JP7373156B2 - 把持機構を備えたロボットシステム、及び関連するシステムと方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２３年３月２日に出願された米国仮特許出願第６３／３１５，９４７号の利益を主張するものであり、その全体を参照により本明細書に援用する。

本技術は、一般に、把持機構を備えたロボットシステム、より具体的には、対象物体を識別して、対象物体に基づいてグリッパー機構を調整する機能を備えたロボットシステムに関する。

性能の向上及びコストの削減により、多くのロボット（例えば、物理的行動を自動的／自律的に実行するように構成されるマシン）が多くの分野で広く使用されるようになってきている。例えば、ロボットは、製造及び／又は組立、梱包及び／又は包装、搬送及び／又は出荷などで、様々なタスク（例えば、空間を通して物体を操作又は移送する）を実行するために使用できる。タスクを実行する際、ロボットは人間の行動を再現できるため、危険なタスク又は反復的なタスクを実行するために、普通なら必要とされる人間の介入を置き換えたり、減らしたりすることができる。

しかし、技術の進歩にもかかわらず、ロボットは、より大規模及び／又はより複雑なタスクを実行するために必要な人間の相互作用を再現するために必要な高度な機能が欠けていることがしばしばある。したがって、ロボット間の動作及び／又は相互作用を管理するための改善された技術及びシステムが依然として必要である。

本技術のいくつかの実施形態による、把持機構を備えるロボットシステムが動作できる例示的な環境の図である。 本技術のいくつかの実施形態による、図１のロボットシステムを示すブロック図である。 本技術のいくつかの実施形態により構成された、ロボットユニットの図である。 本技術のいくつかの実施形態による、アーム端部ツールの部分概略図である。 本技術のいくつかの実施形態による、アーム端部ツールの部分概略図である。 本技術のいくつかの実施形態による、アーム端部ツールの部分概略図である。 本技術のいくつかの実施形態による、アーム端部ツールの部分概略図である。 本技術のいくつかの実施形態による、第１及び第２の位置の間で移動するアーム端部ツールの部分概略側面図である。 本技術のいくつかの実施形態による、第１及び第２の位置の間で移動するアーム端部ツールの部分概略側面図である。 本技術のいくつかの実施形態による、把持動作の様々な段階におけるアーム端部ツールを示す部分概略図である。 本技術のいくつかの実施形態による、把持動作の様々な段階におけるアーム端部ツールを示す部分概略図である。 本技術のいくつかの実施形態による、把持動作の様々な段階におけるアーム端部ツールを示す部分概略図である。 本技術のいくつかの実施形態による、把持動作の様々な段階におけるアーム端部ツールを示す部分概略図である。 本技術のいくつかの実施形態による、物体把持アセンブリを備えたロボットシステムを操作するためのプロセスの流れ図である。

図面は必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。同様に、いくつかの構成要素及び／又は操作は、本技術のいくつかの実装の説明の目的のために、異なるブロックに分離されるか、又は単一のブロックに結合され得る。さらに、本発明は、様々な修正及び代替の形態に対応できるが、特定の実装が例として図面に示され、以下で詳細に説明されている。しかしながら、その意図は、説明されている特定の実装に技術を限定することではない。

参照を容易にするために、アーム端部ツール及びその構成要素は、本明細書では、図面に示される実施形態の空間的向きに対して、上部及び下部、上側及び下側、上方向及び下方向、長手方向平面、水平面、ｘｙ平面、垂直面、及び／又はｚ平面を参照して説明されることがある。しかしながら、本技術の開示された実施形態の構造及び／又は機能を変更することなく、アーム端部ツール及びその構成要素は、異なる空間配向に移動し、その中で使用することが、できることを理解されたい。

概要
ハイブリッド把持機構を備えたロボットシステム、及び関連するシステムと方法が本明細書に開示されている。いくつかの実施形態では、ロボットシステムは、ロボットアームと、ロボットアームに結合されたアーム端部ツールとを含む。アーム端部ツールは、ハウジング、ならびにハウジングに動作可能に結合された真空把持構成要素及びクランプ構成要素を含むことができる。例えば、真空把持構成要素は、（例えば、吸引力を介して）対象物体の上面に係合するように、ハウジングの下面に動作可能に結合することができる。しかしながら、吸引力は、必要な安定性をもって対象物体を動かす（例えば、対象物体を完全に把持する、及び／又はアーム端部ツールが比較的高速で対象物体を移動できるようにする）には不十分である可能性がある。クランプ構成要素は、把持の強度を補うのに役立ち得る。そうするために、クランプ構成要素は、ハウジングの下面の下に少なくとも部分的に配置され（又は突出し）、横軸に沿って移動可能であり、対象物体の側面に係合する（例えば、クランプする）第１及び第２のクランプ要素を含むことができる。

いくつかの実施形態では、クランプ構成要素は、ハウジングと第１及び第２のクランプ要素との間で動作可能に結合されるアクチュエータシステムも含む。アクチュエータシステムは、横軸に沿った第１及び第２のクランプ要素の移動を制御することができる。純粋に例として、アクチュエータシステムは、それぞれ第１及び第２のクランプ要素に結合された第１及び第２の伸張可能なアームと、伸張可能なアームの伸張を制御する１つ又は複数のドライバとを含むことができる。さらに、アーム端部ツールは、アクチュエータシステムに動作可能に結合された１つ又は複数のセンサと、センサ及びアクチュエータシステムに動作可能に結合されたコントローラとを含むことができる。

センサ（複数可）は、第１及び／又は第２のクランプ要素と対象物体の側面との間の力を測定する。例えば、センサ（複数可）は、アクチュエータシステムによって消費される電流を測定するためにアクチュエータシステムの入力ラインに結合された電流センサ、第１及び第２のクランプ要素の移動に対する抵抗を測定するために配置された力センサ、及び／又はその他の適切なセンサを含むことができる。

コントローラは、コントローラによって実行されると、コントローラに力に関連するセンサからの１つ又は複数の信号を受信させ、力の大きさが閾値を超えているとき、アクチュエータシステムを介して第１及び第２のクランプ要素の移動を停止させる命令を格納できる。いくつかの実施形態では、閾値は、第１及び第２のクランプ要素からの対象物体への損傷を回避するように構成された所定の値である。いくつかの実施形態では、閾値は、異なる対象物体間で変化する。

いくつかの実施形態では、真空把持構成要素は、それぞれ下面に動作可能に結合された第１及び第２の真空要素を含む。さらに、第１及び第２の真空要素は、第１の真空要素から離間して、それらの間にギャップを画定することができる。そのような実施形態では、第１及び第２のクランプ要素は、第１及び第２の真空要素によって画定されるギャップを通してハウジングに動作可能に結合することができる。

様々な実施形態において、第１のクランプ要素は第２のクランプ要素から独立して横軸に沿って移動可能であり、第２のクランプ要素は第１のクランプ要素から独立して横軸に沿って移動可能であり、第１及び第２のクランプ要素は連動して移動し、及び／又は第１及び第２のクランプ要素のうちの１つのみが横軸に沿って移動する。

周知であり、しばしばロボットシステム及びサブシステムに関連付けられるが、開示された技術のいくつかの重要な態様を不必要に不明瞭にし得る構造又はプロセスを説明するいくつかの詳細は、明確にするために以下の説明には記載されていない。さらに、以下の開示では、本技術の異なる態様のいくつかの実施形態が示されているが、他のいくつかの実施形態は、本節で説明したものとは異なる構成又は異なる構成要素を有することができる。したがって、開示された技術は、追加の要素を有するか、又は以下で説明する要素のいくつかを有さない他の実施形態を有することができる。

以下で説明する本開示の多くの実施形態又は態様は、プログラム可能なコンピュータ又はコントローラによって実行されるルーチンを含む、コンピュータ実行可能命令又はコントローラ実行可能命令の形態をとることができる。当業者は、開示された技術が、以下で示され説明されるもの以外のコンピュータシステム又はコントローラシステムで実施できることを理解するであろう。本明細書で説明される技術は、以下で説明されるコンピュータ実行可能命令の１つ又は複数を実行するように具体的にプログラムされ、構成され、又は構築される専用コンピュータ又はデータプロセッサで具体化することができる。したがって、本明細書で一般的に使用される「コンピュータ」及び「コントローラ」という用語は、任意のデータプロセッサを指し、インターネット機器及びハンドヘルドデバイスを含むことができ、その中にはパームトップコンピュータ、ウェアラブルコンピュータ、携帯電話又は移動電話、マルチプロセッサシステム、プロセッサベース又はプログラマブル家庭用電化製品、ネットワークコンピュータ、ミニコンピュータなどが含まれる。これらのコンピュータ及びコントローラによって処理される情報は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含む、任意の適切な表示媒体で表示することができる。コンピュータ実行可能タスク又はコントローラ実行可能タスクを実行するための命令は、ハードウェア、ファームウェア、又はハードウェアとファームウェアの組み合わせを含む、任意の適切なコンピュータ可読媒体に記憶することができる。命令は、例えば、フラッシュドライブ、ＵＳＢデバイス、及び／又は他の適切な媒体を含む、任意の適切なメモリデバイスに含めることができる。

「結合された」及び「接続された」という用語は、それらの派生語とともに、構成要素間の構造的関係を説明するために本明細書で使用することができる。これらの用語は、互いに同義語として意図されたものではないことを理解されたい。むしろ、特定の実施形態では、「接続された」は、２つ以上の要素が互いに直接接触していることを示すために使用することができる。文脈で明らかにされていない限り、「結合された」という用語は、２つ以上の要素が直接又は間接的に（それらの間にある他の介在要素と）互いに接触していること、２つ以上の要素が互いに（例えば、信号の送信／受信又は関数呼び出しなどの因果関係のように）連携又は相互作用していること、又はその両方を示すために使用することができる。

ロボットシステムの例示的環境
図１は、物体処理機構を備えたロボットシステム１００が動作可能な例示的な環境の図である。ロボットシステム１００の動作環境は、１つ又は複数のタスクを実行するように構成される、ロボット又はロボットデバイスなどの１つ又は複数の構造を含むことができる。物体処理機構の態様は、様々な構造及び／又は構成要素によって実施又は実装できる。

図１に示す例では、ロボットシステム１００は、倉庫、配送センタ、又は移送ハブにおいて、荷下ろしユニット１０２、移送ユニット１０４、搬送ユニット１０６、積載ユニット１０８、又はそれらの組み合わせを含むことができる。ロボットシステム１００の各ユニットは、１つ又は複数のタスクを実行するように構成することができる。例えば倉庫に保管するために、トラック、トレーラ、バン、又は電車などの車両から物体を荷下ろししたり、保管場所から物体を荷下ろしして出荷のために車両に積載したりするなど、目標を達成する動作を実行するために、タスクを順番に組み合わせることができる。別の例では、タスクは、コンテナ、ビン、ケージ、バスケット、棚、プラットフォーム、パレット、又はコンベヤベルトなどのある場所から別の場所への物体の移動を含むことができる。各ユニットは、タスクを実行するために、その中の１つ又は複数の構成要素を動作させるなど、一連の動作を実行するように構成することができる。

いくつかの実施形態では、タスクは、物体の操作、移動、再配向、又はそれらの組み合わせなどの、対象物体１１２との相互作用を含むことができる。対象物体１１２は、ロボットシステム１００によって処理される物体である。より具体的には、対象物体１１２は、ロボットシステム１００による動作又はタスクの対象である多くの物体の中の特定の物体であり得る。例えば、対象物体１１２は、ロボットシステム１００が選択している物体であり得るか、又は、現在、処理している、操作している、移動している、再配向している、又はそれらの組み合わせである物体であり得る。対象物体１１２は、例として、ボックス、ケース、チューブ、パッケージ、束、個々のアイテムの詰め合わせ、又はロボットシステム１００によって処理することができる他の任意の物体を含むことができる。

一例として、タスクは、対象物体１１２を物体ソース１１４からタスク位置１１６に移送することを含むことができる。物体ソース１１４は、物体を格納するための貯蔵所である。物体ソース１１４は、多数の構成及び形態を含むことができる。例えば、物体ソース１１４は、壁の有無にかかわらず、パレット、棚、又はコンベヤベルトなど、物体を配置又は積み重ねることができるプラットフォームであり得る。別の例として、物体ソース１１４は、ビン、ケージ、又はバスケットなどの物体を配置することができる壁又は蓋を備えた部分的又は完全に囲まれた貯蔵所であり得る。いくつかの実施形態では、部分的又は完全に囲まれた物体ソース１１４の壁は、透明であり得るか、又はそこに含まれる物体の一部が壁を通して見える、又は部分的に見えるように、様々なサイズの開口部又は隙間を含み得る。

図１は、ロボットシステム１００の様々なユニットが対象物体１１２を処理する際に実行できる可能な機能及び動作の例を示しており、環境及び条件は、以下に説明するものとは異なり得ることが理解されよう。例えば、荷下ろしユニット１０２は、対象物体１１２をトラックなどの運送車内の場所からコンベヤベルト上の場所に移送するように構成される車両荷下ろしロボットであり得る。また、パレタイズロボットなどの移送ユニット１０４は、搬送ユニット１０６上のパレット上の対象物体１１２を積載するためなど、対象物体１１２をコンベヤベルト上の場所から搬送ユニット１０６上の場所に移送するように構成することができる。別の例では、移送ユニット１０４は、対象物体１１２をあるコンテナから別のコンテナに移送するように構成されるピースピッキングロボットであり得る。動作が終了すると、搬送ユニット１０６は、移送ユニット１０４に関連付けられた範囲から積載ユニット１０８に関連付けられた範囲に対象物体１１２を移送することができ、積載ユニット１０８は、対象物体１１２を載せたパレットを移動させることなどによって、対象物体１１２を移送ユニット１０４から棚の上の場所など、保管場所に移送することができる。

いくつかの実施形態では、ロボットシステム１００は、異なる対象物体に関係する異なるタスクを実行するように構成されたユニット（例えば、移送ユニット）を含むことができる。例えば、ロボットシステム１００は、パッケージ、パッケージコンテナ（例えば、パレット又はビン）、及び／又はサポート物体（例えば、スリップシート）を（例えば、多目的エンドエフェクタを介して）操作するように構成された移送ユニット１０４を含むことができる。移送ユニット１０４は、移送ユニット１０４の周りに配置された異なる対象物体を有するステーションに配置することができる。ロボットシステム１００は、多目的構成を使用して、複雑な動作を達成するために異なるタスクを順序付けて実行することができる。追加的又は代替的に、ステーションを使用して、リアルタイムの要件又はシステム１００全体の条件に従って、様々なタイプのタスク（例えば、出荷ユニットからの物体の梱包／開梱、パレット／スリップシートの積み重ね又はグループ化など）を対応させ又は実装することができる。タスク及び多目的構成に関する詳細は以下で説明する。

例示の目的のために、ロボットシステム１００は、出荷センタの文脈で説明されるが、ロボットシステム１００は、他の環境でタスクを実行するように構成できること、又は製造、組立、パッケージング、ヘルスケア、又は他のタイプの自動化などの他の目的のためにタスクを実行するように構成できることが理解されよう。ロボットシステム１００は、図１には示されていない、マニピュレータ、サービスロボット、モジュール式ロボットなどの他のユニットを含むことができることも理解されよう。例えば、いくつかの実施形態では、ロボットシステム１００は、物体をケージ、カート又はパレットからコンベヤ又は他のパレットに移送するためのデパレタイズユニット、物体をあるコンテナから別のコンテナに移送するためのコンテナ切り替えユニット、物体を包装するための包装ユニット、物体の１つ又は複数の特性に従って物体をグループ化するための並べ替えユニット、物体の１つ又は複数の特性、又はそれらの組み合わせに従って、並べ替え、グループ化、及び／又は移送するなど、物体を異なる方法で操作するためのピースピッキングユニットを含むことができる。

ロボットシステム１００は、１つ又は複数のロボットユニットとインタフェースをとり、及び／又は制御するように構成された、コントローラ１０９を含むことができる。例えば、コントローラ１０９は、対応するロボットユニットを動作させるために使用される動作プラン及び／又は対応するコマンド、設定などを導出するように構成された回路（例えば、１つ又は複数のプロセッサ、メモリなど）を含むことができる。コントローラ１０９は、動作プラン、コマンド、設定などをロボットユニットに伝達することができ、ロボットユニットは、伝達された計画を実行して、対象物体１１２を物体ソース１１４からタスク位置１１６に移送するなどの対応するタスクを達成することができる。加えて、ロボットシステムは、環境センサ１４０及び／又は撮像システム１６０に結合して、ロボットシステム１００の周囲の環境を記録し、及び／又は対象物体１１２の１つ又は複数の測定値を取得して、コントローラ１０９が動作プランを導き出すのを支援することができる。

適切なシステム
図２は、本技術の１つ又は複数の実施形態による、ロボットシステム１００を示すブロック図である。いくつかの実施形態では、例えば、ロボットシステム１００は、電子デバイス、電気デバイス、もしくはそれらの組み合わせ、例えば、制御ユニット２０２（本明細書では「プロセッサ」とも呼ばれる）、記憶ユニット２０４、通信ユニット２０６、システムインタフェース２１０（本明細書では「ユーザインタフェース２１０」とも呼ばれる）を有するシステム入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス２０８、１つ又は複数の作動デバイス２１２、１つ又は複数の搬送モータ２１４、１つ又は複数のセンサユニット２１６、又は互いに結合されているか、上記の図１に記載のユニット又はロボットの１つ又は複数と統合又は結合されたそれらの組み合わせ、あるいはそれらの組み合わせを含むことができる。

制御ユニット２０２は、いくつかの異なる方法で実施することができる。例えば、制御ユニット２０２は、プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、組み込みプロセッサ、マイクロプロセッサ、ハードウェア制御ロジック、ハードウェア有限状態マシン（ＦＳＭ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）又はそれらの組み合わせであり得る。制御ユニット２０２は、ソフトウェア及び／又は命令を実行して、ロボットシステム１００のインテリジェンスを提供することができる。

制御ユニット２０２は、ユーザインタフェース２１０に動作可能に結合されて、制御ユニット２０２に対する制御をユーザに提供することができる。ユーザインタフェース２１０は、制御ユニット２０２とロボットシステム１００内の他の機能ユニットとの間の通信に使用することができる。ユーザインタフェース２１０はまた、ロボットシステム１００の外部の通信に使用することができる。ユーザインタフェース２１０は、他の機能ユニット又は外部ソースから情報を受信することができ、又は他の機能ユニット又は外部宛先に情報を送信することができる。外部ソース及び外部宛先は、ロボットシステム１００の外部のソース及び宛先を指す。

ユーザインタフェース２１０は、異なる方法で実装することができ、どの機能ユニット又は外部ユニットがユーザインタフェース２１０とインタフェースを有するかに応じて、異なる実装を含むことができる。例えば、ユーザインタフェース２１０は、圧力センサ、慣性センサ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、光回路、導波路、無線回路、有線回路、アプリケーションプログラミングインタフェース、又はそれらの組み合わせで実装することができる。

記憶ユニット２０４は、ソフトウェア命令、マスタデータ、追跡データ、又はそれらの組み合わせを記憶することができる。説明の目的で、記憶ユニット２０４は単一の要素として示されているが、記憶ユニット２０４は、記憶要素の分布であり得ることが理解される。また、例示の目的で、ロボットシステム１００は、単一階層の記憶システムとしての記憶ユニット２０４とともに示されているが、ロボットシステム１００は、異なる構成の記憶ユニット２０４を有することができることが理解される。例えば、記憶ユニット２０４は、異なるレベルのキャッシング、メインメモリ、回転媒体、又はオフライン記憶を含む記憶階層システムを形成する異なる記憶技術で形成することができる。

記憶ユニット２０４は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、内部メモリ、外部メモリ、又はそれらの組み合わせであり得る。例えば、記憶ユニット２０４は、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、フラッシュメモリ、ディスクストレージなどの不揮発性ストレージ、又は静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）などの揮発性ストレージであり得る。さらなる例として、記憶ユニット２０４は、ハードディスクドライブ、ＮＶＲＡＭ、ソリッドステート記憶装置（ＳＳＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、又はユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）フラッシュメモリデバイスなどの不揮発性メモリを含む非一時的なコンピュータ媒体であり得る。ソフトウェアは、制御ユニット２０２によって実行される非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶することができる。

記憶ユニット２０４は、ユーザインタフェース２１０に動作可能に結合することができる。ユーザインタフェース２１０は、記憶ユニット２０４とロボットシステム１００内の他の機能ユニットとの間の通信に使用することができる。ユーザインタフェース２１０はまた、ロボットシステム１００の外部の通信に使用することができる。ユーザインタフェース２１０は、他の機能ユニット又は外部ソースから情報を受信することができ、又は他の機能ユニット又は外部宛先に情報を送信することができる。外部ソース及び外部宛先は、ロボットシステム１００の外部のソース及び宛先を指す。

上記の説明と同様に、ユーザインタフェース２１０は、どの機能ユニット又は外部ユニットが記憶ユニット２０４とインタフェースを有しているかに応じて、異なる実装を含むことができる。ユーザインタフェース２１０は、上述のユーザインタフェース２１０の実装と同様の技術及び技法で実装することができる。

いくつかの実施形態では、記憶ユニット２０４を使用して、処理結果、所定のデータ、閾値又はそれらの組み合わせをさらに記憶し、それらへのアクセスを提供する。例えば、記憶ユニット２０４は、１つ又は複数の対象物体１１２（例えば、ボックス、ボックスタイプ、ケース、ケースタイプ、製品、及び／又はそれらの組み合わせ）の記述を含むマスタデータを記憶することができる。一実施形態では、マスタデータは、ロボットシステム１００によって操作されることが予想される１つ又は複数の対象物体１１２の寸法、所定の形状、潜在的な姿勢のためのテンプレート及び／又は異なる姿勢を認識するためのコンピュータ生成モデル、配色、画像、識別情報（例えば、バーコード、クイック応答（ＱＲ）コード（登録商標）、ロゴなど）、予想される場所、予想される重量、及び／又はそれらの組み合わせを含む。

いくつかの実施形態では、マスタデータは、ロボットシステム１００によって遭遇又は処理され得る１つ又は複数の物体に関する操作関連情報を含む。例えば、物体の操作関連情報は、１つ又は複数の動作、操作に対応する各物体の重心場所、予想される（例えば、力、トルク、圧力、及び／又は接触測定値についての）センサ測定値又はそれらの組み合わせ、を含むことができる。

通信ユニット２０６は、ロボットシステム１００との間の外部通信を可能にすることができる。例えば、通信ユニット２０６は、ロボットシステム１００が、他のロボットシステム又はユニット、外部コンピュータなどの外部デバイス、外部データベース、外部マシン、外部周辺機器、又はそれらの組み合わせと、有線又は無線ネットワークなどの通信経路２１８を介して通信することを可能にすることができる。

通信経路２１８は、様々なネットワーク及びネットワークトポロジーにまたがり、それらを表すことができる。例えば、通信経路２１８は、無線通信、有線通信、光通信、超音波通信、又はそれらの組み合わせを含むことができる。例えば、衛星通信、セルラー通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、赤外線データ協会規格（ＩｒＤＡ）、無線フィデリティ（ＷｉＦｉ）、及びｗｏｒｌｄｗｉｄｅ ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｃｃｅｓｓ（ＷｉＭＡＸ）は、通信経路２１８に含めることができる無線通信の例である。ケーブル、イーサネット、デジタル加入者線（ＤＳＬ）、光ファイバー回線、家庭用ファイバー（ＦＴＴＨ）、及び一般電話サービス（ＰＯＴＳ）は、通信経路２１８に含めることができる有線通信の例である。さらに、通信経路２１８は、いくつかのネットワークトポロジー及び距離を横断することができる。例えば、通信経路２１８は、直接接続、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、又はそれらの組み合わせを含むことができる。ロボットシステム１００は、通信経路２１８を介して様々なユニット間で情報を送信することができる。例えば、情報は、制御ユニット２０２、記憶ユニット２０４、通信ユニット２０６、Ｉ／Ｏデバイス２０８、作動デバイス２１２、搬送モータ２１４、センサユニット２１６、又はそれらの組み合わせの間で送信することができる。

通信ユニット２０６はまた、ロボットシステム１００が通信経路２１８の一部として機能することを可能にする通信ハブとして機能することができ、通信経路２１８へのエンドポイント又は端末ユニットであることに限定されない。通信ユニット２０６は、通信経路２１８と相互作用するために、マイクロエレクトロニクス又はアンテナなどの能動的及び受動的構成要素を含むことができる。

通信ユニット２０６は、通信インタフェース２４８を含むことができる。通信インタフェース２４８は、通信ユニット２０６とロボットシステム１００内の他の機能ユニットとの間の通信に使用することができる。通信インタフェース２４８は、他の機能ユニット又は外部ソースから情報を受信することができ、又は他の機能ユニット又は外部宛先に情報を送信することができる。外部ソース及び外部宛先は、ロボットシステム１００の外部のソース及び宛先を指す。

通信インタフェース２４８は、どの機能ユニットが通信ユニット２０６とインタフェースを有しているかに応じて、異なる実装を含むことができる。通信インタフェース２４８は、制御インタフェース２４０の実装と同様の技術及び技法で実装することができる。

Ｉ／Ｏデバイス２０８は、１つ又は複数の入力サブデバイス及び／又は１つ又は複数の出力サブデバイスを含むことができる。Ｉ／Ｏデバイス２０８の入力デバイスの例は、キーパッド、タッチパッド、ソフトキー、キーボード、マイクロフォン、リモート信号を受信するためのセンサ、動作コマンドを受信するためのカメラ、又はデータ及び通信入力を提供するためのそれらの任意の組み合わせを含むことができる。出力デバイスの例には、ディスプレイインタフェースを含めることができる。ディスプレイインタフェースは、ディスプレイ、プロジェクタ、ビデオスクリーン、及び／又はそれらの任意の組み合わせなどの任意のグラフィカルユーザインタフェースであり得る。

制御ユニット２０２は、Ｉ／Ｏデバイス２０８を動作させて、ロボットシステム１００によって生成された情報を提示又は受信することができる。制御ユニット２０２は、Ｉ／Ｏデバイス２０８を動作させて、ロボットシステム１００によって生成された情報を提示することができる。制御ユニット２０２はまた、ロボットシステム１００の他の機能のためのソフトウェア及び／又は命令を実行することができる。制御ユニット２０２は、通信ユニット２０６を介して通信経路２１８と相互作用するためのソフトウェア及び／又は命令をさらに実行することができる。

ロボットシステム１００は、回転変位、並進変位又はそれらの組み合わせなどの動作のためにジョイントで連結される、ロボットマニピュレータアームなどの物理的又は構造的部材を含むことができる。構造部材及びジョイントは、ロボットシステム１００の使用又は動作に従って、把持、紡績、溶接などの１つ又は複数のタスクを実行する、把持要素などのエンドエフェクタを操作するように構成される運動連鎖を形成することができる。ロボットシステム１００は、対応するジョイントの周り又は対応するジョイントで、構造部材を駆動、操作、変位及び／又は再配向するように構成される、モータ、アクチュエータ、ワイヤ、人工筋肉、電気活性ポリマ又はそれらの組み合わせなどの作動デバイス２１２を含み得る。いくつかの実施形態では、ロボットシステム１００は、対応するユニットを色々な場所に搬送するように構成される搬送モータ２１４を含むことができる。

ロボットシステム１００は、構造部材を操作する、又はロボットユニットを搬送するなどのタスク及び動作を実行するために使用される情報を取得するように構成されるセンサユニット２１６を含むことができる。センサユニット２１６は、ロボットシステム１００の１つ又は複数の物理的特性、例えば、１つ又は複数の構造部材又はジョイントの状況、状態、場所、物体又は周囲環境についての情報、又はそれらの組み合わせを検出又は測定するように構成されるデバイスを含むことができる。一例として、センサユニット２１６は、撮像デバイス、システムセンサ、接触センサ、及び／又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。

いくつかの実施形態では、センサユニット２１６は、１つ又は複数の撮像デバイス２２２を含む。撮像デバイス２２２は、周囲の環境を検出して画像化するように構成されたデバイスである。例えば、撮像デバイス２２２は、２次元カメラ、３次元カメラを含むことができ、これらの両方は、視覚及び赤外線機能、ライダー、レーダー、他の距離測定デバイス、及び他の撮像デバイスの組み合わせを含むことができる。撮像デバイス２２２は、自動検査、ロボットガイダンス、又は他のロボットアプリケーション用に、マシン／コンピュータビジョンを実装するために使用される、デジタル画像又は点群などの検出された環境の表現を生成することができる。以下でさらに詳細に説明するように、ロボットシステム１００は、制御ユニット２０２を介してデジタル画像、点群又はそれらの組み合わせを処理して、図１の対象物体１１２、対象物体１１２の姿勢、又はそれらの組み合わせを識別することができる。対象物体１１２を操作するために、ロボットシステム１００は、指定された範囲、例えば、トラック内、コンテナ内、又はコンベヤベルト上の物体の取り上げ場所の画像を取り込み及び分析し、対象物体１１２及びその図１の物体ソース１１４を識別することができる。同様に、ロボットシステム１００は、別の指定された範囲、例えば、コンベヤベルトに物体を置くためのドロップ場所、コンテナ内に物体を置くための場所、又は積み重ね目的のためのパレット上の場所、の画像を取り込んで分析し、図１のタスク位置１１６を識別することができる。

いくつかの実施形態では、センサユニット２１６は、システムセンサ２２４を含むことができる。システムセンサ２２４は、ロボットシステム１００内のロボットユニットを監視することができる。例えば、システムセンサ２２４は、ロボットアーム及びエンドエフェクタ、ロボットユニットの対応するジョイント、エンドエフェクタの構成要素の移動に対する抵抗、及び／又はそれらの組み合わせなどの構造部材の位置を検出及び監視するためのユニット又はデバイスを含むことができる。特定の例では、システムセンサ２２４は、エンドエフェクタ内のクランプ機構の移動に対する抵抗を測定する静電容量センサ、力センサ、トルクセンサ、及び／又は同様のものを含むことができる。さらなる実施例として、ロボットシステム１００は、システムセンサ２２４を使用して、タスクの実行中に構造部材及びジョイントの場所、配向又はそれらの組み合わせを追跡することができる。システムセンサ２２４の実施例は、加速度計、ジャイロスコープ、又は位置エンコーダを含むことができる。

いくつかの実施形態では、センサユニット２１６は、複数の物理的構造又は表面間の直接接触に関連する特性を測定するように構成される、接触センサ２２６、例えば、圧力センサ、力センサ、歪みゲージ、ピエゾ抵抗センサ／圧電センサ、静電容量センサ、弾性抵抗センサ、トルクセンサ、線形力センサ、他の触覚センサ及び／又は任意のその他の適切なセンサを含むことができる。例えば、接触センサ２２６は、対象物体１１２上のエンドエフェクタの把持（例えば、対象物体１１２の側部上の１つ又は複数のクランプ機構の把持）に対応する特性を測定するか、又は対象物体１１２の重量を測定することができる。したがって、接触センサ２２６は、把持要素と対象物体１１２との間の接触又は付着の程度に対応する、測定された力又はトルクなどの定量化された測定を表す接触測定を出力することができる。例えば、接触測定は、エンドエフェクタによって対象物体１１２に加えられる力に関連する１つ又は複数の力又はトルクの測定値を含むことができる。

適切なロボット物体把持システム
図３は、本技術のいくつかの実施形態に従って構成されたロボットユニット３００（例えば、図１について上述したパレタイザユニット、デバンニングユニット、ピッカーユニットなどのロボットユニットのうちの１つ）の図である。図示の実施形態では、ロボットユニット３００は、ロボットアーム３１０及びロボットアーム３１０によって運ばれるアーム端部ツール３２０（本明細書では「エンドエフェクタ」、「物体把持アセンブリ」、「把持アセンブリ」、「把持機構」、「物体グリッパー」、「グリッパー」、及び／又は「把持ヘッド」とも呼ばれることがある）を含む。図３に示されるように、ロボットアーム３１０は、第１のフランジ３１２及び１つ又は複数のジョイント３１４（３個を示す）を含むことができ、一方、アーム端部ツール３２０は、ロボットアーム３１０の第１のフランジ３１２に動作可能に結合可能な第２のフランジ３２２を含む。一緒に結合されると、第１及び第２のフランジ３１２、３２２は、物理的接続及び１つ又は複数の通信接続（例えば、電気接続、流体接続、又は他の適切な通信接続）の両方を確立することができる。物理的接続は、ロボットアーム３１０がアーム端部ツール３２０を運ぶことを可能にし、一方、通信接続は、アーム端部ツール３２０がロボットアーム３１０への接続を介して制御されることを可能にする。

ロボットユニット３００は、様々なタイプ又はカテゴリの物体をピックアップ、把持、搬送、解放、積載、及び／又は荷下ろしするように構成することができる。例えば、説明する実施形態では、１つ又は複数のジョイント３１４は、ロボットアーム３１０が、対象物体（例えば、図１に関して上述した対象物体１１２）上に、かつ／又は隣接して、アーム端部ツール３２０を制御可能に配置することを可能にする。配置されると、アーム端部ツール３２０は、対象物体を把持するように動作させることができる。次に、１つ又は複数のジョイント３１４はまた、ロボットアーム３１０が、アーム端部ツール３２０を制御可能に配置して、対象物体を場所の間（例えば、ピックアップ場所とドロップオフ場所の間）に移動させることを可能にする。アーム端部ツール３２０が所望の位置の上に配置されると、アーム端部ツール３２０を操作して対象物体を解放することができる。アーム端部ツール３２０の動作に関しては、以下に図４Ａ～図７に関してさらに詳細に説明される。

図４Ａ～図４Ｄは、本技術のいくつかの実施形態に従って構成されたアーム端部ツール４００（例えば、図３のアーム端部ツール３２０の例）の部分概略図である。より具体的には、図４Ａ及び図４Ｂは、アーム端部ツール４００の部分概略側面図である。図４Ｃは、アーム端部ツール４００の下側の部分概略図であり、図４Ｄは、アーム端部ツール４００の部分概略正面図であり、それぞれ、本技術のいくつかの実施形態によるアーム端部ツール４００の様々な特徴を示している。

図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、アーム端部ツール４００（本明細書では、「エンドエフェクタ」、「物体把持アセンブリ」、「把持アセンブリ」、「把持機構」、「物体グリッパー」、「グリッパー」、「グリッピングヘッド」などと呼ばれることもある）は、ハウジング４１０と、ハウジング４１０によってそれぞれ担持される真空把持構成要素４２０及び物体クランプ構成要素４３０を含む。ハウジング４１０は、下面４１２、下面４１２の反対側の上面４１４、及び前縁４１６（本明細書では「前面」、「前部」、「前方面」などと呼ばれることもある）、及び前縁４１６の反対側の後縁４１８を含む。ハウジング４１０（本明細書では「フレーム」と呼ばれることもある）は、ロボットアーム（例えば、図３のロボットアーム３１０）及び／又は別の適切な構成要素に、ハウジング４１０の上面の接続フランジ４０２を介して結合することができる。

真空把持構成要素４２０（「真空構成要素４２０」、本明細書では「吸引構成要素」、「吸引グリッパー」などと呼ばれることもある）は、ハウジング４１０の下面４１２によって担持することができる。様々な実施形態では、真空構成要素４２０は、アーム端部ツール４００に対象物体を把持又は固定するように構成された、１つ又は複数の吸引カップ、真空パッド、真空開口部などを含むことができる。例えば、対象物体を持ち上げて搬送するために（例えば、把持動作中に）、アーム端部ツール４００を対象物体の上に配置し、次いで、真空構成要素４２０が対象物体の上面に接触するまで下げることができる。次いで、真空構成要素４２０又はそのサブセクションを動作させて、対象物体の上面に真空力を加え、それによって上面に係合することができる。係合すると、アーム端部ツール４００は、上昇して移動し、対象物体を第１の場所（例えば、コンベヤベルト）から第２の場所（例えば、パレット又は他の出荷構成要素、倉庫カート、など）へ搬送することができる。

いくつかの実施形態では、真空構成要素４２０からの真空力は、対象物体を持ち上げて搬送するのに十分である。しかしながら、そのような実施形態においても、特にアーム端部ツールが第１の位置から第２の位置に向かって急速に移動する場合、搬送中、対象物体は不安定になる可能性がある。不安定性により、アーム端部ツール４００が対象物体を時折落下させる可能性がある。加えて、不安定性により、対象物体が真空構成要素４２０上で移動し、それによりアーム端部ツール４００が対象物体を（例えば、出荷用コンテナを梱包するために）第２の位置に正確に配置する能力を損なう可能性がある。さらに、いくつかの実施形態では、対象物体は重すぎて、真空構成要素４２０だけで把持することはできない。

物体クランプ構成要素４３０（「クランプ構成要素４３０」、本明細書では「クランプシステム」、「サイド把持構成要素」などと呼ばれることもある）は、不安定性を低減するのに役立ち、及び／又はアーム端部ツール４００が対象物体を完全に把持するのを可能にすることができる。図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、クランプ構成要素４３０は、ハウジング４１０の下面４１２から真空構成要素４２０の下に少なくとも部分的に突出する第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６を含むことができる。第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６（本明細書では、第１及び第２の「クランプ構成要素」、「プレート」、「クランプ部分」、「クランプグリッパー」などと呼ばれることもある）は、横軸（例えば、本明細書ではアーム端部ツール４００の長手方向軸とも呼ばれるｘ軸など）に沿って移動してその間の距離Ｄ_１を調整することができる。以下でより詳細に説明するように、移動により、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６が対象物体の側部をクランプ（例えば、接触、挟み、掴み、安定化など）することができる。クランプは、対象物体の両側で物体を支持することにより、不安定性を低減し、及び／又はアーム端部ツール４００が対象物体を完全に把持できるようにすることができる（例えば、それによって、真空構成要素４２０上の対象物体の移動を低減する）。追加的又は代替的に、クランプは、追加の把持力を提供することにより、不安定性を低減し、及び／又はアーム端部ツール４００が対象物体を完全に把持できるようにすることができる。

図示の実施形態では、第１のクランプ要素４３２は、下面４１２の下に突出し、第２のクランプ要素４３６に向かって配向された第１のクランプ面４３３を有する。同様に、第２のクランプ要素４３６は、下面４１２の下に突出し、第１のクランプ要素４３２に向かって配向された第２のクランプ面４３７を有する。第１及び第２のクランプ面４３３、４３７は、クランププロセスを容易にするのを助けることができる。例えば、第１及び第２のクランプ面４３３、４３７は、（例えば、対象物体の表面に関する閾値レベルに対して）比較的高い静摩擦係数を有し、対象物体が一旦クランプされた後に滑る可能性を低減し、及び／又は非剛性表面がクランプ中に対象物体を損傷する可能性を減らすことができる。様々な実施形態では、第１及び第２のクランプ面４３３、４３７は、ゴム材料、フォーム材料、シリコーン材料、及び／又は同様のものとすることができる。

さらに図４Ａ及び図４Ｂに示すように、クランプ構成要素４３０はまた、１つ又は複数のアクチュエータ４４２（図４Ａ及び図４Ｂに合計２つ、図４Ａ及び図４Ｂのそれぞれに１つずつ示される）を有するアクチュエータシステム４４０を含むことができる。アクチュエータ（複数可）４４２は、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６に結合され、横軸に沿って動作を駆動することができる。いくつかの実施形態では、第１のアクチュエータ（例えば、図４Ａに示されるアクチュエータ４４２）は、第１のクランプ要素４３２の動作を駆動することができ、第２のアクチュエータ（例えば、図４Ｂに示されるアクチュエータ４４２）は、第２のクランプ要素４３６の動作を駆動することができる。いくつかのそのような実施形態では、第１及び第２のアクチュエータは、同じコントローラ（例えば、図１のコントローラ１０９）に動作可能に結合され、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６の動作を単一の場所から制御及び／又は監視できるようにする。追加的又は代替的に、様々なそのような実施形態では、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６は、同時に、非同期に、独立して、及び／又は同様にして移動することができる。

いくつかの実施形態では、システムは、第１及び／又は第２のクランプ要素４３２、４３６の動作を駆動することができる単一のアクチュエータ４４２を含む。特定の非限定的な例では、アクチュエータ４４２は、１つ又は複数の係合解除可能な結合ギアを介して第１及び／又は第２のクランプ要素４３２、４３６に結合される駆動ギアを含むことができる。そのような実施形態では、単一のアクチュエータ４４２が、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６を同時に、非同期に、独立して、及び／又は同様にして移動することができる。いくつかの実施形態では、第１のクランプ要素４３２のみ（又は第２のクランプ要素４３６のみ）がアクチュエータシステム４４０に結合され、第２のクランプ要素４３６（又は第１のクランプ要素４３２）は静止している。特定の非限定的な例では、アクチュエータシステム４４０は、横軸に沿って第１のクランプ要素４３２の動作を駆動することができる一方で、第２のクランプ要素は、ハウジング４１０の前縁４１６と静止して整列される。様々な実施形態において、アクチュエータシステム４４０は、ギアトラックを有するアーム（複数可）を含むことができ、アクチュエータ（複数可）４４２は、ギアトラックに動作可能に結合されたギア（複数可）を含む。アクチュエータシステム４４０は、１つ又は複数のｔトラックアームを含むことができ、アクチュエータ４４２（複数可）は、ｔトラック（複数可）に結合された駆動可能なベアリングを含む。アクチュエータシステム４４０は、１つ又は複数の伸張可能なアーム（例えば、伸縮アーム、スライドトラックなど）を含むことができ、アクチュエータ４４２（複数可）はアームを制御可能に伸長させることができる。アクチュエータシステム４４０は、カート及びギアトラックを含むことができ、アクチュエータ４４２（複数可）は、カートを動かすための機構（例えば、電気モータ）を含む。及び／又は様々な他の適切なメカニズムがある。

図４Ａ及び図４Ｂに示す実施形態では、アーム端部ツールは、アクチュエータシステム４４０及び／又は第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６に動作可能に結合される１つ又は複数のセンサ４５０（図４Ａ及び図４Ｂに概略的に示される）をさらに含む。センサ（複数可）４５０は、図２のシステムセンサ２２４のインスタンスを含むことができ、一旦係合すると、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６と対象物体との間の力を測定するように配置される。結果として、センサ（複数可）４５０は、ロボットシステム１００が（例えば、アーム端部ツール４００、対応するロボットユニット、又は別個のコントローラにおいて）、対象物体がクランプシステム３５０によって係合されたときを検出すること、及び／又は対象物体上のクランプの強度を測定することを可能にすることができる。例えば、図２の制御ユニット２０２は、センサ（複数可）４５０の出力、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６の位置及び／又は速度、それらに対する変化、又はそれらの組み合わせを分析して、第１のクランプ要素４３２、第２のクランプ要素４３６が、又は両方が対象物体に接触したことを識別することができる。

いくつかの実施形態では、例えば、センサ（複数可）４５０は、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６を動かしている間にアクチュエータシステム４４０によって消費される電流を測定する、１つ又は複数の電流センサを含む。第１及び／又は第２のクランプ要素４３２、４３６が対象物体に接触する前の抵抗を受けていない移動は、第１の量のエネルギーを消費し得る（例えば、アクチュエータ（複数可）４４２は、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６を動かすために第１の電流を引き込む）。第１及び／又は第２のクランプ要素４３２、４３６の一方（又は両方）が対象物体に接触すると、第１及び／又は第２のクランプ要素４３２、４３６の移動が抵抗を受ける。抵抗を受けた移動は、第１の量よりも大きい第２の量のエネルギーを消費し得る（例えば、アクチュエータ（複数可）４４２は、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６を動かし続けるために、より大きな第２の電流を引き出す）。電流センサは、アクチュエータシステム４４０によって消費される電流を測定し、（例えば、コントローラ又は別の適切な構成要素を介して）第１及び／又は第２のクランプ要素４３２、４３６が対象物体に接触するときの増加を、アーム端部ツール４００が検出することを可能にできる。次に、アーム端部ツール４００は、アクチュエータ（複数可）４４２の動作を停止することができる。アクチュエータ（複数可）４４２を停止することによって、アーム端部ツール４００は、第１及び／又は第２のクランプ要素４３２、４３６の動作を停止して、係合した対象物体へのクランプダウンを停止することができる。その結果、電流センサ（及びそれに結合されたコントローラ）により、アーム端部ツールは、対象物体の側部を強くクランプし過ぎることによる対象物体への損傷を低減（又は回避）できる。

いくつかの実施形態では、アクチュエータシステム４４０は、第１のクランプ要素４３２に動作可能に結合された第１のアクチュエータと、第２のクランプ要素４３６に動作可能に結合された第２のアクチュエータとを含む。そのような実施形態では、センサ（複数可）４５０は、第１のアクチュエータに動作可能に結合された第１の電流センサと、第２のアクチュエータに動作可能に結合された第２の電流センサとを含む。その結果、アーム端部ツール４００（又は別の適切な構成要素）は、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６を独立して監視することができる。いくつかの実施形態では、アーム端部ツール４００は、検出された電流消費の増加に応答して、第１及び第２のアクチュエータを独立して停止させる。その結果、第１のクランプ要素４３２は対象物体の第１の側部に係合するまで移動でき、第２のクランプ要素４３６は対象物体の第２の側部に係合するまで移動できる。独立した停止は、対象物体の両側への損傷を低減（又は回避）するのに役立ち得る。いくつかの実施形態では、アーム端部ツール４００は、電流消費の増加の大きさを考慮して、所定の閾値を超える増加にのみ応答して、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６を停止する。所定の閾値は、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６の両方が対象物体に係合するときに予想される増加に対応することができる。別の言い方をすれば、消費の増加は、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６のうちの１つのみが対象物体に係合するとき、所定の閾値未満であり得る。この場合、増加は、係合されたクランプ要素が対象物体を非係合クランプ要素に向かって押すことによって消費される電流に対応する。係合されたクランプ要素が、係合されていないクランプ要素に向かって対象物体を押すことを可能にすることによって、アーム端部ツール４００は、クランププロセスの速度を増加させることができる。

いくつかの実施形態では、センサ（複数可）４５０は、（例えば、アクチュエータの数とは無関係に）アクチュエータシステム４４０によって消費される電流を監視する単一の電流センサを含む。その結果、アーム端部ツール４００は、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６を連動して監視する。そのような実施形態では、アーム端部ツール４００は、電流消費の増加の大きさを考慮して、所定の閾値を超える増加にのみ応答して、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６を停止することができる。上記のように、所定の閾値は、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６の両方が対象物体に係合するときに予想される増加に対応することができる。

いくつかの実施形態では、センサ（複数可）４５０は、第１及び／又は第２のクランプ面４３３、４３７に対する力を測定するように配置された１つ又は複数の力センサを含む。力センサは、対象物体の側部が第１及び／又は第２のクランプ要素４３２、４３６及び／又はその中の抵抗によっていつ係合されるかを検出することができる。第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６の両方が側壁に係合したとき（例えば、第１及び第２のクランプ面４３３、４３７上の力センサ、及び／又は第１又は第２のクランプ面４３３、４３７のうちの１つ上の力の大きさによって示されるように）、第１及び／又は第２のクランプ要素４３２、４３６の動作を止めることができる。同様に、様々な実施形態では、センサ（複数可）４５０は、第１及び／又は第２のクランプ要素４３２、４３６上のトルク（対象物体からの抵抗に起因する）を測定するように配置されたトルクセンサ、第１及び／又は第２のクランプ要素４３２、４３６に隣接する対象物体の側部の存在を検出するように配置された存在センサ（例えば、画像化構成要素、レーダー構成要素、レーダーセンサなど）、及び／又は任意の他の適切なセンサを含むことができる。

図４Ａ及び図４Ｂに示す実施形態では、アーム端部ツール４００は、補強構造４６２、１つ又は複数のカバー４６４（２つが示されている）、及び較正構成要素４７０をさらに含む。補強構造４６２は、真空構成要素４２０に構造的支持を提供し、アーム端部ツール４００の安定性を高めることができる。いくつかの実施形態では、真空構成要素４２０の上面は、ハウジングの下面４１２に接続され、補強構造４６２は、真空構成要素４２０に追加の支持を提供する。他の実施形態では、真空構成要素４２０は、補強構造４６２を介してハウジング４１０に結合される。

カバー（複数可）４６４は、アーム端部ツール４００の構成要素の周囲に保護シールドを提供して、アーム端部ツール４００の動作中に偶発的な衝撃から構成要素を保護することができる。例えば、カバー（複数可）４６４は、アクチュエータシステム４４０、真空構成要素４２０への入力ライン、任意の搭載電子機器などの周りにシールドを提供することができる。追加的又は代替的に、カバー（複数可）４６４は、アーム端部ツール４００の様々な構成要素（例えば、真空構成要素４２０への入力ライン）を収容するのに役立ち、その偶発的な障害を回避するのに役立ち得る。

較正構成要素４７０を使用して、例えば、１つ又は複数の画像センサ（例えば、図１の撮像システム１６０及び／又は任意の他の適切な構成要素）が、動作環境内及び／又は画像センサ（複数可）に対するアーム端部ツール４００の位置及び／又は向きを識別できるようにすることができる。いくつかの実施形態では、較正構成要素４７０は、動作環境内及び／又は画像センサ（複数可）に対するアーム端部ツール４００の位置及び／又は向きの識別を支援するパターン又はデザインを有するプラカードを含むことができる。例えば、図示の実施形態では、較正構成要素４７０は、位置的に固有のパターンで配置された複数の基準ドットを有する構造を含む。したがって、パターンは、アーム端部ツール４００を視覚的に識別又は位置特定するために使用することができる。いくつかの実施形態では、較正構成要素４７０の上部又は縁部は、ハウジング４１０の上面４１４と同一平面上にある。追加的又は代替的に、様々な実施形態において、較正構成要素４７０の側部又は縁部は、ハウジング４１０の前縁４１６と同一平面上にあり得、較正構成要素４７０の側部又は縁部は、ハウジング４１０の下面４１２と同一平面上にあり得、及び／又は同様の状態であり得る。

図４Ｃは、本技術のいくつかの実施形態によるアーム端部ツール４００の様々な構成要素のさらなる詳細を下から見た図である。例えば、図４Ｃに示されるように、真空構成要素４２０は、アーム端部ツール４００の長手方向軸に沿ってそれぞれ延びる第１の真空要素４２２及び第２の真空要素４２４を含むことができる。さらに、第２の真空要素４２４は、第１の真空要素４２２から離間して、それらの間にチャネル４２６を作成する。クランプ構成要素４３０の第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６のそれぞれは、チャネル４２６を通してアクチュエータシステム４４０に結合される。例えば、図４Ｃにさらに示すように、第１のクランプ要素４３２は、下部４３４ａ及び上部４３４ｂを含む。下部４３４ａは、真空構成要素４２０を越えて突出し、対象物体の側部に接触する。上部４３４ｂは、チャネル４２６を通って延び、アクチュエータ４４２（図４Ｃに２つが示されている）のうちの１つに動作可能に結合される。同様に、第２のクランプ要素４３６は、真空構成要素４２０を越えて突出する下部４３８ａと、チャネル４２６を通って延び、アクチュエータ４４２の別の１つに結合される上部４３４ｂとを含む。

いくつかの実施形態では、真空構成要素４２０は、追加の真空要素（例えば、３つの真空要素、４つの真空要素、及び／又は任意の他の適切な数の真空要素）に分割することができる。純粋に例として、真空構成要素４２０は、アーム端部ツール４００の長手方向軸に沿った第１のチャネルと、横軸（例えば、図４Ａに示されるｙ軸）に沿った第２のチャネルとを有する４つの真空要素を含むことができる。そのようないくつかの実施形態では、クランプ構成要素４３０は、追加のクランプ要素も含む（例えば、ｘ軸に沿って対象物体を動かしてクランプするため）。いくつかの実施形態では、真空構成要素４２０は、単一の真空要素を含む。そのような実施形態では、第１及び第２のクランプ要素４３２、４３６の上部４３４ｂ、４３８ｂは、単一の真空要素の周囲のアクチュエータ４４２に向かって延びる。

図４Ｄは、本技術のいくつかの実施形態によるアーム端部ツール４００の様々な構成要素のさらなる詳細を正面から見た図である。例えば、図４Ｄは、第１及び第２の真空要素４２２、４２４によって画定されるチャネル４２６と、チャネル４２６を通って延びる第２のクランプ要素４３６の上部４３８ｂとを示す。さらに図４Ｄに示すように、アクチュエータシステム４４０は、第１のアクチュエータ４４２ａと第２のクランプ要素４３６の上部４３８ｂとの間に結合された可動アーム４４４をさらに含むことができる。様々な実施形態では、上述のように、可動アーム４４４は、可動アーム４４４（したがって、第２のクランプ要素４３６）を動かすために第１のアクチュエータ４４２ａのギアに結合されたギアトラック、第１のアクチュエータ４４２ａ内の駆動可能なベアリングに結合されて可動アーム４４４を動かす（したがって第２のクランプ要素４３６を動かす）ｔトラック、第１のアクチュエータ４４２ａ内の制御機構に動作可能に結合されて伸縮する（したがって第２のクランプ要素４３６を動かす）伸縮体、及び／又は第２のクランプ要素４３６を動かすための様々な他の機構を含むことができる。

図示の実施形態では、第２のクランプ要素４３６の上部４３８ｂは、ファスナ４３９（図示の実施形態では６つであり、任意の適切な数が可能）を介して可動アーム４４４に結合される。ファスナ４３９は、ねじ、ボルト、ピン、及び／又は任意の他の適切な機構であり得る。さらに、いくつかの実施形態では、ファスナ４３９は、センサ４５０のうちの１つ又は複数が第２のクランプ要素４３６の間の力を測定するための適切なポイントを提供する。例えば、下部４３８ａが対象物体の側面に係合すると、上部４３８ｂは、ファスナ４３９を介して可動アーム４４４から押し離され、それによってセンサ４５０を介して力を加える。センサ４５０は、力を測定して、アーム端部ツール４００が対象物体への損傷のリスクを低減できるようにすることができる（例えば、上でより詳細に説明したように）。

図５Ａ及び図５Ｂは、本技術のいくつかの実施形態による、第１及び第２の位置の間で移動するアーム端部ツール５００の部分概略側面図である。図５Ａに示されるように、アーム端部ツール５００は、図４Ａ～図４Ｄを参照して上述したアーム端部ツール４００とほぼ同様である。例えば、図５Ａに示すアーム端部ツール５００は、ハウジング５１０、ハウジング５１０の下面５１２に動作可能に結合された真空構成要素５２０、及び真空構成要素５２０の下に突出する第１及び第２のクランプ要素５３２、５３６を含むクランプ構成要素５３０を含む。

さらに図５Ａに示すように、第１のクランプ要素５３２は第１の動作経路Ｐ_１に沿って移動可能であり、第２のクランプ要素５３６は第２の動作経路Ｐ_２に沿って移動可能である。その結果、第１及び第２のクランプ要素５３２、５３６は、第１の位置（例えば、図５Ａに示される）と第２の位置（例えば、図５Ｂに示される）との間で移動して、様々なクランプ状態と非クランプ状態との間で移動することができる。第１の位置（図５Ａ）では、第１及び第２のクランプ要素５３２、５３６は、第１の距離Ｄ_１だけ離間している。第２の位置（図５Ｂ）では、第１及び第２のクランプ要素５３２、５３６は、第１の距離Ｄ_１より小さい第２の距離Ｄ_２だけ離間している。様々な距離により、第１及び第２のクランプ要素５３２、５３６は、様々なサイズの対象物体をクランプすることができる。様々な実施形態では、第１及び第２のクランプ要素５３２、５３６は、第１及び第２の動作経路Ｐ_１、Ｐ_２に沿って移動して、距離（Ｄ_２からＤ_１まで）を約０メートル（ｍ）から約２ｍ、約０．０５ｍから約１．５ｍ、又は約０．１ｍから約１ｍの範囲で変化させて、様々なサイズの対象物体をクランプすることができる。

図５Ａ及び図５Ｂに示す実施形態では、第１及び第２の動作経路Ｐ_１、Ｐ_２はそれぞれ、アーム端部ツール５００の長手方向軸Ｌにほぼ平行（又は平行）である。平行な向きは、真空構成要素５２０（図５Ａ）及びクランプ構成要素５３０の両方によって把持される対象物体の上にアーム端部ツール５００を配置することを単純化するのに役立ち得る。しかしながら、様々な他の実施形態において、第１及び第２の動作経路Ｐ_１、Ｐ_２は、アームの長手方向軸に対して任意の適切な角度であり得ることが理解されるであろう。

さらに、図５Ａ及び図５Ｂに示される実施形態では、第１及び第２のクランプ要素５３２、５３６は、非対称構成で第１及び第２の動作経路Ｐ_１、Ｐ_２に沿って移動する。より具体的には、第１のクランプ要素５３２の第１の動作経路Ｐ_１は、第２のクランプ要素５３６の第２の動作経路Ｐ_２よりも短い。しかしながら、様々な他の実施形態において、第１の動作経路Ｐ_１は、第２の動作経路Ｐ_２より大きくてもよいし、第２の動作経路Ｐ_２と等しくてもよいことが理解されるであろう。さらに、様々な実施形態では、第１及び第２のクランプ要素５３２、５３６がたどる動作経路は、アーム端部ツール５００によって把持されている対象物体、ピックアップ場所、配置場所、及び／又は搬送中のアーム端部ツール５００の周囲の環境に少なくとも部分的に基づく。非限定的な例では、第１のクランプ要素５３２がたどる動作経路は、真空構成要素５２０の好ましい把持位置に基づいて、第１の対象物体について第２のクランプ要素５３６がたどる第２の動作経路よりも長く、対象物体の重量を均等に分配するための第２の対象物体の第２の動作経路に等しく、第３の対象物体の第２の動作経路よりも小さく、配置場所で他の物体との接触を避けるのに役立ち得る。

図６Ａ～図６Ｄは、本技術のいくつかの実施形態による、把持動作の様々な段階における、図４Ａ～図５Ｂに関して論じたタイプのアーム端部ツール６００を示す部分概略図である。例えば、図６Ａに示されるように、アーム端部ツール６００は、ハウジング６１０、ハウジング６１０の下面６１２に動作可能に結合された真空構成要素６２０、及び真空構成要素６２０の下に突出する第１及び第２のクランプ要素６３２、６３６を含むクランプ構成要素６３０を含む。図６Ａ～図６Ｄに示す把持動作に伴う動作は、アーム端部ツール６００自体のコントローラによって、及び／又は外部コントローラ（例えば、図２の制御ユニット２０２を有する図１のコントローラ１０９）によって実行することができる。

図６Ａは、対象物体１０に接近するアーム端部ツール６００を示す。接近中、第１及び第２のクランプ要素６３２、６３６は、対象物体１０の幅Ｗ_１以上である開始距離Ｄ_３（本明細書では初期幅とも呼ばれることがある）に配置される。さらに、アーム端部ツール６００は、第１及び第２のクランプ要素６３２、６３６の間に対象物体を有する対象物体１０の上に少なくとも部分的に、それ自体を配置する（又は配置される）。次いで、アーム端部ツール６００は、真空構成要素６２０が対象物体１０の上面１２に接触するまで、第３の動作経路Ｐ_３（例えば、垂直動作経路及び／又は垂直成分を有する動作経路）に沿って移動する。

いくつかの実施形態では、開始距離Ｄ_３は、対象物体１０のそれぞれの側部の第１及び第２のクランプ要素６３２、６３６に所定量のクリアランスを提供する。純粋に例として、開始距離Ｄ_３は、対象物体のそれぞれの側に約０．５ｍのクリアランス、対象物体のそれぞれの側部に約０．２ｍのクリアランス、対象物体のそれぞれの側部に約０．１ｍのクリアランス、及び／又はその他の適切な量のクリアランスを提供することができる。いくつかの実施形態では、開始距離Ｄ_３は、対象物体の幅Ｗ_１から拡大される。純粋に例として、開始距離Ｄ_３は、幅Ｗ_１よりも約２５パーセント大きく、幅Ｗ_１よりも約１０パーセント大きく、幅Ｗ_１よりも約５パーセント大きく、及び／又は任意の他の適切なサイズであり得る。

図６Ｂ及び図６Ｃは、接近後に対象物体を把持するアーム端部ツール６００を示す。例えば、図６Ｂに示されるように、把持プロセスは、真空構成要素６２０内の１つ又は複数の真空要素（吸引要素とも呼ばれることがある）を介して対象物体１０の上面１２に吸引力Ｆ_１を加えることを含むことができる。いくつかの実施形態では、（例えば、真空構成要素６２全体ではなく）真空構成要素６２０のサブセクションのみが動作して、吸引力Ｆ_１を加える。例えば、真空構成要素６２０は、対象物体１０の上面１２と接触している真空要素のみを動作させることができる。別の例では、真空構成要素６２０は、対象物体１０の上面１２と接触する領域内の真空要素（例えば、半分、３分の１、４分の１、及び／又は任意の他の適切な分割の吸引要素）のみを動作させることができる。選択的な動作は、アーム端部ツール６００によって消費されるエネルギーを低減し、係合していない真空要素によって引き起こされる動き／ジッタを低減し、及び／又は対象物体１０に加えられる吸引力Ｆ_１を増大させることができる（例えば、真空力を集中することにより）。

図６Ｃに示されるように、把持プロセスはまた、第１及び第２のクランプ要素６３２、６３６をそれぞれ第１及び第２の動作経路Ｐ_１、Ｐ_２に沿って動かして、対象物体１０の側面１４に係合することを含む。図示の実施形態では、第２のクランプ要素６３６は、第２の動作経路Ｐ_２に沿って移動する前に、対象物体１０の右側面１４とほぼ接触していた（例えば、図６Ｂと図６Ｃを比較されたい）。その結果、上記でより詳細に論じたように、クランプ構成要素６３０は、第１のクランプ要素６３２が第１の動作経路Ｐ_１に沿って移動し続ける間、第２のクランプ要素６３６の移動を停止することができる。しかしながら、アーム端部ツール６００は、第１及び第２のクランプ要素６３２、６３６が対象物体１０からほぼ等距離になるように、移動する前にそれ自体を配置する（又は配置される）ことができ、第１及び第２のクランプ要素６３２、６３６が、ほぼ同時に（又は同時に）対象物体１０の側面１４に係合するようにできることが理解されるであろう。追加的又は代替的に、第１及び第２のクランプ要素６３２、６３６は、それぞれ、第１及び第２のクランプ要素６３２、６３６がそれぞれ対象物体１０に係合するまで移動し続けることができる。そのような実施形態では、真空構成要素６２０は、クランプ構成要素６３０の後に係合され、吸引力Ｆ_１（図６Ｂ）から生じる抵抗なしに対象物体１０が横方向に移動することを可能にする。

図示の実施形態では、第２のクランプ要素６３６は、対象物体１０が把持された後、ハウジング６１０の前縁６１４とほぼ整列される。さらに、対象物体１０は、真空構成要素６２０の前半分（例えば、前縁６１４により近い半分）によって運ばれる。図示の整列及び運搬配置は、クリアランスが比較的小さい場所で対象物体１０を把持及び／又は解放するのを容易にするのに役立ち得る。例えば、対象物体１０は、アーム端部ツール６００の長手方向フットプリント内に完全にクランプされ、それは動作中のアーム端部ツール６００の最小長手方向フットプリントである（例えば、第２のクランプ要素６３６が、前縁６１４に対して遠位に延びる構成とは反対である）。しかし、様々な実施形態では、第１及び第２のクランプ要素６３２、６３６は、対象物体１０をクランプしている間に様々な他の特徴と整列することができ、及び／又は真空構成要素６２０が対象物体１０の特定の領域に吸引力Ｆ_１（図６Ｂ）を加えることができるように配置することができる。

図６Ｄは、配置場所で対象物体１０を解放している間のアーム端部ツール６００を示す。配置場所は、パレット又は他の適切な出荷ユニット、倉庫カート又は他の適切な倉庫構成要素、及び／又は任意の他の適切な場所であり得る。対象物体１０を解放するために、アーム端部ツール６００は、真空構成要素６２０の動作を停止し、第１及び第２の動作経路Ｐ_１、Ｐ_２に沿って第１及び第２のクランプ要素６３２、６３６の少なくとも１つをそれぞれ移動させる。その結果、真空構成要素６２０は、対象物体１０の上面１２との係合を解除し（例えば、吸引力を加えるのを停止し）、クランプ構成要素６３０は、対象物体１０の側面１４との係合を解除する。図示の実施形態では、第１のクランプ要素６３２のみが移動して、対象物体１０を解放する。様々な他の動作において、第１及び第２のクランプ要素６３２、６３６の両方が動くことができ、及び／又は第２のクランプ要素６３６だけが動くことができる。選択的な移動は、周囲の環境との望ましくない接触を避けるために、配置場所の環境及び／又はクリアランスに基づくことができる。すなわち、第１及び第２のクランプ要素６３２、６３６のうちの１つのみが、対象物体１０の側面１４のクランプを停止するために移動する必要があるため、アーム端部ツール６００（又は別の適切な構成要素）は、第１及び第２のクランプ要素６３２、６３６のどちらが配置場所に適しているかを選択することができる。

図７は、本技術のいくつかの実施形態による、アーム端部ツールを備えたロボットシステムを操作するためのプロセス７００の流れ図である。プロセス７００は、は、アーム端部ツール自体のコントローラによって、及び／又は外部コントローラ（例えば、図２の制御ユニット２０２を有する図１のコントローラ１０９）によって実行することができる。

プロセス７００は、対象物体の１つ又は複数のパラメータを識別することによって、ブロック７０２で開始する。パラメータは、長さ、幅、高さ、重量、予想重量、重量分布、予想重量分布、壁強度、予想壁強度、剛性、及び／又は任意の他の適切なパラメータを含むことができる。いくつかの実施形態では、パラメータ（複数可）は、１つ又は複数のセンサ（例えば、図２のセンサユニット２１６及び／又は図１の撮像システム１６０）によって識別される。代替的又は追加的に、パラメータ（複数可）は、対象物体上の一意の識別子（例えば、バーコード、ＱＲコード（登録商標）、ＲＦＩＤ、及び／又は任意の他の適切な識別子）を使用して、データベース（例えば、クラウドデータベース又は他の適切なデータベース）から取得することができる。

例示的な例として、ロボットシステム１００は、対象物体１１２及び／又は周囲環境内の様々な物体を有する画像データ（例えば、開始位置１１４の２次元及び／又は３次元表現）を得ることができる。ロボットシステム１００は、エッジ、表面テクスチャ（例えば、物体の表面に印刷された画像及び／又は文字）、高さなどを識別して、画像データに描かれた候補物体を識別することができる。ロボットシステム１００は、識別された候補物体及びその特性（例えば、エッジの長さ、表面テクスチャなど）をマスタデータに登録された物体のものと比較することができる。登録された物体とのマッチングに基づいて、ロボットシステム１００は、描写された位置のタイプ又は識別子を識別し、描写された物体の位置を特定することに基づいて、画像データに描写された物体を検出することができる。

ブロック７０４で、プロセス７００は、ブロック７０２で識別／検出されたパラメータ（複数可）、ピッキング場所（例えば、コンベヤベルト及び／又は任意の他の適切な場所）で対象物体を取り囲む環境、及び／又は配置場所（例えば、倉庫カート上、パレットコンテナ内、及び／又は任意の他の適切な場所）の環境に基づいて把持動作を計画することを含む。把持動作を計画することは、クランプ要素間の開始距離、真空構成要素が係合する目標位置、移動経路、及び／又は任意の他の適切な詳細を含む、アーム端部ツール（例えば、図６Ａに示されるような）の接近を計画することと、（例えば、真空構成要素及びクランプ要素を介して）対象物体を係合及び把持し、周囲環境との接触を回避しながら、ピッキング場所と配置場所との間の移動経路を計画する動作と、配置場所、どのクランプ要素を移動して対象物体を解放するか、配置場所から離れる移動経路（例えば、出発軌道）、及び／又は任意の他の適切な詳細を識別する解放動作を計画することと、を含むことができる。いくつかの実施形態では、把持動作を計画することは、把持動作を実行するためにアーム端部ツール及び／又はそれに結合された任意のコントローラによって実行できる把持動作の各段階のためのコマンドを生成することを含む。さらに、ブロック７０４で把持動作を計画することは、ロボットシステム（例えば、図１のロボットシステム１００）の１つ又は複数の構成要素及び／又はその構成要素（例えば、図３のロボットユニット３００、図４Ａ及び図４Ｂのアーム端部ツール４００など）のためのコマンドを生成して、実行して、上述の動作のうちの１つ又は複数を完了することを含み得る。例えば、図７に示されるように、ブロック７０４で把持動作を計画することは、対象物体に接近するためのコマンドを生成すること、対象物体を把持するためのコマンドを生成すること、対象物体を搬送するためのコマンドを生成すること、対象物体を解放するためのコマンドを生成すること、及び／又は配置場所から出発するためのコマンドを生成することを含むことができる。

把持動作を計画する際に、ロボットシステム１００は、真空境界面／表面の基準位置と整列するために、対象物体上の目標真空位置を導き出すことができる。ロボットシステム１００は、対象物体が真空境界面の目標セクション（複数可）と中心合わせされるか、又は境界が整列されるように、目標真空位置を導き出すことができる。さらに、ロボットシステム１００は、目標とするクランプ位置及び／又はクランプ要素の動作（計画された把持位置とも呼ばれる）を計画することができる。例えば、ロボットシステム１００は、目標の真空及び検出された物体の寸法を使用して、クランプ要素の目標位置を計算することができる。また、ロボットシステム１００は、より速い速度、フィードバックセンサを監視するためのより低いサンプリング周波数、又は計画された把持位置からの閾値距離の外側でクランプ要素を操作するための同様の設定で、クランプ要素を操作することができる。ロボットシステム１００は、クランプ要素が（例えば、目標位置を囲む閾値位置を超えて）目標クランプ位置に近づくと、移動速度、サンプリング感度などの設定を調整することができる。

同様に、ロボットシステム１００は、クランプ要素の現在位置及び目標位置を使用して、相対的な接触タイミング及び対応するセンサ結果を予測することができる。例えば、ロボットシステム１００は、クランプ要素の現在位置及び目標位置に基づいて、対向するクランプ要素の別個の接触イベント間の同時タイミング又は遅延を予測することができる。ロボットシステム１００は、予想されるタイミングを使用して、設定変更を計画し、ステータスをチェックし、及び／又は潜在的なエラー状態を検出することができる。いくつかの実施形態では、ロボットシステム１００は、目標位置から等距離になるようにクランプ要素を再配置するためのプランの調整を含むことができる。ロボットシステム１００は、プランの接近部分に調整を含めることができる。

ブロック７０６～７１４において、プロセス７００は次に、計画された把持動作を実施することを含む。ブロック７０６において、プロセス７００は、対象物体に接近することを含む。図６Ａに示されるように、接近は、アーム端部ツールを対象物体の上に配置し、対象物体をクランプ要素の間（例えば、その目標位置）に配置し、次にアーム端部ツールを対象物体に向かって下げることを含むことができる。

ブロック７０８において、プロセス７００は、対象物体を把持することを含む。図６Ｂ及び図６Ｃに示されるように、対象物体を把持することは、クランプ要素を移動させて対象物体の側面をクランプすること、及び真空構成要素を操作して対象物体の上面に吸引力を加えることを含むことができる。さらに、上でより詳細に論じたように、把持プロセスは、対象物体の側面がいつ所望の圧力／強度で係合及び／又はクランプされるかを決定するために、クランプ構成要素に結合された１つ又は複数のセンサを含むことができる。例えば、アーム端部ツールは、クランプ要素を動かすアクチュエータシステムに動作可能に結合された１つ又は複数の電流センサを含むことができる。上述のように、アクチュエータシステムは、クランプ要素が対象物体に接触する前に第１の量のエネルギーを消費することができ、クランプ要素のうちの１つだけが対象物体に接触するとき（そして、例えば、対象物体を他のクランプ要素に向かって押すとき）に第２の量のエネルギーを消費することができ、そして両方のクランプ要素が対象物体に接触するときに第３の量のエネルギーを消費することができる。電流センサは、エネルギー消費を測定することができ、アーム端部ツール（又は図１のロボットシステム１００内の他の適切な構成要素）が、クランプ要素がいつ係合されるかを検出し、クランプ圧力を測定及び／又は制御し、及び／又は係合されるとクランプ要素を停止することを可能にする。

いくつかの実施形態では、動作プランは、最初に真空ベースの把持を係合し、次に真空ベースのグリップを補強するためにクランプ要素を操作することを含むことができる。他の実施形態では、動作プランは、最初に、対象物体を調整又はセンタリングするなどのためにクランプ要素に係合し、次に真空ベースの把持に係合することができる。他の実施形態では、動作プランは、クランプ要素を操作して物体（複数可）を調整し、所定の量だけ広げ、次いで真空ベースの把持後に再び係合することができる。例示的な例として、ロボットシステムは、クランプ要素を使用して、隣接して配置された複数の物体を把持するために真空境界面に係合する前に、（例えば、クランプ要素の１つを動かして隣接して配置された物体間のギャップを除去することによって）２つ以上の隣接して配置された物体を挟むことができる。ロボットシステムは、クランプ要素によって提供される横方向の力が物体を一緒に圧縮するように、クランプ要素を再係合することができる。加えて、動作プランは、対象物体に係合した後にクランプ要素を部分的に引っ込める動作を含むことができる。したがって、対象物体を把持する際に、アーム端部ツールはクランプ要素を使用して、把持した物体を真空境界面内にさらに引き込むことができる。

把持されると、ブロック７１０で、プロセス７００は、対象物体をピッキング場所から配置場所に搬送することを含む。いくつかの実施形態では、ブロック７１０でプロセス７００は、搬送中に環境を監視して、危険及び／又は障害物（例えば、アーム端部ツールの近くに移動する人間及び／又は他のロボット構造）を検出及び回避することを含む。

ブロック７１２において、プロセス７００は、対象物体を配置場所で解放することを含む。図６Ｄに示されるように、対象物体を解放することは、真空構成要素を動作停止すること、及びクランプ要素の一方（又は両方）を動かして対象物体を係合解除することを含み得る。一旦係合解除されると、ブロック７１４で、プロセス７００は配置場所から出発することを含む。上述のように、出発は、配置場所での対象物体及び／又は周囲環境への影響を回避するために計画された軌道に沿って行うことができる。

完了すると、プロセス７００はブロック７０２に戻り、次の対象物体を探すことができる。いくつかの実施形態では、次の対象物体のパラメータ（複数可）は同じ（又はほぼ同様）であり、プロセス７００がブロック７０４に迅速に移動し、計画された把持動作の一部（例えば、アーム端部ツール用に計画された構成）を再利用することを可能にする。いくつかの実施形態では、次の対象物体のパラメータ（複数可）が異なり、プロセス７００が完全に新しい把持動作を計画する必要がある。

実施例
本技術は、例えば、以下に説明される様々な態様に従って説明される。本技術の態様の様々な例は、便宜上、番号付けされた例（１、２、３など）として記載されている。これらは例として提供されており、本技術を限定するものではない。従属する例のいずれも、任意の適切な方法で組み合わせることができ、それぞれの独立した例の中に配置することができることに留意されたい。他の例も同様に提示することができる。

例１
アーム端部ツールであって、
ハウジングと、
対象物体の上面に係合するために前記ハウジングの下面に動作可能に結合された真空把持構成要素と、
クランプ構成要素と、備え、
前記クランプ構成要素は、
少なくとも部分的に前記ハウジングの前記下面の下に配置され、前記対象物体の第１の側面に係合するように横軸に沿って移動可能な第１のクランプ要素と、
少なくとも部分的に前記ハウジングの前記下面の下に配置され、前記対象物体の第２の側面に係合するように前記横軸に沿って移動可能な第２のクランプ要素と、を含み、
前記第１及び第２のクランプ要素は、前記対象物体の対向する第１の側面及び第２の側面に圧縮力を提供するように構成されている、アーム端部ツール。

例２
前記真空把持構成要素が、
前記下面の第１の側部に動作可能に結合された第１の真空要素と、
前記下面の第２の側部に結合され、前記第１の真空要素から離間して当該第１の真空要素との間にギャップを画定する第２の真空要素と、
を含む、例１に記載のアーム端部ツール。

例３
前記第１のクランプ要素及び前記第２のクランプ要素が、前記第１及び第２の真空要素によって画定される前記ギャップを通して前記ハウジングに動作可能に結合される、例２に記載のアーム端部ツール。

例４
前記第１のクランプ要素が、前記第２のクランプ要素から独立して前記横軸に沿って移動可能である、例１～３のいずれかに記載のアーム端部ツール。

例５
前記クランプ構成要素が、前記ハウジングと前記第１及び第２のクランプ要素との間に動作可能に結合されたアクチュエータシステムをさらに備え、前記アクチュエータシステムは、前記横軸に沿った前記第１及び第２のクランプ要素の移動を制御する、例１～５のいずれかに記載のアーム端部ツール。

例６
前記アクチュエータシステムに動作可能に結合されて、前記第１及び第２のクランプ要素と前記対象物体の前記第１及び第２の側面との間の力を測定する、１つ又は複数のセンサと、
前記１つ又は複数のセンサ及び前記アクチュエータシステムに動作可能に結合されたコントローラであって、前記コントローラは、前記コントローラによって実行されると、前記コントローラに、
前記力に関連する前記センサからの１つ又は複数の信号を受信させ、
前記力の大きさが、前記第１及び第２の側面に接触して係合する第１及び第２のクランプ要素を表す閾値を満たすか、又は超えると、前記アクチュエータシステムを介して、前記第１及び第２のクランプ要素の前記移動を停止させる
命令を記憶する、コントローラと、
をさらに備える、例５に記載のアーム端部ツール。

例７
前記１つ又は複数のセンサが、前記アクチュエータシステムへの電流を測定するように、前記アクチュエータシステムの入力ラインに結合された電流センサを含む、例６に記載のアーム端部ツール。

例８
前記１つ又は複数のセンサが、前記第１及び第２のクランプ要素の前記移動に対する抵抗を測定するように配置された力センサを含む、例６及び７のいずれかに記載のアーム端部ツール。

例９
前記閾値が、前記第１及び第２のクランプ要素からの前記対象物体への損傷を回避するように構成された所定の値である、請求項６～８のいずれかに記載のアーム端部ツール。

例１０
アーム端部ツールを動作させるための方法であって、
対象物体のパラメータを識別することであって、前記パラメータは前記対象物体の長さ又は幅のうちの少なくとも１つを含むことと、
前記アーム端部ツールで前記対象物体に接近するためのコマンドを生成することであって、前記アーム端部ツールは、フレームと、前記フレームの下面に動作可能に結合された真空把持構成要素と、前記フレームの前記下面から突出する第１及び第２のクランプ要素を有するクランプシステムと、を備え、前記対象物体に接近することは、前記対象物体が前記第１及び第２のクランプ要素の間にあるように、前記アーム端部ツールを配置することを含むことと、
前記真空把持構成要素ならびに前記第１及び第２のクランプ要素を使用して前記対象物体を把持するためのコマンドを生成することと、
ピックアップ場所から配置場所に前記対象物体を搬送するためのコマンドを生成することと、
前記配置場所で前記対象物体を解放するためのコマンドを生成することと、
を含む、方法。

例１１
前記対象物体を把持するための前記コマンドを生成することが、
前記第１及び第２のクランプ要素を前記アーム端部ツールの長手方向軸に沿って前記対象物体の側壁に向かって移動させるためのコマンドを生成することと、
前記真空把持構成要素を介して前記対象物体の上面に吸引力を加えるためのコマンドを生成することと、
を含む、例１０に記載の方法。

例１２
前記アーム端部ツールが、
前記第１及び第２のクランプ要素に動作可能に結合されたアクチュエータシステムと、
前記長手方向軸に沿って第１及び第２のクランプ要素を移動させるのに必要な電流を測定するように、前記アクチュエータシステムに動作可能に結合されたセンサと、
をさらに含み、
前記対象物体を把持するための前記コマンドを生成することが、
前記長手方向軸に沿って第１及び第２のクランプ要素を移動させるのに必要な前記電流に関連する１つ又は複数の信号を前記センサから取得するためのコマンドを生成することと、
前記１つ又は複数の信号に基づいて、前記第１及び第２のクランプ要素が前記対象物体の前記側壁に係合するときを検出するためのコマンドを生成することと、
前記長手方向軸に沿った第１及び第２のクランプ要素の移動を停止するためのコマンドを生成することと、
をさらに含む、
例１１に記載の方法。

例１３
前記対象物体に接近するための前記コマンドを生成することが、
前記対象物体の前記パラメータから、前記第１及び第２のクランプ要素の間の初期幅を決定することと、
前記第１及び第２のクランプ要素の少なくとも１つを前記アーム端部ツールの長手方向軸に沿って移動させて、前記第１及び第２のクランプ要素を前記初期幅で配置するコマンドを生成することと、
を含む、例１０～１２のいずれかに記載の方法。

例１４
前記初期幅が、前記対象物体の前記長さ又は前記対象物体の前記幅のうちの１つよりも１０パーセント未満大きい、例１３に記載の方法。

例１５
前記配置場所で前記対象物体を解放するための前記コマンドを生成することが、
前記アーム端部ツールが前記配置場所の周囲の環境に影響を与えることがない、前記配置場所からの軌道を識別することと、
前記第１及び第２のクランプ要素のうちの少なくとも１つを前記アーム端部ツールの長手方向軸に沿って移動させて、前記対象物体の側壁から遠ざけるためのコマンドを生成することと、
前記対象物体の上面を前記真空把持構成要素と係合解除するためのコマンドを生成することと、
前記アーム端部ツールを前記識別された軌道に沿って移動させるためのコマンドを生成することと、
を含む、例１０～１４のいずれかに記載の方法。

例１６
前記対象物体の前記パラメータが、前記対象物体の上面の表面積を含み、
前記対象物体を把持するための前記コマンドを生成することが、
前記表面積に基づいて前記対象物体に接近した後、前記上面に対応する前記真空把持構成要素のサブセクションを識別することと、
吸引力を前記上面に加えるために、前記真空把持構成要素の前記サブセクションを操作するためのコマンドを生成することと、
を含む、例１０～１５のいずれかに記載の方法。

例１７
ロボットシステムであって、
ロボットアームと、
前記ロボットアームに動作可能に結合されたエンドエフェクタと、備え、
前記エンドエフェクタは、
下面を有するハウジングと、
前記ハウジングの前記下面に結合された吸引把持構成要素と、
物体クランプ構成要素と、備え、
前記物体クランプ構成要素は、
前記吸引把持構成要素を越えて前記下面から突出する第１のクランプ部分と、
前記吸引把持構成要素を越えて前記下面から突出する第２のクランプ部分と、
前記ハウジングの横軸に平行な動作経路に沿って前記第１のクランプ部分を移動させるように、前記第１のクランプ部分に動作可能に結合されたアクチュエータシステムと、
を備える、ロボットシステム。

例１８
前記エンドエフェクタが、前記アクチュエータシステムに動作可能に結合された１つ又は複数のセンサをさらに備え、
前記ロボットシステムが、
前記アクチュエータシステムが前記動作経路に沿って前記第１のクランプ部分を移動させている間に、１つ又は複数のセンサ信号を受信し、
前記１つ又は複数のセンサ信号に基づいて、前記物体クランプ構成要素が所定のクランプ力で対象物体の側面に係合するときを検出し、
前記アクチュエータシステムが前記動作経路に沿って前記第１のクランプ部分を移動させるのを停止させる前記アクチュエータシステムのためのコマンドを生成する、
前記１つ又は複数のセンサに動作可能に結合されたコントローラを備える、例１７に記載のロボットシステム。

例１９
前記動作経路が第１の動作経路であり、
前記アクチュエータシステムは、前記ハウジングの前記横軸に平行な第２の動作経路に沿って前記第２のクランプ部分を移動させるように、さらに前記第２のクランプ部分に動作可能に結合されている、例１７及び１８のいずれかに記載のロボットシステム。

例２０
前記第２のクランプ部分が、前記ハウジングの前縁から離間した第１の位置と、前記ハウジングの前記前縁と少なくとも部分的に整列された第２の位置との間で前記第２の動作経路に沿って移動可能である、例１９に記載のロボットシステム。

結論
前述のことから、本技術の特定の実施形態は、説明の目的で本明細書に記載されているが、本技術の実施形態の説明を不必要に曖昧にすることを避けるために、周知の構造及び機能は詳細に示されていないか又は説明されていないことが理解されよう。参照により本明細書に組み込まれる資料が本開示と矛盾する範囲では、本開示が支配する。文脈が許す場合、単数又は複数の用語はまた、それぞれ、複数又は単数の用語を含み得る。さらに、「又は」という単語が、２つ以上の項目のリストを参照して、他の項目から排他的な単一の項目のみを意味するように明示的に限定されていない限り、そのようなリストでの「又は」の使用は、（ａ）リスト内の任意の単一の項目、（ｂ）リスト内のすべての項目、又は（ｃ）リスト内の項目の任意の組み合わせを含むものとして解釈されるべきである。さらに、本明細書で使用される場合、「Ａ及び／又はＢ」におけるフレーズ「及び／又は」は、Ａのみ、Ｂのみ、及びＡとＢの両方を指す。加えて、用語「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」及び「備える（ｗｉｔｈ）」は、任意のより多数の同じ特徴及び／又は追加の種類の特徴が排除されないように、少なくとも列挙された特徴（複数可）を含むことを意味するために、本開示を通して使用される。さらに、「おおよそ」及び「約」という用語は、本明細書では、所与の値又は限界の少なくとも１０パーセント以内を意味するために使用される。純粋に例として、おおよその比率は、所与の比率の１０パーセント以内を意味する。

前述のことから、本開示又は本技術から逸脱することなく種々の修正が行われてもよいことも理解されるであろう。例えば、当業者は、本技術の様々な構成要素をさらにサブ構成要素に分割することができること、又は本技術の様々な構成要素及び機能を組み合わせて統合することができることを理解するであろう。加えて、特定の実施形態に照らして記載された本技術の一定の態様はまた、他の実施形態では組み合わせられてもよいし、あるいは排除されてもよい。

さらに、本技術の一定の実施形態と関連付けられた利点は、それらの実施形態に照らして記載されたが、他の実施形態もまた、そのような利点を呈し得、すべての実施形態が、その技術の範囲内に入るように必ずしもそのような利点を呈することを要するとは限らない。したがって、本開示及び関連付けられた技術は、本明細書に明示的に示されない又は記載されない他の実施形態を包含することができる。

Claims (17)

1. ハウジングと、
   対象物体の上面に係合するために前記ハウジングの下面に動作可能に結合された真空把持構成要素と、
   クランプ構成要素と、を備えたアーム端部ツールであって、
   前記真空把持構成要素は、
   前記下面の第１の側に動作可能に結合された第１の真空要素と、
   前記下面の第２の側に結合され、前記第１の真空要素から離間して当該第１の真空要素との間にギャップを画定する第２の真空要素と、
   を含み、
   前記クランプ構成要素は、
   少なくとも部分的に前記ハウジングの前記下面から突出し、前記対象物体の第１の側面に係合するように、当該アーム端部ツールの長手方向軸に沿って移動可能な第１のクランプ要素と、
   少なくとも部分的に前記ハウジングの前記下面から突出し、前記対象物体の第２の側面に係合するように、前記長手方向軸に沿って移動可能な第２のクランプ要素と、を含み、
   前記第１及び第２のクランプ要素は、前記対象物体の対向する第１の側面及び第２の側面に圧縮力を提供するように構成され、
   前記第１のクランプ要素及び前記第２のクランプ要素は、前記第１及び第２の真空要素によって画定される前記ギャップを通して前記ハウジングに動作可能に結合される、アーム端部ツール。
2. 前記第１のクランプ要素は、前記第２のクランプ要素から独立して前記長手方向軸に沿って移動可能である、請求項１に記載のアーム端部ツール。
3. 前記クランプ構成要素は、前記ハウジングと前記第１及び第２のクランプ要素との間に動作可能に結合されたアクチュエータシステムをさらに備え、
   前記アクチュエータシステムは、前記長手方向軸に沿った前記第１及び第２のクランプ要素の移動を制御する、請求項１に記載のアーム端部ツール。
4. 前記アクチュエータシステムに動作可能に結合されて、前記第１及び第２のクランプ要素と前記対象物体の前記第１及び第２の側面との間の力を測定するセンサと、
   前記センサ及び前記アクチュエータシステムに動作可能に結合されるとともに、命令を記憶するコントローラと、をさらに備え、
   前記命令は、前記コントローラによって実行されると、前記コントローラに、
   前記力に関連する前記センサからの１つ又は複数の信号を受信することと、
   前記力の大きさが、前記第１及び第２の側面に接触して係合する前記第１及び第２のクランプ要素を表す閾値を満たすか又は超えると、前記アクチュエータシステムを介して、前記第１及び第２のクランプ要素の前記移動を停止することと、
   を行わせる、請求項３に記載のアーム端部ツール。
5. 前記センサは、前記アクチュエータシステムへの電流を測定するように、前記アクチュエータシステムの入力ラインに結合された電流センサである、請求項４に記載のアーム端部ツール。
6. 前記センサは、前記第１及び第２のクランプ要素の前記移動に対する抵抗を測定するように配置された力センサである、請求項４に記載のアーム端部ツール。
7. 前記閾値は、前記第１及び第２のクランプ要素からの前記対象物体への損傷を回避するように構成された所定の値である、請求項４に記載のアーム端部ツール。
8. アーム端部ツールを動作させるための方法であって、
   対象物体の長さ又は幅のうちの少なくとも１つを含む、当該対象物体のパラメータを識別することと、
   前記アーム端部ツールで前記対象物体に接近するためのコマンドを生成することであって、前記アーム端部ツールは、フレームと、前記フレームの下面に動作可能に結合された真空把持構成要素と、前記フレームの前記下面から突出しかつそれぞれが前記アーム端部ツールの長手方向軸に沿って移動可能な第１及び第２のクランプ要素を有するクランプシステムと、前記第１及び第２のクランプ要素に動作可能に結合されたアクチュエータシステムと、前記長手方向軸に沿って第１及び第２のクランプ要素を移動させるのに必要な電流を測定するように、前記アクチュエータシステムに動作可能に結合されたセンサと、を備え、前記対象物体に接近することは、前記対象物体が前記第１及び第２のクランプ要素の間にあるように、前記アーム端部ツールを配置することを含むことと、
   前記真空把持構成要素ならびに前記第１及び第２のクランプ要素を使用して前記対象物体を把持するためのコマンドを生成することであって、前記対象物体を把持するための前記コマンドを生成することは、
   前記長手方向軸に沿って第１及び第２のクランプ要素を移動させるのに必要な前記電流に関連する１つ又は複数の信号を前記センサから取得するためのコマンドを生成することと、
   前記１つ又は複数の信号に基づいて、前記第１及び第２のクランプ要素が前記対象物体の側壁に係合するときを検出するためのコマンドを生成することと、
   前記長手方向軸に沿った第１及び第２のクランプ要素の移動を停止するためのコマンドを生成することと、をさらに含むことと、
   ピックアップ場所から配置場所に前記対象物体を搬送するためのコマンドを生成することと、
   前記配置場所で前記対象物体を解放するためのコマンドを生成することと、
   を含む、方法。
9. 前記対象物体を把持するための前記コマンドを生成することは、
   前記第１及び第２のクランプ要素を前記アーム端部ツールの長手方向軸に沿って前記対象物体の側壁に向かって移動させるためのコマンドを生成することと、
   前記真空把持構成要素を介して前記対象物体の上面に吸引力を加えるためのコマンドを生成することと、
   を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記対象物体に接近するための前記コマンドを生成することは、
    前記対象物体の前記パラメータから、前記第１及び第２のクランプ要素の間の初期幅を決定することと、
    前記第１及び第２のクランプ要素の少なくとも１つを前記アーム端部ツールの長手方向軸に沿って移動させて、前記第１及び第２のクランプ要素を前記初期幅で配置するコマンドを生成することと、
    を含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記初期幅は、前記対象物体の前記長さ又は前記幅のうちの１つよりも１０パーセント未満大きい、請求項１０に記載の方法。
12. 前記配置場所で前記対象物体を解放するための前記コマンドを生成することは、
    前記アーム端部ツールが前記配置場所の周囲の環境に影響を与えることがない、前記配置場所からの軌道を識別することと、
    前記第１及び第２のクランプ要素のうちの少なくとも１つを前記アーム端部ツールの長手方向軸に沿って移動させて、前記対象物体の側壁から遠ざけるためのコマンドを生成することと、
    前記対象物体の上面を前記真空把持構成要素と係合解除するためのコマンドを生成することと、
    前記アーム端部ツールを前記識別された軌道に沿って移動させるためのコマンドを生成することと、
    を含む、請求項８に記載の方法。
13. 前記対象物体の前記パラメータは、前記対象物体の上面の表面積を含み、
    前記対象物体を把持するための前記コマンドを生成することは、
    前記表面積に基づいて前記対象物体に接近した後、前記上面に対応する前記真空把持構成要素のサブセクションを識別することと、
    吸引力を前記上面に加えるために、前記真空把持構成要素の前記サブセクションを操作するためのコマンドを生成することと、
    を含む、請求項８に記載の方法。
14. ロボットアームと、
    前記ロボットアームに動作可能に結合されたエンドエフェクタと、を備え、
    前記エンドエフェクタは、
    下面を有するハウジングと、
    前記ハウジングの前記下面に結合された吸引把持構成要素と、
    物体クランプ構成要素と、備え、
    前記吸引把持構成要素は、
    前記下面の第１の側に動作可能に結合された第１の吸引要素と、
    前記下面の第２の側に結合され、前記第１の吸引要素から離間して当該第１の吸引要素との間にギャップを画定する第２の吸引要素と、
    を含み、
    前記物体クランプ構成要素は、
    前記吸引把持構成要素を越えて前記下面から突出し、前記ハウジングの横軸に沿って移動可能な第１のクランプ部分と、
    前記吸引把持構成要素を越えて前記下面から突出し、前記ハウジングの前記横軸に沿って移動可能な第２のクランプ部分と、
    前記ハウジングの前記横軸に平行な動作経路に沿って前記第１のクランプ部分を移動させるように、前記第１のクランプ部分に動作可能に結合されたアクチュエータシステムと、を備え、
    前記第１のクランプ部分及び前記第２のクランプ部分は、前記ギャップを通して前記ハウジングに動作可能に結合される、ロボットシステム。
15. 前記エンドエフェクタは、前記アクチュエータシステムに動作可能に結合された１つ又は複数のセンサをさらに備え、
    当該ロボットシステムは、前記１つ又は複数のセンサに動作可能に結合されたコントローラを備え、
    前記コントローラは、
    前記アクチュエータシステムが前記動作経路に沿って前記第１のクランプ部分を移動させている間に、１つ又は複数のセンサ信号を受信することと、
    前記１つ又は複数のセンサ信号に基づいて、前記物体クランプ構成要素が所定のクランプ力で対象物体の側面に係合するときを検出することと、
    前記アクチュエータシステムが前記動作経路に沿って前記第１のクランプ部分を移動させるのを停止させる、前記アクチュエータシステムのためのコマンドを生成することと、を行う、請求項１４に記載のロボットシステム。
16. 前記動作経路は、第１の動作経路であり、
    前記アクチュエータシステムは、前記ハウジングの前記横軸に平行な第２の動作経路に沿って前記第２のクランプ部分を移動させるように、さらに前記第２のクランプ部分に動作可能に結合されている、請求項１４に記載のロボットシステム。
17. 前記第２のクランプ部分は、前記ハウジングの前縁から離間した第１の位置と、前記ハウジングの前記前縁と少なくとも部分的に整列された第２の位置と、の間で、前記第２の動作経路に沿って移動可能である、請求項１６に記載のロボットシステム。