(57)【要約】  相互に対して移動可能に配置され、物体（８，１６）を把持するように構成される２つ以上の把持構造（４，４’）を含む、ロボット（２０）用の把持デバイス（２）を制御するための方法が開示される。本方法は２つ以上の把持構造（４，４’）の少なくとも１つの変位（ΔＤ）をアクティブに制限するステップを含み、これにより、当該変位（ΔＤ）は所定の最大変位（ΔＤｍａｘ）以下になる。本方法は、ａ）把持構造（４，４’）の少なくとも１つが物体（８，１６）と接触するタイミングを検出するステップと、ｂ）２つ以上の把持構造（４，４’）の少なくとも１つが物体（８，１６）と接触することが検出されているとき、所定の第１のレベル（Ｆ１）から所定の第２のレベル（Ｆ２）まで、２つ以上の把持構造（４，４’）の少なくとも１つによって物体（８，１８）にかけられる力（Ｆ）を増加させるステップとを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット（２０）用の把持デバイス（２）を制御するための方法であって、
前記把持デバイス（２）は、相互に対して移動可能に配置され、物体（８，１６）を把持するように構成される２つ以上の把持構造（４，４’）を含み、
前記方法は、２つ以上の前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つの変位（ΔＤ）をアクティブに制限し、これにより、前記変位（ΔＤ）は、所定の最大変位（ΔＤｍａｘ）以下になるステップを含み、前記方法は、
ａ）前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つが前記物体（８，１６）と接触するタイミングを検出するステップと、
ｂ）２つ以上の前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つが前記物体（８，１６）と接触することが検出されているとき、所定の第１のレベル（Ｆ１）から所定の第２のレベル（Ｆ２）まで、２つ以上の前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つによって前記物体（８，１８）にかけられる力（Ｆ）を増加させるステップと、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記所定の最大変位（ΔＤｍａｘ）は、５ｍｍ未満、好ましくは２ｍｍ未満（例えば、１ｍｍ未満）であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所定の第２のレベル（Ｆ２）と前記所定の第１のレベル（Ｆ１）との比率は、少なくとも２．０であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記方法は、２つ以上の前記把持構造の少なくとも１つの前記変位に応じて、前記所定の第１のレベル（Ｆ１）から前記所定の第２のレベル（Ｆ２）まで前記力（Ｆ）を線形に増加させるステップを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
前記方法は、
ａ）前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つが所定の期間に前記物体（８，１６）と接触しているタイミングを検出するステップと、
ｂ）前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つが前記所定の期間以上の期間で前記物体（８，１６）と接触している場合、２つ以上の前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つによって前記物体（８，１８）にかけられる前記力（Ｆ）だけを増加させるステップと、
を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記所定の期間は少なくとも１ｍｓであることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つが前記物体（８，１６）と接触するタイミングの前記検出は、２つ以上の前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つが前記物体を押す圧力（Ｐ）を測定することによって実行され、前記圧力（Ｐ）は１つ以上のセンサ要素を含む検出ユニットによって測定され、前記物体（８，１６）と前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つとの接触は、所定の圧力レベル（Ｐ’）を超える前記圧力（Ｐ）を検出するときのものとして定義されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記方法は、最初に、前記把持構造（４，４’）が前記物体（８，１６）と接触しない限り、前記把持構造（４，４’）の相互に対する相対変位（ΔＤ）を制限することなく、２つ以上の前記把持構造（４，４’）を移動させるステップを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記方法は、２つ以上の前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つが前記物体（８，１６）を押す圧力の大きさを制御するステップを含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記方法は、２つ以上の前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つが前記物体（８，１８）を押す圧力または力を示す少なくとも１つのパラメータを検出するステップを含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
前記方法は、２つ以上の前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つを駆動するように配置されるアクチュエータの電流及び／または電圧及び／または力を測定し、前記物体（８，１６）との接触は、測定された前記電流及び／または前記電圧及び／または前記力に基づいて定義されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記方法は、前記物体（８，１６）との接触を検出する１つ以上のセンサを利用するステップを含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
ロボット（２０）用の把持デバイス（２）であって、
相互に対して移動可能に配置され、物体（８，１６）を把持するように構成される２つ以上の把持構造（４，４’）と、
前記物体（８，１６）が２つ以上の前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つと接触するタイミングを検出するように構成される検出ユニットと、
２つ以上の前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つを移動させ、前記物体（８，１６）を把持するように構成される、１つ以上のアクチュエータ（３２，３２’）と、
１つ以上の前記アクチュエータ（３２，３２’）を制御するように構成される制御ユニット（４２）と、を備え、
前記制御ユニット（４２）は２つ以上の前記把持構造（４）の少なくとも１つの変位（ΔＤ）を制限するように構成され、これにより、前記変位（ΔＤ）は所定の最大変位（ΔＤｍａｘ）以下になり、前記把持デバイス（２）は、前記検出ユニットが２つ以上の前記把持構造の（４，４’）の少なくとも１つが前記物体（８，１６）と接触することを検出しているとき、所定の第１のレベル（Ｆ１）から所定の第２のレベル（Ｆ２）まで、２つ以上の前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つによって前記物体（８，１８）にかけられる力（Ｆ）を増加させるように構成されることを特徴とする、把持デバイス（２）。
【請求項１４】
前記所定の最大変位（ΔＤｍａｘ）は、５ｍｍ未満、好ましくは２ｍｍ未満（例えば、１ｍｍ未満）であることを特徴とする、請求項１３に記載の把持デバイス（２）。
【請求項１５】
前記所定の第２のレベル（Ｆ２）と前記所定の第１のレベル（Ｆ１）との比率は、少なくとも２．０であることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の把持デバイス（２）。
【請求項１６】
前記把持デバイス（２）は、２つ以上の前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つの前記変位に応じて、前記所定の第１のレベル（Ｆ１）から前記所定の第２のレベル（Ｆ２）まで前記力（Ｆ）を線形に増加させるように構成されることを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の把持デバイス（２）。
【請求項１７】
前記検出ユニットは、前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つが所定の期間に前記物体（８，１６）と接触しているタイミングを検出するように構成され、前記制御ユニット（４２）は、前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つが前記所定の期間以上の期間で前記物体（８，１６）と接触している場合、２つ以上の前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つによって前記物体（８，１８）にかけられる前記力（Ｆ）だけを増加させるように構成されることを特徴とする、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の把持デバイス（２）。
【請求項１８】
前記所定の期間は少なくとも１ｍｓであることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記把持デバイス（２）は、最初に、前記把持構造（４，４’）が前記物体（８，１６）と接触しない限り、前記把持構造（４，４’）の相互に対する相対変位（ΔＤ）を制限することなく、２つ以上の前記把持構造（４，４’）を移動させるように構成されることを特徴とする、請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の把持デバイス（２）。
【請求項２０】
前記把持デバイス（２）は、２つ以上の前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つが前記物体（８，１６）を押す圧力の大きさを制御することを特徴とする、請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の把持デバイス（２）。
【請求項２１】
前記把持デバイス（２）は、２つ以上の前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つを駆動するように配置されるアクチュエータの電流及び／または電圧及び／または力を測定するように構成され、前記物体（８，１６）との接触は、測定された前記電流及び／または前記電圧及び／または前記力に基づいて定義されることを特徴とする、請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の把持デバイス（２）。
【請求項２２】
前記把持デバイス（２）は統合型検出ユニットを備え、前記統合型検出ユニットは、前記アクチュエータ（３２，３２’）の１つ以上で行われる測定に基づいて、前記物体（８，１６）が２つ以上の前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つと接触するタイミングを検出するように構成されることと、前記制御ユニット（４２）は、前記統合型検出ユニットが、前記物体（８，１６）が２つ以上の前記把持構造（４，４’）の少なくとも１つと接触することを検出しているとき、２つ以上の前記把持構造（４）の少なくとも１つの前記変位（ΔＤ）を制限するように構成されることとを特徴とする、請求項１３〜２１のいずれか１項に記載の把持デバイス（２）。
【請求項２３】
前記検出ユニットは１つ以上のセンサ要素（１８，１８’，１８’’）を含むことを特徴とする、請求項１３〜２２のいずれか１項に記載の把持デバイス（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット（例えば、協働ロボット）用の把持デバイスを制御するための方法に関する。本発明は、より具体的には、把持デバイスと物理的に関わるヒトへの負傷を防止できる改善された方法及び安全な方法に関する。本発明は、また、ロボット（例えば、協働ロボット）に取り付けられるように構成される把持デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
コストを減少し、生産精度を向上し、フレキシブル製造を達成するプレッシャーにより、ロボットの利用を導入する産業の数が増加している。より安価な製品を求める世界中の需要の理由の１つとして、ロボットが新しい作業エリアで頻繁に導入されることが多くなっていることが挙げられる。協働ロボットと称される特殊なロボットのグループは、共有ワークスペースでヒトと物理的に関わることを意図するロボットである。物体を把持し及び持つために協働ロボットを利用するとき、一般的に、把持デバイスを利用する。
【０００３】
一般的な把持デバイスは第１の把持構造及び第２の把持構造を備え、第１の把持構造及び第２の把持構造は、相互に向かって及び相互から離れて移動するように配置される。これらの移動により、ロボット及び把持ツールと物理的に関わるヒトへの負傷のリスクをもたらす。したがって、ロボット及び把持ツールと物理的に関わるヒトへの負傷のリスクをなくす方法を有することが可能であることが望ましいであろう。
【０００４】
特開平０９−２２５８８１号公報では、把持ツールを掴む程度を検出し、センサ入力に基づいて、把持ツールを掴む程度を制御するように構成される、変位センサを備える把持ツール（マニピュレータ）が開示されている。把持ツールは、さらに、把持ツールによって把持される物体に対する把持ツールの滑り量を検出するための滑りセンサを備える。把持ツールは、滑りセンサ入力に基づいて、把持量を制御するように構成される。しかしながら、グリッパツールは、把持ツールと物理的に関わるヒトへの負傷のリスクをもたらす。
【０００５】
独国特許出願公開第３６３２１５１号明細書では、統合された位置センサ、角度センサ、または力センサを有するグリッパユニット及び／または回転ユニットを備えるプログラム可能グリッパシステムが開示されている。グリッパシステムは、センサによって行われた測定値に基づいて、グリッパの運動の範囲を限定するように構成される。しかしながら、グリッパシステムは、把持ツールと物理的に関わるヒトへの負傷のリスクをもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−２２５８８１号公報
【特許文献２】独国特許出願公開第３６３２１５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ロボット及び把持ツールと物理的に関わるヒトへの負傷のリスクを減らすまたはさらになくす方法及び把持デバイスを提供することである。
【０００８】
また、本発明の目的は、ヒトが、安全な方法で、把持ツールと物理的に関わることを可能にし、同時に、物体の安定した把持及び把持の制御を提供する方法及び把持デバイスを提供することである。
【０００９】
本発明の目的は、請求項１に定義されるような方法及び請求項１３に定義されるような把持デバイスによって達成できる。好ましい実施形態は従属項に定義され、以下の記述に説明され、添付図に示される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に従った方法は、ロボット（例えば、協働ロボット）用の把持デバイスを制御するための方法であり、当該把持デバイスは、移動可能に配置され、物体を把持するように構成される２つ以上の把持構造を含み、本方法は、２つ以上の把持構造の少なくとも１つの変位を制限するステップを含み、これにより、当該変位は所定の最大変位以下になり、本方法は、
ａ）把持構造の少なくとも１つが物体と接触するタイミングを検出するステップと、
ｂ）２つ以上の把持構造の少なくとも１つが物体と接触することが検出されているとき、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで、２つ以上の把持構造の少なくとも１つによって物体にかけられる力を増加させるステップと、を含む。
【００１１】
これによって、ロボット及び把持ツールと物理的に関わるヒトへの負傷のリスクを減らすまたはさらになくす方法を提供することが可能である。本発明に従った方法は、把持デバイスによって生じるヒトへの負傷のリスクを最小にするために、把持デバイスを制御するための方法である。
【００１２】
本方法は、ヒトが、安全な方法で、把持ツールと物理的に関わり、同時に、物体の安定した把持を可能にし、物体の把持の制御を提供することである。安定した把持は、２つ以上の把持構造の少なくとも１つが物体と接触するとき、２つ以上の把持構造の少なくとも１つによって物体にかけられる力を増加させるステップを導入することによって提供される。
【００１３】
２つ以上の把持構造は、任意の適切なサイズ及び幾何学形状を有し得る。一実施形態では、本方法は、第１の把持構造及び第２の把持構造を含む把持デバイスを制御するための方法であり、それらの把持構造は、操縦される物体と接触するように構成される平行接触面を含む。
【００１４】
一実施形態では、把持デバイスは、相互に向かって及び相互から離れて移動するように配置される第１の把持構造及び第２の把持構造を含む。これは、電動アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、または油圧アクチュエータを使用することによって行われ得るのが好ましい。アクチュエータは、制御ユニットによって制御され得るのが好ましい。一実施形態では、把持デバイスは単一の移動可能に配置される把持構造及び第２の受容把持構造を含み、移動可能に配置される把持構造は受容把持構造に対して移動するように構成される。
【００１５】
一実施形態では、把持デバイスは、相互に向かって及び相互から離れて移動するように配置される第１の把持構造、第２の把持構造、及び第３の把持構造を含む。これは、電動アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、または油圧アクチュエータを使用することによって行われ得るのが好ましい。
【００１６】
本方法は２つ以上の把持構造の少なくとも１つの変位をアクティブに制限するステップを含み、これにより、当該変位は所定の最大変位以下になる。これによって、ヒト組織の特性に従って最大変位を選択することによって負傷を防止できる。この理由は、把持構造が危険になる程度までヒトの指または別の部位を圧迫しないためである。ヒトの指または別の部位が全ての何らかの損傷に耐える必要がないように、把持構造の圧迫に抵抗できるくらい最大変位をかなり小さくなるように選択し得る。
【００１７】
用語「変位をアクティブに制限する」は、アクティブ制御が、第１の把持構造及び／または第２の把持構造を移動させるように適用される１つ以上のアクティベータのアクティブ化（または、アクティブ化の変更）によって変位を全体的に制御するように実行されることを意味する。これは、把持構造の間に設けられた機械構造の剛性によって生じる制限は「変位を制限する」定義の範囲内にはないことを意味する。「変位をアクティブに制限する」ことによって、１つ以上のアクティベータのアクティブ化は、制御信号に基づいて実行されるのが好ましい。制御信号は検出ユニット及び／または１つ以上のセンサを使用することによって提供され得、検出ユニット及び／または１つ以上のセンサは、物体と、第１の把持構造及び／または第２の把持構造との接触を検出するように構成される。
【００１８】
本方法は、２つ以上の把持構造の少なくとも１つが物体と接触するタイミングを検出するステップを含む。様々な検出方法を使用することによって、接触の検出を達成できる。
【００１９】
外部デバイスから情報を受信することが可能であり、接触検出は当該外部デバイスを使用することによって提供される。検出デバイスは任意の適切な種類であり得る。
【００２０】
本方法は、２つ以上の把持構造の少なくとも１つが物体と接触するとき、２つ以上の把持構造の少なくとも１つによって物体にかけられる力（例えば、圧縮力）を増加させるステップを含む。これによって、把持デバイスによって把持／操縦される物体を安定して把持することが可能である。さらに、物体を保持するのに十分に大きい摩擦力を達成するために垂直抗力を生成することが可能である。
【００２１】
一実施形態では、所定の最大変位は５ｍｍ未満である。一実施形態では、所定の最大変位は２ｍｍ未満である。一実施形態では、所定の最大変位は１ｍｍ以下になるように選択される。一実施形態では、所定の最大変位は０．５ｍｍ以下になるように選択される。一実施形態では、所定の最大変位は０．２５ｍｍ以下になるように選択される。一実施形態では、所定の最大変位は０．０１ｍｍ以下になるように選択される。一実施形態では、所定の最大変位は０．０５ｍｍ以下になるように選択される。これによって、ヒト組織を損傷させるリスクをなくす。２つ以上の把持構造の少なくとも１つによって物体にかけられる力が所定の第１のレベルから所定の非常に高い第２のレベルまで増加するときでさえも、当該リスクをなくすことができる。
【００２２】
一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも２．０である。
【００２３】
これは、以下の方法で数学的に表現できる。
【００２４】
【数１】
2021529677.tif 000003
【００２５】
一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも４である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも８である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも１０である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも２５である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも５０である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも１００である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも１５０である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも２００である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも５００である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも１０００である。
【００２６】
一実施形態では、本方法は、２つ以上の把持構造の少なくとも１つの変位に応じて、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を線形に増加させるステップを含む。
【００２７】
一実施形態では、本方法は、５００ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるステップを含む。
【００２８】
一実施形態では、本方法は、４００ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるステップを含む。
【００２９】
一実施形態では、本方法は、３００ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるステップを含む。
【００３０】
一実施形態では、本方法は、２００ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるステップを含む。
【００３１】
一実施形態では、本方法は、１００ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるステップを含む。
【００３２】
一実施形態では、本方法は、７５ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるステップを含む。
【００３３】
一実施形態では、本方法は、５０ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるステップを含む。
【００３４】
一実施形態では、本方法は、２５ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるステップを含む。
【００３５】
一実施形態では、本方法は、１０ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるステップを含む。
【００３６】
一実施形態では、本方法は、５ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるステップを含む。
【００３７】
一実施形態では、本方法は、２ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるステップを含む。
【００３８】
一実施形態では、本方法は、１ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるステップを含む。
【００３９】
一実施形態では、本方法は、０．５ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるステップを含む。
【００４０】
一実施形態では、本方法は、０．１ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるステップを含む。
【００４１】
力が増加する短い期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させることによって、物体を把持位置に把持及び維持することを確実にすることが可能である。力が増加する期間がかなり長い場合、物体が把持デバイスの外に滑るリスクをもたらすだろう。
【００４２】
一実施形態では、本方法は、
ａ）把持構造の少なくとも１つが所定の期間に物体と接触しているタイミングを検出するステップと、
ｂ）把持構造の少なくとも１つが所定の期間以上の期間で物体と接触している場合、２つ以上の把持構造の少なくとも１つによって物体にかけられる力だけを増加させるステップと、を含む。
【００４３】
これによって、物体と少なくとも１つの把持構造との接触を不正確に検出するリスクをなくすことができる。１つ以上の把持構造がかなり短期間に物体と接触している場合、接触検出は誤りであり、ひいては、間違いであり得る。したがって、少なくとも１つの把持構造が所定の期間以上の期間に物体と接触している必要があることを求めることで、間違いによる接触を検出するリスクをなくす。
【００４４】
一実施形態では、所定の期間は１ｍｓである。
【００４５】
一実施形態では、所定の期間は２ｍｓである。
【００４６】
一実施形態では、所定の期間は４ｍｓである。
【００４７】
一実施形態では、所定の期間は１０ｍｓである。
【００４８】
一実施形態では、所定の期間は２０ｍｓである。
【００４９】
一実施形態では、所定の期間は５０ｍｓである。
【００５０】
一実施形態では、所定の期間は１００ｍｓである。
【００５１】
一実施形態では、所定の期間は１５０ｍｓである。
【００５２】
一実施形態では、所定の期間は２００ｍｓである。
【００５３】
一実施形態では、所定の期間は３００ｍｓである。
【００５４】
一実施形態では、所定の期間は５００ｍｓである。
【００５５】
一実施形態では、所定の期間は７５０ｍｓである。
【００５６】
一実施形態では、所定の期間は１０００ｍｓである。
【００５７】
一実施形態では、所定の期間は２ｓである。
【００５８】
一実施形態では、所定の期間は５ｓである。
【００５９】
一実施形態では、所定の期間は１０ｓである。
【００６０】
一実施形態では、把持構造の少なくとも１つが物体と接触するタイミングの検出は、２つ以上の把持構造の少なくとも１つが物体を押す圧力を測定することによって実行され、当該圧力は１つ以上のセンサ要素を含む検出ユニットによって測定され、物体と少なくとも１つの把持構造との接触は、所定の圧力レベルを超える圧力を検出するときのものとして定義される。
【００６１】
一実施形態では、圧力検知センサ要素によって検出される平均圧力が所定の上限の圧力レベルを超えるとき、接触が発生していると定義される。
【００６２】
一実施形態では、所定数の圧力検知センサ要素によって検出される平均圧力が所定の上限の圧力レベルを超えるとき、接触が発生していると定義される。一実施形態では、圧力検知センサ要素の数は１〜５であり得る。一実施形態では、圧力検知センサ要素の数は５〜１０であり得る。一実施形態では、圧力検知センサ要素の数は１０〜２０であり得る。一実施形態では、圧力検知センサ要素の数は２０〜５０であり得る。一実施形態では、圧力検知センサ要素の数は５０よりも多い数であり得る。
【００６３】
これによって、センサ要素を使用して、確実な方法で接触を検出できる。
【００６４】
一実施形態では、本方法は、ａ）最初に、把持構造が物体と接触しない限り、把持構造の相互に対する相対変位を制限することなく、２つ以上の把持構造を移動させるステップを含む。
【００６５】
これによって、把持構造が物体から一定の距離に設けられない限り、２つ以上の把持構造は、相互に対して「自由に」（変位制限がなく）移動できる。さらに、接触を検出するとき、組織損傷を回避できるように変位を制限する。
【００６６】
本方法は、２つ以上の把持構造の少なくとも１つが物体を押す圧力の大きさを制御するステップを含むことで有益になり得る。これによって、かなり高圧力またはかなり低圧力が少なくとも１つの２つ以上の把持構造と物体との間に提供されることを回避することが可能である。したがって、持ち上げタスク中に十分に大きい摩擦力を提供することを確実にできる。
【００６７】
本方法は、２つ以上の把持構造の少なくとも１つが物体を押す圧力または力を示す少なくとも１つのパラメータを検出するステップを含むことで利点をもたらし得る。これによって、（十分な高摩擦力を達成するために）圧力を増加するべきか、または圧力を減らすべきかを判定することが可能である。
【００６８】
本方法は、２つ以上の把持構造の少なくとも１つを駆動するように配置されるアクチュエータの電流及び／または電圧及び／または力を測定するステップを含むことで利点があり得、物体との接触は、測定された電流及び／または電圧及び／または力に基づいて定義される。これによって、接触を検出する単純な電気測定を利用することが可能である。したがって、単純な、安価な、及び信頼性の高い方法を提供できる。
【００６９】
本方法は、物体との接触を検出する１つ以上のセンサを利用するステップを含むことで利点をもたらし得る。これによって、接触を検出するために使用される信頼性の高い情報を提供することが可能である。
【００７０】
本発明に従った把持デバイスは、ロボット用の把持デバイスであり、当該把持デバイスは、
相互に対して移動可能に配置され、物体を把持するように構成される２つ以上の把持構造と、
物体が２つ以上の把持構造の少なくとも１つと接触するタイミングを検出するように構成される検出ユニットと、
２つ以上の把持構造の少なくとも１つを移動させ、物体を把持するように構成される、１つ以上のアクチュエータと、
１つ以上のアクチュエータを制御するように構成される制御ユニットと、を備え、制御ユニットは２つ以上の把持構造の少なくとも１つの変位を制限するように構成され、これにより、当該変位は所定の最大変位以下になり、把持デバイスは、検出ユニットが２つ以上の把持構造の少なくとも１つが物体と接触することを検出しているとき、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで、２つ以上の把持構造の少なくとも１つによって物体にかけられる力を増加させるように構成される。
【００７１】
これによって、ロボット及び把持ツールと物理的に関わるヒトへの負傷のリスクを減らすまたはさらになくす方法を提供することが可能である。把持デバイスは、ヒトが、安全な方法で、把持ツールと物理的に関わることを可能にし、同時に、物体の安定した把持及び把持の制御を提供する。２つ以上の把持構造の少なくとも１つが物体と接触するとき、２つ以上の把持構造の少なくとも１つによって物体にかけられる力を増加させることによって、把持デバイスを使用することにより安定した把持を提供することが可能である。
【００７２】
好ましい実施形態では、制御ユニットは全ての把持構造の変位を制限するように構成され、これにより、当該変位は所定の最大変位以下になる。
【００７３】
第１の把持構造は、任意の適切なサイズ及び幾何学形状を有し得る。把持デバイスは、協働ロボットと一緒に使用されるように構成され得る。
【００７４】
一実施形態では、所定の最大変位は０．１〜１．０ｍｍ（例えば、０．２〜０．５ｍｍ）の範囲内にある。一実施形態では、所定の最大変位は５ｍｍ以下になる。一実施形態では、所定の最大変位は２ｍｍ以下になる。一実施形態では、所定の最大変位は１ｍｍ以下になる。一実施形態では、所定の最大変位は０．５ｍｍ以下になる。一実施形態では、所定の最大変位は０．２ｍｍ以下になる。一実施形態では、所定の最大変位は０．１ｍｍ以下になる。一実施形態では、所定の最大変位は０．０５ｍｍ以下になる。最大変位を制限することによって、ヒト組織を損傷させるリスクをなくすことができる。
【００７５】
一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも２．０である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも４である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも８である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも１０である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも２５である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも５０である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも１００である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも１５０である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも２００である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも５００である。一実施形態では、所定の第２のレベルと所定の第１のレベルとの比率は少なくとも１０００である。
【００７６】
一実施形態では、把持デバイスは、２つ以上の把持構造の少なくとも１つの変位に応じて、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を線形に増加させるように構成される。
【００７７】
一実施形態では、把持デバイスは、５００ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるように構成される。
【００７８】
一実施形態では、把持デバイスは、４００ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるように構成される。
【００７９】
一実施形態では、把持デバイスは、３００ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるように構成される。
【００８０】
一実施形態では、把持デバイスは、２００ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるように構成される。
【００８１】
一実施形態では、把持デバイスは、１００ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるように構成される。
【００８２】
一実施形態では、把持デバイスは、７５ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるように構成される。
【００８３】
一実施形態では、把持デバイスは、５０ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるように構成される。
【００８４】
一実施形態では、把持デバイスは、２５ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるように構成される。
【００８５】
一実施形態では、把持デバイスは、１０ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるように構成される。
【００８６】
一実施形態では、把持デバイスは、５ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるように構成される。
【００８７】
一実施形態では、把持デバイスは、２ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるように構成される。
【００８８】
一実施形態では、把持デバイスは、１ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるように構成される。
【００８９】
一実施形態では、把持デバイスは、０．５ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるように構成される。
【００９０】
一実施形態では、把持デバイスは、０．１ｍｓ未満である力が増加する期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させるように構成される。
【００９１】
力が増加する短い期間中に、所定の第１のレベルから所定の第２のレベルまで力を増加させることによって、物体を把持位置に把持及び維持することを確実にすることが可能である。力が増加する期間がかなり長い場合、物体が把持デバイスの外に滑るリスクをもたらすだろう。
【００９２】
一実施形態では、検出ユニットは、把持構造の少なくとも１つが所定の期間に物体と接触しているタイミングを検出するように構成され、制御ユニットは、把持構造の少なくとも１つが所定の期間以上の期間で物体と接触している場合、２つ以上の把持構造の少なくとも１つによって物体にかけられる力だけを増加させるように構成される。
【００９３】
これによって、物体と少なくとも１つの把持構造との接触を不正確に検出するリスクをなくすことができる。１つ以上の把持構造がかなり短期間に物体と接触している場合、接触検出は誤りであり、ひいては、間違いであり得る。したがって、少なくとも１つの把持構造が所定の期間以上の期間に物体と接触している必要があることを求めることで、間違いによる接触を検出するリスクをなくす。
【００９４】
一実施形態では、所定の期間は１ｍｓである。
【００９５】
一実施形態では、所定の期間は２ｍｓである。
【００９６】
一実施形態では、所定の期間は４ｍｓである。
【００９７】
一実施形態では、所定の期間は１０ｍｓである。
【００９８】
一実施形態では、所定の期間は２０ｍｓである。
【００９９】
一実施形態では、所定の期間は５０ｍｓである。
【０１００】
一実施形態では、所定の期間は１００ｍｓである。
【０１０１】
一実施形態では、所定の期間は１５０ｍｓである。
【０１０２】
一実施形態では、所定の期間は２００ｍｓである。
【０１０３】
一実施形態では、所定の期間は３００ｍｓである。
【０１０４】
一実施形態では、所定の期間は５００ｍｓである。
【０１０５】
一実施形態では、所定の期間は７５０ｍｓである。
【０１０６】
一実施形態では、所定の期間は１０００ｍｓである。
【０１０７】
一実施形態では、所定の期間は２ｓである。
【０１０８】
一実施形態では、所定の期間は５ｓである。
【０１０９】
一実施形態では、所定の期間は１０ｓである。
【０１１０】
一実施形態では、把持構造の少なくとも１つが物体と接触するタイミングの検出は、２つ以上の把持構造の少なくとも１つが物体を押す圧力を測定することによって実行され、当該圧力は１つ以上のセンサ要素を含む検出ユニットによって測定され、物体と少なくとも１つの把持構造との接触は、所定の圧力レベルを超える圧力を検出するときのものとして定義される。
【０１１１】
一実施形態では、圧力検知センサ要素によって検出される平均圧力が所定の上限の圧力レベルを超えるとき、接触が発生していると定義される。
【０１１２】
一実施形態では、所定数の圧力検知センサ要素によって検出される平均圧力が所定の上限の圧力レベルを超えるとき、接触が発生していると定義される。一実施形態では、圧力検知センサ要素の数は１〜５であり得る。一実施形態では、圧力検知センサ要素の数は５〜１０であり得る。一実施形態では、圧力検知センサ要素の数は１０〜２０であり得る。一実施形態では、圧力検知センサ要素の数は２０〜５０であり得る。一実施形態では、圧力検知センサ要素の数は５０よりも多い数であり得る。これによって、センサ要素を使用して、確実な方法で接触を検出できる。
【０１１３】
一実施形態では、把持デバイスは、最初に、把持構造が物体と接触しない限り、把持構造の相互に対する相対変位を制限することなく、２つ以上の把持構造を移動させるように構成される。
【０１１４】
これによって、把持構造が物体から一定の距離に設けられない限り、２つ以上の把持構造は、相互に対して「自由に」（変位制限がなく）移動できる。さらに、接触を検出するとき、組織損傷を回避できるように変位を制限する。
【０１１５】
一実施形態では、把持デバイスは、２つ以上の把持構造の少なくとも１つが物体を押す圧力の大きさを制御するように構成される。これによって、かなり高圧力またはかなり低圧力が少なくとも１つの２つ以上の把持構造と物体との間に提供されることを回避することが可能である。したがって、持ち上げタスク中に十分に大きい摩擦力を提供することを確実にできる。
【０１１６】
把持デバイスは、２つ以上の把持構造の少なくとも１つが物体を押す圧力または力を示す少なくとも１つのパラメータを検出するように構成されることで利点をもたらし得る。これによって、（十分な高摩擦力を達成するために）圧力を増加するべきか、または圧力を減らすべきかを判定することが可能である。
【０１１７】
把持デバイスは、２つ以上の把持構造の少なくとも１つを駆動するように配置されるアクチュエータの電流及び／または電圧及び／または力を測定するように構成されることで利点があり得、物体との接触は、測定された電流及び／または電圧及び／または力に基づいて定義される。これによって、接触を検出する単純な電気測定を利用することが可能である。したがって、単純な、安価な、及び信頼性の高い方法を提供できる。
【０１１８】
本方法は、物体との接触を検出する１つ以上のセンサを利用するステップを含むことで利点をもたらし得る。これによって、接触を検出するために使用される信頼性の高い情報を提供することが可能である。
【０１１９】
一実施形態では、把持デバイスは統合型検出ユニットを備え、統合型検出ユニットは１つ以上のアクチュエータで行われる測定に基づいて、物体が２つ以上の把持構造の少なくとも１つと接触するタイミングを検出するように構成され、制御ユニットは、統合型検出ユニットが、物体が２つ以上の把持構造の少なくとも１つと接触することを検出しているとき、２つ以上の把持構造の少なくとも１つの変位を制限するように構成される。
【０１２０】
一実施形態では、把持デバイスは、相互に向かって及び相互から離れて移動するように配置される第１の把持構造及び第２の把持構造を含む。一実施形態では、第１の把持構造及び第２の把持構造の両方は移動可能に配置される。別の実施形態では、第１の把持構造または第２の把持構造の一方は移動可能に配置され、他方の把持構造は固定される。
【０１２１】
検出ユニットは、物体が２つ以上の把持構造の少なくとも１つと接触するタイミングを検出するように構成される。検出ユニットは任意の適切な種類及びサイズであり得る。
【０１２２】
一実施形態では、１つ以上のアクチュエータは電気的に駆動される。
【０１２３】
別の実施形態では、１つ以上のアクチュエータは空気圧によって駆動される。
【０１２４】
さらなる実施形態では、１つ以上のアクチュエータは油圧によって駆動される。
【０１２５】
アクチュエータは、１つ以上の把持構造の少なくとも１つを（例えば、相互に向かって）移動させるように構成される。
【０１２６】
一実施形態では、アクチュエータは、１つ以上の把持構造の少なくとも１つを（例えば、相互に向かって、例えば、第１の把持構造及び／または第２の把持構造の両方を移動させることによって）移動させるように構成される。
【０１２７】
別の実施形態では、単一のアクチュエータを使用して、把持構造の１つだけを移動させることによって、第１の把持構造または第２の把持構造の一方を他方の把持構造に向かって移動させ、他の把持構造は固定される。
【０１２８】
制御ユニットは、変位が所定の最大変位以下になるように、１つ以上の把持構造の少なくとも１つの変位を制限するように、１つ以上のアクチュエータを制御するように構成される。
【０１２９】
１つ以上の把持構造の少なくとも１つの変位をアクティブに制限することによって、これにより、当該変位は所定の最大変位以下になり、負傷を防止できる。
【０１３０】
用語「変位をアクティブに制限する」は、アクティブ制御が、第１の把持構造及び／または第２の把持構造を移動させるように適用される１つ以上のアクティベータのアクティブ化によって変位を全体的に制御するように実行されることを意味する。これは、把持構造の間に設けられた機械構造の剛性によって生じる制限は「変位を制限する」定義の範囲内にはないことを意味する。「変位をアクティブに制限する」ことによって、１つ以上のアクティベータのアクティブ化は、制御信号に基づいて実行されるのが好ましい。制御信号は検出ユニット及び／または１つ以上のセンサを使用することによって提供され得、検出ユニット及び／または１つ以上のセンサは、物体と、第１の把持構造及び／または第２の把持構造との接触を検出するように構成される。
【０１３１】
好ましい実施形態では、ヒト組織（例えば、皮膚及び皮下組織）の所定の特性に従って、最大変位を選択する。ヒトの指または別の部位が全ての何らかの損傷に耐える必要がないように、把持構造の圧迫に抵抗できるくらい最大変位をかなり小さくなるように選択し得るのが好ましい。把持構造が危険になる程度までヒトの指または別の部位を圧迫しないため、負傷を防止できる。
【０１３２】
把持デバイスは統合型検出ユニットを備え、統合型検出ユニットは１つ以上のアクチュエータで行われる測定に基づいて、物体が２つ以上の把持構造の少なくとも１つと接触するタイミングを検出するように構成され、制御ユニットは、統合型検出ユニットが、物体が１つ以上の把持構造の少なくとも１つと接触することを検出しているとき、１つ以上の把持構造の少なくとも１つの変位を制限するように構成されることで利点をもたらし得る。検出ユニットは統合型検出ユニットであり得る。
【０１３３】
これによって、単純、安価な、及び信頼性の高い把持デバイスを提供することが可能である。
【０１３４】
検出ユニットは１つ以上のセンサ要素を含むことで利点があり得る。これによって、センサ要素を使用して、確実な方法で接触を検出できる。
【０１３５】
一実施形態では、１つ以上のセンサ要素は感圧センサ要素である。
【０１３６】
制御ユニットは、所定の最大変位及び／または所定のレベルを設定できるように構成可能であることで有益になり得る。
【０１３７】
制御ユニットと通信するように構成される外部デバイス（例えば、タブレット、スマートフォン、またはコンピュータ）を使用することによって、設定を実行し得る。
【０１３８】
一実施形態では、把持デバイスは、把持デバイスの統合部分であるヒューマンマシンインターフェース（例えば、タッチスクリーン）を使用することによって構成可能である。
【０１３９】
好ましい実施形態では、制御ユニットは、最初に、把持構造が物体と接触しない限り、把持構造の（相互に対する）相対変位を制限することなく、２つ以上の把持構造を移動させるように構成される。
【０１４０】
好ましい実施形態では、制御ユニットは、少なくとも１つの把持構造が物体と接触するタイミングを検出し、少なくとも１つの把持構造が物体と接触することを検出しているとき、２つ以上の把持構造の少なくとも１つの変位を制限するように構成される。
【０１４１】
好ましい実施形態では、制御ユニットは、２つ以上の把持構造の少なくとも１つが物体と接触することが検出されているとき、少なくとも１つの把持構造によって物体にかけられる力を増加させるように構成される。
【０１４２】
これによって、垂直抗力（ひいては、摩擦力）を増加させ、ひいては、物体の安定した把持を提供することが可能である。
【０１４３】
本発明は、下記で本明細書に与えられる「発明を実施するための形態」からより十分に理解されるようになる。添付図は単に例示として与えられ、ひいては、添付図は本発明に限定されるわけではない。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１Ａ】第１の構成の本発明に従った把持デバイスの斜視図の側面図を示す。
【図１Ｂ】第２の構成の図１Ａに示される把持デバイスの斜視図を示す。
【図１Ｃ】第３の構成の図１Ａ及び図１Ｂに示される把持デバイスの拡大図を示す。
【図２】本発明による、把持デバイスの拡大図を示す。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による、把持構造の相互に対する変位に応じて、把持デバイスによってかけられる力を表すグラフを示す。
【図３Ｂ】本発明の別の実施形態による、把持構造の相互に対する変位に応じて、把持デバイスによってかけられる力を表すグラフを示す。
【図４Ａ】本発明による、把持デバイスの把持構造の側面図を示す。
【図４Ｂ】圧力センサの前面図を示す。
【図４Ｃ】図４Ｂに示される圧力センサの感圧素子の線（列）に沿って圧力分布を表すグラフを示す。
【図５】本発明による、把持デバイスの断面図を示す。
【図６】協働ロボットに取り付けられている本発明に従った把持デバイスを示す。
【図７Ａ】本発明による、把持デバイスの上面図を示し、把持デバイスは把持構造が操縦される物体と接触しないモードで動作し、そのモードでは、把持構造は把持構造の相互に対する相対変位を制限することなく移動する。
【図７Ｂ】物体と把持構造とが接触する構成の図７Ａに示される把持デバイスの上面図を示す。
【図８Ａ】アクチュエータに回転可能に取り付けられる接続要素にそれぞれ接続される２つの把持構造を備える、本発明に従った把持デバイスの上面図を示す。
【図８Ｂ】第１の構成の管状構造を把持するように構成される本発明に従った把持デバイスを示す。
【図８Ｃ】別の構成の図８Ｂに示される把持デバイスを示す。
【発明を実施するための形態】
【０１４５】
ここで、本発明の好ましい実施形態を示す目的のために詳細に図面を参照すると、本発明の把持デバイス２は図１Ａに示される。図１Ａは、第１の構成の本発明に従った把持デバイス２の斜視図を示し、把持デバイス２の第１の把持構造４及び第２の把持構造４’は、第１の把持構造４と第２の把持構造４’との間に配置される物体８を把持するために相互に向かって移動する。第１の把持構造４は第１のロッド状接続要素６の遠位端に設けられている。同様に、第２の把持構造４’は第２のロッド状接続要素６’の遠位端に設けられている。
【０１４６】
把持デバイス２は、接続要素６，６’の少なくとも１つを移動させることによって、把持構造４，４’を相互に向かって及び相互から離れるように移動させるように構成される１つ以上のアクチュエータ（図示しない）を備える。
【０１４７】
図１Ｂは第２の構成の図１Ａに示される把持デバイス２の一部の斜視図を示し、把持構造４，４’は相互に向かってさらに移動している。
【０１４８】
図１Ｃは第３の構成の図１Ａ及び図１Ｂに示される把持デバイス２の拡大図を示し、第１の把持構造４は物体８と接触している。
【０１４９】
接触により、把持デバイス２の制御ユニット（図示しない）が作動し、第２の把持構造４’に対する第１の把持構造４の変位ΔＤを制限する。したがって、変位ΔＤが所定の最大変位ΔＤｍａｘ以下になるように、把持デバイス２は動作する。一実施形態では、所定の最大変位ΔＤｍａｘは、０．１〜１．０ｍｍ（例えば、０．２〜０．５ｍｍ）の範囲内にある。
【０１５０】
最初の位置（第１の把持構造４が第２の把持構造４’に対して変位する前の位置）は実線で示され、終端位置（第１の把持構造４が第２の把持構造４’に向かって移動しているときの位置）は点線で示される。
【０１５１】
図２は、本発明による、把持デバイス２の拡大図を示す。把持デバイス２は、遠位端に設けられた円板形把持構造４，４’をそれぞれ支える２つの平行接続要素６，６’を含む。物体８は、第１の把持構造４と第２の把持構造４’との間に配置される。
【０１５２】
ヒトの指１６は、物体８と第２の把持構造４’との間に配置される。把持デバイス２が指１６及び第２の把持構造４’との接触があることを検出するとき、この検出した接触により、把持デバイス２の制御ユニット（図示しない）が作動し、第２の把持構造４’に対する第１の把持構造４の変位を制限する。
【０１５３】
したがって、物体と第２の把持構造４’との間の距離Ｄ２を制限するように、把持デバイス２は動作する。したがって、把持デバイス２は、把持構造４，４’または物体８及び把持構造４，４’の１つによって、指にかけられる圧縮力によって指が負傷することを防止するように構成される。
【０１５４】
図３Ａは、本発明の一実施形態による、把持構造の相互に対する変位Ｄに応じて、把持デバイスによってかけられる力Ｆを表すグラフを示す。初期段階Ｉでは、把持構造は相互に向かって移動し、把持構造によってかけられる力Ｆ１はかなり低くなる（ゼロに近くなる）。第１の把持構造または第２の把持構造のいずれかによって物体との接触が達成されるとき（段階ＩＩ）、把持構造によって（物体に向かって）かけられる力Ｆ２は、高レベル（点線で示される）までほとんど瞬時に増加する。この高レベル力Ｆ２は十分に大きく、物体の安定した把持を維持するのに十分な大きさの摩擦力を提供するために必要な反力（垂直抗力）を達成する。
【０１５５】
第２の段階ＩＩの変位ΔＤが限定されることが分かり得る。したがって、把持構造は、把持構造の１つと接触するヒトの指または別の部位を負傷することを防ぐ。
【０１５６】
図３Ｂは、本発明の別の実施形態による、把持構造の相互に対する変位Ｄに応じて、把持デバイスによってかけられる力Ｆを表すグラフを示す。初期段階Ｉでは、把持構造は相互に向かって移動し、把持構造によってかけられる力Ｆ１はかなり低くなる。しかしながら、第１の把持構造または第２の把持構造のいずれかによって物体との接触が達成されるとき（段階ＩＩ）、把持デバイスによって（物体に向かって）かけられる力Ｆ２は、高レベル（点線で示される）まで上昇する。
【０１５７】
第２の段階ＩＩの変位ΔＤが限定（制限）されるとき、把持構造は、把持デバイスの把持構造の１つと接触するヒトの指または別の部位を負傷することを防ぐ。
【０１５８】
図４Ａは、本発明による、把持デバイスの把持構造４の側面図を示す。把持構造４は、それぞれが圧力を測定するように構成される複数のセンサ要素１８，１８’，１８’’を含むセンサが設けられた把持面を含む。
【０１５９】
図４Ｂは、図４Ａに示される種類におおむね対応する種類の圧力センサの前面図を示す。しかしながら、圧力センサは、それぞれが圧力を測定するように構成される複数のセンサ要素１８，１８’，１８’’を含む。
【０１６０】
図４Ｃは、図４Ｂに示される圧力センサの感圧素子の線（列）に沿って圧力Ｐの分布を表すグラフを示す。グラフの中心部で、圧力Ｐが所定の上限の圧力レベルＰ’を超えることが分かり得る。したがって、圧力検知センサ要素の一部は、所定の上限の圧力レベルＰ’を超える圧力を検出する。
【０１６１】
一実施形態では、１つ以上の圧力検知センサ要素が所定の上限の圧力レベルＰ’を超える圧力を検出するときに、接触が発生しているとして定義される。
【０１６２】
別の実施形態では、圧力検知センサ要素によって検出される平均圧力が所定の上限の圧力レベルＰ’を超えるとき、接触が発生していると定義される。
【０１６３】
さらなる実施形態では、所定数（例えば、１０または２０）の圧力検知センサ要素によって検出される平均圧力が所定の上限の圧力レベルＰ’を超えるとき、接触が発生していると定義される。
【０１６４】
図５は、本発明による、把持デバイス２の断面図を示す。把持デバイス２は、第１のねじ式ロッド３４に回転可能に取り付けられる第１の把持構造４を含む。把持デバイス２は、第２のねじ式ロッド３４’に回転可能に取り付けられた第２の把持構造４’を含む。
【０１６５】
電気モータ３２として形成される第１のアクチュエータは、第１のロッド状接続構造３８によって第１のねじ式ロッド３４に結合される。電気モータ３２’として形成される第２のアクチュエータは、第２のロッド状接続構造３８’によって第２のねじ式ロッド３４’に結合される。電気モータ３２，３２’のそれぞれは、ケーブルによって制御ユニット４２に電気的に接続される。代替の実施形態では、電気モータ３２，３２’は、制御ユニット４２に無線で接続され、電源（例えば、バッテリ）に電気的に接続され得る。
【０１６６】
制御ユニット４２は、把持構造４，４’の表面に設けられたセンサ要素１８に電気的に接続される。代替の実施形態では、センサ要素１８は、制御ユニット４２に無線で接続され得る。
【０１６７】
把持デバイス２は筐体４０を備える。把持構造４，４’は、把持デバイス２の筐体４０から突出する。ヒトの指１６は、各々把持構造４，４’のそれぞれから非ゼロ距離Ｄ１，Ｄ２の把持構造４と把持構造４’との間のスペースに配置される。把持構造４，４’が相互に向かって徐々に移動するとき、指１６と把持構造４，４’との間の距離Ｄ１，Ｄ２は、指１６と把持構造４，４’の１つが接触するまで徐々に減少する。
【０１６８】
把持デバイス２が指１６及び第２の把持構造４’との接触があることを検出するとき、この接触により、把持デバイス２の制御ユニット４２が作動し、第２の把持構造４’に対する第１の把持構造４の変位を制限する。実際には、制御ユニット４２は、接触が検出されていないときに第１のモードで、接触が検出されているときに別のモードで、電気モータ３２，３２’を制御し得る。
【０１６９】
一実施形態では、１つ以上のセンサ要素１８を使用することによって、指１６と把持構造４，４’の１つとの接触を検出する。
【０１７０】
別の実施形態では、電気モータ３２，３２’の少なくとも１つの電流及び／または電圧及び／または電力の測定値に基づいて、指１６と把持構造４，４’の１つとの接触を検出する。
【０１７１】
把持デバイス２は、接触を検出するとき、指１６と把持構造４，４’との間の距離Ｄ１，Ｄ２が制限されるように動作する。したがって、把持デバイス２は、把持構造４，４’または物体（図示しない）及び把持構造４，４’の１つによって、指にかけられる圧縮力によって指１６が負傷することを防止するように構成される。
【０１７２】
図６は、協働ロボット２０に取り付けられている本発明に従った把持デバイス２を示す。ロボット２０は、基部２４と、当該基部２４に回転可能に取り付けられた第１のアーム２６とを含む。ロボット２０は、さらに、第１のアーム２６に回転可能に取り付けられた第２のアーム２６’を備える。ロボット２０は、さらに、第１のアーム２６’に回転可能に取り付けられた第３のアーム２６’’を含む。
【０１７３】
第１の部２８は第３のアーム２６’’の端に提供される。コネクタ２８は、把持デバイス２に取り付けられた対応する第２の部３０を受けるように構成される。
【０１７４】
ロボット２０は、把持デバイス２及びロボット２０を電気的に接続するために、把持デバイス２の対応するプラグ２３を受けるように構成されるソケット２１を備える。プラグ２３は、把持デバイス２に接続されるケーブル２２の遠位端に取り付けられる。
【０１７５】
把持デバイス２は、本体部と、把持デバイス２の本体部に移動可能に取り付けられた複数の肢１０，１０’とを含む。第１の肢１０は、負圧を吸引要素１２に提供することによって第１の物体５８を把持する複数の吸引要素１２が設けられている。
【０１７６】
第２の肢１０’は、負圧を吸引要素１２’に提供することによって第２の物体６０を把持する複数の吸引要素１２’が設けられている。把持デバイス２は、いくつかの吸引要素が設けられた中央に配置された支持部１４を含む。
【０１７７】
図７Ａは、本発明による、把持デバイス２の上面図を示し、把持デバイス２は非接触モード（把持構造４，４’，４’’が操縦される物体８と接触しないモード）で動作する。把持構造４，４’，４’’は、把持構造４，４’，４’’の相互に対する相対変位を制限することなく、（示されないアクチュエータによって）物体８に向かって移動する。第１の把持構造４は第１の接続要素６の遠位端に配置され、第２の把持構造４’は第２の接続要素６’の遠位端に配置され、第３の把持構造４’’は第３の接続要素６’’の遠位端に配置される。
【０１７８】
物体８に向かって把持要素４，４’，４’’を移動させるために把持要素４，４’，４’’に加えられる力Ｆ１の大きさは、矢印によって示される。
【０１７９】
図７Ｂは、接触モード（物体８と把持構造４，４’，４’’との間で接触が検出されている構成）で、図７Ａに示される把持デバイス２の上面図を示す。物体８と把持構造４，４’，４’’との接触が検出されているため、制御ユニット（図示しない）は、把持構造４，４’，４’’を移動させるように配置される１つ以上のアクチュエータ（図示しない）が、物体８に向かう把持構造４，４’，４’’の少なくとも１つの変位を制限し、これにより、変位が所定の最大変位以下になるようなモードで動作する。これによって、把持構造４，４’，４’’の間に配置されるヒト組織（例えば、ヒトの指）の損傷を回避することが可能である。物体８に向かって把持要素４，４’，４’’を押すために把持要素４，４’，４’’に加えられる力Ｆ２の大きさは、矢印によって示される。図７Ａ及び図７Ｂを比較すると、Ｆ２がＦ１よりも大きいことが分かり得る。したがって、接触モードでは、把持構造４，４’，４’’の少なくとも１つによって物体８にかけられる力Ｆ２は、非接触モード（図７Ａに示される）と比較して増加している。
【０１８０】
図８Ａは、アクチュエータ３２，３２’に回転可能に取り付けられる接続要素６，６’にそれぞれ接続される２つの把持構造４，４’を備える、本発明に従った把持デバイス２の上面図を示す。
【０１８１】
第１の把持構造４は、第１のアクチュエータ３２に回転可能に取り付けられている第１の接続要素６に取り付けられる。第２の把持構造４’は、第２のアクチュエータ３２に回転可能に取り付けられる第２の接続要素６’に取り付けられる。したがって、第１のアクチュエータ３２及び第２のアクチュエータ３２’は相互に独立して動作できる。第１の把持構造４及び第２の把持構造４’のアーク状運動パターンは破線で示される。
【０１８２】
把持構造４，４’は物体８と接触している。把持デバイス２は、物体８が把持構造４，４’の少なくとも１つと接触するタイミングを検出するように構成される検出ユニット（図示しない）を備える。
【０１８３】
把持デバイス２は、アクチュエータ３２，３２’を制御し、物体８に向かう把持構造４，４’の少なくとも１つの変位を制限するように構成される制御ユニット（図示しない）を備え、これにより、変位が所定の最大変位以下になる。これによって、把持構造４，４’の間に配置されるヒト組織（例えば、ヒトの指）の損傷を回避できる。
【０１８４】
制御は、検出ユニットが２つ以上の把持構造４，４’の少なくとも１つが物体８と接触することを検出しているとき、少なくとも１つの把持構造４，４’によって物体８にかけられる力を増加させるように構成される。これによって、垂直抗力（ひいては、摩擦力）を増加させ、ひいては、物体８の安定した把持を提供することが可能である。一実施形態では、所定の最大変位は０．１〜０．３ｍｍ（例えば、０．２ｍｍ）であり得る。別の実施形態では、所定の最大変位は０．４〜０．６ｍｍ（例えば、０．５ｍｍ）であり得る。さらなる実施形態では、所定の最大変位は０．７〜１．０ｍｍ（例えば、０．８ｍｍ）であり得る。
【０１８５】
図８Ｂは、相互に対して並進するように配置される複数の伸縮自在構造を含む、接続要素６，６’，６’’にそれぞれ接続される３つの把持構造４，４’，４’’を備える、本発明に従った把持デバイス２の上面図を示す。把持デバイス２は、非接触モード（把持構造４，４’，４’’とパイプ状物体８（の内側面）との物理的接触がないモード）で動作する制御ユニット（図示しない）を備える。
【０１８６】
図８Ｃは、把持デバイス２の検出ユニット（図示しない）が物体８と把持構造４，４’’の一部との接触が検出されている構成で、図８Ｂに示される把持デバイス２を示す。最後の把持構造４と物体８とが接触しない。したがって、制御ユニットは、把持構造４，４’，４’’を移動させるように配置される１つ以上のアクチュエータ（図示しない）を調整し、それにより、物体８と接触している把持構造４，４’’の変位は制限される（ひいては、所定の最大許容可能レベルよりも低く維持される）。
【０１８７】
一実施形態では、制御ユニットは、把持構造４と物体との接触が検出されない限り、把持構造４を物体８に向かって移動させることを可能にするように構成される。
【符号の説明】
【０１８８】
２  把持デバイス
４，４’  把持構造
６，６’  接続要素
８  物体
１０，１０’  肢
１２，１２  吸引要素（例えば、吸引円板）
１４  支持部
１６  本体部
１８，１８’，１８’’  センサ要素（例えば、圧力センサ）
２０  ロボット
２１  ソケット
２２  ケーブル
２３  プラグ
２４  基部
２６，２６’，２６’’  アーム
２８  取付構造
３０  取付要素
３２  アクチュエータ（例えば、電気モータ）
３４  ねじ式ロッド（ウォームシャフト）
３８  接続構造
４０  筐体
４２  制御ユニット
５８  物体
６０  物体
Ｆ，Ｆ１，Ｆ２  力
Ｐ，Ｐ’  圧力
Ｄ，Ｄ１，Ｄ２  距離
ΔＤ  変位
ΔＤｍａｘ  最大変位
Ｆ，Ｆ１，Ｆ２  把持デバイスによってかけられる力
Ｉ  第１の段階
ＩＩ  第２の段階
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【国際調査報告】
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