JP2022515649A - 背面支持されるアクチュエータ機構を備えるロボットエンドエフェクタ - Google Patents

Abstract

背面作動システムを備える人型手を提供するロボットエンドエフェクタ。手は、実質的に平坦な掌と、掌から延び、掌に対して屈曲および伸展することができる、指とを有する。背面作動システムは、掌及び指で支持され、掌の背面側に位置付けられるアクチュエータと、指の背面側に位置付けられるリンクとを備える。

Description

ロボット手(ロボットハンド)(robotic hands)またはグリッパ(grinners)は、典型的には、人間の手の多様性および有効性と張り合うために、多数の自由度および精巧な制御方法論を必要とする。ロボット手は、遠隔作動を提供することによって高い把持力を生成するよう開発されている。あらゆる指関節(フィンガジョイント)の独立した作動は、嵩張り、脆弱であり、且つ複雑である設計に帰結し得る。ロボット手またはグリッパの開発は、継続的な努力である。

本発明の構成及び利点は、添付の図面と関連して理解されるときに、後続の詳細な説明から明らかであり、添付の図面は、共に、一例として、本発明の構成を図示している。

ある例に従った背面作動システムを備える、ロボットエンドエフェクタ、すなわち、半人型手の正面斜視図である。

図１ａのロボットエンドエフェクタの背面斜視図である。

図１ａのロボットエンドエフェクタの側面図である。

図１ａのロボットエンドエフェクタの反対側面図である。

図１ａのロボットエンドエフェクタの正面図である。

図１ａのロボットエンドエフェクタの頂面図または背面図である。

図１ａのロボットエンドエフェクタの底面図または掌図である。

図１ａのロボットエンドエフェクタの端面図である。

単一の指、すなわち、示指を示すために、他の指及び親指を除去した状態で示す、図１ａのロボットエンドエフェクタの側面図である。

図１ａのロボットエンドエフェクタの示指及び関連する背面アクチュエータの側面図である。

親指を示すために除去された指と関連する背面アクチュエータと共に示す、図１ａのロボットエンドエフェクタの斜視図である。 親指を示すために除去された指と関連する背面アクチュエータと共に示す、図１ａのロボットエンドエフェクタの斜視図である。 親指を示すために除去された指と関連する背面アクチュエータと共に示す、図１ａのロボットエンドエフェクタの斜視図である。

背面作動システムを覆うガードを備えて示されている、図１ａのロボットエンドエフェクタの側面図である。

背面作動システムを覆うガードを備えて示されている、図１ａのロボットエンドエフェクタの頂面図である。

物体の周りで部分的に屈曲している指を示す、ある例に従ったロボットエンドエフェクタの概略的な側面図である。

物体の周りで屈曲している指を示す、図１２ａのロボットエンドエフェクタの概略的な側面図である。

伸展している指を示す、ある例に従ったロボットエンドエフェクタの概略的な側面図である。

物体の周りで部分的に屈曲している指を示す、図１３ａのロボットエンドエフェクタの概略的な側面図である。

物体の周りで屈曲している指を示す、図１３ａのロボットエンドエフェクタの概略的な側面図である。

ある例に従った背面作動システムを備える、ロボットエンドエフェクタ、すなわち、半人型手の斜視図である。

図１ａ～図１１中の背面作動システムのアクチュエータは透明度で示されている。

次に、図示の例示的な実施形態が参照され、例示的な実施形態を記述するために本明細書では特定の言語が使用される。それにも拘わらず、本発明の範囲の限定はそれによって意図されていないことが理解されるであろう。

本明細書において使用するとき、「実質的に(substantially)」という用語は、行為、特徴、特性、状態、構造、項目、又は結果の完全又はほぼ完全な範囲又は程度を意味する。例えば、「実質的に」囲まれた物体は、その物体が完全に囲まれているか或いはほぼ完全に囲まれていることを意味する。絶対的な完全性からの正確な許容可能な逸脱の程度は、幾つかの場合には、特定の文脈に依存することがある。しかしながら、一般的に言えば、完了の近さは、絶対的及び完全な完了が得られたかのように、同じ全体的な結果をもたらすようなものである。「実質的に」の使用は、作用、特徴、特性、状態、構造、項目、又は結果の完全な又はほぼ完全な欠如を指すために、否定的な意味で使用されるときにも、等しく当て嵌まる。

本明細書において使用するとき、「隣接(adjacent)」とは、２つの構造又は要素の近接を意味する。特に、「隣接」していると特定される要素は、当接しているか或いは接続されているかのいずれかである。そのような要素、必ずしも互いに接触することなく、互いに近いか或いは近接してもよい。正確な近接の程度は、幾つかの場合には、特定の脈絡に依存することがある。

本明細書で使用するとき、「平面的(planar)」とは、平面的な品目(アイテム)(item)が比較的小さい程度の湾曲を有し得るが、実質的に平面であることを指す。何故ならば、それは湾曲したものよりも、より平面的であるからである。例えば、掌(パーム)(palm)は、それが凹状の湾曲を有するとしても、湾曲しているよりも、より平面的であり、平面的と記述されることができる。加えて、「真っ直ぐ(straight)」とは、品目が僅かに湾曲することがあるが、実質的に真っ直ぐであることを指す。何故ならば、品目は、湾曲しているよりも、より真っ直ぐであるからである。例えば、伸展中の指(フィンガ)(finger)は、屈曲中の指の湾曲に対して真っ直ぐである。加えて、「平行(parallel)」とは、完全な平行からの小さな角度的逸脱(angular deviation)がある場合があるが、実質的に平行であることを指す。何故ならば、それは垂直または直行であるよりも、より平行であるからである。例えば、手(ハンド)(hand)の指が幾分弓状であり、掌に対して幾分横方向にあり得るが、指が伸展しているときに、指は、掌と実質的に平行であることができる。

技術実施形態の初期的な概観が以下に提供し、次に、特定の技術実施形態を後に更に詳細に記載する。この初期的な概要は、読者が技術をより迅速に理解するのを助けることを意図するものであるが、技術の鍵となる構成又は本質的な構成を特定することを意図するものでなく、特許請求される主題事項の範囲を限定することを意図するものでもない。

本明細書に開示されているのは、人型手(人型ハンド)と、手の掌に支持され、掌及び指の背面側に位置付けられる、背面作動システムとを備える、ロボットエンドエフェクタである。手は、掌と、少なくとも３つの指と、親指(サム)(thumb)とを備える、人型または半人型であることができる。よって、エンドエフェクタ又は手は、ツールのような標準的な品目又はドアハンドルのような標準的なインターフェースと共に利用されることができる。手に作動システムを位置付けることは、エンドエフェクタまたは手がモジュール式であることと、ロボットアームに容易に連結可能であることとを可能にする。加えて、手に作動システムを位置付けることは、遠隔であること又は遠隔駆動装置によって駆動されるのとは対照的に、手または指および親指の直接的な駆動を可能にする。さらに、手に作動システムを位置付けることは、指及び親指の別個の直接的な作動を可能にする。加えて、作動システムは、自然の手のように（近位指骨(基節骨)から遠位指骨(末節骨)の）ラップ把持(wrap grasp)を用いて物体の周りで近位指骨から遠位指骨まで屈曲において指及び親指を移動させることができる。加えて、各指および親指は、単一のアクチュエータを利用することができる。さらに、作動システムは、実質的なグリップ(掴み)を提供することができる。

加えて、エンドエフェクタまたは手は、多数の自由度または精巧な制御方法論を必要とせずに、単純な物体およびタスクのために低いアクチュエータカウント(actuator count)及び高度な共形把持(conformal grasping)を提供するために、劣駆動指(under-actuated fingers)を利用することができる。エンドエフェクタまたは手は、圧縮マルチバーリンク装置およびオフセット関節運動学を利用して、１つの指当たり１つのアクチュエータで、不規則な形状の物体の周りに高い把持力を提供することができる。１つの態様において、エンドエフェクタまたは手は、様々な実用的な物体の高力把持のためにするために５自由度の劣駆動手(under-actuated hand)に構成される、３つの単一のアクチュエータ指(actuator fingers))および２つのアクチュエータ親指(actuator thumb)を有することができる。１つの態様において、自由度の減少は、マルチセグメント指内で直列に接続された４バーリンクを駆動する単一のアクチュエータの使用を通じて達成される。これは無作為の形状の物体を把握することを可能にする。指セグメントの長さおよびベルクランク(bell crank)の高さまたは半径は、そのような物体の周りの所望の接触力分布を満足するように調整されることができる。圧縮リンク装置の使用は、指の下側にあるテンドン(腱)及びプーリを使用せずに把持力を提供し、それによって、手の作用側のバルク及びアクチュエータ力の全体的な大きさを最小限に抑える（作動力の減少は、指プロフィール内の腱(テンドン)(tendon)作動と比べて、指関節(フィンガジョイント)(finger joints)内のより少ない反力をもたらす）。手の背後で利用可能な空間は、人の手の包絡線(エンベロープ)(envelope)を越えて「突き出る(stich out)」より大きなアクチュエータのための十分な空間を提供することができるので、大きな力が物体と相互作用する手の部分と干渉することなく発揮されることができる。

極小または極大の湾曲についての接触力分布は、必要なときに、用途固有のドライブリンク長を使用してさらに調整されることができる。加えて、手は、指が延出されるときに大きな物体が適合し（或いは捕捉され）、指が閉じられるときに小さな物体が適合する（或いは捕捉される）ように、広げられた(splayed)指根関節(フィンガルートジョイント)(finger root joints)を利用することができる。その上、平行であるがオフセットされた個々の指セグメントヒンジ(蝶番)を使用するならば、手は、（ハンマーハンドル(hammer handles)、足掛り(ladder rungs)、ロープおよびケーブルのような）長い円筒形の形状の周りの自然な把持を取ることができる。オフセットヒンジは、指が遠位指セグメント間の衝突なしにより堅く包むことを可能にすることもできる。

各指セグメントジョイント内での受動バネ要素及び屈曲／伸展ストップ(停止部)の使用は、非接触作動中の決定論的指軌道を提供することができる。例えば、物体を把持し始めるとき、完全に延出した指を最近位ジョイントで先ず曲げさせることが望ましい。次に、第２のジョイントが曲がることができ、最後の（最遠位の）ジョイントが続く。同様に、物体を解放するとき、このシーケンスを逆にすることが望ましい。各指ジョイント内のバネ剛性(stiffness)は、各場所で運動学的に決定されるトルク送達に特有の大きさとされる（トルク抵抗の大きさは、完全把握時の作動トルクに比べて最小であることに留意のこと）。指セグメントストップは、一軸セグメント荷重中にオーバーセンタ特異点(over-center singularities)（例えば、指の長さに亘る押力(push force)によって引き起こされる特異点）が発生することを更に防止する。

２自由度の親指は、１つのアクチュエータを用いて、劣駆動の(under-actuated)一連の指セグメントを提供し、追加的なアクチュエータは、（人の親指によく似て）親指の基部向きを回転させるように設けられる。小さな物体は、指と粗く整列するように回転させられた親指を使用する一方で、大きな物体は、指から離れて回転させられる親指を使用する。再び、親指及び掌の背後にある人の手の包絡線に従うための制約を捨てることは、把持機能と干渉することなく高強度作動を配置するのに十分な空間を提供することが観察される。

親指と同様の方法であるが、アクチュエータの代わりに受動バネを使用するならば、小指の基部（または場合によっては他の指）に追加的な自由度を加えて、いくつかのツールの閉じたハンドルの内側に開いた指を配置するときに、よりコンパクトな指入れ子(finger nesting)を可能にすることができる。

図１ａおよび図１ｂは、ある実施形態に従った例示的なエンドエフェクタ１０を描いている。エンドエフェクタ１０は、人型手１４を有することができ、或いは人型手１４であることができる。手１４は、掌側又は腹側２２(palmar or ventral side)と、背面側２６(dorsal side)とを備える、掌１８を有する。掌１８または掌側２２は、図示のように、平坦または平面的であることができる。別の態様において、掌１８または掌側２２は、僅かな湾曲または凹面を有することができるが、自然の人の掌と同様に、湾曲または凹面よりも、より平坦または平面的である。掌１８は、掌側２２と背面側２６との間に厚さを有することができる。１つの態様において、掌１８は、内部空間または（複数の）中空部を備えるフレームであることができ、或いはそのようなフレームを有することができる。１つの態様において、掌１８は、プラスチックで形成されることができ、射出成形または３Ｄ印刷によって形成されることができる。別の態様において、掌１８は、金属で形成されることができ、機械加工または鋳造によって形成されることができる。

加えて、エンドエフェクタ１０および手１４は、例えば、第１の指または示指３０、第２の指または中指３２、および第３の指または薬指または小指３４を含む、少なくとも３つの指３０、３２および３４を有する。指３０、３２、３４は、掌１８に枢動的に連結される。指３０、３２および３４は、（掌１８から真っ直ぐなおよび／または掌から離れる）伸展と（湾曲したおよび／または掌１８に向かう）屈曲との間または伸展位置と屈曲位置との間を枢動する。伸展中に、指３０、３２、および３４は、掌１８または掌側２２から離れて延びることができる。屈曲中に、指３０、３２、および３４は、弓形であることができ、掌１８の掌側２２と対向するように位置付けられることができる。指３０、３２および３４は、指３０並びに図７および図８に関して以下により詳細に議論される。本明細書において使用するとき、「屈曲(flexion)」または「曲がる(flex)」および「伸展する(extend)」または「伸展(extension)」という用語は、それらが人間の手に関係するように当業者によって理解されるのと同じまたは類似の意味を含むことが意図される。

加えて、エンドエフェクタ１０及び手１４は、掌１８に枢動的に連結された親指３８を有する。親指３８は、（指３０、３２、３４から離れるおよび／または指３０、３２、３４に対向する）外転と（指３０、３２、３４に向かうおよび／または、指３０、３２、３４と一緒の）内転との間で枢動(ピボット)することができる。外転において、親指３８は、掌１８に対して横方向にあることができる。内転において、親指３８は、掌１８と平面的であるように真っ直ぐになることができる。加えて、親指３８は、伸展と屈曲との間で枢動することができる。伸展中に、親指３８は真っ直ぐにされることができる。屈曲において、親指３８は弓形になることができる。親指３８は、図９ａ～図９ｃに関して以下により詳細に記載される。

図２ａ及び図２ｂは、エンドエフェクタ１０の指３０、３２及び３４または伸展中の手１４を描いている。伸展中でさえ、指３０、３２及び３４またはそれらの指骨は、隣接する指骨間に僅かな湾曲および角度を有しながら、実質的に真っ直ぐであることができる。例えば、伸展中、隣接する指骨は、１つの態様において、３０度未満の鋭角、別の態様において、２５度未満の鋭角、別の態様において、２０度未満の鋭角を有することができる。加えて、図２ａおよび図２ｂは、親指３８が外転し、掌と横断し、伸展していることを描いている。

図３および図４は、エンドエフェクタ１０の指３０、３２及び３４、または互いに対して鋭角に配列された手１４を描いている。加えて、エンドエフェクタ１０および手１４は、指３０、３２及び３４並びに親指３８を作動させるための背面作動システム４２を有する。作動システム４２は、手１４又は掌１８の背面側２６と、指３０、３２及び３４並びに親指３８の背面側とで支持されることができる。作動システム４２は、各指３０、３２及び３４のための単一のアクチュエータ４６と、親指３８のための一対のアクチュエータ、すなわち、第１および第２のアクチュエータ５０及び５２を含むことができる。アクチュエータ４６、５０および５２は、掌１８の背面側２６または手１４の背後に配置されることができる。１つ態様において、アクチュエータ４６の一部は、手１４又は掌１８のフレーム内に配置されるか、或いは部分的に配置されることができる。別の態様において、アクチュエータ５０および５２の一部は、手の包絡線１４の外側に配置されることができ、且つ／或いは自然の手の包絡線の外側に配置されることができ、且つ／或いは掌１８のフレームの外側に配置されることができる。アクチュエータ４６、５０および５２は、空圧シリンダ、液圧シリンダ、リニア電気モータ、回転モータ、ボイスコイル、又は同等物を含むことができる。加えて、作動システム４２は、図７～図９ｃに関して、以下により詳細に記載するように、指３０、３２及び３４並びに親指３８で支持される、リンク、ベルクランク、およびヨークを含む。

手１４または掌１８は、厚さを有することができ、上述のように、フレームを含むことができる。フレームは、アクチュエータ４６の全部又は一部を受け入れるための内部空洞又は中空部を備える骨格を有することができる。加えて、掌１８又はその掌側２２は、掌側２２に対して内部空洞又は中空部を閉じるためにフレームに連結されるプレートを有することができる。１つの態様において、アクチュエータ４６は、アクチュエータ４６を保護するために、掌１８の厚み内に配置されることができる。別の態様において、アクチュエータ４６は、指３０、３２および３４の作動を容易にするために、掌１８の厚みを超えて、自然な手の包絡線の外側に延びることができる。

図５および図６（および図１ｂ）は、エンドエフェクタ１０の手１４の掌１８の近位端（すなわち、ロボットアームに連結するように設計、構成及び意図された、指及び端とは反対側のエンドエフェクタの端）に、ロボットアームへの解放可能なエンドエフェクタアタッチメントインターフェース(エンドエフェクタ取り付けインターフェース)５６（以下「解放可能なアタッチメントインターフェース５６」という）を備える、エンドエフェクタ１０または手１４を描いている。解放可能なアタッチメントインターフェース５６は、ロボットエンドエフェクタ１０又は手１４をロボットアーム（図示せず）に解放可能に取り付けることができる。背面作動システム４２は、手１４または手掌１８の背面側２６で支持されるので、いくつかの例において、解放可能なアタッチメントインターフェース５６は、アタッチメントインターフェースに亘って架かるケーブル、ロッドまたはベルトのようなアクチュエータまたはアクチュエータリンクを用いないで、ロボットアームに接続することができる。しかしながら、他の例は、エンドエフェクタ１０とロボットアームとの間の手首(リスト)のような関節(ジョイント)に関連してアクチュエータを利用してよく、或いはアクチュエータと共に作動可能であってよい。加えて、解放可能なアタッチメントインターフェース５６を備えるエンドエフェクタ１０または手１４は、ロボットアームに対してより容易に取り付けられることができる、取り外されることができる、且つ／或いは交換されることができるモジュール式ロボットエンドエフェクタを画定することができる。空圧ホース、液圧ホース、電源コード、センサワイヤなどのような、アクチュエータに関連するフレキシブル(可撓)なラインは、アタッチメントインターフェースに亘って延びることができるが、そのようなフレキシブルなラインは、張力付きケーブル、ロッド及びベルトのようなアクチュエータリンクよりも容易に連結され且つ分離(連結解除)される。よって、１つの態様において、少なくとも３つの指３０、３２及び３４並びに親指３８の全ての作動は、少なくとも３つの指３０、３２及び３４並びに親指３８に連結される全てのアクチュエータおよび全てのリンクを含む、ロボットエンドエフェクタ１０または手１４で支持されることができる。１つの例において、解放可能なアタッチメントインターフェース５６は、ロボットアーム内の対応するノッチと整列し且つ嵌合することができるエンドエフェクタ１０の手１４の掌１８の近位端から延びる嵌合スタブを含むことができ、或いは逆もまた同様である。もちろん、これは一例に過ぎない。当業者は、ロボットエンドエフェクタ１０と対応するロボットアームとの間の接続またはアタッチメントインターフェースを設計することができる様々な他の方法、並びに所望のインターフェースを提供するように構成される個々の嵌合エンドエフェクタ１０及びロボットアームを認識するであろう。

図７及び図８は、エンドエフェクタ１０又は手１４の例示的な指３０を描いており、指３０の記述が他の指３２及び３４並びに親指３８にも当て嵌まるという理解で、他の指３２及び３４を記載するために利用され、親指３８を記載するためにさえも利用される。加えて、図７および図８は、背面側作動システム４２を描いており、指３０についての背面作動システム４２の記述が他の指３２および３４並びに親指３８にも当て嵌まるという理解で、他の指３２および３４についての背面作動システム４２を記載するために利用され、親指３８についての作動システム４２を記載するためにさえも利用される。図７は、明確性のために他の指、親指及び他のアクチュエータが取り除かれた、手１４の掌１８に枢動的に連結された指３０を描いている。指３０は、掌１８の掌側２２に関して伸展において示されている。図８は、作動システム４２と共に指３０を描いているが、明確性のために掌、他の指及び親指が取り除かれている。

指３０は、直列に互いに枢動可能に連結された指骨を含む。１つの態様において、指３０は、少なくとも２つの指骨を含む。別の態様では、図１２ａ～図１４に示すように、指は、３つの指骨を含むことができる。指３０は、中手指節関節(metacarpo-phalangeal joint)またはピボット７６で掌１８に枢動的に連結された近位指骨７２を含む。掌１８は、ヨーク８０（図５および図７）を有することができ、このヨークにおいて、近位指骨７２は枢動的に連結されることができ、中手指節関節７６のピボット心棒(pivot axle)を保持することができる。指３０は、近位指骨７２(proximal phalanx)に対して枢動的であり、遠位関節またはピボット８８について枢動的である、遠位指骨８４(distal phalanx)も含む。１つの態様において、遠位指骨８４は、図示のように、近位指骨７２に枢動的に連結されることができる。別の態様において、指は、図１２ａ～図１４に示すように、近位指骨と遠位指骨との間に連結された中間指骨(intermediate phalanx)を有することができる。掌１８と同様に、指３０は、２２及び２６によってもそれぞれ表される、腹部側及び背面側を有する。指３０、またはその近位指骨および遠位指骨７２および８４は、プラスチックで形成されることができ、射出成形または３Ｄ印刷によって形成されることができる。別の態様において、指３０、またはその近位指骨および遠位指骨７２および８４は、金属で形成されることができ、機械加工または鋳造によって形成されることができる。

上述のように、背面作動システム４２は、アクチュエータ４６に加えて、リンクおよびベルクランクも含み、親指３８のためのヨークさえも含む。上述のように、アクチュエータシステム４２は、掌１８で支持され、掌１８の背面側２６に位置付けられる、アクチュエータ４６を含む。作動システム４２は、中手指節関節７６で近位指骨７２と共に掌１８に枢動的に連結された近位ベルクランク９２も含む。よって、近位ベルクランク９２は、近位指骨７２と共に中手指節関節７６について枢動する。近位背面リンク９６は、近位ベルクランク９２と遠位指骨８４との間に枢動的に連結される。１つの態様において、遠位指骨８４は、遠位関節８８で遠位指骨から延びる突起またはタブ１００を有する。近位背面リンク９６は、図示のように、遠位指骨８４またはその突起１００に枢動的に連結されることができる。加えて、近位背面リンク９６は、近位指骨７２の背面側２６に位置付けられることができる。動作中、アクチュエータ４６は、近位ベルクランク９２および近位背面リンク９６を伸展させて、掌１８の掌側２２と対向するように、屈曲中にまたは屈曲方向において近位指骨および遠位指骨７２及び８４を枢動させる。１つの態様において、アクチュエータ４６を引っ込めて、伸展中に近位指骨７２および遠位指骨８４を枢動させることができる。１つの態様において、アクチュエータ４６は、掌１８の掌側２２または背面側２６と平行にまたは横方向に方向付けられることができる。加えて、アクチュエータ４６は、掌１８の背面側２６上にまたは背面側２６を覆って配置されることができる。さらに、アクチュエータ４６は、掌１８のフレーム内に少なくとも部分的に配置されることができる。

別の態様において、近位指骨７２および遠位指骨８４は、伸展中に付勢されることができ、或いはバネによって伸展するよう引っ込められることができる。作動システム４２は、伸展中に近位指骨７２を付勢するために、中手指節関節７６に連結された中手指節バネ１０４(metacarpo-phalangeal spring)（図５および図８）を含むことができる。同様に、作動システム４２は、遠位指骨８４を延長部に付勢するために遠位関節８８に結合された遠位スプリング１０８（図５参照）を含むこともできる。バネ１０４及び１０８は、それぞれ、関節７６及び８８の軸を囲むコイルバネであることができる。

指骨７２及び８４の長さ並びにベルクランク９２の高さまたは半径は、物体の周りの所望の接触力分布を満たすように調整されることができる。近位ベルクランク９２および／または近位背面リンク９６は、プラスチックで形成されることができ、射出成形または３Ｄ印刷によって形成されることができる。別の態様において、近位ベルクランク９２および／または近位背面リンク９６は、金属で形成されることができ、機械加工または鋳造によって形成されることができる。

加えて、指３０またはアクチュエータ４６によって加えられる力及び／又は位置を決定するために、１つ以上のセンサが指３０および／またはアクチュエータシステム４２に位置付けられることができる。例えば、センサ１１２（図８）が、ベルクランク９２とアクチュエータ４６との間のピボットリンクに位置付けられることができる。

図３および図４を再び参照すると、指３０、３２および３４の作動システム４２の近位背面リンク９６およびアクチュエータ４６は、掌１８の掌側２６又は手１４上のアクチュエータ４６の配置に順応するために、指と平行であることができるが、オフセットされることができる。

図９ａ～図９ｃは、エンドエフェクタ１０または手１４の親指３８を描いている。加えて、図９ａ～図９ｃは、親指３８の背面作動システムを描いている。図９ａ～図９ｃは、明確性のために他の指及び他のアクチュエータが取り除かれた、手１４の掌１８に枢動的に連結された親指３８を描いている。指３０および作動システム４２の記述は、親指３８に等しく当て嵌まることが理解されよう。よって、親指３８は、中手指節関節７６で掌１８に枢動的に連結された近位指骨７２と、遠位関節８８の周りで近位指骨７２に対して枢動的に連結された遠位指骨８４とを有することができる。加えて、作動システム４２は、アクチュエータ５０と、近位ベルクランク９２と、近位背面リンク９６と、突起１００とを有することができる。

指と同様に、伸展と屈曲との間で枢動することに加えて、親指３８は、（掌１８の掌側２２と実質的に平行または平行な）後位(retroposition)と（掌１８の掌面２２に対向する）前位(anteposition)との間で移動可能であることもでき、枢動することもできる。よって、親指３８の近位指骨７２は、親指３８が屈曲／伸展中に枢動する第１の軸またはピボット１２２（図９ｂ）と、親指３８の近位指骨７２が外転／内転中に枢動する第２の軸またはピボット１２６（図９ａおよび図９ｃ）とを含む、掌１８に対する一対のピボットを有することができる。第１及び第２のピボット軸１２２及び１２６は、互いに対して横法であることができ、交差することができる。親指３８の背面作動システム４２は、一対のアクチュエータ、すなわち、第１の軸１２２の周りで屈曲／伸展中に親指３８を枢動させる第１のアクチュエータ５０と、第２の軸１２６の周りで外転／内転中に親指３８を枢動させる第２のアクチュエータ５２とを含むことができる。

親指３８は、掌１８に枢動的に連結されたヨーク１３０を有することができる。ヨーク１３０は、第２の軸１２６の周りで枢動するシャフトまたはネックを有することができる。第２のアクチュエータ５２は、掌１８の背面側２６で支持されることができ、第２の軸１２６の周りでヨークを枢動させるためにヨーク１３０に連結されることができる。親指３８の近位指骨７２および遠位指骨８４は、親指３８の近位指骨７２がヨーク１３０に枢動的に連結された状態で、ヨーク１３０で支持されることができる。第１のアクチュエータ５０は、ヨーク１５０で支持されることができ、親指３８の近位指骨７２に連結されることができる。動作中、第２のアクチュエータ５２は、後位と前位との間で外転／内転方向において第２の軸の周りで、ヨーク１５０と、親指３８の近位指骨７２および遠位指骨８４と、第１のアクチュエータ５０とを枢動させる一方で、第１のアクチュエータ５０は、伸展／屈曲中に第１の軸１２２の周りで親指３８の近位指骨７２および遠位指骨８４を枢動させる。

アクチュエータ４６、５０及び５２、またはそれらの一部は、掌１８、または自然な人間の手の包絡線の外側に配置されることができる。よって、アクチュエータ４６、５０および５２は、所望に或いはまたは指の動きまたは力を最大にするよう位置付けられることができる。

図１０および図１１は、ガード１４０が掌１８の背面側２６の上に、およびアクチュエータを保護するためにアクチュエータ４６および５０の上に配置された、エンドエフェクタ１０および手１４を描いている。ガード１４０は、透明として描かれている。

図１２ａ及び図１２ｂは、当業者によって認識されるように、上述したものと殆どの点で類似しており、適用可能な場合にはその記述が本明細書に援用される、エンドエフェクタ１０ｂ及び手１４ｂを概略的に描いている。指３０ｂは、連続して互いに連結された３つの指骨を含む。指３０ｂは、近位関節またはピボット１６６で近位指骨７２に並びに遠位関節８８で遠位指骨８４に枢動的に連結された中位指骨１６２(中節骨)をさらに含む。背面作動システム４２ｂは、遠位指骨８４と共に近位関節１６６で近位指骨７２に回動可能に枢動的に連結される中位ベルクランク１７０を含む。加えて、中位リンク１７４が、中位ベルクランク１７０(中央ベルクランク)及び遠位指骨８４に並びに中位ベルクランクと遠位指骨８４との間に枢動的に連結される。中位リンク１７４(中央リンク)は、中位指骨１６２の背面側２６に位置付けられる。

各指３０ｂおよび作動システム４２ｂは、一連の直列に接続された４バーリンク装置を形成することができる。近位４バーリンク装置は、近位指骨７２、近位ベルクランク９２、近位背面リンク９６、および中位ベルクランク１７０によって形成されることができる。同様に、遠位４バーリンク装置は、中位指骨１６２、中位ベルクランク１７０、中位リンク１７４、および遠位指骨１６２、またはその突起１００によって形成されることができる。

１つの態様において、手１４ｂ及びエンドエフェクタ１０ｂの作動システムおよびフィンガは、表１に示すような大きさにされることができる。

図１３ａ～図３ｃは、当業者によって認識されるように、上述したものと殆どの点で類似しており、適用可能な場合にはその記述が本明細書に援用される、エンドエフェクタ１０ｃ及び手１４ｃを概略的に描いている。図１３ａ～図１３ｃは、図１３ａにおける指３０ｃの伸展と図１３ｃにおける指３０ｃの屈曲との間を移動する動作中のエンドエフェクタ１０ｃ及び手１４ｃを概略的に描いている。加えて、図１３ａ～図１３ｃは、指骨と関連するリンクが枢動し、近位指骨７２で開始し、次に、中位指骨１６２、次に、遠位指骨８４に至る順次式の順序、または、２つの指骨の場合には、近位指骨７２、次に、遠位指骨８４の順次式の順序において、把持された物体に接触する、指３０ｃと作動システム４２ｃのラップ把持(wrap grasp)を実証している。さらに、掌１８または掌側２２は、僅かな湾曲または凹面を有することができるが、自然の人の掌と同様に、湾曲または凹面よりも平坦または平面的である。

図１４は、当業者によって認識されるように、上述したものと殆どの点で類似しており、適用可能な場合にはその記述が本明細書に援用される、エンドエフェクタ１０ｄ及び手１４ｄの図である。

本開示は、本明細書に記載する幾つかの実施形態又は構成が、本明細書に記載する他の実施形態又は構成と組み合わせられてよいことを明示的に開示しないことがあるが、この開示は、当業者によって実施可能である任意のそのような組み合わせを記載しているように読まれるべきである。本開示における「又は(or)」の使用は、本明細書に別段の記載がない限り、非排他的な又は、すなわち、「及び／又は」を意味すると理解されるべきである。

図面に例示する例を参照し、例を記述するために特定の言語を本明細書において使用した。それにも拘わらず、本技術の範囲の制限はそれによって意図されていないことが理解されるである。本明細書に図示する構成の変更及び更なる修正、並びに本明細書に図示するような例の追加的な適用は、本明細書の範囲内にあると考えられるべきである。

更に、記載の構成、構造、又は特徴は、１つ以上の例において任意の適切な方法で組み合わされてよい。先の記述では、記載する技術の例を完全な理解を提供するために、様々な構成の例のような、多数の特定の詳細が提供した。しかしながら、本技術は、特定の詳細の１つ以上を伴わずに、或いは他の方法、構成要素、装置などと共に実施されてよいことが認識されるであろう。他の場合では、本技術の態様を不明瞭にすることを避けるために、よく知られている構造又は動作は詳細には示されないか、或いは記載されない。

主題事項は、構造的構成及び／又は動作に特有の言語で記載されているが、添付の請求項において定義された主題事項は、必ずしも上述の特定の構成及び動作に限定されないことが理解されるべきである。むしろ、上述の特定の構成及び行為は、請求項を実施する例示的な形態として開示されている。記載の技術の精神及び範囲から逸脱することなく、多数の修正及び代替的な構成が考案されることがある。

前述の例は、１つ以上の特定の用途における本発明の原理を例示するものであるが、本発明の原理及び概念から逸脱することなく、発明的能力を行使することなく、実施の形態、用法及び詳細における多数の修正を行うことができることが当業者に明らかであろう。従って、以下に記載する請求項による場合を除き、本発明が限定されることは意図されない。

Claims (27)

1. 人型手と、
   背面作動システムと、を含む、
   ロボットエンドエフェクタであって、
   前記人型手は、
   掌側と、背面側とを備える、掌と、
   前記掌に枢動的に連結され、伸展と屈曲との間で枢動する、少なくとも３つの指と、
   前記掌に枢動的に連結され、外転と内転との間で枢動し、伸展と屈曲との間でも枢動する、親指と、を含み、
   前記少なくとも３つの指及び前記親指の各々は、指骨を含み、
   前記指骨は、少なくとも、
   中手指節関節で前記掌に枢動的に連結される近位指骨と、
   遠位関節の周りで前記近位指骨に対して枢動する遠位指骨と、
   腹部側及び背面側と、を含み、
   前記背面作動システムは、前記少なくとも３つの指及び前記親指の各々のためのものであり、前記掌の前記背面側並びに前記少なくとも３つの指及び前記親指の前記背面側で支持され、
   各背面作動システムは、
   前記掌で支持され、前記掌の前記背面側に位置付けられる、アクチュエータと、
   前記近位指骨と共に前記掌に枢動的に連結される近位ベルクランクと、
   前記近位ベルクランクと前記遠位指骨との間に枢動的に連結され、前記近位指骨の前記背面側に位置付けられる、近位背面リンクと、を含み、
   前記アクチュエータは、屈曲中に前記近位指骨及び前記遠位指骨を枢動させるために、前記近位ベルクランク及び前記近位背面リンクを伸展させるように作動可能である、
   ロボットエンドエフェクタ。
2. 前記少なくとも３つの指及び前記親指の全ての作動構成要素は、前記少なくとも３つの指及び前記親指に連結される全てのアクチュエータ及び全てのリンクを含めて当該ロボットエンドエフェクタで支持される、請求項１に記載のロボットエンドエフェクタ。
3. 当該ロボットエンドエフェクタをロボットアームに解放可能に取り付けるように構成される前記掌の近位端にある解放可能なアタッチメントインターフェースを更に含み、前記解放可能なアタッチメントインターフェースに亘って跨がるアクチュエータ又はアクチュエータリンクを備えず、モジュール式ロボットエンドエフェクタを画定する、請求項１に記載のロボットエンドエフェクタ。
4. 前記親指の前記近位指骨は、前記親指が外転／内転中に枢動するように作動可能な第1のピボットと、前記親指の前記近位指骨が屈曲／伸展中に枢動するように作動可能な第２のピボットとを含む、前記掌に対する一対のピボットを有する、請求項１に記載のロボットエンドエフェクタ。
5. 前記親指は、後位と前位との間で移動可能である、請求項１に記載のロボットエンドエフェクタ。
6. 前記親指の前記背面作動システムは、一対のアクチュエータを含む、請求項１に記載のロボットエンドエフェクタ。
7. 前記親指の前記アクチュエータは、第１の軸の周りで前記親指の前記近位指骨を枢動させるように作動可能な第１のアクチュエータであり、
   前記親指は、
   前記掌に枢動的に連結されるヨークと、
   前記掌の前記背面側で支持され、前記ヨークに連結され、第２の軸の周りで前記ヨークを枢動させるように作動可能な、第２のアクチュエータと、を更に含み、
   前記親指の前記近位指骨及び前記遠位指骨は、前記親指の前記近位指骨が前記ヨークに枢動的に連結された状態で、前記ヨークで支持され、
   前記第１のアクチュエータは、前記ヨークで支持され、前記親指の前記近位指骨に連結され、
   前記第２のアクチュエータは、後位と前位との間で、外転／内転方向において、前記第２の軸の周りで、前記ヨーク、前記親指の前記近位指骨及び前記遠位指骨、並びに前記第１のアクチュエータを枢動させるように作動可能であり、
   前記第１のアクチュエータは、伸展／屈曲中に、前記第１の軸の周りで前記親指の前記近位指骨及び前記遠位指骨を枢動させるように作動可能である、
   請求項１に記載のロボットエンドエフェクタ。
8. 各背面作動システムは、前記遠位関節で前記遠位指骨から延び、前記近位背面リンクに枢動的に連結される、突起を更に含む、請求項１に記載のロボットエンドエフェクタ。
9. 各背面作動システムは、前記中手指節関節に連結され、伸展中に前記近位指骨を付勢する、中手指節バネと、前記遠位関節に連結され、伸展中に前記遠位指骨を付勢する、遠位バネとを更に含む、請求項１に記載のロボットエンドエフェクタ。
10. 前記少なくとも３つの指のための各背面作動システムは、前記掌の前記掌側又は背面側に対して平行又は横方向のうちの１つに向けられる前記アクチュエータを更に含む、請求項１に記載のロボットエンドエフェクタ。
11. 前記少なくとも３つの指のための各背面作動システムは、前記掌の前記背面側上に又は前記背面側を覆って配置される前記アクチュエータを更に含む、請求項１に記載のロボットエンドエフェクタ。
12. 前記少なくとも３つの指のための各背面作動システムは、前記掌の掌フレーム内に少なくとも部分的に配置される前記アクチュエータを更に含む、請求項１に記載のロボットエンドエフェクタ。
13. 前記少なくとも３つの指の各々は、
    近位関節で前記近位指骨に並びに前記遠位関節で前記遠位指骨に枢動的に連結される中位指骨を更に含み、
    前記少なくとも３つの指のための前記背面作動システムの各々は、
    前記遠位指骨と共に前記近位関節で前記近位指骨に枢動的に連結される中位ベルクランクと、
    前記中位ベルクランク及び前記遠位指骨に並びに前記中位ベルクランクと前記遠位指骨との間に枢動的に連結され、前記中位指骨の前記背面側に位置付けられる、中位リンクとを更に含む、
    請求項１に記載のロボットエンドエフェクタ。
14. 手と、
    背面作動システムと、
    解放可能なアタッチメントインターフェースと、を含む、
    ロボットエンドエフェクタであって、
    前記手は、
    掌側と、背面側とを備える、掌と、
    前記掌に枢動的に連結され、伸展と屈曲との間で枢動する、少なくとも３つの指と、
    前記掌に枢動的に連結される親指と、を含み、
    前記親指は、前記親指が外転／内転中に枢動する第１のピボットを有し、
    前記親指は、前記親指が屈曲／伸展中に枢動する第２のピボットを有し、
    前記少なくとも３つの指及び前記親指の各々は、指骨を含み、
    各指骨は、少なくとも、
    中手指節関節で前記掌に枢動的に連結される近位指骨と、
    遠位関節で前記近位指骨に対して枢動する遠位指骨と、
    腹部側及び背面側と、
    前記中手指節関節に連結され、伸展中に前記近位指骨を付勢する、中手指節バネと、
    前記遠位関節に連結され、伸展中に前記遠位指骨を付勢する、遠位バネと、を含み、
    前記背面作動システムは、前記少なくとも３つの指及び前記親指の各々のためのものであり、前記掌の前記背面側並びに前記少なくとも３つの指及び前記親指の前記背面側で支持され、
    各背面作動システムは、
    前記掌で支持され、前記掌の前記背面側に位置付けられる、アクチュエータと、
    前記近位指骨と共に前記掌に枢動的に連結される近位ベルクランクと、
    前記近位ベルクランクと前記遠位指骨との間に枢動的に連結され、前記近位指骨の前記背面側に位置付けられる、近位背面リンクと、を含み、
    前記解放可能なアタッチメントインターフェースは、前記掌の近位端にあり、当該ロボットエンドエフェクタをロボットアームに解放可能に取り付けるように構成され、前記解放可能なアタッチメントインターフェースに亘って跨がるアクチュエータ又はアクチュエータリンクを備えず、モジュール式ロボットエンドエフェクタを画定する、
    ロボットエンドエフェクタ。
15. 前記少なくとも３つの指及び前記親指の全ての作動は、前記少なくとも３つの指及び前記親指に連結される全てのアクチュエータ及び全てのリンクを含めて当該ロボットエンドエフェクタで支持される、請求項１４に記載のロボットエンドエフェクタ。
16. 前記親指の前記近位指骨は、前記親指が外転／内転中に枢動する第1のピボットと、前記親指の前記近位指骨が屈曲／伸展中に枢動する第２のピボットとを含む、前記掌に対する一対のピボットを有する、請求項１４に記載のロボットエンドエフェクタ。
17. 前記親指は、後位と前位との間で移動可能である、請求項１４に記載のロボットエンドエフェクタ。
18. 前記親指の前記背面作動システムは、一対のアクチュエータを含む、請求項１４に記載のロボットエンドエフェクタ。
19. 前記親指の前記アクチュエータは、前記第１の軸の周りで前記親指の前記近位指骨を枢動させるように作動可能な第１のアクチュエータであり、
    前記親指は、
    前記掌に枢動的に連結されるヨークと、
    前記掌の前記背面側で支持され、前記ヨークに連結され、前記第２の軸の周りで前記ヨークを枢動させるように作動可能な、第２のアクチュエータと、を更に含み、
    前記親指の前記近位指骨及び前記遠位指骨は、前記親指の前記近位指骨が前記ヨークに枢動的に連結された状態で、前記ヨークで支持され、
    前記第１のアクチュエータは、前記ヨークで支持され、前記親指の前記近位リンクに連結され、
    前記第２のアクチュエータは、後位と前位との間で、外転／内転方向において、前記第２の軸の周りで、前記ヨーク、前記親指の前記近位指骨及び前記遠位指骨、並びに前記第１のアクチュエータを枢動させるように作動可能であり、
    前記第１のアクチュエータは、伸展／屈曲中に、前記第１の軸の周りで前記近位指骨及び前記遠位指骨を枢動させるように作動可能である、
    請求項１４に記載のロボットエンドエフェクタ。
20. 各背面作動システムは、前記遠位関節で前記遠位指骨から延び、前記近位背面リンクに枢動的に連結される、突起を更に含む、請求項１４に記載のロボットエンドエフェクタ。
21. 前記少なくとも３つの指のための各背面作動システムは、前記掌の前記掌側又は背面側に対して平行又は横方向のうちの１つに向けられる前記アクチュエータを更に含む、請求項１４に記載のロボットエンドエフェクタ。
22. 前記少なくとも３つの指のための各背面作動システムは、前記掌の前記背面側上に又は前記背面側を覆って配置される前記アクチュエータを更に含む、請求項１４に記載のロボットエンドエフェクタ。
23. 前記少なくとも３つの指のための各背面作動システムは、前記掌内に少なくとも部分的に配置される前記アクチュエータを更に含む、請求項１４に記載のロボットエンドエフェクタ。
24. 前記少なくとも３つの指の各々は、
    近位関節で前記前記近位指骨に並びに前記遠位関節で前記遠位指骨に枢動的に連結される中位指骨を更に含み、
    前記少なくとも３つの指のための前記背面作動システムの各々は、
    前記遠位指骨と共に前記近位関節で前記近位指骨に枢動的に連結される中位ベルクランクと、
    前記中位ベルクランク及び前記遠位指骨に並びに前記中位ベルクランクと前記遠位指骨との間に枢動的に連結され、前記中位指骨の前記背面側に位置付けられる、中位リンクとを更に含む、
    請求項１４に記載のロボットエンドエフェクタ。
25. 掌と、指とを備える、人型手と、
    前記掌の背面側に位置付けられるアクチュエータと、前記指の背面側に位置付けられるリンクとを含む、前記掌及び前記指で支持される背面作動システムと、を含む、
    ロボットエンドエフェクタ。
26. 前記掌に枢動的に連結され、外転と内転との間で枢動し、伸展と屈曲との間でも枢動する、親指を更に含む、請求項２５に記載のロボットエンドエフェクタ。
27. 前記指の各々は、指骨を含み、
    前記指骨は、少なくとも、
    中手指節関節で前記掌に枢動的に連結される近位指骨と、
    遠位関節の周りで前記近位指骨に対して枢動する遠位指骨と、
    腹部側及び背面側と、を含み、
    前記指の各々のための前記背面作動システムは、
    前記近位指骨と共に前記掌に枢動的に連結される近位ベルクランクと、
    前記近位ベルクランクと前記遠位指骨との間に枢動的に連結され、前記近位指骨の前記背面側に位置付けられる、近位背面リンクと、を含み、
    前記アクチュエータは、屈曲中に前記近位指骨及び前記遠位指骨を枢動させるために前記近位ベルクランク及び前記近位背面リンクを伸展させるように作動可能である、
    請求項２５に記載のロボットエンドエフェクタ。
    

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