JP6827381B2 - Slip detection system - Google Patents

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Description

本発明は、滑り検知システムに関する。 The present invention relates to a slip detection system.

把持機構（ロボットハンドとも呼ぶ）は，生産ラインや検査ラインにおける自動化ロボットや，自律移動型ロボットが把持物を持ち運ぶために利用される。把持機構の把持対象は、硬さ、重さ、形状、大きさなどが異なる様々な把持物であるため、把持物を滑らさずにまたは壊さずに把持するためにはそれを検出するセンシングシステムが必要となる。 The gripping mechanism (also called a robot hand) is used by automated robots on production lines and inspection lines, and autonomous mobile robots to carry gripped objects. Since the gripping target of the gripping mechanism is various gripping objects having different hardness, weight, shape, size, etc., a sensing system that detects the gripping object in order to grip it without slipping or breaking it. Is required.

把持物の滑りを検出する従来のセンシングシステムには、把持物と把持機構間の接触（把持力、せん断力）を検出するセンサと把持物との接触を必要としない光学式のセンサの例が挙げられる。 Conventional sensing systems that detect slippage of a gripped object include an example of an optical sensor that does not require contact between a sensor that detects contact between the gripped object and the gripping mechanism (grip force, shear force) and the gripped object. Can be mentioned.

例えば，特許文献１には、複数のセンサユニットをマトリクス状に配列させており、各センサユニットに内蔵されている複数の歪センサによって物体の重心位置を算出し、それによって適切な力にハンドの握力を調整する技術が提示されている。また、特許文献２には、複数の接触センサと光学式滑りセンサモジュールをハンド部に配置しており、接触センサを用いて操作物体の位置を検知し、操作物体の位置と、光学式滑りセンサモジュールによって検知した滑り検知ポイントが一致するように制御する技術が提示されている。 For example, in Patent Document 1, a plurality of sensor units are arranged in a matrix, and the position of the center of gravity of an object is calculated by a plurality of strain sensors built in each sensor unit, thereby applying an appropriate force to the hand. Techniques for adjusting grip strength are presented. Further, in Patent Document 2, a plurality of contact sensors and an optical slip sensor module are arranged in a hand portion, the position of the operating object is detected by using the contact sensor, and the position of the operating object and the optical slip sensor are detected. A technique for controlling the slip detection points detected by the module so as to match is presented.

特開２００８−２８１４０３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-281403 特開２０１２−２２８７６４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-228764

様々な被対象物を適切に把持するためには、被対象物が滑らない最小に近い把持力及び滑るまでの裕度を検出する必要がある。特許文献１のように、複数の同一のセンサユニットを使用する場合、被対象物の重心位置が変化するほどの大きな滑りが発生しないと滑りの検出ができないため、被対象物が滑らない最小に近い把持力を検出することが困難である。 In order to properly grip various objects, it is necessary to detect a gripping force close to the minimum that the object does not slip and a margin until it slips. When a plurality of the same sensor units are used as in Patent Document 1, the slip cannot be detected unless a large slip that changes the position of the center of gravity of the object occurs, so that the object does not slip to the minimum. It is difficult to detect a close gripping force.

また、特許文献２のように、複数の接触センサと共に光学式滑りセンサを使用する場合は、被対象物の滑り検出精度がイメージセンサの性能に依存するため、高精度に滑り検出を行う場合、素子が大きく高性能なイメージセンサが必要となり高コストとなる。 Further, as in Patent Document 2, when an optical slip sensor is used together with a plurality of contact sensors, the slip detection accuracy of the object depends on the performance of the image sensor. Therefore, when slip detection is performed with high accuracy, A high-performance image sensor with a large element is required, resulting in high cost.

本発明は、高精度かつシンプルな構成で被対象物が滑らない最小に近い把持力を算出することを目的とする。 An object of the present invention is to calculate a gripping force close to the minimum at which an object does not slip with a highly accurate and simple configuration.

上記課題を解決するために、本発明は例えば以下の特徴を有する。 In order to solve the above problems, the present invention has, for example, the following features.

複数の突起と、変形検出センサと、滑り検出手段とを備え、複数の突起の内の少なくとも一つに変形検出センサが配置され、変形検出センサが配置されていない突起と比べて、変形検出センサが配置された突起は被対象物との間で滑りやすく、滑り検出手段は、変形検出センサの値によって変形検出センサが配置された突起と被対象物との間で滑りが生じた際の第一の把持力を算出する。 The deformation detection sensor is provided with a plurality of protrusions, a deformation detection sensor, and a slip detection means, and a deformation detection sensor is arranged in at least one of the plurality of protrusions, as compared with a protrusion in which the deformation detection sensor is not arranged. The protrusion on which the deformation detection sensor is placed is slippery with the object, and the slip detection means is the first when slippage occurs between the protrusion on which the deformation detection sensor is placed and the target object according to the value of the deformation detection sensor. Calculate one grip force.

本発明によれば、複数突起の内の滑りやすい構成を有する突起の滑り検出により、高精度かつシンプルな構成で被対象物が滑らない最小に近い把持力を算出することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to calculate a gripping force close to the minimum at which an object does not slip with a highly accurate and simple structure by detecting slippage of a protrusion having a slippery structure among a plurality of protrusions. Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.

第１実施形態の把持機構の模式図である。It is a schematic diagram of the gripping mechanism of the first embodiment. センサ部の模式図である。It is a schematic diagram of a sensor part. センサ部の滑り検出用突起の拡大模式図である。It is an enlarged schematic view of the protrusion for slip detection of a sensor part. 突起を５ｘ５に並べたセンサ部の模式図である。It is a schematic diagram of the sensor part which arranged the protrusions in 5x5. 最小に近い把持力の検出プロセスの模式図である。It is a schematic diagram of the detection process of the gripping force near the minimum. 最小に近い把持力の検出プロセスのシーケンス図である。It is a sequence diagram of the detection process of the gripping force near the minimum. 検出用突起が検出した把持力（Ｆｚ）とＹ方向せん断力（Ｆｙ）の信号図である。It is a signal diagram of the gripping force (Fz) and the Y direction shearing force (Fy) detected by the detection protrusion. 最小に近い把持力の検出と裕度算出プロセスのシーケンス図である。It is a sequence diagram of the detection of the gripping force near the minimum and the margin calculation process. 第２実施形態のロボット脚の模式図である。It is a schematic diagram of the robot leg of the 2nd embodiment. 第２実施形態のタイヤの滑り検出プロセスの模式図である。It is a schematic diagram of the tire slip detection process of the 2nd Embodiment. 第３実施形態のタイヤの模式図である。It is a schematic diagram of the tire of the 3rd embodiment. 第３実施形態のタイヤの滑り検出プロセスの模式図である。It is a schematic diagram of the tire slip detection process of the third embodiment.

以下、本発明の形態を図面に従い説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同様の機能を有するものは、同様の符号を付け、同様の説明は繰り返さない場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following description shows specific examples of the contents of the present invention, and the present invention is not limited to these descriptions, and various works by those skilled in the art will be made within the scope of the technical ideas disclosed in the present specification. It can be changed and modified. Further, in all the drawings for explaining the present invention, those having the same function may be designated by the same reference numerals and the same description may not be repeated.

本発明の第一の実施形態を図１から図７を参照し説明する。 The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7.

図１は、本発明の第一実施形態に係る把持機構の構成の例を示した図である。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a gripping mechanism according to the first embodiment of the present invention.

図１に示すように、把持機構は、把持を実行するためのハンド１０１と、ハンド１０１を被対象物１０４に接近させるアーム１０２から構成される。ハンド１０１には、ハンドの開閉動作を可能とする駆動部１０５と、被対象物を把持する把持部１００と、把持部１００に配置されていて被対象物の滑りを検知するセンサ部１０３が備わっている。アーム１０２には、アーム１０２の三次元動作を可能とするアーム駆動部１０６が備わっている。駆動部１０５とアーム駆動部１０６はアンプ１０７を介してコントローラ１０８から制御される。コントローラ１０８内にはＣＰＵ１０９と、メモリ１１０と、滑り検出手段１１２と、裕度算出手段１１３とを搭載し、メモリ１１０内にはデータベース１１１を備える。 As shown in FIG. 1, the gripping mechanism includes a hand 101 for performing gripping and an arm 102 that brings the hand 101 closer to the object 104. The hand 101 includes a drive unit 105 that enables opening and closing of the hand, a grip unit 100 that grips the object, and a sensor unit 103 that is arranged in the grip 100 and detects slippage of the object. ing. The arm 102 is provided with an arm drive unit 106 that enables three-dimensional operation of the arm 102. The drive unit 105 and the arm drive unit 106 are controlled by the controller 108 via the amplifier 107. A CPU 109, a memory 110, a slip detecting means 112, and a margin calculating means 113 are mounted in the controller 108, and a database 111 is provided in the memory 110.

なお、図１は、被対象物１０４を把持する把持機構を単純化して示した図であり、本発明が適用できる滑り検出システムはこのような把持機構に限定されるものではない。特にハンド１０１については、人間の手のように複数本の指を有し、その各指にセンサ部１０３を設けた構成も可能である。その場合、小さな被対象物１０４であればハンドの２本の指で、その被対象物１０４を把持し、大きな被対象物１０４であればハンド１０１の３本以上の指で把持するなど、判断させてもよい。さらに、大きな被対象物１０４であれば、複数の把持機構を用いて把持しても良い。また、全ての指にセンサ部１０３を設ける必要はなく、滑りを検出するのに必要な指にセンサ部１０３を設ければよい。逆に、最も単純な構成としては、図１のようなハンド１０１であり、把持面の少なくとも一方にセンサ部１０３を設ければよい。 Note that FIG. 1 is a simplified view showing a gripping mechanism for gripping the object 104, and the slip detection system to which the present invention can be applied is not limited to such a gripping mechanism. In particular, the hand 101 may have a plurality of fingers like a human hand, and a sensor unit 103 may be provided on each finger. In that case, if the object is small 104, the object 104 is gripped by two fingers of the hand, and if the object 104 is large, the object 104 is gripped by three or more fingers of the hand 101. You may let me. Further, if the object is a large object 104, it may be gripped by using a plurality of gripping mechanisms. Further, it is not necessary to provide the sensor unit 103 on all the fingers, and the sensor unit 103 may be provided on the fingers necessary for detecting slippage. On the contrary, the simplest configuration is the hand 101 as shown in FIG. 1, and the sensor unit 103 may be provided on at least one of the gripping surfaces.

図２は，本実施形態に係るセンサ部１０３の構成を示す図である。図２は、被対象物１０４との接触面が上になるようにセンサ部１０３を表わした図である。接触面とは、被対象物とセンサ部１０３が接触した際の面であり、具体的にはセンサ部１０３に設置されている把持用突起２０１や滑り検出用突起２０２と、被対象物１０４が接触した際の面である。ハンド１０１の場合、把持面とも言う。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the sensor unit 103 according to the present embodiment. FIG. 2 is a diagram showing the sensor unit 103 so that the contact surface with the object 104 faces up. The contact surface is a surface when the object and the sensor unit 103 come into contact with each other. Specifically, the gripping protrusion 201 and the slip detection protrusion 202 installed on the sensor unit 103 and the object 104 This is the surface when in contact. In the case of the hand 101, it is also called a gripping surface.

センサ部１０３は、ハンドが被対象物と接触する面に貼りつけられる固定基部２０３と、固定基部２０３にマトリクス状に（縦横に）配列される複数の突起２０１〜２０２と、複数の突起２０１〜２０２の変形を検出する変形検出センサ２０４を備える。複数の突起２０１〜２０２は、被対象物１０４との接触面を形成する。 The sensor unit 103 includes a fixed base portion 203 attached to the surface where the hand comes into contact with the object, a plurality of protrusions 201 to 202 arranged in a matrix (vertically and horizontally) on the fixed base portion 203, and a plurality of protrusions 201 to 21. A deformation detection sensor 204 for detecting the deformation of 202 is provided. The plurality of protrusions 201 to 202 form a contact surface with the object 104.

本発明においては、図２に示すように、少なくとも１つの突起が他の突起とは異なり、せん断応力がかけられた際、他の突起よりも早く滑ることができる。また、変形検出センサ２０４が複数配置されているため、被対象物の滑りを検出可能な構造を有する。被対象物１０４との間で滑りやすい突起を滑り検出用突起２０２と呼び、その他の突起、つまり滑り検出用突起２０２よりも滑りにくい突起を把持用突起２０１と呼ぶこととする。本発明では、少なくとも滑り検出用突起２０２に変形検出センサ２０４が配置される必要がある。しかし、把持用突起２０１にも変形検出センサ２０４を配置することで、把持力、せん断力をより良い精度で算出できる。 In the present invention, as shown in FIG. 2, at least one protrusion is different from the other protrusions and can slide faster than the other protrusions when shear stress is applied. Further, since a plurality of deformation detection sensors 204 are arranged, it has a structure capable of detecting the slippage of the object. A protrusion that is slippery with the object 104 is referred to as a slip detection protrusion 202, and another protrusion, that is, a protrusion that is less slippery than the slip detection protrusion 202 is referred to as a gripping protrusion 201. In the present invention, the deformation detection sensor 204 needs to be arranged at least on the slip detection protrusion 202. However, by arranging the deformation detection sensor 204 also on the gripping protrusion 201, the gripping force and the shearing force can be calculated with better accuracy.

図２において、各々の突起は略矩形に示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、固定基部から突出し、把持力若しくはせん断力を受けて変形する部材であれば、形状（例：円形、三角形）は限定しない。また、図２では、突起を３×３に並べた例を示したが、より少なく（少なくとも２×２の並び）、またはより多くの突起を並べても良い。同心円状や渦巻き状など、他の並べ方によって突起を配置しても良い。各々の突起は、所定の間隙で配置しており、他の突起の変形の影響を受けない構成が望ましい。このセンサ部１０３は、平面上に限らず、曲面上に配置してもよい。また、把持部１００を固定基部２０３として活用してもよい。 In FIG. 2, each protrusion is shown as a substantially rectangular shape, but the present invention is not limited to this, and any member that protrudes from the fixed base and is deformed by receiving a gripping force or a shearing force has a shape ( Example: circle, triangle) is not limited. Further, in FIG. 2, an example in which the protrusions are arranged in 3 × 3 is shown, but less (at least 2 × 2 arrangement) or more protrusions may be arranged. The protrusions may be arranged in other arrangements such as concentric circles and spirals. It is desirable that each protrusion is arranged with a predetermined gap and is not affected by the deformation of other protrusions. The sensor unit 103 may be arranged not only on a flat surface but also on a curved surface. Further, the grip portion 100 may be used as the fixed base portion 203.

図３は、図２に示された滑り検出用突起２０２の周辺の構成を示す図である。滑り検出用突起２０２は把持面に沿ったせん断力を被対象物から受けて変形し、変形検出センサ２０４が変形を受けて歪むことによってせん断力を検出する。各軸の変形を検出するため、図３では、４つの変形検出センサ（２０４ａが２つと２０４ｂが２つ）が略矩形の突起の各側に水平方向に配置されている。Ｙ方向のせん断力を検出するセンサは変形検出センサ２０４ａであり、Ｘ方向のせん断力を検出するセンサは変形検出センサ２０４ｂである。把持力（Ｚ方向）は全てのセンサから算出可能である。なお、変形検出センサ２０４ａと２０４ｂは図３の配置に限らず、把持力及びせん断力を検出可能な配置であればよい。
変形検出センサ２０４ａと２０４ｂには、例えば歪みゲージを用いることができる。しかし、それ以外にも様々な構成を採用することが可能である。例えば、Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＭＥＭＳ）技術により、歪みゲージの代わりにシリコンピエゾ抵抗等を用いれば、滑り検出用突起２０２をセンサ部１０３と共により微小化することが可能である。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration around the slip detection protrusion 202 shown in FIG. The slip detection protrusion 202 receives a shear force along the gripping surface from the object and is deformed, and the deformation detection sensor 204 is deformed and distorted to detect the shear force. In order to detect the deformation of each axis, in FIG. 3, four deformation detection sensors (two 204a and two 204b) are arranged horizontally on each side of a substantially rectangular protrusion. The sensor that detects the shearing force in the Y direction is the deformation detection sensor 204a, and the sensor that detects the shearing force in the X direction is the deformation detection sensor 204b. The gripping force (Z direction) can be calculated from all the sensors. The deformation detection sensors 204a and 204b are not limited to the arrangement shown in FIG. 3, and may be any arrangement that can detect the gripping force and the shearing force.
For the deformation detection sensors 204a and 204b, for example, a strain gauge can be used. However, it is possible to adopt various other configurations. For example, by using the Micro-Electro Mechanical Systems (MEMS) technology, if a silicon piezoresistive effect or the like is used instead of the strain gauge, the slip detection protrusion 202 can be further miniaturized together with the sensor unit 103.

図４は、突起を５×５に並べたセンサ部１０３の例を示す。図４のように複数の滑り検出用突起２０２を備えると、被対象物１０４を把持する際に、被対象物１０４の表面が凹凸を有していることが原因で１つの滑り検出用突起２０２と接触せずとも、被対象物１０４と接触した他の滑り検出用突起２０２の信号の平均から、滑り検出が可能である。 FIG. 4 shows an example of the sensor unit 103 in which the protrusions are arranged in 5 × 5. When a plurality of slip detection protrusions 202 are provided as shown in FIG. 4, one slip detection protrusion 202 is provided because the surface of the target object 104 has irregularities when gripping the target object 104. The slip can be detected from the average of the signals of the other slip detection protrusions 202 that have come into contact with the object 104 without contacting the object 104.

図５は、滑り検出するためのプロセスの例を示す図である。図６は、このプロセスのフローチャートを示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing an example of a process for detecting slippage. FIG. 6 is a diagram showing a flowchart of this process.

最初に、図示しない光学的センサによって被対象物１０４の位置、形状、硬さ、重さが推定され、初期把持力を推定する。そして、アーム１０２はハンド１０１を被対象物１０４付近まで移動させ、ハンド１０１は推定した把持力で被対象物１０４を把持する（図５ａ、６０１〜６０３）。そして、アーム１０２はＹ軸の動きで被対象物１０４を地面５０７から持ち上げる（図５ｂ、６０４〜６０５）。被対象物１０４を持ち上げた後、ハンド１０１の把持力を徐々に減少し（図５ｃ、６０６）、滑り検出用突起２０２の滑りを変形検出センサ２０４で検出した時（図５ｄ、６０７）、把持力の減少を停止する。この時の把持力は把持用突起２０１が滑る直前の把持力であり、被対象物１０４を把持するために必要な最小に近い把持力である。これによって、被対象物を最小に近い把持力で把持することができ、把持物を滑らさずにまたは壊さずに把持できる。 First, the position, shape, hardness, and weight of the object 104 are estimated by an optical sensor (not shown), and the initial gripping force is estimated. Then, the arm 102 moves the hand 101 to the vicinity of the object 104, and the hand 101 grips the object 104 with the estimated gripping force (FIGS. 5a, 601 to 603). Then, the arm 102 lifts the object 104 from the ground 507 by the movement of the Y axis (FIGS. 5b, 604 to 605). After lifting the object 104, the gripping force of the hand 101 is gradually reduced (FIGS. 5c and 606), and when the slip of the slip detecting protrusion 202 is detected by the deformation detection sensor 204 (FIGS. 5d and 607), the grip is gripped. Stop the decrease in force. The gripping force at this time is the gripping force immediately before the gripping protrusion 201 slides, and is a gripping force close to the minimum required for gripping the object 104. As a result, the object can be gripped with a gripping force close to the minimum, and the gripped object can be gripped without slipping or breaking.

そして、この情報をデータベース１１１に保存することで、この被対象物１０４を扱える把持力として記録する（６０８、６０９）。６０６〜６０９は図１に示した滑り検出手段１１２のプロセスである。 Then, by storing this information in the database 111, it is recorded as a gripping force that can handle the object 104 (608, 609). 606 to 609 are the processes of the slip detecting means 112 shown in FIG.

図７は、図５および図６に示されるプロセスが実行された時の滑り検出用突起２０２の信号の例を示す。把持中に、滑り検出用突起２０２が被対象物１０４に接触してからハンド１０１の動作が止まるまで、Ｚ方向の力Ｆｚは徐々に増加する。その後、Ｙ方向の力Ｆｙは、被対象物１０４が完全に持ち上げられるまで増加する。その後、ハンド間の距離が徐々に増加するにつれて、Ｆｚは徐々に減少する。Ｆｚが徐々に減少するにつれて、滑り検出用突起２０２と被対象物１０４との間の摩擦力も徐々に減っていき、摩擦力がせん断力より低くなると、Ｆｙが急速に低下する。このＦｙの信号が変化したタイミングが、滑り検出用突起２０２が滑ったときである。Ｆｙの急低下を検出した場合にハンド動作を停止するので、そのあとＦｚ、Ｆｙの信号は一定となる。この時のＦｚ信号が、被対象物１０４を把握する最小に近い把持力に相当する。 FIG. 7 shows an example of the signal of the slip detection protrusion 202 when the process shown in FIGS. 5 and 6 is executed. During gripping, the force Fz in the Z direction gradually increases from the contact of the slip detection protrusion 202 with the object 104 until the movement of the hand 101 stops. After that, the force Fy in the Y direction increases until the object 104 is completely lifted. After that, as the distance between hands gradually increases, Fz gradually decreases. As the Fz gradually decreases, the frictional force between the slip detection projection 202 and the object 104 also gradually decreases, and when the frictional force becomes lower than the shearing force, the Fy rapidly decreases. The timing at which the Fy signal changes is when the slip detection protrusion 202 slips. Since the hand operation is stopped when a sudden drop in Fy is detected, the signals of Fz and Fy become constant after that. The Fz signal at this time corresponds to a gripping force close to the minimum for grasping the object 104.

滑り検出用突起２０２周辺にある把持用突起２０１にも変形検出センサ２０４を追加することで、最小に近い把持力をより正確に検出できる。 By adding the deformation detection sensor 204 to the gripping protrusion 201 around the slip detecting protrusion 202, the gripping force close to the minimum can be detected more accurately.

滑り検出用突起２０２を把持用突起２０１よりも滑りやすくするには、把持用突起２０１より低い表面摩擦、つまり摩擦係数が低い滑り検出用突起２０２とするか、または把持用突起２０１より高いせん断剛性を有する滑り検出用突起２０２とすればよい。 To make the slip detection protrusion 202 more slippery than the gripping protrusion 201, the surface friction is lower than that of the gripping protrusion 201, that is, the slip detection protrusion 202 has a lower coefficient of friction, or the shear rigidity is higher than that of the gripping protrusion 201. The slip detection protrusion 202 may be used.

より低い表面摩擦を有する滑り検出用突起２０２を作製するために、以下の２つの方法が挙げられる。 The following two methods can be mentioned for producing the slip detection protrusion 202 having lower surface friction.

第１の方法は、同じ形状と材料を使用しながら、突起の表面仕上げ（粗さ）を変えることである。滑らかな表面（より低い摩擦係数）の滑り検出用突起２０２では、同じ値のせん断応力を受けたときに把持用突起２０１より早く滑らせることが可能である。 The first method is to change the surface finish (roughness) of the protrusions while using the same shape and material. The slip-detecting protrusion 202 on a smooth surface (lower coefficient of friction) can slide faster than the gripping protrusion 201 when subjected to the same value of shear stress.

第２の方法は、より低い摩擦係数の材料を滑り検出用突起２０２に用いることである。この方法は第１の方法と同様の効果を有するが、摩擦係数は突起と被対象物との相互作用に依存することから、取り扱う被対象物に応じて係数が異なることが考慮されなければならない。したがって、ある被対象物では滑り検出用突起２０２の摩擦係数が把持用突起２０１に比べて小さくなり、別の被対象物では、それがより大きくなる場合がある。突起の作製に使用できる材料の一例としては、滑り検出用突起２０２用としてはシリコーン、把持用突起２０１用としてはテフロン（登録商標）が挙げられる。 The second method is to use a material with a lower coefficient of friction for the slip detection projection 202. This method has the same effect as the first method, but since the coefficient of friction depends on the interaction between the protrusion and the object, it must be taken into consideration that the coefficient differs depending on the object to be handled. .. Therefore, in one object, the friction coefficient of the slip detection protrusion 202 may be smaller than that in the gripping protrusion 201, and in another object, it may be larger. Examples of materials that can be used for producing the protrusions include silicone for the slip detection protrusion 202 and Teflon (registered trademark) for the gripping protrusion 201.

より高いせん断剛性を有する把持用突起２０１を作製するために、以下の２つの方法が挙げられる。 In order to prepare the gripping protrusion 201 having higher shear rigidity, the following two methods can be mentioned.

第１の方法は、突起全体の固定基部からの長さＬを同じにし、滑り検出用突起２０２との被対象物との接触面積Ａをより大きくすることである。せん断剛性は、
Ｋ ＝ ＧＡ ／ ｃＬ
で表され、突起全体のせん断剛性率Ｇ（材料に依存）、形状係数ｃ（形状に依存）や固定基部からの長さＬが同じであれば、滑り検出用突起２０２の接触面積Ａをより大きくすることによって、滑り検出用突起２０２のせん断剛性Ｋは高くなる。せん断力は、
Ｆ ＝ ＫΔＹ
で表され、被対象物を扱う時、すべての突起が同じように変形することを考慮すれば（図５で示す座標軸ＹのΔＹ変位が同じ）、より高いせん断剛性を有する滑り検出用突起２０２は、より大きいせん断力を生成することで、把持用突起２０１よりも早く摩擦力を上回るため、より早く滑る。よって、滑り検出用突起２０２は、被対象物との接触面積Ａが大きくなるような形状が望ましい。 The first method is to make the length L of the entire protrusion from the fixing base the same and to make the contact area A of the slip detection protrusion 202 with the object larger. Shear rigidity is
K = GA / cL
If the shear modulus G (depending on the material), shape coefficient c (depending on the shape), and length L from the fixed base of the entire protrusion are the same, the contact area A of the slip detection protrusion 202 is more. By increasing the value, the shear rigidity K of the slip detection protrusion 202 increases. Shear force is
F = KΔY
In consideration of the fact that all the protrusions are deformed in the same way when handling the object (the ΔY displacement of the coordinate axis Y shown in FIG. 5 is the same), the slip detection protrusion 202 having a higher shear rigidity. Glide faster because it exceeds the frictional force faster than the gripping protrusion 201 by generating a greater shear force. Therefore, it is desirable that the slip detection protrusion 202 has a shape such that the contact area A with the object is large.

第２の方法は、より剛性が高い材料を滑り検出用突起２０２に用いることである。より剛性が高い材料は、他の材料よりも高いせん断力を生成し、同じ値のせん断応力を受けると、他の材料よりも早く滑る。前述のように、異なる材料は異なる摩擦係数を有するため、両種類の突起の材料を選択する際に考慮すべきである。突起の作製に使用できる材料の一例は、滑り検出用突起２０２用としては重合剤の低いシリコーン、把持用突起２０１用としては重合剤の高いシリコーンが挙げられる。 The second method is to use a more rigid material for the slip detection protrusion 202. More rigid materials generate higher shear forces than other materials and, when subjected to the same value of shear stress, slide faster than other materials. As mentioned above, different materials have different coefficients of friction and should be considered when choosing materials for both types of protrusions. Examples of materials that can be used for producing the protrusions include silicone having a low polymerization agent for the protrusion 202 for slip detection and silicone having a high polymerization agent for the protrusion 201 for gripping.

滑り検出用突起２０２の剛性を他の突起よりも早く滑らせるように変化させた場合には、滑り検出用突起２０２と把持用突起２０１の剛性の割合を設定することにより、被対象物がハンドから完全に滑るまで裕度を知ることができる。これによって、ハンドの把持量を何パーセント低減してしまうと、ハンドから被対象物が滑るかが分かるため、より適切と安全に被対象物を扱うことができる。例えば、滑り検出用突起２０２の剛性ｋ１と把持用突起２０１の剛性ｋ２との比をｋ１：ｋ２＝１：０．８とすると、滑り検出用突起２０２が滑った時、把持用突起２０１が滑るまでの裕度は２０％である。よって、把持力を２０％低減しても、被対象物は滑らない。
図８は、滑り検出用突起２０２と把持用突起２０１の剛性の割合を設定した場合のフローチャートである。本フローチャートの８０１〜８０８は図６の６０１〜６０８と等しく、８０９と８１０は裕度算出手段１１３のプロセスである。以下、裕度を算出する方法を説明する。 When the rigidity of the slip detection protrusion 202 is changed so as to slide faster than the other protrusions, the object can be handed by setting the ratio of the rigidity of the slip detection protrusion 202 and the gripping protrusion 201. You can know the abundance from to completely slip. As a result, if the gripping amount of the hand is reduced by what percentage, the object slips from the hand, so that the object can be handled more appropriately and safely. For example, if the ratio of the rigidity k1 of the slip detection protrusion 202 to the rigidity k2 of the gripping protrusion 201 is k1: k2 = 1: 0.8, when the slip detection protrusion 202 slips, the gripping protrusion 201 slips. The margin up to is 20%. Therefore, even if the gripping force is reduced by 20%, the object does not slip.
FIG. 8 is a flowchart when the ratio of the rigidity of the slip detection protrusion 202 and the gripping protrusion 201 is set. 801 to 808 in this flowchart are equal to 601 to 608 in FIG. 6, and 809 and 810 are processes of the margin calculation means 113. The method of calculating the margin will be described below.

まず、図６と同様に滑り検出用突起２０２の滑りを検出し、最小に近い把持力を検出する。そして、データベース１１１にある、各突起の剛性に関するデータを用い、滑り検出手段１１２が算出した最小に近い把持力に基づいて、被対象物が把持用突起２０１から滑るまで、つまり接触面の滑りの発生までの裕度を算出する（８０９〜８１０）。さらに、図示はしていないが、最小に近い把持力と、算出した裕度とに基づいて、接触面の滑りが発生しない寸前の把持力である最小把持力を算出する。そして、算出された裕度または最小把持力を、コントローラ１０８のデータベース１１１に保存する（８１１）。 First, the slip of the slip detection protrusion 202 is detected in the same manner as in FIG. 6, and the gripping force close to the minimum is detected. Then, using the data on the rigidity of each protrusion in the database 111, based on the gripping force close to the minimum calculated by the slip detecting means 112, until the object slides from the gripping protrusion 201, that is, the slip of the contact surface. The margin up to the outbreak is calculated (809-810). Further, although not shown, the minimum gripping force, which is a gripping force on the verge of not causing slippage on the contact surface, is calculated based on the gripping force close to the minimum and the calculated margin. Then, the calculated margin or minimum gripping force is stored in the database 111 of the controller 108 (811).

また、滑り検出用突起２０２周辺にある把持用突起２０１にも変形検出センサ２０４を追加した場合、つまり滑りやすさが異なる突起に対して変形検出センサ２０４が配置されている場合、それぞれの突起の配置された変形検出センサ２０４の値に基づいて裕度算出手段１１３は接触面の滑りまでの裕度を算出する。 Further, when the deformation detection sensor 204 is added to the gripping protrusion 201 around the slip detection protrusion 202, that is, when the deformation detection sensor 204 is arranged for the protrusions having different slipperiness, the deformation detection sensor 204 of each protrusion The margin calculation means 113 calculates the margin until the contact surface slips based on the value of the arranged deformation detection sensor 204.

以上のように、本発明の滑り検出システムによれば、高精度、シンプルかつ低コストで被対象物が滑らない最小に近い把持力をできる。さらに、最小把持力を算出でき、把持機構または滑り検出が必要な装置にフィードバックすることできる。 As described above, according to the slip detection system of the present invention, it is possible to obtain a gripping force close to the minimum at which the object does not slip with high accuracy, simplicity and low cost. In addition, the minimum gripping force can be calculated and fed back to the gripping mechanism or device requiring slip detection.

なお、ＣＰＵ１０９が滑り検出手段１１２と裕度算出手段１１３の役割を果たしても良いなど、滑り検出手段１１２と裕度算出手段１１３の場所はこれに限定されない。 The locations of the slip detecting means 112 and the margin calculating means 113 are not limited to this, such that the CPU 109 may play the roles of the slip detecting means 112 and the margin calculating means 113.

本発明の第二の実施形態を図９と図１０を参照し説明する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

本発明の滑り検出システムは、必ずしも把持機構及びロボットハンドによって使用される必要はなく、滑り検出を必要とする任意の装置でも使用できる。この例では、滑り検出システムを歩行ロボット（図示せず）のロボット脚９０１で使用する方法を示す。 The slip detection system of the present invention does not necessarily have to be used by the gripping mechanism and the robot hand, and can be used with any device that requires slip detection. In this example, a method of using the slip detection system on the robot legs 901 of a walking robot (not shown) is shown.

ロボット脚９０１では、被対象物ではなく地面５０７とロボット脚との間での滑りを検出する。滑りを適切に検出できない場合、歩行ロボットのバランスが崩れてしまい、転倒する恐れがある。最近の歩行ロボットは、様々な地面条件で歩行する必要があるため、ロボット脚９０１の滑りを検出することは重要である。 The robot leg 901 detects slippage between the ground 507 and the robot leg, not the object. If the slip cannot be detected properly, the walking robot may become unbalanced and fall. Since modern walking robots need to walk under various ground conditions, it is important to detect slippage of the robot leg 901.

ロボット脚９０１の滑りを検出するために、センサ部１０３を、図９に示すようにロボット脚９０１の地面と接触する部分に配置する。 In order to detect the slip of the robot leg 901, the sensor unit 103 is arranged at a portion of the robot leg 901 in contact with the ground as shown in FIG.

図１０は、ロボット脚９０１における滑り検出プロセスを示す。歩行ロボットが一歩動作をし始めてから、ロボット脚９０１と地面５０７との間にせん断力検出を開始する（１００１〜１００２）。その後、滑り検出用突起２０２のせん断力信号に急低下が発生するまでせん断力検出を行い（１００２〜１００３）、せん断力信号に急低下が発生すれば、その情報を歩行ロボットの制御システムにフィードバックする（１００３〜１００４）。そして、制御システムはその滑りの情報を用いて、走行ロボットのバランスを崩れないようにバランス安定化対策を行う（１００５）。バランス安定化対策の一例は、滑り検出用突起２０２が滑った方向を検出し、その反対方向に別のロボット脚９０１を移動する方法がある。 FIG. 10 shows the slip detection process in the robot leg 901. After the walking robot starts to move one step, the shear force detection is started between the robot leg 901 and the ground 507 (1001 to 1002). After that, the shear force is detected until the shear force signal of the slip detection protrusion 202 suddenly drops (1002 to 1003), and when the shear force signal suddenly drops, the information is fed back to the control system of the walking robot. (1003 to 1004). Then, the control system uses the slip information to take balance stabilization measures so that the balance of the traveling robot is not lost (1005). As an example of the balance stabilization measure, there is a method of detecting the slipping direction of the slip detection protrusion 202 and moving another robot leg 901 in the opposite direction.

本発明では、図９に示すロボット脚９０１の構成に限らず、他のロボット脚でも使用できる。また、図９に示している地面５０７の形状と寸法に限らず、実施例１に記載した方法で滑りを検出できれば、どのような形状と寸法でも良い。しかし、センサ部１０３の突起全体が小さければ小さいほど、ロボットの形状に関する測定誤差が小さくなるので、小さい突起を有するセンサ部１０３のほうが望ましい。 In the present invention, not only the configuration of the robot leg 901 shown in FIG. 9 but also other robot legs can be used. Further, the shape and size of the ground 507 shown in FIG. 9 are not limited to any shape and size as long as slippage can be detected by the method described in Example 1. However, the smaller the entire protrusion of the sensor unit 103, the smaller the measurement error regarding the shape of the robot. Therefore, the sensor unit 103 having a small protrusion is preferable.

以上のように、滑り検出システムをロボット脚９０１に使用すれば、ロボット脚９０１の滑り情報を制御システムにフィードバックすることで、歩行ロボット転倒によるダメージを予防できる。 As described above, if the slip detection system is used for the robot leg 901, the slip information of the robot leg 901 is fed back to the control system to prevent damage caused by the fall of the walking robot.

本発明の第三の実施形態を図１１と図１２を参照し説明する。 本例ではタイヤに滑り検出システムを使用する方法を示す。 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12. This example shows how to use a slip detection system for tires.

車両のタイヤの滑りが発生する時、車両の制御を失うため、人の命を危険にさらす事故につながる恐れがある。タイヤの滑りを防ぐために、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）が用いされている。ＡＢＳは一つの車輪が他の車輪よりも遅く回転していることを検出し、それを車輪のロックと解釈し、その車輪のブレーキ力を１秒間に複数回加減させ、滑りを防止させるシステムである。この回転検出は、システムの誤動作を回避するために、車輪速度センサおよび各車輪の回転速度の差のしきい値によって実行される。 When a vehicle tire slips, it loses control of the vehicle, which can lead to an accident that could endanger human life. An anti-lock braking system (ABS) is used to prevent tire slippage. ABS is a system that detects that one wheel is rotating slower than the other, interprets it as a wheel lock, and adjusts the braking force of that wheel multiple times per second to prevent slipping. is there. This rotation detection is performed by a wheel speed sensor and a threshold value of the difference in rotation speed of each wheel in order to avoid malfunction of the system.

ＡＢＳは車両の安全メカニズムとしてよく使用されているが、車輪の実際の滑り発生と実験によって定義されたしきい値に依存する。そのシステムはタイヤの滑りを実際に検出するセンサが備えられていないため、システムが誤動作する可能性がある。そのため、タイヤ滑り検出のために本発明は有用である。 ABS is often used as a vehicle safety mechanism, but it depends on the actual wheel slip occurrence and the threshold defined by the experiment. The system does not have a sensor that actually detects tire slippage, which can cause the system to malfunction. Therefore, the present invention is useful for detecting tire slippage.

センサ部１０３を図１１のようにタイヤ１１０１表面に取り付けることによって、タイヤ１１０１の滑りを検出することができ、この情報を車両ブレーキ制御システムにフィードバックできる。そうすると、ＡＢＳが使用されている閾値の代わりに利用でき、ＡＢＳの誤動作を防ぐことができる。 By attaching the sensor unit 103 to the surface of the tire 1101 as shown in FIG. 11, the slip of the tire 1101 can be detected, and this information can be fed back to the vehicle brake control system. Then, ABS can be used instead of the threshold value used, and malfunction of ABS can be prevented.

図１１でタイヤ１１０１の滑り検出プロセスを説明する。車両の移動を開始してから、タイヤ１１０１のせん断力検出を開始する（１２０１〜１２０２）。その後、滑り検出用突起２０２のせん断力信号に急低下が行うまでせん断力検出を行い（１２０２〜１２０３）、せん断力信号に急低下が発生すれば、その情報を車両ブレーキ制御システムにフィードバックする（１２０３〜１２０４）。そして、制御システムはその滑りの情報を用いて、タイヤ１１０１がロックされないように滑り検出されたタイヤ１１０１のブレーキ力を低減する（１２０５）。 The slip detection process of the tire 1101 will be described with reference to FIG. After starting the movement of the vehicle, the shear force detection of the tire 1101 is started (1201 to 1202). After that, the shear force is detected until the shear force signal of the slip detection protrusion 202 suddenly drops (1202-1203), and when the shear force signal suddenly drops, the information is fed back to the vehicle brake control system (). 1203-1204). Then, the control system uses the slip information to reduce the braking force of the tire 1101 detected as slip so that the tire 1101 is not locked (1205).

この例では、滑り検出システムは車両のタイヤに使用されているが、車両に限定されるものではない。滑り検出システムは、車輪滑りを防止する必要のある全てのシステムに使用される。車輪付き人間共生ロボットのような車輪の摩耗が少ない装置で滑り検出システムを使用する場合、突起に摩耗も少なくなるため、滑り検出能力を維持できる。 In this example, the slip detection system is used on vehicle tires, but is not limited to vehicles. Slip detection systems are used in all systems that need to prevent wheel slippage. When the slip detection system is used in a device such as a human symbiotic robot with wheels that wears less wheels, the protrusions also wear less, so that the slip detection ability can be maintained.

１００ 把持部
１０１ ハンド
１０２ アーム
１０３ センサ部
１０４ 被対象物
１０５ 駆動部
１０６ アーム駆動部
１０７ アンプ
１０８ コントローラ
１０９ ＣＰＵ
１１０ メモリ
１１１ データベース
１１２ 滑り検出手段
１１３ 裕度算出手段
２０１ 把持用突起
２０２ 滑り検出用突起
２０３ 固定基部
２０４ 変形検出センサ
２０４ａ Ｙ方向の変形検出センサ
２０４ｂ Ｘ方向の変形検出センサ
５０７ 地面
６０１〜６０９ 最小に近い把持力の検出シーケンス
８０１〜８０９ 最小に近い把持力の検出と裕度算出のシーケンス
９０１ ロボット脚
１００１〜１００４ ロボット脚の滑り検出シーケンス
１１０１ タイヤ
１２０１〜１２０５ タイヤの滑り検出シーケンス 100 Grip 101 Hand 102 Arm 103 Sensor 104 Object 105 Drive 106 Arm drive 107 Amplifier 108 Controller 109 CPU
110 Memory 111 Database 112 Slip detection means 113 Looseness calculation means 201 Gripping protrusion 202 Slip detection protrusion 203 Fixed base 204 Deformation detection sensor 204a Deformation detection sensor in Y direction 204b Deformation detection sensor in X direction 507 Ground 601 to 609 Minimum Near grip force detection sequence 801 to 809 Near minimum grip force detection and margin calculation sequence 901 Robot leg 1001 to 1004 Robot leg slip detection sequence 1101 Tire 1201 to 1205 Tire slip detection sequence

Claims (9)

複数の突起と、変形検出センサと、滑り検出手段とを備え、
前記複数の突起の内の少なくとも一つに前記変形検出センサが配置され、
前記変形検出センサが配置されていない突起と比べて、前記変形検出センサが配置された突起は被対象物との間で滑りやすく、
前記滑り検出手段は、前記変形検出センサの値によって前記変形検出センサが配置された突起と前記被対象物との間で滑りが生じた際の第一の把持力を算出することを特徴とする滑り検知システム。 It is equipped with a plurality of protrusions, a deformation detection sensor, and a slip detection means.
The deformation detection sensor is arranged at least one of the plurality of protrusions.
Compared with the protrusion on which the deformation detection sensor is not arranged, the protrusion on which the deformation detection sensor is arranged is more slippery with the object.
The slip detecting means is characterized in that the first gripping force when slip occurs between the protrusion on which the deformation detection sensor is arranged and the object is calculated based on the value of the deformation detection sensor. Slip detection system. 請求項１に記載の滑り検知システムにおいて、
裕度算出手段を備え、
前記裕度算出手段は、前記第一の把持力に基づいて、接触面の滑りの発生までの裕度を算出することを特徴とする滑り検知システム。 In the slip detection system according to claim 1,
Equipped with a margin calculation method
The slip detection system is characterized in that the margin calculating means calculates the margin until the occurrence of slip on the contact surface based on the first gripping force. 請求項２に記載の滑り検出システムにおいて、
前記裕度算出手段は、前記第一の把持力と前記裕度とに基づいて、第二の把持力を算出することを特徴とする滑り検知システム。 In the slip detection system according to claim 2,
The slip detection system is characterized in that the margin calculating means calculates a second gripping force based on the first gripping force and the margin. 請求項１に記載の滑り検出システムにおいて、
前記変形検出センサが配置された突起は、前記変形検出センサが配置されていない突起よりもせん断剛性が高いことを特徴とする滑り検知システム。 In the slip detection system according to claim 1,
A slip detection system characterized in that the protrusion on which the deformation detection sensor is arranged has a higher shear rigidity than the protrusion on which the deformation detection sensor is not arranged. 請求項１に記載の滑り検出システムにおいて、
前記変形検出センサが配置された突起は、前記変形検出センサが配置されていない突起よりも摩擦係数が低いことを特徴とする滑り検知システム。 In the slip detection system according to claim 1,
A slip detection system characterized in that the protrusion on which the deformation detection sensor is arranged has a lower friction coefficient than the protrusion on which the deformation detection sensor is not arranged. 請求項１に記載の滑り検出システムにおいて、
裕度算出手段を備え、
前記複数の突起の内、滑りやすさが異なる第１の突起および第２の突起に対して前記変形検出センサが備えられ、
前記裕度算出手段は、前記第１の突起および前記第２の突起に対する前記変形検出センサの出力に基づいて、接触面の滑りの発生までの裕度を算出することを特徴とする滑り検知システム。 In the slip detection system according to claim 1,
Equipped with a margin calculation method
Among the plurality of protrusions, the deformation detection sensor is provided for the first protrusion and the second protrusion having different slipperiness.
The slip detection system is characterized in that the margin calculating means calculates the margin until the occurrence of slip of the contact surface based on the output of the deformation detection sensor with respect to the first protrusion and the second protrusion. .. 請求項１に記載の滑り検出システムにおいて、
前記変形検出センサには、シリコンピエゾ抵抗が使用されることを特徴とする滑り検知システム。 In the slip detection system according to claim 1,
A slip detection system characterized in that a silicon piezoresistive effect is used for the deformation detection sensor. 請求項１に記載の滑り検出システムにおいて、
前記変形検出センサが配置されていない突起と比べて、前記変形検出センサが配置された突起は前記被対象物との接触面積が大きくなるような形状であることを特徴とする滑り検知システム。 In the slip detection system according to claim 1,
A slip detection system characterized in that the protrusion on which the deformation detection sensor is arranged has a shape in which the contact area with the object is larger than that on the protrusion on which the deformation detection sensor is not arranged. 請求項１に記載の滑り検出システムにおいて、
前記複数の突起はマトリクス状に配列されていることを特徴とする滑り検出システム。 In the slip detection system according to claim 1,
A slip detection system characterized in that the plurality of protrusions are arranged in a matrix.
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