DE102016116404B4

DE102016116404B4 - Objektstellungsberechnungssystem

Info

Publication number: DE102016116404B4
Application number: DE102016116404.6A
Authority: DE
Inventors: Takahiro IWATAKE; Kaimeng Wang; Bunketsu Chin
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2036-09-03
Also published as: JP2017052049A; JP6208724B2; CN106514712A; US20170067728A1; US9903698B2; DE102016116404A1; CN106514712B

Abstract

Objektstellungsberechnungssystem, das eine relative Stellung zwischen einem ersten Objekt (21) und einem zweiten Objekt (22) berechnet oder eine relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt berechnet, das System umfassend:
das erste Objekt und das zweite Objekt, die eine Kombination eines Objekts mit einem Vorsprungsabschnitt und eines Objekts mit einem Aussparungsabschnitt umfassen, wobei der Vorsprungsabschnitt und der Aussparungsabschnitt dazu konfiguriert sind, an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt zu kommen, wobei sich die drei Kontaktpunkte im Aussparungsabschnitt an einer Kante befinden, die ein Loch des Aussparungsabschnitts definiert, und nach dem Definieren einer Achse, die für den Vorsprungsabschnitt eingerichtet ist und nicht senkrecht zu einer die drei Kontaktpunkte umfassenden Ebene verläuft, als eine Vorsprungsabschnittsmittelachse, ein Minimalabstand zwischen jedem der Kontaktpunkte und der Vorsprungsabschnittsmittelachse einen konstanten Wert annimmt oder ein Minimalabstand zwischen jedem der Kontaktpunkte und der Vorsprungsabschnittsmittelachse auf der Grundlage eines Abstands zwischen einem Schnittpunkt einer von jedem der Kontaktpunkte zur Vorsprungsabschnittsmittelachse gezogenen Senkrechten mit der Vorsprungsabschnittsmittelachse und einem anderen Punkt als dem Schnittpunkt auf der Vorsprungsabschnittsmittelachse bestimmt ist;
zumindest eine Antriebseinheit (50), die das erste Objekt und das zweite Objekt relativ zueinander bewegt und zumindest eines des ersten Objekts und des zweiten Objekts hält und antreibt;
eine Kraftmesseinheit (31), die eine Kraft misst, welche zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt wirkt; und
eine Objektstellungsberechnungseinheit (32), die die Antriebseinheit zum Bewegen des ersten Objekts und des zweiten Objekts relativ zueinander benutzt, um das erste Objekt und das zweite Objekt miteinander in Kontakt zu bringen, und eine relative Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt berechnet oder eine relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt berechnet, auf der Grundlage des Minimalabstands und der Kraft, die durch die Kraftmesseinheit gemessen ist, wenn das erste Objekt und das zweite Objekt an den drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen.

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Objektstellungsberechnungssystem, das die relative Stellung oder die relative Position und Stellung zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt auf der Grundlage der Kraft berechnet, die zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt wirkt, wenn das erste Objekt und das zweite Objekt an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt stehen.
Beschreibung des Stands der Technik
Beim Berechnen der relativen Stellung zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt misst und berechnet ein allgemein bekanntes Verfahren die relative Stellung unter Benutzung eines kontaktlosen Sensors, wie etwa einer Kamera oder einem dreidimensionalen Sensor.
Wenn das benutzte System die Kraft, die zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt wirkt, steuern kann, kombiniert ein allgemein bekanntes Verfahren die Oberfläche eines vorgegebenen Abschnitts des ersten Objekts mit jener eines vorgegebenen Abschnitts des zweiten Objekts oder passt das erste Objekt mit dem zweiten Objekt zusammen, um die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt aus den Stellungen bei Beginn und Ende des Vorgangs zu berechnen.
JP H04-043744 B offenbart ein Verfahren zum Steuern der Position des ersten Objekts auf der Grundlage eines Bewegungsmodells für einen Einhaltungsmechanismus zum Anpassen der Kraft, die zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt wirkt, auf einen Zielwert.
Wenn das erste Objekt und das zweite Objekt zusammengepasst werden können, kann ein derartiges Verfahren das erste Objekt und das zweite Objekt auf der Grundlage der Kraft, die zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt wirkt, zusammenpassen, um die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt aus den Stellungen zu Beginn und Ende des Vorgangs zu berechnen.
JP H09-091026 A beschreibt ein Verfahren zum Berechnen eines Stellungsfehlers am Annäherungspunkt durch Bringen von Oberflächen in Kontakt miteinander durch Pressen mit einer vorgegebenen Kraft in einer zu einem Lochabschnitt senkrecht stehenden Ebene zum Kombinieren der Oberflächen im Voraus miteinander zum Korrigieren des Stellungsfehlers.
Mit diesem Verfahren wird die Kraft, die zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt wirkt, zum Kombinieren der Oberfläche des ersten Objekts mit jener des zweiten Objekts zum Berechnen der relativen Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt aus den Stellungen des ersten Objekts zu Beginn und Ende des Vorgangs gesteuert. Ferner ist ein Verfahren zum Korrigieren des Annäherungspunkts vor dem Zusammenpassungsvorgang auf der Grundlage der berechneten relativen Stellung offenbart.
Wenn die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt unter Benutzung eines kontaktlosen Sensors, wie etwa einer Kamera oder einem dreidimensionalen Sensor, gemessen und berechnet wird, kann das System kompliziert werden oder mehr kosten. Zudem kann es schwierig sein, die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt zu berechnen, abhängig von den Zuständen des ersten Objekts und des zweiten Objekts, wie etwa der Positionsbeziehung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt, den störenden Einwirkungsbedingungen mit umgebenden Objekten oder den Oberflächenformen des ersten Objekts und des zweiten Objekts.
Wenn ein System, das die Kraft steuern kann, die zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt wirkt, zum Berechnen der relativen Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt aus den Stellungen zu Beginn und Ende des Vorgangs nach dem Zusammenpassen des ersten Objekts mit dem zweiten Objekt benutzt wird, beinhaltet der Zusammenpassungsvorgang hohen Zeitaufwand, wodurch die Zykluszeit des Systems verlängert ist. Zudem können das erste Objekt und das zweite Objekt vorzugsweise zusammengepasst werden. Das erste Objekt kann vorzugsweise für den Zusammenpassungsvorgang bewegt werden. Probleme, wie etwa störende Einwirkung mit umgebenden Objekten, können nach dem Bewegen des ersten Objekts während des Zusammenpassungsvorgangs angetroffen werden. Die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt kann nicht berechnet werden, wenn das erste Objekt und das zweite Objekt ihre Zusammenpassung normal abschließen. Es ist häufig schwierig, das erste Objekt und das zweite Objekt zusammenzupassen, wenn die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt groß ist.
Wenn ein System, das die Kraft steuern kann, die zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt wirkt, zum Berechnen der relativen Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt aus den Stellungen zu Beginn und Ende des Vorgangs nach dem Kombinieren der Oberfläche des ersten Objekts mit jener des zweiten Objekts benutzt wird, beinhaltet der Oberflächenkombinationsvorgang hohen Zeitaufwand, wodurch die Zykluszeit des Systems verlängert ist. Zudem können das erste Objekt und das zweite Objekt vorzugsweise ihre Oberflächen kombiniert miteinander aufweisen. Das erste Objekt kann vorzugsweise für den Oberflächenkombinationsvorgang bewegt werden. Probleme, wie etwa störende Einwirkung mit umgebenden Objekten, können nach dem Bewegen des ersten Objekts während des Oberflächenkombinationsvorgangs angetroffen werden.
Die US 2013/0 197 696 A1 zeigt einen Roboter, der ausgebildet ist, ein quaderförmiges Objekt in eine entsprechende Ausnehmung eines zweiten Objekts einzusetzen, wobei ein Kraftsensor vorgesehen ist, der Kräfte zwischen den beiden Objekten messen kann und wobei der Roboter basierend auf den gemessenen Kräften gesteuert wird.
H. Bruyninckx, S. Dutre and J. De Schutter, „Peg-on-hole: a model based solution to peg and hole alignment," (Proceedings of 1995 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Nagoya, 1995, pp. 1919-1924 vol.2. doi: 10.1109/ROBOT.1995.525545) und S. R. Chhatpar and M. S. Branicky, „Search strategies for peg-in-hole assemblies with position uncertainty," (Proceedings 2001 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Expanding the Societal Role of Robotics in the the Next Millennium (Cat. No.01CH37180), Maui, HI, 2001, pp. 1465-1470 vol.3. doi: 10.1109/IROS.2001.977187) zeigen jeweils verschiedene Suchstrategien zur Ausrichtung eines in ein Loch einzuführenden Zapfens.
Kurzdarstellung der Erfindung
Insofern ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System vorzusehen, das vorzugsweise die relative Stellung oder die relative Position und Stellung zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt berechnet.
Zum Lösen der oben beschriebenen Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung ein Objektstellungsberechnungssystem vor, das eine relative Stellung zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt berechnet oder eine relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt berechnet, das System enthaltend das erste Objekt und das zweite Objekt, die eine Kombination eines Objekts mit einem Vorsprungsabschnitt und eines Objekts mit einem Aussparungsabschnitt enthält, wobei der Vorsprungsabschnitt und der Aussparungsabschnitt dazu konfiguriert sind, an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt zu kommen, wobei sich die drei Kontaktpunkte im Aussparungsabschnitt an einer Kante befinden, die ein Loch des Aussparungsabschnitts definiert, und nach dem Definieren, einer Achse, die für den Vorsprungsabschnitt eingerichtet ist und nicht senkrecht zur die drei Kontaktpunkte enthaltenden Ebene verläuft, als eine Vorsprungsabschnittsmittelachse, ein Minimalabstand zwischen jedem der Kontaktpunkte und der Vorsprungsabschnittsmittelachse einen konstanten Wert annimmt oder ein Minimalabstand zwischen jedem der Kontaktpunkte und der Vorsprungsabschnittsmittelachse auf der Grundlage eines Abstands zwischen einem Schnittpunkt einer von jedem der Kontaktpunkte zur Vorsprungsabschnittsmittelachse gezogenen Senkrechten, mit der Vorsprungsabschnittsmittelachse und einem anderen Punkt als dem Schnittpunkt auf der Vorsprungsabschnittsmittelachse bestimmt ist, zumindest eine Antriebseinheit, die das erste Objekt und das zweite Objekt relativ zueinander bewegt und zumindest eines des ersten Objekts und des zweiten Objekts hält und antreibt, eine Kraftmesseinheit, die eine Kraft misst, welche zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt wirkt, und eine Objektstellungsberechnungseinheit, die die Antriebseinheit zum Bewegen des ersten Objekts und des zweiten Objekts relativ zueinander benutzt, um das erste Objekt und das zweite Objekt miteinander in Kontakt zu bringen, und eine relative Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt berechnet oder eine relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt berechnet, auf der Grundlage des Minimalabstands und der Kraft, die durch die Kraftmesseinheit gemessen ist, wenn das erste Objekt und das zweite Objekt an den drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Vorsprungsabschnitt zumindest zwei Vorsprungsabschnitte und beinhaltet der Aussparungsabschnitt zumindest zwei Aussparungsabschnitte, und das erste Objekt enthält einen der zumindest zwei Vorsprungsabschnitte und der zumindest zwei Aussparungsabschnitte, das zweite Objekt enthält einen der zumindest zwei Vorsprungsabschnitte und der zumindest zwei Aussparungsabschnitte oder jedes des ersten Objekts und des zweiten Objekts enthält einen der zumindest zwei Vorsprungsabschnitte und der zumindest zwei Aussparungsabschnitte.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Objekt, das aus dem Vorsprungsabschnitt und dem Aussparungsabschnitt ausgewählt ist und in einem des ersten Objekts und des zweiten Objekts enthalten ist, abnehmbar an dem einen des ersten Objekts und des zweiten Objekts, die das zumindest eine Objekt enthalten, angebracht.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden, bevor das erste Objekt und das zweite Objekt an den drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, das erste Objekt und das zweite Objekt im Voraus zu einer relativen Annäherungsposition und Annäherungsstellung bewegt, sodass die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen.
In einer bevorzugten Ausführungsform misst die Kraftmesseinheit ferner eine Kraft, die auf eines der Antriebseinheit, des ersten Objekts und des zweiten Objekts einwirkt, und bevor das erste Objekt und das zweite Objekt an den drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, werden das erste Objekt und das zweite Objekt im Voraus zu einer relativen Annäherungsposition und Annäherungsstellung bewegt, sodass die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereichs fallen, auf der Grundlage der Kraft, die durch die Kraftmesseinheit gemessen ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Objektstellungsberechnungssystem ferner eine Objekterkennungseinheit, die zum Erkennen von zumindest einer Position und einer Stellung von einem des ersten Objekts und des zweiten Objekts innerhalb eines vorgegebenen Bereichs konfiguriert ist, wobei, bevor das erste Objekt und das zweite Objekt an den drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, das erste Objekt und das zweite Objekt im Voraus zu einer relativen Annäherungsposition und Annäherungsstellung bewegt werden, sodass die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereichs fallen, auf der Grundlage eines Erkennungsergebnisses, das durch die Objekterkennungseinheit erzielt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Objektstellungsberechnungssystem ferner eine Raumpositionszuweisungseinheit, die eine Vorrichtung, welche eine von einer Position und einer Position und Stellung in einem Raum zuweist, und eine Vorrichtung enthält, die die zugewiesene der Position und der Position und Stellung erkennt, wobei, bevor das erste Objekt und das zweite Objekt an den drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, das erste Objekt und das zweite Objekt im Voraus zu einer relativen Annäherungsposition und Annäherungsstellung bewegt werden, sodass die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt innerhalb eines vorgegebenen Positions- und Stellungsbereichs fallen, auf der Grundlage der einen der Position und der Position und Stellung, die durch die Raumpositionszuweisungseinheit zugewiesen ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zumindest eine einer Position und einer Stellung von einem des ersten Objekts und des zweiten Objekts bezüglich der Antriebseinheit auf der Grundlage von einer der relativen Stellung und der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit berechnet ist, berechnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine einer Position, einer Stellung und einer Position und Stellung, zu der eines des ersten Objekts, des zweiten Objekts und des ersten Objekts und des zweiten Objekts, die durch die Antriebseinheit bewegt werden sollen, bewegt wird, auf der Grundlage von einer der relativen Stellung und der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit berechnet ist, korrigiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zumindest eine Art von Bestimmung aus Qualitätsbestimmung von einem des ersten Objekts und des zweiten Objekts, Artbestimmung von einem des ersten Objekts und des zweiten Objekts und Bestimmung eines Haltezustands, in dem eines des ersten Objekts und des zweiten Objekts durch die Antriebseinheit gehalten ist, auf der Grundlage von einer der relativen Stellung und der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit berechnet ist, ausgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Vorsprungsabschnitt und der Aussparungsabschnitt dazu konfiguriert, in einer Kombination des Vorsprungsabschnitt und des Aussparungsabschnitts im ersten Objekt und im zweiten Objekt zusammengepasst zu werden, wobei die Antriebseinheit das erste Objekt und das zweite Objekt relativ zueinander bewegt, zumindest eines des ersten Objekts und des zweiten Objekts hält und bewegt und dazu konfiguriert ist, Bewegung zum Zusammenpassen des ersten Objekts und des zweiten Objekts auszuführen, wobei das Objektstellungsberechnungssystem ferner eine Passeinheit enthält, die die Antriebseinheit zum Bewegen des ersten Objekts und des zweiten Objekts relativ zueinander zum Ausführen von Kraftsteuerung zum Zusammenpassen des ersten Objekts und des zweiten Objekts benutzt, auf der Grundlage der Kraft, die durch die Kraftmesseinheit gemessen ist, und wobei die Passeinheit das erste Objekt und das zweite Objekt auf der Grundlage von einer der relativen Stellung und der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit berechnet ist, zusammenpasst.
Die Passeinheit kann das erste Objekt und das zweite Objekt nach der Bewegung zum Korrigieren von einer der relativen Stellung und der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt zusammenpassen, auf der Grundlage von einer der relativen Stellung und der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit berechnet ist.
Ferner kann die Passeinheit das erste Objekt und das zweite Objekt durch Ausführen von Kraftsteuerung auf Grundlage der Kraft, die durch die Kraftmesseinheit gemessen ist, zusammenpassen, um eine Bewegungsgeschwindigkeit zum Reduzieren der relativen Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt zu erhöhen, wenn die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt groß ist, auf der Grundlage von einer der relativen Stellung und der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit berechnet ist.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die die schematische Konfiguration eines Systems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine Ansicht, die die schematische Konfiguration eines Systems gemäß einer anderen ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
3a und 3b sind Ansichten, die die Modi darstellen, in denen ein erstes Objekt und ein zweites Objekt an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen;
4 ist eine Ansicht, die den Modus darstellt, in dem das erste Objekt und das zweite Objekt Vorsprungs- und Aussparungsabschnitte enthalten;
5a bis 5h sind Ansichten, die beispielhafte Formen des Vorsprungsabschnitts darstellen, der in zumindest einem des ersten Objekts und des zweiten Objekts enthalten ist;
6a und 6b sind Ansichten, die beispielhafte Querschnittsformen des Vorsprungsabschnitts darstellen, der in zumindest einem des ersten Objekts und des zweiten Objekts enthalten ist;
7a bis 7d sind Ansichten, die beispielhafte Formen des Aussparungsabschnitts darstellen, der in zumindest einem des ersten Objekts und des zweiten Objekts enthalten ist;
8a und 8b sind Ansichten, die beispielhafte Querschnittsformen des Aussparungsabschnitts darstellen, der in zumindest einem des ersten Objekts und des zweiten Objekts enthalten ist;
9a bis 9d sind Ansichten, die beispielhafte Kombinationen von Vorsprungs- und Aussparungsabschnitten im ersten Objekt und im zweiten Objekt darstellen;
10a und 10b sind Ansichten, die die Modi darstellen, in denen das erste Objekt und das zweite Objekt an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt gekommen sind;
11a bis 11c sind Ansichten, die die Modi darstellen, in denen das erste Objekt und das zweite Objekt an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt gekommen sind;
12a und 12b sind Ansichten, die die Modi darstellen, in denen das erste Objekt und das zweite Objekt an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt gekommen sind;
13a und 13b sind Ansichten, die die Modi darstellen, in denen das erste Objekt und das zweite Objekt an zwei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt gekommen sind;
14a und 14b sind Ansichten, die beispielhafte Einstellungen eines Kraftmessungskoordinatensystems zur Stellungsberechnung darstellen;
15a und 15b sind Ansichten, die beispielhafte Vorgänge zum in Kontakt bringen des ersten Objekts und des zweiten Objekts an drei Kontaktpunkten miteinander darstellen;
16a und 16b sind Ansichten, die eine andere beispielhafte Einstellung eines Kraftmessungskoordinatensystems zur Stellungsberechnung darstellen;
17 ist eine Ansicht, die die Form eines zweiten Objekts mit mehreren Aussparungsabschnitten darstellt; und
18a bis 18d sind Ansichten, die Formen mit mehreren Vorsprungsabschnitten und Aussparungsabschnitten darstellen, welche im ersten Objekt und im zweiten Objekt enthalten sind.

Detaillierte Beschreibung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden untenstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Zeichnungen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Glieder. Zum leichteren Verständnis nutzen diese Zeichnungen, wie zweckmäßig, verschiedene Maßstäbe.
In der vorliegenden Erfindung beinhaltet die „Kraft“, soweit nicht anders angegeben, Krafttranslationskomponenten und Kraftmomentkomponenten. Ferner versteht sich „A und/oder B“ als zumindest eines von A und B enthaltend, und beispielsweise versteht sich die „Position und/oder Stellung“ als zumindest eine der Position und der Stellung enthaltend.
In dieser Ausführungsform kann ein Koordinatensystem, das für einen Raum eingestellt ist, die Position und/oder Stellung des distalen Endabschnitts einer Antriebseinheit oder eines Objekts, das am distalen Endabschnitt der Antriebseinheit gehalten ist (wobei dieser Zustand den angebrachten Zustand beinhaltet), in einem orthogonalen Koordinatensystem, das bezüglich eines Raums festgelegt ist, darstellen. Der distale Endabschnitt des Antriebsmittels bezeichnet einen Abschnitt in der Antriebseinheit, der ein Objekt halten und bewegen kann. Ein Werkzeugkoordinatensystem ist für den distalen Endabschnitt einer Antriebseinheit oder ein Objekt, das am distalen Endabschnitt der Antriebseinheit gehalten ist, eingestellt und kann die Position und/oder Stellung des distalen Endabschnitts einer Antriebseinheit oder eines Objekts, das am distalen Endabschnitt der Antriebseinheit gehalten ist, darstellen, in einem Koordinatensystem, das für einen Untersatz, der die Antriebseinheit stützt, eingestellt ist oder einem Referenzkoordinatensystem, das für einen Raum eingestellt ist. Ein Steuerpunkt stellt die Position des distalen Endabschnitts einer Antriebseinheit oder eines Objekts dar, das an diesem distalen Endabschnitt gehalten ist. Ein Kraftsteuerkoordinatensystem ist mit einem Steuerpunkt an seinem Ursprung eingestellt, um die Position und/oder Stellung eines Objekts zu steuern, das am distalen Endabschnitt einer Antriebseinheit gehalten ist, auf der Grundlage der Kraft, die zwischen einem (einem ersten) Objekt und dem anderen (einem zweiten) Objekt wirkt. Ein Kraftmessungskoordinatensystem zur Stellungsberechnung ist zum Berechnen der relativen Stellung oder der relativen Position und Stellung zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt durch eine Objektstellungsberechnungseinheit eingestellt, auf der Grundlage der Kraft, die zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt wirkt. Umwandlung in eine Kraft in einem bestimmten Koordinatensystem bedeutet das Darstellen einer bestimmten Kraft in einem bestimmten Koordinatensystem als eine Kraft, die auf den Ursprung des bestimmten Koordinatensystems einwirkt.
In der Beschreibung dieser Ausführungsform stellt in mathematischen Ausdrücken „.“ Multiplikation einer Matrix und eines Vektors dar, stellt „x“ das Außenprodukt dar, stellt „*“ Multiplikation dar, stellt „/“ Division dar, stellt „Cos(x)“ eine Cosinusfunktion dar, stellt „Sin(x)“ eine Sinusfunktion dar, stellt „Arccos(x)“ eine inverse trigonometrische Funktion einer Sinusfunktion dar, stellt „Arcsin(x)“ eine inverse trigonometrische Funktion einer Sinusfunktion dar, stellt „Arctan(x)“ eine inverse trigonometrische Funktion einer Tangensfunktion dar und stellt „≈“ eine Annäherung von der linken Seite zur rechten Seite dar. P(Punkt b_Koordinatensystem a) stellt die Position von Punkt b im Koordinatensystem a dar. (Vektor A)^T stellt den transponierten Vektor von Vektor A dar.
Ein Objektstellungsberechnungssystem berechnet die relative Stellung zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt. 1 ist eine schematische Ansicht, die eine beispielhafte Konfiguration eines Objektstellungsberechnungssystems 11 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Objektstellungsberechnungssystem 11 enthält ein erstes Objekt 21, ein zweites Objekt 22 eine Antriebseinheit 50, die das erste Objekt 21 als eine Antriebseinheit bewegt, die zumindest eines des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 hält und bewegt, eine Kraftmesseinheit 31, die eine Kraft misst, welche zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 wirkt, und eine Objektstellungsberechnungseinheit 32, die die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 berechnet.
Das Objektstellungsberechnungssystem 11 enthält ferner eine Antriebseinheitssteuerung 52. Die Antriebseinheitssteuerung 52 enthält nicht nur eine Betriebsbefehlserzeugungseinheit 33, die einen Betriebsbefehl für die Antriebseinheit 50 erzeugt, sondern außerdem die Kraftmesseinheit31 und die Objektstellungsberechnungseinheit 32. Obgleich die Kraftmesseinheit 31 und die Objektstellungsberechnungseinheit 32 in dieser Ausführungsform in der Antriebseinheitssteuerung 52 vorgesehen sind, können sie beispielsweise in einer Zentralsteuerung, einer anderen Steuerung oder einem Arithmetikprozessor, der mit der Antriebseinheitssteuerung 52 verbunden ist, vorgesehen sein.
Die Antriebseinheit 50 enthält eine oder mehr Achsen, die jede für jeden vorgegebenen Steuerzyklus derart durch die Antriebseinheitssteuerung 52 gesteuert werden, dass der distale Endabschnitt der Antriebseinheit 50 an einer zugewiesenen Stelle positioniert werden kann. Die Antriebseinheitssteuerung 52 weist eine Hardwarekonfiguration auf, die beispielsweise eine CPU, einen ROM und einen RAM enthält, und enthält ferner beispielsweise eine Speichereinheit, eine Anzeigeausgabeeinheit, eine Eingabeeinheit und eine Signalausgabeeinheit, die verschiedene Signale (von denen hier keine dargestellt sind) zum Ausführen von verschiedenen Funktionen (die später beschrieben werden) ausgibt.
Jede der Antriebseinheit 50, die als 1 dargestellt ist, und einer Antriebseinheit 50', die als 2 dargestellt ist, ist in einem vertikalen, mehrgelenkigen Roboter implementiert, der sechs Achsen benutzt, wobei sie jedoch gleicherweise auf jegliche bekannte Roboter, die andere Modi aufweisen, und bekannte Antriebsvorrichtungen anwendbar sind, die Bewegungsmechanismen enthalten, solange sie das erste Objekt und das zweite Objekt relativ zueinander versetzen, drehen oder versetzen und drehen können. Wenn sich das zweite Objekt 22 bewegt, kann das erste Objekt 21 auf der Grundlage der Position und Stellung des zweiten Objekts 22 bewegt werden.
Die Betriebsbefehlserzeugungseinheit 33 erzeugt und gibt einen Betriebsbefehl für jede Steuerachse der Antriebseinheit 50 aus, um zu ermöglichen, dass sich die Antriebseinheit 50 gleichmäßig zu einer gewünschten Position und/oder Stellung bewegt. Die Betriebsbefehlserzeugungseinheit 33 kann ferner den Betriebsbefehl durch Ausführen von Filterverarbeitung zum Verhindern eines schnellen Anstiegs von Ruck- oder Antischwingungsverarbeitung zum Verringern der Schwingung auf den Betrieb der Antriebseinheit 50 hin oder durch Korrigieren der Befehlsposition und/oder -stellung beispielsweise hinsichtlich Biegung der Antriebseinheit 50 zum Erzielen von akkurater Bewegung zu einer Zielposition anpassen. Wenn die Antriebseinheitssteuerung 52, wie in 2 dargestellt, die Antriebseinheiten 50 und 50' bewegt, erzeugt die Antriebseinheitssteuerung 52 einen Betriebsbefehl für jede Steuerachse der Antriebseinheit 50' und gibt diesen aus, um zu ermöglichen, dass sich die Antriebseinheit 50', wie bei der Antriebseinheit 50, gleichmäßig zu einer gewünschten Position und/oder Stellung bewegt.
2 ist eine schematische Ansicht, die eine beispielhafte Konfiguration eines Objektstellungsberechnungssystems 11a gemäß einer anderen ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Objektstellungsberechnungssystem 11a enthält ein erstes Objekt 21, ein zweites Objekt 22, eine Antriebseinheit 50, die das erste Objekt 21 hält und bewegt, und eine Antriebseinheit 50', die das zweite Objekt 22 hält und bewegt, als Antriebseinheiten, die jede zumindest eines des ersten Objekts und des zweiten Objekts hält und bewegt, eine Kraftmesseinheit 31 und eine Objektstellungsberechnungseinheit 32. Ein Sechsachsenkraftsensor 51' ist am distalen Endabschnitt der Antriebseinheit 50' angebracht.
Wie das Objektstellungsberechnungssystem 11a kann das Objektstellungsberechnungssystem 11 ferner eine Antriebseinheit 50' enthalten, die das zweite Objekt 22 bewegt. Auf diese Art und Weise kann das Objektstellungsberechnungssystem zwei Antriebseinheiten enthalten, um unabhängige Bewegung des ersten Objekts und des zweiten Objekts zu ermöglichen. Jede Steuerachse der Antriebseinheit 50' wird durch die Antriebseinheitssteuerung 52 bewegt und gesteuert. Als zusätzliches Merkmal für die Antriebseinheitssteuerung 52 im Objektstellungsberechnungssystem 11 benutzt eine Antriebseinheitssteuerung 52 im Objektstellungsberechnungssystem 11a eine Betriebsbefehlserzeugungseinheit 33 zum Erzeugen eines Betriebsbefehls für die Antriebseinheit 50'. Die Kraftmesseinheit 31 kann eine Kraft messen, die zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 wirkt, auf der Grundlage der Kraft, die auf den Abschnitt der Antriebseinheit 50' wirkt, an dem das zweite Objekt 22 gehalten wird. Es kann sogar eine Antriebseinheitssteuerung, die die Antriebseinheit 50' bewegt, zusätzlich unabhängig von der Antriebseinheitssteuerung 52 vorgesehen sein.
Wenn die Antriebseinheit 50', die als 2 dargestellt ist, dazu benutzt wird, das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 miteinander in Kontakt zu bringen, kann das zweite Objekt 22 durch die Antriebseinheit 50' hinsichtlich beispielsweise der Reichweite und Richtung, in der die Antriebseinheit 50' beweglich ist, und der Zustände von peripheren Geräten bewegt werden, sodass die Antriebseinheit 50 den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 leicht miteinander in Kontakt bringen kann, durch Ermöglichen, dass sich die Antriebseinheit 50 frei von beispielsweise störender Einwirkung bewegt und nur Translation oder Drehung beinhaltet. Ferner wird, wenn die Antriebseinheit 50' das zweite Objekt 22 bewegt, die Antriebseinheit 50 vorzugsweise unter Berücksichtigung des Bewegungsbetrags bewegt. Eine Kraft, die zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 wirkt, kann sogar durch die Kraftmesseinheit 31 auf der Grundlage der Ausgabe des Kraftsensors 51' gemessen werden, der am distalen Endabschnitt der Antriebseinheit 50' angebracht ist.
Untenstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf das Objektstellungsberechnungssystem 11 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 1 dargestellt ist, beschrieben.
Das Objektstellungsberechnungssystem 11 benutzt die Antriebseinheit 50 zum Bewegen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 relativ zueinander, um das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 miteinander in Kontakt zu bringen, und benutzt die Objektstellungsberechnungseinheit 32 zum Berechnen der relativen Stellung oder der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 auf der Grundlage der Ausgabe von der Kraftmesseinheit 31, die eine Kraft misst, die zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 wirkt, wenn das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt gebracht sind.
Das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 sind eine Kombination eines Objekts mit einem Vorsprungsabschnitt und eines Objekts mit einem Aussparungsabschnitt, wobei der Vorsprungsabschnitt und der Aussparungsabschnitt dazu imstande sind, an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt zu kommen. Anders gesagt enthält, wenn das erste Objekt 21 einen Vorsprungsabschnitt enthält, das zweite Objekt 22 zumindest einen Aussparungsabschnitt, der an drei Kontaktpunkten mit dem Vorsprungsabschnitt in Kontakt kommen kann. Wenn das erste Objekt 21 einen Aussparungsabschnitt enthält, enthält das zweite Objekt 22 zumindest einen Vorsprungsabschnitt, der an drei Kontaktpunkten mit dem Aussparungsabschnitt in Kontakt kommen kann. Die drei Kontaktpunkte im Aussparungsabschnitt befinden sich auf der Kante, die das Loch des Aussparungsabschnitts definiert. Nach dem Definieren, als eine Vorsprungsabschnittsmittelachse, einer Achse, die für den Vorsprungsabschnitt eingestellt ist und nicht senkrecht zu der Ebene steht, welche die drei Kontaktpunkte enthält, nimmt der Minimalabstand zwischen jedem der Kontaktpunkte und der Vorsprungsabschnittsmittelachse einen vorgegebenen Wert (konstanten Wert) an oder wird der Minimalabstand zwischen jedem der Kontaktpunkte und der Vorsprungsabschnittsmittelachse auf der Grundlage des Abstands zwischen einem Schnittpunkt einer von jedem der Kontaktpunkte zur Vorsprungsabschnittsmittelachse gezogenen Senkrechten mit der Vorsprungsabschnittsmittelachse und einem vorgegebenen Punkt (einem anderen Punkt als der Schnittpunkt) auf der Vorsprungsabschnittsmittelachse bestimmt.
3a und 3b stellen die Modi dar, in denen Vorsprungs- und Aussparungsabschnitte, die im ersten Objekt 21 und im zweiten Objekt 22 enthalten sind, an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen. 3a stellt den Modus dar, in dem der äußere Abschnitt eines Hohlzylinders, der im ersten Objekt 21 enthalten ist, als ein Vorsprungsabschnitt benutzt ist und der innere Abschnitt eines Hohlzylinders, der im zweiten Objekt 22 enthalten ist, als ein Aussparungsabschnitt benutzt ist, um den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt zu bringen. 3b stellt den Modus dar, in dem der innere Abschnitt eines Hohlzylinders, der im ersten Objekt 21 enthalten ist, als ein Aussparungsabschnitt benutzt ist und der äußere Abschnitt eines Hohlzylinders, der im zweiten Objekt 22 enthalten ist, als ein Vorsprungsabschnitt benutzt ist, um den Aussparungsabschnitt des ersten Objekts 21 und den Vorsprungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt zu bringen. Auf diese Art und Weise kann der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 an drei Kontaktpunkten mit dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 in Kontakt gebracht werden oder der Aussparungsabschnitt des ersten Objekts 21 an drei Kontaktpunkten mit dem Vorsprungsabschnitt des zweiten Objekts 22 in Kontakt gebracht werden. Wenn Hohlzylinder mit ungefähr derselben Größe benutzt werden, können sie beide als ein Vorsprungsabschnitt und ein Aussparungsabschnitt dienen. Wie oben beschrieben können, wenn Objekte mit zweckmäßigen Größen und Innenräumen benutzt sind, wie etwa Hohlzylinder, diese sowohl als ein Vorsprungsabschnitt als auch ein Aussparungsabschnitt dienen. Der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 kann einen Hohlzylinder, der kontaktiert werden soll, mit einem Durchmesser ausbilden, welcher größer oder kleiner als jener des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 ist, wie in 3a dargestellt. Der Aussparungsabschnitt, der im ersten Objekt 21 enthalten ist, kann einen Hohlzylinder, der kontaktiert werden soll, mit einem Durchmesser ausbilden, welcher größer oder kleiner als jener des Vorsprungsabschnitts im zweiten Objekt 22 ist, wie in 3b dargestellt.
4 stellt den Modus dar, in dem das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 Vorsprungs- und Aussparungsabschnitte enthalten. jedes des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 enthält zumindest einen Satz von Vorsprungs- und Aussparungsabschnitten, und der Aussparungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Vorsprungsabschnitt des zweiten Objekts 22 oder der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 können an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen. Das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 können mehrere Vorsprungs- und Aussparungsabschnitte mit verschiedenen Größen oder Formen enthalten.
5a bis 5h stellen beispielhafte Formen eines Vorsprungsabschnitts 23 dar, der in zumindest einem des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 enthalten ist. Der Vorsprungsabschnitt 23 kann einen massiven Zylinder ausbilden, wie in 5a dargestellt, kann ein Objekt mit einem teilweise weggeschnittenen Kreisquerschnitt ausbilden, wie in 5b dargestellt, oder kann ein Objekt mit einem Kreisquerschnitt ausbilden, der einen Schnitt enthält, welcher breitet als jener des in 5b dargestellten Querschnitts ist, wie in 5c dargestellt. Alternativ kann der Vorsprungsabschnitt 23 ein Objekt mit einem Kreisquerschnitt ausbilden, der drei Schnitte enthält, wie in 5d dargestellt, oder ein Objekt mit einem Kreisquerschnitt ausbilden, der zwei Schnitte innerhalb des Bereichs enthält, welcher durch eine Position definiert ist, und einer massiven Zylinderform in seinem Abschnitt, der nicht die vorgegebene Position ist, wie in 5e dargestellt. Der Vorsprungsabschnitt 23 kann sogar ein Objekt ausbilden, das einen Innenraum enthält, der von keinem Objekt belegt ist, wie etwa ein Hohlzylinderobjekt, wie in 5f dargestellt, oder ein Objekt ausbilden, dessen Durchmesser abhängig vom Abstand zum Ende variiert, wie etwa einen sich verjüngenden Körper, wie in 5g und 5h dargestellt. Wenn ein sich verjüngender Körper benutzt ist, kann sein Durchmesser linear zunehmen oder abnehmen, wie in 5g dargestellt, oder nichtlinear in der Form von beispielsweise einer Exponential- oder quadratischen Funktion zunehmen oder abnehmen, wie in 5h dargestellt. Wenn das Objekt benutzt ist, das als 5a, 5f, 5g oder 5h dargestellt ist, kann eine Achse, um die der Vorsprungsabschnitt 23 symmetrisch ist, als eine Vorsprungsabschnittsmittelachse definiert sein. Wenn das Objekt benutzt ist, das als 5b, 5c, 5d oder 5e dargestellt ist, kann die Mittelachse eines massiven Zylinders, der den Vorsprungsabschnitt 23 minimal enthält, als eine Vorsprungsabschnittsmittelachse definiert sein.
6a und 6b stellen beispielhafte Querschnittformen des Vorsprungsabschnitts 23, der in zumindest einem des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 enthalten ist, entlang einer Vorsprungsabschnittsmittelachse dar, die für den Vorsprungsabschnitt 23 eingestellt ist. Bei Betrachtung in einer Querschnittperspektive entlang einer Vorsprungsabschnittsmittelachse, die für den Vorsprungsabschnitt 23 eingestellt ist, kann der Vorsprungsabschnitt 23 ein Objekt mit einer konvexen Form, wie etwa einer Halbkugelform, an ihrem distalen Endabschnitt und einer massiven Zylinderform am Rest ausbilden, wie in der Querschnittsform, die in 6a dargestellt ist. In diesem Falle kann, da der distale Endabschnitt des Vorsprungsabschnitts eine konvexe Form, wie etwa eine Halbkugelform, aufweist, der Vorsprungsabschnitt 23 seine Oberfläche nicht mit einer Ebene kombiniert aufweisen, die sich beispielsweise auf der Kante befindet, die den Aussparungsabschnitt im zweiten Objekt 22 definiert, und die relative Stellung zwischen den Vorsprungs- und Aussparungsabschnitten kann daher nicht durch Kombinieren der Oberfläche des Vorsprungsabschnitts 23 mit einer Ebene, die im zweiten Objekt 22 enthalten ist, berechnet werden. Bei Betrachtung in einer Querschnittsperspektive entlang einer Vorsprungsabschnittsmittelachse, die für den Vorsprungsabschnitt 23 eingestellt ist, kann der Vorsprungsabschnitt 23 ein Objekt ausbilden, das eine konkave Form, wie etwa eine halbkugelige Aussparung, an ihrem distalen Endabschnitt und eine massive Zylinderform an ihrem Rest aufweist, wie in der Querschnittsform, die in 6b dargestellt ist.
Wie oben beschrieben, kann der Vorsprungsabschnitt, der in zumindest einem des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 enthalten ist, einen Kreisquerschnitt oder einen Querschnitt, der ein Fragment eines Kreises enthält, an seinem distalen Endabschnitt aufweisen, sodass die Querschnittsform innerhalb des Bereichs fortlaufend ist, der durch eine vorgegebene Position definiert ist und einen Abschnitt des Vorsprungsabschnitts enthält, der einen massiven Zylinder an seinem Bereich außerhalb der vorgegebenen Position ausbildet. Der Vorsprungsabschnitt, der in zumindest einem des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 2 enthalten ist, kann außerdem hohl oder sich verjüngend sein. Der Vorsprungsabschnitt, der in zumindest einem des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 2 enthalten ist, kann sogar ein Objekt mit einer konvexen oder konkaven Form an ihrem distalen Endabschnitt ausbilden. Daher kann der Vorsprungsabschnitt, der in zumindest einem des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 2 enthalten ist, jegliche Form aufweisen, unter Ausnahme für die Abschnitte, an denen die Vorsprungs- und Aussparungsabschnitte an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, solange die oben genannten Bedingungen erfüllt sind.
7a bis 7d stellen beispielhafte Formen der Kante dar, die das Loch eines Aussparungsabschnitts 24 definiert, der in zumindest einem des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 enthalten ist. Der Aussparungsabschnitt 24 kann ein Objekt mit einer kreisförmigen Kante, die das Loch des Aussparungsabschnitts definiert, ausbilden, wie in 7a dargestellt, oder kann ein Objekt mit einer teilweise geschnittenen Kante, die das Loch des Aussparungsabschnitts definiert, ausbilden, wie in 7b dargestellt. Der Aussparungsabschnitt 24 kann sogar ein Objekt mit einer kreisförmigen Kante, die das Loch des Aussparungsabschnitts definiert und einen Schnitt enthält, der breiter als jener der Kante ist, die das Loch des Aussparungsabschnitts definiert, der als 7b dargestellt ist, ausbilden, wie in 7c dargestellt, oder ein Objekt mit einer kreisförmigen Kante, die das Loch des Aussparungsabschnitts definiert und drei Schnitte enthält, ausbilden, wie in 7d dargestellt.
8a und 8b stellen beispielhafte Querschnittsformen des Aussparungsabschnitts 24, der in zumindest einem des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 enthalten ist, entlang der Mittelachsenrichtung des Lochs des Aussparungsabschnitts dar. Der Aussparungsabschnitt 24 kann ein Objekt mit einer fortlaufenden Struktur, die mit der Form der Kante konform ist, welche das Loch des Aussparungsabschnitts definiert, innerhalb des Bereichs, der durch eine vorgegebene Position definiert ist, ausbilden, wie in 8a dargestellt, oder ein Objekt ausbilden, dessen Querschnittsform in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse des Lochs des Aussparungsabschnitts 24 in der Mittelachsenrichtung des Lochs des Aussparungsabschnitts 24 variiert, wie etwa ein Objekt mit einer halbkugeligen Aussparung, wie in 8b dargestellt.
Wie oben beschrieben, kann der Aussparungsabschnitt, der in zumindest einem des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 enthalten ist, eine Aussparung mit einer Kreisform, einer Form, die ein Fragment eines Kreises enthält oder dergleichen auf der Kante, die das Loch des Aussparungsabschnitts definiert, ausbilden. Der Aussparungsabschnitt, der in zumindest einem des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 enthalten ist, kann kein Objekt mit einer fortlaufenden Struktur ausbilden, die mit der Form der Kante konform ist, die das Loch des Aussparungsabschnitts definiert, beispielsweise durch Variieren der Querschnittsform des Aussparungsabschnitts der Querschnittsform des Aussparungsabschnitts in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse des Lochs des Aussparungsabschnitts in der Mittelachsenrichtung des Lochs des Aussparungsabschnitts. Der Aussparungsabschnitt, der in zumindest einem des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 enthalten ist, kann beispielsweise einen Körper ausbilden, dessen Konfiguration, die das Loch des Aussparungsabschnitts umgibt, in der Mittelachsenrichtung des Lochs des Aussparungsabschnitts variiert, wie etwa ein halbkugeliges konvexes Objekt, das das Loch des Aussparungsabschnitts enthält. Auf diese Art und Weise kann der Aussparungsabschnitt, der in zumindest einem des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 2 enthalten ist, jegliche Form aufweisen, unter Ausnahme für die Abschnitte, an denen die Vorsprungs- und Aussparungsabschnitte an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, solange die oben genannten Bedingungen erfüllt sind.
9a bis 9d sind Ansichten, die beispielhafte Kombinationen des Vorstandsabschnitts 23, der in zumindest einem des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 2 enthalten ist, und des Aussparungsabschnitts 24 darstellen, der in zumindest einem des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 2 enthalten ist, abweichend vom vorhergehenden Objekt, wie vorher angegeben. 9a stellt einen Vorsprungsabschnitt 23, der einen massiven Zylinder ausbildet, und einen Aussparungsabschnitt 24, der einen Hohlzylinder ausbildet, dar. 9b stellt einen Vorsprungsabschnitt 23 und einen Aussparungsabschnitt 24 dar, die beide Hohlzylinder ausbilden. 9c stellt einen Vorsprungsabschnitt 23, der einen massiven Zylinder ausbildet, und einen Aussparungsabschnitt 24 dar, der ein konvexes Objekt ausbildet, wie etwa eine Halbkugel, das das Loch im Aussparungsabschnitt enthält. 9d stellt einen Vorsprungsabschnitt 23, der einen massiven Zylinder ausbildet, der ein konvexes Objekt, wie etwa eine Halbkugel, an seinem Ende enthält, und einen Aussparungsabschnitt 24 dar, der einen Hohlzylinder ausbildet.
Zumindest eines von einem Teil, das den Vorsprungsabschnitt ausbildet, der in zumindest einem des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 enthalten ist, und einem Teil, das den Aussparungsabschnitt ausbildet, der in zumindest einem des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 enthalten ist, kann ein Objekt ausbilden, das abnehmbar an dem Objekt angebracht ist, welches einen von beiden Abschnitten enthält. Anders gesagt kann ein Teil, das den Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitt ausbildet, der im ersten Objekt 1 enthalten ist, ein Objekt sein, das abnehmbar am ersten Objekt 21 angebracht ist. Ein Teil, das den Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitt ausbildet, der im zweiten Objekt 22 enthalten ist, kann ein Objekt sein, das abnehmbar am zweiten Objekt 22 angebracht ist.
Die Antriebseinheit enthält zumindest eine Mechanismuseinheit, die ein Objekt bewegt, ist dazu konfiguriert, das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 relativ zueinander zu bewegen, und hält und bewegt zumindest eines des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22. In dieser Ausführungsform bedeutet das Halten eines Objekts durch die Antriebseinheit Vorgänge zum Vorbereiten eines Objekts, das durch die Antriebseinheit bewegt werden soll, wie etwa Greifen eines Objekts durch die Antriebseinheit oder Anordnung oder Anbringung eines Objekts an der Antriebseinheit. Die Antriebseinheit 50 kann zum Bewegen des ersten Objekts 21 benutzt werden, während die Antriebseinheit 50' zum Bewegen des zweiten Objekts 22 benutzt wird, wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Auf diese Art und Weise können das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 durch zumindest eine Antriebseinheit relativ zueinander bewegt werden, wie vorher angegeben. Die Antriebseinheit kann eine Mechanismuseinheit enthalten, die mit jeglichem Bewegungsmechanismus ausgerüstet ist, solange das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 relativ zueinander bewegt und durch Translation, Drehung oder Translation und Drehung an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt gebracht werden können. Der distale Endabschnitt der Antriebseinheit 50, an dem das erste Objekt 21 gehalten wird, als 1 dargestellt, ist mit einem Kraftsensor 51 zum Erkennen einer Kraft ausgerüstet, die auf den distalen Endabschnitt der Antriebseinheit 50 wirkt.
Der Kraftsensor 51 dient als ein Detektor, der eine Kraft erkennt, die zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 wirkt. Der Kraftsensor 51 kann ferner eine Kraft erkennen, die auf den distalen Endabschnitt der Antriebseinheit 50 wirkt. Die Antriebseinheitssteuerung 52 benutzt die Kraftmesseinheit 31 zum Messen einer Kraft, die zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 wirkt, auf der Grundlage der Ausgabe vom Kraftsensor 51, die für jede vorgegebene Zeit erkannt wird. Obgleich der Kraftsensor 51 in dieser Ausführungsform als Sechsachsenkraftsensor dient, kann jeglicher Kraftsensor benutzt werden, solange er Freiheitsgrade aufweist, die vorzugsweise zum Betrieb benutzt werden. Der Kraftsensor 51 kann an jeglichem Abschnitt, wie etwa dem distalen Endabschnitt der Antriebseinheit 50, jeder Steuerwelle der Antriebseinheit 50, dem Abschnitt, der die Antriebseinheit 50 stützt, dem Abschnitt, der das zweite Objekt 22 stützt, oder dem distalen Endabschnitt der Antriebseinheit 50', als 2 dargestellt, angebracht sein, solange er eine Kraft erkennen kann, die zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 wirkt. Obgleich die Kraftmesseinheit 31 in dieser Ausführungsform eine Kraft, die zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 wirkt, auf der Grundlage der Ausgabe vom Kraftsensor 51 misst, kann eine Kraft, die zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 wirkt, durch Erkennen von anderen Arten physikalischer Information gemessen werden, statt den Kraftsensor 51 zu benutzen.
Die Kraftmesseinheit 31 misst eine Kraft, die zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 wirkt, auf der Grundlage der Kraftdaten, die durch den Kraftsensor 51 erkannt werden. Die Kraftmesseinheit 31 könnte den Kraftsensor 51, der am distalen Ende der Antriebseinheit 50 angebracht ist, nicht benutzen, um eine Kraft zu messen, die zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 wirkt, und in diesem Fall kann, wenn ein Stellglied, das Achsen bewegt, die die Antriebseinheit 50 bilden, als ein Motor dient, eine Kraft, die zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 wirkt, durch Schätzen und Berechnen derselben gemessen werden, auf der Grundlage beispielsweise des Stromwerts, der Abweichungen zwischen den Befehlspositionen von Steuerachsen, die die Antriebseinheit 50 bilden, und ihren tatsächlichen Positionen, oder der Ausgabe von einem Momentsensor, der an jeder Steuerwelle der Antriebseinheit 50 angebracht ist.
Die Kraftmesseinheit 31 kann ferner Kräfte messen, die auf die Antriebseinheit 50, das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 wirken. In diesem Fall werden, wenn ein Stellglied, das den Kraftsensor 51, der an der Antriebseinheit 50 angebracht ist, oder Achsen, die die Antriebseinheit 50 bilden, als ein Motor dient, Kräfte, die auf die Antriebseinheit 50 (darunter beispielsweise eine Mechanismuseinheit und der distale Endabschnitt der Antriebseinheit 50) und ein Objekt, das durch die Antriebseinheit 50 gehalten und bewegt wird, wirken, auf der Grundlage beispielsweise des Stromwerts, der Abweichungen zwischen den Befehlspositionen von Steuerachsen, die die Antriebseinheit 50 bilden, und ihren tatsächlichen Positionen, oder der Ausgabe von einem Momentsensor, der an jeder Steuerwelle der Antriebseinheit 50 angebracht ist gemessen. Das zweite Objekt 22, das nicht durch die Antriebseinheit 50 bewegt wird, wird unter Benutzung eines Kraftsensors, der sich unter dem zweiten Objekt 22 befindet, oder auf dieselbe Art und Weise wie bei der Antriebseinheit 50 gemessen, wenn die Antriebseinheit 50' das zweite Objekt 22 hält.
Die Objektstellungsberechnungseinheit 32 benutzt die Antriebseinheit 50 zum Bewegen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 relativ zueinander, um das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 miteinander in Kontakt zu bringen, und berechnet die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 oder die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 auf der Grundlage der Kraft, die durch die Kraftmesseinheit 31 gemessen wird, wenn das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, und des Minimalabstands zwischen jedem Kontaktpunkt und der Vorsprungsabschnittsmittelachse.
Eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Berechnen der relativen Stellung oder der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 wird untenstehend unter Bezugnahme auf 10a bis 17 beschrieben.
10a stellt Information dar, die beispielsweise die Formen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 betrifft. 10b stellt den Zustand dar, in dem der Vorstandsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt stehen, bei Betrachtung eines Querschnitts entlang einer Ebene, die senkrecht zur Ebene steht, welche die drei Kontaktpunkte enthält, und die die Vorsprungsabschnittsmittelachse des ersten Objekts 21 enthält.
11a bis 11c stellen den Zustand dar, in dem das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt stehen. 11a stellt den Zustand dar, in dem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt stehen. 11b stellt den Zustand dar, in dem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt stehen, bei Betrachtung in einem Querschnitt entlang einer Ebene, die senkrecht zur Ebene steht, die die drei Kontaktpunkte enthält, und die die Vorsprungsabschnittsmittelachse des ersten Objekts 21 enthält. 11c stellt den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 zum Erläutern von Parametern theoretisch als getrennt dar, wobei der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 in der Praxis jedoch an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt stehen.
12a stellt den Zustand dar, in dem das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt stehen. 12b stellt den Zustand dar, in dem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt stehen, bei Betrachtung in einem Querschnitt entlang einer Ebene, die senkrecht zur Ebene steht, die die drei Kontaktpunkte enthält, und die die Vorsprungsabschnittsmittelachse des ersten Objekts 21 enthält.
13a und 13b stellen den Zustand dar, in dem das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 an zwei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt stehen. 14a und 14b stellt die Einstellung eines Kraftmessungskoordinatensystems zur Stellungsberechnung dar, das für das erste Objekt 21 eingestellt ist. 15a und 15b stellen Vorgänge zum Bringen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 in Kontakt miteinander an drei Kontaktpunkten dar. 16a und 16b stellen die Einstellung eines Kraftmessungskoordinatensystems zur Stellungsberechnung dar, das für das erste Objekt 21 eingestellt ist. 17 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Berechnung der Position und Stellung des zweiten Objekts 22 bezüglich des ersten Objekts 21 unter Benutzung von mehreren Aussparungsabschnitten, die im zweiten Objekt 22 enthalten sind.
Der Einfachheit halber wird in dieser Ausführungsform davon ausgegangen, dass ein Vorsprungsabschnitt im ersten Objekt 21 enthalten ist und einen massiven Zylinder ausbildet, wie in 10a dargestellt. Ein Aussparungsabschnitt ist im zweiten Objekt 22 enthalten und bildet ein Loch aus, das mit dem massiven Zylinder zusammenpasst werden kann, der durch den Vorsprungsabschnitt ausgebildet ist. Der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 bilden Objekte aus, die an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen können, wie vorher beschrieben, wenn die relative Stellung gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist..
Der Radius des massiven Zylinders, der durch den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 ausgebildet ist, ist als r dargestellt, und sein Durchmesser ist als d dargestellt, wie in 10a dargestellt. Der Radius des Lochs des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 ist als R dargestellt, und sein Durchmesser ist als D dargestellt. Der massive Zylinder, der durch den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 ausgebildet ist, weist eine vorgegebene Länge in der Mittelachsenrichtung des massiven Zylinder s auf, sodass die Vorsprungs- und Aussparungsabschnitte an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen können, wie vorher beschrieben. Der Mittelpunkt des Endabschnitts des massiven Zylinders, der durch den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 ausgebildet ist, ist als ein Punkt Oa dargestellt. Eine Vorsprungsabschnittsmittelachse La ist für die Mittelachse des massiven Zylinders als eine Achse eingestellt, die für den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 eingestellt ist. Der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 ist um die Vorsprungsabschnittsmittelachse La symmetrisch. Der Mittelpunkt des Endabschnitts, der das Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 definiert, ist als ein Punkt Ob dargestellt.
11a stellt den Zustand dar, in dem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt stehen, wie vorher beschrieben. Wie in 11a dargestellt, steht, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, die Vorsprungsabschnittsmittelachse La, die für den Vorsprungsabschnitt eingestellt ist, nicht senkrecht zu der Ebene, die die drei Kontaktpunkte enthält. Die drei Kontaktpunkte im Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 befinden sich auf der Kante, die das Loch des Aussparungsabschnitts definiert. Der Minimalabstand zwischen jedem der drei Kontaktpunkte und der Vorsprungsabschnittsmittelachse nimmt einen vorgegebenen Wert (konstanten Wert) an, oder der Minimalabstand zwischen jedem Kontaktpunkt und der Vorsprungsabschnittsmittelachse wird auf der Grundlage des Abstands zwischen einem Schnittpunkt einer von jedem der drei Kontaktpunkte zur Vorsprungsabschnittsmittelachse gezogenen Senkrechten mit der Vorsprungsabschnittsmittelachse und einem vorgegebenen Punkt (einem anderen Punkt als der Schnittpunkt und, in diesem Falle, der Punkt Oa) auf der Vorsprungsabschnittsmittelachse bestimmt (es ist jedoch zu beachten, dass für einen massiven zylindrischen Vorsprungsabschnitt dieser Minimalabstand selbst dann einen konstanten Wert annimmt, wenn der Abstand zwischen dem Schnittpunkt und dem Punkt, der nicht der Schnittpunkt ist, unterschiedlich ist).
Wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt stehen, wie vorher beschrieben, sind die drei Punkte als Pe1, Pe2 und Ps definiert. Die drei Kontaktpunkte Pe1, Pe2 und Ps befinden sich auf der Kante, die das Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 definiert, auf der Seite des ersten Objekts 21 und befinden sich auf dem Umfang eines Kreises mit dem Punkt Ob als seiner Mitte. Die drei Kontaktpunkte befinden sich auf dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 als zwei Punkte Pe1 und Pe2 auf dem Umfang eines Kreises auf der Kante des distalen Endabschnitts des massiven Zylinders auf der Seite des zweiten Objekts 22, und ein Punkt Ps auf der Seitenfläche des massiven Zylinders. Der Minimalabstand zwischen der Vorsprungsabschnittsmittelachse La und jedem der drei Kontaktpunkte des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 mit dem zweiten Objekt 22 ist gleich r.
Der Radius r und der Durchmesser d des massiven Zylinders, der durch den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 ausgebildet ist, und der Radius R und der Durchmesser D des Lochs des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 sind bekannt, jedoch können sie im Voraus entweder für das erste Objekt 21 oder das zweite Objekt 22 berechnet werden. Beispielsweise kann unter der Annahme, dass das erste Objekt 21 bezüglich eines anderen Objekts, wie etwa einer Wand, einer Basis oder eines anderen Werkstücks gekippt und in der Z-Achsenrichtung zum anderen Objekt in einem Werkzeugkoordinatensystem hin gepresst ist, das die Vorsprungsabschnittsmittelachse La des ersten Objekts 21 als seine Z-Achse aufweist, Berechnung auf der Grundlage der Kraft in der Z-Achsenrichtung und der Kräfte um andere Achsen ausgeführt werden. Alternativ kann der Durchmesser des ersten Objekts 21 auf der Grundlage der Position berechnet werden, an der das erste Objekt 21 mit einem anderen Objekt, wie etwa einer Wand, einer Basis oder einem anderen Werkstück in Kontakt kommt. Beispielsweise wird die kreisförmige Kante des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 mit einem anderen starren Objekt in Kontakt gebracht. Der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 wird dann um einen vorgegebenen Winkel um die Vorsprungsabschnittsmittelachse La gedreht, um die kreisförmige Kante des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 mit dem anderen starren Objekt in Kontakt zu bringen. Dabei wird Kontakt des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 durch Drehung um 180° um die Vorsprungsabschnittsmittelachse La hergestellt, oder es werden beispielsweise ein Kontaktvorgang und Positionserkennung zumindest dreimal in einem geeigneten Winkel durchgeführt, um einen Radius r und einen Durchmesser d des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 zu erhalten. Der Radius R und der Durchmesser D des Lochs des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 werden so berechnet, dass sie nahezu gleich dem Radius r und dem Durchmesser d des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 sind. Der Radius R und der Durchmesser D des Lochs des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 können im Voraus durch Einstellen eines TCP (Werkzeugmittelpunkt), eines Steuerpunkts und eines Werkzeugkoordinatensystems für einen Stift, der an der Antriebseinheit 50 angebracht ist, und Benutzen des Stifts berechnet werden.
Die Antriebseinheit 50 hält und bewegt das erste Objekt 21. In diesem Falle ist der Punkt Oa für den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 als ein Steuerpunkt zum Einstellen eines Werkzeugkoordinatensystems mit dem Steuerpunkt als seinem Ursprung eingestellt. Ein Werkzeugkoordinatensystem ist daher zum Bestimmen der Position und Stellung des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 bezüglich der Antriebseinheit 50 eingestellt. Ein Werkzeugkoordinatensystem ist durch orthogonale X-, Y- und Z-Achsen definiert. Die Z-Achse ist zum Übereinstimmen mit der Vorsprungsabschnittsmittelachse eingestellt, und die positive Richtung enthält eine Komponente in der Richtung weg vom Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22.
Die positiven und negativen Richtungen der X- und Y-Achse können in geeigneten Richtungen für das erste Objekt 21 eingestellt sein.
Wie in 11b dargestellt, ist, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, wie vorher beschrieben, der Winkel, den eine Normale zu der Ebene, die die drei Kontaktpunkte enthält, mit der Vorsprungsabschnittsmittelachse La, die für den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 eingestellt ist, bildet, als ein Winkel α definiert. Der Winkel α ist zwischen der positiven Richtung der Z-Achse eines Koordinatensystems CFb, das für das Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, und der positiven Richtung der Z-Achse eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa für Stellungsberechnung, das für den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 eingestellt ist, gebildet, wie später beschrieben wird.
Die Beziehungen zwischen dem Durchmesser d des massiven Zylinders, der durch den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 ausgebildet ist, dem Durchmesser D des Lochs des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 und dem Winkel α, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, wird im Folgenden betrachtet.
10b stellt den Zustand dar, in dem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt stehen, bei Betrachtung in einem Querschnitt entlang einer Ebene, die senkrecht zur Ebene steht, welche die drei Kontaktpunkte enthält, und die die Vorsprungsabschnittsmittelachse des ersten Objekts 21 enthält.
Wie in 10b dargestellt, wird, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 in der Richtung entlang der Vorsprungsabschnittsmittelachse La auf die Ebene projiziert, die die drei Kontaktpunkte enthält, und in diesem Fall, eine Ebene, die die Kante enthält, welche das Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 definiert. Die Schnittstelle des Abschnitts, der auf die Ebene projiziert wird, die die drei Kontaktpunkte enthält, und einer Ebene, die senkrecht zur Ebene, die die drei Kontaktpunkte enthält, steht und die Vorsprungsabschnittsmittelachse La enthält, dient als eine Linie, die den Punkt Ps und einen Endpunkt Pq, die als die Schnittstellenenden definiert sind, miteinander verbindet.
Die Länge der Linie, die den Punkt Ps und den Endpunkt Pq miteinander verbindet, ist als d/(Cos(a)) dargestellt. Wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontaktkommen, ist die Länge der Linie, die den Punkt Ps und den Endpunkt Pq miteinander verbindet, gleich oder größer als D und erfüllt: $d/ (Cos (α)) \geq D$
wobei D > d hält.
Aus Ausdruck (1) erhalten wir Ausdruck (2): $α \geq Arccos (d/D)$
Ausdruck (2) zeigt auf, dass sich, wenn der Durchmesser d des massiven Zylinders, der durch den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 ausgebildet ist, näher an den Durchmesser D des Lochs des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 herankommt, der Wert des Winkels α verringert, sodass selbst mit einer kleinen relativen Stellung Kontakt an drei Kontaktpunkten hergestellt ist. Ausdruck (2) zeigt ferner auf, dass, wenn beispielsweise der Vorsprungsabschnitt einen Durchmesser von (30 - 0,005) mm aufweist und der Aussparungsabschnitt einen Durchmesser von (30 + 0,005) mm aufweist, der Vorsprungs- und Aussparungsabschnitt in einem Winkel α von ungefähr 1,48° (inklusiv) bis ungefähr 90° (exklusiv) an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen. Es wird sogar aufgezeigt, dass, wenn der Vorsprungsabschnitt einen Durchmesser von (50 - 0,005) mm aufweist und der Aussparungsabschnitt einen Durchmesser von (50 + 0,005) mm aufweist, der Vorsprungs- und Aussparungsabschnitt in einem Winkel von ungefähr 1,15° (inklusiv) bis ungefähr 90° (exklusiv) an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen.
Wenn der Vorsprungs- und Aussparungsabschnitt zusammengepasst werden und die relative Stellung zwischen dem Vorsprungs- und Aussparungsabschnitt eine große Abweichung aufweist, ist es im Allgemeinen schwierig, Zusammenpassung durch Kraftsteuerung auf Grundlage der Kraft, die zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 wirkt, oder Zusammenpassung innerhalb einer vorgegebenen Zeit auszuführen. In einem solchen Fall werden gemäß der vorliegenden Erfindung die relative Stellung oder die relative Position und Stellung zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 berechnet und beispielsweise zum Bewegen des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 und des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 zu einer Positionsbeziehung, die durch die berechnete relative Stellung korrigiert ist, und dann zum Ausführen von Zusammenpassung durch Kraftsteuerung benutzt, wodurch es einfach gemacht ist, den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 mit so wenig Fehlern wie möglich oder in so kurzer Zeit wie möglich zusammenzupassen.
Ein Kraftmessungskoordinatensystem zur Stellungsberechnung wird zum Berechnen der relativen Stellung oder der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 auf der Grundlage der Kraft, die durch die Kraftmesseinheit 31 gemessen wird, wenn das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, und des Minimalabstands zwischen jedem Kontaktpunkt und der Vorsprungsabschnittsmittelachse benutzt. Die relative Stellung oder die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 werden auf der Grundlage einer Kraft berechnet, die durch Umwandeln der Kraft, die zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 wirkt, in jene im Kraftmessungskoordinatensystem zur Stellungsberechnung erhalten wird. Ein Kraftmessungskoordinatensystem zur Stellungsberechnung, das für den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 eingestellt ist, ist als ein Koordinatensystem CFa definiert, wie in 11a und 11c dargestellt. Wenn die relative Position und Stellung zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 in einen bestimmten Bereich fallen oder das erste Objekt 1 und das zweite Objekt 22 miteinander in Kontakt stehen, werden sie mit einer vorgegebenen Zielkraft in einer Richtung, die die negative Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung, das für den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 eingestellt ist, enthält, aneinandergepresst, und passive Kraftsteuerung wird ausgeführt, um die Zielkraft auf null in zwei orthogonalen Richtungen senkrecht zur Z-Achse anzupassen, um den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 zu bewegen, sodass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Vorsprungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei oder drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen können. In der folgenden Beschreibung wird vorausgesetzt, dass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 mit einer vorgegebenen Zielkraft in einer Richtung, die die negative Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung enthält, aneinandergepresst werden, und passive Kraftsteuerung ausgeführt wird, um die Zielkraft auf null in zwei orthogonalen Richtungen senkrecht zur Z-Achse anzupassen, um den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 zu bewegen, sodass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Vorsprungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei oder drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen können.
Ein Verfahren zum Einstellen eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung wird untenstehend beschrieben. Wenn ein Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung auf die folgende Art und Weise eingestellt wird, ist die Einstellung eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung vervollständigt. Zunächst wird ein Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung durch orthogonale X-, Y- und Z-Achsen definiert. Der Ursprung des Koordinatensystems wird derart auf der Vorsprungsabschnittsmittelachse eingestellt, dass er mit dem Mittelpunkt Oa des Kreises zusammenfällt, der durch den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 ausgebildet ist. Die X-, Y- und Z-Achsen des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung werden derart eingestellt, dass sie die folgenden Bedingungen erfüllen, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt kommen. Die Z-Achse wird derart eingestellt, dass sie mit der Vorsprungsabschnittsmittelachse zusammenfällt, und die positive Richtung enthält eine Komponente in der Richtung weg vom Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22. Die Y-Achse wird parallel zu einer Linie eingestellt, die die oben genannten Kontaktpunkte Pe1 und Pe2 miteinander verbindet, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 1 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen. Die positive Richtung der X-Achse enthält eine Komponente in der Richtung weg vom Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22.
Die Einstellung eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung wird folgendermaßen vervollständigt.
Zunächst wird der Ursprung eines Koordinatensystems, das durch orthogonale X-, Y- und Z-Achsen definiert ist, auf den Mittelpunkt Oa des Kreises eingestellt, der durch den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 ist. Die Z-Achse wird derart eingestellt, dass sie mit der Vorsprungsabschnittsmittelachse (in diesem Falle mit der Mittelachse des massiven Zylinders) zusammenfällt, und die positive Richtung wird derart eingestellt, dass sie eine Komponente in der Richtung weg vom Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 enthält. Im Anschluss wird die Drehrichtung um die Z-Achse für die X- und Y-Achse bestimmt. Solange die X- und Y-Achse bestimmt ist, ist die Richtung der anderen Achse ebenfalls bestimmt.
Der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 wird bezüglich des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 in der Richtung bewegt, in der der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt kommen, wie etwa die negative Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung, die negative Richtung der Z-Achse eines Werkzeugkoordinatensystems, das für das erste Objekt 21 eingestellt ist, oder die Richtung zum Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 hin in einem Koordinatensystem, das für einen Raum eingestellt ist. Nachdem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt gekommen sind, werden sie mit einer vorgegebenen Zielkraft in der negativen Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung aneinandergepresst, und es wird passive Kraftsteuerung zum Anpassen der Zielkraft auf null in zwei orthogonalen Richtungen senkrecht zur Z-Achse ausgeführt, um den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 derart zu bewegen, dass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei oder drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen. In diesem Falle wird, wenn das erste Objekt 21 zur Ruhe kommt, bestimmt, dass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei oder drei Kontaktpunkten in Kontakt gekommen sind.
Der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 wird daher bewegt, um den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 in diesem Fall an zwei Punkten Pe1 und Pe2 miteinander in Kontakt zu bringen, wie in 13a und 13b dargestellt, wobei jedoch dasselbe gilt, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen. 13b stellt den Zustand dar, in dem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei Kontaktpunkten in Kontakt kommen, wie in 13a dargestellt, bei Betrachtung in einem Querschnitt, der senkrecht zur Kante steht, die das Loch des Aussparungsabschnitts des Objekts 22 definiert, und die Vorsprungsabschnittsmittelachse La enthält. Eine Kraft Fe, die auf den Kontaktpunkt Pe2 wirkt, wird auf den Querschnitt projiziert. Wie in 13b dargestellt, wird, während der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt stehen, der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 mit einer vorgegebenen Zielkraft in einer Pressrichtung Pd1, die als die negative Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung definiert ist, an den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 gepresst, und passive Kraftsteuerung wird zum Anpassen der Zielkraft auf null in zwei orthogonalen Richtungen senkrecht zur Z-Achse ausgeführt, um den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 derart zu bewegen, dass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen. Obgleich diese Bewegung an drei Kontaktpunkten Kontakt herstellen kann, gilt dasselbe wie oben angegeben.
14a stellt den Modus dar, in dem der distale Endabschnitt des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 in der Ebene betrachtet wird, die durch die X- und Y-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung definiert ist, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen. Die Kontaktpunkte Pe1 und Pe2 befinden sich in der Ebene, die durch die X- und Y-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung definiert ist. Der Winkel β ist zwischen der negativen Richtung der Y-Achse und einem Segment gebildet, das den Punkt Oa mit dem Kontaktpunkt Pe1 im Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 verbindet, in der Ebene, die durch die X- und Y-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems zur Stellungsberechnung definiert ist.
Gehen wir hierbei davon aus, dass die Einstellung eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung vervollständigt ist und die X- und Y-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung bestimmte Stellungen aufweisen, wie in 14a dargestellt, bezüglich der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung.
Lassen wir im Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung Fx die Kraft in der X-Achsenrichtung sein, Fy die Kraft in der Y-Achsenrichtung, Fz die Kraft in der Z-Achsenrichtung, Mx die Kraft um die X-Achse, My die Kraft um die Y-Achse und Mz die Kraft um die Z-Achse. Wie vorher beschrieben, ist der Winkel β zwischen der negativen Richtung der Y-Achse und einem Segment gebildet, das den Punkt Oa mit dem Kontaktpunkt Pe1 im Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 verbindet, in der Ebene, die durch die X- und Y-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung definiert ist. µ ist der Ruhereibungskoeffzient. Der Kontaktpunkt Pe1 nimmt eine Kraft Fe, die in der Z-Achsenrichtung im Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungberechnung wirkt, und eine Kraft µ*Fe auf, die in der X-Achsenrichtung im Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung wirkt. Der Kontaktpunkt Pe2 nimmt eine Kraft Fe, die in der Z-Achsenrichtung im Kraftmessungskoordinatensystem zur Stellungsberechnung wirkt, und eine Kraft µ*Fe auf, die in der X-Achsenrichtung des Kraftmessungskoordinatensystems zur Stellungsberechnung wirkt. Im Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und im Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 sind die Kontaktpunkte Pe1 und Pe2 symmetrisch um eine Ebene, die senkrecht zu einer Ebene steht, welche die Kante enthält, die das Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 definiert, und den Punkt Oa und die Vorsprungsabschnittsmittelachse La enthält. Anders gesagt weisen die Positionen der Kontaktpunkte Pe1 und Pe2 im Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung gleiche X- und Z-Werte auf, und Y-Werte mit gleichen Absolutwerten und umgekehrten Vorzeichen. Die Positionen der Kontaktpunkte Pe1 und Pe2 im Koordinatensystem CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, weisen gleiche X- und Z-Werte auf, und Y-Werte mit gleichen Absolutwerten und umgekehrten Vorzeichen.
In diesem Fall werden unter der Annahme, dass der Ruhereibungskoeffizient µ an null angenähert sein kann, Fx, Fy, Fz, Mx, My und Mz durch die folgenden Ausdrücke (3) - (8) gegeben: $Fx = 0$
$Fy = 0$
$Fz = 2 * Fe$
$Mx = 0$
$My = 2 * Fe*r*Sin (β)$
$Mz = 0$
Ein anderes Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung wird als Nächstes betrachtet. Wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, wird, vorausgesetzt dass das oben angeführte Koordinatensystem als Referenzkoordinatensystem mit derselben Z-Achse benutzt wird, und wobei die X- und Y-Achse jeweils durch die X'- und Y'-Achse ersetzt werden, ein Koordinatensystem, das durch X- und Y-Achsen definiert ist, die durch Drehen des Referenzkoordinatensystems um θ um die Z-Achse erhalten werden, als das andere Koordinatensystem eingestellt. Anders gesagt wird ein Koordinatensystem, das mit dem Referenzkoordinatensystem, welches in 14a dargestellt ist, identisch ist, durch Drehen eines anderen Koordinatensystems um -θ um die Z-Achse erhalten. Eine Kraft, die durch Umwandeln der Kraft, welche zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 wirkt, in jene im anderen Koordinatensystem erhalten wird, wird im Folgenden betrachtet.
14b stellt den Modus, in dem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, bei Betrachtung in der Ebene, die die durch die X- und Y-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung definiert ist. Die Kontaktpunkte Pe1 und Pe2 befinden sich in der Ebene, die durch die X- und Y-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung definiert ist. Der Winkel β ist zwischen der negativen Richtung der Y-Achse und einem Segment gebildet, das den Punkt Oa mit dem Kontaktpunkt Pe1 im Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 verbindet, in der Ebene, die durch die X- und Y-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems zur Stellungsberechnung definiert ist. 14b stellt ferner die X'- und Y'-Achse des oben angegebenen Referenzkoordinatensystems und die X- und Y-Achse eines anderen Koordinatensystems dar.
In diesem Fall ergeben sich unter der Annahme, dass der Ruhereibungskoeffizient µ für eine Kraft, die durch Umwandeln der Kraft, welche zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 wirkt, in jene im anderen Koordinatensystem erhalten wird, an null angenähert werden kann, die folgenden Ausdrücke (9) - (14): $Fx = 0$
$Fy = 0$
$Fz = 2 * Fe$
$\begin{array}{l} Mx = Fe*r* (Sin (−θ + π /2 - β) + \\ Sin (- θ - π /2 - β)) \end{array}$
$\begin{array}{l} My = Fe*r* (Cos (−θ + π /2 - β) + \\ Cos (- θ - π /2 - β)) \end{array}$
$Mz = 0$
Aus den Ausdrücken (12) und (13) wird θ durch den folgenden Ausdruck (15) berechnet, als: $θ = Arctan (- Mx/My)$
Der Winkel θ wird derart erhalten, dass die positive Richtung der X-Achse eine Komponente in der Richtung weg vom Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 enthält, auf der Grundlage der Richtung, in der der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 nahe zueinander gebracht werden, um sie Kontakt herstellen zu lassen, und der Bedingung, in der sich der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 in der negativen Richtung der Z-Achse befindet. Auf der Grundlage des berechneten θ wird das oben angeführte Referenzkoordinatensystem aus dem oben angeführten anderen Koordinatensystem erhalten. Ein Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung, das die Ausdrücke (3) bis (8) erfüllt, kann dadurch eingestellt werden.
Auf diese Art und Weise kann die Y-Achse parallel zu einer Linie eingestellt werden, die die Punkte Pe1 und Pe2 miteinander verbindet, und ein Koordinatensystem, das als die positive Richtung der X-Achse eine Richtung aufweist, die eine Komponente in der Richtung weg vom Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 enthält, kann eingestellt werden. Dieses Einstellungsverfahren ist selbst dann anwendbar, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen. Das Einstellen eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung kann dadurch vervollständigt werden.
Das Einstellen eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung kann folgendermaßen vervollständigt werden.
Dasselbe Verfahren wie vorher angegeben wird dazu benutzt, um den Ursprung und die Z-Achse eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung einzustellen und den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei oder drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt zu bringen. Mit diesem Vorgang sind der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei oder drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt gekommen, wie vorher beschrieben, wie in 13a und 13b dargestellt. Die Drehrichtung um die Z-Achse wird im Folgenden für die X- und Y-Achse bestimmt. Solange die X- oder Y-Achse bestimmt ist, ist die Richtung der anderen Achse ebenfalls bestimmt.
16a stellt den Zustand dar, in dem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, bei Betrachtung in einem Querschnitt, der senkrecht zur Kante steht, die das Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 definiert und die Vorsprungsabschnittsmittelachse La enthält. Obgleich hierin Kontakt an zwei Kontaktpunkten beschrieben wird, gilt dasselbe für Kontakt an drei Punkten. Wie in 16a dargestellt, wird, nachdem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt gekommen sind, der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 mit einer vorgegebenen Zielkraft in einer Pressrichtung Pd1 an den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 gepresst, die als die negative Richtung der Z-Achse definiert ist, und passive Kraftsteuerung wird ausgeführt, um die Zielkraft auf null in zwei orthogonalen Richtungen senkrecht zur Z-Achse anzupassen.
Dabei wird, wenn eine Kraft auf Bewegung über einen vorgegebenen Abstand oder weniger von der gegenwärtigen Position in der folgenden Bewegung senkrecht zur Pressrichtung Pd1 hin wirkt, Kraftsteuerung ausgeführt, um mit einer vorgegebenen Zielkraft zu pressen, und die Bewegung wird nach einer vorgegebenen Zeit angehalten. Der Bewegungsbetrag bis zum Anhalten wird aufgezeichnet. Es wird dann Bewegung ausgeführt, um eine Rückkehr zur Position vor der Bewegung herzustellen. Derartige Kraftsteuerung und ein Vorgang zum Erkennen des Bewegungsbetrags zu dieser Zeit werden ausgeführt. Die Richtung, die sowohl als die Bewegungsrichtung als auch als die Pressrichtung dient, enthält zu dieser Zeit den Punkt Oa und ist durch einen Vorwärtsvektor bezüglich des Punkts Punkt Oa und einen Rückwärtsvektor bezüglich des Punkts Oa symmetrisch um die Z-Achse bezüglich des vorherigen Vektors definiert, in einer Ebene senkrecht zur Z-Achse. Der Vorgang zum Erkennen des Bewegungsbetrags wird während des Änderns der Richtung um die Z-Achse ausgeführt, mit zumindest einem reziproken Vorgang in einer Richtung und der Umkehrrichtung zur vorherigen. Beispielsweise wird ein reziproker Vorgang zum Erkennen der Bewegungsbeträge in der +Mv1-Vorwärtsrichtung und der -Mv1-Rückwärtsrichtung einmal oder öfter wiederholt, und dann wird ein reziproker Vorgang zum Erkennen der Bewegungsbeträge in der +Mv2-Richtung und der -Mv2-Richtung einmal oder öfter wiederholt, für mehrere Sätze von Richtungen, darunter die +Mv1- und -Mv1-Richtung, die +Mv2- und -Mv2-Richtung, die +Mv3- und -Mv3-Richtung und die +Mv4- und -Mv4-Richtung.
Auf diese Art und Weise wird ein Y-Achsen-Suchvorgang ausgeführt, bei dem beim Bewegen des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 die Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung, wenn die Position des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 dieselbe bleibt, einen vorgegebenen Wert oder weniger annimmt oder minimiert wird, als die Richtung der Y-Achse bestimmt wird. Ein derartiges Richtungssuchverfahren oder dergleichen wird zum Suchen nach und Erkennen einer Richtung parallel zu einem Segment benutzt, das zwei Kontaktpunkte am distalen Endabschnitt des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 miteinander verbindet. Es kann ein Suchverfahren eingesetzt werden, das vom oben angegebenen Verfahren abweicht und eine Suche nach einer Richtung parallel zu einem Segment ermöglicht, das zwei Kontaktpunkte am distalen Endabschnitt des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 miteinander verbindet. Die positive oder negative Richtung der Y-Achse wird ferner durch Einstellen der positiven Richtung der X-Achse auf eine Richtung, die eine Komponente in der Richtung weg vom Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 2 enthält, bestimmt, auf der Grundlage der Richtung, in die der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 nahe zueinander gebracht werden, um sie Kontakt herstellen zu lassen, und der Bedingung, in der sich der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 in der negativen Richtung der Z-Achse befindet. Alternativ kann, sobald die X- und Y-Achse eingestellt sind, wenn Bewegung in der negativen Richtung der X-Achse ausgeführt und nach Erkennen einer Kraft, die größer als ein vorgegebener Wert ist, angehalten wird, bestimmt werden, dass die Einstellung für ein großes Moment um die Y-Achse korrekt ist, und dass die X- und Y-Achse umgekehrte Vorzeichen für ein kleines Moment um die Y-Achse aufweisen, und wobei bei letzterem die positiven oder negativen Richtungen geändert werden können.
Die Einstellung eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung kann sogar folgendermaßen vervollständigt werden.
Ein Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung wird für den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 derart voreingestellt, dass die Einstellung des Kraftmessungskoordinatensystems zur Stellungsberechnung für das erste Objekts 21 vervollständigt ist, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt kommen und der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 zum Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 bewegt wird. In diesem Fall kommen der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 derart in Kontakt, dass eine Ebene, die senkrecht zur Ebene steht, die drei Kontaktpunkte enthält, an denen der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt kommen, und die Vorsprungsabschnittsmittelachse La enthält, eine bekannte Ebene wird. Wie vorher beschrieben, wird, wenn die Einstellung des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung für das erste Objekt 21 im Voraus vervollständigt wird, der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 mit einer vorgegebenen Zielkraft in der negativen Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung gepresst, passive Kraftsteuerung wird ausgeführt, um die Zielkraft auf null anzupassen, der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 wird mit einer vorgegebenen Zielkraft in die Z- und X-Richtung gepresst, und wenn das erste Objekt 21 zur Ruhe kommt, wird bestimmt, dass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt gekommen sind. Die vorgegebene Zielkraft kann eine Größenordnung aufweisen, die für jede Richtung variiert. Der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 kann mit einer vorgegebenen Zielkraft in der negativen Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung gepresst werden, und passive Kraftsteuerung kann ausgeführt werden, um die Zielkraft auf null in zwei orthogonalen Richtungen senkrecht zur Z-Achse anzupassen, und nachdem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 mit einer vorgegebenen Kraft in der Z-Achsenrichtung gepresst wurde und zur Ruhe kommt, kann der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 mit einer vorgegebenen Zielkraft in der negativen Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung gepresst werden, während er mit einer vorgegebenen Zielkraft in der negativen Richtung der X-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung gepresst wird, und passive Kraftsteuerung kann ausgeführt werden, um die Zielkraft auf null in der Y-Achsenrichtung anzupassen, um den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 mit einer vorgegebenen Zielkraft in der Z- und X-Achsenrichtung zu pressen und zu bewegen.
Zum Einstellen eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung auf die oben angegebene Art und Weise, kann ein Objekt, wie etwa eine andere Mechanismuseinheit, vorgesehen werden oder ein Bewegungsvorgang, der dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 zugeordnet ist, begrenzt werden, um die relative Stellung zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 einzuschränken. Der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 werden daher relativ zueinander in einer Ebene parallel zu einer Ebene, die die X- und Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung enthält, eingeschränkt. Obgleich die oben angegebene Bedingung hinsichtlich der Stellung für den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 erzielt wird, wenn beispielsweise ein Gerät oder ein Mechanismus, die eine derartige Bedingung erfüllen, benutzt wird oder die Antriebseinheit 50 das erste Objekt 21 unter einer derartigen Bedingung bezüglich des zweiten Objekts 22 bewegt, kann die Stellung um die Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung für den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 nicht geschätzt werden, sodass die relative Position und Stellung zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 akkurater unter Benutzung eines minimalen bevorzugten Verfahrens berechnet werden kann. Daher kann, wenn das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 miteinander bündig sind und im relativen Winkel variieren, da die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 auf der Grundlage der Kraft berechnet werden kann, die zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 wirkt, die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 unter Benutzung eines Kraftsensors berechnet werden, wenn beispielswese für einen anderen Vorgang oder Zustandsüberwachung angebracht, ohne andere Sensoren und dergleichen zu benutzen.
Die Einstellung eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung wird daher vervollständigt, um wiederum eine Position und Stellung und eine homogene Umwandlungsmatrix zum Kraftmessungskoordinatensystem CFa, das für das erste Objekt 21 eingestellt ist, bezüglich eines Koordinatensystems, das für einen Raum eingestellt ist, eines Koordinatensystems, das für die Antriebseinheit 50 eingestellt ist, oder eines Werkzeugkoordinatensystems einzustellen.
Bewegung zum Pressen des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 mit einer vorgegebenen Zielkraft in der negativen Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung zur Stellungsberechnung, um den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Punkten oder an zwei Punkten vor dem Kontakt an drei Punkten miteinander in Kontakt zu bringen, wenn die Einstellung des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung vervollständigt ist oder um die Einstellung des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung zu vervollständigen, wird im Folgenden betrachtet. Wenn die relative Stellung zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 ihren Kontakt an drei Kontaktpunkten zulässt, können der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen. Wie vorher hinsichtlich der Bedingung beschrieben, unter der der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, wenn der Winkel α, der die relative Stellung zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 darstellt, größer als ein vorgegebener Wert ist, können der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen.
Wenn bekannt ist, dass die relative Stellungzwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 groß genug ist, um den Kontakt an drei Kontaktpunkten zuzulassen, wird der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 in der Richtung bewegt, in der der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt kommen, wie etwa die negative Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung oder die Richtung zum Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 hin in einem Koordinatensystem, das für einen Raum eingestellt ist. Nachdem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt gekommen sind, wird der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 mit einer vorgegebenen Zielkraft in der negativen Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung gepresst, und passive Kraftsteuerung wird ausgeführt, um die Zielkraft auf null in zwei orthogonalen Richtungen senkrecht zur Z-Achse anzupassen, um den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 zu bewegen, sodass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei oder drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen können. In diesem Fall wird, wenn das erste Objekt 21 zur Ruhe kommt, bestimmt, dass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei oder drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt gekommen sind.
Wenn unbekannt ist, ob die relative Stellung zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 ihren Kontakt an drei Kontaktpunkten zulässt, wird Bewegung ausgeführt, um die relative Stellung zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 um einen vorgegebenen Wert zu ändern. In diesem Fall werden Informationsteile, wie etwa die Richtung, in der sich die relative Stellung ändert, und die ungefähre relative Stellungsreichweite, im Voraus erhalten, und die Stellung wird um einen vorgegebenen Wert auf der Grundlage der Informationsteile geändert, um eine relative Stellung einzustellen, die zulässt, dass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen (der Bewegungsbetrag der Stellung zu dieser Zeit wird aufgezeichnet, die relative Position und Stellung zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 werden berechnet, Korrektur um den Bewegungsbetrag wird ausgeführt, und die relative Stellung zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 vor der Bewegung der Stellung wird berechnet). Der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 wird dann in der Richtung bewegt, in der der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt kommen, wie etwa die negative Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung oder die Richtung zum Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 hin in einem Koordinatensystem, das für einen Raum eingestellt ist. Nachdem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt gekommen sind, wird der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 mit einer vorgegebenen Zielkraft in der negativen Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung gepresst, und passive Kraftsteuerung wird ausgeführt, um die Zielkraft an null in zwei orthogonalen Richtungen senkrecht zur Z-Achse anzupassen, um den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 zu bewegen, sodass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei oder drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen können. In diesem Fall wird, wenn das erste Objekt 21 zur Ruhe kommt, bestimmt, dass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei oder drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt gekommen sind.
Wenn der relative Stellungsbereich zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 zu schmal ist, um sie an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt zu bringen, wird Bewegung ausgeführt, um die Stellung um einen vorgegebenen Winkel zu ändern, um die relative Stellung zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 auf jene einzustellen, die es zulässt, dass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen (der Bewegungsbetrag der Stellung zu dieser Zeit wird aufgezeichnet, die relative Position und Stellung zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 werden berechnet, Korrektur um den Bewegungsbetrag wird ausgeführt, und die relative Stellung zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 vor der Bewegung der Stellung wird berechnet). Der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 wird dann in der Richtung bewegt, in der der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt kommen, wie etwa die negative Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung oder die Richtung zum Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 hin in einem Koordinatensystem, das für einen Raum eingestellt ist. Nachdem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt gekommen sind, wird der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 mit einer vorgegebenen Zielkraft in der negativen Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung gepresst, und passive Kraftsteuerung wird ausgeführt, um die Zielkraft an null in zwei orthogonalen Richtungen senkrecht zur Z-Achse anzupassen, um den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 zu bewegen, sodass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei oder drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen können. In diesem Fall wird, wenn das erste Objekt 21 zur Ruhe kommt, bestimmt, dass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei oder drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt gekommen sind.
In der obigen Beschreibung kann bestimmt werden, ob das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 eine Stellung aufweisen, die es ihnen ermöglicht, an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt zu kommen, auf der Grundlage der Größenordnung des Moments, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt kommen.
Wie oben beschrieben, kann die Stellung von zumindest einem des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 um einen vorgegebenen Wert oder mehr geändert werden, um eine relative Stellung einzustellen, die zulässt, dass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, wobei der Bewegungsbetrag zu dieser Zeit aufgezeichnet werden kann, die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 berechnet werden kann, Korrektur um den aufgezeichneten Bewegungsbetrag ausgeführt werden kann und die anfängliche relative Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 berechnet werden kann.
Nachdem die Einstellung eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung für den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 vervollständigt ist, wird das erste Objekt 21 bewegt, um den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt zu bringen.
15a und 15b stellen jede den Zustand dar, in dem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt kommen, bei Betrachtung in einem Querschnitt entlang einer Ebene, die senkrecht zu einer Ebene steht, welche die Kante enthält, die das Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 definiert, und die Vorsprungsabschnittsmittelachse La enthält. Die Y-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung steht senkrecht zur Papierfläche.
Nachdem die Einstellung eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung vervollständigt ist, wird der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 mit einer vorgegebenen Zielkraft in eine Pressrichtung Pd1, die als die negative Richtung der Z-Achse definiert ist, und einer Pressrichtung Pd2 gepresst, die als die negative Richtung der X-Achse definiert ist, passive Kraftsteuerung wird ausgeführt, um die Zielkraft auf null in der Y-Achsenrichtung anzupassen, um den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 mit einer vorgegebenen Zielkraft in den Pressrichtungen Pd1 und Pd2 zu pressen, und wenn das Objekt 21 zur Ruhe kommt, wird bestimmt, dass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt gekommen sind. 15a stellt ein erstes Objekt 21a dar, das die Position des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 darstellt, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts an zwei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen und die Einstellung eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung vervollständigt ist, wie vorher beschrieben. 15a stellt ferner den anschließenden Zustand dar, in dem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 nach der oben angegebenen Bewegung an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt gekommen sind.
Nachdem die Einstellung eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung für den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 vervollständigt ist, können der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 unter Benutzung eines anderen Verfahrens bewegt werden, um sie an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt zu bringen. Der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 wird mit einer vorgegebenen Zielkraft in einer Pressrichtung Pd1 gepresst, die als die negative Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung definiert ist, und passive Kraftsteuerung wird ausgeführt, um die Zielkraft an null in zwei orthogonalen Richtungen senkrecht zur Z-Achse anzupassen, um den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 zu bewegen, sodass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei oder drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen. In diesem Fall wird, wenn das erste Objekt 21 nach dem Pressen mit einer vorgegebenen Zielkraft in der Pressrichtung Pd1 zur Ruhe kommt, bestimmt, dass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an zwei oder drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt gekommen sind. Wie vorher beschrieben, wird, nachdem die Einstellung eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung vervollständigt ist, passive Kraftsteuerung ausgeführt, um die Zielkraft auf null in zwei orthogonalen Richtungen senkrecht zur Z-Achse während des Pressens des Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 in einer vorgegebenen Zielkraft in einer Pressrichtung Pd1, die als die negative Richtung der Z-Achse definiert ist, anzupassen, um es um die Y-Achse in der RY-Richtung, die als die negative Drehrichtung um die Y-Achse definiert ist, zu drehen, und wenn die Kraft um die Y-Achse eine vorgegebene Zielkraft erreicht oder Kontakt erkannt wird, wird bestimmt, dass Kontakt an drei Kontaktpunkten hergestellt wurde, und die Drehung wird angehalten. Dies ermöglicht, dass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen. 15b stellt ein erstes Objekt 21a dar, das die Position des Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 darstellt, wenn die Einstellung eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung vervollständigt ist, und den Zustand, in dem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 nach der Bewegung in der Pressrichtung Pd1 und der RY-Drehrichtung um die Y-Achse an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen. Der Winkel, in dem Drehung um die Y-Achse zu dieser Zeit ausgeführt wird, wird aufgezeichnet, der relative Winkel zwischen der Vorsprungsabschnittsmittelachse La und der Z-Achse des Koordinatensystems CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, wird berechnet, und Korrektur um den aufgezeichneten Winkel wird ausgeführt, sodass der relative Winkel zwischen der Vorsprungsabschnittsmittelachse La und der Z-Achse des Koordinatensystems CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, für den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 vor der Drehung um die Y-Achse berechnet werden kann.
Wie in 5b, 5c, 5d und 5e dargestellt, werden, wenn der Endabschnitt des Vorsprungsabschnitts beispielsweise einen Kreis mit einem Schnitt ausbildet, der Vorsprungs- und Aussparungsabschnitt vorzugsweise zu einer Position und Stellung in einem vorgegebenen Bereich vor dem Kontakt zwischen dem Vorsprungs- und Aussparungsabschnitt bewegt, sodass der Vorsprungs- und Aussparungsabschnitt an zwei oder drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen können, wie vorher beschrieben.
Wie vorher beschrieben, ist die Einstellung eines Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung vervollständigt, und in diesem Zustand können der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 auf der Grundlage der Einstellung an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen. Dies ermöglicht, dass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und die Kante, die das Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 definiert, an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, um die Positions- und Stellungsbeziehungen zwischen dem eingestellten Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung und den drei Kontaktpunkten auf jene einzustellen, wie sie in 11a bis 11c dargestellt sind.
Der Zustand, in dem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, wird im Folgenden betrachtet.
Wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an den Kontaktpunkten Pe1, Pe2 und Ps miteinander in Kontakt kommen, nimmt der Minimalabstand zwischen jedem der drei Kontaktpunkte und der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung, die außerdem als die Vorsprungsabschnittsmittelachse La dient, einen konstanten Wert r an. (In dieser Ausführungsform nimmt der Minimalabstand zwischen jedem Kontaktpunkt und der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung einen konstanten Wert an, wobei jedoch dieser Minimalabstand auf der Grundlage der Z-Abmessung des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung bestimmt werden kann. Selbst in diesem Falle werden die relative Stellung oder die relative Position und Stellung des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 unter Benutzung desselben Verfahrens, wie in dieser Ausführungsform beschrieben, berechnet). Die Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung, die außerdem als die Vorsprungsabschnittsmittelachse La dient, steht nicht senkrecht zur Ebene, die die drei Kontaktpunkte enthält. Die drei Kontaktpunkte befinden sich auf der Kante, die das Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 definiert. Die Positions- und Stellungsbeziehungen zwischen den drei Kontaktpunkten und der X-, Y- und Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung sind folgendermaßen eingestellt. Die Y-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung weist eine positive Richtung auf, die parallel zu einer Linie ist, die die Kontaktpunkte Pe1 und Pe2 miteinander verbindet, und parallel zur Richtung vom Kontaktpunkt Pe1 zum Kontaktpunkt Pe2. Die negativen Richtungen der Z- und X-Achse enthalten eine Komponente in der Richtung zum Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 hin. Eine Ebene, die die Z- und X-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung enthält, steht senkrecht zur Ebene, die die drei Kontaktpunkte enthält.
Anschließend wird die Positions- und Stellungsbeziehung zwischen dem Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung und dem Koordinatensystem, das für die Kante eingestellt ist, die das Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 definiert, unter Benutzung des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung, das auf die oben angegebene Art und Weise definiert ist, der drei Kontaktpunkte und einer Kraft berechnet, die durch Umwandeln der Kraft, welche zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 wirkt, in jene im Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung erhalten wird.
Zum Berechnen der Position und Stellung des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 bezüglich des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung wird ein Koordinatensystem CFb für das Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 eingestellt, wie als 11b und 11s dargestellt. Ein Koordinatensystem CFb ist durch orthogonale X-, Y und Z-Achsen definiert. Der Ursprung des Koordinatensystems CFb wird als der Mittelpunkt Ob der Kante eingestellt, die das Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 definiert. Der Punkt Ob dient als der Mittelpunkt der drei Kontaktpunkte Pe1, Pe2 und Ps, an denen der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt kommen. Eine Achse, die senkrecht zur Ebene steht, welche die drei Kontaktpunkte enthält, wird als die Z-Achse des Koordinatensystems CFb eingestellt. Die positive Richtung der Z-Achse wird derart eingestellt, dass sie eine Komponente in der Richtung weg vom Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 enthält. Die Y-Achse des Koordinatensystems CFb wird parallel zur Y-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung und identisch in positiver Richtung eingestellt, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen. Die X-Achse des Koordinatensystems CFb wird eindeutig aus der Z- und X-Achse des Koordinatensystems CFb bestimmt.
Unter Bezugnahme auf 11a, 11b und 11c ist die Kraft, die zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 wirkt, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, als eine Kraft im Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung dargestellt. Anders gesagt ist eine bestimmte Kraft im Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung dargestellt, unter der Annahme, dass die bestimmte Kraft auf den Ursprung des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung wirkt.
Der Winkel α ist zwischen der Vorsprungsabschnittsmittelachse La, die die für den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 eingestellt ist, und einer Normalen zur Ebene ausgebildet, die drei Kontaktpunkte enthält, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an den drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, und zwischen der positiven Richtung der Z-Achse im Koordinatensystem CFb, das für das Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, und der positiven Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung ausgebildet, wie in 11b dargestellt, wie vorher beschrieben. µ ist der Ruhereibungskoeffizient. Der Kontaktpunkt Pe1 nimmt eine Kraft Fe, die in der positiven Richtung der Z-Achse im Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung wirkt, und eine Kraft µ*Fe auf, die in der positiven Richtung der X-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung wirkt, wie in 11a dargestellt. Der Kontaktpunkt Pe2 nimmt eine Kraft Fe, die in der positiven Richtung der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung wirkt, und eine Kraft µ*Fe auf, die in der positiven Richtung der X-Achse im Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung wirkt. Der Kontaktpunkt Ps nimmt eine Kraft Fs, die in der positiven Richtung der X-Achse im Kraftmessungskoordinatensystem zur Stellungsberechnung wirkt, und eine Kraft µ*Fe auf, die in der positiven Richtung der Z-Achse im Kraftmessungskoordinatensystem zur Stellungsberechnung wirkt.
Wenn der Schnittpunkt einer Senkrechten, die vom Kontaktpunkt Ps zur Vorsprungsabschnittsmittelachse La läuft, als ein Punkt Pt definiert wird, ist h der Abstand vom Punkt Oa zum Punkt Pt, d.h. zur Position des Punkts Pt auf der Z-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung. Der Winkel β ist zwischen der negativen Richtung der Y-Achse und einem Segment gebildet, das den Punkt Oa mit dem Kontaktpunkt Pe1 verbindet, in der Ebene, die durch die X- und Y-Achse des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung definiert ist. Der Winkel β' ist zwischen der negativen Richtung der Y-Achse und einem Segment gebildet, das den Punkt Ob mit dem Kontaktpunkt Pe1 im Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 verbindet, in der Ebene, die durch die X- und Y-Achse des Koordinatensystems CFb definiert ist, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, wie in 11c dargestellt. 11c stellt den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 zum Erläutern des Winkels β' theoretisch als getrennt dar, wobei der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 in der Praxis jedoch an den Kontaktpunkten Pe1, Pe2 und Ps miteinander in Kontakt stehen.
Wie in 11a dargestellt, sind im Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und im Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 die Kontaktpunkte Pe1 und Pe2 symmetrisch um eine Ebene, die senkrecht zur Ebene steht, welche drei Kontaktpunkte enthält, an denen der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt stehen, und die Vorsprungsabschnittsmittelachse La enthält. Anders gesagt weisen die Positionen der Kontaktpunkte Pe1 und Pe2 im Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung gleiche X- und Z-Werte auf, und Y-Werte mit gleichen Absolutwerten und umgekehrten Vorzeichen. Die Positionen der Kontaktpunkte Pe1 und Pe2 im Koordinatensystem CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, weisen gleiche X- und Z-Werte auf, und Y-Werte mit gleichen Absolutwerten und umgekehrten Vorzeichen.
Nach der Umwandlung der Kraft, die zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 wirkt, in eine Kraft im Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung, d.h. eine Kraft, die auf den Ursprung des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung wirkt, ist im Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung die Kraft in der X-Achsenrichtung als Fx dargestellt, die Kraft in der Y-Achsenrichtung als Fy dargestellt, die Kraft in der Z-Achsenrichtung als Fz dargestellt, die Kraft um die X-Achse als Mx dargestellt, die Kraft um die Y-Achse als My dargestellt und die Kraft um die Z-Achse als Mz dargestellt. Fx, Fy, Fz, Mx, My und Mz sind jeweils durch die folgenden Ausdrücke (16) - (21) gegeben: $Fx = Fs + 2 * μ * Fe$
$Fz = μ * Fs + 2 * Fe$
$My = Fs * h + μ * Fs * r + 2 * Fe * r * Sin (β)$
$Fy = 0$
$Mx = 0$
$Mz = 0$
Wenn µ bekannt ist, haben wir die Ausdrücke (22) - (24): $Fe = (Fz - μ * Fx) / (2 * (1 - μ * μ))$
$Fs = (Fx - μ * Fz) / (1 - μ * μ)$
$(r * Fz - My) * μ * μ + {h * Fz + [Sin (β) - 1] * r * Fx} * μ + [My - h * Fx - Sin (β) * r * Fz] = 0$
Wenn µ ≈ 0 (µ nahezu null ist), kann sich an My durch den Ausdruck (25) angenähert werden, als: $My \approx h * Fx + Sin (β) * r * Fz$
Die Positions- und Stellungsbeziehungen zwischen dem Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung, den drei Kontaktpunkten Pe1, Pe2 und Ps, an denen der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt kommen, und dem Koordinatensystem CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, werden im Folgenden betrachtet.
Die Positionen der Kontaktpunkte Pe1, Pe2 und Ps für das Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung sind durch die Ausdrücke (26), (28) bzw. (30) gegeben, und die Positionen der Kontaktpunkte Ps, Pe1 und Pe2 bezüglich des Koordinatensystems CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, sind durch die Ausdrücke (27), (29) bzw. (31) gegeben, als: $P (Punkt Ps_Koordinatensystem CFa) = [- r, 0, h] T$
$P (Punkt Ps_Koordinatensystem CFb) = {[\begin{matrix} - R, & 0, & 0 \end{matrix}]}^{\land} T$
$P (Punkt Pe1_Koordinatensystem CFa) = {[\begin{matrix} - r * Sin (β), & - r * Cos (β), & 0 \end{matrix}]}^{\land} T$
$P (Punkt Pe1_Koordinatensystem CFb) = {[\begin{matrix} R * Sin (β'), & - R * Cos (β'), & 0 \end{matrix}]}^{\land} T$
$P (Punkt Pe2_Koordinatensystem CFa) = {[\begin{matrix} - r * Sin (β), & r * Cos (β), & 0 \end{matrix}]}^{\land} T$
$P (Punkt Pe2_Koordinatensystem CFb) = {[\begin{matrix} R * Sin (β'), & R * Cos (β'), & 0 \end{matrix}]}^{\land} T$
β und β' erfüllen die Bedingung des folgenden Ausdrucks (32): $R * Cos (β') = r * Cos (β)$
Aus dem Koordinatensystem CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, ist eine homogene Umwandlungsmatrix Tb zum Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung durch den Ausdruck (33) gegeben: $Tb = [\begin{matrix} Cos (- α) & 0 & Sin (- α) & Δ Px \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ - Sin (- α) & 0 & Cos (- α) & Δ Pz \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{matrix}]$
wobei ΔPx die Position des Punkts Oa in der X-Achsenrichtung im Koordinatensystem CFb ist, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist. ΔPz ist die Position des Punkts Oa in der Z-Achsenrichtung im Koordinatensystem CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist.
Unter Benutzung der homogenen Umwandlungsmatrix Tb und der Positionen der Kontaktpunkte Ps, pe1 und Pe2 im Koordinatensystem CFa, sind die Positionen der Kontaktpunkte Ps, Pe1 und Pe2 im Koordinatensystem CFb jeweils durch die folgenden Ausdrücke (34) - (36) gegeben: $\begin{array}{l} {[P {(Punkt Ps_Koordinatensystem CFb)}^{\land} T, 1]}^{\land} T = Tb \cdot [P (Punkt Ps_Koordinatensystem \\ {CFa)}^{\land} T, {1]}^{\land} T \end{array}$
$\begin{array}{l} {[P {(Punkt Pe1_Koordinatensystem CFb)}^{\land} T, 1]}^{\land} T = Tb \cdot [P (Punkt Pe1_Koordinatensystem \\ {CFa)}^{\land} T, {1]}^{\land} T \end{array}$
$\begin{array}{l} {[P {(Punkt Pe2_Koordinatensystem CFb)}^{\land} T, 1]}^{\land} T = Tb \cdot [P (Punkt Pe2_Koordinatensystem \\ {CFa)}^{\land} T, {1]}^{\land} T \end{array}$
Aus den Ausdrücken (26) bis (36) werden, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt stehen, Bedingungen der folgenden Ausdrücke (37) - (41) im Koordinatensystem CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, abgleitet als: $R * Sin (β') + r * Sin (β) * Cos (α) = Δ Px$
$R * Cos (β') = r * Cos (β)$
$r * Sin (β) * Sin (α) = Δ Pz$
$r * Cos (α) + h * Sin (α) = R + Δ Px$
$- r * Sin (α) + h * Cos (α) = - Δ Pz$
R ist nahezu r, d.h., kann an r angenähert werden. Dann kann β an β' angenähert werden.
Aus den Ausdrücken (37) bis (41) werden h, β, ΔPx bzw. ΔPz durch die folgenden Ausdrücke (42) - (45) berechnet als: $h = 2 * r * (1 - Cos (α)) / Sin (α)$
$β = Arcsin ((1 - Cos (α)) / (1 + Cos (α)))$
$Δ Px = r * (1 - Cos (α))$
$Δ Pz = r * Sin (α) * (1 - Cos (α)) / (1 + Cos (α))$
Einsetzen der Ausdrücke (42) und (43) in den Ausdruck (25) ergibt als einen Winkel α durch Ausdruck (46) als: $α = 2 * Arctan (- \frac{Fx}{Fz} + \frac{\sqrt{r * (r * Fx * Fx + Fz * My)}}{r * Fz})$
Die Position des Punkts Oa des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung auf der X-, Y- und Z-Achse des Koordinatensystems CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, wird berechnet als: $\begin{array}{l} P (Punkt Oa_Koordinatensystem CFb) = [(r * (1 - Cos (α)), 0, r * Sin (α) * (1 - Cos (α)) / (1 + \\ {Cos (α))]}^{\land} T \end{array}$
Der Winkel α und die Position des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung bezüglich des Koordinatensystems CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, werden dadurch berechnet. Die Positionen von drei Kontaktpunkten bezüglich des Koordinatensystems CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, werden ferner berechnet. Dadurch wird wiederum die Position und Stellung des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 bezüglich des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 berechnet.
Der Ausdruck (42) zeigt auf, dass, um den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt zu bringen, der massive Zylinder, der durch den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 ausgebildet ist, vorzugsweise eine Länge von 2*r*(1 - Cos(α))/Sin(α) oder mehr in der Richtung entlang der Vorsprungsabschnittsmittelachse La aufweist. Da h und β aus den Ausdrücken (42) und (43) erhalten werden, können die Kontaktpunkte Pe1, Pe2 und Ps im Koordinatensystem CFa erhalten werden, um wiederum die Positionen von Kontaktpunkten im ersten Objekt 21 zu erhalten.
Obgleich die obige Beschreibung voraussetzt, dass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 einen massiven Zylinder ausbildet, wird untenstehend eine Form beschrieben, mit der der Minimalabstand zwischen jedem Kontaktpunkt und der Vorsprungsabschnittsmittelachse bestimmt wird, auf der Grundlage des Abstands zwischen dem Schnittpunkt einer Senkrechten, die von jedem Kontaktpunkt zur Vorsprungsabschnittsmittelachse verläuft, mit der Vorsprungsabschnittsmittelachse und einem vorgegebenen Punkt (einem anderen Punkt als dem Schnittpunkt), wie etwa eine Form, die abhängig vom Abstand in der axialen Richtung der Vorsprungsabschnittsmittelachse La vom Ende des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 im Durchmesser variiert, darunter eine sich verjüngende Form, wie in 5g und 5h.
12a stellt den Zustand dar, in dem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt stehen, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 einen Kegelstumpf ausbildet und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 ein Loch ausbildet. 12b stellt den Zustand dar, in dem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt stehen, bei Betrachtung in einem Querschnitt entlang einer Ebene, die senkrecht zur Ebene steht, die die drei Kontaktpunkte enthält, und die Vorsprungsabschnittsmittelachse des ersten Objekts 21 enthält, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 einen Kegelstumpf ausbildet und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 ein Loch ausbildet. Es wird hierin vorausgesetzt, dass der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 vom oben angegebenen massiven Zylinder, wie in 11a bis 11c dargestellt, zu einer Form, wie etwa einem Kegelstumpf, geändert ist, die abhängig von h in der axialen Richtung der Vorsprungsabschnittsmittelachse La im Durchmesser variiert, während das Ende des Vorsprungsabschnitts dieselbe Kreisform wie im massiven Zylinder aufweist, wie in 12a bis 12b dargestellt, und der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 an drei Kontaktpunkten mit dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 in Kontakt kommt. Andere Bedingungen und Details als die Änderung im Durchmesser eines Objekts, das durch den Vorsprungsabschnitt in der axialen Richtung der Vorsprungsabschnittsmittelachse La ausgebildet ist, sind dieselben wie vorher beschrieben. Der vorgegebene Punkt auf der Vorsprungsabschnittsmittelachse ist auf den Ursprung des Kraftmessungskoordinatensystems zur Stellungsberechnung eingestellt. In diesem Fall ändert sich nur die Position des Kontaktpunkts Ps in der negativen Richtung der X-Achse im Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung. Unter derartigen Umständen werden, wenn ein Radius r' des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 aus h bestimmt wird, geometrische Bedingungen im Koordinatensystem CFb, gleicherweise durch Austauschen von r in Ausdruck (40) und (41) der Ausdrücke (37) bis (41) durch den Abstand r' abgeleitet, der aus h berechnet wird, beispielsweise Konstante A*h + Konstante B, Konstante A*h*h oder dergleichen. Unter den oben angeführten Bedingungen werden, wenn der Minimalabstand zwischen dem Kontaktpunkt Ps und der Vorsprungsabschnittsmittelachse als r' dargestellt ist, die Ausdrücke (40) und (41) jeweils durch die Ausdrücke (48) und (49) neu ausgedrückt als: $r' * Cos (α) + h * Sin (α) = R + Δ Px$
$- r' * Sin (α) + h * Cos (α) = - Δ Pz$
Hinsichtlich der obigen Beschreibung wird im Folgenden ein spezifischer Fall, in dem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 von einem massiven Zylinder in einen Kegelstumpf abgeändert ist, betrachtet. Der Kegelstumpf, der durch den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 ausgebildet ist, und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 kommen an den drei Kontaktpunkten Pe1, Pe2 und Ps miteinander in Kontakt, wie als 12a und 12b dargestellt. Parameter und dergleichen, die als 12a und 12b dargestellt sind, sind dieselben wie als 11a und 11b dargestellt oder wie vorher beschrieben. Der Durchmesser eines Objekts, das durch den Vorsprungsabschnitt ausgebildet ist, ändert sich in der axialen Richtung der Vorsprungsabschnittsmittelachse La, unähnlich den Bedingungen, die als 11a bis 11c dargestellt sind. Der Minimalabstand von jedem der Kontaktpunkte Pe1 und Pe2 zur Vorsprungsachsenmittellinie La ist als r definiert, wie als 12a und 12b dargestellt. Der Schnittpunkt einer Senkrechten, die vom Kontaktpunkt Ps zur Vorsprungsabschnittsmittelachse La verläuft, mit der Vorsprungsabschnittsmittelachse La ist als Pt definiert. Der Abstand zwischen dem Schnittpunkt Pt und dem Punkt Oa, der als ein vorgegebener Punkt auf der Vorsprungsabschnittsmittelachse La dient, ist als h definiert. Der Minimalabstand zwischen dem Kontaktpunkt Ps und der Vorsprungsabschnittsmittelachse La ist gleich dem Abstand zwischen den Kontaktpunkten Ps und Pt, der als r + a*h gemäß der Form des Kegelstumpfs, der durch den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 ausgebildet ist, bestimmt ist, wobei a eine Konstante ist. Dadurch werden, wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 einen Kegelstumpf ausbildet, die oben angeführten Ausdrücke (40) und (41), wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 einen massiven Zylinder ausbildet, jeweils durch die Ausdrücke (50) und (51) neu ausgedrückt als: $(r + a * h) * Cos (α) + h * Sin (α) = R + Δ Px$
$- (r + a * h) * Sin (α) + h * Cos (α) = - Δ Pz$
Die Verwendung der neu ausgedrückten Ausdrücke (50) und (51) und der ursprünglichen Ausdrücke (37), (38), (39), (41) und (25) ergibt einen Winkel α auf dieselbe Art und Weise wie vorher beschrieben.
Wie oben beschrieben werden nicht nur dann, wenn der Minimalabstand zwischen jedem Kontaktpunkt und der Vorsprungsabschnittsmittelachse einen konstanten Wert annimmt, sondern auch dann, wenn der Minimalabstand zwischen jedem Kontaktpunkt und der Vorsprungsabschnittsmittelachse auf der Grundlage des Abstands zwischen dem Schnittpunkt einer Senkrechten, die von jedem Kontaktpunkt zur Vorsprungsabschnittsmittelachse verläuft, und einem vorgegebenen Punkt (einem anderen Punkt als der Schnittpunkt) auf der Vorsprungsabschnittsmittelachse bestimmt wird, der Winkel α und die Position des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung bezüglich des Koordinatensystems CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, berechnet, um wiederum die Position und Stellung des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 bezüglich des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 zu berechnen. Wenn die kegelstumpfförmige Seitenfläche an eine Ebene gepresst wird, die sich am zweiten Objekt 22 befindet, wie etwa eine Ebene, die die Kante enthält, welche das Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 definiert, genügt es, einen Winkel θc des sich verjüngenden Abschnitts zu erzielen und den Kegelstumpf, der durch den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 ausgebildet ist, unter Benutzung der Winkel α und θc zu drehen und zu pressen.
Eine homogene Umwandlungsmatrix aus dem Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung zum Koordinatensystem CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, wird aus einer Matrix berechnet, die invers zur homogenen Umwandlungsmatrix Tb ist, dargestellt durch die Ausdrücke (33), (44), (45) und (46). Anders gesagt wird die Positions- und Stellungsbeziehung zwischen dem Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung und dem Koordinatensystem, das für die Kante eingestellt ist, die das Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 definiert, erzielt. Dadurch kann die Stellung einer Ebene, die die Kante enthält, und die mittlere Position der Kante, die das Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 definiert, bezüglich des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 berechnet werden, um wiederum die Position und Stellung des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 bezüglich des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 zu berechnen. Es ist zu beachten, dass, wenn es genügt, die Stellung einer Ebene, die die Kante enthält, und die mittlere Position der Kante zu erhalten, die das Loch des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 definiert, keine Positions- und Stellungsbeziehung zwischen dem Koordinatensystem CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, und dem Koordinatensystem, das die Position und Stellung des zweiten Objekts 22 darstellt, erhalten werden könnte.
Eine Position und Stellung und eine homogene Umwandlungsmatrix zum Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung bezüglich eines Koordinatensystems, das für einen Raum eingestellt ist, eines Koordinatensystems, das für die Antriebseinheit 50 eingestellt ist, oder eines Werkzeugkoordinatensystems kann auf die oben angegebene Art und Weise eingestellt oder berechnet werden.
Eine Position und Stellung und eine homogene Umwandlungsmatrix zum Koordinatensystem CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, bezüglich beispielsweise eines Koordinatensystems, das für einen Raum eingestellt ist, eines Koordinatensystems, das für die Antriebseinheit 50 eingestellt ist, oder eines Werkzeugkoordinatensystems kann auf der Grundlage einer homogenen Umwandlungsmatrix zum Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung bezüglich jeden dieser Koordinatensysteme und einer homogenen Umwandlungsmatrix aus dem Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung zum Koordinatensystem CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, berechnet werden.
Wenn die Beziehung zwischen dem Koordinatensystem CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, und dem Koordinatensystem, das die Position und Stellung des zweiten Objekts 22 darstellt, eingestellt, bekannt oder berechnet wurde, kann die Position und Stellung des zweiten Objekts 22 bezüglich beispielsweise eines Koordinatensystems, das für einen Raum eingestellt ist, eines Koordinatensystems, das für die Antriebseinheit 50 eingestellt ist, oder eines Werkzeugkoordinatensystems auf der Grundlage einer homogenen Umwandlungsmatrix aus dem Koordinatensystem CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, zum Koordinatensystem, das die Position und Stellung des zweiten Objekts 22 darstellt, und einer homogenen Umwandlungsmatrix aus beispielsweise einem Koordinatensystem, das für einen Raum eingestellt ist, einem Koordinatensystem, das für die Antriebseinheit 50 eingestellt ist, oder einem Werkzeugkoordinatensystem zum Koordinatensystem CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, berechnet werden.
Wenn das Koordinatensystem CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, und das Koordinatensystem, das die Position und Stellung des zweiten Objekts 22 darstellt, nur in der Stellung um die Z-Achse des Koordinatensystems CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, abweichen, kann die Stellung um die Z-Achse des Koordinatensystems CFb durch Berechnen der Stellung einer Ebene, die sich in einem anderen Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 befindet, oder durch Bringen des ersten Objekts 21 in Kontakt mit einem anderen Abschnitt des Objekts 22, Erkennen desselben und Berechnen des Winkels um die Z-Achse des Koordinatensystems CFb berechnet werden. Auf diese Art und Weise kann eine Stellung, die nicht berechnet werden kann, unter Benutzung von Merkmalen der Form des zweiten Objekts 22 erhalten werden.
Ein Koordinatensystem, das die Position und Stellung des zweiten Objekts 22 darstellt, kann mit, als seiner Y-Achse, einer Achse parallel zu einer Linie, die die Kontaktpunkte Pe1 und Pe2 zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander verbindet, voreingestellt werden, und die positive Richtung der X-Achse kann unter Berücksichtigung des Zustands voreingestellt werden, in dem der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 miteinander in Kontakt kommen.
Die Positions- und Stellungsbeziehung zwischen dem Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung und dem Koordinatensystem, das die Position und Stellung des zweiten Objekts 22 darstellt, kann unter Benutzung von mehreren Aussparungsabschnitten berechnet werden, die im zweiten Objekt 22 angeordnet sind und bekannte Positions- und Stellungsbeziehungen untereinander aufweisen. Zunächst wird die Positions- und Stellungsbeziehung zwischen dem Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung und einem Koordinatensystem CFb, das für einen Aussparungsabschnitt, der sich am zweiten Objekt 22 befindet, eingestellt ist, berechnet. Dann wird die Positions- und Stellungsbeziehung zwischen dem Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung und einem Koordinatensystem CFb', das für einen weiteren Aussparungsabschnitt, der sich am zweiten Objekt 22 befindet, eingestellt ist, berechnet. Die Positions- und Stellungsbeziehung zwischen dem Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung und dem Koordinatensystem, das die Position und Stellung des zweiten Objekts 22 darstellt, kann auf der Grundlage des oben angegebenen Ergebnisses und der bekannten Positions- und/oder Stellungsbeziehung zwischen einem Aussparungsabschnitt, der sich am zweiten Objekt 22 befindet, und einem weiteren Aussparungsabschnitt, der sich am zweiten Objekt 22 befindet, berechnet werden. In diesem Fall können Positions- und Stellungsbeziehungen mit der Berechnung des Kraftmessungskoordinatensystems CFa zur Stellungsberechnung für die mehreren Aussparungsabschnitte berechnet werden, um wiederum die Position und Stellung des zweiten Objekts 22 für höhere Dimensionen zu berechnen oder die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 akkurater zu berechnen. Auf diese Art und Weise können die Formen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 oder mehrere Vorsprungsabschnitte oder Aussparungsabschnitte, die sich am ersten Objekt 21 oder am zweiten Objekt 22 befinden, dazu benutzt werden, die Position und Stellung des zweiten Objekts 22 für höhere Dimensionen zu berechnen oder die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 akkurater zu berechnen.
Ein Verfahren zum Berechnen einer Abweichung der Stellung um die Z-Achse des Koordinatensystems CFb, wenn das Koordinatensystem, das die Position und Stellung des zweiten Objekts 22 darstellt, und das Koordinatensystem CFb, das für den Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 eingestellt ist, nur in der Stellung um die Z-Achse des Koordinatensystems CFb voneinander abweichen, unter Benutzung eines weiteren Aussparungsabschnitts, der sich am zweiten Objekt 22 befindet, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 17 beschrieben.
Das zweite Objekt 22 enthält Aussparungsabschnitte 22a und 22b, wie als 17 dargestellt. Die Aussparungsabschnitte 22a und 22b des zweiten Objekts 22 bilden Hohlzylinder mit demselben Durchmesser aus. Der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 22 bildet ebenfalls einen Hohlzylinder aus, der denselben Durchmesser wie jenen der Aussparungsabschnitte 22a und 22b des zweiten Objekts 22 aufweist. Die Mittelachsen der Hohlzylinder, die durch die Aussparungsabschnitte 22a und 22b des zweiten Objekts 22 ausgebildet sind, stehen senkrecht zueinander. Die Position und Stellung des zweiten Objekts 22 sind durch ein Koordinatensystem CF0 dargestellt. Das Koordinatensystem CF0 ist durch drei orthogonale Achsen definiert: eine X-Achse, die in 17 mit X0 bezeichnet ist, eine Y-Achse, die mit Y0 bezeichnet ist, und eine Z-Achse, die mit Z1 bezeichnet ist, und weist einen Punkt Ob als seinen Ursprung auf. Ein Koordinatensystem, das für das zweite Objekt 22 eingestellt ist, wenn die relative Position und Stellung zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt 22a des zweiten Objekts 22 durch Bringen des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 und den Aussparungsabschnitt 22a des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten in Kontakt miteinander berechnet werden, ist als ein Koordinatensystem CFb definiert. Das Koordinatensystem CFb ist durch orthogonale Achsen definiert: eine X-Achse, die in 17 mit X1 bezeichnet ist, eine Y-Achse, die mit Y1 bezeichnet ist, und eine Z-Achse, die mit Z1 bezeichnet ist, und weist einen Punkt Ob als seinen Ursprung auf. Die Koordinatensysteme CF0 und CFb weisen denselben Ursprung und dieselbe Z-Achse auf. Die Koordinatensysteme CF0 und CFb weichen nur in der Stellung um die Z-Achse des Koordinatensystems CFb voneinander ab.
Ein Koordinatensystem, das für das zweite Objekt 22 eingestellt ist, wenn die relative Position und Stellung zwischen dem Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und dem Aussparungsabschnitt 22b des zweiten Objekts 22 durch Bringen des Vorsprungsabschnitts des ersten Objekts 21 und den Aussparungsabschnitt 22b des zweiten Objekts 22 an drei Kontaktpunkten in Kontakt miteinander berechnet werden, ist als ein Koordinatensystem CFb2 definiert. Das Koordinatensystem CFb2 ist durch orthogonale Achsen definiert: eine X-Achse, die in 17 mit X2 bezeichnet ist, eine Y-Achse, die mit Y2 bezeichnet ist, und eine Z-Achse, die mit Z2 bezeichnet ist, und weist einen Punkt Ob2 als seinen Ursprung auf. Die relative Position und Stellung zwischen den Koordinatensystemen CFb und CFb2 kann daher auf der Grundlage der Position und Stellung des Koordinatensystems CFa berechnet werden.
Wir gehen davon aus, dass ein Koordinatensystem CF0 durch Drehen des Koordinatensystems CFb um die Z-Achse des Koordinatensystems CFb berechnet wird. Das Koordinatensystem CFb wird derart um die Z-Achse des Koordinatensystems CFb gedreht, dass die Ebene, die die X- und Y-Achse des Koordinatensystems CFb2 enthält, und die Y-Achse des Koordinatensystems CFb parallel zueinander hergestellt werden, sich der Punkt Ob2 in der positiven Richtung der X-Achse nach der Drehung befindet oder die X-Achse parallel und identisch in der Richtung der Z-Achse des Koordinatensystems CFb2 hergestellt wird. Ein Koordinatensystem CF0 kann daher durch Drehen des Koordinatensystems CFb um die Z-Achse des Koordinatensystems CFb berechnet werden. Auf diese Art und Weise kann eine dreidimensionale Position und Stellung des zweiten Objekts 22 bezüglich des ersten Objekts 21 berechnet werden, um wiederum eine Stellung mit höheren Freiheitsgraden zu berechnen, unter Benutzung der relativen Positions- und Stellungsbeziehungen zwischen mehreren Aussparungsabschnitten, die sich am zweiten Objekt 22 befinden. Die Position und Stellung des zweiten Objekts 22 kann auf der Grundlage der Positionen und Stellungen von mehreren Aussparungsabschnitten, die sich am zweiten Objekt 22 befinden, sogar noch akkurater berechnet werden.
Wie oben beschrieben, kann eine Stellung mit mehreren Freiheitsgraden oder eine akkuratere Position und Stellung unter Benutzung von mehreren Vorsprungsabschnitten oder Aussparungsabschnitten, die sich am ersten Objekt 21 oder am zweiten Objekt 22 befinden, und der relativen Positions- und Stellungsbeziehungen zwischen den mehreren Vorsprungsabschnitten und Aussparungsabschnitten, die sich am ersten Objekt 21 und am zweiten Objekt 22 befinden, berechnet werden. Die Qualität des zweiten Objekts 22, d.h. die Qualität eines Objekts wie etwa eines Werkstücks oder eines Werkzeugs, kann auf der Grundlage der relativen Position und Stellung zwischen den Aussparungsabschnitten 22a und 22b des Objekts 22 bestimmt werden. Es kann beispielsweise bestimmt werden, ob ein Werkstück oder ein Werkzeug als ein Ziel zur Bestimmung ein Objekt in einem Zustand ist, der von einem beabsichtigten Zustand abweicht, ein fehlerhaftes Produkt ist, ein Objekt einer Art ist, die von einer beabsichtigten Art abweicht, oder ein beschädigtes Werkstück ist.
Eine andere Ausführungsform einer Form, die zulässt, dass das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 mehrere Vorsprungsabschnitte oder Aussparungsabschnitte enthalten, wie oben angegeben, wird im Folgenden beschrieben.
18a bis 18d sind Ansichten, die ein anderes Beispiel eines ersten Objekts 21 und eines zweiten Objekts 22 mit mehreren Vorsprungsabschnitten oder Aussparungsabschnitten darstellen. Als die Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitte, die im ersten Objekt 21 oder im zweiten Objekt 22 enthalten sind, können drei hohle zylindrische Abschnitte mit ihren Mittelachsen senkrecht zueinander ausgebildet sein, wie als 18a dargestellt. Als die Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitte, die im ersten Objekt 21 oder im zweiten Objekt 22 enthalten sind, können zwei hohle zylindrische Abschnitte mit ihren Mittelachsen senkrecht zueinander ausgebildet sein, wie als 18b dargestellt. Als die Aussparungsabschnitte, die im ersten Objekt 21 oder im zweiten Objekt 22 enthalten sind, können drei Löcher mit ihren Mittelachsen senkrecht zueinander ausgebildet sein, wie als 18c dargestellt. Als die Aussparungsabschnitte, die im ersten Objekt 21 oder im zweiten Objekt 22 enthalten sind, können zwei Löcher mit ihren Mittelachsen senkrecht zueinander ausgebildet sein, wie als 18d dargestellt. Mehrere Vorsprungsabschnitte oder Aussparungsabschnitte können im ersten Objekt 21 oder im zweiten Objekt 22 enthalten sein, wie als 18a, 18b, 18c und 18d dargestellt. Ein Objekt, das mehrere Vorsprungsabschnitte oder Aussparungsabschnitte enthält, wie als 18a, 18b, 18c und 18d dargestellt, kann abnehmbar am ersten Objekt 21 oder am zweiten Objekt 22 angebracht sein.
In der oben angegebenen Art und Weise kann die Objektstellungsberechnungseinheit 32 die Antriebseinheit 50 zum Bewegen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 relativ zueinander benutzen, um das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 miteinander in Kontakt zu bringen, und die relative Position und/oder Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 auf der Grundlage der Kraft, die durch die Kraftmesseinheit 31 gemessen wird, wenn das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, und des Minimalabstands zwischen jedem Kontaktpunkt und der Vorsprungsabschnittsmittelachse berechnen. Die Position und/oder Stellung des ersten Objekts 21 bezüglich eines Koordinatensystems, wie etwa eines Koordinatensystems, das für einen Raum eingestellt ist, eines Koordinatensystems, das für die Antriebseinheit 50 eingestellt ist, oder eines Werkzeugkoordinatensystems, kann unter Benutzung der berechneten relativen Position und/oder Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 berechnet werden. Die Position und/oder Stellung des zweiten Objekts 22 bezüglich eines Koordinatensystems, wie etwa eines Koordinatensystems, das für einen Raum eingestellt ist, eines Koordinatensystems, das für die Antriebseinheit 50 eingestellt ist, oder eines Werkzeugkoordinatensystems, kann ferner berechnet werden. Es kann selbst die Position und/oder Stellung eines Koordinatensystems, wie etwa eines Koordinatensystems, das für einen Raum eingestellt ist, eines Koordinatensystems, das für die Antriebseinheit 50 eingestellt ist, oder eines Werkzeugkoordinatensystems, bezüglich des zweiten Objekts 22 berechnet werden.
In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezüglich des Objektstellungsberechnungssystems 11 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält vorzugsweise ein erstes Objekt 21 zumindest zwei Vorsprungsabschnitte oder zumindest zwei Aussparungsabschnitte, enthält ein zweites Objekt 22 zumindest zwei Vorsprungsabschnitte oder zumindest zwei Aussparungsabschnitte oder enthält jedes des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 zumindest zwei Vorsprungsabschnitte oder zumindest zwei Aussparungsabschnitte.
Für die Vorsprungs- und Aussparungsabschnitte, die in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, kann beispielsweise das zweite Objekt 22 zumindest zwei Aussparungsabschnitte enthalten und das erste Objekt 21 zumindest zwei Vorsprungsabschnitte enthalten, die an drei Kontaktpunkten mit jedem Aussparungsabschnitt in Kontakt kommen können. Das zweite Objekt 22 kann zumindest zwei Aussparungsabschnitte enthalten und das erste Objekt 21 kann zumindest einen Vorsprungsabschnitt enthalten, der an drei Kontaktpunkten mit jedem Aussparungsabschnitt in Kontakt kommen kann. Das zweite Objekt 22 kann zumindest einen Aussparungsabschnitt und zumindest einen Vorsprungsabschnitt enthalten, und das erste Objekt 21 kann zumindest einen Vorsprungsabschnitt, der an drei Kontaktpunkten mit jedem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 in Kontakt kommen kann, und zumindest einen Aussparungsabschnitt enthalten, der an drei Kontaktpunkten mit jedem Vorsprungsabschnitt des zweiten Objekts 22 in Kontakt kommen kann.
Das Enthalten von derartigen mehreren Vorsprungs- und Aussparungsabschnitten ermöglicht, dass ein Objekt, das an drei Kontaktpunkten kontaktierbar ist, mit den Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitten in einem bewegungsbereiten Bereich in Kontakt kommen kann, gemäß den Systembedingungen von beispielsweise einem Bereich, der als eine Mechanismuseinheit für die Antriebseinheit 50 beweglich ist, einem Bereich, der durch Interferenz mit dem Objekt beweglich ist, oder einem kontaktierbaren Abschnitt im Objekt. Ferner können eine akkuratere relative Position und/oder Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 und selbst eine beliebige dreidimensionale Position und Stellung durch Berechnen der relativen Position und/oder Stellung zwischen Teilen, die die mehreren Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitte in einem Objekt ausbilden, und Berechnen der relativen Position und/oder Stellung zwischen Teilen, die die mehreren Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitte mit bekannter Position und/oder Stellung untereinander in einem Objekt ausbilden, berechnet werden.
Beispielsweise können zwei Aussparungsabschnitte mit einer bekannten Position und Stellung am zweiten Objekt 22 angebracht sein, um die Position und Stellung des zweiten Objekts 22 auf der Grundlage der Information, die die Positionen und Stellungen der zwei Aussparungsabschnitte betrifft, zu berechnen, wie vorher beschrieben. Als anderes Beispiel können die mehreren Vorsprungsabschnitte oder Aussparungsabschnitte am zweiten Objekt 22 angebracht sein, um nur die Positionen der Vorsprungsabschnitte oder Aussparungsabschnitte für die mehreren Teile zu berechnen und wiederum die Position und Stellung des zweiten Objekts 22 auf der Grundlage der Information, die die mehreren Positionen betrifft, zu berechnen.
In einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist bezüglich des Objektstellungsberechnungssystems 11 gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise zumindest ein Objekt, das aus dem Vorsprungsabschnitt und dem Aussparungsabschnitt ausgewählt und im ersten Objekt 21 oder im zweiten Objekt 22 enthalten ist, abnehmbar am ersten Objekt 21 oder am zweiten Objekt 22 angebracht.
Für die Vorsprungs- und Aussparungsabschnitte, die in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, kann zumindest einer des Vorsprungsabschnitts und des Aussparungsabschnitts abnehmbar am ersten Objekt 21 oder am zweiten Objekt 22, die das Objekt halten, angebracht sein, d.h. ein abnehmbares Objekt kann als der Vorsprungsabschnitt oder der Aussparungsabschnitt zum Anbringen von zumindest einem des Vorsprungsabschnitts oder des Aussparungsabschnitts am ersten Objekt 21 oder am zweiten Objekt 22 nur dann benutzt werden, wenn es erwünscht ist, die relative Position und/oder Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 zu berechnen.
Daher kann selbst für ein Objekt, das kein Teil wie den Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitt aufweist, der Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitt beinhaltet werden, wenn zweckmäßig. Der Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitt kann nach der Berechnung der relativen Position und/oder Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 abgenommen werden.
Nachdem der Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitt an einem Abschnitt des ersten Objekts 21 oder des zweiten Objekts 22 angebracht wurde und die relative Position und/oder Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 berechnet wurde, wird der angebrachte Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitt abgenommen. Dann wird, nachdem der Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitt an einem anderen Abschnitt des ersten Objekts 21 oder des zweiten Objekts 22 angebracht wurde und die relative Position und/oder Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 berechnet wurde, der angebrachte Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitt abgenommen. Der oben angegebene Vorgang kann mehrmals ausgeführt werden, um eine akkuratere Position und/oder Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 und sogar eine beliebige dreidimensionale Position und Stellung zu berechnen.
In einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden bezüglich des Objektstellungsberechnungssystems 11 gemäß einer der ersten bis dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, vorzugsweise bevor das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 an den drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, im Voraus zu einer relativen ungefähren Position und ungefähren Stellung bewegt, sodass die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fällt.
Solange das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 in eine ungefähre relative Position und Stellung bewegt werden, die in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen, kann die relative Position und/oder Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 berechnet werden, wie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In diesem Fall können, nachdem eine ungefähre Position und Stellung des ersten Objekts 21 oder des zweiten Objekts 22 automatisch unter Benutzung eines Kontaktsensors erkannt wurde, der eine Berührung oder eine Empfindung von Kraft oder Berührung erkennt, wie etwa ein Kraftsensor, ein Momentsensor, ein Berührungssensor oder ein Kontaktsensor, das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 zu einer ungefähren relativen Position oder Stellung bewegt werden, die in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fällt.
Nachdem eine ungefähre Position und Stellung des ersten Objekts 21 oder des zweiten Objekts 22 automatisch unter Benutzung eines kontaktlosen Sensors erkannt wurde, der beispielsweise eine Kamera, einen Laser, eine LED oder Ultraschall nutzt, können das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 zu einer ungefähren relativen Position oder Stellung bewegt werden, die in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fällt. In diesem Fall kann, nachdem das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 unter Benutzung eines Sensors, der die Position und/oder Stellung eines Objekts kaum mit hoher Genauigkeit erkennen kann oder nur eine ungefähre Position und/oder Stellung eines Objekts erkennen kann, zu einem ungefähren Positions- und Stellungsbereich bewegt wurden, die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 akkurater berechnet werden.
Die Bedienungsperson oder der Lehrer kann die Antriebseinheit 50 bewegen, um sie zum Bewegen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 zu einer ungefähren relativen Position und Stellung zu führen, die in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen, unter Benutzung des oben angegebenen Kontakt- oder kontaktlosen Sensors.
Ein Lehrbetriebsgerät, das beispielsweise in einem Beschleunigungssensor oder einem Kreiselsensor implementiert ist, kann zum Betreiben der Translation und Drehung der Antriebseinheit unter Verwendung der Schrägstellung, Beschleunigung und dergleichen des Lehrbetriebsgeräts in einem dreidimensionalen Raum zum Bewegen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 zu einer ungefähren relativen Position und Stellung, die in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen, eingesetzt werden.
Das erste Objekt 21 oder das zweite Objekt 22, die durch die Antriebseinheit 50 bewegt werden sollen, können zu einer zugewiesenen Position oder Position und Stellung in einem Raum unter Benutzung eines Geräts bewegt werden, das beispielsweise eine Kamera, einen Laser, eine LED oder Ultraschall nutzt, um eine Position oder eine Position und Stellung in einem Raum zuzuweisen und wiederum das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 zu einer ungefähren relativen Position und Stellung zu bewegen, die in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen.
Es kann der Fall sein, dass die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 beispielsweise unter Benutzung eines CAD-Modells des Systems auf beispielsweise einem PC oder einem Lehrgerät eingestellt werden, der/das verdrahtet oder drahtlos mit der Antriebseinheitssteuerung 52 verbunden ist, und das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 werden an einer relativen Position und Stellung eingestellt, die in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen, wenn das tatsächliche erste Objekt 21 und zweite Objekt 22 durch die Antriebseinheit 50 auf der Grundlage der Einstellung relativ zueinander bewegt werden.
Wie oben beschrieben, kann, auch wenn vielerlei Verfahren zum groben Bewegen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 zu einer ungefähren relativen Position und Stellung, die in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen, benutzt werden, die relative Position und/oder Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 berechnet werden, wie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Daher kann das erste Objekt 21 oder das zweite Objekt 22, die durch die Antriebseinheit 50 bewegt werden sollen, akkurat zu einer gewünschten Position und/oder Stellung bewegt werden, und die gewünschte Aufgabe kann auf der Grundlage der berechneten relativen Position und/oder Stellung sachgemäß ausgeführt werden.
In einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezüglich des Objektstellungsberechnungssystems 11 gemäß einer der ersten bis dritten Ausführungsformen misst die Kraftmesseinheit vorzugsweise ferner eine Kraft, die auf die Antriebseinheit, das erste Objekt 21 oder das zweite Objekt 22 wirkt, und bevor das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 an den drei Kontaktstellen miteinander in Kontakt kommen, werden das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 im Voraus zu einer relativen ungefähren Position und ungefähren Stellung bewegt, sodass die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen, auf der Grundlage der Kraft, die durch die Kraftmesseinheit gemessen wird.
Die Bedienungsperson kann die Kraftmesseinheit 31 zum Messen einer Kraft, die auf die Antriebseinheit 50 oder das erste Objekt 21 oder das zweite Objekt 22, die durch die Antriebseinheit 50 bewegt werden sollen, wirkt, benutzen und die Antriebseinheit 50 zum Führen derselben auf der Grundlage der einwirkenden Kraft zum Bewegen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 zu einer ungefähren relativen Position und Stellung bewegen, die in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen. Die Bedienungsperson kann daher die Antriebseinheit 50 zum intuitiven oder direkten Bewegen des Objekts, das durch die Antriebseinheit bewegt werden soll, betreiben.
Die Bedienungsperson kann die Kraftmesseinheit 31 zum Messen einer Kraft benutzen, die auf das erste Objekt 21 oder das zweite Objekt 22 wirkt, das nicht durch die Antriebseinheit 50 bewegt wird, und die Antriebseinheit 50 zum Führen derselben auf der Grundlage der einwirkenden Kraft zum Bewegen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 zu einer ungefähren relativen Position und Stellung bewegen, die in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen. Es ist zu beachten, dass, wenn ein anderer Kraftsensor angeordnet ist oder eine andere Antriebseinheit 50' das erste Objekt 21 oder das zweite Objekt 22 hält, das nicht durch die Antriebseinheit 50 bewegt wird, um Erkennung einer Kraft zu ermöglichen, die durch die Bedienungsperson auf das erste Objekt 21 oder das zweite Objekt 22 wirkt, das nicht durch die Antriebseinheit 50 bewegt wird, eine Kraft, die auf die Antriebseinheit 50' wirkt, messbar und berechenbar gemacht wird. Daher kann die Bedienungsperson das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 leicht relativ zueinander in einer gewünschten relativen Bewegungsrichtung bewegen, bei Betrachtung vom ersten Objekt 21 oder zweiten Objekt 22 her, das nicht durch die Antriebseinheit 50 bewegt wird.
Wenn die Kraftmesseinheit 50 eine Kraft misst, die auf die Antriebseinheit 50 oder das Objekt wirkt, das durch die Antriebseinheit 50 bewegt werden soll, wird die Antriebseinheit 50 bewegt und mit dem Objekt in Kontakt gebracht, das nicht durch die Antriebseinheit 50 bewegt wird, um eine ungefähre relative Position und Stellung des Objekts zu berechnen, das nicht durch die Antriebseinheit 50 bewegt wird. Das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 können auf der Grundlage der berechneten Position und Stellung zu einer ungefähren relativen Position und Stellung bewegt werden, die in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen.
Auf diese Art und Weise kann, auch wenn das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 grob zu einer ungefähren relativen Position und Stellung bewegt werden, die in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen, die relative Position und/oder Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 berechnet werden, wie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Daher kann das erste Objekt 21 oder das zweite Objekt 22, die durch die Antriebseinheit 50 bewegt werden sollen, akkurater zu einer gewünschten Position und/oder Stellung bewegt werden, und eine gewünschte Aufgabe kann auf der Grundlage der berechneten relativen Position und/oder Stellung sachgemäß ausgeführt werden.
In einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält bezüglich des Objektstellungsberechnungssystems 11 gemäß einer der ersten bis dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Objektstellungsberechnungssystem vorzugsweise ferner eine Objekterkennungseinheit 34, die zum Erkennen der Position und/oder Stellung des ersten Objekts 21 oder des zweiten Objekts 22 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs imstande ist, wobei, bevor das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 an den drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 im Voraus zu einer relativen ungefähren Position und ungefähren Stellung bewegt werden, sodass die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen, auf der Grundlage des Erkennungsergebnisses, das durch die Objekterkennungseinheit 34 erhalten wird.
Das Objektstellungsberechnungssystem enthält ferner eine Objekterkennungseinheit 34, die die Position und/oder Stellung des ersten Objekts 21 oder des zweiten Objekts 22 oder des Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitts des ersten Objekts 21 oder des zweiten Objekts 22 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs erkennen kann oder die Position und/oder Stellung des Objekts, das nicht durch die Antriebseinheit 50 bewegt wird, oder den Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitt dieses Objekts innerhalb eines vorgegebenen Bereichs erkennen kann, unter Benutzung eines kontaktlosen Sensors, der beispielsweise eine Kamera, einen Laser, eine LED oder Ultraschall nutzt, oder eines Kontaktsensors, der eine Berührung oder eine Empfindung einer Kraft oder einer Berührung erkennt, wie etwa ein Kraftsensor, ein Momentsensor, ein Berührungssensor oder ein Kontaktsensor. Unter der Annahme, dass beispielsweise das erste Objekt 21 als ein Objekt benutzt wird, das durch die Antriebseinheit 50 bewegt werden soll, kann, wenn die Form des ersten Objekts 21 vorzugsweise bis zu einem gewissen Ausmaß beim Bewegen der Position und/oder Stellung des ersten Objekts 21 bezüglich des zweiten Objekts 22 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs erkannt werden kann, beispielsweise aufgrund von Interferenz, die mit der komplexen Form des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 in Verbindung steht, die Position und/oder Stellung des Objekts, das durch die Antriebseinheit 50 bewegt werden soll, d.h. des ersten Objekts 21, innerhalb eines vorgegebenen Bereichs erkannt werden.
Nachdem die Position und/oder Stellung des ersten Objekts 21 oder des zweiten Objekts 22 durch die Objekterkennungseinheit 34 erkannt wurde, werden das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 auf der Grundlage des Erkennungsergebnisses zu einer ungefähren relativen Position und Stellung bewegt, die in einen vorgegebenen Positions-und Stellungsbereich fallen.
Auf diese Art und Weise kann, auch wenn das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 grob zu einer ungefähren relativen Position und Stellung bewegt werden, die in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen, die relative Position und/oder Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 berechnet werden, wie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Daher kann das erste Objekt 21 oder das zweite Objekt 22, die durch die Antriebseinheit 50 bewegt werden sollen, akkurater zu einer gewünschten Position und/oder Stellung bewegt werden, und eine gewünschte Aufgabe kann auf der Grundlage der berechneten relativen Position und/oder Stellung sachgemäß ausgeführt werden.
Da die Objekterkennungseinheit 34 die Position und/oder Stellung eines Objekts innerhalb eines vorgegebenen Bereichs einfach erkennen kann, genügt es, die Objekterkennungseinheit 34 beispielsweise in einem Sensor zu implementieren, der minimale bevorzugte Information erhalten kann. Dies kann beispielsweise keinen Sensor beinhalten, der die Position und/oder Stellung eines Objekts akkurat erkennen kann, und sogar Sensorversagen wegen des Gebrauchs eines nicht komplexen Sensors verringern. Nachdem das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 unter Benutzung eines Sensors, der die Position und/oder Stellung eines Objekts kaum mit hoher Genauigkeit erkennen kann oder nur eine ungefähre Position und/oder Stellung eines Objekts erkennen kann, zu einem ungefähren Positions- und Stellungsbereich bewegt wurden, kann die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 akkurater berechnet werden. Dadurch ist ein System erzielt, das hinsichtlich Systembetrieb hochgradig stabil ist.
In einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält bezüglich des Objektstellungsberechnungssystems 11 gemäß einer der ersten bis dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Objektstellungsberechnungssystem vorzugsweise ferner eine Raumpositionszuweisungseinheit 35, die ein Gerät, das eine Position oder eine Position und Stellung in einem Raum zuweist, und ein Gerät enthält, das die zugewiesene Position oder Position und Stellung erkennt, wobei, bevor das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 an den drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 im Voraus zu einer relativen ungefähren Position und ungefähren Stellung bewegt werden, sodass die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen, auf der Grundlage der Position oder der Position und Stellung, die durch die Raumpositionszuweisungseinheit 35 zugewiesen werden.
Das Objektstellungsberechnungssystem enthält vorzugsweise ferner eine Raumpositionszuweisungseinheit 35, die beispielsweise eine Kamera, einen Laser, eine LED oder Ultraschall nutzt und ein Gerät enthält, das eine Position oder eine Position und Stellung in einem Raum zuweist, und ein Gerät enthält, das die zugewiesene Position oder Position und Stellung erkennt. Beispielsweise kann die Raumpositionszuweisungseinheit35 dazu konfiguriert sein, durch eine Kamera einen Markierungssatz zu erkennen, um die Zuweisung einer Position oder einer Position und Stellung zu ermöglichen, oder einen Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitt an einer Position oder einer Position und Stellung anzustrahlen, die zugewiesen werden soll, um ein Bild oder ein Kreuz auszubilden, oder den Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitt mit einer LED oder Ultraschall anzustrahlen und die Strahlung durch ein Lichtempfangsgerät oder einen Empfänger zu empfangen.
Das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 können zu einer ungefähren relativen Position und Stellung, die in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen, bewegt werden, auf Grundlage des Erkennungsergebnisses, das durch Erkennen der Position oder Position und Stellung erhalten wird, die durch die Raumpositionszuweisungseinheit 35 zugewiesen wird.
Auf diese Art und Weise kann, auch wenn das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 grob zu einer ungefähren relativen Position und Stellung bewegt werden, die in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen, die relative Position und/oder Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 berechnet werden, wie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Daher kann das erste Objekt 21 oder das zweite Objekt 22, die durch die Antriebseinheit 50 bewegt werden sollen, akkurater zu einer gewünschten Position und/oder Stellung bewegt werden, und eine gewünschte Aufgabe kann auf der Grundlage der berechneten relativen Position und/oder Stellung sachgemäß ausgeführt werden.
In einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bezüglich des Objektstellungsberechnungssystems 11 gemäß einer der ersten bis siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die Position und/oder Stellung des ersten Objekts 21 oder des zweiten Objekts 22 bezüglich der Antriebseinheit auf der Grundlage der relativen Position oder der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 durch die Objektstellungserkennungseinheit berechnet.
Das Objektstellungsberechnungssystem berechnet vorzugsweise die Position und/oder Stellung des ersten Objekts 21 oder des zweiten Objekts 22 bezüglich der Antriebseinheit 50 auf der Grundlage der relativen Position oder/oder Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit 32 berechnet werden. Wenn die Antriebseinheit 50 das erste Objekt 21, das einen Vorsprungsabschnitt enthält, bewegt, wird ein Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung für das erste Objekt 21 berechnet, und wenn das Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung in der Stellung von einem Werkzeugkoordinatensystem abweicht, kann das Werkzeugkoordinatensystem korrigiert werden. Wenn der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21, das durch die Antriebseinheit 50 gehalten und bewegt wird, bekannt ist, während die Stellung des ersten Objekts 21 unbekannt ist, wird ein Kraftmessungskoordinatensystem CFa zur Stellungsberechnung für das erste Objekt berechnet, um die Stellung des ersten Objekts 21 zu erhalten. Wenn die Position des Vorsprungsabschnitts, der mit dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 in Kontakt gebracht wird, im ersten Objekt 21, das durch die Antriebseinheit 50 gehalten und bewegt wird, bekannt ist, während die akkuraten Positionen und/oder Stellungen von mehreren verschiedenen Vorsprungsabschnitten, die sich am ersten Objekt 21 befinden, unbekannt sind und die Position und Stellung eines Koordinatensystems, das die Position und Stellung des ersten Objekts 21 definiert, unbekannt sind, d.h. wenn die Stellung des ersten Objekts 21 an einem bestimmten Punkt variiert, der am Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 eingestellt ist, welcher mit dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 in Kontakt gebracht ist, kann die Position und Stellung des Koordinatensystems, das die Position und Stellung des ersten Objekts 21 definiert, aus den Positionen und/oder Stellungen der mehreren verschiedenen Vorsprungsabschnitten, die sich am ersten Objekt 21 befinden, erhalten werden, erhalten durch Bringen der mehreren verschiedenen Vorsprungsabschnitte des ersten Objekts 21 in Kontakt mit dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22, um wiederum die Position und Stellung des ersten Objekts 21 bezüglich der Antriebseinheit 50 zu berechnen.
Da die Position und/oder Stellung des ersten Objekts 21 oder des zweiten Objekts 22 bezüglich der Antriebseinheit 50 durch Berechnen der Position und/oder Stellung des ersten Objekts 21 oder des zweiten Objekts 22 bezüglich der Antriebseinheit 50 bestimmt werden kann, kann eine gewünschte Aufgabe sachgemäßer, akkurater ausgeführt werden.
In einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bezüglich des Objektstellungsberechnungssystems 11 gemäß einer der ersten bis achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die Position und/oder Stellung, zu der das erste Objekt 21 oder das zweite Objekt 22 durch die Antriebseinheit 50 bewegt werden sollen, auf der Grundlage der relativen Stellung oder der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit berechnet sind, korrigiert.
Aufgaben, die das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 benutzen, beispielsweise Montage- und Verarbeitungsaufgaben, können durch Korrigieren der Position und/oder Stellung, zu der das erste Objekt 21 und/oder das zweite Objekt 22 durch die Antriebseinheit 50 bewegt werden sollen, sachgemäßer, akkurater ausgeführt werden, auf der Grundlage der relativen Stellung oder der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit 32 berechnet werden.
Wenn, wie als 2 dargestellt, das Objektstellungsberechnungssystem zwei Antriebseinheiten enthält, nämlich eine Antriebseinheit 50, die das erste Objekt 21 bewegt, und eine Antriebseinheit 50', die das zweite Objekt 22 bewegt, die Positions- und Stellungsbeziehung zwischen den Antriebseinheiten 50 und 50' bekannt ist, die Position und Stellung des ersten Objekts 21 bezüglich der Antriebseinheit 50 bekannt sind und die Position und Stellung des zweiten Objekts 22 bezüglich der Antriebseinheit 50' unbekannt sind, können die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 berechnet werden, wie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dadurch wird auf der Grundlage der berechneten relativen Position und Stellung die Position und Stellung des zweiten Objekts 22 bezüglich der Antriebseinheit 50' bekannt, sodass die Antriebseinheit 50' das zweite Objekt 22 akkurat zu einer gewünschten Position und/oder Stellung bewegen kann und eine gewünschte Aufgabe sachgemäß ausgeführt werden kann.
In einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bezüglich des Objektstellungsberechnungssystems 11 gemäß einer der ersten bis neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise zumindest eine Bestimmungsart aus Qualitätsbestimmung des ersten Objekts 21 oder des zweiten Objekts 22, Artbestimmung des ersten Objekts 21 oder des zweiten Objekts 22 und Bestimmung des Haltezustands, in dem das erste Objekt 21 oder das zweite Objekt 22 durch die Antriebseinheit 50 gehalten ist, ausgeführt, auf der Grundlage der relativen Stellung oder der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit berechnet werden.
Die relative Position und/oder Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 kann durch Bringen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 in Kontakt miteinander an drei Kontaktstellen berechnet werden, wie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Positionen der drei Kontaktpunkte für das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 können ferner berechnet werden. Die Stellung oder die Position und Stellung des Objekts, das nicht durch die Antriebseinheit 50 bewegt wird, bezüglich der Antriebseinheit 50 können sogar auf der Grundlage der relativen Stellung oder der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 berechnet werden. Auf der Grundlage dieser Berechnungsergebnisse können verschiedene Bestimmungsarten, wie etwa Qualitätsbestimmung und Artbestimmung, für das erste Objekt 21 oder das zweite Objekt 22 ausgeführt werden, oder es kann der Haltezustand des Objekts, das durch die Antriebseinheit 50 bewegt werden soll, d.h. des gehaltenen ersten Objekts 21 oder zweiten Objekts 22 bestimmt werden.
Die Qualitätsbestimmung eines Objekts bedeutet hierin das Bestimmen der Qualität eines Objekts, wie etwa eines Werkstücks oder eines Werkzeugs, dahingehend, ob das Objekt das beabsichtigte ist. Es wird bestimmt, ob beispielsweise ein Werkstück, ein Werkzeug oder dergleichen als ein Ziel zur Bestimmung eine Objekt in einem Zustand ist, der von einem beabsichtigten Zustand abweicht, ein fehlerhaftes Produkt ist, ein Objekt einer Art ist, die von einer beabsichtigten Art abweicht, oder ein beschädigtes Werkstück ist.
Die Artbestimmung eines Objekts bedeutet das Bestimmen der Art eines Objekts. Die Bestimmung des Haltezustands eines Objekts bedeutet beispielsweise, ob der distale Endabschnitt der Antriebseinheit 50 und das gehaltene Objekt ein vorgegebenes Stellungsverhältnis aufrechterhalten.
Qualitätsbestimmung kann derart ausgeführt werden, dass beim Bewegen des ersten Objekts 21 durch die Antriebseinheit, wenn die Position und/oder Stellung des zweiten Objekts 22 bezüglich des ersten Objekts 21 in einen vorgegebenen Positions- und/oder Stellungsbereich fällt, bestimmt wird, dass das zweite Objekt 22 ein beabsichtigtes Objekt ist, d.h. gut ist; andernfalls wird bestimmt, dass das zweite Objekt 21 ein unbeabsichtigtes Objekt ist, d.h. schlecht ist. Ferner kann der Haltezustand derart bestimmt werden, dass beim Bewegen des ersten Objekts 21 durch die Antriebseinheit, wenn die Position und/oder Stellung des zweiten Objekts 22 bezüglich des ersten Objekts 21 in einen vorgegebenen Positions- und/oder Stellungsbereich fällt, bestimmt wird, dass das erste Objekt 21 in einem beabsichtigten Zustand gehalten ist; andernfalls wird bestimmt, das das erste Objekt 21 in einem unbeabsichtigten Zustand gehalten ist.
Artbestimmung kann derart ausgeführt werden, dass beim Bewegen des ersten Objekts 21 durch die Antriebseinheit, wenn die Position und/oder Stellung des zweiten Objekts 22 bezüglich des ersten Objekts 21 in einen vorgegebenen Positions- und/oder Stellungsbereich fällt, bestimmt wird, dass das zweite Objekt 22 eine spezifische Objektart ist; andernfalls wird bestimmt, dass das zweite Objekt 22 eine andere Objektart ist. In diesem Fall kann Artbestimmung durch Feinbestimmung der Objektart gemäß dem vorgegebenen Positions- und/oder Stellungsbereich ausgeführt werden.
Unter der Voraussetzung, dass sich ein Vorsprungsabschnitt am ersten Objekt 21 befindet, wird, wenn die Antriebseinheit 50 das erste Objekt 21 bewegt, der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 in Kontakt mit dem Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 gebracht, um ein Kraftmessungskoordinatensystem zur Stellungsberechnung für diesen Vorsprungsabschnitt einzustellen. Auf der Grundlage der Differenz zwischen der Stellung des Kraftmessungskoordinatensystems zur Stellungsberechnung nach dem Vervollständigen der Einstellung zu dieser Zeit und der Stellung eines Werkzeugkoordinatensystems, das für den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 eingestellt ist, wird der Haltezustand beispielsweise dahingehend bestimmt, ob das erste Objekt 21 an einer gewünschten Stellung, einer nahezu gewünschten Stellung oder einer unbeabsichtigten Stellung bezüglich der Antriebseinheit 50 eingestellt wurde. Es kann bestimmt werden, ob das erste Objekt 21 an einer unerwünschten Stellung erhalten und gehalten ist, es kann ferner die Art des ersten Objekts 21 bestimmt werden, und es kann sogar bestimmt werden, ob das gehaltene Objekt ein Objekt wie etwa ein beabsichtigtes Werkstück oder Werkzeug ist, auf der Grundlage der relativen Stellung zwischen dem Kraftmessungskoordinatensystem zur Stellungsberechnung nach der Vervollständigung der Einstellung und dem Werkzeugkoordinatensystem, das für den Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 eingestellt ist.
Verschiedene Bestimmungsarten, wie etwa Qualitätsbestimmung dahingehend, ob das erste Objekt 21 oder das zweite Objekt 22 ein beabsichtigtes Objekt ist, Artbestimmung zum Bestimmen der Art des ersten Objekts 21 oder des zweiten Objekts 22, oder Haltezustandsbestimmung zum Bestimmen, ob beispielsweise das gehaltene Objekt an einer gewünschten Stellung oder einer nahezu gewünschten Stellung eingestellt wurde, oder der Art des gehaltenen Objekts, oder ob das gehaltene Objekt ein beabsichtigtes Objekt ist, können auf der Grundlage der Positionen der drei Kontaktpunkte für das erste Objekt 21 oder das zweite Objekt 22 ausgeführt werden.
Mehrere Bestimmungsvorgänge können gleichzeitig zum Ausführen von zumindest einer Bestimmungsart aus der oben genannten Qualitätsbestimmung, Artbestimmung und Haltezustandsbestimmung ausgeführt werden. In diesem Fall kann die Genauigkeit von verschiedenen Bestimmungsarten durch Kombinieren von mehreren Bestimmungsvorgängen verbessert sein.
Wenn sich mehrere Vorsprungsabschnitte oder Aussparungsabschnitte am ersten Objekt 21 oder am zweiten Objekt 22 befinden, kann Qualitätsbestimmung und Artbestimmung des Objekts, das die mehreren Vorsprungsabschnitte oder Aussparungsabschnitte enthält, auf der Grundlage der berechneten relativen Positionen und/oder Stellungen zwischen den mehreren Vorsprungsabschnitten oder Aussparungsabschnitten ausgeführt werden. Qualitätsbestimmung und Artbestimmung des Objekts, das die mehreren Vorsprungsabschnitte oder Aussparungsabschnitte enthält, kann ferner auf der Grundlage der bekannten Positions- und/oder Stellungsbeziehungen zwischen den mehreren Vorsprungsabschnitten oder Aussparungsabschnitten und der berechneten relativen Positionen und/oder Stellungen zwischen den mehreren Vorsprungsabschnitten oder Aussparungsabschnitten ausgeführt werden.
In einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können bezüglich des Objektstellungsberechnungssystems 11 gemäß einer der ersten bis zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise der Vorsprungsabschnitt und der Aussparungsabschnitt in einer Kombination des Vorsprungsabschnitts und des Aussparungsabschnitts im ersten Objekt 21 und im zweiten Objekt 22 zusammengepasst werden, wobei die Antriebseinheit 50 das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 relativ zueinander bewegt, zumindest eines des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 hält und bewegt und zur Bewegung zum Zusammenpassen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 imstande ist, wobei das Objektstellungsberechnungssystem ferner eine Passeinheit 36 enthält, die die Antriebseinheit zum Bewegen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 relativ zueinander zum Ausführen von Kraftsteuerung zum Zusammenpassen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 benutzt, auf der Grundlage der Kraft, die durch die Kraftmesseinheit gemessen wird, und wobei die Passeinheit 36 das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 auf der Grundlage der relativen Stellung oder der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit berechnet werden, zusammenpasst. Die Passeinheit 36 ist in der Antriebseinheitssteuerung 52 angebracht und kann beispielsweise in einer Zentralsteuerung, einer anderen Steuerung oder einem Arithmetikprozessor enthalten sein, der mit der Antriebseinheitssteuerung 52 verbunden ist, wie etwa der Objektstellungsberechnungseinheit 32, wie vorher beschrieben.
Der Vorsprungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Aussparungsabschnitt des zweiten Objekts 22 oder der Aussparungsabschnitt des ersten Objekts 21 und der Vorsprungsabschnitt des zweiten Objekts 22 erfüllen vorgegebene Bedingungen, wie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, und dienen als passbare Objekte, wie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ferner kann der passbare Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitt abnehmbar am ersten Objekt 21 oder am zweiten Objekt 22, das den Vorsprungs- oder Aussparungsabschnitt enthält, angebracht sein. Wie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, kann die Antriebseinheit 50 das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 bewegen, um sie zusammenzupassen, wie etwa ein vertikaler, mehrgelenkiger Roboter, der sechs Achsen benutzt. Das Objektstellungsberechnungssystem 11 enthält ferner eine Passeinheit 36, die die Antriebseinheit 50 zum Bewegen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 relativ zueinander benutzt, um die Kraftsteuerung zum Zusammenpassen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 auszuführen, auf der Grundlage der Kraft, die durch die Kraftmesseinheit 31 gemessen wird.
Die Passeinheit 36 erzielt selbst dann zuverlässige Passung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 in einem kurzen Zeitraum, wenn ihre Stellung groß ist, durch benutzen der relativen Stellung oder der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22, , die durch die Objektstellungsberechnungseinheit 32 berechnet werden. Wenn die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 groß ist, ist es häufig schwierig, das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 durch Kraftsteuerung zusammenzupassen. Das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 können zuverlässig in einem kurzen Zeitraum zusammengepasst werden, durch Ausführen von Passung unter Anwendung von Kraftsteuerung nach einer Bewegung zum Verringern der relativen Stellung im Voraus oder durch Ausführen von Passung unter Kraftsteuerung auf Grundlage der berechneten relativen Stellung oder relativen Position und Stellung gemäß der vorliegenden Erfindung.
In einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung passt bezüglich des Objektstellungsberechnungssystems 11 gemäß der elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die Passeinheit 36 das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 nach einer Bewegung zum Korrigieren der relativen Stellung oder der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 zusammen, auf der Grundlage der relativen Stellung oder der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit berechnet werden.
Wenn die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 groß ist, können das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 zuverlässig in einem kurzen Zeitraum durch Ausführen eines Passvorgangs nach einer Bewegung zum Verringern der relativen Stellung im Voraus zusammengepasst werden.
In einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung passt bezüglich des Objektstellungsberechnungssystems 11 gemäß der elften Ausführungsform vorzugsweise die Passeinheit 36 das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 durch Ausführen von Kraftsteuerung auf Grundlage der Kraft, die durch die Kraftmesseinheit gemessen wird, zusammen, um die Geschwindigkeit der Bewegung zum Verringern der relativen Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 zu erhöhen, wenn die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 groß ist, auf der Grundlage der relativen Stellung oder der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit berechnet werden.
Beim Zusammenpassen des ersten Objekts 21 und des zweiten Objekts 22 durch Kraftsteuerung wird, wenn die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 groß ist, d.h. wenn das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 relativ zueinander um einen vorgegebenen Winkel bewegt werden, auf Grundlage der relativen Stellung in der Richtung zum Verringern der relativen Stellung unter Benutzung einer relativen Stellung, die im Voraus berechnet wird, die Geschwindigkeit gesteuert, beispielsweise durch Verringern der Kraftsteuerungszunahme, Verringern des Bewegungsbetragsbefehls gemäß der Kraft und Erhöhen des Drehgeschwindigkeitsbefehls, der dem Bewegungsbetrag hinzugefügt wird, zum Erhöhen der Drehgeschwindigkeit. Dies ermöglicht grobe schnelle Bewegung, bis die relative Stellung klein zu werden zu erwarten ist.
Nachdem das erste Objekt 21 und das zweite Objekt 22 relativ zueinander um einen vorgegebenen Winkel auf Grundlage des Werts der relativen Stellung in der Richtung zum Verringern der relativen Stellung bewegt wurden, wird die Geschwindigkeit gesteuert, beispielsweise durch Erhöhen der Kraftsteuerungszunahme, Erhöhen des Bewegungsbetragsbefehls gemäß der Kraft und Verringern des Drehgeschwindigkeitsbefehls, der dem Bewegungsbetrag hinzugefügt wird. Dies ermöglicht eine präzise Bewegung durch Feinbewegung gemäß der Kraft, wenn die relative Stellung klein zu sein zu erwarten ist.
Wenn die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 geändert wird, wird grobe schnelle Bewegung ausgeführt, bis die Vorsprungsabschnittsmittelachse La des ersten Objekts 21, dargestellt als 11a bis 11c, ungefähr mit der Mittelachse des Lochs des Aussparungsabschnitts des zweiten Objekts 22 zusammenfällt, d.h. wenn der Minimalabstand zwischen der Vorsprungsabschnittsmittelachse La und dem Punkt Ob größer als ein vorgegebener Wert ist, und eine präzise Bewegung wird durch Feinbewegung gemäß der Kraft vorgenommen, wenn sich der Minimalabstand zwischen der Vorsprungsabschnittsmittelachse La und dem Punkt Ob auf den vorgegebenen Wert oder darunter verringert, auf der Grundlage der relativen Stellung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22, die im Voraus berechnet wurde. Auf diese Art und Weise wird für die Translationsrichtung ebenfalls der Kraftsteuerungsvorgang vorzugsweise gemäß den beteiligten Umständen durch Ausführen von grober schneller Bewegung geändert, bis zu erwarten ist, dass die relative Position für die X- und Y-Achsenrichtung des Koordinatensystems CFb, das für das zweite Objekt 22 eingestellt, klein wird, und durch Vornehmen einer präzisen Bewegung durch Feinbewegen gemäß der Kraft, wenn die relative Stellung klein zu sein zu erwarten ist.
Ändern des Kraftsteuerungsvorgangs gemäß den beteiligten Umständen, wie vorher beschrieben, erzielt zuverlässige Passung zwischen dem ersten Objekt 21 und dem zweiten Objekt 22 in einem kurzen Zeitraum.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt auf der Grundlage der Kraft, die zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt wirkt, wenn das erste Objekt und das zweite Objekt an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt stehen, berechnet wird, die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt leicht durch Bringen des ersten Objekts und des zweiten Objekts in Kontakt miteinander berechnet werden.
Daher genügt es gemäß der vorliegenden Erfindung für das System, das erste Objekt und das zweite Objekt an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt zu bringen, um eine Kraft, die zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt wirkt, zu messen und zu berechnen, und ein kontaktfreier Sensor, wie etwa eine Kamera oder ein dreidimensionaler Sensor, der die Position und Stellung eines Objekts akkurat erkennen kann, muss nicht benutzt werden, wodurch das System vereinfacht ist und die Kosten niedrig gehalten sind. Das erste Objekt und das zweite Objekt können unter Benutzung eines kontaktfreien Sensors, wie etwa einer Kamera oder einem dreidimensionalen Sensor, abhängig von beispielsweise den Oberflächenbedingungen nicht oder schwer erkennbar sein. Die vorliegende Erfindung ist außerdem auf die Situationen anwendbar, in denen das erste Objekt und das zweite Objekt unter Benutzung eines kontaktfreien Sensors, wie etwa einer Kamera oder einem dreidimensionalen Sensor, aufgrund von Problemen wie etwa mit den Betriebsbedingungen zusammenhängender Interferenz nicht oder schwer erkennbar sind.
Ferner muss gemäß der vorliegenden Erfindung kein Vorgang zum Zusammenpassen des ersten Objekts mit dem zweiten Objekt zum Berechnen der relativen Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt ausgeführt werden. Da keine Zeit für den Passvorgang verbraucht werden kann, kann die Zykluszeit des Systems herabgesetzt sein. Die relative Position und Stellung können ungeachtet des Erfolgs oder Versagens des Passvorgangs berechnet werden. Das erste Objekt und das zweite Objekt könnten keine passbaren Objekte sein. Die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt kann berechnet werden, wenn diese relative Stellung groß ist.
Wiederum gemäß der vorliegenden Erfindung muss kein Vorgang zum Kombinieren der Oberfläche des ersten Objekts mit jener des zweiten Objekts zum Berechnen der relativen Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt ausgeführt werden. Da keine Zeit für den Oberflächenkombinierungsvorgang verbraucht werden kann, kann die Zykluszeit des Systems herabgesetzt sein. Die relative Position und Stellung können ungeachtet des Erfolgs oder Versagens des Oberflächenkombinierungsvorgangs berechnet werden. Das erste Objekt und das zweite Objekt könnten keine Objekte mit kombinierbarer Oberfläche sein.

Claims

Objektstellungsberechnungssystem, das eine relative Stellung zwischen einem ersten Objekt (21) und einem zweiten Objekt (22) berechnet oder eine relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt berechnet, das System umfassend: das erste Objekt und das zweite Objekt, die eine Kombination eines Objekts mit einem Vorsprungsabschnitt und eines Objekts mit einem Aussparungsabschnitt umfassen, wobei der Vorsprungsabschnitt und der Aussparungsabschnitt dazu konfiguriert sind, an drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt zu kommen, wobei sich die drei Kontaktpunkte im Aussparungsabschnitt an einer Kante befinden, die ein Loch des Aussparungsabschnitts definiert, und nach dem Definieren einer Achse, die für den Vorsprungsabschnitt eingerichtet ist und nicht senkrecht zu einer die drei Kontaktpunkte umfassenden Ebene verläuft, als eine Vorsprungsabschnittsmittelachse, ein Minimalabstand zwischen jedem der Kontaktpunkte und der Vorsprungsabschnittsmittelachse einen konstanten Wert annimmt oder ein Minimalabstand zwischen jedem der Kontaktpunkte und der Vorsprungsabschnittsmittelachse auf der Grundlage eines Abstands zwischen einem Schnittpunkt einer von jedem der Kontaktpunkte zur Vorsprungsabschnittsmittelachse gezogenen Senkrechten mit der Vorsprungsabschnittsmittelachse und einem anderen Punkt als dem Schnittpunkt auf der Vorsprungsabschnittsmittelachse bestimmt ist; zumindest eine Antriebseinheit (50), die das erste Objekt und das zweite Objekt relativ zueinander bewegt und zumindest eines des ersten Objekts und des zweiten Objekts hält und antreibt; eine Kraftmesseinheit (31), die eine Kraft misst, welche zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt wirkt; und eine Objektstellungsberechnungseinheit (32), die die Antriebseinheit zum Bewegen des ersten Objekts und des zweiten Objekts relativ zueinander benutzt, um das erste Objekt und das zweite Objekt miteinander in Kontakt zu bringen, und eine relative Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt berechnet oder eine relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt berechnet, auf der Grundlage des Minimalabstands und der Kraft, die durch die Kraftmesseinheit gemessen ist, wenn das erste Objekt und das zweite Objekt an den drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen.
Objektstellungsberechnungssystem nach Anspruch 1, wobei: der Vorsprungsabschnitt zumindest zwei Vorsprungsabschnitte umfasst und der Aussparungsabschnitt zumindest zwei Aussparungsabschnitte umfasst, und das erste Objekt einen der zumindest zwei Vorsprungsabschnitte und der zumindest zwei Aussparungsabschnitte umfasst, das zweite Objekt einen der zumindest zwei Vorsprungsabschnitte und der zumindest zwei Aussparungsabschnitte umfasst, oder jedes des ersten Objekts und des zweiten Objekts einen der zumindest zwei Vorsprungsabschnitte und der zumindest zwei Aussparungsabschnitte umfasst.
Objektstellungsberechnungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei zumindest ein Objekt, das aus dem Vorsprungsabschnitt und dem Aussparungsabschnitt ausgewählt ist und in einem des ersten Objekts und des zweiten Objekts enthalten ist, abnehmbar an dem einen des ersten Objekts und des zweiten Objekts, die das zumindest eine Objekt umfassen, angebracht ist.
Objektstellungsberechnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, bevor das erste Objekt und das zweite Objekt an den drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, das erste Objekt und das zweite Objekt im Voraus zu einer relativen Annäherungsposition und Annäherungsstellung bewegt werden, sodass die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen.
Objektstellungsberechnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kraftmesseinheit ferner eine Kraft misst, die auf die Antriebseinheit, das erste Objekt und/oder das zweiten Objekt einwirkt und, bevor das erste Objekt und das zweite Objekt an den drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, das erste Objekt und das zweite Objekt im Voraus zu einer relativen Annäherungsposition und Annäherungsstellung bewegt werden, sodass die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen, auf der Grundlage der Kraft, die durch die Kraftmesseinheit gemessen ist.
Objektstellungsberechnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: eine Objekterkennungseinheit (34), die zum Erkennen von zumindest einer einer Position und einer Stellung von einem des ersten Objekts und des zweiten Objekts innerhalb eines vorgegebenen Bereichs konfiguriert ist, wobei, bevor das erste Objekt und das zweite Objekt an den drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, das erste Objekt und das zweite Objekt im Voraus zu einer relativen Annäherungsposition und Annäherungsstellung bewegt werden, sodass die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen, auf der Grundlage eines Erkennungsergebnisses, das durch die Objekterkennungseinheit erzielt ist.
Objektstellungsberechnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: eine Raumpositionszuweisungseinheit (35), die eine Vorrichtung, die eine Position oder eine Position und Stellung in einem Raum zuweist, und eine Vorrichtung umfasst, die die zugewiesene Position oder Position und Stellung erkennt, wobei, bevor das erste Objekt und das zweite Objekt an den drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen, das erste Objekt und das zweite Objekt im Voraus zu einer relativen Annäherungsposition und Annäherungsstellung bewegt werden, sodass die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt in einen vorgegebenen Positions- und Stellungsbereich fallen, auf der Grundlage der Position oder der Position und Stellung, die durch die Raumpositionszuweisungseinheit zugewiesen ist.
Objektstellungsberechnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zumindest eine einer Position und einer Stellung von einem des ersten Objekts und des zweiten Objekts bezüglich der Antriebseinheit auf der Grundlage von einer der relativen Stellung und der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit berechnet ist, berechnet wird.
Objektstellungserkennungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine einer Position, einer Stellung und einer Position und Stellung, zu der eines des ersten Objekts, des zweiten Objekts und des ersten Objekts und des zweiten Objekts, die durch die Antriebseinheit bewegt werden sollen, bewegt wird, auf der Grundlage von einer der relativen Stellung und der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit berechnet ist, korrigiert wird.
Objektstellungsberechnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zumindest eine Art von Bestimmung aus Qualitätsbestimmung von einem des ersten Objekts und des zweiten Objekts, Artbestimmung von einem des ersten Objekts und des zweiten Objekts und Bestimmung eines Haltezustands, in dem eines des ersten Objekts und des zweiten Objekts durch die Antriebseinheit gehalten ist, auf der Grundlage von einer der relativen Stellung und der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit berechnet ist, ausgeführt wird.
Objektstellungsberechnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Vorsprungsabschnitt und der Aussparungsabschnitt dazu konfiguriert sind, in einer Kombination des Vorsprungsabschnitt und des Aussparungsabschnitts im ersten Objekt und im zweiten Objekt zusammengepasst zu werden, die Antriebseinheit das erste Objekt und das zweite Objekt relativ zueinander bewegt, zumindest eines des ersten Objekts und des zweiten Objekts hält und bewegt und dazu konfiguriert ist, Bewegung zum Zusammenpassen des ersten Objekts und des zweiten Objekts auszuführen, das Objektstellungsberechnungssystem ferner eine Passeinheit (36) umfasst, die die Antriebseinheit zum Bewegen des ersten Objekts und des zweiten Objekts relativ zueinander zum Ausführen von Kraftsteuerung zum Zusammenpassen des ersten Objekts und des zweiten Objekts benutzt, auf der Grundlage der Kraft, die durch die Kraftmesseinheit gemessen ist, und die Passeinheit das erste Objekt und das zweite Objekt auf der Grundlage von einer der relativen Stellung und der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit berechnet ist, zusammenpasst.
Objektstellungsberechnungssystem nach Anspruch 11, wobei die Passeinheit das erste Objekt und das zweite Objekt nach der Bewegung zum Korrigieren von einer der relativen Stellung und der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt zusammenpasst, auf der Grundlage von einer der relativen Stellung und der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit berechnet ist.
Objektstellungsberechnungssystem nach Anspruch 11, wobei die Passeinheit das erste Objekt und das zweite Objekt zusammenpasst durch Ausführen von Kraftsteuerung auf Grundlage der Kraft, die durch die Kraftmesseinheit gemessen ist, um die Kraftsteuerungszunahme zu verringern, den Bewegungsbetragsbefehl gemäß der Kraft zu verringern, den Drehgeschwindigkeitsbefehl, der dem Bewegungsbetrag hinzugefügt wird, zu erhöhen und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit zum Reduzieren der relativen Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt zu erhöhen, wenn die relative Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt groß ist und ein Minimalabstand zwischen der Vorsprungsabschnittsmittelachse (La) und dem Mittelpunkt (Ob) der Kante des Lochs des Aussparungsabschnitts größer ist als ein vorgegebener Wert, und Ausführen von Kraftsteuerung um die Kraftsteuerungszunahme zu erhöhen, den Bewegungsbetragsbefehl gemäß der Kraft zu erhöhen, und/oder den Drehgeschwindigkeitsbefehl, der dem Bewegungsbetrag hinzugefügt wird, zu verringern, wenn der Minimalabstand zwischen der Vorsprungsabschnittsmittelachse (La) und dem Mittelpunkt (Ob) der Kante des Lochs des Aussparungsabschnitts kleiner oder gleich dem vorgegebenen Wert ist, auf der Grundlage der relativen Stellung oder der relativen Position und Stellung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt, die durch die Objektstellungsberechnungseinheit berechnet ist.