JP2022534835A - 移動ロボット形態 - Google Patents

Abstract

【課題】移動ロボットデバイスを提供する。【解決手段】移動ロボットデバイス（２００）は、移動ベース（２０２）と、移動ベース（２０２）に固定された搭載柱（２０４）と、を含む。ロボットデバイス（２００）は更に７自由度ロボットアーム（２０６）を含み、これは、搭載柱（２０４）に対する７自由度ロボットアーム（２０６）の回転を可能とする回転可能関節を含む。ロボットデバイス（２００）は更に、少なくとも１つのセンサ（２１４）を含む知覚筐体（２１２）を含む。搭載柱（２０４）、７ＤＯＦアーム（２０６）の回転可能関節、及び知覚筐体（２１２）は、７自由度アームの回転可能関節が搭載柱（２０４）よりも上方にあると共に知覚筐体（２１２）よりも下方にあるように積層塔に構成されている。【選択図】 図２

Description

（関連出願の相互参照）
[0001] 本出願は、本記載で充分に記述されているのと同様に援用によって本願に含まれる２０１９年５月２８日に出願された「Mobile Robot Morphology」と題する米国仮特許出願第６２／８５３，５３４号の優先権を主張する２０２０年５月２７日に出願された米国特許出願第ＵＳ１６／８８４，８７３号の優先権を主張する。

[0002] 技術の進歩と共に、ユーザを支援することができる多種多様な機能を実行するため様々なタイプのロボットデバイスが生成されている。ロボットデバイスは特に、マテリアルハンドリング、輸送、溶接、組み立て、及び分配に関連する用途向けに使用できる。時間と共に、こういったロボットシステムの動作の仕方はいっそうインテリジェントに、高効率に、かつ直感的になっている。ロボットシステムは現代生活の多くの面でますます普及してきており、ロボットシステムが効率的であることが望まれている。従って、効率的なロボットシステムに対する需要は、アクチュエータ、移動、検知技法、並びにコンポーネントの設計及び組み立てにおいて、革新的な分野を切り開くことに役立っている。

[0003] 一例の実施形態は、アーム運動範囲、空間利用、効率的なアーム格納、及び知覚システムとアームエンドシステムとの間の閉塞（occlusion）の回避のために最適化された移動ロボットを含む。

[0004] 一実施形態において、移動ロボットデバイスは、移動ベースと、この移動ベースに固定された搭載柱と、を含む。ロボットデバイスは更に７自由度（７ＤＯＦ）ロボットアームを含み、これは、搭載柱に対する７ＤＯＦロボットアームの回転を可能とする回転可能関節を含む。ロボットデバイスは更に、少なくとも１つのセンサを含む知覚筐体を含む。搭載柱、７ＤＯＦアームの回転可能関節、及び知覚筐体は、７ＤＯＦアームの回転可能関節が搭載柱よりも上方にあると共に知覚筐体よりも下方にあるように積層塔に構成されている。

[0005] 別の実施形態において、ロボットアームは、肩ヨーＪ０関節、肩ピッチＪ１関節、二頭筋ロールＪ２関節、肘ピッチＪ３関節、前腕ロールＪ４関節、手首ピッチＪ５関節、及び手首ロールＪ６関節を備える。肩ヨーＪ０関節と二頭筋ロールＪ２関節との間の第１のオフセットは、二頭筋ロールＪ２関節と前腕ロールＪ４関節との間の第２のオフセットとほぼ等しく、二頭筋は前腕と長さがほぼ等しい。

[0006] 更に別の実施形態において、移動ロボットデバイスの７ＤＯＦロボットアームの肩ヨーＪ０関節を、搭載柱が固定されている移動ベースの第１の端部から離れる方へ回転させることを含む方法が提供される。搭載柱、７ＤＯＦアームの肩ヨーＪ０関節、及び移動ロボットデバイスの知覚筐体は、７ＤＯＦアームの肩ヨーＪ０関節が搭載柱よりも上方にあると共に知覚筐体よりも下方にあるように積層塔に構成されている。方法は更に、移動ロボットデバイスの７ＤＯＦロボットアームの肩ピッチＪ１関節を鉛直方向上方へ回転させることを含む。方法は更に、肘ピッチＪ３関節を鉛直方向下方へ回転させることを含む。また、方法は、手首ピッチＪ５関節を鉛直方向下方へ回転させて、７ＤＯＦロボットアームを、肩を上げた格納構成に位置決めすることを含む。

[0007] 別の実施形態において、移動ロボットデバイスの７ＤＯＦロボットアームの肩ヨーＪ０関節を、搭載柱が固定されている移動ベースの第１の端部から離れる方へ回転させるための手段を含むシステムが提供される。搭載柱、７ＤＯＦアームの肩ヨーＪ０関節、及び移動ロボットデバイスの知覚筐体は、７ＤＯＦアームの肩ヨーＪ０関節が搭載柱よりも上方にあると共に知覚筐体よりも下方にあるように積層塔に構成されている。システムは更に、移動ロボットデバイスの７ＤＯＦロボットアームの肩ピッチＪ１関節を鉛直方向上方へ回転させるための手段を含む。システムは更に、肘ピッチＪ３関節を鉛直方向下方へ回転させるための手段を含む。また、システムは、手首ピッチＪ５関節を鉛直方向下方へ回転させて、７ＤＯＦロボットアームを、肩を上げた格納構成に位置決めするための手段を含む。

[0008] 更に別の実施形態において、移動ベースと、移動ベースに固定された搭載柱と、搭載柱に対する付属物の回転を可能とする回転可能関節と、少なくとも１つのセンサを含む知覚筐体と、を備える移動ロボットデバイスが提供される。搭載柱、回転可能関節、及び知覚筐体は、回転可能関節が搭載柱よりも上方にあると共に知覚筐体よりも下方にあるように積層塔に構成されている。

[0009] 前述の概要は単なる例示であり、いかなる点でも限定的であることは意図されない。図面、以下の詳細な説明、及び添付図面を参照することにより、上述した例示的な態様、実施形態、及び特徴に加えて、別の態様、実施形態、及び特徴も明らかとなろう。

一例の実施形態に従ったロボットシステムの構成を示す。 一例の実施形態に従った移動ロボットを示す。 一例の実施形態に従った移動ロボットの分解図を示す。 一例の実施形態に従ったロボットアームを示す。 一例の実施形態に従った関節の運動範囲を示す。 一例の実施形態に従ったロボット寸法を示す。 一例の実施形態に従ったロボット寸法を示す。 一例の実施形態に従ったロボット寸法を示す。 一例の実施形態に従った格納構成を示す。 一例の実施形態に従った格納構成を示す。 一例の実施形態に従った格納構成を示す。 一例の実施形態に従った格納構成を示す。 一例の実施形態に従った格納構成を示す。 一例の実施形態に従った格納構成を示す。 一例の実施形態に従った、アームエンドシステムの知覚を容易にするためのロボットアーム構成を示す。 一例の実施形態に従った、アームエンドシステムの知覚を容易にするためのロボットアーム構成を示す。 一例の実施形態に従った、アームエンドシステムの知覚を容易にするためのロボットアーム構成を示す。 一例の実施形態に従った、アームエンドシステムの知覚を容易にするためのロボットアーム構成を示す。 一例の実施形態に従った、回転可能関節に対する付属物の取り付けを示す。 一例の実施形態に従った、回転可能関節に対する付属物の取り付けを示す。 一例の実施形態に従った、付属物が取り付けられた回転可能関節の位置を示す。 一例の実施形態に従った、付属物が取り付けられた回転可能関節の位置を示す。

[0021] 本明細書において、一例の方法、デバイス、及びシステムが記載される。「一例の」及び「例示的な」という用語は、本明細書で用いる場合、「例、事例、又は例示として機能する」を意味することは理解されよう。「一例」又は「例示的」であると本明細書に記載されている実施形態又は特徴は、そのように指示されていない限り、他の実施形態又は特徴より好適であるとも優れているとも必ずしも解釈されない。本明細書に提示される主題の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、他の変更を加えることができる。

[0022] 従って、本明細書に記載される一例の実施形態は限定的であることは意図されない。一般的に本明細書に記載されると共に図面に示される本開示の態様を、多種多様な異なる構成に配列、置換、結合、分離、及び設計できることは、容易に理解されよう。

[0023] 本記載全体を通して、一例の実施形態の要素を導入するために冠詞「a」又は「an」が用いられる。特に他の規定がない限り、又は文脈上明らかに他の意味が示される場合を除いて、「a」又は「an」の使用は「少なくとも１つ」を意味し、「the」の使用は「その少なくとも１つ」を意味する。少なくとも２つの用語を列挙した記載中で接続詞「or（又は）」を用いる意図は、列挙した用語のうち任意のもの又は列挙した用語の任意の組み合わせを示すことである。

[0024] 「第１」、「第２」、「第３」のような序数の使用は、各要素の特定の順序を示すためでなく、各要素を区別するためである。この記載の目的で、「多数の」及び「複数の」という用語は、「２つ以上の」又は「２つを超える」を示す。

[0025] 更に、文脈上他の意味が示唆される場合を除いて、図面の各々に示される特徴部（feature）は相互に組み合わせて使用することができる。このため、図示されている全ての特徴部が各実施形態に必要であるわけではないことを理解した上で、図面は一般的に、１つ以上の全体的な実施形態の要素態様（component aspect）として見るべきである。図面では、文脈上他の意味が示される場合を除いて、同様の符号は通常、同様のコンポーネントを識別する。更に、特に断りのない限り、図面は一定の縮尺通りには描かれておらず、単に例示の目的のためだけのものである。また、図面は単に代表的なものであり、全てのコンポーネントが図示されているわけではない。例えば、追加の構造的又は制限的（restraining）コンポーネントは図示されていない場合がある。

[0026] 更に、本明細書又は特許請求の範囲における要素、ブロック、又はステップの列挙は、明確さの目的のためのものである。従って、そのような列挙は、これらの要素、ブロック、又はステップが特定の配列に従うこと又は特定の順序で実行されることを要求する又は示唆すると解釈されるべきではない。

Ｉ．概要
[0027] 本明細書に記載されているのは、一例のロボットデバイスと、この一例のロボットデバイス及び／又はその変形によって実行され得る一例の動作である。一例のロボットデバイスは、移動ベース、アーム、アームエンドシステム（ＥＯＡＳ：end of arm system）、中央部、マスト、及び知覚筐体を含む、共に結合された多数のコンポーネントを含み得る。アームは、タスクの実行を最適化するため、特定の自由度（ＤＯＦ：degrees of freedom）、運動範囲（ＲＯＭ：ranges of motion）、関節タイプ、リンク長、及び関節オフセットを含み得る。ロボットの所望の動作機能と空間及びコストの制約との間にはトレードオフが存在する。本明細書に記載されているいくつかの例示のロボットは、製造及びプログラミングを簡略化して、非産業用途のために手頃な価格のロボットを可能とするように設計されている。

[0028] 一般に、本明細書に記載されているロボットデバイスは複数の設定で使用され、各設定に対応した動作を実行するように構成できる。例えばロボットデバイスは、家庭用支援ロボットとして使用され得る。ロボットデバイスは、可能なタスクの中でもとりわけ、洗濯物を集めて洗濯かご又は洗濯機に入れたり、ごみを集めて床を掃除したり、おもちゃを集めておもちゃ収納箱に入れて片付けをしたり、家具を適切な位置に動かしたり、飲料、食物、及び鍵を取ってきたりするように構成できる。ロボットデバイスは更に、庭仕事支援ロボットとして用いて、裏庭又は前庭の落ち葉や枝、その他の望ましくない物を掃いて集める等、特定の庭仕事を実行することができる。ロボットデバイスは、このロボットデバイスを制御するために必要な人による入力量を減らすため、本明細書に記載されている動作のいずれかを自律的に実行するよう構成できる。

[0029] 一例のロボットは、車輪付きベースのような移動ベースを含む。ロボットは更に、移動ベースに固定された搭載柱を含む。ロボットは更に７ＤＯＦロボットアームを含み、これは、搭載柱に対するロボットアームの回転を可能とする回転関節を備えている。ロボットは更に、知覚のため少なくとも１つのセンサを備えた知覚筐体を含む。搭載柱、アームの回転関節、及び知覚筐体は、積層塔に構成することができる。積層塔の各コンポーネントは同軸であり得る。この構成は、ロボットアームのエンドエフェクタによって保持されるか又は他の方法で操作される物体の知覚を容易にすることができる。

[0030] 積層塔は、移動ベースの前側で１つ以上の駆動輪の上に位置決めすることができる。移動ベースは更に、積層塔の後方に後部を含み得る。後部は、平坦な又は比較的平坦な上面を含み得る。後部は、ロボットによって操作された物体を格納するためのかご又は箱のような容器を含み得る。この構成により、ロボットアームは、物体を拾うためロボット前面の方へ回転し、次いでロボット背面の方へ回転して、物体を移動ベースの後部に（例えば平坦な表面上に又は容器内に）置くことができる。同じプロセスを繰り返すことで、ロボットの後部に現在収容されている物体をロボットアームでロボットの環境内へ移動させる逆のプロセスを効率的に実行できる。

[0031] また、一例の実施形態は、ロボットアームが操作のため使用されていない場合にロボットアームの効率的な格納を可能とする。具体的に述べると、ロボットアームは、移動ベースの後部の上で所定の格納構成に折り畳むことができる。いくつかの例では、格納構成によって、ロボットアームを完全に移動ベースの設置面積内に配置することができる（ロボットアームのどの部分も移動ベースの縁に覆いかぶさらないようにする）。空間の制約を最適化するため、移動ベースは、格納構成においてロボットアームの先端部が移動ベースの後端及び／又は側部に達する（又は後端及び／又は側部から短い距離内に達する）ように設計することができる。

[0032] 本明細書に記載されている一例のロボットでは、複数の格納構成が可能である（例えば、肩を上げた格納構成又は肩を下げた格納構成）。ロボットアームの運動学的特性（kinematics）（関節ＲＯＭ、関節オフセット、及びリンク長を含む）は、アクティブなポーズと格納構成との間のロボットアームの移行を容易にするように選択され得る。複数の格納構成が可能な例では、ロボットアームの現在のアクティブ位置からの移行が容易である格納構成に基づいて、及び／又は、次に予定されているロボットアームのアクティブ位置へのロボットの移行が容易である格納構成に基づいて、ロボットは格納構成の中から選択を行うことができる。

[0033] ロボットアームを格納構成に折り曲げた後、ロボットは、ロボットアームを格納構成に固定した状態を維持したまま、移動ベースによってナビゲートすることができる。その後ロボットは、環境内で物体を操作するため、又は他の何らかのタスクを実行するために、移動ベースによるナビゲーションを停止し、次いでロボットアームをアクティブ位置に戻すことができる。

[0034] コンパクトな形態を維持しながら運動範囲全体を最適化するため、ロボットは比較的背が高く細い形状に設計され得る。例えば、知覚筐体の上部までのロボットの高さは、移動ベースの長さの２倍より大きく、移動ベースの幅の３倍より大きいことがある。背が高く細い積層塔によって、知覚筐体と７ＤＯＦロボットアームの回転可能関節との間の比較的長いマストコンポーネントが可能となる。この機構では、知覚筐体の知覚機能を用いてロボットアームのエンドエフェクタを知覚することが容易になるが、他のロボットでは多くの場合、グリッパ内の物体とロボット上のセンサとの間にロボットアームの一部があることによって閉塞が生じる結果となり得る。

[0035] 知覚筐体内のセンサとＥＯＡＳとの間の視認性を更に向上させるため、ロボットアームに７ＤＯＦを与えることができる。７ＤＯＦを用いることにより、知覚を容易にしながら環境内でターゲットポーズにＥＯＡＳを配置するアーム構成を選択するため、余分なＤＯＦが利用可能となる。より具体的には、ロボットアームのエンドエフェクタによって操作されている物体をより良く知覚するため、ロボットアームの二頭筋に二頭筋ロール関節を提供して、前腕を邪魔にならないよう回転させる（roll）ことができる。

[0036] リンク長及び関節オフセットは、ロボットアームが操作機能を最適化すると共にロボットアームの効率的な格納を容易にするように選択され得る。交差軸でなく関節オフセットを用いることによって、ロボットの上部関節を格納と運動範囲のために最適化できる。より具体的に述べると、塔の回転関節と二頭筋のロール関節との間の第１のオフセットは、二頭筋のロール関節と前腕のロール関節との間の第２のオフセットと等しく又はほぼ等しく（例えば１０パーセント内に）設定することができる。また、二頭筋の長さは、前腕の長さと等しく又はほぼ等しく（例えば１０パーセント内に）設定することができる。この機構は、一方のオフセットが他方のオフセットを補償できる、及び／又は一方のリンク長が他方のリンク長を補償できるという利点がある。また、これら２つの比較的長い連続リンク間で同一の又はほぼ同一のオフセットを用いることにより、運動学的計算を容易にして作業空間を改善する。オフセットは、ユーザにとって有害となり得るピンチポイントを回避するよう充分に大きく設定することができる（例えば２５ミリメートルのギャップ）。代替的な例では、２つのオフセットは相互に大きく異なってもよく、及び／又は２つのリンク長は相互に大きく異なってもよい。

ＩＩ．一例のロボットシステム
[0037] 図１は、本明細書に記載されている実施例と関連付けて使用され得るロボットシステムの一例の構成を示す。ロボットシステム１００は、自律的に、半自律的に、又は１人もしくは複数人のユーザによって与えられる指示を用いて動作するよう構成できる。ロボットシステム１００は、ロボットアーム、産業用ロボット、又は他の何らかの機構のような様々な形態で実施され得る。いくつかの例示の実施例は、大規模で低コストに設計されると共に種々のタスクをサポートするように設計されたロボットシステム１００を含む。ロボットシステム１００は、人間の周囲で動作できるように設計され得る。また、ロボットシステム１００は機械学習向けに最適化され得る。本記載全体を通して、ロボットシステム１００は、いくつかある名称の中でも特に、ロボット、ロボットデバイス、又は移動ロボットと呼ばれることもある。

[0038] 図１に示されているように、ロボットシステム１００は、１又は複数のプロセッサ１０２、データストレージ１０４、及び１又は複数のコントローラ１０８を含むことができ、これらは共に制御システム１１８の一部であり得る。また、ロボットシステム１００は、１又は複数のセンサ１１２、１又は複数の動力源１１４、機械コンポーネント１１０、及び電気コンポーネント１１６も含むことができる。しかしながら、ロボットシステム１００は例示の目的で図示されているので、これより多数の又は少数のコンポーネントを含み得る。ロボットシステム１００の様々なコンポーネントは、有線又は無線の接続を含む任意の方法で接続することができる。更に、いくつかの例では、ロボットシステム１００のコンポーネントは、単一の物理的要素（entity）でなく複数の物理的要素にわたって分散させることができる。ロボットシステム１００の他の例示も存在し得る。

[0039] １又は複数のプロセッサ１０２は、１つ以上の汎用ハードウェアプロセッサ又は専用ハードウェアプロセッサ（例えばデジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路等）として動作できる。１又は複数のプロセッサ１０２は、コンピュータ可読プログラム命令１０６を実行すると共にデータ１０７を操作するように構成できる。コンピュータ可読プログラム命令１０６及びデータ１０７の双方はデータストレージ１０４に記憶されている。また、１又は複数のプロセッサ１０２は、例えば１又は複数のセンサ１１２、１又は複数の動力源１１４、機械コンポーネント１１０、又は電気コンポーネント１１６のようなロボットシステム１００の他のコンポーネントと、直接又は間接的に相互作用することができる。

[0040] データストレージ１０４は、１つ以上の種類のハードウェアメモリとすることができる。例えばデータストレージ１０４は、１又は複数のプロセッサ１０２によって読み出し又はアクセスが可能な１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体を含むか又はこの形態をとることができる。１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体は、光学、磁気、有機、又は他のタイプのメモリ又はストレージのような揮発性又は不揮発性ストレージコンポーネントを含むことができ、全体的に又は部分的に１又は複数のプロセッサ１０２に一体化され得る。いくつかの実施例では、データストレージ１０４は単一の物理的デバイスとすることができる。他の実施例では、データストレージ１０４は、有線又は無線の通信を介して相互に通信できる２つ以上の物理的デバイスを用いて実施され得る。前述のように、データストレージ１０４はコンピュータ可読プログラム命令１０６及びデータ１０７を含むことができる。データ１０７は、いくつかある可能性の中でも特に、構成データ、センサデータ、又は診断データのような任意のタイプのデータであり得る。

[0041] コントローラ１０８は、（おそらく、いくつかあるタスクの中でも特に）機械コンポーネント１１０、１又は複数のセンサ１１２、１又は複数の動力源１１４、電気コンポーネント１１６、制御システム１１８、又はロボットシステム１００のユーザのうち任意の組み合わせ間のインタフェースとなるように構成された、１つ以上の電気回路、デジタル論理ユニット、コンピュータチップ、又はマイクロプロセッサを含み得る。いくつかの実施例において、コントローラ１０８は、ロボットシステム１００の１つ以上のサブシステムによって特定の動作を実行するための専用の埋め込みバイスとすることができる。

[0042] 制御システム１１８は、ロボットシステム１００の動作状態を監視し、物理的に変化させることができる。その際に制御システム１１８は、機械コンポーネント１１０間又は電気コンポーネント１１６間のようなロボットシステム１００の部分間のリンクとして機能できる。いくつかの例において、制御システム１１８は、ロボットシステム１００と別のコンピューティングデバイスとの間のインタフェースとして機能できる。更に、制御システム１１８は、ロボットシステム１００とユーザとの間のインタフェースとして機能できる。いくつかの例において制御システム１１８は、ジョイスティック、ボタン、又はポート等、ロボットシステム１００と通信を行うための様々なコンポーネントを含み得る。上述した一例のインタフェース及び通信は、有線もしくは無線の接続、又はこれら双方によって実施され得る。制御システム１１８は、ロボットシステム１００のため他の動作も実行することができる。

[0043] 動作中、制御システム１１８は、有線又は無線の接続を介してロボットシステム１００の他のシステムと通信を行うことができ、更に、ロボットの１人以上のユーザと通信を行うように構成できる。１つの可能な例として、制御システム１１８は、例えば物体を拾ってある位置から別の位置へ移動させるといった要求されるタスクを実行する命令を示す入力を、（例えばユーザから又は別のロボットから）受信できる。この入力に基づいて、制御システム１１８は、要求されたタスクを実行するための移動シーケンスをロボットシステム１００に行わせる動作を実行できる。別の例として、制御システムは、要求された位置へ移動する命令を示す入力を受信できる。これに応答して、制御システム１１８は（おそらく他のコンポーネント又はシステムを用いて）、要求された位置へ向かう途中の環境でロボットシステム１００を移動させる方向及び速度を決定できる。

[0044] 制御システム１１８の動作は、１又は複数のプロセッサ１０２によって実行することができる。あるいは、これらの動作は、１もしくは複数のコントローラ１０８によって、又は１もしくは複数のプロセッサ１０２と１もしくは複数のコントローラ１０８との組み合わせによって実行できる。いくつかの実施例において、制御システム１１８は、部分的に又は全体的にロボットシステム１００以外のデバイス上に存在し、従って少なくとも部分的にロボットシステム１００を遠隔で制御することができる。

[0045] 機械コンポーネント１１０は、ロボットシステム１００が物理的動作を実行することを可能とするロボットシステム１００のハードウェアを表す。いくつかの例として、ロボットシステム１００は、アーム、エンドエフェクタ、知覚筐体、マスト、中央部、ベース、及び車輪といった１つ以上の物理部材を含み得る。ロボットシステム１００の物理部材又は他の部分は更に、これらの物理部材を相互に対して移動させるよう配置されたアクチュエータを含み得る。また、ロボットシステム１００は、制御システム１１８又は他のコンポーネントを収容するための１つ以上の構造体も含むことができ、更に、他のタイプの機械コンポーネントも含み得る。所与のロボットで用いられる特定の機械コンポーネント１１０は、ロボットの設計に基づいて変動する可能性があり、また、ロボットが実行するように構成された動作又はタスクに基づき得る。

[0046] いくつかの例では、機械コンポーネント１１０は１つ以上の着脱可能コンポーネントを含み得る。ロボットシステム１００は、そのような着脱可能コンポーネントを追加又は除去するように構成できるが、それにはユーザ又は別のロボットによる支援が必要となることがある。例えばロボットシステム１００は、必要に応じて又は所望の場合に交換又は変更できる着脱可能エンドエフェクタ又は指を備えて構成することができる。いくつかの実施例において、ロボットシステム１００は、１つ以上の着脱可能又は交換可能なバッテリユニット、制御システム、動力システム、バンパ、又はセンサを含み得る。他のタイプの着脱可能コンポーネントもいくつかの実施例に含まれ得る。

[0047] ロボットシステム１００は、ロボットシステム１００の様相（aspect）を検知するように配置された１又は複数のセンサ１１２を含み得る。１又は複数のセンサ１１２は、いくつかの可能性の中でも特に、１又は複数の力センサ、トルクセンサ、速度センサ、加速度センサ、位置センサ、近接センサ、運動センサ、位置センサ、荷重センサ、温度センサ、タッチセンサ、深度センサ、超音波距離センサ、赤外線センサ、物体センサ、又はカメラを含み得る。いくつかの例において、ロボットシステム１００は、ロボットから物理的に分離されているセンサ（例えば、他のロボット上に位置決めされたセンサ、又はロボットが動作している環境内に配置されたセンサ）からセンサデータを受信するように構成できる。

[0048] １又は複数のセンサ１１２は、（おそらくデータ１０７を介して）センサデータを１又は複数のプロセッサ１０２に提供することで、ロボットシステム１００がその環境と相互作用すること、及びロボットシステム１００の動作を監視することを可能とする。センサデータは、制御システム１１８によって機械コンポーネント１１０及び電気コンポーネント１１６の活性化、移動、及び非活性化を行うため様々なファクタを評価する際に使用できる。例えば、１又は複数のセンサ１１２は、環境の地形又は付近の物体の位置に対応するデータを捕捉することができ、これによって環境認識及びナビゲーションを支援できる。

[0049] いくつかの例において、１又は複数のセンサ１１２は、（例えば長距離の物体検出、距離決定、もしくは速度決定のための）レーダ、（例えば短距離の物体検出、距離決定、もしくは速度決定のための）ライダー、（例えば水中の物体検出、距離決定、もしくは速度決定のための）ソーナ、（例えばモーションキャプチャのための）ＶＩＣＯＮ（登録商標）、１つ以上のカメラ（例えば３Ｄビジョンのための立体カメラ）、全地球測位システム（ＧＰＳ）送受信器、又は、ロボットシステム１００が動作している環境の情報を捕捉するための他のセンサを含み得る。１又は複数のセンサ１１２は、環境をリアルタイムで監視し、障害物、地形の要素、気象条件、温度、又は環境の他の様相を検出することができる。別の例において、１又は複数のセンサ１１２は、ターゲット又は識別された物体のサイズ、形状、外形、構造、又は向き等、その物体の１つ以上の特徴に対応するデータを捕捉できる。

[0050] また、ロボットシステム１００は、ロボットシステム１００の様々なコンポーネントの状態を監視できる１又は複数のセンサ１１２を含む、ロボットシステム１００の状態を示す情報を受信するように構成された１又は複数のセンサ１１２を含み得る。１又は複数のセンサ１１２は、ロボットシステム１００のシステムの活動を測定し、例えば伸縮式アーム、エンドエフェクタ、又はロボットシステム１００の他の機械的もしくは電気的特徴部の動作等、ロボットシステム１００の様々な特徴部の動作に基づく情報を受信することができる。１又は複数のセンサ１１２が提供したデータによって、制御システム１１８がロボットシステム１００のコンポーネントの動作のエラーを決定すること、及びそれらのコンポーネントの全体的な動作を監視することが可能となる。

[0051] 一例としてロボットシステム１００は、力／トルクセンサを用いて、ロボットシステム１００の様々なコンポーネントにかかる負荷を測定することができる。いくつかの実施例において、ロボットシステム１００は、アーム又はエンドエフェクタ上に１つ以上の力／トルクセンサを含んで、アーム又はエンドエフェクタの１つ以上の部材を移動させるアクチュエータにかかる負荷を測定できる。いくつかの例において、ロボットシステム１００は、手首又はエンドエフェクタ又はその近傍であるがロボットアームの他の関節又はその近傍でない位置に、力／トルクセンサを含むことができる。別の例において、ロボットシステム１００は、ロボットシステムのアクチュエータの位置を検知する１つ以上の位置センサを使用することができる。例えばそのような位置センサは、アーム又はエンドエフェクタ上のアクチュエータの伸長、格納、配置、又は回転の状態を検知できる。

[0052] 別の例として、１又は複数のセンサ１１２は１つ以上の速度又は加速度センサを含むことができる。例えば、１又は複数のセンサ１１２は慣性測定ユニット（ＩＭＵ：inertial measurement unit）を含み得る。ＩＭＵは、重力ベクトルに対するワールドフレーム（world frame）の速度及び加速度を検知できる。次いで、ロボットシステム１００内のＩＭＵの位置とロボットシステム１００の運動学に基づいて、ＩＭＵにより検知した速度及び加速度をロボットシステム１００の速度及び加速度に変換すればよい。

[0053] ロボットシステム１００は、本明細書で明示的に検討されない他のタイプのセンサを含み得る。これに加えて又はこの代わりに、ロボットシステムは、本明細書に列挙されていない目的のために特定のセンサを用い得る。

[0054] また、ロボットシステム１００は、ロボットシステム１００の様々なコンポーネントに動力を供給するように構成された１つ以上の動力源１１４も含むことができる。ロボットシステム１００は、いくつかの可能な動力システムの中でも特に、油圧システム、電気システム、バッテリ、又は他のタイプの動力システムを含み得る。１つの例示として、ロボットシステム１００は、ロボットシステム１００のコンポーネントに電荷を与えるように構成された１つ以上のバッテリを含み得る。機械コンポーネント１１０又は電気コンポーネント１１６のいくつかは、それぞれ異なる動力源に接続するか、同一の動力源によって動力を供給するか、又は複数の動力源によって動力を供給することができる。

[0055] 電力又はガソリンエンジン等、任意のタイプの動力源を用いてロボットシステム１００に動力を供給することができる。これに加えて又はこの代わりに、ロボットシステム１００は、流体動力を用いて機械コンポーネント１１０に動力を供給するよう構成された油圧システムを含み得る。ロボットシステム１００のコンポーネントは、例えば作動油（hydraulic fluid）が油圧システム全体を通って様々な油圧モータ及び油圧シリンダへ伝送されることに基づいて動作し得る。油圧システムは、ロボットシステム１００のコンポーネント間のチューブ、可撓性ホース、又は他のリンクを通る加圧作動油によって、油圧動力を伝達できる。１又は複数の動力源１１４は、外部動力源に対する有線接続、無線充電、燃焼、又は他の例のように、様々なタイプの充電を用いて充電することができる。

[0056] 電気コンポーネント１１６は、電荷又は電気信号を処理、伝達、又は提供することができる様々な機構を含み得る。電気コンポーネント１１６は、いくつかの可能な例の中でも特に、ロボットシステム１００の動作を可能とするための電線、回路、又は無線通信送信器及び受信器を含み得る。電気コンポーネント１１６は、ロボットシステム１００が様々な動作を実行できるように機械コンポーネント１１０と相互作用し得る。電気コンポーネント１１６は、例えば様々な機械コンポーネント１１０に１又は複数の動力源１１４からの動力を供給するように構成できる。更に、ロボットシステム１００は電気モータを含み得る。電気コンポーネント１１６の他の例も存在し得る。

[0057] ロボットシステム１００は、ロボットシステムの付属物及びコンポーネントに接続するか又はそれらを収容することができる本体を含み得る。このため、本体の構造は複数の例において変動することがあり、更に、所与のロボットが実行するよう設計され得る特定の動作に依存する可能性がある。例えば、重い荷物を運ぶように開発されたロボットは、荷物を置くことができる幅広い本体を有し得る。同様に、狭い空間内で動作するように設計されたロボットは、比較的背が高く細い本体を有し得る。また、本体又は他のコンポーネントは、金属又はプラスチックといった様々なタイプの材料を用いて開発され得る。他の例において、ロボットは、異なる構造を有するか又は様々なタイプの材料で作製された本体を有し得る。

[0058] 本体又は他のコンポーネントは、１又は複数のセンサ１１２を含むか又は担持し得る。これらのセンサは、いくつかの例の中でも特に、本体、知覚筐体、又はエンドエフェクタ等、ロボットシステム１００上の様々な位置に配置することができる。

[0059] ロボットシステム１００は、輸送される予定の何らかの貨物のような荷物を運ぶように構成できる。いくつかの例では、ロボットシステム１００によって、ロボットシステム１００に取り付けられた箱又は他の容器内に荷物を置くことができる。また、荷物は、ロボットシステム１００が利用できる外部バッテリ又は他のタイプの動力源（例えばソーラーパネル）も表し得る。荷物を運ぶことは、ロボットシステム１００を構成することができる１つの使用例を表すが、ロボットシステム１００は他の動作を実行するようにも構成され得る。

[0060] 上述のようにロボットシステム１００は、様々なタイプの付属物、車輪、エンドエフェクタ、把持デバイス等を含み得る。いくつかの例では、ロボットシステム１００は、車輪、トレッド（tread）、又は他の何らかの移動形態を用いる移動ベースを含み得る。加えて、ロボットシステム１００は、ロボットアーム又は他の何らかの形態のロボットマニピュレータを含み得る。移動ベースの場合、このベースは機械コンポーネント１１０の１つと見なされ、車輪を含むことができ、本体の残り部分に加えてロボットアームの可動性を与えるアクチュエータのうち１つ以上によって動力が供給される。

[0061] 図２は、一例の実施形態に従った移動ロボットを示す。図３は、一例の実施形態に従った移動ロボットの分解図を示す。より具体的には、ロボット２００は、移動ベース２０２、中央部２０４、アーム２０６、アームエンドシステム（ＥＯＡＳ：end-of-arm system）２０８、マスト２１０、知覚筐体２１２、及び知覚部２１４を含み得る。ロボット２００は、移動ベース２０２内に収容された計算ボックス２１６も含み得る。

[0062] 移動ベース２０２は、ロボット２００の移動を行うためロボット２００の前端に位置決めされた２つの駆動輪を含む。また、移動ベース２０２は、地面上での移動ベース２０２の運動を容易にするため追加のキャスタ（図示せず）も含む。移動ベース２０２は、計算ボックス２１６の容易な取り外しを可能とするモジュール式アーキテクチャを有し得る。計算ボックス２１６は、ロボット２００のための（機械的に一体化された制御システムでなく）着脱可能制御システムとして機能することができる。外殻を取り外した後、計算ボックス２１６を容易に取り外すこと、試験すること、デバッグすること、及び／又は交換することができる。計算ボックス２１６内のモジュール方式は更に、制御及び知覚システムを独立してアップグレードすることを可能とする。また、計算ボックス２１６内部の物理モジュールは、ケーブルを最小限に抑えるように構成できる。計算ボックス２１６内でケーブルを引き回すのではなく、内部の基板を相互に連結して、外部で必要な場所にコネクタを露出させた構造にすればよい。また、移動ベース２０２は、追加のモジュール方式を与えるように設計できる。例えば移動ベース２０２は、動力システム、バッテリ、及び／又は外部バンパを全て容易に取り外す及び／又は交換することができるように設計され得る。

[0063] 中央部２０４は、移動ベース２０２の前端で移動ベース２０２に取り付けることができる。中央部２０４は、移動ベース２０２に固定された搭載柱を含む。中央部２０４は更に、アーム２０６のための回転関節を含む。より具体的には、中央部２０４は、アーム２０６のための第１の２自由度を含む（肩ヨーＪ０関節と肩ピッチＪ１関節）。搭載柱及び肩ヨーＪ０関節は、移動ベース２０２の前面で積層塔の一部を形成し得る。搭載柱及び肩ヨーＪ０関節は同軸であり得る。中央部２０４の搭載柱の長さは、一般的に遭遇する高さレベル（例えばコーヒーテーブル面及びカウンタ天板のレベル）で操作タスクを実行するのに充分な高さをアーム２０６に与えるように選択できる。また、中央部２０４の搭載柱の長さによって、肩ピッチＪ１関節は、アーム２０６を移動ベース２０２の上方で移動ベース２０２に接触させずに回転させることができる。

[0064] アーム２０６は、中央部２０４に接続された場合に７ＤＯＦロボットアームであり得る。上記のように、アーム２０６の第１の２ＤＯＦは中央部２０４に含めることができる。残りの５ＤＯＦは、図２及び図３に示されているように、アーム２０６の独立した部分に含めることができる。アーム２０６は、プラスチックの一体リンク構造で構成され得る。アーム２０６内部に、独立したアクチュエータモジュール、ローカルモータドライバ、及び貫通孔配線を収容することができる。アーム２０６の例示的な関節タイプ、ＲＯＭ、リンク長、及び関節オフセットについては、以下で詳述する。

[0065] ＥＯＡＳ２０８は、アーム２０６の端部のエンドエフェクタとすることができる。ＥＯＡＳ２０８は、ロボット２００が環境内で物体を操作することを可能とする。図２及び図３に示されているように、ＥＯＡＳ２０８は、劣駆動ピンチグリッパ等のグリッパとすることができる。グリッパは、物体検出及びグリッパ制御を容易にするため、力／トルクセンサのような１つ以上の接触センサ及び／又は１つ以上のカメラのような非接触センサを含み得る。また、ＥＯＡＳ２０８は、吸引グリッパのような異なるタイプのグリッパ、又はドリルもしくはブッシュのような異なるタイプのツールとしてもよい。また、ＥＯＡＳ２０８は、交換可能とすること、又はグリッパ指のような交換可能コンポーネントを含むことも可能である。

[0066] マスト２１０は、アーム２０６の肩ヨーＪ０関節と知覚筐体２１２との間の比較的長くて細いコンポーネントとすることができる。マスト２１０は、移動ベース２０２の前面における積層塔の一部であり得る。マスト２１０は、移動ベース２０２に対して固定することができる。マスト２１０は中央部２０４と同軸であり得る。マスト２１０の長さによって、ＥＯＡＳ２０８が操作している物体を知覚部２１４で知覚することが容易になり得る。マスト２１０は、肩ピッチＪ１関節が垂直方向上方へ回転した場合にアーム２０６の二頭筋の最上部がマスト２１０の上部とほぼ並ぶような長さを有し得る。そのため、マスト２１０の長さは、肩ピッチＪ１関節が垂直方向上方へ回転した場合に知覚筐体２１２とアーム２０６との衝突を防ぐのに充分なものであり得る。

[0067] 図２及び図３に示されているように、マスト２１０は、環境に関する深度情報を収集するよう構成された３Ｄライダーセンサを含み得る。３Ｄライダーセンサは、マスト２１０の切り取り部分に結合して、下向きの角度に固定することができる。ライダーの位置は、位置特定、ナビゲーション、及び前方の崖の検出のために最適化できる。

[0068] 知覚筐体２１２は、知覚部２１４を構成する少なくとも１つのセンサを含み得る。知覚筐体２１２は、（例えば、ＥＯＡＳ２０８で操作されている物体を見るため）知覚筐体２１２の向きを変えることを可能とするパン／チルト制御に接続され得る。知覚筐体２１２は、移動ベース２０２に固定された積層塔の一部であり得る。知覚筐体２１２の後部はマスト２１０と同軸であり得る。

[0069] 知覚部２１４は、ロボット２００の環境を表すセンサデータを収集するように構成されたセンサ一式を含み得る。知覚部２１４は、赤外線（ＩＲ）支援立体深度センサを含み得る。知覚部２１４は更に、人間とロボットの相互作用及び文脈情報のための広角ＲＧＢ（red-green-blue）カメラを含み得る。知覚部２１４は更に、物体分類のための高解像度ＲＧＢカメラを含み得る。また、人間とロボットの相互作用及びシーン照明を改善するため、知覚部２１４を取り囲むフェースリング光（face light ring）も含めることができる。

[0070] 図４は、一例の実施形態に従ったロボットアームを示す。ロボットアームは７ＤＯＦを含む。すなわち、肩ヨーＪ０関節、肩ピッチＪ１関節、二頭筋ロールＪ２関節、肘ピッチＪ３関節、前腕ロールＪ４関節、手首ピッチＪ５関節、及び手首ロールＪ６関節である。これらの関節の各々を１つ以上のアクチュエータに結合することができる。関節に結合されたアクチュエータは、運動連鎖（kinematic chain）（及び、ロボットアームに取り付けられたエンドエフェクタ）に沿ってリンクの移動を発生させるように動作可能であり得る。

[0071] 肩ヨーＪ０関節は、ロボットアームがロボットの前後へ回転することを可能とする。この運動の１つの有益な利用は、ロボットが前方にある物体を拾い、その物体をロボットの後部へ素早く置くこと（及びその逆の運動）である。この運動の別の有益な利用は、ロボットアームをロボット後方の格納構成（stowed configuration）からロボット前方のアクティブ位置へ素早く移動させること（及びその逆の運動）である。

[0072] 肩ピッチＪ１関節は、ロボットがロボットアームを上げること（例えば二頭筋がロボットの知覚部レベルにくるように）、及びロボットアームを下げること（例えば二頭筋が移動ベースのすぐ上にくるように）を可能とする。この運動は、ロボットが環境内の様々な目標高さレベルで操作動作（例えば上方把持及び側方把持）を効率的に実行することを可能とするために有益である。例えば、肩ピッチＪ１関節を垂直方向上方位置へ回転させて、ロボットが環境内のテーブル上の物体を容易に操作することを可能とする。肩ピッチＪ１関節を垂直下方位置へ回転させて、ロボットが環境内の地面上の物体を容易に操作することを可能とする。

[0073] 二頭筋ロールＪ２関節は、ロボットが二頭筋を回転させて二頭筋に対して肘及び前腕を移動させることを可能とする。この運動は、ロボットの知覚部がＥＯＡＳをはっきり見ることを容易にするために特に有益であり得る。二頭筋ロールＪ２関節を回転させることによって、ロボットは、ロボットのグリッパで保持された物体までの見通しを改善するため、肘及び前腕がそれを遮ることを防止できる。

[0074] 運動連鎖に沿って交互に配置されたピッチ関節及びロール関節（肩ピッチＪ１関節、二頭筋ロールＪ２関節、肘ピッチＪ３関節、前腕ロールＪ４関節、手首ピッチＪ５関節、及び手首ロールＪ６関節）は、ロボットアームの操作性を向上させるように提供される。物体の向きを変える際のアーム運動を低減するため、手首ピッチＪ５関節、手首ロールＪ６関節、及び前腕ロールＪ４関節の軸は交差している。物体の回転を改善するため、手首に２つのピッチ関節でなく手首ロールＪ６関節が提供されている。

[0075] いくつかの例において、図４に示されているようなロボットアームは教示モードで動作することができる。具体的に述べると、教示モードは、ユーザがロボットアームと物理的に相互作用し、様々な移動を実行及び記録させるよう指導することを可能とするロボットアームの動作モードであり得る。教示モードでは、特定のタスクをどのように実行するかに関してロボットに教示することを目的とした教示入力に基づいて、ロボットアームに（例えばユーザによって）外力を加える。ロボットアームはこれにより、ユーザからの命令及び指導に基づいて、どのように特定のタスクを実行するかに関するデータを取得できる。このようなデータは、いくつかの可能性の中でも特に、機械コンポーネントの複数の構成、関節位置データ、速度データ、加速度データ、トルクデータ、力データ、及び動力データに関し得る。

[0076] 教示モードの間、ユーザは、いくつかの例ではＥＯＡＳ又は手首をつかみ、他の例ではロボットアームの任意の部分をつかみ、ロボットアームを物理的に動かすことによって外力を与えることができる。具体的に述べると、ユーザは、ロボットアームが物体をつかみ、その物体を第１の位置から第２の位置へ動かすようにロボットアームを指導できる。教示モード中にユーザがロボットアームを指導する際、ロボットは移動に関するデータを取得し記録することができるので、ロボットアームは、後の独立動作中に（例えばロボットアームが教示モード外で独立して動作するときに）独立してタスクを実行するように構成できる。場合によっては、いくつかの可能性の中でも特に、他の物体、機械、又はロボットシステムのような、物理的作業空間内の他の要素によって外力を加えることができる。

[0077] 図５は、一例の実施形態に従った関節運動範囲５００を示す表である。いくつかの例において、関節ＲＯＭは、右手の肘を上げた位置を最適化するように選択できる。この位置では、肩ヨーＪ０関節は移動ベースの方へ移動ベースの右側に対して垂直に回転し、肩ピッチＪ１関節は鉛直方向上方に回転し、肘ピッチＪ３関節は鉛直方向上方に回転し、手首ピッチＪ５関節は鉛直方向上方に回転している。他の例では、関節のうち任意のもの又はあらゆるものの代替的な運動範囲も使用され得る。

[0078] 肩ヨーＪ０関節は、この肩ヨーＪ０関節が上記の右手の位置から前方へ８０度及び後方へ２６０度回転することを可能とする非対称ＲＯＭを有する。この回転可能関節により、移動ロボットデバイスのすぐ前方の角度を除いたＲＯＭで、搭載柱に対する７ＤＯＦロボットアームの回転が可能となる。このＲＯＭによってロボットは、アームをロボット後方から（例えば格納構成から）ロボット前面の左側又は右側のいずれかへ容易に回転させることができる。

[0079] 肩ピッチＪ１関節は、この肩ピッチＪ１関節が鉛直方向上方位置から前方へ１８５度及び後方へ１５５度回転することを可能とする非対称ＲＯＭを有する。このＲＯＭは下向きの後方角度を除外しており、後方からの格納を可能とする。

[0080] 二頭筋ロールＪ２関節は、前腕を肩ヨーＪ０関節に正対するよう回転させた位置から、二頭筋ロールＪ２関節が前方へ２１５度及び後方へ１２５度回転することを可能とする非対称ＲＯＭを有する。このＲＯＭは、知覚筐体内の知覚システムによってＥＯＡＳを見る場合に邪魔にならないよう肘及び前腕を移動することを可能とする。

[0081] 肘ピッチＪ３関節は、この肘ピッチＪ３関節が肘を上げた位置から前方へ１２０度及び後方へ２２０度回転することを可能とする非対称ＲＯＭを有する。このＲＯＭは下向きの後方角度を除外しており、外側からの格納解除（unstowing）を可能とする。

[0082] 前腕ロールＪ４関節は、この前腕ロールＪ４関節がいずれの方向にも１７０度回転することを可能とする対称ＲＯＭを有する。このＲＯＭによって、中心のある手首ピッチ（centered wrist pitch）が提供される。

[0083] 手首ピッチＪ５関節は、この手首ピッチＪ５ポイントが鉛直方向上方位置からいずれの方向にも１０５度回転することを可能とする対称ＲＯＭを有する。

[0084] 手首ロールＪ６関節は、この手首ロールＪ６関節がいずれの方向にも１７０度回転することを可能とする対称ＲＯＭを有する。このＲＯＭは水平把持のための中心がある。

[0085] 図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃは、一例の実施形態に従ったロボット寸法を示す。より具体的には、図６Ａはロボット６００の正面図を示し、図６Ｂは側面図を示し、図６Ｃは上から見下ろした図を示す。図示のように、比較的背が高く細いフォームファクタを用いて、空間利用を最小限に抑えながら運動範囲を最適化することができる。

[0086] いくつかの例では、ロボット６００の高さ６０２はロボット６００の移動ベースの長さ６０６の２倍よりも大きい。別の例では、ロボット６００の高さ６０２はロボット６００の移動ベースの幅６０４の３倍よりも大きい。例えば１つの実施例では、高さ６０２は１３５１ｍｍであり、長さ６０６は５３５．６ｍｍであり、幅６０４は３９６．３ｍｍである。ロボット６００の中央部は、肩が移動ベースと衝突することなく鉛直方向下方へ回転できるほど充分な長さとすればよい。更に、ロボット６００のマストは、肩が知覚筐体と衝突することなく鉛直方向上方へ回転できるほど充分な長さとすればよい。比較的長いマストによって、ロボットアームによる閉塞を生じることなくＥＯＡＳの知覚を容易にすることができる。

[0087] アームにおいて、ロボット６００の二頭筋の長さ６１２は、ロボット６００の前腕の長さ６１４とほぼ同じ長さにすることができる。より具体的に述べると、いくつかの例では、前腕の長さ６１４は二頭筋の長さ６１２の１０％以内とすればよい。例えば、二頭筋の長さ６１２は４００ｍｍとすることができ、前腕の長さ６１４は３６５ｍｍとすることができる。これらの長さをほぼ一致させることで、二頭筋及び前腕は、反対側に回転した場合（例えば肩を下げて肘を上げた位置）、相互に補償することができる。

[0088] 別の例では、肩ヨーＪ０関節と二頭筋ロールＪ２関節との間のオフセット６２４は、二頭筋ロールＪ２関節と前腕ロールＪ４関節との間のオフセット６２２と等しく又はほぼ等しく設定することができる。例えば、オフセット６２２及びオフセット６２４は双方とも１６５ｍｍに設定できる。別の例では、オフセット６２４はオフセット６２２の１０％以内とすればよい。これらのオフセットを一致させること又はほぼ一致させることで、容易な格納及び運動力学の簡略化が可能となる。

[0089] 図７Ａ及び図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂ、並びに図９Ａ及び図９Ｂは、本明細書に記載されているいくつかの例示のロボットを折り畳むことができる格納構成を示す。いくつかの例では、ロボットは単一の格納構成だけに折り畳まれるように構成できる（例えば、図７Ａ及び図７Ｂに示されている構成、図８Ａ及び図８Ｂに示されている構成、又は図９Ａ及び図９Ｂに示されている構成）。他の例では、ロボットは複数の格納構成に折り畳むことができる（例えば、図７Ａ及び図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂ、並びに図９Ａ及び図９Ｂの各々に示されている構成）。そのためロボットは、格納構成に折り畳む前のロボットアームの現在のアクティブ位置又は格納構成に折り畳んだ後のロボットアームの予定アクティブ位置を含む様々なファクタに基づいて、格納構成の中から選択を行うようにプログラムすることができる。

[0090] 図７Ａ及び図７Ｂは、一例の実施形態に従った、肩を下げて肘を上げた格納構成のロボット７００の斜視図及び上から見下ろした図をそれぞれ示す。アーム７０２のこの構成では、肩ピッチＪ１関節を鉛直方向下方へ回転させ、肘ピッチＪ３関節を鉛直方向上方へ回転させればよい。また、この構成では、手首ピッチＪ５関節を鉛直方向上方へ回転させればよい。また、この構成では、肩ヨーＪ０関節をロボット７００の移動ベース７０４の後部の方へ回転させればよい。図示されている例において、ロボット７００は後部に容器７０６を有する。ロボットの後部の残り部分にロボットアーム７０２が収まるように、肩ヨーＪ０関節の角度を図示のように設定すればよい。この格納構成では、ロボットアーム７０２は上から見た場合に移動ベース７０４の設置面積内に収まることができる。

[0091] 肩を下げて肘を上げた格納構成の代替的な変形では、移動ロボットの前面とは正反対の位置へ肩ヨーＪ０関節を回転させることができる。この構成は、移動ベースの後部に容器を持たないロボットで使用され得る。この構成では、ロボットアームは、移動ベースの後端まで又はほぼ移動ベースの端部まで延出し得る。この構成は、空間利用を最小限に抑えることができると同時に、格納構成からアクティブ位置へのロボットアームの移行を容易にする。

[0092] 図８Ａ及び図８Ｂは、一例の実施形態に従った、肩を上げて肘を下げた格納構成のロボット８００の斜視図及び上から見下ろした図をそれぞれ示す。アーム８０２のこの構成は、前のパラグラフで記載された、移動ロボットの前面とは正反対の位置へ肩ヨーＪ０関節を回転させた場合の肩を下げて肘を上げた位置のミラー位置（mirror position）と考えることができる。肩を上げて肘を下げたこの構成では、肩ピッチＪ１関節を鉛直方向上方に回転させ、肘ピッチＪ３関節を鉛直方向下方に回転させればよい。また、この構成は、手首ピッチＪ５ポイントを鉛直方向下方に回転させればよい。図示されている例では、ロボット８００は後部に容器８０６を有する。ロボットアーム８０２は、容器８０６の鉛直方向上方にあるように位置決めされ得る。この格納構成では、ロボットアーム８０２は上から見た場合に移動ベース８０４の設置面積内に収まることができる。

[0093] 図９Ａ及び図９Ｂは、上から見た場合にロボットアーム９０２が移動ベース９０４の設置面積内で折り畳まれているロボット９００の別の格納構成の斜視図及び上から見下ろした図をそれぞれ示す。この構成では、ロボットアーム９０２が容器９０６の上方にあって移動ベース９０４の両側に近くなるように、肩及び肘の角度が設定される。また、ロボット９００は、二頭筋及び前腕の位置が逆であるミラーリングされた格納構成に折り畳むことも可能である。

[0094] 他の格納構成も可能である。移動ベースの設置面積内にロボットアームを収めるか又はほぼ収めるように保持する格納構成にロボットアームを格納することによって、移動ベースを用いたロボットのナビゲーションを容易にすることができる。回転Ｊ０関節を含むロボットアームの運動学的特性は、格納構成への移行及び格納構成からの移行を容易にすることができる。

[0095] 図１０、図１１、図１２、及び図１３は、一例の実施形態に従った、ＥＯＡＳの知覚を容易にするロボットアーム構成を示す。ＥＯＡＳが床面の近くや搭載柱の高さ（例えばコーヒーテーブルのレベル）のような目標作業高さに位置決めされた場合、及び、エンドエフェクタが知覚筐体の高さ（例えばキッチンカウンタのレベル）にある場合に、知覚筐体内の知覚システムとＥＯＡＳとの間の見通しを可能とするように、ロボットアームの形態学、運動学、リンク長、及びＲＯＭを最適化することができる。また、ロボットアームは、上方把持及び側方把持のような特定のタイプの把持のために最適化できる。

[0096] 図１０は、前腕が鉛直又はほぼ鉛直である床レベルでの上方把持の図１００２、１００４、１００６、及び１００８を示す。図１１は、前腕が鉛直又はほぼ鉛直であるコーヒーテーブルのレベルでの上方把持の図１１０２、１１０４、１１０６、及び１１０８を示す。図１２は、前腕が水平又はほぼ水平であるコーヒーテーブルのレベルでの側方把持の図１２０２、１２０４、１２０６、及び１２０８を示す。図１３は、前腕が水平又はほぼ水平であるキッチンカウンタのレベルでの側方把持の図１３０２、１３０４、１３０６、及び１３０８を示す。各例で、知覚筐体内の１つ以上の知覚センサの視野が示されている。アーム位置は、図示されているポーズの各々でＥＯＡＳの知覚を容易にするように選択することができる。アームに７ＤＯＦを与えることにより、環境内で所与のポーズにＥＯＡＳを位置決めするための複数のアーム構成が利用可能となり得る。知覚筐体の知覚センサの視野内にあるＥＯＡＳ周囲のエリアを最大にするポーズを選択することができる。二頭筋ロールＪ２関節は、肘及び前腕が知覚筐体の知覚センサの邪魔にならないようにこれらをロボットアームによって回転可能とするため、特に有益であり得る。

[0097] 別の例では、異なる目標作業高さ及び／又は把持タイプに対応するように、ロボット形態学、運動学、リンク長、及び／又はＲＯＭを調整することができる。

[0098] 図１４Ａ及び図１４Ｂは、一例の実施形態に従った、回転可能関節に対する付属物の取り付けを示す。より具体的に述べると、回転可能Ｊ０関節１４０２は、移動ロボットデバイス上の積層塔機構の一部として含まれ得る。移動ロボットデバイスに対する付属物の取り付けを可能とする取り付けポイント１４０４を提供することができる。例えば、図示のように、取り付けポイント１４０４にトレイ１４０６を取り付けることができる。取り付けポイント１４０４に対するトレイ１４０６の取り付けでは、回転可能関節１４０２によってトレイ１４０６の回転が可能である。より具体的には、回転可能関節１４０２の回転によってトレイ１４０６は水平面で回転し得る。いくつかの例では、取り付けポイント１４０４を別個の回転可能Ｊ１関節に接続してもよい。回転可能Ｊ１関節は、回転可能Ｊ０関節が付属物を回転させる面に対して垂直な面で（例えば水平面に垂直な面で）取り付けられた付属物（例えばトレイ１４０６）を別個に回転させるよう構成されている。例えばいくつかの例では、トレイ１４０６又は同様の付属物を下方へ回転させて、トレイ１４０６とロボットの移動ベースとの間の物品をクランプすることができる。

[0099] 図１５は、一例の実施形態に従った、付属物が取り付けられた回転可能関節の位置を示す。より具体的に述べると、回転可能Ｊ０関節の回転によって移動ロボットデバイスは、後方位置１５０２、側方位置１５０４、及び前方位置１５０６を含む様々な位置に、取り付けられた付属物を位置決めすることができる。図１５において、取り付けられた付属物は、（例えば食物、飲料、又は他の物品をユーザに提供するための）トレイとして例示されている。別の例では、他のタイプの付属物を同様の方法で移動ロボットデバイスに取り付けることができる。例えば図１６は、一例の実施形態に従った、異なる付属物が取り付けられた回転可能関節の位置を示す。より具体的に述べると、後方位置１６０２、側方位置１６０４、及び前方位置１６０６を含む様々な位置に、（例えばごみ又は他の物品をユーザから収集するための）かごが例示されている。

[0100] いくつかの例では、回転可能Ｊ０関節に付属物を接続する取り付けポイントを含むことにより、様々なロボットタスク用の様々な付属物を交換することが可能となる。例えば、物品の配達を伴うタスク用にトレイを取り付けることができ、物品の収集を伴うタスク用にかごを取り付けることができ、ロボット後部に最大の積載容量を必要とするタスクでは付属物を取り付けないことがある。回転可能Ｊ０関節に付属物を接続する取り付けポイントを含む移動ロボットデバイスでは、移動ロボットデバイスのそれ以外の部分が、取り付けられた７ＤＯＦロボットアームを有する移動ロボットデバイスに関して本明細書で記載されている態様のうち任意のものを含み得る。従って、いくつかの例示の実施形態は、図１５及び図１６に示されるような、移動ベースと、移動ベースに固定された搭載柱と、搭載柱に対する付属物の回転を可能とする回転可能関節と、少なくとも１つのセンサを含む知覚筐体と、を含む移動ロボットデバイスを含み、搭載柱、回転可能関節、及び知覚筐体は、回転可能関節が搭載柱よりも上方にあると共に知覚筐体よりも下方にあるように積層塔に構成されている。

[0101] 別の例では、前述の７ＤＯＦロボットアームのようなロボットアーム又はその一部を、図１３Ａに示されているような取り付けポイントに対して取り付け可能としてもよい。従っていくつかの例では、ロボットアームは、他のタイプの付属物の取り付けを可能とするように着脱式としてもよい。

ＩＩＩ．結論
[0102] 本開示は、本出願に記載されている特定の実施形態に関して限定されない。それらの特定の実施形態は、様々な態様の例示であることが意図されている。当業者に認められるように、その精神及び範囲から逸脱することなく多くの変更及び変形が実施可能である。本明細書に列挙されたものに加えて、本開示の範囲内にある機能的に同等の方法及び装置も、前述の記載から当業者には明らかであろう。そのような変更及び変形は、添付の特許請求の範囲の範囲内にあることが意図されている。

[0103] 上記の詳細な説明は、添付図面を参照して、開示されているシステム、デバイス、及び方法の様々な特徴及び機能を記載している。図面では、文脈上他の意味が示される場合を除いて、通常は同様の符号は同様のコンポーネントを識別する。本明細書及び図面に示されている例示の実施形態は、限定を意図していない。本明細書に提示されている主題の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用すること、及び他の変更を実施することができる。本明細書で全体的に記載され図面に示されている本開示の態様は、全てが本明細書で明示的に想定される多種多様な異なる構成において、配列、置換、結合、分離、及び設計が可能であることは容易に理解されよう。

[0104] 情報の処理を表すブロックは、本明細書に記載されている方法又は技法の特定の論理機能を実行するように構成できる回路に対応し得る。この代わりに又はこれに加えて、情報の処理を表すブロックは、プログラムコード（関連データを含む）のモジュール、セグメント、又は部分に対応し得る。プログラムコードは、方法又は技法における特定の論理機能又は行為を実施するためプロセッサによって実行可能な１つ以上の命令を含み得る。プログラムコード又は関連データは、ディスク又はハードドライブ又は他の記憶媒体を含む記憶デバイス等、任意のタイプのコンピュータ可読媒体に記憶され得る。

[0105] また、コンピュータ可読媒体は、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のように、短時間データを記憶するコンピュータ可読媒体等、非一時的コンピュータ可読媒体を含み得る。また、コンピュータ可読媒体は、例えばリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、光ディスク又は磁気ディスク、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）のような二次又は永続的な長期記憶装置等、長時間プログラムコード又はデータを記憶する非一時的コンピュータ可読媒体も含み得る。また、コンピュータ可読媒体は、他の任意の揮発性又は不揮発性記憶システムも含み得る。コンピュータ可読媒体は、例えばコンピュータ可読記憶媒体、又は有形の記憶デバイスであると見なすことができる。

[0106] 更に、１以上の情報伝送を表すブロックは、同一の物理デバイス内のソフトウェア又はハードウェアモジュール間の情報伝送に対応し得る。しかしながら、他の情報伝送は、異なる物理デバイスにおけるソフトウェアモジュール間又はハードウェアモジュール間である可能性もある。

[0107] 図面に示されている具体的な配置は、限定と見なすべきではない。他の実施形態では、所与の図に示されている各要素が更に数を増加又は減少して含まれ得ることは理解されよう。また、例示されている要素のいくつかを組み合わせること又は省略することも可能である。更に、一例の実施形態は図面に示されていない要素を含むことも可能である。

[0108] 様々な態様及び実施形態を本明細書で開示したが、他の態様及び実施形態も当業者には明らかであろう。本明細書に開示されている様々な態様及び実施形態は例示の目的のためのものであり、限定は意図されておらず、その真の範囲は後続の特許請求の範囲によって示される。

Claims (22)

1. 移動ベースと、
   前記移動ベースに固定された搭載柱と、
   ７自由度（７ＤＯＦ）ロボットアームであって、前記搭載柱に対する前記７ＤＯＦロボットアームの回転を可能とする回転可能関節を含む７ＤＯＦロボットアームと、
   少なくとも１つのセンサを含む知覚筐体と、を備え、前記搭載柱、前記７ＤＯＦアームの前記回転可能関節、及び前記知覚筐体は、前記７ＤＯＦアームの前記回転可能関節が前記搭載柱よりも上方にあると共に前記知覚筐体よりも下方にあるように積層塔に構成されている、移動ロボットデバイス。
2. 少なくとも１つの駆動輪を更に備え、前記積層塔は前記少なくとも１つの駆動輪よりも上方に位置決めされている、請求項１に記載の移動ロボットデバイス。
3. 前記搭載柱は前記移動ベースの前端に取り付けられ、前記移動ベースは前記移動ベースの後端に位置決めされた上面を更に含む、請求項１に記載の移動ロボットデバイス。
4. 前記移動ベースの前記上面は、前記７ＤＯＦロボットアームによって移動された物体を収容するための容器を備える、請求項３に記載の移動ロボットデバイス。
5. 前記７ＤＯＦロボットアームは格納構成に折り畳まれるように構成され、前記７ＤＯＦロボットアームは前記格納構成にある場合に前記移動ベースの設置面積内に収まる、請求項１に記載の移動ロボットデバイス。
6. 前記回転可能関節は肩ヨーＪ０関節であり、前記７ＤＯＦロボットアームは、肩ピッチＪ１関節、二頭筋ロールＪ２関節、肘ピッチＪ３関節、前腕ロールＪ４関節、手首ピッチＪ５関節、及び手首ロールＪ６関節を更に含む、請求項１に記載の移動ロボットデバイス。
7. 前記肩ヨーＪ０関節と二頭筋ロールＪ２関節との間の第１のオフセットは、前記二頭筋ロールＪ２関節と前記前腕ロールＪ４関節との間の第２のオフセットとほぼ等しい、請求項６に記載の移動ロボットデバイス。
8. 前記７ＤＯＦロボットアームの二頭筋の第１の長さは前記７ＤＯＦロボットアームの前腕の第２の長さとほぼ等しい、請求項６に記載の移動ロボットデバイス。
9. 前記７ＤＯＦロボットアームは肩を上げた格納構成に折り畳まれるように構成され、前記肩を上げた格納構成は、前記肩ヨーＪ０関節を前記移動ベースの後端の方へ回転させ、前記肩ピッチＪ１関節を鉛直方向上方へ回転させ、前記肘ピッチＪ３関節を鉛直方向下方へ回転させ、前記手首ピッチＪ５関節を鉛直方向下方へ回転させることを含む、請求項６に記載の移動ロボットデバイス。
10. 前記肩を上げた格納構成にある場合、前記７ＤＯＦロボットアームは、前記７ＤＯＦロボットアームの最も後ろのポイントが前記移動ベースの前記後端とほぼ並ぶように前記移動ベースの上に延出している、請求項９に記載の移動ロボットデバイス。
11. 前記７ＤＯＦロボットアームは肩を下げた格納構成に折り畳まれるように構成され、前記肩を下げた格納構成は、前記肩ヨーＪ０関節を前記移動ベースの後端の方へ回転させ、前記肩ピッチＪ１関節を鉛直方向下方へ回転させ、前記肘ピッチＪ３関節を鉛直方向上方へ回転させ、前記手首ピッチＪ５関節を鉛直方向上方へ回転させることを含む、請求項６に記載の移動ロボットデバイス。
12. 前記肩ヨーＪ０関節を、前記搭載柱が固定されている前記移動ベースの前端の反対側へ回転させ、かつ、前記肩ピッチＪ１関節を鉛直方向下方へ回転させた場合、前記７ＤＯＦロボットアームの二頭筋の最も下のポイントは前記移動ベースの上面よりも上方にある、請求項６に記載の移動ロボットデバイス。
13. 前記積層塔は、前記回転可能関節と前記知覚筐体との間にマストを更に含み、前記マストは、前記肩ピッチＪ１関節を鉛直方向上方へ回転させた場合に前記７ＤＯＦロボットアームの二頭筋の最も上のポイントが前記マストの上部とほぼ並ぶような長さを有し、前記マストの前記長さは、前記肩ピッチＪ１関節を鉛直方向上方へ回転させた場合に前記知覚筐体と前記７ＤＯＦロボットアームとの衝突を防止するのに充分である、請求項６に記載の移動ロボットデバイス。
14. 前記７ＤＯＦロボットアームの各関節は、前記肩ヨーＪ０関節を前記移動ベースの右側の方へ回転させ、前記肩ピッチＪ１関節を鉛直方向上方に回転させ、前記肘ピッチＪ３関節を鉛直方向上方に回転させ、前記手首ピッチＪ５関節を鉛直方向上方に回転させた状態である右手の肘を上げた位置に対して、最適化された運動範囲を有する、請求項６に記載の移動ロボットデバイス。
15. 前記７ＤＯＦロボットアームはエンドエフェクタを備え、前記７ＤＯＦロボットアームは、前記二頭筋ロールＪ２関節を回転させることによって、前記知覚筐体の前記少なくとも１つのセンサと前記エンドエフェクタとの間の見通しを可能とするように構成されている、請求項６に記載の移動ロボットデバイス。
16. 前記７ＤＯＦロボットアームはエンドエフェクタを備え、前記７ＤＯＦロボットアームは、前記知覚筐体の前記少なくとも１つのセンサと１組の目標高さにある前記エンドエフェクタとの間の見通しを可能とするように構成され、前記１組の目標高さは、床面の近くに位置決めされた前記エンドエフェクタ、前記搭載柱の高さに位置決めされた前記エンドエフェクタ、及び前記知覚筐体の高さに位置決めされた前記エンドエフェクタを含む範囲に及ぶ、請求項１に記載の移動ロボットデバイス。
17. 前記搭載柱に対する前記７ＤＯＦロボットアームの回転を可能とする前記回転可能関節は、前記移動ロボットデバイスの前方の角度を除外した運動範囲を有する、請求項１に記載の移動ロボットデバイス。
18. 肩ヨーＪ０関節、肩ピッチＪ１関節、二頭筋ロールＪ２関節、肘ピッチＪ３関節、前腕ロールＪ４関節、手首ピッチＪ５関節、及び手首ロールＪ６関節を備えるロボットアームであって、
    前記肩ヨーＪ０関節と二頭筋ロールＪ２関節との間の第１のオフセットは、前記二頭筋ロールＪ２関節と前記前腕ロールＪ４関節との間の第２のオフセットとほぼ等しく、
    前記二頭筋は前記前腕と長さがほぼ等しい、ロボットアーム。
19. 方法であって、
    移動ロボットデバイスの７ＤＯＦロボットアームの肩ヨーＪ０関節を、搭載柱が固定されている移動ベースの第１の端部から離れる方へ回転させることを含み、前記搭載柱、前記７ＤＯＦアームの前記肩ヨーＪ０関節、及び前記移動ロボットデバイスの知覚筐体は、前記７ＤＯＦアームの前記肩ヨーＪ０関節が前記搭載柱よりも上方にあると共に前記知覚筐体よりも下方にあるように積層塔に構成されており、
    更に、前記移動ロボットデバイスの前記７ＤＯＦロボットアームの肩ピッチＪ１関節を鉛直方向上方へ回転させることと、
    肘ピッチＪ３関節を鉛直方向下方へ回転させることと、
    手首ピッチＪ５関節を鉛直方向下方へ回転させて、前記７ＤＯＦロボットアームを、肩を上げた格納構成に位置決めすることと、
    を含む方法。
20. 前記搭載柱は前記移動ロボットデバイスの少なくとも１つの駆動輪の上で前記移動ベースの前端に搭載されており、更に、前記７ＤＯＦロボットアームが前記移動ベースの後端の上で前記肩を上げた格納構成にある状態で、前記移動ロボットデバイスの前記少なくとも１つの駆動輪に前記移動ロボットデバイスを前方へナビゲートさせることを含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記移動ロボットデバイスのナビゲーションを停止することと、
    前記７ＤＯＦロボットアームに前記移動ロボットデバイスの前方にある物体を操作させることと、
    前記７ＤＯＦロボットアームを、前記肩を上げた格納構成に戻すことと、
    その後、前記７ＤＯＦロボットアームが前記移動ベースの前記後端の上で前記肩を上げた格納構成にある状態で、前記少なくとも１つの駆動輪に前記移動ロボットデバイスを前方へナビゲートさせることと、
    を更に含む、請求項２０に記載の方法。
22. 移動ベースと、
    前記移動ベースに固定された搭載柱と、
    前記搭載柱に対する付属物の回転を可能とする回転可能関節と、
    少なくとも１つのセンサを含む知覚筐体と、を備え、前記搭載柱、前記回転可能関節、及び前記知覚筐体は、前記回転可能関節が前記搭載柱よりも上方にあると共に前記知覚筐体よりも下方にあるように積層塔に構成されている、移動ロボットデバイス。

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