(57)【要約】【課題】アームと該アームの遠位端に結合された複数フィンガー付きエンドエフェクタとを有するマニピュレータを備える装置であって、より優れた把持の能力を有する装置を提供すること。【解決手段】本発明に係る装置は、アームと、アームの遠位端に結合された複数フィンガー付きエンドエフェクタとを有するマニピュレータを備える。エンドエフェクタは、物体との接触前に物体までの距離を検出するように構成された光学的近接センサを備える。エンドエフェクタは、物体との接触後にマニピュレータによって物体に加えられた力の測定値を検出するように構成された光学的近接センサを備える。力の測定は、最小値、最大値及び最小値と最大値との間の測定値を含む力の測定の範囲でなされる。【選択図】図１
2019059021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アームと該アームの遠位端に結合された複数フィンガー付きエンドエフェクタとを有するマニピュレータを備える装置であって、前記エンドエフェクタは光学的近接センサを備え、前記光学的近接センサは、該光学的近接センサの所定の範囲にはいる物体に反応して物体までの距離を検出し、前記物体との接触に反応して前記マニピュレータによって前記物体に加えられた力の測定値を生じるように構成され、力の測定が最小値、最大値及び最小値と最大値との間の測定値を含む力の測定の範囲でなされる、装置。
【請求項２】
前記アームが、前記マニピュレータの移動を助けるように構成された近接センサを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
屈曲及び回転するように構成されたアーム区分を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記エンドエフェクタに結合された触覚センサを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記エンドエフェクタの移動は、動的に調節された範囲で前記物体の測定された表面形態の一部を反映するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記光学的近接センサが、チャンネル及び貫通穴を介して作動するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記エンドエフェクタの接触表面が、前記物体に力が加えられるとき圧縮するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記接触面と前記光学的近接センサとの間の距離の減少に反応して、力の測定が行われる、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記光学的近接センサの単一光源生成器が複数の受信器を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記エンドエフェクタ要素は、前記光学的近接センサによって測定された前記物体の表面形体に基づいて所望の形状及び向きに構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
コントローラを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記光学的近接センサからのデータに基づいて前記物体と接触するための最適の位置を測定する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記マニピュレータが車両に結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記光学的近接センサの感知方向は、前記マニピュレータの位置から独立して動的に定められる、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記光学的近接センサは、前記マニピュレータの表面から所望の角度範囲で感知方向を掃引するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記光学的近接センサ範囲は、動的に計測可能な範囲に動的に調節される、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記光学的近接センサの感知方向は、前記マニピュレータの運動に関係なく一定に維持されるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記エンドエフェクタの手のひら部、手首部、手の甲部、指先部及びフィンガーの少なくとも１つに収容された光学的近接センサを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
物体との接触前に、マニピュレータのエンドエフェクタに収容された光学的近接センサによって、前記物体までの距離を測定するステップと、
物体との接触に反応して前記マニピュレータによって前記物体に対して加えられた力を測定するステップと、
を含む方法であって、前記力の測定が最小値と、最大値と前記最小値と前記最大値との間の測定値とを含む力の測定の範囲でなされる、方法。
【請求項２０】
検査対象である物体までの距離を検出し、前記物体との接触後前記物体に加えられた力の力測定の計測範囲を生成するように構成された光学的近接センサを備えるエンドエフェクタであって、前記物体に力が加えられるとき前記エンドエフェクタの接触表面が圧縮するように構成される、エンドエフェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット型マニピュレータ、特に接近、把持及び操作のために使用する光学距離センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
概して、ロボット工学において、マニピュレータは、人間が直接触れることなく材料を操作するために使用される装置である。マニピュレータの用途は、元来、放射性物質または生物学的有害物質を扱うためか、または人が近寄れない場所においてマニピュレータは使用された。最近の開発において、マニピュレータは、ロボット支援手術及び宇宙などの用途において使用されている。マニピュレータは、多数の自由度で物体を把持して移動する、回動式接続または接合された一連の区分、通常はスライドから成るアーム状の機構である。
【０００３】
現在、装置は、物体を感知する前にマニピュレータとの接触を必要とする触覚センサを備える。このような触覚センサは、典型的にはコンプライアントな皮膚(compliant skin)によって被覆されたある種の接触感覚を有する。この形の感知は、現在、調査され、開発されている。このような触覚センサは、物体の設置場所がある程度の不確実さを含むとき、非常に慎重で緩慢な動きを必要とする。同様に、ロボット操縦において（限定的ではないが）把持及び操作のために障害物を回避するために光学距離センサが使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、把持及び操作は、ロボットの最も難しい課題の１つである。把持の能力の改良は、ロボット応用の進歩にとって重要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の要求は、本明細書に開示する装置及び方法によって充分に満たされる。本開示は、概して、ロボット型マニピュレータ、特に接近、把持及び操作のために使用される光学距離センサに関する。様々な実施形態において、装置は、アームと、アームの遠位端に結合された複数フィンガー付きエンドエフェクタとを有するマニピュレータを含むことができる。エンドエフェクタは、物体との接触前に物体までの距離を検出するように構成された光学的近接センサを含むことができる。エンドエフェクタは、物体との接触後にマニピュレータによって物体に加えられた力の測定値を検出するように構成された光学的近接センサを含むことができる。力の測定は、最小値、最大値及び最小値と最大値との間の測定値を含む力の測定の範囲でなされる。この範囲の力の測定は、物体との接触、物体との不接触、及びその間の様々な力の測定を含むことができる。装置は、さらに、移動及び物体回避を助けるように構成された近接センサを有するアームを備えることができる。アームは、屈曲及び回転できるように構成された複数のアーム区分を備えることができる。
【０００６】
様々な実施形態において、触覚センサは、エンドエフェクタの接触表面（例えばフィンガー）などエンドエフェクタに結合される。光学的近接センサは、マニピュレータの表面のチャンネル(channel)及び貫通穴を介して作動するように構成できる。
【０００７】
様々な実施形態において、エンドエフェクタの接触表面は、物体に力が加えられると圧縮するように構成される。さらに、接触面と光学的近接センサとの間の距離の減少に反応して、力の測定を行い、かつ／または計算できる。光学的近接センサの単一の光源生成器(light source generator)は、複数の受信器を備えることができる。エンドエフェクタ及びその要素は、光学的近接センサによって測定された物体の表面形体に基づいて所望の向きに構成できる。エンドエフェクタは、動的に調節可能な範囲で物体の測定された表面形体の一部を反映（mirror）及び／または追跡するように構成できる。
【０００８】
マニピュレータはコントローラに結合できる。コントローラは、光学的近接センサからのデータに基づいて物体と接触するのに最適の位置を測定できる。マニピュレータは車両に結合できる。光学的近接センサの感知の方向は、マニピュレータの位置とは関係なく動的に設定できる。光学的近接センサは、マニピュレータの表面から所望の角度範囲において掃引(sweep)するように構成できる。光学的近接センサの範囲は、動的に計測可能な範囲(scalable range)に動的に調節できる。いくつかの実施形態において、光学的近接センサによる感知の方向は、マニピュレータの動きに関係なく一定に維持されるように構成できる。光学的近接センサは、エンドエフェクタの手のひら部、手首部、手の甲部、フィンガー、ジョイント（関節部）または指先部などエンドエフェクタの任意の部分に収容できる。
【０００９】
本発明の実施形態の特徴及び利点は、図面と一緒に以下の詳細な説明を読めばより明らかになる。当然、図面及びその関連する説明は、請求の範囲内の配列体実施例を例示しており、請求の範囲を限定するものではない。参照番号は、参照対象の要素間の一致があれば、図面全体を通じて繰り返し使用する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】様々な実施形態に係るマニピュレータのエンドエフェクタを示す。
【図２】マニピュレータの別の代表的実施形態を示す。
【図３】様々な実施形態に係るエンドエフェクタのフィンガーを示す。
【図４】アームを備えるマニピュレータの別の代表的実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な説明において、本開示を理解できるように多くの具体的な細部を示す。しかし、本発明の要素はこれらの具体的な細部のいくつかがなくても実施できることが、当業者には明らかであろう。また、本開示を不必要にあいまいにしないように周知の構造体及び技法については詳細に示さない。
【００１２】
本開示は、概して、機械アーム１２０及びマニピュレータ１０５、特に接近、把持及び操作のために使用される光学距離センサ３５０に関する。機械アーム１２０は、通常、プログラム可能なロボット型であり、人間の腕と同様の機能を持つ。このようなマニピュレータ１０５の連結部は、回転運動（関節式ロボットなど）及び／または並進（線形）移動及びその組み合わせを許容するジョイントによって接続される。マニピュレータ１０５の連結部は、連鎖を形成すると考えることができる。マニピュレータ１０５の連鎖の遠位端はしばしばエンドエフェクタ２００と呼ばれ、人間の手に類似する。エンドエフェクタ２００は、溶接、グリップ、スピンなど用途に応じて所望のタスクを実施するように設計できる。マニピュレータ１０５及び／または機械アーム１２０は、自律型とするかまたは手動で制御でき、非常に正確に多様なタスクを実施するために使用できる。マニピュレータ１０５及び／または機械アーム１２０は、固定または可動（すなわち車輪付き）とすることができ、任意の適切な用途に合わせて設計できる。
【００１３】
様々な実施形態において、装置１００は、把持及び操作タスクを助けるように構成されたセンサ３００を備える。これによって、把持技術の改良、より自律的な把持及び把持の際の安全性の改良が可能になる。様々な実施形態において、図１及び４を参照すると、装置１００は、ベース１１０と、ベース１１０に接続された第一区分１２５及び手首部１３０に接続された第二区分１２７など１つまたはそれ以上の回転／屈曲区分を備えるマニピュレータアーム１２０と、エンドエフェクタ２００とを備える。エンドエフェクタ２００は、手首部１３０と、手のひら部１４０と、１つまたはそれ以上のペンチ／フィンガー２２０とを備えることができる。エンドエフェクタ２００は、適切な任意の数のフィンガー２２０を備えることができる。各フィンガー２２０は、屈曲及び／または回転できるジョイント２３０、２３５を備えることができる。１つの実施形態において、エンドエフェクタ２００は、３本のフィンガー２２０を備える。別の実施形態において、エンドエフェクタ２００は、２本のフィンガー２２０を備える。フィンガー２２０は、概して、物体と接触するように構成された表面を備える。フィンガー２２０の表面は、物体の把持を助ける肌理及び（または）表面形体を備えることができる。
【００１４】
様々な実施形態において、ベース１１０は、半永久的な固定表面を備えることができる。様々な実施形態において、ベース１１０は、車両など可動表面を備えることができる。様々な実施形態において、ベース１1０は、自律型可動ロボットを備えることができる。様々な実施形態において、ベース１１０は、制御された可動ロボットを備えることができる。
【００１５】
１つの実施形態において、センサ３００は、物体との物理的接触前に把持対象の物体を感知し、かつ接触した時点で物体を感知できるように構成される。１つの実施形態において、センサ３００は、目標接近における望ましくない衝突を防止しかつ予備把持形体においてマニピュレータ１０５を整列させてマニピュレータ１０５の接近を助けるように構成される。マニピュレータ１０５の及び（または）関連するマニピュレータ１０５要素の任意の適切な場所のセンサ３００によって物体または実体が感知されることによって、アラームが起動されるか、または移動を停止及び／または逆転できる。これらのセンサ３００は、ベース１１０、マニピュレータアーム１２０及び／またはエンドエフェクタ２００の移動を助けることができる。
【００１６】
代表的実施形態において、センサ３５０は、光学的近接センサである。この光学的センサ３５０は、赤外線（ＩＲ）センサ、レーザー、光センサ及び／またはその類似品とすることができる。光学的近接センサ３５０は、操縦、衝突回避、近接検出及び実質的にリアルタイムの計測可能力計算（scalable force calculation）を助けることができる。
【００１７】
１つの実施形態において、光学的近接センサ３５０は、光源と、反射光などの光を検出するセンサとを備える。供給される光源は、光センサ装置（センサ３５０）用に「仕立てる」ことができる。例えば、光源は、センサ３５０が検出するよう構成されかつ他の近隣の光源によって発せられそうもない周波数の光を発生できる。供給される光を赤外線とすることができる。様々な実施形態において、供給される光は、固定周波数でオンオフするパルスとすることができる。センサ３５０回路は、この周波数でパルス（脈動）しない光を拒否するように設計される。センサ３５０の光センサを、光エネルギーが衝突したとき小さい電流を発生するフォトダイオード、光が衝突すると電流が流れるようにするフォトトランジスタまたはフォトダーリントンなどの半導体素子とすることができる。
【００１８】
センサ３００は、センサ制御回路網を備えることもできる。例えば、制御回路網は、送信器のパルス周波数を光センサと調和させるように構成できる。送信器と受信器は、反転または逆反射センサ３００と呼ばれる同一パッケージに収容できる。センサは、光をセンサ３００へ反射する標的を検出する。この逆反射センサ３００は、規定距離範囲内の標的を認識するように構成され、これに焦点を合わせることができる。
【００１９】
様々な実施形態において、観察対象の要素のより広い像が得られるように、センサ３５０は、単一光源生成器と複数受信器とを備えることができる。図１に示すように、１つの光源生成器は、４つの受信器と組み合わされる。さらに、単純化のために、図１においてはジョイント１つに対して１つのセンサ３５０のみを示すが、表面全体がセンサ３００（人間の皮膚の毛穴または人間の腕の毛包と同様、数百のセンサ３００、３５０など）を備えることができる。これらのセンサ３５０は、観察対象の物体の表面までの距離、観察対象の物体の表面の向き、測定された表面の全体的反射性及び観察対象の物体の角反射プロフィールを検出するように構成できる。
【００２０】
外面に近接するフィンガー２２０、ジョイント区分２３０、２３５、手首部１３０、手のひら部１４０及び／またはその組み合わせなど、エンドエフェクタ２００及び／またはマニピュレータアーム１２０の任意の部分に、１つまたはそれ以上のセンサ３００を埋め込める。様々な実施形態において、マニピュレータ１０５内の距離センサ３５０は、その感知ラインをマニピュレータ１０５の接触面から任意の方向へ向けることができる。概して、光学的近接センサ３５０は、その感知ビームをマニピュレータ１０５の接触表面に対して直角方向へ向けることができる。様々な実施形態において、装置１００におけるセンサ３５０の向き及び照準方向は、動的に独立して（例えば、マニピュレータ１０５の要素の位置／移動に関係なく）定めることができる。例えば、マニピュレータ１０５が物体に接触しかつ／または物体を把持する前に、１つまたはそれ以上のセンサの向きをマニピュレータ１０５の接触面から所望の範囲の角度にかつ／または方向に掃引するように定めて、標的となる物体の表面形体を大雑把に理解するようにできる。さらに、マニピュレータ１０５の各種ジョイント２３０、２３５及びフィンガー２２０を移動するとき、近接センサ３５０のビームの方向は、センサが三次元空間で移動しても、一定のかつ／または所望の位置に定めることができる。
【００２１】
様々な実施形態において、各センサ３５０の焦点は、動的に計測可能な距離／範囲内で標的を認識するように動的に調節できる。これは、例えば、数フィートなど長い距離から物体に接近するのを助ける。マニピュレータ１０５／マニピュレータアーム１２０と物体との間の距離が縮まると、光学的近接センサ３５０の焦点を、より高い精度でより短い距離に定めることができる。これによって、より大きい距離において高い精度が必要とされないとき、装置１００の計算の必要を減少できる。さらに、マニピュレータ１０５に収容されるかつ／またはマニピュレータ１０５と関連付けられるセンサ３００は、動的な衝突防止／回避及び／または最小化を助けることができる。１つの実施形態において、装置１００は、可能な場合には衝撃を回避するためにマニピュレータ１０５の接近を改変できる。１つの実施形態において、マニピュレータ制御装置は、回避不能である場合接触の重大さを減少するために回避的行為をとることができる。例えば、マニピュレータアーム１２０の斜めの衝撃は、正面衝突より破壊的ではない可能性がある。マニピュレータ制御装置は、衝突によって生じる損傷を減少する向きにマニピュレータアーム１２０及び／またはエンドエフェクタ２００を向けることができる。１つの実施形態において、装置１００は、衝撃が回避不能な場合その機械構造に対する損傷を減少するようにエンドエフェクタ２００のフィンガー２２０を閉じることができる。
【００２２】
様々な実施形態において、近接センサ３５０は、物体と接触する表面（例えば接触表面）からオフセットされる。物体と接触する表面及び／またはその一部は、物体が把持され、付加的な力がマニピュレータ１０５によって物体に加えられるとき、圧縮するかまたはセンサ３５０の取り付け表面へ向かって移動できる。この移動を非常に僅かにすることができる。この圧縮は、任意の方向または事前設定された方向とすることができる。このようにして、把持される物体に対する力を測定するために物体と接触を行った後に、付加的な近接感知を実施できる。センサ３５０のこの感知は、触覚スキンセンサ４００など、他の力センサ３００と協働できる。言い換えると、光学的近接センサ３５０は、フィンガー２２０の表面などエンドエフェクタ２００の圧縮可能かつ／または可動表面が固定近接センサ３５０へ近づくとき、接触が行われた後も、引き続き近接測定を行うことができる。これは、せいぜい物体が物体接触表面と連続的に接触しているかどうかしか測定できない他の近接センサと異なる。装置１００において、近接センサ３５０の、マニピュレータ１０５接触表面の表面に対して直角の方向に概して顕著に展開されるオフセット方向へ向かう変位量は、把持力測定を向上できる。１つの実施形態において、接触表面の形態及び向きに基づいて、せん断たわみが生じるので、せん断力をセンサによって算定できる。例えば、接触表面は、任意の所望の方向に様々な剛性特性及び柔軟特性を持つように設計できる。
【００２３】
様々な実施形態において、接触表面は、接触する物体の力をよりよく測定できるように、数百の可動かつ／または圧縮可能な表面で作ることができる。この圧縮可能な表面はさらにセンサ４００を含むことができる。接触表面は、各々、個別に任意の方向に軸上で回動できる。センサ３５０は、このせん断力の計算を助けるために接触表面の平面に対して任意の角度で取り付けできる。接触表面は、例えば物体が接触表面と接触しなくなったとき物体に対する力が減少すると、その元来の位置へ戻るように構成できる。
【００２４】
スキンセンサ４００（触覚センサ）は、感知エリアに対して垂直の力の空間的分布及び規模を測定するように構成された力感知セルすなわちセンセル（sensel）の配列体とすることができる。センサ３５０と同様、この触覚センサ４００は、平坦、湾曲、剛性または軟性表面に対するリアルタイムの圧力プロフィールを提供するように構成でき、工業プロセス並びに商品の品質を改良するために使用できる。
【００２５】
さらに、装置１００は、近接センサ３５０と協働して作動する他のセンサ３００を備えることができる。例えば、様々な実施形態において、装置１００は、把持／保持表面など任意の表面上に接触／力センサ４００を備えることができる。装置１００は、個別のフィンガー２２０のベースにおいて６軸の力及びトルクを測定できる。装置１００は、フィンガー２２０位置特に指先部位置センサ３００を備えることができる。装置１００は、手首部１３０において６軸の力及びトルクを測定できる。装置１００は、エンドエフェクタ２００とアーム１２０との間に力及び／またはトルクセンサを備えることができる。
【００２６】
センサ３５０は、マニピュレータ１０５の中に埋め込んで、マニピュレータと測定対象の物質の表面との間の距離を検出するように構成できる。図２を参照すると、センサ３５０は、チャンネル３５６とマニピュレータ１０５の接触表面を貫通する１つまたはそれ以上の貫通穴３５５とを介して作用できる。
【００２７】
センサ３００は、コントローラ２６０と通信するように構成できる。コントローラ２６０は、マニピュレータ１０５上／中に、及び／またはマニピュレータ１０５の外部に収容できる。コントローラ２６０は、センサ３００と有線でまたは無線で通信できる。センサ３００は、感知経路における最も近接する物体までの距離に関するデータフィードバックをマニピュレータ１０５に提供できる。この距離情報は、任意の適切な尺度とすることができる。また、コントローラ２６０は、全てのマニピュレータ１０５要素の正確な位置決めに関するデータを受け取るように構成できる。対象物体の距離の計算を行う前に、各マニピュレータ１０５要素の正確な位置を定めることができる。データは、物体と接触する前に把持及び／または調査対象の物体の表面形体に基づいてマニピュレータ１０５要素を所望の形状及び向きに構成するために、コントローラ２６０によって解釈される。マニピュレータ１０５は、予め選択された距離で、物体に触れる必要なく物体の輪郭に沿うように構成できる。様々な実施形態において、マニピュレータ１０５は、例えば物体に到達する前に物体を移動することなくハンドルを介して到達することによって、ハンドルで品物を把持するように構成できる。マニピュレータ１０５は、任意の規定された把持方法に対応する距離感知に基づいて所定のまたは適応性の形状及び／または形態など他のアルゴリズムに従って構成できる。
【００２８】
作動時に、物体を調査するようマニピュレータ１０５に命令できる。マニピュレータ１０５は、物体をサーチできる。センサ３５０を用いて、マニピュレータ１０５は物体の位置を突き止められる。センサ３５０を用いて、マニピュレータ１０５は、物体に接近できる。この接近は、電動車輪付き装置など機械的行程を用いるなどして、固定位置のマニピュレータ１０５を物体へ向かって移動することによって行える。この接近は、マニピュレータ１０５、アーム１２０及び／またはエンドエフェクタ２００要素の移動でもよい。センサ３５０からのデータはコントローラ２６０へ送信できる。感知データは、コントローラ２６０によって結合されて、調査対象の物体の表面形体の境界線を確定できる。アーム１２０及び／または手首部１３０のセンサ３５０などのセンサ３００は、調査対象の物体までの接近間隔を検出できる。この感知によって、マニピュレータ１０５を移動しながら衝突を防止できる。例えば、マニピュレータ１０５が開口部を通過して未知の特性を持つ空間の中へ向かうよう作動される状況があるとする。センサ３５０は、どの表面とも望ましくない接触をすることなくマニピュレータ１０６要素を移動するのを助ける。この未知の特徴を持つ空間内において、検査／把持対象の物体の位置を突き止められる。
【００２９】
エンドエフェクタ２００が物体に近接するとき、感知距離の焦点はより近く、より高い精度を持つことができる。マニピュレータ１０５は、接触前に物体の表面を追跡できる。コントローラ２６０は、接触するのに最良の場所を測定できる。例えば、コントローラ２６０は、接触を行う場所を選択する前に、バランス、物体の寸法及び指定の標的位置を考慮に入れることができる。物体と最初の接触が行われると、付加的表面センサ４００は、接触が行われたと言う装置１００に対する警報を起動できる。図３を参照すると、近接センサ３５０は、物体と最初の接触を行った後、貫通穴３５５及びチャンネル３５６を介して引き続き作動できる。例えば、センサ３５０の発光器及び反射センサを別個に収容するか、または同じ貫通穴３５５及びチャンネル３５６の中に一緒に配置できる。フィンガー２２０の接触表面及び／またはフィンガー２２０の表面の一部は、加えられる力に直角に移動できる。近接センサ３５０は、この圧縮及び接触した物体のセンサ３５０への接近移動を検出できる。力の計算は、この距離計算に基づいて行うことができる。マニピュレータ１０５が物体に接触していないとき、センサ３５０からチャンネル３５６を通過して接触表面までの距離は既知の値である。表面からセンサ３５０までの距離が減少するとき、物体に加えられる力の量も、既知の計測可能な値である。力が減少すると、接触表面は、接触が行われないときその前の位置へ戻り、チャンネル３５６を介するセンサ３５０との間の距離は減少する。
【００３０】
装置１００の要素については、力感知センサ３５０の作動などエンドエフェクタ２００に関連して開示したが、この作動はマニピュレータアーム２２０及び／またはベース１１０など装置１００の任意の部分に応用可能であることが、当業者には分かるだろう。さらに、これらの開示は、関連するロボットの胴体またはプラットフォームに当てはめることができる。例えば、物体へ向かって前進するとき、マニピュレータ１０５は、しばしば、障害物をかすめて進むことが望ましいまたはそれが必要である。このような障害物には、僅かな力の量では損傷なしに接触できるが、力の閾値を超えると、望ましくないことが発生する可能性がある。従って、力を感知するためにセンサ３５０が埋め込まれた変形可能な接触表面を、マニピュレータ１０５の前腕部などマニピュレータ１０５の任意の部分に配置できる。
【００３１】
本明細書において開示する実施例に関連して説明する様々な例示的論理ブロック及びプロセスステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェアまたはその両方の組み合わせとして実現できることが、当業者には分かるだろう。この機能性がハードウェアとして実現されるかソフトウェアとして実現されるかは、特定の用途及び装置全体に課せられる設計上の制約によって決まる。当業者は、特定の用途のために様々な方法で上記の機能性を実現できるが、このような実現の決定は、開示された装置及び方法の範囲からの逸脱を生じるものと解釈されるべきでない。
【００３２】
本明細書において開示する実施例に関連して説明する方法及びアルゴリズムのステップは、直接、ハードウェアにおいて、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールにおいてまたはこの２つの組み合わせにおいて、実現できる。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、取外し可能メモリ、ＣＤ−ＲＯＭまたは技術上既知の他の形式の記憶媒体に常駐できる。代表的記憶媒体は、プロセッサが情報を記憶媒体から読み取りかつ記憶媒体に情報を書き込めるように、プロセッサに結合される。または、記憶媒体をプロセッサと一体化できる。本明細書において開示する計算ステップは、命令が記憶されている非一時的、有形コンピュータ読み取り可能記憶媒体を含む製品の中に含めることができる。
【００３３】
装置、方法及びコンピュータプログラム製品が提供される。「様々な実施形態」、「いくつかの実施形態」、「１つの実施形態」、「ある実施形態」、「実施形態例」などについての言及は、説明する実施形態が特定の特徴、構造または特性を含むことができるが、全ての実施形態がその特定の特徴、構造または特徴を必ずしも含まなくてもよいことを示す。さらに、このような語句は、必ずしも同じ実施形態を意味しない。さらに、特定の特徴、構造または特性がある実施形態に関連して説明される場合、明示的に説明されるか否かに関係なく他の実施形態に関連してこの特徴、構造または特性に作用することは当業者の知るところである。説明を読めば、代替的実施形態において開示をどのように実現するかは、当業者には明らかであろう。
【００３４】
様々な実施形態において、把持対象及び／または標的である物体が開示されるが、装置が任意の構造体、物体、装置、器械の把持、標的設定、調査及び／または感知を想定することが、当業者には分かるだろう。
【００３５】
本明細書に開示する実施例に関連して説明する方法またはアルゴリズムのステップは、直接、ハードウェアにおいて、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールにおいてまたはこの２つの組み合わせにおいて、実現できる。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、取外し可能メモリ、ＣＤ−ＲＯＭまたは技術上既知の他の形式の記憶媒体に常駐できる。代表的記憶媒体は、プロセッサが情報を記憶媒体から読み取りかつ記憶媒体に情報を書き込めるように、プロセッサに結合される。または、記憶媒体をプロセッサと一体化できる。プロセッサ及び記憶媒体は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に常駐できる。
【００３６】
開示する実施形態例の以上の説明は、当業者が本発明を実施または使用できるようにするために提供される。これらの実施例に対する様々な修正は当業者には自明であり、本明細書において開示する原理は、本発明の主旨または範囲から逸脱することなく他の実施例に応用できる。説明される実施形態は、あらゆる点に関して単なる例示であり、限定的なものではないと見なされるべきであり、本発明の範囲は、以上の説明によってではなく以下の請求項によって示される。請求項の意味及び同等物の範囲内に属する全ての変更は、本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３７】
１０５    マニピュレータ
１２０    アーム
２００    エンドエフェクタ
３５０    光学的近接センサ
【図１】
2019059021.tif 000003
【図２】
2019059021.tif 000004
【図３】
2019059021.tif 000005
【図４】
2019059021.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月22日(2019.2.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
開示する実施形態例の以上の説明は、当業者が本発明を実施または使用できるようにするために提供される。これらの実施例に対する様々な修正は当業者には自明であり、本明細書において開示する原理は、本発明の主旨または範囲から逸脱することなく他の実施例に応用できる。説明される実施形態は、あらゆる点に関して単なる例示であり、限定的なものではないと見なされるべきであり、本発明の範囲は、以上の説明によってではなく以下の請求項によって示される。請求項の意味及び同等物の範囲内に属する全ての変更は、本発明の範囲に含まれるものとする。
本明細書に開示される発明は以下の態様を含む。
〔態様１〕
アームと該アームの遠位端に結合された複数フィンガー付きエンドエフェクタとを有するマニピュレータを備える装置であって、前記エンドエフェクタは光学的近接センサを備え、前記光学的近接センサは、該光学的近接センサの所定の範囲にはいる物体に反応して物体までの距離を検出し、前記物体との接触に反応して前記マニピュレータによって前記物体に加えられた力の測定値を生じるように構成され、力の測定が最小値、最大値及び最小値と最大値との間の測定値を含む力の測定の範囲でなされる、装置。
〔態様２〕
前記アームが、前記マニピュレータの移動を助けるように構成された近接センサを備える、態様１に記載の装置。
〔態様３〕
屈曲及び回転するように構成されたアーム区分を備える、態様１に記載の装置。
〔態様４〕
前記エンドエフェクタに結合された触覚センサを備える、態様１に記載の装置。
〔態様５〕
前記エンドエフェクタの移動は、動的に調節された範囲で前記物体の測定された表面形態の一部を反映するように構成される、態様１に記載の装置。
〔態様６〕
前記光学的近接センサが、チャンネル及び貫通穴を介して作動するように構成される、態様１に記載の装置。
〔態様７〕
前記エンドエフェクタの接触表面が、前記物体に力が加えられるとき圧縮するように構成される、態様１に記載の装置。
〔態様８〕
前記接触面と前記光学的近接センサとの間の距離の減少に反応して、力の測定が行われる、態様７に記載の装置。
〔態様９〕
前記光学的近接センサの単一光源生成器が複数の受信器を備える、態様１に記載の装置。
〔態様１０〕
前記エンドエフェクタ要素は、前記光学的近接センサによって測定された前記物体の表面形体に基づいて所望の形状及び向きに構成される、態様１に記載の装置。
〔態様１１〕
コントローラを備える、態様１に記載の装置。
〔態様１２〕
前記コントローラは、前記光学的近接センサからのデータに基づいて前記物体と接触するための最適の位置を測定する、態様１１に記載の装置。
〔態様１３〕
前記マニピュレータが車両に結合される、態様１に記載の装置。
〔態様１４〕
前記光学的近接センサの感知方向は、前記マニピュレータの位置から独立して動的に定められる、態様１に記載の装置。
〔態様１５〕
前記光学的近接センサは、前記マニピュレータの表面から所望の角度範囲で感知方向を掃引するように構成される、態様１に記載の装置。
〔態様１６〕
前記光学的近接センサ範囲は、動的に計測可能な範囲に動的に調節される、態様１に記載の装置。
〔態様１７〕
前記光学的近接センサの感知方向は、前記マニピュレータの運動に関係なく一定に維持されるように構成される、態様１に記載の装置。
〔態様１８〕
前記エンドエフェクタの手のひら部、手首部、手の甲部、指先部及びフィンガーの少なくとも１つに収容された光学的近接センサを備える、態様１に記載の装置。
〔態様１９〕
物体との接触前に、マニピュレータのエンドエフェクタに収容された光学的近接センサによって、前記物体までの距離を測定するステップと、
物体との接触に反応して前記マニピュレータによって前記物体に対して加えられた力を測定するステップと、
を含む方法であって、前記力の測定が最小値と、最大値と前記最小値と前記最大値との間の測定値とを含む力の測定の範囲でなされる、方法。
〔態様２０〕
検査対象である物体までの距離を検出し、前記物体との接触後前記物体に加えられた力の力測定の計測範囲を生成するように構成された光学的近接センサを備えるエンドエフェクタであって、前記物体に力が加えられるとき前記エンドエフェクタの接触表面が圧縮するように構成される、エンドエフェクタ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アームと該アームの遠位端に結合された複数フィンガー付きエンドエフェクタとを有するマニピュレータと、コントローラとを備える装置であって、
前記複数フィンガー付きエンドエフェクタは光学的近接センサを有し、
前記光学的近接センサは、該光学的近接センサの所定の範囲にはいる物体に反応して物体までの距離を検出し、前記物体との接触に反応して前記マニピュレータによって前記物体に加えられた力の測定値を測定するように構成され、加えられた力の測定は、加えられた力の最小値と最大値との間でなされ、
前記コントローラは、前記物体の寸法に基づいて前記物体と接触するための場所を測定するように構成される、装置。
【請求項２】
前記マニピュレータは、前記物体の表面と接触する前に、前記物体の表面を追跡するように構成され、前記コントローラは、前記追跡から前記物体の寸法に基づいて前記物体と接触するための場所を測定するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光学的近接センサは、光を固定周波数でオンオフするパルスとするように構成された単一光源生成器と、該固定周波数とは異なる周波数でパルスする光が拒否されるようにパルスされた光を検出するように構成された複数の受信器とを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記アームが、前記マニピュレータの移動を助けるように構成された少なくとも一つの逆反射センサをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数フィンガー付きエンドエフェクタに結合された触覚センサを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記複数フィンガー付きエンドエフェクタの移動は、動的に調節された範囲で前記物体の表面の一部を反映するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記光学的近接センサが、チャンネル及び貫通穴を介して作動するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記複数フィンガー付きエンドエフェクタの接触表面が、前記物体に力が加えられると圧縮するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記接触表面と前記光学的近接センサとの間の距離の減少に反応して、付与された力の測定値が測定される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記光学的近接センサはさらに、前記物体の表面形態を感知するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記複数フィンガー付きエンドエフェクタは、前記光学的近接センサによって感知された前記物体の表面形体に基づいて所望の向きに構成される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
屈曲及び回転するように構成されたアーム区分をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記コントローラは、前記光学的近接センサにより感知された前記物体の寸法に基づいて、前記物体と接触するための場所を測定するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記マニピュレータは車両に結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記光学的近接センサは、前記マニピュレータの表面から所望の角度範囲で掃引するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記光学的近接センサの範囲は、動的に計測可能な範囲に動的に調節される、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記光学的近接センサの感知方向は、前記光学的近接センサが前記マニピュレータの運動に関係なく一定に維持されるように制御される、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記光学的近接センサは、前記エンドエフェクタの手のひら部、手首部、手の甲部、指先部またはフィンガーの少なくとも１つに収容される、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
エンドエフェクタを含むマニピュレータであって、該エンドエフェクタがチャンネルを画定する接触表面を有するマニピュレータを提供することと、
前記チャンネル内に配置された光学的近接センサにより、物体に対する距離を感知することと、
プロセッサにより、前記物体の寸法に基づいて前記物体の接触位置を測定することと、
前記接触表面を圧縮するために前記接触表面に圧力を加えることと、
前記接触表面が圧縮されるときに、前記プロセッサによって、前記光学的近接センサから前記物体までの感知された距離に基づいて、前記接触位置での前記物体との接触に反応して前記マニピュレータによって前記物体に対して加えられた力の量を測定することと、
を含む、方法。
【請求項２０】
エンドエフェクタであって、物体に力が加えられると圧縮するように構成された該エンドエフェクタの接触表面により画定されるチャンネルに配置された光学的近接センサを有し、該光学的近接センサは前記チャンネルを通して前記物体に対する距離を感知するように構成されている、エンドエフェクタと、
前記物体の寸法に基づいて前記物体の接触位置を測定し、前記接触表面が圧縮されるときに、前記物体に対する感知された距離に基づいて、前記接触位置で前記物体との接触後前記物体に加えられた力の力測定の計測範囲を測定するように構成されたプロセッサと、
を具備する、システム。