(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-02-02
(54)【発明の名称】作動システム及び作動システムを作動させる方法
(51)【国際特許分類】
B25J 18/02 20060101AFI20230126BHJP
【ＦＩ】
B25J18/02
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022532748
(86)(22)【出願日】2020-12-04
(85)【翻訳文提出日】2022-05-31
(86)【国際出願番号】 US2020063400
(87)【国際公開番号】W WO2021113704
(87)【国際公開日】2021-06-10
(31)【優先権主張番号】62/944,891
(32)【優先日】2019-12-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/112,406
(32)【優先日】2020-12-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522216374
【氏名又は名称】ハロー ロボット インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＨＥＬＬＯ ＲＯＢＯＴ，ＩＮＣ
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(74)【代理人】
【識別番号】100142907
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 淳
(72)【発明者】
【氏名】エドシンガー、アーロン
(72)【発明者】
【氏名】ケンプ、チャールズ
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707BS02
3C707CS08
3C707CT07
3C707CU03
3C707CY06
3C707CY12
3C707CY13
3C707HS27
3C707HT02
3C707HT03
(57)【要約】
伸縮構造体を作動させるための作動システムおよび方法が提供される。作動システムは、チェーンカートリッジを含み、チェーンカートリッジは、電源に結合された第１アクチュエータによって作動する駆動機構に係合可能に結合された駆動チェーンを含む。駆動チェーンは、複数の相互接続されたリンクを含み、それらは、複数の相互接続されたリンクの各々の内部空間内で少なくとも１つのケーブルを搬送する。システムは、複数のセグメントを含む伸縮式構造体も含み、それらセグメントは、伸縮式に伸長及び後退するように構成されるとともに、その中で駆動チェーンを搬送する。駆動チェーンの端部は、複数のセグメントの先端セグメントに結合する。駆動機構は、複数の相互接続されたリンクに線形並進力を与えて、先端セグメントを伸縮式構造体の端部から伸長させるか又はその中に後退させるように構成される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電源に結合された第１アクチュエータによって作動する駆動機構に係合可能に結合された駆動チェーンを含む、第１チェーンカートリッジであって、前記駆動チェーンは、第１の複数の相互接続されたリンクを含み、
前記第１の複数の相互接続されたリンクは、前記第１の複数の相互接続されたリンクの各々の第１内部空間内で少なくとも１つの第１ケーブルを搬送する、第１チェーンカートリッジと、
複数のセグメントを含む、伸縮式構造体であって、
前記複数のセグメントは、互いに対して伸縮式に伸長及び後退するように構成されるとともに、その中で前記駆動チェーンを搬送するように構成され、
前記駆動チェーンの第１端部は、前記複数のセグメントの先端セグメントに結合し、
前記先端セグメントは、前記伸縮式構造体の前記第１端部に位置し、
前記駆動機構は、前記第１の複数の相互接続されたリンクに線形並進力を与えて、前記先端セグメントを前記伸縮式構造体の前記第１端部から伸長させるか又はその中に後退させる、伸縮式構造体と、を備える、作動システム。
【請求項2】
前記駆動チェーンは、第１方向における前記駆動機構の回転により、前記伸縮式構造体の伸長を作動させるように前記第１チェーンカートリッジ内から伸長し、第２方向における前記駆動機構の回転により、前記伸縮式構造体の収縮をもたらすように前記第１チェーンカートリッジ内に後退する、請求項１に記載の作動システム。
【請求項3】
前記少なくとも１つの第１ケーブルは、データケーブル、電力ケーブル又は空気圧ラインを含む、請求項１または２に記載の作動システム。
【請求項4】
前記第１チェーンカートリッジは、自動巻取り型チェーンカートリッジであり、前記駆動チェーンの第２端部に結合された受動回転ピニオンと、前記自動巻取り型チェーンカートリッジの内面に形成された１つ又は複数の湾曲ガイドトラックとを含み、前記駆動機構の運動により、前記駆動チェーンを、前記第１チェーンカートリッジ内に巻き取るとともに、前記第１チェーンカートリッジから巻き出す、請求項１～３のいずれか一項に記載の作動システム。
【請求項5】
前記受動回転ピニオンは、保持要素を介して前記自動巻取り型チェーンカートリッジの前記内面に取り付けられ、前記第１の複数のケーブルが前記自動巻取り型チェーンカートリッジから出る、スロットを含む、請求項４に記載の作動システム。
【請求項6】
移動型ロボットのベースに結合され、前記移動型ロボットの前記ベースに取り付けられたマストと、前記マストに結合されたリフトキャリッジとをさらに備え、
前記リフトキャリッジは、複数のリフトキャリッジローラを含み、
前記リフトキャリッジと前記伸縮式構造体とは、前記マスト上で垂直に並進する、請求項１～５のいずれか一項に記載の作動システム。
【請求項7】
前記ベース内に第２アクチュエータをさらに備え、前記第２アクチュエータは、タイミングベルト、ローラチェーン又は可撓性駆動要素のうちの少なくとも１つを介して、前記リフトキャリッジに結合し、
前記第２アクチュエータは、前記リフトキャリッジに対して垂直運動を与える、請求項６に記載の作動システム。
【請求項8】
前記ベース内に第２チェーンカートリッジをさらに備え、前記第２チェーンカートリッジは、第２の複数の相互接続されたリンクを含むドラグチェーンを含み、
前記第２の複数の相互接続されたリンクは、前記リフトキャリッジに結合されるとともに、前記第２の複数の相互接続されたリンクの各々の第２内部空間内で少なくとも１つの第２ケーブルを搬送し、
前記リフトキャリッジの垂直運動により、前記ドラグチェーンを、前記第２チェーンカートリッジ内に巻き取るとともに、前記第２チェーンカートリッジから巻き出す、請求項６に記載の作動システム。
【請求項9】
前記少なくとも１つの第２ケーブルは、データケーブル、電源ケーブル又は空気圧ラインを含む、請求項８に記載の作動システム。
【請求項10】
前記マストは、前記マスト内で前記ドラグチェーンを直線的に誘導するチャネルと、前記第２チェーンカートリッジ内への後退又は前記第２チェーンカートリッジからの伸長中に前記チャネル内で前記ドラグチェーンを剛性直線状配置で保持するキーパと、を含み、キーパは、ブラシワイパ、ゴムグランド、コンプライアントフラップ又はシール、金属テープのスプール、又は前記リフトキャリッジの可撓性駆動要素のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載の作動システム。
【請求項11】
前記第１アクチュエータ及び前記第１チェーンカートリッジは、前記移動型ロボットの前記ベースにおいて前記駆動機構から遠隔に位置し、前記第１アクチュエータは、駆動伝達装置を介して前記駆動機構に結合する、請求項７に記載の作動システム。
【請求項12】
前記駆動伝達装置は、前記第１アクチュエータを前記駆動機構に結合する第１差動駆動ベルトと、前記第２アクチュエータを前記駆動機構に結合する第２差動駆動ベルトとを含む、差動伝達装置を含み、前記第１差動駆動ベルト及び前記第２差動駆動ベルトの前記第１方向又は前記第２方向における同時運動により、前記リフトキャリッジは前記マストの上で垂直に並進し、
前記第１方向における前記第１差動駆動ベルトの運動が前記第２方向における前記第２差動駆動ベルトの運動と同時に発生することにより、前記伸縮式構造体が、前記移動型ロボットの前記ベースが位置する表面に対して水平に並進し、
前記第１方向は、前記第２方向とは反対である、請求項１１に記載の作動システム。
【請求項13】
前記駆動伝達装置は、回転駆動シャフトと、前記第１アクチュエータを前記駆動シャフトに結合する直角ギアボックスとを含む、回転シャフト伝達装置を含み、前記直角ギアボックスは、前記リフトキャリッジが前記マスト上で垂直に移動する際、前記回転駆動シャフトに沿って移動する、請求項１１に記載の作動システム。
【請求項14】
前記駆動機構は、前記駆動チェーンを前記駆動機構に対して半径方向に保持する駆動チェーンガイドを含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載の作動システム。
【請求項15】
前記伸縮式構造体の前記先端セグメントは、少なくとも１つのマニピュレータペイロードに結合され、前記少なくとも１つのマニピュレータペイロードは、センサ、ツール又は第３アクチュエータを含み、
前記少なくとも１つの第１ケーブルは前記マニピュレータペイロードに結合する、請求項１～１４のいずれか一項に記載の作動システム。
【請求項16】
前記第１アクチュエータは、タイミングベルト、差動ベルト、連結ベルト、ギアボックス、平歯車又はチェーンドライブのうちの少なくとも１つを介して前記駆動機構に結合する、請求項１～１５のいずれか一項に記載の作動システム。
【請求項17】
前記駆動チェーンは、前記駆動機構の複数の係合機構を介して前記駆動機構に係合可能に結合し、前記複数の係合機構は、複数の歯係合機構、複数の歯車係合機構又は複数の摩擦ローラのうちの少なくとも１つを含む、請求項１～１６のいずれか一項に記載の作動システム。
【請求項18】
前記複数のセグメントの各セグメントは、矩形状断面、湾曲形状断面又は三角形状断面を含み、前記複数のセグメントは、射出成形プラスチックセグメント、炭素繊維セグメント、押出成形アルミニウムセグメント又は超音波溶接プラスチックセグメントである、請求項１～１７のいずれか一項に記載の作動システム。
【請求項19】
前記伸縮式構造体の複数のセグメントの各セグメントは、前記各セグメントの外側カフに結合された第１の複数のローラと、前記各セグメントの内側カフに結合された第２の複数のローラとを含み、前記外側カフは、前記内側カフの反対側に位置する、請求項１～１８のいずれか一項に記載の作動システム。
【請求項20】
前記各セグメントの前記内側カフは、前記内側カフ内に挿入された駆動チェーンガイドを含み、前記駆動チェーンガイドは、前記複数のセグメント内の前記第１の複数の相互接続されたリンクを、前記複数のセグメントが伸縮式に移動する前記伸縮式構造体の伸縮軸と平行に位置合せするように構成された開口部を含む、請求項１９に記載の作動システム。
【請求項21】
前記伸縮式構造体の前記複数のセグメントの第１セグメントが、第２セグメントに対する前記第１セグメントの過伸長を防止する伸長リミッタを含み、前記第１セグメントは、前記第２セグメント内から伸長するように構成される、請求項１～２０のいずれか一項に記載の作動システム。
【請求項22】
作動システムのデータプロセッサにより、前記作動システムの伸縮式構造体の複数のセグメントのうちの少なくとも１つのセグメントにかけられる相互作用力に対応する第１入力を受け取るステップであって、前記第１入力は、前記相互作用力が前記少なくとも１つのセグメントにかけられた時点で前記作動システムの第１アクチュエータに供給される、第１電流値を含む、ステップと、
前記データプロセッサにより、前記少なくとも１つのセグメントの最大相互作用力に関連する第２入力を受け取るステップであって、
前記第２入力は、第２電流値を含む、ステップと、
前記データプロセッサにより、前記少なくとも１つのセグメントによってかけられるべき作動力（Ｆｏ）に関連する第３入力を受け取るステップであって、
前記第３入力は第３電流値を含む、ステップと、
前記データプロセッサにより、前記第２電流値未満であるとともに前記第３電流値以下である第４電流値を含む作動信号を決定するステップであって、
前記第４電流値により、前記第１アクチュエータは、前記作動力をかけるように前記少なくとも１つのセグメントを作動させる、ステップと、
前記データプロセッサにより、前記第１アクチュエータに前記作動信号を提供するステップと、を備える、作動システムを作動させる方法。
【請求項23】
前記第１電流値は、前記第１アクチュエータの巻線電流センサから受け取られる、請求項２２に記載の方法。
【請求項24】
前記相互作用力は、前記伸縮式構造体に取り付けられた力センサによって受け取られる、請求項２２または請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
前記作動信号に基づいて前記第１アクチュエータを動作させるステップをさらに備える、請求項２２～２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項26】
前記データプロセッサにより、前記少なくとも１つのセグメントに前記相互作用力がかけられた時点で前記伸縮式構造体の第１長さに対応する第４入力を受け取るステップと、前記データプロセッサにより、前記伸縮式構造体の目的の長さに関連する前記伸縮式構造体の第２長さに対応する第５入力を受け取るステップと、
前記第４入力及び前記第５入力に基づいて、更新された第３電流値を決定するステップと、をさらに備え、
前記更新された第３電流値により、前記第１アクチュエータは、前記第２長さを達成するように前記伸縮式構造体を作動させる、請求項２２～２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項27】
前記第５入力は、プログラム的に又はユーザが提供する入力として受け取られる、請求項２６に記載の方法。
【請求項28】
前記第１長さ及び前記第２長さは、前記第１アクチュエータに結合されたエンコーダを介して決定される、請求項２６に記載の方法。
【請求項29】
前記作動信号により、前記第１アクチュエータに結合された駆動機構が、前記少なくとも１つのセグメントを伸長させる第１方向に、又は前記少なくとも１つのセグメントを後退させる第２方向に回転し、前記第２方向は、前記第１方向とは反対である、請求項２２～２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項30】
前記第２入力は、プログラム的に又はユーザが提供する入力として受け取られる、請求項２２～２９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、作動システム及び作動システムを作動させる方法に関する。
【背景技術】
【0002】
種々の環境及び／又は用途において、伸縮式構造体を用いて目的の作業を実施するために、伸縮式構造体の作動が必要となる場合がある。伸縮式構造体を作動させるように構成された作動システムは、高価で、大型で、複雑な設計を含むことが多く、環境において相互作用力を検知するそれらの能力が制限される可能性がある。従来の作動システムは、通常、実施すべき目的の作業と比較して、複雑であり、重量があり、且つ大型である。加えて、従来の作動システムは、効率的なギアトレインを含まないことが多く、そのため、適用環境において実際に受けた相互作用力に基づいて作動力及び接触感度を決定するために、複雑なセンサ及び処理アーキテクチャが必要となる可能性がある。
【0003】
個人用の支援ロボットは、複雑な関節構造及び作動システムを含む可能性があり、それにより、こうしたロボットは高価であるとともに使いにくいものとなる可能性がある。その結果、こうしたロボットは、支援ロボットデバイスを必要とするユーザにとって経済的に手の届かない可能性があり、目的の作業を実施するときにユーザ体験の低下をもたらす可能性がある。こうしたロボットは、複雑な関節構造に起因して大型で重量がある可能性があり、それにより、特定の環境において対象物にアクセスし、到達し、又は他の方法で対象物と相互作用するときに補助的な関節運動を提供する能力が制限される可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
したがって、多自由度で関節運動をサポートすることができる移動型支援ロボットの伸縮式構造体を作動させるように構成された作動システムが必要とされている。こうした作動システムの利点としては、部品コスト及び製造コストの削減、設計の複雑性の低下、より広範囲の環境での展開の容易性、及び目的の作業を実施するときのユーザ体験の向上を挙げることができる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
従来の作動システムは、作業空間を横切ってロボットアームの関節式のリーチを提供するように構成された一連の回転作動関節を含むことが多い。各作動関節は、重力に対して、構造体の先端関節の全重量を支持しなければならず、それにより、作動システムの基端関節が大型で、高価であり、人間の周囲で作動させるには安全でないものとなる複合的な影響をもたらす。水平方向に伸長する伸縮式構造体は、重力に対して自立しており、したがって、同等のリーチを達成するために、はるかにより小型で、低コストで且つ安全なアクチュエータを使用する。加えて、断面が細長いことにより、従来の作動システムを採用するロボットアームではアクセス可能ではない雑然とした環境にも到達することができる。
【0006】
本明細書に記載する作動システムは、移動型支援ロボットに又は非ロボット用途に含まれる伸縮式構造体の作動を提供することができる。提供される作動システムは、従来の作動システムと比較して、より多くの自由度を通して且つより高精度の作動力をかけるように、関節運動を達成することができる。その結果、本明細書に記載する作動システムは、ユーザが定義した作業を完了するよりロバストな性能を提供することができる。
【0007】
概して、伸縮式構造体を作動させるシステム及び方法を提供する。１つの態様では、伸縮式構造体を作動させる作動システムを提供する。１つの実施形態では、作動システムは、第１チェーンカートリッジを含むことができ、第１チェーンカートリッジは、電源に結合された第１アクチュエータによって作動する駆動機構に係合可能に結合された駆動チェーンを含む。駆動チェーンは、第１の複数の相互接続されたリンクを含むことができ、それらは、第１の複数の相互接続されたリンクの各々の第１内部空間内で少なくとも１つの第１ケーブルを搬送する。作動システムは、複数のセグメントを含む伸縮式構造体も含むことができ、それらセグメントは、互いに対して伸縮式に伸長及び後退するように構成されるとともに、その中で駆動チェーンを搬送することができる。駆動チェーンの第１端部は、複数のセグメントの先端セグメントに結合することができる。先端セグメントは、伸縮式構造体の第１端部に位置することができる。駆動機構は、第１の複数の相互接続されたリンクに線形並進力を与えて、先端セグメントが伸縮式構造体の第１端部から伸長するか又はその中に後退するようにすることができる。
【0008】
別の実施形態では、第１方向における駆動機構の回転により、駆動チェーンは、伸縮式構造体の伸長を作動させるように第１チェーンカートリッジ内から伸長することができ、第２方向における駆動機構の回転により、駆動チェーンは、伸縮式構造体の収縮をもたらすように第１チェーンカートリッジ内に後退することができる。別の実施形態では、少なくとも１つの第１ケーブルは、データケーブル、電力ケーブル又は空気圧ラインを含むことができる。
【0009】
別の実施形態では、第１チェーンカートリッジは、自動巻取り型チェーンカートリッジとすることができ、それは、駆動チェーンの第２端部に結合された受動回転ピニオンと、自動巻取り型チェーンカートリッジの内面に形成された１つ又は複数の湾曲ガイドトラックとを含む。駆動機構の運動により、駆動チェーンを、第１チェーンカートリッジ内に巻き取るとともに、第１チェーンカートリッジから巻き出すことができる。受動回転ピニオンは、保持要素を介して自動巻取り型チェーンカートリッジの内面に取り付けることができ、第１の複数のケーブルが自動巻取り型チェーンカートリッジから出る、スロットを含む。
【0010】
別の実施形態では、作動システムは、移動型ロボットのベースに結合することができる。作動システムは、移動型ロボットのベースに取り付けられたマストと、マストに結合されたリフトキャリッジとをさらに含むことができる。リフトキャリッジは、複数のリフトキャリッジローラを含むことができる。リフトキャリッジと伸縮式構造体とは、マスト上で垂直に並進することができる。別の実施形態では、作動システムは、ベース内に第２アクチュエータをさらに含むことができる。第２アクチュエータは、タイミングベルト、ローラチェーン又は可撓性駆動要素のうちの少なくとも１つを介して、リフトキャリッジに結合することができる。第２アクチュエータは、リフトキャリッジに対して垂直運動を与えることができる。別の実施形態では、作動システムは、ベース内に第２チェーンカートリッジをさらに含むことができる。第２チェーンカートリッジは、第２の複数の相互接続されたリンクを含むドラグチェーンを含むことができ、第２の複数の相互接続されたリンクは、リフトキャリッジに結合されるとともに、第２の複数の相互接続されたリンクの各々の第２内部空間内で少なくとも１つの第２ケーブルを搬送する。リフトキャリッジの垂直運動により、ドラグチェーンを、第２チェーンカートリッジ内に巻き取るとともに、第２チェーンカートリッジから巻き出すことができる。
【0011】
別の実施形態では、少なくとも１つの第２ケーブルは、データケーブル、電源ケーブル又は空気圧ラインを含むことができる。別の実施形態では、マストは、マスト内でドラグチェーンを直線的に誘導するチャネルと、第２チェーンカートリッジ内への後退又は第２チェーンカートリッジからの伸長中にチャネル内でドラグチェーンを剛性直線状配置で保持するキーパとを含むことができる。キーパは、ブラシワイパ、ゴムグランド、コンプライアントフラップ又はシール、金属テープのスプール、又はリフトキャリッジの可撓性駆動要素のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【0012】
別の実施形態では、第１アクチュエータ及び第１チェーンカートリッジは、移動型ロボットのベースにおいて駆動機構から遠隔に位置することができる。第１アクチュエータは、駆動伝達装置を介して駆動機構に結合することができる。別の実施形態では、駆動伝達装置は、第１アクチュエータを駆動機構に結合する第１差動駆動ベルトと、第２アクチュエータを駆動機構に結合する第２差動駆動ベルトとを含む、差動伝達装置を含むことができる。第１差動駆動ベルト及び第２差動駆動ベルトの第１方向又は第２方向における同時運動により、リフトキャリッジはマストの上で垂直に並進することができる。第１方向における第１差動駆動ベルトの運動が第２方向における第２差動駆動ベルトの運動と同時に発生することにより、伸縮式構造体が、移動型ロボットのベースが位置する表面に対して水平に並進することができる。第１方向は、第２方向とは反対であり得る。
【0013】
別の実施形態では、駆動伝達装置は、回転駆動シャフトと、第１アクチュエータを駆動シャフトに結合する直角ギアボックスとを含む、回転シャフト伝達装置を含むことができる。直角ギアボックスは、リフトキャリッジがマスト上で垂直に移動する際、回転駆動シャフトに沿って移動することができる。
【0014】
別の実施形態では、駆動機構は、駆動チェーンを駆動機構に対して半径方向に保持する駆動チェーンガイドを含むことができる。別の実施形態では、伸縮式構造体の先端セグメントを、少なくとも１つのマニピュレータペイロードに結合することができ、少なくとも１つのマニピュレータペイロードは、センサ、ツール又は第３アクチュエータを含み、少なくとも１つの第１ケーブルはマニピュレータペイロードに結合する。
【0015】
別の実施形態では、第１アクチュエータは、タイミングベルト、差動ベルト、連結ベルト、ギアボックス、平歯車又はチェーンドライブのうちの少なくとも１つを介して駆動機構に結合することができる。別の実施形態では、駆動チェーンは、駆動機構の複数の係合機構を介して駆動機構に係合可能に結合することができる。複数の係合機構は、複数の歯係合機構、複数の歯車係合機構又は複数の摩擦ローラのうちの少なくとも１つを含むことができる。
【0016】
別の実施形態では、複数のセグメントの各セグメントは、矩形状断面、湾曲形状断面又は三角形状断面を含むことができる。複数のセグメントは、射出成形プラスチックセグメント、炭素繊維セグメント、押出成形アルミニウムセグメント又は超音波溶接プラスチックセグメントであり得る。別の実施形態では、伸縮式構造体の複数のセグメントの各セグメントは、各セグメントの外側カフに結合された第１の複数のローラと、各セグメントの内側カフに結合された第２の複数のローラとを含むことができる。外側カフは、内側カフの反対側に位置することができる。
【0017】
別の実施形態では、各セグメントの内側カフは、内側カフ内に挿入された駆動チェーンガイドを含むことができる。駆動チェーンガイドは、複数のセグメント内の第１の複数の相互接続されたリンクを、複数のセグメントが伸縮式に移動する伸縮式構造体の伸縮軸と平行に位置合せするように構成された開口部を含むことができる。別の実施形態では、伸縮式構造体の複数のセグメントの第１セグメントが、第２セグメントに対する第１セグメントの過伸長を防止する伸長リミッタを含むことができる。第１セグメントは、第２セグメント内から伸長するように構成することができる。
【0018】
別の態様では、作動システムを作動させる方法を提供する。１つの実施形態では、本方法は、作動システムのデータプロセッサにより、作動システムの伸縮式構造体の複数のセグメントのうちの少なくとも１つのセグメントにかけられる相互作用力に対応する第１入力を受け取るステップを含むことができる。第１入力は、相互作用力が少なくとも１つのセグメントにかけられた時点で作動システムの第１アクチュエータに供給される、第１電流値を含むことができる。本方法は、データプロセッサにより、少なくとも１つのセグメントの最大相互作用力に関連する第２入力を受け取るステップも含むことができる。第２入力は、第２電流値を含むことができる。本方法は、データプロセッサにより、少なくとも１つのセグメントによってかけられるべき作動力に関連する第３入力を受け取るステップをさらに含むことができる。第３入力は第３電流値を含むことができる。本方法は、データプロセッサにより、第２電流値未満であるとともに第３電流値以下である第４電流値を含む作動信号を決定するステップも含むことができる。第４電流値により、第１アクチュエータは、作動力をかけるように少なくとも１つのセグメントを作動させることができる。本方法は、データプロセッサにより、第１アクチュエータに作動信号を提供するステップをさらに含むことができる。
【0019】
別の実施形態では、第１電流値は、第１アクチュエータの巻線電流センサから受け取ることができる。別の実施形態では、相互作用力は、伸縮式構造体に取り付けられた力センサが受けることができる。別の実施形態では、本方法は、作動信号に基づいて第１アクチュエータを動作させるステップも含むことができる。
【0020】
別の実施形態では、本方法は、データプロセッサにより、少なくとも１つのセグメントに相互作用力がかけられた時点で伸縮式構造体の第１長さに対応する第４入力を受け取るステップも含むことができる。本方法は、データプロセッサにより、伸縮式構造体の目的の長さに関連する伸縮式構造体の第２長さに対応する第５入力を受け取るステップをさらに含むことができる。本方法は、第４入力及び第５入力に基づいて、更新された第３電流値を決定するステップも含むことができる。更新された第３電流値により、第１アクチュエータは、第２長さを達成するように伸縮式構造体を作動させることができる。
【0021】
別の実施形態では、第５入力は、プログラム的に又はユーザが提供する入力として受け取ることができる。別の実施形態では、第１長さ及び第２長さは、第１アクチュエータに結合されたエンコーダを介して決定することができる。別の実施形態では、作動信号により、第１アクチュエータに結合された駆動機構が、少なくとも１つのセグメントを伸長させる第１方向に、又は少なくとも１つのセグメントを後退させる第２方向に回転することができる。第２方向は、第１方向とは反対であり得る。別の実施形態では、第２入力は、プログラム的に又はユーザが提供する入力として受け取ることができる。
【0022】
命令を格納する非一時的コンピュータプログラム製品（すなわち、物理的に具現化されたコンピュータプログラム製品）も記載しており、命令は、１つ又は複数のコンピューティングシステムの１つ又は複数のデータプロセッサによって実行されると、少なくとも１つのデータプロセッサに、本明細書における動作を実行させる。同様に、１つ又は複数のデータプロセッサと１つ又は複数のデータプロセッサに結合されたメモリとを含むことができる、コンピュータシステムも記載している。メモリは、少なくとも１つのプロセッサに、本明細書に記載する動作のうちの１つ又は複数を実行させる命令を、一時的に又は恒久的に格納することができる。加えて、方法は、単一のコンピューティングシステム内の、又は２つ以上のコンピューティングシステム間で分散された、１つ又は複数のデータプロセッサによって実施することができる。こうしたコンピューティングシステムは、ネットワーク（例えば、インターネット、無線広域ネットワーク、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク、有線ネットワーク等）上の接続を含む、１つ又は複数の接続を介して、あるいは、複数のコンピューティングシステムのうちの１つ又は複数の間の直接接続を介して等により、接続することができ、且つ、データ及び／又はコマンド若しくは他の命令等を交換することができる。
【0023】
添付図面及び以下の説明に、本明細書に記載する主題の１つ又は複数の変形の詳細を示す。本明細書に記載する主題の他の特徴及び利点は、説明及び図面から、且つ特許請求の範囲から明らかとなろう。
【0024】
これらの特徴及び他の特徴は、添付図面とともに行う以下の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本明細書に記載するような伸縮式構造体を作動させるように構成された作動システムの例示的な実施形態を示す図である。
【図2】本明細書に記載するような作動システムの駆動チェーンの例示的な実施形態を示す図である。
【図3】本明細書に記載するような作動システムのチェーンカートリッジの例示的な実施形態を示す図である。
【図4】本明細書に記載するような作動システムのチェーンカートリッジの別の例示的な実施形態を示す図である。
【図5】本明細書に記載するような移動型ロボットのベースに結合された作動システムの例示的な実施形態を示す図である。
【図6】本明細書に記載するような作動システムのリフトキャリッジの例示的な実施形態を示す図である。
【図7】本明細書に記載するような作動システムの第２アクチュエータに結合されたリフトキャリッジの例示的な実施形態を示す図である。
【図8】本明細書に記載するようなリフトキャリッジに結合された第２の複数の相互接続されたリンクから形成されたドラグチェーンを含む第２チェーンカートリッジの例示的な実施形態を示す図である。
【図10】本明細書に記載するような作動システムのマストの例示的な実施形態を示す図である。
【図11】本明細書に記載するような作動システムの駆動伝達装置の例示的な実施形態を示す図である。
【図12】本明細書に記載するような作動システムの差動伝達装置の例示的な実施形態を示す図である。
【図14】本明細書に記載するような作動システムの回転シャフト伝達装置の例示的な実施形態を示す図である。
【図15】本明細書に記載するような作動システムの駆動チェーンガイドの例示的な実施形態を示す図である。
【図16】本明細書に記載するような作動システムのマニピュレータペイロードの例示的な実施形態を示す図である。
【図17】本明細書に記載するような作動システムの駆動機構に結合されたアクチュエータの例示的な実施形態を示す図である。
【図18】本明細書に記載するような作動システムの伸縮式構造体の複数のセグメントの例示的な実施形態を示す図である。
【図19】本明細書に記載するような作動システムの伸縮式構造体の複数のローラの例示的な実施形態を示す図である。
【図20】本明細書に記載するような作動システムの伸縮式構造体の駆動チェーンガイドの例示的な実施形態を示す図である。
【図21】本明細書に記載するような作動システムの伸縮式構造体の伸長リミッタの例示的な実施形態を示す図である。
【図22】本明細書に記載するような作動システムの伸縮式構造体を作動させるように構成されたコンピューティングアーキテクチャの例示的な実施形態を示す図である。
【図23】本明細書に記載するような作動システムの伸縮式構造体を作動させる方法の例示的な実施形態を示すプロセスフロー図である。
【図24】本明細書に記載するような作動システムの伸縮式構造体を作動させる作動信号を決定する方法の例示的な実施形態を示すプロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
図面は必ずしも正確な縮尺ではないことに留意されたい。図面は、本明細書で開示する主題の典型的な態様のみを示すことが意図されており、したがって、本開示の範囲を限定するものとしてみなされるべきではない。
【0027】
本明細書に記載する作動システムは、伸縮式構造体を、目的の作業又は伸縮式構造体にかけられる相互作用力に関して伸長又は収縮するように作動させることができる。伸縮式構造体は、マニピュレータとして使用されるように水平に作動させることができ、さらに、マスト等、垂直構造体に沿って垂直に移動するように作動させることができる。作動システムは、駆動チェーンも含むことができ、駆動チェーンは、データケーブル、電力ケーブル及び／又は空気圧ラインをその内部で伸縮式構造体の先端部まで搬送する、複数の相互接続されたリンクを含む。相互接続されたリンクは、駆動チェーンに作動力が加えられたとき、１つの方向において撓むことができ、異なる方向において剛性配置を形成することができる。作動システムは、チェーンカートリッジも含むことができ、駆動チェーンは、チェーンカートリッジから伸長するか又はチェーンカートリッジ内に後退することができる。
【0028】
駆動チェーンは、アクチュエータ又はモータ等の作動源の駆動機構に結合することができる。駆動チェーンは、駆動伝達装置を介してアクチュエータに結合することができ、駆動伝達装置により、同時の又は独立した、伸縮式構造体の作動と垂直構造体又はマストに沿った伸縮式構造体の垂直移動とを可能にすることができる。このように、作動システムは、目的の作業に関連するより広範囲の目標場所にアクセス又は到達することができる。
【0029】
駆動チェーンは、内部で、電気（例えば、電力及びデータ）ケーブル及び空気圧ラインを伸縮式構造体の先端部まで搬送することができる。従来のロボットアームでは、アームの端部まで回転関節を通してこれらのケーブルを配線することは、複雑性及び部品の故障の重大な原因である。本明細書に記載する作動システムでは、駆動チェーン構成により、従来のシステムと比較して単純で、小型で且つロバストな解決法が提供される。
【0030】
伸縮式構造体は、水平方向に伸びるように向けることができる。したがって、アクチュエータは、静的な重力荷重を支持する必要はない。これにより、アクチュエータを小型にするとともに、従来のアクチュエータシステムで必要であることが多い高ギア比のギアボックスを不要にすることができる。低ギア比のギアボックスを有する小型モータを採用することにより、作動システムの有効慣性が低く維持される。これには、アクチュエータの巻線電流が、伸縮式構造体が環境に与える力の良好な近似値となり得るという利点がある。相互作用力に高感度であることにより、伸縮式構造体を人間の周囲で安全に反応するように制御することができる。
【0031】
本明細書では、移動型ロボット内に構成された作動システムの伸縮式構造体を作動させる作動システム及び対応する方法の実施形態について考察する。しかしながら、本開示の実施形態を採用して、限定なしに、ロボットを含まない静止又は移動用途において伸縮式構造体を作動させることができる。
【0032】
図１は、本明細書に記載するような伸縮式構造体を作動させるように構成された作動システム１００の例示的な実施形態を示す図である。図１に示すように、作動システム１００は、チェーンカートリッジ１０５を含むことができる。チェーンカートリッジ１０５は、内部に駆動チェーン１１０を含むことができる。駆動チェーン１１０は、駆動機構１１５に結合することができる。駆動機構１１５は、電源１２５によって電力が供給されるアクチュエータ１２０に結合するとともに、アクチュエータ１２０によって作動させることができる。電源１２５は、充電式電源又は非充電式電源を含むことができる。駆動チェーン１１０は、相互接続されたリンク１３０から形成することができ、相互接続されたリンク１３０を含むことができる。相互接続されたリンク１３０は、各相互接続されたリンク内に開放内部空間を含み、その中で１つ又は複数のケーブル１３５が搬送されるのを可能にすることができる。
【0033】
図１にさらに示すように、作動システム１００は、２つ以上のセグメント１４５を含む伸縮式構造体１４０も含むことができる。セグメント１４５は、互いから伸長するとともに互いの中に後退して、伸縮式構造体１４０の水平伸長及び収縮を提供するように構成することができる。伸縮式構造体１４０は、セグメント１４５内で駆動チェーン１１０を搬送することができる。駆動チェーン１１０は、伸縮式構造体１４０の先端部１５５に位置する先端セグメント１５０に結合することができる。伸縮式構造体１４０の先端部１５５は、伸縮式構造体１４０の基端部１６０とは反対側であり得る。駆動チェーン１１０は、最初に、基端部１６０において伸縮式構造体１４０内に受け入れることができ、先端セグメント１５０の基端部に結合することができる。
【0034】
動作時、作動システム１００は、伸縮式構造体１４０を伸長させるか又は収縮させるように作動することができる。アクチュエータ１２０に結合されたコントローラ１６５から作動信号を受信すると、アクチュエータ１２０は、駆動機構１１５を作動させることができる。駆動機構１１５は、２つの方向に回転することができる。第１方向において、駆動機構１１５は、駆動チェーン１１０がチェーンカートリッジ１０５から出て基端部１６０において伸縮式構造体１４０内に入るように、回転することができる。この第１方向の回転により、駆動チェーン１１０は、先端セグメント１５０に対して線形並進力をかけて、セグメント１４５が互いの中から伸長するようにすることができる。第１方向とは反対の第２方向において、駆動機構１１５は、駆動チェーン１１０がチェーンカートリッジ１１０内に戻って基端部１６０において伸縮式構造体１４０から出るように、回転することができる。
【0035】
図２は、本明細書に記載するような作動システム１００の駆動チェーン１１０の例示的な実施形態２００を示す図である。図２に示す駆動チェーン１１０は、複数の相互接続されたリンク１３０から形成することができる。各リンクは、１つ又は複数のケーブル又はライン１３５が通過することができる開放内部空間２０５を含むことができる。いくつかの実施形態では、ケーブル／ライン１３５は、先端セグメント１５０に結合されたマニピュレーションペイロードに、データ、電力又は空気圧力をそれぞれ供給する、データケーブル、電力ケーブル及び／又は空気圧ラインを含むことができる。図２に示すように、駆動チェーン１１０内に、第１ケーブル／ライン２１０及び第２ケーブル／ライン２１５を構成することができる。駆動チェーン１１０の先端部２２０は、図１に示す伸縮式構造体１４０の先端セグメント１５０に結合することができる。図２では、この接続を、駆動チェーン１１０の先端部２２０を先端セグメント１５０に接続する破線を介して示す。
【0036】
図３は、本明細書に記載するような作動システム１００のチェーンカートリッジ１０５の例示的な実施形態３００を示す図である。図３に示すように、チェーンカートリッジ１０５は、自動巻取り型チェーンカートリッジであり得る。自己誘導型チェーンカートリッジは、駆動チェーン１１０の基端部３１０を受けるように構成された受動回転ピニオン３０５を含むことができる。自己誘導型チェーンカートリッジは、自己誘導型チェーンカートリッジ１０５の内面３２０に形成された１つ又は複数の湾曲ガイドトラック３１５を含むことができる。図３に示すように、１つ又は複数のケーブル／ライン１３５は、受動回転ピニオン３０５のスロット又は開口部を介してチェーンカートリッジ１０５に存在することができる。いくつかの実施形態では、１つ又は複数のケーブル／ライン１３５は、受動回転ピニオン３０５が回転する際にケーブル／ライン１３５に対する損傷又はケーブル／ライン１３５の過度のねじれを低減させるサービスループ又はコイル巻き機構を含むことができる。
【0037】
動作時、アクチュエータ１２０が駆動機構１１５を第１方向に作動させて、駆動チェーン１１０が相互接続されたリンク１３０の剛性構成を形成するとともにチェーンカートリッジ１０５内から伸長するようになると、チェーンカートリッジ１０５から駆動チェーン１１０が引き出される。逆に、駆動機構１１５が（第１の方向とは反対の）第２方向に回転することにより、駆動チェーン１１０がチェーンカートリッジ１０５内に押し込まれる際、駆動チェーン１１０は、相互接続されたリンク１３０の剛性構成を形成して、受動回転ピニオン３０５を回転させることができる。湾曲ガイドトラック３１５は、駆動機構１１５の回転に応答してピニオン３０５の回転とともに作用して、相互接続されたリンク１３０に線形並進力を与えて、駆動チェーン１１０がチェーンカートリッジ１０５内でコイル状になるようにすることができる。
【0038】
いくつかの実施形態では、チェーンカートリッジ１０５は、駆動チェーン１１０が滑り込む１つ又は複数のらせん形状トラックを含む、ガイド付きカートリッジであり得る。らせん形状トラックは、ばね鋼又はプラスチックから形成された平滑面を含むことができる。この実施形態では、駆動チェーン１１０の基端部３１０は、チェーンカートリッジ１０５に取り付けられておらず、チェーンカートリッジ１０５に対する駆動チェーン１１０の伸長又は後退中に、らせん形状トラック内を自由に移動することができる。
【0039】
図４は、本明細書に記載するような作動システム１００のチェーンカートリッジ１０５の別の例示的な実施形態４００を示す図である。図４に示すように、チェーンカートリッジ１０５の切取図が提供されている。受動回転ピニオン３０５は、固定ピン又は保持要素４０５を介してチェーンカートリッジ１０５の内面３２０に取り付けることができる。受動回転ピニオン３０５はスロット４１０を含むことができ、１つ又は複数のケーブル／ライン１３５は、スロット４１０を通って、チェーンカートリッジ１０５の壁４１５を通過することができる。
【0040】
図５は、本明細書に記載するような移動型ロボットのベースに結合された作動システム１００の例示的な実施形態５００を示す図である。図５に示すように、図１～図４に関連して図示し且つ記載した作動システム１００は、移動型ロボット５１０のベース５０５に結合することができる。この実施形態では、作動システム１００は、移動型ロボット５１０のベース５０５に取り付けられた垂直マスト５１５と、リフトキャリッジ５２０とをさらに含むことができる。チェーンカートリッジ１０５、アクチュエータ１２０及び伸縮式構造体１４０は、リフトキャリッジ５２０を介してマスト５１５取り付けることができる。リフトキャリッジ５２０は、チェーンカートリッジ１０５、アクチュエータ１２０及び伸縮式構造体１４０を、マスト５１５に沿って垂直に並進させることができる。ベース５０５内に電源５２５を含めることができ、電源５２５はアクチュエータ１２０に結合することができる。
【0041】
図６は、本明細書に記載するような作動システム１００のリフトキャリッジ５２０の例示的な実施形態６００を示す図である。図６に示すように、リフトキャリッジ５２０は、ローラ６０５及び６１０等のローラの複数のセットを含むことができる。ローラ６０５及び６１０は、リフトキャリッジ５２０に結合することができ、リフトキャリッジ５２０がマスト５１５に沿って垂直に移動するのを可能にすることができる。このように、リフトキャリッジ５２０は、対象物又は目的の作業に対して伸縮式構造体１４０の垂直位置決めを提供することができる。
【0042】
図７は、本明細書に記載するような作動システム１００の第２アクチュエータに結合されたリフトキャリッジ５２０の例示的な実施形態７００を示す図である。図７に示すように、作動システム１００は、移動型ロボット５１０のベース５０５に設けられた第２アクチュエータ７０５も含むことができる。第２アクチュエータ７０５は、タイミングベルト等、可撓性駆動要素７１０を介してリフトキャリッジに結合することができる。可撓性駆動要素７１０は、リフトキャリッジ５２０に結合されているループ駆動構造体であり得る。第２アクチュエータ７０５は、左キャリッジ５２０に垂直並進力を与えて、リフトキャリッジ５２０がマスト５１５に沿って垂直に移動するようにすることができる。いくつかの実施形態では、可撓性駆動要素７１０は、ローラチェーン又はタイムベルトを含むことができ、垂直並進力を第２アクチュエータ７０５からリフトキャリッジ５２０まで伝達することができる。
【0043】
図８は、本明細書に記載するようなリフトキャリッジ５２０に結合された第２の複数の相互接続されたリンクから形成されたドラグチェーンを含む第２チェーンカートリッジの例示的な実施形態８００を示す図である。図８に示すように、作動システム１００は、ベース５０５内に第２チェーンカートリッジ８０５も含むことができる。第２チェーンカートリッジ８０５は、第２の複数の相互接続されたリンク８１５を含むドラグチェーン８１０を含むことができ、第２の複数の相互接続されたリンク８１５は、第２の複数の相互接続されたリンク８１５の各々の第２内部空間８２５内で第２の１つ又は複数のケーブル／ライン８２０を搬送する。第２の１つ又は複数のケーブル／ライン８２０は、データケーブル、電力ケーブル及び／又は空気圧ラインのうちの１つ又は複数を含むことができる。リフトキャリッジ５２０がマスト５１５に沿って垂直に並進する際、ドラグチェーン８１０は、第２チェーンカートリッジ８０５内に巻き付けるか又は巻き取り、且つ／又は第２チェーンカートリッジ８０５内から巻き戻すか又は巻き出すことができる。
【0044】
第２チェーンカートリッジ８０５は、第２チェーンカートリッジ８０５の内面８３５内に形成された湾曲ガイドトラック８３０も含むことができる。湾曲ガイドトラック８３０は、ドラグチェーン８１０を、第２チェーンカートリッジ８０５内に巻き取るか又は第２チェーンカートリッジ８０５内から巻き出すときに誘導することができる。第２チェーンカートリッジ８０５は、第２チェーンカートリッジ８０５の内面８３５に結合された受動回転ピニオン８４０も含むことができる。
【0045】
動作時、第２アクチュエータ７０５が第１方向に作動して、タイミングベルト７１０を介してリフトキャリッジに線形並進力を与えて、リフトキャリッジ５２０がマスト５１５を上昇するようにすると、ドラグチェーン８１０は、第２チェーンカートリッジ８０５内から引き出される。ドラグチェーン１１０は、リフトキャリッジ５２０がマスト５１５を上って移動する際、第２チェーンカートリッジ８０５内から受動的に引き出される。逆に、リフトキャリッジ５２０がマスト５１５を下降する際、ドラグチェーン８１０は、第２チェーンカートリッジ８０５内に押し込まれる。第２アクチュエータ７０５がタイミングベルト７１０を介してリフトキャリッジ５２０に線形並進力を与えて、リフトキャリッジ５２０がマストを下降するようにすることに応答して、湾曲ガイドトラック８３０は、ピニオン８４０の回転とともに作用して、ドラグチェーン８１０がチェーンカートリッジ８０５内に巻き取られるようにすることができる。
【0046】
図９は、本明細書に記載するような図５～図８のリフトキャリッジ５２０の別の例示的な実施形態９００を示す図である。図９に示すように、リフトキャリッジ５２０は、第１部分９０５及び第２部分９１０を含むことができる。第１部分９０５及び第２部分９１０は、マスト５１５を包囲するように互いに取外し可能に結合することができる。第１部分９０５及び第２部分９１０の各々は、マスト５１５に沿って並進する際のリフトキャリッジ５２０を補助するように構成された複数のローラ６０５、６１０を含むことができる。いくつかの実施形態では、リフトキャリッジ５２０の第１部分９０５及び第２部分９１０は、１対、２対又は３対のローラ６０５、６１０を含むことができる。
【0047】
図９にさらに示すように、リフトキャリッジ５２０は、ドラグチェーン８１０に結合することができる。第２の１つ又は複数のケーブル／ライン８２０は、ドラグチェーン８１０の先端リンク９１５の第２内部空間８２５から出て、リフトキャリッジ５２０を通過することができる。図９に示すように、第２の１つ又は複数のケーブル／ライン８２０は、リフトキャリッジ５２０の第１部分９０５を通過するが、いくつかの実施形態では、第２の１つ又は複数のケーブル／ライン８２０は、リフトキャリッジ５２０の第２部分９１０を通過することができる。ドラグチェーン８１０の先端リンク９１５は、リフトキャリッジ５２０の内部ガイド９２０に結合することができる。内部ガイド９２０は、リフトキャリッジ５２０の第１部分９０５又は第２部分９１０のいずれかの内部に一体的に形成することができる。
【0048】
さらに図９を参照すると、リフトキャリッジ５２０にタイミングベルト７１０を固定することができる。例えば、タイミングベルト７１０は、クランプを介してリフトキャリッジに固定することができる。クランプは、タイミングベルト７１０の係合機構（例えば、歯）と係合するように構成された係合機構を介して、タイミングベルト７１０を適所に保持することができる。クランプは、ボルトを介してリフトキャリッジ５２０から緩めて、タイミングベルト７１０の設置をより容易にするか、又はタイミングベルト７１０上のリフトキャリッジ５２０の位置を調整することができる。
【0049】
図１０は、本明細書に記載するような作動システム１００のマスト５１５の例示的な実施形態１０００を示す図である。図１０に示すように、マスト５１５は、マスト５１５内に構成されたチャネル１００５を含むことができる。チャネル１００５は、Ｃ字型チャネル又は図１０に示すようなＵ字型チャネルとして形成することができる。限定なしに、種々の非限定的なチャネル形状を想定することができる。チャネル１００５は、マスト５１５内でドラグチェーン８１０を直線的に誘導することができる。マスト５１５は、第２チェーンカートリッジ８０５内への後退又は第２チェーンカートリッジ８０５からの伸長中に、チャネル１００５内でドラグチェーン８１０を剛性直線状構成で保持する、キーパ１０１０も含むことができる。いくつかの実施形態では、キーパ１０１０は、ブラシワイパ、ゴムグランド、コンプライアントフラップ若しくはシール、又は金属テープのスプールを含むことができる。いくつかの実施形態では、キーパ１０１０は、可撓性駆動要素７１０を含むことができる。例えば、可撓性駆動要素７１０は、第２アクチュエータとマスト５１５の頂部に結合されたプーリとを結合するループとして形成することができる。したがって、可撓性駆動要素７１０の２つの部分、例えば部分７１０Ａ及び７１０Ｂは、マスト５１５内で並進するように構成することができる。いくつかの実施形態では、可撓性駆動要素７１０の第１部分７１０Ａは、チャネル１００５内でドラグチェーン８１０を保持するキーパ１０１０として作用することができる。
【0050】
図１１は、本明細書に記載する作動システム１００の駆動伝達装置の例示的な実施形態１００を示す図である。図１１に示すように、アクチュエータ１２０及びチェーンカートリッジ１０５は、移動型ロボット５１０のベース５０５内に且つ駆動機構１１５から遠隔に位置することができる。アクチュエータ１２０は、駆動伝達装置１１０５を介して駆動機構１１５に結合することができる。いくつかの実施形態では、アクチュエータ１２０は、タイミングベルト、差動ベルト、連結ベルト、ギアボックス又はチェーンドライブを介して、駆動機構１１５に結合することができる。アクチュエータ１２０及びチェーンカートリッジ１０５を駆動機構１１５から遠隔に位置付けることにより、移動型ロボット５１０のベース５０５の全体的なフットプリント、サイズ及び重量を低減させることができる。
【0051】
図１２は、本明細書に記載するような作動システム１００の差動伝達装置の例示的な実施形態１２００を示す図である。図１２に示すように、いくつかの実施形態では、駆動伝達装置１１０５は、差動伝達装置１２０５として構成することができる。差動伝達装置１２０５は、第１アクチュエータ及び駆動機構１１５を結合する第１差動駆動ベルト１２１０を含むことができる。差動伝達装置１２０５は、第２アクチュエータ７０５及び駆動機構１１５を結合する第２差動駆動ベルト１２１５も含むことができる。第１アクチュエータ１２０及び第２アクチュエータ７０５が、互いに対して同じ方向に第１差動駆動ベルト１２０１及び第２差動駆動ベルト１２１５をともに作動させるため、リフトキャリッジ５２０は、マスト５１５上で垂直に移動することができる。したがって、互いに対して同じ方向における第１差動駆動ベルト１２１０及び第２差動駆動ベルト１２１５の運動（例えば、第１差動駆動ベルト１２１０及び第２差動駆動ベルト１２１５の各々がともに上方に又はともに下方に移動すること）により、リフトキャリッジ５２０に正味の線形力が伝達される。第１アクチュエータ１２０及び第２アクチュエータ７０５が、互いに対して反対方向に第１差動駆動ベルト１２１０及び第２差動駆動ベルト１２１５をともに作動させるとき、伸縮式構造体１４０は伸長又は収縮することができる。その結果、駆動機構１１５に正味のトルクを加えて、伸縮式構造体がベース５０５（又は、ベース５０５が位置する表面）に対して水平に伸長又は収縮するようにすることができる。
【0052】
図１３は、本明細書に記載するような図１２の差動伝達装置の駆動機構１１５を示す図である。図１３に示すように、駆動機構１１５は、第１差動駆動ベルト１２１０に且つ第２差動駆動ベルト１２１５に結合するように構成することができる。駆動機構１１５は、第１差動駆動ベルト１２１０を駆動機構１１５に結合する第１プーリ１３０５と、第２差動駆動ベルト１３１０を駆動機構に結合する第２プーリ１３１０とを含むことができる。
【0053】
図１４は、本明細書に記載するような作動システム１００の回転シャフト伝達装置の例示的な実施形態１４００を示す図である。いくつかの実施形態では、駆動伝達装置１１０５は、回転シャフト伝達装置１４０５として構成することができる。図１４に示すように、回転シャフト伝達装置１４０５は、アクチュエータ１２０を直角ギアボックス１４１５に結合する回転駆動シャフト１４１０を含むことができる。直角ギアボックス１４１５は、リフトキャリッジがマスト５１５に沿って垂直に並進する際、回転駆動シャフト１４１０に沿って垂直に移動することができる。回転駆動シャフト１４１０は、正方形断面を有することができ、リフトキャリッジ５１５内を通過するように構成することができる。この実施形態では、リフトキャリッジ５１５の垂直並進と伸縮式構造体１４０の水平並進とは、同じ駆動伝達装置に結合されていない。
【0054】
図１５は、本明細書に記載するような作動システム１００の駆動チェーンガイドの例示的な実施形態１５００を示す図である。図１５に示すように、駆動機構１１５は、駆動チェーン１１０を駆動機構１１５に対して半径方向に保持する駆動チェーンガイド１５０５を備えるように構成することができる。いくつかの実施形態では、駆動チェーンガイド１５０５は、駆動チェーン１１０がチェーンカートリッジ１０５から伸長し又はチェーンカートリッジ１０５内に後退するチェーンカートリッジ１０５の開口部において、駆動チェーン１１０の上方又は下方に位置する少なくとも１つのローラを含むことができる。
【0055】
図１６は、本明細書に記載するような作動システム１００のマニピュレータペイロードの例示的な実施形態１６００を示す図である。図１６に示すように、作動システム１００は、伸縮式構造体１４０の先端セグメント１５０に結合されたマニピュレータペイロード１６０５を含むことができる。マニピュレータペイロード１６０５は、作動システム１００を使用して実施すべき目的の作業に対して構成することができる。いくつかの実施形態では、マニピュレータペイロード１６０５は、第３アクチュエータ１６１０、センサ１６１５又はツール１６１０を含むことができる。駆動チェーン１１０内で搬送される１つ又は複数のケーブル／ライン１３５は、伸縮式構造体１４０の先端セグメント１５０から出てマニピュレータペイロード１６０５と結合することができる。
【0056】
図１７は、本明細書に記載するような作動システム１００の駆動機構１１５に結合されたアクチュエータ１２０の例示的な実施形態１７００を示す図である。アクチュエータ１２０は、平歯車１７０５を介して駆動機構１１５に結合することができる。いくつかの実施形態では、アクチュエータ１２０は、タイミングベルト、差動ベルト、連結ベルト、ギアボックス又はチェーンドライブを介して駆動機構１１５に結合することができる。駆動機構１１５は、駆動チェーン１１０を駆動機構１１５に係合可能に結合する複数の係合機構１７１０を含むことができる。いくつかの実施形態では、係合機構１７１０は、歯係合機構、歯車係合機構又は摩擦ローラを含むことができる。
【0057】
図１８は、本明細書に記載するような作動システム１００の伸縮式構造体１４０の複数のセグメント１４５の例示的な実施形態１８００を示す図である。図１８では、伸縮式構造体１４０は、４つのセグメントが互いに入れ子になるように、完全収縮形態で示されている。図１８に示すように、複数のセグメント１４５は、正方形状断面を含むことができる。いくつかの実施形態では、複数のセグメント１４５は、矩形状断面、円形状断面、湾曲状断面又は三角形状断面を含むことができる。複数のセグメント１４５は、射出成形プラスチック、炭素繊維、押出成形アルミニウム又は超音波溶接プラスチックから形成することができる。
【0058】
図１８にさらに示すように、複数のセグメント１４５の各セグメントは、セグメントの先端部１５５に取り付けられた外側カフ１８０５を含むことができる。伸縮式構造体１４０の基端セグメント１８１０は、アーム取付機構１８１５を含むことができる。アーム取付機構１８１５は、基端セグメント１８１０に接着するか又は同様に貼り付けることができる。アーム取付機構１８１５は、リフトキャリッジ５２０内に受けることができる。先端セグメント１５０は、先端セグメント１５０に接着されるか又は同様に貼り付けられるとともに、図１６に示すマニピュレータペイロード１６０５に先端セグメント１５０を結合するように構成することができる、マニピュレータペイロード取付機構１８２０を含むことができる。
【0059】
図１９は、本明細書に記載するような作動システム１００の伸縮式構造体１４０の複数のローラの例示的な実施形態１９００を示す図である。図１９に示すように、伸縮式構造体は、伸縮軸１９０５に沿って互いから伸長又は後退することができる、個々のセグメントの入れ子配置での複数のセグメント１４５として形成することができる。伸縮式構造体１４０は、ペイロードを支持しながら、且つ伸長するときに垂れ下がるか又はたるむことがないように十分な剛性を提供しながら、低摩擦で滑らかに伸縮式に並進することができる。
【0060】
図１９に示すように、セグメントの先端部１５５に外側カフ１８０５を取り付けることができる。外側カフ１８０５は、１つ又は複数の円筒状外側カフローラ１９１０を含むことができる。外側カフローラ１９１０は、円筒状外側カフローラ１９１０を通過するとともに外側カフ１８０５内に固定されるピン１９１５を介して、外側カフ１８０５に結合することができる。第１セグメントの外側カフローラ１９１０は、伸長又は収縮中に伸縮式構造体１４０を剛性構成で維持するように、第１セグメント内から伸長する第２セグメントの外面と十分な接触力を維持することができる。図１９にさらに示すように、各セグメントの基端部１６０に、内側カフ１９２０を位置決めすることができる。内側カフ１９２０は、１つ又は複数の円筒状内側カフローラ１９２５を含むことができる。円筒状内側カフローラ１９２５は、円筒状内側カフローラ１９２５を通過するとともに内側カフ１９２０内に固定されたピン１９３０を介して、内側カフ１９２０に結合することができる。第１セグメントの内側カフローラ１９２５は、伸長又は収縮中に伸縮式構造体１４０を剛性構成でさらに維持するように、第１セグメントが伸長する第２セグメントの内面と十分な接触力を維持することができる。
【0061】
外側カフ１８０５及び内側カフ１９２０は、熱活性材料から形成することができる。このように、不正確な隙間公差によってもたらされるローラにおけるいかなる過度の予荷重も、伸縮式構造体１４０を熱活性材料の活性化点まで加熱することによって低減させることができる。予荷重が緩和すると、ローラ１９１５及び１９２５は、低摩擦位置に位置することができる。これにより、伸縮式構造体１４０の接触感度の性能を有利に向上させることができる。
【0062】
外側カフローラ１９１５及び内側カフローラ１９２５は、エンジニアリングプラスチック及び／又は炭素繊維等の傷を付けにくい（ｎｏｎ－ｍａｒｒｉｎｇ）材料から形成することができる。いくつかの実施形態では、外側カフローラ１９１５及び内側カフローラ１９２５の代わりに、摺動ブッシング面を構成することができる。
【0063】
図２０は、本明細書に記載するような作動システム１００の伸縮式構造体１４０の駆動チェーンガイド２００５の例示的な実施形態２０００を示す図である。駆動チェーンガイド２００５は、複数のセグメント１４５の各セグメントの基端部１６０に位置することができる。駆動チェーンガイド２００５は、駆動チェーン１１０が伸縮式構造体１４０内で並進する際に、伸縮軸１９０５に沿って駆動チェーン１１０を誘導することができる。駆動チェーンガイド２００５は、駆動チェーン１１０のリンクを直線状配置で拘束することができ、駆動機構１１５から先端セグメント１５０へのより効率的な力の伝達を可能にすることができる。駆動チェーンガイド２００５は、伸縮式構造体１４０が伸長位置から収縮する際に、駆動チェーン１１０の後退中に駆動チェーン１１０の座屈も低減させることができる。
【0064】
図２１は、本明細書に記載するような作動システム１００の伸縮式構造体１４０の伸長リミッタ２１０５の例示的な実施形態２１００を示す図である。図２１は、伸縮式構造体の分解図であり、図１９に示す完全組立図に関連する。図２１に示すように、セグメント２１１５の外側カフ１８０５は、破線によって示すように、セグメント２１１５の先端部２１２０においてその組立位置から離れるように伸長している。このように、外側カフローラ１９１０は、伸長リミッタ２１０５と当接することが分かる。外側カフローラ１９１０及びピン１９１５は、図１９に関連して記載したように、外側カフ１８０５内に固定される。図２１に示すように、外側カフローラ１９１０及びピン１９１０は、破線によって示すように、外側カフ１８０５から離れるように伸長する。
【0065】
図２１に示す実施形態の図において、第１セグメント２１１０は、第２セグメント２１１５から伸長することができる。伸長リミッタ２１０５は、伸縮式構造体１４０がマスト５１５から離れるように伸長する際、セグメント２１１５内からのセグメント２１１０の伸長を制限することができる。いくつかの実施形態では、複数のセグメント１４５のセグメントのうちの１つ又は複数は、伸長リミッタ２１０５を含むことができる。伸長リミッタ２１０５は、第２セグメントに対する第１セグメントの過度の伸長すなわち過伸長を防止することができる。第１セグメント２１１０は、第２セグメント２１１５の外側カフローラ１９１０が第１セグメント２１１０の伸長リミッタ２１０５と接触するまで、第２セグメント２１１５内から伸長することができる。このように、伸縮式構造体１４０の過伸長をなくすことができる。
【0066】
伸長リミッタ２１０５は、１つ又は複数のセグメント１４５の外面に形成された細い帯状の材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、伸長リミッタ２１０５は、成形プラスチック、金属テープ、シートメタル、又は突起等のセグメント自体の一部から形成することができる。伸長リミッタ２１０５は、１つのセグメントの別のセグメントからの最大伸長、したがって伸縮式構造体１４０の最大伸長を確保するように、セグメント上の場所に取り付けるか又は位置付けることができる。伸長リミッタ２１０５をセグメント又は伸縮式構造体１４０の先端部１５５からさらに遠くに（例えば、セグメントの基端部１６０に又は伸縮式構造体に近接して）位置付けることにより、セグメント１４５の垂下がりを低減させてアーム伸長を実施することができる。
【0067】
図２２は、本明細書に記載するような作動システム１００の伸縮式構造体１４０を作動させるように構成されたコンピューティングアーキテクチャ２２００の例示的な実施形態を示す図である。図２２に示すように、作動システム１００は、移動型ロボット５１０内に構成することができる。いくつかの実施形態では、作動システム１００は、移動型ロボット内に構成されなくてもよく、作動システム１００を収容するか又は作動システム１００に結合するのに好適な代替構造体内に構成することができる。
【0068】
作動システム１００は、データプロセッサ２２１０、メモリ２２１５及び通信インタフェース２２２０を含む、第１コンピューティングデバイス２２０５を含むことができる。メモリ２２１５は、非一時的コンピュータ可読、実行可能命令を格納することができ、そうした命令は、データプロセッサ２２１０によって実行されると、データプロセッサに、作動システム１００及び／又は移動型ロボット５１０の作動を実行させることができる。データプロセッサ２２１０は、１つ又は複数のコントローラで構成することができる。コントローラは、作動システム１００の１つ又は複数の動作態様を制御するように構成することができる。例えば、データプロセッサ２２１０は、電流コントローラ２２２５、力コントローラ２２３０及び位置コントローラ２２３５を含むように構成することができる。
【0069】
電流コントローラ２２２５は、力コントローラ２２３０から受信される入力信号に応じて作動信号を生成するように構成することができる。作動信号は、アクチュエータ１２０に提供することができる。力コントローラ２２３０は、測定相互作用力（Ｆｉ）、最大相互作用力（Ｆｍ）及び所望／目的出力（Ｆｏ）に関連する入力を受け取ることができる。位置コントローラ２２３５は、伸縮式構造体１４０の位置／場所に関連する測定及び所望／目的位置／場所データの入力に基づき、所望又は目的出力（Ｆｏ）を出力するように構成することができる。
【0070】
作動信号は、データプロセッサ２２１０によりセンサ２２９０から受信されたセンサデータに応答して、生成することができる。いくつかの実施形態では、センサ２２９０は、伸縮式構造体１４０に結合された力センサを含むことができる。センサデータは、測定位置／場所データ及び測定相互作用力（Ｆｉ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、センサデータは、センサ１６１６から受信することができる。いくつかの実施形態では、センサデータは、伸縮式構造体１４０、移動型ロボットベース５０５、移動型ロボット５１０及び／又はアクチュエータ１２０に結合された追加のセンサ等、追加のセンサから受信することができる。例えば、センサデータは、アクチュエータ１２０に関して構成されたエンコーダ２２４０及び巻線電流センサ２２４５から受信されたデータを含むことができる。エンコーダ２２４０は、駆動機構１１５に結合されたシャフト等、アクチュエータ１２０の回転シャフトの角度位置又は運動に基づき、センサデータを生成することができる。巻線電流センサ２２４５は、アクチュエータ１２０の巻線電流に基づき、センサデータを生成することができる。
【0071】
アクチュエータ１２０には、移動型ロボット５１０のベース５０５内に構成された電源５２５によって電力を供給することができる。データプロセッサ２２１０は、アクチュエータ１２０に通信可能に結合されて、電流コントローラ２２２５によって生成される作動信号を提供することができる。アクチュエータ１２０は、作動信号に応答して作動して、駆動機構１１５に所望の方向に且つ所望の速度で回転させることができる。伸縮式構造体１４０は、駆動機構１１５及び駆動チェーン１１０を介してアクチュエータ１２０に機械的に結合することができる。アクチュエータ１２０が駆動機構１１５を作動させることに応じて、作動システム１００は、リフトキャリッジ５２０、伸縮式構造体１４０及び／又はマニピュレーションペイロード１６０５を作動させることができる。
【0072】
第１コンピューティングデバイス２２０５は、データ／通信ネットワーク２２５０を介して第２コンピューティングデバイス２２４５に結合することができる。第２コンピューティングデバイス２２５５は、データプロセッサ２２６０と、非一時的コンピュータ可読、実行可能命令を格納するメモリ２２６５と、通信インタフェース２２７０と、入力デバイス２２７５と、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）２２８５を提供するように構成されたディスプレイ２２８０とを含むことができる。
【0073】
第２コンピューティングデバイス２２５５は、入力デバイス２２７０及び／又はＧＵＩ２２８５を介してユーザ入力を受け取るように構成することができる。ユーザ入力を処理して、通信インタフェース２２７０を介して第１コンピューティングデバイスの通信インタフェース２２２０に送信することができる。受信されると、作動システム１００は、ユーザ入力に応答して作動信号を生成して、作動システム１００及び／又は移動型ロボット５１０を作動させるように構成することができる。いくつかの実施形態では、入力デバイスは、ジョイスティック、マイクロフォン、スタイラス、キーボード、マウス又はタッチスクリーンを含むことができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイ２２８０は、タッチスクリーンディスプレイを含むことができ、ＧＵＩ２２８５は、センサデータを表示し、ＧＵＩ２２８５を介してセンサデータに関連するユーザ入力を受け取ることができる。ユーザ入力は、作動信号を生成して作動システム１００に目的の作業を作動及び／又は実施させるように提供することができる。
【0074】
移動型ロボット５１０及び／又は作動システム１００は、移動型ロボット５１０及び／又は作動システム１００と環境との間の、不注意の可能性がある接触を検知してそれに応答することが有利である。モータ電流を測定することは、移動型ロボット５１０及び／又は作動システム１００にかけられる相互作用力を決定するための代理として有利に使用することができる。作動システム１００の駆動機構１１５及び駆動チェーン１１０を介するアクチュエータ１２０及び伸縮式構造体１４０の機械的結合等の効率的なギアトレインにより、従来の作動システムの非効率的なギアトレインよりも高い感度で、相互作用力がアクチュエータ電流の変化をもたらすのを可能にすることができる。従来の作動システムは、ブラシ付き又はロータレスアクチュエータを含む可能性があり、それらは、動作が高速であるため、より高いギア比を必要とする。本明細書に記載する作動システム１００等、ギア比の低い作動システムは、１０：１未満のギア比が好適である接触に高感度の用途に使用される場合、より良好に機能することができる。
【0075】
作動システム１００のアクチュエータ１２０は、移動型ロボット５１０のベース５０５の車輪、アクチュエータ７０５を介するリフトキャリッジ５２０、及びアクチュエータ１２０を介する伸縮式構造体１４０に対して、より低いギア比及び閉ループ電流フィードバック制御で構成されたステッピングモータを含むことができる。ステッピングモータは、低速で高いトルクを発生させるように構成することができ、より低いギア比の伝達装置又はギアトレインの使用を可能にすることができる。作動システム１００は、アクチュエータ１２０のロータ位置に関連するフィードバックに基づいて、アクチュエータ１２０のコイル電流を制御することができる。ロータ位置は、アクチュエータ１２０に取り付けられたホール効果センサ及び磁石を介して測定することができる。閉ループ電流フィードバック制御により、瞬時のアクチュエータ電流を決定することができる。いくつかの実施形態では、閉ループ電流フィードバック制御は、比例－積分－微分（ＰＩＤ）制御ループ機構を使用するアクチュエータ１２０の位置及び／又は速度制御ループによって実施することができる。
【0076】
作動システム１００において、非一時的、コンピュータ可読、実行可能命令で実施され、メモリ２２１５に格納される、アルゴリズムを使用することができる。アルゴリズムは、電流信号にローパスフィルタを適用することができ、アクチュエータ１２０の電流が、メモリ２２１５に格納された閾値を超えるか否かを判断することができる。アクチュエータ１２０の電流は、閾値から正の値又は負の値で変化する可能性がある。従来の作動システムは、より複雑な電流フィードバック制御アルゴリズムを含む可能性があるが、作動システム１００にかけられる相互作用力が閾値を超えたというより信頼性の高い信号である、閉ループ電流フィードバック制御アルゴリズムからの２値信号を生成することが有利である可能性がある。２値信号は、停止、安全モードへの移行、又は方向転換等、新たなコントローラの挙動をトリガすることができる。このように相互作用力に基づいて新たな挙動をトリガすることができることにより、作動システム１００及び／又は移動型ロボット５１０は、構造化されていない環境において且つ／又は人間の近くで作業する場合に、知的挙動を示すことができる。
【0077】
図２３は、本明細書に記載するような作動システム１００の作動信号生成の例示的な実施形態２３００を示すデータフロー図である。図２３に示すように、伸縮式構造体１４０を通してアクチュエータ１２０に、測定相互作用力（Ｆｉ）を送信することができる。位置コントローラ２２３５は、エンコーダ２２４０から伸縮式構造体１４０の測定長さ（Ｘ）を受信することができる。測定長さ（Ｘ）は、相互作用力（Ｆｉ）が伸縮式構造体１４０にかけられた時点で、エンコーダ２２４０から受信することができ、伸縮式構造体１４０の所望又は目的長さ（Ｘｄ）はメモリ２２１５に格納することができる。位置コントローラ２２３５は、入力として力コントローラ２２３０に提供すべき、所望の巻線電流値に関連する所望の出力（Ｆｏ）を生成することができる。力コントローラ２２３０は、さらに、力センサ２２９０から測定相互作用力（Ｆｉ）を受信し、メモリ２２１５に格納された最大相互作用力（Ｆｍ）を受け取ることができる。力コントローラ２２３０は、現巻線電流値、測定長さ（Ｘ）及びそれらの導関数を処理して、電流コントローラ２２２５への入力を提供することができる。そして、電流コントローラ２２２５は、測定相互作用力（Ｆｉ）に関して作動信号を決定することができ、アクチュエータ１２０及び／又は７０５に作動信号を送信することができる。
【0078】
図２４は、本明細書に記載するような作動システム１００の伸縮式構造体１４０を作動させる方法２４００の例示的な実施形態を示すプロセスフロー図である。動作２４１０において、データプロセッサ２２０５等のデータプロセッサにより、第１信号入力を受け取ることができる。第１信号入力は、伸縮式構造体１４０の複数のセグメント１４５のうちの少なくとも１つのセグメントにかけられた相互作用力（Ｆｉ）に対応することができる。例えば、相互作用力（Ｆｉ）は、伸縮式構造体１４０に結合された力センサ２２９０が受けることができる。第１入力は、少なくとも１つのセグメントに相互作用力（Ｆｉ）がかけられた時点で作動システム１００の第１アクチュエータ１２０に供給される第１電流値を含むことができる。いくつかの実施形態では、第１電流値は、第１アクチュエータ１２０の巻線電流センサ２２４５によって受信することができる。
【0079】
動作２４２０において、データプロセッサ２２０５は、少なくとも１つのセグメントの最大相互作用力（Ｆｍ）に関連する第２入力信号を受け取ることができる。第２電流入力は、第２電流値を含むことができる。いくつかの実施形態では、第２入力は、メモリ２２１５を介する等、プログラム的に、又は第２コンピューティングデバイス２２２５を介する等、ユーザが提供する入力を介して、受け取ることができる。
【0080】
動作２４３０において、データプロセッサ２２０５は、少なくとも１つのセグメントによってかけるべき作動力（Ｆｏ）に関連する第３入力信号を受け取ることができる。第３入力は、第３電流値を含むことができる。
【0081】
動作２４４０において、データプロセッサ２２０５は、第４電流値を含む作動信号を決定することができる。第４電流値は、第２電流値未満であるとともに、第３電流値以下であるように決定することができる。第４電流値により、第１アクチュエータ１２０は、作動力（Ｆｏ）をかけるように少なくとも１つのセグメントを作動させることができる。いくつかの実施形態では、第４電流値は、正の電流値であり得る。いくつかの実施形態では、第４電流値は、負の電流値であり得る。
【0082】
動作２４５０において、データプロセッサ２２０５は、第１アクチュエータに作動信号を提供することができる。いくつかの実施形態では、本方法は、作動信号に基づいて第１アクチュエータを動作させることをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、作動信号により、第１アクチュエータ１２０に結合された駆動機構１１５は、第１方向に回転して少なくとも１つのセグメントを伸長させるか、又は第１方向とは反対の第２方向に回転して少なくとも１つのセグメントを後退させることができる。
【0083】
図２５は、本明細書に記載するような作動システム１００の伸縮式構造体１４０を作動させる作動信号を決定する方法２５００の例示的な実施形態を示すプロセスフロー図である。動作２５１０において、データプロセッサ２２０５は、少なくとも１つのセグメントに相互作用力（Ｆｉ）がかけられた時点で、伸縮式構造体１４０の第１長さ（Ｘ）に対応する第４入力を受け取ることができる。
【0084】
動作２５２０において、データプロセッサ２２０５は、伸縮式構造体１４０の目的又は所望長さに関連する伸縮式構造体１４０の第２長さ（Ｘｄ）に対応する第５入力を受け取ることができる。いくつかの実施形態では、第５入力は、メモリ２２１５を介する等、プログラム的に、又は第２コンピューティングデバイス２２２５を介する等、ユーザが提供する入力を介して、受け取ることができる。いくつかの実施形態では、第１長さ（Ｘ）及び／又は第２長さ（Ｘｄ）は、第１アクチュエータ１２０に結合されたエンコーダ２２４０を介して決定することができる。いくつかの実施形態では、作動信号により、第１アクチュエータ１２０は、第２長さ（Ｘｄ）を達成するように伸縮式構造体１４０を作動させることができる。
【0085】
動作２５３０において、データプロセッサ２２０５は、第４入力及び第５入力に基づいて、更新された第３電流値を決定することができる。更新された第３電流値により、アクチュエータ１２０は、第２長さ（Ｘｄ）を達成するように伸縮式構造体１４０を作動させることができる。
【0086】
本明細書に記載したシステム及び方法の例示的な技術的効果としては、非限定的な例として、改善された作動システムが、作動システムにかけられる相互作用力に応答して３つのデカルト平面及び回転方向において接触感度を増大させる、ということが挙げられる。本明細書に記載したシステム及び方法は、相互作用力に対する信頼性が高く且つ効率的な作動応答を提供するように、ギア比の低いアクチュエータの閉ループ電流制御をさらに提供する。
【0087】
本明細書に開示するシステム、デバイス及び方法の構造、機能、製造及び使用の原理が全体的に理解されるように、いくつかの例示的な実施形態について記載した。添付の図面に、これらの実施形態のうちの１つ又は複数の例を示している。当業者であれば、本明細書に具体的に記載した且つ添付図面に図示するシステム、デバイス及び方法は、非限定的な例示的実施形態であり、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ定義されることが理解されよう。１つの例示的な実施形態に関連して図示又は記載した特徴を、他の実施形態の特徴と組み合わせることができる。こうした変更形態又は変形形態は、本発明の範囲内に含まれるように意図されている。さらに、本開示では、実施形態の同様の名称の構成要素は、概して同様の特徴を有し、したがって、特定の実施形態内では、各同様の名称の構成要素の各特徴を必ずしも完全に詳述していない。
【0088】
本明細書に記載した主題は、本明細書に開示した構造的手段及びその構造的均等物を含むアナログ電子回路、デジタル電子回路において、且つ／又はコンピュータソフトウェア、ファームウェア若しくはハードウェアにおいて、又はそれらの組合せにおいて実装することができる。本明細書に記載した主題は、データ処理装置（例えば、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ又は複数のコンピュータ）によって実行されるように、又はそうしたデータ処理装置の動作を制御するために、情報担体において（例えば、機械可読記憶デバイスにおいて）有形に具現化され、又は伝播信号に具現化された、１つ又は複数のコンピュータプログラム等、１つ又は複数のコンピュータプログラム製品として実装することができる。（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション又はコードとしても知られる）コンピュータプログラムは、コンパイル型又はインタプリタ型言語を含む任意の形式のプログラミング言語で記述することができ、それは、独立型プログラムとして、又はモジュール、コンポーネント、サブルーチン、若しくはコンピューティング環境で使用されるのに他の好適な単位を含む任意の形式で展開することができる。コンピュータプログラムは、必ずしもファイルに対応するとは限らない。プログラムは、他のプログラム又はデータを保持するファイルの一部、当該プログラムに専用の単一ファイル、又は複数の連携ファイル（例えば、１つ若しくは複数のモジュール、サブプログラム、又はコードの一部を格納するファイル）に格納することができる。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で、又は１つの場所にあるか、若しくは複数の場所に分散され通信ネットワークによって相互接続された複数のコンピュータ上で、実行されるように展開することができる。
【0089】
本明細書に記載した主題の方法ステップを含む、本明細書に記載したプロセス及び論理フローは、１つ又は複数のコンピュータプログラムを実行して、入力データに対して動作して出力を生成することにより本明細書に記載した主題の機能を実施する１つ又は複数のプログラム可能プロセッサによって、実行することができる。プロセス及び論理フローは、専用論理回路、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって実行することもでき、本明細書に記載した主題の装置は、そうした専用論理回路として実装することができる。
【0090】
コンピュータプログラムの実行に好適なプロセッサとしては、例として、汎用マイクロプロセッサ及び専用マイクロプロセッサの両方と、任意の種類のデジタルコンピュータの任意の１つ又は複数のプロセッサとが挙げられる。概して、プロセッサは、リードオンリメモリ若しくはランダムアクセスメモリ又は両方から命令及びデータを受け取る。コンピュータの必須の要素は、命令を実行するプロセッサと、命令及びデータを格納する１つ又は複数のメモリデバイスとである。一般に、コンピュータはまた、データを格納する１つ又は複数の大容量記憶デバイス、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク又は光ディスクを含むか、又はそうした大容量記憶デバイスからデータを受け取るか若しくは大容量記憶デバイスにデータを転送するように動作可能に結合されるか、又はその両方である。コンピュータプログラム命令及びデータを具現化するのに好適な情報担体としては、例として半導体メモリデバイス（例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ及びフラッシュメモリデバイス）を含むすべての形式の不揮発性メモリ、磁気ディスク（例えば、内蔵ハードディスク又はリムーバブルディスク）、光磁気ディスク、及び光ディスク（例えば、ＣＤ及びＤＶＤディスク）が挙げられる。プロセッサ及びメモリは、専用論理回路によって補足するか、又は専用論理回路に組み込むことができる。
【0091】
ユーザとのインタラクションを提供するために、本明細書に記載する主題は、ユーザに情報を表示する表示デバイス、例えば、ＣＲＴ（陰極線管）又はＬＣＤ（液晶ディスプレイ）モニタと、ユーザがコンピュータに入力を提供することができるキーボード及びポインティングデバイス（例えば、マウス又はトラックボール）とを有するコンピュータ上で実装することができる。他の種類のデバイスを使用して、ユーザとのインタラクションを同様に提供することができる。例えば、ユーザに提供されるフィードバックは、任意の形態の知覚フィードバック（例えば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック又は触覚フィードバック）とすることができ、ユーザからの入力は、音響入力、音声入力又は触覚入力を含む任意の形態で受け取ることができる。
【0092】
本明細書に記載した技法は、１つ又は複数のモジュールを使用して実装することができる。本明細書で用いる場合の「モジュール」という用語は、コンピューティングソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア及び／又はそれらのさまざまな組合せを指す。しかしながら、最低限、モジュールは、ハードウェア若しくはファームウェア上に実装されていない、又は非一時的プロセッサ可読記録可能記憶媒体に記録されたソフトウェアとして、解釈されるべきではない（すなわち、モジュールは本質的にソフトウェアではない）。実際には、「モジュール」は、プロセッサ又はコンピュータの一部等、少なくとも幾分かの物理的、非一時的ハードウェアを常に含むように解釈されるべきである。２つの異なるモジュールは、同じ物理的ハードウェアを共有することができる（例えば、２つの異なるモジュールは、同じプロセッサ及びネットワークインタフェースを使用することができる）。本明細書に記載したモジュールは、さまざまな用途をサポートするように、組み合わせ、統合し、分離し、且つ／又は複製することができる。また、特定のモジュールにおいて実行されるものとして本明細書に記載した機能は、その特定のモジュールにおいて実行される機能の代わりに又はそれに加えて、１つ又は複数の他のモジュールにおいて、且つ／又は１つ又は複数の他のデバイスによって実行することができる。さらに、モジュールは、複数のデバイス、及び／又は互いにローカル若しくはリモートである他のコンポーネントにわたって、実装することができる。さらに、モジュールは、１つのデバイスから移動させ、別のデバイスに追加することができ、且つ／又は、両方のデバイスに含めることができる。
【0093】
本明細書に記載した主題は、バックエンドコンポーネント（例えば、データサーバ）、ミドルウェアコンポーネント（例えばアプリケーションサーバ）又はフロントエンドコンポーネント（例えば、ユーザが本明細書に記載した主題の実施態様とインタラクトすることができる、グラフィカルユーザインタフェース又はウェブブラウザを有するクライアントコンピュータ）、又はこうしたバックエンド、ミドルウェア及びフロントエンドコンポーネントの任意の組合せを含む、コンピューティングシステムで実装することができる。システムのコンポーネントは、任意の形式又は媒体のデジタルデータ通信、例えば通信ネットワークによって相互接続することができる。通信ネットワークの例としては、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）及び広域ネットワーク（「ＷＡＮ」）、例えばインターネットが挙げられる。
【0094】
本明細書及び特許請求の範囲を通してここで用いる場合の近似の文言は、それが関連する基本的な機能の変化をもたらすことなく許容可能に変化する可能性がある任意の定量的表現を変更するために適用する場合がある。したがって、「約」、「およそ」及び「実質的に」等の１つ又は複数の用語によって修飾される値は、指定された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの事例では、近似の文言は、値を測定する機器の精度に対応する可能性がある。ここでおよび本明細書及び特許請求の範囲を通して、範囲限界を組み合わせ且つ／又は置き換えることができ、こうした範囲は、文脈又は文言によって別段指定されない限り、特定され、そうした範囲に含まれるすべての部分範囲を含む。
【0095】
当業者であれば、上述した実施形態に基づいて本発明のさらなる特徴及び利点を理解するであろう。したがって、本明細書は、添付の特許請求の範囲によって示されるものを除き、特に図示され記載されたものによって限定されるべきではない。本明細書に列挙したすべての刊行物及び参照文献は、それらの全体が参照により明示的に本明細書に援用される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【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】
【国際調査報告】