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特開2022-164608ロボットドリルシステム及びロボットドリルシステムを用いて穿孔する方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022164608
(43)【公開日】2022-10-27
(54)【発明の名称】ロボットドリルシステム及びロボットドリルシステムを用いて穿孔する方法
(51)【国際特許分類】
B25J 13/08 20060101AFI20221020BHJP
【ＦＩ】
B25J13/08 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022066105
(22)【出願日】2022-04-13
(31)【優先権主張番号】63/175,781
(32)【優先日】2021-04-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】500520743
【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】コクラン， ジェーソン ジョン
(72)【発明者】
【氏名】ボンチャン， レン ベンジャミン
(72)【発明者】
【氏名】アミルサドリ， アシュカン
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707AS12
3C707ES15
3C707KS03
3C707KS33
3C707KS37
3C707KT01
3C707KT06
3C707KX06
3C707LT11
3C707LU08
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ロボットドリルシステム及びロボットドリルシステムを用いて穿孔する方法を提供する。
【解決手段】ツールヘッドのロボット挿入をもたらすために、少なくとも１つのロボットアクチュエータによって移動されるロボットマニピュレータアームを用いて、初期挿入軌道に沿ってドリルテンプレートの孔内にロボットドリルのツールヘッドを挿入することを含む。初期挿入軌道に沿ってツールヘッドを挿入している間、孔の壁に対するツールヘッドの拘束に応じて、ツールヘッドのロボット挿入を停止し、ツールヘッドを孔に対するツールヘッド軸の修正された位置合わせへと再配向するために、ツールヘッドの自己中心化デバイスを起動することを含む。自己中心化デバイスは、拡張可能なコレットを含んでよい。
【選択図】図１
【解決手段】ツールヘッドのロボット挿入をもたらすために、少なくとも１つのロボットアクチュエータによって移動されるロボットマニピュレータアームを用いて、初期挿入軌道に沿ってドリルテンプレートの孔内にロボットドリルのツールヘッドを挿入することを含む。初期挿入軌道に沿ってツールヘッドを挿入している間、孔の壁に対するツールヘッドの拘束に応じて、ツールヘッドのロボット挿入を停止し、ツールヘッドを孔に対するツールヘッド軸の修正された位置合わせへと再配向するために、ツールヘッドの自己中心化デバイスを起動することを含む。自己中心化デバイスは、拡張可能なコレットを含んでよい。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
拡張可能なコレット（７）及びエンドエフェクタ（９）を備えたツールヘッド（５）であって、前記拡張可能なコレット（７）は、ドリルテンプレート（２３）の孔（２１）の中への挿入のための後退した構成（１１）と拡張した構成（１３）との間で拡張するように構成されている、ツールヘッド（５）と、
前記ツールヘッド（５）を支持するためのロボットマニピュレータアーム（１５）と、
前記ドリルテンプレート（２３）の前記孔（２１）に向けられた前記ツールヘッド（５）のロボット挿入をもたらすように、前記ロボットマニピュレータアーム（１５）を移動させるための少なくとも１つのロボットアクチュエータ（１７）と、
前記ドリルテンプレート（２３）の前記孔（２１）内の前記拡張可能なコレット（７）の拘束を検出するための少なくとも１つのセンサ（１９）とを備え、
前記孔（２１）内の前記拡張可能なコレット（７）の拘束を検出したことに応じて、前記ツールヘッド（５）のロボット挿入が停止され、前記拡張可能なコレット（７）は、前記エンドエフェクタ（９）を前記孔（２１）内の中心に置くために、前記拡張した構成（１３）へ拡張するように構成され、
前記後退した構成（１１）にある前記拡張可能なコレット（７）の後退した直径（２７）は、テンプレート孔の前記孔（２１）の直径の少なくとも９５％であるが、１００％未満である、ロボットドリルシステム（１）。
前記ツールヘッド（５）を支持するためのロボットマニピュレータアーム（１５）と、
前記ドリルテンプレート（２３）の前記孔（２１）に向けられた前記ツールヘッド（５）のロボット挿入をもたらすように、前記ロボットマニピュレータアーム（１５）を移動させるための少なくとも１つのロボットアクチュエータ（１７）と、
前記ドリルテンプレート（２３）の前記孔（２１）内の前記拡張可能なコレット（７）の拘束を検出するための少なくとも１つのセンサ（１９）とを備え、
前記孔（２１）内の前記拡張可能なコレット（７）の拘束を検出したことに応じて、前記ツールヘッド（５）のロボット挿入が停止され、前記拡張可能なコレット（７）は、前記エンドエフェクタ（９）を前記孔（２１）内の中心に置くために、前記拡張した構成（１３）へ拡張するように構成され、
前記後退した構成（１１）にある前記拡張可能なコレット（７）の後退した直径（２７）は、テンプレート孔の前記孔（２１）の直径の少なくとも９５％であるが、１００％未満である、ロボットドリルシステム（１）。
【請求項2】
前記孔（２１）内の前記拡張可能なコレット（７）の拘束を検出したことに応じて、ロボット挿入が停止され、前記ロボットマニピュレータアーム（１５）及び前記少なくとも１つのアクチュエータ（１７）は、前記ツールヘッド（５）の前記拡張可能なコレット（７）を拡張させること（１３０）によって生成される力によって、前記ロボットマニピュレータアーム（１５）が、前記孔（２１）に対する修正された位置合わせ（４３）へと自由に再配置可能である従順な自由駆動モードに切り替えられ（１２４）る、請求項１に記載のロボットドリルシステム（１）。
【請求項3】
初期挿入軌道（３７）に沿って前記孔（２１）に向けられた前記ツールヘッド（５）の挿入をガイドするように、制限された精度のセンサフィードバック信号（３５）を提供するための、制限された精度のセンサ（３３）を更に備える、請求項１又は２に記載のロボットドリルシステム（１）。
【請求項4】
前記制限された精度のセンサ（３３）は、ビデオカメラ又は深度カメラシステムである、請求項３に記載のロボットドリルシステム（１）。
【請求項5】
前記後退した直径（２７）は、
（ｉ）前記テンプレート孔の直径の９５％から９７％、
（ｉｉ）前記テンプレート孔の直径の９７％から９９％、又は
（ｉｉｉ）前記テンプレート孔の直径の少なくとも９９％であるが、１００％未満、のうちの少なくとも１つの範囲にある、請求項１から４のいずれか一項に記載のロボットドリルシステム（１）。
（ｉ）前記テンプレート孔の直径の９５％から９７％、
（ｉｉ）前記テンプレート孔の直径の９７％から９９％、又は
（ｉｉｉ）前記テンプレート孔の直径の少なくとも９９％であるが、１００％未満、のうちの少なくとも１つの範囲にある、請求項１から４のいずれか一項に記載のロボットドリルシステム（１）。
【請求項6】
前記ツールヘッド（５）は、前記孔（２１）の中への前記ツールヘッド（５）の挿入を補助するための導入溝（２９）を含み、前記導入溝（２９）は、前記後退した直径（２７）未満且つ前記テンプレート孔の直径の少なくとも７５％である導入直径（３４）を有する導入縁部（３１）を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のロボットドリルシステム（１）。
【請求項7】
拘束を検出するための前記少なくとも１つのセンサ（１９）は、
前記少なくとも１つのロボットアクチュエータ（１７）における電流、電圧、及び／又は熱の変化を検出するためのセンサ、
前記ツールヘッド（５）、前記コレット（７）、前記ロボットアクチュエータ（１７）、又は前記ドリルテンプレート（２３）のうちの１以上における少なくとも１つの力を検出するための力センサ、
前記コレット（７）又は前記ツールヘッド（５）の加速度の変化を検出するための加速度計、並びに
前記コレット（７）又は前記ツールヘッド（５）と前記ドリルテンプレート（２３）との間の電気的導通又はキャパシタンスの変化を検出するためのセンサ、のうちの１以上を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のロボットドリルシステム（１）。
前記少なくとも１つのロボットアクチュエータ（１７）における電流、電圧、及び／又は熱の変化を検出するためのセンサ、
前記ツールヘッド（５）、前記コレット（７）、前記ロボットアクチュエータ（１７）、又は前記ドリルテンプレート（２３）のうちの１以上における少なくとも１つの力を検出するための力センサ、
前記コレット（７）又は前記ツールヘッド（５）の加速度の変化を検出するための加速度計、並びに
前記コレット（７）又は前記ツールヘッド（５）と前記ドリルテンプレート（２３）との間の電気的導通又はキャパシタンスの変化を検出するためのセンサ、のうちの１以上を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のロボットドリルシステム（１）。
【請求項8】
前記拡張可能なコレット（７）と前記孔（２１）の壁（２２）との間の力を表すコレットセンサ出力を出力するためのコレットセンサ（５３）を更に備え、
前記拡張可能なコレット（７）を前記拡張した構成（１３）に構成することは、前記コレットセンサ出力が閾値に到達するか又はそれを超えるまで、前記拡張可能なコレット（７）の直径を拡張することを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のロボットドリルシステム（１）。
前記拡張可能なコレット（７）を前記拡張した構成（１３）に構成することは、前記コレットセンサ出力が閾値に到達するか又はそれを超えるまで、前記拡張可能なコレット（７）の直径を拡張することを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のロボットドリルシステム（１）。
【請求項9】
ロボットドリルシステム（１）を用いて穿孔する方法（１００、２００）であって、
ツールヘッド（５）のロボット挿入をもたらすために、少なくとも１つのロボットアクチュエータ（１７）によって移動されるロボットマニピュレータアーム（１５）を用いて、初期挿入軌道（３７）に沿ってドリルテンプレート（２３）の孔（２１）内に前記ロボットドリル（１）の前記ツールヘッド（５）を挿入すること、
前記孔（２１）の壁（２２）に対する前記ツールヘッド（５）の拘束を検知すること、
前記初期挿入軌道（３７）に沿って前記ツールヘッド（５）を挿入している間、前記孔（２１）の壁（２２）に対する前記ツールヘッド（５）の拘束に応じて、前記ツールヘッド（５）のロボット挿入を停止し（１２２）、前記ツールヘッド（５）を前記孔（２１）に対するツールヘッド軸（４９）の修正された位置合わせ（４３）へと再配向するために、前記ツールヘッド（５）の自己中心化デバイス（４１）を起動すること（１３０）、
更新された挿入軌道（４５）に沿って前記孔（２１）の中に前記ツールヘッド（５）を挿入すること（１４０）であって、前記更新された挿入軌道（４５）は、前記修正された位置合わせ（４３）に基づく、前記ツールヘッド（５）を挿入すること（１４０）、及び
前記ツールヘッド（５）のエンドエフェクタ（９）を起動すること（１５０）を含む、方法（１００、２００）。
ツールヘッド（５）のロボット挿入をもたらすために、少なくとも１つのロボットアクチュエータ（１７）によって移動されるロボットマニピュレータアーム（１５）を用いて、初期挿入軌道（３７）に沿ってドリルテンプレート（２３）の孔（２１）内に前記ロボットドリル（１）の前記ツールヘッド（５）を挿入すること、
前記孔（２１）の壁（２２）に対する前記ツールヘッド（５）の拘束を検知すること、
前記初期挿入軌道（３７）に沿って前記ツールヘッド（５）を挿入している間、前記孔（２１）の壁（２２）に対する前記ツールヘッド（５）の拘束に応じて、前記ツールヘッド（５）のロボット挿入を停止し（１２２）、前記ツールヘッド（５）を前記孔（２１）に対するツールヘッド軸（４９）の修正された位置合わせ（４３）へと再配向するために、前記ツールヘッド（５）の自己中心化デバイス（４１）を起動すること（１３０）、
更新された挿入軌道（４５）に沿って前記孔（２１）の中に前記ツールヘッド（５）を挿入すること（１４０）であって、前記更新された挿入軌道（４５）は、前記修正された位置合わせ（４３）に基づく、前記ツールヘッド（５）を挿入すること（１４０）、及び
前記ツールヘッド（５）のエンドエフェクタ（９）を起動すること（１５０）を含む、方法（１００、２００）。
【請求項10】
前記壁（２２）に対する前記ツールヘッド（５）の拘束に応じて、前記方法（１００、２００）は更に、
前記初期挿入軌道（３７）に沿って前記孔（２１）に向けられた前記ツールヘッド（５）のロボット挿入を停止すること（１２２）と、
前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイス（４１）を起動すること（１３０）によって生成される力によって、前記ツールヘッド（５）が、前記孔（２１）に対する前記ツールヘッド軸（４９）の前記修正された位置合わせ（４３）へと再配置移動することを容易にするための従順な自由駆動モードに、前記ロボットマニピュレータアーム（１５）を切り替えること（１２４）とを含み、
前記ツールヘッド（５）を、前記孔（２１）に対する前記修正された位置合わせ（４３）へと再配置するために、前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイス（４１）を起動すること（１３０）に続いて、前記方法（１００、２００）は更に、
少なくとも１つのロボットアクチュエータ（１７）の選択的な起動が、前記ツールヘッド（５）のロボット挿入をもたらすために前記ロボットマニピュレータアーム（１５）を移動させるように、前記ロボットマニピュレータアーム（１５）を駆動モードに構成すること（１３２）、及び
前記ツールヘッドの前記自己中心化デバイス（４１）を起動解除すること（１３４）を含む、請求項９に記載の穿孔する方法（１００、２００）。
前記初期挿入軌道（３７）に沿って前記孔（２１）に向けられた前記ツールヘッド（５）のロボット挿入を停止すること（１２２）と、
前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイス（４１）を起動すること（１３０）によって生成される力によって、前記ツールヘッド（５）が、前記孔（２１）に対する前記ツールヘッド軸（４９）の前記修正された位置合わせ（４３）へと再配置移動することを容易にするための従順な自由駆動モードに、前記ロボットマニピュレータアーム（１５）を切り替えること（１２４）とを含み、
前記ツールヘッド（５）を、前記孔（２１）に対する前記修正された位置合わせ（４３）へと再配置するために、前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイス（４１）を起動すること（１３０）に続いて、前記方法（１００、２００）は更に、
少なくとも１つのロボットアクチュエータ（１７）の選択的な起動が、前記ツールヘッド（５）のロボット挿入をもたらすために前記ロボットマニピュレータアーム（１５）を移動させるように、前記ロボットマニピュレータアーム（１５）を駆動モードに構成すること（１３２）、及び
前記ツールヘッドの前記自己中心化デバイス（４１）を起動解除すること（１３４）を含む、請求項９に記載の穿孔する方法（１００、２００）。
【請求項11】
前記ツールヘッド（５）を、前記孔（２１）に対する前記修正された位置合わせ（４３）へと再配置するために、前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイス（４１）を起動すること（１３０）に続いて、前記方法（１００、２００）は更に、
前記更新された挿入軌道（４５）に沿って前記ツールヘッド（５）を挿入するための更新された制御信号を計算すること（１３６）を含み、
前記更新された挿入軌道（４５）に沿って前記孔（２１）の中に前記ツールヘッド（５）を挿入することは、
前記更新された制御信号に従って、前記ロボットアクチュエータ（１７）を選択的に起動すること（１４２）を含む、請求項１０に記載方法（１００、２００）。
前記更新された挿入軌道（４５）に沿って前記ツールヘッド（５）を挿入するための更新された制御信号を計算すること（１３６）を含み、
前記更新された挿入軌道（４５）に沿って前記孔（２１）の中に前記ツールヘッド（５）を挿入することは、
前記更新された制御信号に従って、前記ロボットアクチュエータ（１７）を選択的に起動すること（１４２）を含む、請求項１０に記載方法（１００、２００）。
【請求項12】
前記更新された挿入軌道（４５）に沿って前記孔（２１）の中に前記ツールヘッド（５）を挿入することは、
前記ツールヘッド（５）を指定された位置（４７）に挿入することを更に含み、
前記ツールヘッド（５）が前記指定された位置（４７）に配置されていることに応じて、前記方法（１００、２００）は更に、
前記ロボットアクチュエータ（１７）の選択的な起動を停止すること（１４６）、及び
前記ツールヘッド（５）の前記エンドエフェクタ（９）を起動するときに、前記ツールヘッド（５）を前記指定された位置（４７）に固定するために、前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイス（４１）を起動すること（１４８）を含む、請求項１１に記載の穿孔する方法（１００、２００）。
前記ツールヘッド（５）を指定された位置（４７）に挿入することを更に含み、
前記ツールヘッド（５）が前記指定された位置（４７）に配置されていることに応じて、前記方法（１００、２００）は更に、
前記ロボットアクチュエータ（１７）の選択的な起動を停止すること（１４６）、及び
前記ツールヘッド（５）の前記エンドエフェクタ（９）を起動するときに、前記ツールヘッド（５）を前記指定された位置（４７）に固定するために、前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイス（４１）を起動すること（１４８）を含む、請求項１１に記載の穿孔する方法（１００、２００）。
【請求項13】
前記孔（２１）に対する前記ツールヘッド（５）の前記修正された位置合わせ（４３）は、前記ツールヘッド（５）のツールヘッド軸（４９）が、前記孔（２１）の孔軸（５１）と同軸になるようにすることを含む、請求項９から１２のいずれか一項に記載の穿孔する方法（１００、２００）。
【請求項14】
前記孔（２１）の壁（２２）に対する前記ツールヘッド（５）の拘束を検知することは、
前記ロボットドリル（１）の前記自己中心化デバイス（４１）、前記ツールヘッド（５）、前記ロボットアクチュエータ（１７）、又は前記ドリルテンプレート（２３）のうちの１以上における力を検出することと、
前記自己中心化デバイス（４１）又は前記ツールヘッド（５）と前記ドリルテンプレート（２３）との間の電気的導通又はキャパシタンスの変化を検出することと、
前記自己中心化デバイス（４１）又は前記ツールヘッド（５）の加速度の変化を検出することと、
前記ロボットドリル（１）のアクチュエータ又は他の構成要素における電流、電圧、熱の変化を検出することと、のうちの１以上を含む、請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法（１００、２００）。
前記ロボットドリル（１）の前記自己中心化デバイス（４１）、前記ツールヘッド（５）、前記ロボットアクチュエータ（１７）、又は前記ドリルテンプレート（２３）のうちの１以上における力を検出することと、
前記自己中心化デバイス（４１）又は前記ツールヘッド（５）と前記ドリルテンプレート（２３）との間の電気的導通又はキャパシタンスの変化を検出することと、
前記自己中心化デバイス（４１）又は前記ツールヘッド（５）の加速度の変化を検出することと、
前記ロボットドリル（１）のアクチュエータ又は他の構成要素における電流、電圧、熱の変化を検出することと、のうちの１以上を含む、請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法（１００、２００）。
【請求項15】
前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイス（４１）を起動すること（１４８）は、前記ツールヘッド（５）のコレット（７）と前記孔（２１）の壁（２２）との間の力の閾値が到達されるか又はそれを超えるまで、前記壁（２２）に向けて前記コレット（７）を拡張することを含む、請求項９から１４のいずれか一項に記載の方法（１００、２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、広くは、ロボット穿孔に関する。特に、本開示の実施例は、ドリルテンプレートを使用するロボットドリルシステム、ロボットドリル方法、及びロボット穿孔のコンピュータに実装された方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ドリルテンプレート内の孔を使用するロボット穿孔などのようなロボットペグインホール（robotic peg-in-hole）工程を実行するときに、ロボットは先ず孔を検出しなければならない。１つのアプローチは、レーザースキャナを使用して表面の特徴を精密に位置特定することであるが、高精度である反面、時間がかかり得る。もう１つのアプローチは、較正された視覚システムを使用することであるが、より速い反面、精度が劣り得る。
【0003】
電力供給ドリルでは、孔に対するペグ（peg）の許容誤差が非常に厳しい。計測誤差とロボットシステムの位置精度との組み合わせは、低価格のロボットシステムが、ペグインホール工程に必要な位置合わせを実現することを阻害する可能性がある。特に、拘束（binding）を引き起こすことなしに、ドリルヘッド（ペグ）とドリルテンプレートの孔との間の正確な位置合わせを実現することを阻害する可能性がある。他のシステムは、より大きくより高価なロボット及びファクトリインフラを用いて、システムの剛性を高めることによって精度を上げてよい。しかし、そのような解決法は、位置特定誤差及びドリルテンプレートの位置合わせ誤差のために、移動式ロボット穿孔システムには実用的でない場合がある。
【0004】
本明細書を通して、「含む、備える（comprise）」という語、又は「含んでいる、備えている／含むこと、備えること（comprising）」などの変形例は、記載された要素、整数、又はステップ、或いは要素、整数、又はステップの群を含むが、任意の他の要素、整数、又はステップ、或いは要素、整数、又はステップの群を除外しないことを意味すると理解される。
【0005】
本明細書に含まれる文書、行為、材料、装置、物品などに関するいかなる議論も、これらの事項の一部又は全部が、添付の各請求項の優先日前に存在した本開示に関連する分野において、先行技術基盤の一部を形成するか又は一般的な知識であったと認めるものとして解釈されてはならない。
【発明の概要】
【0006】
本開示は、ツールヘッド、ツールヘッドを支持するためのロボットマニピュレータ、少なくとも１つのロボットアクチュエータ、及び少なくとも１つのセンサを含む、ロボットドリルシステムを提供する。ツールヘッドは、拡張可能なコレットとエンドエフェクタとを含む。その場合、拡張可能なコレットは、ドリルテンプレートの孔の中に挿入するための後退した構成と、拡張した構成との間で拡張するように構成されている。少なくとも１つのロボットアクチュエータは、ドリルテンプレートの孔に向けられたツールヘッドのロボット挿入をもたらすために、ロボットマニピュレータアームを移動させるように構成されている。少なくとも１つのセンサは、ドリルテンプレートの孔内の拡張可能なコレットの拘束を検出するように構成されている。孔内の拡張可能なコレットの拘束を検出したことに応じて、ツールヘッドのロボット挿入は停止され、拡張可能なコレットは、エンドエフェクタを孔内の中心に置くために、拡張した構成に拡張するように構成されている。後退した構成にある拡張可能なコレットの後退した直径は、テンプレート孔の孔の直径少なくとも９５％であるが、１００％未満である。
【0007】
本開示はまた、ロボットドリルシステムを用いて穿孔する方法も提供する。該方法は、ツールヘッドのロボット挿入をもたらすために、少なくとも１つのロボットアクチュエータによって移動されるロボットマニピュレータアームを用いて、初期挿入軌道に沿ってドリルテンプレートの孔内にロボットドリルのツールヘッドを挿入することを含む。該方法はまた、孔の壁に対するツールヘッドの拘束を検知することも含む。初期挿入軌道に沿ってツールヘッドを挿入している間、孔の壁に対するツールヘッドの拘束に応じて、該方法は、ツールヘッドのロボット挿入を停止し、ツールヘッドを、孔に対するツールヘッド軸の修正された位置合わせへと再配向するために、ツールヘッドの自己中心化デバイスを起動することを含む。該方法はまた、更新された挿入軌道に沿って孔の中にツールヘッドを挿入することも含む。その場合、更新された挿入軌道は、修正された位置合わせに基づく。該方法は、ツールヘッドのエンドエフェクタを起動することを含む。
【0008】
本開示は、内部にコンピュータ可読プログラムコードを有する非一過性のコンピュータ可読記憶媒体を提供する。該プログラムコードは、プロセッサによって実行されたときに、コンピュータシステムに、少なくとも、初期挿入軌道に沿ってドリルテンプレートの孔に向けてロボットドリルのツールヘッドを挿入するためのロボットアクチュエータに対する初期制御信号を計算すること、初期挿入軌道に沿って孔に向けてツールヘッドを挿入するために、ロボットアクチュエータに制御信号を送信すること、及び、孔の壁に対するツールヘッドの拘束を表すセンサ信号を受信すること、を実行させる。コンピュータ可読プログラムは、コンピュータシステムに、センサ信号に基づいて、孔の壁に対するツールヘッドの拘束を判定すること、それに応じて、孔に対する修正された位置合わせへとツールヘッドを再配置するために、ツールヘッドの自己中心化デバイスを起動するよう起動制御信号を送信すること、孔に対するツールヘッドの修正された位置合わせに基づいて、更新された挿入軌道を計算すること、更新された挿入軌道に沿って孔に向けてツールヘッドを挿入するために、ロボットアクチュエータに更新された制御信号を送信すること、及び、ツールヘッドのエンドエフェクタを起動するために、エンドエフェクタ制御信号を送信すること、を実行させる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】ロボットドリルシステムの例示的な一実施形態の概略図を示す。
【図2】図２（ａ）から図２（ｆ）は、ドリルテンプレートの孔の中に挿入されているロボットドリルシステムのツールヘッドのシーケンスを示す。図２（ａ）は、初期挿入軌道における挿入中のツールヘッドの拘束を示す。図２（ｂ）は、拡張可能なコレット７を拡張することなどの、ツールヘッドの自己中心化デバイスを起動することを示す。図２（ｃ）は、自己中心化デバイスの起動による、修正された位置合わせへと再配向されたツールヘッドを示す。図２（ｄ）は、自己中心化デバイスが起動解除された、修正された位置合わせにあるツールヘッドを示す。図２（ｅ）は、更新された挿入軌道に沿ってツールヘッドを挿入することを示す。図２（ｆ）は、ツールヘッドを孔に固定するために自己中心化デバイスを起動し、エンドエフェクタ９を起動することを示す。
【図3】ロボットドリルシステムを用いた穿孔の方法の例示的な一実施形態のフロー図である。
【図4】更新された挿入軌道に沿ってツールヘッドを挿入するために、更新された制御信号を計算することを含む、穿孔の方法における更なるステップのフロー図である。
【図5】ドリルテンプレートの孔にツールヘッドを固定することを含む、穿孔の方法における更なるステップのフロー図である。
【図6】ロボットドリルシステムを制御するコンピュータに実装された方法の例示的な一実施形態のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
概要
図１は、ワークピース８においてエンドエフェクタ９を起動するためのロボットドリルシステム１の一実施例を示している。図３は、ロボットドリルシステム１を用いる穿孔の方法１００を示している。それは、図２（ａ）から図２（ｆ）で示されているシーケンスによって例示される。
図１は、ワークピース８においてエンドエフェクタ９を起動するためのロボットドリルシステム１の一実施例を示している。図３は、ロボットドリルシステム１を用いる穿孔の方法１００を示している。それは、図２（ａ）から図２（ｆ）で示されているシーケンスによって例示される。
【0011】
ロボットドリルシステム１は、ワークピース８に対して工程を実行するために、ツールヘッド５のエンドエフェクタ９用の（１以上の）位置に対応する１以上の孔２１を有する、ドリルテンプレート２３と共に使用される。ドリルテンプレート２３は、ツールヘッド５をワークピースにガイドするための治具として使用される。
【0012】
ロボットドリルシステム１は、ツールヘッド５を支持するためのマニピュレータアーム１５を含む。１以上のロボットアクチュエータ１７が、ドリルテンプレート２３の孔２１に向けられたツールヘッド５のロボット挿入１１０をもたらすために、ロボットマニピュレータアームを移動させるように設けられる。
【0013】
ツールヘッド５は、選択的に起動される自己中心化デバイス４１及びエンドエフェクタ９を含む。幾つかの特定の実施例では、自己中心化デバイス４１が、拡張可能なコレット７である。それは、孔２１の中への挿入のための後退した構成１１と拡張した構成１３との間で拡張するように構成されている。エンドエフェクタ９は、ワークピース８に対する工程を実行し、例えば、ドリルビット、切削ツール、又は他のツールヘッドを含み得る。
【0014】
ロボットドリルシステム１はまた、ドリルテンプレート２３の孔２１内のツールヘッド５の拘束を検出するための少なくとも１つのセンサ１９も含む。これは、孔２１に対する自己中心化デバイス４１又は拡張可能なコレット７の少なくとも部分の拘束を検知すること（１２０）を含み得る。
【0015】
孔５に向けられたツールヘッド５のロボット挿入中に拘束が検出された場合、それに応じて、ロボットドリルシステム１は、ロボット挿入を停止する。ツールヘッド５の位置合わせを修正するために、自己中心化デバイスが起動される（１３０）。拡張可能なコレット７の具体的な一実施例では、これが、孔２１の壁２２に向けて拡張可能なコレット７の直径を拡張することを含む。この拡張された構成１３では、拡張可能なコレット７が、ツールヘッド５及びエンドエフェクタ９を孔２１の中心に置く。
【0016】
ツールヘッド５の位置合わせを修正することに続いて、ロボットマニピュレータアームは、修正された位置合わせ４３に基づく更新された軌道に沿って、ツールヘッド５を孔２１の中に挿入すること（１４０）ができる。これは、ツールヘッド５が所望の指定された位置４７の中に挿入されることを可能にする。その後、エンドエフェクタ９は、ワークピース８に対して工程を実行するように起動され得る（１５０）。
【0017】
ロボットドリルシステム１及び方法１００は、ドリルテンプレート２３内のエンドエフェクタ９の正確な配置を可能にする。特に、拡張可能なコレット７などの自己中心化デバイス４１を使用して、ツールヘッド５の位置合わせを修正する。これは、ツールヘッド５を精密に位置特定することが困難であり、ツールヘッド５がテンプレート２３に拘束される芳しくない結果を伴う、より精度が低いセンサ及び構成要素を使用するシステムにとっては有利であり得る。
【0018】
次に、ロボットドリルシステム１の構成要素の詳細な一実施例が説明される。
【0019】
ツールヘッド５
図１、図７（ａ）、及び図７（ｂ）を参照すると、ツールヘッド５は、ワークピース８に対して工程を実行するためのエンドエフェクタ９、及びエンドエフェクタ９の位置合わせを修正するための自己中心化デバイス４１を含む。
図１、図７（ａ）、及び図７（ｂ）を参照すると、ツールヘッド５は、ワークピース８に対して工程を実行するためのエンドエフェクタ９、及びエンドエフェクタ９の位置合わせを修正するための自己中心化デバイス４１を含む。
【0020】
ツールヘッド５は、拘束を検出するためのセンサ１９、自己中心化デバイス４１における力を検出するためのコレットセンサ５３、及びエンドエフェクタ９を駆動するためのアクチュエータなどのような、他の構成要素を含んでよい。
【0021】
エンドエフェクタ９
エンドエフェクタ９は、ワークピース８に対して工程を実行する。これは、除去加工工程（演繹的製造工程としても知られる）を含み得る。一実施例では、エンドエフェクタ９が、ドリルビットを有するドリルを含む。エンドエフェクタは、ドリルビットを選択的に回転させてワークピース８の中に穿孔するためのモータなどの回転式アクチュエータを含んでよく、又はそれに関連付けられてよい。
エンドエフェクタ９は、ワークピース８に対して工程を実行する。これは、除去加工工程（演繹的製造工程としても知られる）を含み得る。一実施例では、エンドエフェクタ９が、ドリルビットを有するドリルを含む。エンドエフェクタは、ドリルビットを選択的に回転させてワークピース８の中に穿孔するためのモータなどの回転式アクチュエータを含んでよく、又はそれに関連付けられてよい。
【0022】
幾つかの実施例では、エンドエフェクタ９の少なくとも部分が、ツールヘッド軸４９に沿ってツールヘッド５の他の部分（拡張可能なコレット７など）に対して直線的に延伸可能である。これは、ツールヘッド５の残りの部分が静止した状態で維持されている間に穿孔することにおいて助けとなり得る。
【0023】
自己中心化デバイス４１
自己中心化デバイス４１は、孔２１の中心にエンドエフェクタ９を置く（エンドエフェクタ９を孔２１に位置合わせすることを含む）ように構成されている。これは、孔２１の壁２２に対して力を与えるツールヘッド５の自己中心化デバイス４１を用いて実現され得る。それによって、エンドエフェクタ９の相対位置が、孔２１の中心に置かれる。
自己中心化デバイス４１は、孔２１の中心にエンドエフェクタ９を置く（エンドエフェクタ９を孔２１に位置合わせすることを含む）ように構成されている。これは、孔２１の壁２２に対して力を与えるツールヘッド５の自己中心化デバイス４１を用いて実現され得る。それによって、エンドエフェクタ９の相対位置が、孔２１の中心に置かれる。
【0024】
幾つかの実施例では、自己中心化デバイス４１が、拡張可能なコレット７を含む。その場合、拡張可能なコレット７の外径は、選択的に調整可能である（それについては、以下でより詳細に説明されることになる）。他の実施例では、自己中心化デバイス４１が、複数の径方向に拡張可能なアームを含む。それによって、中心に対する各拡張可能なアームの遠位端の選択的な距離が同期される。他の中心化デバイスが、エンドエフェクタ９を中心に置くために採用されてよいことは、理解されるだろう。
【0025】
拡張可能なコレット７
図１、図２、図７（ａ）、及び図７（ｂ）で示されている例示的な一実施例では、自己中心化デバイス４１が、拡張可能なコレット７の形態を採り得る。それは、孔の中への挿入中の後退した構成１１と、孔２１内でエンドエフェクタ９を中心に置くための拡張した構成１３と、の間で拡張するように構成されている。
図１、図２、図７（ａ）、及び図７（ｂ）で示されている例示的な一実施例では、自己中心化デバイス４１が、拡張可能なコレット７の形態を採り得る。それは、孔の中への挿入中の後退した構成１１と、孔２１内でエンドエフェクタ９を中心に置くための拡張した構成１３と、の間で拡張するように構成されている。
【0026】
拡張可能なコレットは、実質的に円筒形状の外面を有してよい。それによって、拡張した構成１３（テンプレート孔の直径に近くなり得る又は同じであり得る）にあるときに、外面が、孔２１の対応する円筒形状壁２２と実質的に均一に接触する。外面は、コレット７の拡張及び後退を容易にするための幾つかのスロットを有してよい。
【0027】
幾つかの実施例では、拡張可能なコレット７の後退した直径２７が、テンプレート孔の孔２１の直径の少なくとも９５％であるが、１００％未満である。幾つかの実施例では、拡張可能なコレット７の後退した直径２７が、テンプレート孔の直径の９５％から９７％の範囲にある。幾つかの実施例では、拡張可能なコレット７の後退した直径２７が、テンプレート孔の直径の９７％から９９％の範囲にある。幾つかの更なる実施例では、拡張可能なコレットの後退した直径２７が、テンプレート孔の直径の少なくとも９９％であるが、１００％未満の範囲にある。
【0028】
拡張可能なコレット７の拡張した構成１３は、予測されるテンプレート孔の直径の１００％又は約１００％の拡張した直径２８を含んでよい。これは、緊密で正確な適合を提供し得る。それによって、エンドエフェクタ９が、孔２１の中心にあり、孔２１と正確に位置合わせされていることが信頼可能である。
【0029】
幾つかの更なる実施例では、拡張可能なコレット７が、拡張可能なコレットが予測されるテンプレート孔の直径よりも大きい拘束されない拡張した直径２８を有することを可能にするように構成されている。これによって、拡張可能なコレット７が、拡張可能なコレット７及び対応するツールヘッド５をドリルテンプレート２３の孔２１内に緊密に適合させるために、より拡張した直径２８に向けて拡張することが可能になる。これは、エンドエフェクタ９の起動中に、孔２１内にツールヘッド５を固定するという更なる１つの機能向けに有用であり得る。
【0030】
幾つかの実施例では、コレットセンサ５３が、拡張可能なコレット７と孔２１の壁との間の力を表すコレットセンサ出力を出力するように構成されている。拡張した構成に向けて拡張するときに、拡張可能なコレット７の直径は、コレットセンサ出力が閾値に到達するか又はそれを超えるまで拡張する。これは、ドリルテンプレート２３に対する損傷を防止するために、拡張可能なコレット７の拡張の量を制限するために有用であり得る。コレットセンサ出力はまた、拡張可能なコレットが孔２１に緊密に適合し、固定されたことの表示としても使用されてよい。
【0031】
幾つかの実施例では、拡張可能なコレット７が、ガス圧システムを用いて拡張し、後退するように構成されている。これは、拡張可能なコレット７を拡張するために、ガス圧アクチュエータを使用することも含んでよい。幾つかの実施例では、ガス圧システムのガス圧シリンダー内の圧力を指定し又は他の方法で制御することによって、拡張可能なコレット７がドリルテンプレート２３の孔２１の壁に与える力が制御される。
【0032】
導入溝２９（Lead-in chamfer）
ロボットマニピュレータアーム１５は、ツールヘッド５の少なくとも部分をドリルテンプレート２３の孔２１の中に挿入するように構成されている。それは、ペグインホール動作と考えられ得る。ツールヘッド５の挿入を補助するために、ツールヘッド５は、導入溝２９を含んでよい。導入溝２９は、導入縁部３１を含む。その場合、導入縁部３１は、拡張可能なコレット７の後退した直径２７未満の導入直径３４を有する。幾つかの実施例では、導入直径が、テンプレート孔の孔２１の直径の少なくとも７５％である。他の実施例では、導入直径が、テンプレート孔の直径の少なくとも８０％である。また更なる実施例では、導入直径が、テンプレート孔の直径の少なくとも９０％である。別の一実施例では、導入直径が、テンプレート孔の直径の少なくとも９５％である。
ロボットマニピュレータアーム１５は、ツールヘッド５の少なくとも部分をドリルテンプレート２３の孔２１の中に挿入するように構成されている。それは、ペグインホール動作と考えられ得る。ツールヘッド５の挿入を補助するために、ツールヘッド５は、導入溝２９を含んでよい。導入溝２９は、導入縁部３１を含む。その場合、導入縁部３１は、拡張可能なコレット７の後退した直径２７未満の導入直径３４を有する。幾つかの実施例では、導入直径が、テンプレート孔の孔２１の直径の少なくとも７５％である。他の実施例では、導入直径が、テンプレート孔の直径の少なくとも８０％である。また更なる実施例では、導入直径が、テンプレート孔の直径の少なくとも９０％である。別の一実施例では、導入直径が、テンプレート孔の直径の少なくとも９５％である。
【0033】
幾つかの実施例では、導入直径が、円錐台形状の部分を含む。
【0034】
ロボットマニピュレータアーム１５及びロボットアクチュエータ１７
ロボットマニピュレータアーム１５は、複数の自由度で関節接合することができる。幾つかの実施例では、これが、ｘ、ｙ、及びｚ軸においてツールヘッド５を並進移動させることができるロボットマニピュレータアーム１５を含み得る。ロボットマニピュレータアーム１５はまた、対応するｘ、ｙ、及びｚ軸の周りでツールヘッド５を回転させてもよい。
ロボットマニピュレータアーム１５は、複数の自由度で関節接合することができる。幾つかの実施例では、これが、ｘ、ｙ、及びｚ軸においてツールヘッド５を並進移動させることができるロボットマニピュレータアーム１５を含み得る。ロボットマニピュレータアーム１５はまた、対応するｘ、ｙ、及びｚ軸の周りでツールヘッド５を回転させてもよい。
【0035】
ロボットマニピュレータアーム１５は、１以上のロボットアクチュエータ１７によって移動される。ロボットアクチュエータ１７は、リニア若しくは回転モータ、ガス圧アクチュエータ、液圧アクチュエータ、又はそれらの組み合わせを含んでよい。
【0036】
ロボットマニピュレータアーム１５は、センサ及びコントローラ３０と協力して、駆動モード又は自由駆動モードに構成されてよい。駆動モードでは、コントローラ３０が、ツールヘッドの挿入をもたらすようにマニピュレータアームを移動させるための指示命令を受け取り、それに応じて、その挿入動作に影響を与えるように、ロボットアクチュエータ１７のうちの１以上を選択的に起動させるための制御信号を送信する。駆動モードはまた、孔２１からのツールヘッド５の後退やドリルテンプレート２３の別の孔に向けられたツールヘッド５の移動などのような、ツールヘッド５のロボットマニピュレータアームの他の所望の移動向けにも使用されてよい。
【0037】
ロボットマニピュレータアーム１５はまた、従順な自由駆動モード（「ゼログラビティー」モードとしても知られる）に構成されてもよい。従順な自由駆動モードでは、ロボットマニピュレータアーム１５が、ツールヘッドの移動を容易にするために自由に再配置可能であるように構成されている。ロボットマニピュレータアーム１５は、ロボットマニピュレータアーム１５又はツールヘッド５に印加される外力に基づいて移動する（並進移動及び回転を含む）。これは、ロボットマニピュレータアーム内のセンサがロボットマニピュレータアーム１５の構成要素への外力を検出し、力及び／又は移動に従ってロボットアクチュエータ１７を作動させることを含み得る。
【0038】
従順な自由駆動モードは、自己中心化デバイス４１が起動されたときに生成される力によって、ツールヘッド５及びエンドエフェクタ９が、孔２１に対するツールヘッド軸４９の修正された位置合わせ４３へと移動することを可能にする。
【0039】
センサ１９
ロボットドリルシステム１は、孔２１に対する拡張可能なコレット７の拘束を検出するための１以上のセンサ１９、１９’、１９”を含む。幾つかの実施例では、センサ１９が、拡張可能なコレット７に向けられた力を検出するコレットセンサ５３と同様又は同じであってよい。
ロボットドリルシステム１は、孔２１に対する拡張可能なコレット７の拘束を検出するための１以上のセンサ１９、１９’、１９”を含む。幾つかの実施例では、センサ１９が、拡張可能なコレット７に向けられた力を検出するコレットセンサ５３と同様又は同じであってよい。
【0040】
他の実施例では、センサ１９、１９’、１９”が、孔の壁に対するツールヘッド５の拘束を間接的に検出してよい。例えば、ロボットアクチュエータ１７に関連付けられたロボットマニピュレータアーム１５の他の部分への力又は測定基準（metrics）を測定する。
【0041】
幾つかの実施例では、センサ１９が、少なくとも１つのロボットアクチュエータ１７における電流、電圧、及び／又は熱の変化を検出するためのセンサを含んでよい。これを使用して、拘束を表すツールヘッド５における移動の抵抗力を推測することができる。
【0042】
幾つかの実施例では、センサ１９が、ツールヘッド５、拡張可能なコレット７、ロボットアクチュエータ１７、ロボットマニピュレータアーム１５、又はドリルテンプレート２３における少なくとも１つの力を検出するための力センサを含む。幾つかの実施例では、力センサが、力を検出するための大きさベースのセンサ（magnitude based sensor）であってよい。幾つかの実施例では、これが、任意の方向における力を検出するより廉価なセンサ（特定の構成要素の方向において（１以上の）力を検出するより高価なセンサとは対照的に）に基づいてよい。
【0043】
幾つかの実施例では、センサ１９が、コレット７又はツールヘッド５の加速度の変化を検出するための加速度計を含んでよい。
【0044】
幾つかの実施例では、センサが、コレット７やツールヘッド５とドリルテンプレート２３との間の電気的導通又はキャパシタンスの変化を検出する。
【0045】
幾つかの実施例では、ツールヘッド５に、ツールヘッド５が指定された位置（ドリルテンプレート２３の孔２１内のツールヘッド５の適正な深さなど）に挿入されたことを検出するためのツールヘッドセンサが設けられている。これは、鉄合金（ferrous metal）の存在を検出するための誘導センサを含み得る。幾つかの実施例では、ドリルテンプレート２３が、鉄合金を含む。それによって、誘導センサは、ドリルテンプレート２３の鉄合金に対する近接を検出したことに基づく出力を提供する。これは、エンドエフェクタ９用のインターロックシステムの部分として使用され得る。それによって、エンドエフェクタ９は、誘導センサがツールヘッド５が指定された位置にあることを表す出力を提供した場合、選択的にのみ起動され得る。幾つかの実施例では、指定された位置が、ツールヘッドにあるツールヘッドセンサとドリルテンプレート２３との間の距離のある範囲を含んでよい。一実施例では、ある範囲が、ツールヘッドセンサとドリルテンプレート２３との間の１から２mmを含んでよい。
【0046】
他の実施例では、ツールヘッドに、ツールヘッド５とドリルテンプレートとの間の相対距離を表す出力を提供するための光学式距離センサが設けられてよい。これを使用して、ツールヘッド５が、ドリルテンプレート２３の孔２１内の指定された深さに進んだかどうかを判定することができる。
【0047】
ロボットドリルシステム１のセンサ１９はまた、ツールヘッド５の位置及び／又は位置合わせを表す位置センサ信号を送信するための位置センサも含んでよい。これは、修正された位置合わせにあるツールヘッドの位置及び／又は位置合わせを特定することを含み得る。幾つかの実施例では、これが、ロボットマニピュレータアーム１５、ロボットアクチュエータ１７、及びツールヘッド３に関連付けられた回転エンコーダを含み得る。ロボットドリルシステム１に対するツールヘッド５の相対位置及び／又は位置合わせの情報を含み得るこの情報は、更新された挿入軌道を計算するためにコントローラによって使用され得る。
【0048】
制限された精度のセンサ３３
ロボットドリルシステム１は、初期挿入軌道に沿って孔２１に向けられたツールヘッド５の挿入をガイドするように、制限された精度のセンサフィードバック信号３５を提供するための、制限された精度のセンサ３３を含んでよい。
ロボットドリルシステム１は、初期挿入軌道に沿って孔２１に向けられたツールヘッド５の挿入をガイドするように、制限された精度のセンサフィードバック信号３５を提供するための、制限された精度のセンサ３３を含んでよい。
【0049】
幾つかの実施例では、制限された精度のセンサ３３がカメラである。制限された精度のセンサフィードバック信号３５は、ドリルテンプレート２３の孔２１に対するツールヘッド５（又はロボットマニピュレータアーム１５の他の構成要素）の画像（又はビデオ）を含んでよい。この情報は、孔２１の中にツールヘッド５の部分を初期的に挿入するのに十分な細密さの初期挿入軌道３７を特定するために、コントローラ３０によって使用され得る。初期挿入の後で、制限された精度のセンサによって提供される精度が、孔２１の中へのツールヘッド５の精密な配置向けに不十分である場合、自己中心化デバイス４１を使用する上述された方法が、ツールヘッド５の位置合わせを修正するために使用される。
【0050】
幾つかの実施例では、制限された精度のセンサ３３が、深さ検知能力を有する深度カメラを含む。例えば、複数のカメラを有するシステムが、ステレオ距離（stereo depth）データを提供する。他の実施例では、制限された精度のセンサ３３が、深さを特定するために、光パターンを投影し、反射した光パターンを捕捉することを含む、（１以上の）符号化された光学式深度カメラを含む。
【0051】
ビデオカメラなどの制限された精度のセンサ３３を使用する利点は、廉価であることである。ビデオカメラはまた、大きいドリルテンプレート２３及びワークピース８に対する工程を可能にするために、広い視野を有するように構成され得る点においても適合可能である。これはまた、移動可能であり、容易に設定され、容易に初期化され得る、ロボットドリルシステム１も可能にする。これは、構成要素の精密な位置合わせ及び較正を必要とする高価なレーザースキャナに依存するシステムとは対照的であり得る。
【0052】
コントローラ（３０）
コントローラ３０は、非一過性のコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたコンピュータ可読プログラムコードを実行するための１以上のプロセッサを含んでよい。コントローラは、コンピュータ、コンピュータシステム、又はネットワーク上の分散型コンピュータシステムを含んでよい。他の実施例では、コントローラ３０が、縮小命令セットコンピュータを含むマイクロプロセッサを含み得る。
コントローラ３０は、非一過性のコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたコンピュータ可読プログラムコードを実行するための１以上のプロセッサを含んでよい。コントローラは、コンピュータ、コンピュータシステム、又はネットワーク上の分散型コンピュータシステムを含んでよい。他の実施例では、コントローラ３０が、縮小命令セットコンピュータを含むマイクロプロセッサを含み得る。
【0053】
コントローラ３０は、方法１００を実行し、ロボットドリルシステム１を制御するために、プログラム指示命令コードを実行するように構成されている。これは、センサ１９、５３からセンサ信号を受信すること、並びに、ロボットアクチュエータ１７、自己中心化デバイス４１、及びエンドエフェクタ９に、制御信号を送信することを含み得る。コントローラ３０はまた、ロボットドリルシステム１用の制御信号及び挿入軌道を計算するために使用されてもよい。この一実施例では、プログラムコードの実行が、コンピュータシステムに、図６で示されている方法２００を実行させる。
【0054】
ドリルテンプレート２３及びワークピース８
ドリルテンプレート２３は、安定な剛性材料で構築されてよい。これは、（１以上の）孔２１の位置のばらつきを最小化するために、動作温度範囲内で最小の熱膨張又は収縮を有するように選択された材料を含み得る。幾つかの実施例では、ドリルテンプレート２３が、金属合金で構築されてよい。幾つかの実施例では、ドリルテンプレート２３が、鉄合金、又は半鉄合金（半鉄アルミニウム合金など）で構築される。
ドリルテンプレート２３は、安定な剛性材料で構築されてよい。これは、（１以上の）孔２１の位置のばらつきを最小化するために、動作温度範囲内で最小の熱膨張又は収縮を有するように選択された材料を含み得る。幾つかの実施例では、ドリルテンプレート２３が、金属合金で構築されてよい。幾つかの実施例では、ドリルテンプレート２３が、鉄合金、又は半鉄合金（半鉄アルミニウム合金など）で構築される。
【0055】
ワークピース８は、穿孔を必要とする様々な固体材料を含んでよい。これは、複合材料（例えば、繊維強化プラスチック）、金属合金、木材などを含み得る。幾つかの実施例では、ワークピース８が、航空機の構成要素であってよい。
【0056】
ロボット穿孔中に、ドリルテンプレート２３は、一貫したやり方でワークピース８に好適に位置付けられている。これは、ワークピース８に対してドリルテンプレート２３を取り付けることを含んでよい。幾つかの実施例では、これが、治具を用いて、ドリルテンプレート２３をワークピース８に固定すること、ドリルテンプレート２３をワークピース８に締結すること、又は他の方法でドリルテンプレート２３をワークピース８に位置付けることを含み得る。
【0057】
ロボット穿孔の方法１００
次に、ロボット穿孔の方法１００の特定の一実施例が、図３から図６を参照しながら説明されることになる。その一実施例は、図２（ａ）から図２（ｆ）で示されている対応するシーケンスを参照しながら説明されることになる。
次に、ロボット穿孔の方法１００の特定の一実施例が、図３から図６を参照しながら説明されることになる。その一実施例は、図２（ａ）から図２（ｆ）で示されている対応するシーケンスを参照しながら説明されることになる。
【0058】
該方法は、コントローラ３０が、初期挿入軌道３７に沿ってドリルテンプレート２３の孔２１に向けてツールヘッド５を挿入するためのロボットアクチュエータ１７に対する初期制御信号を計算すること（２１０）を含む。これは、孔２１に対するツールヘッド５の位置及び／又は配向のフィードバック信号３５を、制限された精度のセンサから受信すること、及び、孔２１の中にツールヘッド５を配置するために初期挿入軌道３７を計算することを含み得る。
【0059】
次いで、初期制御信号が、ロボットアクチュエータ１７に送信される（２２０）。それによって、ロボットマニピュレータアーム１５が、初期挿入軌道３７に沿って孔２１の中にツールヘッド５を挿入すること（１１０）ができる。ツールヘッド５を挿入するときに、拡張可能なコレット７は、典型的には、後退した構成１１にある。
【0060】
初期挿入軌道３７に沿ってツールヘッド５が挿入されたときに、ツールヘッド５を、孔２１に不精密に位置合わせることをもたらすわずかな誤差が存在してよい。これらの誤差は、センサ内の誤差、較正問題、計算における誤差などによってもたらされ得る。結果として、ツールヘッド５は、孔２１に入ってよく（導入溝によって補助される）、次いで、孔２１の壁２２に拘束されてよい。これは、図２（ａ）で最も良く示されている。図２（ａ）では、ツールヘッドが、孔軸５１から外れた軸を有する初期挿入軌道３７に沿って挿入されている。結果として、後退した構成１１にある拡張可能なコレット７が、壁２２の部分に接触し、それに拘束される。
【0061】
センサ１９は、壁２２に対するツールヘッド５の拘束を検知し（１２０）、それに応じて、この状態を表すセンサ信号をコントローラ３０に送信する。次いで、コントローラ３０は、これらのセンサ信号を受信する（２３０）と、壁２２に対するツールヘッドの拘束を判定する（２４０）。それに応じて、コントローラは、ツールヘッド５のロボット挿入を停止させる（１２２）ための制御信号を送信し（２５０）、修正された位置合わせ４３へとツールヘッド５を再配向及び再配置するために、自己中心化デバイス４１を起動する（１３０）ように、起動制御信号を送信する（２５０）。
【0062】
修正された位置合わせ４３への再配置動作を容易にするために、ロボットドリルシステム１は、自己中心化デバイス４１の起動（１３０）によって生成された力が、ツールヘッド３を移動させることを可能にするように、従順な自由駆動モードに切り替えられ（１２４）てよい。図２（ｃ）の一実施例では、自己中心化デバイスを起動することが、孔２１の壁２２に向けてツールヘッド５の拡張可能なコレット７を拡張することを含む。精密な修正された位置合わせを提供するために、これは、拡張可能なコレット７と壁２２との間の力の閾値が到達されるまで、拡張可能なコレット７を拡張することを含み得る。これは、コレットセンサ５３のコレットセンサ出力に基づいて判定され得る。
【0063】
修正された位置合わせ４３は、ツールヘッド５を配置することを含んでよい。それによって、ツールヘッド軸４９は、孔軸５１と同軸になる。この動きは、図２（ｂ）から図２（ｃ）への移行において最も良く示されている。その場合、拡張可能なコレット７（自己中心化デバイス４１としての）は、拡張した構成に拡張する。それによって、拡張可能なコレット７の円筒形状の外面が、孔２１の壁２２と実質的に重なる。図２（ｃ）では、ツールヘッド５が、修正された位置合わせ４３で示されている。その場合、ツールヘッド軸４９は、孔軸５１と同軸である。
【0064】
１以上の自己中心化デバイスセンサ（コレットセンサ５３など）は、ツールヘッド５が修正された位置合わせ４３にあることを検出してよく、対応する自己中心化デバイスセンサの出力信号をコントローラ３０に送信してよい。修正された位置合わせを表すセンサ信号を受信する（２４５）と、コントローラ３０は、自己中心化デバイス４１を起動解除するために、起動解除制御信号を送信する（２４６）。
【0065】
ツールヘッド５において、自己中心化デバイス４１が起動解除される（１３４）。図２（ｄ）で示されているように、これは、拡張可能なコレット７を後退した構成１１に構成することを含み得る。
【0066】
次のステップは、ツールヘッド５を孔２１の中に更に挿入することである。これを実現するために、コントローラ３０は、ロボットマニピュレータアーム１５を駆動モードに戻すように構成する（１３２）。それによって、ロボットアクチュエータ１７の選択的な起動が、ツールヘッド５の更なる挿入をもたらし得る。
【0067】
コントローラ３０はまた、修正された位置合わせ４３に基づいて、更新された挿入軌道４５を計算する（２６０）ようにも構成されている。図４及び図６で示されているように、これは、孔軸５１と同軸である現在のツールヘッド軸４９に沿って、ツールヘッド５を進めるために、必要とされる制御信号を計算すること（１３６）を含んでよい。修正された位置合わせを計算するために、コントローラ３０は、修正された位置合わせにあるツールヘッド５の位置及び／又は位置合わせを表す位置センサ出力を、１以上のツールヘッド位置センサから受信して（２６２）よい。次いで、コントローラ３０は、この必要とされる位置センサ出力に少なくとも部分的に基づいて、更新された挿入軌道を計算してよい。幾つかの実施例では、この更新された位置センサ出力を使用して、ロボットドリルシステム１を再較正することができる。
【0068】
コントローラ３０は、ロボットマニピュレータアーム１５を駆動するために、ロボットアクチュエータ１７を選択的に起動させる（１４２）ように、更新された制御信号を送信する（２７０）。それによって、ツールヘッド５は、更新された挿入軌道４５に沿って孔２１の中に挿入され（１４０）る。これは、図２（ｅ）で最も良く示されている。この図では、ツールヘッド５が、拡張可能なコレット７が後退した状態で、孔２１の中に挿入される。
【0069】
１以上のツールヘッドセンサ５５は、更新された挿入軌道４５に沿った更なる前進中に、ツールヘッド５の位置又は更なる移動を検出する。ツールヘッドセンサ５５（上述の誘導センサ又は光センサなど）は、孔２１内の指定された位置にツールヘッド５が挿入され（１４４）たことを表すツールヘッド信号を送信する。幾つかの実施例では、図５で示されているように、これが、ツールヘッド５が孔２１内の指定された深さに到達したことを含む。コントローラ３０は、ツールヘッド５が指定された位置４７にあることを表すツールヘッドセンサ信号を受信したこと（２７５）に応じて、更なる挿入が停止されるように、ロボットアクチュエータ１７の更なる起動を停止する（１４６）ための制御信号を送信する。コントローラ３０はまた、孔２１に対して指定された位置にツールヘッド５を固定するために、ツールヘッドの自己中心化デバイス４１を起動する（１４８）ための起動制御信号も送信する（２７６）。
【0070】
幾つかの実施例では、拡張可能なコレット７を拡張することが、ツールヘッド５を、ドリルテンプレート２３の孔２１の更に中へ移動させるように引き込み得る。他の実施例では、拡張可能なコレット７を拡張することが、ツールヘッド５を、ドリルテンプレート２３の孔２１からわずかに離れるように引き戻すことをもたらし得る。指定された位置は、エンドエフェクタ９が、起動中に孔２１内の所望の相対位置に位置付けられるように、そのような移動を補償するようオフセットされ得る。
【0071】
ツールヘッド５が指定された位置に固定されたことに応じて、コントローラ３０は、ツールヘッド５のエンドエフェクタ９を起動する（１５０）ためのエンドエフェクタ制御信号を更に送信する（２８０）。
【0072】
これは、図２（ｆ）で最も良く示されている。この図では、ツールヘッド５を孔２１の壁２２に固定するために、拡張可能なコレット７が拡張した構成１３にあり、エンドエフェクタ９が、ワークピース８内に孔を穿つために起動される。これは、エンドエフェクタ９が、孔２１に固定された拡張可能なコレット７に対して、ツールヘッド軸４９を通って更に前方に進むことを含み得る。
【0073】
孔内でエンドエフェクタ９の工程が実行されると、ロボットドリルシステム１は、孔２１からツールヘッド５を引き戻し、ワークピース８に対して次の工程を実行するために、ドリルテンプレートの別の孔の中への挿入に進み得る。
【0074】
複数の条項
本開示は、以下の条項による例示的な実施形態を含む。
条項１．
拡張可能なコレット（７）及びエンドエフェクタ（９）を備えたツールヘッド（５）であって、前記拡張可能なコレット（７）は、ドリルテンプレート（２３）の孔（２１）の中への挿入のための後退した構成（１１）と拡張した構成（１３）との間で拡張するように構成されている、ツールヘッド（５）と、
前記ツールヘッド（５）を支持するためのロボットマニピュレータアーム（１５）と、
前記ドリルテンプレート（２３）の前記孔（２１）に向けられた前記ツールヘッド（５）のロボット挿入をもたらすように、前記ロボットマニピュレータアーム（１５）を移動させるための少なくとも１つのロボットアクチュエータ（１７）と、
前記ドリルテンプレート（２３）の前記孔（２１）内の前記拡張可能なコレット（７）の拘束を検出するための少なくとも１つのセンサ（１９）とを備え、
前記孔（２１）内の前記拡張可能なコレット（７）の拘束を検出したことに応じて、前記ツールヘッド（５）のロボット挿入が停止され、前記拡張可能なコレット（７）は、前記エンドエフェクタ（９）を前記孔（２１）内の中心に置くために、前記拡張した構成（１３）へ拡張するように構成され、
前記後退した構成（１１）にある前記拡張可能なコレット（７）の後退した直径（２７）は、テンプレート孔の前記孔（２１）の直径の少なくとも９５％であるが、１００％未満である、ロボットドリルシステム（１）。
条項２．
前記孔（２１）内の前記拡張可能なコレット（７）の拘束を検出したことに応じて、ロボット挿入が停止され、前記ロボットマニピュレータアーム（１５）及び前記少なくとも１つのアクチュエータ（１７）は、前記ツールヘッド（５）の前記拡張可能なコレット（７）を拡張させること（１３０）によって生成される力によって、前記ロボットマニピュレータアームが、前記孔に対する修正された位置合わせへと自由に再配置可能である従順な自由駆動モードに切り替えられる、条項１に記載のロボットドリルシステム（１）。
条項３．
初期挿入軌道（３７）に沿って前記孔（２１）に向けられた前記ツールヘッド（５）の挿入をガイドするように、制限された精度のセンサフィードバック信号（３５）を提供するための、制限された精度のセンサ（３３）を更に備える、条項１又は２に記載のロボットドリルシステム（１）。
条項４．
前記制限された精度のセンサ（３３）は、ビデオカメラ又は深度カメラシステムである、条項３に記載のロボットドリルシステム（１）。
条項５．
前記後退した直径（２７）は、
前記テンプレート孔の直径の９５％から９７％、
前記テンプレート孔の直径の９７％から９９％、又は
前記テンプレート孔の直径の少なくとも９９％であるが、１００％未満、のうちの少なくとも１つの範囲にある、条項１から４のいずれか一項に記載のロボットドリルシステム（１）。
条項６．
前記ツールヘッド（５）は、前記孔（２１）の中への前記ツールヘッド（５）の挿入を補助するための導入溝（２９）を含み、前記導入溝（２９）は、前記後退した直径（２７）未満且つ前記テンプレート孔の直径の少なくとも７５％である導入直径（３４）を有する導入縁部（３１）を含む、条項１から５のいずれか一項に記載のロボットドリルシステム（１）。
条項７．
拘束を検出するための前記少なくとも１つのセンサ（１９）は、
前記少なくとも１つのロボットアクチュエータ（１７）における電流、電圧、及び／又は熱の変化を検出するためのセンサ、
前記ツールヘッド（５）、前記コレット（７）、前記ロボットアクチュエータ（１７）、又は前記ドリルテンプレート（２３）のうちの１以上における少なくとも１つの力を検出するための力センサ、
前記コレット（７）又は前記ツールヘッド（５）の加速度の変化を検出するための加速度計、並びに
前記コレット（７）又は前記ツールヘッド（５）と前記ドリルテンプレート（２３）との間の電気的導通又はキャパシタンスの変化を検出するためのセンサ、のうちの１以上を含む、条項１から６のいずれか一項に記載のロボットドリルシステム（１）。
条項８．
前記拡張可能なコレット（７）と前記孔（２１）の壁（２２）との間の力を表すコレットセンサ出力を出力するためのコレットセンサ（５３）を更に備え、
前記拡張可能なコレット（７）を前記拡張した構成（１３）に構成することは、前記コレットセンサ出力が閾値に到達するか又はそれを超えるまで、前記拡張可能なコレット（７）の直径を拡張することを含む、条項１から７のいずれか一項に記載のロボットドリルシステム（１）。
条項９．
ロボットドリルシステム（１）を用いて穿孔する方法であって、
ツールヘッド（５）のロボット挿入をもたらすために、少なくとも１つのロボットアクチュエータ（１７）によって移動されるロボットマニピュレータアーム（１５）を用いて、初期挿入軌道（３７）に沿ってドリルテンプレート（２３）の孔（２１）内にロボットドリル（３）の前記ツールヘッド（５）を挿入すること（１１０）、
前記孔（２１）の壁（２２）に対する前記ツールヘッドの拘束を検知すること（１２０）、
前記初期挿入軌道（３７）に沿って前記ツールヘッド（５）を挿入している間、前記孔（２１）の壁（２２）に対する前記ツールヘッド（５）の拘束に応じて、前記ツールヘッド（５）のロボット挿入を停止し（１２２）、前記ツールヘッド（５）を前記孔（２１）に対するツールヘッド軸（４９）の修正された位置合わせ（４３）へと再配向するために、前記ツールヘッド（５）の自己中心化デバイス（４１）を起動すること（１３０）、
更新された挿入軌道（４５）に沿って前記孔（２１）の中に前記ツールヘッドを挿入すること（１４０）であって、前記更新された挿入軌道は、前記修正された位置合わせ（４３）に基づく、前記ツールヘッドを挿入すること（１４０）、及び
前記ツールヘッド（５）のエンドエフェクタ（９）を起動すること（１５０）を含む、方法。
条項１０．
前記壁（２２）に対する前記ツールヘッド（５）の拘束に応じて、前記方法は更に、
前記初期挿入軌道（３７）に沿って前記孔（２１）に向けられた前記ツールヘッド（５）のロボット挿入を停止すること（１２２）と、
前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイス（４１）を起動すること（１３０）によって生成される力によって、前記ツールヘッド（５）が、前記孔（２１）に対する前記ツールヘッド軸（４９）の前記修正された位置合わせ（４３）へと再配置移動することを容易にするための従順な自由駆動モードに、前記ロボットマニピュレータアームを切り替えること（１２４）とを含み、
前記ツールヘッド（５）を、前記孔（２１）に対する前記修正された位置合わせへと再配置するために、前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイス（４１）を起動することに続いて、前記方法は更に、
少なくとも１つのロボットアクチュエータ（１７）の選択的な起動が、前記ツールヘッド（５）のロボット挿入をもたらすために前記ロボットマニピュレータアーム（１５）を移動させるように、前記ロボットマニピュレータアーム（１５）を駆動モードに構成すること（１３２）、及び
前記ツールヘッドの前記自己中心化デバイスを起動解除すること（１３４）を含む、条項９に記載の穿孔する方法。
条項１１．
前記ツールヘッド（５）を、前記孔（２１）に対する前記修正された位置合わせへと再配置するために、前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイスを起動すること（１３０）に続いて、前記方法は更に、
前記更新された挿入軌道（４５）に沿って前記ツールヘッド（５）を挿入するための更新された制御信号を計算すること（１３６）を含み、
前記更新された挿入軌道に沿って前記孔の中に前記ツールヘッドを挿入すること（１４０）は、
前記更新された制御信号に従って、前記ロボットアクチュエータ（１７）を選択的に起動すること（１４２）を含む、条項１０に記載方法。
条項１２．
前記更新された挿入軌道（４５）に沿って前記孔（２１）の中に前記ツールヘッド（５）を挿入することは、
前記ツールヘッド（５）を指定された位置（４７）に挿入すること（１４４）を更に含み、
前記ツールヘッドが前記指定された位置（４７）に配置されていることに応じて、前記方法は更に、
前記ロボットアクチュエータ（１７）の選択的な起動を停止すること（１４６）、及び
前記ツールヘッド（５）の前記エンドエフェクタ（９）を起動するときに、前記ツールヘッド（５）を前記指定された位置（４７）に固定するために、前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイス（４１）を起動すること（１４８）を含む、条項１１に記載の穿孔する方法。
条項１３．
前記孔（２１）に対する前記ツールヘッド（５）の前記修正された位置合わせ（４３）は、前記ツールヘッド（５）のツールヘッド軸（４９）が、前記孔（２１）の孔軸（５１）と同軸になるようにすることを含む、条項９から１２のいずれか一項に記載の穿孔する方法。
条項１４．
前記孔（２１）の壁（２２）に対する前記ツールヘッド（５）の拘束を検知すること（１２０）は、
前記ロボットドリル（３）の前記自己中心化デバイス（４１）、前記ツールヘッド（５）、前記ロボットアクチュエータ（１７）、又は前記ドリルテンプレート（２３）のうちの１以上における力を検出することと、
前記自己中心化デバイス（４１）又は前記ツールヘッド（５）と前記ドリルテンプレートとの間の電気的導通又はキャパシタンスの変化を検出することと、
前記自己中心化デバイス（４１）又は前記ツールヘッド（５）の加速度の変化を検出することと、
前記ロボットドリル（３）のアクチュエータ又は他の構成要素における電流、電圧、熱の変化を検出することと、のうちの１以上を含む、条項９から１３のいずれか一項に記載の方法。
条項１５．
前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイスを起動すること（１３０、１４８）は、前記孔（２１）の壁（２２）に向けて前記ツールヘッド（５）のコレット（７）を拡張することを含む、条項９から１４のいずれか一項に記載の方法。
条項１６．
前記自己中心化デバイスを起動すること（１３０、１４８）は、前記ツールヘッド（５）のコレット（７）と前記壁（２２）との間の力の閾値が到達されるか又はそれを超えるまで、前記コレット（７）を拡張することを含む、条項１５に記載の方法。
条項１７．
コンピュータ可読プログラムコードを記憶した非一過性のコンピュータ可読記憶媒体であって、前記プログラムコードは、プロセッサによって実行されると、コンピュータシステムに、少なくとも、
初期挿入軌道に沿ってドリルテンプレートの孔に向けてロボットドリルのツールヘッドを挿入するためのロボットアクチュエータ（１７）に対する初期制御信号を計算すること（２１０）、
前記初期挿入軌道に沿って前記孔に向けて前記ツールヘッドを挿入するために、ロボットアクチュエータに制御信号を送信すること（２２０）、
前記孔（２１）の壁（２２）に対する前記ツールヘッド（５）の拘束を表すセンサ信号を受信すること（２３０）、
前記センサ信号に基づいて、前記孔（２１）の壁（２２）に対する前記ツールヘッドの拘束を判定し（２４０）、それに応じて、前記孔に対する修正された位置合わせへと前記ツールヘッドを再配置するために、前記ツールヘッド（５）の自己中心化デバイス（４１）を起動するよう起動制御信号を送信すること（２５０）、
前記ツールヘッド（５）の前記修正された位置合わせに基づいて、更新された挿入軌道を計算すること（２６０）、
前記更新された軌道に沿って前記孔に向けて前記ツールヘッドを挿入するために、ロボットアクチュエータに更新された制御信号を送信すること（２７０）、及び
前記ツールヘッドのエンドエフェクタを起動するために、エンドエフェクタ制御信号を送信すること（２８０）、を実行させる、非一過性のコンピュータ可読記憶媒体。
条項１８．
プロセッサによって実行されると、コンピュータシステムに、更に、
１以上の位置センサから、前記修正された位置合わせにある前記ツールヘッドの位置及び／又は位置合わせを表す位置センサ信号を受信すること（２６２）を実行させ、
更新された挿入軌道を計算すること（２６０）は、前記システムが、前記修正された位置合わせにある前記ツールヘッドの前記位置センサ信号に基づいて、更新された挿入軌道を計算することを含む、請求項１７に記載の非一過性のコンピュータ可読記憶媒体。
条項１９．
前記修正された位置合わせにおいて、ツールヘッド軸（４９）は、前記孔の孔軸（５１）と同軸であり、
更新された挿入軌道（２６０）を計算すること（２６０）は、前記システムが、前記中心に置かれたツールヘッド（５）の前記ツールヘッド軸（４９）に沿って更新された挿入軌道を計算することを含む、条項１８に記載の非一過性のコンピュータ可読記憶媒体。
条項２０．
ロボットアクチュエータ（１７）に対する初期制御信号を計算すること（２１０）は、前記コンピュータシステムが、
制限された精度のセンサ（３３）から、前記ドリルテンプレート（２３）の前記孔（２１）に対する前記ツールヘッド（５）の位置又は配向についての、制限された精度のセンサフィードバック信号（３５）を受信することを含み、
前記初期制御信号は、前記制限された精度のセンサフィードバック信号（３５）に少なくとも部分的に基づく、条項１７から１９のいずれか一項に記載の非一過性のコンピュータ可読記憶媒体。
条項２１．
前記プロセッサによって実行されると、コンピュータシステムに、更に、
自己中心化デバイスセンサ（５３）から、前記ツールヘッド（５）が前記孔（２１）に対する前記修正された位置合わせ（４３）にあることを表す自己中心化デバイスセンサ出力を受け取ること（２４５）、及び
前記ツールヘッド（５）が前記修正された位置合わせ（４３）にあることを表す前記自己中心化デバイスセンサ出力を受信したことに応じて、前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイス（４１）を起動解除するための起動解除制御信号を送信すること（２４６）、を実行させる、条項１７から２０のいずれか一項に記載の非一過性のコンピュータ可読記憶媒体。
条項２２．
前記プロセッサによって実行されると、コンピュータシステムに、更に、
ツールヘッドセンサ（５５）から、前記ツールヘッド（５）が前記孔（２１）内の指定された位置（４７）にあることを表すツールヘッドセンサ信号を受信すること（２７５）と、
前記ツールヘッドが前記指定された位置に配置されていることに応じて、前記孔（２１）に対する前記指定された位置に前記ツールヘッドを固定するために、前記ツールヘッドの前記自己中心化デバイス（４１）を起動するための起動制御信号を送信すること（２７６）と、を実行させ、
前記ツールヘッドが前記孔に対する前記指定された位置に固定されていることに応じて、前記コンピュータシステムに、前記ツールヘッドの前記エンドエフェクタを起動するための前記エンドエフェクタ制御信号を送信すること（２８０）を実行させる、条項１７から２１のいずれか一項に記載の非一過性のコンピュータ可読記憶媒体。
本開示は、以下の条項による例示的な実施形態を含む。
条項１．
拡張可能なコレット（７）及びエンドエフェクタ（９）を備えたツールヘッド（５）であって、前記拡張可能なコレット（７）は、ドリルテンプレート（２３）の孔（２１）の中への挿入のための後退した構成（１１）と拡張した構成（１３）との間で拡張するように構成されている、ツールヘッド（５）と、
前記ツールヘッド（５）を支持するためのロボットマニピュレータアーム（１５）と、
前記ドリルテンプレート（２３）の前記孔（２１）に向けられた前記ツールヘッド（５）のロボット挿入をもたらすように、前記ロボットマニピュレータアーム（１５）を移動させるための少なくとも１つのロボットアクチュエータ（１７）と、
前記ドリルテンプレート（２３）の前記孔（２１）内の前記拡張可能なコレット（７）の拘束を検出するための少なくとも１つのセンサ（１９）とを備え、
前記孔（２１）内の前記拡張可能なコレット（７）の拘束を検出したことに応じて、前記ツールヘッド（５）のロボット挿入が停止され、前記拡張可能なコレット（７）は、前記エンドエフェクタ（９）を前記孔（２１）内の中心に置くために、前記拡張した構成（１３）へ拡張するように構成され、
前記後退した構成（１１）にある前記拡張可能なコレット（７）の後退した直径（２７）は、テンプレート孔の前記孔（２１）の直径の少なくとも９５％であるが、１００％未満である、ロボットドリルシステム（１）。
条項２．
前記孔（２１）内の前記拡張可能なコレット（７）の拘束を検出したことに応じて、ロボット挿入が停止され、前記ロボットマニピュレータアーム（１５）及び前記少なくとも１つのアクチュエータ（１７）は、前記ツールヘッド（５）の前記拡張可能なコレット（７）を拡張させること（１３０）によって生成される力によって、前記ロボットマニピュレータアームが、前記孔に対する修正された位置合わせへと自由に再配置可能である従順な自由駆動モードに切り替えられる、条項１に記載のロボットドリルシステム（１）。
条項３．
初期挿入軌道（３７）に沿って前記孔（２１）に向けられた前記ツールヘッド（５）の挿入をガイドするように、制限された精度のセンサフィードバック信号（３５）を提供するための、制限された精度のセンサ（３３）を更に備える、条項１又は２に記載のロボットドリルシステム（１）。
条項４．
前記制限された精度のセンサ（３３）は、ビデオカメラ又は深度カメラシステムである、条項３に記載のロボットドリルシステム（１）。
条項５．
前記後退した直径（２７）は、
前記テンプレート孔の直径の９５％から９７％、
前記テンプレート孔の直径の９７％から９９％、又は
前記テンプレート孔の直径の少なくとも９９％であるが、１００％未満、のうちの少なくとも１つの範囲にある、条項１から４のいずれか一項に記載のロボットドリルシステム（１）。
条項６．
前記ツールヘッド（５）は、前記孔（２１）の中への前記ツールヘッド（５）の挿入を補助するための導入溝（２９）を含み、前記導入溝（２９）は、前記後退した直径（２７）未満且つ前記テンプレート孔の直径の少なくとも７５％である導入直径（３４）を有する導入縁部（３１）を含む、条項１から５のいずれか一項に記載のロボットドリルシステム（１）。
条項７．
拘束を検出するための前記少なくとも１つのセンサ（１９）は、
前記少なくとも１つのロボットアクチュエータ（１７）における電流、電圧、及び／又は熱の変化を検出するためのセンサ、
前記ツールヘッド（５）、前記コレット（７）、前記ロボットアクチュエータ（１７）、又は前記ドリルテンプレート（２３）のうちの１以上における少なくとも１つの力を検出するための力センサ、
前記コレット（７）又は前記ツールヘッド（５）の加速度の変化を検出するための加速度計、並びに
前記コレット（７）又は前記ツールヘッド（５）と前記ドリルテンプレート（２３）との間の電気的導通又はキャパシタンスの変化を検出するためのセンサ、のうちの１以上を含む、条項１から６のいずれか一項に記載のロボットドリルシステム（１）。
条項８．
前記拡張可能なコレット（７）と前記孔（２１）の壁（２２）との間の力を表すコレットセンサ出力を出力するためのコレットセンサ（５３）を更に備え、
前記拡張可能なコレット（７）を前記拡張した構成（１３）に構成することは、前記コレットセンサ出力が閾値に到達するか又はそれを超えるまで、前記拡張可能なコレット（７）の直径を拡張することを含む、条項１から７のいずれか一項に記載のロボットドリルシステム（１）。
条項９．
ロボットドリルシステム（１）を用いて穿孔する方法であって、
ツールヘッド（５）のロボット挿入をもたらすために、少なくとも１つのロボットアクチュエータ（１７）によって移動されるロボットマニピュレータアーム（１５）を用いて、初期挿入軌道（３７）に沿ってドリルテンプレート（２３）の孔（２１）内にロボットドリル（３）の前記ツールヘッド（５）を挿入すること（１１０）、
前記孔（２１）の壁（２２）に対する前記ツールヘッドの拘束を検知すること（１２０）、
前記初期挿入軌道（３７）に沿って前記ツールヘッド（５）を挿入している間、前記孔（２１）の壁（２２）に対する前記ツールヘッド（５）の拘束に応じて、前記ツールヘッド（５）のロボット挿入を停止し（１２２）、前記ツールヘッド（５）を前記孔（２１）に対するツールヘッド軸（４９）の修正された位置合わせ（４３）へと再配向するために、前記ツールヘッド（５）の自己中心化デバイス（４１）を起動すること（１３０）、
更新された挿入軌道（４５）に沿って前記孔（２１）の中に前記ツールヘッドを挿入すること（１４０）であって、前記更新された挿入軌道は、前記修正された位置合わせ（４３）に基づく、前記ツールヘッドを挿入すること（１４０）、及び
前記ツールヘッド（５）のエンドエフェクタ（９）を起動すること（１５０）を含む、方法。
条項１０．
前記壁（２２）に対する前記ツールヘッド（５）の拘束に応じて、前記方法は更に、
前記初期挿入軌道（３７）に沿って前記孔（２１）に向けられた前記ツールヘッド（５）のロボット挿入を停止すること（１２２）と、
前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイス（４１）を起動すること（１３０）によって生成される力によって、前記ツールヘッド（５）が、前記孔（２１）に対する前記ツールヘッド軸（４９）の前記修正された位置合わせ（４３）へと再配置移動することを容易にするための従順な自由駆動モードに、前記ロボットマニピュレータアームを切り替えること（１２４）とを含み、
前記ツールヘッド（５）を、前記孔（２１）に対する前記修正された位置合わせへと再配置するために、前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイス（４１）を起動することに続いて、前記方法は更に、
少なくとも１つのロボットアクチュエータ（１７）の選択的な起動が、前記ツールヘッド（５）のロボット挿入をもたらすために前記ロボットマニピュレータアーム（１５）を移動させるように、前記ロボットマニピュレータアーム（１５）を駆動モードに構成すること（１３２）、及び
前記ツールヘッドの前記自己中心化デバイスを起動解除すること（１３４）を含む、条項９に記載の穿孔する方法。
条項１１．
前記ツールヘッド（５）を、前記孔（２１）に対する前記修正された位置合わせへと再配置するために、前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイスを起動すること（１３０）に続いて、前記方法は更に、
前記更新された挿入軌道（４５）に沿って前記ツールヘッド（５）を挿入するための更新された制御信号を計算すること（１３６）を含み、
前記更新された挿入軌道に沿って前記孔の中に前記ツールヘッドを挿入すること（１４０）は、
前記更新された制御信号に従って、前記ロボットアクチュエータ（１７）を選択的に起動すること（１４２）を含む、条項１０に記載方法。
条項１２．
前記更新された挿入軌道（４５）に沿って前記孔（２１）の中に前記ツールヘッド（５）を挿入することは、
前記ツールヘッド（５）を指定された位置（４７）に挿入すること（１４４）を更に含み、
前記ツールヘッドが前記指定された位置（４７）に配置されていることに応じて、前記方法は更に、
前記ロボットアクチュエータ（１７）の選択的な起動を停止すること（１４６）、及び
前記ツールヘッド（５）の前記エンドエフェクタ（９）を起動するときに、前記ツールヘッド（５）を前記指定された位置（４７）に固定するために、前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイス（４１）を起動すること（１４８）を含む、条項１１に記載の穿孔する方法。
条項１３．
前記孔（２１）に対する前記ツールヘッド（５）の前記修正された位置合わせ（４３）は、前記ツールヘッド（５）のツールヘッド軸（４９）が、前記孔（２１）の孔軸（５１）と同軸になるようにすることを含む、条項９から１２のいずれか一項に記載の穿孔する方法。
条項１４．
前記孔（２１）の壁（２２）に対する前記ツールヘッド（５）の拘束を検知すること（１２０）は、
前記ロボットドリル（３）の前記自己中心化デバイス（４１）、前記ツールヘッド（５）、前記ロボットアクチュエータ（１７）、又は前記ドリルテンプレート（２３）のうちの１以上における力を検出することと、
前記自己中心化デバイス（４１）又は前記ツールヘッド（５）と前記ドリルテンプレートとの間の電気的導通又はキャパシタンスの変化を検出することと、
前記自己中心化デバイス（４１）又は前記ツールヘッド（５）の加速度の変化を検出することと、
前記ロボットドリル（３）のアクチュエータ又は他の構成要素における電流、電圧、熱の変化を検出することと、のうちの１以上を含む、条項９から１３のいずれか一項に記載の方法。
条項１５．
前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイスを起動すること（１３０、１４８）は、前記孔（２１）の壁（２２）に向けて前記ツールヘッド（５）のコレット（７）を拡張することを含む、条項９から１４のいずれか一項に記載の方法。
条項１６．
前記自己中心化デバイスを起動すること（１３０、１４８）は、前記ツールヘッド（５）のコレット（７）と前記壁（２２）との間の力の閾値が到達されるか又はそれを超えるまで、前記コレット（７）を拡張することを含む、条項１５に記載の方法。
条項１７．
コンピュータ可読プログラムコードを記憶した非一過性のコンピュータ可読記憶媒体であって、前記プログラムコードは、プロセッサによって実行されると、コンピュータシステムに、少なくとも、
初期挿入軌道に沿ってドリルテンプレートの孔に向けてロボットドリルのツールヘッドを挿入するためのロボットアクチュエータ（１７）に対する初期制御信号を計算すること（２１０）、
前記初期挿入軌道に沿って前記孔に向けて前記ツールヘッドを挿入するために、ロボットアクチュエータに制御信号を送信すること（２２０）、
前記孔（２１）の壁（２２）に対する前記ツールヘッド（５）の拘束を表すセンサ信号を受信すること（２３０）、
前記センサ信号に基づいて、前記孔（２１）の壁（２２）に対する前記ツールヘッドの拘束を判定し（２４０）、それに応じて、前記孔に対する修正された位置合わせへと前記ツールヘッドを再配置するために、前記ツールヘッド（５）の自己中心化デバイス（４１）を起動するよう起動制御信号を送信すること（２５０）、
前記ツールヘッド（５）の前記修正された位置合わせに基づいて、更新された挿入軌道を計算すること（２６０）、
前記更新された軌道に沿って前記孔に向けて前記ツールヘッドを挿入するために、ロボットアクチュエータに更新された制御信号を送信すること（２７０）、及び
前記ツールヘッドのエンドエフェクタを起動するために、エンドエフェクタ制御信号を送信すること（２８０）、を実行させる、非一過性のコンピュータ可読記憶媒体。
条項１８．
プロセッサによって実行されると、コンピュータシステムに、更に、
１以上の位置センサから、前記修正された位置合わせにある前記ツールヘッドの位置及び／又は位置合わせを表す位置センサ信号を受信すること（２６２）を実行させ、
更新された挿入軌道を計算すること（２６０）は、前記システムが、前記修正された位置合わせにある前記ツールヘッドの前記位置センサ信号に基づいて、更新された挿入軌道を計算することを含む、請求項１７に記載の非一過性のコンピュータ可読記憶媒体。
条項１９．
前記修正された位置合わせにおいて、ツールヘッド軸（４９）は、前記孔の孔軸（５１）と同軸であり、
更新された挿入軌道（２６０）を計算すること（２６０）は、前記システムが、前記中心に置かれたツールヘッド（５）の前記ツールヘッド軸（４９）に沿って更新された挿入軌道を計算することを含む、条項１８に記載の非一過性のコンピュータ可読記憶媒体。
条項２０．
ロボットアクチュエータ（１７）に対する初期制御信号を計算すること（２１０）は、前記コンピュータシステムが、
制限された精度のセンサ（３３）から、前記ドリルテンプレート（２３）の前記孔（２１）に対する前記ツールヘッド（５）の位置又は配向についての、制限された精度のセンサフィードバック信号（３５）を受信することを含み、
前記初期制御信号は、前記制限された精度のセンサフィードバック信号（３５）に少なくとも部分的に基づく、条項１７から１９のいずれか一項に記載の非一過性のコンピュータ可読記憶媒体。
条項２１．
前記プロセッサによって実行されると、コンピュータシステムに、更に、
自己中心化デバイスセンサ（５３）から、前記ツールヘッド（５）が前記孔（２１）に対する前記修正された位置合わせ（４３）にあることを表す自己中心化デバイスセンサ出力を受け取ること（２４５）、及び
前記ツールヘッド（５）が前記修正された位置合わせ（４３）にあることを表す前記自己中心化デバイスセンサ出力を受信したことに応じて、前記ツールヘッド（５）の前記自己中心化デバイス（４１）を起動解除するための起動解除制御信号を送信すること（２４６）、を実行させる、条項１７から２０のいずれか一項に記載の非一過性のコンピュータ可読記憶媒体。
条項２２．
前記プロセッサによって実行されると、コンピュータシステムに、更に、
ツールヘッドセンサ（５５）から、前記ツールヘッド（５）が前記孔（２１）内の指定された位置（４７）にあることを表すツールヘッドセンサ信号を受信すること（２７５）と、
前記ツールヘッドが前記指定された位置に配置されていることに応じて、前記孔（２１）に対する前記指定された位置に前記ツールヘッドを固定するために、前記ツールヘッドの前記自己中心化デバイス（４１）を起動するための起動制御信号を送信すること（２７６）と、を実行させ、
前記ツールヘッドが前記孔に対する前記指定された位置に固定されていることに応じて、前記コンピュータシステムに、前記ツールヘッドの前記エンドエフェクタを起動するための前記エンドエフェクタ制御信号を送信すること（２８０）を実行させる、条項１７から２１のいずれか一項に記載の非一過性のコンピュータ可読記憶媒体。
【0075】
上述の開示は、個別の有用性を備えた複数の個々の実施例を包括し得る。これらの各々の開示は、好ましい形態（複数可）で開示されているが、本明細書で開示且つ例示されたそれらの特定の実施形態は、数多くの変形例が可能であることから、限定的な意味で捉えるべきではない。本開示内で使用されている限り、項の見出しは構成上の目的のものに過ぎない。本開示の主題は、本明細書に記載の様々な要素、特徴、機能、及び／又は特性の、新規的且つ非自明の組み合わせ及び部分的組み合わせの全てを含む。下記の特許請求の範囲は、新規かつ非自明と見なされる、ある組み合わせ及び部分的組み合わせを特に指し示すものである。特徴、機能、要素、及び／又は特性のその他の組み合わせ及び部分的な組み合わせは、この出願又は関連出願からの優先権を主張する出願において特許請求され得る。更に、そのような特許請求の範囲は、出願当初の特許請求の範囲より広いか、狭いか、等しいか、又はそれと異なるかにかかわらず、本開示の主題の範囲内に含まれるとみなされる。
【0076】
当業者は、本開示の広い一般的な範囲から逸脱することなく、上述された実施形態に対して多数の変形及び／又は修正を行うことができることを理解されたい。したがって、本実施形態は、あらゆる点において、例示的であり且つ限定的でないと解釈されるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【外国語明細書】