KR20220013563A

KR20220013563A - 모바일 로봇 형태학

Info

Publication number: KR20220013563A
Application number: KR1020217042238A
Authority: KR
Inventors: 벤 베르코위쯔; 저스틴 램비스즈; 빈센트 나바트; 조슈아 실; 그레고리 캇즈; 크리스 존스; 니콜라스 포스터; 크리스토퍼 모레이; 존 트란; 마크 스트라우스; 필립 멀린스; 조나단 소우리에레; 사라 바테스; 매튜 데이; 로버트 윌슨; 마리오 프랏스
Original assignee: 엑스 디벨롭먼트 엘엘씨
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2022-02-04
Also published as: KR20220012921A; JP2022534835A; WO2020243238A1; EP3946820A1; US20200376656A1; WO2020243225A1; US20230182290A1; US20200376689A1; CN113840693A; JP2022534836A; EP3946821A1; US11607804B2; CN113853279A

Abstract

모바일 로봇 디바이스(200)는 모바일 베이스(202) 및 모바일 베이스(202)에 고정되는 마운팅 기둥(204)을 포함한다. 로봇 디바이스(200)는 마운팅 기둥(204)에 대한 7자유도 로봇(206) 팔의 회전을 가능하게 하는 회전 가능한 관절을 포함하여 7자유도 로봇 팔(206)을 추가로 포함한다. 로봇 디바이스(200)는 적어도 하나의 센서(214)를 포함하는 인지 하우징(212)을 추가로 포함하며, 여기서 마운팅 기둥(204), 7-자유도 팔(206)의 회전 가능한 관절, 및 인지 하우징(212)은 7자유도 팔의 회전 가능한 관절이 마운팅 기둥(204) 위 및 인지 하우징(212) 아래에 있도록 적층형 타워로 배열된다.

Description

모바일 로봇 형태학

관련 출원들에 대한 상호 참조

본 출원은 2020년 5월 27일에 출원된 미국 특허 출원 제US 16/884,873호에 대한 우선권을 주장하고, 이는 2019년 5월 28일에 출원되고 발명의 명칭이 "Mobile Robot Morphology"인 미국 가특허 출원 제62/853,534호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 이 설명에서 완전히 설명된 것처럼 본 명세서에서 참조로 포함된다.

기술이 발전함에 따라, 사용자들을 도울 수 있는 다양한 기능들을 수행하기 위한 다양한 타입들의 로봇 디바이스들이 생성되고 있다. 로봇 디바이스들은 다른 것들 중에서 자재 취급, 운송, 용접, 조립 및 디스펜싱과 관련된 응용 분야들에 사용될 수 있다. 시간이 지남에 따라, 이러한 로봇 시스템들이 동작하는 방식은 더욱 지능적이고 효율적이며 직관적으로 되고 있다. 로봇 시스템들이 현대 생활의 다양한 양태들에서 점점 더 보편화됨에 따라, 로봇 시스템들이 효율적인 것이 바람직하다. 따라서, 효율적인 로봇 시스템들에 대한 요구는 액추에이터들, 이동, 감지 기술들뿐만 아니라, 컴포넌트 설계 및 조립 분야에서 혁신의 영역을 여는 데 도움이 되었다.

예시적인 실시예들은 팔 모션 범위, 공간 활용, 효율적인 팔 적재(stowing), 및 인지 시스템과 팔의 단부 시스템 사이의 가려짐 회피를 위해 최적화되는 모바일 로봇에 관련된다.

실시예에서, 모바일 로봇 디바이스(mobile robotic device)는 모바일 베이스(mobile base) 및 모바일 베이스에 고정되는 마운팅 기둥(mounting column)을 포함한다. 로봇 디바이스는 7자유도(seven-degree-of-freedom)(7DOF) 로봇 팔 - 7자유도 로봇 팔은 마운팅 기둥에 대해 7DOF 로봇 팔의 회전을 가능하게 하는 회전 가능한 관절(rotatable joint)을 포함함 - 을 추가로 포함한다. 로봇 디바이스는 적어도 하나의 센서를 포함하는 인지 하우징(perception housing) - 마운팅 기둥, 7DOF 팔의 회전 가능한 관절, 및 인지 하우징은 7DOF 팔의 회전 가능한 관절이 마운팅 기둥 위 및 인지 하우징 아래에 있도록 적층형 타워로 배열됨 - 을 추가로 포함한다.

다른 실시예에서, 로봇 팔은 숄더 요 J0 관절(shoulder yaw J0 joint), 숄더 피치 J1 관절(shoulder pitch J1 joint), 이두박근 롤 J2 관절(bicep roll J2 joint), 엘보우 피치 J3 관절(elbow pitch J3 joint), 팔뚝 롤 J4 관절(forearm roll J4 joint), 손목 피치 J5 관절(wrist pitch J5 joint) 및 손목 롤 J6 관절(wrist roll J6 joint)을 포함하며, 숄더 요 J0 관절과 이두박근 롤 J2 관절 사이의 제1 오프셋은 이두박근 롤 J2 관절과 팔뚝 롤 J4 관절 사이의 제2 오프셋과 대략 동일하고, 이두박근은 팔뚝과 길이가 대략 동일하다.

추가 실시예에서, 모바일 로봇 디바이스의 7DOF 로봇 팔의 숄더 요 J0 관절이 마운팅 기둥이 고정되는 모바일 베이스의 제1 단부로부터 멀어지는 방향으로 회전하게 하는 단계 - 마운팅 기둥, 7DOF 팔의 숄더 요 J0 관절 및 모바일 로봇 디바이스의 인지 하우징은 7DOF 팔의 숄더 요 J0 관절이 마운팅 기둥 위 및 인지 하우징 아래에 있도록 적층형 타워로 배열됨 - 를 포함하는 방법이 제공된다. 방법은 모바일 로봇 디바이스의 7DOF 로봇 팔의 숄더 피치 J1 관절이 수직 상방으로 회전하게 하는 단계를 추가로 포함한다. 방법은 엘보우 피치 J3 관절이 수직 하방으로 회전하게 하는 단계를 추가로 포함한다. 방법은 또한 손목 피치 J5 관절이 수직 하방으로 회전하게 하여 7DOF 로봇 팔을 숄더 업 적재형 구성으로 위치결정하는 단계를 포함한다.

다른 실시예에서, 모바일 로봇 디바이스의 7DOF 로봇 팔의 숄더 요 J0 관절이 마운팅 기둥이 고정되는 모바일 베이스의 제1 단부로부터 멀어지는 방향으로 회전하게 하기 위한 수단 - 마운팅 기둥, 7DOF 팔의 숄더 요 J0 관절 및 모바일 로봇 디바이스의 인지 하우징은 7DOF 팔의 숄더 요 J0 관절이 마운팅 기둥 위 및 인지 하우징 아래에 있도록 적층형 타워로 배열됨 - 을 포함하는 시스템이 제공된다. 시스템은 모바일 로봇 디바이스의 7DOF 로봇 팔의 숄더 피치 J1 관절이 수직 상방으로 회전하게 하기 위한 수단을 추가로 포함한다. 시스템은 엘보우 피치 J3 관절이 수직 하방으로 회전하게 하기 위한 수단을 추가로 포함한다. 시스템은 또한 손목 피치 J5 관절이 수직 하방으로 회전하게 하여 7DOF 로봇 팔을 숄더 업 적재형 구성으로 위치결정하기 위한 수단을 포함한다.

추가 실시예에서, 모바일 베이스, 모바일 베이스에 고정되는 마운팅 기둥, 마운팅 기둥에 대해 부속물(appendage)의 회전을 가능하게 하는 회전 가능한 관절, 및 적어도 하나의 센서를 포함하는 인지 하우징 - 마운팅 기둥, 회전 가능한 관절 및 인지 하우징은 회전 가능한 관절이 마운팅 기둥 위 및 인지 하우징 아래에 있도록 적층형 타워로 배열됨 - 을 포함하는 모바일 로봇 디바이스가 제공된다.

전술한 요약은 단지 예시적인 것이며, 어떤 식으로든 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 위에서 설명된 예시적인 양태들, 실시예들 및 피처들에 더하여, 추가 양태들, 실시예들 및 피처들이 도면들 및 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면들을 참조하여 명백해질 것이다.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 로봇 시스템의 구성을 예시한다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 모바일 로봇을 예시한다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 모바일 로봇의 분해도를 예시한다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 로봇 팔을 예시한다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 관절 모션 범위들을 예시한다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 예시적인 실시예들에 따른 로봇 치수들을 예시한다.
도 7a 및 도 7b, 도 8a 및 도 8b, 도 9a 및 도 9b는 예시적인 실시예들에 따른 적재형 구성들을 예시한다.
도 10, 도 11, 도 12, 및 도 13은 예시적인 실시예들에 따른 팔의 단부 시스템의 인지를 용이하게 하기 위한 로봇 팔 구성을 예시한다.
도 14a 및 도 14b는 예시적인 실시예들에 따른 회전 가능한 관절에 대한 부속물의 부착을 도시한다.
도 15는 예시적인 실시예들에 따른 부착된 부속물을 갖는 회전 가능한 관절의 포지션들을 도시한다.
도 16은 예시적인 실시예들에 따른 부착된 부속물을 갖는 회전 가능한 관절의 포지션들을 도시한다.

예시적인 방법들, 디바이스들 및 시스템들이 본 명세서에서 설명되어 있다. "예시" 및 "예시적인"이라는 단어들은 본 명세서에서 "예, 사례 또는 예시로서 역할을 하는"을 의미하는 것으로 사용된다는 점이 이해되어야 한다. "예" 또는 "예시적인" 것으로 본 명세서에서 설명된 임의의 실시예 또는 피처는 그렇게 나타내지 않는 한 다른 실시예들 또는 피처들에 비해 반드시 바람직하거나 유리한 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 명세서에서 제시된 대상의 범위를 벗어나지 않으면서, 다른 실시예들이 활용될 수 있고, 다른 변경들이 이루어질 수 있다.

따라서, 본 명세서에서 설명된 예시적인 실시예들은 제한을 의미하지 않는다. 본 명세서에서 일반적으로 설명되고 도면들에서 예시된 바와 같이, 본 개시내용의 양태들은 매우 다양한 상이한 구성들로 배열, 대체, 결합, 분리 및 설계될 수 있다는 것이 쉽게 이해될 것이다.

이 설명 전체에 걸쳐, 관사들 "a" 또는 "an"은 예시적인 실시예들의 요소들을 도입하는 데 사용된다. "a" 또는 "an"에 대한 임의의 언급은 "적어도 하나(at least one)"를 의미하고, "the"에 대한 임의의 언급은 달리 명시되지 않는 한 또는 문맥상 달리 명시하지 않는 한 "적어도 하나(the at least one)"를 의미한다. 적어도 두 가지 용어의 설명된 목록 내에서 접속사 "또는"을 사용하는 의도는 나열된 용어들 중 임의의 것 또는 나열된 용어들의 임의의 조합을 나타내기 위한 것이다.

'제1', '제2', '제3' 등과 같은 서수들을 사용하는 것은 개개의 요소들을 해당 요소들의 특정 순서를 나타내기보다는 구별하기 위한 것이다. 본 설명의 목적을 위해, "다수의" 및 "복수의"라는 용어들은 "2개 이상" 또는 "하나보다 많은"을 의미한다.

또한, 문맥상 달리 제시하지 않는 한, 도면들 각각에서 예시된 피처들은 서로 조합하여 사용될 수 있다. 따라서, 도면들은 일반적으로 하나 이상의 전체 실시예의 컴포넌트 양태들로서 간주되어야 하며, 예시된 모든 피처들이 각각의 실시예에 필요한 것은 아님을 이해해야 한다. 도면들에서, 유사한 심볼들은 문맥상 달리 지시하지 않는 한 일반적으로 유사한 컴포넌트들을 식별한다. 또한, 달리 언급하지 않는 한, 도면들은 축척에 맞게 그려지지 않았으며, 예시의 목적으로만 사용된다. 또한, 도면들은 단지 표현일 뿐이며, 모든 컴포넌트들이 도시되지는 않는다. 예를 들어, 추가적인 구조 또는 구속 컴포넌트들은 도시되지 않을 수 있다.

추가적으로, 본 명세서 또는 청구범위에서 요소들, 블록들 또는 단계들의 임의의 열거는 명료함을 위한 것이다. 따라서, 이러한 열거는 이러한 요소들, 블록들 또는 단계들이 특정 배열을 준수하거나 특정 순서로 수행될 것을 요구하거나 암시하는 것으로 해석되어서는 안된다.

I. 개요

예시적인 로봇 디바이스 및/또는 그 변형들에 의해 수행될 수 있는 예시적인 동작들과 함께 예시적인 로봇 디바이스가 본 명세서에서 설명된다. 예시적인 로봇 디바이스는 모바일 베이스, 팔, 팔의 단부 시스템(end of arm system)(EOAS), 중앙부, 마스트 및 인지 하우징을 포함하여 함께 커플링된 다수의 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 팔은 태스크들의 수행을 최적화하기 위해 특정 자유도(DOF)들, 모션 범위(range of motion)(ROM)들, 관절 타입들, 링크 길이들 및 관절 오프셋들을 포함할 수 있다. 공간 제약들 및 비용 제약들에 대한 로봇의 원하는 동작 능력들 측면에서 절충점들이 존재한다. 본 명세서에서 설명된 일부 예시적인 로봇들은 제조 및 프로그래밍을 단순화하도록 엔지니어링되어, 로봇들을 비산업용 애플리케이션들에 적합하게 만든다.

일반적으로, 본 명세서에서 설명된 로봇 디바이스는 복수의 설정들에서 사용될 수 있고, 각각의 설정에 대응하는 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 로봇 디바이스는 가사 도우미 로봇으로서 사용될 수 있다. 로봇 디바이스는 다른 가능한 태스크들 중에서 세탁물을 수집하여 바구니나 세탁기에 싣고, 쓰레기를 모아 플로어를 청소하고, 장난감들을 모아 이들을 장난감 보관함에 넣어 장난감들을 청소하고, 가구를 그들의 적절한 포지션들로 이동시키고, 음료들, 음식 및 열쇠들을 가져오도록 구성될 수 있다. 로봇 디바이스는 뒤뜰이나 앞마당에 남아 있을 수 있는 낙엽들, 막대기들 및 임의의 기타 바람직하지 않은 아이템들을 쓸고 모으는 것과 같은 특정 정원 일을 수행하기 위해 정원 일 보조 로봇으로서 추가로 사용될 수 있다. 로봇 디바이스는 로봇 디바이스를 제어하는 데 필요한 인간 입력의 양을 감소시키기 위해 본 명세서에서 설명된 동작들 중 임의의 것을 자율적으로 수행하도록 구성될 수 있다.

예시적인 로봇은 휠이 달린 베이스와 같은 모바일 베이스를 포함한다. 로봇은 모바일 베이스에 고정되는 마운팅 기둥을 추가로 포함한다. 로봇은 마운팅 기둥에 대한 로봇 팔의 회전을 허용하는 회전형 관절이 있는 7DOF 로봇 팔을 추가로 포함한다. 로봇은 인지를 위한 적어도 하나의 센서를 갖는 인지 하우징(perception housing)을 추가로 포함한다. 마운팅 기둥, 팔의 회전형 관절 및 인지 하우징은 적층형 타워로 배열될 수 있다. 적층형 타워의 각각의 컴포넌트는 동축(coaxial)일 수 있다. 이러한 배열은 로봇 팔의 엔드 이펙터에 의해 유지되거나 다른 방식으로 조작되는 객체의 인지를 용이하게 할 수 있다.

적층형 타워는 하나 이상의 구동 휠 위의 모바일 베이스의 전면에 위치결정될 수 있다. 모바일 베이스는 적층형 타워 뒤에 후방 섹션을 추가로 포함할 수 있다. 후방 섹션은 평평하거나 비교적 평평한 상부 표면을 포함할 수 있다. 후방 섹션은 바구니 또는 통과 같이 로봇에 의해 조작되는 객체들을 적재하기 위한 컨테이너를 포함할 수 있다. 이러한 배열은 로봇 팔이 객체를 집어들기 위해 로봇의 전방을 향해 회전한 다음, 로봇의 뒤를 향해 회전하여 객체를 모바일 베이스의 후방 섹션 상에(예를 들어, 평평한 표면 상에 또는 컨테이너에) 놓을 수 있게 한다. 동일한 프로세스를 반복하여 로봇 팔을 사용하여 로봇의 뒤에 현재 수용되어 있는 객체들을 로봇의 환경으로 이동시킴으로써 역방향 프로세스를 효율적으로 수행할 수 있다.

예시적인 실시예들은 또한 팔이 조작을 위해 사용되고 있지 않을 때 로봇 팔의 효율적인 적재를 허용한다. 특히, 로봇 팔은 모바일 베이스의 후방 섹션 위에 미리 결정된 적재형 구성으로 접힐 수 있다. 일부 예들에서, 적재형 구성은 로봇 팔이 (로봇 팔의 어떤 부분도 모바일 베이스의 에지 위에 매달리지 않도록) 모바일 베이스의 풋프린트 내에 완전히 위치결정되도록 허용한다. 공간 제약들을 최적화하기 위해, 모바일 베이스는 적재형 구성으로 인해 로봇 팔의 포인트가 모바일 베이스의 후방 단부 및/또는 측면들에 도달하도록(또는 이들에서 작은 거리 이내에 오도록) 설계될 수 있다.

본 명세서에서 설명된 예시적인 로봇들에 대해 다수의 적재형 구성들이 가능하다(예를 들어, 숄더 업 적재형 구성(shoulder up stowed configuration) 및 숄더 다운 적재형 구성(shoulder down stowed configuration)). 로봇 팔의 운동학(관절 ROM들, 관절 오프셋들 및 링크 길이들 포함)은 활성 포즈와 적재형 구성 사이에서 로봇 팔의 전환을 용이하게 하도록 선택될 수 있다. 다수의 적재형 구성들이 가능한 예들에서, 로봇은 적재형 구성이 로봇 팔의 현재 활성 포지션으로부터 더 쉽게 도달할 수 있고/있거나 적재형 구성이 로봇이 로봇 팔의 다음 계획된 활성 포지션에 더 쉽게 도달할 수 있게 하는 적재형 구성들 중에서 선택할 수 있다.

로봇 팔이 적재형 구성으로 접힌 후, 로봇은 적재형 구성으로 고정되는 로봇 팔을 유지하면서 모바일 베이스를 사용하여 내비게이션할 수 있다. 로봇은 나중에 모바일 베이스를 사용한 내비게이션을 정지한 다음, 객체를 조작하거나 또는 환경에서 일부 다른 태스크를 수행하기 위해 로봇 팔을 활성 포지션으로 리턴시킬 수 있다.

컴팩트한 형태를 유지하면서 전체 모션 범위를 최적화하기 위해, 로봇은 상대적으로 키가 크고 좁게 설계될 수 있다. 예를 들어, 인지 하우징의 상부까지의 로봇의 높이는 모바일 베이스의 길이의 2배보다 크고, 모바일 베이스의 폭의 3배보다 클 수 있다. 키가 크고 좁은 적층형 타워는 인지 하우징과 7DOF 로봇 팔의 회전 가능한 관절 사이에 상대적으로 긴 마스트 컴포넌트를 허용한다. 이러한 배열은 인지 하우징에서 인지 능력들을 사용하여 로봇 팔의 엔드 이펙터의 인지를 용이하게 하는 반면, 다른 로봇들은 종종 로봇 팔의 일부가 그리퍼의 객체와 로봇 상의 센서 사이에 있음으로써 가려짐들이 야기될 수 있다.

인지 하우징의 센서들과 EOAS 사이의 가시성을 추가로 향상시키기 위해, 로봇 팔에 7개의 DOF가 제공될 수 있다. 7개의 DOF를 사용함으로써, 환경의 타겟 포즈로 EOAS를 배치하는 동안 인지를 용이하게 하는 팔 구성을 선택하는 데 여분의 DOF가 이용 가능하다. 보다 구체적으로, 로봇 팔의 이두박근에는 로봇 팔의 엔드 이펙터에 의해 조작되고 있는 객체에 대한 인지를 향상시키기 위해 팔뚝을 비켜서 롤링하는 이두박근 롤 관절이 제공될 수 있다.

링크 길이들 및 관절 오프셋들이 로봇 팔의 효율적인 적재를 용이하게 하면서도 조작 능력들을 최적화하기 위해 로봇 팔에 대해 선택될 수 있다. 교차하는 축들 대신 관절 오프셋들을 사용함으로써, 로봇의 상부 관절들이 적재 및 모션 범위에 최적화될 수 있다. 보다 구체적으로, 타워의 회전형 관절과 이두박근의 롤 관절 사이의 제1 오프셋은 이두박근의 롤 관절과 팔뚝의 롤 관절 사이의 제2 오프셋과 동일하거나, (예를 들어, 10퍼센트 이내에서) 대략 동일하도록 설정될 수 있다. 이두박근의 길이는 또한 팔뚝의 길이와 동일하거나, (예를 들어, 10퍼센트 이내에서) 대략 동일하도록 설정될 수 있다. 이러한 배열은 유리하게 하나의 오프셋이 다른 오프셋을 보상하도록 허용하고/하거나 하나의 링크 길이가 다른 링크 길이를 보상하도록 허용한다. 이러한 상대적으로 긴 2개의 연속 링크 사이에 동일하거나 대략 동일한 오프셋을 사용하면 운동학적 계산들을 용이하게 함으로써 작업 공간도 크게 향상된다. 오프셋들은 사용자에게 해를 끼칠 수 있는 핀치 포인트들을 피하기 위해 충분히 크게 설정될 수 있다(예를 들어, 25밀리미터 갭들). 대안적인 예들에서, 2개의 오프셋은 서로 상당히 상이할 수 있고/있거나, 2개의 링크 길이는 서로 상당히 상이할 수 있다.

II. 예시적인 로봇 시스템들

도 1은 본 명세서에서 설명된 구현들과 관련하여 사용될 수 있는 로봇 시스템의 예시적인 구성을 예시한다. 로봇 시스템(100)은 자율적으로, 반자율적으로, 또는 사용자(들)에 의해 제공된 지시들을 사용하여 동작하도록 구성될 수 있다. 로봇 시스템(100)은 로봇 팔, 산업용 로봇, 또는 일부 다른 배열과 같은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 일부 예시적인 구현들은 저비용 규모로 엔지니어링되고 다양한 태스크들을 지원하도록 설계된 로봇 시스템(100)을 포함한다. 로봇 시스템(100)은 사람 주위에서 동작할 수 있도록 설계될 수 있다. 로봇 시스템(100)은 또한 머신 학습을 위해 최적화될 수 있다. 이 설명 전체에 걸쳐, 로봇 시스템(100)은 다른 명칭들 중에서 로봇, 로봇 디바이스, 또는 모바일 로봇으로 또한 지칭될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 로봇 시스템(100)은 프로세서(들)(102), 데이터 스토리지(104), 및 제어기(들)(108)를 포함할 수 있으며, 이들은 함께 제어 시스템(118)의 일부일 수 있다. 로봇 시스템(100)은 또한 센서(들)(112), 전원(들)(114), 기계 컴포넌트들(110), 및 전기 컴포넌트들(116)을 포함할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 로봇 시스템(100)은 예시를 위해 도시되며, 더 많거나 더 적은 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 로봇 시스템(100)의 다양한 컴포넌트들은 유선 또는 무선 연결들을 포함하는 임의의 방식으로 연결될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 로봇 시스템(100)의 컴포넌트들은 단일 물리적 엔티티보다는 오히려 다수의 물리적 엔티티들 사이에 분산될 수 있다. 로봇 시스템(100)의 다른 예시적인 예시들도 또한 존재할 수 있다.

프로세서(들)(102)는 하나 이상의 범용 하드웨어 프로세서 또는 특수 목적 하드웨어 프로세서(예를 들어, 디지털 신호 프로세서, 애플리케이션 특정 집적 회로(application specific integrated circuit) 등)로서 동작할 수 있다. 프로세서(들)(102)는 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어들(106)을 실행하고 데이터(107)를 조작하도록 구성될 수 있으며, 이들은 둘 다 데이터 스토리지(104)에 저장된다. 프로세서(들)(102)는 또한 센서(들)(112), 전원(들)(114), 기계 컴포넌트들(110), 또는 전기 컴포넌트들(116)과 같은 로봇 시스템(100)의 다른 컴포넌트들과 직접적으로 또는 간접적으로 상호 작용할 수 있다.

데이터 스토리지(104)는 하나 이상의 타입의 하드웨어 메모리일 수 있다. 예를 들어, 데이터 스토리지(104)는 프로세서(들)(102)에 의해 판독되거나 액세스될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하거나 그 형태를 취할 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 프로세서(들)(102)와 전체적으로 또는 부분적으로 통합될 수 있는 광학, 자기, 유기, 또는 다른 타입의 메모리 또는 스토리지와 같은 휘발성 또는 비휘발성 스토리지 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 데이터 스토리지(104)는 단일 물리적 디바이스일 수 있다. 다른 구현들에서, 데이터 스토리지(104)는 유선 또는 무선 통신을 통해 서로 통신할 수 있는 2개 이상의 물리적 디바이스를 사용하여 구현될 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 데이터 스토리지(104)는 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어들(106) 및 데이터(107)를 포함할 수 있다. 데이터(107)는 다른 가능성들 중에서 구성 데이터, 센서 데이터, 또는 진단 데이터와 같은 임의의 타입의 데이터일 수 있다.

제어기(108)는 (아마도 다른 태스크들 중에서) 기계 컴포넌트들(110), 센서(들)(112), 전원(들)(114), 전기 컴포넌트들(116), 제어 시스템(118) 또는 로봇 시스템(100)의 사용자의 임의의 조합 사이에서 인터페이싱하도록 구성되는 하나 이상의 전기 회로, 디지털 로직의 유닛들, 컴퓨터 칩들, 또는 마이크로프로세서들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 제어기(108)는 로봇 시스템(100)의 하나 이상의 서브시스템으로 특정 동작들을 수행하기 위해 특수 제작된 임베디드 디바이스일 수 있다.

제어 시스템(118)은 로봇 시스템(100)의 동작 조건들을 모니터링하고 물리적으로 변경할 수 있다. 그렇게 함으로써, 제어 시스템(118)은 기계 컴포넌트들(110) 또는 전기 컴포넌트들(116) 사이와 같은 로봇 시스템(100)의 부분들 사이의 링크로서 역할을 할 수 있다. 일부 사례들에서, 제어 시스템(118)은 로봇 시스템(100)과 다른 컴퓨팅 디바이스 사이의 인터페이스로서 역할을 할 수 있다. 또한, 제어 시스템(118)은 로봇 시스템(100)과 사용자 사이의 인터페이스로서 역할을 할 수 있다. 일부 사례들에서, 제어 시스템(118)은 조이스틱, 버튼들 또는 포트들 등을 포함하여 로봇 시스템(100)과 통신하기 위한 다양한 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 위에서 언급된 예시적인 인터페이스들 및 통신들은 유선 또는 무선 연결, 또는 둘 다를 통해 구현될 수 있다. 제어 시스템(118)은 로봇 시스템(100)에 대한 다른 동작들도 수행할 수 있다.

동작 동안, 제어 시스템(118)은 유선 또는 무선 연결들을 통해 로봇 시스템(100)의 다른 시스템들과 통신할 수 있고, 로봇의 하나 이상의 사용자와 통신하도록 추가로 구성될 수 있다. 하나의 가능한 예시로서, 제어 시스템(118)은 객체를 집어들고 하나의 위치로부터 다른 위치로 이동시키는 것과 같은 요청된 태스크를 수행하라는 명령을 나타내는 입력을 (예를 들어, 사용자로부터 또는 다른 로봇으로부터) 수신할 수 있다. 이 입력에 기초하여, 제어 시스템(118)은 로봇 시스템(100)으로 하여금 요청된 태스크를 수행하기 위해 이동들의 시퀀스를 만들게 하는 동작들을 수행할 수 있다. 다른 예시로서, 제어 시스템은 요청된 위치로 이동하라는 명령을 나타내는 입력을 수신할 수 있다. 이에 응답하여, 제어 시스템(118)은 (아마도 다른 컴포넌트들 또는 시스템들의 도움으로) 요청된 위치로 가는 도중에 환경을 통해 로봇 시스템(100)을 이동시키기 위한 방향 및 속도를 결정할 수 있다.

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

기계 컴포넌트들(110)은 로봇 시스템(100)이 물리적 동작들을 수행할 수 있게 하는 로봇 시스템(100)의 하드웨어를 나타낸다. 몇 가지 예들로서, 로봇 시스템(100)은 팔, 엔드 이펙터, 인지 하우징, 마스트, 중앙부, 베이스, 및 휠(wheel)들과 같은 하나 이상의 물리적 부재를 포함할 수 있다. 로봇 시스템(100)의 물리적 부재들 또는 다른 부분들은 물리적 부재들을 서로에 대해 이동시키도록 배열된 액추에이터들을 추가로 포함할 수 있다. 로봇 시스템(100)은 또한 제어 시스템(118) 또는 다른 컴포넌트들을 하우징하기 위한 하나 이상의 구조화된 본체를 포함할 수 있고, 다른 타입들의 기계 컴포넌트들을 추가로 포함할 수 있다. 주어진 로봇에 사용되는 특정 기계 컴포넌트들(110)은 로봇의 설계에 기초하여 변할 수 있고, 또한 로봇이 수행하도록 구성될 수 있는 동작들 또는 태스크들에 기초할 수도 있다.

일부 예들에서, 기계 컴포넌트들(110)은 하나 이상의 이동식 컴포넌트를 포함할 수 있다. 로봇 시스템(100)은 이러한 이동식 컴포넌트들을 추가하거나 제거하도록 구성될 수 있으며, 이는 사용자 또는 다른 로봇으로부터의 도움을 포함할 수 있다. 예를 들어, 로봇 시스템(100)은 필요에 따라 또는 원하는 대로 교체되거나 변경될 수 있는 이동식 엔드 이펙터들 또는 디지트(digit)들로 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 로봇 시스템(100)은 하나 이상의 이동식 또는 교체 가능식 배터리 유닛, 제어 시스템, 전력 시스템, 범퍼, 또는 센서를 포함할 수 있다. 일부 구현들 내에는 다른 타입들의 이동식 컴포넌트들이 포함될 수 있다.

로봇 시스템(100)은 로봇 시스템(100)의 양태들을 감지하도록 배열된 센서(들)(112)를 포함할 수 있다. 센서(들)(112)는 다른 가능성들 중에서 하나 이상의 힘 센서, 토크 센서, 속도 센서, 가속도 센서, 포지션 센서, 근접 센서, 모션 센서, 위치 센서, 하중 센서(load sensor), 온도 센서, 터치 센서, 깊이 센서, 초음파 범위 센서, 적외선 센서, 객체 센서(object sensor) 또는 카메라를 포함할 수 있다. 일부 예들 내에서, 로봇 시스템(100)은 로봇으로부터 물리적으로 분리되는 센서들(예를 들어, 다른 로봇들에 위치결정되거나 또는 로봇이 동작하고 있는 환경 내에 위치되는 센서들)로부터 센서 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다.

센서(들)(112)는 (아마도 데이터(107)를 통해) 프로세서(들)(102)에 센서 데이터를 제공하여 로봇 시스템(100)과 그 환경의 상호작용뿐만 아니라 로봇 시스템(100)의 동작의 모니터링을 가능하게 할 수 있다. 센서 데이터는 제어 시스템(118)에 의한 기계 컴포넌트들(110) 및 전기 컴포넌트들(116)의 활성화, 이동 및 비활성화를 위한 다양한 팩터들의 평가에 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서(들)(112)는 환경의 지형에 대응하는 데이터 또는 환경 인식 및 내비게이션에 도움이 될 수 있는 주변 객체들의 위치를 캡처할 수 있다.

일부 예들에서, 센서(들)(112)는 (예를 들어, 장거리 객체 검출, 거리 결정 또는 속도 결정을 위한) RADAR, (예를 들어, 단거리 객체 검출, 거리 결정 또는 속도 결정을 위한) LIDAR, (예를 들어, 수중 객체 검출, 거리 결정 또는 속도 결정을 위한) SONAR, (예를 들어, 모션 캡처를 위한) VICON®, 하나 이상의 카메라(예를 들어, 3D 비전용 스테레오스코픽 카메라), GPS(global positioning system) 트랜시버, 또는 로봇 시스템(100)이 동작하고 있는 환경의 정보를 캡처하기 위한 다른 센서들을 포함할 수 있다. 센서(들)(112)는 실시간으로 환경을 모니터링하고, 장애물들, 지형의 요소들, 기상 조건들, 온도 또는 환경의 다른 양태들을 검출할 수 있다. 다른 예에서, 센서(들)(112)는 객체의 사이즈, 형상, 프로파일, 구조 또는 방향과 같은 타겟 또는 식별된 객체의 하나 이상의 특성에 대응하는 데이터를 캡처할 수 있다.

또한, 로봇 시스템(100)은 로봇 시스템(100)의 다양한 컴포넌트들의 상태를 모니터링할 수 있는 센서(들)(112)를 포함하여 로봇 시스템(100)의 상태를 나타내는 정보를 수신하도록 구성되는 센서(들)(112)를 포함할 수 있다. 센서(들)(112)는 로봇 시스템(100)의 시스템들의 활동을 측정하고, 로봇 시스템(100)의 다양한 피처들의 동작, 예를 들어, 연장 가능한 팔, 엔드 이펙터, 로봇 시스템(100)의 다른 기계 또는 전기 피처들의 동작에 기초하여 정보를 수신할 수 있다. 센서(들)(112)에 의해 제공되는 데이터는 제어 시스템(118)이 로봇 시스템(100)의 컴포넌트들의 전체 동작을 모니터링할 뿐만 아니라 동작 오류들을 결정하는 것을 가능하게 할 수 있다.

예로서, 로봇 시스템(100)은 로봇 시스템(100)의 다양한 컴포넌트들에 대한 하중을 측정하기 위해 힘/토크 센서들을 사용할 수 있다. 일부 구현들에서, 로봇 시스템(100)은 팔 또는 엔드 이펙터의 하나 이상의 부재를 이동시키는 액추에이터들 상의 하중을 측정하기 위해 팔 또는 엔드 이펙터 상에 하나 이상의 힘/토크 센서를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 로봇 시스템(100)은 손목 또는 엔드 이펙터에 또는 그 부근에 힘/토크 센서를 포함할 수 있지만, 로봇 팔의 다른 관절들에 또는 그 부근에는 포함하지 않을 수 있다. 추가 예들에서, 로봇 시스템(100)은 로봇 시스템의 액추에이터들의 포지션을 감지하기 위해 하나 이상의 포지션 센서를 사용할 수 있다. 예를 들어, 이러한 포지션 센서들은 팔 또는 엔드 이펙터 상의 액추에이터들의 연장, 수축, 위치결정 또는 회전의 상태들을 감지할 수 있다.

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

로봇 시스템(100)은 본 명세서에서 명시적으로 논의되지 않은 다른 타입들의 센서들을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 로봇 시스템은 본 명세서에서 열거되지 않은 목적들을 위해 특정 센서들을 사용할 수 있다.

로봇 시스템(100)은 또한 로봇 시스템(100)의 다양한 컴포넌트들에 전력을 공급하도록 구성되는 하나 이상의 전원(들)(114)을 포함할 수 있다. 다른 가능한 전력 시스템들 중에서, 로봇 시스템(100)은 유압 시스템, 전기 시스템, 배터리들, 또는 다른 타입들의 전력 시스템들을 포함할 수 있다. 예시적인 예시로서, 로봇 시스템(100)은 로봇 시스템(100)의 컴포넌트들에 충전을 제공하도록 구성되는 하나 이상의 배터리를 포함할 수 있다. 기계 컴포넌트들(110) 또는 전기 컴포넌트들(116) 중 일부는 각각 상이한 전원에 연결될 수도 있고, 동일한 전원에 의해 전력이 공급될 수도 있고, 또는 다수의 전원들에 의해 전력이 공급될 수도 있다.

전력 또는 가솔린 엔진과 같은 임의의 타입의 전원이 로봇 시스템(100)에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 로봇 시스템(100)은 유체 동력을 사용하여 기계 컴포넌트들(110)에 동력을 제공하도록 구성되는 유압 시스템을 포함할 수 있다. 로봇 시스템(100)의 컴포넌트들은, 예를 들어, 유압 시스템을 통해 다양한 유압 모터들 및 유압 실린더들로 전달되는 유압 유체에 기초하여 동작할 수 있다. 유압 시스템은 튜브들, 가요성 호스들, 또는 로봇 시스템(100)의 컴포넌트들 사이의 다른 링크들을 통해 가압된 유압 유체를 통해 유체 동력을 전달할 수 있다. 전원(들)(114)은 외부 전원에 대한 유선 연결들, 무선 충전, 연소 또는 다른 예들과 같은 다양한 타입들의 충전을 사용하여 충전할 수 있다.

전기 컴포넌트들(116)은 전하 또는 전기 신호들을 프로세싱, 전달 또는 제공할 수 있는 다양한 메커니즘들을 포함할 수 있다. 가능한 예들 중에서, 전기 컴포넌트들(116)은 로봇 시스템(100)의 동작들을 가능하게 하는 전선들, 회로망, 또는 무선 통신 송신기들 및 수신기들을 포함할 수 있다. 전기 컴포넌트들(116)은 로봇 시스템(100)이 다양한 동작들을 수행할 수 있도록 기계 컴포넌트들(110)과 상호작용할 수 있다. 전기 컴포넌트들(116)은, 예를 들어, 전원(들)(114)으로부터 다양한 기계 컴포넌트들(110)로 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 로봇 시스템(100)은 전기 모터들을 포함할 수 있다. 전기 컴포넌트들(116)의 다른 예들 또한 존재할 수 있다.

로봇 시스템(100)은 로봇 시스템의 부속물(appendage)들 및 컴포넌트들에 연결되거나 이를 수용할 수 있는 본체를 포함할 수 있다. 이와 같이, 본체의 구조는 예들 내에서 다양할 수 있으며, 주어진 로봇이 수행하도록 설계되었을 수 있는 특정 동작들에 추가로 의존할 수 있다. 예를 들어, 무거운 하중들을 운반하도록 개발된 로봇은 하중의 배치를 가능하게 하는 넓은 본체를 가질 수 있다. 유사하게, 좁은 공간들에서 동작하도록 설계된 로봇은 상대적으로 키가 크고 좁은 본체를 가질 수 있다. 또한, 본체 또는 기타 컴포넌트들은 금속들 또는 플라스틱들과 같은 다양한 타입들의 재료들을 사용하여 개발될 수 있다. 다른 예들 내에서, 로봇은 상이한 구조를 갖거나 다양한 타입들의 재료들로 만들어진 본체를 가질 수도 있다.

본체 또는 다른 컴포넌트들은 센서(들)(112)를 포함하거나 운반할 수 있다. 이러한 센서들은 로봇 시스템(100) 상의 다양한 위치들, 예를 들어, 다른 예들 중에서 본체, 인지 하우징 또는 엔드 이펙터 상의 다양한 위치들에 위치결정될 수 있다.

로봇 시스템(100)은 운송될 소정 타입의 화물과 같은 하중을 운반하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 하중은 로봇 시스템(100)에 의해 로봇 시스템(100)에 부착된 통(bin) 또는 다른 컨테이너에 배치될 수 있다. 하중은 또한 로봇 시스템(100)이 활용할 수 있는 외부 배터리들 또는 다른 타입들의 전원들(예를 들어, 태양 전지판들)을 나타낼 수 있다. 하중을 운반하는 것은 로봇 시스템(100)이 구성될 수 있는 하나의 예시적인 용도를 나타내지만, 로봇 시스템(100)은 다른 동작들도 수행하도록 구성될 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 로봇 시스템(100)은 다양한 타입들의 부속물들, 휠들, 엔드 이펙터들, 그리핑 디바이스(gripping device)들 등을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 로봇 시스템(100)은 휠들, 트레드들, 또는 일부 다른 형태의 로코모션(locomotion)을 갖는 모바일 베이스를 포함할 수 있다. 추가적으로, 로봇 시스템(100)은 로봇 팔 또는 일부 다른 형태의 로봇 매니퓰레이터(robotic manipulator)를 포함할 수 있다. 모바일 베이스의 경우, 베이스는 기계 컴포넌트들(110) 중 하나로서 간주될 수 있고, 액추에이터들 중 하나 이상에 의해 전력이 공급되는 휠들을 포함할 수 있으며, 이는 본체의 나머지에 더하여 로봇 팔의 이동성을 허용한다.

도 2는 예시적인 실시예들에 따른 모바일 로봇을 예시한다. 도 3은 예시적인 실시예들에 따른 모바일 로봇의 분해도를 예시한다. 보다 구체적으로, 로봇(200)은 모바일 베이스(202), 중앙부(midsection)(204), 팔(206), 팔의 단부 시스템(end-of-arm system)(EOAS)(208), 마스트(210), 인지 하우징(212) 및 인지 스위트(214)를 포함할 수 있다. 로봇(200)은 또한 모바일 베이스(202) 내에 수용된 컴퓨트 박스(compute box)(216)를 포함할 수 있다.

모바일 베이스(202)는 로봇(200)에 로코모션을 제공하기 위해 로봇(200)의 전방 단부에 위치결정된 2개의 구동 휠을 포함한다. 모바일 베이스(202)는 또한 지표면 위에서 모바일 베이스(202)의 모션을 용이하게 하기 위해 추가적인 캐스터들(도시 생략)을 포함한다. 모바일 베이스(202)는 또한 컴퓨트 박스(216)가 쉽게 제거되도록 하는 모듈식 아키텍처를 가질 수 있다. 컴퓨트 박스(216)는 (기계적으로 통합된 제어 시스템보다는) 로봇(200)을 위한 이동식 제어 시스템으로서 역할을 할 수 있다. 외부 쉘들을 제거한 후, 컴퓨트 박스(216)는 쉽게 제거, 테스트, 디버깅 및/또는 교체될 수 있다. 컴퓨트 박스(216) 내의 모듈성은 추가적으로 제어 및 인지 시스템들이 독립적으로 업그레이드되도록 할 수 있다. 컴퓨트 박스(216) 내부의 물리적 모듈들은 또한 케이블들을 최소화하도록 배열될 수 있다. 내부의 보드들은 컴퓨트 박스(216) 내부의 케이블들을 연결하는 대신 외부적으로 필요한 경우 커넥터들을 노출시키는 구조로 인터로크할 수 있다. 모바일 베이스(202)는 또한 추가적인 모듈성을 허용하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 모바일 베이스(202)는 또한 전력 시스템, 배터리 및/또는 외부 범퍼들이 모두 쉽게 제거 및/또는 교체될 수 있도록 설계될 수 있다.

중앙부(204)는 모바일 베이스(202)의 전방 단부에서 모바일 베이스(202)에 부착될 수 있다. 중앙부(204)는 모바일 베이스(202)에 고정되는 마운팅 기둥(mounting column)을 포함한다. 중앙부(204)는 추가적으로 팔(206)을 위한 회전형 관절을 포함한다. 보다 구체적으로, 중앙부(204)는 팔(206)에 대한 처음 2개의 자유도를 포함한다(숄더 요 J0 관절(shoulder yaw J0 joint) 및 숄더 피치 J1 관절(shoulder pitch J1 joint)). 마운팅 기둥과 숄더 요 J0 관절은 모바일 베이스(202)의 전방에서 적층형 타워의 일부를 형성할 수 있다. 마운팅 기둥과 숄더 요 J0 관절은 동축(coaxial)일 수 있다. 중앙부(204)의 마운팅 기둥의 길이는 일반적으로 마주치는 높이 레벨들(예를 들어, 커피 테이블 상부 및 카운터 상부 레벨들)에서 조작 태스크들을 수행하기에 충분한 높이를 팔(206)에 제공하도록 선택될 수 있다. 중앙부(204)의 마운팅 기둥의 길이는 또한 숄더 피치 J1 관절이 모바일 베이스(202)와 접촉하지 않고 모바일 베이스(202) 위에서 팔(206)을 회전시키는 것을 허용할 수 있다.

팔(206)은 중앙부(204)에 연결될 때 7DOF 로봇 팔일 수 있다. 언급된 바와 같이, 팔(206)의 처음 2개의 DOF는 중앙부(204)에 포함될 수 있다. 나머지 5개의 DOF는 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이 팔(206)의 독립형 섹션에 포함될 수 있다. 팔(206)은 플라스틱 모놀리식 링크 구조물들로 구성될 수 있다. 팔(206) 내부에는 독립형 액추에이터 모듈들, 로컬 모터 드라이버들 및 스루 보어 케이블링(thru bore cabling)이 수용될 수 있다. 팔(206)의 예시적인 관절 타입들, ROM들, 링크 길이들, 및 관절 오프셋들은 아래에서 더 상세히 설명된다.

EOAS(208)는 팔(206)의 단부에 있는 엔드 이펙터일 수 있다. EOAS(208)는 로봇(200)이 환경에서 객체들을 조작하게 할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, EOAS(208)는 부족구동 핀치 그리퍼(underactuated pinch gripper)와 같은 그리퍼일 수 있다. 그리퍼는 객체 검출 및 그리퍼 제어를 용이하게 하기 위해 힘/토크 센서들과 같은 하나 이상의 접촉 센서 및/또는 하나 이상의 카메라와 같은 비접촉 센서들을 포함할 수 있다. EOAS(208)는 또한 흡입 그리퍼와 같은 상이한 타입의 그리퍼 또는 드릴 또는 브러시와 같은 상이한 타입의 툴일 수도 있다. EOAS(208)는 또한 교환 가능할 수도 있고 또는 그리퍼 디지트들과 같은 교환 가능한 컴포넌트들을 포함할 수도 있다.

마스트(210)는 팔(206)을 위한 숄더 요 J0 관절과 인지 하우징(212) 사이의 상대적으로 길고 좁은 컴포넌트일 수 있다. 마스트(210)는 모바일 베이스(202)의 전방에서 적층형 타워의 일부일 수 있다. 마스트(210)는 모바일 베이스(202)에 대해 고정될 수 있다. 마스트(210)는 중앙부(204)와 동축일 수 있다. 마스트(210)의 길이는 EOAS(208)에 의해 조작되고 있는 객체들의 인지 스위트(214)에 의한 인지를 용이하게 할 수 있다. 마스트(210)는, 숄더 피치 J1 관절이 수직 상방으로 회전될 때, 팔(206)의 이두박근의 최상부 포인트가 마스트(210)의 상부와 대략 정렬되도록 길이를 가질 수 있다. 마스트(210)의 길이는, 숄더 피치 J1 관절이 수직 상방으로 회전될 때, 인지 하우징(212)과 팔(206) 사이의 충돌을 방지하기에 충분할 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 마스트(210)는 환경에 대한 깊이 정보를 수집하도록 구성되는 3D 라이다 센서를 포함할 수 있다. 3D 라이다 센서는 마스트(210)의 절개된 부분에 커플링되고, 아래쪽으로 비스듬히 고정될 수 있다. 라이다 포지션은 로컬라이제이션, 내비게이션 및 전방 클리프 검출에 최적화될 수 있다.

인지 하우징(212)은 인지 스위트(214)를 구성하는 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 인지 하우징(212)은 팬/틸트 컨트롤에 연결되어 (예를 들어, EOAS(208)에 의해 조작되고 있는 객체들을 보기 위해) 인지 하우징(212)의 방향을 조정할 수 있다. 인지 하우징(212)은 모바일 베이스(202)에 고정되는 적층형 타워의 일부일 수 있다. 인지 하우징(212)의 후방 부분은 마스트(210)와 동축일 수 있다.

인지 스위트(214)는 로봇(200)의 환경을 나타내는 센서 데이터를 수집하도록 구성되는 센서들의 스위트를 포함할 수 있다. 인지 스위트(214)는 적외선(IR)-지원 스테레오 깊이 센서를 포함할 수 있다. 인지 스위트(214)는 인간-로봇 상호작용 및 컨텍스트 정보를 위한 광각 RGB(red-green-blue) 카메라를 추가로 포함할 수 있다. 인지 스위트(214)는 객체 분류를 위한 고해상도 RGB 카메라를 추가로 포함할 수 있다. 인지 스위트(214)를 둘러싸는 페이스 라이트 링(face light ring)이 향상된 인간-로봇 상호작용 및 장면 조명을 위해 포함될 수도 있다.

도 4는 예시적인 실시예들에 따른 로봇 팔을 예시한다. 로봇 팔은 7개의 DOF: 숄더 요 J0 관절(shoulder yaw J0 joint), 숄더 피치 J1 관절(shoulder pitch J1 joint), 이두박근 롤 J2 관절(bicep roll J2 joint), 엘보우 피치 J3 관절(elbow pitch J3 joint), 팔뚝 롤 J4 관절(forearm roll J4 joint), 손목 피치 J5 관절(wrist pitch J5 joint) 및 손목 롤 J6 관절(wrist roll J6 joint)을 포함한다. 관절들 각각은 하나 이상의 액추에이터에 커플링될 수 있다. 관절들에 커플링된 액추에이터들은 운동학적 체인(뿐만 아니라 로봇 팔에 부착된 임의의 엔드 이펙터) 아래로 링크들의 이동을 유발하도록 동작 가능할 수 있다.

숄더 요 J0 관절은 로봇 팔이 로봇의 전방 및 후방을 향해 회전하도록 한다. 이 모션의 한 가지 유익한 용도는 로봇이 로봇의 전방의 객체를 집어들고 (역방향 모션뿐만 아니라) 로봇의 후방 섹션에 객체를 빠르게 놓을 수 있도록 하는 것이다. 이 모션의 다른 유익한 용도는 (역방향 모션뿐만 아니라) 로봇 팔을 로봇 뒤의 적재형 구성(stowed configuration)으로부터 로봇의 전방의 활성 포지션으로 빠르게 이동시키는 것이다.

숄더 피치 J1 관절은 로봇이 로봇 팔을 (예를 들어, 이두박근이 로봇의 인지 스위트 레벨까지 오도록) 들어올릴 수 있게 하고, 로봇 팔을 (예를 들어, 이두박근이 모바일 베이스 바로 위에 있도록) 내리도록 할 수 있다. 이 모션은 로봇이 환경의 상이한 타겟 높이 레벨들에서 조작 동작들(예를 들어, 상부 잡기(top grasp)들 및 측면 잡기(side grasp)들)을 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 데 유용하다. 예를 들어, 숄더 피치 J1 관절은 로봇이 환경에서 테이블에 있는 객체들을 쉽게 조작할 수 있도록 수직 상방 포지션으로 회전될 수 있다. 숄더 피치 J1 관절은 로봇이 환경의 지표면에 있는 객체들을 쉽게 조작할 수 있도록 수직 하방 포지션으로 회전될 수 있다.

이두박근 롤 J2 관절은 로봇이 이두박근을 회전시켜 엘보우와 팔뚝을 이두박근에 대해 이동시키도록 할 수 있다. 이 모션은 로봇의 인지 스위트에 의한 EOAS의 명확한 뷰를 용이하게 하는 데 특히 유용할 수 있다. 이두박근 롤 J2 관절을 회전시킴으로써, 로봇은 엘보우와 팔뚝을 차내고 로봇의 그리퍼에 유지된 객체에 대한 시선을 향상시킬 수 있다.

운동학적 체인 아래로 이동하면서, 교번하는 피치 및 롤 관절들(숄더 피치 J1 관절, 이두박근 롤 J2 관절, 엘보우 피치 J3 관절, 팔뚝 롤 J4 관절, 손목 피치 J5 관절 및 손목 롤 J6 관절)이 제공되어 로봇 팔의 조작성을 향상시킨다. 손목 피치 J5 관절, 손목 롤 J6 관절 및 팔뚝 롤 J4 관절의 축들은 객체들의 방향을 조정하기 위해 팔 모션을 감소시키도록 교차하고 있다. 객체 회전을 향상시키기 위해 손목에 2개의 피치 관절 대신 손목 롤 J6 포인트가 제공된다.

일부 예들에서는, 도 4에 예시된 것과 같은 로봇 팔이 교시 모드(teach mode)에서 동작하는 것이 가능할 수 있다. 특히, 교시 모드는 사용자가 로봇 팔과 물리적으로 상호작용하고 이를 안내하여 다양한 이동들을 수행하고 기록하도록 할 수 있게 하는 로봇 팔의 동작 모드일 수 있다. 교시 모드에서는, 특정 태스크를 수행하는 방법에 관해 로봇을 가르치기 위해 의도되는 교시 입력에 기초하여 외력이 (예를 들어, 사용자에 의해) 로봇 팔에 인가된다. 따라서, 로봇 팔은 사용자로부터의 명령들 및 안내에 기초하여 특정 태스크를 수행하는 방법에 관한 데이터를 획득할 수 있다. 이러한 데이터는 다른 가능성들 중에서 기계 컴포넌트들의 복수의 구성들, 관절 포지션 데이터, 속도 데이터, 가속도 데이터, 토크 데이터, 힘 데이터, 및 동력 데이터와 관련될 수 있다.

교시 모드 동안, 사용자는 일부 예들에서는 EOAS 또는 손목을 잡고 다른 예들에서는 로봇 팔의 임의의 부분을 잡고, 물리적으로 로봇 팔을 이동시킴으로써 외력을 제공할 수 있다. 특히, 사용자는 로봇 팔을 객체를 잡은 다음 객체를 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키도록 안내할 수 있다. 사용자가 교시 모드 동안 로봇 팔을 안내할 때, 로봇은 로봇 팔이 독립적인 동작 동안(예를 들어, 로봇 팔이 교시 모드 밖에서 독립적으로 동작할 때) 미래의 시간에 태스크를 독립적으로 수행하도록 구성될 수 있도록 이동과 관련된 데이터를 획득하고 기록할 수 있다. 일부 예들에서는, 다른 가능성들 중에서 다른 객체들, 머신들 또는 로봇 시스템들과 같은 물리적 작업 공간의 다른 엔티티들에 의해 외력들이 인가될 수도 있다.

도 5는 예시적인 실시예들에 따른 관절 모션 범위들(500)을 예시하는 테이블이다. 일부 예들에서, 관절 ROM들은 오른손 엘보우-업 포지션을 최적화하도록 선택될 수 있으며, 오른손 엘보우-업 포지션에서는, 숄더 요 J0 관절이 모바일 베이스의 우측을 향해 이에 수직으로 회전되고, 숄더 피치 J1 관절이 수직 상방으로 회전되고, 엘보우 피치 J3 관절이 수직 상방으로 회전되고, 손목 피치 J5 관절이 수직 상방으로 회전된다. 다른 예들에서는 관절들의 일부 또는 전부에 대한 대안적인 모션 범위들이 사용될 수도 있다.

숄더 요 J0 관절은 숄더 요 J0 관절이 오른손 포지션으로부터 전방으로 80도 및 후방으로 260도 회전할 수 있도록 하는 비대칭형 ROM을 갖는다. 이 회전 가능한 관절은 모바일 로봇 디바이스의 바로 전방의 각도를 제외한 ROM을 갖고 마운팅 기둥에 대해 7DOF 로봇 팔의 회전을 가능하게 할 수 있다. 이 ROM은 로봇이 로봇 뒤로부터(예를 들어, 적재형 구성으로부터) 팔을 로봇의 전방의 좌측 또는 우측 중 어느 쪽으로 쉽게 회전하게 할 수 있다.

숄더 피치 J1 관절은 숄더 피치 J1 관절이 수직 상방 포지션으로부터 앞쪽으로 185도, 뒤쪽으로 155도 회전할 수 있도록 하는 비대칭형 ROM을 갖는다. 이 ROM은 아래쪽 및 뒤쪽 각도를 제외하며, 뒤쪽으로부터의 적재를 허용한다.

이두박근 롤 J2 관절은 이두박근 롤 J2 관절이 팔뚝이 숄더 요 J0 관절과 직접적으로 반대 방향으로 회전되는 포지션으로부터 앞쪽으로 215도, 뒤쪽으로 125도 회전할 수 있도록 하는 비대칭형 ROM을 갖는다. 이 ROM은 인지 하우징의 인지 시스템으로 EOAS를 볼 때 엘보우와 팔뚝을 비켜서 이동시키도록 허용한다.

엘보우 피치 J3 관절은 엘보우 피치 J3 관절이 엘보우-업 포지션으로부터 앞쪽으로 120도, 뒤쪽으로 220도 회전할 수 있도록 하는 비대칭형 ROM을 갖는다. 이 ROM은 아래쪽 및 뒤쪽 각도를 제외하며, 외부로부터의 적재해제(unstowing)를 허용한다.

팔뚝 롤 J4 관절은 팔뚝 롤 J4 관절이 어느 방향으로든 170도 회전할 수 있도록 하는 대칭형 ROM을 갖는다. 이 ROM은 중심 손목 피치를 제공한다.

손목 피치 J5 관절은 손목 피치 J5 포인트가 수직 상방 포지션으로부터 어느 방향으로든 105도 회전할 수 있게 하는 대칭형 ROM을 갖는다.

손목 롤 J6 관절은 손목 롤 J6 관절이 어느 방향으로든 170도 회전할 수 있도록 하는 대칭형 ROM을 갖는다. 이 ROM은 수평 잡기(horizontal grasp)를 위해 중심에 있다.

도 6a, 도 6b 및 도 6c는 예시적인 실시예들에 따른 로봇 치수들을 예시한다. 보다 구체적으로, 도 6a는 정면도를 도시하고, 도 6b는 측면도를 도시하고, 도 6c는 로봇(600)의 평면도를 도시한다. 예시된 바와 같이, 공간 활용을 최소화하면서 모션 범위를 최적화하기 위해 상대적으로 키가 크고 좁은 폼 팩터가 사용될 수 있다.

일부 예들에서, 로봇(600)의 높이(602)는 로봇(600)의 모바일 베이스의 길이(606)의 2배보다 크다. 추가 예들에서, 로봇(600)의 높이(602)는 로봇(600)의 모바일 베이스의 폭(604)의 3배보다 크다. 예를 들어, 하나의 예시적인 구현에서, 높이(602)는 1351mm이고, 길이(606)는 535.6mm이고, 폭(604)은 396.3mm이다. 로봇(600)의 중앙부는 숄더가 모바일 베이스와 충돌하지 않고 수직 하방으로 회전할 수 있도록 충분히 길게 만들어질 수 있다. 또한, 로봇(600)의 마스트는 숄더가 인지 하우징과 충돌하지 않고 수직 상방으로 회전할 수 있도록 충분히 길 수 있다. 상대적으로 긴 마스트는 로봇 팔에 의해 야기되는 가려짐들을 갖지 않고 EOAS의 인지를 용이하게 할 수 있다.

팔에서, 로봇(600)의 이두박근의 길이(612)는 로봇(600)의 팔뚝의 길이(614)와 대략 동일한 길이일 수 있다. 보다 구체적으로, 일부 예들에서, 팔뚝의 길이(614)는 이두박근의 길이(612)의 10% 이내일 수 있다. 예를 들어, 이두박근의 길이(612)는 400mm일 수 있고, 팔뚝의 길이(614)는 365mm일 수 있다. 길이들이 대략 매칭되면 이두박근과 팔뚝이 서로 반대 방향으로 회전될 때(예를 들어, 숄더-다운, 엘보우-업 포지션에서) 서로를 보상하도록 허용한다.

추가 예들에서, 숄더 요 J0 관절과 이두박근 롤 J2 관절 사이의 오프셋(624)은 이두박근 롤 J2 관절과 팔뚝 롤 J4 관절 사이의 오프셋(622)과 동일하거나 대략 동일하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 오프셋(622) 및 오프셋(624)은 모두 165mm로 설정될 수 있다. 추가 예들에서, 오프셋(624)은 오프셋(622)의 10% 이내일 수 있다. 매칭되거나 또는 대략 매칭되는 오프셋들은 쉬운 적재 및 단순화된 운동학을 허용할 수 있다.

도 7a 및 도 7b, 도 8a 및 도 8b, 및 도 9a 및 도 9b는 본 명세서에서 설명된 일부 예시적인 로봇들이 접힐 수 있는 적재형 구성들을 예시한다. 일부 예들에서, 로봇은 단일 적재형 구성(예를 들어, 도 7a 및 도 7b에 도시된 구성, 도 8a 및 도 8b에 도시된 구성, 또는 도 9a 및 도 9b에 도시된 구성)으로만 접히도록 구성될 수 있다. 다른 예들에서, 로봇은 다수의 적재형 구성들(예를 들어, 도 7a 및 도 7b, 도 8a 및 도 8b, 도 9a 및 도 9b 각각에 도시된 구성)로 접힐 수 있다. 그런 다음, 로봇은 적재형 구성으로 접히기 전의 로봇 팔의 현재 활성 포지션 또는 적재형 구성으로 접힌 후의 로봇 팔의 계획된 미래 활성 포지션을 포함하여 다양한 팩터들에 기초하여 적재형 구성들 중에서 선택하도록 프로그래밍될 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 예시적인 실시예들에 따른 숄더-다운, 엘보우-업 적재형 구성의 로봇(700)의 사시도 및 평면도를 도시한다. 팔(702)의 이러한 구성은 숄더 피치 J1 관절이 수직 하방으로 회전되고 엘보우 피치 J3 관절이 수직 상방으로 회전되는 것을 포함할 수 있다. 구성은 또한 손목 피치 J5 포인트가 수직 상방으로 회전되는 것을 포함할 수 있다. 구성은 또한 숄더 요 J0 관절이 로봇(700)의 모바일 베이스(704)의 후방 섹션을 향해 회전되는 것을 포함할 수 있다. 예시된 예에서, 로봇(700)은 로봇(700)의 후방 섹션에 컨테이너(706)를 갖는다. 숄더 요 J0 관절은 로봇 팔(702)이 로봇의 후방 섹션의 나머지 부분 내에 끼워질 수 있도록 도시된 바와 같이 각도를 이룰 수 있다. 이러한 적재형 구성에서, 로봇 팔(702)은 위에서 볼 때 모바일 베이스(704)의 풋프린트 내에 끼워질 수 있다.

숄더-다운, 엘보우-업 적재형 구성의 대안적인 변형에서, 숄더 요 J0 관절은 모바일 로봇의 전방과 직접적으로 반대 방향으로 회전될 수 있다. 이 구성은 모바일 베이스의 후방 섹션에 컨테이너를 갖지 않는 로봇에 사용될 수 있다. 이 구성에서, 로봇 팔은 모바일 베이스의 후방 단부까지 또는 대략 모바일 베이스의 단부까지 모든 경로를 연장할 수 있다. 구성은 공간 활용을 최소화하는 동시에 로봇 아트가 적재형 구성으로부터 활성 포지션으로 전환되는 것을 용이하게 할 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 예시적인 실시예들에 따른 숄더-업, 엘보우-다운 적재형 구성의 로봇(800)의 사시도 및 평면도를 도시한다. 팔(802)의 이러한 구성은 이전 단락에서 설명된 바와 같이 숄더 요 J0 관절이 모바일 로봇의 전방과 직접적으로 반대 방향으로 회전되는 숄더-다운, 엘보우-업 포지션의 미러 포지션으로 간주될 수 있다. 숄더-업, 엘보우-다운 구성은 숄더 피치 J1 관절이 수직 상방으로 회전되고 엘보우 피치 J3 관절이 수직 하방으로 회전되는 것을 포함할 수 있다. 구성은 또한 손목 피치 J5 포인트가 수직 하방으로 회전되는 것을 포함할 수 있다. 예시된 예에서, 로봇은 로봇(800)의 후방 섹션에 컨테이너(806)를 갖는다. 로봇 팔(802)은 로봇 팔(802)이 컨테이너(806) 위에 수직으로 있도록 위치결정될 수 있다. 이 적재형 구성에서, 로봇 팔(802)은 위에서 볼 때 모바일 베이스(804)의 풋프린트 내에 끼워질 수 있다.

도 9a 및 도 9b는 위에서 볼 때 로봇 팔(902)이 모바일 베이스(904)의 풋프린트 내에서 접혀지는 로봇(900)에 대한 다른 적재형 구성의 사시도 및 평면도를 도시한다. 이 구성에서는, 로봇 팔(902)이 컨테이너(906) 위에 있고 모바일 베이스(904)의 양쪽 측면에 접근하도록 숄더와 엘보우가 각도를 이루고 있다. 로봇(900)은 또한 이두박근과 팔뚝의 포지션들이 반대인 미러식 적재형 구성으로 접힐 수도 있다.

다른 적재형 구성들도 가능하다. 로봇 팔을 모바일 베이스의 풋프린트 내에 포함된 상태로 또는 거의 포함된 상태로 유지하는 적재형 구성 내에 로봇 팔을 적재함으로써, 모바일 베이스를 사용한 로봇 내비게이션이 용이해질 수 있다. 회전형 J0 관절을 포함한 로봇 팔 운동학은 적재형 구성으로의 및 적재형 구성으로부터의 전환을 용이하게 할 수 있다.

도 10, 도 11, 도 12 및 도 13은 예시적인 실시예들에 따른 EOAS의 인지를 용이하게 하기 위한 로봇 팔 구성들을 예시한다. 로봇 팔 형태학, 운동학, 링크 길이들 및 ROM들은 EOAS가, 예를 들어, 마운팅 기둥의 높이(예를 들어, 커피 테이블 레벨)에 있는 그라운드 플로어(ground floor)에 근접한 타겟 작업 높이들에 위치결정될 때, 그리고 엔드 이펙터가 인지 하우징의 높이(예를 들어, 주방 조리대 레벨)에 있을 때, 인지 하우징의 인지 시스템과 EOAS 사이의 시선을 가능하게 하도록 최적화될 수 있다. 로봇 팔은 상부 잡기(top grasp) 및 측면 잡기(side grasp)와 같은 특정 타입들의 잡기들에 최적화될 수도 있다.

도 10은 팔뚝이 수직이거나 거의 수직인 플로어 레벨에서의 상부 잡기의 뷰들(1002, 1004, 1006 및 1008)을 예시한다. 도 11은 팔뚝이 수직이거나 거의 수직인 커피 테이블 레벨에서 상부 잡기의 뷰들(1102, 1104, 1106 및 1108)을 예시한다. 도 12는 팔뚝이 수평이거나 거의 수평인 커피 테이블 레벨에서의 측면 잡기의 뷰들(1202, 1204, 1206 및 1208)을 예시한다. 도 13은 팔뚝이 수평이거나 거의 수평인 주방 조리대 레벨에서의 측면 잡기의 뷰들(1302, 1304, 1306 및 1308)을 예시한다. 각각의 예에는, 인지 하우징 내의 하나 이상의 인지 센서의 시야가 도시된다. 팔 포지션은 예시된 포즈들 각각에서 EOAS의 인지를 용이하게 하도록 선택될 수 있다. 팔에 7개의 DOF를 제공함으로써, 환경의 주어진 포즈에서 EOAS를 위치결정하는 데 다수의 팔 구성들이 이용 가능할 수 있다. 인지 하우징의 인지 센서들의 시야 내에 있는 EOAS 주변의 영역을 최대화하는 포즈들이 선택될 수 있다. 이두박근 롤 J2 관절은 로봇 팔이 인지 하우징의 인지 센서들을 비켜서 엘보우와 팔뚝을 롤링할 수 있게 하는 데 특히 유용할 수 있다.

추가 예들에서, 로봇 형태학, 운동학, 링크 길이들, 및/또는 ROM들은 상이한 타겟 작업 높이들 및/또는 잡기 타입들을 수용하도록 조정될 수 있다.

도 14a 및 도 14b는 예시적인 실시예들에 따른 회전 가능한 관절에 대한 부속물의 부착을 도시한다. 보다 구체적으로, 회전 가능한 J0 관절(1402)은 모바일 로봇 디바이스 상의 적층형 타워 배열의 일부로서 포함될 수 있다. 모바일 로봇 디바이스에 대한 부속물의 부착을 허용하는 부착 포인트(1404)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 예시된 바와 같이, 트레이(1406)가 부착 포인트(1404)에서 부착될 수 있다. 부착 포인트(1404)에 대한 트레이(1406)의 부착은 회전 가능한 관절(1402)에 의한 트레이(1406)의 회전을 허용할 수 있다. 보다 구체적으로, 회전 가능한 관절(1402)의 회전은 수평면을 통해 트레이(1406)를 회전시킬 수 있다. 일부 예들에서, 부착 포인트(1404)는 회전 가능한 J0 관절이 부속물을 회전시키는 평면에 수직인 평면을 통해(예를 들어, 수평면에 수직인 평면을 통해) 부착된 부속물(예를 들어, 트레이(1406))을 개별적으로 회전시키도록 구성되는 별도의 회전 가능한 J1 관절에 연결될 수 있다. 예를 들어, 일부 예들에서, 트레이(1406) 또는 유사한 부속물은 트레이(1406)와 로봇의 모바일 베이스 사이에 아이템을 클램핑하기 위해 아래쪽으로 회전될 수 있다.

도 15는 예시적인 실시예들에 따른 부착된 부속물을 갖는 회전 가능한 관절의 포지션들을 도시한다. 보다 구체적으로, 회전 가능한 J0 관절의 회전은 모바일 로봇 디바이스가 후방 포지션(1502), 측면 포지션(1504), 및 전방 포지션(1506)을 포함하는 상이한 포지션들에서 부착된 부속물을 위치결정시키는 것을 허용한다. 도 15에서, 부착된 부속물은 (예를 들어, 음식, 음료들 또는 기타 아이템들을 사용자에게 제공하기 위해) 트레이로서 예시되어 있다. 추가 예들에서는, 다른 타입들의 부속물들도 유사한 방식으로 모바일 로봇 디바이스에 부착될 수 있다. 예를 들어, 도 16은 예시적인 실시예들에 따른 상이한 부착된 부속물을 갖는 회전 가능한 관절의 포지션들을 도시한다. 보다 구체적으로, (예를 들어, 사용자들로부터 폐기물 또는 기타 아이템들을 수집하기 위한) 바구니는 후방 포지션(1602), 측면 포지션(1604) 및 전방 포지션(1606)을 포함하는 상이한 포지션들에 예시되어 있다.

일부 예들에서, 부속물을 회전 가능한 J0 관절에 연결하기 위한 부착 포인트를 포함하면 상이한 로봇 태스크들에 대한 상이한 부속물들의 교환을 허용한다. 예를 들어, 아이템 전달과 관련된 태스크들을 위해 트레이가 부착될 수 있고, 아이템 수집과 관련된 태스크들을 위해 바구니가 부착될 수 있고, 로봇 뒤의 최대 운반 용량을 필요로 하는 태스크들을 위해 부속물이 부착되지 않을 수 있다. 부속물을 회전 가능한 J0 관절에 연결하기 위한 부착 포인트를 포함하는 모바일 로봇 디바이스의 경우, 모바일 로봇 디바이스의 나머지 부분은 부착된 7DOF 로봇 팔을 갖는 모바일 로봇 디바이스와 관련하여 본 명세서에서 설명된 양태들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 따라서, 일부 예시적인 실시예들은 모바일 베이스, 모바일 베이스에 고정되는 마운팅 기둥, 마운팅 기둥에 대해 부속물의 회전을 가능하게 하는 회전 가능한 관절, 및 적어도 하나의 센서를 포함하는 인지 하우징을 포함하여 도 15 및 도 16에 예시된 바와 같은 모바일 로봇 디바이스를 포함하며, 마운팅 기둥, 회전 가능한 관절 및 인지 하우징은 회전 가능한 관절이 마운팅 기둥 위 및 인지 하우징 아래에 있도록 적층형 타워로 배열된다.

추가 예들에서, 이전에 예시된 7DOF 로봇 팔 또는 그 일부 부분과 같은 로봇 팔은 또한 도 13a에 예시된 것과 같은 부착 포인트에 부착 가능할 수 있다. 따라서, 일부 예들에서, 로봇 팔은 또한 다른 타입들의 부속물들의 부착을 허용하도록 이동식일 수 있다.

III. 결론

본 개시내용은 다양한 양태들의 예시들로서 의도되는 본 출원에서 설명된 특정 실시예들에 관하여 제한되지 않는다. 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 그 사상 및 범위를 벗어나지 않고, 많은 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있다. 본 명세서에서 열거된 것들에 더하여, 본 개시내용의 범위 내에서 기능적으로 등가인 방법들 및 장치들은 전술한 설명들로부터 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 이러한 수정들 및 변형들은 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다.

상기 상세한 설명은 첨부 도면들을 참조하여 개시된 시스템들, 디바이스들 및 방법들의 다양한 피처들 및 기능들을 설명한다. 도면들에서, 유사한 심볼들은 문맥상 달리 지시하지 않는 한 일반적으로 유사한 컴포넌트들을 식별한다. 본 명세서 및 도면들에서 설명된 예시적인 실시예들은 제한을 의미하지 않는다. 본 명세서에서 제시된 대상의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서, 다른 실시예들이 활용될 수 있고, 다른 변경들이 이루어질 수 있다. 본 명세서에서 일반적으로 설명되고 도면들에서 예시된 바와 같이, 본 개시내용의 양태들은 매우 다양한 상이한 구성들로 배열, 대체, 결합, 분리 및 설계될 수 있으며, 이들 모두는 본 명세서에서 명시적으로 고려된다는 것이 쉽게 이해될 것이다.

정보의 프로세싱을 나타내는 블록은 본 명세서에서 설명된 방법 또는 기술의 특정 논리 기능들을 수행하도록 구성될 수 있는 회로망에 대응할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 정보의 프로세싱을 나타내는 블록은 모듈, 세그먼트 또는 프로그램 코드(관련 데이터 포함)의 일부에 대응할 수 있다. 프로그램 코드는 방법 또는 기술에서 특정 논리 기능들 또는 액션들을 구현하기 위해 프로세서에 의해 실행 가능한 하나 이상의 명령어를 포함할 수 있다. 프로그램 코드 또는 관련 데이터는 디스크 또는 하드 드라이브 또는 기타 저장 매체를 포함하는 스토리지 디바이스와 같은 임의의 타입의 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다.

컴퓨터 판독 가능 매체는 또한 레지스터 메모리, 프로세서 캐시, 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory)(RAM)와 같이 짧은 기간 동안 데이터를 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체와 같은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 또한, 예를 들어, 판독 전용 메모리(read only memory)(ROM), 광학 또는 자기 디스크들, 콤팩트 디스크 판독 전용 메모리(compact-disc read only memory)(CD-ROM)와 같은 2차 또는 영구 장기 스토리지와 같이 더 긴 기간들 동안 프로그램 코드 또는 데이터를 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 또한 임의의 다른 휘발성 또는 비휘발성 저장 시스템들일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는, 예를 들어, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체, 또는 유형의(tangible) 저장 디바이스로 간주될 수 있다.

더욱이, 하나 이상의 정보 송신을 나타내는 블록은 동일한 물리적 디바이스의 소프트웨어 또는 하드웨어 모듈들 사이의 정보 송신들에 대응할 수 있다. 그러나, 다른 정보 송신들이 상이한 물리적 디바이스들의 소프트웨어 모듈들 또는 하드웨어 모듈들 사이에서 이루어질 수 있다.

도면들에 도시된 특정 배열들은 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 다른 실시예들은 주어진 도면에 도시된 각각의 요소들을 더 많거나 더 적게 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 예시된 요소들 중 일부는 결합되거나 생략될 수 있다. 또한, 예시적인 실시예는 도면들에 예시되지 않은 요소들을 포함할 수 있다.

다양한 양태들 및 실시예들이 본 명세서에서 개시되었지만, 다른 양태들 및 실시예들은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 명세서에서 개시된 다양한 양태들 및 실시예들은 예시를 위한 것이며 제한하는 것으로 의도되지 않으며, 진정한 범위는 다음의 청구범위에 의해 나타내어진다.

Claims

모바일 로봇 디바이스(mobile robotic device)로서,
모바일 베이스(mobile base);
상기 모바일 베이스에 고정되는 마운팅 기둥(mounting column);
7자유도(seven-degree-of-freedom)(7DOF) 로봇 팔 - 상기 7자유도 로봇 팔은 상기 마운팅 기둥에 대해 상기 7DOF 로봇 팔의 회전을 가능하게 하는 회전 가능한 관절(rotatable joint)을 포함함 -; 및
적어도 하나의 센서를 포함하는 인지 하우징(perception housing) - 상기 마운팅 기둥, 상기 7DOF 팔의 회전 가능한 관절, 및 상기 인지 하우징은 상기 7DOF 팔의 회전 가능한 관절이 상기 마운팅 기둥 위 및 상기 인지 하우징 아래에 있도록 적층형 타워로 배열됨 -
을 포함하는, 모바일 로봇 디바이스.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 구동 휠을 추가로 포함하고, 상기 적층형 타워는 상기 적어도 하나의 구동 휠 위에 위치결정되는, 모바일 로봇 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 마운팅 기둥은 상기 모바일 베이스의 전방 단부에 부착되고, 상기 모바일 베이스는 상기 모바일 베이스의 후방 단부에 위치결정되는 상부 표면을 추가로 포함하는, 모바일 로봇 디바이스.
제3항에 있어서, 상기 모바일 베이스의 상부 표면은 상기 7DOF 로봇 팔에 의해 이동되는 객체들을 수용하기 위한 컨테이너를 포함하는, 모바일 로봇 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 7DOF 로봇 팔은 적재형 구성(stowed configuration)으로 접히도록 구성되고, 상기 7DOF 로봇 팔은 상기 7DOF 로봇 팔이 상기 적재형 구성에 있을 때 상기 모바일 베이스의 풋프린트 내에 포함되는, 모바일 로봇 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 회전 가능한 관절은 숄더 요 J0 관절(shoulder yaw J0 joint)이고, 상기 7DOF 로봇 팔은 숄더 피치 J1 관절(shoulder pitch J1 joint), 이두박근 롤 J2 관절(bicep roll J2 joint), 엘보우 피치 J3 관절(elbow pitch J3 joint), 팔뚝 롤 J4 관절(forearm roll J4 joint), 손목 피치 J5 관절(wrist pitch J5 joint) 및 손목 롤 J6 관절(wrist roll J6 joint)을 추가로 포함하는, 모바일 로봇 디바이스.
제6항에 있어서, 상기 숄더 요 J0 관절과 이두박근 롤 J2 관절 사이의 제1 오프셋은 상기 이두박근 롤 J2 관절과 상기 팔뚝 롤 J4 관절 사이의 제2 오프셋과 대략 동일한, 모바일 로봇 디바이스.
제6항에 있어서, 상기 7DOF 로봇 팔의 이두박근의 제1 길이는 상기 7DOF 로봇 팔의 팔뚝의 제2 길이와 대략 동일한, 모바일 로봇 디바이스.
제6항에 있어서, 상기 7DOF 로봇 팔은 숄더 업 적재형 구성(shoulder up stowed configuration)으로 접히도록 구성되고, 상기 숄더 업 적재형 구성은 상기 숄더 요 J0 관절이 상기 모바일 베이스의 후방 단부를 향해 회전되는 것, 상기 숄더 피치 J1 관절이 수직 상방으로 회전되는 것, 상기 엘보우 피치 J3 관절이 수직 하방으로 회전되는 것, 및 상기 손목 피치 J5 관절이 수직 하방으로 회전되는 것을 포함하는, 모바일 로봇 디바이스.
제9항에 있어서, 상기 숄더 업 적재형 구성에서, 상기 7DOF 로봇 팔은 상기 7DOF 로봇 팔의 최후방 포인트가 상기 모바일 베이스의 후방 단부와 대략 정렬되도록 상기 모바일 베이스를 오버행(overhang)하는, 모바일 로봇 디바이스.
제6항에 있어서, 상기 7DOF 로봇 팔은 숄더 다운 적재형 구성(shoulder down stowed configuration)으로 접히도록 구성되고, 상기 숄더 다운 적재형 구성은 상기 숄더 요 J0 관절이 상기 모바일 베이스의 후방 단부를 향해 회전되는 것, 상기 숄더 피치 J1 관절이 수직 하방으로 회전되는 것, 상기 엘보우 피치 J3 관절이 수직 상방으로 회전되는 것, 및 상기 손목 피치 J5 관절이 수직 상방으로 회전되는 것을 포함하는, 모바일 로봇 디바이스.
제6항에 있어서, 상기 숄더 요 J0 관절이 상기 마운팅 기둥이 고정되는 모바일 베이스의 전방 단부와 반대 방향으로 회전되고 상기 숄더 피치 J1 관절이 수직 하방으로 회전될 때, 상기 7DOF 로봇 팔의 이두박근의 최하부 포인트는 상기 모바일 베이스의 상부 표면 위에 있는, 모바일 로봇 디바이스.
제6항에 있어서, 상기 적층형 타워는 상기 회전 가능한 관절과 상기 인지 하우징 사이에 마스트(mast)를 추가로 포함하고, 상기 마스트는, 상기 숄더 피치 J1 관절이 수직 상방으로 회전될 때, 상기 7DOF 로봇 팔의 이두박근의 최상부 포인트가 상기 마스트의 상부와 대략 정렬되도록 길이를 갖고, 상기 마스트의 길이는, 상기 숄더 피치 J1 관절이 수직 상방으로 회전될 때, 상기 인지 하우징과 상기 7DOF 로봇 팔 사이의 충돌을 방지하기에 충분한, 모바일 로봇 디바이스.
제6항에 있어서, 상기 7DOF 로봇 팔의 각각의 관절은 오른손 엘보우 업 포지션(right handed elbow up position)에 대해 최적화되는 모션 범위를 갖고, 상기 오른손 엘보우 업 포지션에서, 상기 숄더 요 J0 관절은 상기 모바일 베이스의 우측을 향해 회전되고, 상기 숄더 피치 J1 관절은 수직 상방으로 회전되고, 상기 엘보우 피치 J3 관절은 수직 상방으로 회전되고, 상기 손목 피치 J5 관절은 수직 상방으로 회전되는, 모바일 로봇 디바이스.
제6항에 있어서, 상기 7DOF 로봇 팔은 엔드 이펙터(end effector)를 포함하고, 상기 7DOF 로봇 팔은 상기 이두박근 롤 J2 관절을 회전시킴으로써 상기 인지 하우징의 적어도 하나의 센서와 상기 엔드 이펙터 사이의 시선을 가능하게 하도록 구성되는, 모바일 로봇 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 7DOF 로봇 팔은 엔드 이펙터를 포함하고, 상기 7DOF 로봇 팔은 타겟 높이들의 세트에서 상기 인지 하우징의 적어도 하나의 센서와 상기 엔드 이펙터 사이의 시선을 가능하게 하도록 구성되고, 상기 타겟 높이들의 세트는 그라운드 플로어(ground floor)에 근접하게 위치결정되는 엔드 이펙터를 포함하는 범위에 걸쳐 있고, 상기 엔드 이펙터는 상기 마운팅 기둥의 높이에서 위치결정되고, 상기 엔드 이펙터는 상기 인지 하우징의 높이에서 위치결정되는, 모바일 로봇 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 마운팅 기둥에 대한 상기 7DOF 로봇 팔의 회전을 가능하게 하는 회전 가능한 관절은 상기 모바일 로봇 디바이스의 전방의 각도를 제외하는 모션 범위를 갖는, 모바일 로봇 디바이스.
숄더 요 J0 관절, 숄더 피치 J1 관절, 이두박근 롤 J2 관절, 엘보우 피치 J3 관절, 팔뚝 롤 J4 관절, 손목 피치 J5 관절 및 손목 롤 J6 관절을 포함하는 로봇 팔로서,
상기 숄더 요 J0 관절과 이두박근 롤 J2 관절 사이의 제1 오프셋은 상기 이두박근 롤 J2 관절과 상기 팔뚝 롤 J4 관절 사이의 제2 오프셋과 대략 동일하고,
상기 이두박근은 상기 팔뚝과 길이가 대략 동일한, 로봇 팔.
방법으로서,
모바일 로봇 디바이스의 7DOF 로봇 팔의 숄더 요 J0 관절이 마운팅 기둥이 고정되는 모바일 베이스의 제1 단부로부터 멀어지는 방향으로 회전하게 하는 단계 - 상기 마운팅 기둥, 상기 7DOF 팔의 숄더 요 J0 관절 및 상기 모바일 로봇 디바이스의 인지 하우징은 상기 7DOF 팔의 숄더 요 J0 관절이 상기 마운팅 기둥 위 및 상기 인지 하우징 아래에 있도록 적층형 타워로 배열됨 -;
상기 모바일 로봇 디바이스의 7DOF 로봇 팔의 숄더 피치 J1 관절이 수직 상방으로 회전하게 하는 단계;
엘보우 피치 J3 관절이 수직 하방으로 회전하게 하는 단계; 및
손목 피치 J5 관절이 수직 하방으로 회전하게 하여 상기 7DOF 로봇 팔을 숄더 업 적재형 구성으로 위치결정하는 단계
를 포함하는, 방법.
제19항에 있어서, 상기 마운팅 기둥은 상기 모바일 로봇 디바이스의 적어도 하나의 구동 휠 위에서 상기 모바일 베이스의 전방 단부에 마운팅되고, 상기 방법은 상기 7DOF 로봇 팔이 상기 모바일 베이스의 후방 단부 위에서 숄더 업 적재형 구성으로 있는 동안 상기 모바일 로봇 디바이스의 적어도 하나의 구동 휠이 상기 모바일 로봇 디바이스를 앞쪽으로 내비게이션하게 하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제20항에 있어서,
상기 모바일 로봇 디바이스의 내비게이션을 정지하는 단계;
상기 7DOF 로봇 팔이 상기 모바일 로봇 디바이스의 전방에서 객체를 조작하게 하는 단계;
상기 7DOF 로봇 팔을 상기 숄더 업 적재형 구성으로 리턴하는 단계; 및
후속적으로, 상기 7DOF 로봇 팔이 상기 모바일 베이스의 후방 단부 위에서 상기 숄더 업 적재형 구성으로 있는 동안 상기 적어도 하나의 구동 휠이 상기 모바일 로봇 디바이스를 앞쪽으로 내비게이션하게 하는 단계
를 추가로 포함하는, 방법.
모바일 로봇 디바이스로서,
모바일 베이스;
상기 모바일 베이스에 고정되는 마운팅 기둥;
상기 마운팅 기둥에 대해 부속물(appendage)의 회전을 가능하게 하는 회전 가능한 관절; 및
적어도 하나의 센서를 포함하는 인지 하우징 - 상기 마운팅 기둥, 상기 회전 가능한 관절 및 상기 인지 하우징은 상기 회전 가능한 관절이 상기 마운팅 기둥 위 및 상기 인지 하우징 아래에 있도록 적층형 타워로 배열됨 -
을 포함하는, 모바일 로봇 디바이스.