JP2024048841A - DETECTION APPARATUS, DETECTION METHOD, AND DETECTION PROGRAM - Google Patents

DETECTION APPARATUS, DETECTION METHOD, AND DETECTION PROGRAM Download PDF

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Abstract

【課題】対象物の状態を検知可能な検知装置、検知方法および検知プログラムを提供する。【解決手段】本実施形態に係る検知システムは、対象物Sに接触し、対象物Sからの1軸方向の押圧力を検出する感圧部1と、対象物Sに振動を与える振動部2と、感圧部1が検出した押圧力の時間的変化を示す検出結果に基づき、対象物Sの状態を検知する検知部とを備える。【選択図】図2[Problem] To provide a detection device, detection method, and detection program capable of detecting the state of an object. [Solution] The detection system according to this embodiment includes a pressure-sensing unit 1 that contacts the object S and detects a pressure force from the object S in one axial direction, a vibration unit 2 that applies vibrations to the object S, and a detection unit that detects the state of the object S based on the detection result indicating the change over time in the pressure force detected by the pressure-sensing unit 1. [Selected Figure] Figure 2

Description

本開示は、検知装置、検知方法および検知プログラムに関する。 This disclosure relates to a detection device, a detection method, and a detection program.

従来より、対象物の状態を検知する検知装置が知られている。 Detection devices that detect the state of an object are known.

特許文献1の振動応答センサ(検知装置)は、検体(対象物)に接触させる接触面を有するセンサ本体と、接触面を検体に接触させた接触状態において、検体またはセンサ本体に振動を供給する振動子と、センサ本体が備える電極から、振動の供給に対する応答を示す応答信号を取り出す取り出し部と、を含む。特許文献1では、応答信号の波形の形状に基づいて、検体の物性やセンサ本体の検体に対する背色状態を判定している。 The vibration response sensor (detection device) of Patent Document 1 includes a sensor body having a contact surface that is brought into contact with a specimen (target object), a vibrator that supplies vibrations to the specimen or the sensor body in a contact state in which the contact surface is in contact with the specimen, and an extraction unit that extracts a response signal indicating a response to the supply of vibration from an electrode provided in the sensor body. In Patent Document 1, the physical properties of the specimen and the back color state of the sensor body relative to the specimen are determined based on the waveform shape of the response signal.

特開2021-162485号公報JP 2021-162485 A

ところで、対象物の状態を検知することについてのニーズがある。例えば、対象物をロボットアームで安定的に把持するためには、対象物の状態を検知することが重要となる。 However, there is a need to detect the state of an object. For example, in order to stably grasp an object with a robot arm, it is important to detect the state of the object.

本開示は、対象物の状態を検知可能な検知装置、検知方法および検知プログラムを提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a detection device, a detection method, and a detection program that can detect the state of an object.

前記課題を解決するために、本開示の一実施形態に係る検知装置は、前記対象物に接触し、前記対象物からの1軸方向の圧力を検出する感圧部と、前記対象物に振動を与える振動部と、前記感圧部が検出した前記圧力の時間的変化を示す検出結果に基づき、前記対象物の状態を検知する検知部とを備える。 In order to solve the above problem, a detection device according to one embodiment of the present disclosure includes a pressure-sensing unit that contacts the object and detects pressure from the object in one axial direction, a vibration unit that imparts vibrations to the object, and a detection unit that detects the state of the object based on a detection result indicating a change over time in the pressure detected by the pressure-sensing unit.

本開示によると、対象物の状態を検知することができる。 According to this disclosure, it is possible to detect the state of an object.

実施形態に係る検知システムの概略正面図。1 is a schematic front view of a detection system according to an embodiment; 実施形態に係る検知システムのブロック図。FIG. 1 is a block diagram of a detection system according to an embodiment. 実施形態に係る感圧部の検知タイミングを示すグラフ。6 is a graph showing detection timing of a pressure-sensitive unit according to the embodiment. 実施形態に係る感圧部の接触面における面内圧力分布の一例を示す模式図。5A and 5B are schematic diagrams showing an example of an in-plane pressure distribution on a contact surface of a pressure-sensitive portion according to an embodiment. 実施形態に係る感圧部の接触面における面内圧力分布の他の例を示す模式図。6A and 6B are schematic diagrams showing another example of an in-plane pressure distribution on the contact surface of the pressure-sensitive portion according to the embodiment. 実施形態に係る感圧部の接触面における面内圧力分布の他の例を示す模式図。6A and 6B are schematic diagrams showing another example of an in-plane pressure distribution on the contact surface of the pressure-sensitive portion according to the embodiment. 本実施形態に係る検知システムの動作を示すフローチャート。4 is a flowchart showing the operation of the detection system according to the embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiment is merely exemplary in nature and is not intended to limit the present invention, its applications, or its uses.

なお、本開示の検知装置は、検知システムの一部として構成されており、本開示の検知方法および検知プログラムは、検知システムの一機能として実装されている。 The detection device disclosed herein is configured as part of a detection system, and the detection method and detection program disclosed herein are implemented as one function of the detection system.

(第1実施形態)
図1は第1実施形態に係る検知システムの概略正面図である。なお、以下の説明において、便宜的に、図1における、図面左右方向をX方向、図面奥行き方向をY方向、図面上下方向をZ方向とする。
(First embodiment)
Fig. 1 is a schematic front view of a detection system according to a first embodiment. In the following description, for convenience, the left-right direction in Fig. 1 is defined as the X direction, the depth direction in Fig. 1 is defined as the Y direction, and the up-down direction in Fig. 1 is defined as the Z direction.

図1に示すように、第1実施形態に係る検知システムは、一対の感圧部1(1L,1R)と、一対の振動部2(2L,2R)と、一対のロボットハンド3(3L,3R)とを備える。一対の感圧部1と、一対の振動部2と、一対のロボットハンド3とは、後述する制御装置4によって制御される。 As shown in FIG. 1, the detection system according to the first embodiment includes a pair of pressure-sensing units 1 (1L, 1R), a pair of vibration units 2 (2L, 2R), and a pair of robot hands 3 (3L, 3R). The pair of pressure-sensing units 1, the pair of vibration units 2, and the pair of robot hands 3 are controlled by a control device 4, which will be described later.

感圧部1は、対象物Sに接触して、対象物Sからの押圧力を1軸方向の圧力情報で検出する感圧素子をアレイ状に配置した感圧センサアレイを有する。ここでの感圧素子は、容量(キャパシタンス)変化を検知する素子であっても良く、他に1軸方向の圧力情報を抵抗変化や光学変化で検知する素子であってもよい。 The pressure-sensing unit 1 has a pressure-sensing sensor array in which pressure-sensing elements are arranged in an array and come into contact with the object S to detect the pressure from the object S as pressure information in one axis direction. The pressure-sensing elements here may be elements that detect changes in capacitance, or may be elements that detect pressure information in one axis direction as resistance changes or optical changes.

図示は省略するが、感圧部1の接触面には、アレイ状に複数の感圧素子が配置されている。各感圧素子は、1軸方向のみの押圧力を検出する。図1では、感圧部1の接触面において、複数の感圧素子がY方向およびZ方向に並んで配置されている。また、図1では、各感圧素子は、X方向のみの押圧力を検出する。なお、以下の説明において、感圧部1の接触面には、Y方向にa行、Z方向にb列(a行b列)の感圧素子が並んでいるものとする。 Although not shown in the figure, multiple pressure-sensitive elements are arranged in an array on the contact surface of the pressure-sensitive unit 1. Each pressure-sensitive element detects pressure in only one axial direction. In FIG. 1, multiple pressure-sensitive elements are arranged side by side in the Y and Z directions on the contact surface of the pressure-sensitive unit 1. Also in FIG. 1, each pressure-sensitive element detects pressure in only the X direction. In the following explanation, it is assumed that the contact surface of the pressure-sensitive unit 1 has a rows of pressure-sensitive elements arranged in the Y direction and b columns (a rows and b columns) in the Z direction.

感圧部1は、各感圧素子が検出した、対象物Sからの押圧力を、検出結果として制御装置4に出力(送信)する。例えば、感圧部1は、所定時間ごとに、検出結果を示す電気信号(検出信号)を制御装置4に出力する。 The pressure-sensing unit 1 outputs (transmits) the pressure from the object S detected by each pressure-sensing element as a detection result to the control device 4. For example, the pressure-sensing unit 1 outputs an electrical signal (detection signal) indicating the detection result to the control device 4 at predetermined time intervals.

振動部2は、感圧部1とロボットハンド3との間に配置され、感圧部1を振動させる。例えば、振動部2は、アクチュエータなどを備え、感圧部1をX方向、Y方向およびZ方向に振動させる。なお、制御装置4は、振動部2を制御し、感圧部1の振動方向や振動タイミング、振動周期、振動時間、振動強度などを制御可能である。 The vibration unit 2 is disposed between the pressure-sensing unit 1 and the robot hand 3, and vibrates the pressure-sensing unit 1. For example, the vibration unit 2 includes an actuator, etc., and vibrates the pressure-sensing unit 1 in the X-direction, Y-direction, and Z-direction. The control device 4 controls the vibration unit 2, and is capable of controlling the vibration direction, vibration timing, vibration period, vibration duration, vibration strength, etc., of the pressure-sensing unit 1.

図1では、一例として、振動部2L,2Rは、感圧部1L,1Rの接触面に対して垂直な方向(X方向)に、感圧部1L,1Rをそれぞれ振動させる。このとき、振動部2L,2Rは、同期したタイミングにて、感圧部1L,1Rを振動させる。 In FIG. 1, as an example, the vibration units 2L and 2R vibrate the pressure-sensitive units 1L and 1R in a direction perpendicular to the contact surfaces of the pressure-sensitive units 1L and 1R (X direction), respectively. At this time, the vibration units 2L and 2R vibrate the pressure-sensitive units 1L and 1R at synchronized timing.

ロボットハンド3は、対象物Sを把持するためのロボットハンドである。ロボットハンド3は、先端に感圧部1および振動部2が設けられている。 The robot hand 3 is a robot hand for grasping an object S. The robot hand 3 has a pressure-sensing unit 1 and a vibration unit 2 at its tip.

図1に示すように、感圧部1L,1Rは、接触面が対象物Sを挟んで対向するように配置される。そして、制御装置4は、感圧部1L,1Rの接触面が対象物Sに接触するように、ロボットハンド3L,3Rをそれぞれ制御する。このとき、対象物Sは、感圧部1L,1Rに挟み込まれた状態となる。その後、制御装置4は、振動部2R,2Lを制御して、感圧部1L,1Rを振動させる。第1実施形態では、このときの感圧部1L,1Rの検出結果の時間的変化および感圧センサアレイから紐づく位置的変化に基づいて、対象物Sの状態を含む特性を検出し、各種処理を実行する。 As shown in FIG. 1, the pressure-sensing units 1L, 1R are arranged so that their contact surfaces face each other with the object S in between. The control device 4 then controls the robot hands 3L, 3R so that the contact surfaces of the pressure-sensing units 1L, 1R come into contact with the object S. At this time, the object S is sandwiched between the pressure-sensing units 1L, 1R. The control device 4 then controls the vibration units 2R, 2L to vibrate the pressure-sensing units 1L, 1R. In the first embodiment, the characteristics including the state of the object S are detected based on the time-dependent changes in the detection results of the pressure-sensing units 1L, 1R and the positional changes linked to the pressure sensor array, and various processes are executed.

なお、ロボットハンド3などにより、把持される対象物Sは、金属、非金属、プラスチックやゴムなどの有機物からなる弾性物を含むものであってもよい。 In addition, the object S to be grasped by the robot hand 3 or the like may include elastic materials made of metals, non-metals, or organic materials such as plastics and rubber.

また、図1では、感圧部1の接触面が、対象物Sと直接接触しているが、他の部材を介して対象物Sと間接的に接触してもよい。 In addition, in FIG. 1, the contact surface of the pressure-sensitive unit 1 is in direct contact with the object S, but it may be indirectly in contact with the object S via another member.

図2は第1実施形態に係る検知システムのブロック図である。図2に示すように、制御装置4は、演算部11と、記憶部12と、判定部13(検知部)とを備える。また、制御装置4の判定部13は、実行部14に接続される。 Figure 2 is a block diagram of the detection system according to the first embodiment. As shown in Figure 2, the control device 4 includes a calculation unit 11, a memory unit 12, and a determination unit 13 (detection unit). In addition, the determination unit 13 of the control device 4 is connected to the execution unit 14.

演算部11は、感圧部1(1L,1R)から出力される検出信号を受信し、感圧部1の検出結果を示すデータを、記憶部12に格納する。また、演算部11は、記憶部12に格納されたデータを読み出して、各種演算処理を行う。また、演算部11は、各種演算処理後データを記憶部12に格納する。 The calculation unit 11 receives the detection signal output from the pressure-sensing unit 1 (1L, 1R) and stores data indicating the detection result of the pressure-sensing unit 1 in the memory unit 12. The calculation unit 11 also reads out the data stored in the memory unit 12 and performs various calculation processes. The calculation unit 11 also stores the data after various calculation processes in the memory unit 12.

記憶部12は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)およびSSD(Solid State Drive)等によって構成される記憶媒体である。また、記憶部12には、制御装置4の各部が実行するプログラムも格納される。 The storage unit 12 is a storage medium configured with a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a HDD (Hard Disk Drive), a SSD (Solid State Drive), etc. The storage unit 12 also stores programs executed by each part of the control device 4.

記憶部12には、感圧部1の検出結果を示すデータが格納されている。上述したように、感圧部1は、各感圧素子の検出結果を所定時間ごとに制御装置4(演算部11)に送信する。このため、記憶部12には、各感圧素子の、所定時間ごとの検出結果を示すデータが格納される。また、記憶部12には、各種演算処理後データも格納される。 The memory unit 12 stores data indicating the detection results of the pressure-sensing unit 1. As described above, the pressure-sensing unit 1 transmits the detection results of each pressure-sensing element to the control device 4 (calculation unit 11) at predetermined time intervals. Therefore, the memory unit 12 stores data indicating the detection results of each pressure-sensing element at predetermined time intervals. The memory unit 12 also stores data after various calculation processes.

判定部13は、振動部2の動作を制御する。具体的には、判定部13は、振動部2に対して、その動作を制御するための電気信号(振動信号)を送信する。この振動信号には、感圧部1の振動方向や振動タイミング、振動周期、振動時間、振動強度などを示すデータが含まれている。振動部2は、振動信号に従い、感圧部1を振動させる。 The determination unit 13 controls the operation of the vibration unit 2. Specifically, the determination unit 13 transmits an electrical signal (vibration signal) to the vibration unit 2 for controlling its operation. This vibration signal contains data indicating the vibration direction, vibration timing, vibration period, vibration duration, vibration strength, etc. of the pressure-sensing unit 1. The vibration unit 2 vibrates the pressure-sensing unit 1 in accordance with the vibration signal.

また、判定部13は、対象物Sの状態を判定(検知)する判定処理を行う。具体的には、判定部13は、後述する演算部11の演算結果に基づいて、対象物Sに働く回転トルクのような情報を検知する。またその結果として、安定把持であるか不安定把持であるかなど、対象物Sの状態を判定してもよい。 The determination unit 13 also performs a determination process to determine (detect) the state of the object S. Specifically, the determination unit 13 detects information such as the rotational torque acting on the object S based on the calculation results of the calculation unit 11, which will be described later. As a result, the determination unit 13 may also determine the state of the object S, such as whether it is stably grasped or unstable.

実行部14は、判定部13の対象物Sの判定結果に基づき、外部装置を制御する実行処理を行う。図1および図2では、図示を省略しているが、本検知システムには、外部装置が接続されることがある。この外部装置は、例えば、表示装置やロボットハンド、画像認識システムなどである。実行部14は、この外部装置と通信を行い、当該外部装置を制御する。例えば、外部装置が表示装置である場合、実行部14は、表示装置に対象物Sの状態を表示する。 The execution unit 14 performs execution processing to control an external device based on the judgment result of the object S by the judgment unit 13. Although not shown in Figures 1 and 2, an external device may be connected to this detection system. This external device is, for example, a display device, a robot hand, or an image recognition system. The execution unit 14 communicates with this external device and controls the external device. For example, if the external device is a display device, the execution unit 14 displays the state of the object S on the display device.

(感圧部の検出タイミングについて)
感圧部1の検出タイミングについて説明する。
(Regarding detection timing of the pressure sensor)
The detection timing of the pressure sensitive section 1 will be described.

図3(a)は第1実施形態に係る感圧部の振動状態を示すグラフであり、図3(b)は第1実施形態に係る感圧部の検出結果(検知タイミング)を示すグラフである。なお、図3(b)では、感圧部1の接触面に配置された複数の感圧素子のうち、m行n列目の感圧素子の検出結果を示している。 Figure 3(a) is a graph showing the vibration state of the pressure-sensing unit according to the first embodiment, and Figure 3(b) is a graph showing the detection results (detection timing) of the pressure-sensing unit according to the first embodiment. Note that Figure 3(b) shows the detection results of the pressure-sensing element in the mth row and nth column out of the multiple pressure-sensing elements arranged on the contact surface of the pressure-sensing unit 1.

感圧部1の接触面に対象物Sを挟み込んだ状態で、判定部13は図3(a)に示す振動信号を振動部2に送信する。これにより、感圧部1が振動し、振動時間Tの間、振動周波数fの振動が対象物Sに加えられる(図3(a)参照)。このとき、感圧部1の感圧素子は、振動開始時間t0と、振動終了時間t1とにおいて、対象物Sからの押圧力を検出する(図3(b)参照)。図3(b)は、振動時間Tの振動によって、1のm行n列目感圧素子の検知圧力が変化したことを示す。このように1軸方向の圧力を検知する感圧素子の検知情報を、感圧素子のアドレス位置と対応させてアレイ状に配列することで、後述の面内圧力分布を算出できる。 With the object S sandwiched between the contact surface of the pressure-sensitive unit 1, the determination unit 13 transmits the vibration signal shown in FIG. 3(a) to the vibration unit 2. This causes the pressure-sensitive unit 1 to vibrate, and vibrations of vibration frequency f are applied to the object S for the vibration time T (see FIG. 3(a)). At this time, the pressure-sensitive element of the pressure-sensitive unit 1 detects the pressing force from the object S at the vibration start time t0 and the vibration end time t1 (see FIG. 3(b)). FIG. 3(b) shows that the detected pressure of the pressure-sensitive element in the mth row and nth column of 1 has changed due to the vibration for the vibration time T. In this way, the detection information of the pressure-sensitive elements that detect pressure in one axis direction is arranged in an array in correspondence with the address positions of the pressure-sensitive elements, allowing the in-plane pressure distribution described below to be calculated.

なお、図3(b)は感圧部1の検出タイミングの1例に過ぎず、図3(c)に示す検出タイミングに従って、感圧部1の感圧素子は、対象物Sからの押圧力を検出してもよい。具体的には、感圧部1は、感圧部1の振動周期に合わせて、対象物Sからの押圧力を検出してもよい。 Note that FIG. 3(b) is merely one example of the detection timing of the pressure-sensing unit 1, and the pressure-sensing element of the pressure-sensing unit 1 may detect the pressing force from the object S according to the detection timing shown in FIG. 3(c). Specifically, the pressure-sensing unit 1 may detect the pressing force from the object S in accordance with the vibration period of the pressure-sensing unit 1.

感圧部1の振動強度は図3(a)のように一定である必要は無く大小強度を組み合わせて良い。また検出タイミングについても、図3(b),(c)の例に限られず、任意のタイミングで設定可能である。 The vibration strength of the pressure-sensing unit 1 does not need to be constant as in Figure 3(a) and may be a combination of large and small intensities. The detection timing is also not limited to the examples in Figures 3(b) and (c) and can be set at any timing.

(判定部の判定処理について)
次に、判定部13の判定処理について説明する。
(Regarding the judgment process of the judgment unit)
Next, the determination process of the determination unit 13 will be described.

上述したように、判定部13は、演算部11の振動による時間的変化および位置的変化に係る演算結果に基づいて、対象物Sの状態を判定する。具体的には、演算部11は、所定時間ごとの、感圧部1の接触面に対する対象物Sの押圧力の面内圧力分布を算出、記憶部12にデータを格納する。判定部13は、記憶部12に格納されたデータを読み出して、演算部11が算出した面内圧力分布の時間的変化の情報に基づいて対象物Sの状態を判定する。具体的には、判定部13は、対象物Sに働く回転トルクのような情報を検知することができる。 As described above, the determination unit 13 determines the state of the object S based on the calculation results related to the time-dependent changes and positional changes due to the vibration of the calculation unit 11. Specifically, the calculation unit 11 calculates the in-plane pressure distribution of the pressing force of the object S against the contact surface of the pressure-sensing unit 1 for each predetermined time period, and stores the data in the memory unit 12. The determination unit 13 reads out the data stored in the memory unit 12, and determines the state of the object S based on the information on the time-dependent changes in the in-plane pressure distribution calculated by the calculation unit 11. Specifically, the determination unit 13 can detect information such as the rotational torque acting on the object S.

図4(a),(b)は、振動開始時間t0における感圧部1L,1Rの接触面における面内圧力分布の一例の模式図をそれぞれ示し、図4(c),(d)は、振動終了時間t1における感圧部1L,1Rの接触面における面内圧力分布の一例の模式図をそれぞれ示す。なお、以下の図4等の各図では、第1所定値以上の押圧力を検出した感圧素子を黒い四角で表示し、第1所定値未満、第2所定値以上の押圧力を検出した感圧素子を灰色の四角で表示し、第2所定値未満の押圧力を検出した感圧素子白い四角で表示している。第1所定値および第2所定値は、任意に設定可能であるが、本実施形態では、面内圧力分布のうち、最大の圧力値の8割程度を第1所定値とし、最大の圧力値の6割程度を第2所定値として設定している。 4(a) and (b) show schematic diagrams of an example of the in-plane pressure distribution on the contact surface of the pressure-sensitive parts 1L and 1R at the vibration start time t0, and FIG. 4(c) and (d) show schematic diagrams of an example of the in-plane pressure distribution on the contact surface of the pressure-sensitive parts 1L and 1R at the vibration end time t1. In each of the following figures such as FIG. 4, a pressure-sensitive element that detects a pressure equal to or greater than the first predetermined value is displayed with a black square, a pressure-sensitive element that detects a pressure less than the first predetermined value or equal to or greater than the second predetermined value is displayed with a gray square, and a pressure-sensitive element that detects a pressure less than the second predetermined value is displayed with a white square. The first and second predetermined values can be set arbitrarily, but in this embodiment, the first predetermined value is set to about 80% of the maximum pressure value of the in-plane pressure distribution, and the second predetermined value is set to about 60% of the maximum pressure value.

例えば、感圧部1Lの接触面におけるm行n列目の感圧素子の圧力値の変化ΔFLt1-t0_mnは、ΔFLt1-t0_mn=FLt1_mn-FLt0_mnと表すことができる。なお、FLt1_mnは、振動終了時間t1における感圧部1Lのm行n列目の感圧素子の圧力値であり、FLt0_mnは、振動開始時間t0における感圧部1Lのm行n列目の感圧素子の圧力値である。同様に、感圧部1Rの接触面におけるm行n列目の感圧素子の圧力値の変化ΔFRt1-t0_mnは、ΔFRt1-t0_mn=FRt1_mn-FRt0_mnと表すことができる。なお、FRt1_mnは、振動終了時間t1における感圧部1Rのm行n列目の感圧素子の圧力値であり、FRt0_mnは、振動開始時間t0における感圧部1Rのm行n列目の感圧素子の圧力値である。感圧部1L,1Rの接触面における各感圧素子の圧力値の変化を求めることにより、対象物Sの状態を判定することができる。 For example, a change ΔFL t1-t0_mn in the pressure value of the pressure-sensitive element in the mth row and nth column on the contact surface of the pressure-sensitive unit 1L can be expressed as ΔFL t1-t0_mn =FL t1_mn -FL t0_mn . Note that FL t1_mn is the pressure value of the pressure-sensitive element in the mth row and nth column of the pressure-sensitive unit 1L at vibration end time t1, and FL t0_mn is the pressure value of the pressure-sensitive element in the mth row and nth column of the pressure-sensitive unit 1L at vibration start time t0. Similarly, a change ΔFR t1-t0_mn in the pressure value of the pressure-sensitive element in the mth row and nth column on the contact surface of the pressure-sensitive unit 1R can be expressed as ΔFR t1-t0_mn =FR t1_mn -FR t0_mn . Here, FR t1_mn is the pressure value of the pressure-sensitive element in the mth row and nth column of the pressure-sensitive unit 1R at the vibration end time t1, and FR t0_mn is the pressure value of the pressure-sensitive element in the mth row and nth column of the pressure-sensitive unit 1R at the vibration start time t0. By determining the change in pressure value of each pressure-sensitive element on the contact surface of the pressure-sensitive units 1L, 1R, the state of the target object S can be determined.

具体的には、図4(a),(c)を比較すると、感圧部1Lの面内圧力分布のうち第2所定値以上の圧力値を示す領域A1が、振動開始時間t0から振動終了時間t1にかけて、1マス下にずれている。同様に、図4(b),(d)を比較すると、感圧部1Rの面内圧力分布のうち第2所定値以上の圧力値を示す領域A2が、振動開始時間t0から振動終了時間t1にかけて、1マス下にずれている。すなわち、図4(a)~(d)の例では、感圧部1L,1Rの面内圧力分布において、振動開始時間t0から振動終了時間t1にかけて、第2所定値以上の圧力値を示す領域がともに同方向(下方向)に同じ量(1マス)だけ移動している。この場合、第2所定値以上の圧力値を示す領域の形状が変化しないままに、当該領域の位置が同方向に同量だけ移動している。このため、判定部13は、感圧部1R,1Lから出力された、領域A1,A2が同相にて変化しているという情報を基に、対象物Sは移動していると判定する。また、判定部13は、感圧部1R,1Lから出力された、時間変化が第2所定値以下である情報を基に、対象物Sは定常状態にあると判定する。 Specifically, when comparing Figs. 4(a) and (c), the area A1 showing a pressure value equal to or greater than the second predetermined value in the in-plane pressure distribution of the pressure-sensitive part 1L shifts down by one square from the vibration start time t0 to the vibration end time t1. Similarly, when comparing Figs. 4(b) and (d), the area A2 showing a pressure value equal to or greater than the second predetermined value in the in-plane pressure distribution of the pressure-sensitive part 1R shifts down by one square from the vibration start time t0 to the vibration end time t1. That is, in the examples of Figs. 4(a) to (d), in the in-plane pressure distribution of the pressure-sensitive parts 1L and 1R, the areas showing a pressure value equal to or greater than the second predetermined value both move in the same direction (downward) by the same amount (one square) from the vibration start time t0 to the vibration end time t1. In this case, the shape of the area showing a pressure value equal to or greater than the second predetermined value remains unchanged, and the position of the area moves by the same amount in the same direction. Therefore, the determination unit 13 determines that the object S is moving based on the information output from the pressure-sensing units 1R and 1L that the areas A1 and A2 are changing in phase. The determination unit 13 also determines that the object S is in a steady state based on the information output from the pressure-sensing units 1R and 1L that the time change is equal to or less than a second predetermined value.

図5(a),(b)は、振動開始時間t0における感圧部1L,1Rの接触面における面内圧力分布の他の例の模式図をそれぞれ示し、図5(c),(d)は、振動終了時間t1における感圧部1L,1Rの接触面における面内圧力分布の他の例の模式図をそれぞれ示す。 Figures 5(a) and (b) show schematic diagrams of other examples of in-plane pressure distribution on the contact surfaces of pressure-sensitive units 1L and 1R at vibration start time t0, and Figures 5(c) and (d) show schematic diagrams of other examples of in-plane pressure distribution on the contact surfaces of pressure-sensitive units 1L and 1R at vibration end time t1.

具体的には、図5(a),(c)を比較すると、感圧部1Lの面内圧力分布のうち第2所定値以上の圧力値を示す領域A3が、振動開始時間t0から振動終了時間t1にかけて、1マス上にずれている。同様に、図5(b),(d)を比較すると、感圧部1Rの面内圧力分布のうち第2所定値以上の圧力値を示す領域A4が、振動開始時間t0から振動終了時間t1にかけて、1マス下にずれている。すなわち、図4(a)~(d)の例では、感圧部1L,1Rの面内圧力分布において、振動開始時間t0から振動終了時間t1にかけて、第1所定値以上の圧力値を示す領域がともに反対方向(図面上下方向)に同じ量(1マス)だけ移動している。この場合、第2所定値以上の圧力値を示す領域の形状が変化しないままに、当該領域の位置が反対方向に同量だけ移動していることから、このため、判定部13は、感圧部1R,1Lから出力された、領域A3,A4が逆相にて変化しているという情報を基に、対象物Sは回転していると判定する。また、判定部13は、感圧部1R,1Lから出力された、時間変化が第2所定値以下である情報を基に、対象物Sは定常状態にあると判定する。 Specifically, comparing Figures 5(a) and (c), the region A3 showing pressure values equal to or greater than the second predetermined value in the in-plane pressure distribution of the pressure-sensitive unit 1L shifts up by one square from the vibration start time t0 to the vibration end time t1. Similarly, comparing Figures 5(b) and (d), the region A4 showing pressure values equal to or greater than the second predetermined value in the in-plane pressure distribution of the pressure-sensitive unit 1R shifts down by one square from the vibration start time t0 to the vibration end time t1. That is, in the examples of Figures 4(a) to (d), in the in-plane pressure distribution of the pressure-sensitive units 1L and 1R, the regions showing pressure values equal to or greater than the first predetermined value both move by the same amount (one square) in opposite directions (up and down in the drawing) from the vibration start time t0 to the vibration end time t1. In this case, the shape of the area showing a pressure value equal to or greater than the second predetermined value remains unchanged, and the position of the area moves the same amount in the opposite direction. Therefore, the determination unit 13 determines that the object S is rotating based on the information output from the pressure-sensing units 1R and 1L that areas A3 and A4 are changing in opposite phases. The determination unit 13 also determines that the object S is in a steady state based on the information output from the pressure-sensing units 1R and 1L that the time change is equal to or less than the second predetermined value.

本実施例により、1軸方向の圧力情報のみを検知する感圧センサアレイ(感圧部1)に振動を加えることで検知対象に働く回転トルクのような情報を検知できることが示された。 This example shows that by applying vibration to a pressure sensor array (pressure sensing unit 1) that detects pressure information only in one axial direction, it is possible to detect information such as rotational torque acting on the detection target.

図6(a),(b)は、振動開始時間t0における感圧部1L,1Rの接触面における面内圧力分布の他の例の模式図をそれぞれ示し、図6(c),(d)は、振動終了時間t1における感圧部1L,1Rの接触面における面内圧力分布の他の例の模式図をそれぞれ示す。 Figures 6(a) and (b) show schematic diagrams of other examples of in-plane pressure distribution on the contact surfaces of pressure-sensitive units 1L and 1R at vibration start time t0, and Figures 6(c) and (d) show schematic diagrams of other examples of in-plane pressure distribution on the contact surfaces of pressure-sensitive units 1L and 1R at vibration end time t1.

具体的には、図6(a),(c)を比較すると、感圧部1Lの面内圧力分布のうち第2所定値以上の圧力を示す領域A5の形状は変化しているが、第1所定値以上の圧力値を示す領域A6は移動していない。また、領域A6は領域A5の所定割合(ここでは30%)以上を占めている。同様に、図6(b),(d)を比較すると、感圧部1Rの面内圧力分布のうち第2所定値以上の圧力を示す領域A7の形状は変化しているが、第1所定値以上の圧力値を示す領域A8は移動していない。また、領域A8は領域A7の所定割合(ここでは30%)以上を占めている。すなわち、図6(a)~(d)の例では、感圧部1L,1Rの面内圧力分布において、振動開始時間t0から振動終了時間t1にかけて、高い圧力値である第1所定値以上の圧力値を示す領域が移動しておらず、かつ、第2所定値以上を示す領域(対象物Sに対して接触している領域)に対して一定の割合(約30%)以上の領域を占めている。このため、判定部13は、対象物Sが変形物であると判定する。また、判定部13は、感圧部1R,1Lから出力された、時間変化が第2所定値以下である情報を基に、対象物Sは定常状態にあると判定する。 6(a) and (c), the shape of the area A5 showing a pressure of the second predetermined value or more in the in-plane pressure distribution of the pressure-sensitive part 1L has changed, but the area A6 showing a pressure of the first predetermined value or more has not moved. Moreover, the area A6 occupies a predetermined percentage (here, 30%) or more of the area A5. Similarly, when comparing FIG. 6(b) and (d), the shape of the area A7 showing a pressure of the second predetermined value or more in the in-plane pressure distribution of the pressure-sensitive part 1R has changed, but the area A8 showing a pressure of the first predetermined value or more has not moved. Moreover, the area A8 occupies a predetermined percentage (here, 30%) or more of the area A7. That is, in the example of FIG. 6(a) to (d), in the in-plane pressure distribution of the pressure-sensitive parts 1L and 1R, the area showing a pressure of the first predetermined value or more, which is a high pressure value, has not moved from the vibration start time t0 to the vibration end time t1, and occupies a certain percentage (about 30%) or more of the area showing the second predetermined value or more (the area in contact with the object S). Therefore, the determination unit 13 determines that the object S is a deformed object. Furthermore, the determination unit 13 determines that the object S is in a steady state based on the information output from the pressure-sensing units 1R and 1L that the time change is equal to or less than a second predetermined value.

また、図6の例において、第1所定値は感圧部1L,1Rの面内圧力分布の平均値とすることも可能である。また、第1所定値以上の圧力値を示す領域が、第2所定値以上を示す領域に対して占める割合は任意に設定可能である(30%以上が望ましい)。 In the example of FIG. 6, the first predetermined value can be the average value of the in-plane pressure distribution of the pressure-sensitive sections 1L and 1R. The proportion of the area showing a pressure value equal to or greater than the first predetermined value to the area showing a pressure value equal to or greater than the second predetermined value can be set arbitrarily (preferably 30% or more).

(検知システムの動作について)
図7は本実施形態に係る検知システムの動作を示すフローチャートである。具体的には、図7は、制御装置4の動作の一例を示している。
(Detection system operation)
7 is a flowchart showing the operation of the detection system according to the present embodiment. Specifically, FIG. 7 shows an example of the operation of the control device 4.

まず、制御装置4は、感圧部1L,1Rの接触面に対象物Sが挟み込まれるように、ロボットハンド3を制御する。そして、制御装置4は、振動開始時間t0において、感圧部1L,1Rから、検出信号(感圧部1L,1Rが対象物Sから受けた押圧力の検出結果を示す電気信号)を受信する(ステップS1)。演算部11は、受信した検出信号に基づき、検出結果を示すデータを記憶部12に格納する(ステップS2)。 First, the control device 4 controls the robot hand 3 so that the target S is sandwiched between the contact surfaces of the pressure-sensing units 1L, 1R. Then, at vibration start time t0, the control device 4 receives a detection signal (an electrical signal indicating the detection result of the pressure applied by the pressure-sensing units 1L, 1R from the target S) from the pressure-sensing units 1L, 1R (step S1). Based on the received detection signal, the calculation unit 11 stores data indicating the detection result in the memory unit 12 (step S2).

制御装置4は、振動部2L,2Rに振動信号(振動部2L,2Rの動作を制御するための電気信号)を送信し、感圧部1L,1Rの振動を開始させる(ステップS3)。これにより、対象物Sに振動が付与される。 The control device 4 transmits a vibration signal (an electrical signal for controlling the operation of the vibration units 2L and 2R) to the vibration units 2L and 2R, causing the pressure-sensitive units 1L and 1R to start vibrating (step S3). This causes the target object S to vibrate.

制御装置4は、振動終了時間t1において、感圧部1L,1Rから、検出信号を受信する(ステップS4)。演算部11は、受信した検出信号に基づき、検出結果を示すデータを記憶部12に格納する(ステップS5)。 The control device 4 receives detection signals from the pressure-sensing units 1L and 1R at the vibration end time t1 (step S4). The calculation unit 11 stores data indicating the detection results in the memory unit 12 based on the received detection signals (step S5).

演算部11は、記憶部12に格納されたデータを読み出して、振動開始時間t0および振動終了時間t1における感圧部1L(1R)の接触面に対する対象物Sの押圧力の面内圧力分布を算出する(ステップS6)。 The calculation unit 11 reads out the data stored in the memory unit 12 and calculates the in-plane pressure distribution of the pressing force of the object S against the contact surface of the pressure-sensitive unit 1L (1R) at the vibration start time t0 and the vibration end time t1 (step S6).

判定部13は、演算部11の算出結果に基づき、対象物Sの状態を判定する(ステップS7)。 The determination unit 13 determines the state of the object S based on the calculation results of the calculation unit 11 (step S7).

実行部14は、判定部13の対象物Sの判定結果に基づき、実行処理を実行する(外部装置を制御する)(ステップS8)。 The execution unit 14 executes the execution process (controls the external device) based on the judgment result of the object S by the judgment unit 13 (step S8).

以上に説明したように、本実施形態に係る検知システムは、対象物Sに接触し、対象物Sからの押圧力を検出する感圧部1と、対象物Sに振動を与える振動部2と、感圧部1が検出した押圧力の時間的変化を示す検出結果に基づき、対象物Sの状態を判定(検知)する判定部13(検知部)とを備える。 As described above, the detection system according to this embodiment includes a pressure-sensing unit 1 that comes into contact with the object S and detects the pressure from the object S, a vibration unit 2 that applies vibrations to the object S, and a determination unit 13 (detection unit) that determines (detects) the state of the object S based on the detection results that indicate the change over time in the pressure detected by the pressure-sensing unit 1.

対象物Sの状態(安定把持であるか不安定把持であるか、固形物であるか変形物であるかなど)によって、対象物Sに対して振動を加えたときの、感圧部1に対する押圧力が時間的に変化する。このため、感圧部1の押圧力の時間的変化を示す検出結果を参照することにより、対象物Sの状態を判定することができる。 When vibration is applied to the object S, the pressure applied to the pressure-sensitive unit 1 changes over time depending on the state of the object S (whether it is stably or unstably gripped, whether it is a solid object or a deformed object, etc.). Therefore, the state of the object S can be determined by referring to the detection results that indicate the change over time in the pressure applied to the pressure-sensitive unit 1.

このように、感圧部1を用いて、本来1軸方向の圧力を検知する感圧センサのみでは取得困難なアクティブな時間的変化および位置的変化を示す検出結果に基づき、対象物Sの状態を検知(判定)することが可能である。 In this way, using the pressure-sensing unit 1, it is possible to detect (determine) the state of the object S based on detection results that indicate active changes in time and position that are difficult to obtain using only a pressure sensor that detects pressure in one axial direction.

1(1L,1R) 感圧部
2(2L,2R) 振動部
3(3L,3R) ロボットハンド
4 制御装置
11 演算部
12 記憶部
13 判定部(検知部)
14 実行部
REFERENCE SIGNS LIST 1 (1L, 1R) Pressure sensing unit 2 (2L, 2R) Vibration unit 3 (3L, 3R) Robot hand 4 Control device 11 Calculation unit 12 Memory unit 13 Determination unit (detection unit)
14. Executive Department

Claims (13)

対象物の状態を検知する検知装置であって、
前記対象物に接触し、前記対象物からの1軸方向の圧力を検出する感圧部と、
前記対象物に振動を与える振動部と、
前記感圧部が検出した前記圧力の時間的変化を示す検出結果に基づき、前記対象物の状態を検知する検知部とを備える、検知装置。
A detection device that detects a state of an object,
a pressure sensing unit that contacts the object and detects a pressure in one axial direction from the object;
A vibration unit that applies vibration to the object;
A detection device comprising: a detection unit that detects a state of the object based on a detection result indicating a temporal change in the pressure detected by the pressure sensitive unit.
前記感圧部は1軸方向の圧力を検出できる感圧素子がアレイ状に配置され、
前記感圧部が検出した前記圧力の時間的変化と位置的変化を示す検出結果に基づき、前記対象物の状態を検知する検知部とを備える、請求項1に記載の検知装置。
The pressure-sensing unit has pressure-sensing elements that can detect pressure in one axial direction arranged in an array,
The detection device according to claim 1 , further comprising a detection unit configured to detect a state of the object based on a detection result indicating a temporal change and a positional change of the pressure detected by the pressure-sensing unit.
前記感圧部は、2つの前記感圧部をさらに備え、
前記2つの感圧部は、互いに異なる位置で前記対象物に接触する、請求項1に記載の検知装置。
The pressure-sensing unit further includes two of the pressure-sensing units,
The detection device according to claim 1 , wherein the two pressure-sensitive portions contact the object at different positions from each other.
前記2つの感圧部は、互いに対向するように配置される、請求項3に記載の検知装置。 The detection device according to claim 3, wherein the two pressure-sensitive parts are arranged to face each other. 前記検知部は、前記検出結果に基づいて、前記振動部を制御する、請求項1~4のいずれか1項に記載の検知装置。 The detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the detection unit controls the vibration unit based on the detection result. 前記検知部は、前記検出結果に基づいて、当該検知装置と接続された外部装置を制御する、請求項1~4のいずれか1項に記載の検知装置。 The detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the detection unit controls an external device connected to the detection device based on the detection result. 前記外部装置は、表示装置、ロボットハンドおよび画像認識システムの少なくともいずれか1つである、請求項6に記載の検知装置。 The detection device according to claim 6, wherein the external device is at least one of a display device, a robot hand, and an image recognition system. 前記検知部は、前記検出結果に基づいて、前記対象物が定常状態にあるか否かを判定する、請求項1~4のいずれか1項に記載の検知装置。 The detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the detection unit determines whether the object is in a steady state based on the detection result. 前記検知部は、前記検出結果に基づいて、前記対象物が変形物か否かを判定する、請求項1~4のいずれか1項に記載の検知装置。 The detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the detection unit determines whether the object is a deformed object based on the detection result. 前記感圧部は、前記検出結果として前記対象物から受けた前記圧力の圧力分布を検出し、
前記検知部は、前記圧力分布のうち、時間的変化が所定値以下の第1領域を検出する、請求項1~4のいずれか1項に記載に記載の検知装置。
the pressure sensing unit detects a pressure distribution of the pressure received from the object as the detection result,
The detection device according to claim 1 , wherein the detection section detects a first region in the pressure distribution where a change over time is equal to or smaller than a predetermined value.
前記検出部は、前記対象物と前記感圧部との接触面積に対する、前記第1領域の面積が所定値以上である場合、前記対象物が定常状態にあると判定する、請求項10に記載の検知装置。 The detection device according to claim 10, wherein the detection unit determines that the object is in a steady state when the area of the first region relative to the contact area between the object and the pressure-sensitive unit is equal to or greater than a predetermined value. 対象物の状態を検知する検知方法であって、
前記対象物に感圧部を接触させるステップと、
前記対象物に振動を与えるステップと、
前記対象物から前記感圧部への圧力を検出するステップと、
前記感圧部が検出した前記圧力の時間的変化を示す検出結果に基づき、前記対象物の状態を検知するステップとを備える、検知方法。
A method for detecting a state of an object, comprising:
A step of contacting a pressure sensitive unit with the object;
applying vibration to the object;
detecting a pressure from the object to the pressure sensitive unit;
and detecting a state of the object based on a detection result indicating a change over time in the pressure detected by the pressure-sensing unit.
コンピュータに、
対象物に感圧部を接触させるステップと、
前記対象物に振動を与えるステップと、
前記対象物から前記感圧部への圧力を検出するステップと、
前記感圧部が検出した前記圧力の時間的変化を示す検出結果に基づき、前記対象物の状態を検知するステップと、
を実行させるプログラム。
On the computer,
A step of contacting a pressure sensitive unit with an object;
applying vibration to the object;
detecting a pressure from the object to the pressure sensitive unit;
Detecting a state of the object based on a detection result indicating a temporal change in the pressure detected by the pressure sensing unit;
A program that executes the following.
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