(57)【要約】例示的実施形態は、ソフトロボットアクチュエータの作動および作動解除のための、サーボ空気圧制御システムの使用に関する。ソフトロボットアクチュエータと流体連通し、かつ圧力、流体の質量、または流体の体積のうちの少なくとも１つがソフトロボットアクチュエータ内で制御される、閉ループを維持するように構成される、サーボ空気圧制御システムを使用するための、装置および方法が、開示される。実施形態は、握持される物体の変形を防止する、物体の握持、衝突、および解放を検出する、および迅速なサーボ空気圧応答を用いた他の動作のために使用されてもよい。
2020512203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
ソフトロボットアクチュエータと、
サーボ空気圧制御システムであって、前記サーボ空気圧制御システムは、前記ソフトロボットアクチュエータと流体連通し、かつ、圧力、流体の質量、または流体の体積のうちの少なくとも１つが前記ソフトロボットアクチュエータ内で制御される閉ループを維持するように構成される、サーボ空気圧制御システムと
を備える、装置。
【請求項２】
前記サーボ空気圧制御システムは、正圧の膨張流体が供給されるサーボ空気圧弁を備え、前記サーボ空気圧弁は、制御信号に応答して複数の流体流経路のうちの少なくとも１つの間に前記膨張流体を指向するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記弁は、５／３オールポートブロック中心スプール弁である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記制御信号は、大きさと関連付けられる、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記大きさは、ゼロであり、前記制御信号に応答して、前記弁は、流体が前記制御システムの出力部の内外に交換されないように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記大きさは、正の値であり、前記弁は、正圧の膨張流体が前記制御システムの入力部から前記制御システムの出力部に向かって流動することを可能にする方向に、前記大きさに比例して変位される、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記大きさは、負の値であり、前記弁は、加圧された膨張流体が真空生成ユニットの入口に向かって流動することを可能にする方向に、前記大きさに比例して変位される、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
ベンチュリ効果を発生させるように構成される真空生成ユニットをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
センサフィードバックを提供する絶対圧力感知デバイスをさらに備え、かつ、センサフィードバックを使用し、前記弁への正および負のコマンド入力の効果を変調させるように構成されるコントローラをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記制御は、少なくとも部分的に温度に基づく、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
方法であって、
複数のソフトロボットアクチュエータを備えるグリッパを用いて標的を握持することと、
前記グリッパの加速を検出することと、
前記検出される加速に応答して、前記複数のソフトロボットアクチュエータの第１のものの中の流体の体積を調節し、前記標的に及ぼす慣性の効果を補償することと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記グリッパの加速を検出することは、前記グリッパの中心から離れるような標的物体の移動を検出することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記グリッパの加速を検出することは、
第１のソフトロボットアクチュエータの力の増加または圧縮のうちの一方を検出し、第２のソフトロボットアクチュエータの力の減少または拡張のうちの一方を検出すること
を含み、前記流体の体積を調節することは、
前記第１のソフトロボットアクチュエータに膨張流体を提供し、前記第２のソフトアクチュエータへの膨張流体の量を減少させること
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
方法であって、
命令を受信し、ソフトロボットアクチュエータを作動させることと、
膨張プロファイルにアクセスすることであって、前記膨張プロファイルは、握持標的に接触し、減衰効果を提供する直前に前記ソフトロボットアクチュエータの減速を規定する、ことと、
前記膨張プロファイルに従って、サーボ空気圧制御システムを使用して、前記ソフトロボットアクチュエータの膨張を制御することと
を含む、方法。
【請求項１５】
方法であって、
ソフトロボットアクチュエータを膨張流体で膨張させることであって、前記ソフトロボットアクチュエータの内部容積が、増加する、ことと、
膨張の間、前記アクチュエータの流動応答を測定することと、
膨張の間、膨張流体流の変化を検出することと、
前記検出される変化に従って、信号を伝達することと
を含む、方法。
【請求項１６】
前記検出される変化は、前記内部容積が増加する率の変化を含み、前記伝達される信号は、物体が前記アクチュエータによって握持されていることを示す信号を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記信号はさらに、前記物体のおおよそのサイズを示す、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記検出される変化は、前記アクチュエータの中への膨張流体流の減少量を含み、前記伝達される信号は、前記アクチュエータが物体と衝突したことを示す、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記検出される変化は、初期膨張後の前記アクチュエータの中への膨張流体流の変化を含み、前記伝達される信号は、物体が前記アクチュエータによって落下されたことを示す、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
膨張流体流の変化を検出することは、
膨張の間、前記アクチュエータの圧力対流動応答を測定することと、
前記圧力対流動応答を、前記アクチュエータの以前の圧力対流動応答と比較し、経時的な前記圧力対流動応答の変化を決定することと、
前記圧力対流動応答の前記変化に基づいて、前記アクチュエータが損傷されたことまたは前記アクチュエータの制御システムの弁が汚損されたことを決定し、前記信号を伝達することは、前記アクチュエータが損傷されたことまたは前記弁が汚損されたことを示す修復信号を伝達することを含む、ことと
を含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、２０１７年３月３０日に出願され“Ｓｅｒｖｏ−Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｓｏｆｔ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ．”と題された米国仮出願第６２／４７８，７７１号に対する優先権を主張するものである。上記出願の内容は、参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
本開示は、概して、ロボット工学の分野に関し、具体的には、ソフトロボットアクチュエータを作動および作動解除するための新規の制御システムに関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
（ソフトロボットグリッパ概論）
従来のロボットグリッパまたはアクチュエータは、これまで、取り扱われている物体の重量、サイズ、および形状の不確実性および多様性が、自動化された解決策が機能することを妨げていたある環境において、高価であり、かつ動作することが不可能であり得る。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、新規のソフトロボットアクチュエータの用途を説明する。
【０００４】
ソフトロボットアクチュエータは、ゴム等のエラストマ材料、または圧力下で伸展、伸縮、捻転、および／または屈曲するように構成される、アコーディオン状構造に配列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な材料から形成されてもよい。それらは、例えば、エラストマ材料の１つ以上の部片を所望の形状に成型することによって作成されてもよい。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／または作動させ得る、中空内部を含んでもよい。作動に応じて、アクチュエータの形状または外形が、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てもよい。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てもよい。代替として、または加えて、アクチュエータは、真空を使用して作動され、膨張流体をアクチュエータから除去し、それによって、アクチュエータが屈曲、捻転、および／または延在する程度を変化させてもよい。
【０００５】
作動はまた、アクチュエータが、握持または押動されている物体等の物体に力を付与することを可能にしてもよい。しかしながら、従来のハードロボットアクチュエータと異なり、ソフトアクチュエータは、ソフトアクチュエータが、部分的または完全に、握持されている物体の形状に共形化し得るように作動されるとき、適応特性を維持する。それらはまた、アクチュエータが握持標的ではない積み重ねた山内の近隣物体または容器の両側に衝突する可能性があるため、特に、物体を積み重ねた山または容器から取り出すときに関連し得る、物体との衝突に応じて、偏向することができる。さらに、印加される力の量は、材料が容易に変形し得るため、制御される様式でより大きい表面積にわたって拡散されることができる。このように、ソフトロボットアクチュエータは、物体を損傷させることなく、それらを把持することができる。
【０００６】
そのうえ、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（屈曲、捻転、延在、および収縮を含む）を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】図１Ａ−Ｄは、例示的実施形態に従って使用され得る、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−Ｄは、例示的実施形態に従って使用され得る、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−Ｄは、例示的実施形態に従って使用され得る、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−Ｄは、例示的実施形態に従って使用され得る、例示的ソフトロボットアクチュエータを描写する。
【０００８】
【図２】図２は、例示的実施形態に従って使用され得る、例示的５方向３位置（５／３）オールポートブロック（ＡＰＢ）中心位置サーボ空気圧スプール弁を描写する。
【０００９】
【図３】図３は、例示的実施形態による、例示的サーボ空気圧制御システムを描写する。
【００１０】
【図４】図４は、例示的実施形態による、例示的サーボ空気圧制御システムを描写する。
【００１１】
【図５】図５Ａ−Ｂは、例示的実施形態による、それぞれ、非作動状態および作動状態にある、例示的サーボ空気圧制御システムの一部を描写する。
【００１２】
【図６】図６Ａ−Ｃは、例示的実施形態による、グリッパの揺動低減の実施例を描写する。
【００１３】
【図７】図７Ａ−Ｂは、例示的実施形態による、グリッパに関する、非減衰および減衰の経時的圧力プロファイルを描写する。
【００１４】
【図８】図８は、例示的実施形態による、固体標的と、変形可能な標的とを握持する、閉ループ圧力制御システムを使用した、グリッパに関する流動プロファイルの比較を描写する。
【００１５】
【図９】図９は、例示的実施形態による、論理フローである。
【００１６】
【図１０】図１０は、例示的実施形態による、第２の論理フローである。
【００１７】
【図１１】図１１は、例示的実施形態による、第３の論理フローである。
【００１８】
【図１２】図１２は、例示的実施形態との併用に好適な例示的コンピューティングデバイスを図示する、ブロック図である。
【００１９】
【図１３】図１３は、例示的通信アーキテクチャを描写する。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明が、ここで、本発明の好ましい実施形態が示される添付の図面を参照して、さらに説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全となり、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるであろうように提供される。図面中、同一の番号は、全体を通して同一の要素を指す。
【００２１】
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。
【００２２】
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であってもよく、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を介して提供されてもよい。
【００２３】
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、非膨張状態にあってもよい。アクチュエータ１００はまた、所定の量の膨張流体がアクチュエータ１００内に存在する、完全膨張状態にあってもよい（所定の量は、アクチュエータ１００によって印加される所定の最大力またはアクチュエータ１００上の膨張流体によって印加される所定の最大圧力に対応する）。アクチュエータ１００はまた、全流体がアクチュエータ１００から除去される完全真空状態、または一部の流体がアクチュエータ１００内に存在するが、周囲圧力未満の圧力にある、部分的真空状態にあってもよい。さらに、アクチュエータ１００は、アクチュエータ１００が、完全膨張状態で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）膨張流体を含有する部分的膨張状態にあってもよい。
【００２４】
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呈し得る。議論を容易にするために、いくつかの方向が、本明細書に定義される。軸方向は、図１Ｂに示されるように、その周囲においてアクチュエータ１００が湾曲する、中心軸を通して通過する。半径方向は、軸方向と垂直方向、すなわち、膨張されたアクチュエータ１００によって形成される部分的円形の半径方向に延在する。円周方向は、膨張されたアクチュエータ１００の円周に沿って延在する。
【００２５】
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付与し得る。例えば、アクチュエータ１００の遠位先端の内側は、中心軸に向かって内向きに力を付与し、これは、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つ以上の付加的アクチュエータ１００と連動して）。ソフトロボットアクチュエータ１００は、使用される材料およびアクチュエータ１００の一般的構造に起因して、膨張されると、比較的に共形性のままであり得る。
【００２６】
アクチュエータ１００は、比較的に軟質または共形性構造を可能にする、１つ以上のエラストマ材料から作製されてもよい。用途に応じて、エラストマ材料は、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てもよい。アクチュエータ１００は、適正製造基準（「ＧＭＰ」）対応設備内で製造されてもよい。
【００２７】
アクチュエータ１００は、実質的に平坦である基部１０２を含んでもよい（但し、種々の修正または付属品が、アクチュエータの把持および／または屈曲能力を改善するために、基部１０２に追加されてもよい）。基部１０２は、標的物体を握持する、把持表面を形成してもよい。
【００２８】
アクチュエータ１００は、１つ以上のアコーディオン状延在部１０４を含んでもよい。アコーディオン状延在部１０４は、アクチュエータ１００が、膨張されると、屈曲または撓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在部１０４は、一連の山１０６と、谷１０８とを含む。アコーディオン状延在部１０４のサイズおよび山１０６および谷１０８の場所は、異なる形状または拡張プロファイルを得るために変動されることができる。
【００２９】
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るものではないことを認識するであろう。アクチュエータ１００の本体の形状、またはアコーディオン状延在部１０４のサイズ、位置、また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。そのうえ、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、リトラクタが、非膨張状態と膨張状態との間の１つ以上の中間サイズまた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、サイズおよび形状が拡張可能となることができ、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に置換することによって、サイズおよび形状が拡張可能となることができる。
【００３０】
アクチュエータ１００は、近位端１１２から遠位端１１０に延在する。近位端１１２は、インターフェース１１４に接続する。インターフェース１１４は、アクチュエータ１００が、ハブまたは他のロボット構成要素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てもよい。インターフェース１１４は、アクチュエータ１００および可撓性管類１１８の一方または両方に解放可能に結合されてもよい。インターフェース１１４は、アクチュエータ１００に接続するためのポートを有してもよい。異なるインターフェース１１４が、より大きいまたはより小さいアクチュエータ、異なる数のアクチュエータ、または異なる構成におけるアクチュエータに適応するために、異なるサイズ、数、または構成のアクチュエータポートを有してもよい。
【００３１】
アクチュエータ１００は、膨張デバイス１２０から可撓性管類１１８等の流体接続を通して供給される膨張流体で膨張されてもよい。インターフェース１１４は、流体がアクチュエータ１００に進入することを可能にするが、流体がアクチュエータから退出することを防止する（弁が開放されない限り）ための弁１１６を含んでもよい、またはそれに取り付けられてもよい。可撓性管類１１８はまた、または代替として、膨張デバイス１２０の場所にお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に取り付けられてもよい。
【００３２】
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、および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、アダプタ接続インターフェース１２２を含んでもよい。アダプ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。
【００３３】
膨張流体は、例えば、空気または生理食塩水であってもよい。空気の場合、膨張デバイス１２０は、周囲空気を供給するための手動式バルブまたは蛇腹部を含んでもよい。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んでもよい。代替として、または加えて、膨張デバイス１２０は、膨張流体を供給するためのコンプレッサまたはポンプを含んでもよい。
【００３４】
膨張デバイス１２０は、膨張流体を供給するための流体供給源１２６を含んでもよい。例えば、流体供給源１２６は、圧縮空気、液化または圧縮二酸化炭素、液化または圧縮窒素、または生理食塩水を貯蔵するためのリザーバであってもよい、または周囲空気を可撓性管類１１８に供給するための、通気孔であってもよい。
【００３５】
膨張デバイス１２０はさらに、膨張流体を流体供給源１２６からアクチュエータ１００に、可撓性管類１１８を通して供給するためのポンプまたはコンプレッサ等の流体送達デバイス１２８を含む。流体送達デバイス１２８は、流体をアクチュエータ１００に供給する、または流体をアクチュエータ１００から引き込むことが可能であってもよい。流体送達デバイス１２８は、電気によって動力供給されてもよい。電気を供給するために、膨張デバイス１２０は、バッテリまたは電気コンセントへのインターフェース等の電力供給源１３０を含んでもよい。
【００３６】
電力供給源１３０はまた、電力を制御デバイス１３２に供給してもよい。制御デバイス１３２は、ユーザが、例えば、１つ以上の作動ボタン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、制御信号を流体送達デバイス１２８に送信し、流体送達デバイス１２８に、膨張流体をアクチュエータ１００に供給させる、または膨張流体をそこから引き込ませるための、コントローラ１３６を含んでもよい。
【００３７】
（ソフトロボットアクチュエータのためのサーボ空気圧制御システム）
例示的実施形態は、ソフトロボットアクチュエータのための制御システムのいくつかの側面を包含する。いくつかの実施形態は、例えば、上記に説明される膨張デバイス１２０の代わりに使用され得る、サーボ空気圧制御システムを提供する。サーボ空気圧制御システムと別個に使用または併用され得る、さらなる実施形態は、アクチュエータおよび／または握持標的を制御および／または監視するために使用されてもよい。
【００３８】
（サーボ空気圧に関する背景）
サーボ空気圧は、比例制御可能な指向性弁を使用し、動的プロセスの高頻度閉ループ制御を遂行する、空気圧式システムの狭小分野を包含する。高応答帯域幅および再現性を要求するが、非常にエネルギー、空間、重量、またはコストが制約される、制御用途では、サーボ空気圧は、従来の電気機械式の線形および回転サーボ機構に類似する性能を提供しながら、比較的に少量の電力を使用することができる。本明細書に説明されるような例示的サーボ空気圧制御システムは、例えば、１ニュートン未満〜数キロニュートン（例えば、０〜２５Ｎ、より好ましくは、０〜１２Ｎ）の、正確に制御可能な印加力、数パスカル〜数メガパスカルの圧力、または外乱および寄生負荷への並外れた耐性を伴う、１ｍｍ以内（またはより好ましくは、０．２５ｍｍ以内、またはさらにより好ましくは、０．１ｍｍ以内）の再現可能な位置をもたらし得る。
【００３９】
サーボ空気圧式システムは、典型的には、１つ以上の低コスト空気圧制御システムアクチュエータ（線形ピストン、ボリュームブースタ、流動制限器、回転式空気圧アクチュエータ、またはより大きいパイロット操作プロセス弁）と、着目誤差信号（線形または回転の絶対位置、圧力、または質量流量）を測定する、フィードバックセンサと、比例指向性制御弁（時として、単に「サーボ空気圧弁」と称される）とから成る。制御弁、付随のセンサ、およびデジタルコントローラは、高価であり得るが、制御システムアクチュエータ自体は、多くの場合、匹敵する電気機械式アクチュエータよりコストおよび複雑性が劇的に低く、有意な摩耗劣化の後、容易に交換または点検されることができる。加えて、空気圧アクチュエータは、すでに、小型形状因子において非常に強い力を送達することが可能であるため、このように設計されるシステムは、数ワットの電力のみを使用する、反応力が数キロニュートンを超過し得る、動的プロセスを制御することができる（比例指向性制御弁内の電気アクチュエータは、異なる流体伝導経路間のすでに非常に加圧されている作用流体を切り換える以外には殆ど何もしないないため）。
【００４０】
比例指向性制御弁は、動作のいくつかの理論のうちの１つ以上のものを採用し得る。これらの方法に共通であるものとして、その位置が続いて、作用流体の比例流率および伝導経路を決定する、二次スプールの位置を正確に制御するための、幾分かより小型の高応答帯域幅の電気アクチュエータの使用が挙げられる。これらの構成は、小型の高周波数圧電またはソレノイドによって動作される「パイロット圧力」弁を使用し、スプールの両端のそれぞれに印加される、パルス幅変調された空気圧パイロット圧力を介して、二次スプール位置を精密に制御してもよい。他の変形例は、電気アクチュエータを使用し、運動の非常に小さい範囲にわたって、極めて正確に二次スプール位置を直接制御する。線形ボイスコイルモータが、本アプローチに関して一般的な選択肢であるが、より遅いサーボモータもまた、採用されてもよい。例示的弁としての典型的動作の説明が、下記の図２に提供される。
【００４１】
図２は、３つの一次動作モードを有する、５／３（５「方向」３「位置」）オールポートブロック（ＡＰＢ）中心位置サーボ空気圧スプール弁２００を描写する。中心部の左右に対するスプールの位置は、前述に議論される電気アクチュエータの使用を通して精密に制御され得る。１つのモードでは、ゼロコマンド入力が受信され、スプールが変位されないとき、ポート１（大部分の用途では「圧力」ポート）に供給される圧縮流体は、任意の他のポートに伝導されることができない。同様に、流体は、印加ポート４および２の内外に伝導されることができない。左側に示されるように、正のコマンド入力が受信されると、スプールは、左側に対してある距離変位され、加圧される流体が、スプール変位の距離、供給された圧力、および開口部のサイズに関連する率で、ポート１とポート２との間を流動することを可能にする。本状態にあるとき、流体はまた、ポート４とポート５との間を流動することが可能である。対向するスプール状態では、負のコマンド入力が受信され、スプールが右側に変位されると、流体は、ポート１とポート４およびポート２とポート３との間で流動し得る。典型的な業界用途では、ポート４および２は、位置センサが装備される標準的な線形空気圧ピストンの対向端部に接続されてもよい。これらの２つの弁の状態の間をコンスタントに交互に入れ替えることによって、ピストンの位置を精密に制御する、閉ループコントローラが、次いで、開発されることができる。
【００４２】
（ソフトロボットアクチュエータの閉ループ状態制御のための例示的サーボ空気圧式システム）
以下の節は、ソフトロボットアクチュエータの高応答帯域幅の閉ループ状態制御を遂行するための２つの技法と、各方法の例示的実施形態を説明する。本議論の目的のために、ソフトロボットアクチュエータの「状態」は、所望される物理的効果に応じて、その瞬間圧力、含有される流体質量、またはアクチュエータ形態として定義され得る。
【００４３】
ソフトロボットアクチュエータは、種々の形成をとり、これは、典型的には、加圧される作用流体の印加によってアクティブ化されると、アクチュエータ構成の湾曲を誘発する、拡張不可能またはあまり拡張可能ではない層と対にされる、拡張可能および／または非折曲層を採用する。「アコーディオン状ソフトアクチュエータ」は、それらの拡張可能な層として、複雑かつ蛇腹状のエラストマ膜を採用し、これは、機械的屈曲を誘発し、操作標的に及ぼす力の印加を生じるのではなく、構成のエラストマ本体を伸展させる方向に向かって指向されるエネルギーの比率を低減させる。本アクチュエータ原型の付加的な利点は、周囲条件に対して正圧の（前方に屈曲させるような）流体および負圧の（後退かつ逆方向に屈曲させるような）流体の両方の印加を通して双方向に状態を変化させるためのその能力である。
【００４４】
アコーディオン状ソフトアクチュエータの状態を完全に制御することが可能であるシステムは、作用流体の供給および排出の両方を行うために、両方の領域（周囲ゲージ圧力の上方および下方）においてシームレスに圧力を生成することが可能でなければならない。１つのそのようなシステムが、以下の実施形態（図３）において検討される。
【００４５】
図３は、適度に加圧される空気の単一の供給を使用し、ソフトアクチュエータまたは複数の接続されるソフトアクチュエータのハブ内の絶対圧力の閉ループ制御を維持する、例示的サーボ空気圧制御システムを描写する。本システムは、サーボ空気圧５／３ＡＰＢ（オールポートブロック中心）スプール弁３０２と、絶対圧力センサ３０４と、真空生成ユニット３０６とから成る。
【００４６】
例示的実施形態は、特定の構成要素を含む特定の装置に関して説明されるが、当業者は、類似の効果が、異なる配列における異なる構成要素を使用して達成され得ることを認識するであろう。例えば、サーボ空気圧５／３ＡＰＢ弁の代わりとして、標準的な５／３スプール弁が、採用されてもよい。５／３サーボ空気圧ボイスコイル駆動弁の代替として、またはそれに加えて、その代わりに、電気機械的サーボモータまたはステッパモータを介してウォームギヤまたはラックアンドピニオンによって駆動されるスプールが、使用されてもよい。同様に、２つの２／２（単一の入／出経路）比例弁が、ある付加的なサイズおよび／または重量および付加的な電力消費を犠牲にするが、両方の弁が同時に完全に開放し得るという利点を伴って使用されてもよい。
【００４７】
本システムは、１つの空気圧入力部３０８、すなわち、ある適度の正のゲージ圧力における空気供給源と、例えば、１つ以上のソフトアクチュエータと、統合ハブとから成るツールに接続され得る、１つの出力部３１０とを有する。出力部、本場合では、一連のアコーディオンタイプのソフトアクチュエータに接続されるツール内の圧力は、システム入力部に供給される部分的真空と圧力との間の絶対範囲内で制御可能である。サーボ空気圧弁は、閉ループ制御システムの一次機械アクチュエータとしての役割を果たし、ポート１において、システム入力部から正圧の空気が供給される。本空気は、制御信号および供給される圧力の大きさに比例した流率で、３つの方向のうちの１つに指向される。
【００４８】
ゼロコマンド入力が供給されると、弁の全てのポートが、遮断され、流体は、システム出力部（ポート４においてサーボ空気圧弁に接続される）内外に交換されない。正のコマンド入力が供給されると、弁のスプールは、システム入力部からの正圧の空気が、システム出力部に向かって（ポート１からポート４に）流動し、それによって、出力部に接続されるアクチュエータまたはアクチュエータのセット内の圧力を、正のコマンド入力に応答したサーボ空気圧弁の変位の大きさ、システム出力部とアクチュエータ自体との間の流体伝導経路内に存在する制限、およびアクチュエータおよびシステムの出力部における流体伝導経路の容積によって決定される率で上昇させることを可能にする方向に、比例して変位される。代替として、負のコマンド入力が供給されると、弁のスプールは、正圧の空気が、真空生成ユニット３０６の入口に向かって（ポート１から、真空生成器の供給ポートに接続される、ポート２に）流動することを可能にする方向に、比例して変位される。
【００４９】
本真空発生器は、「ベンチュリ効果」、すなわち、それによって流体の圧力が、流体がパイプの収縮区分を通して流動するときに低減される、流体動態の現象を使用する。そのような制限される流動が、超臨界的になる（つまり、流体速度が音速を超過する）と、周囲条件より低い流体圧力が、作成され得、ベンチュリ真空発生器３０６の印加ポートに部分的真空を達成する。例示的実施形態では、サーボ空気圧弁は、通常、空気を周囲環境に排出するために使用される、２つのポート（ポート３および５）を特徴とする。弁が、供給ポートにおける空気が弁の１つの特定の出力ポートに向かって流動するように変位されると、対向する出力ポートは、類似する断面積を介して対応する排出ポートに接続される（例えば、ポート１が横断面を介してポート４に接続されると、ポート３が、同じ横断面を介してポート２に接続される）。サーボ空気圧弁の左右の出力ポートの本交互に入れ替わる加圧および排出は、提案される制御システムの空気圧機能を完成させるために活用される。
【００５０】
真空生成ユニット３０６に前述に説明されるような加圧された空気を供給することに加えて、本システムが、負のコマンド入力を提供されると、真空生成ユニット３０６の印加ポートは、同時に、サーボ空気圧弁を通した、システム出力部への流体伝導経路が提供される（ポート５が、ポート４に接続されながら、ポート１が、ポート２に接続されるため）。そのため、負のコマンド状態では、正圧の空気が、サーボ空気圧弁によって受信される負のコマンド入力の大きさに比例する流率で、真空生成ユニットの供給入口を通して流動する一方、部分的真空が、同時に、サーボ空気圧弁によって受信される同一の負のコマンド入力および真空生成ユニットのノズルのサイズまたは仕様に関連する流率でシステム出力部から空気を引き込む、発生器の印加ポートに発生される。
【００５１】
最後に、絶対圧力感知デバイス３０４が、直接またはサイズ調整された小容積を介してのいずれか一方で、システム出力部に接続され、サーボ空気圧弁の動作によって生じられる、望ましくない信号を除去する。システムアクチュエータ（サーボ空気圧弁）への正および負のコマンド入力の効果を変調させることによって、本センサのフィードバックが、いくつかの線形または非線形の補償器のうちの１つに加えて、使用され、所望される絶対圧力設定点を維持する、閉制御ループを作成する。本方法を使用し、帯域幅に応答して５０Ｈｚを超過し、定常状態誤差が、少なくとも−１０．０ｐｓｉ〜９０．０ｐｓｉゲージ圧力の範囲内の０．１ｐｓｉ未満である状態で制御される、ソフトアクチュエータまたは複数のソフトアクチュエータのハブ内の運動プロファイルを達成することが、可能である。
【００５２】
代替制御システムは、体積の変化に対する理想的なガスまたは圧縮不可能な液体の応答を使用し、類似する制御レベルを達成する。そのようなシステムが、図４に描写される。
【００５３】
図４は、適度に加圧された空気の単一の供給を使用し、ソフトアクチュエータまたは複数の接続されるソフトアクチュエータのハブ内に絶対圧力の閉ループ制御を維持する、例示的サーボ空気圧制御システムを描写する。本システムは、サーボ空気圧５／３ＡＰＢ（オールポートブロック中心）スプール弁４０２と、絶対圧力センサ４０４と、複動空気圧シリンダ４０６と、線形位置センサ４０８とから成る。
【００５４】
前述の実施形態と同様に、本システムはまた、ある中程度の正ゲージ圧力の空気の単一供給を使用する。本場合では、サーボ空気圧弁４０２によって指向される加圧された空気が、例えば、あるタイプのピストン駆動線形アクチュエータであり得る、複動空気圧シリンダ４０６の位置を拮抗的に制御するように、より従来の様式で使用される。本実施形態では、本システムは、ツールが本システムから容易に分離可能ではないため、出力ポートを有していない。シリンダのサイズおよびストローク長は、具体的な接続されるボリューム（アクチュエータの数およびハブ内部全体）を駆動するように選択される。二次ピストン４１０、アクチュエータ４１２、およびハブ本体４１４がともに変化されることを可能にする機構の使用を通して、交換可能なツールが、作成され得ることが考えられる。
【００５５】
サーボ空気圧弁４０２および複動シリンダ４０６は、線形位置センサ４０８とともに、線形位置コントローラとして使用され、ミリメートル未満の精度でシリンダのピストンロッドの位置を維持することが可能である、閉ループ制御システムを形成することができる。本線形位置コントローラは、サーボ空気圧に関する典型的な用途である。本実施形態では、線形位置コントローラは、次いで、新規配列で使用され、一般的な「ハブ」４１４によって接続される、ソフトアクチュエータ４１２または一連の複数のソフトアクチュエータの状態を拮抗的に制御する。ソフトアクチュエータ４１２のハブ４１４および内部圧力の制御が、ある形態の変位可能な要素（例えば、二次ピストン４１０、可撓性振動板、または変形可能な閉鎖ブラダ）を位置制御される線形アクチュエータ（例えば、サーボ空気圧によって制御される複動シリンダのピストンロッド４１６）に直接接続することによって達成される。本要素が変位されると、変位可能な要素、ハブ、およびソフトアクチュエータによって作成される閉鎖された容積において変化が生じ、これは、理想的なガスの法則により（例えば、作用流体が空気またはある他の近似する理想的なガスであるとき）、または圧縮不可能な流体の挙動を統制する法則により（例えば、作用流体が、水またはある他の圧縮不可能な流体であるとき）、その閉鎖された容積内の圧力において変化をもたらす。このように、位置制御される線形アクチュエータの位置は、ハブおよびアクチュエータの閉鎖された容積内で影響を及ぼされる具体的かつ非常に再現可能な圧力に対応するであろう。変位可能な要素が前方に駆動される場合、閉鎖されたハブ４１４およびアクチュエータ４１２容積内の圧力は、全体的容積が減少するにつれて、増加するであろう。変位可能な要素が後退される場合、閉鎖された容積内の圧力は、全体的容積が増加するにつれて、減少し、部分的真空になるであろう。これらの２つの状態が、図５に視覚的に描写される。
【００５６】
図５、図５Ａでは、複動シリンダ４０６は、そのより低いポートを加圧し、ピストンロッド４１６上に上向きの力を生じることによって、後退された位置にコマンドされる。本上向きの力は、同一の距離だけ、アクチュエータハブ４１４内の変位可能な要素（例えば、二次ピストン）を引き出し、ハブおよびアクチュエータ内の全体的容積５０２を増大させ、部分的真空を作成し、これは、ひいては、ソフトアクチュエータ４１２を開放する。逆に、図５Ｂでは、複動シリンダ４０６の線形アクチュエータは、その上部ポートへの圧力の印加によって、前方に駆動され、ピストンロッド上に下向きの力を生じる。本下向きの力は、アクチュエータハブ内の変位可能な要素をさらにハブの底部に向かって押動し、ハブおよびアクチュエータ内の全体的容積を減少させ、より高い正圧を作成し、これは、ひいては、ソフトアクチュエータを把持する。
【００５７】
いくつかの要素が、自由に変化され、本システムの性能を増大させてもよい。閉鎖されるハブおよびアクチュエータ容積を形成する変位可能な要素は、その到達距離の長さに加えて再定寸され、生じ得る容積の最大の正または負の変化を増大または減少させてもよい。これは、ツールが制御され得る最大の正ゲージ圧力および最小の真空を変化させる効果を有する。複動シリンダのボア直径もまた、それが所与の圧力における変位可能な要素に付与し得る最大の送達可能力を変化させるように、または、シリンダを所与の力に駆動するために必要とされる圧力を変化させるように改変されてもよい。アクチュエータハブ内部に接続される絶対圧力感知デバイス３０４は、図３にも描写され、動作時の漏出の検出または新しいハブ／アクチュエータタイプの交換または長時間周期の保留される動作の後、対応するアクチュエータ圧力に対する線形アクチュエータ位置の較正を実施するために使用されてもよい。最後に、本制御システムを作成するために使用される、位置制御される線形アクチュエータが、必ずしもサーボ空気圧によって駆動される必要はなく、代わりに、任意の形態の機械的連結または電気機械式線形アクチュエータであり得ることもまた、考えられる。しかしながら、典型的な設計は、数百ニュートンの力の発生を要求しながら、依然として、ロボット用途における産業用のアームツール（ＥＯＡＴ）に一般的である、極めて厳しいサイズ、重量、および電力要件を満たし得る。そのような場合では、空気圧は、多くの場合、小型および軽量アクチュエータ形態因子でそのような高負荷を送達する最良の方法である（サーボ空気圧弁または他の空気圧シリンダ制御回路は、シリンダおよびアクチュエータハブに加えて、ロボットマニピュレータの遠位端にある必要がないため）。
【００５８】
（アクチュエータおよび／または握持標的の運動の制御および監視）
上記で説明される本実施形態は、アクチュエータおよび／または握持標的を制御かつ監視するための下記に説明される技法と個別に使用または併用されてもよい。下記に説明される実施形態は、特に、サーボ空気圧制御システムによって提案される、きめ細かい制御に非常に好適であり得る。
【００５９】
ソフトロボットグリッパが、握持標的物体をその摘取位置からその設置位置に移動するにつれて、本物体が、グリッパの中心から離れるように一時的に偏移され得ることが一般的に観察される。これは、ロボットがグリッパを加速または減速させる度にグリッパの運動に対向するであろう、物体の慣性の結果である。
【００６０】
繊細および／または変形可能な物体を移動させるとき、本揺動は、物体が、グリッパをその摘取位置からその設置位置に急速に平行移動させるロボットに起因して、急激な加速または減速を被る程度を減少させるように作用するため、有益であり得る。物体によって触知される加速または減速の低減は、ひいては、物体への損傷を減少させるように作用する。
【００６１】
本揺動はまた、物体が揺動している場合、物体をグリッパからの解放に応じて正確に設置することが困難になるため、有害であり得る。さらに、揺動は、困難な場合では握持を不安定にし、運転中の間、グリッパに標的物体の保持を喪失させ得る。本問題を解決するための１つの方法は、物体の揺動が停止するまで、グリッパを物体設置場所に待機させることである。効果的ではあるが、本方略は、解放動作の開始を待つ間に費やされる増加される時間を犠牲にする。
【００６２】
揺動を低減させるステップは、ある場合には、設置の正確度および設置の速度を増大させ得る。さらに、揺動を増大させるステップは、ある場合には、繊細な物体を突然の力から保護する役割を果たし得る。したがって、ある時間に揺動を増大または減少させることによって、本揺動挙動を制御することが、有利であり得る。
【００６３】
図６は、グリッパの各アクチュエータへの圧力印加および空気流を制御することによって、物体の揺動を低減させる方法の実施例を示す。図６Ａは、例示的ソフトロボットシステムの種々の部分を描写する。
【００６４】
図６Ｂの左側にあるものは、握持標的を保持する、静置状態のグリッパである。本場合では、両方のアクチュエータが、同一の圧力に膨張され、同一の体積の加圧流体を有する。その結果、アクチュエータは、握持標的上に同一の力を印加する。握持標的上の各アクチュエータからの力が、正反対にあるため、アクチュエータは、把持器内の物体を中心に置くように作用する。図６Ｂの右側では、グリッパが、右側に加速している。握持標的の慣性は、本加速に抵抗するため、それは、ソフトアクチュエータ「Ａ」上に増加される力を印加し、それがソフトアクチュエータ「Ｂ」上に印加する力を減少させる効果を有する。この力印加の変化は、ソフトアクチュエータ「Ａ」を圧縮しながら、ソフトアクチュエータ「Ｂ」が拡張することを可能にする、瞬時の効果を有し、握持標的の正味結果は、グリッパに対して左側に移動することであるであろう。
【００６５】
図６Ｃは、力印加の本瞬時の変化を補償する方法を示す。本実施例では、グリッパは、（１）各個々のアクチュエータに供給された空気の圧力および体積を制御することが可能であり、（２）物体がグリッパの中心から離れるように移動していることを迅速に感知し得る、センサを有し、（３）これらのセンサからのデータに応答して迅速に加圧流体供給を調節することが可能である、空気圧式回路を使用する。
【００６６】
図６Ｃでは、グリッパが右側に加速すると、アクチュエータは、ソフトアクチュエータ「Ａ」内の流体の体積および圧力を増加させ、ソフトアクチュエータ「Ｂ」内の流体の体積および圧力を減少させることによって、補償する。これは、握持標的を右側に押動し、それによって、慣性の効果に対抗し、ひいては、物体をグリッパの中心線の下方の定位置に保つであろう。いくつかの実施形態では、グリッパが、握持標的が握持部の中心から離れて移動しているかどうかを識別するために、ハブ内にセンサ（例えば、レーザエリアセンサ、カメラ、音響距離測定器等）を有する一方、なおも他の実施形態では、本システムが、握持部の中心から離れた偏移する物体の間接的測定値として使用される、各アクチュエータの圧力および体積の変化を迅速に感知し得ることに留意されたい。
【００６７】
上記の方法の逆のものが、揺動を増大させるために使用され得ることに留意されたい。これは、非常に高速の摘取および設置用途において繊細かつ変形可能な物体を保護するために効果的な方法であり得る。
【００６８】
さらに別の実施形態では、圧力および流動制御が、物体を掴むだけではなく、それを移動させるためにも使用される。例えば、１つのアクチュエータ上の圧力が低下する一方、対向するアクチュエータ上の圧力が上昇する場合、握持標的は、平行移動するであろう。これは、これらの是正措置が摘取および設置用途における物体の設置の正確度および精度を改善するために使用され得るシナリオにおいて、物体が解放される直前に握持標的の位置をわずかに補正するために有用であり得る。
【００６９】
さらに別の実施形態では、物体揺動と関連付けられる圧力および流動センサ読み値が、握持検出の手段として、および／または物体が握持部から外に落下したかどうかを決定するために使用される。これは、アクチュエータおよび握持標的の組み合わせがより大きい質量、したがって、アクチュエータ単独のみより大きい慣性を有するため、グリッパが物体を保持していない場合よりもグリッパのアクチュエータが物体を保持している場合に加速および減速の間のアクチュエータ揺動の程度がより高いであろうため、可能である。加えて、所与の用途では、揺動の程度は、握持標的がより重くになるにつれて増加するであろうため、揺動の程度は、圧力および／または流動センサによって測定されるように、握持標的の重量を推測するために使用されることができる。他の可能性の中でもとりわけ、グリッパの測定される加速および握持標的の既知の重量に基づいて揺動プロファイルを予測するために、ロボットグリッパのハブ上に慣性センサを提供する等の、他の技法もまた、または代替として、揺動を決定するために使用されてもよい。
【００７０】
（アクチュエータ加速および減衰の制御）
図７Ａは、グリッパに関する経時的な圧力プロファイルを描写する。本プロットでは、グリッパは、最初に、膨張される状態で提供される。次いで、グリッパのための制御システムは、「把持オフ」コマンドが提供され、これは、グリッパへの真空の印加を開始する。グリッパは、次いで、安定した真空圧に落ち着き、これは、グリッパのアクチュエータを後方に丸まらせ、かつその次の握持標的を掴む準備ができた状態にする。
【００７１】
次いで、グリッパは、その「把持オン」コマンドを受信し、これは、グリッパへの加圧流体の印加を開始する。最後に、グリッパは、それが握持標的を保持することを可能にする、安定した把持圧力を達成する。図７Ａに示されるように、グリッパがその安定した「定常状態」の把持圧力を達成する前に、本システムは、圧力の一連の振動を被る。これは、エラストマソフトアクチュエータおよびその圧縮可能な加圧流体の組み合わせが、減衰不足であるばね質量システムのように挙動するという事実の結果である。結果として、アクチュエータは、アクチュエータのエラストマ壁に印加された応力の急速な振動を被り得る。本効果は、アクチュエータを損傷させ、アクチュエータのための低減される寿命をもたらし得る。そのうえ、アクチュエータは、握持標的の表面から離れるように跳ね返り、および／または安定した把持に落ち着く前に握持標的の表面に印加される力を数回振動させ得る。これは、物体上に把持を得るために要求される時間を延長させ、それによって、高速の摘取および設置用途におけるグリッパの使用を限定し得る。
【００７２】
その結果、これらの振動を最小限にさせることが、重要となる。加圧流体の圧力および／または流率の閉ループ制御を使用することによって、臨界減衰されるシステムのための膨張プロファイルを作成することが、可能となるであろう。図７Ｂに示されるように、これは、膨張の間、アクチュエータの圧力振動を排除し、それによって、アクチュエータ上の動的応力を低減させ、把持速度を改善し得る。また、本臨界減衰される膨張プロファイルは、アクチュエータがそれらの握持標的に接触する直前に減速されることを要求するため、それは、アクチュエータがより少ない瞬時の力を用いて最初の接触を行うであろうため、脆弱な握持標的を保護する利点を有するであろう。いくつかの実施形態では、システム振動を臨界減衰するために要求される動的圧力プロファイルは、サーボ空気圧弁を使用して印加される。さらに他の実施形態では、動的圧力プロファイルは、従来の直動またはパイロットスプール弁のパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を使用して達成され、要求に応じて弁を通した空気流を制限し、それによって、膨張プロファイルの減速を可能にする。
【００７３】
グリッパへの真空の印加に応じて、アクチュエータの振動が存在し、これもまた、加圧流体の圧力および／または流率の閉ループ制御を使用することによって減衰され得ることに留意されたい。本場合では、（１）アクチュエータのエラストマ壁に印加される応力の急速な振動は、真空状態への遷移の間に低減され、これは、アクチュエータへの損傷を低減させることに役立つであろう、および（２）摘取および設置用途の速度は、それが、次の膨張コマンドを与える前に、もはやアクチュエータが真空状態で振動することを停止することを待つ必要がないため、増加される。アクチュエータは、振動を停止させる前に膨張されることができるが、これは、予測不可能な膨張挙動をもたらす。
【００７４】
上記の説明は、ツールへの真空の急速な印加の後の振動に関する。他方では、図７は、真空から所望される把持圧力に膨張するときの、減衰不足の振動を描写する。なお、両方とも、これらの技法を通して軽減されることができる。
【００７５】
（流動ベースの制御）
閉ループ圧力制御システム（例えば、電気空気圧変換器）によって制御されるソフトグリッパが、非常に変形可能な物体（例えば、生地のボール、海綿、熟した無花果等）を把持するとき、物体が、ゆっくりと経時的に変形することが見出されている。これは、アクチュエータからの力が握持標的の表面を変形させ始めると、握持標的からの反応力が低下するため、生じる。それに応答して、アクチュエータは、握持標的の新たに変形された表面に向かって屈曲し、アクチュエータ圧力の瞬時の低下を生じさせるであろう。次いで、閉ループ圧力制御システムは、その現在の圧力設定点コマンドを維持するために、それがアクチュエータにより多くの加圧流体を送達するときの圧力の低下を観察する。加圧流体の本送達は、アクチュエータに再度、握持標的の表面に力を印加させ、変形の別の周期を開始させる。アクチュエータへの加圧流体の流動を感知することが可能であるため、グリッパがその握持標的を変形しており、握持標的の破壊のプロセスを停止することを感知することもまた、可能である。
【００７６】
図８は、閉ループ圧力制御システムを使用して、固体標的と、変形可能な標的とを握持するグリッパに関する、流動プロファイルの比較を描写する。変形可能な標的の場合では、物体上に最初の把持が達成された後に、グリッパへの少量の付加的な空気の流動が存在することが、見られ得る。グリッパ流動応答内の本特有のシグネチャを感知することによって、グリッパへの空気供給を遮断し、それによって、握持標的のさらなる変形を防止するために、弁に信号伝達することが、可能であるべきである。実践では、これは、比較的にゆっくりとした継続的な「クリープ」現象であり、図８は、明確化のために、若干時間的に誇張されていることに留意されたい。
【００７７】
ソフトアクチュエータを構成する材料の剛度は、温度の関数として変化し得る。その結果、一定の圧力に膨張されるソフトアクチュエータの作動の程度もまた、温度の関数として変化するであろう。ソフトロボットグリッパの場合では、これは、所与の圧力に関して、グリッパのアクチュエータが閉鎖する程度もまた、温度の関数として変化するであろうことを意味する。グリッパのアクチュエータが閉鎖される一定の程度を維持することが重要である場合では、流動ベースの制御システムが、グリッパのために実装されてもよい。流動ベースの制御は、材料が等方性であり、その応力／歪みテンソルがアクチュエータの各領域内で同一に比例して偏移すると仮定して、加圧流体の既知の体積がアクチュエータ内に既知の湾曲を発生させるであろうという原理に応じて動作し得る（これらの条件が該当しない状況では、適切な改造が、制御スキームに成され得る）。加圧流体を測定するステップに加え、制御は、追加または除去される流体の質量、最初の質量、印加される圧力に対する体積、および周囲条件（例えば、周囲温度）に基づいてもよい。
【００７８】
本制御システムはまた、アクチュエータの剛度の変動を補償するために使用されることができる。例えば、製造されるエラストマ部品の剛度は、一定に保持することが困難であり得る（例えば、アクチュエータを加工するために使用される材料の機械的特性に、バッチ間変動が、存在し得る）ため、個々のアクチュエータの剛度にわずかな変動が、存在し得る。これらの場合では、流動ベースの制御システムは、再度、アクチュエータが、アクチュエータ剛度のわずかな変化の代わりに、既知の作動の程度を達成することを可能にするために使用されることができる。
【００７９】
（予測保守）
空気圧式構成要素は、通常条件下でのいくつかの動作周期の後、および／またはそれらがそれらの仕様外の条件下で動作される場合（例えば、それらが微粒子を含有する空気と併用される場合、それらが湿気を含んだ空気と併用される場合、それらが昇温状態で動作される場合等）、摩耗を被るであろう。最終的には、これらの使用パターンは、部品故障につながり得る。そのような故障が、生産活動の途中にある自動化された産業環境で生じる場合、本故障は、最低でも、高価な予測されていないシステム中断時間の周期につながり、最悪の場合、安全上の危険を生じさせ得る。ソフトロボットグリッパのコントローラを圧力および／または流動センサと組み合わせることによって、コントローラまたはソフトアクチュエータの差し迫った故障を示す、微妙な症状を観察し、それによって、システムユーザにシステムの保守の必要性の事前通知を与えることが、可能になる。これらの観察はまた、ソフトロボットグリッパまたはソフトロボット制御システム上の摩耗を低減させるためにリアルタイムでシステム動作に成され得る変化を識別し、次いで、これらの変化を実装し、システムの構成要素の寿命を増加させるために使用されてもよい。
【００８０】
例えば、最終的にはアクチュエータの故障につながり得る、ソフトアクチュエータへの小規模な損傷が、識別されてもよい。例えば、ソフトアクチュエータのエラストマまたはプラスチック部品が、互換性のない化学薬品または具体的な波長の光（例えば、紫外線光）に暴露される場合、ポリマーは、劣化し、それらの引張および／または引裂強度等のこれらの材料の機械的特性に変化をもたらし得る。材料物性の本変化は、アクチュエータの材料物性が、顧客用途におけるその動作の過程にわたって変化しているかどうかを査定するために、周期的または継続的にアクチュエータの圧力対流動応答を測定することによって観察され得る。例えば、ソフトアクチュエータ内のエラストマの剛度は、アクチュエータ内の空気圧を徐々に増加させ、圧力の増加毎にアクチュエータの中への空気の流動を測定することによって測定され得る。ここでは、空気圧は、エラストマにかかる負荷であり、アクチュエータの中への空気の流動は、アクチュエータの総内部容積を決定するために使用されることができ、これは、ひいては、アクチュエータの表面に沿った点における歪みを推定するために使用されることができ、これは、ひいては、アクチュエータの表面に沿った点における応力を決定するために使用されることができる。代替として、圧力は、経時的な圧力対流動関係を測定するために、異なる率で上昇かつ下降されることができ、これは、次いで、材料の応答の動的側面を測定するために使用されることができる。いずれの場合でも、材料の応答が経時的に変化すると見出される場合、これは、アクチュエータの故障が差し迫っていることの警告サインであり得る。
【００８１】
さらに、グリッパが膨張するために要求される時間を計測するために、圧力および／または流動センサが、使用されてもよい。本場合では、制御システムが応答するために要求される時間が、制御システムの寿命を超えて増加する場合、これは、加圧流体へのアクセスをゲートする弁のスプールが汚損されていることを示し得る。例えば、微粒子が弁本体内に蓄積している場合、これは、スプールが、スプールと弁本体との間の摩擦に起因して、弁の状態の間を移動し、本システム内の流動および圧力の変化のよりゆっくりとした発現をもたらすためのよりゆっくりとした応答時間として観察され得る。圧力の発現に関する応答時間を測定するための本同一の考えが、グリッパに真空を印加するために使用される、構成要素の健全性を査定するために、真空の発現を測定するように適用され得ることに留意されたい。
【００８２】
なおもさらに、多くの空気圧弁のスプールが、ばねに結合されるため、圧力および／または流動センサが、それがアクティブ化された後、停止するにつれて、スプールの機械的振動を観察するために使用されてもよい。本振動は、本信号の減衰の率の変化が汚損される弁を示し得る、本システム内の圧力および／または流動の減衰される振動として観察されるであろう。例えば、微粒子が弁本体内に蓄積している場合、これは、スプールと弁本体との間の摩擦の結果として、高率で発生する振動の減衰として観察される場合がある。
【００８３】
（アプリケーション内感知）
流動ベースの感知もまた、握持検出の手段として、および握持標的のおおよそのサイズを決定する手段として使用されてもよい。所与の膨張圧力に関して、ソフトグリッパのアクチュエータを作動させるために要求される空気の量は、握持標的による本場合では、アクチュエータの屈曲経路が妨害されるかどうかに依存するであろう。これは、アコーディオン状アクチュエータの屈曲運動が、２つの機構、すなわち、１）圧力下におけるアクチュエータのエラストマの歪み、および２）圧力下におけるアクチュエータの伸展を通して作成され得るという事実に起因する。これらの機構の両方は、アクチュエータが加圧空気または他の膨張流体の流動を受容するときに生じる。これらの２つの機構のうち、伸展機構は、アクチュエータが伸展している経路に沿って（屈曲方向にある）障害物が存在する場合、実質的に妨げられる。その結果、いったんアクチュエータが物体の表面に接触すると、それは、もはや伸展することは可能ではなく、もはや同一の率で内部容積が増加しない。
【００８４】
物体に接触することに応じた膨張流体の流動の本変化は、感知され、グリッパが物体を握持しているかどうかの検出の手段として使用されることができる。本感知スキームはまた、物体のおおよそのサイズを決定するために使用されることができる。物体が大きいほど、それは、グリッパのアクチュエータ間により大きい場所を占め、ひいては、それは、加圧されたときのグリッパのアクチュエータの伸展をさらに妨害するであろう。加えて、本システムはまた、いったん物体が握持部から外に落下すると、アクチュエータは、もはや妨害されず、アクチュエータが屈曲し、内部容積が増加し続けるにつれて、迅速により多くの膨張流体を帯びるであろうため、グリッパが物体を落下しているかどうかを感知してもよい。そのうえ、本感知システムはまた、多くの場合、握持部における偏移もまた、アクチュエータが妨害される程度を変化させるであろうため、物体が握持部において偏移しているかどうかを参照するために使用されることができ、これは、アクチュエータ毎に流動信号として測定されることができる。
【００８５】
１つを上回る膨張可能なチャンバを有するアクチュエータの場合では、本流動ベースの感知システムは、アクチュエータが、物体に損傷をもたらすことなく繊細または変形可能な物体上により共形性の握持を得ることを補助するために使用されることができる。例えば、２つのチャンバ「Ａ」と、「Ｂ」とを有する、屈曲アクチュエータを仮定する。作動過程の間、システムチャンバ「Ａ」は、握持標的と接触するが、「Ｂ」は、接触しない。これは、「Ａ」が、流動の実質的な低減を有するが、「Ｂ」は、空気を帯び続けているように感知されるであろう。本シナリオでは、チャンバ「Ａ」への空気の流動を停止する一方、チャンバ「Ｂ」への空気の流動を継続することが、可能であるであろう。空気は、次いで、チャンバ「Ｂ」が、その空気流もまた停止されるであろう点で握持標的に接触するまで、そのチャンバに流動し続けるであろう。このように、アクチュエータは、ここで、各チャンバが握持標的と接触しているため、より共形性の把持を得ることが可能であるであろう。本概念が、複数のチャンバを伴うアクチュエータまで拡張され得ることに留意されたい。
【００８６】
（衝突感知）
物体とのグリッパの衝突は、アクチュエータの圧力の急激な増加およびアクチュエータから離れるような空気の移動をもたらし得る。したがって、本圧力および流動信号は、衝突検出の手段として使用され得る。本能力は、グリッパが、乱雑な環境内で物体を摘取および／または設置する必要がある用途において有用であり得る。１つのそのような用途は、握持標的を識別するために３Ｄのコンピュータビジョンの補助を用いて、容器内に位置する物体の積み重ねた山から外に、単一の着目物体を摘取するであろう。これらの用途では、容器の単一の３Ｄ走査を使用して容器から複数の物体を摘取することが、有利であるであろう。但し、グリッパは、各摘取の間、容器内の物体と衝突する可能性があるため、容器内の物体は、過去の３Ｄ走査をもはや有効ではないものとして移動するであろう可能性が高い。
【００８７】
例示的実施形態によると、本ロボットシステムは、３Ｄスキャナと、ロボットグリッパとを含んでもよい。スキャナは、最初に、容器等の標的面積を走査し、１つ以上の握持標的を識別してもよい。本システムは、次いで、標的のうちの１つを握持するためのコマンドを受信してもよく、ロボットグリッパは、握持を実行するように命令されてもよい。本システムが、グリッパが、標的物体を握持する前、間、または後に非標的物体と衝突したことを検出する場合（例えば、上記に説明される技法を使用して）、本システムは、スキャナに標的面積を再走査するように命令してもよい。他方では、そのような衝突が検出されない場合、本システムは、容器を再走査することを避けてもよく、以前の走査が、標的物体を識別するために使用され続けてもよい。
【００８８】
（例示的論理）
本明細書に含まれるものは、開示されるアーキテクチャの新規の側面を実施するための例示的方法論を表す、一連のフローチャートおよび論理フローである。説明の単純化の目的のために、本明細書に示される１つ以上の方法論は、例えば、フローチャートまたはフロー図の形態で、一連の動作として図示かつ説明されるが、本方法論が、いくつかの動作は、それによって、本明細書に図示かつ説明されるものと異なる順序でおよび／または他の動作と同時に生じ得るため、動作の順序によって限定されるものではないことを理解かつ認識されたい。例えば、当業者は、本方法論が、代替として、状態図にあるもの等、一連の相互に関連する状態または事象として表され得ることを理解かつ認識するであろう。そのうえ、方法論内に図示される全ての動作が、新規の実装のために要求されるわけではない場合がある。
【００８９】
図９は、例示的実施形態による、グリッパの各アクチュエータへの圧力印加および空気流を制御することによって物体の揺動を制御するための方法を実施するための例示的論理９００を描写する、フローチャートである。
【００９０】
論理フロー９００は、ブロック９０２において、複数のソフトロボットアクチュエータを備えるグリッパを用いて、標的を握持してもよい。例えば、サーボ空気圧弁等の膨張デバイスが、制御信号を受信し、ソフトロボットアクチュエータが膨張するようにグリッパのソフトロボットアクチュエータに膨張流体を提供し、標的物体に接触するように形状を変化させてもよい。図６Ａを参照されたい。制御信号は、コントローラまたは他のコンピューティングデバイスから受信されてもよい。
【００９１】
論理フロー９００は、ブロック９０４において、グリッパの加速を検出してもよい。例えば、センサは、標的物体からのソフトアクチュエータのうちの１つにおける力の増加、およびソフトアクチュエータの別のものにおける力の減少を検出してもよい。代替として、または加えて、加速は、一方のソフトアクチュエータにおける圧縮、および他方のソフトアクチュエータにおける拡張、またはグリッパの中心線（または他の基準点）から離れるような標的物体の移動として検出されてもよい。実施形態は、これらの実施例に限定されるものではない。図６Ｂを参照されたい。
【００９２】
論理フロー９００は、ブロック９０６において、標的上の慣性の効果を補償するために、検出された加速に応答して、複数のソフトロボットアクチュエータの第１のものにおける流体の体積を調節してもよい。例えば、膨張デバイス、例えば、サーボ空気圧弁は、制御信号を受信し、力の増加（すなわち、圧縮）が検出されるソフトロボットアクチュエータへの膨張流体を提供する一方、力の喪失（すなわち、拡張）が検出されるソフトアクチュエータへの膨張流体の量を減少させてもよい。図６Ｃを参照されたい。
【００９３】
図１０は、例示的実施形態による、グリッパにおける振動を制御するための方法を実施するための例示的論理１０００を描写する、フローチャートである。
【００９４】
論理フロー１０００は、ブロック１００２において、命令を受信し、ソフトロボットアクチュエータを作動させてもよい。例えば、サーボ空気圧弁等の膨張デバイスが、制御信号を受信し、ソフトロボットアクチュエータが膨張または別様に作動するように、ソフトロボットアクチュエータに膨張流体を提供してもよい。
【００９５】
論理フロー１０００は、ブロック１００４において、膨張プロファイルにアクセスしてもよい。膨張プロファイルは、握持標的に接触し、減衰効果を提供する直前のソフトロボットアクチュエータの減速を規定してもよい。例えば、サーボ空気圧制御システムのコントローラが、ソフトロボットアクチュエータのためのローカル記憶装置または遠隔記憶装置上に記憶される膨張プロファイルにアクセスしてもよい。臨界減衰される膨張プロファイルは、アクチュエータが握持標的に接触する直前に減速されること、および減速の程度を要求してもよい。
【００９６】
論理フロー１０００は、ブロック１００６において、膨張プロファイルに従って、サーボ空気圧制御システムを使用して、ソフトロボットアクチュエータの膨張を制御してもよい。例えば、コントローラは、サーボ空気圧弁を使用して膨張プロファイルを適用してもよい。さらに他の実施形態では、膨張プロファイルは、従来の直動またはパイロットスプール弁のパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を使用して適用され、要求に応じて、弁を通した空気流を制限し、それによって、膨張プロファイルの減速を可能にする。
【００９７】
図１１は、例示的実施形態による、アプリケーション内感知の方法を実施するための例示的論理１１００を描写する、フローチャートである。
【００９８】
論理フロー１１００は、ブロック１１０２において、膨張流体を用いてソフトロボットアクチュエータを膨張させてもよく、ソフトロボットアクチュエータの内部容積が、増加する。例えば、サーボ空気圧弁等の膨張デバイスが、制御信号を受信し、ソフトロボットアクチュエータが膨張するように、ソフトロボットアクチュエータへの膨張流体を提供してもよい。
【００９９】
論理フロー１１００は、ブロック１００４において、膨張の間、アクチュエータの流動応答を測定してもよい。例えば、アクチュエータ内またはそれに結合される、およびコントローラと連通するセンサが、アクチュエータに進入（または退出）する膨張流体の量、圧力、温度、または他の特性を検出してもよい。
【０１００】
論理フロー１１００は、ブロック１１０６において、膨張の間、膨張流体流の変化を検出してもよく、ブロック１１０８において、検出された変化に従って信号を伝達してもよい。例えば、検出される変化は、内部容積が増加する率の変化を含んでもよく、伝送される信号は、物体がアクチュエータによって握持されていることを示す信号を含んでもよい、また、物体のおおよそのサイズを示してもよい。
【０１０１】
別の実施例では、検出される変化は、（衝突に起因する）アクチュエータの中への膨張流体流の減少を含んでもよく、伝達される信号は、アクチュエータが物体と衝突したことを示してもよい。
【０１０２】
別の実施例では、検出される変化は、最初の膨張の後のアクチュエータの中への膨張流体流の増加を含んでもよく、伝達される信号は、物体がアクチュエータによって落下されたことを示してもよい。
【０１０３】
別の実施例では、（ブロック１１０４における）膨張流体流の変化を検出するステップは、膨張の間、アクチュエータの圧力対流動応答を測定するステップを含んでもよい。圧力対流動応答は、アクチュエータの以前の圧力対流動応答と比較され、経時的な圧力対流動応答の変化を決定してもよい。検出される変化は、圧力対流動応答の変化に基づいて、アクチュエータが損傷される、またはアクチュエータの制御システムの弁が汚損されることを決定するステップを含んでもよい。伝達される信号は、アクチュエータが損傷される、または弁が汚損されることを示す、修復信号を含んでもよい。
【０１０４】
（コンピューティングシステムおよびネットワーク実装）
上記に説明される技法は、非一過性コンピュータ可読媒体上の命令として、またはコンピューティングアーキテクチャの一部として具現化されてもよい。図１２は、前述のような種々の実施形態を実装するために好適な例示的コンピューティングアーキテクチャ１２００の実施形態を図示する。一実施形態では、コンピューティングアーキテクチャ１２００は、コンピュータ１２０１等の電子デバイスを備えてもよい、またはその一部として実装されてもよい。実施形態は、本文脈に限定されるものではない。
【０１０５】
本願で使用されるように、用語「システム」および「コンポーネント」は、ハードウェア、ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせ、ソフトウェア、または実行中のソフトウェアのいずれかのコンピュータ関連エンティティを指すものと意図され、その実施例は、例示的コンピューティングアーキテクチャ１２００によって提供される。例えば、コンポーネントは、限定ではないが、プロセッサ上で起動するプロセス、プロセッサ、ハードディスクドライブ、複数の記憶ドライブ（光学および／または磁気記憶媒体の）、オブジェクト、実行ファイル、実行のスレッド、プログラム、および／またはコンピュータであることができる。例証として、サーバ上で起動するアプリケーションおよびそのサーバは両方とも、コンポーネントであることができる。１つ以上のコンポーネントは、プロセスおよび／または実行のスレッド内に常駐することができ、コンポーネントは、１つのコンピュータ上に局在される、および／または２つ以上のコンピュータ間に分散されることができる。さらに、コンポーネントは、種々のタイプの通信媒体によって相互に通信可能に結合され、動作を協調させてもよい。協調は、情報の一方向または双方向交換を伴ってもよい。例えば、コンポーネントは、通信媒体を経由して通信される信号の形態にある情報を通信してもよい。情報は、種々の信号ラインに配分される信号として実装されることができる。そのような配分では、各メッセージは、信号である。しかしながら、さらなる実施形態は、代替として、データメッセージを採用してもよい。そのようなデータメッセージは、種々の接続を横断して送信されてもよい。例示的接続は、パラレルインターフェース、シリアルインターフェース、およびバスインターフェースを含む。
【０１０６】
コンピューティングアーキテクチャ１２００は、１つ以上のプロセッサ、マルチコアプロセッサ、コプロセッサ、メモリユニット、チップセット、コントローラ、周辺機器、インターフェース、発振器、タイミングデバイス、ビデオカード、オーディオカード、マルチメディア入力／出力（Ｉ／Ｏ）コンポーネント、電力供給源等の種々の共通コンピューティング要素を含む。しかしながら、実施形態は、コンピューティングアーキテクチャ１２００による実装に限定されるものではない。
【０１０７】
図１２に示されるように、コンピューティングアーキテクチャ１２００は、処理ユニット１２０２と、システムメモリ１２０４と、システムバス１２０６とを備える。処理ユニット１２０２は、種々の市販のプロセッサの任意のものであることができ、限定ではないが、ＡＭＤ（Ｒ）Ａｔｈｌｏｎ（Ｒ）、Ｄｕｒｏｎ（Ｒ）、およびＯｐｔｅｒｏｎ（Ｒ）プロセッサ、ＡＲＭ（Ｒ）アプリケーション、内蔵およびセキュアプロセッサ、ＩＢＭ（Ｒ）およびＭｏｔｏｒｏｌａ（Ｒ）ＤｒａｇｏｎＢａｌｌ（Ｒ）、およびＰｏｗｅｒＰＣ（Ｒ）プロセッサ、ＩＢＭおよびＳｏｎｙ（Ｒ）Ｃｅｌｌプロセッサ、Ｉｎｔｅｌ（Ｒ）Ｃｅｌｅｒｏｎ（Ｒ）、Ｃｏｒｅ（２）Ｄｕｏ（Ｒ）、Ｉｔａｎｉｕｍ（Ｒ）、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）、Ｘｅｏｎ（Ｒ）、およびＸＳｃａｌｅ（Ｒ）プロセッサ、および類似プロセッサを含む。デュアルマイクロプロセッサ、マルチコアプロセッサ、および他のマルチプロセッサアーキテクチャもまた、処理ユニット１２０２として採用されてもよい。
【０１０８】
システムバス１２０６は、限定ではないが、システムメモリ１２０４を含む、システムコンポーネントのためのインターフェースを処理ユニット１２０２に提供する。システムバス１２０６は、種々の市販のバスアーキテクチャの任意のものを使用して、メモリバス（メモリコントローラの有無を問わず）、周辺機器用バス、およびローカルバスにさらに相互接続し得る、いくつかのタイプのバス構造の任意のものであることができる。インターフェースアダプタは、スロットアーキテクチャを介して、システムバス１２０６に接続してもよい。例示的スロットアーキテクチャは、限定ではないが、Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｏｒｔ（ＡＧＰ）、Ｃａｒｄ  Ｂｕｓ、（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ）Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（（Ｅ）ＩＳＡ）、Ｍｉｃｒｏ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＭＣＡ）、ＮｕＢｕｓ、Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ）（ＰＣＩ（Ｘ））、ＰＣＩ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｃａｒｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＰＣＭＣＩＡ）、および同等物を含んでもよい。
【０１０９】
コンピューティングアーキテクチャ１２００は、種々の製造品を備えてもよい、または実装してもよい。製造品は、論理を記憶するためのコンピュータ可読記憶媒体を備えてもよい。コンピュータ可読記憶媒体の実施例は、電子データを記憶可能な任意の有形媒体を含んでもよく、揮発性メモリまたは不揮発性メモリ、リムーバブルまたは非リムーバブルメモリ、消去可能または非消去可能メモリ、書込可能または再書込可能メモリ等を含む。論理の実施例は、ソースコード、コンパイルコード、解釈済コード、実行可能コード、静的コード、動的コード、オブジェクト指向コード、視覚的コード、および同等物等の任意の好適なタイプのコードを使用して実装される、実行可能コンピュータプログラム命令を含んでもよい。実施形態はまた、少なくとも部分的に、非一過性コンピュータ可読媒体内または上に含有される、命令として実装されてもよく、これは、１つ以上のプロセッサによって読み取られ、実行され、本明細書に説明される動作の実施を可能にしてもよい。
【０１１０】
システムメモリ１２０４は、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、動的ＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、Ｄｏｕｂｌｅ−Ｄａｔａ−Ｒａｔｅ  ＤＲＡＭ（ＤＤＲＡＭ）、同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、静的ＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、強誘電性ポリマーメモリ等のポリマーメモリ、オボニックメモリ、位相変化または強誘電体メモリ、シリコン−酸化物−窒化物−酸化物−シリコン（ＳＯＮＯＳ）メモリ、磁気または光学カード、Ｒｅｄｕｎｄａｎｔ  Ａｒｒａｙｓ  ｏｆ  Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｄｉｓｋｓ（ＲＡＩＤ）ドライブ等のデバイスのアレイ、ソリッドステートメモリデバイス（例えば、ＵＳＢメモリ、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、および情報を記憶するために好適な任意の他のタイプの記憶媒体等、１つ以上のより高速のメモリユニットの形態にある、種々のタイプのコンピュータ可読記憶媒体を含んでもよい。図１２に示される図示される実施形態では、システムメモリ１２０４は、不揮発性メモリ１２０８および／または揮発性メモリ１２１０を含むことができる。基本入力／出力システム（ＢＩＯＳ）は、不揮発性メモリ１２０８内に記憶されることができる。
【０１１１】
コンピューティングアーキテクチャ１２００は、１つ以上のより低速のメモリユニットの形態にある、種々のタイプのコンピュータ可読記憶媒体を含んでもよく、内部（または外部）ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１２１２ａ、１２１２ｂと、リムーバブル磁気ディスク１２１６から読み取る、またはそこに書き込むための、磁気フロッピー（登録商標）ディスクドライブ（ＦＤＤ）１２１４と、リムーバブル光ディスク１２２０（例えば、ＣＤ−ＲＯＭまたはＤＶＤ）から読み取る、またはそこに書き込むための、光ディスクドライブ１２１８とを含む。ＨＤＤ１２１２、ＦＤＤ１２１４、および光ディスクドライブ１２２０は、それぞれ、ＨＤＤインターフェース１２２２、ＦＤＤインターフェース１２２４、および光学ドライブインターフェース１２２６によって、システムバス１２０６に接続されることができる。外部ドライブ実装のためのＨＤＤインターフェース１２２２は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）およびＩＥＥＥ６９４インターフェース技術の少なくとも一方または両方を含むことができる。
【０１１２】
ドライブおよび関連付けられたコンピュータ可読媒体は、データ、データ構造、コンピュータ実行可能命令等の揮発性および／または不揮発性記憶装置を提供する。例えば、いくつかのプログラムモジュールは、オペレーティングシステム１２２８と、１つ以上のアプリケーションプログラム１２３０と、他のプログラムモジュール１２３２と、プログラムデータ１２３４とを含む、ドライブおよびメモリユニット１２０８、１２１２内に記憶されることができる。一実施形態では、１つ以上のアプリケーションプログラム１２３０、他のプログラムモジュール１２３２、およびプログラムデータ１２３４は、例えば、通信システム５００の種々のアプリケーションおよび／またはコンポーネントを含むことができる。
【０１１３】
ユーザは、１つ以上の有線／無線入力デバイス、例えば、キーボード１２３６およびマウス１２３８等のポインティングデバイスを通して、コマンドおよび情報をコンピュータ１２０１の中に打ち込むことができる。他の入力デバイスは、マイクロホン、赤外線（ＩＲ）遠隔制御、無線周波数（ＲＦ）遠隔制御、ゲームパッド、スタイラスペン、カードリーダ、ドングル、指紋読取機、グローブ、グラフィックタブレット、ジョイスティック、キーボード、網膜読取機、タッチスクリーン（例えば、容量性、抵抗性等）、トラックボール、トラックパッド、センサ、スタイラス、および同等物を含んでもよい。これらおよび他の入力デバイスは、多くの場合、システムバス１２０６に結合される、入力デバイスインターフェース１２４０を通して、処理ユニット１２０２に接続されるが、パラレルポート、ＩＥＥＥ６９４シリアルポート、ゲームポート、ＵＳＢポート、ＩＲインターフェース等の他のインターフェースによっても接続されることができる。
【０１１４】
モニタ１２４２または他のタイプのディスプレイデバイスもまた、ビデオアダプタ１２４４等のインターフェースを介して、システムバス１２０６に接続される。モニタ１２４２は、コンピュータ１２０１の内部または外部にあってもよい。モニタ１２４２に加え、コンピュータは、典型的には、スピーカ、プリンタ等の他の周辺出力デバイスを含む。
【０１１５】
コンピュータ１２０１は、遠隔コンピュータ１２４４等の１つ以上の遠隔コンピュータへの有線および／または無線通信を介した論理接続を使用して、ネットワーク化された環境内で動作してもよい。遠隔コンピュータ１２４４は、ワークステーション、サーバコンピュータ、ルータ、パーソナルコンピュータ、ポータブルコンピュータ、マイクロプロセッサベースのエンターテインメント装置、ピアデバイス、または他の共通ネットワークノードであることができ、典型的には、コンピュータ１２０１に関して説明される要素の多くまたは全てを含むが、簡潔化の目的のために、メモリ／記憶デバイス１２４６のみが、図示される。描写される論理接続は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１２４８および／またはより大きいネットワーク、例えば、広域ネットワーク（ＷＡＮ）１２５０への有線／無線コネクティビティを含む。そのようなＬＡＮおよびＷＡＮネットワーキング環境は、オフィスおよび企業において一般的であって、イントラネット等の企業全体のコンピュータネットワークを促進し、その全ては、グローバル通信ネットワーク、例えば、インターネットに接続してもよい。
【０１１６】
ＬＡＮネットワーキング環境内で使用されるとき、コンピュータ１２０１は、有線および／または無線通信ネットワークインターフェースまたはアダプタ１２５２を通して、ＬＡＮ１２４８に接続される。アダプタ１２５２は、ＬＡＮ１２４８への有線および／または無線通信を促進することができ、これはまた、アダプタ１２５２の無線機能性と通信するためにその上に配置される無線アクセスポイントを含んでもよい。
【０１１７】
ＷＡＮネットワーキング環境内で使用されるとき、コンピュータ１２０１は、モデム１２５４を含むことができる、またはＷＡＮ１２５０上の通信サーバに接続される、またはインターネットを経由して等、ＷＡＮ１２５０を経由して通信を確立するための他の手段を有する。内部または外部にあって、有線および／または無線デバイスであり得る、モデム１２５４は、入力デバイスインターフェース１２４０を介して、システムバス１２０６に接続する。ネットワーク化された環境では、コンピュータ１２０１またはその一部に関して描写されるプログラムモジュールが、遠隔メモリ／記憶デバイス１２４６内に記憶されることができる。示されるネットワーク接続は、例示的であって、通信リンクをコンピュータ間に確立する他の手段もまた、使用され得ることを理解されたい。
【０１１８】
コンピュータ１２０１は、無線通信内に動作可能に配置される無線デバイス等のＩＥＥＥ８０２規格群（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１３無線変調技法）を使用して、有線および無線デバイスまたはエンティティと通信するように動作可能である。これは、とりわけ、少なくともＷｉ−Ｆｉ（またはＷｉｒｅｌｅｓｓ  Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）、ＷｉＭａｘ、およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）無線技術を含む。したがって、通信は、従来のネットワークと同様の所定の構造、または単に、少なくとも２つのデバイス間のアドホック通信であることができる。Ｗｉ−Ｆｉネットワークは、ＩＥＥＥ８０２．１３ｘ（ａ、ｂ、ｇ、ｎ等）と呼ばれる無線技術を使用し、セキュアで信頼性のある高速無線コネクティビティを提供する。Ｗｉ−Ｆｉネットワークは、コンピュータを相互に、インターネットに、および有線ネットワーク（ＩＥＥＥ８０２．３関連媒体および機能を使用する）に接続するために使用されることができる。
【０１１９】
図１３は、前述のような種々の実施形態を実装するために好適な例示的通信アーキテクチャ１３００を描写するブロック図である。通信アーキテクチャ１３００は、送信機、受信機、送受信機、無線、ネットワークインターフェース、ベースバンドプロセッサ、アンテナ、増幅器、フィルタ、電力供給源等の種々の一般的通信要素を含む。しかしながら、実施形態は、通信アーキテクチャ１３００による実装に限定されるものではない。
【０１２０】
図１３に示されるように、通信アーキテクチャ１３００は、１つ以上のクライアント１３０２と、サーバ１３０４とを含む。クライアント１３０２およびサーバ１３０４は、クッキーおよび／または関連付けられたコンテキスト情報等の情報を個別のクライアント１３０２およびサーバ１３０４にローカルに記憶するために採用され得る、１つ以上の個別のクライアントデータ記憶装置１３０６と、サーバデータ記憶装置１３０８とに動作可能に接続される。
【０１２１】
クライアント１３０２およびサーバ１３０４は、通信フレームワーク１３１０を使用して、相互間で情報を通信してもよい。通信フレームワーク１３１０は、任意の周知の通信技法およびプロトコルを実装してもよい。通信フレームワーク１３１０は、パケット交換ネットワーク（例えば、インターネット等のパブリックネットワーク、企業イントラネット等のプライベートネットワーク等）、回路交換ネットワーク（例えば、公衆交換電話網）、またはパケット交換ネットワークおよび回路交換ネットワークの組み合わせ（好適なゲートウェイおよびトランスレータを伴う）として実装されてもよい。
【０１２２】
通信フレームワーク１３１０は、通信ネットワークを承認、通信、および接続するために配列される、種々のネットワークインターフェースを実装してもよい。ネットワークインターフェースは、入力出力インターフェースの特殊形態と見なされ得る。ネットワークインターフェースは、限定ではないが、直接接続、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）（例えば、シック、シン、ツイストペア１０／１００／１０００ベースＴ、および同等物）、トークンリング、無線ネットワークインターフェース、セルラーネットワークインターフェース、ＩＥＥＥ８０２．８ａ−ｘネットワークインターフェース、ＩＥＥＥ８０２．１６ネットワークインターフェース、ＩＥＥＥ８０２．２０ネットワークインターフェース、および同等物を含む、接続プロトコルを採用してもよい。さらに、複数のネットワークインターフェースが、種々の通信ネットワークタイプと連動するように使用されてもよい。例えば、複数のネットワークインターフェースは、ブロードキャスト、マルチキャスト、およびユニキャストネットワークを経由した通信を可能にするために採用されてもよい。処理要件が、より大きな量の速度および容量を必要とする場合、分散型ネットワークコントローラアーキテクチャも、同様に、採用され、クライアント１３０２およびサーバ１３０４によって要求される通信帯域幅をプールし、負荷分散し、そして別様に増加させてもよい。通信ネットワークは、有線および／または無線ネットワークの任意の１つおよび組み合わせであってもよく、限定ではないが、直接相互接続、セキュリティ保護されたカスタム接続、プライベートネットワーク（例えば、企業イントラネット）、パブリックネットワーク（例えば、インターネット）、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）、都市規模ネットワーク（ＭＡＮ）、Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｍｉｓｓｉｏｎｓ  ａｓ  Ｎｏｄｅ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ（ＯＭＮＩ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、無線ネットワーク、セルラーネットワーク、および他の通信ネットワークを含む。
結論
【０１２３】
上記に説明される技法のいずれかまたは全ては、非一過性コンピュータ可読媒体上に記憶される好適な論理によって実装されてもよい。１つ以上のプロセッサによって実行されると、論理は、プロセッサに、上記に識別された技法を実施させてもよい。論理は、完全または部分的に、ハードウェア内に実装されてもよい。論理は、ソフトロボットアクチュエータおよび／またはグリッパ配列において１つ以上のアクチュエータを採用するソフトロボットシステムの作動、作動解除、移動、位置等を制御するためのコントローラの一部として含まれてもよい。
【図１Ａ】
2020512203.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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