JP2018513790A - 剛性構造の統合を通したソフトロボットグリッパの改良 - Google Patents

剛性構造の統合を通したソフトロボットグリッパの改良 Download PDF

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Abstract

例示的実施形態は、ソフトロボットアクチュエータにおける種々の改良に関し、より具体的には、調節可能把持挙動を提供するためのソフトアクチュエータへの剛性または硬性本体の統合に関する。これらのアクチュエータは、例えば、材料取扱プロセスを自動化するためのロボットエンドエフェクタとして使用されてもよい。いくつかの実施形態によると、アクチュエータは、ロッド等の静的または動的硬性構造と組み合わせて展開されてもよい。硬性構造は、アクチュエータの傍または内に延在してもよい。複数の硬性構造は、アクチュエータの側方に展開されてもよい、または複数のアクチュエータは、硬性構造の側方に展開されてもよい。さらなる実施形態では、アクチュエータのアレイまたはマトリクスは、硬性構造中に統合され、狭小空間の中に操縦されることができる、薄型グリッパを提供してもよい。

Description

(関連出願)
本願は、2015年4月23日に出願され、“Enhancement of Soft Robotic Grippers Through Integration of Stiff Structures”と題された米国仮特許出願第62/151,775号に対する優先権を主張するものである。上記出願の内容は、参照により本明細書中に援用される。
本開示は、概して、ロボットの分野に関し、特に、統合された剛性または硬性本体を有し、調節可能把持挙動を提供する、新規のソフトロボットアクチュエータに関する。
ロボットは、製造、産業用途、医療用途、および同等物等、多くの産業において使用されている。ソフトロボット工学は、ロボット工学の発展中の分野であって、軟質の共形性かつ適応性のグラスパおよびアクチュエータを提供し、ロボットが、ヒトと同様に物体と相互作用することを可能にする。特に、そのようなロボットは、ヒトの手と同一様式で物体を操作することが可能である。
従来、ソフトロボット工学は、組立ライン上または倉庫内の物体を握持するためのロボットシステムと関連して採用されてきた。例えば、部品が、棚、可動ベルト上にある、または棚からベルトに移動されている場合、エンドエフェクタが、「側方取り上げ」または「上下取り上げ」等の種々の方向から物体を取り上げるように適応され得る。本同一グラスパはまた、ヒトの手がまさに行い得るように、各タスクにおける様々な物体に適応され得る。
例示的実施形態は、ソフトアクチュエータが硬性構造と併せて採用される、ソフトロボットアセンブリを提供する。硬性構造は、アクチュエータに近接して(例えば、アクチュエータの傍に)展開されてもよい、アクチュエータの中に統合されてもよい、またはアクチュエータは、硬性構造の中に統合されてもよい。硬性構造は、アクチュエータの少なくとも一部の膨張に対抗し、それによって、アクチュエータの屈曲外形を改変する、または補強(またはそのためのてこの作用点)をアクチュエータに提供する、力を提供してもよい。硬性構造は、代替として、または加えて、他の可能性の中でもとりわけ、アクチュエータの到達範囲を延在する、またはロボットグリッパの外形を縮小させるために、アクチュエータが硬性構造の中に後退されることを可能にするために使用されてもよい。
図1A−1Dは、本明細書に説明される例示的実施形態と併用するために好適な例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。 図1A−1Dは、本明細書に説明される例示的実施形態と併用するために好適な例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。 図1A−1Dは、本明細書に説明される例示的実施形態と併用するために好適な例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。 図1A−1Dは、本明細書に説明される例示的実施形態と併用するために好適な例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。 図2A−2Cは、延在可能ロッドの端部上に搭載される、例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。 図3A−3Cは、その内部構造の中に組み込まれる延在可能ロッドを有する、例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。 図4A−4Gは、延在可能ロッドの対がアクチュエータに近接して設置される、例示的構成を描写する。 図4A−4Gは、延在可能ロッドの対がアクチュエータに近接して設置される、例示的構成を描写する。 図4A−4Gは、延在可能ロッドの対がアクチュエータに近接して設置される、例示的構成を描写する。 図4A−4Gは、延在可能ロッドの対がアクチュエータに近接して設置される、例示的構成を描写する。 図5A−5Cは、種々のタイプおよび数の物体を握持するために好適なアクチュエータならびにロッドの構成を描写する。 図6A−6Cは、延在可能ロッドに対向するアクチュエータを描写する。 図7A−7Cは、調節可能アクチュエータおよびロッドシステムの実施例を描写する。 図8A−8Bは、調節可能補強バンドを採用する、ロボットグリッパの実施例を描写する。 図9は、硬性構造の中に統合される、アクチュエータアレイの実施例を描写する。 図10A−10Dは、非作動および作動状態における、硬性構造の中に統合されるアクチュエータの実施例を描写する。 図11A−11Bは、硬性構造のアレイおよびマトリクスの中に配列される、アクチュエータの実施例を描写する。 図12A−12Cは、硬性構造の中に統合されるアクチュエータのアレイを含む、例示的ロボットグリッパを描写する。
本発明が、ここで、本発明の好ましい実施形態が示される添付の図面を参照して、さらに説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全となり、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるであろうように提供される。図面中、同一番号は、全体を通して同一要素を指す。
(ソフトロボットグリッパに関する背景)
従来のロボットグリッパまたはアクチュエータは、高価であって、かつ取り扱われている物体の重量、サイズ、および形状の不確実性ならびに多様性が、過去に機能していた自動化された解決策を妨げるようなある環境においては動作することが不可能であり得る。本願は、適応性があって、安価、軽量、カスタマイズ可能、かつ使用が単純である、新規ソフトロボットアクチュエータの用途を説明する。
ソフトロボットアクチュエータは、ゴム等のエラストマー材料、または圧力下で拡開するように構成される、アコーディオン状構造で配列されたプラスチックの薄壁、または他の好適な比較的に軟質の材料から形成されてもよい。それらは、例えば、エラストマー材料の1つまたはそれを上回る部片を所望の形状に成形することによって生成されてもよい。ソフトロボットアクチュエータは、空気、水、または生理食塩水等の流体で充填され、アクチュエータを膨張および/または作動させることができる、中空内部を含んでもよい。作動に応じて、アクチュエータの形状または外形は、変化する。アコーディオン状アクチュエータ(以下により詳細に説明される)の場合、作動は、アクチュエータを所定の標的形状に湾曲または直線化させてもよい。完全非作動形状と完全作動形状との間の1つまたはそれを上回る中間標的形状が、アクチュエータを部分的に膨張させることによって達成されてもよい。代替として、または加えて、アクチュエータは、真空を使用して作動され、膨張流体をアクチュエータから除去し、それによって、アクチュエータが屈曲、捻転、および/または延在する程度を変化させてもよい。
作動はまた、アクチュエータが、握持または押動されている物体等の物体に力を付与することを可能にしてもよい。しかしながら、従来のハードロボットアクチュエータと異なり、ソフトアクチュエータは、ソフトアクチュエータが、部分的または完全に、握持されている物体の形状に共形化し得るように、作動されるとき、適応特性を維持する。それらはまた、アクチュエータが握持標的ではない積み重ねた山内の近隣物体または容器の両側に衝突する可能性があるため、特に物体を積み重ねた山から取り上げるときまたは容器から取り上げるときに関連し得る、物体との衝突に応じて、偏向し得る。さらに、印加される力の量は、材料が容易に変形し得るため、制御された様式においてより大きい表面積にわたって拡散されることができる。このように、ソフトロボットアクチュエータは、物体を損傷させずに、それらを把持することができる。
さらに、ソフトロボットアクチュエータは、従来のハードロボットアクチュエータを用いて達成することが困難または不可能であり得る、新しい運動のタイプまたは運動の組み合わせ(屈曲、捻転、延在、および収縮を含む)を可能にする。
図1A−1Dは、例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。より具体的には、図1Aは、ソフトロボットアクチュエータの一部の側面図を描写する。図1Bは、上からの図1Aの一部を描写する。図1Cは、ユーザによって操作され得る、ポンプを含む、ソフトロボットアクチュエータの一部の側面図を描写する。図1Dは、図1Cに描写される部分の代替実施形態を描写する。
アクチュエータは、図1Aに描写されるように、ソフトロボットアクチュエータ100であってもよく、空気、水、または生理食塩水等の膨張流体で膨張可能である。膨張流体は、流体接続118を通して、膨張デバイス120を介して提供されてもよい。
アクチュエータ100は、限定量の膨張流体が周囲環境と実質的に同一圧力においてアクチュエータ100内に存在する、非膨張状態にあってもよい。アクチュエータ100はまた、所定の量の膨張流体がアクチュエータ100内に存在する、完全膨張状態にあってもよい(アクチュエータ100によって印加されるべき所定の最大力に対応する所定の量または膨張流体によってアクチュエータ100に印加される所定の最大圧力)。アクチュエータ100はまた、全流体がアクチュエータ100から除去される完全真空状態、または一部の流体がアクチュエータ100内に存在するが、周囲圧力未満の圧力にある、部分的真空状態にあってもよい。さらに、アクチュエータ100は、アクチュエータ100が、完全膨張状態にあるときに存在する、所定の量未満の膨張流体であるが、ゼロを上回る(または非常に限定された)膨張流体を含有する、部分膨張状態にあってもよい。
膨張状態では、アクチュエータ100は、図1Aに示されるように、中心軸の周囲で湾曲する傾向を呈し得る。議論を容易にするために、いくつかの方向が、本明細書に定義される。軸方向は、中心軸を通して通過し、その周囲において、アクチュエータ100が、図1Bに示されるように湾曲する。半径方向は、軸方向と垂直方向、すなわち、膨張されたアクチュエータ100によって形成される部分的円形の半径方向に延在する。円周方向は、膨張されたアクチュエータ100の円周に沿って延在する。
膨張状態では、アクチュエータ100は、アクチュエータ100の内側円周方向縁に沿って半径方向に力を付与し得る。例えば、アクチュエータ100の遠位先端の内側は、中心軸に向かって内向きに力を付与し、これは、アクチュエータ100が、物体を握持することを可能にするために活用され得る(潜在的に、1つまたはそれを上回る付加的アクチュエータ100と連動して)。ソフトロボットアクチュエータ100は、使用される材料およびアクチュエータ100の一般的構造に起因して、膨張されると、比較的に共形性を留め得る。
アクチュエータ100は、比較的に軟質または共形性の構造を可能にする、1つもしくはそれを上回るエラストマー材料から作製されてもよい。用途に応じて、エラストマー材料は、食品安全性、生体適合性、または医療安全性FDA承認材料の群から選択されてもよい。アクチュエータ100は、適正製造基準(「GMP」)対応設備内で製造され得る。
アクチュエータ100は、実質的に平坦な基部102を含んでもよい(但し、種々の修正または付属品が、アクチュエータの把持能力を改良するために、基部102に追加されてもよい)。基部102は、標的物体を握持する把持表面を形成してもよい。
アクチュエータ100は、1つまたはそれを上回るアコーディオン状延在部104を含んでもよい。アコーディオン状延在部104は、アクチュエータ100が、膨張されると、屈曲または撓曲することを可能にし、膨張状態にあるとき、アクチュエータ100の形状を画定することに役立つ。アコーディオン状延在部104は、一連の山106および谷108を含む。アコーディオン状延在部104のサイズならびに山106および谷108の場所は、異なる形状または延在部外形を得るために変動されることができる。
図1A−1Dの例示的アクチュエータは、展開されると、「C」または卵形形状に描写されるが、当業者は、本発明がそのように限定されないことを認識するであろう。アクチュエータ100の本体の形状、またはアコーディオン状延在部104のサイズ、位置、もしくは構成を変化させることによって、異なるサイズ、形状、および構成が、達成され得る。さらに、アクチュエータ100に提供される膨張流体の量を変動させることは、開創器が、非膨張状態と膨張状態との間の1つまたはそれを上回る中間サイズもしくは形状をとることを可能にする。したがって、個々のアクチュエータ100は、膨張量を変動させることによって、サイズおよび形状が拡張可能となることができ、切開開創器はさらに、1つのアクチュエータ100と異なるサイズ、形状、または構成を有する別のアクチュエータ100とを置換することによって、サイズおよび形状が拡張可能となることができる。
アクチュエータ100は、近位端112から遠位端110に延在する。近位端112は、インターフェース114に接続する。インターフェース114は、アクチュエータ100が、切開開創器の他の部品に解放可能に結合されることを可能にする。インターフェース114は、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(「ABS」)またはDelrin等の医療安全性材料から作製されてもよい。インターフェース114は、アクチュエータ100および可撓性管類118の一方または両方に解放可能に結合されてもよい。インターフェース114は、アクチュエータ100に接続するためのポートを有してもよい。異なるインターフェース114は、より大きいもしくはより小さいアクチュエータ、異なる数のアクチュエータ、または異なる構成におけるアクチュエータを収容するために、異なるサイズ、数、または構成のアクチュエータポートを有してもよい。
アクチュエータ100は、膨張デバイス120から可撓性管類118等の流体接続を通して供給される膨張流体で膨張されてもよい。インターフェース114は、流体がアクチュエータ100に進入することを可能にするが、流体がアクチュエータから退出することを防止する(弁が開放されない限り)ための弁116を含んでもよい、またはそれに取り付けられてもよい。可撓性管類118はまた、または代替として、膨張デバイス120の場所において膨張流体の供給を調整するために、膨張デバイス120におけるインフレータ弁124に取り付けられてもよい。
可撓性管類118はまた、一端においてインターフェース114に、および他端において膨張デバイス120に解放可能に接続するために、アクチュエータ接続インターフェース122を含んでもよい。アクチュエータ接続インターフェース122の2つの部品を分離することによって、異なる膨張デバイス120が、異なるインターフェース114および/またはアクチュエータ100に接続され得る。
膨張流体は、例えば、空気または生理食塩水であってもよい。空気の場合、膨張デバイス120は、周囲空気を供給するための手動式バルブまたは蛇腹を含んでもよい。生理食塩水の場合、膨張デバイス120は、注入器または他の適切な流体送達システムを含んでもよい。代替として、または加えて、膨張デバイス120は、膨張流体を供給するためのコンプレッサまたはポンプを含んでもよい。
膨張デバイス120は、膨張流体を供給するための流体供給源126を含んでもよい。例えば、流体供給源126は、圧縮空気、液状もしくは圧縮二酸化炭素、液状もしくは圧縮窒素、もしくは生理食塩水を貯蔵するためのリザーバであってもよい、または周囲空気を可撓性管類118に供給するための通気口であってもよい。
膨張デバイス120はさらに、膨張流体を流体供給源126からアクチュエータ100に可撓性管類118を通して供給するためのポンプまたはコンプレッサ等の流体送達デバイス128を含む。流体送達デバイス128は、流体をアクチュエータ100に供給する、または流体をアクチュエータ100から引き込むことが可能であってもよい。流体送達デバイス128は、電気によって給電されてもよい。電気を供給するために、膨張デバイス120は、バッテリまたは電気コンセントへのインターフェース等の電力供給源130を含んでもよい。
電力供給源130はまた、電力を制御デバイス132に供給してもよい。制御デバイス132は、ユーザが、例えば、1つまたはそれを上回る作動ボタン134(またはスイッチ等の代替デバイス)を通して、アクチュエータの膨張または収縮を制御することを可能にし得る。制御デバイス132は、制御信号を流体送達デバイス128に送信し、流体送達デバイス128に、膨張流体をアクチュエータ100に供給させる、または膨張流体をそこから引き込ませるためのコントローラ136を含んでもよい。
(統合された剛性または硬性構造を伴うソフトロボットグリッパ)
図2A−2Cは、後退可能ロッドの端部に添着される、例示的ソフトアクチュエータを描写する。本構成では、グリッパは、対向する対のアクチュエータを含む。グリッパは、エンクロージャ内または薄型把持機構が有利な雑然とした環境内に入れられた物体を取得可能である。これは、例えば、棚上または箱等の容器内にある物体を把持するために有用であり得る。
図2Aは、後退されたロッド204上に2つのアクチュエータ100を含む、例示的グリッパ200を描写する。図2Aでは、アクチュエータ100は、非作動状態にある。グリッパ200は、標的物体208を握持するように構成される。
本実施例では、アクチュエータ100は、ロッド204を介して、基部206に添着される。ロッド204は、ロッドを延在させるための機構(例えば、機械、空気圧、または油圧延在機構)を含み得る、基部206の中に延在する。ロッド204は、アクチュエータの近位端112においてアクチュエータ100に添着される。ロッド204は、金属またはプラスチック等の任意の好適な剛性または硬性材料から作製されてもよい。例示的実施形態では、ロッド112は、膨張流体をアクチュエータ100に供給するための通路を提供するために中空であってもよい。代替として、膨張流体は、別個の管類を通してアクチュエータ100に供給されてもよく、その場合、ロッドは、中実または中空であってもよい。
図2Bは、ロッド204を延在させた後の図2Aの例示的グリッパ200を描写する。図2Bの実施例では、アクチュエータ100は、非作動状態のままである。図2Cは、図2Bに示されるように、延在されたロッド204上の例示的グリッパ200を描写するが、アクチュエータ100は、作動構成にあって、標的物体208を把持している。
ロッド204は、ロッド204が量dmin(ゼロまたはさらに負であってもよく、その場合、アクチュエータ100は、基部206の中に後退することを可能にされてもよい)だけ基部206を越えて延在する、完全後退構成から、ロッド204が量dmaxだけ基部206を越えて延在する、完全延在構成まで延在するように構成されてもよい。dmaxの値は、基部206のサイズに依存してもよいが、ロッド204は、基部206を通してアクチュエータ100の反対側の基部206から延在することを可能にされてもよい。ロッド204は、dminとdmaxとの間の中間長さまで延在されてもよい。
minおよびdmaxの値は、用途(例えば、グリッパ200が到達するであろう、瓶または袋の予期される深度)に応じて選択されてもよい。いくつかの実施形態では、ロッド204は、アクチュエータ100の基部206および/または近位端112に解放可能に結合されてもよい。故に、ロッド204は、他のロッドと容易に交換され、dminおよびdmaxの値がオンザフライで調節されることを可能にしてもよい。
図3A−3Cは、剛性または硬性物体が、ソフトアクチュエータの内部に組み込まれ、アクチュエータの膨張外形を変化させる、実施例を描写する。図3Aは、2つの非作動アクチュエータ100を有する、例示的グリッパ300の断面を描写する一方、図3Bは、作動アクチュエータ100を伴う、グリッパ300の断面を描写する。これらの実施例では、アクチュエータ100の近位端112は、基部206の中に短距離だけ延在するが、他の実施形態では、近位端112は、基部206の上部に搭載されてもよい。
図3Aおよび3Bでは、通路302が、アクチュエータ100毎に基部206内に提供される。ロッド204は、通路302内に位置してもよく、非延在状態(その場合、ロッド204は、ゼロであり得る、量dminだけアクチュエータ100の中に延在する、または全くアクチュエータ100の中に延在しなくてもよい)から延在状態(その場合、ロッド204は、図3Cに示されるように、量dmaxだけアクチュエータ100の中に延在する)に延在してもよい。
図3Cは、アクチュエータ100の内部の中へのロッド204の挿入およびアクチュエータ100の膨張後の図3Aのグリッパの断面を描写する。図3Bと比較して変化した膨張外形に留意されたい。ロッド204をアクチュエータ100の中に挿入することによって、アクチュエータ100の遠位端110において撓曲することが可能にされる材料の量が減少される(近位端112により近接するアクチュエータの残りは、ロッド204の存在に起因して、撓曲することを制限される)。本制限は、アクチュエータ100の中に挿入される硬性材料の長さに依存して、アクチュエータ100の膨張外形を変化させる。
図3Bに描写されるもの等の構成は、アクチュエータ100の遠位先端110を使用して、比較的に小さい物体を握持する、またはアクチュエータ100の全長に沿って物体を握持するために非常に好適であり得るが、図3Cに描写されるもの等の構成は、アクチュエータ100の遠位先端110を使用して、比較的により大きい物体を握持する、または高さdmaxを上回るアクチュエータ100の非制限長を使用して、物体を握持するために非常に好適であり得る。
いくつかの実施形態では、ロッド204は、固定位置にある、静的物体であってもよい。他の実施形態では、ロッド204は、アクチュエータ100の中に挿入される硬性材料の長さが、要求に応じて(dminとdmaxとの間の任意の値に)調節され得るように、後退可能であってもよい。
図4A−4Gは、アクチュエータの挙動を増大させるために、硬質物体によって当接される、例示的ソフトアクチュエータを描写する。例えば、硬質物体は、アクチュエータの膨張外形を調節し、グリッパ(例えば、一対の対向アクチュエータを含む)を狭小空間の中に操縦することをより容易にし、アクチュエータのためのてこの作用点を提供し、アクチュエータが負荷下にあるとき、硬質物体の位置を過ぎて偏向しないように、アクチュエータを補強するために使用されることができる。さらに、硬質物体をアクチュエータの外部側に設置することによって、硬質物体は、膨張に先立って、またはその間、アクチュエータが硬質プレートを過ぎて移動することを制限することができる。これは、グリッパが、瓶または袋内の他のアイテムと衝突せずに、もしくはそれを偏移させずに、場所(例えば、袋または瓶内の隣接する物体間の介在間隙)の中に非常に精密に操縦されることを可能にする。
図4Aは、アクチュエータに当接する、完全に延在された硬質プレート402、404を伴う、例示的非作動グリッパ400を描写する。硬質プレートは、アクチュエータ100のアコーディオン状側に当接する、外部プレート402と、アクチュエータ100の基部側に当接する、内部プレート404とを含む。本構成では、硬質プレート402、404は、基部206から長さdmaxまで完全に延在される。本構成は、例えば、作動に先立って、グリッパ400を狭小空間内で操縦するために使用されてもよい。
図4Bは、アクチュエータ100のアコーディオン状面上に完全に延在された外部硬質プレート402と、アクチュエータ100の反対側の部分的に延在された内部硬質プレート404とを伴う、例示的作動グリッパ400を描写する。部分的に延在された内部硬質プレート404は、dminとdmaxとの間の中間値を表す、長さdintまで延在される。ここでは、アクチュエータ100のアコーディオン状側の外部プレート802は、アクチュエータ100が負荷下にあるとき、アクチュエータ100が外部プレート402の平面を過ぎて偏向されることを防止し得る。アクチュエータ100の反対側の内部プレート404は、アクチュエータ100の屈曲外形を修正するために使用されてもよい。
図4Cは、アクチュエータ100のアコーディオン状面上に完全に延在された外部硬質プレート4020と、アクチュエータ100の反対側に完全に後退された内部硬質プレート404とを伴う、例示的作動グリッパ400を描写する。アクチュエータ100の反対側の内部プレート404をアコーディオン状面から完全に後退させることは、アクチュエータ100が、膨張外形の改変を伴わずに、屈曲することを可能にする。
図4Dは、アクチュエータ100のアコーディオン状面上の完全に後退された外部硬質プレート402と、アクチュエータ100の反対側の完全に後退された内部硬質プレート404とを伴う、例示的作動グリッパ400を描写する。
硬質プレート402、404は、固定位置にある、静的物体であってもよい、または材料の長さが要求に応じて調節され得るように、後退可能であってもよい。図4A−4Dにおける硬質材料は、プレート402、404として描写されるが、他の硬質構造(例えば、円形、三角形、および長方形管)もまた、例示的実施形態と併用するために好適であり得る。
作用の機構が、図4E、4F、および4Gにおいて、アクチュエータのアコーディオン状面上の硬質プレートに関して示される。図4Eは、硬質裏地プレートを伴う、非作動グリッパを描写する。アクチュエータが膨張されると、図4Fに示されるように、湾曲する傾向を呈するであろう(硬質プレートは不在であるが、硬質プレートが位置するであろう場所が破線で描写される)。硬質プレートの存在は、図4Gにおけるように、作動グリッパをプレートに圧接させ、依然として、アクチュエータが作動し、標的を把持することを可能にしながら、作動グリッパがプレートの平面を越えて延在することを防止する。
図5A−5Cは、ロッド等の硬性本体502がソフトアクチュエータ100に対向する、別の実施例を描写する。硬性本体502は、それに対してアクチュエータ100が標的物体を押動させ得る、てこの作用点を提供してもよい。
図5Aは、硬性本体502が直線である、構成を描写する。しかしながら、硬性本体502は、様々な形状をとることができる(例えば、握持されるべき標的物体の外形に共形化するため)。例えば、図5Bは、S曲線形状の硬性本体502を描写する。さらに、複数のアクチュエータ100および/または硬性本体502が、例えば、図5Cに示されるように、採用されてもよい。本構成では、2つのアクチュエータ100が、2つまたはそれを上回る標的物体を同時に握持するために、硬性本体502の側方に位置する。
図6A−6Cは、ソフトアクチュエータ100に対向し、物体を適応的に握持する、硬性本体502のさらなる実施例を提供する。これらの実施例では、硬性本体502およびソフトアクチュエータ100は両方とも、迅速に再位置付けされ、握持外形を変化させることができる。図6Aは、非延在位置における、伸縮自在ロッドの形態の硬性本体502を描写する。図6Bは、部分的に延在されるロッドを描写し、図6Cは、完全に延在されたロッドを描写する。ロッドの延在は、把持構造の構成が修正されることを可能にする。
図7A−7Cは、硬性本体502とソフトアクチュエータ100との間の間隔および角度が動的に調節され得る方法を示す(例えば、機械的歯車、作業流体等の使用を通して)。アクチュエータ100は、レール702またはビームに摺動可能に添着される、基部206に搭載される。基部206は、レール702に沿って側方に摺動され、定位置に係止されてもよい。同様に、硬性本体502は、レール702上に摺動可能に搭載される、第2の基部704に搭載される。硬性本体502が第2の基部704に接続する点には、ヒンジまたは他の回転機構が、提供され、硬性本体502とレール702との間の角度が調節されることを可能にする。基部206、704およびヒンジは、手動で調節されてもよい、または機械的に調節されてもよい(例えば、伝動装置機構、アクチュエータ等を使用して)。基部206、704およびヒンジのうちの1つまたはいくつかの調節は、オペレータが、ソフトアクチュエータが加圧されると、結果として生じる把持外形を迅速に調整することを可能にする。例えば、図7Bは、硬性本体502が、ヒンジを中心として回転され、硬性本体502とレール702との間の角度を変化させる、構成を描写する。図7Cは、基部206、702の一方または両方が、レール702に沿って相互に向かって摺動され、定位置に係止される、実施例を描写する。
図8A−8Bは、ソフトアクチュエータのためのてこの作用点を迅速に調節するための構造および技法を描写する(図8Aは、上面図であって、図8Bは、側面図である)。図8Bに示されるように、2つのアクチュエータ100間に心合される後退可能ロッド802は、上下に自由に移動し、ケーブル804は、アクチュエータ100の任意のアコーディオンにおいて補強を再位置付けするように締め付けられてもよい。これは、ソフトアクチュエータ100の膨張外形およびアクチュエータ100の遠位先端110における送達される法線力の動的調節を可能にする。
(硬性本体の中に統合されるソフトアクチュエータ)
プレートまたはパネル等の硬性本体は、硬性本体の中に統合されるソフトアクチュエータのアレイのための構造支持としての役割を果たし得る。これは、把持構造が、近接して離間される、または箱、瓶、袋、もしくは容器の縁の近傍にある、物体を握持するために使用され得る、非常に小さい外形を達成することを可能にする。硬性本体は、作業流体が各アクチュエータに流動し、チャンバを加圧または減圧するための導管としての役割を果たす。加圧されると、アクチュエータは、固体本体を越えて延在し、軟質把持を物体上に提供する。硬質部材は、パドル、パネル、ロッド、筋かい、支柱等の任意の幾何学形状に構築されることができ、金属、プラスチック、ゴム、ガラス、セラミック、または任意の他の好適な材料から成ることができる。硬性本体は、アレイ内のアクチュエータ毎に、機械および空気圧/油圧支持を提供する。本設計は、箱または袋の縁の近傍に位置付けられる積み上げられた物体を箱または袋から取り上げることを含む、種々の用途のために使用されることができる。
図9は、その中にソフトアクチュエータ100が統合される、例示的硬性構造900を描写する。構造900は、パネル、プレート、ロッド、筋かい、パドル、フィンガ、または任意の他の硬性構造の形態をとってもよい。1つまたはそれを上回る作業流体ライン902が、硬性構造900を通して延設され、アクチュエータ100を加圧する。アクチュエータ100は、構造900の中に嵌め込まれ、中立圧力または負圧下、最小限の外形を達成してもよい。いくつかの実施形態では、構造900は、3つまたはそれを上回るアクチュエータ100を支持してもよい。
図10A−10Dは、硬性構造900の中に統合される、屈曲または線形に延在する、ソフトアクチュエータ100のための膨張外形を描写する。各アクチュエータ100は、個々に、群として、または任意の組み合わせで扱われてもよい。これらの目的のために、流体ラインの異なる組み合わせが、膨張流体をアクチュエータ100の所定の群に供給するために使用されてもよい。図10Aは、構造900の中に嵌め込まれた、中立圧力または負圧にある、一連のアクチュエータ100を描写する。図10Bは、正圧にあって、アクチュエータ100を膨張させる、図10Aのアクチュエータ100を描写する。図10Cは、負圧にある、線形アクチュエータ1000を描写する。図10Dは、正圧にある、図10Cの線形アクチュエータ1000を描写する。
図11A−11Bは、異なる物体を取り扱うように構築される、ソフトアクチュエータ100のアレイ1100およびマトリクス1102を描写する。用途に応じて、アクチュエータ100は、標的物体をより良好に握持するために、アレイ1100またはマトリクス1102に配列されてもよい。アクチュエータ100を支持する硬性構造は、アクチュエータ100を所望の構成に維持するように定寸および成形されてもよい。
図12A−12Cは、構造体が物体を狭小空間内で操作および握持するために使用され得るように小外形を達成する、図10Aおよび10Bに描写されるものに類似する統合されたソフトアクチュエータを伴う、硬性本体を描写する。図12Aに示されるように、本体は、最初に、箱、袋、または瓶の中に降下される。アクチュエータは、図12Bに示されるように、加圧されてもよい。物体は、次いで、図12Cに示されるように、瓶から除去されてもよい。物体はまた、本プロセスを逆に稼働することによって、瓶の中に設置されてもよい。
本明細書で使用されるように、単数形で列挙され、単語「a」または「an」によって先行される、要素またはステップは、そのような除外が明示的に記載されていない限り、複数要素またはステップを除外してはいないと理解されるべきである。さらに、本発明の「一実施形態」という言及は、記載された特徴も同様に組み込んでいる付加的実施形態の存在を除外するものとして解釈されることを意図されてはいない。
本発明は、ある実施形態を参照して開示されたが、説明される実施形態に対する多数の修正、改変、および変更が、添付の請求項に定義されるように、本発明の領域および範囲から逸脱することなく、可能性として考えられる。故に、本発明は、説明される実施形態に限定されず、以下の請求項およびその均等物の用語によって定義される全範囲を有することが意図される。

Claims (20)

  1. ロボットグリッパであって、
    基部と、
    前記基部に直接的または間接的に搭載されるソフトロボットアクチュエータであって、前記ソフトロボットアクチュエータは、エラストマー材料を含む中空本体を備え、前記中空本体は、膨張流体を受容するように構成される、ソフトロボットアクチュエータと、
    前記基部内または前記基部上に搭載される硬性本体であって、前記硬性本体は、
    前記ソフトロボットアクチュエータの膨張に対抗する力を提供すること、または
    前記ソフトロボットアクチュエータの長さを延在させること、
    のうちの1つまたはそれを上回るものを行うためのものである、硬性本体と、
    を備える、グリッパ。
  2. 前記硬性本体は、前記基部に静的に固定される、請求項1に記載のグリッパ。
  3. 前記硬性本体は、延在可能である、請求項1に記載のグリッパ。
  4. 前記硬性本体は、前記基部の内部に延在する、請求項1に記載のグリッパ。
  5. 前記硬性本体は、前記アクチュエータの内部に延在する、請求項1に記載のグリッパ。
  6. 前記硬性本体は、前記アクチュエータに隣接して配置される、請求項1に記載のグリッパ。
  7. 少なくとも2つの硬性本体が、前記アクチュエータの両側に配置され、前記少なくとも2つの硬性本体は、第1の硬性本体と、第2の硬性本体とを備える、請求項1に記載のグリッパ。
  8. 前記第1の硬性本体は、固定サイズであって、前記第2の硬性本体は、延在可能である、請求項7に記載のグリッパ。
  9. 前記第1の硬性本体および前記第2の硬性本体は両方とも、固定サイズである、請求項7に記載のグリッパ。
  10. 前記第1の硬性本体および前記第2の硬性本体はそれぞれ、延在可能である、請求項7に記載のグリッパ。
  11. 前記硬性本体は、握持されるべき標的物体に共形化するように構成される所定の形状または構成を有する、請求項1に記載のグリッパ。
  12. 前記ソフトロボットアクチュエータは、第1のソフトロボットアクチュエータであり、第2のソフトロボットアクチュエータをさらに備え、前記硬性本体は、前記第1のソフトロボットアクチュエータと前記第2のソフトロボットアクチュエータとの間に配置される、請求項1に記載のグリッパ。
  13. 前記アクチュエータと前記硬性本体との間の距離は、調節可能である、請求項1に記載のグリッパ。
  14. 前記硬性本体と前記基部との間の角度は、調節可能である、請求項1に記載のグリッパ。
  15. 前記硬性本体から延在する補強ケーブルをさらに備え、前記補強ケーブルは、前記ソフトロボットアクチュエータの2つのアコーディオン状延在部間に添着されるように構成される、請求項1に記載のグリッパ。
  16. ロボット構造であって、
    硬性本体と、
    前記硬性本体に搭載される2つまたはそれを上回るソフトロボットアクチュエータのアレイまたはマトリクスであって、前記ソフトロボットアクチュエータは、エラストマー材料を含む中空本体を備え、前記中空本体は、膨張流体を受容するように構成される、アレイまたはマトリクスと、
    前記膨張流体を前記アクチュエータのアレイまたはマトリクスに供給するように構成される、前記硬性本体内に提供される流体供給ラインと、
    を備える、ロボット構造。
  17. 前記ソフトロボットアクチュエータは、非作動状態または負の作動状態にあるとき、前記硬性本体の中に嵌め込まれる、請求項16に記載のロボット構造。
  18. 前記流体供給ラインは、前記アクチュエータが群として作動されるように、前記膨張流体を前記アレイまたはマトリクスのアクチュエータの全てに供給する、請求項16に記載のロボット構造。
  19. 前記流体供給ラインは、前記アクチュエータが個々に作動されるように、膨張流体を異なるアクチュエータに別個に提供するように構成される、請求項16に記載のロボット構造。
  20. 前記流体供給ラインは、前記アクチュエータのサブセットが群として膨張されるように、前記アクチュエータのアレイまたはマトリクスのサブセットを作動させるように構成される、請求項16に記載のロボット構造。

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