JP7179556B2 - ロボットグリッパー指 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１７年９月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／５６３４５９号明細書の利益を主張するものであり、その内容を参照により本明細書に援用される。

本開示は、概してロボットグリッパー指に関する。本開示は、特に、第２指に対して相対的に移動可能な第１指と、グリッパーアセンブリに操作される対象物を検出するように構成された少なくとも１つのセンサとを備えたグリッパーアセンブリに関する。また、各実施形態は、付勢部材により保持ブラケットに連結された指に関する。

ロボットは、指を備えたグリッパー等のエンドエフェクタを利用することにより、動作環境において対象物を把持し操作することができる。このようなグリッパーを使用すると、動作環境において様々な対象物の運搬、組立、その他の取扱いができる。例えば、エンドエフェクタを利用したロボットを、塗装、溶接、組立等の工程に使用できる。ロボットのグリッパーは、対象物を押しつぶすなどして変形させることなく、対象物をしっかりと把持する必要がある。ロボットは、任意の数のアプローチによりエンドエフェクタを操作することができる。例えば、従来の一部のロボットは、人間である作業者にエンドエフェクタの観察及び制御を要求する場合がある。別の方法として、カメラ等のセンサを用いて、ロボットのエンドエフェクタを表す画像を撮影する場合もある。ロボットは、カメラが撮影した画像の解析に基づいて対象物を把持する適切な力及び位置を決定するため、１つ以上のコンピュータを備える。

一実施形態では、グリッパーアセンブリは、第１対象物係合面を画定する第１指と、第２対象物係合面を画定する第２指とを備える。第１指の第１対象物係合面は、第２指の第２対象物係合面と対向する。グリッパーアセンブリは、第１指と通信している少なくとも１つのアクチュエータであって、第２指に対して第１指を相対的に動かすように構成されたアクチュエータも備える。グリッパーアセンブリは、第１指の第１対象物係合面から外側に面している少なくとも１つの第１センサを備える。当該少なくとも１つの第１センサは、第２指に対して第１指を相対的に動かすことにより操作される対象物を検出するように構成されている。

別の実施形態では、グリッパーアセンブリは、少なくとも１つの指と、保持ブラケットと、当該少なくとも１つの指及び保持ブラケットと連結した少なくとも１つの付勢部材と、センサとを備える。当該少なくとも１つの指は、保持ブラケットと係合するように付勢されており、保持ブラケットから離れる方向に当該少なくとも１つの指が引かれると、保持ブラケットから離れる方向に移動できる。上記センサは、保持ブラケットに対する当該少なくとも１つの指の相対位置を示す信号を出力するように構成されている。

図面と併せて下記の詳細説明を参照すれば、本明細書に記載の実施形態が提供する上記特徴及び追加の特徴がより充分に理解されるであろう。

図面において説明する実施形態は説明のための例示的なものであり、請求項で定義される主題を限定することを意図していない。説明のための実施形態に関する下記詳細説明は、下記図面と併せて読むことで理解することができる。なお、下記図面において、同様の構造は同様の参照番号で示されている。
図１Ａは、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係るロボットグリッパー指の模式的正面図である。 図１Ｂは、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係るロボットグリッパー指の斜視図である。 図２Ａは、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係るロボットグリッパー指の模式的背面図である。 図２Ｂは、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係るロボットグリッパー指の背面図である。 図２Ｃは、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係る、ワイパー保持凹部に保持されたワイパーを備えたロボットグリッパー指の背面図である。 図３Ａは、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係るロボットグリッパー指及びスクレーパーの模式的上面図である。 図３Ｂは、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係る、カバーリング材に覆われたロボットグリッパー指の斜視図である。 図３Ｃは、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係るロボットグリッパー指の上面図である。 図３Ｄは、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係るロボットグリッパー指及びスクレーパーの斜視図である。 図４は、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係るロボットの構成要素を模式的に示した図である。 図５は、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係るロボットの構成要素を示す図である。 図６は、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係る、ロボットアームに連結されたグリッパーアセンブリの互いに対向する指を示した図である。 図７Ａは、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係る、後退位置にあるロボットグリッパー指を示す図である。 図７Ｂは、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係る、伸長位置にあるロボットグリッパー指を示す図である。 図８Ａは、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係る指の分解斜視図である。 図８Ｂは、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係る、図８Ａに示す指と対向する指の斜視図である。 図８Ｃは、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係る、図８Ａに示す指が組み立てられた状態を示す図である。 図８Ｄは、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係る、図８Ｂに示す指が組み立てられた状態を示す図である。 図８Ｅは、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係る、図８Ｃに示す指の一部分が指係合ブラケットと係合している状態を示す斜視図である。 図８Ｆは、本明細書に示し記載する１つ以上の実施形態に係る、図８Ｄに示す指が指係合ブラケットと係合している状態を示す斜視図である。

本開示の実施形態は、ロボットグリッパーの指に関する。より具体的には、本開示は、第１指と、第１指に対向する第２指と、を備えたグリッパーアセンブリに関するものである。第１指は第１対象物係合面を画定し、第２指は第２対象物係合面を画定し、第１対象物係合面と第２対象物係合面は互いに対向している。第１指が第２指に対して相対的に動くことにより、第１指と第２指の間で対象物を把持することができる。

一実施形態では、第１指は、第１対象物係合面から外側に面する少なくとも１つのセンサを備え、このセンサは、第１指が第２指に対して相対的に動くことにより操作される対象物を検出するように構成されている。具体的には、第１指は、グリッパーアセンブリが把持する対象物を検出するための、１つ以上の近距離センサ及び／又は１つ以上の遠距離センサを備えてよい。本開示の一実施形態では、これらの指がカバーリング材を備えてもよい。このカバーリング材は、実質的に透明で、センサにかぶせて設置されてよく、対象物を把持しやすくすると共にセンサを保護する働きをする。

本開示の別の一実施形態では、保持ブラケットに対する指の相対位置をロボットが判断する。より具体的には、ロボットは、ポテンショメータ等のセンサが生成する信号出力を基に、指が引かれたと判断することができる。指が引かれたという判断に応じて、ロボットは、その指が把持している対象物を解放することができる。対象物を解放する旨を記載しているが、本開示が、対象物を解放するロボットに限定されないことを認識するべきである。例えばロボットは、指が引かれたという判断に応じて、触覚や光を出力してもよい。本開示の一実施形態では、グリッパーアセンブリは、少なくとも１本の指と、保持ブラケットと、当該少なくとも１本の指及び保持ブラケットと連結した少なくとも１つの付勢部材と、センサとを備える。この指は、保持ブラケットと係合するように付勢されており、保持ブラケットから離れる方向に指が引かれると、保持ブラケットから離れる方向に移動できる。センサは、保持ブラケットに対する指の相対位置を示す信号を出力するように構成されている。

まず図１Ａ、１Ｂを参照すると、ロボットのグリッパーアセンブリ（例えば、図６に示すようにロボットアームに連結されたグリッパーアセンブリ）の部品として使われる指１００と、指保持ブラケット１７０とが模式的に図示されている。指保持ブラケット１７０は、指１００を保持しロボットアームと連結されるように構成されており、これにより、図６に示すように、指１００がロボットアームに連結されるようになる。図１Ａ、１Ｂを参照すると、指保持ブラケット１７０は、底部１７２と、第１側面部１７４ａと、第２側面部１７４ｂとを備える。底部１７２は、第１側面部１７４ａと第２側面部１７４ｂとの間に伸びている。第１側面部１７４ａは、第１バネ係合部１７６ａを備え、第１バネ係合部１７６ａは、第１付勢部材すなわちバネ１８０ａと係合してバネ１８０ａを保持するように構成されており、バネ１８０ａは指１００を指保持ブラケット１７０に連結させている。これにより、（例えば図７Ａに示すように）指１００は指保持ブラケット１７０と係合するように付勢されるが、指１００は、指保持ブラケット１７０から離れる方向に引かれると、（例えば図７Ｂに示すように）指保持ブラケット１７０から遠ざかるように移動できる。図１Ａ、１Ｂを参照すると、第２側面部１７４ｂは、第２バネ係合部１７６ｂを備え、第２バネ係合部１７６ｂは、第２バネ１８０ｂと係合して第２バネ１８０ｂを保持するように構成されており、第２バネ１８０ｂは指１００を指保持ブラケット１７０に連結させている。これにより、（例えば図７Ａに示すように）指１００は指保持ブラケット１７０と係合するように付勢されるが、指１００は、指保持ブラケット１７０から離れる方向に引かれると、（例えば図７Ｂに示すように）指保持ブラケット１７０から遠ざかるように移動できる。

再び図１Ａ、１Ｂを参照すると、指１００は、基端部１０２と末端部１０４とを備える。指１００がグリッパーアセンブリの一部としてロボットアームに設置されている（例えば図６、７Ａ、７Ｂに示す状態）のとき、基端部１０２は末端部１０４よりロボットアームに近い位置にある。図１Ａ、１Ｂを参照すると、指１００はさらに、指１００と係合する対象物に面するように構成された対象物係合面１１０と、センサアセンブリ１３０と、第１側面１４０ａと、第２側面１４０ｂとを備える。

引き続き図１Ａ、１Ｂを参照すると、センサアセンブリ１３０は、フレキシブルプリント基板１３２と、第１近距離センサ１３４ａと、第２近距離センサ１３４ｂと、第３近距離センサ１３４ｃと、長距離センサ１３６とを備える。フレキシブルプリント基板１３２は、対象物係合面１１０の中央経路に沿って指１００の基端部１０２から末端部１０４へと伸び、指１００の上面の中央経路に沿って伸び（図３Ａを参照）、さらに指１００の裏側１２０の中央経路に沿って伸びている（図２Ａ～２Ｃを参照）。いくつかの実施形態では、フレキシブルプリント基板１３２の配置は上記と異なる。例えば、対象物係合面１１０の中心からずれた位置にフレキシブルプリント基板１３２を配置する実施形態もあれば、フレキシブルプリント基板１３２が、必ずしも対象物係合面１１０、指１００の上面、及び指１００の裏側１２０の３つすべてに沿って伸びていない実施形態もある。

再び図１Ａ、１Ｂを参照すると、第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、及び第３近距離センサ１３４ｃの各々は、近距離又は低深度（例えば、いくつかの実施形態ではセンサから約１～３ｃｍ）の対象物を検出するように構成されている。いつかの実施形態では、第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、及び第３近距離センサ１３４ｃは、同一深度にある対象物を検出するように構成されている。いくつか別の実施形態では、第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、及び第３近距離センサ１３４ｃのうちの少なくとも１つは、第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、及び第３近距離センサ１３４ｃのうちの当該少なくとも１つ以外の少なくとも１つとは異なる深度にある対象物を検出するように構成されている。一実施形態では、第１近距離センサ１３４ａは、第１深度にある対象物を検出するように構成され、残りのセンサのうち少なくとも１つ（すなわち、第２近距離センサ１３４ｂと第３近距離センサ１３４ｃの一方又は両方）は、第２深度にある対象物を検出するように構成されている。この場合、第１近距離センサ１３４ａが測定する第１深度は、第２近距離センサ１３４ｂと第３近距離センサ１３４ｃの一方又は両方が測定する第２深度よりも大きいか又は小さい。

第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、及び第３近距離センサ１３４ｃは、フレキシブルプリント基板１３２上に配置され、指保持ブラケット１７０の底部１７２から次第に離れる位置に対象物係合面１１０から外側に面して配置されている。これにより、第１近距離センサ１３４ａは底部１７２から離れた第１の距離に位置し、第２近距離センサ１３４ｂは底部１７２から離れた第２の距離（第１の距離より長い距離）に位置し、第３近距離センサ１３４ｂは底部１７２から離れた第３の距離（第２の距離より長い距離）に位置するようになっている。いくつかの実施形態では、第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、及び第３近距離センサ１３４ｃのうちの１つ以上は、（例えば、指１００でこれから把持する対象物を検出しやすくする目的で）対象物係合面１１０と直交する方向を向いている。いくつか別の実施形態では、第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、及び第３近距離センサ１３４ｃのうちの１つ以上は、（例えば、対象物係合面１１０の最も近くに位置する対向指と、対象物の把持に使われる対向指と指１００との間にある対象物とを区別する目的で）対象物係合面１１０と直交しない方向を向くように構成されている。いくつかの実施形態では、第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、及び第３近距離センサ１３４ｃのうちの１つ以上は、フレキシブルプリント基板１３２上に配置されていなくてもよい。例えば、ある実施形態では、第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、及び第３近距離センサ１３４ｃのうちの１つ以上は、対象物係合面１１０又は同種のものと一体化して形成されている。

引き続き図１Ａ、１Ｂのセンサアセンブリ１３０を参照すると、いくつかの実施形態では、第１近距離センサ１３４ａと第２近距離センサ１３４ｂとの間の距離、及び第２近距離センサ１３４ｂと第３近距離センサ１３４ｃとの間の距離は、実質的に同一であり、よって第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、及び第３近距離センサ１３４ｃは等間隔に配置されている。いくつか別の実施形態では、第１近距離センサ１３４ａと第２近距離センサ１３４ｂとの間の距離は、第２近距離センサ１３４ｂと第３近距離センサ１３４ｃとの間の距離より大きいか又は小さい。よって第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、及び第３近距離センサ１３４ｃの間の間隔は不均一である。図１Ａ、１Ｂに図示する実施形態では、３つの近距離センサを備えているが、別の実施形態では、近距離センサの数は３を超えていても３未満でもよい。

図１Ａ、１Ｂをさらに参照すると、いくつかの実施形態では、第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、及び第３近距離センサ１３４ｃの各々は、赤外線発光部と赤外線検出部とを備える。いくつかの実施形態では、第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、及び第３近距離センサ１３４ｃのうちの１つ以上は、赤外線カメラ、可視光カメラ、紫外線カメラ、超音波振動子、レーダー、ＬＩＤＡＲ、又は対象物を検出するなどして感知できる他のセンサを備えていてもよい。いくつかの実施形態では、第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、及び第３近距離センサ１３４ｃは、実質的に同一の感知構成要素を備えていてもよい。いくつかの実施形態では、第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、及び第３近距離センサ１３４ｃのうちの１つ以上は、互いに異なる感知構成要素を備えていてもよい。

図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂを参照すると、長距離センサ１３６は指１００の末端部１０４に設けられている。より具体的には、これらの図に示す実施形態において、長距離センサ１３６は指１００の上部に設けられている。長距離センサ１３６は、長距離又は高深度（例えば、近距離センサのうちの１つ以上が感知するように構成されている距離又は深度より大きな距離又は深度、例えばいくつかの実施形態では、センサからの距離が約１～３ｃｍを超える距離）にある対象物を検出するように構成されている。いくつかの実施形態では、長距離センサ１３６は飛行時間型センサを備える。いくつかの実施形態では、長距離センサ１３６は、レーザー発光部と、これに対応するセンサであって、レーザー発光部から発せられたレーザー光が当該センサで検出されるまでの時間を検出するセンサと、を備える。いくつかの実施形態では、この長距離センサは、カメラ、超音波振動子、レーダー、ＬＩＤＡＲ、又は同種のものを備えてよい。いくつかの実施形態では、長距離センサ１３６は他の構成要素を備えてよい。いくつかの実施形態では、指１００は複数の長距離センサ１３６を備えてよい。いくつかの実施形態では、長距離センサ１３６を、図示とは異なる場所に配置してよい。

図１Ａを参照すると、第１側面１４０ａは、第１バネ係合部１４２ａを備え、第１バネ係合部１４２ａは、第１バネ１８０ａと係合して第１バネ１８０ａを保持するように構成されており、第１バネ１８０ａは、指１００を指保持ブラケット１７０の第１側面部１７４ａの第１バネ係合部１７６ａに連結させている。これにより、指１００は指保持ブラケット１７０と係合するように付勢されるが、指１００は、指保持ブラケット１７０から離れる方向に引かれると、指保持ブラケット１７０から遠ざかるように移動できる。第２側面１４０ｂは、第２バネ係合部１４２ｂを備え、第２バネ係合部１４２ｂは、第２バネ１８０ｂと係合して第２バネ１８０ｂを保持するように構成されており、第２バネ１８０ｂは、指１００を指保持ブラケット１７０の第２側面部１７４ｂの第２バネ係合部１７６ｂに連結させている。これにより、指１００は指保持ブラケット１７０と係合するように付勢されるが、指１００は、指保持ブラケット１７０から離れる方向に引かれると、指保持ブラケット１７０から遠ざかるように移動できる。いくつかの実施形態では、指保持ブラケット１７０が上記と異なる方法で指１００と連結されてよい。例えば、バネ以外の付勢部材を介して連結されてもよく、指１００は指保持ブラケット１７０に対して相対的に移動可能であるが指保持ブラケット１７０に対して付勢はされない構成で連結されてもよい。

次に図２Ａ～２Ｃを参照すると、指１００の背面が図示されている。指１００は背面１２０を有し、この背面は、ワイパー１５４を保持するためのワイパー保持凹部１２２を備える。指１００が指保持ブラケット１７０から遠ざかるように引かれると（例えば図７Ｂに示す状態になると）、ワイパー１５４は、ポテンショメータ１５２に対して相対的に移動する（図７Ａ、７Ｂを参照）。指１００が指保持ブラケット１７０に対して相対的に移動するとき、ポテンショメータ１５２は固定位置に残る（例えば、ポテンショメータ１５２が指保持ブラケット１７０やロボットアーム又は同種のものに連結されている場合）。また、ポテンショメータ１５２は信号を出力するように構成されており、この信号の値は、ポテンショメータ１５２に対するワイパー１５４の相対位置に応じて異なる。いくつかの実施形態では、指１００の位置、及び／又は指１００が指保持ブラケット１７０から遠ざかるように引かれたどうかを、別の方法で判断してよい。例えば、カメラからの出力信号に基づいて判断したり、ＬＶＤＴ又は同種のものからの出力信号に基づいて判断してもよい。いくつかの実施形態では、ワイパー１５４は金属製である。

次に、カバーリング材３００を備えた指について、図３Ａ～３Ｄを参照しながら説明する。図３Ａを参照すると、指１００及びスクレーパー４００の上面図が模式的に示されている。指１００は、長距離センサ１３６の連結先である上部１２４を備える。長距離センサ１３６は上部１２４の中心に位置しているが、いくつか別の実施形態では、長距離センサ１３６は上部１２４の中心から外れた場所、又は上部１２４以外の場所に位置している（例えば、長距離センサ１３６は、対象物係合面に配置され、対象物係合面から見て外側に面している場合もある）。

図３Ａ（上面図）、図３Ｂ（対象物係合面を示す斜視図）、及び図３Ｃ（上面斜視図）を参照すると、カバーリング材３００は、対象物係合面１１０に設けられたセンサアセンブリ１３０の少なくとも一部分を覆うように対象物係合面１１０にかぶされている。カバーリング材３００を設けることにより、対象物係合面１１０に設置されたセンサに、操作対象の対象物が直接接することに関連する問題を軽減できる。

図３Ａ～３Ｃを参照すると、カバーリング材３００は、窪み３１４を挟んで両側に配置された第１隆起部３１２ａと第２隆起部３１２ｂを備える輪郭を有する。このため、第１隆起部３１２ａにおけるカバーリング材３００の厚さｄ２は、窪み３１４におけるカバーリング材３００の厚さｄ１より大きく、第２隆起部３１２ｂにおけるカバーリング材３００の厚さｄ３は、窪み３１４におけるカバーリング材３００の厚さｄ１より大きい。いくつかの実施形態では、厚さｄ１と厚さｄ２とは実質的に同じであるため、対象物係合面１１０から伸びる量は、第１隆起部３１２ａと第２隆起部３１２ｂとで実質的に同じである。いくつか別の実施形態では、厚さｄ１と厚さｄ２は異なる。第１隆起部３１２ａ、窪み３１４、及び第２隆起部３１２ｂを備えたカバーリング材３００は、カバーリング材３００に覆われたセンサアセンブリ１３０の各センサ１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ、１３６を同時に保護することができ、対象物との望ましい接触点となる第１隆起部３１２ａと第２隆起部３１２ｂとを用いることにより、対象物の把持、移動、及び／又は操作を容易にすることができる。図示されているカバーリング材３００の輪郭は、グリッパーの中心に向けて下方に伸びる窪みを備え、両側には充分な基部を有する。これにより、カバーリング材３００で覆われたセンサを有効な状態に保ちながら、対象物が対象物係合面１１０の端に直接接するのを防止することができる。いくつかの実施形態では、カバーリング材３００は、図示の輪郭とは異なる輪郭を有する。例えば、カバーリング材３００が２つ以上の隆起部を有する実施形態や、カバーリング材３００の厚さが断面全体を通じて実質的に同じである実施形態などがある。

いくつかの実施形態では、カバーリング材３００は無色透明のシリコーンシール材（例えば、ＣＲローレンス社（ＣＲ Ｌａｕｒｅｎｃｅ， Ｉｎｃ．）が提供するカタログ番号ＷＣＳ５のウォータークリア・シリコーン・シーラント（ｗａｔｅｒ ｃｌｅａｒ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｓｅａｌａｎｔ）である。このシール材は、対象物を効果的に把持するための適切な質感を有するだけでなく、実質的に透明であり得るため、カバーリング材３００に覆われたセンサ群が適切に動作できる。いくつかの実施形態では、カバーリング材３００は、シリコーン以外の材料で形成されていてもよい。例えば、シリコーンとは異なる実質的に透明若しくは半透明の物質でカバーリング材３００が形成されている場合、及び／又は、対象物を把持し操作するのに望ましい質感を有する、シリコーンとは異なる材料でカバーリング材３００が形成されている場合がある。いくつかの実施形態では、カバーリング材３００が含まれなくてもよい。例えば、対象物係合面１１０上に配置されたセンサが対象物係合面１１０に一体的に形成されている実施形態などである。

図３Ａには、カバーリング材３００の輪郭と相補的な（ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ）輪郭を有するスクレーパー４００も図示されている。特に、スクレーパー４００は、第１窪み４１２ａと第２窪み４１２ｂとの間に隆起部４１４を備える。図３Ａに示す輪郭を有するカバーリング材３００を形成する目的で、厚みのあるシリコーン膜を対象物係合面１１０に塗布してから、対象物係合面１１０にスクレーパー４００を押し当て、対象物係合面１１０に沿って引きずることにより、余分なカバーリング材をかき落として、図３Ａ～３Ｃに示す輪郭を有するカバーリング材３００を残すことができる。図３Ｄに、スクレーパー４００及び対象物係合面１１０の斜視図を示す（カバーリング材３００の図示は省略）。図示されている輪郭を持つカバーリング材３００を形成するには、図３Ｄのスクレーパー４００を対象物係合面１１０に沿って上下に平行移動させることになる。スクレーパー４００を形成する材料として、プラスチック材料、金属材料、複合材料、又は、カバーリング材３００を適切な輪郭に形成する上で効果的な他の任意の材料を用いてよい。

図４を参照すると、ロボットの各種構成要素の相互接続が模式的に図示されている。図４に示す第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、第３近距離センサ１３４ｃ、長距離センサ１３６、ポテンショメータ１５２、プロセッサ１６２、メモリモジュール１６４、及びアクチュエータ駆動ハードウェア１６６はすべて、通信経路１６１を介して通信可能に連結している。

さらに図４において、通信経路１６１は、導電ワイヤ、導電トレース、光導波路、又は同種のもののような、信号を送信できる任意の媒体で形成されてよい。さらに、通信経路１６１は、信号を送信できる複数の媒体の組み合わせで形成されていてもよい。一実施形態では、通信経路１６１は、導電トレース、導電ワイヤ、コネクタ、及びバスの組み合わせを備え、これらが協業して、電気データ信号をプロセッサ、メモリ、センサ、入力装置、出力装置、通信装置等の構成要素に送信することを可能にする。したがって、通信経路１６１にバスが含まれていてよい。加えて、「信号」という用語は波形（例えば、電気波形、光波形、磁気波形、力学的波形、電磁波波形）を意味することに留意される。具体的には、媒体を通じて伝達可能なＤＣ、ＡＣ、正弦波、三角波、方形波、振動、及び同種のものを意味する。通信経路１６１は、ロボットの各種構成要素を通信可能に連結する。本明細書で使用する用語「通信可能に連結」とは、例えば、導電媒体を経由する電気信号、空気を経由する電磁信号、光導波路を経由する光信号など、連結された構成要素間でデータ信号を交換できることを意味する。

プロセッサ１６２は、機械可読命令を実行可能な任意のデバイスであってよい。したがって、プロセッサ１６２は、コントローラ、集積回路、マイクロチップ、コンピュータ、又は他の任意のコンピューティングデバイスであってよい。プロセッサ１６２は、通信経路１６１によりロボットの他の構成要素と通信可能に連結されている。したがって、通信経路１６１は、任意の数のプロセッサを互いに通信可能に連結して、通信経路１６１に連結した各構成要素を分散コンピューティング環境において動作させてよい。具体的には、構成要素の各々がノードとして動作しデータの送信及び／又は受信を行ってよい。図４に示す実施形態は単一のプロセッサ１６２を含むが、他の実施形態では複数のプロセッサを含んでよい。

さらに図４を参照すると、メモリモジュール１６４が通信経路１６１に連結して、プロセッサ１６２と通信可能に連結している。メモリモジュール１６４は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードドライブ、又は機械可読命令を保存可能な任意の非一時的記憶装置を備えてよい。これにより、プロセッサ１６２は、機械可読命令にアクセスして機械可読命令を実行することができる。機械可読命令には、任意の世代のプログラミング言語（例えば１ＧＬ、２ＧＬ、３ＧＬ、４ＧＬ、５ＧＬ）で書かれたロジック又はアルゴリズムが含まれていてよく、その例として、プロセッサが直接実行できる機械言語、又は、機械可読命令へとコンパイル又はアセンブルされてメモリモジュール１６４に保存可能なアセンブリ言語、オブジェクト指向プログラミング（ＯＯＰ）、スクリプト言語、マイクロコード等が挙げられる。あるいは、機械可読命令はハードウェア記述言語（ＨＤＬ）で書かれていてもよく、その例として、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）構成、若しくは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又はこれらの均等物を介して実装されるロジックが挙げられる。したがって、本明細書に記載の機能性は、従来の任意のコンピュータプログラミング言語を用いて実装でき、あらかじめプログラムされたハードウェア要素としても、又はハードウェア要素とソフトウェア要素の組み合わせとしても実装できる。図４に示す実施形態は単一のメモリモジュール１６４を含むが、他の実施形態では複数のメモリモジュールを含んでよい。

ポテンショメータ１５２は、指１００の相対位置を判断できるようにするため、指１００のワイパー１５４（図２Ａ参照）の相対位置に応じた信号を出力する。

アクチュエータ駆動ハードウェア１６６は、指１００を動かす（例えば、対象物の把持、ピックアップ等の操作を行うため、別の指に対して指１００を相対的に動かす（図６参照））ように構成された１つ以上の構成要素（サーボ駆動ハードウェア等）を備える。なお、アクチュエータ駆動ハードウェア１６６は、ロボットの各種アクチュエータを制御するための関連のソフトウェアを備えていてもよい。

第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、第３近距離センサ１３４ｃ、及び長距離センサ１３６からの出力信号を使用して、標的対象物の探知、識別、追跡といった様々な目的を達成できる。いくつかの実施形態では、メモリモジュール１６４には機械可読命令が含まれる。この機械可読命令をプロセッサ１６２が実行すると、ロボットは、第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、第３近距離センサ１３４ｃ、及び長距離センサ１３６から出力される１つ以上の信号に基づき、持上げ、操作、又は把持すべき対象物を識別する、指１００に最も近くにある対象物を感知する、指１００の周囲環境を検出する、対象物をロボットで持上げ又は把持できるかどうかを判断する、といった作業をする。いくつかの実施形態では、ロボットは、対象物の識別情報、対象物の場所、ロボットが対象物の持上げ及び操作を実行できるという事実、又は同種の情報を、ディスプレイ画面、触覚ハードウェア、スピーカー、又は同種のものを介して示すなどして出力することができる。上記センサは、指１００に連結されて指１００と一緒に動くので、固定位置に配置された（例えば、ロボットの「目」などの働きをする場所に配置された）カメラ又は他のセンサとは対照的に、対象物の周囲を移動し対象物に対して相対的に移動することができる。このようなセンサを提供することにより、対象物の検出、識別等が向上し得る。また、このようなセンサを設けることにより、指と指の間にある対象物の認識もしやすくなり（例えば、指と指の間にある対象物を把持し操作する目的で、２本の対向する指１００がロボットアームに連結されている場合）、その結果、ロボットは、指と指の間に位置する対象物を認識でき、人間からロボットに対象物が手渡されたとき、さらなる入力やプロンプトを受けることなく当該対象物を把持することができる。

図５は、ポテンショメータ１５２、ワイパー１５４、第１バネ１８０ａ、第２バネ１８０ｂ、及びフレキシブルプリント基板１３２に連結された第１近距離センサ１３４ａ、第２近距離センサ１３４ｂ、第３近距離センサ１３４ｃ、長距離センサ１３６の一例を示す図である。

図６は、ロボットアーム５００のグリッパーアセンブリの一構成要素として設置されている指１００を示す図である。図６に示すグリッパーアセンブリは、指１００と、対向指４５０とを備える。図６に示すように、対向指４５０は、表面に質感を持たせたブロックであってよい。具体的には、一実施形態における対向指４５０は、質感を持った１つ以上の外面５０２を備えてよい。一実施形態では、対向指４５０は、指１００の対象物係合面１１０と対向する質感を持った表面（図６では図示せず）を備えてよい。すなわち、グリッパーアセンブリは、第１対象物係合面を画定する第１指（例えば指１００）と、第２対象物係合面を画定する第２指（例えば、対向指４５０と、図６では非図示の質感を持った表面）とを備え、第１指の第１対象物係合面は第２指の第２対象物係合面と対向している。少なくとも１つのアクチュエータが第１指と通信しており、このアクチュエータは、第２指に対して第１指を相対的に動かすように構成されている。また、このアクチュエータは、図４に示すアクチュエータ駆動ハードウェア１６６の一部分であってもよい。

いくつかの実施形態では、２本の対向する指１００がロボットアーム５００に設置されて、一緒になってグリッパーアセンブリとして機能するようにするため、対向指の構成が指１００と同じであってよい。すなわち、第１指と第２指の両方が同様の構成を有する。より具体的には、第１指と第２指の両方が、それぞれ、近距離センサ群（例えば、図１Ａ、１Ｂに示すセンサ１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ）と、１つ以上の長距離センサ（例えば、図１Ａ、１Ｂに示すセンサ１３６）とを備える。

図７Ａ、７Ｂと図４を併せて参照すると、メモリモジュール１６４は機械可読命令を備え、この機械可読命令をプロセッサ１６２が実行すると、ロボットは、ポテンショメータ１５２から出力される信号に基づき、指１００の位置（例えば、指保持ブラケット１７０に対する相対位置、ロボットアームに対する相対位置など）を特定し、かつ／又は、指１００が引かれたと判断する。なお、ポテンショメータから出力される信号の値は、ポテンショメータ１５２に対するスライダーの位置（図２Ｃを参照）に応じて変化する。例えば、図７Ａに示すように、ロボットは、ポテンショメータ１５２の出力に基づき、指１００が後退位置にある（例えば、指１００が伸長位置にあるときと比べて指保持ブラケット１７０に近い位置にある）と判断できる。他方、図７Ｂに示すように、ロボットは、指１００がロボットアームから引っ張られたことにより生じたポテンショメータ１５２の出力に基づき、指１００が伸長位置にある（例えば、指１００が後退位置にあるときと比べて指保持ブラケット１７０から遠い位置にある）と判断できる。

メモリモジュール１６４は機械可読命令を備える。この機械可読命令をプロセッサ１６２が実行すると、ロボットは、ポテンショメータ１５２からの出力信号を基に、指１００が引かれたと判断し、指１００が引かれたという判断に応じて、ロボットのグリッパーを広げて対象物を落下又は解放させる（例えば、対象物を落下又は解放させるため、アクチュエータ駆動ハードウェア１６６を利用して、ロボットアームの端部に設置された互いに対向する指１００を動かす）。すなわち、指１００が伸長位置にあるという判断に応じて、指１００と別の指（例えば、図６に示す指４５０）の間で把持されていた対象物が解放される。指１００の位置を示すポテンショメータ１５２の出力を用いて、ロボットの他の動作（例えば、特定場所への移動、特定動作の遂行、触覚の出力、光の出力、音の出力等）を開始させ、かつ／又はロボットに入力情報（例えば、特定動作を遂行するための入力情報、電源をオン／オフするための入力情報等）を提供してもよい。

図８Ａは、第１指１００ａの分解図である。図８Ｂは、対向する第２指１００ｂを示す図である。図８Ａを参照すると、第１指１００ａは、第１本体部品１０１ａと第２本体部品１０３ａとを備え、第１指保持ブラケット１７０ａで保持されるように構成されている。図８Ｂを参照すると、第２指１００ｂは、第１本体部品１０１ｂと第２本体部品１０３ｂとを備え、第２指保持ブラケット１７０ｂで保持されるように構成されている。

図８Ｃは、第１指１００ａに含まれる第１本体部品１０１ａと第２本体部品１０３ｂとが一緒になった状態を示す図である。図８Ｄは、第２指１００ｂに含まれる第１本体部品１０１ｂと第２本体部品１０３ｂとが一緒になった状態を示す図である。図８Ｅは、第２指の第１本体部品１０１ｂが第２指保持ブラケット１７０ｂに連結された状態を示す図である。図８Ｆは、一緒になった第１本体部品１０１ｂと第２本体部品１０３ｂとが第２指保持ブラケット１７０ｂに連結された状態を示す図である。

ここで理解すべきことは、上記で開示したロボットグリッパーアセンブリが、このロボットグリッパーアセンブリの一方の指と一緒に動くように構成された少なくとも１つのセンサを備えることである。上記で開示したグリッパーアセンブリは、向かい合う２本の指を備える。グリッパーアセンブリの少なくとも一方の指は、グリッパーアセンブリが把持する対象物を検出するように構成された近距離センサ又は遠距離センサを備える。より具体的には、このセンサは、それぞれの指の対象物係合面に沿って配置されている。したがって、グリッパーが操作されるのと同時にセンサが各指と一緒に移動でき、その結果、対象物の検出、対象物の認識といった作業を向上することができる。対照的に、従来の一部のロボットグリッパーシステムは、ロボットの指が把持する対象物を見る手段として、固定位置に配置されたカメラ又は他のセンサを備える。

開示したロボットグリッパーアセンブリの一実施形態では、指のうちの少なくとも１本が保持ブラケットに連結されてよい。この指は、保持ブラケットを基部として伸長位置と後退位置の間を移動できる。この指が保持ブラケットから離れる方向に引かれて伸長位置へと移動したとロボットが判断した場合、ロボットは、この判断に応じて、グリッパー又は他の構成要素に対して特定の動作を開始するように指示することができる。例えば一実施形態において、ロボットは、２本の指の間で把持している対象物を落下又は解放するようにグリッパーアセンブリに指示することができる。

本明細書において特定の実施形態を図示し説明したが、請求項に記載されている主題の精神と範囲から逸脱することなく、他の様々な変更及び修正を加えてよいことを理解すべきである。また、請求項に記載されている主題の様々な態様を本明細書で説明したが、これらの態様を組み合わせて利用する必要はない。すなわち、添付の請求項は、請求項に記載されている主題の範囲内にある上記変更及び修正をすべて含むことが意図されている。

例１
第１対象物係合面を画定する第１指と、
第２対象物係合面を画定する第２指であって、第１指の第１対象物係合面が第２指の第２対象物係合面と対向している、第２指と、
第１指と通信しているアクチュエータであって、第２指に対して第１指を相対的に動かすように構成されている少なくとも１つのアクチュエータと、
第１指の第１対象物係合面から外側に面している少なくとも１つの第１センサであって、第２指に対して第１指を相対的に動かすことで操作される対象物を検出するように構成されている少なくとも１つの第１センサと
を備えるグリッパーアセンブリ。
例２
第２指の第２対象物係合面から外側に面している少なくとも１つの第２センサであって、第２指に対して第１指を相対的に動かすことで操作される対象物を検出するように構成されている少なくとも１つの第２センサ
をさらに備える、例１に記載のグリッパーアセンブリ。
例３
上記少なくとも１つの第１センサと上記少なくとも１つの第２センサの両方が近距離センサである、例２に記載のグリッパーアセンブリ。
例４
上記少なくとも１つの第１センサは、第１指の第１対象物係合面から外側に面している複数の第１センサを備え、この複数の第１センサは各々、近距離センサである、例１に記載のグリッパーアセンブリ。
例５
上記複数の第１センサの各々は、同一深度にある対象物を検出するように構成されている、例４に記載のグリッパーアセンブリ。
例６
上記複数の第１センサのうちの１つは、第１深度にある対象物を検出するように構成され、上記複数の第１センサのうちの別の１つは、第２深度にある対象物を検出するように構成されており、第１深度は第２深度よりも大きいか又は小さい、例４に記載のグリッパーアセンブリ。
例７
上記複数のセンサは、第１対象物係合面と直交する方向、又は第１指の第１対象物係合面と直交しない方向を向いている、例４に記載のグリッパーアセンブリ。
例８
第１指は少なくとも１つの長距離センサをさらに備える、例１に記載のグリッパーアセンブリ。
例９
第１指は基端部と末端部とを備え、上記少なくとも１つの長距離センサは第１指の末端部に設けられている、例８に記載のグリッパーアセンブリ。
例１０
実質的に透明であり、第１指の上記少なくとも１つの第１センサにかぶせられたカバーリング材をさらに備える、例１に記載のグリッパーアセンブリ。
例１１
上記カバーリング材は、第１指の第１対象物係合面に沿って伸びる少なくとも１つの隆起部を画定する、例１０に記載のグリッパーアセンブリ。
例１２
上記カバーリング材は２つの隆起部と１つの窪みとを画定し、この２つの隆起部は窪みを挟んで両側に位置し、上記少なくとも１つの第１センサは窪みに沿って設けられている、例１０に記載のグリッパーアセンブリ。
例１３
第１指は、
保持ブラケットと、
第１指及び保持ブラケットと連結した少なくとも１つの付勢部材であって、第１指は保持ブラケットと係合するように付勢されており、第１指が保持ブラケットから離れる方向に引かれると、第１指は保持ブラケットから離れる方向に移動可能である、少なくとも１つの付勢部材と、
保持ブラケットに対する第１指の相対位置を示す信号を出力するように構成されたセンサと
をさらに備える、例１に記載のグリッパーアセンブリ。
例１４
第２指は質感を持つ外面を画定するブロックである、例１に記載のグリッパーアセンブリ。
例１５
少なくとも１つの指と、
保持ブラケットと、
上記少なくとも１つの指及び保持ブラケットと連結した少なくとも１つの付勢部材であって、上記少なくとも１つの指は保持ブラケットと係合するように付勢されており、当該少なくとも１つの指が保持ブラケットから離れる方向に引かれると、当該少なくとも１つの指は保持ブラケットから離れる方向に移動可能である、少なくとも１つの付勢部材と、
保持ブラケットに対する上記少なくとも１つの指の相対位置を示す信号を出力するように構成されたセンサと
を備えるグリッパーアセンブリ。
例１６
１つ以上のプロセッサと、
上記センサ及び上記１つ以上のプロセッサと通信可能に連結され、機械可読命令を保存する１つ以上の非一時的メモリモジュールとをさらに備えるグリッパーアセンブリであって、
上記機械可読命令が実行されると、上記１つ以上のプロセッサが、少なくとも
上記センサにより生成された信号を監視することと、
少なくとも１つの指が引かれて伸長位置にある場合、上記センサにより生成された信号に基づき、当該少なくとも１つの指が保持ブラケットから離れる方向に引かれたと判断することと
を遂行する、例１５に記載のグリッパーアセンブリ。
例１７
上記少なくとも１つの指は、第１指と第２指を含み、第１指は、対象物を把持するため第２指に対して相対的に移動可能であり、上記機械可読命令はさらに、上記１つ以上のプロセッサに対し、
上記少なくとも１つの指が伸長位置にあるという判断に応じて、第１指と第２指の間に把持されている対象物を解放させる、
例１６に記載のグリッパーアセンブリ。
例１８
上記少なくとも１つの指は、上記少なくとも１つの指と係合することになる対象物に面するように構成された対象物係合面を画定する、例１５に記載のグリッパーアセンブリ。
例１９
第１の対象物係合面から外側に面する少なくとも１つの近距離センサをさらに備え、当該少なくとも１つの近距離センサは、上記少なくとも１つの指と係合する対象物を検出するように構成されている、例１８に記載のグリッパーアセンブリ。
例２０
上記少なくとも１つの指は少なくとも１つの長距離センサをさらに備える、例１５に記載のグリッパーアセンブリ。

Claims (8)

1. 第１対象物係合面を画定する第１指と、
   前記第１指の前記第１対象物係合面から外側に面している少なくとも１つの第１センサであって、前記第１指により操作される対象物を検出するように構成されている少なくとも１つの第１センサと、
   半透明または透明であり、前記第１指の前記少なくとも１つの第１センサにかぶせられたカバーリング材と、
   を備え、
   前記カバーリング材は２つの隆起部と１つの窪みとを画定し、前記２つの隆起部は前記窪みを挟んで両側に位置し、前記少なくとも１つの第１センサは前記窪みに沿って設けられている、グリッパーアセンブリ。
2. 第２対象物係合面を画定する第２指であって、前記第１指の前記第１対象物係合面が前記第２指の前記第２対象物係合面と対向している、第２指と、
   前記第１指と通信している少なくとも１つのアクチュエータであって、前記第２指に対して前記第１指を相対的に動かすように構成されている少なくとも１つのアクチュエータと、
   をさらに備える、請求項１に記載のグリッパーアセンブリ。
3. 前記第２指の前記第２対象物係合面から外側に面している少なくとも１つの第２センサをさらに備え、前記少なくとも１つの第２センサは、前記第２指に対して前記第１指を相対的に動かすことで操作される対象物を検出するように構成されている、請求項２に記載のグリッパーアセンブリ。
4. 前記少なくとも１つの第１センサは、前記第１指の前記第１対象物係合面から外側に面している複数の第１センサを備え、前記複数の第１センサは各々、近距離センサである、請求項１から３の何れか一項に記載のグリッパーアセンブリ。
5. 少なくとも１つの長距離センサをさらに備え、前記第１指は基端部と末端部とを備え、前記少なくとも１つの長距離センサは前記第１指の前記末端部に設けられている、請求項１から４の何れか一項に記載のグリッパーアセンブリ。
6. 前記第１指は、
   保持ブラケットと、
   前記第１指及び前記保持ブラケットと連結した少なくとも１つの付勢部材であって、前記第１指は前記保持ブラケットと係合するように付勢されており、前記第１指が前記保持ブラケットから離れる方向に引かれると、前記第１指は前記保持ブラケットから離れる方向に移動可能である、少なくとも１つの付勢部材と、
   前記保持ブラケットに対する前記第１指の位置を示す信号を出力するように構成されたセンサと、
   をさらに備える、請求項１から５の何れか一項に記載のグリッパーアセンブリ。
7. １つ以上のプロセッサと、
   前記センサ及び前記１つ以上のプロセッサと通信可能に連結され、機械可読命令を保存する１つ以上の非一時的メモリモジュールと、をさらに備え、
   前記機械可読命令は、実行されると、前記１つ以上のプロセッサに、少なくとも
   前記センサにより生成された前記信号を監視し、
   前記第１指が引かれて伸長位置にある場合、前記センサにより生成された前記信号に基づき、前記第１指が前記保持ブラケットから離れる方向に引かれたと判断することを実行させる、請求項６に記載のグリッパーアセンブリ。
8. 第２指を更に含み、前記第１指は、対象物を把持するため前記第２指に対して相対的に移動可能であり、前記機械可読命令はさらに、前記１つ以上のプロセッサに対し、
   前記第１指が前記伸長位置にあるという判断に応じて、前記第１指と前記第２指の間に把持されている前記対象物を解放させる、請求項７に記載のグリッパーアセンブリ。

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