DE102018123549A1

DE102018123549A1 - Roboter mit nachgebenden kontakt- und geometriesensoren mit variierender berührungsempfindlichkeit und verfahren zur bereitstellung derselben

Info

Publication number: DE102018123549A1
Application number: DE102018123549.6A
Authority: DE
Inventors: Alexander Alspach; Russell L Tedrake; Kunimatsu Hashimoto; Erik C. Sobel
Original assignee: Toyota Research Institute Inc
Current assignee: Toyota Research Institute Inc
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2019-03-28

Abstract

Es werden Roboter mit variierender Berührungsempfindlichkeit bereitgestellt. Ein Roboter kann mehrere verformbare Sensoren mit unterschiedlichen Graden von Tiefenauflösung und räumlicher Auflösung zum Detektieren einer mit einem Objekt verknüpften Pose und Kraft umfassen. Jeder verformbare Sensor kann eine Kapselung aufweisen, die eine verformbare Membran umfasst, wobei die Kapselung so ausgelegt ist, dass sie mit einem Medium gefüllt ist. Jeder verformbare Sensor kann des Weiteren einen optischen Sensor, der in der Kapselung angeordnet ist, mit einem Sichtfeld umfassen, das so ausgelegt ist, dass es in Richtung einer Unterseite der verformbaren Membran gerichtet ist. Der Roboter kann auch einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfassen, die jeweils wenigstens einen verformbaren Sensor von den mehreren verformbaren Sensoren umfassen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen US-Anmeldung 62/563,595 , eingereicht am 26. September 2017, die hier durch Bezugnahme in ihrer Gänze aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Hier beschriebene Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf Kontaktsensoren und insbesondere auf verformbare Kontakt- und Geometrie-/Posesensoren, die in der Lage sind, Kontakt und eine Geometrie eines Objekts zu detektieren. Ausführungsformen beziehen sich auch auf Roboter mit variierender Berührungsempfindlichkeit, die verformbare Kontakt- und Geometriesensoren umfassen. Verformbarkeit kann sich zum Beispiel auf die Leichtigkeit der Verformung von verformbaren Sensoren beziehen. Räumliche Auflösung kann sich zum Beispiel darauf beziehen, wie viele Pixel ein verformbarer Sensor aufweist. Die Anzahl an Pixeln kann von 1 (z. B. bei einem Sensor, der einfach Kontakt mit einem Zielobjekt detektiert) bis zu Tausenden oder Millionen (z. B. der dichte Sensor, der von einem Laufzeitsensor mit Tausenden von Pixeln bereitgestellt wird) oder einer beliebigen geeigneten Anzahl reichen. Verformbarkeit kann sich darauf beziehen, wie leicht sich eine verformbare Membran beim Kontakt mit einem Zielobjekt verformt. Ein verformbarer Sensor kann eine hohe räumliche Auflösung mit einem Sensor für dichte taktile Abtastung aufweisen, der als ein Endeffektor eines Roboters bereitgestellt wird, wodurch der Roboter eine feine Berührungswahrnehmung wie ein menschlicher Finger erhält. Ein verformbarer Sensor kann auch eine Tiefenauflösung aufweisen, um eine Bewegung zum Sensor hin und vom Sensor weg zu messen.
HINTERGRUND
Kontaktsensoren werden verwendet, um zu bestimmen, ob ein Objekt in physischem Kontakt mit einem anderen Objekt steht oder nicht. Zum Beispiel verwenden Roboter häufig Kontaktsensoren, um zu bestimmen, ob ein Abschnitt des Roboters in Kontakt mit einem Objekt steht. Das Steuern des Roboters kann dann wenigstens zum Teil auf Signalen von einem oder mehreren Kontaktsensoren basieren.
KURZFASSUNG
In einer Ausführungsform kann ein Roboter mit Berührungsempfindlichkeit mehrere verformbare Sensoren mit unterschiedlichen Graden der Tiefenauflösung und der räumlichen Auflösung aufweisen, um eine mit einem Objekt verknüpfte Pose und Kraft zu detektieren. Jeder verformbare Sensor kann eine Kapselung aufweisen, die eine verformbare Membran umfasst, wobei die Kapselung so ausgelegt ist, dass sie mit einem Medium gefüllt ist. Jeder verformbare Sensor kann des Weiteren einen optischen Sensor, der in der Kapselung angeordnet ist, mit einem Sichtfeld umfassen, das so ausgelegt ist, dass es in Richtung einer Unterseite der verformbaren Membran gerichtet ist. Der Roboter kann auch einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfassen, die jeweils wenigstens einen verformbaren Sensor von den mehreren verformbaren Sensoren umfassen.
In einer anderen Ausführungsform kann ein Roboter mit einer Berührungsempfindlichkeit einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfassen, die jeweils wenigstens einen von mehreren verformbaren Sensoren umfassen. Die mehreren verformbaren Sensoren können unterschiedliche Grade der Tiefenauflösung und der räumlichen Auflösung umfassen, um eine mit einem Objekt verknüpfte Pose und Kraft zu detektieren. Jeder verformbare Sensor der mehreren verformbaren Sensoren kann eine Kapselung umfassen, die eine verformbare Membran umfasst, wobei die Kapselung so ausgelegt ist, dass sie mit einem Medium gefüllt ist. Jeder verformbare Sensor kann des Weiteren einen internen Sensor, der innerhalb der Kapselung angeordnet ist, mit einem Sichtfeld umfassen, das so ausgelegt ist, dass es durch das Medium und in Richtung einer Unterseite der verformbaren Membran gerichtet ist. Der Roboter kann des Weiteren einen Prozessor umfassen, der dazu ausgelegt ist, als Ergebnis des Kontakts mit dem Objekt einen Kontaktbereich in der verformbaren Membran zu analysieren, um sowohl eine Pose des Objekts als auch eine Größe der Kraft zu bestimmen, die zwischen der verformbaren Membran und dem Objekt aufgebracht wird.
Diese und zusätzliche Merkmale, die durch die hier beschriebenen Ausführungsformen bereitgestellt werden, werden in Anbetracht der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen besser verständlich.
Figurenliste
Die in den Zeichnungen dargelegten Ausführungsformen sind ihrem Wesen nach veranschaulichend und beispielhaft und sollen nicht den durch die Ansprüche definierten Gegenstand einschränken. Die folgende ausführliche Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen kann verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen gelesen wird, wobei eine ähnliche Struktur mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet wird und wobei:

1 zeigt schematisch einen Aufriss eines beispielhaften verformbaren Sensors gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, die hier beschrieben und veranschaulicht werden;
2 zeigt schematisch eine perspektivische Draufsicht des in der 1 gezeigten beispielhaften verformbaren Sensors gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, die hier beschrieben und veranschaulicht werden;
3 zeigt schematisch einen beispielhaften Laufzeitsensor zur Verwendung in einem verformbaren Sensor gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, die hier beschrieben und veranschaulicht werden;
4 ist ein Bild, das eine Ausgabe eines verformbaren Sensors auf einer elektronischen Anzeige zeigt, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, die hier beschrieben und veranschaulicht werden;
5 zeigt schematisch eine Filterschicht, die mit einer verformbaren Membran eines verformbaren Sensors gekoppelt ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, die hier beschrieben und veranschaulicht werden;
6 zeigt schematisch einen Filter innerhalb eines Sichtfelds eines Sensors eines verformbaren Sensors gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, die hier beschrieben und veranschaulicht werden;
7 zeigt schematisch ein Muster einer Unterseite einer verformbaren Membran eines verformbaren Sensors gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, die hier beschrieben und veranschaulicht werden;
8 zeigt schematisch zwei beispielhafte Roboter, die jeweils einen verformbaren Sensor aufweisen und ein Objekt handhaben, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, die hier beschrieben und veranschaulicht werden;
9 zeigt schematisch einen beispielhaften Roboter mit mehreren verformbaren Sensoren mit variierender räumlicher Auflösung und Tiefenauflösung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, die hier beschrieben und veranschaulicht werden;
10 zeigt schematisch einen zusammengesetzten internen Sensor, der mehrere interne Sensoren aufweist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, die hier beschrieben und veranschaulicht werden;
11 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Prozess des Bestimmens der Pose und der Kraft zeigt, die mit einem Objekt verknüpft sind, das in Kontakt mit einem verformbaren Sensor steht, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, die hier beschrieben und veranschaulicht werden;
12 ist ein Blockdiagram, das eine Rechner-Hardware veranschaulicht, die in einer oder mehreren Einrichtungen genutzt wird, um verschiedene Prozesse und Systeme umzusetzen, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, die hier beschrieben und veranschaulicht werden; und
13 ist ein Blockdiagram, das eine Hardware veranschaulicht, die in einem oder mehreren Robotern genutzt wird, um verschiedene Prozesse und Systeme umzusetzen, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, die hier beschrieben und veranschaulicht werden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Der Tastsinn gestattet dem Menschen, die Form eines Objekts ohne Inaugenscheinnahme des Objekts zu bestimmen. Des Weiteren stellt der Tastsinn dem Menschen Informationen bereit, wie ein Objekt korrekt zu fassen und zu halten ist. Die menschlichen Finger sind gegenüber Berührung empfindlicher als andere Teile des Körpers, wie zum Beispiel die Arme. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Mensch Objekte mit den Händen handhabt.
Roboter sind üblicherweise mit Endeffektoren ausgestattet, die dazu ausgelegt sind, bestimmte Aufgaben zu erledigen. Zum Beispiel kann ein Endeffektor eines Roboterarms als eine menschliche Hand oder als ein Greifer mit zwei Fingern ausgelegt sein. Allerdings weisen Roboter keine variierenden Grade von Berührungsempfindlichkeit wie der Mensch auf. Endeffektoren können Sensoren, wie zum Beispiel Drucksensoren, umfassen, jedoch stellen solche Sensoren begrenzte Informationen über das Objekt bereit, das in Kontakt mit dem Endeffektor steht. Somit kann der Roboter ein Zielobjekt beschädigen, indem er zu viel Kraft verwendet, oder das Objekt fallen lassen, da er das Objekt nicht korrekt ergreift.
Des Weiteren kann in einigen Anwendungen ein verformbarer/nachgebender Endeffektor wünschenswert sein. Zum Beispiel kann ein verformbarer Endeffektor bei Roboter-Mensch-Interaktionen wünschenswert sein. Des Weiteren kann ein verformbarer/nachgebender Endeffektor wünschenswert sein, wenn der Roboter zerbrechliche Objekte handhabt.
Bei Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung geht es um verformbare/nachgebende Kontakt- und/oder Geometriesensoren (hier nachstehend „verformbare Sensoren“), die nicht nur Kontakt mit einem Zielobjekt detektieren, sondern auch die Geometrie, Pose und Kontaktkraft des Zielobjekts detektieren. Insbesondere umfassen die hier beschriebenen verformbaren Sensoren eine verformbare Membran, die mit einem Gehäuse gekoppelt ist, das einen Sensor hält, der in der Lage ist, eine Verdrängung der verformbaren Membran durch Kontakt mit einem Objekt zu detektieren. Die hier beschriebenen verformbaren Sensoren detektieren nicht nur den Druck oder die Kraft, die auf die verformbare Membran aufgebracht wird, sondern können auch die Geometrie und Pose des Objekts detektieren. Somit stellen die hier beschriebenen verformbaren Sensoren einen Roboter (oder eine andere Einrichtung) mit einer Berührungswahrnehmung beim Handhaben von Objekten bereit.
Wie unter Bezugnahme auf die 1 und 2 zu sehen, wird ein beispielhafter verformbarer Sensor 100 schematisch veranschaulicht. Die 1 ist ein Frontaufriss des beispielhaften verformbaren Sensors 100, und die 2 ist eine perspektivische Draufsicht des beispielhaften verformbaren Sensors 100. Die 1 und 2 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen. Der beispielhafte verformbare Sensor 100 umfasst im Allgemeinen ein Gehäuse 110 und eine verformbare Membran 120, die mit dem Gehäuse 110 gekoppelt ist, wie zum Beispiel durch einen oberen Abschnitt 111 des Gehäuses 110. Das Gehäuse 110 und die verformbare Membran 120 definieren eine Kapselung 113, die über einen oder mehrere Durchgänge 112, die ein Ventil oder eine beliebige andere Art von geeignetem Mechanismus sein können, mit einem Medium gefüllt wird. Der Durchgang 112 kann genutzt werden, um die Kapselung zu füllen oder zu leeren. In einem Beispiel ist das Medium Gas, wie zum Beispiel Luft. Somit kann Luft bis zu einem gewünschten Druck in die Kapselung 113 gepumpt werden, so dass die verformbare Membran 120 eine Kuppelform bildet, wie in der 1 gezeigt wird, obwohl in anderen Ausführungsformen eine beliebige geeignete Form genutzt werden kann. In einem anderen Beispiel ist das Medium ein Gel, wie zum Beispiel Silikon oder eine andere gummiartige Substanz. In einigen Ausführungsformen kann eine Substanz, wie zum Beispiel Festsilikon, vor der Montage des verformbaren Sensors 100 in eine gegebene Form gegossen werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Medium alles sein, das für einen internen Sensor transparent ist (nachstehend ausführlicher erörtert), wie zum Beispiel für eine Wellenlänge eines Laufzeitsensors. Zum Medium können in einigen Ausführungsformen klare/transparente Gummis zählen. In anderen Ausführungsformen kann das Medium eine Flüssigkeit sein. In einigen Beispielen können die verformbare Membran 120 und das Medium innerhalb der Kapselung 113 aus dem gleichen Material hergestellt sein, wie zum Beispiel, ohne Einschränkung, aus Silikon. In einigen Ausführungsformen kann der verformbare Sensor 100 montierbar sein. Zum Beispiel kann die Kapselung 113 Klammern umfassen, damit sie an einem beliebigen geeigneten Objekt (wie zum Beispiel einem Roboter) oder Material montiert werden kann. Die verformbare Membran 120 kann ein Latex- oder irgendein anderes geeignetes Material sein, wie zum Beispiel ein geeignet dünnes, nicht poröses gummiartiges Material.
Die Verformbarkeit des verformbaren Sensors 100 kann durch Ändern des Materials der verformbaren Membran 120 und/oder des Drucks innerhalb der Kapselung 113 abgestimmt/modifiziert werden. Durch Verwendung eines weicheren Materials (z. B. weiches Silikon) kann der verformbare Sensor 100 leichter verformt werden. Gleichermaßen kann das Absenken des Drucks innerhalb der Kapselung 113 ebenfalls bewirken, dass sich die verformbare Membran 120 leichter verformt, was wiederum für einen weiter verformbaren Sensor 100 sorgen kann.
Ein interner Sensor 130, der in der Lage ist, Tiefe abzutasten, kann innerhalb der Kapselung 113 angeordnet sein, was durch die Tiefenauflösung des internen Sensors 130 gemessen werden kann. Der interne Sensor 130 kann ein Sichtfeld 132 aufweisen, das durch das Medium und in Richtung auf eine Unterseite der verformbaren Membran 120 gerichtet ist. In einigen Ausführungsformen kann der interne Sensor 130 ein optischer Sensor sein. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, kann der interne Sensor 130 in der Lage sein, Auslenkungen der verformbaren Membran 120 zu detektieren, wenn die verformbare Membran 120 in Kontakt mit einem Objekt kommt. In einem Beispiel ist der interne Sensor 130 ein Laufzeitsensor, der in der Lage ist, Tiefe zu messen. Der Laufzeitsensor emittiert ein optisches Signal (z. B. ein Infrarotsignal) und weist einzelne Detektoren (d. h. „Pixel“) auf, die detektieren, wie lange das reflektierte Signal braucht, um zum Sensor zurückzukehren. Der Laufzeitsensor kann eine beliebige gewünschte räumliche Auflösung aufweisen. Je größer die Anzahl an Pixeln ist, desto höher ist die räumliche Auflösung. Die räumliche Auflösung des Sensors, der im internen Sensor 130 angeordnet ist, kann geändert werden. In einigen Fällen kann eine geringe räumliche Auflösung erwünscht sein (z. B. ein „Pixel“, das die Verdrängung eines einzelnen Punktes detektiert). In anderen kann ein solcher empfindlicher Laufzeitsensor als ein interner Sensor 130 mit hoher räumlicher Auflösung verwendet werden, der dichte taktile Abtastung bereitstellt. Somit kann der interne Sensor 130 modular sein, da die Sensoren abhängig von der Anwendung gewechselt werden können. In einigen Ausführungsformen sind Roboter mit variierender Berührungsempfindlichkeit versehen, die auf variierende räumliche Auflösung und/oder Tiefenauflösung zurückzuführen ist.
Die 3 zeigt einen beispielhaften Laufzeitsensor. Ein nicht einschränkendes Beispiel für einen Laufzeitsensor ist der Pico Flexx, der von der PMD Technologies AG aus Siegen, Deutschland, vertrieben wird. Zu anderen Arten von optischen internen Sensoren zählen, als nicht einschränkendes Beispiel, Stereokameras, Laserentfernungssensoren, Streifenprojektionssensoren (Structured Light Sensors) / 3D-Scanner, Einzelkameras (wie zum Beispiel mit Punkten oder anderen Mustern im Inneren) oder eine beliebige andere geeignete Art optischer Detektor. Zum Beispiel kann der interne Sensor 130 als Stereokamera ausgelegt sein, die in der Lage ist, Auslenkungen der verformbaren Membran 120 durch ein Objekt zu detektieren.
Eine beliebige geeignete Menge und/oder Arten von internen Sensoren 130 können in einigen Ausführungsformen in einem einzelnen verformbaren Sensor 100 genutzt werden. In einigen Beispielen müssen nicht alle interne Sensoren 130 in einem verformbaren Sensor 100 von der gleichen Art sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann ein verformbarer Sensor 100 einen einzelnen internen Sensor 130 mit einer hohen räumlichen Auflösung nutzen, wohingegen ein anderer verformbarer Sensor 100 mehrere interne Sensoren 130 verwenden kann, die jeweils eine geringe räumliche Auflösung aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die räumliche Auflösung eines verformbaren Sensors 100 aufgrund einer Erhöhung der Menge an internen Sensoren 130 vergrößert werden. In einigen Beispielen kann eine Verringerung der Anzahl an internen Sensoren 130 in einem verformbaren Sensor 100 durch eine entsprechende Erhöhung der räumlichen Auflösung wenigstens einiger der übrigen internen Sensoren 130 kompensiert werden. Wie nachstehend ausführlicher erörtert wird, kann die aggregierte Auflösung der Verformung als eine Funktion der Auflösung der Verformung oder Tiefenauflösung unter den verformbaren Sensoren 100 in einem Abschnitt eines Roboters gemessen werden. In einigen Ausführungsformen kann die aggregierte Auflösung der Verformung auf einer Menge verformbarer Sensoren in einem Abschnitt des Roboters und einer Auflösung der Verformung, die von jedem verformbaren Sensor in diesem Abschnitt ermittelt wird, basieren.
Wie unter nochmaliger Bezugnahme auf 1 zu sehen, kann ein Rohr 114 in der Kapselung 113 genutzt werden, um Leistung und/oder Daten/Signale bereitzustellen, wie zum Beispiel über ein Rohr für den internen Sensor 130, wie zum Beispiel für eine USB-(Universal Serial Bus) oder eine beliebige andere geeignete Art von Leistungs- und/oder Signal-/Datenverbindung. Wie hier verwendet, kann zu einem luftdichten Rohr eine beliebige Art von Durchgangsweg zählen, durch die Luft oder irgendein anderes Fluid (wie zum Beispiel Flüssigkeit) nicht fließen kann. In diesem Beispiel kann ein luftdichtes Rohr einen Durchgangsweg bereitstellen, den ein festes Objekt (wie zum Beispiel Drähte/Kabel) durchlaufen kann, wobei eine luftdichte Dichtung um solche Drähte/Kabel an jedem Ende des luftdichten Rohrs gebildet ist. Andere Ausführungsformen nutzen drahtlose interne Sensoren 130, um Daten und/oder Leistung zu übertragen und/oder zu empfangen. In verschiedenen Ausführungsformen, bei denen das Medium kein Gas ist, wie zum Beispiel Silikon, sind die Kapselung 113 und/oder das Rohr 114 möglicherweise nicht notwendigerweise luftdicht.
In einigen Ausführungsformen können zum internen Sensor 130 einer oder mehrere interne Drucksensoren (Barometer, Drucksensoren usw. oder eine beliebige Kombination daraus) zählen, die genutzt werden, um die generelle Verformung der verformbaren Membran 120 durch das Medium zu detektieren. In einigen Ausführungsformen können der verformbare Sensor 100 und/oder der interne Sensor 130 verschiedene Daten empfangen/senden, wie zum Beispiel durch das oben erörterte Rohr 114, drahtlose Datenübertragung (Wi-Fi, Bluetooth usw.) oder irgendein anderes geeignetes Datenkommunikationsprotokoll. Zum Beispiel kann der Druck in einem verformbaren Sensor 100 durch einen Druckbeaufschlagungsparameter spezifiziert werden und kann umgekehrt proportional zur Verformbarkeit des verformbaren Sensors 100 sein. In einigen Ausführungsformen kann die Verformbarkeit eines verformbaren Sensors 100 durch Ändern des Drucks in der Kapselung 113 oder eines Materials der verformbaren Membran 120 modifiziert werden. In einigen Ausführungsformen kann der Empfang eines aktualisierten Parameterwerts zu einer Aktualisierung (der Druckbeaufschlagung usw.) in Echtzeit oder verzögert führen.
Die 4 zeigt ein Bild eines beispielhaften Objekts 215, das die verformbare Membran 120 des beispielhaften verformbaren Sensors 100 verdrängt. In der veranschaulichten Ausführungsform gibt eine Anzeigeeinrichtung 140 zur Anzeige auf einer Einrichtung die Ausgabe des verformbaren Sensors 100 in Echtzeit aus, da ein Objekt 215 die verformbare Membran 120 kontaktiert und/oder verformt. Es versteht sich, dass die Anzeigeeinrichtung 140 lediglich zur Veranschaulichung bereitgestellt wird und dass die Ausführungsform ohne eine Anzeigeeinrichtung genutzt werden kann. Da das Objekt 215 in die verformbare Membran 120 gepresst wird, bringt das Objekt 215 seine Form in die verformbare Membran 120 ein, so dass die verformbare Membran 120 sich der Form des Objekts 215 anpasst. Die räumliche Auflösung des internen Sensors 130 kann so sein, dass der interne Sensor 130 die Geometrie und/oder Pose der verschobenen verformbaren Membran 120 detektiert. Wenn der interne Sensor 130 zum Beispiel ein Laufzeitsensor ist, weist das optische Signal, das von der Unterseite der verformbaren Membran 120 wegreflektiert wird, die durch das Objekt ausgelenkt wird, eine kürzere Laufzeit auf als das optische Signal, das von der verformbaren Membran 120 in einem Bereich außerhalb des ausgelenkten Bereichs reflektiert wird. Somit kann ein Kontaktbereich 142 (oder der verschobene Bereich, hier synonym verwendet), der eine Geometrie und/oder Pose aufweist, welche die Form des Objekts 215 abbildet, ausgegeben werden und auf der Anzeigeeinrichtung 140 angezeigt werden.
Der verformbare Sensor 100 kann daher nicht nur das Vorhandensein von Kontakt mit dem Objekt 215 detektieren, sondern auch die Geometrie des Objekts 215. Auf diese Art und Weise kann ein mit dem verformbaren Sensor 100 ausgestatteter Roboter die Geometrie eines Objekts auf Basis von Kontakt mit dem Objekt bestimmen. Zusätzlich kann eine Geometrie und/oder Pose des Objekts 215 auch auf Basis der Geometrieinformationen, die vom verformbaren Sensor 100 abgetastet werden, bestimmt werden. Zum Beispiel kann ein Vektor 144, der zu einer Fläche im Kontaktbereich 142 senkrecht ist, angezeigt werden, wie zum Beispiel, wenn die Pose des Objekts 215 bestimmt wird. Der Vektor 144 kann von einem Roboter oder einer anderen Einrichtung verwendet werden, um zum Beispiel zu bestimmen, in welche Richtung ein besonderes Objekt 215 ausgerichtet ist.
Wie unter Bezugnahme auf 5 zu sehen, kann in einigen Ausführungsformen eine optionale Filterschicht 123 an einer Unterseite 121 der verformbaren Membran 120 angeordnet sein. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben und in der 7 gezeigt wird, kann die Unterseite 121 der verformbaren Membran 120 gemustert sein (z. B. durch ein Gittermuster 122, ein Punktemuster oder eine beliebige andere geeignete Art von Muster), das detektiert werden kann, als nicht einschränkendes Beispiel von einer Stereokamera, um Verdrängung zu detektieren. Die Filterschicht 123 kann dazu ausgelegt sein, den internen Sensor 130 beim Detektieren von Verformung der verformbaren Membran 120 zu unterstützen. In einigen Ausführungsformen reduziert die Filterschicht 123 die Blendwirkung oder untaugliche Reflektionen eines oder mehrerer optischer Signale, die vom internen Sensor 130 emittiert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Filterschicht 123 eines oder mehrere optische Signale streuen, die vom internen Sensor 130 emittiert werden. Die Filterschicht 123 kann eine zusätzliche Schicht sein, die an der Unterseite 121 der verformbaren Membran 120 befestigt ist, oder sie kann eine Beschichtung und/oder ein Muster sein, das auf die Unterseite 121 der verformbaren Membran 120 aufgebracht ist.
Wie unter Bezugnahme auf 6 zu sehen, kann in einigen Ausführungsformen ein interner Sensorfilter 135 im Sichtfeld 132 des internen Sensors 130 angeordnet sein. Der interne Sensorfilter 135 kann das optische Signal optimieren, das vom internen Sensor 130 zur Reflektion an der Unterseite 121 der verformbaren Membran 120 emittiert wird. Wie die Filterschicht 123 kann der interne Sensorfilter 135 in einem Sichtfeld 132 des internen Sensors 130 angeordnet sein und kann die Blendwirkung oder untaugliche Reflektionen eines beliebigen optischen Signals reduzieren, das vom internen Sensor 130 emittiert wird. In einigen Ausführungsformen kann der interne Sensorfilter 135 eines oder mehrere optische Signale streuen, die vom internen Sensor 130 emittiert werden. In einigen Ausführungsformen können sowohl der interne Sensorfilter 135 als auch die Filterschicht 123 genutzt werden.
Wie nun unter Bezugnahme auf 7 zu sehen, kann ein Gittermuster 122 auf eine Unterseite 121 der verformbaren Membran 120 aufgebracht werden, um die Detektion der Verformung der verformbaren Membran 120 zu unterstützen. Zum Beispiel kann das Gittermuster 122 die Detektion der Verformung unterstützen, wenn der interne Sensor 130 eine Stereokamera ist. Zum Beispiel können variierende Grade von Verzerrung des Gittermusters 122 genutzt werden, um zu erkennen, wie viel Verformung stattgefunden hat. In diesem Beispiel kann der Abstand zwischen parallelen Linien und/oder das Messen der Krümmung von Linien im Gittermuster 122 verwendet werden, um die Größe der Verformung an jedem Punkt des Gitters zu bestimmen. Es versteht sich, dass die Ausführungsformen nicht auf Gittermuster beschränkt sind, da andere Arten von Mustern möglich sind, wie zum Beispiel Punkte, Formen und dergleichen. Das Muster auf der Unterseite 121 kann zufällig und nicht notwendigerweise in einem Gittermuster 122 oder einem Array sein, wie in der 7 gezeigt wird.
Die 8 zeigt schematisch einen beispielhaften, nicht einschränkenden ersten Roboter 200a mit einem ersten verformbaren Sensor 100a und einen beispielhaften zweiten Roboter 200b mit einem zweiten verformbaren Sensor 100b. In diesem veranschaulichten Beispiel können der erste Roboter 200a und der zweite Roboter 200b für Dual-Arm-Handhabung zusammenwirken, wobei sowohl der erste verformbare Sensor 100a als auch der zweite verformbare Sensor 100b das Objekt 215 kontaktieren. Wie oben angegeben ist, können die hier beschriebenen verformbaren Sensoren 100 als ein Endeffektor eines Roboters zum Handhaben eines Objekts verwendet werden. Der verformbare Sensor 100 kann einem Roboter aufgrund des flexiblen Wesens der verformbaren Membran 120 gestatten, ein Objekt 215, das zerbrechlich ist, zu handhaben. Des Weiteren kann der verformbare Sensor 100 für den Kontakt Roboter-Mensch brauchbar sein, da die verformbare Membran 120 in einigen Ausführungsformen gegenüber der Berührung weicher und/oder flexibler/verformbarer sein kann, statt starr (nicht oder nahezu nicht verformbar).
Zusätzlich zur Geometrie- und Poseschätzung kann der verformbare Sensor 100 verwendet werden, um zu bestimmen, wie viel Kraft ein Roboter 200a (oder eine andere Einrichtung) auf das Zielobjekt 215 ausübt. Obwohl auf den ersten Roboter 200a Bezug genommen wird, können in einigen Ausführungsformen alle derartigen Bezüge den zweiten Roboter 200b, irgendwelche anderen geeigneten Einrichtungen und/oder eine beliebige Kombination daraus nutzen. Diese Informationen können vom Roboter 200a verwendet werden, um die Objekte 215 exakter zu ergreifen. Zum Beispiel kann die Verdrängung der verformbaren Membran 120 modelliert werden. Das Modell der Verdrängung der verformbaren Membran 120 kann verwendet werden, um zu bestimmen, wie viel Kraft auf das Zielobjekt 215 aufgebracht wird. Die bestimmte Kraft, wie sie durch die Verdrängung der verformbaren Membran 120 gemessen wird, kann dann verwendet werden, um einen Roboter 200a zu steuern, damit er Objekte 215 exakter ergreift. Als ein Beispiel: die Größe der Kraft, die ein Roboter 200a (nachstehend ausführlicher erörtert) auf ein zerbrechliches Objekt 215 aufbringt, kann wichtig sein, damit der Roboter 200a nicht das Objekt 215, das zerbrechlich ist, zerbricht. In einigen Ausführungsformen kann einem Objekt 215 ein Weichheitswert (oder Brüchigkeitswert) zugeordnet werden, wobei der Roboter 200a dazu programmiert sein kann, mit allen Objekten 215 auf Basis des Weichheitswerts zu interagieren (der in einem Prozessor zum Beispiel aus einer Datenbank, einem Server, einer Nutzereingabe usw. empfangen werden kann). In einigen Ausführungsformen kann eine Nutzerschnittstelle dazu bereitgestellt werden, einen beliebigen geeigneten Wert (Druck im verformbaren Sensor 100 in der 1, zu einem Objekt 215 gehörender Weichheitswert usw.) zur Initialisierung und/oder Aktualisierung bereitzustellen (wie zum Beispiel auf einer Anzeigeeinrichtung, gezeigt in 140 4, 1204 12 usw.). In anderen Ausführungsformen kann ein Roboter 200a in der Lage sein, spezifische Objekte 215 (wie zum Beispiel über Objekterkennung in einem optischen Erkennungssystem) zu identifizieren, wodurch der Weichheitswert modifiziert werden kann, was zur Nutzung eines anderen verformbaren Sensors 100 führen kann, der eine besser geeignete Verformbarkeit, aggregierte räumliche Auflösung, Tiefenauflösung, Druck und/oder Material für die verformbare Membran 120 aufweist. In einigen Ausführungsformen kann ein Prozessor in einem Roboter 200a aus dem internen Sensor 130 Daten empfangen, die den Kontaktbereich 142 darstellen. In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Prozessor in einem Roboter 200a einen Vektor 144, der senkrecht zu einer Fläche des Objekts 215 ist, auf Basis der Daten bestimmen, die den Kontaktbereich 142 darstellen, und den Vektor 144 nutzen, um zu bestimmen, in welche Richtung das Objekt 215 ausgerichtet ist.
In Ausführungsformen können mehrere verformbare Sensoren an verschiedenen Positionen eines Roboters 200 bereitgestellt werden. Die 9 zeigt einen beispielhaften Roboter 200 mit mehreren verformbaren Sensoren 100, 100' und 100" an unterschiedlichen Positionen. Ein verformbarer Sensor 100 kann als ein Endeffektor des Roboters 200 dienen und eine hohe räumliche Auflösung und/oder Tiefenauflösung aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die Verformbarkeit eines verformbaren Sensors 100 eine Funktion einer beliebigen Kombination aus dem Material der verformbaren Membran 120 und dem Innendruck im verformbaren Sensor 100 sein. In einigen Ausführungsformen kann ein verformbarer Sensor 100 eine Klemme oder einen beliebigen anderen geeigneten Befestigungsmechanismus aufweisen. Zum Beispiel kann der verformbare Sensor 100 abnehmbar an einem Roboter 200 befestigt sein, und/oder ein Roboter 200 kann Merkmale aufweisen, um für Befestigung und/oder Abnehmbarkeit eines verformbaren Sensors 100 zu sorgen. Eine belieibige geeignete Art von Klemme, Befestigungselement oder Befestigungsmechanismus kann in einigen Ausführungsformen genutzt werden.
Jeder verformbare Sensor 100 kann je nach seiner Position am Roboter 200 eine gewünschte räumliche Auflösung und/oder Tiefenauflösung aufweisen. In der veranschaulichten Ausführungsform sind verformbare Sensoren 100' an einem ersten Armabschnitt 201 und einem zweiten Armabschnitt 202 angeordnet (wobei der Begriff „Armabschnitt“ und „Abschnitt“ durchweg synonym verwendet werden). Ein Armabschnitt kann einen oder mehrere verformbare Sensoren 100 oder gar keine aufweisen. Die verformbaren Sensoren 100' können so geformt sein, dass sie der Form des ersten Armabschnitts 201 und/oder des zweiten Armabschnitts 202 angepasst sind. Es sei angemerkt, dass die hier beschriebenen verformbaren Sensoren 100 je nach Anwendung eine beliebige Form annehmen können. Die verformbaren Sensoren 100' können sehr flexibel und somit verformbar sein. Dies kann bei Mensch-Roboter-Interaktionen von Vorteil sein. Auf diese Weise kann der Roboter 200 mit einer Person Kontakt aufnehmen bzw. eine Person berühren (z. B. die Person „umarmen“), ohne sie aufgrund der Weichheit der verformbaren Sensoren 100' und/oder der Fähigkeit, die Kraft des Kontakts mit einem Objekt zu steuern, Schaden zuzufügen. Die räumliche Auflösung des einen oder der mehreren Verformungssensoren 100' in den Armabschnitten 201, 202 kann je nach der Anwendung hoch oder niedrig sein. In dem Beispiel der 9 können die verformbaren Sensoren 100" in der Nähe des Bodenabschnitts 203 des Roboters 200 eine geringe räumliche Auflösung aufweisen und dazu ausgelegt sein, nur den Kontakt mit einem Zielobjekt zu detektieren. Die Verformbarkeit der verformbaren Sensoren 100" in der Nähe des Bodens des Roboters 200 kann auf Basis der Anwendung des Roboters 200 festgelegt werden. Die Tiefenauflösung und/oder die räumliche Auflösung der Sensoren 100 können entlang unterschiedlicher Teile des Roboters 200 variieren. Zum Beispiel ist ein Abschnitt 203 möglicherweise nicht nötig, um die Form und/oder Pose eines Objekts zu identifizieren, das in Kontakt mit einem besonderen verformbaren Sensor 100 kommt, da das einfache Registrieren des Kontakts mit einem Objekt möglicherweise ausreichend Informationen bereitstellt, wohingegen der Kontakt mit einem anderen Abschnitt (wie zum Beispiel 201) Pose- und/oder Forminformationen herstellen kann, die aus dem Kontakt hergeleitet werden. Wie in der 9 gezeigt wird, können die verformbaren Sensoren 100 eine beliebige geeignete Größe aufweisen, die sich sogar innerhalb eines Armabschnitts ändern kann. Obwohl die Armabschnitte 201, 202, 203 so gezeigt werden, dass sie diskret/nicht überlappend sind, können Überlappungen in anderen Ausführungsformen auftreten.
Wie oben erörtert worden ist, kann ein Abschnitt eines Roboters 200 eine aggregierte räumliche Auflösung bereitstellen, die größer als die eines anderen Abschnitts ist. In einigen Ausführungsformen kann ein Abschnitt eines ersten Roboters 200a mit einem Objekt 215 in simultaner Koordination mit einem Abschnitt des zweiten Roboters 200b interagieren, und die aggregierte räumliche Auflösung des Abschnitts des ersten Roboters 200a kann gleich der räumlichen Auflösung des Abschnitts des zweiten Roboters 200b sein. In einigen Ausführungsformen kann die Verformbarkeit, wie zum Beispiel in einem Abschnitt eines Roboters 200a, auf Basis eines Weichheitswerts des einen oder der mehreren Objekte 215, mit denen der Abschnitt interagiert, bestimmt und/oder modifiziert werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann sich die aggregierte räumliche Auflösung des Abschnitts von der aggregierten räumlichen Auflösung eines anderen Abschnitts auf Basis davon unterscheiden, dass beide Abschnitte dazu ausgelegt sind, mit mehreren Objekten 215 zu interagieren, die unterschiedliche Weichheitswerte aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann das Modifizieren der aggregierten räumlichen Auflösung des Abschnitts auf dem Anpassen einer Anzahl an verformbaren Membranen 120, einer Anzahl von internen Sensoren 130 in einer oder mehreren verformbaren Membranen 120 und/oder einer räumlichen Auflösung wenigstens eines internen Sensors 130 basieren. In einigen Ausführungsformen können verschiedene Abschnitte als Tandem arbeiten. Wie oben erörtert worden ist, kann zum Beispiel ein Abschnitt eine hohe räumliche Auflösung nutzen, um die Pose/Form eines Objekts und/oder ein Muster auf einer Fläche am Objekt zu bestimmen, während ein anderer Abschnitt (am gleichen oder einem anderen Roboter) lediglich die Kontaktposition detektieren kann, wobei diese Abschnitte miteinander oder mit einer anderen Komponente, die Informationen von beiden Abschnitten empfängt, kommunizieren können.
Wie nun unter Bezugnahme auf 10 zu sehen, zeigt eine Ausführungsform einen zusammengesetzten internen Sensor 1000, der in einem verformbaren Sensor (nicht dargestellt) genutzt werden kann. Mehrere interne Sensoren 1002 werden gezeigt, die in dieser Ausführungsform Laufzeitkameras sind (wie oben für die 3 erörtert worden ist). Andere Ausführungsformen können eine beliebige Kombination verschiedener Arten von internen Sensoren nutzen. In dieser Ausführungsform werden Kabel 1004 genutzt, um Datenkommunikation bereitzustellen und/oder die internen Sensoren zu bestromen, obwohl andere Ausführungsformen eine andere Anzahl von Kabeln und/oder drahtlosen Verbindungen für Daten und/oder Leistung verwenden können. Eine Stützstruktur 1006 wird in dieser Ausführungsform gezeigt, obwohl andere Ausführungsformen mehrere Stützstrukturen oder keine Stützstruktur nutzen können. In dieser Ausführungsform ist die Stützstruktur starr, obwohl eine oder mehrere Stützstrukturen flexibel sein können, um in einigen Ausführungsformen die Ausrichtung der internen Sensoren 1002 zu ändern. In dieser Ausführungsform können die Kabel 1004 für die Datenkommunikation und/oder Bestromung mit einem Bodenabschnitt 1008 verbunden sein.
Wie nun unter Bezugnahme auf 11 zu sehen, veranschaulicht ein Flussdiagramm 1100 einen beispielhaften Prozess zum Bestimmen der Pose und Kraft, die mit einem Objekt in Kontakt mit einem verformbaren Sensor verknüpft sind. Im Block 1102 kann ein Medium (Gas, Flüssigkeit, Silikon usw.) in der Kapselung 113, die ein Gehäuse 110 aufweist, aufgenommen werden, während die verformbare Membran 120 mit einem oberen Abschnitt 111 des Gehäuses 110 gekoppelt ist. Im Block 1104 kann die Verformung der verformbaren Membran 120 auf Basis des Kontakts mit einem Objekt 215 über einen internen Sensor 130 in der Kapselung 113 gemessen werden, der ein Sichtfeld 132 aufweist, das durch das Medium und zu einer Unterseite 121 des verformbaren Membran 120 gerichtet ist. Im Block 1106 kann eine Pose des Objekts 215 auf Basis der gemessenen Verformung (wie zum Beispiel dem Kontaktbereich 142) der verformbaren Membran 120 bestimmt werden. Im Block 1108 wird eine Größe der Kraft zwischen der verformbaren Membran 120 und dem Objekt 215 auf Basis der gemessenen Verformung der verformbaren Membran 120 bestimmt. Die Blöcke 1106 und 1108 können simultan durchgeführt werden, müssen dies aber nicht notwendigerweise. Im Block 1110 erfolgt eine Bestimmung, ob weitere Verformung und/oder Kontakt detektiert werden. Falls dies der Fall ist, dann kann das Flussdiagramm zum Block 1104 zurückspringen. Falls nicht, kann das Flussdiagramm enden.
Wie unter Bezugnahme auf 12 zu sehen, veranschaulicht ein Blockdiagram ein Beispiel für eine Recheneinrichtung 1200, durch die Ausführungsformen der Offenbarung implementiert werden können, wie zum Beispiel (als nicht einschränkendes Beispiel) ein verformbarer Sensor 100, ein interner Sensor 130, ein Roboter 200 oder eine beliebige andere hier beschriebene Einrichtung. Die hier beschriebene Recheneinrichtung 1200 ist lediglich ein Beispiel für eine geeignete Recheneinrichtung und deutet nicht auf eine beliebige Einschränkung des Schutzbereichs irgendwelcher dargestellten Ausführungsformen hin. Nichts, was in Bezug auf die Recheneinrichtung 1200 veranschaulicht oder beschrieben wird, sollte als erforderlich oder eine beliebige Art von Abhängigkeit in Bezug auf ein beliebiges Element oder mehrere Elemente erzeugend interpretiert werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Recheneinrichtung 1200, ohne darauf beschränkt zu sein, einen verformbaren Sensor 100, einen internen Sensor 130, einen Roboter 200 umfassen. In einer Ausführungsform umfasst die Recheneinrichtung 1200 wenigstens einen Prozessor 1202 und Speicher (den nichtflüchtigen Speicher 1208 und/oder den flüchtigen Speicher 1210). Die Recheneinrichtung 1200 kann eine oder mehrere Anzeige- und/der Ausgabeeinrichtungen 1204 umfassen, wie zum Beispiel Monitore, Lautsprecher, Kopfhörer, Projektionsgeräte, Wearable Displays, holografische Anzeigen und/oder Drucker. Die Recheneinrichtung 1200 kann des Weiteren eine oder mehrere Eingabeeinrichtungen 1206 umfassen, zu denen beispielsweise eine beliebige Art von Maus, Tastatur, Disk-/Medienlaufwerk, Speicher-Stick/USB-Stick, Speicherkarte, Stift, Berührungseingabeeinrichtung, biometrischer Scanner, Stimm-/Geräuscheingabeeinrichtung, Bewegungsdetektor, Kamera, Waage usw. zählen können.
Die Recheneinrichtung 1200 kann nichtflüchtigen Speicher 1208 (ROM, Flash-Speicher usw.), flüchtigen Speicher 1210 (RAM usw.) oder eine Kombination daraus umfassen. Eine Netzwerkschnittstelle 1212 kann Kommunikation über ein Netzwerk 1214 über Drähte, über ein Wide Area Network, über ein Local Area Network, über ein Personal Area Network, über ein zellulares Netzwerk, über ein Satellitennetzwerk usw. ermöglichen. Zu geeigneten Local Area Networks können ein drahtgebundenes Ethernet und/oder drahtlose Technologien zählen, wie zum Beispiel Wi-Fi. Zu geeigneten Personal Area Networks können drahtlose Technologien zählen, wie zum Beispiel IrDA, Bluetooth, Wireless USB, Z-Wave, ZigBee und/oder andere Nahfeldkommunikationsprotokolle. Zu geeigneten Personal Area Networks können gleichermaßen drahtgebundene Computerbusse zählen, wie zum Beispiel USB und FireWire. Zu geeigneten zellularen Netzwerken zählen, ohne darauf beschränkt zu sein, Technologien wie zum Beispiel LTE, WiMAX, UMTS, CDMA und GSM. Die Netzwerkschnittstelle 1212 kann kommunizierend mit einer beliebigen Einrichtung gekoppelt sein, die in der Lage ist, Daten über das Netzwerk 1214 zu übertragen und/oder zu empfangen. Dementsprechend kann die Hardware der Netzwerkschnittstelle 1212 einen Kommunikations-Transceiver zum Senden und/oder Empfangen einer beliebigen drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikation umfassen. Zum Beispiel können zur Netzwerkschnittstellen-Hardware eine Antenne, ein Modem, ein LAN-Anschluss, eine Wi-Fi-Karte, eine WIMAX-Karte, Mobilkommunikations-Hardware, Nahfeldkommunikations-Hardware, Satellitenkommunikations-Hardware und/oder eine beliebige drahtgebundene oder drahtlose Hardware zum Kommunizieren mit anderen Netzwerken und/oder Einrichtungen zählen.
Ein computerlesbares Speichermedium 1216 kann mehrere computerlesbare Medien umfassen, von denen jedes entweder ein computerlesbares Speichermedium oder ein computerlesbares Signalmedium sein kann. Ein computerlesbares Speichermedium 1216 kann sich zum Beispiel in einer Eingabeeinrichtung 1206, nichtflüchtigem Speicher 1208, flüchtigem Speicher 1210 oder einer beliebigen Kombination daraus befinden. Zu einem computerlesbaren Speichermedium können dinghafte Medien zählen, die in der Lage sind, Anweisungen zu speichern, die mit einer Einrichtung oder einem System verknüpft sind oder von diesen verwendet werden. Zu einem computerlesbaren Speichermedium können, als nicht einschränkende Beispiele, Folgende zählen: RAM, ROM, Cache, Lichtwellenleiter, EPROM-/Flash-Speicher, CD/DVD/BD-ROM, Festplattenlaufwerke, Solid-State-Speicher, optische oder magnetische Speichereinrichtungen, Disketten, elektrische Verbindungen mit einer Leitung oder eine beliebige Kombination davon. Zu einem computerlesbaren Speichermedium kann zum Beispiel auch ein System oder eine Einrichtung von magnetischer, optischer, Halbleiter- oder elektronischer Art zählen. Computerlesbare Speichermedien und computerlesbare Signalmedien schließen sich gegenseitig aus. Zum Beispiel kann ein Roboter 200 und/oder ein Server ein computerlesbares Speichermedium nutzen, um Daten zu speichern, die von einem oder mehreren internen Sensoren 130 am Roboter 200 empfangen worden sind.
Zu einem computerlesbaren Signalmedium kann eine beliebige Art von computerlesbarem Medium zählen, das kein computerlesbares Speichermedium ist, und kann zum Beispiel übertragene Signale umfassen, die eine beliebige Reihe von Formen annehmen, wie zum Beispiel optische, elektromagnetische oder eine Kombination daraus. Ein computerlesbares Signalmedium kann übertragene Datensignale umfassen, die computerlesbaren Code zum Beispiel auf einer Trägerwelle umfassen. Computerlesbare Speichermedien und computerlesbare Signalmedien schließen sich gegenseitig aus.
Die Recheneinrichtung 1200, wie zum Beispiel ein verformbarer Sensor 100, ein interner Sensor 130, ein Roboter 200, kann eine oder mehrere Netzwerkschnittstellen 1212 umfassen, um Kommunikation mit einer oder mehreren entfernten Einrichtungen zu ermöglichen, zu denen zum Beispiel Client- und/oder Server-Einrichtungen zählen können. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Recheneinrichtung (zum Beispiel ein Roboter oder ein verformbarer Sensor) dazu ausgelegt sein, über ein Netzwerk mit einem Server oder einer anderen Netzwerk-Recheneinrichtung zu kommunizieren, um Daten an einen oder mehrere verformbare Sensoren 100 auf einem Roboter 200 zu übertragen und von diesen zu empfangen. Eine Netzwerkschnittstelle 1212 kann auch als ein Kommunikationsmodul beschrieben werden, da diese Begriffe synonym verwendet werden können.
Unter Verweis auf 13 werden beispielhafte Komponenten einer nicht einschränkenden Ausführungsform eines Roboters 1300 schematisch gezeigt. Der Roboter 1300 umfasst ein Gehäuse 1310, einen Kommunikationspfad 1320, einen Prozessor 1330, ein Speichermodul 1332, eine taktile Anzeige 1334, eine inertiale Messeinheit 1336, eine Eingabeeinrichtung 1338, eine Audio-Ausgabeeinrichtung 1340 (z. B. einen Lautsprecher), ein Mikrofon 1342, eine Kamera 1344, Netzwerkschnittstellen-Hardware 1346, eine Einrichtung 1348 für taktile Rückkopplung, einen Positionssensor 1350, eine Beleuchtung 1352, einen Näherungssensor 1354, einen Temperatursensor 1356, eine motorisierte Radbaugruppe 1358, eine Batterie 1360 und einen Ladeport 1362. Die Komponenten des Roboters 1300, außer dem Gehäuse 1310, können sich im Gehäuse 1310 befinden oder daran montiert sein. Die verschiedenen Komponenten des Roboters 1300 und ihre Interaktion werden nachstehend ausführlich beschrieben.
Wie weiter in 13 zu sehen, kann der Kommunikationspfad 1320 aus einem beliebigen Medium gebildet sein, das in der Lage ist, ein Signal zu übertragen, wie zum Beispiel leitfähige Drähte, leitfähige Leiterbahnen, optische Wellenleiter oder dergleichen. Außerdem kann der Kommunikationspfad 1320 aus einer Kombination von Medien gebildet sein, die in der Lage sind, Signale zu übertragen. In einer Ausführungsform umfasst der Kommunikationspfad eine Kombination aus leitfähigen Leiterbahnen, leitfähigen Drähten, Verbindern und Bussen, die zusammenwirken, um die Übertragung von elektrischen Datensignalen zu Komponenten, wie zum Beispiel Prozessoren, Speichern, Sensoren, Eingabeeinrichtungen, Ausgabeeinrichtungen und Kommunikationseinrichtungen zuzulassen. Dementsprechend kann der Kommunikationspfad 1320 einen Bus umfassen. Zusätzlich sei angemerkt, dass der Begriff „Signal“ eine Schwingungsform (z. B. elektrisch, optisch, magnetisch, mechanisch oder elektromagnetisch) bedeutet, wie zum Beispiel DC, AC, Sinusschwingungen, Dreiecksschwingungen, Rechteckschwingungen, Vibration und dergleichen, die in der Lage sind, durch ein Medium zu laufen. Der Kommunikationspfad 1320 koppelt die verschiedenen Komponenten des Roboters 1300 kommunizierend. Wie er hier verwendet wird, bedeutet der Begriff „kommunizierend gekoppelt“, dass die gekoppelten Komponenten in der Lage sind, Datensignale miteinander auszutauschen, wie zum Beispiel elektrische Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetische Signale über die Luft, optische Signale über optische Wellenleiter und dergleichen.
Der Prozessor 1330 des Roboters 1300 kann eine beliebige Einrichtung sein, die in der Lage ist, maschinenlesbare Anweisungen auszuführen. Dementsprechend kann der Prozessor 1330 eine Steuerung, eine integrierte Schaltung, ein Mikrochip, ein Computer oder eine beliebige andere Recheneinrichtung sein. Der Prozessor 1330 kann kommunizierend mit den anderen Komponenten des Roboters 1300 durch den Kommunikationspfad 1320 gekoppelt sein. Dies kann in verschiedenen Ausführungsformen gestatten, dass der Prozessor 1330 Daten von dem einen oder den mehreren verformbaren Sensoren 100 empfängt, die Teil des Roboters 1300 sein können. In anderen Ausführungsformen kann der Prozessor 1330 Daten direkt von einem oder mehreren internen Sensoren 130 empfangen, die Teil eines oder mehrerer verformbarer Sensoren 100 an einem Roboter 1300 sind. Dementsprechend kann der Kommunikationspfad 1320 eine beliebige Anzahl von Prozessoren miteinander kommunizierend koppeln und gestatten, dass die mit dem Kommunikationspfad 1320 gekoppelten Komponenten in einer verteilten Rechenumgebung arbeiten. Insbesondere kann jede der Komponenten als ein Knoten arbeiten, der Daten senden und/oder empfangen kann. Obwohl die in der 13 gezeigte Ausführungsform einen einzelnen Prozessor 1330 umfasst, können andere Ausführungsformen mehr als einen Prozessor umfassen.
Wie des Weiteren unter Bezugnahme auf 13 zu sehen, ist das Speichermodul 1332 des Roboters 1300 mit dem Kommunikationspfad 1320 gekoppelt und kommunizierend mit dem Prozessor 1330 gekoppelt. Das Speichermodul 1332 kann zum Beispiel Anweisungen umfassen, um eine Form eines Objekts zu detektieren, das die verformbare Membran 120 eines verformbaren Sensors 100 verformt hat. In diesem Beispiel können diese Anweisungen, die im Speichermodul 1332 gespeichert sind, wenn sie vom Prozessor 1330 ausgeführt werden, die Bestimmung der Form eines Objekts auf Basis der beobachteten Verformung der verformbaren Membran 120 ermöglichen. Das Speichermodul 1332 kann RAM, ROM, Flash-Speicher, Festplatten oder eine beliebige andere nichtflüchtige Speichereinrichtung umfassen, die in der Lage ist, maschinenlesbare Anweisungen zu speichern, so dass auf die maschinenlesbaren Anweisungen vom Prozessor 1330 zugegriffen und diese ausgeführt werden können. Die maschinenlesbaren Anweisungen können Logik oder einen Algorithmus oder Algorithmen umfassen, die in einer beliebigen Programmiersprache einer beliebigen Generation (z. B. 1GL, 2GL, 3GL, 4GL oder 5GL), wie zum Beispiel in Maschinensprache, die direkt vom Prozessor ausgeführt werden kann, oder in Assembler-Sprache, objektorientierter Programmierung (OOP), Skriptsprachen, Mikrocode usw. geschrieben sind, die in maschinenlesbare Anweisungen kompiliert oder assembliert und im Speichermodul 1332 gespeichert werden können. Alternativ können die maschinenlesbaren Anweisungen in einer Hardware-Beschreibungssprache (HDL) geschrieben sein, wie zum Beispiel Logik, die entweder über eine Field Programmable Gate Array (FPGA-) Konfiguration oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder ihre Äquivalente implementiert wird. Dementsprechend kann die hier beschriebene Funktionalität in einer beliebigen konventionellen Computer-Programmiersprache, als vorprogrammierte Hardware-Elemente oder als eine Kombination von Hardware- und Software-Komponenten implementiert werden. Obwohl die in der 13 gezeigte Ausführungsform ein einzelnes Speichermodul 1332 umfasst, können andere Ausführungsformen mehr als ein Speichermodul umfassen.
Die taktile Anzeige 1334 ist, falls sie bereitgestellt wird, mit dem Kommunikationspfad 1320 gekoppelt und kommunizierend mit dem Prozessor 1330 gekoppelt. Die taktile Anzeige 1334 kann eine beliebige Einrichtung sein, die in der Lage ist, taktile Ausgaben in der Form von aktualisierbaren taktilen Nachrichten bereitzustellen. Eine taktile Nachricht übermittelt Informationen an einen Nutzer über Berührung. Zum Beispiel kann eine taktile Nachricht in der Form eines taktilen Schriftsystems erfolgen, wie zum Beispiel Braille. Eine taktile Nachricht kann auch in der Form einer beliebigen Form, wie zum Beispiel der Form eines in der Umgebung detektierten Objekts erfolgen. Die taktile Anzeige 1334 kann dem Nutzer Informationen in Bezug auf den Betriebszustand des Roboters 1300 bereitstellen.
Eine beliebige bekannte oder noch zu entwickelnde taktile Anzeige kann verwendet werden. In einigen Ausführungsformen ist die taktile Anzeige 1334 eine dreidimensionale taktile Anzeige, die eine Fläche umfasst, von der Abschnitte angehoben werden können, um Informationen zu kommunizieren. Die angehobenen Abschnitte können in einigen Ausführungsformen mechanisch betätigt werden (z. B. mechanisch angehobene und abgesenkte Stifte). Die taktile Anzeige 1334 kann auch fluidisch betätigt werden, oder sie kann als eine taktile Elektrovibrationsanzeige ausgelegt sein.
Die inertiale Messeinheit 1336 ist, falls sie bereitgestellt wird, mit dem Kommunikationspfad 1320 gekoppelt und kommunizierend mit dem Prozessor 1330 gekoppelt. Die inertiale Messeinheit 1336 kann einen oder mehrere Beschleunigungsaufnehmer und eines oder mehrere Gyroskope umfassen. Die inertiale Messeinheit 1336 transformiert abgetastete physische Bewegung des Roboters 1300 in ein Signal, das eine Ausrichtung, eine Drehung, eine Geschwindigkeit oder eine Beschleunigung des Roboters 1300 angibt. Der Betrieb des Roboters 1300 kann von einer Ausrichtung des Roboters 1300 abhängig sein (z. B. ob der Roboter 1300 horizontal, geneigt oder dergleichen ist). Einige Ausführungsformen des Roboters 1300 umfassen möglicherweise keine inertiale Messeinheit 1336, wie zum Beispiel Ausführungsformen, die einen Beschleunigungsaufnehmer, aber kein Gyroskop umfassen, Ausführungsformen, die ein Gyroskop, aber keinen Beschleunigungsaufnehmer umfassen, oder Ausführungsformen, die weder einen Beschleunigungsaufnehmer noch ein Gyroskop umfassen.
Wie des Weiteren unter Bezugnahme auf 13 zu sehen, sind eine oder mehrere Eingabeeinrichtungen 1338 mit dem Kommunikationspfad 1320 gekoppelt und kommunizierend mit dem Prozessor 1330 gekoppelt. Die Eingabeeinrichtung 1338 kann eine beliebige Einrichtung sein, die in der Lage ist, Nutzerkontakt in ein Datensignal zu transformieren, das über den Kommunikationspfad 1320 übertragen werden kann, wie zum Beispiel eine Taste, ein Schalter, ein Knopf, ein Mikrofon oder dergleichen. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Eingabeeinrichtung 1338 ein verformbarer Sensor 100 und/oder ein interner Sensor 130 sein, wie oben beschrieben wird. In einigen Ausführungsformen zählen zur Eingabeeinrichtung 1338 eine Netztaste, eine Lautstärketaste, eine Aktivierungstaste, eine Scroll-Taste oder dergleichen. Die eine oder die mehreren Eingabeeinrichtungen 1338 können so bereitgestellt werden, dass der Nutzer mit dem Roboter 1300 interagieren kann, wie zum Beispiel in Menüs navigieren, Auswahlen treffen, Grundeinstellungen setzen und eine andere hier beschriebene Funktionalität. In einigen Ausführungsformen zählen zur Eingabeeinrichtung 1338 ein Drucksensor, ein berührungssensitiver Bereich, eine Druckleiste oder dergleichen. Es versteht sich, dass einige Ausführungsformen möglicherweise keine Eingabeeinrichtung 1338 umfassen. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, können Ausführungsformen des Roboters 1300 mehrere Eingabeeinrichtungen umfassen, die auf einer beliebigen Fläche des Gehäuses 1310 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen sind eine oder mehrere der Eingabeeinrichtungen 1338 als ein Fingerabdrucksensor zum Entriegeln des Roboters ausgelegt. Zum Beispiel kann nur ein Nutzer mit einem registrierten Fingerabdruck den Roboter 1300 entriegeln und verwenden.
Der Lautsprecher 1340 (d. h. eine Audioausgabeeinrichtung) ist mit dem Kommunikationspfad 1320 gekoppelt und kommunizierend mit dem Prozessor 1330 gekoppelt. Der Lautsprecher 1340 transformiert Audionachrichtendaten aus dem Prozessor 1330 des Roboters 1300 in Geräusche schaffende, mechanische Vibrationen. Zum Beispiel kann der Lautsprecher 1340 dem Nutzer Informationen zur Menünavigation, Einstellinformationen, Zustandsinformationen, Informationen in Bezug auf die Umgebung, wie sie durch Bilddaten von der einen oder den mehreren Kameras 1344 detektiert werden, und dergleichen bereitstellen. Allerdings versteht es sich, dass der Roboter 1300 in anderen Ausführungsformen möglicherweise keinen Lautsprecher 1340 umfasst.
Das Mikrofon 1342 ist mit dem Kommunikationspfad 1320 gekoppelt und kommunizierend mit dem Prozessor 1330 gekoppelt. Das Mikrofon 1342 kann eine beliebige Einrichtung sein, die in der Lage ist, eine mit Geräuschen verknüpfte, mechanische Vibration in ein elektrisches Signal zu transformieren, das die Geräusche angibt. Das Mikrofon 1342 kann als eine Eingabeeinrichtung 1338 verwendet werden, um Aufgaben durchzuführen, wie zum Beispiel in Menüs zu navigieren, Einstellungen und Parameter einzugeben, und irgendwelche anderen Aufgaben. Es versteht sich, dass einige Ausführungsformen möglicherweise kein Mikrofon 1342 umfassen.
Wie des Weiteren unter Bezugnahme auf 13 zu sehen, ist die Kamera 1344 mit dem Kommunikationspfad 1320 gekoppelt und kommunizierend mit dem Prozessor 1330 gekoppelt. Die Kamera 1344 kann eine beliebige Einrichtung sein, die ein Array aus Abtasteinrichtungen (z. B. Pixel) aufweist, die in der Lage sind, Strahlung in einem Wellenlängenband im ultravioletten Bereich, einem Wellenlängenband im Bereich des sichtbaren Lichts oder einem Wellenlängenband im Infrarotbereich zu detektieren. Die Kamera 1344 kann eine beliebige Auflösung aufweisen. Die Kamera 1344 kann eine omnidirektionale Kamera oder eine Panoramakamera sein. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere optische Komponenten mit der Kamera 1344 gekoppelt sein, wie zum Beispiel ein Spiegel, ein Fischaugenobjektiv oder eine beliebige andere Art von Objektiv. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, ist die Kamera 1344 eine Komponente einer bildgebenden Baugruppe 1322, die so betrieben werden kann, dass sie über das Gehäuse 1310 angehoben wird, um Bilddaten zu erfassen.
Die Netzwerkschnittstellen-Hardware 1346 ist mit dem Kommunikationspfad 1320 gekoppelt und kommunizierend mit dem Prozessor 1330 gekoppelt. Die Netzwerkschnittstellen-Hardware 1346 kann eine beliebige Einrichtung sein, die in der Lage ist, Daten über ein Netzwerk 1370 zu übertragen und/oder zu empfangen. Dementsprechend kann die Netzwerkschnittstellen-Hardware 1346 ein drahtloses Kommunikationsmodul umfassen, das als ein Kommunikations-Transceiver zum Senden und/oder Empfangen einer beliebigen drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikation ausgelegt ist. Zum Beispiel können zur Netzwerkschnittstellen-Hardware 1346 eine Antenne, ein Modem, ein LAN-Anschluss, eine Wi-Fi-Karte, eine WiMAX-Karte, Mobilkommunikations-Hardware, Nahfeldkommunikations-Hardware, Satellitenkommunikations-Hardware und/oder eine beliebige drahtgebundene oder drahtlose Hardware zum Kommunizieren mit anderen Netzwerken und/oder Einrichtungen zählen. In einer Ausführungsform enthält die Netzwerkschnittstellen-Hardware 1346 Hardware, die dazu ausgelegt ist, gemäß dem Bluetooth-Protokoll für drahtlose Kommunikation zu arbeiten. In einer anderen Ausführungsform kann die Netzwerkschnittstellen-Hardware 1346 ein Bluetooth-Sende-/Empfangsmodul zum Senden und Empfangen von Bluetooth-Kommunikation zu/von einer transportierbaren elektronischen Einrichtung 1380 umfassen. Die Netzwerkschnittstellen-Hardware 1346 kann auch ein Radiofrequenz-Identifikations- („RFID-“) Lesegerät enthalten, das dazu ausgelegt ist, RFID-Tags abzufragen und zu lesen.
In einigen Ausführungsformen kann der Roboter 1300 über das Netzwerk 1370 kommunizierend mit einer transportierbaren elektronischen Einrichtung 1380 gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen ist das Netzwerk 1370 ein Personal Area Network, das die Bluetooth-Technologie nutzt, um den Roboter 1300 und die transportierbare elektronische Einrichtung 1380 kommunizierend zu koppeln. In anderen Ausführungsformen können zum Netzwerk 1370 eines oder mehrere Computernetzwerke (z. B. ein Personal Area Network, ein Local Area Network oder ein Wide Area Network), zellulare Netzwerke, Satellitennetzwerke und/oder Global Positioning Systeme und Kombinationen daraus zählen. Dementsprechend kann der Roboter 1300 über Drähte, über ein Wide Area Network, über ein Local Area Network, über ein Personal Area Network, über ein zellulares Netzwerk, über ein Satellitennetzwerk oder dergleichen kommunizierend mit dem Netzwerk 1370 gekoppelt sein. Zu geeigneten Local Area Networks können drahtgebundenes Ethernet und/oder drahtlose Technologien zählen, wie zum Beispiel Wi-Fi. Zu geeigneten Personal Area Networks können drahtlose Technologien zählen, wie zum Beispiel IrDA, Bluetooth, Wireless USB, Z-Wave, ZigBee und/oder andere Nahfeldkommunikationsprotokolle. Zu geeigneten Personal Area Networks können gleichermaßen drahtgebundene Computerbusse zählen, wie zum Beispiel USB und FireWire. Zu geeigneten zellularen Netzwerken zählen, ohne darauf beschränkt zu sein, Technologien wie zum Beispiel LTE, WiMAX, UMTS, CDMA und GSM.
Wie des Weiteren unter Bezugnahme auf 13 zu sehen, kann, wie oben angegeben ist, das Netzwerk 1370 genutzt werden, um den Roboter 1300 kommunizierend mit der transportierbaren elektronischen Einrichtung 1380 zu koppeln. Zur transportierbaren elektronischen Einrichtung 1380 kann ein Mobiltelefon, ein Smartphone, ein Personal Digital Assistant, eine Kamera, ein dedizierter mobiler Mediaplayer, ein mobiler Personal Computer, ein Laptop-Computer und/oder eine beliebige andere transportierbare elektronische Einrichtung zählen, die in der Lage ist, kommunizierend mit dem Roboter 1300 gekoppelt zu werden. Die transportierbare elektronische Einrichtung 1380 kann einen oder mehrere Prozessoren und einen oder mehrere Speicher umfassen. Der eine oder die mehreren Prozessoren können Logik ausführen, um mit dem Roboter 1300 zu kommunizieren. Die transportierbare elektronische Einrichtung 1380 kann für drahtgebundene und/oder drahtlose Kommunikationsfunktionalität zur Kommunikation mit dem Roboter 1300 ausgelegt sein. In einigen Ausführungsformen kann die transportierbare elektronische Einrichtung 1380 eines oder mehrere Elemente der hier beschriebenen Funktionalität durchführen, wie zum Beispiel in Ausführungsformen, in denen die hier beschriebene Funktionalität zwischen dem Roboter 1300 und der transportierbaren elektronischen Einrichtung 1380 verteilt ist.
Die Einrichtung 1348 für taktile Rückkopplung ist mit dem Kommunikationspfad 1320 gekoppelt und kommunizierend mit dem Prozessor 1330 gekoppelt. Die Einrichtung 1348 für taktile Rückkopplung kann eine beliebige Einrichtung sein, die in der Lage ist, einem Nutzer taktile Rückkopplung bereitzustellen. Zur Einrichtung 1348 für taktile Rückkopplung können eine Vibrationseinrichtung (wie zum Beispiel in Ausführungsformen, in denen die taktile Rückkopplung über Vibration abgegeben wird), eine Luftgebläseeinrichtung (wie zum Beispiel in Ausführungsformen, in denen die taktile Rückkopplung über einen Luftstoß abgegeben wird) oder eine druckerzeugende Einrichtung (wie zum Beispiel in Ausführungsformen, in denen die taktile Rückkopplung über erzeugten Druck abgegeben wird) zählen. Es versteht sich, dass einige Ausführungsformen möglicherweise keine Einrichtung 1348 für taktile Rückkopplung umfassen.
Der Positionssensor 1350 ist mit dem Kommunikationspfad 1320 gekoppelt und kommunizierend mit dem Prozessor 1330 gekoppelt. Der Positionssensor 1350 kann eine beliebige Einrichtung sein, die in der Lage ist, eine Ausgabe zu erzeugen, die eine Position angibt. In einigen Ausführungsformen zählt zum Positionssensor 1350 ein Global Positioning System (GPS-) Sensor, obwohl die Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind. Einige Ausführungsformen umfassen möglicherweise keinen Positionssensor 1350, wie zum Beispiel Ausführungsformen, bei denen der Roboter 1300 keine Position des Roboters 1300 bestimmt, oder Ausführungsformen, bei denen die Position auf andere Weise bestimmt wird (z. B. auf Basis der Informationen, die aus der Kamera 1344, dem Mikrofon 1342, der Netzwerkschnittstellen-Hardware 1346, dem Näherungssensor 1354, der inertialen Messeinheit 1336 oder dergleichen empfangen werden). Der Positionssensor 1350 kann auch als ein drahtloser Signalsensor ausgelegt sein, der in der Lage ist, eine Position des Roboters 1300 und des Nutzers mittels drahtloser Signale zu triangulieren, die von einer oder mehreren drahtlosen Signalantennen empfangen werden.
Die motorisierte Radbaugruppe 1358 ist mit dem Kommunikationspfad 1320 gekoppelt und kommunizierend mit dem Prozessor 1330 gekoppelt. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, umfasst die motorisierte Radbaugruppe 1358 motorisierte Räder (nicht dargestellt), die von einem oder mehreren Motoren (nicht dargestellt) angesteuert werden. Der Prozessor 1330 kann der motorisierten Radbaugruppe 1358 eines oder mehrere Ansteuersignale bereitstellen, um die motorisierten Räder zu betätigen, so dass der Roboter 1300 sich zu einer gewünschten Position fortbewegt, wie zum Beispiel einer Position, von welcher der Nutzer Umgebungsinformationen erfassen möchte (z. B. die Position besonderer Objekte innerhalb oder in der Nähe der gewünschten Position).
Wie des Weiteren unter Bezugnahme auf 13 zu sehen, ist die Beleuchtung 1352 mit dem Kommunikationspfad 1320 gekoppelt und kommunizierend mit dem Prozessor 1330 gekoppelt. Die Beleuchtung1352 kann eine beliebige Einrichtung sein, die in der Lage ist, Licht auszugeben, wie zum Beispiel, aber nicht darauf beschränkt, eine Leuchtdiode, eine Glühlampe, ein fluoreszierendes Licht oder dergleichen. Einige Ausführungsformen umfassen einen Netzleuchtmelder, der illuminiert ist, wenn der Roboter 1300 bestromt ist. Einige Ausführungsformen enthalten einen Aktivitätsleuchtmelder, der illuminiert ist, wenn der Roboter 1300 aktiv ist oder Daten verarbeitet. Einige Ausführungsformen umfassen eine Beleuchtung zum Illuminieren der Umgebung, in der sich der Roboter 1300 befindet. Einige Ausführungsformen umfassen möglicherweise keine Beleuchtung 1352.
Der Näherungssensor 1354 ist mit dem Kommunikationspfad 1320 gekoppelt und kommunizierend mit dem Prozessor 1330 gekoppelt. Der Näherungssensor 1354 kann eine beliebige Einrichtung sein, die in der Lage ist, ein Näherungssignal auszugeben, das eine Nähe des Roboters 1300 an ein anderes Objekt angibt. In einigen Ausführungsformen können zum Näherungssensor 1354 ein Laserscanner, ein kapazitiver Verdrängungssensor, ein Doppler-Effekt-Sensor, ein Wirbelstromsensor, ein Ultraschallsensor, ein Magnetsensor, ein interner Sensor, ein Radarsensor, ein Lidarsensor, ein Sonarsensor oder dergleichen zählen. Einige Ausführungsformen umfassen möglicherweise keinen Näherungssensor 1354, wie zum Beispiel Ausführungsformen, bei denen die Nähe des Roboters 1300 zu einem Objekt anhand von Eingaben bestimmt wird, die von anderen Sensoren (z. B. der Kamera 1344, dem Lautsprecher 1340 usw.) bereitgestellt werden, oder Ausführungsformen, die keine Nähe des Roboters 1300 zu einem Objekt 1315 bestimmen.
Der Temperatursensor 1356 ist mit dem Kommunikationspfad 1320 gekoppelt und kommunizierend mit dem Prozessor 1330 gekoppelt. Der Temperatursensor 1356 kann eine beliebige Einrichtung sein, die in der Lage ist, ein Temperatursignal auszugeben, das eine vom Temperatursensor 1356 abgetastete Temperatur angibt. In einigen Ausführungsformen können zum Temperatursensor 1356 ein Thermoelement, eine ohmsche Temperatureinrichtung, ein Infrarotsensor, eine Bimetalleinrichtung, ein Zustandsänderungssensor, ein Thermometer, ein Siliciumdiodensensor oder dergleichen zählen. Einige Ausführungsformen des Roboters 1300 enthalten möglicherweise keinen Temperatursensor 1356.
Wie des Weiteren unter Bezugnahme auf 13 zu sehen, wird der Roboter 1300 von der Batterie 1360 bestromt, die elektrisch mit den verschiedenen elektrischen Komponenten des Roboters 1300 gekoppelt ist. Die Batterie 1360 kann eine beliebige Einrichtung sein, die in der Lage ist, elektrische Energie zur späteren Verwendung durch den Roboter 1300 zu speichern. In einigen Ausführungsformen ist die Batterie 1360 eine wiederaufladbare Batterie, wie zum Beispiel eine Lithiumionen-Batterie oder eine Nickel-Cadmium-Batterie. In Ausführungsformen, in denen die Batterie 1360 eine wiederaufladbare Batterie ist, kann der Roboter 1300 den Ladeport 1362 enthalten, der verwendet werden kann, um die Batterie 1360 aufzuladen. Einige Ausführungsformen umfassen möglicherweise keine Batterie 1360, wie zum Beispiel Ausführungsformen, bei denen der Roboter 1300 über das elektrische Netz, durch Solarenergie oder durch aus der Umgebung gewonnene Energie bestromt wird. Einige Ausführungsformen umfassen möglicherweise keine Ladeport 1362, wie zum Beispiel Ausführungsformen, bei denen die Vorrichtung Einwegbatterien zum Bestromen nutzt.
Es versteht sich, dass sich die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf verformbare Sensoren beziehen, die in der Lage sind, den Kontakt mit einem Objekt ebenso wie eine geometrische Form und Pose eines Objekts zu detektieren. Einer oder mehrere verformbare Sensoren können zum Beispiel an einem Roboter bereitgestellt werden. Die durch die verformbaren Sensoren bereitgestellten Informationen können dann verwendet werden, um die Interaktion des Roboters mit Zielobjekten zu steuern. Die Tiefenauflösung und die räumliche Auflösung der Verformungssensoren können abhängig von der Position der verformbaren Sensoren am Roboter variieren.
Es ist anzumerken, dass Angaben hier, dass eine Komponente der vorliegenden Offenbarung auf eine besondere Art und Weise „ausgelegt“ oder „programmiert“ ist, um eine besondere Eigenschaft zu verwirklichen oder um in einer besonderen Art und Weise zu funktionieren, strukturbezogene Angaben, im Gegensatz zu Angaben einer beabsichtigten Verwendung, sind. Insbesondere bezeichnen die Angaben hier zur Art und Weise, auf die eine Komponente „ausgelegt“ oder „programmiert“ ist, einen vorhandenen physischen Zustand der Komponente und sind von daher als eine definitive Angabe der strukturbezogenen Charakteristika der Komponente aufzufassen.
Die Reihenfolge der Ausführung oder Leistung der Operationen in den Beispielen für die hier veranschaulichte und beschriebene Offenbarung ist nicht maßgeblich, es sei denn, es ist anders spezifiziert. Das heißt, die Operationen können in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden, es sei denn, es ist anders spezifiziert, und die Beispiele für die Offenbarung können zusätzliche oder weniger Operationen als hier offenbart umfassen. Es wird zum Beispiel in Betracht gezogen, dass das Ausführen oder Durchführen einer besonderen Operation vor, gleichzeitig mit oder nach einer anderen Operation im Schutzbereich der Aspekte der Offenbarung liegt.
Es ist anzumerken, dass die Begriffe „im Wesentlichen“ und „etwa“ und „ungefähr“ hier genutzt werden können, um den inhärenten Grad an Unsicherheit darzustellen, der jedem quantitativen Vergleich, Wert, Messwert oder einer anderen Darstellung zuzuschreiben ist. Diese Begriffe werden hier auch genutzt, um den Grad darzustellen, um den eine quantitative Darstellung von einem angegebenen Bezug abweichen kann, ohne dass sich eine Änderung der grundlegenden Funktion des fraglichen Gegenstands ergibt.
Obwohl hier besondere Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, versteht es sich, dass verschiedene andere Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich des beanspruchten Gegenstands abzuweichen. Obwohl verschiedene Aspekte des beanspruchten Gegenstands hier beschrieben worden sind, müssen solche Aspekte außerdem nicht in Kombination genutzt werden. Es ist daher beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche alle solchen Änderungen und Modifikationen abdecken, die im Schutzumfang des beanspruchten Gegenstands liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62563595 [0001]

Claims

Roboter mit Berührungsempfindlichkeit, umfassend: mehrere verformbare Sensoren mit unterschiedlichen Graden der Tiefenauflösung und der räumlichen Auflösung zum Detektieren einer mit einem Objekt verknüpften Pose und Kraft, wobei jeder verformbare Sensor Folgendes umfasst: eine Kapselung, die eine verformbare Membran umfasst, wobei die Kapselung so ausgelegt ist, dass sie mit einem Medium gefüllt ist; und einen optischen Sensor, der in der Kapselung angeordnet ist, mit einem Sichtfeld, das so ausgelegt ist, dass es in Richtung einer Unterseite der verformbaren Membran gerichtet ist; und einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt, die jeweils wenigstens einen verformbaren Sensor von den mehreren verformbaren Sensoren umfassen.
Roboter nach Anspruch 1, der des Weiteren einen Prozessor umfasst, der dazu ausgelegt ist, als ein Ergebnis des Kontakts mit dem Objekt einen Kontaktbereich in der verformbaren Membran zu analysieren, um sowohl eine Pose des Objekts als auch eine Größe der Kraft zu bestimmen, die zwischen der verformbaren Membran und dem Objekt aufgebracht wird.
Roboter nach Anspruch 1, wobei: die Kapselung des Weiteren ein Gehäuse umfasst und die verformbare Membran mit einem oberen Abschnitt des Gehäuses gekoppelt ist; die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche nicht überlappend sind; wenigstens einer der verformbaren Sensoren einen Klemmmechanismus zum Befestigen am Roboter umfasst; der erste Abschnitt dazu ausgelegt ist, eine aggregierte räumliche Auflösung bereitzustellen, die die des zweiten Abschnitts überschreitet; wenigstens einer der verformbaren Sensoren mehrere interne Sensoren umfasst; oder der erste Abschnitt einen ersten Teilsatz der mehreren verformbaren Sensoren umfasst.
Roboter nach Anspruch 3, wobei: der zweite Abschnitt einen zweiten Teilsatz der mehreren verformbaren Sensoren umfasst; oder wenigstens zwei der verformbaren Sensoren sich in der Größe unterscheiden.
Roboter nach Anspruch 1, wobei: der erste Abschnitt dazu ausgelegt ist, mit dem Objekt in simultaner Koordination mit einem Abschnitt eines zweiten Roboters zu interagieren, wobei eine aggregierte räumliche Auflösung des ersten Abschnitts des Roboters gleich der des Abschnitts des zweiten Roboters ist; oder der erste Abschnitt dazu ausgelegt ist, eine aggregierte räumliche Auflösung, die die des zweiten Abschnitts überschreitet, basierend auf Folgendem bereitzustellen: einer Menge an verformbaren Sensoren im ersten Abschnitt; und einer räumlichen Auflösung, die von jedem verformbaren Sensor im ersten Abschnitt ermittelt wird.
Roboter nach Anspruch 1, wobei die Tiefenauflösung oder die räumliche Auflösung von verformbaren Sensoren im ersten Abschnitt auf Basis eines Weichheitswerts ausgelegt ist, der vom Prozessor empfangen wird und der zu einem Objekt gehört, mit dem der erste Abschnitt interagiert, wobei die Tiefenauflösung oder die räumliche Auflösung von verformbaren Sensoren im zweiten Abschnitt so ausgelegt ist, dass sie sich von der entsprechenden Tiefenauflösung oder der räumlichen Auflösung von verformbaren Sensoren im ersten Abschnitt unterscheidet, basierend darauf, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt dazu ausgelegt sind, mit mehreren Objekten mit unterschiedlichen Weichheitswerten zu interagieren.
Roboter mit Berührungsempfindlichkeit, umfassend: einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt, die jeweils wenigstens einen von mehreren verformbaren Sensoren umfassen, wobei die mehreren verformbaren Sensoren unterschiedliche Grade an Tiefenauflösung und räumlicher Auflösung zum Detektieren einer mit einem Objekt verknüpften Pose und Kraft umfassen und wobei jeder verformbare Sensor der mehreren verformbaren Sensoren Folgendes umfasst: eine Kapselung, die eine verformbare Membran umfasst, wobei die Kapselung so ausgelegt ist, dass sie mit einem Medium gefüllt ist; und einen internen Sensor, der in der Kapselung angeordnet ist, mit einem Sichtfeld, das so ausgelegt ist, dass es durch das Medium und in Richtung einer Unterseite der verformbaren Membran gerichtet ist; und einen Prozessor, der dazu ausgelegt ist, als ein Ergebnis des Kontakts mit dem Objekt einen Kontaktbereich in der verformbaren Membran zu analysieren, um sowohl eine Pose des Objekts als auch eine Größe der Kraft, die zwischen der verformbaren Membran und dem Objekt aufgebracht wird, zu bestimmen.
Roboter nach Anspruch 7, der des Weiteren einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, die jeweils wenigstens einen der mehreren verformbaren Sensoren umfassen.
Roboter nach Anspruch 8, wobei: wobei die Tiefenauflösung oder die räumliche Auflösung von verformbaren Sensoren im ersten Abschnitt auf Basis eines Weichheitswerts ausgelegt ist, der vom Prozessor empfangen wird und der zu einem Objekt gehört, mit dem der erste Abschnitt interagiert, und die Tiefenauflösung oder die räumliche Auflösung von verformbaren Sensoren im zweiten Abschnitt so ausgelegt ist, dass sie sich von der entsprechenden Tiefenauflösung oder der räumlichen Auflösung von verformbaren Sensoren im ersten Abschnitt unterscheidet, basierend darauf, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt dazu ausgelegt sind, mit mehreren Objekten mit unterschiedlichen Weichheitswerten zu interagieren; oder der erste Abschnitt dazu ausgelegt ist, eine aggregierte räumliche Auflösung, die die des zweiten Abschnitts überschreitet, basierend wenigstens auf Folgendem bereitzustellen: einer Menge an verformbaren Sensoren im ersten Abschnitt; und einer räumlichen Auflösung, die von jedem verformbaren Sensor im ersten Abschnitt ermittelt wird.
Roboter nach Anspruch 7, wobei wenigstens ein interner Sensor einen Laufzeitsensor umfasst.