JP2014508659A - 可動式ロボットマニピュレーターシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2011年3月21日付けで提出された「改良型捻り紐アクチュエータ-I (Improved Twisted String Actuator
- I)」と題した米国仮出願61/454,945号と、2011年3月21日付けで提出された「モジュラーロボット付加物−「指」(A Modular Robotic Appendage - "A Finger")」と題した米国仮出願第61/454,948号と、2011年3月23日付けで提出された「改良型捻り紐アクチュエータ-II (Improved Twisted String
Actuator - II)」と題した米国仮出願第61/466,900号と、2011年3月23日付けで提出された「可動式ロボットマニピュレーターシステム(A
Mobile Robotic Manipulator System)」と題した米国仮出願第61/466,902号の優先権ならびに利益を主張し、それらの全体をここに引用して援用する。
本発明は、米国陸軍により与えられた契約番号W91-CRB-10-C-0139号に基づく政府支援を受けてなされた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
本発明は、概して、ロボットマニピュレーターシステムに関する。より詳細には、本発明はロボット付加物に関する。
force control)、ならびに多モード触覚、位置、および力感知を使用する。劣駆動とは、機械的装置に適用された場合、当該装置のアクチュエータの数が自由度より少ないことを意味する。制御可能な選択的劣駆動では、後述するように、ロボットハンドはパワー式把持を用いて未知の物体を把持し、次に、指先の位置および力の繊細な制御を必要とする動作を実行するため、高精度把持に切り換え可能となる。一般に、パワー式把持は、物体を手でしっかりと保持するため手のひらと指とを組み合わせて使用することを伴うが、高精度把持は、物体の姿勢を正確に制御するために指先領域を使用することを伴う。制御可能な選択的劣駆動を用いることで、ロボットハンドは、パワー式把持と高精度把持とを組み合わせて物体を保持し、操作し、再位置決めできる。この工程は再把持と呼ばれる。
Mpa (70 psi)である。
)。遮蔽層170(図31C)をこれら電気積層体に巻き付ける(ステップ204)。ロッド194(図31D)を指スケルトン160の取付部196に位置合わせした状態で、アコーディオンパターン192がロッド194に取り付けられる(ステップ206)。ブレーキ層182はそれぞれの関節18で交互配置され(ステップ208)、アコーディオンパターン192はスケルトンまで降ろされる(ステップ210)。電気積層体は、スケルトン150の反対側で固定される(ステップ212)。高圧線198が電気積層体に接続され(ステップ214)、それぞれの関節18に、その関節の対応する多層電気積層構造体を剛性化させる程度の電圧を与える。
mW/N)。EA層224は、指の機械的把持能力に影響することなく取り外し可能である。この取り外し性能により、EA層224が与えられた作業に適しているときは、EA層224はいつでも使用可能となる。
(Linit/cos(パイ-アルファマックス) - Linit/Linit
= 0.86
このコンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例(すべてを網羅するリストではない)は、1つまたは複数の電線を備えた電気接続部、携帯用コンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、消去可能なプログラマブル読出し専用メモリ(EPROMまたはフラッシュメモリ)、光ファイバ、コンパクトディスク読出し専用メモリ(CD-ROM)、光記憶装置、磁気記憶装置、または上記の任意組合せを含む。本明細書の文脈では、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによって使用されるもしくはそれらと組み合わせて使用されるプログラムを保持または格納できる任意の有形媒体でよい。
Claims (34)
- 劣駆動型ロボット指アッセンブリであって、
遠位関節と、中間関節と、近位関節とを含む多数の関節を備えた指スケルトンと、
前記関節それぞれと連通したブレーキサブシステムであって、前記関節を個別かつ選択的にロックしロック解除するよう適合されたブレーキサブシステムとを含む、アッセンブリ。 - 前記ブレーキサブシステムは、各関節に組み込まれた多層電気積層複合構造体を含み、前記多層電気積層複合構造体は、電気信号に応答して前記関節を剛性化させる、請求項1に記載のアッセンブリ。
- 前記ブレーキサブシステムは多層電気積層複合構造体の区分を含み、隣接する区分の前記多層電気積層複合構造体の層は、各関節で重なり合う、請求項2に記載のアッセンブリ。
- 前記関節それぞれを周回して前記指スケルトン内を通過する腱をさらに含み、前記腱が前記関節を曲げるアクチュエータを実現する、請求項1に記載のアッセンブリ。
- 前記関節それぞれに結合され、前記関節を付勢して延伸させるスプリングリターンをさらに含む、請求項4に記載のアッセンブリ。
- 前記ブレーキサブシステムは、2つ以上の関節をグループとしてロックし、ロック解除できる、請求項1に記載のアッセンブリ。
- 前記指スケルトンの上に、電気付着パッドを備えた皮膚層をさらに含む、請求項1に記載のアッセンブリ。
- 前記スケルトンの上に電気制御可能な皮膚層をさらに含む、請求項1に記載のアッセンブリ。
- 前記前記指スケルトンの上に皮膚層をさらに含み、前記皮膚層は、前記指スケルトンの各指節骨および各関節まで延伸する屈曲回路基板に組み込まれたセンサを備えた、請求項1に記載のアッセンブリ。
- 前記センサは、前記指スケルトンの各指節骨用の圧力センサを含む、請求項9に記載のアッセンブリ。
- 前記センサは、前記指スケルトンの各関節用の位置センサを含む、請求項10に記載のアッセンブリ。
- 各関節は、その関節の現在位置を検出するための埋込型位置センサを含む、請求項1に記載のアッセンブリ。
- 加速時計を備えた指先をさらに含む、請求項1に記載のアッセンブリ。
- ロボット指モジュールであって、
アクチュエータモジュールと、
前記アクチュエータモジュールに取り付けられた劣駆動型指アッセンブリであって、
遠位関節と、中間関節と、近位関節とを含む多数の関節を備えた指スケルトンと、
前記関節それぞれと連通したブレーキサブシステムであって、前記関節を個別かつ選択的にロックしロック解除するよう適合されたブレーキサブシステムとを含む劣駆動型指アッセンブリとを含む、モジュール。 - 前記アクチュエータモジュールは、捻り紐ケーブルに接続されたモータを含み、前記ケーブルは、前記関節を屈曲させるアクチュエータに動作可能に結合される、請求項14に記載のモジュール。
- 前記指アッセンブリは、前記関節それぞれを周回して前記指スケルトン内を通過する腱をさらに含み、前記腱は、前記関節を曲げる前記アクチュエータを実現する、請求項15に記載のモジュール。
- 前記指アッセンブリは、前記関節それぞれに結合されたスプリングリターンであって、前記関節を付勢して延伸させるスプリングリターンをさらに含む、請求項16に記載のモジュール。
- 前記アクチュエータモジュールは、バックドライブ可能な伝達装置を含む、請求項14に記載のモジュール。
- 前記ブレーキサブシステムは、各関節に組み込まれた多層電気積層複合構造体を含み、前記多層電気積層複合構造体は、電気信号に応答して前記関節を剛性化させる、請求項14に記載のモジュール。
- 前記ブレーキサブシステムは多層電気積層複合構造体の区分を含み、隣接する区分の前記多層電気積層複合構造体の層は、各関節で重なり合う、請求項19に記載のモジュール。
- 前記ブレーキサブシステムは、2つ以上の関節をグループとしてロックし、ロック解除できる、請求項14に記載のモジュール。
- 前記指アッセンブリは、電気付着パッドを備えた皮膚層をさらに含む、請求項14に記載のモジュール。
- 前記指アッセンブリは、電気制御可能な皮膚層をさらに含む、請求項14に記載のモジュール。
- 前記指アッセンブリは、前記指の各指節骨および各関節まで延伸する屈曲回路基板に組み込まれたセンサを備えた皮膚層をさらに含む、請求項14に記載のモジュール。
- 前記センサは、前記指スケルトンの各指節骨用の圧力センサを含む、請求項24に記載のモジュール。
- 前記センサは、前記指スケルトンの各関節用の位置センサを含む、請求項25に記載のモジュール。
- 各関節は、当該関節の現在位置を検出するための埋込型位置センサを含む、請求項14に記載のモジュール。
- 前記指アッセンブリは、加速時計を備えた指先をさらに含む、請求項14に記載のモジュール。
- ロボットマニピュレーターシステムであって、
手掌アッセンブリと、
前記手掌アッセンブリに結合された1つまたは複数の指モジュールとを含み、各指モジュールが、
アクチュエータモジュールと、
前記アクチュエータモジュールに取り付けられた劣駆動型指アッセンブリを含み、前記劣駆動型指アッセンブリが、
遠位関節と、中間関節と、近位関節とを含む多数の関節を備えた指スケルトンと、
前記関節それぞれと連通したブレーキサブシステムであって、前記関節を個別かつ選択的にロックしロック解除するよう適合されたブレーキサブシステムとを含む、
ロボットマニピュレーターシステム。 - 前記1つまたは複数の指モジュールが、前記手掌アッセンブリの対向側部から互いに対向する2つの指モジュールを含む、請求項29に記載のロボットマニピュレーターシステム。
- 前記指モジュールの1つが、前記手掌アッセンブリの前記対向側部の一方に固定され、前記2つのモジュールの他方が、前記手掌アッセンブリの前記対向側部の他方に動作可能に結合される、請求項30に記載のロボットマニピュレーターシステム。
- 複数の関節を備えた劣駆動型指を具備したロボットハンドを動かすための方法であって、
前記関節の1つまたは複数がロックされる一方で、前記関節の1つまたは複数がロック解除されるように、前記関節を個別かつ選択的にロックする段階と、
前記関節のいずれがロックされ、前記関節のいずれがロック解除されているかによって定まる様態で前記劣駆動型指を屈曲させるために、前記関節に結合された腱を駆動する段階とを含む、方法。 - 前記関節が同時に動きかつ制御されているように見えるように、前記関節を個別かつ選択的にすばやく連続してロックしロック解除する段階をさらに含む、請求項32に記載の方法。
- 遠位関節および近位関節を備えた劣駆動型指を具備したロボットハンドを用いて物体を把持するための方法であって、
前記劣駆動型指が物体に接触するまで、その遠位および近位関節をロック解除した状態で、前記劣駆動型指を動かす段階と、
前記物体との接触に応答して、前記遠位関節をロック解除したまま、前記近位関節をロックする段階とを含む、方法。
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