JP2023026457A - 変位ベースの力／トルク検出を行なうユニボディ屈曲構造 - Google Patents

Abstract

【課題】屈曲アセンブリデバイスを力／トルク検出システムの一部として含むことができるデバイスを提供する。【解決手段】例示的なデバイスは、内側部材と、外側包囲部材と、内側部材と外側包囲部材との間に結合されている複数の接続屈曲部材と、を含む。内側部材は、光をセンサに反射するように構成されている複数の反射面領域を有する。外側包囲部材は内側部材を取り囲む。複数の接続屈曲部材は、内側部材が外側包囲部材に対して移動することを可能にする。【選択図】図２

Description

ロボットシステムは、とりわけ、マテリアルハンドリング、溶接、組み立て、および分配を含む用途に使用することができる。時間の経過と共に、これらのロボットシステムが動作する態様は、よりインテリジェントで、より効率的で、より直感的になってきている。ロボットシステムが現代生活の多くの局面でますます普及するにつれて、人間と協動し、相互作用ことができるロボットシステムの必要性が明らかになってきている。したがって、このようなロボットシステムに対する需要は、アクチュエータ、センシング技術、コントローラ、ならびにコンポーネント設計および組み立てにおける技術革新の分野を切り開くのに役立ってきた。

本出願は、屈曲アセンブリデバイスを力／トルク検出システムの一部として含むことができるデバイス、システム、および方法に関する実装態様を開示する。屈曲アセンブリはユニボディ屈曲デバイスを含むことができる。力／トルク検出システムは、ロボットアームのようなロボットシステムの一部として含めることができる。本明細書において説明される屈曲デバイスは、内側部材と、外側包囲部材と、複数の接続屈曲部材と、を含むことができる。例では、内側部材はディスク部材とすることができ、外側包囲部材は、ディスク部材を取り囲むか、または少なくとも部分的に包囲するリング部材とすることができる。さらに、内側部材は内側屈曲部材とすることができ、外側包囲部材は外側屈曲部材とすることができる。内側部材、外側包囲部材、および複数の接続屈曲部材は、射出成形され、単一の屈曲デバイスを形成することができる。

幾つかの実装態様では、内側部材は、ロボットアーム（または、他のシステム）の１つの構成部材に接続することができ、外側包囲部材は、ロボットアームの別の構成部材に接続することができる。接続屈曲部材は、デバイスまたはシステムに加わる外部荷重により生じる内側部材と外側包囲部材との間のたわみを決定することができるように、外側包囲部材に対する内側部材の移動に対して既知の抗力を与えてもよい。例では、力／トルク検出システムは、ロボットアームに加わる荷重の力およびモーメントの少なくとも１つの成分を、測定したたわみに基づいて決定することができる。

少なくとも１つの実施形態では、デバイスが説明される。デバイスは、内側部材と、外側包囲部材と、複数の接続屈曲部材と、を含む。内側部材は、光をセンサに反射するように構成される複数の反射面を含む。さらに、外側包囲部材は内側部材を取り囲む。複数の接続屈曲部材は、内側部材が外側包囲部材に対して移動することが可能であるように構成されている。

別の実施形態では、方法が説明される。方法は、内側部材、外側包囲部材、および複数の接続屈曲部材を射出成形することを含む。例では、方法は、内側部材、外側包囲部材、および複数の接続屈曲部材を射出成形して単一のユニボディ屈曲部材にすることを含む。内側部材は、複数の第１の接続点ならびに複数の反射面を含む。さらに、外側包囲部材は、複数の第２の接続点を含む。さらに、内側部材が外側包囲部材に対して移動することが可能であるように複数の接続屈曲部材が構成されるように、複数の接続屈曲部材は、内側部材と外側包囲部材との間に結合されている。さらに、方法は、反射コーティングを複数の反射面領域の各々に塗布することを含む。方法は、プリント回路基板（「ＰＣＢ」）を外側包囲部材に結合することをさらに含む。ＰＣＢは、内側部材の複数の反射面領域の反対側に位置決めされる複数の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）およびセンサを含む。方法はまた、第１のアダプタ構成部材を内側部材の複数の第１の接続点に結合することと、第２のアダプタ構成部材を外側包囲部材の複数の第２の接続点に結合することとを含む。

さらに別の実施形態では、システムが説明される。システムは、内側部材と、外側包囲部材と、複数の接続屈曲部材と、制御システムと、を含む。内側部材は、光をセンサに反射するように構成されている複数の反射面領域を含む。さらに、外側包囲部材は内側部材を取り囲む。複数の接続屈曲部材は、内側部材が外側包囲部材に対して移動することが可能であるように構成されている。さらに、制御システムは、反射光データをセンサから受信するように構成される。反射光データに基づいて、制御システムは、荷重が内側部材または外側包囲部材の少なくとも一方に加わるときの外側包囲部材に対する内側部材のたわみを決定するようにさらに構成される。さらに、制御システムは、システムに加わる荷重の１つ以上の出力パラメータを、決定されたたわみに基づいて決定するように構成される。

さらに別の態様では、別のシステムが説明される。システムは、内側部材、外側包囲部材、および複数の接続屈曲部材を射出成形で形成する手段を含む。内側部材は、複数の第１の接続点ならびに複数の反射面を含む。さらに、外側包囲部材は、複数の第２の接続点を含む。さらに、内側部材が外側包囲部材に対して移動することが可能であるように複数の接続屈曲部材が構成されるように、複数の接続屈曲部材は、内側部材と外側包囲部材との間に結合されている。さらに、システムは、反射コーティングを複数の反射面領域の各々に塗布する手段を含む。システムは、プリント回路基板（「ＰＣＢ」）を外側包囲部材に結合する手段をさらに含む。ＰＣＢは、内側部材の複数の反射面領域の反対側に位置決めされる複数の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）およびセンサを含む。システムはまた、第１のアダプタ構成部材を内側部材の複数の第１の接続点に結合することと、結合第２のアダプタ構成部材を外側包囲部材の複数の第２の接続点に結合する手段も含む。

これらの態様ならびに他の態様、利点、および代替物は、当業者には、以下の詳細な説明を添付の図面を適宜参照して読み取ることにより明らかになるであろう。

例示的な実施形態によるロボットシステムの例示的な構成を示している。 例示的な実施形態による例示的なロボットアームを示している。 例示的な実施形態による例示的なユニボディ屈曲デバイスを示している。 例示的な実施形態による例示的なユニボディ屈曲デバイスの上面図を示している。 例示的な実施形態による例示的なユニボディ屈曲デバイスの底面図を示している。 例示的な実施形態による例示的な屈曲アセンブリの個別の構成部材を示している。 例示的な実施形態による別の例示的な屈曲アセンブリの個別の構成部材を示している。 例示的な実施形態による例示的な方法のブロック図である。

例示的なデバイス、システム、および方法が本明細書において説明される。本明細書において説明される例示的な実施形態または特徴は、他の実施形態または特徴よりも好ましい、または有利であると必ずしも解釈されるべきではない。本明細書において説明される例示的な実施形態は、限定することを意図していない。開示されるシステムおよび方法の特定の態様は、多種多様な異なる構成で配置し、組み合わせることができ、これらの構成の全てが、本明細書において想到されることは容易に理解できるであろう。

さらに、図に示されている特定の配置は、限定であると見なされるべきではない。他の実施形態は、所定の図に示される各部材をより多く、またはより少なく含むことができることを理解されたい。さらに、図示の部材のうちの幾つかは、組み合わせることができるか、または省略することができる。さらには、例示的な実施形態は、図に示されていない部材を含んでいてもよい。
Ｉ．概要

ロボット工学は、より広範囲の用途にますます適用されるようになって、工業、病院、家庭、および商業環境での使用が見出されている。力／トルク検出機能は、触覚フィードバックを必要とする様々な挙動の実装を可能にするため、また、人と相互作用するときに安全で説得力のあるユーザ体験を提供するためにも有用なリソースである。ロボットがますます普及する傾向を可能にするには、低コストでより人間に安全な技術を徐々に導入することである。それにもかかわらず、市販されている力／トルクセンサは非常に高価なままであり、非常に低コストのシステムに組み込むことは実現可能ではない。

具体的には、６軸（または、６自由度）の力／トルクセンサを既存の技術よりも低い価格で入手可能であれば、現在の力／トルク検出オプションのコストを妥当としない広範囲の用途を可能にすることができる。ひずみゲージベースのセンサ（非常に高価な場合がある）に加えて、光学的アプローチおよび静電容量アプローチのような様々な技術を使用する変位ベースのセンサが最近登場してきた。これらの変位ベースのセンサの現在入手可能なバージョンは、小型のロボットシステムに使用するためにはサイズが大き過ぎる傾向があり、特定の用途に関して依然として法外な費用がかかる。他の変位ベースのセンサは、特に大規模に製造するのに多大な時間および費用がかかる様々なカスタム機械加工部品を含む場合があり、また取り付けが困難であり、時宜を得て行なわれる場合もある。

変位ベースのセンサは、屈曲アセンブリ内のユニボディ屈曲デバイスの使用に依拠して、印加荷重と結果として生じるたわみとの間に再現可能な関係を与えることができる。結果として生じるたわみは、屈曲アセンブリの構成部材の位置および／または向きの１つ以上の成分を示すことができる。さらに、結果として生じるたわみ、または単なるたわみは、変位ベースのセンサ内の屈曲アセンブリの構成部材の直線変位および／または回転変位を含むことができる。例では、たわみは、屈曲アセンブリの構成部材間の相対的な位置と考えることができる。屈曲デバイスおよびアセンブリをより小さくすると、結果として生じるたわみが減少する傾向がある（同程度のたわみを維持するためには、設計変更が必要になり、これにより、より高い応力が生じる）。センサの性能を最適にするには、検出部材のたわみの大きさが、各フルスケール構成部材荷重に略等しいことが望ましい場合がある。さらに、センサにより与えられるたわみは、検出技術および用途によって求められるとき、所望の測定分解能を与えるために十分大きい必要があり得る。このようなことから、ロボットシステムの使用が増え続けると、小さな設置面積内に収まる、比較的高いたわみで、スケーラブルで、低コストな検出システムに対する結果として生じるニーズは、固有の工学的課題を提起する。

屈曲アセンブリ内の例示的なユニボディ屈曲デバイスは、６軸力／トルクセンサの一部として使用することができる（例えば、商業ロボット移動操縦装置用に）。屈曲アセンブリは射出成形ユニボディ屈曲デバイスを含むことができ、これは、互いに対して６自由度で移動するように構成されている複数の部材を含む。より具体的には、ユニボディ屈曲デバイスは、内側部材と、外側包囲部材と、を含むことができ、これらの部材は、これらの部材が互いに対して移動することによって生じる、内側部材と外側部材との間の任意のたわみを、変位センサのようなセンサで測定することができるように、互いに対して移動することができる。幾つかの例では、内側部材はディスク部材とすることができ、他の可能性の中でもとりわけ、丸形、円形、長方形、または六角形のような様々な形状を採ることができる。同様に、外側包囲部材もまた、丸形、円形、長方形、または六角形とすることができ、内側部材を取り囲む、または少なくとも部分的に取り囲む、または包囲することができる。外側包囲部材は、内側部材の周りのループと考えることができる。少なくとも１つの例では、２つ以上の外側包囲部材は、屈曲アセンブリの一部であってもよく、内側部材の周りに連続ループを形成しなくてもよい。

例では、複数の接続屈曲部材は、内側部材と外側包囲部材との間に結合することができる。複数の接続屈曲部材は、内側部材と外側包囲部材との間の移動を可能にするように構成することができる。さらに、接続屈曲部材は、線形抵抗関係を与えるばね部品のように作用することができる。このようなことから、例では、接続屈曲部材は、ゼロ荷重静止位置を超えて屈曲アセンブリに加わる荷重に抗するように設計することができる。幾つかの態様では、複数の接続屈曲部材は、荷重が屈曲アセンブリに加わるときに、内側部材と外側包囲部材との間のたわみを可能にし得る。

数あるセンサの中でも、幾つかの実施形態では、光学変位センサを利用して、外側包囲部材に対する内側部材のたわみを測定することができる。例えば、内部部材は、光が検出部材に反射するように構成されている複数の反射面を含むことができる。検出部材が外側包囲部材と一緒に内側部材の反射面に対して移動するように構成されるように、検出部材が外側包囲部材に結合されてもよい。このようなことから、力を外側包囲部材または内側部材の少なくとも一方に加えると、反射面から検出部材に反射される光の特性が変化し得る。次に、コンピューティングシステムまたは制御システムの一部として含まれるセンサ、検出部材、または検出システムは、たわみの大きさを、反射光の変化に基づいて決定することができる。他の実装態様では、他の既知の検出技術が本明細書において考えられる。例えば、反射面の代わりに、内側部材（ならびに、他の構成部材）は静電容量機能を含むことができ、静電容量機能は、本明細書において説明される屈曲デバイス構成部材のたわみに関するデータを供給することもできる。

本明細書において説明されるように、ユニボディ屈曲デバイスは、射出成形で、３Ｄ印刷で、または他の方法で形成して、単一の構成部材にすることができる。このような製造方法を利用することにより、屈曲デバイスは、他の既知の製造方法と比較した場合に、比較的低コストで大量に迅速に製造することができる固有の単体部品のみを含むことができる。さらに、ユニボディ屈曲デバイスの場合、本明細書において説明される屈曲アセンブリは、既存の設計よりも少ない部品および構成部材を含むことができる。

接続屈曲部材は、力／トルクセンサの設計用途に応じて、異なる所望の剛性を有することができ、剛性は、センサが受け得る、または測定するように構成され得る荷重の大きさの設計範囲を含むことができる。屈曲部材の剛性は、屈曲部材に対して選択される材料の弾性率と併せた設計（すなわち、形状および寸法）に基づくことができる。例えば、高弾性率が、たわみが望ましくない場合に要求されるのに対し、低弾性率は、可撓性が必要な場合に必要とされる。接続屈曲部材の形状および寸法もまた、ユニボディ屈曲デバイスの全体的な剛性に影響する。屈曲部材の剛性を認識して、外側包囲部材に対する内側部材のたわみを測定することにより、システムは、荷重がシステムに加わるときの屈曲アセンブリ全体が受ける合力を計算することができる。実装態様では、一定量の変位が好まれる場合があり、それは、このような設計荷重であれば、このような変位が生じると考えることができるからである。それにも関わらず、例えば、高い荷重が加わる場合、全体的な屈曲剛性は、過度の運動を防止するためにより高くする必要があり、逆のこと（すなわち、低い荷重が加わる、過小の運動を防止するために剛性をより低くする）も同様に考えることができる。

６自由度の剛性入力または剛性要素を含む剛性行列は、屈曲部材および／またはユニボディ屈曲デバイスの全体的な剛性を定義またはモデル化することができる。このように、固有に設計される形状を有する複数の屈曲部材を含む屈曲デバイス設計は、剛性行列を６自由度で調整または制御することを可能にすることができる。例えば、設計は、剛性行列の各要素を効果的に調整する機能を与えることができ、要素は、Ｘ軸に沿った剛性、Ｙ軸に沿った剛性、Ｚ軸に沿った剛性、Ｘ軸回りの曲げ（または回転）の剛性、Ｙ軸回りの曲げの剛性、およびＺ軸回りの曲げの剛性を含むことができる。１つの実施形態では、剛性行列を調整することは、Ｚ軸に沿った軸方向力に起因するたわみを維持しながら、Ｘ軸および／またはＹ軸回りのモーメントによるたわみ量を小さくすることを含むことができる。このように、数ある可能な例の中でも、接続屈曲部材は、湾曲部分および可能な直線部分を有するアーチ形状を有することができる。アーチ形状は、単一セットまたは単一設計の接続屈曲部材が６自由度（または、システムの設計に基づいた別の所望の数の自由度）の移動に抗する、または反作用するように構成されることを可能にすることができる。接続屈曲部材は、計算された特定の厚さを有することもできる。アーチの曲線の半径（例えば）、屈曲部材の全体の高さ（曲線部分および直線部分の組み合わせ）、および接続屈曲部材の幅（または、厚さ）を具体的に設計することにより、ユニボディ屈曲デバイス設計は、屈曲アセンブリの剛性行列を６自由度で正確に調整することを可能にすることができる。剛性行列の調整により、屈曲デバイスの部材間、ならびに屈曲アセンブリ全体の構成部材間の、たわみの大きさおよび移動の大きさに対する追加の制御を可能にすることができる。

ユニボディ屈曲体に加わる軸方向力により、内側部材が外側包囲部材に対して直線的にたわむか、または変位することになり、同様に、ユニボディ屈曲体に加わるモーメントにより、内側部材が外側包囲部材に対して回転するか、または角度変位することになる。例では、軸方向力により、内側部材が外側包囲部材に対して線形運動および回転の両方を行なうことになる。幾つかの実施形態では、たわみは、外側包囲部材または外側包囲部材に結合されている構成部材上のある点に対する、内側部材または内側部材に結合されている構成部材の定点で測定することができる。測定点は、回転中心と一致することがなく、回転中心から離れた距離に位置しているため、互いに対するこれらの部材の誘導回転により、検出部材に明白に並進移動することになる。このように、力ならびにモーメントに起因するたわみは、例えばメートル単位で測定することができる。

例では、６自由度力／トルク変位センサは、センサの設計用途または環境に基づく設計荷重および所望のたわみを有することができる。例えば、環境内では、力／トルクセンサは６自由度に設計することができ、Ｆ_ｘ、Ｆ_ｙ、およびＦ_ｚは３方向の力成分を表わし、Ｍ_ｘ，Ｍ_ｙ、およびＭ_ｚは、各軸回りのモーメントの成分を表わしている。力成分およびモーメント成分の各成分の設計荷重は、Ｆ_ｘ＝Ｆ_ｙ＝Ｆ_ｚ＝１００ニュートン（「Ｎ」），Ｍ_ｘ＝Ｍ_ｙ＝４ ニュートン－メートル「Ｎｍ」）、およびＭ_ｚ＝２．５Ｎｍとすることができる。加えた荷重から生じる所望のたわみ（３方向の各方向のｄ_ｘ、ｄ_ｙ、ｄ_ｚで表わされる）は、様々なたわみを含むことができる。例えば、所望のたわみは０．０３ｍｍ＜ｄ_ｘ、ｄ_ｙ、ｄ_ｚ＜０．１５ｍｍとすることができる。

設計荷重および様々な所望の変位を考えると、屈曲部材の設計剛性を近似することができ、屈曲部材の幾何学構造または形状を次に、設計することができる。屈曲部材の設計は、一連の有限要素解析技術を使用して試験することができ、場合によっては最適化することができる。例えば、屈曲部材の実際の挙動を合理的に線形近似する場合、設計剛性（「ｋ」）は、以下の方程式から計算することができる。
ｋ＝Ｆ／ｄまたはｋ＝Ｍ／（ｄ・ａ）
式中、「Ｆ」は力（複数可）を表わし、「ｄ」は変位（複数可）を表わし、「Ｍ」はモーメント（複数可）を表わし、「ａ」はモーメントアーム（力が作用する軸から離れる距離）を表わしている。「Ｆ」、「ｄ」、「Ｍ」、「ａ」、および「ｋ」はまた、行列形式で表わすことができ、各方向の成分を含むことができる。

６自由度（「ＤＯＦ」）力／トルク変位検出システムが本明細書において具体的に説明されるが、本明細書において説明されるユニボディ屈曲構造は、６ＤＯＦ未満の検出システムについても考えられる。このような６ＤＯＦセンサについて本明細書において説明されるデバイス、方法、およびシステムは、６ＤＯＦが必要ではない用途に関して変更することができる。例えば、本明細書において説明される屈曲アセンブリおよびデバイスは、数ある可能性の中でも、４ＤＯＦ検出システムに適用することもできる。

例では、荷重がユニボディ屈曲デバイスに加わると、外側包囲部材（または、いずれかに取り付けられる構成部材）に対する内側部材の１つ以上のたわみは、１つ以上のセンサにより、および屈曲部材（複数可）の剛性係数（複数可）を近似または決定することにより測定することができ、少なくとも１つの力成分および／またはモーメント成分は、上に説明した関係を使用して決定することができる。

幾つかの例では、たわみを計算する必要はなく、代わりに、センサからの直接信号を力の大きさにマッピングすることができる。例えば、検出部材からの生電圧、周波数、または他の出力信号もしくはパラメータは、既知の荷重をユニボディ屈曲アセンブリに加えた後に測定することができる。次に、モデルまたは直接マッピングは、既知の印加荷重および測定センサ出力を使用して生成することができる。この較正プロセスを利用して、センサ出力と既知の荷重との直接相関を生成すると、未知の力および／またはトルクを、センサ出力信号（複数可）から直接決定することができる。他の例では、センサからの出力は、ロボットシステムの位置または向きのような他の出力パラメータに直接マッピングすることができる。

ユニボディ屈曲アセンブリの検出部材からの出力信号は、屈曲デバイスのたわみ（または、変位）に依存することができ、たわみは、屈曲アセンブリに加わる荷重に依存することができる。このように、例えばたわみ（「ｄ」）は、電圧の関数とすることができる（検出部材の例示的な出力信号としての「Ｖ」）：ｄ＝ｆ（Ｖ）。特定の例では、たわみは、電圧に対して線形関係、多項式関係、または他の関係を有することができる。続いて、印可荷重（「Ｆ」）は、たわみの関数：Ｆ＝ｇ（ｄ）とすることができる。同様に、特定の例では、線形関係、多項式関係、または他の関係を有することができる。このように、ｆ（Ｖ）およびｇ（ｄ）の両方を決定するのではなく、これまでに収集してモデル化した較正データを使用して、合力（「Ｒ」）、Ｒ＝ｈ（Ｖ）を直接モデル化することができ、式中、ｈ（Ｖ）＝ｇ（ｆ（Ｖ））である。

屈曲デバイスおよび関連する接続構成部材の設計は、ロボットデバイスの手首に実装する際に、コスト効率およびスペース効率を実現することができる。さらなる例では、当該設計を、ロボットアクセサリ製造業者が、整備されていない環境、または変化している環境における低コストのロボットシステムの用途に使用することができる。当該設計は、ゲーム用の入力デバイスに用いるか、または脳卒中もしくは他の事象後の運動能力および筋力の回復中に患者が加える力を測定する医療用途に用いることもできる。
ＩＩ．例示的なロボットシステム

ここで図を参照すると、図１は、ロボットシステム１００の例示的な構成を示している。ロボットシステム１００は、ロボットアーム、異なるタイプのロボット操縦装置とすることができ、または多くの異なる形態を有することができる。加えて、ロボットシステム１００は、とりわけ、ロボットデバイス、ロボット操縦装置、またはロボットと呼ぶこともできる。

ロボットシステム１００は、プロセッサ（複数可）１０２、データストレージ１０４、プログラム命令１０６、コントローラ１０８、センサ（複数可）１１０、駆動源（複数可）１１２、アクチュエータ（複数可）１１４、および可動構成部材（複数可）１１６を含むものとして示されている。ロボットシステム１００は、本発明の範囲から逸脱することなく追加の構成部材を含むことができる、および／または１つ以上の構成部材を取り外すことができるので、ロボットシステム００は、例示のみを目的として示されていることに留意されたい。さらに、ロボットシステム１００の様々な構成部材は、任意の方法で接続することができることに留意されたい。

プロセッサ（複数可）１０２は、汎用プロセッサまたは専用プロセッサ（例えば、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路など）とすることができる。プロセッサ（複数可）１０２は、データストレージ１０４に格納され、かつ本明細書において説明されるロボットシステム１００の機能を実現するために実行可能なコンピュータ可読プログラム命令１０６を実行するように構成することができる。例えば、プログラム命令１０６は、コントローラ１０８の機能を実現するように実行可能とすることができ、コントローラ１０８は、アクチュエータ１１４に指示して、１つ以上の可動構成部材１１６を移動させるように構成することができる。

データストレージ１０４は、プロセッサ（複数可）１０２が読み取ることができる、またはアクセスすることができる１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体を含むか、またはその形態を採ることができる。１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体は、プロセッサ（複数可）１０２に全体を、または一部を一体化することができる光メモリ、磁気メモリ、有機メモリ、もしくは他のメモリ、またはディスクストレージのような揮発性および／また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る。幾つかの実施形態では、データストレージ１０４は、単一の物理デバイス（例えば、１つの光メモリ、磁気メモリ、有機メモリ、もしくは他のメモリまたはディスクストレージユニット）を使用して実装することができるのに対し、他の実施形態では、データストレージ１０４は、２つ以上の物理デバイスを使用して実装することができる。さらに、コンピュータ可読プログラム命令１０６に加えて、データストレージ１０４は、数ある可能性の中でも、診断データのような追加データを含むことができる。

ロボットシステム１００は、数ある可能性の中でも、光センサ、力センサ、近接センサ、モーションセンサ、荷重センサ、位置センサ、タッチセンサ、深度センサ、超音波距離センサ、および赤外線センサのような１つ以上のセンサ（複数可）１１０を含むことができる。センサ（複数可）１１０は、センサデータをプロセッサ（複数可）１０２に供給して、ロボットシステム１００が環境と適切に相互作用できるようにし得る。さらに、センサデータは、以下にさらに説明されるように、フィードバックを供給するための様々な係数の評価に使用することができる。さらに、ロボットシステム１００は、ロボットシステム１００の様々な構成部材に給電するように構成されている１つ以上の駆動源（複数可）１１２を含むこともできる。例えば、ガソリンエンジンまたはバッテリのような任意のタイプの駆動源を使用することができる。

ロボットシステム１００は、１つ以上のアクチュエータ（複数可）１１４を含むこともできる。アクチュエータは、機械的運動を生じさせるために使用することができる機構である。特に、アクチュエータは、貯蔵エネルギーを１つ以上の構成部材の移動に変換するように構成することができる。様々な機構を使用して、アクチュエータを駆動することができる。例えば、アクチュエータは、数ある可能性の中でも、化学物質、圧縮空気、または電気で駆動することができる。幾つかの場合では、アクチュエータは回転アクチュエータとすることができ、回転アクチュエータは、回転式の運動を伴うシステム（例えば、ロボットシステム１００の関節）に使用することができる。他の場合では、アクチュエータは、直線運動を伴うシステムに使用することができる線形アクチュエータとすることができる。

いずれの場合でも、アクチュエータ（複数可）１１４は、ロボットシステム１００の様々な可動構成部材（複数可）１１６を移動させることができる。可動構成部材（複数可）１１６は、とりわけ、ロボットアーム、ロボット脚、および／またはロボットハンドのような付属物を含むことができる。可動構成部材（複数可）１１６は、とりわけ、可動ベース、ホイール、および／またはエンドエフェクタを含むこともできる。

幾つかの実装態様では、コンピューティングシステム（図示せず）は、ロボットシステム１００に結合することができ、グラフィカルユーザインターフェースなどを介して、ユーザから入力を受信するように構成することができる。このコンピューティングシステムは、ロボットシステム１００内に組み込むことができるか、またはロボットシステム１００と（有線または無線）通信することができる外部コンピューティングシステムとすることができる。このように、ロボットシステム１００は、情報および命令を、数ある可能性の中でも、例えばグラフィカルユーザインターフェースでのユーザ入力に基づいて、および／またはロボットシステム１００のボタンを押下することにより受信されるユーザ入力（または、触覚入力）に基づいて受信することができる。

ロボットシステム１００は、様々な形態を採ることができる。例えば、図２は、例示的なロボットアーム２００を示している。図示のように、ロボットアーム２００は、固定ベースとするか、または可動ベースとすることができるベース２０２を含む。可動ベースの場合、ベース２０２は可動構成部材（複数可）１１６のうちの１つとして考えられ、ロボットアーム２００全体の移動性を可能にするアクチュエータ（複数可）１１４のうちの１つ以上により駆動されるホイール（図示せず）を含むことができる。

さらに、ロボットアーム２００は、関節２０４Ａ～２０４Ｃを含み、各関節は、アクチュエータ（複数可）１１４のうちの１つ以上に結合される。関節２０４Ａ～２０４Ｃ内のアクチュエータは、付属物２０６Ａ～２０６Ｂおよび／またはエンドエフェクタ２０８のような様々な可動構成部材（複数可）１１６を移動させるように動作することができる。例えば、関節２０４Ｂ内のアクチュエータは、付属物２０６Ｂを移動させることができ、関節２０４Ｃ内のアクチュエータは、エンドエフェクタ２０８を移動させることができる。さらに、エンドエフェクタ２０８は、様々な形態を採ることができ、様々な部品を含むことができる。１つの例では、エンドエフェクタ２０８は、ここに図示されるフィンガグリッパーのようなグリッパー、または吸引グリッパーのような異なるタイプのグリッパーの形態を採ることができる。別の例では、エンドエフェクタ２０８は、ドリルまたはブラシのようなツールの形態を採ることができる。さらに別の例では、エンドエフェクタは、力センサ、位置センサ、および／または近接センサなどのセンサを含んでもよい。他の例も可能となり得る。

図２に示すように、ロボットアーム２００は、センサハウジング２２２を含むこともできる。センサハウジング２２２は、関節２０４Ｃとエンドエフェクタ２０８との間に示されているが、ロボットアーム２００の他の構成部材の間に配置されていてもよい。センサハウジング２２２は、図１のセンサ（複数可）１１０のようなセンサを含むことができる。センサハウジング２２２は、入力をロボットアーム２００の他の構成部材から受信するように構成されている機械的構成部材および／または電気的構成部材を含むこともできる。１つの例では、センサハウジング２２２はユニボディ屈曲デバイスを含むことができ、ユニボディ屈曲デバイスは、荷重をエンドエフェクタ２０８のようなロボットアーム２００のある構成部材に加えると生じるたわみを測定するように構成されているセンサアセンブリのような他の構成部材に結合することができる。幾つかの実装態様では、センサハウジング２２２は、図２に示すように画定される円筒形外面を含まない場合もある。例えば、ユニボディ屈曲デバイスおよび屈曲デバイスに結合されるセンサは、数ある可能性の中でも、センサハウジング２２２の全体を構成することができる。

例示的な実装態様では、ロボットアーム２００のようなロボットシステム１００は、教示モードで動作することができる。具体的には、教示モードは、ロボットアーム２００の動作モードとすることができ、この動作モードにより、ユーザは、ロボットアーム２００と物理的に対話し、ロボットアーム２００が様々な移動を行って、それを記録するように誘導することができる。教示モードでは、ロボットシステム１００に、教示入力に基づいて外力を加え（例えば、ユーザにより）、教示入力は、ロボットシステムに、特定のタスクをどのように実行するかに関して教示することを意図している。このように、ロボットアーム２００は、特定のタスクをどのように実行するかに関するデータを、ユーザからの指示およびガイダンスに基づいて取得することができる。このようなデータは、数ある可能性の中でも、可動構成部材（複数可）１１６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、および駆動データに関連付けることができる。

例えば、教示モード中に、ユーザはロボットアーム２００の任意の部分を掴むことができ、ロボットアーム２００を物理的に移動させることにより外力を付与することができる。具体的には、ユーザは、ロボットアーム２００が物体を掴んで、次に物体を第１の場所から第２の場所に移動するように誘導することができる。ユーザがロボットアーム２００を、教示モード中に誘導すると、システムは、移動に関連するデータを取得して記録することができ、それにより、ロボットアーム２００がタスクを、将来時点で単独動作中に単独で実行するように構成することができる（例えば、ロボットアーム２００は、教示モードになっていないときに単独で動作する）。しかしながら、外力は、数ある可能性の中でも、物理的作業空間内の他のエンティティ、例えば、他の物体、機械、および／またはロボットシステムによって加えられてもよいことに留意されたい。
ＩＩＩ．力／トルクセンサの例示的なユニボディ屈曲デバイス

図３は、力／トルクセンサの一部として使用することができる屈曲アセンブリの構成部材として使用することができるユニボディ屈曲デバイス３００（「屈曲体３００」）の斜視図である。幾つかの実施形態では、屈曲体３００は、図３に示されていない追加構成部材に接続することができる。例えば、屈曲体３００は、センサハウジング内に、図２のセンサハウジング２２２およびロボットアーム２００のようなロボットシステムの一部として配置することができる。幾つかの例では、屈曲デバイス３００は、２５ｍｍの高さ、および６０ｍｍの直径を有することができる。

図３に示す実施形態では、屈曲体３００は、内側ディスク部材３０２と、複数の接続屈曲部材３０４と、外側リング部材３０６と、を含む。内側ディスク部材３０２は、本明細書の他のセクションで説明されるように、内側部材であると考えることができる。同様に、外側リング部材３０６は、本明細書において説明されるように、外側包囲部材であると考えることができる。内側ディスク部材３０２は、主として円形または円筒形として、これらの図のうちの幾つかで説明および示され得るが、これらは単なる例であり、他の形状が本明細書において想到される。例えば、内側部材は、幾つかの実施態様では、長方形または六角形とすることができる。さらに、外側リング部材３０６は、これらの図に示されている以外の他の形状の形態を採ることもできる。図３では連続リングまたは連続ループとして描かれているが、外側リング部材３０６は、連続的ではなく、内側部材の周りに間隔を空けて並べられた複数の構成部材または部品を含むことができる。例えば、複数の接続屈曲部材３０４の脚部または延長部であると考えることができる複数の外側包囲部材もまた、本明細書において想到される。

例では、複数の接続屈曲部材３０４の各々は、本明細書において説明される外側リング部材３０６（および、他の外側包囲部材）と形態および／または機能が類似する対応する外側包囲部材を有することができる。例えば、屈曲体は、外側包囲部材が内側部材と同軸になるように、内側部材の周りに放射状に間隔を空けて配置されて、６つの接続屈曲部材および６つの対応する外側包囲部材を含むことができる。このような例では、外側包囲部材の各々は、固有の接続点を含むことができる。

内側ディスク部材３０２（「内側ディスク３０２」）は、複数の第１の接続点３０８を含むことができ、外側リング部材３０６（「外側リング３０６」）は、複数の第２の接続点３１０を含むことができる。複数の第１の接続点３０８は、幾つかの例では、複数の第２の接続点３１０と同じ平面（例えば、Ｘ－Ｙ平面）にあるとすることができるのに対し、複数の第１の接続点３０８は、他の例では、複数の第２の接続点３１０とは異なる平面（例えば、Ｘ－Ｙ平面）にあるとすることができる。例では、内側ディスク３０２は、略円筒形の形状とすることができ、さらに上から、または下から眺めたときに、円形とすることができる（以下に説明される図４Ａおよび図４Ｂを参照）。さらなる例では、外側リング３０６は、略円形の形状とすることができ、内側ディスク３０２を取り囲むことができる。さらに、内側ディスク３０２は、外側リング３０６と同軸とすることができる。幾つかの例では、内側ディスク３０２および外側リング３０６は、Ｚ軸を中心とすることができ、Ｚ軸は内側ディスク３０２の中央を通ることができる。外側リング３０６は、ｘ－ｙ平面に平行な平面内の内側ディスク３０２の周りにあるリングまたはループであると考えることができる。他の例では、外側リング３０６は、内側ディスク３０２を半径方向に包囲してもよく、または単に取り囲んでもよい。さらに、例では、外側リング３０６は６０ｍｍの直径を有することができる。内側ディスク３０２と外側リング３０６との間の隙間または空洞は、許容可能なたわみを実現するために十分なスペースがあるように設計することができる。

複数の接続屈曲部材３０４は、内側ディスク３０２と外側リング３０６との間に結合することができる。図３に示すように、複数の接続屈曲部材３０４の各々はアーチ３１２を含むことができ、このようなことから、複数の接続屈曲部材３０４の各々は、アーチ状屈曲部材であると考えることができる。図３では、複数の接続屈曲部材３０４がアーチ３１２の形状を有することができるが、屈曲部材の他の形状が本明細書において想到される。複数の接続屈曲部材３０４の各々の形状、厚さ、および全体の幾何学的構造は、屈曲デバイス３００の設計荷重に基づいた剛性値または特性に基づくことができる。複数の接続屈曲部材３０４は、内側ディスク３０２を外側リング３０６に対して移動させることができるように構成することができる。

図３に示すように、複数の接続屈曲部材３０４のアーチ３１２の形状は、屈曲デバイス３００に６自由度の物理的なばねのような特性を付与することができる。例えば、内側ディスク３０２がＺ軸に沿った軸方向の力を受ける（例えば、軸線方向に荷重が加わる）場合、内側ディスク３０２は、外側リング３０６からＺ軸に沿って相対距離を複数の接続屈曲部材３０４の各々の曲がり、および移動に（少なくとも部分的に）基づいて移動することができる。同時に、同じ複数の接続屈曲部材３０４のアーチ３１２の形状により、Ｚ軸回りのねじれ、またはモーメントも発生し得る。しかしながら、ばねと同様に、屈曲デバイス３００の一部としての複数の接続屈曲部材３０４の形状および全体構造は、外側リング３０６に対してゼロ荷重静止位置に向かって付勢される内側ディスク３０２を含むことができる。屈曲デバイス３００は、図３のゼロ荷重静止位置にあると考えることができる。このように、Ｚ軸に沿った軸方向力が取り除かれる場合、内側ディスク３０２は、外側リング３０６に対してゼロ荷重位置に戻るように構成される。さらに、内側ディスク３０２がゼロ荷重位置からさらに遠ざかると、内側ディスク３０２に加わる荷重の方向とは反対の方向に作用する戻り力が増加することにより、ゼロ荷重位置に向かう付勢力が増加する。このようなことから、例では、複数の接続屈曲部材３０４は、内側ディスク３０２と外側リング３０６との間の相対運動に抗することもできる。

複数の接続屈曲部材３０４は、内側ディスク３０２および外側リング３０６を互いに対して６自由度で移動させることができるように設計することができる。上の例は、Ｚ軸に平行に作用する軸方向力として与えられているが、６自由度の様々な構成部材における他の力が想到され、屈曲デバイス３００は説明したのと同様に動作する。同様に、例示的な軸方向力を内側ディスク３０２に加えたが、数ある可能性の中でも、軸方向力は、内側ディスク３０２に結合される構成部材に加えてもよく、軸方向力は外側リング３０６に加えてもよく、または軸方向力は、外側ディスク３０６に結合される構成部材に加えてもよい。上の例、および以下のさらなる例で説明されるコンセプトは、内側ディスク３０２と外側リング３０６との間の全ての相対運動に関して同じままである。

例えば、荷重は、内側ディスク３０２または外側リング３０６のうちの少なくとも一方に加えることができ、荷重により複数の接続屈曲部材３０４をたわませることができる。荷重は、軸線方向成分および／または半径方向成分を含むことができ、屈曲デバイス３００に様々な力および／またはモーメントを受けさせることができる。荷重の軸線方向成分は、Ｚ軸に平行な軸線に沿った引張または圧縮を発生させるだけでなく、Ｚ軸に直角であるとともに互いに対して直角でもあるＸ軸回り、またはＹ軸回りのモーメントを発生させることができる。荷重の半径方向成分は、Ｘ軸またはＹ軸に沿った力を発生させるだけでなく、Ｚ軸回りのモーメントを発生させることができる。さらに、Ｚ軸に沿ってずれた荷重の半径方向成分は、Ｘ軸回り、および／またはＹ軸回りのモーメントを発生させることができる。

図３に示すように、複数の接続屈曲部材３０４は、屈曲デバイス３００の周りに間隔を空けて対称に配置することができる。図３は６つの接続屈曲部材３０４を示しているが、６つよりも多い、または少ない屈曲部材３０４が本明細書において考えられる。他の例では、接続屈曲部材３０４は、屈曲デバイス３００の周りに間隔を空けて対称に配置されなくてもよい。例えば、特定の力が屈曲デバイス３００に加わるように設計されている特定の荷重シナリオの場合、追加の屈曲部材３０４を非対称に配置して、特定の荷重シナリオを具体的に説明することが考えられ得る。他の関連例では、追加の屈曲部材３０４に代わって、幾つかの屈曲部材３０４が、特定の力成分を伴う荷重に関して設計される特定の剛性を有することができるのに対し、他の屈曲部材３０４は異なる剛性を有することができる。

例では、屈曲デバイス３００は、ロボットアーム、エンドエフェクタ、グリッパー、または他の可能な構成部材のようなロボットシステムの構成部材に結合することができる。例えば、ロボットアーム（例えば、図２のロボットアーム２００）の構成部材は、複数の第１の接続点３０８に結合させることができ、エンドエフェクタは、複数の第２の接続点３１０に結合させることができる。このようなことから、屈曲デバイス３００がエンドエフェクタとロボットアームの別の構成部材との間にあり得る、このような例では、エンドエフェクタに作用する力により、内側ディスク部材３０２と外側リング部材３０６との間にたわみが生じ得る。力の大きさは、センサにより、たわみ量に基づいて測定することができる。

他の例では、屈曲アセンブリの他の構成部材は、屈曲デバイス３００に複数の第１の接続点３０８および複数の第２の接続点３１０を介して結合することができる。例えば、第１のアダプタ構成部材（図３には示されていない）は、内側ディスク３０２の複数の第１の接続点３０８に結合することができる。同様に、第２のアダプタ構成部材（これも図３には示されていない）は、外側リング３０６の複数の第２の接続点３１０に結合することができる。アダプタ構成部材は、ロボットシステムの他のハウジング構成部材を含むことができるか、または他のハウジング構成部材の一部とすることができる。幾つかの例では、取り付け、アクセス、および保守をさらに容易にするために、複数の第１の接続点３０８および複数の第２の接続点３１０は全て、第１の方向からアクセスすることができる。より多くの例では、他の構成部材は、屈曲デバイス３００に第１の方向からアクセスする接続部を介して結合させることができる。同じ第１の方向からアクセスされる接続部を設計することにより、関連する屈曲アセンブリの構成部材を固定する、取り替える、または他の方法で、保守する必要がある場合に時間を節約することができる。幾つかの実施形態では、複数の第１の接続点３０８は、複数の接続屈曲部材３０４の間に交互に配置するか、または間隔を空けて対称に配置することができる。さらなる実施形態では、複数の第２の接続点は、複数の接続屈曲部材３０４と位置合わせするか、または軸線方向に位置合わせすることができる。

例では、内側ディスク３０２、複数の接続屈曲部材３０４、および外側リング３０６は、これらの部材が一体となって単一のユニボディ射出成形屈曲構成部材を形成するように射出成形することができる。数ある可能性の中でも、内側ディスク３０２、複数の接続屈曲部材３０４、および外側リング３０６は、成形プラスチックとすることができる。射出成形技術の進歩を利用することにより、屈曲デバイス３００は、本明細書において説明される様々な部材を含むユニボディ構成部材を含むことができ、他の屈曲構造よりも低いコストで迅速かつより効率的に製造することもできる。

図４Ａは、屈曲デバイス４００の上面図を示しており、図４Ｂは、屈曲デバイス４００の底面図を示している。図４Ａおよび図４Ｂの屈曲デバイス４００の構成部材は、図３の屈曲デバイス３００の同様の番号が付けられた構成部材と同じ、または同様の形態を採り、同じように機能することができる。例えば、屈曲デバイス４００は、内側ディスク部材４０２、複数の接続屈曲部材４０４、および外側リング部材４０６を含む。図４Ａに示すように、内側ディスク４０２は、複数の第１の接続点４０８を含む。

図４Ｂの屈曲デバイス４００の底面図は、複数の第１の接続点４０８をさらに含むが、外側リング４０６に複数の第２の接続点４１０も含む。図４Ｂは、内側ディスク４０２上に配置されている複数の反射面領域４１２をさらに示している。さらに、追加の接続点４１４および接続突起４１６が外側リング４０６上に配置されている。追加の接続点４１４および接続突起４１６を使用して、プリント回路基板（「ＰＣＢ」）のような他の構成部材を屈曲デバイス４００の外側リング４０６に結合することができる。反射面領域４１２および追加の接続点４１４および接続突起４１６は全て、図４Ｂの底面図で見ることができる同じ方向を向くことができ、追加の接続点および／または接続突起４１６に結合される構成部材が相互作用するか、またはインターフェース接続することができる。例えば、複数の反射面領域４１２は、光を、追加の接続点４１４および接続突起４１６に結合されるＰＣＢ基板のような追加の構成部材上に配置されているセンサに反射するように構成することができる。

図４Ｂに示すように、反射面領域４１２は、内側ディスク４０２に間隔を空けて対称に配置することができる。例では、反射コーティングを反射面領域４１２に塗布することができ、反射面領域４１２は凹状とすることができる。３つの反射面領域４１２が図示されているが、より多くの、またはより少ない反射領域を考えることができる。しかしながら、少なくとも３つの反射面領域４１２を有することにより、内側ディスク４０２の相対移動を、３つよりも少ない反射面を有する場合よりも正確に判断することができる。
ＩＶ．力／トルクセンサの例示的な屈曲アセンブリ

図５は、屈曲アセンブリ５００の個別の構成部材の分解図を示している。屈曲アセンブリ５００は、屈曲デバイス５０１、プリント回路基板（「ＰＣＢ」）５２０、およびシール構成部材５３０を含む。屈曲デバイス５０１は、図３、図４Ａ、および図４Ｂそれぞれの屈曲デバイス３００および／または屈曲デバイス４００と同様とすることができる。例えば、屈曲デバイス５０１は、内側ディスク部材５０２、複数の屈曲部材５０４、外側リング部材５０６、複数の第１の接続点５０８、複数の第２の接続点５１０、複数の反射面５１２、追加の接続点５１４、および接続突起５１６を含む。図５は、屈曲アセンブリ５００の様々な構成部材がどのように関連し、一緒に結合され得るかをさらに示している。屈曲アセンブリ５００は、図１のロボットシステム１００および／または図２のロボットアーム２００の態様をさらに含むことができる。

数ある構成部材の中でも、ＰＣＢ ５２０は、接続点５２４および突出コネクタ５２６を含む。ねじ、ボルト、または他の同様の部品のようなコネクタは、ＰＣＢ５２０を屈曲デバイス５０１に接続点５２４に対応する追加の接続点５１４で結合することができる。さらに、外側リング５０６の接続突起５１６は、ＰＣＢ５２０の突起コネクタ５２６と結合する、および／または位置合わせすることができる。このようなことから、ＰＣＢ５２０は、外側リング５０６と共に移動することができるか、またはその他には、内側ディスク５０２と同様の相対移動関係に供され得る。

図５の斜視図では、ＰＣＢ５２０の上面だけが見える。視野から隠れた底面側では、ＰＣＢは、内側ディスク５０２の複数の反射面領域５１２の反対側に位置決めされる複数の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）およびセンサを含む。荷重を加えることによって、内側ディスク５０２が外側リング５０６に対して移動すると、ＬＥＤから放出されて反射面領域５１２で反射され、ＰＣＢのセンサにより収集される光の特性が変化し、反射光の変化に基づいて、センサは、屈曲デバイス５００に加わる荷重の少なくとも１つの成分を決定するように構成される。さらに、反射面領域５１２で反射される光の変化は、荷重を屈曲デバイス５０１に加えたときの外側リング５０６およびＰＣＢ５２０に対する内側ディスク５０２の１つ以上のたわみに基づくことができる。幾つかの例では、反射面、ＬＥＤ、およびセンサの組み合わせは、センサアセンブリを構成することができる。さらなる例では、２つ以上の集光センサを使用することができ、ＰＣＢ基板上に配置することができる。

図５は、シール構成部材５３０も示している。シール構成部材５３０は弾性中実材料を含むことができる。例えば、幾つかの例では、シール構成部材５３０は成形発泡体シールを含むことができる。他の例では、シール構成部材５３０は、層状に積層した少なくとも２つの打ち抜き部材を備えることができる。シール構成部材５３０は、屈曲デバイス５０１の部材に対応する形状をした複数の切り欠き５３２を含む。このようなことから、シール構成部材５３０は、複数の接続屈曲構成部材５０４の形状に生成される空洞の内部に滑入することができる。したがって、シール構成部材は、複数の接続屈曲部材５０４に隣接して配置され、シール構成部材５３０が内側ディスク５０２と外側リング５０６との間にあるようにすることができる。さらに、シール構成部材５３０は、ＰＣＢ５２０に隣接させることができ、それにより、構成部材間の空洞が全ての側面で密閉される。シール構成部材５３０は、塵埃、周囲光、および他の粒子が、センサと反射面領域５１２との間に干渉する、および／または侵入するのを阻止することができる。

図６は、屈曲アセンブリ６００の個別の構成部材の分解図を示している。屈曲センブリ６００は、屈曲デバイス６０１、ＰＣＢ６２０、シール構成部材６３０、第１のアダプタ構成部材６４０、および第２のアダプタ構成部材６５０を含む。屈曲アセンブリ６００の構成部材は、図５の屈曲デバイス５００の同様の番号が付けられた構成部材と同じ、または同様の形態を採ることができ、同様に機能することができる。さらに、屈曲デバイス５０１は、図３、図４Ａ、図４Ｂ、および図５のそれぞれの屈曲デバイス３００、屈曲デバイス４００、および／または屈曲デバイス５０１と同様とすることができる。同様に、ＰＣＢ６２０はＰＣＢ５２０と同様とすることができ、シール構成部材６３０は図５のシール構成部材５３０と同様とすることができる。

図５に示す構成部材を基に、図６は、複数の内側ディスク接続点６４２および屈曲部材空洞６４４を含む第１のアダプタ構成部材６４０をさらに示している。複数の内側ディスク接続点６４２は、内側ディスク６０２の第１の複数の接続点６０８に対応することができる。同様の対応する接続点は、屈曲デバイス６０１の外側リング６０６に結合される第２のアダプタ構成部材６５０上に配置することができる（例えば、第２のハウジング６５０を複数の第２の接続点６１０に結合する）。

このようなことから、複数の第１の接続点６０８および対応する内側ディスク接続点６４２は、内側ディスク６０２と第１のアダプタ構成部材６４０との間の相互接続点とすることができる。少なくとも１つの例では、第１のアダプタ構成部材６４０または第２のアダプタ構成部材６５０の少なくとも一方に加わる荷重は、内側ディスク６０２および／または外側リング６０６のそれぞれに、複数の第１の接続点６０８または複数の第２の接続点６１０のそれぞれで伝達することができる。

ロボットシステムでは、屈曲デバイス６０１は、ロボットシステムの構成部材と直接結合して、または直接境界を接しているため、荷重を屈曲デバイス６０１に直接伝達することができる。他の例示的なロボットシステムでは、アダプタ構成部材は、屈曲デバイス６０１をロボットシステムの構成部材に接続することができる。例えば、１つの実施形態では、第１のアダプタ構成部材６４０は、エンドエフェクタ２０８のようなエンドエフェクタに結合することができ、第２のアダプタ構成部材６５０は、図２の関節２０４Ｃのような関節に結合することができる。第１のアダプタ構成部材６４０および第２のアダプタ構成部材６５０がロボットシステムの他の構成部材に結合されるこのような実施形態では、ロボットシステムに加わる力（複数可）または荷重（複数可）は、第１のアダプタ構成部材６４０および／または第２のアダプタ構成部材６５０の少なくとも一方に伝達することができ、アダプタ構成部材が次に、荷重を屈曲デバイス６０１に伝達することができる。幾つかの例では、第１のアダプタ構成部材６４０および第２のアダプタ構成部材６５０は、屈曲デバイス６０１が損傷するのを防止することができるハードストップとして使用することができる部品を含むこともできる。

ＰＣＢ６２０および屈曲デバイス６０１は、荷重を屈曲アセンブリ６００に加えることができる場合に、内側ディスク６０２と外側リング６０６との間のたわみを測定するように構成することができる１つ以上の部品を含むことができる。たわみは、外側リング６０６に対する内側ディスク６０２の相対的な変位および回転を含むことができる。光検出について本明細書においてある程度詳細に説明してきたが、ＰＣＢ６２０および屈曲デバイス６０１は、任意の数の検出技術または検出部材を利用して相対的なたわみを測定することができる。
Ｖ．力／トルクセンサの屈曲アセンブリの例示的な製造方法および使用方法

図７は、本明細書において説明される少なくとも幾つかの実施形態による力／トルクセンサの屈曲アセンブリを組み立てる例示的な方法のフローチャートである。１つの実装例では、方法７００は、屈曲デバイスの部材の射出成形について説明し、次に屈曲デバイスを他の屈曲アセンブリ構成部材と組み立てることについて説明する。

方法７００のような例示的な方法は、図１に示すロボットシステム１００の構成部材のうちの１つ以上の構成部材のようなロボットシステムの構成部材（複数可）により、または図２に示すロボットアーム２００の構成部材（複数可）により全部または一部を行なうことができる。方法７００のような例示的な方法は、本発明の範囲から逸脱することなく、エンティティにより、またはエンティティの組み合わせにより（すなわち、他のコンピューティングデバイス、ロボットデバイス、および／またはこれらの組み合わせにより）行なうことができることを理解されたい。

例えば、方法７００の機能は、コンピューティングデバイス（または、１つ以上のプロセッサもしくはコントローラのようなコンピューティングデバイスの構成要素）により完全に実行することができるか、またはコンピューティングデバイスの複数の構成要素全体にわたって、複数のコンピューティングデバイス、制御システム全体にわたって、および／またはサーバ全体にわたって分散させることができる。幾つかの例では、コンピューティングデバイスは、情報をコンピューティングデバイスのセンサから受信することができるか、または情報を、情報を収集する他のコンピューティングデバイスから受信することができる。他の例と同様に、コンピューティングデバイス、サーバ、またはロボットシステムが方法７００を実行することができる。

ブロック７０２に示されるように、方法７００は、内側部材、外側包囲部材、および複数の接続屈曲部材を射出成形することを含む。内側部材、外側包囲部材、および複数の接続屈曲部材は、特に図３～図６に関して、本出願内で説明される部材の他の例と同様とすることができる。

ブロック７０４に示されるように、方法７００は、反射コーティングを内部部材の複数の反射面領域の各々に塗布することをさらに含む。反射コーティングは、ＬＥＤから放出される特定波長の光を反射するように構成することができる。

ブロック７０６に示されるように、少なくとも１つのセンサおよびＬＥＤを含むＰＣＢは、屈曲デバイスの外側包囲部材に結合されて、それにより、外側包囲部材およびＰＣＢが内側部材に対して一緒に移動する。

ブロック７０８および７１０で示すように、方法７００は、ロボットシステムの第１のロボット構成部材を内側部材に結合して、第２のロボット構成部材を外側包囲部材に結合することをさらに含む。幾つかの例では、第１のロボット構成部材は第１のアダプタ構成部材を含むことができ、同様に第２のロボット構成部材は第２のアダプタ構成部材を含むことができる。他の例では、第１のロボット構成部材は、ロボットシステムのグリッパーまたはエンドエフェクタを含むことができ、第２のロボット構成部材は、関節または他の付属物のようなロボットアームの別の構成部材を含むことができる。さらに他の例では、ロボット構成部材は、とりわけ、ロボットアーム、ロボット脚、および／またはロボットハンドのような付属物を含むことができる。

方法７００は、少なくとも１つのセンサから、荷重が第１のロボット構成部材または第２のロボット構成部材の少なくとも一方に加わることにより生じる内側部材と外側包囲部材との間の１つ以上のたわみを示すセンサデータを受信することを含むこともできる。

さらなる例では、方法７００は、１つ以上の出力パラメータを、荷重が第１のロボット構成部材または第２のロボット構成部材の少なくとも一方に加わるときの外側包囲部材に対する内側部材の１つ以上のたわみに基づいて決定することを含むことができる。１つ以上のたわみに基づく１つ以上の出力パラメータは、加わった荷重の少なくとも１つの力成分を含むことができる。さらに、１つ以上の出力パラメータは、ロボットシステムのエンドエフェクタまたは付属物の位置または向きを含むことができる。

例では、少なくとも１つのセンサは、荷重が加わるときの外側包囲部材に対する内側部材の１つ以上のたわみを測定することができる。次に、少なくとも１つのセンサは、加わる荷重の少なくとも１つの力成分を、測定したたわみに基づいて決定することができる。他の例では、少なくとも１つのセンサは、加わる荷重の少なくとも１つの力成分を、少なくとも１つのセンサの検出部材から送信される生の信号に基づいて決定することができる。少なくとも１つのセンサの検出部材から送信される生の信号は、外側包囲部材に対する内側部材のたわみ（複数可）に依存し得る。

１つ以上の出力パラメータを決定することは、電圧または周波数のような生の出力信号を、少なくとも１つの出力センサの検出部材からコンピューティングデバイスおよび／または制御システムに送信することを含むことができる。コンピューティングデバイスは、少なくとも１つのセンサ内に存在してもよく、または図１のロボットシステム１００のようなロボットシステム内のいずれかの箇所に存在してもよい。次に、コンピューティングデバイスは、加わる荷重の少なくとも１つの力成分を決定することができるか、または図２のエンドエフェクタ２０８のようなロボットアームのエンドエフェクタの向きを、検出部材からの生の信号に基づいて決定することができる。さらに、屈曲アセンブリに加わる荷重により生じるたわみは、外側包囲部材に対する内側部材の変位および／または回転をさらに含むことができる。

方法７００は、加わる荷重の力およびモーメントの少なくとも１つの成分を、測定した１つ以上のたわみに基づいて決定することをさらに含むことができる。１つの例では、力およびモーメントの少なくとも１つの成分の決定は、接続屈曲部材の剛性にさらに基づくことができる。１つの態様では、力およびモーメントは、少なくとも軸線方向および／または半径方向の力およびモーメントを含むことができる。１つの実施形態では、方法７００は、エンドエフェクタまたはロボットアームの少なくとも一方の動作を、決定した力およびモーメントの少なくとも１つの成分に基づいて変更することをさらに含むことができる。

エンドエフェクタまたはロボットアームの少なくとも一方の動作を変更することは、エンドエフェクタまたはロボットアームの少なくとも一方の向きを調整することを含むことができる。他の例では、エンドエフェクタまたはロボットアームの少なくとも一方の動作を変更することは、大きな力が検出されるとき、ロボットシステムを停止すること、ロボットを静止位置に保持すること、またはロボットシステムを安全モードにすること、を含むことができる。さらに他の例では、ロボットシステムのアクチュエータまたはモータ（図１のアクチュエータ（複数可）１１４のような）に印加される電流を調整して、屈曲アセンブリに加わる力を小さくすることができる。エンドエフェクタは、図２のエンドエフェクタ２０８と同様とすることができ、数ある可能性の中でも、図６の第１のアダプタ構成部材６４０のような第１のアダプタ構成部材に結合することができる。さらに、ロボットアームは、図６の第２のアダプタ構成部材６５０のような第２のアダプタ構成部材に結合することができる。他の例では、エンドエフェクタは、屈曲アセンブリまたはデバイスにアダプタ構成部材を全く用いることなく直接結合することができる。

本開示は、本出願において説明される特定の実施形態に関して限定されるものではなく、特定の実施形態は、様々な態様の例示として意図される。当業者には明らかなことであるが、多くの変形および変更を本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく行なうことができる。本明細書において列挙される方法および装置に加えて、本開示の範囲内の機能的に同等の方法および装置は当業者には、これまでの説明から明らかであろう。このような変形および変更は、添付の特許請求の範囲内にあることが意図される。

上の詳細な説明は、開示されるシステム、デバイス、および方法の様々な特徴および機能を添付の図を参照しながら記述している。図では、特に文脈で記載しなない限り、同様の記号は通常、同様の構成要素を指している。本明細書および図に記載されている例示的な実施形態は、限定することを意図していない。本明細書において提示される主題の趣旨また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ができ、他の変更を行なうことができる。本明細書に概して記載され、図面に例示される本開示の態様は、多種多様な異なる構成で配置し、置き換え、組み合わせ、分離し、および設計することができ、これらの全てが、本明細書において明示的に想到される。

上に説明した方法のブロックのような情報の処理を表わすブロックは、本明細書で説明される方法または技術の特定の論理機能を実行するように構成することができる回路に対応することができる。代替的に、または追加的に、情報の処理を表わすブロックは、モジュール、セグメント、またはプログラムコード（関連データを含む）の一部に対応することができる。プログラムコードは、特定の論理機能または動作を方法または技術において実行するプロセッサにより実行可能な１つ以上の命令を含むことができる。プログラムコードおよび／または関連データは、ディスクまたはハードドライブまたは他の記憶媒体を含むストレージデバイスのような任意のタイプのコンピュータ可読媒体に格納することができる。

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、およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のような、データを短期間にわたって格納するコンピュータ可読媒体のような非一時的なコンピュータ可読媒体を含むこともできる。コンピュータ可読媒体は、例えばリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、光ディスクもしくは磁気ディスク、コンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）のような補助ストレージまたは永続長期ストレージのような、プログラムコードおよび／またはデータを長期間にわたって格納する非一時的なコンピュータ可読媒体を含むこともできる。コンピュータ可読媒体は、任意の他の揮発性または不揮発性ストレージシステムとすることもできる。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、または有形のストレージデバイスであると考えることができる。

さらに、１つ以上の情報送信を表わすブロックは、同じ物理デバイス内のソフトウェアモジュールおよび／またはハードウェアモジュールの間の情報送信に対応することができる。しかしながら、他の情報送信は、異なる物理デバイス内のソフトウェアモジュールおよび／またはハードウェアモジュールの間で行なうことができる。
ＶＩ．結論

本明細書において説明される構成は、例示のみを目的としていることを理解されたい。このようなことから、当業者であれば、他の構成および他の要素（例えば、機械、インターフェース、操作、順序、および操作のグループ化など）を代わりに使用することができ、幾つかの要素を所望の結果に応じて一括して省略することができることを理解できることを理解するであろう。さらに、説明される要素の多くは、個別の構成要素または分散した構成要素として実装することができ、または他の構成要素と共に、任意の適切な組み合わせおよび場所で実装することができるか、または独立した構造として説明される他の構造要素を組み合わせることができる。

様々な態様および実装態様が本明細書において開示されているが、他の態様および実装態様は当業者には明らかであろう。本明細書において開示される様々な態様および実装態様は、例示を目的とするものであり、限定することを意図するものではなく、このような特許請求の範囲の権利が与えられる均等物の全範囲と共に、真の範囲は、以下の特許請求の範囲により規定される。本明細書において使用される専門用語は、特定の実装態様を記述するためのものに過ぎず、限定することを意図するものではないことも理解されたい。

Claims (20)

1. デバイスであって、
   複数の反射面領域を備える内側部材であって、前記複数の反射面領域が、光をセンサに反射するように構成されている、内側部材と、
   外側包囲部材であって、前記内側部材を取り囲む、外側包囲部材と、
   前記内側部材と前記外側包囲部材との間に結合されている複数の接続屈曲部材であって、前記内側部材が前記外側包囲部材に対して移動することが可能であるように構成されている、複数の接続屈曲部材とを、備える、デバイス。
2. 前記内側部材は、ディスク部材を含み、さらに前記外側包囲部材は、リング部材を含む、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記センサをさらに備え、前記センサは、前記デバイスに加えられる荷重の少なくとも１つの成分を、前記内側部材の前記反射面領域により反射される前記光の変化に基づいて決定するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記反射面領域により反射される前記光の前記変化は、前記荷重が加えられるときの前記外側包囲部材に対する前記内側部材の１つ以上のたわみに基づいている、請求項３に記載のデバイス。
5. 前記外側包囲部材に結合され、前記外側包囲部材と一緒に前記内側部材に対して移動するように構成されているプリント回路基板（ＰＣＢ）をさらに備え、前記センサは、前記複数の反射面領域とは反対側の前記ＰＣＢ上に配置されており、さらに前記ＰＣＢは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む、請求項３に記載のデバイス。
6. 前記複数の接続屈曲部材の各々はアーチ状屈曲部材を含む、請求項１に記載のデバイス。
7. 前記複数の接続屈曲部材は、前記内側部材および前記外側包囲部材の周りに間隔を空けて対称に配置されている６つの接続屈曲部材を含む、請求項１に記載のデバイス。
8. 前記複数の接続屈曲部材は、前記内側部材と前記外側包囲部材との間の相対移動に抗するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
9. 前記内側部材、前記外側包囲部材、および前記複数の接続屈曲部材は、単一の射出成形屈曲構成部材を形成する、請求項１に記載のデバイス。
10. 前記外側包囲部材は前記内側部材と同軸である、請求項１に記載のデバイス。
11. 前記外側包囲部材は、前記複数の接続屈曲部材の各々の少なくとも一部を含む、請求項１に記載のデバイス。
12. 前記内側部材上に配置されている複数の第１の接続点に結合されている第１のアダプタ構成部材と、
    前記外側包囲部材上の複数の第２の接続点に結合されている第２のアダプタ構成部材と、をさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
13. 前記内側部材の前記複数の第１の接続点、および前記外側包囲部材の前記複数の第２の接続点は、第１の方向からアクセスされるように構成されている、請求項１２に記載のデバイス。
14. ロボットアームのエンドエフェクタは、前記内側部材上に配置されている複数の第１の接続点に結合されており、さらに前記ロボットアームの別の構成部材は、前記外側包囲部材上の複数の第２の接続点に結合されている、請求項１に記載のデバイス。
15. 前記内側部材と前記外側包囲部材との間の前記複数の接続屈曲部材に隣接するシール構成部材をさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
16. 前記シール構成部材は弾性中実材料を含む、請求項１５に記載のデバイス。
17. 方法であって、
    内側部材、外側包囲部材、および複数の接続屈曲部材を射出成形することであって、前記内側部材は、複数の第１の接続点および複数の反射面領域を含み、前記外側包囲部材は複数の第２の接続点を含み、さらに前記複数の接続屈曲部材は、前記内側部材と前記外側包囲部材との間に結合され、それにより前記内側部材が前記外側包囲部材に対して移動することが可能であるように前記複数の接続屈曲部材が構成される、射出成形することと、
    反射コーティングを前記複数の反射面領域の各々に塗布することと、
    プリント回路基板（ＰＣＢ）を前記外側包囲部材に結合することであって、前記ＰＣＢは、前記内側部材の前記複数の反射面領域の反対側に位置決めされている複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）およびセンサを含む、結合することと、
    第１のロボット構成部材を前記内側部材の前記複数の第１の接続点に結合することと、
    第２のロボット構成部材を前記外側包囲部材の前記複数の第２の接続点に結合することと、を含む、方法。
18. 前記内側部材、前記外側包囲部材、および前記複数の接続屈曲部材は、単一のユニボディ屈曲デバイスを形成する、請求項１７に記載の方法。
19. 荷重が前記第１のロボット構成部材または前記第２のロボット構成部材の少なくとも一方に加えられたときの前記外側包囲部材に対する前記内側部材の１つ以上のたわみに基づいて、前記センサにより１つ以上の出力パラメータを決定することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
20. ロボットシステムであって、
    複数の反射面領域を備える内側部材であって、前記複数の反射面領域が、光をセンサに反射するように構成されている、前記内側部材と、
    外側包囲部材であって、前記内側ディスク部材を取り囲む、外側包囲部材と、
    前記内側部材と前記外側包囲部材との間に結合されている複数の接続屈曲部材であって、前記内側部材が前記外側包囲部材に対して移動することが可能であるように構成されている、複数の接続屈曲部材と、
    制御システムであって、
    反射光データをセンサから受信し、
    前記反射光データに基づいて、荷重が前記ロボットシステムの前記内側部材または前記外側包囲部材の少なくとも一方に加えられたときの前記外側包囲部材に対する前記内側部材のたわみを決定し、
    前記決定されたたわみに基づいて、前記ロボットシステムに加えられた前記荷重の１つ以上の出力パラメータを決定するように構成されている、制御システムと、を備える、ロボットシステム。
    

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