特表 2025-506030 形状記憶材料アクチュエータ及びこれを有するハイブリッドアクチュエータ

(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】2025-03-05

(54)【発明の名称】形状記憶材料アクチュエータ及びこれを有するハイブリッドアクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/00 20060101AFI20250226BHJP

   B25J 15/10 20060101ALI20250226BHJP

   B25J 15/08 20060101ALI20250226BHJP

   B25J 17/00 20060101ALI20250226BHJP

【ＦＩ】

B25J19/00 B

B25J15/10

B25J15/08 J

B25J17/00 G

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024547320

(86)(22)【出願日】2022-02-10

(85)【翻訳文提出日】2024-09-20

(86)【国際出願番号】 CA2022050200

(87)【国際公開番号】W WO2023150857

(87)【国際公開日】2023-08-17

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524297438

【氏名又は名称】サルコメア ダイナミクス インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】マンダハー，アヴター

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707ES06

3C707EU05

3C707EU13

3C707HS06

3C707HS13

3C707HS14

3C707HS24

3C707HS27

3C707JS06

3C707KS34

3C707KS37

3C707KV11

(57)【要約】

形状記憶材料アクチュエータは、フレーム、フレームに接続されたターミナルのペア、フレームとの関係において運動可能である運動メカニズム、及び、ターミナルのペアの間で延在しこれに接続された形状記憶材料の長さを有する。ターミナルのペアの間で延在する形状記憶材料の長さの一部分は、形状記憶材料の長さの収縮が運動メカニズムに圧接状態において力を印加するように且つその結果これを変位させるように運動メカニズムの表面上においても延在する。ハイブリッドアクチュエータは、形状記憶材料アクチュエータのみならず、フレームに結合された非バック駆動可能型の非形状記憶材料アクチュエータを含み得る。ハイブリッドアクチュエータは、ハイブリッドアクチュエータに接続された人工腱がそれを通じて通されているフローティングプーリーの運動に応答して折れ曲がるジョイントを制御するためにロボットマニピュレータの内側において使用し得る。
【選択図】図２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

（ａ）フレームと、
（ｂ）前記フレームに接続されたターミナルのペアと、
（ｃ）前記フレームとの関係において運動可能である運動メカニズムと、
（ｃ）前記ターミナルのペアの間において延在し接続された形状記憶材料の長さであって、前記ターミナルのペアの間において延在する前記形状記憶材料の長さの一部分は、また、前記形状記憶材料の長さの収縮が前記運動メカニズムに圧接状態において力を印加するように且つその結果これを変位させるように、前記運動メカニズムの表面上においても延在している、形状記憶材料の長さと、
を備える、形状記憶材料アクチュエータ。

【請求項2】

（ａ）前記運動メカニズムを中心とした１つの角度位置における１つ又は複数のプーリーの第１のグループと、
（ｂ）前記運動メカニズムを中心とした別の角度位置における１つ又は複数のプーリーの第２グループであって、前記形状記憶材料の長さの個々の部分は、前記プーリーの第１及び第２グループを通じてリービングされ、且つ、前記運動メカニズムに圧接状態において力を印加する前記形状記憶材料の長さの前記部分は、前記プーリーの第１及び第２グループを通じてリービングされた前記形状記憶材料の長さの前記部分の間に位置している、１つ又は複数のプーリーの第２グループと、
を更に備える、請求項１に記載の形状記憶材料アクチュエータ。

【請求項3】

前記プーリーのそれぞれは、電気絶縁性の車軸上において着座しており、且つ、金属性シーブを有する、請求項２に記載の形状記憶材料アクチュエータ。

【請求項4】

（ａ）前記運動メカニズムは、前記形状記憶材料の長さが延在しているチャネルを有し、前記形状記憶材料の長さが力を圧接状態において印加する前記表面は、前記チャネルの壁を有し、且つ、
（ｂ）前記１つ又は複数のプーリーの第１グループは、プーリーの対向する組を有する第１ブロック及びタックルを有し、前記１つ又は複数のプーリーの第２グループは、プーリーの対向する組を有する第２ブロック及びタックルを有し、且つ、前記チャネルは、前記第１ブロック及びタックルを有する前記プーリーの対向する組の間において、且つ、前記第２ブロック及びタックルを有する前記プーリーの対向する組の間において、前記運動メカニズムに沿って軸方向において位置決めされている、
請求項２又は３に記載の形状記憶材料アクチュエータ。

【請求項5】

前記形状記憶材料の長さの前記収縮は、前記運動メカニズムが非作動位置から作動位置に運動するようにしており、且つ、前記作動位置から前記非作動位置に戻るように前記運動メカニズムを付勢するために位置決めされたスプリングを更に有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の形状記憶材料アクチュエータ。

【請求項6】

前記スプリングは、前記運動メカニズムが前記非作動位置にある際に前記フレームに圧接状態において前記運動メカニズムの前記チャネルの前記壁を付勢している、請求項５に記載の形状記憶材料アクチュエータ。

【請求項7】

前記形状記憶材料は、電気信号に応答して収縮する形状記憶合金を有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の形状記憶材料アクチュエータ。

【請求項8】

前記フレームは、電気絶縁性を有する、請求項７に記載の形状記憶材料アクチュエータ。

【請求項9】

前記形状記憶材料の長さによって経験される応力を計測するために前記ターミナルの第１ペアに電気的に結合された電流センサを更に有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の形状記憶材料アクチュエータ。

【請求項10】

前記運動メカニズムとアライメントされた且つ前記運動メカニズムに向かって赤外光を放出するように位置決めされた赤外線位置センサを更に有し、前記運動メカニズムの先端は、凸状であり、且つ、赤外線反射性を有する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の形状記憶材料アクチュエータ。

【請求項11】

前記運動メカニズムは、ピストンを有する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の形状記憶材料。

【請求項12】

（ａ）請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の前記形状記憶材料アクチュエータを有する第１形状記憶材料アクチュエータと、
（ｂ）前記フレームに接続された非バック駆動可能型の非形状記憶材料アクチュエータと、
を備える、ハイブリッドアクチュエータ。

【請求項13】

前記非形状記憶材料アクチュエータは、
（ａ）ウォームギア直流電気モーターと、
（ｂ）前記ウォームギア直流電気モーターによってパワー供給される出力プーリーと、
を備える、請求項１２に記載のハイブリッドアクチュエータ。

【請求項14】

（ａ）前記フレームは、印刷回路基板を有し、及び、
（ｂ）前記ターミナルのペア及び前記ウォームギア直流電気モーターは、前記印刷回路基板に取り付けられている、
請求項１３に記載のハイブリッドアクチュエータ。

【請求項15】

１つ又は複数の更なる形状記憶材料アクチュエータを更に備え、
前記１つ又は複数の更なる形状記憶材料アクチュエータのそれぞれは、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の前記形状記憶材料アクチュエータを有し、及び、
前記第１形状記憶材料アクチュエータの且つ前記１つ又は複数の更なる形状記憶材料アクチュエータの前記運動メカニズムは、１つに固定されている、請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載のハイブリッドアクチュエータ。

【請求項16】

（ａ）ロボットジョイントを有するエンドエフェクタであって、前記ロボットジョイントは、フローティングプーリーを有し、及び、前記フローティングプーリーの運動は、前記ロボットジョイントの折り曲げをもたらしている、エンドエフェクタと、
（ｂ）（ｉ）第１形状記憶材料アクチュエータと、（ｉｉ）非バック駆動可能型の非形状記憶材料アクチュエータと、を有するハイブリッドアクチュエータと、
（ｃ）前記第１形状記憶材料アクチュエータ及び前記非形状記憶材料アクチュエータに接続された人工腱であって、前記人工腱の一部分は、前記人工腱が前記第１形状記憶材料アクチュエータに接続されている場所と前記非形状記憶材料アクチュエータが前記フローティングプーリーを通じてリービングされている場所の間に位置している、人工腱と、
を備える、ロボットマニピュレータ。

【請求項17】

前記第１形状記憶材料アクチュエータは、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の前記形状記憶材料アクチュエータを有し、及び、
前記人工腱は、前記第１形状記憶材料アクチュエータの前記運動メカニズムに接続されている、請求項１６に記載のロボットマニピュレータ。

【請求項18】

前記非形状記憶材料アクチュエータは、
（ａ）ウォームギア直流電気モーターと、
（ｂ）前記ウォームギア直流電気モーターによってパワー供給される出力プーリーと、
を有し、
前記第２人工腱の少なくとも一部は、前記出力プーリーを通じてリービングされている、請求項１７に記載のロボットマニピュレータ。

【請求項19】

（ａ）前記フレームは、印刷回路基板を有し、及び、
（ｂ）前記ターミナルのペア及び前記ウォームギア直流電気モーターは、前記印刷経路基板に取り付けられている、
請求項１８に記載のロボットマニピュレータ。

【請求項20】

１つ又は複数の更なる形状記憶材料アクチュエータを更に有し、
前記１つ又は複数の更なる形状記憶材料アクチュエータのそれぞれは、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の前記形状記憶材料アクチュエータを有し、及び、
前記第１形状記憶材料アクチュエータの且つ前記１つ又は複数の更なる形状記憶材料アクチュエータの前記運動メカニズムは、１つに固定されている、請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載のロボットマニピュレータ。

【請求項21】

前記１つ又は複数の更なる形状記憶材料アクチュエータは、１つ又は複数のコネクタを使用して固定されており、及び、
前記第１人工腱は、前記１つ又は複数のコネクタに装着されている、請求項２０に記載のロボットマニピュレータ。

【請求項22】

前記ハイブリッドアクチュエータに通信自在に結合された、及び、
（ａ）前記エンドエフェクタを第１位置に運動させるために前記非形状記憶材料アクチュエータを使用するように、且つ、
（ｂ）前記エンドエフェクタが前記第１位置にある際に前記エンドエフェクタを使用して把持力を物体に印加するために前記第１形状記憶材料アクチュエータを使用するように、
構成された、コントローラを更に有する、請求項１６乃至２１のいずれか１項に記載のロボットマニピュレータ。

【請求項23】

前記ロボットマニピュレータは、ロボット型の手を有し、及び、
前記ハイブリッドアクチュエータは、前記ロボット型の手の一部分を構成する指の外側において配置されている、請求項１６乃至２２のいずれか１項に記載のロボットマニピュレータ。

【請求項24】

請求項１６乃至２３のいずれか１項に記載の前記ロボットマニピュレータを使用する方法であって、
（ａ）前記エンドエフェクタを把持位置に運動させるために前記非形状記憶材料アクチュエータを使用することと、
（ｂ）前記エンドエフェクタが前記把持位置にある際に前記エンドエフェクタを使用して物体に把持力を印加するために前記第１形状記憶材料アクチュエータを使用することと、
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

技術分野
[0001] 本開示は、形状記憶材料アクチュエータ及び形状記憶材料アクチュエータを有するハイブリッドアクチュエータを対象としている。

【背景技術】

【0002】

背景
[0002] 人間の手は、印象的な生体力学的装置である。これは、任意の数の異なる向きにおいて位置決めすることが可能であり、様々な距離及び速度において把持するために物体に慎重に接近することが可能であり、且つ、必要に応じて、最初に物体の近傍において手を運動させるために必要とされる力を十分に超過した把持力を物体に迅速に印加することができる。更には、これは、相対的に小さく且つ軽量でありつつ、これを実行している。その結果、ロボットマニピュレータを生成するための努力は、主には、手の望ましい特性を真似ることに合焦している。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

概要
[0003] 第１の態様によれば、形状記憶材料アクチュエータが提供されており、これは、フレームと、フレームに接続されたターミナルのペアと、フレームとの関係において運動可能である運動メカニズムと、ターミナルのペアの間において延在し且つこれに接続された形状記憶材料の長さと、を有し、この場合に、ターミナルのペアの間において延在する形状記憶材料の長さの一部分は、形状記憶材料の長さの収縮が運動メカニズムに圧接状態において力を印加するように且つその結果これを変位させるように、運動メカニズムの表面上においても延在している。

【0004】

[0004] 形状記憶材料アクチュエータは、運動メカニズムを中心とした１つの角度位置における１つ又は複数のプーリーの第１グループと、運動メカニズムを中心とした別の角度位置における１つ又は複数のプーリーの第２グループと、を更に有することができる。形状記憶材料の長さの個々の部分は、プーリーの第１及び第２グループを通じてリービング（reeving）されていてもよく、及び、運動メカニズムに圧接状態において力を印加している形状記憶材料の長さの部分は、プーリーの第１及び第２グループを通じてリービングされている形状記憶材料の長さの部分の間に位置することができる。

【0005】

[0005] プーリーのそれぞれは、電気絶縁性の車軸上において着座することができると共に金属性シーブを有することができる。

【0006】

[0006] 運動メカニズムは、形状記憶材料の長さが延在するチャネルを有していてもよく、この場合に、形状記憶材料の長さが圧接状態において力を印加している表面は、チャネルの壁を有し、及び、１つ又は複数のプーリーの第１グループは、プーリーの対向する組を有する第１ブロック及びタックルを有していてもよく、１つ又は複数のプーリーの第２グループは、プーリーの対向する組を有する第２ブロック及びタックルを有していてもよく、及び、チャネルは、第１ブロック及びタックルを有するプーリーの対向する組の間において且つ第２ブロック及びタックルを有するプーリーの対向する組の間において運動メカニズムに沿って軸方向において位置決めされていてもよい。

【0007】

[0007] 形状記憶材料の長さの収縮は、運動メカニズムが非作動位置から作動位置に運動するようにすることができると共に、形状記憶材料アクチュエータは、作動位置から非作動位置に戻るように運動メカニズムを付勢するように位置決めされたスプリングを更に有することができる。

【0008】

[0008] スプリングは、運動メカニズムが非作動位置にある際にフレームに圧接状態において運動メカニズムのチャネルの壁を付勢することができる。

【0009】

[0009] 形状記憶材料は、電気信号に応答して収縮する形状記憶合金を有することができる。

【0010】

[0010] フレームは、電気絶縁性を有することができる。

【0011】

[0011] 形状記憶材料アクチュエータは、形状記憶材料の長さによって経験される応力を計測するためにターミナルの第１ペアに電気的に結合された電流センサを更に有することができる。

【0012】

[0012] 形状記憶材料アクチュエータは、運動メカニズムとアライメントされ、運動メカニズムに向かって赤外光を放出するように位置決めされた赤外線位置センサを更に有することができる。運動メカニズムの先端は、凸状を有することができると共に赤外線反射性を有することができる。

【0013】

[0013] 運動メカニズムは、ピストンを有することができる。

【0014】

[0014] 別の態様によれば、ハイブリッドアクチュエータが提供されており、これは、上述の態様の任意のもの又はこれらの適切な組合せの形状記憶材料アクチュエータを有する第１形状記憶材料アクチュエータと、フレームに接続された非バック駆動可能型の非形状記憶材料アクチュエータと、を有する。

【0015】

[0015] 非形状記憶材料アクチュエータは、ウォームギア直流電気モーターと、ウォームギア直流電気モーターによってパワー供給される出力プーリーと、を有することができる。更に一般的には、及び、非形状記憶材料アクチュエータが異なるタイプを有するかどうかとは無関係に、自動ロック型であるウォームギアは、非形状記憶材料アクチュエータを非バック駆動可能型とすることができる１つの方式である。

【0016】

[0016] フレームは、印刷回路基板と、ターミナルのペアと、を有することができると共に、ウォームギア直流電気モーターは、印刷回路基板に取り付けることができる。

【0017】

[0017] ハイブリッドアクチュエータは、１つ又は複数の更なる形状記憶材料アクチュエータを更に有することができる。１つ又は複数の更なる形状記憶材料アクチュエータのそれぞれは、上述の態様の任意のもの又はこれらの適切な組合せの形状記憶材料アクチュエータを有することができる。第１形状記憶材料アクチュエータの及び１つ又は複数の更なる形状記憶材料アクチュエータの運動メカニズムは、１つに固定することができる。

【0018】

[0018] 別の態様によれば、ロボットマニピュレータが提供されており、これは、ロボットジョイントを有するエンドエフェクタであって、ロボットジョイントは、フローティングプーリーを有し、且つ、フローティングプーリーの運動は、ロボットジョイントの折り曲げをもたらしている、エンドエフェクタと、第１形状記憶材料アクチュエータ及び非バック駆動可能型の非形状記憶材料アクチュエータを有するハイブリッドアクチュエータと、第１形状記憶材料アクチュエータ及び非形状記憶材料アクチュエータに接続された人工腱と、を有し、この場合に、人工腱の一部分は、人工腱が第１形状記憶材料アクチュエータに接続されている場所と非形状記憶材料アクチュエータがフローティングプーリーを通じてリービングされている場所の間に位置している。

【0019】

[0019] 第１形状記憶材料アクチュエータは、上述の態様の任意のもの又はこれらの適切な組合せの形状記憶材料アクチュエータを有することができると共に、人工腱は、第１形状記憶材料アクチュエータの運動メカニズムに接続されていてもよい。

【0020】

[0020] 非形状記憶材料アクチュエータは、ウォームギア直流電気モーターと、ウォームギア直流電気モーターによってパワー供給されている出力プーリーと、を有することができる。第２人工腱の少なくとも一部分は、出力プーリーを通じてリービングすることができる。更に一般的には、及び、非形状記憶材料アクチュエータが異なるタイプを有するかどうかとは無関係に、自動ロック型であるウォームギアは、非形状記憶材料アクチュエータを非バック駆動可能型とすることができる１つの方式である。

【0021】

[0021] フレームは、印刷回路基板と、ターミナルのペアと、を有することができると共に、ウォームギア直流電気モーターは、印刷回路基板に取り付けることができる。

【0022】

[0022] ロボットマニピュレータは、１つ又は複数の更なる形状記憶材料アクチュエータを更に有していてもよく、この場合に、１つ又は複数の更なる形状記憶材料アクチュエータのそれぞれは、上述の態様の任意のもの又はこれらの適切な組合せの形状記憶材料アクチュエータを有する。第１形状記憶材料アクチュエータの及び１つ又は複数の更なる形状記憶材料アクチュエータの運動メカニズムは、１つに固定することができる。

【0023】

[0023] １つ又は複数の更なる形状記憶材料アクチュエータは、１つ又は複数のコネクタを使用して１つに固定することができると共に、第１人工腱は、１つ又は複数のコネクタに装着することができる。

【0024】

[0024] ロボットマニピュレータは、ハイブリッドアクチュエータに通信自在に結合された且つエンドエフェクタを第１位置に運動させるために非形状記憶材料アクチュエータを使用するように且つエンドエフェクタが第１位置にある際にエンドエフェクタを使用して物体に把持力を印加するために第１形状記憶材料アクチュエータを使用するように構成されたコントローラを更に有することができる。

【0025】

[0025] ロボットマニピュレータは、ロボット型の手を有していてもよく、及び、ハイブリッドアクチュエータが配置されていてもよく、及び、ハイブリッドアクチュエータは、ロボット型の手の一部分を構成する指の外側において配置されている。

【0026】

[0026] 別の態様によれば、上述の態様の任意のもの又はこれらの適切な組合せのロボットマニピュレータを使用する方法が提供されており、方法は、エンドエフェクタを把持位置に運動させるために非形状記憶材料アクチュエータを使用することと、エンドエフェクタが把持位置にある際にエンドエフェクタを使用して物体に把持力を印加するために第１形状記憶材料アクチュエータを使用することと、を有する。

【0027】

[0027] この概要は、必ずしもすべての態様の範囲の全体を記述しているものではない。その他の態様、特徴、及び利点については、特定の実施形態に関する以下の説明を検討した際に当業者に明らかとなろう。

【0028】

図面の簡単な説明
[0028] １つ又は複数の例示用の実施形態を示す添付図面は、以下のとおりである。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】[0029]例示用の一実施形態によるハイブリッドアクチュエータを有するロボット型の手を描く。

【図2A】[0030]例示用の一実施形態によるハイブリッドアクチュエータ及び図１のロボット型の手の一部分を構成するロボット型の指骨を描く。

【図2B】[0031]図２Ａのライン２Ｂ－２Ｂに沿って取得された図２Ａのロボット型の指骨の断面図を描く。

【図3】[0032]非作動状態における図２Ａのハイブリッドアクチュエータの斜視図を描く。

【図4】[0033]非作動状態における図２Ａのハイブリッドアクチュエータの平面図を描く。

【図5】[0034]非作動状態における図２Ａのハイブリッドアクチュエータの正面図を描く。

【図6】[0034]非作動状態における図２Ａのハイブリッドアクチュエータの背面図を描く。

【図7】[0035]非作動状態における図２Ａのハイブリッドアクチュエータの右側面図を描く。

【図8】[0035]非作動状態における図２Ａのハイブリッドアクチュエータの左側面図を描く。

【図9】[0036]作動状態における図２Ａのハイブリッドアクチュエータの正面図を描く。

【図10】[0036]作動状態における図２Ａのハイブリッドアクチュエータの背面図を描く。

【図11】[0037]非作動状態における図２Ａのハイブリッドアクチュエータの正面図を描いており、この場合に、ハイブリッドアクチュエータの一部分を構成する形状記憶材料アクチュエータの１つのもののフレームは、ハイブリッドアクチュエータの内部を明らかにするために除去されている。

【図12】[0038]図２Ａのハイブリッドアクチュエータの一部分を構成する回路のブロック図を描く。

【図13】[0039]別の例示用の実施形態によるハイブリッドアクチュエータとの関連においてロボットマニピュレータを使用する方法を描く。

【発明を実施するための形態】

【0030】

詳細な説明
[0040] 組立及びソートなどの生産工程のために使用される義肢及びロボット型エンドエフェクタのために使用されるロボット型の手などのロボットマニピュレータが益々普及している。部分的には、これは、例えば、マニピュレータによる物体の相対的に高度な認識及び操作を許容するコンピュータビジョンの分野における人工知能に基づいた技術の発展に起因している。

【0031】

[0041] ロボットマニピュレータの用途とは無関係に、一般的に言えば、物体を把持するために、マニピュレータのエンドエフェクタは、まず、その物体に近接した「把持位置」において位置決めされ、次いで、把持力をその物体に印加するために使用されている。エンドエフェクタを把持位置に運動させるために使用される力の及び把持力自体の特性は、著しく異なっている。即ち、エンドエフェクタを把持位置内に位置決めする際には、及び、把持の前には、相対的に小さな量の力が、通常、エンドエフェクタを相対的に大きな距離だけ運動させるために必要とされている。対照的に、把持力自体は、相対的に大きなものであり、及び、エンドエフェクタを、まったくではない場合にも、わずかな距離しか運動させていない。

【0032】

[0042] 直流電気モーター（「ＤＣモーター」）をエンドエフェクタ用のアクチュエータとして使用することができる。合理的にサイズ設定されたＤＣモーターは、エンドエフェクタを長い距離にわたって運動させるために使用され得る一方で、ＤＣモーターは、相対的に小さなパワー対重量比率という問題を有している。その結果、ＤＣモーターは、必要とされることになるＤＣモーターの大きな重量及びサイズが付与された場合に、特に義肢として使用される際には、エンドエフェクタの把持力を生成するための不良な選択肢である。対照的に、温度の変化に応答して変形する金属性合金である形状記憶合金（「ＳＭＡ」）をエンドエフェクタ用のアクチュエータとして使用することもできる。ＳＭＡは、ＤＣモーターよりも大きなパワー対重量比率を有し、且つ、相対的に小さな（例えば、約４％～約８％の）回復可能な変形を有する傾向を有する。この結果、ＳＭＡは、エンドエフェクタの把持力を生成する際に使用する場合に、ＤＣモーターよりも適切なものとなっている。

【0033】

[0043] ＳＭＡ及びＤＣモーターの相補的な特性に鑑み、アクチュエータの環境においては、ＤＣモーターをＳＭＡアクチュエータと組み合わせる試みが実施されている。但し、これらの試みは、受け入れ不能に大きな位置の不正確性（例えば、約５％の逸脱）、大きな応力がＳＭＡに印加されることをもたらす且つその結果相対的に短いＳＭＡ動作寿命及び／又は低減されＳＭＡ性能をもたらすＳＭＡの方向付け、ＳＭＡによって生成された力を直接的に監視することの不能性、義手内においてアクチュエータをフィットさせるために必要とされる小型化に有用ではない嵩張る機械的設計、及びＤＣモーター対ＳＭＡによって発生する作動の間の干渉などの１つ又は複数の技術的問題点を有している。

【0034】

[0044] 本明細書における少なくともいくつかの実施形態においては、形状記憶材料（「ＳＭＭ」）アクチュエータ及びＳＭＭアクチュエータを有するハイブリッドアクチュエータについて記述されている。ＳＭＭは、温度の変化に応答して変形する弾性変形可能な材料である。ＳＭＭの一例がＳＭＡであるが、ＳＭＭのその他の例は、例えば、ポリマーに基づいたものである（例えば、これらは、少なくとも１つのポリマーを有し、及び、任意の金属性合金を排除し得る）。ＳＭＭアクチュエータは、一般に、フレームと、フレームに接続されたターミナルのペアと、フレームとの関係において運動可能な運動メカニズムと、ターミナルのペアの間において延在する且つこれに接続されたＳＭＭの長さと、を有する。描かれている実施形態において使用されているＳＭＭの長さは、ＳＭＭのフィラメントであり、一般的に言えば、「フィラメント」は、例えば、ファイバ、ロープ、ストリング、ストランド、コード、スレッド、又はリボンを有することができる。更に一般的には、ＳＭＭの任意の適切に成形された長さをＳＭＭアクチュエータにおいて使用することができる。例えば、ＳＭＭの長さは、静電容量性を有するように、或いは、ＳＭＭのバーとなるように、構成されたポリマーに基づいたＳＭＭのフラットシートを有することができる。

【0035】

[0045] また、ターミナルのペアの間において延在しているフィラメントの一部分は、フィラメントの収縮が運動メカニズムに圧接状態において力を印加するように且つその結果これを変位させるように、運動メカニズムの表面上においても延在している。収縮は、例えば、ＳＭＭが加熱し且つその結果収縮するようなターミナルに跨る電気信号の印加の結果として得ることができる。ＳＭＭによって経験される応力を相対的に小さな状態において維持しつつ、アクチュエータが空間効率的な方式で収容し得るＳＭＭの長さを増大させ、これにより、ＳＭＭアクチュエータが空間効率的な方式で生成し得る力の量を増大させるために、運動メカニズムを中心として位置決めされた様々なプーリーを使用することができる。多数のＳＭＭアクチュエータをアライメントさせ、その運動メカニズムを１つに接続し、これにより、空間効率的な方式で単一の装置から入手可能な総合的な出力の力を更に増大させることができる。ハイブリッドアクチュエータは、ＳＭＭアクチュエータ及びＤＣモーターなどのその他の非ＳＭＭアクチュエータの１つ又は複数を有していてもよく、この場合に、１）１つ又は複数のＳＭＭアクチュエータの出力、及び、２）非ＳＭＭアクチュエータの出力、はそれぞれ、第１及び第２人工腱に接続されている。この結果、それぞれ、義肢などのロボットマニピュレータを把持位置内に位置決めするために、且つ、互いと干渉することなしに把持力を物体に印加するために、非ＳＭＭアクチュエータ及び１つ又は複数のＳＭＭアクチュエータを使用することができる。

【0036】

[0046] 次に図１を参照すれば、ロボット型の手１００の斜視図が描かれており、これは、例示用の一実施形態によるロボットマニピュレータの一例である。ロボット型の手１００は、掌１０２と、５つの指１０４と、を有し、この場合に、指１０４のそれぞれは、近位、中間、及び遠位指骨を有する。掌１０２の内部に配置されているのは、図２Ａにおいて描かれているものなどのハイブリッドアクチュエータ２００である。図２Ａにおいて、ハイブリッドアクチュエータ２００は、第１及び第２人工腱２０６ａ、ｂを介して手１００の中間指骨２０２の１つのものの基部においてロボットジョイント２０４に接続された状態において示されている。図２Ｂは、図２Ａのライン２Ｂ－２Ｂに沿って取得されたロボットジョイント２０４の断面を示している。人工腱２０６ａ、ｂは、例えば、ナイロン被覆された編組鋼ケーブルから構築することができる。図２Ｂは、ロボット型の手１００の近位、中間、及び遠位指骨を描写する３つのロボットジョイント２０４を描いており、この場合には、図示の明瞭性を目的として、中間指骨のみのフローティングプーリー２０８、ボルト２１０、及びマンドレル２１２がラベル付与されている。第１人工腱２０６ａの第１部分（例えば、人工腱２０６ａの第１端部）は、第１及び第２ＳＭＭアクチュエータ３００ａ、ｂの一部分を構成する（図３、図５、図６、及び図９～図１１において示されている）運動メカニズム３１４ａ、ｂに接続され、第１人工腱２０６ｂの第２部分（例えば、人工腱２０６ｂの第２端部）は、ハイブリッドアクチュエータ２００の出力プーリー３１０に接続されており、これは、（図１１に示されている）ＤＣモーター１１０２によってパワー供給され、且つ、第１及び第２部分の間の人工腱２０６ａの第３部分は、フローティングプーリー２０８を通じてリービングされている。従って、それぞれ、ＤＣモーター１１０２により、且つ、ＳＭＭアクチュエータ３００ａ、ｂにより、人工腱２０６ａの異なる端部を作動させることができる。ＤＣモーター１１０２の一方又は両方による且つＳＭＭアクチュエータ３００ａ、ｂによる作動は、空間を通じてフローティングプーリー２０８の全体を平行運動させ、これにより、ロボットジョイント２０４を折り曲げ、且つ、マンドレル２１２を中心とした回転をもたらしている。引っ張りばね２１２は、第２人工腱２０６ｂに装着されており、これは、ボルト２１０に付着されている。引っ張りばね２１２は、例えば、掌１０２内において配置された装着ポイントに付着されており、これは、ロボットジョイント２０４をＤＣモーター１１０２及びＳＭＭアクチュエータ３００ａ、ｂによる作動が存在していないまっすぐな位置に回復している。

【0037】

[0047] 次に図３～図８を参照すれば、非作動状態において図２Ａに示されているハイブリッドアクチュエータ２００の斜視図、平面図、正面図、及び背面図、並びに、右及び左側面図がそれぞれ描かれている。図９及び図１０は、それぞれ、作動状態における図２Ａのハイブリッドアクチュエータの正面及び背面図を描いている。特に図３に示されているように、ハイブリッドアクチュエータ２００は、一般に、それぞれ、第１及び第２フレーム３０２ａ、ｂを有する隣接する第１及び第２ＳＭＭアクチュエータ３００ａ、ｂを有する。図１１は、ハイブリッドアクチュエータ２００の内部を表示するためにハイブリッドアクチュエータ２００から除去された第１フレーム３０２ａを描いている。以下、図３～図１１を参照し、ハイブリッドアクチュエータ２００の構造に関する説明を実施する。

【0038】

[0048] 更に詳しくは、ハイブリッドアクチュエータ２００は、ブラシ型又はブラシレス型であり得るＤＣモーター１１０２の形態において隣接する第１及び第２ＳＭＭアクチュエータ３００ａ、ｂ及び非ＳＭＭアクチュエータを有する。ＤＣモーター１１０２は、描かれている実施形態においては、例示用の非ＳＭＭアクチュエータとして使用されているが、異なる実施形態においては、非ＳＭＭアクチュエータの代替タイプが可能である。非ＳＭＭアクチュエータの例示用の代替タイプは、ＡＣモーター、液圧システム、ガス圧システム、及びソレノイドに基づいたシステムを有し、一般的に言えば、これらの非ＳＭＭアクチュエータは、ロボットジョイント２０４が把持位置内に対応する程度だけ運動するようにするために大きな範囲のモーションを提供する能力を有する。描かれている実施形態において、第１及び第２ＳＭＭアクチュエータ３００ａ、ｂは同一である。ここで第１ＳＭＭアクチュエータ３００ａに合焦すれば、第１ＳＭＭアクチュエータ３００ａは、第１フレーム３０２ａと、第１フレーム３０２ａに接続されたターミナルの第１ペア３１２ａと、第１フレーム３０２ａとの関係において運動可能である第１運動メカニズム３１４ａと、ターミナルのペア３１２ａの間において延在する且つこれに接続された形状記憶材料の第１フィラメント（「ＳＭＭフィラメント」）３２２ａと、を有する。フレーム３０２ａ及びターミナルのペア３１２ａは、ハイブリッドアクチュエータ２００の底部上においてＰＣＢ３０４に取り付けられている。描かれている実施形態におけるＳＭＭフィラメント３２２ａは、所定のタイプのNitinol（商標）ニッケルチタニウム合金である、Flexinol（商標）などのＳＭＡを有するが、その他の適切なＳＭＡ又はＳＭＭを使用することができる。また、ターミナルのペア３１２ａの間において延在しているＳＭＭフィラメント３２２ａの一部分は、ＳＭＭフィラメント３２２ａの収縮が運動メカニズム３１４ａに圧接状態において力を印加し且つその結果これを変位させ、これにより、ＳＭＭアクチュエータ３００ａを図９に示されているようにその「作動状態」に平行運動させるように、運動メカニズム３１４ａの表面上においても延在しており、わかりやすさを目的として、図９は、その「十分な作動状態」にあるＳＭＭアクチュエータ３００ａを示している一方で、更に一般的には、作動状態は、運動メカニズム３１４ａが図９に示されているようにはるかに下方にシフトしていない場合にも運動メカニズム３１４ａが図５に示されているようにその位置との関係において下向きにシフトするように、ＳＭＭフィラメント３２２ａが収縮している任意の状態を含む。ＳＭＭフィラメント３２２ａは、そのターミナル３１２ａに跨って印加された電気信号に応答して収縮し、この結果、電流がＳＭＭフィラメント３２２ａを通じて流れ、その結果、これを加熱し且つ収縮させている。描かれている実施形態において、運動メカニズム３１４ａは、作動の際にＰＣＢ３０４に向かって下方に軸方向において変位するピストンを有するが、（描かれていない）その他の実施形態においては、ＳＭＭアクチュエータ３００ａの作動は、異なるタイプ又は方向のモーション（例えば、回転モーション又は非軸方向の平行運動モーション）を結果的にもたらし得る。

【0039】

[0049] ＳＭＭアクチュエータ３００ａは、運動メカニズム３１４ａを中心として１つの角度位置においてプーリーの対向する組を有する第１ブロック及びタックル３２４ａと、運動メカニズム３１４ａを中心として別の角度位置においてプーリーの対向する組を有する第２ブロック及びタックル３２４ｂと、を有する。描かれているように、第１及び第２ブロック及びタックル３２４ａ、ｂは、描かれている実施形態においては、１８０度だけ分離されているが（即ち、第１及び第２ブロック及びタックル３２４ａ、ｂ及び運動メカニズム３１４ａがアライメントされているが）、これらは、その他の実施形態においては異なる角度の分離を有することができる。更に一般的には、ブロック及びタックル３２４ａ、ｂは、ＳＭＭフィラメント３２２ａがリービングされている１つ又は複数のプーリーの第１及び第２グループの個々の例であり、この場合に、作動の際に運動メカニズム３１４ａに圧接状態において力を印加するＳＭＭフィラメント３２２ａの部分は、プーリーの第１及び第２グループを通じてそれぞれリービングされたＳＭＭフィラメント３２２ａの部分の間に位置している。

【0040】

[0050] 描かれている実施形態において、プーリーのそれぞれは、それぞれ、ターミナル３１２ａに跨る電気信号の印加及び除去に応答してＳＭＭフィラメント３２２ａの収縮及び緩和の際に摩擦を低減するために、１ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍの鋼マイクロベアリングを有する７０７５アルミニウムを使用して製造されたシーブを有する。７０７５アルミニウムは、その硬度に起因して使用されており、これは、ＳＭＭフィラメント３２２ａからの圧力下にある際のプーリーの変形の防止を支援しており、実際に、プーリーは、例えば、１８５０ｐｓｉ～２２５０ｐｓｉ（１２．７６ｋＰａ～１５．５１ｋＰａ）の範囲の応力に耐えるように設計されている。また、アルミニウムは、実際にＳＭＭフィラメント３２２ａの緩和の際にヒートシンクとして機能することを依然として許容しつつ、プーリーがＳＭＭフィラメント３２２ａからの過剰な残留熱を保存するのを防止するのに十分な小さな熱容量を有する。鋼マイクロベアリングは、アルミニウムシーブよりも小さな熱伝導性を有し、及び、更には、プーリーの車軸１１０６を断熱するように機能している。

【0041】

[0051] ＳＭＭフィラメント３２２ａが導電性を有していることから、電気信号がターミナル３１２ａに跨って印加された際に、電流がＳＭＭフィラメント３２２ａ自体以外のなにものかによって伝導されることにより、ＳＭＭフィラメント３２２ａの長さに沿った任意の２つのポイントが電気的に１つに短絡されることを防止することが望ましい。ＳＭＭフィラメント３２２ａ及びプーリーのアルミニウムシーブが導電性を有することが付与された場合に、ＳＭＭアクチュエータ３００ａが作動状態にある際の電気的短絡を防止するために、プーリーは、電気的絶縁性を有する車軸１１０６上において着座しており、更に詳しくは、描かれている実施形態においては、車軸１１０６は、ガラスファイバロッドである。これに加えて、フレーム３０２ａ自体は、ガラス複合樹脂などの電気絶縁性材料から製造されており、例えば、フレーム３０２ａは、Rigid 10k（商標）樹脂から３Ｄ印刷されていてもよく、及び、相対的に大きな強度及び動作温度を促進するために熱硬化されていてもよい。

【0042】

[0052] 運動メカニズム３１４ａは、運動メカニズム３１４ａの反対側の間において延在している且つこれらから突出している第１中空ロッド３２０ａを有し、更に詳しくは、ロッド３２０ａは、それぞれ第１及び第２ブロック及びタックル３２４ａ、ｂに対向する運動メカニズム３１４ａの側部から突出し且つ運動メカニズム３１４ａを通じて延在し、これにより、ＳＭＭフィラメント３２２ａが通過するチャネルを定義し且つチャネル壁として機能している。ロッド３２０ａと、その結果、チャネルと、は、第１ブロック及びタックル３２４ａを有するプーリーの対向する組の間において且つ第２ブロック及びタックル３２４ｂを有するプーリーの対向する組の間において運動メカニズム３１４ａに沿って軸方向において位置決めされている。また、運動メカニズム３１４ａは、運動メカニズム３１４ａ上のフレーム３０２ａ及び第１リップ３２６ａに圧接状態において付勢されたコイルスプリング３１８ａを通じて延在している。ＳＭＭアクチュエータ３００ａが、図９及び図１０に示されているように十分な作動状態にある際に、収縮したＳＭＭフィラメント３２２ａは、フレーム３０２ａの底部部分に圧接した状態においてリップ３２６ａに対して力を印加している。ＳＭＭアクチュエータ３００が非作動状態にある際には、スプリング３１８ａは、ロッド３２０ａがフレーム３０２ａの上部部分に接触する時点までリップ３２６ａを付勢している。この結果、スプリング３１８ａは、作動位置から非作動位置への運動メカニズム３１４ａの遷移を支援しており、且つ、更には、電気信号がターミナル３１２ａに対して印加される時点まで、非作動位置において運動メカニズム３１４ａを維持している。また、スプリング３１８ａは、ＳＭＭフィラメント３２２ａがプーリーから滑り出すことを防止するように、非作動状態にある際にＳＭＭフィラメント３２２ａが応力印加状態に留まることを支援している。

【0043】

[0053] 描かれている実施形態においては、運動メカニズム３１４ａは、２つのブロック及びタックル３２４ａ、ｂの間に位置しているが、（描かれていない）異なる実施形態においては、異なる構成が可能である。運動メカニズム３１４ａは、例えば、フレーム３０２ａの１つのエッジに隣接していてもよく、且つ、ブロック及びタックル３２４ａ、ｂは、互いに隣接した状態において且つ運動メカニズム３１４ａとフレーム３０２ｂの他方のエッジの間において配置されていてもよい。別の例として、ブロック及びタックル３２４ａ、ｂ及び運動メカニズム３１４ａが同一平面上に位置しているのとは対照的に、第１ブロック及びタックル３２４ａは、１つのプレーン内にあってもよく、第２ブロック及びタックル３２４ｂは、異なる第２プレーン内にあってもよく、且つ、運動メカニズム３１４ａは、これらの２つのプレーンの間において位置決めされていてもよい。

【0044】

[0054] ロッド３２０ａは、金属（例えば、真鍮又はアルミニウム）又はセラミックなどの任意の適切な材料から製造することができる。そして、描かれている実施形態におけるスプリング３１８ａは、運動メカニズム３１４ａがそれを通じて且つそれに沿って延在するコイルスプリングである一方で、（描かれていない）異なる実施形態においては、スプリング３１８ａは、異なる形態を有することができる。例えば、異なる実施形態におけるスプリング３１８ａは、運動メカニズム３１４ａ上には位置していないコイルスプリング、或いは、リーフスプリングを有することができる。

【0045】

[0055] 第２ＳＭＭアクチュエータ３００ｂは、描かれている実施形態においては、第１ＳＭＭアクチュエータ３００ａと構造において同一である。第１ＳＭＭアクチュエータ３００ａの第１フレーム３０２ａ、ターミナルの第１ペア３１２ａ、第１運動メカニズム３１４ａ、第１スプリング３１８ａ、第１ロッド３２０ａ、第１ＳＭＭフィラメント３２２ａ、第１及び第２ブロック及びタックル３２４ａ、ｂ、並びに、第１リップ３２６ａは、それぞれ、第２ＳＭＭアクチュエータ３００ｂの第２フレーム３０２ｂ、ターミナルの第２ペア３１２ｂ、第２運動メカニズム３１４ｂ、第２スプリング３１８ｂ、第２ロッド３２０ｂ、第２ＳＭＭフィラメント３２２ｂ、第３及び第４ブロック及びタックル３２４ｃ、ｄ、並びに、第２リップ３２６ｂにそれぞれ類似している。第１及び第２ＳＭＭアクチュエータ３００ａ、ｂは、描かれている実施形態においては同一であるが、異なる実施形態（描かれていない）においては、これらは、同一である必要はない。例えば、２つのアクチュエータ３００ａ、ｂは、異なる数のプーリー、異なるタイプ及び／又は長さのＳＭＭ、及び／又は異なるＳＭＭの向きを有することができる。

【0046】

[0056] ボルト３１６の形態のコネクタが、第１及び第２運動メカニズム３１４ａ、ｂを１つに接続している。ボルト３１６は、描かれている実施形態においては、運動メカニズム３１４ａ、ｂに対して垂直に延在している。図４に示されているように、第１及び第２フレーム３０２ａ、ｂのそれぞれのものの上部は、第１人工腱２０６ａがボルト３１６に接続されることを許容するアパーチャ４０２を集合的に形成したスロットを有する。運動メカニズム３１４ａ、ｂを１つに接続するボルト３１６に起因し、第１人工腱２０６ａ上において作用する合計力は、ＳＭＭアクチュエータ３００ａ、ｂのそれぞれによって生成される力の合計である。また、描かれている実施形態におけるＳＭＭアクチュエータ３００ａ、ｂ内のプーリーの使用は、ＳＭＭフィラメント３２２ａ、ｂの長さがプーリーを欠いた実施形態との関係において空間効率的な方式で増大することを許容している。従って、プーリー及びボルト３１６は、いずれも、ＳＭＭアクチュエータ３００ａ、ｂが集合的に生成し得る且つ既知の従来のシステムとの関係において人工腱に印加し得る力の量の増大に寄与している。

【0047】

[0057] 次に図１１を具体的に参照すれば、非ＳＭＭアクチュエータは、ＳＭＭアクチュエータ３００ａ、ｂに隣接している。描かれている実施形態においては、非ＳＭＭアクチュエータは、ウォームギア１１０４によって出力プーリー３１０に機械的に結合され、これにより、ＤＣモーター１１０２が出力プーリー３１０にパワー供給することを許容するＤＣモーター１１０２を有する（ＤＣモーター１１０２及びウォームギア１１０４は、集合的に「ウォームギアＤＣモーター」である）。描かれている実施形態は、ＤＣモーター１１０２を非ＳＭＭアクチュエータとして示しているが、（描かれてはいない）異なる実施形態においては、非ＳＭＭアクチュエータは、この代わりに、上述のように、異なるタイプのアクチュエータを有することもできる。ウォームギアに起因して、ウォームギアＤＣモーターは、自動ロック型であり、且つ、その結果、非バック駆動可能型であり、従って、ＳＭＭアクチュエータ３００ａ、ｂが把持力を印加するために使用されているなどの際に人工腱２０６ａを通じてウォームギアに印加された圧力がウォームギア１１０４又はＤＣモーター１１０２を運動させることがなく且つ不注意によってジョイント２０４の位置を変更することがない。ウォームギアは、ＤＣモーター１１０２を非バック駆動可能型にするために使用されているが、異なる実施形態においては、上述のＡＣモーター、液圧システム、ガス圧システム、又はソレノイドに基づいたシステムなどのＤＣモーター１１０２以外のタイプの非ＳＭＭアクチュエータを使用する異なる実施形態を含むラチェットなどの異なるメカニズムを使用することができる。

【0048】

[0058] 図１２は、図２Ａのハイブリッドアクチュエータの一部分を有する回路のブロック図１２００を描いている。ブロック図１２００は、例えば、STM32（商標）マイクロプロセッサを有し得るコントローラ１２０２を示している。コントローラ１２０２は、第１及び第２ＳＭＭフィラメント３２２ａ、ｂのそれぞれのものの位置を監視するために使用されている第１及び第２赤外線（「ＩＲ」）位置センサ１２０４ａ、ｂ、ＤＣモーター１１０２の位置（即ち、ＤＣモーター１１０２の出力シャフトが回転した量）を表すデジタル信号を返すＤＣモーター１１０２の位置を監視するために使用されているエンコーダ３０６、コントローラ１２０２をプログラミングするために使用されているプログラミングプローブ１２０６、ＤＣモーター１１０２を駆動するための且つ更に具体的にはＤＣモーター１１０２の方向及び速度を制御するためのモータードライバ１２０８、第１及び第２アクチュエータ３００ａ、ｂをそれぞれ作動させるためにターミナルの第１及び第２のペア３１２ａ、ｂに電気信号を印加するためのパワー電界効果トランジスタ（「ＦＥＴ」）１２１０に通信自在に結合されている。エンコーダ３０６は、円筒形回転磁石と、ブロック図１２００内において「Ｈａｌｌ－１」及び「Ｈａｌｌ－２」信号を個々に出力することによって磁石の位置に応答しているホール効果センサのペアと、を有する。ブロック図１２００内の「力１」及び「力２」信号は、それぞれ、第１及び第２シャント抵抗器を通じて計測される、第１及び第２ＳＭＭフィラメント３２２ａ、ｂを通じて流れ、これにより、第１及び第２ＳＭＭフィラメント３２２ａ、ｂが経験している力の直接的な計測を許容する電流を表す信号を表している。

【0049】

[0059] コントローラ１２０２、ＩＲ位置センサ１２０４ａ、ｂ、プログラミングプローブ１２０６、モータードライバ１２０８、パワーＦＥＴ１２１０、及びエンコーダ３０２は、いずれも、ＰＣＢ３０４に取り付けられている。また、ブロック図１２００は、柔軟な印刷されたケーブルコネクタ１２１４を介してＵＳＢシリアル及びパワー入力を受け取る且つパワー、クロック、及び様々なその他の信号をコントローラ１２０２に出力するマスターボード１２１２をも示している。マスターボード１２１２は、手１００の基部に接続されたコンパートメント（描かれてはいない）など内においてロボット型の手１００の掌１０２の外側の適切な位置において配置されている。

【0050】

[0060] 第１ＳＭＭアクチュエータ３００ａとの関係において図１１に示されているように、第１ＩＲ位置センサ１２０４ａは、第１運動メカニズム３１４ａを有するピストンの長手方向軸とアライメントされている。ＩＲ位置センサ１２０４ａは、ＩＲ光を出力し、及び、第１運動メカニズム３１４ａの先端から、放出されたＩＲ光の反射を受け取り、及び、その後に、反射されたＩＲ信号の通過時間から、センサ１２０４ａから運動メカニズム３１４ａの先端までの距離を判定している。ＩＲ光の適切な反射を促進するために、運動メカニズム３１４ａの先端は、凸状であり、且つ、描かれている実施形態においては、半球状である。これに加えて、運動メカニズム３１４ａの先端及びＩＲ光に曝露されるフレーム３０２ａの部分は、ＩＲ位置センサ１２０４ａが十分に強力な反射ＩＲ信号を計測し得るように、ＩＲ反射性を有する（例えば、白色に塗装されている）。（描かれてはいない）別の実施形態においては、フレーム３０２ａは、ＩＲ反射性を有することを保証するために運動メカニズム３１４ａの先端の十分近傍に位置していなくてもよい。

【0051】

[0061] 上述のように、及び、図２Ａにおいて示されているように、第１人工腱２０６ａは、一端上においてボルト３１６に接続され、アパーチャ４０２を通過し、フローティングプーリー２０８を通じてリービングされ、且つ、出力プーリー３１０に接続された反対側端部を有する。従って、ハイブリッドアクチュエータ２００は、フローティングプーリー２０８を通じてリービングされた人工腱２０６ａの端部に圧力を印加するために、ＤＣモーター１１０２及びＳＭＭアクチュエータ３００ａ、ｂによって出力される異なるタイプの力を使用することにより、ロボットジョイント２０４、並びに、更に一般的には、任意の適切なエンドエフェクタ、を作動させることができる。これは、フローティングプーリー２０８全体（即ち、シーブ及び車軸）が空間を通じて運動し、これにより、指１０４が折れ曲がるようにしている。この結果、フローティングプーリー２０８を通じて人工腱２０６ａを通すことは、プーリーの把持強度が、ＳＭＭフィラメント３２２ａがフローティングプーリー２０８の車軸に直接的に接続された結果として得られている場合よりも小さな精度誤差及び大きな把持強度を結果的にもたらしている。わかりやすさを目的として、及び、上述のように、ＳＭＭアクチュエータ３００ａ、ｂの作動は、中空ロッド３２０ａ、ｂがフレーム３０２ａ、ｂの底部部分に圧接状態において付勢されないように、運動メカニズム３１４ａ、ｂを部分的にのみシフトさせるＳＭＭフィラメント３２２ａ、ｂの収縮の結果として得られる作動を含む。

【0052】

[0062] 図１３は、例えば、ハイブリッドアクチュエータ２００を使用して実装され得るロボットマニピュレータを使用する方法１３００のフローチャートを描いている。コントローラ１２０２は、ブロック１３０２において、まず、ロボット型の手１００などのエンドエフェクタを把持位置に運動させるためにウォームギアＤＣモーターなどの非ＳＭＭアクチュエータを使用している。そして、エンドエフェクタが把持位置に位置した際に、ブロック１３０４において、コントローラ１２０２は、エンドエフェクタを使用して物体に把持力を印加するために少なくとも第１ＳＭＭアクチュエータ３００ａを使用している。方法１３００は、コントローラ１２０２がコンピュータプログラムコードを実行した際にハイブリッドアクチュエータ２００が方法１３００を実行するように、コントローラ１２０２の一部分を構成するメモリ内において保存された且つコントローラ１２０２の一部分を構成するプロセッサによって実行可能であるコンピュータプログラムコードとして表現することができる。コンピュータプログラムコードは、例えば、エンドエフェクタを制御するために、過減衰型の比例－積分－微分（「ＰＩＤ」）コントローラを実装することができる。

【0053】

[0063] 従って、図に描かれている及び上述されているハイブリッドアクチュエータ２００は、ＤＣモーター１１０２及びＳＭＭフィラメント３２２ａ、ｂによる力の独立的な印加を許容し、把持強度が少なくともいくつかの代替ハイブリッドアクチュエータとの関係において図２Ｂに示されているようにロボットジョイント２０４に印加された際に低減された位置誤差を有し、エンコーダ３０６及びＩＲ位置センサ１２０４ａ、ｂを使用してリアルタイム位置フィードバックを提供し、ＳＭＭフィラメント３２２ａ、ｂを好ましい方式で方向付けるためにプーリーを使用することにより、且つ、電流検知を使用してＳＭＭフィラメント３２２ａ、ｂ上における応力を監視することにより、ＳＭＭフィラメント３２２ａ、ｂ上の応力を許容可能な状態において維持することを支援し、且つ、プーリーと、複数のＳＭＭアクチュエータ３００ａ、ｂによって生成された力が組み合わせられることを許容する積層型の設計と、を使用することにより、これを空間効率的な方式で実現している。ハイブリッドアクチュエータ２００の（図示されてはいない）様々なその他の実施形態は、これらの特徴のサブセットを例示するに過ぎないものであり得る（例えば、これは、非ＳＭＭアクチュエータ及びＳＭＭアクチュエータによる力の独立的な印加を許容することができると共に、プーリー及び電流／位置検知を欠いた状態において、図２Ｂのフローティングプーリー２０８との関連において使用された際に低減された位置誤差を結果的にもたらすことができる）。

【0054】

[0064] 以上、方法、装置、システム、及びコンピュータプログラムプロダクトのフロー、シーケンス、及びブロック図を参照し、実施形態について説明した。この観点において、描かれているフロー、シーケンス、及びブロック図は、様々な実施形態の実装のアーキテクチャ、機能、及び動作を示している。例えば、フロー及びブロック図のそれぞれのブロック及びシーケンス図中の動作は、モジュール、セグメント、又はコードの一部分を表していてもよく、これは、規定された１つ又は複数のアクションを実装するための１つ又は複数の実行可能な命令を有する。いくつかの代替実施形態において、そのブロック又は動作において記述されている１つ又は複数のアクションは、その図において記述されているものとは別の順序において発生し得る。例えば、連続した方式で示されている２つのブロック又は動作は、関与する機能に応じて、いくつかの実施形態においては、実質的に同時に実行されてもよく、或いは、ブロック又は動作は、しばしば、逆の順序において実行されてもよい。上述の内容のいくつかの特定の例が以上において記述されているが、それらの記述されている例は、必ずしも唯一の例であるわけではない。フロー及びブロック図のそれぞれのブロック及びシーケンス図の動作、並びに、それらのブロック及び動作の組合せは、規定されている機能又は行為を実行する特殊目的ハードウェアに基づいたシステムにより、或いは、特殊目的ハードウェア及びコンピュータ命令の組合せにより、実装することができる。

【0055】

[0065] 本明細書において使用されている用語は、特定の実施形態を記述することを目的としたものであるに過ぎず、且つ、限定となることを意図したものではない。従って、本明細書において使用されている「１つの（a）」、「１つの（an）」、及び「その（the）」という単数形は、文脈が明瞭にそうではないことを示していない限り、複数形をも同様に含むものと解釈されたい。「有する（comprises）」及び「有する（comprising）」という用語は、本明細書において使用されている際には、１つ又は複数の記述されている特徴、整数、ステップ、動作、要素、及びコンポーネントの存在を規定しているが、１つ又は複数のその他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、及びグループの存在又は追加を排除してはいないことを更に理解されたい。「上部（top）」、「下部（bottom）」、「上向きに（upwards）」、「下向きに（downwards)」、「垂直方向において（vertically）」、及び「横方向において（laterally）」などの方向を意味する用語は、相対的な基準を提供することのみを目的として後続の説明において使用されており、且つ、任意の物品が使用の際に位置決めされることを要する又は組立体内において又は環境との関係において取り付けられることを要する方式に対するなんらかの制限を示唆することを意図したものではない。これに加えて、本明細書において使用されている「接続する（connect）」という用語及び「接続された（connected）」、「接続する（connects）」、及び「接続する（connecting）」などのこの変形は、そうではない旨が示されていない限り、間接的及び直接的接続を含むことを意図している。例えば、第１装置が第２装置に接続されている場合に、この結合は、直接的な接続を通じたものであってもよく、或いは、その他の装置及び接続を介した間接的な接続を通じたものであってもよい。同様に、第１装置が第２装置に通信自在に接続されている場合に、通信は、直接的接続を通じたものであってもよく、或いは、その他の装置及び接続を介した間接的な接続を通じたものであってもよい。リストとの関連において本明細書において使用されている「及び／又は」という用語は、そのリストからの任意の１つ又は複数のアイテムを意味している。例えば、「Ａ、Ｂ、及び／又はＣ」は、「Ａ、Ｂ、及びＣの任意の１つ又は複数」を意味している。

【0056】

[0066] 上述の実施形態において使用されているコントローラ１２０２は、例えば、処理ユニット、（処理ユニット及び一時的ではないコンピュータ可読媒体の両方を有する）マイクロコントローラ、フィールドプラグラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）、用途固有の集積回路（ＡＳＩＣ）、又は人工知能アクセレレータによる実行のためのプログラムコードをその上部において保存した一時的ではないコンピュータ可読媒体に通信自在に結合されたプロセッサユニット（プロセッサ、マイクロプロセッサ、又はプログラム可能ロジックコントローラ）を有することができる。コンピュータ可読媒体の例は、一時的なものではなく、ＣＤ－ＲＯＭ及びＤＶＤなどのディスクに基づいた媒体、ハードドライブ及びその他の形態の磁気ディスクストレージなどの磁気媒体、フラッシュメディアなどの半導体に基づいた媒体、ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ及びＳＲＡＭを含む）、及び読み出し専用メモリを含む。

【0057】

[0067] 本明細書において記述されている任意の態様又は実施形態の任意の部分は、本明細書において記述されている任意のその他の態様又は実施形態の任意の部分と共に実装され得る又は組み合わされ得るものと想定されている。

【0058】

[0068] 請求項を解釈する際には、本明細書において記述されている実施形態を実装するためのプロセッサなどのコンピュータ機器の使用は、少なくともそのコンピュータ機器の存在又は使用が請求項において肯定的に記述されている場合には、必須であることを理解されたい。

【0059】

[0069] １つ又は複数の例示用の実施形態は、例示を目的としてのみ記述されたものである。この説明は、例示及び説明を目的として提示されており、すべてを網羅すること又は開示された形態に限定することを意図したものではない。当業者には、請求項の範囲を逸脱することなしにいくつかの変形及び変更が実施され得ることが明らかとなろう。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【国際調査報告】