(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットシステムであって、前記ロボットシステムは、
ロボット本体と、
前記ロボット本体に接続されたロボットアームであって、前記ロボットアームは、ロボットコネクタを含む遠位端部を有する、ロボットアームと、
前記ロボットアームを制御するためのロボットコントローラと、
ツールプレートであって、前記ツールプレートは、（ｉ）前記ロボットアームの前記遠位端部に装着可能であるように構成されているロボット側と、（ｉｉ）前記ロボット側に取り外し可能に接続されるように構成されているツール側とを含み、前記ロボット側は、環状であり、前記ロボット側が前記ロボットアームの前記遠位端部に装着されているとき、前記ロボット側は、その中に前記ロボットコネクタを適応する、ツールプレートと、
前記ツールプレートの前記ツール側に接続されているエンドエフェクタと、
前記ツールプレート内に組み込まれているクイックリリース機構であって、前記ツールプレートの前記ツール側を前記ツールプレートの前記ロボット側に対して取り外し可能に保持するように構成されているクイックリリース機構と、
前記ロボット側と前記ロボットアームの前記遠位端部との間のインターフェースに配置されている取り外し可能なセキュリティカラーであって、前記セキュリティカラーが前記クイックリリース機構上に配置されているとき、前記クイックリリース機構に係合することにより、前記ツールプレートの前記ツール側が前記ツールプレートの前記ロボット側から取り外されることを防止するように構成されている取り外し可能なセキュリティカラーと
を備える、ロボットシステム。
【請求項２】
前記ツールプレートの前記ツール側は、その側壁の周囲に円周方向に配置されている一連のくぼみを有する隆起した部分と、前記隆起した部分が前記クイックリリース機構内に受け取られるとき、前記ロボットコネクタに係合するように構成されている電気コネクタとを含み、
前記クイックリリース機構は、前記ツールプレートの前記ロボット側内に配置されており、かつ、前記ツールプレートの前記ツール側の前記隆起した部分を受け取るための凹部と、前記凹部を包囲し、かつ、それと同心の軸に沿ってスライド可能なリングと、前記スライド可能なリングの内部表面の周囲に円周方向に配置されている複数の軸受球であって、これにより、第１の方向の前記リングの軸方向移動が、前記ツールプレートの前記ツール側の前記隆起した部分の前記くぼみ内に前記複数の軸受球を係止し、これにより、前記クイックリリース機構内に前記ツールプレートの前記ツール側を保持し、前記第１の方向とは反対の第２の方向の前記リングの軸方向移動が、前記くぼみから前記複数の軸受球を解放し、これにより、前記ツールプレートの前記ツール側を前記クイックリリース機構から解放する、複数の軸受球と、バネ負荷された後退可能な保持リングであって、前記保持リングは、静止位置において前記複数の軸受球が半径方向内向きに移動することを防止するためのものであり、前記保持リングは、前記ツールプレートの前記ツール側の前記隆起した部分の進入に応答して前記バネ負荷に対抗して後退させられると、前記複数の軸受球が前記くぼみの中に移動することを可能にする、保持リングとを含む、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記スライド可能なリングは、前記第１の方向の前記リングの軸方向移動の間、前記複数の軸受球を前記くぼみの中に平行移動させるためのテーパ状の内部表面を有する、請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記保持リングは、圧縮波形バネによってバネ負荷されている、請求項２または請求項３に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記セキュリティカラーは、半円形である、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記ツールプレートは、
識別情報または構成情報のうちの少なくとも１つを含むデータを格納している不揮発性メモリと、
通信インターフェースと、
プロセッサと
をさらに含み、
前記ツールプレートの前記電気コネクタは、前記通信インターフェースを経由した前記プロセッサと前記ロボットコントローラとの間の双方向通信を確立するために前記ロボットコネクタと結合可能であり、前記プロセッサは、前記電気コネクタと前記ロボットコネクタとが結合すると、前記ロボットコントローラへの前記データの送信を引き起こすように構成されている、請求項２〜４のうちのいずれか一項に記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記ロボットコントローラは、前記データに基づいて自己構成し、前記自己構成に基づいて、前記接続されたエンドエフェクタの動きを制御するように適合されている、請求項６に記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記データは、識別情報および構成情報の両方を含む、請求項６または請求項７に記載のロボットシステム。
【請求項９】
前記データは、構成情報を含まない、請求項６または請求項７に記載のロボットシステム。
【請求項１０】
前記ロボットシステムは、エンドエフェクタ識別情報を前記エンドエフェクタの構成情報に関連付ける記録を含むデータベースをさらに備え、前記ロボットコントローラは、前記識別情報を使用して前記データベースにクエリーを行うことにより、前記構成情報を取得し、それに基づいて自己構成するようにさらに適合されている、請求項９に記載のロボットシステム。
【請求項１１】
前記データは、構成情報を含む、請求項６に記載のロボットシステム。
【請求項１２】
前記構成情報は、前記エンドエフェクタを制御するためのドライバを規定する、請求項１１に記載のロボットシステム。
【請求項１３】
前記構成情報は、前記ドライバを含む、請求項１２に記載のロボットシステム。
【請求項１４】
前記構成情報は、前記ドライバを前記エンドエフェクタに合わせるために使用可能である１つ以上のパラメータを含む、請求項１２に記載のロボットシステム。
【請求項１５】
前記構成情報は、前記ドライバのタイプを規定する識別子を含む、請求項１２に記載のロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、米国仮特許出願第６２／４８２，９５８号（２０１７年４月７日出願）の利益およびそれに対する優先権を主張し、上記出願の全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
様々な実施形態において、本発明は、ロボットの構成および動作に関連する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
産業用ロボットは、対象物の移動および操作を伴う様々なタスクを遂行する。典型的な産業用ロボットは、例えば、グリッパを装備している１つ以上のアームを有し得、その１つ以上のアームは、ロボットが、特定の座標に従って、特定の場所において物体を取り上げ、それらの物体を目的地へ運び、それらの物体を置くことを可能にし、それによって、例えば、それらの物体を積み重ねるか、またはそれらの物体を目的地にある段ボール箱内に入れる。
【０００４】
ロボットは、異なるタイプの物体を操作し、かつ、単にそれらの物体を移動させること以上に多くのタスク（例えば、留め具の溶接、接合、適用など）を遂行し得る。結果として、ロボットの付属肢上での配置のために多くの異なる「エンドエフェクタ」が開発されてきた。これらのエンドエフェクタのうちのいくつか（例えば、グリッパ）は、複数のタスクの範囲にわたる有用性を有するが、その他（例えば、溶接ガン）は、単一の専門タスクを遂行するように設計されている。汎用性を助長するために、商業用ロボットは、異なるエンドエフェクタに適応し得る。例えば、異なるエンドエフェクタが、それらのエンドエフェクタがロボットアームのカフ部またはリスト部に交換可能に装着されることを可能にする共通のリンク設計を共有し得る。ロボットをエンドエフェクタに動作可能に適応させることは、より困難である。頻繁に、ロボットのためのエンドエフェクタの選択が、システムの統合または組立て中に発生し、それは、基本的には永久的である。選択されたエンドエフェクタを動作させるために必要なプログラミングが、そのロボットのためのコントローラコードに書き込まれる。いくつかのロボットにおいて、エンドエフェクタは、動作中に動的に取り替えられ得るが、典型的には、これは、予めプログラムされたタスク実行段階で発生する。すなわち、ロボットのコントローラコードは、次のタスクを管理するコードが置換を予期すると、新しいエンドエフェクタの必要性を知らせる。言い換えると、ロボットのエンドエフェクタの動的な取り替えは、ロボットがタスクを実行するにつれてのロボットの予期に応答して、または、ロボットが新しいタスクのための準備をされているときでさえ、発生する。
【０００５】
したがって、必要なことは、オペレータによる任意の置換とロボットによる動的適応とを可能にするエンドエフェクタのホットスワップ（ｈｏｔ−ｓｗａｐｐｉｎｇ）に対するより汎用性のあるアプローチである。オペレータは、例えば、ロボットによって遂行されるタスクが、現在のグリッパのセットが可能にするよりも微細な制御を不意に要求することを動作中に見出し得る。そのような状況において、オペレータは、ロボットのタスク実行コードを書き換えることなく、既存のグリッパをより適切なエンドエフェクタに置換することを欲するであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、エンドエフェクタの動的置換に適応することが可能なロボットと、ロボットとの通信を促進し、エンドエフェクタが主要制御プログラムを変更することなく動作させられることを可能にするソフトウェアを動的にロードし、ランするエンドエフェクタに関連付けられたハードウェアおよびソフトウェアとに関連する。そのようなエフェクタ特有のプログラミングは、本明細書において概して、「ドライバ」と呼ばれる。ドライバは、対応するエンドエフェクタが検出されると、プログラム実行中に動的にリンクし、ランされ得る。典型的には、ロボットコントローラは、ドライバのライブラリを格納し、新しいエンドエフェクタが検出されると、適したドライバをロードし、このプロセスは、本明細書において「自己構成」と呼ばれる。しかしながら、コントローラコード自体が、任意の特定のドライバに結び付けられていないが、適したドライバが応答するようにコード化される一般的コマンドを発し得る。これは、異なるエンドエフェクタに適応するためにコントローラコードレベルで変化させる必要性を回避する。
【０００７】
用語「構成データ」または「構成情報」は、特定のエンドエフェクタのための適当なドライバを識別すること、もしくはそのドライバのインスタンスを作成する（例えば、選択し、パラメータ化する）ことに役立つ情報を指す。したがって、構成データは、実際のドライバ、一般的ドライバを特定のエンドエフェクタに合わせるために使用されるパラメータ、または単に、必要とされるドライバのタイプのための識別子であり得る。用語「識別子」または「識別データ」は、エンドエフェクタを識別し、エンドエフェクタのための適した構成情報と組み合わせられるために、もしくはそれを見つけるために使用され得る情報を指す。本明細書に説明されるように、ドライバ、構成データ、および識別子が、設計上の優先度ならびに嗜好に応じて、システムの構成要素間で様々に分配され得る。
【０００８】
様々な実施形態において、エンドエフェクタは、ロボット付属肢に直接的に接続されていないが、代わりに、ロボット付属肢の遠位端部に取り外し可能に装着されている「ツールプレート」に直接的に接続されている。ツールプレートは、機械的にエンドエフェクタを受け取り、電力と、場合によってはデータ信号とをエンドエフェクタに供給し得る。様々なタイプおよび度合いの機能性が、エンドエフェクタとツールプレートとの間に分配されることが可能であり、ツールプレートは、１つ以上のタイプのエンドエフェクタに適応し得る。この配置は、特定のロボット構造に可能な限り適した機能の融通の利く配置を容易にする。例えば、一方の構成要素は、「処理能力のない」（例えば、通信またはデータ処理が可能でない）ものであり、他方は、「高性能」な（例えば、ロボットと通信することとデータ処理動作を行うこととが可能である）ものであり得る。したがって、ある実装は、「処理能力のない」エンドエフェクタと「高性能」なツールプレートとを特徴とする。高性能なツールプレートは、（例えば、エンドエフェクタのコネクタの電気的特性または機械的構成に基づいて）複数のタイプの接続可能なエンドエフェクタのうちのどれがそのツールプレートに取り付けられたかを検出し得、適したドライバをロードするロボットコントローラにこれを報告する。代替的には、高性能なツールプレートは、単一のタイプのエンドエフェクタのみに適応し得、この場合、ツールプレート自体の識別をロボットコントローラに報告することは、適当なドライバを決定するために十分であるので、ツールプレートは、ツールプレート自体の識別をロボットコントローラに報告しさえすればよい。
【０００９】
別の実装は、「高性能」なエンドエフェクタと「処理能力のない」ツールプレートとを特徴とし、この場合、ツールプレートは、単に、エンドエフェクタのオンボードプロセッサまたはコントローラとロボットコントローラとの間の通信を容易にする。エンドエフェクタは、有線形式または無線形式でエンドエフェクタ自体の識別をロボットコントローラに報告する。この構成において、ツールプレートは、例えば、ロボット付属肢と、機械的に適合性がないエンドエフェクタとの間のアダプタとして役に立ち得る。後述されるように、「報告」は、能動的（「高性能」な構成要素が、勝手にロボットコントローラとの通信を開始し、情報を送り得る）または受動的（「高性能」な構成要素が、取り付けを検出したロボットコントローラからのポーリング信号または他の通信に応答し得る）であり得る。
【００１０】
本発明の様々な実施形態が、クイックリリース機構を組み込み、ロボット付属肢の端部または「カフ部」に固定される「ロボット側」もしくは「ロボット部分」と、１つ以上のエンドエフェクタを受け取る、「ツール側」または「ツール部分」（ロボット側と反対側）とを有するツールプレートを特徴とする。典型的には、ロボット側、したがって、クイックリリース機構は、ロボットアームに固定して装着（例えば、ボルト締め）され、したがって、本明細書における「ツールプレート」の言及は、ロボット側とツール側とを集合的に、またはツール側を単独で指し得る。ツールプレートのツール側は、１つ以上のエンドエフェクタに固定して装着（例えば、ボルト締め）されるが、ツール側とともに利用されるエンドエフェクタは、交換され得る（例えば、ツール側の一部を構成する、取り外し可能なアダプタプレートの使用を経由してであるが、アダプタプレートおよび／またはエンドエフェクタは、取り外され、置換され得る）。この配置は、エンドエフェクタだけではなくツールプレート（またはその一部）も、機械的固定を伴うが、ツール、空気圧、もしくは電気作動なしに、便利に別のロボットに交換または接続される（それに付けられる別のロボット側部分を経由して）ことを可能にする。様々な実施形態において、クイックリリース機構は、軸方向にスライド可能な保持リングの位置に応じて半径方向に内向きまたは外向きに移動し、ツールプレートのツール側における相補的なくぼみの中に受け取られる捕獲される球状の軸受球を含む。スライドリングの内部表面は、スライドリングの軸方向の運動が軸受球の半径方向の移動を引き起こし、くぼみの中にそれらを固定するように、テーパ状であり得る。ロボット側からツールプレートのツール側を解放するために、スライドリングは、手動でシフトされ、軸受球が半径方向に外向きに移動し、それによって、ツールプレートを解放することを可能にする。取り外し可能なセキュリティカラーが、このスライド移動を防止し、故に、ツールプレートをロボットに軸方向および回転の両方で固定された状態に保つために、採用され得る。
【００１１】
ある局面において、本発明の実施形態は、ロボット本体と、ロボット本体に接続され、第１のコネクタを含む遠位端部を有するロボットアームと、ロボットアームを制御するためのロボットコントローラと、第１のコネクタを経由してそれに接続されたエンドエフェクタとを含むか、それらから本質的に成るか、またはそれらから成るロボットシステムとの使用のための交換可能なエンドエフェクタアセンブリを特徴とする。エンドエフェクタアセンブリは、ロボットアームに取り外し可能に接続可能なツールプレートと、ロボットアームに対してツールプレートを取り外し可能に保持するためのクイックリリース機構とを含むか、それらから本質的に成るか、またはそれらから成る。ツールプレートは、（１）識別情報および／または構成情報を含むか、それから本質的に成るか、またはそれから成るデータを格納および／または格納するように構成されている不揮発性メモリと、（２）通信インターフェースと、（３）プロセッサと、（４）通信インターフェースを経由したプロセッサとロボットコントローラとの間の双方向通信を確立するために、第１のコネクタと結合可能な第２のコネクタとを含む。プロセッサは、第１のコネクタと第２のコネクタとの結合時、ロボットコントローラへのデータの送信を引き起こすように構成され得る。
【００１２】
本発明の実施形態は、以下の１つ以上のものを様々な組み合わせのうちのいずれかで含み得る。ツールプレートは、その側壁の周囲に円周方向に配置された一連のくぼみを有する上昇した部分を含むか、それから本質的に成るか、またはそれから成り得る。クイックリリース機構は、ツールプレートの上昇した部分を受け取るための凹部と、凹部を包囲し、それと同心の軸に沿ってスライド可能であるリングと、スライド可能なリングの内部表面の周囲に円周方向に配置された複数の軸受球を含むか、それらから本質的に成るか、またはそれらから成り得る。リングの第１の方向の軸方向移動は、ツールプレートの上昇した部分のくぼみの中に軸受球を係止し、それによって、クイックリリース機構内にツールプレートを保持し得、第１の方向と反対の第２の方向へのリングの軸方向移動は、くぼみから軸受球を解放し、それによって、クイックリリース機構からツールプレートを解放し得る。スライド可能なリングは、リングの第１の方向の軸方向移動中、くぼみの中に軸受球を平行移動させるために、テーパ状の内部表面を有し得る。エンドエフェクタアセンブリまたはクイックリリース機構は、バネ負荷された後退可能な保持リングを含み得る。保持リングは、静止位置において、軸受球の内向きの半径方向移動を防止し得、ツールプレートの上昇した部分の進入に応答してバネ負荷に対抗して後退させられると、軸受球のくぼみの中への移動を可能にし得る。保持リングは、圧縮波形バネによってバネ負荷され得る。エンドエフェクタアセンブリまたはクイックリリース機構は、スライド可能なリングに近接したクイックリリース機構と係合し、それによって、スライド可能なリングの第２の方向の軸方向移動が防止されるように構成されている取り外し可能なセキュリティカラーを含み得る。エンドエフェクタは、第３のコネクタを有し得る。ツールプレートは、取り外し可能なアダプタプレートを含み得、アダプタプレートは、第３のコネクタと結合可能な第４のコネクタを有し得る。アダプタプレートは、ツールプレートの第２のコネクタと反対側に配置され得る。
【００１３】
別の局面において、本発明の実施形態は、ロボット本体と、ロボット本体に接続されるロボットアームと、ロボットコントローラと、ロボットアームに取り外し可能に接続可能なツールプレートと、ツールプレートに接続されたエンドエフェクタと、ロボットアームに対してツールプレートを取り外し可能に保持するためのクイックリリース機構とを含むか、それらから本質的に成るか、またはそれらから成るロボットシステムを特徴とする。ロボットアームは、第１のコネクタを含む遠位端部を有する。ロボットコントローラは、ロボットアームと、第１のコネクタを経由してそれに接続されたエンドエフェクタとを制御する。ツールプレートは、（１）識別情報または構成情報を含むか、それから本質的に成るか、またはそれから成るデータを格納および／または格納するように構成されている不揮発性メモリと、（２）通信インターフェースと、（３）プロセッサと、（４）通信インターフェースを経由したプロセッサとロボットコントローラとの間の双方向通信を確立するために、第１のコネクタと結合可能な第２のコネクタとを含む。プロセッサは、第１のコネクタと第２のコネクタとの結合時、ロボットコントローラへのデータの送信を引き起こすように構成され得る。
【００１４】
本発明の実施形態は、以下の１つ以上のものを様々な組み合わせのうちのいずれかで含み得る。ロボットコントローラは、データに基づいて自己構成し、自己構成に基づいて、接続されたエンドエフェクタの動きを制御するように適合され得る。データは、識別情報および構成情報の両方を含むか、それらから本質的に成るか、またはそれらから成り得る。データは、構成情報を含まないこともある。ロボットシステムは、エンドエフェクタ識別情報をエンドエフェクタのための構成情報に関連付ける記録を含むデータベースを含み得る。ロボットコントローラは、識別情報を使用してデータベースにクエリーを行い、対応する構成情報を取得し、それに基づいて自己構成するようにさらに適合され得る。データは、構成情報を含み得る。構成情報は、エンドエフェクタを制御するためのドライバを規定し得る。構成情報は、ドライバ、一般的ドライバをエンドエフェクタに合わせるために使用可能である１つ以上のパラメータ、および／またはドライバのタイプを規定する識別子を含むか、それらから本質的に成るか、またはそれらから成り得る。
【００１５】
ツールプレートは、その側壁の周囲に円周方向に配置された一連のくぼみを有する上昇した部分を含むか、それから本質的に成るか、またはそれから成り得る。クイックリリース機構は、ツールプレートの上昇した部分を受け取るための凹部と、凹部を包囲し、それと同心の軸に沿ってスライド可能であるリングと、スライド可能なリングの内部表面の周囲に円周方向に配置された複数の軸受球とを含むか、それらから本質的に成るか、またはそれらから成り得る。リングの第１の方向の軸方向移動は、ツールプレートの上昇した部分のくぼみの中に軸受球を係止し、それによって、クイックリリース機構内にツールプレートを保持し得、リングの、第１の方向と反対の第２の方向の軸方向移動は、くぼみから軸受球を解放し、それによって、クイックリリース機構からツールプレートを解放し得る。スライド可能なリングは、リングの第１の方向の軸方向移動中、くぼみの中に軸受球を平行移動させるために、テーパ状の内部表面を有し得る。エンドエフェクタアセンブリまたはクイックリリース機構は、バネ負荷された後退可能な保持リングを含み得る。保持リングは、静止位置において、軸受球の内向きの半径方向移動を防止し得、ツールプレートの上昇した部分の進入に応答してバネ負荷に対抗して後退させられると、軸受球のくぼみの中への移動を可能にし得る。保持リングは、圧縮波形バネによってバネ負荷され得る。エンドエフェクタアセンブリまたはクイックリリース機構は、スライド可能なリングに近接したクイックリリース機構と係合し、それによって、スライド可能なリングの第２の方向の軸方向移動が防止されるように構成されている取り外し可能なセキュリティカラーを含み得る。エンドエフェクタは、第３のコネクタを有し得る。ツールプレートは、取り外し可能なアダプタプレートを含み得、アダプタプレートは、第３のコネクタと結合可能な第４のコネクタを有し得る。アダプタプレートは、ツールプレートの第２のコネクタと反対側に配置され得る。
【００１６】
さらに別の局面において、本発明の実施形態は、ロボット本体と、ロボット本体に接続されるロボットアームと、ロボットコントローラと、ロボットコネクタと結合可能な第１のツールプレートコネクタを経由してロボットアームに取り外し可能に接続可能なツールプレートと、ロボットアームに対してツールプレートを取り外し可能に保持するためのクイックリリース機構と、ロボットアームに取り外し可能に接続可能なエンドエフェクタとを含むか、それらから本質的に成るか、またはそれらから成るロボットシステムを特徴とする。ロボットアームは、ロボットコネクタを含む遠位端部を有する。ロボットコントローラは、ロボットアームと、それに接続されたエンドエフェクタとを制御する。ツールプレートは、第１のツールプレートコネクタの反対側に第２のツールプレートコネクタを含む。エンドエフェクタは、（１）識別情報および／または構成情報含むか、それから本質的に成るか、またはそれから成るデータを格納および／または格納するように構成されている不揮発性メモリと、（２）通信インターフェースと、（３）プロセッサと、（４）通信インターフェースを経由したプロセッサとロボットコントローラとの間の双方向通信を確立するために、第２のツールプレートコネクタと結合可能なエンドエフェクタコネクタとを含む。プロセッサは、エンドエフェクタおよびツールプレートとロボットアームとの結合時、ロボットコントローラへのデータの送信を引き起こすように構成され得る。
【００１７】
本発明の実施形態は、以下の１つ以上のものを様々な組み合わせのうちのいずれかで含み得る。データは、構成情報を含まないこともある。ツールプレートは、構成情報を格納している不揮発性メモリと、データに基づいてエンドエフェクタに対応する構成情報を見つけるための回路とを含み得る。ロボットコントローラは、データに基づいて自己構成し、自己構成に基づいて、接続されたエンドエフェクタの動きを制御するように適合され得る。データは、識別情報および構成情報の両方を含むか、それらから本質的に成るか、またはそれらから成り得る。ロボットシステムは、エンドエフェクタ識別情報をエンドエフェクタのための構成情報に関連付ける記録を含むデータベースを含み得る。ロボットコントローラは、識別情報を使用してデータベースにクエリーを行い、対応する構成情報を取得し、それに基づいて自己構成するようにさらに適合され得る。データは、構成情報を含み得る。構成情報は、エンドエフェクタを制御するためのドライバを規定し得る。構成情報は、ドライバ、一般的ドライバをエンドエフェクタに合わせるために使用可能である１つ以上のパラメータ、および／またはドライバのタイプを規定する識別子を含むか、それらから本質的に成るか、またはそれらから成り得る。
【００１８】
ツールプレートは、その側壁の周囲に円周方向に配置された一連のくぼみを有する上昇した部分を含むか、それから本質的に成るか、またはそれから成り得る。クイックリリース機構は、ツールプレートの上昇した部分を受け取るための凹部と、凹部を包囲し、それと同心の軸に沿ってスライド可能であるリングと、スライド可能なリングの内部表面の周囲に円周方向に配置された複数の軸受球とを含むか、それらから本質的に成るか、またはそれらから成り得る。リングの第１の方向の軸方向移動は、ツールプレートの上昇した部分のくぼみの中に軸受球を係止し、それによって、クイックリリース機構内にツールプレートを保持し得、リングの、第１の方向と反対の第２の方向の軸方向移動は、くぼみから軸受球を解放し、それによって、クイックリリース機構からツールプレートを解放し得る。スライド可能なリングは、リングの第１の方向の軸方向移動中、くぼみの中に軸受球を平行移動させるために、テーパ状の内部表面を有し得る。エンドエフェクタアセンブリまたはクイックリリース機構は、バネ負荷された後退可能な保持リングを含み得る。保持リングは、静止位置において、軸受球の内向きの半径方向移動を防止し得、ツールプレートの上昇した部分の進入に応答してバネ負荷に対抗して後退させられると、軸受球のくぼみの中への移動を可能にし得る。保持リングは、圧縮波形バネによってバネ負荷され得る。エンドエフェクタアセンブリまたはクイックリリース機構は、スライド可能なリングに近接したクイックリリース機構と係合し、それによって、スライド可能なリングの第２の方向の軸方向移動が防止されるように構成されている取り外し可能なセキュリティカラーを含み得る。ツールプレートは、その上に第２のツールプレートコネクタが配置される取り外し可能なアダプタプレートを含み得る。
【００１９】
別の局面において、本発明の実施形態は、それに係止されるべき物品を受け取るための凹部を備えているクイックリリース機構を特徴とする。クイックリリース機構は、凹部を包囲し、それと同心の軸に沿ってスライド可能であるリングと、スライド可能なリングの内部表面の周囲に円周方向に配置された複数の軸受球とを含むか、それらから本質的に成るか、またはそれらから成る。リングの第１の方向の軸方向移動は、物品内の相補的なくぼみの中に軸受球を係止し、それによって、クイックリリース機構内に物品を保持する。リングの、第１の方向と反対の第２の方向の軸方向移動は、くぼみから軸受球を解放し、それによって、クイックリリース機構から物品を解放する。
【００２０】
本発明の実施形態は、以下の１つ以上のものを様々な組み合わせのうちのいずれかで含み得る。スライド可能なリングは、リングの第１の方向の軸方向移動中、くぼみの中に軸受球を平行移動させるために、テーパ状の内部表面を有し得る。クイックリリース機構は、バネ負荷された後退可能な保持リングを含み得る。保持リングは、静止位置において、軸受球の内向きの半径方向移動を防止し得る。物品の進入に応答してバネ負荷に対抗して後退させられると、保持リングは、軸受球のくぼみの中への移動を可能に得る。保持リングは、圧縮波形バネによってバネ負荷され得る。クイックリリース機構は、スライド可能なリングに近接したクイックリリース機構と係合し、それによって、スライド可能なリングの第２の方向の軸方向移動が防止されるように構成されている取り外し可能なセキュリティカラーを含み得る。
【００２１】
さらに別の局面において、本発明の実施形態は、ロボット本体と、ロボット本体に接続され、ロボットコネクタを含む遠位端部を有するロボットアームと、ロボットアームを制御するためのロボットコントローラと、ロボットアームの遠位端部に接続されるクイックリリース機構とを含むか、それらから本質的に成るか、またはそれらから成るロボットシステムとの使用のための交換可能なツールプレートを特徴とする。ツールプレートは、クイックリリース機構の凹部内に結合可能である上昇した部分と、上昇した部分がクイックリリース機構内に受け取られると、相補的な電気コネクタに係合するように構成されている電気コネクタとを含むか、それらから本質的に成るか、またはそれらから成る。上昇した部分は、その側壁の周囲に円周方向に分配された複数のくぼみを含む。くぼみは、クイックリリース機構内でのツールプレートの取り外し可能な保持のために、クイックリリース機構から軸受球を係止可能に受け取るように、サイズを決定され、成形されている。
【００２２】
本発明の実施形態は、以下の１つ以上のものを様々な組み合わせのうちのいずれかで含み得る。ツールプレートは、エンドエフェクタを受け取るために、上昇した部分の反対側に、ツールプレートコネクタを含み得る。ツールプレートは、その上にツールプレートコネクタが配置される取り外し可能なアダプタプレートを含み得る。ツールプレートは、データを格納および／または格納するように構成されている不揮発性メモリを含み得る。ロボットコントローラは、データに基づいて自己構成し、自己構成に基づいて、ツールプレートに接続されたエンドエフェクタの動きを制御するように適合され得る。データは、識別情報および／または構成情報を含むか、それから本質的に成るか、またはそれから成り得る。データは、識別情報および構成情報を含むか、それらから本質的に成るか、またはそれらから成り得る。データは、構成情報を含まないこともある。ロボットシステムは、エンドエフェクタ識別情報をエンドエフェクタ構成情報に関連付ける記録を含むデータベースを含み得る。ロボットコントローラは、識別情報を使用してデータベースにクエリーを行い、対応する構成情報を取得し、それに基づいて自己構成するように適合され得る。データは、構成情報を含むか、それから本質的に成るか、またはそれから成り得る。構成情報は、ツールプレートに結合可能なエンドエフェクタを制御するためのドライバを規定し得る。構成情報は、ドライバ、一般的ドライバをエンドエフェクタに合わせるために使用可能である１つ以上のパラメータ、および／またはドライバのタイプを規定する識別子を含むか、それらから本質的に成るか、またはそれらから成り得る。ツールプレートは、プロセッサと、ロボットコントローラとプロセッサとの間の双方向通信のための通信インターフェースとを含み得る。プロセッサは、電気コネクタと相補的な電気コネクタの結合時、ロボットコントローラへのデータの送信を引き起こすように構成され得る。ツールプレートは、クイックリリース機構にツールプレートを係止するための取り外し可能なセキュリティカラーを含み得る。セキュリティカラーは、円形または半円形であり得る。
【００２３】
これらならびに他の目的は、本明細書に開示される本発明の利点および特徴とともに、以下の説明、添付図面、および請求項の参照を通してより明白となるであろう。そのうえ、本明細書に説明される様々な実施形態の特徴が、相互排他的ではなく、様々な組み合わせならびに並び替えにおいて存在し得ることを理解されたい。本明細書で使用されるように、用語「ほぼ」、「約」、および「実質的に」は、±１０％、いくつかの実施形態では、±５％を意味する。用語「〜から本質的に成る」は、本明細書の他の態様に定義されない限り、機能に寄与する他の材料を除外することを意味する。なお、そのような他の材料は、微量で集合的または個々に存在し得る。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
ロボットシステムとの使用のための交換可能なエンドエフェクタアセンブリであって、前記ロボットシステムは、ロボット本体と、前記ロボット本体に接続され、第１のコネクタを含む遠位端部を有するロボットアームと、前記ロボットアームを制御するためのロボットコントローラと、前記第１のコネクタを経由して前記ロボットアームに接続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アセンブリは、
ａ．前記ロボットアームに取り外し可能に接続可能なツールプレートと、
ｂ．前記ロボットアームに対して前記ツールプレートを取り外し可能に保持するためのクイックリリース機構と
を備え、
前記ツールプレートは、
（１）識別情報または構成情報のうちの少なくとも１つを含むデータを格納している不揮発性メモリと、
（２）通信インターフェースと、
（３）プロセッサと、
（４）第２のコネクタと
を含み、
前記第２のコネクタは、前記通信インターフェースを経由した前記プロセッサと前記ロボットコントローラとの間の双方向通信を確立するために前記第１のコネクタと結合可能であり、前記プロセッサは、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとの結合時、前記ロボットコントローラへの前記データの送信を引き起こすように構成されている、エンドエフェクタアセンブリ。
（項目２）
前記ツールプレートは、上昇した部分を備え、前記上昇した部分は、前記上昇した部分の側壁の周囲に円周方向に配置された一連のくぼみを有し、
前記クイックリリース機構は、
前記ツールプレートの前記上昇した部分を受け取るための凹部と、
前記凹部を包囲し、それと同心の軸に沿ってスライド可能であるリングと、
前記スライド可能なリングの内部表面の周囲に円周方向に配置された複数の軸受球と
を備え、
それによって、前記リングの第１の方向の軸方向移動は、前記ツールプレートの前記上昇した部分のくぼみの中に前記軸受球を係止し、それによって、前記クイックリリース機構内に前記ツールプレートを保持し、前記第１の方向と反対の第２の方向への前記リングの軸方向移動は、前記くぼみから前記軸受球を解放し、それによって、前記クイックリリース機構から前記ツールプレートを解放する、項目１に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
（項目３）
前記スライド可能なリングは、前記第１の方向への前記リングの軸方向移動中、前記くぼみの中に前記軸受球を平行移動させるために、テーパ状の内部表面を有する、項目２に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
（項目４）
バネ負荷された後退可能な保持リングをさらに備え、前記後退可能な保持リングは、静止位置において、前記軸受球の内向きの半径方向移動を防止し、前記ツールプレートの前記上昇した部分の進入に応答して前記バネ負荷に対抗して後退させられると、前記軸受球の前記くぼみの中への移動を可能にする、項目２に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
（項目５）
前記保持リングは、圧縮波形バネによってバネ負荷されている、項目４に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
（項目６）
取り外し可能なセキュリティカラーをさらに備え、前記セキュリティカラーは、前記スライド可能なリングに近接した前記クイックリリース機構と係合し、それによって、前記スライド可能なリングの前記第２の方向の軸方向移動が防止されるように構成されている、項目２に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
（項目７）
（ｉ）前記エンドエフェクタは、第３のコネクタを有し、（ｉｉ）前記ツールプレートは、取り外し可能なアダプタプレートを備え、前記アダプタプレートは、前記第３のコネクタと結合可能な第４のコネクタを有する、項目１に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
（項目８）
前記アダプタプレートは、前記ツールプレートの前記第２のコネクタと反対側に配置されている、項目７に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
（項目９）
ロボットシステムであって、前記ロボットシステムは、
ａ．ロボット本体と、
ｂ．前記ロボット本体に接続された第１のコネクタを含む遠位端部を有するロボットアームと、
ｃ．前記第１のコネクタを経由して、前記ロボットアームと、前記ロボットアームに接続されたエンドエフェクタとを制御するためのロボットコントローラと、
ｄ．前記ロボットアームに取り外し可能に接続可能なツールプレートと、
ｅ．前記ツールプレートに接続されたエンドエフェクタと、
ｆ．前記ロボットアームに対して前記ツールプレートを取り外し可能に保持するためのクイックリリース機構と
を備え、
前記ツールプレートは、
（１）識別情報または構成情報のうちの少なくとも１つを含むデータを格納している不揮発性メモリと、
（２）通信インターフェースと、
（３）プロセッサと、
（４）第２のコネクタと
を含み、
前記第２のコネクタは、前記通信インターフェースを経由した前記プロセッサと前記ロボットコントローラとの間の双方向通信を確立するために、前記第１のコネクタと結合可能であり、前記プロセッサは、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとの結合時、前記ロボットコントローラへの前記データの送信を引き起こすように構成されている、ロボットシステム。
（項目１０）
前記ロボットコントローラは、前記データに基づいて自己構成し、前記自己構成に基づいて、前記接続されたエンドエフェクタの動きを制御するように適合されている、項目９に記載のロボットシステム。
（項目１１）
前記データは、識別情報および構成情報の両方を含む、項目９に記載のロボットシステム。
（項目１２）
前記データは、構成情報を含まない、項目９に記載のロボットシステム。
（項目１３）
前記ロボットシステムは、エンドエフェクタ識別情報を前記エンドエフェクタのための構成情報に関連付ける記録を含むデータベースをさらに備え、前記ロボットコントローラは、前記識別情報を使用して前記データベースにクエリーを行い、対応する構成情報を取得し、それに基づいて自己構成するようにさらに適合されている、項目１２に記載のロボットシステム。
（項目１４）
前記データは、構成情報を含む、項目９に記載のロボットシステム。
（項目１５）
前記構成情報は、前記エンドエフェクタを制御するためのドライバを規定する、項目１４に記載のロボットシステム。
（項目１６）
前記構成情報は、前記ドライバを含む、項目１５に記載のロボットシステム。
（項目１７）
前記構成情報は、一般的ドライバを前記エンドエフェクタに合わせるために使用可能である１つ以上のパラメータを含む、項目１５に記載のロボットシステム。
（項目１８）
前記構成情報は、前記ドライバのタイプを規定する識別子を含む、項目１５に記載のロボットシステム。
（項目１９）
前記ツールプレートは、上昇した部分を備え、前記上昇した部分は、前記上昇した部分の側壁の周囲に円周方向に配置された一連のくぼみを有し、
前記クイックリリース機構は、
前記ツールプレートの前記上昇した部分を受け取るための凹部と、
前記凹部を包囲し、それと同心の軸に沿ってスライド可能であるリングと、
前記スライド可能なリングの内部表面の周囲に円周方向に配置された複数の軸受球と
を備え、
それによって、前記リングの第１の方向の軸方向移動は、前記ツールプレートの前記上昇した部分のくぼみの中に前記軸受球を係止し、それによって、前記クイックリリース機構内に前記ツールプレートを保持し、前記第１の方向と反対の第２の方向への前記リングの軸方向移動は、前記くぼみから前記軸受球を解放し、それによって、前記クイックリリース機構から前記ツールプレートを解放する、項目９に記載のロボットシステム。
（項目２０）
前記スライド可能なリングは、前記第１の方向への前記リングの軸方向移動中、前記くぼみの中に前記軸受球を平行移動させるために、テーパ状の内部表面を有する、項目１９に記載のロボットシステム。
（項目２１）
バネ負荷された後退可能な保持リングをさらに備え、前記後退可能な保持リングは、静止位置において、前記軸受球の内向きの半径方向移動を防止し、前記ツールプレートの前記上昇した部分の進入に応答して前記バネ負荷に対抗して後退させられると、前記軸受球の前記くぼみの中への移動を可能にする、項目１９に記載のロボットシステム。
（項目２２）
前記保持リングは、圧縮波形バネによってバネ負荷されている、項目２１に記載のロボットシステム。
（項目２３）
取り外し可能なセキュリティカラーをさらに備え、前記セキュリティカラーは、前記スライド可能なリングに近接した前記クイックリリース機構と係合し、それによって、前記スライド可能なリングの前記第２の方向の軸方向移動が防止されるように構成されている、項目１９に記載のロボットシステム。
（項目２４）
（ｉ）前記エンドエフェクタは、第３のコネクタを有し、（ｉｉ）前記ツールプレートは、取り外し可能なアダプタプレートを備え、前記アダプタプレートは、前記第３のコネクタと結合可能な第４のコネクタを有する、項目９に記載のロボットシステム。
（項目２５）
前記アダプタプレートは、前記ツールプレートの前記第２のコネクタと反対側に配置されている、項目２４に記載のロボットシステム。
（項目２６）
ロボットシステムであって、前記ロボットシステムは、
ａ．ロボット本体と、
ｂ．前記ロボット本体に接続されたロボットアームであって、前記ロボットアームは、第１のコネクタを含む遠位端部を有する、ロボットアームと、
ｃ．前記ロボットアームと、前記ロボットアームに接続されたエンドエフェクタとを制御するためのロボットコントローラと、
ｄ．ロボットコネクタと結合可能な第１のツールプレートコネクタを経由して前記ロボットアームに取り外し可能に接続可能なツールプレートであって、前記ツールプレートは、前記第１のツールプレートコネクタと反対側に第２のツールプレートコネクタを備えている、ツールプレートと、
ｅ．前記ロボットアームに対して前記ツールプレートを取り外し可能に保持するためのクイックリリース機構と、
ｆ．前記ロボットアームに取り外し可能に接続可能なエンドエフェクタと
を備え、
前記エンドエフェクタは、
（１）識別情報または構成情報のうちの少なくとも１つを含むデータを格納している不揮発性メモリと、
（２）通信インターフェースと、
（３）プロセッサと、
（４）エンドエフェクタコネクタと
を含み、
前記エンドエフェクタコネクタは、前記通信インターフェースを経由した前記プロセッサと前記ロボットコントローラとの間の双方向通信を確立するために、前記第２のツールプレートコネクタと結合可能であり、前記プロセッサは、前記エンドエフェクタと前記ロボットアームを伴う前記ツールプレートとの結合時、前記ロボットコントローラへの前記データの送信を引き起こすように構成されている、ロボットシステム。
（項目２７）
前記データは、構成情報を含まない、項目２６に記載のロボットシステム。
（項目２８）
前記ツールプレートは、構成情報を格納している不揮発性メモリと、前記データに基づいて前記エンドエフェクタに対応する構成情報を見つけるための回路とを備えている、項目２７に記載のロボットシステム。
（項目２９）
前記ロボットコントローラは、前記データに基づいて自己構成し、前記自己構成に基づいて、前記接続されたエンドエフェクタの動きを制御するように適合されている、項目２６に記載のロボットシステム。
（項目３０）
前記データは、識別情報および構成情報の両方を含む、項目２６に記載のロボットシステム。
（項目３１）
前記ロボットシステムは、エンドエフェクタ識別情報を前記エンドエフェクタのための構成情報に関連付ける記録を含むデータベースをさらに備え、前記ロボットコントローラは、前記識別情報を使用して前記データベースにクエリーを行い、対応する構成情報を取得し、それに基づいて自己構成するようにさらに適合されている、項目２６に記載のロボットシステム。
（項目３２）
前記データは、構成情報を含む、項目２６に記載のロボットシステム。
（項目３３）
前記構成情報は、前記エンドエフェクタを制御するためのドライバを規定する、項目３２に記載のロボットシステム。
（項目３４）
前記構成情報は、前記ドライバを含む、項目３３に記載のロボットシステム。
（項目３５）
前記構成情報は、一般的ドライバを前記エンドエフェクタに合わせるために使用可能である１つ以上のパラメータを含む、項目３３に記載のロボットシステム。
（項目３６）
前記構成情報は、前記ドライバのタイプを規定する識別子を含む、項目３３に記載のロボットシステム。
（項目３７）
前記ツールプレートは、上昇した部分を備え、前記上昇した部分は、前記上昇した部分の側壁の周囲に円周方向に配置された一連のくぼみを有し、
前記クイックリリース機構は、
前記ツールプレートの前記上昇した部分を受け取るための凹部と、
前記凹部を包囲し、それと同心の軸に沿ってスライド可能であるリングと、
前記スライド可能なリングの内部表面の周囲に円周方向に配置された複数の軸受球と
を備え、
それによって、前記リングの第１の方向の軸方向移動は、前記ツールプレートの前記上昇した部分のくぼみの中に前記軸受球を係止し、それによって、前記クイックリリース機構内に前記ツールプレートを保持し、前記第１の方向と反対の第２の方向への前記リングの軸方向移動は、前記くぼみから前記軸受球を解放し、それによって、前記クイックリリース機構から前記ツールプレートを解放する、
項目２６に記載のロボットシステム。
（項目３８）
前記スライド可能なリングは、前記第１の方向への前記リングの軸方向移動中、前記くぼみの中に前記軸受球を平行移動させるために、テーパ状の内部表面を有する、項目３７に記載のロボットシステム。
（項目３９）
バネ負荷された後退可能な保持リングをさらに備え、前記後退可能な保持リングは、静止位置において、前記軸受球の内向きの半径方向移動を防止し、前記ツールプレートの前記上昇した部分の進入に応答して前記バネ負荷に対抗して後退させられると、前記軸受球の前記くぼみの中への移動を可能にする、項目３７に記載のロボットシステム。
（項目４０）
前記保持リングは、圧縮波形バネによってバネ負荷されている、項目３９に記載のロボットシステム。
（項目４１）
取り外し可能なセキュリティカラーをさらに備え、前記セキュリティカラーは、前記スライド可能なリングに近接した前記クイックリリース機構と係合し、それによって、前記スライド可能なリングの前記第２の方向の軸方向移動が防止されるように構成されている、項目３７に記載のロボットシステム。
（項目４２）
前記ツールプレートは、取り外し可能なアダプタプレートを備え、前記アダプタプレートの上に、前記第２のツールプレートコネクタが配置されている、項目２６に記載のロボットシステム。
（項目４３）
凹部を備えているクイックリリース機構であって、前記凹部は、それに係止されるべき物品を受け取り、前記機構は、
前記凹部を包囲し、それと同心の軸に沿ってスライド可能であるリングと、
複数の軸受球と
を備え、
前記複数の軸受球は、前記スライド可能なリングの内部表面の周囲に円周方向に配置され、それによって、前記リングの第１の方向の軸方向移動は、前記物品内の相補的なくぼみの中に前記軸受球を係止し、それによって、前記クイックリリース機構内に前記物品を保持し、前記第１の方向と反対の第２の方向への前記リングの軸方向移動は、前記くぼみから前記軸受球を解放し、それによって、前記クイックリリース機構から前記物品を解放する、クイックリリース機構。
（項目４４）
前記スライド可能なリングは、前記第１の方向への前記リングの軸方向移動中、前記くぼみの中に前記軸受球を平行移動させるために、テーパ状の内部表面を有する、項目４３に記載のクイックリリース機構。
（項目４５）
バネ負荷された後退可能な保持リングをさらに備え、前記保持リングは、静止位置において、前記軸受球の内向きの半径方向移動を防止し、前記物品の進入に応答して前記バネ負荷に対抗して後退させられると、前記軸受球の前記くぼみの中への移動を可能にする、請求４３に記載のクイックリリース機構。
（項目４６）
前記保持リングは、圧縮波形バネによってバネ負荷されている、項目４５に記載のクイックリリース機構。
（項目４７）
取り外し可能なセキュリティカラーをさらに備え、前記セキュリティカラーは、前記スライド可能なリングに近接した前記クイックリリース機構と係合し、それによって、前記スライド可能なリングの前記第２の方向の軸方向移動が防止されるように構成されている、項目４３に記載のクイックリリース機構。
（項目４８）
ロボットシステムとの使用のための交換可能なツールプレートであって、前記ロボットシステムは、
ロボット本体と、
前記ロボット本体に接続されたロボットアームであって、前記ロボットアームは、ロボットコネクタを含む遠位端部を有する、ロボットアームと、
前記ロボットアームを制御するためのロボットコントローラと、
前記ロボットアームの遠位端部に接続されたクイックリリース機構と
を備え、
前記交換可能なツールプレートは、
前記クイックリリース機構の凹部内に結合可能な上昇した部分であって、前記上昇した部分は、その側壁の周囲に円周方向に分配された複数のくぼみを含む、上昇した部分と、
前記上昇した部分が前記クイックリリース機構内に受け取られると、相補的な電気コネクタに係合するように構成されている電気コネクタと
を備え、
前記くぼみは、前記クイックリリース機構内での前記ツールプレートの取り外し可能な保持のために、前記クイックリリース機構から軸受球を係止可能に受け取るようにサイズを決定され、成形されている、交換可能なツールプレート。
（項目４９）
エンドエフェクタを受け取るために、前記上昇した部分の反対側にツールプレートコネクタをさらに備えている、項目４８に記載のツールプレート。
（項目５０）
取り外し可能なアダプタプレートをさらに備え、前記アダプタプレートの上に、前記ツールプレートコネクタが配置されている、項目４９に記載のツールプレート。
（項目５１）
データを格納している不揮発性メモリをさらに備えている、項目４８に記載のツールプレート。
（項目５２）
前記ロボットコントローラは、前記データに基づいて自己構成し、前記自己構成に基づいて、前記ツールプレートに接続されたエンドエフェクタの動きを制御するように適合されている、項目５１に記載のツールプレート。
（項目５３）
前記データは、識別情報または構成情報のうちの少なくとも１つを含む、項目５１に記載のツールプレート。
（項目５４）
前記データは、識別情報および構成情報の両方を含む、項目５３に記載のツールプレート。
（項目５５）
前記データは、構成情報を含まない、項目５３に記載のツールプレート。
（項目５６）
前記ロボットシステムは、エンドエフェクタ識別情報をエンドエフェクタ構成情報に関連付ける記録を含むデータベースをさらに備え、前記ロボットコントローラは、前記識別情報を使用して前記データベースにクエリーを行い、前記対応する構成情報を取得し、それに基づいて自己構成するようにさらに適合されている、項目５５に記載のツールプレート。
（項目５７）
前記データは、構成情報を含む、項目５３に記載のツールプレート。
（項目５８）
前記構成情報は、前記ツールプレートに結合可能なエンドエフェクタを制御するためのドライバを規定する、項目５７に記載のツールプレート。
（項目５９）
前記構成情報は、前記ドライバを含む、項目５８に記載のツールプレート。
（項目６０）
前記構成情報は、一般的ドライバを前記エンドエフェクタに合わせるために使用可能である１つ以上のパラメータを含む、項目５８に記載のツールプレート。
（項目６１）
前記構成情報は、前記ドライバのタイプを規定する識別子を含む、項目５８に記載のツールプレート。
（項目６２）
プロセッサと、前記ロボットコントローラと前記プロセッサとの間の双方向通信のための通信インターフェースとをさらに備えている、項目５１に記載のツールプレート。
（項目６３）
前記プロセッサは、前記相補的な電気コネクタとの前記電気コネクタの結合時、前記ロボットコントローラへの前記データの送信を引き起こすように構成されている、項目６２に記載のツールプレート。
（項目６４）
前記クイックリリース機構に前記ツールプレートを係止するための取り外し可能なセキュリティカラーをさらに備えている、項目４８に記載のツールプレート。
（項目６５）
前記セキュリティカラーは、半円形である、項目５５に記載のツールプレート。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
図面では、同様の参照番号は、概して、異なる図面の全体を通して、同一の部品を指す。また、図面は、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、概して、本発明の原理を示すことが、強調されている。以下の説明において、本発明の様々な実施形態が、以下の図面を参照して説明される。
【００２５】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の様々な実施形態に従った、ロボットの斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示されているロボットの内部および外部の構成要素を概略的に示している。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の実施形態に従った、ツールプレートの斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、本明細書の様々な実施形態に従った、ツールプレートがロボットアームの端部と結合し得る態様を示す斜視図ならびに平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、本明細書の様々な実施形態に従った、ツールプレートがロボットアームの端部と結合し得る態様を示す斜視図ならびに平面図である。
【図４】図４は、本明細書の様々な実施形態に従った、ロボットアームと、ツールプレートと、１対のエンドエフェクタとを含む相互運用システムを概略的に示す。
【図５】図５は、ロボットアームの端部に結合される本発明の様々な実施形態に従った、ツールプレートの斜視図である。
【図６】図６は、本発明の様々な実施形態に従った、互いから係合解除される図５のツールプレートの様々な構成要素の斜視図である。
【図７】図７は、本発明の様々な実施形態に従った、図５のツールプレートの様々な構成要素の分解図である。
【図８】図８は、本発明の様々な実施形態に従った、ツールプレートのロボット側のクイックリリース機構の分解図である。
【図９】図９は、本発明の様々な実施形態に従った、ツールプレートの断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の様々な実施形態に従った、ツールプレートのツール側およびロボット側が係合解除された構成にある図９の断面の拡大部分図である。
【図１１】図１１は、本発明の様々な実施形態に従った、ツールプレートのツール側およびロボット側が係合された構成にある図９の断面の拡大部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（詳細な説明）
まず、代表的なロボット１００を示している図１Ａと、様々な内部動作構成要素を詳述する図を示している図１Ｂとを参照する。ロボット１００は、物体を操作するための１つ以上のエンドエフェクタ１１０において終端する少なくとも１つのロボットアーム１０５を含む−図１Ｂに示されているように、ロボットは、１つ以上のアームを有し得る−。アーム１０５は、適切な（かつ従来の）回転関節によって提供されるいくらか（例えば、７）の自由度を有する。各関節は、望ましくは、ロボットに適用される外力（例えば、予期せぬ衝突からもたらされる力など）をロボットが感知することを可能にする直列弾性アクチュエータを採用する。図１Ａに示される実施形態において、ロボットが物体を把持すること、持ち上げること、移動させることを可能にする平行ジョーグリッパ１１０がアーム１０５の端部に装着されている。後述されるように、グリッパ１１０は、可能な多くのエンドエフェクタのうちの１つにすぎない。ロボット１００は、頭状スクリーン１１２も有し、頭状スクリーン１１２は、近隣の人へのロボットの向きを強めるかまたはロボットの状態を公表する１対の眼または他の出力を表示し得る。いくつかの実施形態において、スクリーン１１０は、垂直軸周りで回転可能であり、スクリーン１１０の長軸に平行に走る水平軸周りで回転可能ではない。
【００２７】
ロボット１００は、１つ以上のカメラ１１５を含む。図１Ａにおいて、カメラ１１５は、スクリーン１１２より上に示されている。ロボット１００は、付属肢１０５のリスト部１１７において１つ以上の距離センサも含み得、いくつの実施形態において、１つ以上のソナーセンサが、その環境において移動している物体を検出する。物体を視覚的および／または聴覚的に検出するこれらのセンサに加えて、ロボット１００は、人間（例えば、トレーナー）との機械的相互作用を容易にするいくつかのタッチ感知センサおよび機械的特徴をアーム１０５上に含み得る。例えば、ロボット１００は、ユーザが（例えば、メニュー項目を選択することによって、訓練モードと実行モードとの間で切り替えることによって）スクリーン１１２上に表示された情報に応答して、（物体が箱内に何行何列で梱包されるのかを指し示すための）数字、またはテキスト（例えば、パスワードまたは物体名およびタスク名）をデジタル回転ノブによって入力することを可能にする１組のノブおよびボタン（「ナビゲータ」）１１８を含み得る。
【００２８】
上述されたロボット１００は、当然ながら、本発明に従った多くの可能なロボットの実施形態のうちの１つにすぎず、上述された様々な特徴は、限定的なものではなく代表的なものである。様々な構成要素および特徴が、当業者にはすぐにわかるであろう態様で改変され得る。例えば、ロボットは、一般的には、任意の数のアーム（またはより一般的には、付属肢）を有し得、各アームは、任意の数の自由度を有し得る。アームのリンクは、１自由度での回転関節（例えば、ヒンジ関節など）によって接合される必要はないが、例えば、２回転自由度を提供する臼状関節、または平行移動運動を容易にするレールシステムを含み得る。
【００２９】
ロボット動作は、ロボットコントローラ１２５によって管理され、ロボットコントローラ１２５は、ロボットの位置、運動学、動力学および力を監視および変更し；ロボットコントローラによって指示されるようにロボットおよび／またはその可動部品を移動させるように関節水準のアクチュエータを制御し；画像処理、ユーザ相互作用などを容易にする高水準の計算的機能性を行う。ロボットコントローラ１２５は、概して、汎用コンピュータまたは専用コンピュータ上のハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの両方の組み合わせに実装され得、汎用コンピュータまたは専用コンピュータは、双方向システムバス１２８を含み、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１３０、メモリ１３３および記憶装置１３６は、双方向システムバス１２８を通じて、互いに、および、内部または外部の出力／入力装置（例えば、スクリーン１１２、カメラ１１５、ナビゲータ１１８、リストカフ部、ならびに、任意の他の入力装置および／または外部センサ）と通信する。従来の通信インターフェース１３８は、ネットワーク（例えば、インターネット、および／または、任意の他の地上あるいは無線の電気通信ネットワークあるいはシステム）を通じた通信を容易にする。記憶装置１３６は、エンドエフェクタデータベース１４０を格納し、エンドエフェクタデータベース１４０は、より詳細に後述されるように、ロボット１００に関連付けられ得る様々なエンドエフェクタ１１０に関する情報を維持する。様々なモジュールが任意の適切なプログラミング言語（限定なしに、高水準言語（例えば、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ａｄａ、Ｂａｓｉｃ、Ｃｏｂｒａ、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｌｉｓｐ、Ｐｅｒｌ、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｒｕｂｙ、またはＯｂｊｅｃｔ  Ｐａｓｃａｌ）あるいは低水準アセンブリ言語）を含む）でプログラムされ得る。ロボットコントローラ１２５は、ソフトウェア、ハードウェア、または組み合わせに実装され得る。
【００３０】
エンドエフェクタ１１０は、ツールプレート１５０を経由してロボットアーム１０５に接続され、ツールプレート１５０は、１つ以上のタイプのエンドエフェクタ１１０に適応し得、いくつかの実装において、一度に２つ以上のエンドエフェクタに適応し得る。このようにして、ツールプレート１５０は、ロボットアーム１０５を経由してロボット１００に機械的および電気的に接続される「万能」コネクタとしての機能を果たし、ロボットアーム１０５は、エンドエフェクタ１１０から機械的および電気的なコネクタを受け取る。加えて、ツールプレート１５０は、特定のエンドエフェクタ１１０のための適したドライバを見つけかつインストールすることにおいてロボットコントローラ１２５をアシストする。様々な実施形態において、ツールプレート１５０は、エンドエフェクタが取り外され、異なる（しかし、適合性のある）エンドエフェクタに置換されたとき、ロボットコントローラに警告し得、コントローラ１２５が適した新しいドライバをリアルタイムに見つけ、ロードし、ランすることを可能にする情報を提供する。ツールプレート１５０は、異なって構成されているいくつかのツールプレートのうちの１つであり得、各ツールプレートは、ロボットアーム１０５と結合するための同一の機械的および電気的コネクタを有するが、異なるエンドエフェクタを受け取るための異なるレセプタクルを有する。このようにして、単一のツールプレートが物理的に支持することが可能であるレセプタクルの数より多い数のエンドエフェクタに適応することが可能であり、システム拡張性も促進する。異なるコネクタ構成を有する新しいエンドエフェクタが開発される場合、ロボット１００全体を、またはロボットアーム１０５さえも、置換する必要はない。むしろ、ツールプレート１５０を交換する能力は、新しいツールプレートを設計することのみが必要であることを意味する。この点、後述されるツールプレート１５０の特徴が融通性を提供する。
【００３１】
より詳細に後述されるように、様々な実施形態において、ツールプレート１５０は、２つの異なる部分を含むか、それらから本質的に成るか、またはそれらから成る。具体的には、ツールプレート１５０の第１の部分が、ロボットアーム１０５に取り付けられ、それに付けられたままであり得、ツールプレート１５０の第２の部分が、第１の部分と可逆的かつ機械的に係合され得る。ツールプレート１５０のこの第２の部分は、エンドエフェクタに付けられ得、エンドエフェクタへの接続のために、さらに、取り外し可能なアダプタプレートを組み込み得る。このようにして、ツールプレート１５０の第２の部分全体、またはアダプタプレートのどちらかが、必要である場合、他のタイプのエンドエフェクタに適応するように切り替られ得る。ツールプレート１５０の第１の部分は、追加の詳細に後述されるように、ツールプレート１５０の第２の部分の取り付けおよび係合解除を容易にする、クイックリリース機構を組み込み得る。
【００３２】
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の様々な実施形態に従ったツールプレート１５０の両面を示しており、図３Ａならびに図３Ｂは、ロボットアームの端部へのその取り付けを示している。面２０５は、円形の外周を有する凹部２１０と、凹部２１０の中央において、その中に相補的なレセプタクルへの取り外し可能な電気的接続を確立するための１０個のバネ負荷ピン（例えば、ポゴピン）２２０が存在する上昇したプラットフォーム２１５とを含む。複数の孔２２５が、ツールプレート１５０を通して延び、ボルトがロボットアームへの取り付けを確実にするために通されることを可能にする。図示されている実施形態において、エフェクタに面する面２３０は、孔２２５を露出する窪み２４０を有する、上昇した環状隆起部２３５を含む。いくつかの実施形態において、これらの窪み２４０は、隆起部２３５を受け取るエンドエフェクタ上の環状凹部（示されていない）内において相補的拡張部と相互係止する。隆起部２３５の上面に沿った一連のボルト穴２４５が、エンドエフェクタがツールプレート１５０に固定されることを可能にする。図示されている実施形態において、ツールプレート１５０（例えば、面２３０）へのエンドエフェクタの取り付けは、機械的な接続のみをもたらす。電気信号および電力が、１つ以上（例えば、１対）の電気コネクタ２５０（例えば、Ｍ８産業用コネクタ）によって、装着されたエンドエフェクタに送達され得、１つ以上の電気コネクタは、適切なケーブルを経由してエンドエフェクタに接続される。詳細に後述されるように、電気信号および電力は、典型的には、ロボットコントローラから始まり、ピンコネクタ２２０を経由してツールプレート１５０によって受信される。ツールプレート１５０は、回路を含み、回路は、ロボットから受信された信号および／または電力をロボットに装着されているエンドエフェクタのための異なる形態に変換し得る。
【００３３】
図２Ａおよび３Ａを参照すると、ツールプレート１５０は、ロボットアーム１０５の端面３０５に接触させられており、端面３０５上の上昇した環状隆起部３１０は、ツールプレート１５０の相補的な凹部２１０内に受け取られる。一連のボルト穴３１５は、ツールプレートを通る孔２２５と整列しており、ツールプレート１５０がロボットアーム１０５にボルト締めされるかまたは他の態様で機械的に固定されることを可能にする。しかしながら、いくつかの実施形態において、クイックリリースラッチが、ボルトの代わりに使用される。ツールプレート１５０およびロボットアーム１０５が、図３Ｂに示されている結合した構成をとる場合、ピンコネクタ２２０は、レセプタクル３２０内に受け取られる。
【００３４】
ツールプレート１５０の動作および重要な内部構成要素が図４に示されている。ツールプレートは、メモリ４０５、サポート回路４１０および制御素子４１５を含み、制御素子４１５は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、または他の適切な構成要素であり得る。後述されるように、制御素子４１５の性能は、ツールプレート１５０に割り当てられる機能に依存する。ツールプレートは、１つ以上のエンドエフェクタ４２０と機械的および電気的に結合し、エンドエフェクタ４２０のうちの２つが、それぞれ、４２０１、４２０２において示されている。すなわち、ツールプレート１５０は、エンドエフェクタ４２０の各々のために１つ、２つのレセプタクルを有し、各レセプタクルは、エンドエフェクタと機械的および電気的に結合することを容易にするために適した特徴を含む。上述したように、ツールプレート１５０は、１つ以上のエンドエフェクタ４２０に同時に適応し得、および／または、異なるタイプのエンドエフェクタに交換可能に適応し得る。例えば、図１に示されているような物体を取り囲む指状物を有するグリッパの代わりに、エンドエフェクタ４２０は、吸引グリッパ、または、物体を保持または操作する他の手段を含み得る。代替的にまたは加えて、エンドエフェクタは、ツール（例えば、ドリル、鋸、溶接機など）、測定装置（例えば、定規、計器など）、または他の機能実装装置であり得る。
【００３５】
ロボットアーム１０５と機械的および電気的に結合されると、ツールプレート１５０は、電力を受信し、ロボットコントローラ１２５との通信を確立する（図１Ｂを参照のこと）。典型的には、これは、中間ハードウェア（例えば、インターフェース４２５）と局所モータコントローラ４３０とを経由して発生する。インターフェースは、ロボットからツールプレート１５０へ電力を供給し、例えばＲＳ−４８５シリアル通信プロトコルを経由したツールプレート１５０との双方向データ通信を支持する。ツールプレート１５０のサポート回路４１０は、相補的な通信構成要素を含む。局所モータコントローラ４３０は、（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）などのリンク層プロトコルを経由して）ロボットコントローラ１２５からコマンドを受信し、ロボットアーム１０５の１つ以上の近隣の関節に関連付けられているモータを作動させ、それにより、コマンドを果たす。図示されている実装において、局所コントローラ４３０は、エンドエフェクタ４２０を動作させるコマンドもロボットコントローラ１２５から受信する。局所コントローラ４３０は、（例えば、ＲＳ−４８５を使用して）インターフェース４２５を経由してツールプレート１５０へこれらのコマンドを伝達し、ツールプレート１５０は、デジタル出力ラインを経由して、扱われているエンドエフェクタへコマンドを発する（または、電力を提供する）。コマンドは、典型的には、エンドエフェクタに特有の低水準コマンドである。すなわち、ツールプレート１５０は、ロボットコントローラ１２５からの高水準の一般的コマンドに対応し、これらのコマンドをエフェクタ特有の信号に変換するように構成され得るが、たいていの場合、これは、なされない。むしろ、より典型的な実装において、ロボットコントローラ１２５は、エフェクタ特有のコマンドを送達するように「自己構成」されている。これが成し遂げられ得る態様が後述される。ロボットアーム１２５自体が、高水準のタスクを遂行するプロセッサを含み得ることも強調されるべきである。したがって、プロセッサ４１５は、ロボットアーム１０５との通信を制御する「マスター」としての機能を果たし得る一方で、プロセッサ４１５は、代わりに、ロボットアーム内のプロセッサに対して「スレーブ」としての機能を果たし得る（プロセッサ４１５は、例えば、ツールプレート１５０をポーリングし、データをロボットコントローラへ送信し得る）。
【００３６】
エンドエフェクタ４２０がツールプレート１５０と結合されると、様々な通信が起こり、その通信の最終結果は、電力を提供することによりロボットコントローラ１２５とエンドエフェクタ４２０との間の通信を可能にすること、および、エンドエフェクタを動作させるためにロボットコントローラが自己構成することを可能にすることである。１つの代表的な実装において、エンドエフェクタは、ロボットコントローラに提供すべきオンボード情報を有さない「処理能力のない」装置である。ツールプレート１５０は、レセプタクルの構成（例えば、レセプタクルが、単一のタイプのエンドエフェクタに対応するように設計されている）により、または、レセプタクルの機械的特性および／または電気的特性から、または、ツールプレートが１つのタイプのエンドエフェクタにのみ対応するので、エンドエフェクタを認識する。図示されている実施形態において、メモリ４０５は、可能な２つのエンドエフェクタ４２０１、４２０２の各々のための識別子を格納する。制御素子４１５が特定のエンドエフェクタの取り付けを検出すると、制御素子４１５は、対応する識別子をロボットアーム１０５を経由してロボットコントローラ１２５に伝達する。ロボットコントローラは、エンドエフェクタのための構成情報をデータベース１４０（図１Ｂを参照のこと）において見つけるために、伝えられた識別子を使用する。データベース１４０は、構成情報（例えば、どこかに格納されているドライバまたはドライバに対するポインタ）のライブラリを含み得、受信したエンドエフェクタ識別子に基づくドライバ情報を選択すると、ロボットコントローラ１２５は、適当なドライバを自己構成する（すなわち、ロードし、インストールする）。ツールプレート１５０は、エンドエフェクタの据え付けと取り外しとの両方を検出することが可能であるので、これらは、ロボットの電源を切ってロボットを再起動することなく、リアルタイムに「ホットスワップ」され得る。回路４１０を経由して、制御素子４１５は、新しいエンドエフェクタが取り付けられたことをロボットコントローラ１２５に警告し、新しいエンドエフェクタのための識別子を提供する。
【００３７】
ツールプレート１５０によって、またはロボットコントローラ１２５によって（例えば、エンドエフェクタがロボットアーム１０５に直接取り付けられている場合）エンドエフェクタの取り付けを検出することは、能動的な方式もしくは受動的な方式で起こり得る。例えば、エンドエフェクタまたはツールプレートは、ロボットコントローラまたはツールプレートとの通信を開始することが可能である。代替的に、エンドエフェクタまたはツールプレートは、取り付け時、その特徴的な信号を放ち得、その特徴的な信号は、それのためにポーリングするロボットコントローラによって検出される。どちらの場合でも、ロボットコントローラ１２５（またはいくつかの実装において、ロボットアーム１０５）は、コマンドをエンドエフェクタもしくはツールプレートに送り、エンドエフェクタまたはツールプレートは、データ（コマンドに応じて、Ｉ／Ｏデータもしくはステータスデータ、または格納されている構成／識別データ）で応答する。
【００３８】
いくつかの実施形態において、構成情報は、ツールプレート１５０のメモリ４０５内に格納されており、エンドエフェクタの取り付けを検出すると、制御素子４１５が、メモリ４０５内において、対応する構成情報を見つけ、この対応する構成情報をロボットコントローラ１２５に送信する。この場合も、構成情報は、ドライバ自体またはドライバに対するポインタであり得、ロボットコントローラ１２５が、自己構成する前にドライバの最新バージョンをダウンロードすること、もしくは、ロボットコントローラ１２５が特定のエンドエフェクタのための一般的ドライバをパラメータ化することを可能にする情報をダウンロードすることを可能にし得る。メモリ４０５は、エンドエフェクタ特有の測定基準（例えば、サイクルカウント、動作時間）も格納し、予防保全（例えば、吸引カップおよび／または他の構成要素がその定格サイクル限界に近いとき、その吸引カップおよび／または他の構成要素を置換すること）を可能にし得る。
【００３９】
様々な実装において、レセプタクル４２０のいずれかは、１つ以上のタイプのエンドエフェクタに適応し得る。そのような場合、エンドエフェクタは、新しく据え付けられたエンドエフェクタとの通信を確立した時、ツールプレート１５０に提供される（または、ツールプレート１５０によって読み出される）識別子を格納していることもある。この場合、ツールプレート１５０は、識別子をロボットコントローラ１２５に伝達する、または、いくつかの実施形態において、メモリ４０５から構成情報を読み出すために識別子を使用し、この情報をロボットコントローラ１２５に送る。情報の最適分配、すなわち、ツールプレート１５０上に構成情報を格納するべきか、もしくはロボット自体の不揮発性メモリ内に構成情報を格納するべきかは、設計上の選択を表す。ツールプレート１５０上に格納される情報が多いほど、ロボットは、より包括的になり得るが、ツールプレート１５０は、より多くのメモリを要求するであろう。別の考慮事項は、情報またはプログラミングをアップデートする必要性である。例えば、構成データが継時変化しやすい場合、不変情報（例えば、エンドエフェクタ識別子）のみをメモリ４０５内に格納することが望ましくあり得、ロボットコントローラ１２５は、起動時または新しいロボットアームの据え付けが検出されると、それが最新のドライバを有することを検証することが可能である。当然ながら、格納されている構成情報をロボットに提供する前にツールプレート１５０がその構成情報をアップデートのためにチェックすることを可能にする機能性をツールプレート１５０上に含むことは可能であるが、そのような性能は、オンボード接続性、または（例えば、インターネットを経由して）ロボットを通してネットワークリソースにアクセスする能力のどちらかを要求する。
【００４０】
エンドエフェクタが「高性能」である（すなわち、そのエンドエフェクタ独自の構成情報を含む）場合、これは、ツールプレート１５０によって読み出され、ロボットコントローラ１２５に提供され得る。ツールプレート１５０が、適切なオンボード無線インターフェースを使用して、エンドエフェクタおよび／またはロボットコントローラ１２５と無線で通信することさえ可能である。言い換えると、ロボットコントローラ１２５が適切なドライバを見つけることができない場合、ロボットコントローラ１２５は、ドライバの遠隔の（例えば、ホスト型の）リポジトリにおいてドライバを検索し得るか、または、適当なドライバのインターネット検索を自律的に行い、ロボットが正常に動作することを実際に可能にする前、ツールプレート１５０を経由して適当な動作および機能性をインストールし、テストし得る。
【００４１】
前述したように、ツールプレート１５０の制御素子４１５は、ツールプレートが遂行する機能に応じて、任意の適切なマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラであり得る。例えば、制御素子４１５は、組み込み動作のために特別に設計されたプログラマブルマイクロコントローラ、または、１つ以上の従来のプロセッサ（例えば、Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣａｌｉｆのＩｎｔｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されたＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）ファミリーまたはＣｅｌｅｒｏｎファミリーのプロセッサ）であり得る。メモリ４０５は、上述した動作に関連するプログラムおよび／またはデータを格納し得る。メモリ４０５は、一般に入手可能なハードウェア（例えば、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、電気的に消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、プログラマブル読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）、またはプログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ））に存在するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、および／またはＦＬＡＳＨメモリを含み得る。
【００４２】
本発明の様々な実施形態において、かつ図５に示されるように、ツールプレート１５０は、それ自体がロボット付属肢１０５の端部または「カフ部」５１０に固定されているクイックリリース機構を組み込む、「ロボット側」５００と、１つ以上のエンドエフェクタを受け取る「ツール側」５２０（ロボット側５００に対向する）とを有し得る。典型的には、ロボット側５００は、ロボット付属肢１０５に固定して装着（例えば、ボルト締め）される。ツールプレート１５０のツール側５２０は、１つ以上のエンドエフェクタに固定して装着（例えば、ボルト締め）され得る。例えば、ツール側５２０は、１つ以上のタイプのエンドエフェクタに機械的に結合するように構成されている交換可能なアダプタプレート５２５を含み得る。この配置は、エンドエフェクタのみならずツールプレート１５０またはその一部（例えば、ツール側５２０もしくはアダプタプレート５２５）も、機械的固定を伴うが、ツール、空気圧、もしくは電気作動なしで、便利に別のロボットに交換または接続される（それに付けられる別のロボット側部分を経由して）ことを可能にする。様々な実施形態において、ロボット側５００は、クイックリリース機構（下で詳述される）を経由してツール側５２０から迅速かつ容易に取り外され得る。図５に示されるように、クイックリリース機構は、取り外し可能なセキュリティカラー５３０を組み込み得、図５に示されるように係合されると、ツール側５２０、したがって、ツールプレート１５０をロボットに対して軸方向および回転の両方において固定する。図６は、セキュリティカラー５３０の取り外しによってロボット側５００から係合解除されるツールプレート１５０のツール側５２０を示す。示されるように、ロボット側５００は、ロボット付属肢のカフ部５１０に付けられたままであり得る。
【００４３】
図７は、図５および６のツールプレート１５０の分解図である。示されるように、クイックリリース機構（下で詳述される）を組み込むロボット側５００は、１つ以上のボルト７００または他の留め具を経由して、ロボット付属肢のカフ部５１０に付けられ得る。ツールプレート１５０のツール側５２０は、採用されるべきエンドエフェクタに応じて変化させられ得、１つ以上のボルト７１０または他の留め具を経由してツール側５２０に取り付けられ得るアダプタプレート５２５を含み得る。本発明の様々な実施形態に従って、ツール側５２０の上昇した部分７２０は、一連の円周方向（かつ典型的には、等距離）に分配されるくぼみを含み、それらのうちの１つが、代表的に７３０において示される。見られるであろうように、これらのくぼみは、軸受球を受け取り、軸受球は、係止構成において、ツール側５２０をロボット側５００に係止するように作動する。
【００４４】
具体的には、様々な実施形態において、ロボット側５００のクイックリリース機構は、軸方向にスライド可能な保持リングの位置に応じて半径方向に内向きまたは外向きに移動し、それらは、ツールプレート１５０のツール側５２０における相補的なくぼみの中に受け取られる捕獲される球状の軸受球を含む。スライドリングの内部表面は、スライドリングの軸方向運動が軸受球の半径方向の移動を引き起こし、くぼみ７３０の中にそれらを固定するように、テーパ状であり得る。したがって、据えられると、軸受球は、ツールプレート１５０のツール側５２０の軸方向移動を防止する。ロボット側５００からツールプレート１５０のツール側５２０を解放するために、スライドリングは、手動でシフトされ、軸受球が半径方向に外向きに移動し、それによって、ツールプレート１５０のツール側５２０を解放することを可能にする。取り外し可能なセキュリティカラー５３０は、このスライド移動を防止し、故に、ツールプレート１５０をロボットに軸方向および回転の両方で固定された状態に保つために採用され得る。くぼみ７３０は、形状が半球状（すなわち、断面または周囲が円形）であるように示されるが、様々な実施形態において、くぼみ７３０の１つ以上のもの（またはさらに全て）が、必ずしも球状の軸受球の形状に一致するわけではないが、それにもかかわらず、軸受球をその内部に固定し、それによって、ツールプレート１５０のツール側５２０の軸方向運動を防止するために効果的である他の形状（例えば、断面もしくは周囲が縦長、卵形、多角形）を有し得る。
【００４５】
ツールプレート１５０のロボット側５００のクイックリリース機構の様々な構成要素が、図８の分解図に示される。これらは、上部保持リング８００と、複数の圧縮バネ８０５と、その軸方向移動がクイックリリース機構の動作を制御するスライドリング８１０と、球停止リング８１５と、圧縮波形バネ８２０と、軸受保持器８２５と、複数の軸受球８３０とを含む。スライドリング８１０は、リングを移動させるとき、ユーザが手動で係合し得る辺縁またはフランジを含み得る。圧縮波形バネ８２０（または他の実施形態では、コイルバネなどの別のタイプの圧縮バネ）は、後述されるように、スライドリング８１０の内部隆起部の上面上に置かれ、スライドリング８１０の軸方向移動、および相補的な凹部７３０における軸受球８３０の付随する係合のための補助力を提供する。スライドリング８１０および軸受保持器８２５は、１つ以上の金属（例えば、ステンレス鋼）および／または耐火金属材料（例えば、チタン、タングステン、ハフニウム、タンタル、および／またはニオブ）を含むか、それから本質的に成るか、またはそれから成り得る。
【００４６】
図９に示されるように、ツール側５２０の上昇した部分７２０は、軸受保持器８２５およびスライドリング８１０の内部内に受け取られる。作用機序が、図９−１１に見られ得る。ツール側５２０の上昇した部分７２０が、軸受保持器８２５の内部内に受け取られる前、球停止リング８１５は、軸受保持器８２５の内部表面に隣接して同心円状に置かれ、軸受球８３０が内向きに移動することを防止する。それは、球停止リング８１５のタブ８３５に対して置かれた圧縮バネ８０５によってこの構成において保持される。上昇した部分７２０は、軸受保持器８２５に進入するにつれて、圧縮バネ８０５に対抗して球停止リング８１５を押し進め、それを軸受保持器８２５の凹部の中に押し進める。故に、球停止リング８１５は、ユーザがツール側５２０の上昇した部分７２０をクイックリリース機構内に押すと、応答して係止機構を作動させるプッシュ接続機能を提供し、ユーザは、例えば、ツールプレート１５０を接続するために、スライドリング８１０を持ち上げる必要はない。
【００４７】
図１０に示される係合解除された位置において、軸受球８３０は、ツール側５２０の上昇した部分のくぼみ７３０とスライドリング８１０の内部隆起部１０００の傾斜を付けられた縁との間に緩く据えられる。ツール側５２０は、自由に引き出され、図１０に示されるように、圧縮バネ８０５は、球停止リング８１５がツール側５２０に従い、軸受球８３０が内向きに移動することを防止するように、球停止リング８１５を押し付けるであろう。
【００４８】
スライドリング８１０が、軸方向（図１１に示されるように、下向き）に移動させられ、圧縮波形バネ８２０によって補助されると、テーパ状（例えば、約２°〜約２０°、例えば、５°だけ）である隆起部１０００の内部表面は、軸受球８３０を半径方向に内向きに平行移動させ、それによって、それらは、皿穴状のくぼみ７３０内に置かれ、外向きの移動が、スライドリング８１０自体によって防止される。圧縮波形バネ８２０のバネ力が、この係合された位置内にスライドリング８１０を保持するように作動するが、セキュリティカラー５３０が、定位置に置かれ、スライドリング８１０の上向きの移動を防止し得る。軸受球８３０は、ロボット側５００と係合されたツール側５２０をしっかりと保持する。様々な実施形態において、クイックリリース機構は、軸受保持器８２５の円周の周囲で互いから当距離で間隔を置かれ得るが、必ずしもそうではない６つの軸受球８３０を利用する。軸受球の最適数は、ペイロードに左右され、典型的な用途では、３つと同程度に少ないまたは８つと同程度に多いまたはさらにそれを上回り得る。同様に、球停止リング８１５のタブ８３５および対応するバネ８０５の数は、３つと同程度に少ないまたは８つと同程度に多いまたはさらにそれを上回る数から変動し得る。
【００４９】
本明細書に採用される用語および表現は、説明の用語ならびに表現として使用されており、限定のものではなく、そのような用語および表現の使用において、示されかつ説明される特徴ならびにその一部の任意の均等物を除外する意図はない。加えて、本発明のある実施形態を説明することによって、本明細書に開示される概念を組み込む他の実施形態も、本発明の精神および範囲から逸脱することなく使用され得ることが、当業者に明白となるであろう。故に、説明される実施形態は、全ての点において、例証的に過ぎず、制限的ではないものとして考慮されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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