JP2019505938A - 産業用ロボットを用いてタッチスクリーンパネルを較正するための方法、及びこれを使用したシステム、産業用ロボット、並びにタッチスクリーン - Google Patents

Abstract

これは、タッチスクリーンパネル（１１）を較正するための方法、及びこれを使用するシステム（１）、産業用ロボット（１０）、並びにタッチスクリーンパネル（１１）を提供する。本方法は、（ａ）位置測定のための所定の精度を有するタッチスクリーン（１１２）の少なくとも１つのエリア（２０）を画定するステップと、（ｂ）タッチスクリーン（１１２）の少なくとも１つのエリア（２０）上の複数の第１のタッチポイント上の産業用ロボット（１０）の複数の運動学パラメータを記録するステップと、（ｃ）タッチスクリーン（１１２）の少なくとも１つのエリア（２０）上の複数の第１のタッチポイント上の複数の第１の位置値を記録するステップと、（ｄ）運動学パラメータを使用して及び第１の位置値を使用して、産業用ロボット（１０）の運動学モデルのための第１の較正データを決定するステップと、（ｅ）第１の較正データを使用して産業用ロボット（１０）の運動学モデルの誤差を計算的に修正するステップと、（ｆ）その境界の少なくとも一部分が外方に拡張した少なくとも１つのエリア（２０）上の複数の第２のタッチポイント上の複数の第２の位置値を記録するステップと、（ｇ）運動学パラメータを使用して及び第２の位置値を使用して、タッチスクリーン（１１２）のための第２の較正データを決定するステップと、（ｈ）第２の較正データを使用してタッチスクリーン（１１２）の位置測定の誤差を計算的に修正するステップと、産業用ロボット（１０）の異なる姿勢についてステップ（ｂ）乃至（ｈ）を反復して、この反復ステップが産業用ロボット（１０）の運動学モデルの誤差修正の著しい改善をこれ以上もたらさなくなるまで繰り返すステップと、を含む。

Description

本発明は、タッチスクリーンの較正に関し、具体的には、タッチスクリーンの位置測定の較正に関する。

タッチスクリーンパネルは、ゲーム機、パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ、電子投票機、及びスマートフォンのようなデバイスによくみられる、情報処理システムの電子視覚ディスプレイの上部に通常積層されている入力デバイスである。それらはまた、コンピュータに接続、又は端末としてネットワークに接続されることもできる。ユーザは、特殊なスタイラス／ペン及び／又は１本以上の指でスクリーンにタッチすることによる単一の又はマルチタッチのジェスチャを通して入力を与えること又は情報処理システムを制御することができる。

抵抗膜式タッチスクリーン、表面弾性波タッチスクリーン、静電容量式タッチスクリーン等のような、タッチを感知する種々の方法を用いる様々なタッチスクリーン技術が存在する。静電容量式タッチスクリーンを例として挙げると、タッチスクリーンパネルのスクリーンにタッチすると、静電容量の変化として測定可能な、スクリーンの静電界の歪みを引き起こす。種々の既知の技術がタッチのロケーションを決定するために使用されてもよく、そのロケーションは、次いで、処理のためにタッチスクリーンパネルコントローラに送られる。米国特許第４８５３４９８号Ａは、ロケーション決定方法を開示しており、ここでは、静電容量式タッチスクリーンパネルについての位置測定が、導電性フェイスプレートと、スタイラス接触ロケーションを示すアドレス信号を生成する装置とを有する。米国特許第４８５３４９８号Ａによるタッチスクリーンパネルは、一定の抵抗性の導電層を有するフェイスプレートを提供しており、それは、スタイラスと接触しているフェイスプレート上の位置を示すアドレス信号を生成するための位置測定装置を用いる。位置測定信号は、フェイスプレートのそれぞれの側縁に沿って配置された対向電極の第１のペア及び対向電極の第２のペアに印加される。導電層の抵抗性は、電極のそれぞれの第１のペアと第２のペアとの間にＲｘ及びＲｙという実効抵抗を確立する。位置測定サブ回路は、スタイラスが導電層にタッチする度に電極を通って導出される電流を測定し、それによって、スタイラスがフェイスプレートに接触したロケーションを示すアドレス信号を形成する。当業者は、スクリーン上の２つのタッチポイント間の距離が、このような２つのタッチポイントのロケーションを示すアドレス信号を使用して計算されることができることを理解するべきである。

より高感度、より高解像度、より多次元（すなわち、方位を用いる３Ｄ位置測定）に向かう傾向にあるタッチ技術は、産業用ロボットコミッショニングシステムにおける位置測定を好適にする。レーザーベース又はエンコーダベースの産業用３Ｄ測定デバイスと比較すると、タッチスクリーンパネルは簡単にアクセスでき低コストである。

タッチスクリーンパネルの使用による位置測定は、タッチスクリーン上のタッチポイントにおける確立された実効抵抗に依存し、上記のように計算される２つのタッチポイント間の距離は、それらタッチポイント間に設けられた感知素子の誤配置の影響の結果として誤差を有する。それゆえ、タッチポイントが、スクリーンの比較的小さいエリア、例えば、ある方向に感知素子を１０個未満包含する比較的小さいエリアに限られる場合、それらの位置測定の距離についての誤差は小さいので、比較的高い正確さの位置測定のために無視されることができる。しかしながら、位置測定の精度は、それが、例えば、ある方向に感知素子を１０個以上包含する、タッチスクリーンの比較的大きいエリアに適用されると、不満足なものになる。

位置測定の誤差を低減するようにタッチスクリーン座標系を較正するために、座標測定機（ＣＭＭ）が使用されることができる。しかしながら、これは、ＣＭＭのような追加のデバイスの導入により、産業用ロボットコミッショニングシステムのコストをより高くする。

本発明の一態様によれば、それは、タッチスクリーンパネルを較正するための方法を提供し、ここで、タッチスクリーンパネルは、産業用ロボットがタッチスクリーンパネルのタッチスクリーンにタッチすることができるように、産業用ロボットの作業範囲に配置され、本方法は、（ａ）位置測定のための所定の精度を有するタッチスクリーンの少なくとも１つのエリアを画定するステップと、（ｂ）タッチスクリーンの少なくとも１つのエリア上の複数の第１のタッチポイント上の産業用ロボットの複数の運動学パラメータを記録するステップと、（ｃ）タッチスクリーンの少なくとも１つのエリア上の複数の第１のタッチポイント上の複数の第１の位置値を記録するステップと、（ｄ）運動学パラメータを使用して及び第１の位置値を使用して、産業用ロボットの運動学モデルのための第１の較正データを決定するステップと、（ｅ）第１の較正データを使用して産業用ロボットの運動学モデルの誤差を計算的に修正することと、（ｆ）その境界の少なくとも一部分が外方に拡張した少なくとも１つのエリア上の複数の第２のタッチポイント上の複数の第２の位置値を記録するステップと、（ｇ）運動学パラメータを使用して及び第２の位置値を使用して、タッチスクリーンのための第２の較正データを決定するステップと、（ｈ）第２の較正データを使用してタッチスクリーンの位置測定の誤差を計算的に修正するステップと、産業用ロボットの異なる姿勢についてステップ（ｂ）乃至（ｈ）を反復して、この反復ステップが産業用ロボットの運動学モデルの誤差修正の著しい改善をこれ以上もたらさなくなるまで繰り返すステップと、を含む。

本発明の別の態様によれば、それは産業用ロボットを含むタッチスクリーンパネルを較正するためのシステムを提供し、タッチスクリーンパネルは、タッチスクリーンパネルを較正するための方法を実行するように構成されている。

本発明の別の態様によれば、それはタッチスクリーンパネルを較正するための方法を実行するように構成されている、ロボットコントローラ及びロボットメモリを含む産業用ロボットを提供する。

本発明の別の態様によれば、それはタッチスクリーンパネルを較正するための方法を実行するように構成されている、タッチスクリーンパネルコントローラ及びタッチスクリーンパネルメモリを含むタッチスクリーンパネルを提供する。

本方法及びこれを使用するシステム、産業用ロボット、並びにタッチスクリーンパネルを使用することによって、適切な位置測定精度の条件下のタッチスクリーンパネルのエリアが最初に画定され、タッチスクリーンパネルの比較的小さいエリアは許容可能な位置測定精度を提供する。よって、これにより、タッチスクリーンパネルを使用して、特に、その上に画定された少なくとも１つのエリアを使用して、産業用ロボットを較正することが可能になり、これは別の方法であれば追加の較正ツールを使用して較正される必要がある。タッチスクリーンパネルの較正の目的のために産業用ロボットコミッショニングシステムにおける産業用ロボットを再使用することによって、これは、較正の新機能を追加し、システムのコストを削減するという、相反する要件を解決するのに役立つ。タッチスクリーンパネルの較正のために追加のデバイスが必要ないので、これは有利である。

好ましくは、第１のタッチポイントの数は、産業用ロボットの運動学パラメータの数以上である。

好ましくは、第２のタッチポイントの数は、タッチスクリーンの次元数以上である。

好ましくは、ステップ（ｅ）において、少なくともそのエリアは、前のエリアを囲むように拡張される。これにより、エリアが前のエリアから徐々に拡大することが可能となり、このような反復ループの進行に伴うエリアの拡大は、較正精度の著しい低下につながることはない。

好ましくは、ステップ（ｅ）において、第２のタッチポイントの少なくとも一部分は、少なくとも１つのエリアの拡張された部分に分布する。よって、それは、拡大されたエリアにおける誤差分布を適合させるためのマッピング関数の精緻化を行う。

好ましくは、本方法はさらに、反復の終了に続いて、運動学パラメータを使用して及び第２の位置値を使用して、タッチスクリーンのための第３の較正データを決定するステップと、第３の較正データを使用して残りのエリアのためのタッチスクリーンの位置測定の誤差を計算的に修正するステップと、を含む。反復の終了時に、産業用ロボットの絶対精度が集束し、これは、例えば直交座標空間における産業用ロボットのエンドエフェクタの位置精度によって表される。よって、タッチスクリーンのエリア全体の較正に役立つその最適な運動学モデルが見つかる。結果として、タッチスクリーンのエリア全体の較正が達成されることができる。

本発明の主題が、図中に例示される好ましい実例的な実施形態を参照して下記により詳細に説明される。

図１は、本発明の一実施形態による産業用ロボットコミッショニングシステムを例示している。 図２は、本発明の一実施形態による産業用ロボットを用いたタッチスクリーンパネルの較正の概略図を示し、ここで、矢印は、タッチスクリーンパネルの較正プロセスの進行を示している。 図３Ａは、本発明の一実施形態によるエリアとその拡張の変形を示している。 図３Ｂは、本発明の一実施形態によるエリアとその拡張の変形を示している。 図４は、本発明の一実施形態による、反復の１つにおける、タッチスクリーンパネルの使用による産業用ロボット較正を例示している。 図５は、本発明の一実施形態による、反復の１つにおける、産業用ロボットの使用によるタッチスクリーン較正を例示している。

図中に使用されている参照記号及びそれらの意味は、参照記号のリストに要約形式でリストにされている。原理的に、図中では同一の部分には同じ参照記号が与えられている。

以下の説明には、限定ではなく説明の目的で、本発明の完全な理解を提供するために、特定の回路、回路部品、インターフェース、技法等のような、特定の詳細が記述されている。しかしながら、当業者には、本発明がこれらの特定の詳細から逸脱する他の実施形態で実施されてもよいことが明らかになるであろう。他の事例では、周知の方法及びプログラミングプロシージャ、デバイス、並びに回路の詳細な説明が、本発明の説明を不要な詳細で曖昧にしないように省略される。

図１は、本発明の一実施形態による産業用ロボットコミッショニングシステムを例示している。図１に示されているように、産業用ロボットシステム１は、産業用ロボット１０及びタッチスクリーンパネル１１を含む。産業用ロボット１０の姿勢、位置、及び動きは、例えば、産業用ロボットのベース座標系のような、産業用ロボット座標系ｘ_r、ｙ_r、ｚ_rを照会する。産業用ロボット１０には、少なくとも１つのプロセッサ、メモリ、及び通信手段を含む、産業用ロボットコントローラ１００が設けられている。この例では、産業用ロボットコントローラ１００は、本発明による方法におけるステップの大部分を実施するために利用される。タッチスクリーンパネル１１は、スタイラスによるタッチスクリーン座標系ｘ_t、ｙ_t、ｚ_tに対するタッチ位置を読み取り、記録することができる、タッチスクリーン１１２、タッチスクリーンパネルコントローラ１１０、及びタッチスクリーンパネルメモリ１１１を含む。代替として、タッチスクリーンパネルコントローラ１１０は、本発明による方法におけるステップの大部分を実施するために利用される。スタイラスは、電磁ベース、超音波ベース、及び機械ベースであることができる。タッチスクリーンパネル１１のタッチスクリーン１１２はまた、表示することができ、それがどのように表示されるかを制御することができる。タッチスクリーンコントローラ１１０がＡＰＰを作動させる計算電力を有することが好ましい。好ましくは、測定能力に関して、ＷＡＣＯＭからの市販のタブレットは、５マイクロメートルのタッチに達することができる。産業用ロボットコントローラ１００及びタッチスクリーンパネルコントローラ１１０は、通信リンクを介して互いに通信し合うことができ、これは、産業用ロボットコミッショニング制御システムを構成する。産業用ロボット座標系ｘ_r、ｙ_r、ｚ_rに対して既知の位置において産業用ロボットのフランジ１０１にエンドエフェクタ１２が取り付けられ、予めプログラミングされたロボットターゲットを用いたある特定の姿勢を産業用ロボット１１が想定すると、エンドエフェクタ１２が産業用ロボット１０と共に動き、タッチスクリーンパネル１１のタッチスクリーン１１２にタッチすることができるように、タッチスクリーンパネル１１は、産業用ロボット１０の作業範囲に配置される。スタイラスをその末端に有するエンドエフェクタ１２は、電磁ビーム、超音波ビーム、又は機械的接触でタッチスクリーンにタッチすることができる、電磁ベース、超音波ベース、又は機械ベースのスタイラスを有する産業用ロボット１０に対して固定関係にあることができる。これに対応して、タッチスクリーンパネル１１のタッチスクリーン１１２は、電磁ビーム、超音波ビーム、又は機械的接触の読取り値を検出し、タッチポイントを記録することができる。産業用ロボット１０に対して固定関係にあるエンドエフェクタと比較して、代替のエンドエフェクタは、そのスタイラスが産業用ロボット１０に対して突出することができるという点で異なる。

産業用ロボットシステム１は、エンドエフェクタ１２のスタイラスをタッチスクリーンパネル１１のタッチスクリーン１１２にタッチさせるのに自動かつ正確でなければならない。自動かつ正確なタッチポイントを達成するために、ロボットのソフトかつコンプライアントな制御が必要である。このようなソフトかつコンプライアントなロボットの制御を達成するために、力／トルクセンサを含む力制御を使用することが可能である。ロボット設備に力制御が含まれない場合、タッチスクリーンパネル１１のタッチスクリーン１１２との接触へとロボットを動かすために、タッチの発生を示す信号を産業用ロボットコントローラ１００に送るようにタッチスクリーンパネルコントローラ１１０を適応させるが、依然としてタッチポイントの正しく正確な位置を見つけるのにコンプライアントであることが可能である。エンドエフェクタ１２がタッチ位置にくるとすぐに、位置データが、タッチスクリーンパネルコントローラ１１０内で読み取られ、産業用ロボット座標系ｘ_r、ｙ_r、ｚ_rとタッチスクリーン座標系ｘ_t、ｙ_t、ｚ_tとの間の関係の計算のための基準値と共に使用されることができる。

図２は、本発明の一実施形態による産業用ロボットを用いたタッチスクリーンパネルの較正の概略図を示しており、ここで、矢印は、タッチスクリーンパネルの較正プロセスの進行を示している。

図２にしたがうと、タッチスクリーンパネル１１を較正するための較正方法がここで、ステップ（ａ）において、位置測定のための所定の精度を有するタッチスクリーン１１２の少なくとも１つのエリア２０を画定することから開始する。タッチスクリーン１１２上に画定されるエリア２０は、例えば、半径を有する円形である。タッチスクリーンパネル１１によって所定の位置測定精度を達成するために、少なくとも１つのエリア２０の各々が、それが位置測定の方向、例えば円形エリア２０の直径に沿って複数の感知素子を覆うように選択され、そのような感知素子の数は、複数の感知素子を占める累積誤差がしきい値を超えることにならないように最大値を下回るように保たれ、例えば、ハードウェアの解像度によっては２ｍｍ＊２ｍｍのエリアにおける精度が良好であるであろう。２ｍｍ＊２ｍｍほどの小さいエリアにおけるタッチスクリーンパネルの精度は、名目上の解像度値とみなされることができる。すなわち、０．０５ｍｍの解像度を有するタッチパネルについては、位置測定精度は、小さいエリアにおいて０．０５ｍｍであることができる。以下は、感知素子の数と累積誤差間の相関を例示する式である。

ここで、Ｅは累積誤差を表し、ｅは感知素子ｉの誤差を表し、Ｎは測定ポイント間に配置された感知素子の数である。

適切な位置測定精度の条件下のタッチスクリーンパネルのエリアを画定することによって、タッチスクリーンパネル１１の比較的小さいエリア２０は許容可能な位置測定精度を提供する。よって、これにより、タッチスクリーンパネルを使用して、特に、その上に画定された少なくとも１つのエリア２０を使用して、産業用ロボットを較正することが可能になり、これは、別の方法であれば追加の較正ツールを使用して較正される必要がある。

反復ループは、反復１における参照符号２０によって示されているエリア、反復２におけるエリア２０’、及び反復３におけるエリア２０”のような、産業用ロボットによってタッチされたエリアの拡大の進行を伴うステップ（ｂ）乃至（ｈ）を含む。図２に示されているように、反復ループは、反復ステップが産業用ロボットの運動学モデルの誤差修正の著しい改善をこれ以上もたらさなくなる３回の反復後に終了する。産業用ロボットの運動学モデルがどのくらい正確に修正されるかによって改善の有意性が評価されることができ、例えば、産業用ロボットのエンドエフェクタ位置の誤差は、直交座標空間における０．０１ｍｍといった、所定のレベルを下回るように調整される。この条件下で、例えば、直交座標空間における産業用ロボットのエンドエフェクタの位置精度によって表される、産業用ロボットの絶対精度が集束し、よって、タッチスクリーンのエリア全体の較正に役立つその最適な運動学モデルが見つかる。産業用ロボットが再較正された後、ロボット精度は、タッチパネルを再較正するための基準として使用されることができる。典型的には、ロボットは、運動学的な再較正の後、１００ｍｍ＊１００ｍｍのエリアで０．１ｍｍの精度に達することができる。

ステップ（ｂ）にしたがうと、タッチスクリーン１１２の少なくとも１つのエリア２０上の複数の第１のタッチポイントが産業用ロボット１０によってタッチされ、産業用ロボット１０の複数の運動学パラメータは、エリア２０上の第１のタッチポイントにタッチする際のそれの姿勢について記録される。例えば、これらの運動学パラメータは、産業用ロボットメモリに記憶されることができる。ステップ（ｃ）において、タッチスクリーン１１２の少なくとも１つのエリア上の複数の第１のタッチポイント上の複数の第１の位置値が記録される。例えば、これらの第１の位置値は、タッチスクリーンパネルメモリに記憶されることができる。

産業用ロボットの運動学パラメータ及び第１のタッチポイントの位置値が得られたら、ステップ（ｄ）において、産業用ロボットの運動学モデルのための第１の較正データが、運動学パラメータを使用して及び第１の位置値を使用して決定される。第１の較正データは、エリア内の第１のタッチポイントのペアのロケーション間の差分情報を表すデータと、第１のタッチポイントのペアにタッチする際の姿勢で想定される産業用ロボットの運動学パラメータ間の差分情報を表すデータとを含む。第１の較正データは、第１のタッチポイントの複数のペアに関する上記差分情報と、産業用ロボットの運動学パラメータの解を計算するのに十分な情報エントロピーを与えるように第１のタッチポイントペアのうちのいくつが決定されることができるかと、を表すデータを備えてもよい。次いで、ステップ（ｅ）において、第１の較正データを使用して産業用ロボットの運動学モデルの誤差を計算的に修正する。図４にしたがって下記に詳細に説明されるが、例えば、産業用ロボットの運動学パラメータの最適解について検索するために最適化ベースの設計の原理が使用されてもよく、改善された局所的な絶対精度は、１００ｍｍ＊１００ｍｍで０．１ｍｍに達することができる。

実験の結果は、ステップ（ｅ）において決定された産業用ロボットの運動学パラメータが与えられると、産業用ロボットの運動学モデルは、その境界が外方に拡張したエリアにおけるタッチングポイントについてのそれの様々な姿勢の正確な記述を提供し、よって、拡張されたエリアにおけるタッチングポイントの距離が産業用ロボットの運動学モデルにしたがって許容可能な精度まで計算されることができることを示している。言い換えると、産業用ロボットの運動学モデルは、その運動学モデルの誤差修正を伴う境界拡張前のものよりも大きいタッチスクリーン上のエリアに生じるタッチングポイントについて良好な精度を有する姿勢予測を提供する。特に、運動学パラメータによって引き起こされる産業用ロボットのエンドエフェクタの位置誤差は、直交座標空間に連続分布を有する。較正された運動学パラメータは、画定されたエリアで適正な精度を達成している。これらの画定されたエリアがタッチスクリーンパネルを覆うとき、近くのエリアにおける産業用ロボットの精度は劇的には変化しない。それゆえ、より大きいエリアにおけるロボットの動きは、依然として比較的正確な予測を有することができる。

タッチスクリーンパネルの較正の目的のために産業用ロボットコミッショニングシステムにおける産業用ロボットを再使用することによって、これは、較正の新機能を追加し、システムのコストを削減するという、相反する要件を解決するのに役立つ。タッチスクリーンパネルの較正のために追加のデバイスが必要ないので、これは有利である。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の一実施形態によるエリア及びその拡張の変形を示している。図３Ａに示されているように、エリアはその境界の一部分を外方に拡張することによって拡大され、図３Ｂに示されているように、前のエリアの境界は、その中心から等しく拡張され、よって、拡張されたエリアは、前のエリアを囲んでいる。図３Ａ及び図３Ｂのいずれにおいても、斜線で示されている部分は、タッチスクリーン上のエリアの拡大を表す。上で説明された第１のタッチングポイントは参照符号３０で示され、第２のタッチングポイントは参照符号３１で示されている。タッチスクリーンパネルの較正を高速化するために、拡大を可能な限り広範にすることが望ましい。拡張が大きいほど、タッチスクリーンパネルの較正を完了するのに必要な反復回数は少なくなる。他方では、拡大は、較正精度の著しい低下につながるべきではない。例えば、拡大比は以前の２倍であることができる。円エリアを例として挙げると、以下であり、

このような指数関数的な拡大は、反復の増加に伴ってますます急速になることができ、ここで、このエリアは円形であり、ｎは、半径がｒである最小エリアについての拡大比を示す。さらに、第２のタッチポイント３１の少なくとも一部分は、少なくとも１つのエリアの拡張された部分に分布しており、これは、拡大されたエリアにおける誤差分布を適合させるための以下の式（４）のマッピング関数を精緻化するために使用されることができる。

図２に戻ると、ステップ（ｆ）によれば、その境界の少なくとも一部分が外方に拡張した少なくとも１つのエリア上の複数の第２のタッチポイントが産業用ロボット１０によってタッチされ、タッチスクリーン上のこれらの第２のタッチポイントのロケーション上の複数の第２の位置値が、例えば、タッチスクリーンパネルメモリによって記録される。

産業用ロボットの運動学パラメータ及び第２のタッチポイントの位置値が得られたら、ステップ（ｇ）において、運動学パラメータを使用して及び第２の位置値を使用して、タッチスクリーンについて第２の較正データが決定される。第２の較正データは、拡張されたエリア内の第２のタッチポイントのペアのロケーション間の差分情報を表すデータと、第２のタッチポイントのペアにタッチする際の姿勢で想定される産業用ロボットの運動学パラメータ間の差分情報を表すデータとを含む。第２の較正データは、第２のタッチポイントの複数のペアに関する上記差分情報と、タッチスクリーンの拡張されたエリア上の第２のポイントのロケーションの解を計算するのに十分な情報エントロピーを与えるように第２のタッチポイントペアのうちのいくつが決定されることができるかと、を表すデータを備えてもよい。次いで、ステップ（ｈ）において、第２の較正データを使用してタッチスクリーンの位置測定の誤差を計算的に修正する。例えば、最適化ベースの設計の原理が位置測定の最適解について検索するために使用されてもよく、これは、図５にしたがって下記に詳細に説明される。

反復の終了に続いて、本方法はさらに、運動学パラメータを使用して及び第２の位置値を使用して、タッチスクリーンのための第３の較正データを決定することと、第３の較正データを使用して残りのエリアについてのタッチスクリーンの位置測定の誤差を計算的に修正することとを含む。結果として、タッチスクリーンのエリア全体が較正されている。

図４は、本発明の一実施形態による反復の１つにおけるタッチスクリーンパネルの使用による産業用ロボットの較正を例示している。タッチスクリーンパネルによって取得される位置は、ロボットの運動学パラメータを識別するために使用されることができる。タッチスクリーンパネル１１は、産業用ロボットの作業範囲に配置される。エンドエフェクタ１２は、産業用ロボットのフランジに取り付けられる。図４に示されているように、例えば、タッチスクリーンパネル１１のタッチスクリーン１１２上に、各々が円形状の５つのエリアが画定されており、エリアごとの位置測定精度が産業用ロボット１０の較正のために十分高いと想定する。図２にしたがって先に説明されたように、各エリアは、エリアにおける感知素子を所定のレベルよりも少なく保つことによって、又は良好な位置測定精度を有する産業用ロボットを用いた較正の結果として、適切な位置測定精度を認識する。さらに、エリア２０、２０’、２０”の形状は、図２による反復ループの進行とともに、それらのいくつかが互いに重なり合ってもよい程度まで拡大する。タッチスクリーン１１２上に画定されたエリアの拡大とともに、及び反復ループごとに、産業用ロボットによって保持されるエンドエフェクタ１２によって、第１のタッチングポイントは、エリア２０、２０’、２０”に分布する。

産業用ロボットコントローラは、エンドエフェクタ１２のスタイラスが、例えばソフトサーボを用いてタッチスクリーン１１２上のポイントにタッチするまでコンプライアントな方法で動くように、プログラミングされ、産業用ロボットを制御する。スタイラスは、ロボット座標系ｘ_r、ｙ_r、ｚ_rにおいてロボットソフトウェアにおける組み込まれた数学的処理で計算される。産業用ロボットメモリは、エンドエフェクタ１２のスタイラスがタッチスクリーン１１２のポイントにタッチすると、産業用ロボット座標系ｘ_r、ｙ_r、ｚ_rにおける産業用ロボットの姿勢を記録することができる。タッチスクリーンメモリは、タッチスクリーン座標系ｘ_t、ｙ_t、ｚ_tにおけるタッチスクリーン１１２上の第１のタッチポイントの位置を記録することができる。プログラミングされた産業用ロボットコントローラは、次いで、タッチスクリーン１１２上の少なくとも別のタッチについてステップを繰り返すように産業用ロボットを制御し、ここにおいて、タッチの数は、産業用ロボットの運動学パラメータの数以上である。例えば、産業用ロボットが４つの運動学パラメータを有する場合、産業用ロボット座標系ｘ_r、ｙ_r、ｚ_rにおける産業用ロボットの姿勢を有するタッチスクリーン１１２上の少なくとも４つのタッチ、及びタッチスクリーン座標系ｘ_t、ｙ_t、ｚ_tにおける少なくとも４つの第１のタッチポイント位置である。産業用ロボットコントローラは、産業用ロボットの少なくとも２つの姿勢、第１のタッチポイントの少なくとも２つの位置、及び産業用ロボット座標系とタッチスクリーン座標系との間の関係を使用して、産業用ロボットの運動学パラメータを最適化することができる。特に、例えば、産業用ロボットコントローラは、スタイラス位置を、少なくともＮ個のタッチ（Ｎは関心のある運動学パラメータの数に等しい）としてロボットＤＨパラメータの関数を用いて計算することができる。典型的には、直列ロボットは、Ｄｅｎａｖｉｔ Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ（ＤＨ）モデルで表記されることができ、これは、ロボットリンクごとに４つのパラメータを有する。すなわち、リンク長、リンクオフセット、リンクねじれ、及び関節角度である。それゆえ、６軸のロボットは合計２４個のＤＨパラメータを有する。すべてのＤＨパラメータを較正する場合、それは少なくとも２４個のタッチを必要とする。一般に、第１のタッチポイントの数は、産業用ロボットの運動学パラメータの数以上である。

図２によって説明された本発明の実施形態に適用されると、産業用ロボットは、Ｎ個のエリアに動き、各エリアにおいてＭ個のポイント（第１のタッチングポイント）にタッチするようにプログラミングされる。

Ｎ＊Ｍ個の予めプログラミングされたターゲットを用いて、最適化問題は、以下の目的関数で解くことができる。

ここで、ＰＯＳｒｉｊは、ｉエリア，ｊタッチングにおけるロボットベースフレームに対するスタイラスの先端位置を示し、ＴＣＰはロボットフランジフレームに対するスタイラスの先端のツール中心点を示し、Ｐｔｉｊは、ｉエリア，ｊタッチングにおけるタッチパネルフレームに対するタッチングポイント位置を示す。このようなロボット較正は、ＴＣＰが最適化変数に含まれるが距離情報のみが式（３）で使用されるので、厳密なロボットのツール中心点ＴＣＰ（エンドエフェクタ１２等）及びタッチパネル座標系を知る必要はない。これは、スタイラスが任意のロボット上に装着されることができ、タッチパネルが任意のロボットの作業空間に配置されることができることを意味する。

較正されたタッチスクリーンは、ロボットの運動学的な較正のために追加のハードウェアを導入することなく絶対精度の較正のために再使用されることができる。これは、システムの複雑さとコストを低減しながら、産業用ロボットシステムの統合度を高めるのに役立つ。そして、空間占有も同様に低減される。

図５は、本発明の一実施形態による、反復の１つにおける産業用ロボットの使用によるタッチスクリーン較正を例示している。産業用ロボットコントローラは、エンドエフェクタのスタイラスが、例えばソフトサーボを用いてタッチスクリーン１１２上のポイントにタッチするまでコンプライアントな方法で動くように、プログラミングされ、産業用ロボットを制御する。スタイラスは、ロボット座標系ｘ_r、ｙ_r、ｚ_rにおいてロボットソフトウェアにおける組み込まれた数学的処理で計算される。産業用ロボットコントローラは、それがタッチスクリーン１１２のポイントにタッチしたときの産業用ロボット座標系ｘ_r、ｙ_r、ｚ_rにおけるエンドエフェクタのスタイラスの位置を記録することができる。タッチスクリーンコントローラは、タッチスクリーン座標系ｘ_t、ｙ_t、ｚ_tにおけるタッチスクリーン１１２上のタッチポイントの位置を記録することができる。プログラミングされた産業用ロボットコントローラは、次いで、産業用ロボット座標系ｘ_r、ｙ_r、ｚ_rにおけるスタイラス位置と、タッチスクリーン座標系ｘ_t、ｙ_t、ｚ_tにおけるタッチポイント位置とを用いて、タッチスクリーン１１２上の少なくとも別の２つのタッチについて、ステップを繰り返すように産業用ロボットを制御する。

図２にしたがって説明された本発明の実施形態に適用されると、産業用ロボットは、Ｎ個のエリアに動き、各エリアにおいてＺ個のポイントにタッチするように同じ間隔でターゲットを平行移動させるようにプログラミングされる（第２のタッチングポイントであるＺは、２次元多項式関数の未知の変数の数よりも少なくとも大きく、第２のタッチポイントの数はタッチスクリーンの次元数以上である）。

ここで、ｇは、画素から物理的な位置へのマッピング関数である。例えば、ｇは多項式関数であることができ、Ｐｉｘｅｌｉｊ_ｘ、Ｐｉｘｅｌｉｊ_ｙ、又はＰｉｘｅｌｉｊ_ｚは、タッチパネルフレームに対するＸ、Ｙ、Ｚ方向におけるタッチスクリーンパネルの元の画素読取り値を示す。

Ｎ＊Ｚ個の予めプログラミングされたターゲットを用いて、各エリアにおける最適化問題は以下の目的関数で解くことができる。

ここで、ＰＯＳｒｉｊは、ｉエリア，ｊタッチングにおけるロボットベースフレームに対するスタイラスの先端位置を示し、ＴＣＰはロボットフランジフレームに対するスタイラスの先端のツール中心点を示し、Ｐｔｉｊは、ｉエリア，ｊタッチングにおけるタッチパネルフレームに対するタッチングポイント位置を示す。

本発明は、いくつかの好ましい実施形態に基づいて説明されてきたが、当業者は、これらの実施形態が本発明の範囲を決して限定するものではないことを理解するべきである。本発明の趣旨及び概念から逸脱することなく、実施形態に対する任意の変形及び修正は、通常の知識を有する者及び当業者の理解の範囲内であり、したがって、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲に入るべきである。

Claims (9)

1. タッチスクリーンパネルを較正するための方法であって、ここで、前記タッチスクリーンパネルは、産業用ロボットが前記タッチスクリーンパネルのタッチスクリーンにタッチすることができるように、前記産業用ロボットの作業範囲に配置され、
   （ａ）位置測定のための所定の精度を有する前記タッチスクリーンの少なくとも１つのエリアを画定するステップと、
   （ｂ）前記タッチスクリーンの前記少なくとも１つのエリア上の複数の第１のタッチポイント上の前記産業用ロボットの複数の運動学パラメータを記録するステップと、
   （ｃ）前記タッチスクリーンの前記少なくとも１つのエリア上の前記複数の第１のタッチポイント上の複数の第１の位置値を記録するステップと、
   （ｄ）前記運動学パラメータを使用して及び前記第１の位置値を使用して、前記産業用ロボットの運動学モデルのための第１の較正データを決定するステップと、
   （ｅ）前記第１の較正データを使用して前記産業用ロボットの前記運動学モデルの誤差を計算的に修正するステップと、
   （ｆ）その境界の少なくとも一部分が外方に拡張した前記少なくとも１つのエリア上の複数の第２のタッチポイント上の複数の第２の位置値を記録するステップと、
   （ｇ）前記運動学パラメータを使用して及び前記第２の位置値を使用して、前記タッチスクリーンのための第２の較正データを決定するステップと、
   （ｈ）前記第２の較正データを使用して前記タッチスクリーンの位置測定の誤差を計算的に修正するステップと、
   前記産業用ロボットの異なる姿勢について前記ステップ（ｂ）乃至（ｈ）を反復して、反復ステップが、前記産業用ロボットの前記運動学モデルの前記誤差修正の著しい改善をこれ以上もたらさなくなるまで繰り返すステップと
   を含む、方法。
2. 前記第１タッチポイントの数は、前記産業用ロボットの前記運動学パラメータの数以上である、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２タッチポイントの数は、前記タッチスクリーンの次元の数以上である、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ステップ（ｅ）において、前記少なくとも１つのエリアは、前のエリアを囲むように拡張される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記ステップ（ｅ）において、前記第２のタッチポイントの少なくとも一部分は、前記少なくとも１つのエリアの前記拡張された部分に分布する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記反復の終了に続いて、
   前記運動学パラメータを使用して及び前記第２の位置値を使用して、前記タッチスクリーンのための第３の較正データを決定するステップと、
   前記第３の較正データを使用して残りのエリアのための前記タッチスクリーンの位置測定の誤差を計算的に修正するステップと
   をさらに含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されている産業用ロボット及びタッチスクリーンパネルを含む、前記タッチスクリーンパネルを較正するためのシステム。
8. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されているロボットコントローラ及びロボットメモリを含む産業用ロボット。
9. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されているタッチスクリーンパネルコントローラ及びタッチスクリーンパネルメモリを含むタッチスクリーンパネル。