JP6925544B2 - 接触状態認識装置及びロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、物体との接触状態を認識する接触状態認識装置及びロボットシステムに関する。

近年、産業用ロボットは、従来のような繰り返し同じ物体を運ぶような作業ではなく、多品種に柔軟に対応することが求められる。特にロボットハンドは、従来は物体ごとに最適なものを設計し活用してきたが、１つのロボットハンドで複数の物体に対応可能なことが求められる。１つのロボットハンドで複数の物体に対応する方法の１つに、物体と当接する部分に柔軟素材を用いる方法がある。物体に当接する柔軟部が物体に倣うことによって、１つのロボットハンドで様々な形状の物体に対応することが可能である。一方で、当接する部分が柔軟である場合、ロボットハンドがどのような把持力で物体を把持しているか不確定であり、運搬、組み立てなどを行うことが困難となる。

柔軟部にかかった力を推定する方法として、物体と当接する部分に磁石及びホール素子を備え、外力が加わることでホール素子と磁石の位置関係が変化する構造とし、ホール素子の検出値から外力を推定する方法がある。特許文献１には、センサ装置が、磁性粒子を内部に分散した柔軟構造部の中央部にホール素子、及び柔軟構造部の上下に電磁石を備え、ホール素子が検出した磁場の変化量に応じて外力を推定する技術が開示されている。

国際公開第２０１４／２０３４４６号

ロボットハンドが基板などの薄物の物体の側面を持って搬送、組み立てなどを実行するシーンでは、物体の把持力だけでなく、ロボットハンドと物体との接触角度を含めた接触状態を表す把持姿勢を正確に把握することが望まれる。ロボットハンドが物体をどのように把持しているかを把握しなければ、把持後の作業を継続することが難しいからである。しかしながら、特許文献１に記載のセンサ装置では、物体を把持したときの姿勢を推定することはできない。そのため、組み立て工程などに適用されても作業を継続することが難しい、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、物体と接触した際の接触状態を認識可能な接触状態認識装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ロボットに取り付けられ、物体と接触した際の接触状態を認識する接触状態認識装置である。接触状態認識装置は、ロボットに取り付けられる剛体部と、剛体部に取り付けられる磁気センサと、剛体部に取り付けられ、物体と接触した際に変形する柔軟部と、を備える。柔軟部は、互いに異なる位置に複数の磁石を内包する。磁気センサは、互いに異なる方向の２つの検出軸を少なくとも有し、複数の磁石による検出軸の方向の磁界の強さを検出軸毎に検出する。

本発明によれば、接触状態認識装置は、物体との接触状態を認識できる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る接触状態認識装置を備えたロボットハンドの構成の一例を示す概略図 実施の形態１に係る接触状態認識装置を備えるロボットハンドがワークである把持物体を把持する際の接触状態の第１の例を示す図 実施の形態１に係る接触状態認識装置を備えるロボットハンドがワークである把持物体を把持する際の接触状態の第２の例を示す図 実施の形態１に係る接触状態認識装置の構成の一例を示す図 実施の形態１に係る接触状態認識装置における接触部の構成の一例を示す上面図及び側面図 実施の形態１に係る接触状態認識装置を備えたロボットシステムの構成例を示す図 実施の形態１に係る接触状態推定部が保持する、接触角度と磁気センサで検出される磁界の強さの変化量との関係を表すモデルの一例を示す模式図 実施の形態１に係る接触状態推定部が接触部と把持物体との接触状態を推定する動作を示すフローチャート 実施の形態１に係る接触状態認識装置の接触状態推定部が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図 実施の形態１に係る接触状態認識装置の接触状態推定部が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図 実施の形態１に係る接触状態認識装置を備えたロボットハンドの構成の他の例を示す概略図 実施の形態２に係る接触状態認識装置の構成の一例を示す図 実施の形態２に係る接触状態認識装置における接触部の構成の一例を示す上面図及び側面図 実施の形態３に係る接触状態認識装置の構成の一例を示す図 実施の形態３に係る接触状態認識装置における接触部の構成の一例を示す上面図及び側面図 実施の形態４に係る接触状態認識装置の構成の一例を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る接触状態認識装置及びロボットシステムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る接触状態認識装置１００ａを備えたロボットハンド１０の構成の一例を示す概略図である。図２は、実施の形態１に係る接触状態認識装置１００ａを備えるロボットハンド１０がワークである把持物体２０を把持する際の接触状態の第１の例を示す図である。図３は、実施の形態１に係る接触状態認識装置１００ａを備えるロボットハンド１０がワークである把持物体２０を把持する際の接触状態の第２の例を示す図である。把持物体２０は、ロボットハンド１０の把持対象となる物体である。ロボットハンド１０は、指部１１ａ，１１ｂを有するロボットである。ロボットハンド１０は、指部１１ａ及び指部１１ｂの間隔を調整することで把持物体２０を把持する。

図１から図３の例では、ロボットハンド１０は、２つの接触状態認識装置１００ａを備える。接触状態認識装置１００ａは、把持物体２０と接触した際の接触状態を認識する。接触状態認識装置１００ａは、接触部１１０ａと、接触状態推定部１５０ａとを備える。接触部１１０ａは、指部１１ａ，１１ｂの内側にそれぞれに設置される。具体的には、接触部１１０ａは、指部１１ａと把持物体２０とが当接する部位、及び指部１１ｂと把持物体２０とが当接する部位に備えられる。すなわち、接触部１１０ａは、ロボットハンド１０が把持物体２０を把持する部位に取り付けられる。ロボットハンド１０は、接触部１１０ａを介して把持物体２０を把持することになる。なお、把持物体２０を把持する際に接触するなどの問題が無ければ、接触状態推定部１５０ａを指部１１ａ，１１ｂの内側にそれぞれに設置してもよい。

接触状態推定部１５０ａは、接触部１１０ａと電気的に接続され、接触部１１０ａから出力される情報に基づいて、接触部１１０ａと把持物体２０との接触状態を推定する。具体的には、接触状態推定部１５０ａは、接触部１１０ａが備える図示しない磁気センサで検出された各検出軸方向の磁界の強さに基づいて、接触部１１０ａと把持物体２０との接触角度を含む接触状態を推定する。接触部１１０ａと把持物体２０との接触状態は、指部１１ａ，１１ｂと把持物体２０との接触状態を表し、ロボットハンド１０と把持物体２０との接触状態を表す。接触状態は、少なくとも接触角度を含む。接触状態は、接触力、すなわち把持力を含んでも良い。

図１から図３において、把持方向をｚ軸方向とし、ｚ軸に垂直な方向をｘ軸方向及びｙ軸方向とする。ここで、把持方向とは、ロボットハンド１０が把持物体２０を把持するために指部１１ａ及び１１ｂの間隔を調整する際、指部１１ａ及び１１ｂが把持物体２０に近付く方向を表す。すなわち、把持方向は、ロボットハンド１０が把持物体２０を把持する際に、接触部１１０ａが把持物体２０に近付く方向を表す。ロボットハンド１０が把持物体２０を把持する際、指部１１ａに設置される接触部１１０ａが把持物体２０に近付く方向を＋ｚ方向とし、指部１１ｂに設置される接触部１１０ａが把持物体２０に近付く方向を−ｚ方向とする。したがって、指部１１ａに設置される接触部１１０ａの把持方向は＋ｚ方向となり、指部１１ｂに設置される接触部１１０ａの把持方向は−ｚ方向となる。

一方、接触部１１０ａを基準として考えると、接触部１１０ａに対する把持物体２０の接触方向が定義される。前述の通り、把持方向は、ロボットハンド１０が把持物体２０を把持する際、接触部１１０ａが移動する方向である。これに対して、接触方向は、ロボットハンド１０が把持物体２０を把持する際、把持物体２０が接触部１１０ａに近付く方向である。すなわち、接触方向は、ロボットハンド１０が把持物体２０を把持する際、接触部１１０ａの位置を基準とした、把持物体２０の相対的な移動方向である。接触方向は、把持方向とは逆方向となる。ロボットハンド１０が把持物体２０を把持する際、把持物体２０は接触部１１０ａに押し込まれることになるので、接触方向は把持物体２０が接触部１１０ａに押し込まれる方向と言うこともできる。ロボットハンド１０が把持物体２０を把持する際、指部１１ａに設置される接触部１１０ａに対する把持物体２０の接触方向は−ｚ方向となり、指部１１ｂに設置される接触部１１０ａに対する把持物体２０の接触方向は＋ｚ方向となる。

また、ｙ軸方向は、指部１１ａ，１１ｂの長さ方向を表し、ｚ軸方向及びｘ軸方向と直交する方向である。ｙ軸方向については、指部１１ａ，１１ｂの先端に向かう方向を−ｙ方向とし、反対方向を＋ｙ方向とする。ｘ軸方向は、指部１１ａ，１１ｂの幅方向を表し、ｚ軸方向及びｙ軸方向と直交する方向である。ｘ軸方向については、図１から図３において紙面の手前の方向を＋ｘ方向とし、反対方向を−ｘ方向とする。ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向は、以降の図でも同様である。

接触角度は、把持物体２０の接触面の基準方向が、ｘｙ平面においてどのような角度で接触部１１０ａに接触しているかを表す。把持物体２０の接触面とは、接触部１１０ａに接触している把持物体２０の面である。言い換えると、把持物体２０の接触面は、把持物体２０が有する面のうち、ロボットハンド１０に把持される面であり、把持物体２０の把持面と呼ばれても良い。ここでは、把持物体２０は、底面及び側面が長方形の板状の物体であるものとする。また、ロボットハンド１０は、把持物体２０の側面を把持するものとする。また、基準方向は、把持物体２０の接触面である側面の長手方向であるとする。図２では、接触面の長手方向がｘ軸方向となっており、図３では、接触面の長手方向がｙ軸方向となっている。

なお、図１では、指部１１ａ，１１ｂの両方に接触状態認識装置１００ａを設置したが、その限りではなく、指部１１ａ，１１ｂのいずれか一方のみに設置しても構わない。把持物体２０は形状が既知であれば物体形状は問わず、例えば、組み立ての際に繊細な作業を要する薄い基板のようなものなどが典型的である。基板は、電子部品などが実装されるプリント基板である。また、ロボットハンド１０の形状は一例を図示しており、二指のものに限定されない。

図４は、実施の形態１に係る接触状態認識装置１００ａの構成の一例を示す図である。また、図５は、実施の形態１に係る接触状態認識装置１００ａにおける接触部１１０ａの構成の一例を示す上面図及び側面図である。なお、図４及び図５では、接触部１１０ａの構成を説明するため、後述する柔軟部１１２ａを透視した図としている。以降の図においても同様とする。図５において、上の図が上面図であり、下の図が側面図である。上面図は、ｚ軸方向からｘｙ平面を見たときの図となる。また、側面図は、ｙ軸方向からｘｚ平面を見たときの図となる。図５は、接触部１１０ａに把持物体２０が接触していない状態における各構成要素の配置を表している。図５は、指部１１ａに設置される接触部１１０ａを表している。指部１１ｂに設置される接触部１１０ａも構成は同様であるが、＋ｚ方向が逆方向になる。図５において、接触部１１０ａに対する把持物体２０の接触方向は−ｚ方向となる。

接触部１１０ａは、柔軟部１１２ａと、磁気センサ１１３ａと、４つの磁石１１４ａ〜１１４ｄと、剛体部１１６とを備える。剛体部１１６は、剛性を有する平板である。剛体部１１６は、ロボットハンド１０に取り付けられる。接触部１１０ａがロボットハンド１０の指部１１ａに設置される際には、剛体部１１６の底面１１７と、指部１１ａの表面とが接触する。したがって、剛体部１１６の上面及び底面１１７は、接触方向である−ｚ方向に対して直角となる。すなわち、剛体部１１６の上面及び底面１１７は、ｘｙ平面と平行となる。同様に、接触部１１０ａがロボットハンド１０の指部１１ｂに設置される際には、剛体部１１６の底面１１７と、指部１１ｂの表面とが接触する。したがって、剛体部１１６の上面及び底面１１７は、接触方向である＋ｚ方向に対して直角となる。すなわち、剛体部１１６の上面及び底面１１７は、ｘｙ平面と平行となる。

剛体部１１６の上面には、磁気センサ１１３ａが固定される。磁気センサ１１３ａは、剛体部１１６に取り付けられる。磁気センサ１１３ａは、互いに異なる方向の２つ以上の検出軸を有し、それぞれの検出軸の方向の磁界の強さを検出する。すなわち、磁気センサ１１３ａは、２つの方向の磁界に対してそれぞれ感度を有する。磁界の強さは、例えば、磁束密度として検出する。なお、磁気センサ１１３ａで検出される磁界の強さは、絶対値だけではなく、検出軸のどちら向きの磁界なのかの情報も含んでも良い。言い換えると、磁気センサ１１３ａで検出される磁界の強さは、正負の情報を含んでも良い。磁気センサ１１３ａは、例えば、ホール素子を用いて実現することができる。剛体部１１６の上面には、柔軟部１１２ａが取り付けられる。なお、柔軟部１１２ａは、剛体部１１６の上面に直接取り付けられても良いし、他の部材を介して取り付けられても良い。磁気センサ１１３ａは、剛体部１１６に対して固定されていれば、柔軟部１１２ａに内包されていても良いし、柔軟部１１２ａと剛体部１１６との間にあっても良い。磁気センサ１１３ａは、接触状態推定部１５０ａと接続され、検出値を接触状態推定部１５０ａに出力する。

柔軟部１１２ａは、把持物体２０との接触に伴って変形するような弾性率を有する弾性体で構成される。柔軟部１１２ａの上面１１５が、把持物体２０と接触する接触部１１０ａの接触面となる。柔軟部１１２ａの上面１１５は、剛体部１１６に対向する柔軟部１１２ａの底面と反対側の面となる。すなわち、柔軟部１１２ａは、剛体部１１６に取り付けられる。また、柔軟部１１２ａは、互いに異なる位置に複数の磁石を内包する。具体的には、図４および図５の例では、柔軟部１１２ａは、内部に４つの磁石１１４ａ〜１１４ｄを備える。なお、柔軟部１１２ａが内包する磁石は必ずしも４つである必要はなく、柔軟部１１２ａの内部には２つの磁石からなる磁石の組がｎ組あればよい。ｎは２以上の整数とする。図５の例では、磁石１１４ａと磁石１１４ｂとの組を磁石の第１の組とし、磁石１１４ｃと磁石１１４ｄとの組を磁石の第２の組とする。

接触状態推定部１５０ａは、磁気センサ１１３ａの各検出軸で検出された磁界の強さの検出値に基づいて、接触部１１０ａと把持物体２０との接触角度及び接触力を推定する。接触部１１０ａと把持物体２０との接触角度及び接触力の部分については、柔軟部１１２ａと把持物体２０との接触角度及び接触力と読み替えることも可能である。

柔軟部１１２ａは、把持物体２０との接触に伴って変形するような弾性率を持つ弾性体で構成される。弾性体の素材は、例えば、ウレタン、シリコンなどが考えられる。素材の選定は磁性を持たないものであれば良く、把持物体２０に応じて適切な柔らかさの素材を選定することによって、あらゆる物体に対して接触状態の検出が可能となる。また弾性体はよりやわらかいものを選ぶことによって、弱い接触力の場合でも十分に変形し、感度良く接触状態の認識ができる。加えて、柔軟部１１２ａの形状は、図５では円筒形を例示したがこの限りではなく、直方体でも良いし、または指部１１ａ，１１ｂの形状に合わせた複雑な形状でも構わない。

磁気センサ１１３ａは、接触方向に対して直角な剛体部１１６の上面に固定されている。磁気センサ１１３ａの持つ複数の検出軸のうち、少なくとも２つの検出軸が、剛体部１１６の底面１１７と平行な２軸であるものとする。すなわち、磁気センサ１１３ａは、接触部１１０ａに対する把持物体２０の接触方向に対して直角となる２つの検出軸を少なくとも有し、２つの検出軸の方向の磁界の強さを検出軸毎に検出する。磁界の強さは、柔軟部１１２ａに内包される複数の磁石によるものである。ここでは、磁気センサ１１３ａは、２つの検出軸を有し、ｘ軸方向の磁界の強さと、ｙ軸方向の磁界の強さとを検出するものとする。また、磁気センサ１１３ａの検出軸の数が多いほど、正確に接触状態を判定できるようになる。一方、磁気センサ１１３ａが有する各検出軸が互いに直角であれば、より少ない検出軸で正確に接触角度を検出することが可能となる。

磁石１１４ａ〜１１４ｄは、磁気センサ１１３ａの基準点から、接触方向に平行な方向に、接触部１１０ａの接触面に向かって規定された量だけオフセットした位置を磁石の配置の中心点として、接触方向に対して直角となる平面上に配置される。すなわち、磁石１１４ａ〜１１４ｄは、磁気センサ１１３ａの基準点から、ｚ軸方向に、柔軟部１１２ａの上面１１５に向かって規定された量だけオフセットした位置を磁石の配置の中心点として、ｘｙ平面と平行となる平面上に配置される。つまり、接触部１１０ａに把持物体２０が接触していない状態において、複数の磁石は、磁気センサ１１３ａの２つの検出軸を含む平面に対して磁化方向が平行となるように配置される。また、磁気センサ１１３ａの２つの検出軸を含む平面に対して直角な方向を接触方向とすると、接触部１１０ａに把持物体２０が接触していない状態において、磁気センサ１１３ａと磁石１１４ａ〜１１４ｄとは接触方向で異なる位置に配置されることになる。

なお、磁石１１４ａ〜１１４ｄは、必ずしもｘｙ平面と平行となる平面上に配置される必要はない。また、磁石の配置の中心点は、異なる位置であっても良い。しかし、接触状態の推定精度を向上するためには、磁石１１４ａ〜１１４ｄは、磁気センサ１１３ａの基準点からｚ軸方向に規定された量だけオフセットした位置を磁石の配置の中心点として、ｘｙ平面と平行となる平面上に配置されることが望ましい。接触部１１０ａに把持物体２０が接触していない状態において、磁石１１４ａ，１１４ｂは、磁石の配置の中心点に対して点対称となる位置に配置される。同様に、接触部１１０ａに把持物体２０が接触していない状態において、磁石１１４ｃ，１１４ｄは、磁石の配置の中心点に対して点対称となる位置に配置される。磁気センサ１１３ａの基準点は、検出軸の交点すなわち検出軸の原点とする。磁気センサ１１３ａの基準点は、磁気センサ１１３ａの幾何学的な中央点としても良い。

また、磁石１１４ａ〜１１４ｄは、磁石の配置の中心点を中心とする円周上に２ｎ個が等間隔で配置されることが望ましい。すなわち、接触部１１０ａに把持物体２０が接触していない状態において、磁石の組のそれぞれを構成する２つの磁石は、磁石の配置の中心点を中心とした円周上に配置される。このように磁石１１４ａ〜１１４ｄを配置することで、接触状態推定部１５０ａでの接触状態の推定精度の向上が期待できる。また、磁石１１４ａ〜１１４ｄは、各磁石の磁化方向が接触方向と直交するように配置される。さらに、対向する磁石は、同一の磁極が同じ方向を向くように配置される。すなわち、接触部１１０ａに把持物体２０が接触していない状態において、磁石の組のそれぞれを構成する２つの磁石は、同一の磁極が同一方向を向くように配置される。

前述のように、接触部１１０ａでは、対向する２つの磁石によって１つの磁石の組を形成する。図５では、２つの磁石の組が配置されている。磁石の配置の中心点を挟んでｙ軸方向に配列される磁石１１４ａと磁石１１４ｂとが磁石の第１の組を形成する。また、磁石の配置の中心点を挟んでｘ軸方向に配列される磁石１１４ｃと磁石１１４ｄとが磁石の第２の組を形成する。すなわち、第１の組の２つの磁石１１４ａ，１１４ｂを結ぶ線分と、第２の組の２つの磁石１１４ｃ，１１４ｄを結ぶ線分とは直交する。磁石の組のそれぞれにおいて、磁石の組を構成する２つの磁石の位置を結ぶ線分は、互いに異なる方向となる。また、接触部１１０ａに把持物体２０が接触していない状態において、磁石の第１の組を構成する２つの磁石１１４ａ，１１４ｂの磁化方向と、磁石の第２の組を構成する２つの磁石１１４ｃ，１１４ｄの磁化方向とが直交するように磁石が配置される。

磁石の第１の組を構成する各磁石１１４ａ，１１４ｂは、主にｙ軸方向の磁界を磁気センサ１１３ａの配置位置に発生させる。一方、磁石の第２の組を構成する各磁石１１４ｃ，１１４ｄは、主にｘ軸方向の磁界を磁気センサ１１３ａの配置位置に発生させる。すなわち、磁石の第１の組が発生させる磁界は、磁石の第２の組が発生させる磁界と比較して、ｙ軸方向の成分が大きい。一方、磁石の第２の組が発生させる磁界は、磁石の第１の組が発生させる磁界と比較して、ｘ軸方向の成分が大きい。磁石の組のそれぞれは、磁気センサ１１３ａが取り付けられた位置において互いに異なる方向の磁界を発生させる。また、磁石１１４ａ，１１４ｂのＳ極は同じ方向を向き、磁石１１４ｃ，１１４ｄのＳ極は同じ方向を向く。図４及び図５では、磁石１１４ａ〜１１４ｄの着色部分の方をＳ極とし、白い部分をＮ極としている。磁石の組を形成し、対向する２つの磁石の間の距離は、把持物体２０の接触面の短辺の長さより長く、把持物体２０の接触面の長辺の長さより短くなることが望ましい。したがって、対向する２つの磁石の間の距離は、把持物体２０の形状に合わせて適切な長さが選択されることが望ましい。このように接触部１１０ａに磁石１１４ａ〜１１４ｄを配置することで、接触状態推定部１５０ａでの接触状態の推定精度の向上が期待できる。

本実施の形態の接触部１１０ａにおいて、磁気センサ１１３ａは、接触方向から見たときに、磁石の第１の組を形成する２つの磁石１１４ａ，１１４ｂを結ぶ線分と、磁石の第２の組を形成する２つの磁石１１４ｃ，１１４ｄを結ぶ線分との交点に配置される。磁石の第１の組を形成する２つの磁石１１４ａ，１１４ｂを結ぶ線分と、磁石の第２の組を形成する２つの磁石１１４ｃ，１１４ｄを結ぶ線分とは直交している。磁気センサ１１３ａは、各磁石の組の磁界の強さを検出できるように、互いに直交する２つの検出軸を有する。また、本実施の形態の接触部１１０ａにおいて、磁石の第１の組を形成する２つの磁石１１４ａ，１１４ｂの配列方向と、磁気センサ１１３ａの検出軸のうちの１つの検出軸の方向とが一致する。また、磁石の第２の組を形成する２つの磁石１１４ｃ，１１４ｄの配列方向と、磁気センサ１１３ａの検出軸のうちの他の１つの検出軸の方向とが一致する。接触状態認識装置１００ａでの接触状態の推定精度を向上するためには、このように接触部１１０ａに磁気センサ１１３ａ及び磁石１１４ａ〜１１４ｄを配置することが望ましい。

磁石１１４ａ〜１１４ｄの種類は問わず、例えば、磁束密度が高く、非常に強い磁力を持つことが特徴であるネオジム磁石など、小型で磁力が強いものを選定することが好ましい。なお、図４及び図５では、一例として４つの磁石を用いた場合の設置を例示した。

次に、本実施の形態の接触状態認識装置１００ａの動作について説明する。図６は、実施の形態１に係る接触状態認識装置１００ａを備えたロボットシステム１の構成例を示す図である。ロボットシステム１は、ロボット２と、ロボット制御装置３とを備える。ロボット２は、ロボットアーム３０を備え、ロボットアーム３０にはロボットハンド１０が取り付けられている。ロボットハンド１０には２つの接触状態認識装置１００ａが設置されている。ロボットシステム１は、把持物体２０を把持する部位に、接触状態認識装置１００ａが取り付けられたロボットハンド１０を備え、ロボットハンド１０が把持物体２０を把持した際の把持姿勢を認識するシステムである。ロボットシステム１は、接触状態認識装置１００ａの認識結果に応じて動作を切り替えることができる。

まず、ロボット制御装置３の制御にしたがって、ロボットハンド１０が把持物体２０を把持することで、接触部１１０ａの柔軟部１１２ａが変形する。ロボット制御装置３は、把持物体２０からの反力が一定値に達した場合、閉じ幅が一定値に達した場合などに把持の終了判定をする。この結果、把持物体２０の落下及びロボットハンド１０の指部１１ａ，１１ｂの変形なく把持物体２０を把持することができる。一方、ロボットハンド１０が把持物体２０を把持しても、剛体部１１６は変形しない。したがって、剛体部１１６に固定された磁気センサ１１３ａの位置は変化しない。

なお、接触部１１０ａにおいて、磁気センサ１１３ａの基準点を通り接触方向と平行な直線と、接触部１１０ａの接触面との交点を接触面の中心点とする。ロボットハンド１０は、接触面の中心点が把持物体２０と接触するように、ロボット制御装置３の制御にしたがって把持物体２０を把持するものとする。

柔軟部１１２ａの変形に伴って、柔軟部１１２ａ内の磁石１１４ａ〜１１４ｄと、剛体部１１６に固定された磁気センサ１１３ａとの位置関係が変化する。ここで、位置関係の変化には、磁石１１４ａ〜１１４ｄの姿勢の変化も含む。磁気センサ１１３ａは、把持物体２０の接触前後の位置関係の変化に伴って発生する、磁場の変化を検出する。より具体的には、磁気センサ１１３ａは、把持物体２０の接触前後の位置関係の変化に伴って発生する、各検出軸方向の磁界の強さの変化を検出することとなる。

ロボットハンド１０が把持物体２０を把持すると、柔軟部１１２ａでは、接触方向に、図５の例では−ｚ方向に把持物体２０が押し込まれる。このとき、柔軟部１１２ａに押し込まれた把持物体２０の接触角度に応じて誘導される磁場の変化が異なる。そのため、接触状態推定部１５０ａは、誘導される磁場の変化によって、把持物体２０の接触角度の推定が可能となる。例えば、図２に示すように、把持物体２０がｘ軸に沿った状態で柔軟部１１２ａに押し込まれると、ｘ軸方向に配列される磁石１１４ｃ，１１４ｄの変位は、ｙ軸方向に配列される磁石１１４ａ，１１４ｂの変位より大きくなる。したがって、柔軟部１１２ａにおいて、ｘ軸方向の磁界の強さは、ｙ軸方向の磁界の強さよりも大きく変化する。このように、柔軟部１１２ａでは、把持物体２０の接触角度に応じて、各検出軸の方向の磁界の強さの変化が異なる。接触状態推定部１５０ａは、この現象を利用することで、把持物体２０の接触角度を推定することが可能となる。

磁気センサ１１３ａは、接触部１１０ａと把持物体２０との接触前後の磁界の変化を、各検出軸方向の磁界の強さの変化として検出する。接触状態推定部１５０ａは、磁気センサ１１３ａの検出値を、事前に作成した接触角度または接触力と磁界の強さの変化量との関係を表すモデルと照合することで、接触状態を推定する。図７は、実施の形態１に係る接触状態推定部１５０ａが保持する、接触角度と磁気センサ１１３ａで検出される磁界の強さの変化量との関係を表すモデルの一例を示す模式図である。図７において、横軸は接触角度を表し、縦軸は接触の前後の各検出軸の方向の磁界の強さの変化量、すなわち磁気センサ１１３ａの検出値の変化量を表す。図７は、磁気センサ１１３ａで検出されるｘ軸方向の磁界の強さの変化量Ｘ、及びｙ軸方向の磁界の強さの変化量Ｙを表している。なお、磁界の強さの変化量は、全体値だけでなく、増加したのかまたは減少したのかの情報も含んでも良い。すなわち、磁界の強さの変化量は、正負の情報も含んでも良い。

図７では、図２に示すように把持物体２０がｘ軸方向に沿って接触している場合の接触角度を０度とし、図３に示すように把持物体２０がｙ軸方向に沿って接触している場合の接触角度を９０度としている。言い換えると、図７において、把持物体２０の接触面の基準方向がｘ軸方向に沿って接触している場合の接触角度を０度とし、把持物体２０の接触面の基準方向がｙ軸方向に沿って接触している場合の接触角度を９０度としている。接触角度が小さい場合には、ｘ軸方向の磁界の強さの変化量は、ｙ軸方向の磁界の強さの変化量と比較して大きくなる。接触角度が大きくなるに従って、ｘ軸方向の磁界の強さの変化量は徐々に小さくなり、ｙ軸方向の磁界の強さの変化量は徐々に大きくなる。接触角度が大きい場合には、ｘ軸方向の磁界の強さの変化量は、ｙ軸方向の磁界の強さの変化量と比較して小さくなる。接触状態推定部１５０ａは、モデルを参照して、ｘ軸方向の磁界の強さの変化量と、ｙ軸方向の磁界の強さの変化量との比率から、把持物体２０の接触角度を推定する。また、接触状態推定部１５０ａは、モデルを参照して、ｘ軸方向の磁界の強さの変化量の絶対値、またはｙ軸方向の磁界の強さの変化量の絶対値から、把持物体２０の接触強度を推定する。

以上のように、接触状態推定部１５０ａは、モデルを参照することによって、ある時点の磁界の強さの変化量から、ある時点の把持物体２０の接触角度を推定することが可能となる。同様にして、接触状態推定部１５０ａは、接触力についても推定が可能となる。なお、モデルは、事前に把持物体２０を既知の接触角度、既知の接触力で柔軟部１１２ａに接触させ、接触時に検出した磁界の強さと非接触時に検出した磁界の強さとの差を記録することで作成できる。

接触状態推定部１５０ａが接触部１１０ａと把持物体２０との接触状態を推定する動作を、フローチャートを用いて説明する。図８は、実施の形態１に係る接触状態推定部１５０ａが接触部１１０ａと把持物体２０との接触状態を推定する動作を示すフローチャートである。接触状態推定部１５０ａは、接触部１１０ａの磁気センサ１１３ａでの検出値が、把持物体２０が接触部１１０ａに接触していないときの検出値から変化していない場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、ステップＳ１の動作を継続する。接触状態推定部１５０ａは、接触部１１０ａの磁気センサ１１３ａでの検出値が、把持物体２０が接触部１１０ａに接触していないときの検出値から変化した場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、磁気センサ１１３ａからの検出値に基づいてモデルを参照し、接触部１１０ａと把持物体２０との接触状態を推定する（ステップＳ２）。

なお、ここでは磁界の強さの変化量を用いたモデルとしているが、一例であり、柔軟部１１２ａにおいて把持物体２０と接触していない場合の磁界の強さが一定であれば、変化量ではなく、検出される磁界の強さを用いたモデルを採用することもできる。

接触状態推定部１５０ａは、内部にメモリを備える。接触状態推定部１５０ａは、非接触時における磁束密度の値を常に保持しており、非接触時と異なる値を得た際に接触状態であると判定する。また、接触状態推定部１５０ａは、接触部１１０ａ、具体的には柔軟部１１２ａと把持物体２０との接触の前後において磁気センサ１１３ａで検出された各検出軸方向の磁界の強さの変化量を、把持物体２０との接触角度と磁界の強さの変化量との関係を表すモデルと比較して接触状態を推定する。接触状態推定部１５０ａは、有するモデルと比較することで、容易に接触状態を推定することが可能となる。このように、接触状態推定部１５０ａは、簡易な処理で接触部１１０ａと把持物体２０との接触角度などの接触状態を推定することが可能である。

接触状態推定部１５０ａの他の実現方法としては、接触角度θと接触力τを用いたモデル式を作成しても良いし、多数の接触角度・接触力の組み合わせに対する磁界の強さの変化量のテーブルを用意して、検出された磁界の強さの変化量から尤もらしい接触状態を選択する方法でも良い。

ロボットシステム１において、ロボット制御装置３は、接触状態認識装置１００ａで検出された把持状態に応じてロボット２の動作を制御する。例えば、ロボット制御装置３は、検出された把持状態に応じた動作で組み立て作業を継続させる。また、例えば、ロボット制御装置３は、検出された把持状態が次の作業に対して不適切である場合には、把持しなおすようにロボット２を制御する。前述のように、ロボット制御装置３は、ロボットハンド１０において接触面の中心点が把持物体２０と接触するように、ロボットハンド１０の動作を制御している。ロボットハンド１０が把持物体２０を正常に把持している場合、指部１１ａに設置された接触状態認識装置１００ａの接触状態推定部１５０ａで推定された接触状態と、指部１１ｂに設置された接触状態認識装置１００ａの接触状態推定部１５０ａで推定された接触状態とは、線対称の内容になる。そのため、ロボット制御装置３は、各指部１１ａ，１１ｂに設置された接触状態認識装置１００ａの接触状態推定部１５０ａで推定された接触状態を確認することで、検出された把持状態が次の作業に対して適切か否かを判定することができる。

つづいて、接触状態認識装置１００ａのハードウェア構成について説明する。接触状態認識装置１００ａにおいて、接触部１１０ａの構成は前述の通りである。接触状態認識装置１００ａにおいて、接触状態推定部１５０ａは、処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。

図９は、実施の形態１に係る接触状態認識装置１００ａの接触状態推定部１５０ａが備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図である。処理回路がプロセッサ２０１、メモリ２０２、及びプロセッサ２０１とメモリ２０２とを接続するデータバス２０３で構成される場合、接触状態推定部１５０ａの処理回路の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ２０２に格納される。処理回路では、プロセッサ２０１が、データバス２０３を介してメモリ２０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路は、接触状態推定部１５０ａの処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ２０２を備える。また、これらのプログラムは、接触状態推定部１５０ａの手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

ここで、プロセッサ２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などであってもよい。また、メモリ２０２には、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などが該当する。

図１０は、実施の形態１に係る接触状態認識装置１００ａの接触状態推定部１５０ａが備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアで構成される場合、図１０に示す処理回路２０４は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。接触状態推定部１５０ａの各機能を機能別に処理回路２０４で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路２０４で実現してもよい。

なお、接触状態推定部１５０ａの各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

なお、ロボットシステム１が備えるロボット制御装置３も、接触状態認識装置１００ａの接触状態推定部１５０ａと同様、図９または図１０に示す処理回路により実現される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、接触状態認識装置１００ａは、剛体部１１６に固定した１つの磁気センサ１１３ａと、複数の磁石１１４ａ〜１１４ｄを内包する柔軟部１１２ａを備える簡単な構成で、容易に把持物体２０の接触状態を判定することができる。これにより、接触状態認識装置１００ａは、把持物体２０を把持する際に、僅かな誤差などについても判定することが可能になる。

また、接触状態認識装置１００ａは、単純な構造で実現でき、ビジョンセンサを使わずに把持物体２０の接触角度を推定することが可能である。ビジョンセンサを使用する場合には、ビジョンセンサの死角が問題となるが、接触状態認識装置１００ａではそのような問題は発生しない。また、接触状態認識装置１００ａは、１つの磁気センサ１１３ａのみの使用で実現可能であり、小型化が可能となり、故障リスクも低下させることができる。また、接触状態認識装置１００ａは、４個の磁石１１４ａ〜１１４ｄと、１個の磁気センサ１１３ａで実現でき、低コストで実現できる。これらの効果は、以降の実施形態でも同様である。

なお、以上では、ロボットハンド１０で把持物体２０を把持した際の把持姿勢を認識するために、接触状態認識装置１００ａが使用される例について述べた。しかしながら、接触状態認識装置１００ａは他の用途に使用することができる。この場合、接触部１１０ａは、用途によって異なる位置に取り付けられる。図１１は、実施の形態１に係る接触状態認識装置１００ａを備えたロボットハンド１０の構成の他の例を示す概略図である。図１１では、接触部１１０ａは、指部１１ａ，１１ｂの外側にそれぞれに設置される。具体的には、接触部１１０ａは、剛体部１１６の底面１１７で指部１１ａ，１１ｂと接触する。すなわち、図１の場合と異なり、接触部１１０ａの柔軟部１１２ａの上面１１５が外側を向く構成となる。この場合、接触状態認識装置１００ａは、指部１１ａ，１１ｂが周囲に存在する物体に干渉したことを検出することができる。また、接触状態認識装置１００ａは、物体の指部１１ａ，１１ｂへの干渉状態すなわち接触状態も検出することができる。さらに、接触状態認識装置１００ａは、接触部１１０ａをロボットのアーム部分など、他の部位に取り付けて使用することもできる。

実施の形態２．
実施の形態１では、接触状態認識装置１００ａにおいて、接触部１１０ａが１つの磁気センサ１１３ａを備えていた。実施の形態２では、接触部が２つの磁気センサを備える。実施の形態１と異なる部分について説明する。

図１２は、実施の形態２に係る接触状態認識装置１００ｂの構成の一例を示す図である。また、図１３は、実施の形態２に係る接触状態認識装置１００ｂにおける接触部１１０ｂの構成の一例を示す上面図及び側面図である。接触状態認識装置１００ｂは、接触部１１０ｂと、接触状態推定部１５０ｂとを備える。図示は省略するが、ロボットハンドでの接触状態認識装置１００ｂの設置パターンは、図１または図１１に示す実施の形態１のロボットハンド１０での接触状態認識装置１００ａの設置パターンと同様とする。図１３において、上の図が上面図であり、下の図が側面図である。上面図は、ｚ軸方向からｘｙ平面を見たときの図となる。また、側面図は、ｙ軸方向からｘｚ平面を見たときの図となる。図１３は、接触部１１０ｂに把持物体２０が接触していない状態における各構成要素の配置を表している。図１３は、指部１１ａに設置される接触部１１０ｂを表している。指部１１ｂに設置される接触部１１０ｂも構成は同様であるが、＋ｚ方向が逆方向になる。図１３において、接触部１１０ｂに対する把持物体２０の接触方向は−ｚ方向となる。

接触部１１０ｂは、柔軟部１１２ｂと、２つの磁気センサ１１３ａ，１１３ｂと、４つの磁石１１４ａ〜１１４ｄと、剛体部１１６とを備える。実施の形態１の接触状態認識装置１００ａと比較すると、接触状態認識装置１００ｂは、柔軟部１１２ｂに内包される磁石１１４ａ〜１１４ｄの姿勢が異なり、また、２つの磁気センサ１１３ａ，１１３ｂを互いに異なる位置に備える点が異なる。

剛体部１１６の上面には、磁気センサ１１３ａ，１１３ｂが固定される。磁気センサ１１３ａ，１１３ｂは、剛体部１１６の上面においてセンサの配置の中心点に対して点対称に配置される。センサの配置の中心点は、例えば、図１３の例では剛体部１１６の形状が円のため、剛体部１１６の形状である円の中心とする。磁気センサ１１３ａ，１１３ｂは、ともに互いに異なる方向の２つ以上の検出軸を有し、それぞれの検出軸の方向の磁界の強さを検出する。加えて、磁気センサ１１３ａ，１１３ｂが有する複数の検出軸のうち、それぞれ少なくとも２つの検出軸は、接触方向である−ｚ方向に対して直角となる。磁気センサ１１３ａ，１１３ｂにおいて、接触方向に対して直角となる２つの検出軸は、互いに直交することが望ましい。

柔軟部１１２ｂは、内部に４つの磁石１１４ａ〜１１４ｄを備える。なお、柔軟部１１２ｂが内包する磁石は必ずしも４つである必要はなく、柔軟部１１２ｂの内部には２つの磁石からなる磁石の組がｎ組あればよい。図１３の例では、磁石１１４ａと磁石１１４ｂとの組を磁石の第１の組とし、磁石１１４ｃと磁石１１４ｄとの組を磁石の第２の組とする。

磁石１１４ａ〜１１４ｄは、センサの配置の中心点から、接触方向に平行な方向に、接触部１１０ｂの接触面に向かって規定された量だけオフセットした位置を磁石の配置の中心点として、各磁石の組の磁石が磁石の配置の中心点に対して点対称に配置される。磁石１１４ａ〜１１４ｄは、接触方向に対して直角となる平面上に配置されることが望ましい。また、磁石１１４ａ〜１１４ｄは、各磁石の磁化方向が接触方向と平行となるように配置される。さらに、磁石１１４ａ〜１１４ｄは、同一の磁極が同一の方向を向くように配置される。例えば、磁石１１４ａ〜１１４ｄは、Ｓ極がすべて剛体部１１６の方向である−ｚ方向を向くように配置される。また、磁石１１４ａと磁石１１４ｂとの間の距離と、磁石１１４ｃと磁石１１４ｄとの間の距離とは同じであることが望ましい。すなわち、磁石１１４ａ〜１１４ｄは、磁石の配置の中心点を中心とした円周上に配置されることが望ましい。また、磁気センサ１１３ａと磁気センサ１１３ｂとの間の距離は、磁石１１４ａと磁石１１４ｂとの間の距離、及び磁石１１４ｃと磁石１１４ｄとの間の距離よりも短い。磁石１１４ａ〜１１４ｄの選定については、実施の形態１のときと同様である。

磁石の第２の組を構成する各磁石１１４ｃ，１１４ｄは、主にｘ軸方向の磁界を磁気センサ１１３ａ，１１３ｂの配置位置に発生させる。一方、磁石の第１の組を構成する各磁石１１４ａ，１１４ｂは、ｙ軸方向の成分を有する磁界を磁気センサ１１３ａ，１１３ｂの配置位置に発生させる。すなわち、磁石の第１の組が発生させる磁界は、磁石の第２の組が発生させる磁界と比較して、ｙ軸方向の成分が大きい。一方、磁石の第２の組が発生させる磁界は、磁石の第１の組が発生させる磁界と比較して、ｘ軸方向の成分が大きい。また、磁石１１４ａ〜１１４ｄのそれぞれが、磁気センサ１１３ａ，１１３ｂの配置位置に発生させる磁界の向きは、互いに異なっている。したがって、磁気センサ１１３ａ，１１３ｂと磁石１１４ａ〜１１４ｄとの位置関係に応じて、磁気センサ１１３ａ，１１３ｂで検出される各検出軸方向の磁界の強さの組み合わせは様々に変化する。

接触状態推定部１５０ｂは、磁気センサ１１３ａ，１１３ｂの各検出軸で検出された磁束の強さの検出値に基づいて、接触部１１０ｂと把持物体２０との接触角度及び接触力を推定する。

その他の構成については実施の形態１にて述べた通りである。以下、実施の形態１と比べて動作が異なる点を中心に、接触状態認識装置１００ｂの動作の流れを述べる。図示は省略するが、ロボットシステムでの接触状態認識装置１００ｂの設置パターンは、図６に示す実施の形態１のロボットシステム１での接触状態認識装置１００ａの設置パターンと同様とする。

接触状態認識装置１００ｂでは、接触部１１０ｂが把持物体２０と接触することで柔軟部１１２ｂが変形し、柔軟部１１２ｂの変形に伴って、磁気センサ１１３ａ，１１３ｂと磁石１１４ａ〜１１４ｄとの位置関係が変化する。ここで、ロボットハンド１０は、柔軟部１１２ｂの上面１１５を把持物体２０との接触面として、接触面のいずれかの位置で把持物体２０を把持するものとする。その際、磁気センサ１１３ａ，１１３ｂは、把持物体２０との接触の前後で異なる強さの磁束を検出することとなる。接触状態認識装置１００ｂでは、磁石１１４ａ〜１１４ｄは、各磁石の磁化方向が接触方向と平行となるように配置される。言い換えると、接触状態認識装置１００ｂでは、接触部１１０ｂに把持物体２０が接触していない状態において、磁気センサ１１３ａ，１１３ｂが少なくとも有する２つの検出軸で構成される平面に対して、各磁石の磁化方向が直角となるように、磁石１１４ａ〜１１４ｄが配置される。磁石１１４ａ〜１１４ｄがこのように配置されることによって、接触部１１０ｂでは、把持物体２０との接触に起因して磁気センサ１１３ａ，１１３ｂで検出される磁界の強さの変化が大きくなる。これにより、接触状態推定部１５０ｂは、接触状態の検出がより容易となる。ただし、各磁石の磁化方向が接触方向と平行となるように磁石１１４ａ〜１１４ｄが配置されることは、必須の条件ではない。

接触状態推定部１５０ｂは、内部にメモリを備え、磁気センサ１１３ａ，１１３ｂのそれぞれについて、接触部１１０ｂで把持物体２０と非接触時に検出された磁界の強さを常に保持する。接触状態推定部１５０ｂは、磁気センサ１１３ａ，１１３ｂで検出された検出値すなわち磁界の強さと、非接触時のときの値との差異が規定された範囲を超える場合に、接触部１１０ｂと把持物体２０とが接触状態にあると判定する。また、接触状態推定部１５０ｂは、実施の形態１の接触状態推定部１５０ａと同様、予め準備するモデルと比較することで、容易に接触状態を判定することが可能となる。

接触状態推定部１５０ｂが接触部１１０ｂと把持物体２０との接触状態を推定する動作のフローチャートは、図８に示す実施の形態１の接触状態推定部１５０ａが接触部１１０ａと把持物体２０との接触状態を推定する動作のフローチャートと同様である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、接触状態認識装置１００ｂでは、接触部１１０ｂにおいて、磁気センサ１１３ａ，１１３ｂは、接触方向から見たときに、磁石の第１の組を形成する２つの磁石１１４ａ，１１４ｂを結ぶ線分上に配置される。また、接触部１１０ｂにおいて、磁石の第１の組を形成する２つの磁石１１４ａ，１１４ｂの配列方向と、磁気センサ１１３ａの検出軸のうちの１つの検出軸の方向と、磁気センサ１１３ｂの検出軸のうちの１つの検出軸の方向とが一致する。また、接触部１１０ｂにおいて、磁石の第２の組を形成する２つの磁石１１４ｃ，１１４ｄの配列方向と、磁気センサ１１３ａの検出軸のうちの他の１つの検出軸の方向と、磁気センサ１１３ｂの検出軸のうちの他の１つの検出軸の方向とが一致する。このように各構成要素が配置されることにより、接触状態認識装置１００ｂは、接触部１１０ｂが把持物体２０と接触する際の接触状態の推定精度を向上させることができる。

また、接触状態認識装置１００ｂにおいて、接触部１１０ｂは、２つの磁気センサ１１３ａ，１１３ｂを互いに異なる位置に備える。接触部１１０ｂは、２箇所で磁界の強さを検出するので、得られる情報量が増加する。これにより、接触状態認識装置１００ｂは、把持物体２０の接触位置も含めた認識も可能となる。

実施の形態３．
実施の形態１では、接触状態認識装置１００ａにおいて、接触部１１０ａの備える磁気センサ１１３ａが、互いに異なる方向の２つ以上の検出軸を有し、それぞれの検出軸の方向の磁界の強さを検出していた。実施の形態３では、接触部が、１つの検出軸で磁界の強さを検出する検出素子を複数備える。実施の形態１と異なる部分について説明する。

図１４は、実施の形態３に係る接触状態認識装置１００ｃの構成の一例を示す図である。また、図１５は、実施の形態３に係る接触状態認識装置１００ｃにおける接触部１１０ｃの構成の一例を示す上面図及び側面図である。接触状態認識装置１００ｃは、接触部１１０ｃと、接触状態推定部１５０ｃとを備える。図示は省略するが、ロボットハンドでの接触状態認識装置１００ｃの設置パターンは、図１または図１１に示す実施の形態１のロボットハンド１０での接触状態認識装置１００ａの設置パターンと同様とする。図１５において、上の図が上面図であり、下の図が側面図である。上面図は、ｚ軸方向からｘｙ平面を見たときの図となる。また、側面図は、ｙ軸方向からｘｚ平面を見たときの図となる。図１５は、接触部１１０ｃに把持物体２０が接触していない状態における各構成要素の配置を表している。図１５は、指部１１ａに設置される接触部１１０ｃを表している。指部１１ｂに設置される接触部１１０ｃも構成は同様であるが、＋ｚ方向が逆方向になる。図１５において、接触部１１０ｃに対する把持物体２０の接触方向は−ｚ方向となる。

接触部１１０ｃは、柔軟部１１２ｃと、２つの検出素子１１７ａ，１１７ｂと、４つの磁石１１４ａ〜１１４ｄと、剛体部１１６とを備える。実施の形態１の接触状態認識装置１００ａと比較すると、接触状態認識装置１００ｃは、１つの磁気センサ１１３ａに替えて検出素子１１７ａ，１１７ｂを備える点が異なる。検出素子１１７ａ，１１７ｂは、１つの検出軸で磁界の強さを検出する。検出素子１１７ａ，１１７ｂは、例えば、ホール素子を用いて構成することができる。実施の形態３では、２つの検出素子１１７ａ，１１７ｂによって磁気センサを構成していると言える。なお、図１４および図１５では、接触部１１０ｃは２つの検出素子１１７ａ，１１７ｂを備えているが、一例であり、３つ以上の検出素子を備えても良い。

検出素子１１７ａは、検出軸が接触方向に対して直角となるように剛体部１１６に固定される。同様に、検出素子１１７ｂは、検出軸が接触方向に対して直角となるように剛体部１１６に固定される。さらに、検出素子１１７ａ，１１７ｂは、検出素子１１７ａの検出軸と、検出素子１１７ｂの検出軸とが直交するように設置される。図１５において、検出素子１１７ａは、ｙ軸方向の磁界の強さ検出し、検出素子１１７ｂは、ｘ軸方向の磁界の強さ検出する。

磁石１１４ａ〜１１４ｄは、実施の形態１の接触状態認識装置１００ａと同様に配置される。ここで、磁石の配置の中心点は、検出素子１１７ａの検出軸と検出素子１１７ｂの検出軸との交点を、接触方向にオフセットした位置とする。なお、磁石１１４ａ〜１１４ｄは、実施の形態２の接触状態認識装置１００ｂと同様に配置しても良い。

接触状態推定部１５０ｃは、検出素子１１７ａ，１１７ｂで検出された各検出軸での時速の強さの検出値に基づいて、接触部１１０ｃと把持物体２０との接触角度及び接触力を推定する。実施の形態１において磁気センサ１１３ａで２つの検出軸で磁束の強さが検出されていた場合、接触状態推定部１５０ａが磁気センサ１１３ａから取得する検出値と、実施の形態３で接触状態推定部１５０ｃが検出素子１１７ａ，１１７ｂから取得する検出値とは同じ内容となる。すなわち、実施の形態３の接触状態推定部１５０ｃの動作内容は、実施の形態１の接触状態推定部１５０ａの動作内容と同様である。図示は省略するが、ロボットシステムでの接触状態認識装置１００ｃの設置パターンは、図６に示す実施の形態１のロボットシステム１での接触状態認識装置１００ａの設置パターンと同様とする。

以上説明したように、本実施の形態によれば、接触状態認識装置１００ｃでは、接触部１１０ｃが、１つの検出軸で磁界の強さを検出する検出素子１１７ａ，１１７ｂを備えることとした。この場合においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
実施の形態１から実施の形態３では、接触状態認識装置は、接触部及び接触状態推定部から構成されていた。実施の形態４では、接触状態認識装置は、接触部及びニューラルネットワークから構成される。実施の形態１と異なる部分について説明する。

図１６は、実施の形態４に係る接触状態認識装置１００ｄの構成の一例を示す図である。接触状態認識装置１００ｄは、接触部１１０ａと、ニューラルネットワーク１６０とを備える。接触状態認識装置１００ｄでは、ニューラルネットワーク１６０が、接触部１１０ａからの検出値に基づいて、接触部１１０ａと把持物体２０との接触状態を推定する。なお、接触状態認識装置１００ｄは、実施の形態１の接触部１１０ａの替わりに、実施の形態２の接触部１１０ｂ、または実施の形態３の接触部１１０ｃを用いても良い。接触状態認識装置１００ｄは、ニューラルネットワーク１６０によって接触状態推定部１５０ａ〜１５０ｃを構成、すなわち実現するものである。

接触状態認識装置１００ｄを使用する場合、ユーザは、まず、想定される把持物体２０を用いて、把持物体２０の接触状態と、接触部１１０ａからの出力値または出力値の変化量との組を様々な接触状態で取得し、ニューラルネットワーク１６０に学習させる。ニューラルネットワーク１６０の学習が完了すると、ユーザは、学習済みのニューラルネットワーク１６０を接触部１１０ａに接続する。ニューラルネットワーク１６０は、接触部１１０ａから検出値を取得することで、検出値に基づいて、接触部１１０ａと把持物体２０との接触角度及び接触力を推定する。ニューラルネットワーク１６０は、接触部１１０ａの柔軟部１１２ａと把持物体２０との接触角度と、柔軟部１１２ａと把持物体２０との接触の前後において磁気センサ１１３ａで検出された各検出軸方向の磁界の強さの変化量と、の関係を学習させたものである。

図示は省略するが、ロボットシステムでの接触状態認識装置１００ｄの設置パターンは、図６に示す実施の形態１のロボットシステム１での接触状態認識装置１００ａの設置パターンと同様とする。実施の形態４では、図６に示す接触状態推定部１５０ａの部分を、ニューラルネットワーク１６０に置き換える。

以上説明したように、本実施の形態によれば、接触状態認識装置１００ｄは、把持物体２０の接触状態と、接触部１１０ａからの出力値との関係のモデル化が容易でない場合でも、把持物体２０の接触状態の認識が可能となる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ ロボットシステム、２ ロボット、３ ロボット制御装置、１０ ロボットハンド、１１ａ，１１ｂ 指部、２０ 把持物体、３０ ロボットアーム、１００ａ〜１００ｄ 接触状態認識装置、１１０ａ〜１１０ｃ 接触部、１１２ａ〜１１２ｃ 柔軟部、１１３ａ，１１３ｂ 磁気センサ、１１４ａ〜１１４ｄ 磁石、１１６ 剛体部、１１７ａ，１１７ｂ 検出素子、１５０ａ〜１５０ｃ 接触状態推定部、１６０ ニューラルネットワーク、２０１ プロセッサ、２０２ メモリ、２０３ データバス、２０４ 処理回路。

Claims (15)

1. ロボットに取り付けられ、物体と接触した際の接触状態を認識する接触状態認識装置であって、
   前記ロボットに取り付けられる剛体部と、
   前記剛体部に取り付けられる磁気センサと、
   前記剛体部に取り付けられ、前記物体と接触した際に変形する柔軟部と、
   を備え、
   前記柔軟部は、互いに異なる位置に複数の磁石を内包し、
   前記磁気センサは、互いに異なる方向の２つの検出軸を少なくとも有し、前記複数の磁石による前記検出軸の方向の磁界の強さを検出軸毎に検出する、
   接触状態認識装置。
2. 前記磁気センサは、互いに直交する２つの検出軸を有する、
   請求項１に記載の接触状態認識装置。
3. 前記柔軟部は、それぞれ２つの磁石で構成される磁石の組を複数組内包し、
   前記磁石の組のそれぞれは、前記磁気センサが取り付けられた位置において互いに異なる方向の磁界を発生させる、
   請求項１または２に記載の接触状態認識装置。
4. 前記磁石の組のそれぞれにおいて、前記磁石の組を構成する２つの磁石の位置を結ぶ線分は互いに異なる方向となる、
   請求項３に記載の接触状態認識装置。
5. 前記物体が接触していない状態において、前記磁石の組のそれぞれを構成する２つの磁石は、同一の磁極が同一方向を向くように配置される、
   請求項３または４に記載の接触状態認識装置。
6. 前記物体が接触していない状態において、前記複数の磁石は、２つの検出軸を含む平面に対して磁化方向が平行となるように配置される、
   請求項３から５のいずれか１項に記載の接触状態認識装置。
7. 前記物体が接触していない状態において、磁石の第１の組を構成する２つの磁石の磁化方向と、磁石の第２の組を構成する２つの磁石の磁化方向とが直交するように磁石が配置される、
   請求項６に記載の接触状態認識装置。
8. 前記物体が接触していない状態において、前記複数の磁石は、２つの検出軸を含む平面に対して磁化方向が直角となるように配置される、
   請求項３から５のいずれか１項に記載の接触状態認識装置。
9. ２つの検出軸を含む平面に対して直角な方向を接触方向とし、
   前記物体が接触していない状態において、前記磁気センサと前記複数の磁石とは前記接触方向で異なる位置に配置される、
   請求項３から８のいずれか１項に記載の接触状態認識装置。
10. 前記物体が接触していない状態において、前記磁石の組のそれぞれを構成する２つの磁石は、前記磁気センサの配置位置から接触方向に移動した点を中心点として、点対称に配置される、
    請求項９に記載の接触状態認識装置。
11. 前記物体が接触していない状態において、前記磁石の組のそれぞれを構成する２つの磁石は、前記中心点を中心とした円周上に配置される、
    請求項１０に記載の接触状態認識装置。
12. 前記磁気センサで検出された各検出軸方向の磁界の強さに基づいて、前記柔軟部と前記物体との接触角度を含む接触状態を推定する接触状態推定部を備える、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の接触状態認識装置。
13. 前記接触状態推定部は、前記柔軟部と前記物体との接触の前後において前記磁気センサで検出された各検出軸方向の磁界の強さの変化量を、前記物体との接触角度と磁界の強さの変化量との関係を表すモデルと比較して接触状態を推定する、
    請求項１２に記載の接触状態認識装置。
14. 前記接触状態推定部は、前記柔軟部と前記物体との接触角度と、前記柔軟部と前記物体との接触の前後において前記磁気センサで検出された各検出軸方向の磁界の強さの変化量と、の関係を学習させたニューラルネットワークで構成される、
    請求項１２に記載の接触状態認識装置。
15. 把持物体を把持する部位に、請求項１から１４のいずれか１項に記載の接触状態認識装置が取り付けられたロボットハンドを備え、前記ロボットハンドが前記把持物体を把持した際の把持姿勢を認識するロボットシステム。

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