JP6913207B2 - ロボット装置用バネ内蔵ウォームグリッパ - Google Patents

Description

［0001］ 技術が進歩するにつれて、ユーザを補助し得る様々な機能を実行するための様々なタイプのロボット装置が創出されている。ロボット装置は、とりわけ、材料取扱い、輸送、溶接、組み立て、および分配を含む用途に使用され得る。時間の経過とともに、これらのロボットシステムが動作する方法は、より知的、効率的、かつ直感的になってきている。ロボットシステムは、現代の生活の多くの側面においてますます普及しているので、ロボットシステムは効率的であることが望ましい。したがって、効率的なロボットシステムの需要は、アクチュエータ、動き、検出技術、ならびに構成要素の設計および組立てにおける革新の分野を切り開くのを後押ししてきた。

［0002］ ロボット脚およびアームなどのロボット装置は、環境と相互作用するように設計された様々な構成要素または付属物を含み得る。このような構成要素は、ロボットの足および手を含み得、それらは、支持する、安定させる、把持するおよび別の方法でロボット装置が１つまたは複数の動作を効果的に実行するのを可能にするために使用することができる追加の構成要素を含み得る。

［0003］ 特に、ロボットアームは、環境と相互作用する１つまたは複数の「エンドエフェクタ」を含み得る。例えば、エンドエフェクタは、衝撃的（爪など）、侵入的（ピンまたは針など）、収斂的（真空または吸引要素など）または近接的（接着剤など接着のための接触を必要とする）であり得る。

［0004］ 本出願は、ロボット把持装置の指に加えられるトルクの量を決定することに関する実装形態を開示する。ロボット把持装置が物体を掴むとき、ロボット把持装置の指が物体に圧力を加えることができ、これが次に指に応答力またはトルクを加えることができる。ユーザ、オペレータ、または制御システムが、どれだけのトルクまたは力が指および／または物体に加えられているかを知るおよび／または制御することは有益であり得る。

［0005］ 一例では、本出願は、ロボット把持装置を記載する。ロボット把持装置は、基端にウォームギヤが結合された指を含む。ロボット把持装置はまた、モータとシャフトとを有するアクチュエータを含み、シャフトは、ウォームギヤに結合されたウォームを回転させるように構成され、アクチュエータは、アクチュエータが軸に沿って摺動するように構成されたキャリッジ上に取り付けられる。ロボット把持装置はさらに、第１の端部および第２の端部を有するバネを含み、第１の端部はアクチュエータのモータに結合され、第２の端部は固定され、その結果、バネが平衡状態にあるとき、アクチュエータは軸に沿った第１の位置に保持される。把持装置のアクチュエータは、モータに対してシャフトを第１の量だけ回転させ、それによってウォームおよびウォームギヤを回転させて指を物体の方に動かすように構成されている。アクチュエータはさらに、指が物体に接触して指がそれ以上動かなくなると、モータに対してシャフトをさらに回転させて、アクチュエータを軸に沿って、バネがもはや平衡状態でない第２の位置に摺動させるように構成される。

［0006］ 別の例では、ロボット装置が記載される。ロボット装置は、ロボット把持装置および制御システムを含む。ロボット把持装置は、基端にウォームギヤが結合された指を含む。ロボット把持装置はまた、モータとシャフトとを有するアクチュエータを含み、シャフトは、ウォームギヤに結合されたウォームを回転させるように構成され、アクチュエータは、アクチュエータが軸に沿って摺動するように構成されたキャリッジに取り付けられる。ロボット把持装置はまた、第１の端部および第２の端部を有するバネを含み、第１の端部はアクチュエータのモータに結合され、第２の端部は固定され、その結果、アクチュエータは、バネが平衡状態にあるとき、軸に沿った第１の位置に保持される。制御システムは、ロボット把持装置を制御するように構成される。制御システムは、１つまたは複数のプロセッサを含む。制御システムはまた、非一時的コンピュータ可読メモリを含む。制御システムは、非一時的コンピュータ可読メモリに記憶され、動作のセットを実行するために１つまたは複数のプロセッサによって実行可能なプログラム命令をさらに含む。動作のセットは、アクチュエータに第１の量だけモータに対してシャフトを回転させ、それによって、ウォームおよびウォームギヤを回転させて指を物体の方に動かすことを含む。動作のセットはさらに、指が物体に接触して指がそれ以上動かなくなると、アクチュエータにモータに対してシャフトをさらに回転させて、アクチュエータを軸に沿って、バネがもはや平衡状態でない第２の位置に摺動させることを含む。

［0007］ 第３の例では、方法が記載される。この方法は、ロボット把持装置が掴む物体を特定することを含み、ロボット把持装置は、指、アクチュエータ、およびバネを備える。指は、ウォームギヤが基端に結合されている。アクチュエータはモータとシャフトとを有し、シャフトはウォームギヤに結合されたウォームを回転させ、アクチュエータは、アクチュエータが軸に沿って摺動できるようにキャリッジに取り付けられる。バネは第１の端部と第２の端部とを有し、第１の端部はアクチュエータのモータに結合され、第２の端部は固定され、その結果、バネが平衡状態にあるとき、アクチュエータは軸に沿った第１の位置に保持される。この方法はまた、モータに対してシャフトを第１の量だけ回転させ、それによってウォームおよびウォームギヤを回転させて指を物体の方に動かすことを含むことができる。この方法はさらに、指が物体に接触し指がそれ以上動かなくなると、シャフトをモータに対してさらに回転させて、アクチュエータを軸に沿って、バネがもはや平衡状態ではない第２の位置へ摺動させることを含むことができる。

［0008］ 別の例では、制御システムが記載される。制御システムは、ロボット把持装置が掴む物体を特定するための手段を含み、ロボット把持装置は、指、アクチュエータ、およびバネを備える。指は基端にウォームギヤが結合されている。アクチュエータはモータとシャフトとを有し、シャフトはウォームギヤに結合されたウォームを回転させ、アクチュエータは、アクチュエータが軸に沿って摺動できるようにキャリッジに取り付けられる。バネは第１の端部と第２の端部とを有し、第１の端部はアクチュエータのモータに結合され、第２の端部は固定され、その結果、バネが平衡状態にあるときアクチュエータは軸に沿った第１の位置に保持される。制御システムはまた、第１の量だけモータに対してシャフトを回転させ、それによって、ウォームおよびウォームギヤを回転させて、指を物体の方に動かす手段を含む。制御システムはまた、指が物体に接触して指がそれ以上動かなくなると、シャフトをモータに対してさらに回転させて、アクチュエータを軸に沿って、バネがもはや平衡状態でない第２の位置に摺動させる手段を含む。

［0009］ 上記の概要は例示に過ぎず、決して限定することを意図するものではない。上記の例示された態様、実施形態、および特徴に加えて、さらなる態様、実施形態、および特徴が、図面および以下の詳細な記載および添付図面を参照することによって明らかになるであろう。

［0011］実装形態例によるロボットシステムの構成を示す。 ［0012］実装形態例によるロボットアームの例を示す。 ［0013］実装形態例による、ロボット把持装置を有する図２のロボットアームの例を示す。 ［0014］実装形態例による、ロボット把持装置の機構例を示す。 ［0015］実装形態例による、ロボット把持装置の例を示す。 ［0016］実装形態例による、ロボット把持装置の機構例を示す。 ［0017］実装形態例による、ロボット把持装置を動作させる方法の例を示す。 ［0018］実装形態例による、ロボット把持装置の状態例を示す。 ［0018］実装形態例による、ロボット把持装置の状態例を示す。 ［0018］実装形態例による、ロボット把持装置の状態例を示す。 ［0019］実装形態例による、ロボット把持装置の２つの追加の状態例を示す。 ［0019］実装形態例による、ロボット把持装置の２つの追加の状態例を示す。

［0020］ 以下の詳細な記載は、添付の図面を参照して、開示された装置、システム、および方法の様々な特徴および機能を記載する。本明細書に記載される説明に役立つ装置、システム、および方法の実施形態は、限定することを意味しない。「例示的」、「例」および「例示された」という語は、本明細書では、「例、事例、または例示された役割を果たす」ことを意味するために使用されることを理解されたい。本明細書において「例示的」、「例」または「例示された」と記載された実装形態、実施形態、または特徴は、必ずしも他の実装形態、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解釈されるべきではない。さらに、本明細書に記載された実装形態および実施形態は、限定を意味するものではない。開示された装置、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することおよび組み合わせることができ、それらのすべてが本明細書で企図されることは容易に理解されるであろう。さらに、以下の詳細な記載は、添付の図面を参照して本開示の様々な特徴および機能を記載する。図面において、同様の記号は、文脈が特段に記載しない限り、典型的には同様の構成要素を特定する。

Ｉ．概要
［0021］ ロボットエンドエフェクタは、環境内の１つまたは複数の物体を押す、引っ張る、掴む、保持する、または他の方法で相互作用することによってロボット装置が環境との相互作用が可能になる多くの状況で使用され得る。例えば、ロボット装置は、その形状を変化させるように作動させることができる１つまたは複数の指を有するロボットグリッパを含むことができ、それによってロボットグリッパが環境と相互作用することが可能になる。

［0022］ ロボット工学、特にロボットグリッパの分野では、ロボット装置の制御システムは、ロボット装置の各構成要素に作用する位置、向き、および力に関する情報が提供されると、より効果的に動作し得る。この情報を提供するために、異なるタイプのセンサを１つまたは複数の構成要素上に配置するか、または１つまたは複数の構成要素に含めることができる。しかしながら、センサの数を増やすことは、システムの複雑さを増すこと、および発生し得る故障箇所の数を増やすことを意味する。

［0023］ これらの概念を念頭に置いて、本明細書で開示されるロボット把持装置の例は、可動キャリッジ上に取り付けられ、バネによりベースセクションに接続されたアクチュエータによって制御され得るロボット指を含むことができる。指は、軸の周りを回転することができ、指の基端にウォームギヤを有することができる。アクチュエータは、指の基端のウォームギヤに結合されたウォームリダクションステージ（すなわち、ウォームねじまたはウォームシャフト）を有することができる。このように、アクチュエータは、第１軸に沿ってシャフトを回転させて、指を垂直軸に沿って回転させることができる。トルクが指に作用すると、力はアクチュエータおよび／またはキャリッジを軸に沿って摺動させ、それによりバネを圧縮または伸張させることができる。バネの圧縮および／または伸張により、制御システムが指に作用するトルクの量を決定することが可能になる。

［0024］ 本明細書に開示されるロボット把持装置の実施形態例は、基端にウォームギヤが結合された指を含み得る。ウォームギヤの形状は、完全な円でもよいし、別の形状であってもよい。さらに、指は劣駆動指であってもよい。

［0025］ ロボット把持装置は、モータとシャフトとを有するアクチュエータを含むこともできる。アクチュエータは、キャリッジ上に取り付けられてもよく、キャリッジは、軸に沿って摺動するように構成されてもよい。さらに、アクチュエータのシャフトは、ウォームに結合されるか、またはウォームを含んでもよく、ウォームは、指のウォームギヤに結合される。したがって、シャフトの回転は、ウォームを回転させ、指のウォームギヤを駆動させることができる。

［0026］ ロボット把持装置はまた、１つまたは複数のバネを含むことができる。バネは、一端がアクチュエータおよび／またはキャリッジに結合され、他端がロボット把持装置のベースになど固定されるように配置されてもよい。この構成により、アクチュエータの動きに応じてバネが圧縮または伸張することが可能になる。さらに、バネは、バネが平衡状態にあるときにアクチュエータをほぼ安定した位置に保持することができる。このように、アクチュエータを軸に沿って動かすためにアクチュエータに作用するいかなる力も、バネを圧縮または伸張させ、それに応じてアクチュエータを平衡位置に戻すようにアクチュエータに力を与えることができる。

［0027］ いくつかの例では、アクチュエータは、モータに対してシャフトを回転させる（すなわち、アクチュエータを係合する、オンにする、または作動させる）ように構成されてもよい。シャフトが回転すると、ウォームが回転し、これによりウォームギヤが回転して指を動かすことができる。アクチュエータは第１の位置にあってもよく、指が接触する前に動いている間、第１の位置に留まってもよく、この時物体は。指は、物体に接触して物体からの反力に直面するまで動き続けてもよい。この時点で、アクチュエータはモータに対してシャフトを回転させ続けることができるが、指をさらに回転させる代わりに、シャフトのさらなる回転が、アクチュエータを軸に沿って摺動させ、それによってバネを圧縮または伸張させてもよい。この時点で、アクチュエータは、バネがもはや平衡状態にない第２の位置にある。バネは、指をさらに回転させるために、アクチュエータに反対方向の力を与えることができ、その力がシャフト、ウォームおよびウォームギヤを通して指に伝わる。」バネは、指をさらに回転させるために、シャフト、ウォームおよびウォームギヤを通過して指に至ることができる力をアクチュエータに反対方向に与えることができる。

［0028］ いくつかの例では、モータおよび／またはロボット把持装置の別の構成要素に対するシャフトの回転を検出するためにエンコーダを使用することができる。さらに他の例では、ロボット把持装置は、アクチュエータが摺動する軸上のアクチュエータの位置を検出するように構成されたスライドポテンショメータなどのリニアエンコーダを含むことができる。ロボット把持装置は、エンコーダ、ポテンショメータ、および／またはバネの１つまたは複数の特性に基づいて、指に作用するトルクの量を決定し得る制御システムを含むか、または制御システムによって制御されてもよい。

［0029］ なおもさらに、いくつかの例では、指に結合されたウォームギヤは、部分円で成形されてもよい。このように、ウォームギヤが閾値を超えて回転すると、ウォームギヤの歯とウォームがもはや噛み合わないので、ウォームギヤがウォームから離脱する可能性がある。この回転の閾値は、ウォームギヤを回転させる指に作用する閾値トルクに対応し得る。ウォームから離脱するウォームギヤの利点は、ロボット把持装置の構成要素への損傷を防止できることである。実際の用途では、物体または負荷は、意図しない方法で把持装置に作用することがある。例えば、ロボット装置は、ロボット把持装置を含む付属物の上に倒れ、そこに載ることがある。その場合、意図しない大きな負荷が指に作用し、指を後方に駆動する可能性がある。しかしながら、ウォームは逆駆動できないので、ギヤの歯が離脱して経路を外れることができなければ、駆動伝達系の損傷が生じる可能性がある。しかし、ウォームギヤが部分円であり、指が準後方駆動可能である場合、指が閾値を超えて動く（すなわち、閾値トルクが指に作用する）と、ウォームギヤが離脱して損傷を防止することができる。

［0030］ いくつかの例では、本明細書に開示されているロボット把持装置の例は、モータがオフにされているかまたはモータに動力が供給されないとき、一定のトルクを維持することができる。モータは、動力が供給されるとシャフトを回転させ、次にウォーム、ウォームギヤを回転させ、そして指を動かすように構成することができる。ウォームとウォームギヤとの間には大きな減速比が存在し得、その結果、ウォームギヤを完全に回転させるためには、ウォームの完全な回転が比較的多く必要である。この大きな減速比は、ウォームがウォームギヤを駆動することはできるが、ウォームギヤがウォームを駆動することは防止し得る。したがって、モータへの電力がオフにされると、指はその現在の位置を維持することができる。なおもさらに、バネが圧縮され、モータへの電力がオフにされると、その瞬間に指に作用するトルクが維持され得る。圧縮バネの力と、ウォームギヤおよびウォームの逆駆動できない品質との組み合わせは、ロボット把持装置に指に作用する現在のトルクを維持させることができる。他の変形も可能である。

ＩＩ．ロボットシステムの例
［0031］ 図１は、本明細書に記載された実装形態に関連して使用され得るロボットシステムの構成例を示す。ロボットシステム１００は、自律的に、半自律的に、および／またはユーザによって提供される指示を使用して動作するように構成されてもよい。ロボットシステム１００は、ロボットアーム、産業用ロボット、または他の何らかの構成など、様々な形態で実装することができる。さらに、ロボットシステム１００は、とりわけ、ロボット、ロボット装置、または移動ロボットと呼ぶことができる。

［0032］ 図１に示すように、ロボットシステム１００は、プロセッサ１０２、データ記憶装置１０４、およびコントローラ１０８を含むことができ、それらは制御システム１１８の一部であってもよい。ロボットシステム１００はまた、センサ１１２、電源１１４、機械的構成要素１１０、および電気的構成要素１１６を含むことができる。しかし、ロボットシステム１００は、例示目的で示されており、より多くまたはより少ない構成要素を含むことができる。ロボットシステム１００の様々な構成要素は、有線または無線接続を含む任意の方法で接続することができる。さらに、いくつかの例では、ロボットシステム１００の構成要素は、単一の物理的存在物ではなく、複数の物理的存在物に分散されてもよい。ロボットシステム１００の他の例の図も同様に存在し得る。

［0033］ プロセッサ１０２は、１つまたは複数の汎用ハードウェアプロセッサまたは専用ハードウェアプロセッサ（例えば、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路、その他）として動作することができる。プロセッサ１０２は、コンピュータ可読プログラム命令１０６を実行し、データ１０７を処理するように構成されてもよく、それらは両方ともデータ記憶装置１０４に記憶される。プロセッサ１０２は、センサ１１２、電源１１４、機械的構成要素１１０、および／または電気的構成要素１１６など、ロボットシステム１００の他の構成要素と直接的または間接的に相互作用することもできる。

［0034］ データ記憶装置１０４は、１つまたは複数のタイプのハードウェアメモリであってもよい。例えば、データ記憶装置１０４は、プロセッサ１０２によって読み取られるかまたはアクセスされ得る１つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体の形態を含むか、または取り得る。１つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体は、プロセッサ１０２と全体的または部分的に一体化することができる、光学的、磁気的、有機的または別の種類のメモリまたは記憶装置などの揮発性および／または不揮発性記憶構成要素を含むことができる。いくつかの実装形態では、データ記憶装置１０４は、単一の物理的装置であり得る。他の実装形態では、データ記憶装置１０４は、有線または無線通信を介して互いに通信することができる２つ以上の物理的装置を使用して実装され得る。前述のように、データ記憶装置１０４は、コンピュータ可読プログラム命令１０６およびデータ１０７を含むことができる。データ１０７は、とりわけ、構成データ、センサデータ、および／または診断データなどの任意の種類のデータとすることができる。

［0035］ コントローラ１０８は、（おそらく他のタスクの中でもとりわけ）機械的構成要素１１０、センサ１１２、電源１１４、電気的構成要素１１６、制御システム１１８、および／またはロボットシステム１００のユーザの任意の組み合わせの間をインターフェースするように構成された１つまたは複数の電気回路、デジタル論理ユニット、コンピュータチップ、および／またはマイクロプロセッサを含むことができる。いくつかの実装形態では、コントローラ１０８は、ロボット装置１００の１つまたは複数のサブシステムと特定の動作を実行するための専用組込み装置であり得る。

［0036］ 制御システム１１８は、ロボットシステム１００の動作状態を監視し、物理的に変化させることができる。このようにすることで、制御システム１１８は、機械的構成要素１１０および／または電気的構成要素１１６の間など、ロボットシステム１００の部分間のリンクとして機能することができる。いくつかの例では、制御システム１１８は、ロボットシステム１００と別のコンピューティング装置との間のインターフェースとして機能することができる。さらに、制御システム１１８は、ロボットシステム１００とユーザとの間のインターフェースとして機能することができる。いくつかの例では、制御システム１１８は、ジョイスティック、ボタン、および／またはポート、その他を含む、ロボットシステム１００と通信するための様々な構成要素を含むことができる。上記のインターフェースの例および通信は、有線または無線接続、またはその両方を介して実装することができる。制御システム１１８は、ロボットシステム１００のための他の動作も行うことができる。

［0037］ 動作中、制御システム１１８は、有線接続または無線接続を介してロボットシステム１００の他のシステムと通信することができ、ロボットの１人または複数人のユーザと通信するようにさらに構成することができる。１つの可能な例として、制御システム１１８は、特定の歩容を特定の方向におよび特定の速度で実行するための命令を示す入力を（例えば、ユーザまたは別のロボットから）受け取ることができる。歩容は、動物、ロボット、または他の機械的構造体の四肢の動きのパターンである。

［0038］ この入力に基づいて、制御システム１１８は、要求された歩容に従ってロボット装置１００を動かす動作を実行することができる。別の例として、制御システムは、特定の地理的場所に移動する命令を示す入力を受け取ることができる。それに応答して、制御システム１１８は（おそらく他の構成要素またはシステムの助けを借りて）、ロボットシステム１００が地理的場所まで途中移動する環境に基づいて、方向、速度、および／または歩容を決定することができる。

［0039］ 制御システム１１８の動作は、プロセッサ１０２によって実行されてもよい。あるいは、これらの動作は、コントローラ１０８によって、またはプロセッサ１０２とコントローラ１０８との組み合わせによって実行されてもよい。いくつかの実装形態では、制御システム１１８は、ロボットシステム１００以外の装置に部分的にまたは全体的に存在してもよく、したがって、少なくとも部分的にロボットシステム１００を遠隔式に制御してもよい

［0040］ 機械的構成要素１１０は、ロボットシステム１００が物理的動作を実行することを可能にし得るロボットシステム１００のハードウェアを表す。いくつかの例として、ロボットシステム１００は、脚、アーム、車輪、手、指、足、および／またはエンドエフェクタなどの物理的部材を含むことができる。ロボットシステム１００の物理的部材または他の部分は、互いに関連して物理的部材を動かすように構成されたアクチュエータをさらに含んでもよい。ロボットシステム１００はまた、制御システム１１８および／または他の構成要素を収容するための１つまたは複数の構造化本体を含むことができ、他のタイプの機械構成要素をさらに含むことができる。所与のロボットに使用される特定の機械的構成要素１１０は、ロボットの設計に基づいて変化することができ、ロボットが実行するように構成され得る動作および／またはタスクに基づくこともできる。

［0041］ いくつかの例では、機械的構成要素１１０は、１つまたは複数の取り外し可能な構成要素を含むことができる。ロボットシステム１００は、そのような取り外し可能な構成要素を追加および／または取り外すように構成されてもよく、それはユーザおよび／または別のロボットからの支援を伴うかもしれない。例えば、ロボットシステム１００は、取り外し可能なアーム、手、足、および／または脚を備えて構成されてもよく、その結果これらの付属物は、必要に応じて、または要望に応じて交換または変更することができる。いくつかの実装形態では、ロボットシステム１００は、１つまたは複数の取り外し可能なおよび／または交換可能なバッテリユニットまたはセンサを含むことができる。他のタイプの取り外し可能な構成要素がいくつかの実装形態に含まれていてもよい。

［0042］ ロボットシステム１００は、ロボットシステム１００の態様を感知するように構成されたセンサ１１２を含むことができる。センサ１１２は、とりわけ、１つまたは複数の力センサ、トルクセンサ、速度センサ、加速度センサ、ポジションセンサ、近接センサ、モーションセンサ、場所センサ、負荷センサ、温度センサ、タッチセンサ、深さセンサ、超音波距離センサ、赤外線センサ、物体センサ、および／またはカメラを含むことができる。いくつかの例では、ロボットシステム１００は、ロボットから物理的に分離されたセンサ（例えば、他のロボット上に配置されるか、またはロボットが動作している環境内に配置されるセンサ）からセンサデータを受信するように構成されてもよい。

［0043］ センサ１１２は、ロボットシステム１００の動作を監視するだけでなく、ロボットシステム１００の環境との相互作用を可能するために、（おそらくデータ１０７によって）プロセッサ１０２にセンサデータを提供してもよい。センサデータは、制御システム１１８による機械的構成要素１１０および電気的構成要素１１６の起動、移動、および停止のための様々な要因の評価に使用されてもよい。例えば、センサ１１２は、環境認識およびナビゲーションを支援し得る環境の地形または近くの物体の場所に対応するデータを捉えることができる。構成例では、センサ１１２は、ＲＡＤＡＲ（例えば、長距離物体検出、距離判定、および／または速度判定のため）、ＬＩＤＡＲ（例えば、短距離物体検出、距離判定、および／または速度判定のため）、ＳＯＮＡＲ（例えば、水中物体検出、距離判定、および／または速度判定のため）、ＶＩＣＯＮ（登録商標）（例えば、モーションキャプチャのため）、１つまたは複数のカメラ（例えば、３Ｄ画像のためのステレオカメラ）、全地球測位システム（ＧＰＳ）送受信機、および／またはロボットシステム１００が動作している環境の情報を捉えるための他のセンサを含むことができる。センサ１１２は、環境をリアルタイムで監視し、障害物、地形の要素、気象条件、温度、および／または環境の他の態様を検出することができる。別の例では、センサ１１２は、物体のサイズ、形状、輪郭、構造、または向きなど、標的または特定された物体の１つまたは複数の特性に対応するデータを捉えることができる。

［0044］ さらに、ロボットシステム１００は、ロボットシステム１００の様々な構成要素の状態を監視することができるセンサ１１２を含む、ロボットシステム１００の状態を示す情報を受信するように構成されたセンサ１１２を含むことができる。センサ１１２は、ロボットシステム１００のシステムの活動を測定し、伸展可能な脚、アーム、またはロボットシステム１００の他の機械的および／または電気的特徴の動作など、ロボットシステム１００の様々な特徴の動作に基づく情報を受け取ることができる。センサ１１２によって提供されるデータは、制御システム１１８がロボットシステム１００の構成要素の全体的な動作を監視するだけでなく動作中のエラーを判定することを可能にし得る。

［0045］ 例として、ロボットシステム１００は、力センサを使用して、ロボットシステム１００の様々な構成要素の負荷を測定することができる。いくつかの実装形態では、ロボットシステム１００は、アーム、脚、手、足、または指の１つまたは複数の部材を動かすアクチュエータの負荷を測定するためにアーム、脚、手、足、または指に１つまたは複数の力センサを含むことができる。別の例として、ロボットシステム１００は、ロボットシステムのアクチュエータのポジションを感知するために１つまたは複数のポジションセンサを使用することができる。例えば、そのようなポジションセンサは、アーム、脚、手、足、指またはエンドエフェクタ上のアクチュエータの伸展、後退、ポジショニング、または回転の状態を感知することができる。

［0046］ 別の例として、センサ１１２は、１つまたは複数の速度センサおよび／または加速度センサを含むことができる。例えば、センサ１１２は、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）を含むことができる。ＩＭＵは、重力ベクトルに関して、世界基準において速度および加速度を感知することができる。次に、ＩＭＵによって感知された速度および加速度は、ロボットシステム１００内のＩＭＵの場所およびロボットシステム１００の運動学に基づいて、ロボットシステム１００の速度および加速度に変換され得る。

［0047］ ロボットシステム１００は、本明細書において明示的に論じられていない他のタイプのセンサを含んでもよい。追加的または代替的に、ロボットシステムは、本明細書に列挙されていない目的のために特定のセンサを使用してもよい。

［0048］ ロボットシステム１００はまた、ロボットシステム１００の様々な構成要素に動力を供給するように構成された１つまたは複数の電源１１４を含むことができる。他の可能な動力システムの中でもとりわけ、ロボットシステム１００は、油圧システム、電気システム、バッテリ、および／または他のタイプの動力システムを含むことができる。例として、ロボットシステム１００は、ロボットシステム１００の構成要素に電荷を供給するように構成された１つまたは複数のバッテリを含むことができる。機械的構成要素１１０および／または電気的構成要素１１６のいくつかは、それぞれ異なる電源に接続されてもよく、同じ電源によって動力供給されても、または複数の電源によって動力供給されてもよい。

［0049］ 電力またはガソリンエンジンなど、ロボットシステム１００に動力を供給するために、任意のタイプの電源を使用することができる。追加的または代替的に、ロボットシステム１００は、流体力を使用して機械的構成要素１１０に動力を提供するように構成された油圧システムを含むことができる。ロボットシステム１００の構成要素は、例えば、油圧システム全体を通して様々な油圧モータおよび油圧シリンダに伝達される作動流体に基づいて動作することができる。油圧システムは、チューブ、フレキシブルホース、またはロボットシステム１００の構成要素間の他のリンクを介して、加圧された油圧流体によって油圧動力を伝達することができる。電源１１４は、外部電源への有線接続、無線充電、燃焼、または他の例など、様々な種類の充電を用いて充電することができる。

［0050］ 電気的構成要素１１６は、電荷または電気信号を処理し、伝達し、および／または提供することができる様々な機構を含むことができる。可能な例の中で、電気的構成要素１１６は、ロボットシステム１００の動作を可能にするために、電気ワイヤ、回路、および／または無線通信送信機および受信機を含んでもよい。電気的構成要素１１６は、ロボットシステム１００が様々な動作を実行することを可能にするために、機械的構成要素１１０と相互作用することができる。電気的構成要素１１６は、例えば、電源１１４から様々な機械的構成要素１１０に動力を供給するように構成することができる。さらに、ロボットシステム１００は、電気モータを含むことができる。電気的構成要素１１６の他の例も同様に存在してよい。

［0051］ 図１には示されていないが、ロボットシステム１００は、ロボットシステムの付属物および構成要素に接続するか、またはそれらを収容することができる本体を含むことができる。このように、本体の構造は例の中で変化してもよく、所与のロボットが実行するように設計された特定の動作にさらに依存してもよい。例えば、重い荷物を運ぶために開発されたロボットは、荷物を置くことができる幅広い本体を有し得る。同様に、高速で動くように設計されたロボットは、相当な重量を有さない幅の狭い小型の本体を有し得る。さらに、本体および／または他の構成要素は、金属またはプラスチックなどの様々なタイプの材料を使用して開発され得る。他の例では、ロボットは、異なる構造を有するかまたは様々なタイプの材料から作られた本体を有し得る。

［0052］ 本体および／または他の構成要素は、センサ１１２を含むか、または備えることができる。これらのセンサは、本体の上、および／または他の例の中でも付属物の１つまたは複数の上など、ロボット装置１００上の様々な場所に配置されてもよい。

［0053］ その本体上で、ロボット装置１００は、運搬されるべき一種の貨物などの貨物を運ぶことができる。荷物は、ロボット装置１００が利用し得る外部バッテリまたは他のタイプの電源（例えば、ソーラーパネル）を表す場合もある。荷物を運ぶことは、ロボット装置１００が構成され得る１つの使用例を表しているが、ロボット装置１００は他の動作も実行するように構成することができる。

［0054］ 上述したように、ロボットシステム１００は、様々なタイプの脚、アーム、車輪、エンドエフェクタ、把持装置などを含むことができる。一般に、ロボットシステム１００は、０本または複数の脚で構成されてもよい。脚のないロボットシステムの実装形態は、車輪、トレッド、または他の何らかの形態の移動力を含むことができる。２本の脚を備えたロボットシステムの実装形態は、二足ロボットと呼ばれ得、４本の脚を備えた実装形態は、四足ロボットと呼ばれ得る。６本または８本の脚を備えた実装形態も可能である。例示目的で、ロボットシステム１００のロボットアームの実装形態を以下に記載する。

［0055］ 図２はロボットアーム２００の例を示す。図示のように、ロボットアーム２００はベース２０２を含み、それは固定ベースであってもよいし、可動ベースであってもよい。可動ベースの場合、ベース２０２は、機械的構成要素１１０の１つと考えられてもよく、ロボットアーム２００全体の移動を可能にするアクチュエータの１つまたは複数のアクチュエータによって動力を供給される車輪（図示せず）を含むことができる。

［0056］ さらに、ロボットアーム２００は、１つまたは複数のアクチュエータにそれぞれ結合されたジョイント２０４Ａ〜２０４Ｆを含む。ジョイント２０４Ａ〜２０４Ｆ内のアクチュエータは、付属物２０６Ａ〜２０６Ｆおよび／またはエンドエフェクタ２０８などの様々な機械的構成要素１１０を動かすように動作してもよい。例えば、ジョイント２０４Ｆ内のアクチュエータは、付属物２０６Ｆおよびエンドエフェクタ２０８を動かしてもよい（すなわち、エンドエフェクタ２０８は付属物２０６Ｆに結合されているため）。さらに、エンドエフェクタ２０８は様々な形態をとることができ、様々な部品を含むことができる。一例では、エンドエフェクタ２０８は、ここに示されているようなフィンガグリッパなどのグリッパ、または吸引グリッパなどの異なるタイプのグリッパの形態を取り得る。別の例では、エンドエフェクタ２０８は、ドリルまたはブラシなどの工具の形態を取ることができる。さらに別の例では、エンドエフェクタは、力センサ、場所センサ、および／または近接センサなどのセンサを含むことができる。他の例も可能であり得る。

［0057］ 実装形態例では、ロボットアーム２００などのロボットシステム１００は、ティーチングモードで動作可能であり得る。具体的に、ティーチングモードは、ユーザがロボットアーム２００と物理的に相互作用し、ロボットアーム２００を誘導して様々な動きを実行し記録するができるロボットアーム２００の動作モードであってもよい。ティーチングモードでは、特定のタスクを実行する方法に関してロボットシステムにティーチングすることを意図したティーチング入力に基づいて、ロボットシステム１００に（例えば、ユーザによって）外力が加えられる。したがって、ロボットアーム２００は、ユーザからの命令および誘導に基づいて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得ることができる。そのようなデータは、とりわけ、機械的構成要素１１０の複数の構成、ジョイント位置データ、速度データ、加速度データ、トルクデータ、力データ、および動力データに関連し得る。

［0058］ 例えば、ティーチングモードの間、ユーザは、ロボットアーム２００のいずれかの部分を掴み、ロボットアーム２００を物理的に動かすことによって外力を提供することができる。特に、ユーザは、ロボットアーム２００を、物体を掴んで第１の場所から第２の場所に移動させるように誘導してもよい。ユーザがティーチングモード中にロボットアーム２００を誘導するにつれて、システムは、ロボットアーム２００がこの先、独立して動作する間（例えば、ロボットアーム２００がティーチングモードではなく独立して動作するとき）に独立してタスクを実行するように構成され得るように、動きに関連するデータを取得し記録することができる。しかしながら、外力は、とりわけ、他の物体、機械、および／またはロボットシステムによってなど、物理的作業空間内の他の実在物によって加えられてもよいことに留意されたい。

［0059］ 図３は、ロボット把持装置３０８を備えたロボットアーム２００の例を示す。ロボット把持装置３０８は、以下でより詳細に記載するロボット把持装置５００、８００、および９００と同様または同一のものであってもよい。

ＩＩＩ．ロボット把持装置の例
［0060］ 上述したように、本開示は、ロボット把持装置および／またはエンドエフェクタに関する実装形態を含む。図４は、本開示の一実施形態の簡略化された例を示す。図４では、アセンブリ４００は、モータ４１０およびシャフト４２０を有するアクチュエータを含むことができる。シャフト４２０は、ウォーム４３０に結合されてもよい。ウォーム４３０は、ウォームギヤ４４０に結合されてもよい。ウォームギヤ４４０は、ウォームギヤ４４０の回転がロボットの指を動かすようにロボットの指（図示せず）に結合されてもよい。さらに、アセンブリ４００は、第１の端部でモータ４１０に結合され、第２の端部で固定されたバネ４５０を含んでもよい。

［0061］ 一例では、モータ４１０を作動させ、シャフト４２０を時計回りの方向に回転させることができる。シャフト４２０は、同様にウォーム４３０を時計回り方向に回転させることができる。さらに、ウォーム４３０は、ウォームギヤ４４０を回転させ、ロボット指を動かすことができる。ウォーム４３０は、ウォームギヤ４４０をいずれかの方向に駆動可能であり得る。しかしながら、ウォームギヤ４４０は、ウォーム４３０を駆動することができない。このように、この向きは、逆駆動はできず、モータがオフにされるまたは切り離される場合、シャフト４２０、ウォーム４３０、およびウォームギヤ４４０が静止したまままたは相対的に静止したまま維持され得る。この状態において、トルクがウォームギヤ４４０に作用し得る（すなわち、力がウォームギヤ４４０に結合された指に作用する）。その力は、ウォームを逆駆動するようにウォームギヤを回転させようとし得るが、ウォームは逆駆動できないので、サブアセンブリ全体が摺動してバネを圧縮する。このようにして、ウォームギヤに結合された指に作用する力またはトルクは、アセンブリを通過し、バネを圧縮または伸張させることができる。

［0062］ 図５は、図４を参照して考察した機構の動作を実行するように構成された構成要素を含むロボット把持装置５００の例を示す。ロボット把持装置５００は、システム１００および／またはロボットアーム２００の機械的構成要素として実装されてもよい。図５に例示された構成要素は特定の向きおよび／または設計で示されているが、ロボット把持装置５００の１つまたは複数の構成要素は、本開示の範囲内であれば除去、追加および／または修正されてもよいことを理解されたい。同様に、構成要素の向きおよび組み合わせは、所望の実装形態に基づいて変更されてもよい。

［0063］ ロボット把持装置５００は、１つまたは複数の指５０２Ａ〜Ｂ、アクチュエータ５０４、および／またはバネ５０６を含む１つまたは複数の物理的構成要素を含むことができる。いくつかの例では、ロボット把持装置５００は、図５に示されるように２本の対向可能な指を含むことができる。他の例では、より多くのまたはより少ない指が含まれてもよい。３本以上の指が含まれる場合、指は互いに対向する２つのグループで構成されてもよく、その結果、指は作動されると互いに近づく。２本の指は第３の指に対向する側に配置されてもよく、その結果、指は近づくと組み合う。他の例では、指は手のひらまたはベースセクションの周りに配置または等間隔に置くことができる。他の構成も可能である。

［0064］ 各指５０２Ａ〜Ｂは、把持方向に動き、物体と接触する、物体を掴む、保持する、把持する、または他の方法で物体と相互作用するように構成されてもよい。本開示では、指の動きは、１つまたは複数の軸周りの回転を指し得る。例えば、各指の基部は、それぞれの軸に沿ってロボット把持装置の１つまたは複数の他の構成要素に回転可能に結合されてもよく、各指の動きは、各軸の周りの指の回転を含み得る。いくつかの例では、指の回転軸は、指に結合されたウォームギヤが回転する軸であってもよい。

［0065］ 他の例では、指の動きは、クランプまたは摺動式の動きなど、軸に沿った並進運動を含み得る。指は、ロボット把持装置の１つまたは複数の構成要素に、把持装置に対してそれらの向きを維持できるように（すなわち、回転させることなく）結合することができる。例えば、指が動いている間、指の把持面によって形成される平面が把持装置に対して固定されたままになるように、指は、万力の構成要素の動き方と同様に動くことができる。あるいは、動きは回転と並進運動の組み合わせであってもよい。他のタイプの動きが考えられ、上記の例は、説明のためにおよび本明細書に含まれる概念の理解を助けるために含まれる。

［0066］ 指の把持面は、可撓性および／または変形可能であってもよく、可撓性プラスチック、ゴム、または物体を把持するのに適した他の材料であってもよい。結果として、指の動きは、把持面および／または指の構造の変形を含むことができる。例えば、指は、衝撃力または圧力などの１つまたは複数の要因に基づいて、その形状を変形する、屈曲する、湾曲する、歪曲する、歪ませる、伸張する、または別の方法で変えることができる。実施形態例では、図５に示すような２本指のロボット把持装置は、指の中点に置かれた物体を包含することができる。指が物体上で閉じると、指の先端は物体の周りで屈曲するか巻き付き得る。本明細書に記載するように、指の動きは、指のこの変形を含むことができる。

［0067］ いくつかの例では、指は劣駆動されるかもしれない。劣駆動される指は指の指骨ごとにアクチュエータを備えず、代わりにより少ないアクチュエータを備え、各指骨を独立して制御することはできない。指骨は指の一部である。例として、典型的な人間の人差し指は３つの指骨を含む。劣駆動される指の利点の１つは、それらがより複雑さの少ない制御システムを必要とし、完全に作動する指よりも簡単に製造できることである。

［0068］ 説明のために、図５の構成要素を１本の指に関して記載する。しかしながら、複数の指、アクチュエータ、バネ、およびギヤが、本開示によるロボット把持装置に含まれてもよい。

［0069］ 図５において、指５０２Ａは、ウォームギヤ５２２に結合されてもよい。いくつかの例では、ウォームギヤ５２２は、指５０２Ａの底端部に直接接続されてもよい。他の例では、ウォームギヤ５２２は、１つまたは複数の他のギヤおよび／または構成要素を介して指５０２Ａに結合されてもよく、底端部以外の他の指の部分に結合されてもよい。本明細書で使用される場合、第２の構成要素に「結合」された第１の構成要素は、２つの構成要素が互いに直接接続されてもよいこと、またはそれらの間に１つまたは複数の構成要素、ギヤ、シャフトまたは接続要素が配置されてもよいことを意味する。図５に示すように、ウォームギヤ５２２は指５０２Ａに直接接続されている。

［0070］ ウォームギヤ５２２は、円形のウォームギヤまたはウォームホイールであってもよく、歯が内輪を囲んで外側に面している。いくつかの例では、ウォームギヤ５２２の形状は、図５に示すウォームギヤなど、部分円であってもよい。さらに、ウォームギヤ５２２の形状は、対称または非対称、完全または部分的であってもよく、円または他の任意の形状であってもよい。ウォームギヤ５２２は、ウォームギヤ５２２の回転により指５０２Ａが動くおよび／または回転するように指５０２Ａに結合されてもよい。さらに、ウォームギヤ５２２は、指５０２Ａの回転および／または動きがウォームギヤを回転させる（すなわち、ウォームギヤ５２２および指５０２Ａが互いに駆動できる）ように結合されてもよい。いくつかの例では、ウォームギヤ５２２の歯は、ウォーム５２０へのより滑らかな結合を提供するように、湾曲および／または傾斜していてもよい。これは、ロボット把持装置のより滑らかな動作をもたらすことができる。

［0071］ ロボット把持装置５００はまた、アクチュエータ５０４を含むことができる。アクチュエータ５０４は、モータ５１４およびシャフト５１２を含むことができる。アクチュエータがオンにされ、係合され、または他の方法で起動されると、モータ５１４は、シャフト５１２を時計回りまたは反時計回り方向に回転させることができる。シャフト５１２は、ウォーム５２０に結合されてもよく、ウォーム５２０を回転させるように構成されてもよい。ウォーム５２０は、ねじまたはボルトのねじ山に似た歯を有する円筒ギヤであってもよい。ウォーム５２０は、「ウォームねじ」と呼ばれることもある。ウォーム５２０は、ウォーム５２０の回転軸がウォームギヤ５２２の回転軸に垂直になるようにウォームギヤ５２２に結合されてもよい。

［0072］ ウォーム５２０およびウォームギヤ５２２は、大きい減速比を有することができる。高い減速比が存在する場合、ウォーム５２０の完全な１回転は、ウォームギヤ５２２の完全な回転の１／３２（または他の少量）に対応し得る。減速比は、ウォームギヤ５２２およびウォーム５２０の歯の数および間隔に依存し得る。大きい減速比の特徴は、ウォームが逆駆動できないことである。このように、ウォーム５２０を回転させる力は応じてウォームギヤ５２２を回転させ得るが、ウォームギヤ５２２を回転させる力は応じてウォーム５２０を回転させ得ない。

［0073］ いくつかの例では、アクチュエータ５０４は、アクチュエータ５０４およびキャリッジ５３０が軸に沿って共に摺動するように構成されたキャリッジ５３０に取り付けられてもよい。アクチュエータ５０４の１つまたは複数の構成要素は、キャリッジ５３０に接着、ねじ止め、または他の方法で固定されてもよい。次に、キャリッジ５３０は、摺動カップリングまたは他の低摩擦カップリングを介してベースセクションに結合されてもよい。このように、キャリッジ５３０は１つの軸に沿って自由に摺動することができる。キャリッジ５３０は、アクチュエータ５０４が軸に沿って摺動することを可能にする任意の構成要素であり得る。このように、キャリッジ５３０は、アクチュエータが軸に沿って摺動できるようにアクチュエータ５０４に結合する任意の形状または寸法であってよく、プラスチック、金属、複合材料または他の材料であってもよい。

［0074］ ロボット把持装置５００はまた、バネ５０６を含むことができる。バネ５０６は、第１の端部がアクチュエータ５０４に結合され、第２の端部が固定された２つの端部を有してもよい。図５では、バネ５０６の第２の端部は、ロボット把持装置５００のベースに固定されている。バネ５０６は、ロボット把持装置５００の別の構成要素に固定されてもよい。いくつかの例では、バネ５０６は、キャリッジ５３０およびアクチュエータ５０４が摺動すると第１の端部が移動するように構成されてもよい。アクチュエータ５０４およびキャリッジ５３０が第１の位置にあるとき、バネ５０６は平衡状態にあり得る。平衡は、バネに作用する力が釣り合い、バネを圧縮または伸張させるために追加の力を必要としていることを意味する。次に、アクチュエータ５０４が（ロボット把持装置に作用する１つまたは複数の力またはトルクのために）第２の位置に摺動すると、バネ５０６は、バネ５０６がもはや平衡状態でないように、圧縮または伸張され得る。この状態で、バネ５０６は、バネが平衡状態にある第１の位置に戻るように、アクチュエータ５０４に応答力を与えることができる。

［0075］ いくつかの例では、バネは、図５に示すバネ５０６など、アクチュエータを取り囲んでもよい。図５に示すよりも多くのまたはより少ないアクチュエータ５０４をバネ５０６で囲むことができる。アクチュエータ５０４の周りにバネ５０６を配置すると、よりコンパクトな設計になり、これによりロボット把持装置はより小型になる、したがってより多くの使用および用途に適するようになる。他の例では、２つ以上のバネが使用されてもよく、バネは側方に配置されてもよく、すなわちアクチュエータを囲んでいなくてもよい。例えば、図６は、各アクチュエータが各アクチュエータの両側に配置された２つのバネに結合されている２つのアクチュエータ６０４Ａ〜Ｂの構成を示している。アクチュエータ６０４Ａおよびキャリッジ６３０が軸６６０に沿って摺動するとき、対応するバネ６０６Ａ〜Ｂは圧縮または伸張する。

［0076］ バネ５０６は、サイズ、硬度、バネ定数、および／または材料など１つまたは複数の特性を有してもよい。これらの特性のそれぞれは、ロボット把持装置の特定の用途に基づいて変更されてもよい。例えば、より高いバネ定数を有するバネは、圧縮または伸張するためにより多くの力を必要とし得るものであり、それは特定の用途に使用する適切なバネを決定するために使用され得る。

［0077］ いくつかの例では、ロボット把持装置は、ロボット把持装置の１つまたは複数の部分に作用する回転、位置、動きおよび／または力を検出するように構成された１つまたは複数のエンコーダ、センサ、または検出器を含むこともできる。例えば、ロボット把持装置５００は、ロボット把持装置５００のベースに配置されるかまたは結合され得るアクチュエータエンコーダ５２４を含み得る。アクチュエータエンコーダ５２４は、シャフト５１２の回転を検出するように構成されてもよく、また回転の程度または量に関する情報を制御システムへ提供してもよい。アクチュエータエンコーダ５２４はまた、シャフト５１２上に配置されてもよく、またはロボット把持装置５００の１つまたは複数の他の構成要素上に配置されてもよい。いくつかの例では、アクチュエータエンコーダ５２４は、モータ５１４、ロボット把持装置のベース、および／または１つまたは複数の他の構成要素に対するアクチュエータの回転を検出してもよい。このように、シャフト５１２の相対回転量および絶対回転量の両方を検出することができる。さらに、ロボット把持装置５００は、１つまたは複数の指の回転および／または動きを検出するように構成された１つまたは複数の指エンコーダを含むことができる。

［0078］ アクチュエータエンコーダ５２４および／または１つまたは複数の指エンコーダは、ロータリエンコーダであってもよい。場合によっては、エンコーダは、機械式、光学式、磁気式、容量式、または別のタイプのエンコーダであってもよい。さらに、エンコーダは絶対的であってもよいし、増分的であってもよい。

［0079］ いくつかの例では、ロボット把持装置５００は、１つまたは複数のリニアエンコーダまたはポテンショメータ５２６を含むことができる。ポテンショメータ５２６は、ロボット把持装置のベースに対するキャリッジ５３０の位置を検出し、制御システムによって受信され得る出力を提供するように構成されてもよい。ポテンショメータはまた、キャリッジ５３０の相対的な動きを検出することができる。いくつかの例では、ポテンショメータは、バネ５０６が平衡状態にある第１の位置におけるキャリッジ５３０の位置を検出し、バネが圧縮または伸張されたときのキャリッジ５３０の位置を検出することができる。ポテンショメータは、第１の位置と第２の位置との間の差を決定し、この情報を制御システムに提供することができる。光学式、磁気式、容量式、または誘導式エンコーダなどの様々なタイプのリニアエンコーダを使用することができる。

［0080］ ロボット把持装置５００はまた、ロボット把持装置５００の１つまたは複数の態様を制御することができる図１の制御システム１１８などの制御システムを含むことができる。制御システムは、１つまたは複数のプロセッサを含むことができ、本開示で記載した１つまたは複数の動作を実行するために１つまたは複数のプロセッサによって実行可能な命令が格納されている非一時的コンピュータ可読メモリを含むことができる。

［0081］ いくつかの例では、制御システムは、ポテンショメータ５２６から情報を受け取ることによって、指５０２Ａに作用するトルクの量を決定することができる。ポテンショメータ５２６によって提供される情報は、アクチュエータが第１の位置（平衡）と第２の位置（非平衡）との間で並行移動した距離を含み得る。次に、制御システムは、第１の位置と第２の位置との差と、バネ定数などのバネの特性とに基づいて、トルクの量を決定することができる。

［0082］ いくつかの例では、制御システムは、ロボット把持装置が掴む物体を特定し、ロボット把持装置の１つまたは複数の指を動かすために１つまたは複数のアクチュエータを起動するように構成されてもよい。これらの動作は、図７に関して以下でより詳細に記載される。

ＩＶ．動作の例
［0083］ 図７は、本開示のロボット把持装置を動作させる方法７００の例のフローチャートを示す。この例は、ロボット把持装置５００などのロボット把持装置に適用されるが、本明細書に記載されたものとは異なる構成および／または異なる構成要素を有する他のロボット把持装置に適用されてもよい。さらに、方法７００は、ロボットシステム１００および／またはロボットアーム２００の１つまたは複数の制御システムによって実行されてもよい。方法７００は、１本のロボット指に対して実行されるように記載されているが、方法７００のブロックの一部または全部は２本以上の指、アクチュエータ、およびばねに対して実行されてもよい。

［0084］ ブロック７０２において、方法７００は、ロボット把持装置が掴む、把持する、挟む、握るまたは保持する物体を特定することを含むことができる。いくつかの例では、物体を特定することは、その形状、向き、プロファイル、サイズ、または別の特性に基づいて物体を決定することを含むことができる。他の例では、物体は、遠隔操作者および／またはロボット把持装置に結合されたコンピュータシステムによって特定されてもよい。この決定は、例えば、視覚センサ、タッチセンサ、圧力センサ、または他のセンサなどの１つまたは複数のセンサから受信されたセンサデータに基づいて行うことができる。ブロック７０２はまた、物体がロボット把持装置の指の間にあるようにロボット装置がロボット把持装置を位置決めすることを含むことができる。

［0085］ いくつかの例では、ロボット把持装置は、物体を掴むために互いに近づくように構成された１つまたは複数の指を含むことができる。各指は、指の基端部でそれぞれのウォームギヤに結合されてもよい。ロボット把持装置はまた、モータとシャフトとを有するアクチュエータを含んでもよく、シャフトは、指のウォームギヤに結合されたウォームを回転させるように構成される。アクチュエータは、アクチュエータが軸に沿って摺動するようにキャリッジに取り付けられてもよい。ロボット把持装置はまた、第１の端部および第２の端部を有するバネを含むことができ、第１の端部はアクチュエータのモータに結合され、第２の端部は固定され、その結果、アクチュエータはバネが平衡状態のとき、軸に沿った第１の位置に保持される。

［0086］ ブロック７０４において、方法７００は、アクチュエータのシャフトをモータに対して第１の量だけ回転させることを含むことができる。モータに対してシャフトを回転させる前、シャフトおよびモータは、ロボット把持装置の指が開位置にある第１の位置に存在し得る。この位置は図８Ａで見ることができ、ここでロボット把持装置８００の指８０２Ａ〜Ｂは開位置にある。同じく図８Ａにおいて、物体８５０が指８０２Ａ〜Ｂの間に配置される。ブロック７０４において、モータに対してシャフトを第１の量だけ回転させることにより、ウォームが回転して、これが次にウォームギヤを回転させ、これが次に、例えば回転させることで特定された物体の上で閉じるように特定された物体に向かって指を動かすことができる。この位置は図８Ｂに見ることができる。バネ８０６Ａ〜Ｂは、図８Ｂでは圧縮されていないことに留意されたい。モータに対するシャフトの第１の回転量は、指が閉じて特定された物体と接触するような量であり得る。

［0087］ いくつかの例では、モータに対するシャフトの第１の回転量は、特定された物体、または対向する指、またはグリッパ上のハードストップによってそれ以上回転しなくなるまで指が動き続けるまたは回転し続けるようなものであってもよい。指は物体上で閉じ続けることができ、物体が、例えばスポンジなど圧縮可能な場合、圧縮することができる。

［0088］ 特定された物体によって指がそれ以上動かなくなると、ウォームギヤも回転しなくなる。この点で、方法７００のブロック７０６は、シャフトをモータに対してさらに回転させることが含まれ得る。しかし、このさらなる回転によってそれ以上指を閉じるのではなく、追加の回転はウォームを静止ウォームギヤに抗して回転させ、これが次にアクチュエータを軸に沿って摺動させ得る。図８Ｃは、ロボット把持装置のこの位置を示し、アクチュエータは軸８６０に沿って摺動している。

［0089］ 図８Ｃに示すように、指８０２Ａがそれ以上動かなくなると、指８０２Ａに対応するウォームギヤもそれ以上回転しなくなる。さらに、シャフトがウォーム８２０を回転し続けると、ウォーム８２０の追加の回転により、ウォーム８２０は後方に摺動し、次にアクチュエータを軸に沿って第２の位置まで摺動させる。この第２の位置で、バネ８０６Ａ〜Ｂが圧縮される。

［0090］ いくつかの例では、方法７００を実行するロボット把持装置は、図５に関して上述したアクチュエータエンコーダおよび／またはポテンショメータなどの１つまたは複数のエンコーダを含むことができる。それらの例において、方法７００は、ロボット把持装置の指に加えられるトルクの量を決定することをさらに含むことができる。トルクは、把持方向において決定されてもよく、上述のように、指が物体または別の指によってそれ以上動かなくなるときにアクチュエータによって指に加えられるトルクであり得る。

［0091］ 指に加えられるトルクの量を決定するために、制御システムは、アクチュエータの位置を示す情報をポテンショメータから受け取ることができる。この値は、バネの特性（例えば、サイズ、硬度、バネ定数、および／または材料）と組み合わせて、ロボット把持装置の指および他の構成要素に作用するトルクを決定するために使用することができる。

Ｖ．ロボット装置の例
［0092］ 本開示の実施形態例は、１つまたは複数の構成要素を含むロボット装置であってもよい。ロボット装置は、上述のようなものなどのロボット把持装置を含むことができる。加えて、ロボット装置の例は、制御システムを含むことができる。制御システムは、１つまたは複数のプロセッサ、非一時的コンピュータ可読メモリ、および１つまたは複数の動作を実行するために１つまたは複数のプロセッサによって実行可能な非一時的コンピュータ可読メモリに格納されたプログラム命令を含むことができる。１つまたは複数の動作は、（ｉ）ロボット把持装置が掴む物体を特定すること、（ｉｉ）モータに対してシャフトを第１の量だけ回転させ、それによってウォームおよびウォームギヤを回転させて、指を特定された物体の方に動かすこと、および（ｉｉｉ）指が物体に接触して指がそれ以上動かなくなると、シャフトをモータに対してさらに回転させて、アクチュエータを軸に沿って、バネがもはや平衡状態でない第２の位置まで摺動させること、を含むことができる。いくつかの例では、命令を実行するロボット装置は、方法７００を実行するのと同様または同一のものであってもよい。

ＶＩ．変形の例
［0093］ 上記の例のいくつかは、１本の指、ウォームギヤ、ウォーム、アクチュエータ、およびバネを有するロボット把持装置を含んでいた。他の実施形態例は、それぞれがウォームギヤを有する２本以上の指を含むことができる。各指は、ロボット把持装置の各指が本明細書に記載の動作を実行することができるように、関連するウォーム、アクチュエータ、およびバネを有することもできる。

［0094］ 図９Ａおよび図９Ｂは、本開示の実施形態による２つの状態におけるロボット把持装置９００の例を示す。図９Ａおよび図９Ｂは、閾値トルクを超えるまたは閾値トルクより大きなトルクが指に作用するときに起こり得る状態を示す。

［0095］ 図９Ａは、第１の状態のロボット把持装置９００を示し、ここで指９０２Ａには力もトルクも作用していない。ウォームギヤ９２２はウォーム９２０に結合され、バネ９０６は平衡状態にある。

［0096］ 図９Ｂは、第２の状態のロボット把持装置９００を示し、指９０２Ａをより開かれた位置へ回転させる力またはトルクが指９０２Ａに加えられている。指９０２Ａをより開かれた位置へ回転させる。指９０２Ａの回転により、ウォームギヤ９２２が回転し、これが次にウォーム９２０を（アクチュエータ９０６およびキャリッジ９３０と共に）摺動させる。モータ９１４は起動されていないため、シャフト９１２およびウォーム９２０は回転していない。

［0097］ 図９Ｂは、閾値トルクを超えるトルクが指に作用すると、ウォームギヤ９２２がウォーム９２０から離脱し得ることを示す。図９Ｂに示すように、ウォーム９２０の最後の歯は、ウォームギヤ９２２の歯を越えている。ウォーム９２０からのウォームギヤ９２２の分離は、衝撃物体が指に当たった場合、ロボット把持装置９００のギヤおよび／または構成要素を損傷することなく、指が経路から外れるようにすることができる。

［0098］ 閾値トルクは、バネおよび／またはロボット把持装置の１つまたは複数の構成要素の特性に対応することができる。例えば、バネが大きいバネ定数を有し、圧縮に大きな力を必要とする場合、ウォームギヤをウォームから離脱させるために必要な指に作用する閾値トルクもまた大きくてもよい。あるいは、小さいバネ定数を有するバネが使用される場合、ウォームギヤをウォームから離脱させるために必要とされる相対的に低い閾値力が存在し得る。

ＶＩＩ．結論
［0099］ 本明細書に記載された構成は、例示のみを目的としていることを理解されたい。したがって、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、動作、命令、および動作のグループ化、その他）を代わりに使用することができ、いくつかの要素は所望の結果に従って全て省略してもよいことを認識するだろう。さらに、記載されている要素の多くは、別個のまたは分散された構成要素として、または任意の適切な組み合わせおよび位置で他の構成要素と組み合わせて実装されてもよい機能的実在物であり、または独立構造として記載される他の構造要素が組み合わされてもよい。

［0100］ 様々な態様および実装形態を本明細書に開示したが、他の態様および実装形態が当業者には明らかであろう。本明細書に開示された様々な態様および実装形態は説明を目的とし、限定することを意図したものではなく、真の範囲は、以下の請求項によって、そのような請求項が権利を与えられる等価物の全範囲とともに示されている。また、本明細書で使用する用語は、特定の実装形態を記載する目的のためのものに過ぎず、限定することを意図しないことも理解されたい。

Claims (20)

1. ロボット把持装置であって、
   基端に結合されたウォームギヤを有する指と、
   モータとシャフトとを有するアクチュエータであって、前記シャフトは、前記ウォームギヤに結合されたウォームを回転させるように構成され、前記アクチュエータは、前記アクチュエータが軸に沿って摺動するようにキャリッジ上に取り付けられる、アクチュエータと、
   前記アクチュエータを取り囲むと共に第１の端部および第２の端部を有するバネであって、前記第１の端部は前記アクチュエータの前記モータに結合され、前記第２の端部は固定され、その結果、前記バネが平衡状態にあるとき、前記アクチュエータは前記軸に沿った第１の位置に保持される、バネと、を備え、
   前記アクチュエータは、
   前記モータに対して前記シャフトを第１の量だけ回転させ、それによって前記ウォームおよび前記ウォームギヤを回転させて前記指を物体の方に動かすように構成されると共に、
   前記指が前記物体に接触して前記指がそれ以上動かなくなると、前記モータに対して前記シャフトをさらに回転させて、前記バネがもはや平衡状態でない第２の位置に前記アクチュエータを前記軸に沿って摺動させるように構成される、ロボット把持装置。
2. 前記第１の位置と前記第２の位置との間の差を決定するように構成されたリニアエンコーダと、
   前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記差に基づいて、前記指に加えられたトルクの量を決定するように構成された制御システムと、をさらに備える、請求項１に記載のロボット把持装置。
3. 前記アクチュエータを取り囲む前記バネは、前記バネのコイル内に配置された前記アクチュエータを備える、請求項１に記載のロボット把持装置。
4. 前記指は、第１の指を備え、
   前記ロボット把持装置は、それぞれのウォームギヤと、関連するウォーム、アクチュエータおよびバネとを有する第２の指をさらに備える、請求項１に記載のロボット把持装置。
5. 前記ウォームギヤの形状は、部分的な円であり、
   前記アクチュエータは、閾値トルクを超えるトルクが前記指に加えられると前記ウォームを前記ウォームギヤから離脱させるように構成されている、請求項１に記載のロボット把持装置。
6. 前記指は、劣駆動される指である、請求項１に記載のロボット把持装置。
7. 前記指は、並進運動するように構成されている、請求項１に記載のロボット把持装置。
8. 前記指は、前記ウォームギヤによって規定される軸周りに回転移動するように構成されている、請求項１に記載のロボット把持装置。
9. ロボット把持装置と、
   前記ロボット把持装置を制御するように構成された制御システムと、を備え、
   前記ロボット把持装置は、
   基端に結合されたウォームギヤを有する指と、
   モータとシャフトとを有するアクチュエータであって、前記シャフトは、前記ウォームギヤに結合されたウォームを回転させるように構成され、前記アクチュエータは、前記アクチュエータが軸に沿って摺動するようにキャリッジに取り付けられる、アクチュエータと、
   前記アクチュエータを取り囲むと共に第１の端部および第２の端部を有するバネであって、前記第１の端部は前記アクチュエータの前記モータに結合され、前記第２の端部は固定され、その結果、前記アクチュエータは、前記バネが平衡状態にあるとき、前記軸に沿った第１の位置に保持される、バネと、を備え、
   前記制御システムは、
   １つまたは複数のプロセッサと、
   非一時的コンピュータ可読メモリと、
   前記非一時的コンピュータ可読メモリに記憶されたプログラム命令であって、前記１つまたは複数のプロセッサによって、
   前記アクチュエータが前記モータに対して前記シャフトを第１の量だけ回転させるようにし、それによって、前記ウォームおよび前記ウォームギヤを回転させて前記指を物体の方に動かすと共に、
   前記指が前記物体に接触して前記指がそれ以上動かなくなると、前記アクチュエータが前記モータに対して前記シャフトをさらに回転させるようにし、前記バネがもはや平衡状態でない第２の位置に前記アクチュエータを前記軸に沿って摺動させるように
   実行可能であるプログラム命令と、を含む、ロボット装置。
10. 前記ロボット把持装置は、前記第１の位置と前記第２の位置との間の差を決定するように構成されたリニアエンコーダをさらに備え、
    前記プログラム命令は、前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記差に基づいて、前記指に加えられたトルクの量を決定するようにさらに実行可能である、請求項９に記載のロボット装置。
11. 前記アクチュエータを取り囲む前記バネは、前記バネのコイル内に配置された前記アクチュエータを備える、請求項９に記載のロボット装置。
12. 前記指は、第１の指を備え、
    前記ロボット把持装置は、それぞれのウォームギヤと、関連するウォーム、アクチュエータおよびバネとを有する第２の指をさらに備える、請求項９に記載のロボット装置。
13. 前記ウォームギヤの形状は、部分的な円であり、
    前記アクチュエータは、閾値トルクを超えるトルクが前記指に加えられると前記ウォームを前記ウォームギヤから離脱させるように構成されている、請求項９に記載のロボット装置。
14. 前記指は、劣駆動される指である、請求項９に記載のロボット装置。
15. 前記指は、前記ウォームギヤによって規定される軸周りに回転移動するように構成されている、請求項９に記載のロボット装置。
16. 指、アクチュエータおよびバネを備えたロボット把持装置が掴む物体を特定することであって、
    前記指は、基端に結合されたウォームギヤを有し、
    前記アクチュエータは、モータとシャフトとを有し、前記シャフトは、前記ウォームギヤに結合されたウォームを回転させ、前記アクチュエータは、前記アクチュエータが軸に沿って摺動するようにキャリッジに取り付けられ、
    前記バネは、前記アクチュエータを取り囲むと共に第１の端部と第２の端部とを有し、前記第１の端部は前記アクチュエータの前記モータに結合され、前記第２の端部は固定され、その結果、前記バネが平衡状態にあるとき、前記アクチュエータは前記軸に沿った第１の位置に保持される、ロボット把持装置が掴む物体を特定することと、
    前記モータに対して前記シャフトを第１の量だけ回転させ、それによって前記ウォームおよび前記ウォームギヤを回転させて前記指を物体の方に動かすことと、
    前記指が前記物体に接触して前記指がそれ以上動かなくなると、前記シャフトを前記モータに対してさらに回転させて、前記バネがもはや平衡状態ではない第２の位置へ前記アクチュエータを前記軸に沿って摺動させることと、を含む方法。
17. 前記ロボット把持装置は、前記第１の位置と前記第２の位置との間の差を決定するように構成されたリニアエンコーダをさらに備え、
    前記方法は、前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記差に基づいて、前記指に加えられたトルクの量を決定することをさらに、含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記アクチュエータを取り囲む前記バネは、前記バネのコイル内に配置された前記アクチュエータを備える、請求項１６に記載の方法。
19. 前記指は、それぞれの第１のシャフトと、モータと、アクチュエータと、バネと、ウォームギヤと、ウォームとを有する第１の指を備え、
    前記ロボット把持装置は、それぞれの第２のシャフトと、モータと、アクチュエータと、バネと、ウォームギヤと、ウォームとを有する第２の指をさらに備え、
    前記方法は、
    前記第１および前記第２のそれぞれのシャフト、モータ、アクチュエータ、バネ、ウォームギヤ、およびウォームのそれぞれについて、
    前記モータに対して前記シャフトを第１の量だけ回転させ、それによって前記ウォームおよび前記ウォームギヤを回転させて前記指を物体の方に動かすことと、
    前記指が前記物体に接触して前記指がそれ以上動かなくなると、前記シャフトを前記モータに対してさらに回転させて、前記バネがもはや平衡状態ではない第２の位置へ前記アクチュエータをそれぞれの軸に沿って摺動させることと、をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記ウォームギヤの形状は、部分的な円であり、
    前記方法は、閾値トルクを超えるトルクが前記指に加えられると前記ウォームを前記ウォームギヤから離脱させることをさらに含む、請求項１６に記載の方法

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