JP2024015114A - ロボットエンドエフェクタ、方法およびソフトロボット握持システム - Google Patents

ロボットエンドエフェクタ、方法およびソフトロボット握持システム Download PDF

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Abstract

【課題】ロボットのアームの端部ツールの新規の構造を提供すること【解決手段】例示的実施形態は、ロボットのアームの端部ツール(EOAT)のための特有の構造に関する。いくつかの実施形態によると、2つ以上のフィンガまたはアクチュエータが、EOAT上に存在し得、アクチュエータは、(ともに、または別個に)移動し、アクチュエータの間の間隔を調節するように構成され得る。いくつかの側面は、EOAT上に存在する真空カップを延在および/または後退させるための技法を伴う。別個に、または前述で説明された実施形態と併せて使用され得る、さらなる実施形態は、二次内側把持パッドを適用し、EOATのための二次把持モードを提供する。これらの実施形態は、アクチュエータがソフトロボットアクチュエータであり、内側把持パッドがアクチュエータよりも比較的に剛性の構造であるときに、特に有利であり得る。【選択図】なし

Description

(関連出願)
本願は、2017年10月13日に出願された米国仮特許出願第62,571,916号の優先権を主張する。本願はまた、2016年1月20日に出願された米国仮特許出願第62,280,802号の優先権を主張する、2017年1月20日に出願された米国特許出願第15/411,212号にも関連し、その一部継続出願である。前述の出願の内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
本開示は、概して、ロボット工学の分野に関し、特に、ロボットのアームの端部ツールの新規の構造に関する。
ロボットグラスパが、倉庫からのアイテムの回収を自動化するために、ますます使用されている。典型的には、倉庫は、アイテム(例えば、販売に出されるアイテム)を貯蔵する、いくつかの在庫置場またはトートをそれぞれ含有する、複数の棚を含む。アイテムの注文が受信されると、適切なアイテムが、在庫置場またはトートから回収され、出荷のためにともに梱包される。
トートまたは在庫置場のサイズおよび形状、トートまたは在庫置場内のアイテムのサイズ、重量、および形状、トートまたは在庫置場内のアイテムのサイズ、重量、および形状の変動性に応じて、そして倉庫または個々のトートまたは在庫置場内の比較的にタイトな貯蔵制約に起因して、トートまたは在庫置場のうちの1つからアイテムを回収することは、従来のロボットシステムにとって困難であり得る。多くの場合、ロボットアームは、限定された空間をナビゲートすることを困難にする、嵩張る構成要素またはロボットアームの本体から側方に延在するシステムを含む。
本発明の実施形態の一側面によると、物品を握持するためのソフトロボット握持システムが、グリッパハブと、第1の圧力変化を適用するフィンガアクチュエータとを含む。複数のソフトロボットフィンガはそれぞれ、内部空隙を包囲するエラストマ外面を含み、それぞれは、フィンガアクチュエータが内部空隙内で圧力変化を適用するときに、第1の自由度で丸くなるように構成される。リンケージが、それぞれ、各ソフトロボットフィンガをハブに接続し、それぞれは、第2の自由度で誘導し、ハブに対する接続されたソフトロボットフィンガの姿勢を変化させるように構成される。リンケージアクチュエータが、リンケージを移動させるように構成され、それぞれ、リンケージのうちの1つにそれぞれ接続される。流体通路管が、流体をソフトロボットフィンガに提供し、それぞれ、リンケージが移動させられるときにリンケージに従って移動するように形成され、圧力変化を、第1および第2の自由度に従って複数のソフトロボットフィンガによって到達される任意の位置で内部空隙に提供するように構成される。
随意に、リンケージ流体シールが、リンケージを中心として形成され、流体通路管への流体流をシールしながら、リンケージが移動することを可能にする。さらに随意に、ハブを中心とする流体シールが、内部流体圧力を維持する。フィンガアクチュエータは、圧力変化をハブの内部に適用し、圧力変化は、リンケージ流体シールおよび流体通路管を介してソフトロボットフィンガに伝達される。代替として、または加えて、本システムは、第2の圧力変化を適用する、吸引アクチュエータと、第2の圧力変化に従って吸引力を適用するように構成される、吸引カップとを含む。この場合、延在リンケージが、吸引カップおよびハブを接続し、延在および後退し、ハブへの吸引カップの姿勢を変化させるように構成される。随意に、コントローラが、吸引カップおよび延在アクチュエータをアクティブ化し、吸引カップを物品に接触させ、吸引力によって物品を持ち上げ、ハブに向かって物品を後退させるように構成される。コントローラは、フィンガアクチュエータをアクティブ化し、ソフトロボットフィンガを丸まらせ、握持力を物品に適用してもよい。
本発明の実施形態の別の側面によると、ソフトロボット握持システムが、グリッパハブと、圧力変化を適用するフィンガアクチュエータとを含む。1つ以上のソフトロボットフィンガが、内部空隙を包囲するエラストマ外面を含み、各1つは、フィンガアクチュエータが内部空隙内で圧力変化を適用するときに丸くなるように構成される。リンケージが、各ソフトロボットフィンガをハブに接続し、第1の自由度で移動し、ハブに対する接続されたソフトロボットフィンガの姿勢を変化させるようにそれぞれ構成される。リンケージアクチュエータが、リンケージを移動させ、1つ以上のソフトロボットフィンガが、組み合わせられた丸くなるステップおよび第1の自由度に従って移動する。第1の自由度は、平行移動または回転のうちの1つであってもよい。代替として、または加えて、収斂型エフェクタが、収斂力を適用し、延在リンケージは、収斂型エフェクタおよびハブを接続し、延在および後退し、ハブに対する収斂型エフェクタの姿勢を変化させるように構成される。
一変形例では、第1の自由度は、圧着力を適用し、丸くなるステップは、握持力を適用する。コントローラが、所定の順序で収斂力、圧着力、および握持力をアクティブ化するように、収斂型エフェクタ、フィンガアクチュエータ、およびリンケージアクチュエータのそれぞれに接続されてもよい。代替として、コントローラは、相互に対する所定の関係で握持力および圧着力を維持するように構成されてもよい。
本発明の実施形態の一側面によると、ソフトロボット握持システムが、グリッパハブと、圧力変化を適用するフィンガアクチュエータとを含む。ソフトロボットフィンガが、ハブによって支持され、内部空隙を包囲するエラストマ外面を含み、フィンガアクチュエータが内部空隙内で圧力変化を適用するときに丸くなるように構成される。カメラが、未握持、物品握持、および空虚握持状態のうちのいずれかでソフトロボットフィンガを観察するように構成される視野(および例えば、焦点)を有する。カメラおよびフィンガアクチュエータに接続されるコントローラが、ソフトロボットフィンガの観察を基準状態と比較し、ソフトロボットフィンガの未握持、物品握持、および空虚握持状態を決定してもよい。コントローラはさらに、空虚握持状態が決定された後に、圧力を適用して空虚握持状態から未握持状態に変化するようにフィンガアクチュエータに命令してもよい。
随意に、グリッパハブは、軸方向中心線を中心とした軸方向中心領域を有してもよく、カメラは、軸方向中心領域内に位置付けられ、軸方向中心線に沿ってカメラの光軸を指向するように構成されてもよい。代替として、または加えて、収斂型エフェクタは、収斂力を適用するように構成されてもよい。延在リンケージが、収斂型エフェクタおよびハブを接続し、握持方向と垂直な方向に沿って収斂エフェクタを延在および後退させるように構成されてもよい。コントローラは、ソフトロボットフィンガおよび/または延在リンケージの観察を少なくとも1つの基準状態と比較し、物品が正常に握持されているかどうかを決定してもよい。
随意に、各ソフトロボットフィンガをハブに接続する、1つ以上のリンケージがそれぞれ、ハブに対する接続されたソフトロボットフィンガの姿勢を変化させる。この場合、カメラの視野および焦点は、ハブに対する接続されたソフトロボットフィンガの複数の姿勢でソフトロボットフィンガを観察するように構成されてもよい。さらに随意に、基準状態は、空虚握持状態時のソフトロボットフィンガの認識された特性(例えば、色、面積)に対応する、所定の割合の視野を含んでもよい。
本発明の実施形態の別の側面によると、物品を握持するためのソフトロボット握持システムが、グリッパハブと、圧力変化を適用するフィンガアクチュエータと、それぞれ握持方向に沿って配列され、内部空隙を包囲するエラストマ外面を含む、ソフトロボットフィンガとを含んでもよい。各ソフトロボットフィンガは、フィンガアクチュエータが内部空隙内で圧力変化を適用するときに、握持方向に沿って第1の自由度で丸くなるように構成されてもよい。収斂型エフェクタが、収斂力を適用してもよく、延在リンケージが、収斂型エフェクタおよびハブを接続してもよい。延在リンケージは、握持方向と垂直な方向に沿って収斂型エフェクタを延在および後退させてもよい。カメラが、未握持、物品握持、および空虚握持状態のうちのいずれかでソフトロボットフィンガ、および未延在および延在状態で延在リンケージを観察するように構成される、視野および焦点を有してもよい。カメラに接続されるコントローラが、ソフトロボットフィンガおよび/または延在リンケージの観察を少なくとも1つの基準状態と比較し、物品が正常に握持されている(および/または収斂型エフェクタによって正常に取り上げられているか)かどうかを決定してもよい。
随意に、グリッパハブは、軸方向中心線を中心とした軸方向中心領域を有し、カメラは、軸方向中心領域内に位置付けられ、軸方向中心線に沿って光軸を指向するように構成される。この場合、収斂型エフェクタおよび延在リンケージは、軸方向中心領域に隣接して位置付けられ、軸方向中心線と平行に収斂型エフェクタの延在部を指向するように構成されてもよい。さらに随意に、リンケージが、それぞれ、ソフトロボットフィンガをハブに接続し、ハブに対する接続されたソフトロボットフィンガの姿勢をそれぞれ変化させてもよく、リンケージアクチュエータが、リンケージを移動させるように構成されてもよく、各リンケージアクチュエータは、それぞれ、リンケージのうちの1つに接続される。
本発明の実施形態のさらなる側面によると、ソフトロボット握持システムが、軸方向中心線を中心とした軸方向中心領域を有する、グリッパハブを含んでもよい。複数の握持方向が、軸方向中心線を中心として放射対称に画定されてもよく、複数の付属物方向が、隣接する握持方向の間で画定されてもよい。フィンガアクチュエータが、圧力変化を適用してもよく、ソフトロボットフィンガが、握持方向に沿って配列されてもよい。各フィンガは、内部空隙を包囲するエラストマ外面を含んでもよく、フィンガアクチュエータが内部空隙内で圧力変化を適用するときに、握持方向に沿って第1の自由度で丸くなってもよい。第1の付属物が、軸方向中心領域内に位置付けられている軸方向中心線に沿って作用してもよい。第2の付属物が、軸方向中心線と平行に作用してもよい。第2の付属物は、軸方向中心領域に隣接して付属物方向に沿って位置付けられてもよい。第1および第2の付属物は、軸方向中心線と平行な方向に延在可能な真空チャック、軸方向中心線と平行な方向に延在する光軸を有するカメラ、および軸方向中心線と平行な方向に延在する測距軸を有するレンジファインダから選択されてもよい。視野を照明する照明器もまた、第1および第2の付属物のうちの1つであってもよい。
随意に、カメラは、軸方向中心領域内に位置付けられ、軸方向中心線に沿って光軸を指向するように構成されてもよい。この場合、真空チャックは、軸方向中心領域に隣接して位置付けられ、軸方向中心線と平行な方向に延在するように構成されてもよい。代替として、または加えて、リンケージが、それぞれ、ソフトロボットフィンガをハブに接続してもよく、握持方向に沿って接続されたソフトロボットフィンガの姿勢を変化させるようにそれぞれ構成される。さらに随意に、リンケージアクチュエータが、リンケージを移動させてもよく、各リンケージアクチュエータは、それぞれ、リンケージのうちの1つに接続される。
本発明の実施形態の付加的側面によると、物品を握持するためのソフトロボット握持システムが、ロボットフィンガを有するグリッパハブを含んでもよい。各ソフトロボットフィンガは、内部空隙を包囲するエラストマ外面を含んでもよく、フィンガアクチュエータが内部空隙内で圧力変化を適用するときに、第1の自由度で丸くなってもよい。リンケージが、それぞれ、各ソフトロボットフィンガをハブに接続してもよく、第2の自由度で誘導し、ハブに対する接続されたソフトロボットフィンガの姿勢を変化させるようにそれぞれ構成される。リンケージアクチュエータが、リンケージを移動させてもよく、それぞれ、リンケージのうちの1つにそれぞれ接続される。視野を有するカメラが、未握持、物品握持、および空虚握持状態のうちのいずれかでソフトロボットフィンガを観察するように構成されてもよい。カメラに接続されるコントローラが、ソフトロボットフィンガの観察を少なくとも1つの基準状態と比較し、物品が正常に握持されているかどうかを決定するように構成されてもよい。
随意に、収斂型エフェクタが、収斂力を適用するように構成されてもよく、延在リンケージが、収斂型エフェクタおよびハブを接続してもよく、握持方向と垂直な方向に沿って収斂エフェクタを延在および後退させるように構成される。カメラはさらに、未延在および延在状態時の延在リンケージを観察するように構成されてもよく、カメラに接続されるコントローラが、延在リンケージの観察を少なくとも1つの基準状態と比較するように構成されてもよい。さらに随意に、1つ以上の基準状態が、未握持、物品握持、および空虚握持状態のうちの少なくとも1つにおけるソフトロボットフィンガの認識された特性に対応する、所定の割合の視野を含んでもよい。
本発明の実施形態のなおも別の側面によると、物品を握持するためのソフトロボット握持システムが、圧力変化を適用するフィンガアクチュエータと、内部空隙を包囲するエラストマ外面をそれぞれ含む、ソフトロボットフィンガとを含んでもよい。各ソフトロボットフィンガは、フィンガアクチュエータが内部空隙内で圧力変化を適用するときに、第1の自由度で丸くなるように構成されてもよい。リンケージが、それぞれ、各ソフトロボットフィンガをハブに接続してもよく、第2の自由度で接続されたソフトロボットフィンガを誘導し、ハブに対する接続されたソフトロボットフィンガの姿勢を変化させるようにそれぞれ構成されてもよい。把持パッドが、それぞれ、各リンケージの平行移動部材に接続されてもよく、平行移動部材が移動されるときに圧着力を適用するようにそれぞれ構成される。リンケージアクチュエータが、リンケージを移動させてもよく、それぞれ、リンケージのうちの1つにそれぞれ接続される。コントローラが、第1のモードでは、リンケージアクチュエータをアクティブ化し、リンケージの平行移動部材を移動させ、圧着力を第1の物品に適用し、第2のモードでは、フィンガアクチュエータをアクティブ化し、ソフトロボットフィンガを丸まらせ、握持力を第2の物品に適用するように構成されてもよい。
随意に、コントローラはさらに、第3のモードでは、フィンガアクチュエータをアクティブ化し、ソフトロボットフィンガを丸まらせ、握持力を第2の物品に適用するように、かつリンケージアクチュエータをアクティブ化し、リンケージの平行移動部材を移動させ、ソフトロボットフィンガを介して圧着力の一部を同一の第2の物品に適用するように構成されてもよい。さらに随意に、コントローラは、第3のモードでは、連続して、リンケージアクチュエータまたはフィンガアクチュエータのうちの1つを作動させ、次いで、リンケージアクチュエータまたはフィンガアクチュエータのうちの残りの1つを作動させ、圧着力および握持力の一部を組み合わせるように構成されてもよい。なおもさらに、コントローラはさらに、第3のモードでは、リンケージアクチュエータおよびフィンガアクチュエータを同時に作動させ、圧着力および握持力の一部を組み合わせるように構成されてもよい。なおもその上さらに、コントローラは、第3のモードでは、相互に対する所定の関係で握持力および圧着力を維持するように構成されてもよい。
本発明の実施形態のなおもさらに別の側面によると、物品を握持するためのソフトロボット握持システムが、圧力変化を適用するフィンガアクチュエータと、内部空隙を包囲するエラストマ外面をそれぞれ含む、ソフトロボットフィンガとを含んでもよい。各ソフトロボットフィンガは、フィンガアクチュエータが内部空隙内で圧力変化を適用するときに、第1の自由度で丸くなるように構成されてもよい。それぞれ、ソフトロボットフィンガをハブにそれぞれ接続する、リンケージが、第2の自由度で接続されたソフトロボットフィンガを誘導し、ハブに対する接続されたソフトロボットフィンガの姿勢を変化させるように構成されてもよい。それぞれ、リンケージの平行移動部材にそれぞれ接続される、把持パッドが、平行移動部材が移動されるときに圧着力を適用するように構成されてもよい。リンケージアクチュエータが、リンケージを移動させてもよく、各リンケージアクチュエータは、それぞれ、リンケージのうちの1つに接続される。コントローラが、リンケージアクチュエータをアクティブ化し、リンケージの平行移動部材を移動させ、圧着力を物品に適用してもよく、リンケージアクチュエータをアクティブ化し、ソフトロボットフィンガを丸まらせ、握持力を物品に適用してもよい。コントローラは、第1のモードでは、連続して、リンケージアクチュエータまたはフィンガアクチュエータのうちの1つ、次いで、リンケージアクチュエータまたはフィンガアクチュエータのうちの残りの1つを作動させ、圧着力および握持力を組み合わせ、第2のモードでは、リンケージアクチュエータおよびフィンガアクチュエータを同時に作動させ、圧着力および握持力を組み合わせるように構成されてもよい。
随意に、コントローラはさらに、相互に対する所定の関係で握持力および圧着力を維持するように構成されてもよい。さらに随意に、吸引カップが、真空力を物品に適用するように構成されてもよく、吸引カップは、延在アクチュエータに搭載され、ハブに向かって、またはそこから移動するように構成される。吸引カップは、吸引カップアクチュエータが第2の圧力変化を適用するときに真空力を生成してもよく、コントローラはさらに、第3のモードでは、吸引カップアクチュエータおよび延在アクチュエータをアクティブ化し、吸引カップを物品に接触させ、真空力によって物品を持ち上げ、ハブに向かって物品を後退させるように、構成されてもよい。コントローラは、代替として、または加えて、第1または第2のモードの前に第3のモードを完了するようにさらに構成されてもよい。さらに、リンケージは、移動し、ソフトロボットフィンガを介して、圧着力および握持力の一部を同一の物品に適用してもよい。
本発明の実施形態のさらに別の側面によると、物品を握持するためのソフトロボット握持システムが、グリッパハブと、第1の圧力変化を適用するフィンガアクチュエータとを含んでもよい。吸引カップアクチュエータが、第2の圧力変化を適用してもよい。延在アクチュエータは、ハブから離れるように延在し、またはそれに向かって後退してもよく、ソフトロボットフィンガは、それぞれ、内部空隙を包囲するエラストマ外面を含んでもよい。各ソフトロボットフィンガは、フィンガアクチュエータが内部空隙内で圧力変化を適用するときに、第1の自由度で丸くなるように構成されてもよい。吸引カップが、真空力を物品に適用するように構成されてもよい。吸引カップは、延在アクチュエータに搭載され、ハブに向かって、またはそこから移動するように構成されてもよく、吸引カップアクチュエータが第2の圧力変化を適用するときに、真空力を生成してもよい。コントローラが、第1のモードでは、吸引カップアクチュエータおよび延在アクチュエータをアクティブ化し、吸引カップを物品に接触させ、真空力によって物品を持ち上げ、ハブに向かって物品を後退させ、第2のモードでは、フィンガアクチュエータをアクティブ化し、ソフトロボットフィンガを丸まらせ、握持力を物品に適用するように構成されてもよい。
随意に、コントローラはさらに、第3のモードでは、第2のモードの前に第1のモードを完了するようにさらに構成される。さらに随意に、コントローラは、第4のモードでは、第1のモードがハブに向かって物品を完全に後退させる前に、第2のモードを開始するように構成される。本システムは、代替として、または加えて、未握持、物品握持、および空虚握持状態のうちのいずれかでソフトロボットフィンガを観察するように構成される、視野を有するカメラを含んでもよい。コントローラは、ソフトロボットフィンガの観察を基準状態と比較し、ソフトロボットフィンガの未握持、物品握持、または空虚握持状態を決定するように構成されてもよい。カメラの視野はさらに、延在アクチュエータの後退および延在状態で吸引カップを観察するように構成されてもよい。コントローラはさらに、吸引カップの観察を1つ以上の基準状態と比較し、物品が正常に持ち上げられているかどうかを決定するように構成されてもよい。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
(項目1)
ロボットエンドエフェクタであって、
ハブと、
複数の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、内部空隙を包囲するエラストマ外面を備え、前記ソフトロボットアクチュエータは、膨張流体が前記内部空隙に供給されるときに丸くなるように構成される、複数のソフトロボットアクチュエータと、
前記複数のソフトロボットアクチュエータを前記ハブに固着するための複数の可動ジョーと、
機械的アクチュエータであって、前記機械的アクチュエータは、相互に対して前記可動ジョーを移動させ、前記ソフトロボットアクチュエータの間の距離を調節するように構成される、機械的アクチュエータと、
コントローラであって、前記コントローラは、前記機械的アクチュエータをアクティブ化し、前記可動ジョーを移動させ、握持標的に対して前記ソフトロボットアクチュエータを位置付けるように構成される、コントローラと
を備える、ロボットエンドエフェクタ。
(項目2)
対応する可動ジョーを通して前記ソフトロボットアクチュエータのうちの1つの内部空隙を膨張流体供給ラインに接続する可動流体通路をさらに備える、項目1に記載のロボットエンドエフェクタ。
(項目3)
前記複数の可動ジョーの内面に搭載される内側把持パッドをさらに備え、前記コントローラは、前記内側把持パッドを使用し、前記可動ジョーを移動させることによって標的物体上で握持を確保するように構成される、項目1に記載のロボットエンドエフェクタ。
(項目4)
前記コントローラは、
前記可動ジョーを標的物体から離間される位置まで駆動することと、
前記位置で前記可動ジョーを維持することと、
膨張流体を前記ソフトロボットアクチュエータに適用し、前記アクチュエータを丸まらせ、前記標的物体上で把持を確保することと
を行うように構成される、項目1に記載のロボットエンドエフェクタ。
(項目5)
前記コントローラは、
前記可動ジョーを標的物体から離間される位置まで駆動することと、
前記ソフトロボットアクチュエータが直線構成であるように、前記ソフトロボットアクチュエータを中立的に膨張させることと、
前記標的物体に向かって前記可動ジョーを移動させ、前記ソフトロボットアクチュエータを前記標的物体へと駆動し、前記標的物体上で把持を確保することと
を行うように構成される、項目1に記載のロボットエンドエフェクタ。
(項目6)
前記コントローラは、
前記ソフトロボットアクチュエータによって前記可動ジョーに適用される力を推定することと、
前記機械的アクチュエータによって前記可動ジョーに適用される力を推定することと、
前記機械的アクチュエータの移動または前記ソフトロボットアクチュエータに供給される膨張流体の量のうちの少なくとも1つを制御することによって、前記適用された力を平衡状態で維持することと
を行うように構成される、項目1に記載のロボットエンドエフェクタ。
(項目7)
真空力を前記標的物体に適用するように構成される吸引カップをさらに備える、項目1に記載のロボットエンドエフェクタ。
(項目8)
前記吸引カップは、前記標的物体に向かってまたは前記標的物体から離れるように前記吸引カップを移動させるように構成されるアクチュエータに搭載される、項目7に記載のロボットエンドエフェクタ。
(項目9)
前記吸引カップは、空気圧の適用によって真空を生成し、前記コントローラは、前記標的物体との接触に応じて、駆動可能アクチュエータを介して前記吸引カップを引き出させるように適用される空気圧の量を制御する、項目7に記載のロボットエンドエフェクタ。(項目10)
前記吸引カップは、空気圧式管類を通した空気圧の適用によって真空を生成し、
前記空気圧式管類は、選択された剛性を有し、前記エンドエフェクタの筐体は、前記空気圧式管類を前記筐体へと自動的に引き込ませるためのサイズ、形状、および構成を有する、項目7に記載のロボットエンドエフェクタ。
(項目11)
方法であって、
項目1に記載のロボットエンドエフェクタを提供することと、
前記コントローラを用いて前記機械的アクチュエータをアクティブ化し、前記可動ジョーを移動させ、前記握持標的に対して前記ソフトロボットアクチュエータを位置付けることと
を含む、方法。
(項目12)
対応する可動ジョーを通して前記ソフトロボットアクチュエータのうちの1つの内部空隙を膨張流体供給ラインに接続する可動流体通路を通して、膨張流体を前記複数のソフトロボットアクチュエータに供給することをさらに含む、項目11に記載の方法。
(項目13)
前記エンドエフェクタはさらに、前記複数の可動ジョーの内面に搭載される内側把持パッドを備え、前記内側把持パッドを使用し、前記可動ジョーを移動させることによって標的物体上で握持を確保することをさらに含む、項目11に記載の方法。
(項目14)
前記可動ジョーを標的物体から離間される位置まで駆動することと、
前記位置で前記可動ジョーを維持することと、
膨張流体を前記ソフトロボットアクチュエータに適用し、前記アクチュエータを丸まらせ、前記標的物体上で把持を確保することと
をさらに含む、項目11に記載の方法。
(項目15)
前記可動ジョーを標的物体から離間される位置まで駆動することと、
前記ソフトロボットアクチュエータが直線構成であるように、前記ソフトロボットアクチュエータを中立的に膨張させることと、
前記標的物体に向かって前記可動ジョーを移動させ、前記ソフトロボットアクチュエータを前記標的物体へと駆動し、前記標的物体上で把持を確保することと
をさらに含む、項目11に記載の方法。
(項目16)
前記ソフトロボットアクチュエータによって前記可動ジョーに適用される力を推定することと、
前記機械的アクチュエータによって前記可動ジョーに適用される力を推定することと、
前記機械的アクチュエータの移動または前記ソフトロボットアクチュエータに供給される膨張流体の量のうちの少なくとも1つを制御することによって、前記適用された力を平衡状態で維持することと
をさらに含む、項目11に記載の方法。
(項目17)
吸引カップを使用して、真空力を前記標的物体に適用することをさらに含む、項目11に記載の方法。
(項目18)
吸引カップアクチュエータを用いて、前記標的物体に向かってまたは前記標的物体から離れるように前記吸引カップを移動させることをさらに含む、項目17に記載の方法。
(項目19)
前記吸引カップは、空気圧の適用によって真空を生成し、前記標的物体との接触に応じて、駆動可能アクチュエータを介して前記吸引カップを引き出させるように適用される空気圧の量を制御することをさらに含む、項目17に記載の方法。
(項目20)
空気圧式管類を通した空気圧の適用によって真空を生成することをさらに含み、前記空気圧式管類は、選択された剛性を有し、前記エンドエフェクタの筐体は、前記空気圧式管類を前記筐体へと自動的に引き込ませるためのサイズ、形状、および構成を有する、項目17に記載の方法。
(項目21)
物品を握持するためのソフトロボット握持システムであって、
グリッパハブと、
第1の圧力変化を適用するフィンガアクチュエータと、
複数のソフトロボットフィンガであって、各ソフトロボットフィンガは、内部空隙を包囲するエラストマ外面を含み、各ソフトロボットフィンガは、前記フィンガアクチュエータが前記内部空隙内で前記圧力変化を適用するときに、第1の自由度で丸くなるように構成される、複数のソフトロボットフィンガと、
複数のリンケージであって、各リンケージはそれぞれ、ソフトロボットフィンガを前記ハブに接続し、各リンケージは、第2の自由度で誘導し、前記ハブに対する前記接続されたソフトロボットフィンガの姿勢を変化させるように構成される、複数のリンケージと、
前記リンケージを移動させるように構成される複数のリンケージアクチュエータであって、各リンケージアクチュエータはそれぞれ、前記リンケージのうちの1つに接続される、複数のリンケージアクチュエータと、
流体を前記ソフトロボットフィンガに提供するための複数の流体通路管であって、各流体通路管は、前記リンケージが移動させられるときに前記リンケージに従って移動するように形成され、前記流体通路管は、前記圧力変化を、前記第1および第2の自由度に従って前記複数のソフトロボットフィンガによって到達される任意の位置で前記内部空隙に提供するように構成される、複数の流体通路管と
を備える、ソフトロボット握持システム。
(項目22)
リンケージを中心とする複数のリンケージ流体シールをさらに備え、前記リンケージ流体シールは、前記流体通路管への流体流をシールしながら、前記リンケージが移動することを可能にする、項目21に記載のソフトロボット握持システム。
(項目23)
内部流体圧力を維持する前記ハブを中心とする流体シールをさらに備え、前記フィンガアクチュエータは、前記圧力変化を前記ハブの内部に適用し、前記圧力変化は、前記リンケージ流体シールおよび流体通路管を介して前記ソフトロボットフィンガに伝達される、項目22に記載のソフトロボット握持システム。
(項目24)
第2の圧力変化を適用する吸引アクチュエータと、
前記第2の圧力変化に従って吸引力を適用するように構成される吸引カップと、
前記吸引カップおよび前記ハブを接続する延在リンケージであって、前記延在リンケージは、延在および後退し、前記ハブへの前記吸引カップの姿勢を変化させるように構成される、延在リンケージと
をさらに備える、項目21に記載のソフトロボット握持システム。
(項目25)
コントローラをさらに備え、前記コントローラは、前記吸引カップおよび延在アクチュエータをアクティブ化し、前記吸引カップを前記物品に接触させ、前記吸引力によって前記物品を持ち上げ、前記ハブに向かって前記物品を後退させるように構成され、かつ、前記フィンガアクチュエータをアクティブ化し、前記ソフトロボットフィンガを丸まらせ、握持力を前記物品に適用するように構成される、項目24に記載のソフトロボット握持システム。
(項目26)
物品を握持するためのソフトロボット握持システムであって、
グリッパハブと、
圧力変化を適用するフィンガアクチュエータと、
少なくとも1つのソフトロボットフィンガであって、各ソフトロボットフィンガは、内部空隙を包囲するエラストマ外面を含み、各ソフトロボットフィンガは、前記フィンガアクチュエータが前記内部空隙内で前記圧力変化を適用するときに丸くなるように構成される、少なくとも1つのソフトロボットフィンガと、
各ソフトロボットフィンガを前記ハブに接続する少なくとも1つのリンケージであって、各リンケージは、第1の自由度で移動し、前記ハブに対する前記接続されたソフトロボットフィンガの姿勢を変化させるように構成される、少なくとも1つのリンケージと、
前記リンケージを移動させるように構成されるリンケージアクチュエータであって、前記少なくとも1つのソフトロボットフィンガは、移動し、組み合わせられた丸くなることおよび第1の自由度に従って握持する、リンケージアクチュエータと
を備える、ソフトロボット握持システム。
(項目27)
前記第1の自由度は、平行移動または回転のうちの1つである、項目26に記載の物品を握持するためのソフトロボットシステム。
(項目28)
収斂力を適用するように構成される収斂型エフェクタと、
前記収斂型エフェクタおよび前記ハブを接続する延在リンケージであって、前記延在リンケージは、延在および後退し、前記ハブに対する前記収斂型エフェクタの姿勢を変化させるように構成される、延在リンケージと
をさらに備える、項目26に記載のソフトロボットシステム。
(項目29)
前記第1の自由度は、圧着力を適用し、前記丸くなることは、握持力を適用し、
コントローラであって、前記コントローラは、前記収斂型エフェクタ、前記フィンガアクチュエータ、および前記リンケージアクチュエータのそれぞれに動作可能に接続され、所定の順序で前記収斂力、前記圧着力、および前記握持力をアクティブ化するように構成される、コントローラ
をさらに備える、項目28に記載のソフトロボットシステム。
(項目30)
前記第1の自由度は、圧着力を適用し、前記丸くなることは、握持力を適用し、
コントローラであって、前記コントローラは、前記フィンガアクチュエータおよび前記リンケージアクチュエータのそれぞれに動作可能に接続され、相互に対する所定の関係で前記握持力および圧着力を維持するように構成される、コントローラ
をさらに備える、項目26に記載のソフトロボットシステム。
図1A-1Gは、ソフトロボットアクチュエータの種々の実施例を描写する。 図1A-1Gは、ソフトロボットアクチュエータの種々の実施例を描写する。 図1A-1Gは、ソフトロボットアクチュエータの種々の実施例を描写する。 図1A-1Gは、ソフトロボットアクチュエータの種々の実施例を描写する。 図1A-1Gは、ソフトロボットアクチュエータの種々の実施例を描写する。 図1A-1Gは、ソフトロボットアクチュエータの種々の実施例を描写する。 図1A-1Gは、ソフトロボットアクチュエータの種々の実施例を描写する。
図2、3A、および3Bは、本明細書に説明される例示的実施形態による、ロボットのアームの端部ツール(EOAT)の側面図を描写する。 図2、3A、および3Bは、本明細書に説明される例示的実施形態による、ロボットのアームの端部ツール(EOAT)の側面図を描写する。
図4A-4Dは、例示的実施形態による、例示的握持技法を描写する。
図5A-5Bは、EOATを制御し、自己最適化把持力を提供するための例示的技法を描写する。
図6は、センサパッケージと、真空カップとを有する、例示的EOATの側面図を描写する。
図7は、図6のEOATの底面図を描写する。
図8-9は、それぞれ、広いアクチュエータ構成および狭いアクチュエータ構成で図6のEOATの斜視図を描写する。 図8-9は、それぞれ、広いアクチュエータ構成および狭いアクチュエータ構成で図6のEOATの斜視図を描写する。
図10-12は、図6のEOATの種々の斜視図を描写する。 図10-12は、図6のEOATの種々の斜視図を描写する。 図10-12は、図6のEOATの種々の斜視図を描写する。
図13-16は、図6の例示的EOATの内部を示す、断面図である。 図13-16は、図6の例示的EOATの内部を示す、断面図である。 図13-16は、図6の例示的EOATの内部を示す、断面図である。 図13-16は、図6の例示的EOATの内部を示す、断面図である。
図17-18は、例示的実施形態による、EOAT上の吸引カップが効率的に後退されることを可能にする、種々の構造を描写する。 図17-18は、例示的実施形態による、EOAT上の吸引カップが効率的に後退されることを可能にする、種々の構造を描写する。
図19は、例示的実施形態による、例示的握持技法を説明するフローチャートである。
図20A-20Cは、EOAT上の吸引カップおよびカメラのための異なる場所を示す、グリッパハブの概略正面および側面図である。
図21A-21Cは、EOATのための流体経路指定および可動流体通路管を示す、グリッパハブの概略側面図である。
図22Aおよび22Bは、それぞれ、ロボットアームを含み、コントローラを含む流体および電気制御接続および経路指定を示す、グリッパハブシステムおよびグリッパハブシステムの概略側面図である。
図23Aおよび23Bは、ソフトロボットフィンガの異なる平行移動位置およびソフトロボットフィンガの異なる丸くなる位置および真空カップの延在位置を示す、グリッパハブシステムおよび把持されるべき物品の概略側面図である。
図24Aおよび24Bは、ソフトロボットフィンガの異なる回転位置およびソフトロボットフィンガの異なる丸くなる位置および真空カップの延在位置を示す、グリッパハブシステムおよび把持されるべき物品の概略側面図である。
図25A-25Cは、左右対称のグリッパハブに関して、把持方向および付属物方向に沿ったセンサおよびアクチュエータの異なる配列の概略底面図である。
図26A-26Cは、3辺に対称のグリッパハブに関して、把持方向および付属物方向に沿ったセンサおよびアクチュエータの異なる配列の概略底面図である。
図27A-27Cは、グリッパハブ上のカメラの対応する視野とともに、把持および観察の異なる状態時のグリッパハブシステムおよび把持されるべき物品の概略側面図である。
図28A-28Cは、グリッパハブ上のカメラの対応する視野とともに、吸引持上および観察の異なる状態時のグリッパハブシステムおよび持ち上げられるべき物品の概略側面図である。
本発明は、ここで、本発明の好ましい実施形態が示される、付随する図面を参照して、より説明されるであろう。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化され得、本明細書に記載される実施形態に限定されるものとして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。図面では、同様の番号は、全体を通して同様の要素を指す。
ソフトロボットグリッパについての背景
従来のロボットアクチュエータは、高価であり、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および多様性が、過去に自動化解決策が機能することを妨げていた、ある環境で動作することが不可能であり得る。本願は、適応的、安価、軽量、カスタマイズ可能であり、使用することが単純である、新規の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、コーティングされたファブリック、または圧力下で広がる、伸張する、捻転する、屈曲する、延在する、および/または収縮するように構成される、アコーディオン構造に配列されるプラスチックの薄い壁等のエラストマ材料、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。アコーディオン構造の代替として、またはそれに加えて、エラストマ材料を採用するソフトアクチュエータの他のタイプまたは構成が、利用されてもよい。それらは、例えば、エラストマ材料の1つ以上の断片を所望の形状に成型または接合することによって、作成されてもよい。代替として、または加えて、エラストマ材料の異なる断片が、熱的に接合または縫着されてもよい。ソフトロボットアクチュエータは、アクチュエータを加圧する、膨張させる、および/または作動させるように、空気、水、または生理食塩水等の流体で充填され得る、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。アコーディオン式アクチュエータ(下記で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。完全未作動形状と完全作動形状との間の1つ以上の中間標的形状は、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得る。代替として、または加えて、アクチュエータは、アクチュエータから膨張流体を除去し、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るように、真空を使用して作動されてもよい。
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及ぼすことも可能にし得る。しかしながら、従来的な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握持されている物体の形状に部分的または完全に共形化し得るように作動されるときに、適応性質を維持する。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の中の隣接物体または保管場所の側面に衝突する可能性が高いため、積み重ねから物体を取り上げる、または保管場所から物体を取り出すときに特に関連性があり得る、物体との衝突に応じて、偏向し得る。さらに、適用される力の量は、材料が容易に変形し得るため、制御された様式でより広い表面積にわたって拡散されることができる。このようにして、ソフトロボットアクチュエータは、物体を損傷することなく、それらを把持することができる。
なおもさらに、ソフトアクチュエータは、適応的であり、故に、単一の固定具が、複数の種類の物体を把持することができる。ソフトアクチュエータの外面は、比較的に繊細であるため、容易に傷つけられる、または損傷されるアイテム(例えば、トマト)用のリダイレクタ等の役割を果たすことができる一方で、硬質固定具は、より頑丈なアイテム(例えば、真鍮弁)を操作することに限定され得る。
さらに、ソフトアクチュエータは、典型的には、把持されている表面に跡を付けないであろう。典型的には、容易に跡を付けられる表面(例えば、ベニヤ)が硬質固定具によって把持されるであろうときに、保護コーティングまたはフィルムが、部品が跡を付けられることを防止するために適用され得、これは、製造の費用を増加させる。ソフトアクチュエータを用いると、本ステップは、省略され得、部品は、特殊コーティングまたはフィルムを伴わずに保護され得る。
また、ソフトロボットアクチュエータは、従来的な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であり得る、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。
従来のロボットグリッパまたはアクチュエータは、高価であり、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および多様性が、過去に自動化解決策が機能することを妨げていた、ある環境で動作することが不可能であり得る。本願は、適応的、安価、軽量、カスタマイズ可能であり、使用することが単純である、新規の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、または圧力下で広がる、伸張する、および/または屈曲するように構成される、アコーディオン構造に配列されるプラスチックの薄い壁等のエラストマ材料、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、エラストマ材料の1つ以上の断片を所望の形状に成型することによって、作成されてもよい。ソフトロボットアクチュエータは、アクチュエータを加圧する、膨張させる、および/または作動させるように、空気、水、または生理食塩水等の流体で充填され得る、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。アコーディオン式アクチュエータ(下記で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。完全未作動形状と完全作動形状との間の1つ以上の中間標的形状は、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得る。代替として、または加えて、アクチュエータは、アクチュエータから膨張流体を除去し、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るように、真空を使用して作動されてもよい。
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及ぼすことも可能にし得る。しかしながら、従来的な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握持されている物体の形状に部分的または完全に共形化し得るように作動されるときに、適応性質を維持する。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の中の隣接物体または保管場所の側面に衝突する可能性が高いため、積み重ねから物体を取り上げる、または保管場所から物体を取り出すときに特に関連性があり得る、物体との衝突に応じて、偏向し得る。さらに、適用される力の量は、材料が容易に変形し得るため、制御された様式でより広い表面積にわたって拡散されることができる。このようにして、ソフトロボットアクチュエータは、物体を損傷することなく、それらを把持することができる。
なおもさらに、ソフトアクチュエータは、適応的であり、故に、単一の固定具が、複数の種類の物体を把持することができる。ソフトアクチュエータの外面は、比較的に繊細であるため、容易に傷つけられる、または損傷されるアイテム(例えば、トマト)用のリダイレクタ等の役割を果たすことができる一方で、硬質固定具は、より頑丈なアイテム(例えば、真鍮弁)を操作することに限定され得る。
さらに、ソフトアクチュエータは、典型的には、把持されている表面に跡を付けないであろう。典型的には、容易に跡を付けられる表面(例えば、ベニヤ)が硬質固定具によって把持されるであろうときに、保護コーティングまたはフィルムが、部品が跡を付けられることを防止するために適用され得、これは、製造の費用を増加させる。ソフトアクチュエータを用いると、本ステップは、省略され得、部品は、特殊コーティングまたはフィルムを伴わずに保護され得る。
また、ソフトロボットアクチュエータは、従来的な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であり得る、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、上部から図1Aからの一部を描写する。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に描写される一部の代替実施形態を描写する。
アクチュエータは、空気、水、生理食塩水、または任意の好適な液体、ガス、ゲル、発泡体等の膨張流体を用いて膨張可能である、図1Aに描写されるようなソフトロボットアクチュエータ100であってもよい。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、膨張流体の限定された量が周囲環境と実質的に同一の圧力においてアクチュエータ100へと存在する、未膨張状態であってもよい。アクチュエータ100はまた、所定量の膨張流体がアクチュエータ100へと存在する、完全膨張状態であってもよい(所定量は、アクチュエータ100によって適用される所定の最大力、または膨張流体によってアクチュエータ100に適用される所定の最大圧力に対応する)。アクチュエータ100はまた、全ての流体がアクチュエータ100から除去される、完全真空状態、またはある程度の流体がアクチュエータ100へと存在するが、周囲圧力未満である圧力にある、部分真空状態であってもよい。さらに、アクチュエータ100は、アクチュエータ100が完全膨張状態で存在する所定量の膨張流体未満であるが、ゼロ(または非常に限定された)膨張流体を上回る量を含有する、部分膨張状態であってもよい。
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、図1Bに示されるように、その周囲でアクチュエータ100が湾曲する、中心軸を通過する。半径方向は、膨張したアクチュエータ100によって形成される部分的な円の半径の方向へ、軸方向と直角な方向に延在する。円周方向は、膨張したアクチュエータ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の内側円周縁に沿って半径方向に力を及ぼし得る。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及ぼし、これは、アクチュエータ100が(潜在的に1つ以上の付加的アクチュエータ100と併せて)物体を握持することを可能にするために活用されてもよい。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、膨張されたときに比較的に共形のままであり得る。
アクチュエータ100は、比較的に軟質または共形構造を可能にする、1つ以上のエラストマ材料から作製されてもよい。用途に応じて、エラストマ材料は、食品に使っても安全な、生体適合性の、または医学的に安全な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、適正製造プロセス(「GMP」)対応設備で製造されてもよい。
アクチュエータ100は、実質的に平坦である基部102を含んでもよい(但し、種々の修正または付属器が、アクチュエータの把持および/または屈曲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つ以上のアコーディオン延在部104を含んでもよい。アコーディオン延在部104は、アクチュエータ100が膨張または収縮されたときに屈曲または撓曲することを可能にし、膨張または収縮状態であるときにアクチュエータ100の形状を画定することに役立つ。アコーディオン延在部104は、一連の隆起106および溝108を含む。アコーディオン延在部104のサイズおよび隆起106および溝108の設置は、異なる形状または延在外形を得るよう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、展開されたときに「C」字または卵形で描写されるが、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延在部104のサイズ、位置、また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。また、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、アクチュエータ100が、未膨張状態と膨張状態との間の1つ以上の中間サイズまた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であり得、アクチュエータは、1つのアクチュエータ100を、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と置換することによって、サイズおよび形状がさらに拡張可能であり得る。
アクチュエータ100は、近位端112から遠位端110まで延在する。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、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、アクリロニトリルブタジエンスチレン(「ABS」)、またはアセタールホモポリマー等の食品に使っても安全または医学的に安全な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、より大型またはより小型のアクチュエータ、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に適応するために、アクチュエータポートの異なるサイズ、数、または構成を有してもよい。
アクチュエータ100は、可撓性管類118等の流体接続を通して膨張デバイス120から供給される膨張流体を用いて膨張されてもよい。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、(弁が開放されない限り)流体がアクチュエータから退出することを防止するための弁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の場所における膨張流体の供給を調整するための膨張デバイス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、一方の端部においてインターフェース114に解放可能に接続し、他方の端部において膨張デバイス120に解放可能に接続するための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は、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に接続されてもよい。
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バルブまたはベローズを含んでもよい。生理食塩水の場合、膨張デバイス120は、シリンジ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圧縮機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、液化または圧縮二酸化炭素、液化または圧縮窒素、また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孔であってもよい。
膨張デバイス120はさらに、可撓性管類118を通して流体供給源126からアクチュエータ100に膨張流体を供給するためのポンプまたは圧縮機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に供給すること、またはアクチュエータ100から流体を引き出すことが可能であり得る。流体送達デバイス128は、電気によって電力供給されてもよい。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の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つ以上の作動ボタン134(またはスイッチ、インターフェース、タッチディスプレイ等の代替デバイス)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に膨張流体を供給させる、またはアクチュエータ100から膨張流体を引き出させるためのコントローラ136を含んでもよい。
ソフトロボットアクチュエータは、ハードアクチュエータが望ましくない、多くの事例で有用であり得る。例えば、限定ではないが、ソフトアクチュエータは、包装ブランクまたはプリフォームを取り上げ、それをブロー成型機に提供してもよく、その後、ブロー成型機は、金型に基づいて、ブランクを所望の形態に再成形してもよい。成形された後、成型された部品は、典型的には、非常に熱く、変形可能であろう。成型された部品は、成型された部品を損傷または変形させることなく、ソフトアクチュエータによって回収され得る。アクチュエータは、次いで、洗浄、標識、充填、および/または冠着されている間に、成型された部品を保持してもよい。他のソフトアクチュエータは、予防接種、分析、または手術のため等に、生きた動物を優しく保持してもよい。
従来のブロー成型動作における1つの問題は、握持されている物体が、ブロー成型の前および後に異なる形状を有する(包装ブランクから最終形成製品に遷移する)ことである。ハードグリッパが、変化する形状に適応する困難を有し得る(したがって、おそらく、単一のブロー成型動作のために2つの異なるタイプのグリッパを要求する)一方で、ソフトアクチュエータは、同一のグリッパを使用して、両方の物体形状を握持するために十分に適応可能であり得る。
ソフトロボットアクチュエータは、所定量の膨張流体を用いて(または所定の圧力まで)膨張されてもよく、アクチュエータの流入/流出量および/またはアクチュエータの内圧が、測定されてもよい。物体と接触することに応じて、アクチュエータは、偏向されてもよく、結果として、膨張流体は、アクチュエータから流出(またはそれに流入)してもよい。本膨張流体流は、ある位置における、または、概して、アクチュエータと接触している、物体の存在を示す、検出器としての役割を果たしてもよい。代替として、アクチュエータは、タッチセンサ、屈曲センサ、または物体との接触を位置合わせするための他のタイプの検出デバイスを含んでもよい。
図1Eは、グリッパハブ202がロボットアームRAに取り付けられ、作動のための流体供給源が外部流体ライン118を介して提供される、複数のフィンガを伴うソフトロボットアクチュエータ100を描写する。フィンガ100は、逆に丸められた位置で、方向604に丸められて示される。
図1Fおよび1Gは、本明細書に議論される任意の実施形態と併用され得る、ソフトロボットアクチュエータフィンガ100を描写する。各フィンガ100またはアクチュエータ100は、内部空隙3004を包囲するエラストマ外面3005を含み、膨張流体が内部空隙3004に供給されるときに丸くなるように構成される。歪み限定側面2003が、延在に抵抗する一方で、拡張側面3001は、流体圧力の変化に応じて、延在および収縮を助長するためのベローズ特徴を含み、延在または収縮のいずれかは、1つまたは別の方向に丸くなることを引き起こす。補強リブ3003が、主に丸くなる方向に沿って起こるように拡張および収縮を制約し、また、握持のためのいくつかのテクスチャ加工または隆起も提供する。
図1A-1Gは、時として、アコーディオン式ソフトアクチュエータとも呼ばれる、特定のタイプのソフトロボットアクチュエータを描写する。しかしながら、多数の他のタイプのソフトアクチュエータも存在し、そのうちのいくつかは、下記の特定の実施形態に関連して説明される。ソフトアクチュエータは、軟質または柔軟材料から部分的または完全に形成されるアクチュエータを含み、より従来のハードアクチュエータ材料を組み込む、または包囲してもよい。
ソフトアクチュエータは、種々の方法で移動してもよい。例えば、ソフトアクチュエータは、上記に示されるように屈曲してもよい、または「Flexible Robotic Actuators」と題され、2014年9月8日に出願された、米国特許出願第14/480,106号に説明される、ソフト触手アクチュエータの実施例のように、捻転してもよい。別の実施例では、ソフトアクチュエータは、「Soft Actuators and Soft Actuating Devices」と題され、2015年7月17日に出願された、米国特許出願第14/801,961号に説明されるような線形アクチュエータであってもよい。なおもさらに、ソフトアクチュエータは、「Flexible Robotic Actuators」と題され、2014年7月11日に出願された、米国特許出願第14/329,506号のように、シート材料から形成されてもよい。さらに別の実施例では、ソフトアクチュエータは、「Apparatus, System, and Method for Providing Fabric Elastomer Composites as Pneumatic Actuators」と題され、2014年8月25日に出願された、米国特許出願第14/467,758号のように、複雑な形状を形成するように組み込み繊維構造を伴う複合材料で構成されてもよい。
当業者は、ソフトアクチュエータの他の構成および設計もまた、可能であり、本明細書に説明される例示的実施形態とともに採用され得ることを認識するであろう。
エンドエフェクタ
エンドエフェクタは、環境と相互作用するように設計される、ロボットアームの端部におけるデバイスであってもよい、および/またはロボットの最後のリンク(または終点)であってもよい。終点において、ツールが、取り付けられてもよい、またはエンドエフェクタは、それ自体がツールとして作用してもよい。エンドエフェクタは、グリッパまたはツールの一方または両方を含んでもよい。グリッパは、物体を保持する、持ち上げる、輸送する、および/または操作する傾向があるが、ツール機能は、多くの場合、収縮機能を有し、作業物体を把持または保持するのではなく、その特性を変化させてもよい。ツール機能は、溶接または融合、噴霧、分注、製粉、ねじまたはナット駆動、平坦化、切断、およびこれらの組み合わせを含んでもよい。
エンドエフェクタの少なくとも4つのカテゴリは、衝突型(例えば、保持摩擦を含む、直接衝突によって作業物体を握持する、ジョー、爪)、進入型(例えば、針、ピン、ハックルを用いて作業物体を貫通する)、収斂型(例えば、ベルヌーイ揚力、吸引力、真空力、磁気、静電、ファン・デル・ワールス、定在超音波、レーザピンセット等の本質的に引力または場の力)、および近接型(例えば、毛管作用、糊、表面張力、凍結、化学反応を介した本質的に接着力)を含む。
ハードロボットでは、把持は、把持表面(例えば、丸い物体を持ち上げるための凹状カップ)で形態に従う静的形状を使用することによって、または硬質のフィンガ、ジョー、または爪を閉鎖することによって増加される摩擦力によって、実施されてもよい。ソフトロボットエンドエフェクタは、グリッパ機能性を含んでもよく、また、または代替として、あるツール機能性を含んでもよい。ソフトロボットグリッパは、衝突型であり得、加えて、特定のグリッパ/作動形態または構成を介して、またはソフトロボットグリッパ内に、またはそれに沿って、またはその反対に付属ツールを追加することによって、進入型、収斂型、および/または近接型にされてもよい。
ソフトロボットグリッパは、長さおよび作動アプローチに応じて、フィンガ、アーム、テール、または主要部の有機的な物を掴む役割を果たし得る、1つ以上のソフトロボット部材を含んでもよい。ソフトロボット部材を膨張および/または収縮させる場合において、2つ以上の部材が、ハブから延在してもよく、ハブは、流体(ガスまたは液体)をグリッパ部材に分配するためのマニホールド、および/またはマニホールドおよび/またはグリッパ部材への流体圧力を安定させるためのプレナムを含んでもよい。部材は、ソフトロボット部材が、丸められたときに、それに対して物体が指部によって保持される、「パーム」に面する指部として作用するように、手のように配列されてもよい、および/または部材はまた、ソフトロボット部材が付加的中心ハブアクチュエータ(吸引、把持、または同等物)を包囲するアームとして作用するように、頭足動物のように配列されてもよい。概して、排他的ではないが、本明細書で使用されるように、用語「基部プレート」、「パームプレート」、「バンパプレート」、または「ハブプレート」は、2つ以上のソフトロボット部材に隣接する基準表面を指し得、それに対して、例えば、「閉鎖」方向に丸められたときに、ソフトロボット部材が作業物体を保持してもよく、そこから、作業物体上のソフトロボット部材の把持は、例えば、ソフトロボット部材が「開放」方向に丸められる、または再び丸められるときに解放されてもよい。「プレート」の使用は、部材が完全に平面的であることを示唆せず、「プレート」は、別様に説明されない限り、表面起伏、輪郭、湾曲、頂点および谷部、テクスチャ加工、または同等物を有し得る、または「プレート」は、別様に説明されない限り、プレート様エンベロープまたは縦横比内に適合する部材を説明する。
ソフトロボットグリッパ部材は、ゴム、および/または圧力下で広がる、伸張する、および/または屈曲するように構成される、アコーディオン構造に配列されるプラスチックの薄い壁等のエラストマ材料、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。ソフトロボットグリッパ部材は、グリッパ部材を加圧する、膨張させる、および/または作動させるように、空気、水、または生理食塩水等の流体で充填され得る、チャネルおよび/または中空内部を含んでもよい。作動に応じて、グリッパ部材の形状または外形は、例えば、可変的に湾曲する、丸くなる、反対方向を含む、または直線化することによって、変化する。代替として、または加えて、グリッパ部材は、グリッパ部材から膨張流体を除去し、それによって、グリッパ部材が屈曲、捻転、および/または延在する程度を変化させるように、真空を使用して作動されてもよい。
作動はまた、グリッパ部材が、握持および押動されているワークピース等のワークピースに力を及ぼすとともに、握持されているワークピースの形状に部分的または完全に共形化することも可能にし得る。ソフトロボットグリッパ部材はまた、ワークピースまたは作業環境との衝突に応じて、無害に偏向することもできる。
例示的アームの端部ツール
本明細書に説明される例示的実施形態は、それらが異なるサイズ、形状、または性質の標的を握持することを可能にする、種々の調節可能な構成要素を有する、アームの端部ツール(EOAT)に関する。いくつかの実施形態は、特定の用途に応じて、標的がハードアクチュエータまたはソフトアクチュエータによって(同一のEOATを使用して)握持され得る、二重把持モードを組み込む。
例えば、図2および3A-3Bは、一実施形態による、例示的EOAT202を描写する。EOAT202は、EOAT202のハブの内側の機械的アクチュエータ206に接続されるジョー204にそれぞれ搭載される、2つのソフトアクチュエータ100を含む(但し、本発明は、2つのアクチュエータ100との併用に限定されない)。
機械的アクチュエータ206は、モータと、レールと、モータの対応するギヤと噛合するギヤ付き機構とを含んでもよい。モータが1つの方向に駆動されるとき、ギヤの運動は、ギヤ付きレールを離れさせ、ジョー204を相互から引き離してもよい(例えば、ジョー204が第1の距離dによって相互から分離される、図3Aを参照)。モータが異なる方向に駆動されるとき、ギヤの運動は、ギヤ付きレールをともに近づけさせ、ジョー204をともに引動してもよい(例えば、ジョー204が、第1の距離dよりも小さい第2の距離dに位置付けられるように、アクチュエータ206によってともに駆動されている、図3Bを参照)。
別の実施形態では、各ジョー204は、ジョー204が独立して調節され得るように、別個の機械的アクチュエータに接続されてもよい。いずれか一方の実施形態では、ジョー204は、機械的アクチュエータ206の運動に応じて、同一方向に移動するように構成されてもよい(例えば、両方のジョー204を同一量だけ図2では左または右に移動させる)。なおもさらに、ジョー204は、同一または異なる方向であるが、異なる程度に移動するように構成されてもよい(例えば、一方のジョー204が他方よりも多く移動する、または一方のジョー204が移動する一方で、他方は静止したままである)。
アクチュエータ206は、モータおよびレールを使用することに限定されず、任意の好適な技法によって作動されてもよい。例えば、一実施形態では、空気圧式線形アクチュエータ等の空気圧式システムが、ハブがガイドレールに沿って誘導されるにつれて、ハブのジョー204を離して駆動するために、空気等の空気圧流体を受容するように、またはガイドレールに沿って誘導されるにつれてジョー204をともに駆動するために、流体を放出するように動作可能である。空気圧流体供給管が、空気圧流体をアクチュエータ206に、またはそこから送達してもよい。異なる弁システムが、空気圧式システムの運動を制御するために使用され得ることに留意されたい。代替として、または空気圧式システムに加えて、グリッパは、油圧流体を介して、油圧によって調節可能であり得る。
EOAT202は、随意に、二次把持表面としての役割を果たす、内側把持パッド208を含んでもよい。内側把持パッド208は、アクチュエータ100ほど柔軟ではないこと、アクチュエータ100と異なる表面テクスチャ加工を提示すること、アクチュエータ100と比較して異なる表面性質を有すること等のアクチュエータ100と比較して異なる性質を有してもよい。内側把持パッドは、ジョー204の搭載表面306に搭載されてもよい(図3A参照)。内側把持パッド208は、図4A-4Bに関連してより詳細に議論される。
いくつかの実施形態では、EOAT202は、LIDARおよび/またはカメラ等の(例えば)測距センサを含み得る、センサパッケージ302を提供されてもよい。センサパッケージ302は、自動的に、または人間のオペレータの制御下で、EOAT202を握持標的に誘導し、標的上で把持を達成するために使用されてもよい。センサパッケージ302はまた、標的物体のサイズおよびそこまでの距離を判断するために使用されてもよく、したがって、握持されるべき物体の幅に応じて、ジョー204が適切な分離距離に調節されることを可能にする。
吸引カップグリッパが密接して充塞された環境から物体を除去することを得意とする多くのシナリオが存在する。吸引カップ304が、改良された握持能力を提供する役割を果たし、1つ以上のアクチュエータ100によって保持される標的物体をより良好に固着し得る。
いくつかの事例では、吸引カップ304が得る把持は、グリッパがロボットによって再配向される、または急速に加速または減速されるにつれて、物体を保定するために十分に強力ではない場合がある。これらの事例では、吸引カップ304を使用し、密接して充塞された環境から物体を最初に除去し、次いで、グリッパが再配向される、または急速に加速または減速されるにつれて、物体を固着するであろう、ソフトアクチュエータ100を用いて物体をさらに把持するとともに抱きかかえることが有用であり得る。
吸引カップ304およびアクチュエータ100は、グリッパハブに搭載されてもよい。いくつかの実施形態では、吸引カップ304の遠位端は、アクチュエータ100の遠位端を越えて延在するように延在可能であり得る。故に、グリッパが握持されるべき標的物体にわたって降下されるとき、吸引カップ304は、標的物体と初期接触を行う。
随意に、グリッパハブは、吸引カップ304に係合するために、真空を吸引カップ304に適用すること(図17-18に関連して詳細に説明されるように、吸引カップ304をグリッパハブに向かって引き出させること)が可能であり得る。より具体的には、吸引カップ304の端部における開口部が(例えば、握持標的によって)遮断される限り、カップ304に適用される吸引は、カップ304の1つ以上のアコーデオン褶曲を圧潰する効果を有する。加えて、本力は、下記でより詳細に説明されるように、吸引カップを後退させるために使用されてもよい。
いったん標的物体が環境内の他の物体がない状態で引動されると、アクチュエータ100は、標的物体を握持し、さらに固着するために作動されてもよい。
いくつかの実施形態では、吸引カップ304は、真空を適用することに応じて、長さを実質的に変化させない。これらの場合では、アクチュエータ100は、物体に接触し、初期握持を獲得する吸引カップ304の能力に干渉しないように、逆に丸められてもよい。物体が握持され、吸引カップ304によってそのクラッタ環境から引き離された後、ソフトアクチュエータ100内の真空は、ソフトアクチュエータ100が把持力を握持標的に適用することを可能にするために、正圧によって置換されてもよい。
図4A-4Bは、内側把持パッド208の例示的使用を描写する。これらの実施例では、EOATは、第1に、比較的に小型の柔軟物体402、次いで、比較的に大型の剛性物体404を握持するために要求される。
柔軟物体402を握持するとき、アクチュエータ100は、最初に、機械的アクチュエータの作用を介して適切な距離まで移動され、標的物体402にわたってEOATを移動させることによって、握持位置まで移動される。次いで、アクチュエータ100は、標的物体402上で握持を確保するために作動される。
しかしながら、ソフトアクチュエータ100が大きいまたは重い物体を取り上げることは困難であり得る。また、アクチュエータ100は、軟質または柔軟物体を損傷することなく、それらを取り上げることを得意としているが、これは、物体404等の剛性または硬質物体に関して懸念ではない場合がある。この場合(図4B参照)、EOATは、内側把持パッド208の範囲内に物体404の一部を設置するために、物体404にわたってさらに降下されてもよい。内側把持パッドがアクチュエータ100ほど柔軟ではない(例えば、それよりも剛性である)ため、内側把持パッド208は、物体404上でより強力な把持を確保することが可能であり得る。この目的のために、ジョー204に取り付けられる内側把持パッド208は、物体404の一部の周囲で閉鎖するように機械的アクチュエータ206のアクションを通して移動されてもよい。本例示的技法は、瓶、缶、高密度物体、金属物体等の重い剛性物体を握持するために特に有用である。
図4Aを図4Bと比較することによって分かり得るように、内側把持パッド208の存在は、単一のEOATが、硬質物体に1つ、軟質または容易に損傷される物体に1つ、2つの異なる把持モードを利用することを可能にする。
複数の把持モードを可能にする別の方法は、ソフトアクチュエータ100の使用を通したものである。通常把持モードでは、アクチュエータ100は、(図4Aに示されるように)それらを丸まらせ、物体を握持させるために、膨張される。しかしながら、別のオプションは、直線中立状態(すなわち、アクチュエータ100を丸まらせるように正に膨張されることも、アクチュエータ100を逆に丸まらせるように負に膨張されることもない)でアクチュエータを維持することである。本状態では、機械的アクチュエータ206は、図4Cおよび4Dに示されるように、相互に向かってジョー204を移動させ、アクチュエータの間で標的物体406、408を固着することができる。これらの実施例に示されるように、本技法は、同一のEOATを用いて比較的に大型の物体406および比較的に小型の物体408の両方を握持するために使用されてもよい。
これは、(アクチュエータ100が丸められた構成ではなく直線構成に留まることに起因して)より大型の把持表面を提示することが重要であるときに、アクチュエータ100を丸めることと比較して、より良好な握持をもたらし得る。例えば、アクチュエータ100の内壁上の把持表面が、より強力な把持を助長するようにテクスチャ加工される場合、アクチュエータ100が丸められた場合に可能であろうよりも本テクスチャ加工表面の多くを標的物体406、408に暴露することが役立ち得る。
本技法はまた、アクチュエータが把持力制御を調節または維持するために正に膨張されるときに、使用されることもできる。例えば、EOATが、標的物体上の握持が緩くなっていることを検出する場合、EOATは、付加的膨張流体をアクチュエータ100に供給し得るが、また、または代替として、ジョー204をともに近づけ得る。同様に、物体が過剰にしっかりと保持されていると考えられる(例えば、それが損傷され得るかのように考えられる)場合、EOATは、アクチュエータ100を収縮させる、および/またはジョー204をさらに離して移動させることができる。
機械的アクチュエータ206の存在はまた、他のタイプの特有の制御方式も可能にする。例えば、図5A-5Bは、ジョー204の間の距離が標的物体502上の最適化された把持を維持するように調節される、実施形態を描写する。
図5Aでは、アクチュエータ100は、標的物体502の邪魔にならないようにそれらを移動させるように、逆に丸められる。標的物体にわたって好適な位置まで移動することに応じて、アクチュエータ100は、直線構成(図5B)に留まるように中立的に膨張される。本状態で、アクチュエータ100は、標的物体に力Fを及ぼし、これは、ジョー204上に対向する外向きの力Fをもたらす。同時に、アクチュエータ206は、ジョー204上で内向きの力Fを維持するように構成されてもよい。アクチュエータ100が、標的物体502上でより強力な把持を維持するために、実質的により膨張されると、ジョー204は、さらに押し開かれ、アクチュエータ206は、より強力な力Fで対抗する(逆も同様である)。コントローラは、F≧Fであるように、力Fを維持しようとしてもよい。故に、EOATは、平衡状態がジョー間隔と物体502上のアクチュエータ100把持姿勢との間で達成されるにつれて、物体502上で自己平準化または自己最適化把持を提供する。
図6は、EOATの種々の構成要素が移動し得る、異なる方法の概観を提供する。矢印602-1、602-2によって示されるように、ジョー204はそれぞれ、EOATに対して側方に(例えば、図6では左から右に、または中立構成であるときにアクチュエータ100が延在する方向と垂直に)独立または従属移動が可能である。アクチュエータは、EOATに対して円周方向604-1、604-2に移動することが可能である。さらに、吸引カップ304は、側方方向と垂直でありかつ中立構成であるときのアクチュエータ100の延在の方向と平行な縦方向606に移動することが可能である。
図7は、センサパッケージ302が可視である、EOATの底面図を提供し、図8および9は、斜視図で同一のEOATを示す(図8が、広い構成でアクチュエータ100を伴うEOATを描写する一方で、図9は、狭い構成でアクチュエータ100を伴うEOATを描写する)。
本実施例では、センサパッケージ302は、レンジファインダ706と、カメラ704とを含むが、当業者は、他のセンサも使用され得ることを認識するであろう。センサは、標的物体にわたるEOATのより良好な位置付けを可能にするように、アクチュエータ100から等距離であるように構成される。
カメラ704は、標的物体の幅を推定するために使用されてもよい、および/または標的物体の表面性質または特性(例えば、標的物体が滑りやすい可能性が高い、またはテクスチャ加工されているどうか、標的物体が柔軟または剛性であるかどうか、標的物体が脆弱であるかどうか等)を推定するために使用されてもよい。他のセンサもまた、本目的のために使用されてもよい。ある場合には、カメラ704は、物体認識を実施するために使用されてもよく、EOATは、それに対してカメラ信号が合致され得る物体のデータベースを維持する、コントローラから信号を受信してもよい。カメラによって現在視認されている物体にマップされる、データベース内の物体に応じて、コントローラは、標的に関する情報をEOATに提供してもよい。いくつかの実施形態では、物体認識に基づいて、EOATは、好適な握持モード(例えば、内側グリッパパッド208を使用する、ジョー204からの支援を受けて直線中立構成でアクチュエータ100を使用する、アクチュエータ100を膨張させる、またはこれらの技法のある組み合わせ)を選択してもよい。
レンジファインダ706は、EOATが、選択される握持モードに従って、標的物体の標的部分に係合するために降下され得るように、標的物体までの距離を推定するために使用されてもよい。例えば、握持モードが内側グリッパパッド208の使用を伴う場合、EOATは、標的物体の標的部分が、アクチュエータ100の代わりに内側グリッパパッド208によって係合されるであろうように、降下されてもよい。他方では、アクチュエータが使用される場合、EOATは、標的物体が内側グリッパパッド208による干渉を伴わずにアクチュエータ100によって接触されるであろうように、降下されてもよい。
図9に示されるように、センサパッケージ302は、ジョー204がそれらの最も近い構成までともに移動されるときに、アクチュエータ100および/または内側グリッパパッド208がセンサパッケージに干渉しないように、サイズ決めされ、位置付けられる。
(例えば、図10-12に示されるような)いくつかの実施形態では、吸引カップ304は、アクチュエータ1002を通して制御可能な格納式ロッドに取り付けられてもよい。これらの場合では、吸引カップ304は、アクチュエータ1002によるロッドの作用によって、握持標的に向かって延在されてもよい。吸引カップ304は、握持標的とシールしてもよく、その時点で、ロッドは、アクチュエータ1002を使用して、グリッパハブに向かって戻るように後退され、したがって、グリッパハブに取り付けられたアクチュエータ100に向かって握持標的を引き戻してもよい。アクチュエータ100は、次いで、握持標的を保持し、抱きかかえるために、作動されてもよい。
図13-16は、EOATの内部構造を示す、断面図である。例えば、図13は、アクチュエータ206を介してジョー204を移動させるために使用される、内部レール1302を描写する。描写される実施形態では、EOATの運動および種々のアクチュエータ100、206、1002の作動は、EOATコントローラ1304によって統制されてもよい。EOATコントローラ1304は、レンジファインダコントローラ1306およびカメラコントローラ1308等の種々のセンサコントローラから信号を受信し、処理してもよい。EOATコントローラ1304は、例えば、図19に描写される手順を実施してもよい。
前述で記述されたように、膨張流体が、アクチュエータ100の内部空隙に提供されてもよい。図15は、ソフトアクチュエータ100のための例示的可動流体通路1502を描写する。動作時、流体は、EOATに接続される膨張流体供給ラインから提供され、EOATを通して可動流体通路1502まで、そこからアクチュエータ100の内部空隙へと経路指定されてもよい(逆も同様である)。可動流体通路1502は、ジョー204の構成にかかわらず、流体がアクチュエータ100に送達され得るように、ジョー204とともに移動するように構成されてもよい。
図17は、吸引カップ304を後退させるための技法を描写する。本実施例では、アクチュエータ1002を介して吸引カップ304を延在位置まで押動するために使用される空気圧または力は、(図5Bに関連して説明されるものと同様に)最適化された力の値を提供するように調整されてもよい。この場合、本システムは、吸引カップ304を延在させるように適用される下向きの力を、標的物体502によって吸引カップ304に及ぼされる上向きの力と平衡させてもよい。したがって、アクチュエータ1002は、EOATが物体502に向かって降下されるにつれて、吸引カップ304が自動的に後退するように、物体502との接触によって逆駆動されてもよい。
別の後退技法が、図18に描写される。本実施例では、吸引カップ304が、マニホールドバー1802に取り付けられ、真空が、空気圧式管類を通して流体を吸引することによって、マニホールドバー1802を通して適用される。空気圧式管類は、場所1806においてEOATのカバー1804の内側に留められる。空気圧式管類およびカバー1804は、管類が本構成でカバー1804へと自己後退することを可能にする、いくつかの性質を有する。第1に、空気圧式管類の外面は、比較的に低い摩擦係数(COF)を有する。第2に、管類は、それがばねとして作用し得るように十分な剛性を有する。さらに、カバー1804は、ばね様の管類が、場所1806において固着されたときに、カバー1804が管類内でそれを拘束するよりも大きい湾曲半径を帯びようとするように、特定の拘束形状を有する。これは、管類をカバー1804へと上方に押動させ、これは、管類表面の低いCOFによって促進される。
握持方法
図19は、上記で説明されるようなエンドエフェクタを展開および使用するための手順を説明する。図19では、鎖線によって包囲されるブロックは、吸引カップが採用されるものであるときに使用されるべき随意のステップを表す。一点鎖線によって包囲されるブロックは、(内側把持パッドではなく)ソフトアクチュエータに依拠する把持モードが採用されるときに使用されるべき随意のステップを表す。
ブロック1902では、ロボットエンドエフェクタが、提供され、ロボットシステム(例えば、ロボットアーム)に添着されてもよい。ロボットエンドエフェクタは、本明細書に描写および説明されるようなロボットエンドエフェクタであってもよい。
ブロック1904では、本システムは、握持されるべき標的物体の特性を判断してもよい。これらの特性は、標的物体までの距離、標的物体のサイズ、形状、または構成、(例えば、上記で説明されるような物体認識によって検出されるような)標的物体のタイプ、(例えば、上記で説明されるような物体ライブラリまたはデータベースから受信されるような)標的物体の性質等を含んでもよい。
ブロック1906では、本システムは、ブロック1904において識別される特性に基づいて、標的物体のための握持モードを選択してもよい。握持モードは、例えば、内側把持パッドを採用する第1の握持モードを含んでもよい。そのような握持モードは、物体が比較的に硬質、剛性、または重いことが決定される場合に、使用されてもよい。別の握持モードは、アクチュエータが直線構成で維持され、ジョーの作用を通して標的物体へと押動される、中立作動握持モードを含んでもよい。本握持モードは、標的物体のサイズ、形状、構成、および/または性質が、さらなる把持表面が標的の強力な握持を確保することに有益であろうことを示唆する場合に、選択されてもよい。さらに別の握持モードは、ジョーの作用の有無を問わず、アクチュエータの正の作動を含んでもよい。本握持モードは、標的物体が比較的に柔軟または脆弱であることが決定される場合、または物体のサイズ、形状、または構成が内側把持パッドを用いて握持することが困難であろうことを示す場合に、選択されてもよい。
ブロック1908では、EOATは、標的物体と近接するように移動されてもよい。いくつかの実施形態では、これは、標的物体と接触することを伴ってもよい一方で、他では、EOATは、標的物体の所定の距離内まで移動されてもよい。選択される距離は、ブロック1906において選択される握持モードに依存し得る。EOATの移動は、近接性センサ、カメラ、タッチセンサ等の種々のセンサによって、誘導されてもよい。いくつかの実施形態では、EOATは、標的物体の軸にわたって相対的に中心合わせされるように、本ブロックにおいて位置付けられてもよい。標的物体の軸は、それに沿ってアクチュエータが配列され得る(例えば、物体が握持されるときにバンパプレートの長軸に沿った)握持軸を表してもよい。
ブロック1910では、ジョーおよび/またはアクチュエータは、ブロック1906において選択される握持モードに依存し得る、初期位置まで移動されてもよい。例えば、ジョーは、EOATが定位置に移動されるにつれて、それらが標的物体に干渉しないであろう十分に離れた距離で内側把持パッドおよび/またはアクチュエータを位置付ける、初期位置まで移動されてもよい。いくつかの実施形態では、これは、邪魔にならないようにそれらを移動させるために、真空を適用し、アクチュエータ100を逆膨張させるステップを伴ってもよい。いくつかの実施形態では、ジョーは、標的物体が混雑した環境内にあるという(例えば、EOATのセンサパッケージ内のカメラからの)決定に基づいて、それらが別様に行ったであろうよりも少ない程度に移動されてもよい。コントローラが、EOATの一部が環境内の物体によって干渉されるであろうことを決定する場合、コントローラは、別様に求められたであろうよりも狭い位置にジョーを順序付けてもよい。いくつかの実施形態では、ジョーの位置および/またはアクチュエータ100の膨張状態は、EOATが環境を通して移動するにつれて操作されてもよい(例えば、ジョーおよび/またはアクチュエータを延在させる前に、比較的にタイトな空間にフィットするようにEOATの外形を狭くする)。
ブロック1912では、本システムは、随意に、吸引カップを展開してもよい。吸引カップは、標的物体と近接するように吸引カップアクチュエータによって降下されてもよい。ブロック1914では、吸引カップは、標的へと押動されてもよく、これは、随意に、図17に関連して説明されるように、吸引カップアクチュエータを後退し始めさせ得る。
ブロック1916では、ジョーは、最終握持位置まで移動されてもよい。最終握持位置は、標的物体が握持される際のジョーの位置であってもよく、ブロック1906において選択される握持モードに依存し得る。例えば、内側グリッパパッドが物体を握持するために使用される場合、ジョーは、内側グリッパパッドを標的物体へと押動し、標的物体上で把持を確保するように移動されてもよい。アクチュエータ100が使用される場合、ジョーは、アクチュエータの作動(選択された握持モードに適切である場合、ブロック1918において実施され得る)に応じて、遠位先端(または可能な限りアクチュエータの把持表面の多く)が標的物体の標的部分に圧入されることを可能にするように、定位置に移動されてもよい。
ブロック1916および1918は、個別に、またはともに実施されてもよい。例えば、ジョーの作用は、図5Bに関連して説明されるように、両方が標的物体に力を及ぼすにつれてアクチュエータの作用を平衡させてもよい。
ブロック1920では、吸引カップが、随意に、後退されてもよい。いくつかの実施形態では、後退は、図18に示されるように、自動的に実施されてもよい。
このようにしてEOATの把持で標的物体を固着すると、ブロック1922では、EOATは、標的物体を所望の目的地または構成まで移動させるように平行移動および/または回転されてもよい。
上記に説明される方法は、非一過性のコンピュータ可読媒体上に記憶された命令または論理として具現化されてもよい。実行されると、命令または論理は、プロセッサ回路に、ロボットシステムを使用して上記に説明される方法を実施させてもよい。
付加的詳細
図15および21A-21Cに示されるような上記の説明に関して、ソフトロボット握持システムは、物品(402、404、406、408、502)を握持するために、ジョー204の任意の位置で流体圧力をフィンガ100に適用してもよい。グリッパハブ202は、フィンガアクチュエータ120(膨張デバイス120等)のための経路指定を提供し、フィンガアクチュエータは、圧力変化、典型的には、流体圧力(ガスまたは液体)を適用し、正、中立、および負ゲージ圧の間で変化させる。経路指定は、圧力(等しい、分配された、または制御された)をソフトロボットフィンガ100に指向する。各ソフトロボットフィンガ100は、内部空隙3004を包囲するエラストマ外面3005を含み、フィンガアクチュエータ120が内部空隙3004内で圧力変化を適用するときに、第1の自由度(図6の矢印604の方向に対応する)で丸まるように構成される。レール1302によって支持される基礎部材等の複数のリンケージは、フィンガ100を支持し、移動させ、ジョー204等の別の作用部材を含んでもよい。本明細書に説明されるように、リンケージは、ハブとフィンガとの間の1つ以上の可動接続である。一実施例は、支持部材およびレール1302がともに、アクチュエータ206を形成するように電気的に駆動されるリニアモータを含む、線形アクチュエータであろう。リンケージの他の実施例は、アクチュエータ206を形成するようにモータまたは流体動力によってそれぞれ駆動される、ラックおよびピニオン、ねじまたはボールねじ、4本バーリンケージ、カム、および/または歯車列であろう。この場合、各リンケージは、それぞれ、ソフトロボットフィンガ100をハブ202に接続し、第2の自由度(図6の平行移動方向矢印602、または図24Aおよび24Bの枢動方向矢印2402に対応する)で誘導し、ハブ202に対する接続されたソフトロボットフィンガ100の姿勢を変化させるように構成される。第2の自由度は、単純な平行移動または回転である必要はなく、カム、スイングアーム、溝、または同等物によって、経路に沿って誘導されてもよい。電子または流体動力駆動部等のリンケージアクチュエータは、リンケージに接続され、リンケージを移動させる。
図20Aの正面図に示されるように、各グリッパハブ202は、リンケージ(ここでは、移動部材204およびレール1302を含み、アクチュエータ206として駆動される)を介してハブ202に接続されるソフトロボットフィンガ100を有してもよい。中心軸CA領域に沿って、カメラ704および/または真空カップ304が、配列されてもよい。真空カップ304は、延在アーム304(誘導ロッド、シザーリンケージ、または他の延在リンケージであり得る)を介して延在可能であり得る。図20Bに示されるように、グリッパハブ202の側面図では、カメラ704は、真空カップ304および延在アクチュエータ309が中心軸CAから側面にオフセットされた状態で、2つのフィンガ100の間でグリッパ方向に沿って中心に設置されてもよい。代替として、図20Cに示されるように、代替グリッパハブ202の側面図では、真空カップ304および延在アクチュエータ309は、カメラ704が中心軸CAから側面にオフセットされた(または示されるように、2つのカメラ704が同様にオフセットされた)状態で、グリッパ方向に沿って線を占有してもよい。
図15および21A-21Cに示されるように、各ソフトロボットフィンガは、流体をソフトロボットフィンガ100に提供するために流体通路管1502に接続される。流体通路管は、(リンケージが移動させられるときに)リンケージに従って移動するように形成され、第1および第2の自由度にさえも従って、任意のソフトロボットフィンガ100によって到達される任意の位置で圧力変化を内部空隙3004に提供するように構成される。例えば、図21Aが、握持されていない逆に丸められた位置(例えば、負ゲージ圧に対応する)にあり、また、ともに最も近い(潜在的に矢印602の方向に圧着力を適用する)フィンガ100と配列されるリンケージを示す一方で、図21Bおよび21Cは、個別の中立で丸められた握持位置(例えば、それぞれ、中立および正ゲージ圧に対応する)にあり、また、矢印602の方向に最も遠く離れたフィンガ100と配列されるリンケージを示す。
図22Aおよび22Bに示されるように、流体は、ハブ202を分配マニホールドとして扱い、ハブ202を介して膨張デバイス120から経路指定されてもよい。この場合、ハブは、ハブシール202Aを介して流体圧力に対してシールされ、各リンケージは、リンケージシール1302A(例えば、レール1302を介して適用される)を介して流体圧力に対してシールされる。この場合、シール1302Aは、リンケージを中心としたリンケージ流体シール1302Aであり、リンケージ流体シール1302Aは、流体通路管1502への流体流をシールしながら、リンケージが移動することを可能にする。ハブシール202Aは、内部流体圧力を維持する、ハブを中心とする流体シールを含み、フィンガアクチュエータ120は、圧力変化をハブ202の内部に適用し、圧力変化は、リンケージ流体シール1302Aおよびハブシール202Aによって含有され、流体通路管1502を介してソフトロボットフィンガ100に伝達される。
図22Bは、グリッパハブ202が、その流体経路指定、カメラ、真空カップ、リンケージ、およびそれらの個別のアクチュエータ(本明細書に詳述されるような)とともに、基部RA BASEから延在する3~7(以上の)軸ロボットアームであり得る、ロボットアームに搭載される、より完全なシステムを描写する。3~7つの軸は、本明細書に議論されるようなグリッパハブ202およびソフトロボットフィンガ100のための付加的自由度である。示されるように、いくつかのアクチュエータおよび回路基板が、グリッパハブ自体内に位置付けられてもよいが、ソフトロボットグリッパシステムはまた、グリッパハブ202から離れるように(例えば、ロボットアームRAに隣接するキャビネットまたは制御パネル内に)アクチュエータ、回路基板、流体および真空供給源、およびモータドライバ、および他の構成要素を含んでもよい。図22Aおよび22Bは、コントローラ136、流体送達デバイス128(および/または独立した第2の流体送達デバイス128a)、フィンガ100への流体圧力を検出する圧力トランスデューサ129、吸引アクチュエータ305(真空源等)、吸引アクチュエータ305内の流体圧力を検出する圧力トランスデューサ303、リンケージを駆動し、フィンガ100を平行移動または回転させるための駆動モータ207および/またはモータドライバ207a(駆動モータおよび/またはドライバ207aは、電気および/または流体動力、例えば、油圧式または空気圧式であり得、グリッパハブ202内に、それに隣接して、またはそこから遠隔に位置してもよい)への流体の局所および遠隔経路指定、真空、感知、および制御を示す。
本明細書に説明されるように、かつ図21A-21Cおよび22A-22Bに示されるように、真空源等の吸引アクチュエータ305は、吸引カップ304の任意の延在位置で吸引カップ304に経路指定される、第2の圧力変化を適用し、第2の圧力変化に従って吸引力を供給するように構成される。故に、吸引カップ304は、同様に移動可能であり、移動している間にシールされる、付加的流体通路管307を有する。ロッド、レール、および随意に、(例えば、図10-12に示されるように)アクチュエータ1002を形成するリニアモータ等の延在リンケージが、吸引カップ304およびグリッパハブ202を接続し、延在リンケージ309は、延在および後退し、ハブへの吸引カップの姿勢を変化させるように構成される。
コントローラ136、1304は、吸引カップ304および延在アクチュエータ309をアクティブ化し、吸引カップ304を物品(例えば、物品402、404、406、408、または502)に接触させ、吸引力によって物品を持ち上げ、グリッパハブ202に向かって物品を後退させるように構成されてもよい。コントローラ136、1304はまた、フィンガアクチュエータ120をアクティブ化し、ソフトロボットフィンガ100を丸まらせ、握持力を物品に適用してもよい。
グリッパハブ202と、圧力変化を介して(内側に丸くなること、中立、および外側に丸くなることの中から)丸くなるフィンガ202と、付加的自由度で各フィンガ100を移動させるリンケージ(説明されるように、ハブとフィンガとの間の1つ以上の移動接続)とを含む、ソフトロボット握持システムは、丸くなるフィンガおよびリンケージアクチュエータからの力を組み合わせてもよい。この場合、リンケージアクチュエータ(例えば、リンケージを移動させる電気モータまたは流体動力)は、ソフトロボットフィンガ100が握持力を伴って内側に丸くなっている間に、リンケージを移動させるように構成され、ソフトロボットフィンガ100は、フィンガ100の組み合わせられた丸くなるステップ(および例えば、丸くなる力)と第1の自由度(および例えば、圧着力)とに従って、握持するように移動される。
図23A-23Bおよび24A-24Bに示されるように、第1の自由度は、平行移動または回転のうちの1つであってもよい。図23Aでは、リンケージは、レール1302およびアクチュエータ206を使用して、フィンガ100を支持し、矢印602によって示される平行移動方向に(グリッパハブ202の中心軸方向CA領域に向かって、そしてそこから離れるように)移動し、フィンガ100は、外向きに丸められ、強制的に物品を捕捉させる、内側または最内平行移動位置に示される。図23Bでは、フィンガ100は、リンケージによって、内向きに丸められ、物品を保持する、外側または最外平行移動位置まで平行移動されている。図23Aは、フィンガ100の内側または最内平行移動位置とともにフィンガ100の外向きに丸められた位置を示すが、リンケージの平行移動方向およびフィンガ100の丸くなる方向は、独立しており、示されるものと反対にあり得、例えば、フィンガ100は、外向きに丸められ、リンケージの外側または最外位置にあってもよい、および/またはフィンガ100は、内向きに丸められ、リンケージの内側または最内平行移動位置にあってもよい。
図23Bでは、リンケージは、枢動部1305およびアクチュエータ206を使用してフィンガ100を支持し、矢印2402によって示される回転方向に(グリッパハブ202の中心軸方向CA領域に向かって、そしてそこから離れるように)移動し、フィンガ100は、外向きに丸められ、強制的に物品を捕捉させる、外側回転位置に示される。図23Bでは、フィンガ100は、リンケージによって、内向きに丸められ、物品を保持する、内側回転位置まで回転されている。
図23Aが、フィンガ100の内側または最内平行移動位置とともにフィンガ100の外向きに丸められた位置を示し、図24Aが、フィンガ100の外側回転位置とともにフィンガの外向きに丸められた位置を示すように、リンケージの平行移動または回転方向およびフィンガ100の丸くなる方向は、独立し得る、または連結され得る、例えば、フィンガ100は、代替として、外向きに丸められ、リンケージの外側平行移動位置にあり得る、および/またはフィンガ100は、外向きに丸められ、リンケージの内側回転位置にあり得ることが分かり得る。2自由度の独立した位置付けは、例えば、2つのアクチュエータの力(リンケージの圧着およびソフトフィンガが丸くなること)を組み合わせるためだけではなく、より狭い間隙を通して、またはより狭いコンテナへとフィンガ100をフィットするとともに、フィンガ100を可能な限り広く開放する(外向きに平行移動または回転され、外向きに丸められる)またはそれらを可能な限り狭く閉鎖する(内向きに平行移動または回転され、内向きに丸められる)ために、使用されてもよい。
少なくとも2つの対称フィンガおよび対応するリンケージ(例えば、線形アクチュエータ)が、フィンガ100をハブ202に接続して各図面に示されるが、本明細書の発明は、単一のフィンガ100および/またはリンケージから複数のフィンガ100および/またはリンケージまで任意の数のフィンガ100を使用し得、加えて、または代替として、剛性部材、側面プレート、へら、またはパームプレートに対して物品(例えば、物品402、404、406、408、または502)を押圧し得ることに留意されたい。
再度、全体を通して、および図23A-23Bおよび24A-24Bに示されるように、平行移動または回転リンケージは、収斂力を適用するように構成される、吸引カップ304等の収斂型エフェクタによって、継合されてもよく、延在リンケージは、延在および後退し、ハブ202に対する収斂型エフェクタの姿勢を変化させるように構成され、収斂型エフェクタおよびグリッパハブ202を接続してもよい。(リンケージの)第1の自由度は、圧着力を適用してもよく、丸くなるステップは、握持力を適用してもよい。収斂型エフェクタ、フィンガアクチュエータ100、およびリンケージアクチュエータ206のそれぞれおよび全てに動作可能に接続される、コントローラ136は、所定の順序で収斂力、圧着力、および握持力(例えば、第1に、収斂力、次いで、握持力、次いで、圧着力)をアクティブ化するように構成されてもよい。代替として、または加えて、コントローラ136は、相互に対する所定の関係で握持力および圧着力(および随意に、吸引力)を維持するように構成されてもよい。本目的のために、1つ以上のフィードバックセンサ(例えば、フィンガ100内の流体圧力を測定する圧力トランスデューサ129、および/または吸引カップ304内の流体圧力および/または図22Aおよび22Bに示されるようなリンケージアクチュエータ内の逆起電力または圧力を測定する、力または圧力トランスデューサ303)が、コントローラ136に接続されてもよい。
ある場合には、図20A-20C、25A-25C、および26A-26Cに示されるように、ハブ202は、軸方向中心CA線を中心とした軸方向中心領域を有してもよい。一実装では、カメラ704が、軸方向中心領域内に位置付けられ、軸方向中心線に沿ってカメラ704の光軸を指向するように構成され、収斂型エフェクタ(例えば、吸引カップ304)および延在リンケージ309は、軸方向中心領域に隣接して位置付けられ、軸方向中心線と平行に収斂型エフェクタの延在部を指向するように構成される。
図25A-25Cおよび26A-26Cは、本明細書に議論されるような異なる組み合わせで異なる構成要素を具備するグリッパハブ202の底面概略図を示す。図25A-25Cは、2本のフィンガ100を伴う略左右対称のグリッパハブ202を示し、図26A-26Cは、3本のフィンガ100を伴う略3辺に対称のグリッパハブ202を示す。対称性およびフィンガ数は、より高次であってもよい。図25A-25Cおよび26A-26Cに示されるように、グリッパハブ202は、軸方向中心線を中心とした軸方向中心領域と、軸方向中心線を中心として放射対称性である複数の握持方向G-Dと、隣接する握持方向G-Dの間に画定されている複数の付属物方向A-Dとを有してもよい。ソフトロボットフィンガ100は、握持方向に沿って配列され、概して、本明細書に説明されるように、例えば、フィンガアクチュエータが内部空隙内で圧力変化を適用するときに、握持方向G-Dに沿って第1の自由度で丸まるように構成されてもよい。軸方向中心線に沿って作用する第1の付属物が、軸方向中心領域内に位置付けられてもよい。図25Aおよび26Bでは、軸方向中心領域付属物が、カメラ704である一方で、図25B-25C、26Aおよび26Cでは、軸方向中心領域付属物は、真空チャックまたは吸引カップ304(随意に、本明細書に議論されるように、軸方向中心線に沿ってハブ202から延在可能である)である。
第2の付属物が、軸方向中心線CAと平行に作用してもよく、軸方向中心領域に隣接して付属物方向A-Dに沿って位置付けられてもよい。図25Aでは、付属物方向A-Dは、照明器708および真空チャックまたは吸引カップ304を保持し、図25Bでは、付属物方向A-Dは、真空チャックまたは吸引カップ304を囲む、一対のカメラ204を保持する。図25Bおよび図26Aおよび26Cでは、一対のカメラ704は、重複FOVを有するように、および/またはフィンガ100または吸引カップ304の視差観察を提供するように、そして代替として、または加えて、両眼測距を介して距離を測定するように、配列されてもよい。重複FOV、視差観察、および両眼視は、図27A-27Cおよび28A-28Cを参照して本明細書に議論されるカメラ認識システムおよびプロセスで使用されてもよい。図25Cでは、付属物方向A-Dは、前述の一対のカメラ704によって、および光学、IR、および/またはレーザレンジファインダ706(例えば、飛行時間、位相差、三角測量)によって占有される。図26Aおよび図26Cでは、付属物方向は、一対のカメラ704、照明708、およびレンジファインダ706によって占有される。照明708(例えば、LEDライトのアレイ)は、相互の上に、または環境上に、物品、フィンガ100、および/または吸引カップ304、および延在部309の影を生成し得、影は、図27A-27Cおよび28A-28Cを参照して本明細書に議論されるカメラ認識システムおよびプロセスで採用される特性として観察され得ることに留意されたい。図26Bでは、付属物方向A-Dは、真空チャックまたは吸引カップ304によって、および照明708によって占有される。
故に、握持方向G-Dへの丸くなる運動または圧着運動のいずれかから独立して、かつその干渉を伴わずに、付属物方向A-Dに沿って付属物を配列することによって、吸引カップ持上および機能観察を含む、補完的機能が、一次把持機能とともに遂行されてもよい。付属物は、軸方向中心線と平行な方向に延在可能な真空チャック、軸方向中心線と平行な方向に延在する光軸を有するカメラ、軸方向中心線と平行な方向に延在する測距軸を有するレンジファインダ、およびカメラ観察と同一の面積を少なくとも部分的に照明する照明から選択されてもよい。
カメラ704に関して、コントローラ136は、カメラ704およびフィンガアクチュエータ120(および/またはモータドライバ207a、アクチュエータ206を作動させる駆動モータ207)に接続され、ソフトロボットフィンガ100の観察を基準状態と比較し、未握持状態(例えば、フィンガ100が中立、アイドル、および/または丸められて開いている)、および/または物品握持状態(例えば、フィンガ100が、平行移動され、回転され、および/または内向きに丸められ、物品を捕捉している)、および/または空虚握持状態(例えば、フィンガ100が、平行移動され、回転され、および/または内向きに丸められているが、物品を捕捉していない)を決定するように構成されてもよい。空虚握持状態は、部分的握持状態(物品がしっかりと握持されていない)で認識可能な変形例を有してもよい。空虚握持状態を検出することへの1つの応答は、再度試行することとなり得、その場合、コントローラ136は、例えば、空虚握持状態が決定された後に、圧力を適用して空虚握持状態から未握持状態に変化するようにフィンガアクチュエータ120(および/またはモータドライバ207a、アクチュエータ206を作動させる駆動モータ207)に命令してもよい。
実施例が、それぞれ、前述の状態のうちの1つの側面図およびカメラ704(この場合、中心軸領域内に搭載される)の視点からの視野(FOV)を描写する、図27A-27Cに示される。図27A-27Cでは、フィンガ100を平行移動または回転させるためのリンケージも吸引カップ304も示されていない(本明細書に説明されるカメラ認識は、リンケージまたは吸引カップ機能の有無を問わず稼働してもよい)。
図27Aでは、物品(例えば、402、404、406、408、または502)は、まだ握持されておらず、フィンガ100は、外向きに丸められた位置にあり、物品は、グリッパハブ202から比較的に遠く離れている。故に、視野FOV内で、フィンガ100によって覆い隠される、または占有される場面の割合(例えば、ピクセル、またはブロック、または面積で測定される)は、物品によって覆い隠される、または占有される場面の割合と同様に、比較的に低い。覆い隠された、または占有されたフィンガ100面積に対応する、低いまたは比較的により低い閾値等の覆い隠される、または占有される面積または割合または形状と関連付けられる、フィンガ100の特性(例えば、RGBセンサまたはフィルタを使用する色、テクスチャ加工、または印)を認識することによって、コントローラ136は、未握持状態を認識してもよい。
図27Bでは、物品(例えば、402、404、406、408、または502)は、握持されており、フィンガ100は、内向きに丸められた位置にあり、物品は、グリッパハブ202に比較的に近い。故に、視野FOV内で、フィンガ100によって覆い隠される、または占有される場面の割合(例えば、ピクセル、またはブロック、または面積で測定される)は、物品によって覆い隠される、または占有される場面の割合と同様に、比較的により高い。物品は、フィンガ100を妨害し、観察され得るフィンガ100面積を縮小する。覆い隠された、または占有されたフィンガ100面積に対応する、高いまたは比較的により高い閾値を下回ること等の覆い隠される、または占有される面積または割合または形状と関連付けられる、フィンガ100の特性を認識することによって、コントローラ136は、物品握持状態を認識してもよい。
図27Cでは、物品(例えば、402、404、406、408、または502)は、正常に握持されておらず、フィンガ100は、内向きに丸められた位置にあり、物品は、欠如している(または背後にある、または図示されていない閉鎖されたフィンガによって覆い隠され得る)。故に、視野FOV内で、フィンガ100によって覆い隠される、または占有される場面の割合(例えば、ピクセル、またはブロック、または面積で測定される)は、再度、比較的により高い。観察され得るフィンガ100面積は、より大きい、または最大値でさえある。完全に観察可能な面積100に対応する、高いまたは比較的により高い閾値を上回ること等の覆い隠される、または占有される面積または割合または形状と関連付けられる、フィンガ100の特性を認識することによって、コントローラ136は、空虚握持状態を認識してもよい。
図27A-27Cのそれぞれでは、グリッパハブ202は、(図20Bおよび25Aにも示されるような)軸方向中心線を中心とした軸方向中心領域を有し、カメラ704は、軸方向中心領域内に位置付けられ、軸方向中心線に沿ってカメラの光軸を指向するように構成される。基準状態は、これが「再試行」を最も必要とする状態であるため、特に、空虚握持状態で、ソフトロボットフィンガ100の認識された特性に対応する、所定の割合の視野FOVを含んでもよい。
未握持、物品握持、および空虚握持状態のカメラ認識は、吸引カップ304の延在状態および/または成功した吸引カップ保持状態を観察するステップとともに、またはそれから独立して稼働してもよい。例えば、吸引カップ304等の収斂型エフェクタが、収斂力を適用するために使用され、延在リンケージ309を延在および後退させるステップ(握持方向と垂直な方向に延在および後退させるステップ)が、収斂型エフェクタおよびグリッパハブ202を接続する場合、コントローラ136は、代替として、または加えて、ソフトロボットフィンガ100および/または延在リンケージ309の観察を1つ以上の基準状態と比較し、物品が正常に握持されているかどうかを決定するように構成されてもよい。
図28Aでは、物品(例えば、402、404、406、408、または502)は、吸引カップ304によって捕捉されており、または捕捉されてようとしており、物品は、グリッパハブ202から比較的に遠く離れている。故に、視野FOV内で、吸引カップ304および/または延在リンケージ309によって覆い隠される、または占有される場面の割合(例えば、ピクセル、またはブロック、または面積で測定される)は、物品によって覆い隠される、または占有される場面の割合と同様に、比較的に低い。覆い隠された、または占有された吸引カップ304または延在リンケージ309面積に対応する、低いまたは比較的により低い閾値等の覆い隠される、または占有される面積または割合または形状と関連付けられる、吸引カップ304および/または延在リンケージ309の特性(例えば、RGBセンサまたはフィルタを使用する色、テクスチャ加工、または印)を認識することによって、コントローラ136は、捕捉前状態を認識してもよい(および例えば、遠隔吸引カップ304および/または物品に従って、期待面積または他の特性を較正する)
図28Bでは、物品(例えば、402、404、406、408、または502)は、捕捉されており、物品は、グリッパハブ202に比較的に近い。故に、視野FOV内で、吸引カップ304、延在リンケージ309によって覆い隠される、または占有される場面の割合(例えば、ピクセル、またはブロック、または面積で測定される)は、物品によって覆い隠される、または占有される場面の割合と同様に、比較的により高い。覆い隠された、または占有された吸引カップ304および/または延在リンケージ309面積に対応する、高いまたは比較的により高い閾値を下回ること等の覆い隠される、または占有される面積または割合または形状と関連付けられる、吸引カップ304および/または延在リンケージ309の特性を認識することによって、コントローラ136は、成功した吸引捕捉状態を認識してもよい。
図28Cでは、物品(例えば、402、404、406、408、または502)は、正常に捕捉されておらず、物品は、欠如している(または遠く離れ得る)。故に、視野FOV内で、吸引カップ304および/または延在リンケージ309によって覆い隠される、または占有される場面の割合(例えば、ピクセル、またはブロック、または面積で測定される)は、再度、比較的により高い。観察され得る吸引カップ304および/または延在リンケージ309は、より大きい、または最大値でさえある。完全に観察可能な面積に対応する、高いまたは比較的により高い閾値を上回ること等の覆い隠される、または占有される面積または割合または形状と関連付けられる、吸引カップ304および/または延在リンケージ309の特性を認識することによって、コントローラ136は、失敗した吸引捕捉状態を認識してもよい。
リンケージが、各ソフトロボットフィンガ100をグリッパハブ202に接続し、ハブ202に対する接続されたソフトロボットフィンガ202の姿勢を変化させる場合において、カメラ704は、ハブ202に対する接続されたソフトロボットフィンガ202の姿勢の範囲または複数の姿勢におけるソフトロボットフィンガ100を観察するように構成される、視野FOVおよび/または焦点を有するように配列されてもよい。延在リンケージが、説明されるように収斂型エフェクタおよびハブを接続する場合において、カメラ704は、未握持、物品握持、および空虚握持状態のうちのいずれかでソフトロボットフィンガを観察するとともに、未延在および延在状態で延在リンケージ309を観察するように構成される視野FOVおよび/または焦点を有してもよい。
図4A、4Bの把持パッド208は、図20-28の構造のうちのいずれかを含んで採用され得ることに留意されたい。この場合、複数の把持パッド208が、提供され、各把持パッドは、それぞれ、リンケージの平行移動部材に接続され、各把持パッド208は、平行移動部材が移動されるときに圧着力を適用するように構成される。説明されるように、リンケージアクチュエータ206、駆動モータ、またはモータドライバ207aは、リンケージを移動させるように構成されてもよい。コントローラ136は、第1のモードでは、リンケージアクチュエータ(例えば、205、207、207a)をアクティブ化し、リンケージの平行移動部材を移動させ、圧着力を第1の物品(例えば、物品404)に適用し、第2のモードでは、フィンガアクチュエータ120をアクティブ化し、ソフトロボットフィンガ100を丸まらせ、握持力を第2の物品(例えば、物品402、406、および/または408)に適用するように構成されてもよい。これは、概して、図4A、4Bに示される。
この場合、第3のモードでは、コントローラ136は、フィンガアクチュエータ120をアクティブ化し、ソフトロボットフィンガ100を丸まらせ、握持力を第2の物品404に適用し、リンケージアクチュエータ206、207、207aをアクティブ化し、リンケージの平行移動部材を移動させ、ソフトロボットフィンガ100を介して圧着力の一部を同一の第2の物品(例えば、物品402、406、および/または408)に適用してもよい。コントローラ136はさらに、第3のモードでは、連続して、リンケージアクチュエータ206、207、207aまたはフィンガアクチュエータ120のうちの1つ、次いで、リンケージアクチュエータ206、207、207aまたはフィンガアクチュエータ120のうちの残りの1つを作動させ、圧着力および握持力の一部を組み合わせるように構成されてもよい。コントローラは、代替として、または加えて、第3のモードでは、リンケージアクチュエータ206、207、207aおよびフィンガアクチュエータ120を同時に作動させ、圧着力および握持力の一部を組み合わせるように構成されてもよい。
(例えば、フィンガ100を介して)圧着力および握持力を同一の物品に適用するとき、請求項19に記載のコントローラソフトロボットでは、コントローラ136はさらに、相互に対する所定の関係で握持力および圧着力を維持するように構成されてもよい。
本明細書に議論される構造のうちのいずれかの対応可能なものに統合されるものとして把持パッド208を採用する、複数のモードの別の実装では、コントローラ136は、リンケージアクチュエータ206、207、207aをアクティブ化し、リンケージの平行移動部材を移動させ、圧着力を物品(例えば、物品402、406、および/または408)に適用するように、そしてフィンガアクチュエータをアクティブ化し、ソフトロボットフィンガを丸まらせ、握持力を同一の物品(例えば、物品402、406、および/または408)に適用するように構成されてもよい。コントローラ136は、第1のモードでは、連続して、リンケージアクチュエータ206、207、207aまたはフィンガアクチュエータ120のうちの1つ、次いで、リンケージアクチュエータ206、207、207aまたはフィンガアクチュエータ120のうちの残りの1つを作動させ、圧着力および握持力を組み合わせ、第2のモードでは、リンケージアクチュエータ206、207、207aおよびフィンガアクチュエータ120を同時に作動させ、圧着力および握持力を組み合わせるように構成されてもよい。再度、コントローラ136はさらに、相互に対する所定の関係で握持力および圧着力を維持するように構成されてもよい。
これらの構造を用いると、アクチュエータ206、207、207aを介した把持パッド208またはリンケージ作動の有無を問わず、延在アクチュエータ上に搭載される吸引カップ304は、真空力を物品に適用するように構成されてもよい。吸引カップ304は、吸引カップアクチュエータが第2の圧力変化(フィンガ100の圧力変化から独立している)を適用するときに、真空力を生成してもよい。この場合、コントローラ136はさらに、付加的モードでは、吸引カップアクチュエータおよび延在アクチュエータをアクティブ化し、吸引カップを物品に接触させ、真空力によって物品を持ち上げ、ハブ202に向かって物品を後退させるように構成されてもよい。この場合、コントローラ136はさらに、前述で説明された第1または第2のモードの前に、本吸引カップモードを完了するように構成されてもよい。
代替として、または加えて、コントローラ136は、一次モードとして吸引カップモードを採用し、第1のモードでは、吸引カップアクチュエータおよび延在アクチュエータをアクティブ化し、吸引カップ304を物品に接触させ、真空力によって物品を持ち上げ、ハブに向かって物品を後退させるように、第2のモードでは、フィンガアクチュエータ120をアクティブ化し、ソフトロボットフィンガを丸まらせ、握持力を物品に適用するように構成されてもよい。この場合、コントローラは、第2のモードの前に第1のモードを完了してもよい。代替として、または付加的モードでは、コントローラ136は、第1のモードがハブに向かって物品を完全に後退させる前に、第2のモードを開始してもよい。用語についての一般的注記
いくつかの実施形態は、それらの派生語とともに、表現「一実施形態」または「実施形態」を使用して説明され得る。これらの用語は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書の中の種々の場所における語句「一実施形態では」の表出は、必ずしも全て同一の実施形態を指しているわけではない。また、別様に記述されない限り、上記に説明される特徴は、任意の組み合わせでともに使用可能であると認識される。したがって、別個に議論される任意の特徴が、特徴は相互と互換性がないと留意されない限り、相互と組み合わせて採用され得る。
本明細書で使用される表記および命名法を一般的に参照して、本明細書の詳細な説明は、コンピュータまたはコンピュータのネットワーク上で実行されるプログラム手順の観点から提示され得る。これらの手順の説明および表現は、その作業の内容を他の当業者に最も効果的に伝えるために、当業者によって使用される。
手順は、ここでは、概して、所望の結果につながる一連の自己矛盾のない動作であると構想される。これらの動作は、物理量の物理的操作を必要とするものである。必ずではないが、通常、これらの数量は、貯蔵される、移送される、組み合わせられる、比較される、および別様に操作されることが可能な電気、磁気、または光学信号の形態をとる。主に一般的使用の理由により、これらの信号を、ビット、値、要素、シンボル、文字、項、数、または同等物として参照することが、随時、便宜的であることが証明される。しかしながら、これらおよび類似の用語の全てが、適切な物理量と関連付けられるものであり、これらの数量に適用される便宜的な標識にすぎないことに留意されたい。
さらに、実施される操作は、多くの場合、人間のオペレータによって実施される知的動作と一般的に関連付けられる、追加または比較等の観点から参照される。人間のオペレータのそのような能力は、1つ以上の実施形態の一部を形成する、本明細書に説明される動作のうちのいずれかにおいて、必要とされない、または殆どの場合では望ましくない。むしろ、動作は、機械動作である。種々の実施形態の動作を実施するための有用な機械は、汎用デジタルコンピュータまたは類似デバイスを含む。
いくつかの実施形態は、それらの派生語とともに、表現「結合される」および「接続される」を使用して説明され得る。これらの用語は、必ずしも相互の同義語として意図されていない。例えば、いくつかの実施形態は、2つ以上の要素が相互と直接物理または電気接触していることを示すために、用語「接続される」および/または「結合される」を使用して説明され得る。しかしながら、用語「結合される」はまた、2つ以上の要素が相互と直接接触していないが、なおも依然として、相互と協働または相互作用することも意味し得る。
種々の実施形態はまた、これらの動作を実施するための装置またはシステムに関する。本装置は、要求される目的のために特別に構築されてもよい、またはコンピュータへと記憶されたコンピュータプログラムによって選択的にアクティブ化または再構成されるような汎用コンピュータを備えてもよい。本明細書で提示される手順は、本質的に特定のコンピュータまたは他の装置に関連しない。種々の汎用機械が、本明細書の教示に従って書かれるプログラムと併用されてもよい、または要求される方法ステップを実施するように、より特殊な装置を構築することが便宜的であることが証明され得る。種々のこれらの機械のための要求される構造は、挙げられる説明から表出するであろう。
前述の説明では、種々の特徴は、本開示を合理化する目的のために単一の実施形態の中でともにグループ化されることが分かり得る。本開示の方法は、請求される実施形態が各請求項に明示的に記載されるよりも多くの特徴を要求するという意図を反映するものとして解釈されるものではない。むしろ、以下の請求項が反映するように、発明の主題は、単一の開示される実施形態の全てに満たない特徴にある。したがって、以下の請求項は、発明を実施するための形態へと本明細書に組み込まれ、各請求項は、別個の実施形態としてそれ自体で成立する。添付の請求項では、用語「including」および「in which」は、それぞれ、個別の用語「comprising」および「wherein」の平易な英語の均等物として使用される。また、用語「第1の」、「第2の」、「第3の」等は、単に標識として使用され、それらの目的に数値的要件を課することを意図していない。
上記に説明されているものは、開示されるアーキテクチャの実施例を含む。当然ながら、構成要素および/または方法の全ての考えられる組み合わせを説明することは可能ではないが、当業者は、多くのさらなる組み合わせおよび順列が可能であることを認識し得る。故に、新規のアーキテクチャは、添付の請求項の精神および範囲内に入る、全てのそのような改変、修正、および変形例を包含することを意図している。
上記に説明される技法のうちのいずれかまたは全ては、空気圧、油圧、機械、電気、磁気等のハードウェアを含む、好適なハードウェアによって実装されてもよい。いくつかの実施形態は、非一過性のコンピュータ可読媒体上に記憶された論理を利用してもよい。1つ以上のプロセッサによって実行されると、論理は、プロセッサに、上記に識別される技法を実施させてもよい。論理は、完全または部分的にハードウェアで実装されてもよい。論理は、グリッパ配列の中の1つ以上のアクチュエータを採用する、ソフトロボットアクチュエータおよび/またはソフトロボットシステムの作動、作動解除、移動、位置等を制御するためのコントローラの一部として、含まれてもよい。
本明細書で使用されるように、構造、行為、ステップ、および機能は、種々の名称または標識を与えられる。本段落は、代替として、ある場合には、同義的に、ある場合には、同等に使用される、用語を説明する。概して、当業者は、平易な技術的意味を有する代替専門用語および/または言葉の間の同一性、同等性、および類似性および差異を認識および理解するであろう。本明細書で使用されるように、エンドエフェクタは、EOAT202および同等物を含む、ツールまたはツールが搭載され得るものを含む、エフェクタを含んでもよい。屈曲可能部材は、ソフトロボットアクチュエータ100等のソフトロボット部材を含んでもよい。
随意に、コントローラはさらに、第3のモードでは、第2のモードの前に第1のモードを完了するようにさらに構成される。さらに随意に、コントローラは、第4のモードでは、第1のモードがハブに向かって物品を完全に後退させる前に、第2のモードを開始するように構成される。本システムは、代替として、または加えて、未握持、物品握持、および空虚握持状態のうちのいずれかでソフトロボットフィンガを観察するように構成される、視野を有するカメラを含んでもよい。コントローラは、ソフトロボットフィンガの観察を基準状態と比較し、ソフトロボットフィンガの未握持、物品握持、または空虚握持状態を決定するように構成されてもよい。カメラの視野はさらに、延在アクチュエータの後退および延在状態で吸引カップを観察するように構成されてもよい。コントローラはさらに、吸引カップの観察を1つ以上の基準状態と比較し、物品が正常に持ち上げられているかどうかを決定するように構成されてもよい。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
(項目1)
ロボットエンドエフェクタであって、
ハブと、
複数の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、内部空隙を包囲するエラストマ外面を備え、前記ソフトロボットアクチュエータは、膨張流体が前記内部空隙に供給されるときに丸くなるように構成される、複数のソフトロボットアクチュエータと、
前記複数のソフトロボットアクチュエータを前記ハブに固着するための複数の可動ジョーと、
機械的アクチュエータであって、前記機械的アクチュエータは、相互に対して前記可動ジョーを移動させ、前記ソフトロボットアクチュエータの間の距離を調節するように構成される、機械的アクチュエータと、
コントローラであって、前記コントローラは、前記機械的アクチュエータをアクティブ化し、前記可動ジョーを移動させ、握持標的に対して前記ソフトロボットアクチュエータを位置付けるように構成される、コントローラと
を備える、ロボットエンドエフェクタ。
(項目2)
対応する可動ジョーを通して前記ソフトロボットアクチュエータのうちの1つの内部空隙を膨張流体供給ラインに接続する可動流体通路をさらに備える、項目1に記載のロボットエンドエフェクタ。
(項目3)
前記複数の可動ジョーの内面に搭載される内側把持パッドをさらに備え、前記コントローラは、前記内側把持パッドを使用し、前記可動ジョーを移動させることによって標的物体上で握持を確保するように構成される、項目1に記載のロボットエンドエフェクタ。
(項目4)
前記コントローラは、
前記可動ジョーを標的物体から離間される位置まで駆動することと、
前記位置で前記可動ジョーを維持することと、
膨張流体を前記ソフトロボットアクチュエータに適用し、前記ソフトロボットアクチュエータを丸まらせ、前記標的物体上で把持を確保することと
を行うように構成される、項目1に記載のロボットエンドエフェクタ。
(項目5)
前記コントローラは、
前記可動ジョーを標的物体から離間される位置まで駆動することと、
前記ソフトロボットアクチュエータが直線構成であるように、前記ソフトロボットアクチュエータを中立的に膨張させることと、
前記標的物体に向かって前記可動ジョーを移動させ、前記ソフトロボットアクチュエータを前記標的物体へと駆動し、前記標的物体上で把持を確保することと
を行うように構成される、項目1に記載のロボットエンドエフェクタ。
(項目6)
前記コントローラは、
前記ソフトロボットアクチュエータによって前記可動ジョーに適用される力を推定することと、
前記機械的アクチュエータによって前記可動ジョーに適用される力を推定することと、
前記機械的アクチュエータの移動または前記ソフトロボットアクチュエータに供給される膨張流体の量のうちの少なくとも1つを制御することによって、前記適用された力を平衡状態で維持することと
を行うように構成される、項目1に記載のロボットエンドエフェクタ。
(項目7)
真空力を的物体に適用するように構成される吸引カップをさらに備える、項目1に記載のロボットエンドエフェクタ。
(項目8)
前記吸引カップは、前記標的物体に向かってまたは前記標的物体から離れるように前記吸引カップを移動させるように構成されるアクチュエータに搭載される、項目7に記載のロボットエンドエフェクタ。
(項目9)
前記吸引カップは、空気圧の適用によって真空を生成し、前記コントローラは、前記標的物体との接触に応じて、駆動可能アクチュエータを介して前記吸引カップを引き出させるように適用される空気圧の量を制御する、項目7に記載のロボットエンドエフェクタ。
(項目10)
前記吸引カップは、空気圧式管類を通した空気圧の適用によって真空を生成し、
前記空気圧式管類は、選択された剛性を有し、前記ロボットエンドエフェクタの筐体は、前記空気圧式管類を前記筐体へと自動的に引き込ませるためのサイズ、形状、および構成を有する、項目7に記載のロボットエンドエフェクタ。
(項目11)
方法であって、
項目1に記載のロボットエンドエフェクタを提供することと、
前記コントローラを用いて前記機械的アクチュエータをアクティブ化し、前記可動ジョーを移動させ、前記握持標的に対して前記ソフトロボットアクチュエータを位置付けることと
を含む、方法。
(項目12)
対応する可動ジョーを通して前記ソフトロボットアクチュエータのうちの1つの内部空隙を膨張流体供給ラインに接続する可動流体通路を通して、膨張流体を前記複数のソフトロボットアクチュエータに供給することをさらに含む、項目11に記載の方法。
(項目13)
前記ロボットエンドエフェクタはさらに、前記複数の可動ジョーの内面に搭載される内側把持パッドを備え、前記内側把持パッドを使用し、前記可動ジョーを移動させることによって標的物体上で握持を確保することをさらに含む、項目11に記載の方法。
(項目14)
前記可動ジョーを標的物体から離間される位置まで駆動することと、
前記位置で前記可動ジョーを維持することと、
膨張流体を前記ソフトロボットアクチュエータに適用し、前記ソフトロボットアクチュエータを丸まらせ、前記標的物体上で把持を確保することと
をさらに含む、項目11に記載の方法。
(項目15)
前記可動ジョーを標的物体から離間される位置まで駆動することと、
前記ソフトロボットアクチュエータが直線構成であるように、前記ソフトロボットアクチュエータを中立的に膨張させることと、
前記標的物体に向かって前記可動ジョーを移動させ、前記ソフトロボットアクチュエータを前記標的物体へと駆動し、前記標的物体上で把持を確保することと
をさらに含む、項目11に記載の方法。
(項目16)
前記ソフトロボットアクチュエータによって前記可動ジョーに適用される力を推定することと、
前記機械的アクチュエータによって前記可動ジョーに適用される力を推定することと、
前記機械的アクチュエータの移動または前記ソフトロボットアクチュエータに供給される膨張流体の量のうちの少なくとも1つを制御することによって、前記適用された力を平衡状態で維持することと
をさらに含む、項目11に記載の方法。
(項目17)
吸引カップを使用して、真空力を的物体に適用することをさらに含む、項目11に記載の方法。
(項目18)
吸引カップアクチュエータを用いて、前記標的物体に向かってまたは前記標的物体から離れるように前記吸引カップを移動させることをさらに含む、項目17に記載の方法。
(項目19)
前記吸引カップは、空気圧の適用によって真空を生成し、前記標的物体との接触に応じて、駆動可能アクチュエータを介して前記吸引カップを引き出させるように適用される空気圧の量を制御することをさらに含む、項目17に記載の方法。
(項目20)
空気圧式管類を通した空気圧の適用によって真空を生成することをさらに含み、前記空気圧式管類は、選択された剛性を有し、前記ロボットエンドエフェクタの筐体は、前記空気圧式管類を前記筐体へと自動的に引き込ませるためのサイズ、形状、および構成を有する、項目17に記載の方法。
(項目21)
物品を握持するためのソフトロボット握持システムであって、
グリッパハブと、
第1の圧力変化を適用するフィンガアクチュエータと、
複数のソフトロボットフィンガであって、各ソフトロボットフィンガは、内部空隙を包囲するエラストマ外面を含み、各ソフトロボットフィンガは、前記フィンガアクチュエータが前記内部空隙内で前記圧力変化を適用するときに、第1の自由度で丸くなるように構成される、複数のソフトロボットフィンガと、
複数のリンケージであって、各リンケージはそれぞれ、ソフトロボットフィンガを前記ハブに接続し、各リンケージは、第2の自由度で誘導し、前記ハブに対する前記接続されたソフトロボットフィンガの姿勢を変化させるように構成される、複数のリンケージと、
前記リンケージを移動させるように構成される複数のリンケージアクチュエータであって、各リンケージアクチュエータはそれぞれ、前記リンケージのうちの1つに接続される、複数のリンケージアクチュエータと、
流体を前記ソフトロボットフィンガに提供するための複数の流体通路管であって、各流体通路管は、前記リンケージが移動させられるときに前記リンケージに従って移動するように形成され、前記流体通路管は、前記圧力変化を、前記第1および第2の自由度に従って前記複数のソフトロボットフィンガによって到達される任意の位置で前記内部空隙に提供するように構成される、複数の流体通路管と
を備える、ソフトロボット握持システム。
(項目22)
リンケージを中心とする複数のリンケージ流体シールをさらに備え、前記リンケージ流体シールは、前記流体通路管への流体流をシールしながら、前記リンケージが移動することを可能にする、項目21に記載のソフトロボット握持システム。
(項目23)
内部流体圧力を維持する前記ハブを中心とする流体シールをさらに備え、前記フィンガアクチュエータは、前記圧力変化を前記ハブの内部に適用し、前記圧力変化は、前記リンケージ流体シールおよび流体通路管を介して前記ソフトロボットフィンガに伝達される、項目22に記載のソフトロボット握持システム。
(項目24)
第2の圧力変化を適用する吸引アクチュエータと、
前記第2の圧力変化に従って吸引力を適用するように構成される吸引カップと、
前記吸引カップおよび前記ハブを接続する延在リンケージであって、前記延在リンケージは、延在および後退し、前記ハブへの前記吸引カップの姿勢を変化させるように構成される、延在リンケージと
をさらに備える、項目21に記載のソフトロボット握持システム。
(項目25)
コントローラをさらに備え、前記コントローラは、前記吸引カップおよび延在アクチュエータをアクティブ化し、前記吸引カップを前記物品に接触させ、前記吸引力によって前記物品を持ち上げ、前記ハブに向かって前記物品を後退させるように構成され、かつ、前記フィンガアクチュエータをアクティブ化し、前記ソフトロボットフィンガを丸まらせ、握持力を前記物品に適用するように構成される、項目24に記載のソフトロボット握持システム。
(項目26)
物品を握持するためのソフトロボット握持システムであって、
グリッパハブと、
圧力変化を適用するフィンガアクチュエータと、
少なくとも1つのソフトロボットフィンガであって、各ソフトロボットフィンガは、内部空隙を包囲するエラストマ外面を含み、各ソフトロボットフィンガは、前記フィンガアクチュエータが前記内部空隙内で前記圧力変化を適用するときに丸くなるように構成される、少なくとも1つのソフトロボットフィンガと、
各ソフトロボットフィンガを前記ハブに接続する少なくとも1つのリンケージであって、各リンケージは、第1の自由度で移動し、前記ハブに対する前記接続されたソフトロボットフィンガの姿勢を変化させるように構成される、少なくとも1つのリンケージと、
前記リンケージを移動させるように構成されるリンケージアクチュエータであって、前記少なくとも1つのソフトロボットフィンガは、移動し、組み合わせられた丸くなることおよび第1の自由度に従って握持する、リンケージアクチュエータと
を備える、ソフトロボット握持システム。
(項目27)
前記第1の自由度は、平行移動または回転のうちの1つである、項目26に記載の物品を握持するためのソフトロボット握持システム。
(項目28)
収斂力を適用するように構成される収斂型エフェクタと、
前記収斂型エフェクタおよび前記ハブを接続する延在リンケージであって、前記延在リンケージは、延在および後退し、前記ハブに対する前記収斂型エフェクタの姿勢を変化させるように構成される、延在リンケージと
をさらに備える、項目26に記載のソフトロボット握持システム。
(項目29)
前記第1の自由度は、圧着力を適用し、前記丸くなることは、握持力を適用し、
コントローラであって、前記コントローラは、前記収斂型エフェクタ、前記フィンガアクチュエータ、および前記リンケージアクチュエータのそれぞれに動作可能に接続され、所定の順序で前記収斂力、前記圧着力、および前記握持力をアクティブ化するように構成される、コントローラ
をさらに備える、項目28に記載のソフトロボット握持システム。
(項目30)
前記第1の自由度は、圧着力を適用し、前記丸くなることは、握持力を適用し、
コントローラであって、前記コントローラは、前記フィンガアクチュエータおよび前記リンケージアクチュエータのそれぞれに動作可能に接続され、相互に対する所定の関係で前記握持力および圧着力を維持するように構成される、コントローラ
をさらに備える、項目26に記載のソフトロボット握持システム。
図1Fおよび1Gは、本明細書に議論される任意の実施形態と併用され得る、ソフトロボットアクチュエータフィンガ100を描写する。各フィンガ100またはアクチュエータ100は、内部空隙3004を包囲するエラストマ外面3005を含み、膨張流体が内部空隙3004に供給されるときに丸くなるように構成される。歪み限定側面00が、延在に抵抗する一方で、拡張側面3001は、流体圧力の変化に応じて、延在および収縮を助長するためのベローズ特徴を含み、延在または収縮のいずれかは、1つまたは別の方向に丸くなることを引き起こす。補強リブ3003が、主に丸くなる方向に沿って起こるように拡張および収縮を制約し、また、握持のためのいくつかのテクスチャ加工または隆起も提供する。

第2の付属物が、軸方向中心線CAと平行に作用してもよく、軸方向中心領域に隣接して付属物方向A-Dに沿って位置付けられてもよい。図25Aでは、付属物方向A-Dは、照明器708および真空チャックまたは吸引カップ304を保持し、図25Bでは、付属物方向A-Dは、真空チャックまたは吸引カップ304を囲む、一対のカメラ04を保持する。図25Bおよび図26Aおよび26Cでは、一対のカメラ704は、重複FOVを有するように、および/またはフィンガ100または吸引カップ304の視差観察を提供するように、そして代替として、または加えて、両眼測距を介して距離を測定するように、配列されてもよい。重複FOV、視差観察、および両眼視は、図27A-27Cおよび28A-28Cを参照して本明細書に議論されるカメラ認識システムおよびプロセスで使用されてもよい。図25Cでは、付属物方向A-Dは、前述の一対のカメラ704によって、および光学、IR、および/またはレーザレンジファインダ706(例えば、飛行時間、位相差、三角測量)によって占有される。図26Aおよび図26Cでは、付属物方向は、一対のカメラ704、照明708、およびレンジファインダ706によって占有される。照明708(例えば、LEDライトのアレイ)は、相互の上に、または環境上に、物品、フィンガ100、および/または吸引カップ304、および延在部309の影を生成し得、影は、図27A-27Cおよび28A-28Cを参照して本明細書に議論されるカメラ認識システムおよびプロセスで採用される特性として観察され得ることに留意されたい。図26Bでは、付属物方向A-Dは、真空チャックまたは吸引カップ304によって、および照明708によって占有される。

図28Aでは、物品(例えば、402、404、406、408、または502)は、吸引カップ304によって捕捉されており、または捕捉されうとしており、物品は、グリッパハブ202から比較的に遠く離れている。故に、視野FOV内で、吸引カップ304および/または延在リンケージ309によって覆い隠される、または占有される場面の割合(例えば、ピクセル、またはブロック、または面積で測定される)は、物品によって覆い隠される、または占有される場面の割合と同様に、比較的に低い。覆い隠された、または占有された吸引カップ304または延在リンケージ309面積に対応する、低いまたは比較的により低い閾値等の覆い隠される、または占有される面積または割合または形状と関連付けられる、吸引カップ304および/または延在リンケージ309の特性(例えば、RGBセンサまたはフィルタを使用する色、テクスチャ加工、または印)を認識することによって、コントローラ136は、捕捉前状態を認識してもよい(および例えば、遠隔吸引カップ304および/または物品に従って、期待面積または他の特性を較正する)

図4A、4Bの把持パッド208は、図20-28の構造のうちのいずれかを含んで採用され得ることに留意されたい。この場合、複数の把持パッド208が、提供され、各把持パッドは、それぞれ、リンケージの平行移動部材に接続され、各把持パッド208は、平行移動部材が移動されるときに圧着力を適用するように構成される。説明されるように、リンケージアクチュエータ206、駆動モータ、またはモータドライバ207aは、リンケージを移動させるように構成されてもよい。コントローラ136は、第1のモードでは、リンケージアクチュエータ(例えば、20、207、207a)をアクティブ化し、リンケージの平行移動部材を移動させ、圧着力を第1の物品(例えば、物品404)に適用し、第2のモードでは、フィンガアクチュエータ120をアクティブ化し、ソフトロボットフィンガ100を丸まらせ、握持力を第2の物品(例えば、物品402、406、および/または408)に適用するように構成されてもよい。これは、概して、図4A、4Bに示される。
(例えば、フィンガ100を介して)圧着力および握持力を同一の物品に適用するとき、ントローラ136はさらに、相互に対する所定の関係で握持力および圧着力を維持するように構成されてもよい。

Claims (1)

  1. 本明細書に記載の発明。
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