(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームのための交換可能なツール構造体であって、
少なくとも１つの構造部材と、
前記構造部材に機械的に連結され、前記ロボットアーム上に位置付けされたツール支持構造体と係合するように形成されたコネクタであって、
前記コネクタ内に配設され、前記ツール支持構造体から圧縮空気を受け取るために位置決めされた少なくとも１つの圧縮空気チャネルと、
前記コネクタ内に配設され、前記ツール支持構造体から１つ以上の電気信号を受信するために位置決めされた少なくとも１つの信号線と、を含む、コネクタと、
前記少なくとも１つの構造部材に機械的に連結され、前記コネクタに通信可能に連結された制御ユニットと、を備え、
前記制御ユニットは、前記コネクタが前記ツール支持構造体に接続されていると判定することに基づいて、前記ツール構造体の性能を感知し、当該ツール構造体のタイプに対応して信号Ｉ／Ｏ動作及び圧縮空気給送を調整するように構成されている、ツール構造体。
【請求項２】
前記少なくとも１つの構造部材に機械的に連結され、前記コネクタを通じて前記制御ユニットによって制御されるツールヘッドをさらに備え、
前記ツール構造体は、前記制御ユニットに通信可能に連結された少なくとも１つの電流型アナログ駆動センサを含み、
前記少なくとも１つの電流型アナログセンサは、前記ツールヘッドの性能を測定するように位置決めおよび構成されている、請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記ツール構造体は、前記少なくとも１つの構造部材上に配設された真空発生器をさらに備え、
前記真空発生器は、圧縮空気を受け取り、前記ツール支持構造体から受け取った圧縮空気に応じて真空圧力を生成するように構成されている、請求項２に記載の構造体。
【請求項４】
前記ツール支持構造体は、前記制御ユニットから前記コネクタの前記少なくとも１つの信号線に電気信号を提供し、前記ツール支持構造体からフィードバック信号を受信するように構成された少なくとも１つの信号ピンを備え、
前記制御ユニットは、前記受信したフィードバック信号に基づいて、前記信号ピンへの前記電気信号を動的に調整するように構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項５】
前記制御ユニットは、前記コネクタが前記ツール支持構造体から切断されたことを示す前記受信したフィードバック信号に基づいて、前記信号ピンへの前記電気信号の送信を動的に終了するように構成されている、請求項４に記載の構造体。
【請求項６】
前記コネクタは、コンピュータ可読画像コードを含み、
前記制御ユニットは、前記コンピュータ可読画像コードの検出に基づいて、前記ツール支持構造体によって提供される電気信号の送信を動的に調整する、請求項１から５のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項７】
前記コネクタは、短距離無線信号をブロードキャストし、
前記制御ユニットは、ブロードキャスト短距離無線信号の検出に基づいて、前記ツール支持構造体によって提供される電気信号を動的に調整する、請求項１から５のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項８】
ロボットアームのためのツールシステムであって、
ツール支持構造体と、
前記ツール支持構造体に交換可能に連結されたツール構造体であって、
少なくとも１つの構造部材と、
前記構造部材に機械的に連結され、前記ロボットアーム上に位置付けされたツール支持構造体と係合するように形成されたコネクタと、を含む、ツール構造体と、
前記少なくとも１つの構造部材に機械的に連結され、前記コネクタに通信可能に連結された制御ユニットと、を備え、
前記コネクタは、
前記コネクタ内に配設され、前記ツール支持構造体から圧縮空気を受け取るために位置決めされた少なくとも１つの圧縮空気チャネルと、
前記コネクタ内に配設され、前記ツール支持構造体から１つ以上の電気信号を受信するために位置決めされた少なくとも１つの信号線と、を含み、
前記制御ユニットは、前記コネクタが前記ツール支持構造体に接続されていると判定することに基づいて、前記ツール構造体の性能を感知し、当該ツール構造体のタイプに対応して信号Ｉ／Ｏ動作及び圧縮空気給送を調整するように構成されている、ツールシステム。
【請求項９】
前記ツール構造体は、前記構造部材に機械的に連結されたツールヘッドをさらに備え、
前記ツールヘッドは、前記コネクタを通じて前記制御ユニットによって制御され、
前記ツール構造体は、前記制御ユニットに通信可能に連結された少なくとも１つの電流型アナログ駆動センサを含み、
前記少なくとも１つの電流型アナログセンサは、前記ツールヘッドの性能を測定するように位置決めおよび構成されている、請求項８に記載のツールシステム。
【請求項１０】
前記ツール構造体は、前記少なくとも１つの構造部材上に配設された真空発生器をさらに備え、
前記真空発生器は、圧縮空気を受け取り、前記ツール支持構造体から受け取った圧縮空気に応じて真空圧力を生成するように構成されている、請求項９に記載のツールシステム。
【請求項１１】
前記ツール支持構造体は、前記制御ユニットから前記少なくとも１つの信号線に電気信号を提供し、前記ツール支持構造体からフィードバック信号を受信するように構成された少なくとも１つの信号ピンを備え、
前記制御ユニットは、前記受信したフィードバック信号に基づいて、前記信号ピンへの前記電気信号を動的に調整するように構成されている、請求項８から１０のいずれか一項に記載のツールシステム。
【請求項１２】
前記制御ユニットは、前記コネクタが前記ツール支持構造体から切断されたことを示す前記受信したフィードバック信号に基づいて、前記信号ピンへの前記電気信号の送信を動的に終了するように構成されている、請求項１１に記載のツールシステム。
【請求項１３】
前記コネクタは、コンピュータ可読画像コードを含み、
前記制御ユニットは、前記コンピュータ可読画像コードの検出に基づいて、前記ツール支持構造体によって提供される電気信号の送信を動的に調整する、請求項８から１２のいずれか一項に記載のツールシステム。
【請求項１４】
前記コネクタは、短距離無線信号をブロードキャストし、
前記制御ユニットは、ブロードキャスト短距離無線信号を検出すると、前記ツール支持構造体によって提供される、前記ツールヘッドを駆動するように構成された電気制御信号を動的に調整する、請求項８から１２のいずれか一項に記載のツールシステム。
【請求項１５】
ロボットアームのための交換可能なツール構造体であって、
少なくとも１つの構造部材と、
前記構造部材に機械的に連結され、前記ロボットアーム上に位置付けされたツール支持構造体と係合するように形成されたコネクタであって、
前記コネクタ内に配設され、前記ツール支持構造体から圧縮空気を受け取るために位置決めされた少なくとも１つの圧縮空気チャネルと、
前記コネクタ内に配置され、前記ツール支持構造体から１つ以上の電気信号を受信するために位置決めされた少なくとも１つの信号線と、を備える、コネクタと、
前記少なくとも１つの構造部材に機械的に連結され、前記コネクタに通信可能に連結された制御ユニットであって、前記コネクタが前記ツール支持構造体に接続されていると判定することに基づいて、前記ツール構造体の性能を感知し、当該ツール構造体のタイプに対応して信号Ｉ／Ｏ動作及び圧縮空気給送を調整するように構成された制御ユニットと、
前記少なくとも１つの構造部材に機械的に連結され、前記コネクタを通じて前記制御ユニットによって制御されるツールヘッドと、を備え、
前記ツールヘッドは、前記少なくとも１つの構造部材上に配設された真空発生器を含み、
前記真空発生器は、圧縮空気を受け取り、前記ツール支持構造体から受け取った圧縮空気に応じて真空圧力を生成するように構成されている、ツール構造体。
【請求項１６】
前記ツール構造体は、前記制御ユニットに通信可能に連結された少なくとも１つの電流型アナログ駆動センサを含み、
前記少なくとも１つの電流型アナログセンサは、前記ツールヘッドの性能を測定するように位置決めおよび構成されている、請求項１５に記載の構造体。
【請求項１７】
前記ツール支持構造は、前記コネクタの前記少なくとも１つの信号線に通信可能に連結して、前記制御ユニットから前記コネクタに電気信号を提供し、前記ツール支持構造体からフィードバック信号を受信するように構成された少なくとも１つの信号ピンを備え、
前記制御ユニットは、前記受信したフィードバック信号に基づいて、前記信号ピンへの前記電気信号を動的に調整するように構成されている、請求項１５又は１６に記載の構造体。
【請求項１８】
前記制御ユニットは、前記コネクタが前記ツール支持構造体から切断されたことを示す前記受信したフィードバック信号に基づいて、前記信号ピンへの前記電気信号の送信を動的に終了するように構成されている、請求項１７に記載の構造体。
【請求項１９】
前記コネクタは、コンピュータ可読画像コードを含み、
前記制御ユニットは、前記コンピュータ可読画像コードの検出に基づいて、前記ツール支持構造体によって提供される電気信号の送信を動的に調整する、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項２０】
前記コネクタは、短距離無線信号をブロードキャストし、
前記制御ユニットは、ブロードキャスト短距離無線信号を検出すると、前記ツール支持構造体によって提供される前記ツールヘッドを駆動するように構成された電気制御信号を動的に調整する、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年７月２４日に提出された仮米国特許出願第６２／８７５，８８０号の優先権の利益を主張し、その内容は参照により組み込まれる。
【０００２】
本開示は、グリッパ装置のためのツール交換システムに関し、より具体的には、ピックアンドプレースロボットシステム用のグリッパ装置のためのツール交換システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
ロボット製造システム用の関連するグリッパ装置は、物体を握持して操作するためによく使用される。しかしながら、そのような関連技術のシステムは、低真空流などのいくつかの共通した欠陥に悩まされており、これは、物体が握持されるのと同時に真空圧力が使用されることを妨げる。具体的には、関連技術のグリッパ装置は、真空発生器をロボットアームのツールヘッドから離れた位置、しばしばアームの基部または肩に配置し、延長チューブを使用してその供給源をツールヘッドまたはアームの先端の真空ノズルに接続する。この延長チューブは、真空ノズルで利用可能な真空圧力を低下させる。
【０００４】
加えて、関連技術のシステムは、ツール交換機構が利用できないため、可変グリッパを、握持する特定の物体に合わせることができない。また、関連技術のシステムは、ロボットアームまたはロボットツールから離れたエリアに位置する制御ユニットまたは制御モジュールを備える場合がある。制御ユニットが、ロボットアームまたはツールから離れて位置付けされていると、制御ユニットに送信される制御信号、および制御ユニットから受信されるフィードバック信号は、過度の電気ノイズの影響を受ける場合がある。電圧ベースのアナログ信号はまた、電気ノイズの影響を非常に受けやすく、信頼性の低いセンサデータをもたらす場合がある。
【０００５】
このため、信号ノイズなどの関連技術の問題なしに、可変グリッパを特定の物体に合わせることができるグリッパ装置に対する未対処のニーズがある。本出願の例示的な実装形態は、関連技術のシステムにおける欠陥に対処し得る。
【発明の概要】
【０００６】
本出願の態様は、ロボットアームのためのツール構造体を含み得る。ツール構造体は、少なくとも１つの構造部材、コネクタおよび制御ユニットを含み得る。コネクタは、構造部材に機械的に連結され、ロボットアーム上に位置付けされたツール支持構造体と係合するように形成され得る。さらに、コネクタは、コネクタ内に配設され、ツール支持構造体から圧縮空気を受け取るように位置決めされた少なくとも１つの圧縮空気チャネルと、コネクタ内に配設され、ツール支持構造体から１つ以上の電気信号を受信するように位置決めされた少なくとも１つの信号線と、を有し得る。制御ユニットは、少なくとも１つの構造部材に機械的に連結され、コネクタに通信可能に連結され得る。さらに、制御ユニットは、コネクタがツール支持構造体に接続されていると判定することに基づいて、ツール構造体の性能を感知および調整するように構成され得る。
【０００７】
本出願の追加の態様は、ロボットアームのためのツールシステムを含み得る。ツールシステムは、ツール支持構造体、ツール構造体および制御ユニットを含み得る。ツール構造体は、ツール支持構造体に連結され得る。ツール構造体は、少なくとも１つの構造部材と、構造部材に機械的に連結され、ロボットアーム上に位置付けされたツール支持構造体と係合するように形成されたコネクタと、を含み得る。制御ユニットは、少なくとも１つの構造部材に機械的に連結され、コネクタに通信可能に連結され得る。さらに、制御ユニットは、コネクタがツール支持構造体に接続されていると判定することに基づいて、ツール構造体の性能を感知および調整するように構成され得る。
【０００８】
本出願のさらなる態様は、ロボットアームのためのツール構造体を含み得る。ツール構造体は、少なくとも１つの構造部材、コネクタ、制御ユニットおよびツールヘッドを有する。コネクタは、構造部材に機械的に連結され、ロボットアーム上に位置付けされたツール支持構造体と係合するように形成され得る。さらに、コネクタは、コネクタ内に配設され、ツール支持構造体から圧縮空気を受け取るように位置決めされた少なくとも１つの圧縮空気チャネルと、コネクタ内に配設され、ツール支持構造体から１つ以上の電気信号を受信するように位置決めされた少なくとも１つの信号線と、を有し得る。制御ユニットは、少なくとも１つの構造部材に機械的に連結され、コネクタに通信可能に連結され得る。さらに、制御ユニットは、ツール構造体の性能を感知および調整するように構成され得る。ツールヘッドは、少なくとも１つの構造部材に機械的に連結され得る。さらに、ツールヘッドは、コネクタを通じて制御ユニットによって制御され得る。ツールヘッドは、少なくとも１つの構造部材上に配設された真空発生器を含み得る。真空発生器は、圧縮空気を受け取り、ツール支持構造体から受け取った圧縮空気に応じて真空圧力を生成するように構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
以下の図面に基づいて、本発明の例示的な実施形態を詳細に説明する。
【００１０】
【図１Ａ】本出願の例示的実施形態による、ロボットシステムが使用される例示的環境の図解である。
【図１Ｂ】本出願の例示的な実施形態による、ロボットシステムを例示するブロック図である。
【図２】本出願の例示的な実施形態による、ロボットアームの斜視図を示す。
【図３】本出願の例示的な実施形態による、ロボットアームのツール構造体の斜視図を示す。
【図４】本出願の例示的な実施形態による、ロボットアームの別のツール構造体の斜視図を示す。
【図５】本出願の例示的な実施形態による、ロボットアームの別のツール構造体の斜視図を示す。
【図６】本出願の例示的な実施形態による、アームの関節構造体に取り付けられたツール支持構造体を示す。
【図７】本出願の例示的な実施形態による、ツールを制御する制御ユニットを示す。
【図８】本出願の例示的な実施形態による、ロボットアーム２００の追加の視図を示す。
【図９】本出願の例示的な実施形態による、ロボットアーム２００の追加の視図を示す。
【図１０】本出願のツール支持構造体上に搭載される一対のグリッパツールを示す。
【図１１】本出願のいくつかの例示的な実施形態での使用に適した、例示的なコンピュータデバイスを備えた例示的なコンピューティング環境を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な説明は、本出願の図および例示的な実施形態のさらなる詳細を提供する。図面間の冗長要素の参照番号および説明は、わかりやすくするために省略されている。説明全体で使用される用語は例として提供されており、限定することを意図していない。例えば、「自動」という用語の使用は、実装形態の特定の態様にわたるユーザまたはオペレータの制御を含めて完全自動または半自動の実装形態を含む場合があり、本出願の実施形態を実施する当業者の所望の実装形態に依存する。さらに、「第１」、「第２」、「第３」等などの順次用語は、単にラベル付けの目的で説明および請求項で使用される場合があり、説明される順序で発生する説明されるアクションまたは項目への言及に限定されるべきではない。アクションまたは項目は、本出願の範囲から逸脱することなく、異なる順序に並べられてもよく、または並行してまたは動的に行なわれてもよい。
【００１２】
本出願において、「コンピュータ可読媒体」という用語は、ローカル記憶デバイス、クラウドベースの記憶デバイス、遠隔にあるサーバ、または当業者に明らかであり得る任意の他の記憶デバイスを含み得る。
【００１３】
本出願において、「機械的に連結された」という用語は、２つ以上の構成要素間の直接の物理的接続、または１つ以上の追加の構成要素によって一緒に接続されている２つ以上の構成要素間の間接の物理的接続を含み得る。例えば、第１の構成要素は、一緒に直接接続されることにより、または第３の構成要素によって接続されることにより、第２の構成要素に機械的に連結されてもよい。「機械的に連結された」という用語はまた、流体（例えば、液体または気体）が２つ以上の構成要素間を流れることを可能にする直接または間接の接続も含み得る。
【００１４】
本出願において、「通信可能に連結された」という用語は、通信信号の交換を可能にするための２つ以上の構成要素間の直接的電子接続、１つ以上の追加構成要素によって一緒に電子的に接続された２つ以上の構成要素間の間接的電子接続、２つ以上の構成要素間の直接無線通信接続、または１つ以上の追加構成要素または直接、間接、または無線通信接続の任意の組み合わせによって無線接続された２つ以上の構成要素間の間接無線通信接続を含み得る。例えば、第１の構成要素は、直接電気接続によって、１つ以上の追加構成要素による間接電気接続によって、または直接的（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）または他の直接無線接続を介して）、または間接的（例えば、無線ルータまたは他の無線接続デバイスを介して）のいずれかで無線接続されることによって、第２の構成要素に通信可能に連結されてもよい。
【００１５】
適合する環境
図１Ａは、本出願の例示的な実施形態による、可変グリッパ装置を備えたロボットシステム１００が使用される例示的環境の図解である。ロボットシステム１００は、１つ以上のタスクを実行するように構成された１つ以上の構造体（例えば、ロボット）を含む。ピースロス管理メカニズムの態様は、様々な構造体によって実践または実装できる。
【００１６】
図１Ａに示す例では、ロボットシステム１００は、倉庫または配送／出荷ハブ内で、荷下ろしユニット１０２、移送ユニット１０４、搬送ユニット１０６、荷積みユニット１０８、またはそれらの組み合わせを含むことができる。ロボットシステム１００内のユニットの各々は、１つ以上のタスクを実行するように構成することができる。タスクを順番に組み合わせて、倉庫に保管するためにトラックまたはバンから物体を荷下ろししたり、保管場所から物体を荷下ろしして、出荷のためにトラックまたはバンに荷積みするなどの、目標を達成する動作を行うことができる。別の例として、タスクには、１つのコンテナから別のコンテナに物体を移動することを含むことができる。ユニットの各々は、タスクを実行するために一連のアクション（例えば、１つ以上の構成要素を動作させる）を実行するように構成することができる。
【００１７】
いくつかの実施形態では、タスクは、開始場所１１４からタスク場所１１６へのターゲット物体１１２（例えば、箱、ケース、ケージ、パレット等）の操作（例えば、移動および／または再配向）を含むことができる。例えば、荷下ろしユニット１０２（例えば、デバンニングロボット）は、キャリア（例えば、トラック）内の場所からコンベヤベルト上の場所にターゲット物体１１２を移送するように構成することができる。また、移送ユニット１０４（例えば、パレタイジングロボット）は、搬送ユニット１０６上のパレットにターゲット物体１１２を荷積みするためなど、ターゲット物体１１２をコンベヤベルト上の場所から搬送ユニット１０６上の場所に移送するように構成することができる。
【００１８】
別の例示的な実施形態によれば、移送ユニット１０４（例えば、ピースピッキングロボット）は、１つのコンテナから別のコンテナにターゲット物体１１２を移送するように構成することができる。動作を完了する際に、搬送ユニット１０６は、移送ユニット１０４に関連付けられたエリアから荷積みユニット１０８に関連付けられたエリアにターゲット物体１１２を移送することができる。荷積みユニット１０８は、移送ユニット１０４から保管場所（例えば、棚上の場所）にターゲット物体１１２を移送することができる（例えば、ターゲット物体１１２を搬送するパレットを移動することにより）。タスクおよび関連するアクションに関する詳細については、以下で説明する。
【００１９】
例示の目的で、ロボットシステム１００は、出荷センターの文脈で説明されている、しかしながら、ロボットシステム１００は、製造、組立、パッケージング、ヘルスケア、および／または他のタイプの自動化などの他の環境および他の目的でタスクを実行するように構成することができることが理解される。また、ロボットシステム１００は、図１には示されていないマニピュレーター、サービスロボット、モジュラーロボット等などの他のユニットを含むことができることも理解される。
【００２０】
例えば、いくつかの実施形態では、ロボットシステム１００は、ケージカートまたはパレットからコンベヤまたは他のパレット、１つのコンテナから別のコンテナに物体を移送するためのコンテナ切り替えユニット、物体をラッピングするためのパッケージングユニット、その１つ以上の特性に従って物体をグループ化するための仕分けユニット、その１つ以上の特性に従って物体を異なる方法で操作する（例えば、仕分け、グループ化、および／または移送する）ためのピースピッキングユニット、またはそれらの組み合わせに物体を移送するためのデパレタイジングユニットを含むことができる。
【００２１】
適合するシステム
図１Ｂは、本技術の１つ以上の実施形態による、ロボットシステム１００を示すブロック図である。いくつかの実施形態では、例えば、ロボットシステム１００（例えば、上述のユニットおよび／またはロボットのうちの１つ以上の）は、１つ以上のプロセッサ１１８、１つ以上の記憶デバイス１２０、１つ以上の通信デバイス１２２、１つ以上の入出力デバイス１２４、１つ以上の作動デバイス１２８、１つ以上の搬送モータ１３０、１つ以上のセンサ１３２、またはそれらの組み合わせなどの、電子／電気デバイスを含むことができる。
【００２２】
様々なデバイスを、有線接続および／または無線接続を介して互いに通信可能に連結することができる。例えば、ロボットシステム１００は、システムバス、周辺機器相互接続（ＰＣＩ）バスまたはＰＣＩエクスプレスバス、ハイパートランスポートまたは業界標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）バス、小型コンピュータシステムインターフェース（ＳＣＳＩ）バス、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、ＩＩＣ（Ｉ２Ｃ）バス、または米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）標準１３９４バス（「ファイアワイヤ」とも呼ばれる）などの、バスを含むことができる。また、例えば、ロボットシステム１００は、デバイス間のワイヤ接続を提供するためのブリッジ、アダプタ、コントローラ、または他の信号関連デバイスを含むことができる。無線接続は、例えば、セルラ通信プロトコル（例えば、３Ｇ、４Ｇ、ＬＴＥ、５Ｇ等）、無線ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）プロトコル（例えば、ワイヤレスフィデリティ（ＷＩＦＩ））、ピアツーピアまたはデバイスツーデバイス通信プロトコル（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、近距離無線通信（ＮＦＣ）等）、モノのインターネット（ＩｏＴ）プロトコル（例えば、ＮＢ−ＩｏＴ、ＬＴＥ−Ｍ等）、および／または他の無線通信プロトコル、に基づくことができる。
【００２３】
プロセッサ１１８は、記憶デバイス１２０（例えば、コンピュータメモリ）に記憶された命令（例えば、ソフトウェア命令）を実行するように構成されたデータプロセッサ（例えば、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、専用コンピュータ、および／またはオンボードサーバ）を含むことができる。プロセッサ１１８は、プログラム命令を実装して、他のデバイスと制御／インターフェースすることができ、それにより、ロボットアーム２００にアクション、タスク、および／または動作を実行させることができる。
【００２４】
記憶デバイス１２０は、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を記憶した非一時的コンピュータ可読媒体を含むことができる。記憶デバイス１２０のいくつかの例には、揮発性メモリ（例えば、キャッシュおよび／またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および／または不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリおよび／または磁気ディスクドライブ）を含むことができる。記憶デバイス１２０の他の例には、ポータブルメモリドライブおよび／またはクラウド記憶デバイスを含むことができる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、記憶デバイス１２０を使用して、処理結果および／またはデータ／閾値（例えば、所定のデータおよび閾値）へのアクセスをさらに記憶および提供することができる。例えば、記憶デバイス１２０は、ロボットシステム１００によって操作され得る物体（例えば、箱、ケース、および／または製品）の記述を含むマスタデータを記憶することができる。１つ以上の実施形態において、マスタデータは、ロボットシステム１００によって操作されると予想される物体に対する寸法、形状（例えば、潜在的な姿勢のテンプレートおよび／または異なる姿勢の物体を認識するためのコンピュータ生成モデル）、配色、画像、識別情報（例えば、バーコード、クイックレスポンス（ＱＲ）コード（登録商標）、ロゴ等、および／またはその予想場所）、予想重量、またはそれらの組み合わせ、を含むことができる。いくつかの実施形態では、マスタデータは、各々の物体の重心位置、１つ以上のアクション／操縦に対応する予想されるセンサ測定値（例えば、力、トルク、圧力、および／または接触測定値）、またはそれらの組み合わせなど、物体に関する操作関連情報を含むことができる。
【００２６】
また、例えば、記憶デバイス１２０は、物体追跡データを記憶することができる。いくつかの実施形態では、物体追跡データは、スキャンまたは操作された物体のログを含むことができる。いくつかの実施形態では、物体追跡データは、１つ以上の場所（例えば、指定されたピックアップあるいはドロップ場所および／またはコンベヤベルト）における物体の画像データ（例えば、写真、ポイントクラウド、ライブ映像フィード等）を含むことができる。いくつかの実施形態では、物体追跡データは、１つ以上の場所での物体の場所および／または向きを含むことができる。
【００２７】
通信デバイス１２２は、ネットワークを介して外部または遠隔デバイスと通信するように構成された回路を含むことができる。例えば、通信デバイス１２２は、受信機、送信機、変調器／復調器（モデム）、信号検出器、信号エンコーダ／デコーダ、コネクタポート、ネットワークカード等を含むことができる。通信デバイス１２２は、１つ以上の通信プロトコル（例えば、インターネットプロトコル（ＩＰ）、無線通信プロトコル等）に従って電気信号を送信、受信、および／または処理するように構成され得る。いくつかの実施形態では、ロボットアーム２００は、通信デバイス１２２を使用して、ロボットシステム１００のユニット間で情報を交換することができ、および／またはロボットシステム１００の外部のシステムまたはデバイスと（例えば、報告、データ収集、分析、および／またはトラブルシューティングの目的で）情報を交換することができる。
【００２８】
入出力デバイス１２４は、オペレータ（例えば人間のオペレータ）と情報をやり取りするように構成されたユーザインターフェースデバイスを含むことができる。例えば、入出力デバイス１２４は、人間のオペレータに情報を伝達するためのディスプレイ１２６および／または他の出力デバイス（例えば、スピーカ、ハプティクス回路、または触覚フィードバックデバイス等）を含むことができる。また、入出力デバイス１２４は、キーボード、マウス、タッチスクリーン、マイクロフォン、ユーザインターフェース（ＵＩ）センサ（例えば、モーションコマンドを受信するためのカメラ）、ウェアラブル入力デバイス等などの制御または受信デバイスを含むことができる。いくつかの実施形態では、ロボットシステム１００は、入出力デバイス１２４を使用して、アクション、タスク、動作、またはそれらの組み合わせを実行する際に人間のオペレータと対話することができる。
【００２９】
ロボットシステム１００は、運動（例えば、回転および／または並進変位）のために接合部で接続される物理的または構造部材（例えば、ロボットマニピュレータアーム）を含むことができる。構造部材および接合部は、ロボットシステム１００の使用／動作に応じて１つ以上のタスク（例えば、把持、スピニング、溶接等）を実行するように構成されたエンドエフェクタ（例えば、グリッパ）を操作するように構成された運動連鎖を形成することができる。ロボットシステム１００は、対応する接合部の周りまたは対応する接合部で構造部材を駆動または操作（例えば、変位および／または再配向）するように構成された作動デバイス１２８（例えば、モータ、アクチュエータ、ワイヤ、人工筋肉、電気活性ポリマー等）を含むことができる。いくつかの実施形態では、ロボットシステム１００は、対応するユニット／シャーシを場所から場所へ搬送するように構成された搬送モータ１３０を含むことができる。
【００３０】
ロボットシステム１００は、構造部材の操作および／またはロボットユニットの搬送などのタスクを実施するために使用される情報を取得するように構成されたセンサ１３２を含むことができる。センサ１３２は、ロボットシステム１００の１つ以上の物理的特性（例えば、１つ以上の構造部材やその接合部の状況、状態、および／または場所）および／または取り巻く環境を検出または測定するように構成されたデバイスを含むことができる。センサ１３２のいくつかの例には、加速度計、ジャイロスコープ、力センサ、ひずみゲージ、触覚センサ、トルクセンサ、および位置エンコーダを含むことができる。
【００３１】
いくつかの実施形態では、例えば、センサ１３２は、周囲の環境を検出するように構成された、１つ以上の撮像デバイス１３４（例えば、視覚および／または赤外線カメラ、ライダ、レーダ、および／または他の距離測定または撮像デバイスを含む２次元および／または３次元カメラ）を含むことができる。撮像デバイス１３４は、デジタル画像および／またはポイントクラウドなどの、検出された環境の表現を検出および生成することができ、マシン／コンピュータビジョンの実装（例えば、自動検査、ロボットガイダンス、または他のロボットアプリケーション）に使用される。以下でさらに詳細に説明するように、ロボットシステム１００は、（例えば、プロセッサ１１８を介して）デジタル画像および／またはポイントクラウドを処理して、図１Ａのターゲット物体１１２、図１Ａの開始場所１１４、図１Ａのタスク場所１１６、図１Ａのターゲット物体１１２の姿勢、またはそれらの組み合わせを識別することができる。
【００３２】
ターゲット物体１１２を操作するために、ロボットシステム１００は、（例えば、様々なユニットを介して）指定エリア（例えば、トラック内、コンテナ内、またはコンベヤベルト上の物体のピックアップ場所）の画像を捕捉および分析してターゲット物体１１２およびその開始場所１１４を識別することができる。同様に、ロボットシステム１００は、別の指定エリア（例えば、コンベヤベルト上に物体を置くためのドロップ場所、コンテナ内に物体を置くための場所、または積み上げ用のパレット上の場所）の画像を捕捉および分析してタスク場所１１６を識別することができる。
【００３３】
また、例えば、センサ１３２は、構造部材（例えば、ロボットアームおよび／またはエンドエフェクタ）および／または対応するロボットシステム１００の接合部の位置を検出するように構成された位置センサ１３６（例えば、位置エンコーダ、ポテンショメータ等）を含むことができる。ロボットシステム１００は、位置センサ１３６を使用して、タスクの実行中に構造部材および／または接合部の場所および／または向きを追跡することができる。
【００３４】
いくつかの実施形態において、センサ１３２は、複数の物理的構造または表面間の直接接触に関連付けられた特性を測定するように構成された、接触センサ１３８（例えば、圧力センサ、力センサ、ひずみゲージ、ピエゾ抵抗／圧電センサ、容量センサ、弾性センサ、および／または他の触覚センサ）を含むことができる。接触センサ１３８は、ターゲット物体１１２上のエンドエフェクタ（例えば、グリッパ）の把持に対応する特性を測定することができる。したがって、接触センサ１３８は、グリッパとターゲット物体１１２との間の接触または取り付けの程度に対応する定量化された計測量（例えば、測定された力、トルク、位置等）を表す接触測定量を出力することができる。例えば、接触測定量は、エンドエフェクタによってターゲット物体１１２に加えられた力に関連付けられた１つ以上の力またはトルクの読み取り値を含むことができる。接触測定量に関する詳細は以下で説明されている。
【００３５】
以下でさらに詳細に説明するように、ロボットシステム１００は、（例えば、プロセッサ１１８を介して）接触測定量に基づいてタスクを達成するために異なるアクションを実装することができる。例えば、ロボットシステム１００は、初期接触測定量が閾値未満である場合、ターゲット物体１１２を再把持することができる。また、ロボットシステム１００は、タスクの実行中に接触測定量が閾値を下回った場合、ターゲット物体１１２を意図的に落とし、タスク場所１１６を調整し、アクションの速度または加速度、またはそれらの組み合わせを調整することができる。
【００３６】
本出願によるエンドエフェクタ（例えば、グリッパ）の例示的な実施形態は、必要とされる能力に基づいてツールヘッドを変更する能力を提供することによって、ツール選択およびカスタマイズにおいてより大きな柔軟性を有し得る。例えば、握持される物体のタイプに合わせるために可変グリッパを交換してもよい。この合わせること（matching）は、物体のサイズ、物体の繊細さ、または当業者に明らかであり得る任意の他の要因に基づいて行われ得る。この変更能力は、新しいツールの要件に対応するために、ツールの変更を感知し、信号Ｉ／Ｏ動作および供給される圧縮空気給送を調整するように構成された制御モジュールに通信可能に連結されたコネクタ構造体によって提供される。
【００３７】
図２は、本出願の例示的な実施形態による、ロボットアーム２００の斜視図を示す。図２では、ロボットアーム２００は、上部構造体（ここでは「肩」と呼ばれる）が取り外されて示されている。肩構造体については、図８および９に関して以下で述べる。図２に示すように、ロボットアーム２００は、ツール支持構造体２０５とツール構造部分２１０とを備える。ここでは説明のために、ツール構造体２１０はロボットアーム２００の「手」と呼ばれ、ツール支持構造体２０５はロボットアーム２００の「手首」と呼ばれる場合がある。本出願の例示的な実施形態では、ツール支持構造体２０５または手首は、異なるタイプまたは構成のツール構造体または手と接続するように構成され得る。図２〜図４および図９は、ツール構造体の例示的な実施形態を示す。
【００３８】
図２に示すように、ツール支持構造体２０５はコネクタ本体２１５を有し、コネクタ本体２１５は、ツール支持構造体２０５をツール構造体２１０に接続すると共に、ツール支持構造体２０５をロボットアーム（図２には図示せず、図７および図８に示す）に接続する。コネクタ本体２１５に隣接するのは、圧縮空気給送および有線信号線または接続がコネクタ本体２１５に提供されることを可能にする受容ポート２４５である。ツール支持構造体２０５はまた、ロボットアーム２００から離れて位置付けされた制御ユニット（図２には図示せず）から提供される有線信号接続に基づいて圧縮空気を生成するように構成されている空気圧縮機２４０を含む。いくつかの例示的な実装形態では、空気圧縮機２４０はコネクタ本体に隣接して位置決めされ、圧縮空気を生成してツール構造体２１０を駆動する一方、制御ユニットは、ロボットアーム２００の基部で、またはツール支持構造体２０５よりもツール構造体２１０からさらに離れた別の場所で、ロボットアーム２００の別の部分上に位置付けされてもよい。そのような例示的な実装形態では、空気圧縮機２４０は、制御ユニットよりもツール構造体２１０の近くに位置付けされ得る。
【００３９】
さらに、以下で述べるように、圧縮機２４０は、圧縮空気を使用してツール構造体２１０に対する真空圧力を生成する１つ以上の真空エジェクタに機械的に連結され得る。例えば、真空エジェクタは、ツール構造体に真空圧力を提供する低圧ゾーンを作成するように形作られたノズルを圧縮空気が通過することを可能にする。この構造は、可動部品を必要とすることなく、ツール支持構造体２０５上に真空圧力が生成されることを可能にし得る。
【００４０】
例えば、いくつかの例示的な実施形態では、制御ユニットは、ロボットアーム２００の基部に、またはロボットアーム２００が取り付けられ得る支持構造体の基部に載置されてもよい。有線信号線は、受容ポート２４５を通じて空気圧縮機２４０およびロボットアーム２００上の他の構成要素に制御ユニットを接続し得る。さらに、いくつかの例示的な実施形態では、制御ユニットがロボットアーム２００上に設けられてもよく、または複数の制御ユニットの組み合わせが協働して、ロボットアーム２００上およびロボットアーム２００から離れた場所の両方に配置されてもよいことが理解され得る。
【００４１】
制御ユニットは、図１１に示され、かつ以下で述べるように、コンピューティング環境１１００のコンピューティングデバイス１１０５などのコンピューティングデバイスを含み得る。
【００４２】
ツール構造体２１０は、他の構成要素を取り付ける得る１つ以上の構造部材２６０および２６５を含むことができる。構造部材２６０および２６５は、他の構成要素を取り付けて支持することができる剛性のロッドまたはフレームとして形成され得る。構造部材２６０／２６５は、鋼、鋳鉄、アルミニウム、または任意の他の金属、または当業者には明らかであり得る合金などの、金属から形成され得る。構造部材２６０／２６５はまた、セラミック材料、複合材料、または当業者に明らかであり得る他の構造材料から形成されてもよい。
【００４３】
また、ツール構造体２１０はコネクタ受容部２７５を有し、コネクタ受容部２７５は、コネクタ本体２１５に連結して、ツール構造体２１０とツール支持構造体２０５との間の構造的および電気的接続を提供するように構成されている。ツール構造体２１０はまた、構造部材２６０、２６５によってコネクタ受容部２７５に接続されたツールヘッド２８０も有し得る。例えば、構造部材２６５は、コネクタ受容部２７５に接続されてよく、ツールヘッド２８０は、構造部材２６０によって構造部材２６５に接続されてよい。ツールヘッド２８０は、１つ以上のツール構成要素を支持するような形状およびサイズにされ得る。ツール構成要素の例には、吸引カップ、グリッパ、爪、指、または当業者に明らかであり得る任意の他のツール構成要素が含まれ得る。
【００４４】
以下により詳細に述べるように、コネクタ受容部２７５は、ツール支持構造体２１０からツール構造体２１０の周りに分配された１つ以上の圧縮空気ポート２２５に圧縮空気給送をルート決めするための１つ以上の圧縮空気チャネルを有し得る。圧縮空気ポート２２５は、圧縮空気ホース（図示せず）によって、圧縮空気によって駆動されるツール構造体２１０上のアクチュエータまたは他の構成要素に接続され得る。
【００４５】
図２において、ツール支持構造体２０５のコネクタ受容部２７５は、圧縮空気給送を多数の圧縮空気ポート２２５にルート決めするのに十分な圧縮空気チャネルを有し得る。例えば、ツール支持構造体２０５が圧縮空気チャネルと圧縮空気ポート２２５との間に１対１の対応を有するとき、圧縮空気チャネルのうちの１つが圧縮空気ポート２２５のうちの１つに圧縮空気を提供するように、十分な数の圧縮空気チャネルがあってよい。具体的な例として、図２に示されるように、圧縮空気ポート２２５の数は６であってもよい。圧縮空気チャネルの複数のインスタンスが圧縮空気ポート２２５の単一のインスタンスに圧縮空気を提供する、または圧縮空気チャネルの単一のインスタンスが複数の圧縮空気ポート２２５に圧縮空気を提供するような、多数対１の対応もあり得る。さらに、１つ以上のバルブがコネクタ受容部２７５に統合されて、異なる圧縮空気ポート２２５を備えた空気チャンネを動的に接続し、空気の流れを制御し得る。
【００４６】
いくつかの例では、圧縮空気ポート２２５は、グリッパアタッチメント内のアクチュエータに接続して、グリッパの爪を開閉し得る。圧縮空気ポート２２５はまた、ロボットツールの手の指を動作させるアクチュエータに接続し得る。圧縮空気ポート２２５はまた、真空エジェクタに機械的に連結されて、圧縮空気の流れを使用してツール構造体２１０に対して真空圧力を生成し得る。例えば、圧縮空気は、ツールヘッド２８０に対して真空圧力を提供する低圧ゾーンを作成するように形作られたノズルを通過させられてもよい。
【００４７】
さらに、いくつかの例示的な実装形態では、真空エジェクタからの真空圧力が真空ポート２３０に提供されて得、それは圧力ホース（わかりやすくするために図示は省略され、図８に示されている）によって、ロボットアーム２００のツールヘッド２８０上の吸引カップ２５０の吸引ポート２５５に接続され得る。１つ以上の圧力センサ２２０が、圧縮空気ポート２２５および真空ポート２３０に機械的に連結されてもよい。１つ以上の圧力センサ２２０は、有線信号線によって制御ユニットと通信して、システム圧力に関するフィードバック信号を提供し得る。代わりに、１つ以上の圧力センサ２２０は、制御ユニットと無線で通信してもよい。
【００４８】
言い換えれば、圧縮空気は、空気圧縮機２４０によってツール支持構造体２０５に提供され、制御ユニットによって制御され、エジェクタに提供される。エジェクタは、真空圧力を生成し、ツールヘッド２８０の端部に位置する吸引カップ２５０に真空圧力を提供し得る。ツール構造体２１０上で真空圧力を生成することにより、吸引カップ２５０で測定された真空圧力は、ロボットアーム２００の基部に、またはツール構造体２１０よりもツールヘッド２８０からより離れた他の場所に位置する真空発生器を使用して生成された真空圧力よりも大きくなり得る。同様に、ツール支持構造体２０５上に空気圧縮機２４０を配置することは、ロボットアームの基部またはツール支持構造体２０５よりもツール構造体からより離れた他の場所で生成された空気を圧縮するのと比べて、より大きな空気圧が生成および維持されることを可能にする。
【００４９】
図３は、本出願の例示的な実施形態による、ロボットアームのツール構造体３１０の斜視図を示す。ツール構造体３１０は、図２に示され、上記で述べたツール支持構造体２０５のようなロボットアームのツール支持構造体に接続され得る。
【００５０】
上記で述べた図２のツール構造体２１０と同様に、ツール構造体３１０は、他の構成要素を取り付け得る１つ以上の構造部材３６０および３６５を含む。構造部材３６０および３６５は、他の構成要素を取り付けて支持することができる剛性のロッドまたはフレームとして形成され得る。構造部材３６０／３６５は、鋼、鋳鉄、アルミニウム、または任意の他の金属、または当業者には明らかであり得る合金などの、金属から形成され得る。構造部材３６０／３６５はまた、セラミック材料、複合材料、または当業者に明らかであり得る他の構造材料から形成されてもよい。
【００５１】
ツール構造体３１０はまた、ツール構造体３１０とツール支持構造体２０５との間の構造的および電気的接続を提供するために、上記で述べた図２のツール支持構造体２０５の図２のコネクタ本体２１５のようなコネクタ本体に連結するように構成されているコネクタ受容部３７５を含む。ツール構造体３１０はまた、構造部材３６０および３６５によってコネクタ受容部３７５に接続されたツールヘッド３８０も含み得る。例えば、構造部材３６５は、コネクタ受容部３７５に接続されてもよく、ツールヘッド３８０は、構造部材３６０によって構造部材３６５に接続されてもよい。ツールヘッド３８０は、１つ以上のツール構成要素を支持するような形状およびサイズにされ得る。ツール構成要素の例には、吸引カップ、グリッパ、爪、指、または当業者に明らかであり得る任意の他のツール構成要素が含まれ得る。
【００５２】
図示のように、コネクタ受容部３７５は、ツール支持構造体３１０からツール構造体３１０の周りに分配された１つ以上の圧縮空気ポート３２５に圧縮空気給送をルート決めするための複数の空気チャネル３７７を含む。図３に示されるように、コネクタ受容部３７５は、６つの圧縮空気ポート３２５に給送する６つの空気チャネル３７７を提供することができる。ツール構造体３１０は、６とは異なる数の圧縮空気ポート３２５を含むことができることが理解される。空気チャネル３７７のうちの１つが圧縮空気ポート３２５のうちの１つに圧縮空気を給送するように、圧縮空気チャネル３７７と圧縮空気ポート３２５との間に１対１の対応があり得る。複数の空気チャネル３７７が単一の圧縮空気ポート３２５に圧縮空気を給送する、または単一の空気チャネル３７７が複数の圧縮空気ポート３２５に給送するような多数対１の対応もあり得る。さらに、１つ以上のバルブがコネクタ受容部３７５に統合されて、異なる圧縮空気ポート３２５を備えた空気チャネル３７７間の接続を動的に接続または変更し、空気の流れを制御し得る。
【００５３】
圧縮空気ポート３２５は、ツール構造体（図示せず）上の空気圧縮機（図示せず）に接続されてもよく、圧縮空気ホース（図示せず）によって、圧縮空気によって駆動されるツール構造体３１０上のアクチュエータまたは他の構成要素に接続されてもよい。例えば、圧縮空気ポート３２５は、グリッパアタッチメント内のアクチュエータに接続して、グリッパの爪を開閉し得る。圧縮空気ポート３２５はまた、ロボットツールの手の指を動作させるアクチュエータに接続し得る。圧縮空気ポート３２５はまた、１つ以上の真空エジェクタに接続されて、ツール構造体３１０に対して真空圧力を生成し得る。例えば、圧縮空気は、ツールヘッド３８０に対して真空圧力を提供する低圧ゾーンを作成するように形作られたノズルを通過させられてもよい。
【００５４】
さらに、いくつかの例示的な実装形態では、真空エジェクタは、真空ポート３３０に真空圧力を提供することができ、それは圧力ホース（ここではわかりやすくするために省略され、図８に示されている）によって、アームのツールヘッド３８０上の１つ以上の吸引カップ３５０の吸引ポート３５５に接続され得る。さらに、圧力センサ３２０が圧縮空気ポート３２５および真空ポート３３０に機械的に連結され、システム圧力に関するフィードバック信号を制御ユニットに提供し得る。図３に示すように、単一の圧力センサ３２０、単一の圧縮空気ポート３２５、および単一の吸引カップ３５０が設けられている。
【００５５】
真空エジェクタは、圧縮空気を使用してツールヘッド３８０に対して真空圧力を生成し、吸引カップ３５０に真空圧力を提供し得る。ツール構造体３１０上で真空圧力を生成することにより、吸引カップ３５０で測定された真空圧力は、ロボットアームの基部に、またはツール構造体３１０よりもツールヘッド３８０からより離れた他の場所に位置する真空発生器を使用して生成された真空圧力よりも大きくなり得る。
【００５６】
加えて、コネクタ受容部３７５はまた、対応するブラケット（図６に関して述べる）と係合してツール構造体３１０をツール支持構造体に構造的に接続する支持ブラケット部３７９を含み得る。コネクタ受容部３７５はまた、ツール構造体３１０とツール支持構造体上またはツール支持構造体に隣接して位置する制御ユニットとの間で信号を送受信するためのリレー３８１または信号線を含む。
【００５７】
いくつかの例示的な実施形態では、制御ユニットは、ツール構造体３１０を支持するツール支持構造体の基部に位置付けされてもよい。制御ユニットは、空気圧縮機、真空圧力および圧縮空気流を制御するための制御バルブ、圧力センサ３２０、または制御ユニットから電気信号を送受信し得る任意の他の構成要素などの、ツール構造体３１０上に位置付けされた電気的構成要素に信号線によって直接接続されてもよい。遠隔モジュールと呼ばれることもある制御ユニットを、ツール支持構造体の基部に位置付けることによって、かつツール構造体３１０上の構成要素に直接接続することによって、電子ノイズまたは他の信号干渉が低減または最小化され得る。
【００５８】
一例として、ツール構造体３１０は、制御ユニットと通信するために１０個のデジタル入力および１０個のデジタル出力を有してもよいが、これらに限定されない。デジタル入力およびデジタル出力のレイアウトに基づいて、制御ユニットはツール構造体３１０の構成を検出し得る。例えば、ツール構造体３１０からのデジタル入力および出力（Ｉ／Ｏ）信号を使用して、制御ユニットは、ツール構造体３１０がいつ取り付けられ、どのツール構造体３１０が取り付けられているかを判定し得る。
【００５９】
いくつかの例示的な実施形態では、異なるツール構造体は、ツール構造体の特定のインスタンスあるいはツール構造体のタイプ、分類、または構成に固有の異なるツール識別子を有し得る。信号および電源に対する信号ピン構成を動的に検出して、ツール構造体３１０に送信された信号とツール構造体３１０から受信したフィードバック信号とに基づいて、接続されたツール構造体のツール識別子を判定してもよく、制御ユニットは、ツール構造体３１０の信号構成を選択して、接続されたツールをよりよく制御し得る。例えば、特定の信号ピン（例えばピン１）の高電圧および異なる信号ピン（例えばピン２）の低電圧の検出が、吸引ツールまたは真空ツールなどの、第１のタイプのツール構造体に対するツール識別子を示してもよい。逆に、信号ピン１の低電圧および信号ピン２の高電圧が、物体を機械的に握持するように構成されたグリッパなどの、異なるタイプのツール構造体に対するツール識別子を示してもよい。いくつかの例示的な実施形態では、制御ユニットは、ツール交換動作中の安全性に作用するように、ツール構造体３１０が切断されているか、適切に取り付けられていない場合、ツール支持構造体から供給される電力を動的に終了または無効にし得る。
【００６０】
いくつかの例示的な実施形態では、制御ユニットはまた、接続時、またはセンサがコネクタまたはツールからブロードキャストされる短距離無線信号（例えば、近距離無線通信（ＮＦＣ）、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）、または当業者には明らかな他の短距離無線通信）を検出する時、コネクタまたはツール上に位置するコンピュータ可読画像コード（例えば、バーコード、クイックレスポンス（ＱＲ）コード（登録商標）、または当業者には明らかな任意の他のコンピュータ可読コード）をセンサが検出することに基づいて、接続されたツール構造体のツール識別子を動的に判定し得る。
【００６１】
図４は、本出願の例示的な実施形態による、ロボットアームの別のツール構造体４１０の斜視図を示す。ツール構造体４１０は、図２に示され、上記で述べたツール支持構造体２０５のようなロボットアームのツール支持構造体に接続され得る。ツール構造体４１０は、図３のツール構造体３１０に関して上記で述べたものと同様の特徴を有し、本明細書では同様の参照番号が使用され得る。
【００６２】
ツール構造体４１０は、他の構成要素を取り付ける得る１つ以上の構造部材４６０および４６５を含むことができる。構造部材４６０および４６５は、他の構成要素を取り付けて支持することができる剛性のロッドまたはフレームとして形成され得る。構造部材４６０／４６５は、鋼、鋳鉄、アルミニウム、または任意の他の金属、または当業者には明らかであり得る合金などの、金属から形成され得る。構造部材４６０／４６５はまた、セラミック材料、複合材料、または当業者に明らかであり得る他の構造材料から形成されてもよい。
【００６３】
ツール構造体４１０はまた、ツール構造体４１０とツール支持構造体２０５との間の構造的および電気的接続を提供するために、上記で述べた図２のツール支持構造体２０５の図２のコネクタ本体２１５のようなコネクタ本体に連結するように構成されているコネクタ受容部４７５を含む。ツール構造体４１０はまた、構造部材４６０および４６５によってコネクタ受容部４７５に接続されたツールヘッド４８０も含み得る。例えば、構造部材４６５は、コネクタ受容部４７５に接続されてもよく、ツールヘッド４８０は、構造部材４６０によって構造部材４６５に接続されてもよい。ツールヘッド４８０は、１つ以上のツール構成要素を支持するような形状およびサイズにされ得る。ツール構成要素の例には、吸引カップ、グリッパ、爪、指、または当業者に明らかであり得る任意の他のツール構成要素が含まれ得る。
【００６４】
図示のように、コネクタ受容部４７５は、ツール構造体４１０からツール構造体４１０の周りに分配された１つ以上の圧縮空気ポート４２５に圧縮空気給送をルート決めするための複数の空気チャネル４７７を含む。図４に示すように、コネクタ受容部４７５は、６つの圧縮空気ポート４２５に給送する６つの空気チャネル４７７を提供することができるが、ツール構造体４１０が異なる数の圧縮空気ポート４２５を含むことができることが理解される。単一の空気チャネル４７７が単一の圧縮空気ポート４２５に圧縮空気を給送するように、圧縮空気チャネル４７７と圧縮空気ポート４２５との間に１対１の対応があり得る。複数の空気チャネル４７７が単一の圧縮空気ポート４２５に圧縮空気を給送する、または単一の空気チャネル４７７が複数の圧縮空気ポート４２５に給送するような多数対１の対応もあり得る。さらに、１つ以上のバルブがコネクタ受容部４７５に統合されて、異なる圧縮空気ポート４２５を備えた空気チャネル間の接続を動的に接続または変更し、空気の流れを制御し得る。
【００６５】
圧縮空気ポート４２５は、ツール構造体（図示せず）上の空気圧縮機（図示せず）に接続されてもよく、圧縮空気ホース（図示せず）によって、圧縮空気によって駆動されるツール構造体４１０上のアクチュエータまたは他の構成要素に接続されてもよい。例えば、圧縮空気ポート４２５は、グリッパアタッチメント内のアクチュエータに接続して、グリッパの爪を開閉し得る。圧縮空気ポート４２５はまた、ロボットツールの手の指を動作させるアクチュエータに接続し得る。圧縮空気ポート４２５はまた、１つ以上の真空エジェクタに接続されて、ツール構造体４１０に対して真空圧力を生成し得る。例えば、圧縮空気は、ツールヘッド４８０に対して真空圧力を提供する低圧ゾーンを作成するように形作られたノズルを通過させられてもよい。
【００６６】
さらに、いくつかの例示的な実装形態では、真空エジェクタは、真空ポート４３０に真空圧力を提供し得、それは圧力ホース（ここではわかりやすくするために省略され、図８に示されている）によって、アームのツールヘッド４８０上の吸引カップ４５０の吸引ポート４５５に接続され得る。さらに、複数の圧力センサ４２０が圧縮空気ポート４２５および真空ポート４３０に機械的に連結され、また制御ユニットに通信可能に連結されて、システム圧力に関するフィードバック信号を制御ユニットに提供し得る。図４に示すように、一対の（２つの）圧力センサ４２０、一対の圧縮空気ポート４２５、および一対の吸引カップ４５０が設けられている。
【００６７】
真空エジェクタは、圧縮空気を使用してツールヘッド４８０に対して真空圧力を生成し、ツールヘッド４８０の端部に位置する吸引カップ４５０に真空圧力を提供し得る。ツール構造体４１０上で真空圧力を生成することにより、吸引カップ４５０で測定された真空圧力は、ロボットアームの基部に、またはツール構造体４１０よりもツールヘッド４８０からより離れた他の場所に位置する真空発生器を使用して生成された真空圧力よりも大きくなり得る。
【００６８】
加えて、コネクタ受容部４７５はまた、対応するブラケット（図６に関して述べる）と係合してツール構造体４１０をツール支持構造体に構造的に接続する支持ブラケット部４７９を含み得る。さらに、コネクタ受容部４７５はまた、ツール構造体４１０とツール支持構造体上またはツール支持構造体に隣接して位置する制御ユニットとの間で信号を送受信するためのリレー４８１または信号線を含む。
【００６９】
いくつかの例示的な実施形態では、制御ユニットは、ツール構造体４１０を支持するツール支持構造体の基部に位置付けされてもよい。制御ユニットは、空気圧縮機、真空圧力および圧縮空気流を制御するための制御バルブ、圧力センサ４２０、または制御ユニットから電気信号を送受信し得る任意の他の構成要素などの、ツール構造体４１０上に位置付けされた電気的構成要素に信号線によって直接接続されてもよい。遠隔モジュールと呼ばれることもある、制御ユニットを、ツール支持構造体の基部に位置付けることによって、かつツール構造体４１０上の構成要素に直接接続することによって、電子ノイズまたは他の信号干渉が低減または最小化され得る。
【００７０】
一例として、ツール構造体４１０は、制御ユニットと通信するために１０個のデジタル入力および１０個のデジタル出力を有してもよい。デジタル入力およびデジタル出力のレイアウトに基づいて、制御ユニットはツール構造体４１０の構成を検出し得る。例えば、ツール構造体４１０からのデジタル入力および出力（Ｉ／Ｏ）信号を使用して、制御ユニットは、ツール構造体４１０がいつ取り付けられ、どのツール構造体４１０が取り付けられているかを判定し得る。
【００７１】
いくつかの例示的な実施形態では、異なるツール構造体は、ツール構造体の特定のインスタンスあるいはツール構造体のタイプ、分類、または構成に固有の異なるツール識別子を有し得る。信号および電源に対する信号ピン構成を動的に検出して、ツール構造体４１０に送信された信号とツール構造体４１０から受信したフィードバック信号とに基づいて、接続されたツール構造体のツール識別子を判定してもよく、制御ユニットは、ツール構造体４１０の信号構成を選択して、接続されたツールをよりよく制御し得る。例えば、特定の信号ピン（例えばピン１）の高電圧および異なる信号ピン（例えばピン２）の低電圧の検出が、吸引ツールまたは真空ツールなどの、第１のタイプのツール構造体に対するツール識別子を示してもよい。逆に、ピン１の低電圧およびピン２の高電圧が、物体を機械的に握持するように構成されたグリッパなどの、異なるタイプのツール構造体に対するツール識別子を示してもよい。さらに、いくつかの例示的な実施形態では、制御ユニットは、ツール交換動作中の安全性に作用するように、ツール構造体５１０が切断されているか、適切に取り付けられていない場合、ツール支持構造体から供給される電力を動的に終了または無効にし得る。
【００７２】
いくつかの例示的な実施形態では、制御ユニットはまた、接続持、あるいはセンサがコネクタまたはツールからブロードキャストされる短距離無線信号（例えば、近距離無線通信（ＮＦＣ）、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）、または当業者には明らかな任意の他の短距離無線通信）を検出する時、コネクタまたはツール上に位置するコンピュータ可読画像コード（例えば、バーコード、クイックレスポンス（ＱＲ）コード（登録商標）、または当業者には明らかな任意の他のコンピュータ可読コード）をセンサが検出することに基づいて、接続されたツール構造体のツール識別子を動的に判定し得る。
【００７３】
図５は、本出願の例示的な実施形態による、ロボットアームの別のツール構造体５１０の斜視図を示す。ツール構造体５１０は、図２に示され、上記で述べたツール支持構造体２０５のようなロボットアームのツール支持構造体に接続され得る。ツール構造体５１０は、図３のツール構造体３１０および図４のツール構造体４１０に関して上記で述べたものと同様の特徴を有し、本明細書では同様の参照番号が使用され得る。
【００７４】
ツール構造体５１０は、他の構成要素を取り付ける得る１つ以上の構造部材５６０および５６５を含むことができる。構造部材５６０および５６５は、他の構成要素を取り付けて支持することができる剛性のロッドまたはフレームとして形成され得る。構造部材５６０／５６５は、鋼、鋳鉄、アルミニウム、または任意の他の金属、または当業者には明らかであり得る合金などの、金属から形成され得る。構造部材５６０／５６５はまた、セラミック材料、複合材料、または当業者に明らかであり得る他の構造材料から形成されてもよい。
【００７５】
ツール構造体５１０はまた、ツール構造体５１０とツール支持構造体２０５との間の構造的および電気的接続を提供するために、上記で述べた図２のツール支持構造体２０５の図２のコネクタ本体２１５のようなコネクタ本体に連結するように構成されているコネクタ受容部５７５を含む。ツール構造体５１０はまた、構造部材５６０および５６５によってコネクタ受容部５７５に接続されたツールヘッド５８０も含み得る。例えば、構造部材５６５は、コネクタ受容部５７５に接続されてもよく、ツールヘッド５８０は、構造部材５６０によって構造部材５６５に接続されてもよい。ツールヘッド５８０は、１つ以上のツール構成要素を支持するような形状およびサイズにされ得る。ツール構成要素の例には、吸引カップ、グリッパ、爪、指、または当業者に明らかであり得る任意の他のツール構成要素が含まれ得る。
【００７６】
図示のように、コネクタ受容部５７５は、ツール支持構造体５１０からツール構造体５１０の周りに分配された１つ以上の圧縮空気ポート５２５に圧縮空気給送をルート決めするための複数の空気チャネル５７７を含む。図５に示すように、コネクタ受容部５７５は、６つの圧縮空気ポート５２５に給送する６つの空気チャネル５７７を提供することができるが、ツール構造体は異なる数の圧縮空気ポート５２５を有することができることが理解される。単一の空気チャネル５７７が単一の圧縮空気ポート５２５に圧縮空気を給送するように、圧縮空気チャネル５７７と圧縮空気ポート５２５との間に１対１の対応があり得る。複数の空気チャネル５７７が単一の圧縮空気ポート５２５に圧縮空気を給送する、または単一の空気チャネル５７７が複数の圧縮空気ポート５２５に給送するような複数対１の対応もあり得る。さらに、１つ以上のバルブがコネクタ受容部５７５に統合されて、異なる圧縮空気ポート５２５を備えた空気チャネル４７７間の接続を動的に接続または変更し、空気の流れを制御し得る。
【００７７】
圧縮空気ポート５２５は、ツール構造体５１０上の空気圧縮機５４０に接続されてもよく、圧縮空気ホースによって、圧縮空気によって駆動されるツール構造体５１０上のアクチュエータまたは他の構成要素に接続されてもよい。例えば、圧縮空気ポート５２５は、グリッパアタッチメント内のアクチュエータに接続して、グリッパの爪を開閉し得る。圧縮空気ポート５２５はまた、ロボットツールの手の指を動作させるアクチュエータに接続し得る。圧縮空気ポート５２５はまた、１つ以上の真空エジェクタに接続されて、ツール構造体５１０に対して真空圧力を生成し得る。例えば、圧縮空気は、ツールヘッド５８０に対して真空圧力を提供する低圧ゾーンを作成するように形作られたノズルを通過させられてもよい。
【００７８】
さらに、いくつかの例示的な実装形態では、真空エジェクタは、真空ポート５３０に真空圧力を提供し得、それは圧力ホース（ここではわかりやすくするために省略され、図８に示されている）によって、アームのツールヘッド５８０上の吸引カップ５５０の吸引ポート５５５に接続され得る。さらに、複数の圧力センサ５２０が圧縮空気ポート５２５および真空ポート５３０に機械的に連結され、制御ユニットに通信可能に連結されて、システム圧力に関するフィードバック信号を制御ユニットに提供し得る。図５に示されるように、４つの圧力センサ５２０、４つの圧縮空気ポート５２５、および４つの吸引カップ５５０が設けられている。
【００７９】
真空エジェクタは、圧縮空気を使用してツールヘッド５８０に対して真空圧力を生成し、ツールヘッド５８０の端部に位置する吸引カップ５５０に真空圧力を提供し得る。ツール構造体５１０上で真空圧力を生成することにより、吸引カップ５５０で測定された真空圧力は、ロボットアームの基部に、またはツール構造体５１０よりもツールヘッド５８０からより離れた他の場所に位置する真空発生器を使用して生成された真空圧力よりも大きくなり得る。
【００８０】
加えて、コネクタ受容部５７５はまた、対応するブラケット（図６に関して述べる）と係合してツール構造体５１０をツール支持構造体に構造的に接続する支持ブラケット部５７９を含み得る。さらに、コネクタ受容部５７５はまた、ツール構造体５１０とツール支持構造体上またはツール支持構造体に隣接して位置する制御ユニットとの間で信号を送受信するためのリレー５８１または信号線を含む。
【００８１】
いくつかの例示的な実施形態では、制御ユニットは、ツール構造体５１０を支持するツール支持構造体の基部に位置付けされてもよい。制御ユニットは、空気圧縮機、真空圧力および圧縮空気流を制御するための制御バルブ、圧力センサ５２０、または制御ユニットから電気信号を送受信し得る任意の他の構成要素などの、ツール構造体５１０上に位置付けされた電気的構成要素に信号線によって直接接続されてもよい。「遠隔モジュール」と呼ばれることもある制御ユニットを、ツール支持構造体の基部に位置付けることによって、かつツール構造体５１０上の構成要素に直接接続することによって、電子ノイズまたは他の信号干渉が低減または最小化され得る。
【００８２】
一例として、ツール構造体５１０は、制御ユニットと通信するために１０個のデジタル入力および１０個のデジタル出力を有してもよい。デジタル入力およびデジタル出力のレイアウトに基づいて、制御ユニットはツール構造体５１０の構成を検出し得る。例えば、ツール構造体５１０からのデジタル入力および出力（Ｉ／Ｏ）信号を使用して、制御ユニットは、ツール構造体５１０がいつ取り付けられ、どのツール構造体５１０が取り付けられているかを判定し得る。
【００８３】
いくつかの例示的な実施形態では、異なるツール構造体は、ツール構造体の特定のインスタンスあるいはツール構造体のタイプ、分類、または構成に固有の異なるツール識別子を有し得る。信号および電源の信号ピン構成は、ツール構造体５１０に送信される信号およびツール構造体５１０から受信されるフィードバック信号に基づいて動的に検出され、接続されたツール構造体のツール識別子を判定し得る。制御ユニットは、ツール構造体５１０の信号構成を選択して、接続されたツールをよりよく制御し得る。
【００８４】
例えば、特定の信号ピン（例えばピン１）の高電圧および異なる信号ピン（例えばピン２）の低電圧の検出が、吸引ツールまたは真空ツールなどの、第１のタイプのツール構造体に対するツール識別子を示してもよい。逆に、ピン１の低電圧およびピン２の高電圧が、物体を機械的に握持するように構成されたグリッパなどの、異なるタイプのツール構造体に対するツール識別子を示してもよい。さらに、いくつかの例示的な実施形態では、制御ユニットは、ツール交換動作中の安全性を改善するように、ツール構造体５１０が切断されているか、適切に取り付けられていない場合、ツール支持構造体から供給される電力を動的に終了または無効にし得る。
【００８５】
いくつかの例示的な実施形態では、制御ユニットはまた、接続持、あるいはセンサがコネクタまたはツールからブロードキャストされる短距離無線信号（例えば、近距離無線通信（ＮＦＣ）、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）、または当業者には明らかな任意の他の短距離無線通信）を検出する時、コネクタまたはツール上に位置するコンピュータ可読画像コード（例えば、バーコード、クイックレスポンス（ＱＲ）コード（登録商標）、または当業者には明らかな任意の他のコンピュータ可読コード）をセンサが検出することに基づいて、接続されたツール構造体のツール識別子を動的に判定し得る。
【００８６】
図６は、ロボットアーム２００の関節構造体６００に取り付けられたツール支持構造体２０５を示す。図示されるように、ツール支持構造体２０５は、一連の回転アクチュエータ６２０および６２５によってロボットアーム２００の端部で支持される。第１の回転アクチュエータ６２０は、第２の回転アクチュエータ６２５に対してＸ軸およびＹ軸の平面内でツール支持構造体２０５を回転させる。第２の回転アクチュエータ６２５は、ロボットアーム２００の支持フレーム６３０に対してＸ軸およびＺ軸の平面内で第１の回転アクチュエータ６２０およびツール支持構造体２０５を回転させる。
【００８７】
供給導管６１５は、支持フレーム６３０に沿って、第１および第２の回転アクチュエータ６２０および６２５の周りに延在し、受容ポート２４５に接続する。供給導管６１５は、ツール支持構造体２０５に接続するように圧縮空気給送管および電気信号線のための経路を提供する。図６において、圧縮空気給送管および電気信号線は、わかりやすくするために取り除かれているが、以下で述べる図７および図８に図示されている。
【００８８】
ツール支持構造体２０５はまた、圧縮空気給送管を受け取り、ツール構造体上のコネクタ受容部（例えば、図２のツール構造体２１０のコネクタ受容部２７５、図３のツール構造体３１０のコネクタ受容部３７５、図４のツール構造体４１０のコネクタ受容部４７５、図５のツール構造体５１０のコネクタ受容部５７５）と係合するコネクタ構造体６０５内に圧縮空気を給送する複数の圧縮空気ポート６１０を含む。コネクタ構造体６０５は、ツール支持構造体２０５の圧縮空気ポート６１０に接続される複数の圧縮空気チャネル６３５を含む。複数の圧縮空気チャネル６３５は、ツール構造体のコネクタ受容部内に位置する対応する空気チャネル（例えば、図３のツール構造体３１０の空気チャネル３７７、図４のツール構造体４１０の空気チャネル４７７、図５のツール構造体５１０の空気チャネル５７７）と係合するように位置決めされる。
【００８９】
コネクタ構造体６０５はまた、ツール支持構造体２０５をツール構造体（例えば、ツール構造体２１０、ツール構造体３１０、ツール構造体４１０、ツール構造体５１０）に構造的に接続するために、ツール構造体の支持ブラケット（例えば、図３のツール構造体３１０の支持ブラケット部３７９、図４のツール構造体４１０の支持ブラケット部４７９、図５のツール構造体５１０の支持ブラケット部５７９）に係合する１つ以上の保持突起６４０を含む。
【００９０】
コネクタ構造体６０５はまた、ツール構造体が制御ユニットに通信可能に連結される場所を提供する制御ユニットインターフェース領域６５０を含む。以下で述べるように、制御ユニットは、ツール支持構造体の制御ユニットインターフェース領域６５０への圧縮空気流を制御し、ツール構造体２１０へのデジタルＩ／Ｏは、制御ユニットインターフェース領域６５０を介してルーティングされる。制御ユニットはまた、ツール構造体を操作するためにツール支持構造体２０５に命令を送り得る。ツール支持構造体２０５は、１）ツール構造体とロボットアーム２００との間、および２）ツール構造体と制御ユニットとの間、の機械的および電気的接続を提供することができる。
【００９１】
図７は、本出願の例示的実施形態による、ツールを制御する制御ユニット７００を示す。制御ユニット７００は、複数のモジュール７０５／７１０／７１５／７２０を含む。モジュールのいくつかは、圧縮空気の流れを制御するバルブモジュール７１５であり得る。例えば、バルブモジュール７１５は、ツール支持構造体２１０とツール構造体との間の空気流を制御および調整する磁気バルブを含んでもよい。いくつかの例示的な実施形態では、バルブモジュール７１５はまた、制御ユニットを通って流れる空気の流量または圧力を調整し得る。例えば、バルブモジュール７１５は、６００ＫＰａの供給圧力から２００ＫＰａのアクチュエータ圧力まで圧力を低下させ得る。
【００９２】
制御ユニット７００はまた、ツールの操作および移動のための制御信号、並びにセンサ情報の収集のための信号Ｉ／Ｏを制御するデジタル入出力（Ｉ／Ｏ）ユニット７１０を含み得る。例えば、いくつかの例示的実施形態では、Ｉ／Ｏユニット７１０は、ツール構造体（ツール構造体２１０、ツール構造体３１０、ツール構造体４１０およびツール構造体５１０など）の操作および移動を制御するため、並びに位置センサまたは他のデジタルセンサからセンサ情報を収集するために図示のように複数のＩ／Ｏリレーを提供してもよい。
【００９３】
制御ユニット７００はまた、アナログ信号を送信および受信する１つ以上のアナログセンサモジュール７０５を含み得る。センサ信号データに対する電子ノイズの影響を低減するために、電圧型駆動センサの代わりに電流型アナログ駆動センサをアナログセンサモジュール７０５に接続して制御してもよい。例えば、電流型アナログ駆動センサは、電子ノイズによって生成される電圧が、電流型アナログ駆動センサが提供する小さな抵抗から大きな電流を生成するのに十分な電力を有しないため、電子ノイズが少ないという可能性がある。いくつかの実施形態では、一例として、アナログセンサモジュール７０５は、電流型アナログ信号検出の４つ以上のチャネルを提供してもよく、これにより、真空圧力、液体または流体の流れ、距離、またはツール性能の他の測定値の測定のために、ノイズが低減されたアナログ信号または妨害のないアナログ信号を提供することができる。電流型アナログ信号は、ツール制御の信頼性を向上させることができ、より多様なグリッパまたはより強力なグリッパを可能にする。
【００９４】
制御ユニット７００はまた、ユーザから受信したコマンド信号および／またはプログラムされた命令に基づいて他のモジュール７０５／７１５を制御する論理モジュール７２０を含み得る。論理モジュール７２０は、図１１のコンピューティング環境１１００のコンピューティングデバイス１１０５などのコンピューティングデバイスであってもよい。論理モジュール７２０はまた、ツール支持構造体２０５に接続されたツール構造体の変化を検出し、モジュール７０５および７１５の動作を変更し得る。例えば、論理モジュール７２０は、特定の信号ピン（例えば、ピン１）の高電圧、および異なる信号ピン（例えば、ピン２）の低電圧を、吸引または真空ツールなどの第１のタイプのツール構造体に対するツール識別子を示すものとして検出してもよく、モジュール７０５および７１５は、真空ツールに供給される吸引力を動作させて、真空ツールによって操作されているアイテムをピックアップまたは解放するように制御されてもよい。逆に、論理モジュール７２０は、ピン１の低電圧とピン２の高電圧を、オブジェクトを機械的に握持するように構成されたグリッパなどの異なるタイプのツール構造体に対するツール識別子を示すものとして検出してもよく、モジュール７０５および７１５は、機械的グリッパを開閉するように制御されてもよい。さらに、いくつかの例示的な実施形態では、論理ユニットは、ツール交換動作中の安全性に作用するように、論理ユニットがツール構造体が切断されているか、適切に取り付けられていないことを検出する場合、ツール支持構造体から供給される電力を動的に終了または無効にし得る。
【００９５】
図８および図９は、本出願の例示的な実施形態による、ロボットアーム２００の追加の視図を示す。図８は、ツール構造体５１０が取り付けられたツール支持構造体２０５と、圧縮空気を供給するために設けられた圧縮空気ホースとを示す。図示のように、ツール支持構造体２０５は、アーム２００の関節構造体６００に取り付けられている。ツール支持構造体２０５は、第２の回転アクチュエータ６２５に対してＸ軸およびＹ軸の平面内でツール支持構造体２０５を回転させる第１の回転アクチュエータ６２０、およびアーム２００の支持フレーム６３０に対してＸ軸およびＺ軸の平面内で第１の回転アクチュエータ６２０およびツール支持構造体２０５を回転させる第２の回転アクチュエータ６２５によってアーム２００の端部で支持され得る。
【００９６】
供給導管６１５は、支持フレーム６３０に沿って、第１の回転アクチュエータ６２０および第２の回転アクチュエータ６２５の周りに延在することができ、受容ポート２４５に接続することができる。供給導管６１５は、ツール支持構造体２０５に接続するように圧縮空気給送管８１５および電気信号線のための経路を提供する。図示のように、圧縮空気給送管８１５は供給導管６１５内に存在し、ツール支持構造体２０５上の複数の圧縮空気ポート６１０に接続し、圧縮空気ポート６１０は、圧縮空気給送管を受け取り、圧縮空気を、ツール構造体上のコネクタ受容部と係合するコネクタ構造体（図８では番号付けされていない）に給送する。図８では、ツール構造体５１０は、ツール支持構造体２０５に接続されているように示されている。
【００９７】
図６のコネクタ構造体６０５は、ツール支持構造体２０５の圧縮空気ポート６１０に接続される図６の複数の圧縮空気チャネル６３５を含む。複数の圧縮空気チャネル６３５は、ツール構造体５１０のコネクタ受容部内に位置する対応する空気チャネル（例えば、図５のツール構造体５１０の空気チャネル５７７）と係合するように位置決めされる。
【００９８】
上述のように、ツール構造体５１０は、他の構成要素を取り付け得る１つ以上の構造部材５６０および５６５を含む。構造部材５６０および５６５は、他の構成要素を取り付けて支持することができる剛性のロッドまたはフレームとして形成され得る。構造部材５６０／５６５は、鋼、鋳鉄、アルミニウム、または任意の他の金属、または当業者には明らかであり得る合金などの、金属から形成され得る。構造部材５６０／５６５はまた、セラミック材料、複合材料、または当業者に明らかであり得る他の構造材料から形成されてもよい。
【００９９】
ツール構造体５１０はまた、構造部材５６０および５６５によってコネクタ受容部５７５に接続されたツールヘッド５８０も含み得る。例えば、構造部材５６５は、コネクタ受容部５７５に接続されてもよく、ツールヘッド５８０は、構造部材５６０によって構造部材５６５に接続されてもよい。ツールヘッド５８０は、１つ以上のツール構成要素を支持するような形状およびサイズにされ得る。ツール構成要素の例には、吸引カップ、グリッパ、爪、指、または当業者に明らかであり得る任意の他のツール構成要素が含まれ得る。
【０１００】
ツール構造体５１０はまた、上記で述べたツール支持構造体２０５のコネクタ本体２１５に連結して、ツール構造体５１０とツール支持構造体２０５との間の構造的および電気的接続を提供するように構成されているコネクタ受容部５７５（図５にラベル付けされている）を含む。
【０１０１】
上述のように、コネクタ受け部５７５は、ツール支持構造体２１０からツール構造体２１０の周りに分配された１つ以上の圧縮空気ポート５２５に圧縮空気給送をルート決めするための複数の空気チャネル５７７を含む。図５に示されるように、コネクタ受容部５７５は、６つの圧縮空気ポート５２５に給送する６つの空気チャネル５７７を提供することができる。圧縮空気ポート５２５は、圧縮空気ホース８２０によって、圧縮機５４０からの圧縮空気によって駆動されるツール構造体５１０上のアクチュエータまたは他の構成要素に接続され得る。
【０１０２】
例えば、圧縮空気ポート５２５は、グリッパアタッチメント内のアクチュエータに接続して、グリッパの爪（図１０に示される）を開閉し得る。圧縮空気ポート５２５はまた、１つ以上の真空エジェクタに接続されて、アームのツールヘッド５８０に対して真空圧力を生成し得る。さらに、いくつかの例示的な実装形態では、真空エジェクタは、真空ポート５３０に真空圧力を提供し得、それは圧力ホース８２０によって、ロボットアーム２００のツールヘッド５８０上の吸引カップ５５０の吸引ポート５５５に接続され得る。さらに、複数の圧力センサ５２０が圧縮空気ポート５２５および真空ポート５３０に機械的に連結され、制御ユニットに通信可能に連結されて、システム圧力に関するフィードバック信号を制御ユニットに提供し得る。上記の図５に示されたように、４つの圧力センサ５２０、４つの圧縮空気ポート５２５、および４つの吸引カップ５５０が設けられ得る。
【０１０３】
真空エジェクタは、圧縮空気を使用してツールヘッド５８０に対して真空圧力を生成し、ツールヘッド５８０の端部に位置する吸引カップ５５０に真空圧力を提供し得る。ツール構造体５１０上で真空圧力を生成することにより、吸引カップ５５０で測定された真空圧力は、ロボットアームの基部に、またはツール構造体５１０よりもツールヘッド５８０からより離れた他の場所に位置する真空発生器を使用して生成された真空圧力よりも大きくなり得る。
【０１０４】
さらに、ツール構造体５１０は、制御ユニットと通信できるデジタル入力およびデジタル出力を有し得る。例えば、１０個のデジタル入力と１０個のデジタル出力のレイアウトに基づいて、制御ユニットはツール構造体５１０の構成を検出してもよい。ツール構造体５１０からのデジタル入力および出力（Ｉ／Ｏ）信号を使用して、制御ユニットは、ツール構造体５１０がいつ取り付けられ、どのツール構造体が取り付けられているかを判定し得る。いくつかの例示的な実施形態では、異なるツール構造体は、ツール構造体の特定のインスタンスあるいはツール構造体のタイプ、分類、または構成に固有の異なるツール識別子を有し得る。信号および電源に対する信号ピン構成を動的に検出して、接続されたツール構造体のツール識別子を判定し得、制御ユニットは、ツール構造体５１０の信号構成を選択して、接続されたツールをよりよく制御し得る。
【０１０５】
例えば、特定の信号ピン（例えばピン１）の高電圧および異なる信号ピン（例えばピン２）の低電圧の検出が、吸引ツールまたは真空ツールなどの、第１のタイプのツール構造体に対するツール識別子を示してもよい。逆に、ピン１の低電圧およびピン２の高電圧が、物体を機械的に握持するように構成されたグリッパなどの、異なるタイプのツール構造体に対するツール識別子を示してもよい。さらに、いくつかの例示的な実施形態では、制御ユニットは、ツール交換動作中の安全性を改善するように、ツール構造体５１０が切断されているか、適切に取り付けられていない場合、ツール支持構造体から供給される電力を動的に終了または無効にし得る。
【０１０６】
いくつかの例示的な実施形態では、制御ユニットはまた、接続時、またはセンサがコネクタまたはツールからブロードキャストされる短距離無線信号（例えば、近距離無線通信（ＮＦＣ）、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）、または当業者には明らかな他の短距離無線通信）を検出する時、コネクタまたはツール上に位置するコンピュータ可読画像コード（例えば、バーコード、クイックレスポンス（Ｑ）コード（登録商標）、または当業者には明らかな任意の他のコンピュータ可読コード）をセンサが検出することに基づいて、接続されたツール構造体のツール識別子を動的に判定し得る。
【０１０７】
図９は、ツール構造体２１０の一部およびツール支持構造体２０５の一部をロボットアーム２００のアーム支持構造体９００に接続する支持フレーム６３０を示す。ロボットアーム２００の関節構造体６００は、第２の回転アクチュエータ６２５に対してＸ軸およびＹ軸の平面内でツール支持構造体２０５を回転させる第１の回転アクチュエータ６２０、およびアーム２００の支持フレーム６３０に対してＸ軸およびＺ軸の平面内で第１の回転アクチュエータ６２０およびツール支持構造体２０５を回転させる第２の回転アクチュエータ６２５でツール支持構造体２０５を支持する。
【０１０８】
支持フレーム６３０は、アーム支持接合部６６０に対して支持フレーム６３０を回転させる第３の回転アクチュエータ６５５に接続されている。アーム支持接合部６６０は、作業環境の周りでアーム２００全体を動かし得る。
【０１０９】
供給導管６１５は、支持フレーム６３０に沿って、第１および第２の回転アクチュエータ６２０および６２５の周りに延在することができ、ツール支持構造体２０５に接続する。供給導管６１５は、ツール支持構造体２０５に接続するように圧縮空気給送管および電気信号線のための経路を提供することができる。図９に示すように、圧縮空気給送管８１５は供給導管を出て、ツール支持構造体２０５上の複数の圧縮空気ポート６１０に接続し、圧縮空気ポート６１０は、圧縮空気給送管８１５を受け取り、圧縮空気をツール構造体内に給送する。図９において、供給導管収縮機構９１０がアーム支持接合部６６０上に位置付けされ、供給導管６１５を収縮または伸長して、支持フレーム６３０に対するツール構造体２１０の動きのための緩みを除去または提供する。制御ユニット（図９には図示せず）は、ツール構造体２１０の移動および供給導管収縮機構９１０の収縮を制御するための命令を提供することができる。
【０１１０】
図１０は、本出願のツール支持構造体上に搭載される一対のグリッパツール１０００を示す。吸引ツール構造体が上記で述べられているが、本出願の例示的な実施形態は、吸引ツールに限定されない。他のツール構造体も使用され得る。グリッパツール１０００は、本出願の例示的な実施形態に従ってツール支持構造に接続され得る（例えば、グリッパツール１０００は、上記で述べた図２のツール支持構造体２０５に係合してもよい）。グリッパツール１０００は、基部支持体１０１０に取り付けられた複数のグリッパの指１００５を含み得る。基部支持体１０１０は、圧力管１０３５に接続される圧力継手１０１５を含み得る。圧力管１０３５は、コネクタ構造体１０２５に位置するコネクタ継手１０４０に接続し得る。
【０１１１】
コネクタ構造体１０２５は、構造部材１０２０によって基部支持体１０１０に接続されている。基部支持体１０１０および構造部材１０２０は、他の構成要素を搭載し、支持することができる剛性構造体またはフレームとして形成され得る。基部支持体１０１０および構造部材１０２０は、鋼、鋳鉄、アルミニウム、または任意の他の金属、または当業者に明らかであり得る合金などの、金属から形成され得る。基部支持体１０１０および構造部材１０２０はまた、セラミック材料、複合材料、または当業者に明らかであり得る任意の他の構造材料から形成されてもよい。
【０１１２】
グリッパツール１０００のコネクタ構造体１０２５は、図６のツール支持構造体２０５のコネクタ構造体６０５に接続するように構成されてもよい。グリッパツール１０００のコネクタ構造体１０２５はまた、ツール支持構造体２０５の図６の圧縮空気チャネル６３５と連通する空気チャネル１０３０を含み得る。このコネクタ構造体１０２５は、グリップの指１００５を閉じるように（すなわち、グリップの指１００５がクランプまたはピンチング構成となるように）グリッパの指１００５を操作するために、ツール支持構造体２０５から圧縮空気を提供することを可能にし得る。言い換えれば、ツール支持構造体２０５からの圧縮空気は、コネクタ継手１０４０を通じて圧力管１０３５と連通するグリッパツール空気チャネル１０３０に提供され得る。圧力管１０３５は、圧力継手１０１５を通じて基部支持体１０１０に圧縮空気を提供する。基部支持体１０１０は、グリッパの指１００５を操作するための圧縮空気を提供し得る。圧縮空気が制御されると、グリッパの指１００５は関節運動をし得る。
【０１１３】
コンピューティング環境例
図１１は、いくつかの例示的な実施形態での使用に適した例示的なコンピュータデバイス１１０５を備えた例示的なコンピューティング環境１１００を示す。コンピューティング環境１１００のコンピューティングデバイス１１０５は、１つ以上の処理ユニット、コア、またはプロセッサ１１１０、メモリ１１１５（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、および／または同様のもの）、内部記憶装置１１２０（例えば、磁気式、光学式、ソリッドステートストレージ、および／または有機式）、および／またはＩ／Ｏインターフェース１１２５を含むことができ、いずれも、情報を通信するための通信メカニズムまたはバス１１３０上で通信可能に連結されるか、コンピューティングデバイス１１０５に組み込むことができる。
【０１１４】
コンピューティングデバイス１１０５は、入力／インターフェース１１３５および出力デバイス／インターフェース１１４０に通信可能に連結することができる。入力／インターフェース１１３５および出力デバイス／インターフェース１１４０のいずれか１つまたは両方は、有線または無線インターフェースであり得、取り外し可能であり得る。入力／インターフェース１１３５には、入力を提供するために使用することができる、物理的または仮想的な任意のデバイス、構成要素、センサ、またはインターフェースが含まれる（例えば、ボタン、タッチスクリーンインターフェース、キーボード、ポインティング／カーソルコントロール、マイクロフォン、カメラ、点字、モーションセンサ、光学式リーダ、および／または同様のもの）。
【０１１５】
出力デバイス／インターフェース１１４０は、ディスプレイ、テレビ、モニタ、プリンタ、スピーカ、点字などを含み得る。いくつかの例示的な実施形態では、入力／インターフェース１１３５（例えば、ユーザインターフェース）および出力デバイス／インターフェース１１４０は、コンピューティングデバイス１１０５に埋め込まれるか、または機械的に連結され得る。他の例示的な実施形態では、他のコンピューティングデバイスが、コンピューティングデバイス１１０５に対して入力／インターフェース１１３５および出力デバイス／インターフェース１１４０として機能するか、その機能を提供してもよい。これらの要素には、ユーザがＡＲ環境と対話できるように、周知のＡＲハードウェア入力が含まれてもよいが、これらに限定されない。
【０１１６】
コンピューティングデバイス１１０５の例は、高度にモバイルなデバイス（例えば、スマートフォン、車両および他の機械内のデバイス、人間および動物によって携帯されるデバイスなど）、モバイルデバイス（例えば、タブレット、ノートブック、ラップトップ、パソコン、ポータブルテレビ、ラジオなど）、および移動用に設計されていないデバイス（例えば、デスクトップコンピュータ、サーバデバイス、他のコンピュータ、情報キオスク、それに埋め込まれた、および／またはそれに連結された１つ以上のプロセッサを備えたテレビ、ラジオなど）を含み得るが、これらに限定されない。
【０１１７】
コンピューティングデバイス１１０５は、外部記憶装置１１４５および同じまたは異なる構成の１つ以上のコンピューティングデバイスを含めて、任意の数のネットワーク化された構成要素、デバイス、およびシステムと通信するためのネットワーク１１５０に通信可能に連結する（例えば、Ｉ／Ｏインターフェース１１２５を介して）ことができる。コンピューティングデバイス１１０５または任意の接続されたコンピューティングデバイスは、サーバ、クライアント、シンサーバ、汎用マシン、専用マシン、または別のラベルとして機能し、そのサービスを提供し、またはそれと呼ばれ得る。
【０１１８】
Ｉ／Ｏインターフェース１１２５は、コンピューティング環境１１００内の少なくとも接続されているすべての構成要素、デバイス、およびネットワークと情報をやり取りするために、任意の通信またはＩ／Ｏプロトコルあるいは標準（例えば、イーサネット、８０２．１１ｘｓ、ユニバーサルシステムバス、ＷｉＭＡＸ、モデム、セルラネットワークプロトコルなど）を使用する有線および／または無線インターフェースを含むことができるが、これらに限定されない。ネットワーク１１５０は、任意のネットワークまたはネットワークの組み合わせ（例えば、インターネット、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、電話ネットワーク、セルラネットワーク、衛星ネットワークなど）であり得る。
【０１１９】
コンピューティングデバイス１１０５は、一時的媒体および非一時的媒体を含むコンピュータ使用可能またはコンピュータ可読媒体を使用して、使用および／または通信することができる。一時的媒体は、伝送媒体（例えば、金属ケーブル、光ファイバー）、信号、搬送波などを含む。非一時的媒体は、磁気メディア（例えば、ディスクおよびテープ）、光学メディア（例えば、ＣＤＲＯＭ、デジタルビデオディスク、ブルーレイディスク）、ソリッドステートメディア（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ソリッドステートストレージ）、および他の不揮発性ストレージまたはメモリを含む。
【０１２０】
コンピューティングデバイス１１０５を使用して、いくつかの例示的なコンピューティング環境において技法、方法、アプリケーション、プロセス、またはコンピュータ実行可能命令を実装することができる。コンピュータ実行可能命令は、一時的媒体から取り出すことができ、非一時的な媒体に格納してそこから取り出すことができる。実行可能命令は、任意のプログラミング、スクリプト、および機械言語（例えば、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｊａｖａ、Ｖｉｓｕａｌ  Ｂａｓｉｃ、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｐｅｒｌ、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔなど）のうちの１つ以上に由来することができる。
【０１２１】
プロセッサ１１１０は、ネイティブ環境または仮想環境において、任意のオペレーティングシステム（ＯＳ）（図示せず）の下で実行できる。１つ以上のアプリケーションを配備することができ、それは、論理ユニット１１５５、アプリケーションプログラミングインターフェース（ＡＰＩ）ユニット１１６０、入力ユニット１１６５、出力ユニット１１７０、真空制御ユニット１１７５、信号制御ユニット１１８０、圧縮空気制御ユニット１１８５、ツールセンサ１１９０、および異なるユニットが互いに、ＯＳと、および他のアプリケーション（図示せず）と通信するためのユニット間通信メカニズム１１９５を含む。
【０１２２】
例えば、真空制御ユニット１１７５、信号制御ユニット１１８０、圧縮空気制御ユニット１１８５、およびツールセンサ１１９０は、図１〜図９に示されるロボットアームの動作を制御するための１つ以上のプロセスを実施し得る。説明されているユニットおよび要素は、設計、機能、構成、または実装において多様に変えることができ、提供された説明に限定されない。
【０１２３】
いくつかの例示的な実施形態では、情報または実行命令がＡＰＩユニット１１６０によって受信されるとき、それは１つ以上の他のユニット（例えば、真空制御ユニット１１７５、信号制御ユニット１１８０、圧縮空気制御ユニット１１８５、およびツールセンサ１１９０）に通信され得る。いくつかの例示的な実施形態では、ロボットアームに現在接続されているツール構造体を検出することによって、コンピューティングデバイス１１０５は、接続されたツールに特化した異なる制御プロトコルにアクセスし得る。例えば、制御システムがピンチャー型グリッパを検出した場合、コンピューティングデバイス１１０５は、ピンチャー型グリッパに特化したルーチンまたはプロトコルにアクセスすることができる。ルーチンまたはプロトコルは、吸引カップグリッパに特化したルーチンまたはプロトコルとは異なる場合がある。
【０１２４】
場合によっては、論理ユニット１１５５は、ユニット間の情報の流れを制御し、ＡＰＩユニット１１６０、入力ユニット１１６５、真空制御ユニット１１７５、信号制御ユニット１１８０、圧縮空気制御ユニット１１８５、および上述のいくつかの例示的な実施形態におけるツールセンサ１１９０によって提供されるサービスを指示するように構成されてもよい。例えば、１つ以上のプロセスまたは実施形態の流れは、論理ユニット１１５５のみによって、またはＡＰＩユニット１１６０と連動して制御されてもよい。
【０１２５】
いくつかの例示的な実施形態を示して記載したが、これらの例示的な実施形態は、本明細書で記載した主題をこの分野に精通している人々に伝えるために提供されている。本明細書で記載された主題は、記載された例示的な実施形態に限定されることなく、様々な形態で実装され得ることを理解されたい。本明細書で記載された主題は、具体的に定義または記載された事項がなくても、または他のあるいは異なる要素または記載されていない事項で実施することができる。添付の特許請求の範囲およびそれらの同等物で定義される本明細書に記載の主題から逸脱することなく、これらの例示的な実施形態に変更を加えることができることは、この分野に精通する者によって理解されるであろう。
【要約】      （修正有）【課題】信号ノイズなどの関連技術の問題なしに、可変グリッパを特定の物体に合わせることができるグリッパ装置のためのツール交換システムを提供する。【解決手段】ロボットアームのためのツールシステムは、ツール支持構造体と、ツール支持構造体に連結され、少なくとも１つの構造部材を有するツール構造体と、構造部材に機械的に連結され、ツール支持構造体と係合するように形成されたコネクタと、少なくとも１つの構造部材に機械的に連結され、ツール支持構造体への接続を判定することに基づいてツール構造体の性能を感知および調整するように構成された制御ユニットと、を含む。【選択図】図２【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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