KR20230162958A - 통합 모바일 조작기 로봇 - Google Patents

Abstract

로봇은 모바일 베이스, 모바일 베이스에 회전 가능하게 결합된 턴테이블, 턴테이블에 동작 가능하게 결합된 로봇 팔, 및 적어도 하나의 방향 센서를 포함한다. 적어도 하나의 방향 센서의 배향은 독립적으로 제어 가능하다. 로봇 팔을 제어하는 방법은 모바일 베이스의 상태를 제어하는 단계 및 모바일 베이스의 상태에 적어도 부분적으로 기초하여 모바일 베이스에 결합된 로봇 팔의 상태를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

통합 모바일 조작기 로봇

로봇은 일반적으로 작업들의 수행을 위해 다양한 프로그래밍된 모션들을 통해 재료, 부품들, 도구들 또는 특수 디바이스들을 이동시키도록 설계된 재프로그래밍 가능한 다기능 조작기로서 정의된다. 로봇들은 물리적으로 고정된 조작기들(예를 들어, 산업용 로봇 팔들), (예컨대, 다리들, 바퀴들 또는 견인 기반 메커니즘들을 사용하여) 환경 전반에서 이동하는 모바일 로봇들, 또는 조작기와 모바일 로봇의 일부 조합일 수 있다. 로봇들은 예를 들어 제조, 창고 물류, 운송, 위험한 환경들, 탐사, 의료를 포함하는 다양한 산업들에서 이용된다.

일부 실시예들은 모바일 베이스, 모바일 베이스에 회전 가능하게 결합된 턴테이블, 턴테이블에 동작 가능하게 결합된 로봇 팔, 및 적어도 하나의 방향 센서를 포함하는 로봇에 관한 것이다. 적어도 하나의 방향 센서의 배향은 독립적으로 제어 가능하다.

일 양태에서, 로봇은 턴테이블에 동작 가능하게 결합된 인식 마스트(perception mast)를 더 포함하며, 인식 마스트는 적어도 하나의 방향 센서를 포함하는 복수의 센서를 포함한다. 다른 양태에서, 인식 마스트는 턴테이블에 회전 가능하게 결합된다. 다른 양태에서, 턴테이블은 제1 축을 중심으로 모바일 베이스에 대해 회전하도록 구성되고, 인식 마스트는 제2 축을 중심으로 턴테이블에 대해 회전하도록 구성되며, 제1 축과 제2 축은 평행하다. 다른 양태에서, 로봇 팔은 인식 마스트와의 충돌을 피하기 위해 운동학적으로 제한된다.

일 양태에서, 로봇은 로봇 팔의 원위 부분에 동작 가능하게 결합된 진공 기반 엔드 이펙터를 더 포함한다. 다른 양태에서, 로봇은 진공 기반 엔드 이펙터에 동작 가능하게 결합된 온보드 진공 소스를 더 포함한다. 다른 양태에서, 온보드 진공 소스는 턴테이블이 모바일 베이스에 대해 회전할 때 턴테이블과 함께 회전하도록 구성된다. 다른 양태에서, 온보드 진공 소스는 엔드 이펙터 내에 배치된다.

일 양태에서, 로봇 팔은 6 자유도 로봇 팔이다. 다른 양태에서, 로봇 팔은 3개의 피치 조인트 및 구형의 3 자유도 손목을 포함한다. 다른 양태에서, 로봇 팔은 제1 축을 중심으로 턴테이블에 대해 로봇 팔의 제1 링크를 회전시키도록 구성된 제1 액추에이터를 포함하는 제1 조인트, 제2 축을 중심으로 제1 링크에 대해 로봇 팔의 제2 링크를 회전시키도록 구성된 제2 액추에이터를 포함하는 제2 조인트, 및 제3 축을 중심으로 제2 링크에 대해 로봇 팔의 제3 링크를 회전시키도록 구성된 제3 액추에이터를 포함하는 제3 조인트를 포함하며, 제1, 제2 및 제3 축들은 평행하다. 다른 양태에서, 로봇 팔은 링크, 엔드 이펙터, 및 링크와 엔드 이펙터를 결합하는 구형 손목을 포함한다. 구형 손목은 제1 축을 중심으로 링크에 대해 엔드 이펙터를 회전시키도록 구성된 제1 액추에이터, 제2 축을 중심으로 링크에 대해 엔드 이펙터를 회전시키도록 구성된 제2 액추에이터, 및 제3 축을 중심으로 링크에 대해 엔드 이펙터를 회전시키도록 구성된 제3 액추에이터를 포함하며, 제1, 제2 및 제3 축들은 상호 수직이고, 제1, 제2 및 제3 축들은 교차한다. 다른 양태에서, 제1 액추에이터의 제1 회전 축은 제1 축으로부터 오프셋되고, 제2 액추에이터의 제2 회전 축은 제2 축으로부터 오프셋되고, 제3 액추에이터의 제3 회전 축은 제3 축으로부터 오프셋된다. 다른 양태에서, 엔드 이펙터는 진공 기반 엔드 이펙터이고, 진공 기반 엔드 이펙터에 결합된 진공 튜빙은 구형 손목을 통해 라우팅된다. 다른 양태에서, 진공 튜빙은 구형 손목의 제1, 제2 및 제3 축들의 교차점을 통해 라우팅된다. 다른 양태에서, 구형 손목은 하나 이상의 진공 슬립 링(vacuum slip ring)을 포함한다.

일 양태에서, 모바일 베이스는 홀로노믹 구동 시스템(holonomic drive system)을 포함한다. 다른 양태에서, 모바일 베이스는 복수의 거리 센서를 포함한다. 다른 양태에서, 복수의 거리 센서는 복수의 LiDAR 센서를 포함한다. 다른 양태에서, 모바일 베이스는 직사각형이고, 모바일 베이스의 각각의 측면은 복수의 거리 센서 중 적어도 하나와 연관된다. 다른 양태에서, 모바일 베이스는 정사각형이다.

일부 실시예들은 로봇 조작기를 위한 모바일 베이스에 관한 것이다. 모바일 베이스는 로봇 조작기에 결합되도록 구성된 플랫폼, 복수의 바퀴를 포함하는 구동 시스템, 및 서스펜션 시스템을 포함한다. 서스펜션 시스템은 플랫폼과 복수의 바퀴 중 각각의 바퀴 사이의 거리들을 제어하도록 구성된다. 플랫폼과 복수의 바퀴 중 제1 바퀴 사이의 제1 거리는 플랫폼과 복수의 바퀴 중 제2 바퀴 사이의 제2 거리에 적어도 부분적으로 의존한다.

일 양태에서, 서스펜션 시스템은 수동적 서스펜션 시스템을 포함한다. 다른 양태에서, 서스펜션 시스템은 복수의 바퀴 중 제1 바퀴와 제2 바퀴를 동작 가능하게 결합하는 제1 로커(rocker) - 제1 로커는 제1 축을 중심으로 회전하도록 구성됨 -, 및 복수의 바퀴 중 제3 바퀴와 제4 바퀴를 동작 가능하게 결합하는 제2 로커를 포함하며, 제2 로커는 제2 축을 중심으로 회전하도록 구성되고, 제2 축은 제1 축에 평행하다. 다른 양태에서, 서스펜션 시스템은 제1 로커의 제1 부분과 제2 로커의 제1 부분을 동작 가능하게 결합하는 링키지(linkage)를 더 포함하며, 링키지는 제3 축을 중심으로 회전하도록 구성된 링크를 포함한다. 다른 양태에서, 제3 축은 제1 축에 수직이다. 다른 양태에서, 링키지는 링크의 제1 부분과 제1 로커의 제1 부분을 동작 가능하게 결합하는 제1 스트럿(strut) 및 링크의 제2 부분과 제2 로커의 제1 부분을 동작 가능하게 결합하는 제2 스트럿을 더 포함한다.

일 양태에서, 복수의 바퀴는 모바일 베이스가 평평한 표면에 놓일 때 평평한 표면과 제1 접촉을 형성하도록 구성된 제1 바퀴, 모바일 베이스가 평평한 표면에 놓일 때 평평한 표면과 제2 접촉을 형성하도록 구성된 제2 바퀴, 모바일 베이스가 평평한 표면에 놓일 때 평평한 표면과 제3 접촉을 형성하도록 구성된 제3 바퀴, 및 모바일 베이스가 평평한 표면에 놓일 때 평평한 표면과 제4 접촉을 형성하도록 구성된 제4 바퀴를 포함하며, 제1, 제2, 제3 및 제4 접촉들은 사변형을 정의한다. 다른 양태에서, 서스펜션 시스템은 제1, 제2, 제3 및 제4 정점들에 의해 주요 지지 다각형이 정의되도록 구성되며, 제1 정점은 제1 접촉과 제2 접촉을 연결하는 제1 라인에 배치되고, 제2 정점은 제2 접촉과 제3 접촉을 연결하는 제2 라인에 배치되고, 제3 정점은 제3 접촉과 제4 접촉을 연결하는 제3 라인에 배치되고, 제4 정점은 제4 접촉과 제1 접촉을 연결하는 제4 라인에 배치된다. 다른 양태에서, 로봇 조작기와 결합된 모바일 베이스는 로봇 조작기가 페이로드를 조작할 때 모바일 베이스, 로봇 조작기 및 페이로드의 압력의 중심을 주요 지지 다각형 내에 유지하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함한다. 다른 양태에서, 컨트롤러는 모바일 베이스, 로봇 조작기 및 페이로드의 압력의 중심을 주요 지지 다각형 내에 내접되는 원형 영역 내에 유지하도록 구성된다. 다른 양태에서, 서스펜션 시스템은 보조 지지 다각형이 4개의 접촉점 중 3개에 의해 정의되도록 구성된다. 다른 양태에서, 로봇 조작기와 결합된 모바일 베이스는 컨트롤러를 더 포함하고, 서스펜션 시스템은 보조 지지 다각형이 4개의 접촉점 중 3개에 의해 정의되도록 구성되며, 컨트롤러는 로봇 조작기가 페이로드를 조작할 때 모바일 베이스, 로봇 조작기 및 페이로드의 압력의 중심을 보조 지지 다각형 내에 유지하여 압력의 중심이 주요 지지 다각형 외부에 있게 하도록 구성된다. 다른 양태에서, 복수의 바퀴 중 각각의 바퀴는 복수의 바퀴 중 각각의 다른 바퀴에 운동학적으로 결합된다. 다른 양태에서, 서스펜션 시스템은 제1 로커와 제2 로커를 결합하는 차동 기어 세트를 더 포함한다.

일부 실시예들은 로봇 조작기를 위한 모바일 베이스에 관한 것이다. 모바일 베이스는 로봇 조작기에 결합되도록 구성된 플랫폼, 서스펜션 시스템 및 구동 시스템을 포함한다. 구동 시스템은 복수의 바퀴를 포함한다. 복수의 바퀴 중 적어도 일부가 표면에 접촉할 때, 구동 시스템은 모바일 베이스를 표면에 대해 제1 축을 따라 제1 방향으로 병진시키고, 모바일 베이스를 표면에 대해 제2 축을 따라 제2 방향으로 병진시키고, 모바일 베이스를 제3 축을 중심으로 회전시키도록 구성된다. 제2 축은 제1 축에 수직이고, 제3 축은 제1 축과 제2 축 모두에 수직이다.

일 양태에서, 복수의 바퀴 중 각각의 바퀴는 독립적으로 조향 가능하다. 다른 양태에서, 복수의 바퀴 중 각각의 바퀴는 독립적으로 구동 가능하다. 다른 양태에서, 복수의 바퀴 중 각각의 바퀴는 독립적으로 구동 가능하다. 다른 양태에서, 복수의 바퀴 중 각각의 바퀴는 2개의 작동 자유도와 연관된다. 다른 양태에서, 구동 시스템은 3개의 작동 자유도와 연관된다. 다른 양태에서, 구동 시스템은 복수의 바퀴 중 제1 바퀴 - 제1 바퀴는 제1 구동 액추에이터 및 제1 조향 액추에이터와 연관됨 -, 복수의 바퀴 중 제2 바퀴 - 제2 바퀴는 제2 구동 액추에이터 및 제2 조향 액추에이터와 연관됨 -, 복수의 바퀴 중 제3 바퀴 - 제3 바퀴는 제3 구동 액추에이터 및 제3 조향 액추에이터와 연관됨 -, 및 복수의 바퀴 중 제4 바퀴 - 제4 바퀴는 제4 구동 액추에이터 및 제4 조향 액추에이터와 연관됨 - 를 포함한다.

일부 실시예들은 턴테이블, 턴테이블에 동작 가능하게 결합된 로봇 팔 및 턴테이블에 동작 가능하게 결합된 인식 마스트를 포함하는 로봇에 관한 것이다. 인식 마스트는 복수의 센서를 포함한다.

일 양태에서, 인식 마스트는 턴테이블에 회전 가능하게 결합된다. 다른 양태에서, 턴테이블은 제1 축을 중심으로 회전하도록 구성되고, 인식 마스트는 제2 축을 중심으로 턴테이블에 대해 회전하도록 구성되며, 제1 축과 제2 축은 평행하다. 다른 양태에서, 인식 마스트는 턴테이블의 회전 축에 대한 턴테이블의 최대 반경 범위에서 턴테이블에 배치된다. 다른 양태에서, 로봇 팔은 인식 마스트와의 충돌을 피하기 위해 운동학적으로 제한된다. 다른 양태에서, 로봇 팔은 손목을 포함하고, 손목 근위의 로봇 팔의 일부는 턴테이블의 좌표계 내에 정의된 수직 평면 내에서 이동하도록 운동학적으로 제한되며, 인식 마스트는 수직 평면과 교차하지 않는다. 다른 양태에서, 인식 마스트는 턴테이블에 회전 가능하게 결합된다. 다른 양태에서, 로봇 팔은 6 자유도 로봇 팔이다. 다른 양태에서, 로봇 팔은 3개의 피치 조인트 및 3 자유도 손목을 포함한다. 다른 양태에서, 인식 마스트는 턴테이블에 회전 가능하게 결합되고, 인식 마스트는 요(yaw) 축을 중심으로 회전하도록 구성된다. 다른 양태에서, 턴테이블은 모바일 베이스에 동작 가능하게 결합된다.

일부 실시예들은 로봇 팔을 제어하는 방법에 관한 것이다. 방법은 모바일 베이스의 상태를 제어하는 단계, 및 모바일 베이스의 상태에 적어도 부분적으로 기초하여 모바일 베이스에 결합된 로봇 팔의 상태를 제어하는 단계를 포함한다.

일 양태에서, 로봇 팔의 상태를 제어하는 단계는 로봇 팔의 원위 부분에 결합된 페이로드의 상태를 제어하는 단계를 포함한다. 다른 양태에서, 모바일 베이스의 상태를 제어하는 단계는 모바일 베이스를 제1 방향으로 병진시키는 것, 모바일 베이스를 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 병진시키는 것, 및 모바일 베이스를 회전시키는 것 중 하나 이상을 수행하는 단계를 포함한다. 다른 양태에서, 모바일 베이스의 상태를 제어하는 단계는 모바일 베이스의 홀로노믹 구동 시스템을 작동시키는 단계를 포함한다. 다른 양태에서, 방법은 모바일 베이스의 상태 및 로봇 팔의 상태 모두에 적어도 부분적으로 기초하여 안전 제약 조건을 계산하는 단계를 더 포함한다. 다른 양태에서, 방법은 모바일 베이스의 상태 및 로봇 팔의 상태에 적어도 부분적으로 기초하여 모바일 베이스에 결합된 인식 마스트의 상태를 제어하는 단계를 더 포함한다. 다른 양태에서, 인식 마스트의 상태를 제어하는 단계는 인식 마스트가 결합된 턴테이블의 회전을 제어하는 단계를 포함하며, 턴테이블은 모바일 베이스에 결합된다. 다른 양태에서, 인식 마스트의 상태를 제어하는 단계는 인식 마스트가 결합된 턴테이블에 대한 인식 마스트의 회전을 제어하는 단계를 포함하며, 턴테이블은 모바일 베이스에 결합된다. 다른 양태에서, 모바일 베이스의 상태에 적어도 부분적으로 기초하여 로봇 팔의 상태를 제어하는 단계는 모바일 베이스의 속도에 적어도 부분적으로 기초하여 로봇 팔의 하나 이상의 조인트 각도 및/또는 하나 이상의 조인트 속도를 제어하는 단계를 포함한다.

전술한 개념들 및 이하에서 설명되는 추가 개념들은, 본 개시가 이와 관련하여 제한되지 않으므로, 임의의 적절한 조합으로 배열될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 본 개시의 다른 장점들 및 새로운 특징들은 첨부 도면들과 함께 고려될 때 다양한 비제한적인 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

첨부 도면들은 축척으로 그려지도록 의도된 것이 아니다. 도면들에서, 다양한 도면들에 예시된 각각의 동일한 또는 거의 동일한 컴포넌트는 유사한 숫자로 표현될 수 있다. 명확성을 위해, 모든 컴포넌트가 모든 도면에서 라벨링되지는 않을 수 있다. 도면들에서:
도 1a는 로봇의 일 실시예의 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 로봇의 다른 사시도이다.
도 2a는 창고 환경에서 작업들을 수행하는 로봇을 도시한다.
도 2b는 트럭에서 상자들을 언로딩하는 로봇을 도시한다.
도 2c는 창고 통로에서 팔레트를 구축하는 로봇을 도시한다.
도 3a는 로봇의 모바일 베이스의 일 실시예의 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 모바일 베이스의 다른 사시도이다.
도 4는 로봇 턴테이블의 일 실시예의 개략 평면도이다.
도 5는 로봇의 일 실시예의 사시도이다.
도 6a는 수축된 구성에서의 진공 어셈블리의 일 실시예의 단면 정면도이다.
도 6b는 확장된 구성에서의 도 6a의 진공 어셈블리의 단면 정면도이다.

로봇들은 통상적으로 그들이 배치된 환경에서 다양한 작업들을 수행하도록 구성된다. 일반적으로, 이러한 작업들은 물체들 및/또는 환경의 요소들과 상호 작용하는 것을 포함한다. 특히, 로봇들은 창고 및 물류 작업들에서 대중화되고 있다. 이러한 공간들에 로봇들을 도입되기 전에는 많은 작업들이 수동으로 수행되었다. 예를 들어, 한 사람이 트럭에서 컨베이어 벨트의 한쪽 끝으로 상자들을 수동으로 언로딩할 수 있고, 컨베이어 벨트의 반대쪽 끝에 있는 제2 사람이 그 상자들을 팔레트 상에 정리할 수 있다. 이어서, 팔레트는 제3 사람에 의해 조작되는 지게차에 의해 픽킹(picking)될 수 있고, 제3 사람은 창고 보관 구역으로 구동하여 팔레트를 내려놓으면 제4 사람이 팔레트에서 개별 상자들을 꺼내 보관 구역의 선반들에 배치할 수 있다. 더 최근에는, 이러한 기능들 중 다수를 자동화하기 위한 로봇 솔루션들이 개발되었다. 이러한 로봇들은 전문 로봇들(즉, 단일 작업 또는 밀접하게 관련된 소수의 작업을 수행하도록 설계됨) 또는 범용 로봇들(즉, 다양한 작업들을 수행하도록 설계됨)일 수 있다. 현재까지, 전문 및 범용 창고 로봇들 모두는 아래에 설명된 바와 같이 상당한 한계들과 연관되었다.

전문 로봇은 트럭에서 컨베이어 벨트로 상자들을 언로딩하는 것과 같은 단일 작업을 수행하도록 설계될 수 있다. 이러한 전문 로봇들은 지정된 작업을 효율적으로 수행할 수 있지만, 별로 관련이 없는 다른 작업들을 임의의 능력으로 수행하지 못할 수도 있다. 따라서, 시퀀스 내의 다음 작업(들)을 수행하기 위해서는 사람 또는 별개의 로봇(예를 들어, 상이한 작업을 위해 설계된 다른 전문 로봇)이 필요할 수 있다. 따라서, 창고는 작업들의 시퀀스를 수행하기 위해 다수의 전문 로봇에 투자해야 할 수 있거나, 로봇에서 사람으로의 또는 사람에서 로봇으로의 빈번한 물체 전달이 존재하는 하이브리드 작업에 의존해야 할 수 있다.

대조적으로, 범용 로봇은 다양한 작업들을 수행하도록 설계될 수 있으며, 트럭에서 선반까지의 상자의 라이프 사이클의 대부분(예를 들어, 언로딩, 팔레타이징, 운반, 디팔레타이징, 보관)에 걸쳐 상자를 취할 수도 있다. 이러한 범용 로봇들은 다양한 작업들을 수행할 수 있지만, 고도로 간소화된 창고 작업에의 도입을 정당화할 만큼 충분히 높은 효율 또는 정확도로 개별 작업들을 수행하지 못할 수도 있다. 예를 들어, 기성품 로봇 조작기를 기성품 모바일 로봇에 장착하는 것은 이론적으로 많은 창고 작업을 수행할 수 있는 시스템을 산출할 수 있지만, 이렇게 느슨하게 통합된 시스템은 조작기와 모바일 베이스 간의 조정을 필요로 하는 복잡하거나 동적인 모션들을 수행하지 못할 수 있어서, 비효율적이고 유연하지 못한 결합된 시스템을 유발할 수 있다. 창고 환경 내에서의 이러한 시스템의 통상적인 동작은 모바일 베이스와 조작기가 순차적으로 그리고 (부분적으로 또는 전체적으로) 서로 독립적으로 동작하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모바일 베이스는 먼저 조작기의 전원이 꺼진 상태에서 상자들의 스택을 향해 구동할 수 있다. 상자들의 스택에 도달하면, 모바일 베이스가 정지할 수 있고, 베이스가 정지한 상태로 있을 때 조작기는 전원이 켜지고 상자들의 조작을 시작할 수 있다. 조작 작업이 완료된 후, 조작기의 전원이 다시 꺼질 수 있고, 모바일 베이스는 다음 작업을 수행하기 위해 다른 목적지로 구동할 수 있다. 위의 설명으로부터 이해되어야 하는 바와 같이, 이러한 시스템들 내의 모바일 베이스와 조작기는 사실상 함께 결합된 2개의 별개의 로봇이며, 따라서 조작기와 연관된 컨트롤러는 모바일 베이스와 연관된 별개의 컨트롤러와 정보를 공유하거나, 컨트롤러에 커맨드들을 전달하거나, 컨트롤러로부터 커맨드들을 수신하도록 구성되지 않을 수 있다. 따라서, 이러한 열악하게 통합된 모바일 조작기 로봇은 2개의 별개의 컨트롤러가 함께 동작하는 데 어려움을 겪기 때문에 조작기와 베이스 모두를 최적이 아닌 속도로 또는 최적이 아닌 궤적을 통해 동작시켜야 할 수 있다. 또한, 완전히 엔지니어링 관점에서 발생하는 한계들이 있지만, 안전 규정들을 준수하기 위해 부과되어야 하는 추가적인 한계들이 있다. 예를 들어, 안전 규정에서 사람이 로봇과 일정 거리 이내의 영역에 진입할 때 일정 시간 내에 모바일 조작기가 완전히 셧다운될 수 있어야 한다고 요구하는 경우, 느슨하게 통합된 모바일 조작기 로봇은 조작기와 모바일 베이스 모두가 (개별적으로 또는 전체적으로) 사람에게 위협이 되지 않도록 보장하기 위해 충분히 신속하게 행동하지 못할 수도 있다. 이러한 느슨하게 통합된 시스템들이 필요한 안전 제약 조건 내에서 동작하도록 보장하기 위해, 이러한 시스템들은 엔지니어링 문제로 인해 이미 부과된 제한된 속도와 궤적보다 훨씬 더 느린 속도로 동작하거나 훨씬 더 보수적인 궤적을 실행해야 한다. 따라서, 지금까지 창고 환경들에서 작업들을 수행하는 범용 로봇들의 속도와 효율은 제한되었다.

위를 고려하여, 본 발명자들은 시스템 레벨의 기계적 설계 및 조작기와 모바일 베이스 사이의 전체적인 제어 전략을 갖춘 고도로 통합된 모바일 조작기 로봇이 창고 및/또는 물류 작업들에서의 특정 이익들과 연관될 수 있음을 인식하고 이해하였다. 이러한 통합된 모바일 조작기 로봇은 종래의 느슨하게 통합된 모바일 조작기 시스템들에 의해 달성될 수 없는 복잡하고/하거나 동적인 모션들을 수행할 수도 있다. 결과적으로, 이러한 유형의 로봇은 (예를 들어, 창고 환경 내에서) 다양한 상이한 작업들을 빠르고 민첩하고 효율적으로 수행하는 데 매우 적합할 수 있다.

예시적인 로봇 개요

이 섹션에서는 다양한 작업들을 수행하도록 구성된 고도로 통합된 모바일 조작기 로봇의 일 실시예의 일부 컴포넌트들에 대한 개요가 로봇의 다양한 서브시스템들 간의 상호 작용들 및 상호 의존성들을 설명하기 위해 제공된다. 다양한 서브시스템들 각각은 물론, 서브시스템들을 동작시키기 위한 제어 전략들도 다음 섹션들에서 더 상세히 설명된다.

도 1a 및 도 1b는 로봇(100)의 일 실시예의 사시도들이다. 로봇(100)은 모바일 베이스(110) 및 로봇 팔(130)을 포함한다. 모바일 베이스(110)는 모바일 베이스가 수평 평면 내에서 임의의 방향으로 병진하는 것은 물론 평면에 수직인 수직 축을 중심으로 회전할 수 있도록 하는 전방향 구동 시스템을 포함한다. 모바일 베이스(110)의 각각의 바퀴(112)는 독립적으로 조향 가능하고 독립적으로 구동 가능하다. 모바일 베이스(110)는 로봇(100)이 그의 환경에서 안전하게 이동하도록 지원하는 다수의 거리 센서(116)를 추가로 포함한다. 로봇 팔(130)은 3개의 피치 조인트와 3DOF 손목을 포함하는 6 자유도(6DOF) 로봇 팔이다. 엔드 이펙터(150)는 로봇 팔(130)의 원위 단부에 배치된다. 로봇 팔(130)은 모바일 베이스(110)에 대해 회전하도록 구성된 턴테이블(120)을 통해 모바일 베이스(110)에 동작 가능하게 결합된다. 로봇 팔(130)에 더하여, 인식 마스트(140)도 턴테이블(120)에 결합되어, 모바일 베이스(110)에 대한 턴테이블(120)의 회전이 로봇 팔(130)과 인식 마스트(140)를 모두 회전시키도록 한다. 로봇 팔(130)은 인식 마스트(140)와의 충돌을 피하기 위해 운동학적으로 제한된다. 인식 마스트(140)는 턴테이블(120)에 대해 회전하도록 추가로 구성되며, 로봇의 환경 내의 하나 이상의 물체에 대한 정보를 수집하도록 구성된 다수의 인식 모듈(142)을 포함한다. 로봇(100)의 통합 구조 및 시스템 레벨 설계는 다수의 상이한 응용에서 빠르고 효율적인 동작을 가능하게 하며, 응용들 중 일부가 아래에 예들로서 제공된다.

도 2a는 창고 환경 내에서 상이한 작업들을 수행하는 로봇들(10a, 10b, 및 10c)을 도시한다. 제1 로봇(10a)은 트럭(또는 컨테이너) 내부에 있으며, 트럭 내의 스택에서 컨베이어 벨트(12)로 상자들(11)을 이동시킨다(이 특정 작업은 도 2b를 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다). 컨베이어 벨트(12)의 반대쪽 끝에서, 제2 로봇(10b)이 상자들(11)을 팔레트(13) 상에 정리한다. 창고의 별개의 영역에서, 제3 로봇(10c)은 선반에서 상자들을 픽킹하여 팔레트 상에 오더(order)를 구축한다(이러한 특정 작업은 도 2c를 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다). 로봇들(10a, 10b 및 10c)은 동일한 로봇(또는 매우 유사한 로봇들)의 상이한 인스턴스들인 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 명세서에 설명된 로봇들은 특정 작업들을 정확하고 효율적으로 수행하도록 설계되지만, 하나의 또는 소수의 특정 작업으로만 한정되지 않는다는 점에서 전용 다목적 로봇들로서 이해될 수 있다.

도 2b는 트럭(29)에서 상자들(21)을 언로딩하여 이들을 컨베이어 벨트(22)에 배치하는 로봇(20a)을 도시한다. 이러한 상자 픽킹 응용에서(물론, 다른 상자 픽킹 응용들에서도), 로봇(20a)은 반복적으로 상자를 픽킹하고, 회전하고, 상자를 배치하고, 다음 상자를 픽킹하기 위해 다시 회전한다. 도 2b의 로봇(20a)은 도 1a 및 1b의 로봇(100)과 상이한 실시예이지만, 도 1a 및 1b에서 식별된 로봇(100)의 컴포넌트들을 참조하면 도 2b의 로봇(20a)의 동작에 대한 설명이 용이해질 것이다. 동작 동안, 로봇(20a)의 인식 마스트(도 1a 및 1b의 로봇(100)의 인식 마스트(140)와 유사함)는 그가 장착된 턴테이블(턴테이블(120)과 유사함)의 회전과 무관하게 회전하도록 구성될 수 있어서, 인식 마스트에 장착된 인식 모듈들(인식 모듈들(142)과 유사함)로 하여금 로봇(20a)이 현재 동작을 실행하는 동시에 그의 다음 동작을 계획할 수 있게 하는 환경의 이미지들을 캡처할 수 있게 한다. 예를 들어, 로봇(20a)이 트럭(29)의 상자들의 스택에서 제1 상자를 픽킹하는 동안, 인식 마스트의 인식 모듈들은 제1 상자가 배치될 위치(예컨대, 컨베이어 벨트(22))를 가리키고 이에 대한 정보를 수집할 수 있다. 이어서, 턴테이블이 회전한 후에 그리고 로봇(20a)이 컨베이어 벨트 상에 제1 상자를 배치하는 동안, 인식 마스트는 (턴테이블에 대해) 회전하여, 인식 마스트의 인식 모듈들이 상자들의 스택을 가리키고 상자들의 스택에 대한 정보를 수집할 수 있게 하며, 이 정보는 픽킹될 제2 상자를 결정하는 데 사용된다. 로봇이 제2 상자를 픽킹할 수 있도록 턴테이블이 다시 회전함에 따라, 인식 마스트는 컨베이어 벨트 주변 영역에 대한 업데이트된 정보를 수집할 수 있다. 이러한 방식으로, 로봇(20a)은 그렇지 않으면 순차적으로 수행되었을 수 있는 작업들을 병렬화하여, 보다 빠르고 보다 효율적인 동작을 가능하게 할 수 있다.

또한, 도 2b에서 주목할 점은 로봇(20a)이 사람들(예컨대, 작업자들(27a 및 27b))과 함께 작업하고 있다는 것이다. 로봇(20a)이 전통적으로 사람들에 의해 수행되었던 많은 작업을 수행하도록 구성된다는 점을 감안하면, 로봇(20a)은 사람들이 접근하도록 설계된 영역들에 대한 접근을 가능하게 하고 또한 사람들이 진입할 수 없는 로봇 주변의 안전 구역의 크기를 최소화하기 위해 작은 풋프린트를 갖도록 설계된다.

도 2c는 로봇(30a)이 팔레트(33) 상에 상자들(31)을 배치하는 오더 구축 작업을 수행하는 로봇(30a)을 도시한다. 도 2c에서, 팔레트(33)는 자율 모바일 로봇(AMR)(34) 위에 배치되지만, 이 예에 설명된 로봇(30a)의 능력들은 AMR과 연관되지 않은 팔레트들의 구축에 적용된다는 점을 이해해야 한다. 이 작업에서, 로봇(30a)은 창고의 선반(35) 위, 아래 또는 내에 배치된 상자들(31)을 픽킹하고, 팔레트(33) 상에 상자들을 배치한다. 선반에 대한 특정 상자 위치들 및 배향들은 상이한 상자 픽킹 전략들을 제안할 수 있다. 예를 들어, 낮은 선반에 위치한 상자는 로봇 팔의 엔드 이펙터로 상자의 상부 표면을 파지하여(따라서 "상부 픽킹"을 실행하여) 로봇에 의해 간단히 픽킹될 수 있다. 그러나, 픽킹될 상자가 상자들의 스택의 최상부에 있고, 상자의 상부와 선반의 수평 칸막이 하부 사이의 간격이 제한되어 있는 경우, 로봇은 측면을 파지하여(따라서 "면 픽킹"을 실행하여) 상자를 픽킹하기로 할 수 있다.

제한된 환경 내에서 일부 상자들을 픽킹하기 위해, 로봇은 다른 상자들 또는 주변 선반과의 접촉을 피하도록 그의 팔의 배향을 조심스럽게 조정해야 할 수 있다. 예를 들어, 통상적인 "열쇠구멍 문제"에서 로봇은 다른 상자들 또는 주변 선반에 의해 정의된 작은 공간이나 제한된 영역(열쇠구멍과 유사함)을 통해 그의 팔을 내비게이팅하는 것에 의해서만 타겟 상자에 접근할 수도 있다. 이러한 시나리오들에서는 로봇의 모바일 베이스와 팔 간의 조정이 유익할 수 있다. 예를 들어, 베이스를 임의의 방향으로 병진시킬 수 있는 것은 (선반에 임의로 가까이 내비게이팅하지 못할 수도 있는, 전방향 구동이 없는 종래의 로봇들에 비해) 로봇이 선반에 가능한 한 가깝게 위치되어 그의 팔의 길이를 효과적으로 연장할 수 있게 한다. 또한, 베이스를 뒤로 병진시킬 수 있는 것은 로봇이 조인트 각도를 조정할 필요 없이(또는 조인트 각도가 조정되는 정도를 최소화함) 상자를 픽킹한 후에 선반에서 그의 팔을 회수할 수 있게 하여, 많은 열쇄구멍 문제를 간단하게 해결할 수 있다.

물론, 도 2a-2c에 도시된 작업들은 통합 모바일 조작기 로봇이 사용될 수 있는 응용들의 몇 가지 예에 불과하며, 본 개시는 이러한 특정 작업들만을 수행하도록 구성된 로봇들로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 로봇들은 트럭 또는 컨테이너로부터의 물체들의 제거, 컨베이어 벨트 상의 물체들의 배치, 컨베이어 벨트로부터의 물체들의 제거, 물체들의 스택으로의 정리, 팔레트 상의 물체들의 정리, 선반 상의 물체들의 배치, 선반 상의 물체들의 정리, 선반으로부터의 물체들의 제거, 상부로부터의 물체들의 픽킹(예를 들어, "상부 픽킹" 수행), 측면으로부터의 물체들의 픽킹(예를 들어, "면 픽킹" 수행), 다른 모바일 조작기 로봇들과의 조정, 다른 창고 로봇들과의 조정(예를 들어, AMR들과의 조정), 사람들과의 조정 및 많은 다른 작업을 포함하지만 이에 한정되지 않는 작업들을 수행하기에 적합할 수 있다.

예시적인 모바일 베이스

전술한 바와 같이, 고도로 통합된 모바일 조작기 로봇은 모바일 베이스와 로봇 팔을 포함한다. 모바일 베이스는 로봇을 상이한 위치들로 이동시켜 로봇 팔과 상이한 관심 물체들 사이의 상호 작용들을 가능하게 하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 모바일 베이스는 로봇이 평면 내에서 임의의 방향으로 병진할 수 있게 하는 전방향 구동 시스템을 포함할 수 있다. 모바일 베이스는 추가로 로봇이 수직 축을 중심으로 회전(예를 들어, 요)하도록 허용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 모바일 베이스는 홀로노믹 구동 시스템을 포함할 수 있는 반면, 일부 실시예들에서, 구동 시스템은 홀로노믹으로 근사화될 수 있다. 예를 들어, 임의의 방향으로 병진할 수 있지만, (예를 들어, 하나 이상의 구동 컴포넌트를 재배향하는 데 시간이 필요한 경우) 즉시 임의의 방향으로 병진하지 못할 수 있는 구동 시스템은 홀로노믹으로 근사화될 수 있다.

일부 실시예들에서, 모바일 베이스는 모바일 베이스가 그의 환경을 내비게이팅하는 데 도움이 되는 센서들을 포함할 수 있다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예에서, 로봇(100)의 모바일 베이스(110)는 거리 센서들(116)을 포함한다. 모바일 베이스는 모바일 베이스(110)의 각각의 측면에 적어도 하나의 거리 센서(116)를 포함한다. 거리 센서는 카메라, 비행 시간 센서, LiDAR 센서, 또는 멀리서 환경에 대한 정보를 감지하도록 구성된 임의의 다른 센서를 포함할 수 있다. 관련 시야를 갖는 거리 센서들(예컨대, 카메라들, LiDAR 센서들)을 포함하는 모바일 베이스의 실시예들에서, 거리 센서들의 시야들은 로봇 주변의 환경의 전체 360도 뷰를 제공하도록 중첩될 수 있다. 예를 들어, 모바일 베이스는 직사각형일 수 있으며, 4개의 측면 각각이 거리 센서와 연관될 수 있다. 거리 센서들의 위치들 및 관련 시야들은 각각의 거리 센서의 시야가 인접한 2개의 거리 센서의 시야들과 적어도 부분적으로 중첩되도록 배열될 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 (예컨대, 도 1a 및 도 1b와 관련하여 설명된 로봇(100)의 모바일 베이스(110)를 구현하는 데 사용될 수 있는) 로봇의 모바일 베이스(200)의 일 실시예의 사시도들이다. 모바일 베이스(200)는 그의 환경에 대해 모바일 베이스(200)의 위치 및/또는 배향을 조정하도록 구성된 구동 시스템을 포함한다. 도시된 바와 같이, 구동 시스템은 4개의 바퀴(204a-204d)을 포함하며, 각각의 바퀴는 (아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이) 독립적으로 조향 가능하고 독립적으로 구동 가능하다. 그러나, 일부 실시예들은 4개보다 많거나 적은 바퀴를 포함할 수 있다는 점을 이해해야 한다. 구동 시스템은 모바일 베이스(200)를 2개의 수직 방향으로 병진시킬 뿐만 아니라 모바일 베이스를 병진의 방향들에 수직인 축을 중심으로 회전시키도록 구성된다. 도 3a 및 도 3b의 좌표계와 관련하여, 모바일 베이스(200)는 수직인 X 및 Y축들(X 및 Y축들은 수평 평면일 수 있는 평면을 정의함)을 따라 병진하고, Z축을 중심으로 요(Z축은 X 및 Y축들에 의해 정의된 평면에 수직이며, Z축은 중력 방향과 정렬될 수 있는 수직 축일 수 있음)할 수 있다. 따라서, 모바일 베이스(200)의 구동 시스템은 적어도 3개의 작동 자유도(즉, X에서의 병진, Y에서의 병진 및 Z에 대한 회전)와 연관된다.

일부 실시예들에서, 모바일 베이스의 각각의 바퀴는 독립적으로 조향 가능할 수 있다. 독립적으로 조향 가능한 바퀴들을 갖는 모바일 베이스는 그러한 배열이 전방향성 및/또는 홀로노믹 모바일 베이스와 연관될 수 있다는 점에서 바람직할 수 있다. 각각의 조향 가능한 바퀴는 전용 조향 액추에이터와 연관될 수 있다. 도 3a 및 도 3b의 실시예에서, 각각의 조향 가능한 바퀴(204)는 조향 액추에이터(206)와 연관된다. 구체적으로, 제1 조향 액추에이터(206a)는 제1 바퀴(204a)를 조향하도록 구성되고, 제2 조향 액추에이터(206b)는 제2 바퀴(204b)를 조향하도록 구성되고, 제3 조향 액추에이터(206c)는 제3 바퀴(204c)를 조향하도록 구성되고, 제4 조향 액추에이터(206d)는 제4 바퀴(204d)를 조향하도록 구성된다. 조향 액추에이터들(206)은 수직 축(예를 들어, 도면에서 Z축에 평행한 축)을 중심으로 그들의 각각의 바퀴들(204)의 각위치 또는 각속도를 조정하도록 구성된다. 즉, 조향 액추에이터들(206)은 그들의 각각의 바퀴들(204)을 요(yaw)하도록 구성된다. 조향 액추에이터는 브러시가 있는 DC 모터, 브러시가 없는 DC 모터 또는 스테퍼 모터와 같은 모터를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 유형의 액추에이터들이 고려되며, 본 개시는 이와 관련하여 한정되지 않는다.

일부 실시예들에서, 모바일 베이스의 하나 이상의 바퀴는 독립적으로 조향 가능하지 않을 수 있다. 바퀴는 완전히 수동적일 수 있거나(예를 들어, 캐스터(castor)), 하나의 바퀴의 조향이 (예를 들어, 링키지 메커니즘을 통해) 하나 이상의 다른 바퀴의 조향에 결합될 수 있다. 본 개시는 모바일 베이스의 각각의 바퀴가 독립적으로 조향 가능한 고도로 통합된 모바일 조작기들의 실시예들로 한정되지 않음을 이해해야 한다.

일부 실시예들에서, 모바일 베이스의 각각의 바퀴는 독립적으로 구동 가능할 수 있다. 독립적으로 구동 가능한 바퀴들을 갖는 모바일 베이스는 이러한 배열이 견인력 증가, 가속 및/또는 감속 개선, 모바일 베이스와 지면 사이의 강성 개선, 및 수동형 바퀴들(예컨대, 캐스터들)을 통한 마찰 손실이 거의 또는 전혀 없음과 연관될 수 있다는 점에서 바람직할 수 있다. 각각의 구동 가능한 바퀴는 전용 구동 액추에이터와 연관될 수 있다. 도 3a 및 3b의 실시예에서, 각각의 구동 가능한 바퀴(204)는 구동 액추에이터(208)와 연관된다. 구체적으로, 제1 구동 액추에이터(208a)는 제1 바퀴(204a)을 구동하도록 구성되고, 제2 구동 액추에이터(208b)는 제2 바퀴(204b)을 구동하도록 구성되고, 제3 구동 액추에이터(208c)는 제3 바퀴(204c)을 구동하도록 구성되고, 제4 구동 액추에이터(208d)는 제4 바퀴(204d)을 구동하도록 구성된다. 구동 액추에이터들(208)은 수평 축(예컨대, 바퀴의 축과 연관된 축)에 대한 그들의 각각의 바퀴들(204)의 각위치 또는 각속도를 조정하도록 구성된다. 구동 액추에이터는 브러시가 있는 DC 모터, 브러시가 없는 DC 모터 또는 스테퍼 모터와 같은 모터를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 유형의 액추에이터들이 고려되며, 본 개시는 이와 관련하여 한정되지 않는다.

일부 실시예들에서, 모바일 베이스의 하나 이상의 바퀴는 독립적으로 구동 가능하지 않을 수 있다. 바퀴는 완전히 수동적일 수 있거나(예를 들어, 캐스터), 하나의 바퀴의 구동이 (예를 들어, 변속기 또는 구동렬을 통해) 하나 이상의 다른 바퀴의 구동과 결합될 수 있다. 본 개시는 모바일 베이스의 각각의 바퀴가 독립적으로 구동 가능한 고도로 통합된 모바일 조작기들의 실시예들로 한정되지 않음을 이해해야 한다.

일부 실시예들에서, 모바일 베이스의 각각의 바퀴는 독립적으로 조향 가능하고 독립적으로 구동 가능하다. 이러한 실시예들에서, 각각의 바퀴는 적어도 2개의 작동 자유도(예를 들어, 구동 축에 대한 회전 및 조향 축에 대한 회전)와 연관된다. 도 3a 및 3b의 실시예에서, 각각의 바퀴(204)는 앞의 단락들에서 설명한 바와 같이 조향 액추에이터(206) 및 구동 액추에이터(208) 모두와 연관된다. 따라서, 도 3a 및 도 3b의 모바일 베이스(200)는 4개의 바퀴(204a-204d) 및 8개의 관련 액추에이터(즉, 조향 액추에이터들(206a-206d) 및 구동 액추에이터들(208a-208d))를 포함한다. 상이한 수의 바퀴를 갖는 모바일 베이스의 실시예들에서, 독립적으로 조향 가능하고 독립적으로 구동 가능한 바퀴들을 갖는 모바일 베이스는 바퀴들의 수보다 두 배 많은 액추에이터와 연관될 수 있다.

구동 시스템을 하우징하는 것에 더하여, 모바일 조작기 로봇의 모바일 베이스는 서스펜션 시스템도 하우징할 수 있다. 서스펜션 시스템은 모바일 베이스가 로봇을 경사로(ramp) 위로 또는 아래로 이동시킬 때(예를 들어, 트럭 안으로 또는 밖으로 이동시킬 때), 모바일 베이스가 장애물(예를 들어, 창고 바닥의 폐자재 조각)을 피하거나 넘어갈 때, 또는 로봇 팔이 로봇의 압력의 중심을 조정하는 동적 모션들을 수행할 때 로봇의 안정성을 향상시킬 수 있다.

여전히 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 이들 도면은 모바일 베이스(200)의 서스펜션 시스템의 일 실시예를 강조한다. 특히 도 3a를 참조하면, 모바일 베이스(200)는 (예를 들어, 턴테이블을 통해) 로봇 조작기에 결합되도록 구성된 플랫폼(202), 4개의 바퀴(204a-204d), 및 바퀴들을 플랫폼에 결합하는 서스펜션 시스템을 포함한다.

서스펜션 시스템은 모바일 베이스가 그의 환경에서 이동할 때 플랫폼 상의 로드(load)(예를 들어, 턴테이블, 인식 마스트 및/또는 로봇 팔)을 지지하고 안정화하도록 설계될 수 있다. 로드는 턴테이블, 인식 마스트, 로봇 팔, 및/또는 로봇 팔의 엔드 이펙터에 의해 파지된 물체를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 모바일 조작기 로봇과 연관된 임의의 질량을 포함할 수 있다. 로드는 서스펜션 시스템에 가해지는 임의의 힘 및/또는 토크를 추가로 포함할 수 있다. 위의 예시적인 질량들에 작용하는 중력에 더하여, 로드들은 물체와 접촉하는 물체들 또는 로봇과 연관된 관성 로드들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 서스펜션 시스템은 궤적을 통해 무거운 페이로드를 동적으로 이동시키는 로봇 팔로부터의 관성력들과 연관된 로드들을 수용할 수 있다.

도 3a 및 도 3b의 실시예에서, 서스펜션 시스템은 플랫폼(202)과 4개의 바퀴(204a-204d) 각각 사이의 거리들을 제어하도록 구성된다. 특히, 각각의 바퀴는 서스펜션 시스템에 의해 다른 바퀴들 각각에 운동학적으로 결합되어, 플랫폼과 하나의 바퀴 사이의 상대적 거리를 변경하는 것이 플랫폼과 적어도 하나의 다른 바퀴 사이의 상대적 거리를 변경하게 한다.

여전히 도 3a를 참조하면, 서스펜션 시스템은 제1 및 제2 바퀴들(204a 및 204b)을 결합하는 제1 로커(210a)와, 제3 및 제4 바퀴들(204c(도면에 도시되지 않음) 및 204d)을 결합하는 제2 로커(210b)(도면에 도시되지 않음)를 포함한다. 제1 로커(210a)는 제1 축(211a)을 중심으로 회전하도록 구성되고, 제2 로커(210b)는 제1 축(211a)에 평행하게 배향된 제2 축(211b)(도면에 라벨링되지 않음)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 축들(211a 및 211b)은 공직선성(colinear)이다. 링키지는 제1 로커(210a)의 제1 부분(예컨대, 제1 바퀴(204a)에 근접한 제1 로커(210a)의 일부)과 제2 로커(210b)의 제1 부분(예컨대, 제4 바퀴(204d)에 근접한 제2 로커(210b)의 일부)을 연결한다. 링키지는 제3 축(215)을 중심으로 회전하도록 구성된 링크(214)를 포함한다. 제3 축(215)은 제1 축(211a)에 수직일 수 있다(그리고, 더 나아가 제2 축(211b)에 수직일 수 있다). 도 3a에 도시된 실시예에서, 제3 축(215)은 일반적으로 수평 평면(예컨대, XY 평면에 평행한 평면 또는 플랫폼(202)의 상부 표면에 평행한 평면) 내에 있다. 그러나, 대안적인 실시예들에서, 링크(214)의 회전 축은 수직 축(예컨대, Z축에 평행한 축)일 수 있다. 다른 실시예들에서, 링크(214)는 상이한 축을 중심으로 회전할 수 있는데, 이는 본 개시가 이와 관련하여 제한되지 않기 때문이다. 링크(214)의 회전 축에 관계없이, 링키지는 제1 및 제2 스트럿들(218a 및 218b)을 추가로 포함한다. 제1 스트럿(218a)은 링크(214)의 제1 부분과 제1 로커(210a)의 제1 부분을 결합하고, 제2 스트럿(218b)은 링크(214)의 제2 부분과 제2 로커(210a)의 제1 부분을 결합한다. 즉, 제1 및 제2 로커들(210a 및 210b)은 제1 스트럿(218a), 링크(214) 및 제2 스트럿(218b)을 포함하는 링키지를 통해 결합된다. 이 분야의 기술자가 인식하는 바와 같이, 링키지의 조인트들은 수동형 회전 조인트들일 수 있어서, 스트럿들(218a 및 218b)은 그들 각각의 공통 조인트들에 관하여 링크(214)에 대해 회전할 수 있고, 그들 각각의 공통 조인트들에 관하여 대응하는 로커(210a 및 210b)에 대해 각각 회전할 수 있게 된다.

예를 들어, 제1 바퀴(204a)는 상승된 표면(예를 들어, 트럭으로의 경사로의 시작 또는 창고 바닥의 파편 조각)을 만날 수 있다. 상승된 표면을 만나면, 제1 바퀴(204a)는 수직으로 상향으로(예컨대, 도 3a에서 양의 Z 방향으로) 변위될 수 있다. 제1 바퀴(204a)의 이러한 상향 변위는 제1 로커(210a)가 제1 축(211a)을 중심으로 회전하게 할 수 있고, 이는 제2 바퀴(204b)가 수직으로 하향으로(예를 들어, 음의 Z 방향으로) 변위되게 할 수 있다. 유사하게, 제1 바퀴(204a)의 상향 변위는 (제1 스트럿(218a)을 변위시킴으로써) 링크(214)가 제3 축(215)을 중심으로 회전하게 할 수 있고, 이는 (제2 스트럿(218b)을 변위시킴으로써) 제4 바퀴(204d)가 수직으로 하향으로 변위되게 할 수 있다. 제4 바퀴(204d)의 이러한 하향 변위는 제2 로커(210b)가 제2 축(211b)을 중심으로 회전하게 할 수 있으며, 이는 제3 바퀴(204c)가 수직으로 상향으로 변위되게 할 수 있다.

대안적인 실시예들에서, 링키지는 2개의 로커의 모션을 결합하도록 구성된 하나 이상의 다른 컴포넌트로 대체될 수 있다. 예를 들어, 차동 기어 세트가 2개의 로커를 결합하는 데 사용될 수 있다. 임의의 적절한 변속기가 2개의 로커의 모션을 결합하는 데 사용될 수 있음을 이해해야 하는데, 이는 본 개시가 이와 관련하여 제한되지 않기 때문이다.

일부 실시예들에서, 모바일 조작기 로봇의 서스펜션 시스템은 (예컨대, 도 3a와 관련하여 전술한 서스펜션 시스템과 같이) 완전히 수동적일 수 있으며, 어떠한 능동적으로 제어되는 서스펜션 요소도 포함하지 않을 수 있다. 그러나, 능동적 서스펜션들도 고려되며, 본 개시는 이와 관련하여 제한되지 않는다. 예를 들어, 하나 이상의 센서는 바퀴의 위치(예를 들어, 수직 위치)를 결정할 수 있고, 하나 이상의 액추에이터는 바퀴의 수직 위치를 능동적으로 제어하기 위해 사용될 수 있다. 능동형 서스펜션 시스템은 임의의 적절한 수의 센서, 스프링, 댐퍼, 액추에이터, 컨트롤러 또는 임의의 다른 적합한 컴포넌트들을 포함할 수 있는데, 이는 본 개시가 그렇게 제한되지 않기 때문이다. 또한, 전술한 서스펜션 시스템들의 실시예들과 상이한 수동형 서스펜션 시스템들도 고려됨을 이해해야 한다. 예를 들어, 모바일 조작기 로봇의 바퀴는 임의의 적절한 수의 스프링 및/또는 댐퍼, 및/또는 임의의 다른 적절한 컴포넌트들과 연관될 수 있는데, 이는 본 개시가 이와 관련하여 제한되지 않기 때문이다.

도 3b는 도 3a와 관련하여 위에서 설명한 서스펜션 시스템의 안정성과 관련된 개념들을 예시한다. 모바일 베이스(200)가 평평한 표면 상에 놓일 때, 각각의 바퀴(204a-204b)는 평평한 표면과 접촉을 형성한다. 4개의 바퀴의 4개의 접촉은 사변형(220)을 정의한다. 사변형(220)은 모바일 베이스(200)가 놓이는 평평한 표면의 평면 내에 공식적으로 정의되지만, 안정성 분석의 관점에서 사변형(220)은 평면에 수직인 축을 따라(예를 들어, 중력 방향과 정렬된 수직 축, 예를 들어 Z축을 따라) 투영될 수 있다. 따라서, 도 3b에 도시된 사변형(220)은 모바일 베이스(200)의 플랫폼(202)에 의해 정의된 평면 내에 배치된다. 이러한 묘사는 플랫폼(202)의 상부 표면의 평면이 모바일 베이스(200)가 놓이는 평평한 표면과 평행하고, 평평한 표면이 중력에 대해 기울어지지 않을 때 적절하다는 것을 인식해야 한다. 또한, 플랫폼(202)의 작은 각도 편차들에 대해, 사변형(220)을 플랫폼(202) 상에 직접 투영하여 얻어지는 근사화는 대부분 사소한 불일치와 연관되어야 한다는 것을 인식해야 한다.

부분적으로는 도 3a와 관련하여 전술한 (로커들(210a 및 210b 및 링키지를 포함하는) 서스펜션 시스템의 구성으로 인해, 모바일 베이스(200)의 플랫폼(202)과 연관된 지지 다각형(230)은 사변형(220)이 아니라, 사변형 내에 내접되는 다각형에 의해 정의되며, 다각형의 정점들은 사변형의 측면들에 배치된다. 구체적으로, 지지 다각형(230)은 사변형(220)의 제1 측면(예를 들어, 제1 및 제2 바퀴들(204a 및 204b)과 연관된 제1 및 제2 접촉들을 연결하는 측면) 상의 제1 정점(232), 사변형(220)의 제2 측면(예를 들어, 제2 및 제3 바퀴들(204b 및 204c)과 연관된 제2 및 제3 접촉들을 연결하는 측면) 상의 제2 정점(234), 사변형(220)의 제3 측면(예를 들어, 제3 및 제4 바퀴들(204c 및 204d)과 연관된 제3 및 제4 접촉들을 연결하는 측면) 상의 제3 정점(236), 및 사변형(220)의 제4 측면(예를 들어, 제4 및 제1 바퀴들(204d 및 204a)과 연관된 제4 및 제1 접촉들을 연결하는 측면) 상의 제4 정점(238)을 포함한다. 지지 다각형(230)은 안정성의 영역을 정의하여, 로드의 압력의 중심이 지지 다각형(230) 내에 유지되는 한, 모바일 베이스(200)가 플랫폼(202) 상의 로드를 안정적으로 지지하게 할 것이다. 도 1a 및 1b의 로봇(100)을 고려하면, 이러한 로드는 턴테이블(120), 로봇 팔(130), 인식 마스트(140), 및 로봇 팔의 엔드 이펙터(150)에 의해 파지된 페이로드를 포함할 수 있다. 턴테이블에 장착된 로봇 팔의 경우, 안전한 동작 구역을 정의하는 원형 영역(240)을 추가적으로 고려하는 것이 유익할 수 있다. 도 3b의 실시예에서, 원형 영역(240)은 (화살표 241로 표시된 원형 영역(240)에서 지지 다각형(230)까지의 최소 거리에 기초하여) 안전 팩터를 제공하기 위해 지지 다각형(240) 내에 완전히 내접된다. 그러나, 시스템은 원형 영역(240)이 지지 다각형(230)과 접촉하도록 설계될 수 있다는 것을 이해해야 하는데, 이는 본 개시가 이와 관련하여 제한되지 않기 때문이다. 일부 실시예들에서, 로봇은 로봇 팔이 페이로드를 조작할 때 모바일 베이스, 로봇 팔 및 페이로드의 압력의 중심을 지지 다각형 내에 유지하도록 구성된 컨트롤러를 포함할 수 있다.

압력의 중심이 지지 다각형(230) 밖에 있는 경우, 모바일 베이스는 로드 반대쪽의 바퀴가 지면으로부터 들어올려지도록 반응할 수 있다. 예를 들어, 압력의 중심이 제2 바퀴(204b)를 향해 지지 다각형(230) 밖에 있는 경우, 제4 바퀴(204d)가 지면으로부터 들어 올려질 수 있다. 이러한 시나리오에서, 보조 지지 다각형이 제1, 제2 및 제3 바퀴들(204a, 204b 및 204c)과 연관된 접촉점들에 의해 정의된다(이 경우, 보조 지지 다각형은 지지 삼각형이다). 물론, 압력의 중심이 주요 지지 다각형(230)을 떠나는 위치에 따라, 보조 지지 다각형은 4개의 바퀴(204a-204d)에 의해 정의된 4개의 접촉점 중 임의의 3개에 의해 정의될 수 있다. 일부 실시예들에서, 로봇은 로봇 팔이 페이로드를 조작하여 압력의 중심이 주요 지지 다각형 밖에 있게 할 때 모바일 베이스, 로봇 팔 및 페이로드의 압력의 중심을 보조 지지 다각형 내에 유지하도록 구성된 컨트롤러를 포함할 수 있다.

예시적인 턴테이블 및 인식 마스트

(예를 들어, 도 1a 및 1b와 관련하여) 전술한 바와 같이, 통합 모바일 조작기 로봇의 로봇 팔은 턴테이블을 통해 모바일 베이스에 결합될 수 있다. 턴테이블은 수직 축(예컨대, 요 축)을 중심으로 모바일 베이스에 대해 로봇 팔을 회전시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 인식 마스트는 턴테이블에 추가로 결합될 수 있으며, 따라서 턴테이블의 회전은 인식 마스트뿐만 아니라 로봇 팔을 회전(예를 들어, 요)시킨다. 일부 실시예들에서, 인식 마스트는 인식 마스트가 턴테이블에 대해 회전(예를 들어, 요)할 수 있게 하는 추가 자유도를 포함할 수 있다. (예를 들어, 도 2b와 관련하여) 전술한 바와 같이, 턴테이블에 대한 인식 마스트의 이러한 독립적인 제어는 인식 마스트가 (예를 들어, 인식 마스트의 추가 액추에이터를 사용하여 인식 마스트의 방향 센서들이 제2 영역을 향하게 함으로써) 환경의 제2 영역에 대한 데이터를 수집하는 동안 로봇이 동시에 (예를 들어, 로봇 팔이 물체를 파지할 때 턴테이블을 사용하여 로봇 팔을 재위치시킴으로써) 로봇 팔로 제1 영역의 물체를 조작할 수 있게 한다. 턴테이블, 인식 마스트 및 로봇의 다른 컴포넌트들 간의 조정이 아래에 설명된다.

도 4는 로봇(300)의 개략 평면도이다. 이 추상화된 도면은 턴테이블(320), 인식 마스트(340) 및 로봇 팔(330)의 모션 사이의 관계들을 나타낸다. 턴테이블(320)은 모바일 베이스(310)에 대해 제1 수직 축(도 4의 평면도에서, 도 4에 도시된 X축 및 Y축에 수직인 Z축에 평행할 수 있는 페이지 안으로의 축임)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 모바일 베이스(310)에 대한 턴테이블(320)의 회전은 도면에서 화살표 321로 표시된다. 인식 마스트(340)는 턴테이블(320)에 대해 제2 수직 축(역시 도 4의 평면도에서, 페이지 안으로의 축이고, Z축과 평행할 수 있음)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 턴테이블(320)에 대한 인식 마스트(340)의 회전은 도면에서 화살표 341로 표시된다. 제1 축과 제2 축이 모두 수직인 경우, 제1 축과 제2 축은 평행하다는 것을 이해해야 한다.

(도 4에는 명확성을 위해 턴테이블(320) 상의 풋프린트만이 도시된) 로봇 팔(330)은 턴테이블(320)에 결합되며, 따라서 로봇 팔(330)의 베이스는 턴테이블(320)에 대하여 요하지 않는다(예를 들어, Z축에 평행한 축을 중심으로 회전하지 않는다). 중요한 것은, 로봇 팔(330)이 운동학적으로 제한되어, 로봇 팔(330)의 일부가 턴테이블(320)의 좌표계 내에 정의된 수직 평면(331) 내에서 이동하도록 제한된다는 것이다. 도 4의 팔(330)과 대체로 유사한 로봇 팔(430)을 나타내는 도 5를 잠시 참고하면, 손목(438) 근위의 로봇 팔(430)의 부분은 피치 조인트들(즉, 조인트들(432, 434 및 436))만을 포함한다. 즉, 팔(430)의 근위 부분은 턴테이블(420)에 대해 평행한 수평 축들(즉, 도 5의 축들(432a, 434a 및 436a))을 중심으로만 회전할 수 있다. 따라서, 팔(430)의 근위 부분은 턴테이블(420)의 좌표계 내에 정의된 수직 평면 내에서만 이동할 수 있다. 도 4를 다시 참고하면, 로봇 팔(330)의 근위 부분은 수직 평면(331) 내에서만 이동할 수 있다. 팔(330)의 베이스가 턴테이블(320)에 단단히 장착되고, 따라서 턴테이블(320)과 함께 (화살표 321로 표시된) 수직 축을 중심으로 회전하는 경우, 팔(330)의 근위 부분이 이동하는 평면(331)도 턴테이블(320)과 함께 회전한다.

중요한 것은, 인식 마스트(340)가 평면(331)으로부터 이격된 위치에서 턴테이블(320)에 장착되어, 팔(330)이 인식 마스트(340)와 물리적으로 충돌할 수 없게 된다는 것이다. 즉, 로봇 팔(330)과 인식 마스트(340)가 모두 턴테이블(320)에 장착되기 때문에, 턴테이블은 팔과 마스트를 병치하여 그들의 상대적인 위치들을 정의한다. 인식 마스트(340)는 수직 요 축을 중심으로만 회전하기 때문에 그리고 로봇 팔(330)의 근위 부분이 정의된 수직 평면 내에서 동작하도록 제한되기 때문에, 로봇 팔도 인식 마스트도 팔(330)과 마스트(340)의 충돌을 초래할 정도로 (턴테이블의 좌표계에서) 수평 이동할 수 없다.

(도 5의 로봇 팔(430)과 같이) 3DOF 손목을 포함하거나 일반적으로 피치 조인트들이 아닌 조인트들을 포함하는 로봇 팔의 실시예들에서, 로봇 팔의 부분들은 전술한 바와 같이 수직 평면 내에 유지되도록 제한되지 않을 수 있다. 그러나, 특정 관련 기하구조들(예컨대, 링크 길이, 엔드 이펙터 크기, 인식 마스트 위치)은 그럼에도 불구하고 로봇 팔과 인식 마스트 사이의 충돌을 피하도록 선택될 수 있다.

전술한 바와 같이, 턴테이블 상의 인식 마스트의 위치는 팔과 마스트 간의 충돌을 방지하기 위해 로봇 팔의 기하구조, 배향 및 모션에 적어도 부분적으로 기초한다. 그러나 턴테이블 상의 인식 마스트의 위치 선택에는 다른 고려 사항들도 관련된다. 감지 관점에서, 팔에 의한 인식 마스트 상의 센서들의 폐색을 제한하기 위해 로봇 팔로부터 최대 거리에 인식 마스트를 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 안전 관점에서, 인식 마스트와 환경 사이의 충돌을 피하기 위해 모바일 베이스의 풋프린트 내에 인식 마스트를 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 인식 마스트는 턴테이블의 회전 축을 중심으로 턴테이블의 최대 반경 범위에서 턴테이블 상에 위치될 수 있다. 예를 들어, 턴테이블이 원형이고, 인식 마스트가 원형인 경우, 인식 마스트는 인식 마스트 및 턴테이블의 원주들이 내부적으로 접하도록 턴테이블의 풋프린트 내의 위치에 위치될 수 있다.

인식 마스트 및/또는 로봇 팔에 더하여, 다른 하드웨어가 로봇의 턴테이블에 장착될 수 있다. 로봇 팔의 엔드 이펙터가 진공 기반 엔드 이펙터(예를 들어, 진공 그리퍼(gripper) 또는 흡입 그리퍼)인 로봇의 실시예들에서, 로봇은 엔드 이펙터에 결합되어 진공을 공급하는 온보드 진공 소스를 포함할 수 있다. 이러한 일부 실시예들에서, 진공 소스는 턴테이블에 결합되어, 턴테이블이 모바일 베이스에 대해 회전할 때 진공 소스가 턴테이블과 함께 회전하게 할 수 있다. 진공 소스와 같은 무거운 컴포넌트를 로봇의 베이스에 가깝게 위치시키는 것이 (안정성 관점에서) 유리할 수 있지만, 진공 소스를 턴테이블과 함께 회전하도록 구성하는 것은 진공 튜빙의 라우팅 및 관리와 관련된 특정 이익들과 연관될 수 있다.

예시적인 로봇 팔

도 5는 일부 실시예들에 따라 설계된 로봇(400)의 사시도이다. 로봇(400)은 모바일 베이스(410) 및 모바일 베이스에 회전 가능하게 결합된 턴테이블(420)을 포함한다. 로봇 팔(430)은 인식 마스트(440)와 같이 턴테이블(420)에 동작 가능하게 결합된다. 인식 마스트(440)는 턴테이블(420) 및/또는 모바일 베이스(410)에 대한 인식 마스트(440)의 회전을 가능하게 하도록 구성된 액추에이터(444)를 포함하며, 따라서 인식 마스트의 인식 모듈들(442)의 방향이 독립적으로 제어될 수 있다.

도 5의 로봇 팔(430)은 6DOF 로봇 팔이다. (Z축에 평행한 수직 축을 중심으로 모바일 베이스에 대해 요하도록 구성되는) 턴테이블(420)과 함께 고려할 때, 팔/턴테이블 시스템은 7DOF 시스템으로 간주될 수 있다. 6DOF 로봇 팔(430)은 3개의 피치 조인트(432, 434, 및 436)와, 일부 실시예들에서 구형 3DOF 손목일 수 있는 3DOF 손목(438)을 포함한다. 턴테이블(420)에서 시작하여, 로봇 팔(430)은 턴테이블(420)에 대해 고정되는 턴테이블 오프셋(422)을 포함한다. 턴테이블 오프셋(422)의 원위 부분은 제1 조인트(432)에서 제1 링크(433)의 근위 부분에 회전 가능하게 결합된다. 제1 링크(433)의 원위 부분은 제2 조인트(434)에서 제2 링크(435)의 근위 부분에 회전 가능하게 결합된다. 제2 링크(435)의 원위 부분은 제3 조인트(436)에서 제3 링크(437)의 근위 부분에 회전 가능하게 결합된다. 제1, 제2 및 제3 조인트들(432, 434 및 436)은 각각 제1, 제2 및 제3 축들(432a, 434a 및 436a)과 연관된다. 제1, 제2 및 제3 조인트들(432, 434 및 436)은 축을 중심으로 링크를 회전시키도록 구성된 제1, 제2 및 제3 액추에이터들(라벨링되지 않음)과 추가적으로 연관된다. 일반적으로, 제n 액추에이터는 제n 조인트와 연관된 제n 축을 중심으로 제n 링크를 회전시키도록 구성된다. 구체적으로, 제1 액추에이터는 제1 조인트(432)와 연관된 제1 축(432a)을 중심으로 제1 링크(433)를 회전시키도록 구성되고, 제2 액추에이터는 제2 조인트(434)와 연관된 제2 축(434a)을 중심으로 제2 링크(435)를 회전시키도록 구성되고, 제3 액추에이터는 제3 조인트(436)와 연관된 제3 축(436a)을 중심으로 제3 링크(437)를 회전시키도록 구성된다. 도 5에 도시된 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 축들(432a, 434a 및 436a)은 평행하다(그리고, 이 경우, 모두 X축에 평행하다). 도 5에 도시된 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 조인트들(432, 434 및 436)은 모두 피치 조인트들이다.

일부 실시예들에서, 고도로 통합된 모바일 조작기 로봇의 로봇 팔은 위에서 설명한 로봇 팔들과는 상이한 수의 자유도를 포함할 수 있다. 또한, 로봇 팔은 3개의 피치 조인트 및 3DOF 손목을 갖는 로봇 팔로 제한될 필요는 없다. 고도로 통합된 모바일 조작기 로봇의 로봇 팔은 회전 조인트이든 프리즘 조인트이든 임의의 적절한 유형의 임의의 적절한 수의 조인트를 포함할 수 있다는 점을 이해해야 한다. 회전 조인트들은 피치 조인트들로서 배향될 필요는 없으며, 피치, 롤, 요 또는 임의의 다른 적절한 유형의 조인트일 수 있다.

로봇 팔의 링크는 임의의 적절한 길이, 폭, 형상 또는 기하구조일 수 있음을 이해해야 하는데, 이는 본 개시가 이와 관련하여 제한되지 않기 때문이다. 예를 들어, 도 5의 실시예에서, 제1 링크(433)는 실질적으로 직선인 반면, 제2 및 제3 링크들(435 및 437)은 곡선 또는 c 형상이다. 본 발명자들은 (특히, 로봇 팔의 원위 단부를 향한) 곡선형 링크들이 물체 조작과 관련된 이익들과 연관될 수 있다는 것을 인식하고 이해하였다. 예를 들어, (도 5의 로봇(400)의 배향에 의해 예시된 바와 같이) 로봇 팔이 수직 방향으로 완전히 확장되어 높은 상자의 상부 픽킹을 가능하게 할 때, 원위 링크들의 곡선 형상은 상자의 크기 및 형상을 수용할 수 있다. 원위 링크들(예컨대, 제2 및 제3 링크들(435 및 437))이 대신 직선인 경우, 특정 크기들 및/또는 기하구조들의 상자들은 높은 상자의 상부 픽킹 동안(또는 다른 조작 작업 동안) 원위 링크들과 충돌할 수 있다.

도 1a 및 1b의 로봇(100)의 실시예와 같은 일부 실시예들에서, 로봇 팔의 링크들은 수평 방향으로 오프셋될 수 있다. 도 5의 용어를 도 1a 및 1b에 유사하게 적용하면, 도 1a 및 1b의 로봇 팔(130)의 제1 및 제2 링크들은 수평으로 인라인인 도 5의 로봇 팔(430)의 제1 및 제2 링크들(433, 435)에 비해 수평으로 오프셋된다. 즉, 도 1a에 도시된 로봇 팔(130)의 제1 링크의 수직 중심선은 로봇 팔(130)의 제2 링크의 수직 중심선과 정렬되지 않는 반면, 도 5에 도시된 로봇 팔(430)의 제1 링크(433)의 수직 중심선은 로봇 팔(430)의 제2 링크(435)의 수직 중심선과 정렬된다. 수평 인라인 또는 오프셋 링크들을 포함할지에 대한 결정은 예를 들어 로봇이 상자를 팔(또는 모바일 베이스)의 풋프린트 내로 당길 수 있어야 하는지(또는 얼마나 쉽게 당길 수 있어야 하는지), 강도 및/또는 안정성 고려사항들, 및 팔이 후퇴할 수 있어야 하는 정도(예를 들어, 오프셋 링크들은 로봇 팔이 자체 교차하기 전에 더 넓은 범위의 조인트 각도들을 가능하게 할 수 있음)를 포함하는 고려사항들에 기초할 수 있다.

도 5를 다시 참조하면, 로봇 팔(430)은 손목(438)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 손목(438)은 3DOF 손목이며, 일부 실시예들에서는 구형 3DOF 손목일 수 있다. 손목(438)은 제3 링크(437)의 원위 부분에 결합된다. 손목(438)은 손목(438)의 원위 부분에 결합된 엔드 이펙터(450)를 3개의 상호 수직 축을 중심으로 회전시키도록 구성된 3개의 액추에이터를 포함한다. 구체적으로, 손목은 팔의 원위 링크(예를 들어, 제3 링크(437))에 대해 제1 손목 축을 중심으로 엔드 이펙터를 회전시키도록 구성된 제1 손목 액추에이터, 제2 손목 축을 중심으로 원위 링크에 대해 엔드 이펙터를 회전시키도록 구성된 제2 손목 액추에이터, 및 제3 손목 축을 중심으로 원위 링크에 대해 엔드 이펙터를 회전시키도록 구성된 제3 손목 액추에이터를 포함할 수 있다. 제1, 제2 및 제3 손목 축들은 상호 수직일 수 있다. 손목이 구형 손목인 실시예들에서, 제1, 제2 및 제3 손목 축들은 교차할 수 있다.

일부 실시예들에서, 손목 액추에이터는 그의 각각의 손목 축으로부터 오프셋될 수 있음을 이해해야 한다. 구체적으로, 제1 손목 액추에이터는 제1 손목 축으로부터 오프셋될 수 있고, 제2 손목 액추에이터는 제2 손목 축으로부터 오프셋될 수 있고, 제3 손목 액추에이터는 제3 손목 축으로부터 오프셋될 수 있다. 액추에이터를 관련 링크(들)의 회전 축으로부터 오프셋시키는 것은 아래에 더 상세히 설명된 바와 같이 와이어들 및/또는 진공 튜빙이 라우팅될 수 있는 공간을 남길 수 있다. 로봇 팔의 다른 액추에이터들은 또한 오프셋 액추에이터들을 포함할 수 있다는 점을 이해해야 한다.

일부 실시예들에서, 엔드 이펙터에 대한 연결들(예를 들어, 와이어들, 진공 튜빙)은 손목을 통해 라우팅된다. 예를 들어, 3개의 액추에이터가 그들의 각각의 축들로부터 오프셋되는 손목의 실시예들에서, 엔드 이펙터를 로봇의 다른 부분들에 연결하는 와이어들 및/또는 튜빙은 (구형 손목의 예에서) 손목의 3개의 회전 축의 교차점을 포함하는 손목 내의 공간을 통해 라우팅될 수 있다. 진공 기반 엔드 이펙터를 갖는 로봇 팔의 일부 실시예들에서, 엔드 이펙터에 결합된 진공 튜빙은 구형 손목의 3개의 회전 축의 교차점을 통해 라우팅된다. 일부 실시예들에서, 손목(및/또는 로봇 팔의 임의의 다른 조인트)은 진공 기반 엔드 이펙터를 진공 소스에 결합하도록 구성된 진공 슬립 링들과 같은 하나 이상의 슬립 링을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 엔드 이펙터에 대한 연결들은 로봇 팔의 근위 부분으로 외부적으로 라우팅될 수 있고, 로봇 팔의 원위 부분으로 내부적으로 라우팅될 수 있다. 내부 라우팅이 필요하지 않을 때, 외부 라우팅이 더 비용 효율적이고 일반적으로 더 간단한 솔루션일 수 있다. 내부 라우팅은 (특히, 도 2c와 관련하여 위에서 설명한 바와 같은 열쇠구멍 조종 동안) 팔의 원위 부분들과 같이 환경과 접촉할 가능성이 높은 팔의 부분들 상의 연결들을 보호하기 위해 바람직할 수 있다.

도 5의 실시예에서, 엔드 이펙터(450)는 진공 기반 엔드 이펙터이다. 전술한 바와 같이, 관련 진공 소스는 턴테이블에 결합될 수 있고, 진공 소스로부터 엔드 이펙터로의 진공 튜빙은 팔을 따라 그리고/또는 팔을 통해(예를 들어, 팔의 근위 부분을 따라 외부적으로, 팔의 원위 부분을 통해 내부적으로, 로봇 팔의 손목을 통해) 라우팅될 수 있다. 일부 실시예들에서, 진공 소스는 엔드 이펙터 내에 배치되어, 팔의 부분들을 따라 진공 튜빙을 라우팅할 필요성을 없앨 수 있다.

엔드 이펙터가 진공 기반 엔드 이펙터인 실시예들에서, 엔드 이펙터는 흡입 컵을 통해 흡입력을 가하여 물체에 부착되는 다수의 진공 어셈블리를 포함할 수 있다. 진공 어셈블리들은 개별적으로 어드레싱 가능할 수 있고, 따라서 컨트롤러는 각각의 진공 어셈블리의 흡입 레벨을 독립적으로 조정할 수 있다. 예를 들어, 각각의 진공 어셈블리는 진공 어셈블리와 파지되는 물체 사이의 파지 품질을 결정하기 위한 센서(예를 들어, 압력 센서)를 포함할 수 있다. (예를 들어, 열악한 흡입 컵 밀봉으로 인해) 일부 진공 어셈블리들이 물체에 불충분하게 부착되어 있다고 결정되는 경우, 그러한 진공 어셈블리들은 엔드 이펙터의 총 진공 압력이 양호한 밀봉을 갖는 진공 어셈블리들 사이에만 분배될 수 있도록 턴오프될 수 있어서, 낭비되는 진공 압력의 양을 감소시킬 수 있다.

일부 실시예들에서, 각각의 진공 어셈블리는 프리즘 자유도와 연관될 수 있으며, 이는 엔드 이펙터가 픽킹될 물체의 평평하지 않은 표면과 효과적으로 맞물릴 수 있도록 할 수 있다. 도 6a 및 6b는 각각 수축 및 확장된 구성들에서의 진공 어셈블리(500)의 일 실시예의 단면도들이다. 도 6a의 수축된 구성에서, 진공 어셈블리(500)의 흡입 컵(502)은 진공 어셈블리의 나머지에 근접해 있다. 진공 어셈블리의 프리즘 스테이지의 피스톤 헤드(504)에 압력이 가해질 때, 피스톤 로드(506)가 연장되어, 피스톤 로드(506)의 원위 부분에 결합되는 흡입 컵(502)을 확장시킨다. 압력이 제거될 때, 스프링(508)이 흡입 컵(502)을 수축시켜 진공 어셈블리가 그의 수축된 상태로 돌아가게 한다. 진공 어셈블리의 프리즘 스테이지는 전단(shear)에서(예를 들어, 프리즘 스테이지의 연장 방향에 수직인 방향들에서) 충분히 강할 수 있으며, 이는 특히 면 픽킹 동안 유리할 수 있다.

일부 실시예들에서, 엔드 이펙터는 물체를 안전하게 파지하는 것을 용이하게 하는 하나 이상의 보조 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터는 고마찰 재료(예를 들어, 고무 재료)의 스트립들 또는 코팅들을 포함하여 엔드 이펙터와 조작되는 물체 사이의 마찰을 증가시킬 수 있으며, 이는 특히 면 픽킹 동안 유리할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 엔드 이펙터는 엔드 이펙터의 일측에 돌출 에지 또는 립(lip)을 포함할 수 있으며, 이는 상자의 무게를 부분적으로 지지하기 위해 상자의 하부 에지 아래에 위치될 수 있다.

일부 실시예들에서, 엔드 이펙터는 하나 이상의 센서와 연관될 수 있다. 예를 들어, 힘/토크 센서는 물체가 조작될 때 엔드 이펙터에 가해지는(또는 엔드 이펙터에 의해 로봇 팔의 손목에 가해지는) 렌치(wrench)를 측정할 수 있으며, 이는 경로 계획 작업들 동안 사용될 수 있다. 엔드 이펙터(또는 로봇 팔의 다른 부분)는 카메라들, 거리 센서들, 압력 센서들, 광 센서들 또는 임의의 다른 적절한 센서들의 임의의 적절한 수 또는 구성을 추가로 포함할 수 있는데, 이는 본 개시가 이와 관련하여 제한되지 않기 때문이다.

예시적인 제어 전략들

통합 모바일 조작기 로봇의 다양한 서브시스템들이 설명된 상황에서, 그러한 시스템 레벨 설계 및 통합에 의해 가능해지는 다양한 제어 전략들을 강조하기 위해 도 2a-2c에 예시된 예시적인 응용들을 다시 참조한다.

도 2a의 로봇들(10a-10c)과 같이 로봇들이 창고에서 이동할 때, 안전이 주요 관심사이다. 느슨하게 통합된 모바일 조작기 로봇은 별개의 전원들, 별개의 컨트롤러들 및 별개의 안전 시스템들을 포함할 수 있다. 대조적으로, 본 명세서에 설명된 로봇들의 실시예들과 같은 고도로 통합된 모바일 조작기 로봇은 모바일 베이스와 로봇 팔에 걸쳐 공유되는 단일 전원, 모바일 베이스와 로봇 팔 양자의 동작을 감독하는 중앙 컨트롤러 및/또는 전체 로봇을 모니터링하고 적절한 때 셧다운하도록 구성된 전체적 안전 시스템들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 팔과 베이스 양자의 현재 상태를 인식하는 안전 시스템은 다른 서브시스템의 모션을 고려하는 팔과 베이스에 대한 안전 동작 한계들을 적절히 정의할 수 있다. 대조적으로, 모바일 베이스와만 연관된 안전 시스템이 로봇 팔의 상태를 인식하지 못하는 경우, 모바일 베이스의 안전 시스템은 로봇 팔이 잠재적으로 위험한 상태에서 동작하는지 여부에 대한 불확실성을 고려하기 위해 그의 동작을 보수적으로 제한해야 한다. 마찬가지로, 로봇 팔과만 연관된 안전 시스템이 모바일 베이스의 상태를 인식하지 못하는 경우, 로봇 팔의 안전 시스템은 모바일 베이스가 잠재적으로 위험한 상태에서 동작하는지 여부에 대한 불확실성을 고려하기 위해 그의 동작을 보수적으로 제한해야 한다. 고도로 통합된 모바일 조작기 로봇과 연관된 전체적 안전 시스템은 비교적 덜 제한적인 한계들과 연관되어, 더 빠르고, 더 동적이고/이거나, 더 효율적인 모션들을 가능하게 할 수 있다.

특정 작업들의 경우, 통합 모바일 조작 로봇에 대해서도 로봇 팔 또는 모바일 베이스의 모션을 제한하는 것이 유익할 수 있다. 예를 들어, 창고 바닥을 내비게이팅하는 동안, (예를 들어, 안전 고려사항들로 인해) 로봇 팔의 모션을 최소화하거나 완전히 제한하는 것이 유리할 수 있다. 대안적으로, 트럭에서 컨베이어 벨트로 상자들을 언로딩할 때, 로봇 팔이 동작함에 따라 모바일 베이스를 고정된 상태를 유지하는 것이 유리할 수 있다.

도 2b를 참조하여 전술한 바와 같이, 로봇(예컨대, 로봇(20a))의 턴테이블, 로봇 팔 및 인식 마스트는 모두 고도로 조정된 방식으로 제어될 수 있다. 위의 설명을 간략하게 요약하면, 턴테이블은 로봇 팔이 트럭(29)으로부터 컨베이어 벨트(22)로 상자를 이동시킬 수 있게 하기 위해 회전할 수 있는 동안, 인식 마스트는 다음 작업을 준비하기 위해 환경에 대한 정보를 수집하기 위해 로봇 팔로부터 멀어지게 배향될 수 있다. 이러한 프로세스 전반에서, 모바일 베이스는 고정된 상태로 유지되는 것이 바람직할 수 있다. 감지 관점에서, 로봇 팔과 연관된 센서들(예를 들어, 조인트 인코더들)은 모바일 베이스와 연관된 센서들(예를 들어, LiDAR 센서들)에 비해 더 높은 주파수로 더 낮은 레이턴시로 동작할 수 있으며, 따라서 모바일 베이스를 고정된 상태로 유지하면서 로봇 팔(및 턴테이블)만을 이동시키는 것은 작업들의 더 빠르고/빠르거나 더 효율적인 실행을 가능하게 할 수 있다. 물리적 관점에서, 트럭 내부에서 동작하는 로봇은 트럭의 벽들에 의해 공간적으로 제한될 수 있으며, 따라서 팔과 베이스의 조정된 모션은 도움이 되지 않거나 단지 비현실적일 수 있다.

이에 상관없이, 모바일 베이스의 부분들은 모바일 베이스가 고정되더라도 작업(예를 들어, 도 2b에 도시된 트럭 언로딩 작업)의 성공적이고 효율적으로 실행에 기여할 수 있다. 예를 들어, 독립적으로 구동 가능한 바퀴들을 포함하는 구동 시스템을 갖는 로봇은 동일한 로봇 팔을 갖지만 독립적으로 구동 가능한 바퀴들이 없는 구동 시스템을 갖는 상이한 로봇에서 이용 가능하지 않을 수 있는 동적 팔 모션들을 가능하기에 충분한 견인력 및 강성과 연관될 수 있다. 마찬가지로, 독립적으로 조향 가능한 바퀴들은 로봇이 예를 들어 상자들의 스택에 임의로 가까이 구동할 수 없는 상이한 로봇에서 이용 가능하지 않을 수 있는 특정 팔 모션들을 수행할 수 있도록 그 자신을 위치시킬 수 있게 하는 전방향 베이스를 가능하게 할 수 있다. 다른 예로서, 고도로 동적인 팔 모션들을 수용하도록 특별히 설계된 서스펜션 시스템을 갖는 모바일 베이스는 로봇 팔과 그의 관련 관성 이동들을 지원하도록 의도되지 않은 서스펜션 시스템을 갖는 기성품 모바일 베이스에 비해 바람직할 수 있다.

특정 작업들의 경우, 로봇 팔과 모바일 베이스 양자의 동시 모션을 장려하는 것이 유익할 수 있다. 앞서 도 2c를 참조하여 설명한 바와 같이, 모바일 조작기 로봇(예컨대, 로봇(30a))은 로봇 팔이 제한된 공간을 내비게이팅하여 타겟 상자에 접근해야 하는 열쇠구멍 문제에 직면할 수 있는 동안, 팔이 환경 내의 임의의 다른 물체와 접촉하지 않는 것을 보장할 수 있다. 이러한 시나리오들에서는 팔과 베이스 양자의 동시적인 조정된 제어가 유익할 수 있다. 예를 들어, 로봇 팔이 제한된 공간을 내비게이팅할 때 모바일 베이스의 위치 및/또는 배향이 지속적으로 조정될 수 있고, 따라서 엔드 이펙터의 도달 가능한 작업 공간(및/또는 능란한 작업 공간)이 지속적으로 (그리고 유리하게) 조정될 수 있다.

로봇 팔, 모바일 베이스, 턴테이블 및 인식 마스트 중 하나 이상의 제어는 모바일 조작기 로봇에 탑재된 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스를 사용하여 달성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스는 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스와 제어될 로봇의 감지 능력들 및 컴포넌트들을 제공하는 로봇의 컴포넌트들 사이에 연장되는 연결들을 갖는 모바일 베이스의 일부 내에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스는 다양한 로봇 시스템들의 동작을 유발하기 위해 로봇의 특정 컴포넌트들에 제어 신호들을 송신하도록 구성된 전용 하드웨어에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 모바일 조작기 로봇은 로봇의 안전한 동작을 보장하는 안전 시스템들과 통합되도록 구성된 전용 안전 등급 컴퓨팅 디바이스를 포함할 수 있다.

본 명세서에 설명 및/또는 예시된 컴퓨팅 디바이스들 및 시스템들은 본 명세서에 설명된 모듈들 내에 포함된 것들과 같이 컴퓨터 판독 가능 명령어들을 실행할 수 있는 임의의 유형 또는 형태의 컴퓨팅 디바이스 또는 시스템을 광범위하게 나타낸다. 가장 기본적인 구성에서, 이러한 컴퓨팅 디바이스(들)는 각각 적어도 하나의 메모리 디바이스와 적어도 하나의 물리적 프로세서를 포함할 수 있다.

일부 예들에서, "메모리 디바이스"라는 용어는 일반적으로 데이터 및/또는 컴퓨터 판독 가능 명령어들을 저장할 수 있는 임의의 유형 또는 형태의 휘발성 또는 비휘발성 저장 디바이스 또는 매체를 지칭한다. 일례에서, 메모리 디바이스는 본 명세서에 설명된 모듈들 중 하나 이상을 저장, 로딩 및/또는 유지할 수 있다. 메모리 디바이스들의 예들은 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 하드 디스크 드라이브(HDD), 솔리드 스테이트 드라이브(SSD), 광 디스크 드라이브, 캐시, 이들 중 하나 이상의 변형 또는 조합, 또는 임의의 다른 적절한 저장 메모리를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.

일부 예들에서, "물리적 프로세서" 또는 "컴퓨터 프로세서"라는 용어는 일반적으로 컴퓨터 판독 가능 명령어들을 해석 및/또는 실행할 수 있는 임의의 유형 또는 형태의 하드웨어 구현 처리 유닛을 지칭한다. 일례에서, 물리적 프로세서는 위에서 설명한 메모리 디바이스에 저장된 하나 이상의 모듈에 액세스하고/하거나 이를 수정할 수 있다. 물리적 프로세서들의 예들은 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 중앙 처리 유닛(CPU), 소프트코어 프로세서를 구현하는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적 회로(ASIC), 이들 중 하나 이상의 부분, 이들 중 하나 이상의 변형 또는 조합, 또는 임의의 다른 적합한 물리적 프로세서를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.

별개의 요소들로서 예시되어 있지만, 본 명세서에 설명 및/또는 예시된 모듈들은 단일 모듈 또는 애플리케이션의 부분들을 나타낼 수 있다. 또한, 특정 실시예들에서, 이러한 모듈들 중 하나 이상은 컴퓨팅 디바이스에 의해 실행될 때 컴퓨팅 디바이스가 하나 이상의 작업을 수행하게 할 수 있는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션 또는 프로그램을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명 및/또는 예시된 모듈들 중 하나 이상은 본 명세서에 설명 및/또는 예시된 컴퓨팅 디바이스들 또는 시스템들 중 하나 이상에서 실행되도록 저장 및 구성된 모듈들을 나타낼 수 있다. 이러한 모듈들 중 하나 이상은 하나 이상의 작업을 수행하도록 구성된 하나 이상의 특수 목적 컴퓨터의 전부 또는 부분들을 나타낼 수도 있다.

또한, 본 명세서에 설명된 모듈들 중 하나 이상은 데이터, 물리적 디바이스들 및/또는 물리적 디바이스들의 표현들을 하나의 형태에서 다른 형태로 변환할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 본 명세서에 기재된 모듈들 중 하나 이상은 컴퓨팅 디바이스에서 실행되고, 컴퓨팅 디바이스에 데이터를 저장하고/하거나, 컴퓨팅 디바이스와 달리 상호 작용함으로써 프로세서, 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 및/또는 물리적 컴퓨팅 디바이스의 임의의 다른 부분을 하나의 형태에서 다른 형태로 변환할 수 있다.

전술한 실시예들은 다수의 방식 중 임의의 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현될 때, 소프트웨어 코드는 단일 컴퓨터에서 제공되거나 다수의 컴퓨터에 분산되는지에 관계없이 임의의 적합한 프로세서 또는 프로세서들의 모음에서 실행될 수 있다. 전술한 기능들을 수행하는 임의의 컴포넌트 또는 컴포넌트들의 모음은 일반적으로 전술한 기능들을 제어하는 하나 이상의 컨트롤러로 간주될 수 있다는 점을 인식해야 한다. 하나 이상의 컨트롤러는 전용 하드웨어 또는 위에 기재된 기능들을 수행하도록 마이크로코드 또는 소프트웨어를 사용하여 프로그래밍된 하나 이상의 프로세서와 같이 다수의 방식으로 구현될 수 있다.

이와 관련하여, 로봇의 실시예들은 프로세서에서 실행될 때 전술한 기능들 중 하나 이상을 수행하는 컴퓨터 프로그램(즉, 복수의 명령어)으로 인코딩된 적어도 하나의 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(예를 들어, 컴퓨터 메모리, 휴대용 메모리, 컴팩트 디스크 등)를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 이러한 기능들은 로봇의 제어 및/또는 로봇의 바퀴 또는 팔의 구동을 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 거기에 저장된 프로그램이 본 명세서에서 설명된 본 발명의 양태들을 구현하기 위해 임의의 컴퓨터 리소스에 로딩될 수 있도록 운반 가능할 수 있다. 또한, 실행될 때 전술한 기능들을 수행하는 컴퓨터 프로그램에 대한 참조는 호스트 컴퓨터에서 실행되는 응용 프로그램으로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 오히려, 본 명세서에서 컴퓨터 프로그램이라는 용어는 본 발명의 전술한 양태들을 구현하기 위해 프로세서를 프로그래밍하는 데 사용될 수 있는 임의의 유형의 컴퓨터 코드(예컨대, 소프트웨어 또는 마이크로코드)를 참조하기 위해 일반적인 의미로 사용된다.

본 발명의 다양한 양태들은 단독으로, 조합하여, 또는 전술한 실시예들에서 구체적으로 설명되지 않은 다양한 배열로 사용될 수 있으며, 따라서 전술한 설명에 제시되거나 도면들에 예시된 컴포넌트들의 상세들 및 배열들로 그들의 응용이 제한되지 않는다. 예를 들어, 일 실시예에서 설명된 양태들은 다른 실시예들에서 설명된 양태들과 임의의 방식으로 결합될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은 하나 이상의 방법으로 구현될 수 있으며, 그 중 일례가 제공되었다. 방법(들)의 일부로서 수행되는 동작들은 임의의 적절한 방식으로 순서화될 수 있다. 따라서, 예시된 것과 상이한 순서로 동작들을 수행하고, 예시적인 실시예들에서 순차적인 동작들로서 표시되더라도 일부 동작들을 동시에 수행하는 것을 포함할 수 있는 실시예들이 구성될 수 있다.

청구항들에서 청구항 요소를 수식하기 위해 "제1", "제2", "제3" 등과 같은 서수 용어들을 사용하는 것은 그것만으로 하나의 청구항 요소의 다른 청구항 요소에 대한 임의의 우선순위, 우위 또는 순서, 또는 방법의 동작들이 수행되는 시간적 순서를 내포하지 않는다. 이러한 용어들은 특정 명칭을 갖는 하나의 청구항 요소를 동일한 명칭을 갖는 다른 청구항 요소와 구별하기 위한 라벨들로 사용될 뿐이다(그러나, 서수 용어 사용의 경우에는 그렇지 않음).

본 명세서에 사용된 문구 및 용어는 설명을 위한 것이며, 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. "포함하는(including)", "포함하는(comprising)", "갖는", "포함하는(containing)", "포함하는(involving)" 및 그 변형들의 사용은 그 뒤에 나열된 항목들 및 추가 항목들을 포함하도록 의도된다.

본 발명의 여러 실시예를 상세히 설명하였으므로, 이 분야의 기술자들에게는 다양한 수정들 및 개선들이 쉽게 떠오를 것이다. 이러한 수정들 및 개선들은 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 따라서, 전술한 설명은 단지 예시적인 것이며, 한정하기 위한 것이 아니다.

Claims (63)

1. 로봇으로서,
   모바일 베이스;
   상기 모바일 베이스에 회전 가능하게 결합된 턴테이블;
   상기 턴테이블에 동작 가능하게 결합된 로봇 팔; 및
   적어도 하나의 방향 센서
   를 포함하고, 상기 적어도 하나의 방향 센서의 배향은 독립적으로 제어 가능한, 로봇.
2. 제1항에 있어서, 상기 턴테이블에 동작 가능하게 결합된 인식 마스트를 더 포함하고, 상기 인식 마스트는 상기 적어도 하나의 방향 센서를 포함하는 복수의 센서를 포함하는, 로봇.
3. 제2항에 있어서, 상기 인식 마스트는 상기 턴테이블에 회전 가능하게 결합되는, 로봇.
4. 제3항에 있어서, 상기 턴테이블은 제1 축을 중심으로 상기 모바일 베이스에 대해 회전하도록 구성되고, 상기 인식 마스트는 제2 축을 중심으로 상기 턴테이블에 대해 회전하도록 구성되고, 상기 제1 및 제2 축들은 평행한, 로봇.
5. 제2항에 있어서, 상기 로봇 팔은 상기 인식 마스트와의 충돌을 피하기 위해 운동학적으로 제한되는, 로봇.
6. 제1항에 있어서, 상기 로봇 팔의 원위 부분에 동작 가능하게 결합된 진공 기반 엔드 이펙터를 더 포함하는, 로봇.
7. 제6항에 있어서, 상기 진공 기반 엔드 이펙터에 동작 가능하게 결합된 온보드 진공 소스를 더 포함하는, 로봇.
8. 제7항에 있어서, 상기 온보드 진공 소스는 상기 턴테이블이 상기 모바일 베이스에 대해 회전할 때 상기 턴테이블과 함께 회전하도록 구성되는, 로봇.
9. 제1항에 있어서, 상기 로봇 팔은 6 자유도 로봇 팔인, 로봇.
10. 제9항에 있어서, 상기 로봇 팔은 3개의 피치 조인트 및 구형 3 자유도 손목을 포함하는, 로봇.
11. 제9항에 있어서, 상기 로봇 팔은,
    제1 축을 중심으로 상기 턴테이블에 대해 상기 로봇 팔의 제1 링크를 회전시키도록 구성된 제1 액추에이터를 포함하는 제1 조인트;
    제2 축을 중심으로 상기 제1 링크에 대해 상기 로봇 팔의 제2 링크를 회전시키도록 구성된 제2 액추에이터를 포함하는 제2 조인트; 및
    제3 축을 중심으로 상기 제2 링크에 대해 상기 로봇 팔의 제3 링크를 회전시키도록 구성된 제3 액추에이터를 포함하는 제3 조인트
    를 포함하고,
    상기 제1, 제2 및 제3 축들은 평행한, 로봇.
12. 제9항에 있어서, 상기 로봇 팔은,
    링크;
    엔드 이펙터; 및
    상기 링크와 상기 엔드 이펙터를 결합하는 구형 손목
    을 포함하고, 상기 구형 손목은,
    제1 축을 중심으로 상기 링크에 대해 상기 엔드 이펙터를 회전시키도록 구성된 제1 액추에이터;
    제2 축을 중심으로 상기 링크에 대해 상기 엔드 이펙터를 회전시키도록 구성된 제2 액추에이터; 및
    제3 축을 중심으로 상기 링크에 대해 상기 엔드 이펙터를 회전시키도록 구성된 제3 액추에이터
    를 포함하고,
    상기 제1, 제2 및 제3 축들은 서로 수직이고, 상기 제1, 제2 및 제3 축들은 교차하는, 로봇.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 액추에이터의 제1 회전 축은 상기 제1 축으로부터 오프셋되고;
    상기 제2 액추에이터의 제2 회전 축은 상기 제2 축으로부터 오프셋되고;
    상기 제3 액추에이터의 제3 회전 축은 상기 제3 축으로부터 오프셋되는, 로봇.
14. 제13항에 있어서, 상기 엔드 이펙터는 진공 기반 엔드 이펙터이고, 상기 진공 기반 엔드 이펙터에 결합된 진공 튜빙은 상기 구형 손목을 통해 라우팅되는, 로봇.
15. 제14항에 있어서, 상기 진공 튜빙은 상기 구형 손목의 상기 제1, 제2 및 제3 축들의 교차점을 통해 라우팅되는, 로봇.
16. 제14항에 있어서, 상기 구형 손목은 하나 이상의 진공 슬립 링을 포함하는, 로봇.
17. 제1항에 있어서, 상기 모바일 베이스는 홀로노믹 구동 시스템을 포함하는, 로봇.
18. 제1항에 있어서, 상기 모바일 베이스는 복수의 거리 센서를 포함하는, 로봇.
19. 제18항에 있어서, 상기 복수의 거리 센서는 복수의 LiDAR 센서를 포함하는, 로봇.
20. 제18항에 있어서, 상기 모바일 베이스는 직사각형이고, 상기 모바일 베이스의 각각의 측면은 상기 복수의 거리 센서 중 적어도 하나와 연관되는, 로봇.
21. 제20항에 있어서, 상기 모바일 베이스는 정사각형인, 로봇.
22. 제7항에 있어서, 상기 온보드 진공 소스는 상기 엔드 이펙터 내에 배치되는, 로봇.
23. 로봇 조작기를 위한 모바일 베이스로서,
    상기 로봇 조작기에 결합되도록 구성된 플랫폼;
    복수의 바퀴를 포함하는 구동 시스템; 및
    상기 플랫폼과 상기 복수의 바퀴 중 각각의 바퀴 사이의 거리들을 제어하도록 구성된 서스펜션 시스템
    을 포함하고,
    상기 플랫폼과 상기 복수의 바퀴 중 제1 바퀴 사이의 제1 거리는 상기 플랫폼과 상기 복수의 바퀴 중 제2 바퀴 사이의 제2 거리에 적어도 부분적으로 의존하는, 모바일 베이스.
24. 제23항에 있어서, 상기 서스펜션 시스템은 수동형 서스펜션 시스템을 포함하는, 모바일 베이스.
25. 제23항에 있어서, 상기 서스펜션 시스템은,
    상기 복수의 바퀴 중 제1 및 제2 바퀴들을 동작 가능하게 결합하는 제1 로커 - 상기 제1 로커는 제1 축을 중심으로 회전하도록 구성됨 -; 및
    상기 복수의 바퀴 중 제3 및 제4 바퀴들을 동작 가능하게 결합하는 제2 로커
    를 포함하고, 상기 제2 로커는 제2 축을 중심으로 회전하도록 구성되고, 상기 제2 축은 상기 제1 축에 평행한, 모바일 베이스.
26. 제25항에 있어서, 상기 서스펜션 시스템은,
    상기 제1 로커의 제1 부분과 상기 제2 로커의 제1 부분을 동작 가능하게 결합하는 링키지를 더 포함하고, 상기 링키지는 제3 축을 중심으로 회전하도록 구성된 링크를 포함하는, 모바일 베이스.
27. 제26항에 있어서, 상기 제3 축은 상기 제1 축에 수직인, 모바일 베이스.
28. 제26항에 있어서, 상기 링키지는,
    상기 링크의 제1 부분과 상기 제1 로커의 상기 제1 부분을 동작 가능하게 결합하는 제1 스트럿; 및
    상기 링크의 제2 부분과 상기 제2 로커의 상기 제1 부분을 동작 가능하게 결합하는 제2 스트럿
    을 더 포함하는, 모바일 베이스.
29. 제23항에 있어서, 상기 복수의 바퀴는,
    상기 모바일 베이스가 평평한 표면 상에 놓일 때 상기 평평한 표면과 제1 접촉을 형성하도록 구성된 제1 바퀴;
    상기 모바일 베이스가 상기 평평한 표면 상에 놓일 때 상기 평평한 표면과 제2 접촉을 형성하도록 구성된 제2 바퀴;
    상기 모바일 베이스가 상기 평평한 표면 상에 놓일 때 상기 평평한 표면과 제3 접촉을 형성하도록 구성된 제3 바퀴; 및
    상기 모바일 베이스가 상기 평평한 표면 상에 놓일 때 상기 평평한 표면과 제4 접촉을 형성하도록 구성되는 제4 바퀴
    를 포함하고,
    상기 제1, 제2, 제3 및 제4 접촉들은 사변형을 정의하는, 모바일 베이스.
30. 제29항에 있어서,
    상기 서스펜션 시스템은 주요 지지 다각형이 제1, 제2, 제3 및 제4 정점들에 의해 정의되도록 구성되고,
    상기 제1 정점은 상기 제1 및 제2 접촉들을 연결하는 제1 라인 상에 배치되고;
    상기 제2 정점은 상기 제2 및 제3 접촉들을 연결하는 제2 라인 상에 배치되고;
    상기 제3 정점은 상기 제3 및 제4 접촉들을 연결하는 제3 라인 상에 배치되고;
    상기 제4 정점은 상기 제4 및 제1 접촉들을 연결하는 제4 라인 상에 배치되는, 모바일 베이스.
31. 제30항에 있어서, 상기 로봇 조작기와 결합하여, 상기 로봇 조작기가 페이로드를 조작할 때, 상기 모바일 베이스, 상기 로봇 조작기 및 상기 페이로드의 압력의 중심을 상기 주요 지지 다각형 내에 유지하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함하는, 모바일 베이스.
32. 제31항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 모바일 베이스, 상기 로봇 조작기 및 페이로드의 상기 압력의 중심을 상기 주요 지지 다각형 내에 내접되는 원형 영역 내에 유지하도록 구성되는, 모바일 베이스.
33. 제29항에 있어서, 상기 서스펜션 시스템은 보조 지지 다각형이 상기 4개의 접촉점 중 3개에 의해 정의되도록 구성되는, 모바일 베이스.
34. 제30항에 있어서,
    상기 로봇 조작기와 결합하여, 컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 서스펜션 시스템은 보조 지지 다각형이 상기 4개의 접촉점 중 3개에 의해 정의되도록 구성되고,
    상기 컨트롤러는 상기 로봇 조작기가 페이로드를 조작할 때 상기 모바일 베이스, 상기 로봇 조작기 및 상기 페이로드의 압력의 중심을 상기 보조 지지 다각형 내에 유지하여 상기 압력의 중심이 상기 주요 지지 다각형 밖에 있게 하도록 구성되는, 모바일 베이스.
35. 제23항에 있어서, 상기 복수의 바퀴 중 각각의 바퀴는 상기 복수의 바퀴 중 각각의 다른 바퀴에 운동학적으로 결합되는, 모바일 베이스.
36. 제25항에 있어서, 상기 서스펜션 시스템은 상기 제1 및 제2 로커들을 결합하는 차동 기어 세트를 더 포함하는, 모바일 베이스.
37. 로봇 조작기를 위한 모바일 베이스로서,
    상기 로봇 조작기에 결합되도록 구성된 플랫폼;
    서스펜션 시스템; 및
    복수의 바퀴를 포함하는 구동 시스템
    을 포함하고, 상기 복수의 바퀴 중 적어도 일부가 표면에 접촉할 때, 상기 구동 시스템은,
    상기 표면에 대해 제1 축을 따라 제1 방향으로 상기 모바일 베이스를 병진시키고;
    상기 표면에 대해 제2 축을 따라 제2 방향으로 상기 모바일 베이스를 병진시키고 - 상기 제2 축은 상기 제1 축에 수직임 -;
    제3 축을 중심으로 상기 모바일 베이스를 회전시키도록 구성되며, 상기 제3 축은 상기 제1 및 제2 축들 둘 다에 수직인, 모바일 베이스.
38. 제37항에 있어서, 상기 복수의 바퀴 중 각각의 바퀴는 독립적으로 조향 가능한, 모바일 베이스.
39. 제37항에 있어서, 상기 복수의 바퀴 중 각각의 바퀴는 독립적으로 구동 가능한, 모바일 베이스.
40. 제38항에 있어서, 상기 복수의 바퀴 중 각각의 바퀴가 독립적으로 구동 가능한, 모바일 베이스.
41. 제37항에 있어서, 상기 복수의 바퀴 중 각각의 바퀴는 2개의 작동 자유도와 연관되는, 모바일 베이스.
42. 제37항에 있어서, 상기 구동 시스템은 3개의 작동 자유도와 연관되는, 모바일 베이스.
43. 제37항에 있어서, 상기 구동 시스템은,
    상기 복수의 바퀴 중 제1 바퀴 - 상기 제1 바퀴는 제1 구동 액추에이터 및 제1 조향 액추에이터와 연관됨 -;
    상기 복수의 바퀴 중 제2 바퀴 - 상기 제2 바퀴는 제2 구동 액추에이터 및 제2 조향 액추에이터와 연관됨 -;
    상기 복수의 바퀴 중 제3 바퀴 - 상기 제3 바퀴는 제3 구동 액추에이터 및 제3 조향 액추에이터와 연관됨 -; 및
    상기 복수의 바퀴 중 제4 바퀴 - 상기 제4 바퀴는 제4 구동 액추에이터 및 제4 조향 액추에이터와 연관됨 -
    를 포함하는, 모바일 베이스.
44. 로봇으로서,
    턴테이블;
    상기 턴테이블에 동작 가능하게 결합된 로봇 팔; 및
    상기 턴테이블에 동작 가능하게 결합된 인식 마스트
    를 포함하고, 상기 인식 마스트는 복수의 센서를 포함하는, 로봇.
45. 제44항에 있어서, 상기 인식 마스트는 상기 턴테이블에 회전 가능하게 결합되는, 로봇.
46. 제45항에 있어서, 상기 턴테이블은 제1 축을 중심으로 회전하도록 구성되고, 상기 인식 마스트는 제2 축을 중심으로 상기 턴테이블에 대해 회전하도록 구성되고, 상기 제1 및 제2 축들은 평행한, 로봇.
47. 제44항에 있어서, 상기 인식 마스트는 상기 턴테이블의 회전 축에 대한 상기 턴테이블의 최대 반경 범위에서 상기 턴테이블 상에 배치되는, 로봇.
48. 제44항에 있어서, 상기 로봇 팔은 상기 인식 마스트와의 충돌을 피하기 위해 운동학적으로 제한되는, 로봇.
49. 제48항에 있어서, 상기 로봇 팔은 손목을 포함하고, 상기 손목 근위의 상기 로봇 팔의 일부는 상기 턴테이블의 좌표계 내에 정의된 수직 평면 내에서 이동하도록 운동학적으로 제한되고, 상기 인식 마스트는 상기 수직 평면과 교차하지 않는, 로봇.
50. 제49항에 있어서, 상기 인식 마스트는 상기 턴테이블에 회전 가능하게 결합되는, 로봇.
51. 제48항에 있어서, 상기 로봇 팔은 6 자유도 로봇 팔인, 로봇.
52. 제51항에 있어서, 상기 로봇 팔은 3개의 피치 조인트 및 3 자유도 손목을 포함하는, 로봇.
53. 제52항에 있어서, 상기 인식 마스트는 상기 턴테이블에 회전 가능하게 결합되고, 상기 인식 마스트는 요 축을 중심으로 회전하도록 구성되는, 로봇.
54. 제44항에 있어서, 상기 턴테이블은 모바일 베이스에 동작 가능하게 결합되는, 로봇.
55. 로봇 팔을 제어하는 방법으로서,
    모바일 베이스의 상태를 제어하는 단계; 및
    상기 모바일 베이스의 상기 상태에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 모바일 베이스에 결합된 로봇 팔의 상태를 제어하는 단계
    를 포함하는, 방법.
56. 제55항에 있어서, 상기 로봇 팔의 상기 상태를 제어하는 단계는 상기 로봇 팔의 원위 부분에 결합된 페이로드의 상태를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
57. 제55항에 있어서, 상기 모바일 베이스의 상기 상태를 제어하는 단계는 상기 모바일 베이스를 제1 방향으로 병진시키는 것, 상기 모바일 베이스를 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 병진시키는 것, 및 상기 모바일 베이스를 회전시키는 것 중 하나 이상을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
58. 제55항에 있어서, 상기 모바일 베이스의 상기 상태를 제어하는 단계는 상기 모바일 베이스의 홀로노믹 구동 시스템을 작동시키는 단계를 포함하는, 방법.
59. 제55항에 있어서, 상기 모바일 베이스의 상기 상태 및 상기 로봇 팔의 상기 상태 둘 다에 적어도 부분적으로 기초하여 안전 제약 조건을 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
60. 제55항에 있어서, 상기 모바일 베이스의 상기 상태 및 상기 로봇 팔의 상기 상태에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 모바일 베이스에 결합된 인식 마스트의 상태를 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
61. 제60항에 있어서, 상기 인식 마스트의 상기 상태를 제어하는 단계는 상기 인식 마스트가 결합되는 턴테이블의 회전을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 턴테이블은 상기 모바일 베이스에 결합되는, 방법.
62. 제60항에 있어서, 상기 인식 마스트의 상기 상태를 제어하는 단계는 상기 인식 마스트가 결합되는 턴테이블에 대한 상기 인식 마스트의 회전을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 턴테이블은 상기 모바일 베이스에 결합되는, 방법.
63. 제55항에 있어서, 상기 모바일 베이스의 상기 상태에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 로봇 팔의 상기 상태를 제어하는 단계는 상기 모바일 베이스의 속도에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 로봇 팔의 하나 이상의 조인트 각도 및/또는 하나 이상의 조인트 속도를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.

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