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(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】2023-02-03
(54)【発明の名称】モバイルマニピュレーションシステム
(51)【国際特許分類】
B25J 5/00 20060101AFI20230127BHJP
F16G 13/16 20060101ALI20230127BHJP
F16G 13/20 20060101ALI20230127BHJP
F16H 19/02 20060101ALI20230127BHJP
【ＦＩ】
B25J5/00 A
F16G13/16
F16G13/20
F16H19/02 B
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022533505
(86)(22)【出願日】2020-12-04
(85)【翻訳文提出日】2022-06-29
(86)【国際出願番号】 US2020063431
(87)【国際公開番号】W WO2021113726
(87)【国際公開日】2021-06-10
(31)【優先権主張番号】62/977,643
(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】17/112,539
(32)【優先日】2020-12-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(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
(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
(72)【発明者】
【氏名】マトゥレビッチ、ブレイン
【テーマコード（参考）】
3C707
3J062
【Ｆターム（参考）】
3C707CS08
3C707CT04
3C707DS01
3C707ES03
3C707JS03
3C707JS07
3C707WA16
3J062AA38
3J062AB14
3J062AC07
3J062BA12
3J062BA35
3J062CA04
3J062CA32
(57)【要約】
人間環境において目的の作業を実施するように構成されるモバイルマニピュレーションシステムは、コンピューティングデバイスと、少なくとも２つの駆動輪と、センサと、を含む。モバイルマニピュレーションシステムは、第１チェーンカートリッジと駆動チェーンとを含む作動アセンブリを含む。駆動チェーンは、その内部空間内で少なくとも１つのケーブルを搬送する複数の相互接続されたリンクを含む。作動アセンブリシステムは、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、複数のセグメントを含む伸縮式構造体も含む。モバイルマニピュレーションシステムは、移動式ベースアセンブリに取り付けられ、作動アセンブリがそれに沿って垂直に並進する、マストと、マストの頂部に設けられる、第１センサ群を含むヘッドアセンブリと、を含む。モバイルマニピュレーションシステムは、伸縮式構造体に結合されたマニピュレーションペイロードも含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１コンピューティングデバイスと、第１アクチュエータに結合された第１駆動輪と第２アクチュエータに結合された第２駆動輪とを含む少なくとも２つの駆動輪と、第１センサと、を含む移動式ベースアセンブリと、作動アセンブリであって、
第３アクチュエータの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、
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複数のセグメントを含む伸縮式構造体であって、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うちの先端セグメントに結合する、伸縮式構造体と、を含む作動アセンブリと、
移動式ベースアセンブリに取り付けられたマストであって、前記作動アセンブリは、前記マストに沿って垂直に並進する、マストと、
前記マストの頂部に設けられ、第１センサ群を含む、ヘッドアセンブリと、
前記複数のセグメントのうちの前記先端セグメントに結合されたマニピュレーションペイロードと、を備える、モバイルマニピュレーションシステム。
【請求項2】
前記作動アセンブリは、前記移動式ベースアセンブリ内に設けられる第４アクチュエータと、
前記移動式ベースアセンブリ内に設けられる第２チェーンカートリッジであって、
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、第２チェーンカートリッジと、
前記伸縮式アームを前記マストに結合するリフトキャリッジであって、前記リフトキャリッジは、リフトキャリッジ駆動要素を介して前記第４アクチュエータに結合される、リフトキャリッジと、をさらに備える、請求項１に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項3】
前記第１アクチュエータ、前記第２アクチュエータ、前記第３アクチュエータ又は前記第４アクチュエータのうちの１つ又は複数は、コントローラに結合されたステッピングモータを含む、請求項２に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項4】
前記コントローラは、電流センサから入力信号を受け取り、前記ステッピングモータに供給される巻線電流を制御し、位置センサから入力信号を受け取り、且つ／又は前記ステッピングモータのロータ位置を制御するように構成される、請求項３に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項5】
前記リフトキャリッジは、第１の複数のローラを含む第１部分と、第２の複数のローラを含む第２部分とを含み、前記リフトキャリッジの前記第１部分と前記リフトキャリッジの前記第２部分とは、互いに分離可能に結合し、前記マストの一部を取り囲む、請求項２に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項6】
前記第１の複数のローラ及び前記第２の複数のローラは、各々、ローラ要素と、前記ローラ要素の両側のスラスト軸受と、前記ローラ要素を通って延在する金属支持シャフトとを含み、前記金属支持シャフトの第１端部は、前記リフトキャリッジの前記第１部分内に受け入れられ、前記金属支持シャフトの第２端部は、前記リフトキャリッジの前記第２部分内に受け入れられる、請求項５に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項7】
前記リフトキャリッジは、前記リフトキャリッジ内に一体的に構成された内部ガイドを含み、前記内部ガイドは、前記第２の複数の相互接続されたリンクのうちの先端リンクに結合された受け部分を含み、
前記リフトキャリッジは、前記少なくとも１つの第２ケーブルが通過する孔を含む、請求項２に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項8】
前記マストは、前記マスト内にチャネルを含み、前記チャネルは、前記リフトキャリッジ及び前記伸縮式構造体が前記マスト上で垂直に並進する際に、前記マスト内で前記ドラグチェーン及び前記リフトキャリッジ駆動要素を搬送する、請求項２に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項9】
前記ヘッドアセンブリは、前記マストに結合されたプレートと、前記プレートに結合された一対のねじ付き柱と、前記一対のねじ付き柱に結合されたプーリとを含み、前記プーリは、前記リフトキャリッジ駆動要素を受ける、請求項２に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項10】
前記第１センサ群のうちの少なくとも１つのセンサは、支持構造体を介して前記ヘッドアセンブリに結合し、前記支持構造体は、前記第１センサ群のうちの前記少なくとも１つのセンサを、前記支持構造体に対して下位位置に位置決めするように構成される、請求項１から９のいずれか一項に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項11】
前記ヘッドアセンブリは、ユーザインタフェースボタンと、前記ヘッドアセンブリを前記モバイルマニピュレーションシステムが位置する面に対して水平運動で回転させるように構成された第５アクチュエータと、前記ヘッドアセンブリを前記モバイルマニピュレーションシステムが位置する前記面に対して垂直運動で回転させるように構成された第６アクチュエータとを含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項12】
前記第１センサは、レーザ距離計、カメラ又はソナーセンサを含む、請求項１に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項13】
前記第１センサ群は、マイクロフォンアレイ、スピーカ、深度計、カメラ又はレーザ距離計のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項14】
前記作動アセンブリは、１つ又は複数のＵＳＢポートと、前記作動アセンブリに追加のセンサを取り付けるための１つ又は複数のねじ付きインサートとを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項15】
前記移動式ベースアセンブリ、前記作動アセンブリ、前記マニピュレーションペイロード又は前記マニピュレータツールのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの基準タグを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項16】
前記マストは、反射防止材料、及び／又は低摩擦係数を有する付着防止材料を含む表面材料を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項17】
前記マストは、前記ヘッドアセンブリに少なくとも１つの第３ケーブルを搬送するように構成された１つ又は複数の通路を含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項18】
前記マニピュレーションペイロードは、第７アクチュエータと、ペイロード駆動機構と、前記ペイロード駆動機構に結合されたマニピュレータツールとを含み、前記マニピュレータツールは、前記第７アクチュエータを介して作動させられる、請求項１から１７のいずれか一項に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項19】
前記マニピュレーションペイロードは、前記複数のセグメントのうちの前記先端セグメントに対してオフセット形態で位置決めされる、請求項１８に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項20】
前記マニピュレータツールは、前記モバイルマニピュレーションシステムが位置する面に対して複数の運動を作動させ、前記複数の運動は、ヨー運動、ピッチ運動、ロール運動、ロール－ピッチ－ロール運動及びロール－ピッチ－ヨー運動を含む、請求項１８に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項21】
前記ヨー運動により前記マニピュレータツールは、前記移動式ベースアセンブリのフットプリント内で移動する、請求項２０に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項22】
前記マニピュレータツールは、把持端部及び取付端部を含む把持ツールを含み、前記把持端部は、一対の先端チップを含み、
各前記先端チップは、内部ばねアーム及び外部ばねアームに結合し、
前記取付端部は、内部ばねアーム対及び巻取スプールに結合されたプルブロックを含み、
前記巻取スプールは、巻取要素を介して前記把持ツール内の第８アクチュエータに結合する、請求項１８に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項23】
前記移動式ベースアセンブリは、第１取外し可能シェルを含み、前記作動アセンブリは、第２取外し可能シェル及び第３取外し可能シェルを含む、請求項１から２２のいずれか一項に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項24】
前記第１コンピューティングデバイスは、データプロセッサと、非一時的コンピュータ実行可能命令を格納するメモリと、第２コンピューティングデバイスから制御コマンドを受け取るように構成された通信インタフェースとを含み、前記制御コマンドは、前記データプロセッサによって実行され、前記データプロセッサに、前記制御コマンドに関連する目的の作業を実施するように前記モバイルマニピュレーションシステムを制御させる、請求項１から２３のいずれか一項に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項25】
前記第２コンピューティングデバイスは、前記第１コンピューティングデバイスからリモートに位置し、ディスプレイと前記ディスプレイ内のグラフィカルユーザインタフェースとを含み、前記グラフィカルユーザインタフェースは、前記モバイルマニピュレーションシステムが位置する環境の視覚的視野を提供するように構成され、
前記視覚的視野は、前記第１センサ及び／又は前記第１センサ群から得られるセンサデータから生成される、請求項２４に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【請求項26】
前記制御コマンドは、前記モバイルマニピュレーションシステムが位置する前記環境を直接観察することなく前記グラフィカルユーザインタフェースとインタラクトするユーザによって生成される、請求項２４に記載のモバイルマニピュレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、モバイルマニピュレーションシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
ロボットは、人間環境において目的の作業を実施するように構成することができる。しかしながら、人間環境において相互作用する支援ロボットは、通常、複雑な機械設計を有し、日常の家庭環境で実用的に実働させるには過度に大型であるとともに重量があり、人と安全に相互作用する能力に限界があり、購入及び保守に費用がかかる。自律的又は遠隔操作制御の下で人間環境において有用な作業を実施するように構成されたロボットは、設計の複雑さ及びコストをさらに増大させる可能性がある。その結果、こうしたロボットは、日常の活動において支援デバイスに頼る必要のあるユーザにとって経済的に手が届かない可能性がある。加えて、従来の支援ロボットは、人間環境における重要な作業に対してリーチ及び操作能力が限られている可能性がある。したがって、人間のために効率的に且つ安全に作業を実施するように自律的に又は遠隔操作を介して動作することができる、単純で、小型で、安全な支援ロボットシステムが必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
従来の支援モバイルマニピュレータロボットシステムは、車輪付きベースと、１つ又は複数の器用なロボットアームと、３Ｄカメラ並びに／又は光検出及び測距（ライダー（Ｌｉｄａｒ））センサ等の一式のセンサとを含むことができる。器用なロボットアームの運動学的設計は、通常、産業オートメーションアプリケーションに由来し、基端肩関節と先端手首関節との間に位置する一連の５～７個の回転関節を含むことができる。したがって、各関節用のアクチュエータは、重力及び動的荷重に対してその先端関節を支持するのに十分な強度がなければならない。これにより、手首において中程度のペイロードを支持するのに十分な強度があるために、先端関節が大型で、重量があり且つ安全でないものとなるという、増幅作用がもたらされる。こうした重量のあるアームが移動型ロボットに展開されるとき、移動型ロボットのベースは、転倒に対する安定性を確保するためにそのフットプリント及び質量を十分に増大させなければならなくなった。これにより、ベースフットプリントを越えて伸長する長いアームにより転倒が引き起こされる可能性があるため、ロボットの到達可能な作業空間が限られる可能性がある。加えて、これらの器用なアームは、そのかさばる性質により、環境におけるセンサの視界を遮ることになり、ロボットの目的の作業を達成する能力を制限する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本明細書に記載するモバイルマニピュレーションシステムは、それが展開される環境からシステムに与えられる、不注意である可能性がある相互作用力を検知することができる。フットプリントの縮小した設計と構成要素の効率的な機械的構成とにより、モバイルマニピュレーションシステムは、軽量で、小型で、且つ容易に移送可能となる。モバイルマニピュレーションシステムの多数の安全機能により、人間に近接して動作しているときに怪我のない動作を保証する。モバイルマニピュレーションシステムセンサは、センサの位置、向き、視野、照明条件、又は収集したセンサデータの有用性を通常制限する可能性がある障害物とは無関係に、システムが動作している環境を確実に検知することができる。モバイルマニピュレーションシステムのセンサは、ヘッドアセンブリ内のマストの頂部に配置されるため、より人間に近い対話又は相互作用をさらに可能にすることができる。本明細書に記載するモバイルマニピュレーションシステムは、従来の支援ロボットと比較して、水平方向に且つ垂直方向に関節運動する伸縮式構造体を使用して、より広範囲の距離にアクセスすることができる。
【0005】
伸縮式構造体に結合されたマニピュレータツールは、複雑な関節運動する関節、機械的連結機構、又は複雑な運動計画アルゴリズムで動作するようにプログラムされた操作付属品を必要とすることなく、より多種多様な対象物又は環境をつかむか又は他の方法でそれらと相互作用することができる。モバイルマニピュレーションシステムの細長い輪郭により、システムが、より容易に自己位置推定するのを可能にすることができ、例えば、伸縮式構造体及びマニピュレータツールの位置を推定することにより、作業を実施しているときの作動時間及び制御コマンド生成を改善することができる。モバイルマニピュレーションシステムの細長い設計により、所与の環境においてより大量の空間にわたりセンサデータが収集されるようにすることもできる。
【0006】
これらの特徴及び利益の結果として、本明細書に記載するモバイルマニピュレーションシステムは、人間環境における日常の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、モバイルマニピュレーションシステムを提供する。１つの実施形態では、モバイルマニピュレーションシステムは、第１コンピューティングデバイスと少なくとも２つの駆動輪とを含む、移動式ベースアセンブリを含むことができる。少なくとも２つの駆動輪は、第１アクチュエータに結合された第１駆動輪と、第２アクチュエータに結合された第２駆動輪とを含むことができる。移動式ベースアセンブリは、第１センサも含むことができる。モバイルマニピュレーションシステムは、第１チェーンカートリッジを含む作動アセンブリも含むことができる。第１チェーンカートリッジは、第３アクチュエータの駆動機構に係合可能に結合された駆動チェーンを含むことができる。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。駆動チェーンの第１端部は、複数のセグメントのうちの先端セグメントに結合することができる。モバイルマニピュレーションシステムは、移動式ベースアセンブリに取り付けられたマストも含むことができる。作動アセンブリは、マストに沿って垂直に並進することができる。モバイルマニピュレーションシステムは、マストの頂部に、第１センサ群を含むヘッドアセンブリをさらに含むことができる。モバイルマニピュレーションシステムは、複数のセグメントのうちの先端セグメントに結合されたマニピュレーションペイロードも含むことができる。
【0008】
別の実施形態では、作動アセンブリは、移動式ベースアセンブリ内の第４アクチュエータと、移動式ベースアセンブリ内の第２チェーンカートリッジとを含むことができる。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、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。作動アセンブリは、伸縮式アームをマストに結合するリフトキャリッジも含むことができる。リフトキャリッジは、リフトキャリッジ駆動要素を介して第４アクチュエータに結合することができる。
【0009】
別の実施形態では、第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、第３アクチュエータ又は第４アクチュエータのうちの１つ又は複数は、コントローラに結合されたステッピングモータを含むことができる。別の実施形態では、コントローラは、電流センサから入力信号を受け取るか、又は、ステッピングモータに供給される巻線電流を制御するように構成することができる。別の実施形態では、コントローラは、位置センサから入力信号を受け取り、且つ／又はステッピングモータのロータ位置を制御するように構成することができる。
【0010】
別の実施形態では、リフトキャリッジは、第１の複数のローラを含む第１部分と、第２の複数のローラを含む第２部分とを含むことができる。リフトキャリッジの第１部分とリフトキャリッジの第２部分とは、互いに分離可能に結合することができ、マストの一部を取り囲むことができる。
【0011】
別の実施形態では、第１の複数のローラ及び第２の複数のローラは、各々、ローラ要素と、ローラ要素の両側のスラスト軸受と、ローラ要素を通って延在する金属支持シャフトとを含むことができる。金属支持シャフトの第１端部は、リフトキャリッジの第１部分内に受け入れることができ、金属支持シャフトの第２端部は、リフトキャリッジの第２部分内に受け入れることができる。
【0012】
別の実施形態では、リフトキャリッジは、リフトキャリッジ内に一体的に構成された内部ガイドを含むことができる。内部ガイドは、第２の複数の相互接続されたリンクのうちの先端リンクに結合された受け部分を含むことができる。リフトキャリッジは、少なくとも１つの第２ケーブルが通過する孔を含むことができる。
【0013】
別の実施形態では、マストは、マスト内にチャネルを含むことができる。チャネルは、リフトキャリッジ及び伸縮式構造体がマスト上で垂直に並進する際に、マスト内でドラグチェーン及びリフトキャリッジ駆動要素を搬送することができる。
【0014】
別の実施形態では、ヘッドアセンブリは、マストに結合されたプレートと、プレートに結合された一対のねじ付き柱と、一対のねじ付き柱に結合されたプーリとを含むことができる。プーリは、リフトキャリッジ駆動要素を受けることができる。
【0015】
別の実施形態では、第１センサ群のうちの少なくとも１つのセンサは、支持構造体を介してヘッドアセンブリに結合することができ、支持構造体は、第１センサ群のうちの少なくとも１つのセンサを、支持構造体に対して下位位置に位置決めするように構成されている。
【0016】
別の実施形態では、ヘッドアセンブリは、ユーザインタフェースボタンと、ヘッドアセンブリをモバイルマニピュレーションシステムが位置する面に対して水平運動で回転させるように構成された第５アクチュエータと、ヘッドアセンブリをモバイルマニピュレーションシステムが位置する面に対して垂直運動で回転させるように構成された第６アクチュエータとを含むことができる。
【0017】
別の実施形態では、第１センサは、レーザ距離計、カメラ又はソナーセンサを含むことができる。別の実施形態では、第１センサ群は、マイクロフォンアレイ、スピーカ、深度計、カメラ又はレーザ距離計のうちの少なくとも１つを含むことができる。別の実施形態では、作動アセンブリは、１つ又は複数のＵＳＢポートと、作動アセンブリに追加のセンサを取り付けるための１つ又は複数のねじ付きインサートとを含むことができる。別の実施形態では、移動式ベースアセンブリ、作動アセンブリ、マニピュレーションペイロード又はマニピュレータツールのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの基準タグを含むことができる。別の実施形態では、マストは、反射防止材料、及び／又は低摩擦係数を有する付着防止材料を含む表面材料を含むことができる。別の実施形態では、マストは、ヘッドアセンブリに少なくとも１つの第３ケーブルを搬送するように構成された１つ又は複数の通路を含むことができる。
【0018】
別の実施形態では、マニピュレーションペイロードは、第７アクチュエータと、ペイロード駆動機構と、ペイロード駆動機構に結合されたマニピュレータツールとを含むことができる。マニピュレータツールは、第７アクチュエータを介して作動させることができる。別の実施形態では、マニピュレーションペイロードは、複数のセグメントのうちの先端セグメントに対してオフセット形態で位置決めすることができる。別の実施形態では、マニピュレータツールは、モバイルマニピュレーションシステムが位置する面に対して複数の運動を作動させることができる。複数の運動は、ヨー運動、ピッチ運動、ロール運動、ロール－ピッチ－ロール運動及びロール－ピッチ－ヨー運動を含むことができる。別の実施形態では、ヨー運動によりマニピュレータツールは、移動式ベースアセンブリのフットプリント内で移動することができる。
【0019】
別の実施形態では、マニピュレータツールは、把持ツールを含むことができる。把持ツールは、把持端部及び取付端部を含むことができる。把持端部は、一対の先端チップを含むことができる。各先端チップは、内部ばねアーム及び外部ばねアームに結合することができる。取付端部は、内部ばねアーム対及び巻取スプールに結合されたプルブロックを含むことができる。巻取スプールは、巻取要素を介して把持ツール内の第８アクチュエータに結合することができる。
【0020】
別の実施形態では、移動式ベースアセンブリは、第１取外し可能シェルを含むことができ、作動アセンブリは、第２取外し可能シェル及び第３取外し可能シェルを含むことができる。
【0021】
別の実施形態では、第１コンピューティングデバイスは、データプロセッサと、非一時的コンピュータ実行可能命令を格納するメモリと、第２コンピューティングデバイスから制御コマンドを受け取るように構成された通信インタフェースとを含むことができる。制御コマンドは、データプロセッサによって実行され、データプロセッサに、制御コマンドに関連する目的の作業を実施するようにモバイルマニピュレーションシステムを制御させることができる。
【0022】
別の実施形態では、第２コンピューティングデバイスは、第１コンピューティングデバイスからリモートに位置することができ、ディスプレイとディスプレイ内のグラフィカルユーザインタフェースとを含むことができる。グラフィカルユーザインタフェースは、モバイルマニピュレーションシステムが位置する環境の視覚的視野を提供するように構成することができる。視覚的視野は、第１センサ及び／又は第１センサ群から得られるセンサデータから生成することができる。
【0023】
別の実施形態では、制御コマンドは、モバイルマニピュレーションシステムが位置する環境を直接観察することなくグラフィカルユーザインタフェースとインタラクトするユーザによって生成することができる。
【0024】
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、本明細書において開示される動作および方法を実行させる。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。
【0025】
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。
【0026】
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】
【0027】
【図1】本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーション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モバイルマニピュレーションシステムの移動式ベースアセンブリ及び作動アセンブリ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モバイルマニピュレーションシステムの作動アセンブリ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モバイルマニピュレーションシステムの作動アセンブリ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モバイルマニピュレーションシステムの移動式ベースアセンブリの別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モバイルマニピュレーションシステムの作動アセンブリの別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リフトキャリッジを含むモバイルマニピュレーションシステムの作動アセンブリの別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モバイルマニピュレーションシステムの作動アセンブリ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9】本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーション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10】本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステムのリフトキャリッジの別の例示的な実施形態を示す図である。
【図11A-11B】本明細書に記載するようなリフトキャリッジの１つ又は複数のローラ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モバイルマニピュレーションシステムのマストのチャネルの例示的な実施形態を示す図である。
【図13】本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステムのマストの一部分を取り囲む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14】本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステムのヘッドアセンブリ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モバイルマニピュレーションシステムのヘッドアセンブリの別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モバイルマニピュレーションシステムのヘッドアセンブリの別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モバイルマニピュレーションシステムの作動アセンブリの別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モバイルマニピュレーションシステムの１つ又は複数の基準タグ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モバイルマニピュレーションシステムのマストの１つ又は複数の表面材料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モバイルマニピュレーションシステムのマニピュレーションペイロー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モバイルマニピュレーションシステムの移動式ベースアセンブリの別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モバイルマニピュレーションシステムのマニピュレータツール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モバイルマニピュレーションシステムの把持ツールの例示的な実施形態を示す図である。
【図24】本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステムの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25】本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステムに結合されたコンピューティングデバイスのグラフィカルユーザインタフェースの例示的な実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
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。
【0029】
本明細書に記載するモバイルマニピュレーションシステムは、対象物又は実施すべき作業に対してモバイルマニピュレーションシステムをナビゲートするように構成された移動式ベースアセンブリを含むことができる。移動式ベースアセンブリは、駆動輪、コンピューティングデバイス及びセンサを搭載する剛性プラットフォームを提供することができる。モバイルマニピュレーションシステムは、移動式ベースアセンブリに結合された作動アセンブリをさらに含むことができる。作動アセンブリは、剛性マストに沿って垂直に並進して、対象物又は作業に対応する垂直位置に伸縮式構造体を位置決めすることができる。伸縮式構造体は、マニピュレータツールを取り付けることができる先端セグメントで終端する、複数の伸長可能且つ後退可能なセグメントを含むことができる。伸縮式構造体は、対象物又は作業に関してマニピュレータツールを伸長又は収縮させることができる。モバイルマニピュレーションシステムは、対象物又は作業に関連するセンサデータとともに、モバイルマニピュレーションシステムの位置又はナビゲーションに対応する位置推定データを取得するように構成されたセンサ一式を含む、ヘッドアセンブリを含むことができる。
【0030】
作動アセンブリは、複数の相互接続されたリンクを含む駆動チェーンを含むことができ、複数の相互接続されたリンクは、その中でデータケーブル、電力ケーブル及び／又は空気圧ケーブル又はラインを伸縮式構造体の先端部にあるマニピュレータツールまで搬送する。相互接続されたリンクは、１つの方向に撓むことができ、駆動チェーンに対して異なる方向に作動力が加えられると、剛性配置を形成することができる。作動アセンブリは、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。
【0031】
駆動チェーンは、アクチュエータ又はモータ等、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、それにより、同時の又は独立した、水平方向における伸縮式構造体の作動と、垂直方向におけるマストに沿った作動アセンブリの作動とを可能にすることができる。マニピュレータツールは、複数の自由度で作動させることもできる。このように、モバイルマニピュレーションシステムは、人間環境において、自律制御又はユーザ駆動遠隔操作の下で効率的に広範囲の目的の作業を実施することができる。
【0032】
移動式ベースのフットプリントは、雑然とした人間環境をナビゲートするのに十分小さくすることができる一方で、主にベースにあるロボット質量分布は、静的に安定するとともに運動中に転倒しにくいように十分低くすることができる。アームは、小さい断面積を有することができ、直線状の水平線において伸長することができ、それにより、作業を実施しているときに占有する空間の体積を小さくすることができる。例えば、本明細書に記載するモバイルマニピュレーションシステムは、冷蔵庫の中等、雑然とした人間環境内に有利に到達することができる。ベースフットプリントに対する、アームの大きい水平及び垂直リーチにより、大きい到達可能作業空間をもたらすことができ、それによりモバイルマニピュレーションシステムは、ソファの下又は調理台の背面等、目的の作業のための重要な場所にそのマニピュレータペイロードを配置することができる。モバイルマニピュレーションシステムは、低い質量中心を含むことができ、マストは、小さい断面積を含むことができ、それにより、人は、容易にモバイルマニピュレーションシステムを２つの車輪の上に傾け、（旅行用スーツケースのように）モバイルマニピュレーションシステムを転がすことができる。
【0033】
本明細書では、人間環境において作業を実施するために自律的に又は遠隔操作を介して動作するように構成されたモバイルマニピュレーションシステムの実施形態について説明する。しかしながら、本開示の実施形態は、制限なしに、人間を含まない危険な又は隔離された環境において作業を実施するために採用することができる。
【0034】
図１は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム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、モバイルマニピュレーションは、移動式ベースアセンブリ１０５、作動アセンブリ１１０、マスト１１５、及びマストの頂部のヘッドアセンブリ１２０を含むことができる。
【0035】
移動式ベースアセンブリ１０５は、モバイルマニピュレーションシステム１００が位置する面に対してモバイルマニピュレーションシステム１００を移動させるように構成することができる。移動式ベースアセンブリ１０５により、モバイルマニピュレーションシステム１００は、モバイルマニピュレーションシステム１００によって実施すべき目的の作業に関連する対象物又は環境に近接して配置することができる。例えば、移動式ベースアセンブリ１０５により、モバイルマニピュレーションシステム１００は、その引出しを開くようにモバイルマニピュレーションシステム１００を構成することができる、キャビネットの引出しにアクセスするために、部屋を横切って移動することができる。
【0036】
モバイルマニピュレーションシステム１００は、マスト１１５上に構成された作動アセンブリ１１０も含むことができる。作動アセンブリ１１０は、作業又は対象物に対して作動アセンブリ１１０を位置決めするように、マスト１１５に沿って垂直に並進するように構成することができる。作動アセンブリは、上述したキャビネットの引出し等、対象物に到達する、対象物を取り出す、又は他の方法で対象物にアクセスするように複数のセグメントを展開するように構成された、伸縮式構造体を含むことができる。
【0037】
モバイルマニピュレーションシステム１００は、マスト１１５の頂部にヘッドアセンブリ１２０も含むことができる。ヘッドアセンブリ１２０は、モバイルマニピュレーションシステム１００が位置する動作環境、及び／又はモバイルマニピュレーションシステム１００によって実施すべき目的の作業に関連する対象物に関するセンサデータを収集するように構成された、１つ又は複数のセンサを含むことができる。例えば、ヘッドアセンブリ１２０は、モバイルマニピュレーションシステム１００に対して開くように命令することができるキャビネットの引出しの視覚データをユーザに提供するセンサデータを収集することができる。
【0038】
図２は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００の移動式ベースアセンブリ１０５及び作動アセンブリ１１０の例示的な実施形態２００を示す図である。図２に示すように、移動式ベースアセンブリ１００は、第１駆動輪２０５及び第２駆動輪２１５を含むことができる。第１駆動輪２０５は、第１アクチュエータ２１０に結合することができ、第２駆動輪２１５は、第２アクチュエータ２２０に結合することができる。第１アクチュエータ２１０及び第２アクチュエータ２２０により、それぞれ、第１駆動輪２０５及び第２駆動輪２１５は、移動式ベースアセンブリ１０５を前方向、後方向に移動させるとともに、移動式ベースアセンブリ１０５が位置する面に対して平行な右回り又は左回り運動で移動式ベースアセンブリ１０５を回転させることができる。いくつかの実施形態では、第１アクチュエータ２１０及び第２アクチュエータ２２０は、一斉に動作することができる。いくつかの実施形態では、第１アクチュエータ２１０及び第２アクチュエータ２２０は、互いに独立して動作することができる。いくつかの実施形態では、第１アクチュエータ２１０及び／又は第２アクチュエータ２２０は、それぞれ、差動伝達装置を介して第１駆動輪２０５及び／又は第２駆動輪２１５に結合することができる。
【0039】
図２にさらに示すように、移動式ベースアセンブリ１０５は、ベースプラットフォーム２３５に搭載されたバッテリ２２５及びコンピューティングデバイス２３０を含むことができる。バッテリ２２５は、コンピューティングデバイス２３０と、図２に示すアクチュエータ２１０、２２０等、モバイルマニピュレーションシステム１００のアクチュエータ及びセンサのうちの任意のものに、電力を提供することができる。いくつかの実施形態では、バッテリ２２５は、移動式ベースアセンブリ１０５にわたる質量のより適切な分散を可能にするように、１つ若しくは複数のバッテリ又は１つ若しくは複数のバッテリパックを含むことができる。いくつかの実施形態では、バッテリ２２５は、密閉型鉛蓄電池又はリチウムイオン電池を含むことができる。コンピューティングデバイス２３０は、プロセッサ、メモリ、通信インタフェース、及び１つ又は複数のＩ／Ｏインタフェースを含むことができる。メモリは、コンピュータ可読且つ実行可能な命令を格納することができ、そうした命令は、プロセッサによって実行されると、モバイルマニピュレーションシステム１００に、特定の目的の作業に関して、又はプロセッサがモバイルマニピュレーションシステム１００の１つ又は複数のセンサから受け取ったセンサデータに関して、自律的に又は半自律的に動作させることができる。
【0040】
図３は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００の作動アセンブリ１１０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、作動アセンブリ１１０は、内部に駆動チェーン３１０を含むチェーンカートリッジ３０５を含むことができる。チェーンカートリッジ３０５は、自動巻取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３１０の基端部３２０を受けるように構成された受動回転ピニオン３１５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３０５の内面３３０に形成された１つ又は複数の湾曲ガイドトラック３２５を含むことができる。図３に示すように、少なくとも１つのケーブル／ライン３３５は、受動回転ピニオン３１５のスロット又は開口部を介してチェーンカートリッジ３０５に存在することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのケーブル／ライン３３０は、受動回転ピニオン３１５が回転する際に少なくとも１つのケーブル／ライン３３０に対する損傷又はケーブル／ライン３３０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。
【0041】
いくつかの実施形態では、チェーンカートリッジ３０５は、駆動チェーン３１０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３１０の基端部３２０は、チェーンカートリッジ３０５に取り付けられておらず、チェーンカートリッジ３０５に対する駆動チェーン３１０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。
【0042】
駆動チェーン３１０は、作動アセンブリ１１０のアクチュエータ３４５の駆動機構３４０に係合可能に結合することができる。駆動チェーン３１０は、１つ又は複数の相互接続されたリンク３５０を含むことができ、それらは、相互接続されたリンク３５０の各リンクの内部空間３５５内で少なくとも１つのケーブル／ライン３３５を搬送することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのケーブル／ライン３３５は、伸縮式構造体３６５の先端セグメント３６０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。
【0043】
作動アセンブリ１１０は、複数のセグメント３７０を含む伸縮式構造体３６５も含むことができる。複数のセグメント３７０は、例えば、目的の作業又は対象物に手を伸ばす、目的の作業又は対象物を取り出す、又は他の方法でモバイルマニピュレーションシステム１００が目的の作業又は対象物に関して相互作用するのを可能にするとき、互いから伸縮式に伸長するか又は後退するように構成することができる。伸縮式構造体３６５の複数のセグメント３７０は、伸縮式構造体３６５の基端部３７５で駆動チェーン３１０及び少なくとも１つのケーブル／ライン３３５を受け取り、駆動チェーン３１０及び少なくとも１つのケーブル／ライン３３５を伸縮式構造体３６５の先端部３８０まで搬送することができる。伸縮式構造体３６５の先端部３８０において、駆動チェーン３１０の先端リンク３８５が、先端セグメント３６０に結合することができる。
【0044】
モバイルマニピュレーションシステム１００内に構成されるとともにアクチュエータ３４５に結合されたコントローラから作動信号を受信すると、アクチュエータ３４５は、駆動機構３４０を作動させることができる。駆動機構３４０は、２つの方向に回転することができる。第１方向では、駆動機構３４０は、駆動チェーン３１０がチェーンカートリッジ３０５から出て、基端部３７５において伸縮式構造体３６５内に入るように回転することができる。この第１方向における回転により、駆動チェーン３１０は、先端セグメント３６０に対して線形並進力をかけて、複数のセグメント３７０が互いから伸長するようにすることができる。駆動機構３１５は、第１方向とは反対の第２方向に回転して、駆動チェーン３１０がチェーンカートリッジ３０５内に後退して、基端部３７５において伸縮式構造体３６５から出るようにすることができる。
【0045】
図４は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００の作動アセンブリ１１０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、作動アセンブリ１１０は、伸縮式構造体３７０の先端セグメント３６０に結合されたマニピュレーションペイロード４０５を含むことができる。マニピュレータペイロード４０５は、交換可能なツール、アクチュエータ及び／又はセンサを含むことができる。
【0046】
図４にさらに示すように、作動アセンブリ１１０は、１つ又は複数の取外し可能シェルを含むことができる。例えば、上部シェル４１５に下部シェル４１０を結合することができる。シェル４１０及び４１５は、マスト１１５を取り囲み、作動アセンブリ１１０の構成要素に保護を提供することができる。シェル４１０及び４１５は、作動アセンブリ１１０がマスト１１５に沿って並進するときにユーザの手を挟み付けることが発生するのを低減させるように、マスト１１５に近接している場所に、ワイパ又はガスケットを含むことができる。いくつかの実施形態では、シェル４１５は、基準タグを受け入れる嵌込み部分４２０を含むことができる。
【0047】
図５は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００の移動式ベースアセンブリ１０５の別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、移動式ベースアセンブリ１０５はセンサ５０５を含むことができる。センサ５０５は、（図５の実施形態に示すような）レーザ距離計、カメラ又はソナーセンサを含むことができる。レーザ距離計は、モバイルマニピュレーションシステム１００が動作している環境の２次元（２Ｄ）深度マップに関連するセンサデータを収集するように回転することができる。マスト１１５の細長い設計により、レーザ距離計５０５は、３４０度の視野にわたってセンサデータを収集することができる。
【0048】
図５にさらに示すように、移動式ベースアセンブリ１０５は、取外し可能シェル５１０も含むことができる。取外し可能シェル５１０は、基準タグを受け入れる１つ又は複数の嵌込み部分５１５を含むことができる。取外し可能シェル５１０は、取外し可能シェル５１０上に塗装された表面塗装材料も含むことができ、又は、凹凸面等、表面材料処理を含むことができる。表面塗装材料及び表面材料処理により、移動式ベースアセンブリ１０５は、マスト１１５の頂部に位置するヘッドアセンブリ内のセンサに確実に可視であるようにすることができる。このように、モバイルマニピュレーションシステム１００は、モバイルマニピュレーションシステム１００が展開される動作環境又は面に関して移動式ベースアセンブリ１０５を効率的に決定することができる。
【0049】
図６は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００の作動アセンブリ１１０の別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、作動アセンブリ１１０は、移動式ベースアセンブリ１０５内にアクチュエータ６０５も含むことができる。作動アセンブリ１１０は、移動式ベースアセンブリ１０５内に構成された、チェーンカートリッジ６１０、すなわち第２チェーンカートリッジ６１０も含むことができる。チェーンカートリッジ６１０は、複数の相互接続されたリンク６２０から形成されたドラグチェーン６１５を含むことができ、複数の相互接続されたリンク６２０は、複数の相互接続されたリンク６２０の各々の内部空間６２５内で、少なくとも１つのケーブル／ライン、例えば、第２の少なくとも１つのケーブル／ラインを搬送する。第２の少なくとも１つのケーブル／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少なくとも１つを含むことができる。作動アセンブリ１１０がマスト１１５に沿って垂直に並進する際、ドラグチェーン６１５は、第２チェーンカートリッジ６１０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６１０内から巻き戻すか又は巻き出すことができる。
【0050】
チェーンカートリッジ６１０は、チェーンカートリッジ６１０の内面６３５内に形成された１つ又は複数の湾曲ガイドトラック６３０も含むことができる。湾曲ガイドトラック６３０は、チェーンカートリッジ６１０内に巻き取るか又はチェーンカートリッジ６１０内から巻き出すときに、ドラグチェーン６１５を誘導することができる。チェーンカートリッジ６１０は、チェーンカートリッジ６１０の内面６３５に結合された受動回転ピニオン６４０も含むことができる。
【0051】
動作時、アクチュエータ６０５が第１方向に作動して、作動アセンブリ１１０のリフトキャリッジに線形並進力を与えて、リフトキャリッジがマスト１１５を上昇するようにすると、ドラグチェーン６１５は、チェーンカートリッジ６１０内から引き出される。ドラグチェーン６１５は、リフトキャリッジがマスト１１５を上って移動する際、チェーンカートリッジ６１０内から受動的に引き出される。逆に、リフトキャリッジがマスト１１５を下降する際、ドラグチェーン６１５は、チェーンカートリッジ６１０内に押し込まれる。アクチュエータ６０５が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６３０は、ピニオン６４０の回転とともに作用して、ドラグチェーン６１５がチェーンカートリッジ６１０内に巻き取られるようにすることができる。
【0052】
図７は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００の作動アセンブリ１１０のリフトキャリッジ７０５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、作動アセンブリ１１０は、リフトキャリッジ７０５を含むことができる。リフトキャリッジ７０５は、リフトキャリッジ駆動要素７１０を介してアクチュエータ６０５に結合することができる。リフトキャリッジ駆動要素７１０は、ベルトの第１端部がアクチュエータ６０５の駆動機構７１５に結合されている参照番号７１０に対応する円に示すように、閉ループを形成する単一ベルトであり得る。リフトキャリッジ７０５の第２端部は、マスト１１５に結合することができる。リフトキャリッジ駆動要素７１０の部分７１０Ａ及び７１０Ｂは、マスト１１５内を垂直に移動することができる。リフトキャリッジ７０５がマスト１１５に沿って垂直に移動する際、作動アセンブリ１１０及び伸縮式構造体３６５は、リフトキャリッジ駆動要素７１０を介してマスト１１５上で垂直に搬送される。アクチュエータ６０５の駆動機構７１５が第１方向に回転することにより、リフトキャリッジ駆動要素７１０は、リフトキャリッジ７０５をマスト１１５上で上方向に移動させることができる。駆動機構７１５が第１方向とは反対の第２方向に回転することにより、リフトキャリッジ７１５はマスト１１５上で下方向に移動することができる。
【0053】
図８は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００の作動アセンブリ１１０のチェーンカートリッジ６１０の別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、チェーンカートリッジ６１０は、その内部にドラグチェーン６１５を含むことができる。ドラグチェーン６１５は、リフトキャリッジ７０５に結合することができ、ドラグチェーン６１５内で少なくとも１つのケーブル／ライン８０５を搬送することができる。少なくとも１つのケーブル／ライン８０５は、開口部８１０においてリフトキャリッジ７０５から出ることができる。
【0054】
図９は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００のリフトキャリッジ７０５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７０５は、互いから且つマスト１１５から分離可能であり得る、１つ又は複数の部分で形成することができる。例えば、リフトキャリッジ７０５は、第１部分９０５及び第２部分９１０を含むことができる。これらの部分９０５、９１０は、リフトキャリッジ駆動要素７１０、又はドラグチェーン６１５から出る少なくとも１つのケーブル／ライン８０５にアクセスするか又はそれを調整するために、互いから且つマスト１１５から分離することができる。第１部分９０５及び第２部分９１０は、マスト１１５の一部を取り囲むことができる。第１部分９０５は、第１の複数のローラ９１５を含むことができる。第２部分９１０は、図１０に関連してさらに図示及び記載する、第２の複数のローラを含むことができる。第１部分９０５及び／又は第２部分９１０は、第３の複数のローラ９２０も含むか又はそれらに結合され得る。
【0055】
図１０は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００のリフトキャリッジ７０５の別の例示的な実施形態１０００を示す図である。リフトキャリッジ７０５の第１部分９０５は、図９に関連して図示及び記載したローラ９１５を含むことができる。リフトキャリッジ７０５の第２部分９１０は、第２の複数のローラ１００５を含むことができる。第３の複数のローラ９２０は、第１部分９０５と第２部分９１０とを結合することができる。第３の複数のローラ９２０は、複数のローラ受け部分１０１０内に受けられることができる。ローラ受け部分１０１０は、リフトキャリッジ７０５の第１部分９０５及び／又は第２部分９１０内に構成された空洞であり得る。ローラ９１５、９２０及び１００５は、マスト１１５上のリフトキャリッジ７０５の垂直移動を容易にするように摩擦低減面を提供するように構成された円筒状ローラであり得る。いくつかの実施形態では、ローラ９１５、９２０及び１００５は、エンジニアリングプラスチックから形成することができる。
【0056】
図１０に示すように、第１部分９０５は、内部ガイド１０１５を含むことができる。内部ガイド１０１５は、リフトキャリッジ７０５の第１部分９０５又は第２部分９１０のいずれかの中に一体的に形成することができる。内部ガイド１０１５は、ドラグチェーン６１５の先端リンク１０２５を受けるように構成された内部ガイド受け部分１０２０を含むことができる。ドラグチェーン６１５を形成する相互接続されたリンクの内部空間６２５内で搬送される少なくとも１つのケーブル／ライン８０５は、先端セグメント１０２５を出て、内部ガイド受け部分１０２０を通過して内部ガイド内に入り、その後、図８及び図９に示す開口部８１０を介してリフトキャリッジ７０５から出ることができる。
【0057】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、本明細書に記載したようなリフトキャリッジ７０５のローラ９１５、９２０、１００５の例示的な実施形態を示す図である。図１１Ａに示すように、ローラ９０５、９２０及び１００５は、ローラ要素１１０５を含むことができる。ローラ要素１１０５を通って延在するように、金属支持シャフト１１１０を構成することができる。金属支持シャフト１１１０の各端部は、リフトキャリッジ７０５の第１部分９０５及び第２部分９１０内に構成された、図１０に示すローラ受け部分１０１０内に受けることができる。ローラ９０５、９２０及び１００５は、ローラ要素１１０５の両側に構成されたスラスト軸受１１１５も含むことができる。スラスト軸受１１０５は、金属支持シャフト１１１０上の適所にローラ要素１１０５を保持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、ローラ９０５、９２０及び１００５は、組立中に適所でローラ９０５、９２０及び１００５の構成要素に対して構成されたキーパ１１２０を含むことができる。
【0058】
図１１Ｂは、ローラ９０５、９２０及び１００５が周囲を回転することができる長手方向軸１１３０に沿ったローラ９０５、９２０及び１００５の断面図を示す。図１１Ｂに示すように、ローラ要素１１０５は、中空ボアローラ要素１１０５とすることができ、中空内部ボア１１２５を含むことができる。ローラ要素１１０５は、ローラ要素１１０５内に位置決めされた複数のラジアル軸受１１３５を含むことができる。いくつかの実施形態では、ラジアル軸受１１３５の代わりにニードル軸受を使用することができる。
【0059】
図１２は、本明細書に記載したようなモバイルマニピュレーションシステム１００のマスト１１５のチャネル１２０５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、マスト１１５は、マスト１１５内に形成されたチャネル１２０５を含む。チャネル１２０５は、実質的にＣ字型又はＵ字型とすることができ、マスト１１５内で第１部分７１０Ａ及び第２部分７１０Ｂが移動するのを可能にするよう構成することができる。チャネル１２０５は、リフトキャリッジ７０５がマスト１１５上を垂直に移動する際にドラグチェーン６１５がマスト１１５内で移動するのを可能にするようにも構成することができる。
【0060】
図１３は、本明細書に記載したようなモバイルマニピュレーションシステム１００のマスト１１５の一部を取り囲むリフトキャリッジ７０５の例示的な実施形態を示す図である。図１３は、リフトキャリッジ７０５とリフトキャリッジ７０５によって取り囲まれているマスト１１５の部分との断面図を示す。図１３に示すように、マスト１１５は、マスト１１５の長さに沿って延在するとともにその内部に構成された、複数の第１通路１３０５及び第２通路１３１０を含むことができる。複数の第１通路１３０５は、その中で１つ又は複数のケーブル／ラインをマスト１１５の頂部のヘッドアセンブリ１２０まで搬送することができる。ケーブル／ラインは、データケーブル、電力ケーブル及び／又は空気圧ラインのうちの少なくとも１つを含むことができる。第２通路１３１０は、その中で追加のケーブル／ラインをヘッドアセンブリ１２０まで搬送することができる。
【0061】
図１４は、本明細書に記載したようなモバイルマニピュレーションシステム１００のヘッドアセンブリ１２０の例示的な実施形態１４００を示す図である。ヘッドアセンブリ１２０は、プレート１４０５を介してマスト１１５の頂部に取り付けることができる。プレート１４０５は、ボルト又はねじを介してマスト１１５に固定することができ、リフトキャリッジ駆動要素７１０を受ける支持プラットフォームを提供することができる。例えば、プレート１４０５は、プーリ１４１０に結合することができる。プーリ１４１０は、リフトキャリッジ駆動要素７１０を受けるとともにリフトキャリッジ駆動要素７１０に係合可能に結合され得る。プーリ１４１０は、ねじ付き柱１４１５を介してプレート１４０５に固定することができる。ねじ付き柱１４１５は、プレート１４０５に対して調整可能であり得る。ねじ付き柱１４１５を調整することにより、プレート１４０５に対してプーリ１４１０を上昇又は下降させることができる。ねじ付き柱１４１５の調整を介してプーリ１４１０を上昇又は下降させることにより、リフトキャリッジ駆動要素７１０を締め付けるか又は緩めることができる。
【0062】
図１５は、本明細書に記載したようなモバイルマニピュレーションシステム１００のヘッドアセンブリ１２０の別の例示的な実施形態１５００を示す図である。ヘッドアセンブリ１２０は、追加のセンサ又はセンサ群を含むことができる。ヘッドアセンブリ１２０は、ベースアセンブリ１０５に対して上昇した形態に構成することができ、これは、ヒューマンロボットインタラクション、ナビゲーション中の障害物の回避、及び対象物操作又はヒューマンロボットインタラクション中の俯瞰視を提供するために重要であり得る。
【0063】
例えば、ヘッドアセンブリ１２０は、センサ１５０５と周辺デバイス又はセンサ群１５１０とを含むことができ、それらはまとまって、第１センサ群１５１５を表すことができる。いくつかの実施形態では、周辺デバイス群１５１０は、第１センサ群を表すことができる。センサ１５０５は、マイクロフォンアレイ、スピーカ、深度計、カメラ又はレーザ距離計を含むことができる。周辺デバイス群１５１０もまた、マイクロフォンアレイ、スピーカ、深度計、カメラ又はレーザ距離計を含むことができる。視覚センサ、聴覚センサ、及びスピーカ等のフィードバックデバイスをヘッドアセンブリ１２０にともに配置することにより、人間同士の対話をシミュレートする言葉によるコマンドをヘッドアセンブリ１２０に指示することにより、よりロバストなユーザ体験が提供される。センサ群１５１５は、モバイルマニピュレーションシステム１００が位置する動作環境とともに、モバイルマニピュレーションシステム１００によって実施されている目的の作業に関連する可能性がある動作環境内の所定の対象物に関連する、センサデータを収集することができる。
【0064】
図１５に示すように、センサ１５０５は、支持構造体１５２０によって支持することができる。支持構造体１５２０は、支持構造体１５２０及びヘッドアセンブリ１２０の残りの部分に対して下位位置で、センサ１５０５を支持又は位置決めすることができる。この下位又は吊下げ（ｕｎｄｅｒｈｕｎｇ）位置は、センサ１５０５が、ヘッドアセンブリ１２０の他の部分からの遮りなしに、関節運動するとともに対象物又は環境の俯瞰視を提供するのを可能にするために有利であり得る。下位又は吊下げ構成により、取扱い及び／又は出荷中にセンサ１５０５を損傷から有益に保護することもできる。
【0065】
ヘッドアセンブリ１２０は、ユーザインタフェース１５２５も含むことができる。ユーザインタフェース１５２５は、センサ１５０５、周辺デバイス群１５１０、センサ群１５１５のうちの１つ又は複数と、モバイルマニピュレーションシステム１００と、の電源を入れなおすように構成することができる。ヘッドアセンブリ１２０内に、制限なしに追加のユーザインタフェース１５２５を構成することができる。いくつかの実施形態では、ユーザインタフェース１５２５は、タッチスクリーンディスプレイ等、視覚ディスプレイを含むことができる。ヘッドアセンブリ１２０は、取外し可能シェル１５３０も含むことができる。センサ１５０５もまた、取外し可能シェル１５３５を含むことができる。
【0066】
図１６は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００のヘッドアセンブリ１２０の別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、取外し可能シェル１５３０及び１５３５は取り除かれており、ヘッドアセンブリ１２０の構成要素をより詳細に見ることができる。ヘッドアセンブリ１２０は、センサ１５０５の動きを制御するように構成された追加のアクチュエータを含むことができる。例えば、アクチュエータ１６０５は、モバイルマニピュレーションシステム１００が位置する面に対して水平運動「Ｈ」で支持構造体１５２０及びセンサ１５０５を回転させるように作動することができる。水平運動「Ｈ」は、パン運動を考慮に入れることができる。アクチュエータ１６１０は、モバイルマニピュレーションシステム１００が位置する面に対して垂直方向「Ｖ」においてセンサ１５０５を移動させるように作動することができる。垂直運動「Ｖ」はチルト運動とみなすことができる。
【0067】
いくつかの実施形態では、アクチュエータ１６０５及び１６１０は、（図示するような）平歯車伝達装置又はベルト伝達装置を含むことができる。図１６に示すように、アクチュエータ１６１０は、平歯車１６２０に結合することができる駆動機構１６１５を含むことができる。駆動機構１６１５の回転により、平歯車１６２０は、回転し、センサ１５０５を垂直運動「Ｖ」において上向きに又は下向きに傾けることができる。支持構造体１５２０及び平歯車１６２０は、孔１６２５を含むことができ、データケーブル及び／又は電力ケーブルは、この孔１６２５を通過して、データ又は電力をセンサ１５０５まで伝達することができる。センサ１５０５は、センサ１５０５を冷却するように構成されたファン１６３０も含むことができる。有利には、センサ１５０５及びアクチュエータ１６１０の構成により、センサ１５０５及びアクチュエータ１６１０はともに移動することができ、それにより、水平掃引運動中に支持構造体１５２０によって占有される空間の量が低減する。掃引容積のサイズの低減は、衝突を回避するとともに審美的な理由で有利であり得る。
【0068】
図１６にさらに示すように、ヘッドアセンブリ１２０は、周辺デバイス群１５１０に含まれる追加の周辺デバイス又はセンサ１６３５及び１６４０を含むことができる。いくつかの実施形態では、追加の周辺デバイス１６３５及び／又は１６４０は、３Ｄ深度カメラ、赤緑青（ＲＧＢ）カメラ、ライダーセンサ、マイクロフォンアレイ又はスピーカを含むことができる。いくつかの実施形態では、ヘッドアセンブリ１２０は、周辺デバイス群１５１０内に構成されたスピーカの音量を調整する音量調整機構１６４５を含むことができる。
【0069】
図１７は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００の作動アセンブリ１１０の別の例示的な実施形態を示す図である。図１７に示すように、作動アセンブリは、１つ又は複数のＵＳＢポート１７０５を含むことができる。ＵＳＢポート１７０５により、ユーザは、作動アセンブリ１１０の動作に関連するデータを入力又は取得することができる。図１７にさらに示すように、作動アセンブリ１１０は、１つ又は複数のねじ付きインサート１７１０を含むことができる。ねじ付きインサート１７１０は、作動アセンブリ１１０に結合する追加のセンサを受け入れることができる。いくつかの実施形態では、追加のセンサは、マイクロフォンアレイ、スピーカ、深度計、カメラ、レーザ距離計又はソナーセンサのうちの少なくとも１つを含むことができる。
【0070】
図１８は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００の１つ又は複数の基準タグの例示的な実施形態１８００を示す図である。図１８に示すように、移動式ベースアセンブリ１０５は、基準タグ１８０５を含むことができる。作動アセンブリ１１０は、基準タグ１８１０を含むことができる。マニピュレーションペイロード４０５は、基準タグ１８１５を含むことができる。基準タグ１８０５、１８１０及び１８１５は、モバイルマニピュレーションシステム１００の部分とともに、モバイルマニピュレーションシステム１００が相互作用している目的の作業対象物又は動作環境を位置推定するのに使用する視覚的参照又は較正補助を提供することができる。例えば、基準タグ１８０５は、モバイルマニピュレーションシステム１００が、移動式ベースアセンブリ１０５の位置又は姿勢に対するセンサ１５０５の位置又は姿勢を較正するとき等、移動式ベースアセンブリ１０５が位置する面から移動式ベースアセンブリ１０５を認識及び識別するのに役立つように、使用することができる。
【0071】
図１９は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００のマスト１１５の１つ又は複数の表面材料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、マスト１１５は、１つ又は複数の表面材料を含むことができる。１つの実施形態では、マスト１１５は、反射防止表面材料１９０５を含むことができる。反射防止表面材料１９０５は、マスト１１５から来る光の反射により本来正確でなくなる可能性がある、モバイルマニピュレーションシステム１００に近接するシーン、対象物又は環境のより正確な視覚的描写を提供することができる。いくつかの実施形態では、マスト１１５は、さらに又は別法として、付着防止材料１９１０を含むことができる。付着防止材料１９１０は、低摩擦係数を含み、マスト１１５に適用されたとき、マスト１１５がマスト１１５に沿って垂直に作動アセンブリ１１０をより容易に搬送することができるようにすることができる。
【0072】
図１９にさらに示すように、マスト１１５は、マスト１１５内に形成された通路１３０５内で少なくとも１つのケーブル／ライン１９１５を搬送することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのケーブル／ライン１９１５は、少なくとも１つのデータケーブル、少なくとも１つの電力ケーブル、及び／又は少なくとも１つの空気圧ラインを含むことができる。例えば、少なくとも１つのケーブル／ライン１９５は、マスト１１５の頂部に搭載されたヘッドアセンブリ１２０にデータ又は電力を提供することができる。
【0073】
図２０は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００のマニピュレーションペイロード４０５の例示的な実施形態２０００を示す図である。図２０に示すように、モバイルマニピュレーションペイロード４０５は、アクチュエータ２００５及びペイロード駆動機構２０１０を含むことができる。ペイロード駆動機構２０１０は、アクチュエータ２００５が作動させることができる。ペイロード駆動機構２０１０は、ペイロード駆動機構２０１０に結合することができる、操作ツール又は他の交換可能デバイスを作動させることができる。図２０に示すように、マニピュレーションペイロード４０５、アクチュエータ２００５及びペイロード駆動機構２０１０は、複数のセグメント３７０のうちの先端セグメント３６０に対してオフセット形態で構成することができる。
【0074】
ペイロード駆動機構２０１０は、モバイルマニピュレーションシステム１００が位置する面に対して平行に向けられている回転自由度を提供することができる。したがって、ペイロード駆動機構２０１０は、有利には、ペイロード駆動機構２０１０に結合された操作ツール又は他の交換可能デバイスを、操作中に移動式ベースアセンブリ１０５のフットプリントから出るように回転させ、その後、ナビゲーション中に又は収容されるときにフットプリント内に戻るように後退させることができる。加えて、マニピュレーションペイロード４０５のオフセット形態により、マニピュレーションペイロード４０５の構成要素が、ヘッドアセンブリ１２０内のセンサ１５０５に対してより見えやすくすることができる。このように、伸縮式構造体３６５は、モバイルマニピュレーションシステム１００による位置推定、対象物検出又はナビゲーション中にマニピュレータペイロード４０５の視界を遮ることはない。
【0075】
図２１は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００の移動式ベースアセンブリ１０５の別の例示的な実施形態２１００を示す図である。図２１は、静止状態にあるか又は移送されているとき等、保管形態にあるモバイルマニピュレーションシステム１００の平面図を示す。図２１に示すように、伸縮式構造体３６５は、完全に収縮しており、作動アセンブリ１１０は、移動式ベースアセンブリ１０５の上に位置している。このように、作動アセンブリ１１０は、移動式ベースアセンブリ１０５のフットプリント２１０５内に完全に入ることができる。図２１にさらに示すように、モバイルマニピュレーションシステム１００は、ペイロード駆動機構２０１０に結合されたマニピュレータツール２１１０を含むことができる。作動アセンブリ１１０及びマニピュレーションペイロード４０５の小型設計により、マニピュレータツール２１１０は、保管されるか又は使用されていないときにフットプリント２１０５内にあり得る。
【0076】
図２２は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００のマニピュレータツールの例示的な実施形態２２００を示す図である。図２２に示すように、マニピュレータツール２１１０は、ペイロード駆動機構２０１０に結合することができ、モバイルマニピュレーションシステム１００が位置する面に対して複数の自由度で関節運動するように作動させることができる。例えば、図２２に示すように、マニピュレータツール２１１０は、２２０５Ａ又は２２０５Ｂの方向においてヨー運動で作動することができる。ヨー運動は、ペイロード駆動機構２０１０に方向２２０５Ａ又は２２０５Ｂに回転させるアクチュエータ２２０５の作動を通して達成することができる。マニピュレータツール２１１０はまた、方向２２１０Ａ又は２２１０Ｂにおいてピッチ運動でも作動することができる。ピッチ運動は、アクチュエータ２２３５の作動を通して達成することができる。マニピュレータツール２１１０は、２２１５Ａ又は２２１５Ｂの方向においてロール運動でさらに作動することができる。ロール運動は、アクチュエータ２２４０の作動を通して達成することができる。いくつかの実施形態では、マニピュレータツール２１１０は、ロール－ピッチ－ロール運動又はロール－ピッチ－ヨー運動等、複数の自由度で作動することができる。こうした複雑な移動は、ヨー運動用のアクチュエータ２２０５、ピッチ運動用のアクチュエータ２２３５、及びロール運動用のアクチュエータ２２４０の逐次又は同時作動によって達成することができる。
【0077】
図２２にさらに示すように、マニピュレータツール２１１０は、把持ツール２２２０を含むことができる。把持ツール２２２０により、モバイルマニピュレーションシステム１００は、対象物をつかみ、取り出し、配置し、又は他の方法で取得及び／若しくは解放することができる。例えば、把持ツール２２２０により、モバイルマニピュレーションシステム１００は、スープの缶をつかむ、タオルを保持する、又はキャビネットのハンドルを引く等、人間のユーザのために対象物との補助的相互作用を提供することができる。いくつかの実施形態では、マニピュレータツール２１１０は、フック、ブラシ又は小型掃除機等、把持ツール２２２０の代わりに追加のツールを含むことができる。把持ツール２２２０は、取外し可能シェル２２２５を含むことができる。取外し可能シェル２２２５内で、把持ツール２２２０の作動構成要素を誘導するようにチャネルを構成することができる。いくつかの実施形態では、マニピュレータツール２１１０は、基準タグ２２３０も含むことができる。
【0078】
図２３は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００の把持ツール２２００の例示的な実施形態２３００を示す図である。図２３では、図２２に示す取外し可能シェル２２２５は取り除かれている。図２３に示すように、把持ツール２２２０は、把持端部２３０５及び取付端部２３１０を含むことができる。把持端部２３０５は、先端チップ２３１５Ａ及び２３１５Ｂを含むことができる一対の先端チップ２３１５を含むことができる。一対の先端チップ２３１５の各先端チップは、把持ツール２２００の内部ばねアームに且つ外部ばねアームに結合することができる。例えば、先端チップ２３１５Ａは、内部ばねアーム２３２０Ａに且つ外部ばねアーム２３２５Ａに結合することができる。先端チップ２３１５Ｂは、内部ばねアーム２３２０Ｂ及び外部ばねアーム２３２５Ｂに結合することができる。内部ばねアーム２３２０Ａ及び２３２０Ｂは、内部ばねアーム対２３３０を形成するように結合することができる。外部ばねアーム２３２５Ａ及び２３２５Ｂは、まとめて、外部ばねアーム対２３２５と称することができる。
【0079】
図２３に示すように、内部ばねアーム対２３３０は、プルブロック２３３５に結合することができる。いくつかの実施形態では、プルブロック２３３５は、把持ツール２２２０の動作中にプルブロックを誘導するように取外し可能シェル２２２５内に形成されたチャネル内に、構成することができる。プルブロック２３３５は、巻取要素２３４５を介して巻取スプール２３４０に結合することができる。いくつかの実施形態では、巻取要素２３４５は、ケーブル又はロープを含むことができる。把持ツール２２２０は、アクチュエータ２３５０も含むことができる。アクチュエータ２３５０は、第１方向に作動して、巻取スプール２３４０が回転して巻取スプール２３４０上に巻取要素２３４５を引き寄せるようにすることができる。この第１方向における作動により、プルブロック２３３５は、内部ばねアーム対２３３０に力をかけて、一対の先端チップ２３１５が互いに向かって移動するようにすることができる。このように、一対の先端チップ２３１５の間で対象物をつかむことができる。さらに又は別法として、アクチュエータ２３５０は、第１方向とは反対の第２方向に作動して、巻取スプール２３４０が回転して巻取スプール２３４０から巻取要素２３４５を解放するようにすることができる。この第２方向における作動により、プルブロックは、内部ばねアーム対２３３０に対する力を解除して、一対の先端チップ２３１５が互いから離れるように移動するようにすることができる。このように、一対の先端チップ２３１５から対象物を解放することができる。
【0080】
いくつかの実施形態では、把持ツール２２２０は、把持ツール２２０の１つ又は複数の部分に結合することができる取付機構を含むことができる。例えば、内部ばねアーム２３２０Ａ若しくは２３２０Ｂのいずれかにおいて、又は外部ばねアーム２３２５Ａ若しくは２３２５Ｂのいずれかにおいて、把持端部２３０５にフックを構成することができる。
【0081】
図２４は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００の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２４００を示す図である。図２４に示すように、モバイルマニピュレーションシステム１００は、図２に示すコンピューティングデバイス２３０に対応するコンピューティングデバイス２４０５を含むことができる。図２４に示すように、コンピューティングデバイス２４０５は、データプロセッサ２４１０と、データプロセッサ２４１０が実行することができる非一時的コンピュータ可読命令を格納するメモリ２４１０とを含むことができる。コンピューティングデバイス２４０５は、１つ又は複数のコントローラ２４２０及び通信インタフェース２４２５もまた含むことができる。
【0082】
コンピューティングデバイス２４０５は、図２に示すバッテリ２２５等、移動式ベースアセンブリ１０５内に位置する電源２４３０に結合することができる。電源２４３０は、１つ又は複数のセンサ２４３５に且つ１つ又は複数のアクチュエータ２４４０に結合することができる。１つ又は複数のセンサ２４３５は、センサ５０５及び１５０５とともに、各々が第１コンピューティングデバイス２４０５にセンサデータを送信することができる、周辺デバイス又はセンサ群１５１０を含むことができる。１つ又は複数の追加のセンサは、センサ２３４５に含めることができる。アクチュエータ２４４０は、アクチュエータ２１０、２２０、３４５、６０５、１６０５、１６１０、２００５及び２３５０を含むことができる。１つ又は複数の追加のセンサは、アクチュエータ２４４０内に含めることができる。アクチュエータ２４４０は、コンピューティングデバイス２４０５に結合することができ、コンピューティングデバイス２４０５から制御コマンドを受け取ることができる。各アクチュエータ２４４０は、低ギア比で構成されるとともにコントローラ２４２０の対応するコントローラに結合された、ステッピングモータを含むことができる。各ステッピングモータは、対応するコントローラを介して、コンピューティングデバイス２４０５から提供される制御コマンドに従って作動するように個々に制御することができる。
【0083】
いくつかの実施形態では、１つ又は複数のコントローラ２４２０は、電流コントローラ、力コントローラ及び／又は位置コントローラを含むことができる。電流コントローラは、力コントローラから受け取ら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２４４０に提供することができる。力コントローラは、測定された相互作用力（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。位置コントローラは、伸縮式構造体３６５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。
【0084】
作動信号は、データプロセッサ２４１０によりセンサ２４３５から受け取ら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、伸縮式構造体３６５に、力センサ２４５０を結合することができる。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２４３５から受け取ることができる。いくつかの実施形態では、センサデータは、移動式ベースアセンブリ１０５、作動アセンブリ１１０、ヘッドアセンブリ１２０、及び／又はアクチュエータ２４４０のうちの１つ若しくは複数の、１つ又は複数の構成要素に結合された追加のセンサ等、追加のセンサから受け取ることができる。例えば、センサデータは、１つ又は複数のアクチュエータ２４４０に関して構成されたエンコーダ２４４５及び電流センサ２４５０から受け取られたデータを含むことができる。エンコーダ２４４５は、駆動機構３４０に結合されたシャフト等、アクチュエータ２４４０のうちの１つ又は複数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。電流センサ２４５０は、アクチュエータ２４４０のうちの１つ又は複数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。電流センサ２４５０は、アクチュエータ２４４０に供給される電流を示す入力信号を、コントローラ２４２０のうちの１つ又は複数に提供することができる。１つ又は複数のコントローラ２４２０は、さらに、１つ又は複数のアクチュエータ２４４０に供給される巻線電流を制御するか、又は１つ又は複数のアクチュエータ２４４０のロータ位置を制御することができる。いくつかの実施形態では、伸縮式構造体３６５は、位置センサ２４５５を含むことができる。位置センサ２４５５は、伸縮式構造体の位置を示す、コントローラ２４２０のうちの少なくとも１つに提供される入力信号を生成することができる。
【0085】
モバイルマニピュレーションシステム１００が、マニピュレーションシステム１００のいくつかの部分と環境との間の、不注意による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、モバイルマニピュレーションシステム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。作動アセンブリ１１０の駆動機構３４０及び駆動チェーン３１０を介するアクチュエータ６０５及び伸縮式構造体３６５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アセンブリ１１０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。
【0086】
アクチュエータ２４４０は、移動式ベースアセンブリ１０５の車輪、アクチュエータ６０５を介するリフトキャリッジ７０５、及びアクチュエータ３４５を介する伸縮式構造体３６５の作動のために、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。モバイルマニピュレーションシステム１００は、アクチュエータ２４４０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２４４０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２４４０に搭載さ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２４４０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。
【0087】
図２４に示すように、コンピューティングデバイス２４０５は、ネットワーク２４６０を介して第２コンピューティングデバイス２４６５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２４６５は、モバイルマニピュレーションシステム１００からリモートに位置することができる。いくつかの実施形態では、モバイルマニピュレーションシステム１００が、第２コンピューティングデバイス２４６５を含むことができる。第２コンピューティングデバイス２４６５は、プロセッサ２４７０と、非一時的コンピュータ可読命令を格納するメモリ２４７５と、通信インタフェース２４８０と、入力デバイス２４８５と、グラフィカルユーザインタフェース２４９５を含むディスプレイ２４９０とを含むことができる。
【0088】
第２コンピューティングデバイス２４６５は、ユーザ入力を受け取るように、且つ、目的の作業を実施し、環境をナビゲートし、又は第２コンピューティングデバイス２４６５にセンサデータを送信するようにモバイルマニピュレーションシステム１００を制御する制御コマンドを生成するように、構成することができる。第２コンピューティングデバイス２４６５は、入力デバイス２４８５及び／又はＧＵＩ２４９５を介してユーザ入力を受け取ることができる。ユーザ入力を処理して、通信インタフェース２４８０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２４２５に送信することができる。いくつかの実施形態では、通信インタフェース２４２５及び２４８０は、有線通信インタフェース又は無線通信インタフェースであり得る。
【0089】
受信されると、モバイルマニピュレーションシステム１００は、ユーザ入力に応答して、モバイルマニピュレーションシステム１００を作動させる作動信号を生成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、入力デバイス２４８５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２４９０は、タッチスクリーンディスプレイを含むことができ、ＧＵＩ２４９０は、センサデータを表示し、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、モバイルマニピュレーションシステム１００を作動させ及び／又はモバイルマニピュレーションシステム１００に目的の作業を実施させる作動信号を生成するように提供することができる。
【0090】
図２５は、本明細書に記載するようなモバイルマニピュレーションシステム１００に結合されたコンピューティングデバイス２４６５のグラフィカルユーザインタフェース２４９０の例示的な実施形態２５００を示す図である。図２５に示すように、モバイルマニピュレーションシステム１００は、対象物２５１０を含む第１環境２５０５に展開することができる。モバイルマニピュレーションシステム１００は、センサ５０５及び１５０５を介して第１環境２５０５及び対象物２５１０に関連するセンサデータを収集することができる。例えば、センサ５０５を介して収集されたセンサデータに基づいて、環境２５０５及び対象物２５１０の２Ｄマップを生成することができ、カメラとして構成される場合、センサ１５０５を介して、環境２５０５及び対象物２５１０の視覚的視野を取得することができる。
【0091】
環境２５０５及び対象物２５１０に関連するセンサデータは、（図２に示すコンピューティングデバイス２３０に対応する）コンピューティングデバイス２４０５から、ネットワーク２４６０を介して第２コンピューティングデバイス２４６５に送信することができる。第２コンピューティングデバイス２４６５は、ＧＵＩ２４９５において環境２５０５の視覚的視野２５２０を提供することができる。視覚的視野２５２０は、対象物２５１０と、環境２５０５に存在する可能性がある床又は壁の位置等、環境２５０５に関連する他の視覚データとを含むことができる。ユーザ２５２５は、第２環境２５１５内にいることができ、第２環境２５１５は、ユーザ２５２５が第１環境２５０５又は第１環境２５０５で動作しているモバイルマニピュレーションシステム１００を直接視覚的に観察しないように、第１環境２５０５からリモートに位置するとともに視覚的に遮られている。
【0092】
第１コンピューティングデバイス２４０５から、環境２５０５及び／又は対象物２５１０に関連するセンサデータを受信することに応じて、第２コンピューティングデバイス２４６５は、ＧＵＩ２４９５において、環境２５０５及び／又は対象物２５１０の視覚的視野２５２０を提供することができる。ユーザ２５２５は、ユーザ入力２５３０を制御コマンドとしてＧＵＩ２４９５に提供することができる。制御コマンドは、コンピューティングデバイス２４０５に戻すように送信され、データプロセッサ２４１０が実行して、モバイルマニピュレーションシステム１００に制御コマンドに関連する目的の作業を実施させることができる。
【0093】
例えば、ＧＵＩ２４９５において対象物２５１０を含む環境２５０５の視覚的視野２５２０が提供されると、ユーザ２５２５は、対象物２５１０に向けられたタップ又は他のジェスチャとしてユーザ入力２５３０を提供することができる。ユーザは、対象物２５１０が位置している環境２５０５から視覚的に遮られている第２環境２５１５に位置している間に、入力２５３０を提供することができる。コンピューティングデバイス２４６５のデータプロセッサ２４７０は、入力２５３０に応じて、ユーザ入力２５３０に関連する制御コマンドを決定することができ、コンピューティングデバイス２４０５に制御コマンドを提供することができ、制御コマンドは、データプロセッサ２４１０によって実行されると、モバイルマニピュレーションシステム１００に、第１環境２５０５において対象物２５１０に向かって移動させる。後続する且つ追加のユーザ入力を受け取って、制御コマンドとしてモバイルマニピュレーションシステム１００に送信することができる。
【0094】
本明細書に記載したシステムの例示的な技術的効果としては、非限定的な例として、改善されたモバイルマニピュレーションシステムが、モバイルマニピュレーション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は、目標環境においてより広範囲の対象物に自律的に又は遠隔操作でアクセスするように、４自由度関節運動をさらに提供する。本明細書に記載したシステムはまた、視野センサデータに関して発せられた制御コマンドに基づく目的の作業のロバストな性能と、制御コマンドを発する改善されたグラフィカルユーザインタフェースとを提供する。
【0095】
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。
【0096】
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。
【0097】
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。
【0098】
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。
【0099】
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。
【0100】
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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
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11A】
【図11B】
【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】