JP4094222B2 - Shape recognition sensor, robot hand, and shape recognition method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は形状認識センサ、ロボットハンド及び形状認識方法に関し、詳細には接触式の形状計測に用いられるセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来においては部品などの形状の認識に関しては、接触式のゲージすなわちリニアゲージやレーザー測長器などの一次元方向の直線距離の測定器を、測定対象に対して走査するなどして形状認識を行っていた。また最近では画像処理技術の発展と画像処理装置の普及によりCCDカメラを用いた画像処理による形状認識がある。すなわち測定対象物をCCDカメラなどにより画像を取り込み、その取り込んだ画像情報を画像処理装置などを用いて演算を行うもので、現在の形状認識技術については、応用例がもっとも豊富な方法とも言えて、形状認識技術の主流になりつつある。ただ、CCDカメラによる画像処理手段は2次元方向の形状認識を容易に行う手段である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リニアゲージやレーザー測長器は元よりCCDカメラによる画像処理においても測定対象物体の3次元的な形状認識は極めて困難である。例えばレーザー測長器で3次元的な形状認識を行うには測定対象物に沿って2次元的な走査を行う装置が必要になってくる。その方法は様々であるがいずれにしても余分な機構を必要とする。もちろんコストの面に関しても問題は多々存在する。また、CCDカメラによる画像処理においても測定対象物への照明の工夫や複数台のCCDカメラの使用など、この方法においても3次元的な形状認識は困難である。
【0004】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、上述の困難が発生することなく測定対象物の3次元形状の測定が可能となる形状認識センサ、ロボットハンド及び形状認識方法を提供することを目的とする。
【0005】
前記問題点を解決するために、本発明の形状認識センサは、柔軟かつ伸縮可能な絶縁性のあるフィルム状の電極部材の表面又は内部に、規則性のある配列で電極を配した電極部材を少なくとも2枚用いて対向位置に配して貼り合わせることで袋状の形状にした電極部と、測定対象物の材質等の種類に応じて、袋状の形状で構成した電極部の袋内部に入れる物質の入れ換えを制御する物質入れ換え制御手段と、各電極部材の電極に所定値の電気信号を出力する電気的出力手段と、各電極部材の電極間に生じる電気信号を電気的に計測する電気的計測手段とを設けた。そして、物質入れ換え制御手段によって袋状の形状で構成した電極部の袋内部に入れる物質の入れ換えを制御し、電気的出力手段から所定値の電気信号が供給された各電極部材の電極間に生じた電気信号の変化を電気的計測手段によって計測し、計測した電気信号の変化に基づいて電極部材に接した測定対象物の形状を認識する形状認識情報を得る。よって、3次元形状の情報を外乱の影響除去した安定した計測により電気信号で取り出すことが可能になり、その電気信号を元に3次元形状認識も容易になる。
【0006】
また、本発明の形状認識センサは、柔軟かつ伸縮可能な絶縁性のあるフィルム状の電極部材の表面又は内部に、規則性のある配列で電極を配した電極部材を少なくとも2枚用いて対向位置に配して貼り合わせることで袋状の形状にした電極部と、測定対象物の材質等の種類に応じて、袋状の形状で構成した電極部の袋内部に入れる物質の量を制御する物質量制御手段と、各電極部材の電極に所定値の電気信号を出力する電気的出力手段と、各電極部材の電極間に生じる電気信号を電気的に計測する電気的計測手段とを設けた。そして、物質量制御手段によって袋状の形状で構成した電極部の袋内部に入れる物質の量を測定対象物の材質等の種類に応じて制御し、電気的出力手段から所定値の電気信号が供給された各電極部材の電極間に生じた電気信号の変化を電気的計測手段によって計測し、計測した電気信号の変化に基づいて電極部材に接した測定対象物の形状を認識する形状認識情報を得る。よって、3次元形状の情報を外乱の影響除去した安定した計測により電気信号で取り出すことが可能になり、その電気信号を元に3次元形状認識も容易になる。
【0007】
更に、袋状の形状で構成した電極部の袋内部に気体、液体、粉体又は流動体等の物質を入れることにより、電極部の接触部分にコンプライアンス性を持たすことが可能になり柔軟な接触を可能にする。
【0008】
また、袋状の形状で構成した電極部の袋内部に、抵抗率が明らかな物質を入れることにより、電極間抵抗から電極間距離が線形な値として演算できる。
【0009】
更に、袋状の形状で構成した電極部の袋内部に、誘電率が明らかな物質を入れることにより、電極間容量から電極間距離が線形な値として演算できる。
【0011】
更に、袋状の形状で構成した電極部の袋内部の物質の圧力を検出するセンサ内物質圧力検出手段を備えたことにより、接触圧力を測定して様々な圧力測定範囲を設定できる。
【0012】
また、センサ内物質圧力検出手段は、袋状の形状で構成した前記電極部の袋内部に入れる物質の粘度Snと、電気的計測手段により計測された各電極部材の電極間に生じた電気信号の変化から求められる電極間の距離dとに基づき、袋状の形状で構成した電極部の袋内部の物質の圧力値を求めることにより、センサ内部の物質の粘度が既知なら簡単な構成によりセンサ内部の物質の圧力を求めることができる。
【0013】
更に、別の発明としてのロボットハンドは、上記形状認識センサを用いたことに特徴がある。よって、多くの品質の部品等の測定対象物に対して形状認識を同一のセンサで測定することができる汎用性の高いロボットハンドを提供することができる。
【0015】
更に、別の発明としての形状認識方法によれば、柔軟かつ伸縮可能な絶縁性のあるフィルム状の電極部材の表面又は内部に、規則性のある配列で電極を配した電極部材を少なくとも2枚用いて対向位置に配して貼り合わせることで袋状の形状にした電極部を用い、測定対象物の材質等の種類に応じて袋状の形状で構成した袋の内部に入れる物質の入れ換えを制御し、所定値の電気信号を供給した各電極部材の電極間に生じた電気信号の変化を計測し、計測した電気信号の変化に基づいて電極部材に接した測定対象物の形状を認識する形状認識情報を得ることに特徴がある。よって、3次元形状の情報を外乱の影響除去した安定した計測により電気信号で取り出すことが可能になり、その電気信号を元に3次元形状認識も容易になる。
【0016】
また、別の発明としての形状認識方法によれば、柔軟かつ伸縮可能な絶縁性のあるフィルム状の電極部材の表面又は内部に、規則性のある配列で電極を配した電極部材を少なくとも2枚用いて対向位置に配して貼り合わせることで袋状の形状にした電極部を用い、測定対象物の材質等の種類に応じて袋状の形状で構成した袋内部に入れる物質の量を制御し、所定値の電気信号を供給した各電極部材の電極間に生じた電気信号の変化を計測し、計測した電気信号の変化に基づいて電極部材に接した測定対象物の形状を認識する形状認識情報を得ることに特徴がある。よって、3次元形状の情報を外乱の影響除去した安定した計測により電気信号で取り出すことが可能になり、その電気信号を元に3次元形状認識も容易になる。
【0017】
また、対向させた前記電極部材を少なくとも2枚用いて貼り合せて構成した袋の内部に、気体、液体、粉体又は流動体等の物質を入れることにより、電極部の接触部分にコンプライアンス性を持たすことが可能になり柔軟な接触を可能にする。
【0018】
更に、対向させた電極部材を少なくとも2枚用いて貼り合せて構成した袋の内部に、抵抗率が明らかな物質を入れることにより、電極間抵抗から電極間距離が線形な値として演算できる。
【0019】
また、対向させた電極部材を少なくとも2枚用いて貼り合せて構成した袋の内部に、誘電率が明らかな物質を入れることにより、電極間容量から電極間距離が線形な値として演算できる。
【0021】
また、対向させた電極部材を少なくとも2枚用いて貼り合せて構成した袋の内部の物質の圧力を検出することにより、接触圧力を測定して様々な圧力測定範囲を設定できる。
【0022】
また、対向させた電極部材を少なくとも2枚用いて貼り合せて構成した袋内部に入れる物質の粘度Snと、計測された各電極部材の電極間に生じた電気信号の変化から求められる電極間の距離dとに基づき、袋状の形状で構成した袋の内部の物質の圧力値を求めることにより、センサ内部の物質の粘度が既知なら簡単な構成によりセンサ内部の物質の圧力を求めることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
本発明の形状認識センサは、柔軟かつ伸縮可能な絶縁性のあるフィルム状の電極部材の表面又は内部に、規則性のある配列で電極を配した電極部材を少なくとも2枚用いて対向位置に配して貼り合わせることで袋状の形状にした電極部と、測定対象物の材質等の種類に応じて、袋状の形状で構成した電極部の袋内部に入れる物質の入れ換えを制御する物質入れ換え制御手段と、各電極部材の電極に所定値の電気信号を出力する電気的出力手段と、各電極部材の電極間に生じる電気信号を電気的に計測する電気的計測手段とを有する。
【0027】
【実施例】
図1は本発明の第1の実施例に係る形状認識センサの概略構成を示す斜視図である。同図において、本実施例の形状認識センサ1は、マトリックス状電極フィルム11とマトリックス状電極フィルム12を図のような対向位置に配置して構成されている。マトリックス状電極フィルム11上に実装されている電極接続端子13を通して、接続ケーブル14が電気的出力手段及び電気的計測手段を有する形状認識センサコントローラ15に接続されている。同様に、マトリックス状電極フィルム12上に実装されている電極接続端子16を通して、接続ケーブル17が形状認識センサコントローラ15に接続されている。形状認識センサコントローラ15はマトリックス状電極フィルム11,12間に電位差を生じさせて、マトリックス状電極毎の電位差を計測するものである。このような構成を有する形状認識センサ1において、図2に示すようにマトリックス状電極フィルム11に測定対象物18が接触したとき、マトリックス状電極フィルム11の形状が測定対象物18に沿って変化する。マトリックス状電極フィルム11が接触した計測対象物18に対して変形し、マトリックス状電極フィルム11,12との間の電極間距離19が図2に示すように変化する。そして、形状認識線センサコントローラ15が各マトリクス状電極フィルム11,12の間に対応して2次元状の電位差計測結果を出力する。
【0028】
図3は本発明の第2の実施例に係る形状認識センサの概略構成を示す斜視図である。本実施例の形状認識センサ2は2枚のマトリックス状電極フィルムの少なくとも一辺を除く周囲又は全ての周囲を貼り合わせた形状認識センサである。貼り合わせ部20により2枚のマトリックス状電極フィルムを貼り合わせることによりセンサ内部に物質を入れることが可能な袋状の形状になっている。なお、電極接続端子21は図示していない接続ケーブルを介して形状認識センサコントローラに接続されている。実際には、図4に示すような注入部22と排出部23を備えることにより、気体や液体、紛体、流動体などの物質を袋内部に入れることができる。その内部の物質には抵抗率が明らかな物質を注入した場合、測定対象物の接触により形状認識センサのマトリックス状電極フィルムの形状が変化し、電極間ギャップが変化することにより電極間抵抗も変化するので、形状認識センサコントローラにより電位差も変化する。抵抗値の変化はギャップに比例して起こり、ギャップが短ければ抵抗値も小さくなる。また、誘電率が明らかな物質を注入した場合、上記と同様に測定対象物の接触により電極間ギャップが変化することにより電極間容量も変化する。容量値の変化はギャップに反比例して起こり、ギャップが短くなれば容量値は大きくなる。
【0029】
このように、本実施例の形状認識センサ2の袋状内部に入れる物質を入れ換えることにより、コンプライアンス性の異なった形状認識センサを構成することができる。例えば、測定対象物が柔らかいもので、よりコンプライアンス性の高い微妙な測定が必要なときは気体をセンサ袋状内部に入れることにより可能になり、逆に硬い物質を測定したい場合でかつ接触部に大きな圧力がかかる場合などは紛体や流動体を入れて接触する部分のコンプライアンス性を低めて、接触時の衝撃力をより弱めることも可能になる。たとえ形状認識センサの測定対象物が変わったとしてもセンサ袋状内部に入れる物質を入れ換える制御することにより、様々な物質の測定が可能となる。
【0030】
また、図5に示すように、センサ袋状内部の物質を入れ換えるセンサ内部物質入れ換え装置24を備えることにより、上記のセンサ袋状内部の物質入れ換えの制御が可能になる。このようにセンサ内部物質入れ換え装置24を備えてセンサ内部の物質の入れ換えを制御を行う方法について以下に図6に示す動作フローに従って説明する。先ず、様々な測定対象物に対して材質情報や形状情報を予め登録してあるデータベースを構築しておく。そして、オペレータは測定対象物の属性や型番などの種別データを上位装置に入力する(ステップS101)。入力された測定対象物の種別データに基づいてデータベースから測定対象物に適切な内部物質データを取得する(ステップS102)。取得した内部物質と既にセンサ内部に残存する内部物質とが整合しているか否かを判定し、整合していればそのまま残存する内部物質で形状認識を行う(ステップS103;YES、ステップS105,S104)。一方、整合していなければ、図5のセンサ内部物質入れ換え装置24によって適切な内部物質に入れ換え、入れ換えた内部物質データを上位装置内の記憶部に記録しておき、入れ換えた内部物質で形状認識を行う(ステップS103;NO、ステップS105,S106)。このように、データベースからの測定対象物の種別データを元にセンサ内部の物質の入れ換えを制御し、センサ内部の物質を測定対象物に適した物質に入れ換えることができる。例えば、測定対象物が柔らかい材質である場合粘度が低く微妙な変化量に対応できる物質に入れ換え、あるいは硬い材質の測定対象物には粘度が高い物質を多くの量注入して高い圧力まで耐えられるセンサとすることが可能となる。組立や分解などを行う自動化ラインのロボットハンドに本発明の形状認識センサを採用した場合、多品質の部品に対しての形状認識を同一センサで測定することができる。
【0031】
ここで、従来は図7に示すようにセンサへの注入部又は排出部の弁等に圧力計25を取り付けて当該圧力計25によって直接内部圧力を測定していた。これに対して、本発明の図8に示す形状認識センサ2は、上述のセンサ内部入れ換え装置24とセンサを接続する部分にセンサ内部物質の圧力を検出するセンサ内部物質圧力検出センサ26を取り付けたものである。このセンサ内部物質圧力検出センサ26はセンサ接続ケーブル27によって圧力測定装置28に接続されており、センサ袋状内部の物質の圧力を測定することにより、測定対象物のセンサへの接触によりセンサ袋状内部の物質の圧力が変化し、その変化量を測定するものである。詳細には、センサ内部の物質の粘度とセンサ出力との相関を取り、センサ出力値、即ち電極フィルム間の距離から演算するものである。センサ内部の物質の粘度をSn[cps]としたとき、電極間の距離d[mm]と圧力P[Pa]には以下の関係がある。
【0032】
P=a/(d・Sn)
ただし、aは定数[Pa/(mm・cps)]、d>0、Sn>0。
【0033】
このように、圧力は物質粘度と距離に反比例している。よって、セン内部の物質の粘度が既知ならば、形状認識測定と同時にセンサ内部の物質の圧力を計測できるので、形状認識測定データから接触部分の面積が求まり、測定対象物への接触力を測定することも可能になる。また、センサ袋状内部の物質により圧力測定範囲を選択することができるので、一つのセンサで様々な圧力測定範囲を持つことが可能となる。
【0034】
また、図9に示す形状認識センサ2は電気的計測手段により測定された電気信号を演算する測定電気信号演算装置31を接続したものである。この測定電気信号演算装置31はマトリックス状電極毎の測定値を3次元データとして演算できるものである。つまり、電極位置とそれぞれの位置での測定値からマトリックス状電極フィルムの形状変化を3次元データとして演算して、測定対象物の接触部分の形状を演算するものである。例えば、本実施例における形状認識センサの電極が100×100個配列されていたとすると、100×100行列の値でセンサ出力は検出される。100×100行列の各成分の値は形状認識センサの電極間抵抗値又は電極間容量値により求まる。その各成分の値が接触しているワークの形状を表すデータである。例えば図10に示すような形状の測定対象面32を測定する際に、接触式形状センサの非接触状態の基準抵抗値を100とし、その時形状の出っ張り1mmに対して抵抗値が10だけ下がるとする。図11に図10の形状を測定したときのセンサ出力イメージを図示する。図11の空白部分では基準抵抗値である100が出力される。測定対象面の外形(30mm×16mm)の範囲35でセンサ出力がなされる。この部分の抵抗値が95と測定されると外形部分の接触深さが0.5mmと定義できる。その場合に6mm×7mm×2.5mmの形状の出っ張り部分が図11の部分33のように出力として現れて抵抗値としては2.5mm+0.5mm=3mmなので抵抗値70と出力される。また、4mm×10mm×1mmの形状部分は図11の部分34のように出力として現れて抵抗値としては1.5mmなので抵抗値85と出力される。即ち、センサ出力の抵抗値変化が形状データであり、深さデータであるので3次元データとして演算していることになる。
【0035】
また、このような演算データを連続的に行うことにより測定対象物の接触時の時間的変化を演算できる接触形状時間的変化演算装置36を接続した構成が図12に示すものである。この接触形状時間的変化演算装置36は上述した測定対象物の接触形状の演算を連続的に行い、接触時の時間的変化量を計測できるものである。よって、接触時の時間的変化を演算できることにより、接触部分の接触量を制御することが可能になり、接触部分が限定される測定対象物においても接触部分を制御した形状測定が可能となる。
【0036】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の形状認識センサは、柔軟かつ伸縮可能な絶縁性のあるフィルム状の電極部材の表面又は内部に、規則性のある配列で電極を配した電極部材を少なくとも2枚用いて対向位置に配して貼り合わせることで袋状の形状にした電極部と、測定対象物の材質等の種類に応じて、袋状の形状で構成した電極部の袋内部に入れる物質の入れ換えを制御する物質入れ換え制御手段と、各電極部材の電極に所定値の電気信号を出力する電気的出力手段と、各電極部材の電極間に生じる電気信号を電気的に計測する電気的計測手段とを設けた。そして、物質入れ換え制御手段によって袋状の形状で構成した電極部の袋内部に入れる物質の入れ換えを制御し、電気的出力手段から所定値の電気信号が供給された各電極部材の電極間に生じた電気信号の変化を電気的計測手段によって計測し、計測した電気信号の変化に基づいて電極部材に接した測定対象物の形状を認識する形状認識情報を得る。よって、3次元形状の情報を外乱の影響除去した安定した計測により電気信号で取り出すことが可能になり、その電気信号を元に3次元形状認識も容易になる。
【0038】
また、本発明の形状認識センサは、柔軟かつ伸縮可能な絶縁性のあるフィルム状の電極部材の表面又は内部に、規則性のある配列で電極を配した電極部材を少なくとも2枚用いて対向位置に配して貼り合わせることで袋状の形状にした電極部と、測定対象物の材質等の種類に応じて、袋状の形状で構成した電極部の袋内部に入れる物質の量を制御する物質量制御手段と、各電極部材の電極に所定値の電気信号を出力する電気的出力手段と、各電極部材の電極間に生じる電気信号を電気的に計測する電気的計測手段とを設けた。そして、物質量制御手段によって袋状の形状で構成した電極部の袋内部に入れる物質の量を測定対象物の材質等の種類に応じて制御し、電気的出力手段から所定値の電気信号が供給された各電極部材の電極間に生じた電気信号の変化を電気的計測手段によって計測し、計測した電気信号の変化に基づいて電極部材に接した測定対象物の形状を認識する形状認識情報を得る。よって、3次元形状の情報を外乱の影響除去した安定した計測により電気信号で取り出すことが可能になり、その電気信号を元に3次元形状認識も容易になる。
【0039】
更に、袋状の形状で構成した電極部の袋内部に気体、液体、粉体又は流動体等の物質を入れることにより、電極部の接触部分にコンプライアンス性を持たすことが可能になり柔軟な接触を可能にする。
【0040】
また、袋状の形状で構成した電極部の袋内部に、抵抗率が明らかな物質を入れることにより、電極間抵抗から電極間距離が線形な値として演算できる。
【0041】
更に、袋状の形状で構成した電極部の袋内部に、誘電率が明らかな物質を入れることにより、電極間容量から電極間距離が線形な値として演算できる。
【0043】
更に、袋状の形状で構成した電極部の袋内部の物質の圧力を検出するセンサ内物質圧力検出手段を備えたことにより、接触圧力を測定して様々な圧力測定範囲を設定できる。
【0044】
また、センサ内物質圧力検出手段は、袋状の形状で構成した前記電極部の袋内部に入れる物質の粘度Snと、電気的計測手段により計測された各電極部材の電極間に生じた電気信号の変化から求められる電極間の距離dとに基づき、袋状の形状で構成した電極部の袋内部の物質の圧力値を求めることにより、センサ内部の物質の粘度が既知なら簡単な構成によりセンサ内部の物質の圧力を求めることができる。
【0045】
更に、別の発明としてのロボットハンドは、上記形状認識センサを用いたことに特徴がある。よって、多くの品質の部品等の測定対象物に対して形状認識を同一のセンサで測定することができる汎用性の高いロボットハンドを提供することができる。
【0047】
更に、別の発明としての形状認識方法によれば、柔軟かつ伸縮可能な絶縁性のあるフィルム状の電極部材の表面又は内部に、規則性のある配列で電極を配した電極部材を少なくとも2枚用いて対向位置に配して貼り合わせることで袋状の形状にした電極部を用い、測定対象物の材質等の種類に応じて袋状の形状で構成した袋の内部に入れる物質の入れ換えを制御し、所定値の電気信号を供給した各電極部材の電極間に生じた電気信号の変化を計測し、計測した電気信号の変化に基づいて電極部材に接した測定対象物の形状を認識する形状認識情報を得ることに特徴がある。よって、3次元形状の情報を外乱の影響除去した安定した計測により電気信号で取り出すことが可能になり、その電気信号を元に3次元形状認識も容易になる。
【0048】
また、別の発明としての形状認識方法によれば、柔軟かつ伸縮可能な絶縁性のあるフィルム状の電極部材の表面又は内部に、規則性のある配列で電極を配した電極部材を少なくとも2枚用いて対向位置に配して貼り合わせることで袋状の形状にした電極部を用い、測定対象物の材質等の種類に応じて袋状の形状で構成した袋内部に入れる物質の量を制御し、所定値の電気信号を供給した各電極部材の電極間に生じた電気信号の変化を計測し、計測した電気信号の変化に基づいて電極部材に接した測定対象物の形状を認識する形状認識情報を得ることに特徴がある。よって、3次元形状の情報を外乱の影響除去した安定した計測により電気信号で取り出すことが可能になり、その電気信号を元に3次元形状認識も容易になる。
【0049】
また、対向させた前記電極部材を少なくとも2枚用いて貼り合せて構成した袋の内部に、気体、液体、粉体又は流動体等の物質を入れることにより、電極部の接触部分にコンプライアンス性を持たすことが可能になり柔軟な接触を可能にする。
【0050】
更に、対向させた電極部材を少なくとも2枚用いて貼り合せて構成した袋の内部に、抵抗率が明らかな物質を入れることにより、電極間抵抗から電極間距離が線形な値として演算できる。
【0051】
また、対向させた電極部材を少なくとも2枚用いて貼り合せて構成した袋の内部に、誘電率が明らかな物質を入れることにより、電極間容量から電極間距離が線形な値として演算できる。
【0053】
また、対向させた電極部材を少なくとも2枚用いて貼り合せて構成した袋の内部の物質の圧力を検出することにより、接触圧力を測定して様々な圧力測定範囲を設定できる。
【0054】
また、対向させた電極部材を少なくとも2枚用いて貼り合せて構成した袋内部に入れる物質の粘度Snと、計測された各電極部材の電極間に生じた電気信号の変化から求められる電極間の距離dとに基づき、袋状の形状で構成した袋の内部の物質の圧力値を求めることにより、センサ内部の物質の粘度が既知なら簡単な構成によりセンサ内部の物質の圧力を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る形状認識センサの概略構成を示す斜視図である。
【図2】第1の実施例の形状認識センサに測定対象物を接触させたときの様子を示す概略断面図である。
【図3】本発明の第2の実施例に係る形状認識センサの概略構成を示す斜視図である。
【図4】袋状内部への注入・排出口を備えた形状認識センサの構成を示す概略斜視図である。
【図5】センサ内部物質入れ換え装置を備えた形状認識センサの構成を示す概略斜視図である。
【図6】センサ内部物質入れ換え制御の動作を示すフローチャートである。
【図7】従来のセンサ内部の圧力測定の構成を示す概略斜視図である。
【図8】圧力測定装置を備えた形状認識センサの構成を示す概略斜視図である。
【図9】測定電気信号演算装置を備えた形状認識センサの構成を示す概略斜視図である。
【図10】測定対象物を袋状形状の形状認識センサに入れた様子を示す図である。
【図11】形状認識センサの出力イメージを示す図である。
【図12】接触形状時間的変化演算装置を備えた形状認識センサの構成を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
1,2;形状認識センサ、11,12;マトリックス状電極フィルム、
13,16,21;電極接続端子、14,17,29;接続ケーブル、
15;形状認識センサコントローラ、18;測定対象物、
19;電極間距離、20;貼り合わせ部、22;注入部、23;排出部、
24;センサ内部物質入れ換え装置、25;圧力計、
26;センサ内部物質圧力検出センサ、
27;センサ接続ケーブル、28;圧力測定装置、
31;測定電気信号演算装置、36;接触形状時間的変化演算装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a shape recognition sensor., Robot handIn particular, the present invention relates to a sensor for use in contact-type shape measurement.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for shape recognition of parts, etc., shape recognition is performed by scanning a measurement object with a one-dimensional linear distance such as a contact gauge, that is, a linear gauge or a laser length measuring instrument, against the measurement object. I was going. Recently, shape recognition by image processing using a CCD camera has been performed due to the development of image processing technology and the spread of image processing apparatuses. In other words, the measurement object is captured by a CCD camera or the like, and the captured image information is calculated using an image processing device or the like. The current shape recognition technology can be said to be the most abundant application example. The shape recognition technology is becoming mainstream. However, the image processing means by the CCD camera is means for easily recognizing the shape in the two-dimensional direction.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is extremely difficult to recognize the three-dimensional shape of the measurement target object in the image processing by the CCD camera as well as the linear gauge and the laser length measuring instrument. For example, in order to perform three-dimensional shape recognition using a laser length measuring device, a device that performs two-dimensional scanning along the measurement object is required. There are various methods, but anyway, an extra mechanism is required. Of course, there are many problems in terms of cost. Even in image processing using a CCD camera, three-dimensional shape recognition is difficult even in this method, such as a device for illuminating a measurement object or using a plurality of CCD cameras.
[0004]
The present invention is for solving these problems, and a shape recognition sensor capable of measuring a three-dimensional shape of a measurement object without causing the above-mentioned difficulties., Robot handIt is another object of the present invention to provide a shape recognition method.
[0005]
In order to solve the above-mentioned problems, the shape recognition sensor of the present invention includes an electrode member in which electrodes are arranged in a regular arrangement on the surface or inside of a flexible and stretchable insulating film-like electrode member. Use at least 2 sheets and place them in the opposite positionMade into a bag shape by pasting togetherAn electrode part;Depending on the type of material to be measured, the substance replacement control means for controlling the replacement of the substance to be put inside the bag of the electrode part configured in a bag shape, andElectrical output means for outputting an electrical signal of a predetermined value to the electrodes of each electrode member and electrical measurement means for electrically measuring an electrical signal generated between the electrodes of each electrode member are provided. AndControl the replacement of the substance to be put inside the bag of the electrode portion configured in a bag shape by the substance replacement control means,Changes in the electrical signal generated between the electrodes of each electrode member supplied with an electrical signal of a predetermined value from the electrical output means were measured by the electrical measurement means, and contacted with the electrode member based on the measured change in the electrical signal Shape recognition information for recognizing the shape of the measurement object is obtained. Therefore, 3D shape informationStable measurement that eliminates the influence of disturbanceIt becomes possible to take out with an electric signal, and three-dimensional shape recognition is facilitated based on the electric signal.
[0006]
Also,The shape recognition sensor of the present invention is arranged at the opposite position using at least two electrode members in which electrodes are arranged in a regular arrangement on the surface or inside of a flexible and stretchable insulating film-like electrode member. The amount of material that controls the amount of material that can be placed inside the bag of the electrode part configured in a bag shape according to the type of material such as the electrode part that is formed into a bag shape and the object to be measured Control means, electrical output means for outputting electrical signals of a predetermined value to the electrodes of each electrode member, and electrical measurement means for electrically measuring electrical signals generated between the electrodes of each electrode member are provided. Then, the amount of the substance put into the bag of the electrode part configured in the bag shape by the substance amount control means is controlled according to the kind of the material of the measurement object, and an electric signal of a predetermined value is outputted from the electric output means. Shape recognition information that recognizes the shape of the measurement object in contact with the electrode member based on the change in the measured electrical signal by measuring the change in the electrical signal generated between the electrodes of each supplied electrode member. Get. Therefore, it becomes possible to take out the information of the three-dimensional shape as an electric signal by the stable measurement from which the influence of the disturbance is removed, and the three-dimensional shape recognition becomes easy based on the electric signal..
[0007]
Furthermore, by putting a substance such as gas, liquid, powder or fluid into the bag of the electrode part configured in a bag shape, the contact part of the electrode part can be made compliant and flexible contact is made. Enable.
[0008]
In addition, by putting a substance having a clear resistivity into the bag of the electrode portion configured in a bag shape, the interelectrode distance can be calculated as a linear value from the interelectrode resistance.
[0009]
Furthermore, by putting a substance having a clear dielectric constant into the bag of the electrode portion configured in a bag shape, the interelectrode distance can be calculated as a linear value from the interelectrode capacitance.
[0011]
Furthermore, the inside of the bag of the electrode part configured in a bag shapeMaterialDetect pressureSensorInsideMaterial pressureBy providing the detection means, various pressure measurement ranges can be set by measuring the contact pressure.
[0012]
Also,The substance pressure detection means in the sensor isViscosity of the substance to be put inside the bag of the electrode part configured in a bag shapeBased on Sn and the distance d between the electrodes determined from the change of the electrical signal generated between the electrodes of each electrode member measured by the electrical measuring means,Inside the bag of the electrode part configured in a bag shapeMaterial pressureBy calculating the value, if the viscosity of the substance inside the sensor is known,MaterialThe pressure can be determined.
[0013]
Further, a robot hand as another invention is characterized by using the shape recognition sensor. Therefore, it is possible to provide a highly versatile robot hand capable of measuring shape recognition with the same sensor for measurement objects such as many quality parts.
[0015]
MoreAccording to the shape recognition method as another invention, at least two electrode members in which electrodes are arranged in a regular arrangement on the surface or inside of a flexible and stretchable insulating film-like electrode member are used. Placed in the opposite positionUsing the electrode part that has a bag-like shape by bonding together, it controls the replacement of the substance put into the bag-shaped bag according to the type of material to be measured., Shape recognition that measures the change in the electrical signal generated between the electrodes of each electrode member supplied with the electrical signal of a predetermined value and recognizes the shape of the measurement object in contact with the electrode member based on the measured change in the electrical signal It is characterized by obtaining information. Therefore, 3D shape informationStable measurement that eliminates the influence of disturbanceIt becomes possible to take out with an electric signal, and three-dimensional shape recognition is facilitated based on the electric signal.
[0016]
According to the shape recognition method as another invention, at least two electrode members in which electrodes are arranged in a regular arrangement on the surface or inside of a flexible and stretchable insulating film-like electrode member are provided. Using the electrode part made into a bag shape by arranging it at the opposite position and bonding it together, the amount of substance put in the bag shaped bag according to the type of material etc. to be measured is controlled And measuring the change of the electric signal generated between the electrodes of each electrode member supplied with the electric signal of a predetermined value, and recognizing the shape of the measurement object in contact with the electrode member based on the measured change of the electric signal It is characterized by obtaining recognition information. Therefore, it becomes possible to take out the information of the three-dimensional shape as an electric signal by stable measurement in which the influence of the disturbance is removed, and the three-dimensional shape recognition is facilitated based on the electric signal.
[0017]
In addition, by putting a substance such as gas, liquid, powder, or fluid into a bag formed by laminating at least two electrode members facing each other, the contact portion of the electrode portion is made compliant. It can be held and flexible contact is possible.
[0018]
Furthermore, the distance between electrodes can be calculated as a linear value from the resistance between electrodes by putting a substance having a clear resistivity into a bag formed by bonding at least two electrode members opposed to each other.
[0019]
Further, by putting a substance having a clear dielectric constant into a bag formed by bonding at least two electrode members facing each other, the interelectrode distance can be calculated as a linear value from the interelectrode capacitance.
[0021]
Moreover, the inside of the bag constituted by bonding using at least two electrode members opposed to each otherMaterialBy detecting the pressure, various pressure measurement ranges can be set by measuring the contact pressure.
[0022]
In addition, the viscosity of the substance to be put inside the bag formed by bonding at least two electrode members facing each otherSnWhenBased on the distance d between the electrodes obtained from the change in the electrical signal generated between the electrodes of each measured electrode memberIt consists of a bag-like shapeBagInsideMaterial pressureBy calculating the value, if the viscosity of the substance inside the sensor is known,MaterialThe pressure can be determined.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The shape recognition sensor of the present invention is arranged at the opposite position using at least two electrode members in which electrodes are arranged in a regular arrangement on the surface or inside of a flexible and stretchable insulating film-like electrode member. do itMade into a bag shape by pasting togetherAn electrode part;Depending on the type of material to be measured, the substance replacement control means for controlling the replacement of the substance to be put inside the bag of the electrode part configured in a bag shape, andElectrical output means for outputting an electrical signal of a predetermined value to the electrodes of each electrode member, and electrical measurement means for electrically measuring an electrical signal generated between the electrodes of each electrode member.
[0027]
【Example】
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a shape recognition sensor according to a first embodiment of the present invention. In the figure, the
[0028]
FIG. 3 is a perspective view showing a schematic configuration of a shape recognition sensor according to the second embodiment of the present invention. The
[0029]
As described above, by replacing the material to be placed in the bag shape of the
[0030]
In addition, as shown in FIG. 5, by providing the sensor internal
[0031]
Here, conventionally, as shown in FIG. 7, a pressure gauge 25 is attached to a valve or the like of an injection part or a discharge part to the sensor and the internal pressure is directly measured by the pressure gauge 25. On the other hand, in the
[0032]
P = a / (d · Sn)
However, a is a constant [Pa / (mm · cps)], d> 0, Sn> 0.
[0033]
Thus, pressure is inversely proportional to material viscosity and distance. Therefore, if the viscosity of the substance in Sen is known,MaterialSince the pressure can be measured, the area of the contact portion can be obtained from the shape recognition measurement data, and the contact force to the measurement object can be measured. In addition, since the pressure measurement range can be selected depending on the substance in the sensor bag shape, it is possible to have various pressure measurement ranges with one sensor.
[0034]
Further, the
[0035]
Moreover, the structure which connected the contact shape temporal
[0036]
In addition, this invention is not limited to the said Example, It cannot be overemphasized that various deformation | transformation and substitution are possible if it is description in a claim.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, the shape recognition sensor of the present invention has at least two electrode members in which electrodes are arranged in a regular arrangement on the surface or inside of an insulating film-like electrode member that is flexible and stretchable. Use to place in the opposite positionMade into a bag shape by pasting togetherAn electrode part;Depending on the type of material to be measured, the substance replacement control means for controlling the replacement of the substance to be put inside the bag of the electrode part configured in a bag shape, andElectrical output means for outputting an electrical signal of a predetermined value to the electrodes of each electrode member and electrical measurement means for electrically measuring an electrical signal generated between the electrodes of each electrode member are provided. AndControl the replacement of the substance to be put inside the bag of the electrode portion configured in a bag shape by the substance replacement control means,Changes in the electrical signal generated between the electrodes of each electrode member supplied with an electrical signal of a predetermined value from the electrical output means were measured by the electrical measurement means, and contacted with the electrode member based on the measured change in the electrical signal Shape recognition information for recognizing the shape of the measurement object is obtained. Therefore, 3D shape informationStable measurement that eliminates the influence of disturbanceIt becomes possible to take out with an electric signal, and three-dimensional shape recognition is facilitated based on the electric signal.
[0038]
Also,The shape recognition sensor of the present invention is arranged at the opposite position using at least two electrode members in which electrodes are arranged in a regular arrangement on the surface or inside of a flexible and stretchable insulating film-like electrode member. The amount of material that controls the amount of material that can be placed inside the bag of the electrode part configured in a bag shape according to the type of material such as the electrode part that is formed into a bag shape and the object to be measured Control means, electrical output means for outputting electrical signals of a predetermined value to the electrodes of each electrode member, and electrical measurement means for electrically measuring electrical signals generated between the electrodes of each electrode member are provided. Then, the amount of the substance put into the bag of the electrode part configured in the bag shape by the substance amount control means is controlled according to the kind of the material of the measurement object, and an electric signal of a predetermined value is outputted from the electric output means. Shape recognition information that recognizes the shape of the measurement object in contact with the electrode member based on the change in the measured electrical signal by measuring the change in the electrical signal generated between the electrodes of each supplied electrode member. Get. Therefore, it becomes possible to take out the information of the three-dimensional shape as an electric signal by the stable measurement from which the influence of the disturbance is removed, and the three-dimensional shape recognition becomes easy based on the electric signal..
[0039]
Furthermore, by putting a substance such as gas, liquid, powder or fluid into the bag of the electrode part configured in a bag shape, the contact part of the electrode part can be made compliant and flexible contact is made. Enable.
[0040]
In addition, by putting a substance having a clear resistivity into the bag of the electrode portion configured in a bag shape, the interelectrode distance can be calculated as a linear value from the interelectrode resistance.
[0041]
Furthermore, by putting a substance having a clear dielectric constant into the bag of the electrode portion configured in a bag shape, the interelectrode distance can be calculated as a linear value from the interelectrode capacitance.
[0043]
Furthermore, the inside of the bag of the electrode part configured in a bag shapeMaterialDetect pressureSensorInsideMaterial pressureBy providing the detection means, various pressure measurement ranges can be set by measuring the contact pressure.
[0044]
Also,The substance pressure detection means in the sensor isViscosity of the substance to be put inside the bag of the electrode part configured in a bag shapeBased on Sn and the distance d between the electrodes determined from the change of the electrical signal generated between the electrodes of each electrode member measured by the electrical measuring means,Inside the bag of the electrode part configured in a bag shapeMaterial pressureBy calculating the value, if the viscosity of the substance inside the sensor is known,MaterialThe pressure can be determined.
[0045]
Further, a robot hand as another invention is characterized by using the shape recognition sensor. Therefore, it is possible to provide a highly versatile robot hand capable of measuring shape recognition with the same sensor for measurement objects such as many quality parts.
[0047]
MoreAccording to the shape recognition method as another invention, at least two electrode members in which electrodes are arranged in a regular arrangement on the surface or inside of a flexible and stretchable insulating film-like electrode member are used. Placed in the opposite positionUsing the electrode part that has a bag-like shape by bonding together, it controls the replacement of the substance put into the bag-shaped bag according to the type of material to be measured., Shape recognition that measures the change in the electrical signal generated between the electrodes of each electrode member supplied with the electrical signal of a predetermined value and recognizes the shape of the measurement object in contact with the electrode member based on the measured change in the electrical signal It is characterized by obtaining information. Therefore, 3D shape informationStable measurement that eliminates the influence of disturbanceIt becomes possible to take out with an electric signal, and three-dimensional shape recognition is facilitated based on the electric signal.
[0048]
According to the shape recognition method as another invention, at least two electrode members in which electrodes are arranged in a regular arrangement on the surface or inside of a flexible and stretchable insulating film-like electrode member are provided. Using the electrode part made into a bag shape by arranging it at the opposite position and bonding it together, the amount of substance put in the bag shaped bag according to the type of material etc. to be measured is controlled And measuring the change of the electric signal generated between the electrodes of each electrode member supplied with the electric signal of a predetermined value, and recognizing the shape of the measurement object in contact with the electrode member based on the measured change of the electric signal It is characterized by obtaining recognition information. Therefore, it becomes possible to take out the information of the three-dimensional shape as an electric signal by stable measurement in which the influence of the disturbance is removed, and the three-dimensional shape recognition is facilitated based on the electric signal.
[0049]
In addition, by putting a substance such as gas, liquid, powder, or fluid into a bag formed by laminating at least two electrode members facing each other, the contact portion of the electrode portion is made compliant. It can be held and flexible contact is possible.
[0050]
Furthermore, the distance between electrodes can be calculated as a linear value from the resistance between electrodes by putting a substance having a clear resistivity into a bag formed by bonding at least two electrode members opposed to each other.
[0051]
Further, by putting a substance having a clear dielectric constant into a bag formed by bonding at least two electrode members facing each other, the interelectrode distance can be calculated as a linear value from the interelectrode capacitance.
[0053]
Moreover, the inside of the bag constituted by bonding using at least two electrode members opposed to each otherMaterialBy detecting the pressure, various pressure measurement ranges can be set by measuring the contact pressure.
[0054]
In addition, the viscosity of the substance to be put inside the bag formed by bonding at least two electrode members facing each otherSnWhenBased on the distance d between the electrodes obtained from the change in the electrical signal generated between the electrodes of each measured electrode memberIt consists of a bag-like shapeBagInsideMaterial pressureBy calculating the value, if the viscosity of the substance inside the sensor is known,MaterialThe pressure can be determined.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a shape recognition sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state when a measurement object is brought into contact with the shape recognition sensor of the first embodiment.
FIG. 3 is a perspective view showing a schematic configuration of a shape recognition sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a configuration of a shape recognition sensor provided with an inlet / outlet port into a bag-like interior.
FIG. 5 is a schematic perspective view showing a configuration of a shape recognition sensor including a sensor internal substance replacement device.
FIG. 6 is a flowchart showing an operation of sensor internal substance replacement control.
FIG. 7 is a schematic perspective view showing the configuration of pressure measurement inside a conventional sensor.
FIG. 8 is a schematic perspective view showing a configuration of a shape recognition sensor including a pressure measuring device.
FIG. 9 is a schematic perspective view illustrating a configuration of a shape recognition sensor including a measurement electric signal calculation device.
FIG. 10 is a diagram showing a state in which a measurement object is placed in a bag-like shape recognition sensor.
FIG. 11 is a diagram showing an output image of a shape recognition sensor.
FIG. 12 is a schematic perspective view showing a configuration of a shape recognition sensor including a contact shape temporal change calculation device.
[Explanation of symbols]
1, 2; shape recognition sensor, 11, 12; matrix electrode film,
13, 16, 21; electrode connection terminal, 14, 17, 29; connection cable,
15; shape recognition sensor controller; 18; measurement object;
19; distance between electrodes, 20; bonding portion, 22; injection portion, 23; discharge portion,
24; substance changing device inside the sensor; 25; pressure gauge;
26; sensor pressure sensor inside the sensor,
27; sensor connection cable, 28; pressure measuring device,
31: Measurement electric signal calculation device, 36: Contact shape temporal change calculation device.
Claims (15)
測定対象物の材質等の種類に応じて、袋状の形状で構成した前記電極部の袋内部に入れる物質の入れ換えを制御する物質入れ換え制御手段と、
各電極部材の電極に所定値の電気信号を出力する電気的出力手段と、
各電極部材の電極間に生じる電気信号を電気的に計測する電気的計測手段とを設け、
前記物質入れ換え制御手段によって袋状の形状で構成した前記電極部の袋内部に入れる物質の入れ換えを制御し、前記電気的出力手段から所定値の電気信号が供給された各電極部材の電極間に生じた電気信号の変化を前記電気的計測手段によって計測し、計測した電気信号の変化に基づいて電極部材に接した測定対象物の形状を認識する形状認識情報を得ることを特徴とする形状認識センサ。A bag-like by attaching and bonding at least two electrode members with electrodes arranged in a regular arrangement on the surface or inside of a flexible and stretchable insulating film-like electrode member An electrode part having the shape of
Depending on the type of material to be measured, etc., a substance replacement control means for controlling the replacement of the substance to be put into the bag of the electrode part configured in a bag shape,
Electrical output means for outputting an electrical signal of a predetermined value to the electrode of each electrode member;
An electrical measuring means for electrically measuring an electrical signal generated between the electrodes of each electrode member;
The substance replacement control means controls the replacement of the substance put into the bag of the electrode portion configured in a bag shape, and between the electrodes of each electrode member to which an electrical signal of a predetermined value is supplied from the electrical output means. The shape recognition is characterized in that a change in the generated electric signal is measured by the electric measuring means, and shape recognition information for recognizing the shape of the measurement object in contact with the electrode member is obtained based on the change in the measured electric signal. Sensor.
測定対象物の材質等の種類に応じて、袋状の形状で構成した前記電極部の袋内部に入れる物質の量を制御する物質量制御手段と、
各電極部材の電極に所定値の電気信号を出力する電気的出力手段と、
各電極部材の電極間に生じる電気信号を電気的に計測する電気的計測手段とを設け、
前記物質量制御手段によって袋状の形状で構成した前記電極部の袋内部に入れる物質の量を測定対象物の材質等の種類に応じて制御し、前記電気的出力手段から所定値の電気信号が供給された各電極部材の電極間に生じた電気信号の変化を前記電気的計測手段によって計測し、計測した電気信号の変化に基づいて電極部材に接した測定対象物の形状を認識する形状認識情報を得ることを特徴とする形状認識センサ。 A bag-like by attaching and bonding at least two electrode members with electrodes arranged in a regular arrangement on the surface or inside of a flexible and stretchable insulating film-like electrode member An electrode part having the shape of
Depending on the type of material to be measured, etc., a substance amount control means for controlling the amount of substance to be put inside the bag of the electrode part configured in a bag shape,
Electrical output means for outputting an electrical signal of a predetermined value to the electrode of each electrode member;
An electrical measuring means for electrically measuring an electrical signal generated between the electrodes of each electrode member;
The amount of the substance put into the bag of the electrode part configured in a bag shape by the substance amount control means is controlled according to the kind of material of the measurement object, and an electric signal of a predetermined value from the electric output means A shape in which a change in an electric signal generated between the electrodes of each electrode member to which the electrode is supplied is measured by the electric measuring means, and a shape of a measurement object in contact with the electrode member is recognized based on the change in the measured electric signal. A shape recognition sensor characterized by obtaining recognition information .
測定対象物の材質等の種類に応じて袋状の形状で構成した袋の内部に入れる物質の入れ換えを制御し、所定値の電気信号を供給した各電極部材の電極間に生じた電気信号の変化を計測し、計測した電気信号の変化に基づいて電極部材に接した測定対象物の形状を認識する形状認識情報を得ることを特徴とする形状認識方法。 A bag-like by attaching and bonding at least two electrode members with electrodes arranged in a regular arrangement on the surface or inside of a flexible and stretchable insulating film-like electrode member A shape recognition method using an electrode part having a shape of
Depending on the type of material to be measured, the replacement of the substance to be put into the bag configured in the bag shape is controlled, and the electric signal generated between the electrodes of each electrode member that supplies the electric signal of a predetermined value is controlled. A shape recognition method characterized by measuring a change and obtaining shape recognition information for recognizing a shape of a measurement object in contact with an electrode member based on the measured change in an electrical signal .
測定対象物の材質等の種類に応じて袋状の形状で構成した袋の内部に入れる物質の量を 制御し、所定値の電気信号を供給した各電極部材の電極間に生じた電気信号の変化を計測し、計測した電気信号の変化に基づいて電極部材に接した測定対象物の形状を認識する形状認識情報を得ることを特徴とする形状認識方法。 A bag-like by attaching and bonding at least two electrode members with electrodes arranged in a regular arrangement on the surface or inside of a flexible and stretchable insulating film-like electrode member A shape recognition method using an electrode part having a shape of
Depending on the type of material to be measured, etc., the amount of the substance put into the bag configured in the bag shape is controlled, and the electric signal generated between the electrodes of each electrode member that supplied the electric signal of the predetermined value is controlled. A shape recognition method characterized by measuring a change and obtaining shape recognition information for recognizing a shape of a measurement object in contact with an electrode member based on the measured change in an electrical signal .
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