスの位置が規定される。第２のステップでは、ツール係合インターフェイス上のツールの位置決めと、ねじ中心軸と同心円状に最大偏差８°でツール中心軸の方向付けがなされる。第３のステップでは、ツール中心軸の力制御及び／又はインピーダンス制御された閉鎖的傾斜運動下により、ツールは、ツールとツール係合インターフェイスとの間に連結ができるまでツール係合インターフェイスの中へ動く。連結は、有利には、次に続くねじのねじ込み(第４ステップ)の間形状接続連結に収束する、又は形状接続連結が第３ステップの終わりに既に存在する。第４のステップでは、ねじは、ツールに作用するトルク／力が規定された限界値Ｇ１に到る、もしくは超えるまで、ツールの回転の第１方向にねじ込まれる。ねじのねじ込みは、ツールが、回転の第１方向と、ねじ山の方向に、ねじ中心軸に沿って回転する。第５のステップでは、いったん限界値Ｇ１に到るまたは超えると、ツールは、[０．０１°から１０°]の範囲に規定された角度で回転の第１方向とは反対に回される。有利には、ツールの方向転換は柔軟な方法及び／又は力を制御する方法で行われる。第６のステップでは、ツールは、ツール中心軸に沿ってツール係合インターフェイスから取り除かれる。

ツールの除去は、有利には、ツール中心軸の力制御及び／又はインピーダンス制御された閉鎖的傾斜運動下で行われる。

有利には、第３及び／又は第６ステップ中のツール中心軸の閉鎖的傾斜運動に加えて、ツール中心軸の横方向および同様の閉鎖的並進運動も実行される。更に、有利には、第３及び／又は第６ステップ中での閉鎖的傾斜運動は、傾斜面にて起こる。更に、有利には、第３及び／又は第６ステップ中でのツール中心軸の傾斜運動は、傾斜面に傾斜した部品一つと、その面に垂直な傾斜した部品を一つ有している。

提案の方法は、ツール中心軸の閉鎖的傾斜運動と閉鎖的並進横運動により、特に高い信頼性で、ねじのねじ山へのねじ込みを可能とする。更に、提案の方法は高価な産業用ねじの代わりに、標準的なねじの利用を可能とする。

提案の方法の一つの変更形態は、形状接続連結が第３又は第４ステップで所与の条件のもとで達成できなかった際に、第２及び第３ステップがツールの位置決め及び／又はツール中心軸の方向付けの為に自動的に適合されたパラメータで実行される、と特徴づけられる。代替的には、このケースではロボットマニピュレータは所定の姿勢に駆動することができる。

ツールの位置決め及び／ツール中心軸の方向付けの為の適合されたパラメータの基礎は、有利にはツール係合インターフェイスの位置の変更にある。ツール係合インターフェイスの変更された位置は、有利には、所定の検索パターンに基づく。

有利には、第４ステップでのねじ込み中には、所与の公称力／公称トルク又は力／トルクの公称輪郭を維持する為に、ねじ込み動作の為にパイロット力が明示されているか、力／トルク制御がねじ中心軸に利用されている。

提案の方法の一つの有利な変更形態は、ツール中心軸の力及び／又はインピーダンス制御された側面方向直動運動が、開／閉リサジュー図形に２－６面で対応していると特徴づけられる。

有利には、側面方向直動運動中のツールのツール中心軸は、ねじ中心軸から[０．０５ｍｍ、５ｍｍ]の範囲で最大側面距離を有する。それぞれの可能な最大側面距離は、勿論、ねじの寸法付けやねじのツール係合インターフェイスの寸法に依存し、それに応じて選択される。

提案の方法の有利な変更形態の一つは、形状接続連結がツールとツール係合インターフェイス間で達成できなかった際、ツールはツール係合インターフェイスからツール中心軸に沿ってある距離離して動かされ、ツールはツール中心軸回りにある角度回転され、第３ステップからまた実行される、と特徴づけられる。

有利には、ツール係合インターフェイスは以下のねじ頭デザインのうちひとつに対応する：
-スロット
-四角ねじ
-四角穴又はロバートソン
-六角穴又はインバス
-ピン付き六角穴
-フィリップス
-ポジドライブ
-六角穴丸頭又はトルクス
-ピン付き丸頭六角穴
-複数歯穴又はＸＺＮ
-一方向スロット
-トライウィング
-トルクセット
-ペンタローブ 又は
-ブリストル

発明は、さらに、データ加工デバイスを有するコンピュータシステムと関連し、データ加工デバイスは上述の方法がデータ加工デバイスで実行されるように設計されている。

発明は、さらに、電子的に読取り可能な制御信号を有するデジタルストレージ媒体と関連し、制御信号は上述の方法が実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと相互作用できる。

発明は、さらに、データ加工デバイスでプログラムコ―ドが実行されている時に上述の方法を実行する為に機械読取り可能な媒体に保存されているプログラムコードを有するコンピュータプログラムプロダクトに関連する。

最後に、発明は、プログラムがデータ加工デバイスで実行されている際、上述の方法を実行する為のプログラムコードを有するコンピュータプログラムと関連する。このため、データ加工デバイスは従来技術のどのコンピュータシステムとしても設計できる。

少なくとも既にねじ山に差し込まれているねじをねじ込む為の、アクチュエータにより操作された可動式ロボットマニピュレータを制御するデバイスで、ねじはツール係合インターフェイスを有するねじ頭を有し、ロボットマニピュレータはその先端部にツール係合インターフェイスと係合するように設計されているツールを有し、ねじはねじ中心軸を有し、ツールはロボットマニピュレータがその周りを回転可能なツール中心軸を有し、少なくとも既にねじ山に差し込まれているねじのツール係合インターフェイスの位置は既知であり、デバイスは以下のステップを実行するように構成・設計されている：
-ツール係合インターフェイスの上にツールを配置し、ツール中心軸をねじ中心軸に対して最大偏差３°で同心円状に方向付けし、
-ツール中心軸の力制御及び／又はインピーダンス制御された閉鎖的傾斜運動下で、ツールとツール係合インターフェイスとの間が連結されるまでツール係合インターフェイスの中へツールを動かし、
-ツールに作用しているトルクの規定された限界値Ｇ１に到る又は超えるまでツールの回転する第１方向に向かってねじをねじ込み、
-いったん限界値Ｇ１に到る又は超えると、ツールを[０．０１°から１０°]の範囲に規定された角度で回転の第１方向とは反対に回し、
-ツール中心軸に沿ってツールをツール係合インターフェイスから取り除く。

デバイスの利益と有利な変更形態は、提案の方法に関連した上記の記述に類似した論理的な転換で生じる。

発明の別の側面は、上述のデバイスを有するロボットマニピュレータを有するロボットに関連する。

更なる利益、特徴及び詳細は、随意的に図を参照する少なくとも一つの実施形態例が詳細に説明されている以下の説明にて明らかとなる。同一、類似及び／又は機能的に同一の部位は同じ参照番号が与えられている。

図１は、提案の方法の過程の概略図である

図１は、少なくとも既にねじ山に差し込まれているねじをねじ込む為の３Ｄ可動ロボットマニピュレータを制御する提案の方法の過程の概略図であり、ねじはツール係合インターフェイスを有するねじ頭を有し、ロボットマニピュレータは、その先端部にツール係合インターフェイスと係合するように設計されているツールを有し、ねじは、ねじ中心軸を有し、ツールは、ロボットマニピュレータ上のツールがその周りを回転可能なツール中心軸を有する。方法は、以下のステップを含む：第１ステップ１０１では、少なくともねじ山に差し込まれているねじのツール係合インターフェイスの位置が認識される。第２のステップ１０２では、ツール係合インターフェイス上のツールの位置決めと、ねじ中心軸と同心円状に最大偏差８°でツール中心軸の方向付けがなされる。第３ステップ１０３では、ツール中心軸の力制御及び／又はインピーダンス制御された閉鎖的傾斜運動下で、ツールは、ツールとツール係合インターフェイスの間に形状接続連結ができるまでツール係合インターフェイスの中へ動く。第４ステップ１０４では、ねじは、ツールに作用するトルク／力が規定された限界値Ｇ１に到るもしくは超えるまでツールの回転の第１方向にねじ込まれる。第５ステップでは、限界値Ｇ１に到るまたは超えると、ツールは、[０．０１°から１０°]の範囲に規定された角度で回転の第１方向とは反対に回される。第６ステップ１０６では、ツール中心軸の力制御及び／又はインピーダンス制御された閉鎖的傾斜運動下で、ツールは、ツール中心軸に沿ってツール係合インターフェイスから取り除かれる。

以上、好適な例示的実施形態によって本発明を詳細に説明したが、本発明は開示された例によって限定されるものではなく、当業者には、本発明の保護の範囲を逸脱することなく、その他の変形例を導くことができる。したがって、多数の変形例が存在し得ることは明らかである。また、例えば、上記の実施形態が実際には例を示すに過ぎず、例えば、保護の範囲、適用可能性、本発明の構成を限定するものとして解釈されるべきではないことも明らかである。むしろ、上記の説明や図の説明は、当業者が具体的に例示的実施形態を実施することを可能とするものであり、開示された本発明の知識を持つ当業者には、機能または構成に関して、本明細書に更に説明されている請求項とその法的同等物により定義される保護の範囲を逸脱することなく、上記の各要素の例示的実施形態に様々な変更を行うことが可能である。

１０１；第１のステップ
１０２；第２のステップ
１０３；第３のステップ
１０４；第４のステップ
１０５；第５のステップ
１０６；第６のステップ

Claims (11)

1. 少なくとも既にねじ山に差し込まれているねじをねじ込む為の、可動式ロボットマニピュレータを制御する方法であり、
   ねじはツール係合インターフェイスを有するねじ頭を有し、
   ロボットマニピュレータはその先端部にツール係合インターフェイスと係合するように設計されているツールを有し、
   ねじはねじ中心軸を有し、
   ツールはロボットマニピュレータがその周りを回転可能なツール中心軸を有し、以下のステップ、
   １．１ 少なくともねじ山に差し込まれているねじのツール係合インターフェイスの位置を認識し（１０１）、
   １．２ ツール係合インターフェイスの上にツールを配置し、ツール中心軸をねじ中心軸に対して最大偏差８°で同心円状に方向付けし（１０２）、
   １．３ ツール中心軸の力制御及び／又はインピーダンス制御された閉鎖的傾斜運動下で、ツールとツール係合インターフェイスとの間が連結されるまでツール係合インターフェイスの中へツールを動かし（１０３）、
   １．４ ツールに作用しているトルク／力の規定された限界値Ｇ１に到る又は超えるまでツールの回転する第１方向に向かってねじをねじ込み（１０４）、
   １．５ いったん限界値Ｇ１に到る又は超えると、ツールを[０．０１°から１０°]の範囲に規定された角度で回転の第１方向とは反対にまわし（１０５）、
   １．６ ツール中心軸に沿ってツールをツール係合インターフェイスから除去する（１０６）
   を含む、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   方法のステップ１．６における除去（１０６）はツール中心軸の力制御及び／又はインピーダンス制御された閉鎖的傾斜運動下で行われる、方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、
   ステップ１．３及び／又は１．６において、ツール中心軸の閉鎖的並進横運動も行われる、方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の方法であって、
   ステップ１．３又は１．４において所与の条件のもとで形状接続連結がツールとツール係合インターフェイス間で達成できない際、ステップ１．２と１．３がツールの位置決め及び／又はツール中心軸の方向付けの為に自動的に適合されたパラメータで実行され、又は、ロボットマニピュレータが所定の姿勢に駆動される、方法。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の方法であって、
   ステップ１．３又は１．４において形状接続連結がツールとツール係合インターフェイスとの間で達成できなかった際、ツールはツール係合インターフェイスからツール中心軸に沿ってある距離離して動かされ、ツールはツール中心軸回りにある角度回転され、ステップ１．３から始まる方法がまた実行される、方法。
6. データ加工デバイスを有するコンピュータシステムであって、
   データ加工デバイスは、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法がデータ加工デバイスで実行されるように設計されている、コンピュータシステム。
7. 電子的に読取り可能な制御信号を有するデジタルストレージ媒体であって、
   制御信号は請求項１から５のいずれか１項に記載の方法が実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと相互作用できる、デジタルストレージ媒体。
8. コンピュータプログラムプロダクトであって、
   データ加工デバイスでプログラムコードが実行されている時に請求項１から５のいずれか１項に記載の方法を実行する為に機械読取り可能な媒体に保存されているプログラムコードを有する、コンピュータプログラムプロダクト。
9. コンピュータプログラムであって、
   プログラムがデータ加工デバイスで実行されている際、請求項１から５のいずれか１項
   に記載の方法を実行する為のプログラムコードを有する、コンピュータプログラム。
10. デバイスであって、
    少なくとも既にねじ山に差し込まれているねじをねじ込む為の、可動式ロボットマニピュレータを制御するデバイスで、ねじは、ツール係合インターフェイスを有するねじ頭を有し、ロボットマニピュレータはその先端部にツール係合インターフェイスと係合するように設計されているツールを有し、ねじは、ねじ中心軸を有し、ツールは、ロボットマニピュレータがその周りを回転可能なツール中心軸を有し、少なくとも既にスレッドに差し込まれているねじのツール係合インターフェイスの位置は既知であり、デバイスは以下のステップ：
    １０．１ 少なくともねじ山に差し込まれているねじのツール係合インターフェイスの位置を認識し、
    １０．２ ツール係合インターフェイスの上にツールを配置し、ツール中心軸をねじ中心軸に対して最大偏差３°で同心円状に方向付けし、
    １０．３ ツール中心軸の力制御及び／又はインピーダンス制御された閉鎖的傾斜運動下で、ツールとツール係合インターフェイスとの間が連結されるまでツール係合インターフェイスの中へツールを動かし、
    １０．４ ツールに作用しているトルク／力の規定された限界値Ｇ１に到る又は超えるまでツールの回転する第１方向に向かってねじをねじ込み、
    １０．５ いったん限界値Ｇ１に到る又は超えると、ツールを[０．０１°から１０°]の範囲に規定された角度で回転の第１方向とは反対にまわし、
    １０．６ ツール中心軸に沿ってツールをツール係合インターフェイスから除去する、
    を実行するように構成・設計されている、デバイス。
11. ロボットであって、
    請求項１０に記載のデバイスを有する、ロボット。

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