JPWO2018235214A1

JPWO2018235214A1 - マニピュレーターおよびロボット

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Publication number: JPWO2018235214A1
Application number: JP2018511295A
Authority: JP
Inventors: 憲彦齋藤
Original assignee: SAITO INVENTIVE CORP.
Current assignee: SAITO INVENTIVE CORP.
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2037-06-21
Also published as: EP3643459A4; US20200139543A1; WO2018235214A1; CN110799313A; EP3643459A1; JP6560443B2

Abstract

マニピュレーター１は、受圧面である外面５ａおよび外面５ａの反対側の内面５ｂが規定される弾性層５と、弾性層５に配置され、弾性層５の変形に伴って変位するマーカーＭと、を備える受圧部４と、弾性層５の内面５ｂ側に位置づけられ、マーカーＭの変位に基づいて弾性層５に加わる外力を検出する検出部６と、を備えている。また、マーカーＭは、弾性層５の厚さ方向にずれて配置されている第１マーカーＭ１および第２マーカーＭ２を有している。

Description

本発明は、マニピュレーターおよびロボットに関するものである。

従来から、要介護者（高齢者、障がい者）の介護を補助するロボットとして特許文献１に記載のロボットが知られている。特許文献１のロボットは、２本のアームを備えており、要介護者がベッドに寝ている状態で、ベッドと要介護者との間にアームを侵入させることで、要介護者をベッドから持ち上げることができるようになっている。これにより、例えば、要介護者をベッドから車椅子へ移動させたり、車椅子からベッドへ移動させたりすることができる。

特開２００８−０８６５４２号公報

しかしながら、特許文献１のロボットではアームの構成が不明確であり、ベッドと要介護者との間にアームをスムーズに侵入させることができるとは考えらない。そのため、例えば、シーツや要介護者の衣服にアームが引っかかったり、アームが過度な力で要介護者を押してしまったりし、スムーズな動作を行うことができないという問題が生じてしまうおそれがある。

本発明の目的は、スムーズな動作を行うことのできるマニピュレーターおよびロボットを提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。

（１）受圧面である第１面および前記第１面の反対側の第２面が規定される弾性層と、前記弾性層に配置され、前記弾性層の変形に伴って変位するマーカーと、を含む受圧部と、
前記弾性層の前記第２面側に位置づけられ、前記マーカーの変位に基づいて前記弾性層に加わる外力を検出する検出部と、を備えることを特徴とするマニピュレーター。

（２）前記マーカーは、前記弾性層の厚さ方向にずれて配置されている第１マーカーおよび第２マーカーを有する上記（１）に記載のマニピュレーター。

（３）前記弾性層は、前記第１マーカーを有する第１弾性層と、前記第１弾性層上に配置され、前記第２マーカーを有する第２弾性層と、を有する上記（２）に記載のマニピュレーター。

（４）前記第１マーカーおよび前記第２マーカーは、形状および色彩の少なくとも一方が互いに異なっている上記（２）または（３）に記載のマニピュレーター。

（５）前記マーカーは、前記第１面に露出する露出マーカーを有する上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のマニピュレーター。

（６）前記受圧部は、前記弾性層の変形によって変位せず、前記検出部によって検出可能な基準マーカーを有する上記（１）ないし（５）のいずれかに記載のマニピュレーター。

（７）前記検出部は、前記マーカーを撮像する撮像部を有し、前記撮像部が撮像した前記マーカーの画像データに基づいて前記マーカーの変位を検出する上記（１）ないし（６）のいずれかに記載のマニピュレーター。

（８）前記検出部は、ステレオ写真法によって前記マーカーの変位を検出する上記（７）に記載のマニピュレーター。

（９）前記弾性層を前記第２面側から支持する支持部を備える上記（１）ないし（８）のいずれかに記載のマニピュレーター。

（１０）前記支持部に対して変位可能な可動部と、
前記可動部に加わる外力を検知する感圧素子と、を有している上記（９）に記載のマニピュレーター。

（１１）基部と、
前記基部に接続され、前記基部に対して変位可能な指部と、を有し、
前記受圧部は、少なくとも前記指部の先端部に配置されている上記（１）ないし（１０）のいずれかに記載のマニピュレーター。

（１２）前記マーカーは、線状をなす線状部と、前記線状部に配置され、前記線状部よりも幅が広い塊部と、を有し、
前記塊部は、前記線状部よりもヤング率が高い上記（１）ないし（１１）のいずれかに記載のマニピュレーター。

（１３）上記（１）ないし（１２）のいずれかに記載のマニピュレーターを有することを特徴とするロボット。

（１４）受圧面である第１面および前記第１面の反対側の第２面が規定される弾性層と、前記弾性層に配置され、前記弾性層の変形に伴って変位するマーカーと、を備える受圧部と、
前記弾性層の前記第２面側に位置づけられ、前記マーカーの変位に基づいて前記弾性層に加わる外力を検出する検出部と、を備えることを特徴とするロボット。

本発明によれば、受圧部が受けた外力に応じて弾性層が変形すると共にマーカーが変位する。そのため、マーカーの変位を検出部が検出することで、受圧部が受けた外力を精度よく検知することができる。したがって、例えば、検出部が検出した外力に基づいて駆動を制御することで、スムーズな動作が可能なマニピュレーターおよびロボットとなる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るマニピュレーターを示す平面図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るマニピュレーターを示す平面図である。図３は、図１に示すマニピュレーターの断面図である。図４は、図３に示す受圧部の断面図である。図５は、受圧部が変形した状態を示す断面図である。図６は、受圧部の変形例を示す断面図である。図７は、本発明の第２実施形態に係るマニピュレーターの断面図である。図８は、本発明の第３実施形態に係るマニピュレーターの断面図である。図９は、本発明の第４実施形態に係るマニピュレーターの断面図である。図１０は、本発明の第５実施形態に係るマニピュレーターを示す断面図である。図１１は、図１０に示すマニピュレーターの変形例を示す断面図である。図１２は、本発明の第６実施形態に係るマニピュレーターの断面図である。図１３は、図１２に示すマニピュレーターの平面図である。図１４は、本発明の第７実施形態に係るマニピュレーターを示す平面図である。図１５は、図１４に示すマニピュレーターの断面図である。図１６は、本発明の第８実施形態に係るマニピュレーターを示す断面図である。図１７は、図１６に示すマニピュレーターの平面図である。図１８は、本発明の第９実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。図１９は、本発明の第１０実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。図２０は、本発明の第１１実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。図２１は、本発明の第１２実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。図２２は、本発明の第１３実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。図２３は、本発明の第１４実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。図２４は、本発明の第１５実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。図２５は、本発明の第１６実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。図２６は、本発明の第１７実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。図２７は、本発明の第１７実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。図２８は、本発明の第１７実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。図２９は、本発明の第１８実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。図３０は、本発明の第１９実施形態のロボットを示す斜視図である。図３１は、本発明の第２０実施形態のロボットを示す断面図である。図３２は、本発明の第２１実施形態のロボットを示す断面図である。図３３は、図３２に示すロボットの変形例を示す断面図である。

以下、本発明のマニピュレーターおよびロボットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係るマニピュレーターについて説明する。

図１および図２は、それぞれ、本発明の第１実施形態に係るマニピュレーターを示す平面図である。図３は、図１に示すマニピュレーターの断面図である。図４は、図３に示す受圧部の断面図である。図５は、受圧部が変形した状態を示す断面図である。図６は、受圧部の変形例を示す断面図である。なお、以下では、指部の図３中上側を「腹」とも言い、下側を「裏」とも言う。

図１に示すマニピュレーター１は、ロボットハンド（エンドエフェクター）として利用され、例えば、介護用のロボット１００に装着して使用される。なお、介護用ロボットとは、例えば、自力で動くことが困難な要介護者をベッドから持ち上げたり、ベッド上で上半身を起こしたり、向きを変えたり、ベッドへ寝かせたりすることのできるロボットである。ただし、マニピュレーター１の用途としては、介護用のロボット１００に装着されるものに限定されず、例えば、駅、空港、商業施設等で利用者を案内する案内用ロボット、飲食店等で客まで飲食物を運ぶ運搬用ロボット、工場等で製造物を製造する産業用ロボット等に装着して用いることもできる。

図２に示すように、マニピュレーター１は、介護用のロボット１００に接続される基部２１と、基部２１に接続されている５本の指部２２と、マニピュレーター１の駆動を制御する制御部２３と、を有している。また、５本の指部２２は、それぞれ、関節機構を介して基部２１に接続されている基節部２２１（基端部）と、関節機構を介して基節部２２１に接続されている中節部２２２（中央部）と、関節機構を介して中節部２２２に接続されている末節部２２３（先端部）と、を有している。また、例えば、各関節機構は、駆動源としてのモーターを有しており、モーターの駆動により基部２１に対して基節部２２１が回動し、基節部２２１に対して中節部２２２が回動し、中節部２２２に対して末節部２２３が回動する。このようなマニピュレーター１は、制御部２３が各モーターの駆動を制御することで、人間の手のように閉じたり、開いたり、物を掴んだり、種々の形状に変形することができる。

また、基部２１および各指部２２は、骨格となる筐体３と、筐体３を覆う皮膚となる弾性層５と、を有している。また、筐体３は、硬質な部材、具体的には通常の使用中に受ける圧力程度では実質的に変形しない程度の硬さを有する部材で構成されている。一方、弾性層５は、使用中に受ける外力、すなわち周囲の物体との接触によって弾性変形する程度に軟質な材料で構成されている。

次に、各指部２２の末節部２２３について説明する。図３に示すように、末節部２２３は、支持部としての筐体３と、筐体３の表面側に配置され、外部からの圧力を受ける受圧部４と、筐体３の内側に配置され、受圧部４の変形を検出する検出部６と、受圧部４を照らす光源７と、を有している。また、図４に示すように、受圧部４は、筐体３に支持された弾性層５と、弾性層５に配置されたマーカーＭと、を有している。このようなマニピュレーター１では、外力を受けると弾性層５が弾性変形し、それに伴ってマーカーＭが変位する。そして、検出部６がマーカーＭの変位を検出し、それに基づいて弾性層５が受けた外力を検出する。検出部６での検出結果は、制御部２３にフィードバックされ、制御部２３は、検出部６での検出結果に基づいて、各モーターの駆動を制御する。これにより、マニピュレーター１は、周囲の物体との接触や、スムーズでかつ安全な駆動を実行することができる。

また、図３に示すように、末節部２２３は、筐体３と、筐体３とは別体で構成され、筐体３に対して変位可能な可動部２４と、を有している。筐体３は、人間の指の末節部の「腹」に相当する部分であり、それに似た形状となっている。一方、可動部２４は、人間の指の「爪」に相当する部分であり、それに似た形状および位置となっている。このような構成とすることで、末節部２２３を人間の指の末節部に似せることができ、要介護者に、人間の手で介護されているときと似た感覚を与えることができる。そのため、要介護者への違和感を低減することができる。ただし、末節部２２３の構成としては、特に限定されず、例えば、可動部２４を省略してもよい。

また、図３に示すように、可動部２４は、可動部２４と筐体３との間に配置された第１付勢部材３３によって基端側（中節部２２２側）へ付勢されていると共に、可動部２４と筐体３との間に配置された第２付勢部材３４によって筐体３側（腹側）へ付勢されている。なお、第１、第２付勢部材３３、３４としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、バネ部材やゴム部材を用いることができる。

また、図３に示すように、可動部２４の基端部と筐体３との間には第１感圧素子３５が配置されており、可動部２４が受けた矢印Ａ方向の外力が第１感圧素子３５に伝搬するようになっている。そのため、第１感圧素子３５は、可動部２４に加わる矢印Ａ方向の外力を検出することができる。また、可動部２４の裏側と筐体３との間には第２感圧素子３６が配置されており、可動部２４が受けた矢印Ｂ方向の外力が第２感圧素子３６に伝搬するようになっている。そのため、第２感圧素子３６は、可動部２４に加わる矢印Ｂ方向の外力を検知することができる。

第１、第２感圧素子３５、３６としては、可動部２４が受ける外力を検出することができれば、特に限定されない。第１、第２感圧素子３５、３６は、例えば、受けた圧力に応じて抵抗値が変化する感圧導電性樹脂と、感圧導電性樹脂を間に挟んで設けられた一対の配線と、を有する構成とすることができる。このような構成によれば、一対の配線を介して感圧導電性樹脂の抵抗値を検出し、この抵抗値の変化に基づいて可動部２４が受けた外力を検出することができる。また、比較的簡単な構成で、かつ、小型の第１、第２感圧素子３５、３６となる。なお、自然状態では、第１、第２感圧素子３５、３６は、第１、第２付勢部材３３、３４によって可動部２４と筐体３との間に挟まれて、圧縮するように予圧されている。そのため、感圧導電性樹脂の抵抗値の増減に基づいて、可動部２４に加わった外力の向きを検知することができる。すなわち、このような構成の第１、第２感圧素子３５、３６によれば、抵抗値変化の絶対値に基づいて加わった外力の大きさを検出することができ、抵抗値の増減に基づいて加わった外力の向きを検出することができる。そのため、優れた検出特性を有する第１、第２感圧素子３５、３６となる。

ただし、第１、第２感圧素子３５、３６としては、特に限定されず、例えば、受けた力の大きさに応じた電荷を出力する圧電素子を用いることもできる。また、第１、第２感圧素子３５、３６は、省略してもよい。

なお、筐体３および可動部２４は、それぞれ、硬質な部材で構成されている。また、筐体３は、さらに光透過性を有している。本実施形態では、筐体３および可動部２４は、それぞれ、樹脂材料で構成され、特に筐体３は、実質的に無色透明となっている。また、筐体３の内側には、内部空間Ｓが設けられている。そして、この内部空間Ｓに、検出部６および光源７が収納、配置されている。

弾性層５は、末節部２２３の可動部２４以外の部分を覆うように配置されている。すなわち、可動部２４は、弾性層５に覆われることなく、末節部２２３の外部に露出している。そのため、可動部２４の変位が弾性層５に阻害されず、第１、第２感圧素子３５、３６によって、可動部２４に加わる外力を精度よく検出することができる。

弾性層５は、圧力等の外力を受けると、受けた外力に応じて弾性変形する。また、弾性層５は、図４に示すように、外力を受ける受圧面である外面５ａ（第１面）と、外面５ａと反対側の内面５ｂ（第２面）と、が規定される層である。また、弾性層５内には、弾性層５の変形に伴って変位するマーカーＭが配置されている。マーカーＭは、検出部６で検出可能な検出対象である。

図４に示すように、マーカーＭは、末節部２２３の腹の部分に位置する弾性層５に配置されている。また、マーカーＭは、弾性層５の厚さ方向にずれて配置された第１マーカーＭ１、第２マーカーＭ２および第３マーカーＭ３を有している。また、これら第１マーカーＭ１、第２マーカーＭ２および第３マーカーＭ３は、内面５ｂからの距離が互いに異なっている。検出部６は、これら第１マーカーＭ１、第２マーカーＭ２および第３マーカーＭ３の変位に基づいて弾性層５の変形を検出し、さらには、弾性層５に加わった外力を検出する。

図４に示すように、弾性層５は、筐体３の外周に配置され、第１マーカーＭ１が配置された第１弾性層５１と、第１弾性層５１上に配置され、第２マーカーＭ２が配置された第２弾性層５２と、第２弾性層５２上に配置され、第３マーカーＭ３が配置された第３弾性層５３と、第３弾性層５３上に配置された保護層５４と、を有している。

第１弾性層５１、第２弾性層５２および第３弾性層５３は、それぞれ、光透過性および弾性（復元力）を有している。そして、第１弾性層５１の表面に複数の第１マーカーＭ１が互いに離間して配置され、第２弾性層５２の表面に複数の第２マーカーＭ２が互いに離間して配置され、第３弾性層５３の表面に複数の第３マーカーＭ３が互いに離間して配置されている。

本実施形態では、これら第１、第２、第３弾性層５１、５２、５３は、それぞれ、実質的に無色透明である。ただし、第１、第２、第３弾性層５１、５２、５３は、光透過性を有していれば、その少なくとも１つが、例えば、有色透明であってもよい。

第１、第２、第３弾性層５１、５２、５３の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ポリウレタン系エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩ビ系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、シリコーン系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー等の各種熱可塑性エラストマー、アクリル系ゴム、シリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、スチレン系ゴム等の各種ゴム材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて（例えば２層以上の積層体として）用いることができる。

第１、第２、第３弾性層５１、５２、５３の弾性率（ヤング率）は、それぞれ、特に限定されず、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。第１、第２、第３弾性層５１、５２、５３の弾性率を異ならせる場合は、例えば、第１弾性層５１のヤング率をＥ１とし、第２弾性層５２のヤング率をＥ２とし、第３弾性層５３のヤング率をＥ３としたとき、Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３の関係を満足するように設計してもよいし、反対に、Ｅ１＞Ｅ２＞Ｅ３の関係を満足するように設計してもよい。

例えば、Ｅ１＞Ｅ２＞Ｅ３の関係を満足するように設計した場合、弱い外力Ｆ１が加わった場合には、最も柔らかい第３弾性層５３だけを実質的に変形させ、外力Ｆ１よりも大きい外力Ｆ２が加わった場合には、第２、第３弾性層５２、５３だけを実質的に変形させ、外力Ｆ２よりも大きい外力Ｆ３が加わった場合には、第１、第２、第３弾性層５１、５２、５３の全てを変形させることができる。そのため、第１、第２、第３弾性層５１、５２、５３のうちのどの弾性層のマーカーＭが変位したかを検出することで、受けた圧力を大まかに検出することができる。

第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３は、それぞれ、ドット状すなわち点形状をなしている。このように、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３を、それぞれ、点状とすることで、検出部６で第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３の変位を検出し易くなり、弾性層５が受けた外力を精度よく検出することができる。ただし、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３の形状としては、特に限定されない。

また、複数の第１マーカーＭ１の配置としては、特に限定されず、規則的に配置されていてもよいし、不規則に配置されていてもよいが、規則的に配置されているのが好ましい。これにより、第１弾性層５１の全域にわたって均一に過不足なく配置することができる。そのため、第１弾性層５１の各部について、その変形を検出部６で精度よく検出することができる。第２マーカーＭ２の配置および第３マーカーＭ３の配置についても同様である。

また、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３の配設密度としては、それぞれ、求められる検出精度、検出部６の検出精度、具体的には後述するカメラ６１の解像度、処理部６２の処理速度等によっても異なるが、例えば、カメラ６１の解像度で識別可能な限り高いことが好ましい。これにより、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３の数をより多くすることができ、検出部６は、より精度よく、かつ、より詳細に弾性層５の変形を検出することができる。

第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３は、形状および色彩の少なくとも一方が互いに異なっており、検出部６によって識別可能となっている。本実施形態では、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３は、互いに色彩が異なっており、例えば、第１マーカーＭ１が赤色、第２マーカーＭ２が緑色、第３マーカーＭ３が青色となっている。

なお、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３の色彩ではなく形状を互いに異ならせる場合には、例えば、第１マーカーＭ１が円形、第２マーカーＭ２が三角形、第３マーカーＭ３が四角形とすることができる。もちろん、色彩および形状を共に異ならせてもよいし、色彩や形状を異ならせる以外の方法によって、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３を検出部６で識別可能としてもよい。

また、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３は、自然状態において、検出部６のカメラ６１から見て、互いに重ならないように配置されていることが好ましい。すなわち、カメラ６１によって撮像される画像上で、第２マーカーＭ２がその手前にある第１マーカーＭ１に隠れることなく、第３マーカーＭ３がその手前にある第１、第２マーカーＭ１、Ｍ２に隠れることがないように配置されていることが好ましい。これにより、カメラ６１によって、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３の変位をそれぞれより正確に捉えることができる。そのため、検出部６は、より精度よく、弾性層５が受けた外力を検出することができる。なお、前記「自然状態」とは、例えば、静止し、弾性層５に実質的に外力が加わっていない状態を言う。

以上、マーカーＭについて説明した。マーカーＭの構成としては、特に限定されず、例えば、第３マーカーＭ３を省略してもよいし、第２、第３マーカーＭ２、Ｍ３を省略してもよい。また、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３は、それぞれ、ドット状に限定されず、線形状、面形状、立体形状等であってもよい。また、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３は、それぞれ、第１、第２、第３弾性層５１、５２、５３の表面に貼着されたものであってもよいし、第１、第２、第３弾性層５１、５２、５３の表面にインク等を用いて印刷されたものであってもよい。また、例えば、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３は、それぞれ、第１、第２、第３弾性層５１、５２、５３内に埋設されていてもよい。また、マーカーＭは、弾性層５に配置されていなくてもよく、例えば、弾性層５を覆うように被せられた被覆部材に配置されていてもよい。このように、被覆部材にマーカーＭを配置することで、被覆部材を交換することで、簡単に、使用目的に適したマーカーＭとすることができる。

保護層５４は、主に、第３弾性層５３を保護する機能を有している。また、保護層５４は、第１、第２、第３弾性層５１、５２、５３と同様に、光透過性および弾性を有している。本実施形態では、保護層５４は、無色透明である。ただし、保護層５４は、有色透明であってもよい。このような保護層５４の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、前述した第１、第２、第３弾性層５１、５２、５３の構成材料と同様の材料が挙げられる。

なお、各層５１、５２、５３、５４の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下程度であることが好ましく、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下程度であることがより好ましい。この程度の厚さとすることで、弾性層５の厚みを抑えつつ、圧力を受けた時に弾性層５を十分に変形させることができる。そのため、末節部２２３の過度な大型化を防止することができると共に、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３が十分に変位し、受けた圧力を精度よく検出することができる。

検出部６は、ステレオ写真法によって、弾性層５の変形を三次元的に検出する。このように、ステレオ写真法を用いることで、弾性層５の変形を比較的簡単に、かつ、精度よく検出することができる。

図３および図４に示すように、検出部６は、内部空間Ｓ内に配置された撮像部としての複数のカメラ６１を有している。弾性層５の各部は、少なくとも２つのカメラ６１で撮像できるようになっており、これにより、弾性層５の各部を三次元画像認識、すなわちステレオ画像認識することができるようになっている。

カメラ６１としては、特に限定されず、例えば、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ等を用いることができる。また、本実施形態では、２つのカメラ６１を用いて弾性層５の各部を三次元画像認識しているが、例えば、複数の光軸を有するレンズを用いて１つのカメラ６１で光軸の異なる複数の画像を時分割で取得し、これらの画像を用いて弾性層５の各部を三次元画像認識してもよい。このような構成によれば、撮像部の小型化および低コスト化を図ることができる。なお、前記「弾性層５の各部」とは、弾性層５の全域を意味する場合もあれば、弾性層５の選択された一部の領域を意味する場合もある。

また、図４に示すように、検出部６は、各カメラ６１からの画像情報に基づいて弾性層５の三次元画像認識を行う処理部６２を有している。また、処理部６２は、例えば、各カメラ６１等の各部を制御するＣＰＵ６２ａ、メモリー６２ｂ、フラッシュメモリー等の記憶部６２ｃ等を含んでおり、所定のプログラム（コード）を実行できるように構成されている。なお、前記プログラムは、例えば、記憶媒体に記憶されていてもよいし、外部のサーバーからダウンロードしてもよい。

弾性層５に外力が加わると、外力が加わった部分が変形し、当該変形に伴って第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３がそれぞれ変位する。具体的な例を挙げれば、例えば、図５に示すように、弾性層５のある部分が要介護者Ｘと接触して変形した場合には、その直下および周囲に位置する第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３がそれぞれ受けた圧力に応じて変位する。処理部６２は、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３の変位を三次元画像認識によって検出し、その結果に基づいて、外力が加わった位置、加わった外力の大きさ、外力の方向、速度等を検出する。

このように、弾性層５に第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３が配置されていることで、検出部６は、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３の変位に基づいて弾性層５に加わる外力を精度よく検出することができる。特に、本実施形態では、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３が弾性層５の厚さ方向にずれて配置されている。そのため、検出部６は、弾性層５の厚さ方向に異なる位置での変形を検出することができ、弾性層５に加わる外力をより詳細に検出することができる。

ここで、処理部６２による圧力の検出方法の一例について簡単に説明する。処理部６２の記憶部６２ｃには予め各カメラ６１の３次元座標が記憶されている。そして、処理部６２は、ある所定のマーカーＭ（以下、「所定マーカーＭ」と言う。）の変位を検出するのに用いられる２台のカメラ６１によって同時刻における画像を取得し、両画像中の所定マーカーＭの２次元座標を取得する。次に、処理部６２は、両画像中の所定マーカーＭの２次元座標のずれと各カメラ６１の３次元座標とに基づいて所定マーカーＭの３次元座標を取得し、記憶部６２ｃに記憶する。処理部６２は、この作業をフレーム毎に連続的に行う。そして、処理部６２は、前回取得した所定マーカーＭの３次元座標と、今回新たに取得した所定マーカーＭの３次元座標とを比較することで、その間の時間に生じた所定マーカーＭの変位を検出することができる。処理部６２は、このような作業を全マーカーＭについて行うことで、弾性層５の変形を検出し、さらには、弾性層５が受けた外力を検出する。なお、各カメラ６１のフレームレートとしては、特に限定されず、求められる圧力検出精度によっても異なるが、例えば、１５フレーム／秒、３０フレーム／秒、６０フレーム／秒等とすることができる。

ここで、本実施形態では、弾性層５が指部２２全体を覆っている。そのため、外力を受けていない自然状態であっても、基部２１に対して基節部２２１が回動したり、基節部２２１に対して中節部２２２が回動したり、中節部２２２に対して末節部２２３が回動したりすることで、末節部２２３に位置する弾性層５が変形し、それに伴ってマーカーＭが変位するおそれがある。すなわち、指部２２の状態によって、自然状態でのマーカーＭの配置が異なるおそれがある。

そこで、検出部６は、指部２２の姿勢が異なる複数の場合について、自然状態でのマーカーＭの配置が記憶された基準情報を記憶し、検出時には、検出時の指部２２の姿勢と一致する姿勢の基準情報または指部２２の姿勢に最も近い姿勢の基準情報を選択し、選択した基準情報を自然状態とするキャリブレーションを行うことが好ましい。これにより、検出部６は、弾性層５が受ける外力をより精度よく検出することができる。

以上、処理部６２による外力の検出方法について説明した。ただし、処理部６２による検出方法は、特に、限定されない。例えば、全マーカーＭについて上述の作業を行うと処理量が膨大となってしまい、処理部６２の性能等によっては処理が追いつかない場合が考えられる。また、用途によっては、受けた圧力について大まかに検出すればそれで足りる場合も考えられる。そのため、このような場合には、例えば、処理部６２は、予め選択した一部のマーカーＭについてのみ上述の作業を行うようにしてもよい。

また、処理部６２は、例えば、自然状態における弾性層５の各部の画像を基準画像として記憶しておき、この基準画像と、上述のように取得された画像とをリアルタイムに比較して各マーカーＭの変位を特定することで、弾性層５が受けた圧力を検出してもよい。

なお、処理部６２は、人工知能（ＡＩ）を備えており、機能学習によって、人工知能に学習させるように構成されていてもよい。この場合、処理部６２は、例えば、カメラ６１から取得した画像を大量に取り込んで、人工知能にマーカーＭの変位についての学習をさせることで、各マーカーＭの変位をより短時間でより精度よく検出することができるようになる。なお、機能学習の一例として、サポートベクターマシン、ベイジアンネットワーク、協調フィルタリング、ディープラーニングを含むニューラルネットワーク等が挙げられる。

なお、前述したように、本実施形態では、各層５１、５２、５３、５４が無色透明である。そのため、各カメラ６１は、弾性層５を介して弾性層５の外界を撮像することができる。そのため、処理部６２は、各カメラ６１が捉えた外界の様子から末節部２２３の位置等を検出することもできる。なお、検出部６による外界の認識は必須ではなく、できなくてもよい。この場合、保護層５４は、光透過性を有する必要がなく、光透過性を有していなくてもよい。保護層５４が光透過性を有しなければ、光源７の光が末節部２２３の外部に漏れることがないため、周囲の人間が眩しく感じることがなくなる。

光源７は、内面５ｂ側から弾性層５を照らす機能を有している。図３および図４に示すように、光源７は、内部空間Ｓ内に配置された複数の発光部７１を有している。そして、これら複数の発光部７１からの光で、弾性層５のほぼ全域がほぼ等しく照明されるようになっている。このような光源７を配置することで、カメラ６１による弾性層５の撮像をより高精度、高解像度に行うことができる。

なお、各発光部７１としては、特に限定されず、例えば、ＬＥＤを用いることができる。また、各発光部７１は、可視光を出射してもよいし、ＮＩＲ光（近赤外光）を出射してもよいし、紫外光を出射してもよい。発光部７１として可視光を出射するものを用いる場合には、各カメラ６１を可視光に対応した構成とし、発光部７１としてＮＩＲ光を出射するものを用いる場合には、各カメラ６１をＮＩＲ光に対応した構成とし、発光部７１として紫外光を出射するものを用いる場合には、各カメラ６１を紫外光に対応した構成とすればよい。特に、ＮＩＲ光や紫外光は、人間の目には見えないため、弾性層５を介して外部に漏れたとしても周囲の人間が眩しく思うことがない。また、特に、各発光部７１が紫外光を出射する場合には、マーカーＭは、蛍光体であってもよい。これにより、マーカーＭをカメラ６１によってより鮮明に撮像することができる。

なお、例えば、外界からの光によって弾性層５を画像認識可能な程に十分に明るく保てる場合等には光源７を省略してもよい。また、内部空間Ｓに輝度センサーを配置し、この輝度センサーにより検出された内部空間Ｓの明るさに基づいて、各発光部７１の駆動を制御してもよい。これにより、例えば、内部空間Ｓ内をほぼ一定の明るさに保つことができ、検出部６による弾性層５の画像認識を安定して行うことができる。

検出部６での検出結果、すなわち検出された外力に関する情報は、制御部２３に送信される。制御部２３は、受信した情報に基づいてマニピュレーター１の駆動を制御する。このように、弾性層５が受けた外力を検出し、その検出結果を制御部２３にフィードバックすることで、マニピュレーター１の駆動をよりスムーズにかつより安全に行うことができる。

ここで、制御部２３によるマニピュレーター１の駆動制御の一例を挙げる。例えば、マニピュレーター１によって要介護者Ｘを下側から支えて持ち上げる動作を行う際に、ある指部２２に加わる外力（重量）が他の指部２２に加わる外力（重量）よりも大きい場合には、制御部２３は、各指部２２に加わる外力（重量）がほぼ等しくなるように各指部２２の向きや姿勢を変更する。これにより、ある指部２２だけに過度な外力が加わってしまうことを抑制でき、各指部２２の故障を抑制することができる。また、要介護者Ｘをより広い領域で支えることができるため、要介護者Ｘの姿勢が安定すると共に、要介護者Ｘの負担を低減することができる。

なお、本実施形態では、マニピュレーター１が制御部２３を有しているが、制御部２３を省略してもよい。この場合、例えば、ロボット１００が有する図示しないロボット制御部が制御部２３と同様の機能を有していることが好ましい。

以上、本実施形態のマニピュレーター１について説明した。このようなマニピュレーター１は、前述したように、受圧面である外面５ａ（第１面）および外面５ａの反対側の内面５ｂ（第２面）が規定される弾性層５と、弾性層５に配置され、弾性層５の変形に伴って変位するマーカーＭと、を備える受圧部４と、弾性層５の内面５ｂ側に位置づけられ、マーカーＭの変位に基づいて弾性層５に加わる外力を検出する検出部６と、を備えている。このような構成によれば、弾性層５が受けた外力に応じてマーカーＭが変位する。そのため、マーカーＭの変位を検出部６が検出することで、弾性層５が受けた外力を精度よく検知することができる。したがって、例えば、検出部６が検出した外力に基づいて駆動を制御することで、スムーズな動作が可能なマニピュレーター１となる。特に、マーカーＭの変位に基づけば、検出部６は、弾性層５が受けた外力の大きさ、外力の入力方向、入力速度等を検出することができ、受けた外力をより詳細に検出することができる。

また、前述したように、マニピュレーター１では、マーカーＭは、内面５ｂからの距離が異なる第１マーカーＭ１および第２マーカーＭ２を有している。そのため、検出部６は、弾性層５の厚さ方向の各部（例えば、外面付近、中央付近、内面付近）における変形をそれぞれ取得することができる。そのため、検出部６によって、弾性層５が受けた外力をより精度よく検出することができる。特に、本実施形態では、さらに、第３マーカーＭ３を有しているため、上述の効果がより顕著となる。

また、前述したように、マニピュレーター１では、弾性層５は、第１マーカーＭ１を有する第１弾性層５１と、第１弾性層５１上に配置され、第２マーカーＭ２を有する第２弾性層５２と、を有している。これにより、第１マーカーＭ１および第２マーカーＭ２を弾性層５に配置するのが容易となる。

また、前述したように、マニピュレーター１では、第１マーカーＭ１および第２マーカーＭ２は、形状および色彩の少なくとも一方が互いに異なっている。これにより、検出部６が第１マーカーＭ１および第２マーカーＭ２を識別し易くなる。そのため、検出部６によって、第１マーカーＭ１および第２マーカーＭ２のそれぞれの変位をより精度よく検出することができる。

また、前述したように、マニピュレーター１では、検出部６は、マーカーＭを撮像する撮像部としてのカメラ６１を有し、カメラ６１が撮像したマーカーＭの画像データに基づいてマーカーＭの変位を検出する。これにより、比較的簡単な構成で、マーカーＭの変位を検出することができる。特に、本実施形態では、検出部６は、ステレオ写真法によってマーカーＭの変位を検出する。そのため、比較的簡単に、かつ、高精度にマーカーＭの変位を検出することができ、これにより、弾性層５が受けた外力を高精度に検出することができる。

また、前述したように、マニピュレーター１では、弾性層５を内面５ｂ側から支持する支持部としての筐体３を備えている。これにより、弾性層５の形状が安定し、弾性層５の意図しない変形、例えば、自重による変形が抑制される。そのため、弾性層５が受けた外力をより高精度に検出することができる。

また、前述したように、マニピュレーター１は、筐体３に対して変位可能な可動部２４と、可動部２４に加わる外力を検知する第１、第２感圧素子３５、３６と、を有している。これにより、弾性層５に加わる外力のみならず、可動部２４に加わる外力を検出することができる。このように、受圧部４とは異なる圧力検出手段である第１、第２感圧素子３５、３６を備えることで、両者からの検出結果に基づいて、マニピュレーター１が受ける外力を精度よく検出することができる。

また、前述したように、マニピュレーター１は、基部２１と、基部２１に接続されている指部２２と、を有している。そして、受圧部４は、少なくとも指部２２の先端部である末節部２２３に配置されている。マニピュレーター１の使用方法によっても異なるが、末節部２２３は、マニピュレーター１の移動方向の先端側に位置する場合が多く、かつ、周囲の物体に触れる可能性も高い。そのため、このような場所に受圧部４を設けることで、より繊細なマニピュレーター１の駆動が可能となる。ただし、受圧部４の配置としては、特に限定されず、末節部２２３に配置されていなくてもよい。また、受圧部４は、後述する実施形態のように末節部２２３以外の場所にも配置されていてもよい。

以上、第１実施形態のマニピュレーター１について説明したが、マニピュレーター１の構成としては本実施形態に上述の構成に限定されない。例えば、本実施形態のマニピュレーター１は、５本の指部２２を有しているが、指部２２の本数としては、５本に限定されず、４本以下であってもよいし、６本以上であってもよい。また、本実施形態のマニピュレーター１では、各指部２２が、基節部２２１、中節部２２２および末節部２２３を有し、これらが関節機構を介して接続されているが、各指部２２の構成としては、これに限定されない。例えば、各指部２２は、関節機構がなく、形状が固定されたものであってもよい。

また、本実施形態では、筐体３が硬質な部材で形成されているが、例えば、筐体３が圧力を受けると弾性層５と共に変形するように、軟質な部材で形成されていてもよい。これにより、例えば、本実施形態と比べて、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３の変位量をそれぞれより大きくすることができる。そのため、検出部６は、より精度よく、弾性層５が受けた外力を検出することができる。

また、例えば、弾性層５は、その弾性力が可変となっていてもよい。これにより、マニピュレーター１の用途に応じて弾性層５の弾性力を変化させることができ、より操作性の高いマニピュレーター１となる。この場合の受圧部４の構成としては、特に限定されず、例えば、筐体３との間に第１気密空間を有する第１被覆部と、第１被覆部の表面に配置された第１マーカーＭ１と、第１被覆部を覆い、第１被覆部との間に第２気密空間を有する第２被覆部と、第２被覆部の表面に配置された第２マーカーＭ２と、第２被覆部を覆い、第２被覆部との間に第３気密空間を有する第３被覆部と、第３被覆部の表面に配置された第３マーカーＭ３と、第３被覆部を覆い、第３被覆部との間に第４気密空間を有する保護被覆部と、を有し、ポンプ等によって、第１気密空間、第２気密空間、第３気密空間、第４気密空間のそれぞれに空気、希ガス等の気体を供給することで、これら各気密空間の圧力が調整可能となっている構成が挙げられる。また、この場合には、例えば、第１気密空間内に配置された実質的に伸縮しない紐のようなもので、筐体３と第１被覆部とを数か所接続し、筐体３に対する第１被覆部の不本意な変位を抑制しておくことが好ましい。第２被覆部、第３被覆部および保護被覆部についても同様である。

また、本実施形態では、第１弾性層５１に第１マーカーＭ１を配置し、第２弾性層５２に第２マーカーＭ２を配置し、第３弾性層５３に第３マーカーＭ３を配置しているが、例えば、図６に示すように、筐体３からの距離が異なるように、１層の弾性層５内に複数のマーカーＭが規則的または不規則に配置されていてもよい。

また、マニピュレーター１は、弾性層５を加熱する加熱部を有していてもよい。これにより、例えば、弾性層５を人肌に近い３５℃〜３８℃程度に温めることができ、より人間の手に近い感覚を要介護者に与えることができる。加熱部は、弾性層５を全体的にほぼ均一に加熱できるようになっていてもよいし、弾性層５の一部だけを加熱できるようになっていてもよい。また、加熱部としては、特に限定されず、例えば、赤外線によって弾性層５を加熱する構成とすることができる。これとは、逆に、マニピュレーター１は、弾性層５を冷却する冷却部を有していてもよい。また、マニピュレーター１は、加熱部と冷却部の両方を有していてもよい。

また、筐体３の内側から筐体３の内周面に向けて映像光を投影し、弾性層５の外側から視認可能な画像（映像）を表示する画像投影部を有していてもよい。表示する画像としては、特に限定されないが、例えば、マニピュレーター１の使用を補助、案内する画像が挙げられる。より具体的には、例えば、要介護者にマニピュレーター１を握ってもらいたい場合には、「マニピュレーターを握ってください。」等のメッセージを表示してもよい。これにより、マニピュレーター１の操作性が向上する。画像投影部としては、特に限定されず、例えば、液晶型のプロジェクタ、光走査型のプロジェクタ等を用いることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るマニピュレーターについて説明する。

図７は、本発明の第２実施形態に係るマニピュレーターを示す断面図である。

本実施形態に係るマニピュレーター１は、受圧部４の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のマニピュレーター１と同様である。

以下、第２実施形態のマニピュレーター１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、図７では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図７に示すように、本実施形態のマニピュレーター１では、受圧部４は、弾性層５の変形によっても実質的に変位せず、検出部６によって検出可能な基準マーカーＭ４を有している。本実施形態では、基準マーカーＭ４は、第１弾性層５１と筐体３との間であって筐体３の外周面に配置されている。ただし、基準マーカーＭ４の配置としては、特に限定されず、例えば、筐体３の内周面に配置されていてもよい。

基準マーカーＭ４は、各カメラ６１との相対的位置関係が一定であり、検出部６が第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３の変位を検出する際の基準として機能する。このような構成によれば、例えば、検出部６は、基準マーカーＭ４に対する第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３の変位を検出することで、より精度よく、弾性層５が受けた外力を検出することができる。なお、基準マーカーＭ４は、検出部６が第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３のそれぞれと区別（識別）できるように、例えば、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３と形状および色彩の少なくとも一方が異なっていることが好ましい。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るマニピュレーターについて説明する。

図８は、本発明の第３実施形態に係るマニピュレーターを示す断面図である。

以下、第３実施形態のマニピュレーター１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、図８では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図８に示すように、本実施形態のマニピュレーター１では、マーカーＭは、外面５ａに露出する露出マーカーＭ５を有している。具体的には、受圧部４は、前述した第１実施形態に対して保護層５４を省略している。そのため、弾性層５の外面５ａに第３マーカーＭ３が露出しており、この第３マーカーＭ３が露出マーカーＭ５を構成している。弾性層５の外面５ａは、圧力を受ける受圧面である。そのため、弾性層５の外面５ａに露出する露出マーカーＭ５を配置することで、受けた圧力に対するマーカーＭの追従性が高まる。そのため、検出部６は、受けた圧力を精度よく検出することができる。

露出マーカーＭ５は、弾性層５の外面５ａから突出する部分を有しているのが好ましい。これにより、弾性層５に触れた物体が露出マーカーＭ５に引っかかり易くなる。そのため、特に、弾性層５の外面５ａに沿う方向の力に対する弾性層５の変形応答性が向上する。また、この場合、露出マーカーＭ５のヤング率は、弾性層５の外面５ａを構成する層、本実施形態では第３弾性層５３のヤング率よりも大きいことが好ましい。すなわち、露出マーカーＭ５は、第３弾性層５３よりも硬いことが好ましい。これにより、露出マーカーＭ５にさらに物体が引っかかり易くなり、上述した効果がより顕著なものとなる。

なお、本実施形態では、露出マーカーＭ５が第３マーカーＭ３で構成されているが、露出マーカーＭ５の構成としては、特に限定されず、第３マーカーＭ３以外のマーカーで構成されていてもよい。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るマニピュレーターについて説明する。

図９は、本発明の第４実施形態に係るマニピュレーターを示す断面図である。

本実施形態に係るマニピュレーター１は、末節部２２３の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のマニピュレーター１と同様である。

なお、以下の説明では、第４実施形態のマニピュレーター１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図９では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図９に示すように、本実施形態のマニピュレーター１は、前述した第１実施形態の構成に対して、末節部２２３から可動部２４が省略されている。そして、末節部２２３の全体が弾性層５で覆われている。また、弾性層５の末節部２２３を覆う部分の全域にわたってマーカーＭが配置されている。すなわち、末節部２２３の腹側の部分およびその裏側の部分の両方にマーカーＭが配置されている。

このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係るロボットについて説明する。

図１０は、本発明の第５実施形態に係るマニピュレーターを示す断面図である。図１１は、図１０に示すマニピュレーターの変形例を示す断面図である。

本実施形態に係るマニピュレーター１は、検出部６の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のマニピュレーター１と同様である。

なお、以下の説明では、第５実施形態のマニピュレーター１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１０および図１１では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図１０に示すように、本実施形態のマニピュレーター１は、末節部２２３に加えて、中節部２２２および基節部２２１にも検出部６および光源７が配置されている。また、中節部２２２および基節部２２１の腹部に位置する弾性層５にもマーカーＭが配置されている。そのため、中節部２２２および基節部２２１での第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３の変位についても検出部６で検出できる。このような構成によれば、指部２２の長さ方向のほぼ全域で弾性層５が受けた圧力を検出することができるため、マニピュレーター１の駆動をより高精度に制御することができる。

ここで、例えば、末節部２２３、中節部２２２および基節部２２１でのマーカーＭの配設密度としては、特に限定されず、互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。ただし、末節部２２３でのマーカーＭの配設密度が、中節部２２２および基節部２２１でのマーカーＭの配設密度よりも高いことが好ましい。さらに、中節部２２２でのマーカーＭの配設密度が基節部２２１でのマーカーＭの配設密度よりも高いことが好ましい。すなわち、指部２２の先端部におけるマーカーＭの配設密度が、基端部におけるマーカーＭの配設密度よりも高いことが好ましい。前述した第１実施形態で述べたように、末節部２２３での外力検出が最も効果的であるため、末節部２２３でのマーカーＭの配設密度を高くすることで、より精度のよい外力検出が可能となる。そして、末節部２２３ほど重要ではない中節部２２２および基節部２２１については、マーカーＭの配設密度を末節部２２３よりも低くすることで、当該部分における外力検出にかかる処理部６２への負荷を低減することができる。そのため、検出部６は、指部２２が受けた外力を精度よく検出することができると共に、検出速度（処理速度）の低下を抑制することができる。

このような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

ここで、本実施形態では、弾性層５が基節部２２１、中節部２２２および末節部２２３を跨いで形成されているが、これに限定されず、例えば、図１１に示すように、末節部２２３、中節部２２２および基節部２２１にそれぞれ独立して配置されていてもよい。すなわち、弾性層５が、末節部２２３と中節部２２２との境界部および中節部２２２と基節部２２１との境界部を跨がないように配置されていてもよい。これにより、基節部２２１に対して中節部２２２が変位した際や中節部２２２に対して末節部２２３が変位した際に弾性層５が変形し、マーカーＭが変位してしまうのを抑制することができる。すなわち、外部との接触によりうける外力以外の力に起因したマーカーＭの変位を抑制することができ、弾性層５が受けた外力をより精度よく検出することができる。

また、本実施形態では、指部２２の裏側に位置する弾性層５にはマーカーＭが配置されていないが、これに限定されず、当該部分にもマーカーＭを配置し、その変位を検出部６で検出できるようになっていてもよい。また、本実施形態では、基部２１に位置する弾性層５にはマーカーＭが配置されていないが、これに限定されず、当該部分にもマーカーＭを配置し、その変位を検出部６が検出できるようになっていてもよい。

＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係るマニピュレーターについて説明する。

図１２は、本発明の第６実施形態に係るマニピュレーターの断面図である。図１３は、図１２に示すマニピュレーターの平面図である。

なお、以下の説明では、第６実施形態のマニピュレーター１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１２および図１３では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図１２に示すように、本実施形態のマニピュレーター１では、弾性層５が１層で構成されている。そして、弾性層５の表面にマーカーＭが配置されている。また、図１３に示すように、マーカーＭは、複数設けられており、それぞれ線状をなしている。また、各マーカーＭは、弾性（伸縮性）を有している。また、各マーカーＭは、環状をなし、末節部２２３の腹側から見た平面視で、末節部２２３の中央部から同心的に配置されている。このように、各マーカーＭを線状とすることで、マーカーＭの変位をカメラ６１で認識し易くなり、弾性層５に加わった外力を精度よく検知することができる。特に、本実施形態のようにマーカーＭを環状とすることで、その効果がより顕著となる。このようなマーカーＭは、例えば、弾性層５と同じ材料で構成することができる。

このような第６実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。ただし、マーカーＭの本数や配置は、特に限定されず、末節部２２３の形状や大きさによって適宜設定することができる。例えば、同心的に配置された複数の環状のマーカーＭが、異なる位置に複数組配置されていてもよいし、同心的に配置された複数の環状のマーカーＭと、これら環状のマーカーＭの中心部から放射状に延びた複数の線状のマーカーＭと、を有していてもよい。

＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態に係るマニピュレーターについて説明する。

図１４は、本発明の第７実施形態に係るマニピュレーターを示す平面図である。図１５は、図１４に示すマニピュレーターの断面図である。

本実施形態に係るマニピュレーター１は、受圧部４の構成が異なること以外は、前述した第６実施形態のマニピュレーター１と同様である。

なお、以下の説明では、第７実施形態のロボットに関し、前述した第６実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１４および図１５では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図１４に示すように、本実施形態の各マーカーＭは、線状をなす線状部Ｍａと、線状部Ｍａに配置された複数の塊部Ｍｂ（広幅部）と、を有している。複数の塊部Ｍｂは、線状部Ｍａの延在方向に沿ってほぼ等間隔に離間して配置されている。また、塊部Ｍｂは、線状部Ｍａよりも幅（線状部Ｍａの延在方向に直交する方向の長さ）が広くなっている。また、図１５に示すように、塊部Ｍｂは、線状部Ｍａよりも厚く、線状部Ｍａから外側へ突出している。また、線状部Ｍａは、比較的やわらかく弾性（伸縮性）を有しているのに対して、塊部Ｍｂは、線状部Ｍａよりも硬く、弾性変形し難くなっている。すなわち、塊部Ｍｂは、線状部Ｍａよりも高いヤング率を有している。マーカーＭをこのような構成とすることで、線状部Ｍａが伸縮することで塊部Ｍｂの変位が許容され、線状部Ｍａと塊部Ｍｂの変位に基づいて受けた圧力をより精度よく検知することができる。

このようなマーカーＭは、例えば、弾性層５の構成材料として挙げた材料で構成することができる。また、線状部Ｍａと塊部Ｍｂとを異なる材料で構成することで、線状部Ｍａを柔らかく、塊部Ｍｂを硬くすることができる。

また、末節部２２３の腹側から見た平面視で、複数のマーカーＭは、末節部２２３の外縁に沿って略Ｕ字状に配置されている。ただし、マーカーＭの本数や配置は、特に限定されず、末節部２２３の形状や大きさによって適宜設定することができる。

このような第７実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第８実施形態＞
次に、本発明の第８実施形態に係るマニピュレーターについて説明する。

図１６は、本発明の第８実施形態に係るマニピュレーターを示す断面図である。図１７は、図１６に示すマニピュレーターの平面図である。

本実施形態に係るマニピュレーター１は、受圧部４の構成が異なること以外は、前述した第５実施形態のマニピュレーター１と同様である。

なお、以下の説明では、第８実施形態のロボットに関し、前述した第５実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１６および図１７では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図１６に示すように、本実施形態のマニピュレーター１では、弾性層５が１層で構成されている。そして、弾性層５の表面にマーカーＭが配置されている。また、図１７に示すように、マーカーＭは、複数設けられており、それぞれ線状をなしている。また、各マーカーＭは、弾性（伸縮性）を有している。

また、複数のマーカーＭには、末節部２２３に位置し、環状をなす環状マーカーＭ６や、環状マーカーＭ６を囲み、かつ、末節部２２３、中節部２２２および基節部２２１に亘って配置された略Ｕ字状の線状マーカーＭ７や、指部２２の幅方向に延在する線状マーカーＭ８が、含まれている。そのため、複数のマーカーＭは、人間の指紋のように配置されている。このように、延在方向や形状の異なる複数のマーカーＭ６、Ｍ７、Ｍ８を有することで、弾性層５に加わった外力を精度よく検知することができる。具体的には、例えば、マーカーＭ６、Ｍ７、Ｍ８のいずれかがほとんど変位しないような外力であっても、他のマーカーが十分に変位する。すなわち、どのような外力によっても、マーカーＭ６、Ｍ７、Ｍ８の少なくとも１つをより確実に変位させることができる。そのため、弾性層５に加わった外力を精度よく検知することができる。

このような第８実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。ただし、マーカーＭの本数や配置は、特に限定されず、例えば、マーカーＭ６、Ｍ７、Ｍ８の他にもマーカーが配置されていてもよい。

＜第９実施形態＞
次に、本発明の第９実施形態に係るマニピュレーターについて説明する。

図１８は、本発明の第９実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。

本実施形態に係るマニピュレーター１は、受圧部４および検出部６の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態のマニピュレーター１と同様である。

なお、以下の説明では、第９実施形態のマニピュレーターに関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１８では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図１８に示すように、本実施形態のマニピュレーター１は、弾性層５は、筐体３の外周面に配置された光透過層５Ａと、光透過層５Ａの表面に積層された光反射層５Ｂと、を有している。光透過層５Ａは、光透過性を有しており、特に、本実施形態では実質的に無色透明である。一方、光反射層５Ｂは、後述する光Ｌを反射する光反射性を有している。また、光透過層５Ａは、外力を受けた際に光反射層５Ｂと共に変形し、光反射層５Ｂの内面５Ｂ’の形状変化を許容する機能を有している。

検出部６は、光プローブ法によって弾性層５の変形を三次元的に検出する。光プローブ法を用いることで、弾性層５の変形を比較的簡単に、かつ、精度よく検出することができる。以下、検出部６について説明する。

図１８に示すように、検出部６は、光反射層５Ｂの内面５Ｂ’に向けて光Ｌを出射する光源６３１と、スポット状の光の一次元の位置を受光面上で検出することのできるフォトダイオードから構成される半導体位置検出素子６３２（ＰＳＤ）と、を有する光学システム６３３を備えている。なお、光源６３１としては、特に限定されず、例えば、ＬＤ（レーザーダイオード）を用いることができる。

光源６３１から出射された光Ｌは、レンズ系６３４によって細い光束に絞られ、光反射層５Ｂの内面５Ｂ’上に光スポットＬＳを形成する。この光スポットＬＳは、レンズ系６３５によって半導体位置検出素子６３２の表面に結像される。このような構成では、光学システム６３３と光スポットＬＳとの間の相対的変位量Ｚは、半導体位置検出素子６３２の表面上の像の移動量Ｃとして観察される。すなわち、移動量Ｃから相対的変位量Ｚを求めることができ、内面５Ｂ’の光スポットＬＳが形成されている部分の座標値を求めることができる。

このような構成の検出部６によれば、例えば、自然状態における内面５Ｂ’の各部の座標値を基準座標値として記憶しておき、この基準座標値と、内面５Ｂ’の各部の座標値と、をリアルタイムに比較することで、内面５Ｂ’の変形を検出することができる。さらに、検出部６は、内面５Ｂ’の変形に基づいて、弾性層５の変形、すなわち弾性層５が受けた外力を検出することができる。

なお、前述したように、検出部６では内面５Ｂ’の変形に基づいて弾性層５の変形を検出しているため、光反射層５Ｂは、薄い方が好ましい。例えば、光反射層５Ｂは、光透過層５Ａの厚さよりも薄いことが好ましい。これにより、内面５Ｂ’を弾性層５の外面５ａの近くに配置することができるため、内面５Ｂ’を外力に対してより正確にかつより大きく変形させることができる。そのため、検出部６の検出精度が向上する。このようなことから、本実施形態では、光反射層５ＢがマーカーＭとして機能しているとも言える。

以上のように、本実施形態では、弾性層５は、光反射性を有する光反射層５Ｂと、光反射層５Ｂの内側に位置し、光透過性を有する光透過層５Ａと、を有している。このような構成によれば、光透過層５Ａが、光反射層５Ｂの内面５Ｂ’の変形を許容し、かつ、光Ｌを透過することから、筐体３内からでも、光プローブ法によって、弾性層５の変形を検出することができる。

このような第９実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、検出部６は、１つの光学システム６３３を用いて内面５Ｂ’の各部の座標値を求めてもよいし、複数の光学システム６３３を用いて内面５Ｂ’の各部の座標値を求めてもよい。

＜第１０実施形態＞
次に、本発明の第１０実施形態に係るマニピュレーターについて説明する。

図１９は、本発明の第１０実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。

本実施形態に係るマニピュレーター１は、受圧部４および検出部６の構成が異なること以外は、前述した第９実施形態のマニピュレーター１と同様である。

なお、以下の説明では、第１０実施形態のマニピュレーターに関し、前述した第９実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１９では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態の検出部６は、光プローブ法によって、弾性層５の変形を三次元的に検出する。以下、検出部６について説明する。

図１９に示すように、検出部６は、光反射層５Ｂの内面５Ｂ’に向けて光Ｌを出射する光源６４１（例えばＬＤ）と、光Ｌを集光するレンズ系６４２と、光源６４１とレンズ系６４２との間に配置されたビームスプリッタ６４３と、ディテクタ６４４（フォトダイオード）と、レンズ系６４２を移動させるモーター６４５と、を有する光学システム６４６を備えている。

光源６４１から出射された光Ｌは、レンズ系６４２によって集光され、光反射層５Ｂの内面５Ｂ’上に光スポットＬＳを形成する。そして、内面５Ｂ’で反射した光Ｌは、レンズ系６４２を通ってビームスプリッタ６４３で反射した後結像する。そして、当該結像点にはディテクタ６４４が配置されている。また、ディテクタ６４４に結像点が常に位置するように、モーター６４５によってレンズ系６４２を光軸方向に移動させる。この時のレンズ系６４２の移動量に基づいて、内面５Ｂ’の光スポットＬＳが形成されている部分の座標値を求めることができる。

このような第１０実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、検出部６は、１つの光学システム６４６を用いて内面５Ｂ’の各部の座標値を求めてもよいし、複数の光学システム６４６を用いて内面５Ｂ’の各部の座標値を求めてもよい。

＜第１１実施形態＞
次に、本発明の第１１実施形態に係るマニピュレーターについて説明する。

図２０は、本発明の第１１実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。

なお、以下の説明では、第１１実施形態のマニピュレーターに関し、前述した第９実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２０では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図２０に示すように、検出部６は、光反射層５Ｂの内面５Ｂ’に向けて光Ｌを出射する光源６５１（例えばＬＤ）と、光Ｌを拡大平行光とするレンズ系６５２と、レンズ系６５２を通過した光Ｌを集光するレンズ系６５３と、レンズ系６５２、６５３の間に位置する偏光ビームスプリッタ６５４と、偏光ビームスプリッタ６５４とレンズ系６５３との間に位置するλ／４板６５５と、内面５Ｂ’で反射した光Ｌを分割する波面分割ミラー６５６と、波面分割ミラー６５６で分割された一方の光Ｌを受光する第１ディテクタ６５７（フォトダイオード）および他方の光Ｌを受光する第２ディテクタ６５８（フォトダイオード）と、を有する光学システム６５９を備えている。

このような構成では、内面５Ｂ’がレンズ系６５３の焦点位置から変位すると、反射光束が変化し、第１、第２ディテクタ６５７、６５８の光量に差が生じる。そのため、この差に基づいて、内面５Ｂ’の光Ｌが照射されている部分の座標値を求めることができる。

このような第１１実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、検出部６は、１つの光学システム６５９を用いて内面５Ｂ’の各部の座標値を求めてもよいし、複数の光学システム６５９を用いて内面５Ｂ’の各部の座標値を求めてもよい。

＜第１２実施形態＞
次に、本発明の第１２実施形態に係るマニピュレーターについて説明する。

図２１は、本発明の第１２実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。

なお、以下の説明では、第１２実施形態のマニピュレーター１に関し、前述した第９実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２１では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態の検出部６は、断面計測法、特に光切断法によって、弾性層５の変形を三次元的に検出する。具体的には、スリット状の光Ｌを内面５Ｂ’に照射し、内面５Ｂ’に写った光Ｌの形状に基づいて、弾性層５の変形を検出する。このような断面計測法（光切断法）を用いることで、弾性層５の変形を比較的簡単に、かつ、精度よく検出することができる。

図２１に示すように、検出部６は、光反射層５Ｂの内面５Ｂ’に向けて光Ｌを出射する光源６６１と、光Ｌをスリット状にするスリット光形成部６６２と、光Ｌの光軸からずれた位置に設けられ、内面５Ｂ’に写ったスリット状の光Ｌを撮像する撮像素子６６４と、内面５Ｂ’と撮像素子６６４との間に位置するレンズ系６６５と、を有する光学システム６６６を備えている。

このような構成では、撮像素子６６４によって取得された画像、すなわち内面５Ｂ’に写る光Ｌの形状に基づいて、内面５Ｂ’の光Ｌが写っている部分の断面形状を取得することができる。そのため、例えば、スリット状の光Ｌを内面５Ｂ’の全域に走査し、内面５Ｂ’の各部の断面形状を取得することで、内面５Ｂ’の形状を検出することができる。

このような構成の検出部６によれば、例えば、自然状態における内面５Ｂ’の形状を基準形状として記憶しておき、この基準形状と内面５Ｂ’の形状とをリアルタイムに比較することで、内面５Ｂ’の変形を検出することができる。さらに、検出部６は、内面５Ｂ’の変形に基づいて、弾性層５の変形、すなわち弾性層５が受けた外力を検出することができる。

このような第１１実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、検出部６は、１つの光学システム６６６を用いて内面５Ｂ’の全域の形状を検出してもよいし、複数の光学システム６６６を用いて内面５Ｂ’の全域の形状を検出してもよい。

＜第１３実施形態＞
次に、本発明の第１３実施形態に係るマニピュレーターについて説明する。

図２２は、本発明の第１３実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。

なお、以下の説明では、第１３実施形態のマニピュレーター１に関し、前述した第９実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２２では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態の検出部６は、等高線計測法、特に、モアレ縞を用いたモアレポトグラフィー法によって、弾性層５の変形を三次元的に検出する。具体的には、内面５Ｂ’のモアレ縞画像を取得し、このモアレ縞画像に基づいて、弾性層５の変形を検出する。このような等高線計測法を用いることで、弾性層５の変形を比較的簡単に、かつ、精度よく検出することができる。以下、検出部６について簡単に説明する。なお、本実施形態では、光源７が省略されている。

図２２に示すように、検出部６は、光Ｌを出射する光源６７１と、撮像素子６７２と、光源６７１および撮像素子６７２と内面５Ｂ’との間に設けられた格子６７３と、を有する光学システム６７４を備えている。

このような構成では、格子６７３を通った光源６７１からの光Ｌと、格子６７３を通して撮像素子６７２で見える部分と、が交差する部分が撮像素子６７２により撮像される部分であり、この交点を連ねた面に実質的な等高面が作られ、撮像素子６７２で取得した画像には、前記等高面に応じたモアレ縞が映し出される。この画像をモアレ縞画像とすれば、当該モアレ縞画像に基づいて、内面５Ｂ’の形状を取得することができる。

このような構成の検出部６によれば、例えば、自然状態における内面５Ｂ’の形状を基準形状として記憶しておき、この基準形状と、リアルタイムに求められた内面５Ｂ’の形状と、を比較することで、内面５Ｂ’の変形を検出することができる。さらに、検出部６は、内面５Ｂ’の変形に基づいて、弾性層５の変形、すなわち弾性層５が受けた外力を検出することができる。

このような第１３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、検出部６は、１つの光学システム６７４を用いて内面５Ｂ’の全域の形状を検出してもよいし、複数の光学システム６７４を用いて内面５Ｂ’の全域の形状を検出してもよい。

＜第１４実施形態＞
次に、本発明の第１４実施形態に係るマニピュレーターについて説明する。

図２３は、本発明の第１４実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。

なお、以下の説明では、第１４実施形態のマニピュレーター１に関し、前述した第９実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２３では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態の検出部６は、パターン投影法によって、弾性層５の変形を検出する。このようなパターン投影法を用いることで、弾性層５の変形を比較的簡単に、かつ、精度よく検出することができる。以下、検出部６について簡単に説明する。

図２３に示すように、検出部６は、光Ｌからなる基準パターンを内面５Ｂ’に投影する画像投影部６８１と、画像投影部６８１の光軸からずれた位置から内面５Ｂ’に投影された基準パターンを撮像する撮像素子６８２と、を有する光学システム６８３を備えている。このような構成では、撮像素子６８２で取得した画像に写る基準パターンの形状に基づいて、基準パターンが投影されている部分の内面５Ｂ’の形状を検出することができる。そのため、例えば、内面５Ｂ’の全域に基準パターンを投影することで、内面５Ｂ’の形状を検出することができる。なお、内面５Ｂ’に投影する基準パターンとしては、特に限定されず、例えば、平行な直線が離間して並ぶ格子状のパターンを用いることができる。

このような第１４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、検出部６は、１つの光学システム６８３を用いて内面５Ｂ’の全域の形状を検出してもよいし、複数の光学システム６８３を用いて内面５Ｂ’の全域の形状を検出してもよい。

＜第１５実施形態＞
次に、本発明の第１５実施形態に係るマニピュレーターについて説明する。

図２４は、本発明の第１５実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。

なお、以下の説明では、第１５実施形態のマニピュレーター１に関し、前述した第９実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２４では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態の検出部６は、位相シフト法によって、弾性層５の変形を検出する。このような位相シフト法を用いることで、弾性層５の変形を比較的簡単に、かつ、精度よく検出することができる。以下、検出部６について簡単に説明する。

図２４に示すように、検出部６は、基準パターンを内面５Ｂ’に投影する画像投影部６９１と、画像投影部６９１の光軸からずれた位置から内面５Ｂ’に投影された基準パターンを撮像する撮像素子６９２と、を有する光学システム６９３を備えている。

このような構成では、例えば、基準パターンとして、輝度値の明暗で正弦波を表した縞パターンを内面５Ｂ’に投影し、内面５Ｂ’に投影された基準パターンを撮像素子６９２で撮像する。基準パターンは、π／２ずつずらして４回投影され、その都度、撮像素子６９２で撮像する。こうして得られた４つの画像から、基準パターンが投影されている部分の内面５Ｂ’の形状を検出することができる。なお、基準パターンや基準パターンのずらし方等は、特に限定されない。

このような第１５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、検出部６は、１つの光学システム６９３を用いて内面５Ｂ’の全域の形状を検出してもよいし、複数の光学システム６９３を用いて内面５Ｂ’の全域の形状を検出してもよい。

なお、前述した第９実施形態から本実施形態まで、光学的な方法によって内面５Ｂ’の形状変化を検出し、これにより、弾性層５が受けた外力を検出する方法について説明したが、内面５Ｂ’の形状変化を検出する方法としては、第９実施形態から本実施形態に限定されない。すなわち、内面５Ｂ’の形状を検出することができれば、如何なる方法を用いてもよい。例えば、いわゆる「点計測式」の方法であれば、前述した第９、第１０、第１１実施形態で説明した光プローブ方式の他にも、超音波プローブを用いた超音波方式、磁気を利用した磁気方式等を用いることができる。また、いわゆる「面計測式」の方法であれば、シルエット法、光包絡線法、前述した第１２実施形態で説明した光切断法等を含む断面計測方式、干渉縞法、ホログラフィ法、前述した第１３実施形態のモアレポトグラフィー法等を含む等高線計測方式を用いることができる。

＜第１６実施形態＞
次に、本発明の第１６実施形態に係るマニピュレーターについて説明する。

図２５は、本発明の第１６実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。

なお、以下の説明では、第１６実施形態のマニピュレーター１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２５では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図２５に示すように、本実施形態のマニピュレーター１では、弾性層５は、筐体３の外周面に配置された光透過層５Ａと、光透過層５Ａの表面に積層された画像表示層５Ｃと、を有している。光透過層５Ａは、光透過性を有しており、特に、本実施形態では実質的に無色透明である。一方、画像表示層５Ｃは、光反射性を有しており、後述する画像投影部８からの光によって画像が表示される層である。光透過層５Ａは、画像表示層５Ｃが外力を受けた際に画像表示層５Ｃと共に変形し、画像表示層５Ｃの内面５Ｃ’の形状変化を許容する機能を有している。

また、本実施形態のマニピュレーター１は、筐体３内に配置された画像投影部８を有している。なお、画像投影部８としては、特に限定されないが、例えば、液晶型のプロジェクタ、光走査型のプロジェクタ等を有する構成とすることができる。

そして、画像投影部８からの光によって画像表示層５Ｃの内面５Ｃ’に所定の画像が表示されるようになっている。特に、本実施形態では、画像投影部８によって画像表示層５Ｃの内面５Ｃ’に、マーカーＭが表示される。すなわち、本実施形態のマニピュレーター１では、内面５Ｃ’にマーカーＭを表示することで、弾性層５にマーカーＭを配置している。これにより、マーカーＭのパターンを目的に応じて変更することができ、マニピュレーター１は、優れた利便性を発揮することができる。

このようなマーカーＭは、内面５Ｃ’の変形に伴って変位するため、検出部６は、マーカーＭの変位を検出することで、内面５Ｃ’の変形を検出することができる。さらに、検出部６は、内面５Ｃ’の変形に基づいて、弾性層５の変形、すなわち弾性層５が受けた外力を検出することができる。

このような第１６実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第１７実施形態＞
次に、本発明の第１７実施形態に係るマニピュレーターについて説明する。

図２６ないし図２８は、それぞれ、本発明の第１７実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。

なお、以下の説明では、第１７実施形態のマニピュレーター１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２６ないし図２８では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図２６に示すように、本実施形態のマニピュレーター１では、第１マーカーＭ１は、第１弾性層５１と第２弾性層５２との間に配置された膜状をなしている。また、第２マーカーＭ２は、第２弾性層５２と第３弾性層５３との間に配置された膜状をなしている。また、第３マーカーＭ３は、第３弾性層５３と保護層５４との間に配置された膜状をなしている。これら第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３は、それぞれ、弾性層５の変形に伴って変形する。

また、第１マーカーＭ１、第２マーカーＭ２および第３マーカーＭ３は、それぞれ、特定の波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。また、第１マーカーＭ１、第２マーカーＭ２および第３マーカーＭ３は、それぞれ、反射する光の波長が異なっている。このような第１マーカーＭ１、第２マーカーＭ２および第３マーカーＭ３としては、例えば、ダイクロイックフィルター等の光学フィルターを用いることができる。

また、本実施形態のマニピュレーター１は、前述した第９実施形態で用いられている検出部６を有している。また、図２６ないし図２８に示すように、検出部６は、第１マーカーＭ１の変形を検出する第１検出部６Ａと、第２マーカーＭ２の変形を検出する第２検出部６Ｂと、第３マーカーＭ３の変形を検出する第３検出部６Ｃと、を有している。

図２６に示すように、第１検出部６Ａでは、光源６３１から第１マーカーＭ１で反射される波長の光Ｌ１が出射される。一方、半導体位置検出素子６３２は、光Ｌ１を透過し、後述する光Ｌ２、Ｌ３の透過を阻止する図示しないバンドパスフィルターが配置されている。そのため、第１検出部６Ａは、光Ｌ１を用いて、第１マーカーＭ１の変形を検出することができる。このような第１検出部６Ａは、例えば、自然状態における第１マーカーＭ１の各部の座標値を基準座標値として記憶しておき、この基準座標値と、第１マーカーＭ１の各部の座標値と、をリアルタイムに比較することで、第１マーカーＭ１の変形を検出することができる。

また、図２７に示すように、第２検出部６Ｂでは、光源６３１から第２マーカーＭ２で反射される波長の光Ｌ２が出射される。なお、この光Ｌ２は、第１マーカーＭ１を透過する。一方、半導体位置検出素子６３２は、光Ｌ２を透過し、光Ｌ１、Ｌ３の透過を阻止する図示しないバンドパスフィルターが配置されている。そのため、第２検出部６Ｂは、光Ｌ２を用いて、第２マーカーＭ２の変形を検出することができる。このような第２検出部６Ｂは、例えば、自然状態における第２マーカーＭ２の各部の座標値を基準座標値として記憶しておき、この基準座標値と、第２マーカーＭ２の各部の座標値と、をリアルタイムに比較することで、第２マーカーＭ２の変形を検出することができる。

また、図２８に示すように、第３検出部６Ｃでは、光源６３１から第３マーカーＭ３で反射される波長の光Ｌ３が出射される。なお、この光Ｌ３は、第１マーカーＭ１および第２マーカーＭ２を透過する。一方、半導体位置検出素子６３２は、光Ｌ３を透過し、光Ｌ１、Ｌ２の透過を阻止する図示しないバンドパスフィルターが配置されている。そのため、第３検出部６Ｃは、光Ｌ３を用いて、第３マーカーＭ３の変形を検出することができる。このような第３検出部６Ｃは、例えば、自然状態における第３マーカーＭ３の各部の座標値を基準座標値として記憶しておき、この基準座標値と、第３マーカーＭ３の各部の座標値と、をリアルタイムに比較することで、第３マーカーＭ３の変形を検出することができる。

このような構成の検出部６によれば、第１検出部６Ａで検出された第１マーカーＭ１の変形、第２検出部６Ｂで検出された第２マーカーＭ２の変形および第３検出部６Ｃで検出された第３マーカーＭ３の変形に基づいて弾性層５の変形、すなわち弾性層５が受けた外力を検出することができる。

このような第１７実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、本実施形態では、３つの検出部６Ａ、６Ｂ、６Ｃを有しているが、これに限定されず、１つの検出部６を有する構成であってもよい。この場合には、例えば、光源６３１が光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を周期的に切り替えて出射するように構成し、第１、第２、第３マーカーＭ１、Ｍ２、Ｍ３の変形を時分割で検出するようにすればよい。

また、検出部６を、例えば、前述した第１０実施形態から第１５実施形態で説明したような構成としてもよい。

＜第１８実施形態＞
次に、本発明の第１８実施形態に係るマニピュレーターについて説明する。

図２９は、本発明の第１８実施形態のマニピュレーターを示す断面図である。

なお、以下の説明では、第１８実施形態のマニピュレーター１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２９では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図２９に示すように、本実施形態の検出部６は、１つのカメラ６１によってマーカーＭの変位を検出するようになっている。また、カメラ６１としては、例えば、被写界深度（ＤＯＦ）が浅く、かつ、フォーカス機能を有するもの用いるのが好ましい。被写界深度としては、特に限定されず、求められる検出精度によっても異なるが、マーカーＭが変位した際にカメラ６１のピントが維持できない程度に浅いことが好ましい。このような構成の検出部６によれば、マーカーＭが変位することにより生じるピントのずれを利用してマーカーＭの変位を検出することができる。

例えば、検出部６は、自然状態の各マーカーＭについて、ピントが合った状態でのカメラ６１のレンズの状態（フォーカス用レンズの位置）を基準状態として記憶しておく。また、検出部６は、リアルタイムで、各マーカーについて、ピントが合った状態でのカメラ６１のレンズの状態を検出する。検出部６は、リアルタイムで検出されたレンズの状態と基準状態とを比較することで、各マーカーＭが自然状態に対してカメラ６１の光軸方向にどれたけ変位したかを検出することができる。また、検出部６は、カメラ６１が取得した画像から各マーカーＭの光軸に直交する方向のずれを検出することができ、これら情報に基づいて各マーカーＭの３次元的な変位を検出することができる。これにより、検出部６は、弾性層５の変形、すなわち弾性層５が受けた外力を検出することができる。

このような第１７実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、本実施形態では、検出部６は、フォーカス機能を有するカメラ６１を用いているが、これに限定されず、フォーカス機能を有していなくてもよい。この場合は、カメラ６１自体をその光軸方向に移動させることで、マーカーＭとのピントを合わせるように構成し、その際のカメラ６１の移動距離に基づいて、マーカーＭの光軸方向への変位を検出することができる。

＜第１９実施形態＞
次に、本発明の第１９実施形態に係るロボットについて説明する。

図３０は、本発明の第１９実施形態のロボットを示す斜視図である。

図３０に示すように、ロボット１００は、ヒューマノイド型のロボットであり、胴体１１０と、頭部１２０と、関節を有する２本の脚部１３０と、関節を有する２本の腕部１４０と、腕部１４０の先端部に接続されたマニピュレーター１と、各部の駆動を制御するロボット制御部１５０と、を有している。このようなロボット１００は、脚部１３０を駆動させることで二足歩行が可能である。なお、本実施形態では、ロボット１００は、介護用のロボットとして使用される。

このようなロボット１００の具体的な使用方法の一例を説明する。例えば、要介護者がベッドに横になっている状態で、ロボット１００は、指部２２の腹側を鉛直方向上側に向けた状態でマニピュレーター１をベッドと要介護者との間にすべり込ませてゆく。この際、受圧部４が受ける外力を検出部６で検出しつつ、可動部２４が受ける外力を第１、第２感圧素子３５、３６によって検出することで、例えば、末節部２２３がシーツや要介護者の衣服に引っかかっていないか、末節部２２３が要介護者の体にぶつかっていないか等を判断することができる。また、特定の指部２２に上記の現象が生じている場合、制御部２３は、該当する指部２２を動かして上記の現象を解消させる。このような制御を行うことで、ベッドと要介護者との間にマニピュレーター１をスムーズにすべり込ませることができる。

また、ベッドと要介護者とに挟まれることで各指部２２の腹部に外力が加わるが、この外力を前述したようにマーカーＭの変位に基づいて検知することで、どの指部２２にどの程度の外力がどの方向に加わっているかを検出することができる。そのため、制御部２３は、例えば、大きな外力が加わっている指部２２や小さな外力しか加わっていない指部２２があれば、各指部２２に均一で適度な外力が加わるように所定の指部２２を動かし、各指部２２に加わる外力のバランスをとることができる。すなわち、制御部２３は、各指部２２に加わる外力の差が小さくなるように指部２２の姿勢を変化させる。このような制御によれば、要介護者への負担を効果的に低減することができる。

次に、ロボット１００は、腕部１４０を動かすことで要介護者をベッドから持ち上げて、例えば、ベッドの隣にあらかじめ用意しておいた車椅子等に座らせる。このように要介護者をベッドから持ち上げて車椅子に座らせる際も、制御部２３は、各指部２２に加わる外圧の差が小さくなるように必要に応じて所定の指部２２を動かし、５本の指部２２に加わる外力のバランスをとる。これにより、要介護者への負担を効果的に低減することができる。

このようなロボット１００は、マニピュレーター１を備えている。そのため、前述したマニピュレーター１の効果を発揮することができ、信頼性の高いロボット１００となる。

以上、ロボット１００について説明した。ただし、ロボット１００の構成としては、特に限定されず、例えば、腕部１４０の数は、１本であってもよいし、３本以上であってもよい。また、脚部１３０の数も特に限定されず、３本以上であってもよいが、特に、４本の脚部１３０を有して四足歩行する構成とするのが好ましい。これにより、脚部１３０の数を抑えつつ、ロボット１００の安定した移動が可能となる。また、例えば、脚部１３０に代えて車輪（回転部材）を備え、車輪を回転させることで移動可能な構成となっていてもよい。また、ロボット１００は、介護用のロボットに限定されず、例えば、駅、空港、商業施設等で利用者を案内する案内用のロボット、飲食店等で客まで飲食物を運ぶ運搬用のロボット、工場等で荷物を搬送する無人搬送車（ＡＧＶ）等の搬送用のロボット、工場等で製造物を製造する産業用のロボット等であってもよい。

＜第２０実施形態＞
次に、本発明の第２０実施形態に係るロボットについて説明する。

図３１は、本発明の第２０実施形態のロボットを示す断面図である。

本実施形態に係るロボット１００は、脚部１３０に受圧部４および検出部６が配置されていること以外は、前述した第１９実施形態のロボット１００と同様である。

なお、以下の説明では、第２０実施形態のロボット１００に関し、前述した第１９実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図３１では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図３１に示すように、脚部１３０は、地面に接地する足部１３１を有している。そして、この足部１３１に受圧部４および検出部６が設けられている。具体的には、足部１３１は、筐体１３２を有しており、筐体１３２の底面に、マーカーＭを有する弾性層５が設けられている。なお、弾性層５の構成は、前述した第１実施形態と同様である。また、筐体１３２の内側には複数のカメラ６１が設けられており、検出部６は、これらカメラ６１の画像からマーカーＭの変位を検出し、弾性層５に加わった外力を検出する。このように、足部１３１に弾性層５を設けることで、ロボット１００が歩行した際に、地面から受ける力を検出することができる。そのため、地面の凹凸を検出できたり、ロボット１００の体重移動を検出できたりする。よって、弾性層５が受けた力をロボット制御部１５０にフィードバックすることで、より精度の良い歩行を行うことができる。

なお、本実施形態では、足部１３１に受圧部４および検出部６が配置されているが、これに限定されず、例えば、ロボット１００の少なくとも一部に受圧部４および検出部６が配置されていればよい。例えば、受圧部４および検出部６は、さらに、胴体１１０、頭部１２０、腕部１４０の少なくとも１つに設けられていてもよい。また、受圧部４および検出部６は、足部１３１に設けられていなくてもよい。

＜第２１実施形態＞
次に、本発明の第２１実施形態に係るロボットについて説明する。

図３２は、本発明の第２１実施形態のロボットを示す断面図である。図３３は、図３２に示すロボットの変形例を示す断面図である。

本実施形態に係るロボット１００は、脚部１３０の構成が異なること以外は、前述した第２０実施形態のロボット１００と同様である。

なお、以下の説明では、第２１実施形態のロボット１００に関し、前述した第２０実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図３２および図３３では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態では、図３２に示すように、足部１３１は、弾性層５の下面に設けられたカバー部１３９を有している。カバー部１３９によって、弾性層５が地面と接触するのを防止することができ、弾性層５を保護することができる。

また、カバー部１３９は、弾性層５と異なる硬さ（ヤング率）を有しており、本実施形態では、ロボット１００の歩行によっては、実質的に変形しない程度に硬質となっている。カバー部１３９の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料等を用いることができる。ただし、カバー部１３９の硬さとしては、特に限定されず、ロボット１００の歩行によって変形する程度に軟質となっていてもよい。

このような第２１実施形態によっても、前述した第２０実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、図３３に示すように、カバー部１３９は、足部１３１の下面において複数に分割されていてもよい。また、カバー部１３９を複数に分割する場合、その分割数や形状についても特に限定されない。

以上、本発明のマニピュレーターおよびロボットについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

また、前述した実施形態では、マニピュレーターをロボットに接続しているが、マニピュレーターを接続する対象物してはロボットに限定されない。例えば、ロボットのように駆動しない単なるフレームのようなものであってもよい。

本発明のマニピュレーターは、受圧面である第１面および前記第１面の反対側の第２面が規定される弾性層と、前記弾性層に配置され、前記弾性層の変形に伴って変位するマーカーと、を含む受圧部と、前記弾性層の前記第２面側に位置づけられ、前記マーカーの変位に基づいて前記弾性層に加わる外力を検出する検出部と、を備えることを特徴とする。このような構成によれば、弾性層が受けた外力に応じてマーカーが変位する。そのため、マーカーの変位を検出部が検出することで、弾性層が受けた外力を精度よく検知することができる。したがって、例えば、検出部が検出した外力に基づいて駆動を制御することで、スムーズな動作が可能なマニピュレーターとなる。したがって、本発明のマニピュレーターは、産業上の利用可能性を有している。なお、本発明のロボットについても同様である。

１マニピュレーター
１００ロボット
１１０胴体
１２０頭部
１３０脚部
１３１足部
１３２筐体
１３９カバー部
１４０腕部
１５０ロボット制御部
２１基部
２２指部
２２１基節部
２２２中節部
２２３末節部
２３制御部
２４可動部
３筐体
３３第１付勢部材
３４第２付勢部材
３５第１感圧素子
３６第２感圧素子
４受圧部
５弾性層
５Ａ光透過層
５Ｂ光反射層
５Ｂ’ 内面
５Ｃ画像表示層
５Ｃ’ 内面
５ａ外面
５ｂ内面
５１第１弾性層
５２第２弾性層
５３第３弾性層
５４保護層
６検出部
６Ａ第１検出部
６Ｂ第２検出部
６Ｃ第３検出部
６１カメラ
６２処理部
６２ａＣＰＵ
６２ｂメモリー
６２ｃ記憶部
６３１光源
６３２半導体位置検出素子
６３３光学システム
６３４レンズ系
６３５レンズ系
６４１光源
６４２レンズ系
６４３ビームスプリッタ
６４４ディテクタ
６４５モーター
６４６光学システム
６５１光源
６５２レンズ系
６５３レンズ系
６５４偏光ビームスプリッタ
６５５ λ／４板
６５６波面分割ミラー
６５７第１ディテクタ
６５８第２ディテクタ
６５９光学システム
６６１光源
６６２スリット光形成部
６６４撮像素子
６６５レンズ系
６６６光学システム
６７１光源
６７２撮像素子
６７３格子
６７４光学システム
６８１画像投影部
６８２撮像素子
６８３光学システム
６９１画像投影部
６９２撮像素子
６９３光学システム
７光源
７１発光部
８画像投影部
Ａ矢印
Ｂ矢印
Ｃ移動量
Ｌ光
Ｌ１光
Ｌ２光
Ｌ３光
ＬＳ光スポット
Ｍマーカー
Ｍ１第１マーカー
Ｍ２第２マーカー
Ｍ３第３マーカー
Ｍ４基準マーカー
Ｍ５露出マーカー
Ｍ６環状マーカー
Ｍ７線状マーカー
Ｍ８線状マーカー
Ｍａ線状部
Ｍｂ塊部
Ｓ内部空間
Ｘ要介護者
Ｚ相対的変位量

Claims

受圧面である第１面および前記第１面の反対側の第２面が規定される弾性層と、前記弾性層に配置され、前記弾性層の変形に伴って変位するマーカーと、を含む受圧部と、
前記弾性層の前記第２面側に位置づけられ、前記マーカーの変位に基づいて前記弾性層に加わる外力を検出する検出部と、を備えることを特徴とするマニピュレーター。
前記マーカーは、前記弾性層の厚さ方向にずれて配置されている第１マーカーおよび第２マーカーを有する請求項１に記載のマニピュレーター。
前記弾性層は、前記第１マーカーを有する第１弾性層と、前記第１弾性層上に配置され、前記第２マーカーを有する第２弾性層と、を有する請求項２に記載のマニピュレーター。
前記第１マーカーおよび前記第２マーカーは、形状および色彩の少なくとも一方が互いに異なっている請求項２または３に記載のマニピュレーター。
前記マーカーは、前記第１面に露出する露出マーカーを有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載のマニピュレーター。
前記受圧部は、前記弾性層の変形によって変位せず、前記検出部によって検出可能な基準マーカーを有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載のマニピュレーター。
前記検出部は、前記マーカーを撮像する撮像部を有し、前記撮像部が撮像した前記マーカーの画像データに基づいて前記マーカーの変位を検出する請求項１ないし６のいずれか１項に記載のマニピュレーター。
前記検出部は、ステレオ写真法によって前記マーカーの変位を検出する請求項７に記載のマニピュレーター。
前記弾性層を前記第２面側から支持する支持部を備える請求項１ないし８のいずれか１項に記載のマニピュレーター。
前記支持部に対して変位可能な可動部と、
前記可動部に加わる外力を検知する感圧素子と、を有している請求項９に記載のマニピュレーター。
基部と、
前記基部に接続され、前記基部に対して変位可能な指部と、を有し、
前記受圧部は、少なくとも前記指部の先端部に配置されている請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のマニピュレーター。
前記マーカーは、線状をなす線状部と、前記線状部に配置され、前記線状部よりも幅が広い塊部と、を有し、
前記塊部は、前記線状部よりもヤング率が高い請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のマニピュレーター。
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のマニピュレーターを有することを特徴とするロボット。
受圧面である第１面および前記第１面の反対側の第２面が規定される弾性層と、前記弾性層に配置され、前記弾性層の変形に伴って変位するマーカーと、を備える受圧部と、
前記弾性層の前記第２面側に位置づけられ、前記マーカーの変位に基づいて前記弾性層に加わる外力を検出する検出部と、を備えることを特徴とするロボット。