JP6994388B2 - 剛性構造の統合を通したソフトロボットグリッパの改良 - Google Patents

Description

（関連出願）
本願は、２０１５年４月２３日に出願され、“Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｏｆｔ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｇｒｉｐｐｅｒｓ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｉｆｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”と題された米国仮特許出願第６２／１５１，７７５号に対する優先権を主張するものである。上記出願の内容は、参照により本明細書中に援用される。

本開示は、概して、ロボットの分野に関し、特に、統合された剛性または硬性本体を有し、調節可能把持挙動を提供する、新規のソフトロボットアクチュエータに関する。

ロボットは、製造、産業用途、医療用途、および同等物等、多くの産業において使用されている。ソフトロボット工学は、ロボット工学の発展中の分野であって、軟質の共形性かつ適応性のグラスパおよびアクチュエータを提供し、ロボットが、ヒトと同様に物体と相互作用することを可能にする。特に、そのようなロボットは、ヒトの手と同一様式で物体を操作することが可能である。

従来、ソフトロボット工学は、組立ライン上または倉庫内の物体を握持するためのロボットシステムと関連して採用されてきた。例えば、部品が、棚、可動ベルト上にある、または棚からベルトに移動されている場合、エンドエフェクタが、「側方取り上げ」または「上下取り上げ」等の種々の方向から物体を取り上げるように適応され得る。本同一グラスパはまた、ヒトの手がまさに行い得るように、各タスクにおける様々な物体に適応され得る。

例示的実施形態は、ソフトアクチュエータが硬性構造と併せて採用される、ソフトロボットアセンブリを提供する。硬性構造は、アクチュエータに近接して（例えば、アクチュエータの傍に）展開されてもよい、アクチュエータの中に統合されてもよい、またはアクチュエータは、硬性構造の中に統合されてもよい。硬性構造は、アクチュエータの少なくとも一部の膨張に対抗し、それによって、アクチュエータの屈曲外形を改変する、または補強（またはそのためのてこの作用点）をアクチュエータに提供する、力を提供してもよい。硬性構造は、代替として、または加えて、他の可能性の中でもとりわけ、アクチュエータの到達範囲を延在する、またはロボットグリッパの外形を縮小させるために、アクチュエータが硬性構造の中に後退されることを可能にするために使用されてもよい。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
ロボットグリッパであって、
基部と、
前記基部に直接的または間接的に搭載されるソフトロボットアクチュエータであって、前記ソフトロボットアクチュエータは、エラストマー材料を含む中空本体を備え、前記中空本体は、膨張流体を受容するように構成される、ソフトロボットアクチュエータと、
前記基部内または前記基部上に搭載される硬性本体であって、前記硬性本体は、
前記ソフトロボットアクチュエータの膨張に対抗する力を提供すること、または
前記ソフトロボットアクチュエータの長さを延在させること、
のうちの１つまたはそれを上回るものを行うためのものである、硬性本体と、
を備える、グリッパ。
（項目２）
前記硬性本体は、前記基部に静的に固定される、項目１に記載のグリッパ。
（項目３）
前記硬性本体は、延在可能である、項目１に記載のグリッパ。
（項目４）
前記硬性本体は、前記基部の内部に延在する、項目１に記載のグリッパ。
（項目５）
前記硬性本体は、前記アクチュエータの内部に延在する、項目１に記載のグリッパ。
（項目６）
前記硬性本体は、前記アクチュエータに隣接して配置される、項目１に記載のグリッパ。
（項目７）
少なくとも２つの硬性本体が、前記アクチュエータの両側に配置され、前記少なくとも２つの硬性本体は、第１の硬性本体と、第２の硬性本体とを備える、項目１に記載のグリッパ。
（項目８）
前記第１の硬性本体は、固定サイズであって、前記第２の硬性本体は、延在可能である、項目７に記載のグリッパ。
（項目９）
前記第１の硬性本体および前記第２の硬性本体は両方とも、固定サイズである、項目７に記載のグリッパ。
（項目１０）
前記第１の硬性本体および前記第２の硬性本体はそれぞれ、延在可能である、項目７に記載のグリッパ。
（項目１１）
前記硬性本体は、握持されるべき標的物体に共形化するように構成される所定の形状または構成を有する、項目１に記載のグリッパ。
（項目１２）
前記ソフトロボットアクチュエータは、第１のソフトロボットアクチュエータであり、第２のソフトロボットアクチュエータをさらに備え、前記硬性本体は、前記第１のソフトロボットアクチュエータと前記第２のソフトロボットアクチュエータとの間に配置される、項目１に記載のグリッパ。
（項目１３）
前記アクチュエータと前記硬性本体との間の距離は、調節可能である、項目１に記載のグリッパ。
（項目１４）
前記硬性本体と前記基部との間の角度は、調節可能である、項目１に記載のグリッパ。
（項目１５）
前記硬性本体から延在する補強ケーブルをさらに備え、前記補強ケーブルは、前記ソフトロボットアクチュエータの２つのアコーディオン状延在部間に添着されるように構成される、項目１に記載のグリッパ。
（項目１６）
ロボット構造であって、
硬性本体と、
前記硬性本体に搭載される２つまたはそれを上回るソフトロボットアクチュエータのアレイまたはマトリクスであって、前記ソフトロボットアクチュエータは、エラストマー材料を含む中空本体を備え、前記中空本体は、膨張流体を受容するように構成される、アレイまたはマトリクスと、
前記膨張流体を前記アクチュエータのアレイまたはマトリクスに供給するように構成される、前記硬性本体内に提供される流体供給ラインと、
を備える、ロボット構造。
（項目１７）
前記ソフトロボットアクチュエータは、非作動状態または負の作動状態にあるとき、前記硬性本体の中に嵌め込まれる、項目１６に記載のロボット構造。
（項目１８）
前記流体供給ラインは、前記アクチュエータが群として作動されるように、前記膨張流体を前記アレイまたはマトリクスのアクチュエータの全てに供給する、項目１６に記載のロボット構造。
（項目１９）
前記流体供給ラインは、前記アクチュエータが個々に作動されるように、膨張流体を異なるアクチュエータに別個に提供するように構成される、項目１６に記載のロボット構造。
（項目２０）
前記流体供給ラインは、前記アクチュエータのサブセットが群として膨張されるように、前記アクチュエータのアレイまたはマトリクスのサブセットを作動させるように構成される、項目１６に記載のロボット構造。

図１Ａ－１Ｄは、本明細書に説明される例示的実施形態と併用するために好適な例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。 図１Ａ－１Ｄは、本明細書に説明される例示的実施形態と併用するために好適な例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。 図１Ａ－１Ｄは、本明細書に説明される例示的実施形態と併用するために好適な例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。 図１Ａ－１Ｄは、本明細書に説明される例示的実施形態と併用するために好適な例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。 図２Ａ－２Ｃは、延在可能ロッドの端部上に搭載される、例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。 図３Ａ－３Ｃは、その内部構造の中に組み込まれる延在可能ロッドを有する、例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。 図４Ａ－４Ｇは、延在可能ロッドの対がアクチュエータに近接して設置される、例示的構成を描写する。 図４Ａ－４Ｇは、延在可能ロッドの対がアクチュエータに近接して設置される、例示的構成を描写する。 図４Ａ－４Ｇは、延在可能ロッドの対がアクチュエータに近接して設置される、例示的構成を描写する。 図４Ａ－４Ｇは、延在可能ロッドの対がアクチュエータに近接して設置される、例示的構成を描写する。 図５Ａ－５Ｃは、種々のタイプおよび数の物体を握持するために好適なアクチュエータならびにロッドの構成を描写する。 図６Ａ－６Ｃは、延在可能ロッドに対向するアクチュエータを描写する。 図７Ａ－７Ｃは、調節可能アクチュエータおよびロッドシステムの実施例を描写する。 図８Ａ－８Ｂは、調節可能補強バンドを採用する、ロボットグリッパの実施例を描写する。 図９は、硬性構造の中に統合される、アクチュエータアレイの実施例を描写する。 図１０Ａ－１０Ｄは、非作動および作動状態における、硬性構造の中に統合されるアクチュエータの実施例を描写する。 図１１Ａ－１１Ｂは、硬性構造のアレイおよびマトリクスの中に配列される、アクチュエータの実施例を描写する。 図１２Ａ－１２Ｃは、硬性構造の中に統合されるアクチュエータのアレイを含む、例示的ロボットグリッパを描写する。

本発明が、ここで、本発明の好ましい実施形態が示される添付の図面を参照して、さらに説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全となり、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるであろうように提供される。図面中、同一番号は、全体を通して同一要素を指す。

（ソフトロボットグリッパに関する背景）
従来のロボットグリッパまたはアクチュエータは、高価であって、かつ取り扱われている物体の重量、サイズ、および形状の不確実性ならびに多様性が、過去に機能していた自動化された解決策を妨げるようなある環境においては動作することが不可能であり得る。本願は、適応性があって、安価、軽量、カスタマイズ可能、かつ使用が単純である、新規ソフトロボットアクチュエータの用途を説明する。

ソフトロボットアクチュエータは、ゴム等のエラストマー材料、または圧力下で拡開するように構成される、アコーディオン状構造で配列されたプラスチックの薄壁、または他の好適な比較的に軟質の材料から形成されてもよい。それらは、例えば、エラストマー材料の１つまたはそれを上回る部片を所望の形状に成形することによって生成されてもよい。ソフトロボットアクチュエータは、空気、水、または生理食塩水等の流体で充填され、アクチュエータを膨張および／または作動させることができる、中空内部を含んでもよい。作動に応じて、アクチュエータの形状または外形は、変化する。アコーディオン状アクチュエータ（以下により詳細に説明される）の場合、作動は、アクチュエータを所定の標的形状に湾曲または直線化させてもよい。完全非作動形状と完全作動形状との間の１つまたはそれを上回る中間標的形状が、アクチュエータを部分的に膨張させることによって達成されてもよい。代替として、または加えて、アクチュエータは、真空を使用して作動され、膨張流体をアクチュエータから除去し、それによって、アクチュエータが屈曲、捻転、および／または延在する程度を変化させてもよい。

作動はまた、アクチュエータが、握持または押動されている物体等の物体に力を付与することを可能にしてもよい。しかしながら、従来のハードロボットアクチュエータと異なり、ソフトアクチュエータは、ソフトアクチュエータが、部分的または完全に、握持されている物体の形状に共形化し得るように、作動されるとき、適応特性を維持する。それらはまた、アクチュエータが握持標的ではない積み重ねた山内の近隣物体または容器の両側に衝突する可能性があるため、特に物体を積み重ねた山から取り上げるときまたは容器から取り上げるときに関連し得る、物体との衝突に応じて、偏向し得る。さらに、印加される力の量は、材料が容易に変形し得るため、制御された様式においてより大きい表面積にわたって拡散されることができる。このように、ソフトロボットアクチュエータは、物体を損傷させずに、それらを把持することができる。

さらに、ソフトロボットアクチュエータは、従来のハードロボットアクチュエータを用いて達成することが困難または不可能であり得る、新しい運動のタイプまたは運動の組み合わせ（屈曲、捻転、延在、および収縮を含む）を可能にする。

図１Ａ－１Ｄは、例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。より具体的には、図１Ａは、ソフトロボットアクチュエータの一部の側面図を描写する。図１Ｂは、上からの図１Ａの一部を描写する。図１Ｃは、ユーザによって操作され得る、ポンプを含む、ソフトロボットアクチュエータの一部の側面図を描写する。図１Ｄは、図１Ｃに描写される部分の代替実施形態を描写する。

アクチュエータは、図１Ａに描写されるように、ソフトロボットアクチュエータ１００であってもよく、空気、水、または生理食塩水等の膨張流体で膨張可能である。膨張流体は、流体接続１１８を通して、膨張デバイス１２０を介して提供されてもよい。

アクチュエータ１００は、限定量の膨張流体が周囲環境と実質的に同一圧力においてアクチュエータ１００内に存在する、非膨張状態にあってもよい。アクチュエータ１００はまた、所定の量の膨張流体がアクチュエータ１００内に存在する、完全膨張状態にあってもよい（アクチュエータ１００によって印加されるべき所定の最大力に対応する所定の量または膨張流体によってアクチュエータ１００に印加される所定の最大圧力）。アクチュエータ１００はまた、全流体がアクチュエータ１００から除去される完全真空状態、または一部の流体がアクチュエータ１００内に存在するが、周囲圧力未満の圧力にある、部分的真空状態にあってもよい。さらに、アクチュエータ１００は、アクチュエータ１００が、完全膨張状態にあるときに存在する、所定の量未満の膨張流体であるが、ゼロを上回る（または非常に限定された）膨張流体を含有する、部分膨張状態にあってもよい。

膨張状態では、アクチュエータ１００は、図１Ａに示されるように、中心軸の周囲で湾曲する傾向を呈し得る。議論を容易にするために、いくつかの方向が、本明細書に定義される。軸方向は、中心軸を通して通過し、その周囲において、アクチュエータ１００が、図１Ｂに示されるように湾曲する。半径方向は、軸方向と垂直方向、すなわち、膨張されたアクチュエータ１００によって形成される部分的円形の半径方向に延在する。円周方向は、膨張されたアクチュエータ１００の円周に沿って延在する。

膨張状態では、アクチュエータ１００は、アクチュエータ１００の内側円周方向縁に沿って半径方向に力を付与し得る。例えば、アクチュエータ１００の遠位先端の内側は、中心軸に向かって内向きに力を付与し、これは、アクチュエータ１００が、物体を握持することを可能にするために活用され得る（潜在的に、１つまたはそれを上回る付加的アクチュエータ１００と連動して）。ソフトロボットアクチュエータ１００は、使用される材料およびアクチュエータ１００の一般的構造に起因して、膨張されると、比較的に共形性を留め得る。

アクチュエータ１００は、比較的に軟質または共形性の構造を可能にする、１つもしくはそれを上回るエラストマー材料から作製されてもよい。用途に応じて、エラストマー材料は、食品安全性、生体適合性、または医療安全性ＦＤＡ承認材料の群から選択されてもよい。アクチュエータ１００は、適正製造基準（「ＧＭＰ」）対応設備内で製造され得る。

アクチュエータ１００は、実質的に平坦な基部１０２を含んでもよい（但し、種々の修正または付属品が、アクチュエータの把持能力を改良するために、基部１０２に追加されてもよい）。基部１０２は、標的物体を握持する把持表面を形成してもよい。

アクチュエータ１００は、１つまたはそれを上回るアコーディオン状延在部１０４を含んでもよい。アコーディオン状延在部１０４は、アクチュエータ１００が、膨張されると、屈曲または撓曲することを可能にし、膨張状態にあるとき、アクチュエータ１００の形状を画定することに役立つ。アコーディオン状延在部１０４は、一連の山１０６および谷１０８を含む。アコーディオン状延在部１０４のサイズならびに山１０６および谷１０８の場所は、異なる形状または延在部外形を得るために変動されることができる。

図１Ａ－１Ｄの例示的アクチュエータは、展開されると、「Ｃ」または卵形形状に描写されるが、当業者は、本発明がそのように限定されないことを認識するであろう。アクチュエータ１００の本体の形状、またはアコーディオン状延在部１０４のサイズ、位置、もしくは構成を変化させることによって、異なるサイズ、形状、および構成が、達成され得る。さらに、アクチュエータ１００に提供される膨張流体の量を変動させることは、開創器が、非膨張状態と膨張状態との間の１つまたはそれを上回る中間サイズもしくは形状をとることを可能にする。したがって、個々のアクチュエータ１００は、膨張量を変動させることによって、サイズおよび形状が拡張可能となることができ、切開開創器はさらに、１つのアクチュエータ１００と異なるサイズ、形状、または構成を有する別のアクチュエータ１００とを置換することによって、サイズおよび形状が拡張可能となることができる。

アクチュエータ１００は、近位端１１２から遠位端１１０に延在する。近位端１１２は、インターフェース１１４に接続する。インターフェース１１４は、アクチュエータ１００が、切開開創器の他の部品に解放可能に結合されることを可能にする。インターフェース１１４は、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン（「ＡＢＳ」）またはＤｅｌｒｉｎ等の医療安全性材料から作製されてもよい。インターフェース１１４は、アクチュエータ１００および可撓性管類１１８の一方または両方に解放可能に結合されてもよい。インターフェース１１４は、アクチュエータ１００に接続するためのポートを有してもよい。異なるインターフェース１１４は、より大きいもしくはより小さいアクチュエータ、異なる数のアクチュエータ、または異なる構成におけるアクチュエータを収容するために、異なるサイズ、数、または構成のアクチュエータポートを有してもよい。

アクチュエータ１００は、膨張デバイス１２０から可撓性管類１１８等の流体接続を通して供給される膨張流体で膨張されてもよい。インターフェース１１４は、流体がアクチュエータ１００に進入することを可能にするが、流体がアクチュエータから退出することを防止する（弁が開放されない限り）ための弁１１６を含んでもよい、またはそれに取り付けられてもよい。可撓性管類１１８はまた、または代替として、膨張デバイス１２０の場所において膨張流体の供給を調整するために、膨張デバイス１２０におけるインフレータ弁１２４に取り付けられてもよい。

可撓性管類１１８はまた、一端においてインターフェース１１４に、および他端において膨張デバイス１２０に解放可能に接続するために、アクチュエータ接続インターフェース１２２を含んでもよい。アクチュエータ接続インターフェース１２２の２つの部品を分離することによって、異なる膨張デバイス１２０が、異なるインターフェース１１４および／またはアクチュエータ１００に接続され得る。

膨張流体は、例えば、空気または生理食塩水であってもよい。空気の場合、膨張デバイス１２０は、周囲空気を供給するための手動式バルブまたは蛇腹を含んでもよい。生理食塩水の場合、膨張デバイス１２０は、注入器または他の適切な流体送達システムを含んでもよい。代替として、または加えて、膨張デバイス１２０は、膨張流体を供給するためのコンプレッサまたはポンプを含んでもよい。

膨張デバイス１２０は、膨張流体を供給するための流体供給源１２６を含んでもよい。例えば、流体供給源１２６は、圧縮空気、液状もしくは圧縮二酸化炭素、液状もしくは圧縮窒素、もしくは生理食塩水を貯蔵するためのリザーバであってもよい、または周囲空気を可撓性管類１１８に供給するための通気口であってもよい。

膨張デバイス１２０はさらに、膨張流体を流体供給源１２６からアクチュエータ１００に可撓性管類１１８を通して供給するためのポンプまたはコンプレッサ等の流体送達デバイス１２８を含む。流体送達デバイス１２８は、流体をアクチュエータ１００に供給する、または流体をアクチュエータ１００から引き込むことが可能であってもよい。流体送達デバイス１２８は、電気によって給電されてもよい。電気を供給するために、膨張デバイス１２０は、バッテリまたは電気コンセントへのインターフェース等の電力供給源１３０を含んでもよい。

電力供給源１３０はまた、電力を制御デバイス１３２に供給してもよい。制御デバイス１３２は、ユーザが、例えば、１つまたはそれを上回る作動ボタン１３４（またはスイッチ等の代替デバイス）を通して、アクチュエータの膨張または収縮を制御することを可能にし得る。制御デバイス１３２は、制御信号を流体送達デバイス１２８に送信し、流体送達デバイス１２８に、膨張流体をアクチュエータ１００に供給させる、または膨張流体をそこから引き込ませるためのコントローラ１３６を含んでもよい。

（統合された剛性または硬性構造を伴うソフトロボットグリッパ）
図２Ａ－２Ｃは、後退可能ロッドの端部に添着される、例示的ソフトアクチュエータを描写する。本構成では、グリッパは、対向する対のアクチュエータを含む。グリッパは、エンクロージャ内または薄型把持機構が有利な雑然とした環境内に入れられた物体を取得可能である。これは、例えば、棚上または箱等の容器内にある物体を把持するために有用であり得る。

図２Ａは、後退されたロッド２０４上に２つのアクチュエータ１００を含む、例示的グリッパ２００を描写する。図２Ａでは、アクチュエータ１００は、非作動状態にある。グリッパ２００は、標的物体２０８を握持するように構成される。

本実施例では、アクチュエータ１００は、ロッド２０４を介して、基部２０６に添着される。ロッド２０４は、ロッドを延在させるための機構（例えば、機械、空気圧、または油圧延在機構）を含み得る、基部２０６の中に延在する。ロッド２０４は、アクチュエータの近位端１１２においてアクチュエータ１００に添着される。ロッド２０４は、金属またはプラスチック等の任意の好適な剛性または硬性材料から作製されてもよい。例示的実施形態では、ロッド１１２は、膨張流体をアクチュエータ１００に供給するための通路を提供するために中空であってもよい。代替として、膨張流体は、別個の管類を通してアクチュエータ１００に供給されてもよく、その場合、ロッドは、中実または中空であってもよい。

図２Ｂは、ロッド２０４を延在させた後の図２Ａの例示的グリッパ２００を描写する。図２Ｂの実施例では、アクチュエータ１００は、非作動状態のままである。図２Ｃは、図２Ｂに示されるように、延在されたロッド２０４上の例示的グリッパ２００を描写するが、アクチュエータ１００は、作動構成にあって、標的物体２０８を把持している。

ロッド２０４は、ロッド２０４が量ｄ_ｍｉｎ（ゼロまたはさらに負であってもよく、その場合、アクチュエータ１００は、基部２０６の中に後退することを可能にされてもよい）だけ基部２０６を越えて延在する、完全後退構成から、ロッド２０４が量ｄ_ｍａｘだけ基部２０６を越えて延在する、完全延在構成まで延在するように構成されてもよい。ｄ_ｍａｘの値は、基部２０６のサイズに依存してもよいが、ロッド２０４は、基部２０６を通してアクチュエータ１００の反対側の基部２０６から延在することを可能にされてもよい。ロッド２０４は、ｄ_ｍｉｎとｄ_ｍａｘとの間の中間長さまで延在されてもよい。

ｄ_ｍｉｎおよびｄ_ｍａｘの値は、用途（例えば、グリッパ２００が到達するであろう、瓶または袋の予期される深度）に応じて選択されてもよい。いくつかの実施形態では、ロッド２０４は、アクチュエータ１００の基部２０６および／または近位端１１２に解放可能に結合されてもよい。故に、ロッド２０４は、他のロッドと容易に交換され、ｄ_ｍｉｎおよびｄ_ｍａｘの値がオンザフライで調節されることを可能にしてもよい。

図３Ａ－３Ｃは、剛性または硬性物体が、ソフトアクチュエータの内部に組み込まれ、アクチュエータの膨張外形を変化させる、実施例を描写する。図３Ａは、２つの非作動アクチュエータ１００を有する、例示的グリッパ３００の断面を描写する一方、図３Ｂは、作動アクチュエータ１００を伴う、グリッパ３００の断面を描写する。これらの実施例では、アクチュエータ１００の近位端１１２は、基部２０６の中に短距離だけ延在するが、他の実施形態では、近位端１１２は、基部２０６の上部に搭載されてもよい。

図３Ａおよび３Ｂでは、通路３０２が、アクチュエータ１００毎に基部２０６内に提供される。ロッド２０４は、通路３０２内に位置してもよく、非延在状態（その場合、ロッド２０４は、ゼロであり得る、量ｄ_ｍｉｎだけアクチュエータ１００の中に延在する、または全くアクチュエータ１００の中に延在しなくてもよい）から延在状態（その場合、ロッド２０４は、図３Ｃに示されるように、量ｄ_ｍａｘだけアクチュエータ１００の中に延在する）に延在してもよい。

図３Ｃは、アクチュエータ１００の内部の中へのロッド２０４の挿入およびアクチュエータ１００の膨張後の図３Ａのグリッパの断面を描写する。図３Ｂと比較して変化した膨張外形に留意されたい。ロッド２０４をアクチュエータ１００の中に挿入することによって、アクチュエータ１００の遠位端１１０において撓曲することが可能にされる材料の量が減少される（近位端１１２により近接するアクチュエータの残りは、ロッド２０４の存在に起因して、撓曲することを制限される）。本制限は、アクチュエータ１００の中に挿入される硬性材料の長さに依存して、アクチュエータ１００の膨張外形を変化させる。

図３Ｂに描写されるもの等の構成は、アクチュエータ１００の遠位先端１１０を使用して、比較的に小さい物体を握持する、またはアクチュエータ１００の全長に沿って物体を握持するために非常に好適であり得るが、図３Ｃに描写されるもの等の構成は、アクチュエータ１００の遠位先端１１０を使用して、比較的により大きい物体を握持する、または高さｄ_ｍａｘを上回るアクチュエータ１００の非制限長を使用して、物体を握持するために非常に好適であり得る。

いくつかの実施形態では、ロッド２０４は、固定位置にある、静的物体であってもよい。他の実施形態では、ロッド２０４は、アクチュエータ１００の中に挿入される硬性材料の長さが、要求に応じて（ｄ_ｍｉｎとｄ_ｍａｘとの間の任意の値に）調節され得るように、後退可能であってもよい。

図４Ａ－４Ｇは、アクチュエータの挙動を増大させるために、硬質物体によって当接される、例示的ソフトアクチュエータを描写する。例えば、硬質物体は、アクチュエータの膨張外形を調節し、グリッパ（例えば、一対の対向アクチュエータを含む）を狭小空間の中に操縦することをより容易にし、アクチュエータのためのてこの作用点を提供し、アクチュエータが負荷下にあるとき、硬質物体の位置を過ぎて偏向しないように、アクチュエータを補強するために使用されることができる。さらに、硬質物体をアクチュエータの外部側に設置することによって、硬質物体は、膨張に先立って、またはその間、アクチュエータが硬質プレートを過ぎて移動することを制限することができる。これは、グリッパが、瓶または袋内の他のアイテムと衝突せずに、もしくはそれを偏移させずに、場所（例えば、袋または瓶内の隣接する物体間の介在間隙）の中に非常に精密に操縦されることを可能にする。

図４Ａは、アクチュエータに当接する、完全に延在された硬質プレート４０２、４０４を伴う、例示的非作動グリッパ４００を描写する。硬質プレートは、アクチュエータ１００のアコーディオン状側に当接する、外部プレート４０２と、アクチュエータ１００の基部側に当接する、内部プレート４０４とを含む。本構成では、硬質プレート４０２、４０４は、基部２０６から長さｄ_ｍａｘまで完全に延在される。本構成は、例えば、作動に先立って、グリッパ４００を狭小空間内で操縦するために使用されてもよい。

図４Ｂは、アクチュエータ１００のアコーディオン状面上に完全に延在された外部硬質プレート４０２と、アクチュエータ１００の反対側の部分的に延在された内部硬質プレート４０４とを伴う、例示的作動グリッパ４００を描写する。部分的に延在された内部硬質プレート４０４は、ｄ_ｍｉｎとｄ_ｍａｘとの間の中間値を表す、長さｄ_ｉｎｔまで延在される。ここでは、アクチュエータ１００のアコーディオン状側の外部プレート８０２は、アクチュエータ１００が負荷下にあるとき、アクチュエータ１００が外部プレート４０２の平面を過ぎて偏向されることを防止し得る。アクチュエータ１００の反対側の内部プレート４０４は、アクチュエータ１００の屈曲外形を修正するために使用されてもよい。

図４Ｃは、アクチュエータ１００のアコーディオン状面上に完全に延在された外部硬質プレート４０２０と、アクチュエータ１００の反対側に完全に後退された内部硬質プレート４０４とを伴う、例示的作動グリッパ４００を描写する。アクチュエータ１００の反対側の内部プレート４０４をアコーディオン状面から完全に後退させることは、アクチュエータ１００が、膨張外形の改変を伴わずに、屈曲することを可能にする。

図４Ｄは、アクチュエータ１００のアコーディオン状面上の完全に後退された外部硬質プレート４０２と、アクチュエータ１００の反対側の完全に後退された内部硬質プレート４０４とを伴う、例示的作動グリッパ４００を描写する。

硬質プレート４０２、４０４は、固定位置にある、静的物体であってもよい、または材料の長さが要求に応じて調節され得るように、後退可能であってもよい。図４Ａ－４Ｄにおける硬質材料は、プレート４０２、４０４として描写されるが、他の硬質構造（例えば、円形、三角形、および長方形管）もまた、例示的実施形態と併用するために好適であり得る。

作用の機構が、図４Ｅ、４Ｆ、および４Ｇにおいて、アクチュエータのアコーディオン状面上の硬質プレートに関して示される。図４Ｅは、硬質裏地プレートを伴う、非作動グリッパを描写する。アクチュエータが膨張されると、図４Ｆに示されるように、湾曲する傾向を呈するであろう（硬質プレートは不在であるが、硬質プレートが位置するであろう場所が破線で描写される）。硬質プレートの存在は、図４Ｇにおけるように、作動グリッパをプレートに圧接させ、依然として、アクチュエータが作動し、標的を把持することを可能にしながら、作動グリッパがプレートの平面を越えて延在することを防止する。

図５Ａ－５Ｃは、ロッド等の硬性本体５０２がソフトアクチュエータ１００に対向する、別の実施例を描写する。硬性本体５０２は、それに対してアクチュエータ１００が標的物体を押動させ得る、てこの作用点を提供してもよい。

図５Ａは、硬性本体５０２が直線である、構成を描写する。しかしながら、硬性本体５０２は、様々な形状をとることができる（例えば、握持されるべき標的物体の外形に共形化するため）。例えば、図５Ｂは、Ｓ曲線形状の硬性本体５０２を描写する。さらに、複数のアクチュエータ１００および／または硬性本体５０２が、例えば、図５Ｃに示されるように、採用されてもよい。本構成では、２つのアクチュエータ１００が、２つまたはそれを上回る標的物体を同時に握持するために、硬性本体５０２の側方に位置する。

図６Ａ－６Ｃは、ソフトアクチュエータ１００に対向し、物体を適応的に握持する、硬性本体５０２のさらなる実施例を提供する。これらの実施例では、硬性本体５０２およびソフトアクチュエータ１００は両方とも、迅速に再位置付けされ、握持外形を変化させることができる。図６Ａは、非延在位置における、伸縮自在ロッドの形態の硬性本体５０２を描写する。図６Ｂは、部分的に延在されるロッドを描写し、図６Ｃは、完全に延在されたロッドを描写する。ロッドの延在は、把持構造の構成が修正されることを可能にする。

図７Ａ－７Ｃは、硬性本体５０２とソフトアクチュエータ１００との間の間隔および角度が動的に調節され得る方法を示す（例えば、機械的歯車、作業流体等の使用を通して）。アクチュエータ１００は、レール７０２またはビームに摺動可能に添着される、基部２０６に搭載される。基部２０６は、レール７０２に沿って側方に摺動され、定位置に係止されてもよい。同様に、硬性本体５０２は、レール７０２上に摺動可能に搭載される、第２の基部７０４に搭載される。硬性本体５０２が第２の基部７０４に接続する点には、ヒンジまたは他の回転機構が、提供され、硬性本体５０２とレール７０２との間の角度が調節されることを可能にする。基部２０６、７０４およびヒンジは、手動で調節されてもよい、または機械的に調節されてもよい（例えば、伝動装置機構、アクチュエータ等を使用して）。基部２０６、７０４およびヒンジのうちの１つまたはいくつかの調節は、オペレータが、ソフトアクチュエータが加圧されると、結果として生じる把持外形を迅速に調整することを可能にする。例えば、図７Ｂは、硬性本体５０２が、ヒンジを中心として回転され、硬性本体５０２とレール７０２との間の角度を変化させる、構成を描写する。図７Ｃは、基部２０６、７０２の一方または両方が、レール７０２に沿って相互に向かって摺動され、定位置に係止される、実施例を描写する。

図８Ａ－８Ｂは、ソフトアクチュエータのためのてこの作用点を迅速に調節するための構造および技法を描写する（図８Ａは、上面図であって、図８Ｂは、側面図である）。図８Ｂに示されるように、２つのアクチュエータ１００間に心合される後退可能ロッド８０２は、上下に自由に移動し、ケーブル８０４は、アクチュエータ１００の任意のアコーディオンにおいて補強を再位置付けするように締め付けられてもよい。これは、ソフトアクチュエータ１００の膨張外形およびアクチュエータ１００の遠位先端１１０における送達される法線力の動的調節を可能にする。

（硬性本体の中に統合されるソフトアクチュエータ）
プレートまたはパネル等の硬性本体は、硬性本体の中に統合されるソフトアクチュエータのアレイのための構造支持としての役割を果たし得る。これは、把持構造が、近接して離間される、または箱、瓶、袋、もしくは容器の縁の近傍にある、物体を握持するために使用され得る、非常に小さい外形を達成することを可能にする。硬性本体は、作業流体が各アクチュエータに流動し、チャンバを加圧または減圧するための導管としての役割を果たす。加圧されると、アクチュエータは、固体本体を越えて延在し、軟質把持を物体上に提供する。硬質部材は、パドル、パネル、ロッド、筋かい、支柱等の任意の幾何学形状に構築されることができ、金属、プラスチック、ゴム、ガラス、セラミック、または任意の他の好適な材料から成ることができる。硬性本体は、アレイ内のアクチュエータ毎に、機械および空気圧／油圧支持を提供する。本設計は、箱または袋の縁の近傍に位置付けられる積み上げられた物体を箱または袋から取り上げることを含む、種々の用途のために使用されることができる。

図９は、その中にソフトアクチュエータ１００が統合される、例示的硬性構造９００を描写する。構造９００は、パネル、プレート、ロッド、筋かい、パドル、フィンガ、または任意の他の硬性構造の形態をとってもよい。１つまたはそれを上回る作業流体ライン９０２が、硬性構造９００を通して延設され、アクチュエータ１００を加圧する。アクチュエータ１００は、構造９００の中に嵌め込まれ、中立圧力または負圧下、最小限の外形を達成してもよい。いくつかの実施形態では、構造９００は、３つまたはそれを上回るアクチュエータ１００を支持してもよい。

図１０Ａ－１０Ｄは、硬性構造９００の中に統合される、屈曲または線形に延在する、ソフトアクチュエータ１００のための膨張外形を描写する。各アクチュエータ１００は、個々に、群として、または任意の組み合わせで扱われてもよい。これらの目的のために、流体ラインの異なる組み合わせが、膨張流体をアクチュエータ１００の所定の群に供給するために使用されてもよい。図１０Ａは、構造９００の中に嵌め込まれた、中立圧力または負圧にある、一連のアクチュエータ１００を描写する。図１０Ｂは、正圧にあって、アクチュエータ１００を膨張させる、図１０Ａのアクチュエータ１００を描写する。図１０Ｃは、負圧にある、線形アクチュエータ１０００を描写する。図１０Ｄは、正圧にある、図１０Ｃの線形アクチュエータ１０００を描写する。

図１１Ａ－１１Ｂは、異なる物体を取り扱うように構築される、ソフトアクチュエータ１００のアレイ１１００およびマトリクス１１０２を描写する。用途に応じて、アクチュエータ１００は、標的物体をより良好に握持するために、アレイ１１００またはマトリクス１１０２に配列されてもよい。アクチュエータ１００を支持する硬性構造は、アクチュエータ１００を所望の構成に維持するように定寸および成形されてもよい。

図１２Ａ－１２Ｃは、構造体が物体を狭小空間内で操作および握持するために使用され得るように小外形を達成する、図１０Ａおよび１０Ｂに描写されるものに類似する統合されたソフトアクチュエータを伴う、硬性本体を描写する。図１２Ａに示されるように、本体は、最初に、箱、袋、または瓶の中に降下される。アクチュエータは、図１２Ｂに示されるように、加圧されてもよい。物体は、次いで、図１２Ｃに示されるように、瓶から除去されてもよい。物体はまた、本プロセスを逆に稼働することによって、瓶の中に設置されてもよい。

本明細書で使用されるように、単数形で列挙され、単語「ａ」または「ａｎ」によって先行される、要素またはステップは、そのような除外が明示的に記載されていない限り、複数要素またはステップを除外してはいないと理解されるべきである。さらに、本発明の「一実施形態」という言及は、記載された特徴も同様に組み込んでいる付加的実施形態の存在を除外するものとして解釈されることを意図されてはいない。

本発明は、ある実施形態を参照して開示されたが、説明される実施形態に対する多数の修正、改変、および変更が、添付の請求項に定義されるように、本発明の領域および範囲から逸脱することなく、可能性として考えられる。故に、本発明は、説明される実施形態に限定されず、以下の請求項およびその均等物の用語によって定義される全範囲を有することが意図される。

Claims (12)

1. ロボットグリッパであって、
   基部と、
   前記基部に直接的または間接的に搭載されるソフトロボットアクチュエータであって、前記ソフトロボットアクチュエータは、エラストマー材料を含む中空本体を備え、前記中空本体は、膨張流体を受容するように構成され、前記基部に隣接する近位端から前記近位端と反対の遠位端まで長手方向に長く延在し、前記ソフトロボットアクチュエータは、
   前記長手方向に前記ソフトロボットアクチュエータの長さを延在させ、把持表面を形成する基部側面と、
   複数のアコーディオン状延在部を備える外側面であって、前記外側面は、前記長手方向に前記ソフトロボットアクチュエータの長さを延在させ、前記中空本体内の内部空洞を横切る前記基部側面の反対側に配置されている、外側面と
   を備える、ソフトロボットアクチュエータと、
   前記基部内に搭載される第１の直線状硬性本体であって、前記第１の直線状硬性本体は、前記ソフトロボットアクチュエータの前記遠位端を包含することなく、前記基部から前記遠位端の方へ前記ソフトロボットアクチュエータの長さの一部分を延在させ、前記第１の直線状硬性本体は、前記内部空洞内に配置され、前記第１の直線状硬性本体は、前記長さの一部分が屈曲することを防止するように、前記長さの一部分に沿って、前記ソフトロボットアクチュエータの膨張に対抗する力を提供するように構成され、または、前記基部に対する第１の距離から前記基部から第２の距離まで前記ソフトロボットアクチュエータを移動させるように構成され、前記第２の距離は、前記長手方向において前記第１の距離よりも長い、第１の直線状硬性本体と
   を備える、グリッパ。
2. 前記第１の直線状硬性本体は、前記基部に静的に固定される、請求項１に記載のグリッパ。
3. 前記第１の直線状硬性本体は、延在可能である、請求項１に記載のグリッパ。
4. 前記第１の直線状硬性本体は、前記基部の内部に延在する、請求項１に記載のグリッパ。
5. 前記第１の直線状硬性本体は、前記ソフトロボットアクチュエータの内部に延在する、請求項１に記載のグリッパ。
6. 前記第１の直線状硬性本体は、固定サイズである、請求項１に記載のグリッパ。
7. 前記ソフトロボットアクチュエータは、第１のソフトロボットアクチュエータであり、第２のソフトロボットアクチュエータをさらに備える、請求項１に記載のグリッパ。
8. ロボット構造であって、
   基部と、
   前記基部に搭載される２つまたはそれを上回るソフトロボットアクチュエータのアレイまたはマトリクスであって、前記ソフトロボットアクチュエータの各々は、エラストマー材料を含む中空本体を備え、前記中空本体は、膨張流体を受容するように構成され、前記基部に隣接する近位端から前記近位端と反対の遠位端まで長手方向に長く延在し、前記ソフトロボットアクチュエータの各々は、
   前記長手方向に前記ソフトロボットアクチュエータの各々の長さを延在させ、把持表面を形成する基部側面と、
   複数のアコーディオン状延在部を備える外側面であって、前記外側面は、前記長手方向に前記ソフトロボットアクチュエータの各々の長さを延在させ、前記中空本体内の内部空洞を横切る前記基部側面の反対側に配置されている、外側面と
   を備える、アレイまたはマトリクスと、
   前記基部内に搭載される第１の直線状硬性本体であって、前記第１の直線状硬性本体は、前記基部から前記ソフトロボットアクチュエータの前記遠位端の方へ、前記遠位端を包含することなく、前記ソフトロボットアクチュエータのうちの１つの長さの一部分を延在させ、前記第１の直線状硬性本体は、前記ソフトロボットアクチュエータの前記内部空洞内に配置され、前記第１の直線状硬性本体は、前記長さの一部分が屈曲することを防止するように、前記長さの一部分に沿って、前記ソフトロボットアクチュエータの膨張に対抗する力を提供するように構成される、第１の直線状硬性本体と、
   前記膨張流体を前記ソフトロボットアクチュエータのアレイまたはマトリクスに供給するように構成される、前記基部内に提供される流体供給ラインと、
   を備える、ロボット構造。
9. 前記ソフトロボットアクチュエータは、非作動状態または負の作動状態にあるとき、前記基部の中に嵌め込まれる、請求項８に記載のロボット構造。
10. 前記流体供給ラインは、前記ソフトロボットアクチュエータが群として作動されるように、前記膨張流体を前記アレイまたはマトリクスの前記ソフトロボットアクチュエータの全てに供給する、請求項８に記載のロボット構造。
11. 前記流体供給ラインは、前記ソフトロボットアクチュエータが個々に作動されるように、膨張流体を異なるアクチュエータに別個に提供するように構成される、請求項８に記載のロボット構造。
12. 前記流体供給ラインは、アクチュエータのサブセットが群として膨張されるように、前記ソフトロボットアクチュエータのアレイまたはマトリクスの前記サブセットを作動させるように構成される、請求項８に記載のロボット構造。

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