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(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】
(24)【登録日】2024-01-31
(45)【発行日】2024-02-08
(54)【発明の名称】可変形センサを有するフィンガを含むロボットアーム組立体
(51)【国際特許分類】
B25J 15/08 20060101AFI20240201BHJP
【ＦＩ】
B25J15/08 T
【請求項の数】
17
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021023369
(22)【出願日】2021-02-17
(65)【公開番号】P2021137956
(43)【公開日】2021-09-16
【審査請求日】2023-04-25
(31)【優先権主張番号】62/977,468
(32)【優先日】2020-02-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/984,083
(32)【優先日】2020-03-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/909,804
(32)【優先日】2020-06-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】518102470
【氏名又は名称】トヨタ リサーチ インスティテュート，インコーポレイティド
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100092624
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴田 準一
(74)【代理人】
【識別番号】100147555
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 公一
(74)【代理人】
【識別番号】100123593
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 宣夫
(74)【代理人】
【識別番号】100133835
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 努
(72)【発明者】
【氏名】アレクサンダー アルスパッチ
(72)【発明者】
【氏名】ナビーン スレッシュ クップスワミー
(72)【発明者】
【氏名】アビナーシュ ウッタムチャンダニ
(72)【発明者】
【氏名】サムソン エフ．クリーシー
(72)【発明者】
【氏名】ラッセル エル．テッドレイク
(72)【発明者】
【氏名】橋本 国松
(72)【発明者】
【氏名】エリック シー．ソベル
(72)【発明者】
【氏名】池田 拓也
【審査官】岩▲崎▼ 優
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－２２１３５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０５９０１５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
物体に関連付けられるポーズ及び力を検出するためのロボットアーム組立体であって、複数のフィンガを有するエンドエフェクタを含むロボットアームと、
前記複数のフィンガの各々に備えられた可変形センサであって、
ハウジングと、
前記ハウジングに結合された可変形膜と、
前記可変形膜によって部分的に画定された囲繞体であって、前記囲繞体が媒体で充填されるように構成される、囲繞体と、
前記ハウジング内に配置された内部センサであって、前記内部センサが前記媒体を通過して前記可変形膜の内面へ向かう視界を有する、内部センサと、
を備える可変形センサと、
各前記内部センサに通信上結合された１つ又は複数のプロセッサと、
コンピュータ可読命令を記憶するコンピュータ可読媒体を備える１つ又は複数のメモリモジュールであって、前記コンピュータ可読命令が、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行されたとき、前記１つ又は複数のプロセッサに、
各前記内部センサからの出力を受信させ、前記出力が前記物体との接触の結果としての前記可変形膜の接触領域を含み、
各前記内部センサからの出力に基づいて前記可変形膜の前記接触領域の変位量を測定させ、
前記可変形膜の前記接触領域の変位量に基づいて前記物体と関連付けられる前記ポーズ及び前記力を測定させる、
メモリモジュールと、
を備え、
前記可変形センサが、前記ハウジングに取外し可能に取り付けられたバブルモジュールを更に備え、前記バブルモジュールが前記囲繞体を画定する前記可変形膜と背板とを含む、ロボットアーム組立体。
【請求項2】
前記エンドエフェクタが開放位置と閉鎖位置との間で移動可能であり、前記エンドエフェクタが前記閉鎖位置のときの前記複数のフィンガ間の距離が、前記エンドエフェクタが前記開放位置のときの前記複数のフィンガ間の距離より小さい、請求項１に記載のロボットアーム組立体。
【請求項3】
前記内部センサが、前記ハウジング内に備えられ、前記内部センサが、前記バブルモジュールの前記背板に対して非平行の向きである、請求項１又は２に記載のロボットアーム組立体。
【請求項4】
前記内部センサが、前記バブルモジュールの前記背板に対して２５°～４５°の角度を向く、請求項３に記載のロボットアーム組立体。
【請求項5】
前記バブルモジュールの中へ前記媒体を送達するために前記ハウジングを通過して延び前記背板に結合される流体導管を更に備える、請求項１又は２に記載のロボットアーム組立体。
【請求項6】
前記バブルモジュールが、前記背板を取り囲みかつ前記可変形膜を前記背板に固定するように構成されたリングを更に備える、請求項１又は２に記載のロボットアーム組立体。
【請求項7】
前記内部センサが、前記内部センサの前記視界内に配置されかつ前記内部センサによって発せられた光信号を散乱するように構成されたフィルタを更に備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のロボットアーム組立体。
【請求項8】
物体をセンサベースで検出するための方法であって、複数のフィンガの少なくともいくつかを前記物体に接触させるように前記複数のフィンガを有するエンドエフェクタを含むロボットアームを作動することであって、前記複数のフィンガの各々が可変形センサを含む、作動することと、
前記可変形センサ内に配置された内部センサを利用することであって、前記内部センサが媒体を通過して前記可変形センサの可変形膜の内面へ向かう視界を有する、利用することと、
前記内部センサからの出力をプロセッサによって受信することであって、前記出力が、前記物体との接触の結果としての前記可変形膜の接触領域を含む、受信することと、
各前記内部センサからの出力に基づいて前記可変形膜の前記接触領域の変位量をプロセッサによって測定することと、
前記可変形膜の前記接触領域の変位量に基づいて前記物体と関連付けられるポーズ及び力を前記プロセッサによって測定することと、
を含み、
囲繞体を画定する前記可変形センサのバブルモジュールの中へ前記媒体を送達することを更に含み、前記バブルモジュールが、前記可変形膜と背板とを含み、前記バブルモジュールが前記可変形センサのハウジングから取外し可能である、
方法。
【請求項9】
流体導管を通過して前記バブルモジュールの前記囲繞体に前記媒体を充填することを更に含み、前記流体導管が、前記ハウジングを通過して延びて前記背板に結合される、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記内部センサが前記背板に対して平行ではないように前記ハウジング内に前記内部センサを位置付けることを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項11】
前記バブルモジュールの前記背板に対して２５°～４５°の角度で前記内部センサを位置付ける、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記可変形センサの前記囲繞体内の圧力を変化させることによって前記可変形センサの可変形性を修正することを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項13】
前記可変形膜の前記内面に配置されたフィルタ層に与えられたドットパターンの変化を計測することによって前記接触領域を前記プロセッサによって分析することを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項14】
物体に関連付けられるポーズ及び力を検出するためのシステムであって、複数のフィンガを有するエンドエフェクタを含むロボットアームと、
前記複数のフィンガの少なくとも２つに備えられた可変形センサであって、
ハウジングと、
前記ハウジングに結合された可変形膜であって、前記可変形膜が前記ハウジングに面するパターン化内面を有する、可変形膜と、
前記可変形膜によって部分的に画定された囲繞体と、
前記囲繞体を媒体で充填するために前記ハウジングを通過し前記囲繞体の中へ延びる流体導管と、
前記ハウジング内に配置された内部センサであって、前記内部センサが、前記媒体を通過して前記可変形膜の前記パターン化内面へ向かう視界を有し、前記内部センサが、前記物体との接触の結果としての前記可変形膜の接触領域を検出するように構成される、内部センサと、
を備える、可変形センサと、
を備え、
前記エンドエフェクタが開放位置と閉鎖位置との間で移動可能であり、前記エンドエフェクタが前記閉鎖位置のときの前記複数のフィンガ間の距離が、前記エンドエフェクタが前記開放位置のときの前記複数のフィンガ間の距離より小さく、
前記可変形センサが、前記ハウジングに取外し可能に取り付けられたバブルモジュールを更に備え、前記バブルモジュールが前記囲繞体を画定する前記可変形膜と背板とを含む、システム。
【請求項15】
各前記内部センサに通信上結合された１つ又は複数のプロセッサと、コンピュータ可読命令を記憶するコンピュータ可読媒体を備える１つ又は複数のメモリモジュールであって、前記コンピュータ可読命令が、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行されたとき、前記1つ又は複数のプロセッサに、
前記可変形膜が前記物体に接触した結果として各前記可変形膜内の接触領域を表す各前記内部センサからのデータを受信させ、
前記物体のポーズを測定するために前記複数のフィンガの各々の前記可変形膜の前記接触領域の変位量を測定させ、
前記複数のフィンガの各々の前記可変形膜の前記接触領域の前記変位量に基づいて前記複数のフィンガの各々の前記可変形膜と前記物体との間に加えられた力の量を測定させる、
メモリモジュールと、
を更に備える、請求項１４に記載のシステム。
【請求項16】
前記１つ又は複数のメモリモジュールが、前記コンピュータ可読命令を記憶する前記コンピュータ可読媒体を含み、前記コンピュータ可読命令が、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行されたとき、前記１つ又は複数のプロセッサに、前記接触領域を表すデータに基づいて前記物体の面に対して垂直のベクトルを測定させる、請求項１５に記載のシステム。
【請求項17】
前記１つ又は複数のメモリモジュールが、前記コンピュータ可読命令を記憶する前記コンピュータ可読媒体を含み、前記コンピュータ可読命令が、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行されたとき、前記１つ又は複数のプロセッサに、ベクトルを利用して前記物体が向く方向を測定させる、請求項１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、２０２０年２月１７日に提出された「バブルセンサを有するフィンガを含むロボットアーム組立体」に関する同時継続米国仮特許出願第６２／９７７４６８号及び２０２０年３月２日に提出された「堅牢な操作及びマニピュランド状態推定のためのバブルセンサグリッパ」に関する同時継続米国仮特許出願第６２／９８４０８３号（そのそれぞれの全体が参照により本明細書に援用される）に対する優先権を主張する。
【0002】
本明細書において説明する実施形態は、概略的に、接触センサを有するロボットアーム、特に、物体の接触及び形状を検出できる可変形接触及び形状／ポーズセンサをロボットアームのフィンガ上に有するロボットアームに関する。
【背景技術】
【0003】
人間の触覚は、物体を見なくても物体の形状を測定できるようにする。更に、我々の触覚は、物体を適切に握り保持する仕方に関する情報を与える。人間の指は、腕など身体の他の部分より優れた触覚を持つ。これが我々が物体を手で操作する理由である。
【0004】
ロボットは、一般に、特定の仕事を行うように構成されるエンドエフェクタを備える。例えば、ロボットアームのエンドエフェクタは、人間の手又は２本指のグリッパのように構成できる。但し、ロボットは、人間のように変動するレベルの触覚を持たない。エンドエフェクタは、圧力センサなどのセンサを含むことができるが、この種のセンサは、エンドエフェクタと触れている物体に関して限られた情報しか提供しない。したがって、ロボットは、大きすぎる力を使用して標的物体を損傷したり、物体を適切に掴んでいないために物体を落としたりする可能性がある。したがって、いくつかの応用においては、可変形の／従動的なエンドエフェクタが好ましい可能性がある。
【発明の概要】
【0005】
１つの実施形態において、物体と関連付けられるポーズ及び力を検出するためのロボットアーム組立体は、複数のフィンガを有するエンドエフェクタを含むロボットアームと、複数のフィンガの各々に備えられた可変形センサと、を含む。可変形センサは、ハウジングと、ハウジングに結合された可変形膜と、可変形膜によって部分的に形成された囲繞体と、を含む。囲繞体は、媒体を充填するように構成される。可変形センサは、又、ハウジング内に配置された内部センサを含む。内部センサは、媒体を通過して可変形膜の内面へ向かう視界を有する。ロボットアーム組立体は、各内部センサに通信上結合された１つ又は複数のプロセッサと、コンピュータ可読命令を記憶するコンピュータ可読媒体を備える１つ又は複数のメモリモジュールと、を含み、コンピュータ可読命令は、１つ又は複数のプロセッサによって実行されたとき、１つ又は複数のプロセッサに、各内部センサからの出力（出力は、物体との接触の結果としての可変形膜の接触領域を含む）を受信させ、各内部センサからの出力に基づいて可変形膜の接触領域の変位量を測定させ、可変形膜の接触領域の変位量に基づいて物体と関連付けられるポーズ及び力を測定させる。
【0006】
別の実施形態において、物体のセンサベースの検出のための方法は、複数のフィンガの少なくともいくつかを物体に接触させるために複数のフィンガを有するエンドエフェクタを含むロボットアームを作動することを含む。複数のフィンガの各々は可変形センサを含む。媒体を通過し可変形センサの可変形膜の内面へ向かう視界を有する可変形センサ内に配置された内部センサが、使用される。各内部センサに通信上結合されたプロセッサは、内部センサからの出力を受信し、出力は、物体との接触の結果としての可変形膜の接触領域を含む。プロセッサは、各内部センサからの出力に基づいて可変形膜の接触領域の変位量を測定する。プロセッサは、可変形膜の接触領域の変位量に基づいて物体と関連付けられるポーズ及び力を測定する。
【0007】
更に別の実施形態において、物体と関連付けられるポーズ及び力を検出するためのシステムは、複数のフィンガを有するエンドエフェクタを含むロボットアームと、複数のフィンガの少なくとも２つに備えられた可変形センサと、を含む。可変形センサは、ハウジングと、ハウジングに結合された可変形膜であって、ハウジングと面するパターン化内面を有する可変形膜と、可変形膜によって部分的に形成された囲繞体と、囲繞体に媒体を充填するためにハウジングを通過して囲繞体の中まで延びる流体導管と、を含む。システムは、又、ハウジング内に配置された内部センサを含む。内部センサは、媒体を通過して可変形膜の内面へ向かう視界を有する。内部センサは、物体との接触の結果としての可変形膜の接触領域を検出するように構成される。エンドエフェクタは、開放位置と閉鎖位置との間で移動可能であり、エンドエフェクタが閉鎖位置のときの複数のフィンガ間の距離は、エンドエフェクタが開放位置のときの複数のフィンガ間の距離より小さい。
【0008】
本明細書において説明する実施形態のこれらの及び付加的な特徴は、添付図面と一緒に下記の詳細な説明を読むことによってより良く理解できる。
【0009】
図面に示す実施形態は、例示的かつ代表的なものであり、請求項によって規定される内容を限定することを意図しない。例示的実施形態の下記の詳細な説明は、図面と一緒に読むと理解できる。図面において同様の構造体は、同様の参照番号で示される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本明細書において説明し例証する１つ又は複数の実施形態に従った、複数のフィンガを有するエンドエフェクタを含むロボットアーム例及び各フィンガ上の可変形センサ例の概略図である。
【図2A】本明細書において説明し例証する１つ又は複数の実施形態に従った、標的物体を掴んでいないときのエンドエフェクタの概略的拡大図である。
【図2B】本明細書において説明し例証する１つ又は複数の実施形態に従った、標的物体を掴んでいるときのエンドエフェクタの概略的拡大図である。
【図6】本明細書において説明し例証する１つ又は複数の実施形態に従った、複数のフィンガを有するエンドエフェクタを含むロボットアーム例及び各フィンガ上の可変形センサ例の概略図である。
【図9】本明細書において説明し例証する１つ又は複数の実施形態に従った、可変形センサの可変形膜に結合されたフィルタ層の概略図である。
【図10】本明細書において説明し例証する１つ又は複数の実施形態に従った、可変形センサの視界内のフィルタの概略図である。
【図11A】本明細書において説明し例証する１つ又は複数の実施形態に従った、可変形センサの可変形膜の内面上の格子パターンの概略図である。
【図11B】本明細書において説明し例証する１つ又は複数の実施形態に従った、可変形センサの可変形膜の内面のドットパターンの概略図である。
【図12】本明細書において説明し例証する１つ又は複数の実施形態に従った電子ディスプレイ上の可変形センサの出力を表す画像の概略図である。
【図13】本明細書において説明し例証する１つ又は複数の実施形態に従った、可変形センサと接触している物体と関連付けられるポーズ及び力を測定するためのプロセス例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本形態の実施形態は、複数のフィンガを含むロボットアームに関するものであり、各フィンガは、標的物体との接触を検出しかつ標的物体の形状、ポーズ及び接触力を検出する、少なくとも１つの可変形／従動的接触及び／又は形状センサ（以後「可変形センサ」と呼ぶ）を含む。特に、本明細書において説明する可変形センサは、物体との接触による可変形膜の変位を検出できるセンサを維持するハウジングに結合された可変形膜を含む。したがって、本明細書において説明する可変形センサは、物体を操作するときロボット（又はその他の機器）に触覚を与える。
【0012】
次に、図１、２Ａ及び２Ｂは、標的物体１５０を操作するためのエンドエフェクタ１１０を有するロボットアーム例１００を示す。ロボットアーム１００は、例えば、ピンピック用などピックアンドドロップ用に特に使用できる。但し、ロボットアーム１００はこの用途に限定されず、本開示の範囲から逸脱することなく他の目的のために使用できることが分かるはずである。いくつかの実施形態において、ロボットアーム１００は、医療、製造業、自動車修理業及び／又はこれに類似するものにおいて使用できる。
【0013】
ロボットアーム１００は、概略的に、１つ又は複数のジョイント１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃを介して１つ又は複数のアーム区分（例えば、第１アーム区分１０４及び／又は第２アーム区分１０６）に結合されたベース１０２を含み、それによって、ロボットアーム１００に広い運動範囲を与える。ピックアンドドロップ用のロボットアームは概略的に理解されたので、次に、図１、２Ａ及び２Ｂのロボットアーム１００について更に詳しく説明する。
【0014】
いくつかの実施形態において、エンドエフェクタ１１０は、第１フィンガ１１２及び第２フィンガ１１８など２つまたはそれ以上のフィンガを含むことができる。第１フィンガ及び第２フィンガは、カップリング部材１０９を介してジョイント１０８ｃに取り付けられる。本明細書において例証するロボットアーム１００は２つのフィンガを示すが、本開示はこれに限定されない。即ち、エンドエフェクタ１１０は、本開示の範囲から逸脱することなく、３つのフィンガ、４つのフィンガ又はそれ以上のフィンガを持つことができる。いくつかの実施形態において、エンドエフェクタ１１０は、５つのフィンガを含み、人間の手の指と同様の外観を与えるように形成できる。２つまたはそれ以上のフィンガ１１２、１１８は、標的物体１５０を拾い上げるためにエンドエフェクタ１１０を開閉するために相互に対して移動可能とすることができる。例えば、２つ又はそれ以上のフィンガ１１２、１１８は、標的物体１５０が２つまたはそれ以上のフィンガ１１２、１１８によって保持されない開放位置（図２Ａ）と、標的物体１５０が２つまたはそれ以上のフィンガ１１２、１１８によって保持される閉鎖位置（図２Ｂ）との間でコントローラによって移動可能とすることができる。２つ又はそれ以上のフィンガ１１２、１１８はカップリング部材１０９に対して並進または回動することによって、開放位置と閉鎖位置との間で移動できる。エンドエフェクタ１１０が２つ超えのフィンガを含む場合、各フィンガ１１２、１１８が標的物体１５０を掴むように作動する必要は必ずしもない。その代わりに、フィンガ１１２、１１８のサブセットが例えばフィンガ１１２、１１８のうち２つが標的物体１５０を挟むために作動するだけでよい。
【0015】
第１フィンガ１１２及び第２フィンガ１１８は、各々、可変形センサ２００を含む。各可変形センサ２００は、概略的に、ハウジング２１０と可変形膜２２０とを含む。本明細書において更に詳しく説明するように、可変形膜２２０は、標的物体１５０と接触すると、第１フィンガ１１２及び／又は第２フィンガ１１８が閉鎖位置へ向かって移動するので、変形する。本明細書において使用する場合、可変形性は、例えば、可変形センサの変形し易さを意味する。可変形性は、又、標的物体に接触したとき可変形膜がいかに変形し易いかを意味する。可変形センサは、ロボットアーム１００などのロボットのエンドエフェクタに備えられる高密度触覚センサによる高い空間分解能を持ち、それによって人間の指のような細密な触覚をロボットに与えることができる。可変形センサは、又、センサへ向かう又はこれから離れる移動を計測するための深さ分解能を持つこともできる。
【0016】
図２Ａ及び２Ｂは、エンドエフェクタ１１０の２つまたはそれ以上のフィンガ１１２、１１８に関して更に詳細に示す。例えば、第１フィンガ１１２は、近位端部１４１と遠位端部１４２とを含むことができる。グリップ機構１１３は、第１フィンガ１１２をエンドエフェクタ１１０に対して回動させて、エンドエフェクタ１１０が閉鎖位置に置かれたとき（図２Ｂ）遠位端部１４２を第２フィンガ１１８へ向かって内向きに移動させ、エンドエフェクタ１１０が開放位置に置かれたとき（図２Ａ）第２フィンガ１１８から離れて外向きに移動させる。更に、第２フィンガ１１８は、近位端部１４３と遠位端部１４４とを含むことができる。グリップ機構１１９は、第２フィンガ１１８をエンドエフェクタ１１０に対して回動させて、エンドエフェクタ１１０が閉鎖位置（図２Ｂ）に置かれたとき遠位端部１４４を第１フィンガ１１２へ向かって内向きに移動させ、エンドエフェクタ１１０が開放位置（図２Ａ）に置かれたとき第１フィンガ１１２から離れて外向きに移動させる。
【0017】
図２Ａを見ると、第１フィンガ１１２及び第２フィンガ１１８の各々は、外側面部材１１４と内側面部材１１６とを持つことができる。第１フィンガ１１２及び第２フィンガ１１８の外側面部材１１４は、概略的に外向きとすることができる（例えば、第１フィンガ１１２の外側面部材１１４は、第２フィンガ１１８の逆を向き、第２フィンガ１１８の外側面部材１１４は、第１フィンガ１１２の逆を向く）。第１フィンガ１１２及び第２フィンガ１１８の内側面部材１１６は、概略的に内向きとすることができる（例えば、第１フィンガ１１２の内側面部材１１６は、第２フィンガ１１８に面し、第２フィンガ１１８の内側面部材１１６は、第１フィンガ１１２に面する）。
【0018】
可変形センサ２００の可変形膜２２０は、内向きである（例えば、第１フィンガ１１２上の可変形センサ２００の可変形膜２２０は、第２フィンガ１１８に面し、第２フィンガ１１８上の可変形センサ２００の可変形膜２２０は、第１フィンガ１１２に面する）。いくつかの実施形態において、図示するように、第１フィンガ１１２上の可変形センサ２００のハウジング２１０は、少なくとも部分的に第１フィンガ１１２内の内側面部材１１６と外側面部材１１４との間に収容できる。但し、第１フィンガ１１２上の可変形センサ２００の可変形膜２２０は、可変形膜２２０が標的物体１５０と接触できるように、内側面部材１１６を越えて又はこれを通過して延びる。又は、いくつかの実施形態において、第１フィンガ１１２上の可変形センサ２００のハウジング２１０は、可変形センサ２００の全体が第１フィンガ１１２の外部に位置付けられるように内側面部材１１６に備えうる。
【0019】
同様に、いくつかの実施形態において、第２フィンガ１１８上の可変形センサ２００のハウジング２１０は、少なくとも部分的に第２フィンガ１１８内の内側面部材１１６と外側面部材１１４との間に収容できる。但し、第２フィンガ１１８上の可変形センサ２００の可変形膜２２０は、可変形膜２２０が標的物体１５０と接触できるように、内側面部材１１６を越えて又はこれを通過して延びる。又は、第２フィンガ１１８上の可変形センサ２００のハウジング２１０は、可変形センサ２００が第２フィンガ１１８の外部に位置付けられるように内側面部材１１６に備えうる。
【0020】
各可変形センサ２００の可変形膜２２０の可変形性は、第１フィンガ１１２のグリップ機構１１３及び第２フィンガ１１８のグリップ機構１１９と一緒に、エンドエフェクタ１１０が図２Ｂに示すように標的物体１５０を掴んだとき第１フィンガ１１２及び第２フィンガ１１８が標的物体１５０の周りで形を合わせられるようにする。このグリップの結果として、可変形膜２２０の各々の１点又は複数点が標的物体１５０に接触し、その結果、標的物体１５０の形状及び／又はポーズに応じて可変形膜２２０に固有の変形を生じる。標的物体１５０が円形ではない（例えば不規則形状を持つ）実施形態において、可変形膜２２０と標的物体１５０との間の接点は、第１フィンガ１１２の可変形膜２２０に第２フィンガ１１８の可変形膜２２０とは異なる変形を持たせる可能性がある。第１フィンガ１１２と第２フィンガ１１８が相互に寄って標的物体１５０の周りで閉鎖位置になるとき、標的物体１５０の形状に関係なく、第１フィンガ１１２及び第２フィンガ１１８の各々の可変形膜２２０の可変形性は、可変形センサを含まないロボットエンドエフェクタと異なり、標的物体１５０を確実に掴んだまま標的物体１５０を所定の場所によりうまく保持するように、概略的に、第１フィンガ１１２及び第２フィンガ１１８が標的物体１５０の形状に形を合わせられるようにする。
【0021】
いくつかの実施形態において、第１フィンガ１１２及び第２フィンガ１１８は、協働して第１フィンガ１１２及び第２フィンガ１１８の各々によって提供されたデータに基づいて標的物体１５０を操作する。例えば、第１フィンガ１１２及び第２フィンガ１１８は、各々、標的物体１５０に対するそれぞれのフィンガの接触力データを含めてデータをコンピュータ計算機器へ送信できる。コンピュータ計算機器は、標的物体１５０の取り扱いを誤らないために、フィンガ１１２、１１８の各々によって標的物体１５０へ加えられる力が等しく又は実質的に等しくなるように、第１フィンガ１１２及び／又は第２フィンガ１１８を作動することができる。例えば、標的物体１５０に対する第１フィンガ１１２の接触力が標的物体１５０に対する第２フィンガ１１８の接触力より著しく大きい場合、標的物体１５０は、ひっくり返るか、又は偶発的に押される可能性がある。更に、第２フィンガ１１８が標的物体１５０に接触する前に第１フィンガ１１２が標的物体１５０に接触した場合も、標的物体１５０は押される可能性がある。したがって、コンピュータ計算機器は、標的物体１５０が適切に取り扱われるように、第１フィンガ１１２及び第２フィンガ１１８のいずれか又は両方の作動を制限できる。
【0022】
第１フィンガ１１２及び第２フィンガ１１８などの各フィンガは、各々、単一の可変形センサ２００ではなく内側面部材１１６に沿って又はこれを通過して延びる複数の可変形センサ２００を含むことができることが分かるはずである。各フィンガ１１２、１１８上に複数の可変形センサ２００を備えさせることによって、標的物体１５０に沿ってより多くの変形を識別でき、標的物体１５０の形状及び／又はポーズのより正確な測定を可能にする。
【0023】
図３及び４は、可変形センサ２００の概略図である。図３は、可変形センサ２００の断面図であり、図４は、可変形センサ２００の上面斜視図である。可変形センサ２００は概略的に、ハウジング２１０と、ハウジング２１０の上部２１１などにおいてハウジング２１０に結合された可変形膜２２０と、を備える。いくつかの実施形態において、ハウジング２１０は３Ｄプリントされる。ハウジング２１０及び可変形膜２２０は、囲繞体２１３を形成し、その中に１つ又は複数の流体導管２１２を介して媒体が充填される。流体導管２１２は、弁又はその他の適切な機構とすることができる。流体導管２１２は、囲繞体２１３を充填する又は空にするために利用できる。１つの実施例において、媒体は、空気などの気体である。したがって、空気は図３に示すように可変形膜２２０がドーム形を形成するように所望の圧力まで囲繞体２１３の中へ送入できるが、他の実施形態においては任意の適切な形状を利用できる。別の実施例において、媒体はシリコン又はその他のゴム様物質などのゲルである。いくつかの実施形態において、可変形センサ２００の組立て前に、固体シリコンなどの物質を所与の形状に成形できる。様々な実施形態において、媒体は、飛行時間型センサの波長に対してなど、下で詳しく論じる内部センサに対して透明であればなんでも良い。媒体は、いくつかの実施形態において透明なラバーを含むことができる。他の実施形態において、媒体は液体とすることができる。いくつかの実施例において、可変形膜２２０及び囲繞体２１３の中の媒体は、シリコンなど（但し、これに限定されない）同じ材料で製造できる。いくつかの実施形態において、可変形センサ２００は、取付け可能とすることができる。例えば、囲繞体２１３は、本明細書において説明する第１フィンガ１１２及び第２フィンガ１１８など適切な物体に取り付けされるブラケットを含むことができる。可変形膜２２０は、ラテックス又は適切な非多孔性ラバー様材料など他の適切な材料とすることができる。いくつかの実施形態において、可変形膜２２０は、０.０４ｍｍの厚みのラテックスシートからレーザーカットされる。
【0024】
可変形センサ２００の可変形性は、可変形膜２２０の材料及び／又は囲繞体２１３内の圧力を変えることによって調節／修正できる。より軟らかい材料（例えば軟質シリコン）を使用することによって、可変形センサ２００は、より容易に変形できる。同様に、囲繞体２１３内の圧力を低くすることによっても、可変形膜２２０がより容易に変形できるようにし、より変形し易いセンサ２００とすることができる。いくつかの実施形態において、可変形膜２２０は、２０ｍｍ～７５ｍｍの高さまで及び０.２０ｐｓｉ～０.３０ｐｓｉの圧力まで膨張する。いくつかの実施形態において、可変形センサ２００は、可変的な空間分解能及び／又は深さ分解能によって可変的な触感を持つことを特徴とする。本明細書において使用される場合、空間分解能は、例えば、どれほどのピクセルを可変形センサが持つかを表す。ピクセルの数は、１（例えば、標的物体との接触を検出するだけのセンサ）～数千又は数百万（例えば、数千ピクセルを有する飛行時間型センサによって与えられる高密度触覚センサ）ピクセル又は任意の適切な数とすることができる。
【0025】
深さを感知できる内部センサ２３０を、囲繞体２１３内に配置できる。内部センサ２３０は、媒体を通過して可変形膜２２０の内面へ向かう視界２３２を持つことができる。いくつかの実施形態において、内部センサ２３０の視界２３２は、６２°ｘ４５°＋/‐１０％とすることができる。いくつかの実施形態において、内部センサ２３０は、光学センサとすることができる。下で更に詳しく説明するように、内部センサ２３０は、可変形膜２２０が標的物体１５０と接触したとき可変形膜２２０の歪みを検出できる。１つの実施例において、内部センサ２３０は、深さを計測できる飛行時間型センサである。飛行時間型センサは、光学信号（例えば赤外線信号）を発して、反射信号がセンサへ戻るために掛かる時間を検出する個別のディテクタ（即ち「ピクセル」）を有する。飛行時間型センサは、任意の所望の空間分解能を持つことができる。ピクセル数が多ければ、空間分解能がそれだけ大きくなる。内部センサ２３０内に配置されたセンサの空間分解能は、変えることができる。いくつかの事例において、より低い空間分解能（例えば、１点の変位を検出する１ピクセル）が好ましい場合がある。他の事例において、高密度触覚感度を与える高空間分解能内部センサ２３０などの高感度飛行時間型センサが使用される。したがって、内部センサ２３０は、用途に応じてセンサを変更できるので、モジュール式とすることができる。
【0026】
飛行時間型センサの非限定的例として、PMD Technologies AG（ドイツ、ジーゲン）社販売のPico Flexxがある。他のタイプの視覚的内部センサは、非限定的例として、ステレオカメラ、レーザー距離センサ、立体照明センサ／３Ｄスキャナ、単一カメラ（ドット又はその他のパターンを内部に持つ）又はその他の任意のタイプの視覚的ディテクタを含む。例えば、内部センサ２３０は、標的物体１５０による可変形膜２２０の歪みを検出できるステレオカメラとして構成できる。
【0027】
任意の適切な数量及び／又はタイプの内部センサ２３０を、いくつかの実施形態において単一の可変形センサ２００に利用できる。いくつかの実施例において、可変形センサ２００内の全ての内部センサ２３０が同じタイプである必要はない。様々な実施形態において、１つの可変形センサ２００は、高空間分解能を持つ単一の内部センサ２３０を利用でき、別の可変形センサ２００は、各々が低空間分解能を持つ複数の内部センサ２３０を使用できる。いくつかの実施形態において、可変形センサ２００の空間分解能は、内部センサ２３０の数量が増大することによって増大できる。いくつかの実施例において、可変形センサ２００内の内部センサ２３０の数の減少は、残りの内部センサ２３０の少なくともいくつかの空間分解能をこれに対応して上げることによって補正できる。総計の変形分解能は、ロボットアーム１００の一部分において可変形センサ２００の間で変形分解能又は深さ分解の関数として計測できる。いくつかの実施形態において、総計変形分解能は、ロボットアーム１００の一部分における可変形センサ２００の数量及びこの部分における各可変形センサ２００から得られる変形分解能に基づく。
【0028】
再び図３を見ると、パワー導管２１４を利用して、囲繞体２１３において、ＵＳＢ又はその他の適切なタイプの電力及び／又は信号／データ接続などのためにケーブルによって内部センサ２３０などに電力及び／又はデータ／信号を与えることができる。本明細書において使用される場合、気密導管は、空気又はその他の流体（液体など）などが通過できない任意のタイプの通路を含むことができる。この実施例において、気密導管は、固体（ワイヤ／ケーブルなど）が通過するための通路を提供し、気密導管の両端においてワイヤ／ケーブルの周りに形成された気密シール（Ｏリングなど）を持つ。他の実施形態は、データ及び／又は電力を送る及び／又は受けるために無線内部センサ２３０を利用する。シリコンなど、媒体が気体ではない様々な実施形態において、囲繞体２１３及び／又はパワー導管２１４は、必ずしも気密でなくてよい。
【0029】
いくつかの実施形態において、内部センサ２３０は、媒体を通して可変形膜２２０の全体的変形を検出するために利用される１つ又は複数の内部圧力センサ（バロメータ、圧力センサなど又はこれらの任意の組合せ）を含むことができる。いくつかの実施形態において、可変形センサ２００及び／又は内部センサ２３０は、上記のパワー導管２１４、無電データ送信（ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）など）又はその他の適切なデータ通信プロトコルなどを介して、各種のデータを送受信できる。例えば、可変形センサ２００の中の圧力は、与圧パラメータによって指定でき、可変形センサ２００の可変形性と逆比例できる。いくつかの実施形態において、可変形センサ２００の可変形性は、囲繞体２１３内の圧力又は可変形膜２２０の材料を変えることによって修正できる。いくつかの実施形態において、更新されたパラメータ値の受取りは、リアルタイム又は遅延更新（与圧など）を生じる。
【0030】
次に、図５は、ロボットアーム１００の１つの非限定的実施形態の構成要素例の概略図である。ロボットアーム１００は、通信パス３２８と、プロセッサ３３０と、メモリモジュール３３２と、慣性計測ユニット３３６と、入力機器３３８と、カメラ３４４と、ネットワークインターフェイスハードウェア３４６と、発光体３５２と、近接センサ３５４と、バッテリ３６０と、充電ポート３６２と、を含む。ロボットアーム１００の構成要素は、ロボットアーム内に内蔵されるか又はロボットアーム１００に取り付けることができる。ロボットアーム１００の各種構成要素及びその相互作用を下で説明する。
【0031】
更に図５を見ると、通信パス３２８は、導線、伝導性トレース、光導波路又はこれに類似するものなど、信号を送信できる任意の媒体から形成される。更に、通信パス３２８は、信号を送信できる媒体の組合せから形成できる。１つの実施形態において、通信パス３２８は、協働して電気データ信号をプロセッサ、メモリ、センサ、入力機器、出力機器及び通信機器などの構成要素へ送れるようにする伝導性トレース、導線、コネクタ及びバスの結合体を備える。したがって、通信パス３２８は、バスを備えることができる。更に、「信号」は、ＤＣ、ＡＣ、正弦波、三角波、方形波、振動及びこれに類似するものなど、媒体を通過できる波形（例えば、電気、光、磁気、機械的又は電磁気）を意味する。通信パス３２８は、ロボットアーム１００の各種構成要素を通信上結合する。本明細書において使用する場合、「通信上結合する」は、結合された構成要素が、導電性媒体を介して電気信号、空気を介して電磁信号、光導波路を介して光信号など、相互にデータ信号を交換できることを意味する。
【0032】
ロボットアーム１００のプロセッサ３３０は、コンピュータ可読命令を実行できる任意の機器とすることができる。したがって、プロセッサ３３０は、コントローラ、集積回路、マイクロチップ、コンピュータ又はその他のコンピュータ計算機器とすることができる。プロセッサ３３０は、通信パス３２８によってロボットアーム１００の他の構成要素と通信上結合できる。したがって、様々な実施形態において、プロセッサ３３０が１つ又は複数の可変形センサ２００からデータを受信できるようにする。他の実施形態において、プロセッサ３３０は、ロボットアーム１００上の１つ又は複数の可変形センサ２００の一部である１つ又は複数の内部センサ２３０からデータを直接受信できる。したがって、通信パス３２８は、任意の数のプロセッサを相互に通信上結合でき、通信パス３２８に結合された構成要素が分散処理環境で作動できるようにする。具体的には、構成要素の各々は、データを送受できるノードとして作動できる。図５に示す実施形態はプロセッサ３３０を１つしか含まないが、他の実施形態は、複数のプロセッサを含むことができる。
【0033】
更に図５を見ると、ロボットアーム１００のメモリモジュール３３２は、通信パス３２８に結合され、プロセッサ３３０に通信上結合される。メモリモジュール３３２は、例えば、可変形センサ２００を変形させた標的物体１５０の形状を検出するための命令を含むことができる。この実施例において、メモリモジュール３３２の中に記憶された命令は、プロセッサ３３０によって実行されたとき、観察された可変形センサ２００の変形に基づいて標的物体１５０の形状を測定できる。メモリモジュール３３２は、コンピュータ可読命令がプロセッサ３３０によってアクセスされ実行できるように、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードドライブ又はコンピュータ可読命令を記憶できるその他の任意の非一時的メモリ機器を含むことができる。コンピュータ可読命令は、例えば、プロセッサによって直接実行できるマシン言語、又はコンピュータ可読命令にコンパイル又はアセンブルしてメモリモジュール３３２において記憶できるアセンブリ言語、オブジェクト指向プログラミング（ＯＯＰ）、スクリプト言語、マイクロコードなど、任意の世代（例えば、１ＧＬ、２ＧＬ、３ＧＬ、４ＧＬ又は５ＧＬ）のプログラミング言語で書かれたロジック又はアルゴリズムを含むことができる。又は、コンピュータ可読命令は、プログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）構成又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又はその同等物を介して実現できるロジックなど、ハードウェア記述言語（ＨＤＬ）で書くことができる。したがって、本明細書において説明する機能性は、事前プログラムハードウェア要素として又はハードウェア及びソフトウェアコンポーネントの組合せとして、従来のコンピュータプログラミング言語で実現できる。図５に示す実施形態はメモリモジュール３３２を１つしか含まないが、他の実施形態は、複数のメモリモジュールを含むことができる。
【0034】
慣性計測ユニット３３６が備えられる場合、通信パス３２８に結合されて、プロセッサ３３０と通信上結合される。慣性計測ユニット３３６は、１つ又は複数の加速度計及び１つ又は複数のジャイロスコープを含むことができる。慣性計測ユニット３３６は、ロボットアーム１００の感知された物理的移動をロボットアーム１００の向き、回転、速度又は加速を表す信号に変換する。ロボットアーム１００の作動は、ロボットアーム１００の向き（たとえば、ロボットアーム１００が平行、傾斜又はこれに類似する状態であるか否か）に依存する場合がある。ロボットアーム１００のいくつかの実施形態は、加速度計を含むがジャイロスコープを含まない実施形態、ジャイロスコープを含むが加速度計を含まない実施形態又は加速度計もジャイロスコープも含まない実施形態など、慣性計測ユニット３３６を含まなくてもよい。
【0035】
１つ又は複数の入力機器３３８は、通信パス３２８に結合され、プロセッサ３３０に通信上結合される。入力機器３３８は、ボタン、スイッチ、ノブ、マイクロフォン又はこれに類似するものなどユーザーコンタクトを通信パス３２８越しに送信できるデータ信号へ変換できる任意の機器とすることができる。様々な実施形態において、入力機器３３８は、本明細書において説明するように可変形センサ２００とすることができる。いくつかの実施形態において、入力機器３３８は、電源ボタン、ボリュームボタン、起動ボタン、スクロールボタン又はこれに類似するものを含む。１つ又は複数の入力機器３３８は、メニューをナビゲートする、選択を行う、優先順を設定する及び本明細書において説明するその他の機能性のためなどに使用者がロボットアーム１００と対話するために与えられる。いくつかの実施形態において、入力機器３３８は、圧力センサ、触覚領域、圧力ストリップ又はこれと類似するものを含む。いくつかの実施形態は入力機器３３８を含まなくても良いことが分かるはずである。下で更に詳しく説明するように、ロボットアーム１００の実施形態は、ロボットアーム１００の任意の面に配置された複数の入力機器を含むことができる。いくつかの実施形態において、入力機器３３８の１つ又はそれ以上は、ロボットアーム１００をアンロックするための指紋センサとして構成される。例えば、登録された指紋を持つ使用者のみがロボットアーム１００をアンロックして使用できる。
【0036】
カメラ３４４は、通信パス３２８に結合され、プロセッサ３３０に通信上結合される。カメラ３４４は、紫外線波長帯域、可視光波長帯域又は赤外線波長帯域における放射を検出できる感知素子（例えば、ピクセル）のアレイを有する任意の機器とすることができる。カメラ３４４は、任意の分解能を持つことができる。カメラ３４４は、全方向性カメラ又はパノラマカメラとすることができる。いくつかの実施形態において、ミラー、魚眼レンズ又はその他のタイプのレンズなどの１つ又は複数の光学構成要素を、光学的にカメラ３４４に結合できる。下で更に詳しく説明するように、カメラ３４４は、画像データを捕捉するために持ち上げるように作動できる画像化組立体３２２の構成要素である。
【0037】
ネットワークインターフェイスハードウェア３４６は、通信パス３２８に結合され、プロセッサ３３０に通信上結合される。ネットワークインターフェイスハードウェア３４６は、ネットワーク３７０を介してデータを送信及び／又は受信できる任意の機器とすることができる。したがって、ネットワークインターフェイスハードウェア３４６は、任意の有線又は無線通信を送信及び／又は受信するための通信トランシーバとして構成された無線通信モジュールを含むことができる。例えば、ネットワークインターフェイスハードウェア３４６は、アンテナ、モデム、ＬＡＮポート、ＷｉＦｉカード、ＷｉＭａｘカード、移動通信ハードウェア、近距離通信ハードウェア、衛星通信ハードウェア及び／又は他のネットワーク及び／又は機器と通信するための任意の有線又は無線ハードウェアを含むことができる。１つの実施形態において、ネットワークインターフェイスハードウェア３４６は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）無線通信プロトコルに従って作動するように構成されたハードウェアを含む。別の実施形態において、ネットワークインターフェイスハードウェア３４６は、ポータブル電子機器３８０へ／からＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信を送受するためにＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）送信／受信モジュールを含むことができる。ネットワークインターネットハードウェア３４６は、ＲＦＩＤタグに応答指令する又はこれを読み取るように構成された無線認証（ＲＦＩＤ）リーダーを含むこともできる。
【0038】
いくつかの実施形態において、ロボットアーム１００は、ネットワーク３７０を介してポータブル電子機器３８０に通信上結合できる。いくつかの実施形態において、ネットワーク３７０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）テクノロジーを利用してロボットアーム１００とポータブル電子機器３８０を通信上結合するパーソナルエリアネットワークである。他の実施形態において、ネットワーク３７０は、１つ又は複数のコンピュータネットワーク（例えば、パーソナルエリアネットワーク、ローカルエリアネットワーク又はワイドエリアネットワーク）、セルラーネットワーク、サテライトネットワーク及び／又はグローバルポジショニングシステム及びこれらの組合せを含むことができる。したがって、ロボットアーム１００は、ワイヤ、ワイドエリアネットワーク、ローカルエリアネットワーク、パーソナルエリアネットワーク、セルラーネットワーク、サテライトネットワーク又はこれに類似するものを介して、ネットワーク３７０に通信上結合できる。適切なローカルエリアネットワークは、有線イーサネット（登録商標）及び／又は例えば無線フィデリティ（ＷｉＦｉ）などの無線テクノロジーを含む。適切なパーソナルエリアネットワークは、Ｉｒｄａ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、無線ＵＳＢ、Ｚ－Ｗａｖｅ、ＺｉｇＢｅｅ及びその他の近距離通信プロトコルなどの無線テクノロジーを含むことができる。適切なパーソナルエリアネットワークは、同様に、例えば、ＵＳＢ及びＦｉｒｅＷｉｒｅなどの有線コンピュータバスを含むことができる。適切なセルラーネットワークは、ＬＴＥ、ＷｉＭＡＸ、ＵＭＩＴＳ、ＣＤＭＡ及びＧＳＭ（登録商標）などのテクノロジーを含むが、これらに限定されない。
【0039】
上述のように、ネットワーク３７０を使用して、ロボットアーム１００をポータブル電子機器３８０と通信上結合できる。ポータブル電子機器３８０は、移動電話、スマートフォン、携帯情報端末、カメラ、専用移動媒体プレーヤ、移動パソコン、ラップトップコンピュータ及び／又はロボットアーム１００と通信上結合できる他の任意のポータブル電子機器を含むことができる。ポータブル電子機器３８０は、１つ又は複数のプロセッサ及び１つ又は複数のメモリを含むことができる。１つ又は複数のプロセッサは、ロボットアーム１００と通信するためにロジックを実行できる。ポータブル電子機器３８０は、ロボットアーム１００と通信するために有線及び／又は無線通信機能を持つように構成できる。いくつかの実施形態において、ポータブル電子機器３８０は、本明細書において説明する機能性がロボットアーム１００とポータブル電子機器３８０との間で分散される実施形態などにおいて、本明細書において説明する機能性の１つ又は複数の要素を実施できる。
【0040】
発光体３５２が備えられる場合、発光体は、通信パス３２８に結合され、プロセッサ３３０に通信上結合される。発光体３５２は、発光ダイオード、白熱灯、蛍光灯又はこれに類似するものなど（但し、これに限定されない）の光を出力できる任意の機器とすることができる。いくつかの実施形態は、ロボットアーム１００の電源がオンになったとき点灯する電源指示光を含む。いくつかの実施形態は、ロボットアーム１００が活動するとき又はデータを処理しているとき点灯する活動指示灯を含む。いくつかの実施形態は、ロボットアーム１００が配置される環境を照明するための照明灯を含む。いくつかの実施形態は、発光体３５２を含まなくてもよい。
【0041】
近接センサ３５４が備えられる場合、近接センサは、通信パス３２８に結合され、プロセッサ３３０に通信上結合される。近接センサ３５４は、別の物体へのロボットアーム１００の近接を表す近接信号を出力できる任意の機器とすることができる。いくつかの実施形態において、近接センサ３５４は、レーザースキャナ、容量性変位センサ、ドップラ効果センサ、渦電流センサ、超音波センサ、磁気センサ、内部センサ、レーダーセンサ、ＬｉＤＡＲセンサ、ソナーセンサー又はこれに類似するものを含むことができる。いくつかの実施形態は、例えば物体へのロボットアーム１００の近接が他のセンサ（例えば、カメラ３４４など）によって与えられる入力から測定される実施形態又は物体へのロボットアーム１００の近接を測定しない実施形態などは、近接センサ３５４を含まなくても良い。
【0042】
ロボットアーム１００は、バッテリ３６０によって電力を供給できる。バッテリはロボットアーム１００の各種電気構成要素に電気的に結合される。バッテリ３６０は、ロボットアーム１００が後に使用するために電気エネルギーを貯蔵できる任意の機器とすることができる。いくつかの実施形態において、バッテリ３６０は、リチウムイオンバッテリ又はニッケルカドミウムバッテリなどの充電式バッテリである。バッテリ３６０が充電式バッテリである実施形態において、ロボットアーム１００は、バッテリ３６０を充電するために使用できる充電ポート３６２を含むことができる。いくつかの実施形態、例えば、ロボットアーム１００が電力供給網、ソーラーエネルギー又は環境から得られるエネルギによって電力を供給される実施形態は、バッテリ３６０を含まなくてもよい。いくつかの実施形態、例えば装置が電力のために使い捨てバッテリを利用する実施形態は、充電ポート３６２を含まなくてよい。
【0043】
次に、図６は、別のロボットアーム４００例を示す。ロボットアーム４００は、概略的に、１つ又は複数のジョイント４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃを介して第１アーム区分４０４及び第２アーム区分４０６など１つ又は複数のアーム区分に結合されたベース４０２と、標的物体４５０を操作するための第１フィンガ４１２と第２フィンガ４１８とを含むエンドエフェクタ４１０と、含むことができる。ロボットアーム４００のエンドエフェクタ４１０の第１フィンガ４１２及び第２フィンガ４１８は、各々、可変形センサ５００を含む。可変形センサ５００は、フィンガ１１２、１１８の側面部材１１４、１１６の間に備えられるのではなく、カップリング部材４０９に直接接続または結合できる。
【0044】
第１フィンガ４１２は、近位端部４４１と遠位端部４４２とを含むことができる。いくつかの実施形態において、グリップ機構４１３は、第１フィンガ４１２をエンドエフェクタ４１０に対して回動させて、エンドエフェクタ４１０が開放位置へ向かって移動するとき遠位端部４４２を第２フィンガ４１８から離れて矢印Ｂ１の方向へ外向きに移動させ、エンドエフェクタ４１０が閉鎖位置へ向かって移動するとき第２フィンガ４１８へ向かって矢印Ｂ２の方向に内向きに移動させる。更に、第２フィンガ４１８は、近位端部４４３と遠位端部４４４とを含むことができる。いくつかの実施形態において、グリップ機構４１９は、第２フィンガ４１８をエンドエフェクタ４１０に対して回動させて、エンドエフェクタ４１０が開放位置へ向かって移動するとき遠位端部４４４を第１フィンガ４１２から離れて矢印Ｃ１の方向に外向きに移動させ、エンドエフェクタ４１０が閉鎖位置へ向かって移動するとき第１フィンガ４１２へ向かって矢印Ｃ２の方向に内向きに移動させる。この実施形態において、グリップ機構４１３，４１９は、例えば、アクチュエータ、ロータリーモーター又はこれに類似するものなど任意の適切な並進部材とすることができる。
【0045】
いくつかの実施形態において、第１フィンガ４１２のグリップ機構４１３及び第２フィンガ４１８のグリップ機構４１９は、上に説明するように回動する代わりに、第１フィンガ４１２及び第２フィンガ４１８をエンドエフェクタ４１０に対して線形に並進するように作動する。したがって、グリップ機構４１３は、エンドエフェクタ４１０が閉鎖位置へ向かって移動するとき第１フィンガ４１２を第２フィンガ４１８へ向かって矢印Ｂ３の方向に内向きに移動させ、エンドエフェクタ４１０が開放位置へ向かって移動するとき第２フィンガ４１８から離れて矢印Ｂ４の方向に外向きに移動させる。更に、グリップ機構４１９は、エンドエフェクタ４１０が閉鎖位置へ向かって移動するとき第２フィンガ４１８を第１フィンガ４１２へ向かって矢印Ｃ３の方向に内向きに移動させ、エンドエフェクタ４１０が開放位置へ向かって移動するとき第１ファインが４１２から離れて矢印Ｃ４の方向に外向きに移動させる。この実施形態において、グリップ機構４１３、４１９は、例えば、リニアアクチュエータ、ラックアンドピニオン歯車、又はこれに類似するものなど、任意の適切な並進部材とすることができる。ロボットアーム４００は、更に、図５に示す構成要素の任意の組合せを含むことができ、本明細書に論じるように作動できる。
【0046】
次に、図７、８Ａ及び８Ｂは、可変形センサ５００の概略図である。図７は、可変形センサ５００の断面図である。可変形センサ５００は、可変形センサ２００と同様であり、概略的に、ハウジング５１０と、ハウジング５１０に結合されたバブルモジュール５１１とを備える。バブルモジュール５１１は、可変形膜２２０などの可変形膜５２０を含む。可変形膜５２０は、可変形膜２２０に関して本明細書において開示する特徴のいずれか又は全てを含むことができる。バブルモジュール５１１は、可変形センサ２００の上部分２１１と同様であるが、ハウジング５１０から容易に取り外すことができるので、必要なときに交換可能である。バブルモジュール５１１は、その中に１つ又は複数の流体導管５１２を通じて媒体が充填される囲繞体５１３を形成する。導管は、ハウジング５１０を通過してバブルモジュール５１１において終結する弁又はその他の適切な機構とすることができる。図示するように、流体導管５１２は、チューブ５１２Ａとチューブ取付け具５１２Ｂとを含む。流体導管５１２は、囲繞体５１３を充填する又は空にするために利用できる。囲繞体５１３に媒体が充填されるとき、可変形膜５２０は、図８に示すようにドーム形を形成する。
【0047】
内部センサ２３０など深さを感知できる内部センサ５３０は、ハウジング５１０内に配置できる。内部センサ５３０は、媒体を通過して可変形膜５２０の内面へ向かう角度Ａ１を有する視界５３２を有する。非限定的例として、内部センサ５３０の視界５３２は、６２°ｘ４５°＋/‐１０％とすることができる。いくつかの実施形態において、内部センサ５３０は、光学センサとすることができる。下でより詳しく説明するように、内部センサ５３０は、可変形膜５２０が標的物体４５０などの物体に接触したとき可変形膜５２０の歪みを検出できる。１つの実施例において、内部センサ５３０は、深さを計測できる飛行時間型センサである。飛行時間型センサは、光信号（例えば赤外線信号）を発し、反射信号がセンサに戻るために掛かる時間を検出する個別のディテクタ（即ち、ピクセル）を有する。
【0048】
図７に示すように、内部センサ５３０は、ハウジング５１０内に備えられ、内部センサ５３０が背板５２２に対して平行ではないように、バブルモジュール５１１、具体的には背板５２２に対して所定の角度Ａ２を向く。具体的には、内部センサ５３０は、内部センサ５３０の軸線とバブルモジュール５１１の背板５２２との間に延びる角度Ａ２の軸線に沿って延びる。非限定的例として、内部センサ５３０とバブルモジュール５１１即ち背板５２２との間の角度Ａ２は、３５°＋/－１０％とすることができる。傾斜した内部センサ５３０は、視界５３２及び内部センサ５３０に対向する可変形膜５２０の中心及び遠位縁における深さ計測の正確性を最大限にする一方、可変形センサ５００の全幅寸法を最小限にする。
【0049】
次に図８Ａ及び８Ｂを見ると、可変形センサ５００のバブルモジュール５１１がハウジング５１０とは別に示される。図８Ａは、バブルモジュール５１１をその組立て済みの形で示すのに対して、図８Ｂは、バブルモジュール５１１の分解図を示す。バブルモジュール５１１は、可変形膜５２０と、背板５２２と、可変形膜５２０を背板５２２に固定するためのリング５２４と、を含む。バブルモジュール５１１は、背板５２２をハウジング５１０に固定するために背板５２２の孔５２７を通過して延びるネジ切りインサート５２５などの適切な手段を使用して、ハウジング５１０に取外し可能に結合できる。その代わりに又はそれに加えて、ネジ切りインサート５２５は、可変形膜５２０の外縁５２１を背板５２２に更に固定するために使用できる。
【0050】
特に、背板５２２は、ハウジング面５２２Ａと、膜面５２２Ｂと、ハウジング面５２２Ａと膜面５２２Ｂとの間に延びる縁面５２２Ｃと、を含む。背板５２２は、内部センサ５３０の視界５３２がバブルモジュール５１１によって遮断されないように、アクリルなどの透明材料から形成される。バブルモジュール５１１を組み立てる際、背板５２２の縁面５２２Ｃに接着剤を塗布できる。その後、縁面５２２ｃに接触してこれに接着するように、可変形膜５２０の外縁５２１を背板５２２の周りに位置付けることができる。さらに、リング５２４は、背板５２２の縁面５２２Ｃの周りに位置付け、それによって背板５２２を取り囲んで、可変形膜５２０を背板５２２とリング５２４との間に挟むことができる。上述のように、ネジ切りインサート５２５を使用して、可変形膜５２０の外縁５２１を背板５２２のハウジング面５２２Ａに沿って位置付けて可変形膜５２０の外縁５２１及び背板５２２を通過してネジ切りインサート５２５を挿入することによって、更に、可変形膜５２０を背板５２２に固定できる。図示するように、チューブ取付け具５１２Ｂがオリフィス５２３において背板５２２に取り付けられ、チューブ５１２Ａがチューブ取付け具５１２Ｂから延びて、バブルモジュール５１１の中へ媒体を送達する。
【0051】
したがって、可変形センサ５００が損傷した場合、例えばバブルモジュール５１１から媒体が漏れ出すように可変形膜５２０に穴が開いた場合、可変形センサ５００は、ハウジング５１０及び内部センサ５３０などその中の電気構成要素を妨害することなく、修復できる。この場合、バブルモジュール５１１をネジ切りインサート５２５又はその他の任意の適切な手段を使ってハウジング５１０から取り外して、交換バブルモジュール５１１をハウジング５１０を結合できる。その代わりに、可変形膜５２０のみを交換することによって、又は穴又はその他の損傷エリアを塞ぐためにパッチを当てることによって可変形膜５２０自体を修復することによって、既存のバブルモジュール５１１を修復することが好ましい場合がある。容易に交換できるバブルモジュール５１１を持つ可変形センサ５００を備えさせることによって、可変形センサ５００のより大きな部分をロボットアーム４００内に収容できるようにし、バブルモジュール５１１のみが露出してロボットアーム４００の外部からアクセスできることが、分かるはずである、これによって、ロボットアーム４００のサイズを減少し、作動中の可変形センサ５００に対する損傷の可能性を減少する。
【0052】
次に図９を見ると、いくつかの実施形態において、可変形センサ２００、５００は、フィルタ層２２３を含むことができる。非限定的例において、図示するフィルタ層２２３は、可変形センサ２００上に備えられる。フィルタ層２２３は、可変形膜２２０の内面２２１に配置できる。本明細書において更に詳しく説明するように、可変形膜２２０の内面２２１は、パターン化できる（例えば、ドットパターン２２５、格子パターン２２２又はその他の任意の適切なパターン）。非限定的例として、ステレオカメラを利用して、パターン化内面２２１の識別された変形に基づいて可変形膜２２０の変位を検出できる。フィルタ層２２３は、内部センサ２３０が可変形膜２２０の変形を検出するのを支援するように構成できる。いくつかの実施形態において、フィルタ層２２３は、内部センサ２３０によって発せられた１つ又は複数の光信号のグレア又は不適切な反射を減少する。いくつかの実施形態において、フィルタ層２２３は、内部センサ２３０によって発せられる１つ又は複数の光信号を散乱できる。フィルタ層２２３は、可変形膜２２０の内面２２１に固定される付加的層とするか、又は可変形膜２２０の内面２２１に塗布されたコーティング及び／又はパターンとすることができる。
【0053】
図１０を見ると、いくつかの実施形態において、可変形センサ２００，５００は、内部センサフィルタ２３５を含むことができる。非限定的例において、図示する内部センサフィルタ２３５は、可変形センサ２００の内部センサ２３０上に備えられる。内部センサフィルタ２３５は、内部センサ２３０の視界２３２内に配置できる。内部センサフィルタ２３５は、可変形膜２２０の内面２２１で反射するために内部センサ２３０によって発せられる光信号を快適化できる。フィルタ層２２３と同様、内部センサフィルタ２３５は、内部センサ２３０の視界２３２内に配置でき、内部センサ２３０によって発せられた光信号のグレア又は不適切な反射を減少できる。いくつかの実施形態において、内部センサフィルタ２３５は、内部センサ２３０によって発せられた１つ又は複数の光信号を散乱できる。いくつかの実施形態において、フィルタ層２２３及び内部センサフィルタ２３５の両方を利用できる。
【0054】
パターンは、可変形センサ２００の可変形膜２２０の内面２２１あるいは可変形センサ５００の可変形膜５２０の内面に与えることができる。図１１Ａに示すように、非限定的例として、配列された複数のドットを含むドットパターン２２５は、可変形膜２２０の変形の検出を支援するために、可変形膜２２０の内面２２１にフィルタ層２２３上に又は可変形膜２２０自体に塗布できる。例えば、ドットパターン２２５は、内部センサ２３０がステレオカメラである場合、変形の検出を支援できる。その代わりに、ステレオカメラは、内部センサ２３０の変形検出を補足するために内部センサ２３０に加えて備えうる。ドットパターン２２５の歪みの度合いの変化を利用して、可変形膜２２０にどの程度の変形が生じたを認識できる。内面２２１上のパターンは、ランダムとして、ドットパターン２２５又は図１１Ａに示すアレイに配列される必要はない。
【0055】
ドットパターン２２５が与えられるいくつかの実施形態において、可変形膜２２０の内面上２２１のドットパターン２２５の初期又は変形前画像を、可変形膜２２０の変形前に捕捉できる。その後、内部センサ２３０又は別個のステレオカメラ（備えられる場合）は、可変形膜２２０の変形中または変形後に、ドットパターン２２５の少なくとも１つの変形後画像を捕捉する。変形前画像は、変形後画像と比較でき、変形前画像の各ドットの位置が変形後画像の対応するドットと比較されて、ドットの変位量をしたがって可変形膜２２０の変位を測定できる。各ドットの変位は、ドットパターン２２５の個別の四分円又は区分の変形量を測定するために使用できる。各ドットの変位量は、その後、可変形膜２２０を変形させる物体の形状及び／又はポーズを認識するために、可変形膜２２０又はその区分の固有の変形を測定するために距離計測値に変換される。
【0056】
いくつかの実施形態において、ドットパターン２２５の各ドット又はドットの少なくともいくつかの間の計測値は、可変形センサ２００のメモリモジュール３３２（図５）などのメモリモジュール又はプロセッサ３３０（図５）などの関連するプロセッサ内に記憶できる。更に図１１Ａを見ると、標的物体１５０の形状及び／又はポーズを測定するだけでなく、標的物体の様々な区分の寸法は、ドットパターン２２５の隣り合うドット間の固有の変形を計算することによって測定できる。ドットパターン２２５がより多くのドットを含む場合、ドットパターン２２５は、ドットパターン２２５がより少ない数のドットを含む場合と比較して、可変形膜２２０のより小さい面積内の変形を検出できるようにする。ドットパターン２２５のドットがアレイに配列される実施形態において、ドットは、相互に等間隔に離間して又はその他の任意の適切なように配列できる。但し、いくつかの実施形態において、ドット間の距離が相互に等間隔ではない場合 ドット間の距離は、ドットの配列を識別するために、メモリモジュール内に記憶される。更に、上に論じた変形前画像を変形後画像と比較する同じ技法が、標的物体１５０の形状、寸法及び／又はポーズに関するリアルタイムのデータを提供するために、可変形膜２２０の変形中に撮られた複数の変形後画像について反復できることが分かるはずである。変形後画像を相互に比較することによって、初期の変形前状態からの可変形膜２２０の変形全体に比べて、より小さい時間増分内に生じた可変形膜２２０の変位を測定できる。
【0057】
図１１Ｂを見ると、非限定的例として、パターンは、可変形膜２２０の変形の検出を支援するために可変形膜２２０の内面２２１に塗布された格子パターン２２２とすることができる。例えば、格子パターン２２２は、内部センサ２３０がステレオカメラの場合に変形の検出を支援できる。例えば、格子パターン２２２の歪みの程度の変化を利用して、どれだけの変形が生じたかを認識できる。この実施例において、平行線間の距離及び／又は格子パターン２２２の線の曲率の計測を使用して、格子パターン２２２における各点の変形量を測定できる。内面２２１のパターンは、ランダムとすることができ、必ずしも格子パターン２２２に又は図１１Ｂに示されるアレイに配列される必要はない。実施形態は、本明細書において論じるように格子パターン及びドットパターンに限定されず、形及びこれに類似するものなど他のタイプのパターンも可能であることは理解されるべきである。
【0058】
図１２は、可変形センサ例２００の可変形膜２２０を変位させる標的物体１５０などの物体例の画像を示す。可変形センサ５００も本明細書において論じるのと同じように使用できることが分かるはずである。図示する実施形態において、ディスプレイ機器７４０は、標的物体１５０が可変形膜２２０に接触しかつ／又はこれを変形させるときリアルタイムで可変形センサ２００の出力を機器上に表示する。ディスプレイ機器７４０は例示的目的のためにのみ与えられ、この実施形態はディスプレイ機器７４０無しで利用できることが分かるはずである。
【0059】
物体１５０が可変形膜２２０へ押し入れられるとき、標的物体１５０は、可変形膜２２０が標的物体１５０の形状に形を合わせるように可変形膜２２０に標的物体の形を伝える。内部センサ２３０の空間分解能は、内部センサ２３０が変位した可変形膜２２０の形状及び／ポーズを検出するようなものとすることができる。例えば、内部センサ２３０が飛行時間型センサである場合、標的物体１５０によって歪みつつある可変形膜２２０の内面２２１から反射される光信号は、歪んだ領域外の領域において可変形膜２２０によって反射する光信号より短い飛行時間を持つ。したがって、標的物体１５０の形に合致する形状及び／又はポーズを有する接触領域７４２（又は、本明細書において交換可能に使用される変位領域）は、ディスプレイ機器７４０に出力されてここに表示できる。
【0060】
可変形センサ２００は、したがって、標的物体１５０との接触を検出するだけでなく、標的物体１５０の形状を検出できる。このように、可変形センサ２００を備えるロボットアーム１００又は可変形センサ５００を備えるロボットアーム４００は、標的物体との接触に基づいて標的物体１５０の形状を測定できる。更に、標的物体１５０の形状及び／又はポーズも、可変形センサ２００、５００によって感知された形状情報に基づいて測定できる。例えば、標的物体１５０のポーズを測定するときなど、接触領域７４２の面に対して垂直のベクトル７４４を表示できる。ベクトル７４４は、例えば標的物体１５０がどの方向を向くかを測定するためにロボットアーム１００又は別の機器によって使用できる。
【0061】
ディスプレイ機器７４０は、標的物体１５０が可変形膜２２０に接触しかつ／変形するとき、リアルタイムで可変形センサ２００の出力を表示するために備えうる。ディスプレイ機器７４０は、それぞれ図１及び６に示すロボットアーム１００、４００に利用できることが分かるはずである。非限定的例において、ディスプレイ機器７４０は、第１フィンガ１１２上の可変形センサ２００及び第２フィンガ１１８上の可変形センサ２００の出力をリアルタイムで表示するために備えうる。この際、ロボットアーム１００が第１フィンガ１１２及び第２フィンガ１１８など１対のフィンガを含む場合、標的物体１５０の対向する側面又は複数の側面から収集された標的物体１５０に関する出力を表示できる。これによって、単一の可変形センサ２００が標的物体１５０に接触する場合に比べて、標的物体１５０のより完璧な画像が報告され、標的物体１５０の形状及び／又はポーズをより良く測定できるようにする。ロボットアーム１００が２つ超え（例えば３つ又は４つのフィンガ）の離間するフィンガを含み、各フィンガが可変形センサ２００を含む実施形態において、可変形センサ２００の各々による出力の組合せの表示は、標的物体１５０の形状及び／又はポーズの更に完璧な画像を与える。
【0062】
図１３を見ると、フローチャートは、ロボットアーム１００の可変形センサ２００及びロボットアーム４００の可変形センサ５００と接触する標的物体１５０など物体と関連付けられるポーズ及び力を測定する代表的方法８００を示す。但し、本明細書において論じるように、本開示の範囲を限定することなく、可変形センサ２００を含む図１～５に示すロボットアーム１００を参照する。ブロック８０２において、媒体（気体、液体、シリコンなど）が囲繞体２１３内に入れられ、囲繞体において、可変形膜２２０がハウジング２１０の上部分２１１に結合される。ブロック８０４において、可変形膜２２０の変形は、媒体を通過して可変形膜２２０の内面２２１へ向かう視界２３２を有する囲繞体２１３の中の内部センサ２３０によって、標的物体１５０との接触に基づいて計測できる。ブロック８０６において、標的物体１５０のポーズは、接触領域７４２など可変形膜２２０の変形の計測に基づいて測定できる。図１３に関連して上で論じるように、物体１５０のポーズは、物体１５０が可変形膜２２０の中へ押し込まれて、可変形膜２２０が標的物体１５０の形状に形を合わせることによって測定できる。その後、内部センサ２３０は、変位した可変形膜２２０の形状及び／又はポーズを検出する。ブロック８０８において、可変形膜２２０と標的物体１５０との間の力の量は、可変形膜２２０の変形の計測に基づいて測定される。ブロック８０６及び８０８は、同時に実施できるが、必ずしも同時でなくてもよい。ブロック８１０において、更なる変形及び／又は接触が検出されるか否かが測定される。更なる変形又は接触が検出される場合、フローチャートはブロック８０４へ戻る。そうでない場合、フローチャートを終了できる。
【0063】
本開示の実施形態は、標的物体との接触を検出できかつ標的物体の形状及びポーズを測定できる可変形センサを含むロボットアームに関することが分かるはずである。可変形センサによって与えられる情報は、標的物体とロボットアームの相互作用を制御するために使用できる。可変形センサの深さ分解能及び空間分解能は、ロボット上の可変形センサの備え場所に応じて変化し得る。
【0064】
本明細書において本開示の構成要素について特定の特性を実現するため又は特定様式で機能するために特定の様式で「構成され」又は「プログラムされ」と記述するのは、意図される使用を指すものではなく、構造的記述である。より具体的には、構成要素が「構成され」又は「プログラムされ」る様式への言及は、その構成要素の既存の物理的状態を指すので、構成要素の構造的特徴の有限的言及と見なされるべきである。
【0065】
図解し本明細書において説明する開示の実施例における作動の実行または実施の順序は、特に指定されない限り必須ではない。即ち、作動は、特に指定されない限り任意の順序で実施でき、本開示の実施例は、本明細書に開示する以上又はこれより少ない作動を含むことができる。例えば、別の作動の前に、これと同時に又はその後に作動が実行または実施されることは、本開示の形態の範囲内であると想定される。
【0066】
「実質的」、「ほぼ」及び「約」は、本明細書において、量的比較、値、計測値又はその他の表現に帰属する固有の不確実度を表すために利用できる。これらの用語は、対象物の基本的機能を変えることなく量的表現が明示される基準から変動できる程度を表すためにも利用される。
【0067】
特定の実施形態について図解し本明細書において説明するが、特許請求される内容の主旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更及び修正を加えることができることが分かるはずである。更に、特許請求される内容の様々な形態について本明細書において説明したが、これらの形態は必ずしも組み合わせて利用される必要はない。したがって、請求項は、特許請求される内容の範囲内に在るこれらの全ての変更及び修正をカバーすることを意図する。
【0068】
〔例１〕
物体と関連付けられるポーズ及び力を検出するためのロボットアーム組立体であって、
複数のフィンガを有するエンドエフェクタを含むロボットアームと、
前記複数のフィンガの各々に備えられた可変形センサであって、
ハウジングと、
前記ハウジングに結合された可変形膜と、
前記可変形膜によって部分的に形成された囲繞体であって、前記囲繞体が媒体で充填されるように構成される、囲繞体と、
前記ハウジング内に配置された内部センサであって、前記内部センサが前記媒体を通過して前記可変形膜の内面へ向かう視界を有する、内部センサと、
を備える可変形センサと、
各内部センサに通信上結合された１つ又は複数のプロセッサと、
コンピュータ可読命令を記憶するコンピュータ可読媒体を備える１つ又は複数のメモリモジュールであって、前記命令が、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行されたとき、前記１つ又は複数のプロセッサに、
各内部センサからの出力を受信させ、前記出力が前記物体との接触の結果としての前記可変形膜の接触領域を含み、
各内部センサからの前記出力に基づいて前記可変形膜の前記接触領域の変位量を測定させ、
前記可変形膜の前記接触領域の前記変位量に基づいて前記物体と関連付けられる前記ポーズ及び前記力を測定させる、
１つ又は複数のメモリモジュールと、
を備える、ロボットアーム組立体。
〔例２〕
エンドエフェクタが開放位置と閉鎖位置との間で移動可能であり、前記エンドエフェクタが前記閉鎖位置のときの前記複数のフィンガ間の距離が前記エンドエフェクタが前記開放位置のときの前記複数のフィンガ間の距離より小さい、例１に記載のロボットアーム組立体。
〔例３〕
前記複数のフィンガの各フィンガが、外向きの外側面部材と、対向する内向きの内側面部材とを含み、前記可変形センサが少なくとも部分的に関連するフィンガ内の前記外側面部材と前記内側面部材との間に位置付けられ、前記可変形膜が関連するフィンガの前記内側面部材を越えて延びる、例１に記載のロボットアーム組立体。
〔例４〕
前記可変形センサが、更に、前記ハウジングに取外し可能に取り付けられたバブルモジュールを備え、前記バブルモジュールが、前記囲繞体を形成する前記可変形膜と背板とを含む、例１に記載のロボットアーム組立体。
〔例５〕
前記内部センサが、前記ハウジング内に備えられ、前記内部センサが、前記バブルモジュールの前記背板に対して非平行の向きである、例４に記載のロボットアーム組立体
〔例６〕
前記内部センサが、前記バブルモジュールの前記背板に対して２５°～４５°の角度を向く、例５に記載のロボットアーム組立体。
〔例７〕
前記バブルモジュールの中へ前記媒体を送達するために、前記ハウジングを通過して延び前記背板に結合される流体導管を更に備える、例４に記載のロボットアーム組立体。
〔例８〕
前記バブルモジュールが、更に、前記背板を取り囲みかつ前記可変形膜を前記背板に固定するように構成されたリングを備える、例４に記載のロボットアーム組立体。
〔例９〕
前記内部センサが、更に、前記内部センサの前記視界内に配置されかつ前記内部センサによって発せられた光信号を散乱するように構成されたフィルタを備える、例１に記載のロボットアーム組立体。
〔例１０〕
物体をセンサベースで検出するための方法であって、
複数のフィンガの少なくともいくつかを前記物体に接触させるように前記複数のフィンガを有するエンドエフェクタを含むロボットアームを作動することであって、前記複数のフィンガの各々が可変形センサを含む、作動することと、
前記可変形センサ内に配置された内部センサを利用することであって、前記内部センサが媒体を通過して前記可変形センサの可変形膜の内面へ向かう視界を有する、利用することと、
前記内部センサからの出力をプロセッサによって受信することであって、前記出力が、前記物体との接触の結果としての前記可変形膜の接触領域を含む、受信することと、
各内部センサからの出力に基づいて前記可変形膜の前記接触領域の変位量をプロセッサによって測定することと、
前記可変形膜の前記接触領域の変位量に基づいて前記物体と関連付けられるポーズ及び力をプロセッサによって測定することと、
を含む、方法。
〔例１１〕
囲繞体を形成する前記可変形センサのバブルモジュールの中へ前記媒体を送達することを更に含み、前記バブルモジュールが、前記可変形膜と背板とを含み、前記バブルモジュールが前記可変形センサのハウジングから取外し可能である、例１０に記載の方法。
〔例１２〕
流体導管を通過して前記バブルモジュールの前記囲繞体に前記媒体を充填することを更に含み、前記流体導管が、前記ハウジングを通過して延びて前記背板に結合される、例１１に記載の方法。
〔例１３〕
前記内部センサが前記背板に対して平行ではないように前記ハウジング内に前記内部センサを位置付けることを更に含む、例１１に記載の方法。
〔例１４〕
前記バブルモジュールの前記背板に対して２５°～４５°の角度で前記内部センサを位置付ける、例１３に記載の方法。
〔例１５〕
前記可変形センサの囲繞体内の圧力を変化させることによって前記可変形センサの可変形性を修正することを更に含む、例１０に記載の方法。
〔例１６〕
前記可変形膜の前記内面に配置されたフィルタ層に与えられたドットパターンの変化を計測することによって前記接触領域を前記プロセッサによって分析することを更に含む、例１０に記載の方法。
〔例１７〕
物体に関連付けられるポーズ及び力を検出するためのシステムであって、
複数のフィンガを有するエンドエフェクタを含むロボットアームと、
前記複数のフィンガの少なくとも２つに備えられた可変形センサであって、
ハウジングと、
前記ハウジングに結合された可変形膜であって、前記可変形膜が前記ハウジングに面するパターン化内面を有する、可変形膜と、
前記可変形膜によって部分的に形成された囲繞体と、
前記囲繞体を媒体で充填するために前記ハウジングを通過して前記囲繞体の中へ延びる流体導管と、
前記ハウジング内に配置された内部センサであって、前記内部センサが、前記媒体を通過して前記可変形膜の前記パターン化内面へ向かう視界を有し、前記内部センサが、前記物体との接触の結果としての前記可変形膜の接触領域を検出するように構成される、内部センサと、
を備える、可変形センサと、
を備え、
前記エンドエフェクタが開放位置と閉鎖位置との間で移動可能であり、前記エンドエフェクタが前記閉鎖位置のときの前記複数のフィンガ間の距離が、前記エンドエフェクタが前記開放位置のときの前記複数のフィンガ間の距離より小さい、
システム。
〔例１８〕
各内部センサに通信上結合された１つ又は複数のプロセッサと、
コンピュータ可読命令を記憶するコンピュータ可読媒体を備える１つ又は複数のメモリモジュールであって、前記コンピュータ可読命令が、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行されたとき、前記1つ又は複数のプロセッサに、
前記可変形膜が前記物体に接触した結果として各可変形膜内の接触領域を表す各内部センサからのデータを受信させ、
前記物体のポーズを測定するために前記複数のフィンガの各々の前記可変形膜の前記接触領域の変位量を測定させ、
前記複数のフィンガの各々の前記可変形膜の前記接触領域の前記変位量に基づいて前記複数のフィンガの各々の前記可変形膜と前記物体との間に加えられた力の量を測定させる、
メモリモジュールと、
を更に備える、例１７に記載のシステム。
〔例１９〕
前記1つ又は複数のメモリモジュールが、コンピュータ可読命令を記憶するコンピュータ可読媒体を含み、前記コンピュータ可読命令が、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行されたとき、前記1つ又は複数のプロセッサに、前記接触領域を表すデータに基づいて前記物体の面に対して垂直のベクトルを測定させる、例１８に記載のシステム。
〔例２０〕
前記１つ又は複数のメモリモジュールが、コンピュータ可読命令を記憶するコンピュータ可読媒体を含み、前記コンピュータ可読命令が、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行されたとき、前記１つ又は複数のプロセッサに、前記ベクトルを利用して前記物体が向く方向を測定させる、例１８に記載のシステム。
物体と関連付けられるポーズ及び力を検出するためのロボットアーム組立体であって、
複数のフィンガを有するエンドエフェクタを含むロボットアームと、
前記複数のフィンガの各々に備えられた可変形センサであって、
ハウジングと、
前記ハウジングに結合された可変形膜と、
前記可変形膜によって部分的に形成された囲繞体であって、前記囲繞体が媒体で充填されるように構成される、囲繞体と、
前記ハウジング内に配置された内部センサであって、前記内部センサが前記媒体を通過して前記可変形膜の内面へ向かう視界を有する、内部センサと、
を備える可変形センサと、
各内部センサに通信上結合された１つ又は複数のプロセッサと、
コンピュータ可読命令を記憶するコンピュータ可読媒体を備える１つ又は複数のメモリモジュールであって、前記命令が、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行されたとき、前記１つ又は複数のプロセッサに、
各内部センサからの出力を受信させ、前記出力が前記物体との接触の結果としての前記可変形膜の接触領域を含み、
各内部センサからの前記出力に基づいて前記可変形膜の前記接触領域の変位量を測定させ、
前記可変形膜の前記接触領域の前記変位量に基づいて前記物体と関連付けられる前記ポーズ及び前記力を測定させる、
１つ又は複数のメモリモジュールと、
を備える、ロボットアーム組立体。
〔例２〕
エンドエフェクタが開放位置と閉鎖位置との間で移動可能であり、前記エンドエフェクタが前記閉鎖位置のときの前記複数のフィンガ間の距離が前記エンドエフェクタが前記開放位置のときの前記複数のフィンガ間の距離より小さい、例１に記載のロボットアーム組立体。
〔例３〕
前記複数のフィンガの各フィンガが、外向きの外側面部材と、対向する内向きの内側面部材とを含み、前記可変形センサが少なくとも部分的に関連するフィンガ内の前記外側面部材と前記内側面部材との間に位置付けられ、前記可変形膜が関連するフィンガの前記内側面部材を越えて延びる、例１に記載のロボットアーム組立体。
〔例４〕
前記可変形センサが、更に、前記ハウジングに取外し可能に取り付けられたバブルモジュールを備え、前記バブルモジュールが、前記囲繞体を形成する前記可変形膜と背板とを含む、例１に記載のロボットアーム組立体。
〔例５〕
前記内部センサが、前記ハウジング内に備えられ、前記内部センサが、前記バブルモジュールの前記背板に対して非平行の向きである、例４に記載のロボットアーム組立体
〔例６〕
前記内部センサが、前記バブルモジュールの前記背板に対して２５°～４５°の角度を向く、例５に記載のロボットアーム組立体。
〔例７〕
前記バブルモジュールの中へ前記媒体を送達するために、前記ハウジングを通過して延び前記背板に結合される流体導管を更に備える、例４に記載のロボットアーム組立体。
〔例８〕
前記バブルモジュールが、更に、前記背板を取り囲みかつ前記可変形膜を前記背板に固定するように構成されたリングを備える、例４に記載のロボットアーム組立体。
〔例９〕
前記内部センサが、更に、前記内部センサの前記視界内に配置されかつ前記内部センサによって発せられた光信号を散乱するように構成されたフィルタを備える、例１に記載のロボットアーム組立体。
〔例１０〕
物体をセンサベースで検出するための方法であって、
複数のフィンガの少なくともいくつかを前記物体に接触させるように前記複数のフィンガを有するエンドエフェクタを含むロボットアームを作動することであって、前記複数のフィンガの各々が可変形センサを含む、作動することと、
前記可変形センサ内に配置された内部センサを利用することであって、前記内部センサが媒体を通過して前記可変形センサの可変形膜の内面へ向かう視界を有する、利用することと、
前記内部センサからの出力をプロセッサによって受信することであって、前記出力が、前記物体との接触の結果としての前記可変形膜の接触領域を含む、受信することと、
各内部センサからの出力に基づいて前記可変形膜の前記接触領域の変位量をプロセッサによって測定することと、
前記可変形膜の前記接触領域の変位量に基づいて前記物体と関連付けられるポーズ及び力をプロセッサによって測定することと、
を含む、方法。
〔例１１〕
囲繞体を形成する前記可変形センサのバブルモジュールの中へ前記媒体を送達することを更に含み、前記バブルモジュールが、前記可変形膜と背板とを含み、前記バブルモジュールが前記可変形センサのハウジングから取外し可能である、例１０に記載の方法。
〔例１２〕
流体導管を通過して前記バブルモジュールの前記囲繞体に前記媒体を充填することを更に含み、前記流体導管が、前記ハウジングを通過して延びて前記背板に結合される、例１１に記載の方法。
〔例１３〕
前記内部センサが前記背板に対して平行ではないように前記ハウジング内に前記内部センサを位置付けることを更に含む、例１１に記載の方法。
〔例１４〕
前記バブルモジュールの前記背板に対して２５°～４５°の角度で前記内部センサを位置付ける、例１３に記載の方法。
〔例１５〕
前記可変形センサの囲繞体内の圧力を変化させることによって前記可変形センサの可変形性を修正することを更に含む、例１０に記載の方法。
〔例１６〕
前記可変形膜の前記内面に配置されたフィルタ層に与えられたドットパターンの変化を計測することによって前記接触領域を前記プロセッサによって分析することを更に含む、例１０に記載の方法。
〔例１７〕
物体に関連付けられるポーズ及び力を検出するためのシステムであって、
複数のフィンガを有するエンドエフェクタを含むロボットアームと、
前記複数のフィンガの少なくとも２つに備えられた可変形センサであって、
ハウジングと、
前記ハウジングに結合された可変形膜であって、前記可変形膜が前記ハウジングに面するパターン化内面を有する、可変形膜と、
前記可変形膜によって部分的に形成された囲繞体と、
前記囲繞体を媒体で充填するために前記ハウジングを通過して前記囲繞体の中へ延びる流体導管と、
前記ハウジング内に配置された内部センサであって、前記内部センサが、前記媒体を通過して前記可変形膜の前記パターン化内面へ向かう視界を有し、前記内部センサが、前記物体との接触の結果としての前記可変形膜の接触領域を検出するように構成される、内部センサと、
を備える、可変形センサと、
を備え、
前記エンドエフェクタが開放位置と閉鎖位置との間で移動可能であり、前記エンドエフェクタが前記閉鎖位置のときの前記複数のフィンガ間の距離が、前記エンドエフェクタが前記開放位置のときの前記複数のフィンガ間の距離より小さい、
システム。
〔例１８〕
各内部センサに通信上結合された１つ又は複数のプロセッサと、
コンピュータ可読命令を記憶するコンピュータ可読媒体を備える１つ又は複数のメモリモジュールであって、前記コンピュータ可読命令が、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行されたとき、前記1つ又は複数のプロセッサに、
前記可変形膜が前記物体に接触した結果として各可変形膜内の接触領域を表す各内部センサからのデータを受信させ、
前記物体のポーズを測定するために前記複数のフィンガの各々の前記可変形膜の前記接触領域の変位量を測定させ、
前記複数のフィンガの各々の前記可変形膜の前記接触領域の前記変位量に基づいて前記複数のフィンガの各々の前記可変形膜と前記物体との間に加えられた力の量を測定させる、
メモリモジュールと、
を更に備える、例１７に記載のシステム。
〔例１９〕
前記1つ又は複数のメモリモジュールが、コンピュータ可読命令を記憶するコンピュータ可読媒体を含み、前記コンピュータ可読命令が、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行されたとき、前記1つ又は複数のプロセッサに、前記接触領域を表すデータに基づいて前記物体の面に対して垂直のベクトルを測定させる、例１８に記載のシステム。
〔例２０〕
前記１つ又は複数のメモリモジュールが、コンピュータ可読命令を記憶するコンピュータ可読媒体を含み、前記コンピュータ可読命令が、前記１つ又は複数のプロセッサによって実行されたとき、前記１つ又は複数のプロセッサに、前記ベクトルを利用して前記物体が向く方向を測定させる、例１８に記載のシステム。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
