特許 6483251 ソフトロボットアクチュエータ取り付けハブアセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6483251

(24)【登録日】2019年2月22日

(45)【発行日】2019年3月13日

(54)【発明の名称】ソフトロボットアクチュエータ取り付けハブアセンブリ

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/04 20060101AFI20190304BHJP

   B25J 15/08 20060101ALI20190304BHJP

   F15B 15/10 20060101ALI20190304BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20190304BHJP

【ＦＩ】

   B25J15/04 A

   B25J15/08 N

   F15B15/10 G

   H02N13/00 D

【請求項の数】8

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2017-515841(P2017-515841)

(86)(22)【出願日】2015年9月17日

(65)【公表番号】特表2017-530018(P2017-530018A)

(43)【公表日】2017年10月12日

(86)【国際出願番号】US2015050793

(87)【国際公開番号】WO2016044654

(87)【国際公開日】20160324

【審査請求日】2017年5月24日

(31)【優先権主張番号】62/051,571

(32)【優先日】2014年9月17日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/051,546

(32)【優先日】2014年9月17日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】517091414

【氏名又は名称】ソフト ロボティクス， インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】レッシング， ジョシュア アーロン

(72)【発明者】

【氏名】ノップフ， ライアン リチャード

(72)【発明者】

【氏名】アルセド， ケビン

(72)【発明者】

【氏名】ボウス， カール エベレット

【審査官】 藤井 浩介

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／１３８１２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−０１２６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６８４６０２９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特表２０１３−５１９５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００４／０００５０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−０５５９９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ １／００−２１／０２

Ｈ０２Ｎ １３／００

Ｆ１５Ｂ １５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ソフトロボットハブアセンブリであって、
機械的ロボット構成要素に結合されるマスタ側アセンブリと、
前記マスタ側アセンブリに取り外し可能に結合されるように構成されるツール側アセンブリと、
前記ツール側アセンブリに結合される少なくとも２つの異なるサイズの２つ以上の軟質アクチュエータであって、前記２つ以上の軟質アクチュエータは、前記２つ以上の軟質アクチュエータへの膨張流体の適用に応じて相互から独立して非作動構成から作動構成に遷移するように構成される、２つ以上の軟質アクチュエータと
を備える、ハブアセンブリ。

【請求項2】

前記マスタ側アセンブリを前記ツール側アセンブリに取り外し可能に結合するように構成されるインターフェースをさらに備え、前記インターフェースは、前記２つ以上の軟質アクチュエータを膨張させるように構成される膨張ライン接続のためのシールを提供する、請求項１に記載のハブアセンブリ。

【請求項3】

前記インターフェースは、一連のペグおよび一連のスロットを備え、前記一連のペグは、前記一連のスロットの中に回転可能に係止するように構成される、請求項２に記載のハブアセンブリ。

【請求項4】

前記インターフェースは、相互係止するように構成される幾何学的陥凹および対応する幾何学的段付き部分を備える、請求項２に記載のハブアセンブリ。

【請求項5】

前記インターフェースは、１つ以上の静電吸着パッドを備える、請求項２に記載のハブアセンブリ。

【請求項6】

前記ツール側アセンブリは、第１のツール側アセンブリであり、前記２つ以上の軟質アクチュエータは、第１のセットの２つ以上の軟質アクチュエータであり、
第２のセットの２つ以上の軟質アクチュエータに結合される第２のツール側アセンブリをさらに備え、前記第２のセットの２つ以上の軟質アクチュエータは、前記第１のセットの２つ以上の軟質アクチュエータと異なる構成で展開され、
前記第１のツール側アセンブリは、前記第２のツール側アセンブリと置換可能であるように構成される、請求項１に記載のハブアセンブリ。

【請求項7】

前記ツール側アセンブリは、前記ツール側アセンブリおよび前記マスタ側アセンブリがともに結合されると前記マスタ側アセンブリ内の１つ以上の電気信号ラインと電気通信するように構成される１つ以上の電気信号ラインを備える、請求項１に記載のハブアセンブリ。

【請求項8】

前記ハブアセンブリは、前記２つ以上の軟質アクチュエータの角度を調節するように構成される、請求項１に記載のハブアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願）
本願は、２０１５年９月１７日に出願された米国特許出願第６２／０５１，５４６号および６２／０５１，５７１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。さらに、種々のソフトロボット技術がＰＣＴ国際公開公報ＷＯ２０１２／１４８４７２において議論されており、該出願は、その全体が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、特に、ソフトロボットアクチュエータを別の機械的システムとインターフェースをとらせるためのハブおよびアセンブリと、補強および／または電磁的に増強された軟質アクチュエータとに関する。

【背景技術】

【0003】

ロボット工学は、製造、産業用途、医療用途、および同等物等の多くの産業において使用される。ソフトロボット工学は、軟質の共形適応性グリッパおよびアクチュエータを提供し、ロボットがヒトと類似様式において物体と相互作用することを可能にする、発展中のロボット工学の分野である。特に、そのようなロボットは、ヒトの手と同一様式で物体を操作可能である。例えば、ある部品が、棚、可動ベルト上にある、または棚からベルトに移動されている場合、エンドエフェクタが、「横方向からの取り上げ」または「上から下への取り上げ」等、種々の方向から物体を取り上げるように適合され得る。本同一グリッパはまた、ヒトの手が可能であるように、各タスクにおける様々な物体に適合し得る。

【0004】

「ハード」および「ソフト」ロボット工学を組み合わせるための磁気アセンブリは、Ａ Ｈｙｂｒｉｄ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ Ｈａｒｄ ａｎｄ Ｓｏｆｔ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ， Ｓｔｏｋｅｓ Ａｄａｍ Ａ．， Ｓｈｅｐｈｅｒｄ Ｒｏｂｅｒｔ Ｆ．， Ｍｏｒｉｎ Ｓｔｅｐｈｅｎ Ａ．， Ｉｌｉｅｖｓｋｉ Ｆｉｌｉｐ， ａｎｄ Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ Ｇｅｏｒｇｅ Ｍ．， Ｓｏｆｔ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ． Ｍａｒｃｈ ２０１４， １（１）：７０−７４．ｄｏｉ：１０．１０８９／ｓｏｒｏ．２０１３．０００２に開示されており、本記事は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。しかしながら、ハードおよびソフトロボットの提案されている組み合わせは、ヒトと同様に動作するために必要な多用途性を提供しない。

【0005】

特に、現在のエンドエフェクタは、様々な部品の場所（例えば、棚上、コンベヤベルト上、または同等物）に適合することが困難である。加えて、現在のエンドエフェクタは、様々な部品のサイズおよび幾何学形状に適合することが困難である。なおもさらに、現在のエンドエフェクタは、動作するために複雑な制御システムを必要とする。

【0006】

さらに、従来のソフトロボットアクチュエータは、シリコーンエラストマー等の単一エラストマー材料から構築される。いくつかのアクチュエータは、ある所望の挙動に対応するために、異なる剛度または壁厚のエラストマーを組み込む。様々な厚さまたは剛度の本層は、時として、歪み制限層と称される。いくつかのアクチュエータは、アクチュエータ自体のエラストマー本体内に組み込まれる、または共押出された繊維性材料を使用する。そのような共押出された繊維は、破裂に対する抵抗を改善し、アクチュエータを強化することが意図される。いくつかのアクチュエータは、細隙を伴う袋状布を使用して、アクチュエータの動作圧力範囲を増加させる。

【0007】

しかしながら、これらのアクチュエータは全て、いくつかの制限を有する。特に、類似するが、より堅性のエラストマーを使用して、薄化または厚化壁区分を用いて、アクチュエータを補強または抑制する、アクチュエータは、所望の挙動を達成するために必要とされる過剰材料の量のため、すぐに重く、かつ嵩張るようになる。これは、より堅性であるが、両材料が、依然として、類似化学性質のエラストマーであって、非常に制限された剛度差のみを達成し得るためである。その剛度が硬度と非常に相関する、シリコーンの場合、軟質アクチュエータのための有用材料は、典型的には、アクチュエータの選択領域間に最大で８００％の剛度差をもたらす、１０〜８０Ａ硬度の範囲内にある。これはまた、より高い剛度差が達成されると、多くの場合、より弱くおよび軟質のエラストマー領域内の強度を犠牲にすることを意味する。

【0008】

同様に、厚化壁または若干より堅性のエラストマーの亜種を介した補強を通してより高い機能を達成する、アクチュエータもまた、他の同等に重要な機械的特性の選択セットに制限される。その結果、これらのアクチュエータは、不良な機械的緩衝特性を有し、アクチュエータをだらりと垂れたように見えさせる、または不良に制御させる。加えて、そのようなアクチュエータは、破裂、急激な損傷、熱衝撃、または一般的摩損および疲労に耐えるためにより好適な材料と比較して、断裂または摩耗に対して制限された抵抗を有し得る。さらに、これらの構築材料の荷重応答は、ほぼ普遍的に等方性である。

【0009】

繊維性補強材を伴うアクチュエータが、繊維をアクチュエータに成形することによって、または繊維性「パルプ」を充填材として共押出することによって導入されている。そのような技法は、破裂抵抗および全体的強度増加に若干の改良を提供するが、本タイプのアクチュエータは、アクチュエータ全体を廃棄せずに、そのような補強材に対するモジュール性または修理を可能にすることはない。加えて、繊維性補強アクチュエータは、脆弱なゴム表面を環境に曝し、エラストマーからの繊維剥離、制限された疲労寿命、および不良な環境抵抗の問題が、一般的である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本開示は、前述の制限を対象とする。特に、本開示は、ハードおよびソフトロボットとのインターフェースにおける改良を提供し、また、改良されたアクチュエータを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

新しい基本運動（例えば、屈曲、捻転、直線化、または同等物）を行うように構成される、「ソフトロボット」アクチュエータが、説明される。加えて、そのようなソフトロボットアクチュエータのためのハブおよびグリッパアセンブリが、説明される。例示的実施形態は、整形外科デバイスとして有用な具体的構成におけるソフトロボット技術と、そのようなソフトロボット構成を採用する関連方法とを採用してもよい。

【0012】

本開示のいくつかの実施形態は、種々のソフトロボットアクチュエータ（例えば、Ｐｎｅｕ−Ｎｅｔアクチュエータ、繊維補強アクチュエータ、軟質触手アクチュエータ、アコーディオン型アクチュエータ、または同等物）およびハードロボット（例えば、ロボットアーム、機械的ツール、または他の機械的システム）とインターフェースをとることが可能なハブアセンブリについて説明する。

【0013】

加えて、本開示のいくつかの実施形態は、エラストマーアクチュエータを含む、グリッパを提供する。グリッパは、共形かつ適応性であって、物体の形状およびサイズへのリアルタイム適合を用いて、ある範囲のアイテムの取扱を可能にする。

【0014】

加えて、本開示のいくつかの実施形態は、補強アクチュエータを提供する。特に、種々の幾何学形状（例えば、拡開式アコーディオン型アクチュエータ、または同等物）および補強面積を伴う、アクチュエータが、提供される。いくつかの実施形態では、歪み制限層内の反りを低減または排除するための補強機構を有する、軟質アクチュエータが、提供される。

【0015】

いくつかの実施形態によると、エラストマーまたは補強アクチュエータは、１つまたはそれを上回る埋設された磁気表面または電気吸着パッドを具備してもよい。磁気表面は、把持される基板上の相補的表面とインターフェースをとるように構成されてもよい。電気吸着パッドに関して、基板に近接して設置されると、静電力が、基板と電気吸着パッドとの間に生成される。これは、アクチュエータと把持されている材料との間の改良された吸着を可能にし、吸着は、容易にアクティブ化またはアクティブ化解除されることができる。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
ソフトロボットハブアセンブリであって、
機械的ロボット構成要素に結合される、マスタ側アセンブリと、
前記マスタ側アセンブリに取り外し可能に結合されるように構成される、ツール側アセンブリと、
前記ツール側アセンブリに結合される１つまたはそれを上回る軟質アクチュエータであって、前記軟質アクチュエータへの膨張流体の適用に応じて、非作動構成から作動構成に遷移するように構成される、１つまたはそれを上回る軟質アクチュエータと、
を備える、ハブアセンブリ。
（項目２）
前記マスタ側アセンブリを前記ツール側アセンブリに取り外し可能に結合するように構成される、インターフェースであって、前記１つまたはそれを上回る軟質アクチュエータを膨張させるように構成される、膨張ライン接続のためのシールを提供する、インターフェースをさらに備える、項目１に記載のハブアセンブリ。
（項目３）
前記インターフェースは、一連のペグおよびスロットを備え、前記ペグは、前記スロットの中に回転可能に係止するように構成される、項目２に記載のハブアセンブリ。
（項目４）
前記インターフェースは、相互係止するように構成される、幾何学的陥凹および対応する幾何学的段付き部分を備える、項目２に記載のハブアセンブリ。
（項目５）
前記インターフェースは、１つまたはそれを上回る静電吸着パッドを備える、項目２に記載のハブアセンブリ。
（項目６）
前記ツール側アセンブリは、第１のツール側アセンブリであって、前記１つまたはそれを上回る軟質アクチュエータは、第１のセットの１つまたはそれを上回る軟質アクチュエータであって、
第２のセットの１つまたはそれを上回る軟質アクチュエータに結合される、第２のツール側アセンブリであって、前記第１のセットの１つまたはそれを上回る軟質アクチュエータと異なる構成で展開される、第２のセットの１つまたはそれを上回る軟質アクチュエータをさらに備え、
前記第１のツール側アセンブリは、前記第２のツール側アセンブリと置換可能であるように構成される、項目１に記載のハブアセンブリ。
（項目７）
前記ツール側アセンブリは、前記ツール側アセンブリおよび前記マスタ側アセンブリがともに結合されると、前記マスタ側アセンブリ内の１つまたはそれを上回る電気信号ラインと電気通信するように構成される、１つまたはそれを上回る電気信号ラインを備える、項目１に記載のハブアセンブリ。
（項目８）
前記ハブアセンブリは、前記アクチュエータの角度を調節するように構成される、項目１に記載のハブアセンブリ。
（項目９）
前記１つまたはそれを上回る軟質アクチュエータは、少なくとも２つの異なるサイズにおける軟質アクチュエータを備える、項目１に記載のハブアセンブリ。
（項目１０）
補強軟質アクチュエータであって、
軟質アクチュエータ本体と、
前記軟質アクチュエータ本体に取り付けられる、補強材であって、
補強ラップ、
前記軟質アクチュエータの本体の中に成形される内部補強材、または
圧力下での拡開および延在に対する前記アクチュエータの抵抗を変化させるように構成される調整可能に堅性の要素を備える、外部補強材、
のうちの１つまたはそれを上回るものを備える、補強材と、
を備える、補強軟質アクチュエータ。
（項目１１）
緩衝補強材をさらに備える、項目１０に記載の補強軟質アクチュエータ。
（項目１２）
前記補強材は、織布材料から作製される補強ラップである、項目１０に記載の補強軟質アクチュエータ。
（項目１３）
前記補強材は、１つまたはそれを上回るセンサと、１つまたはそれを上回る電気ペイロードとを備える、補強ラップであって、前記センサおよび電気ペイロードは、前記補強ラップ上に配置される、またはその中に埋設される、項目１０に記載の補強軟質アクチュエータ。
（項目１４）
前記１つまたはそれを上回るセンサは、生物学的対象の着目筋肉を検出するように構成される、筋電センサを備える、項目１３に記載の補強軟質アクチュエータ。
（項目１５）
軟質アクチュエータであって、
前記軟質アクチュエータへの膨張流体の適用に応じて、非作動構成から作動構成に遷移するように構成される、軟質アクチュエータ本体と、
前記軟質アクチュエータ本体内に埋設される、電気吸着パッドと、
を備える、軟質アクチュエータ。
（項目１６）
前記軟質アクチュエータ本体が添着される、ハブと、
前記ハブに取り付けられる、電気吸着パッドと、
をさらに備える、項目１５に記載のアクチュエータ。
（項目１７）
前記電気吸着パッドは、互いに組み合わせられた電極である、項目１５に記載のアクチュエータ。
（項目１８）
前記軟質アクチュエータ本体は、比較的に伸張性の層と、比較的に低伸張性の層とを備え、前記電気吸着パッドは、前記比較的に低伸張性の層内に埋設される、項目１５に記載のアクチュエータ。
（項目１９）
前記電気吸着パッドは、帯電状態または非帯電状態にあることが可能であって、前記帯電状態にあるとき、前記電気吸着パッドは、前記基板内で電荷を再分布し、反対極性のパターンを前記基板内に生成するように構成される、１つまたはそれを上回るフリンジ場を発生させる、項目１５に記載のアクチュエータ。
（項目２０）
軟質アクチュエータであって、
前記軟質アクチュエータへの膨張流体の適用に応じて、非作動構成から作動構成に遷移するように構成される、軟質アクチュエータ本体と、
前記軟質アクチュエータ本体内に埋設される、電磁石と、
を備え、前記電磁石は、前記軟質アクチュエータ本体によって把持される基板内に提供される相補的表面とインターフェースをとるように成形および構成される、軟質アクチュエータ。
（項目２１）
軟質アクチュエータであって、
前記軟質アクチュエータへの膨張流体の適用に応じて、非作動構成から作動構成に遷移するように構成される、軟質アクチュエータ本体と、
前記軟質アクチュエータ本体の片側上の歪みを制限するための歪み制限層と、
前記歪み制限層上に提供される、被包エラストマー層と、
を備える、軟質アクチュエータ。
（項目２２）
前記歪み制限層は、前記軟質アクチュエータ本体と異なる剛性を有する、項目２１に記載の軟質アクチュエータ。
（項目２３）
前記被包エラストマー層は、前記歪み制限層より比較的に剛性である、１つまたはそれを上回る剛性スラットにわたって成形され、それを支持する、項目２１に記載の軟質アクチュエータ。
（項目２４）
前記剛性スラットは、前記歪み制限層内の凹部の中に差し込まれる、項目２３に記載の軟質アクチュエータ。
（項目２５）
前記剛性スラットは、前記被包エラストマー層内の凹部の中に差し込まれる、項目２３に記載の軟質アクチュエータ。
（項目２６）
前記軟質アクチュエータ本体は、１つまたはそれを上回るアコーディオン状の凹部を備え、前記アコーディオン状の凹部内に提供される１つまたはそれを上回るオーバーモールドされた剛性またはエラストマー構造をさらに備える、項目２１に記載の軟質アクチュエータ。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本開示の種々の実施例による、ハブアセンブリおよびソフトロボットアクチュエータの例示的実施形態を図示する、斜視図である。

【図2】図２Ａ−２Ｃは、図１のハブアセンブリの分解図である。

【図3-1】図３Ａ−３Ｅは、図１のハブアセンブリおよびソフトロボットアクチュエータの組み立てられた図である。

【図3-2】図３Ａ−３Ｅは、図１のハブアセンブリおよびソフトロボットアクチュエータの組み立てられた図である。

【図4】図４Ａ−４Ｄは、図１のハブアセンブリのための例示的ツイストロックインターフェースを図示する、斜視図である。

【図5】図５は、図４Ａ−４Ｄのツイストロックインターフェースの使用方法の例証である。

【図6】図６は、図４Ａ−４Ｄのツイストロックインターフェースの横断面図である。

【図7-1】図７Ａ−７Ｇは、図１のハブアセンブリのための例示的磁気インターフェースを図示する、斜視図である。

【図7-2】図７Ａ−７Ｇは、図１のハブアセンブリのための例示的磁気インターフェースを図示する、斜視図である。

【図7-3】図７Ａ−７Ｇは、図１のハブアセンブリのための例示的磁気インターフェースを図示する、斜視図である。

【図8】図８は、図１のハブアセンブリのための例示的静電吸着インターフェースを図示する、斜視図である。

【図9】図９Ａ−９Ｄは、図１のハブアセンブリと、軟質アクチュエータを使用する、例示的グリッパを図示する、斜視図である。

【図10】図１０Ａ−１０Ｃは、図１のハブアセンブリと、電気機械的部分を有する軟質アクチュエータを使用する、例示的グリッパを図示する、斜視図である。

【図11-1】図１１Ａ−１１Ｅは、図１のハブアセンブリと、迎え角を変化させるように構成される側面アクチュエータを有する軟質アクチュエータとを使用する、グリッパを図示する、斜視図である。

【図11-2】図１１Ａ−１１Ｅは、図１のハブアセンブリと、迎え角を変化させるように構成される側面アクチュエータを有する軟質アクチュエータとを使用する、グリッパを図示する、斜視図である。

【図11-3】図１１Ａ−１１Ｅは、図１のハブアセンブリと、迎え角を変化させるように構成される側面アクチュエータを有する軟質アクチュエータとを使用する、グリッパを図示する、斜視図である。

【図12-1】図１２Ａ−１２Ｄは、図１のハブアセンブリと、物体を実質的に封入するように構成される異なる長さの軟質アクチュエータとを使用する、グリッパを図示する、斜視図である。

【図12-2】図１２Ａ−１２Ｄは、図１のハブアセンブリと、物体を実質的に封入するように構成される異なる長さの軟質アクチュエータとを使用する、グリッパを図示する、斜視図である。

【図13】図１３は、図１２Ａ−１２Ｄのグリッパの使用方法の例証である。

【図14】図１４−２１は、補強アクチュエータの斜視図である。

【図15】図１４−２１は、補強アクチュエータの斜視図である。

【図16】図１４−２１は、補強アクチュエータの斜視図である。

【図17】図１４−２１は、補強アクチュエータの斜視図である。

【図18】図１４−２１は、補強アクチュエータの斜視図である。

【図19】図１４−２１は、補強アクチュエータの斜視図である。

【図20】図１４−２１は、補強アクチュエータの斜視図である。

【図21】図１４−２１は、補強アクチュエータの斜視図である。

【図22】図２２−２６は、軟質アクチュエータと併用するための補強ラップの斜視図である。

【図23】図２２−２６は、軟質アクチュエータと併用するための補強ラップの斜視図である。

【図24】図２２−２６は、軟質アクチュエータと併用するための補強ラップの斜視図である。

【図25】図２２−２６は、軟質アクチュエータと併用するための補強ラップの斜視図である。

【図26】図２２−２６は、軟質アクチュエータと併用するための補強ラップの斜視図である。

【図27】図２７−２８は、埋設される電磁石特性を有する、例示的軟質アクチュエータを描写する。

【図28】図２７−２８は、埋設される電磁石特性を有する、例示的軟質アクチュエータを描写する。

【図29】図２９Ａ−２９Ｃは、軟質アクチュエータ内に埋設するために好適な例示的電気吸着構造を描写する。

【図30-1】図３０Ａ−３０Ｆは、軟質アクチュエータを補強するための例示的補強構造を描写する。

【図30-2】図３０Ａ−３０Ｆは、軟質アクチュエータを補強するための例示的補強構造を描写する。

【図30-3】図３０Ａ−３０Ｆは、軟質アクチュエータを補強するための例示的補強構造を描写する。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明が、ここで、本発明の好ましい実施形態が示される、付随の図面を参照して、以下により完全に説明される。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して解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が綿密かつ完全であって、本発明の範囲を当業者に完全に伝達するように提供される。図面中、同一番号は、全体を通して同一要素を指す。

【0018】

本開示によると、ソフトロボットアクチュエータをハードロボットアセンブリとインターフェースをとらせるためのハブおよび／またはグリッパアセンブリが、提供される。加えて、補強アクチュエータが、説明される。補強アクチュエータは、ハブおよび／またはグリッパアセンブリと併用されてもよい。しかしながら、便宜上、それらは、別個に論じられる。特に、図１−１３は、本開示の実施形態による、ハブまたはグリッパアセンブリの実施例を描写する一方、図１４−２７Ｃは、本開示の実施形態による、アクチュエータの実施例を描写する。

【0019】

図１を参照すると、本開示による例示的ハブ１００が、示される。ハブ１００は、マスタ側アセンブリ１０と、ツール側アセンブリ２０とを含む。一般に、マスタ側アセンブリ１０は、ロボットアーム、ロボットマニピュレータ、または一般に、ロボット（例えば、ハードロボット）アセンブリの任意のエンドエフェクタ等の機械的アセンブリに接続される、または接続可能であってもよい。ツール側アセンブリ２０は、種々の軟質アクチュエータ３０−ａを動作可能に接続するように構成されてもよい（ここでは、ａは、正の整数である）。特に、ツール側アセンブリ２０は、アクチュエータ取付部分２０−ｂを具備してもよい（ここでは、ｂは、正の数である）。ツール側アセンブリ２０が任意の数の軟質アクチュエータ３０−ａを接続するように構成されてもよいことに留意することは、重要である。しかしながら、便宜上および明確にするために、いくつかの軟質アクチュエータ３０−ａ（例えば、３０−１、３０−２、３０−３、および３０−４）およびいくつかのアクチュエータ取付部分２０−ａ（例えば、２０−１、２０−２、２０−３、および２０−４）が、図に描写される。加えて、アクチュエータ取付部分２０−ｂの数がツール側アセンブリ２０に接続されるアクチュエータ３０−ａの数と異なってもよいことに留意することは、重要である。

【0020】

一般に、マスタ側アセンブリ１０およびツール側アセンブリ２０はそれぞれ、アセンブリ１０および２０を相互に取り外し可能に結合するように構成される、インターフェースを含む。特に、ツール側アセンブリ２０は、インターフェース部分２１を含む一方、マスタ側アセンブリは、インターフェース部分１１を含む（視認角度によって隠されている）。インターフェース部分１１および２１は、アセンブリ１０および２０を結合し、膨張ライン（例えば、空気圧、油圧、または同等物）接続、電気接続、または他の接続のためのシールを提供するように構成されることができる。

【0021】

図２Ａ−２Ｃは、種々の視点からのハブ１００の分解図を描写する。特に、図２Ａは、側面から真っ直ぐ見たときのハブ１００を図示し、マスタ側アセンブリ１０と、ツール側アセンブリ２０とを示す。さらに、アクチュエータ取付部分２２−１は、ツール側アセンブリ２０に示される。加えて、インターフェース部分１１および２１も、示される。図２Ｂは、角度を付けて下から見上げた視点からのハブ１００を図示し、マスタ側アセンブリ１０と、ツール側アセンブリ２０とを示す。さらに、アクチュエータ取付部分２２−１および２２−２が、ツール側アセンブリ２０に示される。図２Ｂは、角度を付けて下から見上げた視点からのハブ１００を図示し、マスタ側アセンブリ１０と、ツール側アセンブリ２０とを示す。さらに、アクチュエータ取付部分２２−１および２２−２が、ツール側アセンブリ２０に示される。加えて、インターフェース部分１１および２１も、示される。図２Ｃは、角度を付けて上から見下ろした視点からのハブ１００を図示し、マスタ側アセンブリ１０と、ツール側アセンブリ２０とを示す。さらに、アクチュエータ取付部分２２−１および２２−２が、ツール側アセンブリ２０に示される。加えて、インターフェース部分１１および２１も、示される。

【0022】

インターフェース部分１１および２１の面積は、単に、図１および図２Ａ−２Ｃに描写されていることを理解されたい。しかしながら、インターフェース部分は、種々の構成を有してもよく、インターフェース部分は、図１および図２Ａ−２Ｃに描写されるものによって限定されるべきではないことを理解されたい。

【0023】

図３Ａ−３Ｅは、種々の視点からのハブ１００および取り付けられたアクチュエータ３０の組み立てられた図を描写する。特に、図３Ａは、側面から真っ直ぐ見たときのハブ１００を図示し、マスタ側アセンブリ１０と、ツール側アセンブリ２０とを示す。さらに、アクチュエータ３０−２および３０−３が、ツール側アセンブリ２０に取り付けられて示される。アクチュエータ３０−２および３０−３は、「中立」位置（例えば、膨張されていない、収縮された、または同等物）に描写される。図３Ｂは、側面から真っ直ぐ見たときのハブ１００を図示し、マスタ側アセンブリ１０と、ツール側アセンブリ２０と、膨張された状態における取り付けられたアクチュエータ３０−２および３０−３とを示す。図３Ｃは、角度を付けて側面から見たときのハブ１００を図示する一方、図３Ｄおよび３Ｅは、角度を付けて下から見上げた視点と、上から見下ろした視点（それぞれ）とからのハブ１００を示す。特に、アセンブリ１０および２０は、ツール側アセンブリに取り付けられ、膨張されて描写される、アクチュエータ３０−１、３０−２、３０−３、および３０−４とともに結合されて示される。

【0024】

故に、ハブアセンブリ１００は、ツール側アセンブリ２０を変更することによって、種々のグリッパアセンブリ間で迅速に切り替えるために使用されることができる。例示的グリッパアセンブリが、ここで説明される。システムが、１つのマスタ側アセンブリ１０と、それぞれ、異なるグリッパ構成を伴う、複数のツール側アセンブリ２０とともに実装されてもよいことに留意することは、重要である。したがって、システムは、異なるグリッパまたは軟質アクチュエータを必要とする異なる動作を行うように迅速に再構成および使用されることができる。

【0025】

図４Ａ−４Ｄは、ツイストロックインターフェースを含む、ハブアセンブリ１００の実施例を描写する。特に、図４Ａは、ハブアセンブリ１００の分解され、上から見下ろした斜視図を図示し、マスタ側アセンブリ１０と、ツール側アセンブリ２０とを示す。さらに、アクチュエータ取付部分（例えば、２２−１）が、ツール側アセンブリ２０に示される。さらに、インターフェース部分１１および２１の詳細も、示される。特に、インターフェース部分１１は、ペグ１５と、接続ポート１６とを含む一方、インターフェース部分２１は、スロット２５と、接続ポート２６とを含む。ペグおよびスロットは、取り外し可能に相互に固着されるように構成される。特に、スロット２５は、様々な直径を有してもよく、各スロットの一端は、ペグ１５の対応する１つの端部を受容するように釣り合わせられる。いったんペグ１５がスロット２５の中に嵌合されると、アセンブリ１０またはアセンブリ２０のいずれかは、ペグ１５を定位置に係止するように捻転され、それによって、アセンブリ１０をアセンブリ２０に固着させてもよい。

【0026】

図４Ｂ−４Ｃは、ツール側アセンブリ２０の上部斜視図および上から見下ろした図（それぞれ）を図示する。図から分かるように、ツール側アセンブリ２０は、アクチュエータ取付部分（例えば、２０−１）と、スロット２５と、接続ポート２６とを含む。図４Ｄは、ツール側アセンブリ２０の側面図を図示する。図から分かるように、ツール側アセンブリ２０は、マスタ側アセンブリ１０のインターフェース部分１１内の対応する陥凹付き部分の中に嵌合するように構成される、上部段付きまたは陥凹付き部分２２を含んでもよい。

【0027】

加えて、接続ポート１６および２６は、アセンブリ１０および２０がともに固着されると、シールする、またはシールを形成してもよい（例えば、図６参照）。したがって、膨張ライン（例えば、空気圧、油圧、または同等物）ならびに電気信号ラインのためのシールされた経路または接続点が、接続点１６および２６を通して提供されることができる。

【0028】

図５は、ツール側アセンブリ２０をマスタ側アセンブリ１０に固着するための方法を図示する。特に、５１０では、マスタ側アセンブリ１０のインターフェース部分１１は、ツール側アセンブリ２０のインターフェース部分２１上に降下（または落下）される。特に、インターフェース部分１１および２１は、ペグ１５がスロット２５の中に嵌合するようにともに合体される。本図が、ツール側アセンブリ上に配置されるペグと、マスタ側アセンブリ上のスロットとを描写していることに留意することは、重要である。実施例は、本状況に限定されない。５２０では、マスタ側アセンブリ１０は、ツール側アセンブリ２０に対して捻転され、ペグ１５をスロット２５の中に係止する。故に、５３０では、ツール側アセンブリ２０は、マスタ側アセンブリ１０に固着して結合される。

【0029】

図６は、組み立てられたハブ１００の横断面図を図示する。特に、描写されるように、ペグ１５は、スロット２５中に固着され、接続点１６および２６は、シールされた接続を形成する。

【0030】

図７Ａ−７Ｇは、磁気インターフェースを含む、ハブアセンブリ１００の実施例を描写する。特に、図７Ａは、ハブアセンブリ１００の分解され、下から見上げた斜視図を図示し、マスタ側アセンブリ１０と、ツール側アセンブリ２０とを示す。さらに、アクチュエータ取付部分（例えば、２２−１）が、ツール側アセンブリ２０に示される。さらに、インターフェース部分１１および２１の詳細も、示される。特に、インターフェース部分１１は、それぞれ、接続ポート１６および２６を含む。さらに、インターフェース部分１１は、幾何学的（例えば、六角形、三角形、長方形、星形、または同等物）陥凹１３を含む一方、インターフェース２１は、対応する幾何学的段付き部分２３を含む。段付き部分２３は、陥凹付き部分１３の中に嵌合するように構成される。さらに、インターフェース１０および２０は、それぞれ、磁気部分４１および４２を含む。幾何学的段付き部分２３および陥凹付き部分１３は、ツール側アセンブリ２０をマスタ側アセンブリ１０から係脱させる任意の剪断力を防止するように構成される。さらに、段付き部分２３および陥凹付き部分１３は、ツール側アセンブリ１０の位置特定および挿入を促進する。

【0031】

図７Ｂ−７Ｃは、それぞれ、代替斜視図および側面図における、ハブアセンブリ１００を図示する。加えて、図７Ｄ−７Ｇは、種々の角度および／または視点からのツール側アセンブリを図示する。

【0032】

図８は、静電吸着インターフェースを含む、ハブアセンブリ１００の実施例を描写する。特に、本図は、ハブアセンブリ１００の分解され、下から見上げた斜視図を図示し、マスタ側アセンブリ１０と、ツール側アセンブリ２０とを示す。さらに、アクチュエータ取付部分（例えば、２２−１）が、ツール側アセンブリ２０に示される。さらに、インターフェース部分１１の詳細も、示される。特に、インターフェース部分１１は、静電吸着パッド５１を含む。描写されるように、静電吸着パッドは、マスタ側アセンブリ１０上に配置される。しかしながら、いくつかの実施例では、静電吸着パッド５１は、ツール側アセンブリ２０上に配置されることができる。さらに、いくつかの実施例では、静電吸着パッド（例えば、５１）は、マスタ側アセンブリおよびツール側アセンブリインターフェース部分１１および２１の両方上に配置されてもよい。なおもさらなる実施形態では、１つまたはそれを上回る静電吸着パッドは、アクチュエータの把持表面に沿った種々の点において、軟質アクチュエータの本体内に埋設されてもよい。静電吸着パッドは、アクチュエータの把持強度を増強させ得る。例示的静電吸着パッドは、図２９Ａ−２９Ｃに関連して論じられる。

【0033】

図９Ａ−９Ｄは、例示的ハブアセンブリ１００と、ツール側アセンブリ２０に取り付けられる軟質アクチュエータ３０の例示的構成とを図示する。特に、軟質アクチュエータ３０は、真空まで収縮（例えば、逆膨張）され、握持忠実性の増加を提供するように図９Ａ−９Ｃに描写される。いくつかの実施例では、接続ポート１６、２６は、軟質アクチュエータ３０が収縮および／または膨張され得るように、アセンブリ１０と２０との間の膨張ラインのシールを提供してもよい。いくつかの実施例では、軟質アクチュエータ３０は、収縮された部分から膨張され、図９Ｄに示されるように、膨張されたアクチュエータ３０をもたらしてもよい。

【0034】

図１０Ａ−１０Ｃは、例示的ハブアセンブリ１００と、電気機械的部分３１を含む、軟質アクチュエータ３０の例示的構成とを図示する。電気機械的部分３１は、中立位置（例えば、図１０Ａ−１０Ｂ参照）にあるときから、膨張された位置（例えば、図１０Ｃ参照）になるときに、アクチュエータの迎え角を修正および／または調節するために使用されることができる。

【0035】

図１１Ａ−１１Ｅは、ツール側アセンブリ２０と、取り付けられる軟質アクチュエータ３０との実施例を描写する。いくつかの実施例では、ツール側アセンブリ２０は、本実施例に描写される軟質アクチュエータを具備し、物体を取り上げるための迎え角を調節してもよい。例えば、図１１Ａは、種々の角度および視点からのツール側アセンブリ２０および軟質アクチュエータ３０を図示する。描写されるように、軟質アクチュエータ３０は、軟質角度アジャスタ３２を含む。図１１Ｂは、軟質アクチュエータ３０が取り付けられたツール側アセンブリ２０の底面図と、軟質角度アジャスタ３２の拡大図２００とを図示する。図から分かるように、軟質角度アジャスタ３２は、軟質アクチュエータ３０間の側方に配置される。動作の間、軟質角度アジャスタ３２は、独立して（例えば、相互から独立して、軟質アクチュエータから独立して、これのある組み合わせで、または同等物）、膨張および収縮され、軟質アクチュエータ３０間の角度を調節することができる。

【0036】

図１１Ｃ−１１Ｅは、種々の状態における、軟質アクチュエータ３０および軟質角度アジャスタ３２を図示する。特に、図１１Ｃは、中立位置における軟質アクチュエータ３０と、収縮された軟質角度アジャスタ３２とを図示する。したがって、対の軟質アクチュエータ３０間（例えば、３０−１と３０−２との間および３０−３と３０−４との間、または同等物）の角度は、縮小される。図１１Ｄは、中立位置における軟質アクチュエータ３０と、膨張された軟質角度アジャスタ３２とを図示する。したがって、対の軟質アクチュエータ３０（例えば、３０−１と３０−２との間および３０−３と３０−４との間、または同等物）間の角度は、増加される。図１１Ｅは、膨張された位置における軟質アクチュエータ３０と、膨張された軟質角度アジャスタ３２とを図示する。したがって、対の軟質アクチュエータ３０（例えば、３０−１と３０−２との間および３０−３と３０−４との間、または同等物）間の角度は、増加され、膨張された軟質アクチュエータ３０の迎え角もまた、増加される。

【0037】

図１２Ａ−１２Ｄは、ツール側アセンブリ２０と、取り付けられた軟質アクチュエータ３０との実施例を描写する。いくつかの実施例では、ツール側アセンブリ２０は、本実施例に描写される軟質アクチュエータ（例えば、様々なサイズの軟質アクチュエータ）を具備し、軟質アクチュエータが、物体を完全に被包することを可能にしてもよい。例えば、図１２Ａは、種々の角度および視点からのツール側アセンブリ２０と、軟質アクチュエータ３０とを図示する。描写されるように、種々の異なるサイズの軟質アクチュエータ３０が、存在する。特に、描写される軟質アクチュエータ３０は、種々の長さを有する。図１２Ｂ−１２Ｄは、ツール側アセンブリ２０と、異なるサイズの軟質アクチュエータ３０のそれぞれと、その対応する運動範囲とを図示する。特に、図１２Ｂは、最長軟質アクチュエータ３０と、その対応する運動範囲（例えば、収縮状態から完全膨張状態）とを図示する。図１２Ｃは、中程度の長さの軟質アクチュエータ３０と、その対応する運動範囲（例えば、収縮状態から完全膨張状態）とを図示する。図１２Ｄは、最短軟質アクチュエータ３０と、その対応する運動範囲（例えば、収縮状態から完全膨張状態）とを図示する。

【0038】

図１３は、例示的ツール側装置と、本開示に従って配列された軟質アクチュエータとを使用して、物体を完全に被包する方法を図示する。特に、１３１０では、ツール側アセンブリおよび軟質アクチュエータは、被包されるべき物体１３０１（例えば、マグカップまたは同等物）の上方に配列される。１３２０では、ツール側アセンブリおよび軟質アクチュエータは、降下される、または物体の直上に位置付けられる。１３３０では、最短軟質アクチュエータ３０が、膨張され、物体を定位置に保持する。１３４０では、中程度の長さの軟質アクチュエータが、膨張され、物体１３０１をより完全に囲繞する。１３５０では、最長軟質アクチュエータが、膨張され、物体１３０１を実質的に被包する。

【0039】

図１４は、平坦シートに加工され、次いで、種々の異なる方法のうちの１つにおいて、続いて、その端部に噛合することによって、アクチュエータ１４０２を中心として添着され得る、補強ラップ１４０１を使用する、補強アクチュエータ１４００の実施形態を描写する。本補強ラップ１４０１は、そのような形状に好適な任意の方法を通して加工されてもよく、必ずしも、完全に平坦であることに限定されない。例えば、把持のためのテクスチャ、剛度のためのリッジ、または延在に対応するための拡開特徴を達成するように形成されてもよい。補強ラップ１４０１が作製される材料は、意図される用途に応じて、大きく変動し得る。例えば、限定ではないが、ラップ１４０１は、金属メッシュまたは織物、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、潤滑剤含浸ポリマー、マイラ、スパンデックス、ネオプレン、ニトリル、ラテックス、布地、エラストマー布地、シール可能またはフィルムコーティングされた布地、エラストマー、熱可塑性フィルムまたはシート、熱可塑性エラストマーフィルムまたはシート、不織布地、紙または他のセルロース材料、単軸方向に配向された布地、繊維性複合材、発泡体、熱可塑性発泡体、熱可塑性エラストマー発泡体、熱的におよび電気伝導性材料、歪み感受性材料、ポリアミド等の可撓性電子基板、およびその他から加工されることができる。加えて、補強ラップ１４０１はまた、完全剛性領域または調整可能に堅性の領域を提供するように設計された低可撓性補強要素を含んでもよい。そのような材料は、例えば、ニチノール超弾性ばね、ばね鋼鉄、金属プレート、螺旋ばね、プラスチックまたは熱可塑性プレート、従来の印刷回路基板、およびその他を含んでもよい。

【0040】

図１５は、例えば、ネオプレンまたはスパンデックス等のエラストマーストランドの混織布等の織布材料から構築され得る補強ラップ１５０１を含む、補強アクチュエータ１５００を描写する。ラップ１５０１は、張力を印加し、それが補強するアクチュエータ１５０２の表面に共形化するための独特の能力を有する。デフォルトとして、拡張の具体的量は、生地のメッシュ角度が圧潰し、剛性繊維性メッシュとして応答し始めるまでの生地の弾性によって抵抗されるであろう。

【0041】

図１６は、アクチュエータ１６０２の本体内に形成される内部補強材１６０１を有する、補強アクチュエータ１６００を描写する。そのような構成は、アクチュエータ１６００を望ましくない拡張に対して補強し得る。

【0042】

図１７は、外部補強材１７０１を含む、補強アクチュエータ１７０００を描写する。外部補強材１７０１は、圧力下での拡開および延在に対するアクチュエータ１７０２の抵抗を変化させるように構成される、調整可能に堅性の要素であってもよい。例えば、外部補強材１７０１は、アコーディオン状の幾何学形状の直線側に沿って剛性であって（格子縞として描写される）、その間の湾曲領域では「ばね状」であって（白色として描写される）、圧力に対するアコーディオン状のアクチュエータの通常応答を増強し、その動作圧力範囲を効果的に上昇させる、部材であってもよい。これは、湾曲状態では、実質的により堅性であって、より大きな力をその環境に付与可能である、部品につながる。

【0043】

図１８は、アクチュエータ１８０２の内側に配置される緩衝補強材１８０１を含む、補強アクチュエータ１８００を描写する。アクチュエータ１８００は、閉ループ制御が適用されることになるシステムまたは高レベルのヒト相互作用が精密な制御の外観を要求する用途に実装されてもよい。そのようなシステムでは、多くの場合、システム内の発振を減衰させることが望ましい。例えば、外部刺激によって導入される発振を拒否し、アクチュエータ１８００をその機械的自然共鳴周波数から離れた周波数帯域内で制御することが有利となり得る。このために、緩衝補強材１８０１は、開セル構成にあるアクチュエータ１８０２の内部を充填する、高度に減衰性の粘弾性発泡体またはゲルであってもよい。膨張チャネル１８０３は、本描写では開放されたままであって、アクチュエータの全面積が同時に膨張することを確実にする。緩衝補強材１８０１を含む材料が機械的にロバストかつ高度に減衰性である場合、これはまた、部品の望ましくない拡張に対する大容量内部補強材としての役割を果たすことができる。

【0044】

図１９は、緩衝補強１９０１（例えば、緩衝補強１８０１に類似する）がアクチュエータ１９０２の外部上に配置される、補強アクチュエータ１９００を描写する。これは、部品の本領域がアクチュエータ１９０２が屈曲するために大部分を伸展させなければならなくなるにつれて、その緩衝効果を増幅させる。

【0045】

図２０は、外部補強材２００１と、アクチュエータ２００２とを含む、補強アクチュエータ２０００を描写する。外部補強材２００１は、種々の構成および特徴、さらには、複合構成および特徴のうちのいずれかを有してもよい。そのような複合外部補強材特徴は、付加製造技法を使用して達成されてもよい。そのような技法では、特定の波長またはスペクトルに敏感な材料が、表面に硬化されずに適用され、続いて、放射への暴露を介して硬化される。特に、マイクロ分散流体の使用もまた、表面を横断する複数の化合物の制御された混合物の堆積を可能にし、硬化された材料の特性を空間的に変調させ得る、表面上のマイクロスケールの反応を効果的に設定する。そのような技法は、示される複合補強材２００１を軟質アクチュエータ２００２の表面上に形成するために採用されてもよい。加えて、これらの技法は、軟質アクチュエータの表面上において採用され、広範囲の特性を伴う材料のパターン化された層を選択的に追加してもよい。それらは、堅性補強材、エラストマーテクスチャ、審美的パターン、光学要素、保護層、伝導性層、または歪み感受性抵抗材料であってもよい。

【0046】

図２１は、軟質アクチュエータ２１０２と、軟質アクチュエータ２１０２にわたって描かれる保護皮膜２１０１とを備える、補強アクチュエータ２１００を描写する。薄く、かつ皺が寄った、または高度にエラストマー性の皮膜材料は、アクチュエータの保護、アクチュエータを囲繞する充填材（図示せず）のためのコンテナ、高または低摩擦、化学抵抗、または同等物を含む、多数の異なる用途のために使用されることができる。

【0047】

図２２−２６は、本開示の種々の実施例を用いて実装され得る、補強ラップ（例えば、ラップ１４０１、１５０１、または同等物）の実施例を描写する。前述のラップ１４０１および１５０１は、以下に説明されるように形成されてもよい。図２２に目を向けると、補強ラップ２２００が、描写される。ラップ２２００は、拡開式のアコーディオン状の軟質アクチュエータを中心として恒久的または可逆的に添着されることができる。ラップ２２００は、レーザ切断、ナイフカッタプロッティング、縫着、インパルスシーリング、ＲＦ溶接、超音波溶接、ホットエンボス加工、圧縮成形、または射出成形を使用して形成されることができる。加えて、ラップ２２００は、軟質アクチュエータを中心として添着されるべきサイドリリースバックル２２０１を含んでもよい。ラップ２２００はまた、ラップ２２００上に配置される、および／またはその中に埋設され得る、いくつかのセンサ２２０２および／または電気ペイロード２２０３を格納することができる。例えば、描写されるように、電気ペイロード２２０３は、マイクロコントローラベースの応用回路を伴う従来の印刷回路基板と、バッテリ電源および配電と、それらが接触する生物学的対象の着目筋肉を検出するように設計された一式の筋電センサ２２０２とを含む。

【0048】

ここで図２３に目を向けると、補強ラップ２３００が、描写される。ラップ２３００は、補強ラップのための前述の特徴の任意の組み合わせを含んでもよい。加えて、ラップ２３００は、締結具としての再閉鎖可能な相互係止ペグ２３０１と、ラップ材料内に埋設される伝導性スレッド２３０３を介して感知される、力感知抵抗器または圧力変換器２３０２とを含む。

【0049】

ここで図２４に目を向けると、補強ラップ２４００が、描写される。ラップ２４００は、補強ラップのための前述の特徴の任意の組み合わせを含んでもよい。加えて、ラップ２４００は、ラップ構造の２つの半体を接続する補強材に跨架される、歪み感知材料２４０１を含む。

【0050】

ここで図２５に目を向けると、補強ラップ２５００が、描写される。ラップ２５００は、補強ラップのための前述の特徴の任意の組み合わせを含んでもよい。加えて、ラップ２５００は、締結具としての接着剤２５０１のストリップと、ラップ内に埋設されるワイヤ２５０３を介して外部から給電される、発光ダイオード２５０２の集合とを含む。

【0051】

ここで図２６に目を向けると、補強ラップ２６００が、描写される。ラップ２６００は、補強ラップのための前述の特徴の任意の組み合わせを含んでもよい。加えて、ラップ２６００は、その底部を面した表面内に埋設される、保護アームまたはプレート２６０１と、含有されるアクチュエータの拡開および伸長に対する付加的抵抗を提供するように調整されたニチノールまたはばね鋼鉄製アコーディオン状ばね２６０２とを含む。

【0052】

図２７および図２８は、アクチュエータが、例えば、電磁石内の、または物体の表面上に位置する誘導コイルを通して、把持されている物体とインターフェースをとることを可能にするために埋設された電磁石２７０１、２８０１を有する、アクチュエータの実施例を描写する。

【0053】

図２７に描写される実施形態は、ハブ２７０２の基部内に埋設される単一電磁石２７０１を含み、ハブ２７０２は、アクチュエータ２７０３に取り付けられ、アクチュエータ２７０３を配向する。これは、電磁石２７０１が、把持される物体の上部の相補的表面と相互作用し、矢印２７０４によって示されるように、ハブ２７０２の方向に向くように指向させる。２つの付加的電磁石２７０１が、各アクチュエータ２７０３の端部に１つずつ含まれる。これは、電磁石２７０１が、矢印２７０５によって示される方向に指向する相補的表面とインターフェースをとることを可能にする。

【0054】

図２８に描写される実施形態は、３つの電磁石２８０１を含む。描写される実施形態は、アクチュエータ２８０３の側面内に埋設される３つの電磁石２８０１を含むが、例示的実施形態は、１つまたはそれを上回る電磁石２８０１を採用してもよい。参照として、例示的電磁場ライン２８０２が、底部電磁石２８０１と関連して示される。

【0055】

電磁石２８０１は、剛性、可撓性、またはエラストマー性であってもよく、アクチュエータ２８０３の材料内に埋設されてもよい。アクチュエータ２８０３内の電磁要素の場所は、相補的テクスチャまたは表面特性がアクチュエータまたは把持されている物体のいずれか上に存在するように（例えば、強磁性材料、粗面化表面、感圧式接着剤、吸引カップ等）、または電気サブシステムを有する物体とインターフェースをとる手段として、選択されてもよい。例えば、把持される物体が、対応する誘導コイルを有する場合、アクチュエータ２８０３内の電気吸着パッド２８０１のアクティブ化が、電力を提供する、または通信する目的のため、把持される物体内に電流を誘導するために使用されてもよい。

【0056】

図２９Ａ−２９Ｃは、本明細書に説明される例示的実施形態と併用するために好適な例示的電気吸着パッドを描写する。電気吸着は、多くの場合、基板への可逆的接着剤なしの接合を要求する把持等の用途において使用される、電気的に制御された制限的吸着技術である。電気吸着は、電気絶縁性または伝導性のいずれかである、電気吸着パッドと基板との間の静電力を生成することによって機能する。

【0057】

グリップ強度の増強は、電気吸着パッドを作動させ、把持される物体を選択場所において誘引（引動）し、把持される物体を選択場所において反発（押動）させる、または選択的に、物体を異なる点において誘引および反発させることによって、遂行されてもよい。電気吸着パッドは、アクチュエータによる物体上の把持力を向上させるか、または意図的に弛緩させるかのいずれかであってもよい。

【0058】

図２９Ａに示されるように、例示的電気吸着パッドは、誘電材料の表面上にパターン化された２つの互いに組み合わせられた電極を含んでもよい。パッドは、インクジェット印刷、ステンシル印刷、熱蒸着金属のリソグラフィックパターン化、スパッタコーティングされた金属のリソグラフィックパターン化、または金属粒子のレーザ焼結等の種々の方法を使用して、可撓性または伸展性電子部品として加工されてもよい。

【0059】

図２９Ｂは、軟質アクチュエータ内に埋設されるそのような電気吸着パッドの実施例を描写する。前述のように、軟質アクチュエータは、伸張性空気圧層と、低伸張性層とを有してもよい。図２９Ｂの実施形態では、電気吸着パッドは、アクチュエータの低伸張性層内に埋設される。

【0060】

図２９Ｃは、互いに組み合わせられた電極が帯電されるときに生じる状態を示す。フリンジ場線が、電極パターンと法線方向に延在するように、正電極と負電極との間に生成される。電気吸着パッドが、基板（例えば、ガラス、乾燥壁、木材、コンクリート、金属等）に近接されると、そのフリンジ場線は、基板を透過し、電荷を再分布させ、反対極性のパターンを基板内に生成する。電極上の電荷と基板の表面上の相補的誘導電荷との間のクーロン引力が、電気吸着パッドを基板に吸着させるために使用され得る、静電力を生成する。静電吸着電圧の制御は、吸着が容易にオンおよびオフにされることを可能にする。

【0061】

次に、図３０Ａ−３０Ｆに目を向けると、歪み制限層内の反りを防止するための補強アクチュエータが、ここで説明される。軟質アクチュエータの歪み制限層は、膨張の間、アクチュエータの中立屈曲平面から反る傾向を有し得る。歪み制限層の本反りは、アクチュエータ断面の面積の二次モーメントを増加させ、それによって、屈曲に対するアクチュエータ抵抗を増加させる。本挙動は、アクチュエータの機能を低下させる。

【0062】

本問題は、剛性要素（例えば、プラスチック、金属、セラミック、またはより堅性のエラストマー）を歪み制限層内にオーバーモールドすることによって軽減されることができる。これは、複数の剛性要素を歪み制限層の中に設置することによって遂行され、各要素の長軸は、屈曲の中立軸と垂直に配向される。本配向は、剛性要素が、中立軸と垂直方向に歪み制限層の反りを防止することを可能にするが、最小限にのみ、中立軸に沿った屈曲を妨害する。

【0063】

剛性要素は、軟質アクチュエータ本体の歪み制限層とオーバーモールドされた被包エラストマー層との間の定位置に保持されてもよい。図３０Ａは、歪み制限層３００２上に被包エラストマー層を伴わない、軟質アクチュエータ本体３００１（左）と、被包エラストマー層３００３を有する、同一軟質アクチュエータ本体（右）との並列側面図を描写する。被包エラストマー層３００３は、軟質アクチュエータ本体と同一材料（例えば、同一エラストマー材料）から作製されてもよい、または比較的により剛性の材料から作製されてもよい。図３０Ｂは、被包エラストマー層３００３を歪み制限層３００２上に伴うものと、伴わない軟質アクチュエータ本体３００１との並列側面図である（それぞれ、上および下）。

【0064】

いくつかの実施形態では、被包エラストマー層３００３は、歪み制限層３００２内の反りを防止するために、補強スラット３００４を被装してもよい。軟質アクチュエータ本体３００１は、補強スラット３００４を受容するための成形溝３００５を具備してもよい。代替として、または加えて、成形溝３００５は、被包エラストマー層３００３内に位置してもよい、または溝３００５は、軟質アクチュエータ本体３００１および被包エラストマー層３００３の両方に位置してもよい。組立時、補強スラットは、溝３００５の中に差し込まれ、被包エラストマー層３００３で被装されてもよい。スラット３００４は、プラスチック、金属、セラミック、またはより堅性のエラストマー等、軟質アクチュエータ本体３００１と比較して比較的に剛性の材料または複数の材料から作製されてもよい。

【0065】

図３０Ｃは、被包エラストマー層３００３を有する、軟質アクチュエータ本体３００１の側面を描写し、図３０Ｄは、図３０Ｃに描写されるアクチュエータの断面図であって、剛性スラット３００４の場所を示す。図３０Ｅは、歪み制限層３００２と被包エラストマー層３００３との間の剛性スラット３００４を示す、分解図である。

【0066】

図３０Ｆは、被包エラストマー層３００３を有し、さらに、軟質アクチュエータブラダのアコーディオン状の凹部３００６を補強するためのオーバーモールドされた剛性またはエラストマー構造３００７を有する、軟質アクチュエータ本体３００１の実施例を描写する。構造３００７は、アコーディオン状の凹部３００６の歪みを最小限または低減させる役割を果たす。軟質アクチュエータ本体３００１の膨張の圧力は、アコーディオン形状の軟質アクチュエータの凹部３００６を歪ませ得る。これは、凹部３００６内に応力集中点を発生させ、高圧では、アクチュエータの故障につながり得る。それにもかかわらず、アクチュエータの膨張圧力の上昇は、これが、グリッパの一部として使用されるとき、アクチュエータによって送達され得る力を、またはある用途における構造要素として使用されるとき、アクチュエータの剛性を増加させるため、望ましい。その結果、高圧で動作されるとき、これらの点におけるアクチュエータの歪みを最小限にするために、これらの凹部を剛性材料（例えば、プラスチック、金属、セラミック、またはより堅性のエラストマー）で補強することが望ましい。

【0067】

本明細書で使用されるように、単数形で列挙され、単語「ａ」または「ａｎ」によって先行される、要素またはステップは、そのような除外が明示的に列挙されない限り、複数要素またはステップを除外するものとして理解されるべきではない。さらに、本発明の「一実施形態」という言及は、列挙された特徴もまた組み込む、付加的実施形態の存在を除外するものとして解釈されることを意図するものではない。

【0068】

本発明は、ある実施形態を参照して開示されたが、説明される実施形態に対する多数の修正、改変、および変更が、添付の請求項に定義されるように、本発明の領域および範囲から逸脱することなく、可能性として考えられる。故に、本発明は、説明される実施形態に限定されず、以下の請求項およびその均等物の用語によって定義される全範囲を有することが意図される。

【図1】

【図2A-2C】

【図3A-3B】

【図3C-3E】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図7E】

【図7F】

【図7G】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図11D】

【図11E】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図12D】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30A】

【図30B】

【図30C】

【図30D】

【図30E】

【図30F】