JP2007253266A - 滑り検出装置、滑り検出方法、及びロボットハンド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、把持部における滑りを高精度に検出すること。
【解決手段】滑り検出装置１は、対象物体と対象物体を把持する把持部との接触面７ａの滑りを検出する。また、滑り検出装置１は、接触面の圧力分布を算出する圧力分布算出手段５ａと、圧力分布算出手段５ａにより算出された圧力分布に基づいて、圧力分布の中心位置を算出する中心位置算出手段５ｂと、中心位置算出手段５ｂにより算出された接触面の中心位置の移動速度を算出する移動速度算出手段５ｃと、移動速度算出手段５ｃにより算出された中心位置の移動速度を含む滑り判定関数の値に基づいて、接触面に滑りが発生しているか否かを判定する滑り判定手段５ｄと、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、対象物体を把持する際に把持部と対象物体との間の滑りを検出する滑り検出装置、滑り検出方法、及びロボットハンド装置に関する。

従来、接触子の膨出部と、この膨出部に接触する対象物体との間に生じるせん断振動が圧力センサに伝達され、そのせん断振動の交流成分を検出する滑り検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特公平７−９０４８６号公報

しかしながら、上記従来の滑り検出装置において、滑りを検出する為の専用のセンサが必要となり、センサ構造も複雑になる虞がある。したがって、当該装置の小型化が困難となる為、ロボットハンドに多数配置することが困難となる。また、当該装置の空間分解能が低下する虞がある。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、簡易な構成で、把持部における滑りを高精度に検出することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
対象物体と該対象物体を把持する把持部との接触面の滑りを検出する滑り検出装置であって、
前記接触面の圧力分布を算出する圧力分布算出手段と、
前記圧力分布算出手段により算出された前記圧力分布に基づいて、該圧力分布の中心位置を算出する中心位置算出手段と、
前記中心位置算出手段により算出された前記中心位置の移動速度を算出する移動速度算出手段と、
前記移動速度算出手段により算出された前記中心位置の移動速度を含む滑り判定関数の値に基づいて、前記接触面に滑りが発生しているか否かを判定する滑り判定手段と、を備える、ことを特徴とする滑り検出装置である。

この一態様によれば、簡易な構成で、把持部における滑りを高精度に検出することができる。

この一態様において、前記滑り判定手段は、前記滑り判定関数の値が所定閾値以上となるとき、前記接触面に滑りが発生していると判定してもよい。

この一態様において、前記中心位置算出手段は、前記圧力分布の中心位置に対して、ノイズを除去するフィルタ処理を行ってもよい。これにより、高精度に圧力分布の中心位置を算出することができる。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
対象物体と該対象物体を把持する把持部との接触面の滑りを検出する滑り検出方法であって、
前記接触面の圧力分布を算出する圧力分布算出ステップと、
前記圧力分布算出ステップにより算出された前記圧力分布に基づいて、該圧力分布の中心位置を算出する中心位置算出ステップと、
前記中心位置算出ステップにより算出された前記中心位置の移動速度を算出する移動速度算出ステップと、
前記移動速度算出ステップにより算出された前記中心位置の移動速度を含む滑り判定関数に基づいて、前記接触面に滑りが発生しているか否かを判定する滑り判定ステップと、を備える、ことを特徴とする滑り検出方法であってもよい。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
対象物体を把持するハンド部材と、
前記ハンド部材の把持力を制御する把持制御手段と、を備えるロボットハンド装置であって、
前記ハンド部材と前記対象物体との前記接触面の圧力分布を算出する圧力分布算出手段と、
前記圧力分布算出手段により算出された前記圧力分布に基づいて、該圧力分布の中心位置を算出する中心位置算出手段と、
前記中心位置算出手段により算出された前記中心位置の移動速度を算出する移動速度算出手段と、
前記移動速度算出手段により算出された前記中心位置の移動速度を含む滑り判定関数に基づいて、前記接触面に滑りが発生しているか否かを判定する滑り判定手段と、を備え、
前記滑り判定手段により前記滑りが発生したと判定されたとき、前記把持制御手段は、前記ハンド部材の把持力を増加させることを特徴とするロボットハンド装置であってもよい。

この一態様によれば、簡易な構成で、把持部における滑りを高精度に検出し、対象物をハンド部材により適切に把持することができる。

本発明によれば、簡易な構成で、把持部における滑りを高精度に検出することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、ロボットハンド装置等の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。

図１は、本発明の一実施例に係る滑り検出装置のシステム構成を示すブロック図である。本実施例に係る滑り検出装置１は、例えばロボットハンド等が対象物体を把持する際に、後述のハンド部材１０１（図７及び図８）の指先部７と対象物体との接触面７ａにおける滑りを検出する。

ハンド部材１０１（把持部）の指先部７の接触面７ａには、接触面７ａに掛かる圧力を検出する複数の圧力センサセル３ａを有する圧力センサ３が配設されている（図２（ａ））。また、圧力センサ３には、圧力センサ３により検出された圧力に基づいて、指先部７の接触面７ａの圧力分布を算出する圧力分布算出手段５ａが接続されている。

圧力分布算出手段５ａには、圧力分布算出手段５ａにより算出された指先部７の圧力分布に基づいて、指先部７の圧力分布の中心位置Ｏ_ｃ及びＯ_{ｃ_ｆｌｔ}を算出する中心位置算出手段５ｂが接続されている。中心位置算出手段５ｂには、中心位置算出手段５ｂにより算出された中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}の移動速度Ｖ_ｏｃを算出する移動速度算出手段５ｃが接続されている。移動速度算出手段５ｃには、対象物体と指先部７との接触面７ａにおいて滑りが発生しているか否かを滑り判定関数により判定する滑り判定手段５ｄが接続されている。

滑り判定手段５ｄは、移動速度算出手段５ｃにより算出された指先部７の圧力分布の中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}の移動速度Ｖ_ｏｃを含む滑り判定関数Ｐ（ｉ）の値に基づいて、対象物体と指先部７との接触面７ａにおいて滑りが発生したか否かを判定する。

なお、上記圧力分布算出手段５ａ、中心位置算出手段５ｂ、移動速度算出手段５ｃおよび滑り判定手段５ｄは、滑り検出ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、電子制御装置）５に内蔵されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に格納され、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）によって実行されるプログラムによって、実現されている。

また、滑り検出ＥＣＵ５は、マイクロコンピュータから構成されており、制御、演算プログラムに従って各種処理を実行するとともに、当該装置１の各部を制御する上記ＣＰＵ、このＣＰＵの実行プログラムを格納する上記ＲＯＭ、演算結果等を格納する読書き可能なＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、タイマ、カウンタ、入出力インターフェイス等を有している。また、タイマ、およびカウンタはＲＯＭに格納され、ＣＰＵによって実行されるプログラムによって実現されている。

例えば、ハンド部材１０１の指先部７の接触面７ａには、複数の圧力センサセル３ａを有する圧力センサ３が配設されている。圧力センサセル３ａは、例えば縦４ｍｍ、横４ｍｍの大きさで矩形に形成されたセルが指先部７の曲面（図２（ａ））に沿って、２７個、配設されている（図２（ｂ））。また、圧力センサセル３ａは、コンデンサ型、圧電素子型（ピエゾ素子）等のセンサが用いられている。

なお、コンデンサ型の圧力センサセル３ａは、一対の電極を有し、センサに加わった圧力に応じて、この電極間の隙間が縮められ、静電容量が変化する。コンデンサ型の圧力センサセル３ａは、この静電容量の変化に応じて、電圧値を出力するものである。このように、複数の圧力センサセル３ａは、圧力に応じた電圧値を滑り検出ＥＣＵ５の圧力分布算出手段５ａに送信する。

圧力分布算出手段５ａは、各圧力センサセル３ａから送信された電圧値に基づいて、指先部７の接触面７ａにおける圧力分布を算出する。例えば、図３（ａ）に示す如く、指先部７が対象物体に接触しているときの圧力分布は、図３（ｂ）のようになる。

なお、図３（ｂ）は、圧力分布の概念図であり、Ｘ軸およびＹ軸は各圧力センサセル３ａの位置を示し、図３（ａ）の位置と対応している。また、図３（ｂ）において、Ｚ軸は各圧力センサセル３が出力する電圧値（圧力値）を示している。圧力分布算出手段５ａは、算出した指先部７の接触面７ａにおける圧力分布を中心位置算出手段５ｂに送信する。

中心位置算出手段５ｂは、圧力分布算出手段５ａにより算出された指先部７の接触面７ａおける圧力分布に基づいて、当該圧力分布の中心位置Ｏ_ｃを算出する（図３（ｂ））。

まず、位置中心算出手段５ｂは、下記（１）式によりＸ_ｃ及びＹ_ｃを算出する。次に、中心位置算出手段５ｂは、下記（１）式により算出されたＸ_ｃ及びＹ_ｃを下記（２）式に代入して、圧力分布の中心位置Ｏ_ｃを算出する。

上記（１）式において、ｉ及びｊは任意の自然数を示しており、ｖ（ｉ、ｊ）は、Ｘ方向がｉ、Ｙ方向がｊに対応する位置の電圧値の大きさを示している。

なお、ハンド部材１０１の指先部７の接触面７ａに滑りが発生すると、指先部７と対象物体との間に固着状態と、滑り状態とが交互に発生する為、上記中心位置Ｏ_ｃが振動する。この振動情報を利用して滑りを検出する。この振動情報のノイズを除去する為、後述の如く、フィルタにより、より高精度な中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}を抽出することができる。

なお、対象物体によって、上記振動の周波数が変動することがある。この為、上記振動情報を抽出するフィルタとして、例えば、中心周波数の変動に応じて、通過帯域を変動させる適応型帯域通過フィルタを用いる（図４）。なお、図４におけるαは、偏差ｅ_ｋに基づいて、自動的に設定される調整ゲインである。

中心位置算出手段５ｂは、上記（１）式及び（２）式により算出した圧力分布の中心位置Ｏ_ｃから、上記適応型帯域通過フィルタを用いてノイズを除去した、中心位置（接触中心振動信号）Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}を算出する。中心位置算出手段５ｂは、算出した中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}を移動速度算出手段５ｃに送信する。

移動速度算出手段５ｃは、中心位置算出手段５ｂにより算出された中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}に対して、下記（３）により微分処理を行い、中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}の移動速度Ｖ_ｏｃを算出する。移動速度算出手段５ｃは、算出した中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}の移動速度Ｖ_ｏｃを滑り判定手段５ｄに送信する。

滑り判定手段５ｄは、中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}の移動速度Ｖ_ｏｃを含む、下記（４）式の滑り判定関数の値Ｐ（ｉ）に基づいて、対象物体と指先部７との接触面７ａにおいて滑りが発生したか否かを判定する。

なお、上記（４）式の滑り判定関数において、滑り判定の精度を向上させる為、逐次的に中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}の移動速度Ｖ_ｏｃの平均平方根が算出され、この算出された平均平方根に基づいて、滑りの判定が行われている。例えば、第ｉ点の中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}の移動速度Ｖ_ｏｃの平均平方根は、第ｉ点よりも前のｎ個の中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}の移動速度Ｖ_ｏｃのサンプリング値の自乗和の平均平方根である。また、上記（４）式において、ｋは滑り判定関数を規格化する為の係数である。

滑り判定手段５ｄは、上記（４）式により算出された滑り判定関数の値Ｐ（ｉ）値が所定閾値Ｘ以上となるときに、対象物体と指先部７との接触面７ａにおいて滑りが発生したと判定する。

一方、滑り判定手段５ｄは、上記（４）式により算出された滑り判定関数の値Ｐ（ｉ）が所定閾値Ｘより小さくなるときに、対象物体と指先部７との接触面７ａにおいて滑りが発生していないと判定する。なお、所定閾値Ｘは、予め実験的に求められた最適値が滑り検出ＥＣＵ５のＲＯＭに設定されている。

図５は、本実施例に係る滑り検出装置１の滑り判別を試験する為の滑り試験装置の一例を示す図である。

図５に示す滑り試験装置５０は、水平方向へスライド可能なスライド機構５１と、スライド機構５１をスライドさせるモータ等の駆動部５３とを備えている。モータ５３には、モータ５３の駆動を制御するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）５５がモータドライバ５７を介して接続されている。

パーソナルコンピュータ５５によって、モータ５３の駆動を制御することで、スライド機構５１のスライド速度を任意に設定することができる。スライド機構５１の上面には、電子秤等の荷重計測器５９が配置され、この電子秤５９の上には、対象物体が載せられている。

対象物体には、上述の圧力センサ３が配設された指先部７が当接されている。指先部７の圧力センサ３は、滑り検出ＥＣＵ５に接続されている。指先部７は、指先部７を任意の位置に固定できる、回転機構、スタンド等からなり固定部材６１によって固定されている。電子秤５９により、指先部７の接触面７ａに掛かる荷重が計測される。

上述の如く、図５に示す滑り試験装置５０により、次に述べる試験を行う。例えば、把持力（電子秤の値）を１５０ｇとし、計測開始２４秒後に、スライド機構５１を０．１６７ｍｍ／ｓの速度でスライドさせている。

図６（ａ）乃至（ｄ）は、上述の滑り試験装置５０による試験の結果の一例を示す図である。図６（ａ）は、中心位置算出手段５ｂにより算出した圧力分布の中心位置Ｏ_ｃの時系列データを示す図である。また、図６（ｂ）は、中心位置算出手段５ｂにより算出された中心位置Ｏ_ｃから、上記適応型帯域通過フィルタによりノイズが除去された中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}の時系列データを示す図である。図６（ｂ）に示す中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}の時系列データは、図６（ａ）に示す中心位置Ｏ_ｃの時系列データと比較して、ノイズが低減されていることがわかる。

図６（ｃ）は、移動速度算出手段５ｃにより算出された中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}の移動速度Ｖ_ｏｃの時系列データを示す図である。また、図６（ｄ）は、滑り判別手段５ｄにより算出された滑り判定関数の値Ｐ（ｉ）の時系列データを示す図である。

例えば、所定閾値Ｘが０．５（実験により求めた確実に滑りが発生する値）に設定された場合、滑り判定関数の値Ｐ（ｉ）は、２４秒以降、常に所定閾値Ｘ＝０．５を超える為、滑り判別手段５ｄが、確実に滑りを検出することがわかる。

次に、本実施例に係る滑り検出装置１がロボットハンド装置１００に搭載された場合について説明する。

図７は、本実施例に係る滑り検出装置１が搭載されたロボットハンド装置１００のシステム構成を示す概略のブロック図である。

ロボットハンド装置１００は、上述の分布型の圧力センサ３が配設され、任意の形状の対象物体を把持することが可能なハンド部材１０１を備えている（図８及び図９）。

ハンド部材１０１は、例えば、図８及び図９に示す如く、親指に相当する第一指１１、人差指に相当する第二指１２、中指に相当する第三指１３、及び薬指に相当する第四指１４を備えている。各指１１、１２、１３、１４の先端には、上記指先部７が設けられている。

また、第一指１１には第一指第一関節１１Ａ、第一指第二関節１１Ｂ、及び第一指第三関節１１Ｃが設けられており、第二指１２には、第二指第一関節１２Ａ、第二指第二関節１２Ｂ、及び第二指第三関節１２Ｃが設けられている。さらに、第三指１３には、第三指第一関節１３Ａ、第三指第二関節１３Ｂ、及び第三指第三関節１３Ｃが設けられており、第四指１４には、第四指第一関節１４Ａ、第四指第二関節１４Ｂ、及び第四指第三関節１４Ｃが設けられている。

第一指１１における付根部分には、第一指１１を第二指１２乃至第四指１４に対向させる第一指対向関節１１Ｇが設けられている。対向関節１１Ｇは、後述の掌部１６に平行する鉛直軸周りに第一指１１を第二指１２乃至第四指１４に対向可能としている。

第二指１２における付根部分には、第二指１２を揺動させる第二指揺動関節１２Ｇが設けられている。揺動関節１２Ｇは、後述の掌部１６に直交する水平軸周りに第二指１２を揺動可能としている。

また、第三指１３及び第四指１４における夫々の付根部分には、第三指１３及び第四指１４を揺動させる第三指揺動関節１３Ｇ及び第四指揺動関節１４Ｇが設けられている。揺動関節１３Ｇ、１４Ｇは、第三指１３及び第四指１４を掌部１６に直交する水平軸周りに夫々揺動させる。

これらの第二指１２乃至第四指１４の第三関節１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃを除く各関節１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、１４Ｂ及び、対向関節１１Ｇ、揺動関節１２Ｇ、１３Ｇ、１４Ｇには、図７に示すモータドライバ１０７に接続されたモータ１０５が夫々設けられている。

また、第一指１１における第一指第一関節１１Ａと第一指第二関節１１Ｂとの間には、第一指第一リンク１１Ｄが設けられ、第一指第二関節１１Ｂと第一指第三関節１１Ｃとの間には、第一指第二リンク１１Ｅが設けられ、第一指第三関節１１Ｃの先端には、第一指第三リンク１１Ｆが設けられている。

第二指１２における第二指第一関節１２Ａと第二指第二関節１２Ｂとの間には、第二指第一リンク１２Ｄが設けられ、第二指第二関節１２Ｂと第二指第三関節１２Ｃとの間には、第二指第二リンク１２Ｅが設けられ、第二指第三関節１２Ｃの先端には、第二指第三リンク１２Ｆが設けられている。

さらに、第三指１３における第三指第一関節１３Ａと第三指第二関節１３Ｂとの間には、第三指第一リンク１３Ｄが設けられ、第三指第二関節１３Ｂと第三指第三関節１３Ｃとの間には、第三指第二リンク１３Ｅが設けられ、第三指第三関節１３Ｃの先端には、第三指第三リンク１３Ｆが設けられている。

第四指１４における第四指第一関節１４Ａと第四指第二関節１４Ｂとの間には、第四指第一リンク１４Ｄが設けられ、第四指第二関節１４Ｂと第四指第三関節１４Ｃとの間には、第四指第二リンク１４Ｅが設けられ、第四指第三関節１４Ｃの先端には、第四指第三リンク１４Ｆが設けられている。

さらに、第二指揺動関節１２Ｇと第二指第一関節１２Ａとの間には、第二揺動リンク１２Ｈが設けられている。同様に、第三揺動関節１３Ｇと、第三指第一関節１３Ａとの間、及び第四指揺動関節１４Ｇと、第四指第一関節１４Ａとの間には、夫々図示しない第三指揺動リンク及び第四指揺動リンクが設けられている。

また、ハンド部材１０１は、拇指球１５及び掌部１６を有している。拇指球１５には、第一指１１が取り付けられている。

また、拇指球１５は、鉛直軸周りに回転可能とされており、拇指球１５とともに第一指１１が鉛直軸周りに回転可能とされている。掌部１６には、第二指１２乃至第四指１４が取り付けられている。

第一指１１乃至第四指１４の各リンク１１Ｄ〜１１Ｆ、１２Ｄ〜１２Ｆ、１３Ｄ〜１３Ｆ、１４Ｄ〜１４Ｆ及び拇指球１５、掌部１６、指先部７には、夫々緩衝パッド（柔軟肉）１７が取り付けられている。各緩衝パッド１７には、上記分布型の圧力センサ３が埋め込まれている。

なお、第二指１２乃至第四指１４の第二関節１２Ｂ〜１４Ｂと第三関節１２Ｃ〜１４Ｃとは、相互に連動する連動関節３０となっている。連動関節３０において、第二関節１２Ｂ〜１４Ｂと第三関節１２Ｃ〜１４Ｃとの間には、リンク部材３１が設けられている。

また、上述の如く、第二関節１２Ｂ〜１４Ｂにはモータ１０５が設けられているが、第三関節１２Ｃ〜１４Ｃにはモータ１０５が設けられていない。そして、第二関節１２Ｂ〜１４Ｂに設けられたモータ１０５が回転駆動することで、第二関節１２Ｂ〜１４Ｂが回転する。第二関節１２Ｂ〜１４Ｂが回転すると、この回転力がリンク部材３１を介して、第三関節１２Ｃ〜１４Ｃに伝達され、第三関節１２Ｃ〜１４Ｃは第二関節１２Ｂ〜１４Ｂとともに回転する。

このように、第一指１１の自由度は４とされており、さらに他の第二指１２乃至第四指１４の自由度は３とされ、ハンド部材１０１全体として、１３の自由度を有している。また、ハンド部材１０１で対象物体を把持する際には、例えば、第一指１１と第三指１３とが対向する状態となるように、第一指１１が前側に回り込む。こうして、対象物体を把持する。

モータドライバ１０７には、モータドライバ１０７を介して、各モータ１０５、１１７を制御する制御ＥＣＵ１０９が接続されている。

例えば、各関節１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、１４Ｂ及び、対向関節１１Ｇ、揺動関節１２Ｇ、１３Ｇ、１４Ｇ（以下、関節部材と総称する）の角度指令信号をモータドライバ１０７に送信することで、モータ１０５を制御して、関節部材を目標の関節角度に制御する。

また、ハンド部材１０１の関節部材には、当該関節部材の位置（関節角度等）を検出するエンコーダ・ポテンショメータ等の関節位置検出センサ１１１が配設されている。エンコーダ・ポテンショメータ１１１には制御ＥＣＵ１０９が接続され、制御ＥＣＵ１０９はエンコーダ・ポテンショメータ１１１により検出された関節部材の位置（指関節角度）等に基づいて、モータ１０５の制御を行う。

ハンド部材１０１には、ハンド部材１０１を任意の方向へ移動させ、複数の関節を有するアーム部材１１５が連結されている。アーム部材１１５は、例えばロボット本体に連結されている。

アーム部材１１５の各関節には、アーム部材１１５の各関節を、駆動させるモータ１１７が連結されている。また、アーム部材１１５の各関節には各関節の位置（関節角度等）を検出するエンコーダ・ポテンショメータ１１２が配設されている。

制御ＥＣＵ１０９には、対象物体の画像を認識する画像認識装置１１３が接続されている。画像認識装置１１３は、対象物体の画像を撮影する為のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等からなるカメラ１１３ａと、カメラ１１３ａにより撮影された画像に対し所定処理を施す画像処理部１１３ｂと、を有している。なお、カメラ１１３ａは、例えば、ロボット本体の頭部に配設してもよい。

画像認識装置１１３は、画像処理部１１３ｂにより処理された対象物体の処理画像に基づいて、対象物体の位置、形状、大きさ等の画像情報を認識する。画像認識装置１１３は、認識した対象物体の画像情報を制御ＥＣＵ１０９に送信する。

制御ＥＣＵ１０９は、把持位置・姿勢算出部１０９ａと、制御系目標値生成部１０９ｂと、アーム・ハンド制御１０９ｃと、を有している。

把持位置・姿勢算出部１０９ａは、画像認識装置１１３から送信された対象物体の画像情報に基づいて、対象物体を把持する為に好適なハンド部材１０１の把持位置及び把持姿勢を算出する。

制御系目標値生成部１０９ｂは、把持位置・姿勢算出部１０９ａにより算出された把持位置及び把持姿勢に基づいて、制御系目標値（例えば、目標の指関節角度、把持力）を生成する。

アーム・ハンド制御部１０９ｃは、制御系目標値生成部１０９ｂにより生成された制御系目標値に基づいて、モータドラバ１０７を介して、モータ１０５、１１７を制御することで、ハンド部材１０１の関節部材及びアーム部材１１５の関節を制御する。

制御ＥＣＵ１０９には、上述した滑り検出ＥＣＵ５が接続されている。制御ＥＣＵ１０９のアーム・ハンド制御部１０９ｃは、例えば、エンコーダ・ポテンショメータ１１１により検出された関節部材の指関節角度と、制御系目標値生成部１０９ｂにより算出された目標の指関節角度と、上述した滑り検出ＥＣＵ５の滑り判定手段５ｄによる判定と、に基づいて、モータ１０５のフィードバック制御を行っている。

なお、本実施例に係るロボットハンド装置１００は、例えば、人型ロボットに搭載されてもよい。この場合、人型ロボットは、移動部と、頭部と、左右一対のアーム部材１１５と、左右一対のアーム部材１１５に連結された左右一対のハンド部材１０１と、を有する構成であってもよい。

次に、本実施例に係る滑り検出装置１を搭載したロボットハンド装置１００の制御処理について説明する。図１０は、本実施例に係る滑り検出装置１を搭載したロボットハンド装置１００の制御処理のフローの一例を示すフローチャートである。なお、図１０に示す制御処理ルーチンは所定の微小時間毎に繰返し実行される。

画像認識装置１１３は対象物体を認識し、その画像情報を制御ＥＣＵ１０９に送信する。制御ＥＣＵ１０９の把持位置・姿勢算出部１０９ａは、送信された対象物体の画像情報に基づいて、対象物体を把持する為に好適なハンド部材１０１の把持位置及び把持姿勢を算出する。

また、制御系目標値生成部１０９ｂは、把持位置・姿勢算出部１０９ａにより算出された把持位置・及び把持姿勢に基づいて、モータ１０５の制御目標値を算出する。

制御ＥＣＵ１０９のアーム・ハンド制御部１０９ｃは、算出された制御目標値に基づいて、モータ１０５を制御して、ハンド部材１０１により対象物体を把持させる（Ｓ１００）。

次に、制御ＥＣＵ１０９はモータドライバ１０７及びモータ１１７を介して、アーム部材１１５を制御することで、ハンド部材１０１によって把持された対象物体を、指示された方向に移動させる（Ｓ１１０）。

例えば、このアーム部材１１５による移動の際、滑り検出ＥＣＵ５の圧力分布算出手段５ａは、圧力センサ３から送信された電圧値に基づいて、ハンド部材の緩衝パッド１７の接触面７ａにおける圧力分布を算出する（Ｓ１２０）。

その後、中心位置算出手段５ｂは、圧力分布算出手段５ａにより算出された緩衝パッド１７の接触面７ａおける圧力分布に基づいて、上記（１）式及び（２）式により、圧力分布の中心位置Ｏ_ｃを算出し、さらに上記適応型帯域通過フィルタにより、中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}を算出する（Ｓ１３０）。

移動速度算出手段５ｃは、中心位置算出手段５ｂにより算出された中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}に基づいて、中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}の移動速度Ｖ_ｏｃを算出する（Ｓ１４０）。

滑り判定手段５ｄは、移動速度算出手段５ｃにより算出された中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}の移動速度Ｖ_ｏｃと、上記（４）式に示す滑り判定関数と、に基づいて、滑り判定関数の値Ｐ（ｉ）値を算出する（Ｓ１５０）。

次に、滑り判定手段５ｄは、滑り判定関数の値Ｐ（ｉ）が所定閾値Ｘ以上となるか否かを判定する（Ｓ１６０）。

滑り判定手段５ｄは、滑り判定関数の値Ｐ（ｉ）が所定閾値Ｘ以上となり、対象物体とハンド部材１０１の緩衝パッド１７との接触面７ａにおいて滑りが発生したと判定すると（Ｓ１６０のＹｅｓ）、制御ＥＣＵ１０９に対して滑り判定信号を送信する。

制御ＥＣＵ１０９は、滑り検出ＥＣＵ５の滑り判定手段５ｄから滑り判定信号を受信すると、ハンド部材１０１が対象物体を把持する際の把持力が増加するように、モータ１０５を制御する（Ｓ１７０）。

一方、滑り判定手段５ｄは、滑り判定関数の値Ｐ（ｉ）が所定閾値Ｘより小さく、対象物体とハンド部材１０１の緩衝パッド１７との接触面７ａにおいて滑りが発生していないと判定すると（Ｓ１６０のＮｏ）、制御ＥＣＵ１０９に対して滑り判定信号を送信すること無く、本制御ルーチンよる処理を終了する。

以上、本実施例に係る滑り検出装置１において、圧力分布算出手段５ａは、指先部７と対象物体との接触面７ａの圧力分布を算出する。また、圧力中心算出手段５ｂはこの圧力分布に基づいて、圧力分布の中心位置Ｏ_ｃを算出し、さらに適応型帯域通過フィルタにより、中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}を算出する。さらに、移動速度算出手段５ｃは、中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}の移動速度Ｖ_ｏｃを算出する。滑り判定手段５ｄは、算出された中心位置Ｏ_{ｃ_ｆｌｔ}の移動速度Ｖ_ｏｃと滑り判定関数と、基づいて、接触面７ａにおける滑りが発生したか否かを判定する。これにより、通常の圧力センサ３を用いて、指先部７と対象物体との接触面７ａにおける滑りを高精度に検出することができる。また、上述のように簡易なセンサ構成で、実現可能となることから、コスト低減に繋がる。さらに、小型化も容易に可能となることから、高い空間分解能を実現できる。

さらに、圧力センサ３が埋め込まれたハンド部材１０１の緩衝パッド１７と対象物体との間の滑りを検出する場合に、緩衝パッド１７の変形に影響されることがない。したがって、ハンド部材１０１の緩衝パッド１７と対象物体との間の滑りを高精度に検出することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について一実施例を用いて説明したが、本発明はこうした一実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した一実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

本発明は、例えば、対象物体を把持するロボットハンド装置に利用できる。

本発明の一実施例に係る滑り検出装置のシステム構成を示すブロック図である。 （ａ）指先部の接触面に圧力センサが配設された状態の一例を示す図である。（ｂ）指先部の接触面に複数の圧力センサセルを有する圧力センサが平面的に配置された状態の一例を示す図である。 （ａ）指先部が対象物体に接触している状態の一例を示す図である。（ｂ）指先部が対象物体に接触しているときの圧力分布を示す概念図の一例である。 中心位置算出手段が用いる適応型帯域通過フィルタの一例を示す図である。 本発明の一実施例に係る滑り検出装置の滑り判別を試験する為の滑り試験装置の一例を示す図である。 （ａ）中心位置算出手段により算出した圧力分布の中心位置の時系列データの一例を示す図である。（ｂ）中心位置算出手段により算出された中心位置から、ノイズが除去された中心位置の時系列データの一例を示す図である。（ｃ）移動速度算出手段により算出された中心位置の移動速度の時系列データの一例を示す図である。（ｄ）滑り判別手段により算出された滑り判定関数の値の時系列データを示す図である。 本発明の一実施例に係る滑り検出装置が搭載されたロボットハンド装置のシステム構成を示す概略のブロック図である。 ハンド部材を横方向から見た側面図である ハンド部材を上方から見た図である。 本発明の一実施例に係る滑り検出装置を搭載したロボットハンド装置の制御処理のフローの一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 滑り検出装置
３ 圧力センサ
３ａ 圧力センサセル
５ 滑り検出ＥＣＵ
５ａ 圧力分布算出手段
５ｂ 中心位置算出手段
５ｃ 移動速度算出手段
５ｄ 滑り判定手段
７ 指先部
７ａ 接触面
１００ ロボットハンド装置
１０１ ハンド部材
１１５ アーム部材
１０９ 制御ＥＣＵ

Claims (5)

1. 対象物体と該対象物体を把持する把持部との接触面の滑りを検出する滑り検出装置であって、
   前記接触面の圧力分布を算出する圧力分布算出手段と、
   前記圧力分布算出手段により算出された前記圧力分布に基づいて、該圧力分布の中心位置を算出する中心位置算出手段と、
   前記中心位置算出手段により算出された前記中心位置の移動速度を算出する移動速度算出手段と、
   前記移動速度算出手段により算出された前記中心位置の移動速度を含む滑り判定関数の値に基づいて、前記接触面に滑りが発生しているか否かを判定する滑り判定手段と、を備える、ことを特徴とする滑り検出装置。
2. 請求項１記載の滑り検出装置であって、
   前記滑り判定手段は、前記滑り判定関数の値が所定閾値以上となるとき、前記接触面に滑りが発生していると判定する、ことを特徴とする滑り検出装置。
3. 請求項１記載の滑り検出装置であって、
   前記中心位置算出手段は、前記圧力分布の中心位置に対して、ノイズを除去するフィルタ処理を行う、ことを特徴とする滑り検出装置。
4. 対象物体と該対象物体を把持する把持部との接触面の滑りを検出する滑り検出方法であって、
   前記接触面の圧力分布を算出する圧力分布算出ステップと、
   前記圧力分布算出ステップにより算出された前記圧力分布に基づいて、該圧力分布の中心位置を算出する中心位置算出ステップと、
   前記中心位置算出ステップにより算出された前記中心位置の移動速度を算出する移動速度算出ステップと、
   前記移動速度算出ステップにより算出された前記中心位置の移動速度を含む滑り判定関数に基づいて、前記接触面に滑りが発生しているか否かを判定する滑り判定ステップと、を備える、ことを特徴とする滑り検出方法。
5. 対象物体を把持するハンド部材と、
   前記ハンド部材の把持力を制御する把持制御手段と、を備えるロボットハンド装置であって、
   前記ハンド部材と前記対象物体との前記接触面の圧力分布を算出する圧力分布算出手段と、
   前記圧力分布算出手段により算出された前記圧力分布に基づいて、該圧力分布の中心位置を算出する中心位置算出手段と、
   前記中心位置算出手段により算出された前記中心位置の移動速度を算出する移動速度算出手段と、
   前記移動速度算出手段により算出された前記中心位置の移動速度を含む滑り判定関数に基づいて、前記接触面に滑りが発生しているか否かを判定する滑り判定手段と、を備え、
   前記滑り判定手段により前記滑りが発生したと判定されたとき、前記把持制御手段は、前記ハンド部材の把持力を増加させる、ことを特徴とするロボットハンド装置。

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