JP7097071B2 - 散乱した握持環境、高加速移動、食品操作、および自動貯蔵および回収システムのためのソフトロボットグリッパ - Google Patents

Description

（関連出願）
本願は、米国仮特許出願第６２／２８０，８０２号（２０１６年１月２０日出願、名称「Ｓｏｆｔ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ｇｒｉｐｐｅｒｓ ｆｏｒ Ｃｌｕｔｔｅｒｅｄ Ｇｒａｓｐｉｎｇ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ，Ｈｉｇｈ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ Ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ，Ｆｏｏｄ Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ Ｒｅｔｒｉｅｖａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ」）に対する優先権を主張する。上記出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

（背景）
ロボットグラスパは、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、多くの棚を含み、棚の各々は、アイテム（例えば、販売用に供給されるアイテム）を貯蔵するいくつかの容器または袋を含む。アイテムのための注文が受信されると、適切なアイテムが、容器または袋から回収され、出荷のために一緒に包装される。

袋または容器のサイズおよび形状、袋または容器内のアイテムのサイズ、重量、ならびに形状、袋または容器内のアイテムのサイズ、重量、および形状の変動性に起因して、かつ倉庫または個々の袋もしくは容器内の比較的に厳しい貯蔵制約に起因して、アイテムを袋または容器のうちの１つから回収することは、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、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びているシステムを含み、それは、閉じ込められた空間内をナビゲートすることを困難にする。

従来のロボットシステムが欠点に悩まされ得る、別の状況は、比較的に繊細な食品アイテム、特に、生地、菓子、またはパン等の焼かれた商品の操作を含む。そのような食品アイテムは、フロスティンング、ドリズル、またはコーティング等のある要素を含み得、それは、荒く取り扱われる場合、損傷され得る。いくつかの食品アイテムは、比較的に滑りやすく、またはくっつきやすくもあり、ロボットマニピュレータによる正確な設置を困難にし得る。焼かれた商品は、比較的に低摩擦表面を有するプラスチックバッグの中にも設置され得、それは、最終包装製品の操作を困難にし得る。

本願は、ロボットシステムのこれらおよび他の問題に対処する。例示的実施形態は、容器取り上げおよび食品アイテムの操作に関連して説明されるが、当業者は、本発明がそのように限定されず、種々の用途において使用され得ることを認識するであろう。

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であり得、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を介して提供され得る。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
ソフトロボットシステムであって、前記システムは、
アーム遠位端と、
１つ以上のソフトロボットアクチュエータを備えているグリッパと、
前記グリッパに付けられているグリッパ端部を備えている延長ロッドと
を備え、
前記延長ロッドは、前記グリッパを前記アーム遠位端から所定または可変距離に配置するように構成され、前記延長ロッドは、前記アーム遠位端の幅未満の幅を有する、システム。
（項目２）
基部は、前記延長ロッドを受け取るための開口部と、前記延長ロッドを前記アーム遠位端から可変距離に延長するためのエクステンダとを備えている、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記延長ロッドは、前記アーム遠位端から固定長に延びている、項目１に記載のシステム。
（項目４）
前記延長ロッドは、第１のヒンジによって基部に付けられ、前記延長ロッドは、前記ヒンジの周りに回転可能であることにより、前記グリッパと前記アーム遠位端との間の距離を変動させる、項目１に記載のシステム。
（項目５）
前記延長ロッドのグリッパ端部における第２のヒンジをさらに備えている、項目４に記載のシステム。
（項目６）
前記ヒンジの周りの前記延長ロッドの回転は、第１のアクチュエータと隣接するアクチュエータとの間の距離をさらに変動させる、項目４に記載のシステム。
（項目７）
前記グリッパによってつかまれたアイテムを支持するように構成されている吸引デバイスをさらに備えている、項目１に記載のシステム。
（項目８）
前記グリッパによってつかまれたアイテムを支持するように構成されている膜をさらに備えている、項目１に記載のシステム。
（項目９）
前記グリッパによってつかまれたアイテムの回収または解放を支持するように構成されている蛇腹をさらに備えている、項目１に記載のシステム。
（項目１０）
つかまれた物体と対面接触して位置するように構成されているコンプライアントなパッドをさらに備え、前記コンプライアントなパッドは、駆動機構に取り付けられ、コントローラが、前記つかまれた物体を解放し、前記つかまれた物体を前記システムから離れるように駆動するために、所定のタイミングで前記アクチュエータの作動解除および前記駆動機構の起動を制御する、項目１に記載のシステム。
（項目１１）
握られた物体の重量を支持するためのパッドまたはパドルをさらに備えている、項目１に記載のシステム。
（項目１２）
１つ以上の物体を受け取るように構成され、そのために位置している箱またはレセプタクルをさらに備え、前記１つ以上の物体は、前記グリッパによって前記箱またはレセプタクルの中に掃き寄せられる、項目１に記載のシステム。
（項目１３）
前記アクチュエータのうちの少なくとも１つの遠位端上に提供されている１つ以上のグリッパ先端をさらに備え、前記１つ以上のグリッパ先端は、つかむために使用される断面エリアの外側に位置するアクチュエータ断面の量が前記グリッパ先端を欠いているソフトロボットアクチュエータと比較して低減させられるように、前記アクチュエータのうちの前記少なくとも１つの半径方向外側表面の方に向いている、項目１に記載のシステム。
（項目１４）
調節可能グリッパであって、前記調節可能グリッパは、
ソフトロボットアクチュエータを支持している２つ以上のハブであって、前記２つ以上のハブは、互いに向かい合ったレール上に搭載されている、２つ以上のハブと、
前記レールを一緒になるように、または離れるように駆動するように構成されている拡張機構と
を備えている、調節可能グリッパ。
（項目１５）
前記拡張機構は、前記レールに搭載されたモータである、項目１４に記載の調節可能グリッパ。
（項目１６）
前記拡張機構は、空気圧または油圧ピストンである、項目１４に記載の調節可能グリッパ。
（項目１８）
前記拡張機構は、複数のヒンジを備えている、項目１４に記載の調節可能グリッパ。
（項目１９）
方法であって、前記方法は、
複数のソフトロボットアクチュエータ間に提供された吸引デバイスを使用して、標的物体をつかむことと、
前記１つ以上のソフトロボットアクチュエータを使用して、前記標的物体をさらにつかむことと、
前記ソフトロボットアクチュエータを使用して、高加速のために前記物体を向け直すこと、もしくは前記物体を支えること、または、前記吸引デバイスを使用して、前記標的物体の周囲の包装を緊張させるように引き寄せることのうちの少なくとも１つを行うこととを含む、方法。

図１Ａ－１Ｄは、本明細書に説明される例示的実施形態との使用の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の使用の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、ソフトロボットグリッパをロボット基部に対して位置付けるための延長ロッドを含むロボットシステムの例を描写する。 図３Ａ－３Ｄは、例示的調節可能ヒンジ付きグリッパを描写する。 図４Ａ－４Ｄは、ヒンジおよび延長ロッドの組によって接続されるアクチュエータハブを有する例示的調節可能ヒンジ付きグリッパを描写する。 図５Ａ－５Ｂは、アクチュエータハブのうちの１つが回転式アクチュエータに接続される例示的調節可能ヒンジ付きグリッパを描写する。 図６Ａ－６Ｂは、歯車ベースのレール機構を採用する例示的調節可能グリッパを描写する。 図７Ａ－７Ｂは、空気圧ピストン機構を採用する例示的調節可能グリッパを描写する。 図８Ａ－８Ｂは、脆弱な標的物体をパッドまたはパドルに対して固定するためのアクチュエータを有する例示的グリッパを描写する。 図９Ａ－９Ｄは、標的物体を固定するための吸引デバイスを採用する例示的グリッパを描写する。 図１０Ａ－１０Ｃは、標的物体を包囲する緩い材料を固定し、グリッパのソフトアクチュエータを用いた握持の確実さを改良する例示的吸引増大グリッパを描写する。 図１１Ａ－１１Ｃは、標的物体を固定し、および／または設置正確度を増加させるためのコンプライアントな要素（この場合、蛇腹）を採用する例示的グリッパを描写する。 図１２は、標的物体を固定し、および／または設置正確度を増加させるためのコンプライアントな要素（この場合、ばね）を採用する例示的グリッパを描写する。 図１３Ａ－１３Ｃは、標的物体を固定し、および／または設置正確度を増加させるための変形可能弾性膜を採用する例示的グリッパを描写する。 図１４Ａ－１４Ｂは、固い膜を採用する例示的グリッパを描写する。 図１５Ａ－１５Ｊは、グリッパのアクチュエータの先端に取り付けられ、標的物体を固定し、および／または設置正確度を増加させる膜を伴う例示的グリッパを描写する。 図１５Ａ－１５Ｊは、グリッパのアクチュエータの先端に取り付けられ、標的物体を固定し、および／または設置正確度を増加させる膜を伴う例示的グリッパを描写する。 図１５Ａ－１５Ｊは、グリッパのアクチュエータの先端に取り付けられ、標的物体を固定し、および／または設置正確度を増加させる膜を伴う例示的グリッパを描写する。 図１５Ａ－１５Ｊは、グリッパのアクチュエータの先端に取り付けられ、標的物体を固定し、および／または設置正確度を増加させる膜を伴う例示的グリッパを描写する。 図１５Ａ－１５Ｊは、グリッパのアクチュエータの先端に取り付けられ、標的物体を固定し、および／または設置正確度を増加させる膜を伴う例示的グリッパを描写する。 図１５Ａ－１５Ｊは、グリッパのアクチュエータの先端に取り付けられ、標的物体を固定し、および／または設置正確度を増加させる膜を伴う例示的グリッパを描写する。 図１５Ａ－１５Ｊは、グリッパのアクチュエータの先端に取り付けられ、標的物体を固定し、および／または設置正確度を増加させる膜を伴う例示的グリッパを描写する。 図１５Ａ－１５Ｊは、グリッパのアクチュエータの先端に取り付けられ、標的物体を固定し、および／または設置正確度を増加させる膜を伴う例示的グリッパを描写する。 図１５Ａ－１５Ｊは、グリッパのアクチュエータの先端に取り付けられ、標的物体を固定し、および／または設置正確度を増加させる膜を伴う例示的グリッパを描写する。 図１５Ａ－１５Ｊは、グリッパのアクチュエータの先端に取り付けられ、標的物体を固定し、および／または設置正確度を増加させる膜を伴う例示的グリッパを描写する。 図１６は、把持用フィンガ先端を有する例示的アクチュエータを含む、グリッパを描写する。

（詳細な説明）
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得、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。

ここで、図面を参照するが、同様の参照番号は、全体を通して同様の要素を指すために使用される。以下の説明では、説明目的のために、多数の具体的詳細が、その完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、新規実施形態は、これらの具体的詳細を伴わずに実践されることができる。他の事例では、周知である構造およびデバイスは、その説明を促進するために、ブロック図形態で示される。その意図は、請求される主題と一貫した全ての修正、均等物、および代替を対象にすることである。

図および付随の説明では、記号「ａ」、「ｂ」、および「ｃ」（ならびに類似記号表示）は、任意の正の整数を表す変数であることが意図される。したがって、例えば、ある実装が、ａ＝５のための値を設定する場合、構成要素１２２－１から１２２－ａとして図示される完全な構成要素１２２の組は、構成要素１２２－１、１２２－２、１２２－３、１２２－４、および１２２－５を含み得る。実施形態は、本文脈において限定されない。

（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、高価であり、ある環境においては動作することが不可能であり得、過去において、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、自動化された解決策が機能することを妨げた。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材料、または、圧力下で展開し、伸び、および／もしくは、曲がるように構成されるアコーディオン状構造で配置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得る。それらは、例えば、エラストマ材料の１つ以上のピースを所望の形状に成形することによって生成され得る。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、膨張、および／または作動させるための空気、水、または生理食塩水等の流体で充填されることができる中空内部を含み得る。作動時、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、アクチュエータに所定の標的形状に湾曲すること、またはまっすぐになることを行わせ得る。完全非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得る。代替として、または加えて、アクチュエータは、膨張流体をアクチュエータから除去し、それによって、アクチュエータが曲がり、捻じれ、および／または拡張する程度を変化させるために、真空を使用して作動させられ得る。

作動は、アクチュエータが、握持または押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、つかまれている物体の形状に一致し得るように作動させられるとき、適応特性を維持する。それらは、物体との衝突時、たわむこともでき、それは、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側面に衝突する可能性があるので、特に、物体を積み重ねた山または容器から取り上げるときに関連し得る。さらに、加えられる力の量は、材料が容易に変形し得るので、制御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、それらを握ることができる。

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であり得る、運動のタイプまたは運動の組み合わせ（曲がること、捻じれること、伸びること、および収縮することを含む）を可能にする。

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り得る。アクチュエータ１００は、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りも得る（アクチュエータ１００によって加えら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に加えられる所定の最大圧力）。アクチュエータ１００は、全流体がアクチュエータ１００から除去された完全真空状態、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もあり得る。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）膨張流体を含む部分膨張状態にあり得る。

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、中心軸を通過し、中心軸の周囲において、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、膨張させら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びている。円周方向は、膨張させられたアクチュエータ１００の円周に沿って延びている。

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、それは、アクチュエータ１００が、物体をつかむことを可能にするために活用され得る（潜在的に、１つ以上の追加のアクチュエータ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、膨張させられたとき、比較的に順応性を留め得る。

アクチュエータ１００は、比較的にソフトまたは順応性構造を可能にする、１つ以上のエラストマ材料から作製され得る。用途に応じて、エラストマ材料は、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得る。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を含み得る（但し、種々の修正または付属品が、アクチュエータの把持および／または曲がり能力を改良するために、基部１０２に追加され得る）。基部１０２は、標的物体をつかむ把持表面を形成し得る。

アクチュエータ１００は、１つ以上のアコーディオン状延長部１０４を含み得る。アコーディオン状延長部１０４は、アクチュエータ１００が、膨張させられると、曲がることまたは屈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長部１０４は、一連の山１０６および谷１０８を含む。アコーディオン状延長部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長外形を得るために変動させられることができる。

図１Ａ－１Ｄの例示的アクチュエータは、広くされると、「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長部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つ以上の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、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に延びている。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、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医療安全性材料から作製され得る。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得る。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得る。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得る。

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せられ得る。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を含み得るか、またはそれに取り付けられ得る。可撓性管類１１８は、膨張流体の供給を調整するために、膨張デバイス１２０の場所において膨張デバイス１２０におけるインフレータ弁１２４にも、または代替として、取り付けられ得る。

可撓性管類１１８は、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も含み得る。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り得る。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み得る。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み得る。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み得る。

膨張デバイス１２０は、膨張流体を供給するための流体供給部１２６を含み得る。例えば、流体供給部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り得るか、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り得る。

膨張デバイス１２０は、膨張流体を流体供給部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をさらに含む。流体送達デバイス１２８は、流体をアクチュエータ１００に供給するか、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り得る。流体送達デバイス１２８は、電気によって動力を供給され得る。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部１３０を含み得る。

電力供給部１３０は、電力を制御デバイス１３２にも供給し得る。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、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制御信号を流体送達デバイス１２８に送信するコントローラ１３６を含み得る。コントローラ１３６は、本明細書に説明される手順を行うために、非一過性コンピュータ読み取り可能な媒体上にエンコードされた好適な論理または命令でプログラムされ得る。

（延長ロッド上に搭載されるグリッパ）
ソフトロボットグリッパは、貯蔵容器内の部品の山からの個々の部品を捕らえること等の散乱した環境および非構造化環境における物体を握ることに熟達している。多くのロボットアームは、一方、大型かつ嵩張り、その結果、エンドエフェクタが部品に接近するにつれて、容器と衝突するであろう。この問題は、延長ロッドを介して、ソフトロボットグリッパをアームに取り付けることによって緩和され得る。このロッドは、薄型であり、その結果、グリッパが容器内の物体に接近する間、その容器と衝突する可能性が少ない。

図２Ａ－２Ｃは、ソフトロボットグリッパ２０２が倉庫内の袋または容器等の狭い空間の中に到達することを可能にするための延長ロッド２０８を採用するソフトロボットシステムの例を描写する。図２Ａ－２Ｃにおける全てのソフトアクチュエータは、その非作動状態に描写されることに留意されたい。

図２Ａは、ソフトロボットグリッパ２０２が取り付けられているロボットアーム２０６を描写する。グリッパ２０２は、１つ以上のソフトロボットアクチュエータ１００（図２Ｂ参照）を含み得る。描写される実施形態では、２つのそのようなアクチュエータが、グリッパ２０２を遠位端２０４に接続するために好適な搭載金物類を有するロボットアームの遠位端２０４を通して、ロボットアーム２０６に取り付けられる。ロボットアーム２０６は、グリッパを３次元空間内の特定の場所に、および／または、特定の向きに配置するように操作され得る、１つ以上の関節を有し得る。

ロボットアーム２０６は、グリッパ２０２が広くされ得る場所の点で限定され得る。例えば、グリッパ２０２は、グリッパが拡張する（例えば、遠位端２０４と垂直方向に）最大距離を表す幅ｗ_{ｇｒｉｐｐｅｒ}を有する。遠位端は、グリッパ幅ｗ_{ｇｒｉｐｐｅｒ}と同一方向におけるロボットアームの遠位端の範囲を表す幅ｗ_ａｒｍを有し得る。ｗ_ａｒｍおよび／またはｗ_{ｇｒｉｐｐｅｒ}の値に応じて、グリッパ２０２を限定されたサイズの開口部を有するコンテナの中に挿入することが困難または不可能であり得る。

したがって、例示的実施形態によると、ロボットシステムは、ロボットアームの遠位端２０４からグリッパ２０２の近位端までの距離ｄが調節されることを可能にする延長ロッド２０８を具備し得る。延長ロッドは、グリッパの幅ｗ_{ｇｒｉｐｐｅｒ}および／または基部の幅ｗ_ｂａｓｅ未満の幅を有し得る。したがって、図２Ｃに示されるように、グリッパ２０２が、コンテナ２１２の中に挿入されると、延長ロッドのより小さい幅は、延長ロッド２０８を伴わずには不可能であるであろう角度において、グリッパ２０２が向け直されることを可能にする。

より具体的には、図２Ｃは、容器またはコンテナ２１２内の物体２１０をつかむために位置付けられる延長ロッド上のソフトロボットグリッパを描写する。延長ロッド２０８は、ソフトグリッパ２０２が、嵩張るロボットアーム２０６がコンテナ２１２と衝突せずに、狭い空間の中に到達することを可能にする。

いくつかの実施形態では、延長ロッド２０８は、長さが固定され得る。言い換えると、延長ロッドは、ロボットアームの遠位端２０４から距離ｄにおいてグリッパ２０２を維持するために恒久的に付けられ得る。代替として、延長ロッドは、後退可能／延長可能であり得る。例えば、延長ロッド２０８は、遠位端２０４の中に後退し得るか、または伸縮自在ロッドであり得る。延長ロッド２０８は、手動で、機械的に、空気圧式に、または油圧式に調節され得る。

延長ロッド２０８は、ロボットアームの遠位端２０４からのグリッパ２０２を延長ロッド２０８によって画定された距離ｄに支持するために好適な任意の材料から構築され得る。延長ロッド２０８は、遠位端２０４内の開口部または孔の中におよびそこからスライドし得る。代替として、延長ロッド２０８は、遠位端２０４の側面または他の外部部分に搭載され得る。ロボットシステムは、１つまたは複数の延長ロッド２０８を採用し得る。

いくつかの状況では、標的物体２１０は、ある角度において最も接近させられ得る（例えば、標的物体２１０が、他の非標的物体に包囲されるか、または別様にそれに近接近するとき）。そのような場合、ロボットシステムは、最初に、比較的に急峻な角度（例えば、グリッパ２０２が、コンテナ２１２の側面および／またはコンテナ２１２内の物体と衝突せずに、コンテナ２１２の中に挿入されることを可能にする角度；そのような角度は、例えば、実質的に９０度であり得る）において、コンテナ２１２に接近するようにプログラムされ得る。続いて（例えば、グリッパ２０２が、完全または部分的に、コンテナ２１２内に配置された後）、ロボットアームの遠位端２０４は、グリッパ２０２をコンテナ２１２に対して角度付けるように、向け直され得る。向け直しの前、間、または後、延長ロッド２０８は、グリッパ２０２が遠位端２０４に直接取り付けられたままでコンテナ２１２の中に延長される場合に不可能であり得る方法で、標的物体２１０に接近するように延長され得る。例えば、延長ロッド２０８が、図２Ｃの実施形態に存在しない場合、グリッパは、グリッパ２０２および／またはロボットアーム２０４の遠位端の幅に起因して、標的物体２１０に直接接近不可能であろうことが分かる。グリッパ２０２および／またはロボットアーム２０４の遠位端は、コンテナ２１２の上側壁によって遮断されるであろう。例えば、ロボットアームの遠位端が、物体に接近可能である場合でも、ロボットアームの遠位端の幅は、物体がシステムの一部が容器壁に衝打せずに握られ得る角度を限定し得る。いくつかの状況では、例えば、近隣物体との衝突を回避するために、または物体上の最良握持点を利用するために、特定の側から、または特定の角度において標的物体をつかむことが望ましくあり得る。グリッパを向け直し、および／または延長ロッド２０８を延長することによって、この問題は、回避され得る。ロボットアーム２０６を制御するように構成されるコントローラは、そのような命令を実行するための非一過性コンピュータ読み取り可能な媒体上に記憶される好適な論理でプログラムされ得る。

いくつかの実施形態では、延長ロッドは、必ずしも、基部から直接外向き方向に延びている必要はない。例えば、いくつかの用途では、容器等の散乱した環境内に位置する、可変サイズの物体を捕らえることが可能であることが望ましい。

可変サイズの物体を捕らえる１つのアプローチは、ソフトアクチュエータ間の距離を再構成可能なグリッパを設計することである（回転もしくは線形モータ、ソレノイド、従来のハード空気圧または油圧アクチュエータ、もしくは手動調節のいずれかを用いて）。物体を容器（または他の散乱した環境）から取り上げる場合、グリッパが、エンドエフェクタと容器との間の衝突の機会を最小化するために、その断面を低減可能であるという追加の要件が存在する。

例えば、図３Ａ－３Ｄは、調節可能ヒンジ付きグリッパを描写する。グリッパは、１つ以上のアクチュエータ１００－１、１００－２を含み得、各々は、インターフェースまたはアクチュエータ基部３０２－１、３０２－２に付けられる。アクチュエータ基部３０２－１、３０２－２は、それぞれ、第１のヒンジ機構３０４－１、３０４－２を含むか、またはそれに取り付けられ得、第１のヒンジ機構３０４－１、３０４－２は、それぞれ、基部３０２－１、３０２－２を第１および第２の延長ロッド３０６－１、３０６－２に回転可能に接続する。延長ロッド３０６－１、３０６－２は、延長ロッド３０６－１、３０６－２をグリッパハブ３１０に回転可能に接続する第２のヒンジ機構３０８－１、３０８－２を含み得るか、またはそれに取り付けられ得る。

ヒンジ機構３０４－１、３０４－２、３０８－１、３０８－２は、手動で、機械的に、空気圧式に、または油圧式に調節され、アクチュエータ（ｉｄ_{ａｃｔｕａｔｏｒｓ}）間の内部距離を修正し得る。例えば、モータまたは空気圧もしくは油圧回転式アクチュエータは、相対的距離を調節する目的のために、ヒンジ内に位置し得る。同一機構は、ヒンジ３０４－１、３０４－２、３０８－１、３０８－２を駆動し、アクチュエータ１００－１、１００－２の角度を調節するために使用され得る。ヒンジをハブ基部３１０およびアクチュエータ基部３０２－１、３０２－２の両方上に設置することは、相対的アクチュエータ距離が、相対的アクチュエータ角度から独立して調節されることを可能にする。

延長ロッド３０６－１、３０６－２のサイズおよび／またはヒンジ３０４－１、３０４－２、３０８－１、３０８－２の最小および最大回転量は、つかまれるべき標的物体のサイズの範囲に基づくｉｄ_{ａｃｔｕａｔｏｒｓ}のための値の範囲を可能にするように選択され得る。したがって、グリッパは、収縮状態（図３Ａ）と拡張状態（図３Ｂ）との間で移動させられ得る。

故に、グリッパは、アクチュエータ１００－１、１００－２が作動させられると、異なってサイズを決定された標的物体が握られることを可能にするために、サイズを調節することができる（図３Ｃ）。代替として、または加えて、収縮させられたグリッパは、コンテナの中への挿入のために、比較的に狭い開口部の中に、またはある角度において移動させられ、次いで、標的物体をつかむために、広くされ得る。例えば、そのような構成は、グリッパが、孔等の比較的に小開口部を伴うプレートまたは他の障害物の中に挿入されることを可能にするであろう。この状況では、アクチュエータ間の距離は、ヒンジ機構を使用してアクチュエータを互いに向かって引き寄せることによって、最小化され得る。そして、グリッパは、開口部を通して嵌るために十分に小さい幅を有し得る。開口部の他側では、グリッパのアクチュエータが、物体をつかむための好適な位置にあるように延長され得る。

図３Ａ－３Ｃは、アクチュエータあたり単一ヒンジ付きセグメント（例えば、ヒンジ３０４－１、３０８－１間の延長ロッド３０６－１によって画定されたヒンジ付きセグメント）を描写するが、アクチュエータあたり複数のヒンジ付きセグメントが、採用され得る。これは、例えば、アクチュエータ位置、角度、距離等のより微細な制御を可能にし得る。

図４Ａ－４Ｄに描写されるさらなるヒンジ付き実施形態では、アクチュエータハブは、ヒンジの組によって、一緒に接続され得る。この例では、第１のアクチュエータ１００－１は、第１のアクチュエータハブ４０２－１に付けられ、第２のアクチュエータ１００－２は、第２のアクチュエータハブ４０２－２に付けられている。各アクチュエータハブは、１つ以上の第１のヒンジ（この場合、ヒンジ４０６－１、４０６－２、４０６－３、４０６－４）に取り付けられ得、それらは、１つ以上の延長ロッド４０８－１、４０８－２、４０８－３、４０８－４を介して、１つ以上の第２のヒンジ４０４－１、４０４－２に取り付けられ得る。図４Ａおよび４Ｂは、それぞれ、グリッパが収縮状態にある間のそのような実施形態を側面および上部から描写する。図４Ｃおよび４Ｄは、それぞれ、グリッパが延長状態にあるときの本実施形態を側面および上部から描写する。

前の例におけるように、ヒンジは、任意の好適な手段によって制御され得、システムの種々のパラメータ（延長ロッド長さ、ヒンジ最小角度、ヒンジ最大角度、アクチュエータハブサイズ等）が、ｉｄ_{ａｃｔｕａｔｏｒｓ}のための値の所望の範囲を提供するように設定され得る。

図５Ａ－５Ｂに描写されるさらに別の実施形態では、延長ロッドは、グリッパシステムのそれぞれの側面間の相対的角度を変化させるために、回転式アクチュエータに付けられ得る。図５Ａに示されるように、２つ以上の対向アクチュエータ１００－１、１００－２、１００－３、１００－４は、それぞれ、アクチュエータハブ５０２－１、５０２－２に取り付けられる。ハブ５０２－１、５０２－２は、延長ロッド５０４－１、５０４－２に取り付けられ、それら自体は、回転式アクチュエータ５０６に付けられる。

回転式アクチュエータ５０６は、機械、空気圧、油圧等であり得る。延長ロッド５０４－１、５０４－２の一方または両方は、ｉｄ_{ａｃｔｕａｔｏｒｓ}とそれぞれのアクチュエータ間の角度との一方または両方を操作するために、回転式アクチュエータ５０６を介して操作可能であり得る。いくつかの実施形態では、延長ロッドのうちの１つ５０４－１は、静的であるか、または固定され得、他の延長ロッド５０４－２は、図５Ｂに示されるように、非固定アクチュエータ１００－１、１００－２を固定アクチュエータ１００－３、１００－４と近接するよう移動させるように、回転式アクチュエータ５０６を介して操作可能であり得る。

いくつかの実施形態では、延長ロッドは、グリッパのアクチュエータ間の距離を修正するために、一緒になるように、または離れるように駆動されることが可能なレールもしくは他の類似デバイスの形態であり得る。図６Ａ－７Ｂは、アクチュエータ／ハブシステムによって占有される空間量を限定しながら、隣接するアクチュエータ間の距離が変動させられることを可能にする種々の実施形態を描写する。閉鎖構成にあるとき、レールまたは他の類似硬質ハブ構成要素を含み得るこれらの実施形態の構成要素は、あったとしても、システムからわずかな程度のみ延び、それは、システムがコンパクトのままであることを可能にする。展開されると、アクチュエータは、グリッパが比較的により大きい標的物体をつかむことを可能にするために十分な程度まで離れるように駆動され得る。

図６Ａ－６Ｂは、２つ以上のアクチュエータ（この場合、４つのアクチュエータが、１００－１、１００－２、１００－３、１００－４として標識される）が、１つ以上のグリッパハブ６０２－１、６０２－２に搭載される実施形態を描写する。グリッパハブ６０２－１、６０２－２の各々は、１つ以上の歯車付きレール６０４－１、６０４－２に搭載され、モータ６０６によって中心場所において接続される。

レール６０４－１、６０４－２は、モータ６０６の対応する歯車と噛合する、歯車付き機構を含み得る。モータ６０６が、１つの方向に駆動されると、歯車の運動は、歯車付きレールを離れるように移動させ、ハブ６０２－１、６０２－２を互いから離れるように押し得る（図６Ａ）。モータ６０６が、異なる方向に駆動されると、歯車の運動は、歯車付きレール６０４－１、６０４－２を一緒により近づくように移動させ、ハブ６０２－１、６０２－２を一緒に引っ張り得る（図６Ｂ）。

図７Ａ－７Ｂは、動作時、図６Ａ－６Ｂのモータベースのシステムに類似する空気圧システムを描写する。システムでは、アクチュエータは、ハブ７０２－１、７０２－２に搭載され、ハブ７０２－１、７０２－２は、ガイドレール７０４－１、７０４－２に取り付けられる。空気圧線形アクチュエータ７０６等の空気圧システムは、ハブがガイドレール７０４－１、７０４－２に沿って誘導されるにつれてハブ７０２－１、７０２－２を離れるように駆動するために、空気等の空気圧流体を受け取るように動作可能であり（図７Ａ）、または、ハブがガイドレール７０４－１、７０４－２に沿って誘導されるにつれてハブ７０２－１、７０２－２を一緒になるように駆動するために、流体を排出するように動作可能である（図７Ｂ）。空気圧流体供給管７０８は、空気圧流体を空気圧線形アクチュエータ７０６にまたはそこから送達し得る。異なる弁システムが、空気圧システムの運動を制御するために使用されることができることに留意されたい。

空気圧システムの代替として、またはそれに加え、グリッパは、油圧流体を介して、油圧式に調節可能であり得る。

（可撓性パッドまたはパドルを伴うグリッパ）
次に、標的物体８０４を対向する可撓性および／または隆起付きパッドもしくはパドル８０２（へらまたは受動的にコンプライアントなパッドもしくはパドル等）に対して押し付けるために、１つ以上のソフトアクチュエータ１００を使用するグリッパまたは類似ツールが、図８Ａ－８Ｂを参照して説明される。

物体８０４に対するソフトアクチュエータ１００の動作は、物体８０４が、パッドまたはパドル８０２にしっかりと保持されることを可能にする。この構成は、側面、上部、または底部においてつかまれた場合にそれら自身の重量を支持することができない非常に脆弱な物体８０４が、パッドまたはパドル８０２を物体８０４の真下にスライドさせ、そして対向するアクチュエータ１００でそれを固定することによって、持ち上げられることを可能にする。さらに、この構成は、物体の側面または上部がくっつきやすいとき、または脆弱であるとき（物体の底部以外の全ての側面において容易に亀裂が入るチョコレートコーティングの場合等）、有用である。このアプローチは、平坦表面（例えば、台）上の薄型物体、狭い空間内の細い物体の操作のためにも、または、単にコスト有効性のためにも採用され得る。

パドル８０２およびアクチュエータ１００は、ハブ８０６に付けられ得、ハブ８０６は、膨張流体をアクチュエータに供給するか、またはそこから引き出すためのインターフェースも含み得る。ハブ８０６は、ロボットアームに取り付けられ得る。ハブ８０６は、つかまれるべき標的物体８０４のサイズまたは形状に対応する選択された幅ｗ_ｈｕｂを有し得る。例えば、標的物体の幅に応じて、ハブ幅ｗ_ｈｕｂは、アクチュエータ１００が作動させられると、所定の標的力範囲内の力で物体をつかむために、パドル８０２およびアクチュエータ１００が適切に間隔を置かれるように選択され得る。

動作時、パドル８０２は、対向アクチュエータ１００が取り除かれ、後退させられている間（例えば、真空状態において、図８Ａ参照）、脆弱なアイテム（例えば、焼かれた食品および菓子、農産物、スポンジ状材料、固くない肉製品等）の真下にスライドされる。アクチュエータ１００を後退状態に展開することは、アクチュエータ１００が、パドル８０２が標的物体８０４下にスライドされる間、妨げにならない所に移動させられることを可能にする。

アクチュエータ１００は、次いで、部分的または完全に膨張させられ、アクチュエータ１００を物体８０４と支持接触させ得る（図８Ｂ）。グリッパが、アイテムを完全に支持し、物体８０４が、パドル８０２に対して固定されると、物体８０４は、次いで、比較的に高速で移動させられ、および／または、向け直され得る。

グリッパが他の構成において配置され得ることに留意されたい。例えば、焼かれた商品が、アイシングで被覆される場合、焼かれた商品を上部から握ることが望ましくないこともある。故に、パドルは、焼かれた商品下にスライドされ得る一方、１つ以上のアクチュエータは、焼かれた商品を側面からつかむ。別の例では、パドルは、ハンバーガーまたは他のサンドイッチ下にスライドされ、その重量を支持し得、１つ以上のアクチュエータは、側面から適用され、サンドイッチが、加速または減速の間、パドルから滑り落ちることを防止し得る。

さらに、可撓性パッドまたはパドルの代替として、またはそれに加え、グリッパは、物体を箱、皿状物、または他の形態のレセプタクルの中に向かわせ得る。例えば、ロボットツールは、物体をエンクロージャの中に掃く１つ以上のソフトロボットアクチュエータとともに、ちり取り状エンクロージャを含み得る。

（吸引および／または蛇腹補助グリッパ）
図９Ａ－９Ｄは、吸引カップ９０２を採用するグリッパの例を描写する。

吸引カップグリッパが、物体を密に詰まった環境から除去することに熟達し得る多くのシナリオが存在する。吸引カップ９０２は、改良された握持能力を提供し、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定する役割を果たし得る。

いくつかの事例では、吸引カップ９０２が獲得する握力が、グリッパがロボットによって向け直され、または急速に加速もしくは減速されるとき、物体を保持するために十分に強くないこともある。これらの事例では、最初に、吸引カップを使用して、物体を密に詰まった環境から除去し、次いで、グリッパが向け直され、または急速に加速もしくは減速されるとき、物体を固定するであろうソフトアクチュエータ１００を用いて、物体をさらに握ること、ならびに抱くように持つことが有用であり得る。

吸引カップ９０２およびアクチュエータ１００－１、１００－２は、グリッパハブ９０４に搭載され得る。いくつかの実施形態では、吸引カップ９０２の遠位端は、アクチュエータ１００－１、１００－２の遠位端を越えて延び得る。故に、グリッパが、つかまれるべき標的物体の上に降下されるとき（図９Ｂ）、吸引カップ９０２は、標的物体と最初の接触を為す。

随意に、グリッパハブ９０４は、吸引カップ９０２に係合する（吸引カップ９０２を、図９Ｃに示されるように、グリッパハブ９０４に向かって引き出す）ために、真空を吸引カップ９０２に適用可能であり得る。より具体的には、吸引カップ９０２の端部における開口部が遮断される限り（例えば、握持標的によって）、カップ９０２に加えられる吸引は、カップ９０２の１つ以上のアコーディオン状襞を折り畳ませる効果を有する。

標的物体が、環境内の他の物体から取り除かれるように引っ張られると、アクチュエータ１００－１、１００－２は、標的物体をつかみ、さらに固定するために、作動させられ得る（図９Ｄ）。

いくつかの実施形態では、吸引カップ９０２は、後退可能ロッドに取り付けられ得る。これらの場合、吸引カップ９０２は、ロッドの作用によって、握持標的に向かって延長され得る。吸引カップ９０２は、握持標的とシールし得、その時点で、ロッドは、グリッパハブ９０４に向かって後退させられ、したがって、握持標的をグリッパハブ９０４に取り付けられるアクチュエータ１００－１、１００－２に向かって戻るように引き寄せ得る。アクチュエータ１００－１、１００－２は、次いで、握持標的を保持し、抱くように持つために、作動させられ得る。

いくつかの実施形態では、吸引カップ９０２は、真空の適用時、長さを実質的に変化させない。これらの場合、アクチュエータ１００－１、１００－２は、物体に接触し、最初の握持を獲得する吸引カップの能力を妨げないように、逆に曲げられ得る。物体が、吸引カップ９０２によってつかまれ、その散乱した環境から離れるように引っ張られた後、ソフトアクチュエータ１００－１、１００－２内の真空は、ソフトアクチュエータ１００－１、１００－２が握力を握持標的に加えることを可能にするために、正圧によって置換され得る。

この構成の例は、図１０Ａ－１０Ｃに描写される。アクチュエータ１００－１、１００－２の逆曲げを図示することに加え、この構成は、操作のために物体を準備するために使用される吸引カップ９０２を示す。例えば、吸引カップ９０２は、内容物が運動中の握持においてシフトまたはスリップする可能性（例えば、袋地、包装、布、またはメッシュが、アイテムが周囲ソフトアクチュエータによってつかまれる前に、吸引を介して緊張されるように引っ張られること）を低減させることによって、ソフトアクチュエータ１００－１、１００－２を用いた握持の確実さを改良するために、部分的に物体の重量を支持すること、ソフトアクチュエータ１００－１、１００－２によるアイテムの握持を補助する様式で物体を位置付けること、または、（描写される例における）アイテムを包囲するゆるい材料を固定することを行うために使用され得る。

例えば、図１０Ａは、握持標的物体が接近させられるように周囲ソフトアクチュエータ１００－１、１００－２が後退させられている間に吸引カップ９０２が起動されるグリッパを描写する。図１０Ｂは、吸引カップが袋地または包装材料を緊張するように引っ張られた状態におけるグリッパを描写する。随意に、吸引カップは、さらに、または代替として部分的に、握持標的物体の重量を支持し得る。図１０Ｃは、周囲ソフトアクチュエータ１００－１、１００－２が、起動され、握持標的物体に固定する状態におけるグリッパを描写する。緩んだバッグ詰めまたは包まれたアイテムの高速操作が、ここで、袋地または包装材料に対してスリップするリスク、または封入されたアイテムのシフトのリスクが低減させられた状態で行われ得る。

他のシステムが、吸引カップの代わりに、またはそれに加え、使用され得る。例えば、図１１Ａ－１１Ｃは、コンプライアントな要素（この例では、コンプライアントなパッド１１０４およびグリッパハブ１１０６に取り付けられる蛇腹１１０２）を伴う、ソフトグリッパを描写する。

蛇腹システム１１０２は、解放時、つかまれた物体がグリッパによって性格に位置付けられることを可能にすることにおいて有用であり得る。そのような制御が有用であり得る一例は、クッキー生地ボールをクッキングシート上に置くことを伴う。この例では、クッキー生地は、比較的にくっつきやすくあり得、その結果、ボールは、フィンガが生地ボールを解放するとき、その他よりグリッパのフィンガのうちの１つにくっつく傾向にある。これらの場合、生地ボールは、最もくっついたフィンガの方向に引っ張られる傾向にあり、したがって、所望の設置位置から中心をずれてクッキングシート上に着地する。これは、調理中、問題をもたらす。なぜなら、クッキー生地ボールがその近隣に近い場合、焼成プロセス中にその近隣と融合し、１つの大きく誤って成形されたクッキーを形成することもあるからである。

いくつかの用途では、設置正確度は、握持から解放された後に物体を配置する位置決め特徴を環境内で使用することによって改良され得る。しかしながら、それは、平坦シート上で調理される必要があるので、クッキーに対して不可能である（平坦シート上で調理されなければ、環境の構造が、最終調理製品の形状の中に埋め込まれるであろう）。代替として、より多くの間隔を焼成シート上の生地ボール間に追加することによって、設置における不正確性を補償し得る。しかしながら、それは、クッキングシート面積あたりより少数の生地ボールに起因して、ベーカリーにとってより低いスループットを含む、減少された効率に起因して、容認不可能な解決策であり得る。したがって、微細な設置制御が、この用途では、特に重要であり得る。

図１１Ａは、コンプライアントなパッド１１０４を伴う蛇腹１１０２を描写する。パッド１１０４材料は、相互作用される物体に基づいて選定され得るか、またはいくつかの実施形態では、パッド１１０４は、アコーディオン状蛇腹１１０２に有利となるように完全に排除され得る。描写される実施形態では、蛇腹１１０２は、最初に、中立位置および中立長さに提供される。

図１１Ｂでは、グリッパは、物体をつかんでいる。最初に、ハブ１１０６が、下向きに移動させられ、蛇腹１１０２がつかまれる物体（パッド１１０４によって伝達される）とグリッパハブ１１０６との間に及ぼされる力によって圧縮されることをもたらす。アクチュエータ１００－１、１００－２は、次いで、物体をしっかりとつかむために、作動させられ得る。

図１１Ｃでは、グリッパは、アクチュエータ１００－１、１００－２の作動を解除することによって、物体を解放する。蛇腹１１０２は、蓄えられた力によって、中立位置に向かって、かつそれを過ぎて押し戻され、したがって、物体を正確に位置付けることに役立つ。

握持および位置付けのために、いくつかの方法が、使用され得る。例えば、蛇腹１１０２は、補助的力を供給せずに（例えば、真空または正圧を蛇腹１１０２に印加せずに）、使用され得る。そのような実施形態では、標的物体は、コンプライアントな構造の復元力によって標的場所に設置され得る。別の実施形態では、蛇腹１１０２は、物体を定位置に保持するために、真空とともに採用され得る。この場合、真空は、物体のより良好な握持を提供することを補助し得る。さらに別の実施形態では、蛇腹は、正圧と共に使用され得る（例えば、物体を解放するため）。この場合、追加の力は、物体の解放時に発生させられ、物体がより正確に設置されることを可能にし得る。なおもさらに、コンプライアントなパッド１１０４は、駆動機構（例えば、モータ、空気圧システム、油圧システム等）によって駆動されるロッドに取り付けられ得る。握持標的が、解放されようとするとき、アクチュエータは、後退させられ得（例えば、真空または負圧を加えることによって）、ロッドは、延長され、標的物体をグリッパから離れるように押し得る。ロッドは、アクチュエータが後退させられるのと同時に、または直前に、延長され得る。この場合、アクチュエータの開放運動のタイミングに対してロッドの延長運動を駆動するタイミングは、所与の用途のための所望の遅延を提供するように調整され得る。ハードウェアコントローラは、アクチュエータの開放およびロッドの駆動を適切なタイミングで制御し、標的物体を解放するための好適な論理でプログラムされ得る。

これらの技法は、一緒に採用され得る（例えば、真空を使用して、把持を改良し、追加される正圧で解放力を補完する）。

解放時の物体位置付けは、図１２に示されるように、ばね１２０２等の他のコンプライアントな要素を介して達成されることもできる。そのような要素のための動作の理論は、図１１Ａ－１１Ｃに描写されるものに類似する。

図１１Ａ－１２に描写されるように、コンプライアントな構造を使用する概念は、複数のコンプライアントな構造を、直列または並列もしくは任意の好適な組み合わせにおいて使用し、所望のコンプライアンス／剛性値を達成することによって、達成されることができる。

ある場合、ソフトグリッパは、アクチュエータの長さより大きいサイズの物体をつかむ必要があり得る。そのような用途のために、変形可能膜１３０２が、図１３Ａ－１３Ｃに示されるように、採用され得る。変形可能膜１３０２は、グリッパハブ１３０４の一部であり得るか、またはアクチュエータ１００－１、１００－２の少なくとも一部とアクチュエータハブ１３０４との間に位置する別個の部品であり得る。膜１３０２が弾性的である場合、握持中、大きい物体を収容するように変形するだけではなく、解放中、それが物体に対して戻るように及ぼす復元力によって（解放中）、それを位置付けることにも役立つ。

さらに、生地ボールのようなコンプライアントな握持標的の場合、膜１３０２は、変形させられた膜１３０２によって、握持標的に加えられている力に起因して、つかまれている物体を成形するために使用され得る。

図１３Ａは、初期長さにおける膜１３０２を有するグリッパを描写する。この中立位置では、膜１３０２は、水平に留まり、それ自身の重量下でたるまないために、ある程度の張力下にあり得る（膜１３０２は、用途の要件に応じて、事前に張力がかけられことも、そうでないこともある）。

図１３Ｂは、作動状態におけるアクチュエータ１００－１、１００－２を用いて物体を保持するグリッパを描写する。膜１３０２は、伸び（物体によって及ぼされる力によって）、つかまれた物体の形状を収容する。

図１３Ｃでは、グリッパは、物体を解放する。膜１３０２は、その初期形状を取り戻す。膜１３０２は、弾性的であるので、つかまれた物体を押しやることによって、それが蓄えた力を返し、したがって、物体を位置付けることに役立つ。

大きい物体の握持は、図１４Ａ－１４Ｂに示されるように、非弾性膜を使用することによって達成されることもできる。本実施形態では、膜１４０２は、布地または織物等の材料から作製され得る。動作の理論は、弾性膜のそれに類似するが、非弾性である膜１４０２は、伸びて物体を収容することができない。代わりに、膜１４０２は、ハブ１４０４の他側に反転し、物体のための空間を提供し得る。さらに、そのような膜１４０２は、解放中、全く力を提供しないか、または最小の力を提供し、物体を位置付けることに役立ち得る。

それにもかかわらず、膜は、依然として、物体を包囲し、摩擦を発生させ得るので、把持を補助し得る。膜は、物体が布地に強く押し付けられた場合、力を物体に加えることもできる。

例えば、図１４Ａは、その自然位置（本実施形態では、膜１４０２は、それ自身の重量下でたるむ）における膜１４０２を伴うグリッパを描写する。アクチュエータ１００－１、１００－２は、非作動状態である。図１４Ｂは、物体を保持するグリッパを描写する。アクチュエータ１００－１、１００－２は、作動させられる一方、膜１４０２は、ハブ１４０４の反対側にめくり上がり、つかまれた物体の形状を収容する。

図１５Ａ－１５Ｃは、前の例におけるように、可撓性または拡張可能膜を組み込む、グリッパを描写する。しかしながら、これらの実施形態では、膜１５０２は、２つ以上のソフトアクチュエータ１００－１、１００－２の接触表面に接続する。膜１５０２は、標的物体の解放を補助し、除去可能／再設置可能接触表面を標的物体に対して提供し、および／または、標的物体をより完全に包囲するように構成され得る。そのような機能性は、例えば、膜１５０２が（例えば）ある体積を完全に包囲するように適切にサイズを決定される場合、緩く詰められたアイテムまたはより小さいアイテムの集合をつかむために有用であり得る。膜１５０２は、生地ボール等のコンプライアントな握持標的を成形するために使用され得る。さらに、膜１５０２は、包囲アクチュエータの解放時、再現可能かつ制御された方法において、緊張するように引っ張られ、含まれる物体を効果的に排出するように設計され得る。なおもさらに、膜１５０２は、未加工チキンドラム肉等の非常に滑らかな変形可能な物体を握るために有用である。

膜１５０２は、容易に清掃または交換され、物体の染みを防止し、食品アイテムのための衛生的接触表面を維持し得る接触表面を提供するために取り外し可能であり得る。

図１５Ａは、そのような膜１５０２を採用するグリッパが、中立状態において展開され、標的握持物体に接近する準備ができている例を描写する。図１５Ｂは、内側膜１５０２と接続を共有する包囲アクチュエータ１００－１、１００－２が、起動され、膜１５０２に標的握持物体を完全に包囲させている状態における同じ例示的グリッパを描写する。図１５Ｃは、包囲アクチュエータ１００－１、１００－２が後退させられ、したがって、膜１５０２に標的握持物体を包囲することから完全緊張状態に遷移させている同一例示的グリッパ実装を描写する。これは、下向き力を標的握持物体に対してもたらし、それが握持から制御可能に排出されることを可能にする。

例示的実施形態はさらに、図１５Ｄ－１５Ｊに描写される。例えば、図１５Ｄは、膜１５０２を有する４アクチュエータシステム（そのうち２つのアクチュエータ１００－１および１００－２が、側面図において可視である）を描写する。図１５Ｄにおけるアクチュエータは、中立非作動位置に描写される。図１５Ｅは、正に膨張させられ、作動させられた構成におけるアクチュエータを伴う同一システムを描写する一方、図１５Ｆは、真空が加えられる（負の膨張）ときの同一システムを描写する。

図１５Ｇは、標的物体（この例では、チキン等の滑りやすく不規則形状の標的物体）をつかむ４アクチュエータシステムを描写する。図１５Ｈは、拡大図における膜１５０２を描写する一方、図１５Ｉは、標的物体に接近するシステムを示し、図１５Ｊは、標的物体と初期接触し、それをつかみ始めているシステムを描写する。

（延長先端を伴うグリッパ）
図１６は、アクチュエータの外部部分に沿って位置するグリッパ先端１６０２の形態における握持表面とともに設計されるアクチュエータ１００を描写する。グリッパ先端１６０２は、グリッパが、密に詰められた環境内において、近隣物体と衝突せずに、物体を取り上げるように操縦することを可能にする。

ある場合、ロボットアームおよび／またはグリッパの幅は、必ずしも、散乱した環境内または制約された環境内で標的物体をつかむことにおいて限定要因ではないこともある。例えば、内向きに向けられた表面上に把持表面を有するアクチュエータ１００自体が、いくつかの用途のために大きすぎる断面を有し得る。故に、アクチュエータ１００の断面が握られるべき物体の断面の外側に延びている範囲が、先端１６０２を使用して、低減または最小化され得る。

先端１６０２は、エラストマ、完全剛体（例えば、プラスチックから作製される）、またはコンプライアントな表面を伴う剛体（例えば、オーバーモールドされた硬質プラスチック部品をそのコアに伴うエラストマである、グリッパ先端を有する）であり得る。先端１６０２は、標的物体をつかむように構成される先端１６０２のエリア内の摩擦および／または握力を増加させるために、内部把持表面上にテクスチャ加工され得る。

グリッパ先端１６０２は、アクチュエータ１００の遠位端から延び得、把持表面内部（すなわち、アコーディオン状延長部１０４の外側先端の方向における）をアクチュエータの基部１０２に提供し得る。

グリッパ先端１６０２をアクチュエータの外側表面に向かって位置付けることによって、つかむために必要とされる断面積の外側に位置するアクチュエータ断面の量は、最小化され得る。故に、グリッパおよび／またはアクチュエータは、図１６に示される例におけるように、狭い空間の中に、または密に詰まった物体間に操縦され得る。

（専門用語に関する一般的注意点）
いくつかの実施形態は、その派生語とともに、表現「一実施形態」または「ある実施形態」を使用して説明され得る。これらの用語は、実施形態と関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、少なくとも一実施形態に含まれることを意味する。明細書内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、全て同一実施形態を参照するわけではない。さらに、別様に注記されない限り、上記に説明される特徴は、任意の組み合わせにおいて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は、特徴が互いに非適合であることが述べられない限り、互いに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専門用語を全般的に参照して、本明細書における詳細な説明は、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プロシージャの観点から提示され得る。これらのプロシージャ記述および表現は、その研究の内容を他の当業者に最も効果的に伝達するために当業者によって使用される。

プロシージャは、ここでは、概して、所望の結果につながる動作の首尾一貫したシーケンスであると考えられる。これらの動作は、物理的数量の物理的操作を要求するものである。通常、必ずしもではないが、これらの数量は、貯蔵される、転送される、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。時として、主に、一般的使用の理由から、これらの信号をビット、値、要素、記号、文字、用語、数字、または同等物で参照することが便宜的であることが証明されている。しかしながら、これらおよび類似用語の全てが、適切な物理的数量と関連付けられるべきではなく、単に、それらの数量に適用される便宜的標識であることに留意されたい。

さらに、行われる操作は、多くの場合、一般にヒトオペレータによって行われる知能的動作と関連付けられる、追加または比較等の用語で参照される。ヒトオペレータのそのような能力は、必要ではなく、または大部分の場合、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いずれかでは、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行う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、互いに同意語として意図されない。例えば、いくつかの実施形態は、２つ以上の要素が互いに直接物理的または電気的に接触す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つ以上の要素が互いに直接接触しないが、依然として互いに協働またはと相互作用することを意味し得る。

種々の実施形態はまた、これらの動作を行う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得るか、またはコンピュータ内に記憶されるコンピュータプログラムによって選択的に起動または再構成されるような汎用コンピュータを備え得る。本明細書に提示されるプロシージャは、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き込まれるプログラムと共に使用され得るか、または要求される方法ステップを行うために、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に要求される構造は、所与の説明から明白であろう。

要約は、読者が技術的開示の本質を迅速に確認することを可能にするために提供されることを強調されたい。請求項の範囲または意味を解釈もしくは限定するために使用されないであろうという理解を伴って思量されたい。加えて、前述の詳細な説明では、種々の特徴は、本開示を簡潔にする目的のために、単一実施形態においてともに群化されることが分かる。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列挙されるより多くの特徴を要求することの意図として解釈されるべきではない。むしろ、以下の請求項が反映するように、本発明の主題は、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、本明細書では詳細な説明の中に組み込まれ、各請求項は、それ自体が別個の実施形態を表す。添付の請求項では、用語「～を含む」および「ｉｎ ｗｈｉｃｈ」の各々は、それぞれの用語「～を備えている」および「ｗｈｅｒｅｉｎ」の平易な英語均等物として使用される。さらに、用語「第１」、「第２」、「第３」等は、単に、標識として使用され、数値要件をその物体に課すことを意図するものではない。

上記に説明されたものは、開示されるアーキテクチャの例を含む。当然ながら、構成要素および／または方法論の全ての想定可能な組み合わせを説明することは不可能であるが、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、新規アーキテクチャは、添付の請求項の精神および範囲内にある、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が意図される。

Claims (9)

1. ソフトロボットシステムであって、前記システムは、
   アーム遠位端と、
   １つ以上のソフトロボットアクチュエータを備えているグリッパと、
   前記グリッパに付けられているグリッパ端部を備えている延長ロッドであって、前記延長ロッドは、前記アーム遠位端から所定の距離または可変の距離に前記グリッパを配置するように構成されており、前記延長ロッドは、前記アーム遠位端の幅未満の幅を有し、前記延長ロッドは、前記アーム遠位端から可変の距離に延長可能である、延長ロッドと、
   非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体上に記憶されている論理でプログラムされているコントローラと
   を備え、
   前記論理は、
   前記グリッパを用いてコンテナを接近させるための命令であって、前記グリッパは、前記コンテナの底部に対して第１の角度に向けられている、命令と、
   前記グリッパを前記コンテナ内に少なくとも部分的に配置するための命令と、
   前記グリッパが前記コンテナ内に少なくとも部分的に配置された後に、前記グリッパを第２の角度に向け直すための命令と、
   前記第２の角度に向けられている前記グリッパを用いて前記コンテナ内に標的物体を把持するための命令と
   を含み、
   前記論理は、前記グリッパを前記第２の角度に向け直す前に、または、前記グリッパを前記第２の角度に向け直す間に、または、前記グリッパを前記第２の角度に向け直した後に、前記延長ロッドを延長するための命令をさらに含む、システム。
2. 基部は、前記延長ロッドを受け取るための開口部を備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記システムは、前記グリッパによって把持されたアイテムを支持するように構成されている吸引デバイスをさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記システムは、前記グリッパによって把持されたアイテムを支持するように構成されている膜をさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
5. 前記システムは、前記グリッパによって把持されたアイテムの回収または解放を支持するように構成されている蛇腹をさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
6. 前記システムは、把持された物体と対面接触するように配置されるように構成されているコンプライアントなパッドをさらに備え、前記コンプライアントなパッドは、駆動機構に取り付けられており、前記コントローラは、前記把持された物体を解放し、かつ、前記システムから離れるように前記把持された物体を駆動するために、所定のタイミングで前記アクチュエータの作動解除および前記駆動機構の起動を制御する、請求項１に記載のシステム。
7. 前記システムは、握られた物体の重量を支持するためのパッドまたはパドルをさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
8. 前記システムは、箱またはレセプタクルをさらに備え、前記箱または前記レセプタクルは、前記グリッパによって前記箱またはレセプタクルの中に掃き寄せられる１つ以上の物体を受け取るように構成および配置されている、請求項１に記載のシステム。
9. 前記システムは、前記アクチュエータのうちの少なくとも１つの遠位端上に設けられている１つ以上のグリッパ先端をさらに備え、前記１つ以上のグリッパ先端は、前記アクチュエータのうちの前記少なくとも１つの半径方向外側表面の方に向いている、請求項１に記載のシステム。

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