シリアルロボットのための低ストローク作動
【課題】遠位関節をより小さいストロークで作動させ、より小さいアクチュエータおよび外装設計の使用を可能にするシリアルロボットを提供すること。
【解決手段】シリアルロボットが、基部と、第１および第２の体節と、基部を第１の体節に繋げる近位関節と、遠位関節とを含む。体節を繋げる遠位関節は、近位関節に対して直列に配列されて遠位にある。ロボットは、第１および第２のアクチュエータを含む。第１の腱が、第１のアクチュエータから近位関節まで延び、第１のアクチュエータによって選択的に可動である。第２の腱が、第２のアクチュエータから遠位関節まで延び、第２のアクチュエータによって選択的に可動である。ロボットは、入力された力が第１および／または第２のアクチュエータによって近位関節および／または遠位関節に加えられると、遠位関節の回転を支援する、少なくとも１つの歯車要素を有する伝達装置を含む。また、上記のロボットを有するロボット手が開示され、胴、腕、および上記の手を有するロボットシステムも開示される。
【解決手段】シリアルロボットが、基部と、第１および第２の体節と、基部を第１の体節に繋げる近位関節と、遠位関節とを含む。体節を繋げる遠位関節は、近位関節に対して直列に配列されて遠位にある。ロボットは、第１および第２のアクチュエータを含む。第１の腱が、第１のアクチュエータから近位関節まで延び、第１のアクチュエータによって選択的に可動である。第２の腱が、第２のアクチュエータから遠位関節まで延び、第２のアクチュエータによって選択的に可動である。ロボットは、入力された力が第１および／または第２のアクチュエータによって近位関節および／または遠位関節に加えられると、遠位関節の回転を支援する、少なくとも１つの歯車要素を有する伝達装置を含む。また、上記のロボットを有するロボット手が開示され、胴、腕、および上記の手を有するロボットシステムも開示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦支援の研究または開発に関する記載
[0001]本発明は、ＮＡＳＡ宇宙活動協定番号ＳＡＡ−ＡＴ−０７−００３に基づく連邦支援を受けてなされた。本明細書で説明される本発明は、特許料を支払うことなく、合衆国政府の（すなわち、非商業的）目的のために、合衆国政府によってまたは合衆国政府のために製造され、使用されてよい。
【０００２】
[0002]本開示は、腱駆動の指または他のシリアルロボット（serial robot）の運動制御およびパッケージング（packaging）設計に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]ロボットは、作業工具または他の対象物を操作するために使用されうる電子−機械装置である。ロボットは、一連のリンクまたは体節を含んでよい。その結果、そのようなロボットは、通常、シリアルロボットと呼ばれる。シリアルロボットの種々の体節は、１つまたは複数のアクチュエータ駆動の関節によって相互接続されてよい。各ロボット関節は、独立した制御変数、すなわち自由度を表す。手先効果器は、作業工具を把持し動かすなど、所与のワークタスク（work task）を実施するために使用される特定の体節である。
【０００４】
[0004]シリアルロボットの遠位関節を作動させるためのシステムが、本明細書で提供される。特に、シリアルロボット、例えば多関節のロボット指において、典型的な腱駆動の関節構成を使用するときに、比較的大きなストロークおよび範囲外のエラーが生じる可能性がある。そのようなシリアルロボットは、少なくとも１つの近位関節、例えばロボット手の指の基関節、および遠位関節を含んでよい。シリアル関節は、剛性のリンクまたは体節によって互いに相互接続される。任意選択で、１つまたは複数の内側関節が、シリアルロボットの一部として使用されてよく、各内側関節は、近位関節と遠位関節との間に配置される。内側関節が使用されるときは、当技術分野で十分に理解されるように、近位関節に接続される内側関節が、近位関節に対して「遠位」となる。簡潔にするために、本明細書で提示される例は、近位関節および遠位関節、すなわち、１つの体節によって接続される２つの関節のみ、に対して描かれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0005]あるロボットシステムにおけるロボット関節の作動は、モータ駆動の腱によって直接的かつ直線的に達成される。上記のように、特に、シリアルロボットにおける遠位関節を、近位関節付近に配置される関節アクチュエータを使用して作動させるときに、比較的大きなストロークが生じる可能性がある。このことが、同様に、利用可能な関節アクチュエータの範囲を制約する可能性がある。遠位関節を駆動するための本手法は、より小さなアクチュエータおよび／またはよりコンパクトな外装設計の使用を可能にすることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0006]特に、基部、第１および第２の体節、ならびに近位関節および遠位関節を含むシリアルロボットが、本明細書で開示される。また、シリアルロボットは、遠位関節の所望の運動を支援するように構成された伝達装置を含む。近位関節は、基部を第１の体節に連結する。遠位関節は、第１の体節と第２の体節とを連結する。シリアルロボットが、任意選択で、ロボット手の人間型の指として具現されるとき、基部が、ロボット手の掌を形成し、第１の体節が近位指骨を、第２の体節が内側指骨をそれぞれ形成する。中間指骨を終端させる関節が、近位関節に対して「遠位」であるとみなされ、したがって本明細書で説明される特定の遠位関節を形成する。付加的な関節が、同様の方式で制御されてよいことが、当業者には理解されよう。
【０００７】
[0007]遠位関節が、近位関節に対して直列に配列される。シリアルロボットは、第１および第２のアクチュエータ、例えば、ボール／ねじまたは他の関節モータを含む。第１の腱は、第１のアクチュエータから近位関節まで延び、第１のアクチュエータによって可動である。第２の腱は、第２のアクチュエータから遠位関節まで延び、第２のアクチュエータによって可動である。
【０００８】
[0008]伝達装置は、１つまたは複数の歯車要素を含む。特定の実施形態では、伝達装置は、遊星歯車機構を含むが、伝達装置は、代替として、単一歯車要素を含んでよい。単一歯車要素が使用されるときは、歯車要素は、オフセットされた中心を有するプーリ歯車であってよい。歯車要素のうちの少なくとも１つは、基部／掌の上に設置されてよい。実施形態に関わらず、ここに開示される伝達装置は、第１および／または第２のアクチュエータによって入力された力が加えられるときは常に、遠位関節の回転を支援する。
【０００９】
[0009]また、ロボット手が開示される。手は、掌と、掌に動作可能に接続される少なくとも１つのロボット指とを含む。各指は、第１および第２の指骨と、掌を第１の指骨に繋ぐ近位関節と、近位関節に対して直列に配列されて遠位にある遠位関節とを有するシリアルロボットを形成する。遠位関節は、第１の指骨を第２の指骨に繋げる。
【００１０】
[0010]手は、第１および第２の関節モータを含む。第１の腱が、第１の関節モータから第１の関節まで延びる。第１の腱は、第１の関節モータによって選択的に可動である。第２の腱は、第２のアクチュエータから遠位関節まで延びる。同様に、第２の腱は、第２の関節モータによって選択的に可動である。伝達装置が、少なくとも部分的に掌の中に設置されてよい。伝達装置は、入力された力が、第１および第２の関節モータの個々の関節モータによって、近位関節および遠位関節のうちの少なくとも一方に加えられると、遠位関節の回転を支援するように構成された、少なくとも１つの歯車要素を有する。
【００１１】
[0011]加えて、胴と、胴に接続され、胴に対して可動な腕と、腕に接続されたロボット手とを含む、ロボットシステムが開示される。手は、複数の、例えば例示的一実施形態において５本のロボット指を含み、それぞれが、手の掌に接続されてそこから延びる。各指は、少なくとも１つの歯車要素を有する伝達装置を有するシリアルロボットを形成する。上述のように、歯車要素は、入力された力が、第１および第２の関節モータの個々の関節モータによって近位関節および遠位関節のうちの少なくとも一方に加えられると、遠位関節の回転を支援するように構成される。
【００１２】
[0012]本発明の上記の特徴および利点、ならびに他の特徴および利点は、本発明を遂行するための最良のモードである以下の詳細な説明を、添付の図面と関連づけて読めば、容易に理解されよう。
【００１３】
また、本発明は、ロボット手において、掌と、前記掌に動作可能に接続された少なくとも１つのロボット指とを備え、前記少なくとも１つの指が、第１の指骨と、前記掌を前記第１の指骨に繋げる近位関節と、第２の指骨と、前記近位関節に対して直列に配列されて遠位にあり、前記第１の指骨を前記第２の指骨に繋げる、遠位関節と、第１および第２の関節モータと、前記第１の関節モータから前記第１の関節まで延び、前記第１の関節モータによって選択的に可動である、第１の腱と、第２のアクチュエータから前記遠位関節まで延び、前記第２の関節モータによって選択的に可動である、第２の腱と、前記掌の中に少なくとも部分的に設置され、前記第１および第２の関節モータの各々によって入力された力が前記近位関節および遠位関節のうちの少なくとも一方に加えられるときに、前記遠位関節の回転を支援するように構成された少なくとも１つの歯車要素を有する伝達装置とを有するシリアルロボットを形成することを特徴とする。
【００１４】
この場合において、前記手は、複数の前記指を含んでもよい。前記複数の前記指は、対置可能なおや指を含んでもよい。前記伝達装置は、前記遠位関節と前記近位関節との間に接続された駆動ベルトを含んでもよい。前記少なくとも１つの歯車要素は、単一歯車要素であってもよい。前記単一歯車要素は、前記近位関節に対してオフセットされた中心を有するプーリ歯車であってもよい。前記プーリ歯車の前記オフセットされた中心は、前記第１の指骨と第２の指骨との間の角度における変化に応答して可変であってもよい。前記プーリ歯車が、剛性のリンクを介して前記第２の指骨に支持された移動可能なピンを含有する隙間を画定してもよい。前記伝達装置は、前記少なくとも１つの歯車要素として複数の歯車要素を有する遊星歯車機構を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】[0013]例示的な腱駆動の人間型の指の形をしたシリアルロボットを使用するシステムを示す斜視図である。
【図２】[0014]腱を使用するシリアルロボットの関節を回転させるのに適切な例示的アクチュエータを示す斜視図である。
【図３】[0015]種々の実施形態が本明細書で説明される伝達装置によって、選択的に可動な遠位関節を有するシリアルロボットを示す概略図である。
【図４】[0016]遠位関節の所望の回転運動を集合的にもたらす複数の歯車要素を有する例示的伝達装置を示す概略図である。
【図５】[0017]シリアルロボットにおける遠位関節を移動させるための単一歯車要素を有する、伝達装置の別の実施形態を示す概略図である。
【図６】[0018]オフセットされた中心を有するプーリ歯車を有する例示的伝達装置を示す概略図である。
【図７】[0019]第１の位置において示される、調節可能なオフセットされた中心を有するプーリ歯車を有する例示的伝達装置を示す概略図である。
【図８】[0020]第２の位置において示される、図７のプーリ歯車を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
[0021]いくつかの図面を通して、同じ符号が、同じまたは類似の構成要素に言及する図面を参照すると、図１は、多数の自由度（ＤＯＦ）、例えば、示される特定の実施形態において４２を超えるＤＯＦ、を有する１つまたは複数のワークタスクを実施するように構成される、概略的な例示的ロボットシステム１０を示す。示される非限定的な例では、システム１０は、胴１４に対して動く、頭１２、胴１４、腰１５、および腕１６を有する精巧な人間型ロボットであってよい。腕１６は、ロボット手１８を有する前腕（lower arm）組立体２４を含んでよく、手１８のそれぞれは、手が接続される腕１６に対して動く。
【００１７】
[0022]ロボット手１８は、１つまたは複数のロボット指１９および対置可能なおや指２１を含んでよい。特に指１９は、本明細書で、直列に配列される関節と体節とを有するロボット機構であるシリアルロボットと呼ばれるものの一例である。したがって、おや指２１のそれぞれが、付加的なシリアルロボットを形成する。簡潔にするために、おや指２１は、以下の種々の例においては指であるものとみなされるべきである。他のシリアルロボットは、図１に示される人間型ロボットの構成要素であるかまたは単にそのようなロボットの一部分であるものとみなされてよく、シリアルロボットは、本明細書で説明されるように制御されるということは、当業者には容易に理解されよう。
【００１８】
[0023]図１の例示的ロボットシステム１０は、特定の用途に従って、脚、接地部、または別の可動もしくは固定の基部など、タスクに適切な固定具または基部（図示せず）を含んでよい。図示のように胴１４に接続されるか、または胴１４に対して離れて設置される、再充電可能なバッテリパックなどの電源１３が、種々の関節の運動のために種々の関節に十分な電気エネルギーを供給するために使用されてよい。
【００１９】
[0024]図２を参照すると、関節アクチュエータ組立体２６が、指１９の関節において終端する腱４０に力を加えることによって、指１９または他のシリアルロボットを動かすために使用されてよい。関節は、歯車、ヒンジ等として具現されてよい。人間型の指の実施形態では、そのような関節が、指１９の種々の指関節のうちの１つの上に設置されてよい。
【００２０】
[0025]特定の実施形態では、関節アクチュエータ組立体２６は、アクチュエータ３４、例えばボールねじモータなどの適切な関節モータと、アクチュエータ３４から腱４０まで力を伝達するための歯車駆動３６と、アクチュエータ筐体３８と、腱４０と、腱終端器４２とを含んでよい。腱４０は、アクチュエータ筐体３８から、制御されている指１９の長さに沿って下方に延びてよい。アクチュエータ３４、歯車駆動３６、およびアクチュエータ筐体３８は、すべて、図１に示される特定の人間型ロボットシステム１０と共に使用されるときに前腕組立体２４の中に、またはシステム１０の別の適切な場所の中に外装されてよい。
【００２１】
[0026]腱４０は、管路ライナ４４および管路４６によって保護されてよく、例えば、高い引っ張り強度を有し、伸びおよびクリープに対して十分に抵抗力のある、編組材料であってよい。管路４６は、アクチュエータ筐体３８から張力センサ４８まで延びてよい。アクチュエータ２６が腱４０を動かすのにつれて、腱４０は、張力センサ４８に対して滑動し、張力センサ４８は、手支持部（図示せず）に強固に装着されてよい。腱４０は、腱終端器４２によって、指１９内の所望の場所で終端する。したがって、腱４０の運動が、腱終端器４２の相対運動を引き起こし、そのことが、指１９の特定の体節を指関節または関節に対して回転させることによって、指１９を動かすことができる。以下の図面のすべてにおいて、各歯車または各関節におけるストロークは、式ωｘｒｘｄｔで表示され、ここでＸは関連する歯車要素／関節の符号、例えば近位関節に対する５１、を表す。
【００２２】
[0027]図３を参照すると、例示的シリアルロボット１１９が示される。シリアルロボット１１９は、近位関節５１、遠位関節５２、基部１１８、第１の体節５７、および第２の体節５６を有する。シリアルロボット１１９が、図１に示されるようなロボット指１９であるとき、基部１１８は、同じ図に示される手１８の掌から形成されてよく、一方、第１の体節５７および第２の体節５６は、その指１９の異なる指骨を形成する。任意選択で、シリアルロボット１１９は、例えば、人間型の指として構成されるときは、別の遠位関節５３および第３の体節５５を含んでよい。ロボット１１９が、図１に示される種類のおや指２１であるときなど、第２の体節５６が、最終の体節である一実施形態では、シリアルロボット１１９の先端の場所が、矢印５４で表示される。第３の体節５５が使用されるとき、例えば、ロボット１１９が、図１に示されるように指１９として構成されるときは、先端の場所が、矢印１５４で表示される。
【００２３】
[0028]近位関節５１は、基部１１８を第１の体節５７に接続する。遠位関節５２は、第１の体節５７を第２の体節５６に接続する。付加的な遠位関節５３が使用される場合は、以下に説明される方式と同様の方式で、遠位関節５２に対して従属的に、または独立に作動されてよい。したがって、本明細書で使用されるように、用語「遠位の」は、基部の関節５１に対する、所与の関節の相対的な場所に言及する。
【００２４】
[0029]遠位関節５２などの可動関節を特定の駆動トルク（矢印Ｔ５２）で駆動するために、または任意選択の遠位関節５３を駆動トルク（矢印Ｔ５３）で駆動するために、従来の腱駆動手法は、腱４０（図２参照）を、通常は、駆動トルク（矢印Ｔ５１）が加えられる近位関節５１である共通関節を超えて通過させ、したがって、最適な量のストロークより大きなストロークをもたらす可能性がある。このことは、一つには、基部の関節５１と遠位関節５２との間で変化する角度、すなわち、
【００２５】
【数１】
【００２６】
を補償するために、１つまたは複数の腱４０の長さを変える必要性に起因して発生し、ここで、ωは特定の関節の周囲に対する角速度であり、ｒはその関節の半径であり、
【００２７】
【数２】
【００２８】
は、接続される２つの体節の間の関節の角度における変化速度である。好ましくない過剰ストロークは、図４乃至図８を参照して以下に説明される伝達装置の実施形態を使用する種々の可動関節から分離されうる。
【００２９】
[0030]図４を参照すると、そのようなストロークを低減するために、伝達装置６０が、近位関節５１および遠位関節５２に連動して使用されてよい。図４の例示的実施形態では、伝達装置６０は、第１の歯車要素５８、第２の歯車要素１５１、第３の歯車要素１５２および第４の歯車要素２５２を含んでよく、これらの歯車要素のうちのいくつかが、所望の出力回転をもたらすために、複数の係合する歯車を有するエピサイクリック（epicyclical）歯車機構すなわち遊星歯車機構を任意選択で形成する。歯車要素５８、１５１、１５２および２５２のうちの少なくとも１つが、基部１１８上の、近位関節５１の近くに設置されてよい。
【００３０】
[0031]近位関節５１の所望の回転が、アクチュエータ３４によって腱４０を介して、独立にもたらされる。第２の歯車要素１５１の所望の回転をもたらすために、伝達装置６０の第１の歯車要素５８が、近位関節５１と第２の歯車要素１５１との間に配置されてよく、回転は、近位関節５１の回転に比例しかつ近位関節５１の回転と同一方向である。
【００３１】
[0032]駆動ベルトなどの駆動要素７０が、遠位関節５２を第３の歯車要素１５２に接続するために使用されてよい。第３の歯車要素１５２は、線７２で表示されるように近位関節５１と同軸であってよく、線７２は、第１の歯車要素１５２と近位関節５１とが共通中心の駆動部材を共有することを何ら表示することなく、同軸配置を図式的に表す。同様に、第４の歯車要素２５２が、線７４で表示されるように、第２の歯車要素１５１と同軸であってよい。近位関節５１と第３の歯車要素１５２とが、互いに対して独立に回転する。
【００３２】
[0033]第４の歯車要素２５２が、第３の歯車要素１５２に結合され、それにより、第４の歯車要素２５２の回転は、第３の歯車要素１５２の回転に比例するが、逆の回転方向である。可能な一実施形態では、第４の歯車要素２５２および第２の歯車要素１５１は、遊星歯車機構の太陽歯車と輪歯車／環とであってよく、１つまたは複数の周辺遊星歯車すなわちピニオンを保持する遊星キャリアが、遠位関節５２の所望の回転をもたらすように作動される。あるいは、第２の歯車要素１５１および第４の歯車要素２５２は、それぞれ、当技術分野でよく理解されるように、互いに対向するかさ歯車として構成されてよい。
【００３３】
[0034]このようにして、別のアクチュエータ１３４によってかつ別の腱１４０を通してもたらされる、遠位関節５２の所望のストロークが、
【００３４】
【数３】
【００３５】
として表されてよく、ここで、ｖは遠位関節５２における腱取り付け点の線速度であり、ｒ５１＝ｒ５２＝ｒ１５１＝ｒ１５２＝ｒ２５２であるものと仮定する。したがって、入力された力がアクチュエータ１３４によって遠位関節５２に加えられるときは常に、遠位関節５２に回転をもたらすのを支援するために、伝達装置６０は、近位関節５１を遠位関節５２に連結する。
【００３６】
[0035]図５を参照すると、別の実施形態では、伝達装置１６０は、遊星歯車機構または複数の係合するかさ歯車ではなく、単一歯車要素３５２を使用することができる。ここでは、近位関節５１は、アクチュエータおよび腱（図示せず）によって駆動される。遠位関節５２を駆動するために、別のアクチュエータ２３４が、図示のように歯車要素３５２の中心に接続される。歯車要素３５２の中心は、例えば歯車要素３５２を軌道または滑動部（図示せず）内で移動させることによって、両矢印８０で表示される方向に移動することを許容されうる。
【００３７】
[0036]別の腱２４０、または代わりにベルトもしくは他の駆動機構が、遠位関節５２によって支持され、また近位関節５１によって支持される。腱２４０は、歯車要素３５２の周りに巻き付く。したがって、歯車要素３５２は、近位関節５１と遠位関節５２との間に配置される。
【００３８】
[0037]したがって、例えば、近位関節５１の中心が基部１１８に固定され、遠位関節５２の中心が第１の体節５７に固定される。別の腱３４０にアクチュエータ２３４によって加えられる、張力の増加または減少に応答して、歯車要素３５２は、基部１１８に対して、必要なだけ移動することを許容される。
【００３９】
[0038]図６を参照すると、別の例示的実施形態では、伝達装置２６０が、プーリ歯車５９を含んでよい。プーリ歯車５９は、基部の関節５１および遠位関節５２の直径に対して縮小された直径を有してよく、かつ／または近位関節５１の中心に対してオフセットされた中心を有してよい。プーリ歯車５９は、図示のように、近位関節５１の上に、または近位関節５１の近くに設置されてよい。別の腱５４０が、遠位関節５２に接続されてよく、別のアクチュエータ４３４によって駆動されてよい。近位関節５１が、腱６４０およびアクチュエータ５３４によって駆動される。
【００４０】
[0039]非常に小さい直径を有するプーリ歯車５９は、潜在的に、腱５４０に増加された疲労をもたらす可能性があるので、図示のように、近位関節５１に対してオフセットされたプーリ歯車５９の中心は、依然として遠位関節５２の所望の回転をもたらしながら、より大きなプーリ歯車５９を使用することを可能にできる。
【００４１】
[0040]図７および図８に示されるように、任意選択の伝達装置３６０によって、プーリ歯車５９が、任意選択で、隙間端９０および９１を有する隙間８４を画定することができる。移動可能なピン組立体８６が、隙間８４の中に配置されてよい。ピン組立体８６は、剛性のリンク８２を介して、第１の体節５７の上の支持点９２に支持される。プーリ歯車５９のオフセットされた中心は、隙間８４およびピン組立体８６によって調節可能であってよい。
【００４２】
[0041]すなわち、図３に示されるようなシリアルロボット１１９が、図７に示されるように広がるかまたは延びるとき、プーリ歯車５９の中心が、隙間８４の右の方に、隙間端９１において示される位置に移動する。シリアルロボット１１９が再び閉まるとき、プーリ歯車５９の中心は、隙間８４の左の方に戻って、図８における隙間端９０において示される位置に移動する。また、図７および図８に示される連結／隙間の設計は、ケーブル駆動システムまたは歯車機構など、他の機構によって達成されうる。また、図３乃至図５を参照して上で説明された、特定の設計の実施形態が、基部の要素に対してより遠位にある関節、例えば図３に示される関節５３、まで拡大可能である。
【００４３】
[0042]本発明を遂行するための最良のモードが、詳細に説明されたが、本発明が関連する技術分野に精通する当業者は、添付の特許請求の範囲の範囲内で本発明を実施するための種々の代替の設計および実施形態を理解するであろう。
【符号の説明】
【００４４】
１０ ロボットシステム
１２ 頭
１３ 電源
１４ 胴
１５ 腰
１６ 腕
１８ ロボット手
１９ ロボット指
２１ おや指
２４ 前腕組立体
２６ 関節アクチュエータ組立体
３４ アクチュエータ
３６ 歯車駆動
３８ アクチュエータ筐体
４０ 腱
４２ 腱終端器
４４ 管路ライナ
４６ 管路
４８ 張力センサ
５１ 近位関節
５２ 遠位関節
５３ 遠位関節
５４ 矢印
５５ 第３の体節
５６ 第２の体節
５７ 第１の体節
５８ 第１の歯車要素
５９ プーリ歯車
６０ 伝達装置
７０ 駆動要素
７２ 線
７４ 線
８０ 二重矢印
８２ リンク
８４ 隙間
８６ ピン組立体
９０ 隙間端
９１ 隙間端
９２ 支持点
１１８ 基部
１１９ シリアルロボット
１３４ アクチュエータ
１４０ 腱
１５１ 第２の歯車要素
１５２ 第３の歯車要素
１５４ 矢印
１６０ 伝達装置
２３４ アクチュエータ
２４０ 腱
２５２ 第４の歯車要素
２６０ 伝達装置
３４０ 腱
３５２ 歯車要素
３６０ 伝達装置
４３４ アクチュエータ
５３４ アクチュエータ
５４０ 腱
６４０ 腱
【技術分野】
【０００１】
連邦支援の研究または開発に関する記載
[0001]本発明は、ＮＡＳＡ宇宙活動協定番号ＳＡＡ−ＡＴ−０７−００３に基づく連邦支援を受けてなされた。本明細書で説明される本発明は、特許料を支払うことなく、合衆国政府の（すなわち、非商業的）目的のために、合衆国政府によってまたは合衆国政府のために製造され、使用されてよい。
【０００２】
[0002]本開示は、腱駆動の指または他のシリアルロボット（serial robot）の運動制御およびパッケージング（packaging）設計に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]ロボットは、作業工具または他の対象物を操作するために使用されうる電子−機械装置である。ロボットは、一連のリンクまたは体節を含んでよい。その結果、そのようなロボットは、通常、シリアルロボットと呼ばれる。シリアルロボットの種々の体節は、１つまたは複数のアクチュエータ駆動の関節によって相互接続されてよい。各ロボット関節は、独立した制御変数、すなわち自由度を表す。手先効果器は、作業工具を把持し動かすなど、所与のワークタスク（work task）を実施するために使用される特定の体節である。
【０００４】
[0004]シリアルロボットの遠位関節を作動させるためのシステムが、本明細書で提供される。特に、シリアルロボット、例えば多関節のロボット指において、典型的な腱駆動の関節構成を使用するときに、比較的大きなストロークおよび範囲外のエラーが生じる可能性がある。そのようなシリアルロボットは、少なくとも１つの近位関節、例えばロボット手の指の基関節、および遠位関節を含んでよい。シリアル関節は、剛性のリンクまたは体節によって互いに相互接続される。任意選択で、１つまたは複数の内側関節が、シリアルロボットの一部として使用されてよく、各内側関節は、近位関節と遠位関節との間に配置される。内側関節が使用されるときは、当技術分野で十分に理解されるように、近位関節に接続される内側関節が、近位関節に対して「遠位」となる。簡潔にするために、本明細書で提示される例は、近位関節および遠位関節、すなわち、１つの体節によって接続される２つの関節のみ、に対して描かれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0005]あるロボットシステムにおけるロボット関節の作動は、モータ駆動の腱によって直接的かつ直線的に達成される。上記のように、特に、シリアルロボットにおける遠位関節を、近位関節付近に配置される関節アクチュエータを使用して作動させるときに、比較的大きなストロークが生じる可能性がある。このことが、同様に、利用可能な関節アクチュエータの範囲を制約する可能性がある。遠位関節を駆動するための本手法は、より小さなアクチュエータおよび／またはよりコンパクトな外装設計の使用を可能にすることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0006]特に、基部、第１および第２の体節、ならびに近位関節および遠位関節を含むシリアルロボットが、本明細書で開示される。また、シリアルロボットは、遠位関節の所望の運動を支援するように構成された伝達装置を含む。近位関節は、基部を第１の体節に連結する。遠位関節は、第１の体節と第２の体節とを連結する。シリアルロボットが、任意選択で、ロボット手の人間型の指として具現されるとき、基部が、ロボット手の掌を形成し、第１の体節が近位指骨を、第２の体節が内側指骨をそれぞれ形成する。中間指骨を終端させる関節が、近位関節に対して「遠位」であるとみなされ、したがって本明細書で説明される特定の遠位関節を形成する。付加的な関節が、同様の方式で制御されてよいことが、当業者には理解されよう。
【０００７】
[0007]遠位関節が、近位関節に対して直列に配列される。シリアルロボットは、第１および第２のアクチュエータ、例えば、ボール／ねじまたは他の関節モータを含む。第１の腱は、第１のアクチュエータから近位関節まで延び、第１のアクチュエータによって可動である。第２の腱は、第２のアクチュエータから遠位関節まで延び、第２のアクチュエータによって可動である。
【０００８】
[0008]伝達装置は、１つまたは複数の歯車要素を含む。特定の実施形態では、伝達装置は、遊星歯車機構を含むが、伝達装置は、代替として、単一歯車要素を含んでよい。単一歯車要素が使用されるときは、歯車要素は、オフセットされた中心を有するプーリ歯車であってよい。歯車要素のうちの少なくとも１つは、基部／掌の上に設置されてよい。実施形態に関わらず、ここに開示される伝達装置は、第１および／または第２のアクチュエータによって入力された力が加えられるときは常に、遠位関節の回転を支援する。
【０００９】
[0009]また、ロボット手が開示される。手は、掌と、掌に動作可能に接続される少なくとも１つのロボット指とを含む。各指は、第１および第２の指骨と、掌を第１の指骨に繋ぐ近位関節と、近位関節に対して直列に配列されて遠位にある遠位関節とを有するシリアルロボットを形成する。遠位関節は、第１の指骨を第２の指骨に繋げる。
【００１０】
[0010]手は、第１および第２の関節モータを含む。第１の腱が、第１の関節モータから第１の関節まで延びる。第１の腱は、第１の関節モータによって選択的に可動である。第２の腱は、第２のアクチュエータから遠位関節まで延びる。同様に、第２の腱は、第２の関節モータによって選択的に可動である。伝達装置が、少なくとも部分的に掌の中に設置されてよい。伝達装置は、入力された力が、第１および第２の関節モータの個々の関節モータによって、近位関節および遠位関節のうちの少なくとも一方に加えられると、遠位関節の回転を支援するように構成された、少なくとも１つの歯車要素を有する。
【００１１】
[0011]加えて、胴と、胴に接続され、胴に対して可動な腕と、腕に接続されたロボット手とを含む、ロボットシステムが開示される。手は、複数の、例えば例示的一実施形態において５本のロボット指を含み、それぞれが、手の掌に接続されてそこから延びる。各指は、少なくとも１つの歯車要素を有する伝達装置を有するシリアルロボットを形成する。上述のように、歯車要素は、入力された力が、第１および第２の関節モータの個々の関節モータによって近位関節および遠位関節のうちの少なくとも一方に加えられると、遠位関節の回転を支援するように構成される。
【００１２】
[0012]本発明の上記の特徴および利点、ならびに他の特徴および利点は、本発明を遂行するための最良のモードである以下の詳細な説明を、添付の図面と関連づけて読めば、容易に理解されよう。
【００１３】
また、本発明は、ロボット手において、掌と、前記掌に動作可能に接続された少なくとも１つのロボット指とを備え、前記少なくとも１つの指が、第１の指骨と、前記掌を前記第１の指骨に繋げる近位関節と、第２の指骨と、前記近位関節に対して直列に配列されて遠位にあり、前記第１の指骨を前記第２の指骨に繋げる、遠位関節と、第１および第２の関節モータと、前記第１の関節モータから前記第１の関節まで延び、前記第１の関節モータによって選択的に可動である、第１の腱と、第２のアクチュエータから前記遠位関節まで延び、前記第２の関節モータによって選択的に可動である、第２の腱と、前記掌の中に少なくとも部分的に設置され、前記第１および第２の関節モータの各々によって入力された力が前記近位関節および遠位関節のうちの少なくとも一方に加えられるときに、前記遠位関節の回転を支援するように構成された少なくとも１つの歯車要素を有する伝達装置とを有するシリアルロボットを形成することを特徴とする。
【００１４】
この場合において、前記手は、複数の前記指を含んでもよい。前記複数の前記指は、対置可能なおや指を含んでもよい。前記伝達装置は、前記遠位関節と前記近位関節との間に接続された駆動ベルトを含んでもよい。前記少なくとも１つの歯車要素は、単一歯車要素であってもよい。前記単一歯車要素は、前記近位関節に対してオフセットされた中心を有するプーリ歯車であってもよい。前記プーリ歯車の前記オフセットされた中心は、前記第１の指骨と第２の指骨との間の角度における変化に応答して可変であってもよい。前記プーリ歯車が、剛性のリンクを介して前記第２の指骨に支持された移動可能なピンを含有する隙間を画定してもよい。前記伝達装置は、前記少なくとも１つの歯車要素として複数の歯車要素を有する遊星歯車機構を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】[0013]例示的な腱駆動の人間型の指の形をしたシリアルロボットを使用するシステムを示す斜視図である。
【図２】[0014]腱を使用するシリアルロボットの関節を回転させるのに適切な例示的アクチュエータを示す斜視図である。
【図３】[0015]種々の実施形態が本明細書で説明される伝達装置によって、選択的に可動な遠位関節を有するシリアルロボットを示す概略図である。
【図４】[0016]遠位関節の所望の回転運動を集合的にもたらす複数の歯車要素を有する例示的伝達装置を示す概略図である。
【図５】[0017]シリアルロボットにおける遠位関節を移動させるための単一歯車要素を有する、伝達装置の別の実施形態を示す概略図である。
【図６】[0018]オフセットされた中心を有するプーリ歯車を有する例示的伝達装置を示す概略図である。
【図７】[0019]第１の位置において示される、調節可能なオフセットされた中心を有するプーリ歯車を有する例示的伝達装置を示す概略図である。
【図８】[0020]第２の位置において示される、図７のプーリ歯車を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
[0021]いくつかの図面を通して、同じ符号が、同じまたは類似の構成要素に言及する図面を参照すると、図１は、多数の自由度（ＤＯＦ）、例えば、示される特定の実施形態において４２を超えるＤＯＦ、を有する１つまたは複数のワークタスクを実施するように構成される、概略的な例示的ロボットシステム１０を示す。示される非限定的な例では、システム１０は、胴１４に対して動く、頭１２、胴１４、腰１５、および腕１６を有する精巧な人間型ロボットであってよい。腕１６は、ロボット手１８を有する前腕（lower arm）組立体２４を含んでよく、手１８のそれぞれは、手が接続される腕１６に対して動く。
【００１７】
[0022]ロボット手１８は、１つまたは複数のロボット指１９および対置可能なおや指２１を含んでよい。特に指１９は、本明細書で、直列に配列される関節と体節とを有するロボット機構であるシリアルロボットと呼ばれるものの一例である。したがって、おや指２１のそれぞれが、付加的なシリアルロボットを形成する。簡潔にするために、おや指２１は、以下の種々の例においては指であるものとみなされるべきである。他のシリアルロボットは、図１に示される人間型ロボットの構成要素であるかまたは単にそのようなロボットの一部分であるものとみなされてよく、シリアルロボットは、本明細書で説明されるように制御されるということは、当業者には容易に理解されよう。
【００１８】
[0023]図１の例示的ロボットシステム１０は、特定の用途に従って、脚、接地部、または別の可動もしくは固定の基部など、タスクに適切な固定具または基部（図示せず）を含んでよい。図示のように胴１４に接続されるか、または胴１４に対して離れて設置される、再充電可能なバッテリパックなどの電源１３が、種々の関節の運動のために種々の関節に十分な電気エネルギーを供給するために使用されてよい。
【００１９】
[0024]図２を参照すると、関節アクチュエータ組立体２６が、指１９の関節において終端する腱４０に力を加えることによって、指１９または他のシリアルロボットを動かすために使用されてよい。関節は、歯車、ヒンジ等として具現されてよい。人間型の指の実施形態では、そのような関節が、指１９の種々の指関節のうちの１つの上に設置されてよい。
【００２０】
[0025]特定の実施形態では、関節アクチュエータ組立体２６は、アクチュエータ３４、例えばボールねじモータなどの適切な関節モータと、アクチュエータ３４から腱４０まで力を伝達するための歯車駆動３６と、アクチュエータ筐体３８と、腱４０と、腱終端器４２とを含んでよい。腱４０は、アクチュエータ筐体３８から、制御されている指１９の長さに沿って下方に延びてよい。アクチュエータ３４、歯車駆動３６、およびアクチュエータ筐体３８は、すべて、図１に示される特定の人間型ロボットシステム１０と共に使用されるときに前腕組立体２４の中に、またはシステム１０の別の適切な場所の中に外装されてよい。
【００２１】
[0026]腱４０は、管路ライナ４４および管路４６によって保護されてよく、例えば、高い引っ張り強度を有し、伸びおよびクリープに対して十分に抵抗力のある、編組材料であってよい。管路４６は、アクチュエータ筐体３８から張力センサ４８まで延びてよい。アクチュエータ２６が腱４０を動かすのにつれて、腱４０は、張力センサ４８に対して滑動し、張力センサ４８は、手支持部（図示せず）に強固に装着されてよい。腱４０は、腱終端器４２によって、指１９内の所望の場所で終端する。したがって、腱４０の運動が、腱終端器４２の相対運動を引き起こし、そのことが、指１９の特定の体節を指関節または関節に対して回転させることによって、指１９を動かすことができる。以下の図面のすべてにおいて、各歯車または各関節におけるストロークは、式ωｘｒｘｄｔで表示され、ここでＸは関連する歯車要素／関節の符号、例えば近位関節に対する５１、を表す。
【００２２】
[0027]図３を参照すると、例示的シリアルロボット１１９が示される。シリアルロボット１１９は、近位関節５１、遠位関節５２、基部１１８、第１の体節５７、および第２の体節５６を有する。シリアルロボット１１９が、図１に示されるようなロボット指１９であるとき、基部１１８は、同じ図に示される手１８の掌から形成されてよく、一方、第１の体節５７および第２の体節５６は、その指１９の異なる指骨を形成する。任意選択で、シリアルロボット１１９は、例えば、人間型の指として構成されるときは、別の遠位関節５３および第３の体節５５を含んでよい。ロボット１１９が、図１に示される種類のおや指２１であるときなど、第２の体節５６が、最終の体節である一実施形態では、シリアルロボット１１９の先端の場所が、矢印５４で表示される。第３の体節５５が使用されるとき、例えば、ロボット１１９が、図１に示されるように指１９として構成されるときは、先端の場所が、矢印１５４で表示される。
【００２３】
[0028]近位関節５１は、基部１１８を第１の体節５７に接続する。遠位関節５２は、第１の体節５７を第２の体節５６に接続する。付加的な遠位関節５３が使用される場合は、以下に説明される方式と同様の方式で、遠位関節５２に対して従属的に、または独立に作動されてよい。したがって、本明細書で使用されるように、用語「遠位の」は、基部の関節５１に対する、所与の関節の相対的な場所に言及する。
【００２４】
[0029]遠位関節５２などの可動関節を特定の駆動トルク（矢印Ｔ５２）で駆動するために、または任意選択の遠位関節５３を駆動トルク（矢印Ｔ５３）で駆動するために、従来の腱駆動手法は、腱４０（図２参照）を、通常は、駆動トルク（矢印Ｔ５１）が加えられる近位関節５１である共通関節を超えて通過させ、したがって、最適な量のストロークより大きなストロークをもたらす可能性がある。このことは、一つには、基部の関節５１と遠位関節５２との間で変化する角度、すなわち、
【００２５】
【数１】
【００２６】
を補償するために、１つまたは複数の腱４０の長さを変える必要性に起因して発生し、ここで、ωは特定の関節の周囲に対する角速度であり、ｒはその関節の半径であり、
【００２７】
【数２】
【００２８】
は、接続される２つの体節の間の関節の角度における変化速度である。好ましくない過剰ストロークは、図４乃至図８を参照して以下に説明される伝達装置の実施形態を使用する種々の可動関節から分離されうる。
【００２９】
[0030]図４を参照すると、そのようなストロークを低減するために、伝達装置６０が、近位関節５１および遠位関節５２に連動して使用されてよい。図４の例示的実施形態では、伝達装置６０は、第１の歯車要素５８、第２の歯車要素１５１、第３の歯車要素１５２および第４の歯車要素２５２を含んでよく、これらの歯車要素のうちのいくつかが、所望の出力回転をもたらすために、複数の係合する歯車を有するエピサイクリック（epicyclical）歯車機構すなわち遊星歯車機構を任意選択で形成する。歯車要素５８、１５１、１５２および２５２のうちの少なくとも１つが、基部１１８上の、近位関節５１の近くに設置されてよい。
【００３０】
[0031]近位関節５１の所望の回転が、アクチュエータ３４によって腱４０を介して、独立にもたらされる。第２の歯車要素１５１の所望の回転をもたらすために、伝達装置６０の第１の歯車要素５８が、近位関節５１と第２の歯車要素１５１との間に配置されてよく、回転は、近位関節５１の回転に比例しかつ近位関節５１の回転と同一方向である。
【００３１】
[0032]駆動ベルトなどの駆動要素７０が、遠位関節５２を第３の歯車要素１５２に接続するために使用されてよい。第３の歯車要素１５２は、線７２で表示されるように近位関節５１と同軸であってよく、線７２は、第１の歯車要素１５２と近位関節５１とが共通中心の駆動部材を共有することを何ら表示することなく、同軸配置を図式的に表す。同様に、第４の歯車要素２５２が、線７４で表示されるように、第２の歯車要素１５１と同軸であってよい。近位関節５１と第３の歯車要素１５２とが、互いに対して独立に回転する。
【００３２】
[0033]第４の歯車要素２５２が、第３の歯車要素１５２に結合され、それにより、第４の歯車要素２５２の回転は、第３の歯車要素１５２の回転に比例するが、逆の回転方向である。可能な一実施形態では、第４の歯車要素２５２および第２の歯車要素１５１は、遊星歯車機構の太陽歯車と輪歯車／環とであってよく、１つまたは複数の周辺遊星歯車すなわちピニオンを保持する遊星キャリアが、遠位関節５２の所望の回転をもたらすように作動される。あるいは、第２の歯車要素１５１および第４の歯車要素２５２は、それぞれ、当技術分野でよく理解されるように、互いに対向するかさ歯車として構成されてよい。
【００３３】
[0034]このようにして、別のアクチュエータ１３４によってかつ別の腱１４０を通してもたらされる、遠位関節５２の所望のストロークが、
【００３４】
【数３】
【００３５】
として表されてよく、ここで、ｖは遠位関節５２における腱取り付け点の線速度であり、ｒ５１＝ｒ５２＝ｒ１５１＝ｒ１５２＝ｒ２５２であるものと仮定する。したがって、入力された力がアクチュエータ１３４によって遠位関節５２に加えられるときは常に、遠位関節５２に回転をもたらすのを支援するために、伝達装置６０は、近位関節５１を遠位関節５２に連結する。
【００３６】
[0035]図５を参照すると、別の実施形態では、伝達装置１６０は、遊星歯車機構または複数の係合するかさ歯車ではなく、単一歯車要素３５２を使用することができる。ここでは、近位関節５１は、アクチュエータおよび腱（図示せず）によって駆動される。遠位関節５２を駆動するために、別のアクチュエータ２３４が、図示のように歯車要素３５２の中心に接続される。歯車要素３５２の中心は、例えば歯車要素３５２を軌道または滑動部（図示せず）内で移動させることによって、両矢印８０で表示される方向に移動することを許容されうる。
【００３７】
[0036]別の腱２４０、または代わりにベルトもしくは他の駆動機構が、遠位関節５２によって支持され、また近位関節５１によって支持される。腱２４０は、歯車要素３５２の周りに巻き付く。したがって、歯車要素３５２は、近位関節５１と遠位関節５２との間に配置される。
【００３８】
[0037]したがって、例えば、近位関節５１の中心が基部１１８に固定され、遠位関節５２の中心が第１の体節５７に固定される。別の腱３４０にアクチュエータ２３４によって加えられる、張力の増加または減少に応答して、歯車要素３５２は、基部１１８に対して、必要なだけ移動することを許容される。
【００３９】
[0038]図６を参照すると、別の例示的実施形態では、伝達装置２６０が、プーリ歯車５９を含んでよい。プーリ歯車５９は、基部の関節５１および遠位関節５２の直径に対して縮小された直径を有してよく、かつ／または近位関節５１の中心に対してオフセットされた中心を有してよい。プーリ歯車５９は、図示のように、近位関節５１の上に、または近位関節５１の近くに設置されてよい。別の腱５４０が、遠位関節５２に接続されてよく、別のアクチュエータ４３４によって駆動されてよい。近位関節５１が、腱６４０およびアクチュエータ５３４によって駆動される。
【００４０】
[0039]非常に小さい直径を有するプーリ歯車５９は、潜在的に、腱５４０に増加された疲労をもたらす可能性があるので、図示のように、近位関節５１に対してオフセットされたプーリ歯車５９の中心は、依然として遠位関節５２の所望の回転をもたらしながら、より大きなプーリ歯車５９を使用することを可能にできる。
【００４１】
[0040]図７および図８に示されるように、任意選択の伝達装置３６０によって、プーリ歯車５９が、任意選択で、隙間端９０および９１を有する隙間８４を画定することができる。移動可能なピン組立体８６が、隙間８４の中に配置されてよい。ピン組立体８６は、剛性のリンク８２を介して、第１の体節５７の上の支持点９２に支持される。プーリ歯車５９のオフセットされた中心は、隙間８４およびピン組立体８６によって調節可能であってよい。
【００４２】
[0041]すなわち、図３に示されるようなシリアルロボット１１９が、図７に示されるように広がるかまたは延びるとき、プーリ歯車５９の中心が、隙間８４の右の方に、隙間端９１において示される位置に移動する。シリアルロボット１１９が再び閉まるとき、プーリ歯車５９の中心は、隙間８４の左の方に戻って、図８における隙間端９０において示される位置に移動する。また、図７および図８に示される連結／隙間の設計は、ケーブル駆動システムまたは歯車機構など、他の機構によって達成されうる。また、図３乃至図５を参照して上で説明された、特定の設計の実施形態が、基部の要素に対してより遠位にある関節、例えば図３に示される関節５３、まで拡大可能である。
【００４３】
[0042]本発明を遂行するための最良のモードが、詳細に説明されたが、本発明が関連する技術分野に精通する当業者は、添付の特許請求の範囲の範囲内で本発明を実施するための種々の代替の設計および実施形態を理解するであろう。
【符号の説明】
【００４４】
１０ ロボットシステム
１２ 頭
１３ 電源
１４ 胴
１５ 腰
１６ 腕
１８ ロボット手
１９ ロボット指
２１ おや指
２４ 前腕組立体
２６ 関節アクチュエータ組立体
３４ アクチュエータ
３６ 歯車駆動
３８ アクチュエータ筐体
４０ 腱
４２ 腱終端器
４４ 管路ライナ
４６ 管路
４８ 張力センサ
５１ 近位関節
５２ 遠位関節
５３ 遠位関節
５４ 矢印
５５ 第３の体節
５６ 第２の体節
５７ 第１の体節
５８ 第１の歯車要素
５９ プーリ歯車
６０ 伝達装置
７０ 駆動要素
７２ 線
７４ 線
８０ 二重矢印
８２ リンク
８４ 隙間
８６ ピン組立体
９０ 隙間端
９１ 隙間端
９２ 支持点
１１８ 基部
１１９ シリアルロボット
１３４ アクチュエータ
１４０ 腱
１５１ 第２の歯車要素
１５２ 第３の歯車要素
１５４ 矢印
１６０ 伝達装置
２３４ アクチュエータ
２４０ 腱
２５２ 第４の歯車要素
２６０ 伝達装置
３４０ 腱
３５２ 歯車要素
３６０ 伝達装置
４３４ アクチュエータ
５３４ アクチュエータ
５４０ 腱
６４０ 腱
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
第１の体節と、
前記基部を前記第１の体節に繋げる近位関節と、
第２の体節と、
前記近位関節に対して直列に配列されて遠位にあり、前記第１の体節を前記第２の体節に繋げる遠位関節と、
第１および第２のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータから前記第１の関節まで延び、前記第１のアクチュエータによって選択的に可動な第１の腱と、
前記第２のアクチュエータから前記遠位関節まで延び、前記第２のアクチュエータによって選択的に可動な第２の腱と、
前記第１および第２のアクチュエータの各々によって、入力された力が前記近位関節および前記遠位関節のうちの少なくとも一方に加えられると、前記遠位関節の回転を支援するように構成された、少なくとも１つの歯車要素を有する伝達装置とを備えた、シリアルロボット。
【請求項２】
前記伝達装置は、前記少なくとも１つの歯車要素として複数の歯車要素を有する遊星歯車機構を含む、請求項１に記載のシリアルロボット。
【請求項３】
前記伝達装置は、前記遠位関節と前記近位関節との間に接続された駆動ベルトを含み、前記少なくとも１つの歯車要素が単一歯車要素である、請求項１に記載のシリアルロボット。
【請求項４】
前記少なくとも１つの歯車要素は、前記基部の上に配置されかつ前記基部に対して可動な単一歯車要素である、請求項１に記載のシリアルロボット。
【請求項５】
前記単一歯車要素は、前記近位関節に対してオフセットされた中心を有するプーリ歯車である、請求項４に記載のシリアルロボット。
【請求項６】
前記プーリ歯車の前記オフセットされた中心は、前記第１の体節と前記第２の体節との間の角度における変化に応答して可変である、請求項５に記載のシリアルロボット。
【請求項７】
前記プーリ歯車は、剛性のリンクを介して前記第２の体節に支持される移動可能なピンを含有する隙間を画定する、請求項６に記載のシリアルロボット。
【請求項８】
胴と、
前記胴に接続され、前記胴に対して可動な腕と、
前記腕に接続され、前記腕に対して可動なロボット手とを備え、前記手は、前記手の掌にそれぞれ接続され、前記手の掌から延びる複数のロボット指を含み、前記指の各々は、
第１の指骨と、
前記掌を前記第１の指骨に繋げる近位関節と、
第２の指骨と、
前記近位関節に対して直列に配列されて遠位にあり、かつ前記第１の指骨を前記第２の指骨に繋げる遠位関節と、
第１および第２の関節モータと、
前記第１の関節モータから前記第１の関節まで延び、前記第１の関節モータによって選択的に可動な第１の腱と、
第２のアクチュエータから前記遠位関節まで延び、前記第２の関節モータによって選択的に可動な第２の腱と、
前記掌の中に少なくとも部分的に設置され、前記第１および第２の関節モータの各々によって入力された力が前記近位関節および遠位関節のうちの少なくとも一方に加えられると、前記遠位関節の回転を支援するように構成された少なくとも１つの歯車要素を有する、伝達装置と
を有するシリアルロボットを形成する、ロボットシステム。
【請求項９】
前記伝達装置は、前記少なくとも１つの歯車要素として複数の歯車要素を有する遊星歯車機構である、請求項８に記載のロボットシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの歯車要素は、オフセットされた中心を有する単一歯車要素である、請求項８に記載のロボットシステム。
【請求項１】
基部と、
第１の体節と、
前記基部を前記第１の体節に繋げる近位関節と、
第２の体節と、
前記近位関節に対して直列に配列されて遠位にあり、前記第１の体節を前記第２の体節に繋げる遠位関節と、
第１および第２のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータから前記第１の関節まで延び、前記第１のアクチュエータによって選択的に可動な第１の腱と、
前記第２のアクチュエータから前記遠位関節まで延び、前記第２のアクチュエータによって選択的に可動な第２の腱と、
前記第１および第２のアクチュエータの各々によって、入力された力が前記近位関節および前記遠位関節のうちの少なくとも一方に加えられると、前記遠位関節の回転を支援するように構成された、少なくとも１つの歯車要素を有する伝達装置とを備えた、シリアルロボット。
【請求項２】
前記伝達装置は、前記少なくとも１つの歯車要素として複数の歯車要素を有する遊星歯車機構を含む、請求項１に記載のシリアルロボット。
【請求項３】
前記伝達装置は、前記遠位関節と前記近位関節との間に接続された駆動ベルトを含み、前記少なくとも１つの歯車要素が単一歯車要素である、請求項１に記載のシリアルロボット。
【請求項４】
前記少なくとも１つの歯車要素は、前記基部の上に配置されかつ前記基部に対して可動な単一歯車要素である、請求項１に記載のシリアルロボット。
【請求項５】
前記単一歯車要素は、前記近位関節に対してオフセットされた中心を有するプーリ歯車である、請求項４に記載のシリアルロボット。
【請求項６】
前記プーリ歯車の前記オフセットされた中心は、前記第１の体節と前記第２の体節との間の角度における変化に応答して可変である、請求項５に記載のシリアルロボット。
【請求項７】
前記プーリ歯車は、剛性のリンクを介して前記第２の体節に支持される移動可能なピンを含有する隙間を画定する、請求項６に記載のシリアルロボット。
【請求項８】
胴と、
前記胴に接続され、前記胴に対して可動な腕と、
前記腕に接続され、前記腕に対して可動なロボット手とを備え、前記手は、前記手の掌にそれぞれ接続され、前記手の掌から延びる複数のロボット指を含み、前記指の各々は、
第１の指骨と、
前記掌を前記第１の指骨に繋げる近位関節と、
第２の指骨と、
前記近位関節に対して直列に配列されて遠位にあり、かつ前記第１の指骨を前記第２の指骨に繋げる遠位関節と、
第１および第２の関節モータと、
前記第１の関節モータから前記第１の関節まで延び、前記第１の関節モータによって選択的に可動な第１の腱と、
第２のアクチュエータから前記遠位関節まで延び、前記第２の関節モータによって選択的に可動な第２の腱と、
前記掌の中に少なくとも部分的に設置され、前記第１および第２の関節モータの各々によって入力された力が前記近位関節および遠位関節のうちの少なくとも一方に加えられると、前記遠位関節の回転を支援するように構成された少なくとも１つの歯車要素を有する、伝達装置と
を有するシリアルロボットを形成する、ロボットシステム。
【請求項９】
前記伝達装置は、前記少なくとも１つの歯車要素として複数の歯車要素を有する遊星歯車機構である、請求項８に記載のロボットシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの歯車要素は、オフセットされた中心を有する単一歯車要素である、請求項８に記載のロボットシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−４３２７９（Ｐ２０１３−４３２７９Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１６９５３７（Ｐ２０１２−１６９５３７）
【出願日】平成２４年７月３１日（２０１２．７．３１）
【出願人】（５１１０９５９８６）ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・エルエルシー (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６９５３７（Ｐ２０１２−１６９５３７）
【出願日】平成２４年７月３１日（２０１２．７．３１）
【出願人】（５１１０９５９８６）ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・エルエルシー (14)
【Ｆターム（参考）】
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