(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】2023-06-12
(54)【発明の名称】ロボットアシスタント
(51)【国際特許分類】
B25J 5/00 20060101AFI20230605BHJP
G05D 1/02 20200101ALI20230605BHJP
B25J 13/08 20060101ALI20230605BHJP
B65G 1/00 20060101ALI20230605BHJP
B65G 47/90 20060101ALI20230605BHJP
【ＦＩ】
B25J5/00 A
G05D1/02 Y
B25J13/08 A
B65G1/00 501C
B65G47/90 A
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022567374
(86)(22)【出願日】2021-04-30
(85)【翻訳文提出日】2022-12-28
(86)【国際出願番号】 CN2021091582
(87)【国際公開番号】W WO2021227900
(87)【国際公開日】2021-11-18
(31)【優先権主張番号】16/870,903
(32)【優先日】2020-05-09
(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】515215346
【氏名又は名称】深セン市優必選科技股▲ふん▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＵＢＴＥＣＨ ＲＯＢＯＴＩＣＳ ＣＯＲＰ ＬＴＤ
【住所又は居所原語表記】１６Ｆ ＆ ２２Ｆ， ＢＬｏｃｋ Ｃ１， Ｎａｎｓｈａｎ Ｉ Ｐａｒｋ， Ｎｏ． １００１ ＸｕｅｙｕａｎＲｏａｄ， Ｎａｎｓｈａｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｈｅｎｚｈｅｎ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ， Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】110002262
【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】チャン チョンクン
(72)【発明者】
【氏名】マーティン ビイル
(72)【発明者】
【氏名】ムハンマド ラシッド パック
(72)【発明者】
【氏名】レイモンド マ
(72)【発明者】
【氏名】ルイス アルフレド マテオス グズマン
(72)【発明者】
【氏名】ウォン スクユ
(72)【発明者】
【氏名】タン ファン
(72)【発明者】
【氏名】熊 友軍
【テーマコード（参考）】
3C707
3F022
3F072
5H301
【Ｆターム（参考）】
3C707AS01
3C707AS34
3C707BS09
3C707CS08
3C707CT05
3C707CV08
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3C707KS03
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3C707KT05
3C707KV01
3C707MT07
3C707WA16
3F022KK20
3F022LL07
3F022MM05
3F072AA06
3F072GA10
3F072KD01
5H301BB05
5H301CC03
5H301CC06
5H301CC10
5H301DD05
5H301GG08
5H301GG09
5H301GG17
(57)【要約】
ロボットアシスタント１００は、車輪付きベース１０と、１つまたは複数の引出し２１を含む保管ユニット２０と、遠位端に連結されたアーム端部ツール５０を含み、保管ユニット２０の上部に連結される折り畳み式アーム３０と、車輪付きベース１０に位置され、保管ユニット２０を上下に移動させるように構成される昇降機構４０と、コマンド命令に受信し、そのコマンド命令に応答する制御システム７０と、を備え、制御システム７０は、車輪付きベース１０を移動させ、１つまたは複数の引出し２１を開閉し、折り畳み式アーム３０とアーム端部ツール５０の動きを駆動して、決定された位置から外部物体２００をピックアップし、また決定された位置に外部物体２００を入れ、保管ユニット２０を制御して１つまたは複数の引出し２１を駆動するように構成される。折り畳み式アーム３０は、昇降機構４０と共にロボットアシスタント１００が到達可能範囲を伸ばす機構を有するようにし、前記到達可能範囲を伸ばす機構は、ロボットアシスタント１００の基本物理的占有面積を超えて拡張される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
車輪付きベースと、１つまたは複数の引出しを含む保管ユニットと、
遠位端に連結されたアーム端部ツールを含み、前記保管ユニットの上部に連結される折り畳み式アームと、
車輪付きベース上に位置され、前記保管ユニットを上下に移動させるように構成される昇降機構と、
コマンド命令を受信し、そのコマンド命令に応答する制御システムと、を備え、
前記制御システムは、車輪付きベースを移動させ、前記１つまたは複数の引出しを開閉し、前記折り畳み式アームとアーム端部ツールの動きを駆動して、決定された位置から外部物体をピックアップし、また決定された位置に外部物体を入れ、前記保管ユニットを制御して前記１つまたは複数の引出しを駆動するように構成されることを特徴とするロボットアシスタント。
【請求項2】
前記昇降機構は、アクチュエーターおよびリフティング機構を含み、前記リフティング機構は、保管ユニットおよび車輪付きベースに連結され、前記アクチュエーターは、車輪付きベースに固定され、前記リフティング機構を駆動して垂直方向で伸縮させるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のロボットアシスタント。
【請求項3】
前記保管ユニットは、ハウジングと、１つまたは複数の駆動装置と、を含み、前記１つまたは複数の駆動装置は、前記１つまたは複数の引出しを駆動して前記ハウジングに対して開位置と閉位置にスライドさせるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のロボットアシスタント。
【請求項4】
前記折り畳み式アームは、Ｎ個のリンクと、Ｍ個の第１回転ジョイントと、１つの第２回転ジョイントと、を含み、前記Ｎ個のリンクは、前記Ｍ個の第１回転ジョイントを介して回転可能に互いに直列に連結され、前記Ｎ個のリンクのうち最初のリンクは前記第２回転ジョイントを介して前記保管ユニットの上部に回転可能に連結され、ここで、Ｎは２より大きい自然数で、Ｎ＝Ｍ＋１であることを特徴とする請求項１に記載のロボットアシスタント。
【請求項5】
物体を検知するように構成されたカメラをさらに備え、前記制御システムは、前記Ｎ個の回転ジョイントとＮ個のリンクのうちの１つまたは複数のリンクとの連結によって前記折り畳み式アームが決定された方向および／または位置にあるように指示し、前記カメラからの出力に基づいて前記コマンド命令により前記アーム端部ツールが前記１つまたは複数の引出しから外部物体をピックアップし、また前記１つまたは複数の引出しに外部物体を入れるように指示することを特徴とする請求項４に記載のロボットアシスタント。
【請求項6】
前記カメラは、前記折り畳み式アームに位置し、前記アーム端部ツールに近く配置されるか、または前記アーム端部ツールの上／中に位置することを特徴とする請求項５に記載のロボットアシスタント。
【請求項7】
前記折り畳み式アームを保護するためのアーム保護装置をさらに備え、前記アーム保護装置は固定または収縮可能であることを特徴とする請求項１に記載のロボットアシスタント。
【請求項8】
前記アクチュエーターは、前記リフティング機構に推進力または引張力を加えて前記リフティング機構が垂直方向で伸縮するように駆動するように構成されるリニアアクチュエーターであることを特徴とする請求項２に記載のロボットアシスタント。
【請求項9】
前記車輪付きベースに連結された複数の作動足をさらに備え、前記制御システムは、前記作動足が下へ移動して表面と接触するように指示することを特徴とする請求項１に記載のロボットアシスタント。
【請求項10】
前記折り畳み式アームは、実質的に平らな状態で前記保管ユニットの上部に折り畳まれるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のロボットアシスタント。
【請求項11】
車輪付きベースと、１つまたは複数の引出しを含む引出し機構と、
前記引出し機構の上部に連結される折り畳み式アームと、
前記車輪付きベース上に位置され、前記１つまたは複数の引出しを上下に移動させるように構成される昇降機構と、を備え、
前記折り畳み式アームは、アーム端部ツールを含み、前記アーム端部ツールは、コマンド命令に応答して、前記折り畳み式アームの駆動によって決定された位置から外部物体をピックアップし、また決定された位置に外部物体を入れるように構成されることを特徴とするロボットアシスタント。
【請求項12】
前記決定された位置は、完全に開かれた前記１つまたは複数の引出し内の位置であることを特徴とする請求項１１に記載のロボットアシスタント。
【請求項13】
前記昇降機構は、アクチュエーターおよびリフティング機構を含み、前記リフティング機構は、前記引出し機構および車輪付きベースに連結され、前記アクチュエーターは、車輪付きベースに固定され、前記リフティング機構を駆動して垂直方向で伸縮するように構成されることを特徴とする請求項１１に記載のロボットアシスタント。
【請求項14】
前記引出し機構は、ハウジングと、１つまたは複数の駆動装置と、を含み、前記駆動装置は、１つまたは複数の引出しを駆動してハウジングに対して開位置と閉位置にスライドさせるように構成されることを特徴とする請求項１１に記載のロボットアシスタント。
【請求項15】
前記折り畳み式アームは、Ｎ個のリンクと、Ｍ個の第１回転ジョイントと、１つの第２回転ジョイントと、を含み、前記Ｎ個のリンクは、前記Ｍ個の第１回転ジョイントを介して回転可能に互いに直列に連結され、前記Ｎ個のリンクのうち最初のリンクは前記第２回転ジョイントを介して前記引出し機構に回転可能に連結され、ここで、Ｎは２より大きい自然数で、Ｎ＝Ｍ＋１であることを特徴とする請求項１１に記載のロボットアシスタント。
【請求項16】
物体を検知するように構成されたカメラをさらに備え、制御システムは、前記Ｎ個の回転ジョイントとＮ個のリンクのうちの１つまたは複数のリンクとの連結によって前記折り畳み式アームが決定された方向および／または位置にあるように指示し、前記カメラからの出力に基づいて前記コマンド命令により前記アーム端部ツールが前記１つまたは複数の引出しから外部物体をピックアップし、また前記１つまたは複数の引出しに外部物体を入れるように指示することを特徴とする請求項１５に記載のロボットアシスタント。
【請求項17】
前記カメラは、前記折り畳み式アームに位置し、前記アーム端部ツールに近く配置されるか、または前記アーム端部ツールの上／中に位置することを特徴とする請求項１６に記載のロボットアシスタント。
【請求項18】
前記折り畳み式アームは、前記引出し機構の上部に実質的に平らな状態で折り畳まれるように構成されることを特徴とする請求項１１に記載のロボットアシスタント。
【請求項19】
車輪付きベースと、保管ユニットと、
遠位端に連結されたアーム端部ツールを含み、前記保管ユニットの上部に連結される折り畳み式アームと、
前記車輪付きベース上に位置され、１つまたは複数の引出しを上下に移動させるように構成される昇降機構と、を備え、
前記アーム端部ツールは、前記折り畳み式アームの駆動によって決定された位置から外部物体をピックアップし、決定された位置に外部物体を入れるように構成されることを特徴とするロボットアシスタント。
【請求項20】
前記昇降機構は、アクチュエーターおよびリフティング機構を含み、前記リフティング機構は、保管ユニットおよび車輪付きベースに連結され、前記アクチュエーターは、車輪付きベースに固定され、前記リフティング機構を駆動して垂直方向で伸縮させるように構成されることを特徴とする請求項１１に記載のロボットアシスタント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、全般的にロボットに関し、特に、配送、追跡、および他のタスクを実行できる知能型物流ロボットアシスタントに関する。
【背景技術】
【0002】
世界的に高齢者人口の大幅な増加に伴い、医療従業者の欠如、高齢者向け介護サービスの質の低下、および医学治療の経済的困難などの問題が生じている。ロボット技術の最新発展は、高齢者の生活の質を改善して尊厳性と独立性を優先することで、このような困難を緩和する革新的な解決手段を提供している。したがって、近年、ヘルスケアロボットが大きい注目を浴びている。ヘルスケアロボットは、高齢者の健康状態の監視と追跡などのタスクで支援を提供し、反復的なタスクを実行して、ヘルスケア従業者や高齢者にサービスを提供することができる。
【0003】
ロボットアシスタントの１つのタイプとして、物流や輸送タスクなどのタスクを実行して人間を支援するように設計されることができる。例えば、ロボットアシスタント、特に病院などのヘルスケア業界で使用されるロボットアシスタントには、通常、移動用の車輪と固定された保管容器／トレーが含まれており、ロボットアシスタントが医薬品、機器および食品などの物体を目的の場所に届けることができる。
【0004】
しかし、保管容器／トレーの固定性と付加支援用のマニピュレーターの欠如により、これらのロボットアシスタントは、到達可能性の欠如、つまり、ロボットアシスタント自体の基本物理的占有面積（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）を超えて拡張できないという問題がある。また、ロボットアシスタントの非モジュール設計は、１つのタスクしか実行できず、高齢者介護施設や病院などのヘルスケア所にエンドツーエンドの物流サービス（例えば、収集、保管、ナビゲーション、配送）を提供できないことを意味する。さらに、ロボットアシスタントの非モジュール設計では、様々なビジネス応用場面に合わせてプラットホームを僅かに修正することができない。
【0005】
したがって、上記の問題を克服するためのロボットアシスタントを提供する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的は、既存の上記の問題を解決するためのロボットアシスタントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、次のように構成される。すなわち、ロボットアシスタントは、車輪付きベースと、１つまたは複数の引出しを含む保管ユニットと、遠位端に連結されたアーム端部ツールを含み、前記保管ユニットの上部に連結される折り畳み式アームと、車輪付きベース上に位置され、前記保管ユニットを上下に移動させるように構成される昇降機構と、コマンド命令を受信し、そのコマンド命令に応答する制御システムと、を備え、前記制御システムは、車輪付きベースを移動させ、前記１つまたは複数の引出しを開閉し、前記折り畳み式アームとアーム端部ツールの動きを駆動して、決定された位置から外部物体をピックアップし、また決定された位置に外部物体を入れ、前記保管ユニットを制御して前記１つまたは複数の引出しを駆動するように構成される。
【0008】
さらに、前記昇降機構は、アクチュエーターおよびリフティング機構を含み、前記リフティング機構は、保管ユニットおよび車輪付きベースに連結され、前記アクチュエーターは、車輪付きベースに固定され、前記リフティング機構を駆動して垂直方向で伸縮させるように構成される。
【0009】
さらに、前記保管ユニットは、ハウジングと、１つまたは複数の駆動装置と、を含み、前記１つまたは複数の駆動装置は、前記１つまたは複数の引出しを駆動して前記ハウジングに対して開位置と閉位置にスライドさせるように構成される。
【0010】
さらに、前記折り畳み式アームは、Ｎ個のリンクと、Ｍ個の第１回転ジョイントと、１つの第２回転ジョイントと、を含み、前記Ｎ個のリンクは、前記Ｍ個の第１回転ジョイントを介して回転可能に互いに直列に連結され、前記Ｎ個のリンクのうち最初のリンクは前記第２回転ジョイントを介して前記保管ユニットの上部に回転可能に連結され、ここで、Ｎは２より大きい自然数で、Ｎ＝Ｍ＋１である。
【0011】
さらに、ロボットアシスタントは、物体を検知するように構成されたカメラをさらに備え、前記制御システムは、前記Ｎ個の回転ジョイントとＮ個のリンクのうちの１つまたは複数のリンクとの連結によって前記折り畳み式アームが決定された方向および／または位置にあるように指示し、前記カメラからの出力に基づいて前記コマンド命令により前記アーム端部ツールが前記１つまたは複数の引出しから外部物体をピックアップし、また前記１つまたは複数の引出しに外部物体を入れるように指示する。
【0012】
さらに、前記カメラは、前記折り畳み式アームに位置し、前記アーム端部ツールに近く配置されるか、または前記アーム端部ツールの上／中に位置する。
【0013】
さらに、ロボットアシスタントは、前記折り畳み式アームを保護するためのアーム保護装置をさらに備え、前記アーム保護装置は固定または収縮可能である。
【0014】
さらに、前記アクチュエーターは、前記リフティング機構に推進力または引張力を加えて前記リフティング機構が垂直方向で伸縮するように駆動するように構成されるリニアアクチュエーターである。
【0015】
さらに、ロボットアシスタントは、前記車輪付きベースに連結された複数の作動足をさらに備え、前記制御システムは、前記作動足が下へ移動して表面と接触するように指示する。
【0016】
さらに、前記折り畳み式アームは、実質的に平らな状態で前記保管ユニットの上部に折り畳まれるように構成される。
【0017】
本発明は、車輪付きベースと、１つまたは複数の引出しを含む引出し機構と、前記引出し機構の上部に連結される折り畳み式アームと、前記車輪付きベース上に位置され、前記１つまたは複数の引出しを上下に移動させるように構成される昇降機構と、を備え、前記折り畳み式アームは、アーム端部ツールを含み、前記アーム端部ツールは、コマンド命令に応答して、前記折り畳み式アームの駆動によって決定された位置から外部物体をピックアップし、また決定された位置に外部物体を入れるように構成されるロボットアシスタントをさらに提供する。
【0018】
さらに、前記決定された位置は、完全に開かれた前記１つまたは複数の引出し内の位置である。
【0019】
さらに、前記昇降機構は、アクチュエーターおよびリフティング機構を含み、前記リフティング機構は、前記引出し機構および車輪付きベースに連結され、前記アクチュエーターは、車輪付きベースに固定され、前記リフティング機構を駆動して垂直方向で伸縮するように構成される。
【0020】
さらに、前記引出し機構は、ハウジングと、１つまたは複数の駆動装置と、を含み、前記駆動装置は、１つまたは複数の引出しを駆動してハウジングに対して開位置と閉位置にスライドさせるように構成される。
【0021】
さらに、前記折り畳み式アームは、Ｎ個のリンクと、Ｍ個の第１回転ジョイントと、１つの第２回転ジョイントと、を含み、前記Ｎ個のリンクは、前記Ｍ個の第１回転ジョイントを介して回転可能に互いに直列に連結され、前記Ｎ個のリンクのうち最初のリンクは前記第２回転ジョイントを介して前記引出し機構に回転可能に連結され、ここで、Ｎは２より大きい自然数で、Ｎ＝Ｍ＋１である。
【0022】
さらに、ロボットアシスタントは、物体を検知するように構成されたカメラをさらに備え、制御システムは、前記Ｎ個の回転ジョイントとＮ個のリンクのうちの１つまたは複数のリンクとの連結によって前記折り畳み式アームが決定された方向および／または位置にあるように指示し、前記カメラからの出力に基づいて前記コマンド命令により前記アーム端部ツールが前記１つまたは複数の引出しから外部物体をピックアップし、また前記１つまたは複数の引出しに外部物体を入れるように指示する。
【0023】
さらに、前記カメラは、前記折り畳み式アームに位置し、前記アーム端部ツールに近く配置されるか、または前記アーム端部ツールの上／中に位置する。
【0024】
さらに、前記折り畳み式アームは、前記引出し機構の上部に実質的に平らな状態で折り畳まれるように構成される。
【0025】
本発明は、車輪付きベースと、保管ユニットと、遠位端に連結されたアーム端部ツールを含み、前記保管ユニットの上部に連結される折り畳み式アームと、前記車輪付きベース上に位置され、１つまたは複数の引出しを上下に移動させるように構成される昇降機構と、を備え、前記アーム端部ツールは、前記折り畳み式アームの駆動によって決定された位置から外部物体をピックアップし、決定された位置に外部物体を入れるように構成されるロボットアシスタントをさらに提供する。
【0026】
さらに、前記昇降機構は、アクチュエーターおよびリフティング機構を含み、前記リフティング機構は、保管ユニットおよび車輪付きベースに連結され、前記アクチュエーターは、車輪付きベースに固定され、前記リフティング機構を駆動して垂直方向で伸縮させるように構成される。
【発明の効果】
【0027】
従来の技術に比べて本発明の技術的効果は、次のとおりである。本発明のロボットアシスタントは、折り畳み式アームと、昇降機構と、を備え、折り畳み式アームは、昇降機構と共にロボットアシスタントが到達可能範囲を伸ばす機構を有するようにし、前記到達可能範囲を伸ばす機構は、ロボットアシスタントの基本物理的占有面積を超えて拡張される。ロボットアシスタントは、精密な位置特定、モーション計画および軌跡追跡を含む機能を有する自律型ロボットであり得、知能型物流を実現し、監視のないエンドツーエンドの物流解決手段を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
以下、本発明の実施例の技術的手段をより明確に説明するために、本発明の実施例または従来技術の説明に必要な図面を簡単に説明する。当然のことながら、下記の説明における図面は本発明の幾つかの実施例に過ぎず、当業者であれば、創造的労働をしない前提で、これらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。
【図1A】一実施例によるロボットアシスタントの等角図である。
【図1B】他の実施例によるロボットアシスタントの等角図である。
【図10A】一実施例による駆動輪機構およびキャスターを含む車輪付きベースを示す模式図である。
【図10B】一実施例による２つの駆動輪機構および４つのキャスターを含む代替の車輪付きベースを示す模式図である。
【図11】一実施例によるロボットアシスタントの引出し機構の等角図である。
【図12】他の実施例による異なる角度から見たロボットアシスタントの引出し機構の等角図である。
【図15A】一実施例によるロボットアシスタントのＥＯＡＴの他の実施例の等角図である。
【図16A】一実施例によるロボットアシスタントの他のＥＯＡＴの等角図である。
【図17A】一実施例によるロボットアシスタントのＥＯＡＴの他の実施例の等角図である。
【図17D】一実施例によるロボットアシスタントのＥＯＡＴの他の実施例の等角図である。
【図18A】一実施例によるロボットアシスタントのＥＯＡＴの他の実施例の等角図である。
【図19A】一実施例によるロボットアシスタントのＥＯＡＴの他の実施例の等角図である。
【図20】一実施例によるロボットアシスタントの真空モジュールのＥＯＡＴの等角分解図である。
【図21D】ロボットアシスタントのＥＯＡＴに連結されたカメラを示す図である。
【図22】ロボットアシスタントの昇降機構の等角図である。
【図25】ロボットアシスタントが計画経路に沿って移動するときの障害物を避けることを示す模式図である。
【図26】ロボットアシスタントが保管棚から決定された物体をピックアップすることを示す模式図である。
【図27】一実施例によるロボットアシスタントの模式ブロック図である。
【図28】一実施例によるロボットアシスタントのベース制御サブシステムの模式ブロック図である。
【図29】一実施例によるロボットアシスタントの本体制御サブシステムの模式ブロック図である。
【図30】一実施例によるロボットアシスタントのセンサーサブシステムの模式ブロック図である。
【図31】一実施例によるロボットアシスタントのバッテリーパックの模式ブロック図である。
【図32】一実施例によるロボットアシスタントの電源システムの模式ブロック図である。
【図33A】一実施例によるロボットアシスタントと共に使用されるユーザインタフェースを示す模式図である。
【図33B】一実施例によるロボットアシスタントと共に使用されるユーザインタフェースを示す模式図である。
【図33C】一実施例によるロボットアシスタントと共に使用されるユーザインタフェースを示す模式図である。
【図34】一実施例によるロボットアシスタントの制御システムによって実現される方法の概略フローチャートである。
【図35】一実施例による折り畳み式アームのモーション軌跡を示す模式図である。
【図36】一実施例によるロボットアシスタントの折り畳み式アームおよびＥＯＡＴを制御するための方法の概略フローチャートである。
【図37】ロボットアシスタントの引出しを制御するための方法の概略フローチャートである。
【図38】一実施例によるロボットアシスタントのナビゲーション方法の概略フローチャートである。
【図39】折り畳み式アームのパラメーターを決定するための方法の概略フローチャートである。
【図40A】折り畳み式アームの構造および境界を示す模式図である。
【図40B】折り畳み式アームの構成を示す模式図の上面図である。
【図40C】折り畳み式アームの構成を示す模式図である。
【図40D】引出し内の各点の到達可能性が決定される順序を示す模式図である。
【図41A-41B】昇降機構が異なる高さにあるときの棚内／棚上の折り畳み式アームの到達可能な作業空間を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下、本発明の実施例を詳細に説明し、実施例の例は図面に示され、ここで同一または類似の符号は、常に同一または類似の構成要素または同一または類似の機能を有する構成要素を表す。図面を参照して以下に説明する実施例は例示的なものであり、本発明を解釈するためのものであり、本発明に対する限定として理解されるべきではない。
【0030】
なお、本発明の説明において、「長さ」、「幅」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「トップ」、「ボトム」、「内」、「外」等の用語が示す方位または位置関係は、図面に示された方位または位置関係に基づくもので、単に本発明の説明を容易にし、説明を簡素化するためのものであり、言及された装置または構成要素が必ずしも特定の方位を有し、特定の方位で構造および操作されることを明示したり暗示したりするものではなく、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。
【0031】
また、「第１」、「第２」という用語は、単に説明のためのものであり、相対的な重要性を明示または暗示するもの、または示された技術的特徴の量を暗示的に指定するものとして理解されるべきではない。したがって、「第１」、「第２」で限定された特徴は、１つまたは複数の該当特徴を含むことを明示したり暗示したりすることができる。本発明の説明において、「複数」とは、他の具体的な限定がない限り、２つまたは２つ以上を意味する。
【0032】
本発明において、「取り付け」、「連結」、「接続」、「固定」などの用語は、特に明示および限定しない限り、広い意味で理解されるべきであり、例えば、固定的接続、着脱可能接続、または一体型接続であってもよく、機械的接続または電気的接続であってもよく、直接連結や仲介者を介した間接連結であってもよく、２つの構成要素の内部連通または２つの構成要素の相互作用関係であってもよい。当業者であれば、特定の状況に従って、本発明における上記の用語の特定の意味を理解することができる。
【0033】
本発明の目的、技術手段および利点をより明確にするために、図面および実施例と併せて、以下で本発明についてさらに詳細に説明する。
【0034】
図１Ａおよび図１Ｂは、ロボットアシスタント１００の等角図であり、ロボットアシスタント１００は、昇降機構および到達可能範囲を伸ばす機構を使用して物流や輸送タスクなどのタスクを実行して人間を支援する。一実施例では、ロボットアシスタント１００は、ヘルスケア所、高齢者ケア所などの場所で使用されて、ヘルスケア従業者が日常タスクを実行するのを支援することができる。しかし、ロボットアシスタント１００は、セキュリティー／監視の場面でも使用できる。例示的な一実施例では、ロボットアシスタント１００は、生活支援所またはヘルスケア所で監視のないエンドツーエンドの物流解決手段を提供して食品から医薬品までのタイムリーな配送および物流要求を満たすために使用することができる。ロボットアシスタント１００は、ヘルスケア提供者が物体を共に取得して配送するのを含む、時間のかかるタスクとその他の単調で反復的なタスクから解放することができるため、支援を受ける人や他の人のより重要な身体的および感情的な要求を満たすことに集中することができる。しかし、実施例によれば、ロボットアシスタント１００は、倉庫、包装場所、学校およびレストランなどの他の場所で使用されてもよいことを理解されたい。
【0035】
図１Ａ～図３を参照すると、ロボットアシスタント１００は、車輪付きベース１０と、保管ユニット（例えば、１つまたは複数の引出し２１を含む引出し機構２０）と、引出し機構２０の上部に連結される折り畳み式アーム３０と、昇降機構４０と、センサー６２、６３、６３、６４および６５と、メインコンピュータからコマンド命令を受信する制御システム７０と、ディスプレイ８２に表示されるグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）と、を備え、グラフィカルユーザインターフェースにより、オペレータはロボットアシスタントを直接制御することができる。当該コマンド命令に応答して、制御システム７０は、車輪付きベース１０、折り畳み式アーム３０および昇降機構４０の動き、および／またはロボットアシスタント１００の他の機械的またはソフトウェア的側面を制御する。他の実施例では、保管ユニットは開放型棚を含むことができる。さらに、他の実施例では、折り畳み式アーム３０を省略してもよく、異なる自由度を有する異なる構造のマニピュレーターに置き換えてもよい。
【0036】
車輪付きベース１０は、ロボットアシスタント１００が１つの位置から他の位置に移動するための移動機構を提供する。一実施例では、車輪付きベース１０は、２つの差動駆動輪機構１１と、１つまたは複数の他の車輪と、を含む。駆動輪機構１１は、車輪付きベース１０が決定された経路に沿って動くように許容し、１つまたは複数の他の車輪は車輪付きベース１０のバランスおよび安定性を達成する。車輪付きベース１０のサスペンションシステムにより、小さい隙間、カーペット、マットおよび床の不完全な部分をよりスムーズに走行することができる。また、車輪付きベース１０を使用することにより、ロボットアシスタント１００は、エレベーターに出入りすることによって生活支援所の各フロアを通過することができる。１つまたは複数の他の車輪は、キャスターまたは全方向駆動輪であってもよい。車輪付きベース１０の更なる説明は以下に提供される。
【0037】
保管ユニットは、１つまたは複数の引出し２１のためのプラットホームである引出し機構２０を含む。引出し２１は、引出し機構２０の駆動により開状態と閉状態になり得る。一実施例では、処方薬、針および手術器具を引出し２１に保管することができる。１つまたは複数の引出し２１は、大切な空間を節約するために垂直方向（例えば、図１に示すｙ軸に沿って）および／または水平方向（例えば、図３に示すｘ軸に沿って）に積み重ねてもよい。各引出し２１は個別的にまたは組み合わせて開くことができる。一例では、引出し２１は、ロッキングされることができ、承認されたヘルスケア従業者によってのみ、および／またはロボットアシスタント１００が１つまたは複数の貨物を指定された位置に配送して承認された人によってロック解除されて開かれることができる。なお、引出し２１の数と構造は限定されず、実際の必要に応じて変更できることに留意されたい。例えば、ロボットアシスタント１００がレストランで使用される場合、引出し２１は開放型棚の形態であってもよい。この例において、食品物品（例えば、皿、トレーおよびカップ）は開放型棚に配置することができ、素早く簡単に取り出すことができる。開放型棚は垂直および／または水平方向で積み重ねることができる。あるいは、引出し２１は、深さ、高さ、長さ、および幅を有する密閉または半密閉ハウジングの形態であってもよい。
【0038】
折り畳み式アーム３０は、引出し機構２０の上部に連結され、折り畳み式アーム３０の遠位端にはアーム端部ツール（Ｅｎｄ ｏｆ Ａｒｍ Ｔｏｏｌｉｎｇ，ＥＯＡＴ）５０またはＥＯＡＴ機械アーム（ｒｏｂｏｔｉｃ ｇｒｉｐｐｅｒ）が含まれる。折り畳み式アーム３０の駆動によって、折り畳み式アーム３０は開位置または折り畳み位置に伸ばされることができる。折り畳み位置では、折り畳み式アーム３０が駆動されて平らな状態または実質的に平らな状態で引出し機構２０の上部に折り畳まれることができる。透明または半透明のプラスチック／ポリカーボネートまたは任意の他の材料で製造できるバイザー（ｖｉｓｏｒ）または保護カバーでアーム３０をカバーおよび／または保護することができる。折り畳み式アーム３０が作業モードにある場合、バイザー／保護カバーは、折り畳み式アーム３０の作業空間を増加させるために自動的に引き込めることができる。また、前記折り畳み式アーム３０は、昇降機構４０と共に、ロボットアシスタント１００が到達可能範囲を伸ばす機構を有するようにし、前記到達可能範囲を伸ばす機構は、ロボットアシスタント１００の基本物理的占有面積を超えて拡張される。ＥＯＡＴ５０は、折り畳み式アーム３０の遠位端に配置され、処方薬、手袋または水筒などの様々な物体をつかむことができる。折り畳み式アーム３０およびＥＯＡＴ５０は、棚上の物体を把持し、それらの物体を引出し２１に入れるために使用することができる。次に、折り畳み式アーム３０およびＥＯＡＴ５０は、引出し２１中に延びて物体を取り出し、それを異なる棚、テーブルに配送するか、またはヘルスケア従業者または患者の手に配送するように構成される。さらに、折り畳み式アーム３０およびＥＯＡＴ５０は、物体を空の引出し２１および空の棚に配置するように構成される。詳細は以下に記載されている。ＥＯＡＴ５０は、ロボットアシスタント１００をさらに擬人化するために人間の手に似ていてもよい。
【0039】
昇降機構４０は、車輪付きベース１０と引出し機構２０との間に連結される。引出し機構２０は、昇降機構４０の駆動によって収縮位置（図１Ａ参照）と伸張位置（図３参照）との間で上下に移動することができる。この収縮位置では、昇降機構４０は、ロボットアシスタント１００が制限された高さを有するようにして、ロボットアシスタント１００のモーションおよび移動中の安定性に寄与する。この伸張位置では、昇降機構４０は、折り畳み式アーム３０が垂直方向で向上された到達可能性を有するようにする。昇降機構４０は、ロボットアシスタント１００を、ベッドに横たわっている、車椅子に座っている、または立っている高齢者のために安らかな高さに調節するように駆動されてもよい。昇降機構４０のさらなる説明は以下に提供される。アーム保護部が固定された場合、昇降機構４０は、折り畳み式アーム３０の基部をアーム保護部の上部のエッジと面一にすることを可能にし、それによって、折り畳み式アーム３０が最大の作業空間を有する。別の実施例では、昇降機構４０の高さを調節する必要なく、アーム保護部２８１を完全に引き込めて、折り畳み式アーム３０のための最大の作業空間を生成することができる。
【0040】
ロボットアシスタント１００はセンサーにより環境を感知することができ、それによって、ロボットアシスタント１００はタスクを実行することができる。一実施例では、センサーは、検知物体との物理的接触を必要としない距離センサーを含む。それらは、ロボットアシスタント１００が障害物と実際に接触する必要がなく障害物を感知することを可能にする。距離センサーは、赤外線（ＩＲ）センサー６４、超音波センサー６５、１つまたは複数の光検知および距離測定（ＬｉＤＡＲ）センサー６３、近距離通信（ＮＦＣ）およびＲＦＩＤセンサー／リーダーを含むことができる。一実施例では、センサーは、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）センサーおよびカメラ６２を含むことができる。各ＩＭＵセンサー６６は、少なくとも１つの加速度計および少なくとも１つのジャイロスコープを含む。１つまたは複数のＬｉＤＡＲセンサー６３は環境地図を作成するために使用される。ＬｉＤＡＲセンサー６３は、ＩＭＵセンサー６６と共に環境地図におけるロボットアシスタント１００のリアルタイム位置を決定するために使用される。距離センサーおよびカメラ６２からのデータは、ロボットアシスタント１００の移動中に機器または人などの障害物を検知するために使用される。従って、ロボットアシスタント１００は決定された経路に沿って自律的に移動することができる。これらのセンサーは、車輪付きベース１０またはロボットアシスタント１００の他の位置に沿って、例えば、折り畳み式アーム３０またはＥＯＡＴ５０に位置決めしてもよい。センサーについては、以下でさらに説明する。
【0041】
制御システム７０は、車輪付きベース１０、引出し機構２０、折り畳み式アーム３０、昇降機構４０、およびセンサーに電気的に接続され、コマンド命令を受信し、ロボットアシスタント１００を制御してタスクを実行するように構成される。ロボットアシスタントの動き／動作に応じて制御システム７０からコマンド命令を受信するか、または制御システム７０が無線または有線接続またはディスプレイ８２のＧＵＩを介してメインコンピュータからコマンド命令を受信してもよい。このコマンド命令に応答して、制御システム７０は車輪付きベース１０の動きを制御し、１つまたは複数の引出し２１を開閉し、折り畳み式アーム３０およびＥＯＡＴ５０の動きを駆動して決定された位置から外部物体をピックアップし、決定された位置に外部物体を入れ、引出し機構２０を制御して１つまたは複数の引出し２１を駆動する。制御システム７０のさらなる説明は以下に提供される。決定された位置は、完全に開かれた１つまたは複数の引出し内の位置であってもよい。
【0042】
一例では、車輪付きベース１０は差動駆動プラットホームである。図４を参照すると、一実施例では、車輪付きベース１０は、独立して駆動される２つの駆動輪機構１１と、２つのキャスター機構１３と、を含む。２つの駆動輪機構１１は、互いに離間して車輪付きベース１０の対向側に配置され、それらの回転軸は互いに整列して車輪付きベース１０の幅方向に沿って延びる。２つのキャスター機構１３はそれぞれ車輪付きベース１０の長さ方向の対向する両端の近くに配置される。なお、駆動輪機構１１およびキャスター機構１３の数および配置は、実際の必要に応じて変更できることに留意されたい。例えば、図１０Ａに示すような特定の実施例では、２つの駆動輪機構１１と２つのキャスター機構１３はそれぞれ車輪付きベース１０の四隅に配置することができる。図１０Ｂに示すようなさらに別の実施例では、２つの駆動輪機構１１は、図４の一実施例と同様の形態で配置されることができ、４つのキャスター機構１３はそれぞれ車輪付きベース１０の四隅に配置されてもよい。
【0043】
図４および図５を参照すると、一実施例では、車輪付きベース１０は、ベース本体１２を含み、前記ベース本体は、互いに離間して連結された上部部材１２１および下部部材１２２を含む。一実施例では、上部部材１２１は長方形のフレームの形態であり、互いに連結された複数のロッドを含む。下部部材１２２は、互いに連結された複数の外部ロッド１２３、２つの内部ロッド１２４および４つの連結ロッド１２５を含む。２つの内部ロッド１２４は、外部ロッド１２３によって限定された空間に収容され、ベース本体１２の長さ方向に沿って延びる。各内部ロッド１２４の対向する端部はそれぞれベース本体１２の対向する端部で外部ロッド１２３に連結される。第１対の連結ロッド１２５は、ベース本体１２の一側で１つの内部ロッド１２４および外部ロッド１２３に連結されて１つの駆動輪機構１１を収容するための空間を規定する。第２対の連結ロッド１２５は、ベース本体１２の対向側で他の内部ロッド１２４および外部ロッド１２３に連結され、これらにより他の駆動輪機構１１を収容するための空間を規定する。なお、連結ロッド１２５は、支持および配置を提供し、それらの数は実際の必要に応じて調節できることを理解されたい。
【0044】
一実施例では、一方の駆動輪機構１１は、第１対の連結ロッド１２５および１つの内部ロッド１２４に連結され、他方の駆動輪機構１１は、第２対の連結ロッド１２５および他の内部ロッド１２４に連結される。キャスター１３は、内部ロッド１２４に連結され、ベース本体１２の対向する縦方向端部の近くに位置する。
【0045】
図５および図６を参照すると、一実施例では、各駆動輪機構１１は、スプリングおよび振動減衰器のサスペンション機構１１０と、サスペンション機構１１０に連結された車輪１１１と、を含む。一実施例では、モーターを車輪１１１内に配置して車輪１１１を回転駆動するように構成されてもよい。サスペンション機構１１０は、各車輪１１１にベース本体１２に対して僅かに上下に動く自由を与え、床とエレベーターとの間の隙間および他の小さな突起または隙間をスムーズに通過できるようにする。一実施例では、サスペンション機構１１０は、一対の連結ロッド１２５および１つの内部ロッド１２４に固定されるハウジング１１０２と、ハウジング１１０２に固定される固定部材１１３と、摺動部材１１２と、固定部材１１３に対する摺動部材１１２の上下移動を実現する２つの直線摺動軸受１１４と、固定部材１１３に固定される複数のダンパー１１５と、を含む。他の実施例では、駆動輪を空気入りタイヤに交換するか、または駆動輪のタイヤ材料を調節することによってダンピング性能を実現することができる。
【0046】
図５および図６を参照すると、ハウジング１１０２は、サスペンション機構１１０の構成要素を収容する構造である。一実施例では、固定部材１１３は、平板であり、ハウジング１１０２に固定されると実質的に水平である。摺動部材１１２は、本体１１６と、カバー１１８と、支柱１１７と、を含み、支柱１１７の対向する端部はそれぞれ本体１１６およびカバー１１８に固定される。一実施例では、本体１１６は直線摺動軸受１１４を介してハウジング１１０２に連結される。本体１１６は、基部１１６１と、基部１１６１の対向する端部から突出した２つの側壁１１６２と、基部１１６１の下側から突出した車輪連結部１１６３と、を含む。支柱１１７の下端は基部１１６１に固定される。各摺動軸受１１４は、スライドレール１１４１と、スライドレール１１４１でスライド可能なスライダ１１４２と、を含む。スライドレール１１４１は、ハウジング１１０２に固定され、実質的に垂直方向に延びる。側壁１１６２は、スライダ１１４２にそれぞれ固定され、これにより、本体１１６はスライダ１１４２と共に実質的に垂直方向に移動することができる。一実施例では、車輪１１１は車輪連結部１１６３に固定することができる。
【0047】
図６を参照すると、支柱１１７は、本体１１６に実質的に垂直であり、固定部材１１３における貫通孔を通過し、これは支柱１１７が本体１１６と共に垂直方向に移動するように許容する。カバー１１８は支柱１１７の上端に固定された平らなシートであり、カバー１１８と本体１１６は固定部材１１３の反対側に位置する。ダンパー１１５は、既知の内部スプリングの振動減衰器であってもよい。ここでは説明しない。それぞれは、中空のチューブ１１５１と、スプリングが取り付けられたロッド１１５２と、を含み、当該ロッド１１５２は部分的にチューブ１１５１に収容され、チューブ１１５１に対してスライド可能である。ロッド１１５１は、チューブ１１５１内に移動し、スプリングを圧縮して衝撃を吸収し、スプリングの押し付けの下で正常位置に戻ることができる。一実施例では、４つのダンパー１１５は固定部材１１３に固定され、２つのダンパー１１５のロッド１１５１は本体１１６に当接され、他の２つのダンパー１１５のロッドはカバー１１８に当接される。なお、駆動輪機構１１は、１つまたは複数のスプリングをさらに含んでもよいことに留意されたい。スプリングは地面の凹凸に応じて中立位置に戻り、ダンパー１１５は動きを滑らかにし、駆動輪機構１１およびスプリングの動きによる共振効果を制限する。
【0048】
図５および図７を参照すると、一実施例では、各キャスター機構１３は、スプリングおよび振動減衰器のサスペンション機構１３０と、サスペンション機構１３０の底部に連結され、実質的に垂直な軸線を中心に回転可能な車輪連結部材１３２および車輪１３１と、を含む。車輪１３１は、車輪連結部材１３２に連結され、実質的に水平な軸線を中心に回転可能である。このような構成により、車輪１３１は２つの自由度を有し、これに伴い、それ自体を進行方向に整列させることができる。
【0049】
図５および図７を参照すると、一実施例では、サスペンション機構１３０はサスペンション機構１３０の他の構成要素を収容するハウジング１３０１（図５）を含む。サスペンション機構１３０は、中空のチューブ１３３と、可動部材１３４と、複数のダンパー１３７と、をさらに含む。中空のチューブ１３３は、筒部１３３１と、筒部１３３１の上端に形成され、筒部１３３１の軸方向に沿って延びるシート１３３２と、を含む。シート１３３２はハウジング１３０１に固定される。
【0050】
図７に示すように、可動部材１３４は、チューブ１３３を貫通してスプリングに連結され付勢するロッド１３４１と、それぞれロッド１３４１の対向する端部に連結された連結プレート１３４２およびシート１３６と、を含む。ロッド１３４１は、垂直方向に沿ってスライド可能であり、摺動軸受１３９を介して筒部１３３１に移動可能に連結される。摺動軸受１３９はチューブ１３３のシート１３３２に固定される。連結プレート１３４２は車輪連結部材１３２に連結される。ロッド１３４１は、チューブ１３３に対して移動可能であり、スプリングを圧縮して衝撃を吸収し、スプリングによって押されると正常位置に戻る。
【0051】
一実施例では、図７に示すように、４つのダンパー１３７がシート１３３２に固定され、ダンパー１１５と同じ構造を有する。２つのダンパー１３７のロッドはシート１３６に当接され、他の２つのダンパー１３７のロッドは連結プレート１３４２から突出した２つのブロック１３８に当接して双方向のダンピング性能を実現する。なお、２つのブロック１３８を省略することができ、他の２つのダンパー１３７のロッドは連結プレート１３４２と直接接触できることに留意されたい。このような構成により、ダンパー１３７は、床とエレベーターとの間の隙間および他の小さな突起または隙間によって車輪１３１に加えられる衝撃および振動を吸収することができる。なお、一対のダンパーまたは１つのダンパーを使用してサスペンション機構１３０を修正することによって一方向のダンピング性能を提供できることに留意されたい。
【0052】
図５、図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、一実施例では、ロボットアシスタント１００は車輪付きベース１０に連結される複数の作動足１５をさらに含む。一実施例では、４つの作動足１５は車輪付きベース１０の四隅に配置される。各作動足１５は、車輪付きベース１０の上部部材１２１に固定されるモーター１５２（例えば、リニアモーター）と、リニアモーターによって駆動されて収縮位置（図８Ａ参照）と伸張位置（図８Ｂ参照）との間で移動可能な支脚１５１と、を含む。車輪付きベース１０の移動中、支脚１５１はその収縮位置に移動して車輪１１１および１３１が支持表面（例えば、床）と接触できるように制御される。操作タスク（ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ ｔａｓｋ）において、アーム３０が展開され（伸張位置にあるか、または伸張中に）、引出し２１が開かれると、支脚１５１はその伸張位置に移動して支持表面に接触するように制御され、車輪１１１および１３１は、支持表面とは接触しておらず、サスペンション機構を全体システムから離隔して、より正確な把持と操作性能を実現する。支脚１５１は、車輪１１１および１３１よりも大きな支持多角形を提供できるので、ロボットアシスタント１００は、向上した静的安定性を有することができ、これは操作タスク中の重要な要素である。また、支脚１５１は、サスペンションの影響を排除し、床へのより強い連結を提供してアームベースがその動きによって動き回らないようにする。
【0053】
図９を参照すると、作動足１５の配置は折り畳み式アーム３０の到達可能性の増加を容易にすることもできる。具体的に、作動足１５を含む車輪付きベース１０は作動足のない車輪付きベースに比べて、折り畳み式アーム３０が安定して到達可能な領域を大幅に増加させ、これは作動足のない車輪付きベースおよび作動足１５を含む車輪付きベース１０を取り囲む曲線（図９のＡおよびＢを参照）で表示される。なお、一実施例では、車輪付きベース１０に任意のサスペンションシステムが含まれない場合、４つの作動足１５を省略できることに留意されたい。
【0054】
図１１を参照すると、引出し機構２０は引出し２１を取り囲むハウジング２２を含む。一実施例では、ハウジング２２は本体２２３、底部プレート２２１および上部プレート２２２を含む。底部プレート２２１および上部プレート２２２はフレーム２２３の底部および上部に固定される。一実施例では、本体２２３は、複数の連結ロッド２２３２を介して互いに連結された複数の実質的に垂直なロッド２２３１を含むフレームである。底部プレート２２１および上部プレート２２２は連結ロッド２２３２に固定される。別の実施例では、垂直なロッド２２３１は底部プレート２２１および上部プレート２２２に直接連結されてもよい。他の実施例では、ハウジング２２は曲げられた金属プレートで製造されてもよい。また、他の実施例では、本体２２３は、金属プレートに固定されて剛性を損なうことなく軽減する、曲げられた金属シートリーブで製造された構造フレームであってもよい。
【0055】
図１１を参照すると、引出し２１はハウジング２２に対してスライド可能である。一実施例では、ハウジング２２は、垂直なロッド２２３１に固定されて引出し２１を支持する複数のスライドレール２２４をさらに含む。各スライドレール２２４は、実質的に水平方向で延びており、スライドレール２２４の長さ方向に沿って延びる溝２２４１を規定する。従って、各引出し２１は、本体２１１と、本体２１１の対向側にある２つのスライダ２１２と、を含む。スライダ２１２は、実質的に水平な方向で延在し、２つのスライドレール２２４の溝２２４１にそれぞれ組み立てられてスライド可能である。このような構成により、各引出し２１は、開位置（図１１参照）と閉位置（図１参照）との間でハウジング２２に対してスライド可能である。
【0056】
図１１を参照すると、一実施例では、引出し機構２０は引出し２１を開位置と閉位置との間でスライドさせるようにそれぞれ駆動するための複数の駆動装置２３をさらに含む。各駆動装置２３は、垂直なロッド２２３１のうちの一つに固定されるモーター２３１と、モーター２３１からの回転モーションをスライドモーションに変換するための伝動装置２３２と、を含む。一実施例では、伝動装置２３２は、モーター２３１の出力軸に固定される出力ギア２３３と、引出し２１の本体２１１の一側に固定されるラック２３４と、を含む。ラック２３４は、本体２１１の同じ側に固定されて出力ギア２３３と噛み合うスライダ２１２と実質的に平行である。出力ギア２３３がモーター２３１の出力軸と共に回転すると、ラック２３４が移動し、対応する引出し２１を駆動してハウジング２２に対してスライドさせる。
【0057】
図１１を参照すると、一実施例では、引出し機構２０は、各引出し２１に使用される２つの位置制限スイッチ２４をさらに含む。２つの位置制限スイッチ２４はそれぞれ２つの垂直なロッド２２３１に固定されて、棚２３４または１つの引出し２１の本体２１１に固定されて一緒にスライド可能なブロック２５と接触することができる。位置制限スイッチ２４のうちの一方がブロック２５と接触すると、位置制限スイッチ２４は信号をモーターコントローラーに送信し、モーターコントローラーはモーター２３１の回転を停止させる。従って、引出し２１の移動が停止する。このような構成により、引出し２１の移動限界を監視することができ、引出し２１の移動限界に達すると、モーター２３１の電源が遮断される。なお、実際の必要に応じて、物理的接触なしで活性化することができる他のタイプの位置制限スイッチを使用できることに留意されたい。他の実施例では、駆動装置の駆動モーターは、引出しの正確な位置を決定するために取り付けられたアブソリュートエンコーダーを備えてもよい。
【0058】
一実施例では、力検知抵抗器や触覚センサーなどの衝突検知センサーは、ロボットアシスタント１００、例えば、引出し２１の前面２１３および内面２１４に配置されてもよい。衝突が検知された場合（例えば、誰かがロボットアシスタント１００に衝突した場合）、衝突検知センサーはモーターコントローラーに信号を送信してモーター２３１の電源を遮断することができ、これはモーター２３１が損傷するのを防止することができる。また、距離センサーやセーフティライトカーテンなどの他の非接触センサーは、引出し２１に配置されて衝突の可能性を決定することができ、十分な開口空間がある場合にのみ引出し２１を開くようにする。好ましくは、モーターの電流を感知し、閾値を設定して、引出しを開く動作中に衝突が検知されたかどうかを決定することによって衝突を検知することができる。一方、引出し２１が閉まっている場合、人の指や引出し２１に正しく挿入されなかった物体による阻害を検知することができる。この場合、引出し２１の動きを停止することができる。
【0059】
図１２は、別の実施例による引出し機構２０ａを示しており、引出し機構２０ａがハウジング２２ａおよび駆動装置２３ａを含む点で引出し機構２０ａとは異なる。ハウジング２２ａは２つの側面プレート２２１ａを含み、ここで引出し２１は上述と同様の機構で側面プレート２２１ａに連結され、側面プレート２２１ａに対してスライド可能である。各駆動装置２３ａはモーター２３１ａおよび伝動装置２３２ａを含み、伝動装置２３２ａは、同期ベルト２３３ａと、側面プレート２２１ａに回転可能に連結されたプーリ２３４ａと、および１つの引出し２１に固定され、プーリ２３４ａが位置する側面プレート２２１ａに限定された縦方向溝２２２ａから延びるラック２３５ａと、を含む。同期ベルト２３３ａは、プーリ２３４ａとモーター２３１ａの出力軸に連結された出力ギアとを取り囲み、ラック２３５ａと噛み合っている。同期ベルト２３３ａは、プーリ２３４ａとモーター２３１ａの出力軸に連結された出力ギアとを取り囲むように配置され、ラック２３５ａと噛み合っている。出力ギアが回転すると、同期ベルト２３３ａが移動し、ラック２３５ａを駆動して移動させる。次に、引出し２１は、開位置と閉位置との間でハウジング２２ａに対してスライドする。なお、引出し２１を移動させるための駆動機構は、上記の実施例に限定されず、実際の必要に応じて変更できることに留意されたい。例えば、リニアアクチュエーターは開位置と閉位置との間で引出し２１を移動するために使用されることができる。
【0060】
なお、引出し２１を駆動するための駆動機構は、図１１および図１２に示す実施例に限定されず、実際の必要に応じて変更できることに留意されたい。一例では、ピストン状のリニアアクチュエーターを使用して各引出し２１を駆動することができる。前記リニアアクチュエーターは引出し２１の下に配置することができ、ここで引出し２１はリニアアクチュエーターの軸に固定される。引出し２１はリニアアクチュエーターの軸と共にスライドすることができる。別の例では、ステップモーターは各引出し２１を駆動するために使用することができる。ステップモーターは、リードスクリューと、リードスクリューに沿ってスライド可能なナットと、を含んでもよい。引出し２１は、ナットに固定され、リードスクリューが回転すると、リードスクリューに沿ってスライドすることができる。また、別の例では、駆動機構は、モーターと、モーターの出力軸に固定された摩擦車と、を含むことができる。摩擦車は、各引出し２１の下に配置され、引出し２１の底面と接触し続けることができる。摩擦車が回転すると、摩擦車は引出し２１を駆動してハウジング２２に対してスライドさせることができる。
【0061】
一実施例では、図１１および図１２に示すように、３つの引出し２１が引出し機構２０のハウジング内で互いに垂直方向に沿って積み重ねられる。ただし、引出し２１の数および配置は実際の必要に応じて調整することができる。例えば、引出し機構２０は、引出し２１を１つだけ含んでもよいし、並んで配置された２つの引出し２１を含んでもよい。
【0062】
一実施例では、引出し機構２０はＩＤ検査モジュールをさらに含んでもよい。一例では、ＩＤ検査モジュールは、パスワードの入力を許容するキーボード２０２（図１１）、カードリーダー、顔認識カメラなどを含んでもよい。ＩＤ検査モジュールを使用すると、ロボットアシスタントは承認された担当者が保管された物品と接触するように許容することができる。
【0063】
図１３を参照すると、一実施例では、折り畳み式アーム３０は単軸回転タイプジョイントを有する多関節ジブである。回転ジョイントチェーンは、折り畳み式アームの動きに大きな自由度と柔軟性を提供する。なお、折り畳み式アーム３０の構造は必要に応じて変更できることに留意されたい。例えば、好ましい実施例では、折り畳み式アーム３０は、選択的に適合する多関節ロボットアーム（ＳＣＡＲＡ）であってもよい。
【0064】
一実施例では、折り畳み式アーム３０は、第１リンク３１、第２リンク３２、第３リンク３３、第４リンク３４、第５リンク３５、および第６リンク３６を含む。折り畳み式アーム３０は、上記のリンクに回転運動を提供するための６個の回転ジョイント３７をさらに含む。一実施例では、第２リンク３２、第３リンク３３、第４リンク３４、第５リンク３５、および第６リンク３６は、回転ジョイント３７中の５個（「第１回転ジョイント」）を介して回転可能に互いに直列に連結される。第１リンク３１は、実質的に垂直に、残りの回転ジョイント（「第２回転ジョイント３７」）を介して引出し機構２０の上部に固定されるベース３０１に回転可能に連結される。別の実施例では、ベース３０１を省略してもよく、第１リンク３１は引出し機構２０の上部に直接回転可能に連結される。第１リンク３１は引出し機構２０の上部に対して実質的に垂直な軸線を中心に回転可能である。第１リンク３１は、中空であり、第２回転ジョイント３７を収容することができる。
【0065】
一実施例では、第１リンク３１は、垂直本体３１１と、垂直本体３１１の側面から突出する連結部３１２と、を含む。第２リンク３２は、連結部３１２に回転可能に連結され、垂直本体３１１に実質的に垂直な軸線を中心に回転可能である。一実施例では、第２リンク３２は細長い本体３２１と細長い本体３２１の第１端部に連結された連結部３２２と、を含む。第１リンク３１の連結部３１２および第２リンク３２の連結部３２２のうちの一方は１つの第１回転ジョイント３７を収容され、第１リンク３１の連結部３１２および第２リンク３２の連結部３２２のうちの他方は第１回転ジョイント３７の出力軸に固定され、第２リンク３２を第１リンク３１に回転可能に連結する。一実施例では、第２リンク３２は細長い本体３２１に実質的に垂直な軸線を中心に回転可能である。
【0066】
一実施例では、第３リンク３３の一端は第２リンク３２の細長い本体３２１の連結部３２２に対向する第２端部に固定される。
【0067】
一実施例では、第４リンク３４は、湾曲本体３４１と、湾曲本体３４１の一端に連結された連結部３４２と、を含む。第３リンク３３および湾曲本体３４１のうちの一方は１つの第１回転ジョイント３７を収容し、第３リンク３３および湾曲本体３４１のうちの他方は第１回転ジョイント３７の出力軸に固定され、第４リンク３４を第３リンク３３に回転可能に連結する。第４リンク３４は、第２リンク３２の細長い本体３２１の長さ方向に実質的に垂直な軸線を中心に回転可能である。図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、湾曲本体３４１の配置により、ＥＯＡＴ、第６リンク３６、第５リンク３５および第４リンク３４は、第１リンク３１および第２リンク３２の細長い本体３２１に隣接する位置に移動することができる。その結果、折り畳み式アーム３０全体を作動させて、コンパクトでほぼ平らな状態で引出し機構２０の上部に折り畳むことができる。これにより、水平方向と垂直方向の両方で大切な空間を節約する。上記のように、折り畳み式アーム３０が折り畳み位置にあるときに、バイザー／保護カバーは折り畳み式アーム３０を部分的または完全に取り囲むために使用することができる。バイザー／保護カバーは、開位置から閉位置まで収縮することができる。
【0068】
一実施例では、第５リンク３５は、実質的にＵ字型であり、基部３５１と、基部３５１に連結された２つの側壁３５２と、を含む。第４リンク３４の連結部３４２は１つの第１回転ジョイント３７を収容し、基部３５１は第１回転ジョイント３７の出力軸に固定され、第５リンク３５を第４リンク３４に回転可能に連結する。第５リンク３５は、第４リンク３４の回転軸線に実質的に垂直な軸線を中心に回転可能である。
【0069】
一実施例では、第６リンク３６は、ベース３５１と２つの側壁３５２により画定される空間に部分的に収容される。第６リンク３６は、１つの第１回転ジョイント３７を介して側壁３５２に回転可能に連結される。第６リンク３６は、第５リンク３５の回転軸線に実質的に垂直な軸線を中心に回転可能である。第６リンク３６には、１つの第１回転ジョイント３７がさらに収容され、当該第１回転ジョイント３７はＥＯＡＴ５０を第６リンク３６に回転可能に連結する。ＥＯＡＴ５０は、第６リンク３６の回転軸に実質的に垂直な軸線を中心に回転可能である。ＥＯＡＴ５０を第６リンク３６に連結する回転ジョイント３７と、第６リンク３６を第５リンク３５に連結する回転ジョイント３７と、第５リンク３５を第４リンク３４に連結する回転ジョイント３７とは、ボールジョイントを形成する。
【0070】
一実施例では、各回転ジョイント３７は、モーター、エンコーダー、モーターコントローラー、伝動装置、およびブレーキを含むモーターアセンブリーであってもよい。エンコーダーは、モーターの出力軸の速度および／または位置を追跡することにより、閉ループフィードバック信号を提供する。伝動装置は、モーターからモーターアセンブリーによって駆動される１つのリンクにモーションを伝達するように構成される。ブレーキは、モーターアセンブリーによって駆動されるリンクをその場でロックして、電源故障または他の技術的障害の場合に、折り畳み式アーム３０がその場でロックできるように構成される。なお、ロボットアーム用の回転ジョイントは十分に開発されており、回転ジョイント３７の構成は、実際の必要に応じて変更できることに留意されたい。
【0071】
なお、リンクおよび回転ジョイントの数、長さ、および配置は、実際の必要に応じて変更できることに留意されたい。例えば、折り畳み式アーム３０は、より多くまたはより少ない自由度を有し、これは、より多くまたはより少ないリンクおよび回転ジョイントを必要とし得る。具体的に、折り畳み式アーム３０は、Ｎ個のリンクと、Ｍ個の第１回転ジョイントと、１つの第２回転ジョイントと、を含む。Ｎ個のリンクは、Ｍ個の第１回転ジョイントを介して回転可能に互いに直列に連結され、Ｎ個のリンクのうち最初のリンクは第２回転ジョイントを介して引出し機構２０に回転可能に連結され、ここでＮは２より大きい自然数で、Ｎ＝Ｍ＋１である。
【0072】
各回転ジョイント３７は、独立して制御することができ、これにより、折り畳み式アーム３０は物体操作タスク中に様々な決定された姿勢を取るようにする。例えば、図１４Ａ～図１４Ｄは、最初のコンパクトで実質的に平らな状態（図１４Ａおよび図１４Ｂ）、中間状態（図１４Ｃ）、および決定された物体２００を把持する最終姿勢（図１４Ｄ）を含む、ピッキング作業中の折り畳み式アーム３０の状態変化を示す。最初のコンパクトで実質的に平らな状態では、折り畳み式アーム３０はバイザー／保護カバーのエッジと面一であってもよいし、保護カバーが完全に収縮してもよい。これにより、折り畳み式アーム３０の最大限の作業到達可能性を実現することができる。
【0073】
図１５Ａ～図１５Ｃを参照すると、一実施例では、ＥＯＡＴ５０ｂは、２つの平行顎（ｐａｒａｌｌｅｌ－ｊａｗ）のフィンガー５２ｂおよび５３ｂと自己適応親指５４ｂとを含む。このような構成により、２つの平行顎のフィンガー５２ｂおよび５３ｂのみを使用して正確なピンチ把持が可能になるだけでなく、親指５４ｂが噛み合わされ、フィンガー５２ｂおよび５３ｂが互いに結合または分離されるときに、より大きくて重い物体を把持することが可能になる。具体的に、ＥＯＡＴ５０ｂは、フィンガー５２ｂおよび５３ｂと親指５４ｂが連結されるベース５１ｂをさらに含む。ベース５１ｂは、底部プレート５５ｂと、互いに離間して底部プレート５５ｂに固定されるフロントカバー５６ｂおよびリアカバー５８ｂと、フロントカバー５６ｂとリアカバー５８ｂとの間に位置して固定される内部支持部材５７ｂと、を含む。一実施例では、フィンガー５２ｂおよび５３ｂは同じ構造を有し、各フィンガー５２ｂおよび５３ｂとベース５１ｂは４リンク機構を形成する。具体的に、各フィンガー５２ｂおよび５３ｂは、クランク５２１ｂ、ロッカー５２２ｂ、およびリンク５２３ｂを含む。
【0074】
図１５Ｂを参照すると、一実施形態では、クランク５２１ｂは、互いに離間して平行な２つのロッド５２７ｂを含む。２つのロッド５２７ｂは、実質的に同じ構成を有し、これらの第１端部は軸５２８ｂを介して連結される。２つのロッド５２７ｂは、その第２端部がフロントカバー５６ｂおよびリアカバー５８ｂにそれぞれ回転可能に連結され、２つのロッド５２７ｂが１つの共通軸線を中心に回転することを可能にする。一実施例では、１つの軸５２５ｂがフロントカバー５６ｂの本体５６２ｂに画定された各貫通孔５６１ｂに組み立てられる。他のロッド５２７ｂも同様の方式でリアカバー５８ｂに回転可能に連結され、ここでは繰り返して説明しない。ロッカー５２２ｂは、その対向する端部が内部支持部材５７ｂおよびリンク５２３ｂにそれぞれ回転可能に連結される。一実施例では、内部支持部材５７ｂは、本体５７１ｂと、本体５７１ｂの上部に突出する２つのスペーサー５７６ｂと、を含む。各ロッカー５２２ｂは、軸５２４ｂを介してスペーサー５７６ｂに回転可能に連結され、前記軸５２４ｂの対向する端部はロッカー５２２ｂの外部に延びてスペーサー５７６ｂに画定された貫通孔５７４ｂに収容される。
【0075】
図１５Ｂを参照すると、一実施形態では、リンク５２３ｂは、連結ロッド５２９ｂおよび指先５３０ｂを含む。連結ロッド５２９ｂの一端は軸５２８ｂを介して２つのロッド５２７ｂに回転可能に連結され、連結ロッド５２９ｂの他端はロッカー５２２ｂに回転可能に連結される。指先５３０ｂは連結ロッド５２９ｂの他端に固定される。一実施例では、１つのロッド５２７ｂはモーター５１５ｂにより駆動されるとき回転し、リンク５２３ｂおよびロッカー５２２ｂが回転するように駆動する。その後、２つのフィンガー５２ｂおよび５３ｂのリンク５２３ｂは互いに近づく／離れるように移動することができ、これにより、リンク５２３ｂが物体を把持／解放することが可能になる。この実施例では、クランク５２１ｂ、ロッカー５２２ｂおよびリンク５２３ｂは、リンク５２３ｂが互いに近づく／離れるように移動中に互いに実質的に平行のままであるように構成される。一実施例では、指先５３０ｂはそれぞれ、ハンドルを引くこと、ループ特徴を使用して物体を持ち上げるか、または物体を再配置することなど、非把持（ｎｏｎ－ｐｒｅｈｅｎｓｉｌｅ）のタスクを可能にする湾曲した構造を有する。
【0076】
図１５Ｂを参照すると、一実施形態では、モーター５１５ｂは内部支持部材５７ｂの本体５７１ｂに画定された空間５７３ｂに収容される。伝動機構は、モーター５１５ｂからフィンガー５２ｂおよび５３ｂの２つのロッド５２７ｂにモーションを伝達する。電動機構は、モーター５１５ｂの出力軸に固定された出力ギア５１６ｂと、軸５２５ｂを中心に回転可能に配置された２つのギア５２６ｂと、を含む。２つのロッド５２７ｂは２つのギア５２６ｂに固定される。一実施例では、２つのギア５２６ｂのうちの一つは、他のギア５２６ｂと噛み合うビッグギアと出力ギア５１６ｂと噛み合うスモールギアとを含む段付きギアである。出力ギア５１６ｂが回転すると、スモールギアが駆動されて回転し、ビッグギアが同期して回転し、他のギア５２６ｂを駆動して回転させる。次に、２つのギア５２６はフィンガー５２ｂおよび５３ｂの２つのロッド５２７ｂが回転するように駆動する。一実施例では、ＥＯＡＴ５０ｂは内部支持部材５７ｂの本体５７１ｂに画定された２つの貫通孔５７５ｂを回転可能に通過する２つの軸５３１ｂをさらに含むことができる。フィンガー５２ｂの２つのロッド５２７ｂは１つの軸５３１ｂの対向する端部にそれぞれ固定され、フィンガー５３ｂの２つのロッド５２７ｂは他の軸５３１ｂの対向する端部にそれぞれ固定される。
【0077】
図１５Ｂを参照すると、一実施形態では、親指５４ｂは、ベース５４６ｂ、モーターアセンブリー５４５ｂ、クランク５４３ｂ、リンク５４１ｂ、およびロッカー５４２ｂを含む。ベース５４６ｂは底部プレート５５ｂに連結される。クランク５４３ｂの下端はモーターアセンブリー５４５ｂの出力軸に固定され、クランク５４３ｂの上端はリンク５４１ｂの下端に回転可能に連結される。ロッカー５４２ｂの下端はモーターアセンブリー５４５ｂの上部に固定された連結部材５４４ｂに回転可能に連結される。ロッカー５４２ｂの上端はリンク５４１ｂに回転可能に連結される。クランク５４３ｂは、モーターアセンブリー５４５ｂにより駆動されると回転し、リンク５４１ｂを駆動して２つのフィンガー５２ｂおよび５３ｂに近づく／離れるように回転させる。次いで、親指５４ｂは、フィンガー５２ｂおよび５３ｂと協働してより大きくて重い物体を把持することができる。
【0078】
図１５Ｂを参照すると、一実施形態では、親指５４ｂは底部プレート５５ｂに回転可能に連結される。フロントカバー５６ｂの本体５６２ｂは下隅に空間５６３ｂを規定する。空間５６３ｂの上面５６４ｂ、内部支持部材５７ｂの底面、およびリアカバー５８ｂの底面は互いにほぼ面一である。これらの面は底部プレート５５ｂに面しており、これらの面と底部プレート５５ｂとの間に収容空間が形成され、親指５４ｂのベース５４６ｂが収容空間で回転するように許容する。具体的に、ベース５４６ｂは、収容空間に部分的に収容され、軸５４８ｂを介して底部プレート５５ｂに回転可能に連結される。軸５４８ｂの下端は底部プレート５５ｂに画定された貫通孔５５１ｂに回転可能に組み立てられ、軸５４８ｂの上端は内部支持部材５７ｂに画定された孔に回転可能に収容される。軸５４８ｂは実質的に垂直であり、ベース５４６ｂは垂直軸線を中心に回転可能である。図１５Ａは親指５４ｂが第１位置にあることを示し、図１５Ｃは親指５４ｂが第１位置から第２位置に回転してフィンガー５２ｂおよび５３ｂの操作のための空間を解放することを示す。一実施例では、ロッカー５４２ｂはスプリングが取り付けられた２リンク部材である。具体的に、ロッカー５４２ｂは、第１部材５４２１ｂと、第１部材５４２１ｂに回転可能に連結される第２部材５４２２ｂと、を含む。ロッカー５４２ｂは、物体と接触すると、受動的に再構成する。物体が解放された後、第１部材５４２１ｂおよび第２部材５４２２ｂはスプリングによって元の位置に戻る。この構成により、親指５４ｂは様々な位置に回転して異なる形状と大きさを有する異なる物体に適応でき、ＥＯＡＴ５０ｂが異なる物体を把持するのに大きい汎用性を有するようにする。一実施例では、センサーは、別途の把持の堅牢性（Ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ）のために、フィンガー５２ｂ、５３ｂおよび５４ｂに埋め込んでもよい。
【0079】
図１５Ｂを参照すると、一実施例では、ＥＯＡＴ５０ｂは、内部支持部材５７ｂに固定され、内部支持部材５７ｂに画定された空間５７２ｂに収容されるモーター５１１ｂをさらに含む。モーター５１１ｂからの動きは、モーター５１１ｂの出力軸に固定された出力ギア５１２ｂ、フロントカバー５６ｂに固定されたブロック５１４ｂに回転可能に連結されると共に出力ギア５１２ｂと噛み合う中間ギア５１３ｂ、軸５４８ｂに固定されると共に中間ギア５１３ｂと噛み合うギア５４７ｂを介して親指５４ｂのベース５４６に伝達される。
【0080】
図１６Ａ～図１６Ｃを参照すると、一実施例では、ＥＯＡＴ５０ｃは、ベース５１ｃと、ベース５４１ｃに回転可能に連結された３つのフィンガー５２ｃと、を含む。ベース５１ｃは、底部プレート５１１ｃ、中間プレート５１２ｃおよび上部プレート５１３ｃを含み、底部プレート５１１ｃ、中間プレート５１２ｃおよび上部プレート５１３ｃは、垂直方向で互いに離間され、複数の垂直なロッド５１４ｃにより連結される。ＥＯＡＴ５０ｃは、底部プレート５１１ｃおよび上部プレート５１３ｃに固定された支柱５６ｃに連結されたリニアプラットホーム５５ｃをさらに含む。支柱５６ｃは実質的に垂直であり、リニアプラットホーム５５ｃは支柱５６ｃに沿ってスライド可能である。リニアプラットホーム５５ｃは中間プレート５１２ｃと上部プレート５１３ｃとの間に配置される。ＥＯＡＴ５０ｃは、３つのリンク（５４ｃ）をさらに含み、各リンクは、リニアプラットホーム５５ｃおよび１つのフィンガー５２ｃに回転可能に連結される対向する端部を含む。各フィンガー５２ｃはさらに上部プレート５１３ｃに回転可能に連結される。
【0081】
図１６Ａを参照すると、リニアプラットホーム５５ｃが上下に移動すると、フィンガー５２ｃが互いに近づく／離れる方向に回転するように駆動され、フィンガー５２ｃが物体を把持／解放することができる。一実施例では、ＥＯＡＴ５０ｃは、底部プレート５１１ｃと中間プレート５１２ｃとの間に配置されたリニアモーター５３ｃをさらに含む。リニアプラットホーム５５ｃはリニアモーター５３ｃの出力軸に連結されたスライダに固定される。リニアモーター５３ｃの出力軸が回転すると、リニアプラットホーム５５ｃはスライダと共に上下に移動する。一実施例では、フィンガー５２ｃは、弾性材料で作られ、より確実に把持するために受動的に変形され、小さい物体を覆ってもよい。一実施例では、センサーはフィンガー５２ｃに埋め込まれてもよい。全体の構造に弾性材料を使用することで、堅固性を増加させることができる。
【0082】
図１７Ａ～図１７Ｃを参照すると、一実施例では、ＥＯＡＴ５０ｄは、ベース５１ｄと、ベース５１ｄに連結された２つのフィンガー５２ｄと、を含む。ＥＯＡＴ５０ｄは各フィンガー５２ｄに使用されるクランク５４ｄおよびロッカー５３ｄをさらに含む。ベース５１ｄはフロントカバー５１１ｄ、底部プレート５１４ｄおよびリアカバー５１５ｄを含む。フロントカバー５１１ｄは底部プレート５１４ｄに固定され、リアカバー５１５ｄはフロントカバー５１１ｄに固定される。一実施例では、各クランク５４ｄは互いに平行な２つのロッドの形態であり、軸５４１ｄの対向する端部に固定され、前記軸５４１ｄはフロントカバー５１１ｄにおける貫通孔５１２ｄおよびリアカバー５１５ｄにおける貫通孔（不図示）から延出する。各クランク５４ｄの２つのロッドは１つのフィンガー５２ｄに回転可能に連結される。
【0083】
図１７Ｂを参照すると、一実施例では、各ロッカー５３ｄは互いに平行な２つのロッドの形態であり、軸５３１ｄの対向する端部に固定され、前記軸５３１ｄはフロントカバー５１１ｄにおける貫通孔５１３ｄおよびリアカバー５１５ｄにおける貫通孔（不図示）から延出する。各ロッカー５３ｄの２つのロッドは１つのフィンガー５２ｄに回転可能に連結される。この構成により、各フィンガー５２ｄ、フィンガー５２ｄのクランク５４ｄおよびロッカー５３ｄ、並びに基部５１ｄは４リンク機構を複合的に形成する。２つのフィンガー５２ｄのクランク５４ｄが回転すると、２つのフィンガー５２ｄは互いに近づく／離れるように移動し、２つのフィンガー５２ｄが物体を把持／解放するようにする。一実施例では、各フィンガー５２ｄおよびそのクランク５４ｄとロッカー５３ｄは、２つのフィンガー５２ｄの移動中に２つのフィンガー５２ｄの把持面５２１ｄが互いに平行のままであるように構成される。一実施例では、フィンガー５２ｄは、弾性材料で作られ、より確実に把持するために受動的に変形され、小さい物体を覆ってもよい。一実施例では、別途の堅牢性を取得するために、センサーはフィンガー５２ｄに埋め込んでもよい。
【0084】
図１７Ｂを参照すると、一実施例では、ＥＯＡＴ５０ｄは固定部材５６ｄによってリアカバー５１５ｄに固定されたモーター５５ｄをさらに含む。モーター５５ｄは、２つのフィンガー５２ｄのクランク５４ｄを駆動して回転させるように構成される。一実施例では、モーター５５ｄはモーター５５ｄの出力軸に固定されたウォーム５５１ｄを含む。ＥＯＡＴ５０ｄは、軸５４１ｄに固定され、ウォーム５５１ｄと噛み合う２つのウォームギア５４２をさらに含み、これにより、回転モーションがモーター５５ｄの出力軸からクランク５４ｄに伝達される。
【0085】
図１７Ｄは、一実施例によるＥＯＡＴ５０ｄに類似するＥＯＡＴ５０ｄ’を示す。ＥＯＡＴ５０ｄ’は、ベース５１ｄ’、２つのフィンガー５２ｄ’、各フィンガー５２ｄ’のクランク５４ｄ’およびロッカーを含む。ＥＯＡＴ５０ｄ’は、２つのクランク５４ｄ’の回転を駆動するためのモーター５５ｄ’をさらに含む。ＥＯＡＴ５０ｄ’の構造と操作方式はＥＯＡＴ５０ｄと類似である。ＥＯＡＴ５０ｄ’とＥＯＡＴ５０ｄは、ロッカー５３ｄ’が単一のロッドの形態である点で異なる。ＥＯＡＴ５０ｄ’とＥＯＡＴ５０ｄは、湾曲した指先が様々な非把持（ｎｏｎ－ｐｒｅｈｅｎｓｉｌｅ）タスクを達成できる点で異なる。
【0086】
図１８Ａ～図１８Ｃを参照すると、一実施例では、ＥＯＡＴ５０ｅは、ベース５１ｅ、第１フィンガー５２ｅ、第２フィンガー５３ｅ、第１フィンガー５２ｅを駆動するための第１モーター５５ｅ、および第２フィンガー５３ｅを駆動するための第２モーター５４ｅを含む。ベース５１ｅは、互いに離間し、複数の支柱５１３により固定される底部プレート５１１ｅと上部プレート５１２ｅを含む。一実施例では、第１フィンガー５２ｅは、上部プレート５１２ｅの上部に固定される連結ベース５２１ｅと、連結ベース５２１ｅに回転可能に連結される第１ナックル５２２ｅと、第１ナックル５２２ｅの上端に回転可能に連結される第２ナックル５２３ｅと、を含む。第１ナックル５２２ｅは、並んで配置され、互いに連結された２つのハーフナックル５２２１ｅを含む。ＥＯＡＴ５０ｅは第１ハーフ ナックル５２２１ｅと連結ベース５２１ｅに連結されたプーリ５０４との間に配置された３つのプーリ５０１ｅ、５０２ｅおよび５０３ｅをさらに含む。プーリ５０１ｅは第２ナックル５２３ｅに隣接して配置され、比較的大きな直径を有するプーリ５０３ｅは連結ベース５２１ｅに隣接して配置され、プーリ５０２ｅはプーリ５０１ｅとプーリ５０３ｅとの間に配置される。なお、滑車の数、サイズおよび配置は、実際の必要に応じて調整できることに留意されたい。
【0087】
図１８Ｂを参照すると、ＥＯＡＴ５０ｅは第１テンドン（ｔｅｎｄｏｎ）５６ｅをさらに含む。テンドン５６ｅの上端は第２ナックル５２３ｅに固定され、テンドン５６ｅはプーリ５０１ｅ、５０２ｅ、５０３ｅおよび５０４ｅに順次巻き掛けられる。次に、テンドン５６ｅは上部プレート５１２ｅにおける貫通孔を通過してモーター５５ｅの出力軸に固定された車輪５５１ｅに巻き付けられる。一実施例では、第１フィンガー５２ｅおよび第２フィンガー５３ｅは、最初は互いに接触している。決定された物体を把持している間、車輪５５１ｅはモーター５５ｅの出力軸と共に回転し、テンドン５６ｅを引っ張る。テンドン５６ｅが第２ナックル５２３ｅを引っ張ると、第２ナックル５２３ｅは第１ナックル５２２ｅに対して回転し、第１ナックル５２２ｅは第２フィンガー５３ｅから離れるように回転する。一実施例では、ＥＯＡＴ５０ｅは、第２ナックル５２３ｅと第１ナックル５２２ｅとの間に配置された引張スプリング５８ｅをさらに含む。テンドン５６ｅが第２ナックル５２３ｅを引っ張って動くと、引張スプリング５８ｅは引っ張られ、モーター５５ｅの電源が遮断された後に第２ナックル５２３ｅが元の位置に戻るように付勢する。テンドン５６ｅはナックル５２２ｅと５２３ｅを通過して劣駆動設計で適応性の行動を実現する。同様に、第１ナックル５２２ｅと連結ベース５２１ｅとの間に引張スプリング（不図示）が配置され、前記引張スプリングはモーター５５ｅの電源が遮断された後に第１ナックル５２２ｅが元の位置に戻るように付勢する。モーター５５ｅの電源が遮断された後、ここでの引張スプリングはテンドン５６ｅが引張状態を維持できるようにする。なお、ロボットへの応用でテンドンの使用は１９８０年代から研究されており、ここではテンドン５６ｅについて詳しく説明しないことに留意されたい。
【0088】
図１８Ａおよび図１８Ｃを参照すると、第２フィンガー５３ｅは、上部プレート５１２ｅの上部に固定された連結ベース５３１ｅと、前記連結ベース５３１ｅに回転可能に連結されるナックル５３２ｅおよびテンドン５７ｅと、を含む。テンドン５７ｅの一端は、ナックル５３２ｅに固定され、連結ベース５３１ｅに回転可能に連結されたプーリ５０５ｅに巻き付けられ、上部プレート５１２ｅの貫通孔を通過してモーター５４ｅに固定された出力軸の車輪５４１ｅに巻き付けられる。車輪５４１ｅがモーター５４ｅの出力軸と共に回転すると、テンドン５７ｅがナックル５３２ｅを引っ張って第１フィンガー５２ｅから離れるように回転する。ＥＯＡＴ５０ｅは、連結ベース５３１ｅ間に配置された引張スプリング５９ｅをさらに含む。テンドン５６ｅが第２ナックル５２３ｅを引っ張って移動すると、引張スプリング５８ｅは引っ張られ、モーター５５ｅの電源が遮断された後、第２ナックル５２３ｅが元の位置に戻るように付勢する。他の実施例では、テンドン５７ｅは、滑車５０５ｅに巻き付けられた同期ベルトに置き換えられてもよい。
【0089】
このような構成により、第１フィンガー５２ｅと第２フィンガー５３ｅを互いに離れるように制御して物体のための十分な空間を生成し、スプリングによって付勢されるときに物体と接触するように回転することができる。
【0090】
図１９Ａおよび図１９Ｂを参照すると、一実施例では、ＥＯＡＴ５０ｆは、ベース５１ｆと、ベース５１ｆに連結された２つの第１フィンガー５２ｆおよび第２フィンガー５３ｆと、を含む。各第１フィンガー５２ｆは、図１８Ａの第１フィンガー５２ｅと同様の方式で構造され、モーター５５ｆ上に積み重ねられる。モーター５５ｆは、図１８Ａのモーター５３ｅと同様の方式で第１フィンガー５２ｆを駆動するように構成される。第２フィンガー５３ｆは、図１８Ａの第２フィンガー５３ｅと同様の方式で構造され、モーター５６ｆ上に積み重ねられる。モーター５６ｆは、図１８Ａのモーター５４ｅと同様の方式で第２フィンガー５３ｆを駆動するように構成される。このような構成により、第１フィンガー５２ｆおよび第２フィンガー５３ｆそれぞれは互いに離れるように制御されて物体のための十分な空間を生成し、スプリングによって付勢されたときに物体と接触するように回転することができる。
【0091】
図１９Ｂを参照すると、一実施例では、ベース５１ｆは、第１チャンバー５１１ｆおよび第２チャンバー５１２ｆを画定して２つの第１フィンガー５２ｆのモーター５５ｆを収容する。ＥＯＡＴ５０ｆはベース５１ｆに画定された第３チャンバー５１３に収容されるモーター５４ｆをさらに含む。モーター５４ｆは、第２フィンガー５３ｆを駆動してモーター５６ｆ全体が実質的に垂直軸線を中心に回転するように構成される。第２フィンガー５３ｆは互いに離間した第１シート５３１ｆおよび第２シート５３２ｆをさらに含む。第１シート５３１ｆおよび第２シート５３２ｆは、モーター５４ｆの底面および上面の出力軸と軸受に連結される。モーター５４ｆが作動すると、第２フィンガー５３ｆとモーター５６ｆ全体がベース５１ｆに対して決定された位置まで回転することができる。このような構成により、第２フィンガー５３ｆは様々な位置に回転して異なる形状と大きさを有する異なる物体に適応でき、ＥＯＡＴ５０ｆが異なる物体を把持するのに大きい汎用性を有するようにする。フィンガー５２ｆ、５３ｆそれぞれはモジュール式に設計され、これによりメンテナンスが単純化され、各フィンガーのパラメーター（例えば、リンクの長さまたは自由度）を修正してターゲットタスクに適合できるようにする。
【0092】
一実施例では、上記のようなＥＯＡＴは、把持および操作の行動に支援を提供するために統合されたセンサーを有することができる。例えば、センサーは、より大きな３Ｄ ＲＧＢＤカメラと同じ機能を達成するために、高画質２Ｄ ＲＧＢカメラと組み合わせて使用される、車輪付きベース１０に使用されるセンサーと同様のＩＲ範囲センサーを含んでもよい。実際には、ロボットアシスタント１００が物体認識のための通常システムよりも高い解像度の画像を取得することが可能になる。これにより、ＥＯＡＴにより緊密に統合できる小型でコンパクトなカメラモジュールの使用も可能になる。その結果、ＥＯＡＴの全体的なサイズを最小化して、より複雑な環境で作動することができる。カメラは、さらにアクティブライティングを備えてもよい。従って、環境照明条件の変化に対するビジョンシステムの適応性がよりよくなり、カメラが最大解像度で物体の詳細をキャプチャーするのに役立つ。一実施例では、センサーは、接触を検知し、安定した把持を認識するための触覚センサーを含むことができる。触覚センサーは、曲げ歪みに応答して抵抗を変更させる抵抗式屈曲センサーであってもよく、上記のように１つまたは複数のＥＯＡＴの柔らかい指先にオーバーモールドされてもよい。触覚センサーは、上記のように、１つまたは複数のＥＯＡＴの柔らかいフィンガーパッドにモールドされた抵抗圧力パッドであってもよい。触覚センサーは、１つまたは複数のＥＯＡＴの柔らかいフィンガーパッドの後ろに固定された機械的スイッチであってもよい。上記のように、ここでフィンガーパッドの材料の剛性は接触イベントを検知するための力閾値を決定する。これらの触覚センサーは「皮膚」として機能し、外部刺激を感知して反応することができる。
【0093】
図２０を参照すると、一実施例では、ロボットアシスタント１００は前記ＥＯＡＴに固定することができる真空モジュール５１０をさらに備えることができる。真空モジュール５１０は、ベース５１１、連結チューブ５１２および軟質ゴム、プラスチック、または弾性の吸盤５１３を含む。吸盤５１３は、押し下げることによって物体に押し付けられ、吸盤の下の空気を排出して密封を形成することによって物体に持ち上げ力を提供するように構成される。真空モジュール５１０は、独立型ピックアップ器具として使用されるか、または非把持（ｎｏｎ－ｐｒｅｈｅｎｓｉｌｅ）（例えば、押し／引き）タスクに支援を提供して、ターゲット物体がより好ましい姿勢でＥＯＡＴ５０の顎（ｊａｗ）／フィンガーに把持させることができる。一実施例では、吸盤５１３は、ナット５１４を介して連結チューブ５１２に連結され、連結チューブ５１２に沿ってスライド可能である。ナット５１４は、連結チューブ５１２の周囲に配置されたスプリング５１５を介してベース５１１に連結される。吸盤５１３が物体に押し付けられると、ナット５１４がスプリング５１５を押して圧縮し、スプリング５１５が吸盤５１３を物体にしっかりと当接するように付勢する。
【0094】
図２１Ａ～図２１Ｄを参照すると、一実施例では、ロボットアシスタント１００はカメラ６１をさらに備える。カメラ６１は、ロボットアシスタント１００が環境を感知して折り畳み式アーム３０が物体操作タスクを実行するようにガイドすることを支援する。一実施例では、ロボットアシスタントの制御システム７０は、折り畳み式アーム３０のＮ個の回転ジョイントおよびＮ個のリンクのうちの１つまたは複数のリンクとのヒンジを介して折り畳み式アーム３０を決定された方向に向け、ＥＯＡＴ５０がコマンド命令に応じてカメラ６１からの出力に基づいて外部物体を１つまたは複数の引出し２１からピックアップするか、または外部物体を１つまたは複数の引出し２１に入れるようにガイドする。
【0095】
一実施例では、カメラ６１は手首装着（ｗｒｉｓｔ－ｍｏｕｎｔｅｄ）カメラであってもよい。具体的に、図２１Ｃに示すように、カメラ６１は回転ジョイント３７の出力ディスクの側面に連結され、前記回転ジョイント３７は折り畳み式アーム３０の第６リンク３６に収容され、ＥＯＡＴ５０と隣接し、ＥＯＡＴ５０は回転ジョイント３７の出力ディスクの端面に連結され、回転ジョイント３７は第６リンク３６に収容される。手首装着構造において、カメラ６１は、操作システム（ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）の妨害を最小限に抑えながらタスク環境の観察を可能にし、同時に総占有面積を最小限に抑える。なお、実際の必要に応じて、カメラ６１は、折り畳み式アーム３０でＥＯＡＴ５０に隣接する異なる位置に配置可能であるか、または回転可能であることに留意されたい。カメラ６１の回転可能性は、ＥＯＡＴ５０の顎／フィンガーの装着位置に関係なく、カメラが常に把持作業空間に面することを可能にする。
【0096】
手首装着設計において、回転ジョイントで終了する可能性があり、前記回転ジョイントの回転軸はＥＯＡＴの「手のひら」の法線ベクトルに平行である。しかし、追加オフセットを有する取替ジョイントに設計または終了した角柱状ジョイントを考慮して、アーム作業空間のうちの特異点を最小限に抑え、上記の二重設計目標を達成できることが理解される。
【0097】
他の実施例では、カメラ６１は、手持ちカメラ（ｃａｍｅｒａ－ｉｎ－ｈａｎｄ）または手のひらに取り付けられたカメラ（ｐａｌｍ－ｍｏｕｎｔｅｄ ｃａｍｅｒａ）であってもよい。このような設計において、カメラは、ＥＯＡＴ５０の「手のひら」に配置される（すなわち、図２１Ｄ）か、またはＥＯＡＴ５０の外面に取り付けられる（すなわち、図２１Ａおよび２１Ｂ）ことができる。これにより、ＥＯＡＴは物体に接近する過程で環境を連続的に視覚化してスキャンの事前定義された構成にリセットする必要がなく、物体を持続的に観察することができる。手を伸ばして把持する間、タスクを持続的に観察することで把持前の姿勢エラーを最小限に抑えるのに役に立つことができる。なお、１つまたは複数のカメラは、天井や棚の高いシャーシ、例えば保管室に配置できることに留意されたい。この構成において、天井に配置されたカメラは、折り畳み式アーム３０、棚、障害物、および把持対象の環境の視覚情報の固定点を含む情報を提供することができる。天井に取り付けられたカメラとＥＯＡＴ５０および／または手のひらの上／近くに配置されたカメラとを使用して物体操作タスクを改善することができる。
【0098】
ビジョンセンサーには近距離ターゲット検知の問題がある可能性があるため、ＥＯＡＴがターゲット物体に近接した場合（例えば、３０～５０ｍｍ）、視覚的フィードバックに基づいて自己適応調整を行いにくいこともある。このような制限を克服するために、触覚または近距離センサーを全部ＥＯＡＴ５０または手のひらに統合してもよい。
【0099】
一実施例では、カメラ６１は、１つまたは複数の３Ｄカメラを含む３Ｄビジョンシステムであってもよい。このような構成において、カメラ６１は、探知すべき物体に従って多くの市販の３Ｄビジョンシステムから選択してもよい。例えば、飛行時間法を利用するレーザー距離計は遠くの物体の位置を決定するのに使用することができるが、立体画像システムは高コントラストの物体を画像化するのにより適している場合がある。物体の鏡面反射性が高い場合、投影テクスチャー技術（例えば、構造化光）を使用する方が便利な場合がある。物体の検知とピックアップにおいてロボットを支援するための３Ｄビジョンシステムはよく知られており、ここでは詳しく説明しない。
【0100】
図２２および図２３を参照すると、一実施例では、昇降機構４０はリフティング機構に基づいている。具体的に、昇降機構４０は、引出し機構２０および車輪付きベース１０に連結されたリフティング機構４２と、車輪付きベース１０に固定されてリフティング機構４２を駆動して垂直方向で伸縮させるように構成されるアクチュエーター４１と、を含む。引出し機構２０は、リフティング機構４２が伸張すると垂直方向に沿って上向きに移動し、リフティング機構４２が収縮すると垂直方向に沿って下向きに移動する。なお、昇降機構４０は限定されず、実際の必要に応じて調整できることに留意されたい。一実施例では、リフティング機構は、シザーリフティング機構であってもよい。
【0101】
図２２および図２３を参照すると、リフティング機構４２は一対の支持部材４２１および４２２を含み、支持部材４２１および４２２は、互いに回転可能に連結されて十字型の「Ｘ」パターンを形成する。支持部材４２１は、実質的に同じ長さを有する互いに平行に固定される２つのロッド４２１１を含む。２つのロッド４２１１の上端は、上部プレート４３２に回転可能に連結され、ここで引出し機構２０は上部プレート４３２に連結される。２つのロッド４２１１の下端は、車輪付きベース１０に固定された底部プレート４３１に回転可能に連結される。一実施例では、底部プレート４３１は２つの凹溝４３１１を画定して２つのロッド４２１１の下端にそれぞれ回転可能に連結された２つの車輪４２３を収容する。支持部材４２１の支持下端がアクチュエーター４１により駆動されると、２つの車輪４２３は２つの凹溝４３１１内で転がりながら移動することができる。別の実施例では、２つの車輪４２３の代わりに、２つのロッド４２１１の下端に回転可能に連結され、２つの凹溝４３１１に収容される２つのスライダを使用してもよい。支持部材４２１の支持下端がアクチュエーター４１により駆動されると、２つのスライダは２つの凹溝４３１１内をスライドすることができる。
【0102】
図２２および図２３を参照すると、一実施例では、支持部材４２２は支持部材４２１と同様の形態で構成および配置される。具体的に、支持部材４２２は、実質的に同じ長さを有する互いに平行で固定された２つのロッド４２２１を含む。一方のロッド４２２１はその中間位置で一方のロッド４２１１に回転可能に連結され、他方のロッド４２２１はその中間位置で他方のロッド４２１１に回転可能に連結される。２つのロッド４２２１の下端は底部プレート４３１に回転可能に連結される。２つのロッド４２２１の上端は上部プレート４３２に移動可能に連結される。一実施例では、上部プレート４３２は２つの凹溝４３２１を画定して２つのロッド４２２１の上端にそれぞれ回転可能に連結された２つの車輪４２３を収容する。支持部材４２２が支持部材４２１により駆動されると、２つの車輪４２３は２つの凹溝４３２１内で転がりながら移動することができる。別の実施例では、２つの車輪４２３の代わりに、２つのロッド４２２１の上端に回転可能に連結され、２つの凹溝４３２１に収容される２つのスライダを使用してもよい。支持部材４２１の支持下端がリニアレール４１により駆動されると、２つのスライダは２つの凹溝４３２１内をスライドすることができる。別の実施例では、リニアレール４１は底部プレートに対して角変位で位置決め可能であり、支持部材４２２の下端は底部プレートの端部から離れた変位で配置される。
【0103】
このような構成により、支持部材４２１の下端または支持部材４２２の上端がアクチュエーター４１により押し／引きされと、支持部材４２１の２つの車輪４２３は溝４３１１内を移動する、または支持部材４２２の２つの車輪４２３は溝４３２１内を移動する。そして、リフティング機構４２が垂直方向で伸張／収縮して引出し機構２０を上昇／下降位置に移動させる。図２４に示すように、リフティング機構４２は一対以上の支持部材４２１および４２２を含んでもよいことに留意されたい。これらの支持部材４２１および４２２の配置はよく知られており、ここでは詳しく説明しない。
【0104】
図２２および図２３を参照すると、一実施例では、アクチュエーター４１は、リフティング機構４２に推進力または引張力を加えてリフティング機構４２を駆動して垂直方向に伸縮させるように構成されるリニアアクチュエーターである。アクチュエーター４１は、底部プレート４３１の凹溝４３１１に平行な方向に移動可能な出力軸４１１を含む。支持部材４２１のロッド４２１１の下端はリンク４１２を介して出力軸４１１に連結される。そして、出力軸４１１は支持部材４２１のロッド４２１１の下端に推進力または引張力を加えることができる。支持部材４２１の車輪は引き続き凹溝４３１１内を移動でき、これによってリフティング機構４２が伸張または収縮するように駆動する。一実施例では、リフティング機構４０は、上部プレート４３２に固定された２つのロッド４３３および底部プレート４３１に固定された２つのチューブ４３４をさらに含む。ロッド４３３は上部プレート４３２に対して実質的に垂直である。チューブ４３４は、底部プレート４３２に対して実質的に垂直であり、２つのロッド４３３に従って配置される。リフティング機構４０は２つのスプリング４３５をさらに含む。各スプリング４３５の下端は１つのチューブ４３４に固定され、各ロッド４３３は１つのスプリング４３５に固定される。リフティング機構４２が完全に収縮された状態にあるとき、スプリング４３５は上部プレート４３２により圧縮される。リフティング機構４２が完全に伸張された状態にあるとき、スプリング４３５は元の形状に戻る。引出し機構２０が下方へ移動すると、スプリング４３５は上部プレート４３２によって徐々に圧縮され、アクチュエーター４１のリニアレールに作用する負荷を減少させることができる。別の実施例では、４つのスプリング４３５が底部プレートの四隅に配置される。
【0105】
図２５を参照すると、ロボットアシスタント１００は、上記のような機械的およびソフトウェア的側面を含み、正確な位置決め、モーション計画、および軌跡追跡を含む機能を有する自律型ロボットであってもよい。ロボットアシスタント１００は、計画された経路に沿って移動する間、既知の地図におけるそのリアルタイムの位置を決定することができる。計画された経路上に動的障害物（例えば、図２５の障害物）がある場合、ロボットアシスタント１００は障害物を検知して障害物を避けるための新しい経路を計画することができる。これらの機能により、ロボットアシスタント１００は、開始位置と目標位置との間を自律的に移動して、割り当てられたタスクを実現することができる。例えば、位置Ａから位置Ｂに移動し、位置Ｂから薬品を抽出して薬品を位置Ｃに配送する。これにより、知能型物流が可能になり、監視のないエンドツーエンドの物流解決手段を提供することができる。
【0106】
図２６を参照すると、上記の機械的およびソフトウェア的側面を含むロボットアシスタント１００は、折り畳み式アーム３０と非常に器用なＥＯＡＴ５０とを含み、前記ＥＯＡＴ５０は、十分な汎用性を有し、小さな物体を正確に把持するだけでなく比較的重い／嵩張る物体に対しても強力な力で把持（ｐｏｗｅｒ ｇｒａｓｐｓ）することができる自律型ロボットであってもよい。ロボットアシスタント１００は、場面内の物体を認識し、各物体の幾何学的形状の最適把持姿勢をトレーニングまたは検知して、マニピュレーターベースまたはＥＯＡＴに対して物体の位置を決めて、衝突のない、または「衝突安全」な経路を計画して事前に把持姿勢に到達し、把持構成を計画し、後続の把持構成で物体の位置を決定することができる。これらの機能を利用して、ロボットアシスタント１００は監視のないエンドツーエンドの物流解決手段を提供して様々な配送および物流のニーズを満たすことができる。具体的に、図２６に示すように、ロボットアシスタント１００が目標位置（例えば、棚３００）に移動した後、折り畳み式アーム３０およびＥＯＡＴ５０は、ＥＯＡＴ５０が決定された位置に到達して決定された物体４００をピックアップできるような状態になるように制御される。このプロセス中、ロボットアシスタント１００は、物体４００への到達可能性を決定し、引出し機構２０を決定された高さまで移動させて折り畳み式アーム３０およびＥＯＡＴ５０が物体４００に到達できるように昇降機構４０を制御することができる。一実施例では、ＥＯＡＴ５０が物体４００を把持した後、ロボットアシスタント１００は、１つの引出し２１を開いて折り畳み式アーム３０が物体４００を引出し２１に装填することを可能にし、ロボットアシスタント１００が動く前に引出し２１を閉じる。ロボットアシスタント１００が棚３００から決定された位置に移動した後、ロボットアシスタント１００は引出し２１を開いて折り畳み式アーム３０が物体４００を降ろすように許容することができる。このロードおよびアンロードプロセス中に、ロボットアシスタント１００は追跡システム（例えば、ＲＦＩＤによる物品追跡またはバーコードスキャナ）を使用してロードおよびアンロード中の物体（例えば、薬品、手袋）の在庫を追跡することができる。また、追跡システムにより、ロボットアシスタント１００はどの承認された人または患者が引出し機構２０に対する装填、受け取り、および／または開放を行うかを決定する。このすべての情報は、追跡のために１つの集中したデータベースにアップロードでき、特定の閾値が満たされたときに在庫を自動的に再注文するために使用できる。また、追跡システムは、承認された人または患者が引出し機構２０に対する装填、受け取り、および／または開放を行った場合、または在庫がなくなった場合、視覚的、聴覚的、または電子的警告を送ることができる。
【0107】
図２７を参照すると、一実施例では、制御システム７０は、プロセッサ７１と、コンピュータ読み取り可能命令が格納されるメモリー７２と、を含む。
【0108】
プロセッサ７１は、メモリー７２に格納された様々なソフトウェアプログラムおよび／または命令セットを稼働または実行して、ロボットアシスタント１００の様々な機能を実行し、データを処理する。プロセッサ７１は、中央処理装置（ＣＰＵ）、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲート、トランジスターロジックデバイス、ディスクリートハードウェアコンポーネント、またはこれらの要素の一部または全部の組み合わせであってもよい。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサまたは任意の通常のプロセッサなどであってもよい。
【0109】
メモリー７２は、ソフトウェアプログラムおよび／またはコンピュータ読み取り可能命令セットを格納でき、高速ランダムアクセスメモリーを含むことができ、１つまたは複数の磁気ディスク記憶デバイス、フラッシュメモリーデバイス、または他の非揮発性ソリッドステートメモリーデバイスなどの非揮発性メモリーを含むことができる。
【0110】
ロボットアシスタント１００は、プロセッサ７１に電気的に接続されたベースモーションコントローラー１０１と、ベースモーションコントローラー１０１に電気的に接続され、作動足１５のモーター１５２（以下、「足モーター１５２」と略称する）を駆動するように構成されたモータードライバー１５３と、ベースモーションコントローラー１０１に電気的に接続され、ベース１０のモーター（以下、「ベースモーター１１０１」と称する）を駆動するように構成されたモータードライバー１０２と、をさらに含む。
【0111】
図２７を参照すると、ロボットアシスタント１００は、プロセッサ７１に電気的に接続されるボディーモーションコントローラー４０１と、ボディーモーションコントローラー４０１に電気的に接続され、引出し機構２０のモーター２３１または２３１ａ（以下、「引出しモーター２３１」と略称する）を駆動するように構成されたモータードライバー２６と、ボディーモーションコントローラー４０１に電気的に接続され、昇降機構４０のアクチュエーター４１（以下、「リフティングモーター４１」と称する）を駆動するように構成されたモータードライバー４０２と、をさらに含む。
【0112】
図２７を参照すると、ロボットアシスタント１００は、プロセッサ７１に電気的に接続されたアームモーションコントローラー３０２と、アームモーションコントローラー３０２に電気的に接続され、折り畳み式アーム３０のジョイント３７のジョイントモーター３７０を駆動するように構成されたモータードライバー３０３と、をさらに含む。ロボットアシスタント１００は、プロセッサ７１に電気的に接続されたＥＯＡＴモーションコントローラー５０１と、ＥＯＡＴモーションコントローラー５０１に電気的に接続され、ＥＯＡＴ５０のＥＯＡＴモーター５０３を駆動するように構成されたモータードライバー５０２と、をさらに含む。ＥＯＡＴモーター５０３は、上記のモーター５１１ｂ、５１５ｂ、５４５ｂ、５３ｃ、５５ｄ、５４ｅ、５５ｅ、５４ｆ、５５ｆ、および５６ｆのうちの１つまたは複数を含み得る。
【0113】
ロボットアシスタント１００は、ロボットアシスタント１００の様々な構成要素に電力を供給する電源システム８１をさらに備える。電源システム８１は、電源管理システム、１つまたは複数の電源（例えば、バッテリー、交流電力（ＡＣ））、充電システム、電源故障検知回路、電力コンバータまたはインバータ、電源状態インジケータ（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ））、および発電、電力の管理や配電に関連する任意の他の構成要素を含むことができる。電源システム８１は、固定位置のドッキング充電ステーションと結合することによってロボットアシスタント１００に対する充電を許容できる自己充電ユニットをさらに含むことができる。
【0114】
一実施例では、ロボットアシスタント１００は、ディスプレイ８２をさらに備えてもよい。ディスプレイ８２は、タッチセンシティブスクリーンであってもよく、ロボットアシスタント１００のロボットと使用者との間の入力および出力インターフェースを提供する。ディスプレイ８２は使用者に視覚的出力を表示する。視覚的出力には、グラフィック、テキスト、アイコン、ビデオ、およびそれらの任意の組み合わせが含まれる。
【0115】
一実施例では、ロボットアシスタント１００は、使用者とロボットアシスタント１００との間のオーディオインターフェースを提供するスピーカー８３およびマイク８４をさらに含んでもよい。マイク８４は、オーディオデータを受信し、オーディオデータを電気信号に変換し、電気信号をコマンドとして制御システム７０に送信する。スピーカー８３は、電気信号を人の耳に聞こえる音波に変換する。
【0116】
なお、図２７はロボットアシスタント１００の一例のみを示しており、ロボットアシスタント１００は、示されているよりも多いまたは少ない構成要素を有してもよく、２つ以上の構成要素を組み合わせてもよく、または構成要素の異なる構成または配置を有してもよいことに留意されたい。例えば、ロボットアシスタント１００は、ＷＩＦＩおよびブルートゥース（登録商標）（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）モジュールなどの無線通信インターフェース８５をさらに備えてもよい。別の例では、ＥＯＡＴモーションコントローラーはアームモーションコントローラーに接続されることができる。この例では、ＥＯＡＴに対するコマンドはアームモーションコントローラーを介して伝達される。代わりに、この実施例では、コマンドはＥＯＡＴに直接入力する。どのような形態にも拘わらず、プロセッサは直接的または間接的にＥＯＡＴを命令することを担当する。図２７に示す様々な構成要素は、１つまたは複数の信号処理および／または特定用途向け集積回路を含むハードウェアやソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせを使用して実現することができる。
【0117】
図２８を参照すると、一実施例では、ロボットアシスタント１００は、ベース１０の２つの車輪１１１をそれぞれ駆動するための２つのベースモーター１１０１を備える。ベースモーター１１０１は、直流（ＤＣ）モーターであってもよい。ロボットアシスタント１００は、２つのベースモーター１１０１をそれぞれ駆動する２つのモータードライバー１０２を含む。ベースモーションコントローラー１０１は、プロセッサ７１からのコマンド命令に応答してベースモーター１１０１の動きを指示する。ベースモーションコントローラー１０１は、パルス幅変調（ＰＷＭ）方法を使用してＤＣモーターの速度制御を実現することができるＤＣモーターコントローラーであってもよい。ベースモーションコントローラー１０１は、そのプログラミングに基づいて各種演算を実行し、モータードライバー１０２およびモータードライバー１５３のゲートドライバーに出力を与えることにより、ベースモーター１１０１および足モーター１５２を駆動する。他の実施例では、ベースモーター１１０１および足モーター１５２は、２つ以上の個別のモーションコントローラーによって制御され得る。
【0118】
一実施例では、各モータードライバー１０２は、ベースモーションコントローラー１０１に電気的に接続されるゲートドライバー１０３と、１つのベースモーター１１０１に電気的に接続される複数のトランジスター１０４と、を含む。ゲートドライバー１０３およびトランジスター１０４は、個別の構成要素であってもよく、または単一の集積回路に統合されてもよい。各ベースモーター１１０１は、ベースモーター１１０１のロータの角度位置を検知し、ロータ角度情報をロータ位置信号としてベースモーションコントローラー１０１に出力するように構成されたエンコーダー１０５を含む。他の実施例では、エンコーダー１０５の代わりに、例えば、ホール効果センサーや逆起電力（ＥＭＦ）ゼロ交差検知器のような他の位置センサー、および／またはベースモーター１１０１のロータの角度位置を指示する情報を一般に生成できる任意の他の機器を使用してもよい。
【0119】
２つのエンコーダー１０５からの角度位置信号は、ベースモーションコントローラー１０１がゲートドライバー１０３に提供される密閉ループコマンドを生成することを可能にする。また、２つのエンコーダー１０５からの角度位置信号は、ナビゲーションおよび自己位置特定性能を向上させるための追加のオドメータ情報としても使用される。次に、ゲートドライバー１２６は、ベースモーター１１０１を駆動するために可変デューティーサイクルＰＷＭモーター駆動信号を生成する。具体的に、３つのハーフＨブリッジ配置方式で配置された６つのトランジスター１０４を有してよい。各ゲートドライバー１２６は、６つのトランジスター１０４をそれぞれ駆動するためのゲート駆動信号を生成する。６つのトランジスター１０４は、１つのベースモーター１１０１を回転させる可変デューティーサイクルＰＷＭモーター駆動信号を生成する。一実施例では、トランジスター１０４それぞれはＮチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスター（ＭＯＳＦＥＴ）である。なお、トランジスター１０４は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに限定されず、例えば、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ、バイポーラ接合トランジスター（ｂｊｔ）、シリコン制御整流器（ｓｃｒ）、サイリスタ、トライアック（ｔｒｉａｃ）または他の類似のスイッチ素子のような他のタイプのスイッチ素子を使用してもよいことに留意されたい。また、モータードライバー１２は、特に制限されず、実際の必要に応じて変更できることに留意されたい。例えば、モータードライバー１２は、市販のＤＣモータードライバーに置き換えることができる。
【0120】
ベースモーションコントローラー１０１は、プロセッサ７１からコマンドを受信する。これらのコマンドは、車輪１１１によって達成されるモーションに対する説明、またはベースモーションコントローラー１０１に対して他のシステムメンテナンス／システム監視 タスクを実行する命令を含む、多くの異なる命令を含むことができる。
【0121】
モーションを説明する命令の一例は、所定の時間内に到達すべき目標速度の伝送である。ベースモーションコントローラー１０１は、各車輪１１１と関連付けられたエンコーダー１０５からの信号を使用して車輪１１１の速度を持続的に監視および計算するようにプログラミングされ、これにより、目標速度と現在の速度との差を決定することができる。次に、ベースモーションコントローラー１０１は、この差をそのオンボードパルス幅変調器（ＰＷＭ）システムに対する命令に変換してＰＷＭ信号のデューティーサイクルを増加または減少させることができる。このＰＷＭ信号は、ゲートドライバー１０３を介してトランジスター１０４に供給され、ベースモーター１１０１のコイルに導かれた電流を対応して増加または減少させ、ベースモーター１１０１をより速くまたは遅くする。
【0122】
同様の一連の操作を通じて、モーション方向を制御することもできるので、ベースモーションコントローラー１０１はプロセッサ７１からの左または右ターンコマンドを異なる速度で２つの車輪１１１を駆動する信号に変換して、ロボットアシスタント１００が移動するときにそれを回転させることができる。一実施例では、ベースモーションコントローラー１０１に対する他の一連の操作は、命令を受信して車輪付きベース１０が前方、後方、または車輪付きベース１０に対する現在の位置の一連の位置として説明される経路に沿って所定の距離だけ移動させる。
【0123】
ベースモーションコントローラー１０１は他の機能を実行することもできる。具体的に、ベースモーションコントローラー１０１は、エンコーダー１０５から導出された情報に応じて前記情報を計算し、それによって、プロセッサ７１に車輪１１１の位置、車輪１１１により移動した角度距離または速度を報告することができる。
【0124】
２つの差動駆動輪１１１を含むロボットアシスタント１００は差動駆動輪型の移動ロボットである。この２つの車輪は独立して駆動される。１つまたは複数のパッシブキャスターはバランスと安定性のために使用される。車輪が同じ速度で回転する場合、ロボットは直接または後方に移動する。一方の車輪が他方の車輪より速く進むと、ロボットは瞬間的な円の弧に沿って曲線を辿る。２つの車輪が同じ速度で反対方向に回転すると、ロボットは２つの駆動輪の中間点を中心に回転する。
【0125】
一実施例では、足モーター１５２は直流モーターであり、各モータードライバー１５３は、４つのスイッチ素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）を含むＨブリッジ回路を備えることができる。具体的に、Ｈブリッジ回路は、２つの高圧側スイッチ素子Ｓ１およびＳ２と、２つの低圧側スイッチ素子Ｓ３およびＳ４と、を含む。高圧側スイッチ素子Ｓ１と低圧側スイッチ素子Ｓ３は直列に接続され、高圧側スイッチ素子Ｓ２と低圧側スイッチ素子Ｓ４は直列に接続される。スイッチ素子Ｓ１、Ｓ３およびスイッチ素子Ｓ２、Ｓ４は電源とグランドとの間に並列に接続される。モータードライバー１５３により駆動される足モーター１５２は、スイッチ素子Ｓ１およびＳ３の接続点とスイッチ素子Ｓ２およびＳ４の接続点に接続される。一方のモータードライバー１５３のスイッチ素子Ｓ１およびＳ４がターンオンされると、モータードライバー１５３により駆動される足モーター１５２は第１方向（例えば、時計回り方向）に沿って回転する。スイッチ素子Ｓ２およびＳ３がターンオンされると、足モーター１５２は反対になる第２方向（例えば、反時計回り方向）に回転する。Ｈブリッジ回路の構成は、制限されず、実際の必要に応じて変更することができる。
【0126】
各モータードライバー１５３はゲートドライバーをさらに含んでもよい。ゲートドライバーは、ゲート駆動信号を生成してＨブリッジ回路を駆動するように構成される。ベースモーションコントローラー１０１からのＰＷＭ入力信号のデューティーサイクルを変化させることによって、足モーター１５２の速度を調整することができる。なお、モータードライバー１５３の構成は、制限されず、他の市販のＤＣモータードライバーが代わりに使用されてもよいことに留意されたい。
【0127】
一実施例では、ベースモーションコントローラー１０１は、プロセッサ７１のコマンドにより、足モーター１５２を制御して、支脚１５１をその収縮位置（図８Ａ参照）と拡張位置との間で移動させる（図８Ｂ参照）。足モーター１５２は、後方に駆動できないリニアモーターであってもよい。これは、足モーター１５２の電源が遮断されると、足モーター１５２のスライダがロックされ、物体操作タスク期間に電源故障が発生すると支脚１５１が支持面と接触したままになることを意味する。一実施例では、各足モーター１５２は、足移動のいずれかの端部に達したときにその動きを自動的に停止するために内蔵された機械的キャッチモーションスイッチを有してもよい。なお、図２８は一例のみを示しており、ロボットアシスタント１００は図示されているよりも多くの構成要素を有するか、または異なる構成要素の構成または配置を有してもよいことに留意されたい。
【0128】
一実施例では、アームモーションコントローラー３０２は、ベースモーションコントローラー１０１と同じまたは類似の構成を有することができる。モータードライバー３０３は、モータードライバー１０２または１５３と同じまたは類似の構成を有することができる。ジョイントモーター３７０はＤＣモーターであってもよい。プロセッサ７１は、モーション計画アルゴリズムを実行して確率的ロードマップまたはＰＲＭを生成することができる。ＰＲＭは、障害物のない空間内の点で構成されるグラフであり、これらの点間の直線は「辺」と呼ばれ、これらの間の直接的な移動は衝突を起こさない。プロセッサ７１はアームモーションコントローラー３０２にコマンドを送信し、アームモーションコントローラー３０２はジョイントモーター３７０を駆動する。次に、各ジョイントモーター３７０は決定された角度だけ回転して、折り畳み式アーム３０を障害物のない空間内で容易に移動させる。
【0129】
一実施例では、ＥＯＡＴモーションコントローラー５０１は、ベースモーションコントローラー１０１と同じまたは類似の構成を有することができる。モータードライバー５０２は、モータードライバー１０２、１５３または３０３と同じまたは類似の構成を有することができる。ＥＯＡＴモーター５０３はＤＣモーターであってもよい。アームモーションコントローラー３０２によりＥＯＡＴ５０が決定された物体の所定の範囲内の位置に移動された後、プロセッサ７１はＥＯＡＴモーションコントローラー５０１にコマンドを送信する。ＥＯＡＴモーションコントローラー５０１は引き続きＥＯＡＴモーター５０３を制御して、ＥＯＡＴ５０が決定された物体に接近するときにＥＯＡＴ５０のフィンガーを容易に移動させる。これにより、ＥＯＡＴ５０は決定された物体を把持することができる。プロセッサ７１は、決定された物体に作用する把持力を監視し、把持力が特定の値に達するとＥＯＡＴモーションコントローラー５０１にコマンドを送信することができる。ＥＯＡＴモーションコントローラー５０１は引き続きモータードライバー５０２に信号を送信してＥＯＡＴモーター５０３のモーションを停止させる。これにより、ＥＯＡＴ５０のフィンガーは、決定された物体を滑ることなく掴むことができる。次に、プロセッサ７１は、モーション計画アルゴリズムを実行してアームモーションコントローラー３０２に信号を送信して、障害物のない空間で折り畳み式アーム３０が１つの決定された引出し２１に移動するように制御することができる。ＥＯＡＴ５０が引出し２１の所定の範囲内の位置に移動した後、プロセッサ７１はＥＯＡＴモーションコントローラー５０１に信号を送信し、ＥＯＡＴ５０のフィンガーが物体を解放するように制御する。そして、物体は引出し２１に置かれる。
【0130】
図２９を参照すると、一実施例では、ボディーモーションコントローラー４０１は、ベースモーションコントローラー１０１と同じまたは類似の構成を有することができる。モータードライバー２６は、モータードライバー１０２、１５３、３０３または５０２と同じまたは類似の構成を有することができる。引出しモーター２３１はＤＣモーターであってもよい。ボディーモーションコントローラー４０１はプロセッサ７１からコマンドを受信することができる。これらのコマンドは、開位置（図１１参照）から閉位置（図１参照）へのスライドモーションなど、決定された引出し２１により実現されるモーションに対する説明を含む、多くの異なる命令を含むことができる。次に、１つのモータードライバー２６は、対応する引出しモーター２３１に回転信号を送って決定された引出し２１が開位置から閉位置までスライドさせるように駆動する。ボディーモーションコントローラー４０１は、１つの位置制限スイッチ２４から引出し２１が移動限界に達したことを示す信号を受信すると、引出しモーター２３１の操作を停止することができる。他の実施例では、ボディーモーションコントローラー４０１は、引出し機構に取り付けられたエンコーダー装置からの位置フィードバック信号に基づいて、その作業空間内の引出しの位置を決定することができる。
【0131】
モータードライバー４０２は、モータードライバー１０２、１５３、３０３、５０２または２６と同じまたは類似の構成を有することができる。リフティングモーター４１は直流モーターであってもよい。ボディーモーションコントローラー４０１はプロセッサ７１からコマンドを受信することができる。これらのコマンドは、元の下降位置（図１Ａ参照）から上昇位置（図３参照）まで上向きに移動するなど、昇降機構４０により駆動される引出し機構２０が達成する動きに対する説明を含む、多くの異なる命令を含むことができる。ボディーモーションコントローラー４０１は、角度センサー４４からの信号に基づいて計算を行うことにより、引出し機構２０の移動距離を監視することができる。前記角度センサー４４は、リフティングモーター４１のロータの回転角度を示す。引出し機構２０が所定の距離および決定された位置まで移動した後、モーションコントローラー４０１はリフティングモーター４１の動作を停止することができる。ボディーモーションコントローラー４０１は、２つの位置制限スイッチ４５のうちの１つから引出し機構２０が移動限界に達したことを示す信号を受信すると、リフティングモーター２３１の動作を停止することができる。
【0132】
一実施例では、ロボットアシスタント１００は、折り畳み式アーム３０をカバーおよび／または保護するための透明または半透明のプラスチック／ポリカーボネートで作られたアーム保護部２８０（図１Ｂ）または２８１（図１Ａ）をさらに含むことができる。アーム保護部２８０／２８１は引出し機構２０に連結され、上昇位置（図１Ａ）と隠蔽位置（図１Ｂ）との間でスライド可能または伸縮可能である。他の実施例では、アーム保護部２８０／２８１は、外部ハウジングに取り付けられ、カバーモーター２８によって再伝達またはリフティングできる。ロボットアシスタント１００は、上昇位置と隠蔽位置との間でアーム保護部２８０／２８１を移動させるためのアーム保護部モーター２８をさらに含んでもよい。アーム保護部モーター２８は直流モーターであってもよい。ロボットアシスタント１００は、アーム保護部モーター２８を駆動するように構成されたモータードライバー２７をさらに含んでもよい。モータードライバー２７は、モータードライバー１０２、１５３、３０３、５０２、２６または４０２と同じまたは類似の構成を有することができる。ボディーモーションコントローラー４０１はプロセッサ７１からコマンドを受信することができる。これらのコマンドは、隠蔽位置から上昇位置へのスライドモーションなど、アーム保護部２８０／２８１によって達成されるモーションに対する説明を含む、多くの異なる命令を含むことができる。ボディーモーションコントローラー４０１は、２つの位置制限スイッチ２９のうちの１つからの信号を受信すると、アーム保護部モーター２８の作動を停止することができ、前記信号は、引出し２１が移動限界に達したことを示す。
【0133】
一実施例では、ロボットアシスタント１００は、図２０の吸盤５１３の下からほとんどの空気を排出する真空ポンプモーター５０７をさらに備えてもよい。真空ポンプモーター５０７は直流モーターであってもよい。ロボットアシスタント１００は、真空ポンプモーター５０７を駆動するモータードライバー５０６をさらに備えてもよい。モータードライバー５０６は、モータードライバー１０２、１５３、３０３、５０２、２６、２７または４０２と同じまたは類似の構成を有することができる。ボディーモーションコントローラー４０１は、圧力センサー５０８からの信号に基づいて、環境大気圧より低い吸入カップ内の圧力レベルを監視することができる。ボディーモーションコントローラー４０１は、引き続きモータードライバー５０６に信号を送って、真空ポンプモーター５０７を駆動し、環境大気圧より低い吸盤内の圧力レベルを容易に特定の値に維持できる。これにより、吸盤は物体操作タスク期間に決定されたリフティング力を物体に提供することが可能である。なお、図２９は一例のみを示しており、ロボットアシスタント１００は図示されているよりも多くの構成要素を有するか、または異なる構成要素の構成または配置を有してもよいことに留意されたい。
【0134】
図２７を参照すると、一実施例では、ロボットアシスタント１００は、２つのＲＧＢ－Ｄまたは３Ｄカメラ６１および６２、複数のＬｉＤＡＲセンサー６３、複数のＩＲセンサー６４、複数の超音波センサー６５、および複数のＩＭＵセンサー６６を含む複数のセンサー６０を含む。上記の一方のカメラ６１は折り畳み式アーム３０またはＥＯＡＴ５０に配置される。図１Ａに示すように、他方のカメラ６２は引出し機構２０の周辺に設けられたハウジング上に配置される。図１Ａに示すように、ＩＲセンサー６４および超音波センサー６５は車輪付きベース１０の周辺に設けられたハウジング上に配置される。ＩＭＵセンサー６６は車輪付きベース１０上に配置される。センサー６２～６６は、プロセッサ７１がロボットアシスタント１００に対する位置特定、モーション計画、軌跡追跡制御、および障害物回避を実行できるように、プロセッサ７１にデータを出力するように構成され、これについては以下で詳細に説明する。一実施例では、センサー６１～６６はプロセッサ７１に電気的に直接接続される。
【0135】
図３０を参照すると、一実施例では、ＩＲセンサー６４および超音波センサー６５は、センサープロセッサ６０１に電気的に接続され得る。センサープロセッサ６０１は、ＩＲセンサー６４および超音波センサー６５からのデータを受信して処理し、処理されたデータ（例えば、センサーから物体までの距離）をプロセッサ７１および／または上記の１つまたは複数のモーションコントローラーに送信する。一実施例では、２つのＩＲセンサー６４および２つの超音波センサー６５はロボットアシスタント１００の前側に配置され、２つのＩＲセンサー６４および２つの超音波センサー６５はロボットアシスタント１００の後側に配置される。ただし、ＩＲセンサー６４および超音波センサー６５の数および配置は、実際の必要に応じて変更することができる。
【0136】
一実施例では、ＩＲセンサー６４および超音波センサー６５は、複数の差動ドライバーを介してセンサープロセッサ６０１に電気的に接続される。具体的に、２つの差動ドライバー６０２および２つの差動ドライバー６０３はセンサープロセッサ６０１に電気的に接続される。各差動ドライバー６０２は２つの差動ドライバー６５１に電気的に接続され、各差動ドライバー６５１は１つの超音波センサー６５に電気的に接続される。各差動ドライバー６０３は２つの差動ドライバー６４１に電気的に接続され、各差動ドライバー６４１は１つのＩＲセンサー６４に電気的に接続される。一実施例では、差動ドライバー６０２、６０３、６４１および６５１は、同じ構成を有し、差動ドライバーのＩ２Ｃバスバッファーであってもよい。差動ドライバー６０２、６０３、６４１および６５１は、ＩＲセンサー６４および超音波センサー６５により送信されたデジタル信号データパケットを受信し、それらをセンサープロセッサ６０１が認識できる信号に変換することができる。ＩＲセンサー６４に接続されたバスは、ベースモーター１１０１によって放出される電磁ノイズから保護するために差動ドライバーを通過する。差動ドライバーは、３．３Ｖから５Ｖへ、再び３．３Ｖへのレベル変換を提供してセンサーケーブルの信号対雑音比をさらに向上させる。
【0137】
一実施例では、１つのＩ／Ｏエクスパンダ６４２は各ＩＲセンサー６４および１つの差動ドライバー６４１に接続される。センサープロセッサ６０１は、１つのＩ／Ｏエクスパンダを介して各ＩＲセンサー６４を個別的にリセット／再起動することができるので、ＩＲセンサー６４は異なるＩ２Ｃバスアドレスを有することができる。これらのアドレスは、センサープロセッサ６０１により割り当てられ、順に各ＩＲセンサー６４をリセットし、直ちに書き込みコマンドを発送する。他の実施例では、Ｉ／Ｏエクスパンダ６４２および差動ドライバー６４１の配置は、ソナーセンサーに適用されてもよい。Ｉ／Ｏエクスパンダ６４２の使用は、Ｉ２Ｃバスを介して遠隔ＩＯ機能を提供できるので、ロボットアシスタント１００で延びるワイヤーの数を制限している。図３０は、センサープロセッサ、差動ドライバー、ＩＲセンサー、および超音波センサーの配置の一例のみを示しており、ロボットアシスタント１００は図示されているよりも多くの構成要素を有するか、または異なる構成要素の構成または配置を有してもよい。
【0138】
図３１を参照すると、一実施例では、電源システム８１は、プロセッサ７１に電気的に接続されたバッテリーモニター８１０と、複数のバッテリーセル８１５を含むバッテリーモジュール８１４と、を含む。プロセッサ７１は、バッテリーモニター８１０を使用して監視（セル電圧、バッテリーパック電流、バッテリーパック温度）、保護（充電／放電ＦＥＴ制御）、およびバランスなどのバッテリーパック管理機能を実現することができる。電源システム８１は、ＦＥＴドライバー８１１、充電ＦＥＴ８１２および放電ＦＥＴ８１３をさらに含む。一実施例では、充電ＦＥＴ８１２はバッテリーモジュール８１４の正端子に接続され、放電ＦＥＴ８１３はバッテリーモジュール８１４の正充電端子に接続される。他の実施例では、バッテリーセル８１５の代わりに個別のバッテリーモジュールを使用してもよい。これらのモジュールは、実際の必要に応じて異なる位置に配置できるため、互いにバックアップし、より多くの自由度を提供できる。
【0139】
一実施例では、充電ＦＥＴ８１２および放電ＦＥＴ８１３はＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。充電ＦＥＴ８１２および放電ＦＥＴ８１３は、いずれもＦＥＴドライバー８１１に電気的に接続される。バッテリーモニター８１０からのコマンドに応答して、ＦＥＴドライバー８１１は充電ＦＥＴ８１２および／または放電ＦＥＴ８１３をオン／オフすることができる。充電ＦＥＴ８１２がターンオンになると、充電端子ＣＨＲ＋からの充電電流がバッテリーセル８１５に流入してバッテリーセル８１５を充電することが可能である。放電ＦＥＴ８１３がターンオンになると、バッテリーモジュール８１４がロボットアシスタント１００の他の部品に電力を供給できるように、バッテリー８１５からの放電電流がバッテリーモジュール８１４の正端子に流れることを可能にする。充電ＦＥＴ８１２がターンオフされると、充電電流が充電ＦＥＴ８１２により遮断され、バッテリー８１５が完全に充電されると充電プロセスを停止する。放電ＦＥＴ８１３がターンオフされると、放電電流が放電ＦＥＴ８１３により遮断され、過放電によるバッテリーモジュール８１４の損傷を防止することができる。なお、図３１および図３２は電源システム８１の一例のみを示しており、電源システム８１は図示されているよりも多くの構成要素を有するか、または異なる構成要素の構成または配置を有してもよいことに留意されたい。
【0140】
図３２を参照すると、一実施例では、電源システム８１は、図３１のバッテリーパックに接続された発電および配電システムをさらに含んでもよい。発電および配電システムは、ロボットアシスタントの残りの部分への異なる直流電源電圧の生成および割り当てを管理する電源システムコントローラーを含んでもよい。一実施例では、これらの電源は電圧は、２４Ｖ、１２Ｖ、およびロボットのアクチュエーターに使用されるＰＡＣＫ＋上の電圧、並びにロボットアシスタントの他の電子機器に使用される１２Ｖであってもよい。電源システムコントローラーは、これらの様々な電源出力で電源を使用禁止（ｄｉｓａｂｌｅ）することができる。また、非常停止スイッチは、これらの電源出力の一部から電源を遮断して、非常時にロボットアシスタントのアクチュエーターを停止することもできる。ロボットアシスタントと共に使用されるドッキングステーションは、壁のコンセントに接続される固定要素である。ロボットアシスタントがドッキングステーションに止まると、コンセントで利用可能な電気を使用して充電電流を生成することによってロボットアシスタントのバッテリーパックを充電する。電源システムコントローラーは、ドッキングステーションへのドッキングとバッテリーの充電プロセスも可能にする。ドッキングプロセスには、ドッキングステーション上のビーコンとロボットアシスタントの動力システム上のビーコンセンサー、並びにｔｉｔｓプロセッサ、モーションコントローラーおよび他の感知要素も必要される。一実施例では、ドッキングステーション上のビーコンは、赤外線発光ダイオードおよびその駆動回路を含むことができる。ロボットアシスタントの動力システム上のドッキングセンサーは、赤外線感知フォトトランジスターおよびこれの駆動回路を含むことができる。
【0141】
図３３Ａは、介護者からの要求の受信、介護者との通信およびタスク作成要求を提供できる３つのユーザインタフェースの例を示している。ユーザインタフェースは、モバイルデバイス９１０のディスプレイに表示され、モバイルアプリケーションまたはウェブサイトによって生成することができる。本実施例において携帯電話として説明されるモバイルデバイス９１０は、スマートフォン、タブレットコンピュータ、またはウェアラブルコンピューティングデバイスなどの任意のモバイルコンピューティングデバイスを含み得るが、これらに限定されない。説明された場面では、ユーザインタフェースは、ヘルスケア従業者が介護者からのビデオ通信要求を受信するように許容する第１ユーザインタフェース９１１を含む。ビデオ通信とは、ライブビデオストリーミングまたはビデオ共有を介した情報の伝送を意味する。このような形態の交流により、情報の送信者と受信者はオーディオとビデオを使用して対話することができる。ユーザインタフェースは、ヘルスケア従業者がビデオ通信要求を受諾した後、介護者と通信するように許容する第２ユーザインタフェース９１２をさらに含む。ヘルスケア従業者は、介護者のニーズを理解することができる。ユーザインタフェースは、ヘルスケア従業者が配送される物体および物体を配送すべき位置を含むタスク要求を作成し、１つのロボットアシスタント１００に割り当ててタスクを実行する管理システムにタスク要求を送信する第３ユーザインタフェース９１３をさらに含む。タスク要求は、ロボットアシスタント１００に直接送信されてタスクを実行できる。なお、図３３Ａはロボットアシスタント１００に使用されるユーザインタフェースの例のみを示しており、異なる要素を有するより多くのユーザインタフェースを提供できることに留意されたい。
【0142】
図３３Ｂは、タスクのより全体的な画像を提供できるユーザインタフェースの例を示している。ユーザインタフェースは、ケア提供者に直観的な車両管理やトレーサビリティを付与して、作業中のロボットアシスタント１００の位置だけでなく、ベッドそばまたは高齢者ケア環境のどこにでもいるローミングヘルスケア従業者（例えば、看護師や医師）または介護者（例えば、高齢者や患者）の位置も特定することができる。ユーザインタフェースは、モバイルデバイス９２０のディスプレイに表示され、モバイルアプリケーションまたはウェブサイトによって生成することができる。モバイルデバイス９２０は、より多くのコンテンツを表示できるディスプレイを備えたタブレットコンピュータまたはラップトップコンピュータであってもよい。ユーザインタフェースは、使用者にタスク説明９２１を提示し、このタスク説明９２１には、物体の名称と物体が配送される位置が含まれ得る。ユーザインタフェースは、タスクに関連する概略フロアプラン９２２も含む。介護者９２３とヘルスケア従業者９２４のプロフィールイメージ（ｐｒｏｆｉｌｅ ｉｍａｇｅ）は、該当位置の平面図に表示される。ユーザインタフェースは、現在のタスクを実行しているロボットアシスタント１００を表す画像９２５も含む。ロボットアシスタント１００の位置はリアルタイムに更新され、それに応じてフロアプラン内の画像９２５の位置が調整される。ロボットアシスタントの移動方向を表示することもできる。ユーザインタフェースは、使用者（例えば、ヘルスケア従業者）が現在のタスクを調整することや、すべてのタスクに対する情報にアクセスすること、オーディオを記録することを許容する「変更」、「取り消し」、「タスクキュー」、および「録音」ボタンをさらに含むことができる。なお、図３３Ｂはロボットアシスタント１００に使用されるユーザインタフェースの一例のみを示しており、異なる要素を有するより多くのユーザインタフェースを提供できることに留意されたい。
【0143】
図３３Ｃは、パーソナルコンピュータ（例えば、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ）９３０のディスプレイに表示され、アプリケーションによって生成することができるユーザインタフェースの例を示している。上記のモバイルおよびタブレットコンピュータのユーザインタフェースのすべての機能は全部利用可能である。表示される情報は、ケア提供者向けにオーダーメードのものであってもよい。例えば、ユーザインタフェースは、１つまたは複数のロボットアシスタントの実行中または実行の準備をしているすべてのタスクに対する情報を表示する。このアプリケーションは、医療管理者や管理者が最もデータが豊富なユーザインタフェースにアクセスして、操作全体を完全に可視化するのに非常に理想的である。優先順位付けから承認まで、完全に制御して最も効率的なワークフローに集中する。なお、図３３Ｃはロボットアシスタント１００と共に使用されるユーザインタフェースの一例みを示しており、異なる要素を有するより多くのユーザインタフェースを提供できることに留意されたい。これらのユーザインタフェースのすべては、ケア提供者が要求への応答、タスクスケジュールの最適化、最適化されたルートの決定などを含む「スマート物流」に必要な機能を備えるようにする。
【0144】
図３４は、一実施例によるロボットアシスタント１００の制御方法を示すフローチャートであり、以下のステップを含む。なお、図３４に示すようなステップの順序は制限されず、実際の必要に応じて変更できることに留意されたい。例えば、車輪付きベース１０が決定された位置に移動するように制御し、次いで、１つまたは複数の引出し２１が開かれるように制御する前に、引出し機構２０が決定された位置まで上下に移動するように制御することができる。そして、折り畳み式アーム３０およびＥＯＡＴ５０が１つまたは複数の決定された物体を把持するように制御する。
【0145】
ステップＳ１０１では、コマンド命令を受信する。制御システム７０のプロセッサ７１がコマンド命令を受信する。例えば、プロセッサ７１は、使用者（例えば、ヘルスケア従業者）からのコマンド命令を受信でき、当該使用者はロボットアシスタント１００が１つの位置から物体を取り出し、他の位置に物体を配送するように要求する。
【0146】
ステップＳ２０１では、第１コマンド命令に応答して車輪付きベース１０を移動させる。プロセッサ７１は、各コマンド命令を分析し、第１コマンド命令に応答して車輪付きベース１０を決定された位置に移動させることができる。第１コマンド命令は、ロボットアシスタント１００が到達すべき位置に対する説明を含んでもよい。例えば、使用者（例えば、ヘルスケア従業者）がロボットアシスタント１００に物体の取得および配送を要求する場合、第１コマンド命令は、物体が保管される開始位置と、物体が配送される目標位置とに対する説明を含んでもよい。プロセッサ７１は、メモリー７２に格納されたソフトウェアプログラムおよび／または命令セットを実行して、位置特定や、モーション計画、軌跡追跡を実行することによって車輪付きベース１０が計画された経路に沿って移動する間に既知の地図でのリアルタイム位置を決定できるようにしてもよい。計画された経路上に動的障害物（例えば、図２５の障害物）がある場合、プロセッサ７１は障害物を回避するために新しい経路を計画することができる。車輪付きベース１０は、最初に開始位置に、次に目標位置に自律的に移動することができる。
【0147】
ステップＳ３０１では、第２コマンド命令に応答して１つまたは複数の引出し２１を開閉する。プロセッサ７１は、各コマンド命令を分析し、第２コマンド命令に応答して１つまたは複数の引出し２１を開閉することができる。プロセッサは、使用者（例えば、ヘルスケア従業者）から第２コマンド命令を受信して１つまたは複数の引出し２１を開閉することができる。また、プロセッサ７１は、ロボットアシスタント１００が決定された位置（例えば、開始位置や目標位置）に到達したときなど、特定の条件が満たされたときに、１つまたは複数の引出し２１を開閉することができる。一実施例では、ヘルスケア従業者は、自身の会社バッジ（一般的にストラップバッジやリストバンドまたは他の識別インジケータ）をＲＦＩＤセンサーに適用して、音声コマンドまたは顔認識でロック解除して引出し２１の開放を認証することができる。会社バッジのＲＦＩＤ情報および／または人物の顔認識情報を追跡システムにアップロードすることができる。
【0148】
図３７に示すような例示的な方法を実行して引出し２を制御することができる。引出しは、十分な空間がある場合にのみ開かれ、かつ、引出し２１に正しく挿入されていない人間の指や物体による潜在的な妨害が検知されない場合にのみ、引出しは閉じられる。この方法には、次のステップが含まれる。ステップＳ８０１では、使用者からのコマンド、または使用者の意図を反映するセンサーからのデータを受信する。プロセッサ７１は、引出し２１を開閉しようとする使用者からコマンドを受信することができる。プロセッサ７１は、使用者の意図を反映する１つまたは複数のセンサーからデータを受信することができる。例えば、１つまたは複数のセンサーは、引出し２１を開閉しようとする使用者の意図と関連した使用者のジェスチャーを検知するための非接触センサー（例えば、カメラ）を含んでもよい。ステップＳ８０２では、障害物検査を実行して決定された引出し２１の移動を邪魔する障害物が存在するかどうかを決定する。プロセッサ７１は、衝突検知センサー（例えば、感圧抵抗器や距離センサー）からのデータに基づいて決定された引出し２１の移動を邪魔する障害物が存在するかどうかを決定することができる。障害物が検知された場合、ステップＳ８０５の処理に進み、そうでない場合、プロセッサはステップＳ８０４に進む。ステップＳ８０４では、決定された引出し２１の移動を制御する。プロセッサ７１は、センサーからのコマンドまたはデータに応答して引出し２１を開閉するように制御することができる。ステップＳ８０５では、警告メッセージを出力する。プロセッサ７１は、視覚的および／または聴覚的警告メッセージを出力して潜在的な異常状態を使用者に警告することができる。次に、プロセッサ７１は、センサーからのコマンドまたはデータに対する応答を一時停止することができる。
【0149】
ステップＳ４０１では、第３コマンド命令に応答して、折り畳み式アーム３０およびＥＯＡＴ５０の移動を駆動して決定された位置から外部物体をピックアップし、決定された位置に外部物体を入れる。プロセッサ７１は、第３コマンド命令に応答して、折り畳み式アーム３０およびＥＯＡＴ５０の移動を駆動することによって外部物体をピックアップし入れることができる。第３コマンド命令は、ロボットアシスタント１００が到達すべき位置と配送される物体に対する説明を含むことができる。ロボットアシスタント１００が決定された位置に到達した後、プロセッサ７１は物体の位置を決定することができる。例えば、プロセッサ７１は、カメラ６１および可能な補助範囲／近接センサー（「ビジョンモジュール」と総称する）からのデータに基づいて、事前にトレーニングされた項目リストから物体を検知することができる。ビジョンモジュールは、カメラ６１に対する検知された物体の姿勢およびグローバル座標フレームを報告することができる。基準ラベル／マーカーをコンテナ、環境内の特徴および／または選択した物体に追加して検知をより強力にすることができる。折り畳み式アーム３０は、折り畳み式アーム３０の終端に取り付けられたビジョンモジュールを再配置および方向付けして、デフォルトの視野およびカバー範囲を拡大するのを助けることができる。スキャンタスクで使用して、周辺の物体を包括的に検索し、カメラモジュールの固定焦点を補正することができる。調整された位置特定と画像収集を繰り返し実行して、ターゲットの位置特定の正確性を最大化することもできる。多くのターゲット検知および認識方法は、既に論文や特許などの刊行物で議論されているため、ここでは詳しく説明しない。
【0150】
プロセッサ７１は、モーション計画アルゴリズムを実行して確率的ロードマップまたはＰＲＭを生成することができる。ＰＲＭは、障害物のない空間内の点で構成されるグラフであり、これらの点間の直線は「辺」と呼ばれ、これらの間の直接的な移動は衝突を起こさない。プロセッサ７１は、引き続き折り畳み式アーム３０を制御して障害物のない空間を移動させることができる。プロセッサ７１は、ＥＯＡＴ５０が決定された物体に接近するときにＥＯＡＴ５０のフィンガーを動かすことができ、これにより、ＥＯＡＴ５０は決定された物体を把持することができる。プロセッサ７１は、決定された物体に作用する把持力を監視してＥＯＡＴ５０のフィンガーが滑ることなく決定された物体を把持することができるようにする。次に、プロセッサ７１は、折り畳み式アーム３０が障害物のない空間で１つの決定された引出し２１に移動するように制御することができる。ＥＯＡＴ５０が引出し２１の所定の範囲内の位置に移動した後、プロセッサ７１はＥＯＡＴ５０のフィンガーが物体を解放するように制御することができる。そして、物体は引出し２１に置かれる。
【0151】
図３５を参照すると、操作タスク中に、折り畳み式アーム３０の動きは要求される時間区間内に与えられた時間プロファイル（ｔｉｍｅｐｒｏｆｉｌｅ）軌跡を辿る必要がある。アームモーションプロファイルを作成して折り畳み式アーム３０の動きを制御することができる。例えば、折り畳み式アーム３０を伸張状態に拡張することと、折り畳み式アーム３０を最も左側位置に移動することと、折り畳み式アーム３０を最も右側位置に移動することと、折り畳み式アーム３０を元の平らな状態に折り畳むことと、を含む４段階の軌跡を追跡する場合、下図のようなアームモーション軌跡（ａｒｍ ｍｏｔｉｏｎ ｐｒｏｆｉｌｅ）を作成することができる。アームモーション軌跡に基づいて、折り畳み式アーム３０が各モーション段階の最初の２０％では加速し、次の６０％の時間では一定の速度で移動し、各モーション段階の残りの２０％では減速されるように制御する。
【0152】
図３６を参照すると、一実施例では、ステップＳ４０１は下記のようなステップを含むことができる。ステップＳ４０２では、決定された物体の位置を決定する。ステップＳ４０３では、折り畳み式アーム３０およびＥＯＡＴ５０を把持前姿勢に移動させる。ステップＳ４０４では、ＥＯＡＴ５０が把持前姿勢に移動したかどうかを決定する。ＥＯＡＴ５０が把持前姿勢に移動した場合、ステップＳ４０５に進み、そうでない場合はステップＳ４０３に戻る。ステップＳ４０５では、ＥＯＡＴ５０が物体を把持するように制御する。ステップＳ４０６では、物体の把持に成功したかどうかを決定する。物体の把持に成功した場合、ステップＳ４０７に進み、そうでない場合はステップＳ４０４に戻る。ステップＳ４０７では、折り畳み式アーム３０およびＥＯＡＴ５０を制御して物体を決定された位置に移動させて配置する。
【0153】
ステップＳ５０１では、第４コマンド命令に応答して、引出し機構２０を上下に移動するように昇降機構４０を制御する。プロセッサ７１は、第４コマンド命令に応答して引出し機構２０を上下に移動するように昇降機構４０を制御することができる。第４コマンド命令は、ロボットアシスタント１００が到達すべき位置と配送される物体に対する説明を含んでもよい。プロセッサ７１が物体の位置を特定した後、物体に対する到達可能性を決定することができる。決定された到達可能性により、プロセッサ７１は、引出し機構２０を上向きに移動するように昇降機構４０を制御して折り畳み式アーム３０が決定された物体に到達できるようにする。物体を引出しに入れる過程において、プロセッサ（７０）は引出し機構２０を下向きに元の下降位置に移動するように昇降機構４０を制御することができる。
【0154】
図３８は、一実施例によるロボットアシスタント１００の制御方法を示すフローチャートであり、下記のステップを含む。
【0155】
ステップＳ６０１では、少なくとも車輪付きベース１０の移動に応じて、少なくとも１つのセンサーに基づいて環境地図を作成する。一実施例では、同時位置特定および地図構築（ＳＬＡＭ）を使用して環境地図を作成することができる。ＳＬＡＭは、自己認識に基づく同期位置特定および地図構築を実現する。ＳＬＡＭは、異なるセンサーからのデータを組み合わせて同時に位置を計算して地図を構築することができる。ロボットアシスタント１００は、未知の環境の未知の位置から出発し、移動中に環境の特徴を繰り返し観察することによって自身の位置と方向を特定し、その後、自身の位置によって周辺環境に対する増分地図を構築し、同期位置特定および地図構築の目的を達成する。２つの一般的なＳＬＡＭ方法には、視覚的ＳＬＡＭとＬｉＤＡＲに基づくＳＬＡＭとが含まれる。一実施例では、ＬｉＤＡＲに基づくＳＬＡＭを使用して環境地図を作成するこができ、前記ＳＬＡＭは、ＬｉＤＡＲセンサー６３およびＩＭＵセンサー６６からのデータを組み合わせている。他の実施例では、カメラ６２およびＩＭＵセンサー６６からのデータを組み合わせた視覚的ＳＬＡＭを使用して環境地図を作成することができる。ただし、他のタイプのＳＬＡＭ方法を使用して同時に位置を計算して地図を構築してもよい。
【0156】
ステップＳ６０２では、環境地図におけるロボットアシスタント１００の現在位置を決定する。一実施例では、ＬｉＤＡＲに基づくＳＬＡＭを使用してロボットアシスタント１００のリアルタイム方向および位置を決定することができる。他の実施例では、ロボットアシスタント１００のリアルタイム方向および位置は視覚的ＳＬＡＭを使用して決定することができる。一実施例では、環境地図が作成された後、自己適応モンテカルロ位置特定（ＡＭＣＬ）を使用して以前に作成した環境地図におけるロボットアシスタント１００のリアルタイム方向および位置を決定することができる。具体的に、環境地図がある場合、ＡＭＣＬアルゴリズムは粒子フィルターを使用して可能な状態の分布を表し、各粒子は可能な状態、すなわちロボットアシスタント１００が存在するという仮定を表す。前記アルゴリズムは一般的に構成空間にわたる粒子の均一なランダム分布から始まる。これは、ロボットアシスタント１００にどこにあるのかに対する情報がなく、空間の任意の点にある可能性が同一であると仮定できることを意味する。ロボットアシスタント１００が移動するたびに粒子を移動させて移動後の新しい状態を予測する。ロボットアシスタント１００が特定の物体を感知するたびに、再帰的ベイズ推定（すなわち、実際の感知データと予測状態の関連程度）に基づいて粒子に対して再サンプリングを実行する。最終、粒子はロボットアシスタント１００の実際の位置に向かって収束するはずである。
【0157】
ステップＳ６０３では、ロボットアシスタント１００が決定された経路に沿って移動する間、ロボットアシスタント１００に障害物を避けるように指示する。一実施例では、Ａ－ｓｔａｒアルゴリズムはロボットアシスタント１００の無衝突経路を決定するために使用することができる。Ａ－ｓｔａｒアルゴリズムの目的は、障害物との衝突を回避し、センサー（例えば、ＬｉＤＡＲセンサー６３、ＩＭＵセンサー６６、カメラ６２）からのフィードバック情報に基づいてロボットアシスタント１００の移動問題を処理することである。Ａ－ｓｔａｒアルゴリズムは、ロボットアシスタント１００の軌跡をリアルタイムで修正してロボットアシスタント１００が経路で発見された動的障害物との衝突を回避できるようにする。これに対する地図表現として、Ａ－ｓｔａｒアルゴリズムは正方形に画定されたグリッドベースの検索領域を使用している。各正方形は、自由空間であってもよく、障害物であってもよい。最短経路を見つけるために、自由空間正方形（ノードともいう）で構成された無衝突軌跡を計算する。目標までの最短経路を見つけるために、Ａ－ｓｔａｒアルゴリズムはヒューリスティック方法を使用する。Ａ－ｓｔａｒアルゴリズムは、最初にその開始ノードＡを、可能な経路の自由空間ノードを含むオープンセットに追加する。次に、ノードＡの周辺の使用可能な空間ノードを見つけてそのリストに追加し、ノードＡをその親ノードとして設定する。次に、ノードＡをクローズドセットに追加した後、オープンセットから削除する。次に処理されるノードは、目標までの最小コストＦによって決定される。最小コストＦ＝Ｇ＋Ｈであり、ここで、Ｇは次のノードに到達するコストであり、Ｈは目標点までの推定距離である。Ａ－ｓｔａｒアルゴリズムは効率的で完全な経路検索を提供している。しかし、他の障害物回避アルゴリズムを使用してロボットアシスタント１００の無衝突経路を決定することができる。
【0158】
一実施例では、ダイクストラ（Ｄｉｊｋｓｔｒａ）アルゴリズムはロボットアシスタント１００の無衝突経路を決定するために使用することができる。Ｄｉｊｋｓｔｒａアルゴリズムは、非負のエッジ経路コストを有するグラフの単一ソース最短経路問題を解決して最短経路ツリーを生成するグラフ検索アルゴリズムである。グラフ内の特定のソース頂点（ノード）について、前記アルゴリズムはその頂点と他の各頂点との最小コストの経路（すなわち、最短経路）を見つける。具体的に、ノードＹの距離を最初のノードからＹまでの距離に設定する。Ｄｉｊｋｓｔｒａアルゴリズムでは、いくつかの初期距離値を割り当て、それらを段階的に改善しようとする。ステップ１：各ノードに対する一時的距離値を指定する。すなわち、初期ノードの場合、それをゼロに設定し、他のすべてのノードの場合、それを無限大に設定する。ステップ２：アクセスされなかったすべてのノードをマークする。初期ノードを現在のノードに設定する。１組のアクセスされなかったノードを作成し、すべてのノードで構成されたと言えるアクセスされなかったセットを作成する。ステップ３：現在のノードに対して、アクセスされなかったすべての隣を考慮してこれらの一時的距離を計算する。例えば、現在のノードＡが距離６とマークされ、それと隣Ｂを結ぶ辺の長さが２の場合、Ｂ（Ａを介して）までの距離（とおり）は、６＋２＝８である。前記距離が以前に記録した一時的距離Ｂより小さいと、前記距離はオーバーライト（ｏｖｅｒｗｒｉｔｅ）される。隣が検査されても、この時点では「アクセス済み」としてマークされず、依然としてアクセスされなかったセットに保留する。ステップ４：現在のノードのすべての隣が考慮されたら、現在のノードをアクセス済みとしてマークし、アクセスされなかったセットから除去する。アクセス済みのノードはさらに検査されない。ステップ５：ターゲットノードがアクセス済みとしてマークされた場合（２つの特定のノード間の経路を計画するとき）、またはアクセスされなかったセット中のノード間の最小の一時的距離が無限大である場合（１つの完全な巡回を計画している場合。初期ノードと残りのアクセスされなかったノードとの間が結ばない場合に発生する）、停止する。アルゴリズムが終了する。ステップ６：最小の一時的距離がマークされたアクセスされなかったノードを選択し、新しい「現在のノード」として設定した後、ステップ３に戻る。Ｄｉｊｋｓｔｒａアルゴリズムは、ロボットアシスタント１００の軌跡をリアルタイムで修正でき、このようなロボットアシスタント１００はその経路で発見された動的障害物との衝突を回避することができる。
【0159】
ロボットアシスタント１００が計画された経路に沿ってある位置（例えば、開始位置）から他の位置（例えば、目標位置）に移動する間、軌跡追跡制御を実行してロボットアシスタント１００が計画された経路を追跡するように制御する。一実施例では、非線形比例積分微分（ＰＩＤ）に基づくモーションコントローラーを使用して軌跡追跡制御を実行できる。ＰＷＭ値の入力によりＰＷＭ信号を生成し、ベースモーター１１０１のモーターコントローラーに供給されてベースモーター１１０１を駆動する。なお、ＰＩＤモーションコントローラーを使用した車輪型ロボットの軌跡追跡制御について、多くの手法が提案されており、ロボットアシスタント１００の軌跡追跡制御に使用できることに留意されたい。
【0160】
図４０Ａ～図４０Ｃを参照すると、図１Ａ中の折り畳み式アーム３０ａの運動学的モデルが作成される。一実施例では、運動学的モデルは、折り畳み式アーム３０ａのＤｅｎａｖｉｔ－Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ（ＤＨ）パラメーターを最適化するのに使用でき、折り畳み式アーム３０ａが引出し２１内の１つまたは複数の作業空間に対して最大の到達可能性を有するようにする。具体的に、ジョイント１は折り畳み式アーム３０ａの第１リンク３１ａが第１垂直軸を中心に回転するように駆動する回転ジョイントを表す。ジョイント２は第２リンク３２ａが第１リンク３１ａに対して第１軸に実質的に垂直な第２軸を中心に回転するように駆動する回転ジョイントを表す。ジョイント３は第３リンク３３ａが第２リンク３２ａに対して第２軸に実質的に平行な第３軸を中心に回転するように駆動する回転ジョイントを表す。ジョイント４、５および６は、それぞれ第４リンク３４ａが第３リンク３３ａに対して回転するように駆動し、第５リンク３５ａが第４リンク３４ａに対して回転するように駆動し、第６リンク３６ａが第５リンク３５ａに対して回転するように駆動する回転ジョイントを表す。図１Ａに示すように、ジョイント１～６は、平らな状態の折り畳み式アーム３０ａを基準として配置される。
【0161】
図４０Ａは、折り畳み式アームの構造および境界を示す模式図であり、作業空間に対する最適化問題を示している。一実施例では、ジョイント１の中心を原点とし、引出し機構２０の長さ方向をＸ軸とし、引出し機構２０の横方向をＹ軸とし、引出し機構２０の縦方向をＺ軸としてベース座標系を確立する。引出し機構２０の上部プレートの中心の座標は（ｘ，ｙ，－ｚ）であり、ここで、ｘ、ｙおよびｚは０より大きい。Ｘ－Ｙ平面上のジョイント１～６の投影は図４０Ｂに示すとおりである。Ｘ－Ｙ平面上のジョイント１の投影はベース座標系の原点と一致する点である。Ｘ－Ｙ平面上のジョイント２の投影はＸ軸に位置する線分である。Ｘ－Ｙ平面上のジョイント３の投影はジョイント２の投影に垂直な線分である。Ｘ－Ｙ平面上のジョイント４～６の投影はジョイント２の投影と平行な線分で表される。
【0162】
折り畳み式アーム３０ａの運動学的モデルおよびベース座標系を作成した後、以下のパラメーターを定義することができる。具体的に、ｄ１はジョイント２と引出し機構２０の上部プレートとの間の距離である。ｄ２はジョイント２の投影中心とベース座標系の原点との間の距離である。ａ２は、Ｘ軸で線分の投影の長さに等しく、ジョイント２の中心から始まってジョイント３の中心で終了する。ｄ３は、Ｙ軸で線分の投影の長さに等しく、ジョイント２の中心から始まってジョイント３の中心で終了する。ｄ４はジョイント３から６までの投影中心間の距離である。
【0163】
図３９は、一実施例による折り畳み式アーム３０ａのパラメーターを決定するための方法を示すフローチャートである。この方法は、以下のステップを含むことができる。ステップＳ７０１では、折り畳み式アーム３０ａのモーション構造、折り畳み式アーム３０ａを折り畳んだときの折り畳み式アーム３０ａのジョイント角度、引出し２１のサイズ、折り畳み式アーム３０ａの外皮（ｏｕｔｅｒ ｅｎｖｅｌｏｐｅ）の情報を受信する。当該情報は、前記折り畳み式アーム３０ａのモーション構造と関連した情報を含む。折り畳み式アーム３０ａのジョイント角度は、図１Ａに示すように、折り畳み式アーム３０ａが折り畳んで平らな状態にあるときの、折り畳み式アーム３０ａの回転ジョイントの角度を意味する。引出し２１のサイズは、引出し２１の幅、長さおよび深さを含む。
【0164】
ステップＳ７０２では、折り畳み式アーム３０ａのＤＨパラメーターをランダムに生成する。一実施例では、パラメーターは、引出し機構２０の上部プレートの中心の座標ｘおよびｙと、距離ｄ１、ｄ２、ａ２、ｄ３、ｄ４およびｄ６と、を含み、ここで、ｄ６はジョイント４～６の投影中心とＥＯＡＴ５０の中心との間の距離である。ランダム値を生成してこれらのパラメーターに割り当てる。
【0165】
ステップＳ７０３では、折り畳み式アーム３０ａが引出し機構２０の上部プレートの境界内に折り畳み可能か否かを決定する。ｘ、ｙ、ｄ１、ｄ２、ａ２、ｄ３、ｄ４、ｄ６にランダム値を割り当てた後、ステップＳ７０１で受信した情報に基づいてジョイント１～６とＥＯＡＴ５０上の点が所定の領域外に落ちたかどうかを決定することができる。落ちた場合、折り畳み式アーム３０ａはアーム保護部２８１との衝突によって引出し機構２０の上部プレートの境界内に折り畳むことができず、処理はステップＳ７０２に戻る。落ちない場合、処理はステップＳ７０３に進む。所定の領域は引出し機構２０の上部プレートより小さい長方形領域である。例えば、折り畳み式アーム３０ａの各リンクの最大半径が０．０５ｍより大きくないと、所定の領域の長辺と引出し機構２０の上部プレートの長辺との間の距離は０．０５ｍより小さくなく、同様に所定の領域の短辺と引出し機構２０の上部プレートとの間の距離に適用される。また、ＥＯＡＴ５０の大きさも所定の領域を決定する要因となり得る。
【0166】
ステップＳ７０４では、引出し２１に対する折り畳み式アーム３０ａの作業空間の到達可能性を決定する。ここで、作業空間の到達可能性とは、引出し２１の内部空間の総体積に対するＥＯＡＴ５０が到達可能な引出し２１内の体積の比率を意味する。作業空間の到達可能性は、折り畳み式アーム３０ａのモーション構成が所望のタスクを達成するのに充分であるかどうかを評価するために使用される。ロボットＥＯＡＴが到達できる作業空間を決定するために、いくつかの方法が提案されている。
【0167】
例えば、１つ方法として、直接運動学ベースのアルゴリズムを使用して、到達可能な作業空間の点を計算する。具体的に、このような方法では、冗長機械アームは回転ジョイントまたはプリズムジョイントに連結された一連のリンクでモデリングされる。各ジョイントが一般性を失わず、１つの自由度を有すると想定される。Ｍ個の自由度を有するジョイントは長さがゼロのリンクに連結されるＭ個のジョイントにモデリングされる。２つの連続的なリンクの間の関係を説明するために、各ケースにはいずれも１つの座標フレームが追加されている。同次行列Ａｉを使用して連続的なフレーム間の関係を説明する。行列Ａの要素は、Ｄｅｎａｖｉｔ－Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ符号を使用してプリズムジョイントと回転ジョイントを計算したものである。Ｄｅｎａｖｉｔ－Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ（ＤＨ）は、規則は、座標フレームを機械アームの各ジョイントに単純かつ一貫した方法で割り当てるために使用される。回転ジョイントの変換行列Ａは、
であり、ここで、４つの量θｉ、ａｉ、ｄｉ、αｉはリンクｉおよびジョイントｉと関連したパラメーターである。４つのパラメーターａｉ、αｉ、ｄｉおよびθｉには、一般的にそれぞれリンクの長さ、リンクのツイスト（ｌｉｎｋ ｔｗｉｓｔ）、リンクのオフセット、およびジョイントの角度の名称が与えられている。ロボット機械アームのＤＨ規則（ＤＨ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ）は良く知られており、ここでは詳しく説明しない。回転ジョイント（θｉ）の場合、角度変数と呼ばれ、他の３つの固定量（ｄｉ、ａｉ、αｉ）はリンクパラメーターと呼ばれる。
【0168】
ベースに対するエンドエフェクターの説明は、Ｔｎで示され、Ｔｎ＝Ａ１Ａ２…Ａｎ－１Ａｎとして提供される。各点を計算する計算コストはθ（ｎ）であり、ここで、ｎはエンドエフェクターから近位端リンクまでの経路でジョイントに関連した自由度の数である。直接運動学で計算された作業空間の点は、必ずしも曲面境界にあるとは限られない。エッジ検知アルゴリズムを使用して、作業空間の境界だけでなく、到達可能な作業空間内に隠れている穴やボイドを得ることができる。これは、作業空間の点を含む立方体のサイズを計算して達成することができる。この多次元データセットは、アプリケーションで必要な解像度に基づいて複数のセルに分割される。セル格子に作業領域の点が含まれると、それを１としてマークし、到達可能な点が含まれていない場合は０としてマークする。１つの作業空間のセルのいずれか隣接セルが０としてマークされると、境界セルと見なされる。行列Ｔｎは次元が４ｘ４の正方行列である。この行列の最後の列にある１番目、２番目および３番目の要素は、ベース座標系におけるエンドエフェクターの位置のｘ座標、ｙ座標およびｚ座標である。このような方法により、引出し内の点とＥＯＡＴ５０が到達可能な点を決定することができる。したがって、引出し２１の作業空間の到達可能性を決定することができる。即ち、引出し２１内の空間の全容積に対するこれらの点により占められる容積の比率を決定することができる。
【0169】
他の実施例では、逆運動学を使用して到達可能な作業空間を計算することができる。具体的に、逆運動学は、ロボットエンドエフェクターを与えられた位置と方向に配置するのに必要な可変ジョイントパラメーターを計算する数学的プロセスである。与えられた位置について、ジョイントパラメーターに１つまたは複数の解が存在すると、与えられた位置は到達可能な位置である。図４０Ｄに示すように、引出し内の点の３次元格子を検査してこれらの点のどれが折り畳み式アームのＥＯＡＴに到達できるかを判断する。各点の位置について、逆運動学表現式で計算してＥＯＡＴ５０が該当点に到達できるようにするジョイントパラメーターの１つまたは複数の解があるかどうかを決定する。所定の順序によりこれらの点を検査することができる。例えば、これらの点が複数の平行な平面上に位置するものとして扱い、まず、最初の平面上のすべての点を検査した後、二番目の平面上のすべての点を検査し、最後の平面のすべての点まで検査する。このような方法により、引出し２１内の点およびＥＯＡＴ５０が到達可能な点を決定することができる。したがって、引出し２１の作業空間の到達可能性を決定することができる。つまり、引出し２１内の空間の全体体積に対するこれらの点が占める体積の比率を決定することができる。
【0170】
ステップＳ７０５では、参照到達可能性があるかどうかを判断する。参照到達可能性がある場合はステップＳ７０７で進み、そうでない場合はステップＳ７０６に進む。
【0171】
ステップＳ７０６では、現在の作業領域の到達可能性を参照到達可能性として選択する。
【0172】
ステップＳ７０７では、現在の作業領域の到達可能性と参照到達可能性を比較し、大きい方を参照到達可能性として選択する。
【0173】
ステップＳ７０８では、ステップＳ７０４の作業空間の到達可能性の決定が所定の回数に達したかどうかを決定する。ステップＳ７０４の作業空間の到達可能性の決定が所定の回数に達するとステップＳ７０９に進み、そうでない場合はステップＳ７０２に戻る。一実施例では、所定の回数の値を１０００に設定することができる。
【0174】
ステップＳ７０９では、参照到達可能性に対応する折り畳み式アーム３０ａのパラメーターを出力する。
【0175】
一実施例では、ステップＳ７０４の作業空間の到達可能性の決定が所定の回数に達しなかった場合、ステップＳ７０４の作業空間の到達可能性の決定回数が所定の値（例えば、１０）より大きいかどうかを決定する。そうである場合、プロセスはステップＳ７１０に進み、そうでない場合はステップＳ７０２に戻る。
【0176】
ステップＳ７１０では、参照到達可能性に関連する折り畳み式アーム３０ａの各パラメーターの±ｎ％をランダムに変化させて折り畳み式アーム３０ａのパラメーターを生成する。ここで、ｎは０より大きい。次に、プロセスはステップＳ７０３に戻る。
【0177】
図３９の方法により決定されたパラメーターは、ＥＯＡＴ５０が引出し２１内のほとんどすべての位置に到達できるように、折り畳み式アーム３０ａの引出し２１への十分な作業空間の到達可能性を有するようにする。
【0178】
図４１Ａおよび図４１Ｂを参照すると、図３９の方法により折り畳み式アーム３０ａのパラメーターが決定された後、棚内／棚上での折り畳み式アーム３０ａの作業空間の到達可能性を評価することもできる。一実施例では、棚は、引出し２１の幅の半分である０．３５ｍの幅と深さを有すると想定される。引出し機構２０の背面から棚までの距離は、ロボットアシスタント１００が９０度回転するのに必要な半径である０．２１ｍに設定されてもよい。前記引出し２１の作業空間の到達可能性と同じまたは類似の方法で棚に対する作業空間の到達可能性を決定することができる。図４０Ａおよび図４０Ｂに示すように、折り畳み式アーム３０ａは、昇降機構によって棚内のほとんどの位置に到達することができる。到達可能な作業空間は、図４０Ａおよび図４０Ｂに示すように、完全に到達可能な作業空間、下部の部分的に到達可能な作業空間および上部の部分的に到達可能な作業空間を含む。
【0179】
なお、上記の開示は物流および他のタスクを実行するためのロボットアシスタント１００のいくつかの実施例を詳細に説明していることを理解されたい。上述のように、ロボットアシスタント１００は、監視されていないエンドツーエンドの物流解決手段を提供するために、生活場所またはヘルスケア所の支援として使用することができる。しかし、本発明はこれに限定されない。他の例示的な使用場面では、ロボットアシスタント１００は、学校、オフィスや、倉庫などで使用することができる。
【0180】
以上の説明は、解釈の目的で、特定の実施例を参照して説明された。しかし、上記の例示的な議論は、網羅的であること、または開示された正確な形態に本発明を限定することを意図していない。上記の示唆に鑑みて、多くの修正および変形が可能である。実施例に対する選択および説明は、本発明の原理およびその実際の応用を最もよく解釈するためのもので、本分野の他の技術者が本発明および他の様々な実施例を最もよく利用できるようにし、これに対して様々な修正を進めて意図的特定用途に適合するようにする。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図14D】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図17D】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図19A】
【図19B】
【図20】
【図21A】
【図21B】
【図21C】
【図21D】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33A】
【図33B】
【図33C】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40A】
【図40B】
【図40C】
【図40D】
【図41A】
【図41B】
【国際調査報告】