KR102557312B1 - 로봇 매니퓰레이터를 제조하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

매니퓰레이터 형상 및 매니퓰레이터 재밍 속성을 포함하여 원하는 매니퓰레이터 속성을 결정하는 단계; 패킹 요소 구성을 결정하기 위해 상기 매니퓰레이터 재밍 속성 및 패킹 계산 모델을 사용하고, 상기 패킹 계산 모델은 매니퓰레이터 재밍 속성과 다른 패킹 요소 구성 사이의 관계를 정의하고; 상기 로봇 매니퓰레이터를 제조하기 위해 상기 패킹 요소 구성 및 매니퓰레이터 형상을 기반으로 적층 인쇄기를 제어하는 단계를 포함하는 로봇 매니퓰레이터 제조 방법. 상기 로봇 매니퓰레이터는 챔버를 정의하는 유연한 외피, 상기 외피에 부착되고 유체가 상기 챔버에 추가되거나 상기 챔버에서 제거될 수 있도록 하는 유체 펌프에 연결된 커넥터, 상기 패킹 요소 구성에 따라 상기 챔버에 배치된 충전 요소를 포함한다.

Description

로봇 매니퓰레이터를 제조하기 위한 방법 및 시스템

본 발명은 로봇 매니퓰레이터(robotic manipulator)에 관한 것으로, 하나의 특정 예에서 로봇 재밍 매니퓰레이터(robotic jamming manipulator)에 관한 것이다.

로봇 그리퍼(Robotic gripper)는 물체를 조작하기 위한 로봇 엔드 이펙터(robotic end effector)이다. 현재, 임의의 형상의 물체를 들어올리기 위해 로봇 재밍 그리퍼(robotic jamming gripper)가 제공된다. 로봇 재밍 그리퍼는 일반적으로 진공 펌프에 연결된 챔버와 챔버 내부에 분산된 커피 찌꺼기 또는 비드와 같은 다량의 입상 물질을 가지고 있다. 원하는 그립 기능을 제공하기 위해 챔버의 부피에 따라 커피 찌꺼기 또는 비드의 개수는 변경될 수 있다. 다음 간행물은 선행의 로봇 그리퍼 기능 및 구조에 대해 설명한다.

US20130106127은 탄성 멤브레인으로 둘러싸인 덩어리의 입상 재료를 포함하는 수동 범용 그리퍼에 관한 것이다. 양압과 음압의 조합을 사용하여 그리퍼는 평평한 물체, 부드러운 물체 또는 복잡한 형상을 가진 물체와 같이 기존의 범용 그리퍼로는 일반적으로 사용하기 어려운 광범위한 물체를 빠르게 잡고 놓을 수 있다. 그리퍼는 수동적으로 대상 물체의 형상을 따라 변한 다음 진공 경화하여 단단히 고정된다. 나중에 양압을 사용하여 이 전환을 되돌리고 물체를 해제하고 변형 가능한 상태로 돌아간다. 상기 장치 및 방법은 해제와 그립 사이의 더욱 즉각적인 재설정 시간뿐만 아니라 물체를 빠르게 배출할 수 있도록 한다.

WO2016172670은 소프트 로봇 액츄에이터 (soft robotic actuator)의 다양한 개선, 보다 구체적으로 조정 가능한 그립 행동을 제공하기 위해 강체를 소프트 액츄에이터에 통합하는 것에 관한 것이다. 이러한 액추에이터는 예를 들어 자재 취급 프로세스를 자동화하기 위해 로봇 엔드 이펙터로 사용될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 액추에이터는 로드(rod)와 같은 정적 또는 동적 강성 구조와 조합하여 전개될 수 있다. 강성 구조는 액추에이터 옆 또는 내부에서 확장될 수 있다. 다수의 강성 구조가 액추에이터의 측면에 배치될 수 있거나, 다수의 액추에이터가 강성 구조의 측면에 배치될 수 있다. 추가 실시예에서, 액추에이터의 어레이 또는 매트릭스는 단단한 구조로 통합되어 좁은 공간으로 조종될 수 있는 로우 프로파일 그리퍼(low-profile gripper)를 제공할 수 있다.

US8651543은 작업물을 파지하기 위한 파지부를 포함하는 파지 장치에 관한 것이다. 이 파지부는 i) 작업물을 압착하는 압착부를 갖는 폴부, 및 ii) 탄성 재료로 이루어진 내부 주머니와 내부 주머니에 충전된 입상 물질을 갖는 접촉부를 포함한다. 압착부의 작업물과 접촉하는 부분에 접촉부가 부착되고, 내부 주머니의 내부 체적에 대한 입상 물질의 부피비를 증가시켜 적절한 형상을 유지하면서 입상 물질을 경화시킨다. 압착부의 접촉부가 부착되는 부착면에는 요철 형상의 유지부가 형성되어 있다.

입상 물질의 형상, 기계적 특성 및 표면 상호 작용 특성은 그리핑 기능에 중요하지만 주어진 입상 물질에 대해 이러한 변수를 측정 및/또는 독립적으로 제어하는 것이 어렵고 결과적으로 원하는 그립 속성을 갖는 그리퍼를 만드는 것은 어렵다. 또한, 그리퍼는 다양한 양의 입상 물질을 외피에서 추가하는 방식과 같이 일반적으로 수동으로 제작되기 때문에, 일관되게 그리퍼를 제조하는 것도 어렵다. 이로 인해 일관성이 없고 비효율적인 기능이 때때로 나타난다. 게다가 바람직하지 않은 표면 상호작용 특성을 가질 수 있는 불규칙한 형태의 입상 물질이 얇고 유연한 외피에 지속적으로 마찰되기 때문에 그리퍼의 내구성이 단축될 수 있다. 매니퓰레이터의 기능을 손상시키지 않으면서 매니퓰레이터의 내구성을 향상시키기 어렵고 그리퍼가 수동으로 제조되기 때문에 비용이 많이 들고 제조가 어려우며 낮은 내구성으로 인하여 재밍 매니퓰레이터는 실질적으로 활용되지 않는다.

본 명세서에서 임의의 이전 간행물(또는 그로부터 파생된 정보) 또는 알려진 모든 공지 기술에 대한 참조는 본 명세서와 관련된 분야에 일반적으로 알려진 지식을 형성하는 이전 간행물(또는 그로부터 파생된 정보) 또는 공지 기술에 대한 사사, 인정 또는 시사의 어떤 형태로든 간주되지 않으며 간주되어서도 안 된다.

하나의 광의의 형태에서, 본 발명의 양태는 로봇 매니퓰레이터를 제조하는 방법을 제공하고자 하며, 상기 제조 방법은 하나 이상의 처리 장치에서 : 매니퓰레이터 형상 및 매니퓰레이터 재밍 속성을 포함하여 원하는 매니퓰레이터 속성을 결정하는 단계; 패킹 요소 구성을 결정하기 위해 상기 매니퓰레이터 재밍 속성 및 패킹 계산 모델을 사용하는 단계로서, 상기 패킹 계산 모델은 매니퓰레이터 재밍 속성 및 다른 패킹 요소 구성 사이의 관계를 정의하고, 상기 패킹 요소 구성은 다수의 충전 요소; 충전 요소의 형상; 충전 요소의 크기; 충전 요소의 조성; 충전 요소 표면 거칠기 및 거칠기 위치; 및 각 크기와 형상에 따른 충전 요소의 비율; 중 적어도 하나를 정의하는 단계; 상기 로봇 매니퓰레이터를 제조하기 위해 상기 패킹 요소 구성과 매니퓰레이터의 형상에 따라 적층 인쇄기를 제어하는 단계로서, 상기 로봇 매니퓰레이터는 유연한 재질로 이루어지며 챔버를 정의하는 외피; 상기 외피에 부착되고 유체가 상기 챔버에 추가되거나 상기 챔버로부터 제거되도록 하는 유체 펌프에 연결되는 커넥터; 및 상기 패킹 요소 구성에 따라 상기 챔버에 배치된 상기 충전 요소를 포함하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서 상기 매니퓰레이터 재밍 속성은 강성; 및 매니퓰레이터 재밍 세기 중 적어도 하나를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 방법은 상기 하나 이상의 처리 장치에서 상기 패킹 요소 구성을 결정하기 위해 상기 매니퓰레이터의 형상을 사용하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서 상기 패킹 요소 구성은 충전 요소 위치를 정의하고, 상기 방법은 상기 하나 이상의 처리 장치에서 상기 충전 요소 위치에 따라 상기 챔버 내에 충전 요소를 위치시키는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 패킹 요소 구성은 메쉬 형상 및 위치를 정의하고, 상기 방법은 하나 이상의 처리 장치에서 메쉬 형상 및 위치에 따라 적어도 하나의 메쉬를 생성하도록 상기 적층 인쇄기를 제어하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서 상기 메쉬는 상기 충전 요소 위치에 충전 요소가 유지되도록 구성된다.

일 실시예에서, 상기 방법은 하나 이상의 처리 장치에서: 상기 매니퓰레이터의 형상을 사용하여 외피 구성을 결정하는 단계로서, 상기 외피 구성은 외피의 형상; 외피의 크기;외피의 재질; 외피의 유연성; 외피의 구조; 외피 표면 특징 중 적어도 하나를 정의하는 단계; 및 상기 로봇 매니퓰레이터의 상기 외피를 제조하기 위해 상기 외피 구성에 따라 상기 적층 프린터를 제어하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 방법은 상기 하나 이상의 처리 장치에서 매니퓰레이터의 형상을 다음 중에서 적어도 하나 선택하는 단계를 포함한다: 사용자 입력 명령에 따라서; 미리 정의된 여러 형상으로부터; 및 의도한 매니퓰레이터의 용도에 따라서.

일 실시예에서, 상기 제조 방법은 상기 하나 이상의 처리 장치에서, 의도한 매니퓰레이터 용도에 기반해 매니퓰레이터 사용 매개변수를 결정하는 단계; 및 상기 매니퓰레이터 사용 매개변수를 사용하는 상기 매니퓰레이터의 속성을 결정하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 제조 방법은 상기 하나 이상의 처리 장치에서 상기 매니퓰레이터의 속성 중 적어도 일부를 결정하기 위해 상기 매니퓰레이터 사용 매개변수 및 매니퓰레이터 계산 모델을 사용하는 단계를 포함하고, 상기 매니퓰레이터 계산 모델은 매니퓰레이터 사용 매개변수 및 다른 매니퓰레이터 속성 사이의 관계를 정의한다.

일 실시예에서, 물체를 들어올리기 위해 상기 매니퓰레이터 사용 매개변수는 물체의 크기; 물체의 유형; 물체의 무게; 물체의 형상; 및 물체 표면 속성 중 적어도 하나를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 방법은, 하나 이상의 처리 장치에서, 유체가 상기 챔버에 추가되거나 상기 챔버로부터 제거될 때 상기 챔버 내에 충전 요소가 유지되기 위해 필터를 생성하도록 상기 적층 인쇄기를 제어하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 방법은 하나 이상의 처리 장치에서 상기 커넥터 위에 상기 외피를 적층하도록 상기 적층 인쇄기를 제어하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 방법은 하나 이상의 처리 장치에서, 광중합체(photopolymer)로부터 충전 요소를 제조하도록 상기 적층 인쇄기를 제어하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 방법은, 하나 이상의 처리 장치에서, 상기 충전 요소 형상을 정의함으로써 상기 패킹 요소 구성을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 충전 요소 형상은 초이차곡면(superquadric)을 포함한다.

하나의 넓은 형태에서, 본 발명의 양태는 로봇 매니퓰레이터 제조용 시스템을 제공하고자 하며, 상기 시스템은 매니퓰레이터의 형상 및 매니퓰레이터 재밍 속성을 포함하여 원하는 매니퓰레이터 속성을 결정하는 장치; 상기 패킹 요소 구성을 결정하기 위해 상기 매니퓰레이터 재밍 속성 및 패킹 계산 모델을 사용하는 장치로서, 상기 패킹 계산 모델은 매니퓰레이터 재밍 속성과 다양한 패킹 요소 구성 사이의 관계를 정의하고, 상기 패킹 요소 구성은 다수의 충전 요소; 충전 요소의 형상; 충전 요소의 크기; 충전 요소의 조성; 충전 요소 표면 거칠기 및 거칠기 위치; 및 각 크기와 형상에 따른 충전 요소의 비율; 중 적어도 하나를 정의하는 장치; 및 상기 로봇 매니퓰레이터를 제조하기 위해 상기 패킹 요소 구성 및 매니퓰레이터의 형상에 따라 적층 인쇄기를 제어하는 장치로 구성된 하나 이상의 장치를 포함한다.

일 실시예에서 상기 매니퓰레이터 재밍 속성은 매니퓰레이터 강성; 및 매니퓰레이터 재밍 세기 중 적어도 하나를 포함한다.

일 실시예에서 상기 하나 이상의 처리 장치는 상기 패킹 요소 구성을 결정하기 위해 상기 매니퓰레이터의 형상을 사용도록 구성된다.

일 실시예에서 상기 패킹 요소 구성은 충전 요소 위치를 정의하고, 상기 하나 이상의 처리 장치는 상기 충전 요소 위치에 따라 상기 챔버 내에 충전 요소를 위치시키도록 구성된다.

일 실시예에서 상기 패킹 요소 구성은 메쉬 형상 및 위치를 정의하고, 상기 하나 이상의 처리 장치는 메쉬 형상 및 위치에 따라 적어도 하나의 메쉬를 생성하기 위해 적층 인쇄기를 제어하도록 구성된다.

일 실시예에서 상기 메쉬는 상기 충전 요소 위치에 충전 요소를 유지하도록 구성된다.

일 실시예에서, 상기 하나 이상의 처리 장치는 다음과 같이 구성된다: 상기 매니퓰레이터의 형상을 사용하여 외피 구성을 결정하는 장치로서, 상기 외피 구성은 외피 형상; 외피 크기; 외피 재료; 외피 유연성; 외피 구조; 외피 표면 특징; 중 적어도 하나를 결정하는 장치; 및 상기 로봇 매니퓰레이터의 상기 외피를 제조하기 위해 상기 외피 구성에 따라 상기 적층 인쇄기를 제어하는 장치.

일 실시예에서 상기 하나 이상의 처리 장치는 다음 중 적어도 하나의 매니퓰레이터 형상을 선택하도록 구성된다: 사용자 입력 명령에 따라서; 미리 정의된 형상으로부터; 및 의도된 매니퓰레이터 용도에 따라서.

일 실시예에서, 상기 하나 이상의 처리 장치는 다음으로 구성된다: 의도한 매니퓰레이터 용도에 기반하여 매니퓰레이터 사용 매개변수를 결정하는 장치; 상기 매니퓰레이터 사용 매개변수를 사용하는 상기 그리퍼의 속성을 결정하는 장치.

일 실시예에서 상기 하나 이상의 처리 장치는 적어도 매니퓰레이터의 속성의 일부를 결정하기 위해 상기 매니퓰레이터 사용 매개변수 및 매니퓰레이터 계산 모델을 사용하도록 구성되고, 상기 매니퓰레이터 계산 모델은 매니퓰레이터 사용 매개변수 및 다른 매니퓰레이터 속성 사이의 관계를 결정한다.

일 실시예에서, 물체를 들어올리기 위해 상기 매니퓰레이터 사용 매개변수는 물체의 크기; 물체의 유형; 물체의 무게; 물체의 형상; 및 물체 표면 속성 중 적어도 하나를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 하나 이상의 처리 장치는 상기 로봇 매니퓰레이터를 제조하기 위해 적층 인쇄기를 제어하도록 구성되고, 상기 커넥터를 포함하는 상기 로봇 매니퓰레이터는 유체가 상기 챔버에 추가되거나 상기 챔버로부터 제거될 때 상기 챔버 내에 충전 요소를 유지하기 위한 필터를 더 포함한다.

일 실시예에서, 상기 하나 이상의 처리 장치는 상기 로봇 매니퓰레이터를 제조하기 위해 상기 적층 인쇄기를 제어하도록 구성되며, 상기 로봇 매니퓰레이터는 상기 커넥터에 적층된 상기 외피를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 하나 이상의 처리 장치는 충전 요소의 형상을 정의하는 패킹 요소 구성을 결정하도록 구성되고, 상기 충전 요소의 형상은 초이차곡면을 포함한다.

하나의 넓은 형태에서 본 발명의 양태는 유연한 재료로 이뤄지고 챔버를 정의하는 외피; 상기 외피에 부착되고 상기 챔버에 유체가 추가되거나 제거될 수 있도록 하는 유체 펌프에 연결되도록 구성된 커넥터; 패킹 요소 구성에 따라 상기 챔버 내에 배치되는 충전 요소를 포함하는 로봇 매니퓰레이터로서, 상기 로봇 매니퓰레이터는 단일 실행(single run) 제조 공정을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 로봇 매니퓰레이터를 제공하고자 한다.

일 실시예에서 다수의 충전 요소; 충전 요소의 형상; 충전 요소의 크기; 충전 요소의 재료 조성; 충전 요소 표면 거칠기 및 거칠기 위치; 및 각 크기 및 형상에 따른 충전 요소들의 비율을 결정하는 상기 패킹 요소 구성.

일 실시예에서 상기 패킹 요소 구성은 충전 요소 위치를 정의한다.

일 실시예에서 상기 패킹 요소 구성은 메쉬의 형상 및 위치를 정의한다.

일 실시예에서 상기 메쉬는 상기 충전 요소 위치에 충전 요소를 유지하도록 구성된다.

일 실시예에서 외피 구성은 매니퓰레이터의 형상을 사용하여 결정되고, 상기 외피 구성은 외피의 형상; 외피의 크기; 외피의 재료; 외피의 유연성; 외피의 구조; 또는 외피의 표면 특성 중 적어도 하나를 정의한다.

일 실시예에서 상기 매니퓰레이터의 형상은 다음 중 적어도 하나에서 선택된다: 사용자 입력 명령에 따라서; 미리 정의된 다수의 형상으로부터; 의도된 매니퓰레이터의 용도에 따라서.

일 실시예에서, 상기 커넥터는 유체가 상기 챔버에 추가되거나 상기 챔버로부터 제거될 때 상기 챔버 내에 충전 요소를 유지하기 위한 필터를 포함한다.

일 실시예에서 상기 외피는 상기 커넥터 상에 적층된다.

일 실시예에서 상기 충전 요소는 적어도 부분적으로는 광중합체를 재료로 구성된다.

일 실시예에서, 상기 충전 요소 형상은 초이차곡면을 포함한다.

일 실시예에서 상기 외피의 재료는 고무, 라텍스, 실리콘 또는 폴리우레탄 중 어느 하나를 포함한다.

일 실시예에서 상기 필터는 적어도 부분적으로는 ABS 또는 폴리에틸렌으로 구성된다.

일 실시예에서, 상기 메쉬는 적어도 부분적으로는 ABS 또는 폴리에틸렌으로 구성된다.

하나의 넓은 형태에서, 본 발명의 양태는 로봇 매니퓰레이터를 제조하는 방법을 제공하고자 하며, 상기 방법은 유연한 재료로 이루어져 챔버를 정의하는 외피; 유체가 상기 챔버에 추가 또는 제거될 수 있도록 하는 유체 펌프에 연결되도록 구성된 커넥터; 및 패킹 요소 구성에 따라 상기 챔버에 배치된 충전 요소를 제조하기 위해 단일 실행 제조 공정을 사용하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 방법은 상기 단일 실행 적층 제조 공정 동안 지지 재료를 제공하는 단계; 및 지지 재료를 제거하는 단계를 더 포함한다.

일 실시예에서 상기 지지 재료를 제거하는 방법은 지지 재료를 용해하는 단계; 캐비티(cavity)를 용매로 세척하는 단계; 및 지지 물질을 분사하는 단계 중 적어도 하나를 포함한다.

일 실시예에서 다수의 충전 요소; 충전 요소의 형상; 충전 요소의 크기; 충전 요소의 조성; 충전 요소 표면 거칠기 및 거칠기 위치; 및 각 크기와 형상에 따른 충전 요소의 비율; 중 적어도 하나를 정의하는 상기 패킹 요소 구성.

일 실시예에서 상기 패킹 요소 구성은 충전 요소 위치를 정의한다.

일 실시예에서 상기 패킹 요소 구성은 메쉬 형상 및 위치를 정의한다.

일 실시예에서 상기 메쉬는 상기 충전 요소 위치에 충전 요소를 유지시키도록 구성된다.

일 실시예에서 외피 구성은 매니퓰레이터의 형상을 사용하여 결정되고, 상기 외피 구성은 외피의 형상; 외피의 크기; 외피의 재료; 외피의 유연성; 및 외피의 표면 특성 중 적어도 하나를 정의한다.

일 실시예에서, 상기 커넥터는 유체가 상기 챔버에 추가되거나 상기 챔버로부터 제거될 때 상기 챔버 내에 충전 요소를 유지하기 위한 필터를 포함한다.

일 실시예에서 상기 외피는 상기 커넥터 상에 적층된다.

일 실시예에서 상기 충전 요소는 적어도 부분적으로는 광중합체를 재료로 구성된다.

일 실시예에서, 상기 충전 요소 형상은 초이차곡면을 포함한다.

일 실시예에서 상기 외피 재료는 고무, 라텍스, 실리콘 또는 폴리우레탄 중 어느 하나를 포함한다.

일 실시예에서 상기 필터는 적어도 부분적으로는 ABS 또는 폴리에틸렌으로 구성된다.

일 실시예에서, 상기 메쉬는 적어도 부분적으로는 ABS 또는 폴리에틸렌으로 구성된다.

하나의 넓은 형태에서, 본 발명의 양태는 로봇 매니퓰레이터 제조용 컴퓨터 프로그램 제품을 제공하고자 하며, 컴퓨터 실행 코드를 포함하는 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 하나 이상의 처리 장치에 의해 실행될 때 상기 하나 이상의 처리 장치가 다음 단계들을 일으키게한다: 매니퓰레이터 형상 및 매니퓰레이터 재밍 속성을 포함하여 원하는 매니퓰레이터 속성을 결정하는 단계; 패킹 요소 구성을 결정하기 위해 상기 매니퓰레이터 재밍 속성 및 패킹 계산 모델을 사용하는 단계로서, 상기 패킹 계산 모델은 매니퓰레이터 재밍 속성 및 다른 패킹 요소 구성 사이의 관계를 정의하고, 상기 패킹 요소 구성은 다음 중 적어도 하나를 정의하는 단계: 다수의 충전 요소; 충전 요소의 형상; 충전 요소의 크기; 충전 요소의 조성; 충전 요소 표면 거칠기 및 거칠기 위치; 및 각 크기와 형상에 따른 충전 요소의 비율; 상기 로봇 매니퓰레이터를 제조하기 위해 상기 패킹 요소 구성 및 매니퓰레이터의 형상에 따라 적층 인쇄기를 제어하는 단계로서, 상기 로봇 매니퓰레이터는 다음을 포함하는 단계: 유연한 재료로 이루어지며 챔버를 형성하는 외피; 상기 외피에 부착되고 유체가 상기 챔버에 추가되거나 상기 챔버로부터 제거되도록 하는 유체 펌프에 연결되는 커넥터; 및 상기 패킹 요소 구성에 따라 상기 챔버에 배치된 충전 요소.

본 발명의 광의의 형태 및 이들의 각각의 특징은 함께 및/또는 독립적으로 사용될 수 있으며, 별도의 광의에 대한 언급은 제한하는 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 또한, 방법의 특징은 시스템 또는 장치를 사용하여 수행될 수 있고 시스템 또는 장치의 특징은 방법을 사용하여 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

이제 본 발명의 다양한 실시예 및 실시예가 도면을 참조하여 설명될 것이며, 여기서: -
도 1은 로봇 매니퓰레이터의 일 실시예에 대한 개략도;
도 2는 로봇 매니퓰레이터 제조방법의 일 실시예에 대한 공정도;
도 3은 네트워크 아키텍처의 일 실시예에 대한 개략도;
도 4는 처리 장치의 일 실시예에 대한 개략도;
도 5는 중간 통신 장비의 일 실시예에 대한 개략도;
도 6a는 로봇 매니퓰레이터의 제조 방법의 일 실시예에 대한 공정도;
도 6b는 도 6a에 나타난 방법에 따른 계산 모델 및 대응하는 입력/출력의 블록 다이어그램;
도 7a 내지 도 7c는 로봇 매니퓰레이터의 일 실시예의 개략도;
도 8은 상이한 형상 파라미터 및 종횡비를 갖는 초타원체의 일 실시예의 개략도;
도 9는 물체를 들어올리는 로봇 매니퓰레이터의 개략도;
도 10a는 인장력이 적용된 물체 및 로봇 매니퓰레이터의 개략도;
도 10b는 도 10a에서 물체에 가해지는 선형 인장력과 물체의 수직 변위를 나타내는 그래프;
도 11은 입자 형상 및 상응하는 패킹 분율을 나타내는 그래프; 및
도 12는 도 11의 패킹 a, b, c, d 및 e 점에 따른 파레토 전선을 따라 여러 지점에서의 입상형 패킹을 나타내는 그래프이다.

로봇 매니퓰레이터의 일 실시예는 이제 도 1을 참조하여 설명될 것이다.

로봇 매니퓰레이터(100)는 외피(110), 커넥터(120) 및 충전 요소(130)를 포함한다. 상기 외피 110는 유연한 재료로 만들어지고 챔버(111)를 정의한다. 상기 커넥터(120)는 상기 외피(110)에 부착되고, 유체가 상기 쳄버에 추가되거나 제거될 수 있도록 하는 펌프(미 도시)와 같은 유체 소스(fluid source) 혹은 싱크(sink)에 연결되도록 구성된다. 상기 충전 요소(130)는 패킹 요소 구성에 따라 상기 챔버(111) 내에 배치된다. 상기 로봇 매니퓰레이터(100)는 단일 실행 적층 제조 공정을 사용하여 제조된다.

작동 중일 때, 상기 로봇 매니퓰레이터는(100)는 상기 충전 요소(130)가 상기 챔버(111) 내에서 자유롭게 이동할 수 있도록 일반적으로 상기 챔버가 실질적으로 대기압인 제1 상태에 있다. 상기 로봇 매니퓰레이터(100)는 들어 올릴 물체 위에 올려지고 상기 물체를 감싸도록 변형된다. 상기 유체 펌프는 후속적으로 상기 챔버(111)로부터 유체를 제거하여 상기 로봇 매니퓰레이터(100)가 대기압보다 낮은 압력인 제2 상태로 변한다. 상기 제2 상태에서, 상기 외피(110)는 외피 밖의 대기압에 의해 상기 충전 요소(130)에 기대어 압박되고, 결과적으로 상기 충전 요소는 상기 챔버(111) 내에서 실질적으로 고정된 위치에 유지되어 매니퓰레이터 재밍 세기가 물체에 적용된다. 이것은 예를 들어 상기 물체를 들어 올리기 위해 물체를 조작할 수 있게 하고 물체와 결합할 수 있게 하며 예를 들어 이동식 로봇의 이동 중에 정적인 물체를 잡을 수 있게 한다.

상기 로봇 매니퓰레이터(100) 제조 방법의 일 실시예는 이제 도 2를 참조하여 설명될 것이다.

설명을 위해, 프로세스는 컴퓨터 시스템, 서버 등과 같은 하나 이상의 처리 시스템의 일부를 형성하는 하나 이상의 전자 처리 장치를 사용하여 적어도 부분적으로 수행되는 것으로 가정한다. 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 네트워크 아키텍처를 통해 이동 전화, 휴대용 컴퓨터, 태블릿 등과 같은 하나 이상의 클라이언트 장치에 차례로 연결된다. 설명의 편의를 위해 나머지 설명은 처리 장치라고 언급할 것이지만, 필요에 따라 장치 사이에 처리가 분산되어야 할 때는 다중 처리 장치가 사용될 수 있으며 단수에 대한 언급에는 복수 배열을 포함하고 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

200 단계에서, 상기 하나 이상의 처리 장치는 원하는 매니퓰레이터 속성을 결정한다. 상기 매니퓰레이터 속성은 매니퓰레이터 형상 및 매니퓰레이터 재밍 속성을 포함하고, 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이 다른 속성도 포함할 수 있다. 상기 속성이 결정되는 방식은 선호하는 구현에 따라 다르지만 일반적으로 상기 사용자가 속성을 지정하도록 하거나 사용법에 따라 속성을 계산하여 상기 로봇 매니퓰레이터의 의도된 응용을 기반으로 결정된다.

210 단계에서, 상기 하나 이상의 프로세싱 장치는 패킹 요소 구성을 결정하기 위해 상기 매니퓰레이터 재밍 속성 및 패킹 계산 모델을 사용한다. 상기 패킹 요소 구성은 일반적으로 다수의 충전 요소, 충전 요소 형상, 충전 요소 크기, 충전 요소 조성, 충전 요소 표면 거칠기 및/또는 각 크기 및 형상에 따른 충전 요소의 비율과 같이 상기 매니퓰레이터 내에 제공되어야 하는 입상형 물체와 같은 충전 요소의 속성을 정의한다. 상기 충전 요소 조성은 충전 요소 변형성, 밀도 및/또는 반발 계수를 더 포함할 수 있다. 상기 충전 요소 표면 거칠기는 충전 요소의 상이한 위치에서 상이한 표면 거칠기를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 입방체 형상의 충전 요소는 하나의 거친 면과 5개의 매끄러운 면을 포함하는 6개의 면을 갖는다.그러므로 상기 패킹 요소 구성은 상기 매니퓰레이터가 한 번 구성될 때 갖는 속성을 제어하고 이와 관련하여 상기 패킹 계산 모델은 매니퓰레이터 재밍 속성 및 다른 패킹 요소 구성 사이의 관계를 정의한다. 다수의 패킹 요소 구성에서 매니퓰레이터 재밍 속성을 분석하여 상기 패킹 계산 모델을 유도할 수 있다.

일 실시예에서, 이것은 예를 들어 하나 이상의 상이한 로봇 매니퓰레이터로부터 매니퓰레이터 재밍 속성을 사용하여 참조 모델을 훈련함으로써 기계 학습을 사용하여 수행된다. 모델의 특성과 수행된 훈련은 적절한 형식일 수 있으며 의사결정 트리 학습(decision tree learning), 랜덤 포레스트(random forest), 로지스틱 회귀(logistic regression), 연관 규칙 학습(association rule learning), 인공 신경망(artificial neural networks), 딥 러닝(deep learning), 귀납적 논리 프로그래밍(inductive logic programming), 서포트 벡터 머신(support vector machines), 군집화(clustering), 베이즈 네트워크(Bayesian networks), 강화 학습(reinforcement learning), 특징 학습(representation learning), 유사성 및 메트릭 학습, 유전 알고리즘, 규칙 기반 기계 학습(rule-based machine learning), 학습 분류기 시스템(learning classifier systems) 등, 이 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 방식은 알려져 있으므로 더 이상 자세히 설명하지 않는다.

일 실시예에서 여기에는 매니퓰레이터 재밍 속성을 사용하여 상기 패킹 요소 구성을 결정하기 위해 단일 모델을 훈련하는 것이 포함될 수 있지만, 이것이 필수는 아니며 다른 접근 방식을 사용할 수 있다. 머신 러닝을 사용하여 결정의 정확성및 효율성을 향상시키고 결정의 복잡성을 확장할 수 있다. 상기 실시예에서, 상기 패킹 요소 구성은 다수의 충전 요소, 충전 요소 형상, 충전 요소 크기, 및 각 크기 및 형상에 따른 충전 요소 비율을 정의할 수 있다.

따라서, 상이한 물체를 결합하기 위해 상이한 패킹 요소 구성이 바람직할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 패킹 요소 구성은 유리를 들어 올리기 위해 패킹 계산 모델을 사용하여 결정되며, 상기 매니퓰레이터는 제어된 표면 거칠기가 있는 주어진 재료를 사용하여 생성된 200개의 구형의 충전 요소 및 다른 표면 거칠기와 다른 재료를 이용한 300개의 입방체의 충전요소가 포함되도록 지정한다. 상기 패킹 요소 구성은 구형의 충전 요소의 직경이 1mm이고 입방체의 충전 요소의 크기가 1mm³임을 추가로 정의한다.

220 단계에서, 상기 하나 이상의 처리 장치는 상기 패킹 요소 구성 및 매니퓰레이터 형상에 따라 적층 인쇄기를 제어하여 상기 로봇 매니퓰레이터(100)를 제조한다. 따라서, 예를 들어 상기 로봇 매니퓰레이터는 정확한 패킹 요소 구성으로 3차원(3D) 프린터를 제어하여 제조되고, 상기 외피(110), 상기 커넥터(120) 및 충전 요소(130)를 포함하는 매니퓰레이터가 제조되도록 한다.

단일 실행 적층 제조 공정으로 제조되는 상기 로봇 매니퓰레이터는 로봇 매니퓰레이터가 미리 결정된 정확한 패킹 요소 구성을 갖도록 하여 최적의 매니퓰레이터 속성을 제공한다. 또한 상기 패킹 요소 구성은 계산 모델에 의해 결정되므로 원하는 매니퓰레이터 속성이 제조될 패킹 요소 구성으로 더 잘 변환될 수 있다. 유리하게는, 적층 제조 공정은 제조 비용 및 시간을 감소시킬 수 있다. 비용과 시간이 감소됨에 따라, 최적의 매니퓰레이터 기능이 전달될 수 있도록 상기 매니퓰레이터의 내구성을 연장하는 것은 우선시되지 않을 수 있다. 대안으로, 둥근 모서리 및/또는 약간 두꺼운 외피로 충전 요소 형상을 인쇄하여 상기 매니퓰레이터의 내구성을 확장할 수 있다. 적층 제조 공정은 또한 제조 오류를 줄이거나 품질 관리 비용을 최소화한다. 따라서, 상기 로봇 매니퓰레이터는 매니퓰레이터 전체 또는 상기 매니퓰레이터의 일부를 인쇄함으로써 용이하게 교체 또는 수리될 수 있다. 이를 통해 상기 매니퓰레이터는 의도한 응용 분야에 보다 효과적으로 설계 및 제조될 수 있고, 더욱 쉽게 제조될 수 있어 보다 광범위하게 배포될 수 있다.

이제 여러 추가 특징에 대해 설명한다.

일 예에서, 상기 매니퓰레이터 재밍 속성은 매니퓰레이터의 강성 및/또는 매니퓰레이터 재밍 세기를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 매니퓰레이터의 강성은 유체가 상기 챔버에서 제거되기 전에 상기 로봇 매니퓰레이터의 강성을 정의하고, 이는 물체와 결합하기 위해 상기 매니퓰레이터가 얼마나 변형될 수 있는 지와 관련이 있다. 예를 들어, 단단하지 않은 매니퓰레이터는 더 큰 변형을 겪을 수 있으므로 다양한 형상의 물체를 잡거나 조작할 수 있다. 상기 매니퓰레이터 재밍 세기는 매니퓰레이터에 의해 물체에 가해지는 힘을 정의하고, 따라서 사실상 유체가 상기 챔버에서 제거될 때 가해지는 힘을 정의한다. 일 실시예에서, 상기 패킹 요소 구성을 결정하기 위해 상기 패킹 계산 모델에 의해 상기 매니퓰레이터의 강성 및 상기 매니퓰레이터 재밍 세기가 사용된다. 따라서 상기 패킹 계산 모델은 다양한 패킹 구성 및 결과적인 매니퓰레이터의 강성 및/또는 재밍 세기 사이의 관계를 정의할 수 있다.

추가적으로, 상기 패킹 요소 구성은 상기 매니퓰레이터의 형상에 기초하여 결정된다. 따라서, 상이한 형상의 매니퓰레이터는 상이한 형상의 물체를 파지하여 물체를 들어올릴 수 있도록 하고 및/또는 물체 및/또는 표면이 운동을 위해 파지 되도록 하는 것과 같은 상이한 적용을 위해 사용될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 상기 방법은 매니퓰레이터의 형상을 선택하는 단계를 더 포함한다. 상기 선택은 사용자 입력 명령에 따라 수동으로 이루어지거나, 미리 정의된 다수의 형상에서 선택하는 것을 포함하거나 의도된 매니퓰레이터의 용도에 기반해 수행될 수 있다.

상기 패킹 요소 구성은 충전 요소 위치를 추가로 정의하여 매니퓰레이터의 다른 부분 내에서 다른 패킹 구성이 사용되도록 한다. 예를 들어, 이것은 매니퓰레이터가 상이한 강성 및/또는 재밍 세기를 갖는 부분을 포함하도록 할 수 있고, 이는 수행될 물체의 효과적인 그립을 가능하게 하는 데 유용할 수 있다.

상기 충전 요소 위치가 정의된 경우, 상기 제조 방법은 상기 충전 요소 위치에 따라 상기 챔버 내에 상기 충전 요소를 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 각 충전 요소는 상기 챔버에서 선호되는 위치를 가질 수 있으며, 상기 위치는 상기 충전 요소의 크기 및/또는 형상에 따라 정의될 수 있다. 상기 충전 요소가 선호되는 위치에 있는 상기 로봇 매니퓰레이터는 상기 언급된 패킹 요소 구성을 더 잘 제공할 수 있다.

상기 패킹 요소 구성은 메쉬 형상 및 위치를 추가로 정의할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제조 방법은 상기 메쉬 형상 및 위치에 따라 메쉬를 생성하도록 상기 적층 인쇄기를 제어하는 단계를 포함한다. 한 예에서 상기 메쉬는 충전 요소 사이에 위치한다. 이 예에서 상기 챔버는 하나 이상의 메쉬에 의해 여러 하위 챔버로 나뉘며 각 하위 챔버는 충전 요소의 하위 집합을 수용한다. 이것은 충전 요소가 상기 패킹 요소 구성에 따라 원하는 충전 요소 위치에 유지되도록 하여 효율성을 향상시킨다. 일 실시예에서, 상기 메쉬는 충전 요소에 의해 점유되지 않은 상기 챔버의 일부에 있을 수 있다. 이것은 또한 충전 요소가 상기 챔버의 일부에 구속되도록 하여 매니퓰레이터의 다른 부분에서 다른 매니퓰레이터 재밍 속성을 제공할 수 있다. 따라서 예를 들어 재밍 매니퓰레이터의 한 부분은 낮은 강성으로 만들어 쉽게 변형되고 쉽게 물체를 둘러쌀 수 있는 반면 다른 부분은 높은 재밍 세기를 적용하여 물체를 고정하도록 구성될 수 있다. 상기 메쉬는 또한 상기 충전 요소에 대해 다른 재료 속성을 가질 수 있으며 상기 바람직한 패킹 요소 구성을 제공하는 데 추가로 기여할 수 있다.

이것으로부터, 하나의 예에서 상기 패킹 요소 구성은 충전 요소 속성에 지나지 않을 수 있지만, 다른 예에서는 패킹 순서, 챔버 내부의 구조적 특징 등 패킹에 영향을 미치는 다른 요소와 연결되는 충전 요소 속성을 포함할 수 있음을 알 수 있다.

상기 로봇 매니퓰레이터의 제조 방법은 상기 로봇 매니퓰레이터의 상기 외피를 제조하기 위해 상기 매니퓰레이터 형상을 사용하여 외피 구성을 결정하는 단계 및 상기 외피 구성에 따라 상기 적층 인쇄기를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 외피를 제조하기 위해 상기 적층 인쇄기를 제어함으로써, 상기 방법은 상기 로봇 매니퓰레이터 전체를 단일 실행 인쇄 방식으로 제조되도록 한다. 일 실시예에서, 상기 외피 구성은 외피의 형상, 외피의 크기, 외피의 재료, 외피의 유연성, 외피 구조의 변화 및 외피 표면 특징을 정의할 수 있다. 이것은 추가로 상기 로봇 매니퓰레이터의 매니퓰레이터 속성이 그에 따라 추가로 정의되고 제조될 수 있도록 한다.

일 실시예에서, 상기 매니퓰레이터 사용 매개변수는 의도한 매니퓰레이터 용도에 기반해 결정될 수 있다. 따라서 상기 매니퓰레이터 사용 매개변수는 상기 매니퓰레이터 사용에 관한 매개변수를 정의한다. 예를 들어 물체를 들어 올릴 때 상기 매니퓰레이터 사용 매개변수는 물체의 크기, 물체의 유형, 물체의 무게, 물체의 형상 및/또는 표면 마찰 및/또는 강도와 같은 물체 표면 속성을 포함할 수 있다.

그 다음, 상기 매니퓰레이터 사용 속성은 상기 매니퓰레이터 속성을 결정하는 데 사용될 수 있으며, 이는 물체를 들어 올리는 것, 로봇 그리퍼를 작동시키는 것 등과 같은 다른 용도를 위해 다른 매니퓰레이터 속성이 구현되도록 한다. 상기 매니퓰레이터 속성은 이전에 설명된 것처럼 수동으로 정의될 수 있지만, 더 유리하게는 매니퓰레이터 사용 매개변수와 다른 매니퓰레이터 속성 사이의 관계를 정의하는 매니퓰레이터 계산 모델을 사용하여 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 이것은 앞서 설명한 상기 기계 학습 기술과 유사한 기계 학습을 사용하여 수행된다. 따라서, 이는 판정의 정확성 및 효율성을 향상시키고 또한 판정의 복잡성을 확장시킨다.

일 예에서, 상기 커넥터는 유체가 상기 챔버에 추가되거나 상기 챔버로부터 제거될 때 상기 챔버 내에 충전 요소를 유지하기 위한 필터를 포함한다. 상기 로봇 매니퓰레이터의 제조 방법은 필터를 생성하도록 상기 적층 인쇄기를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 필터는 상기 로봇 매니퓰레이터가 작동 중일 때 상기 충전 요소가 상기 챔버에 남아 있도록 한다. 상기 필터의 특성은 선호하는 구현에 따라 다르지만 여기에는 가장 작은 충전 요소보다 작은 구멍이 있는 메쉬가 포함될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 외피는 상기 커넥터 상에 적층된다. 이것은 상기 외피가 커넥터와 더 잘 결합되도록 하여 상기 로봇 매니퓰레이터의 내구성을 증가시킨다.

상기 충전 요소 형상에는 초이차곡면이 포함된다. 일 실시예에서, 상기 초이차곡면은 형상 파라미터 및/또는 종횡비와 같은 하나 이상의 파라미터에 의해 정의될 수 있다. 그러나 이것은 제한하는 것으로 의도되지 않고 다른 속성을 포함할 수 있음이 이해될 것이다.

일 실시예에서, 상기 충전 요소는 적어도 부분적으로는 Augilus30 및 Vero와 같은 광중합체 재료로 구성된다. 상기 외피 재료는 고무, 라텍스, 실리콘 및 폴리우레탄을 포함할 수 있다. 상기 필터는 적어도 부분적으로는 ABS, 폴리에틸렌 또는 기타 적절한 재료로 구성될 수 있다. 상기 메쉬는 적어도 부분적으로는 ABS, 폴리에틸렌, 폴리우레탄 또는 기타 적절한 재료로 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제조 방법은 상기 단일 실행 적층 제조 공정동안 지지 재료를 제공하는 단계, 및 상기 지지 재료를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 지지 재료는 상기 지지 재료를 용해하고, 캐비티를 용매로 세척하고/하거나 상기 지지 재료를 분사하여 제거될 수 있다. 상기 지지 재료는 외피의 유연성이 제한될 때 상기 챔버 내부에서 상기 충전 요소가 제조될 수 있도록 한다. 상기 지지 재료는 또한 성형으로 제조될 수 없는 복잡한 3차원 형상과 같이 고도의 복잡성을 갖는 상기 로봇 매니퓰레이터가 제조될 수 있도록 한다.

이제 로봇 매니퓰레이터 제조용 시스템의 예가 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.

이 예에서, 하나 이상의 처리 장치(310)가 제공되고, 인터넷 및/또는 다수의 LAN(Local Area Network)과 같은 하나 이상의 통신 네트워크(340)를 통해 하나 이상의 적층 인쇄기(320)와 연결된다. 전술한 바와 같이, 다수의 적층 인쇄기(320)가 제공되고, 이들은 상기 통신 네트워크(340)를 통해 선택적으로 상기 처리 장치(310)에 직접 연결된다. 상기 클라이언트 장치(330)는 상기 처리 장치(310) 및/또는 인쇄기(320)와 연결되고 이들을 제어한다.

임의의 수의 처리 장치(310), 적층 인쇄기(320) 및 클라이언트 장치(330)가 제공될 수 있고, 현재 표현은 단지 예시를 위한 것이다. 상기 네트워크(340)의 구성은 또한 예시를 위한 것이고, 실제로 처리 장치(310), 적층 인쇄기(320) 및 클라이언트 장치(330)는 유선 또는 무선 연결과 같은 적절한 메커니즘을 통해 통신할 수 있고, 이는 블루투스 등과 같은 직접 또는 지점간 연결뿐만 아니라 모바일 네트워크, 802.11 네트워크, 인터넷, LAN, WAN 등과 같은 사설 네트워크 역시 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.

이 예에서, 상기 처리 장치(310)는 상기 패킹 요소 구성을 결정하고 상기 적층 인쇄기(320)를 제어하도록 구성되어 로봇 매니퓰레이터가 인쇄되도록 한다. 상기 처리 장치(310)가 단일 개체로 도시되어 있지만, 이들은 예를 들어 클라우드 기반 환경의 일부로서 지리적으로 분리된 다수의 위치에 걸쳐 분산된 다수의 처리 장치를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 전술한 배열은 필수적이지 않고 다른 적절한 구성이 사용될 수 있다.

적절한 처리 장치(310)의 예가 도 4에 도시되어 있다. 이 예에서, 상기 처리 장치(310)는 적어도 하나의 마이크로프로세서(400), 메모리(401), 키보드 및/또는 디스플레이와 같은 선택적 입/출력 장치(402), 및 도시된 바와 같이 버스(404)를 통해 상호 접속된 외부 인터페이스(403)를 포함한다. 이 예에서 상기 외부 인터페이스(403)는 상기 통신 네트워크(340), 데이터베이스(411), 다른 저장 장치 등과 같은 주변 장치에 상기 처리 장치(310)를 연결하기 위해 사용될 수 있다. 하나의 외부 인터페이스(403)가 도시되어 있지만 이는 예시일 뿐이며, 실제로는 다양한 방식(예: 이더넷, 직렬, USB, 무선 등)을 사용하는 다중 인터페이스가 제공될 수 있다.

사용시, 상기 마이크로프로세서(400)는 상기 메모리(401)에 저장된 애플리케이션 소프트웨어 형태의 명령을 실행하여 필요한 프로세스가 수행되도록 한다. 상기 애플리케이션 소프트웨어는 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 포함할 수 있고, 운영 체제 환경 등과 같은 적절한 실행 환경에서 실행될 수 있다.

따라서, 상기 프로세싱 시스템(400)은 적절하게 프로그래밍된 PC, 웹 서버, 네트워크 서버 등과 같은 임의의 적절한 프로세싱 시스템으로부터 형성될 수 있다는 것은 이해될 것이다. 하나의 특정 예에서, 상기 프로세싱 시스템(400)은 비휘발성(예를 들어, 하드 디스크) 스토리지에 저장된 소프트웨어 애플리케이션을 실행하는 인텔 아키텍처 기반 프로세싱 시스템과 같은 표준 프로세싱 시스템이지만, 이것이 필수적인 것은 아니다. 그러나 상기 처리 장치는 마이크로프로세서, 마이크로칩 프로세서, 논리 게이트 구성, FPGA(Field Programmable Gate Array)와 같은 논리 구현과 선택적으로 연관되는 펌웨어와 같은 임의의 전자 처리 장치 또는 기타 전자 장치, 시스템 또는 그들의 배치일 수 있는 것 또한 이해될 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 일 예에서, 상기 클라이언트 장치(330)는 적어도 하나의 마이크로프로세서(500), 메모리(501), 키보드 및/또는 디스플레이와 같은 입/출력 장치(502), 그림과 같이 버스(504)를 통해 상호 연결된 외부 인터페이스(503)를 포함한다. 이 예에서 상기 외부 인터페이스(503)는 상기 클라이언트 장치(330)를 상기 통신 네트워크(340), 데이터베이스, 다른 저장 장치 등과 같은 주변 장치에 연결하기 위해 사용될 수 있다. 하나의 외부 인터페이스(503)가 도시되어 있지만, 이는 예시일 뿐이며, 실제로는 다양한 방식(예를 들어, 이더넷, 직렬, USB, 무선 등)을 사용하는 다중 인터페이스가 제공될 수 있다.

사용시에, 상기 마이크로프로세서(500)는 상기 메모리(501)에 저장된 애플리케이션 소프트웨어의 형태로 명령을 실행하고, 상기 처리 장치(310) 및/또는 적층 인쇄기(320) 중 하나와 통신을 허용한다.

따라서, 상기 클라이언트 장치(330)는 임의의 적절하게 프로그래밍된 처리 시스템으로부터 형성되고 적절하게 프로그래밍된 PC, 인터넷 단말, 노트북 또는 핸드헬드 PC, 태블릿, 스마트폰 등을 포함할 수 있다는 것은 이해될 것이다. 그러나, 상기 크라이언트 장치(330)는 마이크로프로세서, 마이크로칩 프로세서, 논리 게이트 구성, FPGA(Field Programmable Gate Array)와 같은 논리 구현과 선택적으로 연관되는 펌웨어와 같은 임의의 전자 처리 장치 또는 기타 전자 장치, 시스템 또는 그들의 배치일 수 있는 것 또한 이해될 것이다.

이제 로봇 매니퓰레이터 제조 공정의 예가 더 자세히 설명된다. 이러한 예의 목적을 위해 하나 이상의 개별 처리 장치(310)는 매니퓰레이터 속성을 수신하고, 패킹 요소 구성을 결정하도록 구성된 서버인 것으로 가정한다. 상기 서버(310)는 일반적으로 상기 메모리(401)에 애플리케이션 소프트웨어로 저장된 명령 및/또는 상기 I/O 장치(402)를 통해 사용자로부터 수신된 입력 명령에 따라 상기 프로세서(400)에 의해 수행되는 상기 서버(310), 상기 서버(310)에 의해 수행되는 관련 동작이 수행되도록 하는 처리 장치 소프트웨어를 실행한다. 또한 상기 클라이언트 장치(330)에 의해 수행되는 동작은 상기 메모리(501)에 애플리케이션 소프트웨어로 저장된 명령 및/또는 상기 I/O 장치(502)를 통해 사용자로부터 수신된 입력 명령에 따라 상기 프로세서(500)에 의해 수행되는 동안에, 상기 적층 인쇄기(320)에 의해 수행되는 동작은 상기 메모리(401)에 애플리케이션 소프트웨어로 저장된 명령 및/또는 사용자로부터 수신된 입력 명령에 따라 상기 프로세서(400)에 의해 수행되는 것으로 가정된다.

그러나, 이하의 실시예의 목적을 위해 가정된 상술한 구성이 필수적인 것은 아니며, 수많은 다른 구성이 사용될 수 있음은 이해될 것이다. 상이한 프로세싱 시스템들 사이의 기능의 분할은 특정 구현에 따라 변할 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다.

이제 로봇 매니퓰레이터의 제조 방법이 도 6a를 참조하여 설명될 것이다.

600 단계에서 상기 매니퓰레이터는 용도가 식별된다. 상기 매니퓰레이터 용도는 물건을 들어 올리거나, 움직이거나, 쥐어짜는 것으로 식별될 수 있다. 그 다음은 매니퓰레이터 사용 매개변수는 상기 매니퓰레이터 용도에 기반하여 610 단계에서 정의된다. 물체를 들어 올리는 예에서, 상기 사용 매개변수는 들어 올릴 상기 물체의 크기, 유형, 무게, 형상 및/또는 표면 속성을 포함할 수 있다. 운동의 다른 예에서, 상기 사용 파라미터는 거칠기 및/또는 동작할 상기 표면의 습한 정도/건조한 정도와 같은 조건을 포함할 수 있다.

620단계에서, 상기 사용 매개변수는 630 단계에서 매니퓰레이터 속성을 생성하는 매니퓰레이터 계산 모델에 적용된다. 매니퓰레이터 속성은 매니퓰레이터 형상 및 강성, 재밍 세기 등과 같은 매니퓰레이터 재밍 속성을 포함한다. 단일 모델이 설명되어 있지만 이것은 필수가 아니며 예를 들어 상기 매니퓰레이터 형상 및 재밍 속성 각각을 생성하기 위해 다른 모델이 사용될 수 있다.

640 단계에서, 외피 구성은 상기 그리퍼의 형상에 기초하여 결정된다. 추가적으로, 650 단계에서, 커넥터 및/또는 필터 요건은 상기 매니퓰레이터 형상에 기초하여 결정된다. 상기 매니퓰레이터 재밍 속성 및 선택적으로 상기 매니퓰레이터 형상은 660 단계에서 패킹 계산 모델에 적용된다. 상기 패킹 계산 모델은 670 단계에서 상기 로봇 매니퓰레이터의 패킹 구성을 생성한다. 상기 패킹 구성, 상기 외피 구성, 커넥터 및/또는 필터 요구사항에 따라, 3D 프린터에 대한 인쇄 지침 세트가 680 단계에서 생성된다. 그런 다음, 690 단계에서 상기 인쇄 지침 세트가 상기 로봇 매니퓰레이터를 인쇄하는 상기 3D 프린터로 전송된다.

상기 로봇 매니퓰레이터를 인쇄하는 동안 상기 3D 프린터는 상기 매니퓰레이터 구조를 지지하기 위한 지지 재료를 인쇄할 수 있다. 상기 지지 재료는 상기 충전 요소를 지지하기 위해 상기 챔버에 인쇄되거나 상기 외피를 지지하기 위해 상기 매니퓰레이터 외부에 인쇄될 수 있다. 상기 3D 프린터가 상기 로봇 매니퓰레이터 인쇄를 완료한 후 상기 지지 재료는 제거된다. 지지 재료의 종류에 따라 상기 지지 재료는 가열된 용매로 상기 매니퓰레이터를 세척하는 방법, 용매로 상기 챔버를 세척 하는 방법 및/또는 가압 유체로 상기 매니퓰레이터에 분사하는 방법을 통해 제거될 수 있다.

상기 제조 방법을 도 6b를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

대응하는 610 단계에서, 매니퓰레이터 사용 매개변수가 정의되고 620 단계에서 상기 매니퓰레이터 계산 모델에 입력된다. 상기 매니퓰레이터 계산 모델은 매니퓰레이터 형상 및 매니퓰레이터 재밍 속성을 포함하는 매니퓰레이터 속성을 출력한다. 상기 매니퓰레이터 형상은 외피 결정 알고리즘 또는 외피 계산 모델에 입력되어 640 단계에서 외피 구성을 출력한다. 상기 매니퓰레이터 재밍 속성은 660 단계에서 패킹 계산 모델에 입력되고 상기 패킹 계산 모델은 패킹 요소 구성을 670 단계에서 생성한다. 상기 매니퓰레이터 형상은 패킹 요소 구성을 생성하기 위해 상기 패킹 계산 모델에 선택적으로 제공될 수 있다.

로봇 매니퓰레이터의 일 실시예가 도 7a 내지 도 7c에 도시되어 있다.

도 7a 내지 도 7c는 다중 재료 3D 프린터에서 단일 실행으로 정밀하게 제작될 수 있는 입자 형상의 고정밀 모델링 및 진화적 최적화(evolutionary optimisation)를 기반으로 하는 소프트 로봇 매니퓰레이터의 일 실시예를 나타낸다.

로봇 매니퓰레이터(700)는 외피(710), 커넥터(720) 및 충전 요소(730)를 포함한다. 상기 외피(710)는 유연한 재료로 만들어지고 챔버를 정의한다. 상기 커넥터(720)는 상기 외피(710)에 부착되고 유체가 상기 챔버에 추가되거나 상기 챔버로부터 제거될 수 있도록 하는 유체 펌프(미도시)에 연결되도록 구성된다. 상기 충전 요소(730)는 패킹 요소 구성에 따라 상기 챔버에 배치된다. 상기 로봇 그리퍼(700)는 단일 실행 적층 제조 공정을 사용하여 제조된다. 상기 커넥터(720)는 작동 중일 때 상기 챔버 내에 상기 충전 요소(730)를 유지하기 위한 필터(721)를 더 포함한다.

상기 매니퓰레이터(700)는 고체와 같은 강성과 유체와 같은 가소성 사이에서 가역적으로 전환할 수 있도록 하는 입상형 재료(730)의 상기 재밍을 기반으로 한다. 실제로 외피(710)는 경질 플라스틱으로 된 수많은 재료 입자들(730)을 수용하는 부드러운 고무 재료이다. 상기 입자(730)는 인쇄된 필터(721)에 의해 챔버에 구속되며, 인쇄된 스레드를 통해 커넥터(720)의 베이스 플레이트에 나사로 고정된다. 상기 베이스 플레이트는 실리콘 튜브를 통해 진공 펌프에 연결된다.

재밍은 진공 펌프를 활성화하고 상기 챔버에서 공기를 제거하여 이루어지며, 이는 상기 그리퍼를 단단하게 만든다. 재밍되지 않은 상태에서 물체를 누르면 상기 매니퓰레이터는 물체를 따라 변형된다. 후속 재밍은 상기 매니퓰레이터가 상기 물체를 잡도록 하고, 특히 물체에 대한 그립을 유지하기 위해 상기 외피 표면과 물체 사이의 마찰에 의존한다. 동일한 매니퓰레이터가 복잡한 제어 순서를 계산할 필요 없이 다양한 물체에 작동 가능하다는 이점이 있고, 예를 들어 유용한 잡기 패턴에 손가락을 개별적으로 배치할 필요가 없다.

한 가지 예에서 다중 목표 진화 알고리즘(multi-objective evolutionary algorithms)은 입자 형상, 입자 강성, 입자 표면 거칠기 및 그리퍼 형상의 공간을 탐색하고 성능을 분류하는 데 사용된다. 그런 다음 상기 매니퓰레이터의 선호하는 속성에 따라 주어진 매니퓰레이터에 대해 최상의 입자 형상, 입자 강성, 입자 표면 거칠기 및 그리퍼 형상이 선택되고 인쇄된다. 아래에서 상기 진화 알고리즘(evolutionary algorithm)에 대해 더 자세히 설명한다.

이를 통해 필터, 소프트 구획 및 모든 입자들을 포함한 상기 전체 매니퓰레이터의 단일 실행 제작이 가능하다. 상기 매니퓰레이터는 Connex Multimaterial 3D 프린터에서 단일 인쇄 실행으로 인쇄된다. 입자는 상기 매니퓰레이터 내부에서 인쇄되며 인쇄하는 동안 용해성 지지 재료를 통해 인접한 입자에 부착된다. 그런 다음 상기 지지부가 사용 후에 상기 매니퓰레이터에서 세척되어 나오고 상기 구획 내부에 상기 입자를 남긴다. 이를 통해 수천 개의 입자들을 수동으로 처리해야 하는 요구 사항을 제거하고 상기 전체 제조 프로세스를 처음부터 끝까지 자동화할 수 있다. 이것은 또한 사람의 부담을 대부분 제거하면서 다른 디자인의 신속한 프로토타이핑을 허용한다.

이를 통해 패킹 요소를 정밀하게 배치하고 자동 패턴화 할 수 있다. 소프트웨어 스크립트는 상기 구획 내부의 모든 해상도(인쇄 해상도에 따라 다름)에서 원하는 입자 모양을 패턴화 하도록 개발될 수 있다. 상기 구획 형상을 변경하면 매니퓰레이터뿐만 아니라 '발', 피부 등도 인쇄할 수 있다. 상기 구획 내부의 개별 입자의 상기 위치를 완전히 지정할 수 있으므로 형상을 순차적으로 변경하여 상기 매니퓰레이터 내부에 이분산(bi-disperse) 충전 요소(두 가지 입자 형상)가 인쇄될 수 있고 상기 충전 요소의 형상 1과 형상 2의 완전히 동일한 비율을 보장한다. 제조되는 동안에 이 정도 수준의 제어가 이전에는 없었다.

또한, 상기 매니퓰레이터는 다양한 형상, 크기, 성능/기능 및/또는 충격 흡수 외피를 포함할 수 있다. 맞춤형 재밍 부품의 기능적 디자인을 사용하는 상기 소프트 로봇 몸체는 변형 및 형태 적응을 포함하여 가능한 전신 동작을 달성할 수도 있다. 게다가 이것은 다리가 있는 로봇을 위한 소프트 '발'을 제조하는 데 사용될 수 있으므로 거친 지형을 더 잘 통과할 수 있다. 또한, 로봇이 정확하게 배치된 입자 혼합물로 정밀하게 제작될 수 있으므로 단일 실행 제조 공정은 상기 벌크 재밍 동작에 대한 기본적인 실험을 가능하게 한다.

최적화된 입상형 재료로 채워진 맞춤형 그리퍼 설계에서 진화 알고리즘의 예가 이제 자세히 설명된다.

모래, 토양, 곡물 및 분말과 같은 입상 재료는 자연 및 인공 시스템 모두에서 편재한다. 광업 및 식품 생산에서 제약 및 건설에 이르기까지 많은 산업 시스템의 핵심이다. 입상 매체는 저밀도에서 액체처럼 흐르고 고밀도에서 고체 상태로 고정되는 능력을 포함하여 고유한 특성을 나타낸다. 입상 재료는 단열, 에너지 흡수, 여과 또는 진동 감쇠 특성이 다양하게 활용되는 여러 산업 시스템에서 기능적으로 사용된다. 최근 부상하는 산업 응용 방법은 많은 산업 분야에 잠재적으로 광범위한 영향을 미칠 수 있는 범용 그리퍼 또는 소프트 로봇 장치와 같은 기능적 재밍 시스템을 생성하기 위해 입상 물질의 재밍 전환(고체에서 액체로의 전환)을 활용하는 것이다. 개별 입자 형태와 벌크 상태의 행동 사이의 복잡한 관계로 인해 맞춤형 기능을 이끌어내기 위해 입상 시스템의 미시적 특성을 제어하는 것은 어려움을 겪고 있다.

범용성에도 불구하고, 입상 재료는 지금까지 구성 입자, 특히 개별 입자 모양의 특성을 기반으로 벌크 특성을 정확하게 예측할 수 있는 이론적 모델을 생성하려는 시도에 크게 저항했다. 상기 준비 방법의 세부 사항과 상기 개별 입자 속성의 작은 편차는 상기 재료의 벌크 속성의 큰 변화로 이어질 수 있으며, 이는 패킹 비율(입자로 채워진 공간의 비율), 접촉 수, 공간과 방향 정렬(입자 정렬), 분리 및 벌크 재료 강도의 분명한 변화를 포함한다.

상기 구성 입자의 속성과 시스템의 상기 새로운 벌크 행동 사이의 복잡한 관계 및 사용 가능한 모델의 부재로 인해 개별 입자 형태 및 상호 작용 속성의 명시적인 제어에 기반한 목적에 맞는 입상 재료의 사전 설계에서 거의 진전이 없었다. 그러나 최근 적층 제조의 발전은 다양한 상호 작용 특성을 가진 광범위한 재료를 사용하여 정확하게 지정되고 충실하게 재현된 대량의 입자 형태를 쉽게 생성 및 테스트할 수 있는 기능을 보이고, 최적의 응용 분야 특이적 수행에 맞춰진 맞춤형 입상 재료의 계산 설계 및 물리적 검증에 새로운 길을 열었다.

이러한 응용 분야는 입상 구조의 재밍이 로봇의 몸체 구조를 유동성에서 강성으로 전환할 수 있는 로봇 공학을 포함하며, 충격 흡수, 이동, 그립, 변형 및 좁은 공간으로의 압착에 유용하다. 산업 공정은 입상 재료의 맞춤형 혼합물이 예를 들어 분말층 적층 제조 공정의 효율성과 결과적인 품질을 높일 수 있는 또 다른 목표 영역이다.

진화 알고리즘은 이전에 구성 입상 재료 속성, 상기 그리퍼 피부 속성 및 상기 부착된 펌프의 유속 사이의 로봇 그리퍼에 대한 복잡한 관계를 설명하는 것과 같은 다중 모드(multi-modal), 비선형 검색 공간(nonlinear search spaces) 탐색에 이상적인 선택인 것으로 나타났다. 상기 입상 재료 속성은 크기 분포, 입자 형태 및 입자 강성을 포함한다. 상기 그리퍼 피부 속성은 표면의 피부 재료, 형상, 두께 및 패턴을 포함한다. 여기에서는 다음 요소가 고려되어야 한다. (i) 포함하는 입상 재료 주변의 비선형 힘 필드로 표현되는 로봇 그리퍼 피부. 이것은 또한 예를 들어 메쉬 구조, 입자 집합으로 다양하게 표현될 수 있다. (ii) 상기 그리퍼가 3D 인쇄를 통해 물리적으로 예시가 보장되는 다양한 입자 형상을 가질 수 있도록 하는 매개변수화된 초타원체를 기반으로 하는 입상 재료. 상기 입자는 완전히 임의의 모양을 나타내는 단일 입상 입자를 나타내는 다중 SQ를 포함하여 더욱 복잡한 수학적 함수로 나타낼 수 있다. (iii) 함께 최적화될 수 있는 여러 개의 서로 다른 입자 형상, 표면 속성, 크기 또는 강성으로 벌크가 구성되는 다성분 입상 재료.

계산 실험의 결과는 입자 형상의 복잡한 설계 공간을 검색할 때 달성되는 그리퍼 속성의 효율적인 특징화를 보여주므로 상기 설명한 제조 방법의 유용성을 확인할 수 있다.

재밍 시스템은 고정되는 재료의 기하학적 특성에 따라 라미나(층) 또는 입상으로 분류할 수 있다. 층류 시스템은 여러 개의 얇은 재료 층으로 구성되며, 입상 시스템은 입자들의 집합체로 구성된다. 실제 적용을 위해 두 가지 유형의 재밍 시스템이 모두 멤브레인에 들어 있다. 각각의 재밍은 멤브레인에서 공기를 빼내어 입자 또는 층류 시트의 집합이 고정되는 진공을 생성하여 이루어진다. 공기를 빼면 경화가 발생한다. 진공을 해제하면 고정된 입자가 순응 상태로 돌아간다.

층류 재밍과 입상 재밍 모두 다양한 응용 분야에서 유망한 메커니즘이며, 아마도 소프트 로봇에서 가장 유망할 것이다. 관심 있는 독자를 위해 리뷰가 제공된다. 층류 재밍(Laminar jamming)은 대상 물체 주위에서 자연적으로 변형되는 유연하고 인간에게 안전한 범용 그리퍼를 생산하고 로봇 몸체 구조의 동적 반응을 조정하는 방법으로 활용되었다. 층류 재밍은 조정 가능한 제동 메커니즘 예를 들어 소형 UAV의 랜딩 기어로 채택되어 착륙 속도에 따라 랜딩 기어의 물리적 특성을 실시간으로 조정할 수 있다. 최근 연구에서는 제동 메커니즘으로 층류 재밍을 사용하는 방법을 보여준다.

입상 재밍(Granular jamming)은 부드러운 다리가 있는 로봇과 범용(물체에 구애받지 않는) 그리퍼를 비롯한 다양한 로봇 구조를 만드는 데 사용되어 왔으며, 상기 대상 물체는 입상 재료를 포함하는 풍선과 같은 구조에 인입된다. 순응적인 상태에서 상기 풍선은 개체 주위에서 변형된다. 후속 재밍은 그리퍼의 경화를 통해 그립을 유발한다. 예로는 수동 그리퍼, 양압 그리퍼를 포함한다. 입상 재밍 소프트 연속체 액츄에이터를 통해 조작도 가능하다. 제어 가능한 순응도로 인해 재밍은 로봇 내시경 및 카테터와 같은 의료 응용 분야 및 보철물에서 특히 성공적이다.

성공적인 응용의 급증하는 기록에도 불구하고 특정 목적을 위한 구성 입자의 최적화(형상, 재료 및 혼합물 측면에서)를 둘러싼 보다 근본적인 문제 중 많은 부분이 제대로 이해되지 않고 있다. 이는 전체 재밍 메커니즘의 특성에 대한 주어진 입자 구성의 영향을 모델링하는 데 어려움이 있는 것으로 입증된 바와 같이 입상 재밍에 특히 해당된다. 이것은 우리가 상기 입자 자체의 속성을 조정하는 데 집중하도록 동기를 부여하여 산업 응용을 위한 고성능 재밍 시스템 설계에 새로운 차원을 열었다.

입상 시스템에 대한 설계 규칙을 얻기가 매우 어렵기 때문에 진화는 이전에 입자 형상을 변경하고 맞춤형 재밍 또는 '설계에 의한 재밍' 가능성을 조사하는 블록 상자 최적화를 위한 기계(block box optimiser)로 사용되었다. 진화 알고리즘(Evolutionary Algorithms, EA)은 문제의 기본 구조에 대해 거의 가정을 하지 않고 복잡한 다중 모드 최적화 환경(multi-modal optimisation landscapes)을 잘 처리하기 때문에 진화는 이 작업에 쉽게 적용할 수 있다. Jaegeret al.는 중첩된 구 세트를 함께 결합하여 형성된 입자의 디자인을 조사하기 위해 진화적 기술을 적용했다. 이것은 3D 프린팅을 사용하여 얻은 시뮬레이션된 입자 형태의 물리적 실현과 함께, 중첩되는 소수의 유한한 구체로 정의할 수 있는 형상 세트 내에서 최적의 패킹 밀도를 찾고, 표준 측정을 기반으로 최적의 재료 강도를 결정하는 이 접근 방식의 능력을 보여준다.

다음 접근 방식에서 상기 입자 모양은 초타원체로 정의된다. 이것은 중첩 구로 구성된 입자 시스템과 비교할 때 시뮬레이션에 대해 훨씬 더 복잡한 접촉 상호 작용 요구 사항을 생성하지만, 입자의 곡면이 중첩 구의 세트를 사용할 때 얻어지는 거칠고 볼록하지 않은 표면에 반대되도록 정확히 지정된다. 초타원체를 사용하면 이상적인 검색 공간을 생성하는 매끄럽게 변화하는 매개변수화된 공식을 통해 얻을 수 있는 매우 다양한 기하학과 함께 광범위한 입자 종횡비 및 표면 곡률을 고려하는 것도 가능하다. 그런 다음 얻은 최적의 형태는 쉽게 3D로 인쇄할 수 있고(오버행 없음, 지지 재료 제거 용이) 파손 가능성이 적다. 이는 로봇 그리퍼를 만드는 데 유용하다.

현재 구현 예에서 입자 형상은 다음 방정식으로 정의된 초타원체로 표현된다.

, (1)

여기서: m은 형상 매개변수이고 a, b 및 c는 입자의 반장축 길이이다(도 8 참조).

m 값이 클수록 입방체 형상을 더욱 생성하는 반면, m = 2의 경우 타원체에 대한 일반 공식을 복구한다. 이는 광범위한 입자 형상을 조사할 수 있는 능력을 주고 다양한 표면 곡률과 종횡비를 통해 매끄럽게 전환하여 적합성 환경(fitness landscape)을 보다 쉽게 횡단할 수 있다. 도 8은 형상 매개변수가 m이고 종횡비가 α인 초타원체의 예를 포함한다 (장축 길이 a = 1, b = 1 및 c = α).

다음의 경우 입자를 시뮬레이션하기 위해 이산 요소 방법(Discrete Element Method, DEM)이 사용된다. 두 접촉 입자 사이의 수직항력은 다음과 같이 주어진다:

, (2)

여기서 은 입자의 강성을 결정하는 스프링 상수, 는 입자의 선형 중첩, 는 상대 수직 속도, 는 반발 계수와 관련된 상수이다.

접선력은 다음과 같이 주어진다:

, (3)

여기서 힘 벡터 및 속도 는 접촉점에서 표면에 접하는 평면에서 정의되고 합산은 접촉 기간 동안 수행된다.

총 접선력, , 은 최대 쿨롱 마찰 에 의해 제한되며, 이 지점에서 표면 접촉이 전단되고 입자가 서로 미끄러지기 시작한다.

재밍 패킹을 생성하기 위해 입자 세트는 처음에 치수가 0.1m x 0.1m x 0.8m인 시뮬레이션된 상자의 경계에서 임의의 위치와 임의의 방향으로 배치된다. 상기 시스템은 x 및 y 방향(중력 방향에 수직)으로 주기적인 경계 조건을 갖는다. 입자는 입자가 정지 상태에 도달하면 시뮬레이션이 종료되면서 중력에 의해 패킹된 상태로 정착된다.

한 예에서 고려되는 적합성 측정은 특정 물체의 형상에 대한 그리퍼의 그립 강도이다. 그리퍼의 피부는 여기에서 충전 요소를 둘러싸는 역장(force field)으로 표현되지만 예를 들어 정적/동적 메쉬 구조, 결합된 유한 요소 방법 모델, 결합된 부드러운 유체 역학 모델 또는 연결된 입자의 집합에 기반한 수학적 모델을 사용해 시뮬레이션 될 수 있다. 이 기술을 사용하여 여러 적합성 측정은 동시에 최적화될 수 있다. 예를 들어, 느슨하게 포장된 그리퍼의 충격 흡수와 완전히 고정됐을 때의 그립 강도가 이에 해당한다. 다른 예에서, 시스템에 대한 두 가지 적합성 측정이 고려된다. 첫 번째는 입자가 차지하는 총 부피의 비율인 패킹 비율 이다. 경계의 영향을 제거하기 위해 패킹의 중앙 영역에서 결정되어 시스템의 상위 및 하위 사분위수를 제거한다. 평가되는 두 번째 적합도 함수는 입자 S의 기본 축 정렬이다. 이는 입자 기본 축이 서로 정렬되는 정도를 측정하고 계산된다. 상기 패킹 비율(또는 패킹 밀도)은 산업 응용 분야에서 입상 재료의 성능을 결정하는 데 매우 중요하며, 고밀도는 고강도 콘크리트, 세라믹을 비롯한 고강도 재료를 생성하는 데 중요하며, 예를 들어 충격 흡수 및 진동 감소를 포함하여 높은 에너지 소산이 필요한 응용 분야와 같은 기타 상황에서는 바람직하지 않다. 방향 정렬은 또한 입상 재료의 속성에 큰 영향을 줄 수 있으며 여기에서 고려하고 있는 단일 축을 따른 방향 정렬은 다양한 축을 따라 재료의 활용 가능한 이방성 응답을 생성하는 데 사용될 수 있다. 상기 적합성 측정은 다음 섹션에서 설명하는 바와 같이 진화 알고리즘에 대한 입력으로 사용된다.

초타원체의 이분산 시스템과 두 개의 진화 목표가 고려된다: 최대 패킹 밀도 및 기본 축 방향 정렬 S. 상기 시스템은 2개의 고유한 형상을 가진 동일한 부피 입자의 50:50 혼합물을 포함하는 9232개의 입자로 구성된다. 각 개인은 초타원체 공식을 기반으로 사용되는 입자의 기하학을 정의하는 4개의 연속 변수 벡터로 표시되며, 각 매개변수의 경계는 표 I에 주어진다. 각 입자의 각도를 제어하는 형상 계수는 범위가 m = 2:0 ~ m = 6:0이고, 완벽한 구형에서 둥근 모서리가 있는 고도의 입방체 형상까지 모든 범위의 형상을 제공한다. 종횡비는 0:4에서 1:0까지 다양하여 등축 입자에서 고도로 편평한 입자까지 다양한 모양을 제공한다. 또한, 초타원체의 다중 구성 요소 시스템과 최대 그립 강도의 진화 목표가 고려된다. 상기 시스템은 2개의 다른 형상을 가진 동일한 부피의 입자가 혼합된 N개의 입자로 구성된다. 각 개인은 사용되는 입자의 기하학을 정의하는 연속 변수 X의 벡터로 표시된다. 예를 들어 동일한 부피 초타원체의 이분산 시스템의 경우 각 구성원은 벡터로 설명된다. 입자 픽업의 시뮬레이션은 도 9에 나타난다. 선형적으로 증가하는 잡아당기는 힘이 파지된 물체에 가해질 때 그립 강도 평가를 통한 특정 그리퍼의 성능 평가는 도 10a 및 도 10b에 나타난다.

매개변수	하한	상한
	2.0	6.0
	0.4	1.0
	2.0	6.0
	0.4	1.0

표 I: 진화 매개변수의 경계

계산 알고리즘은, 예를 들어 NSGAII와 같은 다중 목표 진화 알고리즘(multi-objective evolutionary algorithm), 초타원체 입자의 매개변수화를 변경하여 발견할 수 있는 성능 특성의 기능적 절충의 공간을 탐색한다. 한 예에서, 상기 프로세스는 N=30 개인의 초기 모집단 생성으로 시작하며, 각 매개변수는 해당 범위 내에서 무작위로 균일하게 예들이 설정된다. 각각은 평가되고 적합성 측정은 기록된다. 100세대 각각에 대해 30명의 자녀가 생성되고 평가되며 다음 세대의 자리를 놓고 해당 부모와 경쟁한다. 다른 예에서, 프로세스는 N개 개체의 초기 모집단을 생성하는 것으로 시작하며, 각 개체는 매개변수화된 두 개의 입상 형상의 동일한 혼합물을 나타낸다. 각각이 평가되고 성과 지표(목표 당 하나의 적합성 값)가 기록된다. 각 세대에서 개체군으로부터 일련의 자손 개체가 생성된다. 자손은 테스트를 거쳐 목표 당 하나의 적합성 점수가 할당된다.

차분 진화(Differential Evolution)의 교차 및 돌연변이 연산자를 사용하는 NSGA-II의 변형인 다중 목표 NSDE가 사용된다. NSDE는 실제 값 검색 공간을 순회하는 효율성 때문에 선택된다. NSDE는 초타원체 입자의 매개변수화를 변경하여 발견할 수 있는 기능적 절충안의 공간을 탐색한다.

각 세대에서 적합성 평가 후 테스트를 위해 새로운 개체 집합이 생성된다. 각 부모 는 의 일부 요소를 대체하기 위해 다음과 같이 주어진 기증자 벡터 d의 요소를 확률적으로 선택하여 자식 를 만드는데,

, (4)

여기서 , 및 은 모집단에서 무작위로 선택된 고유한 개체이다. 매개변수 검색 후 선택되는 주요 DE 매개변수는 차등 가중치 및 교차율 이다.

각 벡터 인덱스 에 대해 만약 또는 이면, 이고, 그렇지 않으면 이다. 는 난수 [0,1]이고 은 와 같은 난수 벡터 인덱스이다. 모든 부모가 자식을 생성하면 각 자식이 평가되고 모델링될 때 입자 형상의 성능을 기반으로 목표당 하나의 적합도 값이 할당된다.

그런 다음 개체 수는 다수의 전선으로 분류된다. non-dominated(다른 모든 개체보다 적어도 하나의 목표가 더 나은)인 모든 개체는 첫 번째 전선에 추가된다. 이 과정은 에 없는 모든 개인에 대해 반복되며에 추가된다. 이것은 모든 구성원이 전선에 속할 때까지 계속된다.

그런 다음 개체군은 각 목표 에 대한 적합성 순위가 지정된다. 각 개체는 해당 목표에 대해 관찰된 적합성 범위에서 정규화된 인접 이웃의 적합성 간의 차이로서 대비 밀집 거리 가 할당된다. 각 전선의 처음과 마지막 개체는 이다. 전선 은 전선의 모든 개체의 를 합산하여 순위가 매겨지며, 가장 낮은 순위의 개체부터 가장 높은 순위의 개체까지 차례로 내림차순으로 개체를 추가하여 초기 개체군의 크기가 N인 새로운 개체군이 재 생성된다. 생성은 위에서 설명한 단계로 구성된다. 상기 단계는 만족스러운 수준의 성능 또는 일부 계산 예산(computational budget)에 도달할 때까지 G번 반복된다.

이 예에서 상기 내용은 비구형 입자의 이분산(동일한 부피를 갖는 두 가지 형상) 시스템에 대한 광범위한 형상의 기본 축의 패킹 밀도 와 방향 순서 S 사이의 최적의 균형을 결정하는 데 사용될 수 있다. 먼저 S와 를 모두 최대화하고, 두 번째로 S를 최대화하고 를 최소화하는 두 가지 경우가 고려되었다. 도 11은 100세대 진화 후의 두 경우 모두에 대한 파레토 전선(Pareto front)을 나타낸다. 도 11은 방향 정렬을 최대화하고 패킹 비율(주황색 사각형)을 최소화하고 패킹 비율(녹색 원)을 최대화할 때의 파레토 전선의 과정을 나타낸다. 5개 지점 a, b, c, d 및 e에서 파레토 최적 패킹을 생성하는 입자의 형상이 파레토 전선의 다른 섹션을 따라 입자 형상의 주요 변화를 나타내는 레이블과 함께 표시된다.

진화 알고리즘은 를 약간 넘은 지점에서 가장 낮은 패킹 밀도가 도 11에 표기된 (a) 지점에서 두 종이 모두 동일한 모양의 완벽한 구( 및 )로 설정된 시스템일 때 얻어진다는 것을 파악한다. 상기 형상에는 고유한 기본 축이 없기 때문에 입자의 축은 S<0.05에서 서로에 대해 완전히 무작위로 배향된다. 상기 입자의 기본 축이 가장 강하게 정렬된 시스템은 다시 단분산이며, 도 11의 (c) 지점에서 가장 극단적인 종횡비( 및 )의 타원체가 고려된다.

높은 종횡비는 중력의 영향으로 인해 입자가 평평하게 놓이도록 하는 강한 선호도를 제공하며 기본 축은 중력 벡터 방향으로 정렬된다. 파레토 전선을 따라 점 (c)에서 점 (a)로의 전환은 이분산 패킹의 범위를 거치며, 이들 모두는 두 종 거의 정확하게 (가장 높게 관찰된 형상 계수가 )을 갖고 있지만 두 종의 종횡비에서는 강한 독립 변이를 가지고 있다. 점 (c)와 (b) 사이에서 종 중 하나는 항상 가장 극단적인 종횡비 에 있고 다른 종은 점 (b)까지 부드럽게 감소하며, 점(b)는 및 (완전한 구와 가장 높은 종횡비 타원체의 혼합물에 해당)이다. 그런 다음 점 (b)에서 점 (a)로 이동하면 두 번째 종의 종횡비도 점 (a)에서 두 형상이 완전히 구형이 될 때까지 감소한다.

다음으로 도 11의 (c)점에서 (e)점까지 및 S가 모두 최대화되는 경우를 고려한다. 이 경우 파레토 전선은 항상 하나의 입자 형상을 갖는 패킹으로 구성되어 있음을 알 수 있다. 점(e)에서 동일한 축 길이( 및 )를 갖고 가장 입방체 형상일 때 가장 높은 밀도 패킹이 얻어졌으며, 이는 또한 각각의 축은 완전히 동일하므로 가장 낮은 기본 축 순서에 상응하고, 그래서 시스템에 고유한 축 정렬이 발생하는 드라이버가 없다. 그러나 이 시스템은 입자의 강력한 입방체 정렬(한 입자의 임의의 축과 다른 입자의 임의의 축의 정렬)을 나타내지만 이러한 유형의 정렬은 우리가 이 연구에서 특별히 발전시키고 있는 종류의 이방성 재료 반응을 생성하지 않는다. 파레토 전선을 따라 점 (c)에서 점 (d)로 전환할 때 입자의 각도는 에서 으로 증가하는 반면 종횡비는 의 가장 극단적인 값에서 유지된다. 점 (d)에서의 패킹은 다시 높은 수준의 정렬을 보이고 주축의 강력한 정렬 드라이버로 인한 기둥 상(columnar phase)의 출현과 또한 정렬을 생성하려는 경향을 갖는 다른 두 축에 수직인 평평한 면으로부터의 상당한 두 번째 기여도를 갖는다. 점 (d)에서 점 (e)까지 형상 계수는 의 최대값으로 유지되고 종횡비는 으로 부드럽게 감소한다.

파레토 전선을 따라 주요 지점 (a), (b), (c), (d) 및 (e)에서 얻은 패킹의 이미지가 도 12에 나타난다.

상기 진화 알고리즘은 상기 매개변수 공간을 반복적으로 탐색하여 후보 답안인 모집단의 최대 및 평균 적합성을 모두 개선하고 각 종에 대한 표면 곡률 및 종횡비의 상대적 기여 균형을 유지하는 최종 충전 요소 형상에 수렴한다. 이 방식은 상기 그리퍼의 원하는 속성을 최적화하는 데 사용될 수 있다.

따라서, 상기 접근법은 로봇 매니퓰레이터가 상기 생성된 매니퓰레이터 속성의 고도의 제어와 함께 3D 프린팅 기술을 사용하여 제조되는 것을 허용한다. 상기 프로세스를 통해 로봇 매니퓰레이터는 원하는 대로 정확한 패킹 요소 구성을 가질 수 있으므로 최적의 매니퓰레이터 속성을 제공할 수 있다. 또한 상기 패킹 요소 구성은 계산 모델에 의해 결정되므로 원하는 매니퓰레이터 속성이 제조될 패킹 요소 구성으로 더 잘 변환될 수 있다. 유리하게는, 적층 제조 공정은 제조 비용 및 시간을 감소시킬 수 있다. 상기 비용과 시간이 감소됨에 따라 최적의 매니퓰레이터 기능을 전달하기 위해 상기 매니퓰레이터의 내구성을 향상시키는 것은 우선시되지 않을 수 있다. 대안적으로, 상기 매니퓰레이터의 내구성은 둥근 모서리 및/또는 약간 두꺼운 외피를 갖도록 충전 요소 형상을 인쇄하여 향상시킬 수 있다. 적층 제조 공정은 또한 제조 오류를 줄이거나 품질 관리 비용을 최소화한다. 따라서, 상기 로봇 매니퓰레이터는 매니퓰레이터 전체 또는 매니퓰레이터의 일부를 인쇄함으로써 용이하게 교체 또는 수리될 수 있다. 이를 통해 상기 매니퓰레이터는 의도된 응용에 더욱 효과적으로 설계 및 제조되고, 더욱 쉽게 제조되어, 더욱 광범위하게 활용될 수 있다.

문맥이 달리 요구하지 않는 한, 본 명세서 및 뒤따르는 청구범위 전반에 걸쳐, "구성하다"라는 단어 또는 "구성하는"과 같은 변형은 언급된 정수 또는 정수의 집합 또는 단계들을 포함하는 것을 의미하는 것으로 이해될 것이지만, 다른 정수 또는 정수 집합을 제외하지 않습니다. 본 명세서에 사용된 바와 같이 달리 명시되지 않는 한, "대략"은 ±20%를 의미한다.

명세서 및 첨부된 청구범위에 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥에서 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수 지시 대상을 포함한다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 예를 들어 "지지부"에 대한 언급은 복수의 지지대를 포함한다. 본 명세서 및 다음의 청구범위에서, 반대 의도가 명백하지 않는 한 다음 의미를 갖는 것으로 정의되어야 하는 다수의 용어가 참조될 것이다.

상기는 본 발명의 예시적인 예로서 주어졌지만, 당업자에게 명백한 사항에 한해서, 모든 내용과 기타 수정 및 변형은 여기에 기재된 본 발명의 광범위한 범주 및 범위에 속하는 것으로 간주된다는 것은 당연히 인식될 것이다.

Claims (59)

1. 로봇 매니퓰레이터를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 하나 이상의 처리 장치에서 하기 a) 내지 c)를 포함하는 방법:
   a)매니퓰레이터 형상 및 매니퓰레이터 재밍 속성을 포함하여 원하는 매니퓰레이터 속성을 결정하는 단계;
   b)패킹 요소 구성을 결정하기 위해 상기 매니퓰레이터 재밍 속성 및 패킹 계산 모델을 사용하는 단계로서, 상기 패킹 계산 모델은 상기 매니퓰레이터 재밍 속성 및 다른 패킹 요소 구성 사이의 관계를 정의하고, 상기 패킹 요소 구성은 하기 i) 내지 ⅵ) 중 적어도 하나를 정의하는 단계:
   i) 다수의 충전 요소;
   ii) 충전 요소의 형상;
   ⅲ) 충전 요소의 크기;
   ⅳ) 충전 요소의 조성;
   ⅴ) 충전 요소 표면 거칠기 및 거칠기 위치; 및
   ⅵ) 각 크기 및 형상에 따른 충전 요소의 비율;
   c)로봇 매니퓰레이터를 제조하기 위해 상기 패킹 요소 구성 및 매니퓰레이터의 형상에 따라 적층 인쇄기를 제어하는 단계로서, 상기 로봇 매니퓰레이터는 하기 i) 내지 ⅲ)을 포함하는 단계:
   i) 유연한 재료로 이루어지며 챔버를 정의하는 외피;
   ii) 상기 외피에 부착되고 유체가 상기 챔버에 추가되거나 상기 챔버로부터 제거되도록 하는 유체 펌프에 연결되는 커넥터; 및
   ⅲ) 상기 패킹 요소 구성에 따라 상기 챔버에 배치된 충전 요소.
2. 제1항에 있어서,
   상기 매니퓰레이터 재밍 속성은 하기 a) 내지 b) 중 적어도 하나를 포함하는 방법:
   a) 매니퓰레이터의 강성; 및
   b) 매니퓰레이터 재밍 세기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 방법은 상기 하나 이상의 처리 장치에서 상기 패킹 요소 구성을 결정하기 위해 상기 매니퓰레이터의 형상을 사용하는 단계를 포함하는 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 패킹 요소 구성은 충전 요소 위치를 정의하고, 상기 방법은 상기 하나 이상의 처리 장치에서 상기 충전 요소 위치에 따라 상기 챔버 내에 상기 충전 요소를 위치시키는 단계를 포함하는 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 패킹 요소 구성은 메쉬 형상 및 위치를 정의하고, 상기 방법은 상기 하나 이상의 처리 장치에서 상기 메쉬의 형상 및 위치에 따라 적어도 하나의 메쉬를 생성하도록 상기 적층 인쇄기를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 메쉬는 상기 충전 요소 위치에 상기 충전 요소를 유지시키도록 구성되는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방법은 상기 하나 이상의 처리 장치에서 하기 a) 내지 b)를 포함하는 방법:
   a) 상기 매니퓰레이터의 형상을 사용하여 외피 구성을 결정하는 단계로서, 상기 외피 구성은 i) 내지 vi) 중 적어도 하나를 정의하는 단계:
   i) 외피의 형상;
   ii) 외피의 크기;
   iii) 외피의 재료;
   iv) 외피의 유연성;
   v) 외피의 구조;
   vi) 외피 표면 특징; 및
   b) 상기 로봇 매니퓰레이터의 상기 외피를 제조하기 위해 상기 외피 구성에 따라 적층 인쇄기를 제어하는 단계.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방법은, 상기 하나 이상의 처리 장치에서, 하기 a) 내지 c) 중 적어도 하나를 포함하는 방법:
   a) 상기 매니퓰레이터의 형상을 하기 i) 내지 iii) 중 적어도 하나에서 선택하는 단계:
   i) 사용자 입력 명령에 따라서;
   ii) 미리 정의된 여러 형상으로부터; 및
   iii) 의도한 매니퓰레이터의 용도에 따라서;
   b) 의도된 상기 매니퓰레이터의 용도에 기반한 매니퓰레이터 사용 매개변수를 결정하는 단계; 및
   c) 상기 매니퓰레이터 사용 매개변수를 사용하여 상기 매니퓰레이터의 속성을 결정하는 단계.
9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방법은, 상기 하나 이상의 처리 장치에서, 하기 a) 내지 e) 중 적어도 하나를 포함하는 방법:
   a) 상기 매니퓰레이터의 속성 중 적어도 일부를 결정하기 위해 매니퓰레이터 사용 매개변수 및 매니퓰레이터 계산 모델을 사용하는 단계로서, 상기 매니퓰레이터 계산 모델은 상기 매니퓰레이터 사용 매개변수 및 다른 매니퓰레이터 속성 사이의 관계를 정의하는 단계;
   b) 유체가 상기 챔버에 추가되거나 상기 챔버로부터 제거될 때 상기 챔버 내에 충전 요소가 유지되기 위해 필터를 생성하도록 상기 적층 인쇄기를 제어하는 단계;
   c) 상기 커넥터 위에 상기 외피를 적층하도록 상기 적층 인쇄기를 제어하는 단계;
   d) 광중합체(photopolymer)로부터 충전 요소를 제조하도록 상기 적층 인쇄기를 제어하는 단계; 및
   e) 상기 충전 요소 형상을 정의함으로써 상기 패킹 요소 구성을 결정하는 단계로서, 상기 충전 요소 형상은 초이차곡면을 포함하는 단계.
10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    물체를 들어올리기 위해 매니퓰레이터 사용 매개변수는 하기 a) 내지 e) 중 적어도 하나를 포함하는 방법:
    a) 물체의 크기;
    b) 물체의 종류;
    c) 물체의 무게;
    d) 물체의 형상; 및
    e) 물체의 표면 속성.
11. 로봇 매니퓰레이터 제조용 시스템으로서, 상기 시스템은 하기 a) 내지 c)로 구성된 하나 이상의 처리 장치를 포함하는 시스템:
    a) 매니퓰레이터 형상 및 매니퓰레이터 재밍 속성을 포함하여 원하는 매니퓰레이터 속성을 결정하는 장치;
    b) 패킹 요소 구성을 결정하기 위해 상기 매니퓰레이터 재밍 속성 및 패킹 계산 모델을 사용하는 장치로서, 상기 패킹 계산 모델은 상기 매니퓰레이터 재밍 속성 및 다른 패킹 요소 구성 사이의 관계를 정의하고, 상기 패킹 요소 구성은 하기 i) 내지 ⅵ)를 정의하는 장치:
    i) 다수의 충전 요소;
    ii) 충전 요소의 형상;
    ⅲ) 충전 요소의 크기;
    ⅳ) 충전 요소의 조성;
    ⅴ) 충전 요소 표면 거칠기 및 거칠기 위치; 및
    ⅵ) 각 크기와 형상에 따른 충전 요소의 비율;
    c) 상기 로봇 매니퓰레이터를 제조하기 위해 상기 패킹 요소 구성과 매니퓰레이터의 형상에 따라 적층 인쇄기를 제어하는 장치로서, 상기 로봇 매니퓰레이터는 하기 i) 내지 ⅲ)을 포함하는 장치:
    i) 유연한 재료로 이루어지며 챔버를 정의하는 외피;
    ii) 상기 외피에 부착되고 유체가 상기 챔버에 추가되거나 상기 챔버로부터 제거되도록 하는 유체 펌프에 연결되는 커넥터; 및
    ⅲ) 상기 패킹 요소 구성에 따라 상기 챔버에 배치된 충전 요소.
12. 제11항에 있어서,
    상기 매니퓰레이터 재밍 속성은 하기 a) 내지 b) 중 적어도 하나를 포함하는 시스템:
    a) 매니퓰레이터의 강성; 및
    b) 매니퓰레이터 재밍 세기.
13. 제11항에 있어서,
    상기 하나 이상의 처리 장치는 상기 패킹 요소 구성을 결정하기 위해 상기 매니퓰레이터의 형상을 사용하도록 구성되는 시스템.
14. 제11항에 있어서,
    상기 패킹 요소 구성은 충전 요소 위치를 정의하고, 상기 하나 이상의 처리 장치는 상기 충전 요소 위치에 따라 상기 챔버 내에 상기 충전 요소를 위치시키도록 구성되는 시스템.
15. 제11항에 있어서,
    상기 패킹 요소 구성은 메쉬의 형상 및 위치를 결정하고, 상기 하나 이상의 처리 장치는 상기 메쉬 형상 및 위치에 따라 적어도 하나의 메쉬를 생성하기 위해 상기 적층 인쇄기를 제어하도록 구성되는 시스템.
16. 제15항에 있어서,
    상기 메쉬는 상기 충전 요소 위치에 충전 요소가 유지되도록 구성되는 시스템.
17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 처리 장치는 하기 a) 또는 b)로 구성되는 시스템:
    a) 상기 매니퓰레이터의 형상을 사용하여 외피 구성을 결정하는 장치로서, 상기 외피 구성은 하기 ⅰ) 내지 ⅵ) 중 적어도 하나를 정의하는 장치:
    ⅰ) 외피 형상;
    ⅱ) 외피 크기;
    ⅲ) 외피 재료;
    ⅳ) 외피 유연성;
    ⅴ) 외피 구조; 및
    ⅵ) 외피 표면 특징;
    b) 상기 로봇 매니퓰레이터의 상기 외피를 제조하기 위해 상기 외피 구성에 따라 상기 적층 인쇄기를 제어하는 장치.
18. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 처리 장치는 하기 a) 내지 c) 중 적어도 하나로 구성되는 시스템:
    a) 하기 i) 내지 iii) 중 적어도 하나에서 상기 매니퓰레이터 형상을 선택하는 장치:
    i) 사용자 입력 명령에 따라서;
    ii) 미리 정의된 여러 형상으로부터; 및
    iii) 의도한 매니퓰레이터의 용도에 따라서;
    b) 상기 매니퓰레이터의 용도에 기반한 매니퓰레이터 사용 매개변수를 결정하는 장치; 및
    c) 상기 매니퓰레이터 사용 매개변수를 사용하여 상기 매니퓰레이터 속성을 결정하는 장치.
19. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 처리 장치는 하기 a) 내지 d) 중 적어도 하나로 구성되는 시스템:
    a) 상기 매니퓰레이터의 속성의 일부를 결정하기 위해 매니퓰레이터 사용 매개변수 및 매니퓰레이터 계산 모델을 사용하는 장치로서, 상기 매니퓰레이터 계산 모델은 상기 매니퓰레이터 사용 매개변수 및 다른 매니퓰레이터 속성의 관계를 정의하는 장치;
    b) 상기 로봇 매니퓰레이터를 제조하기 위해 상기 적층 인쇄기를 제어하는 장치로서, 상기 커넥터를 포함하는 상기 로봇 매니퓰레이터는 유체가 상기 챔버에 추가되거나 상기 챔버로부터 제거될 때 상기 챔버 내에 상기 충전 요소를 유지하기 위한 필터를 더 포함하는 장치;
    c) 상기 로봇 매니퓰레이터를 제조하기 위해 상기 적층 인쇄기를 제어하는 장치로서, 상기 로봇 매니퓰레이터는 상기 커넥터에 적층된 상기 외피를 포함하는 장치; 및
    d) 상기 충전 요소 형상을 정의하는 상기 패킹 요소 구성을 결정하는 장치로서, 상기 충전 요소 형상은 초이차곡면을 포함하는 장치.
20. 제18항에 있어서,
    물체를 들어올리기 위해 상기 매니퓰레이터 사용 매개변수는 하기 a) 내지 e)중 적어도 하나를 포함하는 시스템:
    a) 물체의 크기;
    b) 물체의 유형;
    c) 물체의 무게;
    d) 물체의 형상; 및
    e) 물체의 표면 속성.
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