KR102275566B1

KR102275566B1 - 로봇 디바이스를 위한 스프링식 웜 파지기

Info

Publication number: KR102275566B1
Application number: KR1020207033355A
Authority: KR
Inventors: 마르크 스트라우스
Original assignee: 엑스 디벨롭먼트 엘엘씨
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2021-07-12
Also published as: US20180290310A1; US20170320216A1; EP3442758A4; CN109153129B; CN114589723A; JP2020128005A; JP2019514710A; WO2017192353A1; KR20200133820A; US10016901B2; KR102183497B1; EP3442758A1; JP6913207B2; JP6703625B2; CN109153129A; KR20180132964A; US10933536B2; EP3442758B1; EP3822050A1

Abstract

로봇 파지 디바이스가 제공된다. 디바이스는, 손가락의 베이스 단부에 결합된 웜 기어를 갖는 손가락을 포함한다. 디바이스는 또한, 모터 및 샤프트를 갖는 작동기를 포함하고, 여기서, 샤프트는 웜 기어에 결합된 웜을 회전시키도록 구성되고, 작동기는 작동기가 축을 따라 활주하게 구성되도록 캐리지 상에 장착된다. 디바이스는 또한, 제1 및 제2 단부들을 갖는 스프링을 포함하고, 여기서, 제1 단부는 모터에 결합되고 제2 단부는 고정된다. 또한, 작동기는 (i) 샤프트를 모터에 대해 제1 양만큼 회전시켜서, 손가락을 물체를 향해 이동시키도록, 그리고 (ii) 손가락이 물체와 접촉하여 더 이동하는 것이 방지될 때, 샤프트를 모터에 대해 더 회전시켜서 작동기를 축을 따라 활주시키도록 구성된다.

Description

로봇 디바이스를 위한 스프링식 웜 파지기{SPRUNG WORM GRIPPER FOR A ROBOTIC DEVICE}

본 발명은 로봇 디바이스를 위한 스프링식 웜 파지기에 관한 것이다.

기술이 진보함에 따라, 사용자들을 보조할 수 있는 다양한 기능들을 수행하기 위해 다양한 유형들의 로봇 디바이스들이 생성되고 있다. 로봇 디바이스들은, 특히, 자재 취급, 운송, 용접, 조립 및 분배를 수반하는 응용들에 사용될 수 있다. 시간이 지남에 따라 이러한 로봇 시스템들이 작동하는 방식이 더 지능적이고 효율적이며 직관적으로 되어가고 있다. 로봇 시스템들이 현대 생활의 다양한 측면들에 점차 널리 퍼짐에 따라, 로봇 시스템들이 효율적인 것이 바람직하다. 그러므로, 효율적인 로봇 시스템들에 대한 요구는, 작동기들, 이동, 감지 기법들뿐만 아니라 구성요소 설계 및 조립에서의 혁신 분야를 여는 것을 도왔다.

로봇 디바이스들, 예컨대, 로봇 다리들 및 팔들은, 환경과 상호작용하도록 설계된 다양한 구성요소들 또는 부착장치들을 포함할 수 있다. 그러한 구성요소들은, 로봇 발들 및 손들을 포함할 수 있고, 이들은, 로봇 디바이스를 지지하고, 안정화하고, 파지하고, 다른 방식으로, 로봇 디바이스가 하나 이상의 작동을 효과적으로 수행하는 것을 허용하는 데에 사용될 수 있는 추가적인 구성요소들을 포함할 수 있다.

특히, 로봇 팔들은 환경과 상호작용하는 하나 이상의 "엔드 이펙터"를 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터들은 충격식(예컨대, 갈퀴), 진입식(예컨대, 핀 또는 바늘), 수렴식(예컨대, 진공 또는 흡입 요소) 또는 접촉식(접착제, 예컨대, 글루를 위해 접촉을 필요로 함)일 수 있다.

본 출원은 로봇 파지 디바이스의 손가락에 가해지는 토크의 양을 결정하는 것과 관련된 구현들을 개시한다. 로봇 파지 디바이스가 물체를 움켜쥘 때, 로봇 파지 디바이스의 손가락은 물체에 압력을 가할 수 있으며, 이는 차례대로, 손가락에 반응력 또는 토크를 가할 수 있다. 얼마나 많은 토크 또는 힘이 손가락 및/또는 물체에 가해지고 있는지를 사용자, 조작자 또는 제어 시스템이 알고/알거나 제어하는 것이 유익할 수 있다.

일 예에서, 본 출원은 로봇 파지 디바이스를 설명한다. 로봇 파지 디바이스는 손가락을 포함하는데, 손가락은 손가락의 베이스 단부에 결합된 웜 기어를 갖는다. 로봇 파지 디바이스는 또한, 모터 및 샤프트를 갖는 작동기를 포함하고, 여기서, 샤프트는 웜 기어에 결합된 웜을 회전시키도록 구성되고, 작동기는 작동기가 축을 따라 활주하게 구성되도록 캐리지 상에 장착된다. 로봇 파지 디바이스는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 스프링을 더 포함하고, 여기서, 제1 단부는 작동기의 모터에 결합되고 제2 단부는 고정되어, 스프링이 평형 상태일 때 작동기는 축을 따라 제1 위치에 유지된다. 파지 디바이스의 작동기는, 샤프트를 모터에 대해 제1 양만큼 회전시킴으로써, 웜 및 웜 기어를 회전시켜서 손가락을 물체를 향하여 이동시키도록 구성된다. 작동기는 추가로, 손가락이 물체와 접촉하여 손가락이 더 이동하는 것이 방지될 때, 샤프트를 모터에 대해 더 회전시켜서 작동기를 축을 따라, 스프링이 더 이상 평형 상태가 아닌 제2 위치로 활주시키도록 구성된다.

다른 예에서, 로봇 디바이스가 설명된다. 로봇 디바이스는 로봇 파지 디바이스 및 제어 시스템을 포함한다. 로봇 파지 디바이스는 손가락을 포함하는데, 손가락은 손가락의 베이스 단부에 결합된 웜 기어를 갖는다. 로봇 파지 디바이스는 또한, 모터 및 샤프트를 갖는 작동기를 포함하고, 여기서, 샤프트는 웜 기어에 결합된 웜을 회전시키도록 구성되고, 작동기는 작동기가 축을 따라 활주하게 구성되도록 캐리지 상에 장착된다. 로봇 파지 디바이스는 또한, 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 스프링을 포함하고, 여기서, 제1 단부는 작동기의 모터에 결합되고 제2 단부는 고정되어, 스프링이 평형 상태일 때 작동기는 축을 따라 제1 위치에 유지된다. 제어 시스템은 로봇 파지 디바이스를 제어하도록 구성된다. 제어 시스템은 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 제어 시스템은 또한, 비일시적 컴퓨터 판독가능 메모리를 포함한다. 제어 시스템은, 비일시적 컴퓨터 판독가능 메모리에 저장되고 동작들의 세트를 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서에 의해 실행가능한 프로그램 명령어들을 더 포함한다. 동작들의 세트는, 작동기가 샤프트를 모터에 대해 제1 양만큼 회전시킴으로써, 웜 및 웜 기어를 회전시켜서 손가락을 물체를 향하여 이동시키게 하는 것을 포함한다. 동작들의 세트는 추가로, 손가락이 물체와 접촉하여 손가락이 더 이동하는 것이 방지될 때, 작동기가 샤프트를 모터에 대해 더 회전시켜서 작동기를 축을 따라, 스프링이 더 이상 평형 상태가 아닌 제2 위치로 활주시키게 하는 것을 포함한다.

제3 예에서, 방법이 설명된다. 방법은, 로봇 파지 디바이스가 움켜쥐기 위한 물체를 식별하는 단계를 수반하고, 여기서, 로봇 파지 디바이스는 손가락, 작동기, 및 스프링을 포함한다. 손가락은 손가락의 베이스 단부에 결합된 웜 기어를 갖는다. 작동기는 모터 및 샤프트를 갖고, 여기서, 샤프트는 웜 기어에 결합된 웜을 회전시키고, 작동기는 작동기가 축을 따라 활주할 수 있도록 캐리지 상에 장착된다. 스프링은 제1 단부 및 제2 단부를 갖고, 여기서, 제1 단부는 작동기의 모터에 결합되고 제2 단부는 고정되어, 스프링이 평형 상태일 때 작동기는 축을 따라 제1 위치에 유지된다. 방법은 또한, 샤프트를 모터에 대해 제1 양만큼 회전시킴으로써, 웜 및 웜 기어를 회전시켜서 손가락을 물체를 향하여 이동시키는 단계를 수반할 수 있다. 방법은 추가로, 손가락이 물체와 접촉하여 손가락이 더 이동하는 것이 방지될 때, 샤프트를 모터에 대해 더 회전시켜서 작동기를 축을 따라, 스프링이 더 이상 평형 상태가 아닌 제2 위치로 활주시키는 단계를 포함할 수 있다.

다른 예에서, 제어 시스템이 설명된다. 제어 시스템은, 로봇 파지 디바이스가 움켜쥐기 위한 물체를 식별하는 수단을 포함하고, 여기서, 로봇 파지 디바이스는 손가락, 작동기, 및 스프링을 포함한다. 손가락은 손가락의 베이스 단부에 결합된 웜 기어를 갖는다. 작동기는 모터 및 샤프트를 갖고, 여기서, 샤프트는 웜 기어에 결합된 웜을 회전시키고, 작동기는 작동기가 축을 따라 활주할 수 있도록 캐리지 상에 장착된다. 스프링은 제1 단부 및 제2 단부를 갖고, 여기서, 제1 단부는 작동기의 모터에 결합되고 제2 단부는 고정되어, 스프링이 평형 상태일 때 작동기는 축을 따라 제1 위치에 유지된다. 제어 시스템은 또한, 샤프트를 모터에 대해 제1 양만큼 회전시킴으로써, 웜 및 웜 기어를 회전시켜서 손가락을 물체를 향하여 이동시키기 위한 수단을 포함한다. 제어 시스템은 또한, 손가락이 물체와 접촉하여 손가락이 더 이동하는 것이 방지될 때, 샤프트를 모터에 대해 더 회전시켜서 작동기를 축을 따라, 스프링이 더 이상 평형 상태가 아닌 제2 위치로 활주시키기 위한 수단을 포함한다.

전술한 요약은 단지 예시적인 것이며 임의의 방식으로 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 위에서 설명된 예시적인 양상들, 실시예들, 및 특징들에 추가하여, 추가적인 양상들, 실시예들, 및 특징들은 도면들 및 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면들을 참조하여 명백해질 것이다.

도 1은, 예시적인 구현에 따라, 로봇 시스템의 구성을 예시한다.
도 2는, 예시적인 구현에 따라, 예시적인 로봇 팔을 예시한다.
도 3은, 예시적인 구현에 따라, 로봇 파지 디바이스를 갖는 도 2의 예시적인 로봇 팔을 예시한다.
도 4a는, 예시적인 구현에 따라, 로봇 파지 디바이스를 위한 예시적인 메커니즘을 예시한다.
도 5는, 예시적인 구현에 따라, 예시적인 로봇 파지 디바이스를 예시한다.
도 6은, 예시적인 구현에 따라, 예시적인 로봇 파지 디바이스 메카니즘을 예시한다.
도 7은, 예시적인 구현에 따라, 로봇 파지 디바이스를 작동시키는 예시적인 방법을 예시한다.
도 8a, 8b 및 8c는, 예시적인 구현들에 따라, 로봇 파지 디바이스의 예시적인 상태들을 예시한다.
도 9a 및 9b는, 예시적인 구현들에 따라, 로봇 파지 디바이스의 2개의 추가의 예시적인 상태들을 예시한다.

다음의 상세한 설명은, 첨부 도면들을 참조하여, 개시된 디바이스들, 시스템들, 및 방법들의 다양한 특징들 및 기능들을 설명한다. 본원에 설명된 예시적인 디바이스, 시스템, 및 방법 실시예들은 제한하려는 의도가 아니다. "예시적인"이라는 단어는, 본원에서 "예, 일례 또는 예시로서 역할을 하는" 것을 의미하는 데에 사용된다는 것을 이해해야 한다. 본원에서 "예시적인"것으로 설명된 임의의 구현, 실시예, 또는 특징은 반드시 다른 구현들, 실시예들, 또는 특징들에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석되는 것은 아니다. 또한, 본원에 설명된 구현들 및 실시예들은 제한하려는 의도가 아니다. 개시된 디바이스들, 시스템들, 및 방법들의 특정 양상들이, 매우 다양한 상이한 구성들로 배열되고 결합될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있으며, 이들 모두는 본원에서 고려된다. 또한, 다음의 상세한 설명은 첨부 도면들을 참조하여 본 개시내용의 다양한 특징들 및 기능들을 설명한다. 도면들에서, 유사한 기호들은 전형적으로, 문맥이 달리 지시하지 않는 한, 유사한 구성요소들을 식별한다.

I. 개요

로봇 엔드 이펙터들은, 로봇 디바이스가 환경에 있는 하나 이상의 물체를 밀거나, 당기거나, 움켜쥐거나, 유지하거나, 다른 방식으로 상호작용함으로써 환경과 상호작용하는 것을 허용하기 위해 많은 상황들에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 로봇 디바이스는 하나 이상의 손가락을 갖는 로봇 파지기를 포함할 수 있는데, 이러한 손가락은, 손가락의 형상을 바꾸도록 작동됨으로써 로봇 파지기가 환경과 상호작용하는 것을 허용할 수 있다.

로봇 및 로봇 파지기 분야에서, 특히, 로봇 디바이스의 제어 시스템은 로봇 디바이스의 각각의 구성요소에 작용하는 힘들, 배향, 및 위치에 관한 정보가 제공될 때 더 효과적으로 작동할 수 있다. 이러한 정보를 제공하기 위해, 상이한 유형들의 센서들이 하나 이상의 구성요소에 배치되거나 포함될 수 있다. 그러나, 센서들의 개수를 증가시키는 것은 또한, 시스템의 복잡성을 증가시킬 뿐만 아니라 고장날 수 있는 지점들의 개수를 증가시킨다는 것을 의미한다.

이러한 개념들을 염두에 두고, 본원에 개시된 예시적인 로봇 파지 디바이스는, 이동가능한 캐리지 상에 장착된 작동기에 의해 제어될 수 있는 로봇 손가락을 포함할 수 있고, 스프링이 작동기를 베이스 구간에 연결한다. 손가락은 축을 중심으로 회전할 수 있고, 손가락의 베이스 단부 상의 웜 기어를 가질 수 있다. 작동기는 손가락의 베이스 단부 상의 웜 기어에 결합된 웜 감속 스테이지(즉, 웜 스크류 또는 웜 샤프트)를 가질 수 있다. 이로써, 작동기는, 손가락이 수직 축을 따라 회전하게 하기 위해, 제1 축을 따라 샤프트를 회전시킬 수 있다. 토크가 손가락에 작용할 때, 힘은 작동기 및/또는 캐리지가 축을 따라 활주하게 함으로써, 스프링을 압축 또는 팽창시킬 수 있다. 스프링의 압축 및/또는 팽창은, 제어 시스템이, 손가락에 작용하는 토크의 양을 결정하는 것을 허용할 수 있다.

본원에 개시된 로봇 파지 디바이스의 예시적인 실시예들은 손가락을 포함할 수 있는데, 손가락은 손가락의 베이스 단부에 결합된 웜 기어를 갖는다. 웜 기어의 형상은 완전한 원일 수 있거나, 다른 형상을 가질 수 있다. 또한, 손가락은 과소작동식 손가락일 수 있다.

로봇 파지 디바이스는 또한, 모터 및 샤프트를 갖는 작동기를 포함할 수 있다. 작동기는 캐리지 상에 장착될 수 있고, 캐리지는 축을 따라 활주하도록 구성될 수 있다. 또한, 작동기의 샤프트는 웜에 결합될 수 있거나 웜을 포함할 수 있고, 여기서, 웜은 손가락의 웜 기어에 결합된다. 따라서, 샤프트의 회전은 웜이 회전하여 손가락의 웜 기어를 구동하게 할 수 있다.

로봇 파지 디바이스는 또한, 하나 이상의 스프링을 포함할 수 있다. 스프링은, 일 단부가 작동기 및/또는 캐리지에 결합되고 다른 단부는, 예컨대, 로봇 파지 디바이스의 베이스에 고정되도록 위치될 수 있다. 이러한 배열은, 스프링이 작동기의 이동에 반응하여 압축 또는 팽창하는 것을 허용할 수 있다. 또한, 스프링은, 스프링이 평형 상태에 있을 때, 작동기를 대체로 안정적인 위치에 유지할 수 있다. 이로써, 작동기를 축을 따라 이동시키기 위해 작동기에 작용하는 임의의 힘은, 스프링이 압축 또는 팽창하여 반응적으로 힘을 작동기에 전달해서 작동기를 평형 상태 위치로 복귀시키게 할 수 있다.

일부 예들에서, 작동기는 샤프트를 모터에 대해 회전시키도록 구성될 수 있다(즉, 작동기를 작동시키거나, 켜거나, 맞물리게 함). 차례대로, 샤프트의 회전은 웜이 회전하게 할 수 있고, 이는 차례대로, 웜 기어가 회전하게 하고 손가락이 이동하게 할 수 있다. 작동기는 제1 위치에 있을 수 있고, 손가락이 물체와 접촉하기 이전에 손가락이 이동하는 동안 제1 위치에 남아있을 수 있다. 손가락은, 손가락이 물체와 접촉할 때까지 계속 이동할 수 있고, 물체로부터의 반력에 직면한다. 이 시점에서, 작동기는 샤프트를 모터에 대해 계속 회전시킬 수 있지만, 손가락이 더 회전하게 하는 대신에, 샤프트의 추가적인 회전이, 작동기가 축을 따라 활주하게 함으로써 스프링을 압축 또는 팽창시킬 수 있다. 이 시점에서, 작동기는 스프링이 더 이상 평형 상태가 아닌 제2 위치에 있다. 스프링은 작동기에 반대 방향으로 힘을 전달할 수 있고, 이 힘은 손가락을 더 회전시키려는 시도 시에, 샤프트, 웜, 및 웜 기어를 통해 손가락으로 전해질 수 있다.

일부 예들에서, 로봇 파지 디바이스의 모터 및/또는 다른 구성요소에 대한 샤프트의 회전을 검출하는 데에 인코더가 사용될 수 있다. 또 다른 예들에서, 로봇 파지 디바이스는, 작동기가 활주하는 축 상의 작동기의 위치를 검출하도록 구성된 선형 인코더, 예컨대, 슬라이드 전위차계를 포함할 수 있다. 로봇 파지 디바이스는 또한, 인코더, 전위차계, 및/또는 스프링의 하나 이상의 특성에 기초하여 손가락에 작용하는 토크의 양을 결정할 수 있는 제어 시스템을 포함할 수 있거나 제어 시스템에 의해 제어될 수 있다.

또한, 일부 예들에서, 손가락에 결합된 웜 기어는 부분 원으로 성형될 수 있다. 이로써, 임계치를 지난 웜 기어의 회전은, 웜 및 웜 기어의 치형부가 더 이상 맞물리지 않기 때문에 웜 기어가 웜으로부터 맞물림해제되게 할 수 있다. 회전의 이러한 임계치는, 웜 기어가 회전하게 하는, 손가락에 작용하는 임계 토크에 대응할 수 있다. 웜으로부터 맞물림해제되는 웜 기어의 이점은, 로봇 파지 디바이스의 구성요소들에 대한 손상이 방지될 수 있다는 점이다. 현실의 응용들에서, 물체들 또는 하중들이 파지 디바이스에 의도치 않은 방식으로 작용할 수 있다. 예를 들어, 로봇 디바이스가 넘어져, 로봇 파지 디바이스를 포함하는 부속품 상으로 착지할 수 있다. 그러한 경우에, 의도치 않은 큰 하중이 손가락에 작용하여 손가락이 후방으로 구동되게 할 수 있다. 그러나, 웜이 역구동가능하지 않기 때문에, 기어 치형부가 이탈하기 위해 맞물림해제될 수 없으면 구동트레인 손상이 발생할 수 있다. 그러나, 웜 기어가 부분 원이고 손가락이 준-역구동가능한 경우, 손가락이 임계치를 지나 이동할 때(즉, 임계 토크가 손가락에 작용할 때) 웜 기어는 맞물림해제되어 손상을 방지할 수 있다.

일부 예들에서, 본원에서 개시된 예시적인 로봇 파지 디바이스는 모터가 꺼지거나 동력 공급이 끊겼을 때 일정한 토크를 유지할 수 있다. 모터는, 모터가 동력 공급을 받을 때 샤프트를 회전시키고, 이는 차례대로 웜, 웜 기어를 회전시키고 손가락을 이동시키도록 구성될 수 있다. 또한, 웜과 웜 기어 사이에 높은 감속비가 존재할 수 있어서, 웜 기어를 완전한 1회전만큼 회전시키기 위해, 웜의 상대적으로 많은 회수의 완전한 회전들이 요구된다. 이러한 높은 감속비는, 웜이 웜 기어를 구동하는 것을 허용할 수 있지만, 웜 기어가 웜을 구동하는 것은 방지할 수 있다. 이로써, 모터의 동력이 꺼졌을 때 손가락은 자신의 현재 위치를 유지할 수 있다. 또한, 스프링이 압축되고 모터의 동력이 꺼진 경우, 그 순간에 손가락에 작용하는 토크가 유지될 수 있다. 웜 및 웜 기어의 역구동불가능한 품질과 압축된 스프링의 힘의 조합은, 손가락에 작용하는 현재 토크를 로봇 파지 디바이스가 유지하게 할 수 있다. 다른 변형들이 또한 가능하다.

II. 예시적인 로봇 시스템들

도 1은, 본원에서 설명된 구현들에 관하여 사용될 수 있는 로봇 시스템의 예시적인 구성을 예시한다. 로봇 시스템(100)은 자율로, 반-자율로, 그리고/또는 사용자(들)에 의해 제공되는 지시들을 사용하여 작동하도록 구성될 수 있다. 로봇 시스템(100)은 다양한 형태들, 예컨대, 로봇 팔, 산업용 로봇, 또는 몇몇 다른 장치로 구현될 수 있다. 게다가, 로봇 시스템(100)은 또한, 다른 명칭들 중에서도, 로봇, 로봇 디바이스, 또는 이동 로봇으로 지칭될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 로봇 시스템(100)은, 함께 제어 시스템(118)의 일부일 수 있는, 프로세서(들)(102), 데이터 저장소(104), 및 제어기(들)(108)를 포함할 수 있다. 로봇 시스템(100)은 또한, 센서(들)(112), 동력원(들)(114), 기계적 구성요소들(110), 및 전기적 구성요소들(116)을 포함할 수 있다. 그러나, 로봇 시스템(100)은 예시적인 목적들을 위해 도시되며, 더 많은 또는 더 적은 구성요소들을 포함할 수 있다. 로봇 시스템(100)의 다양한 구성요소들은 유선 또는 무선 연결들을 포함하여 임의의 방식으로 연결될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 로봇 시스템(100)의 구성요소들은 단일 물리적 엔티티가 아닌 다수의 물리적 엔티티들로 분산될 수 있다. 로봇 시스템(100)의 다른 예시적인 예시들이 또한 존재할 수 있다.

프로세서(들)(102)는 하나 이상의 범용 하드웨어 프로세서들 또는 특수 목적 하드웨어 프로세서들(예를 들어, 디지털 신호 프로세서들, 주문형 집적 회로들 등)로서 작동할 수 있다. 프로세서(들)(102)는 컴퓨터 판독가능 프로그램 명령어들(106)을 실행하고 데이터(107)를 조작하도록 구성될 수 있으며, 명령어들 및 데이터 둘 모두는 데이터 저장소(104)에 저장된다. 프로세서(들)(102)는 또한, 로봇 시스템(100)의 다른 구성요소들, 예컨대, 센서(들)(112), 동력원(들)(114), 기계적 구성요소들(110), 및/또는 전기적 구성요소들(116)과 직접적으로 또는 간접적으로 상호작용할 수 있다.

데이터 저장소(104)는 하나 이상의 유형의 하드웨어 메모리일 수 있다. 예를 들어, 데이터 저장소(104)는 프로세서(들)(102)에 의해 판독되거나 접근될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함할 수 있거나 그의 형태를 취할 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 휘발성 및/또는 비휘발성 저장 구성요소들, 예컨대, 광학, 자기, 유기, 또는 다른 유형의 메모리 또는 저장소를 포함할 수 있고, 이는 프로세서(들)(102)에 전부 또는 일부 통합될 수 있다. 일부 구현들에서, 데이터 저장소(104)는 단일 물리적 디바이스일 수 있다. 다른 구현들에서, 데이터 저장소(104)는 유선 또는 무선 통신을 통해 서로 통신할 수 있는 둘 이상의 물리적 디바이스들을 사용하여 구현될 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 데이터 저장소(104)는 컴퓨터 판독가능 프로그램 명령어들(106) 및 데이터(107)를 포함할 수 있다. 데이터(107)는 임의의 유형의 데이터, 예컨대, 다른 가능성들 중에서도, 구성 데이터, 센서 데이터, 및/또는 진단 데이터일 수 있다.

제어기(108)는, 로봇 시스템(100)의 사용자, 제어 시스템(118), 전기적 구성요소들(116), 동력원(들)(114), 센서(들)(112), 및/또는 기계적 구성요소들(110)의 임의의 조합 간에 (아마도 다른 작업들 중에서도) 인터페이싱하도록 구성된, 하나 이상의 전기 회로, 디지털 논리 유닛, 컴퓨터 칩, 및/또는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 제어기(108)는 로봇 디바이스(100)의 하나 이상의 하위 시스템들과 함께 특정 작동들을 수행하기 위한 특정 목적으로 구축된 내장형 디바이스일 수 있다.

제어 시스템(118)은 로봇 시스템(100)의 작동 조건들을 모니터링하고 물리적으로 바꿀 수 있다. 그렇게 하면서, 제어 시스템(118)은 로봇 시스템(100)의 부분들 간의, 예컨대, 기계적 구성요소들(110) 및/또는 전기적 구성요소들(116) 간의 링크로서 역할을 할 수 있다. 일부 경우들에서, 제어 시스템(118)은 로봇 시스템(100)과 다른 컴퓨팅 디바이스 간의 인터페이스로서 역할을 할 수 있다. 또한, 제어 시스템(118)은 로봇 시스템(100)과 사용자 간의 인터페이스로서 역할을 할 수 있다. 일부 경우들에서, 제어 시스템(118)은, 조이스틱, 버튼들, 및/또는 포트들 등을 포함하여, 로봇 시스템(100)과 통신하기 위한 다양한 구성요소들을 포함할 수 있다. 위에서 언급된 예시적인 인터페이스들 및 통신들은 유선 연결 또는 무선 연결, 또는 둘 모두를 통해 구현될 수 있다. 제어 시스템(118)은 또한 로봇 시스템(100)을 위한 다른 작동들도 수행할 수 있다.

작동 동안, 제어 시스템(118)은 유선 또는 무선 연결들을 통해 로봇 시스템(100)의 다른 시스템들과 통신할 수 있고, 로봇의 하나 이상의 사용자와 통신하도록 더 구성될 수 있다. 하나의 가능한 예시로서, 제어 시스템(118)은 특정 방향 및 특정 속력으로 특정 보행을 수행하라는 명령을 나타내는 (예를 들어, 사용자로부터의 또는 다른 로봇으로부터의) 입력을 수신할 수 있다. 보행은 동물, 로봇, 또는 다른 기계적 구조의 수족들의 이동 패턴이다.

이러한 입력에 기초하여, 제어 시스템(118)은 요구된 보행에 따라 로봇 디바이스(100)가 이동하게 하는 작동들을 수행할 수 있다. 다른 예시로서, 제어 시스템은 특정 지리적 위치로 이동하라는 명령을 나타내는 입력을 수신할 수 있다. 응답하여, 제어 시스템(118)은 그 지리적 위치까지 로봇 시스템(100)이 이동하는 동안 통과하는 환경에 기초하여 (아마도 다른 구성요소들 또는 시스템들의 보조를 받아서) 방향, 속력, 및/또는 보행을 결정할 수 있다.

제어 시스템(118)의 작동들은 프로세서(들)(102)에 의해 수행될 수 있다. 대안적으로, 이러한 작동들은 제어기(108)에 의해, 또는 프로세서(들)(102)와 제어기(108)의 조합에 의해 수행될 수 있다. 일부 구현들에서, 제어 시스템(118)은 로봇 시스템(100) 이외의 디바이스 상에 부분적으로 또는 전체적으로 상주할 수 있고, 그러므로 로봇 시스템(100)을 적어도 부분적으로 원격으로 제어할 수 있다.

기계적 구성요소들(110)은, 로봇 시스템(100)이 물리적 작동들을 수행할 수 있게 할 수 있는 로봇 시스템(100)의 하드웨어를 나타낸다. 몇몇 예들로서, 로봇 시스템(100)은 물리적 부재들, 예컨대, 다리(들), 팔(들), 휠(들), 손(들), 손가락(들), 발들, 및/또는 엔드 이펙터들을 포함할 수 있다. 로봇 시스템(100)의 물리적 부재들 또는 다른 부품들은 물리적 부재들을 서로에 대해 이동시키도록 배열된 작동기들을 더 포함할 수 있다. 로봇 시스템(100)은 또한, 제어 시스템(118) 및/또는 다른 구성요소들을 수납하기 위한 하나 이상의 구조화된 본체를 포함할 수 있고, 다른 유형들의 기계적 구성요소들을 더 포함할 수 있다. 주어진 로봇에서 사용되는 특정 기계적 구성요소들(110)은 로봇의 설계에 기초하여, 그리고 또한, 로봇이 수행하도록 구성될 수 있는 작업들 및/또는 작동들에 기초하여 달라질 수 있다.

일부 예들에서, 기계적 구성요소들(110)은 하나 이상의 제거가능한 구성요소들을 포함할 수 있다. 로봇 시스템(100)은 그러한 제거가능한 구성요소들을 추가하고/하거나 제거하도록 구성될 수 있는데, 이는 사용자 및/또는 다른 로봇으로부터의 보조를 수반할 수 있다. 예를 들어, 로봇 시스템(100)은 제거가능한 팔들, 손들, 발들, 및/또는 다리들로 구성될 수 있고, 이에 의해, 이러한 부속품들은 필요에 따라 또는 원하는 대로 교체되거나 바뀔 수 있다. 일부 구현들에서, 로봇 시스템(100)은 하나 이상의 제거가능하고/하거나 교체가능한 배터리 유닛 또는 센서를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서 다른 유형들의 제거가능한 구성요소들이 포함될 수 있다.

로봇 시스템(100)은 로봇 시스템(100)의 양상들을 감지하도록 배열된 센서(들)(112)를 포함할 수 있다. 센서(들)(112)는 다른 가능성들 중에서도 하나 이상의 힘 센서, 토크 센서, 속도 센서, 가속도 센서, 포지션 센서, 근접 센서, 동작 센서, 위치 센서, 부하 센서, 온도 센서, 터치 센서, 깊이 센서, 초음파 거리 센서, 적외선 센서, 물체 센서, 및/또는 카메라들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 로봇 시스템(100)은 로봇으로부터 물리적으로 분리되어 있는 센서들(예를 들어, 로봇이 작동하고 있는 환경 내에 위치되거나 다른 로봇들 상에 위치된 센서들)로부터 센서 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다.

센서(들)(112)는, 로봇 시스템(100)과 그의 환경 간의 상호작용뿐만 아니라, 로봇 시스템(100)의 작동의 모니터링을 허용하기 위해, 센서 데이터를 (아마도 데이터(107)를 통해) 프로세서(들)(102)에 제공할 수 있다. 센서 데이터는 제어 시스템(118)에 의한 기계적 구성요소들(110) 및 전기적 구성요소들(116)의 활성화, 이동, 및 비활성화에 대한 다양한 인자들의 평가에 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서(들)(112)는 물체들 인근의 위치 또는 환경의 지형에 대응하는 데이터를 캡처할 수 있고, 이는 환경 인식 및 탐사를 보조할 수 있다. 예시적인 구성에서, 센서(들)(112)는 (예를 들어, 장거리 물체 검출, 거리 결정, 및/또는 속력 결정을 위한)레이더, (예를 들어, 단거리 물체 검출, 거리 결정, 및/또는 속력 결정을 위한)라이다, (예를 들어, 수중 물체 검출, 거리 결정, 및/또는 속력 결정을 위한)소나, (예를 들어, 모션 캡처를 위한)비콘®(VICON®), 하나 이상의 카메라들(예를 들어, 3D 비전을 위한 입체 카메라들), 위성 항법 시스템(GPS) 송수신기, 및/또는 로봇 시스템(100)이 작동하고 있는 환경의 정보를 캡처하기 위한 다른 센서들을 포함할 수 있다. 센서(들)(112)는 환경을 실시간으로 모니터링할 수 있고, 장애물들, 지형의 요소들, 날씨 조건들, 온도, 및/또는 환경의 다른 양상들을 검출할 수 있다. 다른 예에서, 센서(들)(112)는 목표 또는 식별된 물체의 하나 이상의 특성들, 예컨대, 물체의 크기, 형상, 윤곽, 구조, 또는 배향에 대응하는 데이터를 캡처할 수 있다.

또한, 로봇 시스템(100)은, 로봇 시스템(100)의 다양한 구성요소들의 상태를 모니터링할 수 있는 센서(들)(112)를 포함하여, 로봇 시스템(100)의 상태를 나타내는 정보를 수신하도록 구성된 센서(들)(112)를 포함할 수 있다. 센서(들)(112)는 로봇 시스템(100)의 시스템들의 활동을 측정하고 로봇 시스템(100)의 다양한 특징부들의 작동, 예컨대, 로봇 시스템(100)의 연장가능한 다리들, 팔들, 또는 다른 기계적 및/또는 전기적 특징부들의 작동에 기초한 정보를 수신할 수 있다. 센서(들)(112)에 의해 제공된 데이터는 제어 시스템(118)이 작동 시의 오차들을 결정할 뿐만 아니라 로봇 시스템(100)의 구성요소들의 전체 작동을 모니터링할 수 있게 할 수 있다.

예로서, 로봇 시스템(100)은 로봇 시스템(100)의 다양한 구성요소들에 대한 부하를 측정하기 위해 힘 센서들을 사용할 수 있다. 일부 구현들에서, 로봇 시스템(100)은 팔, 다리, 손, 발, 또는 손가락의 하나 이상의 부재를 이동시키는 작동기들에 대한 부하를 측정하기 위해 팔, 다리, 손, 발, 또는 손가락 상에 하나 이상의 힘 센서들을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 로봇 시스템(100)은 로봇 시스템의 작동기들의 위치를 감지하기 위해 하나 이상의 포지션 센서를 사용할 수 있다. 예를 들어, 그러한 포지션 센서들은 팔들, 다리들, 손들, 발들, 손가락들 또는 엔드 이펙터들 상의 작동기들의 연장, 수축, 위치결정, 또는 회전의 상태들을 감지할 수 있다.

다른 예로서, 센서(들)(112)는 하나 이상의 속도 및/또는 가속도 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(들)(112)는 관성 측정 유닛(IMU)을 포함할 수 있다. IMU는 중력 벡터와 관련하여 세계 프레임에서의 속도 및 가속도를 감지할 수 있다. 그 다음, IMU에 의해 감지된 속도 및 가속도는, 로봇 시스템(100)의 IMU의 위치 및 로봇 시스템(100)의 운동학에 기초하여 로봇 시스템(100)의 속도 및 가속도로 전환될 수 있다.

로봇 시스템(100)은 본원에서 명시적으로 논의되지 않은 다른 유형들의 센서들을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 로봇 시스템은 본원에 열거되지 않은 목적들을 위한 특정 센서들을 사용할 수 있다.

로봇 시스템(100)은 또한, 로봇 시스템(100)의 다양한 구성요소들에 동력을 공급하도록 구성된 하나 이상의 동력원(들)(114)을 포함할 수 있다. 다른 가능한 동력 시스템들 중에서도, 로봇 시스템(100)은 유압 시스템, 전기 시스템, 배터리들, 및/또는 다른 유형들의 동력 시스템들을 포함할 수 있다. 예시적인 예시로서, 로봇 시스템(100)은 로봇 시스템(100)의 구성요소들에 충전을 제공하도록 구성된 하나 이상의 배터리를 포함할 수 있다. 기계적 구성요소들(110) 및/또는 전기적 구성요소들(116) 중 일부는 각각, 상이한 동력원에 연결될 수 있거나, 동일한 동력원에 의해 동력 공급을 받을 수 있거나, 다수의 동력원들에 의해 동력 공급을 받을 수 있다.

로봇 시스템(100)에 동력 공급을 하는 데에 임의의 유형의 동력원, 예컨대, 전력 또는 가솔린 엔진이 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 로봇 시스템(100)은 유체 동력을 사용하여 기계적 구성요소들(110)에 동력을 제공하도록 구성된 유압 시스템을 포함할 수 있다. 로봇 시스템(100)의 구성요소들은, 예를 들어, 유압 시스템을 통해 다양한 유압 모터들 및 유압 실린더들에 전달되는 유압 유체에 기초하여 작동할 수 있다. 유압 시스템은 유압 동력을 가압된 유압 유체에 의해 로봇 시스템(100)의 구성요소들 간의 튜브들, 가요성 호스들, 또는 다른 링크들을 통해 전달할 수 있다. 동력원(들)(114)은 다양한 유형들의 충전, 예컨대, 외부 동력원들에 대한 유선 연결들, 무선 충전, 연소, 또는 다른 예들을 사용하여 충전할 수 있다.

전기적 구성요소들(116)은, 전하 또는 전기적 신호들을 처리하고, 전달하고/하거나 제공할 수 있는 다양한 메커니즘들을 포함할 수 있다. 가능한 예들 중에서도, 전기적 구성요소들(116)은, 로봇 시스템(100)의 작동들을 가능하게 하기 위한, 전선들, 회로, 및/또는 무선 통신 전송기들 및 수신기들을 포함할 수 있다. 전기적 구성요소들(116)은, 로봇 시스템(100)이 다양한 작동들을 수행할 수 있게 하기 위해, 기계적 구성요소들(110)과 상호연동할 수 있다. 예를 들어, 전기적 구성요소들(116)은 동력원(들)(114)으로부터의 동력을 다양한 기계적 구성요소들(110)에 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 로봇 시스템(100)은 전기 모터들을 포함할 수 있다. 전기적 구성요소들(116)의 다른 예들이 또한 존재할 수 있다.

도 1에 도시되지 않았지만, 로봇 시스템(100)은, 로봇 시스템의 구성요소들 및 부속품들에 연결되거나 이들을 수납할 수 있는 본체를 포함할 수 있다. 이로써, 본체의 구조는 예들에서 달라질 수 있고, 추가로, 주어진 로봇이 수행하도록 설계된 특정 작동들에 따를 수 있다. 예를 들어, 무거운 하중을 지탱하도록 개발된 로봇은 하중을 배치할 수 있게 하는 넓은 본체를 가질 수 있다. 유사하게, 높은 속력에 도달하도록 설계된 로봇은 무거운 무게를 갖지 않는 협소하고 작은 본체를 가질 수 있다. 또한, 본체 및/또는 다른 구성요소들은 다양한 유형들의 물질들, 예컨대, 금속들 또는 플라스틱들을 사용하여 개발될 수 있다. 다른 예들에서, 로봇은 다양한 유형들의 물질들로 만들어진 또는 상이한 구조의 본체를 가질 수 있다.

본체 및/또는 다른 구성요소들은 센서(들)(112)를 포함하거나 지닐 수 있다. 이러한 센서들은 로봇 디바이스(100) 상의 다양한 위치들에, 예컨대, 다른 예들 중에서도, 본체 상에 그리고/또는 부속품들 중 하나 이상의 부속품 상에 위치될 수 있다.

그 본체 상에서 로봇 디바이스(100)는 하중, 예컨대, 운송될 유형의 화물을 지탱할 수 있다. 하중은 또한, 로봇 디바이스(100)가 활용할 수 있는, 외부 배터리들 또는 다른 유형들의 동력원들(예를 들어, 태양 전지판들)을 나타낼 수 있다. 하중을 지탱하는 것이, 로봇 디바이스(100)가 구성될 수 있는 하나의 예시적인 사용을 나타내지만, 로봇 디바이스(100)는 또한 다른 동작들도 수행하도록 구성될 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 로봇 시스템(100)은 다양한 유형들의 다리들, 팔들, 휠들, 엔드 이펙터들, 파지 디바이스들 등을 포함할 수 있다. 일반적으로, 로봇 시스템(100)은 0개 이상의 다리들을 갖도록 구성될 수 있다. 다리가 없는 로봇 시스템의 구현은 휠들, 트레드들, 또는 몇몇 다른 형태의 이동부를 포함할 수 있다. 2개의 다리들을 갖는 로봇 시스템의 구현은 이족 보행으로서 지칭될 수 있고, 4개의 다리들을 갖는 구현은 사족 보행으로서 지칭될 수 있다. 6개 또는 8개의 다리들을 갖는 구현들이 또한 가능하다. 예시의 목적들을 위해, 로봇 시스템(100)의 로봇 팔 구현들이 아래에서 설명된다.

도 2는, 예시적인 로봇 팔(200)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 로봇 팔(200)은 정적 베이스이거나 이동가능한 베이스일 수 있는 베이스(202)를 포함한다. 이동가능한 베이스인 경우, 베이스(202)는 기계적 구성요소들(110) 중 하나로서 고려될 수 있고, 작동기들 중 하나 이상에 의해 동력 공급을 받는 휠들(도시되지 않음)을 포함할 수 있으며, 이들은 전체 로봇 팔(200)의 이동성을 허용한다.

추가적으로, 로봇 팔(200)은, 각각 하나 이상의 작동기들에 결합된 이음부들(204A-204F)을 포함한다. 이음부들(204A-204F)의 작동기들은, 부속품들(206A-206F) 및/또는 엔드 이펙터(208)와 같은 다양한 기계적 구성요소들(110)의 이동을 야기하도록 작동할 수 있다. 예를 들어, 이음부(204F)의 작동기는 부속품(206F) 및 엔드 이펙터(208)의 이동을 야기할 수 있다(즉, 엔드 이펙터(208)는 부속품(206F)에 결합되었기 때문임). 또한, 엔드 이펙터(208)는 다양한 형태들을 취할 수 있고, 다양한 부품들을 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 엔드 이펙터(208)는 파지기, 예컨대, 본원에 도시된 손가락 파지기 또는 다른 유형의 파지기, 예컨대, 흡입 파지기의 형태를 취할 수 있다. 다른 예에서, 엔드 이펙터(208)는 공구, 예컨대, 드릴 또는 브러시의 형태를 취할 수 있다. 또 다른 예에서, 엔드 이펙터는 센서들, 예컨대, 힘 센서들, 위치 센서들, 및/또는 근접 센서들을 포함할 수 있다. 다른 예들이 또한 가능할 수 있다.

예시적인 구현에서, 로봇 시스템(100), 예컨대, 로봇 팔(200)은 교시 모드로 작동할 수 있다. 특히, 교시 모드는, 다양한 이동들을 수행하고 기록하기 위해 사용자가 로봇 팔(200)과 물리적으로 상호작용하고 로봇 팔(200)을 안내하는 것을 허용하는, 로봇 팔(200)의 작동 모드일 수 있다. 교시 모드에서, 특정 작업을 어떻게 수행하는지에 관해 로봇 시스템을 교시하도록 의도되는 교시 입력에 기초하여 외부 힘이 (예를 들어, 사용자에 의해) 로봇 시스템(100)에 가해진다. 따라서, 로봇 팔(200)은 사용자로부터의 명령들 및 안내에 기초하여 특정 작업을 어떻게 수행하는지에 관한 데이터를 획득할 수 있다. 그러한 데이터는, 다른 가능성들 중에서도, 동력 데이터, 힘 데이터, 토크 데이터, 가속도 데이터, 속도 데이터, 이음부 위치 데이터, 및 기계적 구성요소들(110)의 복수의 구성들에 관한 것일 수 있다.

예를 들어, 교시 모드 동안 사용자는 로봇 팔(200)의 임의의 부분을 움켜쥘 수 있고 로봇 팔(200)을 물리적으로 이동시킴으로써 외부 힘을 제공할 수 있다. 특히, 사용자는 로봇 팔(200)이 물체를 움켜쥐고 그 다음에 물체를 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키도록 안내할 수 있다. 교시 모드 동안 사용자가 로봇 팔(200)을 안내할 때, 시스템은, 향후에 독립적인 작동 동안(예를 들어, 로봇 팔(200)이 교시 모드 외에 독립적으로 작동할 때) 로봇 팔(200)이 작업을 독립적으로 수행하게 구성될 수 있도록, 이동에 관한 데이터를 획득하고 기록할 수 있다. 그러나, 외부 힘들은 또한, 물리적 작업 영역의 다른 엔티티들에 의해, 예컨대, 다른 가능성들 중에서도, 다른 물체들, 기계들, 및/또는 로봇 시스템들에 의해 가해질 수 있음을 주목한다.

도 3은, 로봇 파지 디바이스(308)를 갖는 예시적인 로봇 팔(200)을 도시한다. 로봇 파지 디바이스(308)는 아래에서 더 상세히 설명되는 로봇 파지 디바이스(500, 800, 및 900)와 유사하거나 동일할 수 있다.

III. 예시적인 로봇 파지 디바이스

위에서 언급된 바와 같이, 본 개시내용은 로봇 파지 디바이스들 및/또는 엔드 이펙터들에 관한 구현들을 포함한다. 도 4는 본 개시내용의 일 실시예의 간략화된 예를 예시한다. 도 4에서, 조립체(400)는 모터(410) 및 샤프트(420)를 갖는 작동기를 포함할 수 있다. 샤프트(420)는 웜(430)에 결합될 수 있다. 웜(430)은 웜 기어(440)에 결합될 수 있다. 차례대로, 웜 기어(440)는, 웜 기어(440)의 회전이 로봇 손가락을 이동시키도록, 로봇 손가락(도시되지 않음)에 결합될 수 있다. 추가적으로, 조립체(400)는 제1 단부 상에서 모터(410)에 결합되고 제2 단부 상에서 고정되는 스프링(450)을 포함할 수 있다.

하나의 예에서, 모터(410)가 작동되어 샤프트(420)가 시계 방향으로 회전하게 할 수 있다. 차례대로, 샤프트(420)는 또한 웜(430)도 시계 방향으로 회전하게 할 수 있다. 추가로, 웜(430)은 웜 기어(440)가 회전하게 하여, 로봇 손가락이 이동하게 할 수 있다. 웜(430)은 웜 기어(440)를 양방향으로 구동할 수 있다. 그러나, 웜 기어(440)는 웜(430)을 구동할 수 없을 수 있다. 이로써, 이러한 배향은 역구동가능하지 않을 수 있고, 모터가 꺼지거나 맞물림해제된 경우에, 샤프트(420), 웜(430) 및 웜 기어(440)가 정적으로 또는 상대적으로 정적으로 유지될 수 있다. 이러한 상태에서, 토크가 웜 기어(440)에 대해 작용할 수 있다(즉, 힘이 웜 기어(440)에 결합된 손가락에 대해 작용). 그러한 힘은 웜 기어를 회전시켜 웜을 역구동시키려고 시도할 수 있지만, 웜이 역구동가능하지 않기 때문에, 전체 하위 조립체가 활주하여 스프링을 압축할 것이다. 이러한 방식으로, 웜 기어에 결합된 손가락에 대해 작용하는 힘들 또는 토크들은 조립체를 통해 전해져서 스프링이 압축되거나 팽창되게 할 수 있다.

도 5는, 도 4에 관하여 논의된 메커니즘의 작동을 수행하도록 배열된 구성요소들을 포함하는 예시적인 로봇 파지 디바이스(500)를 예시한다. 로봇 파지 디바이스(500)는 시스템(100) 및/또는 로봇 팔(200)의 기계적 구성요소로서 구현될 수 있다. 도 5에 예시된 구성요소들이 특정 배향 및/또는 설계로 도시되었지만, 본 개시내용의 범위 내에 있으면서 로봇 파지 디바이스(500)의 하나 이상의 구성요소들이 제거되고, 추가되고/되거나 수정될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 구성요소들의 조합 및 배향은 원하는 구현에 기초하여 바뀔 수 있다.

로봇 파지 디바이스(500)는, 하나 이상의 손가락들(502A-B), 작동기들(504), 및/또는 스프링들(506)을 포함하여, 하나 이상의 물리적 구성요소들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 로봇 파지 디바이스(500)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 2개의 대향가능한 손가락들을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 더 많거나 더 적은 손가락들이 포함될 수 있다. 3개 이상의 손가락들이 포함된 경우, 손가락들은 서로 대향하는 2개의 군들로서 배열될 수 있고, 이에 의해, 손가락들이 작동될 때 이들은 서로를 향해 가까워진다. 2개의 손가락들이 제3 손가락에 대향하여 위치될 수 있고, 이에 의해, 손가락들이 가까워질 때 이들은 연동된다. 다른 예들에서, 손가락들은 손바닥 또는 베이스 구간 주위에 균등하게 이격되거나 위치될 수 있다. 다른 배열들이 또한 가능하다.

각각의 손가락(502A-B)은, 물체와 접촉하거나, 움켜쥐거나, 유지하거나, 파지하거나, 다른 방식으로 상호작용하기 위해, 파지 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 본 개시내용에서, 손가락(들)의 이동은 하나 이상의 축을 중심으로 한 회전을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 각각의 손가락의 베이스는 각각의 축을 따라 회전가능하게 로봇 파지 디바이스의 하나 이상의 다른 구성요소들에 결합될 수 있고, 각각의 손가락의 이동은 각각의 축들을 중심으로 한 손가락들의 회전을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 손가락의 회전 축은, 손가락에 결합된 웜 기어가 회전하는 축일 수 있다.

다른 예들에서, 손가락들의 이동은 축을 따른 병진 이동, 예컨대, 클램핑 또는 활주 방식의 이동을 포함할 수 있다. 손가락들은, 손가락들이 파지 디바이스에 대한 자신들의 배향을 유지하는(즉, 회전하지 않는) 것을 허용하는 방식으로, 로봇 파지 디바이스의 하나 이상의 구성요소에 결합될 수 있다. 예를 들어, 손가락은 바이스의 구성요소들이 어떻게 이동하는지와 유사한 방식으로 이동할 수 있고, 이에 의해, 손가락의 파지 표면에 의해 생성된 평면은, 손가락들의 이동이 발생하는 동안, 파지 디바이스에 대해 고정된 상태로 유지된다. 또는, 이동은 회전과 병진운동의 조합일 수 있다. 다른 유형들의 이동이 고려되며, 위의 예들은 설명을 위해 그리고 본원에 수반된 개념들의 이해를 돕기 위해 포함된다.

손가락들의 파지 표면은 가요성이고/이거나 변형가능할 수 있고, 가요성 플라스틱, 고무, 또는 물체를 파지하기에 적합한 다른 물질일 수 있다. 결과적으로, 손가락의 이동은 손가락의 구조 및/또는 파지 표면의 변형을 포함할 수 있다. 예를 들어, 손가락은 하나 이상의 인자, 예컨대, 충격력 또는 압력에 기초하여 변형되거나, 굽혀지거나, 만곡되거나, 뒤틀려지거나, 휘어지거나, 신장되거나, 다른 방식으로 그 형상이 변경될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 도 5에 도시된 것과 같은 2개의 손가락 로봇 파지 디바이스는, 손가락들의 중점에 배치된 물체를 포함할 수 있다. 손가락들이 물체에 가까워질 때, 물체는 손가락들의 선단들이 물체 주위에서 굽혀지거나 말리게 할 수 있다. 본원에서 설명되는 바와 같이, 손가락들의 이동은 손가락들의 이러한 변형을 포함할 수 있다.

일부 예들에서, 손가락들은 과소작동식일 수 있다. 과소작동식 손가락들은 손가락의 각각의 마디뼈를 위한 작동기를 포함하지 않지만, 오히려 더 적은 작동기들을 가지며 각각의 마디뼈를 독립적으로 제어할 수 없다. 마디뼈는 손가락의 구간이다. 예로서, 전형적인 사람의 집게 손가락은 3개의 마디뼈들을 포함한다. 과소작동된 손가락들의 하나의 이점은, 손가락들이 덜 복잡한 제어 시스템들을 요구할 수 있고, 완전히 작동되는 손가락들보다 제조가 더 간단할 수 있다는 점이다.

설명의 목적들을 위해, 도 5의 구성요소들은 단일 손가락에 대해 설명될 것이다. 그러나, 다수의 손가락들, 작동기들, 스프링들, 및 기어들이, 본 개시내용에 따른 로봇 파지 디바이스에 포함될 수 있다.

도 5에서, 손가락(502A)은 웜 기어(522)에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 웜 기어(522)는 손가락(502A)의 바닥 단부에 직접적으로 연결될 수 있다. 다른 예들에서, 웜 기어(522)는 하나 이상의 다른 기어들 및/또는 구성요소들을 통해 손가락(502A)에 결합될 수 있고, 바닥 단부 외의 손가락의 다른 구간에 결합될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 제2 구성요소에 "결합된" 제1 구성요소는, 2개의 구성요소들이 직접적으로 서로 연결될 수 있거나, 이들 사이에 배치된 하나 이상의 구성요소들, 기어들, 샤프트들, 또는 연결 요소들을 가질 수 있음을 의미한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 웜 기어(522)는 손가락(502A)에 직접적으로 연결된다.

웜 기어(522)는 내부 휠을 둘러싸며 외부를 향하는 치형부를 갖는 원형 웜 기어 또는 웜 휠일 수 있다. 일부 예들에서, 웜 기어(522)의 형상은, 도 5에 도시된 웜 기어와 같이 부분 원일 수 있다. 또한, 웜 기어(522)의 형상은 대칭 또는 비대칭일 수 있고, 완전하거나 부분적일 수 있으며, 원형이거나 임의의 다른 형상일 수 있다. 웜 기어(522)는, 웜 기어(522)의 회전이 손가락(502A)이 이동하게 하고/하거나 회전하게 하도록, 손가락(502A)에 결합될 수 있다. 그리고 또한, 웜 기어(522)는, 손가락(502A)의 이동 및/또는 회전이 웜 기어가 회전하게 하도록(즉, 웜 기어(522) 및 손가락(502A)은 서로 구동할 수 있음) 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 웜 기어(522)의 치형부는 웜(520)에 대해 더 매끄러운 결합을 제공하기 위해 만곡되고/되거나 경사질 수 있다. 이는, 로봇 파지 디바이스의 더 매끄러운 작동을 초래할 수 있다.

로봇 파지 디바이스(500)는 또한, 작동기(504)를 포함할 수 있다. 작동기(504)는 모터(514) 및 샤프트(512)를 포함할 수 있다. 작동기가 켜지거나, 맞물리거나, 다른 방식으로 활성화되면, 모터(514)는 샤프트(512)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킬 수 있다. 샤프트(512)는 웜(520)에 결합될 수 있고, 웜(520)이 회전하게 하도록 구성될 수 있다. 웜(520)은 스크류 또는 볼트 상의 나사산들과 유사한 치형부를 갖는 원통형 기어일 수 있다. 웜(520)은 또한, '웜 스크류'로 불릴 수 있다. 웜(520)은, 웜(520)의 회전 축이 웜 기어(522)의 회전 축에 대해 수직이도록 웜 기어(522)에 결합될 수 있다.

웜(520) 및 웜 기어(522)는 높은 감속비를 가질 수 있다. 높은 감속비가 있는 경우, 웜(520)의 완전한 1회전은 웜 기어(522)의 완전한 1회전의 1/32(또는 몇몇 다른 작은 양)에 대응할 수 있다. 감속비는 웜(520) 및 웜 기어(522)의 치형부의 간격 및 개수에 따를 수 있다. 높은 감속비의 특징은 웜이 역구동가능하지 않다는 것이다. 이로써, 웜(520)을 회전시키는 힘은 웜 기어(522)가 반응적으로 회전하게 할 수 있지만, 웜 기어(522)를 회전시키는 힘은 웜(520)이 반응적으로 회전하게 할 수 없다.

일부 예들에서, 작동기(504)는, 작동기(504) 및 캐리지(530)가 축을 따라 함께 활주하게 구성되도록, 캐리지(530) 상에 장착될 수 있다. 작동기(504)의 하나 이상의 구성요소들은 캐리지(530)에 접착되거나, 나사결합되거나, 다른 방식으로 부착될 수 있다. 차례대로, 캐리지(530)는 활주 결합 또는 다른 저마찰 결합을 통해 베이스 구간에 결합될 수 있다. 이로써, 캐리지(530)는 일 축을 따라 자유롭게 활주할 수 있다. 캐리지(530)는 작동기(504)가 축을 따라 활주하는 것을 허용하는 임의의 구성요소일 수 있다. 이로써, 캐리지(530)는 작동기(504)에 결합되는, 작동기가 축을 따라 활주하는 것을 허용하기 위한 임의의 형상 또는 치수일 수 있고, 플라스틱, 금속, 복합물, 또는 다른 물질일 수 있다.

로봇 파지 디바이스(500)는 또한, 스프링(506)을 포함할 수 있다. 스프링(506)은 2개의 단부들을 가질 수 있고, 제1 단부는 작동기(504)에 결합되고 제2 단부는 고정된다. 도 5에서, 스프링(506)의 제2 단부는 로봇 파지 디바이스(500)의 베이스에 고정된다. 스프링(506)은 또한 로봇 파지 디바이스(500)의 다른 구성요소에도 고정될 수 있다. 일부 예에서, 스프링(506)은, 캐리지(530) 및 작동기(504)가 활주할 때 제1 단부가 이동하도록 구성될 수 있다. 작동기(504) 및 캐리지(530)가 제1 위치에 있을 때, 스프링(506)은 평형 상태일 수 있다. 평형 상태는, 스프링에 작용하는 힘들이 균형을 이루고 있으며, 이에 의해, 스프링을 압축 또는 팽창시키기 위해서는 추가적인 힘이 요구된다는 것을 의미한다. 그 다음, (로봇 파지 디바이스에 작용하는 하나 이상의 힘 또는 토크로 인해) 작동기(504)가 제2 위치로 활주할 때, 스프링(506)은, 스프링(506)이 더 이상 평형 상태가 아니도록 압축 또는 팽창될 수 있다. 이 상태에서, 스프링(506)은, 스프링이 평형 상태인 제1 위치로의 복귀를 시도할 때, 반응력을 작동기(504)에 전달할 수 있다.

일부 예들에서, 스프링은, 도 5에 도시된 스프링(506)과 같이, 작동기를 둘러쌀 수 있다. 도 5에 도시된 것보다 작동기(504)의 더 많은 또는 더 적은 부분이 스프링(506)에 의해 둘러싸일 수 있다. 스프링(506)을 작동기(504) 주위에 배열하는 것은, 더 작은 설계를 초래하여, 로봇 파지 디바이스가 더 작아져서 더 많은 사용들 및 응용들에 적절하게 되는 것을 허용한다. 다른 예들에서, 둘 이상의 스프링들이 사용될 수 있고, 스프링(들)은 작동기를 활주시키거나 그렇지 않으면 작동기를 둘러싸지 않도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 6은, 각각의 작동기의 각각의 측 상에 위치된 2개의 스프링들에 각각의 작동기가 결합된 2개의 작동기들(604A-B)의 구성을 도시한다. 작동기(604A) 및 캐리지(630)가 축(660)을 따라 활주할 때, 대응하는 스프링들(606A-B)이 압축 또는 팽창된다.

스프링(506)은 하나 이상의 특성, 예컨대, 크기, 단단함, 스프링 상수, 및/또는 물질을 가질 수 있다. 이러한 특성들 각각은, 로봇 파지 디바이스의 특정 응용에 기초하여 변경될 수 있다. 예를 들어, 더 높은 스프링 상수를 갖는 스프링은 압축 또는 팽창을 위해 더 많은 힘을 요구할 수 있는데, 이는, 특정 응용에 사용하기 위해 적절한 스프링을 결정하는 데에 사용될 수 있다.

일부 예들에서, 로봇 파지 디바이스는 또한, 로봇 파지 디바이스의 하나 이상의 부품들에 작용하는 힘들, 이동, 위치, 및/또는 회전을 검출하도록 구성된, 하나 이상의 인코더, 센서, 또는 검출기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 로봇 파지 디바이스(500)는, 로봇 파지 디바이스(500)의 베이스에 결합되거나 이 베이스 상에 위치될 수 있는 작동기 인코더(524)를 포함할 수 있다. 작동기 인코더(524)는 샤프트(512)의 회전을 검출하도록 구성될 수 있고, 회전의 양 또는 정도에 관한 정보를 제어 시스템에 제공할 수 있다. 작동기 인코더(524)는 또한, 샤프트(512) 상에 위치될 수 있거나, 로봇 파지 디바이스(500)의 하나 이상의 다른 구성요소들 상에 위치될 수 있다. 일부 예들에서, 작동기 인코더(524)는 모터(514), 로봇 파지 디바이스의 베이스, 및/또는 하나 이상의 다른 구성요소들에 대한 작동기의 회전을 검출할 수 있다. 이로써, 샤프트(512)의 회전의 상대량 및 절대량 둘 모두가 검출될 수 있다. 또한, 로봇 파지 디바이스(500)는 하나 이상의 손가락의 이동 및/또는 회전을 검출하도록 구성된 하나 이상의 손가락 인코더를 포함할 수 있다.

작동기 인코더(524) 및/또는 하나 이상의 손가락 인코더는 회전식 인코더들일 수 있다. 일부 경우들에서, 인코더들은 기계식, 광학식, 자기식, 용량성, 또는 다른 유형의 인코더일 수 있다. 추가적으로, 인코더들은 절대 인코더 또는 증분 인코더일 수 있다.

일부 예들에서, 로봇 파지 디바이스(500)는, 하나 이상의 선형 인코더 또는 전위차계(526)를 포함할 수 있다. 전위차계(526)는 로봇 파지 디바이스의 베이스에 대한 캐리지(530)의 위치를 검출하고, 제어 시스템에 의해 수신될 수 있는 출력을 제공하도록 구성될 수 있다. 전위차계는 또한, 캐리지(530)의 상대 이동을 검출할 수 있다. 일부 예들에서, 전위차계는 스프링(506)이 평형 상태인 제1 위치에서의 캐리지(530)의 위치를 검출할 수 있고, 스프링이 압축 또는 팽창될 때 캐리지(530)의 위치를 검출할 수 있다. 전위차계는 제1 위치와 제2 위치 간의 차이를 결정하고 이 정보를 제어 시스템에 제공할 수 있다. 다양한 유형들의 선형 인코더들, 예컨대, 광학식, 자기식, 용량성, 또는 유도성 인코더들이 사용될 수 있다.

로봇 파지 디바이스(500)는 또한, 로봇 파지 디바이스(500)의 하나 이상의 양상을 제어할 수 있는 제어 시스템, 예컨대, 도 1의 제어 시스템(118)을 포함할 수 있다. 제어 시스템은 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있고, 또한, 비일시적 컴퓨터 판독가능 메모리를 포함할 수 있으며, 이 메모리는 본 개시내용에 설명된 하나 이상의 작동들을 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들을 저장할 수 있다.

일부 예들에서, 제어 시스템은, 전위차계(526)로부터 정보를 수신함으로써, 손가락(502A)에 작용하는 토크의 양을 결정할 수 있다. 전위차계(526)에 의해 제공되는 정보는 작동기가 제1 위치(평형 상태)와 제2 위치(비평형 상태) 사이에서 병진운동한 거리를 포함할 수 있다. 그 다음, 제어 시스템은 제1 위치와 제2 위치 간의 차이 및 스프링의 특성, 예컨대, 스프링 상수에 기초하여 토크의 양을 결정할 수 있다.

일부 예들에서, 제어 시스템은 또한, 로봇 파지 디바이스가 움켜쥐기 위한 물체를 식별하고, 로봇 파지 디바이스의 하나 이상의 손가락을 이동시키기 위해 하나 이상의 작동기를 활성화하도록 구성될 수 있다. 이러한 작동들은 아래에서 도 7에 관하여 더 상세히 설명된다.

IV. 예시적인 작동들

도 7은 본 개시내용의 로봇 파지 디바이스를 작동시키는 예시적인 방법(700)의 흐름도를 예시한다. 이러한 예는 로봇 파지 디바이스, 예컨대, 로봇 파지 디바이스(500)에 적용되지만, 본원에서 설명된 것과 상이한 구성요소들 및/또는 상이한 배열들을 갖는 다른 로봇 파지 디바이스들에 적용될 수 있다. 또한, 방법(700)은 로봇 시스템(100) 및/또는 로봇 팔(200)의 하나 이상의 제어 시스템에 의해 수행될 수 있다. 방법(700)은 단일 로봇 손가락에 대해 수행되는 것으로 설명되지만, 방법(700)의 블록들의 일부 또는 전부는 둘 이상의 손가락들, 작동기들, 및 스프링들에 대해 수행될 수 있다.

블록(702)에서, 방법(700)은 로봇 파지 디바이스가 움켜쥐거나, 파지하거나, 집거나, 잡거나, 유지하기 위한 물체를 식별하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 물체를 식별하는 단계는 그의 형상, 배향, 윤곽, 크기, 또는 다른 특성에 기초하여 물체를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 물체는 원격 조작자 및/또는 로봇 파지 디바이스에 결합된 컴퓨팅 시스템에 의해 식별될 수 있다. 결정은, 예를 들어, 하나 이상의 센서, 예컨대, 시각 센서, 터치 센서, 압력 센서, 또는 다른 센서로부터의 수신된 센서 데이터에 기초하여 이루어질 수 있다. 블록(702)은 또한, 물체가 로봇 파지 디바이스의 손가락들 사이에 있도록 로봇 파지 디바이스를 위치시키는 로봇 디바이스를 포함할 수 있다.

일부 예들에서, 로봇 파지 디바이스는, 물체를 움켜쥐기 위해 서로를 향해 이동하도록 구성된 하나 이상의 손가락을 포함할 수 있다. 각각의 손가락은 손가락들의 베이스 단부에서 각각의 웜 기어에 결합될 수 있다. 로봇 파지 디바이스는 또한, 모터 및 샤프트를 갖는 작동기를 포함할 수 있고, 여기서, 샤프트는 손가락의 웜 기어에 결합된 웜을 회전시키도록 구성된다. 작동기는, 작동기가 축을 따라 활주하게 구성되도록, 캐리지 상에 장착될 수 있다. 로봇 파지 디바이스는 또한, 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 스프링을 포함할 수 있고, 여기서, 제1 단부는 작동기의 모터에 결합되고 제2 단부는 고정되어, 스프링이 평형 상태일 때 작동기는 축을 따라 제1 위치에 유지된다.

블록(704)에서, 방법(700)은 작동기의 샤프트를 모터에 대해 제1 양만큼 회전시키는 단계를 포함할 수 있다. 모터에 대한 샤프트의 회전 이전에, 샤프트 및 모터는 로봇 파지 디바이스의 손가락이 열림 위치에 있는 제1 위치에 있을 수 있다. 이러한 위치는, 로봇 파지 디바이스(800)의 손가락들(802A-B)이 열림 위치에 있는 도 8a에서 볼 수 있다. 또한 도 8a에서, 물체(850)는 손가락들(802A-B) 사이에 위치된다. 블록(704)에서, 모터에 대한 샤프트의 제1 양만큼의 회전은 웜이 회전하게 할 수 있고, 이는 차례대로, 웜 기어가 회전하게 할 수 있으며, 이는 차례대로, 손가락이, 예를 들어, 식별된 물체에 가까워지기 위해 회전함으로써, 식별된 물체를 향하여 이동하게 할 수 있다. 이러한 위치는, 도 8b에서 볼 수 있다. 스프링들(806A-B)이 도 8b에서 압축되지 않았음을 주목해야 한다. 모터에 대한 샤프트의 회전의 제1 양은, 식별된 물체와 손가락이 가까워져 접촉하게 되는 양일 수 있다.

일부 예들에서, 모터에 대한 샤프트의 회전의 제1 양은, 식별된 물체, 또는 대향하는 손가락, 또는 파지기 상의 경질정지부에 의해 추가적인 회전이 방지될 때까지 손가락이 계속 이동 또는 회전하게 할 수 있다. 손가락은 물체에 계속 가까워질 수 있으며, 예를 들어, 물체가 스폰지와 같이 압축가능하다면, 물체를 압축할 수 있다.

식별된 물체에 의해 일단 손가락이 더 이동하는 것이 방지되면, 또한, 웜 기어가 회전이 방지된다. 이 시점에서, 방법(700)의 블록(706)은 샤프트를 모터에 대해 더 회전시키는 것을 포함할 수 있다. 그러나, 손가락이 더 가까워지게 하는 이러한 추가적인 회전 대신에, 추가적인 회전은 웜이 정적 웜 기어에 대해 회전하게 할 수 있으며, 이는 차례대로, 작동기를 축을 따라 활주시킬 수 있다. 도 8c는, 작동기가 축(860)을 따라 활주한 로봇 파지 디바이스의 이러한 위치를 예시한다.

도 8c에 도시된 바와 같이, 손가락(802A)이 더 이동하는 것이 방지된 경우, 손가락(802A)에 대응하는 웜 기어도 더 회전하는 것이 방지된다. 또한, 샤프트가 웜(820)을 계속 회전시킬 때, 웜(820)의 추가적인 회전은 웜(820)이 후방으로 활주하게 하며, 이는 차례대로, 작동기가 축을 따라 제2 위치로 활주하게 한다. 이러한 제2 위치에서, 스프링들(806A-B)이 압축된다.

일부 예들에서, 방법(700)을 수행하는 로봇 파지 디바이스는, 도 5와 관련하여 위에서 설명된 하나 이상의 인코더들, 예컨대, 작동기 인코더 및/또는 전위차계를 포함할 수 있다. 이러한 예들에서, 방법(700)은 로봇 파지 디바이스의 손가락에 가해지는 토크의 양을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 토크는 파지 방향으로 결정될 수 있으며, 위에서 설명된 바와 같이, 손가락이 더 이동하는 것이 물체 또는 다른 손가락에 의해 방지될 때 작동기에 의해 손가락에 가해진 토크일 수 있다.

손가락들에 가해지는 토크의 양을 결정하기 위해, 제어 시스템은 작동기의 위치를 나타내는 전위차계로부터 정보를 수신할 수 있다. 이러한 값은, 스프링의 특성들(예를 들어, 크기, 단단함, 스프링 상수, 및/또는 물질)과 조합하여, 로봇 파지 디바이스의 손가락들 및 다른 구성요소들에 작용하는 토크들을 결정하는 데에 사용될 수 있다.

V. 예시적인 로봇 디바이스

본 개시내용의 예시적인 실시예는 하나 이상의 구성요소를 포함하는 로봇 디바이스일 수 있다. 로봇 디바이스는 로봇 파지 디바이스, 예컨대, 위에서 설명된 로봇 파지 디바이스들을 포함할 수 있다. 추가적으로, 예시적인 로봇 디바이스는 제어 시스템을 포함할 수 있다. 제어 시스템은 하나 이상의 프로세서, 비일시적 컴퓨터 판독가능 메모리, 및 비일시적 컴퓨터 판독가능 메모리에 저장된, 하나 이상의 작동들을 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서에 의해 실행가능한 프로그램 명령어들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 작동들은, (i) 로봇 파지 디바이스가 움켜쥐기 위한 물체를 식별하는 것, (ii) 샤프트를 모터에 대해 제1 양만큼 회전시킴으로써, 웜 및 웜 기어를 회전시켜서 손가락을 식별된 물체를 향하여 이동시키는 것, 및 (iii) 손가락이 물체와 접촉하여 손가락이 더 이동하는 것이 방지될 때, 샤프트를 모터에 대해 더 회전시켜서 작동기를 축을 따라, 스프링이 더 이상 평형 상태가 아닌 제2 위치로 활주시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 명령들을 수행하는 로봇 디바이스는 방법(700)을 수행하는 것과 유사하거나 동일할 수 있다.

VI. 예시적인 변형들

위에서 설명된 예들 중 일부는, 단일 손가락, 웜 기어, 웜, 작동기, 및 스프링을 갖는 로봇 파지 디바이스를 포함했다. 다른 예시적인 실시예들은 둘 이상의 손가락들을 포함할 수 있고, 각각의 손가락은 웜 기어를 갖는다. 각각의 손가락은 또한, 연관된 웜, 작동기, 및 스프링을 가질 수 있고, 이에 의해, 로봇 파지 디바이스의 각각의 손가락은 본원에서 설명된 작동들을 수행할 수 있다.

도 9a 및 9b는, 본 개시내용의 실시예에 따른, 2개의 상태들의 예시적인 로봇 파지 디바이스(900)를 예시한다. 도 9a 및 9b는, 임계 토크보다 더 크거나 더 많은 토크가 손가락에 작용할 때 발생할 수 있는 것을 예시한다.

도 9a는, 제1 상태의 로봇 파지 디바이스(900)를 예시하는데, 여기서 손가락(902A)은 손가락에 작용하는 어떠한 힘 또는 토크도 갖지 않는다. 웜 기어(922)는 웜(920)에 결합되고, 스프링(906)은 평형 상태이다.

도 9b는, 제2 상태의 로봇 파지 디바이스(900)를 예시하는데, 여기서 손가락(902A)에 작용하는 힘 또는 토크는 손가락(902A)이 더 열림 위치로 회전하게 한다. 손가락(902A)의 회전은 웜 기어(922)가 회전하게 했고, 이는 차례대로, 웜(920)이 (작동기(906) 및 캐리지(930)와 함께) 활주하게 했다. 모터(914)는 활성화되지 않았고, 이로써, 샤프트(912) 및 웜(920)은 회전하지 않았다.

도 9b는, 임계 토크보다 더 큰 토크가 손가락에 작용할 때, 웜 기어(922)가 웜(920)으로부터 맞물림해제될 수 있는 것을 도시한다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 웜(920)의 마지막 치형부가 웜 기어(922)의 치형부를 지나있다. 웜(920)으로부터의 웜 기어(922)의 결합해제는, 충격 물체가 손가락을 타격하는 경우에, 로봇 파지 디바이스(900)의 기어들 및/또는 구성요소들을 손상시키지 않고 손가락이 이탈하는 것을 허용할 수 있다.

임계 토크는 로봇 파지 디바이스의 스프링 및/또는 하나 이상의 구성요소의 특성들에 대응할 수 있다. 예를 들어, 스프링이 높은 스프링 상수를 갖고 압축되기 위해 큰 힘을 요구하는 경우, 웜 기어를 웜으로부터 맞물림해제하기 위해 요구되는, 손가락에 작용하는 임계 토크도 또한 높을 수 있다. 대안적으로, 낮은 스프링 상수를 갖는 스프링이 사용되는 경우, 웜 기어를 웜으로부터 맞물림해제하기 위해 요구되는 상대적으로 낮은 임계 힘이 있을 수 있다.

VII. 결론

본원에 설명된 배열들은 단지 예시의 목적들을 위한 것임을 이해해야 한다. 이로써, 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 다른 배열들 및 다른 요소들(예를 들어, 기계들, 인터페이스들, 작동들, 순서들, 및 작동들의 그룹화들 등)이 그 대신에 사용될 수 있고, 원하는 결과들에 따라 일부 요소들이 완전히 생략될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 설명된 요소들의 대다수는 임의의 적합한 조합 및 위치에서 이산 또는 분산 구성요소들로서 또는 다른 구성요소들과 함께 구현될 수 있는 기능적 엔티티들이거나, 또는 독립 구조들로서 설명된 다른 구조적 요소들이 조합될 수 있다.

다양한 양상들 및 구현들이 본원에 개시되었지만, 다른 양상들 및 구현들이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 본원에 개시된 다양한 양상들 및 구현들은 예시의 목적들을 위한 것이고, 제한하는 것으로 의도된 것이 아니며, 실제 범위는, 다음의 청구항들과 함께, 그러한 청구항들에 주어진 권리에 대한 등가물들의 전체 범위에 의해 표시된다. 본원에 사용된 용어는 단지 특정 구현들을 설명하는 목적들을 위한 것이고, 제한하는 것으로 의도된 것은 아니라는 것을 또한 이해해야 한다.

Claims

로봇 파지 디바이스로서,
과소작동식(underactuated) 손가락 - 상기 과소작동식 손가락은 상기 과소작동식 손가락의 베이스 단부에 결합된 웜 기어를 갖고, 복수의 마디뼈 및 변형가능한 파지 표면을 포함함 -;
모터 및 샤프트를 갖는 작동기 - 상기 샤프트는 상기 웜 기어에 결합된 웜을 회전시켜 상기 복수의 마디뼈를 작동시키도록 구성되고, 상기 작동기는 상기 작동기가 축을 따라 활주하게 구성되도록 캐리지 상에 장착됨 -; 및
적어도 상기 작동기의 상기 모터를 둘러싸고, 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 스프링 - 상기 제1 단부는 상기 작동기의 상기 모터에 결합되고 상기 제2 단부는 고정되어, 상기 스프링이 평형 상태일 때 상기 작동기는 상기 축을 따라 제1 위치에 유지됨 -
을 포함하고,
상기 작동기는:
상기 샤프트를 상기 모터에 대해 제1 양만큼 회전시킴으로써, 상기 웜 및 상기 웜 기어를 회전시켜서 상기 과소작동식 손가락을 물체를 향하여 이동시키고;
상기 과소작동식 손가락이 상기 물체와 접촉하여 상기 과소작동식 손가락의 적어도 일부가 더 이동하는 것이 방지될 때, 상기 샤프트를 상기 모터에 대해 더 회전시켜서 상기 작동기를 상기 스프링이 더 이상 평형 상태가 아닌 제2 위치에 상기 축을 따라 활주시키도록 구성되고,
상기 과소작동식 손가락의 상기 변형가능한 파지 표면은 상기 제2 위치에 활주하는 동안 상기 작동기에 의해 가해지는 힘에 기초하여 상기 물체 주위에서 굽혀지도록 구성되는, 로봇 파지 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 제1 위치와 상기 제2 위치 간의 차이를 결정하도록 구성된 선형 인코더; 및
제어 시스템 - 상기 제어 시스템은 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 간의 상기 차이에 기초하여 상기 과소작동식 손가락에 가해진 토크의 양을 결정하도록 구성됨 -
을 더 포함하는 로봇 파지 디바이스.
제1항에 있어서,
적어도 상기 작동기의 상기 모터를 둘러싸는 상기 스프링은, 적어도 상기 스프링의 코일 내에 배치되는 상기 작동기의 상기 모터를 포함하는, 로봇 파지 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 과소작동식 손가락은 제1 과소작동식 손가락을 포함하고, 상기 로봇 파지 디바이스는 각각의 웜 기어 및 연관된 웜, 작동기, 및 스프링을 갖는 제2 과소작동식 손가락을 더 포함하는, 로봇 파지 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 웜 기어의 형상은 부분 원이고, 상기 작동기는, 임계 토크보다 더 큰 토크가 상기 과소작동식 손가락에 가해질 때, 상기 웜을 상기 웜 기어로부터 맞물림해제하도록(disengage) 구성되는, 로봇 파지 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 복수의 마디뼈 중 각각의 마디뼈가 상기 작동기에 의해 독립적으로 제어될 수 없도록, 상기 작동기는 상기 복수의 마디뼈를 집합적으로(collectively) 작동시키도록 구성되는, 로봇 파지 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 과소작동식 손가락은 병진운동으로(translationally) 이동하도록 구성되는, 로봇 파지 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 과소작동식 손가락은 상기 웜 기어에 의해 정의된 축에 관하여 회전운동으로(rotationally) 이동하도록 구성되는, 로봇 파지 디바이스.
로봇 디바이스로서,
로봇 파지 디바이스; 및
상기 로봇 파지 디바이스를 제어하도록 구성된 제어 시스템
을 포함하고,
상기 로봇 파지 디바이스는:
과소작동식 손가락 - 상기 과소작동식 손가락은 상기 과소작동식 손가락의 베이스 단부에 결합된 웜 기어를 갖고, 복수의 마디뼈 및 변형가능한 파지 표면을 포함함 -;
모터 및 샤프트를 갖는 작동기 - 상기 샤프트는 상기 웜 기어에 결합된 웜을 회전시켜 상기 복수의 마디뼈를 작동시키도록 구성되고, 상기 작동기는 상기 작동기가 축을 따라 활주하게 구성되도록 캐리지 상에 장착됨 -; 및
적어도 상기 작동기의 상기 모터를 둘러싸고, 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 스프링 - 상기 제1 단부는 상기 작동기의 상기 모터에 결합되고 상기 제2 단부는 고정되어, 상기 스프링이 평형 상태일 때 상기 작동기는 상기 축을 따라 제1 위치에 유지됨 -
을 포함하고,
상기 제어 시스템은:
하나 이상의 프로세서;
비일시적 컴퓨터 판독가능 메모리; 및
상기 작동기가 상기 샤프트를 상기 모터에 대해 제1 양만큼 회전하게 함으로써, 상기 웜 및 상기 웜 기어를 회전시켜서 상기 과소작동식 손가락을 물체를 향하여 이동시키고;
상기 과소작동식 손가락이 상기 물체와 접촉하여 상기 과소작동식 손가락의 적어도 일부가 더 이동하는 것이 방지될 때, 상기 작동기가 상기 샤프트를 상기 모터에 대해 더 회전하게 하여 상기 작동기를 상기 스프링이 더 이상 평형 상태가 아닌 제2 위치에 상기 축을 따라 활주시키도록 - 상기 과소작동식 손가락의 상기 변형가능한 파지 표면은 상기 제2 위치에 활주하는 동안 상기 작동기에 의해 가해지는 힘에 기초하여 상기 물체 주위에서 굽혀지도록 구성됨 -
상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행가능하고, 상기 비일시적 컴퓨터 판독가능 메모리에 저장되는 프로그램 명령어들
을 포함하는, 로봇 디바이스.
제9항에 있어서,
상기 제1 위치와 상기 제2 위치 간의 차이를 결정하도록 구성된 선형 인코더를 더 포함하고,
상기 프로그램 명령어들은, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 간의 상기 차이에 기초하여 상기 과소작동식 손가락에 가해진 토크의 양을 결정하도록 추가로 실행가능한, 로봇 디바이스.
제9항에 있어서,
적어도 상기 작동기의 상기 모터를 둘러싸는 상기 스프링은, 적어도 상기 스프링의 코일 내에 배치되는 상기 작동기의 상기 모터를 포함하는, 로봇 디바이스.
제9항에 있어서,
상기 과소작동식 손가락은 제1 과소작동식 손가락을 포함하고, 상기 로봇 파지 디바이스는 각각의 웜 기어 및 연관된 웜, 작동기, 및 스프링을 갖는 제2 과소작동식 손가락을 더 포함하는, 로봇 디바이스.
제9항에 있어서,
상기 웜 기어의 형상은 부분 원이고, 상기 작동기는, 임계 토크보다 더 큰 토크가 상기 과소작동식 손가락에 가해질 때, 상기 웜을 상기 웜 기어로부터 맞물림해제하도록 구성되는, 로봇 디바이스.
제9항에 있어서,
상기 과소작동식 손가락은 병진운동으로 이동하도록 구성되는, 로봇 디바이스.
제9항에 있어서,
상기 과소작동식 손가락은 상기 웜 기어에 의해 정의된 축에 관하여 회전운동으로 이동하도록 구성되는, 로봇 디바이스.
방법으로서,
로봇 파지 디바이스가 움켜쥐기 위한 물체를 식별하는 단계 - 상기 로봇 파지 디바이스는 과소작동식 손가락, 작동기, 및 스프링을 포함하고,
상기 과소작동식 손가락은 상기 과소작동식 손가락의 베이스 단부에 결합된 웜 기어를 갖고, 복수의 마디뼈 및 변형가능한 파지 표면을 포함하고,
상기 작동기는 모터 및 샤프트를 갖고, 상기 샤프트는 상기 웜 기어에 결합된 웜을 회전시켜 상기 복수의 마디뼈를 작동시키고, 상기 작동기는 상기 작동기가 축을 따라 활주하게 구성되도록 캐리지 상에 장착되고,
상기 스프링은 적어도 상기 작동기의 상기 모터를 둘러싸고, 제1 단부 및 제2 단부를 갖고, 상기 제1 단부는 상기 작동기의 상기 모터에 결합되고 상기 제2 단부는 고정되어, 상기 스프링이 평형 상태일 때 상기 작동기는 상기 축을 따라 제1 위치에 유지됨 -;
상기 샤프트를 상기 모터에 대해 제1 양만큼 회전시킴으로써, 상기 웜 및 상기 웜 기어를 회전시켜서 상기 과소작동식 손가락을 물체를 향하여 이동시키는 단계; 및
상기 과소작동식 손가락이 물체와 접촉하여 상기 과소작동식 손가락의 적어도 일부가 더 이동하는 것이 방지될 때, 상기 샤프트를 상기 모터에 대해 더 회전시켜서 상기 작동기를 상기 스프링이 더 이상 평형 상태가 아닌 제2 위치에 상기 축을 따라 활주시키는 단계 - 상기 과소작동식 손가락의 상기 변형가능한 파지 표면은 상기 제2 위치에 활주하는 동안 상기 작동기에 의해 가해지는 힘에 기초하여 상기 물체 주위에서 굽혀지도록 구성됨 -
를 포함하는, 방법.
제16항에 있어서,
상기 로봇 파지 디바이스는:
상기 제1 위치와 상기 제2 위치 간의 차이를 결정하도록 구성된 선형 인코더를 더 포함하고,
상기 방법은:
상기 제1 위치와 상기 제2 위치 간의 상기 차이에 기초하여 상기 과소작동식 손가락에 가해진 토크의 양을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제16항에 있어서,
적어도 상기 작동기의 상기 모터를 둘러싸는 상기 스프링은, 적어도 상기 스프링의 코일 내에 배치되는 상기 작동기의 상기 모터를 포함하는, 방법.
제16항에 있어서,
상기 과소작동식 손가락은 각각의 제1 샤프트, 모터, 작동기, 스프링, 웜 기어, 및 웜을 갖는 제1 과소작동식 손가락을 포함하고, 상기 로봇 파지 디바이스는 각각의 제2 샤프트, 모터, 작동기, 스프링, 웜 기어, 및 웜을 갖는 제2 과소작동식 손가락을 더 포함하고,
상기 방법은:
상기 각각의 제1 및 제2 샤프트들, 모터들, 작동기들, 스프링들, 웜 기어들, 및 웜들 각각에 대해:
상기 샤프트들을 상기 모터들에 대해 제1 양들만큼 회전시킴으로써, 상기 웜들 및 상기 웜 기어들을 회전시켜서 상기 과소작동식 손가락들을 물체를 향하여 이동시키는 단계; 및
상기 과소작동식 손가락들이 상기 물체와 접촉하여 상기 과소작동식 손가락들이 더 이동하는 것이 방지될 때, 상기 샤프트들을 상기 모터들에 대해 더 회전시켜서 상기 작동기들을 상기 스프링들이 더 이상 평형 상태가 아닌 제2 위치들에 각각의 축들을 따라 활주시키는 단계
를 더 포함하는, 방법.
제16항에 있어서,
상기 웜 기어의 형상은 부분 원이고,
상기 방법은:
임계 토크보다 더 큰 토크가 상기 과소작동식 손가락에 가해질 때, 상기 웜을 상기 웜 기어로부터 맞물림해제하는 단계
를 더 포함하는, 방법.