JP7294335B2 - 滑り検出装置 - Google Patents

Description

本開示は、滑り検出装置に関する。

従来、下記の特許文献１には、接触面の圧力の中心位置の変化量と、対象物体を把持する把持部の把持力に基づいて、接触面に滑りが発生しているか否かを判定することが記載されている。

特開２００８－５５５４０号公報

ロボットなどによる物体の把持には、部分滑りの検出が有効的である。部分滑りとは，物体との相対位置がずれて滑り落ちる全体滑りに先立って発生し、接触面の一部が滑り出す現象である。このとき、部分滑りの状態では、物体との相対位置のずれは発生していない。

しかしながら、上記特許文献に記載された技術は、物体が滑り始めた際の全体滑りを検出する手法であるため、物体が滑り出さないと把持力を制御することができない。このため、上記特許文献に記載された技術では、物体が滑り出す前に把持力を制御して、安定した把持を行うことは困難である。また、そもそも、部分滑りを検出するための有効な技術は存在しないのが実情である。部分滑りを検出しようとすると、部分滑りに先立って発生する接触部のせん断変形が検出されてしまい、部分滑りに基づいて最小限度の把持力を決定することが困難になる。更に、硬い物体や物体表面が平面の場合など圧力分布が平坦な場合は、部分滑りの進行が速くなり、部分滑りを検出することは困難である。

そこで、部分滑りを検出することで、物体の滑りを高精度に検出することが求められていた。

本開示によれば、接触した物体が滑る際の滑り特性が異なる複数の接触部と、前記接触部のそれぞれの圧力分布を検出するセンサと、を備える、滑り検出装置が提供される。

以上説明したように本開示によれば、部分滑りを検出することで、物体の滑りを高精度に検出することが可能となる。
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。

本開示の一実施形態に係るロボットのハンドの構成を示す模式図である。 第１及び第２の柔軟層と物体が接触している様子を示す模式図である。 図２に示すモデルにおいて、物体を把持してから物体が滑り出すまでの間に柔軟層と物体との接触状態が状態ａから状態ｆまで時系列に変化する様子を模式的に示す図である。 図３Ａの状態ａ～ｆにおいて、第１の柔軟層と第２の柔軟層のそれぞれの領域で圧力中心位置が変化する様子を示す特性図である。 図３Ｂとの比較のため、第１の柔軟層と第２の柔軟層の摩擦係数を同一にした場合を示す特性図である。 柔軟層の分割方向を示す模式図である。 柔軟層の分割方向を示す模式図である。 柔軟層の分割方向を示す模式図である。 本開示の一実施形態に係るロボットの制御システムの構成例を示す模式図である。 変形例１に係る把持力算出部の構成を示す模式図である。 柔軟層が物体に接触する際の圧力分布の例を示す特性図である。 柔軟層が物体に接触する際の圧力分布の例を示す特性図である。 柔軟層が物体に接触する際の圧力分布の例を示す特性図である。 変形例２に係る把持力算出部の構成を示す模式図である。 ハンドの具体的な制御を示す模式図である。 柔軟層の分割の例を示す模式図である。 物体と接触する位置に依存しない分割の例を示す平面図である。 ２つの分布型圧力センサのノードのピッチ幅を疑似的に小さくするために、分布型圧力センサをずらして層に配置する例を示す模式図である。 分布型圧力センサの上下に柔軟層を配置する例を示す模式図である。 柔軟層の厚みの違いに応じた、分布型圧力センサによる検出感度を示す模式図である。 図１５Ａに示す例（ａ）～（ｃ）及び変形例４について、図３Ｂと同様に圧力中心位置が変化する様子を示す特性図である。 変形例４の圧力中心位置の移動方向が例（ａ）～（ｃ）と逆方向となる理由を示す模式図である。 変形例４の圧力中心位置の移動方向が例（ａ）～（ｃ）と逆方向となる理由を示す模式図である。 柔軟層の表面積を変えた例を示す模式図である。 分布型圧力センサの上部の柔軟層の摩擦力を変えるため、分布型圧力センサの下部の柔軟層の硬度を変える例を示す模式図である。 変形例６に係る線状の柔軟層を用いた構成例を示す模式図である。 図１９に示す線状の柔軟層を用いた把持力算出部の構成を示す模式図である。 図１９に示す線状の柔軟層を用いた構成において、柔軟層の向きを多方向に配置した例を示す模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．本開示の概要
２．ハンドの構成
３．柔軟層に対する物体の滑り
３．１．「全体滑り」と「部分滑り」
３．２．柔軟層と物体との接触状態の変化
３．３．圧力中心位置に基づく滑りの判定
３．４．柔軟層毎に全体滑りの発生タイミングを異ならせるパラメータ
３．５．柔軟層の分割方向
４．ロボットの制御システムの構成例
５．本実施形態の変形例
５．１．変形例１（物体の剛性に応じて把持力制御ゲインを調整する例）
５．２．変形例２（全体滑りの発生タイミングの差を大きくするために、指の位置、姿勢を制御する例）
５．３．変形例３（柔軟層、分布型圧力センサの配置のバリエーション）
５．４．変形例４（分布型圧力センサの上下に柔軟層を配置する例）
５．５．変形例５（柔軟層の摩擦係数を変える手法）
５．６．変形例６（線状の柔軟層を用いた例）

１．本開示の概要
例えばロボットのハンドで物体を把持する場合、物体がハンドから滑り落ちない程度の適度な力で把持することが望ましい。これにより、把持の力で物体を破壊することがなく、その一方で物体を確実に把持することができる。特に、柔軟性のある物体を把持する際に、物体の破壊や変形を抑制できる。本開示は、物体を把持する際に、物体が滑り出す「全体滑り」の状態が発生する前の「部分滑り」の状態を検出し、物体を最適な把持力で把持する技術に関する。

２．ハンドの構成
図１は、本開示の一実施形態に係るロボットのハンド５００の構成を示す模式図である。ハンド５００は、ロボットのアーム５０６の先端に設けられている。図１に示すように、ハンド５００は、本体５０１、第１の指５０２を構成するリンク５１２及びリンク５１４、第２の指５０４を構成するリンク５１６及びリンク５１８、を有する。また、各関節５２０，５２２，５２４，５２６には、アクチュエータが設けられている。リンク５１２は関節５２０のアクチュエータの駆動力によりリンク５１４に対して回動し、リンク５１４は関節５２２アクチュエータの駆動力により本体５０１に対して回動する。同様に、リンク５１６は関節５２４のアクチュエータの駆動力によりリンク５１８に対して回動し、リンク５１８は関節５２６のアクチュエータの駆動力により本体５０１に対して回動する。

また、アーム５０６は、一例として、多関節を有し、複数のリンクが各関節により回動可能に連結されている。各関節に設けられたアクチュエータの駆動力により、各リンクは相互に回動する。これにより、所定の自由度を有し、ハンド５００を所望の位置に移動可能な多関節のアーム５０６が構成されている。

図１では、第１の指５０２と第２の指５０４が物体（把持対象物）６００を把持している状態を示している。第１の指５０２のリンク５１２の内側（物体６００側）には、分布型圧力センサ５３０，５３２が設けられている。分布型圧力センサ５３０の内側には第１の柔軟層５４０が設けられ、分布型圧力センサ５３２の更に内側には第２の柔軟層５４２が設けられている。同様に、第２の指５０４のリンク５１６の内側（物体６００側）には、分布型圧力センサ５３０，５３２が設けられている。分布型圧力センサ５３０の内側には第１の柔軟層５４０が設けられ、分布型圧力センサ５３２の内側には第２の柔軟層５４２が設けられている。第１の柔軟層５４０、第２の柔軟層５４２は、粘性もしくは弾性、もしくはその両方を有する弾性材料で構成されており、外部からの荷重により容易に変形が可能である材料から構成され、例えばウレタンゲルやシリコンゲルのような材料から構成されている。第１の柔軟層５４０は、第２の柔軟層５４２よりも摩擦係数の小さい素材で構成されている。本実施形態に係る滑り検出装置は、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と分布型圧力センサ５３０，５３２から構成される。なお、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と分布型圧力センサ５３０，５３２は、アーム５０６に直接装着されていても良い。また、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と分布型圧力センサ５３０，５３２は、ロボットの足に装着され、足と地面（床）との間の滑り状態を検出するものであっても良い。このように、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と分布型圧力センサ５３０，５３２は、ロボットが物体に作用する作用部に装着することができる。

図２は、第１の指５０２の第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と物体６００が接触している様子を示す模式図である。なお、図１では球状の物体６００を示したが、図２では直方体形状の物体６００を示している。物体６００の形状は特に限定されるものではない。図２に示すｘ軸の方向は、物体６００が第１及び第２の柔軟層５４０，５４２に対して相対的に滑る方向（又は、滑ろうとする方向）である。図２に示すように、２つの柔軟層５４０，５４２は、物体６００が滑る方向に対して、第２の柔軟層５４２、第１の柔軟層５４０の順に配置されており、この配置により、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２における全体滑りの発生タイミングの差をより大きくすることが可能である。図１の例では、ｘ軸方向は重力方向に相当する。

図２に示すように、物体６００には、ｘ軸方向に力Ｆｔが加わる。ｘ軸方向が重力方向であれば、力Ｆｔは重力に相当する。また、物体６００には、ｘ軸方向と直交するｙ方向に力Ｆｎが加わる。力Ｆｎは、第１の指５０２と第２の指５０４で物体６００を把持した際の反力に相当する。

３．柔軟層に対する物体の滑り
３．１．「全体滑り」と「部分滑り」
図２に示すように、物体６００にはｘ軸方向に力Ｆｔがかかる。ｘ軸方向が重力方向の場合、第１の指５０２と第２の指５０４が物体６００を把持する把持力が弱いと、物体６００が重力方向に滑り落ちる。物体６００が停止した状態から滑り始めるまでの状態の遷移は、「全体滑り」と「部分滑り」の現象で説明することができる。

「全体滑り」は、物体６００と柔軟層との相対位置がずれて、物体が滑り落ちている状態である。「部分滑り」は、「全体滑り」に先立って発生し、物体６００と柔軟層５４０，５４２との接触面の一部が滑る現象である。本実施形態では、物体６００を把持する際に、物体６００が滑り落ちない程度の最小限の力で物体６００を把持する、「部分滑り」を検出する。

３．２．柔軟層と物体との接触状態の変化
図３Ａは、図２に示すモデルにおいて、物体６００を把持してから物体６００が滑り出すまでの間において、柔軟層５４０，５４２と物体６００との接触状態が状態ａから状態ｆまで時系列に変化する様子を模式的に示す図である。図３Ａでは、柔軟層５４０，５４２の上面を複数の矩形領域に分割し、各矩形領域に付した２種類のドットにより、物体６００との接触状態を、「固着」、「滑り」の２つに分類して示している。「固着」の矩形領域では、物体６００と柔軟層５４０，５４２との間に滑りが発生しておらず、両者が固着している。一方、「滑り」の矩形領域では、物体６００と柔軟層５４０，５４２との間に滑りが発生している。なお、各矩形領域の状態は、例えばシミュレーションによる解析から得ることができる。以下では、図３Ａに基づいて、物体６００を把持してから物体６００が滑り出すまでの間において、「部分滑り」と「全体滑り」が発生する様子を説明する。

分布型圧力センサ５３０，５３２の上に設けられた柔軟層は、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の２つに等分割されており、分割により、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２は物体６００の滑り方向（ｘ軸方向）に並べて配置されている。図３Ａに示す状態ａでは、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の上面の全ての矩形領域が「固着」の状態である。次に、状態ｂでは、第１の柔軟層５４０の上面の矩形領域であって、第２の柔軟層５４２に近い矩形領域が「滑り」の状態に変化している。その他の領域は「固着」の状態である。

次に、図３Ａの状態ｃでは、第１の柔軟層５４０の上面において、「滑り」の状態の矩形領域が拡大している。次の状態ｄでは、第１の柔軟層５４０の上面の矩形領域の全てが「滑り」の状態となり、第２の柔軟層５４２の上面の矩形領域の一部が「滑り」の状態に変化している。次の状態ｅでは、第２の柔軟層５４２の上面において、「滑り」の状態の矩形領域が拡大している。次の状態ｆでは、第２の柔軟層５４２の上面の矩形領域の全てが「滑り」の状態となる。

第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のそれぞれにおいて、全ての矩形領域が「滑り」の状態となると、「全体滑り」の状態となる。第１の柔軟層５４０は、状態ｄで「全体滑り」の状態となり、以降の状態ｅ，ｆにおいても「全体滑り」の状態である。一方、第２の柔軟層５４２は、第１の柔軟層５４０よりも遅れて、状態ｆで「全体滑り」の状態となる。

以上のように、第１の柔軟層５４０及び第２の柔軟層５４２のそれぞれにおいて、時間の経過に伴い「滑り」の領域が拡大し、「全体滑り」の状態になるが、摩擦係数の低い第１の柔軟層５４０の方が「全体滑り」の状態になるタイミングが早いことが判る。換言すれば、２つの柔軟層５４０，５４２の摩擦係数を異ならせることで、全体滑りが発生するタイミングに差を生じさせることができる。

第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の２つの領域で同時に全体滑りが発生した状態ｆでは、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で全体滑りが発生している。この状態では、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の双方に対して物体６００が相対的に移動しており、図２において、物体６００がｘ軸方向に滑っている状態である。

また、本実施形態において、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のいずれかの一方の領域で全体滑りが発生し、他方の領域で全体滑りが発生していない状態ｄ，ｅを、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で「部分滑り」が発生している状態として定義する。「部分滑り」が発生している状態ｄ，ｅでは、物体６００は、第１の柔軟層５４０及び第２の柔軟層５４２に対して物体６００は相対的に移動しない。なお、図３Ａでは、状態ｄ，ｅが「部分滑り」の状態であることを示すため、状態ｄ，ｅを太線で囲って示している。

なお、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のいずれかの一方の領域に着目した場合、状態ｂ，ｃにおける第１の柔軟層５４０の領域、または状態ｄ，ｅにおける第２の柔軟層５４２の領域では、部分滑りが発生していると捉えることもできる。しかし、本実施形態では、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域に着目し、柔軟層５４０，５４２のいずれかの一方の領域で全体滑りが発生し、他方の領域で全体滑りが発生していない状態ｄ，ｅを、全体の領域で「部分滑り」が発生している状態として定義する。

また、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のいずれにおいても全体滑りが発生していない状態ａ～ｃは、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域が物体６００と固着している状態である。

従って、「部分滑り」が発生している状態ｄ，ｅは、物体６００が滑り出す直前の状態であり、物体６００は、第１の柔軟層５４０及び第２の柔軟層５４２に対して相対的に移動していない。従って、「部分滑り」の状態を検出し、部分滑りが生じる程度の把持力で物体を把持することで、物体６００の変形や破壊を抑制するとともに、物体６００が滑らない最適の力で把持することができる。

３．３．圧力中心位置に基づく滑りの判定
本実施形態では、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で「部分滑り」または「全体滑り」が発生していることを、分布型圧力センサ５３０，５３２から得られる圧力中心位置に基づいて判定する。

図３Ｂは、図３Ａの状態ａ～ｆにおいて、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のそれぞれの領域で圧力中心位置が変化する様子を示す特性図である。圧力中心位置Ｘ_ｃｏｐは、以下の式（１）から求まる。分布型圧力センサ５３０，５３２のそれぞれは、マトリクス状に形成された、圧力を検出するための複数のノードを備えている。式（１）において、Ｎは分布型圧力センサ５３０，５３２のセンサノード数、ｘ_ｉはｉ番目のノードの座標、ｐ（ｘ_ｉ）はｉ番目のノードが検出した圧力である。圧力中心位置Ｘ_ｃｏｐは、圧力と座標の乗算値の合計を圧力の合計で除算した値であり、分布型圧力センサ５３０，５３２における圧力の中心を示す値である。

図３Ｂでは、左から順に、第２の柔軟層５４２の圧力中心位置の変化、第１の柔軟層５４０の圧力中心位置の変化、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２の圧力中心位置の変化をそれぞれ示している。３つの特性図において、横軸は時間のステップ数を示す番号、縦軸は圧力中心位置を示している。縦軸の圧力中心位置は、図２のｘ軸方向の位置に対応している。第１の柔軟層５４０の特性では縦軸の原点は図２の原点に相当し、第２の柔軟層５４２の特性では縦軸の原点は図２の－Ｌの座標に相当する。なお、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のｘ軸方向の長さは同一（＝Ｌ）であるものとする。

また、図３Ｂにおいて、圧力中心位置の特性に付したａ～ｆは、図３Ａの状態ａ～ｆにそれぞれ対応している。

図３Ｂに示すように、時間の経過に伴い、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２の圧力中心位置は、いずれも図２のｘ軸方向に移動している。この際、摩擦係数がより小さい第１の柔軟層５４０の方が、第２の柔軟層５４２よりも圧力中心位置の移動が速い。第１の柔軟層５４０では、時間のステップ数が１５を過ぎた時点で圧力中心位置の移動が停止し、圧力中心位置が一定値となる定常状態となっている。一方、第２の柔軟層５４２では、時間のステップ数が２５を過ぎた時点で圧力中心位置の移動が停止し、圧力中心位置が一定値となる定常状態となっている。

図３Ｂに示すように、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のそれぞれにおいて、圧力中心位置の移動が停止した状態が「全体滑り」の状態に相当する。一方、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のそれぞれにおいて、圧力中心位置の移動が停止していない状態は、第１の柔軟層５４０又は第２の柔軟層５４２のせん断変形と部分的な滑りにより、圧力中心位置が移動している状態である。圧力中心位置の移動が停止していない状態では、物体６００と１の柔軟層５４０及び第２の柔軟層５４２との間に相対的な移動は生じていない。一方、圧力中心位置の移動が停止していない状態では、第１の柔軟層５４０又は第２の柔軟層５４２のせん断変形により、物体６００の絶対位置が変化する場合がある。上述したように、２つの柔軟層５４０，５４２の摩擦係数を異ならせることで、全体滑りが発生するタイミングに差を生じさせることができ、図３Ｂからも明らかなように、第２の柔軟層５４２の方が第１の柔軟層５４０よりも全体滑りが発生するタイミングが遅くなっている。

図３Ｂの右側に示す特性図は、図３Ｂの左側に示す特性図と中央に示す特性図を重ねて示したものである。本実施形態では、圧力中心位置の変化に基づき、全体滑りが先に発生する第１の柔軟層５４０で全体滑りが発生し、第２の柔軟層５４２では全体滑りが発生していない状態を、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で「部分滑り」が発生している状態と判定する。また、圧力中心位置の変化に基づき、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の双方で全体滑りが発生している状態を、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で「全体滑り」が発生している状態と判定する。更に、圧力中心位置の変化に基づき、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の双方で全体滑りが発生していない状態を、固着状態と判定する。

以上により、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のそれぞれの領域において圧力中心位置を計算することで、各領域における全体滑りを検出できる。上記の例では領域数が２つであるため、２つの領域で同時に全体滑りが発生した場合、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で全体滑りが発生していると判定する（状態ｆ）。また、いずれかの領域で全体滑りが発生した場合、全体の領域では部分滑りが発生していると判定する（状態ｄ，ｅ）。いずれの領域でも全体滑りが発生していない場合、全体の領域は「固着状態」であると判定する（状態ａ，ｂ，ｃ）。

そして、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域（対象物６００の接触領域）に対する「全体滑り」の未検出領域の割合を固着率とする。図３Ｂにおいて、状態ｆでは、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域に対して、第１の柔軟層５４０の領域と第２の柔軟層５４２の領域のいずれも全体滑りの状態であるため、固着率は０％である。また、状態ｄ，ｅでは、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域に対して、第１の柔軟層５４０の領域が全体滑りの状態であるため、固着率は５０％である。また、状態ａ，ｂ，ｃでは、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域に対して、第１の柔軟層５４０の領域と第２の柔軟層５４２の領域のいずれも全体滑りの状態でないため、固着率は１００％である。

本実施形態では、固着率に応じてハンド５００による把持力を制御する。固着率が大きいほど、ハンド５００による把持力を小さくし、固着率が小さいほどハンド５００による把持力を大きくする。これにより、必要最小限の力で物体６００を把持することができ、物体６００の破壊や変形を抑止することができる。

柔軟層の領域の分割数が増えるほど固着率の分解能は上がり、把持力制御の精度は高くなる。また、柔軟層の領域の分割数が増えるほど、より小さい物体や凹凸のある物体に対しても固着率の検出が可能となる。例えば、柔軟層の分割数を３つにした場合、上述と同様の方法で固着率を求めると、０％、３３％、６６％、１００％の４段階で固着率を算出可能である。

例えば、柔軟層の分割数を３つとし、それぞれの柔軟層の摩擦係数を異ならせた場合、全ての柔軟層のそれぞれで全体滑りが発生している状態であれば、固着率は０％となる。また、最も摩擦係数の小さな柔軟層の領域と次に摩擦係数の小さな柔軟層の領域で全体滑りが発生し、最も摩擦係数の大きな柔軟層の領域で全体滑りが発生していない場合、固着率は３３％となる。また、最も摩擦係数の小さな柔軟層の領域で全体滑りが発生し、次に摩擦係数の小さな柔軟層の領域と最も摩擦係数の大きな柔軟層の領域で全体滑りが発生していない場合、固着率は６６％となる。更に、全ての柔軟層の領域で全体滑りが発生している場合、固着率は０％となる。同様の観点から、柔軟層の領域の分割数を増やすほど、部分滑りの状態をより精度良く検出することが可能である。

図４は、図３Ｂとの比較のため、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の摩擦係数を同一にした場合を示す特性図である。摩擦係数以外の条件と、特性図の表示方法は、図３Ｂと同様である。図４に示すように、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の摩擦係数が同じ場合、第１の柔軟層５４０の領域と第２の柔軟層５４２のそれぞれの領域で全体滑りが発生するタイミングに差がないため、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で部分滑りを検出することは困難である。従って、図３Ｂに示す本実施形態のように、固着率が５０％の状態、すなわち、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で「部分滑り」が発生している状態、を検出することができない。本実施形態によれば、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で「部分滑り」が発生している状態を検出することができるため、部分滑りの状態に相当する固着率に基づいて把持力を高精度に制御することが可能である。

従って、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の摩擦係数を異ならせることにより、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２で全体滑りが発生するタイミングが異なり、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２を含む全体の領域で部分滑りを検出することが可能となる。そして、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２で全体滑りが発生するタイミングの差が大きいほど、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２を含む全体の領域で部分滑りが発生する時間が増加するため、把持力の制御を容易に行うことができる。

３．４．柔軟層毎に全体滑りの発生タイミングを異ならせるパラメータ
以上の説明では、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の摩擦係数を相違させて、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の全体滑りの発生タイミングを異ならせるようにした。一方、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の摩擦係数以外のパラメータを相違させて、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の全体滑りの発生タイミングを異ならせるようにしても良い。摩擦係数以外のパラメータとして、ヤング率、ポアソン比，厚み、曲率半径等を挙げることができる。

摩擦係数の場合は、摩擦係数を小さくするほど全体滑りの発生タイミングが早くなる。ヤング率の場合は、ヤング率を大きくするほど全体滑りの発生タイミングが早くなる。ポアソン比の場合は、ポアソン比を小さくするほど全体滑りの発生タイミングが早くなる。厚みの場合は、厚みを小さくするほど全体滑りの発生タイミングが早くなる。曲率半径の場合は、曲率半径を大きくするほど全体滑りの発生タイミングが早くなる。

また、上記パラメータにおいて、全体滑りが発生するタイミングが早い条件同士、または全体滑りが発生するタイミングが遅い条件同士を組み合わせることで、全体滑りが発生するタイミングの差をさらに広げることが可能である。例えば、摩擦係数が小さくかつ厚みが小さい第１の柔軟層と、摩擦係数が大きくかつ厚みが大きい第２の柔軟層を設けることで、第１の柔軟層と第２の柔軟層の全体滑りが発生するタイミングを更に広げることが可能となる。

３．５．柔軟層の分割方向
図５Ａ～図５Ｃは、柔軟層の分割方向を示す模式図である。図５Ａ及び図５Ｂは、図１及び図２と同様に、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２が滑り方向に２つに分割されている例を示している。また、図５Ｃは、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２が滑り方向と直交する方向に２つに分割されている例を示している。

把持される物体６００について、物体６００の滑り方向に対して垂直軸（図５Ａ～５Ｃにおけるｚ軸）が拘束されている場合、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のそれぞれで完全滑りが発生するタイミングの差に違いはない。一方、垂直軸が拘束されていない場合、摩擦分布があるためわずかに軸回転が発生し、滑り方向に対し垂直に分割されている場合の方が、完全滑りが発生するタイミングの差が大きくなる。実環境においては、物体の軸が拘束されている状況は起こりえないため、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、滑り方向に対して分割されている場合の方がより好適である。更に、物体６００が滑る方向に対して第２の柔軟層５４２、第１の柔軟層５４０の順に配置した図５Ａの方が、物体６００が滑る方向に対して第１の柔軟層５４０、第２の柔軟層５４２の順に配置した図５Ｂよりも全体滑りの発生するタイミングに差を生じさせることができる。換言すれば、摩擦係数のより大きな第２の柔軟層５４２を滑り方向の上流側に配置することで、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２における全体滑りの発生タイミングの差をより大きくすることが可能である。図５Ｂの配置の場合、滑り方向で上流側に位置する第１の柔軟層５４０の滑り力が下流側の第２の柔軟層５４２によって堰き止められることから、第１の柔軟層５４０における全体滑りの発生タイミングが比較的遅くなる。従って、図５Ｂの配置の場合、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２における全体滑りの発生タイミングの差が比較的小さくなる。一方、図５Ａの配置の場合、滑り方向で上流側に位置する第２の柔軟層５４２の滑り力が下流側の第１の柔軟層５４０によって堰き止められることがなく、下流側の第１の柔軟層５４０において比較的早いタイミングで全体滑りが生じる。従って、図５Ａの配置の場合、全体滑りの発生するタイミングに差をより大きくすることができる。

また、複数の柔軟層は、隣接して設けられていなくても良い。例えば、後述する図１０に示すように、ハンド５００の異なる指に第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を別々に設けても良い。

４．ロボットの制御システムの構成例
図６は、本開示の一実施形態に係るロボットの制御システム（制御装置）１０００の構成例を示す模式図である。図６に示すように、制御システム１０００は、認識・計画部１００、把持力算出部２００、制御部３００を有して構成されている。認識・計画部１００は、認識部１０２、指令部１０４、把持位置決定部１０６、動作計画部１０８、を有している。把持力算出部２００は、圧力取得部２０２、接触検出部２０４、圧力中心位置演算部２０６、圧力中心移動量演算部２０８、全体滑り検出部２１０、固着率演算部２１２、把持力制御部２１４、を有している。制御部３００は、全体制御部３０２、ハンド制御部３０４、を有している。

認識・計画部１００は、ロボットが把持する物体６００を認識し、物体６００を把持する計画を立てる。認識部１０２は、カメラ、ＴｏＦセンサ等から構成され、物体６００の３次元形状を認識する。指令部１０４には、ユーザからの指令が入力される。把持位置決定部１０６は、認識部１０２による対象物の認識結果を用い、指令部１０４に入力されたユーザの指令に基づいて、ロボットが物体６００を把持する位置を決定する。動作計画部１０８は、把持位置決定部１０６が決定した把持位置に基づいて、ロボットのアーム５０６の動作、及びアーム５０６の先端に設けられたハンド５００の動作を計画する。

把持力算出部２００は、物体６００を把持するハンド５００の把持力を算出し、把持力の制御を行う。圧力取得部２０２は、分布型圧力センサ５３０，５３２が検出した圧力を取得する。接触検出部２０４は、圧力取得部２０２が取得した分布圧力値を用いて、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と物体６００との接触を検出する。例えば、接触検出部２０４は、分布圧力値が所定値以上の場合に、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と物体６００との接触を検出する。圧力中心位置演算部２０６は、圧力取得部２０２が取得した分布圧力値を用いて、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２のそれぞれの領域において、上述した式（１）より圧力中心位置Ｘ_ＣＯＰを演算する。

圧力中心移動量演算部２０８は、圧力中心位置演算部２０６が演算した圧力中心位置を用いて、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２のそれぞれの領域において、圧力中心位置の移動量を演算する。圧力中心移動量演算部２０８は、以下の式（２）より圧力中心位置の移動量ΔＸ_ＣＯＰを演算する。なお、式（２）の右辺は、時刻ｔ＋１における圧力中心位置Ｘ_ＣＯＰと時刻ｔにおける圧力中心位置Ｘ_ＣＯＰとの差分を示している。

全体滑り検出部２１０は、圧力中心移動量演算部２０８が演算した圧力中心位置の移動量を用いて、予め設定した時間窓において圧力中心位置の移動に変化があるか否かを検出する。時間窓は予め定めた所定時間である。全体滑り検出部２１０は、この所定時間の間に圧力中心位置の移動がなければ、圧力中心位置に変化がなく、全体滑りが発生していることを検出する。全体滑り検出部２１０は、２つの分布型圧力センサ５３０，５３２のそれぞれの領域毎に圧力中心位置の変化を監視することで、各領域で全体滑りが発生していることを検出する。

固着率演算部２１２は、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域に対する、全体滑りの未検出領域の割合を演算し、算出した割合を固着率とする。上述したように、柔軟層が２分割の場合、固着率は０％、５０％、１００％の３種類の値として算出される。

把持力制御部２１４は、固着率が一定の値となるように把持力を決定する。把持力制御部２１４は、フィードバック制御により、固着率演算部２１２が演算した固着率が所定の値となるように把持力の制御を行う。一例として、把持力制御部２１４は、固着率が５０％となるように把持力を制御する。

制御部３００は、ロボットの動作を制御する。全体制御部３０２は、動作計画部１０８が計画した動作計画に基づいて、ロボットのアーム５０６を制御する。ハンド制御部３０４は、把持力制御部２１４の制御に基づき、ハンド５００を制御する。なお、把持力制御部２１４とハンド制御部３０４は一体に構成されていても良い。

なお、図６に示す制御システム１０００の認識・計画部１００、把持力算出部２００、制御部３００の各構成要素は、回路（ハードウェア）、またはＣＰＵなどの中央演算処理装置とこれを機能させるためのプログラム（ソフトウェア）から構成することができる。このプログラムは、制御システム１０００が備えるメモリ、または制御システム１０００に外部から接続されるメモリ等の記録媒体に格納されることができる。後述する図７、図９、図２０においても同様である。

５．本実施形態の変形例
以下では、本実施形態のいくつかの変形例について説明する。

５．１．変形例１（物体の剛性に応じて把持力制御ゲインを調整する例）
変形例１では、物体６００に柔軟層が接触し、物体６００に柔軟層が押し込まれた瞬間のハンド５００の位置、または柔軟層と物体６００の接触面積と接触力の情報から、物体６００の物理情報（剛性）を計算する。そして、物体６００の物理情報に基づいて、把持力制御ゲインを調整する。ここで、把持力制御ゲインとは、固着率がある一定の値となるように把持力を増加させる際の増加割合である。

図７は、変形例１に係る把持力算出部２００の構成を示す模式図である。図７に示すように、変形例１に係る把持力算出部２００は、図６に示した構成に加えて、接触力演算部２１６、接触ノード数取得部（接触半径演算部）２１８、物理情報演算部２２０を有する。

接触力演算部２１６は、物体６００が第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と接触する際の接触力を演算する。接触力は、分布型圧力センサ５３０，５３２の全ノードのうち接触ノードの数と、各接触ノードにかかる力（圧力）を乗算すること得られる。接触ノードは、第１の柔軟層５４０または第２の柔軟層５４２を介して物体６００に接触している分布型圧力センサ５３０，５３２のノードである。換言すれば、接触ノードは、圧力の検出値が得られた（検出値が０でない）ノードである。

接触ノード数取得部２１８は、接触検出部２０４が検出した第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と物体６００との接触に基づき、接触ノード数を取得する。接触ノード数は、接触面積に相当する。物理情報演算部２２０は、接触ノード数取得部２１８から得られる接触面積の情報と接触力演算部２１６から得られる接触力の情報から、物体６００の物理情報として剛性を演算する。

また、物体６００が柔軟層と接する際の接触半径ａから、物体６００の物理情報として剛性を演算することができる。この場合、接触ノード数取得部２１８の代わりに、接触半径演算部を機能させる。Ｈｅｒｔｚの接触理論より、ロボットフィンガ（第１の指５０２、第２の指５０４）と物体の接触半径ａは、以下の式（３）で表すことができる。

なお、ｒはロボットフィンガの半径、Ｅ^＊は有効弾性係数である。
また、以下の式（４）に示すように、有効弾性係数Ｅ^＊は、ロボットフィンガおよび物体の弾性係数Ｅｆ，Ｅｏとそれぞれのポアソン比ｖｆ，ｖｏによって与えられる。

ポアソン比はたかだか０．５程度の値であり、通常はさらに小さい値であるから、その２乗の値はＥ^＊には大きく影響しないとして、式（５）に示すように、ポアソン比を無視することができる。

従って、ロボットフィンガ半径ｒ、ロボットフィンガのヤング率Ｅｆは既知であるため、接触半径演算部２１８より算出される接触半径ａ、接触力Ｆｎの情報に基づいて、式（３）より物体６００の物理情報（ヤング率Ｅｏ）を計算することができる。

物体６００の物理情報としての剛性は、把持力制御部２１４に送られる。把持力制御部２１４は、物理情報に基づいて、把持力制御ゲインを調整する。上述したように、把持力制御ゲインとは、固着率がある一定の値となるように把持力を増加させる際の増加割合である。把持力制御部２１４は、物体６００の剛性が高い場合は、物体６００に変形、破壊が生じる蓋然性が比較的低いことから、固着率を目標値に制御する際に、把持力の増加割合を高くする。一方、把持力制御部２１４は、物体６００の剛性が低い場合は、物体６００に変形、破壊が生じる蓋然性が比較的高いことから、固着率を目標値に制御する際に、把持力の増加割合を低くする。

変形例１によれば、上述した部分滑りの状態を検出することで、物体６００が滑らない程度の必要最小限の力で把持力を制御できることに加え、物体６００の硬さに応じて把持力の増加割合を制御することができる。従って、把持する際の物体６００の変形、破壊を確実に抑制可能である。

なお、物体６００の剛性を求める際に、物体６００に柔軟層が押し込まれた際のハンド５００の位置（押し込み量）と、分布型圧力センサ５３０，５３２から得られる接触力おとの関係から剛性を求めても良い。

５．２．変形例２（全体滑りの発生タイミングの差を大きくするために、指の位置、姿勢を制御する例）
変形例２では、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のそれぞれにおける全体滑りの発生タイミングの差を大きくするために、指の位置、姿勢を制御する。ここで、柔軟層５４０，５４２が物体６００と接触する際の圧力分布が急峻であるほど、全体滑りの発生タイミングは遅くなる。図８Ａ～図８Ｃは、柔軟層５４０，５４２が物体６００に接触する際の圧力分布の例を示す特性図である。図８Ｃ、図８Ｂ、図８Ａの順で圧力分布が急峻になっている。ここで、圧力分布が急峻である、とは、柔軟層５４０，５４２と物体６００が接触している領域の端部（図８Ａ～図８Ｃに示す領域Ａ１）の圧力勾配が大きいことを意味する。

図８Ａ～図８Ｃのそれぞれにおいて、圧力が高い領域は、柔軟層５４０，５４２と物体６００が接触している領域である。柔軟層５４０，５４２と物体６００が接触している領域の端部では、圧力に勾配が生じている。この圧力勾配が大きい程、全体滑りが発生するタイミングは遅くなる。

例えば、柔軟層５４０，５４２と物体６００が接触している領域において、物体６００の形状が凸面であり、凸面の曲率半径が小さいほど、圧力勾配が急峻になり、全体滑りが発生するタイミングは遅くなる。

変形例２では、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のそれぞれにおいて、圧力勾配が異なる位置に第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２が配置されるように、ハンド５００を制御する。

図９は、変形例２に係る把持力算出部２００の構成を示す模式図である。図９に示すように、変形例２に係る把持力算出部２００は、図６に示した構成に加えて、圧力勾配演算部２２２、アクチュエータ制御部２２４を有する。

圧力勾配演算部２２２は、接触検出部２０４により第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と物体６００との接触が検出されると、分布型圧力センサ５３０，５３２が検出した圧力に基づき、図８Ａ～図８Ｃに示す特性を取得する。そして、圧力勾配演算部２２２は、図８Ａ～図８Ｃに示す領域Ａ１の圧力勾配を演算する。なお、分布型圧力センサ５３０，５３２が検出した圧力は、圧力取得部２０２によって取得され、圧力勾配演算部２２２に送られる。

アクチュエータ制御部２２４は、圧力勾配演算部２２２が演算した圧力勾配に基づいて、ハンド５００またはアーム５０６を制御するアクチュエータを制御する。アクチュエータ制御部２２４は、第１の柔軟層５４０及び第２の柔軟層５４２と物体６００との接触部において、圧力勾配の差がより大きくなる位置で物体６００を把持するようにアクチュエータを制御する。

図１０は、ハンド５００の具体的な制御を示す模式図である。図１０では、圧力勾配に応じて指の位置、姿勢を制御する前の状態を左図に示し、圧力勾配に応じて指の位置、姿勢を制御した後の状態を右図に示している。図１０では、第１の指５０２に第１の柔軟層５４０及び分布型圧力センサ５３０を設け、第２の指５０４に第２の柔軟層５４２及び分布型圧力センサ５３２を設けている。従って、図１０では、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２が、物体６００の滑り方向に分割されていない例を示している。

指の位置、姿勢を制御する前は、第１の柔軟層５４０、第２の柔軟層５４２のいずれに対しても、物体の６００の接触面は曲面である。一方、指の位置、姿勢を制御した後は、第２の柔軟層５４２に対しては物体の６００の接触面は曲面であるが、第１の柔軟層５４０に対しては物体の６００の接触面は平面となる。

上述したように、第１の柔軟層５４０の摩擦係数の方が第２の柔軟層５４２の摩擦係数よりも小さいため、第２の柔軟層５４２の方が全体滑りの発生タイミングは遅くなる。これに加え、指の位置、姿勢を制御した後は、第１の柔軟層５４０に対しては物体の６００の接触面は平面となり、第２の柔軟層５４２に対しては物体の６００の接触面は曲面となる。従って、第２の柔軟層５４２における圧力分布は第１の柔軟層５４０における圧力分布よりも急峻になり、第２の柔軟層５４２における全体滑りの発生タイミングがより遅くなる。従って、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２との間で、全体滑りの発生タイミングの差をより大きくすることができる。

なお、上述した例では、圧力勾配に応じてハンド５００の指の位置、姿勢を制御する例を示したが、認識部１０２により物体６００の形状を観察して得られる物体６００の３次元情報に基づいて、ハンド５００の指の位置、姿勢を制御しても良い。この場合も、３次元情報に基づいて、圧力勾配が小さい箇所に第１の柔軟層５４０を接触させ、圧力勾配が大きい箇所に第２の柔軟層５４２を接触させることが可能である。

５．３．変形例３（柔軟層、分布型圧力センサの配置のバリエーション）
上述したように、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２は、物体６００が滑る方向に分割されていることがより好適である。変形例３では、ハンド５００やアーム５０６の姿勢に応じて、物体６００の複数の異なる滑り方向が想定される場合、滑り方向に依存しない分割を行う。

図１１は、柔軟層の分割の例を示す模式図である。図１１に示す例では、複数の柔軟層５４４，５４６，５４８，５５０毎にヤング率が異なる例を示している。各柔軟層５４４，５４６，５４８，５５０は、円状の境界によって分割されており、中心ほどヤング率が小さい。このような分割方法によれば、図１１中に複数の矢印で示すような多方向の滑りに対応することができ、いずれの滑り方向に対しても、柔軟層は滑り方向に分割されていることになる。

また、上述したように、全体滑りの発生タイミングを異ならせる柔軟層のパラメータについては、全体滑りが発生するタイミングが早い条件同士、または遅い条件同士を組み合わせることで、全体滑りが発生するタイミングの差をさらに広げることが可能である。

このため、図１１に示す例では、厚さとヤング率の条件を組み合わせ、中心に近い柔軟層ほど厚さが大きく、且つヤング率が小さくなるように、各柔軟層５４４，５４６，５４８，５６０の厚さとヤング率を設定した。これにより、ヤング率を大きくするほど全体滑りの発生タイミングが早くなり、厚みを小さくするほど全体滑りの発生タイミングが早くなることから、図１１に示す周辺の柔軟層ほど全体滑りの発生タイミングが早くなり、中心に近い柔軟層ほど全体滑りの発生タイミングが遅くなる。

また、全体滑りの発生タイミングを異ならせるパラメータに関し、厚さとヤング率を組み合わせることで、大きい把持力が必要な重い物体６００には周辺のヤング率の大きい柔軟層５５０が使われるが、大きな把持力を必要としない軽く壊れやすいような物体６００の把持には中心のヤング率の小さい柔軟層５４４のみが使われることになる。従って、把持物体に応じて適切な柔軟層を使うことが可能となる。

また、図１２は、物体６００と接触する位置に依存しない分割の例を示す平面図である。図１２に示す例では、ヤング率の小さい柔軟層５５２と、ヤング率の大きい柔軟層５５４が用いられている。平面図に示すように、柔軟層５５２と柔軟層５５４は交互に千鳥状に配置されている。なお、図１２では、２つの異なるヤング率の柔軟層５５２，５５４を示したが、３つ以上の異なるヤング率の柔軟層を配置しても良い。この場合に、図中で行方向又は列方向に隣接する柔軟層のヤング率が異なるように配置することで、３つ以上の異なるヤング率の柔軟層を配置する場合においても、千鳥状の配置を行うことができる。また、２つの異なるヤング率の柔軟層５５２，５５４を配置する場合に、図１２中で同じ列又は同じ行の柔軟層のヤング率が同じとなるように配置し、列毎、又は行毎にヤング率が異なるようにしても良い。

また、上述の通り、領域の分割数が増えるほど、固着率の分解能は上がり、把持力制御の精度は高くなる。また、領域の分割数が増えるほど、より小さい物体や凹凸のある物体に対しても固着率の検出が可能となる。しかし、分割数は、分布型圧力センサのノードのピッチ幅に依存してしまい、分割数をより増やそうとした場合に、ハード面での限界が生じる。そこで、図１３に示すように、２つの分布型圧力センサ５６０，５６２のノードのピッチ幅を疑似的に小さくするために、分布型圧力センサ５６０，５６２をずらして層に配置する。

図１３に示す例では、上から順に、２つの分布型圧力センサ５６０，５６２をノードの配列方向（ｘ方向）にずらして重ねた場合（例（ａ））、ノードの配列方向（ｘ方向、ｙ方向）にずらして重ねた場合（例（ｂ））、一方の分布型圧力センサ５６２を４５°回転させて重ねた場合（例（ｃ））、の３通りの方法を示している。

図１３に示す例（ａ）では、分布型圧力センサ５６０，５６２をノードの幅の１／２だけｘ方向に互いにずらして配置している。図１３に示す例（ｂ）では、分布型圧力センサ５６０，５６２をノードの幅の１／２だけｘ方向及びｙ方向に互いにずらして配置している。なお、分布型圧力センサの配置、重ね方は、図１３の例に限定されるものではない。

以上のように、分布型圧力センサ５６０，５６２をずらし、重ねて配置することで、ノードのピッチ幅を疑似的に小さくすることができ、領域の分割数を増やすことが可能となる。

５．４．変形例４（分布型圧力センサの上下に柔軟層を配置する例）
上述したように、全体滑りの発生タイミングを遅くする方法として、柔軟層の厚みを大きくする方法がある。一方で、柔軟層の厚みを大きくすると、分布型圧力センサの感度が低下する弊害がある。

変形例４では、図１４に示すように、分布型圧力センサ５６４の上部の柔軟層５７０の厚みの一部を分布型圧力センサ５６４の下部に配置することで、分布型圧力センサ５６４の上下に柔軟層５７２，５７４を配置する。圧力中心位置の移動は柔軟層５７２，５７４の厚さの合計に依存する一方、検出感度は分布型圧力センサ５６４の上部の柔軟層５７４に依存するため、分布型圧力センサ５６４の検出感度を低下することなく、全体滑りの発生タイミングを遅くすることが可能となる。

図１５Ａは、柔軟層の厚みの違いに応じた、分布型圧力センサ５６４による検出感度を示す模式図である。図１５Ａでは、分布型圧力センサ５６４の上に厚さの異なる３種類の柔軟層５７０を配置した場合（例（ａ）～（ｃ））の検出感度と、分布型圧力センサ５６４の上下に柔軟層５７２，５７４を配置した場合（変形例４）の検出感度を示している。

図１５Ａに示す例（ａ）は、分布型圧力センサ５６４の上に厚さ１ｍｍの柔軟層５７０を配置した例を示している。また、図１５Ａに示す例（ｂ）は、分布型圧力センサ５６４の上に厚さ３ｍｍの柔軟層５７０を配置した例を示しており、例（ｃ）は、分布型圧力センサ５６４の上に厚さ５ｍｍの柔軟層５７０を配置した例を示している。

また、図１５Ａに示す変形例４は、分布型圧力センサ５６４の上に厚さ１ｍｍの柔軟層５７４を配置し、分布型圧力センサ５６４の下に厚さ４ｍｍの柔軟層５７２を配置した例を示している。

また、図１５Ａでは、例（ａ）～（ｃ）と変形例４について、分布型圧力センサ５６４が検出した圧力とその標準偏差を示している。例（ａ）～（ｃ）に示すように、分布型圧力センサ５６４の上の柔軟層５７０の厚さが大きいほど、圧力の検出値の標準偏差が大きくなり、分布型圧力センサ５６４の検出感度が低下していることが判る。

一方、図１５Ａに示すように、変形例４では、柔軟層５７２と柔軟層５７４の合計の厚さは例（ｃ）と同じであるが、分布型圧力センサ５６４の上の柔軟層５７４の厚さが１ｍｍであるため、圧力の検出値の標準偏差が抑えられている。このため、変形例４によれば、少なくとも例（ａ）と同等の検出感度を得ることができる。

図１５Ｂは、図１５Ａに示す例（ａ）～（ｃ）、変形例４について、図３Ｂと同様に圧力中心位置が変化する様子を示す特性図である。図１５Ｂの例（ａ）～（ｃ）に示すように、分布型圧力センサ５６４の上の柔軟層５７０の厚さが大きいほど、全体滑りの発生タイミングは遅くなる。

また、図１５Ｂに示すように、変形例４では、全体滑りの発生タイミングは、例（ｃ）と同様のタイミングである。従って、変形例４によれば、分布型圧力センサ５６４の上の柔軟層５７４の厚さを例（ａ）の柔軟層５７０と同等にしたことで、例（ａ）と同等の検出感度を確保できる。また、変形例４によれば、分布型圧力センサ５６４の上下の柔軟層５７２，５７４の合計の厚さを例（ｃ）の柔軟層５７０と同等にしたことで、全体滑りの発生タイミングを例（ｃ）と同等にすることができる。

なお、図１５Ｂに示す変形例４の特性では、圧力中心位置の移動方向が例（ａ）～（ｃ）と逆方向となっている。これは、分布型圧力センサ５６４にかかる上下の圧力が影響していることに起因する。

図１６Ａ及び図１６Ｂは、変形例４の圧力中心位置の移動方向が例（ａ）～（ｃ）と逆方向となる理由を示す模式図である。図１６Ａ及び図１６Ｂのそれぞれでは、物体６００を把持していない状態（左図）と、物体６００を把持している状態（右図）を示しており、物体６００を把持することで各柔軟層が変形する様子を示している。また、図１６Ａ及び図１６Ｂにおいて、矢印Ａ１１は、物体６００が滑ろうとする方向を示している。なお、説明の便宜上、図１６Ａ及び図１６Ｂにおいて、物体６００の図示は省略している。

図１６Ａは、例（ａ）を示しており、物体６００が矢印Ａ１１方向に滑ろうとすることで、柔軟層５７０が矢印Ａ１１方向に変形している様子を示している。この際、分布型圧力センサ５６４の圧力検出値は、図１６Ａに示す領域Ａ３で柔軟層５７０が存在せず、圧力が小さくなることから、分布型圧力センサ５６４の左端で圧力が小さくなり、右端で圧力が大きくなる。従って、図１５Ｂに示したように、圧力中心位置はｘ軸の正方向に向けて移動する。

一方、図１６Ｂは、変形例４を示しており、物体６００が矢印Ａ１１方向に滑ろうとすることで、柔軟層５７２及び柔軟層５７４が矢印Ａ１１方向に変形している様子を示している。この際、分布型圧力センサ５６４の圧力検出値は、図１６Ｂに示す領域Ａ４に柔軟層５７２が存在せず、圧力が小さくなることから、分布型圧力センサ５６４の右端で圧力が小さくなり、左端で圧力が大きくなる。従って、図１５Ｂに示したように、圧力中心位置はｘ軸の負方向に向けて移動する。図１５Ｂでは、圧力中心位置の移動方向が、図３Ｂ、図１５Ａの例（ａ）～（ｃ）と異なるが、圧力中心位置の移動が停止した時点で全体滑りが生じていると判定する手法自体は、図３Ｂ、図１５Ａの例（ａ）～（ｃ）と同様である。

５．５．変形例５（柔軟層の摩擦力を変える手法）
柔軟層の摩擦係数を変える手法として、材料を変える方法の他、柔軟層の表面に微細な加工を施すことや、柔軟層の表面にコーティングをする方法が考えられる。これにより、複数の柔軟層を同一材料で構成した場合でも、多様な摩擦係数の分布を生成することが可能となる。

また、柔軟層の摩擦力を変えるため、各柔軟層の領域の表面積を変える手法が挙げられる。柔軟層の表面積が大きくなるほど摩擦力は大きくなる。図１７は、柔軟層の表面積を変えた例を示す模式図である。中央の柔軟層５８０の面積が周囲の柔軟層５８２の面積よりも大きいことから、中央の柔軟層５８０の摩擦力は周囲の柔軟層５８２の摩擦力よりも大きくなる。従って、柔軟層５８０と柔軟層５８２との間で全体滑りの発生タイミングを異ならせることができる。

また、図１８は、図１４の変形例４と同様に、分布型圧力センサ５６４の上下に柔軟層５７２，５７４を配置した例を示しており、分布型圧力センサ５６４の上部の柔軟層５７４の摩擦力を変えるため、分布型圧力センサ５６４の下部の柔軟層５７２の硬度を変える手法を示している。図１８では、分布型圧力センサ５６４の下部の柔軟層５７２の硬度を、低（柔軟層５７２ａ）、中（柔軟層５７２ｂ）、高（柔軟層５７２ｃ）の３通りとしている。

柔軟層５７２ａ～５７２ｃの変位量が一定の場合、各柔軟層５７２ａ～５７２ｃで発生する反力Ｆｎが異なり、各柔軟層５７４ａ～５７４ｃで発生する摩擦力Ｆｔ（＝Ｆｎ×μ・Ｆｎ）の分布を生じさせることができる。これにより、表面の柔軟層の取り換えも楽になる。

５．６．変形例６（線状の柔軟層を用いた例）
変形例６では、柔軟層を分割する代わりに、線状の柔軟層を配置する。図１９は、変形例６に係る線状の柔軟層５９０，５９２を用いた構成例を示す模式図である。図１９に示すように、分布型圧力センサ５９４，５９６の上には、線状の柔軟層５９０，５９２が設けられている。柔軟層５９０は分布型圧力センサ５９４の上に設けられ、柔軟層５９２は分布型圧力センサ５９６の上に設けられている。柔軟層５９２は、柔軟層５９０よりも摩擦係数の大きい材料から構成されている。

図１９では、柔軟層５９０，５９２を用いて物体６００を把持している状態を示している。このため、柔軟層５９０，５９２の上には、物体６００が接触している。

また、図１９では、時刻ｔ１、時刻ｔ２、時刻ｔ３における時系列の動きを示している。時刻ｔ１は、固着状態を示している。この状態では、柔軟層５９０，５９２の先端は一様に左を向いている。

次に、時刻ｔ２は、物体６００に部分滑りが生じている状態を示している。この状態では、摩擦係数の小さい柔軟層５９０の先端が右に向いている。一方、摩擦係数の大きい柔軟層５９２の先端は、左を向いた状態が維持される。部分的に滑りが発生すると、滑り領域部分である柔軟層５９０の向きが変わる際に、その領域の圧力が小さくなり、その変化を分布型圧力センサ５９４で検出できる。

次に、時刻ｔ３は、物体６００に全体滑りが生じている状態を示している。この状態では、物体６００が右方向に滑り、柔軟層５９０，５９２の先端は一様に右を向いている。

図２０は、図１９に示す線状の柔軟層５９０，５９２を用いた把持力算出部２００の構成を示す模式図である。圧力取得部２０２は、分布型圧力センサ５９４，５９６が検出した圧力を取得する。全体滑り検出部２１０は、線状の柔軟層５９０，５９２における圧力の変化を監視し、各柔軟層５９０，５９２での滑りを検出する。上述したように、図１９の時刻ｔ２では、柔軟層５９０に対応する分布型圧力センサ５９４の圧力検出値のみが低下するため、部分滑りの状態を検出できる。固着率演算部２１２は、全領域のうちの部分滑りの未検出領域の割合を演算する。把持力制御部２１４は、固着率演算部２１２が演算した固着率が一定の値になるよう、把持力を決定する。

圧力検出値が低下すると全体滑りを検出できる。圧力取得部２０２が取得した各線状の柔軟層５９０，５９２における圧力の変化を監視し、圧力があるしきい値を超えた場合に全体滑りを検出する。固着率演算部２１２は、全領域のうちの全体滑り未検出領域の割合を演算する。図１９の例では，時刻ｔ２において柔軟層５９０でのみ全体滑りが発生しており、柔軟層５９２は固着状態である。柔軟層５９０，５９２の数の合計は７であり、柔軟層５９２の数が４であることから、固着率は５７％（＝（４／７）×１００）となる。

図２１は、図１９に示す線状の柔軟層５９０，５９２を用いた構成において、柔軟層５９０，５９２の向きを多方向に配置した例を示す模式図である。図１９の時刻ｔ１の状態に示したように、固着状態では、柔軟層５９０，５９２の先端は同じ方向を向いている。図２１に示すように、固着状態における柔軟層５９０，５９２の向きを多方向に配置することで、多数の滑り方向に対応できる構成とすることが可能である。

以上説明したように本実施形態によれば、簡素な構成及び演算処理のみに基づいて、物体の部分滑りを検出することができ、物体の把持力を最適に制御することが可能となる。また、複数の柔軟層における全体滑りの発生タイミングを相違させることで、固い物体や、表面が平面の物体、圧力分布が平坦な場合など様々な条件下においても、部分滑りの検出を精度良く行うことが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、物体６００を把持するハンド５００に柔軟層及び分布型圧力センサが配置された例を示したが、本技術はかかる例に限定されない。例えば、歩行するロボットの足先の接地面に柔軟層及び分布型圧力センサを配置し、足先の滑りを検出しても良い。このように、本実施形態は、滑りを検出する際に広く適用することが可能である。

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１） 接触した物体が滑る際の滑り特性が異なる複数の接触部と、
前記接触部のそれぞれの圧力分布を検出するセンサと、
を備える、滑り検出装置。
（２） 複数の前記接触部は、前記物体の滑り方向に並べて配置され、滑り方向の上流側に前記物体が滑りにくい前記接触部が配置された、前記（１）に記載の滑り検出装置。
（３） 複数の前記接触部は、前記滑り特性として、摩擦係数、ヤング率、ポアソン比、厚さ、及び曲率の少なくともいずれかが異なる、前記（１）又は（２）に記載の滑り検出装置。
（４） 前記センサは、前記圧力分布を検出する複数のノードを有する、前記（１）～（３）のいずれかに記載の滑り検出装置。
（５） 前記センサは、前記物体が複数の前記接触部に接触した際に、前記圧力分布に基づいて複数の前記接触部のそれぞれの圧力中心位置の変化を検出する、前記（４）に記載の滑り検出装置。
（６） 前記物体を把持する把持部に装着された、前記（１）～（５）のいずれかに記載の滑り検出装置。
（７） ロボットのハンド又はロボットが前記物体に作用する作用部に装着された、前記（１）～（６）のいずれかに記載の滑り検出装置。
（８） 前記ハンドに装着され、複数の前記接触部が前記ハンドの１つの指に装着された、前記（７）に記載の滑り検出装置。
（９） 前記ハンドに装着され、１の前記接触部が前記ハンドの第１の指に装着され、他の前記接触部が前記ハンドの第２の指に装着された、前記（７）に記載の滑り検出装置。
（１０） １の前記接触部を中心として他の前記接触部が前記１の前記接触部の周囲に同心円状に配置された、前記（１）～（９）のいずれかに記載の滑り検出装置。
（１１） 前記滑り特性が異なる複数の前記接触部が千鳥状に配置された、前記（１）～（９）のいずれかに記載の滑り検出装置。
（１２） 複数の前記センサが、前記物体の接触方向に対して重ねて配置され、前記接触部の接触面の方向に複数の前記ノードの位置をずらして配置された、前記（４）に記載の滑り検出装置。
（１３） 前記接触部は柔軟層から構成される、前記（１）～（１２）のいずれかに記載の滑り検出装置。
（１４） 前記センサに対して前記接触部の反対側にも前記柔軟層が配置された、前記（１３）に記載の滑り検出装置。
（１５） 前記接触部を構成する第１の柔軟層の厚さに対して、前記センサに対して前記接触部と反対側に配置された第２の柔軟層の厚さの方が厚い、前記（１４）に記載の滑り検出装置。
（１６） 前記センサに対して複数の前記接触部の反対側に配置された複数の柔軟層の硬さが異なる、前記（１４）に記載の滑り検出装置。
（１７） 複数の前記接触部は、線状部材から構成される、前記（１）～（１６）のいずれかに記載の滑り検出装置。
（１８） 前記線状部材の摩擦係数は、前記物体が接触する領域毎に異なる、前記（１７）に記載の滑り検出装置。

５３０，５３２ 分布型圧力センサ
５４０，５４２ 柔軟層
６００ 物体

Claims (4)

1. 接触した物体が滑る際の滑り特性が異なる複数の接触部と、
   前記接触部のそれぞれの圧力分布を検出するセンサと、
   を備え、
   前記センサは、前記圧力分布を検出する複数のノードを有し、
   複数の前記センサが、前記物体の接触方向に対して重ねて配置され、前記接触部の接触面の方向に複数の前記ノードの位置をずらして配置された、
   滑り検出装置。
2. 接触した物体が滑る際の滑り特性が異なる複数の接触部と、
   前記接触部のそれぞれの圧力分布を検出するセンサと、
   を備え、
   前記接触部は柔軟層から構成され、
   前記センサに対して前記接触部の反対側にも前記柔軟層が配置された、
   滑り検出装置。
3. 前記接触部を構成する第１の柔軟層の厚さに対して、前記センサに対して前記接触部と反対側に配置された第２の柔軟層の厚さの方が厚い、
   請求項２に記載の滑り検出装置。
4. 前記センサに対して複数の前記接触部の反対側に配置された複数の柔軟層の硬さが異なる、
   請求項２に記載の滑り検出装置。

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