JP2002116101A - 触覚センサ及びこれを組み合わせたセンサユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的簡単な構成でもって被検知物の形状等
を検知することができる触覚センサを組み合わせたセン
サユニットを提供すること。 【解決手段】 複数個の触覚センサ２ａ〜２ｆと、これ
ら触覚センサ２ａ〜２ｆの検出信号を処理する信号処理
手段５２とを具備するセンサユニット。触覚センサ２ａ
〜２ｆは、弾性変形可能であるベース部材と、ベース部
材に装着されウィスカ６と、ベース部材に相互に実質上
垂直に配設された一対の歪みゲージとを備えている。ま
た、信号処理手段５２は、触覚センサ２ａ〜２ｆの歪み
ゲージの検出信号を利用してウィスカ６の弾性変形の方
向を求める変形方向処理手段５４と、変形方向処理手段
５４により求められたウィスカ６の変形方向情報に基づ
いて被検知物の形状を判断する形状判断処理手段５６と
を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比較的大きく弾性
変形するウィスカを用いて被検知物の形状を検知する触
覚センサ及びこの触覚センサを組み合わせたセンサユニ
ットに関する。

【０００２】

【従来の技術】工場等の特殊な環境のみならず、病院、
家庭内での使用が可能なロボットの開発が期待されてい
る。このようなロボットのハンド等の表面には、触覚を
付与することが望まれる。特に、種々の被検知物との接
触が予測される環境下でロボットを使用する場合、接触
によりロボット本体及び／又は被検知物を損傷するおそ
れがあるため、密着することなく被検知物の形状等を検
知することができるセンサの実現が望まれている。

【０００３】このような要望を満たすセンサとして、被
検知物との接触部に柔軟なカンチレバーを利用したもの
が各種提案されている。このカンチレバーを用いたセン
サの代表的なものとして、被検知物との接触によるカン
チレバーの弾性変形をカンチレバー取付部に設けた接触
スイッチ（オン−オフ型スイッチ）により検知するよう
にしたものが知られている。また、カンチレバーを被検
知物との接触状態を制御しながら移動させ、このカンチ
レバーの先端部以外の接触情報をも利用して被検知物の
形状を検知するようにしたもの等も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
各種センサには、次の通りの問題が存在する。即ち、接
触スイッチを用いた形態のセンサでは、構成が比較的簡
単で、且つ小型、軽量であるが、基本的に接触の有無に
関する情報（接触スイッチにおけるオン、オフの情報）
しか得られないため、被検知物の三次元的な形状等を検
知することができない。一方、カンチレバーでもって被
検知物をなぞるために、被検知物の形状を検知するため
には計測検知時間が長くなる。

【０００５】本発明の目的は、被検知物の形状等を検知
するのに好都合に用いることができる、比較的簡単な構
成の触覚センサを提供することである。また、本発明の
他の目的は、比較的簡単な構成でもって被検知物の形状
等を検知することができる触覚センサを組み合わせたセ
ンサユニットを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、弾性変形可能
であるベース部材と、前記ベース部材に装着され、比較
的大きく弾性変形可能であるウィスカと、前記ベース部
材に相互に実質上垂直に配設された一対の歪みゲージ
と、から構成され、前記ウィスカの弾性変形が前記ベー
ス部材を介して前記一対の歪みゲージに伝達され、前記
一対の歪みゲージの検出信号を利用して前記ウィスカの
弾性変形の方向を検知することを特徴とする触覚センサ
である。

【０００７】本発明に従えば、比較的大きく弾性変形す
るウィスカがベース部材に装着されるとともに、ウィス
カの弾性変形方向を検知するための一対の歪みゲージも
このベース部材に装着される。被検知物が接触してウィ
スカが弾性変形すると、このウィスカの弾性変形がベー
ス部材を介して一対の歪みゲージに伝達される。一対の
歪みゲージは相互に実質上垂直に配設されており、従っ
て、ウィスカに弾性変形が生じると、かかる一対の歪み
ゲージの検出信号を利用してウィスカの弾性方向を検知
することができ、比較的簡単な構成で且つ比較的容易に
ウィスカの撓み方向を検知することができる。

【０００８】また、本発明は、前記ベース部材は正方形
状であり、前記ウィスカは前記ベース部材の中心部に装
着され、前記一対の歪みゲージは単軸型歪みゲージから
構成され、前記ベース部材の対角線上に実質上９０度の
角度をおいて配設されていることを特徴とする。本発明
に従えば、ウィスカは正方形状のベース部材の中心部に
装着され、このベース部材の対角線上に実質上９０度の
間隔をおいて一対の単軸型歪みゲージが配設されるの
で、かかる一対の歪みゲージを用いてウィスカの弾性方
向（撓み方向）を検知することができる。

【０００９】また、本発明は、複数個の触覚センサと、
前記複数個の触覚センサの検出信号を処理する信号処理
手段とを具備し、前記複数個の触覚センサは、それぞ
れ、弾性変形可能であるベース部材と、前記ベース部材
に装着され、比較的大きく弾性変形可能であるウィスカ
と、前記ベース部材に相互に実質上垂直に配設された一
対の歪みゲージと、から構成され、前記ウィスカの弾性
変形が前記ベース部材を介して前記一対の歪みゲージに
伝達され、前記信号処理手段は、前記複数個の触覚セン
サの前記一対の歪みゲージの検出信号を利用して前記ウ
ィスカの弾性変形の方向を求める変形方向処理手段と、
前記変形方向処理手段により求められた前記複数個の触
覚センサの前記ウィスカの変形方向情報に基づいて被検
知物の形状を判断する形状判断処理手段とを含んでいる
ことを特徴とする触覚センサを組み合わせたセンサユニ
ットである。

【００１０】本発明に従えば、複数個の触覚センサを用
い、これら触覚センサを処理して被検知物の形状を検知
する。各触覚センサは、ベース部材と、このベース部材
に装着されたウィスカと、ウィスカの弾性変形が伝達さ
れる一対の歪みゲージとを備え、信号処理手段は変形方
向処理手段及び形状判断手段を含んでいる。変形方向処
理手段は、各触覚センサの一対の歪みゲージの検出信号
を利用してウィスカの弾性変形の方向を求め、形状判断
処理手段は、変形方向処理手段により求められた各触覚
センサのウィスカの変形方向情報に基づいて被検知物の
形状を判断し、このように各接触センサのウィスカの変
形方向情報を利用して被検知物の形状を比較的短時間に
検知することができる。

【００１１】また、本発明では、前記触覚センサの前記
ベース部材は正方形状であり、前記ウィスカは前記ベー
ス部材の中心部に装着され、前記一対の歪みゲージは単
軸型歪みゲージから構成され、前記ベース部材の対角線
上に実質上９０度の角度をおいて配設され、前記複数個
の触覚センサが平面内にて前後方向及び左右方向に隣接
して配設されていることを特徴とする。本発明に従え
ば、複数個の触覚センサが平面内にて前後方向及び左右
方向に隣接して配置されるので、これら触覚センサのウ
ィスカの変形方向情報を利用して被検知物の三次元的形
状を検知することができる。

【００１２】更に、本発明では、前記信号処理手段は、
基本検知物が接触したときの前記複数個の触覚センサの
前記ウィスカの弾性変形の基本変形方向情報を記憶する
基本変形方向記憶手段を含み、前記形状判断処理手段
は、前記基本変形方向記憶手段に記憶された前記基本変
形方向情報と、前記変形方向処理手段により求められた
前記複数個の触覚センサの前記ウィスカの前記変形方向
情報とに基づいて被検知物の形状を判断することを特徴
とする。

【００１３】本発明に従えば、信号処理手段は基本変形
方向記憶手段を含み、基本検知物が接触したときの複数
個の接触センサのウィスカの弾性変形の基本変形方向情
報が、この基本変形方向記憶手段に記憶される。この基
本変形方向情報は、被検知物を検知する前に基本検知物
を用いて得られる。そして、形状判断処理手段は、基本
変形方向記憶手段に記憶された基本変形方向情報と、変
形方向処理手段により求められた各触覚センサのウィス
カの変形方向情報とに基づいて被検知物の形状を判断す
るので、比較的容易に短時間に被検知物の三次元的形状
を検知することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に従う触覚センサ及びこれを組み合わせたセンサユニ
ットの実施形態について説明する。図１は、本発明に従
う触覚センサの一実施形態を示す断面図であり、図２
は、図１の触覚センサを分解して示す斜視図であり、図
３は、図１の触覚センサの一部を拡大して示す部分拡大
斜視図であり、図４は、図１の触覚センサを複数個組み
合わせたセンサユニットの一例を示す斜視図であり、図
５は、図１の触覚センサのベース部材に一対の歪みゲー
ジを装着した状態を示す平面図であり、図６は、図５の
接触センサにおけるウィスカの弾性方向を説明するため
の説明図である。

【００１５】図１及び図２において、図示の接触センサ
２は、ベース部材４と、このベース部材４に装着された
ウィスカ６とを備えている。ベース部材４は弾性変形可
能な材料から形成され、ウィスカ６が後述するように撓
んだときに弾性変形するように構成され、このようなベ
ース部材４はヒステリシスが比較的小さい例えば合成ゴ
ムから形成される。また、ウィスカ６は、被検知物と接
触することによって比較的大きく弾性変形し、荷重を除
去すると元の形状に復元する特性を有する材料、例えば
ニッケル・チタンから形成された超弾性合金材料から形
成される。

【００１６】このウィスカ６は、ベース部材４の中央部
に支持体８を介して装着される。図３をも参照して、こ
の形態では、支持体８は半円筒状の一対の支持部材１
０，１２から構成され、ウィスカ６の基部はかかる一対
の支持部材１０，１２の平坦面間に挟持される。ウィス
カ６を挟持する支持体８は全体として円筒状であり、か
かる支持体８が円筒スリーブ１４に挿入され、この円筒
状スリーブ１４がベース部材４に形成された円形取付孔
に挿入され、ウィスカ６、支持体８、円筒状スリーブ１
４及びベース部材４が、例えば接着剤によって固定され
る。この形態では、支持体８を円筒スリーブ１４を介し
てベース部材４に装着しているが、円筒スリーブ１４を
省略し、支持体８をベース部材４の取付孔に直接的に挿
入するようにしてもよい。

【００１７】ウィスカ６の先端部には小さい球状部材１
６が装着され、この球状部材１６は例えば合成樹脂材料
から形成される。このように球状部材１６を設けること
によって、ウィスカ６が直接的に接触するのではなく、
球状部材１６が被検知物に接触するようになり、これに
よって被検知物の損傷を防止することができる。このベ
ース部材４は、図１及び図２に示すように支持枠体１８
に取り付けられる。図示の支持枠体１８は、下枠２０、
上枠２２及びこれらの間に配設される中間枠２４から構
成されている。下枠２０，上枠２２及び中間枠２４の外
形は正方形状でり、実質上同じ大きさに形成されてい
る。下枠２０，上枠２２及び中間枠２４には、正方形状
の開口２６，２８，３０が形成され、下枠２０及び上枠
２２の開口２６，２８は、中間枠２４の開口３０よりも
小さく形成されている。ベース部材４は正方形状であ
り、その外形は中間枠２４の開口３０の大きさに対応し
ている。このように構成されているので、図１に示すよ
うに、ベース部材４は中間枠２４の開口３０内に収容さ
れ、その外周部は、下枠２０及び上枠２２の内周部に挟
持固定される。

【００１８】このような触覚センサ２は、図４に示すよ
うに複数個隣接して配設されてセンサユニット３２を構
成する。センサユニット３２は、適宜の個数の触覚セン
サ２を前後方向（図１において左下から右上の方向）及
び左右方向（図４において左右方向）に配設することに
よって構成され、検知すべき被検出物の大きさに対応し
て所要数の触覚センサ２が組み合わされる。図５に示す
ように、触覚センサ２のベース部材４には、ウィスカ６
の歪み方向（弾性方向）を検知するために一対の歪みゲ
ージ３４，３６が用いられる。この実施形態では、歪み
ゲージ３４，３６は単軸形歪みゲージから構成され、正
方形状のベース部材４の対角線３８，４０上に実質上９
０度の間隔をおいて相互に直交するように配設され、例
えば接着剤によってベース部材４の表面に固定される。
このように単軸形の歪みゲージ３４，３６を直交して配
設することによって、ベース部材４の弾性変形、換言す
るとウィスカ６の弾性変形によるベース部材４の二次元
的歪みを検知することができる。そして、かかる歪みゲ
ージ３４，３６の歪み値を利用し、入出力値を表しうる
ニューラルネットワークを用いて、かかる歪み値よりウ
ィスカ６の撓み方向（弾性方向）を識別することができ
る。この歪み値によるウィスカ６の撓み方向の識別は、
後述するように、ウィスカ６の撓み方向と一対の歪みゲ
ージ３４，３６の歪み値との関係を学習用入力データと
して入力し、この学習用入力データを利用して行われ
る。

【００１９】このようなウィスカ６の撓み方向は、この
実施形態では、図６に示すように表される。即ち、ウィ
スカ６の取付部位を中心として周方向に８等分し、周方
向の角度範囲が４５度である８つの領域Ａ〜Ｈのいずれ
の領域にウィスカ６の投影が位置するか、換言するとウ
ィスカ６の撓み方向が領域Ａ〜Ｈのいずれの領域かで表
される。例えば、ウィスカ６の撓み方向が図６に示すよ
うにｘ軸を基準に角度θ（４５°＜θ＜９０°）である
と、このウィスカ６の撓み方向は「Ｂ」と表される。こ
の実施形態では、ウィスカ６の撓み方向を８等分の領域
に区分してその撓み方向を識別しているが、６等分、１
０等分、１２等分等の適宜の数に区分してその撓み方向
を識別するようにしてもよい。

【００２０】このような触覚センサ２を複数個用いたセ
ンサユニットでは、被検知物の形状は次の通りにして検
知される。図７において、図示のセンサユニットは８個
の触覚センサ２ａ〜２ｈから構成され、各触覚センサ２
ａ〜２ｈの構成は、図１〜図６に示すものと実質上同一
である。４個の触覚センサ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、
前後方向（図７において上下方向）中央に横方向（図７
において左右方向）に隣接して設けられ、２個の触覚セ
ンサ２ｅ，２ｆは、前後方向後側（図７において上側）
にて触覚センサ２ｂ，２ｃに隣接して設けられ、また残
りの２個の触覚センサ２ｇ，２ｈは、前後方向前側（図
７において下側）にて触覚センサ２ｂ，２ｃに隣接して
設けられる。

【００２１】８個の触覚センサ２ａ〜２ｈからの検知信
号、即ちこれらの歪みゲージ３４，３６からの検出信号
は、例えばパソコン等から構成される信号処理手段５２
に送給され、この信号処理手段５２はこれら検出信号を
所要の通りに演算処理し、これら触覚センサ２ａ〜２ｈ
のウィスカ６の変形方向情報（撓み方向情報）に基づい
て被検知物の形状を検知する。信号処理手段５２は、変
形方向処理手段５４、形状判断処理手段５６及び基本変
形方向記憶手段５８を含んでいる。基本変形方向記憶手
段５８には、後述するように、８個の触覚センサ２ａ〜
２ｈのそれぞれの歪みゲージ３４，３６の歪み値とその
ときの対応するウィスカ６の弾性変形方向（歪み方向）
との関係が学習用入力データとして格納されるととも
に、８個の触覚センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性方
向と被検知物との関係（後述する）が学習用入力データ
として格納される。変形方向処理手段５４は、各触覚セ
ンサ２ａ〜２ｈの各々において、歪みゲージ３４，３６
の歪み値とウィスカ６の弾性変形方向との関係の学習用
入力データ（基本変形方向記憶手段５８に記憶されてい
る）を利用し、歪みゲージ３４，３６の歪み値からウィ
スカ６の弾性変形方向を識別し、この形態では、上述し
た８つの領域Ａ〜Ｈ（図６参照）に対応する弾性変形方
向を識別する。この識別した各触覚センサ２ａ〜２ｈの
ウィスカ６の変形方向情報は、記憶手段（図示せず）に
一時的に格納するようにしてもよい。また、形状判断処
理手段５６は、センサユニットにおいて、８個の触覚セ
ンサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性変形方向と被検知物
との関係の学習用入力データ（基本変形方向記憶手段５
８に記憶されている）を利用し、８個の触覚センサ２ａ
〜２ｈのウィスカ６の基本変形方向情報に基づいて被検
知物の形状を識別検知する。

【００２２】次に、各触覚センサ２ａ〜２ｈにおける歪
みゲージ３４，３６の歪み値とそのときの対応するウィ
スカ６の弾性変形方向（歪み方向）との関係は、次の通
りにして基本変形方向記憶手段５８に学習用入力データ
として格納される。即ち、各触覚センサ２ａ〜２ｈの各
々について、例えば平板（図示せず）を所定角度傾斜さ
せ、この傾斜させた平板をウィスカ６に接触させ、この
接触状態における歪みゲージ３４，３６の歪み値（出力
値）を測定し、ウィスカ６の弾性方向とこの歪みゲージ
３４，３６の歪み値との関係を学習用入力データとして
作成する。そして、このような学習用入力データをウィ
スカ６の全ての弾性方向、即ち領域Ａ〜Ｈ（図６参照）
について作成し、これら得られた学習用入力データを基
本変形方向記憶手段５８に格納する。このような学習用
入力データは、平板の傾斜角度を変えて、また平板とウ
ィスカ６との距離（換言すると、平板とウィスカとの接
触状態）を変えて作成され、これらの歪みゲージ３４，
３６との関係に関する情報も、学習用入力データとして
基本変形方向記憶手段５８に格納される。

【００２３】また、センサユニットの８個の触覚センサ
２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性方向と基本被検知物との
関係は、次の通りにして基本変形方向記憶手段５８に学
習用入力データとして格納される。ここで、各種基本被
検知物、この実施形態では、平板、角柱、円柱及び球に
おける接触状態を概説すると、次の通りである。平板Ｏ
１の場合、図８に示すように、触覚センサ２ａ〜２ｈの
ウィスカ６の弾性方向（撓み方向）は同一方向となる。
そして、平板Ｏ１からセンサユニットに向かう法線ベク
トルの各触覚センサ２ａ〜２ｈのベース面への投影が平
板の傾斜方向とすれば、この傾斜方向は各ウィスカ６の
これらベース面への投影が示す方向、即ち各ウィスカ６
の弾性方向と一致する。

【００２４】角柱Ｏ２の場合、図９に示すように、角柱
Ｏ２の角部Ｏ２１をセンサユニットのベース面に投影し
た投影線を境界として、接触センサ２ａ〜２ｈのウィス
カ６の弾性方向は二分され、この投影線より図９におい
て左側に位置する各ウィスカ６（接触センサ２ａ，２
ｂ，２ｅ，２ｇのウィスカ６）は図９において左方に弾
性変形し、投影線より図９において右側に位置する各ウ
ィスカ６（接触センサ２ｃ，２ｄ，２ｆ，２ｈのウィス
カ６）は図９において右方に弾性変形し、それらの方向
は、上記境界に対して実質上垂直な方向となる。

【００２５】円柱Ｏ３の場合、図１０に示すように、円
Ｏ３の中心軸３１をセンサユニットのベース面に投影し
た投影線を境界として、接触センサ２ａ〜２ｈのウィス
カ６の弾性方向は二分され、この投影線より図１０にお
いて左側に位置する各ウィスカ６（接触センサ２ａ，２
ｂ，２ｅ，２ｇのウィスカ６）は図１０において左方に
弾性変形し、投影線より図１０において右側に位置する
各ウィスカ６（接触センサ２ｃ，２ｄ，２ｆ，２ｈのウ
ィスカ６）は図１０において右方に弾性変形し、それら
の方向は、角柱Ｏ２の場合と同様に、上記境界に対して
実質上垂直な方向となる。

【００２６】また、球Ｏ４の場合、図１１に示すよう
に、球Ｏ４の中心Ｏ４１をセンサユニットのベース面に
投影した投影点を中心に、触覚センサ２ａ〜２ｈのウィ
スカ６の弾性方向は放射状となる。このように上述した
４種類の基本被検知物Ｏ１〜Ｏ４がセンサユニット（触
覚センサ２ａ〜２ｈ）のウィスカ６に接触した場合、こ
れらウィスカ６の弾性方向の組み合わせは、平板との接
触による弾性変形と、角柱、円柱との接触による弾性変
形と、球との接触による弾性変形とに３種類に分類さ
れ、これらウィスカ６の弾性方向の組み合わせによっ
て、基本被検知物Ｏ１〜Ｏ４の形状が認識できることが
判る。

【００２７】触覚センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性
方向と基本被検知物との関係とは、図１２に示すよう
に、センサユニットを構成する各接触センサ２ａ〜２ｈ
のウィスカ６を結ぶ直線（ａ〜ｉ）でこれら触覚センサ
２ａ〜２ｈを格子状に分割し、隣り合うウィスカ６を結
ぶ直線（ａ〜ｉ）を利用することによって、学習用入力
データを比較的簡単に且つ比較的容易に形成することが
できる。基本被検知物が平板である場合、図１３に示す
ように、平板からセンサユニットのベース面へ向かう法
線ベクトルのベース面への投影の方向が、図１３に網掛
けした領域Ｄの方向である場合、接触センサ２ａ〜２ｈ
のウィスカ６の弾性方向は「Ｄ」となる。平板の場合、
全触覚センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性方向が同一
であり、各領域Ａ〜Ｈへの弾性方向があり、各領域Ａ〜
Ｈに対応した８通りの基本変形方向情報の学習用入力デ
ータが生成され、かかる学習用入力データが基本変形方
向記憶手段５８に格納される。

【００２８】基本被検知物が角柱（円柱）である場合、
その投影線の位置によって、その形状が識別され、その
投影線は投影線が交差するウィスカ６間を結ぶ線分（ａ
〜ｉ）を用いて表現される。例えば、図１４（ａ）に示
すように、角柱（円柱）の投影線が線分ａ及び線分ｂと
交差する位置にあると、この角柱（円柱）の投影線の位
置は〔ａ，ｂ〕で表される。８個の接触センサ２ａ〜２
ｈから構成されるセンサユニットでは、角柱（円柱）の
位置は、２３通りに識別される。

【００２９】例えば、角柱（円柱）の投影線が〔ａ，
ｂ〕である場合、図１４（ｂ）で示すように、直線ｌと
直線ｍとの間の範囲に含まれる。この場合、投影線の位
置の変化に対して、各ウィスカ６の弾性方向（撓み方
向）も変化するが、識別されるウィスカ６の弾性方向は
図１４（ｂ）に示すように変化しない。即ち、投影線が
〔ａ，ｂ〕となるように角柱（円柱）が触覚センサ２ａ
〜２ｈのウィスカ６に接触する場合、ウィスカ６の接触
方向は一通りであり、学習用入力データとしては、この
投影線の位置とこれらウィスカ６の弾性方向とを組み合
わせた情報（投影線〔ａ，ｂ〕：接触センサ２ａのウィ
スカ６の弾性方向「Ｃ」、接触センサ２ｂ〜２ｈのウィ
スカ６の弾性方向「Ｇ」）が形成され、かかる情報が基
本変形方向記憶手段５８に格納される。

【００３０】また、角柱（円柱）の投影線が〔ｂ，ｃ〕
である場合、図１５（ｂ）で示すように、厳密な投影線
の位置は、直線ｌと直線ｎとの間の範囲に含まれる。こ
の場合、図１５から理解されるように、境界線ｍを境
に、境界線ｍから直線ｌまでの範囲と、境界線ｍから直
線ｎまでの範囲との二通りを含み、境界線ｍから直線ｌ
までの範囲においては、学習用入力データとしては、こ
の投影線の位置とこれらウィスカ６の弾性方向とを組み
合わせた情報（投影線〔ｂ，ｃ〕：接触センサ２ｅ、２
ｆのウィスカ６の弾性方向「Ｂ」、接触センサ２ａ〜２
ｄ，２ｇ，２ｈのウィスカ６の弾性方向「Ｆ」）が形成
され、一方、境界線ｍから直線ｎまでの範囲において
は、学習用入力データとしては、この投影線の位置とこ
れらウィスカ６の弾性方向とを組み合わせた情報（投影
線〔ｂ，ｃ〕：接触センサ２ｅ，２ｆのウィスカ６の弾
性方向「Ｃ」、接触センサ２ａ〜２ｄ，２ｇ，２ｈのウ
ィスカ６の弾性方向「Ｇ」）が形成され、これら二通り
の学習用入力データが投影線の位置〔ｂ，ｃ〕に関する
情報として基本変形方向記憶手段５８に格納される。

【００３１】更に、基本被検知物が球である場合、その
投影点の位置によって、その形状が識別され、その投影
点は投影点が位置するウィスカ６間を結ぶ線分（ａ〜
ｉ）の枠を用いて表現される。例えば、図１６（ａ）に
示すように、球の投影点が線分ａ，ｂ，ｃ，ｅからなる
枠内に含まれると、この球の投影点の位置は〔ａ，ｂ，
ｃ，ｅ〕で表される。例えば、球の投影点が〔ａ，ｂ，
ｃ，ｅ〕である場合、図１６（ｂ）で示すように、触覚
センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６は、上記投影点を中心と
して放射状に弾性変形するので、その学習用入力データ
としては、この投影点の位置とこれらウィスカ６の弾性
方向とを組み合わせた情報となり、この学習用入力デー
タが基本変形方向記憶手段５８に格納される。尚、各ウ
ィスカ６の弾性方向が領域の境界線上であると、その境
界線と隣接する双方の領域に弾性変形するとして処理
し、例えば、ウィスカ６が領域Ａ，Ｂの境界線上の方向
に弾性変形するとすると、このウィスカ６の弾性方向は
領域Ａ又は領域Ｂとなる。

【００３２】上述したようにして各種基本被検知物に対
する学習用入力データが基本変形方向記憶手段５８に格
納される。そして、このように格納した後、実際に検知
すべき被検知物が接触してセンサユニットのウィスカ６
が弾性変形すると、変形方向処理手段５４は、各接触セ
ンサ２ａ〜２ｈの歪みゲージ３４，３６の検出信号を演
算処理し、歪みゲージ３４，３６の歪み値とウィスカ６
の弾性方向との関係の学習用入力データを利用してウィ
スカ６の弾性方向を求め、次いで形状判断処理手段５６
は、接触センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性方向の情
報を演算処理し、触覚センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の
弾性方向と基本被検知物との関係の学習用入力データを
利用して被検知物の形状を識別する。このように、複数
個の接触センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性変形の変
形方向の情報を用いて、検知すべき被検知物の形状を検
知することができる。

【００３３】以上、本発明に従う触覚センサ及びこれを
組み合わせたセンサユニットの一実施形態について説明
したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものでは
なく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至
修正が可能である。上述した実施形態では、センサユニ
ットを被検知物の形状認識に適用して説明したが、この
形状認識に加えて位置検出も同時に行うことができるこ
とは容易に理解されるであろう。

【００３４】

【発明の効果】本発明の請求項１の触覚センサによれ
ば、ウィスカに弾性変形が生じると、かかる一対の歪み
ゲージの検出信号を利用してウィスカの弾性方向を検知
することができ、比較的簡単な構成で且つ比較的容易に
ウィスカの撓み方向を検知することができる。

【００３５】また、本発明の請求項２の触覚センサによ
れば、一対の歪みゲージを用いてウィスカの弾性方向
（撓み方向）を検知することができる。

【００３６】また、本発明の請求項３のセンサユニット
によれば、変形方向処理手段は、複数個の触覚センサの
一対の歪みゲージの検出信号を利用してウィスカの弾性
変形の方向を求め、形状判断処理手段は、変形方向処理
手段により求められた触覚センサのウィスカの変形方向
情報に基づいて被検知物の形状を判断するので、ウィス
カの変形方向情報を利用して被検知物の形状を比較的短
時間に検知することができる。また、本発明の請求項４
のセンサユニットによれば、複数個の触覚センサのウィ
スカの変形方向情報を利用して被検知物の三次元的形状
を正確に検知することができる。

【００３７】更に、本発明の請求項５のセンサユニット
によれば、基本検知物が接触したときの複数個の接触セ
ンサのウィスカの弾性変形の基本変形方向情報が、この
基本変形方向記憶手段に記憶され、形状判断処理手段
は、基本変形方向記憶手段に記憶された基本変形方向情
報と、変形方向処理手段により求められた各触覚センサ
のウィスカの変形方向情報とに基づいて被検知物の形状
を判断するので、比較的容易に短時間に被検知物の三次
元的形状を検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う触覚センサの一実施形態を示す断
面図である。

【図２】図１の触覚センサを分解して示す斜視図であ
る。

【図３】図１の触覚センサの一部をを拡大して示す部分
拡大斜視図である。

【図４】図１の触覚センサを複数個組み合わせたセンサ
ユニットの一例を示す斜視図である。

【図５】図１の触覚センサのベース部材に一対の歪みゲ
ージを装着した状態を示す平面図である。

【図６】図５の接触センサにおけるウィスカの弾性方向
を説明するための説明図である。

【図７】本発明に従うセンサユニットの一実施形態の全
体を示す簡略図である。

【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は、平板が接触したとき
のウィスカの変形状態を簡略的に示す説明図である。

【図９】図９（ａ）及び（ｂ）は、角柱が接触したとき
のウィスカの変形状態を簡略的に示す説明図である。

【図１０】図１０（ａ）及び（ｂ）は、円柱が接触した
ときのウィスカの変形状態を簡略的に示す説明図であ
る。

【図１１】図１１（ａ）及び（ｂ）は、球が接触したと
きのウィスカの変形状態を簡略的に示す説明図である。

【図１２】被検知物の位置を特定するために触覚センサ
を格子状に分割する直線（ａ〜ｉ）を説明するための説
明図である。

【図１３】平板が接触した場合の接触センサのウィスカ
の弾性方向を示す図である。

【図１４】図１４（ａ）及び（ｂ）は、角柱（円柱）が
接触した場合の一つの例としての接触センサのウィスカ
の弾性方向を示す図である。

【図１５】図１５（ａ）及び（ｂ）は、角柱（円柱）が
接触した場合の他の例としての接触センサのウィスカの
弾性方向を示す図である。

【図１６】図１６（ａ）及び（ｂ）は、球が接触した場
合の接触センサのウィスカの弾性方向を示す図である。

【符号の説明】

２，２ａ〜２ｆ 触覚センサ ４ ベース部材 ６ ウィスカ ３４，３６ 歪みゲージ ５２ 信号処理手段 ５４ 変形方向処理手段 ５６ 形状判断処理手段 ５８ 基本変形方向記憶手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弾性変形可能であるベース部材と、前記
   ベース部材に装着され、比較的大きく弾性変形可能であ
   るウィスカと、前記ベース部材に相互に実質上垂直に配
   設された一対の歪みゲージと、から構成され、前記ウィ
   スカの弾性変形が前記ベース部材を介して前記一対の歪
   みゲージに伝達され、前記一対の歪みゲージの検出信号
   を利用して前記ウィスカの弾性変形の方向を検知するこ
   とを特徴とする触覚センサ。
2. 【請求項２】 前記ベース部材は正方形状であり、前記
   ウィスカは前記ベース部材の中心部に装着され、前記一
   対の歪みゲージは単軸型歪みゲージから構成され、前記
   ベース部材の対角線上に実質上９０度の角度をおいて配
   設されていることを特徴とする請求項１記載の触覚セン
   サ。
3. 【請求項３】 複数個の触覚センサと、前記複数個の触
   覚センサの検出信号を処理する信号処理手段とを具備
   し、 前記複数個の触覚センサは、それぞれ、弾性変形可能で
   あるベース部材と、前記ベース部材に装着され、比較的
   大きく弾性変形可能であるウィスカと、前記ベース部材
   に相互に実質上垂直に配設された一対の歪みゲージと、
   から構成され、前記ウィスカの弾性変形が前記ベース部
   材を介して前記一対の歪みゲージに伝達され、 前記信号処理手段は、前記複数個の触覚センサの前記一
   対の歪みゲージの検出信号を利用して前記ウィスカの弾
   性変形の方向を求める変形方向処理手段と、前記変形方
   向処理手段により求められた前記複数個の触覚センサの
   前記ウィスカの変形方向情報に基づいて被検知物の形状
   を判断する形状判断処理手段とを含んでいることを特徴
   とする触覚センサを組み合わせたセンサユニット。
4. 【請求項４】 前記触覚センサの前記ベース部材は正方
   形状であり、前記ウィスカは前記ベース部材の中心部に
   装着され、前記一対の歪みゲージは単軸型歪みゲージか
   ら構成され、前記ベース部材の対角線上に実質上９０度
   の角度をおいて配設され、前記複数個の触覚センサが平
   面内にて前後方向及び左右方向に隣接して配設されてい
   ることを特徴とする請求項３記載の触覚センサを組み合
   わせたセンサユニット。
5. 【請求項５】 前記信号処理手段は、更に、基本検知物
   が接触したときの前記複数個の触覚センサの前記ウィス
   カの弾性変形の基本変形方向情報を記憶する基本変形方
   向記憶手段を含み、前記形状判断処理手段は、前記基本
   変形方向記憶手段に記憶された前記基本変形方向情報
   と、前記変形方向処理手段により求められた前記複数個
   の触覚センサの前記ウィスカの前記変形方向情報とに基
   づいて被検知物の形状を判断することを特徴とする請求
   項３又は４記載の触覚センサを組み合わせたセンサユニ
   ット。