JP2023070257A - 力検知装置、力検知方法、及び衣類処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】力の検知精度を向上させる。【解決手段】力検知装置４０は、可動部に力が印加されて可動部が変位するときに、変位を抑える方向に可動部を付勢する板ばね４７と、可動部の変位を検知する変位センサ４８と、を備える。板ばね４７は、剛性の異なる複数の部分を有する。【選択図】図４

Description

本開示は、力を検知するための力検知装置、力検知方法、及び力検知装置を利用可能な衣類処理装置に関する。

弾性体の弾性変位を検知することにより力を検知する技術が利用されている。例えば、特許文献１には、被施療者を押圧する向きに突没自在に駆動される揉み玉に加わる体圧力を検知するために、揉み玉と揉み玉を駆動する駆動源との間に配設される伝達機構部に弾性体を設け、弾性体の弾性変位を検出することで体圧力を検知する技術が開示されている。

特開２００４－３５７９４４号公報

本発明者らは、コストやサイズの増大を抑えつつ、力の検知精度を向上させることを課題として認識し、本開示の技術に想到した。

本開示は、力の検知精度を向上させるための技術を提供する。

本開示における力検知装置は、可動部に力が印加されて可動部が変位するときに、変位を抑える方向に可動部を付勢する弾性体と、可動部の変位を検知するセンサと、を備える。弾性体は、剛性の異なる複数の部分を有する。

本開示における力検知方法は、可動部に力が印加されて可動部が変位するときに、変位量が第１の値となるまでは、剛性の異なる複数の部分を有する弾性体の少なくとも第１の部分により、変位を抑える方向に可動部が付勢され、変位量が第１の値を超えると、弾性体の少なくとも第２の部分により、変位を抑える方向に可動部が付勢され、変位量を検知することにより可動部に印加された力の大きさを検知する。

本開示における衣類処理装置は、処理対象物を保持するための保持装置と、保持装置に力が印加されたときに変位する可動部と、保持装置に印加された力の大きさを検知する力検知装置と、を備える。力検知装置は、保持装置に力が印加されて可動部が変位するときに、変位を抑える方向に可動部を付勢する弾性体と、可動部の変位を検知するセンサと、を備える。弾性体は、剛性の異なる複数の部分を有する。

本開示の技術によれば、力の検知精度を向上させることができる。

実施の形態１における衣類処理装置の斜視図 実施の形態１における衣類処理装置の正面概略構成図 実施の形態１における衣類処理装置の側面概略構成図 実施の形態１に係る力検知装置の概略構成図 ウォームギヤの斜視図 板ばねの正面図と側面図 フランジと板ばねの接触部の概略水平断面図 可動部が変位したときのフランジと板ばねの状態を概略的に示す図 可動部が変位したときのフランジと板ばねの状態を概略的に示す図 可動部が変位したときのフランジと板ばねの状態を概略的に示す図 可動部の変位量と可動部に印加された外力との関係を示す図 可動部の変位量と可動部に印加された外力との関係を模式的に示す図 アーム部を回転させた状態を示す図 予備動作の方法を示す図 予備動作の方法を示す図 予備動作を実施するための構成の例を示す図 実施の形態１に係る力検知装置の機能構成図 予備動作の方法を示す図 予備動作の方法を示す図

（本開示の基礎となった知見等）
本開示に係る衣類処理装置は、衣類などの処理対象物を保持する保持部を備える。保持部は、移動機構により移動を制御される。保持部を移動させているときに別の部品に接触した場合などには、保持部に外力がかかる。保持部に印加された外力を迅速かつ精確に検知して、保持部の移動を適切に制御する必要がある。

このような課題を発明者らは発見し、その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。本開示に係る衣類処理装置及び力検知装置は、保持部などの可動部に力が印加されて可動部が変位するときに、変位を抑える方向に可動部を付勢する弾性体と、可動部の変位を検知するセンサと、を備える。弾性体は、剛性の異なる複数の部分を有する。これにより、可動部に印加された力の範囲に応じて適切な分解能で力を検知することができるので、力の検知精度を向上させることができる。

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
以下、図１～図１５Ｂを用いて、実施の形態１を説明する。なお、衣類処理装置１の３方向について、前側正面から見て、左右の幅方向を矢印で示すＸ方向（左方向Ｘ１、右方向Ｘ２）、前後の奥行き方向を矢印で示すＹ方向（前方向Ｙ１、後方向Ｙ２）、上下の高さ方向を矢印で示すＺ方向（上方向Ｚ１、下方向Ｚ２）として説明する。

［１－１．構成］
［１－１－１．衣類処理装置の全体構成］
衣類処理装置１は、変形性薄物としての処理対象物Ｔを保持、認識、折り畳み、及び、収納する装置である。図１に示されるように、衣類処理装置１は、筐体１００、及び、筐体１００内に構成される、受入部２００と、保持装置３００と、作業板装置４００と、撮像装置５００と、支持部６００と、収納装置７００と、制御装置９００と、を備える。なお、受入部２００及びその上方の処理空間が１つの筐体に構成され、収納装置７００などは別の筐体内に構成されて、それぞれの筐体が連結されて一体となるように構成されてもよい。

処理対象物Ｔは、例えば、衣類及びタオル類などの布地、フィルム、紙ならびにシートなどに代表される変形性薄物である。その形状は、タオル類のように矩形であってもよいし、Ｔシャツやランニングシャツ、長袖シャツ、ズボンのような略矩形であってもよい。

筐体１００は、直方体の枠を形成するフレーム１１０と、直方体の所定の面に外郭１２０が設けられて構成される。フレーム１１０と外郭１２０とは、一体に形成されてもよい。

受入部２００は、処理対象物Ｔを外部から受け入れる収容部である。図１から図３に示されるように、受入部２００は、上面が開口した箱型形状を有する。受入部２００は、ユーザがアクセスし易いように、衣類処理装置１における底部に配設され、奥行き方向（Ｙ方向）に出し入れ可能に配設される。例えば、受入部２００は、下部にガイドレール２１０が設けられ、前方向Ｙ１に引き出される。処理対象物Ｔは、引き出された受入部２００に上方から入れられる。受入部２００は、処理対象物Ｔが入れられると、ガイドレール２１０に沿って後方向Ｙ２に戻され、筐体１００内に収められる。

保持装置３００は、処理対象物Ｔを処理するために、処理対象物Ｔを保持する装置である。保持装置３００は、処理対象物Ｔを保持する保持部３１０と、保持部３１０を幅方向（Ｘ方向）、奥行き方向（Ｙ方向）、高さ方向（Ｚ方向）の３方向に移動させる移動機構３２０と、を含む。保持装置３００は、複数設けられ、受入部２００内に入れられた処理対象物Ｔを保持して持ち上げるとともに、処理対象物Ｔを一時的に載置できる作業板装置４００と協働して、処理対象物Ｔを持ち替えながら展開及び折り畳みを行う。

衣類処理装置１は、図１から図３に示されるように、保持装置３００として２基の保持装置３００Ａ，３００Ｂを備える。保持装置３００Ａは、保持部３１０として１つの保持部３１０Ａを有し、保持部３１０Ａを３方向に移動させる移動機構３２０Ａを有する。保持装置３００Ｂは、保持部３１０として２基の保持部３１０Ｂ，３１１Ｂを有し、保持部３１０Ｂ，３１１Ｂをそれぞれ３方向に移動させる移動機構３２０Ｂを有する。

保持部３１０Ａ，３１０Ｂ，３１１Ｂは、後述する作業板装置４００の作業板４１０に対して、幅方向、奥行き方向、高さ方向にそれぞれ相対移動可能である。例えば、移動機構３２０Ａ、３２０Ｂは、保持部３１０Ａ，３１０Ｂ，３１１Ｂが作業板４１０の縁部に沿って一列に並ぶように位置させることができる。

保持装置３００Ａ、３００Ｂは、後述する制御装置９００と有線又は無線により通信可能に接続される。そして、制御装置９００により、保持部３１０Ａ、３１０Ｂ，３１１Ｂ及び移動機構３２０Ａ、３２０Ｂの動作が制御される。

保持装置３００Ａ，３００Ｂに用いられる移動機構３２０Ａ，３２０Ｂについて、保持装置３００Ａの移動機構３２０Ａの構成を用いて説明する。保持装置３００Ｂの移動機構３２０Ｂの構成は、保持部の数を除いて保持装置３００Ａの構成と基本的に同じである。よって、保持装置３００Ｂは、保持装置３００Ａの符号中「Ａ」を「Ｂ」に置き換えた符号を用いればよく、その説明を省略する。

移動機構３２０Ａは、図２に示されるように、幅方向移動機構３３０Ａと、高さ方向移動機構３４０Ａと、奥行き方向移動機構３５０Ａと、を備える。

幅方向移動機構３３０Ａは、保持部３１０Ａを幅方向（Ｘ方向）に移動させる。幅方向移動機構３３０Ａは、保持部３１０Ａを移動させるための駆動力源となる幅方向駆動部３３２Ａ、及び、移動のガイドとなるＸガイド３３４Ａを有する。詳細は図示しないが、幅方向駆動部３３２Ａは、正転及び逆転が可能なモータであり、ピニオンギアを有する。Ｘガイド３３４Ａは、幅方向駆動部３３２Ａの動力がピニオンギアを介して伝達されるラックギア及びレールであり、その長手方向が幅方向に沿うように配置される。幅方向駆動部３３２Ａは、通電により、Ｘガイド３３４Ａに沿ってスライド移動する。幅方向駆動部３３２ＡがＸガイド３３４Ａに沿って幅方向に移動すると、幅方向駆動部３３２Ａに固定された保持部３１０Ａも幅方向に移動する。

高さ方向移動機構３４０Ａは、幅方向移動機構３３０Ａとともに保持部３１０Ａを高さ方向（Ｚ方向）に移動させる。高さ方向移動機構３４０Ａは、幅方向移動機構３３０Ａを移動させるための駆動力源となる高さ方向駆動部３４２Ａ、及び、移動のガイドとなるＺガイド３４４Ａを有する。高さ方向駆動部３４２Ａは、正転及び逆転が可能なモータである。詳細は図示しないが、高さ方向駆動部３４２Ａは、幅方向移動機構３３０Ａの枠体の左端に固定され、右端へ駆動力を伝達する伝動シャフトを有する。左右２本のＺガイド３４４Ａは、ラック・アンド・ピニオンを含み、その長手方向が高さ方向に沿うようにして配置される。左右２本のＺガイド３４４Ａは、上端で連結され、アーチ型に構成される。高さ方向駆動部３４２Ａへの通電により、幅方向移動機構３３０Ａが高さ方向に沿って移動する。

奥行き方向移動機構３５０Ａは、保持装置３００Ａ全体（高さ方向移動機構３４０Ａ、幅方向移動機構３３０Ａ及び保持部３１０Ａ）を奥行き方向（Ｙ方向）に移動させる。奥行き方向移動機構３５０Ａは、高さ方向移動機構３４０Ａを移動させるための動力源となる奥行き方向駆動部３５２Ａ、及び、移動のガイドとなる複数のＹガイド３５４を有する。詳細は図示しないが、奥行き方向駆動部３５２Ａは、正転及び逆転が可能なモータであり、ピニオンギアを有する。奥行き方向駆動部３５２Ａは、高さ方向移動機構３４０Ａの枠体上部の連結部左端に固定され、右端へ駆動力を伝達する伝動シャフトを有する。Ｙガイド３５４は、奥行き方向駆動部３５２Ａの動力が伝達されるラックギア及びレールであり、その長手方向が奥行き方向に沿うようにして、左右のＺガイド３４４Ａそれぞれの上下端に配置される。

Ｙガイド３５４への駆動力の伝達について、上部のＹガイド３５４には、上述したように、奥行き方向駆動部３５２Ａの動力が伝動シャフトで伝達される。そして、下部のＹガイド３５４には、高さ方向移動機構３４０Ａの枠体内に設けられるギアベルトを介して上部に設けられる伝動シャフトから駆動力が伝達される。奥行き方向駆動部３５２Ａへの通電により、アーチ型の高さ方向移動機構３４０Ａが奥行き方向に沿って平行に移動し、幅方向移動機構３３０Ａ及び保持部３１０Ａも同じく移動する。

なお、本実施の形態において、２基の保持装置３００Ａ，３００Ｂは、奥行き方向（Ｙ方向）に移動するために上下左右４本のＹガイド３５４を共用する。このため、常に保持装置３００Ａは保持装置３００Ｂより後側に位置する。また、保持装置３００Ｂにおいて、２つの保持部３１０Ｂ，３１１Ｂは幅方向（Ｘ方向）に移動するためにＸガイド３３４Ｂを共用する。このため、常に保持部３１０Ｂは保持部３１１Ｂより左側に位置する。

本実施の形態では、移動機構としてラック＆ピニオン式で、駆動部のモータも移動する構成としたが、これに限られない。例えば、ボールねじを利用し、モータは移動しない構成などでもよい。

作業板装置４００は、認識処理や折り畳み処理の際に処理対象物Ｔを載置する作業板４１０を回転及び移動させる装置である。作業板装置４００は、移動機構３２０と同様の移動機構を備える。作業板４１０は、図２に示されるように、作業平面の角部を面取りされた略矩形の板材である。作業板４１０は、角部の角がないように形成されることにより、布類などの処理対象物Ｔが引っ掛かる不具合が抑制される。作業板４１０は、作業板４１０の長手方向、つまり、長辺の２つの縁部がそれぞれ回転軸と平行になるように回転軸に固定される。

撮像装置５００は、処理対象物Ｔを受け入れた後の掴み処理、認識処理及び折り畳み処理する際に、当該処理対象物Ｔの端点等を検出する装置である。図２及び図３に示されるように、撮像装置５００は、第１撮像部５１０と、第２撮像部５２０と、第３撮像部５３０と、を含む。第１撮像部５１０及び第２撮像部５２０は、例えばデジタルスチルカメラが使用され、端点検出や、処理対象物Ｔの種類の判別などに使用される。第３撮像部５３０は、例えばステレオカメラが使用され、端点検出のための奥行き方向の距離や処理対象物Ｔの幅を測定するために使用される。いずれの撮像部も正面内壁側のフレームに設けられ、レンズの向きは後方向Ｙ２である。

支持部６００は、処理対象物Ｔの折り畳みの際に、折り畳みラインを押さえておいたり、処理対象物Ｔの皺を伸ばしたりなど、処理対象物Ｔを支持する壁面である。例えば、支持部６００は、作業板４１０の前方に設けられる正面側支持部６１０及び後方に設けられる背面側支持部６２０のうち少なくともいずれか一方を含む。

収納装置７００は、処理された処理対象物Ｔを保持装置３００から受け取って収納する。収納装置７００は、図１及び図２に示されるように、複数の収納部７１０を備える。収納装置７００は、処理対象物Ｔを受け取り各収納部７１０に格納する運搬部を含んでもよい。収納装置７００は、受入部２００及び保持装置３００などが収納される処理空間の横に隣接して配設されており、処理空間と収納装置７００とを合わせて、衣類処理装置１が構成される。

制御装置９００は、衣類処理装置１における各部の制御を統括する。制御装置９００は、主として、ＲＯＭ、ＲＡＭ、演算装置、及び入出力インターフェイスから構成される。ＲＯＭには、オペレーティングシステム、衣類処理装置１の各部を制御するための制御プログラム、及び、制御プログラムの実行に必要なデータが格納されている。また、演算装置は、ＲＯＭに格納されている制御プログラムをＲＡＭにロードしたり、ＲＯＭから直接実行したりするために設けられる。つまり、制御装置９００は、演算装置が制御プログラムを実行することにより、衣類処理装置１を制御できる。そして、演算装置が処理したデータは、入出力インターフェイスを介して、衣類処理装置１の各部（保持装置３００、作業板装置４００等）へ送信される。演算装置の処理に必要なデータは、衣類処理装置１の各部（撮像装置５００等）から入出力インターフェイスを介して受信される。

［１－１－２．力検知装置の詳細］
上述した衣類処理装置１において、保持部３１０などに印加された力の大きさを検知する技術について説明する。

図４は、実施の形態１に係る力検知装置の構成を概略的に示す。保持部３１０は、処理対象物Ｔを把持するためのＨａｎｄ部３１５と、Ｈａｎｄ部３１５の姿勢を制御するためのアーム部３１８とを備える。力検知装置４０は、アーム部３１８を回転させるための姿勢軸に設けられ、保持部３１０に外力が加わったことを検知する。図４に示す例では、力検知装置４０は、水平方向のＸ軸（Ｐｉｔｃｈ軸）又はＹ軸（Ｙａｗ軸）の周りでアーム部３１８を回転させるための機構に設けられる。力検知装置４０は、アーム部３１８を鉛直方向のＺ軸（Ｒｏｌｌ軸）の周りで回転させるための機構に設けられてもよいし、保持部３１０を水平又は垂直に移動させるための駆動軸のウォーム減速機などに設けられてもよい。

ウォームギヤ４１は、ウォーム４２と、ウォームホイール４３を含む。図５は、ウォームギヤ４１の斜視図を示す。モータなどによりウォーム４２を回転させると、ウォームホイール４３の歯が送られて、ウォームホイール４３が回転する。これにより、アーム部３１８及びＨａｎｄ部３１５が水平方向の軸の周りで回転する。

ウォーム４２は、ねじ部の両外側のシャフトにおいて、２つの転がり軸受４４により、回転軸の周りに回転可能に支持される。それぞれの転がり軸受４４の外側に、フランジ４６が設けられる。滑り軸受４５は、ウォーム４２、ウォームホイール４３、転がり軸受４４、及びフランジ４６を、ウォーム４２の回転軸に平行な方向に摺動可能に支持する。回転しているウォームホイール４３に外力が印加されてウォームホイール４３にトルクがかかると、ウォームホイール４３が回転しにくくなり、その反力でウォーム４２、転がり軸受４４、及びフランジ４６が滑り軸受４５に対して一体的に摺動する。また、停止中のウォームホイール４３に外力が印加されてウォームホイール４３にトルクがかかると、ウォームホイール４３がわずかに回転し、ウォーム４２、転がり軸受４４、及びフランジ４６が滑り軸受４５に対して一体的に摺動する。このように、保持部３１０に外力が印加されると、その外力がウォーム４２、転がり軸受４４、及びフランジ４６を含む可動部に伝達される。

力検知装置４０は、板ばね４７と、変位センサ４８とを備える。板ばね４７は、一体的に摺動するウォーム４２、転がり軸受４４、及びフランジ４６を含む可動部に外力が印加されて可動部が変位するときに、変位を抑える方向に可動部を付勢する弾性体の一例である。板ばね４７に代えて、円錐ばねなどが用いられてもよい。

変位センサ４８は、可動部の変位量を検知する。本実施の形態では、変位センサ４８は、ウォーム４２のシャフトとの間の距離を検知する。変位センサ４８により検知された可動部の変位量と、可動部を付勢する板ばね４７のばね定数から、可動部に印加された外力の大きさを算出することができる。

図６は、板ばね４７の正面図と側面図を示す。板ばね４７は、取付孔４９と、弱ばね部５０と、強ばね部５１と、接触部５２を備える。弱ばね部５０は、ばね定数が強ばね部５１よりも小さくなるように構成される。強ばね部５１は、ばね定数が弱ばね部５０よりも大きくなるように構成される。すなわち、板ばね４７は、剛性の異なる複数の部分を有する。接触部５２は、可動部が変位したときにフランジ４６と当接する。接触部５２は、接触部５２以外の部位がフランジ４６と当接しないようにするために、フランジ４６側に突出した形状を有する。本実施の形態では、１枚の板ばねに、ばね定数の異なる複数の部分を設けるので、製造コストを低減させることができる。また、変位方向に薄くすることができるので、サイズを低減させることができる。

図７は、フランジ４６と板ばね４７の接触部５２の水平断面を概略的に示す。図７は、可動部に外力が印加されていない状態を示す。フランジ４６は、弱ばね部５０が当接する部位５３と弱ばね部５０の接触部５２との間の距離ｄ１と、強ばね部５１が当接する部位５４と強ばね部５１の接触部５２との間の距離ｄ２とが異なるように構成される。これにより、可動部が変位するときに、可動部を付勢する板ばね４７の部分が変化して、板ばね４７のばね定数が変化するように構成することができる。フランジ４６は、可動部が変位したときに弱ばね部５０の接触部５２に当接する部位５３と、強ばね部５１の接触部５２に当接する部位５４とが段差を有するように構成される。これにより、弱ばね部５０と強ばね部５１に段差をつける必要がないので、製造コストやばらつきを抑えることができる。なお、可動部に外力が印加されていない状態であっても、弱ばね部５０がフランジ４６に当接するように構成されてもよい。これにより、フランジ４６と板ばね４７との間ががたつくのを抑えることができる。

図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃは、可動部が変位したときのフランジ４６と板ばね４７の状態を概略的に示す。図８Ａに示すように、弱ばね部５０も強ばね部５１もフランジ４６に当接していないときには、弱ばね部５０も強ばね部５１も可動部を付勢しない。距離ｄ１が距離ｄ２よりも短くなるようにフランジ４６が構成されているので、図８Ｂに示すように、可動部の変位量が小さい範囲では、弱ばね部５０のみが先にフランジ４６に当接して可動部を付勢する。可動部の変位量が大きくなると、図８Ｃに示すように、弱ばね部５０に加えて強ばね部５１もフランジ４６に当接し、弱ばね部５０と強ばね部５１の双方が可動部を付勢する。

図９は、可動部の変位量と可動部に印加された外力との関係を示す。可動部の変位量ｘがｘ１以下である範囲では、弱ばね部５０のみがフランジ４６に当接して可動部を付勢する。このとき、弱ばね部５０のばね定数をｋ１とすると、可動部に印加された外力Ｆの大きさは、Ｆ＝ｋ１×ｘで表される。このように、外力がｋ１ｘ１以下である範囲では、板ばね４７のばね定数を小さくすることにより、検知の分解能を高めることができる。可動部の変位量ｘがｘ１以上である範囲では、弱ばね部５０に加えて強ばね部５１もフランジ４６に当接して可動部を付勢する。このとき、弱ばね部５０と強ばね部５１の全体のはね定数をｋ２（≒ｋ１＋強ばね部５１のばね定数）とすると、可動部に印加された外力Ｆの大きさは、Ｆ＝ｋ２×ｘ＋（ｋ１－ｋ２）ｘ１で表される。このように、外力がｋ１ｘ１以上である範囲では、板ばね４７のばね定数を大きくすることにより、外力の検知範囲を広くすることができる。また、大きな外力が印加された場合でも、可動部を付勢して変位量を抑えることができるので、可動部を適切に保護することができるとともに、可動部が他の部品に接触して他の部品が損傷するのを抑えることができる。なお、別の例では、外力がｋ１ｘ１以上である範囲では、強ばね部５１のみがフランジ４６に当接して可動部を付勢するように構成されてもよい。

図１０は、可動部の変位量と可動部に印加された外力との関係を模式的に示す。図９では、ヒステリシスがない理想的な場合の可動部の変位量と外力との関係を例示したが、実際には、図１０において破線矢印で示すように、静止している可動部に外力が印加されても、可動部の静止摩擦力などに起因して、外力が所定値を超えるまでは可動部が変位しない。外力が所定値を超えると、図１０において実線矢印で示すように、外力の増大に応じて変位量が増大するが、外力が減少すると、同様に、外力が所定値を下回るまでは可動部が変位しない。このように、可動部の変位量と外力との関係には、図１０に示すようなヒステリシスが生じる。可動部の変位量と外力との関係は、可動部の表面状態の変化などに伴って変化しうるので、精確な力の大きさを検知することができなくなる可能性がある。

このような課題を解決するために、実施の形態１に係る力検知装置４０では、可動部の変位量と外力との関係を随時取得して較正する。具体的には、力検知装置４０は、外部から定量的な力が印加されたときに変位センサ４８により検知された可動部の変位量に基づいて、外部から印加された力の大きさと変位センサ４８により検知される変位量との関係を取得する。そして、取得された関係に基づいて、変位センサ４８により検知された可動部の変位量から、外部から印加された力の大きさを算出する。これにより、製造のばらつきや、構成部品の経年変化や、力検知装置４０の周囲の環境の変化などの影響を抑え、可動部に印加される力をより精確に検知することができる。

可動部の変位量と外力との関係を取得する際には、大きさを定量的に把握可能であり、検知範囲において可変な力を可動部に印加する必要がある。実施の形態１では、力検知装置４０は、保持部３１０のアーム部３１８を回転させるための機構に設けられているが、保持部３１０の自重によりウォームホイール４３に印加される力の大きさは、アーム部３１８を水平方向の軸の周りで回転させることにより変化し、アーム部３１８の角度と保持部３１０の自重から算出することが可能である。したがって、可動部の変位量と外力との関係を取得する際に、保持部３１０の自重を利用して可変な力を可動部に印加する。これにより、構成を追加することなく力検知装置４０を較正することができるので、力検知装置４０の部品数を抑えることができ、安価で小型な力検知装置４０を実現することができる。

図１１は、アーム部３１８を回転させた状態を示す。保持部３１０の自重によりウォームホイール４３に印加される力の大きさは、アーム部３１８を回転させることにより変化する。可動部に印加される力の大きさは、アーム部３１８の回転角から算出することができる。可動部に印加される力の大きさは、アーム部３１８を回転させるためのモータの電流値などから算出してもよい。実施の形態１では、水平方向の軸の周りで回転可能な保持部３１０を利用して可変な力を印加するが、鉛直方向以外の任意の角度の軸の周りで回転可能な回転物を利用して可変な力を印加してもよい。

保持部３１０の自重よりも大きな力を検知する場合は、保持部３１０のＨａｎｄ部３１５により既知の荷重を把持してから上記の較正を実施してもよい。これにより、保持部３１０の自重よりも大きな力を可動部に印加することができるので、より大きな力まで力検知装置４０により精確に検知することができる。

図１０に示したように、可動部に外力が印加されても可動部が変位しない範囲（不感帯）では、外力を検知することができない。このような課題を解決するために、実施の形態１に係る力検知装置４０では、可動物に印加される力の大きさを検知する前に、予備動作として、検知する力の方向とは逆の方向の力を可動物に印加する。

例えば、正方向の外力の大きさを検知する前に、図１２Ａに示すように、いったん負方向に外力を印加し、可動部を負方向に変位させた後、外力をゼロに戻して待機させる。このとき、外力がゼロになる前に不感帯を脱して可動部が正方向に変位するように、予め負方向に外力を印加しておく。これにより、検知対象となる外力が正方向に印加されたときに、不感帯を生じることなく、外力の大きさに応じて可動部を変位させることができるので、微小な外力も精確に検知することができる。また、負方向の外力の大きさを検知する前に、図１２Ｂに示すように、いったん正方向に外力を印加し、可動部を正方向に変位させた後、外力のゼロに戻して待機させる。このとき、外力がゼロになる前に不感帯を脱して可動部が負方向に変位するように、予め正方向に外力を印加しておく。これにより、検知対象となる外力が負方向に印加されたときに、不感帯を生じることなく、外力の大きさに応じて可動部を変位させることができるので、微小な外力も精確に検知することができる。このように、実施の形態１の力検知装置４０によれば、不感帯に依存することなく力を検知することができるので、構成部品の経年変化などの影響を受けにくくすることができる。

予備動作において、既知の荷重を利用して可変された力が可動物に印加されてもよい。例えば、力検知装置４０を較正するときと同様に、アーム部３１８を回転させることにより可変された力が可動物に印加されてもよい。これにより、力検知装置４０の部品数を抑えることができ、安価で小型な力検知装置４０を実現することができる。不感帯の幅が大きい場合など、保持部３１０の自重よりも大きい力を印加する必要がある場合は、保持部３１０のＨａｎｄ部３１５により既知の荷重を把持してから逆方向の力を可動物に印加してもよい。これにより、保持部３１０の自重よりも大きな力を可動部に印加することができる。

予備動作において、保持部３１０を回転させるためのウォームホイール４３に設けられたトルクリミッターや、保持部３１０の回転を停止させるためのストッパーなどを利用して可変された力が可動部に印加されてもよい。例えば、図１３に示すように、保持部３１０をストッパー６５に押し当てることにより、逆方向の力を可動部に印加してもよい。保持部３１０をストッパー６５に押し当てる速度を変更することにより、可動部に印加する力を変更してもよい。ウォームホイール４３に設けられたトルクリミッターが作動するまで保持部３１０をストッパー６５に押し当てることにより、予備動作のたびに一定の力を可動部に印加することができる。これにより、構成部品の自重を利用して可動部に力を印加することが困難であるような場合であっても、可動部に力を印加して予備動作を実施することができる。

図１４は、実施の形態１に係る力検知装置４０の機能構成を示す。力検知装置４０のうち、保持部３１０などに印加された外力の大きさを算出するための構成は、制御装置９００に備えられる。力検知装置４０は、変位量取得部５５、力算出部５６、検知結果出力部５７、関係取得部５８、及び予備動作制御部５９を備える。

変位量取得部５５は、変位センサ４８により検知された可動部の変位量を取得する。力算出部５６は、可動部の変位量と外力との関係に基づいて、変位量取得部５５により取得された可動部の変位量から外力の大きさを算出する。検知結果出力部５７は、力算出部５６により算出された外力の大きさを出力する。

関係取得部５８は、外部から定量的な力が印加されたときに変位センサ４８により検知された可動部の変位量に基づいて、外部から印加された力の大きさと変位センサ４８により検知される変位量との関係を取得する。関係取得部５８は、外力を検知するたびに可動部の変位量と外力との関係を取得してもよいし、所定期間ごとに、又は所定回数の検知ごとに可動部の変位量と外力との関係を取得してもよい。

予備動作制御部５９は、可動物に印加される力の大きさを検知する前に、予備動作として、検知する力の方向とは逆の方向の力を可動物に印加する。

力検知装置４０は、可動部の変位量と外力との関係の較正のみを実施してもよいし、予備動作のみを実施してもよい。前者の場合、力検知装置４０は、予備動作制御部５９を備えなくてもよい。後者の場合、力検知装置４０は、関係取得部５８を備えなくてもよい。更に、前者と後者を組み合わせてもよい。その場合、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、可動部の変位量と外力との関係の較正結果から、予備動作において不感帯を脱するために逆方向に印加することが必要な最低限の力の大きさを把握することができるので、必要以上の力を加えなくて済むという効果がある。また、予備動作において逆方向に加える力が小さ過ぎて不感帯を脱することができない事態を防ぐことができるという効果がある。

［１－２．動作］
以上のように構成された衣類処理装置１について、以下その動作、作用を説明する。

制御装置９００は、保持部３１０を制御して、処理対象物Ｔの展開や折り畳みなどの処理を進める。力検知装置４０は、保持部３１０にかかる外力を検知する。保持部３１０に外力がかかると、保持部３１０の移動機構に備えられたウォームホイール４３にトルクがかかり、可動部が変位する。変位量取得部５５は、変位センサ４８により検知された可動部の変位量を取得する。力算出部５６は、可動部の変位量と外力との関係に基づいて、変位量取得部５５により取得された可動部の変位量から外力の大きさを算出する。検知結果出力部５７は、力算出部５６により算出された外力の大きさを出力する。関係取得部５８は、必要に応じて、可動部の変位量と外力との関係を取得する。予備動作制御部５９は、必要に応じて、予備動作を実施する。

制御装置９００は、例えば、保持部３１０が処理対象物Ｔを把持してピンと張るような動作をするときの力を検知して力加減を制御したり、保持部３１０が動作中に他の構成などに接触したときの力を検知して異常が発生したと判断して保持部３１０を停止させたりする。これにより、処理対象物Ｔを引っ張り過ぎて処理対象物Ｔが伸びたり破れたりしてしまわないようにしたり、保持部３１０に異常な力が加わったりしないようにすることができる。

また、上述したように、停止中の保持部３１０に動作中の別の保持部３１０が接触するなどして外力が加わった場合にも、保持部３１０にかかる外力を検知することができるので、制御装置９００は、停止中の保持部３１０からも異常の発生を検知することができる。

このように、力検知装置４０は、ウォームホイール４３に発生する力を検知する。これにより、衣類処理装置１は、処理対象物Ｔを破損したり、保持部３１０などの機構を壊したりしないよう、安全に動作することができる。

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、力検知装置４０は、可動部に力が印加されて可動部が変位するときに、変位を抑える方向に可動部を付勢する板ばね４７と、可動部の変位を検知する変位センサ４８と、を備え、板ばね４７は、剛性の異なる複数の部分を有する。これにより、コストやサイズの増大を抑えつつ、広い範囲の力を検知することができるとともに、力の検知精度を向上させることができる。

本実施の形態において、力検知装置４０は、可動部が変位するときに、可動部を付勢する板ばね４７の部分が変化するように構成される。これにより、コストやサイズの増大を抑えつつ、広い範囲の力を検知することができるとともに、力の検知精度を向上させることができる。

本実施の形態において、変位を抑える方向に可動部を付勢する弾性体は板ばね４７であり、板ばね４７は、ばね定数の異なる複数の部分を有する。これにより、コストやサイズの増大を抑えつつ、広い範囲の力を検知することができるとともに、力の検知精度を向上させることができる。

本実施の形態において、可動部が変位していない状態において、板ばね４７の複数の部分のそれぞれと、可動部が変位したときに板ばね４７の複数の部分のそれぞれに当接する可動部の部位との間の距離が異なる。これにより、簡易な構成により、板ばね４７のばね定数を変化させることができる。

本実施の形態において、可動部が変位したときに板ばね４７の複数の部分のそれぞれに当接するフランジ４６の部位が段差を有するように構成される。これにより、板ばね４７に段差をつける必要がないので、製造コストやばらつきを抑えることができる。

本実施の形態において、可動部は、ウォームギヤ４１のウォーム４２を含み、板ばね４７は、ウォーム４２の回転軸に平行な方向にウォーム４２を付勢し、変位センサ４８は、ウォーム４２の回転軸に平行な方向の変位を検知する。これにより、ウォームホイール４３にかかるトルクを検出することができる。また、ウォームホイール４３にかかるトルクが微小であっても精度良く検出することができる。

本実施の形態において、可動部に力が印加されていない状態において、板ばね４７のばね定数の最も低い部分が可動部を付勢するように構成される。これにより、可動部と板ばね４７との間ががたつくのを抑えることができる。

本実施の形態において、可動部の変位量が大きくなると、可動部を付勢する板ばね４７の部分が追加されるように構成される。これにより、可動部に印加される外力が大きい場合に、板ばね４７による付勢力をより大きくすることができる。

本実施の形態において、力検知装置４０は、変位センサ４８により検知された可動部の変位量を取得する変位量取得部５５と、変位量取得部５５により取得された可動部の変位量から、可動部に印加された力の大きさを算出する力算出部５６と、を備える。これにより、力の検知精度を向上させることができる。

本実施の形態において、力検知方法は、可動部に力が印加されて可動部が変位するときに、変位量が第１の値ｘ１となるまでは、ばね定数の異なる複数の部分を有する板ばね４７の少なくとも弱ばね部５０により、変位を抑える方向に可動部が付勢され、変位量が第１の値ｘ１を超えると、板ばね４７の少なくとも強ばね部５１により、変位を抑える方向に可動部が付勢され、変位量を検知することにより可動部に印加された力の大きさを検知する。これにより、コストやサイズの増大を抑えつつ、広い範囲の力を検知することができるとともに、力の検知精度を向上させることができる。

本実施の形態において、衣類処理装置１は、処理対象物を保持するための保持部３１０と、保持部３１０に力が印加されたときに変位する可動部と、保持部３１０に印加された力の大きさを検知する力検知装置４０と、を備え、力検知装置４０は、保持部３１０に力が印加されて可動部が変位するときに、変位を抑える方向に可動部を付勢する板ばね４７と、可動部の変位を検知する変位センサ４８と、を備え、板ばね４７は、剛性の異なる複数の部分を有する。これにより、保持部３１０に印加された力の検知精度を向上させることができるので、保持部３１０を適切に制御することができる。

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

例えば、実施の形態１の技術は、任意の可動物に印加される力を検知するために利用可能である。

実施の形態１では、板ばね４７に弱ばね部５０と強ばね部５１を設けたが、別の例では、ばね定数の小さい板ばねと、ばね定数の大きい板ばねを別に設けてもよい。また、３以上の異なる剛性を有する弾性体を設けてもよい。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、力を検知する力検知装置に利用可能である。

１ 衣類処理装置
Ｔ 処理対象物
４０ 力検知装置
４１ ウォームギヤ
４２ ウォーム
４３ ウォームホイール
４４ 転がり軸受
４５ 滑り軸受
４６フランジ
４７ 板ばね
４８ 変位センサ
４９ 取付孔
５０ 弱ばね部
５１ 強ばね部
５２ 接触部
５３ 部位
５４ 部位
５５ 変位量取得部
５６ 力算出部
５７ 検知結果出力部
５８ 関係取得部
５９ 予備動作制御部
６５ ストッパー
１００ 筐体
１１０ フレーム
１２０ 外郭
２００ 受入部
２１０ ガイドレール
３００、３００Ａ、３００Ｂ 保持装置
３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ、３１１Ｂ 保持部
３２０、３２０Ａ、３２０Ｂ 移動機構
３３０、３３０Ａ、３３０Ｂ 幅方向移動機構
３３２Ａ、３３２Ｂ 幅方向駆動部
３３４Ａ、３３４Ｂ Ｘガイド
３４０Ａ、３４０Ｂ 高さ方向移動機構
３４２Ａ、３４２Ｂ 高さ方向駆動部
３４４Ａ、３４４Ｂ Ｚガイド
３５０Ａ、３５０Ｂ 奥行き方向移動機構
３５２Ａ、３５２Ｂ 奥行き方向駆動部
３５４Ａ、３５４Ｂ Ｙガイド
４００ 作業板装置
４１０ 作業板
５００ 撮像装置
５１０ 第１撮像部
５２０ 第２撮像部
５３０ 第３撮像部
６００ 支持部
６１０ 正面側支持部
６２０ 背面側支持部
７００ 収納装置
７１０ 収納部
９００ 制御装置
Ｘ１ 左方向
Ｘ２ 右方向
Ｙ１ 前方向
Ｙ２ 後方向
Ｚ１ 上方向
Ｚ２ 下方向

Claims (11)

1. 可動部に力が印加されて前記可動部が変位するときに、変位を抑える方向に前記可動部を付勢する弾性体と、
   前記可動部の変位を検知するセンサと、
   を備え、
   前記弾性体は、剛性の異なる複数の部分を有する
   力検知装置。
2. 前記可動部が変位するときに、前記可動部を付勢する前記弾性体の部分が変化するように構成される
   請求項１に記載の力検知装置。
3. 前記弾性体は、板ばねであり、
   前記板ばねは、ばね定数の異なる複数の部分を有する
   請求項１又は２に記載の力検知装置。
4. 前記可動部が変位していない状態において、前記板ばねの複数の部分のそれぞれと、前記可動部が変位したときに前記板ばねの複数の部分のそれぞれに当接する前記可動部の部位との間の距離が異なる
   請求項３に記載の力検知装置。
5. 前記可動部は、前記可動部が変位したときに前記板ばねの複数の部分のそれぞれに当接する前記可動部の部位が段差を有するように構成される
   請求項４に記載の力検知装置。
6. 前記可動部は、ウォームギヤのウォームを含み、
   前記弾性体は、前記ウォームの回転軸に平行な方向に前記ウォームを付勢し、
   前記センサは、前記ウォームの回転軸に平行な方向の変位を検知する
   請求項１から５のいずれかに記載の力検知装置。
7. 前記可動部に力が印加されていない状態において、前記弾性体の剛性の最も低い部分が前記可動部を付勢するように構成される
   請求項１から６のいずれかに記載の力検知装置。
8. 前記可動部の変位量が大きくなると、前記可動部を付勢する前記弾性体の部分が追加されるように構成される
   請求項１から７のいずれかに記載の力検知装置。
9. 前記センサにより検知された前記可動部の変位量を取得する変位量取得部と、
   前記変位量取得部により取得された前記可動部の変位量から、前記可動部に印加された力の大きさを算出する力算出部と、
   を備える
   請求項１から８のいずれかに記載の力検知装置。
10. 可動部に力が印加されて前記可動部が変位するときに、変位量が第１の値となるまでは、剛性の異なる複数の部分を有する弾性体の少なくとも第１の部分により、変位を抑える方向に前記可動部が付勢され、変位量が前記第１の値を超えると、前記弾性体の少なくとも第２の部分により、変位を抑える方向に前記可動部が付勢され、前記変位量を検知することにより前記可動部に印加された力の大きさを検知する
    力検知方法。
11. 処理対象物を保持するための保持装置と、
    前記保持装置に力が印加されたときに変位する可動部と、
    前記保持装置に印加された力の大きさを検知する力検知装置と、
    を備え、
    前記力検知装置は、
    前記保持装置に力が印加されて前記可動部が変位するときに、変位を抑える方向に前記可動部を付勢する弾性体と、
    前記可動部の変位を検知するセンサと、
    を備え、
    前記弾性体は、剛性の異なる複数の部分を有する
    衣類処理装置。

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