(57)【要約】例示的実施形態は、ロボットアクチュエータまたはアクチュエータ群の１つ以上の動作パラメータが動的に構成または再構成されることを可能にする、モジュール式ロボットシステムを提供する。動作パラメータは、例えば、アクチュエータまたはアクチュエータ群の他のアクチュエータに対するＸ、Ｙ、および／またはＺ位置、アレイまたはマトリクスの中へのアクチュエータの配置、アクチュエータの回転またはピッチ、アクチュエータ間の距離、アクチュエータの把持強度または把持表面等であり得る。故に、同一ロボットマニピュレータが、複数の異なる状況において、複数の目的のために使用され得、マニピュレータは、オンザフライで交換されることができ、ロボットシステムは、動的に再構成され、新しいタスクを行い得る。
2018518377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュール式ロボットシステムであって、前記システムは、
膨張流体を受け取るように構成されているエラストマーブラダを備えているソフトアクチュエータと、
デカルト平面内の前記アクチュエータの絶対位置または前記デカルト平面内の別のアクチュエータに対する前記アクチュエータの位置を動的に調節するように構成されている位置付けシステムと
を備えている、モジュール式ロボットシステム。
【請求項２】
前記ソフトアクチュエータは、Ｔ押し出し成形部を有するレール上で展開され、前記位置付けシステムは、前記アクチュエータを前記レール上で移動させ、前記アクチュエータと別のアクチュエータとの間の距離を変化させる、請求項１に記載のモジュール式ロボットシステム。
【請求項３】
前記アクチュエータは、第１のアレイまたはマトリクスを表す第１の構成において複数のアクチュエータ間で展開され、前記位置付けシステムは、前記複数のアクチュエータを第２のアレイまたはマトリクスを表す第２の構成に再展開するように構成され、前記第２の構成は、前記第１の構成と異なる、請求項１に記載のモジュール式ロボットシステム。
【請求項４】
前記位置付けシステムは、前記アクチュエータをその基部の周りで回転させるための回転機構をさらに備えている、請求項１に記載のモジュール式ロボットシステム。
【請求項５】
前記位置付けシステムは、前記アクチュエータの位置を３次元で動的に調節する、請求項１に記載のモジュール式ロボットシステム。
【請求項６】
方法であって、前記方法は、
ソフトアクチュエータを提供することであって、前記ソフトアクチュエータは、デカルト平面内の第１の位置において膨張流体を受け取るように構成されているエラストマーブラダを備えている、ことと、
前記デカルト平面内の前記アクチュエータの位置を動的に調節し、前記アクチュエータを前記第１の位置と異なる第２の位置に設置することと
を含む、方法。
【請求項７】
前記アクチュエータの位置を調節することは、前記アクチュエータをレールに沿って移動させることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記アクチュエータは、第１のアレイまたはマトリクスを表す第１の構成において複数のアクチュエータ間で展開され、前記アクチュエータの位置を調節することは、前記複数のアクチュエータを第２のアレイまたはマトリクスを表す第２の構成に再展開することを含み、前記第２の構成は、前記第１の構成と異なる、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記アクチュエータの位置を調節することは、前記アクチュエータをその基部の周りで回転させることをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記アクチュエータの位置を調節することは、前記アクチュエータの位置を３次元で調節することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
モジュール式ロボットシステムであって、前記システムは、
膨張流体を受け取るように構成されているエラストマーブラダを備えているソフトアクチュエータと、
周期的孔アレイを備えている基板であって、前記周期的孔アレイの孔は、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それぞれの経路を提供し、前記ソフトアクチュエータは、前記周期的孔アレイの第１の孔の上に解放可能に搭載されている、基板と
を備えている、モジュール式ロボットシステム。
【請求項１２】
前記アクチュエータは、前記アクチュエータのフランジ内に展開されているオーバーモールドされた磁石を使用して、前記基板上に展開されている、請求項１１に記載のモジュール式ロボットシステム。
【請求項１３】
前記オーバーモールドされた磁石は、貫通孔を有する環状磁石であり、空気圧流体が、前記貫通孔を通過し、前記アクチュエータを作動させる、請求項１２に記載のモジュール式ロボットシステム。
【請求項１４】
モジュール式ロボットシステムであって、前記システムは、
膨張流体を受け取るように構成されているエラストマーブラダを備えている第１のソフトアクチュエータと、
前記ソフトアクチュエータに搭載されている第１の基板であって、前記第１の基板は、第２のソフトアクチュエータを搭載している第２の基板と相互係止するように構成されている基部と、前記膨張流体を前記第１のソフトアクチュエータに供給するための経路とを備えている、第１の基板と
を備えている、モジュール式ロボットシステム。
【請求項１５】
第１の基板は、相互接続の方向と垂直な方向における剪断力に抵抗するように構成されている機械的接続を使用して、前記第２の基板と相互接続されている、請求項１４に記載のモジュール式ロボットシステム。
【請求項１６】
前記基板は、空気圧流体または電荷を前記アクチュエータに分配するための１つ以上の空気圧相互接続または電気相互接続を備えている、請求項１４に記載のモジュール式ロボットシステム。
【請求項１７】
モジュール式ロボットシステムであって、前記システムは、
膨張流体を受け取るように構成されているエラストマーブラダを備えている第１のソフトアクチュエータと、
前記アクチュエータを異なるタイプまたはサイズのアクチュエータと交換するための迅速変更アセンブリであって、前記迅速変更アセンブリは、２つ以上の嵌合表面を備え、前記２つ以上の嵌合表面は、前記アクチュエータの形状に対応し、シールを前記アクチュエータの周囲に形成するように嵌合する、迅速変更アセンブリと
を備えている、モジュール式ロボットシステム。
【請求項１８】
前記アクチュエータへの前記膨張流体の流動を断つための遮断弁をさらに備えている、請求項１７に記載のモジュール式ロボットシステム。
【請求項１９】
前記遮断弁は、前記アクチュエータの切迫した故障に対応するパターンが検出されると、前記膨張流体の流動を断つ、請求項１８に記載のモジュール式ロボットシステム。
【請求項２０】
モジュール式ロボットシステムであって、前記システムは、
膨張流体を受け取るように構成されているエラストマーブラダを備えている第１のソフトアクチュエータと、
前記ソフトアクチュエータの剛性、前記ソフトアクチュエータの把持表面によって示される摩擦の量、または前記ソフトアクチュエータの曲がりプロファイルのうちの１つ以上のものを修正するための展開可能補剛スリーブと
を備えている、モジュール式ロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（関連出願）
本願は、米国仮特許出願第６２／１７４，２３４号（２０１５年６月１１日出願、名称「Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」）に対する優先権を主張する。上記出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（背景）
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、多種多様な異なるタスクを行うことが要求され得る。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】
慣例的に、ロボットは、固定された特定のタイプのマニピュレータを用いて展開され得る。故に、異なる状況では、ロボットは、異なるタイプのマニピュレータを伴う異なるロボットと交換され得る。代替として、ロボットのマニピュレータは、他のタイプのマニピュレータと相互交換可能であり得る。しかしながら、ロボットマニピュレータの交換は、時間がかかり、複雑、高価、かつ非直感的プロセスであり得る。
【０００４】
さらに、ロボットは、タスクのための適切なタイプのマニピュレータを有し得るが、マニピュレータは、準最適（または非有用でさえある）方法において設定され得る。例えば、ロボットは、テニスボールおよびサッカーボールを取り上げるために同一タイプのマニピュレータを使用し得るが、テニスボールを取り上げるようにサイズ決定および構成されたマニピュレータは、サッカーボールを取り上げるために不適切であり得る。
【０００５】
マニピュレータはまた、群として展開され得る。例えば、産業用アセンブリラインが、ロボットが複数の部品に対してタスクを同時に行うことができるように、直列に接続されたいくつかのマニピュレータを有するロボットによって動作させられ得る。しかしながら、そのようなマニピュレータの群は、多くの場合、オンザフライで変更することが困難な所定の構成において展開される。マニピュレータが採用される状況が変化する場合、マニピュレータは、手動で再構成される必要があり得る。カスタム調節可能グリッパも、高価であり得、開発のためのかなりのエンジニアリング時間を要求し得る。
【０００６】
ある場合には、マニピュレータは、摩耗し、交換される必要があり得る。これはまた、典型的には、手動プロセスであり、それは、古いマニピュレータを除去し、それを新しいものと交換することを伴う。破損したマニピュレータがマニピュレータの群の一部である場合、群全体が、１つのマニピュレータが破損したとき、動作から取り除かれ得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願は、ロボットシステムに関連付けられたこれらおよび他の問題に対処する。例示的実施形態によると、モジュール式システムが、説明される。モジュール式ロボットシステムは、ロボットマニピュレータまたマニピュレータの群のある側面が、単純かつ動的方式で修正されることを可能にする。故に、同じロボットマニピュレータが、複数の異なる状況において複数の目的のために使用され得、マニピュレータは、オンザフライで交換されることができ、ロボットシステムは、新しいタスクを行うために動的に再構成され得る。
【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の使用の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の使用の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の使用の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の使用の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２】図２Ａ−２Ｃは、例示的実施形態による、レールを使用するロボットアクチュエータの位置を調節するためのシステムの例を描写する。
【図３】図３Ａ−３Ｄはさらに、例示的実施形態による、複数のレールを使用するロボットアクチュエータの位置を調節するためのシステムの例を描写する。
【図４】図４Ａ−４Ｃは、例示的実施形態による、アクチュエータのモジュール式アレイの例を描写する。
【図５】図５Ａ−５Ｄは、例示的実施形態による、モジュール式ロボットグリッパを周期的孔アレイを含む搭載プレートに搭載する例を描写する。
【図６】図６Ａ−６Ｄは、例示的実施形態による、迅速接続フランジ内に提供されるオーバーモールドされた磁石を有するソフトアクチュエータの例を描写する。
【図７−１】図７Ａ−７Ｆは、例示的実施形態による、適合可能フィンガ回転のためのシステムの例を描写する。
【図７−２】図７Ａ−７Ｆは、例示的実施形態による、適合可能フィンガ回転のためのシステムの例を描写する。
【図８】図８Ａ−８Ｅは、例示的実施形態による、モジュール式相互係止グリッパアレイの例を描写する。
【図９】図９Ａ−９Ｄは、例示的実施形態による、グリッパアレイ間の作動式機械接続の例を描写する。
【図１０】図１０Ａ−１０Ｅは、例示的実施形態による、グリッパアレイ間の電気、機械、空気圧接続の例を描写する。
【図１１】図１１Ａ−１１Ｄは、例示的実施形態による、把持のために使用されるアクチュエータの長さを調節するための再構成可能カラー構成要素の例を描写する。
【図１２】図１２Ａ−１２Ｂは、例示的実施形態との使用のために好適な例示的補剛アダプタを描写する。
【図１３−１】図１３Ａ−１３Ｋは、例示的実施形態による、物体把持および振動低減のための適合可能補強材の例を描写する。
【図１３−２】図１３Ａ−１３Ｋは、例示的実施形態による、物体把持および振動低減のための適合可能補強材の例を描写する。
【図１３−３】図１３Ａ−１３Ｋは、例示的実施形態による、物体把持および振動低減のための適合可能補強材の例を描写する。
【図１４】図１４Ａ−１４Ｂは、例示的実施形態との使用のために好適なフィンガウェブ膜の例を描写する。
【図１５】図１５Ａ−１５Ｃは、例示的実施形態による、自動アクチュエータポップ検出および遮断のためのシステムの例を描写する。
【図１６】図１６Ａ−１６Ｄは、例示的実施形態による、アクチュエータを迅速かつ動的に変更するためのシステムの例を描写する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
例示的実施形態は、システムを再構成するために、システムの種々のパラメータが動的に調節されることを可能にするモジュール式ロボットシステムに関する。より具体的には、例示的実施形態は、異なる状況において、異なる把持標的と動作するように動的に再構成されることができるモジュール式ロボットマニピュレータを提供する。本明細書で使用される場合、モジュール式とは、ロボットアクチュエータ、マニピュレータ、エンドエフェクタ、またはグリッパ（用語「マニピュレータ」、「アクチュエータ」、「エンドエフェクタ」、および「グリッパ」は、概して、本明細書では同義的に使用される）の１つ以上の動作パラメータを変更する能力を指す。そのような動作パラメータは、限定ではないが、とりわけ、デカルト平面または３次元空間におけるアクチュエータの絶対位置；アクチュエータの向き（φ、θ、ψ）；Ｘ、Ｙ、および／またはＺ平面における他のアクチュエータに対するアクチュエータの位置；その基部に対するアクチュエータのピッチ；アクチュエータの回転角度；アクチュエータの曲がりまたは曲率の程度；および、アレイまたはマトリクスにおけるアクチュエータの配置または構成を含む。
【００１０】
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共に採用され得る。ソフトロボットアクチュエータは、比較的に非剛体のアクチュエータであり、それは、アクチュエータを、例えば、空気または水等の流体で充填することによって作動させられ得る。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得る。故に、アクチュエータは、例えば、物体に巻き付く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、比較的に非剛体であるので、アクチュエータは、把持された物体の表面により良好に適合し、それは、アクチュエータが物体におけるより良好な保持を得るか、またはより優しく壊れやすい物体を保持することを可能にし得る。したがって、ソフトアクチュエータは、剛体アクチュエータと比較して、多種多様な用途において採用されることができ、それは、例示的モジュール式システムをソフトアクチュエータとの使用のために特に好適なものにする。
【００１１】
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、その後、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。別様に記載されない限り、説明される実施形態の各々は、互いとの任意の組み合わせにおいて使用され得ることが想定される（例えば、アクチュエータの平行移動および回転を可能にすること、グリッパのモジュール式アレイをレール上に搭載すること等）。
（ソフトロボットグリッパに関する背景）
【００１２】
従来のロボットグリッパまたはアクチュエータは、高価であり、かつある環境においては動作することが不可能であり得、過去において、取り扱われている物体の重量、コンプライアンス、サイズ、および形状の不確実性および多様性が、自動化された解決策が機能することを妨げる。本願は、適応性があり、安価、軽量、カスタマイズ可能、かつ使用が単純である新規ソフトロボットアクチュエータの用途を説明する。
【００１３】
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、圧力下で広げられ、伸び、および／または曲がるように構成されているアコーディオン状構造で配置されたプラスチックの薄壁、または、他の好適な比較的に軟質の材料から形成され得る。それらは、例えば、エラストマー材料の１つ以上の部片を所望の形状に成形することによって生成され得る。ソフトロボットアクチュエータは、空気、水、または生理食塩水等の流体で充填され、アクチュエータを加圧、膨張、および／または作動させることができる中空内部を含み得る。作動時、アクチュエータの形状またはプロファイルは、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つ以上の中間標的形状が、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せられ、膨張流体をアクチュエータから除去し、それによって、アクチュエータが曲がり、捻じれ、および／または伸びる程度を変化させ得る。
【００１４】
作動は、アクチュエータが、握持され、または押されている物体等の物体に力を及ぼすことも可能にし得る。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、作動させられるとき、適応特性を維持し、それによって、ソフトアクチュエータは、部分的または完全に、握持されている物体の形状に適合し得る。それらは、物体との衝突時、たわむことができ、それは、特に、物体を積み重ねた山または容器から取り上げるときに関連し得る。なぜなら、アクチュエータが、握持標的ではない積み重ねた山内の近隣物体、または容器の側面に衝突する可能性があるからである。さらに、加えられる力の量は、材料が容易に変形し得るので、制御様式においてより大きい表面積にわたって拡散させられることができる。このように、ソフトロボットアクチュエータは、物体を損傷させずに、それらを把持することができる。
【００１５】
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することが困難であり得る、運動のタイプまたは運動の組み合わせ（曲がること、捻じること、伸びること、および収縮することを含む）を可能にする。
【００１６】
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、上からの図１Ａの一部を描写する。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代替実施形態を描写する。
【００１７】
アクチュエータは、図１Ａに描写されるように、ソフトロボットアクチュエータ１００であり得、空気、水、または生理食塩水等の膨張流体で膨張可能である。膨張流体は、流体接続１１８を通して、膨張デバイス１２０を介して提供され得る。
【００１８】
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においてアクチュエータ１００内に存在する非膨張状態にあり得る。アクチュエータ１００は、所定の量の膨張流体がアクチュエータ１００内に存在する完全膨張状態にもあり得る（アクチュエータ１００によって加えられるべき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に加えられる所定の最大圧力）。アクチュエータ１００は、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もあり得る。さらに、アクチュエータ１００は、アクチュエータ１００が、完全膨張状態にあるときに存在する所定の量未満の膨張流体であるが、ゼロを上回る（または非常に限定された）膨張流体を含む部分膨張状態にあり得る。
【００１９】
膨張状態では、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示し得る。議論を容易にするために、いくつかの方向が、ここで定義される。図１Ｂに示されるように、軸方向は、その周囲でアクチュエータ１００が湾曲する中心軸を通る。半径方向は、軸方向と垂直方向、すなわち、膨張させら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方向に延びている。円周方向は、膨張させられたアクチュエータ１００の円周に沿って延びている。
【００２０】
膨張状態では、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、半径方向に力を及ぼし得る。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力を及ぼし、それは、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（潜在的に、１つ以上の追加のアクチュエータ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の一般的構造により、膨張させられると、比較的に適合性を留め得る。
【００２１】
アクチュエータ１００は、比較的に軟質または適合性構造を可能にする１つ以上のエラストマー材料から作製され得る。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ＦＤＡ承認材料の群から選択され得る。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得る。
【００２２】
アクチュエータ１００は、実質的に平坦な基部１０２を含み得る（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／または曲がり能力を改良するために、基部１０２に追加され得る）。基部１０２は、標的物体を握持する把持表面を形成し得る。
【００２３】
アクチュエータ１００は、１つ以上のアコーディオン状延長部１０４を含み得る。アコーディオン状延長部１０４は、アクチュエータ１００が、膨張させられると、曲がること、または屈曲することを可能にし、膨張状態にあるとき、アクチュエータ１００の形状を画定することに役立つ。アコーディオン状延長部１０４は、一連の山１０６および谷１０８を含む。アコーディオン状延長部１０４のサイズならびに山１０６および谷１０８の場所は、異なる形状または延長部プロファイルを得るために変動させられることができる。
【００２４】
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、本発明が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長部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、達成され得る。さらに、アクチュエータ１００に提供される膨張流体の量を変動させることは、開創器が、非膨張状態と膨張状態との間の１つ以上の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と置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。
【００２５】
アクチュエータ１００は、近位端１１２から遠位端１１０に延びている。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、切開開創器の他の部品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性材料から作製され得る。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得る。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得る。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得る。
【００２６】
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せられ得る。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（弁が開放されない限り）ための弁１１６を含み得るか、またはそれに取り付けられ得る。可撓性管類１１８はまた、または代替として、膨張デバイス１２０の場所において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に取り付き得る。
【００２７】
可撓性管類１１８はまた、一端においてインターフェース１１４に、他端において膨張デバイス１２０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を含み得る。アクチュエータ接続インターフェース１２２の２つの部品を分離することによって、異なる膨張デバイス１２０が、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に接続され得る。
【００２８】
膨張流体は、例えば、空気または生理食塩水であり得る。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式球状部分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、注入器または他の適切な流体送達システムを含み得る。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み得る。
【００２９】
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を含み得る。例えば、流体供給源１２６は、圧縮空気、液状もしくは圧縮二酸化炭素、液状もしくは圧縮窒素、もしくは生理食塩水を貯蔵するためのリザーバであり得るか、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り得る。
【００３０】
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に供給するか、または流体をアクチュエータ１００から引き込むことが可能であり得る。流体送達デバイス１２８は、電気によって力を供給され得る。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を含み得る。
【００３１】
電力供給源１３０は、電力を制御デバイス１３２にも供給し得る。制御デバイス１３２は、ユーザが、例えば、１つ以上の作動ボタン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得る。制御デバイス１３２は、流体送達デバイス１２８に、膨張流体をアクチュエータ１００に供給させるか、または膨張流体をそこから引き込ませるための制御信号を流体送達デバイス１２８に送信するコントローラ１３６を含み得る。
【００３２】
（調節可能位置を有するアクチュエータ／グリッパ）
図２Ａ−４Ｃに描写される例示的実施形態は、アクチュエータをレールを使用して互いに対して再位置付けすることによってアクチュエータが再構成される例を描写する。レール（より具体的には、Ｔスロットレール）が、これらの図に描写される実施形態では使用されるが、本発明は、そのように限定されず、任意の特定のタイプの誘導機構を使用して、アクチュエータを再位置付けする。Ｔスロットに加え、アクチュエータと共に展開され、位置決めねじを介してロッド上の定位置に固定される円形金属カラーを使用するシステム等、他のタイプのレールベースのシステムが、採用され得る。さらに、非レールベースのシステムも、採用され得る。非レールベースのシステムの例が、本明細書に説明され、当業者にも明白であろう。
【００３３】
図２Ａ−２Ｃに示されるように、ソフトアクチュエータ１００は、個々のアクチュエータの位置が迅速に調節され得るように、Ｔスロット押し出し成形部を採用するレールシステム２０２に搭載されることができる。図２Ａは、レールシステム２０２に搭載される２つのアクチュエータ１００が、ロボットグリッパまたはエンドエフェクタを集合的に形成するシステムの側面図を描写する。この例では、アクチュエータ１００は、ボルトを採用するインターフェース１１４（この場合、アクチュエータ１００の底部におけるプラスチッククリップ）を使用して、ある長さのレールシステムに保持される。図２Ｂは、アクチュエータ１００がレール２０２に沿ってスライドし、アクチュエータ１００間の距離を減少させた後の同一システムの側面図を描写する。例えば、インターフェース１１４のボルトが、緩められ、アクチュエータ１００がレール２０２に沿ってスライドすることを可能にし得る。この調節可能性は、同一デバイスを用いて様々な異なるサイズの物体の操作を可能にするために、エンドエフェクタの迅速再構成を可能にする。ここに示されるインターフェース１１４がソフトアクチュエータを加圧および減圧するためのシールされた空気圧入口を提供することにも留意されたい（空気圧経路は、示されない）。
【００３４】
このエンドエフェクタは、アームが着目物体を採取し、設置することを可能にするために、レール２０２上の搭載フランジ２０４を介して、例えば、ロボットアーム２０６に取り付けられることができる（図２Ｃ）。レール２０２上の搭載フランジ２０４は、ロボットアーム２０６上の対応するフランジと嵌合し、エンドエフェクタシステムをロボットアーム２０６に固定するように構成され得る。空気圧通路が、搭載フランジ２０４を通して提供され、膨張流体が、ロボットアーム２０６から、搭載フランジ２０４を通して、レール２０２を通して、アクチュエータ１００の中に入ることを可能にし得る。
【００３５】
このスタイルの調節可能グリッパは、Ｔスロット押し出し成形部の使用に限定されないことに留意されたい。当業者は、任意の好適なモジュール式レール搭載システムが類似機能性を提供し得ることを認識するであろう。
【００３６】
図２Ｃは、エンドエフェクタがロボットアーム２０６上に展開される、特定の例を描写するが、本発明は、この適用に限定されない。例えば、いくつかの実施形態では、アクチュエータ１００は、ガントリまたは他の機構上に展開され得る。
【００３７】
図２Ａ−２Ｃは、再位置付け可能な個々のアクチュエータ１００を描写するが、同一原理は、互いに対して移動するアクチュエータ１００の群に適用され得ることにも留意されたい。例えば、図２Ａ−２Ｃの個々のアクチュエータは、アクチュエータ１００の群と交換され、把持機構を形成し得る。
【００３８】
レール２０２（または他の誘導機構）に沿ったアクチュエータ１００の移動は、手動で（例えば、オペレータによって移動させられる調節可能構成要素を使用して）、または自動的に（例えば、モータ、空気圧給送、またはアクチュエータ１００の移動をもたらすために好適な別のデバイスを使用して）、達成され得る。
【００３９】
このアレイにおけるアクチュエータ１００またはグリッパは、アクチュエータ１００もしくはグリッパの位置が機械の作用を介して変更されることができるという点において駆動され得る。例えば、アクチュエータ１００は、アクチュエータ１００に取り付けられるねじもしくはベルトを駆動するモータを介して、またはソフトアクチュエータ１００もしくはグリッパに取り付けられる空気圧作動式ピストンによって、駆動され得る。
【００４０】
Ｔスロット押し出し成形部は、グリッパを生成するために使用されることができ、そのアクチュエータは、１次元（図２Ａ−２Ｃに示されるように）、２次元、および３次元において再構成されることができる。例えば、図３Ａは、「Ｘ」パターンにおいてＴスロット押し出し成形部２０２に搭載される４つのソフトアクチュエータ１００の側面図を描写し、アクチュエータ１００は、近接構成に設定される。図３Ｂは、図３Ａに示されるグリッパの上面図を描写する。
【００４１】
図３Ｃ（側面図）および３Ｄ（上面図）では、図３Ａ−３Ｂのアクチュエータ１００は、さらに離れて間隔を置かれるように再構成されている。当業に者明白であろうように、利用可能なアクチュエータ構成は、アクチュエータ１００が搭載されるレール２０２の構成を修正することによって変更され得る。
【００４２】
複数のアクチュエータ１００が、モジュール式アレイにおいて配置され、例えば、図４Ａ−４Ｃに示されるように、異なる目的のために互いに対して再構成され得る。図４Ａは、レールシステム２０２に沿って側方に平行移動可能なインターフェース１１４に搭載される２つのアクチュエータを含む例示的グリッパ１００を描写する。複数のそのようなグリッパ（またはグリッパの代わりに、個々のアクチュエータ１００）が、レール２０２上の各グリッパの位置を変化させることによって、異なる動的構成を形成するために一緒に展開され得る。
【００４３】
図４Ｂ−４Ｃは、タスク特定の構成に適合するために、それらの相対的位置を変化させる作動レール２０２上のアクチュエータまたはグリッパの能力を実証する。このアレイは、ロボットプラットフォーム上に搭載され得、ロボットプラットフォームは、アレイがその向きを把持されるべき物体に対して変化させることを可能にするか、またはアクチュエータ１００もしくはアクチュエータの群が異なるアレイ構成に並べ替えられることを可能にする。例えば、４つのアクチュエータの組が、２×２配置（図４Ｂ）で展開され、次いで、１×４配置（図４Ｃ）に動的に再構成され得る。そのような能力が有用であり得る状況の一例は、商品が積荷配送業者から受け取られ、販売地点または消費者への出荷のために再包装される、中間倉庫の状況におけるものである。積荷配送業者は、例えば、４×３マトリクスに配置された製品のケースを提供し得、製品は、より小さい２×２のケースに再包装され得る。図４Ｂおよび４Ｃに示される配置を使用して、グリッパは、最初に、１×４配置に配置され、製品を積荷配送業者のケースから取り出し得、次いで、自らを２×２配置に動的に再構成し、製品をより小さい２×２のケースの中に配置し得る。
【００４４】
さらに、プラットフォームは、握持されるべき標的に応じて、その把持構成を最適化するように動的に再構成され得る。例えば、グリッパが書籍等の平坦物体を握持するように意図される場合、対のアクチュエータ１００は、互いに平行に、かつ面して展開され得る（図７Ｃに描写されるものに類似する構成において）。グリッパが、次いで、ボールを握持する必要がある場合、４つのアクチュエータ１００は、新しい物体をより効果的に握持するために、正方形構成に並べ替えられ、その共通中心に向かって面し得る（図７Ｄに描写されるものに類似する構成において）。
【００４５】
別の例では、グリッパは、同一全体形状を維持し得るが、形状の寸法を変化させ得る。例えば、グリッパは、最初に、焼いた商品をトレイ上に配置し得、次いで、焼いた商品を取り出し、自らを包装のためにより密集隊形に再構成し得る。典型的には、焼いた商品は、合理的量だけトレイ上で離れて広げられ、焼いた時の拡大を可能にしなければならない。しかしながら、焼いた商品が出荷のために包装されるとき、出荷サイズを縮小させ、より多くの商品を容器の中に適合させることを可能にするために、商品間の空間の量を減少させることが有用である。グリッパ構成を動的に再構成し、グリッパ間の空間の量を減少させることによって、商品は、単一ロボットシステムを使用して、天板から取り出され、次いで、配達のために包装されることができる。
【００４６】
（アクチュエータ基板）
図５Ａ−７Ｆは、基板に搭載されるアクチュエータの例を描写する。
【００４７】
図５Ａ−５Ｄに示されるように、ソフトアクチュエータは、孔の周期的アレイを伴う搭載プレートを利用することによって、迅速に並べ替えられ、新しいグリッパを形成することができる。代替として、または加えて、搭載プレートは、アクチュエータ１００が、スロットトラック中に挿入され、搭載プレートに固定され得るように、スロットのアレイを含み得る。
【００４８】
図５Ａは、ソフトアクチュエータを搭載するとともに、結果として生じるグリッパをロボットアーム（図示せず）に取り付けるために使用されるフランジを保持するように構成される孔５０２の周期的アレイを伴うプレート５００の形態における基板を描写する。いくつかの実施形態では、孔５０２は、アクチュエータの基部またはインターフェースを通して膨張流体をアクチュエータに提供するための経路も形成し得る。
【００４９】
図５Ｂは、ホルダ５０４内のそのインターフェース１１４に搭載されるソフトアクチュエータ１００を描写し、ホルダ５０４は、アクチュエータ１００を搭載プレート５００に固定し、かつソフトアクチュエータ１００を作動させるためのシールされた空気圧入口を提供するために使用される。ここでは、ナット５０８およびボルト５０６が、アクチュエータホルダ５０４を搭載プレート５００に固定するために使用されるが、当業者は、アクチュエータホルダ５０４を搭載プレート５００に留める他の手段も、採用され得ることを認識するであろう。いくつかの実施形態では、アクチュエータホルダ５０４は、完全に省略され得、アクチュエータ１００は、直接、インターフェース１１４を介して搭載プレート５００に固定され得る。
【００５０】
図５Ｃは、２つの組の対向アクチュエータ１００が互いに垂直に搭載されるソフトアクチュエータ１００の１つの可能な構成を描写する。この構成は、リンゴのような半球状物体を操作するために有用であり得る。図５Ｄに示されるのは、３つの組の対向アクチュエータ１００が互いに平行に搭載されるソフトアクチュエータ１００の別の可能な構成である。この構成は、書籍等の長方形角柱形状の物体を操作するために有用であり得る。
【００５１】
図６Ａ−６Ｄに描写されるように、エンドエフェクタを迅速に再構成する別の方法は、磁石を使用して、ソフトアクチュエータを加圧流体を供給する搭載プレート上の孔に素早く取り付けることである。
【００５２】
図６Ａは、強磁性搭載プレート６００上に搭載される２つのソフトアクチュエータ１００を描写し、その下には、空気圧供給ライン６０２がある。図６Ｂは、図６Ａに示されるアセンブリの断面図を描写する。図６Ｂに示されるように、環状磁石６０４が、アクチュエータ１００の基部の中にオーバーモールドされ、環状磁石６０４は、アクチュエータ１００を搭載プレート６００に保持するために使用される。これらの磁石６０４はまた、加圧流体が、空気圧ライン６０２に接続される搭載プレート６００内の空気圧供給孔６０６を介してアクチュエータに送達され得るように、アクチュエータ１００と搭載プレート６００との間のインターフェースをシールする。
【００５３】
図６Ｃは、モジュール式エンドエフェクタを形成する磁気的に取り付けられたアクチュエータの１つの可能な構成の側面図を描写し、図６Ｄは、斜視図を描写する。いくつかの実施形態では、オーバーモールドされた磁気プレートが、個々の空気圧供給孔６０６に蓋をし、エンドエフェクタからの把持領域の迅速除去を可能にするために使用され得る。
【００５４】
図６Ａ−６Ｄには示されないが、磁石が、アクチュエータの代わりに、基板内に展開され得る。代替として、磁石は、設計者がアクチュエータが位置付けられることができる構成を限定することを可能にする様式において、基板およびアクチュエータの両方内に展開され得る。例えば、反対極性の磁石をアクチュエータおよび基板上の対応する場所に展開することによって、アクチュエータは、対応する磁石が整列する好ましい位置において基板上に配置されることができるが、反対磁石が整列する好ましくない位置には配置されることができない。この特徴は、アクチュエータが展開されることができる方法を制限する、物理的相互係止機構（例えば、ペグおよびカットアウト）と組み合わせられ得る。
【００５５】
説明される実施形態のうちのいくつかは、空気圧作動を指すが、油圧および真空作動を含む他の形態の作動も可能なことに留意されたい。
【００５６】
図７Ａ−７Ｄは、基板７００上に搭載されるロボットアクチュエータ１００の例を描写し、個々のアクチュエータ１００は、タスク特定の把持のために向きを変化させる能力を有する（例えば、図７Ｂに示されるように、角度θを変化させることによって）。図７Ｃでは、対のアクチュエータ１００は、回転し、面し、各々が、例えば、書籍を取り上げるために有用な把持構成を形成する。図７Ｄでは、４つのアクチュエータ１００の各々は、回転し、基板７００の中心エリアに面し、例えば、球状物体を取り上げるために有用な把持構成を形成する。
【００５７】
図７Ｅおよび７Ｆは、そのような回転を提供するための２つの例示的技法を実証する。
【００５８】
図７Ｅは、歯車付きモータ７０２を通して回転させられるアクチュエータ１００を描写する。そのようなモータ７０２は、エンコーダセンサの使用を通して精密な角度制御を提供し得る。モータ７０２の歯車７０４は、モータ７０２がアクティブにされると、アクチュエータ１００に取り付けられる歯車７０６に接触し、アクチュエータを回転させる。
【００５９】
図７Ｆは、回転式空気圧アクチュエータ７０８を通して回転させられるアクチュエータ１００を描写する。そのようなアクチュエータ７０８は、ライン７１０の各側を空気で充填することによって機能する。ライン７１０の各側における空気の量に応じて、アクチュエータ７０８に接続されるレバー７１２の角度は、改変され得る。
【００６０】
図７Ａ−７Ｄは、図５Ａ−６Ｄの搭載プレート等の基板上に搭載されるアクチュエータとともに示されているが、当業者は、図７Ａ−７Ｆに描写されるアクチュエータ回転機構が、図２Ａ−４Ｃのレールシステム等の他の状況において展開され得ることも認識するであろう。さらに、回転機構は、個々のアクチュエータではなく、複数のアクチュエータを備えているグリッパ全体を回転させるために使用され得る。
【００６１】
さらに、図７Ｅ−７Ｆの回転機構に機能性が類似する機構も、基板に対するアクチュエータのピッチを調節し、（例えば）個々のアクチュエータが、基板上で内方および外方に「傾く」ことを可能にするために使用され得る。
【００６２】
（グリッパのモジュール式アレイ）
いくつかの例示的実施形態では、グリッパおよび／またはアクチュエータのモジュール式アレイが、図８Ａ−８Ｅに示されるように、グリッパ８００を他のタイル８０２と機械的に相互係止可能なタイル８０２に搭載することによって提供される。
【００６３】
図８Ａは、グリッパ／タイルユニットの側面図を描写し、図８Ｂは、ユニットの斜視図を描写する。各ユニットは、他のユニットと組み合わせられ、モジュール式システムを形成し得る。タイル８０２は、ペグ８０４と、ペグ８０４と嵌合するように構成されているレセプタクル８０６と等の相互係止特徴を含み、タイルは、他のタイルと共に、アレイを形成し得る。本実施形態では、機械的相互係止ペグ８０４およびレセプタクル８０６は、ありつぎの形態にあるが、他の相互係止特徴幾何学形状も、利用され得る。
【００６４】
図８Ｃは、近隣タイルのありつぎ特徴を相互係止することによって形成されるグリッパの線形アレイを示す側面図である。図８Ｄは、このタイルアセンブリ概念を使用して作製され得る、１つの可能な２次元グリッパアレイを描写する。
【００６５】
図８Ｅは、図８Ｄに描写されるものに類似するグリッパアレイであり、タイルの１つは、グリッパの代わりにセンサ（この場合、カメラ８０８）を含む。使用時、センサは、グリッパアレイが、各グリッパが握持されるべき標的物体を覆って位置付けられ得るように、精密に位置付けられることを可能にし得る。センサは、標的物体の識別、距離識別等も可能にし得る。自動化用途のために好適なセンサのいくつかの例は、ＱＲコード（登録商標）リーダ、バーコードスキャナ、ＲＦＩＤタグリーダ、レーザスコープファインダ、および音響スコープファインダを含むであろう。
【００６６】
タイル内の各アクチュエータまたはアクチュエータの群は、アクチュエータへの流体の流動が個々に制御され得るように、独立弁制御を具備し得る（例えば、図１５Ａ−１５Ｃ参照）。故に、群内の単一グリッパが故障する場合、他のグリッパは、動作し続け得る。
【００６７】
そのようなシステムは、選択的把持（例えば、アレイ内の全グリッパを作動させずに、アレイ内の１つ以上のグリッパを作動させる）のためにも使用され得る。例えば、倉庫内のロボット採取システムは、製品を含む瓶に接近し得、グリッパを選択的に係合し、瓶内の１つ、２つ、３つ、または任意の数のアイテムを取り上げ得る。ロボットシステムは、次いで、販売地点への分配のために、把持されたアイテムを配送袋内に配置し得る。そのようなシステムは、配送業者が、その時点で必要とされるアイテムのみを精密に提供することによって、販売地点（例えば、個々の店舗）のための在庫の規則的（例えば、毎日の）補充を行うことを可能にする。
【００６８】
ここで示される相互係止タイルは、グリッパの１次元および２次元配置のみを可能にするが、ペグならびにレセプタクル（または代替機械的相互係止特徴）の他の構成が、グリッパの３次元アレイのアセンブリを可能にすることに留意されたい。
【００６９】
図８Ａ−８Ｅは、全体的グリッパを含むモジュール式タイルを描写するが、他の実施形態では、各タイル（またはタイルのある組み合わせ）は、単一アクチュエータのみを含み得ることにも留意されたい。この場合、一連のアクチュエータは、それらのそれぞれのタイルを相互係止することによって、互いに対して向けられ得る。アクチュエータの結果として生じる配置は、グリッパを形成し得る。
【００７０】
アクチュエータまたはグリッパを一緒にアレイもしくはマトリクスとして接続するとき、アクチュエータを引き離す力およびアクチュエータをその相互接続特徴と垂直方向に押す剪断力に抵抗するために十分な様式において、グリッパが互いに機械的に接続されることを確実にする必要があり得る。図８Ａ−８Ｅのありつぎ配置は、そのような接続を提供する。図９Ａ−９Ｄは、引っ張り力および剪断力に抵抗し得るグリッパアレイ間の作動式機械的接続のさらなる例を描写する。
【００７１】
図９Ａは、アクチュエータ１００から成るグリッパが作動機構を通して互いに接続する能力を実証する。これは、グリッパ間の接続としての役割を果たすだけではなく、再構成も可能にする。陰影エリア９０２は、そのような作動接続が行われ得る場所の概要である（但し、本発明は、作動式接続をこの特定のエリアに提供することに限定されない）。
【００７２】
例えば、陰影エリア９０２は、図９Ｂに示されるように、空気圧線形アクチュエータ接続を表し得る。この例では、シリンダ９０４が、近隣グリッパに取り付けられ得、近隣グリッパを一緒により近接して、またはさらに離して移動させるように空気圧式に作動させられ得る。
【００７３】
図９Ｃに示されるような別の例では、陰影エリア９０２は、ねじ９０６が近隣グリッパを互いに対して移動させるように回転させられる送りねじ作動式システムを表し得る。図９Ｄに示されるようなさらに別の例では、ベルト駆動作動式機構９０８は、近隣グリッパを互いに対して移動させ得る。
【００７４】
図９Ａ−９Ｄに示される接続は、２つの部品を互いに対して移動させることによって構成を変化させるために使用され得る。加えて、いくつかのタイプの接続（例えば、図９Ｂおよび９Ｃ）はまた、グリッパを相互接続し、グリッパ間の距離を変化させ、引っ張り力および剪断力に抵抗するために使用され得る。
【００７５】
機械的接続に加え、グリッパをアレイまたはマトリクスとして電気的もしくは空気圧式に相互接続することも有用または必要であり得る。
【００７６】
図１０Ａ−１０Ｅは、電気および空気圧相互接続の例を描写する。電気および空気圧相互接続は、機械的接続としての役割も果たし得、この目的のために補強され得ることに留意されたい。
【００７７】
図１０Ａは、グリッパが互いに機械的、電気的、および空気圧式に接続する能力を実証する。陰影エリア１００２は、そのような接続が行われ得る場所を表す。いくつかの実施形態では、別個のグリッパが、螺旋コード１００４を通して接続されることができ、電気信号または加圧空気がそれを通過し得る。
【００７８】
図１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、および１０Ｅは、これらの接続が行われ得る方法を図示するためのいくつかの例を提供する。図１０Ｂは、電気接続のためのばね負荷伝導性パッド１００６を描写する。パッド１００６は、近隣グリッパ上の受け取りパッド１００８と接触し、それと電気接続を確立する。図１０Ｃは、１つのグリッパ上のピン１０１０が別のグリッパ上のレセプタクル１０１２と嵌合し、電気接続を確立するピン留めされる電気接続を描写する。図１０Ｄは、１つのグリッパ上の磁石１０１４が近隣グリッパ上の対応する（例えば、反対極性を有する）磁石１０１６と嵌合する、グリッパ間の磁気接続を描写する。図１０Ｅは、作動フィンガを駆動する空気圧ラインのための押し込み式接続を描写する。この例では、１つのグリッパ上のオス型空気圧ポート１０１８が、第２のグリッパ上のメス型空気圧ポート１０２０と嵌合し、接続を形成する。この接続は、通常、連鎖内の最終グリッパが加圧空気を漏出しないように、閉鎖構成にあり得る（例えば、弁の使用を通して）。
【００７９】
電気接続は、グリッパ間で通信信号を送信するために使用され得ることに留意されたい。したがって、アクチュエータのアレイは、あるタイプの通信バスを具備し、アクチュエータが互いに通信することを可能にする（例えば、位置付け、修理、または保守、感知、もしくは他の能力を提供する目的のために）。故に、単一組のワイヤのみが、中心プロセッサから通信バスに接続するために必要であり、ワイヤを各アクチュエータに個々に延びる必要なく、プロセッサがアクチュエータのアレイまたはマトリクス全体を動作させることを可能にする。
【００８０】
（アクチュエータプロファイル修正、補強、および把持修正）
図１１Ａ−１４Ｂは、アクチュエータ曲がりプロファイル、剛性、揺れ特性、および把持特性を含む個々のアクチュエータの側面を修正するためのモジュール式構成要素を描写する。
【００８１】
外部補強が、図１１Ａ−１１Ｄに示されるように、把持するために利用されるアクチュエータの長さを修正するために使用されることができる。図１１Ａは、その加圧されていない「中立」状態におけるアクチュエータ１００を描写し、図１１Ｂは、その加圧された「作動」状態における同一アクチュエータ１００を示す。各アクチュエータ１００のインターフェース１１４は、ありつぎカットアウト等のレセプタクル１１１２を具備し、インターフェース１１４が補強カラーを受け取ることを可能にし得る。
【００８２】
例えば、図１１Ｃは、フィンガの半分を一緒に封入する２つのありつぎ相互係止モジュール式補強カラー１１１４の追加を伴う、図１１Ａのアクチュエータアセンブリを描写する。図１１Ｃでは、アクチュエータは、その「中立」状態に示される。図１１Ｄは、その「作動」状態における同一アクチュエータを描写する。モジュール式補強カラー１１１４を追加することによって、アクチュエータ１００のより少ない部分が把持動作を行うために利用可能であることが分かる。このアクチュエータ１００の短縮は、全体的アクチュエータ１００を使用して一般に握持されるものより小さい部品を操作するためにグリッパを再構成するときに有用であり得る。この図では、２つのモジュール式カラー１１１４が使用されるが、一般に、１つ以上のカラーが、把持タスクのために必要とされるアクチュエータ１００の長さに応じて使用されることができる。これらのカラー１１１４は、互いにスナップ嵌めし（例えば、適切に成形される嵌合レセプタクルと突出部とを使用して）、異なる長さのアクチュエータ補強の迅速組立を可能にするように設計され得る。
【００８３】
いくつかの他の方法のうちのいずれかが、アクチュエータアクセス可能長さを迅速に修正するために使用され得ることに留意されたい。例えば、硬質プレートをアクチュエータの歪み限定表面の一部に当接させ得る。
【００８４】
加えて、例示的実施形態はまた、エラストマー管をアクチュエータの長さの一部を覆って設置することによって、アクチュエータの曲率を調整するために使用され得る。この場合、アクチュエータの全長は、使用のために利用可能なままであろう。しかしながら、アクチュエータの一部を追加の伸張可能材料で被覆することによって、アクチュエータの曲率は、加圧時、修正され得る。これは、覆いが無いアクチュエータを使用して操作することが困難な新しい形状の物体を操作するために、グリッパの迅速修正を可能にするであろう。
【００８５】
図１２Ａ−１２Ｂは、アクチュエータ１００に適合する、エラストマー／コンプライアント中空アダプタ１２００を図示する。アダプタ１２００は、アクチュエータ１００を実質的に包囲し、アクチュエータ１００の長さに延びている一対の対向長さ部材１２０２を含む。アダプタ１２００はさらに、アクチュエータ１００のアコーディオン状延長部間をアクチュエータ１００の非把持表面に沿って延びている複数のアコーディオン状表面部材１２０４を含む。アダプタ１２００はまた、アクチュエータ１００の把持表面に沿って延びている、複数の把持表面部材１２０６を含み得る。
【００８６】
アダプタ１２００は、供給ポート１２０８を通して、液体またはガスで加圧され、物体を把持するとき、加力を増加させるか、またはアクチュエータ１００を補剛し得る。高速移動中の動作中のアクチュエータ１００を補剛することは、フィンガの振動を減衰させる役割を果たす。
【００８７】
図１３Ａ−１３Ｋは、物体把持および振動低減のための適応可能補強を描写する。
【００８８】
図１３Ａ−１３Ｄは、高速移動中、グリッパのアクチュエータが、把持されている物体とグリッパとの間のばね式接続として作用し得ることを示す。図１３Ａは、グリッパが静止したままである間の物体１３０２を把持直後の基部１３００およびアクチュエータ１００を含むグリッパを示す。図１３Ｂでは、グリッパは、基部１３００を略図内の右に移動させることによって加速される。これは、慣性に起因して、アクチュエータ１００を略図の左にたわませる。図１３Ｃでは、グリッパがその標的速度を達成するにつれて、アクチュエータ１００は、基部１３００の中心に向かって揺れ戻り、グリッパが減速するにつれて（図１３Ｄ）、アクチュエータ１００は、画像の右にたわむ。停止すると、アクチュエータ１００は、中心点の周りに前後に揺れ得る。その結果、迅速取り上げおよび配置動作中、物体１３０２は、高周波数振動を経験し得る。
【００８９】
図１３Ｅ−１３Ｉは、これらの高周波数振動を防止または低減させるための技法を実証する。これらの技法は、アクチュエータ１００の裏側（すなわち、アコーディオン状延長部を含む、非把持側）を金属またはプラスチック等の補強材料で封入することを伴う。補強材料は、物体が握持された後、またはグリッパが１つの場所から別の場所に移動している間、アクチュエータの側面および／または裏面に接近するように展開可能な種々の構成のレールの形態をとり得る。レールは、ラック・アンド・ピニオンシステムを通して、または空気圧式に等、いくつかの方法で作動させられ得る。
【００９０】
例えば、図１３Ｅ−１３Ｆは、一対のレール１３０４が、アクチュエータ１００の外部のグリッパの基部１３００内のスロットの中に格納されるシステムを描写する。非展開構成（図１３Ｅ）では、レール１３０４は、部分的または完全に筐体１３００の中に後退させられ得る。後退させられるとき、レール１３０４は、アクチュエータ１００を妨害せず、それによって、アクチュエータが物体を握持するために完全運動範囲を示すことを可能にするような構成にあり得る。展開されると（図１３Ｆ）、レール１３０４は、基部１３００が移動させられるとき、少なくともグリッパシステムの運動方向においてアクチュエータ１００に対抗するように延び得る。レール１３０４は、最大でアクチュエータ１００の完全包囲を含む、アクチュエータ１００の追加の部分を包含し得る。
【００９１】
露出されるレールの長さも、アクチュエータの把持特性を変化させるために操作されることができる。例えば、レールの完全展開（図１３Ｆに示されるように）は、アクチュエータ全体を補剛し得る一方、レールの部分的展開は、図１１Ａ−１１Ｄに関して前述のように、アクチュエータの曲がりプロファイルを変化させ得る。
【００９２】
封入材料は、アクチュエータ１００に接触する表面上の形状記憶発泡体等の減衰材料でパッド詰めされ得る。減衰材料は、前述の振動を減衰させるように選択され得る。
【００９３】
図１３Ｇ−１３Ｈは、１３Ｅ−１３Ｆと類似概念を描写するが、例えば、モータ式接続を通して作動させられ得るヒンジ１３０８上に搭載されるプレート１３０６を伴う。プレート１３０６は、アクチュエータ１００が物体を把持するときのアクチュエータ１００の予期される曲率に適合する曲線を有すること等によって、アクチュエータ１００の裏面に適合し得る。図１３Ｉは、図１３Ｇ−１３Ｈのプレート１３０６の斜視図を提供する。
【００９４】
図１３Ｊ−１３Ｋは、アクチュエータ１００および把持された物体を覆うように延び、潜在的に、グリッパシステムを完全に包含し得る、アコーディオン状構造体１３１０を描写する。図１３Ｊは、非展開構成における構造体１３１０を描写する一方、図１３Ｋは、展開構成における構造体１３１０を描写する。
【００９５】
図１４Ａ−１４Ｂは、近傍アクチュエータ間に延び、それらを接合するウェブ形状におけるエラストマー材料１４００を描写する。エラストマー材料１４００は、アクチュエータ１００のシステムの有効把持面積を変化させるために使用され得る。例えば、グリッパは、リンゴ等の小物体の握持に好適な構成（図１４Ａ）からメロン等のより大きい物体の握持に好適な構成（図１４Ｂ）に動的に再構成され得る。グリッパを再構成するので、アクチュエータ１００は、エラストマー材料１４００を引き伸ばすために再位置付けされ得る（例えば、図２Ａ−２Ｃに描写されるもの等のシステムを使用して）。アクチュエータ１００間に把持された物体は、エラストマー材料１４００を加圧し、それは、追加の把持表面および摩擦を物体上に提供し得る。このウェブ膜は、物体がフィンガ間でスリップすることによって落下することを防止することにも役立ち得る。
【００９６】
（動的アクチュエータ交換）
アクチュエータ故障は、アクチュエータの材料（例えば、ゴム）が弱化するフィードバック状況を伴う突然の現象であり得、それは、より多くの流体が、アクチュエータの中に入ることを可能にする。対応する圧力の増加は、アクチュエータを弱化させ、アクチュエータの故障で終わるフィードバックループをさらにもたらす。このパターンは、流動センサによって検出されることができ、流動センサは、この現象に対応する所定のパターンの検出に応答して、遮断弁を閉鎖し得る。
【００９７】
センサは、流量センサである必要はない。例えば、アクチュエータ破裂から生じる圧力降下を測定する圧力センサまたは一連の圧力センサであり得る。代替として、アクチュエータの破裂から引き起こされる異常空気流動から生じるであろう、冷却変化を測定する温度センサであり得る。それは、アクチュエータの破裂から引き起こされるであろう異常空気流動から生じる空気流を測定する、カンチレバーに取り付けられる圧電センサでもあり得る。
【００９８】
例えば、図１５Ａ−１５Ｃは、個々のアクチュエータ１００に関する問題を検出し、対処するためのシステムを描写する。制御ユニット１５００（図１５Ａ）は、流動センサと、遮断弁とを含み得る。遮断弁は、ボール弁等の機械的弁であり得る。それは、例えば、アクチュエータへの流体の流動の遮断のためのソレノイドまたは他の好適な機構でもあり得る。
【００９９】
アクチュエータ１００の作動時（例えば、図１５Ｂに示されるように、膨張流体をアクチュエータ１００に追加することによって）、流動センサは、アクチュエータ１００内の漏出に起因して生じる余分な空気流動を検出し得る。この状態が検出されると（図１５Ｃ）、遮断弁は、膨張流体をアクチュエータ１００に供給する供給ライン１５０２を閉鎖し得る。そのような構成は、アクチュエータのアレイ内の１つ以上のアクチュエータ１００が故障するときに有用であり得る。このように、アレイ内の故障したアクチュエータ１００は、全ての他のアクチュエータを損なうことなく、切り離され得る。
【０１００】
流動センサが各個々のアクチュエータの摩耗を測定するために有用であり得ることにも留意されたい。アクチュエータがその寿命サイクルの終了に近づくと、エラストマーが歪みを受けているので、より多くの空気が、空間を充填し得る。流動センサを使用して、空気の本余分な体積が、検出され得、アクチュエータ故障が、予測されることができる。
【０１０１】
アクチュエータ故障は、他の方法でも同様に測定および予測されることができる。例えば、アクチュエータの中への膨張流体の圧力が調整される場合（例えば、圧力センサが、アクチュエータの圧力を４ｐ．ｓ．ｉ．に保つために使用される）、アクチュエータの壁が弱化または故障すると、所望の圧力に到達するために、より多量の流体流動を要求し得る。同様に、計測された体積流動において、圧力も、壁が弱化するにつれて降下し得る（同一量の流動を前提として）。これらの技法は、差し迫ったアクチュエータ故障を予測するために使用され得る。さらに、十分なデータを前提として、圧力プロファイルまたは流動プロファイルは、アクチュエータの残りの寿命を予測するために使用され得、それは、倉庫または製造ラインの管理における効率を可能にし得る。アクチュエータがラインが稼働中に故障する場合、ライン全体が、アクチュエータが交換される間、ある期間にわたって遮断される必要があり得る（かなりの費用をもたらす）。ある場合には、差し迫ったアクチュエータ故障の指示は、故障が問題の潜在的連続を生じさせる前にアクチュエータを交換するために、故障前にラインを一時的に遮断させ得る。しかしながら、差し迫った故障が検出されるが、圧力または膨張プロファイルが、アクチュエータがラインが保守のために遮断されるようにスケジュールされるまで持続するであろうことを示唆する場合（例えば、保守時間が所定の閾値を下回る前のアクチュエータ故障の確率）、即時遮断は、回避され得、アクチュエータは、次のスケジュールされた保守遮断まで交換を待ち得る。
【０１０２】
同様に、故障は、異常流動信号または圧力信号の存在によっても検出されることができる。例えば、圧力調整システムが、アクチュエータを所定の圧力まで膨張させるために十分な膨張流体を提供するが、アクチュエータにおけるセンサが、より少ない圧力を検出する場合、それは、アクチュエータ内の漏出の存在を示し得る。同様に、漏出は、流体流動がアクチュエータ膨張の所定の時間内に要求される場合にも検出され得る。例えば、アクチュエータが４ｐ．ｓ．ｉ．まで膨張させられるが、膨張流体の流動が膨張後、ある時間（例えば、２秒）以内に４ｐ．ｓ．ｉ．を維持するために要求される場合、それは、漏出の存在を示し得る。
【０１０３】
問題がアクチュエータに関して検出されると、アクチュエータを別のものと迅速かつ動的に交換可能であることが有用であり得る。代替として、異なるサイズまたはタイプのアクチュエータ間で迅速に変更する必要があり得る。これらおよび他の目的のために、迅速変更装置が、採用され得る。例示的迅速変更装置１６００の一例は、図１６Ａ−１６Ｄに描写される。図１６Ａは、迅速変更機構を含むロボットアームシステムの斜視図を描写し、図１６Ｂは、４つのアクチュエータ１００を含むロボットアームシステムのグリッパの拡大図である。
【０１０４】
迅速変更装置１６００は、アクチュエータ１００と嵌合するように成形および構成されている嵌合表面１６０２を含み、それは、嵌合表面１６０２がアクチュエータ１００に適合し、シールを生成することを可能にする（図１６Ｃ）。アクチュエータ１００を変更すべきとき、表面１６０２は、分離され（例えば、モータまたは他のデバイスによって）、アクチュエータ１００を解放し得る。迅速変更装置１６００の基部１６０４は、新しいアクチュエータ１６０６の上で操縦され得、それは、視覚的検出手段を使用して、グリッパ上のバーコード、ＱＲコード（登録商標）、またはＲＦＩＤコードを走査することによって等、識別され得る。基部は、新しいアクチュエータ１００の上方の位置に操縦され得、表面は、アクチュエータ１００の周囲に閉鎖され、新しいシールをもたらし、アクチュエータ１００を定位置に固定し得る（図１６Ｄ）。各アクチュエータ１００は、カスタマイズされた嵌合表面１６０２を有するそれ自身のシール機構を含み得るか、または汎用シール機構がグリッパ基部上に提供され得る。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ−１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１３Ｇ】
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【図１３Ｈ】
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【図１３Ｉ】
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【図１３Ｊ】
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【図１３Ｋ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ−１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ−１６Ｄ】
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【国際調査報告】
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