(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向面において第２セグメントに当接する第１セグメントから形成されたリンクと、
前記第１セグメントから前記第２セグメントへと通過する少なくとも１つの腱であって、前記少なくとも１つの腱の少なくとも１つの端部は、前記第１セグメントおよび前記第２セグメントのいずれとも接続していない、少なくとも１つの腱と、
を備えるロボット機構であって、
前記少なくとも１つの腱に対して加えられる張力によって前記第１セグメントが前記第２セグメントと接触するよう保持され、
前記リンクに対して通常の動作範囲を超えた所定のトルクまたは力が少なくとも１つの方向に加えられるか、または前記リンクを引っ張る所定の力が加えられる場合に、前記第１および第２セグメント間で互いに少なくとも部分的に分離することを許容するよう選択された張力の下で前記少なくとも１つの腱が動作する、ロボット機構。
【請求項２】
前記第１および第２セグメントの前記対向面における嵌合成形部分をさらに含み、前記リンクに対して通常の動作範囲を超えた所定のトルクまたは力が少なくとも１つの方向に加えられるか、または前記リンクを引っ張る所定の力またはトルクが加えられる場合に、前記第１および第２セグメントが互いから離れることを許容するように、かつ前記所定のトルクまたは力が前記リンクから取り除かれ、前記第１および第２セグメントが前記少なくとも１つの腱にかかる前記張力によって共に引っ張り戻される場合に、前記第１および第２セグメントが互いに再整列するように前記嵌合成形部分が構成されている、請求項１に記載のロボット機構。
【請求項３】
前記少なくとも１つの腱が、
前記第１セグメントから前記第２セグメントへと通過する第１の腱と、
前記第１の腱が前記第１セグメントから前記第２セグメントへと通過する位置から離れた位置で、前記第１セグメントから前記第２セグメントへと通過する第２の腱と、
を備える、請求項１に記載のロボット機構。
【請求項４】
前記第１および第２セグメントの前記対向面における嵌合成形部分をさらに含み、前記リンクに対して少なくとも一方向に通常の動作範囲を超えた所定のトルクまたは力が加えられるか、または前記リンクを引っ張る所定のトルクまたは力が前記リンクに加えられる場合に、前記第１および第２セグメントが互いから離れることを許容するように、かつ前記所定のトルクまたは力が前記リンクから取り除かれ、前記第１および第２セグメントが前記第１および第２の腱にかかる張力によって共に引っ張り戻される場合に、前記第１および第２セグメントが互いに再整列するように前記嵌合成形部分が構成されている、請求項３に記載のロボット機構。
【請求項５】
対向面において第２セグメントに当接する第１セグメントから形成されるリンクと、
前記第１セグメントから前記第２セグメントへと通過する少なくとも１つの腱であって、前記少なくとも１つの腱の少なくとも１つの端部は、前記第１セグメントおよび前記第２セグメントのいずれとも接続していない、少なくとも１つの腱と、
磁気ペアの１ピースが前記対向面の各面と磁気結合する、２ピース磁気ペアと、
を備えるロボット機構。
【請求項６】
前記リンクに対して通常の動作範囲を超えた第１の所定のトルクまたは力が少なくとも１つの方向に加えられるか、または前記リンクを引っ張る所定のトルクまたは力が少なくとも１つのリンクに加えられる場合に、前記第１および第２セグメント間で互いに少なくとも部分的に分離することを許容するよう選択された張力の下で前記少なくとも１つの腱が動作し、かつ
前記リンクに対して通常の動作範囲を超える第２の所定のトルクまたは力が少なくとも１つの方向に加えられるか、または前記リンクを引っ張る所定のトルクまたは力が前記少なくとも１つのリンクに加えられる場合に、前記第１および第２セグメントが互いから少なくとも部分的に分離することを許容するよう前記磁気ペアの２つのピースの間の磁気引力が選択されている、請求項５に記載のロボット機構。
【請求項７】
前記磁気ペアの一方のピースが、磁石であり、かつ前記磁気ペアの他方のピースが強磁性材料である、請求項５に記載のロボット機構。
【請求項８】
前記磁気ペアの両方のピースが磁石である、請求項５に記載のロボット機構。
【請求項９】
前記第１および第２セグメントの前記対向面における嵌合成形部分をさらに含み、前記リンクに対して通常の動作範囲を超えた所定のトルクまたは力が少なくとも１つの方向に加えられるか、または前記リンクを引っ張る所定の力が前記リンクに加えられる場合に、前記第１および第２セグメントが互いから離れることを許容するように、かつ前記所定のトルクまたは力が前記リンクから取り除かれ、前記第１および第２セグメントが前記少なくとも１つの腱にかかる張力、および前記磁気ペアの２つのピースの間の磁力によって共に引っ張り戻される場合に、前記第１および第２セグメントが互いに再整列するように前記嵌合成形部分が構成されている、請求項５に記載のロボット機構。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの腱が、前記第１セグメントから前記第２セグメントへと通過する第１の腱と、
前記第１の腱が前記第１セグメントから前記第２セグメントへと通過する位置から離れた位置で、前記第１セグメントから前記第２セグメントへと通過する第２の腱と、
を備える、請求項５に記載のロボット機構。
【請求項１１】
前記第１および第２セグメントの前記対向面における嵌合成形部分をさらに含み、前記リンクに対して少なくとも一方向に通常の動作範囲を超えた所定のトルクまたは力が加えられるか、または前記リンクを引っ張る所定のトルクまたは力が前記リンクに加えられる場合に、前記第１および第２セグメントが互いから離れることを許容するように、かつ前記所定のトルクまたは力が前記リンクから取り除かれ、前記第１および第２セグメントが前記第１および第２の腱にかかる張力、および前記磁気ペアの２ピースの間の磁力によって共に引っ張り戻される場合に、前記第１および第２セグメントが互いに再整列するように前記嵌合成形部分が構成されている、請求項１０に記載のロボット機構。
【請求項１２】
対向面において第２セグメントに当接する第１セグメントから形成されたリンクと、
前記第１セグメントから前記第２セグメントへと通過する少なくとも１つの腱であって、前記少なくとも１つの腱の少なくとも１つの端部は、前記第１セグメントおよび前記第２セグメントのいずれとも接続していない、少なくとも１つの腱と、
第１磁石および第２磁石を含む第１磁石ペアであって、前記第１磁石が前記対向面の一方と磁気結合し、かつ前記第２磁石が前記対向面の他方と磁気結合し、前記第１磁石ペアの磁極が前記第１および第２磁石間の磁気引力を提供するよう配向される、第１磁石ペアと、
第３磁石および第４磁石を含む第２磁石ペアであって、前記第３磁石が前記対向面の一方と磁気結合し、かつ前記第４磁石が前記対向面の他方と磁気結合し、前記第２磁石ペアの磁極が前記第３および第４磁石間の磁気引力を提供するように配向され、前記第１磁石ペアの前記磁極が前記第２磁石ペアの前記磁極に対向して位置合わせされている、第２磁石ペアと、
を備えるロボット機構。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの腱が、
前記第１セグメントから前記第２セグメントへと通過する第１の腱と、
前記第１の腱が前記第１セグメントから前記第２セグメントへと通過する位置から離れた位置で、前記第１セグメントから前記第２セグメントへと通過する第２の腱と、
を備える、請求項１２に記載のロボット機構。
【請求項１４】
前記第１および第２セグメントの前記対向面における嵌合成形部分をさらに含み、前記リンクに対して通常の動作範囲を超えた所定のトルクまたは力が加えられるか、または前記リンクを引っ張る所定のトルクまたは力が前記リンクに加えられる場合に、前記第１および第２セグメントが互いから離れることを許容するように、かつ前記所定のトルクまたは力が前記リンクから取り除かれ、前記第１および第２セグメントが前記第１および第２の腱にかかる張力、および前記第１および第２磁石ペアの間の磁力によって共に引っ張り戻される場合に、前記第１および第２セグメントが互いに再整列するように前記嵌合成形部分が構成されている、請求項１３に記載のロボット機構。
【請求項１５】
前記第１および第２セグメントの前記対向面における嵌合成形部分をさらに含み、前記リンクに対して通常の動作範囲を超えた所定のトルクまたは力が加えられるか、または前記リンクを引っ張る所定のトルクまたは力が前記リンクに加えられる場合に、前記第１および第２セグメントが互いから離れることを許容するように、かつ前記所定のトルクまたは力が前記リンクから取り除かれ、前記第１および第２セグメントが前記少なくとも１つの腱にかかる張力、および前記第１および第２磁石ペアの間の磁力によって共に引っ張り戻される場合に、前記第１および第２セグメントが互いに再整列するように前記嵌合成形部分が構成されている、請求項１２に記載のロボット機構。
【請求項１６】
対向面において第２セグメントに当接する第１セグメントから形成されたリンクと、
前記第１セグメントから前記第２セグメントへと通過する少なくとも１つの腱であって、前記少なくとも１つの腱の少なくとも１つの端部は、前記第１セグメントおよび前記第２セグメントの両方を通過し、かつ前記第１セグメントおよび前記第２セグメントのいずれとも接続していない、少なくとも１つの腱と、
を備えるロボット機構であって、
前記少なくとも１つの腱に対して加えられる張力によって前記第１セグメントが前記第２セグメントと接触するよう保持され、
前記リンクに対して通常の動作範囲を超えた所定のトルクまたは力が少なくとも１つの方向に加えられるか、または前記リンクを引っ張る所定の力が加えられる場合に、前記第１および第２セグメント間で互いに少なくとも部分的に分離することを許容するよう選択された張力の下で前記少なくとも１つの腱が動作する、ロボット機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この国際特許出願は、２０１４年８月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／０４１，３３２号「Ｃａｂｌｅ  Ｇｕｉｄｅ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」、２０１４年１２月４日に出願された仮特許出願第６２／０８７，６６４号「Ｔｅｎｄｏｎ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｕｎｄｅｒ−Ａｃｔｕａｔｅｄ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ  Ｗｉｔｈ  Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ  Ｗｒａｐｐｉｎｇ  Ｌｉｎｋｓ，」、２０１５年５月２１日に出願された仮特許出願第６２／１６５，０８０号「Ｔｅｎｄｏｎ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｕｎｄｅｒ−Ａｃｔｕａｔｅｄ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ  Ｗｉｔｈ  Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ  Ｗｒａｐｐｉｎｇ  Ｌｉｎｋｓ」、および２０１５年５月２１日に出願された仮特許出願第６２／１６５，０７４号「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ａｔｔａｃｈｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｔｏ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｆｉｎｇｅｒｓ」の利益を主張し、これらの内容は全て参照によって本明細書に組み込まれている。
【０００２】
技術分野
本発明は、一般に、機械的マニピュレータ、ロボット型グリッパおよびロボット工学用途に使用するための付属物などの回転関節を利用するシリアルリンク構造を含むロボット機構に関する。
【背景技術】
【０００３】
ロボット機構は、一般的にロボット型アームの端部接続されたロボット型グリッパを含む回転関節を利用するシリアルリンク構造を含む。指と同様に機能するリンクおよび関節で構成されるロボット型グリッパは、損傷の影響を受けやすい。ロボットがフィンガを硬い表面にぶつけた場合、ロボット型グリッパのフィンガは、誤って壊れやすい。これは特にロボットがロボットのフィードバックシステムおよび動的制御がこのような事故を防ぐことのできない構造化されていない環境において使用される場合に起こりうる。
【０００４】
潜在的な解決策は、非常に強いまたは非常に柔軟なロボット型グリッパおよびフィンガを作ることを含む。両方の解決策が実行されている。強度を増すことにより、通常重量および費用がかさみ、その両方により、ロボット型グリッパの性能および市場での実行可能性に悪影響を及ぼす。別の代替形は、フィンガの柔軟性を高めることであるが、それは柔軟性のためにその剛性を犠牲にするものであり、ロボット型グリッパの機能性において負のパフォーマンスの影響を与える可能性がある。
【０００５】
ロボット型グリッパは、内的および外的ロボット型グリッパの２つのクラスに分けることができる。内的ロボット型グリッパは、制御する関節に、または関接近くにモーターを有する。外的ロボット型グリッパは、通常制御する関節および関節から離れて配置されたアクチュエータの間に一種の腱またはケーブルを使用する。
【０００６】
損傷からフィンガを保護するための解決策は、磁石を用いてロボット型グリッパの手のひらにフィンガを保持するがフィンガが強い衝撃を受けた場合、手のひらから「外れる」ような開発がなされてきた。この解決策は、良好なフィンガ構造の特性を維持しながら、フィンガを損傷から保護するという優れた仕事をする。しかし、この解決策は、フィンガの「外れる」部分にフィンガおよびモーターの両方があり、内的フィンガ設計に類似している。
【０００７】
この設計の弱点は、フィンガを通して加えることができる電力がフィンガおよびロボット型グリッパの間の磁気的結合の強度によって制限されるということである。したがって、非常に強力なフィンガは、ロボット型グリッパの手のひらとの非常に強い磁気的結合を必要とする。ロボット型グリッパの手のひらの磁場が強ければ、ロボットの運転環境との磁気相互作用がより強くなり、これは、強磁性の部品または粒子に影響する負の結果をもたらすか、または磁気に敏感な機器と干渉する可能性がある。
【０００８】
磁気フィンガ結合の既存の手法の別の弱点は、フィンガがロボット型グリッパの手のひらから外れた場合、フィンガは、もはやロボットに取り付けられず、人間の介入または非常に知的なロボットなしで容易に再取付することができないということである。例えば、人間が操作することのできない汚染された災害現場でロボットが動作しており、フィンガが外れた場合に、フィンガを取得してそれを手のひらに再配置するのは、かなり困難である。
【０００９】
既存のフィンガの磁気結合において、フィンガにかかる荷重力は、磁石によって完全に支持される。フィンガに作用する２つのタイプの力、所望の荷重および不所望の荷重（意図しない衝撃）があるため、所望の荷重の下でフィンガがはるかに落ちやすい。フィンガが荷重を受けていない場合、非常に強い力でロボット型グリッパに取り付けられている。これにより、保護が最も必要な時に保護が制限される。
【００１０】
最後に、ロボット型グリッパにおけるフィンガの磁気結合に対する従来技術は、関節に電力を伝えるのに腱を使用する外的構造に適用することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＷＯ２００９／０８０３７３
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１態様によると、回転関節を用いるシリアルリンク構造を含むロボット機構は、連結ピースの境界面にかかる腱に加えられる張力の圧縮力のみによって共に保持される少なくとも２つの連続ピースからなる。力がロボット機構リンク構造に衝突すると、連続ピースからなるリンクは、構造の残りの部分が壊れないように、引き離れることができる。２つのピースが手動、または自動的に再配置されると、２つのリンクピースのアライメントは、２つの連結ピースの間を通る腱の経路に再整列される。これは、リンク構造に対して何の損傷も及ぼさない（つまり、フィンガは引き離されるが壊れない）。
【００１３】
本発明の第２態様によると、腱に加えて成形ソケットがリンクの２つの連続ピースの間に使用される。腱に張力が加えられると、リンクの２つのピースは共に保持され、および腱によって位置合わせされる。ソケット内の２つのピースの相補的な嵌合は、別の位置合わせ機構を提供する。
【００１４】
ソケット連結の形は、２つの連結ピースの位置合わせを提供すべきであるが、損傷負荷がかかる場合に２つの連結ピースが引き離されないように２つの連結ピースの角度関係を拘束してはならない。
【００１５】
本発明の第３態様によると、腱ベース構造におけるリンクは、２つの連結ピース間に引力を提供する磁気ペアを有する少なくとも２つの連続ピースからなる。さらに、腱は、連結ピース間の境界面に広がり、連結ピースを共に保持する別の力を提供する。連結ピースの構造は、張力を受けている場合は腱のみを用いてしっかり保持されるべきである。連結ピースの構造は、連結ピース間の磁力のみを用いて共に保持されるべきである。
【００１６】
磁気ペアは、２つの磁石、磁石および鉄などの金属材料ピース、またはペア間に磁気引力を提供する磁石および磁気材料の任意の組み合わせからなる。
【００１７】
本発明の第４態様によると、２つの連結ピースは、腱、ソケット、およびリンクを共に保持する力を提供する磁気ペアを組み合わせることができ、ソケットは、２つのピースの位置合わせをする。
【００１８】
本発明の第５態様によると、磁気ペアの組み合わせは、２つの連結ピースの自動位置合わせを向上させる。これは、磁石の極性に基づく位置合わせを提供する３つまたはそれ以上の磁石を用いることで達成することができる。実施方法例では、２つのペアにおいて４つの磁石を使用する。２つの磁石は、リンクの第１の半分にあり、および２つの磁石はリンクの第２の半分にある。磁石は、リンクの第１の半分の磁石がリンクの第２の半分の磁石に位置合わせされるように設定されている。しかし、吸引磁石の２つのペアは、一方向にのみ取り付けることができるように逆の極性を有するように設定されている。これにより、ソケットから外れ、および自動的に再連結される場合にリンクが正確に位置合わせされることを確実にすることによりリンクの頑健性を高める。
【００１９】
本発明の第６態様によると、連結ピースは、ロボット型フィンガおよびロボット型グリッパの手のひらの間の関節近くに配置される。
【００２０】
本発明の第７態様によると、磁石および磁気金属の任意の組み合わせをフィンガおよび手のひらに配置することができ、組み合わせて磁気引力を達成することができる。磁石は、フィンガの基部または手のひら、またはその両方にありうる。相補的な金属は、フィンガの基部または手のひらのどちらかとすることができる。または磁石は、両方の位置で使用することができる。
【００２１】
本発明の第８態様によると、連結ピース間の磁気連結の強度は、荷重がかかる場合に所定の場所にリンクを保持するのに十分なほど強くなければならないが、リンクを破壊または損傷させる力よりも弱い。したがって、連結力は、強いリンクには強くすることができ、より低い強度のリンクには弱くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】中央リンクが腱の張力によって共に保持される２つのピースを含む、腱によって作動する本発明による１組のリンクおよび関節を示す略図である。
【図１Ｂ】リンクに対して通常の動作範囲を超える所定のトルクまたは力が加えられるか、または所定の引張力がリンク加えられている間互いから離れた図１の１組のリンクおよび関節を示す略図である。
【図２】中央リンクが腱の張力によって共に保持される２つのセグメント、および２つのセグメント間のソケット境界面を含む本発明による１組のリンクおよび関節を示す略図である。
【図３】中央リンクが腱の張力によって共に保持される２つのセグメントおよび２つのセグメントの間の磁気ペアを含む、本発明による１組のリンクおよび関節を示す略図である。
【図４】中央リンクが腱の張力によって共に保持される２つのセグメント、２つのセグメントの間のおよび２つのピースの間のソケット境界面によって位置合わせされた磁気ペアを含む、本発明による１組のリンクおよび関節を示す略図である。
【図５】中央リンクが腱の張力によって共に保持される２つのセグメント、および２つのピース間の特定の位置合わせをする逆極性を有する２つのセグメント間の２つの磁気ペアを含む、本発明による１組のリンクおよび関節を示す略図である。
【図６】手のひらおよびフィンガ間のリンク境界面が腱、ソケット、および手のひらにフィンガを保持する磁石を含む、本発明によるロボット型グリッパの手のひら間のリンクを有する１つのフィンガのみが図示されたロボット型グリッパを示す略図である。
【図７】過剰な力が加わることによりリンクの２つのピースの間の境界面においてフィンガが手のひらから離れが状態の図６のロボット型グリッパを示す略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
当業者であれば、本発明の以下の説明は例示的なものに過ぎず、決して限定するものではないことが分かるであろう。本発明の他の実施形態は、そのような当業者には容易に示唆されるであろう。
【００２４】
本開示に示される例は、リンクピースの境界面にかかる腱に加えられる張力の圧縮力のみによって共に保持される少なくとも２つの連続ピースから形成された腱ベースロボット型グリッパなどの機構におけるリンクを備える例示的な環境で説明される。当業者は、開示される本発明の原理がより一般的には、回転関節を用いるシリアルリンク構造を含むロボット機構に関連すること、および本発明の範囲が回転関節を用いるシリアルリンク構造を含むこのようなロボット機構のすべてを包含することを意図するものであることを容易に理解するだろう。
【００２５】
まず図１Ａを参照すると、略図には、本発明の原理による例示的なリンクアセンブリ１０が示されている。図１に描かれるリンクアセンブリ１０は、２つの関節１８および２０によって互いに連結された３つの連続的なリンク１２，１４，および１６を示す。中央リンク１４は、リンク１２および１６を通り、かつ中央リンク１４を形成する２つのピース２２ａおよび２２ｂを通る腱２４および２６にかかる張力によって共に引っ張られる２つの個別セグメント２２ａおよび２２ｂから形成される。腱２４および２６にかかる張力は、強固なリンクを形成しているこれらの境界面２８において中央リンク１４の２つのセグメント２２ａおよび２２ｂを共に引っ張る。腱２４および２６は、互いに分離されており、異なるケーブルガイド３０および３２を貫通し、ケーブルガイドはまた、中央リンク１４の２つのセグメント２２ａおよび２２ｂ間にアライメント力を提供する。この実施形態における腱２４および２６が異なる離間したケーブルガイドを通るため、セグメント２２ａおよび２２ｂは、腱２４および２６に対して垂直の軸回りに互いに対して回転することはできない。ケーブルガイド３０および３２は、リンク１２，１４，および１６を通る腱２４および２６の両方のルートを提供するとともに、また中央リンク１４を備える２つのセグメント２２ａおよび２２ｂのためのアライメント機構を提供する。
【００２６】
図１Ｂを参照すると、略図は、通常の動作範囲を超えた所定のトルクまたは力がリンクに対して１または複数の方向に加えられるか、またはリンクを引っ張る所定の力が加えられている間、互いから離れる図１の１組のリンクおよび関節を示す。図１Ｂに示すように、図１Ａの装置は、１組のリンク１２，１４，および１６に対して１または複数の方向に大きすぎるトルクまたは力が加えられる場合に２つのセグメント２２ａおよび２２ｂが互いから離れることを許容する。１組のリンクから過剰な力が取り除かれると、２つのセグメント２２ａおよび２２ｂは、共に引っ張られ、腱２４および２６にかかる張力によって再整列される。本実施形態によって与えられる保護は、腱２４および２６の強さによって制限される。
【００２７】
図２を参照すると、略図は、本発明の原理による別の例示的リンクアセンブリ４０を示しており、中央リンクが腱の張力によって共に保持される２つのセグメント、および２つのセグメント間のソケット境界面を含んでいる。図１のアセンブリと共通の図２の部材は、図１と同じ参照符号を用いて示される。
【００２８】
図２の実施形態において、３つの連続的なリンク１２，１４，および１６は、２つの関節１８および２０によって共に連結されている。中央リンク１４は、腱２４および２６に加えられる張力によって共に押される２つの個別のセグメント２２ａおよび２２ｂからなる。図１の実施形態と同様に、腱２４および２６は、互いに分離されており、異なるケーブルガイド３０および３２を貫通し、ケーブルガイドはまた、中央リンク１４の２つのセグメント２２ａおよび２２ｂの間のアライメント力を提供する。ケーブルガイド３０および３２は、リンク１２，１４，および１６を通る腱２４および２６の両方のルートを提供するとともに、中央リンク１４を備える２つのセグメント２２ａおよび２２ｂのためのアライメント機構を提供する。
【００２９】
中央リンク１４の２つのセグメント間の境界面２８は、２つのセグメント２２ａおよび２２ｂの対向面に嵌合成形部分４２および４４を含み、これらは、圧縮張力下において中央リンク１４の２つのセグメント２２ａおよび２２ｂにアライメント力を提供する。嵌合成形部分４２および４４の形は、セグメント２２ａおよび２２ｂが位置合わせされるように右端セグメント２２ｂから延在する包囲部分によって係合される、左端セグメント２２ａの面および端部として図式的に示されており、部分的なボールおよびソケットとして単純化できる。Ｖ字溝などのより複雑なソケットを使用して、リンク１４の指向性の位置合わせを向上させることができる。当業者は、嵌合成形部分４２および４４の深さは、所定量の過剰な力が１組のリンク１２，１４，および１６に加えられる場合に、２つのセグメント２２ａおよび２２ｂが互いに離れることを許容するように選択されることを理解するだろう。１組のリンク１２，１４，および１６から過剰な力が取り除かれると、２つのセグメント２２ａおよび２２ｂは、共に引っ張られ、腱２４および２６にかかる張力および嵌合成形部分４２および４４によって再整列される。本実施形態によって与えられる保護は、腱２４および２６の強さによって制限される。
【００３０】
図３を参照すると、略図は、本発明の原理による別の例示的なリンクアセンブリ５０を示しており、中央リンクは、腱の張力によって共に保持される２つのセグメント、および２つのピースの間の磁気ペアを含んでいる。図１のアセンブリと共通の図３の部材は、図１と同じ参照符号を用いて示される。
【００３１】
図３は、２つの関節１８および２０によって共に連結された３つの連続的なリンク１２，１４，および１６を示す。中央リンク１４は、共に押される２つの個別のセグメント２２ａおよび２２ｂから形成される。磁気ペア５２および５４は、中央リンクの２つのセグメント２２ａおよび２２ｂの間の境界面４２に設けられている。磁気ペア１０および１１は、２つの磁石、磁石および磁気材料、または多数の磁石およびまたは磁気材料の組み合わせを備えることができる。
【００３２】
磁気ペア５２の一方の半分は、左端セグメント２２ａに設けられ、磁気ペアの他方の半分５４は、右端セグメント２２ｂに設けられている。磁気ペア５２および５４は、共に中央リンク１４の２つのセグメント２２ａおよび２２ｂ間に磁気引力を提供する。当業者は、所定量の過剰な力が１組のリンク１２，１４，および１６にかかると２つのセグメント２２ａおよび２２ｂが互いから離れることを許容するように磁気ペア５２および５４の２つの半分間の磁力の強度が選択されるべきであることを理解するだろう。１組のリンク１２，１４，および１６から過剰な力が取り除かれると、２つのセグメント２２ａおよび２２ｂは、磁気ペア５２および５４の２つの半分の間の磁力、および腱２４および２６にかかる張力によって共に引っ張られ、再整列される。本実施形態によって与えられる保護は、腱２４および２６の強さによって制限される。
【００３３】
図４を参照すると、略図は、本発明の原理別による例示的なリンクアセンブリ６０を示しており、中央リンクは、腱の張力によって共に保持される２つのセグメント、および２つのセグメント間の磁気ペアを含み、２つのセグメントの対向面における２つのセグメントの間のソケット境界面などの嵌合成形部分によって位置合わせされる。図１〜図３のアセンブリと共通の図４の部材は、図１と同じ参照符号を用いて示される。
【００３４】
図４は、２つの関節１８および２０によって共に連結された３つの連続的なリンク１２，１４，および１６を示す。中央リンク１４は、共に押された２つの個別のセグメント２２ａおよび２２ｂから形成される。中央リンク１４の２つのセグメント２２ａおよび２２ｂ間の境界面２８は、磁石ペア５２および５４間の磁気リンク、２つのセグメント２２ａおよび２２ｂの嵌合成形部分４２によって形成された嵌合ソケット装置を含む。腱２４および２６は、中央リンク１４の２つのセグメント２２ａおよび２２ｂの間の境界面２８にかかっている。当業者は、磁石ペア５２および５４間の磁力の強度、および２つのセグメント２２ａおよび２２ｂの嵌合成形部分４２間のソケット装置の形が、所定量の過剰な力が１組のリンク１２，１４，および１６に加えられた場合に２つのセグメント２２ａおよび２２ｂが互いから離れることを許容するように選択されるべきであることを理解するだろう。１組のリンク１２，１４，および１６から過剰な力が取り除かれると、２つのセグメント２２ａおよび２２ｂは、磁気ペア５２および５４の２つの半分の間の磁力、２つのセグメント２２ａおよび２２ｂの境界面における成形ソケット装置、および腱２４および２６にかかる張力によって共に引っ張られ、再整列される。本実施形態によって与えられる保護は、腱２４および２６の強さによって制限される。
【００３５】
図５を参照すると、略図は、本発明の原理による別の例示的なリンクアセンブリ６０を示しており、中央リンクは、腱の張力によって共に保持される２つのセグメント、および２つのセグメント間で特定の位置合わせをさせる逆極性を有する、２つのセグメントの間の２つの磁気ペアを含む。
【００３６】
図５は、２つの関節１８および２０によって共に連結された３つの連続的なリンク１２，１４，および１６を示す。中央リンク１４は、腱２４および２６にかかる張力によって共に押される２つの個別のセグメント２２ａおよび２２ｂから形成される。中央リンク１４の２つのセグメント２２ａおよび２２ｂの間の境界面２８は、２つのリンクセグメント２２ａおよび２２ｂの間の位置合わせを向上させる磁気リンク１５を含む。
【００３７】
磁石６２および６４は、中央リンク１４の一側においてセグメント２２ａに取り付けられ、磁石６６および６８は、中央リンク１４の他側においてセグメント２２ｂに取り付けられる。図５に示すような構成において、磁石６２および６６の対向するペアの極の向きは、磁石６４および６８の対向するペアの極の向きと逆であり、磁気的に調和された位置合わせを提供する。セグメント２２ａおよび２２ｂが互いに対して位置合わせされた場合にリンク１４のセグメント２２ａおよび２２ｂにおける磁石間の磁気引力が発生して、磁石６２および６６は、互いに対向するように位置合わせされ、磁石６４および６８が互いに対向するように位置合わせされる。
【００３８】
当業者は、所定量の過剰な力が１組のリンク１２，１４，および１６にかかる場合に２つのセグメント２２ａおよび２２ｂが互いから離れることを許容するように２つの磁気ペア６２および６６および６４および６８間の磁力の強度が選択されるべきであることを理解するだろう。１組のリンク１２，１４および１６から過剰な力が取り除かれると、２つのセグメント２２ａおよび２２ｂは、共に引っ張られて、２つの磁気ペア６２および６６および６４および６８の間の磁気引力、および腱２４および２６にかかる張力によって再整列される。本実施形態によって与えられる保護は、腱２４および２６の強さによって制限される。
【００３９】
図６を参照すると、略図は、関節８６によって連結されたリンク８２および８４を有するリンクアセンブリを含むロボット型グリッパ８０を示している。リンク８４は、リンクセグメント９０を用いてロボット型グリッパ基部８８に結合されている。リンクセグメント９０は、関節９２によってリンク８４に連結される。リンクセグメント９０は、本明細書に開示された技術の組み合わせを用いてロボットグリッパ基部に結合される。
【００４０】
図６に示す例示的な実施形態において、リンクセグメント９０およびロボット型グリッパ基部８８間の境界面は、本明細書に開示された技術の組み合わせを含んでいる。腱９４および９６は、リンク８２およびロボット型グリッパ基部８８の間のリンクセグメント９０を通る。腱９４は、リンク８４、リンクセグメント９０およびロボット型グリッパ基部８８のケーブルガイド９８を通過する。腱９６は、リンク８４、リンクセグメント９０およびロボット型グリッパ基部８８のケーブルガイド１００を通過する。
【００４１】
さらに、リンクセグメント９０およびロボット型グリッパ基部８８に配置された磁気ペア１０２および１０４はそれぞれ、図３および図４を参照して既に本明細書で開示されたように作動する。
【００４２】
最後に、ロボットグリッパ基部８８およびリンクセグメント９０の境界面において嵌合成形部分１０６によって形成された嵌合ソケット装置は協働して、過剰な力がリンクに加わることによりロボットグリッパ基部８８から移動した後でリンク８２および８４を含むリンクアセンブリの再整列を行う。
【００４３】
当業者には理解されるように、腱、ソケット装置、および磁気結合は、図１〜図５に示す実施形態を参照して開示されるのと同じ方法で動作し、協働して回復可能な分離作用を提供する。
【００４４】
本発明の例示のために１つのフィンガのみが図６に示されているが、当業者は、本発明の原理によるロボット型グリッパには通常多数のフィンガが装備されることを理解するだろう。過剰な力が加えられることに対する保護を提供する１または複数の本発明の機構が各フィンガに装備されることが好ましい。
【００４５】
図７は、リンク８２および８４を含むフィンガを有するロボット型グリッパ８０を示しており、リンクは、実線矢印の方向に過剰な力がかかったことによりロボット型グリッパ基部８８から離れて引っ張られている。本発明によると、過剰な力が取り除かれると、腱９４および９６およびがフィンガを手のひらに戻す力を提供し、ソケットがまたフィンガおよび手のひらの間の位置合わせを提供する。
【００４６】
磁石のみが用いられる従来技術の装置に対する、本発明の１つの利点は、ロボット型グリッパに用いられる場合、剰な力が加わることによりフィンガがロボット型グリッパから離れて落ちることがなく、腱によって少なくとも吊られることによって残るために構造的な損傷が発生しないということである。従来技術の装置が用いられる場合のように、フィンガをなくなることはない。
【００４７】
本発明によって提供される別の利点は、アクチュエータによって腱がしっかりと引っ張られるため、正常な位置にフィンガを引っ張って戻そうとするということである。これは、フィンガが離れた場合に、連続した中断されない操作のために、正しい位置合わせに素早く戻すことが可能であるということを意味する。したがって本発明は、従来の実施方法であるロボット型グリッパにおけるフィンガの磁気ベース連結に対して大きな利点を提供する。
【００４８】
ロボット操作において、物体をつかんでいるときに比べて物体をつかんでいないときのほうが、フィンガが壊れる可能性がはるかに高い。これについての１つの単純な説明は、フィンガが伸びて物体をつかんでいない場合に、物体の周りを包んでいる時よりもフィンガが露出しているということである。
【００４９】
従来技術において、フィンガが落ちないように、フィンガを手のひらに保持する磁石は、フィンガが物体をつかむために加えられる最大力と同じくらい強いか、またはそれより強くなければならない。
【００５０】
磁石を利用する本発明の実施形態において、ロボット型グリッパが物体をつかんでいないときは、フィンガの手のひらとの結合を維持する主な力は、磁石および／または腱の低い張力である。これらの状態において、フィンガは、もっとも破損の影響を受けやすいので、手のひらへのフィンガの弱い結合がより容易な分離機能を提供し、ロボット型フィンガの保護が向上する。
【００５１】
本発明では、ロボット型グリッパが物体をつかむ場合、フィンガを手のひらに保持する主な力は、腱の引っ張りである。例えば重い手荷物ピースなどの運ぶ物体からの荷重は、磁石ではなく主に腱を介して支持される。したがって、負荷の下では、フィンガは外れにくい。
【００５２】
本発明の概念は、力を伝達するために腱を利用する回転関節を利用するシリアルリンク構造を含むロボット機構のために、より大きな実装で、スケールアップして利用することができる。
【００５３】
本発明の実施形態および応用を図示および説明してきたが、本発明の概念から逸脱することなく、上述したより多くの変更が可能であることは、当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神を除いて限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５４】
１０  磁気ペア
１１  磁気ペア
１２  リンク
１４  中央リンク
１５  磁気リンク
１６  リンク
１８，２０  関節
２２ａ  左端セグメント
２２ｂ  右端セグメント
２４，２６  腱
２８  境界面
３０  ケーブルガイド
３２  ケーブルガイド
４２，４４  嵌合成形部分
５２，５４  磁気ペア
６２，６４，６６，６８  磁石
８０  ロボット型グリッパ
８８  ロボット型グリッパ基部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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