(57)【要約】例示的実施形態は、システム上の生物学的または化学的退避点を低減させるためのロボットシステムにおける改良に関する。例えば、例示的実施形態では、ロボットアクチュエータ、ハブ、またはロボットシステム全体は、継目に沿ったもしくは締結具の近傍の隙間が、低減または排除され、硬質のコーナーが、丸みを帯びた縁と置換され、ある構成要素または退避点が、排除され、形状が、より平滑もしくは平坦となるように再構成され、および／または表面が、より単純な清掃のために再構成可能となることを可能にするように構成されてもよい。
2018520896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットシステムであって、
膨張流体を受容するように構成されるエラストマーブラダを備える、ソフトアクチュエータと、
本体および１つまたはそれを上回る延在部を備える、固着機構であって、前記１つまたはそれを上回る延在部は、前記エラストマーブラダの１つまたはそれを上回る対応する陥凹内に受容され、緊締力の印加に応じて、前記陥凹内に把持され、前記ソフトアクチュエータ内の膨張流体をシールするように構成される、固着機構と、
を備える、ロボットシステム。
【請求項２】
前記固着機構はさらに、膨張流体を前記ソフトアクチュエータに供給するための膨張流体供給通路を含む、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記１つまたはそれを上回る延在部は、１つまたはそれを上回る締結具を受容するための締結通路を備える、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項４】
膨張流体供給ラインを把持するための１つまたはそれを上回る丸みを帯びたフィンガを有する、基部をさらに備える、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記膨張流体供給ラインは、前記基部の個別の丸みを帯びたフィンガと相互係止するための１つまたはそれを上回る面取りされたスロットを備える、請求項４に記載のロボットシステム。
【請求項６】
複数のソフトアクチュエータを保持するためのハブをさらに備え、前記ハブは、内部締結機構を使用して、平滑外側表面を提示することによって定位置に保持される、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記内部締結機構は、膨張流体供給ラインを通して前記ハブに取り付けられる、請求項６に記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記ソフトアクチュエータはさらに、前記ソフトアクチュエータの把持表面の少なくとも近位端を被覆するオーバーモールドされたソフト把持パッドを備える、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項９】
前記ソフトアクチュエータは、前記ソフトアクチュエータの遠位端に配置される成型されたフックを備える、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１０】
前記ソフトアクチュエータは、複数のアコーディオン状延在部を備え、前記アコーディオン状延在部を封入し、前記ソフトアクチュエータに伴って撓曲するように構成される、延在可能アコーディオン状延在部カバーをさらに備え、前記延在可能アコーディオン状カバーは、平滑外側表面を提示する、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１１】
前記ソフトアクチュエータは、複数のアコーディオン状延在部を備え、前記ソフトアクチュエータは、前記アコーディオン状延在部が前記ソフトアクチュエータの直径の周囲に延在する、完全アコーディオン状区分と、前記アコーディオン状延在部が前記ソフトアクチュエータの直径の周囲に途中までのみ延在する、部分的アコーディオン状区分とを含む、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１２】
前記完全アコーディオン状区分は、前記部分的アコーディオン状区分より高い頻度においてアコーディオン状延在部を含む、請求項１１に記載のロボットシステム。
【請求項１３】
前記ソフトアクチュエータが添着されるロボットアームと、前記ロボットアームおよび前記ソフトアクチュエータを囲繞するように定寸および成形される使い捨て包装とをさらに備える、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項１４】
ロボットシステムであって、
膨張流体を受容するように構成されるエラストマーブラダを備える、ソフトアクチュエータと、
前記ソフトアクチュエータを搭載し、前記膨張流体を前記ソフトアクチュエータに供給するためのハブと、
捻転相互係止を介して、前記ハブと噛合するように構成される、相互係止基部であって、膨張流体を前記ハブに供給するための流路を備える、相互係止基部と、
を備える、ロボットシステム。
【請求項１５】
前記ハブは、前記ソフトアクチュエータを前記ハブに接続し、前記ソフトアクチュエータの１つまたはそれを上回るコーナーを被覆するためのオーバーモールドされたエラストマー層を備える、請求項１４に記載のロボットシステム。
【請求項１６】
前記ハブと前記相互係止基部との間の１つまたはそれを上回る係合点は、湾曲形状を有する、請求項１４に記載のロボットシステム。
【請求項１７】
ロボットシステムであって、
膨張流体を受容するように構成されるエラストマーブラダを備える、ソフトアクチュエータと、
前記ソフトアクチュエータを搭載し、膨張流体を受容するための入力ポートを備える、ハブであって、膨張流体供給ライン上の対応する環状磁石を受容するように構成される、前記入力ポートの周囲の環状磁石を備える、ハブと、
を備える、ロボットシステム。
【請求項１８】
ソフトアクチュエータであって、
近位端から遠位端に延在する、エラストマー本体であって、
膨張流体を受容するように構成される空隙を囲繞し、
複数のアコーディオン状延在部を備え、
幅方向および厚さ方向に前記近位端から前記遠位端にテーパ状である、
エラストマー本体
を備える、ソフトアクチュエータ。
【請求項１９】
前記ソフトアクチュエータは、前記ソフトアクチュエータの基部上に把持表面を備え、前記把持表面は、前記アクチュエータが膨張された状態にあるとき、前記基部上のテクスチャ加工された表面を生成するように延在するように構成され、前記アクチュエータが膨張された状態にないとき、平滑表面を生成するように後退されるように構成される、請求項１８に記載のソフトアクチュエータ。
【請求項２０】
前記把持表面は、前記ソフトアクチュエータの残りから独立して膨張流体を受容するように構成される、内部チャネルによって形成される、請求項１９に記載のソフトアクチュエータ。
【請求項２１】
所定の量の真空を前記ソフトアクチュエータに印加するための制御システムをさらに備え、前記所定の量は、握持されるべき標的物体の構成または前記標的物体が位置する環境のうちの少なくとも１つに対応する、請求項１９に記載のソフトアクチュエータ。
【請求項２２】
ソフトアクチュエータであって、
近位端から遠位端に延在する、卵形形状のエラストマー本体であって、
膨張流体を受容するように構成される複数の涙滴形状の空隙を囲繞し、
複数のアコーディオン状延在部を備え、
膨張されると、前記ソフトアクチュエータの円周方向に延在する長軸および前記ソフトアクチュエータの軸方向に延在する短軸に沿って屈曲し、カップ状形状を生成するように構成される、
エラストマー本体
を備える、ソフトアクチュエータ。
【請求項２３】
前記エラストマー本体は、前記近位端から前記遠位端に厚さ方向にテーパ状である、請求項２２に記載のソフトアクチュエータ。
【請求項２４】
厚さ方向に前記アクチュエータを通して延在する中心開口部をさらに備える、請求項２２に記載のソフトアクチュエータ。
【請求項２５】
円形または長方形配列に配列され、膨張されると、標的物体を完全に封入するように構成される、請求項２２に記載の複数の前記ソフトロボットアクチュエータを備える、ロボットグリッパであって、前記ソフトロボットアクチュエータは、前記ソフトロボットアクチュエータが前記膨張流体で膨張されると、外被球体のために選択された所定の幅を有する、ロボットグリッパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、２０１５年６月２６日に出願され“Ｆｏｏｄ  Ｈａｎｄｌｉｎｇ  Ｇｒｉｐｐｅｒ”と題された米国仮特許出願第６２／１８５，３８５号に対する優先権を主張するものである。上記出願の内容は、参照により本明細書中に援用される。
【背景技術】
【０００２】
ロボットシステムは、いくつかの異なる状況において採用され、様々な異なるタスクを行うように要求され得る。ロボットは、典型的には、個々のアクチュエータ、グリッパ、またはエンドエフェクタ等のロボットマニピュレータを使用して、それらの周囲の物体を操作する。
【０００３】
ソフトロボットアクチュエータは、最近、従来のハードアクチュエータが不適切であり得る、または欠点に悩まされ得る、状況において採用されている。例えば、食品の取扱では、握持されている物品に共形化し、したがって、食品が擦過または圧潰されることを防止するその改良された能力のため、ソフトロボットアクチュエータを使用することが有利であり得る。類似理由から、ソフトアクチュエータは、医療設定において使用されてもよい。
【０００４】
ハードロボットアクチュエータまたはソフトロボットアクチュエータが採用されるかどうかにかかわらず、ある生物学的または化学的材料の取扱は、特有の問題を呈し得る。ハードおよびソフトロボットシステムは、生物学的または化学的材料が蓄積し、細菌を繁殖させる、または潜在的に、毒素を他の製品に拡散させ得る、多数の隙間、表面粗度、くぼみ、締結具、および他の面積を含み得る。従来、蓄積された生物学的または化学的材料を除去することは困難であり、したがって、汚染の危険を生じ得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願は、システム上の生物学的または化学的退避点を低減させるためのロボットシステムにおける改良に対処する。例示的実施形態は、アクチュエータまたはグリッパをロボットアーム、ロボットシステム全体、および他の構成要素に接続するためのロボットアクチュエータ、グリッパ、ハブにおける改良に関する。例示的実施形態によると、締結具および搭載点は、生物学的または化学的材料が蓄積するためのコーナー、隙間、または他の点を伴わずに、平滑かつ平坦な表面を提示するように、アクチュエータおよびハブ上の内部場所に移動されてもよい。取付点は、鋭的なコーナーより清掃が容易な丸みを帯びた相互係止部品を有する、捻転相互係止システムを使用するように構成されてもよい。隣接する構成要素（例えば、アクチュエータ上のアコーディオン状延在部）間の距離が、増加される、曲線が、追加される、またはサイズが増加され、退避点を低減させてもよい。同様に、特別に構成されたカバー類が、生物学的または化学的材料が蓄積低減を呈するであろう、または容易に清掃され得る、平坦表面を提示するために採用されてもよい。いくつかの実施形態では、カバー類は、使い捨てであってもよい。
【０００６】
さらに、いくつかの実施形態は、食品、組織等の生物学的材料、および他の繊細または容易に圧潰もしくは変形される材料を取り扱うための改良された設計を有するアクチュエータを提供する。
【０００７】
例示的実施形態が、ソフトロボットアクチュエータに関連して説明されるが、類似技法が、より従来のハードロボットシステムとともに採用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａ−１Ｄは、本明細書に説明される例示的実施形態と併用するために好適な例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。
【図１Ｂ】図１Ａ−１Ｄは、本明細書に説明される例示的実施形態と併用するために好適な例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。
【図１Ｃ】図１Ａ−１Ｄは、本明細書に説明される例示的実施形態と併用するために好適な例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。
【図１Ｄ】図１Ａ−１Ｄは、本明細書に説明される例示的実施形態と併用するために好適な例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。
【０００９】
【図２Ａ】図２Ａ−２Ｅは、例示的実施形態による、アクチュエータをハブに添着するための内部取付機構の実施例を描写する。
【図２Ｂ】図２Ａ−２Ｅは、例示的実施形態による、アクチュエータをハブに添着するための内部取付機構の実施例を描写する。
【図２Ｃ】図２Ａ−２Ｅは、例示的実施形態による、アクチュエータをハブに添着するための内部取付機構の実施例を描写する。
【図２Ｄ】図２Ａ−２Ｅは、例示的実施形態による、アクチュエータをハブに添着するための内部取付機構の実施例を描写する。
【図２Ｅ】図２Ａ−２Ｅは、例示的実施形態による、アクチュエータをハブに添着するための内部取付機構の実施例を描写する。
【００１０】
【図３Ａ】図３Ａ−３Ｅは、ロボットグリッパをロボットアームに添着するためのハブおよび基部アセンブリの実施例を描写する。
【図３Ｂ】図３Ａ−３Ｅは、ロボットグリッパをロボットアームに添着するためのハブおよび基部アセンブリの実施例を描写する。
【図３Ｃ】図３Ａ−３Ｅは、ロボットグリッパをロボットアームに添着するためのハブおよび基部アセンブリの実施例を描写する。
【図３Ｄ】図３Ａ−３Ｅは、ロボットグリッパをロボットアームに添着するためのハブおよび基部アセンブリの実施例を描写する。
【図３Ｅ】図３Ａ−３Ｅは、ロボットグリッパをロボットアームに添着するためのハブおよび基部アセンブリの実施例を描写する。
【００１１】
【図４Ａ】図４Ａ−４Ｄは、例示的実施形態による、内部固定機構を有するハブの実施例を描写する。
【図４Ｂ】図４Ａ−４Ｄは、例示的実施形態による、内部固定機構を有するハブの実施例を描写する。
【図４Ｃ】図４Ａ−４Ｄは、例示的実施形態による、内部固定機構を有するハブの実施例を描写する。
【図４Ｄ】図４Ａ−４Ｄは、例示的実施形態による、内部固定機構を有するハブの実施例を描写する。
【００１２】
【図５−１】図５Ａ−５Ｈは、例示的実施形態による、捻転係止膨張流体供給ラインの実施例を描写する。
【図５−２】図５Ａ−５Ｈは、例示的実施形態による、捻転係止膨張流体供給ラインの実施例を描写する。
【００１３】
【図６】図６は、例示的実施形態による、膨張流体供給ラインのための磁気取付を描写する。
【００１４】
【図７Ａ】図７Ａ−７Ｂは、例示的実施形態による、低減された退避点を有するアクチュエータの実施例を描写する。
【図７Ｂ】図７Ａ−７Ｂは、例示的実施形態による、低減された退避点を有するアクチュエータの実施例を描写する。
【００１５】
【図８】図８Ａ−８Ｃは、例示的実施形態による、ソフトアクチュエータのためのアコーディオン状カバーを描写する。
【００１６】
【図９】図９は、例示的実施形態による、オーバーモールドされたソフト把持パッドの実施例を描写する。
【００１７】
【図１０】図１０Ａ−１０Ｃは、例示的実施形態による、膨張可能テクスチャ加工表面の実施例を描写する。
【００１８】
【図１１】図１１Ａ−１１Ｄは、例示的テーパ状ソフトアクチュエータを描写する。
【００１９】
【図１２】図１２Ａ−１２Ｄは、例示的球状外被グリッパを描写する。
【００２０】
【図１３】図１３Ａ−１３Ｂは、アクチュエータ間に適用される例示的ウェブ膜を描写する。
【００２１】
【図１４】図１４Ａ−１４Ｂは、例示的延在および握持アクチュエータを描写する。
【００２２】
【図１５】図１５Ａ−１５Ｄは、例示的実施形態による、フックを組み込むアクチュエータを描写する。
【００２３】
【図１６】図１６Ａ−１６Ｂは、アクチュエータの開口部外形を修正するためのアクチュエータに印加される異なる真空度の実施例を描写する。
【００２４】
【図１７】図１７−１７Ｃは、ロボットシステムのための例示的使い捨て包装を描写する。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
例示的実施形態は、システム上の生物学的または化学的退避点を低減させるように設計または構成される、ロボットシステムに関する。例えば、例示的実施形態では、ロボットアクチュエータ、ハブ、またはロボットシステム全体は、継目に沿ったもしくは締結具の近傍の隙間が、低減もしくは排除され、硬質のコーナーが、丸みを帯びた縁と置換され、ある構成要素もしくは退避点が、排除され、形状が、より平滑または平坦となるように再構成され、および／または表面が、より単純な清掃のために再構成可能であることを可能にするように構成されてもよい。あるタイプの生物学的または化学的材料を取り扱うための改良されたアクチュエータ設計もまた、開示される。
【００２６】
例示的実施形態は、有利には、ソフトロボットアクチュエータと併せて採用されてもよい。ソフトロボットアクチュエータは、例えば、アクチュエータを空気または水等の流体で充填することによって作動され得る、比較的に非剛性のアクチュエータである。ソフトアクチュエータは、アクチュエータ内の流体の圧力を変動させることによって、アクチュエータの形状が変化するように構成されてもよい。故に、アクチュエータは、例えば、物体の周囲に巻着するように作製されることができる。ソフトアクチュエータは、比較的に非剛性であるため、アクチュエータは、握持された物体の表面により良好に共形化し、アクチュエータが物体のより良好な保持または脆弱な物体のより優しい保持を得ることを可能にし得る。
【００２７】
ソフトロボットアクチュエータおよびグリッパの簡単な概略が、最初に提供され、例示的実施形態の種々の側面の詳細な説明が続くであろう。別様に注記されない限り、説明される実施形態はそれぞれ、相互に任意の組み合わせにおいて使用されてもよいことが検討される。
【００２８】
ソフトロボットグリッパに関する背景
従来のロボットグリッパまたはアクチュエータは、高価かつある環境では動作不能であり得、取り扱われている物体の重量、サイズ、および形状の不確実性ならびに多様性は、これまでの自動化された解決策が機能することを妨害している。本願は、適応性があり、安価、軽量、カスタマイズ可能であって、かつ使用が単純な新規ソフトロボットアクチュエータの用途を説明する。
【００２９】
ソフトロボットアクチュエータは、ゴム等のエラストマー材料、または圧力下で展開、伸展、捻転、および／または屈曲するように構成される、アコーディオン状構造で配列されるプラスチックの薄壁、または他の好適な比較的にソフトな材料から形成されてもよい。それらは、例えば、エラストマー材料の１つまたはそれを上回る部品を所望の形状に成型することによって生成されてもよい。ソフトロボットアクチュエータは、アクチュエータを加圧、膨張、および／または作動させるために、空気、水、または生理食塩水等の流体で充填され得る、中空内部を含んでもよい。作動に応じて、アクチュエータの形状または外形は、変化する。アコーディオン状アクチュエータ（以下により詳細に説明される）の場合、作動は、アクチュエータを所定の標的形状に湾曲または直線化させ得る。完全非作動形状と完全作動形状との間の１つまたはそれを上回る中間標的形状も、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てもよい。代替として、または加えて、アクチュエータは、真空を使用して作動され、膨張流体をアクチュエータから除去し、それによって、アクチュエータが屈曲、捻転、および／または延在する程度を変化させてもよい。
【００３０】
作動はまた、アクチュエータが、握持または押動されている物体等の物体に力を付与することを可能にしてもよい。しかしながら、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、作動されると、ソフトアクチュエータが握持されている物体の形状に部分的または完全に共形化し得るように適応特性を維持する。それらはまた、アクチュエータが握持標的ではない積載物内の近隣物体または瓶の側面と衝突する可能性が高いため、積載物または瓶の中から物体を取り上げるときに特に関連し得る、物体との衝突に応じて偏向することができる。さらに、印加される力の量は、材料が容易に変形され得るため、制御様式でより大きい表面積にわたって拡散されることができる。このように、ソフトロボットアクチュエータは、それらを損傷せずに、物体を把持することができる。
【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を用いて達成が困難であり得るタイプの運動または運動の組み合わせ（屈曲、捻転、延在、および収縮を含む）を可能にする。
【００３２】
図１Ａ−１Ｄは、例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。より具体的には、図１Ａは、ソフトロボットアクチュエータの一部の側面図を描写する。図１Ｂは、上部からの図１Ａの部分を描写する。図１Ｃは、ユーザによって操作され得るポンプを含む、ソフトロボットアクチュエータの一部の側面図を描写する。図１Ｄは、図１Ｃに描写される部分のための代替実施形態を描写する。
【００３３】
アクチュエータは、図１Ａに描写されるように、空気、水、または生理食塩水等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１００であってもよい。膨張流体は、膨張デバイス１２０を介して、流体接続１１８を通して提供されてもよい。
【００３４】
アクチュエータ１００は、限定量の膨張流体が周囲環境と実質的に同一圧力でアクチュエータ１００内に存在する、膨張していない状態にあってもよい。アクチュエータ１００はまた、所定の量の膨張流体がアクチュエータ１００内に存在する、完全に膨張された状態にあってもよい（アクチュエータ１００によって印加される所定の最大力に対応する所定の量または膨張流体によってアクチュエータ１００上に印加される所定の最大圧力）。アクチュエータ１００はまた、全流体がアクチュエータ１００から除去される、完全真空状態、または一部の流体がアクチュエータ１００内に存在するが、周囲圧力未満の圧力にある、部分的真空状態にあってもよい。さらに、アクチュエータ１００は、アクチュエータ１００が、完全に膨張された状態で存在する所定の量の膨張流体未満であるが、わずかな（または非常に限定された）膨張流体を含有する、部分的に膨張された状態にあってもよい。
【００３５】
膨張された状態では、アクチュエータ１００は、図１Ａに示されるように、中心軸の周囲で湾曲する傾向を呈し得る。議論を容易にするために、いくつかの方向が、本明細書で画定されている。軸方向は、図１Ｂに示されるように、アクチュエータ１００が湾曲する中心軸を通して通過する。半径方向は、軸方向と垂直方向、すなわち、膨張されたアクチュエータ１００によって形成される部分的円形の半径の方向に延在する。円周方向は、膨張されたアクチュエータ１００の円周に沿って延在する。
【００３６】
膨張された状態では、アクチュエータ１００は、アクチュエータ１００の内側円周方向縁に沿って半径方向に力を付与し得る。例えば、アクチュエータ１００の遠位先端の内側は、中心軸に向かって内向きに、アクチュエータ１００が物体を握持することを可能にするために活用され得る、力を付与する（潜在的に、１つまたはそれを上回る付加的アクチュエータ１００と連動して）。ソフトロボットアクチュエータ１００は、使用される材料およびアクチュエータ１００の一般的構造に起因して、膨張されると、比較的に共形性のままであり得る。
【００３７】
アクチュエータ１００は、比較的に軟質なまたは共形の構造を可能にする、１つまたはそれを上回るエラストマー材料から作製されてもよい。用途に応じて、エラストマー材料は、食品安全性、生体適合性、または医療安全性のＦＤＡ承認材料の群から選択されてもよい。エラストマー材料はまた、化学的抵抗のためにフッ化ポリマーエラストマーであってもよい。アクチュエータ１００は、適正製造基準（「ＧＭＰ」）対応設備内で製造されてもよい。
【００３８】
アクチュエータ１００は、実質的に平坦である、基部１０２を含んでもよい（但し、種々の修正または付属品が、アクチュエータの把持および／または屈曲能力を改良するために、基部１０２に追加されてもよい）。基部１０２は、標的物体を握持する把持表面を形成してもよい。
【００３９】
アクチュエータ１００は、１つまたはそれを上回るアコーディオン状延在部１０４を含んでもよい。アコーディオン状延在部１０４は、膨張されると、アクチュエータ１００が屈曲または撓曲し、膨張された状態にあるとき、アクチュエータ１００の形状を画定することを支援することを可能にする。アコーディオン状延在部１０４は、一連の隆起１０６および谷部１０８を含む。アコーディオン状延在部１０４のサイズならびに隆起１０６および谷部１０８の場所は、異なる形状または延在部外形を得るために変動されることができる。
【００４０】
図１Ａ−１Ｄの例示的アクチュエータは、展開されると、「Ｃ」または卵形形状に描写されるが、当業者は、本発明は、そのように限定されないことを認識するであろう。アクチュエータ１００の本体の形状、またはアコーディオン状延在部１０４のサイズ、位置、もしくは構成を変化させることによって、異なるサイズ、形状、および構成が、達成されてもよい。さらに、アクチュエータ１００に提供される膨張流体の量の変動は、アクチュエータ１００が非膨張状態と膨張状態との間の１つまたはそれを上回る中間サイズもしくは形状をとることを可能にする。したがって、個々のアクチュエータ１００は、膨張量を変動させることによって、サイズおよび形状においてスケーラブルであることができ、アクチュエータはさらに、１つのアクチュエータ１００を異なるサイズ、形状、または構成を有する別のアクチュエータ１００と交換することによって、サイズおよび形状においてスケーラブルであることができる。
【００４１】
アクチュエータ１００は、近位端１１２から遠位端１１０に延在する。近位端１１２は、インターフェース１１４に接続する。インターフェース１１４は、アクチュエータ１００がロボットシステムの他の部分に解放可能に結合されることを可能にする。インターフェース１１４は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（「ＡＢＳ」）、またはアセタールホモポリマー等の医療安全材料から作製されてもよい。インターフェース１１４は、アクチュエータ１００および可撓性管類１１８の一方または両方に解放可能に結合されてもよい。インターフェース１１４は、アクチュエータ１００に接続するためのポートを有してもよい。異なるインターフェース１１４は、より大きいもしくはより小さいアクチュエータ、異なる数のアクチュエータ、または異なる構成におけるアクチュエータに適応するために、異なるサイズ、数、または構成のアクチュエータポートを有してもよい。
【００４２】
アクチュエータ１００は、膨張デバイス１２０から可撓性管類１１８等の流体接続を通して供給される膨張流体で膨張されてもよい。インターフェース１１４は、流体がアクチュエータ１００に進入することを可能にするが、流体がアクチュエータから退出することを防止する（弁が開放しない限り）ための弁１１６を含んでもよい、またはそれに取り付けられてもよい。可撓性管類１１８はまた、または代替として、膨張デバイス１２０の場所における膨張流体の供給を調整するために、膨張デバイス１２０におけるインフレータ弁１２４に取り付けられてもよい。
【００４３】
可撓性管類１１８はまた、インターフェース１１４を一端に、膨張デバイス１２０を他端に解放可能に接続するために、アクチュエータ接続インターフェース１２２を含んでもよい。アクチュエータ接続インターフェース１２２の２つの部分を分離することによって、異なる膨張デバイス１２０は、異なるインターフェース１１４および／またはアクチュエータ１００に接続されてもよい。
【００４４】
膨張流体は、例えば、空気または生理食塩水であってもよい。空気の場合、膨張デバイス１２０は、周囲空気を供給するための手動バルブまたは蛇腹を含んでもよい。生理食塩水の場合、膨張デバイス１２０は、注射器または他の適切な流体送達システムを含んでもよい。代替として、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コンプレッサまたはポンプを含んでもよい。
【００４５】
膨張デバイス１２０は、膨張流体を供給するための流体供給源１２６を含んでもよい。例えば、流体供給源１２６は、圧縮された空気、液化もしくは圧縮された二酸化炭素、液化もしくは圧縮された窒素もしくは生理食塩水を貯蔵するためのリザーバであってもよい、または周囲空気を可撓性管類１１８に供給するための通気口であってもよい。
【００４６】
膨張デバイス１２０はさらに、膨張流体を流体供給源１２６からアクチュエータ１００に可撓性管類１１８を通して供給するためのポンプまたはコンプレッサ等の流体送達デバイス１２８を含む。流体送達デバイス１２８は、流体をアクチュエータ１００に供給する、または流体をアクチュエータ１００から引き出すことが可能であってもよい。流体送達デバイス１２８は、電気によって給電されてもよい。電気を供給するために、膨張デバイス１２０は、バッテリまたは電気コンセントへのインターフェース等の電力供給源１３０を含んでもよい。
【００４７】
電力供給源１３０はまた、電力を制御デバイス１３２に供給してもよい。制御デバイス１３２は、ユーザが、例えば、１つまたはそれを上回る作動ボタン１３４（またはスイッチ等の代替デバイス）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てもよい。制御デバイス１３２は、制御信号を流体送達デバイス１２８に送信し、流体送達デバイス１２８に膨張流体をアクチュエータ１００に供給させる、または膨張流体をそこから引き出させるためのコントローラ１３６を含んでもよい。
【００４８】
本明細書で使用されるように、アクチュエータは、典型的には、アクチュエータ１００に類似する単一構成要素を指す。複数のアクチュエータがともに採用され、標的を把持する把持システムを形成するとき、そのようなシステムは、概して、グリッパと称される（但し、いくつかのグリッパは、単独で標的を把持する単一アクチュエータから成ってもよい）。
【００４９】
ハブおよび搭載点
アクチュエータまたはグリッパは、直接もしくはハブ等の別個のインターフェースを通してのいずれかにおいて、ロボットアーム（例えば）に搭載されてもよい。問題なことに、種々の構成要素間の接続は、材料を蓄積し、清掃が困難であり得る、隙間またはコーナーを含み得る。
【００５０】
アクチュエータ、グリッパ、およびロボットシステムは、定位置または定位置外で清掃されてもよいことに留意されたい。定位置清掃は、概して、システムの種々の部分が、分解せずに、依然として接続されたまま、ロボットシステムの一部または全部の清掃を指す。例えば、定位置清掃は、アセンブリがロボットアームに搭載されたまま、アクチュエータおよびグリッパアセンブリの研磨を伴い得る。定位置外清掃は、概して、アセンブリを分解し、部分を個々に清掃し、および／または部分の内部面積にアクセスすることを伴う。例示的実施形態は、より少ないまたはより小さい退避点（したがって、あまり細菌、生物学的、または化学的材料が集合しない）を有する、ハブおよび搭載場所を提供する。さらに、例示的実施形態は、以下に説明されるように、定位置における清掃または定位置外清掃のための分解がより容易である。
【００５１】
図２Ａ−２Ｅは、例示的実施形態による、アクチュエータをハブに添着するための内部取付機構の実施例を描写する。図２Ａは、いくつかの退避点を含むアクチュエータ１００のための取付点のための構成の内部断面図を描写する。
【００５２】
アクチュエータ１００は、膨張流体で充填されるように構成される内部空隙２０４を囲繞する、エラストマー材料から作製される壁２０２を有する。アクチュエータ１００の近位端では、フレア状区分２０６が、搭載表面２０８と同一平面に設置され、これは、（例えば）ロボットアーム上に搭載されるべきグリッパへのインターフェースとなり得る。カラー２１０が、フレア状区分２０６の周囲にスナップ嵌合され、搭載表面２０８に固着されてもよい。例えば、カラー２１０は、ねじまたはボルト等の締結機構を使用して、搭載表面２０８に固定されてもよい。膨張流体供給経路２１２が、搭載表面２０８、カラー２１０を通して、空隙２０４の中に延在し、膨張流体をアクチュエータ１００に供給する。
【００５３】
本構成における種々の場所には、化学的または生物学的材料が蓄積し、細菌成長を促し得る、退避点２１４が、存在する。例えば、退避点２１４は、アクチュエータ１００とカラー２１０との間のインターフェースに存在し、鋭的なコーナーおよび隙間は、生物学的または化学的物質が蓄積することを可能にする。同様に、退避点２１４は、カラー２１０が搭載表面２０８に合流する、カラー２１０の基部にも存在する。
【００５４】
さらに、アクチュエータ１００は、膨張される、収縮される、または真空に暴露されると、屈曲するように構成される。アクチュエータ１００が屈曲するにつれて（例えば、図２Ａにおける左または右に）、間隙が、カラー２１０の内面とフレア状区分２０６の外面との間（およびカラー２１０によって囲繞されるアクチュエータ１００の任意の他の部分）に形成される。本間隙は、生物学的または化学的材料で迅速に充填され得、いくつかの退避点を含み得る。さらに、本間隙は、アクチュエータ１００が搭載表面２０８に添着されたままで清掃ツールでアクセスが困難であって、定位置清掃を困難または不可能にする。
【００５５】
改良されたアクチュエータ構成が、図２Ｂに描写される。本例示的実施形態では、アクチュエータ１００は、固着機構２１６を使用して、搭載表面２０８に固着される。固着機構２１６は、中心本体２１８と、中心本体２１８から延在する１つまたはそれを上回る延在部２２０とを含む。延在部２２０は、アクチュエータ１００の壁２０２内に形成される１つまたはそれを上回る段部２２２の上方に位置付けられ、間隙が、締結機構２２４（例えば、ボルトまたはねじ）が搭載表面２０８を通して固着機構２１６の本体２１８内の対応する孔の中に挿入されることを可能にするために存在する。締結機構２２４が緊締されると、延在部２２０は、段部２２２の中に引き込まれ、エラストマー材料を圧縮し、アクチュエータ１００の近位端の周囲に搭載表面２０８と液密ガスケットおよび円周方向シールを形成する。好ましくは、延在部２２０は、ガスケットを形成するための増加された表面積を提供するために、可能な限り遠くに延在する。
【００５６】
固着機構２１６は、プラスチックまたは金属等の任意の好適な材料から作製されてもよい。
【００５７】
図２Ｂから分かるように、カラーの不在に起因して、退避点の数は、低減される。いくつかの実施形態では、搭載表面２０８に接触するフレア状区分２０６の部分は、搭載表面２０８から実質的に９０°の角度だけ離れて延在する。その結果、固着機構２１６によって付与される力は、フレア状部分２０６を下向きに押動させ、これは、搭載表面２０８と比較的に強固なシールを形成し、アクチュエータ１００と搭載表面２０８との間の間隙の面積を低減させる。したがって、退避点は、システム内で低減される。
【００５８】
ある場合には、細菌が、アクチュエータ１００と搭載表面２０８との間のインターフェースに蓄積することになる場合、アクチュエータ１００は、締結機構２２４を除去することによって搭載表面２０８から除去されてもよく、アクチュエータ１００は、清掃されてもよい（例えば、好適な材料から作製される場合、食洗機またはオートクレーブ内で）。搭載表面が典型的には平坦であるため、また、清掃が比較的に容易である。
【００５９】
いくつかの実施形態では、固着機構２１６は、膨張流体が固着機構を通して通過することを可能にする、膨張流体通路を含んでもよい。膨張流体通路は、締結機構２２４とともに中心本体２１８を通して通過してもよい、または膨張流体通路および締結機構は、図２Ｃに描写される構成に示されるように、固着機構２１６の異なる部分上に提供されてもよい。本実施例では、膨張流体通路２１２は、固着機構２１６の本体２１８を通して延在する。固着機構２１６は、締結機構２２４を受容するために、延在部２２０内に孔を提供される。段部２２２は、本実施例では、延在部２２０の下方に据え付けられる下側段部と、延在部２２０の上方に提供される上側段部とを含む。
【００６０】
締結機構２２４は、搭載表面２０８を通して、かつ下側段部内の孔を通して挿入される。締結機構２２４は、次いで、延在部２２０内の対応する孔を通して延在する。いくつかの実施形態では、締結機構２２４は、延在部２２０で終端する。他の実施形態では、締結機構２２４は、延在部２２０に穿通し、上側段部にオーバーモールドされたハードウェアの中に延在する。締結機構が緊締されると、下側段部（および締結機構がその中に延在する場合、上側段部）は、延在部２２０とともに緊密に引っ張られ、液密ガスケットを生成する。膨張流体は、膨張流体供給通路２１２を通して空隙２０４に供給される。図２Ｄは、本実施形態の固着機構２１６をより詳細に描写する。
【００６１】
固着機構２１６は、アクチュエータ１００から別個であってもよい、またはアクチュエータ１００と一体型であってもよい。例えば、固着機構２１６は、加工され、次いで、アクチュエータ加工時にアクチュエータ１００にオーバーモールドされてもよい。
【００６２】
図２Ｅは、例示的なオーバーモールドされた挿入部を描写する。この場合、延在部２２０は、随意の上側および下側段部２２２間に提供される（段部２２２が存在しない場合、固着機構２１６は、例えば、表面処理を使用してアクチュエータ壁２０４に固着されてもよい）。固着機構２１６は、締結機構２２４を受容し、これは、固着機構２１６を搭載表面２０８に向かって引動させる。有利には、Ｏリング２２６が、固着機構２１６の外側底部縁の周囲に提供されてもよい。固着機構２１６がＯリング２２６に対して緊密に引動されるにつれて、Ｏリング２２６は、強固なシールを提供し、固着機構２１６と搭載表面２０８との間の間隙を低減させる。
【００６３】
さらに、比較的に硬質な固着機構２１６の形状のため（Ｏリング２２６と比較して）、固着機構２１６は、締結機構２２４のためのハードストップを提供する。例えば、Ｏリング２２６は、フッ化ポリマーエラストマー等のシリコンまたはエラストマーであってもよい一方、固着機構２１６は、食品安全プラスチック（例えば、ＰＥＴＥ、デルリン、ポリエチレン、またはポリプロピレン）または金属（例えば、３０３、３０４、もしくは３１６のグレードを伴うステンレス鋼、または硬質陽極酸化アルミニウム）であってもよい。固着機構２１６の比較的に硬質または剛性性質のため、締結機構２２４の緊締の間、固着機構２１６が搭載表面２０８に向かってさらに引っ張られることができない点に達する。これは、Ｏリング２２６の過度または過小な圧縮を防止し、固着機構２１６が所定の量の力をＯリング２２６にかけるように調整されることを可能にする（固着機構２１６の形状、特に、Ｏリング２２６を着座させる間隙のサイズおよび構成を変動させることによって）。
【００６４】
従来、外部ねじまたはボルトが、アクチュエータまたはアクチュエータアセンブリを搭載表面２０８に固定するために使用される。これらの外部締結機構は、退避点を生成する。すなわち、図２Ａ−２Ｅの実施形態は、外部締結機構を排除し、それらを内部締結機構と置換し、それによって、これらの退避点を低減または排除する。さらに、アクチュエータ１００と搭載表面２０８との間のインターフェースは、締結機構２２４の適用によって緊密に保持され、アクチュエータ１００と搭載表面２０８との間の間隙を低減させ、それによって、退避点を低減させ得る。
【００６５】
図３Ａ−３Ｅは、ボルトまたはねじのような外部締結機構を使用せずに、ロボットグリッパをロボットアームに添着するためのハブおよび基部アセンブリのさらなる実施例を描写する。これらのアセンブリは、図２Ａ−２Ｄのアセンブリと併せて、またはその代替として使用されてもよい。
【００６６】
図３Ａ−３Ｃは、ハブ／基部アセンブリの「捻転係止」性質を描写する。アセンブリは、アクチュエータホルダ３０４の中に搭載される１つまたはそれを上回るアクチュエータ１００を含み、これは、プラスチックまたは金属等の任意の好適な材料から形成されてもよい。オーバーモールドされたエラストマー層３０２は、アクチュエータ１００をアクチュエータホルダ３０４上に保持し、退避点としての役割を果たし得る、アクチュエータ１００の隙間、コーナー、および他の特徴を被覆する。例えば、図３Ｅに示されるように、オーバーモールドされたエラストマー層３０２は、最近位アコーディオン状延在部上の隆起までアクチュエータ１００の近位端を被覆し得る。グリッパ基部３０６は、膨張流体をアクチュエータ１００に分散させるための膨張流体チャンバ３１０を含む。グリッパ基部３０６は、ロボットアームに添着されてもよい、または添着可能であってもよい。
【００６７】
アクチュエータホルダ３０４は、グリッパ基部３０６上の対応する延在部３１４と噛合および相互係止するように構成される、１つまたはそれを上回る溝３１２を提供される。図３Ｂおよび３Ｃに示されるように、アクチュエータ１００を含むグリッパアセンブリ、オーバーモールドされたエラストマー層３０２、およびアクチュエータホルダ３０４は、グリッパ基部３０６にわたって設置され、捻転され、延在部３１４を溝３１２の中に噛合させてもよい。相互係止機構は、逆転されてもよいことに留意されたい（例えば、グリッパ基部３０６上の溝３１２およびアクチュエータホルダ３０４上の延在部３１４を伴う）。
【００６８】
相互係止システムの使用は、ねじなしアセンブリを可能にし、それによって、潜在的退避点を除去する。さらに、本構成は、基部３０６が定位置外で（すなわち、基部３０６がロボットアセンブリから除去されたとき）容易に清掃され得るように、アクチュエータホルダ３０４（アクチュエータ１００およびオーバーモールドされたエラストマー層３０２とともに）が基部３０６から容易に除去されることを可能にする。
【００６９】
図３Ｄは、組み立てられたグリッパシステムの拡大外部図を示す。図３Ｄに示されるように、グリッパ基部３０６がアクチュエータホルダ３０４に噛合するインターフェース３０８は、平滑な湾曲表面を含む。したがって、グリッパ基部３０６およびアクチュエータホルダ３０４は両方とも、インターフェース３０８に鋭的なコーナーを要求せず、退避点を低減させ、より単純な清掃を可能にする。さらに、化学的または生物学的材料と接触し得る表面は、少なくとも１マイクロインチ、より好ましくは、少なくとも１６マイクロインチ、より好ましくは、少なくとも３２マイクロインチの平滑度値を有してもよい。
【００７０】
一般に、本願全体を通して、特に、内角の場合、２つの表面間の角度は、少なくとも１３５°であってもよい。これらの内角を比較的に開放させることによって、これらの内部表面を清掃することがより容易となる（例えば、ブラシまたは他のツールを用いて）。同様に、インターフェース３０８の場合におけるように、曲線が使用されるとき、曲線の半径は、用途に応じて、少なくとも１／３２インチ、またはより好ましくは、１／８インチ、またはより好ましくは、１／４インチであってもよい。
【００７１】
図３Ｅは、グリッパシステムの種々の構成要素の内部図を示す。膨張流体チャンバ３１０が、膨張流体をアクチュエータ１００に供給するために、グリッパ基部３０６内に提供される。膨張流体供給ライン２１２は、アクチュエータホルダ３０４を通して、オーバーモールドされたエラストマー３０２を通して、アクチュエータ１００の空隙２０４の中に延在する。複数の膨張流体供給ライン２１２が、提供されてもよい（例えば、グリッパアセンブリ内のアクチュエータ１００毎に１つ）。膨張流体供給ライン２１２は、膨張流体チャンバ３１０上の対応するインターフェースと噛合するように構成されてもよい、または単に、膨張流体チャンバ３１０上の大開口部まで延在してもよい。チャンバ３１０の開口部の大部分は、アクチュエータホルダ３０４によって被覆されるであろうため、膨張流体が逃散する唯一の場所は、膨張流体供給ライン２１２の中およびアクチュエータ１００の中となるであろう。
【００７２】
図３Ｅに示されるように、壁３１６の下方には、膨張流体チャンバ３１０は、湾曲形状および比較的に広い開口部を有する。さらに、膨張流体チャンバ３１０の内部表面は、比較的に平滑である（例えば、３２マイクロインチまたはそれを上回る平滑度値を有する）。これらの特徴は、退避点を低減させ、清掃流体が清掃後に基部から排出されることを可能にし、ブラシ等の清掃ツールによってアクセスすることをより容易にし、より容易な目視検査を提供し、膨張流体チャンバ３１０が十分に清掃されたことを確実にする。
【００７３】
図４Ａ−４Ｄは、例示的実施形態による、ハブのさらなる実施例を描写する。
【００７４】
図４Ａおよび４Ｂは、外部固定機構２２４を有する、ハブを描写する。図４Ａに示されるように、いくつかのアクチュエータ１００は、ともに固着され、グリッパを形成する。アクチュエータ１００は、プレート４０２の中に挿入され、プレート４０２は、ロボット基部４０４（例えば、ロボットアームまたはロボットアームに固定されるべき別の構造）に添着される。プレート４０２は、図４Ｂにおける拡大図に示されるように、固定機構２２４（例えば、ねじまたはボルト）を使用して、ロボット基部４０４に固着される。突出固定機構２２４は、グリッパシステムにいくつかの退避点を提供する。
【００７５】
対照的に、図４Ｃは、内部固定機構を有する、ハブの斜視図を描写する。図から分かるように、本実施例では、プレート４０２は、外部ねじを伴わずに平坦表面を提示する。図４Ｄの断面図に示されるように、内部固定機構２２４は、膨張流体供給経路２１２を通して配索され、底部からプレート４０２に固着する。
【００７６】
前述のハブアセンブリを使用して（個々にまたは任意の組み合わせにおいて）、退避点は、アクチュエータ／アクチュエータホルダとシステムの他の部分との間の相互接続から低減または排除されることができる。しかしながら、他の退避点も、いずれかの場所に存在し得る。例えば、膨張流体は、空気圧継手等の膨張流体供給ラインを通してハブまたはシステムの他の部分に供給され得る。図５Ａ−５Ｈは、例示的実施形態による、退避点を低減させるための捻転係止膨張流体供給ラインの実施例を描写する。
【００７７】
図５Ａは、アクチュエータホルダ５０２に接続される４つのアクチュエータ１００を含む、グリッパの斜視図を提供する。アクチュエータホルダ５０２は、ロボットアームに搭載されてもよい。
【００７８】
図５Ｂの拡大図に示されるように、アクチュエータホルダ５０２は、膨張流体供給ラインのための継手５０６を受容するためのポート５０４を含む。ポート５０４は、捻転相互係止システムを通して継手５０６と相互接続するように構成される。本実施例では、ポート５０４は、継手５０６上の１つまたはそれを上回る面取りされたスロット５１０に噛合する、１つまたはそれを上回るフィンガ５０８を含む。面取りされたスロット５１０は、比較的に広くまたは厚く、容易な清掃を可能にし得る（したがって、例えば、ねじのねじ山と比較して、ブラシまたは他の清掃デバイスをより容易に受容する）。フィンガ５０８内の内部屈曲５０９は、同様に比較的に清掃が容易であるまま（例えば、ブラシ等の清掃ツールを用いて容易なアクセスを可能にするように）、面取りされたスロット５１０を把持するために、少なくとも１／３２インチ、またはより好ましくは、１／１６インチ、またはより好ましくは、１／４インチの曲線半径を伴う、湾曲または涙滴断面外形を有してもよい。
【００７９】
継手５０６内の１つまたはそれを上回る溝５１２（各溝はフィンガ５０８に対応する）は、図５Ｃに示されるように、継手５０６がフィンガ５０８間のポート５０４上に押動されることを可能にするための隙間を提供する。
【００８０】
いったんポート５０４上に挿入されると、継手５０６は、図５Ｄに示されるように、捻転され、継手５０６を定位置に係止してもよい。例示的実施形態では、継手５０６は、約１２０°捻転され、比較的に単純な組立を可能にしてもよいが、他の捻転度（例えば、９０°または３０°）もまた、可能性として考えられる。本捻転量に適応するために、溝５１０は、１２０°捻転を可能にするように成形および構成されてもよい。さらに、溝５１０は、継手５０６が捻転されると、継手５０６がハブ５０２に向かって線形変位を受け、したがって、継手５０６をハブに対して定位置に押圧し、液密シールを生成するように、上向き曲線を伴って成形されてもよい。
【００８１】
図５Ｅ−５Ｈは、捻転作用をより詳細に描写する。図５Ｅは、正面からの非係止継手５０６の外部図を描写する一方、図５Ｈは、側面からの非係止継手５０６の内部断面図を描写する。非係止構成では、間隙５１４が、継手５０６の底部とハブ５０２との間に存在することに留意されたい。
【００８２】
図５Ｇは、正面からの係止ポート５０４（ポート５０４を捻転させ、それを定位置に係止した後）の外部図を描写する一方、図５Ｈは、側面からの係止ポート５０４の内部図である。図５Ｆと図５Ｈを比較することによって、ポート５０４の捻転は、ポート５０４の底部がハブ５０２と接触しながら、線形変位量ｄをもたらすことが分かる。
【００８３】
代替として、または加えて、磁石が、膨張流体供給ラインをハブに固着させるために使用されてもよい。図６は、例示的実施形態による、膨張流体供給ラインのための磁気取付を描写する。本実施例では、ハブ６０２は、２つのアクチュエータ１００を支持する。ハブ６０２は、膨張流体供給経路２１２を囲繞する第１の環状磁石６０６を提供される。膨張流体をハブ６０２に提供するための膨張流体供給ライン６１０は、第２の環状磁石６０４を組み込む、継手６０８を含む。第１の環状磁石６０６および第２の環状磁石６０４は、相互に近接近されると、第１の環状磁石６０６が第２の環状磁石６０４と噛合し、液密シールを形成するように、反対極性を有してもよい。磁石６０４、６０６は、環状であるため、膨張流体は、磁石６０４、６０６内の孔を通して、ハブ６０２の中に流動し、そこから、アクチュエータ１００に分散されることができる。
【００８４】
次に、生物学的または化学的材料を取り扱うためのアクチュエータ設計および用途における革新が、議論される。
【００８５】
アクチュエータ設計および用途
図７Ａ−７Ｂは、例示的実施形態による、低減された退避点を有するアクチュエータの実施例を描写する。図７Ａは、第１のアクチュエータ７００を描写し、隣接するアコーディオン状延在部１０４の隆起１０６は、比較的に大きい距離ｒによって分離され、谷部１０８は、比較的に深い（距離ｔによって表される）。隆起１０６および谷部１０８は両方とも、比較的に鋭的な曲線または鋭的なコーナーを有する。特に、ブラシまたは清掃機構を設置することが困難であり得る内角を有する、谷部１０８の場合、これらの曲線およびコーナーは、いくつかの退避点７０２を生成する。
【００８６】
図７Ｂは、修正されたアクチュエータ７０４を描写する。本実施例では、隣接するアコーディオン状延在部の隆起１０６は、さらに離れている（比較的により大きい距離ｒ’によって分離される）一方、谷部１０８は、より浅い（ｔ未満である、距離ｔ’によって表される）。隆起１０６および谷部１０８は、より緩やかな曲線を伴う、より丸みを帯びた縁を有する。
【００８７】
その結果、アクチュエータ７０４上の縁は、平滑にされ、細菌退避点を低減させる。さらに、アクチュエータ７０４上の隙間は、拡張され、これは、アクチュエータ７０４をブラシ、パッド、溶液等で清掃し、細菌および食品残骸をアクチュエータ７０４から除去することをより容易にする。
【００８８】
退避点をさらに低減させるために、アコーディオン状延在部１０４は、アクチュエータの非把持側が平滑または平坦表面を提示するように、全体的に被覆されてもよい。図８Ａ−８Ｃは、例示的実施形態による、ソフトアクチュエータのためのアコーディオン状カバーを描写する。
【００８９】
図８Ａは、複数のアコーディオン状延在部１０４を有する、アクチュエータ１００を描写する。最近位アコーディオン状延在部は、開始隆起８０２を含み、最遠位アコーディオン状延在部は、終了隆起８０４を含む。
【００９０】
アコーディオン状延在部１０４間または上の退避点を排除もしくは低減させるために、アコーディオン状延在部１０４は、図８Ｂに示されるように、アコーディオン状カバー８０６で被覆されてもよい。アコーディオン状カバー８０６は、アクチュエータ１００が、膨張流体で膨張される、または真空に暴露されると、容易に撓曲するように構成される、高延伸性エラストマーから形成されてもよい。したがって、アコーディオン状カバー８０６は、アクチュエータ１００の拡張または収縮を妨害しない。
【００９１】
アコーディオン状カバー８０６は、可撤性であってもよい、またはアクチュエータ１００と統合されてもよい。例えば、アコーディオン状カバー８０６は、アコーディオン状延在部１０４を完全に封入し、アコーディオン状延在部１０４間の面積を充填する、エラストマーであってもよい。
【００９２】
図８Ｃの内部断面図に示されるように、アコーディオン状カバー８０６は、開始隆起８０２から終了隆起８０４に延在してもよい。他の実施形態では、アコーディオン状カバー８０６は、開始隆起８０２および／または終了隆起８０４を越えて延在してもよい。代替として、または加えて、アコーディオン状カバー８０６は、アコーディオン状延在部１０４の全部ではなく一部を被覆してもよい。
【００９３】
アクチュエータ１００の把持表面もまた、補完されてもよい。例えば、図９は、例示的実施形態による、オーバーモールドされたソフト把持パッド９０２の実施例を描写する。ソフト把持パッド９０２は、アクチュエータ１００の把持表面の少なくとも一部上に提供される。ソフト把持パッド９０２は、アクチュエータ１００と一体型であってもよい、またはアクチュエータ１００に添着される（例えば、エラストマーバンドを使用して）別個の部分であって、パッド９０２が別個の清掃のために除去されることを可能にしてもよい。
【００９４】
ソフト把持パッド９０２は、ソフトエラストマー材料（例えば、アクチュエータ１００が形成されるエラストマー材料より比較的に可撓性、柔軟性、または力に屈する、エラストマー材料）から形成されてもよく、物体の表面を圧潰せずに、アクチュエータ１００がトマト等の繊細な物体を操作することを可能にしてもよい。
【００９５】
アクチュエータ１００の把持パッド９０２と基部１０２との間のインターフェース９０４は、潜在的退避点を低減または排除するように湾曲される。
【００９６】
さらなる実施形態では、アクチュエータ１００の把持表面は、容易に清掃される他のタイプのテクスチャ加工を提供されてもよい。例えば、図１０Ａ−１０Ｃは、例示的実施形態による、膨張可能テクスチャ加工表面を有するアクチュエータの断面側面図を描写する。
【００９７】
図１０Ａは、膨張していない状態におけるアクチュエータ１００を描写する。アクチュエータ１００は、その中に膨張流体が供給され得る空隙２０４を囲繞する、壁２０２を含む。アクチュエータの基部１０２上では、壁２０２の厚さは、交互する厚壁部分１００２と薄壁部分１００４との間で変動する。薄壁部分１００４は、厚壁部分１００２より比較的に小さい厚さを有する。
【００９８】
膨張していない状態では、アクチュエータ１００の基部１０２は、平坦である。したがって、膨張されないとき、アクチュエータは、把持表面を形成する基部１０２上に殆どまたは全く退避点を呈さず、容易に清掃されることができる。
【００９９】
しかしながら、膨張されると（図１０Ｂに示されるように）、膨張流体は、空隙２０４に進入し、アクチュエータの外壁２０２を押圧する。薄壁部分１００４は、厚壁部分１００２より剛性ではない、または膨張に抵抗しないため、薄壁部分１００４は、丸くなり、テクスチャ加工された基部１０２を生成し得る。したがって、アクチュエータ１００は、物体をより容易に把持し得る。膨張流体が除去されると、薄壁部分１００４は、その平坦構成に戻り、基部１０２は、再び、容易な清掃のために平滑になる。
【０１００】
図１０Ｂは、テクスチャ加工された構成における基部１０２を描写する（空隙２０４内における膨張流体の存在を含意する）が、アクチュエータ１００は、非屈曲構成にあることに留意されたい。実世界シナリオでは、膨張流体の適用は、典型的には、図１Ａに示されるように、アクチュエータ１００を屈曲させるであろう。屈曲は、理解を容易にするために、図１０Ｂに示されない。
【０１０１】
薄壁部分１００４および厚壁部分１００２の代わりに、基部１０２は、膨張に応じて拡張により多くまたはより少なく抵抗する、異なるタイプの代替材料から形成されてもよい。膨張されると、あまり抵抗しない材料を伴う基部１０２の部分は、より抵抗する材料を伴う基部１０２の部分より拡張し、テクスチャ加工された表面を生成するであろう。
【０１０２】
さらに、類似効果は、膨張流体の代わりに、真空を印加することによって達成されてもよい。例えば、薄壁部分１００４は、デフォルトによって、延在された構成にあるように構成されてもよい。真空の印加に応じて、薄壁部分１００４は、内向きに丸くなり、平坦表面を生成し得る。
【０１０３】
図１０Ｃは、基部のテクスチャ加工がアクチュエータ１００の膨張から独立して適用され得る、代替構成を描写する。本実施例では、内壁１００６は、空隙２０４を２つのチャンバに分離する。第１のチャンバ１００８は、基部１０２に隣接する面積内に存在する一方、第２のチャンバ１０１０は、アクチュエータ１００の残りを充填する。２つのチャンバ１００８、１０１０は、相互に独立して膨張されてもよい。第１のチャンバ１００８が充填されると、薄壁部分１００４は、外向きに丸くなり、テクスチャ加工された表面を基部１０２上に生成する。第２のチャンバ１０１０が充填されると、アクチュエータ１００は、標的を握持するために、その膨張外形に従って屈曲する。
【０１０４】
退避点を低減させるシステムを提供することに加え、また、生物学的または化学的材料と作業するとき、これらの材料が多くの場合に取り扱われる状況によく適した特殊目的アクチュエータを使用することが有用であり得る。
【０１０５】
例えば、図１１Ａ−１１Ｄは、例示的テーパ状ソフトアクチュエータ１１００を描写する。図１１Ａは、テーパ状アクチュエータ１１００の斜視図を描写する一方、図１１Ｂ、１１Ｃ、および１１Ｄは、それぞれ、側面、正面、および底面図を描写する。これらの図に示されるように、アクチュエータ１１００は、厚さ（ｔ）および幅（ｂ）の両方において、近位端１１２から遠位端１１０にテーパ状になる。
【０１０６】
テーパ状アクチュエータ１１００は、必ずしも、アクチュエータ１１００を横断して、またはそれに沿って均一にテーパ状である必要はないことに留意されたい。例えば、異なる効果は、アクチュエータの幅、長さ、もしくは壁厚に沿って異なる相対的テーパ度を利用することによって、または個別のアコーディオンの振幅をテーパ状にすることによって達成され、それぞれ、側方アクチュエータ安定性、軸方向フィンガ安定性、作動されるときの拡張における勾配変化、または作動されるときの曲率応答における勾配変化の改変をもたらしてもよい。
【０１０７】
テーパ状アクチュエータ１１００は、並はずれて捻転が安定しており、摩擦支配握持のための大表面積を有し、小型アイテムの操作のための小型かつ器用なフィンガ先端を維持し、均質断面を有するアクチュエータと比較して、同一圧力あたり比較的により高い握持力を送達する。これは、テーパ状アクチュエータ１１００が、ある範囲の物体サイズおよび重量の精密な取扱のために、例えば、円形または長方形パターンにおいて、相互に連動して展開されることを可能にする。さらに、テーパ状アクチュエータ１１００は、特に、湿潤、滑りやすい、奇形／不規則形状、かつ乱雑な食品アイテム（例えば、山積またはぴったりした包装内の食品アイテム）を操作するために非常に好適である。
【０１０８】
さらに、テーパ状アクチュエータ１１００は、非テーパ状アクチュエータと比較して、乱雑環境（例えば、体系化されていない果実または作物の山）をより良好にナビゲート可能であり得る。
【０１０９】
例えば、図１２Ａ−１２Ｄは、歪曲されたアクチュエータ１２００を採用する例示的球状外被グリッパを描写する。これらの葉形状の歪曲されたアクチュエータ１２００は、脆弱な物体を完全に包囲するために非常に好適である。図１２Ａは、４つの歪曲されたアクチュエータ１２００を採用するグリッパの斜視図を描写する一方、図１２Ｂ、１２Ｃ、および１２Ｄは、それぞれ、単一アクチュエータ１２００の正面、側面、および底面図を描写する。
【０１１０】
図１２Ｄ（底面図）から分かるように、歪曲されたアクチュエータ１２００は、膨張流体を受容するための複数の歪曲された内部チャンバ１２０２を含む。歪曲されたチャンバ１２０２は、比較的に狭い領域ｒ１から比較的に広い領域ｒ２に拡張する、涙滴または他の歪曲された形状を有する。比較的に狭いｒ１領域は、歪曲されたアクチュエータ１２００の中心（例えば、図１２Ｂに示されるように、中心線Ａ−Ａに最も近い内部チャンバ１２０２の部分）に近接して配置されてもよい一方、比較的に広い領域ｒ２は、中心線Ａ−Ａから離れて、歪曲されたアクチュエータ１２００の外部縁に向かって配置されてもよい。
【０１１１】
歪曲されたアクチュエータ１２００は、いくつかの特性を有する。
【０１１２】
第１に、各歪曲されたアクチュエータ１２００は、作動されると、複数の自由度を有する。言い換えると、歪曲されたアクチュエータ１２００は、その長軸を中心として（例えば、図１Ａおよび１Ｂに描写されるように、円周方向に湾曲するように中心軸の周囲において）、かつその短軸を横断して（図１Ａおよび１Ｂの軸方向に）屈曲する。
【０１１３】
第２に、歪曲されたアクチュエータ１２００は、円形または長方形にパターン化されたレイアウトにおいて、他のテーパ状アクチュエータ１２００と合致されると、完全に封入する球体を形成する傾向にある、比較的に広い葉状形状を有する。
【０１１４】
第３に、歪曲されたアクチュエータ１２００のテーパ状設計は、安定性を改良し、握持力を増加させる。これらの特性は、そのようなアクチュエータを、例えば、多くのタイプの略丸形果実および野菜を操作するために非常に好適にする。歪曲されたアクチュエータ１２００は、物体を包含するため（本明細書では、「ケージング」把持を提供すると称される）、歪曲されたアクチュエータ１２００は、歪曲されたアクチュエータ１２００が、例えば、繊細な果実を木から（例えば、リンゴ）またはつる（例えば、トマトまたはブドウ）からもぎ取ることを可能にし得る。果実の収穫等のタスクは、例えば、単に、収穫された果実を１つの場所から別の場所に移動させるのではく、より強固な把持を要求し得る。より強固な把持が要求されるため、把持がいくつかの場所（例えば、アクチュエータのフィンガ先端）に集中される場合、果実は、圧潰または損傷され得る。ケージング把持を印加することによって、本力は、より大きい表面積にわたって分散され、それを圧潰せずに果実をもぎ取る機会を改良し得る。
【０１１５】
物体は、他の方法によっても同様に完全に包含または封入されてもよい。例えば、図１３Ａ−１３Ｂは、アクチュエータ１００が物体を完全に封入することを可能にするために、アクチュエータ１００間に適用されるウェブ膜１３０２を描写する。ウェブ膜１３０２は、比較的に延伸性のエラストマー材料から形成され、アクチュエータ１００が開放状態（図１３Ａ）にある間、ウェブ膜が拡張することを可能にする一方、アクチュエータ１００が閉鎖状態（図１３Ｂ）にあるとき、握持された物体をウェブ膜１３０２内に維持するように、合理的量の張力を維持してもよい。ウェブ膜１３０２の使用は、グリッパと物体との間の増加された表面積接触を可能にする。
【０１１６】
ある場合には、握持されるべき物体は、物体に到達することが困難であり得る、瓶等の容器内の深くに位置し得る。図１４Ａ−１４Ｂは、これらおよび他の用途に好適な例示的延在および握持するアクチュエータを描写する。
【０１１７】
図１４Ａは、膨張された延在可能アクチュエータ１４００を描写する一方、図１４Ｂは、膨張していない延在可能アクチュエータ１４００を描写する。延在可能アクチュエータ１４００は、２つの区分に分割されるいくつかのアコーディオン状延在部１０４を含む。完全アコーディオン状区分１４０２は、延在可能アクチュエータ１４００の完全直径の周囲に延在する、アコーディオン状延在部１０４を含む。部分的アコーディオン状区分１４０４は、延在可能アクチュエータ１４００の直径の周囲に途中までのみ延在する、アコーディオン状延在部１０４を含む。完全アコーディオン状区分１４０２は、部分的アコーディオン状区分１４０４より高い頻度または率でアコーディオン状延在部１０４を含んでもよい。
【０１１８】
その結果、延在可能アクチュエータ１４００が比較的に低い膨張圧力で膨張されると、完全アコーディオン状区分１４０２は、延在し始める（比較的に少量の力下）。これは、遠位端に比較的に小さい曲率度を伴って、延在可能アクチュエータ１４００を線形に延在させ、延在可能アクチュエータ１４００が（例えば）そうでなければアクチュエータのハブアセンブリ１４０６によって阻止され得る、瓶または容器の中に到達することを可能にする。比較的に高い膨張圧力では、部分的アコーディオン状区分１４０４は、増加させた曲率度を呈し、延在されたアクチュエータが物体を握持することを可能にする。
【０１１９】
さらなる実施形態では、アクチュエータは、特定の標的をより良好に握持するために、特殊幾何学形状を採用してもよい。例えば、図１５Ａ−１５Ｄは、例示的実施形態による、フックを組み込むアクチュエータを描写する。
【０１２０】
図１５Ａに示されるように、フック付きアクチュエータ１５００は、湾曲突出部１５０２をフックの形状におけるその遠位端に含む。故に、フック付きアクチュエータ１５００が物体を握持するために膨張されると（図１５Ｂ、１５Ｃ、および１５Ｄは、膨張圧力度の変動を示す）、フック付きアクチュエータ１５００の湾曲突出部１５０２は、握持されるべき物体の真下に延在し（図１５Ｃ）、続いて、物体を内向きに引動させる（図１５Ｄ）。これは、フック付きアクチュエータ１５００の把持表面とのより良好な接触を可能にし、移動または操作されている間の物体の安定性を改良する。
【０１２１】
使用されるアクチュエータのタイプにかかわらず、いくつかのシナリオにおいて、標的の握持に先立って、アクチュエータ間の開口部を増加させることが有用であり得る。例えば、大型物体を握持するとき、比較的に大きい開口部角度が、要求され得る。小型物体を握持するときは、比較的に小さい開口部角度が、要求され得る。
【０１２２】
異なる開口部度を達成するために、真空は、アクチュエータに印加されてもよい（例えば、アクチュエータを膨張流体で充填する代わりに、アクチュエータ内の周囲流体は、アクチュエータから除去されてもよい）。例えば、図１６Ａ−１６Ｂは、アクチュエータの開口部外形を修正するためにアクチュエータ１００に印加される異なる真空度の実施例を描写する。図１６Ａは、比較的に大量の真空をアクチュエータ１００に印加することによって達成される、比較的に大きい開口部角度を描写する。図１６Ｂは、比較的により小さい（または無）真空量を印加することによって達成される、比較的に小さい開口部角度を描写する。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、ロボットシステムは、精密な所定の量の真空を１つまたはそれを上回るアクチュエータ１００に提供するように構成される。所定の量は、アクチュエータ１００が動作されることが意図される環境およびアクチュエータ１００が握持することが意図される物体のサイズまたは構成に適応する量において選択されてもよい。例えば、あまりに少ない真空が印加される場合、アクチュエータ１００は、標的を握持するために十分に開放しないであろう。一方、あまりに多くの真空が印加される場合、アクチュエータ１００は、必要なものより広く開放し、アクチュエータ１００を標的物体を保持する容器および／または標的物体の近傍の他の物体と衝突させ得る。これは、特に、乱雑環境に該当する。所定の量の真空を提供することによって、アクチュエータ１００は、標的物体が握持されることを可能にするために十分に開放される一方、依然として、十分な空間をアクチュエータと隣接する物体または容器との間に提供することができる。
【０１２４】
ロボットシステムカバー類
さらなる実施形態では、システムは、食品安全または医療安全包装をロボットシステムの一部もしくは全部の周囲に適用することによって、清掃がより容易にされてもよい。例えば、図１７Ａ−１７Ｃは、ロボットシステム１７００のための例示的使い捨て包装を描写する。
【０１２５】
図１７Ａに示されるように、ロボットシステム１７００は、そこにハブ１７０４が搭載される、ロボットアーム１７０２を含む。アクチュエータ１００は、ハブ１７０４に接続される。ロボットシステム１７００に対応するように定寸および成形される、使い捨て包装１７０６は、ロボットシステム１７００の周囲に提供される。
【０１２６】
使い捨て包装１７０６は、アクチュエータ１００が膨張していない状態にあるとき比較的に弛緩し（図１７Ｂ）、アクチュエータ１００が膨張された状態にあるとき比較的に緊密である（図１７Ｃ）（使い捨て包装１７０６の破損のリスクを伴わずに）ように定寸および成形される。例えば、バッグのサイズおよび形状が、アクチュエータ１００が膨張していないとき、所定の量のたるみを提供するように選択されてもよい。アクチュエータ１００が膨張されると、たるみは、低減され、アクチュエータ１００は、標的物体を把持してもよい。代替として、または加えて、使い捨て包装１７０６は、使い捨て包装１７０６がアクチュエータ１００の膨張を補償することを可能にするために、弾性材料から形成されてもよい。
【０１２７】
包装１７０６は、必ずしも、使い捨てである必要はないことに留意されたい。いくつかの実施形態では、包装１７０６は、清掃のために除去可能であってもよく、いったん清掃されると、再使用されてもよい。
【０１２８】
前述の実施形態を個々にまたは相互に組み合わせて使用することによって、生物学的および化学的材料は、ロボットシステムによってより容易に取り扱われ得る。説明される実施形態は、他の利点の中でもとりわけ、生物学的／化学的／細菌退避点を低減させ、容易な清掃を可能にし、グリッパの把持および到達能力を改良する。
【図１Ａ】
2018520896.tif 000003
【図１Ｂ】
2018520896.tif 000004
【図１Ｃ】
2018520896.tif 000005
【図１Ｄ】
2018520896.tif 000006
【図２Ａ】
2018520896.tif 000007
【図２Ｂ】
2018520896.tif 000008
【図２Ｃ】
2018520896.tif 000009
【図２Ｄ】
2018520896.tif 000010
【図２Ｅ】
2018520896.tif 000011
【図３Ａ】
2018520896.tif 000012
【図３Ｂ】
2018520896.tif 000013
【図３Ｃ】
2018520896.tif 000014
【図３Ｄ】
2018520896.tif 000015
【図３Ｅ】
2018520896.tif 000016
【図４Ａ】
2018520896.tif 000017
【図４Ｂ】
2018520896.tif 000018
【図４Ｃ】
2018520896.tif 000019
【図４Ｄ】
2018520896.tif 000020
【図５−１】
2018520896.tif 000021
【図５−２】
2018520896.tif 000022
【図６】
2018520896.tif 000023
【図７Ａ】
2018520896.tif 000024
【図７Ｂ】
2018520896.tif 000025
【図８Ａ】
2018520896.tif 000026
【図８Ｂ】
2018520896.tif 000027
【図８Ｃ】
2018520896.tif 000028
【図９】
2018520896.tif 000029
【図１０Ａ】
2018520896.tif 000030
【図１０Ｂ】
2018520896.tif 000031
【図１０Ｃ】
2018520896.tif 000032
【図１１Ａ】
2018520896.tif 000033
【図１１Ｂ】
2018520896.tif 000034
【図１１Ｃ】
2018520896.tif 000035
【図１１Ｄ】
2018520896.tif 000036
【図１２Ａ】
2018520896.tif 000037
【図１２Ｂ】
2018520896.tif 000038
【図１２Ｃ】
2018520896.tif 000039
【図１２Ｄ】
2018520896.tif 000040
【図１３Ａ】
2018520896.tif 000041
【図１３Ｂ】
2018520896.tif 000042
【図１４Ａ】
2018520896.tif 000043
【図１４Ｂ】
2018520896.tif 000044
【図１５Ａ】
2018520896.tif 000045
【図１５Ｂ】
2018520896.tif 000046
【図１５Ｃ】
2018520896.tif 000047
【図１５Ｄ】
2018520896.tif 000048
【図１６Ａ】
2018520896.tif 000049
【図１６Ｂ】
2018520896.tif 000050
【図１７Ａ】
2018520896.tif 000051
【図１７Ｂ】
2018520896.tif 000052
【図１７Ｃ】
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【国際調査報告】
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