JP7317374B2 - ソフトロボットシステム用のアームの端部ツール - Google Patents

Description

（関連出願）
本願は、２０１７年１１月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／５８４，３９９号の優先権を主張する。前述の出願の内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる。

本開示は、概して、ロボット工学の分野に関し、特に、ロボットのアームの端部ツールの新規の構造に関する。

ロボットグラスパが、倉庫からのアイテムの回収を自動化するために、ますます使用されている。典型的には、倉庫は、アイテム（例えば、販売に出されるアイテム）を貯蔵する、いくつかの容器または運搬箱をそれぞれ含有する、複数の棚を含む。アイテムの注文が受信されると、適切なアイテムが、容器または運搬箱から回収され、発送のためにともに梱包される。

運搬箱または容器のサイズおよび形状、運搬箱または容器内のアイテムのサイズ、重量、および形状、運搬箱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応じて、かつ倉庫または個々の運搬箱または容器内の比較的に厳密な貯蔵制約に起因して、運搬箱または容器のうちの１つからアイテムを回収することは、従来のロボットシステムにとって困難であり得る。多くの場合、ロボットアームは、限定された空間をナビゲートすることを困難にする、嵩張る構成要素またはロボットアームの本体から側方に延在するシステムを含む。

例示的実施形態は、標的物品を握持するためのソフトロボット握持システムを提供するための装置および方法に関する。本システムは、標的物体を変位させるように変位流体を放出するための、ロボットフィンガの先端に位置する、出口を含んでもよい。これは、標的物体を、（標的物体を近傍の遮断物体および／またはコンテナの側面から離れるように移動させることによって）握持するためのより良好な位置に設置させ得る。

ソフトロボット握持システムは、ソフトロボットエンドエフェクタを含んでもよい。エンドエフェクタは、グリッパハブと、ハブによって支持される、ソフトロボットフィンガとを含んでもよい。

ソフトロボットフィンガは、内部空隙を囲繞するエラストマ外面を含んでもよい。ソフトロボットフィンガは、圧力変化が内部空隙内で生じると、丸まるように構成されてもよい。

ソフトロボットフィンガは、その近位端における、入口と、その遠位端における、出口とを含んでもよい。チャネルが、入口を出口に接続してもよい。変位流体（圧縮器によって供給される圧縮空気等）が、入口に供給されてもよく、チャネルを通過してもよく、出口から放出されてもよい。変位流体は、ソフトロボットフィンガの内部空隙の中に圧力変化を誘発するために使用される膨張流体と同一、またはそれと異なってもよい。

エンドエフェクタは、標的物体が遮断物体に近接近して位置するときを検出するように構成される、センサ（例えば、カメラ、赤外線距離検出器、ライダ、レーダ等）を含んでもよい。

エンドエフェクタはさらに、入口に変位流体を提供し、出口を通した変位流体の放出を引き起こすように構成される、コントローラを含んでもよい。コントローラは、センサの出力に基づいて標的物体に接近し、変位流体の放出を印加し、標的物体を変位させるように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、エンドエフェクタは、ソフトロボットフィンガの半径方向内部表面上の歪み限定層を含んでもよい。歪み限定層は、丸まる運動を引き起こす、またはそれを補助する、堅性なスラットを含んでもよい。チャネルは、歪み限定層の中に埋め込まれてもよい。代替として、または加えて、チャネルは、ソフトロボットフィンガのエラストマ外面の中に埋め込まれてもよい。

いくつかの実施形態では、チャネル内の圧力は、測定されてもよく、ソフトロボットフィンガの遠位端が標的物体に接近する、またはそれと接触するときを識別する、近接検出器として使用されてもよい。例えば、出口は、多孔性であってもよく、コントローラは、空気チャネル内の圧力を測定し、圧力の変化に基づいて、ソフトロボットフィンガの遠位端が標的物体に近接していることを識別するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、グリッパハブは、ソフトロボットフィンガに膨張流体を供給するための、第１の流体流経路と、入口に変位流体を供給するための、第２の流体流経路とを有する、マニホールドであってもよい（またはそれを含んでもよい）。マニホールド上の返し付きコネクタが、フィンガ内の入口と噛合し、入口にマニホールドを固着するように構成されてもよい。変位流体は、入口を通して供給されてもよい。

さらに、マニホールドは、ソフトロボットフィンガを捕捉および固着するように構成される、フランジを含んでもよい。フランジは、第１の流体流経路を囲繞してもよく、第１の流体流経路をソフトロボットフィンガの内部空隙に接続させる構成において、フィンガをマニホールドに固着してもよい。

上記で説明されるエンドエフェクタは、変位流体が標的物体を変位させるために使用され、次いで、エンドエフェクタが標的物体を握持し得る握持方法で使用されてもよい。

別個に、または上記で説明されるエンドエフェクタとともに使用され得る、さらなる実施形態はさらに、エンドエフェクタ上に外部多孔性表面を含んでもよい。外部多孔性表面は、上記で説明される入口または別の入口に接続されてもよく、フィンガの外部表面に潤滑流体を提供するように構成されてもよい。例えば、コントローラは、潤滑流体を多孔性表面を通して排出させてもよい。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
ソフトロボットエンドエフェクタであって、
グリッパハブと、
前記ハブによって支持されるソフトロボットフィンガであって、前記ソフトロボットフィンガは、内部空隙を囲繞するエラストマ外面を含み、圧力変化が前記内部空隙内で生じると、丸まるように構成され、前記ソフトロボットフィンガは、
前記ソフトロボットフィンガの近位端に位置する入口と、
前記ソフトロボットフィンガの遠位端に位置する出口と、
前記入口を前記出口に接続するチャネルと
を備える、ソフトロボットフィンガと、
センサであって、前記センサは、標的物体が遮断物体に近接近して位置するときを検出するように構成される、センサと、
コントローラであって、前記コントローラは、前記入口に変位流体を提供し、前記出口を通した前記変位流体の放出を引き起こすように構成される、コントローラと
を備える、エンドエフェクタ。
（項目２）
前記変位流体は、圧縮空気である、項目１に記載のエンドエフェクタ。
（項目３）
前記ソフトロボットフィンガの半径方向内部表面上の歪み限定層をさらに備え、前記歪み限定層は、複数の堅性なスラットを備え、前記チャネルは、前記歪み限定層の中に埋め込まれる、項目１に記載のエンドエフェクタ。
（項目４）
前記チャネルは、前記ソフトロボットフィンガのエラストマ外面の中に埋め込まれる、項目１に記載のエンドエフェクタ。
（項目５）
前記コントローラは、前記センサの出力に基づいて標的物体に接近し、前記変位流体の放出を印加し、前記標的物体を変位させるように構成される、項目１に記載のエンドエフェクタ。
（項目６）
前記出口は、多孔性であり、前記コントローラは、空気チャネル内の圧力を測定し、前記圧力の変化に基づいて、前記ソフトロボットフィンガの遠位端が標的物体に近接していることを識別するように構成される、項目１に記載のエンドエフェクタ。
（項目７）
前記グリッパハブは、マニホールドであり、前記マニホールドは、前記ソフトロボットフィンガに膨張流体を供給するための第１の流体流経路と、前記入口に前記変位流体を供給するための第２の流体流経路とを備える、項目１に記載のエンドエフェクタ。
（項目８）
前記マニホールドはさらに、前記入口と噛合するように構成される返し付きコネクタを備える、項目７に記載のエンドエフェクタ。
（項目９）
前記マニホールドはさらに、前記ソフトロボットフィンガを捕捉および固着するように構成されるフランジを備える、項目７に記載のエンドエフェクタ。
（項目１０）
前記第１の流体流経路は、前記ソフトロボットフィンガの内部空隙に接続する、項目７に記載のエンドエフェクタ。
（項目１１）
方法であって、
項目１に記載のソフトロボットエンドエフェクタを提供することと、
前記コントローラに、前記出口を通して前記変位流体を放出させることと
を含む、方法。
（項目１２）
前記コントローラは、圧縮器に信号を伝送し、前記圧縮器に圧縮空気を前記変位流体として供給させる、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
前記変位流体を、前記ソフトロボットフィンガの半径方向内部表面上の歪み限定層を通して流動させることをさらに含み、前記歪み限定層は、複数の堅性なスラットを備え、前記チャネルは、前記歪み限定層の中に埋め込まれる、項目１１に記載の方法。
（項目１４）
前記変位流体を前記ソフトロボットフィンガのエラストマ外面を通して流動させることをさらに含む、項目１１に記載の方法。
（項目１５）
前記センサの出力に基づいて、前記ソフトロボットエンドエフェクタを用いて標的物体に接近することをさらに含む、項目１１に記載の方法。
（項目１６）
前記出口は、多孔性であり、さらに、前記空気チャネル内の圧力を測定することと、前記圧力の変化に基づいて、前記ソフトロボットフィンガの遠位端が標的物体に近接していることを識別することとを含む、項目１１に記載の方法。
（項目１７）
前記ソフトロボットフィンガを、マニホールドに取り付けることをさらに含み、前記マニホールドは、前記ソフトロボットフィンガに膨張流体を供給するための第１の流体流経路と、前記入口に前記変位流体を供給するための第２の流体流経路とを備える、項目１１に記載の方法。
（項目１８）
前記マニホールドはさらに、前記入口と噛合するように構成される返し付きコネクタを備え、さらに、前記返し付きコネクタに前記入口を取り付けることを含む、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
前記マニホールドはさらに、フランジを備え、さらに、前記フランジに前記ソフトロボットフィンガを固着することを含む、項目１７に記載の方法。
（項目２０）
ソフトロボットエンドエフェクタであって、
グリッパハブと、
前記ハブによって支持されるソフトロボットフィンガであって、前記ソフトロボットフィンガは、内部空隙を囲繞するエラストマ外面を含み、圧力変化が前記内部空隙内に生じると、丸まるように構成され、前記ソフトロボットフィンガは、
外部多孔性表面と、
潤滑流体を受容するための、前記ソフトロボットフィンガの近位端に位置する入口と、
前記入口を前記外部多孔性表面に接続するチャネルと
を備える、ソフトロボットフィンガと、
コントローラであって、前記コントローラは、前記潤滑流体を前記入口に提供し、前記潤滑流体を前記多孔性表面を通して排出させるように構成される、コントローラと
を備える、ソフトロボットエンドエフェクタ。

図１Ａ－１Ｇは、ソフトロボットアクチュエータの種々の実施例を描写する。 図１Ａ－１Ｇは、ソフトロボットアクチュエータの種々の実施例を描写する。 図１Ａ－１Ｇは、ソフトロボットアクチュエータの種々の実施例を描写する。 図１Ａ－１Ｇは、ソフトロボットアクチュエータの種々の実施例を描写する。 図１Ａ－１Ｇは、ソフトロボットアクチュエータの種々の実施例を描写する。 図１Ａ－１Ｇは、ソフトロボットアクチュエータの種々の実施例を描写する。 図１Ａ－１Ｇは、ソフトロボットアクチュエータの種々の実施例を描写する。

図２は、例示的実施形態が適用され得る状況を描写する。

図３は、例示的実施形態による、例示的ソフトロボットフィンガを描写する。

図４Ａ－４Ｂは、動作時の例示的エンドエフェクタを描写する。

図５Ａ－５Ｃは、種々の構成で提供される例示的空気チャネルを示す、断面図である。 図５Ａ－５Ｃは、種々の構成で提供される例示的空気チャネルを示す、断面図である。 図５Ａ－５Ｃは、種々の構成で提供される例示的空気チャネルを示す、断面図である。

図６Ａ－６Ｂは、ソフトロボットフィンガをロボットハブに接続するための、例示的マニホールドを描写する。

図７Ａ－７Ｂは、潤滑流体がロボットフィンガ内の多孔性表面を通して排出される、例示的実施形態を描写する。

図８Ａ－８Ｂは、流体チャネル内の圧力が測定され、近接検出器としての役割を果たす、例示的実施形態を描写する。

図９は、例示的実施形態による、例示的握持技法を説明するフローチャートである。

本発明は、ここで、本発明の好ましい実施形態が示される、付随の図面を参照してさらに説明されるであろう。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化され得、本明細書に記載される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全となり、本発明の範囲を当業者に完全に伝達するであろうように提供される。図面では、同一の番号は、全体を通して同一の要素を指す。

（ソフトロボットグリッパに関する背景技術）
従来のロボットアクチュエータは、高価であり、取り扱われている物体の重量、サイズ、および形状の不確実性および多様性が、これまで自動解決策が機能することを妨げていた、ある環境で動作することが不可能であり得る。本願は、適応的、安価、軽量、カスタマイズ可能、かつ使用することが単純である、新規のソフトロボットアクチュエータの用途を説明する。

ソフトロボットアクチュエータは、ゴム、コーティングされたファブリック、または圧力下で広がる、伸張する、捻転する、屈曲する、延在する、および／または収縮するように構成される、アコーディオン構造に配列されるプラスチックの薄い壁等のエラストマ材料、または他の好適な比較的に軟質の材料から形成されてもよい。アコーディオン構造の代替として、またはそれに加えて、エラストマ材料を採用するソフトアクチュエータの他のタイプまたは構成が、利用されてもよい。それらは、例えば、エラストマ材料の１つ以上の部片を所望の形状に成型または接合することによって作成されてもよい。代替として、または加えて、エラストマ材料の異なる部片が、熱的に接合または縫着されてもよい。ソフトロボットアクチュエータは、アクチュエータを加圧する、膨張させる、および／または作動させるように、空気、水、または生理食塩水等の流体で充填され得る、中空内部を含んでもよい。作動に応じて、アクチュエータの形状または外形は、変化する。アコーディオン式アクチュエータ（下記でより詳細に説明される）の場合、作動は、アクチュエータを所定の標的形状に湾曲または直線化させてもよい。完全な未作動形状と完全な作動形状との間の１つ以上の中間標的形状は、アクチュエータを部分的に膨張させることによって達成され得る。代替として、または加えて、アクチュエータは、アクチュエータから膨張流体を除去し、それによって、アクチュエータが屈曲、捻転、および／または延在する程度を変化させるように、真空を使用して作動されてもよい。

作動はまた、アクチュエータが握持または押動されている物体等の物体に力を及ぼすことも可能にし得る。しかしながら、従来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握持されている物体の形状に部分的または完全に共形化し得るように作動されると、適応性質を維持する。それらはまた、アクチュエータが握持標的ではない積み重ねの中の隣接物体または容器の側面と衝突する可能性が高いため、積み重ねから物体を取り上げる、または容器から物体を取り出すときに特に関連性があり得る、物体との衝突に応じて偏向し得る。さらに、印加される力の量は、材料が容易に変形し得るため、制御された様式でより広い表面積にわたって拡散されることができる。このようにして、ソフトロボットアクチュエータは、物体を損傷することなく、それらを把持することができる。

なおもさらに、ソフトアクチュエータは、適応的であり、故に、単一の固定具が、複数の種類の物体を把持することができる。ソフトアクチュエータの外面は、比較的に繊細であるため、容易に傷つけられる、または損傷されるアイテム（例えば、トマト）用のリダイレクタ等の役割を果たすことができる一方で、硬質固定具が、より頑丈なアイテム（例えば、真鍮弁）を操作することに限定され得る。

さらに、ソフトアクチュエータは、典型的には、把持されている表面に跡を付けないであろう。典型的には、容易に跡を付けられる表面（例えば、ベニヤ）が硬質固定具によって把持されるであろうときに、保護コーティングまたはフィルムが、部品が跡を付けられることを防止するために適用され得、これは、製造の費用を増加させる。ソフトアクチュエータを用いると、本ステップは、省略され得、部品は、特殊コーティングまたはフィルムを用いずに保護され得る。

また、ソフトロボットアクチュエータは、従来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（屈曲、捻転、延在、および収縮を含む）を可能にする。

従来のロボットグリッパまたはアクチュエータは、高価であり、取り扱われている物体の重量、サイズ、および形状の不確実性および多様性が、これまで自動解決策が機能することを妨げていた、ある環境で動作することが不可能であり得る。本願は、適応的、安価、軽量、カスタマイズ可能、かつ使用することが単純である、新規のソフトロボットアクチュエータの用途を説明する。

ソフトロボットアクチュエータは、ゴム、または圧力下で広がる、伸張する、および／または屈曲するように構成される、アコーディオン構造に配列されるプラスチックの薄い壁等のエラストマ材料、または他の好適な比較的に軟質の材料から形成されてもよい。それらは、例えば、エラストマ材料の１つ以上の部片を所望の形状に成型することによって作成されてもよい。ソフトロボットアクチュエータは、アクチュエータを加圧する、膨張させる、および／または作動させるように、空気、水、または生理食塩水等の流体で充填され得る、中空内部を含んでもよい。作動に応じて、アクチュエータの形状または外形は、変化する。アコーディオン式アクチュエータ（下記でより詳細に説明される）の場合、作動は、アクチュエータを所定の標的形状に湾曲または直線化させてもよい。完全な未作動形状と完全な作動形状との間の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、アクチュエータから膨張流体を除去し、それによって、アクチュエータが屈曲、捻転、および／または延在する程度を変化させるように、真空を使用して作動されてもよい。

作動はまた、アクチュエータが握持または押動されている物体等の物体に力を及ぼすことも可能にし得る。しかしながら、従来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握持されている物体の形状に部分的または完全に共形化し得るように作動されると、適応性質を維持する。それらはまた、アクチュエータが握持標的ではない積み重ねの中の隣接物体または容器の側面と衝突する可能性が高いため、積み重ねから物体を取り上げる、または容器から物体を取り出すときに特に関連性があり得る、物体との衝突に応じて偏向し得る。さらに、印加される力の量は、材料が容易に変形し得るため、制御された様式でより広い表面積にわたって拡散されることができる。このようにして、ソフトロボットアクチュエータは、物体を損傷することなく、それらを把持することができる。

なおもさらに、ソフトアクチュエータは、適応的であり、故に、単一の固定具が、複数の種類の物体を把持することができる。ソフトアクチュエータの外面は、比較的に繊細であるため、容易に傷つけられる、または損傷されるアイテム（例えば、トマト）用のリダイレクタ等の役割を果たすことができる一方で、硬質固定具が、より頑丈なアイテム（例えば、真鍮弁）を操作することに限定され得る。

さらに、ソフトアクチュエータは、典型的には、把持されている表面に跡を付けないであろう。典型的には、容易に跡を付けられる表面（例えば、ベニヤ）が硬質固定具によって把持されるであろうときに、保護コーティングまたはフィルムが、部品が跡を付けられることを防止するために適用され得、これは、製造の費用を増加させる。ソフトアクチュエータを用いると、本ステップは、省略され得、部品は、特殊コーティングまたはフィルムを用いずに保護され得る。

また、ソフトロボットアクチュエータは、従来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（屈曲、捻転、延在、および収縮を含む）を可能にする。

図１Ａ－１Ｄは、例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。より具体的には、図１Ａは、ソフトロボットアクチュエータの一部の側面図を描写する。図１Ｂは、上部から図１Ａからの一部を描写する。図１Ｃは、ユーザによって操作され得るポンプを含む、ソフトロボットアクチュエータの一部の側面図を描写する。図１Ｄは、図１Ｃに描写される一部の代替実施形態を描写する。

アクチュエータは、空気、水、生理食塩水、または任意の好適な液体、ガス、ゲル、発泡体等の膨張流体を用いて膨張可能である、図１Ａに描写されるようなソフトロボットアクチュエータ１００であってもよい。膨張流体は、流体接続１１８を通して膨張デバイス１２０を介して提供されてもよい。

アクチュエータ１００は、膨張流体の限定された量が周囲環境と実質的に同一の圧力においてアクチュエータ１００の中に存在する、未膨張状態であってもよい。アクチュエータ１００はまた、所定量の膨張流体がアクチュエータ１００の中に存在する、完全膨張状態であってもよい（所定量は、アクチュエータ１００によって印加される所定の最大力、または膨張流体によってアクチュエータ１００上に印加される所定の最大圧力に対応する）。アクチュエータ１００はまた、全ての流体がアクチュエータ１００から除去される、完全真空状態、またはある程度の流体がアクチュエータ１００の中に存在するが、周囲圧力未満である圧力にある、部分真空状態であってもよい。さらに、アクチュエータ１００は、アクチュエータ１００が完全膨張状態で存在する所定量の膨張流体未満であるが、ゼロの（または非常に限定された）膨張流体を上回る量を含有する、部分膨張状態であってもよい。

膨張状態では、アクチュエータ１００は、図１Ａに示されるように中心軸の周囲で湾曲する傾向を呈し得る。議論を容易にするために、いくつかの方向が、本明細書に定義される。軸方向は、図１Ｂに示されるように、その周囲でアクチュエータ１００が湾曲する、中心軸を通過する。半径方向は、膨張したアクチュエータ１００によって形成される部分的な円の半径の方向に、軸方向に対して垂直な方向に延在する。円周方向は、膨張したアクチュエータ１００の円周に沿って延在する。

膨張状態では、アクチュエータ１００は、アクチュエータ１００の内側円周縁に沿って半径方向に力を及ぼし得る。例えば、アクチュエータ１００の遠位先端の内側は、中心軸に向かって内向きに力を及ぼし、これは、アクチュエータ１００が（潜在的に１つ以上の付加的アクチュエータ１００と併せて）物体を握持することを可能にするために活用されてもよい。ソフトロボットアクチュエータ１００は、使用される材料およびアクチュエータ１００の一般的構造に起因して、膨張されると、比較的に共形性のままであり得る。

アクチュエータ１００は、比較的に軟質または共形構造を可能にする、１つ以上のエラストマ材料から作製されてもよい。用途に応じて、エラストマ材料は、食品安全性、生体適合性、または医学的に安全な、ＦＤＡ承認材料の群から選択されてもよい。アクチュエータ１００は、適正製造プロセス（「ＧＭＰ」）対応設備で製造されてもよい。

アクチュエータ１００は、略扁平である基部１０２を含んでもよい（但し、種々の修正または付属器が、アクチュエータの把持および／または屈曲能力を改良するために基部１０２に追加されてもよい）。基部１０２は、標的物体を握持する、把持表面を形成してもよい。

アクチュエータ１００は、１つ以上のアコーディオン延在部１０４を含んでもよい。アコーディオン延在部１０４は、アクチュエータ１００が膨張または収縮されると屈曲または撓曲することを可能にし、膨張または収縮状態であるときにアクチュエータ１００の形状を画定することに役立つ。アコーディオン延在部１０４は、一連の隆起１０６と、溝１０８とを含む。アコーディオン延在部１０４のサイズおよび隆起１０６および溝１０８の設置は、異なる形状または延在外形を取得す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、展開されたときの「Ｃ」字または卵形で描写されるが、当業者は、本発明がそのように限定されないことを認識するであろう。アクチュエータ１００の本体の形状、またはアコーディオン延在部１０４のサイズ、位置、または構成を変化させることによって、異なるサイズ、形状、および構成が、達成され得る。また、アクチュエータ１００に提供される膨張流体の量を変動させることは、アクチュエータ１００が、未膨張状態と膨張状態との間の１つ以上の中間サイズまたは形状をとることを可能にする。したがって、個々のアクチュエータ１００は、膨張量を変動させることによってサイズおよび形状が拡張可能であり得、アクチュエータは、１つのアクチュエータ１００を、異なるサイズ、形状、または構成を有する別のアクチュエータ１００と置換することによって、サイズおよび形状がさらに拡張可能であり得る。

アクチュエータ１００は、近位端１１２から遠位端１１０まで延在する。近位端１１２は、インターフェース１１４に接続する。インターフェース１１４は、アクチュエータ１００が他の部品に解放可能に結合されることを可能にする。インターフェース１１４は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（「ＡＢＳ」）、またはアセタールホモポリマー等の食品安全性または医学的に安全な材料から作製されてもよい。インターフェース１１４は、アクチュエータ１００および可撓性管類１１８の一方または両方に解放可能に結合されてもよい。インターフェース１１４は、アクチュエータ１００に接続するためのポートを有してもよい。異なるインターフェース１１４が、より大型またはより小型のアクチュエータ、異なる数のアクチュエータ、または異なる構成におけるアクチュエータに適応するために、アクチュエータポートの異なるサイズ、数、または構成を有してもよい。

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

可撓性管類１１８はまた、一方の端部においてインターフェース１１４に、かつ他方の端部において膨張デバイス１２０に解放可能に接続するためのアクチュエータ接続インターフェース１２２を含んでもよい。アクチュエータ接続インターフェース１２２の２つの部品を分離することによって、異なる膨張デバイス１２０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に接続されてもよい。

膨張流体は、例えば、空気または生理食塩水であってもよい。空気の場合、膨張デバイス１２０は、周囲空気を供給するための手動バルブまたは蛇腹部を含んでもよい。生理食塩水の場合、膨張デバイス１２０は、シリンジまたは他の適切な流体送達システムを含んでもよい。代替として、または加えて、膨張デバイス１２０は、膨張流体を供給するための圧縮器またはポンプを含んでもよい。

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

膨張デバイス１２０はさらに、可撓性管類１１８を通して流体供給源１２６からアクチュエータ１００に膨張流体を供給するためのポンプまたは圧縮器等の流体送達デバイス１２８を含む。流体送達デバイス１２８は、流体をアクチュエータ１００に供給すること、またはアクチュエータ１００から流体を引き出すことが可能であり得る。流体送達デバイス１２８は、電気によって動力供給されてもよい。電気を供給するために、膨張デバイス１２０は、バッテリまたは電気コンセントへのインターフェース等の電力供給源１３０を含んでもよい。

電力供給源１３０はまた、電力を制御デバイス１３２に供給してもよい。制御デバイス１３２は、ユーザが、例えば、１つ以上の作動ボタン１３４（またはスイッチ、インターフェース、タッチディスプレイ等の代替デバイス）を通して、アクチュエータの膨張または収縮を制御することを可能にし得る。制御デバイス１３２は、制御信号を流体送達デバイス１２８に送信し、流体送達デバイス１２８に膨張流体を供給させる、またはアクチュエータ１００から膨張流体を引き出させるためのコントローラ１３６を含んでもよい。

ソフトロボットアクチュエータは、ハードアクチュエータが望ましくない、多くの事例で有用であり得る。例えば、限定ではないが、ソフトアクチュエータは、包装ブランクまたはプリフォームを取り上げ、それをブロー成型機に提供してもよく、その後、ブロー成型機は、金型に基づいて、ブランクを所望の形態に再成形してもよい。成形された後、成型された部品は、典型的には、非常に熱く、変形可能であろう。成型された部品は、成型された部品を損傷または変形させることなく、ソフトアクチュエータによって回収されてもよい。アクチュエータは、次いで、洗浄、標識、充填、および／または冠着されている間に、成型された部品を保持してもよい。他のソフトアクチュエータは、予防接種、分析、または手術のため等に、生きた動物を優しく保持してもよい。

従来のブロー成型動作における１つの問題は、握持されている物体が、ブロー成型の前および後に異なる形状を有する（包装ブランクから最終形成製品に遷移する）ことである。ハードグリッパが、変化する形状に適応する困難を有し得る（したがって、おそらく、単一のブロー成型動作のために２つの異なるタイプのグリッパを要求する）一方で、ソフトアクチュエータは、同一のグリッパを使用して、両方の物体形状を握持するために十分に適応可能であり得る。

ソフトロボットアクチュエータは、所定量の膨張流体で（または所定の圧力まで）膨張されてもよく、アクチュエータの流入／流出量および／またはアクチュエータの内圧が、測定されてもよい。物体と接触することに応じて、アクチュエータは、偏向されてもよく、結果として、膨張流体は、アクチュエータから流出（またはそれに流入）してもよい。本膨張流体流は、ある位置における、または、概してアクチュエータと接触している、物体の存在を示す、検出器としての役割を果たしてもよい。代替として、アクチュエータは、タッチセンサ、屈曲センサ、または物体との接触を位置合わせするための他のタイプの検出デバイスを含んでもよい。

図１Ｅは、グリッパハブ２０２がロボットアームＲＡに取り付けられ、作動のための流体供給源が外部流体ライン１１８を介して提供される、複数のフィンガを伴うソフトロボットアクチュエータ１００を描写する。フィンガ１００は、逆に丸められた位置で、方向６０４に丸められて示される。

図１Ｆおよび１Ｇは、本明細書に議論される任意の実施形態と併用され得る、ソフトロボットアクチュエータフィンガ１００を描写する。各フィンガ１００またはアクチュエータ１００は、内部空隙３００４を囲繞するエラストマ外面３００５を含み、膨張流体が内部空隙３００４に供給されるときに丸まるように構成される。歪み限定側２００３が、延在に抵抗する一方、拡張側３００１は、流体圧力の変化に応じて、延在および収縮を助長するための蛇腹特徴を含み、延在または収縮のいずれかは、１つまたは別の方向に丸まることを引き起こす。補強リブ３００３が、主に丸まる方向に沿って生じるように拡張および収縮を制約し、また、握持のためのいくつかのテクスチャ加工または隆起も提供する。

図１Ａ－１Ｇは、時として、アコーディオン式ソフトアクチュエータと称される、特定のタイプのソフトロボットアクチュエータを描写する。しかしながら、多数の他のタイプのソフトアクチュエータも、存在し、そのうちのいくつかは、下記の特定の実施形態に関連して説明される。ソフトアクチュエータは、軟質または応柔性材料から部分的または完全に形成されるアクチュエータを含み、より従来のハードアクチュエータ材料を組み込む、または囲繞してもよい。

ソフトアクチュエータは、種々の方法で移動してもよい。例えば、ソフトアクチュエータは、上記に示されるように屈曲してもよい、または「Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ」と題され、２０１４年９月８日に出願された、米国特許出願第１４／４８０，１０６号に説明される、ソフト触手アクチュエータの実施例におけるように捻転してもよい。別の実施例では、ソフトアクチュエータは、「Ｓｏｆｔ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ ａｎｄ Ｓｏｆｔ Ａｃｔｕａｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題され、２０１５年７月１７日に出願された、米国特許出願第１４／８０１，９６１号に説明されるような線形アクチュエータであってもよい。なおもさらに、ソフトアクチュエータは、「Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｒｏｂｏｔｉｃ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ」と題され、２０１４年７月１１日に出願された、米国特許出願第１４／３２９，５０６号におけるように、シート材料から形成されてもよい。さらに別の実施例では、ソフトアクチュエータは、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ， Ｓｙｓｔｅｍ， ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ Ｆａｂｒｉｃ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ａｓ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ」と題され、２０１４年８月２５日に出願された、米国特許出願第１４／４６７，７５８号におけるように、複雑な形状を形成するように組み込み繊維構造を伴う複合材料で構成されてもよい。

当業者は、ソフトアクチュエータの他の構成および設計もまた、可能として考えられ、本明細書に説明される例示的実施形態とともに採用され得ることを認識するであろう。

（エンドエフェクタ）
エンドエフェクタは、環境と相互作用するように設計される、ロボットアームの端部におけるデバイスであってもよい、および／またはロボットの最後のリンク（または終点）であってもよい。終点において、ツールが、取り付けられてもよい、またはエンドエフェクタは、それ自体がツールとして作用してもよい。エンドエフェクタは、グリッパまたはツールの一方または両方を含んでもよい。グリッパは、物体を保持する、持ち上げる、輸送する、および／または操作する傾向があるが、ツール機能は、多くの場合、収縮機能を有し、作業物体を把持または保持するのではなく、その特性を変化させてもよい。ツール機能は、溶接または融合、噴霧、分注、フライス、ねじまたはナットの駆動、平坦化、切断、およびこれらの組み合わせを含んでもよい。

エンドエフェクタの少なくとも４つのカテゴリは、衝突型（例えば、保持摩擦を含む直接衝突によって作業物体を握持する、ジョー、爪）、進入型（例えば、針、ピン、ハックルを用いて作業物体を貫通する）、収斂型（例えば、ベルヌーイ揚力、吸引力、真空力、磁気、静電、ファン・デル・ワールス力、定在超音波、レーザピンセット等の本質的に引力または場の力）、および連続型（例えば、毛管作用、糊、表面張力、凍結、化学反応を介した本質的に接着力）を含む。

ハードロボットでは、把持は、把持表面（例えば、丸い物体を持ち上げるための凹面状カップ）で形態に従う静的形状を使用することによって、またはハードフィンガ、ジョー、または爪を閉鎖することによって増加される摩擦力によって実施され得る。ソフトロボットエンドエフェクタは、グリッパ機能性を含んでもよく、また、または代替として、あるツール機能性を含んでもよい。ソフトロボットグリッパは、衝突型であってもよく、加えて、特定のグリッパ／作動形態または構成を介して、またはソフトロボットグリッパ内に、またはそれに沿って、またはその反対に付属ツールを追加することによって、進入型、収斂型、および／または連続型にされてもよい。

ソフトロボットグリッパは、長さおよび作動アプローチに応じて、フィンガ、アーム、テール、または主要部の器質的な掴むのに適した役割を担い得る、１つ以上のソフトロボット部材を含んでもよい。ソフトロボット部材を膨張および／または収縮させる場合において、２つ以上の部材が、ハブから延在してもよく、ハブは、流体（ガスまたは液体）をグリッパ部材に分散するためのマニホールド、および／またはマニホールドおよび／またはグリッパ部材への流体圧力を安定させるためのプレナムを含んでもよい。部材は、ソフトロボット部材が、丸められたときに、それに対して物体が指部によって保持される、「パーム」に面する指部として作用するように、手のように配列されてもよい、および／または部材はまた、ソフトロボット部材が付加的中心ハブアクチュエータを囲繞するアームとして作用する（吸引、把持、または同等物）ように、頭足動物のように配列されてもよい。概して、排他的ではないが、本明細書で使用されるように、用語「基部プレート」、「パームプレート」、「バンパプレート」、または「ハブプレート」は、２つ以上のソフトロボット部材に隣接する基準表面を指し得、それに対して、例えば、「閉鎖」方向に丸められたときに、ソフトロボット部材が作業物体を保持してもよく、そこから、作業物体上のソフトロボット部材の把持が、例えば、ソフトロボット部材が「開放」方向に丸められる、または再び丸められるときに解放されてもよい。「プレート」の使用は、部材が完全に平面状であることを示唆せず、「プレート」は、別様に説明されない限り、表面起伏、輪郭、湾曲、頂点および谷部、テクスチャ加工、または同等物を有し得る、または「プレート」は、別様に説明されない限り、プレート様エンベロープまたは縦横比内に適合する部材を説明する。

ソフトロボットグリッパ部材は、ゴム、および／または圧力下で広がる、伸張する、および／または屈曲するように構成される、アコーディオン構造に配列されるプラスチックの薄い壁等のエラストマ材料、または他の好適な比較的に軟質の材料から形成されてもよい。ソフトロボットグリッパ部材は、グリッパ部材を加圧する、膨張させる、および／または作動させるように、空気、水、または生理食塩水等の流体で充填され得る、チャネルおよび／または中空内部を含んでもよい。作動に応じて、グリッパ部材の形状または外形は、例えば、可変的に湾曲する、（反対方向も含めて）丸まる、または直線化することによって変化する。代替として、または加えて、グリッパ部材は、グリッパ部材から膨張流体を除去し、それによって、グリッパ部材が屈曲、捻転、および／または延在する程度を変化させるように、真空を使用して作動されてもよい。

作動はまた、グリッパ部材が、握持または押動されているワークピース等のワークピースに力を及ぼし、かつ握持されているワークピースの形状に部分的または完全に共形化することも可能にし得る。ソフトロボットグリッパ部材はまた、ワークピースまたは作業環境との衝突に応じて、無害に偏向することもできる。

（例示的アームの端部ツール）
本明細書に説明される例示的実施形態は、ロボットフィンガの先端に（すなわち、ロボットフィンガの遠位把持先端に）位置する出口を有する、アームの端部ツール（ＥＯＡＴ）に関する。出口は、圧縮空気等の変位流体がフィンガ先端から放出されることを可能にする。本能力は、タイトな空間または限局された空間内の物体を他の物体またはコンテナの側面から離れるように移動されることを可能にし得る。その結果、標的物体は、ＥＯＡＴが、標的物体上でのよりしっかりした、または別様により良好な握持を達成し得るように、より良好な位置または構成の中に設置されることができる。

例えば、図２は、一般的にロボット握持システムにもたらされる状況を描写する。標的物体２００が、コンテナの中に提供される。この場合、標的物体２００は、コンテナの壁２０２－１、２０２－２に対して押動される。ロボットエンドエフェクタが、標的物体２００にわたって降下されるべき場合、ロボットエンドエフェクタのフィンガのうちの１つ以上のものは、コンテナの壁２０２－１、２０２－２のうちの少なくとも一方と衝突する可能性が高くなるであろう。

したがって、標的物体２００を、コンテナの壁２０２－２から離れるように、矢印２０４の方向に移動させることが、望ましいであろう。従来のロボットシステムは、本再位置特定を達成するためのいかなる効率的な機構も含まない。例えば、グリッパは、標的物体２００をアクセス可能な側面から握持し得る（例えば、側面は、壁２０２－１に直接面していない）が、これは、特に、標的物体２００が（グリッパが、壁２０２－１および２０２－２の両方によって潜在的に遮断されるように）角にある場合、困難であり得る。

類似する状況が、標的物体２００が混雑した環境内にあり、他の物体（遮断物体）が標的物体に近接近して位置するときに生じる。この場合、標的物体２００を遮断物体から離れるように押動することが、望ましいであろう（または逆もまた同様であろう）。

例示的実施形態は、一吹き分の変位流体がフィンガ先端から排出されることを可能にする、ソフトロボットアクチュエータ（またはフィンガ）を提供する。変位流体の一吹き分が、壁２０２－２または遮断物体等の妨害物から標的物体２００を離れるように変位させるために使用されてもよい。そのようなアクチュエータ１００の実施例が、図３に示される。

アクチュエータ１００は、入口３０２を含み、これは、アクチュエータ１００の近位端１１２内の開口部または孔であってもよい。入口３０２は、変位流体を受容するようにサイズ決めおよび構成されてもよい。使用される変位流体は、特定の用途に依存し得る。例えば、いくつかの用途では、空気は、標的物体２００を損傷させる可能性が低く、容易に利用可能である可能性が高いため、変位流体のために圧縮空気を使用することが、便宜的であり得る（例えば、圧縮空気もまた、アクチュエータ１００に供給される膨張流体のために使用されている場合、これは、空気を圧縮器から入口３０２に流動させるような比較的に単純な仕事であり得る）。他の用途では、窒素、酸素、二酸化炭素等の異なるタイプの変位流体が、使用されてもよい。変位流体は、標的物体を損傷させないように、標的物体２００の品質に基づいて選択されてもよい。変位流体は、膨張流体と同一、またはそれと異なってもよい。

アクチュエータ１００はさらに、遠位端１１０において出口３０４を含んでもよい。出口は、変位流体の放出３０６が、アクチュエータ１００の遠位端１１０から排出されることを可能にする。放出３０６の力は、入口３０２のサイズおよび形状、出口３０４のサイズおよび形状、入口と出口との間のチャネルのサイズ、および入口３０２に送達される空気の圧力に依存し得る。これらのパラメータはそれぞれ、放出力の所望される量を達成するように変動されてもよい。いくつかの実施形態では、パラメータの種々の側面は、ＥＯＡＴを起動するために使用される、コントローラによって制御されてもよい。例えば、コントローラは、圧縮器によって供給される流体の量を修正してもよく、それによって変位流体が出口３０４に供給されるルートに沿って１つ以上の弁を（完全に、または部分的に）開放または閉鎖させてもよく、入口３０２または出口３０４等のサイズを変化させてもよい。

図４Ａ－４Ｂは、動作時の例示的アクチュエータ１００を示す。アクチュエータ１００は、ロボットのアームの端部ツール（ＥＯＡＴ）４００上に搭載されてもよい。ＥＯＡＴ４００は、ＥＯＡＴ４００と関連付けられるコントローラの制御下で標的物体２００に接近してもよい。ＥＯＡＴ４００が、標的物体２００に接近するにつれて、アクチュエータ１００は、中立の構成にあってもよい、または図４Ａに示されるように、（例えば、アクチュエータ１００に真空を印加することによって）逆に膨張されてもよい。本段階においてアクチュエータ１００を逆に膨張させることの利点は、アクチュエータ１００が逆に丸められると、アクチュエータ１００の出口３０４が、標的物体２００に対して垂直により近くもたらされ、ＥＯＡＴが変位流体の放出３０６を標的物体２００とコンテナの側面２０２－２との間により直接的に指向することを可能にし得ることである。

ＥＯＡＴ４００は、出口３０４が、標的物体２００がコンテナの側面２０２－２と接触する（または別様にそれに近接近している）面積の上方に位置付けられるような位置に移動されてもよい。ＥＯＡＴ４００は、コントローラによって、ＥＯＡＴ４００に搭載される（カメラまたは距離計等の）１つ以上のセンサの出力に基づいた位置に移動されてもよい。これらのセンサが、ＥＯＡＴ４００が、適切な位置にあることを示すと、コントローラは、信号を伝送し、変位流体の放出３０６を引き起こしてもよい。ＥＯＡＴ４００の位置のため、変位流体の放出３０６は、図４Ｂに示されるように、標的物体２００を、コンテナの側面２０２－２から離れるように、矢印４０４の方向に変位させる。

図５Ａ－５Ｃは、チャネル５０２を介して入口から出口に変位流体を流動させるための例示的実施形態を描写する、断面図である。図５Ａに示されるように、かつ図１Ｆ－１Ｇに関連して前述に議論されるように、アクチュエータ１００は、内側空隙３００４を囲繞する、エラストマ成型層を含んでもよい。歪み限定層が、１つ以上のスラット３００３を組み込んでもよい。歪み限定層は、アクチュエータ１００の残りと一体化してもよい、またはスラットカバー５０４として別個に提供されてもよい（図５Ｂ参照）。

チャネル５０２が、内側空隙３００４を穿刺せず、これが、（例えば、スラット３００３のための開口部を穿刺することによって）歪み限定層の動作に干渉しないことが、重要であり得る。したがって、いくつかの実施形態では、チャネル５０２は、歪み限定層内のチャネルであってもよい。

他の実施形態では、チャネル５０２は、内側空隙３００４を囲繞するエラストマ成型層内のチャネルであってもよい。なおもさらに、いくつかの実施形態では、チャネル５０２は、内側空隙３００４を囲繞するエラストマ成型層と歪み限定層との間に延在する、チャネルであってもよい。

いずれの実施形態においても、チャネル５０２は、歪み限定層を成型するプロセスの間に作成される、開口部であってもよい、および／または歪み限定層を通して挿入される、管または他のデバイスであってもよい。チャネル５０２は、アクチュエータ１００が屈曲するときであっても比較的に可撓性であり、かつ開放構成にあるままであるようにサイズ決めおよび構成されてもよい。

図５Ｂは、チャネル５０２が、歪み限定層を形成するスラットカバー５０４の中心領域内に延在する、実施例を描写する。チャネル５０４は、スラット３００３の後方に延在するように構成され、図５Ｃに示されるように、それを通して変位流体の放出３０６が送出され得る出口を形成する一連の開口部において終了する。開口部の数、サイズ、構成等は、放出３０６に関して所望される空気の量および構成に応じて選定されてもよい。（図８Ａ－８Ｂに関連して後に議論される）いくつかの実施形態では、開口部は、近接感知能力を提供するための、出口を形成する、多孔性表面内の細孔であってもよい。

図６Ａ－６Ｂに目を向けると、開口部３０２を含むアクチュエータ１００は、マニホールド６００を介してＥＯＡＴ４００のハブまたはインターフェースに接続してもよい。マニホールド６００は、ＥＯＡＴ４００のハブまたはインターフェースと一体化してもよい、またはハブまたはインターフェースに取り付けられる、別個の構造であってもよい。

マニホールド６００は、膨張流体を受容するための入口６０２を含む。入口６０２は、マニホールド膨張流体通路６１２－ａに接続し、これは、アクチュエータ１００のリザーバまたは空隙３００４に接続する、アクチュエータ膨張流体通路６１２－ｂと噛合し、それと流体連通するように構成される。

同様に、マニホールド６００は、変位流体を受容するための入口６０４を含む。入口６０４は、マニホールド変位流体通路６１４－ａに接続し、これは、チャネル５０２に接続する、アクチュエータ変位流体通路６１４－ｂと噛合し、それと流体連通するように構成される。

マニホールド６００は、「Ｄ」字形のフィンガ搭載部の形態の延在部６０６を含む。延在部６０６は、アクチュエータ膨張流体通路６１２－ｂの中に延在するように構成されてもよく、アクチュエータ１００の内壁（すなわち、空隙３００４を囲繞する壁）を介して（例えば、延在部６０６上の摩擦および／または返しを通して）アクチュエータ１００を定位置に保持するようにサイズ決めおよび成形されてもよい。

空隙３００４の内面に沿ってシールするステップに加えて、マニホールド６００は、ナイフエッジシールを形成する、１つ以上の突出部６１０を含んでもよい。突出部６１０は、アクチュエータ１００の基部においてエラストマ材料に押し入り、それによって、膨張流体がアクチュエータ空隙３００４から外に漏出することを防止してもよい。

マニホールド６００はさらに、アクチュエータ変位流体通路６１４－ｂの中に挿入するための返し付きインターフェース６０８を含んでもよい。返し付きインターフェース６０８は、通路６１４－ｂにフィットするようにサイズ決めおよび成形され、引抜されている返しの摩擦および抵抗の作用によって、通路６１４－ｂにマニホールド６００を固着し、変位流体が逃散することを防止する、および／または、膨張流体流経路の中に漏出することを防止する（逆もまた同様）、液密シールを提供してもよい。

実施形態は、フィンガの遠位先端を通して放出されている変位流体に関して上記に説明されているが、本発明は、本場所において変位流体を放出することに限定されない。例えば、変位流体は、出口を移動させることによって、中心または近位場所から放出されてもよい、またはアクチュエータの外部表面に沿って分散されてもよい。

本概念はさらに、図７Ａおよび７Ｂに示されるように、潤滑流体がアクチュエータの外部多孔性表面に供給されるようにステップを講じている場合がある。本実施例では、アクチュエータ１００は、壁７０２によって画定される、比較的に限局された空間の中に挿入され、次いで、引抜される。壁７０２上におけるアクチュエータ外部表面の摩擦は、アクチュエータを膠着させ得る。本実施例では、チャネル５０２は、アクチュエータ１００の外部多孔性表面７０４に（膨張流体および／または変位流体と同一である、またはそれと異なり得る）潤滑流体を提供してもよい。潤滑流体は、多孔性表面７０４内の小さい孔を通して排出され、アクチュエータ１００および／または壁７０２をコーティングしてもよい。このように、摩擦は、低減され得、アクチュエータ１００は、限局された空間からより容易に引抜され得る。

本実施形態は、別個に、または上記で説明される実施形態と併用され得る。潤滑流体は、用途に基づいて選択されてもよく、（例えば）水、油、または別の工学流体潤滑剤であってもよい。

別の実施例では、多孔性表面は、図８Ａ－８Ｂに示されるように、接触または近接センサを提供するために、アクチュエータの先端に位置してもよい。本実施例では、（膨張または変位流体と同一である、またはそれと異なり得る）加圧流体が、第１の圧力ｐ_１（ｐ_１＞大気圧である）における、（変位流体のためのチャネル５０２と同一である、またはそれと異なり得る）チャネル８０２に提供される。加圧流体は、本場合では、流体が排出される率を限定する、多孔性出口であり得る、出口３０６を通して排出されてもよい。チャネル８０２内の第１の圧力ｐ_１を維持する流率を表す、定常状態の流率が、決定され得る。チャネル８０２内の圧力は、例えば、埋め込まれた圧力センサによって、出口において加圧流体の圧力を測定することによって、上流圧力を測定することによって、または任意の他の好適な方法で測定されてもよい。

アクチュエータ１００の先端が、標的物体２００に近接近するように移動されると（図８Ｂ参照）、出口は、遮断または閉塞され、これは、加圧流体の放出３０６を制限する。故に、チャネル８０２内の圧力は、新しい圧力ｐ_２まで上昇し、チャネル８０２内の圧力を第１の圧力ｐ_１に維持するために要求される流率は、低下するであろう。圧力の変化または流率の変化は、コントローラによって検出されてもよく、アクチュエータ１００の先端が標的物体２００と接触している、またはそれに近接近しているという信号としての役割を果たし得る。

（握持方法）
図９は、上記で説明されるようなエンドエフェクタを展開および使用するための手順を説明する。

ブロック９０２では、ロボットエンドエフェクタが、提供され、ロボットシステム（例えば、ロボットアーム）に添着されてもよい。ロボットエンドエフェクタは、本明細書に描写および説明されるようなロボットエンドエフェクタであってもよい。

ブロック９０４では、本システムは、握持されるべき標的にわたってエンドエフェクタを位置付けてもよい。（エンドエフェクタまたは他所の上に搭載される）センサが、標的物体が別の物体またはコンテナの壁に近接近していることを検出してもよい。本検出は、遮断物体または壁から標的物体を離れるように移動させるためのさらなる処理を誘起し得る。故に、エンドエフェクタは、エンドエフェクタのアクチュエータの遠位端における出口を、変位流体を標的物体と遮断物体／コンテナ壁との間の界面に指向するように構成される位置に位置付けるように移動されてもよい。

出口が指向される特定の場所は、随意に、標的物体の変位の所望される方向および量に基づいて選択されてもよい。いくつかの実施形態では、（別個に、または物体を変位させるステップと組み合わせて）物体を回転させることが、望ましくあり得、出口は、物体の回転の標的量を引き起こすように計算される場所に位置付けられ、方向に面してもよい。

ブロック９０６では、出口が適切に位置付けられると、コントローラは、変位流体を変位流体入口に供給させてもよい。これは、例えば、変位流体を供給する圧縮器または他のデバイスに信号を伝送するステップを伴ってもよい。結果として、変位流体は、出口から排出され、標的物体を変位および／または回転させてもよい。

変位流体の第１の放出は、意図された効果を有していないであろうことが、可能性として考えられる。故に、ブロック９０８では、エンドエフェクタを誘導するセンサが、標的物体が、標的場所に、または標的構成の中に移動されていないことを示す場合、ブロック９０４－９０６に説明されるプロセスが、随意に、繰り返されてもよい。

標的物体が、標的場所または構成まで移動されると、処理は、ブロック９１０に進んでもよく、エンドエフェクタは、握持構成に再位置付けされてもよい。握持構成は、標的物体がアクチュエータによって握持されることを可能にする、エンドエフェクタのある構成であってもよい。握持構成は、ブロック９０４において達成されたエンドエフェクタの構成と同一である、またはそれと異なってもよい。随意に、本システムは、図８Ａ－８Ｂに関連して上記に説明されるように、アクチュエータの遠位端から加圧流体を排出し始めてもよく、加圧流体を近接または接触センサとして使用してもよい。

ブロック９１２では、システムは、随意に、アクチュエータ１００を作動させ、それらを丸まらせ、標的物体を握持させてもよい。選択された握持モードに応じて、丸まりの程度は、アクチュエータ１００により多いまたはより少ない膨張流体を追加または減ずることによって、コントローラによって制御されてもよい（例えば、より多い丸まりは、比較的に硬質の物体のためのよりしっかりとした握持をもたらす、またはより少ない丸まりは、比較的に脆性な物体のためのより緩い握持をもたらす）。いくつかの実施形態では、アクチュエータ１００は、中立、またはさらに負に膨張された位置内に維持されてもよく、線形アクチュエータの動作を通して標的物体の中に押動されてもよい。

このようにしてＥＯＡＴの把持で標的物体を固着すると、ブロック９１４では、ＥＯＡＴは、標的物体を所望の目的地または構成まで移動させるように平行移動および／または回転されてもよい。

上記で説明される方法は、非一過性のコンピュータ可読媒体上に記憶された命令または論理として具現化されてもよい。実行されると、命令または論理は、プロセッサ回路に、ロボットシステムを使用して上記で説明される方法を実施させてもよい。

（用語についての一般的注記）
いくつかの実施形態は、それらの派生語とともに、表現「一実施形態」または「ある実施形態」を使用して説明され得る。これらの用語は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書の中の種々の場所における語句「一実施形態では」の表出は、必ずしも全て同一の実施形態を指しているわけではない。また、別様に注記されない限り、上記で説明される特徴は、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、特徴が相互と非互換性であると注記されない限り、相互と組み合わせて採用され得る。

本明細書で使用される表記および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の記述および表現は、それら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、転送、組み合わせ、比較、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、一般的使用の理由のために、これらの信号をビット、値、要素、記号、文字、用語、番号、または同等物として参照することが、便宜的であることが証明されている。しかしながら、これらおよび類似の用語の全ては、適切な物理的数量と関連付けられるべきであり、それらの数量に適用される便宜的な標識にすぎないことに留意されたい。

さらに、実施される操作は、多くの場合、一般に人間オペレータによって実施される知的動作と関連付けられる、追加する、または比較する等の用語で称される。人間のオペレータのそのような能力は、１つ以上の実施形態の一部を形成する、本明細書に説明される動作のうちのいずれかにおいて、必要ではない、または殆どの場合において望ましくない。むしろ、動作は、機械動作である。種々の実施形態の動作を実施するための有用な機械は、汎用デジタルコンピュータまたは類似デバイスを含む。

いくつかの実施形態は、それらの派生語とともに、表現「結合される」および「接続される」を使用して説明され得る。これらの用語は、必ずしも相互の同義語として意図されていない。例えば、いくつかの実施形態は、２つ以上の要素が相互と直接物理的または電気的に接触していることを示すために、用語「接続される」および／または「結合される」を使用して説明され得る。しかしながら、用語「結合される」はまた、２つ以上の要素が相互と直接接触していないが、なおもさらに、相互と協働または相互作用することも意味し得る。

種々の実施形態はまた、これらの動作を実施するための装置またはシステムに関する。本装置は、要求される目的のために特別に構築されてもよい、またはコンピュータの中に記憶されたコンピュータプログラムによって選択的にアクティブ化または再構成されるような汎用コンピュータを備えてもよい。本明細書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ていない。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併用されてもよい、または要求される方法ステップを実施するように、より特殊な装置を構築することが便宜的であることが証明され得る。種々のこれらの機械のために要求される構造は、所与の説明から表出するであろう。

前述の説明では、種々の特徴は、本開示を簡潔にする目的のために単一の実施形態の中でともに群化されることが理解され得る。本開示の方法は、請求される実施形態が各請求項に明示的に列挙されるものより多くの特徴を要求するという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。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の特徴より少ない特徴にある。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、それ自体で別個の実施形態としての役割を果たす。添付の請求項では、用語「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（～を含む）」および「ｉｎ ｗｈｉｃｈ（その中で）」は、それぞれ、個別の用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（～を備える）」および「ｗｈｅｒｅｉｎ（その中で）」の平易な英語の均等物として使用される。また、用語「第１の」、「第２の」、「第３の」等は、標識として使用されているにすぎず、それらの物体に数値的要件を課することを意図するものではない。

上記で説明されているものは、開示されるアーキテクチャの実施例を含む。当然ながら、構成要素および／または方法論のあらゆる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性として考えられることを認識し得る。故に、新規のアーキテクチャは、添付の請求項の精神および範囲内にある、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。

上記で説明される技法のうちのいずれかまたは全ては、空気圧、油圧、機械、電気、磁気等のハードウェアを含む、好適なハードウェアによって実装されてもよい。いくつかの実施形態は、非一過性コンピュータ可読媒体上に記憶された論理を利用してもよい。１つ以上のプロセッサによって実行されると、論理は、プロセッサに、上記に識別される技法を実施させてもよい。論理は、完全または部分的にハードウェア内で実装されてもよい。論理は、グリッパ配列の中で１つ以上のアクチュエータを採用する、ソフトロボットアクチュエータおよび／またはソフトロボットシステムの作動、作動解除、移動、位置付け等を制御するためのコントローラの一部として含まれてもよい。

本明細書で使用されるように、構造、作用、ステップ、および機能は、種々の名称または標識を与えられる。本段落は、代替として、ある場合には、同義的に、ある場合には、同等に使用される、用語を説明する。概して、当業者は、平易な技術的意味を有する代替専門用語および／または言葉の間の同一性、同等性、および類似性、および差異を認識および理解するであろう。本明細書で使用されるように、エンドエフェクタは、ＥＯＡＴ２０２および同等物を含む、ツールまたはツールが搭載され得るものを含む、エフェクタを含んでもよい。屈曲可能部材は、ソフトロボットアクチュエータ１００等のソフトロボット部材を含んでもよい。

Claims (19)

1. ソフトロボットエンドエフェクタであって、
   グリッパハブと、
   前記グリッパハブによって支持されるソフトロボットフィンガであって、前記ソフトロボットフィンガは、内部空隙を囲繞するエラストマ外面を含み、前記内部空隙は、前記内部空隙内の圧力変化を引き起こす膨張流体を受け取るように構成され、前記ソフトロボットフィンガは、前記圧力変化に応答して丸まるように構成され、前記ソフトロボットフィンガは、
   前記ソフトロボットフィンガの近位端に位置する入口と、
   前記ソフトロボットフィンガの遠位端に位置する出口と、
   前記入口を前記出口に接続するチャネルと
   を備える、ソフトロボットフィンガと、
   センサであって、前記センサは、標的物体が遮断物体に近接近して位置するときを検出するように構成される、センサと、
   コントローラであって、前記コントローラは、前記標的物体が前記遮断物体に近接近して位置することを示す前記センサからの信号に応答して、前記入口に変位流体を提供し、前記出口を通した前記変位流体の放出を引き起こすように構成され、前記グリッパハブは、マニホールドであり、前記マニホールドは、前記ソフトロボットフィンガに前記膨張流体を供給するための第１の流体流経路と、前記入口に前記変位流体を供給するための第２の流体流経路とを備える、コントローラと
   を備える、エンドエフェクタ。
2. 前記変位流体は、圧縮空気である、請求項１に記載のエンドエフェクタ。
3. 前記ソフトロボットフィンガの半径方向内部表面上の歪み限定層をさらに備え、前記歪み限定層は、複数の堅性なスラットを備え、前記チャネルは、前記歪み限定層の中に埋め込まれる、請求項１に記載のエンドエフェクタ。
4. 前記チャネルは、前記ソフトロボットフィンガの前記エラストマ外面の中に埋め込まれる、請求項１に記載のエンドエフェクタ。
5. 前記コントローラは、前記センサの出力に基づいて標的物体に接近し、前記変位流体の放出を印加し、前記標的物体を変位させるように構成される、請求項１に記載のエンドエフェクタ。
6. 前記出口は、多孔性であり、前記コントローラは、前記チャネル内の圧力を測定し、前記圧力の変化に基づいて、前記ソフトロボットフィンガの遠位端が標的物体に近接していることを識別するように構成される、請求項１に記載のエンドエフェクタ。
7. 前記マニホールドはさらに、前記入口と噛合するように構成される返し付きコネクタを備える、請求項１に記載のエンドエフェクタ。
8. 前記マニホールドはさらに、前記ソフトロボットフィンガを捕捉および固着するように構成されるフランジを備える、請求項１に記載のエンドエフェクタ。
9. 前記第１の流体流経路は、前記ソフトロボットフィンガの前記内部空隙に接続する、請求項１に記載のエンドエフェクタ。
10. 方法であって、
    請求項１に記載のソフトロボットエンドエフェクタを提供することと、
    前記コントローラに、前記出口を通して前記変位流体を放出させることと
    を含む、方法。
11. 前記コントローラは、圧縮器に信号を伝送し、前記圧縮器に圧縮空気を前記変位流体として供給させる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記変位流体を、前記ソフトロボットフィンガの半径方向内部表面上の歪み限定層を通して流動させることをさらに含み、前記歪み限定層は、複数の堅性なスラットを備え、前記チャネルは、前記歪み限定層の中に埋め込まれる、請求項１０に記載の方法。
13. 前記変位流体を前記ソフトロボットフィンガの前記エラストマ外面を通して流動させることをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
14. 前記センサの出力に基づいて、前記ソフトロボットエンドエフェクタを用いて標的物体に接近することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
15. 前記出口は、多孔性であり、さらに、前記チャネル内の圧力を測定することと、前記圧力の変化に基づいて、前記ソフトロボットフィンガの遠位端が標的物体に近接していることを識別することとを含む、請求項１０に記載の方法。
16. 前記ソフトロボットフィンガを前記マニホールドに取り付けることをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
17. 前記マニホールドはさらに、前記入口と噛合するように構成される返し付きコネクタを備え、さらに、前記返し付きコネクタに前記入口を取り付けることを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記マニホールドはさらに、フランジを備え、さらに、前記フランジに前記ソフトロボットフィンガを固着することを含む、請求項１６に記載の方法。
19. ソフトロボットエンドエフェクタであって、
    グリッパハブと、
    前記グリッパハブによって支持されるソフトロボットフィンガであって、前記ソフトロボットフィンガは、内部空隙を囲繞するエラストマ外面を含み、前記内部空隙は、前記内部空隙内の圧力変化を引き起こす膨張流体を受け取るように構成され、前記ソフトロボットフィンガは、前記圧力変化が前記内部空隙内に生じたことに応答して丸まるように構成され、前記ソフトロボットフィンガは、
    外部多孔性表面と、
    変位流体を受容するための、前記ソフトロボットフィンガの近位端に位置する入口と、
    前記入口を前記外部多孔性表面に接続するチャネルと
    を備える、ソフトロボットフィンガと、
    コントローラであって、前記コントローラは、前記変位流体を前記入口に提供し、前記変位流体が前記外部多孔性表面を通して排出させられることを引き起こすように構成され、前記グリッパハブは、マニホールドであり、前記マニホールドは、前記ソフトロボットフィンガに膨張流体を供給するための第１の流体流経路と、前記入口に前記変位流体を供給するための第２の流体流経路とを備える、コントローラと
    を備える、ソフトロボットエンドエフェクタ。

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