JP7237266B1 - 接触情報取得装置、接触情報取得システム、接触情報取得方法、及び、接触情報取得プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1は、指の側面を覆う門形の部材にかかる力を測定し、測定した結果を指についての推定モデルに適用することにより、指が対象物に加えている圧力を推定する技術を開示している。なお、本技術において、指先の移動の有無によって推定モデルを切り替える。
作業者が前記作業者の手により対象物に加えている圧力を計測する圧力センサが計測した圧力データと、前記手についての方向を計測する方向センサが計測した方向データと、前記手の特性を示す特性データとを用いて、前記手が前記対象物に加えている圧力の方向であって前記対象物に対する方向である加圧方向を推定する加圧方向推定部と、
前記圧力データと、推定された加圧方向とを用いて、前記手が前記対象物に力を加えていることに対する前記対象物の反応である加圧反応を算出する反応算出部と、
前記加圧反応が基準範囲内であるか否かを判定する判定部と
を備える。
以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係る接触情報取得システム90の構成例を示している。接触情報取得システム90は、本図に示すように、グローブ20と、接触情報取得装置100と、反応DB(Database)200とを備える。接触情報取得装置100と、反応DB200とは一体的に構成されていてもよい。
触診は、具体例として、対象物300を揺らすこと、対象物300である滑車を回すこと、対象物300であるロープにかかっている力を測ること、対象物300であるロープを押したり引いたりすること、対象物300であるコネクタが適切に挿さっているか否かを確認すること、対象物300がスムーズに動くか否かを確認すること、対象物300の位置を動かして対象物300に対する圧力のかかりかたを時系列で確認し、対象物300引っ掛かり等を検出すること、又は、対象物300であるスイッチを押してスイッチをスムーズに押すことができるか否かを確認することである。ここで、対象物300は触診の対象であり、ある種類の対象物300が複数あってもよく、複数種類の対象物300があってもよい。
圧力センサ21は、作業者が作業者の手を用いて対象物300に加えている圧力を計測するセンサである。作業者は複数人存在してもよい。圧力センサ21は、作業者が触診を実施する際に用いる手の部位に触れる部分に適宜取り付けられている。圧力センサ21は、具体例として、グローブ20の、作業者の手の各指の腹に触れる部分と、作業者の手のひらに触れる部分とに取り付けられている。指は、特に断りがない限り手の指を指す。圧力センサ21は、作業者の手の少なくとも1つの指の各指が対象物300に加えている圧力を計測してもよい。
方向センサ22は、手についての方向を計測するセンサであり、圧力センサ21の方向を計測するためのセンサであり、典型的には方位センサと加速度センサとから成る。手についての方向は、具体例として、指の方向又は手のひらの方向である。方向は、具体例として方位と水平面からの傾きとから成る。方向を定める座標系はどのように定義されていてもよい。方向センサ22は、具体例として、手の各指の背面に触れる部分であって圧力センサ21が取り付けられている部分に対向する部分と、作業者の手のひらの背面に触れる部分とに取り付けられている。方向センサ22は、作業者の手の少なくとも1つの指の各指の方向を計測してもよい。
加圧方向推定部110は、圧力センサ21が計測した圧力データと、方向センサ22が計測した方向データと、手の特性を示す特性データとを用いて加圧方向を推定する。加圧方向は、作業者の手が対象物300に加えている圧力の方向であって、対象物300に対する方向である。加圧方向推定部110は、作業者が複数の指を用いて対象物300に加圧している場合に、複数の加圧方向を推定してもよい。
反応算出部120は、圧力データと、推定された加圧方向とを用いて、作業者が対象物300に加圧したことによる対象物300の反応である加圧反応を算出する。加圧反応は、具体例として、対象物300に対する加振力と、対象物300の応答との少なくともいずれかである。
判定部130は、加圧反応が基準範囲内であるか否かを判定する。基準範囲は、対象物300に対する触診において満たされるべき加圧反応であって、数値化した加圧反応の範囲である。
特性DB140は、特性データとして、各作業者の手の少なくとも1つの指の各指の形状と弾性値とを示すデータを記憶する。各指の形状は、具体例として各指の長さと太さである。なお、各作業者の各指の弾性値が一定とは限らないこと、具体例として、季節ごとに弾性値が異なることを考慮して、各作業者の各指について複数種類の弾性値を記憶してもよい。また、特性DB140は、各作業者の手の他の部位の形状及び弾性値を記憶してもよい。
接触情報取得装置100は、プロセッサ11を代替する複数のプロセッサを備えてもよい。複数のプロセッサは、プロセッサ11の役割を分担する。
メモリ12及び補助記憶装置13は一体的に構成されていてもよい。
メモリ12及び補助記憶装置13の機能は、他の記憶装置によって実現されてもよい。
接触情報取得装置100の動作手順は、接触情報取得方法に相当する。また、接触情報取得装置100の動作を実現するプログラムは、接触情報取得プログラムに相当する。
グローブ20を装着した作業者が作業現場で対象物300に対して触診を実施し、圧力センサ21と方向センサ22とはデータを収集する。圧力センサ21と方向センサ22とが収集したデータは、接触情報取得装置100に適宜送信される。
図4は、接触情報取得装置100に圧力センサ21と方向センサ22とが収集したデータが送信される様子を示している。図4の(a)は触診が実施される作業現場を示している。図4の(b)は、グローブ20を装着した作業者が対象物300を上下に揺らし、この際に圧力センサ21と方向センサ22とが収集したデータが遠隔に設置された接触情報取得装置100に送信され、遠隔において検査員が触診の状況を確認する様子を示している。
接触情報取得装置100は、圧力センサ21と方向センサ22とからデータを受信する。接触情報取得装置100が受信するデータは圧力センサ21と方向センサ22との各々が取得した生データであってもよい。
以下、圧力センサ21が測定した圧力を示すデータを圧力データと表現し、方向センサ22が測定した方向を示すデータを方向データと表現する。
加圧方向推定部110は、方向センサ22から受信したデータに基づいて、圧力センサ21の対象物300に対する接触角度を算出する。
加圧方向推定部110は、作業者が触診において用いている作業者の手の各部位を圧力データから作業部位として特定し、特定された各作業部位の形状と弾性値とを示すデータを特性DB140から取得する。作業部位は、具体例として、作業者の少なくともいずれかの指と、作業者の手のひらとの少なくともいずれかである。
加圧方向推定部110は、圧力データと、特性DB140から取得した各作業部位についてのデータとを用いて各作業部位の変形量を算出し、算出した各変形量に基づいてステップS103において算出した接触角度を修正する。
ここで、圧力センサ21の向きは、作業部位の変形によって変化する。さらに、圧力センサ21の向きと加圧方向との間にもずれが発生することがあり、加圧方向推定部110は、指の変形と、指の変形による力の向きの変化とを推定する推定アルゴリズムを用いて、加圧方向を推定する。なお、作業部位が指である場合において、指の変形を推定するために指の腹側に圧力センサ21以外のセンサを設けると、触診における作業性が失われる。そこで、本実施の形態においては、指の腹側に圧力センサ21以外のセンサを設けず、圧力センサ21が計測したデータと、特性DB140が記憶しているデータとを推定アルゴリズムに適用することにより、指の変形を推定する。
図5は指の変形を説明する図である。図5の(a)は、作業者が指で対象物300に圧力を加えている様子を示している。図5の(a)において、指が変形しない場合、圧力センサ21の向きと方向センサ22の向きとは一致し、加圧方向は方向センサ22が示す向きである。しかしながら、加圧によって指が変形し、指の変形によって圧力センサ21の向きが変わり、その結果、加圧方向は図5の(a)に示すようになる。ここで、方向センサ22のみでは加圧方向を正確に推定することができない。
図5の(b)は、作業者が指を用いて対象物300に対して加圧している様子を示している。
図5の(c)は、作業者が指を用いて対象物300に対して加圧することにより当該指が変形する様子を示している。対象物300に対して加圧することにより指の一部が右側に示すように変形する。
ステップS105における接触角度の修正量が一定以上である場合、接触情報取得装置100はステップS103に戻る。それ以外の場合、接触情報取得装置100はステップS107に進む。
反応算出部120は、各圧力センサ21に対応する圧力データと推定された加圧方向とを用いて、各圧力データに対応する対象物300の各接触点における加圧反応の大きさ及び方向を算出する。接触点は、対象物300と圧力センサ21とが、直接的に又は間接的に接触している地点である。
反応算出部120は、ステップS107において算出した対象物300の各接触点における加圧反応の大きさ及び方向を用いて、対象物300全体の加圧反応を算出する。
判定部130は、算出した加圧反応が基準範囲内であるか否かを判定し、判定した結果を適宜出力する。
反応算出部120は、ステップS107及びステップS108において算出した加圧反応を反応DB200に登録する。
以上のように、本実施の形態によれば、作業者の触診における作業性を比較的高く維持したまま、対象物300の加圧反応を比較的高い精度で推定することができる。
<変形例1>
図6は、本変形例に係る接触情報取得システム90の構成例を示している。本図に示すように、接触情報取得装置100は対象物DB150を備える。
対象物DB150は、各対象物300の3次元形状と剛性とを示す対象物データを記憶する。対象物DB150は、各対象物300の把持部の3次元形状と剛性とのみを記憶してもよい。
本変形例に係る加圧方向推定部110は、対象物データを用いて加圧方向を推定する。
本変形例に係る反応算出部120は、対象物データを用いて加圧反応を算出する。
加圧方向推定部110は、対象物DB150が記憶しているデータも併せて取得する。
加圧方向推定部110は、対象物DB150から取得したデータも用いてステップS103において算出した接触角度を修正する。具体例として、加圧方向推定部110は、対象物DB150から取得した対象物データを用いて作業者の把持姿勢を推定し、推定した把持姿勢に基づいて、圧力データと、特性DB140から取得したデータとに基づいて求められた加圧方向を補正する。
図7は、本変形例に係る接触情報取得装置100のハードウェア構成例を示している。
接触情報取得装置100は、プロセッサ11、プロセッサ11とメモリ12、プロセッサ11と補助記憶装置13、あるいはプロセッサ11とメモリ12と補助記憶装置13とに代えて、処理回路18を備える。
処理回路18は、接触情報取得装置100が備える各部の少なくとも一部を実現するハードウェアである。
処理回路18は、専用のハードウェアであってもよく、また、メモリ12に格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。
接触情報取得装置100は、処理回路18を代替する複数の処理回路を備えてもよい。複数の処理回路は、処理回路18の役割を分担する。
プロセッサ11とメモリ12と補助記憶装置13と処理回路18とを、総称して「プロセッシングサーキットリー」という。つまり、接触情報取得装置100の各機能構成要素の機能は、プロセッシングサーキットリーにより実現される。
実施の形態1について説明したが、本実施の形態のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、本実施の形態を部分的に実施しても構わない。その他、本実施の形態は、必要に応じて種々の変更がなされても構わず、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施されても構わない。
なお、前述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本開示と、その適用物と、用途の範囲とを制限することを意図するものではない。フローチャート等を用いて説明した手順は、適宜変更されてもよい。
Claims (8)
- 作業者が前記作業者の手により対象物に加えている圧力を計測する圧力センサが計測した圧力データと、前記手についての方向を計測する方向センサが計測した方向データと、前記手の特性を示す特性データとを用いて、前記手が前記対象物に加えている圧力の方向であって前記対象物に対する方向である加圧方向を推定する加圧方向推定部と、
前記圧力データと、推定された加圧方向とを用いて、前記手が前記対象物に力を加えていることに対する前記対象物の反応である加圧反応を算出する反応算出部と、
前記加圧反応が基準範囲内であるか否かを判定する判定部と
を備える接触情報取得装置であって、
前記加圧方向推定部は、前記対象物の3次元形状と剛性とを示す対象物データを用いて前記加圧方向を推定し、
前記反応算出部は、前記対象物データを用いて前記加圧反応を算出する接触情報取得装置。 - 前記圧力センサと前記方向センサとは、前記作業者が装着するグローブに取り付けられている請求項1に記載の接触情報取得装置。
- 前記圧力センサは、前記手の少なくとも1つの指の各指が前記対象物に加えている圧力を計測し、
前記方向センサは、前記手の少なくとも1つの指の各指の方向を計測し、
前記特性データは、前記手の少なくとも1つの指の各指の形状と弾性値とを示すデータを含む請求項1又は2に記載の接触情報取得装置。 - 前記方向センサは、加速度センサと方位センサとから成る請求項1から3のいずれか1項に記載の接触情報取得装置。
- 前記加圧反応は、前記対象物に対する加振力と、前記対象物の応答との少なくともいずれかである請求項1から4のいずれか1項に記載の接触情報取得装置。
- 請求項1から5のいずれか1項に記載の反応算出部が算出した加圧反応を再現するデバイスを備える接触情報取得システム。
- コンピュータが、作業者が前記作業者の手により対象物に加えている圧力を計測する圧力センサが計測した圧力データと、前記手についての方向を計測する方向センサが計測した方向データと、前記手の特性を示す特性データとを用いて、前記手が前記対象物に加えている圧力の方向であって前記対象物に対する方向である加圧方向を推定し、
前記コンピュータが、前記圧力データと、推定された加圧方向とを用いて、前記手が前記対象物に力を加えていることに対する前記対象物の反応である加圧反応を算出し、
前記コンピュータが、前記加圧反応が基準範囲内であるか否かを判定し、
前記コンピュータが、前記対象物の3次元形状と剛性とを示す対象物データを用いて前記加圧方向を推定し、
前記コンピュータが、前記対象物データを用いて前記加圧反応を算出する接触情報取得方法。 - 作業者が前記作業者の手により対象物に加えている圧力を計測する圧力センサが計測した圧力データと、前記手についての方向を計測する方向センサが計測した方向データと、前記手の特性を示す特性データとを用いて、前記手が前記対象物に加えている圧力の方向であって前記対象物に対する方向である加圧方向を推定する加圧方向推定処理と、
前記圧力データと、推定された加圧方向とを用いて、前記手が前記対象物に力を加えていることに対する前記対象物の反応である加圧反応を算出する反応算出処理と、
前記加圧反応が基準範囲内であるか否かを判定する判定処理と
をコンピュータである接触情報取得装置に実行させる接触情報取得プログラムであって、
前記加圧方向推定処理では、前記対象物の3次元形状と剛性とを示す対象物データを用いて前記加圧方向を推定し、
前記反応算出処理では、前記対象物データを用いて前記加圧反応を算出する接触情報取得プログラム。
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