ロボットシステムであって、テンドンにより駆動されるロボットフィンガと、前記フィンガにおいて張力センサが利用可能かどうかを決定するように構成される制御システムと、を有し、前記制御システムは、選択的に、張力センサが張力値を測定するために前記フィンガ内において利用可能であるとき、力ベース制御法則を介して、また、張力センサが張力値を測定するために前記フィンガ内において利用可能でないとき、位置ベース制御法則を介して、前記フィンガを制御する、ロボットシステム。請求項1に記載のロボットシステムであって、さらに、複数のテンドンを有し、各テンドンは対応する張力センサを有し、前記制御システムは、前記張力センサの全てが利用可能であるときに力ベース制御法則を介して、また、前記張力センサの全てが利用可能でないときに位置ベース制御法則を介して、選択的に前記フィンガを制御するように構成される、ロボットシステム。請求項2に記載のロボットシステムであって、前記制御システムはさらに、前記張力センサのいくつかだけが利用可能であるときに、選択的に前記位置ベース制御法則にコンプライアンス値を注入するように構成される、ロボットシステム。請求項3に記載のロボットシステムであって、前記コンプライアンス値は、前記テンドンの1つの望ましい張力と実際の張力との間の差分として定義される張力エラーの関数である、ロボットシステム。請求項1に記載のロボットシステムであって、さらに、前記テンドンを移動させるためのアクチュエータを有し、前記制御システムは2階層構造または階級構造を使用し、前記2階層構造において、ジョイントコントローラが上位の制御ループを形成し、アクチュエータコントローラが下位の制御ループを形成し、前記ジョイントコントローラは、力ベース制御法則および位置ベース制御法則を実行し、前記ロボットフィンガのジョイントの力および位置をそれぞれ制御するように構成され、前記アクチュエータコントローラは、位置ベース制御法則のみを実行し、前記アクチュエータの位置を制御するように構成される、ロボットシステム。請求項5に記載のロボットシステムであって、前記アクチュエータのために任意の命令される、前記アクチュエータコントローラに送られるアクチュエータ位置は、前記フィンガの範囲空間に制限される、ロボットシステム。請求項1に記載のロボットシステムであって、さらに、複数のフィンガを備えるハンドを有し、各フィンガは複数のテンドンを備え、各テンドンは対応する張力センサを備え、各フィンガは、独立に制御されるフィンガにおける利用可能な張力センサの数に依存して、他のフィンガに対して独立に制御可能である、ロボットシステム。請求項1に記載のロボットシステムであって、さらに、テンドンを移動させるためのアクチュエータを有し、前記制御システムは、下位および上位の制御ループを備える2階層構造を用い、前記下位の制御ループは、前記フィンガのアクチュエータ位置を動的にサーボし、前記フィンガが、前記フィンガのテンドンマップマトリックスの零空間内の運動に抵抗することを可能にし、一方で、前記テンドン上の初期の内部張力を名目的に維持する、ロボットシステム。テンドンにより駆動されるロボットフィンガのための制御システムであって、前記制御システムは、ホストマシンと、非揮発性のコンピュータで読み取り可能な媒体と、を有し、前記媒体上に、前記フィンガを制御するための2階層制御構造を提供する制御プロセスが記憶され、前記ホストマシンは、前記制御プロセスを実行し、張力値を測定するのに好適な前記フィンガ内の張力センサの利用可能性を決定し、前記張力センサが張力値を測定するのに利用可能であるときは力ベース制御法則を介して、前記張力センサが張力値を測定するのに利用可能でないときは位置ベース制御法則を介して前記フィンガを選択的に制御する、制御システム。請求項9に記載の制御システムであって、前記フィンガは複数のテンドンを含み、各テンドンは対応する張力センサを備え、前記ホストマシンは、前記フィンガ内の複数の張力センサの全てが利用可能であるときに力ベース制御法則を介して、また、前記複数の張力センサの全てが利用可能でないときに位置ベース制御法則を介して、前記フィンガを選択的に制御するように構成される、制御システム。請求項10に記載の制御システムであって、前記ホストマシンは、さらに、前記張力センサのいくつかだけが利用可能であるときに、選択的に前記位置ベース制御法則にコンプライアンス値を注入するように構成される、制御システム。請求項11に記載の制御システムであって、前記コンプライアンス値は、前記ホストマシンにより前記テンドンの1つの望ましい張力と実際の張力との間の差として決定される張力エラーの関数である、制御システム。請求項9に記載の制御システムであって、さらに、テンドンを移動させるためのアクチュエータを有し、前記ホストマシンは、2階層構造または階級構造においてジョイントコントローラおよびアクチュエータコントローラを含み、前記ジョイントコントローラは、前記2階層構造の上位の制御ループにおいて力ベース制御法則および位置ベース制御法則を実行し、前記ロボットフィンガの力およびジョイントの位置をそれぞれ制御するように構成され、前記アクチュエータコントローラは、前記2階層構造の下位の制御ループにおいて位置ベース制御法則のみを実行し、前記アクチュエータの位置を制御するように構成される、制御システム。請求項9に記載の制御システムであって、さらに、複数のフィンガを備えるハンドを有し、各フィンガは複数のテンドンを備え、各テンドンは対応する張力センサを備え、各フィンガは、独立に制御されるフィンガ内の利用可能な張力センサの数に依存して、他のフィンガに対して独立に制御可能である、制御システム。ロボットシステム内のテンドン駆動フィンガを制御する方法であって、前記方法は、テンドンの張力値を測定するための張力センサの利用可能性を決定するステップと、前記張力センサが張力値を測定するのに利用可能であるときは力ベース制御法則を用いて、また、前記張力センサが張力値を測定するのに利用可能でないときは位置ベース制御法則を使用して、前記フィンガを制御システムを介して選択的に制御するステップと、を有する、方法。請求項15に記載の方法であって、前記フィンガは複数のテンドンを備え、各テンドンは対応する張力センサを備え、前記方法はさらに、前記張力センサの全てが利用可能であるときは力ベース制御法則を介して、また、前記張力センサの全てが利用可能でないときは位置ベース制御法則を介して、前記フィンガを制御するステップを有する、方法。請求項16に記載の方法であって、前記張力センサのいくつかだけが利用可能であるときは、選択的に位置ベース制御法則にコンプライアンス値を注入するステップを有する、方法。請求項17に記載の方法であって、張力エラーの関数としてコンプライアンスを計算するステップを有し、前記張力エラーは、前記テンドンの1つの望ましい張力と実際の張力との間の差として決定される、方法。請求項16に記載の方法であって、前記ロボットシステムは、前記テンドンを移動させるためのアクチュエータを含み、前記方法はさらに、力ベース制御法則および位置ベース制御法則を実行するためにジョイントコントローラを使用し、2階層構造または階級構造の上位の制御ループにおいて前記フィンガのジョイントの力および位置をそれぞれ制御し、位置ベース制御法則のみを実行するためにアクチュエータコントローラを使用し、前記2階層構造の下位の制御ループにおいて前記アクチュエータの位置を制御する、方法。請求項19に記載の方法であって、さらに、前記テンドンを移動させるためのアクチュエータを有し、前記制御システムは2階層構造または階級構造を使用し、前記2階層構造において、ジョイントコントローラが上位の制御ループを形成し、アクチュエータコントローラが下位の制御ループを形成し、前記ジョイントコントローラは、力ベース制御法則および位置ベース制御法則を実行し、前記ロボットフィンガのジョイントの力および位置をそれぞれ制御するように構成され、前記アクチュエータコントローラは、位置ベース制御法則のみを実行し、前記アクチュエータの位置を制御するように構成され、前記アクチュエータコントローラに送られるアクチュエータの任意の命令されるアクチュエータ位置は、前記フィンガの範囲空間に制限される、方法。0004器用なロボットは、装置またはシステム、特に人間の使用のために設計されたもの、すなわち適正な動作に人間のようなレベルの器用さが必要とされる装置、との直接的な相互作用が必要な場合に用いることができる。器用なロボットの使用は、人間のオペレータとの直接的な相互作用が必要とされる場合に望ましいことがあり、ロボットの動作は、人間の動作に類似するようにプログラムすることができる。そのようなロボットは、テンドン腱を用い遠隔的に駆動することができる複数のフィンガを含むことがあり、ロボットの総サイズおよび重量を減少させる。そのようなテンドンは、校正された張力レベルで常に張られている必要がある。0005したがって、器用なロボットのテンドン駆動フィンガを制御するための制御システムおよび方法が本稿に開示される。本制御システムは、本稿で開示される方法を実行することにより、フィンガが環境内において安全に物体に接触することができ、一方で、劣化したセンサ条件下でフィンガの動作を可能にするように、フィンガにおける動的なコンプライアンスを達成できる。これは、可撓性の2つの階層状の制御構造により達成され、ここで、上位の制御ループは、与えられたフィンガのために力ベースまたは位置ベースの制御法則を採用する。位置ベース制御法則は、制御する任意のテンドンのために動的なコンプライアンスを選択的に統合することができる。0006フィンガ内の多数の張力センサの全て、またはいくつか、あるいはいずれでもないかに依存して選択される制御法則が与えられた実行の間に利用可能である。典型的には、テンドン駆動フィンガの制御法則は、テンドンの内部張力を維持するために張力フィードバックを必要とする。ここで示される位置決め制御法則は、通常、本明細書で説明される範囲-空間強制を備える2つの階層状の制御構造を実行することにより、内部張力を維持する。0007ここで用いられる力ベース制御法則および位置ベース制御法則との用語は、当業界で理解されているように、それぞれ力または位置命令およびフィードバック信号に基づくロボットの制御をいう。フレキシブルな制御スキームは、フィンガに特有であり、すなわち、与えられたロボットハンドの様々なテンドン駆動フィンガは、異なる制御法則を備えることができ、互いにフィンガに対して任意の瞬間にそのフィンガを動作させる。0008特に、ロボットシステムは、テンドンにより駆動されるロボットフィンガ、張力センサ、および制御システムを含む。テンドンはアクチュエータにより制御される。制御システムは、張力値を測定するために張力センサが利用可能であるとき、力ベース制御法則を介して選択的にフィンガを制御し、また、張力センサが利用可能でないときに位置ベース制御法則を介して制御される。0009複数のテンドンを使用することができ、それぞれは対応する張力センサを備える。制御システムは、いくつかの張力センサだけが利用可能であるときに、位置ベース制御法則にコンプライアンス値を選択的に注入することができる。コンプライアンス値は、張力誤差の関数とすることができ、誤差は1つのテンドンの望ましい張力と実際の張力との間の差分として決定することができる。0010テンドンにより駆動されるロボットフィンガの制御法則は、張力センサおよびホストマシンを含む。張力センサは、テンドンの張力値を測定するように位置決めされ、ホストマシンは、張力値の測定のために張力センサが利用可能かを決定するように構成される。追加的に、ホストマシンは、張力値の測定のための張力センサが利用可能であるときに力ベース制御法則を介してフィンガを選択的に制御するように、また、張力値を測定するために張力センサが利用可能でないときに位置ベース制御法則を介してフィンガを選択的に制御するように構成される。0011また、ロボットシステム内のテンドン駆動フィンガを制御するための方法が提供される。この方法は、テンドンの張力値を測定するために張力センサが利用可能かどうかを決定することを含み、制御システムを介してフィンガを選択的に制御することを含み、制御システムは、張力値を測定するために張力センサが利用可能であるときに力ベース制御法則を使用し、また、張力値を測定するために張力センサが利用可能でないときに位置ベース制御法則を使用する。0012本発明の上述の特徴、利点、および他の特徴、利点は、添付図面とともに本発明を実行するための詳細な説明を参照することで容易に明らかとなる。0019図面を参照すると、いくつかの図面を通じて同様の符号は同一または同様の要素を示す。図1を参照すると、ロボットシステム10が示されており、これは、器用なロボット11および制御システム12を含む。ロボット11は、様々なマニピュレータを含み、複数のテンドン駆動フィンガ14を含む。ロボット11の制御システム12は、2階層制御序列または構造を介して動作する。ここで用いられる2階層twotierとの語は、ジョイントコントローラ80として図1に示される第1または上位の層の制御コントローラが、図1にアクチュエータコントローラ90として示される第2または下位の制御法則またはコントローラよりも高位の序列レベルで動作することを意味する。コントローラ80、90は、2つの異なるプロセッサおよび関連するハードウェア装置として実装することができ、または代替的に、各々が単一のまたは分散型のハードウェア装置に内在する、ネストされたソフトウェアベースの制御ループとして実装することができ、1つまたは複数のプロセッサにより自動的に実行される。0020ジョイントコントローラ80は、様々なフィンガジョイント図4参照の位置を制御するために、高次のループにおいて力ベースまたは位置ベースの制御法則を使用し、これに依存して制御法則が選択される。制御システムによる具体的な制御法則の選択は、張力センサ58図3参照の利用可能性に基づき、張力センサ58は利用可能であり、すなわち与えられたフィンガ14においてオンラインおよび完全に機能的である。アクチュエータコントローラ90は、与えられたフィンガ14のテンドン50の位置を制御するために、下位のループにおいて位置ベース制御を使用する。0021図1の制御システムは、図3に示されるテンドン50上の十分な張力を自動的に維持する。典型的には、力ベース制御法則は、閉鎖ループ力フィードバックなどを介してテンドンの張力を規制するために用いられる。しかし、張力を測定するのに用いられる物理センサは、最適なロバスト性より劣ることがある。結果として、ロボット11のフィンガ14内にまたはそれに沿って位置決めされる張力センサのいくつかまたは全ては、特定の瞬間に使用することができるか、または使用できないことがある。それゆえ、制御システム12は、ジョイントおよびアクチュエータ80、90をそれぞれ使用して各フィンガ14を、以下で説明される選択的なコンプライアンスとともにまたはそれ無しに力または位置の制御法則により自動的にまた個別的に制御する。ジョイントコントローラ80内で、適用される具体的な制御法則、すなわち力または位置の制御法則は、与えられたフィンガ14のために利用可能な張力センサの数に依存するように選択される。00221つの可能な実施形態において、図1に示されるロボット11は、人間のような外観となるように、また、与えられた作業課題を完成させるのに必要な程度に人間のようなレベルの器用さを備えるように構成することができる。人間型ロボットまたは他の器用なロボットは、人間の使用のために特別に設計された装置またはシステム、たとえば物体30を適切に操作するために人間のようなレベルの器用さが必要とされる任意の装置、と直接的な接触が必要とされる場面で使用することができる。ロボットの動作を人間の動作に近似するようにプログラムすることができるので、図1に示されるロボット11のような人間型ロボットの使用は、ロボットと人間のオペレータとの直接的な相互作用が必要とされる場面で好ましいことがある。ロボット11のフィンガ14は、ロボットが物体30に作用する任意の操作または作業課題の実行の間に制御信号55を介して、コントロールシステム12のハードウェアコンポーネントにより直接的に制御される。コントロールシステム12は、たとえば、ホストマシン、サーバ、またはそのような装置のネットワークである。0023図1に示されるロボット11は、複数の自由度DOFで、自動化される課題を実行するようにプログラムすることができ、また、他の相互に作用する課題を実行するように、または、たとえばクランプ、照明、リレーなどの他の統合されるシステム部品を制御するようにプログラムすることができる。可能な一実施形態によれば、ロボット11は、複数の、独立または相互依存した、移動可能なアクチュエータ駆動のロボットジョイントを備えることができ、これらのいくつかは運動範囲が重なる。フィンガ14の節を分離および移動させる様々なジョイント23に加えて、ロボット11のロボットジョイントは、肩ジョイントを含むことができ、この位置は図1において矢印3で全体的に示されおり、また、肘ジョイント矢印15、手首ジョイント矢印17、首ジョイント矢印19、腰ジョイント矢印21を含むことができる。0024図1を参照すると、各ロボットジョイントは、1以上のDOFを備えることができる。たとえば、肩ジョイント矢印13および肘ジョイント矢印15のようなある従順なジョイントは、ピッチおよびロールの形態で少なくとも2の自由度を備えることができる。同様に、首ジョイント矢印19は、少なくとも3の自由度を備えることができ、腰ジョイント矢印21および手首ジョイント矢印17は、1以上の自由度を備えることができる。作業の複雑さに依存して、ロボット11は、42を超えるDOFで運動することができる。各ロボットジョイントは、1つ以上のアクチュエータを含み、また内部的にそれに駆動され、たとえば、ジョイントモータ、線形アクチュエータ、回転アクチュエータ等を含む。00251つの可能な実施形態において、ロボット11は、図2に示される下腕アセンブリ75を含むことができる。他の実施形態において、ロボット11は、ヘッド16、トルソ18、ウェスト20、アーム22、ハンド24、フィンガ14、および対向する親指26のような追加的な人間のような要素を含むことができ、上述の様々なジョイントは、これらの要素の中または間に配置される。人間のように、アーム22、および他の要素は、ある程度運動の範囲が重なることができる。ロボット11は、作業に好適な固定部またはベース図示せずを含むことができ、たとえば、ロボットの用途または意図している使用に応じて脚部、トレド、または他の移動可能なまたは固定のベースなどである。電力供給部28は、ロボット11に一体的に取り付けることができ、たとえば、充電可能なバッテリパックまたは他の任意のエネルギー供給部を、トルソ18の背面に装着することができ、あるいは、テザリングケーブを通して遠隔的に取り付けられ、様々なジョイントの運動のために十分な電気エネルギーを供給することができる。0026制御システム12およびその各コントローラ80、90は、上述したように、サーバまたはホストマシン、すなわち1つまたは複数のディジタルコンピュータまたはデータ処理装置、として実施化することができ、それぞれは1つ以上のマイクロプロセッサまたは中央処理装置CPU、読取専用メモリROM、ランダムアクセスメモリRAM、電気的に消去可能なプログラム可能の読取専用メモリEEPROM、高速クロック、アナログ-ディジタルA/D回路、ディジタル-アナログD/A回路、および任意の必要な入力/出力I/O回路および装置、信号調整機器、バッファ機器を備えることができる。0027単純化および明確さのために図1に単一の装置として示されるが、制御システム12の様々な要素は、ロボット22を最適に制御するのに必要に応じて、多くの異なるハードウェアおよびソフトウェア要素として分散化することができる。制御システム12内のまたは容易にアクセス可能な個別の制御アルゴリズムは、ROM内に記憶でき、または、他の好適な実体的なメモリ位置および/またはメモリ装置内に記憶でき、制御システムの関連するハードウェア要素により自動的に実行され、それぞれの制御機能を提供する。0028図2を参照すると、下腕アセンブリ75は、図1に示されるロボット11の一部として使用することができる。各下アームアセンブリ75は、複数のテンドン駆動フィンガ14およびテンドン駆動親指26を備えるハンド24を含む。テンドン駆動との語は、以下で図3とともに説明する。下アームアセンブリ75は、複数のフィンガアクチュエータ40を含み、それぞれは、フィンガ14または親指26内の1つ以上のテンドン図3参照を選択的に引っ張るまたは解放するように構成される。下アームアセンブリ75はさらに、リストジョイント矢印17を運動させるための複数のリストアクチュエータ38を含む。フィンガアクチュエータ40および/またはリストアクチュエータ38のためのプリント回路板アセンブリPCBA39は、図示のようにパッキングの効率のために、下アームアセンブリ75上およびその中に位置決めすることができる。下アームアセンブリ75は、ロードセル32に取り付けることができ、これは、下アームアセンブリを図1のロボット11のアーム22の残りに接続するために用いられる。0029複数のフィンガアクチュエータ40は、各フィンガ14および親指26に対応することができる。一般に、1つのフィンガアクチュエータ40は、各DOFプラス1つの追加的なフィンガアクチュエータを加えて利用可能である。それゆえ、3DOFを備える各フィンガは、4つのフィンガアクチュエータを必要とし、また、2DOFを備えるフィンガは、3つのフィンガアクチュエータが必要となる。0030図3を参照すると、フィンガアクチュエータ40の可能な実施形態の概略的な斜視図が提供される。フィンガアクチュエータ40は、モータ44、ギア駆動部46、アクチュエータハウジング48、テンドン50、およびテンドン終端部52を含むことができる。テンドン50は、アクチュエータハウジング48からフィンガ14の1つを通って延び、フィンガの端部で終端する。テンドン50は、フィンガ14内の中心から外れた位置に示されており、また、与えられたフィンガ内に1つ以上のテンドンが延びることができる。モータ44、ギア駆動部46、およびアクチュエータハウジング48は、フィンガ14および親指26内に必要とされるパッケージ空間を最小化するために、全て下アームアセンブリ75内に配置することができ、また、アクチュエータハウジング48のようなフィンガアクチュエータ40の大きな部品が、フィンガよび親指に対して遠隔的にパッケージできるようにする。0031テンドン50は、保護外導管56内に位置決めされるシースまたは導管ライナ54により保護することができる。張力センサ58は、導管56上の圧縮力を測定し、テンドン50に付与される張力の大きさを決定する。テンドン50の張力は、図1に示される制御システム12に使用され、与えられたフィンガ14の様々なジョイントにおいて発生または受けるジョイントトルクを計算し、これは、与えられたハンド24のフィンガ14および親指26の制御のために制御システムに利用される。0032フィンガアクチュエータ40がテンドン50を運動させると、テンドンは張力センサ58に対してスライドする。テンドン50は、フィンガ14内に、テンドン終端部52において終端する。テンドン50の運動は、テンドン終端部52の相対的な運動を生じさせ、それにより、フィンガ14を運動させる。内部的に、すなわちフィンガアクチュエータ40の運動により、または外部的に、すなわち図1の物体30からフィンガ14へ、力がテンドン終端部52上に付与される。0033図4を参照すると、図1の制御システム12は、本明細書で説明されるように使用され、各フィンガ14を、与えられたハンド24の任意の他のフィンガに対して個別的に制御する。テンドン駆動フィンガのトルク制御において、望ましいジョイントトルクは、最初にテンドン張力値に変換されなければならない。この問題は、張力分配tensiondistributionとして言及され、また、各張力値は非負の値となることを保証しなければならない。フィンガ14は、複数のフィンガジョイント23を備え、このいくつかは、独立のジョイントであり、各フィンガジョイントのジョイント位置およびジョイントトルクが矢印τ1、τ2、τ3で示される。フィンガ14はnの独立のジョイントnDOFおよびn1のテンドン50を備える。0034図4に示されるフィンガ14は、3DOFを備え、それゆえ、この実施例においては4つのテンドン50がある。しかし、本発明の意図する範囲から逸脱することなく、より多くまたは少ないテンドンおよび/またはDOFを使用することもできる。遠位のジョイントは、隣接するジョイント、すなわち中央のジョイントに機械的に連結されることに注意されたい。それゆえ、遠位のジョイントは独立するDOFではない。また、フィンガ14の制御は、完全に決定され、この語は当業界に理解されるように、またそれゆえ、テンドン50の数はn1、あるいは図4に示される具体的な実施形態においては4である。独立する各ジョイント23は、ジョイントトルクτおよびジョイント位置qにより特徴付けられる。テンドン50の各々は、張力fにより特徴付けられ、図4においてはf1、f2、f3、f4として示され、あるいは全体としてf1からfn1として示される。テンドン50の各々は、決定可能な位置x、すなわちx1-x4を備える。0035nジョイントトルクとmテンドン張力との間の関係は、τ=Rfとして示され、ここでm>nである。変数RIAnxmはテンドンマップとして知られ、これは、テンドン張力をジョイントトルクにマッピングするのに必要とされる様々なジョイント半径データを含む。テンドン制御可能とされるシステムのために、テンドンマップRは、RTw=0となる、完全な行ランクでなければならず、また、全て正の列マトリックスwでなければならない。内部張力は、フィンガ14内の全ての張力の重み付き合計であり、それゆえ、より小さな内部張力は、様々なテンドン50の中のより小さい張力を示し、また、より小さな正味の力を示す。0036逆に、張力fの解は以下であり、RがRの疑似逆行列であり、Iは単位行列であり、λは任意の値であり、ここでfintは、Rの零空間に位置する内部張力を示し、ゼロのネットトルクを生成する。行列[I-RR]は、Rの零空間に射影演算子を提供する。ゼロの外力がフィンガ14に作用するときは与えられた疑似の静的条件はf=fintである。0037同一の行列Rは、テンドン50とジョイント速度との間の関係を示す。仮想仕事の原理に基づいて、ジョイント運動のテンドン速度値はに等しい。Rが定数であると仮定すると、テンドン50のネットの変位は、ジョイントの寄与とテンドンの長さlエルの変化の合計、Δx=RTΔqΔlである。0038以下で、テンドン50のモデルを線形バネとして提供し、テンドンは緊張したままであると仮定する。また、フィンガ14で使用されるテンドン50は、テンドンの長さの差は剛性に優位な差を与えないので同一の剛性値ktを備えると仮定する。以下の分析は、長さの変化Δlをテンドンの張力およびジョイントトルクに関連させる。ゆえに0039値Δlintは、Rの零空間内での長さの変化を示し、すなわち、内部張力にだけ影響を与える長さの変化でありジョイントトルクに影響を与えず、値Δlintは、と書くことができ、ここで変数δの値は任意である。テンドンの変位の最終的な関係は、と書くことができる。0040張力フィードバックがない場合、たとえば図3の張力センサのいくつかまたは全てが与えられたフィンガ14内での使用のために利用可能でないとき、図1の制御システム12により使用される位置法則は、早い位置ベースの制御性能を提供し、誤差が小さく、また、オーバーシュートが無く、また同時にフィンガ内の内部張力を維持する。内部張力を一定に維持するために、値Δlintは、すぐ上の数式から取り除かれる。0041図5を参照すると、図1の制御システム12の概略図は、2階層制御スキームを示している。制御システム12は、上位の制御ループおよび下位の制御ループを含み、すなわち、ジョイントコントローラ80およびアクチュエータコントローラ90をそれぞれ含む。ジョイントコントローラ80は、矢印31で示されるジョイント位置qのベクトル、および、矢印131で示される望ましいまたは参照ジョイント位置qdを示す信号を処理ノード60を介して処理し、ジョイント位置エラーq-qd、すなわち矢印35を計算する。同様に、テンドンの力fは矢印37として示され、テンドンの位置xは矢印33で示される。他の処理ノード60は、矢印133で示される命令されたテンドン位置xdを用いてテンドン位置エラーx-xdを計算し、これをアクチュエータコントローラ90の下位のループに送る。0042アクチュエータコントローラ90は、アクチュエータ位置上の単純な位置コントローラからなり、まず、オーバーシュートを回避するために第1命令応答動作の性能を最大化するように調整される。ジョイントコントローラ80は、当業界で理解されるようなフィンガジョイント上の力ベースコントローラまたは位置ベースコントーラからなる。0043新しい位置コントローラが本稿で説明され、これは、速度コントローラの離散バージョンを実行し、アクチュエータの現在位置が連続的にフィードバックされ、ジョイントエラーに基づいてデルタベクトルと併合される。上述の運動学的な関係に基づいて、併合されたテンドン位置xd、すなわち矢印133は、以下のように記述できる。ここで、Δqは、ジョイント位置エラーq-qd、すなわち図5に示される矢印35を表し、kpは、スカラー定数ゲインである。この制御法則は、上述の数式の零空間変位nullspacedisplacementをゼロ化する。0044この制御法則は迅速な応答を生成し、安定状態エラーを閉じ、過度に減衰した動作を維持する。しかし、これは、アクチュエータ位置を範囲空間rangespaceに動的に制限しない。それゆえ、外乱はアクチュエータ位置に不相応な変化を生じさせ得る。これは、図3に示されるテンドン50が圧縮に抵抗できないという事実により悪化することがある。これを解決するために、出力は、フィンガ14の範囲空間内に投射され、これは、下位のループが範囲空間を動的にサーボすることを可能にする。これは、上位ループの最終的な制御法則xd=RRx-kpRTΔqを提供する。この式の範囲空間拘束は、図5に示される2階層の階層制を必要とする。この範囲空間拘束は、システムが零空間内での運動に抵抗することを可能にし、また、テンドンに付与される最初の内部張力を名目的に維持することを可能にし得る。0045位置制御法則の代替スキームは、比例積分PI補償に基づく。この法則は、安定状態エラーを取り除くためにPI項で使用される各アクチュエータの最終位置のためのフィードフォワード項を実行する。このシステムが初期テンドン位置xおよびジョイント位置qがゼロになるように初期化される場合、図3のテンドン50の長さを変化させずに矢印131の所望のジョイント位置qdにマッチングさせるアクチュエータ位置は、RTqdにより与えられる。運動学的モデルは完全でないことがあるので、PI補償がエラーを除くために用いられる。0046したがって、フィードフォワード制御から命令される位置xd、すなわち矢印133は、以下のようになる。このフィードフォワード項は、早い立ち上がり時間を生じさせ、一方、PI項はゼロ安定状態エラーを生じさせる。0047フィンガ14の利用可能な張力センサの全数の全てではないがいくつかが利用可能である場合、制御システム12は、テンドンの選択的なコンプライアンスとともに、そのフィンガのために選択的に位置制御を適用することができ、制御システム12の位置制御能力を実行する。与えられたハンド24図2参照の異なるフィンガ14は、同時に異なるコントローラまたは制御法則を用いて制御することができ、たとえば、あるフィンガには力ベース制御であり他のフィンガには位置ベース制御を用いるなどである。0048選択的なコンプライアンス値矢印57は、kf-fdsと定義することができ、kはスカラー定数であり、f-fdは張力エラーである。sは、各テンドンのための要素の選択変数であり、たとえば、1はコンプライアンスがオンでありゼロはコンプライアンスがオフである。したがって、アクチュエータコントローラ90の下流で、選択的なコンプライアンス値57は、アクチュエータコントローラの出力51から減算され、sは、選択的なコンプライアンスが望まれるかすなわち1あるいは望まれないかすなわち0に応じて制御システム12により選択される。制御信号矢印55は、図1に示されており、これは、最終的にロボット11にモータ命令として伝達され、これは、ジョイント位置q矢印31、テンドン位置x矢印33、およびテンドン張力f矢印37をフィードバックする。0049与えられたフィンガ14の全ての張力センサが利用可能である場合、図1の制御システム12は、その特定のフィンガを制御するのに力ベース制御法則を使用する。以下の例示の制御法則は、フィンガ14のジョイント空間における運動を減結合decoupleする。望ましいテンドン位置xdのための式は、であり、ここでT_上式では_はTの下=Pfであり、PはRおよびwTを互いにトップに連結させる行列である。値kpおよびkdは、それぞれ、ユーザー定義の比例定数および積分ゲインである。0050図6を参照し、また先の図に示される構造を参照すると、可能な一実施形態による本方法100は、ステップ102で開始し、ここで、制御システム12は、制御されるフィンガ14内の利用可能な張力センサの数を決定する。ステップ102は、与えられたフィンガ14内の各張力センサ58の状態を示す入力信号を受け取ることを含むことができ、たとえば、状態問い合わせコマンドまたはpingで張力センサに自動的に問い合わせ、問い合わせされた張力センサがpingの応答に成功した場合に、張力センサが利用可能であることを示す状態、すなわちオンラインであり適正に機能していることを記録することにより行う。0051代替的に、張力センサ58から校正された間隔で定期的に信号が伝達されるようにすることができ、そのような信号の伝達の中断または停止は、そのセンサが利用可能でないことを示すようにすることができる。追加的な実施形態は、較正された閾値に対する誤差値を測る張力センサ58を含むことができ、与えられたセンサの利用可能でない状態のプログラマーまたはユーザーによる手動入力を制御システム12内に記録し、センサのエラーコードまたはフラグ等を処理する。0052ステップ104において、図1の制御システム12は、特定のフィンガ14の全ての張力センサ58が利用可能であるかどうかを決定し、たとえば、既知の張力センサの全数と、ステップ102で決定された利用可能なセンサの数とを比較することにより行う。フィンガ14の全ての張力センサ58が利用可能である場合、本方法100はステップ108に進む。そうでなければ、本方法はステップ106に進む。0053ステップ106において、制御システム12は、評価されるフィンガ14の張力センサ58の少なくともいくつかが利用可能かどうかを決定する。いくつかが利用可能である場合、本方法100はステップ110に進む。他の場合は本方法100はステップ112に進む。0054ステップ108において、ステップ104においてフィンガ14内の全ての張力センサがフィンガでの利用のために利用可能であることが決定された制御システム12では、図1の制御システムは、前述した力制御法則のみを使用してフィンガを制御する。本方法100は、利用可能な張力センサ58の数に変化があったことを決定するためにステップ102を繰り返す。0055ステップ110において、ステップ106で与えられたフィンガ14内の張力センサ58のいくつかだけがフィンガでの使用のために利用可能であると決定された制御システム12では、図1の制御システムは、上述したように、選択されたコンプライアンスとともに位置ベース制御法則を使用してフィンガを制御する。本方法100は、利用可能な張力センサ58の数に変化があったかどうかを決定するために、ループ内でステップ102を繰り返す。0056ステップ112において、制御されるフィンガ14の使用のために利用可能な張力センサ58がステップ106で無いと決定された図1の制御システムでは、図1の制御システムは、上述のように、フィンガを位置ベース制御法則のみを用いて制御する。本方法100は、利用可能な張力センサ58の数に変化があったかどうかを決定するために、ループ内でステップ102を繰り返す。0057したがって、図1の制御システムは、張力センサの機能不全に対するロバスト性と組み合わせて、与えられたフィンガ14のテンドンを保護するために力制御を提供する。張力の検出なしに、有効な制御が各フィンガ14上に提供される。張力センサが利用可能でない場合、図5に関して上述した2階層制御構造を備える制御法則は、オーバーシュートなしで迅速な位置制御を提供し、一方で、フィンガ上に名目的な内部張力レベルを維持する。張力センサの全てが利用可能でない場合でさえ、テンドンを保護するために、位置制御に関してコンプライアンスが利用可能である。したがって、図1のロボット11は、ロバスト性の増加した高いレベルの性能で動作することができる。0058本発明の実施形態が詳細に説明されたが、本発明の分野における当業者は、添付の特許請求の範囲の範囲内で本発明を実施するための様々な代替設計および実施形態を認識するであろう。