JPWO2006030570A1 - 接触センサ、把持装置及び滑り余裕計測方法 - Google Patents

Abstract

測定対象物（５）と接触する部位に弾性体（１ａ）を有する感知部（１）と、測定対象物（５）と弾性体（１ａ）との接触面（１ｂ）に対して、接線方向に外力が印加される前後において、接触面（１ｂ）の状態を画像情報として取得する画像取得部（２）と、画像取得部（２）によって得られた画像情報に基づき、接触面（１ｂ）の変形情報を解析する変形解析部（７）と、接触面（１ｂ）に対して、接線方向に印加される外力を検出する外力検出部（３）と、変形解析部（７）によって得られる接触面（１ｂ）の変形情報、及び外力検出部（３）によって検出される外力、並びに弾性体（１ａ）の物体定数に基づいて、測定対象物（５）と弾性体（１ａ）との間の滑り余裕を推定する推定部（８）と、を備える触覚センサ（１０）によれば、簡便かつ精度よく滑り余裕を推定できる。

Description

本発明は、触覚センサ及びその利用に関し、特に、完全滑りを起こすことなく、簡便かつ確実に滑り余裕を推定可能な触覚センサ及びその利用に関するものである。

人間が指で物体を持ち上げるとき、摩擦係数が未知であっても最小把持力より僅かに大きい把持力しか用いないことが知られている。このような把持をロボットに行わせるためには、摩擦係数や“滑り易さ”の指標である「滑り余裕」を検出できる触覚センサをロボットに搭載する必要がある。このような触覚センサとしては、ロボットの指先に搭載し、それを実際に滑らせて摩擦係数を知覚するものや、滑りはじめの振動を検出したりする触覚センサや摩擦係数計測装置が開発されている。

具体的には、例えば、非特許文献１には、曲面状のシリコン樹脂内部に歪みセンサを多数配置し、完全に滑り出すまでのセンサ内部の応力変化から摩擦係数等を推定する圧力感知式の触覚センサが開示されている。また、圧力感知式の他の例として、非特許文献２には、曲面状の指先を複数のバネにて支持した触覚センサによって、該触覚センサが実際に滑り出すまでの内部の応力変化から摩擦係数等を推定する技術が開示されている。

また、特許文献１には、空孔と超音波を用いた圧力感知式の触覚センサが開示されており、この触覚センサを対象物に押し当てた瞬間に、その対象物の表面に沿った方向の応力と歪みの成分を観測することにより、その摩擦係数及び最大の横ずれ力を安定に検出することができる摩擦係数測定方法、最大横ずれ力測定方法及びそれらの測定装置について記載されている。

また、特許文献２には、圧力感知式の触覚センサではないが、触覚センサに関連する技術として、透明ゲルからなるセンサ感知部と対象物との接触面を、カメラを用いて観察し、その画像情報からセンサ感知部の形状変化を推定する画像処理アルゴリズムが開示されている。

また、特許文献３には、摩擦係数を推定する床面に装置を設置し、接線方向に僅かずつ力を増加させ、滑りが生じた時点の力から摩擦係数を推定する携帯用摩擦計について開示されている。
〔特許文献１〕
特開２００１−０２１４８２号公報（公開：平成１３（２００１）年１月２６日）
〔特許文献２〕
米国特許第５９６７９９０号明細書
〔特許文献３〕
特開平０７−１５１６７２号公報（公開：平成７年（１９９５）６月１６日）
〔非特許文献１〕
河合隆志、他２名共著、「把持力制御のための曲面ひずみ分布センサの開発」、日本機械学会論文集Ｃ編、Ｖｏｌ．６４、Ｎｏ．６２７、ｐｐ．４２６４−４２７０，１９９８
〔非特許文献２〕
藤本英雄、佐野 明人、西恒介、上原祐作共著、「多指ハンドによる遠隔把持のための触覚センサ内蔵ソフトフィンガ」、ロボティクス・メカトロニクス講演会、２００２
しかしながら、上述した圧力感知式の触覚センサには、以下に示す問題点がある。まず、非特許文献１に開示の触覚センサでは、シリコン樹脂内部に設置可能な歪みセンサの個数は限られており、十分な検出感度を得るために必要な個数を設置すると装置が大型化していまい、小型化すると十分な検出精度が得られないという問題点がある。

また、非特許文献２に開示の触覚センサも同様に、センサ内部に配置可能なバネの個数は限られており、十分な検出精度が得られないという問題点がある。

そして、特許文献１に開示の触覚センサも、センサに配置可能な空孔の個数は限られており、検出精度に問題がある。加えて、摩擦係数と超音波との位相変化を多数計測して相互関係を把握したテーブルを事前に準備する必要があり、使用に際して、非常に煩雑であるという問題点もある。

また、特許文献２に開示の技術は、触覚センサに関連する技術であるが、滑り余裕や摩擦係数の検出に関連するものではないため、そのままでは滑り余裕や摩擦係数等を計測することができない。

また、特許文献３に開示の携帯摩擦計では、摩擦係数を測定するためには、一旦、実際に滑り始める状態（完全滑り）を生じさせる必要があり、簡便に摩擦係数等を計測することができないという問題点がある。また、この携帯摩擦計は、実際に滑りを生じさせる必要があるため、使用に際して、ある程度の広さを持つ平面に限定され、汎用性の面で問題がある。

以上のように、圧力感知式の触覚センサの場合、測定対象物とセンサ感知部との間の摩擦係数や滑りを精度よく検出するためには、センサ内部に配置する応力センサを多数配置する必要があるが、装置の小型化という要望があるため、装置スペースの都合から搭載できる応力センサの数が限定されてしまい、十分な検出精度が得られないという問題がある。さらに、カメラを用いて弾性体と剛体との接触面の変化を検出する技術が開発されているが、これを物体間の摩擦係数や滑りの計測に応用する技術は開発されていない。

したがって、上述した問題点を解決するのに資する、物体間の滑り余裕や摩擦係数を簡便かつ精度よく計測可能な触覚センサ及びその利用方法の開発が強く要望されていた。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、物体間の滑り余裕や摩擦係数を簡便かつ精度よく計測可能な触覚センサ及びその利用を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、弾性体からなるセンサ感知部と測定対象物との接触面の変形を、小型カメラを用いて計測し、この接触面の変形情報、上記接触面に働く接線方向の力信号、及び上記弾性体の物性定数を所定の計算アルゴリズムを用いて計算することにより、実際に完全滑りを生じさせることなく、かつ、測定対象物の摩擦係数が不明であっても、精度よく滑り余裕を推定できるという知見を見出し、本願発明を完成させるに至った。本発明は、かかる新規知見に基づいて完成されたものであり、以下の産業上有用な物質又は方法を包含する。

（１）測定対象物と接触する部位に弾性体を有する感知手段と、上記測定対象物と弾性体との接触面に対して、接線方向に外力が印加される前後において、上記接触面の状態を画像情報として取得する画像取得手段と、上記画像取得手段によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の変形情報を解析する変形解析手段と、上記変形解析手段によって得られる接触面の変形情報、及び上記接触面に対して接線方向に印加される外力、並びに上記弾性体の物体定数に基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定手段と、を備える触覚センサ。

（２）測定対象物と接触する部位に弾性体を有する感知手段と、上記測定対象物と弾性体との接触面に対して接線方向に外力が印加される前における、上記接触面の中心位置が常に所定の位置に来るように設定されており、かつ、上記設定された状態にて、上記接触面に対して接線方向に外力が印加された後の、上記接触面の状態を画像情報として取得する画像取得手段と、上記画像取得手段によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の変形情報を解析する変形解析手段と、上記変形解析手段によって得られる接触面の変形情報、及び上記接触面に対して接線方向に印加される外力、並びに上記弾性体の物体定数に基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定手段と、を備える触覚センサ。

（３）さらに、上記接触面に対して、接線方向に印加される外力を検出する外力検出手段を備える（１）又は（２）に記載の触覚センサ。

（４）上記弾性体は、測定対象物と円周部分で接触する略半球状であり、上記変形解析手段は、上記画像取得手段によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の半径を算出する半径算出部と、上記画像取得手段によって得られた画像情報に基づき、上記接触面に対して、接線方向に外力が加わる場合に生じる、上記接触面の相対変位を算出する相対変位算出部と、を備えており、上記推定手段は、上記変形解析手段によって得られる接触面の半径、相対変位、及び上記外力検出手段によって検出される外力、並びに上記弾性体の物体定数から、ヘルツ接触を仮定した計算式を用いて、滑り余裕を推定するものである（１）〜（３）のいずれかに記載の触覚センサ。

（５）上記弾性体の表面には、上記画像取得手段が、上記接触面に対して接線方向に外力が印加される前の状態における上記接触面の中心位置を明確に認識できる特徴図形が形成されている（１）〜（４）のいずれかに記載の触覚センサ。

（６）上記弾性体は透明であり、上記画像取得手段は、上記弾性体における、測定対象物と接触する側の面の裏面側に設けられている（１）〜（５）のいずれかに記載の触覚センサ。

（７）さらに、上記推定手段によって推定された滑り余裕に基づき、上記測定対象物と弾性体との間の摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段を備える（１）〜（６）のいずれかに記載の触覚センサ。

（８）上記（１）〜（７）のいずれかに記載の触覚センサを備える摩擦検査装置。

（９）上記触覚センサにおける弾性体が検査対象物と接触できるように、上記触覚センサが筒状筐体に搭載されている（８）に記載の摩擦検査装置。

（１０）上記（１）〜（７）のいずれかに記載の触覚センサを備える把持装置。

（１１）上記把持装置は、上記搭載した触覚センサの弾性体と把持対象物とが接触して、当該把持対象物を把持する際に、上記触覚センサの弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が減少する場合は把持力を増強し、また上記触覚センサの弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が増加する場合は把持力を低減させて、所定の滑り余裕を保つように把持力を制御する制御手段を備える（１０）に記載の把持装置。

（１２）上記把持装置がロボットハンドである（１０）又は（１１）に記載の把持装置。

（１３）測定対象物に対して弾性体を接触させる接触工程と、上記接触工程における、上記測定対象物と弾性体との接触面の状態を画像情報として取得する第１の画像取得工程と、上記接触面に対して、接線方向に外力を加える外力印加工程と、上記外力印加工程によって印加された外力によって、上記接触面に生じる変形の状態を画像情報として取得する第２の画像取得工程と、上記第１の画像取得工程及び第２の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の変形情報を解析する変形解析工程と、上記変形解析工程によって得られる接触面の変形情報、及び上記外力印加工程にて印加した外力、並びに上記弾性体の物体定数に基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定工程と、を含む滑り余裕計測方法。

（１４）上記弾性体は、測定対象物と円周部分で接触する略半球状であり、上記変形解析工程は、上記第１及び／又は第２の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記測定対象物と弾性体との接触面の半径を算出する半径算出工程と、上記第１及び／又は第２の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記弾性体に、上記測定対象物と弾性体との接触面の接線方向に力が加わる場合に、測定対象物と弾性体との接触面の相対変位を算出する相対変位算出工程と、を含んでおり、上記推定工程は、上記変形解析工程によって得られる接触面の半径、相対変位、及び上記外力印加工程にて印加した外力、並びに上記弾性体の物体定数から、ヘルツ接触を仮定した計算式を用いて、滑り余裕を推定する工程である（１３）に記載の滑り余裕計測方法。

（１５）測定対象物に対して弾性体を接触させる接触工程と、上記接触面に対して、接線方向に外力を加える外力印加工程と、上記外力印加工程によって印加された外力によって、上記接触面に生じる変形の状態を画像情報として取得する画像取得工程と、上記画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の変形情報を解析する変形解析工程と、上記変形解析工程によって得られる接触面の変形情報、及び上記外力印加工程にて印加した外力、並びに上記弾性体の物体定数に基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定工程と、を含み、上記画像取得工程は、上記測定対象物と弾性体との接触面に対して接線方向に外力が印加される前における、上記接触面の中心位置が常に所定の位置に来るように設定されており、かつ、上記設定された状態にて、上記接触面に対して接線方向に外力が印加された後の、上記接触面の状態を画像情報として取得する画像取得手段を用いるものである滑り余裕計測方法。

（１６）上記弾性体は、測定対象物と円周部分で接触する略半球状であり、上記変形解析工程は、上記画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記測定対象物と弾性体との接触面の半径を算出する半径算出工程と、上記画像取得工程によって得られた画像情報と、予め設定された、上記外力が印加される前における上記接触面の中心位置の座標情報とに基づき、上記弾性体に、上記測定対象物と弾性体との接触面の接線方向に力が加わる場合に、測定対象物と弾性体との接触面の相対変位を算出する相対変位算出工程と、を含んでおり、上記推定工程は、上記変形解析工程によって得られる接触面の半径、相対変位、及び上記外力印加工程にて印加した外力、並びに上記弾性体の物体定数から、ヘルツ接触を仮定した計算式を用いて、滑り余裕を推定する工程である（１５）に記載の滑り余裕計測方法。

（１７）さらに、上記外力印加工程にて印加した外力を検出する外力検出工程を含み、上記推定工程では、上記外力印加工程にて印加した外力として、上記外力検出工程により検出される外力を用いる（１３）〜（１６）のいずれかに記載の滑り余裕計測方法。

（１８）上記弾性体は透明であり、上記画像取得工程は、上記弾性体における、測定対象物と接触する側の面の裏面側に設けられている画像取得手段を用いて、画像情報を取得する工程である（１３）〜（１７）のいずれかに記載の滑り余裕計測方法。

なお、上記触覚センサにおける変位解析手段や推定手段、また把持装置における制御手段は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記各手段として動作させることにより上記触覚センサや把持装置をコンピュータにて実現させる触覚センサや把持装置の制御プログラム、及びそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

本実施の一形態に係る触覚センサの構造を模式的に示す図である。 本実施の形態における弾性体と測定対象物とが接触した状態を模式的に示す図である。 弾性体と測定対象物とが接触した状態で、さらに接線方向に外力ｆ_ｌを印加した場合の状態を模式的に示す図である。 本実施の形態において、測定対象物と弾性体とが接触した状態で、外力ｆ_ｌを印加する場合を模式的に示すとともに、この場合の接触面に生じる変形状態を画像取得部によって画像情報として取得した図である。 画像取得部、外力検出部、及び情報処理ユニットの機能ブロックを模式的に示した図である。 本実施の形態において、相対変位検出部が行う相対変位の算出処理の具体的な方法を説明する図である。 本実施の形態において、相対変位検出部が行う相対変位の算出処理のその他の具体的な方法を説明する図である。 本実施の形態に係る触覚センサを用いて滑り余裕を検出する場合の動作の一例を示すフローチャートである。 本実施の他の一形態に係る触覚センサを用いて滑り余裕を検出する場合の動作の一例を示すフローチャートである。 本実施の他の一形態に係る触覚センサの構造を模式的に示す図である。 本実施の一形態に係る摩擦検査装置の構造を模式的に示す図である。 本実施の一形態に係る把持装置の構造を模式的に示す図である。 本実施の形態に係る把持装置を用いた把持力制御の実験において、摩擦係数μ＝０．３の場合の把持力ｆ_ｇ及び荷重ｆ_ｌの変化を示す図である。 本実施の形態に係る把持装置を用いた把持力制御の実験において、摩擦係数μ＝０．３の場合の滑り余裕Φの変化を示す図である。 本実施の一形態に係るロボットハンドの構造を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 感知部（感知手段）
１ａ 弾性体
１ｂ 接触面
１ｃ 中心位置
２ 画像取得部（画像取得手段）
３ 外力検出部（外力検出手段）
４ 情報処理ユニット
５ 測定対象物
７ 変形解析部（変形解析手段）
７ａ 半径算出部
７ｂ 相対変位算出部
８ 推定部（推定手段）
１０、１０’ 触覚センサ
２０ 筒状筐体
１００ 摩擦検査装置
２００ 把持装置
３００ ロボットハンド

本発明は、完全滑りを生じさせることなく、簡便かつ正確に滑り余裕を推定することができる触覚センサ及びその利用に関するものである。このため、以下の実施形態では、まず本発明に係る触覚センサについて説明し、次いでその利用形態としての摩擦検査装置、及びロボットハンド等の把持装置について説明する。

＜１．本発明に係る触覚センサ＞
本発明に係る触覚センサは、感知手段と、画像取得手段と、変形解析手段と、推定手段と、を少なくとも備えているものであればよく、その他の具体的な構成、材料、大きさ等は特に限定されるものではない。つまり、上記特徴的な構成以外の構成としては、従来公知の触覚センサのものを好適に利用可能である。なお、本発明に係る触覚センサは、外力検出手段をさらに備える構成であることが好ましい。後述する“外力”が変数である場合、この外力検出手段を設けることが好ましいが、“外力”情報が検出するまでもなく容易に取得できる場合（例えば、一定値として予め設定可能、又は事後的に測定可能である場合等）は特に設けなくともよい。以下、本発明に係る触覚センサについて、外力検出手段を備えるものを例に挙げて詳細に説明する。

〔実施の形態１〕
図１は、本実施の一形態に係る触覚センサの構造を模式的に示す図である。同図に示すように、本実施の形態に係る触覚センサ１０は、感知部１、画像取得部２、外力検出部３、情報処理ユニット４を備えており、測定対象物５と感知部１との間の滑り余裕を計測するものである。

感知部１は、感知手段として機能するものであり、測定対象物５と接触する部位に弾性体１ａを有するものであればよく、その他の具体的な構成等は特に限定されるものではない。ここで「測定対象物と接触する部位に弾性体を有する」とは、感知手段において、滑り余裕等を計測する測定対象物が接触する部分であれば、具体的な部位は限定されるものではないが、例えば、感知部１の先端部に弾性体１ａが設けられていることが好ましい。

「弾性体」とは、測定対象物５と接触した際に、測定対象物５を変形させることなく、自身が変形する性質を有する物質であればよく、例えば、シリコン樹脂やウレタン樹脂等からなるゲル、ゴム等を挙げることができる。

また「測定対象物（被測定物質）」とは、触覚センサ１０を用いて滑り余裕等を計測することができる物質であれば、その具体的な形状、材質、硬度等は特に限定されるものではないが、剛体であることが好ましい。かかる「剛体」としては、各種金属やガラス等を挙げることができる。

また、弾性体１ａは、測定対象物５と円周部分で接触する略半球状である。弾性体１ａをこのような形状にすることにより、弾性球と剛体平板との接触について詳細に検討されている「ヘルツ接触」（トライボロジーハンドブック，日本トライボロジー学会編，ｐｐ．７−２５，養賢堂，２００１参照）に関する知見を好適に利用することができ、正確に滑り余裕等を算出することができる。つまり、弾性体１ａは、測定対象物５と接触した際に、その接触面１ｂが略円形状になる形状であることが好ましい。

また、弾性体１ａには、その表面における、測定対象物５との接触面１ｂ内に相当する領域に、測定対象物５と接触した際に生じる変形を観察しやすくするための特徴図形が形成されていることが好ましい。かかる特徴図形としては、例えば、後述の図３に示すように、後述する画像取得部２が、接触面１ｂの中心位置１ｃを明確に認識できるようにするための図形が挙げられ、より具体的には、接触面１ｂの中心位置にマーキング（図３では、黒点●）した特徴図形を挙げることができる。このような特徴図形が形成されている場合、後述の画像取得部２によって、正確に接触面の変形情報（相対変位δ）を画像情報として取得することができる。なお、特徴図形は黒点に限られず、中心位置が明確になるものであればよく、例えば、×（クロス）印等のマーキングであってもよい。

画像取得部２は、画像取得手段として機能するものであり、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂに対して、接線方向に外力が印加される前後において、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの状態を画像情報として取得するものであればよい。より詳細には、測定対象物５と弾性体１ａとの接触した際の、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの状態を画像情報として取得する第１の画像取得工程と、接触面１ｂに対して接線方向に印加された外力によって、上記接触面に生じる変形の状態を画像情報として取得する第２の画像取得工程と、を実行するものであればよい。

画像取得部２は、接触面１ｂに対して接線方向に外力が印加される前後における画像、つまり、上記第１及び第２の画像取得工程にて取得する画像を、別々の静止画像として取得してもよいし、連続画像（動画）として取得してもよく、特に限定されるものではない。ただし、動画の場合は、任意の時間における画像情報を用いて、任意の時間における滑り余裕を検出することができるし、また連続して（継続的に）滑り余裕を推定することができるため、より好ましいといえる。かかる画像取得部２としては、例えば、小型カメラやＣＣＤカメラ等の固体撮像素子を好適に用いることができる。

また、本実施形態では、測定対象物５は透明であり、画像取得部２は、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂを、ミラー６を介して、測定対象物５側から（測定対象物５を通して）観察し、接触面１ｂの画像情報を得るように設けられている。なお、鮮明な画像を取得するために、例えば、ＬＥＤ等の発光手段を用いて、接触面１ｂ近傍を照明してもよい。

外力検出部３は、上記外力検出手段として機能するものであり、接触面１ｂに対して、接線方向に加わる外力（図１中、矢印ｆ_ｌで示すもの）を検出するものである。かかる外力検出部３としては、従来公知の応力センサを好適に用いることができ、特に限定されるものではないが、例えば、６軸力センサ等を用いることができる。なお、外力検出部３は、弾性体１ａに対して、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの法線方向に加わる外力（図１中、矢印ｆ_ｇで示すもの）を検出できるものであってもよい。

また、ここでいう「外力」とは、後述するように、接触面１ｂ付近の局所的な弾性変形と初期滑りによる微小滑りを生じさせる程度の大きさであることが好ましい。すなわち、上記外力は、完全滑りを生じない程度の外力が加わっている状態（完全に滑り出さない状態）であることが好ましい。

なお、上述したように、外力検出部３を備えない触覚センサも構成上可能である。この場合、接触面１ｂに対して接線方向に加わる“外力”情報については、例えば、入力装置（不図示）によって事前又は事後的に入力することにより、後述する所定の演算処理を行うことができる。ただし、接触面１ｂに対して接線方向に加わる“外力”について正確に検出することができるため、外力検出部３を備えることがより好ましいといえる。

情報処理ユニット４は、触覚センサ１０が滑り余裕を推定するための各種情報処理を行うものであり、画像取得部２によって得られた画像情報に基づき、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの変形情報を解析する変形解析手段として機能する変形解析部７と、変形解析部７によって得られる接触面の変形情報、及び外力検出部３によって検出される外力、並びに弾性体１ａの物体定数に基づいて、測定対象物５と弾性体１ａとの間の滑り余裕を推定する推定手段として機能する推定部８と、を備えている。

本実施の形態に係る触覚センサ１０の特徴的な部分である情報処理ユニット４の機能・動作について詳細に説明する前に、まず、本実施の形態における弾性体１ａと測定対象物５とが接触する際に生じる接触状態について説明する。

図２（ａ）は、本実施の形態における弾性体１ａと測定対象物５とが接触した状態を模式的に示す図であり、図２（ｂ）は、弾性体１ａと測定対象物５とが接触した状態で、さらに接線方向に外力ｆ_ｌを印加した場合の状態を模式的に示す図である。このような半球状の弾性体１ａと測定対象物５（剛体平板）の接触はヘルツ接触と呼ばれ、様々な解析が行われている（トライボロジーハンドブック，日本トライボロジー学会編，ｐｐ．７−２５，養賢堂，２００１参照）。

ここで半径Ｒをもつ半球状の弾性体１ａと剛体平面の接触における接触面１ｂは、図２（ａ）に示すように、半径ａの円形となり、半径ａは以下の数式（１）で表される。

弾性体１ａと測定対象物（剛体平板）５の接触では接触領域の中心部分に比べて周辺部分では法線方向の接触力が弱くなる。この状態で接線方向に負荷力を加えた場合、周辺部では拘束が弱いため中心部に比べて早く滑り始める。このように接触面１ｂ内において局所滑りが発生している状態を初期滑りと呼ぶ。滑りの発生していない領域を固着域、発生している領域を滑り域とすると固着域は接触中心から半径ｃ＝ａ（１−Φ）^１／３の円領域となる。Φは接線方向係数と呼ばれ、Φ＝ｆ_ｌ／μｆ_ｇで表される。ｆ_ｌは接線方向に加えられた負荷力（外力）であり、μは接触面１ｂに働く摩擦係数である。弾性体１ａに前述のような接線方向の力が加わった場合、接触面１ｂ付近の局所的な弾性変形と初期滑りによる微小滑りによって、図２に示すような相対変位δが生じる。

上述の現象を実験的に示したものが図３である。図３は、測定対象物５と弾性体１ａとが接触した状態で、外力ｆ_ｌを印加する場合を模式的に示すとともに、この場合の接触面１ｂに生じる変形状態を画像取得部２によって画像情報として取得した図である。なお、画像（ｉ）〜（ｖ）において、白く見える部分は接触面１ｂを示し、黒点１ｃは接触面の中心位置を示し、十字印は上記黒点の移動を追跡する様子を示し、実線で囲まれる領域は固着域（Ｓｔｉｃｋ Ｒｅｇｉｏｎ）を示し、点線で囲まれる領域は接触面を示し、点線と実線との間の領域は滑り域（Ｓｌｉｐ Ｒｅｇｉｏｎ）を示す。また、（ｉ）は外力ｆ_ｌの印加前の状態を示し、（ｉｉ）〜（ｖ）は外力ｆ_ｌを印加後の状態を示す。

同図に示すように、接線方向に外力（負荷力）ｆ_ｌを加えた場合、周辺部では拘束が弱いため中心部に比べて早く滑り始め、初期滑りが生じている。そして、弾性体１ａに前述のような接線方向の外力ｆ_ｌが加わった場合、接触面１ｂ付近の局所的な弾性変形と初期滑りによる微小滑りによって、図３に示すように、接触面１ｂの中心位置（黒点の位置）１ｃが移動して相対変位δが生じることがわかる。上述した相対変位δは次式により計算される。

ここでＧ＝Ｅ／｛２（１＋ν）｝である。ここで、Ｅは弾性体１ａの材料のヤング率であり、νは弾性体１ａの材料のポワソン比である。これらの式によって弾性体１ａと測定対象物５の接触面１ｂの状態と接触面１ｂに働く応力分布、及び弾性体１ａの相対変位δを求めることができる。

また、初期滑り時の滑り余裕の推定については以下のように考える。具体的には、ヒトの指先のように、弾性体１ａと測定対象物５との間に滑りを生じずに把持を行う場合、負荷力ｆ_ｌに応じた把持力ｆ_ｇを決定する指標として、滑り余裕ｗ＝１−Φがある。この“滑り余裕”ｗは、

の間で変化する無次元量である。また、ｗ＝１において完全固着状態であり、ｗが減少するにしたがって物体は初期滑り状態となり、ｗ＝０で完全滑り状態となる。

ここで、上記数式（２）を応用し、滑り余裕を表すΦを推定することができる。上述のように、Ｇは弾性体１ａの材料のヤング率Ｅ、及び弾性体１ａの材料のポワソン比νで表されるものであり、Ｇもνも弾性体１ａの材料固有定数（物体定数）である。このため、Φを推定するのに必要な変数は相対変位δ、摩擦係数μ、把持力ｆ_ｇ、接触面１ｂの半径ａとなる。上述したように、本実施の形態では、接触面１ｂを画像取得部２によって観測するため、相対変位δ及び半径ａは画像情報より計算可能である。また、把持力ｆ_ｇはグリッパ自体の出力であるため既知である。一方、本実施の形態では、摩擦係数μが未知であるため、上記数式（２）の両辺をｆ_ｌで除算し、数式全体をΦで統一する。その結果、以下に示すようなΦに関する２次式（３）が得られる。
α^３Φ^２＋（１−３α^２）Φ＋（３α−２）＝０ ・・・（３）

ここで、αは、以下の数式（４）に示すように表され、観測量及び弾性体１ａの物体定数で定義される。

このため、Φは以下の数式（５）に示すように推定できる。

以上のように、弾性体１ａと測定対象物５との間に発生する滑り余裕ｗ＝１−Φを求めるためには、弾性体１ａと測定対象物５との接触面１ｂの半径ａ、弾性体１ａに対して、その接線方向に印加される外力ｆ_ｌ、弾性体１ａに外力ｆ_ｌが印加された際に生じる接触面１ｂの相対変位δ、弾性体１ａの物性定数であるＧ、νがわかればよく、実際に計測する必要のある数値は、半径ａ、外力ｆ_ｌ、相対変位δである。ここで上述したように、外力ｆ_ｌは、外力検出部３にて検出されるため、情報処理ユニット４では、半径ａ及び相対変位δを算出するとともに、最終的に滑り余裕を算出することができるものであればよい。以上の理解を踏まえて、情報処理ユニット４が有する各機能ブロックの構成及びその機能・動作について詳細に説明する。

図４は、画像取得部２、外力検出部３、及び情報処理ユニット４の機能ブロックを模式的に示した図である。

変形解析部７は、画像取得部２によって得られた画像情報に基づき、上述した測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの半径ａを算出する半径算出部７ａを備えている。また、変形解析部７は、画像取得部２によって得られた画像情報に基づき、上述した弾性体１ａに対して、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの接線方向に、外力ｆ_ｌが加わる場合に生じる、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの相対変位δを算出する相対変位算出部７ｂを備えている。

すなわち、半径算出部７ａは、上述した第１の画像取得工程及び／又は第２の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの半径ａを算出する半径算出工程を実行するものである。また、相対変位算出部７ｂは、上記第１及び／又は第２の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、弾性体１ａに、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの接線方向に力が加わる場合に、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの相対変位δを算出する相対変位算出工程を実行するものである。

半径算出部７ａが行う半径ａの算出方法としては、例えば、接触面（略円形状）の半径を、画像情報から直接距離を測定して取得する方法を挙げることができる。具体的には、半径算出部７ａは、接線方向に外力ｆ_ｌが加わっていない状態の接触面１ｂの画像情報において、接触面１ｂの中心点１ｃと接触面の外周部分との距離を画像情報から算出し、半径ａを求めることができる。この他にも、接触面１ｂの形状が略円形状であると仮定すれば、接触面１ｂの総面積Ｓを用いて、ａ＝（Ｓ／π）^１／２で求めることができる。なお、この場合、外力ｆ_ｌを印加する前の画像において、中心位置１ｃを求める必要がない。

また、中心位置１ｃは、接触面１ｂの重心を算出してその重心位置を中心位置１ｃとすることができる。

また、相対変位算出部７ｂが行う相対変位δの算出方法としては、例えば、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの相対変位δを、画像情報から算出して取得することができる。具体的には、図３のパネル（ｉ）〜（ｖ）を参照して説明すると、相対変位算出部７ｂは、接線方向に外力ｆ_ｌが印加される前の状態の接触面１ｂの画像情報から接触面１ｂの中心位置１ｃと、接線方向に外力ｆ_ｌが印加された後の状態の接触面１ｂの画像情報から接触面１ｂの中心位置１ｃとを比較し、中心位置１ｃの移動量（変化量）として相対変位δを算出する。

中心位置１ｃの移動量の算出は、例えば、図５に示すように、面積の差分値から以下のように行うことができる。図５（ａ）は、接線方向に外力ｆ_ｌが印加される前の状態の接触面１ｂの画像情報を模式的に示した図であり、図５（ｂ）は、接線方向に外力ｆ_ｌが印加された後の状態の接触面１ｂの画像情報を模式的に示した図である。

まず、図５（ｂ）に示すように、相対変位算出部７ｂは、接触面１ｂの中心位置１ｃを通る縦方向の直線Ｌ１にて取得画像の接触面領域を２つの領域Ｄ１、Ｄ２に分割する。次いで、相対変位算出部７ｂは、領域Ｄ１及びＤ２のそれぞれの面積Ｓ１及びＳ２を算出し、領域Ｄ１及びＤ２の面積の差分値ΔＳ１（＝Ｓ２−Ｓ１）を算出する。

続いて、相対変位算出部７ｂは、差分値ΔＳ１から、図５（ａ）で示す接線方向に外力ｆ_ｌが印加される前の状態の接触面１ｂの画像情報における中心位置１ｃのＸ座標に対する中心位置１ｃの移動量ΔＸを算出する。移動量ΔＸは、例えば、画像情報を表示する表示画面の横方向のサイズと接触面１ｂの横方向のサイズとの関係から換算係数を求め、この換算係数を差分値ΔＳ１に乗することにより算出してもよい。あるいは、画像情報を表示する表示画面の横方向のサイズと接触面１ｂの横方向のサイズとの関係から換算関数を求め、この換算関数に差分値ΔＳ１を代入することにより算出してもよい。

次に、相対変位算出部７ｂは、接触面１ｂの中心位置１ｃを通る横方向の直線Ｌ２にて取得画像の接触面領域を２つの領域Ｄ３、Ｄ４に分割する。次いで、相対変位算出部７ｂは、領域Ｄ３及びＤ４のそれぞれの面積Ｓ３及びＳ４を算出し、領域Ｄ３及びＤ４の面積の差分値ΔＳ２（＝Ｓ４−Ｓ３）を算出する。

続いて、相対変位算出部７ｂは、差分値ΔＳ２から、図５（ａ）で示す接線方向に外力ｆ_ｌが印加される前の状態の接触面１ｂの画像情報における中心位置１ｃのＹ座標に対する中心位置１ｃの移動量ΔＹを算出する。移動量ΔＹは、移動量ΔＸと同様に、換算係数又は換算関数により算出することができる。

なお、図５（ａ）で示す接線方向に外力ｆ_ｌが印加される前の状態の接触面１ｂの画像情報における中心位置１ｃのＸ座標及びＹ座標は、例えば、第１の画像取得工程にて取得した画像情報から算出することができる。

また、推定部８は、変形解析部７によって得られる接触面１ｂの半径ａ、相対変位δ、及び外力検出部３によって検出される外力ｆ_ｌ、並びに弾性体１ａの物体定数Ｇ、νから、ヘルツ接触を仮定した計算式から滑り余裕を推定する推定工程を実行するものである。すなわち、推定部８は、上述の数式（５）を用いて、Φを算出し、（１−Φ）で表される滑り余裕ｗを推定するものである。なお、弾性体１ａの物体定数Ｇ、νは、弾性体１ａに固有の値であり、予め推定部３に入力しておくこともできるし、もしくは計測の度に別途入力する方式でもよい。

さらに、本実施の形態では図示しないが、触覚センサ１０は、推定部８によって推定された滑り余裕に基づき、測定対象物５と弾性体１ａとの間の摩擦係数μを推定する摩擦係数推定手段として機能する摩擦係数推定部を備えていてもよい。上記数式（５）より、Φを推定できれば、Φ＝ｆ_ｌ／μｆ_ｇより摩擦係数を容易に算出することができる。

次に、本実施の形態に係る触覚センサ１０を用いて滑り余裕を検出する場合の動作の一例について、図６に示すフローチャートにしたがって説明する。

同図に示すように、まず、ステップ１（以下「ステップ」を単に「Ｓ」と称する）において、ユーザが、測定対象物５に対して弾性体１ａを接触させる接触工程を行う。次に、Ｓ２において、画像取得部２が、Ｓ１の接触工程における、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの状態を画像情報として取得する第１の画像取得工程を実行する。すなわち、この工程は、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂに生じる変形を画像情報として取得する工程である。

次いで、Ｓ３において、接触面１ｂに対して、接線方向に外力ｆ_ｌを加える外力印加工程を実行する。本工程は、ユーザが行ってもよいし、モータ等の外力印加手段を用いてもよい。続いて、Ｓ４において、画像取得部２が、Ｓ３の外力印加工程によって印加された外力ｆ_ｌによって、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂに生じる変形状態を画像情報として取得する第２の画像取得工程を実行する。続いて、Ｓ５において、外力検出部３が、Ｓ３の外力印加工程にて印加した外力ｆ_ｌを検出する外力検出工程を実行する。

そして、Ｓ６において、変形解析部７が、Ｓ２の第１の画像取得工程及びＳ４の第２の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、接触面１ｂの変形情報を解析する変形解析工程を実行する。このＳ６の変形解析工程は、より詳細には、Ｓ６ａの半径算出工程とＳ６ｂの相対変位算出工程とを含む。すなわち、Ｓ６ａにおいて、半径算出部７ａが、Ｓ２の第１の画像取得工程及び／又はＳ４の第２の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの半径ａを算出する半径算出工程を実行する。また、Ｓ６ｂにおいて、相対変位算出部７ｂが、Ｓ２の第１及びＳ４の第２の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、弾性体１ａに、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの接線方向に外力ｆ_ｌが加わる場合に、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの相対変位δを算出する相対変位算出工程を実行する。

そして、Ｓ７において、推定部８が、Ｓ６の変形解析工程によって得られる接触面１ｂの変形情報、及びＳ７の外力検出工程によって検出される外力ｆ_ｌ、並びに弾性体１ａの物体定数Ｇ、νに基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定工程を実行する。より詳細には、推定部８は、Ｓ６の変形解析工程（Ｓ６ａの半径算出工程、Ｓ６ｂの相対変位算出工程）によって得られる接触面の半径ａ、相対変位δ、及びＳ５の外力検出工程によって検出される外力ｆ_ｌ、並びに弾性体１ａの物体定数Ｇ、νから、ヘルツ接触を仮定した計算式（上記数式（５））を用いて、滑り余裕ｗを推定する。

最後に、推定部８によって算出された滑り余裕は、出力装置４０に出力される。なお、出力装置４０は、図１では図示していない。出力装置４０としては、例えば、ＣＲＴや液晶パネル等の従来公知の表示装置だけでなく、ハードコピーとして例えば紙に出力する印刷装置も含まれる。また、上記フローにおいて、Ｓ５とＳ６の工程は順序が入れ替わってもよい。

なお、触覚センサが外力検出部３を備えない構成の場合、上記Ｓ５の外力検出工程は行わない。この場合、上述したように、外力印加工程にて印加した外力ｆ_ｌについては、不図示の入力装置等により入力して演算処理を行うことができる。

以上のように、本実施の形態に係る触覚センサ１０によれば、センサの感知部と測定対象物との接触面を画像情報として取得するため、従来の応力センサ等を用いた圧力感知式の触覚センサに比べて、検出精度が著しく向上する。また、独自の計算アルゴリズムを用いているため、弾性体１ａを測定対象物５に軽く押し当て、測定対象物５と弾性体１ａとの間に完全滑りを生じさせることなく、わずかに接線方向に外力を加えるだけで、簡便かつ正確に、滑り余裕、摩擦係数を算出することができる。

〔実施の形態２〕
本発明に係る触覚センサの他の構成について説明すると以下の通りである。なお、ここでは、上述の実施形態１における構成要素と同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。つまり、ここでは、上述の実施形態１との相違点について説明するものとする。

上記実施形態１では、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂに、接線方向に外力ｆ_ｌが印加される前後で、接触面１ｂの状態を画像情報として取得する画像取得部２を備えた触覚センサ１０について説明したが、本実施の形態では、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂに、接線方向に外力ｆ_ｌが印加される前の画像を取得せず、外力ｆ_ｌが印加された後の接触面１ｂの状態を画像情報として取得する画像取得部２’を備えた触覚センサについて説明する。

画像取得部２’は、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂに対して接線方向に外力ｆ_ｌが印加される前における、接触面１ｂの中心位置１ｃが常に所定の位置に来るように設定されており、かつ、上記のように設定された状態にて、接触面１ｂに対して接線方向に外力ｆ_ｌが印加された後の、接触面１ｂの状態を画像情報として取得する画像取得手段として機能するものである。

すなわち、画像取得部２’は、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂに対して接線方向に外力ｆ_ｌが印加される前における、接触面１ｂの画像情報は取得しないが、仮に画像情報を取得した場合は、常に所定の位置に中心位置１ｃが来るように設定されている。この場合、画像取得部２’は、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂに対して接線方向に外力ｆ_ｌが印加される前における、接触面１ｂの中心位置１ｃの座標情報を認識していることになる。この状態で、画像取得部２’は、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂに対して接線方向に外力ｆ_ｌが印加された後における、接触面１ｂの状態の画像を取得する。

具体的な例を挙げて説明すると、例えば、画像取得部２’は、その光軸の中心と、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂに対して接線方向に外力ｆ_ｌが印加される前における、接触面１ｂの中心位置１ｃとが、常に一致するように設定されており、この状態で、外力ｆ_ｌが印加された後の接触面１ｂの状態を画像取得する。

この場合、弾性体１ａの表面に、画像取得部２’が、接触面１ｂの中心位置１ｃが明確に認識できるような図形が形成されていると、上記図形と光軸とが一致するように、画像取得部２’を容易に設定することができる。

上記の構成の場合、半径算出部７ａは、上記取得した画像情報から、接触面１ｂの半径ａを算出する。一方、相対変位算出部７ｂは、画像取得部２’において、予め設定されている中心位置１ｃの座標情報と、上記取得した画像情報とに基づき、相対変位δを算出することになる。この場合、取得する画像情報が減るため、データ処理量が減少し、処理スピードが向上するという利点がある。

上記の構成における触覚センサを用いて、滑り余裕を推定する場合の処理の一例を図７に示すフローチャートにしたがって説明する。

同図に示すように、まず、Ｓ１１において、ユーザが、測定対象物５に対して弾性体１ａを接触させる接触工程を行う。次に、Ｓ１２において、接触面１ｂに対して、接線方向に外力ｆ_ｌを加える外力印加工程を実行する。本工程は、ユーザが行ってもよいし、モータ等の外力印加手段を用いてもよい。続いて、Ｓ１３において、画像取得部２’が、Ｓ１２の外力印加工程によって印加された外力ｆ_ｌによって、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂに生じる変形状態を画像情報として取得する画像取得工程を実行する。続いて、Ｓ１４において、外力検出部３が、Ｓ１２の外力印加工程にて印加した外力ｆ_ｌを検出する外力検出工程を実行する。

そして、Ｓ１５において、変形解析部７が、Ｓ１３の画像取得工程によって得られた画像情報と、予め設定された中心位置１ｃの座標情報（外力ｆ_ｌが印加される前の接触面１ｂにおける中心位置１ｃの座標情報）とに基づき、接触面１ｂの変形情報を解析する変形解析工程を実行する。このＳ１５の変形解析工程は、より詳細には、Ｓ１５ａの半径算出工程とＳ１５ｂの相対変位算出工程とを含む。すなわち、Ｓ１５ａにおいて、半径算出部７ａが、Ｓ１３の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの半径ａを算出する半径算出工程を実行する。また、Ｓ１５ｂにおいて、相対変位算出部７ｂが、Ｓ１３の画像取得工程によって得られた画像情報と、予め設定された中心位置１ｃの座標情報（外力ｆ_ｌが印加される前の接触面１ｂにおける中心位置１ｃの座標情報）とに基づき、弾性体１ａに、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの接線方向に外力ｆ_ｌが加わる場合に、測定対象物５と弾性体１ａとの接触面１ｂの相対変位δを算出する相対変位算出工程を実行する。

なお、触覚センサが外力検出部３を備えない構成の場合、上記Ｓ１４の外力検出工程は行わない。この場合、上述したように、外力印加工程にて印加した外力ｆ_ｌについては、不図示の入力装置等により入力して演算処理を行うことができる。

〔実施の形態３〕
本発明に係る触覚センサの他の構成について、図８に基づいて説明すると以下の通りである。なお、ここでは、上述の実施形態１、２における構成要素と同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。つまり、ここでは、上述の実施形態１、２との相違点について説明するものとする。

図８は、本実施の他の一形態に係る触覚センサの構造を模式的に示すものである。同図に示すように、本実施の形態に係る触覚センサ１０’は、感知部１、画像取得部２、外力検出部３、情報処理ユニット４、支持部材９を備えており、感知部１は、半球状の弾性体１ａを備えている。

感知部１及び弾性体１ａは、透明である。画像取得部２は、支持部材９によって、弾性体１ａにおける測定対象物と接触する面の裏面側に設けられている。つまり、画像取得部２は、略半球状である弾性体１ａの円周部分が存在する面と逆の面側に配置されている。

画像取得部２をこのように配置すると、透明な感知部１及び弾性体１ａの内側から、つまり、透明な感知部１及び弾性体１ａを通して、弾性体１ａと測定対象物との接触面の状態を観察して画像情報を取得することできる。

この場合、実施形態１のように測定対象物が透明であるという制限がなくなり、広範な測定対象物について、本触覚センサを利用可能である。また、画像取得部２は、弾性体１ａの内部、つまり測定対象物と弾性体１ａとが接触する面の裏面側に設けられており、接触面が存在する側には物体が存在しなくなる。このため、測定対象物と弾性体１ａとが接触する場合の物理的な障害がなくなる。したがって、自由度の高い計測が可能となり、操作性も向上する。また、上述のように画像取得部２を弾性体１ａの内側に配置することにより、後述する摩擦検査装置や把持装置、ロボットハンド等に容易に搭載することができる。

＜２．本発明に係る触覚センサの利用＞
＜２−１＞摩擦検査装置
本発明に係る触覚センサは、上述したように、滑り余裕や摩擦係数を簡便かつ精度よく検出することができるため、触覚センサを用いる各種の検査装置に利用することができる。すなわち、本発明に係る摩擦検査装置は、上述の触覚センサを、検査対象物（被検査物質）と接触する部分に備えているものであればよく、その他の具体的な構成等は特に限定されるものではない。なお、本明細書でいう「摩擦検査装置」とは、検査対象物の摩擦係数を算出する検査装置であればよく、例えば、表面の凹凸やざらつきの評価、塗装や研磨処理等の表面仕上げの評価等を行うことができる。

上記の構成によれば、簡便かつ精度よく滑り余裕や摩擦係数を算出できる触覚センサを備えるため、精度よく摩擦検査を行うことができる。また、わずかなスペースで検査を行うことができるため、曲面や小面積部分の摩擦検査を好適に行うことができる。

以下、本発明に係る摩擦検査装置の一例を図面にしたがって説明する。図９は、本実施の一形態に係る摩擦検査装置の構造を模式的に示す図である。同図に示すように、摩擦検査装置１００は、触覚センサ１０’と、筒状筐体２０とを備えている。触覚センサ１０’は、略半球状の透明な弾性体１ａを有する感知部１、画像取得部２、外力検出部３、情報処理ユニット４を備えており、上述したとおりの構成であるので、ここではその説明を省略する。なお、情報処理ユニット４は、筒状筐体２０の内部に設けられており、図には示していない。

筒状筐体２０は、触覚センサ１０’を取り付け可能な形状であり、摩擦検査装置１００をユーザが使用する際の把持部分として機能するものであればよく、その他の具体的な構成は特に限定されるものではない。なお、本実施の形態では、長方体の筒状筐体を用いたが、円柱形状であってよいし、その他の多角柱形状であってもよい。また、筒状筐体２０の太さや長さ等の諸条件は適宜設定可能であることはいうまでもない。

摩擦検査装置１００では、触覚センサ１０’は、弾性体１ａが検査対象物と接触する位置に配置されるように、筒状筐体２０に設けられている。換言すれば、触覚センサ１０’における弾性体１ａが筒状筐体２０の先端部分に位置するように、触覚センサ１０’が搭載されている。

つまり、摩擦検査装置１００は、いわゆるペン型摩擦検査装置である。かかる構成によれば、操作性が優れているだけでなく、持ち運びが容易であるという利点もある。

＜２−２＞把持装置
本発明に係る触覚センサは、把持装置にも好適に利用可能である。すなわち、本発明に係る把持装置は、上述の本発明に係る触覚センサが把持対象物（被把持物質）と接触する部分に搭載されているものであればよい。なお、本明細書でいう「把持装置」とは、把持対象物を他の物質との間で把持する装置であればよく、例えば、例えば、ロボットハンド等のように、複数の触覚センサを搭載した把持装置によって把持対象物を把持する装置も含まれる。

また、本発明に係る把持装置は、搭載した触覚センサを用いて把持対象物を把持する際に、上記触覚センサにおける弾性体と上記把持対象物との接触面の滑り余裕が減少する場合、その把持力を増強し、また、上記触覚センサにおける弾性体と上記把持対象物との接触面の滑り余裕が増加する場合、その把持力を低減させるように制御する制御手段を備えていることが好ましい。なお、「触覚センサにおける弾性体と上記把持対象物との接触面の滑り余裕」が変化する場合とは、例えば、把持対象物や弾性体に外力が印加する場合を挙げることができる。

つまり、本発明に係る把持装置は、触覚センサにより算出した滑り余裕の変化量に基づき、把持力を制御するという、滑り余裕フィードバックによる把持力の更新則を実行する制御部を備えることが好ましい。以下、この滑り余裕フィードバックの安定性について説明する。

本明細書では、下記数式（６）に示すように、Φの値を用い、滑り余裕フィードバックによる把持力の更新則を説明する。これにより接触面の摩擦係数が未知であっても一度完全滑り状態に移行して摩擦係数を推定する必要がなく、把持対象物を任意の滑り余裕で把持することが可能となる。

ｋ（＞０）は定数フィードバックゲイン、ｗ_ｄ（＝１−Φ_ｄ）は滑り余裕の目標値である。ここで摩擦係数μが不要であることに注意されたい。すなわち、上記数式（６）は、把持力（ｆ_ｇ）の増減（時間微分）を（滑り余裕の設定値−現在の滑り余裕）で決定することを示している。

上記数式（６）にΦ＝ｆ_ｌ／μｆ_ｇ及びｆ_ｇｄ＝ｆ_ｌ／μΦ_ｄを代入して下記数式（７）を得る。

ここで（ε＝ｆ_ｇｄ−ｆ_ｇ）は力の誤差である。ｆ_ｇｄは目標の滑り余裕Φ_ｄを実現する把持力であるが、摩擦係数μが未知のためその値も未知である。またα＝ｋｆ_ｌ／（μｆ_ｇｄ）（＞０）、β＝ｆ_ｇｄとした。上記数式（７）の解は次の数式（８）で表される。

ｗ（ｚ）はＬａｍｂｅｒｔのＷ関数と呼ばれ、ｚ＝ｗｅ^ｗを満たす（Ｒ．Ｍ．Ｃｏｒｌｅｓｓ，Ｇ．Ｈ．Ｇｏｎｎｅｔ，Ｄ．Ｅ．Ｇ．Ｈａｒｅ ａｎｄ Ｄ．Ｍ．Ｊｅｆｆｒｅｙ，“Ｏｎ Ｌａｍｂｅｒｔ’ｓ Ｗ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ．”Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｐｏｒｔ，Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒｌｏｏ，Ｎｏ．９，ｐｐ．１２−２２，１９９３．）。Ｗ関数は、ｚ→０のとき、ｗ→０となる。よって数式（８）において、ｔ→∞の時、−ｅ^{−（αｔ＋Ｃ）／β}／β→０となり、ε→０となる。よって任意の滑り余裕の目標値
に対する力誤差は０に収束し、上述した把持力制御の安定性が証明された。

したがって、本発明に係る把持装置は、上述したように、把持対象物を把持する際に、把持対象物と弾性体との間の滑り余裕が変化しても、常に所定の滑り余裕の値（目標の滑り余裕の値）で継続して把持可能なように制御する制御部を備えることが好ましいといえる。

次いで、把持力制御の有効性を確認するため、把持装置による把持力制御実験を行った結果を示す。具体的には、図１０に示すような把持装置を用いて実験を行った。図１０に示すように、把持装置２００は、触覚センサ１０、モータ３０、ステージ３１、支持部材３２、重り３３を備えている。触覚センサ１０は、実施形態１で説明したものと同様の構成であるため、ここではその説明を省略する。なお、本実施の形態の場合、測定対象物５が把持対象物となる。

触覚センサ１０はステージ３１上を移動可能に設置されており、モータ３０によって把持力ｆｇが印加されるようになっている。また、情報処理ユニット４には、把持対象物を把持する際に、把持対象物と弾性体との間の滑り余裕が変化しても、常に所定の滑り余裕の値（目標の滑り余裕の値）で継続して把持可能なように制御する制御部が備えられており、モータ３０の出力を制御している。

測定対象物５として透明なアクリル板を使用しており、弾性体１ａとの接触面の映像を測定対象物５の内側からＣＣＤカメラで撮影し、滑り余裕推定に必要な接触面変形を観測する。弾性体１ａには、重り３３によって、図中、矢印ｆ_ｌで示す方向に荷重（外力）を加えられるようになっている。

フィードバックゲインはｋ＝０．３とし、また滑り余裕の目標値Φ_ｄ＝０．２とした。図１１（ａ）には摩擦係数μ＝０．３の場合の把持力ｆ_ｇ及び荷重ｆ_ｌの変化を示し、図１１（ｂ）には摩擦係数μ＝０．３の場合の滑り余裕Φの変化を示す。なお、摩擦係数μの値は制御に直接使用していない。

ｔ＝２３．０（ｓｅｃ）とｔ＝５７．０（ｓｅｃ）のそれぞれにおいて弾性体１ａに重り３３（０．１４（ｋｇ））１個ずつ追加した。重り３３の追加による荷重（外力）の増加に対して生じる滑り余裕Φの変化が把持力にフィードバックされ、目標の滑り余裕で把持を継続可能であることが確認できた。なお、データは示さないが、摩擦係数μが異なる場合でも同じ制御手法を用いることで把持力制御を行うことが可能であった。また、図８に示す構成の触覚センサ１０’を用いた把持装置の場合も、同様に制御可能であった。

以上のように、上記把持装置において、搭載した触覚センサの弾性体と把持対象物とが接触して、当該把持対象物を把持する際に、上記触覚センサの弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が減少する場合は把持力を増強し、また上記触覚センサの弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が増加する場合は把持力を低減させて、所定の滑り余裕を保つように把持力を制御する制御部（制御手段）を備えることにより、ヒトの手が有する滑り知覚に近い把持力制御を行うことができ、摩擦係数が未知の物質であっても、強すぎず、かつ弱すぎない把持力で把持することができる。なお、上記制御部は、上記数式（６）にしたがって、把持力を制御することになる。

上述した把持力の制御部は、例えば、上記触覚センサから滑り余裕の推定結果を得て、把持力を供給する手段（例えば、モータ等）に対して、その動作を制御できるように構成されていればよい。また、上記触覚センサは、安定な把持力制御を行うために、連続して（継続的に）滑り余裕を測定するものであることが好ましい。

また、本発明に係る把持装置の１種として、その指先に上述した本発明に係る触覚センサを備えたロボットハンドを挙げることができる。本発明に係る触覚センサは、上述したように、接触面の検出精度が高く、またロボットハンドの指先に搭載可能な程度に小型化することも可能である。このため、本触覚センサを搭載することにより、滑り余裕を推定することができるロボットハンドを提供することができる。

本発明に係る触覚センサを搭載できるロボットハンドの一例として、本発明者らが以前より開発している、４本指で各指３自由度をもつＮＡＩＳＴ−Ｈａｎｄシステム（上田淳，近藤誠宏，小笠原司，“作業計測とスキル生成のためのＮＡＩＳＴ−Ｈａｎｄシステムの開発”，第２１回日本ロボット学会学術講演会予稿集，３Ｅ２４，２００３．）を挙げることができる。なお、本発明者らは、同時に直接教示のための操作認識システム（近藤誠宏，上田淳，松本吉央，小笠原司，“多指ハンドのための物体操作認識システムの開発”，第４回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会，ｐｐ．２６９−２７０，２００３．）や神経振動子による操りパターン生成（Ｙ．Ｋｕｒｉｔａ，Ｊ．Ｕｅｄａ，Ｙ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，Ｔ．Ｏｇａｓａｗａｒａ，“ＣＰＧ−Ｂａｓｅｄ Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ：Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｈｙｔｈｍｉｃ Ｆｉｎｇｅｒ Ｇａｉｔｓ ｆｒｏｍ Ｈｕｍａｎ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ”，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｐｐ．１２０４−１２０９，２００４．）などにも取り組んでいる。

以下、本発明者らが開発したＮＡＩＳＴ−Ｈａｎｄシステムなる多指多関節ロボットハンドについて簡単に説明する。

人間と同程度の機構及び自由度をもち、器用な操りを行うことができる多指ロボットハンドは１９８０年代にすでに開発されているが、ワイヤ駆動方式の採用により保守性や小型化に問題があった。近年、モータの小型化高性能化が進み、最近開発されているロボットハンドでは、モータとギヤをハンド機構に内蔵する機構が多くなっている。

しかしながら、モータの小型化にも限界があり、特に指先端に近いＰＩＰ関節やＤＩＰ関節の駆動モータを指に内蔵する構造では十分なトルクを発生できるモータを使用できない。

そこで、本発明者らは、（ｉ）全ての駆動モータを掌部に設置し、（ｉｉ）動力をギヤ及びリンク機構で伝達する機構によりこの問題を解決した多指多関節ロボットハンドを開発した。より詳細には、ＰＩＰ関節を駆動するモータを掌部に内蔵するため、大きさの異なる２個のかさ歯車を３組、計６個をＭＰ関節で組み合わせる機構を開発した（近藤誠宏，上田淳，松本吉央，小笠原司，“多指ハンドのための物体操作認識システムの開発”，第４回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会，ｐｐ．２６９−２７０，２００３．）。２自由度をもつＭＰ関節を経由し、リンク機構によりＰＩＰ関節が駆動される。

上述したようなＮＡＩＳＴ−Ｈａｎｄシステムなる多指多関節ロボットハンドの指先に、本発明に係る触覚センサを用いたものを図１２に示す。同図に示すように、本発明に係るロボットハンド３００は、その指先部分に触覚センサ１０’を備えている構成であればよく、その他の具体的な構成等は特に限定されるものではない。

また、ロボットハンドによって器用で柔軟な操りを実現するためには、人間の持つ滑り知覚（Ｒ．Ｓ．Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ ａｎｄ Ｇ．Ｗｅｓｔｌｉｎｇ，“Ｒｏｌｅｓ ｏｆ ｇｌａｂｒｏｕｓ ｓｋｉｎ ｒｅｃｅｐｔｏｒｓ ａｎｄ ｓｅｎｓ ｏｒｉｍｏｔｏｒ ｍｅｍｏｒｙ ｉｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｇｒｉｐ ｗｈｅｎ ｌｉｆｔｉｎｇ ｒｏｕｇｈｅｒ ｏｒ ｍｏｒｅ ｓｌｉｐｐｅｒｙ ｏｂ−ｊｅｃｔｓ”，Ｅｘｐ．Ｂｒａｉｎ Ｒｅｓ．Ｖｏｌ．５６，ｐｐ．５５０−５６４，１９８７．）に基づく把持力制御が重要である。

このため、上述した滑り余裕フィードバックにより把持力制御を行う制御部を本発明に係るロボットハンドにも搭載することが好ましい。この場合、例えば、制御部は、触覚センサから得られる滑り余裕の推定結果に基づき、ロボットハンド３００の駆動手段（モータ）の動作を制御するように構成されており、ロボットハンド３００に搭載した触覚センサ１０’の弾性体と把持対象物とが接触して、当該把持対象物を把持する際に、触覚センサ１０’の弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が減少する場合は把持力を増強し、また触覚センサ１０’の弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が増加する場合は把持力を低減させて、所定の滑り余裕を保つように把持力を制御するように構成されている。

上記の構成によれば、滑り余裕や摩擦係数を精度よく算出できる触覚センサを備えており、さらに、常に一定の滑り余裕で把持力を制御できる構成であるため、人間の指のように、物体を把持する際、摩擦係数が未知であっても最小把持力より僅かに大きい把持力しか用いないロボットハンドを作製することできる。つまり、ヒトの滑り知覚に基づき、物体を滑らさず、かつ強すぎない力で把持、操作することができる。

したがって、本発明に係るロボットハンドを用いれば、人間の手のように、物体の複雑な操作を行うことができる。このため、例えば、壊れやすい物体や傷つき易い物体（例えば、食品や医薬品、精密機械等）のハンドリング・搬送装置等に好適に利用することができる。より具体的には、液晶パネルのハンドリングや搬送装置に利用できる。

なお、本発明には、物体と円周部分で接触する半球状透明ゲルと、その接触面内に相当する半球状透明ゲルの表面に描画された特徴図形と、その接触面を半球状透明ゲルの平面部分を通じて計測する小型カメラと、半球状透明ゲルを支持するフレームと、そのフレームに取り付けられた力センサと、物体と半球状透明ゲル間に力が生じた場合、その接触面の変形を計測する画像処理アルゴリズムと、計測された接触面の変形と力信号から物体と半球状透明ゲル間の滑り余裕を推定する計算アルゴリズムより構成される触覚センサも含まれる。

また、上記触覚センサにおいて、計算アルゴリズムとして、ヘルツ接触を仮定した計算式を利用することが好ましい。また、計測された滑り余裕より、物体と半球状透明ゲル間の摩擦係数を推定することが好ましい。また、感知部である半球状透明ゲルを物体に押し当て、物体とゲル間を滑らさず、わずかに力を加えるだけで、滑り余裕あるいは摩擦係数を推定することが好ましい。

さらに、上述した触覚センサを筒状筐体の先端に取り付け、可般性と操作性を高めたペン型摩擦検査装置も本発明に含まれる。

さらに、上述した触覚センサを指先に搭載し、センサと物体間に完全に滑りが生じなくても滑り余裕を直接推定し、外力の印加によって滑り余裕が減少すれば把持力を増強し、外力の免加によって滑り余裕が減少すれば把持力を減少し、一定の滑り余裕で物体を探偵に把持できるロボットハンドも本発明に含まれる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

最後に、情報処理ユニット４の各ブロック、特に変形解析部７及び推定部８は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。

すなわち、情報処理ユニット４は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、上記プログラム及び各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである情報処理ユニット４の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記情報処理ユニット４に供給し、そのコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。

上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。

また、情報処理ユニット４を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを、通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（ｖｉｒｔｕａｌ ｐｒｉｖａｔｅ ｎｅｔｗｏｒｋ）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明に係る触覚センサによれば、完全滑りを生じさせることなく（実際に滑り始める前に）、微小な接触面の変形から滑り余裕を推定することができる。このため、簡便かつ正確に滑り余裕や摩擦係数を推定することができるという効果を奏する。また、測定対象物と弾性体との接触面の変形を画像情報として取得し解析するため、従来の圧力感知式の触覚センサに比べて、検出精度が高くなるという効果を奏する。

加えて、感知部の弾性体を測定対象物に接触させるわずかなスペースがあれば、計測可能であるため、摩擦係数が部分的に異なる物質や曲面等でも精度よく計測することができる。

さらに、本発明に係る触覚センサを用いることにより、高性能の摩擦検査装置やロボットハンド等の把持装置を提供することができる。

以上のように、本発明に係る触覚センサによれば、摩擦検査装置等の検査機器やロボットハンド等の把持装置、また搬送装置等にも利用可能であり、広範な産業上の利用可能性がある。

Claims (18)

1. 測定対象物と接触する部位に弾性体を有する感知手段と、
   上記測定対象物と弾性体との接触面に対して、接線方向に外力が印加される前後において、上記接触面の状態を画像情報として取得する画像取得手段と、
   上記画像取得手段によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の変形情報を解析する変形解析手段と、
   上記変形解析手段によって得られる接触面の変形情報、及び上記接触面に対して接線方向に印加される外力、並びに上記弾性体の物体定数に基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定手段と、を備えることを特徴とする触覚センサ。
2. 測定対象物と接触する部位に弾性体を有する感知手段と、
   上記測定対象物と弾性体との接触面に対して接線方向に外力が印加される前における、上記接触面の中心位置が常に所定の位置に来るように設定されており、かつ、上記設定された状態にて、上記接触面に対して接線方向に外力が印加された後の、上記接触面の状態を画像情報として取得する画像取得手段と、
   上記画像取得手段によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の変形情報を解析する変形解析手段と、
   上記変形解析手段によって得られる接触面の変形情報、及び上記接触面に対して接線方向に印加される外力、並びに上記弾性体の物体定数に基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定手段と、を備えることを特徴とする触覚センサ。
3. さらに、上記接触面に対して、接線方向に印加される外力を検出する外力検出手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の触覚センサ。
4. 上記弾性体は、測定対象物と円周部分で接触する略半球状であり、
   上記変形解析手段は、
   上記画像取得手段によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の半径を算出する半径算出部と、
   上記画像取得手段によって得られた画像情報に基づき、上記接触面に対して、
   接線方向に外力が加わる場合に生じる、上記接触面の相対変位を算出する相対変位算出部と、を備えており、
   上記推定手段は、上記変形解析手段によって得られる接触面の半径、相対変位、及び上記外力検出手段によって検出される外力、並びに上記弾性体の物体定数から、ヘルツ接触を仮定した計算式を用いて、滑り余裕を推定するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の触覚センサ。
5. 上記弾性体の表面には、上記画像取得手段が、上記接触面に対して接線方向に外力が印加される前の状態における上記接触面の中心位置を明確に認識できる特徴図形が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の触覚センサ。
6. 上記弾性体は透明であり、
   上記画像取得手段は、上記弾性体における、測定対象物と接触する側の面の裏側に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の触覚センサ。
7. さらに、上記推定手段によって推定された滑り余裕に基づき、上記測定対象物と弾性体との間の摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の触覚センサ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の触覚センサを備えることを特徴とする摩擦検査装置。
9. 上記触覚センサにおける弾性体が検査対象物と接触できるように、上記触覚センサが筒状筐体に搭載されていることを特徴とする請求項８に記載の摩擦検査装置。
10. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の触覚センサを備えることを特徴とする把持装置。
11. 上記把持装置は、
    上記搭載した触覚センサの弾性体と把持対象物とが接触して、当該把持対象物を把持する際に、上記触覚センサの弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が減少する場合は把持力を増強し、また上記触覚センサの弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が増加する場合は把持力を低減させて、所定の滑り余裕を保つように把持力を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の把持装置。
12. 上記把持装置がロボットハンドであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の把持装置。
13. 測定対象物に対して弾性体を接触させる接触工程と、
    上記接触工程における、上記測定対象物と弾性体との接触面の状態を画像情報として取得する第１の画像取得工程と、
    上記接触面に対して、接線方向に外力を加える外力印加工程と、
    上記外力印加工程によって印加された外力によって、上記接触面に生じる変形の状態を画像情報として取得する第２の画像取得工程と、
    上記第１の画像取得工程及び第２の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の変形情報を解析する変形解析工程と、
    上記変形解析工程によって得られる接触面の変形情報、及び上記外力印加工程にて印加した外力、並びに上記弾性体の物体定数に基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定工程と、を含むことを特徴とする滑り余裕計測方法。
14. 上記弾性体は、測定対象物と円周部分で接触する略半球状であり、
    上記変形解析工程は、
    上記第１及び／又は第２の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記測定対象物と弾性体との接触面の半径を算出する半径算出工程と、
    上記第１及び／又は第２の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記弾性体に、上記測定対象物と弾性体との接触面の接線方向に力が加わる場合に、測定対象物と弾性体との接触面の相対変位を算出する相対変位算出工程と、を含んでおり、
    上記推定工程は、上記変形解析工程によって得られる接触面の半径、相対変位、及び上記外力印加工程にて印加した外力、並びに上記弾性体の物体定数から、ヘルツ接触を仮定した計算式を用いて、滑り余裕を推定する工程であることを特徴とする請求項１３に記載の滑り余裕計測方法。
15. 測定対象物に対して弾性体を接触させる接触工程と、
    上記接触面に対して、接線方向に外力を加える外力印加工程と、
    上記外力印加工程によって印加された外力によって、上記接触面に生じる変形の状態を画像情報として取得する画像取得工程と、
    上記画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の変形情報を解析する変形解析工程と、
    上記変形解析工程によって得られる接触面の変形情報、及び上記外力印加工程にて印加した外力、並びに上記弾性体の物体定数に基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定工程と、を含み、
    上記画像取得工程は、上記測定対象物と弾性体との接触面に対して接線方向に外力が印加される前における、上記接触面の中心位置が常に所定の位置に来るように設定されており、かつ、上記設定された状態にて、上記接触面に対して接線方向に外力が印加された後の、上記接触面の状態を画像情報として取得する画像取得手段を用いるものであることを特徴とする滑り余裕計測方法。
16. 上記弾性体は、測定対象物と円周部分で接触する略半球状であり、
    上記変形解析工程は、
    上記画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記測定対象物と弾性体との接触面の半径を算出する半径算出工程と、
    上記画像取得工程によって得られた画像情報と、予め設定された、上記外力が印加される前における上記接触面の中心位置の座標情報とに基づき、上記弾性体に、上記測定対象物と弾性体との接触面の接線方向に力が加わる場合に、測定対象物と弾性体との接触面の相対変位を算出する相対変位算出工程と、を含んでおり、
    上記推定工程は、上記変形解析工程によって得られる接触面の半径、相対変位、及び上記外力印加工程にて印加した外力、並びに上記弾性体の物体定数から、ヘルツ接触を仮定した計算式を用いて、滑り余裕を推定する工程であることを特徴とする請求項１５に記載の滑り余裕計測方法。
17. さらに、上記外力印加工程にて印加した外力を検出する外力検出工程を含み、
    上記推定工程では、上記外力印加工程にて印加した外力として、上記外力検出工程により検出される外力を用いることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の滑り余裕計測方法。
18. 上記弾性体は透明であり、
    上記画像取得工程は、上記弾性体における、測定対象物と接触する側の面の裏面側に設けられている画像取得手段を用いて、画像情報を取得する工程であることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の滑り余裕計測方法。

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