(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的特異点の付近での動作のために堅固に取り付けられたロボットモジュールを有する制御可能なラチェット機構装置であって、
複数のモジュール式継ぎ手であって、各モジュール式継ぎ手が機械的特異点に近づいたときに交互にロック及びアンロックしてラチェット動作の実行を達成する、複数のモジュール式継ぎ手と、
該複数のモジュール式継ぎ手に動作可能に接続された複数のリンクであって、前記モジュール式継ぎ手が機械的特異点に近づいたときに、大きな外力を受けながら当該リンクの動作を許容する、複数のリンクと、
ラチェット手段と、
ローラクラッチラチェット機構システムと、
を具備し、
該ラチェット手段が、
前記複数のリンクのうちの第１のリンクに制御可能に取り付けられた少なくとも１つの爪と、
前記複数のリンクのうちの第２のリンクに堅固に取り付けられ、第１の方向に回転させられたときに前記爪を捕える、第１の組の鋸歯と、
前記複数のリンクのうちの前記第１のリンクに制御可能に取り付けられた第２の爪と、
前記複数のリンクのうちの前記第２のリンクに堅固に取り付けられ、前記第１の方向とは反対の第２の方向に回転させられたときに前記第２の爪を捕える、第２の組の鋸歯と、
前記複数のモジュール式継ぎ手及び前記複数のリンクの動作を制御する制御システムと、
を含む、
ことを特徴とするラチェット機構装置。
【請求項２】
指定された距離にわたって大きい力を得るために、機械的特異点の付近での動作のために接続された鎖の形により構成されたロボットモジュールを有する制御可能なラチェット機構装置であって、
複数のモジュール式継ぎ手であって、各モジュール式継ぎ手が機械的特異点に近づいたときに交互にロック及びアンロックしてラチェッと動作の実行を達成する、複数のモジュール式継ぎ手と、
該複数のモジュール式継ぎ手に動作可能に接続された複数のリンクであって、該複数のリンクが、少なくとも１つの閉じた鎖を形成するように接続されて、前記モジュール式継ぎ手が機械的特異点に近づいたときに大きな外力を受けながら当該リンクの動作を許容する、複数のリンクと、
ラチェット手段と、
ローラクラッチラチェット機構システムと、
を具備し、
該ラチェット手段が、
前記複数のリンクのうちの第１のリンクに制御可能に取り付けられた少なくとも１つの爪と、
前記複数のリンクのうちの第２のリンクに堅固に取り付けられ、第１の方向に回転させられたときに前記爪を捕える、第１の組の鋸歯と、
前記複数のリンクのうちの前記第１のリンクに制御可能に取り付けられた第２の爪と、
前記複数のリンクのうちの前記第２のリンクに堅固に取り付けられ、前記第１の方向とは反対の第２の方向に回転させられたときに前記第２の爪を捕える、第２の組の鋸歯と、
前記複数のモジュール式継ぎ手及び前記複数のリンクの動作を制御する制御システムと、
を含む、
ことを特徴とするラチェット機構装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モジュール式の拡張可能な、そして再構成可能な拘束連鎖（closed chain：閉じた鎖）ロボットシステムに関し、詳述すれば、これらのシステムのための自己ロッキングまたはラチェッティング（すなわちラチェット機構）継ぎ手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モジュール式ロボットシステムは、アクチュエータ、センサ、及び計算要素を有する多くの反復したモジュールを含むシステムである。これらのモジュールは新しい機能を可能にするために、切り離して異なる配列に再接続し、新しいシステムを形成することができる。ロボットシステムはモジュール式であり、再構成可能にすることができる多くの面が存在しているので、いろいろなモジュール式再構成可能なシステムが存在している。これらは、操作員がモジュールを再構成する手動再構成、及びロボットがそれ自体を再構成するか、または別の機械がモジュールを再構成する自動再構成を含む。これらのシステムは、同質の、または異種のモジュールを含むことができる。
【０００３】
モジュール式自己再構成可能なロボットシステムは、それら自体のモジュールを再構成または再配列することもできる。これらのシステムは、多様性（多くの可能な構成からもたらされる）、頑強性（冗長度及び自己修復によって）及び低価格（バッチ製造による）のような多くの望ましい特性を有することができる。しかしながら、これらのシステムに伴う１つの問題は、システム内の個々のアクチュエータの性能の限界である。
【０００４】
多くの自由度（ＤＯＦ）、または超冗長ロボットアームを有する長い直列鎖ロボットは、惑星探査（planetary exploration）または探索及び救出用の検査ロボットアーム及び蛇行運動を含むいろいろな応用を有している。多くのモジュールが反復して使用されている若干のモジュール式の再構成可能なシステムは、より大きいシステムの部分として蛸の触手に酷似する長い直列鎖を使用している。直列鎖の使用に伴う１つの問題は、制限された動作能力である。ある鎖内のモジュールの数は可変であるから、その鎖を操作するのに要する動作強度は変化し、ある点においては、システムのアクチュエータの限界が支持できるよりも多くのモジュールが存在するようになる。拘束連鎖は、ループを形成するように両端が結合されている直列鎖である。拘束連鎖は、ループを平坦化することによって長い直列鎖に類似させることができる。
【０００５】
典型的には、ロボットアーム制御においては、継ぎ手の過大な速度またはトルクを防ぐために、継ぎ手空間内の継ぎ手の継ぎ手速度と、カルテシアン空間または他の作業向き空間内の継ぎ手の速度との比を表すヤコービ行列内の特異点に対応する構成は、典型的に回避されている。この回避を強調するために、冗長マニピュレータが特別ＤＯＦを使用することもあった。しかしながら、これらの特異点近くに留まらせておくと、その特異点において使用可能な無限大に近い機械的アドバンテージ（機械的利点又は利益）を活用することができる。
【０００６】
人間は、彼らの歩行運動において特異点を活用している。一歩前進する時にはかかとが大地と接触し、身体の重量がかかり始めると脚が伸びる。脚が伸びると継ぎ手（股関節及び膝）と、足のカルテシアン位置との間の関係を表すヤコービ行列が特異になる。また、システムの機械的アドバンテージが増加する。膝が直線に近づくと、ひかがみ筋が（脚の方向と平行に）加えることができる力が増加する。筋に対する作用力（従って、消費されるエネルギの量）が、大きい機械的アドバンテージによって相応に減少される。
【０００７】
同様に、回転自由度を有する拘束連鎖直列マニピュレータのために、大きい可変機械的アドバンテージを得ることができる。これらのシステムは、付加的な自由度、並行または拘束連鎖構成、及びヤコービアンが特異であるような少なくとも１つの構成を提供する冗長度を特徴としている。このシステムが付加的に要求する１つは、アクチュエータの強度には無関係に自由度を剛直にすることができるある形状のロックまたはブレーキである。これは、付加的な能動ブレーキであることも、またはロッキング、または逆駆動することができないアクチュエータであることもできる。
【０００８】
運動を達成するために、いろいろなアプローチが機械的アドバンテージを使用してきた。ラチェット機構と組合された固定された機械的アドバンテージを使用するシステムの例は、古いスタイルの自動車用ジャッキに類似している。このデバイスは、レバーを下方へ押すことによって自動車を持ち上げるために使用される。これにより自動車は僅かな距離持ち上げられてその位置にロックされる。所望の高さに達するまでこの運動を繰り返すことができる。支点の各側のレバーの長さ比が、その固定された機械的アドバンテージを決定する。
【０００９】
別のアプローチは、拘束連鎖、例えば４バー型リンク機構である。４バー型リンク機構においては、デバイスは、４バー型リンク機構の３つの継ぎ手が共線になり、従って駆動用アクチュエータが無限大の機械的アドバンテージを得る“トグル点”において特異点に入る。この特性は、締付けデバイスのようなもののために大きい力を達成するのに屡々活用されてきた。しかしながら、トグル点付近の運動は力の印加点において極めて小さい運動をもたらし、これがその点における梃子の作用を強める理由である。梃子の作用は、システムがどれ程トグル点に接近しているか（理論的には、無限大まで）に依存して可変である。
【００１０】
ラチェット機構及び可変機械的アドバンテージ、及び運動を繰り返し且つロックする継ぎ手を切り替えてラチェット作用を得る多重拘束連鎖の２つのアプローチを組合せることによって、運動を増加させることができる。極めて大きい機械的アドバンテージの場合、従って極めて小さい運動の場合、繰り返さなければならない運動回数は極めて大きくなり得る。手回しクランクのような手動デバイスにとってこのような応用は重宝ではないが、自動デバイスは極めて迅速な運動を可能にし、所望の機械的アドバンテージを達成するために必要に応じてロックを切り替える。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した応用は有用ではあるが、ある対象に力を加えるためにそれら自体を再構成する能力は提供しない。このような応用の例は、火災及び地震後の崩壊した構造（典型的に、瓦礫によって形成された空所及びチャンネルを有する）を含む探索及び救援活動である。さらなる崩壊、延焼、または余震のために、これらの領域の内側の空間の形態がダイナミックに変化することが極めて多い。典型的には、消防士はこれらの領域へ到着できると決めて、危険を覚悟の上でそこへ進入しなければならない。いろいろな運動モードが可能であるデバイスは、それが穴を通して押しつけるのか、坂を迅速に転がり落ちるのか、またはダクト内を登るのかには拘わらず、人が到達できない領域内へ到達できるだけではなく、人命の危険を減少させるのにも極めて有用である。
【００１２】
上述した応用においては、離れた距離において動作を遂行することによって、システムは人々に対する危険性を最小にしながら危険な使命を遂行することができる。遠隔操作に加えて、システムは人間にとっては危険な、または不可能な機能を遂行するために使用することができる。例えば、崩壊した建物において、システムは建物の内側のガス源及びフューズを遮断することができる。これは、化学的に、火災によって、または放射能漏れによって人が近寄ることができない領域における遮断動作を行うために、産業工場設備において特に重要である。この場合、ロボットモジュールのシステムの再構成可能性及び多様性が主要な利点になる。
【００１３】
以下の説明は、本発明の幾つかの面を理解するのに関連して適切であり、または有用である。
【００１４】
Goldenbergらの米国特許第5,523,662号“Modular, Expandable and Reconfigurable Robot”には、幾つかのコンパクトな回転継ぎ手を各々が有する少なくとも２つのマニピュレータを有するロボットを含むロボットシステムが開示されている。回転継ぎ手は、１つの入力結合、及び１つまたは２つの何れかの出力結合を有している。各継ぎ手は、ハーモニック（カップ）ドライブ機構に結合されている直流ブラシレスモータを含むモジュラーであり、位置、速度、及びトルクセンサを含んでいる。各マニピュレータは、複数の構成を取るように、分解して再組立てすることができる。モジュール式ロボットは、拡張可能なモジュラー実時間コンピュータ制御システムによって制御される。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一面によれば、ラチェット機構システムは、複数のモジュラー継ぎ手と、モジュラー継ぎ手に接続されている複数のリンクと、ラチェットデバイスとを含む。制御システムは、モジュラー継ぎ手及びリンク機構の運動を指令する。
【００１６】
本発明の別の面によれば、機械的特異点付近で動作する制御可能なラチェット機構装置は、複数のリンクが可動的に接続されている複数のモジュラー継ぎ手とラチェットデバイスとを含む。制御システムは、モジュラー継ぎ手及びそれらの関連リンクの運動を制御する。
【００１７】
本発明の更に別の面においては、複数のモジュラー継ぎ手と、モジュラー継ぎ手に接続されている複数のリンクと、ラチェットデバイスと、制御システムとを有するラチェット機構装置を制御する方法が提供される。複数の継ぎ手は、拘束連鎖を形成するように構成されている。拘束連鎖内の全ての継ぎ手がロックされた後に、第１の組の継ぎ手がアンロックされ、機械的特異点から遠去かるように運動させられる。次いで、少なくとも１つの組のアンロックされた継ぎ手がロックされ、別の組の継ぎ手がアンロックされて機械的特異点から運動させられる。選択された組の継ぎ手のロッキング及びアンロッキング、及びアンロックされた継ぎ手の機械的特異点からの運動のシーケンスは、所望の運動が得られるまで繰り返される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に説明する、モジュール式の拡張可能な、そして再構成可能なロボットシステムは、複数の構成を取るようにアセンブルすることができるモジュールからなっている。モジュールは、特定の応用のために要求されるアクチュエータ及びセンサ、高い計算処理が可能なコンピュータコントローラにより監視され制御されるモジュラーシステム、迅速なサンプリング周期、高速ディジタル及びアナログＩ／Ｏ、フレンドリなユーザインタフェース、実時間制御システム、及びモジュール式の拡張可能な構造を備えている。
【００１９】
以下のモジュール式の拡張可能な、そして再構成可能なロボットシステムの説明においては、類似部品は類似番号で識別する。図１を参照する。統合された制御可能な能動ブレーキラチェット機構を有するロボットモジュールは、例えばモータのような駆動デバイス１１０を含み、駆動デバイス１１０はハウジング１１０Ａ及び出力シャフト１１０Ｂを有している。接続板１４０を有する構造１３０は、ハウジング１１０Ａに堅固に取付けられ、対の一方をなす同じような接続板１５０が出力シャフト１１０Ｂに堅固に取付けられている。従って構造１２０及び１３０の互いに他方に対する運動は、モータの軸を中心とする回転である。能動ブレーキ１９０は、コントローラがブレーキを作動させた時に能動ブレーキがハウジング構造１１０Ａと摩擦接触するように、構造１２０に制御可能に取付けられている。能動ブレーキ１９０がハウジング構造１１０Ａと摩擦接触係合すると、構造は運動しないようにロックされる。
【００２０】
代替として、ウォーム駆動を使用するシステム、または大きい歯車比であることを特徴とするシステムのような、アクチュエータが運動することを命令された時だけ運動する構造を有する逆駆動することができないシステムすなわち自己ロッキングトランスミッション（伝達機構）を有するシステムを、能動ブレーキの代わりに使用することができる。これらのシステムにおいては、システムが構造を運動させるように明快に制御しない限り、構造は常時効果的にロックされている。
【００２１】
図２は、本発明によるロボットモジュールの別の実施の形態を示している。この実施の形態においては、統合された制御可能なラチェット機構を有するロボットモジュールは、例えばモータのようなアクチュエータ２１１を含み、アクチュエータ２１１はハウジング２１１Ａ及び出力シャフト２１１Ｂを有している。接続板２１４を有する構造２１３は、ハウジング２１１Ａに堅固に取付けられ、対の一方をなす同じような接続板２１５が出力シャフト２１１Ｂに堅固に取付けられている。構造２１２及び２１３の互いに他方に対する運動は、モータの軸を中心とする回転である。爪２１９が構造２１２に制御可能に取付けられており、構造２１２が１方向に（他方向にではなく）回転した時に、ハウジング構造２１１Ａに堅固に取付けられている鋸歯を捕らえるように制御可能に係合することができる。同じような爪２１８が構造２１２の対称的に反対側に取付られ、同じ手法で、しかし反対方向の回転のための鋸歯２１７を捕らえる。爪２１９及び爪２１８の両方が係合して歯２１６及び２１７を捕らえると構造は運動しないようにロックされ、何れの爪も係合していない場合には構造は何れの方向へも自由に回転する。
【００２２】
図１及び２は、能動ブレーキシステム及び鋸歯上の爪捕捉によりもたらされるラチェット作用を示しているが、このラチェット作用は、ローラ・クラッチラチェット機構システム（ローララチェット機構システムとも呼ばれる）、無段ラチェット機構システム、またはラチェット式の運動を遂行する他の手段も使用できることを理解されたい。
【００２３】
システムは、互いに堅固に取付けられたロボットモジュールからなることができる。このようなシステムにおいては、各モジュールは、１またはそれ以上の回転自由度を有している。各自由度は、１またはそれ以上の方向への運動を防ぐために、選択的に、指向的にブレーキされるように作動させることができる。例えば、モジュールは、それらの部分が開放鎖または拘束連鎖を形成するように取付けることができる。即ち、１より多くの自由度を有する拘束連鎖を形成することができる。拘束連鎖を運動させ、若干の継ぎ手をそれらの運動がトグル点または特異点に近づくようにロックすることによって、大きい機械的アドバンテージを得ることができる。システムは、鎖内の構造を形成している堅固なリンク機構のような他の要素を含むこともできる。
【００２４】
モータの部分集合を動作させ、残余をロックするように繰り返し切り替え、大きい外力の下にラチェット機構型の動作を使用してリンクを複数の位置へ運動させることによって、システムが特異点に接近した時に得られる理論的に近無限大の機械的アドバンテージを活用することができる。各ラチェット運動のサイズは任意に小さくすることができ、従って、任意に大きい機械的アドバンテージを有する特異点に任意に近づけることができる。従って、任意に大きい力を発生させるために、弱いモータを使用することができる。
【００２５】
図３は、外力が加えられると紙面内を運動する拘束連鎖に構成された１組のセグメントモジュールを示している。異なる継ぎ手の機械的アドバンテージは、構成のジオメトリに依存して変化する。継ぎ手のロック及び解放を交互させる１組の運動を通して拘束連鎖を運動させることによって、アクチュエータトルク制約を維持しながら、初めの構成から目的構成へ到達させることが可能である。この例では、継ぎ手３１０、３２０、３３０、及び３４０を除く全てのモジュールがロックされている。４つの継ぎ手を除く全ての継ぎ手をロックすることによってシステムは、セグメントモジュール上に置かれたリンク３６０、３７０、３８０、及び３９０を有し、Ｐに外部ロードが加えられている４バー型リンク機構として見ることができる。
【００２６】
ターゲット継ぎ手３１０における出力トルクＴo、及び他の３つの継ぎ手の１つ、例えば継ぎ手３２０に加えられる入力トルクＴiに関して、機械的アドバンテージＭは、以下のように表すことができる。
Ｍ＝Ｔo／Ｔi＝−（ωi／ωo）
【００２７】
仮想作業（virtual work）の原理から、Ｍは速度比の負の逆数、即ち入力速度ωiを出力速度ωoで除した値である。このジオメトリの場合、速度ωoは、リンク３８０と３７０との間の角度である角ｑcの余弦に比例するから、ｑcが０に近づくにつれてωoは０に向かう。
【００２８】
Ｍは、継ぎ手３３０が直線になり始めると増加し、３つの影響される継ぎ手は共線になり始める。ｑc＝０である時には４バーは、構成が無限大の機械的アドバンテージを有するトグル点にある。また、この点においては、システムのヤコ−ビアンが特異点である。ＤＯＦが１つのシステムの場合には、この特異性は機械的アドバンテージに対応する。
【００２９】
４バー式リンク機構の例においては、システムは単一の入力及び単一の出力を有している。しかしながら、多くの継ぎ手は、入力として力を加えることができる。アクチュエータがそれらの限界にあるような極端な条件の場合には、全てのアクチュエータは、一緒に単一ＤＯＦに作用する仮想アクチュエータとして考えることができる。クランプ及び取付け具は特異点（構成空間内の１つの点）において無限大機械的アドバンテージを有し、特異点に近い極めて小さい範囲内に極めて大きい機械的アドバンテージを有しているが、大きい運動範囲にわたって大きい機械的アドバンテージを得ることが望ましい。
【００３０】
特異点から遠去かる運動（例えば、継ぎ手３３０のｑcが０°近づくと、４バー型リンク機構は、０°から遠去かるように運動する）は、始めは無限大機械的アドバンテージを有している（外力が加えられる）点Ｐを、一方向に運動させる。説明の都合上、これを機械的アドバンテージが高から出発して低になる弱め運動と定義する。反対に、特異点に向かう運動はＰを他の方向へ運動させ、特異点に到達した時の無限大まで機械的アドバンテージを増加させる。これを強め運動と定義する。得られる運動はラチェット効果を有している。継ぎ手３１０がロックされる各時点に、それは小さい量だけ前方へ進行してラチェットされる。
【００３１】
弱め運動では、システムは無限大機械的アドバンテージから始まるので、継ぎ手はある非０前進進行を行うことができる。しかしながら、弱め運動の後の、強め運動は始めに大きい十分な機械的アドバンテージを持つことはできない。もし強め運動のためにＰを運動させるにはどれ程大きい力が必要であるかを計算することができれば、弱め運動中に継ぎ手３３０が特異位置から十分に運動してしまって、次の強め運動のための十分な機械的アドバンテージが失われないようにする必要がある。代替として、システムは適切な位置決めを探すことができる。もし強め運動に失敗すれば、システムは、ある前方への進行を失うことになるが、継ぎ手３３０を特異点に近づけるように後戻り運動させることができる。これは強め運動に成功するまで繰り返すことができる。
【００３２】
これらの２つの運動、即ち弱め運動及び強め運動を用い、継ぎ手の組を交互にロックさせることにより、任意に大きい機械的アドバンテージ及び任意に弱いモータを用いて（継ぎ手が任意に強く、精密であり、そして摩擦を無視することができることを条件として）、理論的にはターゲット継ぎ手３１０をどの位置にも運動させることができる。図３の能動継ぎ手を図式的に表している図４を参照する。継ぎ手４６０、４５０、４２０、４８０、及び４４０は、それぞれ継ぎ手３１０、３２０、３３０、３４０、及び３５０に対応している。継ぎ手４２０の角度が、特異点においてシステムを去ることに注目されたい。継ぎ手４６０を任意に一層鋭角な位置まで運動させるために、継ぎ手４６０をアンロックし、継ぎ手４４０をロックする。図５は、継ぎ手４２０を特異点から遠去けて運動させた継ぎ手４２０の弱め運動の結果である。トグル点または特異点から僅かに遠去かる運動は、トグル点からの距離に依存して機械的アドバンテージをやや減少させる。継ぎ手４４０がロックされ続けているので、継ぎ手４６０は前方へ進む。モジュール継ぎ手４４０がロックされているので、継ぎ手４６０、４４０と４４０、４８０との間の線がなす角度は変化しないが、４バー型リンク機構の他の全ての角度はモジュール継ぎ手４２０の運動に伴って変化する。次いで、図６に示すように継ぎ手４６０がロックされ、継ぎ手４４０がアンロックされる。次に、図７に示すように、継ぎ手４２０を特異点へ戻す強め運動が行われる。これでシステムはリセットされたことになり、このステップを通して継ぎ手４６０はロックされているので、進行も損失も生じない。もし継ぎ手４６０が目標位置に到達すればラチェットプロセスは完了し、もし継ぎ手４６０が目標位置に到達していなければステップが繰り返され、ステップの各サイクルは１つのラチェット運動のように動作する。
【００３３】
ラチェット動作を達成するために、システムは２つの異なる１ＤＯＦ構造リンク機構をエミュレートする。即ち、１つは進行相のためのものであり、１つはリセット相のためのものである。２つの異なるロッキング状態を有しているので、２つの異なるリンク機構を効果的にエミュレートする。システム内の冗長度は、機能性を失うことなく継ぎ手のロッキングを可能にする。拘束連鎖構成は、リセット相中にシステムが崩壊することなく、外力を支えることを可能にする。この方法は近無限大機械的アドバンテージＭを活用するので、無限大に近いＭを有するシステム内の構成が望ましい。もしシステムが既に特異点になければ、アクチュエータは始めに特異構成へ運動させるように十分に強くすることができる。代替として、リンクは、システムを特異点に向かって押す外力の下にあることができる。システム内には複数の継ぎ手が存在するから、これらの条件の１つに合致する継ぎ手を選択できることが多い。
【００３４】
代替として、モジュール４８０、４６０と４６０、４２０を結ぶ線がなす角度を増加させることだけ可能にし、それによって目標モジュール（この場合はモジュール４６０）を能動的にロック及びアンロックする必要性を排除するような一方向ラチェット機構システム（例えば、ローラ・クラッチ無段ラチェット機構システム、鋸歯及び爪ラチェット、または指向性ブレーキングのような）を継ぎ手４４０及び４５０上に実現することができる。継ぎ手におけるどのような運動も、進行をもたらす。有効性を増加させるために、ダイナミックな運動を使用することができる。
【００３５】
ローラクラッチを有するモジュラーロボットシステムを使用して、電力消費を低下させることができる。それは、ローラクラッチが、重力のような外力に抗して継ぎ手の位置を受動的に維持できるからである。これらのシステムは、十分に大きい力を加えるのにアクチュエータが十分に強くない場合の運動のための方法を提供するのを援助することもできる。例えば、ダイナミックな運動からの振動を通して、または共鳴周波数における能動刺激を通して継ぎ手を運動させると継ぎ手は一方向に前進し、他方向へは前進しない。これは、拘束連鎖を用いなくても使用することができる。
【００３６】
制御可能なローラクラッチラチェットを有する実施の形態の例を図８に示す。この実施の形態の接続板８１０及び８２０、及び構造８１２及び８２２は、図１の接続板１４０及び１５０、及び構造１２０及び１３０と同一目的のために役立ち、同一機能を遂行する。構造８２２の内壁に堅固に取付けられているのは、ローララチェットアセンブリの外側シリンダ８３０である。ローララチェットアセンブリの外側シリンダ８３０の内側はローブ付きの内側シリンダ８４０であり、この内側シリンダ８４０は構造８１２の内側に堅固に取付けられてローラ８５０を保持している。ローラ位置決めフレーム８６０は、ローブ付きシリンダ８４０及びローラ８５０を外側シリンダ８３０に対する場所にロックし、従って構造８１２及び８２２をロックする。
【００３７】
図９は、この実施の形態によるローララチェットアセンブリの分解図である。外側シリンダ９３０、ローラ９５０、ローブ付き内側シリンダ９４０、及びローラ位置決めフレーム９６０は、それぞれ、図８の要素８３０、８５０、８４０、及び８６０と同一目的のために役立ち、同一機能を遂行する。ローラクラッチラチェットの運動の方向は、フレーム印刷回路基板（ＰＣＢ）９７０によって制御することができ、形状記憶アクチュエータ９８０（詳細は後述する）が取付け孔９９０を介してローラ位置決めフレーム９６０上に取付けられるように作られている。
【００３８】
図１０は、ローララチェットアセンブリの形状記憶アクチュエータの動作を示している。ローララチェット外側アクチュエータ１０６０上のローブ付きシリンダ、ローラ、及びローラ位置決めフレーム（図示してない）、ＰＣＢ１０７０上の形状記憶アクチュエータ１０８０は、コントローラ１０１０と通信する。
【００３９】
図９及び１０を参照して動作を説明する。コントローラ１０１０が時計回りライン１０４０を通して電流を流すと位置決めフレームは時計回りに回転し、反時計回りライン１０３０を通して電流を流すと位置決めフレームは反時計回りに回転する。形状記憶アクチュエータ１０８０が位置決めフレームを時計回りに引くと、ローブ付きシリンダが反時計回りに回転しようとする時に図９のローラ９５０がローブ付きシリンダ９４０のローブと外側シリンダ９３０との間に挟まれて動かなくなる。ローブ付きシリンダ９４０及び外側シリンダ９３０は構造８１２及び８２２に堅固に取付けられているから、これらの構造は反時計回りに回転することができなくなり、従って時計回りにのみ回転できることになる。この状態においては、ローブ付きシリンダ９４０、従って構造８１２は時計回りに自由に回転する。形状記憶アクチュエータ１０８０が位置決めフレームを反時計回りに引くと環境は逆転し、ローブ付きシリンダ９４０は時計回りに回転することができなくなるが、反時計回りへは自由に回転する。アクチュエータ１０８０が平衡していると、ローラ９５０は解放され、どの方向への運動も拘束されない。
【００４０】
以上に、本発明を特定の実施の形態を参照して説明したが、当分野に精通していればさらなる変更及び改良は明白であろう。例えば、上述した方法はプリズム状継ぎ手（prismatic）、並びに回転継ぎ手を有するシステムと共に有益に使用することができ、もしシステムが冗長度を特徴としていれば、各ＤＯＦのためにロッキングメカニズムまたはブレーキを含み、拘束連鎖構成であり、そしてヤコービアンが特異点であるような構成を含む。スチュアートプラットフォーム（stewert platform）に類似する冗長並行メカニズムを使用する他のシステムも、この方法を使用することができる。従って、本発明は以上に説明した特定の形状に限定されるものではなく、特許請求の範囲は本発明の思想及び範囲から逸脱しない全ての代替、変更、及び変化を包含することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるロボットモジュールの一実施の形態である。
【図２】本発明によるロボットモジュールの別の実施の形態である。
【図３】モジュラー継ぎ手を使用して作られた考え得る構成を示す図である。
【図４】図３の構成の動作の最初のステップを示す概要図である。
【図５】図３の構成の動作の第２のステップを示す概要図である。
【図６】図３の構成の動作の第３のステップを示す概要図である。
【図７】図３の構成の動作の第４のステップを示す概要図である。
【図８】本発明によるロボットモジュールの別の実施の形態を示す図である。
【図９】図８によるロボットモジュールの別の実施の形態を示す図である。
【図１０】図８によるロボットモジュールの実施の形態の動作の概要図である。
【符号の説明】
１１０、２１１  モータ（アクチュエータ）
１１０Ａ、２１１Ａ  ハウジング
１１０Ｂ、２１１Ｂ  出力シャフト
８２２  構造
８２０  接続板
１８０、１９０  能動ブレーキ
２１６、２１８  鋸歯
２１８、２１９  爪
３１０−３５０、４２０、４４０−４６０、４８０  継ぎ手
３６０−３９０  リンク
８３０、９３０  外側シリンダ
８４０、９４０  内側シリンダ
８５０、９５０  ローラ
８６０、９６０  ローラ位置決めフレーム
９７０、１０７０  フレーム印刷回路基板（ＰＣＢ）
９８０、１０８０  形状記憶アクチュエータ
９９０  取付け孔
１０１０  コントローラ
１０３０  反時計方向ライン
１０４０  時計方向ライン
１０６０  ローララチェット外側アクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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