JP4729723B2 - 触覚センサ、摩擦検査装置、把持装置及び滑り余裕計測方法 - Google Patents
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Description
〔特許文献1〕
特開2001−021482号公報(公開:平成13(2001)年1月26日)
〔特許文献2〕
米国特許第5967990号明細書
〔特許文献3〕
特開平07−151672号公報(公開:平成7年(1995)6月16日)
〔非特許文献1〕
河合隆志、他2名共著、「把持力制御のための曲面ひずみ分布センサの開発」、日本機械学会論文集C編、Vol.64、No.627、pp.4264−4270,1998
〔非特許文献2〕
藤本英雄、佐野 明人、西恒介、上原祐作共著、「多指ハンドによる遠隔把持のための触覚センサ内蔵ソフトフィンガ」、ロボティクス・メカトロニクス講演会、2002
しかしながら、上述した圧力感知式の触覚センサには、以下に示す問題点がある。まず、非特許文献1に開示の触覚センサでは、シリコン樹脂内部に設置可能な歪みセンサの個数は限られており、十分な検出感度を得るために必要な個数を設置すると装置が大型化していまい、小型化すると十分な検出精度が得られないという問題点がある。
1a 弾性体
1b 接触面
1c 中心位置
2 画像取得部(画像取得手段)
3 外力検出部(外力検出手段)
4 情報処理ユニット
5 測定対象物
7 変形解析部(変形解析手段)
7a 半径算出部
7b 相対変位算出部
8 推定部(推定手段)
10、10’ 触覚センサ
20 筒状筐体
100 摩擦検査装置
200 把持装置
300 ロボットハンド
本発明に係る触覚センサは、感知手段と、画像取得手段と、変形解析手段と、推定手段と、を少なくとも備えているものであればよく、その他の具体的な構成、材料、大きさ等は特に限定されるものではない。つまり、上記特徴的な構成以外の構成としては、従来公知の触覚センサのものを好適に利用可能である。なお、本発明に係る触覚センサは、外力検出手段をさらに備える構成であることが好ましい。後述する“外力”が変数である場合、この外力検出手段を設けることが好ましいが、“外力”情報が検出するまでもなく容易に取得できる場合(例えば、一定値として予め設定可能、又は事後的に測定可能である場合等)は特に設けなくともよい。以下、本発明に係る触覚センサについて、外力検出手段を備えるものを例に挙げて詳細に説明する。
図1は、本実施の一形態に係る触覚センサの構造を模式的に示す図である。同図に示すように、本実施の形態に係る触覚センサ10は、感知部1、画像取得部2、外力検出部3、情報処理ユニット4を備えており、測定対象物5と感知部1との間の滑り余裕を計測するものである。
α3Φ2+(1−3α2)Φ+(3α−2)=0 ・・・(3)
本発明に係る触覚センサの他の構成について説明すると以下の通りである。なお、ここでは、上述の実施形態1における構成要素と同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。つまり、ここでは、上述の実施形態1との相違点について説明するものとする。
本発明に係る触覚センサの他の構成について、図8に基づいて説明すると以下の通りである。なお、ここでは、上述の実施形態1、2における構成要素と同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。つまり、ここでは、上述の実施形態1、2との相違点について説明するものとする。
<2−1>摩擦検査装置
本発明に係る触覚センサは、上述したように、滑り余裕や摩擦係数を簡便かつ精度よく検出することができるため、触覚センサを用いる各種の検査装置に利用することができる。すなわち、本発明に係る摩擦検査装置は、上述の触覚センサを、検査対象物(被検査物質)と接触する部分に備えているものであればよく、その他の具体的な構成等は特に限定されるものではない。なお、本明細書でいう「摩擦検査装置」とは、検査対象物の摩擦係数を算出する検査装置であればよく、例えば、表面の凹凸やざらつきの評価、塗装や研磨処理等の表面仕上げの評価等を行うことができる。
本発明に係る触覚センサは、把持装置にも好適に利用可能である。すなわち、本発明に係る把持装置は、上述の本発明に係る触覚センサが把持対象物(被把持物質)と接触する部分に搭載されているものであればよい。なお、本明細書でいう「把持装置」とは、把持対象物を他の物質との間で把持する装置であればよく、例えば、例えば、ロボットハンド等のように、複数の触覚センサを搭載した把持装置によって把持対象物を把持する装置も含まれる。
に対する力誤差は0に収束し、上述した把持力制御の安定性が証明された。
Claims (15)
- 測定対象物と接触する部位に弾性体を有する感知手段と、
上記測定対象物と弾性体との接触面に対して接線方向に外力が印加される前における、上記接触面の中心位置の座標情報が予め設定されており、かつ、上記設定された状態にて、上記接触面に対して接線方向に外力が印加された後の、上記接触面の状態を画像情報として取得する画像取得手段と、
上記予め設定された中心位置の座標情報と上記画像取得手段によって得られた画像情報とに基づき、上記接触面の変形情報を解析する変形解析手段と、
上記変形解析手段によって得られる接触面の変形情報、及び上記接触面に対して接線方向に印加される外力、並びに上記弾性体の物体定数に基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定手段と、を備えることを特徴とする触覚センサ。 - さらに、上記接触面に対して、接線方向に印加される外力を検出する外力検出手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の触覚センサ。
- 上記弾性体は、測定対象物と円周部分で接触する略半球状であり、
上記変形解析手段は、
上記画像取得手段によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の半径を算出する半径算出部と、
上記予め設定された中心位置の座標情報と上記画像取得手段によって得られた画像情報とに基づき、上記接触面に対して、接線方向に外力が加わる場合に生じる、上記接触面の相対変位を算出する相対変位算出部と、を備えており、
上記推定手段は、上記変形解析手段によって得られる接触面の半径、相対変位、及び上記外力検出手段によって検出される外力、並びに上記弾性体の物体定数から、ヘルツ接触を仮定した計算式を用いて、滑り余裕を推定するものであることを特徴とする請求項2に記載の触覚センサ。 - 上記弾性体の表面には、上記画像取得手段が、上記接触面に対して接線方向に外力が印加される前の状態における上記接触面の中心位置を明確に認識できる特徴図形が形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の触覚センサ。
- 上記弾性体は透明であり、
上記画像取得手段は、上記弾性体における、測定対象物と接触する側の面の裏面側に設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の触覚センサ。 - さらに、上記推定手段によって推定された滑り余裕に基づき、上記測定対象物と弾性体との間の摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の触覚センサ。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の触覚センサを備えることを特徴とする摩擦検査装置。
- 上記触覚センサにおける弾性体が検査対象物と接触できるように、上記触覚センサが筒状筐体に搭載されていることを特徴とする請求項7に記載の摩擦検査装置。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の触覚センサを備えることを特徴とする把持装置。
- 上記把持装置は、
上記搭載した触覚センサの弾性体と把持対象物とが接触して、当該把持対象物を把持する際に、上記触覚センサの弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が減少する場合は把持力を増強し、また上記触覚センサの弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が増加する場合は把持力を低減させて、所定の滑り余裕を保つように把持力を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項9に記載の把持装置。 - 上記把持装置がロボットハンドであることを特徴とする請求項9又は10に記載の把持装置。
- 測定対象物に対して弾性体を接触させる接触工程と、
上記接触面に対して、接線方向に外力を加える外力印加工程と、
上記外力印加工程によって印加された外力によって、上記接触面に生じる変形の状態を画像情報として取得する画像取得工程であって、上記測定対象物と弾性体との接触面に対して接線方向に外力が印加される前における、上記接触面の中心位置の座標情報が予め設定されており、かつ、上記設定された状態にて、上記接触面に対して接線方向に外力が印加された後の、上記接触面の状態を画像情報として取得する工程と、
上記予め設定された中心位置の座標情報と上記画像取得工程によって得られた画像情報とに基づき、上記接触面の変形情報を解析する変形解析工程と、
上記変形解析工程によって得られる接触面の変形情報、及び上記外力印加工程にて印加した外力、並びに上記弾性体の物体定数に基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定工程と、を含むことを特徴とする滑り余裕計測方法。 - 上記弾性体は、測定対象物と円周部分で接触する略半球状であり、
上記変形解析工程は、
上記画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記測定対象物と弾性体との接触面の半径を算出する半径算出工程と、
上記画像取得工程によって得られた画像情報と、予め設定された、上記外力が印加される前における上記接触面の中心位置の座標情報とに基づき、上記弾性体に、上記測定対象物と弾性体との接触面の接線方向に力が加わる場合に、測定対象物と弾性体との接触面の相対変位を算出する相対変位算出工程と、を含んでおり、
上記推定工程は、上記変形解析工程によって得られる接触面の半径、相対変位、及び上記外力印加工程にて印加した外力、並びに上記弾性体の物体定数から、ヘルツ接触を仮定した計算式を用いて、滑り余裕を推定する工程であることを特徴とする請求項12に記載の滑り余裕計測方法。 - さらに、上記外力印加工程にて印加した外力を検出する外力検出工程を含み、
上記推定工程では、上記外力印加工程にて印加した外力として、上記外力検出工程により検出される外力を用いることを特徴とする請求項12又は13に記載の滑り余裕計測方法。 - 上記弾性体は透明であり、
上記画像取得工程は、上記弾性体における、測定対象物と接触する側の面の裏面側に設けられている画像取得手段を用いて、画像情報を取得する工程であることを特徴とする請求項12〜14のいずれか1項に記載の滑り余裕計測方法。
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