JP3144420B1 - Artificial haptic device, artificial skin and robot using the haptic device - Google Patents
Artificial haptic device, artificial skin and robot using the haptic deviceInfo
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Abstract
【要約】
【課題】 人工皮膚に接触した際の触感を確保し、かつ
その接触の状態を高精度で検知する。
【解決手段】 クッション材２の上面に直接的または間
接的な接触に感応するセンサ１が配置されて成る人工触
覚器である。クッション材２は、ベースとなる第１のク
ッション層３の上に第２のクッション層４を接合して成
るもので、第２のクッション層４には、同じ加圧力に対
する変形度合が第１のクッション層３よりも小さいもの
が用いられる。この人工触覚器に上方より圧力を作用す
ると、第１のクッション層３は加圧力に応じて変形し、
センサ１は変形量の少ない第２のクッション層４上に支
持された状態で下方に変位する。An object of the present invention is to secure a tactile sensation at the time of contact with artificial skin and detect the state of the contact with high accuracy. SOLUTION: This artificial haptic device has a sensor 1 responsive to direct or indirect contact disposed on an upper surface of a cushion material 2. The cushioning material 2 is formed by joining a second cushioning layer 4 on a first cushioning layer 3 serving as a base, and the second cushioning layer 4 has a first degree of deformation for the same pressing force. A material smaller than the cushion layer 3 is used. When pressure is applied to the artificial sensation device from above, the first cushion layer 3 is deformed according to the applied pressure,
The sensor 1 is displaced downward while being supported on the second cushion layer 4 having a small deformation amount.
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、動物の皮膚における
触覚細胞の役割を果たす人工触覚器と、この人工触覚器
を用いた人工皮膚ならびに、ロボットとに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION This invention includes a role artificial tactile instrument haptic cells in animal skin, artificial skin and using the artificial tactile device, and to a robot.
【０００２】[0002]
【従来の技術】この種の人工触覚器を生成するには、接
触の有無や接触部位に作用する圧力を検知するためのセ
ンサが必要である。たとえば、センサとしてオン・オフ
スイッチを用いれば、センサに対する直接的な圧力の作
用のある、なしを簡単に検知できる。また圧力の有無と
ともに、センサに加えられた圧力の大きさを検知するも
のとして、圧力センサ，静電容量センサなどのセンサが
存在する。またセンサのみならず、センサの周囲に対す
る圧力をも検知することが可能なものとして、加速度セ
ンサが知られている。さらにこれらのセンサを複数個配
列すれば、接触する物体の大きさや、接触位置の時間的
な変化を認識することも可能である。2. Description of the Related Art In order to produce this kind of artificial haptic device, a sensor for detecting the presence or absence of contact and the pressure acting on the contact portion is required. For example, if an on / off switch is used as a sensor, it is possible to easily detect whether or not there is a direct pressure action on the sensor. There are sensors such as a pressure sensor and a capacitance sensor for detecting the presence or absence of pressure and the magnitude of the pressure applied to the sensor. An acceleration sensor is known as a sensor capable of detecting not only a sensor but also pressure around the sensor. Further, by arranging a plurality of these sensors, it is also possible to recognize the size of the contacting object and the temporal change of the contact position.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】出願人は、「たた
く」、「なでる」などの接触行為に対し、生きた動物と
同じような反応を示すペットロボットの開発を進めてい
る。この種のロボットでは、人工毛皮の下に前記した人
工触覚器を構成する複数個のセンサが設置されており、
ロボット内部に組み込まれたマイクロコンピュータが、
各センサからの検知出力を用いて接触部位の面積や接触
により作用した力の程度などを認識し、その認識結果に
応じた動作パターンを判断することになる。SUMMARY OF THE INVENTION The applicant has been developing a pet robot that responds to a contact action such as "hitting" or "patting" in the same manner as a living animal. In this type of robot, a plurality of sensors constituting the artificial haptic device described above are installed under artificial fur,
A microcomputer built inside the robot,
The detection output from each sensor is used to recognize the area of the contact area, the degree of force exerted by the contact, and the like, and determine an operation pattern according to the recognition result.
【０００４】このペットロボットにおいて精密な動きを
実現するには、前記センサの検知出力を安定化して接触
の程度を精度良く認識する必要がある。一般にセンサの
検知出力を安定させるには、加圧力に対しても沈み込ま
ない堅固な土台の上にセンサを設置する必要がある。し
かしながらこのような状態でセンサを設置すると、ロボ
ットに触れたときに、生きた動物や普通のぬいぐるみに
触れたときのような弾力感や柔らかさを感じられなくな
ったり、センサの存在に気づいて違和感を覚えるといっ
た不具合が生じてしまう。[0004] In order to realize precise movement in this pet robot, it is necessary to stabilize the detection output of the sensor and accurately recognize the degree of contact. To generally stable detection output of the sensor, sinking against pressure
It is necessary to install the sensor on a solid base. However, if the sensor is installed in such a state, when you touch the robot, you will not be able to feel the elasticity and softness of touching a living animal or a normal stuffed animal, or you will notice the presence of the sensor and feel uncomfortable Troubles such as learning.
【０００５】この発明は上記問題点に着目してなされた
もので、ロボットなどの人工皮膚に接触した際の触感を
確保し、かつその接触の状態を高精度で検知する人工触
覚器を提供することを、第１の目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and provides an artificial haptic device that secures a tactile sensation when contacting artificial skin such as a robot and detects the state of the contact with high accuracy. This is a first object.
【０００６】またこの発明は、上記の人工触覚器を組み
込むことにより、接触した人に対し、生きた動物の皮膚
に匹敵する触感を与えることが可能な人工皮膚を提供す
ることを第２の目的とする。加えてこの発明は、上記の
人工触覚器により、接触した人に生きた動物に触れたの
に匹敵する触感を与え、かつその接触の状態を高精度で
認識するロボットを提供することを、第３の目的とす
る。A second object of the present invention is to provide an artificial skin capable of giving a touching person a tactile sensation comparable to the skin of a living animal by incorporating the above artificial tactile sensation device. And In addition, the present invention provides a robot that gives a touching person a tactile sensation equivalent to touching a living animal, and that recognizes the state of the contact with high accuracy by the artificial haptic device described above. This is the purpose of 3.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
人工触覚器は、クッション材の上面に直接的または間接
的な圧力の作用を検知するセンサが保持されて成る。前
記クッション材は、上下に重なる２以上のクッション層
を有し、ベースとなるクッション層上に重ねられる各ク
ッション層は、そのクッション層の下側に接するクッシ
ョン層より同じ加圧力に対する変形度合が小さく設定さ
れる。According to a first aspect of the present invention, there is provided an artificial haptic device having a sensor for detecting a direct or indirect pressure action on an upper surface of a cushion material. The cushioning material has two or more cushion layers that are vertically stacked, and each of the cushion layers stacked on the base cushion layer has a smaller degree of deformation with respect to the same pressing force as the cushion layer in contact with the lower side of the cushion layer. Is set.
【０００８】請求項２の発明にかかる人工触覚器は、ク
ッション材の上面に直接的または間接的な圧力の作用を
検知する複数個のセンサが保持されて成る。前記クッシ
ョン材は、ベースとなるクッション層上の複数箇所にそ
れぞれ単一または上下に重なる２以上のクッション層が
重ねられ、前記重ねられる各クッション層は、そのクッ
ション層の下側に接するクッション層より同じ加圧力に
対する変形度合が小さく設定されるとともに、最上層の
クッション層の上に前記センサが保持される。The artificial haptic device according to a second aspect of the present invention comprises a plurality of sensors for detecting a direct or indirect pressure action on an upper surface of a cushion material. The cushion member are each superimposed single or overlap the upper and lower two or more of the cushioning layer at a plurality of locations on the cushioning layer as a base, the respective cushion layer to be overlaid, the cookie
To the same pressure as the cushion layer in contact with the lower side of the cushion layer
The degree of deformation is set to be small, and the sensor is held on the uppermost cushion layer.
【０００９】請求項３の発明にかかる人工触覚器は、直
接的または間接的な圧力の作用を検知する複数個のセン
サがそれぞれ個別のクッション材上に保持されて成る。
各クッション材は、それぞれ請求項１と同様の構成のも
ので、ベースとなるクッション層は緩衝材を介して相互
に連結される。The artificial haptic device according to a third aspect of the present invention comprises a plurality of sensors for detecting a direct or indirect pressure action, each of which is held on a separate cushion material.
Each of the cushion members has the same configuration as that of the first aspect, and the cushion layers serving as the bases are connected to each other via the buffer member.
【００１０】請求項４の発明にかかる人工触覚器は、請
求項１〜３のいずれかの構成において、センサの上方
に、センサ全体を被覆し、センサの直下のクッション層
よりも同じ加圧力に対する変形度合が大きい第２のクッ
ション材が配備されて成る。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the artificial haptic device according to any one of the first to third aspects, wherein the entire sensor is covered above the sensor and the same pressing force as that of the cushion layer immediately below the sensor is applied. A second cushion material having a large degree of deformation is provided.
【００１１】請求項５の発明にかかる人工触覚器は、請
求項１〜３のいずれかの構成において、センサの上方
に、センサ全体を被覆する第２のクッション材が配備さ
れる。この第２のクッション材は、表層となるクッショ
ン層の下に各センサに対応させてそれぞれ単一または上
下に重なる２以上のクッション層が重ねられ、前記重ね
られる各クッション層は、そのクッション層の上側に接
するクッション層より同じ加圧力に対する変形度合が小
さく設定される。According to a fifth aspect of the present invention, in the artificial haptic device according to any one of the first to third aspects, a second cushion material for covering the entire sensor is provided above the sensor. In the second cushion material, two or more cushion layers that are singly or vertically overlapped with each other under the cushion layer serving as the surface layer, respectively, are overlapped with each other. The degree of deformation with respect to the same pressing force is set smaller than that of the cushion layer in contact with the upper side.
【００１２】請求項６の発明にかかる人工皮膚は、請求
項１〜３のいずれかの構成による人工触覚器と、この人
工触覚器を被覆する被覆材とを具備する。この被覆材
は、前記人工触覚器のセンサの直下のクッション層より
も、同じ加圧力に対する変形度合が大きいクッション層
を具備する。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an artificial skin comprising the artificial sensation device according to any one of the first to third aspects, and a covering material for covering the artificial sensation device. This covering material includes a cushion layer having a greater degree of deformation for the same pressing force than the cushion layer immediately below the sensor of the artificial haptic device.
【００１３】請求項７の発明にかかる人工皮膚は、請求
項４または５の構成による人工触覚器と、この人工触覚
器を被覆する被覆材とを具備する。An artificial skin according to a seventh aspect of the present invention includes the artificial haptic device according to the fourth or fifth aspect, and a covering material that covers the artificial haptic device.
【００１４】請求項８の発明にかかるロボットは、請求
項１〜３のいずれかの構成による人工触覚器と、この人
工触覚器を被覆し、前記人工触覚器のセンサの直下のク
ッション層よりも同じ加圧力に対する変形度合が大きい
クッション層を具備する被覆材と、前記人工触覚器のセ
ンサの検知出力を認識するコンピュータとを具備する。According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a robot having an artificial haptic device according to any one of the first to third aspects and a cushion layer which covers the artificial haptic device and which is provided immediately below a sensor of the artificial haptic device. It is provided with a covering material having a cushion layer having a large deformation degree for the same pressing force, and a computer for recognizing a detection output of a sensor of the artificial haptic device.
【００１５】請求項９の発明にかかるロボットは、請求
項４または５に記載された人工触覚器と、この人工触覚
器を被覆する被覆材と、前記人工触覚器のセンサの検知
出力を認識するコンピュータとを具備して成る。A robot according to a ninth aspect of the present invention recognizes the artificial haptic device according to the fourth or fifth aspect, a covering material for covering the artificial haptic device, and a detection output of a sensor of the artificial haptic device. And a computer.
【００１６】[0016]
【作用】請求項１の発明によれば、センサまたはその周
辺部に圧力が加えられると、センサの直下のクッション
層は、大きく変形せずに下方のクッション層側に変位す
るのに対し、以下の各クッション層は、下の層になるほ
ど大きく変形するようになる。したがってセンサは、直
下に接するクッション層上に支持された状態で、加圧力
に応じた量だけ下方に変位するようになるので、誤検知
がおこりにくい。According to the first aspect of the invention, when pressure is applied to the sensor or its peripheral portion, the cushion layer immediately below the sensor is displaced to the lower cushion layer side without being greatly deformed. Each of the cushion layers is deformed to a greater extent as it goes down. Therefore, the sensor is displaced downward by an amount corresponding to the pressing force in a state where the sensor is supported on the cushion layer immediately in contact therewith, so that erroneous detection hardly occurs.
【００１７】請求項２、３の発明によれば、請求項１と
同様の状態で支持された複数個のセンサが一体化された
人工触覚器が構成される。特に請求項３の発明では、セ
ンサおよびその下のクッション層の分割状態を維持しつ
つ、ベースとなるクッション層間を緩衝材を介して連結
するので、隣接するセンサ間における干渉が防止され
る。また緩衝材の存在により、圧を加えても、ベースと
なるクッション層間の間隙が気づかれる虞がない。According to the second and third aspects of the present invention, an artificial haptic device is provided in which a plurality of sensors supported in the same state as in the first aspect are integrated. In particular, according to the third aspect of the present invention, since the cushion layer serving as the base is connected via the cushioning material while maintaining the divided state of the sensor and the cushion layer thereunder, interference between adjacent sensors is prevented. Also, due to the presence of cushioning material, even if pressure is applied ,
There is no fear that the gap between the cushion layers is noticed.
【００１８】請求項４の発明によれば、センサを上方か
ら被覆するクッション材に圧力が加えられると、このク
ッション材が変形し、圧力が下方に伝えられる。またこ
のクッション材を十分な変形度合を有するものにすれ
ば、接触時にセンサの存在が感じとられることがなくな
り、柔らかい触感を確保することが可能である。According to the fourth aspect of the present invention, when pressure is applied to the cushion material that covers the sensor from above, the cushion material is deformed, and the pressure is transmitted downward. Further, if the cushion material has a sufficient degree of deformation, the presence of the sensor will not be felt at the time of contact, and a soft tactile sensation can be ensured.
【００１９】請求項５の発明によれば、センサを上方か
ら被覆するクッション材に圧力が加えられると、表層部
が大きく変形するが、センサ毎に対応するクッション層
では、下のクッション層にいくほど変形度合は小さくな
る。したがってセンサは上下に接するクッション層に支
持された状態で下方に変位するようになり、センサの検
知出力がより一層安定化する。According to the fifth aspect of the present invention, when pressure is applied to the cushion material covering the sensor from above, the surface layer portion is greatly deformed, but the cushion layer corresponding to each sensor goes to the lower cushion layer. The degree of deformation decreases as the degree increases. Accordingly, the sensor is displaced downward while being supported by the cushion layer that is in contact with the top and bottom, and the detection output of the sensor is further stabilized.
【００２０】請求項６，８の発明によれば、被覆材とし
て十分な変形度合を有するクッション材を用いることに
より、人工皮膚に触れたり、たたいたりしても、センサ
の存在を意識せずに、違和感のない触感を得ることがで
きる。またセンサは、直下のクッション層上に安定して
支持される。According to the sixth and eighth aspects of the present invention, by using a cushion material having a sufficient degree of deformation as a covering material, even if the artificial skin is touched or struck, the presence of the sensor is not noticed. In addition, a tactile sensation without discomfort can be obtained. The sensor is stably supported on the cushion layer immediately below.
【００２１】請求項７，９の発明によれば、人工触覚器
側にセンサを被覆するクッション材が配備されているの
で、被覆材として、薄く、弾力性のない材質のものを用
いても、表面に触れたときに柔らかみを感じさせること
が可能である。According to the seventh and ninth aspects of the present invention, since the cushioning material for covering the sensor is provided on the artificial haptic device side, even if a thin and inelastic material is used as the covering material, It is possible to make the user feel soft when touching the surface.
【００２２】請求項８，９の発明によれば、人工皮膚へ
の接触により人工触覚器のセンサが感応すると、その検
知出力がコンピュータに入力され、接触部位の位置や広
さ、加えられた圧力の大きさなどが認識される。According to the eighth and ninth aspects of the present invention, when the sensor of the artificial haptic device senses by touching the artificial skin, the detection output is input to the computer, and the position and the size of the contact portion and the pressure applied are detected. Is recognized.
【００２３】[0023]
【実施例】図１は、この発明の一実施例にかかる人工触
覚器を、正面および上方から見た構成を示す。この人工
触覚器は、犬や猫を模したペットロボットの人工毛皮
（合成樹脂などにより人工的に作成されたものを言う）
の下に配置されて、「たたく」「なでる」「さわる」な
どの接触行為を感知するためのもので、クッション材２
の上面にセンサ１が支持された構成のものである。FIG. 1 shows an artificial haptic device according to an embodiment of the present invention as viewed from the front and from above. This artificial tactile device is an artificial fur of a pet robot imitating a dog or cat (meaning artificially made of synthetic resin etc.)
It is arranged under the pad to sense contact actions such as "slap", "stroking" and "touching".
The sensor 1 is supported on the upper surface of the sensor.
【００２４】前記センサ１には、直接的な圧力の作用を
検知するオン・オフスイッチ，圧力センサ，静電容量セ
ンサや、間接的な圧力の作用も検知可能な加速度センサ
が採用される。As the sensor 1, an on / off switch, a pressure sensor, a capacitance sensor for detecting a direct pressure action, and an acceleration sensor capable of detecting an indirect pressure action are employed.
【００２５】クッション材２は、ベースとなる第１のク
ッション層３の上に第２のクッション層４を接着剤によ
り接合して成り、第２のクッション層４の上面に前記セ
ンサ１が設置される。各クッション層３，４とも、樹脂
製のスポンジより成るもので、第１のクッション層３に
は、加圧力に対する変形度合が大きいスポンジが用いら
れる。他方、センサ１が設置される第２のクッション層
４には、同じ加圧力に対する変形度合が、第１のクッシ
ョン層３よりもはるかに小さい材質のスポンジが用いら
れる。The cushion material 2 is formed by bonding a second cushion layer 4 on a first cushion layer 3 serving as a base with an adhesive, and the sensor 1 is provided on the upper surface of the second cushion layer 4. You. Each of the cushion layers 3 and 4 is made of a resin sponge, and a sponge having a large degree of deformation with respect to a pressing force is used for the first cushion layer 3. On the other hand, for the second cushion layer 4 on which the sensor 1 is installed, a sponge made of a material whose degree of deformation with respect to the same pressing force is much smaller than that of the first cushion layer 3 is used.
【００２６】この実施例では、前記センサ１は、直径が
０．８mm程度の円形状に形成されており、第２のクッシ
ョン層４の上面、下面も、センサ１に合わせて円形状に
形成されている。なお、この実施例では、ロボットの膝
部、首部などの屈曲部において、屈曲により表面の毛皮
が第２のクッション層４の縁部に触れながら引っ張られ
てセンサ１を圧迫するのを防止するために、第２のクッ
ション層４を、下面に対し上面の径が小さい円錐台状に
形成している。ただし屈曲部以外の部位については、こ
のような形状をとる必要はなく、上下面が同じ大きさの
円柱状に形成したり、第１のクッション層３と同型状の
直方体状に形成してもよい。In this embodiment, the sensor 1 is formed in a circular shape having a diameter of about 0.8 mm, and the upper and lower surfaces of the second cushion layer 4 are also formed in a circular shape in accordance with the sensor 1. ing. In this embodiment, the knee portion of the robot, at the bent portion, such as neck, fur surface is pulled while touching the edge of the second cushion layer 4 to prevent the pressure sensor 1 by bending The second cook
The opposing layer 4 is formed in a truncated cone shape having a smaller diameter on the upper surface than on the lower surface. However, it is not necessary to adopt such a shape for the portion other than the bent portion, and the upper and lower surfaces have the same size.
It may be formed in a columnar shape , or may be formed in a rectangular parallelepiped shape having the same shape as the first cushion layer 3.
【００２７】上記構成の人工触覚器に上方から圧力をか
けると、第１，第２の各クッション層３，４とも弾性に
より変形するが、第１のクッション層３が大きく変形す
るのに対し、第２のクッション層４の変形量はわずかで
あり、第２のクッション層４は、上面にセンサ１を支持
した状態で第１のクッション層３に沈み込むことにな
る。When pressure is applied to the artificial haptic device having the above configuration from above, both the first and second cushion layers 3 and 4 are elastically deformed, but the first cushion layer 3 is largely deformed. The amount of deformation of the second cushion layer 4 is small, and the second cushion layer 4 sinks into the first cushion layer 3 with the sensor 1 supported on the upper surface.
【００２８】第１のクッション層３の変形度合は、作用
する圧力が強いほど大きくなるので、人工皮膚に軽く触
れるなど比較的弱い圧力をかける接触行為を行った場合
には、大きな抵抗感はなく、表面の毛皮に対する手触り
のみが感じられる。他方、たたく、押さえるなど、毛皮
に強い圧力をかける接触行為を行った場合は、表面に対
する手触りのほかに、第１のクッション層３の変形や復
元力に伴う弾力感や柔らかみが感じられるようになり、
生きた動物に触れた場合と同様の触感を得ることができ
る。また圧力の強度に関わらず、センサ１は、クッショ
ン材２内に沈み込まずに、第２のクッション層４の上面
に安定して支持されるから、検知出力を安定して、ロボ
ット側のコンピュータに接触の状態を精度良く認識させ
ることができる。The degree of deformation of the first cushion layer 3 increases as the acting pressure increases. Therefore, when a relatively weak pressure such as lightly touching the artificial skin is performed, there is no large resistance. Only the feel of the surface fur is felt. On the other hand, in the case of performing a contact action such as tapping or pressing, which applies strong pressure to the fur, in addition to the touch to the surface, the elasticity and softness accompanying the deformation and restoring force of the first cushion layer 3 are felt. become,
The same tactile sensation as when touching a living animal can be obtained. Also, regardless of the strength of the pressure, the sensor 1 is stably supported on the upper surface of the second cushion layer 4 without sinking into the cushion material 2, so that the detection output is stabilized and the computer on the robot side is stable. Can accurately recognize the contact state.
【００２９】なお上記実施例では、個別に生成された２
つのクッション層３，４を接合して重ね合わせてクッシ
ョン材２を形成しているが、これに限らず、大きな変形
度合を有するクッション材の上部を硬化処理して変形度
合を小さくし、その上にセンサ１を設置するようにして
もよい。また上記実施例のクッション材２は２層構造に
なっているが、３層以上のクッション層を上下に重ね合
わせ、同じ加圧力に対する各クッション層の変形度合
を、下から上に向けてしだいに小さくするようにしても
よい。またクッション材２を構成する各クッション層は
スポンジに限らず、ゴムのような弾性材を用いてもよ
い。In the above embodiment, the individually generated 2
The cushion material 2 is formed by joining the two cushion layers 3 and 4 to form the cushion material 2. However, the present invention is not limited to this, and the upper portion of the cushion material having a large deformation degree is hardened to reduce the deformation degree. The sensor 1 may be installed in the device. Although the cushion material 2 of the above embodiment has a two-layer structure, three or more cushion layers are vertically stacked, and the degree of deformation of each cushion layer with respect to the same pressure is gradually increased from bottom to top. You may make it small. Further, each cushion layer constituting the cushion material 2 is not limited to a sponge, and an elastic material such as rubber may be used.
【００３０】図２は、人工触覚器の第２の構成例を示
す。この実施例は、ベースとなる第１のクッション層３
上の複数箇所にそれぞれ第２のクッション層４を接合
し、これらクッション層４の上面にそれぞれセンサ１を
設置した構成をとる。なお図２は、図１よりもスケール
を小さくして図示したもので、センサ１や第２のクッシ
ョン層４の大きさは、図１と同様である。FIG. 2 shows a second configuration example of the artificial haptic device. In this embodiment, a first cushion layer 3 serving as a base is used.
The second cushion layer 4 is bonded to each of a plurality of upper portions, and the sensor 1 is provided on the upper surface of each of the cushion layers 4. FIG. 2 shows the scale smaller than that of FIG. 1, and the size of the sensor 1 and the second cushion layer 4 is the same as that of FIG.
【００３１】この実施例でも、第１，第２のクッション
層３，４は前記第１の実施例と同様に形成されているの
で、第２の各クッション層４が、上方からの圧力に対
し、センサ１を支持した状態で第１のクッション層３に
沈み込むことにより、接触行為を行った人に自然な触感
を与えるとともに、センサ１の検知出力を安定させるこ
とが可能となる。Also in this embodiment, the first and second cushion layers 3 and 4 are formed in the same manner as in the first embodiment. By sinking into the first cushion layer 3 while supporting the sensor 1, it is possible to give a natural tactile sensation to a person who has performed a contact act and to stabilize the detection output of the sensor 1. Become.
【００３２】また後記するように、複数個のセンサ１か
らの出力を用いて接触状態を認識する場合は、この実施
例のように複数個のセンサ１が一体化されていれば、取
付けが簡単になるというメリットもある。ただしこの構
成では、加圧力センサのような振動に感応するセンサを
用いた場合に、隣接するセンサ１，１間で第１のクッシ
ョン層３を介して干渉がおこる虞がある。したがって特
にセンサ１の検知精度を重視する場合は、図３に示すよ
うに、各センサ１をそれぞれ個別のクッション材２上に
設置するとともに、各クッション材２を所定の間隔をあ
けて配置するのが望ましい。As will be described later, when the contact state is recognized using the outputs from the plurality of sensors 1, if the plurality of sensors 1 are integrated as in this embodiment, the mounting is easy. There is also a merit of becoming. However, in this configuration, when a sensor that is sensitive to vibration, such as a pressure sensor, is used, there is a possibility that interference occurs between the adjacent sensors 1 and 1 via the first cushion layer 3. Therefore, when importance is attached to the detection accuracy of the sensor 1 in particular, as shown in FIG. 3, each sensor 1 is installed on an individual cushion material 2 and each cushion material 2 is arranged at a predetermined interval. Is desirable.
【００３３】図４は、複数個のセンサ１が一体化された
人工触覚器の他の例を示す。この実施例も、図３の実施
例と同様に、各センサ１はそれぞれ個別のクッション材
２上に設置されるが、隣合うクッション材の第１のクッ
ション層３を、緩衝材５を介して相互に連結することに
より、クッション材２およびセンサ１の一体化を実現し
ている。FIG. 4 shows another example of an artificial haptic device in which a plurality of sensors 1 are integrated. In this embodiment, as in the embodiment of FIG. 3, each sensor 1 is installed on a separate cushion material 2, but the first cushion layer 3 of the adjacent cushion material is interposed via the cushion material 5. By mutually connecting, the cushion material 2 and the sensor 1 are integrated.
【００３４】前記緩衝材５には、各クッション層３，４
と同様の樹脂製のスポンジなど、振動の伝搬を吸収し、
かつ加圧力に対して第１のクッション層３と同程度の変
形度合を有する材質のものが用いられる。このような緩
衝材５を設けることにより、センサ１間での干渉が防止
できるとともに、複数のセンサ１を一体化することがで
き、取付けが簡単になる。The cushioning material 5 includes cushion layers 3 and 4
Similarly, such as a resin made of a sponge, absorbing the propagation of vibration and,
A material having the same degree of deformation as the first cushion layer 3 with respect to the pressing force is used. By providing such a cushioning material 5, interference between the sensors 1 can be prevented, and a plurality of sensors 1 can be integrated, thereby simplifying mounting.
【００３５】また図３の実施例のように、クッション材
２をセンサ１毎に分離してしまうと、センサ１間の隙間
位置に圧が加えられた場合、表面の毛皮がセンサ１，１
間の隙間に沈み込んだり、弾力感が得られなくなって、
接触した人が違和感を覚えたり、センサ１の存在に気づ
く虞がある。これに対しこの実施例では、緩衝材５の存
在により、毛皮の沈み込み度合が押さえられ、緩衝材５
の変形による弾力感や柔らかみが得られるので、接触し
た人に違和感を与えずに済む。If the cushioning material 2 is separated for each sensor 1 as in the embodiment of FIG. 3, when pressure is applied to the gap between the sensors 1, the fur on the surface will be removed.
Sinking into the gaps between them, and the elasticity can no longer be obtained,
There is a possibility that the contact person may feel uncomfortable or notice the presence of the sensor 1. In contrast, in this embodiment, the presence of the cushioning material 5 suppresses the degree of fur sinking, and
The elasticity and softness due to the deformation can be obtained, so that the contacting person does not have to feel uncomfortable.
【００３６】図５（１）〜（４）は、この発明にかかる
人工触覚器の他の態様を示す。各実施例は、それぞれ前
記図１〜図４の構成に、各センサ１を上方から被覆する
第２のクッション材６を加えたものである。この第２の
クッション材６は、前記第１のクッション材２の第１の
クッション層３と同程度の弾力性を有するもので、この
第２のクッション材６の存在により、接触時にセンサ１
の存在に気づかせることなく、柔らかい触感を確保する
ことができる。またこれらの構成によれば、センサ１の
真上から若干ずれた位置に圧力が作用しても、第２のク
ッション材６の変形により、センサ１にも圧力がかかっ
て感応するようになるので、接触に対する感度は、図１
〜４の構成に比べて向上する。FIGS. 5A to 5D show another embodiment of the artificial haptic device according to the present invention. In each embodiment, a second cushion member 6 for covering each sensor 1 from above is added to the configuration shown in FIGS. The second cushion material 6 has the same elasticity as the first cushion layer 3 of the first cushion material 2.
Due to the presence of the second cushion material 6 , the sensor 1
The soft tactile sensation can be ensured without noticing the presence of. Further, according to these configurations, even if pressure is applied to a position slightly deviated from directly above the sensor 1, the second cushion material 6 is deformed and the sensor 1 is also responsive to pressure. Figure 1 shows the sensitivity to contact.
4 is improved as compared with the configurations of FIGS.
【００３７】図６（１）〜（４）は、触感を確保すると
ともに、センサ１をより安定して支持するようにした人
工触覚器の例を示す。各実施例は、それぞれ前記図１〜
図４の構成に、各センサ１を上方から被覆する第２のク
ッション材６Ａを加えたものである。このクッション材
６Ａは、表層となる第１のクッション層７の下に各セン
サ１に対応させて逆円錐台状の第２のクッション層８が
接合されて成る。また第１のクッション層７は、前記第
１のクッション材２のベースとなる第１のクッション層
３と同程度の弾力性を有し、第２のクッション層８は、
第１のクッション層７に比べ、同じ加圧力に対する変形
度合が小さくなるように構成されている。FIGS. 6 (1) to 6 (4) show examples of an artificial haptic device in which a tactile sensation is secured and the sensor 1 is more stably supported. Each embodiment is described in FIGS.
The configuration shown in FIG. 4 is obtained by adding a second cushion material 6A for covering each sensor 1 from above. This cushion material 6A is formed by joining an inverted truncated conical second cushion layer 8 corresponding to each sensor 1 below a first cushion layer 7 serving as a surface layer. The first cushion layer 7 has the same degree of elasticity as the first cushion layer 3 serving as the base of the first cushion material 2, and the second cushion layer 8
The first cushion layer 7 is configured such that the degree of deformation with respect to the same pressing force is smaller than that of the first cushion layer 7.
【００３８】上記の構成によれば、上方からの圧力によ
り第２のクッション材６Ａの第１のクッション層７が変
形しても、第２のクッション層８は大きく変形しないの
で、センサ１は、上下のクッション層４，８に挟まれた
状態で支持されつつ、下方に変位するようになり、検知
出力がより安定化する。また第１のクッション層７の存
在により、接触時の柔らかい触感を確保することができ
る。なお図６（１）〜（４）の構成においても、センサ
１の真上位置から若干ずれた位置に圧力が作用した場
合、その圧力を第１、第２の各クッション層７，８を介
してセンサ１に伝えることが可能であり、接触に対する
感度が向上する。According to the above configuration, even if the first cushion layer 7 of the second cushion material 6A is deformed by the pressure from above, the second cushion layer 8 is not significantly deformed. The sensor 1 is displaced downward while being supported between the upper and lower cushion layers 4 and 8, and the detection output is further stabilized. Also, the presence of the first cushion layer 7 can ensure a soft tactile sensation at the time of contact. 6 (1) to 6 (4), when pressure is applied to a position slightly deviated from the position directly above the sensor 1, the pressure is applied via the first and second cushion layers 7, 8. Can be transmitted to the sensor 1 to improve the sensitivity to contact.
【００３９】上記図１〜６に示した各構成による人工触
覚器を上方から毛皮で被覆することにより、触覚機能を
具備する人工皮膚を形成することができる。特に、図５
（１）〜（４）および図６（１）〜（４）のいずれかの
構成を用いた場合、人工触覚器の第２のクッション材
６，６Ａにより、表面に触れたときの弾力感や柔らかさ
を確保することができるので、毛皮自体は、厚みのない
材質のものを用いることができる。これに対し、前記図
１〜４の構成による人工触覚器を用いる場合は、毛皮の
下面に、前記第２のクッション材６，６Ａの機能を具備
するクッション層を設ける必要がある。なお人工皮膚の
表面は必ずしも毛皮である必要はなく、布や合成樹脂な
どによる人工皮により人工触覚器を被うようにしてもよ
い。An artificial skin having a tactile function can be formed by covering the artificial tactile sensation device having each configuration shown in FIGS. 1 to 6 with fur from above. In particular, FIG.
When any of the configurations of (1) to (4) and FIGS. 6 (1) to (4) is used, the second cushioning materials 6 and 6A of the artificial haptic device provide a feeling of elasticity when touching the surface. Since the softness can be ensured, the fur itself can be made of a material having a small thickness. On the other hand, when the artificial haptic device having the configuration shown in FIGS. 1 to 4 is used, it is necessary to provide a cushion layer having the functions of the second cushion members 6 and 6A on the lower surface of the fur. The surface of the artificial skin does not necessarily need to be fur, and the artificial tactile device may be covered with artificial skin such as cloth or synthetic resin.
【００４０】上記各実施例による人工触覚器は、通常、
複数個のセンサ１がマトリクス状に配列された状態、ま
たは取付部位に応じた面状に配列された状態で、毛皮や
人工皮の下に設置される。各センサ１のコード線は、前
記クッション材２の各クッション層３，４に形成された
孔（図示せず）を通ってクッション材２の下方に導かれ
た後、ロボット内部の配線基板（図示せず）まで導かれ
る。The artificial haptic device according to each of the above embodiments is usually
A plurality of sensors 1 are installed under fur or artificial skin in a state of being arranged in a matrix or in a state of being arranged in a plane corresponding to a mounting portion. After the code line of each sensor 1 is guided below the cushion material 2 through holes (not shown) formed in the cushion layers 3 and 4 of the cushion material 2, a wiring board (see FIG. (Not shown).
【００４１】図７，８は、上記いずれかの実施例による
人工触覚器を組み込んだペットロボットの電気構成を示
す。図７は、前記センサ１として、オン・オフスイッチ
を用いた場合の構成である。図中、１０は前記マイクロ
コンピュータの制御主体であるＣＰＵを、１１は各スイ
ッチの入力端子を示す。各入力端子１１からの出力信号
は、マイクロコンピュータのデジタルインターフェイス
１２に直接入力された後、ＣＰＵ１０に伝送される。FIGS. 7 and 8 show the electrical configuration of a pet robot incorporating the artificial haptic device according to any of the above embodiments. FIG. 7 shows a configuration in which an on / off switch is used as the sensor 1. In the figure, reference numeral 10 denotes a CPU which is a main control unit of the microcomputer, and reference numeral 11 denotes an input terminal of each switch. The output signal from each input terminal 11 is directly input to the digital interface 12 of the microcomputer and then transmitted to the CPU 10.
【００４２】図８は、加速度センサ，静電容量センサ，
圧力センサなどのアナログ式のセンサを用いた場合の構
成を示す。この場合、各センサ１からの出力信号は、ノ
イズカット用のローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３を介し
てＡ／Ｄ変換回路（ＡＤＣ）１４でディジタル変換さ
れ、しかる後にデジタルインターフェイス（ここでは図
示せず）を介してＣＰＵ１０に伝送される。FIG. 8 shows an acceleration sensor, a capacitance sensor,
The configuration when an analog sensor such as a pressure sensor is used is shown. In this case, an output signal from each sensor 1 is digitally converted by an A / D conversion circuit (ADC) 14 through a low-pass filter (LPF) 13 for noise cut, and then a digital interface (not shown here) Is transmitted to the CPU 10 via the.
【００４３】以下、センサ種毎に、前記ＣＰＵ１０によ
る触感認識処理の具体例を説明する。なおオン・オフス
イッチを用いる場合の処理は、各センサ１は、図９に示
すようなｍ行×ｌ列のマトリクス状に配置されているこ
とを前提とする。他のアナログ式のセンサを用いる場合
は、単独のセンサ１を対象とすることもできるが、複数
のセンサ１を用いる場合は、各センサの検知出力の中か
ら、最大振幅などの信号レベルを表すパラメータが最大
となる検知出力が採用される。なお以下の認識処理例
は、いずれもセンサ１より得た検知出力を用いてファジ
ー推論による認識処理を行っているが、認識処理はファ
ジー推論に限定されるものではない。Hereinafter, a specific example of the tactile sensation recognition processing by the CPU 10 for each sensor type will be described. The processing in the case of using the on / off switch is based on the premise that the sensors 1 are arranged in a matrix of m rows × l columns as shown in FIG. When another analog sensor is used, a single sensor 1 can be used, but when a plurality of sensors 1 are used, a signal level such as a maximum amplitude is represented from the detection output of each sensor. The detection output with the maximum parameter is adopted. In each of the following recognition processing examples, recognition processing based on fuzzy inference is performed using a detection output obtained from the sensor 1, but the recognition processing is not limited to fuzzy inference.
【００４４】 オン・オフスイッチに対する認識処理
例 前記センサ１として、オン・オフスイッチが用いられた
場合、各センサ１から得る信号は「１」または「０」の
いずれかとなる。この実施例では、各センサ１からの信
号を一定間隔でサンプリングするものとし、ｔ回目のサ
ンプリングにおいてｉ行ｊ列の位置に配置されたセンサ
１からの信号をｓｗ(t)(i)(j)とおく。そして、このセ
ンサ１がオンのときの信号をｓｗ(t)(i)(j)＝１、オフ
のときの信号をｓｗ(t)(i)(j)＝０と定義する。Example of Recognition Processing for On / Off Switch When an on / off switch is used as the sensor 1, the signal obtained from each sensor 1 is either “1” or “0”. In this embodiment, it is assumed that the signal from each sensor 1 is sampled at a constant interval, and the signal from the sensor 1 arranged at the position of the i-th row and the j-th column in the t-th sampling is sw (t) (i) (j )far. The signal when the sensor 1 is on is defined as sw (t) (i) (j) = 1, and the signal when it is off is defined as sw (t) (i) (j) = 0.
【００４５】ＣＰＵ１０は、サンプリング毎に、各セン
サ１からの信号ｓｗ(t)(i)(j)から、過去ｎ回のサンプ
リングにおける接触動作の継続量Ｃ，および圧力の作用
している領域の重心位置の移動量Ｍを求め、ファジー推
論を実行する。For each sampling, the CPU 10 obtains, from the signal sw (t) (i) (j) from each sensor 1, the continuation amount C of the contact operation in the past n times of sampling and the area where the pressure is acting. The amount of movement M of the position of the center of gravity is obtained, and fuzzy inference is executed.
【００４６】まず継続量Ｔの算出方法について説明す
る。ＣＰＵ１０は、各センサ１につき、つぎの（１）式
を実行して、過去ｎ回分のサンプリングにおいて、その
センサ１がオン動作した回数ＳＷ(i)(j)を算出する。First, a method of calculating the continuation amount T will be described. The CPU 10 executes the following equation (1) for each sensor 1 to calculate the number of times SW (i) (j) that the sensor 1 has been turned on in the past n samplings.
【００４７】[0047]
【数１】 (Equation 1)
【００４８】上記のオン動作回数ＳＷ(i)(j)は、センサ
１に接触している時間長さに相当するものとなる。ＣＰ
Ｕ１０は、各センサ１について得られたオン動作回数Ｓ
Ｗ(i)(j)の中から最大値となるものを抽出し、これを前
記継続量Ｃとして特定する。The number of ON operations SW (i) (j) described above corresponds to the length of time during which the sensor 1 is in contact. CP
U10 is the number of ON operations S obtained for each sensor 1.
The maximum value is extracted from W (i) (j) and specified as the continuation amount C.
【００４９】なおオン・オフスイッチは、故障や接触不
良により、オン状態が持続する場合があるので、前記継
続量Ｃを特定するにあたっては、各ＳＷ(i)(j)の値を所
定のしきい値と比較し、このしきい値以下のデータの中
で最大となるものを継続量Ｃとするのが望ましい。Since the on / off switch may be kept on due to a failure or poor contact, the value of each SW (i) (j) must be set to a predetermined value when specifying the continuation amount C. It is desirable that the largest data among the data below the threshold value compared to the threshold value be the continuation amount C.
【００５０】つぎに圧力の作用する領域は、オン状態に
ある各センサ１により表されるので、ＣＰＵ１０はこれ
らセンサ１の座標位置から領域内の重心位置を算出す
る。いまオン状態にあるセンサ１がＰ個存在し、これら
センサ１の列方向の座標位置を、ａ1，ａ2，・・・
ａP，行方向の座標位置をｂ1，ｂ2，・・・ｂPと表すも
のとすると、これらのセンサ１が分布する領域内の重心
Ｇ（ｔ）の位置（ａg（ｔ），ｂg（ｔ））は、つぎの
（２）（３）式により求められる。さらにこの重心Ｇ
（ｔ）と１サンプリング前の重心Ｇ（ｔ−１）との各座
標を（４）式にあてはめることにより、移動量Ｍが求め
られる。Next, since the area where the pressure acts is represented by each sensor 1 in the ON state, the CPU 10 calculates the position of the center of gravity in the area from the coordinate positions of these sensors 1. There are P sensors 1 in the ON state, and the coordinate positions of these sensors 1 in the column direction are represented by a 1 , a 2 ,.
If a P and the coordinate position in the row direction are represented by b 1 , b 2 ,... b P , the position of the center of gravity G (t) ( ag (t), b g (t)) is obtained by the following equations (2) and (3). Furthermore, this center of gravity G
By moving each coordinate of (t) and the center of gravity G (t-1) one sampling before to equation (4), the movement amount M is obtained.
【００５１】[0051]
【数２】 (Equation 2)
【００５２】[0052]
【数３】 (Equation 3)
【００５３】[0053]
【数４】 (Equation 4)
【００５４】この実施例では、継続量Ｃ，移動量Ｍの各
パラメータについて、図１０（１）（２）に示すよう
に、それぞれ「大」「中」「小」の各程度を「ラベル」
とするメンバーシップ関数を設定している。また触覚
（ここでは接触状態に対する感じ方をさす）を表すため
に、「たたく」「なでる」「さわる」の３種類の「ラベ
ル」を設定するとともに、前記継続量Ｃ，移動量Ｍの各
ラベルの組合せを前件部とする下記のファジイルール
（Ａ）〜（Ｆ）を設定している。In this embodiment, as shown in FIGS. 10 (1) and 10 (2), the degree of each of "large", "medium" and "small" is referred to as "label" for each parameter of the continuation amount C and the movement amount M.
The membership function is set. In addition, in order to represent tactile sensation (here, how to feel the contact state), three types of “labels” of “tapping”, “stroking”, and “touching” are set, and the labels of the continuation amount C and the moving amount M are set. The following fuzzy rules (A) to (F) are set with the antecedent part being a combination of.
【００５５】 （Ａ） 継続量＝「小」＆移動量「小」のとき、触覚＝
「たたく」 （Ｂ） 継続量＝「小」＆移動量「大」のとき、触覚＝
「なでる」 （Ｃ） 継続量＝「中」＆移動量「小」のとき、触覚＝
「たたく」 （Ｄ） 継続量＝「中」＆移動量「大」のとき、触覚＝
「なでる」 （Ｅ） 継続量＝「大」＆移動量「小」のとき、触覚＝
「さわる」 （Ｆ） 継続量＝「大」＆移動量「大」のとき、触覚＝
「なでる」(A) When the continuation amount = “small” & the movement amount “small”, the tactile sense =
"Tap" (B) When the amount of continuation = "small"& the amount of movement "large", tactile sensation =
"Stroke" (C) When the amount of continuation = "Medium"& the amount of movement "Small", the tactile sensation =
"Tap" (D) When the amount of continuation = "Medium"& the amount of movement "Large", the tactile sensation =
"Stroke" (E) When the amount of continuation is "Large" and the amount of movement is "Small", tactile sensation =
“Touch” (F) When the amount of continuation is “Large” and the amount of movement is “Large”, tactile sensation =
"Stroke"
【００５６】ＣＰＵ１０は、前記（１）〜（４）式によ
り求められた継続量Ｃと移動量Ｍとを、前記図１０
（１）（２）の各メンバーシップ関数にあてはめて、各
ラベル毎の適合度を抽出する。そしてこれらの適合度
を、前記ファジイルール（Ａ）〜（Ｆ）にあてはめて、
ルール毎に後件部におけるラベルの適合度を求めた後、
同じラベルにかかる適合度を、たとえばＭＩＮ演算によ
り統合して、最終の認識結果とする。The CPU 10 compares the continuation amount C and the movement amount M obtained by the above equations (1) to (4) with the values shown in FIG.
(1) Apply the membership functions of (2) to extract the fitness of each label. Then, by applying these degrees of conformity to the fuzzy rules (A) to (F),
After finding the conformity of the label in the consequent part for each rule,
The relevance of the same label is integrated by, for example, a MIN operation to obtain a final recognition result.
【００５７】 加速度センサに対する認識処理 図１１は、加速度センサによる検知信号の具体例を、認
識処理にかかる各パラメータとともに示す。この実施例
では、この検知信号にｎ回のサンプリングを実行し、そ
のサンプリング期間における信号の最大振幅Ｄ，信号波
形の重心における電圧レベル値ｇ（以下これを「重心値
ｇ」という），および接触状態の継続時間Ｔの３つのパ
ラメータを算出し、これらパラメータにつき、それぞれ
「大」「中」「小」のラベル毎に適合度を算出する。FIG. 11 shows a specific example of a detection signal by the acceleration sensor together with each parameter related to the recognition process. In this embodiment, the detection signal is sampled n times, and the maximum amplitude D of the signal during the sampling period, the voltage level value g at the center of gravity of the signal waveform (hereinafter referred to as “centroid value g”), and the contact The three parameters of the duration T of the state are calculated, and the fitness is calculated for each of the “large”, “medium”, and “small” labels.
【００５８】前記最大振幅Ｄは、サンプリング期間内に
おける最大電圧と最小電圧との差である。継続時間Ｔ
は、各サンプリング値の中からノイズ範囲外にあるサン
プリング値が得られる合計時間Ｔに相当する。なおこの
実施例では、ノイズ範囲外のサンプリング値の間にノイ
ズ範囲内に入るサンプリング値がある場合、そのノイズ
も継続期間Ｔの算出対象として採用している。The maximum amplitude D is the difference between the maximum voltage and the minimum voltage during the sampling period. Duration T
Corresponds to the total time T during which a sampling value out of the noise range is obtained from each sampling value. In this embodiment, when there is a sampling value falling within the noise range between the sampling values falling outside the noise range, the noise is also adopted as a calculation target of the duration T.
【００５９】また重心値ｇは、サンプリング期間内の各
サンプリング値Ｖ（ｔ）をつぎの（５）式にあてはめる
ことにより求められる。ただし、前記継続期間Ｔが０の
場合の重心値ｇは、「０」に設定される。The center of gravity value g is obtained by applying each sampling value V (t) within the sampling period to the following equation (5). However, when the duration T is 0, the center of gravity value g is set to “0”.
【００６０】[0060]
【数５】 (Equation 5)
【００６１】この実施例では、前記最大振幅Ｄ，継続時
間Ｔ，重心値ｇの各パラメータについて、それぞれ図１
２（１）（２）（３）に示すようなメンバーシップ関数
を設定している。ＣＰＵ１０は、サンプリング毎に、各
パラメータＤ，Ｔ，ｇの算出値をこれらメンバーシップ
関数にあてはめて、程度毎の適合度を算出した後、各適
合度をつぎのファジイルール（ａ）〜（ｆ）にあては
め、以下、の実施例と同様にして、触覚を表すラベル
毎の適合度を特定する。In this embodiment, the parameters of the maximum amplitude D, the duration T, and the center of gravity g are shown in FIG.
Membership functions are set as shown in 2 (1), (2) and (3). The CPU 10 applies the calculated values of the parameters D, T, and g to these membership functions for each sampling, calculates the fitness for each degree, and then uses the fuzzy rules (a) to (f) for the fitness. ), And in the same manner as in the following examples, the degree of conformity of each label representing tactile sensation is specified.
【００６２】 （ａ） 最大振幅＝「小」＆継続時間＝「小」＆重心値
＝「中」のとき、触覚＝「さわる」 （ｂ） 最大振幅＝「小」＆継続時間＝「小」＆重心値
＝「大」のとき、触覚＝「さわる」 （ｃ） 最大振幅＝「中」＆継続時間＝「大」＆重心値
＝「中」のとき、触覚＝「なでる」 （ｄ） 最大振幅＝「中」＆継続時間＝「大」＆重心値
＝「大」のとき、触覚＝「なでる」 （ｅ） 最大振幅＝「大」＆継続時間＝「小」＆重心値
＝「中」のとき、触覚＝「たたく」 （ｆ） 最大振幅＝「大」＆継続時間＝「小」＆重心値
＝「大」のとき、触覚＝「たたく」(A) When maximum amplitude = “small” & duration = “small” & center of gravity value = “medium”, tactile sense = “touch” (b) maximum amplitude = “small” & duration = “small” When the & center of gravity value = "large", the tactile sense = "touching" (c) When the maximum amplitude = "medium"& duration = "large"& the center of gravity value = "medium", the tactile sense = "stroke" (d) max. Amplitude = "medium"& duration = "large"& center of gravity value = "large", tactile sense = "stroke" (e) Maximum amplitude = "large"& duration = "small"& center of gravity value = "medium" When tactile sense = “hit” (f) Maximum amplitude = “large” & duration time = “small” & when center of gravity value = “large”, tactile sense = “hit”
【００６３】 圧力センサに対する認識処理例 図１３は、圧力センサによる検知信号の具体例を、認識
処理のためのパラメータとともに示す。この実施例も、
前記加速度センサと同様に、ｎ回のサンプリング期間内
における最大振幅Ｄ，継続時間Ｔ，重心値ｇを求め、得
られた値を用いてファジイ推論を行うものである。各パ
ラメータの抽出方法については、加速度センサと同様で
あるが、波形信号の特性を考慮して、継続時間Ｔについ
ては、ノイズ範囲外にあるデータのみを処理対象として
いる。なおファジイ推論に用いるメンバーシップ関数や
ルールについては、加速度センサの場合と同様であり、
詳細な説明は省略する。Example of Recognition Processing for Pressure Sensor FIG. 13 shows a specific example of a detection signal by the pressure sensor together with parameters for recognition processing. This embodiment also
Similar to the acceleration sensor, the maximum amplitude D, the duration T, and the center of gravity g within n sampling periods are obtained, and fuzzy inference is performed using the obtained values. The method of extracting each parameter is the same as that of the acceleration sensor, but considering the characteristics of the waveform signal, only the data outside the noise range is processed for the duration T. Note that the membership functions and rules used for fuzzy inference are the same as for the acceleration sensor.
Detailed description is omitted.
【００６４】 静電容量センサに対する認識処理例 図１４は、静電容量センサによる検知信号の具体例を、
認識処理のためのパラメータとともに示す。この実施例
も、前記加速度センサや圧力センサと同様に、ｎ回のサ
ンプリング期間内における最大振幅Ｄ，継続時間Ｔ，重
心値ｇを求めてファジイ推論を行う。なお各パラメータ
の算出方法ならびにファジイ推論の方法やルールについ
ては、前記各センサと同様であり、詳細な説明は省略す
る。FIG. 14 shows a specific example of a detection signal by the capacitance sensor.
It is shown together with parameters for recognition processing. In this embodiment, as in the case of the acceleration sensor and the pressure sensor, fuzzy inference is performed by obtaining the maximum amplitude D, the duration T, and the center of gravity value g within n sampling periods. The method of calculating each parameter and the method and rules of fuzzy inference are the same as those of the above-described sensors, and a detailed description thereof will be omitted.
【００６５】このようにいずれのセンサを用いた場合
も、ファジイ推論により、単なる「触れたか」「触れて
いないか」の２値判定ではなく、複数とおりの感覚につ
いて、その「確からしさ」が求められるので、種々の接
触状態をそれぞれ個別の状態として認識することがで
き、ペットロボットに、接触状態に応じた細かい動作を
実行させることができる。As described above, in any case of using any of the sensors, not only the binary judgment of “touched” or “not touched” but the “certainty” of the plurality of senses is obtained by fuzzy inference. Therefore, various contact states can be recognized as individual states, and the pet robot can execute a detailed operation according to the contact state.
【００６６】なお複数のセンサ１による人工触覚器を用
いる場合、センサ１は１種類に限らず、２種類以上のセ
ンサ１を組み合わせてもよい。この場合、ＣＰＵ１０
は、センサ種毎に、そのセンサに応じたパラメータの抽
出処理やファジイ推論処理を行って、触覚を表すラベル
毎の適合度を求めた後、それぞれの結果につき、ＭＩＮ
演算などによる統合処理を行って、最終的な認識結果を
取得する。When using an artificial haptic device with a plurality of sensors 1, the number of sensors 1 is not limited to one, and two or more types of sensors 1 may be combined. In this case, the CPU 10
Performs parameter extraction processing and fuzzy inference processing according to the sensor for each sensor type to determine the degree of conformity for each label representing tactile sensation.
A final recognition result is obtained by performing an integration process such as a calculation.
【００６７】[0067]
【発明の効果】請求項１の発明では、上下に重なる２以
上のクッション層を有するクッション材の上面にセンサ
を保持するとともに、各クッション層はそのクッション
層の下側に接するクッション層より同じ加圧力に対する
変形度合を小さく設定したので、センサが直下のクッシ
ョン層上に安定して支持された状態を保つことができ、
接触の状態を認識するための検知信号を確実に得ること
ができる。また、センサは、ベースとなるクッション層
やその近傍の変形度合の大きいクッション層により、上
からの圧力に対して抵抗なく変位するので、この人工触
覚器を人工毛皮や人工皮の下に配置した場合、表面に触
れた人に、加えた圧力に応じた弾力感や柔らかみを感じ
させることができる。According to the first aspect of the present invention, the sensor is held on the upper surface of the cushion material having two or more cushion layers which are vertically overlapped, and each cushion layer has its cushion.
For the same pressing force than the cushion layer that touches the lower side of the layer
Since the degree of deformation is set small, the sensor can be kept in a state of being stably supported on the cushion layer immediately below,
A detection signal for recognizing a contact state can be reliably obtained. In addition , the sensor is a cushion layer that serves as a base.
By and large cushion layer of deformation degree in the vicinity thereof, since the displacement without resistance to pressure from above, the case of arranging the artificial tactile device under artificial fur and artificial leather, the person who touches the surface, in addition You can feel the elasticity and softness according to the applied pressure.
【００６８】請求項２、３の発明によれば、請求項１と
同様の状態で支持された複数個のセンサが一体化された
人工触覚器が構成されるので、複数個のセンサを用いて
触覚を認識する場合に、センサの取付けが簡単になる。
加えて請求項３の発明では、センサおよびその下のクッ
ション層の分割状態を維持しつつ、ベースとなるクッシ
ョン層間を緩衝材を介して連結するので、隣接するセン
サ間における干渉が防止できる。また緩衝材の存在によ
り、人工毛皮や人工皮に対し、ベースとなるクッション
層間の間隙に対応する位置を接触しても、その間隙を意
識せずに自然な触感を得ることができる。According to the invention of claims 2 and 3, claim 1 and
Since the artificial haptic device in which a plurality of sensors supported in the same state are integrated is configured , when the tactile sensation is recognized using the plurality of sensors, the attachment of the sensors is simplified.
In addition, according to the third aspect of the present invention, while maintaining the divided state of the sensor and the cushion layer thereunder, the base cushion
Since the connection layers are connected via the buffer material, interference between adjacent sensors can be prevented. In addition, the cushioning material serves as a base cushion for artificial fur and artificial skin.
Even if a position corresponding to the gap between the layers is contacted, a natural touch can be obtained without being conscious of the gap.
【００６９】請求項４，５の発明によれば、第２のクッ
ション材の存在により、接触時にセンサの存在が感じと
られることがなくなり、柔らかい触感を確保することが
できる。さらに請求項５の発明では、センサは上下に接
するクッション層に支持された状態で下方に変位するの
で、センサの検知出力をより一層安定化することができ
る。According to the fourth and fifth aspects of the present invention, the second cooker is provided.
Due to the presence of the cushioning material, the presence of the sensor is not sensed at the time of contact, and a soft tactile sensation can be ensured. According to the fifth aspect of the present invention, the sensor is displaced downward while being supported by the cushion layer that is in contact with the upper and lower portions, so that the detection output of the sensor can be further stabilized.
【００７０】請求項６の発明では、請求項１〜３のいず
れかの構成による人工触覚器を用いることにより、また
請求項７の発明では、請求項４または５の構成による人
工触覚器を用いることにより、生きた動物の皮膚に匹敵
する触感を得られ、かつその接触の状態を感度良く検知
可能な人工皮膚を提供することができる。さらに請求項
７の発明では、請求項４，５の発明によるセンサの上方
にクッション材が配備された人工触覚器が用いられるの
で、人工触覚器を被覆する被覆材に、弾力性のない厚み
の薄いものを用いることが可能となる。According to a sixth aspect of the present invention, the artificial haptic device according to any one of the first to third aspects is used, and in the seventh aspect, an artificial haptic device according to the fourth or fifth aspect is used. As a result, it is possible to provide an artificial skin that can obtain a tactile sensation comparable to the skin of a living animal and can detect the state of contact with high sensitivity. According to the seventh aspect of the present invention, the artificial tactile device in which the cushioning material is provided above the sensor according to the fourth and fifth aspects of the present invention is used. It is possible to use a thin material.
【００７１】請求項８の発明では、請求項１〜３のいず
れかの構成による人工触覚器を用いることにより、また
請求項９の発明では、請求項４または５の構成による人
工触覚器を用いることにより、生きた動物に匹敵する触
感を得られ、かつその接触状態が精度良く認識するロボ
ットを提供することができる。さらにこのロボットにお
いて、認識結果に応じて多彩な行動パターンを用意すれ
ば、接触行為に対し、生きた動物に匹敵する反応を示す
ことが可能になる。According to the eighth aspect of the present invention, the artificial haptic device according to any one of the first to third aspects is used, and in the ninth aspect, the artificial haptic device according to the fourth or fifth aspect is used. Thus, it is possible to provide a robot capable of obtaining a tactile sensation comparable to that of a living animal and accurately recognizing the contact state. Furthermore, in this robot, if various action patterns are prepared according to the recognition result, it becomes possible to show a reaction comparable to a living animal to a contact action.
【図１】この発明の一実施例にかかる人工触覚器の構成
を示す正面図および上面図である。FIG. 1 is a front view and a top view showing a configuration of an artificial haptic device according to an embodiment of the present invention.
【図２】人工触覚器の他の構成を示す正面図および上面
図である。FIG. 2 is a front view and a top view showing another configuration of the artificial haptic device.
【図３】人工触覚器の他の構成を示す正面図および上面
図である。FIG. 3 is a front view and a top view showing another configuration of the artificial haptic device.
【図４】人工触覚器の他の構成を示す正面図および上面
図である。FIG. 4 is a front view and a top view showing another configuration of the artificial haptic device.
【図５】人工触覚器の他の構成を示す正面図である。FIG. 5 is a front view showing another configuration of the artificial haptic device.
【図６】人工触覚器の他の構成を示す正面図である。FIG. 6 is a front view showing another configuration of the artificial haptic device.
【図７】オン・オフスイッチをセンサとする人工触覚器
が組み込まれたロボットの構成を示すブロック図であ
る。FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a robot incorporating an artificial haptic device using an on / off switch as a sensor.
【図８】アナログ式のセンサによる人工触覚器が組み込
まれたロボットの構成を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a robot in which an artificial haptic device using an analog sensor is incorporated.
【図９】センサの配置例を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of the arrangement of sensors.
【図１０】継続量，移動量の各メンバーシップ関数を示
す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing each membership function of a continuation amount and a movement amount.
【図１１】加速度センサの検知信号の一例を、認識処理
用のパラメータとともに示した説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of a detection signal of an acceleration sensor together with parameters for a recognition process.
【図１２】最大振幅，継続時間，重心値の各メンバーシ
ップ関数を示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing membership functions of a maximum amplitude, a duration, and a center of gravity value.
【図１３】圧力センサの検知信号の一例を、認識処理用
のパラメータとともに示した説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of a detection signal of a pressure sensor together with parameters for recognition processing.
【図１４】静電容量センサの検知信号の一例を、認識処
理用のパラメータとともに示した説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of a detection signal of a capacitance sensor together with parameters for a recognition process.
１ センサ ２ クッション材 ３ 第１のクッション層 ４ 第２のクッション層 ５ 緩衝材 ６，６Ａ 第２のクッション材 ７ 第１のクッション層 ８ 第２のクッション層 １０ ＣＰＵ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor 2 Cushion material 3 1st cushion layer 4 2nd cushion layer 5 Buffer material 6, 6A 2nd cushion material 7 1st cushion layer 8 2nd cushion layer 10 CPU
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−20670（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−57695（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−245190（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−245027（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−183133（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−34295（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 5/00 B25J 19/02 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-64-20670 (JP, A) JP-A-4-57695 (JP, A) JP-A-11-245190 (JP, A) JP-A-3- 245027 (JP, A) JP-A-2-183133 (JP, A) JP-A-60-34295 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01L 5/00 B25J 19 / 02
Claims (9)
的な圧力の作用を検知するセンサが保持され、 前記クッション材は、上下に重なる２以上のクッション
層を有し、ベースとなるクッション層上に重ねられる各
クッション層は、そのクッション層の下側に接するクッ
ション層より同じ加圧力に対する変形度合が小さく設定
されて成る人工触覚器。1. A sensor for detecting an action of direct or indirect pressure is held on an upper surface of a cushion material, wherein the cushion material has two or more cushion layers vertically overlapping each other, and is provided on a cushion layer serving as a base. An artificial haptic device wherein each of the cushion layers superimposed on each other has a smaller degree of deformation with respect to the same pressing force than the cushion layer in contact with the lower side of the cushion layer.
的な圧力の作用を検知する複数個のセンサが保持され、 前記クッション材は、ベースとなるクッション層上の複
数箇所にそれぞれ単一または上下に重なる２以上のクッ
ション層が重ねられ、前記重ねられる各クッション層
は、そのクッション層の下側に接するクッション層より
同じ加圧力に対する変形度合が小さく設定されるととも
に、最上層のクッション層の上に前記センサが保持され
て成る人工触覚器。2. A plurality of sensors for detecting the action of direct or indirect pressure are held on the upper surface of the cushion material, and the cushion material is singly or vertically at a plurality of positions on a cushion layer serving as a base. Two or more cushion layers overlapping each other are overlapped with each other, and each of the overlapped cushion layers is formed from a cushion layer in contact with a lower side of the cushion layer.
An artificial haptic device wherein the degree of deformation for the same pressing force is set to be small and the sensor is held on the uppermost cushion layer.
する複数個のセンサがそれぞれ個別のクッション材上に
保持されており、 各クッション材は、それぞれ上下に重なる２以上のクッ
ション層を有し、ベースとなるクッション層上に重ねら
れる各クッション層は、そのクッション層の下側に接す
るクッション層より同じ加圧力に対する変形度合が小さ
く設定されるとともに、ベースとなるクッション層は緩
衝材を介して相互に連結されて成る人工触覚器。3. A plurality of sensors for detecting the action of direct or indirect pressure are respectively held on individual cushion members, and each of the cushion members has two or more cushion layers which are vertically overlapped with each other. Each of the cushion layers stacked on the base cushion layer is set to have a smaller degree of deformation with respect to the same pressing force than the cushion layer in contact with the lower side of the cushion layer, and the base cushion layer Is an artificial haptic device that is interconnected via cushioning material.
工触覚器であって、 前記センサの上方には、センサ全体を被覆し、センサの
直下のクッション層よりも同じ加圧力に対する変形度合
が大きい第２のクッション材が配備されて成る人工触覚
器。4. The artificial haptic device according to any one of claims 1 to 3, wherein an upper portion of the sensor covers the entire sensor, and is deformed by the same pressing force as the cushion layer immediately below the sensor. An artificial haptic device provided with a second cushion material having a high degree.
工触覚器であって、 前記センサの上方には、センサ全体を被覆する第２のク
ッション材が配備されており、 前記第２のクッション材は、表層となるクッション層の
下に各センサに対応させてそれぞれ単一または上下に重
なる２以上のクッション層が重ねられ、前記重ねられる
各クッション層は、そのクッション層の上側に接するク
ッション層より同じ加圧力に対する変形度合が小さく設
定されて成る人工触覚器。5. The artificial haptic device according to claim 1, wherein a second cushion material that covers the entire sensor is provided above the sensor, and In the cushioning material, two or more cushioning layers that are singly or vertically overlapped are respectively overlapped under the surface of the cushioning layer corresponding to each sensor, and each of the overlapping cushioning layers is in contact with the upper side of the cushioning layer. An artificial haptic device in which the degree of deformation for the same pressing force is set smaller than that of the cushion layer.
工触覚器と、この人工触覚器を被覆する被覆材とを有
し、 前記被覆材は、前記人工触覚器のセンサの直下のクッシ
ョン層よりも、同じ加圧力に対する変形度合が大きいク
ッション層を具備して成る人工皮膚。6. An artificial haptic device according to any one of claims 1 to 3, and a covering material for covering the artificial haptic device, wherein the covering material is provided immediately below a sensor of the artificial haptic device. An artificial skin comprising a cushion layer having a greater degree of deformation for the same pressing force than the cushion layer.
器と、この人工触覚器を被覆する被覆材とを具備して成
る人工皮膚。7. An artificial skin comprising: the artificial haptic device according to claim 4; and a covering material that covers the artificial haptic device.
工触覚器と、この人工触覚器を被覆する被覆材と、前記
人工触覚器のセンサの検知出力を認識するコンピュータ
とを具備し、 前記被覆材は、前記人工触覚器のセンサの直下のクッシ
ョン層よりも、同じ加圧力に対する変形度合が大きいク
ッション層を具備して成るロボット。8. An artificial haptic device according to any one of claims 1 to 3, a covering material for covering the artificial haptic device, and a computer for recognizing a detection output of a sensor of the artificial haptic device. A robot provided with the covering material, the cushion layer having a greater degree of deformation with respect to the same pressing force than the cushion layer immediately below the sensor of the artificial haptic device;
器と、この人工触覚器を被覆する被覆材と、前記人工触
覚器のセンサの検知出力を認識するコンピュータとを具
備して成るロボット。9. A robot comprising: the artificial haptic device according to claim 4; a covering material that covers the artificial haptic device; and a computer that recognizes a detection output of a sensor of the artificial haptic device. .
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|---|---|---|---|
| JP29944999A JP3144420B1 (en) | 1999-10-21 | 1999-10-21 | Artificial haptic device, artificial skin and robot using the haptic device |
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