JP7138324B1 - エンドエフェクタ、及びロボットシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2021年4月6日に出願された米国仮特許出願第63/171086号の利益を主張するものであり、その全体を参照により本明細書に援用する。
ロボット物体把持システムで使用するためのエンドエフェクタ、及び関連するシステムと方法が、本明細書に開示されている。エンドエフェクタは、第1の取り付け構造、第1の取り付け構造に結合された(例えば、第1の取り付け構造によって運ばれる)力センサ、力センサに結合された第2の取り付け構造、及び第2の取り付け構造に結合されたグリッパーアセンブリを含むことができる。第1の取り付け構造は、物体把持システムのロボットアームに(例えば、アーム接続構成要素を介して)結合可能な第1の端部と、長手方向平面(例えば、xy平面)において第1の端部から離間した第2の端部とを有する。力センサは、長手方向平面の下の第1の取り付け構造の第2の端部に結合されている(例えば、第1の取り付け構造の下面に結合されている)。力センサは、長手方向平面に少なくとも部分的に直交する(例えば、垂直軸に沿った)第1の方向の力を測定するように構成され、エンドエフェクタ(又はそれに動作可能に結合されたコントローラ)が動作中に様々な物体の質量を決定できるようにする。第2の取り付け構造は、力センサに結合され(また、力センサによって運ばれ)、グリッパーアセンブリは、第2の取り付け構造に結合される(また、第2の取り付け構造に運ばれる)。その結果、第2の取り付け構造とグリッパーアセンブリの重量は、グリッパーアセンブリが把持する物体の重量と同様に、力センサによって常に測定される。
図1は、物体処理機構を備えたロボットシステム100が動作可能な例示的な環境の図である。ロボットシステム100の動作環境は、1つ又は複数のタスクを実行するように構成される、ロボット又はロボットデバイスなどの1つ又は複数の構造を含むことができる。物体処理機構の態様は、様々な構造及び/又は構成要素によって実施又は実装できる。
図2は、本技術の1つ又は複数の実施形態による、ロボットシステム100を示すブロック図である。いくつかの実施形態では、例えば、ロボットシステム100は、電子デバイス、電気デバイス、もしくはそれらの組み合わせ、例えば、制御ユニット202(本明細書では「プロセッサ202」とも呼ばれる)、記憶ユニット204、通信ユニット206、システムインタフェース210(本明細書では「ユーザインタフェース210」とも呼ばれる)を有するシステム入力/出力(I/O)デバイス208、1つ又は複数の作動デバイス212、1つ又は複数の搬送モータ214、1つ又は複数のセンサユニット216、又は互いに結合されているか、上記の図1に記載のユニット又はロボットの1つ又は複数と統合又は結合されたそれらの組み合わせ、あるいはそれらの組み合わせを含むことができる。
図3A~3Cは、本発明の技術のいくつかの実施形態による、エンドエフェクタ300上の様々な測定可能な力のソース、ならびに測定可能な力における様々なノイズのソース、及びノイズを考慮に入れるためのいくつかの機能を示すエンドエフェクタ300の概略図である。特に、図3Aは、エンドエフェクタ300の基本設計を示し、図3Bは、対象物体301をピッキングした後のエンドエフェクタ300と、ピッキング動作に関連するノイズ/誤差の一例のソースを示し、図3Cは、対象物体301をピッキングしている間のエンドエフェクタ300、及びピッキング動作に関連するノイズ/誤差の別の例示的なソース、ならびに本技術のいくつかの実施形態によるノイズを考慮に入れるための様々な機能を示す。
ロボットシステムで使用するためのエンドエフェクタであって、
物体把持アセンブリのロボットアームに結合可能な第1の端部と、長手方向平面において前記第1の端部から離間された第2の端部と、を有する第1の取り付け構造と、
前記長手方向平面の下で前記第1の取り付け構造の前記第2の端部に結合され、前記長手方向平面に少なくとも部分的に直交する第1の方向の力を測定するように配置された力センサと、
前記力センサの下で前記第1の取り付け構造の前記第2の端部に結合された第2の取り付け構造と、
前記第2の取り付け構造に結合されたグリッパーアセンブリであって、複数の接続チューブに動作可能に結合可能であり、かつ、1つ又は複数の対象物体をつかむように構成される複数の把持構成要素を有するグリッパーアセンブリと、
前記第1の取り付け構造に結合され、1つ又は複数の第1のチューブ取り付け構成要素を有する、第1のブラケットと、
前記第2の取り付け構造に結合され、1つ又は複数の第2のチューブ取り付け構成要素を有する第2のブラケットと、を備え、前記1つ又は複数の第1のチューブ取り付け構成要素のそれぞれは、対応する第2のチューブ取り付け構成要素と前記長手方向平面に平行な長手方向に位置合わせされ、前記第1のブラケットと前記第2のブラケットとの間の前記長手方向に前記複数の接続チューブを保持するように構成される、エンドエフェクタ。
前記第1のブラケットの前記1つ又は複数の第1のチューブ取り付け構成要素及び前記第2のブラケットの前記1つ又は複数の第2のチューブ取り付け構成要素は、前記長手方向において前記複数の接続チューブのそれぞれの部分を隔離するように配向されており、前記長手方向における前記複数の接続チューブのそれぞれの前記部分の前記隔離は、前記力センサをバイパスするように前記長手方向に沿って前記バイアス力を向ける、例1に記載のエンドエフェクタ。
前記第1のブラケット及び前記第2のブラケットは、前記長手方向平面に垂直に配向されて、前記複数の接続チューブが前記長手方向において延びる間に垂直方向に互いに離間することを可能にする、例1及び2のいずれかに記載のエンドエフェクタ。
前記第1の取り付け構造に結合され、前記第1のブラケットを少なくとも部分的に支持するように配置された、補強構成要素をさらに備えた、例1~3のいずれかに記載のエンドエフェクタ。
前記第1の取り付け構造に結合され、1つ又は複数の第3のチューブ取り付け構成要素を有する、第3のブラケットと、
前記第2の取り付け構造に結合され、1つ又は複数の第4のチューブ取り付け構成要素を有する第4のブラケットと、をさらに備え、前記1つ又は複数の第3のチューブ取り付け構成要素のそれぞれは、対応する第4のチューブ取り付け構成要素と前記長手方向平面に平行な前記長手方向に位置合わせされる、例1~4のいずれかに記載のエンドエフェクタ。
前記複数の把持構成要素がそれぞれ吸引構成要素を含み、前記バイアス力が吸引力であり、第1及び第2のブラケットがそれぞれ前記第1及び第2の取り付け構造に取り付けられて、前記把持構成要素への前記吸引力の係合によって生成されるノイズを低減する、例1~5のいずれかに記載のエンドエフェクタ。
前記複数の接続チューブは、前記第1のブラケット及び前記第2のブラケットによってセクションに分割され、
前記セクションは、少なくとも、
前記グリッパーアセンブリと前記第2のブラケットとの間の第1のセクションと、
前記第2のブラケットと前記第1のブラケットとの間の第2のセクションと、
を含む、例1~6のいずれかに記載のエンドエフェクタ。
前記力センサは、前記第2の取り付け構造、前記グリッパーアセンブリ、及び前記第2のブラケットの質量を考慮に入れるために、少なくとも、前記第2の取り付け構造、前記グリッパーアセンブリ、及び前記第2のブラケットの前記質量で較正される、例1~7のいずれかに記載のエンドエフェクタ。
前記力センサは、0.01キログラム(kg)から0.5kgの間の精度で質量を測定するために較正される、例1~8のいずれかに記載のエンドエフェクタ。
ロボットアームと、
前記ロボットアームに動作可能に結合されたエンドエフェクタであって、
接続チューブと、を備え、
前記エンドエフェクタは、
前記ロボットアームに結合されたアーム接続構成要素と、
前記アーム接続構成要素に隣接する第1の端部と、前記第1の端部から離間された第2の端部とを有する第1の取り付け構成要素であって、第1の方向に延びる第1の取り付け構成要素と、
前記第1の取り付け構成要素の前記第2の端部によって運ばれ、前記第1の方向に直交する第2の方向の力を測定するように配置された力センサと、
前記力センサの下で前記第1の取り付け構成要素の前記第2の端部によって運ばれる第2の取り付け構成要素と、
前記第2の取り付け構成要素によって運ばれる物体把持ヘッドであって、前記第2の方向に向けられ、対象物体をピッキングして解放するように動作可能な把持構成要素を有する物体把持ヘッドと、
ノイズ低減構成要素と、を備え、
前記ノイズ低減構成要素は、
前記第1の取り付け構成要素によって運ばれる第1のブラケットと、
前記第2の取り付け構造によって運ばれ、前記第1の方向に沿って前記第1のブラケットと位置合わせされる第2のブラケットと、
を含み、
前記接続チューブは、前記把持構成要素に動作可能に結合されて前記把持構成要素を動作させるバイアス力を供給し、
前記接続チューブは、前記第1のブラケットによって第1の位置に固定されていると共に、前記第2のブラケットによって第2の位置に固定されている、ロボットシステム。
前記第1の位置及び前記第2の位置は、前記第1の方向に沿って少なくとも部分的に位置合わせされて、前記接続チューブを前記第1のブラケットと前記第2のブラケットとの間で前記第1の方向に隔離する、例10に記載のロボットシステム。
前記第1のブラケット及び前記第2のブラケットは、前記第1の位置と前記第2の位置との間で前記第1の方向に少なくとも部分的に沿って前記バイアス力を位置合わせする、例10及び11のいずれかに記載のロボットシステム。
前記把持構成要素が第1の把持構成要素であり、前記接続チューブが第1の接続チューブであり、前記対象物体が第1の対象物体であり、
前記物体把持ヘッドは、第2の対象物体をピッキング及び解放するように動作可能な第2の把持構成要素をさらに含み、
前記チューブ取り付け装置は、
前記第1のブラケットの反対側の前記第1の取り付け構成要素によって運ばれる第3のブラケットと、
前記第2のブラケットの反対側の前記第2の取り付け構造によって運ばれ、前記第1の方向に沿って前記第3のブラケットと位置合わせされている第4のブラケットと、
をさらに含み、
前記ロボットシステムは、前記第2の把持構成要素に動作可能に結合されて前記第2の把持構成要素を動作させる前記バイアス力を供給する第2の接続チューブをさらに含み、前記第2の接続チューブは、前記第3のブラケットによって第3の位置に固定され、前記第4のブラケットによって第4の位置に固定されている、
例10~12のいずれかに記載のロボットシステム。
前記把持構成要素が、前記接続チューブに動作可能に結合された吸引構成要素を含み、前記バイアス力が吸引力である、例10~13のいずれかに記載のロボットシステム。
前記エンドエフェクタは、前記第2の方向に沿って前記第2の取り付け構造に対する前記物体把持ヘッドの位置を調整するために、前記第2の取り付け構造に結合された延長アームと前記物体把持ヘッドとをさらに含む、例10~14のいずれかに記載のロボットシステム。
前記第1のブラケットは、前記ロボットアーム内の動きの結果として前記接続チューブの動きを少なくとも部分的に隔離するように構成され、前記エンドエフェクタは、前記第1の取り付け構成要素に結合された補強構成要素と、第2のアンカーポイントを前記第1のブラケットに追加する前記第1のブラケットとをさらに含む、例10~15のいずれかに記載のロボットシステム。
エンドエフェクタを備えるロボットシステムを動作させる方法であって、
前記エンドエフェクタが1つ又は複数の対象物体をつかむためのピッキングプロセスのためのコマンドを生成することであって、前記ピッキングプロセスのための前記コマンドは、前記エンドエフェクタにバイアス力を加えることを含む、前記生成することと、
前記エンドエフェクタ上の力センサから、前記ピッキングプロセス中に前記エンドエフェクタによってピックアップされた質量に対応する測定値を受け取ることと、
前記測定値に基づいて、前記ピッキングプロセスが成功したかどうかを判定することであって、かかる判定は、前記測定された質量が、前記1つ又は複数の対象物体の予想重量及び前記力センサに関連する所定の誤差範囲に少なくとも部分的に基づいた、前記1つ又は複数の対象物体の予想範囲内にあるかどうか、に基づいてなされることと、
前記ピッキングプロセスが成功したとき、
前記エンドエフェクタをドロップオフ位置から移動するためのコマンドを生成することと、
前記エンドエフェクタが前記1つ又は複数の対象物体を解放する配置プロセスのためのコマンドを生成することと、
を含む、方法。
前記力センサに結合された前記エンドエフェクタの1つ又は複数の構成要素の固定質量を考慮に入れるように前記力センサを較正することをさらに含む、例17に記載の方法。
前記ピッキングプロセスが成功しなかったとき、
前記バイアス力からのフィードバックを含まない誤差のソースを判定することと、
前記エンドエフェクタが前記誤差のソースを考慮に入れるように再ピッキングプロセスのためのコマンドを生成することと、
をさらに含む、例17及び18のいずれかに記載の方法。
前記誤差のソースが、
前記エンドエフェクタと前記1つ又は複数の対象物体との間の位置合わせ不良に基づく、1つ又は複数の欠落した対象物体、
前記エンドエフェクタの誤動作に基づく、1つ又は複数の欠落した対象物体、
不完全なピッキングプロセスに基づく、1つ又は複数の欠落した対象物体、又は、
前記ピッキングプロセス中にピックアップされた1つ又は複数の追加の物体、
のうちの1つ又は複数である、例19に記載の方法。
前述のことから、本技術の特定の実施形態は、説明の目的で本明細書に記載されているが、本技術の実施形態の説明を不必要に曖昧にすることを避けるために、周知の構造及び機能は詳細に示されていないか又は説明されていないことが理解されよう。参照により本明細書に組み込まれる資料が本開示と矛盾する範囲では、本開示が支配する。文脈が許す場合、単数又は複数の用語はまた、それぞれ、複数又は単数の用語を含み得る。さらに、「又は」という単語が、2つ以上の項目のリストを参照して、他の項目から排他的な単一の項目のみを意味するように明示的に限定されていない限り、そのようなリストでの「又は」の使用は、(a)リスト内の任意の単一の項目、(b)リスト内のすべての項目、又は(c)リスト内の項目の任意の組み合わせを含むものとして解釈されるべきである。さらに、本明細書で使用される場合、「A及び/又はB」におけるフレーズ「及び/又は」は、Aのみ、Bのみ、及びAとBの両方を指す。加えて、用語「備える(comprising)」、「含む(including)」、「有する(having)」及び「備える(with)」は、任意のより多数の同じ特徴及び/又は追加の種類の特徴が排除されないように、少なくとも列挙された特徴(複数可)を含むことを意味するために、本開示を通して使用される。
Claims (16)
- ロボットシステムで使用するためのエンドエフェクタであって、
物体把持アセンブリのロボットアームに結合可能な第1の端部と、長手方向平面において前記第1の端部から離間された第2の端部と、を有する第1の取り付け構造と、
前記長手方向平面の下で前記第1の取り付け構造の前記第2の端部に結合され、前記長手方向平面に少なくとも部分的に直交する第1の方向の力を測定するように配置された力センサと、
前記力センサの下で前記第1の取り付け構造の前記第2の端部に結合された第2の取り付け構造と、
前記第2の取り付け構造に結合されたグリッパーアセンブリであって、1つ又は複数の接続チューブに動作可能に結合可能であり、かつ、1つ又は複数の対象物体をつかむように構成される1つ又は複数の把持構成要素を有するグリッパーアセンブリと、
前記第1の取り付け構造に結合された第1のブラケットであって、1つ又は複数の第1のチューブ取り付け構成要素を有する第1のブラケットと、
前記第2の取り付け構造に結合された第2のブラケットであって、1つ又は複数の第2のチューブ取り付け構成要素を有する第2のブラケットと、を備え、
前記1つ又は複数の第1のチューブ取り付け構成要素のそれぞれは、対応する第2のチューブ取り付け構成要素と前記長手方向平面に平行な長手方向に位置合わせされ、前記第1のブラケットと前記第2のブラケットとの間で前記長手方向において前記1つ又は複数の接続チューブを保持するように構成される、エンドエフェクタ。 - 前記1つ又は複数の接続チューブのそれぞれは、前記グリッパーアセンブリにバイアス力を供給し、
前記第1のブラケットの前記1つ又は複数の第1のチューブ取り付け構成要素及び前記第2のブラケットの前記1つ又は複数の第2のチューブ取り付け構成要素は、前記バイアス力が前記力センサを通過するときに当該バイアス力を前記長手方向に向けるように配向されている、請求項1に記載のエンドエフェクタ。 - 前記第1のブラケット及び前記第2のブラケットは、前記長手方向平面に垂直に配向されて、前記1つ又は複数の接続チューブが前記長手方向において延びる間に垂直方向に互いに離間することを可能にする、請求項1に記載のエンドエフェクタ。
- 前記第1の取り付け構造に結合され、前記第1のブラケットを少なくとも部分的に支持するように配置された補強構成要素をさらに備えた、請求項1に記載のエンドエフェクタ。
- 前記1つ又は複数の接続チューブは、二つ以上の接続チューブを有しており、
当該エンドエフェクタは、
前記第1のブラケットの反対側の前記第1の取り付け構造に結合され、1つ又は複数の第3のチューブ取り付け構成要素を有する、第3のブラケットと、
前記第2のブラケットの反対側の前記第2の取り付け構造に結合され、1つ又は複数の第4のチューブ取り付け構成要素を有する第4のブラケットと、をさらに備え、
前記1つ又は複数の第3のチューブ取り付け構成要素のそれぞれは、対応する第4のチューブ取り付け構成要素と前記長手方向平面に平行な前記長手方向に位置合わせされ、前記第3のブラケットと前記第4のブラケットとの間で前記長手方向において前記二つ以上の接続チューブの少なくとも一つを保持するように構成される、請求項1に記載のエンドエフェクタ。 - 前記1つ又は複数の接続チューブのそれぞれは、前記グリッパーアセンブリにバイアス力を供給し、
前記1つ又は複数の把持構成要素がそれぞれ吸引構成要素を含み、前記バイアス力が吸引力であり、前記第1及び第2のブラケットがそれぞれ前記第1及び第2の取り付け構造に取り付けられて、前記把持構成要素への前記吸引力の係合によって生成されるノイズを低減する、請求項1に記載のエンドエフェクタ。 - 前記1つ又は複数の接続チューブのそれぞれは、前記第1のブラケット及び前記第2のブラケットによってセクションに分割され、
前記セクションは、少なくとも、
前記グリッパーアセンブリと前記第2のブラケットとの間の第1のセクションと、
前記第2のブラケットと前記第1のブラケットとの間の第2のセクションと、
を含む、請求項1に記載のエンドエフェクタ。 - 前記力センサは、前記第2の取り付け構造、前記グリッパーアセンブリ、及び前記第2のブラケットの質量を考慮に入れるために、少なくとも、前記第2の取り付け構造、前記グリッパーアセンブリ、及び前記第2のブラケットの前記質量で較正される、請求項1に記載のエンドエフェクタ。
- 前記力センサは、0.01kgから0.5kgの間の精度で質量を測定するために較正される、請求項1に記載のエンドエフェクタ。
- ロボットアームと、
前記ロボットアームに動作可能に結合されたエンドエフェクタと、
接続チューブと、備え、
前記エンドエフェクタは、
前記ロボットアームに結合されたアーム接続構成要素と、
前記アーム接続構成要素に隣接する第1の端部と、前記第1の端部から離間された第2の端部とを有する第1の取り付け構成要素であって、第1の方向に延びる第1の取り付け構成要素と、
前記第1の取り付け構成要素の前記第2の端部に結合され、前記第1の方向に直交する第2の方向の力を測定するように配置された力センサと、
前記力センサの下で前記第1の取り付け構成要素の前記第2の端部に結合された第2の取り付け構成要素と、
前記第2の取り付け構成要素に結合された物体把持ヘッドであって、前記第2の方向に向けられ、対象物体をピッキングして解放するように動作可能な把持構成要素を有する物体把持ヘッドと、
ノイズ低減構成要素と、を備え、
前記ノイズ低減構成要素は、
前記第1の取り付け構成要素に結合された第1のブラケットと、
前記第2の取り付け構成要素に結合され、前記第1の方向に沿って前記第1のブラケットと位置合わせされる第2のブラケットと、
を含み、
前記接続チューブは、前記把持構成要素に動作可能に結合されて前記把持構成要素を動作させるバイアス力を供給し、
前記接続チューブは、前記第1のブラケットによって第1の位置に固定されていると共に、前記第2のブラケットによって第2の位置に固定されている、ロボットシステム。 - 前記第1の位置及び前記第2の位置は、前記第1の方向に沿って少なくとも部分的に位置合わせされている、請求項10に記載のロボットシステム。
- 前記第1のブラケット及び前記第2のブラケットは、前記第1の位置と前記第2の位置との間で前記第1の方向に少なくとも部分的に沿って前記バイアス力を位置合わせする、請求項10に記載のロボットシステム。
- 前記把持構成要素が第1の把持構成要素であり、前記接続チューブが第1の接続チューブであり、前記対象物体が第1の対象物体であり、
前記物体把持ヘッドは、第2の対象物体をピッキング及び解放するように動作可能な第2の把持構成要素をさらに含み、
前記ノイズ低減構成要素は、
前記第1のブラケットの反対側の前記第1の取り付け構成要素に結合された第3のブラケットと、
前記第2のブラケットの反対側の前記第2の取り付け構造に結合され、前記第1の方向に沿って前記第3のブラケットと位置合わせされている第4のブラケットと、
をさらに含み、
前記ロボットシステムは、前記第2の把持構成要素に動作可能に結合されて前記第2の把持構成要素を動作させる前記バイアス力を供給する第2の接続チューブをさらに含み、前記第2の接続チューブは、前記第3のブラケットによって第3の位置に固定され、前記第4のブラケットによって第4の位置に固定されている、
請求項10に記載のロボットシステム。 - 前記把持構成要素が、前記接続チューブに動作可能に結合された吸引構成要素を含み、前記バイアス力が吸引力である、請求項10に記載のロボットシステム。
- 前記エンドエフェクタは、前記第2の方向に沿って前記第2の取り付け構造に対する前記物体把持ヘッドの位置を調整するために、前記第2の取り付け構造に結合された延長アームと前記物体把持ヘッドとをさらに含む、請求項10に記載のロボットシステム。
- 前記第1のブラケットは、前記ロボットアーム内の動きの結果として前記接続チューブの動きを低減するように構成され、
前記エンドエフェクタは、
前記第1の取り付け構成要素及び前記第1のブラケットに結合され、前記第1のブラケットを安定させる補強構成要素をさらに含む、請求項10に記載のロボットシステム。
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