JP7393407B2 - ロボットシステムのクラッチ式関節モジュール - Google Patents
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Description
本出願は、2016年11月11日に出願された米国特許仮出願第62/421,175号の優先権を主張し、この米国特許出願の全内容が引用により本明細書に組み入れられる。
Claims (39)
- 少なくとも1つのロボット関節を有するロボット肢を含むロボットシステムであって、
複数の支持部材と、
前記ロボット肢のそれぞれの関節を画定する複数のクラッチ式関節モジュールと、を含み、
各クラッチ式関節モジュールは、前記複数の支持部材のうちの少なくとも2つを回転可能に一緒に連結し、
回転軸の周りで回転可能であり、自由度を画定する、関節と、
前記関節を回転させるために一次トルクを印加するよう動作可能な一次アクチュエータと、
前記一次アクチュエータに連結され、係合状態、半係合状態、及び係合解除状態の間で動作可能である、クラッチ機構と、
前記クラッチ機構と共に動作可能であり、前記一次アクチュエータと並行に配置される、準受動的弾性アクチュエータとを含み、
前記クラッチ機構及び前記一次アクチュエータは、前記回転軸に沿って配置され、前記回転軸の周りで動作可能であり、
前記準受動的弾性アクチュエータは、前記クラッチ機構が係合状態又は半係合状態のうちの一方になると、エネルギーを蓄積し且つ解放するように動作可能である、
ロボットシステム。 - 前記クラッチ式関節モジュールは、入力部材と、出力部材とを含み、前記準受動的弾性アクチュエータは、前記出力部材の回転を助けるために前記一次アクチュエータによって印加される前記一次トルクと並行に前記出力部材に増強されたトルクを印加するように半係合状態又は係合状態において動作可能である、請求項1に記載のロボットシステム。
- 前記クラッチ式関節モジュールは、入力部材と、出力部材とを含み、前記準受動的弾性アクチュエータは、前記入力部材と前記出力部材との間の回転を少なくとも部分的に制限する制動力を生成するように動作する、請求項1に記載のロボットシステム。
- 前記準受動的弾性アクチュエータは、準受動的リニア空気圧アクチュエータを含む、請求項1に記載のロボットシステム。
- 前記準受動的リニア空気圧アクチュエータは、前記クラッチ式関節モジュールの関節剛性値を少なくとも部分的に画定するようにガス圧力充填される、請求項4に記載のロボットシステム。
- 前記準受動的弾性アクチュエータは、準受動的ロータリーアクチュエータを含む、請求項1に記載のロボットシステム。
- 前記準受動的弾性アクチュエータは、空気弾性要素、液体弾性要素、又は機械弾性要素から選択される弾性要素を含む、請求項1に記載のロボットシステム。
- 前記準受動的弾性アクチュエータは、前記クラッチ機構を介して、弾性状態、半弾性状態、及び非弾性状態の間でリアルタイムに選択的に切り換え可能である、請求項1に記載のロボットシステム。
- 前記クラッチ式関節モジュールは、入力部材と、出力部材とを含み、
前記クラッチ機構は、
前記入力部材に連結されるクラッチハウジングと、
前記クラッチハウジングによって保持される複数の入力プレートと、
前記クラッチハウジングによって回転可能に支持され、前記複数の入力プレートと回転可能に係合される、複数の出力プレートと、
クラッチ制御信号を受信すると、前記出力プレート及び前記入力プレートに圧縮力を印加するように動作可能な、アクチュエータと、を含む、
請求項1に記載のロボットシステム。 - 前記クラッチ式関節モジュールは、入力部材と、出力部材とを含み、
前記クラッチ機構は、
前記入力部材に連結されるクラッチハウジングと、
前記クラッチハウジングによって保持される複数の入力プレートと、
前記クラッチハウジングによって回転可能に支持され、前記複数の入力プレートと回転可能に係合される、複数の出力プレートと、
前記クラッチハウジングに連結されるボールランプクラッチ装置と、
前記ボールランプクラッチ装置に連結され、制御信号を受信すると、前記出力プレート及び前記入力プレートに圧縮力を印加するために、前記ボールランプクラッチ装置を回転させるように動作可能である、アクチュエータと、を含む、
請求項1に記載のロボットシステム。 - 前記一次アクチュエータは、モータを含み、前記複数のクラッチ式関節モジュールのうちの少なくとも1つは、前記モータ内に少なくとも部分的に配置される第1の変速機と、前記第1の変速機と前記クラッチ機構との間に動作的に連結される第2の変速機とを更に含む、請求項1に記載のロボットシステム。
- ロボットシステム内の使用のためのクラッチ式関節モジュールであって、
出力部材と、
入力部材と、
当該クラッチ式関節モジュールの回転軸の周りで前記出力部材及び前記入力部材を互いに対して回転させるように前記出力部材に一次トルクを印加するように動作可能な一次アクチュエータと、
前記入力部材に連結され、前記回転軸の周りで前記出力部材及び前記入力部材を互いに対して回転させるように前記一次アクチュエータによって印加される前記一次トルクと組み合わせられる前記出力部材への増強されたトルクを印加するよう動作可能である、準受動的弾性アクチュエータと、
前記準受動的弾性アクチュエータに動作可能に連結されるクラッチ機構と、を含み、
前記クラッチ機構は、係合状態、半係合状態、又は係合解除状態において動作可能であり、前記係合状態において、前記クラッチ機構は、前記準受動的弾性アクチュエータを弾性状態に置き、前記出力部材への前記増強されたトルクの印加を容易にする、ように動作し、
前記クラッチ機構及び前記一次アクチュエータは、前記回転軸に沿って配置され、前記回転軸の周りで動作可能である、
クラッチ式関節モジュール。 - 前記一次アクチュエータは、モータと、該モータに回転可能に連結される変速機とを含み、前記モータ、前記変速機、及び前記クラッチ機構は、前記回転軸に沿って配置され、前記回転軸の周りで動作可能である、請求項12に記載のクラッチ式関節モジュール。
- 前記変速機は、前記モータの中央空隙内に少なくとも部分的に配置される、請求項13に記載のクラッチ式関節モジュール。
- 前記クラッチ機構は、前記出力部材への前記増強されたトルクの少なくとも一部の印加を容易にするために、或いは制動力を印加するために、前記準受動的弾性アクチュエータを半弾性状態に置く、請求項12に記載のクラッチ式関節モジュール。
- 前記準受動的弾性アクチュエータは、前記出力部材の回転を助けるために前記一次アクチュエータによって印加される前記一次トルクと並列に前記出力部材に増強されたトルクを印加するように、半係合状態又は係合状態において動作可能である、請求項12に記載のクラッチ式関節モジュール。
- 前記準受動的弾性アクチュエータは、前記入力部材と前記出力部材との間の回転を少なくとも部分的に制限する制動力を生成するように動作する、請求項12に記載のクラッチ式関節モジュール。
- 前記準受動的弾性アクチュエータは、準受動的リニア空気圧アクチュエータを含む、請求項12に記載のクラッチ式関節モジュール。
- 前記準受動的リニア空気圧アクチュエータは、前記クラッチ式関節モジュールの関節剛性値を少なくとも部分的に画定するようにガス圧力充填される、請求項18に記載のクラッチ式関節モジュール。
- 前記準受動的弾性アクチュエータは、準受動的ロータリーアクチュエータを含む、請求項12に記載のクラッチ式関節モジュール。
- 前記準受動的弾性アクチュエータは、空気弾性要素、液体弾性要素、又は機械弾性要素から選択される弾性要素を含む、請求項12に記載のクラッチ式関節モジュール。
- 前記準受動的弾性アクチュエータは、前記クラッチ機構を介して、弾性状態、半弾性状態、及び非弾性状態の間でリアルタイムに選択的に切り換え可能である、請求項12に記載のクラッチ式関節モジュール。
- 前記クラッチ機構は、
前記入力部材に連結されるクラッチハウジングと、
前記クラッチハウジングによって保持される複数の入力プレートと、
前記クラッチハウジングによって回転可能に支持され、前記複数の入力プレートと回転可能に係合される、複数の出力プレートと、
クラッチ制御信号を受信すると、前記出力プレート及び前記入力プレートに圧縮力を印加するように動作可能な、アクチュエータと、を含む、
請求項12に記載のクラッチ式関節モジュール。 - 前記クラッチ機構は、
前記入力部材に連結されるクラッチハウジングと、
前記クラッチハウジングによって保持される複数の入力プレートと、
前記クラッチハウジングによって回転可能に支持され、前記複数の入力プレートと回転可能に係合される、複数の出力プレートと、
前記クラッチハウジングに連結されるボールランプクラッチ装置と、
前記ボールランプクラッチ装置に連結され、制御信号を受信すると、前記出力プレート及び前記入力プレートに圧縮力を印加するために、前記ボールランプクラッチ装置を回転させるように動作可能である、アクチュエータと、を含む、
請求項12に記載のクラッチ式関節モジュール。 - 前記一次アクチュエータは、モータを含み、複数のクラッチ式関節モジュールのうちの少なくとも1つは、前記モータ内に少なくとも部分的に配置される第1の変速機と、前記第1の変速機と前記クラッチ機構との間に動作的に連結される第2の変速機とを更に含む、請求項12に記載のクラッチ式関節モジュール。
- 少なくとも1つの回転可能な関節を有するロボット肢を含むロボットシステムであって、
複数の支持部材と、
前記ロボット肢のそれぞれの関節を画定する複数のクラッチ式関節モジュールと、を含み、
各クラッチ式関節モジュールは,前記複数の支持部材のうちの少なくとも2つを回転可能に一緒に連結し、
回転軸の周りで回転可能であり、自由度を画定する、関節と、
前記関節を回転させるために一次トルクを印加するように動作可能な一次アクチュエータと、
係合状態、半係合状態、及び係合解除状態の間で動作可能なクラッチ機構と、
前記クラッチ機構と動作可能な準受動弾性アクチュエータと、を含み、
前記一次アクチュエータは、モータと、該モータに動作的に連結される変速機とを含み、
前記準受動弾性アクチュエータは、前記クラッチ機構が前記係合状態又は前記半係合状態のうちの1つにあると、エネルギーを蓄積し且つ解放するように動作可能であり、
前記複数のクラッチ式関節モジュールのうちの1つは、第1のタイプの弾性要素を含む準受動的弾性アクチュエータを含み、前記複数のクラッチ式関節モジュールのうちの別の1つは、異なるタイプの弾性要素を含む準受動的弾性アクチュエータを含み、
前記クラッチ機構、前記モータ、及び前記変速機は、前記回転軸に沿って配置され、前記回転軸の周りで動作可能である、
ロボットシステム。 - 前記変速機は、前記モータの中央空隙内に少なくとも部分的に配置される、請求項26に記載のロボットシステム。
- ロボットシステム内の使用のためのクラッチ式関節モジュールであって、
出力部材と、
入力部材と、
当該クラッチ式関節モジュールの回転軸の周りで前記出力部材及び前記入力部材を互いに対して回転させるよう前記出力部材に一次トルクを印加するように動作可能な一次アクチュエータであって、中央空隙を有する電気モータと、該電気モータに回転可能に連結される変速機とを含み、該変速機は、前記電気モータの前記中央空隙内に少なくとも部分的に配置される、一次アクチュエータと、
前記入力部材に連結され、前記回転軸の周りで前記出力部材及び前記入力部材を互いに対して回転させるよう前記一次アクチュエータによって印加される前記一次トルクと組み合わせられる前記出力部材への増強されたトルクを印加するように動作可能である、準受動的弾性アクチュエータと、
前記準受動的弾性アクチュエータに動作可能に連結されるクラッチ機構と、を含み、該クラッチ機構は、係合状態、半係合状態、又は係合解除状態において動作可能であり、前記係合状態において、前記クラッチ機構は、前記準受動的弾性アクチュエータを弾性状態に置き、増強されたトルクの印加を容易にする、ように動作し、
前記クラッチ機構、前記電気モータ、及び前記変速機は、前記回転軸に沿って配置され、前記回転軸の周りで動作可能である、
クラッチ式関節モジュール。 - 前記クラッチ機構は、前記出力部材への前記増強されたトルクの少なくとも一部の印加を容易にするよう、前記準受動的弾性アクチュエータを半弾性状態に置くように動作する、請求項28に記載のクラッチ式関節モジュール。
- 前記変速機は、遊星歯車変速機を含む、請求項28に記載のクラッチ式関節モジュール。
- 前記変速機と前記クラッチ機構との間に動作的に連結される第2の変速機を更に含む、請求項28に記載のクラッチ式関節モジュール。
- ロボットシステム内の使用のためのクラッチ式関節モジュールであって、
出力部材と、
入力部材と、
回転軸の周りで前記出力部材及び前記入力部材を互いに対して回転させるように前記出力部材に一次トルクを印加するように動作可能な一次アクチュエータであって、モータと、前記モータと前記出力部材との間に動作的に連結される変速機とを含む、一次アクチュエータと、
前記入力部材と前記出力部材との間に動作可能に連結されるクラッチ機構であって、係合状態、半係合状態、又は係合解除状態において動作可能な、クラッチ機構と
前記入力部材に連結され、前記一次アクチュエータと並列に配置される、準受動的弾性アクチュエータとを含み、該準受動的弾性アクチュエータは、前記クラッチ機構が前記係合状態又は前記半係合状態のうちの1つにおいて動作されると、エネルギーを蓄積し且つ解放するように動作可能であり、
前記クラッチ機構、前記モータ及び前記変速機は、前記回転軸に沿って配置され、前記回転軸の周りで動作可能である、
クラッチ式関節モジュール。 - 少なくとも1つの回転可能な関節を有するロボット肢を含むロボットシステムであって、
複数の支持部材と、
前記ロボット肢のそれぞれの関節を画定する複数のクラッチ式関節モジュールと、を含み、
各クラッチ式関節モジュールは、前記複数の支持部材のうちの少なくとも2つを回転可能に一緒に連結し、
入力部材と、
出力部材と、
回転軸の周りで回転可能であり、自由度を画定する、関節と、
それぞれの関節を回転させるために一次トルクを印加するように動作可能な一次アクチュエータであって、モータと、前記モータと前記出力部材との間に動作的に連結される変速機とを含む、一次アクチュエータと、
前記一次アクチュエータに連結され、係合状態、半係合状態及び係合解除状態の間で動作可能な、クラッチ機構と、
前記クラッチ機構を介して、弾性状態、半弾性状態及び非弾性状態の間でリアルタイムに選択的に切り換え可能な、準受動的弾性アクチュエータと、を含み、
前記クラッチ機構及び前記一次アクチュエータは、それぞれ、互いに実質的に平行な中心回転軸を有し、前記クラッチ機構、前記モータ及び前記変速機は、前記回転軸に沿って配置され、前記回転軸の周りで回転可能である、
ロボットシステム。 - 前記モータは、中央空隙を含み、前記変速機は、前記モータの前記中央空隙内に少なくとも部分的に配置される、請求項33に記載のロボットシステム。
- 前記変速機と前記クラッチ機構との間に動作的に連結される第2の変速機を更に含む、請求項33に記載のロボットシステム。
- ロボットシステムのロボット関節を作動させる方法であって、
回転軸の周りで出力部材を回転させるためにトルクを印加するように構成されるクラッチ式関節モジュールの一次アクチュエータを選択的に作動させることと、
係合状態、半係合状態及び係合解除状態の間で前記ロボットシステムの関節を画定する前記クラッチ式関節モジュールのクラッチ機構を作動させることであって、前記クラッチ機構は、前記クラッチ式関節モジュールの入力部材と前記出力部材との間に動作可能に連結される、作動させることと、
前記クラッチ機構を選択的に作動させることによって係合状態又は半係合状態において前記クラッチ式関節モジュールの準受動的弾性アクチュエータを作動させることと、
前記入力部材に連結される第2の支持部材に対して前記出力部材に連結される前記ロボットシステムの第1の支持部材を回転させ、それによって、前記関節を回転軸の周りで回転させることと、を含み、
前記一次アクチュエータは、モータと、該モータに動作的に連結される変速機とを含み、前記クラッチ機構、前記モータ、及び前記変速機は、前記回転軸に沿って配置され、前記回転軸の周りで動作可能である、
方法。 - 前記第2の支持部材に対して前記第1の支持部材を回転させることは、前記クラッチ式関節モジュールの前記一次アクチュエータを作動させて、前記出力部材に一次トルクを印加することを含み、前記クラッチ式関節モジュールが係合状態又は半係合状態にある状態で、前記準受動的弾性アクチュエータは、前記出力部材に印加される増強されたトルクの形態のエネルギーを蓄積し且つ解放し、或いは前記クラッチ式関節モジュール内に制動力を生成する、ように作動する、請求項36に記載の方法。
- 前記第2の支持部材に対して前記第1の支持部材を回転させることは、これらを受動的に回転させることを含み、前記クラッチ式関節モジュールが係合状態又は半係合状態にある状態で、前記準受動的弾性アクチュエータは、前記出力部材に印加される増強されたトルクの形態のエネルギーを蓄積し且つ解放し、或いは前記クラッチ式関節モジュール内に制動力を生成する、ように作動する、請求項36に記載の方法。
- 前記クラッチ機構を係合解除状態において作動させることを更に含み、前記関節は、自由揺動モードに入る、請求項36に記載の方法。
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