(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、該装置は、
２つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータであって、該ソフトロボットアクチュエータは、エラストマー材料を含む中空の本体であって、該中空の本体は、膨張流体を受容するように構成される、中空の本体と、該膨張流体を受け取るための開口部を有する近位端と、把持先端部を形成する該近位端とは反対の遠位端とを備える、ソフトロボットアクチュエータと、
該２つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータに接続するためのインターフェイスを備えるハブと、
該２つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータの角度を、該ハブに対してもしくは互いに対して調整するための角度調整デバイスと
を備え、
該角度調整デバイスは、該２つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータに隣接して配置される１つまたはそれより多くのソフト角度調整器、および、該２つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータのうちの１つのソフトロボットアクチュエータの該近位端に直接取り付くように構成された第１のインターフェイスと、該角度調整デバイスを該ハブに回転可能に取り付けるように構成された第２のインターフェイスとを有する回転可能な構成要素を備え、該ソフト角度調整器は、該２つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータ間の角度を変更するために該２つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータとは独立して膨張させられるように構成され、該第２のインターフェイスは、該取り付けられたアクチュエータと該ハブとの間の相対角度を変えるために該取り付けられたアクチュエータを該ハブに対して回転させるように構成される、装置。
【請求項２】
前記角度調整デバイスは、前記２つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータの前記角度を独立して調整するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記角度調整デバイスは、前記２つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータの前記角度を相互依存して調整するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
装置であって、該装置は、
請求項１に記載の装置と、
少なくとも部分的に前記２つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータの周りに提供される力増幅デバイスであって、該力増幅デバイスは、該力増幅デバイスを採用しないアクチュエータと比べて、２つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータの前記遠位端において加えられる力を増幅するように構成される、力増幅デバイスと
を備える、装置。
【請求項５】
前記力増幅デバイスは、前記２つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータを前記近位端と前記遠位端との間の位置で少なくとも部分的に取り囲むバンドを備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記力増幅デバイスは、前記２つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータを前記近位端と前記遠位端との間の位置で少なくとも部分的に取り囲むカフまたは蛇腹を備える、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記カフまたは蛇腹は、長手方向に拡張可能な長さを有し、該カフまたは蛇腹の該長さを調整することは、前記２つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータの前記遠位端で加えられる力の量を変える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記力増幅デバイスは、前記２つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータを前記近位端と前記遠位端との間の位置で少なくとも部分的に取り囲む可撓性または伸縮性のストラップを備える、請求項４に記載の装置。
【請求項９】
装置であって、該装置は、
請求項１に記載の装置であって、前記２つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータの各々は、さらに、エラストマー材料を含む中空の本体および歪み制限層を備え、該中空の本体は、膨張流体を受容するように構成され、該ソフトロボットアクチュエータは、曲がることの中立軸を有する、装置と、
該歪み制限層に隣接して、または、該歪み制限層と一体で提供される剛化層であって、該剛化層は、該曲がることの中立軸に対して垂直に配向される１つまたはそれより多くの剛性の構成要素を備える、剛化層と
を備える、装置。
【請求項１０】
前記剛性の構成要素は、前記歪み制限層内に成形される複数の剛性のスラットを備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記複数の剛性のスラットは、互いに対して平行に配向される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記１つまたはそれより多くの剛性の構成要素は、真空がアクチュエータに印加されるときに、該アクチュエータの掴握側がキャビテーションすることまたは凹状になることを妨げるように構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記剛化層は、アクチュエータの掴握しない側上の１つまたはそれより多くの谷にわたって延在する１つまたはそれより多くのレース、ストラップ、リングまたはコードで該アクチュエータに固定される、請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
装置であって、該装置は、
請求項１に記載の装置と、
物体を掴握するために構成される、前記ソフトロボットアクチュエータの側に隣接して、または、該ソフトロボットアクチュエータの側と一体で提供される把持構造であって、該把持構造は、該把持構造を欠いているソフトロボットアクチュエータと比べて該アクチュエータの把持を強める形状またはテクスチャを有する、把持構造と
を備える、装置。
【請求項１５】
前記把持構造は、適合性のあるパッドであり、該適合性のあるパッドは、前記アクチュエータが加圧されないときに実質的に凸状であり、該アクチュエータが加圧されるときに実質的に平らである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記装置は、複数のアクチュエータを備え、該アクチュエータのうちの少なくとも２つは異なる把持構造を有する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記ソフトロボットアクチュエータは、該アクチュエータの掴握側上の異なる位置で提供される複数の異なる把持表面を備える、請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
前記把持構造は、１本またはそれより多くの針を備える、請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、「Ｓｏｆｔ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ａｃｔｕａｔｏｒ  Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ  Ｈｕｂ  ａｎｄ  Ｇｒａｓｐｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ，Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏａｄｈｅｓｉｖｅ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ」と題され、２０１５年９月１７日に出願された、米国特許出願番号１４／８５７，６４８の一部継続出願である。本出願はまた、その内容が参照により本明細書中に援用される、「Ｓｏｆｔ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ａｃｔｕａｔｏｒ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｓ」と題され、２０１４年１１月１８日に出願された、米国特許出願番号６２／０８１，３２３への優先権を主張する。
【０００２】
（開示の分野）
本開示は、概してロボット工学の分野に関係し、特に、ソフトロボットアクチュエータを別の機械式システムとインターフェイス接続するためのハブおよびアセンブリ、ならびにソフトロボットアクチュエータシステムのための向上に関係する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
ロボット工学は、産業用の適用（例えば、製造および包装）ならびに医療用の適用などの多くの産業で使用されている。ソフトロボット工学は、ソフトで、適合性があり、適応性がある掴握部およびアクチュエータを提供し、ロボットが従来のロボット工学においてよりも適応性のある態様で物体と相互作用することを可能とする、ロボット工学の開発中の領域である。例えば、単一の掴握部は、ちょうど人間の手ができるように、各タスクにおける様々な物体の大きさ、重さおよび形状に適応し得る。
【０００４】
「ハード」ロボット工学と「ソフト」ロボット工学を組み合わせる、磁気アセンブリは、Ａ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ  Ｈａｒｄ  ａｎｄ  Ｓｏｆｔ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ，Ｓｔｏｋｅｓ  Ａｄａｍ  Ａ．，Ｓｈｅｐｈｅｒｄ  Ｒｏｂｅｒｔ  Ｆ．，Ｍｏｒｉｎ  Ｓｔｅｐｈｅｎ  Ａ．，Ｉｌｉｅｖｓｋｉ  Ｆｉｌｉｐ，およびＷｈｉｔｅｓｉｄｅｓ  Ｇｅｏｒｇｅ  Ｍ．，Ｓｏｆｔ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ．２０１４年３月，１（１）：７０−７４．ｄｏｉ：１０．１０８９／ｓｏｒｏ．２０１３．０００２において開示されており、その文献はその全体が本明細書中に参照により援用される。しかし、ハードロボット工学とソフトロボット工学との提案された組み合わせは、人間に似た動作をするのに必要な汎用性を提供しない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、既存のシステムの上記および他の制限に関する。特に、本開示は、ハードロボット工学およびソフトロボット工学をインターフェイス接続する際の改良を提供し、さらに、改良されたアクチュエータを提供する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ａ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ  Ｈａｒｄ  ａｎｄ  Ｓｏｆｔ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ，Ｓｔｏｋｅｓ  Ａｄａｍ  Ａ．，Ｓｈｅｐｈｅｒｄ  Ｒｏｂｅｒｔ  Ｆ．，Ｍｏｒｉｎ  Ｓｔｅｐｈｅｎ  Ａ．，Ｉｌｉｅｖｓｋｉ  Ｆｉｌｉｐ，およびＷｈｉｔｅｓｉｄｅｓ  Ｇｅｏｒｇｅ  Ｍ．，Ｓｏｆｔ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ．２０１４年３月，１（１）：７０−７４．ｄｏｉ：１０．１０８９／ｓｏｒｏ．２０１３．０００２
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本開示の様々な例によるハブアセンブリおよびソフトロボットアクチュエータの例示的な実施形態を示す斜視図である。
【０００８】
【図２】図２Ａ〜２Ｃは、図１のハブアセンブリの分解図である。
【０００９】
【図３Ａ】図３Ａ〜３Ｅは、図１のハブアセンブリおよびソフトロボットアクチュエータの組立図である。
【図３Ｂ】図３Ａ〜３Ｅは、図１のハブアセンブリおよびソフトロボットアクチュエータの組立図である。
【図３Ｃ】図３Ａ〜３Ｅは、図１のハブアセンブリおよびソフトロボットアクチュエータの組立図である。
【図３Ｄ】図３Ａ〜３Ｅは、図１のハブアセンブリおよびソフトロボットアクチュエータの組立図である。
【図３Ｅ】図３Ａ〜３Ｅは、図１のハブアセンブリおよびソフトロボットアクチュエータの組立図である。
【００１０】
【図４】図４Ａ〜４Ｄは、図１のハブアセンブリのための例示的なツイストロックインターフェイスを示す斜視図である。
【００１１】
【図５】図５Ａ〜５Ｃは、図１のハブアセンブリと、機械式または電気機械式部分を有するソフトアクチュエータとを使う例示的な掴握部を示す斜視図である。
【００１２】
【図６Ａ】図６Ａ〜６Ｅは、図１のハブアセンブリと、構成可能な迎え角を有するソフトアクチュエータとを使う掴握部を示す斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａ〜６Ｅは、図１のハブアセンブリと、構成可能な迎え角を有するソフトアクチュエータとを使う掴握部を示す斜視図である。
【図６Ｃ】図６Ａ〜６Ｅは、図１のハブアセンブリと、構成可能な迎え角を有するソフトアクチュエータとを使う掴握部を示す斜視図である。
【図６Ｄ】図６Ａ〜６Ｅは、図１のハブアセンブリと、構成可能な迎え角を有するソフトアクチュエータとを使う掴握部を示す斜視図である。
【００１３】
【図７Ａ】図７Ａ〜７Ｄは、複数の角度的に調整可能な把持アクチュエータと、把持アクチュエータの迎え角を調整するための複数の調整アクチュエータとを有するソフトロボットアクチュエータアセンブリを示す斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ａ〜７Ｄは、複数の角度的に調整可能な把持アクチュエータと、把持アクチュエータの迎え角を調整するための複数の調整アクチュエータとを有するソフトロボットアクチュエータアセンブリを示す斜視図である。
【図７Ｃ】図７Ａ〜７Ｄは、複数の角度的に調整可能な把持アクチュエータと、把持アクチュエータの迎え角を調整するための複数の調整アクチュエータとを有するソフトロボットアクチュエータアセンブリを示す斜視図である。
【図７Ｄ】図７Ａ〜７Ｄは、複数の角度的に調整可能な把持アクチュエータと、把持アクチュエータの迎え角を調整するための複数の調整アクチュエータとを有するソフトロボットアクチュエータアセンブリを示す斜視図である。
【図７Ｅ】図７Ａ〜７Ｄは、複数の角度的に調整可能な把持アクチュエータと、把持アクチュエータの迎え角を調整するための複数の調整アクチュエータとを有するソフトロボットアクチュエータアセンブリを示す斜視図である。
【００１４】
【図８Ａ】図８Ａ〜８Ｆは、ソフトアクチュエータを補強するための例示的な補強構造を示す。
【図８Ｂ】図８Ａ〜８Ｆは、ソフトアクチュエータを補強するための例示的な補強構造を示す。
【図８Ｃ】図８Ａ〜８Ｆは、ソフトアクチュエータを補強するための例示的な補強構造を示す。
【図８Ｄ】図８Ａ〜８Ｆは、ソフトアクチュエータを補強するための例示的な補強構造を示す。
【図８Ｅ】図８Ａ〜８Ｆは、ソフトアクチュエータを補強するための例示的な補強構造を示す。
【図８Ｆ】図８Ａ〜８Ｆは、ソフトアクチュエータを補強するための例示的な補強構造を示す。
【００１５】
【図９】図９Ａおよび９Ｂは、例示的な補強層を示す斜視図である。
【００１６】
【図１０Ａ】図１０Ａは、力増幅バンドによって取り囲まれた複数のアクチュエータを有するソフトロボットアクチュエータアセンブリを示す斜視図である。
【００１７】
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、自動で調整可能な力増幅バンドによって取り囲まれた複数のアクチュエータを有するソフトロボットアクチュエータアセンブリを示す斜視図である。
【００１８】
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、例示的な８の字の力増幅バンドを示す斜視図である。
【００１９】
【図１１Ａ】図１１Ａ〜１１Ｅは、様々な例示的な把持パッド、テクスチャおよびツールが提供されたソフトロボットアクチュエータを示す側面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａ〜１１Ｅは、様々な例示的な把持パッド、テクスチャおよびツールが提供されたソフトロボットアクチュエータを示す側面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ａ〜１１Ｅは、様々な例示的な把持パッド、テクスチャおよびツールが提供されたソフトロボットアクチュエータを示す側面図である。
【図１１Ｄ】図１１Ａ〜１１Ｅは、様々な例示的な把持パッド、テクスチャおよびツールが提供されたソフトロボットアクチュエータを示す側面図である。
【図１１Ｅ】図１１Ａ〜１１Ｅは、様々な例示的な把持パッド、テクスチャおよびツールが提供されたソフトロボットアクチュエータを示す側面図である。
【図１１Ｆ】図１１Ａ〜１１Ｅは、様々な例示的な把持パッド、テクスチャおよびツールが提供されたソフトロボットアクチュエータを示す側面図である。
【００２０】
（概要）
例示的な実施形態によると、角度調整システムが、アクチュエータとハブとの間または２つのアクチュエータ間の角度を変更するために提供される。角度調整システムはまた、アクチュエータ間の相対距離または離間を変更するために使われ得る。そのようなシステムは、ロボットマニピュレータが、個々のアクチュエータまたはマニピュレータ全体を取り替える必要なしに、動的に調整されることを可能にする。したがって、マニピュレータは、様々な大きさおよび形状の物体を掴握するために変更され得る。
【００２１】
さらなる実施形態によると、剛化層が、アクチュエータの１つまたはそれより多くの部分を補強するために提供される。いくつかの場合に、補強は、比較的高い歪みの区域に布置され得、アクチュエータの早期の故障を妨げるのを助け得る。例えば、レースが、特定の領域が拡大するのを妨げるために提供され得る。他の状況では、補強は、アクチュエータのベース壁が中立な曲がる面から離れて曲がることを妨げるために使われ得、アクチュエータがより効果的に曲がることを可能とする。両方の場合に、アクチュエータは、より高い膨張圧力に対応することが可能であり得る。より高い膨張圧力では、より多くの力が対象に印加され得る。
【００２２】
さらなる実施形態によると、力増幅構造が、アクチュエータによって対象に印加される力の量を増加させるために提供される。いくつかの実施形態では、力増幅構造は、物体を把持するときに使用されるアクチュエータの長さを短縮するために機能する。より多くの力が、同じ断面のより長いアクチュエータと等しい距離だけより短いアクチュエータを偏向させるために必要であるので、力増幅構造の使用を通してアクチュエータを短縮することは、所与の対象物体を掴握するときに把持部のアクチュエータを偏向するのに必要とされる力を増加させる効果を有する。把持中により短いフィンガを偏向させるのに必要とされるより高い力は、力増幅構造によって補強されない効果的により長いアクチュエータによって与えられるものより、対象物体に印加されるより高い把持力をもたらす。さらに、力増幅構造は、捻じれないようにおよび重複しないように、（１つまたは複数の）アクチュエータを安定させ得る。
【００２３】
さらなる実施形態によると、把持パッドが、アクチュエータの把持プロファイルをカスタマイズし、把持される物の表面によりよく適合するために提供される。把持パッドは、（１つまたは複数の）アクチュエータに追加され得るか、（例えば、成形することによって）（１つまたは複数の）アクチュエータ内に構築され得る、テクスチャ加工された表面を有し得る。個々のアクチュエータは、複数の異なるパッドを含み得、パッドそれぞれは、所望の態様でまたは所望の位置で、把持される物と接触する。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
装置であって、該装置は、
１つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータであって、該ソフトロボットアクチュエータは、エラストマー材料を含む中空の本体を備え、該中空の本体は、膨張流体を受容するように構成される、ソフトロボットアクチュエータと、
該１つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータに接続するためのインターフェイスを備えるハブと、
該１つもしくはそれより多くのソフトロボットアクチュエータの角度を、該ハブに対してもしくは互いに対して調整するための角度調整デバイス、または、該１つもしくはそれより多くのソフトロボットアクチュエータの位置を、該ハブに対してもしくは互いに対して調整するための角度調整デバイスと
を備える、装置。
（項目２）
前記角度調整デバイスは、アクチュエータを取り付けるためのインターフェイスを有する回転可能な構成要素を備え、該回転可能な構成要素は、該取り付けられたアクチュエータと前記ハブとの間の相対角度を変えるために該ハブに対して回転する、項目１に記載の装置。
（項目３）
前記角度調整デバイスは、前記１つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータに隣接して配置される１つまたはそれより多くのソフト角度調整器を備え、該ソフト角度調整器は、該ソフトロボットアクチュエータ間の角度を変更するために該ソフトロボットアクチュエータとは独立して膨張させられるように構成される、項目１に記載の装置。
（項目４）
前記１つまたはそれより多くのアクチュエータは、少なくとも２つのアクチュエータを含み、前記角度調整デバイスは、該少なくとも２つのアクチュエータの前記角度を独立して調整するように構成される、項目１に記載の装置。
（項目５）
前記１つまたはそれより多くのアクチュエータは、少なくとも２つのアクチュエータを含み、前記角度調整デバイスは、該少なくとも２つのアクチュエータの前記角度を独立して調整するように構成される、項目１に記載の装置。
（項目６）
装置であって、該装置は、
１つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータであって、該ソフトロボットアクチュエータは、エラストマー材料を含む中空の本体を備え、該中空の本体は、膨張流体を受容するように構成され、該ソフトロボットアクチュエータのそれぞれは、遠位端および近位端を有する、ソフトロボットアクチュエータと、
少なくとも部分的に該１つまたはそれより多くのアクチュエータの周りに提供される力増幅デバイスであって、該力増幅デバイスは、該力増幅デバイスを採用しないアクチュエータと比べて、１つまたはそれより多くのアクチュエータの該遠位端において加えられる力を増幅するように構成される、力増幅デバイスと
を備える、装置。
（項目７）
前記力増幅デバイスは、前記１つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータを前記近位端と前記遠位端との間の位置で少なくとも部分的に取り囲むバンドを備える、項目６に記載の装置。
（項目８）
前記力増幅デバイスは、前記１つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータを前記近位端と前記遠位端との間の位置で少なくとも部分的に取り囲むカフまたは蛇腹を備える、項目６に記載の装置。
（項目９）
前記カフまたは蛇腹は、長手方向に拡張可能な長さを有し、該カフまたは蛇腹の該長さを調整することは、前記１つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータの前記遠位端で加えられる力の量を変える、項目８に記載の装置。
（項目１０）
前記力増幅デバイスは、前記１つまたはそれより多くのソフトロボットアクチュエータを前記近位端と前記遠位端との間の位置で少なくとも部分的に取り囲む可撓性または伸縮性のストラップを備える、項目６に記載の装置。
（項目１１）
装置であって、該装置は、
ソフトロボットアクチュエータであって、該ソフトロボットアクチュエータは、エラストマー材料を含む中空の本体および歪み制限層を備え、該中空の本体は、膨張流体を受容するように構成され、該ソフトロボットアクチュエータは、曲がることの中立軸を有する、ソフトロボットアクチュエータと、
該歪み制限層に隣接して、または、該歪み制限層と一体で提供される剛化層であって、該剛化層は、該曲がることの中立軸に対して垂直に配向される１つまたはそれより多くの剛性の構成要素を備える、剛化層と
を備える、装置。
（項目１２）
前記剛性の構成要素は、前記歪み制限層内に成形される複数の剛性のスラットを備える、項目１１に記載の装置。
（項目１３）
前記複数の剛性のスラットは、互いに対して平行に配向される、項目１２に記載の装置。
（項目１４）
前記１つまたはそれより多くの剛性の構成要素は、真空がアクチュエータに印加されるときに、該アクチュエータの掴握側がキャビテーションすることまたは凹状になることを妨げるように構成される、項目１１に記載の装置。
（項目１５）
前記剛化層は、アクチュエータの掴握しない側上の１つまたはそれより多くの谷にわたって延在する１つまたはそれより多くのレース、ストラップ、リングまたはコードで該アクチュエータに固定される、項目１１に記載の装置。
（項目１６）
装置であって、該装置は、
ソフトロボットアクチュエータであって、該ソフトロボットアクチュエータは、エラストマー材料を含む中空の本体を備え、該中空の本体は、膨張流体を受容するように構成される、ソフトロボットアクチュエータと、
物体を掴握するために構成される、該ソフトロボットアクチュエータの側に隣接して、または、該ソフトロボットアクチュエータの側と一体で提供される把持構造であって、該把持構造は、該把持構造を欠いているソフトロボットアクチュエータと比べて該アクチュエータの把持を強める形状またはテクスチャを有する、把持構造と
を備える、装置。
（項目１７）
前記把持構造は、適合性のあるパッドであり、該適合性のあるパッドは、前記アクチュエータが加圧されないときに実質的に凸状であり、該アクチュエータが加圧されるときに実質的に平らである、項目１６に記載の装置。
（項目１８）
前記装置は、複数のアクチュエータを備え、該アクチュエータのうちの少なくとも２つは異なる把持構造を有する、項目１６に記載の装置。
（項目１９）
前記ソフトロボットアクチュエータは、該アクチュエータの掴握側上の異なる位置で提供される複数の異なる把持表面を備える、項目１６に記載の装置。
（項目２０）
前記把持構造は、１本またはそれより多くの針を備える、項目１６に記載の装置。
【００２４】
例示的な実施形態のこれらおよび他の利点は、以下の詳細な説明から明らかである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
ここで、本発明は、本発明の好ましい実施形態が示される添付の図面を参照して、以下でさらに十分に記載される。しかし、本発明は、多くの異なる形態で具体化され得、本明細書中で説明された実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が、綿密かつ完全であり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように、提供される。図面では、全体を通して同じ数字が同じ要素を指す。
【００２６】
ソフトアクチュエータおよびアクチュエータハブアセンブリに対する複数の向上は、本明細書中で議論される。議論を容易にするために、これらの概念のそれぞれは、以下に別々の項で記載される。しかし、本明細書中に記載された実施形態は、本明細書中に記載された利益を達成するために、任意の組み合わせで共に使われ得ると理解されるべきである。
【００２７】
ここで、上述の向上が採用され得るソフトロボットシステムの一般的な概要は、図１から図５Ｃを参照して記載される。
【００２８】
（システムの概要）
旧来のロボットの把持部またはアクチュエータは、高価であり得、取り扱い対象の物体の重さ、大きさおよび形状の不確定性および多様性が自動化されたソリューションが稼働することをこれまで妨げてきた特定の環境において動作することができなくあり得る。本出願は、適応性があり、安価で、軽量で、カスタマイズ可能で、かつ使うことが簡単な、新規なソフトロボットアクチュエータの適用を記載する。
【００２９】
ソフトロボットアクチュエータは、ゴムなどのエラストマー材料か、圧力下で広がるように構成されたアコーディオン構造に配列されるプラスチックの薄壁か、他の適切な比較的ソフトな材料から形成され得る。ソフトロボットアクチュエータは、例えば、エラストマー材料の１つまたはそれよりも多くの部分を所望の形状に成形することによって、作り出され得る。ソフトロボットアクチュエータは、アクチュエータを膨張および作動させるために空気、水または生理食塩水などの流体で充填され得る中空の内部を含み得る。作動すると、アクチュエータの形状またはプロファイルは変わる。（以下でより詳細に記載される）アコーディオン状のアクチュエータの場合には、作動は、アクチュエータを所定の目標形状へと、湾曲または真っすぐにさせ得る。完全に未作動の形状と完全に作動させられた形状との間の、１つまたはそれより多くの中間の目標形状は、アクチュエータを部分的に膨張させることによって、達成され得る。代わりにまたは加えて、アクチュエータは、膨張流体をアクチュエータから取り除くために真空を使って作動させられ得、それによって、アクチュエータが曲がる程度および／またはアクチュエータが伸びる程度を変え得る。
【００３０】
作動はまた、アクチュエータが、掴握される物体または押される物体などの物体に力を加えることを可能にし得る。しかし、従来のハードロボットアクチュエータと異なり、ソフトアクチュエータは、ソフトアクチュエータが掴握される物体の形状に部分的にまたは完全に適合し得るように、作動したときに、適応性のある特性を維持する。さらに、印加される力の量は、材料が容易に変形し得るので、より広い表面積にわたって制御された態様で分散され得る。このように、ソフトロボットアクチュエータは、物体を傷つけることなく、物体を把持し得る。
【００３１】
さらに、ソフトロボットアクチュエータは、従来のハードロボットアクチュエータでは達成するのが難しくあり得るか不可能であり得る、新たな種類の動きまたは動きの組み合わせ（曲がること、捻じれること、伸びることおよび収斂することを含む）を可能にする。
【００３２】
本開示によると、ソフトロボットアクチュエータをハードロボットアセンブリにインターフェイス接続するためのハブおよび／または掴握部アセンブリが提供される。その上、アクチュエータの新たな構成および種類が記載される。アクチュエータは、ハブおよび／または掴握部アセンブリとともに使われ得る。
【００３３】
アクチュエータは、空気、水または生理食塩水などの膨張流体で膨張可能なソフトロボットアクチュエータであり得る。膨張流体は、流体接続を通して膨張デバイスを介して提供され得る。アクチュエータは、周囲の環境と実質的に同じ圧力で、限られた量の膨張流体がアクチュエータ内に存在する、膨張していない状態にあり得る。アクチュエータはまた、所定量の膨張流体がアクチュエータ内に存在する（所定量はアクチュエータによって印加される所定の最大力、または膨張流体によってアクチュエータに印加される所定の最大圧力に対応）、完全に膨張した状態にあり得る。アクチュエータはまた、すべての流体がアクチュエータから取り除かれる完全真空状態にあり得るか、一部の流体がアクチュエータ内に存在するが周囲の圧力より低い圧力にある部分的真空状態にあり得る。さらに、アクチュエータは、アクチュエータが完全に膨張した状態で存在する膨張流体の所定量より少ないが皆無の（または非常に限られた）膨張流体よりは多くを含む、部分的に膨張した状態にあり得る。
【００３４】
膨張した状態では、アクチュエータは中心軸の周りに湾曲し得る。議論を容易にするために、いくつかの方向が本明細書中で定義される。軸方向は中心軸を通り、その中心軸の周りをアクチュエータが湾曲する。半径方向は、軸方向に対して垂直の方向に、膨張したアクチュエータによって形成された部分円の半径の方向に延びる。周囲方向は、膨張したアクチュエータの周囲に沿って延びる。
【００３５】
膨張した状態では、アクチュエータは、アクチュエータの内側周囲縁に沿って半径方向に力を加え得る。例えば、アクチュエータの遠位先端部の内側は、中心軸に向かって内側に力を加える。ソフトロボットアクチュエータは、使用される材料およびアクチュエータの全体構造に起因して、膨張したときに比較的適合性のあるままであり得る。
【００３６】
アクチュエータは、比較的ソフトなまたは適合性のある構造を可能とする、１つまたはそれより多くのエラストマー材料から作られ得る。適用に応じて、エラストマー材料は、食品安全性があるか、生体適合性があるか、または医学的に安全性があるＦＤＡに承認された材料の群から選択され得る。アクチュエータは、適正製造工程（“ＧＭＰ”）が可能な施設で製造され得る。
【００３７】
アクチュエータは、実質的に平らなベースを含み得る。アクチュエータはまた、１つまたはそれより多くのアコーディオン拡張部を含み得る。アコーディオン拡張部は、膨張したときにアクチュエータが曲がることまたは屈曲することを可能にし、膨張した状態にあるときにアクチュエータの形状を定めることを助ける。アコーディオン拡張部は、一連の隆起および谷を含む。アコーディオン拡張部の大きさならびに隆起および谷の布置は、異なる形状または拡張プロファイルを得るために変更され得る。
【００３８】
アクチュエータ１００の本体の形状か、アコーディオン拡張部１０４の大きさ、位置または構成を変えることによって、異なる大きさ、形状および構成が達成され得る。さらに、アクチュエータに提供される膨張流体の量を変化させることは、アクチュエータが、膨張していない状態と膨張した状態との間の、１つまたはそれより多くの中間の大きさまたは形状を呈することを可能にする。このように、個々のアクチュエータは、膨張量を変化させることによって、大きさおよび形状を拡大縮小可能であり得、アクチュエータを含む装置はさらに、あるアクチュエータを異なる大きさ、形状または構成を有する別のアクチュエータと取り替えることによって、大きさおよび形状を拡大縮小可能であり得る。
【００３９】
アクチュエータは、近位端から遠位端に延在する。近位端は、随意に、インターフェイスに接続し得る。インターフェイスは、アクチュエータがハブアセンブリの他の部分に解放可能に連結されることを可能にする。インターフェイスは、ステンレス鋼、アルミニウム、プラスチック、またはアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（“ＡＢＳ”）もしくはＤｅｌｒｉｎなどの食品安全性があるかもしくは医学的に安全性がある材料から作られ得る。インターフェイスは、アクチュエータと、ハブへの流体インターフェイスのうちの１つまたは両方に解放可能に連結され得る。インターフェイスは、アクチュエータに接続するためのポートを有し得る。異なるインターフェイスは、より大きなまたはより小さなアクチュエータ、異なる数のアクチュエータ、または異なる構成にあるアクチュエータを収納するために、異なる大きさ、数または構成のアクチュエータポートを有し得る。
【００４０】
アクチュエータは、流体接続を通して膨張デバイスから供給される膨張流体で膨張させられ得る。インターフェイスは、流体がアクチュエータに入ることを可能にするが（バルブが開かれていなければ）流体がアクチュエータから出るのを妨げるためのバルブを含み得るか、そのバルブに取り付けられ得る。流体接続が、それに加えて、あるいは代わりに、膨張デバイスの位置で膨張流体の供給を調節するために、膨張デバイスにある膨張バルブに取り付き得る。
【００４１】
膨張流体は、例えば、空気、水または生理食塩水であり得る。空気の場合、膨張デバイスは、周囲の空気を供給するための、球状部または蛇腹を含み得る。生理食塩水の場合、膨張デバイス１２０は、シリンジまたは他の適切な流体送達システムを含み得る。代わりにまたは加えて、膨張デバイス１２０は、膨張流体を供給するための、圧縮器、ポンプ、調節器、または圧縮ガスか液化ガスのタンクを含み得る。
【００４２】
例えば、膨張デバイスは、膨張流体を供給するための流体供給源を含み得る。ある実施形態では、流体供給源は、圧縮された、空気または生理食塩水を貯蔵するための貯蔵器であり得るか、周囲の空気を流体接続に供給するためのベントであり得る。
【００４３】
膨張デバイスはさらに、流体接続を通して膨張流体を流体供給源からアクチュエータに供給するために、ポンプ、調節器または圧縮器などの流体送達デバイスを含み得る。流体送達デバイスは、流体をアクチュエータに供給すること、または（例えば、真空もしくは類似の動作を通して）流体をアクチュエータから取り出すことが可能であり得る。流体送達デバイスは、電気によって動力を供給され得る。電気を供給するために、膨張デバイスは、バッテリーまたはコンセントへのインターフェイスなどの、電力供給源を含み得る。
【００４４】
電力供給源はまた、電力を制御デバイスに供給し得る。制御デバイスは、ユーザが、例えば、１つもしくはそれより多くの作動ボタン（またはスイッチなどの代替デバイス）を通して、アクチュエータの膨張または収縮を制御することを可能にし得る。制御デバイスは、制御信号を流体送達デバイスに送り、流体送達デバイスに、膨張流体をアクチュエータに供給させるか、膨張流体をアクチュエータから取り出させるためのコントローラを含み得る。
【００４５】
上記に記載された構成要素は、ハブを使って共に接続され得る。図１を参照して、本開示による例示的なハブ１００が示される。ハブ１００はマスター側アセンブリ１０およびツール側アセンブリ２０を含む。概して、マスター側アセンブリ１０は、ロボットアーム、ロボットガントリシステム、ロボットマニピュレータ、または概してロボット（例えば、ハードロボット）アセンブリの任意のエンドエフェクタなどの、機械的アセンブリに接続され得るか、接続可能であり得る。ツール側アセンブリ２０は、様々なソフトアクチュエータ３０−ａ（ａは正の整数）を作用可能に接続するように構成され得る。特に、ツール側アセンブリ２０に、アクチュエータ取り付け部分２０−ｂ（ｂは正の数）が提供され得る。ツール側アセンブリ２０が、任意の数のソフトアクチュエータ３０−ａを接続するように構成され得ることに留意することは重要である。しかし、便宜上および明確性のために、いくつかのソフトアクチュエータ３０−ａ（例えば、３０−１、３０−２、３０−３および３０−４）ならびにいくつかのアクチュエータ取り付け部分２０−ａ（例えば、２０−１、２０−２、２０−３および２０−４）が、図で示される。その上、アクチュエータ取り付け部分２０−ｂの数が、ツール側アセンブリ２０に接続されたアクチュエータ３０−ａの数と異なり得ることに留意することは重要である。
【００４６】
概して、マスター側アセンブリ１０およびツール側アセンブリ２０のそれぞれは、アセンブリ１０および２０を互いに解放可能に連結するように構成されたインターフェイスを含む。特に、ツール側アセンブリ２０は、インターフェイス部分２１を含み、マスター側アセンブリは、（見る角度によって分かりにくい）インターフェイス部分１１を含む。インターフェイス部分１１および２１は、アセンブリ１０および２０を連結するように構成され得、膨張ライン（例えば、気圧式、液圧式など）接続、電気接続、または他の接続に封止を提供するように構成され得る。
【００４７】
図２Ａ〜２Ｃは、様々な観点からハブ１００の分解図を示す。特に、図２Ａは、マスター側アセンブリ１０およびツール側アセンブリ２０を示す、真横の視点からハブ１００を示す。さらに、アクチュエータ取り付け部分２２−１は、ツール側アセンブリ２０に示される。その上、インターフェイス部分１１および２１が示される。図２Ｂは、マスター側アセンブリ１０およびツール側アセンブリ２０を示す、斜め下から上への斜視的視点からハブ１００を示す。さらに、アクチュエータ取り付け部分２２−１および２２−２が、ツール側アセンブリ２０に示される。図２Ｂは、マスター側アセンブリ１０およびツール側アセンブリ２０を示す、斜め下から上への斜視的視点からハブ１００を示す。さらに、アクチュエータ取り付け部分２２−１および２２−２が、ツール側アセンブリ２０に示される。その上、インターフェイス部分１１および２１が示される。図２Ｃは、マスター側アセンブリ１０およびツール側アセンブリ２０を示す、斜め上から下への斜視的視点からハブ１００を示す。さらに、アクチュエータ取り付け部分２２−１および２２−２が、ツール側アセンブリ２０に示される。その上、インターフェイス部分１１および２１が示される。
【００４８】
インターフェイス部分１１および２１の区域は、図１および図２Ａ〜２Ｃに示されるが、インターフェイス部分は様々な構成を有し得、インターフェイス部分は図１および図２Ａ〜２Ｃに示されるインターフェイス部分に限定されるべきではないと理解されるべきである。
【００４９】
図３Ａ〜３Ｅは、様々な観点から、ハブ１００および取り付けられたアクチュエータ３０の組立図を示す。特に、図３Ａは、マスター側アセンブリ１０およびツール側アセンブリ２０を示す、真横の視点からハブ１００を示す。さらに、アクチュエータ３０−２および３０−３は、ツール側アセンブリ２０に取り付けられて示される。アクチュエータ３０−２および３０−３は、（例えば、膨張または収縮などしていない）「中立な」位置で示される。図３Ｂは、マスター側アセンブリ１０およびツール側アセンブリ２０ならびに膨張した状態にある取り付けられたアクチュエータ３０−２および３０−３を示す、真横の視点から、ハブ１００を示す。図３Ｃは、ハブ１００を斜め横の視点から示し、図３Ｄおよび３Ｅは、ハブ１００を（それぞれ）斜め下から上への、斜め上から（ｔｏｍ）下への、斜視的視点から示す。特に、アセンブリ１０および２０は、共に連結されて示され、アクチュエータ３０−１、３０−２、３０−３および３０−４が、ツール側アセンブリに取り付けられ膨張して示される。
【００５０】
したがって、ハブアセンブリ１００は、ツール側アセンブリ２０を変えることによって、様々な掴握部アセンブリ間で素早く切り替えるために使われ得る。例示的な掴握部アセンブリが、ここで記載される。システムが１つのマスター側アセンブリ１０および複数のツール側アセンブリ２０でインプリメントされ得、複数のツール側アセンブリがそれぞれ、異なる掴握部構成を有することに留意することは重要である。そのようなものとして、システムは、異なる掴握部またはソフトアクチュエータを必要とする異なる動作を行うために、素早く再構成および使用され得る。
【００５１】
図４Ａ〜４Ｄは、ツイストロックインターフェイスを含むハブアセンブリ１００の一例を示す。特に、図４Ａは、マスター側アセンブリ１０およびツール側アセンブリ２０を示す、ハブアセンブリ１００の分解した上から下への斜視図を示す。さらに、アクチュエータ取り付け部分（例えば、２２−１）は、ツール側アセンブリ２０に示される。さらに、インターフェイス部分１１および２１の詳細が示される。特に、インターフェイス部分１１はペグ１５および接続ポート１６を含み、インターフェイス部分２１はスロット２５および接続ポート２６を含む。ペグおよびスロットは、互いに解放可能に固定されるように構成される。特に、スロット２５は様々な直径を有し得、各スロットの一端は、ペグ１５のうちの対応するペグの端を受け止めるように適合される。ペグ１５がスロット２５に嵌ると、アセンブリ１０かアセンブリ２０のいずれかが、ペグ１５を所定の位置でロックするために捻られ得、それによってアセンブリ１０をアセンブリ２０に固定する。
【００５２】
図４Ｂ〜４Ｃは、ツール側アセンブリ２０の、（それぞれ）上からの斜視図と上から下への図を示す。見られるように、ツール側アセンブリ２０は、アクチュエータ取り付け部分（例えば、２２−１）、スロット２５および接続ポート２６を含む。図４Ｄはツール側アセンブリ２０の側面図を示す。見られるように、ツール側アセンブリ２０は、マスター側アセンブリ１０のインターフェイス部分１１において、対応する凹状の部分に嵌るように構成された上部が段状または凹状の部分２３を含み得る。
【００５３】
その上、接続ポート１６および２６は、アセンブリ１０および２０が共に固定された場合、封止し得るか封止を形成し得る。そのようなものとして、電気信号ラインに加えて、膨張ライン（例えば、気圧式、液圧式など）のための、封止された経路または接続点が、接続点１６および２６を通して提供され得る。
【００５４】
代わりに、または、それに加えて、ツール側アセンブリ２０は、磁気インターフェイス、静電気接着インターフェイス、または任意の他の適切な種類のインターフェイスを通して、マスター側アセンブリ１０に固定され得る。
【００５５】
ハブは、アクチュエータの角度、および／またはアクチュエータ間の相対距離を調整するために、多くの方法で調整可能であり得る。そのようなハブおよびアクチュエータの例示的な実施形態が、次に記載される。
【００５６】
（角度および相対距離調整）
調整可能なハブは、アクチュエータの、ピッチの広がり、数または種類を作動させられることまたは調整されることを可能にし得る。そのようなハブは、アクチュエータの角度が互いに対して変えられることを可能とし得るか、アクチュエータが互いに対して線形的に移動させられ、それによってアクチュエータ間の離間を調整することを可能とし得る。これらのパラメータの調整は、制御デバイスを使って自動で、またはオペレータによる操作に応じて手動で行われ得る。（自動または手動調整の）いずれの場合でも、調整は、アクチュエータをハブから取り除く必要、またはアクチュエータを異なる特徴を有する異なるアクチュエータと取り替える必要なく、動的に行われ得る。
【００５７】
図５Ａ〜５Ｃは、例示的なハブアセンブリ１００、および電気機械式部分３１を含むソフトアクチュエータ３０の例示的な構成を示す。示されるように、電気機械式部分３１は、アクチュエータを、ハブアセンブリ１００の中心に向かって内側に、またはハブアセンブリ１００の中心から離れて外側に、回転させるように起動され得る。ハブアセンブリ１００に対する電気機械式部分３１の角度を変えることによって、アクチュエータの角度が、ハブアセンブリ１００に対して変わり得、したがって互いに対して変わり得る。電気機械式部分３１は、アクチュエータが中立な位置にあるとき（例えば、図５Ａ〜５Ｂを参照）からアクチュエータが膨張した位置にあるとき（例えば、図５Ｃを参照）まで、アクチュエータの迎え角を変更および／または調整するために使われ得る。迎え角を調整することによって、アクチュエータは様々な大きさまたは構成の物体を掴握するように構成され得る。
【００５８】
代わりに、または、電気機械式部分３１（例えば、モータ）に加えて、アクチュエータの角度を調整する装置の部分は、機械式（例えば、手駆動式クランク）、流体式（例えば、気圧駆動式回転アクチュエータなどの、液圧式か気圧式）もしくはこれらの任意の組み合わせ、または他の適切な調整技術であり得る。
【００５９】
図６Ａ〜Ｄは、複数のアクチュエータ２７０２ａ、２７０２ｂ、２７０２ｃおよび２７０２ｄが角度的に調整可能な態様でハブ２７０４に搭載された、ソフトロボットアクチュエータアセンブリ２７００の別の例を示す。例えば、図６Ａを参照すると、アクチュエータ２７０２ａ〜ｄは、アクチュエータ２７０２ａ〜ｄが互いに実質的に平行関係に配置された、中立な構成で示される。図６Ｂは、アクチュエータ２７０２ａ〜ｄが加圧され（すなわち、湾曲および掴握し）、アクチュエータ２７０２ａ〜ｄの内側に略囲まれたスペースＳｎを画定する状態の、図６Ａの中立な構成にあるアクチュエータ２７０２ａ〜ｄを示す。図６Ｃは、アクチュエータ２７０２ａ〜ｄがハブ２７０４への取り付けのそれぞれの点の周りを旋回し、アクチュエータ２７０２ａ〜ｄをハブ２７０４の長手方向軸ｙに対してそれぞれの角度θａ、θｂ、θｃおよびθｄだけ偏向させる、角度的に調整された構成にあるアクチュエータ２７０２ａ〜ｄを示す。アクチュエータ２７０２ａ〜ｄは、約３０度の角度に偏向されてそれぞれ示されるが、アクチュエータ２７０２ａ〜ｄが任意の所望の角度（例えば、０〜１８０度の間）に偏向され得ることが企図される。図６Ｄは、アクチュエータ２７０２ａ〜ｄが加圧され（すなわち、湾曲および掴握し）、アクチュエータ２７０２ａ〜ｄの内側に略囲まれたスペースＳａを画定する状態の、図６Ｃの角度的に調整された構成におけるアクチュエータ２７０２ａ〜ｄを示す。見られるように、加圧されたアクチュエータ２７０２ａ〜ｄの角度的に調整された構成によって画定された囲まれたスペースＳａは、加圧されたアクチュエータの中立な構成によって画定された囲まれたスペースＳｎより大きい。アクチュエータ２７０２ａ〜ｄの角度調整は、したがって、様々な大きさおよび外形の物に接近およびそれらの物を掴握するためのアセンブリ２７００を動的に構成するのに有用であり得る。
【００６０】
アクチュエータ２７０２ａ〜ｄの角度調整が、自動で（例えば、ハブ２７０４およびアクチュエータ２７０２ａ〜ｄに取り付けられた１つまたはそれより多くのサーボモータの作動を介して）または手動で実施され得ることが企図される。アクチュエータ２７０２ａ〜ｄの角度調整が、ギヤ配列を通してなどによって、相互依存であり得、それによって偏向の角度θａ、θｂ、θｃおよびθｄが常に等しくなっていることがさらに企図される。代わりに、偏向の角度θａ、θｂ、θｃおよびθｄは必ずしも常に等しいわけでなくあり得るが、それでもなお、各アクチュエータのための調整メカニズム間で提供される異なるギヤ比の結果として互いに依存し得る（例えば、アクチュエータ２７０２ａの角度をθａに変えることは、アクチュエータ２７０２ｂの角度を２θａに変えるという影響を有し得る）。ギヤの代わりに、ベルトまたはカムシステムなどの、依存した態様で偏向の角度を調整するための他の機械式の選択肢が、使われ得る。アクチュエータ２７０２ａ〜ｄの角度調整が独立し得、それによって偏向の角度θａ、θｂ、θｃおよびθｄのうちの１つまたはそれより多くが、アクチュエータのそれぞれの角度が互いに依存しない方法で、他の偏向の角度と異なり得ることがさらに企図される。アセンブリ２７００の構成を変化させ、様々な大きさおよび外形の掴握物をよりよく収納するために、アクチュエータ２７０２ａ〜ｄのうちの１つまたはそれより多くがハブ２７０４から取り外され得るか１つまたはそれより多くの追加のアクチュエータがハブ２７０４に取り付けられ得ることが、さらに企図される。
【００６１】
他の実施形態では、ツール側アセンブリ２０および／またはソフトアクチュエータ３０は、アクチュエータの広がりが調整されることを可能にする構成要素を含み得る。例えば、図７Ａ〜７Ｅは、ツール側アセンブリ２０および取り付けられたソフトアクチュエータ３０の一例を示す。いくつかの例では、ツール側アセンブリ２０に、迎え角を調整し物体を持ち上げるために、この例に示されるソフトアクチュエータが提供され得る。
【００６２】
図７Ａは、様々な角度および観点から、ツール側アセンブリ２０およびソフトアクチュエータ３０を示す。示されるように、ソフトアクチュエータ３０は、ソフト角度調整器３２を含む。図７Ｂは、ソフトアクチュエータ３０が取り付けられたツール側アセンブリ２０の底面図、およびソフト角度調整器３２の拡大図２００を示す。見られるように、ソフト角度調整器３２は、ソフトアクチュエータ３０間に横方向に配置される。動作中、ソフト角度調整器３２は、ソフトアクチュエータ３０間の角度を調整するために、独立して膨張および収縮し得る（例えば、互いに独立、および／またはソフトアクチュエータから独立している）。
【００６３】
図７Ｃ〜７Ｅは、様々な状態にある、ソフトアクチュエータ３０およびソフト角度調整器３２を示す。特に、図７Ｃは、中立な位置にあるソフトアクチュエータ３０および収縮したソフト角度調整器３２を示す。そのようなものとして、対のソフトアクチュエータ３０間（例えば、３０−１と３０−２との間、および３０−３と３０−４との間など）の角度が小さくなる。図７Ｄは、中立な位置にあるソフトアクチュエータ３０および膨張したソフト角度調整器３２を示す。そのようなものとして、対のソフトアクチュエータ３０間（例えば、３０−１と３０−２との間、および３０−３と３０−４との間など）の角度が大きくなる。図７Ｅは、膨張した位置にあるソフトアクチュエータ３０および膨張したソフト角度調整器３２を示す。そのようなものとして、対のソフトアクチュエータ３０間（例えば、３０−１と３０−２との間、および３０−３と３０−４との間など）の角度が大きくなり、膨張したソフトアクチュエータ３０の迎え角もまた大きくなる。
【００６４】
図７Ａ〜７Ｅは、広がりがソフトアクチュエータの動きによって変えられる一例を示すが、当業者は広がりを変えるための他の方法もまた可能であることを認める。例えば、いくつかの実施形態では、バネがアクチュエータを離して保持し得る。バネは、バネに対して動作して働くロッキングクランクメカニズムに接続され得る。クランクを一方向に動作させるとき、クランクはバネを圧縮しアクチュエータを引き合わせ、クランクを反対方向に動作させるとき、クランクはバネを解放しアクチュエータを離す。
【００６５】
他の実施形態では、他の機械式、電気機械式または気圧式デバイスが、アクチュエータの広がりを変えるために使われ得る。
【００６６】
（剛化層）
さらなる実施形態が、スラットなどの、１つまたはそれより多くの剛性の構成要素を組み込む、異方性の補強ベースを提供する。構成要素は、金属、プラスチックまたは任意の他の適切に剛性の材料から作られ得る。剛性の構成要素は、圧力が印加されるときにアクチュエータが正方向に（把持された物体に向かって）曲がることをより難しくする歪み制限層において曲折するのを妨げるために、アクチュエータ内に直接、ストラップで付けられ得るか、包まれ得るか、接着され得るか、成形され得る。剛性の構成要素はまた、真空が印加されるときに負方向に曲がるのを難しくする把持表面のキャビテーションを妨げるように機能する。この場合、剛性の構成要素は、キャビテーションする表面がスラットから離れていくのを妨げるために、フィンガ内に成形またはフィンガ上に接着され得る。
【００６７】
より詳しくは、いくつかのアクチュエータが、特定の所望の挙動に対応するために、異なる硬さまたは壁厚のエラストマーを組み込む。様々な厚さまたは硬さのこの層は、歪み制限層と呼ばれることがある。
【００６８】
図８Ａ〜８Ｆを参照すると、歪み制限層での曲折を妨げるための補強されたアクチュエータが、ここで記載される。ソフトアクチュエータの歪み制限層は、膨張中、アクチュエータの中立な曲がる面から離れて曲折する傾向を有し得る。歪み制限層のこの曲折は、アクチュエータの断面の断面２次モーメントを増加させ、それによって曲がることへのアクチュエータの抵抗を高める。この挙動は、アクチュエータの機能を減殺する。
【００６９】
この問題は、剛性の要素（例えば、プラスチック、金属、セラミックまたはより硬いエラストマー）を歪み制限層内にオーバーモールド成形することによって、軽減され得る。これは、複数の剛性の要素を、歪み制限層内に布置することによって、達せられ、ここで、各要素の長軸が、曲がることの中立軸に対して垂直に配向される。この配向は、剛性の要素が中立軸に対して垂直な方向で歪み制限層の曲折を妨げることを可能にするが、中立軸に沿って曲がることを最低限阻害するのみである。
【００７０】
剛性の要素は、ソフトアクチュエータ本体の歪み制限層とオーバーモールド成形された封入エラストマー層との間の所定の位置に保持され得る。図８Ａは、封入エラストマー層が歪み制限層３００２上にないソフトアクチュエータ本体３００１（左）および封入エラストマー層３００３を有する同じソフトアクチュエータ本体（右）の並んだ底面図を示す。封入エラストマー層３００３は、ソフトアクチュエータ本体と同じ材料（例えば、同じエラストマー材料）から作られ得るか、比較的より剛性の材料から作られ得る。図３０Ｂは、封入エラストマー層３００３が歪み制限層３００２上にある状態およびない状態（それぞれ、上と下）の、ソフトアクチュエータ本体３００１の並んだ側面図である。
【００７１】
いくつかの実施形態では、封入エラストマー層３００３は、歪み制限層３００２での曲折を妨げるために、補強スラット３００４を覆い得る。ソフトアクチュエータ本体３００１に、補強スラット３００４を受け止めるための成形されたトレンチ３００５が提供され得る。代わりに、または、それに加えて、成形されたトレンチ３００５は封入エラストマー層３００３内に位置し得るか、トレンチ３００５はソフトアクチュエータ本体３００１内および封入エラストマー層３００３内の両方に位置し得る。アセンブリでは、補強スラットは、トレンチ３００５内にスロット嵌合され得、封入エラストマー層３００３で覆われ得る。スラット３００４は、プラスチック、金属、セラミックまたはより硬いエラストマーなどの、ソフトアクチュエータ本体３００１と比べると、比較的剛性の、１つの材料または複数の材料から作られ得る。
【００７２】
図８Ｃは、封入エラストマー層３００３を有するソフトアクチュエータ本体３００１の側面を示し、図８Ｄは、剛性のスラット３００４の位置を示す、図８Ｃに示されたアクチュエータの断面図である。図８Ｅは、歪み制限層３００２と封入エラストマー層３００３との間に剛性のスラット３００４を示す、分解図である。
【００７３】
図８Ｆは、封入エラストマー層３００３を有し、さらに、ソフトアクチュエータブラダのアコーディオン状の谷３００６を補強するための、オーバーモールド成形された剛性のまたはエラストマーの構造３００７を有する、ソフトアクチュエータ本体３００１の一例を示す。構造３００７は、アコーディオン状の谷３００６での歪みを最小限にまたは小さくするために機能する。ソフトアクチュエータ本体３００１の膨張の圧力は、アコーディオン形状のソフトアクチュエータの谷３００６を歪ませ得る。これは、谷３００６において応力集中の点を生じさせ、上昇した圧力では、アクチュエータの故障につながり得る。それでもなお、アクチュエータの膨張圧力を上昇させることは、アクチュエータが把持部の一部として使われるときにアクチュエータによって送られ得る力を増加させるか、または、アクチュエータが適用において構造的要素として使われるときにアクチュエータの剛性を高めるので、アクチュエータの膨張圧力を上昇させることは望ましい。その結果、アクチュエータが上昇した圧力で動作させられるとき、これらの点でアクチュエータの歪みを最小限にするために、剛性の材料（例えば、プラスチック、金属、セラミックまたはより硬いエラストマー）でこれらの谷を補強することが望ましい。
【００７４】
図９Ａは、平行で離間した関係で可撓性のバッキング３１０４に貼り付けられる複数の剛性のスラット３１０２を含む、例示的な剛化層３１００を示す。スラット３１０２は、様々な金属、プラスチックおよび複合材を含むが、それらに限定されない、任意の適切に剛性の材料から形成され得る。図９Ｂに示されるように、剛化層３１００は、例えば（示されるような）レース、接着剤、機械式留め具、および硬いＯリング（例えば、ショア８０Ａまたはショア９０Ａのエラストマーから構築されるＯリング）などによる、取り付けの様々な手段を使って、アクチュエータ３１０６の掴握側に貼り付けられ得る（スラット３１０２はアクチュエータ３１０６の方を向いており、したがってこの視点では見えない）。取り付けの手段は、アクチュエータのアコーディオン拡張部の谷にわたって接続し得る。いくつかの実施形態では、可撓性のバッキング３１０４は省かれ得、剛性のスラット３１０２は、（例えば、オーバーモールド成形することによって）アクチュエータ３１０６自体の材料へと一体化され得る。
【００７５】
剛化層３１００が、上記に記載された態様でアクチュエータ３１０６の掴握側に付与されると、剛性のスラット３１０２は、アクチュエータ３１０６が加圧されるときに、アクチュエータ３１０６の掴握側が膨出することまたは凸状になることを妨げ、ここで、そのような膨出は、物を掴握しようとするときに内側に曲がる、アクチュエータ３１０６の能力を阻害し得る。さらに、剛性のスラット３１０２は、真空がアクチュエータ３１０６に印加されるときに、アクチュエータ３１０６の掴握側がキャビテーションすることまたは凹状になることを妨げ得、ここで、そのようにキャビテーションすることは他の態様では、物から離れるように開こうとするときに外側に曲がる、アクチュエータ３１０６の能力を阻害し得る。剛性のスラット３１０２は、互いに離間し、かつ、開く間におよび閉じる間にアクチュエータ３１０６が曲がる方向に対して、垂直であるため、剛性のスラット３１０２は、アクチュエータ３１０６の通常の動作を阻害または妨害しない。
【００７６】
アコーディオン拡張部間の谷は、最も高い応力集中の点である傾向がある。上述されたレースは、この領域が圧力下で拡大することを妨げるように機能し、アクチュエータの故障を妨げることを助ける。これは、アクチュエータが中立な曲がる面から離れて膨出することを妨げることによって達成される。
【００７７】
（力増幅）
次に記載されるのは力増幅構造であり、力増幅構造は、そのような力増幅構造を採用しないアクチュエータと比べて、膨張したアクチュエータの遠位先端部での力を増幅するためのものである。
【００７８】
力増幅構造は、アクチュエータの偏向可能な区域を短縮させ得る。梁理論から、同じ作動圧力では、より短いアクチュエータは、同等の断面のより長いアクチュエータと同じ距離だけ偏向させるために、より多くの力を必要とすると理解される。把持するアクチュエータに印加されるとき、把持する力は、アクチュエータが邪魔されていなければアクチュエータが達成する、曲がる程度をアクチュエータが達成することを、掴握対象の物体が妨げるということから生じる。したがって、アクチュエータを邪魔している掴握対象は、効果的にアクチュエータを偏向している。この偏向と等しくかつ反対の力が、掴握する力である。
【００７９】
力増幅構造は、１つまたはそれより多くのアクチュエータを共に保持し、かつ、アクチュエータの長さに沿った静的または調整可能な拘束を提供する、リング、カフ、シリンダ、ロッドおよびアコーディオン様構造などを含み得る。力増幅構造は、１つまたは複数のアクチュエータに取り付けられ得るか、（例えば、力増幅構造を１つまたは複数のアクチュエータ内に成形することによって）１つまたは複数のアクチュエータと一体にさせられ得る。力増幅構造は、力増幅の量が動的に調整されることを可能にする、１つまたはそれより多くのセンサを含み得る。
【００８０】
複数の力増幅構造は、所望の力適用プロファイルを達成するために、組み合わされ得る。力増幅構造の構成、種類および数は、異なる力増幅結果を達成するために、アクチュエータ間で変更され得るか、同じアクチュエータに対して変えられ得る。
【００８１】
力増幅構造はまた、短縮されたアクチュエータをより安定させるために機能し得る。把持部が（例えば、掴握された物体をある位置から別の位置に動かすために）加速または減速させられるときに、アクチュエータは揺れる傾向にあり得る。いくつかの適用では、特に、布置精度が重要な場合は、どこに物体が布置され得るかを予測することが難しくなるので、アクチュエータの揺れは望ましくなくあり得る。同じ断面積を有するより長いアクチュエータと比べて、同等の距離だけより短いアクチュエータを偏向させることは、より多くの力を必要とするので、より短いアクチュエータは、より長いアクチュエータと比べて、加速または減速の同じ力の下では、より少なく揺れる傾向がある。したがって、（例えば、力増幅構造を取り付けることによって）アクチュエータの有効長さを減少させることで、揺れが減少され得る。このように、（例えば、力増幅バンドを使うことによって）把持部の１つまたは複数のアクチュエータを、手元の所与の把持タスクのために、可能な限り最短の長さに短縮することは、動作中の揺れを減少または除去するために有用であり得、ひいては、持ち上げる精度および布置する精度を向上させる。
【００８２】
力増幅構造は、（例えば、力増幅構造およびハブに固定された１つまたはそれより多くの梁などの機械式接続を通して）アクチュエータを保持しているハブに直接固定され得る。これは、アクチュエータの短縮した掴握端のみを自由に動ける状態にすることによって、アクチュエータが全体として、揺れることを妨げることを助ける。
【００８３】
力増幅構造はまた、捻じれないようにおよび／または重複しないように、１つまたはそれより多くのアクチュエータを安定させるように機能し得る。比較的小さな物体を持ち上げるときは、通常アクチュエータの先端部のみが対象を掴握するために使われる。その結果、アクチュエータの中間および近位の部分の多くは、アクチュエータのこれらの部分を邪魔する任意の物がなければ、自由なスペースに置かれる。アクチュエータの邪魔されていない部分は、互いに捻じれる傾向または互いに重複する傾向を有し得、その傾向は、捻じれたアクチュエータまたは重複したアクチュエータを含む把持部を正確に制御することを難しくする。
【００８４】
本明細書中に記載された力増幅構造の別の利点は、力増幅構造がアクチュエータのプロファイルを変え得、したがって掴握された対象と対象を掴握するアクチュエータとの間の適合性のある接触の程度を変え得ることである。結果として、アクチュエータは、力増幅されないアクチュエータと比べて、対象とのより高い程度の表面接触を達成し得る。この増加した接触は、アクチュエータと掴握された対象との間のより多くの摩擦を意味し、ひいては、より良い把持を意味する。このように、力増幅構造は、力増幅されない構造によってうまく掴握されない、特定の形状の物体の把持に把持部を合わせるために、１つまたはそれより多くのアクチュエータを有する把持部の外形プロファイルを変え得る。
【００８５】
図１０Ａは、複数のアクチュエータ２８０２ａ、２８０２ｂ、２８０２ｃおよび２８０２ｄがハブ２８０４に搭載され、力増幅バンド２８０６がアクチュエータ２８０２ａ〜ｄを取り囲む、ソフトロボットアクチュエータアセンブリ２８００の一例を示す。力増幅バンド２８０６は、リングまたはカフ（または、さらに下記に記載されるような複数の相互接続されたリング／カフ）の一般的な形状を有する、（例えば、金属、プラスチック、ゴム、布、様々な複合材などから形成される）剛性または可撓性の部材であり得る。力増幅バンド２８０６は、ハブ２８０４から距離ｄに位置する長手方向の位置においてアクチュエータ２８０２ａ〜ｄを取り囲み得、かつそのアクチュエータ２８０２ａ〜ｄを拘束し得る。このようにアクチュエータ２８０２ａ〜ｄを拘束することによって、各アクチュエータ２８０２ａ〜ｄのモーメントアームは短縮され、アクチュエータ２８０２ａ〜ｄが加圧されるときに、掴握された物に対して各アクチュエータ２８０２ａ〜ｄの先端部によって印加される垂直力は増加する。力増幅バンド２８０６は、したがって、アクチュエータ２８０２ａ〜ｄの把持強度を向上させるために使われ得る。
【００８６】
各アクチュエータ２８０２ａ〜ｄの先端部で加えられる垂直力を増加させることに加えて、力増幅バンド２８０６はまた、拘束されていない構成と比べて、互いに対するアクチュエータ２８０２ａ〜ｄの外側への曲折を拘束し、それによって、力増幅バンド２８０６が所定の位置にないときに比べて、アクチュエータが加圧されるときには、アクチュエータ２８０２ａ〜ｄの遠位部分に、より平らなプロファイルを呈させる。そのように平らになったプロファイルは、特定の大きさまたは外形の物を掴握するのに適切であり得る。その上さらに、力増幅バンド２８０６は、アクチュエータ２８０２ａ〜ｄを安定させるように機能し、アクチュエータが加圧されるときに、アクチュエータ２８０２ａ〜ｄの捻じれ、重複および／またはずれを軽減する。
【００８７】
アクチュエータ２８０２ａ〜ｄに沿った力増幅バンド２８０６の長手方向位置が、手動または自動で調整され得ることが、企図される。例えば、図１０Ｂは、可変の長手方向位置ｐで一群のアクチュエータ２９０２ａ〜ｄを拘束するために、自動で（例えば、様々な、電気式、液圧式または気圧式駆動メカニズムを介して）、長手方向に伸ばされ得かつ後退させられ得る、調整可能なカフまたは蛇腹２９００によって具体化された力増幅バンドを示す。
【００８８】
図１０Ｃは、２つのループ３００２および３００４を定める８の字形状を有する、可撓性のストラップ３０００によって具体化された力増幅バンドを示す。各ループ３００２、３００４は、力増幅および／または安定を提供するための、上記に記載された態様で、１つまたはそれより多くのアクチュエータを拘束するために使われ得る。力増幅バンド３０００は、１ｘ２の構成を表すが、多くの他の力増幅バンドの構成（例えば、２ｘ２、１ｘ４、２ｘ４など）が、本開示から逸脱することなく、様々な数および配列のアクチュエータを拘束するために、インプリメントされ得ることが企図される。代わりに、または、それに加えて、可撓性のストラップ３０００が、四角、円、楕円または三角の形状などの、他の形状または構成を有し得る。
【００８９】
（把持構造）
いくつかの実施形態では、ソフトロボットアクチュエータは、アクチュエータの把持プロファイルをカスタマイズするために、１つまたはそれより多くの把持構造とともに設計され得るか、１つまたはそれより多くの把持構造で補われ得る。これは、アクチュエータが、把持される表面によりよく適合することを可能とし得るか、アクチュエータの把持性能を向上させる構造またはテクスチャを有することを可能とし得る。
【００９０】
把持構造は、アクチュエータの把持側表面に取り付けられるかその把持側表面と一体である、適合性のあるパッドまたは他の構成要素であり得る。把持パッドは、任意の種類のテクスチャ加工された表面を有し得、様々な異なる摩擦剪断力が可能である。同じハブに取り付けられた異なるアクチュエータは、異なる把持構造を有し得る。代わりに、または、それに加えて、同じアクチュエータが、アクチュエータ上の異なる位置に位置する複数の異なる把持構造を有し得、アクチュエータが所望の態様で物体を把持することを可能にし得る。把持構造の数、種類および構成は、把持される物体の大きさ、形状またはテクスチャに基づいて選択され得る。
【００９１】
図１１Ａは、２つのアクチュエータ３２０２ａおよび３２０２ｂがハブ３２０４に搭載され、アクチュエータ３２０２ａおよび３２０２ｂにそれぞれの把持パッド３２０６ａおよび３２０６ｂが提供される、ソフトロボットアクチュエータアセンブリ３２００を示す。把持パッド３２０６ａおよび３２０６ｂは、アクチュエータ３２０２ａおよび３２０２ｂと一体であり得る（すなわち、アクチュエータ３２０２ａおよび３２０２ｂの部分として形成される）か、（例えば、機械式留め具、接着剤などで）アクチュエータに取り外し可能に貼り付けられ得、特定の物を掴握および保持するために、アクチュエータ３２０２ａおよび３２０２ｂの能力を向上させるのに適応した、形状、配列、テクスチャを有し得、かつ／または、特定の物を掴握および保持するために、アクチュエータ３２０２ａおよび３２０２ｂの能力を向上させるのに適応した、材料から形成され得る。
【００９２】
図１１Ａに示される例では、把持パッド３２０６ａおよび３２０６ｂは、弾性で圧縮可能な材料（例えば、発泡ゴム）から形成され得、アクチュエータ３２０２ａおよび３２０２ｂが加圧されないとき（すなわち、アクチュエータ３２０２ａおよび３２０２ｂが実質的に真っすぐであるとき）に、把持パッド３２０６ａおよび３２０６ｂはそれぞれ、凸状である把持表面を有し得る。しかし、アクチュエータ３２０２ａおよび３２０２ｂが、図１１Ｂに示されるように、加圧されるときには、屈曲したアクチュエータ３２０２ａおよび３２０２ｂは、把持パッド３２０６ａおよび３２０６ｂを圧縮し得、それによって、把持表面が実質的に平らかつ平行となり、本などの実質的に平面的な物を把持するために有利であり得る。
【００９３】
図１１Ｃ〜１１Ｄは、様々な形状および構成の把持パッドを有するアクチュエータの、追加の非限定的な例を示す。既に述べられたように、様々な形状および構成を有することに加えて、把持パッドには、特定の物を把持するのを補助し得る、様々な表面テクスチャ（隆起した、格子縞である、同心円状である、ダイヤモンドである、など）、または、形状（例えば、フック、ウェッジなど）が提供され得る。
【００９４】
図１１Ｅは、針または他の比較的長く細いピン様の構造の形態で把持構造を有するアクチュエータの、さらなる例を示す。針は、アクチュエータで食品を持ち上げるために針を食品内に挿入することによって、アクチュエータが、カップケーキ、生地玉またはチーズボールなどの比較的ソフトな食品を把持することを可能にし得る。針は、アクチュエータの先端部内にオーバーモールド成形され得るか、アクチュエータを少なくとも部分的に取り囲むラップに取り付けられ得る。図１１Ｅは単一の針を示すが、アクチュエータには、複数の針が任意の適切な構成で提供され得る。
【００９５】
（用語）
本明細書中で使われているように、単数形で記載された要素またはステップおよび「ａ」または「ａｎ」という語が先行した（ｐｒｏｃｅｅｄｅｄ）要素またはステップは、複数の要素またはステップを除外しないものと、そのような除外が明示的に記載されない限り、理解されるべきである。さらに、本発明の「ある実施形態」への言及は、記載された特色をも組み込む追加の実施形態の存在を除外すると解釈されることを意図したものではない。
【００９６】
本発明は特定の実施形態を参照して開示されているが、記載された実施形態への多数の修正、改変および変更が、添付された特許請求の範囲に定められるように、本発明の領域および範囲から逸脱することなく、可能である。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されるのではなく、以下の特許請求の範囲の文言およびその均等物によって定められる全範囲を有することが意図される。
【図１】
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【図２Ａ】
0006775502.tif 000003
【図２Ｂ】
0006775502.tif 000004
【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
0006775502.tif 000006
【図３Ｂ】
0006775502.tif 000007
【図３Ｃ】
0006775502.tif 000008
【図３Ｄ】
0006775502.tif 000009
【図３Ｅ】
0006775502.tif 000010
【図４Ａ】
0006775502.tif 000011
【図４Ｂ】
0006775502.tif 000012
【図４Ｃ】
0006775502.tif 000013
【図４Ｄ】
0006775502.tif 000014
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
0006775502.tif 000016
【図５Ｃ】
0006775502.tif 000017
【図６Ａ】
0006775502.tif 000018
【図６Ｂ】
0006775502.tif 000019
【図６Ｃ】
0006775502.tif 000020
【図６Ｄ】
0006775502.tif 000021
【図７Ａ】
0006775502.tif 000022
【図７Ｂ】
0006775502.tif 000023
【図７Ｃ】
0006775502.tif 000024
【図７Ｄ】
0006775502.tif 000025
【図７Ｅ】
0006775502.tif 000026
【図８Ａ】
0006775502.tif 000027
【図８Ｂ】
0006775502.tif 000028
【図８Ｃ】
0006775502.tif 000029
【図８Ｄ】
0006775502.tif 000030
【図８Ｅ】
0006775502.tif 000031
【図８Ｆ】
0006775502.tif 000032
【図９Ａ】
0006775502.tif 000033
【図９Ｂ】
0006775502.tif 000034
【図１０Ａ】
0006775502.tif 000035
【図１０Ｂ】
0006775502.tif 000036
【図１０Ｃ】
0006775502.tif 000037
【図１１Ａ】
0006775502.tif 000038
【図１１Ｂ】
0006775502.tif 000039
【図１１Ｃ】
0006775502.tif 000040
【図１１Ｄ】
0006775502.tif 000041
【図１１Ｅ】
0006775502.tif 000042
【図１１Ｆ】
0006775502.tif 000043