(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を把持するように構成されたエンドエフェクタであって、
前記物体に係合するように構成された吸着カップアセンブリと、
前記吸着カップアセンブリと前記物体との間の前記係合に関連する圧力を検出するように構成された接触リミットセンサと、を備え、前記接触リミットセンサが、前記圧力が接触しきい値を超えていることを検出すると、接触情報を送信する、エンドエフェクタと、
前記接触リミットセンサから受信される接触情報を監視するセンサユニットと、
前記センサユニットに連結されたコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記受信された接触情報に基づいて、前記物体に向かう前記エンドエフェクタの移動を制限して、前記物体への損傷を防止するように、前記エンドエフェクタを制御するための動作を実行するように構成されており、
前記吸着カップアセンブリは、
ハウジングと、
真空圧源に連結され、前記ハウジングに対して変位可能である第１の吸着カップと、
真空圧源に連結され、前記ハウジングに対して変位可能であり、かつ、前記第１の吸着カップから独立している第２の吸着カップと、を含み、
前記第１の吸着カップは、前記第２の吸着カップのサイズより小さいサイズを有し、
前記ハウジングは、前記第１の吸着カップの許容された変位よりも大きい、前記第２の吸着カップの前記ハウジングに対する変位を許容するように構成されたオフセット段差部を含み、
前記接触リミットセンサは、前記ハウジングに対する前記第１の吸着カップの変位、前記ハウジングに対する前記第２の吸着カップの変位、前記第１の吸着カップの前記許容された変位、及び／又は前記第２の吸着カップの前記許容された変位に基づいて、前記吸着カップアセンブリと前記物体との間の前記係合に関連する前記圧力を検出するように構成されている、ロボットシステム。
【請求項２】
前記吸着カップアセンブリは、前記ハウジングを通って延びている吸着シャフトをさらに含み、
前記第１の吸着カップは、前記吸着シャフト及び前記真空圧源に連通して連結されており、
前記吸着シャフトは、前記ハウジングに対して移動可能である、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記吸着カップアセンブリは、
前記ハウジングに対して前記吸着シャフトを初期位置へ付勢するように構成された変位復帰機構をさらに含み、
前記接触リミットセンサは、前記変位復帰機構によって提供される前記付勢に打ち勝つ圧力に基づいて、前記吸着カップアセンブリと前記物体との間の前記係合に関連する前記圧力を検出するように構成されている、請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記エンドエフェクタによって加えられる力を測定するように構成された力トルクセンサをさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項５】
ロボットアームと、
物体を把持するように構成されたエンドエフェクタと、を備え、
前記エンドエフェクタは、
前記物体に係合するように構成された吸着カップアセンブリと、
前記吸着カップアセンブリと前記物体との間の前記係合に関連する圧力を検出するように構成された接触リミットセンサと、有し、
前記接触リミットセンサは、前記圧力が接触しきい値を超えていることを検出すると、接触情報を送信し、
前記送信された接触情報により、前記物体に向かう前記エンドエフェクタの移動が制限され、前記物体への損傷を防止し、
前記吸着カップアセンブリは、
ハウジングと、
真空圧源に連結され、前記ハウジングに対して変位可能である第１の吸着カップと、
真空圧源に連結され、前記ハウジングに対して変位可能であり、かつ、前記第１の吸着カップから独立している第２の吸着カップと、を含み、
前記第１の吸着カップは、前記第２の吸着カップのサイズより小さいサイズを有し、
前記ハウジングは、前記第１の吸着カップの許容された変位よりも大きい、前記第２の吸着カップの前記ハウジングに対する変位を許容するように構成されたオフセット段差部を含み、
前記接触リミットセンサは、前記ハウジングに対する前記第１の吸着カップの変位、前記ハウジングに対する前記第２の吸着カップの変位、前記第１の吸着カップの前記許容された変位、及び／又は前記第２の吸着カップの前記許容された変位に基づいて、前記吸着カップアセンブリと前記物体との間の前記係合に関連する前記圧力を検出するように構成されている、物体操縦ユニット。
【請求項６】
前記吸着カップアセンブリは、前記ハウジングを通って延びている吸着シャフトをさらに含み、
前記第１の吸着カップは、前記吸着シャフト及び前記真空圧源に連通して連結されており、
前記吸着シャフトは、前記ハウジングに対して移動可能である、請求項５に記載の物体操縦ユニット。
【請求項７】
前記吸着カップアセンブリは、
前記ハウジングに対して前記吸着シャフトを初期位置へ付勢するように構成された変位復帰機構をさらに含み、
前記接触リミットセンサは、前記変位復帰機構によって提供される前記付勢に打ち勝つ圧力に基づいて、前記吸着カップアセンブリと前記物体との間の前記係合に関連する前記圧力を検出するように構成されている、請求項６に記載の物体操縦ユニット。
【請求項８】
前記エンドエフェクタによる力を測定するように構成された力トルクセンサをさらに備える、請求項５から７のいずれか一項に記載の物体操縦ユニット。
【請求項９】
物体操縦システムのためのグリッパアタッチメントであって、
物体を把持するように構成されたエンドエフェクタを備え、
前記エンドエフェクタは、
前記物体に係合するように構成された吸着カップアセンブリと、
接触リミットセンサと、を備え、
前記吸着カップアセンブリは、
ハウジングと、
真空圧源に連結するように構成され、前記ハウジングに対して変位可能である第１の吸着カップと、
真空圧源に連結され、前記ハウジングに対して変位可能であり、かつ、前記第１の吸着カップから独立している第２の吸着カップと、を含み、
前記第１の吸着カップは、前記第２の吸着カップのサイズより小さいサイズを有し、
前記ハウジングは、前記第１の吸着カップの許容された変位よりも大きい、前記第２の吸着カップの前記ハウジングに対する変位を許容するように構成されたオフセット段差部を含み、
前記接触リミットセンサは、前記ハウジングに対する前記第１の吸着カップの変位、前記ハウジングに対する前記第２の吸着カップの変位、前記第１の吸着カップの前記許容された変位、及び／又は前記第２の吸着カップの前記許容された変位に基づいて、前記吸着カップアセンブリと前記物体との間の前記係合に関連する圧力を検出するように構成され、
前記接触リミットセンサは、前記圧力が接触しきい値を超えていることを検出すると、接触情報を送信し、
前記送信された接触情報により、前記物体に向かう前記エンドエフェクタの移動が制限されて、前記物体への損傷を防止する、グリッパアタッチメント。
【請求項１０】
前記吸着カップアセンブリは、
前記ハウジングを通って延びている吸着シャフトであって、前記第１の吸着カップが、前記吸着シャフト及び前記真空圧源に連通して連結されており、前記吸着シャフトが、前記ハウジングに対して移動可能である、吸着シャフトと、
前記ハウジングに対して前記吸着シャフトを初期位置へ付勢するように構成された変位復帰機構と、をさらに含み、
前記接触センサは、前記変位復帰機構によって提供される前記付勢に打ち勝つ圧力に基づいて、前記吸着カップアセンブリと前記物体との間の前記係合に関連する前記圧力を検出するように構成されている、請求項９に記載のグリッパアタッチメント。
【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、２０２０年２月２０日に提出された米国特許仮出願第６２／９７９，４１３号による優先権の利益を主張し、その内容は、参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本件は、全般的には、ロボットシステムに関し、より具体的には、グリッピング機構を有するシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
多くのロボット（例えば、物理的な動作を自動的／自律的に実行するように構成されたマシン）が、絶えず性能を向上させ、かつ絶えずコストを低下させながら、今や多くの分野において広く使用されている。例えば、ロボットを使用して、製造及び／又は組立て、パッキング及び／又はパッケージング、運搬及び／又は出荷などにおいて様々なタスクを実行する（例えば、空中において物体を操作又は移送する）ことができる。タスクを実行する際、ロボットは、人間の動作を再現することができ、それによって、もしそうでなければ危険なタスク又は反復的なタスクを実行するために必要とされる人間の介入を置き換え、又は減らすことができる。
【０００４】
しかしながら、技術の進歩にも関わらず、ロボットは、より大規模かつ／又は複雑なタスクを実行するために必要とされる人間らしい相互作用を再現するために必要な精巧さを欠いている場合が多い。例えば、従来技術のシステムは、グリッパ又はマニピュレータによって加えられる力が、物体を損傷することなく安全に物体をグリップ及び／又はピックアップすることに関連するしきい値に近づいているか又はしきい値を超えているかどうかを検出する能力を有しない。このような状況では、ロボットは、グリッパの力が安全性のしきい値を超えたことを認識せずに、繊細な物品を損傷する場合がある。したがって、ロボットと操作されている物体との間の動作及び／又は相互作用を管理するための改良された技術及びシステムの必要性が依然として存在している。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の態様は、ロボットシステムを含み得る。ロボットシステムは、物体を把持するように構成されたエンドエフェクタと、接触リミットセンサから受信された接触情報を監視しているセンサユニットと、センサユニットに連結されたコントローラと、を備え得る。エンドエフェクタは、物体に係合するように構成された吸着カップアセンブリと、吸着カップアセンブリと物体との間の係合に関連する圧力を検出するように構成された、接触リミットセンサであって、接触リミットセンサは、接触リミットセンサが、圧力が、接触しきい値を超えていることを検出すると、接触情報を送信する、接触リミットセンサと、を含み得る。コントローラは、受信された接触情報に基づいて、物体に向かうエンドエフェクタの移動を制限して、物体への損傷を防止するように、エンドエフェクタを制御するための動作を実行するように構成され得る。
【０００６】
本発明のさらなる態様は、ロボットアームと、物体を把持するように構成されたエンドエフェクタと、を備える、物体操縦ユニットを含み得る。エンドエフェクタは、物体に係合するように構成された吸着カップアセンブリと、吸着カップアセンブリと物体との間の係合に関連する圧力を検出するように構成された、接触リミットセンサであって、接触リミットセンサは、接触リミットセンサが、圧力が、接触しきい値を超えていることを検出すると、接触情報を送信する、接触リミットセンサと、を含み得、送信された接触情報は、物体に向かうエンドエフェクタの移動を制限して、物体への損傷を防止する。
【０００７】
本発明のさらなる態様は、物体を把持するように構成されたエンドエフェクタを備える、物体操縦システムのためのグリッパアタッチメントを含み得る。エンドエフェクタは、物体に係合するように構成された吸着カップアセンブリと、接触リミットセンサと、を含み得る。吸着カップアセンブリは、ハウジングと、真空圧源に連結するように構成された、第１の吸着カップであって、第１の吸着カップは、ハウジングに対して変位可能である、第１の吸着カップと、真空圧源に連結された第２の吸着カップであって、第２の吸着カップは、ハウジングに対して変位可能であり、かつ第１の吸着カップから独立している、第２の吸着カップと、を含み得る。接触リミットセンサは、ハウジングに対する第１の吸着カップ及び第２の吸着カップの変位に基づいて、吸着カップアセンブリと物体との間の係合に関連する圧力を検出するように構成されており、接触リミットセンサは、接触リミットセンサが、圧力が、接触しきい値を超えていることを検出すると、接触情報を送信し、送信された接触情報により、物体に向かうエンドエフェクタの移動が制限されて、物体への損傷を防止する。
【０００８】
本発明の特定の実施形態は、上述したものに加えて、又は上述したものの代わりに、他のステップ又は要素を有する。これらのステップ又は要素は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の例示的な実施形態は、以下の図に基づいて詳細に説明される。
【図１】本発明の例示的な実施形態によるロボットシステムにおける例示的な環境を示す図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態によるロボットシステムを示すブロック図である。
【図３Ａ】本発明の例示的な実施によるロボットアームを示す図である。
【図３Ｂ】本発明の例示的な実施によるロボットアームを示す図である。
【図４Ａ】本発明の例示的な実施によるロボットアームのエンドエフェクタの図である。
【図４Ｂ】本発明の例示的な実施によるロボットアームのエンドエフェクタの図である。
【図４Ｃ】本発明の例示的な実施によるロボットアームのエンドエフェクタの図である。
【図４Ｄ】本発明の例示的な実施によるロボットアームのエンドエフェクタの図である。
【図４Ｅ】本発明の例示的な実施によるロボットアームのエンドエフェクタの図である。
【図５】図４Ａのエンドエフェクタの、Ｖ?Ｖ´線に沿った断面図である。
【図６Ａ】本発明の例示的な実施によるエンドエフェクタの斜視図である。
【図６Ｂ】本発明の例示的な実施によるエンドエフェクタの斜視図である。
【図６Ｃ】本発明の例示的な実施によるエンドエフェクタの斜視図である。
【図６Ｄ】本発明の例示的な実施によるエンドエフェクタの斜視図である。
【図６Ｅ】本発明の例示的な実施によるエンドエフェクタの斜視図である。
【図６Ｆ】本発明の例示的な実施によるエンドエフェクタの斜視図である。
【図７】本発明の例示的な実施によるロボットアームの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の説明では、多くの特定の詳細は、本開示の技術の深い理解をもたらすように記載されている。他の実施形態では、本明細書で導入される技術は、これらの特定の詳細を伴わずに実施することができる。他の例では、本開示を不要に不明瞭にすることを避けるために、特定の機能又はルーチンなどのよく知られている特徴は、詳細には説明されない。本説明における、「実施形態」、「一実施形態」又は同様のものへの言及は、説明されている特定の特徴、構造、材料又は特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。このように、本明細書におけるかかる語句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すわけではない。その一方で、かかる言及が必ずしも相互に排他的であるというわけでもない。さらに、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、１つ又は複数の実施形態において任意の好適な様式で組み合わされてもよい。
【００１１】
図に示される様々な実施形態は、単に例示的な表現であることを理解されたい。さらに、本システムの実施形態を示す図面は、半図式的（ｓｅｍｉ−ｄｉａｇｒａｍｍａｔｉｃ）であり、縮尺どおりではなく、特に、寸法の一部は、表現を分かりやすくするためのものであり、図面において誇張して示されている。同様に、説明を容易にするために、図面の表示は、概ね同様の向きを示しているが、図中のこのような描写は、ほとんどの部分に関して恣意的である。概して、本発明は、任意の向きで動作させられることができる。
【００１２】
周知であり、かつロボットシステム及びロボットサブシステムに関連付けられる場合が多いが、開示される技術のいくつかの重要な態様を不要に不明瞭にする場合がある構造又はプロセスを説明するいくつかの詳細は、分かりやすくするために以下の説明には記載されない。さらに、以下の開示は、本技術の異なる態様のいくつかの実施形態を説明しているが、いくつかの他の実施形態は、本セクションで説明されるものとは異なる構成又は異なる構成要素を有してもよい。したがって、開示される技術は、追加の要素を伴うか、又は以下で説明される要素のうちのいくつかを伴わない他の実施形態を有してもよい。
【００１３】
以下で説明する本開示の多くの実施形態又は態様は、プログラム可能なコンピュータ又はコントローラによって実行されるルーチンを含む、コンピュータ実行可能命令又はコントローラ実行可能命令の形式であってもよい。当業者は、開示される技術が、以下で示され、説明されるもの以外のコンピュータシステム又はコントローラシステム上で実施され得ることを理解するであろう。本明細書で説明する技術は、以下で説明するコンピュータ実行可能命令のうちの１つ又は複数を実行するように特にプログラム、構成、又は構築された専用のコンピュータ又はデータプロセッサにおいて具現化され得る。したがって、本明細書で大略的に使用される際、「コンピュータ」及び「コントローラ」という用語は、任意のデータプロセッサを指し、パームトップコンピュータ、ウェアラブルコンピュータ、セルラ式電話又は携帯電話、マルチプロセッサシステム、プロセッサベースの又はプログラム可能な家電、ネットワークコンピュータ、ミニコンピュータ及び同様のものを含むインターネット機器及びハンドヘルドデバイスを含むことができる。これらのコンピュータ及びコントローラが扱う情報は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含む任意の好適なディスプレイ媒体に表示され得る。コンピュータ実行可能なタスク又はコントローラ実行可能なタスクを実行するための命令は、ハードウェア、ファームウェア、又はハードウェアとファームウェアの組み合わせを含む任意の好適なコンピュータ読み取り可能媒体中に又はコンピュータ読み取り可能媒体上に格納され得る。命令は、例えば、フラッシュドライブ、ＵＳＢデバイス、及び／又はその他の好適な媒体を含む任意の好適なメモリデバイスに含まれ得る。
【００１４】
「連結され」及び「接続され」という用語は、これらの派生語とともに、部品間の構造的関係を説明するために本明細書で使用することができる。これらの用語は、互いの同義語として意図されていないことが理解されるべきである。むしろ、特定の実施形態では、「接続され」は、２つ以上の要素が、互いに直接接触していることを示すために使用することができる。文脈上で別途明示されない限り、「連結され」という用語は、２つ以上の要素が、互いに、直接的に若しくは間接的に（当該要素の間に他の介在要素を伴って）のいずれか一方で接触していること、あるいは２つ以上の要素が、（例えば、信号の送信／受信のため若しくは関数呼び出しのためなどの因果関係として）互いと協働若しくは相互作用していること、又はその両方を示すために使用することができる。
【００１５】
以下の実施形態は、当業者が、本発明を実施及び使用することができるように十分詳細に説明されている。本開示に基づいて、他の実施形態が明らかとなると考えられ、本発明の実施形態の範囲から逸脱することなく、システム、プロセス、又は機械的な変更がなされ得ることが理解されるべきである。
【００１６】
ここで図１を参照すると、物体操縦機構を有するロボットシステム１００が動作することができる例示的な環境が示されている。ロボットシステム１００の動作環境は、１つ又は複数のタスクを実行するように構成された、ロボット又はロボットデバイスなどの、１つ又は複数の構造体を備えることができる。本明細書に示されている物体操縦機構の態様は、様々な構造体によって実行又は実施されることができる。
【００１７】
図１に示される例において、ロボットシステム１００は、荷降しユニット１０２、移送ユニット１０４、運搬ユニット１０６、荷積みユニット１０８又はこれらの組み合わせを、倉庫、物流センタ又は出荷ハブ内において備えることができる。ロボットシステム１００におけるユニットのそれぞれは、１つ又は複数のタスクを実行するように構成され得る。タスクは、例えば、倉庫内での保管のためにトラック、トレーラ、バン若しくは列車などの輸送手段から物体を荷降しすること、又は保管場所から物体を荷降しし、物体を出荷のために輸送手段へと荷積みすることなどの目標を達成する動作を実行するために順に組み合わされることができる。別の例では、タスクは、コンテナ、貯蔵容器、ケージ、バスケット、棚、プラットフォーム、パレット又はコンベヤベルトなどの１つの場所から別の場所へ物体を移動させることを含むことができる。ユニットのそれぞれは、タスクを実行するために、ユニットの中の１つ又は複数の部品を動作させることなどの一連の動作を実行するように構成され得る。
【００１８】
いくつかの実施形態では、タスクは、物体の操作、物体を移動させること、物体の向きを変えること、又はこれらの組み合わせなどのターゲット物体１１２との相互作用を含むことができる。ターゲット物体１１２は、ロボットシステム１００によって操縦されることとなる物体である。より具体的には、ターゲット物体１１２は、ロボットシステム１００による動作又はタスクのターゲットである多くの物体の中でも特定の物体であり得る。例えば、ターゲット物体１１２は、ロボットシステム１００が選択した物体か、現在、操縦されているか、操作されているか、移動されているか、向きを変えられているか、又はこれらの組み合わせがされている物体であり得る。ターゲット物体１１２としては、例として、ボックス、ケース、チューブ、パッケージ、束、個別の物品の取り合わせ、又はロボットシステム１００によって操縦されることができる任意の他の物体を挙げることができる。
【００１９】
一例として、タスクは、ターゲット物体１１２を物体供給源１１４からタスク場所１１６へ移送することを含むことができる。物体供給源１１４は、物体の保管のための容器である。物体供給源１１４は、多数の構成及び形態を含むことができる。例えば、物体供給源１１４は、壁を有するか又は壁を有しない、パレット、棚、又はコンベヤベルトなどのプラットフォームであってもよく、当該プラットフォーム上に物体が配置又は積み重ねられ得る。別の例として、物体供給源１１４は、貯蔵容器、ケージ、又はバスケットなどの、内部に物体が配置され得る壁又は蓋を有する部分的に又は完全に囲まれた容器であってもよい。いくつかの実施形態では、部分的に又は完全に囲まれていてもよい物体供給源１１４の壁は、透明であってもよく、あるいは内部に収容されている物体の一部が、壁を通って可視であり得るか若しくは部分的に可視であり得るような様々なサイズの開口部又は間隙を含んでもよい。
【００２０】
図１は、ターゲット物体１１２を操縦する際に、ロボットシステム１００の様々なユニットによって実行され得る可能な機能及び動作の例を示しており、環境及び条件は、以下で説明されるものとは異なる場合があることを理解されたい。例えば、荷降しユニット１０２は、ターゲット物体１１２を、トラックなどのキャリア内のある場所から、コンベヤベルト上のある場所へ移送するように構成された輸送手段荷降しロボットであってもよい。また、パレタイジングロボットなどの移送ユニット１０４は、ターゲット物体１１２を運搬ユニット１０６上のパレットに荷積みなどするために、ターゲット物体１１２を、コンベヤベルト上のある場所から運搬ユニット１０６上のある場所へ移送するように構成されてもよい。別の例では、移送ユニット１０４は、ターゲット物体１１２をあるコンテナから別のコンテナに移送するように構成されたピースピッキングロボットであってもよい。動作を完了する際、運搬ユニット１０６は、ターゲット物体１１２を、移送ユニット１０４に関連付けられた領域から、荷積みユニット１０８に関連付けられた領域に移送することができ、荷積みユニット１０８は、ターゲット物体１１２を運んでいるパレットを移動させることなどによって、ターゲット物体１１２を、移送ユニット１０４から棚上のある場所などの保管場所に移送することができる。タスク及び関連する動作に関する詳細が以下で説明される。
【００２１】
例示の目的のために、ロボットシステム１００は、出荷センタの文脈で説明される。しかしながら、ロボットシステム１００は、他の環境で、又は製造、組立て、パッケージング、ヘルスケア、若しくは他のタイプの自動化などの他の目的のためにタスクを実行するように構成され得ることを理解されたい。ロボットシステム１００は、図１に示されていないマニピュレータ、サービスロボット、又はモジュール式ロボットなどの他のユニットを備えることができることもまた理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、ロボットシステム１００は、物体をケージ、カート、若しくはパレットからコンベヤ若しくは他のパレットに移送するためのデパレタイジングユニット、物体を１つのコンテナから別のコンテナに移送するためのコンテナスイッチングユニット、物体を包装するためのパッケージングユニット、物体を１つ若しくは複数の特性に従ってグループ化するためのソートユニット、物体を１つ若しくは複数の特性に従って、ソート、グループ化、及び／若しくは移送など様々に操作するためのピースピッキングユニット、又はこれらの組み合わせを含むことができる。
【００２２】
ここで、図２を参照すると、本発明の１つ又は複数の実施形態によるロボットシステム１００を示すブロック図が示されている。いくつかの実施形態では、例えば、ロボットシステム１００は、互いに連結され、上記の図１に記載されているユニット若しくはロボットのうちの１つ若しくは複数と統合若しくは連結され、又はこれらの組み合わせである、制御ユニット２０２、ストレージユニット２０４、通信ユニット２０６、システムインターフェース２０８、１つ若しくは複数の作動デバイス２１２、１つ若しくは複数の運搬モータ２１４、１つ若しくは複数のセンサユニット２１６、又はこれらの組み合わせなどの電子デバイス、電気デバイス、又はこれらの組み合わせを含むことができる。
【００２３】
制御ユニット２０２は、いくつかの様々な方法で実装されてもよい。例えば、制御ユニット２０２は、プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、組み込みプロセッサ、マイクロプロセッサ、ハードウェア制御ロジック、ハードウェア有限状態機械（ＦＳＭ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又はこれらの組み合わせであってもよい。制御ユニット２０２は、ソフトウェア２１０を実行して、ロボットシステム１００の知能を提供することができる。
【００２４】
制御ユニット２０２は、制御インターフェース２４０を含むことができる。制御インターフェース２４０は、制御ユニット２０２とロボットシステム１００の他の機能ユニットとの間の通信に使用されることができる。制御インターフェース２４０は、ロボットシステム１００の外部の通信にも使用されることができる。制御インターフェース２４０は、他の機能ユニット若しくは外部の送信元から情報を受信することができ、又は他の機能ユニット若しくは外部の送信先に情報を送信することができる。外部の送信元及び外部の送信先とは、ロボットシステム１００の外部の送信元及び送信先を指すものである。
【００２５】
制御インターフェース２４０は、様々な方法で実装されてもよく、どの機能ユニット又は外部ユニットが制御インターフェース２４０とインターフェースされているかに応じて異なる実装を含むことができる。例えば、制御インターフェース２４０は、圧力センサ、慣性センサ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、光回路、導波管、無線回路、有線回路、アプリケーションプログラミングインターフェース、又はこれらの組み合わせによって実装されてもよい。
【００２６】
ストレージユニット２０４は、ソフトウェア２１０、マスタデータ２４６、又はこれらの組み合わせを記憶することができる。例示の目的のために、ストレージユニット２０４は、単一の要素として示されているが、ストレージユニット２０４は、ストレージ要素の分布であってもよいことを理解されたい。また例示の目的のために、ロボットシステム１００は、単一階層ストレージシステムとしてのストレージユニット２０４とともに示されているが、ロボットシステム１００は、異なる構成のストレージユニット２０４を有することができることを理解されたい。例えば、ストレージユニット２０４は、キャッシング、メインメモリ、回転媒体、又はオフラインストレージのそれぞれ異なるレベルを含むメモリ階層システムを形成する様々なストレージ技術を用いて形成されてもよい。
【００２７】
ストレージユニット２０４は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、内部メモリ、外部メモリ、又はこれらの組み合わせであり得る。例えば、ストレージユニット２０４は、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、フラッシュメモリ、ディスクストレージなどの不揮発性ストレージ、又はスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）などの揮発性ストレージであってもよい。さらなる例として、ストレージユニット２０４は、ハードディスクドライブ、ＮＶＲＡＭ、ソリッドステートストレージデバイス（ＳＳＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、又はユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）フラッシュメモリデバイスなどの不揮発性メモリを含む、非一時的なコンピュータ媒体であってもよい。ソフトウェア２１０は、制御ユニット２０２によって実行される非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体に記憶されてもよい。
【００２８】
ストレージユニット２０４は、制御インターフェース２４０を含むことができる。制御インターフェース２４０は、ストレージユニット２０４とロボットシステム１００の他の機能ユニットとの間の通信に使用されることができる。制御インターフェース２４０は、ロボットシステム１００の外部の通信にも使用されることができる。制御インターフェース２４０は、他の機能ユニット若しくは外部の送信元から情報を受信することができ、又は他の機能ユニット若しくは外部の送信先に情報を送信することができる。外部の送信元及び外部の送信先とは、ロボットシステム１００の外部の送信元及び送信先を指すものである。
【００２９】
制御インターフェース２４０は、どの機能ユニット又は外部ユニットがストレージユニット２０４とインターフェースされているかに応じて異なる実装を含むことができる。制御インターフェース２４０は、制御インターフェース２４０の実装と類似の技術及び手法で実装され得る。
【００３０】
一実施形態では、ストレージユニット２０４を使用して、処理結果、所定のデータ、しきい値、又はこれらの組み合わせをさらに記憶しかつこれらにアクセスすることができる。例えば、ストレージユニット２０４は、例えば、ボックス、ボックスタイプ、ケース、ケースタイプ、製品、又はこれらの組み合わせである１つ又は複数のターゲット物体１０４の記述を含むマスタデータ２４６を記憶することができる。一実施形態では、マスタデータ２４６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１つ又は複数のターゲット物体１０４に関する、寸法、形状、例えば、可能性のある姿勢のテンプレート、若しくはそれぞれ異なる姿勢の１つ若しくは複数のターゲット物体１０４を認識するためのコンピュータ生成モデル、カラースキーム、イメージ、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、予想される場所、予想される重量、又はこれらの組み合わせを含むことができる。
【００３１】
一実施形態では、マスタデータ２４６は、ロボットシステム１００が直面又は操縦することができる１つ又は複数の物体に関する操作関連情報をさらに含むことができる。例えば、物体に関する操作関連情報としては、物体のそれぞれの重心位置、例えば、１つ若しくは複数の動作、機動又はこれらの組み合わせに対応する力、トルク、圧力又は接触測定に関するセンサ測定予測値を挙げることができる。
【００３２】
通信ユニット２０６は、ロボットシステム１００に対する外部通信、及びロボットシステム１００からの外部通信を可能にすることができる。例えば、通信ユニット２０６は、ロボットシステム１００が、有線ネットワーク又は無線ネットワークなどの通信経路２１８を介して、他のロボットシステム若しくはユニット、外部コンピュータ、外部データベース、外部マシン、外部周辺デバイスなどの外部デバイス、又はこれらの組み合わせと通信することを可能にすることができる。
【００３３】
通信経路２１８は、様々なネットワークに及び、かつ様々なネットワークトポロジを表現することができる。例えば、通信経路２１８としては、無線通信、有線通信、光通信、超音波通信、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。例えば、衛星通信、セルラ通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、赤外線通信協会規格（ｌｒＤＡ）、ワイヤレスフィデリティ（ＷｉＦｉ）、及び全世界相互運用マイクロ波アクセス（ＷｉＭａＸ）は、通信経路２１８に含められることができる無線通信の例である。ケーブル、イーサネット、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、光ファイバ回線、ファイバトゥザホーム（ＦＴＴＨ）、及び普通の旧型電話サービス（ＰＯＴＳ）は、通信経路２１８に含められることができる有線通信の例である。さらに、通信経路２１８は、いくつかのネットワークトポロジ及びネットワーク距離をトラバースすることができる。例えば、通信経路２１８は、直接接続、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、又はこ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は、通信経路２１８を介して、様々なユニット間で情報を送信することができる。例えば、情報は、制御ユニット２０２、ストレージユニット２０４、通信ユニット２０６、システムインターフェース２０８、作動デバイス２１２、運搬モータ２１４、センサユニット２１６、又はこれらの組み合わせの間で送信されることができる。
【００３４】
通信ユニット２０６は、ロボットシステム１００が通信経路２１８の一部として機能することを可能にし、かつ、通信経路２１８に対するエンドポイント又は端末ユニットであると限定されない通信ハブとして機能することもできる。通信ユニット２０６は、通信経路２１８との相互作用のための、マイクロエレクトロニクス又はアンテナなどの能動部品及び受動部品を含むことができる。
【００３５】
通信ユニット２０６は、通信インターフェース２４８を含むことができる。通信インターフェース２４８は、通信ユニット２０６とロボットシステム１００の他の機能ユニットとの間の通信に使用されることができる。通信インターフェース２４８は、他の機能ユニット若しくは外部の送信元から情報を受信することができ、又は他の機能ユニット若しくは外部の送信先に情報を送信することができる。外部の送信元及び外部の送信先とは、ロボットシステム１００の外部の送信元及び送信先を指すものである。
【００３６】
通信インターフェース２４８は、どの機能ユニットが通信ユニット２０６とインターフェースされているかに応じて異なる実装を含むことができる。通信インターフェース２４８は、制御インターフェース２４０の実装と類似の技術及び手法で実装されることができる。
【００３７】
Ｉ／Ｏデバイス２０８は、入力デバイス及び出力デバイスを含むことができる。Ｉ／Ｏデバイス２０８の入力デバイスの例としては、キーパッド、タッチパッド、ソフトキー、キーボード、マイクロフォン、リモート信号を受信するためのセンサ、モーションコマンドを受信するためのカメラ、又はデータ及び通信入力を提供するためのこれらの任意の組み合わせを挙げることができる。出力デバイスの例としては、ディスプレイインターフェース２１０を挙げることができる。ディスプレイインターフェース２１０は、ディスプレイ、プロジェクタ、ビデオスクリーン、又はこれらの任意の組み合わせなどの任意のグラフィカルユーザインターフェースであることができる。
【００３８】
制御ユニット２０２は、ロボットシステム１００によって生成された情報を提示又は受信するために、Ｉ／Ｏデバイス２０８を動作させることができる。制御ユニット２０２は、ロボットシステム１００によって生成された情報を提示するために、ユーザインターフェース２１６を動作させることができる。制御ユニット２０２はまた、ロボットシステム１００の他の機能のためのソフトウェア２１０を実行することもできる。制御ユニット２０２は、通信ユニット２０６を介して通信経路２１８と相互作用するためのソフトウェア２１０をさらに実行することができる。
【００３９】
ロボットシステム１００は、回転変位、並進変位、又はこれらの組み合わせなどの運動のために接合部に接続されているロボット型マニピュレータアームなどの物理的又は構造的部材を含むことができる。構造的部材及び接合部は、ロボットシステム１００の使用又は動作に応じて、グリッパなどのエンドエフェクタを操作してグリッピング、スピニング又は溶接などの１つ又は複数のタスクを実行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の構造部材、又は対応する接合部における構造部材を駆動、操作、変位、再配向、又はこれらを組み合わせたものを行うように構成された、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、又はこれらの組み合わせなどの作動デバイス２１２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、対応するユニットをあちらこちらへ運搬するように構成された運搬モータ２１４を含むことができる。
【００４０】
ロボットシステム１００は、構造的部材を操作するため、又はロボットユニットを運搬するためなどで、タスク及び動作を実行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ユニット２１６を含むことができる。センサユニット２１６は、状態、条件、１つ若しくは複数の構造的部材若しくは接合部の位置、物体若しくは周囲環境に関する情報、又はこれらの組み合わせなどのロボットシステム１００の１つ若しくは複数の物理的特性を検出又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。一例として、センサユニット２１６は、撮像デバイス２２２、システムセンサ２２４、接触センサ２２６、又はこれらの組み合わせを含むことができる。
【００４１】
いくつかの実施形態では、センサユニット２１６は、１つ又は複数の撮像デバイス２２２を含むことができる。撮像デバイス２２２は、周囲環境を検出するように構成されたデバイスである。例えば、撮像デバイス２２２は、２次元カメラ、３次元カメラを含むことができ、それらの両方は、視覚機能及び赤外線機能、ライダ、レーダ、その他の距離測定デバイス、及びその他の撮像デバイスの組み合わせを含むことができる。撮像デバイス２２２は、自動検査、ロボット誘導又はその他のロボットアプリケーションのためのマシン／コンピュータビジョンを実施するために使用される、デジタルイメージ又は点群などの検出された環境を表現することができる。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、図１のターゲット物体１１２、ターゲット物体１１２の姿勢、又はこれらの組み合わせを識別するために、制御ユニット２０２を介して、デジタルイメージ、点群、又はこれらの組み合わせを処理することができる。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、トラックの内側、コンテナの内側、又はコンベヤベルト上の物体のピックアップ場所などの指定された領域を撮像し、当該領域の画像を分析して、ロボットシステム１００の図１のターゲット物体１１２及び物体供給源１１４を特定することができる。同様に、ロボットシステム１００は、コンベヤベルト上に物体を配置するための落下場所、コンテナの内側に物体を配置するための場所、又は積み重ねのためのパレット上の場所などの、別の指定された領域を撮像し、当該領域の画像を分析して、図１のタスク場所１１６を特定することができる。
【００４２】
いくつかの実施形態では、センサユニット２１６は、システムセンサ２２４を含むことができる。システムセンサ２２４は、ロボットユニットを監視するためのデバイスである。例えば、システムセンサ２２４は、ロボットアーム及びエンドエフェクタ、ロボットユニットの対応する接合部、又はこれらの組み合わせなどの構造的部材の位置を検出及び監視するためのユニット又はデバイスを含むことができる。さらなる例として、ロボットシステム１００は、タスクの実行中に構造的部材及び接合部の場所、向き、又はこれらの組み合わせを追跡するためのシステムセンサ２２４を使用することができる。システムセンサ２２４の例としては、加速度計、ジャイロスコープ、又は位置エンコーダを挙げることができる。
【００４３】
いくつかの実施形態では、センサユニット２１６は、複数の物理的構造又は複数の物理的表面の間の直接接触に関連する特性を測定するように構成された、圧力センサ、力覚センサ、ひずみゲージ、ピエゾ抵抗式センサ／圧電センサ、静電容量センサ、エラスト抵抗センサ、トルクセンサ、直線力センサ、又はその他の触覚センサなどの接触センサ２２６を含むことができる。例えば、接触センサ２２６は、エンドエフェクタによるターゲット物体１１２のグリップに対応する特性を測定するか又はターゲット物体１１２の重量を測定することができる。したがって、接触センサ２２６は、グリッパとターゲット物体１１２との間の接触又は付着の程度に対応する、測定された力又はトルクなどの定量化された測定値を表す接触測定値を出力することができる。例えば、接触測定値は、エンドエフェクタによってターゲット物体１１２に加えられる力に関連する１つ又は複数の力又はトルクの読み取り値を含むことができる。
【００４４】
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の例示的な実施による、エンドエフェクタ３３２を含むグリッパアタッチメント３２８を有するロボットアーム３３０を示す。例示的な実施では、ロボットアーム３３０は、コンテナから物体をピッキングし、又はコンベヤ若しくは別のコンテナなどの行き先に物体を配置するなど、物体を操作するように構成され得る。図１及び図２のロボットシステム１００は、エンドエフェクタ３３２を含むグリッパアタッチメント３２８を有するロボットアーム３３０を備えることができる。エンドエフェクタ３３２は、物体に接触し、物体を操作し、物体を保持し、若しくは物体を把持し、又はこれらを任意に組み合わせたものを行うように構成された部品を含むロボットアーム３３０の一部である。エンドエフェクタ３３２の、物体に接触する部分は、グリッパヘッドと呼ばれる場合がある。
【００４５】
グリッパアタッチメント３２８は、グリッパアタッチメント３２８をロボットアーム３３０に接続するオフセットブラケット３３８を含む。オフセットブラケット３３８は、グリッパアタッチメント３２８とロボットアーム３３０との間の機械的な連結を提供することができる。いくつかの例示的な実施では、オフセットブラケット３３８はまた、ロボットアーム３３０とグリッパアタッチメント３２８との間で電気信号が交換されることを可能にするように電気的に連結されてもよい。例えば、電気信号は、ロボットアーム３３０と、グリッパアタッチメント３２８上に位置するセンサ及びその他のコンポーネントとの間で交換されてもよい。
【００４６】
ロボットアーム３３０は、図２に示される作動デバイス２１２などの１つ又は複数の作動デバイスを使用して、オフセットブラケット３３８を回転及び作動させてもよい。作動デバイス２１２は、回転作動、捩り作動、線形作動、又は当業者に明らかであると考えられる任意の他のタイプの作動をもたらすことができる。
【００４７】
オフセットブラケット３３８は、ロボットアーム３３０とエンドエフェクタ３３２との間の横方向のオフセットを提供するオフセットプレート３３４に接続していてもよい。言い換えると、オフセットプレート３３４は、ロボットアーム３３０の軸３と、オフセットプレート３３４に取り付けられたエンドエフェクタ３３２の軸４との間の横方向のオフセットを提供する。オフセットプレート３３４は、エンドエフェクタ３３２の構造的な支持を提供するように選択された材料で形成されていてもよい。いくつかの例示的な実施では、オフセットプレート３３４は、合金鋼、アルミニウム合金、又は当業者に明らかであると考えられる任意の他の合金などの金属で形成されてもよい。他の例示的な実施では、オフセットプレート３４４は、エンドエフェクタ３３２の意図される用途又は意図される使用に応じて、ポリマー材料、複合材料、又はセラミック材料から形成されてもよい。
【００４８】
エンドエフェクタ３３２は、力トルクセンサ３３６を含むことができる力トルクブラケット３４０によってオフセットプレート３３４に接続されている。力トルクセンサ３３６は、保持又は操作されている物体の重量を感知するために、エンドエフェクタ３３２に加えられている力を測定することができるとともに、動作中にエンドエフェクタ３３２が遭遇する抵抗又は障害によって引き起こされる、あらゆる力を感知することができる。オフセットプレート３３４及びオフセットブラケット３３８並びに力トルクブラケット３４０は、チューブ／ガスチャネル、及びロボットアーム３３０とエンドエフェクタ３３２との間の電気的接続を可能にするためのワイヤのための引き回し経路を提供するように内部で接続していてもよい。
【００４９】
いくつかの例示的な実施では、力トルクブラケット３４０はまた、図２に示す作動デバイス２１２などの１つ又は複数の作動デバイスを使用して、オフセットブラケット３３８に対してエンドエフェクタ３３２を回転及び作動させてもよい。作動デバイス２１２は、回転作動、捩り作動、線形作動、又は当業者に明らかであると考えられる任意の他のタイプの作動をもたらすことができる。
【００５０】
力トルクブラケット３４０は、エンドエフェクタ３３２の吸着カップブロックアセンブリ３４６を支持しているヘッド延伸部３４４に接続しているヘッドコネクタ３４２に接続していてもよい。ヘッド延伸部３４４は、力トルクブラケット３４０から延びていて、ロボットアーム３３０の端部と吸着カップブロックアセンブリ３４６との間の長さを増加させている構造的部材であり得る。ヘッド延伸部３４４は、ロボットアーム３３０が、コンテナ又はコンテナに隣接する物体と衝突することなく機動するための隙間を与えながら、エンドエフェクタ３３２が、コンテナ内の物体にアクセスするように吸着カップブロックアセンブリ３４６を位置決めすることを可能にすることができる。
【００５１】
ヘッドコネクタ３４２及びヘッド延伸部３４４は、エンドエフェクタ３３２の構造的な支持を提供するように選択された材料で形成されていてもよい。いくつかの例示的な実施では、ヘッドコネクタ３４２及びヘッド延伸部３４４は、合金鋼、アルミニウム合金、又は当業者に明らかであると考えられる任意の他の合金などの金属で形成されてもよい。他の例示的な実施では、ヘッドコネクタ３４２及びヘッド延伸部３４４は、エンドエフェクタ３３２の意図される用途又は意図される使用に応じて、ポリマー材料、複合材料、又はセラミック材料から形成されてもよい。
【００５２】
オフセットプレート３３４はまた、ロボットアーム３３０から供給されるエアと接続しており、吸着カップブロックアセンブリ３４６にエアを分配するためにチューブコネクタ３５０を提供するチューブブラケット３４８を含む。チューブコネクタ３５０は、エンドエフェクタアセンブリ３４６の吸着カップブロックアセンブリ３４６に関連付けられている接触リミットセンサ装置３５２を通って延びている吸着シャフトインターフェース３５４に連結されたエア供給チューブ３５６に接続していてもよい。より具体的には、一例として、吸着カップブロックアセンブリ３４６は、接触リミットセンサ装置３５２を含むことができる。チューブブラケット３４８は、エア供給チューブ３５６のクリンピング又はつぶれを防止するために、ロボットアーム３３０の動作中にエア供給チューブ３５６を拘束し、かつ位置付けていてもよい。接触リミットセンサ装置３５２は、エンドエフェクタ３３２が、潜在的に接触により物体を損傷し得る接触圧力を加えることを防止し得るセンサであってもよい。接触リミットセンサ装置３５２に関する詳細は以下で説明される。
【００５３】
いくつかの例示的な実施では、チューブコネクタ３５０は、エンドエフェクタ３３２の吸着カップブロックアセンブリ３４６のセクションシャフトインターフェース３５４に吸着力を与えるように、１つ又は複数の真空源（図示せず）に接続していてもよい。例えば、チューブコネクタ３５０は、圧縮エアを使用して真空圧を生成する１つ又は複数の真空エジェクタに接続されていてもよい。例えば、真空エジェクタは、圧縮エアが、吸着カップブロックアセンブリ３４６に真空圧を提供する低圧ゾーンを作り出すように形作られたノズルを通過することを可能にすることができる。
【００５４】
生成された真空圧は、チューブコネクタ３５０からエア供給チューブ３５６を通って、吸着シャフトインターフェース３５４に提供されてもよい。吸着シャフトインターフェース３５４に提供された真空圧は、吸着カップブロックアセンブリ３４６に提供されて、物体をグリップ及び解放し、あるいは、エンドエフェクタ３３２に物体を固定及び固着させ、エンドエフェクタ３３２から物体を解放するための吸着力を提供することができる。吸着カップブロックアセンブリ３４６の動作は、以下でより詳細に説明される。
【００５５】
エンドエフェクタ３３２は、ロボットアーム３３０の構造的部材、ロボットアーム３３０の接合部、及びブラケット（例えば、オフセットブラケット３３８、力トルクブラケット３３６）、又はこれらの組み合わせに接続された、図２の作動デバイス２１２などの、作動デバイスを動作させることによって操作されることができる。エンドエフェクタ３３２は、エンドエフェクタ３３２の１つ又は複数の部分に関連付けられるか、又は取り付けられた作動デバイス２１２のうちの１つ又は複数を動作させることによって、物体をつかみ又は解放するように動作させられることができる。エンドエフェクタ３３２は、吸着カップブロックアセンブリ３４６に提供される真空圧を使用して物体をグリップ及び解放することができ、それにより、エンドエフェクタ３３２に物体を固定若しくは固着させ、又はエンドエフェクタ３３２から物体を解放することができる。
【００５６】
図４Ａ〜図４Ｅは、本発明の例示的な実施によるロボットアーム３３０のエンドエフェクタ３３２の様々な図を示す。様々な図の中で、図４Ａは、エンドエフェクタ３３２の正面図を示し、図４Ｂは、エンドエフェクタ３３２の上面図を示す。さらに、図４Ｃは、エンドエフェクタ３３２の底面図を示し、図４Ｄは、エンドエフェクタ３３２の側面図を示す。図４Ｅは、図４Ａのエンドエフェクタ３３２の、ＩＶＥ?ＩＶＥ´線に沿った断面図を示す。
【００５７】
図示されるように、チューブブラケット３４８は、オフセットプレート３３４の、力トルクブラケット３４０及び力トルクセンサ３３６とは反対の側に位置付けられていてもよい。図３Ａ及び図３Ｂのエア供給チューブ３５６は、チューブコネクタ３５０及び吸着シャフトインターフェース３５４がより良好に見えるように、図４Ａ〜図４Ｅにおいて省略されている。図示されるように、チューブコネクタ３５０は、チューブブラケット３４８から前方に延びている。
【００５８】
力トルクブラケット３４０は、ヘッド延伸部３４４から力トルクセンサ３３６へあらゆる力又はトルクを移すために、ヘッドコネクタ３４２に機械的に連結されていてもよい。いくつかの例示的な実施では、力トルクセンサ３３６は、図２の接触センサ２２６のような一種の接触センサであってもよい。
【００５９】
図示されるように、ヘッド延伸部３４４は、クランプ金具によってヘッドコネクタ３４２に連結されていてもよい。しかしながら、他の例示的な実施では、ヘッド延伸部３４４は、圧入、ねじ嵌入、溶接、接着剤、又は当業者に明らかであると考えられる任意の他の機械的な連結機構によってヘッドコネクタ３４２に連結されていてもよい。
【００６０】
ヘッド延伸部３４４は、エンドエフェクタ３３２の吸着カップブロックアセンブリ３４６から、力トルクセンサ３３６へ、あらゆる力又はトルクを移すために、エンドエフェクタ３３２に機械的に連結されていてもよい。図示されるように、ヘッド延伸部３４４は、取付けねじ３７０によって吸着カップブロックアセンブリ３４６に連結されていてもよい。しかしながら、他の例示的な実施では、ヘッド延伸部３４４は、圧入、クランプ金具、溶接、接着剤、又は当業者に明らかであると考えられる任意の他の機械的な連結機構によって吸着カップブロックアセンブリ３４６に連結されていてもよい。したがって、吸着カップブロックアセンブリ３４６が受けるあらゆる力又はトルクは、力トルクブラケット３４０、ヘッドコネクタ３４２、及びヘッド延伸部３４４によって、力トルクセンサ３３６に移される。
【００６１】
力トルクブラケット３４０、ヘッドコネクタ３４２及び／又はヘッド延伸部３４４による力トルクセンサ３３６を含み得る構造は、吸着カップブロックアセンブリ３４６への衝撃又は衝突が、力トルクセンサ３３６に移されて、ロボットアーム３３０にフィードバックを提供することを可能にし得る。力トルクセンサ３３６はまた、吸着カップブロックアセンブリ３４６によって把持又は保持されている物体（例えば、図１のターゲット物体１１２）の重量を測定してもよく、さらには吸着カップブロックアセンブリ３４６が移動又は位置付けられているときの物体内の重量移動を測定してもよい。
【００６２】
さらに、いくつかの例示的な実施では、エンドエフェクタ３３２は、１つ又は複数の追加のセンサユニットを含んでもよい。例えば、図２の接触センサ２２６のうちの１つ又は複数は、エンドエフェクタ３３２に取り付けられてもよく、又はエンドエフェクタ３３２内に一体化されてもよい。いくつかの例示的な実施では、接触センサ２２６は、オフセットプレート３３４の、オフセットブラケット３３８の反対側の端部に取り付けられた力トルクセンサ３３６に加えて、エンドエフェクタ３３２に取り付けられ又はエンドエフェクタ３３２と一体化された力センサ、圧力センサ、トルクセンサ、及び／又はその他の触覚センサであってもよい。別の例示的な実施では、接触センサ２２６は、吸着カップブロックアセンブリ３４６によって保持又は支持されている物体（例えば、図１のターゲット物体１１２）の重量を測定するように構成された別個の直線力センサを含むことができる。センサユニットのさらなる例（例えば、図６の接触リミットセンサ３６６）は、以下で説明される。
【００６３】
吸着カップアセンブリ３４６は、接触リミットセンサ装置３５２から上方に延びている複数の吸着シャフトインターフェース３５４を含んでもよい。吸着シャフトインターフェース３５４のそれぞれは、吸着カップ３５８又は吸着カップ３６０のいずれか一方に連通して連結されている。いくつかの例示的な実施では、吸着カップ３５８は、吸着カップ３６０よりも相対的に大きい直径を有してもよい。異なる２つのサイズの吸着カップ３５８及び３６０を有することにより、吸着カップアセンブリ３４６によって物体をグリップ又は把持する際の柔軟性を可能にすることができる。例えば、より相対的に小さいサイズの吸着カップ３６０は、より小さいサイズのおかげで、より小さいか又は不規則な形状の物体をより良好にグリップすることができる。さらに、グリップ力は、真空圧と吸着カップの表面積との積であるので、より相対的に大きいサイズの吸着カップ３５８は、より大きな物体をグリップ及び操作するためのより高いグリップ強度を成し得る。
【００６４】
図示されている実施では、吸着カップアセンブリ３４６は、異なる２つの相対的なサイズを有する合計４つの吸着カップ（３５８及び３６０）とともに示されている。しかしながら、本発明の例示的な実施は、合計５つ以上の吸着カップ、又は合計３つ以下の吸着カップを含んでもよい。同様に、いくつかの例示的な実施では、３つ以上の異なる相対的なサイズの吸着カップが設けられてよい。あるいは、単一のサイズの吸着カップが設けられてもよい。
【００６５】
図５は、図４Ａのエンドエフェクタ３３２の、Ｖ?Ｖ´線に沿った断面図を示す。図示されるように、エンドエフェクタ３３２は、吸着カップブロックアセンブリ３４６をオフセットプレート３３４に接続しているヘッド延伸部３４４を含む。上記で説明したように、吸着カップブロックアセンブリ３４６は、接触リミットセンサ装置３５２から上方に延びている複数の吸着シャフトインターフェース３５４を含み、吸着シャフトインターフェース３５４のそれぞれは、吸着カップ３５８又は吸着カップ３６０のいずれか一方に連通して連結されている。いくつかの例示的な実施では、吸着カップ３５８は、吸着カップ３６０よりも相対的に大きい直径を有してもよい。
【００６６】
図５に示されるように、吸着カップブロックアセンブリ３４６はまた、吸着シャフトインターフェース３５４に、吸着カップ３５８及び３６０のうちの一方に連通して連結している吸着シャフト３６２を含む。吸着シャフトインターフェース３５４は、エア供給チューブ３５６によって真空圧源に接続されているから、エア供給チューブ３５６からの真空圧は、吸着シャフト３６２を通過し物体をピックアップするのに十分な吸着力を生成する吸着カップ３５８及び３６０へ届けられる。いくつかの例示的な実施では、吸着シャフト３６２、吸着カップ３５８／３６０、及び吸着シャフトインターフェース３５４は、接触リミットセンサ装置３５２に対して移動可能であってもよい。例えば、接触リミットセンサ装置３５２は、ハウジング３６８を含んでもよい。ここで、吸着シャフト３６２は、ハウジング３６８を通って垂直方向にスライドすることができて、ハウジング３６８より下に位置する吸着カップ（３５８／３６０）と、ハウジング３６８より上に位置する吸着シャフトインターフェース３５４とが、矢印３７０で示されるように当該ハウジングに対して相対的に移動することを可能にする。
【００６７】
さらに、吸着カップブロックアセンブリ３４６はまた、吸着カップ３５８及び３６０、吸着シャフト３６２、並びに吸着シャフトインターフェース３５４を、吸着カップアセンブリブロック３４６のハウジング３６８に対する変位の後、初期位置に復元するための付勢力を提供する変位復帰機構３６４も含んでもよい。いくつかの例示的な実施では、変位復帰機構３６４は、圧縮ばね、竹の子ばね、ガスばね、又は当業者に明らかであると考えられるその他の付勢機構などのばねであってもよい。変位復帰機構３６４は、吸着シャフト３６２の外側カバー３７２（例えば、外部チューブ）の内側に位置付けられてもよく、又は収容されていてもよい。このようにして、変位復帰機構３６４は、吸着カップ３５８／３６０が動作中に物体又は障害物への接触により変位された後で、初期位置に戻ることを可能にし得る。
【００６８】
吸着シャフト３６２及び／又は変位復帰機構３６４のそれぞれは、接触リミットセンサ装置３５２を通って配置されてもよい。いくつかの実施形態では、吸着シャフト３６２が接触リミットセンサ装置３５２を通って配置されることによって、互いに対する吸着シャフト３６２及び吸着カップ３８５／３６０の水平位置を固定することができる。
【００６９】
図６Ａ〜図６Ｆは、本発明の例示的な実施によるエンドエフェクタ３３２の吸着カップ３５８／３６０の変位を示す、エンドエフェクタ３３２の斜視図である。図６Ａは、初期位置から上方に変位された、吸着カップのうちの１つ（吸着カップ３６０Ａ）を示す。図６Ｂは、初期位置から変位された、吸着カップのうちの２つ（吸着カップ３６０Ａ及び３６０Ｂ）を示す。図６Ｃは、すべて初期位置から変位された、吸着カップの４つすべて（吸着カップ３６０Ａ、３６０Ｂ、３５８Ａ及び３５８Ｂ）を示す。図６Ｄは、接触リミットセンサ装置３５２の変位を示す。図６Ｅは、図６Ｂのエンドエフェクタ３３２の裏側の図であり、初期位置から変位された、吸着カップのうちの２つ（吸着カップ３６０Ａ及び３６０Ｂ）を示す。図６Ｆは、図６Ｅのエンドエフェクタ３３２であり、接触リミットセンサ装置３５２が、透明なものとして示されている。
【００７０】
図示されるように、エンドエフェクタ３３２は、初期位置において吸着カップ３５８／３６０を含んでもよい。吸着カップ３５８／３６０のそれぞれについての初期位置は、共通の水平面を共有していてもよい。上記で説明したように、エンドエフェクタ３３２は、吸着カップ３５８／３６０のそれぞれが、初期位置から、接触リミットセンサ装置３５２に対して互いに独立して変位されることを可能にするように構成されていてもよい。例えば、各吸着カップ３５８／３６０は、吸着カップ３５８／３６０のうちの１つ又は複数が物体に接触すると、吸着カップ３５８／３６０への圧力又は力により変位されてもよい。吸着カップ３５８／３６０のそれぞれは、他の吸着カップ３５８／３６０から独立して変位され得る。図６Ａは、他の吸着カップ３５８／３６０に対して独立して変位された吸着カップ３６０Ａを示す。図６Ｂは、吸着カップ３５８に対して独立して変位された吸着カップ３６０Ａ及び３６０Ｂを示す。図６Ｃは、すべて変位された４つすべての吸着カップ（３６０Ａ、３６０Ｂ、３５８Ａ及び３５８Ｃ）を示す。変位の方向は、吸着シャフト３６２の（例えば、吸着カップ３５８／３６０の端部／シャフトのシリンダの基部に対して垂直な）軸３７４に沿い得る。図６Ｅは、反対側から見た、図６Ｂの２つの吸着カップ（吸着カップ３６０Ａ及び３６０Ｂ）の変位を示す。図６Ｆは、図６Ｂの２つの吸着カップ（吸着カップ３６０Ａ及び３６０Ｂ）の同一の変位を示し、接触リミットセンサ装置３５２が透明なものとして示されている。
【００７１】
言い換えると、吸着カップ（すなわち、図６Ｃの３６０Ａ、３６０Ｂ、３５８Ａ、及び３５８Ｃ）のそれぞれについての独立した変位により、吸着カップ３５８／３６０のそれぞれが互いに異なる相対的な位置にあることが可能になり得る。独立した変位により、エンドエフェクタ３３２が、バッグ及びその他の柔軟性のあるコンテナなどの多様な表面の輪郭（すなわち、不均一／不規則な表面）を有する物体に適応又は適合することが可能になり得る。
【００７２】
いくつかの例示的な実施では、接触リミットセンサ装置３５２もまた変位されてもよい。例えば、接触リミットセンサ装置３５２は、図６Ａ〜図６Ｃに示される初期位置から図６Ｄに示される接触リミット位置へと変位されてもよい。いくつかの実施形態では、接触リミットセンサ装置３５２の、図６Ａ〜図６Ｃの最初の位置又は初期位置から、図６Ｄの接触リミット位置への変位は、吸着カップ３５８／３６０のうちの１つ又は複数の変位によって引き起こされてもよい。いくつかの例示的な実施では、吸着カップ３５８／３６０のうちの１つ又は複数による変位の結果としての、接触リミットセンサ装置３５２の接触リミット位置への変位は、吸着カップ３５８／３６０が、接触しきい値（接触リミットとも呼ばれる）を超えて、物体を潜在的に損傷する可能性のある圧力を物体に加えることに対応してもよい。
【００７３】
接触リミットセンサ装置３５２の変位の量は、接触しきい値に達したときに、エンドエフェクタ３３２によって物体にさらに圧力が加わることを防止するために、図２の制御ユニット２０２に信号（例えば、接触情報）を送信する接触リミットセンサ３６６によって記録されることができる。接触リミットセンサ３６６が、接触しきい値（例えば、接触リミット）に達したことを検出した場合、エンドエフェクタ３３２は、物体に向かってさらに移動することを防止されてもよい。エンドエフェクタ３３２に接触リミットセンサ装置３５２を設けることにより、吸着カップ３５８／３６０のうちのいずれか１つの変位により、接触リミットセンサ装置３５２が、接触リミット位置に変位されることにより、エンドエフェクタ３３２が物体への接触リミットを超えたかどうかをただ１つだけの信号センサが判定することができるという利点を得ることができる。
【００７４】
いくつかの例示的な実施では、図６ａ〜図６ｆに示すように、より相対的に小さいサイズを有する吸着カップ３６０（例えば、前部の吸着カップの対）は、より小さい物体又は容易に損傷される可能性のある物体（例えば、繊細な物体）をグリップするために使用され得る一方、より相対的に大きいサイズを有する吸着カップ３５８（例えば、後部の吸着カップの対）は、より大きい物体又は損傷されにくい物体をグリップするために使用され得る。
【００７５】
さらに、いくつかの例示的な実施では、接触リミットセンサ装置３５２のハウジング３６８は、より相対的に小さいサイズの吸着カップ３６０（より小さいカップとも呼ばれる）に対する変位距離よりも、より相対的に大きいサイズの吸着カップ３５８（より大きいカップとも呼ばれる）に対する変位距離が大きくなるようにするオフセット段差部３７６を含んでもよい。例えば、より小さいカップは、繊細な物体のために使用されることができるので、接触リミットに達する前に加えられる力又は圧力は、損傷を防ぐようにより小さくなければならない。それ故に、より小さいカップは、より大きいカップより前に、接触リミット位置に到達することができ、これは、接触リミットセンサ装置３５２のオフセット／段差部３７２によって達成され得る。
【００７６】
図７は、本発明の例示的な実施によるロボットアーム３３０の斜視図を示す。図示されるように、ロボットアーム３３０は、グリッパアタッチメント３２８のエンドエフェクタ３３２に連結された圧縮エア供給源７０５を含む。具体的には、圧縮エア供給源７０５は、流体供給チューブ７１０によってチューブブラケット３４８に接続され得る。圧縮エア供給源７０５を使用して、真空圧を吸着カップブロックアセンブリ３４６の吸着カップ３５８／３６０に提供するチューブブラケット３４８に真空圧を提供することができる。
【００７７】
図示されるように、グリッパアセンブリ３２８のオフセットブラケット３３８は、水平面内での回転によってグリッパアセンブリ３２８の作動を可能にするアクチュエータ７１５によってロボットアーム３３０に取り付けられていてもよい。アクチュエータ７１５は、垂直面内での回転によってグリッパアセンブリ３２８の作動を可能にする第２のアクチュエータ７２０に連結されていてもよい。第３のアクチュエータ７２５は、グリッパアセンブリ３２８のさらなる作動を可能にするように第２のアクチュエータ７２０に連結されていてもよい。全体として、アクチュエータ７１５、７２０、及び７２５は、物体７３０をピックアップ、再配置又は移動することができるように、ロボットアーム３３０がグリッパアタッチメント３２８のエンドエフェクタ３３２を機動させて物体７３０を把持することを可能にし得る。
【００７８】
結果としてもたらされる本発明の方法、プロセス、装置、デバイス、製品、及び／又はシステムは、費用対効果が高く、非常に用途が広く、正確で、感度が良く、効果的であり、かつ既知の部品を、迅速で、効率が良く、かつ経済的な製造、用途、及び利用に対して適合させることによって実施されることができる。本発明の実施形態の別の重要な態様は、実施形態が、コストを削減し、システムを簡素化し、かつパフォーマンスを向上させるという歴史的傾向を有用に支持し、かつこれに応えるということである。
【００７９】
本発明の実施形態のこれらの有用な態様及びその他の有用な態様は、結果として、技術の状態を少なくとも次の水準へと前進させる。
【００８０】
いくつかの例示的な実施形態を示して説明してきたが、これらの例示的な実施形態は、本明細書で説明される主題を、この分野に精通している人々に伝達するために提供される。本明細書で説明される主題は、説明される例示的な実施形態に限定されることなく、様々な形式で実施され得ることを理解されたい。本明細書で説明される主題は、具体的に定義若しくは説明されている主題の事項を伴わずに、又は説明されていない他の若しくは異なる要素若しくは事項を伴って実施されてもよい。本明細書で説明される主題から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲及び特許請求の範囲の均等物で定義されるように、これらの例示的な実施形態に変更がなされ得ることが、この分野に精通している人によって理解されるであろう。
【要約】
【課題】ロボットと操作されている物体との間の動作及び／又は相互作用を管理するための改良された技術及びシステムの必要性が依然として存在している。
【解決手段】ロボットシステムは、物体を把持するように構成されたエンドエフェクタと、接触リミットセンサから受信された接触情報を監視しているセンサユニットと、センサユニットに連結されたコントローラと、を備える。エンドエフェクタは、物体に係合するための吸着カップアセンブリと、吸着カップアセンブリと物体との間の係合に関連する圧力を検出するための接触リミットセンサとを含み、接触リミットセンサは、圧力が接触しきい値を超えていることを検出すると、接触情報を送信する。コントローラは、受信された接触情報に基づいて、物体に向かうエンドエフェクタの移動を制限して、物体への損傷を防止するように、エンドエフェクタを制御するための動作を実行する。
【選択図】図３Ａ【図１】
0006832599.tif 000002
【図２】
0006832599.tif 000003
【図３Ａ】
0006832599.tif 000004
【図３Ｂ】
0006832599.tif 000005
【図４Ａ】
0006832599.tif 000006
【図４Ｂ】
0006832599.tif 000007
【図４Ｃ】
0006832599.tif 000008
【図４Ｄ】
0006832599.tif 000009
【図４Ｅ】
0006832599.tif 000010
【図５】
0006832599.tif 000011
【図６Ａ】
0006832599.tif 000012
【図６Ｂ】
0006832599.tif 000013
【図６Ｃ】
0006832599.tif 000014
【図６Ｄ】
0006832599.tif 000015
【図６Ｅ】
0006832599.tif 000016
【図６Ｆ】
0006832599.tif 000017
【図７】
0006832599.tif 000018