特許 7517741 自動補助キャリブレーション装置及びその方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-08

(45)【発行日】2024-07-17

(54)【発明の名称】自動補助キャリブレーション装置及びその方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 90/50 20160101AFI20240709BHJP

【ＦＩ】

A61B90/50

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022581513

(86)(22)【出願日】2020-11-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-01

(86)【国際出願番号】 CN2020128752

(87)【国際公開番号】W WO2022048018

(87)【国際公開日】2022-03-10

【審査請求日】2022-12-28

(31)【優先権主張番号】202010924485.9

(32)【優先日】2020-09-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】522198922

【氏名又は名称】杭州鍵嘉医療科技股▲フン▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｊｉａｎｊｉａ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上官 佳榮

(72)【発明者】

【氏名】喬 天

(72)【発明者】

【氏名】杜 思傲

(72)【発明者】

【氏名】甘 博涵

(72)【発明者】

【氏名】榮 健

【審査官】滝沢 和雄

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／２００２５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０９３０４７３１（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１４０７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５１７７５６３（ＵＳ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０７６３００７２（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ９０／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

キャリブレーション鋼球（１）を備える自動補助キャリブレーション装置に適用される自動補助キャリブレーション装置のキャリブレーション方法であって、
前記キャリブレーション鋼球（１）の外側表面には、補助装置（３）が被せられ、前記補助装置（３）は、スリーブリング（３１）を備え、前記スリーブリング（３１）の背面には、連結柱（３３）が設置され、前記スリーブリング（３１）の後端縁には、面取り（３２）が設けられ、前記連結柱（３３）の外側表面には、キャリブレーション管（２）が被せられ、前記キャリブレーション鋼球（１）は、位置決め鋼球（１１）を備え、前記スリーブリング（３１）の前面には、スリーブ溝（３４）が設けられ、前記スリーブ溝（３４）が鋼球（１１）の外側表面に被せられ、前記位置決め鋼球（１１）の外側表面には、コネクティングロッド（１２）が設置され、前記キャリブレーション管（２）の外端には、機械アーム（４）が設置されており、
前記自動補助キャリブレーション装置のキャリブレーション方法は、
キャリブレーション管（２）を機械アーム（４）の末端のフランジ外側表面に取り付け、フランジ座標系の中心０ｆの座標系数値を｛Ｘｆ，Ｙｆ，Ｚｆ｝とし、同じく、機械アーム（４）のベース座標系の中心０ｒの座標系数値を｛Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ｝とし、同じく、キャリブレーション管（２）の末端の座標系の中心０ｔの座標系数値を｛Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ｝とするステップＡと、
機械アーム（４）の座標系において半径がｒ_ｂであるキャリブレーション鋼球（１）を固定し、即ち、キャリブレーション鋼球（１）と機械アーム（４）を厳密的な相対位置で固定しているように保持する必要があり、補助装置（３）をキャリブレーション管（２）の内側表面に取り付け、補助装置（３）をキャリブレーション鋼球（１）の外側表面に被せ、同時に、キャリブレーション管（２）を機械アーム（４）の末端のフランジの外側表面に取り付けるステップＢと、
キャリブレーション管（２）の軸線Ｏ_１を頂垂線とし、キャリブレーション鋼球（１）の球心を頂点とし、頂角が１２０°である円錐面を生成し、当該円錐面とキャリブレーション鋼球（１）の球面の交線は、キャリブレーション管（２）の運動経路であるステップＣと、
機械アーム（４）を各方向の回転及び並進減衰が減少して自由に動けるようになるインピーダンスモードに設定し、キャリブレーション管（２）の軸線Ｏ_１に沿って鋼球の方向へ一定の力を加えると、キャリブレーション管（２）が補助装置（３）を介して鋼球（１）の表面に押さえつけて、この時、キャリブレーション管（２）の軸線Ｏ_１をＬ_１とし、円錐面の母線をＬ_２とし、
空間でのＬ_１位置姿勢データＴ _１ は、以下の通りであり、

【数1】

空間でのＬ_２位置姿勢データＴ _２ は、以下の通りであり、

【数2】

２本の直線は、球心で交差するため、同じ位置にあると見なされるが、方向が異なるため、機械アーム（４）により実行される運動量Ｔ _３ は、

【数3】

であるステップＤと、
機械アーム（４）の運動軌跡においては、一定の角度毎に一回のフランジの位置姿勢データを収集し、それぞれの４つの位置姿勢データを１つのグループとし、４点法でＴＣＰデータを取得し、２つのグループのＴＣＰの誤差が許容値未満である場合、計算を停止させ、それ以外の場合、上述した自動運動ステップＡ～Ｄを繰り返すステップＥとを備えることを特徴とする自動補助キャリブレーション装置のキャリブレーション方法。

【請求項2】

補助装置（３）が用いられている場合、キャリブレーション管（２）のＴＣＰの物理的な位置は、キャリブレーション管（２）の軸線Ｏ_１と重なる位置にあることを特徴とする請求項１に記載の自動補助キャリブレーション装置のキャリブレーション方法。

【請求項3】

前記補助装置（３）がキャリブレーション管（２）の先端に取り付けられた後、補助装置（３）の球面の球心をＴＣＰとすることを特徴とする請求項２に記載の自動補助キャリブレーション装置のキャリブレーション方法。

【請求項4】

前記補助装置（３）の内壁断面は、円形であることを特徴とする請求項３に記載の自動補助キャリブレーション装置のキャリブレーション方法。

【請求項5】

前記補助装置（３）は、キャリブレーション鋼球（１）の球面と同じサイズの凹球面を使用してキャリブレーション鋼球（１）と協働することにより、前記補助装置（３）によりキャリブレーション鋼球（１）の球面を被せるキャリブレーション管（２）とキャリブレーション鋼球（１）を一体として見なし、ツールと名付け、前記補助装置（３）がスリーブの先端に取り付けられた後、補助装置（３）の球面の球心をＴＣＰとし、前記キャリブレーション管（２）は、ストレート筒類のキャリブレーション管（２）であり、キャリブレーション管（２）の天井面（Ａ _１ ）と内壁が交差する部分は、標準円であり、前記標準円の円心を通り、前記標準円が位置する平面の法線方向へ延在する直線が、必ずキャリブレーション鋼球（１）の球心を通過し、前記球心と前記円心との間の距離が変わらないことを特徴とする請求項２～４の何れか１項に記載の自動補助キャリブレーション装置のキャリブレーション方法。

【請求項6】

ＴＣＰの物理的な位置は、キャリブレーション管（２）の軸線Ｏ_１と重なり、キャリブレーション管（２）の天井面Ａ_１から一定のオフセットがあり、オフセット方向は、ツールから離れる方向であることを特徴とする請求項５に記載の自動補助キャリブレーション装置のキャリブレーション方法。

【請求項7】

ＴＣＰの物理的な位置は、キャリブレーション管（２）の天井面Ａ_１とのオフセット距離が

【数4】

であり、キャリブレーション管（２）から離れる側に位置し、ｒ_ｓは、スリーブの内壁の半径であることを特徴とする請求項６に記載の自動補助キャリブレーション装置のキャリブレーション方法。

【請求項8】

ＴＣＰとキャリブレーション管（２）の天井面Ａ_１のオフセット距離は、補助キャリブレーションツールのサイズＬ_ａにより決められ、Ｌ_ａは、キャリブレーション管（２）に補助装置（３）が取り付けられた後、キャリブレーション管（２）の天井面Ａ_１から補助装置の凹球面の球心までの距離であることを特徴とする請求項７に記載の自動補助キャリブレーション装置のキャリブレーション方法。

【請求項9】

前記機械アーム（４）は、前記キャリブレーション管（２）の軸方向に力を加え、当該方向をＺ軸方向とし、同時に、前記機械アーム（４）を前記インピーダンスモードに設定し、次に、予め設定された軌道に従って球面で相対運動を開始し、この時、補助ツールにより前記キャリブレーション鋼球（１）の球面を被せるキャリブレーション管（２）と鋼球を一体と見なし、即ち、新しいツールと見なし、鋼球の表面のまわりに対する前記キャリブレーション管（２）の相対回転も新しいツールの定点運動として見なすことができ、相対運動は、Ｘ、Ｙ軸方向のまわりに対する回転であり、並進量をゼロに設定し、この時、前記キャリブレーション管（２）に沿った力があり、前記機械アーム（４）の減衰が小さく、補助ツールの助けで、前記キャリブレーション管（２）が脱落しないため、前記キャリブレーション管（２）は、位置姿勢データを必要としない情況で球面のまわりに対する自動運動を開始し、位置姿勢データをリアルタイムで収集し、４点法を用いてＴＣＰデータを解くことを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載の自動補助キャリブレーション装置のキャリブレーション方法。

【請求項10】

複数のＴＣＰデータの間の差分値が許容誤差より小さい場合、運動が停止し、計算結果を出力することを特徴とする請求項９に記載の自動補助キャリブレーション装置のキャリブレーション方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、医療機器技術分野に関し、特に、自動補助キャリブレーション装置及びその方法に関する。

【0002】

＜関連出願の相互引用＞
本発明は、２０２０年９月５日に中国特許庁に提出された、出願番号が２０２０１０９２４４８５．９であり、名称が「自動補助キャリブレーション装置及びその方法」である中国特許出願の優先権を主張し、その全ての内容が引用により本発明に組み込まれている。

【背景技術】

【0003】

機械アームのＴＣＰ（Ｔｏｏｌ ｃｅｎｔｅｒ ｐｏｉｎｔ、ツール中心点）キャリブレーションは、機械アームの応用における重要な部分であり、機械アームのエンドツールとも呼ばれ、機械アームのフランジに接続され、フランジに接続されることおよびフランジの位置姿勢パラメータが知られた場合、フランジに対するＴＣＰの位置姿勢パラメータを求めるために、４点法原理を採用してＴＣＰを計算することができる。エンドツールが中空の管状ツールである場合、補助ツールを使用して手動の点収集操作を完成することができるが、医療用機械アームには、高い精度が求められ、手動の点収集は、加える人間の力が不均一であるため、その精度に影響が与えられやすい。また、手動の点収集の効率が比較的低いので、術前の準備時間を延ばしてしまう。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した背景技術における問題のうちの少なくとも１つを解決するために、本発明の目的は、自動補助キャリブレーション装置及びその方法を提供することを含む。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明による技術案は、キャリブレーション鋼球を備える自動補助キャリブレーション装置を提供する。前記キャリブレーション鋼球の外側表面には、補助装置が被せられ、前記補助装置は、スリーブリングを備え、前記スリーブリングの背面には、連結柱が設置され、前記スリーブリングの後端縁には、面取りが設置され、前記連結柱の外側表面には、キャリブレーション管が被せられ、前記キャリブレーション鋼球は、位置決め鋼球を備え、前記スリーブリングの前面には、スリーブ溝が設置され、前記スリーブ溝が鋼球の外側表面に被せられ、前記位置決め鋼球の外側表面には、コネクティングロッドが設置され、前記キャリブレーション管の外端には、機械アームが設置されている。

【0006】

自動補助キャリブレーション方法は、ステップＡ、ステップＢ、ステップＣ、ステップＤ及びステップＥを備える。

【0007】

ステップＡにおいては、キャリブレーション管を機械アームの末端のフランジ外側表面に取り付け、フランジ座標系の中心０ｆの座標系数値を｛Ｘｆ，Ｙｆ，Ｚｆ｝とし、同じく、機械アームのベース座標系の中心０ｒの座標系数値を｛Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ｝とし、同じく、キャリブレーション管の末端の座標系の中心０ｔの座標系数値を｛Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ｝とする。

【0008】

ステップＢにおいては、機械アームの座標系において半径がｒ_ｂであるキャリブレーション鋼球を固定し、即ち、キャリブレーション鋼球と機械アームを厳密に相対的に固定しているように保持する必要があり、同時に、キャリブレーション管を機械アームの末端のフランジの外側表面に取り付ける。

【0009】

ステップＣにおいては、補助装置をキャリブレーション管の内側表面に取り付け、補助装置をキャリブレーション鋼球の外側表面に被せ、この時、キャリブレーション管の軸線Ｏ_１を頂垂線とし、キャリブレーション鋼球の球心を頂点とし、頂角が１２０°である円錐面を生成し、当該円錐面とキャリブレーション鋼球の球面の交線は、キャリブレーション管の運動経路である。

【0010】

ステップＤにおいては、機械アームをインピーダンスモードに設定し、キャリブレーション管の軸線Ｏ_１に沿って鋼球の方向へ一定の力を加えると、キャリブレーション管が鋼球の表面に被せられ、この時、キャリブレーション管の軸線Ｏ_１をＬ_１とし、円錐面の母線をＬ_２とし、
空間でのＬ_１の位置姿勢データは、以下の通りであり、

【数1】

空間でのＬ_２の位置姿勢データは、以下の通りであり、

【数2】

２本の直線は、球心で交差するため、同じ位置にあると見なされるが、方向が異なるため、機械アームにより実行される運動量は、

【数3】

である。

【0011】

ステップＥにおいては、機械アームの運動軌跡においては、一定の角度毎に一回のフランジの位置姿勢データを収集し、それぞれの４つの位置姿勢データを１つのグループとし、４点法でＴＣＰデータを取得し、２つのグループのＴＣＰの誤差が許容値未満である場合、計算を停止させ、それ以外の場合、上述した自動運動ステップＡ～Ｄを繰り返す。

【0012】

１つ又は複数の実施形態においては、補助装置が用いられていない場合、キャリブレーション管のＴＣＰ点の物理的な位置は、キャリブレーション管の軸線Ｏ_１と重なる位置にある。

【0013】

１つ又は複数の実施形態においては、補助装置が用いられている場合、キャリブレーション管のＴＣＰ点の物理的な位置は、キャリブレーション管の軸線Ｏ_１と重なる位置にある。

【0014】

１つ又は複数の実施形態においては、前記補助装置がキャリブレーション管の先端に取り付けられた後、補助装置の球面の球心をツール中心点とする。

【0015】

１つ又は複数の実施形態においては、前記補助装置の内壁断面は、円形である。

【0016】

１つ又は複数の実施形態においては、前記補助装置は、凹球面を使用して同じサイズのキャリブレーション鋼球と協働することにより、ツールがツール表面上にない点をツール中心として決定するのを助けるように配置されている。

【0017】

１つ又は複数の実施形態においては、キャリブレーション管の天井面Ａ_１と内壁が交差する部分は、標準円であり、標準円が球面を被せることは、円心を通り、円が位置する平面の法線方向へ延在する直線が、必ずキャリブレーション鋼球の球心を通過し、球心と円心の距離が変わらないことを保証できる。

【0018】

１つ又は複数の実施形態においては、前記キャリブレーション管は、ストレート筒類のキャリブレーション管である。

【0019】

１つ又は複数の実施形態においては、補助装置によりキャリブレーション鋼球の球面を被せるキャリブレーション管とキャリブレーション鋼球を一体として見なし、ツールと名付け、前記補助装置がスリーブの先端に取り付けられた後、補助装置の球面の球心をツール中心点とする。

【0020】

１つ又は複数の実施形態においては、ツールＴＣＰ点の物理的な位置は、キャリブレーション管の軸線Ｏ_１と重なり、キャリブレーション管の天井面Ａ_１から一定のオフセットがあり、オフセット方向は、ツールから離れる方向である。

【0021】

１つ又は複数の実施形態においては、ツールＴＣＰ点の物理的な位置は、キャリブレーション管の天井面Ａ_１とのオフセット距離が

【数4】

であり、キャリブレーション管から離れる側に位置し、ｒ_ｓは、スリーブの内壁の半径である。

【0022】

１つ又は複数の実施形態においては、ツールＴＣＰ点とキャリブレーション管の天井面Ａ_１とのオフセット距離は、補助キャリブレーションツールのサイズＬ_ａにより決められ、Ｌ_ａは、キャリブレーション管に補助装置が取り付けられた後の、キャリブレーション管の天井面Ａ_１から補助装置の凹球面の球心までの距離である。

【0023】

１つ又は複数の実施形態においては、使用時、機械アームは、前記キャリブレーション管の軸方向に適切な大きさの力を加え、当該方向をＺ軸方向とし、同時に、機械アームをインピーダンスモードに設定し、この時、各方向の回転及び並進減衰が減少し、より自由に動けるようになる。次に、予め設定された軌道に従って球面で相対運動を開始し、この時、補助ツールによりキャリブレーション鋼球の球面を被せるキャリブレーション管と鋼球を一体と見なし、即ち、新しいツールと見なし、鋼球の表面のまわりに対するキャリブレーション管の相対回転も新しいツールの定点運動として見なすことができる。相対運動は、Ｘ、Ｙ軸方向のまわりに対する回転であり、並進量をゼロに設定し、この時、キャリブレーション管に沿った力があり、機械アームの減衰が比較的小さく、補助ツールの助けで、キャリブレーション管が簡単に脱落しないため、キャリブレーション管は、位置姿勢データを必要とせずに球面のまわりに対する自動運動を開始し、位置姿勢データをリアルタイムで収集し、４点法を用いてＴＣＰデータを解く。

【0024】

１つ又は複数の実施形態においては、複数のＴＣＰデータの間の差分値が許容誤差より小さい場合、運動が停止し、計算結果を出力する。

【0025】

従来技術に比べ、本発明の有益な効果は、次の通りである。即ち、本発明は、管状ツールのＴＣＰキャリブレーションに高速で、操作しやすく、正確な方法を提供する。補助装置を用いることは、ツールが移動する際にキャリブレーション鋼球から外れるリスクを減らし、その移動を制限することができるので、自動キャリブレーションプロセスを実現することができる。ツールを用いてキャリブレーション鋼球を押さえ込むやり方は、従来のＴＣＰキャリブレーションのある点を正確に使って先端に触れる必要があることに比べて、操作及び実施がより容易である。全自動キャリブレーション方法を使用することで、手動操作による誤差を避け、全自動計算及び自動化された測定により、輸送及び点収集の効率を高め、術前の準備時間を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、本発明によるスリーブ管のキャリブレーション法の断面模式図である。

【図2】図２は、本発明によるスリーブ管のキャリブレーション法のキャリブレーションステップの模式図である。

【図3】図３は、本発明によるキャリブレーション鋼球及び補助装置の組み立ての模式図である。

【図4】図４は、本発明によるキャリブレーション鋼球及び補助装置の切断構造の模式図である。

【図5】図５は、本発明による補助装置の構造模式図である。

【図6】図６は、本発明による補助装置の切断構造の模式図である。

【図7】図７は、本発明による補助装置のキャリブレーション法の断面模式図である。

【図8】図８は、本発明によるキャリブレーション構造の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の実施例における図面を参照しながら、本発明の実施例における技術案を明確且つ完全に説明する。明らかに、説明される実施例は、本発明の一部の実施例に過ぎず、全ての実施例ではない。本発明の実施例を元に、当業者は、如何なる創造的な労働をせずに得られた全ての実施例は、何れも本発明の保護請求の範囲に属する。

【0028】

図１～図４に示すように、本発明による技術案の一つは、以下の通りである。本発明の自動補助キャリブレーション装置は、キャリブレーション鋼球１を備える。キャリブレーション鋼球１の外側表面（外表面）には、補助装置３が（スリーブ接続）被せられている。補助装置３は、スリーブリング３１を備える。スリーブリング３１の背面には、連結柱３３が設置されている。スリーブリング３１の後端縁には、面取り３２が設けられている。連結柱３３の外側表面には、キャリブレーション管２が被せられている。キャリブレーション鋼球１は、位置決め鋼球１１を備える。スリーブリング３１の前面には、スリーブ溝３４が設けられている。スリーブ溝３４が鋼球１１の外側表面に被せられている。位置決め鋼球１１の外側表面には、コネクティングロッド１２が設置されている。キャリブレーション管２の外端には、機械アーム４が設置されている。

【0029】

本発明による自動補助キャリブレーション方法は、以下のステップを備える。

【0030】

ステップＡにおいては、キャリブレーション管２を機械アーム４の末端のフランジ外側表面に取り付け、例えば、フランジ座標系の中心０ｆの座標系数値を｛Ｘｆ，Ｙｆ，Ｚｆ｝とし、同じく、機械アーム４のベース座標系の中心０ｒの座標系数値を｛Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ｝とし、同じく、キャリブレーション管２の末端の座標系の中心０ｔの座標系数値を｛Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ｝とする。

【0031】

ステップＢにおいては、機械アーム４の座標系において半径がｒ_ｂであるキャリブレーション鋼球１を固定し、即ち、キャリブレーション鋼球１と機械アーム４を厳密に相対的に固定しているように保持させ、同時に、キャリブレーション管２を機械アーム４の末端のフランジの外側表面に取り付ける。

【0032】

ステップＣにおいては、補助装置３をキャリブレーション管２の内側表面に取り付け、補助装置３をキャリブレーション鋼球１の外側表面に被せ、この時、キャリブレーション管２の軸線Ｏ_１を頂垂線とし、キャリブレーション鋼球１の球心を頂点とし、頂角が１２０°である円錐面を生成し、当該円錐面とキャリブレーション鋼球１の球面の交線は、キャリブレーション管２の運動経路である。

【0033】

ステップＤにおいては、機械アーム４をインピーダンスモードに設定し、キャリブレーション管２の軸線Ｏ_１に沿って鋼球の方向へ一定の力を加えると、キャリブレーション管２が鋼球の表面に（押さえつけて）被せられ、この時、キャリブレーション管２の軸線Ｏ１をＬ１とし、円錐面の母線をＬ２とし、
空間でのＬ_１位置姿勢データは、以下の通りであり、

【数5】

空間でのＬ_２位置姿勢データは、以下の通りであり、

【数6】

２本の直線は、球心で交差するため、同じ位置にあると見なされるが、方向が異なるため、機械アーム４により実行される運動量は、

【数7】

である。

【0034】

ステップＥにおいては、機械アーム４の運動軌跡においては、例えば、一定の角度毎に一回のフランジの位置姿勢データを収集し、それぞれの４つの位置姿勢データを１つのグループとし（４つの位置姿勢データを含むが、４つの位置姿勢データに限らない）、４点法でＴＣＰデータを求めて取得し、２つのグループのＴＣＰの誤差が許容値未満である場合、計算を停止する。それ以外の場合、上述した自動運動ステップＡ～Ｄを繰り返す。

【0035】

当該方法は、力制御と補助ツールの組み合わせにより全自動キャリブレーションを行い、機械アームの位置姿勢を手動で調整してデータを収集する必要がない。また、当該プロセスでは、機械アームの制御デバイスにより自動的に変位操作を行い、対応する力フィードバックデータを収集して４点法の計算に用いられている。自動化されたプロセスを使用して手動操作による誤差を減らし、作業量を軽減し、キャリブレーション速度を高めることができる。

【0036】

当該方法は、４点法の原理を利用してＴＣＰをキャリブレーションするが、４つの点のデータを収集してキャリブレーションすることに限定されず、類似する構造又は方法を使用してもよい。当該方法は、複数のＴＣＰデータを自動的に収集して計算し、誤差が許容範囲未満である場合のみ、ＴＣＰ数値を出力するが、類似する構造又は方法を使用してもよい。

【0037】

また、本発明は、機械アームを正確にキャリブレーションするために、補助装置３及びキャリブレーション管２を鋼球の外側表面に被せてキャリブレーションを行うという２つの技術手段を採用してツール中心点を計算する。２つの技術手段の測定方法は、同じであるが、違いは、キャリブレーション管２を用いるか、又は補助装置３を用いるかという２つの方式だけである。当該技術手段は、部品の加工精度が保証されている限り、キャリブレーション結果の精度を保証できる。

【0038】

具体的には、補助装置３が用いられていない場合、キャリブレーション管２のＴＣＰ点の物理的な位置は、キャリブレーション管２の軸線Ｏ_１と重なる位置にあり、キャリブレーション管２の軸線は、Ｏ_１であり、図１及び図７に示すように、キャリブレーション管２の天井面は、Ａ_１である。

【0039】

具体的には、補助装置が用いられている場合、キャリブレーション管２のＴＣＰ点の物理的な位置は、キャリブレーション管２の軸線Ｏ_１と重なる位置にあり、補助装置３がキャリブレーション管２の先端に取り付けられた後、補助装置３の球面の球心がツール中心点とされても良い。図７に示すように、補助装置３とキャリブレーションされるツールがフィットアップできるように取り付けられるので、補助装置３は、ツールの内壁の断面が円形であっても良いが、これに限定されない。補助装置３の革新ポイント及び保護ポイントは、凹球面を使用して同じサイズのキャリブレーション鋼球１と協働することにより、ツールがツール表面上にない点をツール中心として決定するのを助けることができる。

【0040】

具体的には、図１及び図７に示すように、キャリブレーション管２の天井面Ａ_１と内壁が交差する部分は、標準円であり、標準円が球面を被せることは、円心を通り、円が位置する平面の法線方向へ延在する直線が、必ずキャリブレーション鋼球１の球心を通過し、球心と円心の距離が変わらないことを保証でき、ストレート筒類のキャリブレーション管２については、キャリブレーション管２の軸線Ｏ_１が必ず球心を通過する。当該方法では、ストレート筒のツールであっても良いが、これに限定されない。天井面と内壁の交差する部分が円である他の管状構造に対しても、キャリブレーション鋼球１を用いてキャリブレーション管２を補助するキャリブレーション方法も適用できる。

【0041】

具体的には、補助装置３によりキャリブレーション鋼球の球面を被せるキャリブレーション管２とキャリブレーション鋼球１を一体として見なし、ツールと名付け、補助装置３がスリーブの先端に取り付けられた後、補助装置３の球面の球心をツール中心点とする。

【0042】

具体的には、ツールＴＣＰ点の物理的な位置は、キャリブレーション管２の軸線Ｏ_１と重なり、キャリブレーション管（２）の天井面Ａ_１から一定のオフセットがあり、オフセット方向がツールから離れる方向である。

【0043】

具体的には、ツールＴＣＰ点の物理的な位置は、キャリブレーション管２の天井面Ａ_１とのオフセット距離が

【数8】

であり、キャリブレーション管２から離れる側に位置し、ｒ_ｓは、スリーブの内壁の半径である。

【0044】

具体的には、ツールＴＣＰ点とキャリブレーション管２の天井面Ａ_１の間のオフセット距離は、補助キャリブレーションツールのサイズＬ_ａにより決められ、Ｌ_ａは、キャリブレーション管２に補助装置３が取り付けられた後の、キャリブレーション管２の天井面Ａ_１と補助装置の凹球面の球心の間の距離である。

【0045】

使用時、機械アーム４は、キャリブレーション管２の軸方向に適切な大きさの力を加え、当該方向をＺ軸方向とする。同時に、機械アーム４をインピーダンスモードに設定し、この時、各方向の回転及び並進減衰が減少し、比較的自由に動けるようになる。次に、予め設定された軌道に従って球面で相対運動を開始し、この時、補助ツールによりキャリブレーション鋼球１の球面を被せるキャリブレーション管２と鋼球を一体と見なし、即ち、新しいツールと見なし、鋼球の表面のまわりに対するキャリブレーション管２の相対回転も新しいツールの定点運動として見なすことができる。相対運動は、Ｘ、Ｙ軸方向のまわりに対する回転であり、並進量（平行移動量）をゼロに設定し、この時、キャリブレーション管２に沿った力があり、機械アーム４の減衰が比較的小さく、補助ツールの助けで、キャリブレーション管２が簡単に脱落しないため、キャリブレーション管２は、位置姿勢データを必要としない情況で球面のまわりに対する自動運動を開始し、位置姿勢データをリアルタイムで収集し、４点法を用いてＴＣＰデータを解く。

【0046】

複数のＴＣＰデータの間の差分値が許容誤差より小さい場合、運動が停止し、計算結果を出力する。

【0047】

本発明の実施例が示され、説明されてきたが、当業者は、本発明の原理及び精神から逸脱しないで、これらの実施例に対して様々な変更、補正、置換及び変形を行うことができる。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその等価物により限定される。

【0048】

＜産業上の実用性＞
本発明は、管状ツールのＴＣＰキャリブレーションに高速で、操作しやすく、正確な方法を提供する。補助装置を用いることは、ツールが移動する際にキャリブレーション鋼球から外れるリスクを減らし、その移動を制限することができるので、自動キャリブレーションプロセスを実現することができる。ツールを用いてキャリブレーション鋼球を押さえ込むやり方は、従来のＴＣＰキャリブレーションにおいてある点を正確に使って先端に触れる必要があることに比べて、操作及び実施がより容易である。全自動キャリブレーション方法を使用することで、手動操作による誤差を避け、全自動計算及び自動化された測定により、輸送及び点収集の効率を高め、術前の準備時間を減らすことができる。

【符号の説明】

【0049】

１ キャリブレーション鋼球
１１ 位置決め鋼球
１２ コネクティングロッド
２ キャリブレーション管
３ 補助装置
３１ スリーブリング
３２ 面取り
３３ 連結柱
３４ スリーブ溝
４ 機械アーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】