JP7508057B1 - 静電容量式センサ及びロボットシステム - Google Patents
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Abstract
Description
まず、第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る静電容量式センサとしてのセンサ6を備えたロボットシステム2の全体構成の一例を概略的に示す図である。なお、静電容量式センサとしてのセンサ6は、近接センサ及び変位センサを含む。すなわち、センサ6は、近接を検知するセンサとしても、変位を検知するセンサとしてもよい。本実施形態では、センサ6が近接センサである場合を一例として説明する。なお、センサ6において、近接物との距離に応じて変化する信号を「センサ値」とする。
図5は、本実施形態に係る補正処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下のステップの各処理は、例えばロボット4の動作が開始されると実行される。なお、以下の各ステップの順番及び内容は適宜変更することが可能である。
切替部35は、スイッチ30bを閉状態として、第2状態とする。そして、処理はステップSP11へ移行する。
補正部36は、第2状態におけるセンサ値を取得する。そして、処理はステップSP12へ移行する。
切替部35は、スイッチ30bを閉状態としてから所定期間が経過したか否かを判定する。所定期間が経過していない場合、ステップSP11へ戻って再度処理が実行される。所定期間が経過した場合、処理はステップSP13へ移行する。
切替部35は、スイッチ30bを開状態として、第1状態とする。そして、処理はステップSP14へ移行する。
補正部36は、第1状態におけるセンサ値を取得する。そして、処理はステップSP15へ移行する。
補正部36は、第1状態におけるセンサ値を、第2状態におけるセンサ値により補正して、制御装置5へ出力する。具体的には、補正部36は、第1状態におけるセンサ値から、第2状態におけるセンサ値を減算する。例えば、補正部36は、ステップSP15を実行する直前に実行したステップSP11において取得した第2状態におけるセンサ値を、第1状態におけるセンサ値から減算する。
切替部35は、スイッチ30bを開状態としてから所定期間が経過したか否かを判定する。所定期間が経過していない場合、ステップSP14へ戻って再度処理が実行される。所定期間が経過した場合、処理はステップSP10へ戻って再度処理が実行される。
以上、本実施形態において、検知用電極25に対向して参照用電極12が設けられており、参照用電極12が開放された第1状態と、参照用電極12が基準電位へ接続第2状態とが切り替えられる。このため、物体に応じたセンサ値と、空気状態により変化するドリフト成分を示すセンサ値とを得ることができる。このため、物体に応じたセンサ値を補正することが可能となる。そして、補正を行うための参照用電極12は検知用電極25に対向して設けられるため、例えば物体が検知されないようにシールドを設置する環境整備が不要であり、補正に係る構成が簡略化される。すなわち、空気状態の変化に対して物体検知の補正を行うと共に、補正に係る構成を簡易化することができる。
次に、第2実施形態について説明する。
図6は、本実施形態に係る静電容量式センサとしてのセンサ60を備えたロボットシステム40の全体構成の一例を概略的に示す図である。なお、静電容量式センサとしてのセンサ60は、近接センサ及び変位センサを含む。すなわち、センサ6は、近接を検知するセンサとしても、変位を検知するセンサとしてもよい。本実施形態では、センサ6が近接センサである場合を一例として説明する。
図8は、本実施形態に係る補正処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下のステップの各処理は、例えば所定の制御周期により繰り返し実行される。なお、以下の各ステップの順番及び内容は適宜変更することが可能である。
測定部72は、参照用センサ62における静電容量Csを測定する。そして、処理はステップSP21へ移行する。
算出部75は、静電容量Csに基づいて、ロボット4の周囲空気に対応する誘電率εを算出する。具体的には、算出部75は、静電容量Cs、既知情報である電極面積S及び電極間距離dを用い、ε=Cs×(d/S)により誘電率εを算出する。そして、処理はステップSP22へ移行する。
補正部76は、検知用センサ61のセンサ値を取得する。そして、処理はステップSP23へ移行する。
補正部76は、誘電率εと基準誘電率ε0の差分が許容値以下か否かを判定する。誘電率εと基準誘電率ε0の差分が許容値以下である場合、処理はステップSP25へ移行する。誘電率εと基準誘電率ε0との差分が許容値以下でない場合、処理はステップSP24へ移行する。
補正部76は、誘電率εによりセンサ値を補正する。そして、処理はステップSP25へ移行する。
補正部76は、センサ値を制御装置5へ出力する。なお、誘電率εと基準誘電率ε0との差分が許容値以下である場合、補正が行われていないセンサ値が出力され、誘電率εと基準誘電率ε0の差分が許容値以下でない場合、補正が行われたセンサ値が出力される。
以上、本実施形態において、静電容量式センサであるセンサ60は、周囲空気を介して対を成す電極71を有する参照用センサ62を用いて、検知用センサ61のセンサ値を補正する。このため、センサ値は空気特性によりドリフトが発生する可能性があるが、周囲空気の空気特性を考慮してセンサ値を補正することができる。そして、センサ値に基づいて物体検知を行うことで、物体検知の精度を向上させることができる。また、参照用センサ62は対となる電極71が形成するコンデンサ73であるため、物体が検知されないようにシールド等を設置する環境整備が不要であり、補正に係る構成が簡略化される。すなわち、空気状態の変化に対して物体検知の補正を行うと共に、補正に係る構成を簡易化することができる。なお、空気特性としての温度や湿度は直接測定することが可能であるが、測定精度が低い傾向にある。しかし上記の補正方法によれば、温度や湿度は直接測定することなく、高精度に補正を行うことが可能となる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。すなわち、上述した具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。また、上記実施形態及び下記変形例が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
6、60 :センサ(静電容量式センサ)
7 :基台
11、61 :検知用センサ
12 :参照用電極
13、63 :処理装置
25 :検知用電極
30b :スイッチ
62 :参照用センサ
A1 :第1アーム(アーム)
A2 :第2アーム(アーム)
A3 :第3アーム(アーム)
A4 :第4アーム(アーム)
H :人(物体)
ε :誘電率
Claims (7)
- 検知用電極を有し、前記検知用電極と物体との間に生じる静電容量に応じたセンサ値を出力する検知用センサと、
前記検知用電極と対向して設けられ、スイッチを介して基準電位へ接続された参照用電極と、
前記スイッチを開閉制御して、前記参照用電極が開放された第1状態と、前記参照用電極が基準電位へ接続された第2状態とを切り替え、前記第1状態における前記センサ値を、前記第2状態における前記センサ値により補正する処理装置と、
を備えることを特徴とする静電容量式センサ。 - 前記第1状態における前記センサ値は、開放された前記参照用電極を介して、前記検知用電極と、物体との間に形成される静電容量に応じた値であり、
前記第2状態における前記センサ値は、前記検知用電極と、基準電位へ接続された前記参照用電極との間に形成される静電容量に応じた値であることを特徴とする請求項1に記載の静電容量式センサ。 - 検知用電極を有し、前記検知用電極と物体との間に生じる静電容量に応じたセンサ値を出力する検知用センサと、
前記検知用電極と異なる位置に設けられ、周囲空気を介して対を成す電極を有する参照用センサと、
前記参照用センサに基づいて前記周囲空気に対応する誘電率を算出し、前記センサ値を前記誘電率により補正する処理装置と、
を備えることを特徴とする静電容量式センサ。 - 前記検知用センサの前記検知用電極と、前記参照用センサとは異なる部材にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項3に記載の静電容量式センサ。
- 前記検知用センサは複数設けられており、
前記参照用センサは複数の前記検知用センサに対して1つ設けられており、
前記処理装置は、前記参照用センサにより算出した前記誘電率を用いて前記検知用センサのそれぞれの前記センサ値を補正することを特徴とする請求項3又は4に記載の静電容量式センサ。 - 基台と、
前記基台に対して設けられた複数のアームと、
請求項1に記載の静電容量式センサと、
を備え、
前記検知用電極及び前記参照用電極は、前記アームに設けられていることを特徴とするロボットシステム。 - 基台と、
前記基台に対して設けられた複数のアームと、
請求項3又は4に記載の静電容量式センサと、
を備え、
前記検知用センサの前記検知用電極は、前記アームに設けられ、
前記参照用センサは、前記基台に設けられることを特徴とするロボットシステム。
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