KR20220016819A - 제어 장치 및 방법, 그리고, 프로그램 - Google Patents

Abstract

본 개시는, 보다 적절한 지지력으로 물체를 지지할 수 있도록 하는 제어 장치 및 방법, 그리고, 프로그램에 관한 것이다. 물체와 접촉하는 접촉부의 형상에 관한 정보와 상기 접촉부의 전단력에 관한 정보에 기초하여, 상기 물체를 지지하는 지지력을 제어하는 지지력 제어부를 구비하도록 한다. 이 전단력에 관한 정보는, 예를 들어 접촉부의 전단 변위에 관한 정보를 포함한다. 본 개시는, 예를 들어 제어 장치, 제어 방법, 전자 기기, 로봇, 지지 시스템, 파지 시스템, 프로그램 등에 적용할 수 있다.

Description

제어 장치 및 방법, 그리고, 프로그램

본 개시는, 제어 장치 및 방법, 그리고, 프로그램에 관한 것이며, 특히 보다 적절한 지지력으로 물체를 지지할 수 있도록 한 제어 장치 및 방법, 그리고, 프로그램에 관한 것이다.

종래, 예를 들어 로봇 등에 의한 물체 파지나 보행 등과 같은, 물체의 지지 제어에 있어서는, 주위 환경이나 물체와의 접촉력의 제어가 필요하였다. 그러나, 환경이나 물체의 물리량이 불분명한 경우, 그 접촉력의 제어가 곤란해질 우려가 있었다. 예를 들어, 파지 제어에 있어서는 물체를 미끄러지게 하지 않고 또한 파괴하지 않도록 파지력(지지력)을 제어할 필요가 있지만, 물리량(질량, 무게 중심 위치, 마찰 계수 등)이 불분명한 미지 물체를 파지하는 경우, 적절한 파지력을 결정하는 것이 곤란하였다.

이와 같은 지지력의 제어에 대하여, 예를 들어 압력 중심 위치의 어긋남양에 따라서 파지력을 증감시키는 방법이 생각되었다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2009-66714호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 방법의 경우, 압력 중심 위치 어긋남양과 미끄럼의 관계성이 명확하지 않기 때문에, 최저 한도로의 힘으로 쥘 수 있다는 보증이 없었다.

본 개시는, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 보다 적절한 지지력으로 물체를 지지할 수 있도록 하는 것이다.

본 기술의 일 측면의 제어 장치는, 물체와 접촉하는 접촉부의 형상에 관한 정보와 상기 접촉부의 전단력에 관한 정보에 기초하여, 상기 물체를 지지하는 지지력을 제어하는 지지력 제어부를 구비하는 제어 장치이다.

본 기술의 일 측면의 제어 방법은, 물체와 접촉하는 접촉부의 형상에 관한 정보와 상기 접촉부의 전단력에 관한 정보에 기초하여, 상기 물체를 지지하는 지지력을 제어하는 제어 방법이다.

본 기술의 일 측면의 프로그램은, 물체와 접촉하는 접촉부의 형상에 관한 정보와 상기 접촉부의 전단력에 관한 정보에 기초하여, 상기 물체를 지지하는 지지력을 제어하는 지지력 제어부로서 기능시키는 프로그램이다.

본 기술의 일 측면의 제어 장치 및 방법, 그리고 프로그램에 있어서는, 물체와 접촉하는 접촉부의 형상에 관한 정보와 그 접촉부의 전단력에 관한 정보에 기초하여, 물체를 지지하는 지지력이 제어된다.

도 1은 파지 시스템의 일 실시 형태의 구성예를 도시하는 사시도이다.
도 2는 초기 미끄럼에 대하여 설명하는 도면이다.
도 3은 파지력 제어에 대하여 설명하는 도면이다.
도 4는 고착률에 대하여 설명하는 도면이다.
도 5는 접촉 곡률과 고착률에 대하여 설명하는 도면이다.
도 6은 접촉 곡면 형상과 고착률에 대하여 설명하는 도면이다.
도 7은 접촉 곡면 형상과 고착률에 대하여 설명하는 도면이다.
도 8은 마찰 계수와 고착률에 대하여 설명하는 도면이다.
도 9는 초기 미끄럼 발생 시의 전단력 분포에 대하여 설명하는 도면이다.
도 10은 전단력 분포 도출 처리의 흐름의 예를 설명하는 흐름도이다.
도 11은 전단 변위와 전단력의 관계의 캘리브레이션에 대하여 설명하는 도면이다.
도 12는 전단력 분포 조정 처리의 흐름의 예를 설명하는 흐름도이다.
도 13은 전단력의 시계열 변화에 대하여 설명하는 도면이다.
도 14는 최대 압력점 측정에 대하여 설명하는 도면이다.
도 15는 화상 센서 베이스의 최대 압력점 측정에 대하여 설명하는 도면이다.
도 16은 접촉 영역 변화의 계측에 대하여 설명하는 도면이다.
도 17은 특징점의 트래킹에 의한 접촉 영역 변화의 계측에 대하여 설명하는 도면이다.
도 18은 압력 분포의 예에 대하여 설명하는 도면이다.
도 19는 파지 장치의 주된 구성예를 도시하는 도면이다.
도 20은 유연 변형층의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 21은 유연 변형층의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 22는 유연 변형층의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 23은 회전 미끄럼의 계측 방법의 예에 대하여 설명하는 도면이다.
도 24는 유연 변형층의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 25는 유연 변형층의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 26은 유연 변형층의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 27은 제어 장치의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 28은 제어 처리의 흐름의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 29는 제어 장치의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 30은 제어 처리의 흐름의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 31은 제어 장치의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 32는 제어 처리의 흐름의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 33은 제어 장치의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 34는 제어 처리의 흐름의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 35는 제어 장치의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 36은 제어 처리의 흐름의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 37은 제어 장치의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 38은 제어 처리의 흐름의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 39는 제어 장치의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 40은 제어 처리의 흐름의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 41은 제어 장치의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 42는 제어 처리의 흐름의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 43은 제어 장치의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 44는 제어 처리의 흐름의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 45는 제어 장치의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 46은 제어 처리의 흐름의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 47은 마찰 계수의 측정의 모습의 예를 설명하는 도면이다.
도 48은 제어 장치의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 49는 제어 처리의 흐름의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 50은 제어 장치의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 51은 제어 처리의 흐름의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 52는 제어 장치의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 53은 제어 처리의 흐름의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 54는 위치·자세의 검출의 모습의 예를 설명하는 도면이다.
도 55는 제어 장치의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 56은 제어 처리의 흐름의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 57은 제어 장치의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 58은 제어 처리의 흐름의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 59는 컴퓨터의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다.

이하, 본 개시를 실시하기 위한 형태(이하 실시 형태라 함)에 대하여 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.

1. 제1 실시 형태(파지 시스템과 파지력 제어)

2. 제2 실시 형태(파지 장치와 유연 변형층의 구성)

3. 제3 실시 형태(제어 장치와 제어 처리)

4. 부기

<1. 제1 실시 형태>

<파지 시스템>

도 1은 본 기술을 적용한 파지 시스템의 일 실시 형태의 구성예를 도시하는 사시도이다.

파지 시스템(100)은, 물체를 파지하는 시스템이며, 도 1에 도시된 바와 같이, 제어 장치(101) 및 파지 장치(102)를 갖는다. 제어 장치(101)는, 파지 장치(102)와 통신 가능하게 접속되어, 파지 장치(102)의 구동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(101)는, 물체를 파지하도록 파지 장치(102)를 구동시키거나, 파지 장치(102)가 물체를 파지하는 파지력을 제어하거나 할 수 있다. 또한, 제어 장치(101)는, 파지 장치(102)에 있어서 얻어지는 정보를 취득할 수도 있다. 예를 들어, 제어 장치(101)는, 그 파지 장치(102)로부터 취득한 정보를 사용하여, 파지 장치(102)의 구동을 제어할 수 있다.

파지 장치(102)는, 물체의 파지에 관한 처리를 행한다. 예를 들어, 파지 장치(102)는, 이 제어 장치(101)의 제어에 따라서 구동되고, 제어 장치(101)에 의해 지정되는 파지력으로 물체를 파지할 수 있다.

<초기 미끄럼>

물체 파지나 보행 등의 로봇의 태스크에서, 파지나 보행 등은, 주위 환경이나 물체와의 접촉력의 제어가 필요하다. 그러나, 그 환경이나 물체의 물리량이 불분명한 경우에는 제어가 어려워진다. 예를 들어 파지 제어에 있어서는 물체를 미끄러지게 하지 않고 또한 파괴하지 않는 파지력을 제어할 필요가 있지만, 물리량(질량, 무게 중심 위치, 마찰 계수 등)이 불분명한 미지 물체의 경우에는 적절한 파지력을 결정하는 것이 어려워, 로봇 제어의 과제가 되고 있다.

그래서 주목받고 있는 것이 「초기 미끄럼」이라 불리는 현상이다. 초기 미끄럼은 접촉면의 일부만 미끄러져 나오는 현상으로 전체 미끄럼의 전조 현상이라고도 불리고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 초기 미끄럼 영역이 점차 확대되어 가 접촉 영역 전역으로 확대되면, 일반적으로 일컬어지고 있는 「미끄럼」(전체 미끄럼이라고도 칭함)으로 천이하여, 접촉하고 있던 물체나 환경과의 상대적인 운동이 발생한다.

여기서, 「고착」이란, 손끝과 파지 물체(파지 장치(102)에 의해 파지하는 물체)의 접촉면 전역에서 정지 마찰이 발생하여, 양자의 사이에서 상대적인 운동이 없는 상태를 가리킨다. 또한, 「미끄럼(전체 미끄럼)」이란, 운동 마찰이 발생하여 접촉하고 있는 2개의 물체간에서 상대적인 운동을 수반하는 상태를 가리킨다. 여기에서는, 손끝과 파지 물체의 접촉면 전역에서 운동 마찰이 발생하여, 양자의 사이에서 상대적인 운동을 수반하는 미끄럼을 가리킨다.

「초기 미끄럼」이란, 상술한 미끄럼(전체 미끄럼)이 발생하는 전조 현상이라고 칭해지는, 손끝과 파지 물체의 접촉면의 일부에서 운동 마찰이 발생하는 현상을 말한다. 「고착」 상태로부터 「미끄럼」 상태로 천이하는 동안에, 이 초기 미끄럼 상태가 존재한다고 말해지고 있다. 초기 미끄럼 상태의 경우, 손끝과 파지 물체 사이에서 상대적인 운동은 발생하지 않는다.

예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 접촉면에 대하여 수직인 법선 방향으로 작용하는 힘인 파지력 f가 과잉으로 크면, 물체를 파괴해 버린다. 또한, 파지력 f가 적성 레벨을 하회하면, 「초기 미끄럼」이 발생하고, 또한, 파지력 f가 부족하면, 그 「초기 미끄럼」이 「미끄럼」으로 발전하여, 물체를 파지할 수 없게 된다(낙하시켜 버린다).

즉, 이 초기 미끄럼을 검출할 수 있으면, 예를 들어 파지 제어에 있어서, 물체를 미끄러지게 하지 않고 쥘 수 있는 최소 파지력을 산출할 수 있다. 물체를 최소 파지력로 파지할 수 있으면, 파지에 의해 물체를 파괴해 버릴 가능성을 보다 억제할 수 있다.

그러나, 초기 미끄럼은 접촉 표면의 매우 미소한 변화이며, 그 검출을 행하기 위해서는 초기 미끄럼을 안정적으로 발생시켜, 검출할 필요가 있다. 또한, 초기 미끄럼의 진행 정도를 제어하기 위해서는, 초기 미끄럼의 진행 정도를 정량화할 필요가 있다. 종래, 초기 미끄럼을 정량화하고, 또한 안정적으로 검출하기 위한 방법이나, 그를 위한 구성은 제안되어 있지 않았다. 또한 검출 결과를 이용한 제어 방법의 제안에 대해서도 행해져 있지 않았다.

그래서 초기 미끄럼을 안정적으로 검출하여 정량화하기 위해, 유연 변형층의 형상이나 구조와 촉각 센서의 신호 처리법을 제안한다. 또한 정량화된 초기 미끄럼을 제어에 이용하는 방법을 제안한다. 설명의 용이성을 고려하여 파지 제어를 예로 들어 설명하지만, 본 기술은, 이것에 한하지 않고, 보행 제어 등 환경과의 접촉을 취급하는 지지 제어 전반에 응용이 가능하다.

<고착률>

초기 미끄럼을 제어하기 위해서는, 초기 미끄럼의 정도를 정량화할 필요가 있다. 여기서, 접촉 영역은, 초기 미끄럼이 발생하고 있지 않은 「고착 영역」(즉, 손끝과 파지 물체의 접촉면 중, 정지 마찰이 발생하고 있는 부분 영역)과, 초기 미끄럼이 발생하고 있는 「미끄럼 영역」(즉, 손끝과 파지 물체의 접촉면 중, 운동 마찰이 발생하고 있는 부분 영역)으로 나누어진다. 미끄럼 정도는 이 2개의 영역의 비율로 나타낼 수 있다. 여기에서는, 접촉 영역에 대한 고착 영역의 비율을 「고착률」이라 정의한다. 고착률 1(=100％)의 경우, 접촉 영역은, 미끄럼 영역이 없이 완전히 고착되어 있는 상태에 있다. 반대로, 고착률 0의 경우, 접촉 영역은, 그 모두가 미끄럼 영역이 되어, 미끄럼(전체 미끄럼)이 발생하고 있는 상태에 있다.

예를 들어, 도 4의 A에 도시된 바와 같이 구면 물체를 평면 손끝으로 파지한 경우, 또는, 도 4의 B에 도시된 바와 같이 평면 물체를 곡면 손끝으로 파지한 경우에 상당하는 조건에서 FEM(Finite Element Method) 해석을 행한 결과의 예를 도 4의 C에 나타낸다. 도 4의 C에 있어서는, 접촉 표면에 있어서의 고착률(미끄럼 영역/고착 영역)의 변화의 모습이 도시되어 있다. 진한 회색으로 나타내어지는 영역이 고착 영역을 나타내고, 연한 회색으로 나타내어지는 영역이 미끄럼 영역을 나타낸다. 전단 방향으로 작용하는 힘인 전단력 F_X(단위: 뉴턴(N))가 커짐에 따라, 미끄럼 영역이 접촉면의 주위로부터 확대되어 가고, 고착률이 0％가 되면 모두 미끄럼 영역으로 천이한다. 따라서, 물체를 미끄러지게 하지 않고 파지하기 위해서는, 고착률이 0％가 되지 않을 정도로 파지력을 조정하면 된다고 말할 수 있다.

여기서, 「전단 방향」은, 법선 방향에 직교하는 방향이며, 접촉면에 대하여 평행의 방향을 나타낸다. 미끄럼이 발생하는 방향과 동일하다.

<접촉 곡률과 고착률>

고착률의 변화와 접촉 조건의 관계를 조사하기 위해, 도 5의 A와 도 5의 B에 도시된 간이적인 탄성 접촉 모델을 기초로, 해석을 행하였다. 그 결과, 고착률의 변화는 「접촉 곡면의 형상」과 「마찰 계수」에 따라 변화되는 것을 알 수 있었다.

<접촉 곡면 형상과 고착률>

접촉 곡면의 곡률을 도 6의 A에 도시된 그래프와 같이 변화시켜, 각각에 대하여, 도 6의 B에 도시된 그래프와 같이, 전단력 F_X에 대한 고착률의 변화의 모습을 플롯하였다.

여기서, 곡률이란, 선이나 면의 굽어짐 정도를 나타내는 양이다. 굽힘 상태가 심할수록 곡률이 커진다. 보다 구체적으로는, 곡률은, 곡률 반경의 역수이다. 곡면을 표현하는 방법의 하나로 y=xⁿ의 고차 함수가 있다. 고차 함수의 커브를 곡면으로 나타냄으로써 수학적으로 해석할 수 있다. 그 경우, 함수의 차수 n을 높여 가면, 0<x<1의 범위에 있어서, 곡면이 완만해진다(구배가 작다). 따라서, 접촉면의 차수가 높아질수록 곡률이 낮아진다. 곡면을 고차 함수와 같이 수학적으로 나타내면, 곡률은 함수의 차수로 치환할 수 있다.

접촉 곡면은 1차 함수(3차원으로 말하면 원뿔)나 고차 곡선을 상정하였다. 도 6의 A의 그래프에 있어서는, 보다 굵은 선일수록 보다 차수가 큰 곡면을 나타내고 있다. 이 그래프에 나타내어지는 바와 같이, 차수가 커질수록 곡면이 완만해진다. 도 6의 B의 그래프에 있어서도, 보다 굵은 선일수록 보다 차수가 큰 곡면을 나타내고 있다. 이 그래프에 나타내어지는 바와 같이, 곡면이 완만해질수록, 어느 정도 전단력을 증가시키면 고착률이 급격하게 저하되기 쉽다. 이것은 접촉을 곡면으로 함으로써, 접촉 압력이 장소에 따라서 다른 분포를 갖고, 압력이 약한 부분으로부터 점차 초기 미끄럼이 발생하기 때문이다. 즉, 곡면이 완만해질수록 접촉 압력이 균일해져, 초기 미끄럼의 진행이 빨라지기 때문이다.

또한, 고착률의 변화의 비율은 곡면을 급하게 할수록 커지고, 곡면을 완만하게 할수록 작아져 어떤 지점에서 급격하게 0으로 저하된다. 일반적으로, 변화의 비율이 클수록, 검출 정밀도가 높아진다. 그 때문에, 곡면이 급할수록, 고착률 검출 정밀도가 높아진다고 말할 수 있다.

여기서, 접촉 곡면은 로봇 파지에서 말하는 바의, 로봇 손끝과 물체의 접촉면을 나타내고 있다. 이것은 상대적인 면의 형상이며, 예를 들어 구면 손끝과 평면 물체가 접촉하는 경우와, 평면 손끝과 구면 물체가 접촉하는 경우에는 동일한 결과가 얻어진다.

예를 들어, 평면과 곡면을 혼재시킨 접촉 형상을 생각한다. 이와 같은 평면과 곡면을 혼재시킨 접촉 곡면의 경우, 고착률은, 전단력의 크기에 따라서 도 7의 그래프와 같이 변화된다. 이 그래프에 있어서, 예를 들어 타원으로 둘러싸인 부분과 같이, 고착률은, 전단력이 어느 정도 커지면 급격하게 저하된다.

고착률이 급격하게 저하될 때의 전단력의 크기는, 접촉면에 있어서의 평면 혼재율에 의존한다. 도 7에 있어서, 보다 굵은 선일수록, 곡면의 비율이 큰(평면 혼재율이 낮은) 접촉면에 있어서의 고착률의 변화를 나타내고 있다. 즉, 그 접촉면의 평면 혼재율이 커질수록, 보다 작은 전단력에 있어서 고착률이 급격하게 저하되게 된다.

이것은 초기 미끄럼이 접촉면의 주변으로부터 확대되어 가, 평면 부분에 당도한 순간에 전체 미끄럼이 발생하는 것을 나타내고 있다. 이 결과로부터도 곡면으로 접촉함으로써 고착률을 안정적으로 제어할 수 있음을 알 수 있다. 반대로 말하면, 초기 미끄럼의 진행이 평면 부분에 도달하지 않도록 제어할 수 있으면, 평면 부분이 존재해도 문제없다. 평면 부분을 증가시킴으로써, 접촉 면적을 넓게 취할 수 있어, 파지 중의 물체 자세 안정성이 향상된다.

<마찰 계수와 고착률>

고착률의 변화는 접촉 곡면의 형상뿐만 아니라, 마찰 계수에도 의존한다. 도 8에 도시된 그래프는, 고착률의 변화를 다른 마찰 계수로 접촉시킨 경우에 플롯한 것이다. 이 그래프에 나타내어지는 바와 같이, 마찰 계수가 낮아질수록, 고착률의 저하 스피드가 빠르다. 마찰 계수를 사전에 알고 있는 경우, 또는 마찰 계수를 계측할 수 있는 경우, 대응하는 고착률 변화에 따라서, 전단력을 보다 용이하게 제어할 수 있다. 또한, 마찰 계수가 불분명한 경우, 고착률은 일의적으로 결정되지 않으므로, 고착률의 감소를 검출하여 고착률 100％를 유지하도록 제어할 수 있으면, 물체를 미끄러져 떨어뜨리지 않고 최소 한도의 힘으로 파지할 수 있다.

<접촉 곡면 형상·마찰 계수와 고착률의 관계>

이상과 같이, 고착률의 변화는 접촉면의 형상(곡률, 곡면/평면)에 의해 크게 변화된다. 특히, 평면이나 곡률이 작고 완만한 곡면은, 고착률의 급격한 저하가 발생하기 쉽다. 따라서, 어느 정도의 곡률의 곡면으로 함으로써, 보다 안정적인 제어를 실현할 수 있다.

단, 곡률의 크기와 접촉 면적은 트레이드오프의 관계에 있다. 예를 들어, 곡률을 크게 하여 고착률의 급격한 저하를 억제시키면, 물체와의 접촉 면적이 작아져, 미끄럼 검출 정밀도를 향상시킬 수 있지만, 반대로 불안정해지기 쉽다.

환언하면, 손끝을 곡면으로 하고, 그 형상을 조정함으로써, 고착률의 변화를 자유롭게 설계할 수 있다. 따라서, 손끝 형상과 대응지어진 고착률의 변화를 기초로, 제어를 행하면 된다. 곡률과 접촉 면적의 트레이드오프는, 복수의 곡면을 이용하거나, 애플리케이션에 의해 곡면을 변경하거나 함으로써 대응할 수 있다.

또한, 고착률 변화는, 마찰 계수에도 의존한다. 마찰 계수를 사전에 알 수 있는 경우, 접촉 곡면의 정보로부터 고착률의 변화를 사전에 알 수 있으므로, 그 관계를 이용하여 제어할 수 있다. 마찰 계수를 사전에 몰라도, 고착률 변화 모델을 추측하거나, 전제를 두거나 함으로써 제어할 수 있다.

<고착률의 계측 방법>

상술한 바와 같이, 고착률의 변화는 「접촉 곡면의 형상」과 「마찰 계수」에 의존한다. 접촉 곡면의 형상은, 미리 손끝의 곡면 형상을 파악함으로써, 대략의 추정이 가능하다. 그러나, 마찰 계수는 미지인 경우가 많고, 또한 미리 추정하는 것도 가능하지만, 정밀도의 문제 등도 있어, 정확한 값을 얻는 것은 곤란하다. 종래의 방법의 경우, 고착률을 계측하는 것이 곤란하였다. 그래서, 전단 변위·전단력 분포에 주목하여 고착률을 도출한다.

<방법 1: 전단 변위를 이용한 방법>

고착률 R_stic는, 마찰 계수 μ, 물체에 작용하는 전단력 F_X, 파지력 F_N, 접촉 곡면의 형상(곡률이나 곡면의 차수) n에 의존하는 값이며, 이하의 식 (1)과 같이 도출된다.

여기서, 물체에 작용하는 전단력 F_X는, 동적인 마찰이 발생하고 있지 않은 조건 하에서는, 손끝의 전단 변위 u_X와 접촉 면적 S를 사용하여 이하의 식 (2)를 사용하여 도출된다.

접촉면이 곡면이고, 또한, 그 곡면의 정보 n(곡률, 곡면 혹은 평면)이 기지이면, 접촉 면적 S와 파지력 F_N, 곡면 정보 n 사이에는, 이하의 식 (3)과 같은, 접촉 모델 h로부터 도출되는 관계가 도출되고, 접촉 모델은 일반적으로 제안되어 있는 탄성 접촉 모델(Hertz)을 사용해도 된다.

이상의 관계를 사용하면, 고착률 R_stic는, 이하의 식 (4)와 같이 도출할 수 있다.

이 관계식은, 고착률을 미지의 마찰 계수 μ에 의존하지 않는 함수 Θ(u_X)를 사용한 형태로 표현할 수 있다는 것을 의미하고 있다. 따라서, 전단 변위 u_X를 계측·제어함으로써 고착률의 제어를 행할 수 있다. 예를 들어, 마찰 계수가 미지여도 u_X를 예를 들어 0으로 함으로써 고착률을 100％로 유지할 수 있다. 또한, 마찰 계수도 어느 정도의 레인지를 상정함으로써, 마찬가지로 u_X에 의해 어느 레인지 폭으로 고착률을 제어할 수 있다.

<방법 2: 전단 변위 분포/전단력 분포를 이용한 방법>

전단 변위·및 전단력이 분포로 얻어지는 경우, 마찰 계수가 미지여도 고착률을 절댓값으로 구할 수 있다. 예를 들어, 초기 미끄럼이 발생하고 있는 상황에서의, 접촉면에 있어서의 전단력 분포는 도 9의 그래프와 같이 된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 전단력은, 미끄럼 영역과 고착 영역의 경계에서 불연속으로 된다. 이 불연속점을 검출함으로써 고착 영역의 비율을 산출할 수 있어, 고착률을 구할 수 있다. 이 불연속점은, 어느 마찰 계수에서도 존재한다.

불연속점의 검출 방법의 예로서 하기의 방법을 들 수 있다.

·일반적인 화상 처리 필터를 이용(미분 필터 등을 이용하여 에지 검출)

·전단력의 구배를 구하여 구배의 부호가 전환되는 부분은 불연속점으로 간주한다

또한, 전단 변위에서도 마찬가지라고 말할 수 있다. 「전단 변위」는, 전단 방향의 변형량을 말한다. 단위는, 길이의 단위(예를 들어 미터나 밀리미터 등)를 사용한다. 즉, 「전단 변위」는, 전단력이 작용함에 따른, 전단 방향의 물체의 변형량을 가리킨다. 동일한 전단력을 인가해도, 물체의 강성에 따라 전단 변위는 변화된다(딱딱한 물체일수록 전단 변위는 적다).

전단력 분포는 전단력을 분포로 계측할 수 있는 센서를 사용해도 되고, 전단 변위를 분포로 계측할 수 있는 센서를 사용하여, 전단 변위로부터 전단력으로 변환하여 산출해도 된다. 그 경우의, 전단력 분포를 도출하기 위해 실행되는 전단력 분포 도출 처리의 흐름의 예를, 도 10의 흐름도를 참조하여 설명한다.

전단력 분포 도출 처리가 개시되면, 제어 장치(101)는, 스텝 S101에 있어서, 파지 장치(102)를 제어하여, 파지 장치(102)에 있어서 전단 변위를 검출시켜, 각 점의 전단 변위량을 산출한다.

스텝 S102에 있어서, 제어 장치(101)는, 전단 변위량을 전단력으로 변환한다.

스텝 S103에 있어서, 제어 장치(101)는, 모든 점에 대하여 처리를 행하였는지 여부를 판정한다. 미처리의 점이 존재한다고 판정된 경우, 처리는 스텝 S101로 되돌아가, 그 이후의 처리를 반복한다. 즉, 스텝 S101 내지 스텝 S103의 각 처리가, 모든 점에 대하여 실행된다. 그리고, 스텝 S103에 있어서, 모든 점에 대하여 처리가 행해졌다고 판정된 경우, 처리는 스텝 S104로 진행한다.

스텝 S104에 있어서, 제어 장치(101)는, 모든 노드의 점의 정보를 집약하여, 기억한다. 스텝 S104의 처리가 종료되면, 전단력 분포 도출 처리가 종료된다.

이와 같이, 전단 변위로부터 전단력으로 변환할 때는, 미리 전단 변위와 전단력의 관계를 캘리브레이션해도 된다. 캘리브레이션의 방법으로서는, 예를 들어, 도 11과 같이, 검출 노드(151)를 수평면(152) 등에 가압하여, 센서값을 취득하는 방법이 생각된다. 이와 같은 캘리브레이션을 행하기 위해 실행되는 전단력 분포 도출 처리의 흐름의 예를, 도 12의 흐름도를 참조하여 설명한다.

전단력 분포 도출 처리가 개시되면, 제어 장치(101)는, 스텝 S151에 있어서, 파지 장치(102)를 제어하여, 검출 노드(151)의 각 요철면을 수평면(152)에 가압한다.

스텝 S152에 있어서, 제어 장치(101)는, 파지 장치(102)를 제어하여, 모든 노드의 센서값을 취득한다.

스텝 S153에 있어서, 제어 장치(101)는, 그 센서값의 데이터가 안정되었는지 여부를 판정한다. 안정되지 않았다고 판정된 경우, 처리는 스텝 S152로 되돌아간다. 데이터가 안정될 때까지, 스텝 S152 및 스텝 S153의 처리가 반복된다. 그리고, 스텝 S153에 있어서, 데이터가 안정되었다고 판정된 경우, 처리는 스텝 S154로 진행한다.

스텝 S154에 있어서, 제어 장치(101)는, 그 센서값을 기억한다. 스텝 S154의 처리가 종료되면, 전단력 분포 도출 처리가 종료된다.

<방법 3: 전단 변위 분포/전단력 분포의 시간 변화를 이용한 방법>

상술한 「방법 2」는, 어떤 시각에 있어서의 전단 변위 및 전단력의 분포 정보로부터 고착률을 구하는 방법이다. 그 밖에도, 분포 정보의 시간 변화로부터 고착률을 구할 수 있다.

예를 들어, 미끄럼 영역에서는 스틱 슬립 현상이라 불리는, 「미끄럼」과 「고착」이 반복되는 현상이 발생하는 경우가 있다. 그 현상이 발생하였을 때는, 미끄럼 영역에 있어서의 전단 변위 및 전단력의 시간 변화로서, 도 13의 A의 그래프와 같은 변화가 관측된다. 이 시간축 상의 불연속 변화를 계측함으로써, 그 관측점이 미끄럼 영역인지 고착 영역인지의 판별이 가능하다.

또한, 미끄럼 영역에서는 운동 마찰이 발생하고 있기 때문에, 쿨롱의 법칙으로부터 전단력 및 전단 변위는 일정값이 되는 경우가 있다. 그 현상이 발생하였을 때는, 고착으로부터 미끄럼으로 전환되었을 때 변화가 일정해지는, 도 13의 B와 같은 변화가 관측된다. 이 시간축 상의 변화를 계측함으로써, 그 관측점이 미끄럼 영역인지 고착 영역인지의 판별이 가능하다.

이상의 처리를, 접촉 영역 모든 관측점에 있어서 반복함으로써, 고착 영역의 비율을 산출할 수 있어, 고착률의 계측이 가능해진다.

<방법 1과 방법 2(또는 방법 3)의 융합>

방법 1의 경우, 접촉면의 곡률이나 형상의 정보 등으로부터 고착률의 변화가 예측되어, 파지력이 제어된다. 방법 2의 경우, 실제의 계측 결과로부터 고착률이 구해진다. 즉, 방법 1은 고착률의 변화를 미리 예측하는 피드 포워드이며, 방법 2는 실제의 계측 결과를 사용하는 피드백이라고 할 수 있다. 따라서, 이들 양자를 조합하여 제어함으로써, 접촉면의 모델 정보와 실제 접촉면 사이의 모델화 오차에 대하여 로버스트하고, 또한 고착률 예측에 따른 응답성 향상을 행할 수 있다. 방법 3도 방법 2와 마찬가지로 피드백이라 할 수 있으므로, 방법 1과 방법 3을 마찬가지로 조합할 수도 있다.

<전단 변위량의 계측 방법의 구체예>

<압력 분포 센서 베이스>

손끝의 유연 변형층(파지하는 물체에 접촉하는 접촉부)이 전단 방향으로 변형되면, 압력 분포도 마찬가지로 변화된다. 따라서, 이 압력 분포 변화를 검출함으로써 전단 변위를 계측할 수 있다. 압력 분포의 변화를 검출하는 방법은, 예를 들어 이하와 같은 방법이 있다.

● CoP 이동량의 계측(압력 중심을 구하는 방법)

압력 중심이란 압력 분포의 중앙점을 말하며, 이하의 식 (5)에 의해 정의된다.

전단이 발생하는 전후의 CoP 이동량(Δx_cop)을 계산하고, 그 값을 전단 변위량(u_X)으로 한다. CoP는, 압력 중심값이며, 공간적인 확대를 갖고 분포된 압력을 통합하여 하나의 힘으로써 표현한 경우의 힘의 작용점이다. 단위는 길이의 단위(예를 들어 m 등). 좌표로 얻어지는 경우도 많다. 무게 중심과 동일한 사고 방식이다. 또한, 식 (5)에 있어서, u_X와 Δx_cop는 일치하지 않는 경우, 보정 계수/함수 등을 이용하여 보정해도 된다.

● 최대 압력점

최대 압력값의 좌표로부터, 전단 방향 변위를 산출한다. 예를 들어, 도 14의 A에 도시된 바와 같이, 유연 변형층(161)이 물체(162)와 접촉함으로써 변형되면, 그 물체(162)의 접촉에 의해 발생하는 압력 분포에 있어서의 최대 압력점의 위치가 변화된다. 따라서, 도 14의 B에 도시된 바와 같이, 그 최대 압력점의 변위(163)를 전단 방향 변위로서 구한다. 또한, 최대 압력의 경우, 노이즈에 민감하므로, 예를 들어 평균화 필터 등, 일반적으로 화상 처리에서 이용되는 필터를 이용해도 된다.

<화상 센서 베이스>

도 15에 도시된 바와 같이, 카메라 등으로 접촉면을 촬영하는 타입의 센서의 경우, 이하와 같은 방법으로 전단 변위를 검출할 수 있다.

● 접촉 영역 전체의 이동량을 산출하는 방법

접촉 영역은, 색이나 텍스처의 변화 등으로부터 비접촉 영역과 구별할 수 있다. 그래서, 도 16에 도시된 예와 같이, 그 접촉 영역(171) 전체의 이동량을 구함으로써, 전단 변위량을 산출할 수 있다.

● 특징점 트래킹법

도 17에 도시된 바와 같이, 접촉면에 있어서의 파지 물체 표면의 특징점이나, 유연 변형층 중에 미리 마련된 마커(172)나 눈금 등을 트래킹함으로써, 전단 변위를 검출할 수 있다.

이상과 같은 방법으로 전단 변위를 구하는 경우, 접촉면을 곡면으로 함으로써, 더욱 정밀도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 도 18에 도시된 바와 같이 평면 접촉 시의 압력 분포와 곡면 접촉 시의 압력 분포를 비교하면, 평면 접촉한 경우에는, 곡면 접촉한 경우보다도 압력 분포가 접촉의 상태에 따라서 불안정해져, 전단 변위를 안정적으로 계측할 수 없게 될 우려가 있었다.

<2. 제2 실시 형태>

<파지 장치>

본 기술을 적용한 지지 장치의 일 실시 형태인 파지 장치(102)의 주된 구성예를 도 19의 A에 도시한다. 도 19의 A에 도시된 바와 같이, 파지 장치(102)는, 손가락부(201A) 및 손가락부(201B)를 갖고, 이들을 사용하여 물체를 파지할 수 있다. 이하에 있어서, 손가락부(201A) 및 손가락부(201B)를 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 손가락부(201)라 칭한다. 여기에서는, 파지 장치(102)가 2개의 손가락부(201)를 구비하는 것으로서 설명하지만, 파지 장치(102)는, 임의의 개수(예를 들어 3개 이상)의 손가락부(201)를 구비할 수 있다.

손가락부(201A)에는, 센서(211A) 및 유연 변형층(212A)이 마련되어 있다. 마찬가지로 손가락부(201B)에는, 센서(211B) 및 유연 변형층(212B)이 마련되어 있다. 센서(211A) 및 센서(211B)를 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 센서(211)라 칭한다. 또한, 유연 변형층(212A) 및 유연 변형층(212B)을 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 유연 변형층(212)이라 칭한다. 즉, 센서(211) 및 유연 변형층(212)은, 물체를 파지하는 복수의 손가락부의 각각에 형성된다.

센서(211)는, 예를 들어 압력 센서나 이미지 센서 등, 임의의 센싱 디바이스를 가질 수 있고, 그 센싱 디바이스에 따른 임의의 정보를 검출할 수 있다. 예를 들어, 센서(211)는, 유연 변형층(212)의 표면의, 물체와 접촉하고 있는 부분의 전단력에 관한 정보를 검출한다.

예를 들어, 센서(211A)는, 그 센싱 디바이스를 사용하여, 유연 변형층(212A)과 물체의 접촉면에 대한 소정의 정보(센싱 디바이스가 검출 가능한 정보)를 검출한다. 또한, 예를 들어 센서(211B)는, 그 센싱 디바이스를 사용하여, 유연 변형층(212B)과 물체의 접촉면에 대한 소정의 정보(센싱 디바이스가 검출 가능한 정보)를 검출한다.

각 센서(211)는, 도시하지 않은 회로 등에 의해 제어 장치(101)와 통신 가능하게 접속되어 있고, 검출한 정보를 제어 장치(101)에 공급한다.

유연 변형층(212)은, 표면의 적어도 일부에 있어서, 지지하는 물체와 접촉하는 탄성체이다. 제1 실시 형태에 있어서 설명한 바와 같이, 곡면의 곡률이나 형상에 따라 고착률의 변화율이 변화된다. 그 성질을 이용하여, 복수의 곡률/형상의 탄성체를 사용함으로써, 동작이나 애플리케이션에서 필요한 고착률 측정 정밀도를 설계할 수 있다.

물체 파지를 대략적인 파지 형태로 분류하면, 도 19의 C에 도시된 바와 같은, 물체(231)를 쥐도록 파지하는 파워 그래스프와, 도 19의 B에 도시된 바와 같은, 물체(231)를 집도록 파지하는 프리시전 그래스프(손끝 파지)의 2종류로 나누어진다. 파워 그래스프는, 파지하는 물체가 고질량인 경우나, 프라이팬의 손잡이의 부분과 같이 물체에 작용하는 모멘트를 지지할 필요가 있는 경우 등에 이용된다. 따라서, 유연 변형층(212)의 표면의, 파워 그래스프 시에 물체에 접촉하는 부분은, 접촉 면적이 넓어지기 쉽도록, 곡률이 작은 곡면에 의해 구성되도록 한다.

이에 반해 프리시전 그래스프는, 물체를 보다 고정밀도로 계측하여 파지할 수 있다. 예를 들어, 프리시전 그래스프는, 매우 유연하고 취성이 있는 것 등을 파지하는 경우에 이용된다. 따라서, 유연 변형층(212)의 표면, 프리시전 그래스프 시에 물체에 접촉하는 부분은, 접촉 면적이 좁아지기 쉽도록, 곡률이 큰 곡면에 의해 구성된다.

즉, 유연 변형층(212)은, 그 표면이 서로 다른 복수의 곡률을 갖는다(복수의 곡률에 의해 구성된다). 예를 들어, 유연 변형층(212)의, 손가락부(201)의 손끝 주변의 표면은, 프리시전 그래스프용의 곡률이 큰 곡면이 형성되고, 유연 변형층(212)의, 손가락부(201)의 볼록한 부분의 표면은, 곡률이 작은 곡면이 형성된다. 이와 같이 함으로써, 유연 변형층(212)은, 파워 그래스프, 프리시전 그래스프 양쪽의 파지에 대응할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 프리시전 그래스프에 있어서 고착률 검출 정밀도의 저감을 억제할 수 있음과 함께, 파워 그래스프에 있어서 접촉 면적의 저감을 억제할 수 있다. 물론, 유연 변형층(212)의 표면의 곡률은, 3종류 이상이어도 된다. 즉, 보다 다양한 파지 방법에 대응할 수 있다. 또한, 곡률이 다른 손끝을 다른 손가락에 각각 탑재해도 된다. 파지하는 물체에 따라 사용하는 손가락을 구분지어 사용하는 등의 제어가 생각된다.

<변형예>

예를 들어, 도 20의 A에 도시된 예와 같이, 센서(211) 상에 유연 변형층(212)을 적층시켜도 된다. 이 경우, 센서(211)가 유연 변형층(212)을 통해, 유연 변형층(212)과 물체의 접촉부의 정보(예를 들어 전단력에 관한 정보)를 얻을 수 있도록 하면 된다. 예를 들어, 센서(211)가 이미지 센서를 사용하여 접촉부의 정보를 검출하는 경우, 유연 변형층(212)에 투명한 소재를 사용하도록 하고, 이미지 센서가 그 투명한 유연 변형층(212)을 통해 접촉부의 모습을 촬상할 수 있도록 하면 된다. 이와 같이 함으로써, 제어 장치(101)는, 미끄럼 영역과 고착 영역의 판정을 안정적으로 행할 수 있고, 파지 장치(102)는, 미끄러지지 않는 최소 한도의 힘으로 파지할 수 있다. 물론, 센서(211)와 유연 변형층(212)이 적층되어 있지 않고, 센서(211)가 유연 변형층(212)을 통하지 않고, 접촉부의 정보를 검출하도록 해도 된다.

또한, 도 20의 B에 도시된 예와 같이, 유연 변형층(212)의 표면이, 평면 및 곡면에 의해 구성되도록 해도 된다. 이와 같이 함으로써, 접촉 면적을 저감시키지 않고(넓게 유지하면서), 미끄럼 영역과 고착 영역의 판정을 행할 수 있다. 또한, 도 20의 C에 도시된 예와 같이, 유연 변형층(212)의 표면이 원뿔형으로 교정되도록 해도 된다.

또한, 도 20의 D에 도시된 예와 같이, 유연 변형층(212)의 표면은, 요철을 갖는 면(들쑥날쑥한 형상의 면)과 곡면에 의해 구성되도록 해도 된다. 이와 같이 함으로써, 마찰 계수의 저감을 억제하면서 고착률 변화를 검출할 수 있다.

또한, 유연 변형층(212)의 표면이, 방향에 따른 곡률을 갖도록 해도 된다. 예를 들어, 유연 변형층(212)의 표면이, 도 21의 A에 도시된 예와 같이, 소정의 방향으로만 소정의 곡률을 갖도록 해도 된다. 도 21의 A의 경우, 유연 변형층(212)의 표면이, 반원통형으로 구성되고, 그 긴 변 방향에 수직인 방향(도면 중, 화살표로 나타내어지는 미끄럼 방향)으로 소정의 곡률을 갖고 있다. 이와 같은 형상의 유연 변형층(212)은, 그 소정의 방향(미끄럼 방향)의 미끄럼을 검출하는 경우, 그 미끄럼 검출의 정밀도를 다른 방향에 비해 향상시킬 수 있다.

따라서, 예를 들어 특정 방향만 미끄러지지 않게 접촉시키거나, 미끄러지게 하거나 하는 동작이 가능해진다. 또한, 유연 변형층(212)의 형상이 보다 단순해지므로, 보다 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 제조 비용의 증대를 보다 억제할 수 있다.

또한, 도 21의 B에 도시된 예와 같이, 유연 변형층(212)의 표면의 물체와 접촉할 수 있는 부분은, 서로 다른 복수의 곡률을 갖도록 해도 된다. 이와 같이 함으로써, 파지력의 다이내믹 레인지에 맞추어, 미끄럼 검출의 정밀도와 접촉 면적의 넓이를 조정할 수 있다. 예를 들어, 도 21의 B와 같은 구성은, 파지력이 작은 부분에 있어서는, 미끄럼 검출 정밀도를 향상시킬 수 있고, 반대로 파지력이 큰 부분에 있어서는, 접촉 면적의 저감을 억제할 수 있다.

또한, 도 21의 C나 D에 도시된 예와 같이, 센서(211)가 곡면형으로 배치되도록 해도 된다. 도 21의 C의 예의 경우, 센서(211)는, 표면이 곡면형인 유연 변형층(212) 상에 적층되어 있다. 또한, 도 21의 D의 예의 경우, 센서(211)는, 곡면형으로 배치되고, 그 상에 유연 변형층(212)이 적층되어 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 접촉 물체나 환경이 직접 센서에 접촉하기 때문에, 보다 고정밀도로 미끄럼 검출을 행할 수 있다.

또한, 유연 변형층(212)의 경도는, 불균일해도 된다. 즉, 유연 변형층(212)의 경도를, 장소에 따라 다르게 해도 된다. 예를 들어, 도 22의 A에 도시된 바와 같이, 유연 변형층(212)이 수직 방향으로 3분할되고, 유연 변형층(212-1) 및 유연 변형층(212-3)의 경도가 유연 변형층(212-2)의 경도에 비해 높아지도록(유연 변형층(212-2)의 경도가 유연 변형층(212-1)이나 유연 변형층(212-2)의 경도에 비해 낮아지도록) 해도 된다. 또한, 예를 들어 도 22의 B에 도시된 바와 같이, 유연 변형층(212)의 중앙부(유연 변형층(212-4))의 경도가, 그 주변부(유연 변형층(212-5))의 경도보다도 낮아지도록 해도 된다. 또한, 도 22의 C에 도시된 바와 같이, 유연 변형층(212)이 수평 방향으로 3분할되고, 유연 변형층(212-6)의 경도가 가장 낮고, 유연 변형층(212-8)의 경도가 가장 높고, 유연 변형층(212-7)의 경도가, 그들 사이가 되도록 해도 된다.

이와 같이 함으로써, 미끄럼 검출 가능한 파지력 및 전단력의 다이내믹 레인지를 넓게 할 수 있다. 또한, 파지력 및 전단력의 레인지에 따라서, 미끄럼 검출 정밀도(감도)를 조정할 수 있다. 이에 의해 최종적으로 파지 가능한 물체의 질량 레인지를 확대할 수 있다.

도 22의 D에 도시된 바와 같이, 균일한 경도로 접촉시킨 경우, 유연 변형층의 전단 변위량이 어떤 전단력 이상에서 포화되어 버려, 그 이상의 힘으로는 미끄럼을 검출할 수 없을 우려가 있었다. 경도를 변경함으로써, 힘의 레인지에 따라서 유연 변형층의 전단 변위량을 조정할 수 있으므로, 다이내믹 레인지를 넓게 할 수 있다.

<복수 곡면>

이상의 방법은 병진 방향의 미끄럼은 검출할 수 있지만, 회전 방향의 미끄럼은 검출하는 것이 곤란하다. 회전 방향의 미끄럼이 발생해도, 회전 방향의 전단 변위량을 검출하는 것이 어렵기 때문이다. 그래서, 도 23의 A에 도시된 예와 같이, 유연 변형층(212)의 표면의 형상을, 곡면을 복수 배열한 형상으로 해도 된다. 도 23의 A에 도시된 바와 같이, 이 경우, 유연 변형층(212)은, 평면형의 부분과, 그 평면형의 부분으로부터 돌출된 복수의 곡면형의 부분(212R)에 의해 구성된다.

이와 같은 형상의 유연 변형층(212)과 물체가 접촉하였을 때의 압력 분포를, 압력 등고선도로 나타내면 도 23의 B와 같이 된다. 이 압력 등고선도는, 곡면형의 부분(212R)이 4(2×2)인 경우를 예로 나타내고 있다. 각 곡면형의 부분(212R)에 있어서의 압력 중심점의 좌표를 (x_i,y_i)로 나타낸다.

여기서, 물체에 모멘트가 가해져, 회전 방향으로 초기 미끄럼이 발생하기 시작하면, 도 23의 C의 압력 등고선도와 같이, 각 곡면형의 부분(212R)에 있어서의 압력 중심점이 이동한다. 이동 후의 각 압력 중심점의 좌표를 (x₁',y₁')로 나타낸다.

회전 전후의 CoP 위치와 전단 변위의 관계는, 회전 방향의 전단 변위량을 θ라 하고, 병진 방향의 전단 변위량을 (t_x, t_y)라 하면, 이하의 식 (6)과 같이 나타낼 수 있다.

이 관계식을 곡면형의 부분(212R)의 개수분 도출하고, 그 결과로부터 미지수 θ, t_x, t_y를 구할 수 있다. 구체적인 방법으로서 예를 들어 최소 제곱법 등을 들 수 있다. 이 방법을 사용함으로써, 회전 방향의 전단 변위량을 구할 수 있으므로, 회전/병진의 고착률을 동시에 계측할 수 있다.

<변형예>

예를 들어, 도 24의 A에 도시된 바와 같이, 센서(211)에, 유연 변형층(212)의 곡면형의 표면을 갖는 부분(212R)이 복수 적층되도록 해도 된다. 이와 같이 함으로써, 상술한 바와 같이 회전 미끄럼의 검출이 가능해진다. 또한, 회전 방향 정보에 기초하여 파지력 제어를 행할 수 있기 때문에, 보다 정밀도가 높은 파지력 제어를 실현할 수 있다.

또한, 예를 들어 도 24의 B에 도시된 바와 같이, 유연 변형층(212)의 표면이, 평면형의 부분과, 그 평면형의 부분보다 돌출된 복수의 곡면형의 부분(212R)에 의해 구성되도록 해도 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 복수의 곡면형의 부분(212R) 간이, 평면형의 부분에 의해 메워지므로, 그 곡면형의 부분(212R) 간의 거리가 변화되기 어려워진다. 따라서, 미끄럼 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 복수의 곡면형의 부분(212R)이 1개의 유연층에 결합되어 있으므로, 실장할 때, 위치 어긋남의 증대를 보다 용이하게 억제할 수 있다. 이에 의해, 미끄럼 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 예를 들어 도 24의 C에 도시된 바와 같이, 유연 변형층(212)의 표면이, 제1 곡률의 제1 곡면형의 부분과, 그 제1 곡면형의 부분보다 돌출된 복수의, 그 제1 곡률보다도 큰 제2 곡률의 제2 곡면형의 부분에 의해 구성되도록 해도 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 복수의 곡면형의 부분(212R)의 정점을 연결한 포락면이 곡면이 된다. 그 때문에, 접촉 영역에서 접촉 압력에 차가 발생하여, 미끄럼 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 예를 들어 도 24의 D에 도시된 바와 같이, 복수의 곡면형의 부분(212R)을 포함하도록, 다른 경도의 유연 변형층(212S)으로 덮도록 해도 된다. 도 24의 D의 예의 경우, 곡면형의 부분(212R-1), 곡면형의 부분(212R-2), 곡면형의 부분(212R-3)이, 그것들을 포함하도록, 그것들의 부분과 다른 경도의 유연 변형층(212S)에 의해 덮여 있다.

이와 같이 함으로써, 물체나 주위의 환경과 복수의 곡면형의 부분(212R)이 직접 접촉하지 않기 때문에, 곡면형의 부분(212R)의 마모를 억제할 수 있다. 또한, 물체와 곡면으로 접촉하게 되기 때문에, 접촉 영역에서 접촉 압력에 차가 발생하여, 미끄럼 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 예를 들어 도 25의 A나 도 25의 B에 도시된 바와 같이, 복수의 곡면형의 부분(212R) 상에, 다른 곡면형의 유연 변형층(212S)을 적층하도록 해도 된다. 이와 같이 함으로써, 회전 미끄럼을 검출하면서, 물체나 다른 환경과의 접촉은 곡면 접촉이 되기 때문에, 보다 안정적으로 미끄럼 검출을 행할 수 있다.

즉, 유연 변형층(212)이, 복수의, 제1 곡률의 표면을 갖는 제1 탄성체와, 그 복수의 제1 탄성체에 대하여 중첩된, 제2 곡률의 표면을 갖는 제2 탄성체를 갖게 해도 된다. 그리고, 제1 탄성체의 경도가, 제2 탄성체의 경도와 다르도록 해도 된다.

또한, 도 25의 C에 도시된 예와 같이, 복수의 곡면형의 부분(212R)의 경도를 장소에 따라서 변화시키도록 해도 된다. 도 25의 C에 있어서, 곡면형의 부분(212R-1) 내지 곡면형의 부분(212R-3)의 각각의 경도는 통일되어 있지 않다(다른 것과 다른 경도를 갖는 곡면형의 부분(212R)을 갖는다). 즉, 곡면형의 표면을 갖는 복수의 탄성체의 경도가 서로 다르게 해도 된다.

또한, 도 25의 D에 도시된 예와 같이, 복수의 곡면 유연 변형층을 상하로부터 집도록, 서로 겹치지 않도록 배치해도 된다. 도 25의 D에 있어서, 복수의 곡면형의 부분(212R)을 갖는 유연 변형층(212)에, 마찬가지의 형상의 유연 변형층(212S)이, 그 방향을 상하 반대로 하여 적층되어 있다. 즉, 제2 탄성체는, 제1 탄성체의 제1 곡률의 표면의 방향과 역방향으로 제1 곡률의 표면을 갖는다. 이와 같이 함으로써, 곡면형의 부분(212R-1)과 곡면형의 부분(212R-2) 사이에, 유연 변형층(212S)의 곡면형의 부분(212SR)이 위치한다. 이에 의해, 유연 변형층의 공간 밀도를 높일 수 있으므로, 전단 변위의 검출점이 증가되어, 보다 고정밀도로 미끄럼을 검출할 수 있다.

또한, 도 26의 A에 도시된 예와 같이, 유연 변형층(212)의 경도를 국소적으로 변화시키도록 해도 된다. 도 26에 있어서, 유연 변형층(212)의 사선 모양으로 도시된 부분(212-1)은, 흰 바탕으로 도시된 부분(212-2)보다도 경도가 높게 설정되어 있다. 도 26의 A의 점선 A-A'의 단면도를 도 26의 B에 도시한다. 도 26의 B의 단면도에 도시된 바와 같이, 부분(212-2)보다도 경도가 높은 부분(212-1)은, 표면으로부터 센서(211)측까지 형성되어 있다. 이와 같이, 유연 변형층(212)이, 주위보다도 경도가 높은 국소 부분을 복수 갖도록 해도 된다. 이와 같이 함으로써, 명시적으로 복수의 곡면 유연 변형층을 만들지 않아도, 회전 미끄럼 검출이 가능해진다. 또한, 요철 형상으로 되지 않으므로, 각 곡면 유연 변형층이 걸리거나 하여 파단할 가능성을 저감시킬 수 있어, 유연 변형층(212)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 26의 C에 도시된 예와 같이, 요철의 높이를 장소에 따라서 변화시켜, 포락면을 곡면으로 하도록 해도 된다. 포락면이란, 공간 상에 배열된 복수의 곡선에 대하여, 모두 접하도록 부여한 면을 나타낸다. 이 경우, 복수의 곡면형의 부분(212R)(요철 형상)을 배치한 유연 변형층(212)에 있어서, 각 곡면형의 부분(212R)의 정점을 모두 통과하는 곡면 혹은 평면이 있으면 그것을 포락면이라 칭한다. 도 26의 C의 예의 경우, 곡면형의 부분(212R-2)이, 곡면형의 부분(212R-2)이나 곡면형의 부분(212R-3)보다도 높아, 그것들에 접하는 포락면(251)(도면 중 점선으로 나타내어지는 면)은 곡면형으로 형성된다. 즉, 곡면형의 부분(212R)의 높이가 서로 다르다.

이와 같이 함으로써, 물체와 접촉할 때, 각 요철에서 검출되는 압력이, 곡면 접촉 상당의 값이 되어(도 26의 C의 예의 경우, 압력은, 중심부쪽이 높아지고, 주변으로 갈수록 낮아짐), 접촉 압력에 차가 생기므로, 초기 미끄럼의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 도 26의 D에 도시된 예와 같이, 유연 변형층(212)의 각 곡면형의 부분(212R)이 소정의 규칙성에 기초하는 위치에 형성되도록 해도 된다. 또한, 도 26의 E에 도시된 예와 같이, 유연 변형층(212)의 각 곡면형의 부분(212R)이 임의의 위치에 형성되도록 해도 된다.

곡면 유연 변형층의 위치는, 설계의 제약이 없어, 설치 위치나 형상에 대하여 플렉시블하다. 또한, 곡면 유연 변형층의 밀도를 장소에 따라서 변화시킴으로써, 장소에 따라서 미끄럼 검출의 정밀도를 유연하게 변화시킬 수 있어, 계산 부하의 분산이 가능하다.

또한, 상술한 각 예는, 적절히 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 단체 곡면의 변형예와, 복수 곡면의 변형예를 서로 조합하여 사용하도록 해도 된다.

<3. 제3 실시 형태>

<마찰 계수를 사전에 알 수 없는 경우>

<제어 장치>

다음에, 제어 장치(101)에 대하여 설명한다. 마찰 계수를 사전에 알 수 없는 경우, 제어 장치(101)는, 전단 변위량을 산출하고, 전단 변위가 0이 되도록 파지력을 제어하면 된다. 이와 같이 함으로써 미끄러지지 않고 물체를 파지할 수 있다.

그 경우의 제어 장치(101)의 주된 구성예를 도 27에 도시한다. 도 27의 예의 경우, 제어 장치(101)는, 전단 변위량 검출부(301), 전단 변위량 산출부(302), 파지력 산출부(303), 및 액추에이터 제어부(304)를 갖는다.

전단 변위량 검출부(301)는, 파지 장치(102)가 물체를 파지함으로써, 그 물체와 접촉하는 접촉부인 파지 장치(102)의 유연 변형층(212)의 표면과 그 물체 사이에 발생하는 전단력에 관한 정보(접촉부의 전단력에 관한 정보라고도 칭함)의 검출에 관한 처리를 행한다. 예를 들어, 전단 변위량 검출부(301)는, 그 전단력에 관한 정보로서, 전단 변위에 관한 정보의 검출에 관한 처리를 행한다. 그 경우, 전단 변위량 검출부(301)는, 예를 들어 압력 분포 센서나 화상 센서 등의, 전단 변위를 검출하기 위한 센서와, 그 센서의 출력 신호를 신호 처리하는 신호 처리 블록을 갖는다. 전단 변위량 검출부(301)는, 제1 실시 형태의 <전단 변위량의 계측 방법의 구체예>에 있어서 설명한 바와 같이, 전단 변위를 CoP 변화량이나 접촉 영역 이동량 등으로서 검출한다. 전단 변위량 검출부(301)는, 검출한 정보(CoP 변화량, 접촉 영역 이동량 등)를, 접촉부의 전단력에 관한 정보(또는, 전단 변위에 관한 정보)로서, 전단 변위량 산출부(302)에 공급한다.

전단 변위량 산출부(302)는, 전단 변위량을 산출한다. 전단 변위량 산출부(302)는, 전단 변위량 검출부(301)로부터 공급된 접촉부의 전단력에 관한 정보(또는, 전단 변위에 관한 정보, 예를 들어 CoP 변화량, 접촉 영역 이동량 등)를 전단 변위량으로 변환하여, 파지력 산출부(303)에 공급한다.

파지력 산출부(303)는, 파지력(토크·힘)을 산출한다. 파지력 산출부(303)는, 전단 변위량 산출부(302)로부터 공급된 전단 변위량에 대응하는 파지력을 산출한다. 예를 들어, 파지력 산출부(303)는, 전단 변위량 산출부(302)로부터 공급된 전단 변위량을 0으로 하는 파지력을 산출한다. 즉, 파지력 산출부(303)는, 접촉부의 전단력에 관한 정보(또는, 전단 변위에 관한 정보)에 기초하여 파지력을 산출한다. 파지력 산출부(303)는, 산출한 파지력을 액추에이터 제어부(304)에 공급한다.

액추에이터 제어부(304)는, 파지 장치(102)의 구동을 제어한다. 액추에이터 제어부(304)는, 파지 장치(102)를 제어하여, 파지력 산출부(303)로부터 공급되는 파지력을 발생시키도록(예를 들어, 그 파지력으로 물체를 지지하도록), 파지 장치(102)를 구동시킨다. 즉, 구동 제어부인 액추에이터 제어부(304)는, 물체를 지지하는 지지부(예를 들어 파지 장치(102))의 구동을 제어하고, 지지력 제어부(예를 들어, 파지력 산출부(303))에 의해 제어되는 지지력으로 물체를 지지시킨다.

제어 장치(101)의 각 처리부(도 27의 예의 경우, 전단 변위량 검출부(301) 내지 액추에이터 제어부(304))는, 각각, 임의의 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(101)의 각 처리부가, 각각, 상술한 처리를 실현하는 논리 회로에 의해 구성되도록 해도 된다. 또한, 제어 장치(101)의 각 처리부가, 각각, 예를 들어 CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 등을 갖고, 그것들을 사용하여 프로그램을 실행함으로써, 상술한 처리를 실현하도록 해도 된다. 물론, 제어 장치(101)의 각 처리부가, 각각, 그 양쪽의 구성을 갖고, 상술한 처리의 일부를 논리 회로에 의해 실현하고, 그 밖의 처리를, 프로그램을 실행함으로써 실현하도록 해도 된다. 이것은, 이하에 설명하는 다른 도면에 있어서도 마찬가지이다.

<제어 처리의 흐름>

이 경우의 제어 장치(101)가 실행하는 제어 처리의 흐름의 예를, 도 28의 흐름도를 참조하여 설명한다. 제어 처리가 개시되면, 전단 변위량 검출부(301)는, 스텝 S301에 있어서, 전단력에 관한 정보(예를 들어 CoP 변화량이나 접촉 영역 이동량 등)를 검출한다.

스텝 S302에 있어서, 전단 변위량 산출부(302)는, 스텝 S301에 있어서 검출된 접촉부의 전단력에 관한 정보(또는, 전단 변위에 관한 정보)에 기초하여, 전단 변위량을 산출한다.

스텝 S303에 있어서, 파지력 산출부(303)는, 스텝 S302에 있어서 산출된 전단 변위량에 기초하여 파지력(지지력)을 산출한다.

스텝 S304에 있어서, 액추에이터 제어부(304)는, 스텝 S303에 있어서 산출된 파지력(지지력)으로 물체를 지지하도록, 파지 장치(102)의 액추에이터의 구동을 제어한다.

스텝 S304의 처리가 종료되면, 제어 처리가 종료된다.

이상과 같이 각 처리를 실행함으로써, 제어 장치(101)는, 검출한 접촉부의 전단력(예를 들어 전단 변위)에 기초하여 파지 장치(102)의 파지력(지지력)을 제어할 수 있다. 따라서, 제어 장치(101)는, 파지 장치(102)에 대하여, 보다 적절한 지지력으로 물체를 지지시킬 수 있다.

<제어 장치>

또한, 실제로 물체에 가해지는 파지력을 계측하고, 그 계측값에 기초하여 파지력을 제어하도록 해도 된다. 도 29는 그 경우의 제어 장치(101)의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 29에 도시된 바와 같이, 이 경우, 제어 장치(101)는, 도 27의 예의 구성에 더하여, 파지력 측정부(311)를 갖는다.

파지력 측정부(311)는, 토크 센서나 3축 역각 센서 등을 갖고, 파지 장치(102)가 물체에 실제로 가하는 파지력(실제의 파지력이라고도 칭함)을 계측한다. 파지력 측정부(311)는, 계측한 실제의 파지력(토크·힘)을 파지력 산출부(303)에 공급한다.

파지력 산출부(303)는, 전단 변위량 산출부(302)로부터 공급되는 전단 변위량(즉, 접촉부의 전단력에 관한 정보(또는, 전단 변위에 관한 정보))과, 파지력 측정부(311)로부터 공급되는 실제의 파지력에 기초하여, 파지 장치(102)에 가하게 할 파지력을 산출한다. 즉, 파지력 산출부(303)는, 전단 변위량으로부터 산출한 파지력을, 실제의 파지력을 사용하여 보정한다. 파지력 산출부(303)는, 산출한 파지력을 액추에이터 제어부(304)에 공급한다.

이상과 같이, 계측한 파지력을 피드백시킴으로써, 제어 장치(101)는, 보다 고정밀도로 파지력 제어를 행할 수 있다.

<제어 처리의 흐름>

이 경우의 제어 처리의 흐름의 예를, 도 30의 흐름도를 참조하여 설명한다. 제어 처리가 개시되면, 스텝 S321 및 스텝 S322의 각 처리는, 도 28의 스텝 S301 및 스텝 S302의 각 처리와 마찬가지로 실행된다.

스텝 S323(도 30)에 있어서, 파지력 측정부(311)는, 물체에 실제로 가해지는 파지력을 측정한다.

스텝 S324에 있어서, 파지력 산출부(303)는, 스텝 S322에 있어서 산출된 전단 변위량(즉, 접촉부의 전단력에 관한 정보(또는, 전단 변위에 관한 정보))과, 스텝 S323에 있어서 측정된 파지력에 기초하여, 파지 장치(102)에 출력시키는 파지력을 산출한다(전단 변위량에 기초하여 산출되는 파지력을, 측정된 파지력으로 보정한다).

스텝 S325의 처리는, 스텝 S304의 처리(도 28)와, 마찬가지로 실행된다.

스텝 S326에 있어서, 제어 장치(101)는, 제어 처리를 종료할지 여부를 판정한다. 종료하지 않는 것으로 판정된 경우, 처리는 스텝 S323으로 되돌아간다. 즉, 스텝 S323 내지 스텝 S326의 각 처리가 반복하여 실행된다.

그리고, 스텝 S326에 있어서 제어 처리를 종료하는 것으로 판정된 경우, 제어 처리가 종료된다.

이상과 같이 각 처리를 실행함으로써, 제어 장치(101)는, 측정한 실제의 파지력을 사용하여 파지 장치(102)의 파지력(지지력)을 제어할 수 있다. 따라서, 제어 장치(101)는, 보다 정확한 파지력 제어를 행할 수 있다. 따라서, 제어 장치(101)는, 파지 장치(102)에 대하여, 보다 적절한 지지력으로 물체를 지지시킬 수 있다.

<제어 장치>

또한, 파지력 산출부(303)가, 파지 장치(102)의 유연 변형층의 형상 등에 기초하여, 파지력을 산출하도록 해도 된다. 도 31은 그 경우의 제어 장치(101)의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 31에 도시된 바와 같이, 이 경우, 제어 장치(101)는, 도 27의 예의 구성에 더하여, 접촉 정보 보유부(321)를 갖는다.

접촉 정보 보유부(321)는, 예를 들어 플래시 메모리 등의 임의의 기억 매체를 갖고, 파지 장치(102)와, 그 파지 장치(102)에 의해 파지되는 물체와의 접촉에 관한 정보인 접촉 정보를 그 기억 매체에 기억한다.

접촉 정보 보유부(321)는, 보유하고 있는 접촉 정보를 파지력 산출부(303)에 공급한다. 파지력 산출부(303)는, 전단 변위량 산출부(302)로부터 공급되는 전단 변위량(즉, 접촉부의 전단력에 관한 정보(또는, 전단 변위에 관한 정보))과, 접촉 정보 보유부(321)로부터 공급되는 접촉 정보에 기초하여, 파지력을 산출한다. 파지력 산출부(303)는, 그것을 액추에이터 제어부(304)에 공급한다.

이 접촉 정보에는, 예를 들어 파지 장치(102)의 유연 변형층(212)의 표면(즉, 물체와 접촉하는 접촉부)의 형상에 관한 정보가 포함된다. 즉, 지지력 제어부인 파지력 산출부(303)는, 그 유연 변형층(212)의 표면의 형상에 관한 정보와, 전단 변위량(즉, 접촉부의 전단력에 관한 정보(또는, 전단 변위에 관한 정보))에 기초하여, 파지력(즉, 물체를 지지하는 지지력)을 제어한다.

예를 들어, 접촉 정보 보유부(321)가, 파지 장치(102)의 유연 변형층(212)의 표면의 형상에 관한 정보를 그 기억 매체에 기억하고, 파지력 산출부(303)가, 전단 변위량(즉, 접촉부의 전단력에 관한 정보(또는, 전단 변위에 관한 정보))과, 그 접촉 정보 보유부(321)에 의해 보유되어 있는, 파지 장치(102)의 유연 변형층(212)의 표면의 형상에 관한 정보에 기초하여 파지력을 제어하도록 해도 된다.

또한, 이 형상에 관한 정보에는, 예를 들어 유연 변형층(212)의 표면의 곡률을 나타내는 정보(접촉부의 표면의 곡률을 나타내는 정보)가 포함되어 있어도 된다. 즉, 파지력 산출부(303)가, 유연 변형층(212)의 표면의 곡률을 나타내는 정보와 전단 변위량(즉, 접촉부의 전단력에 관한 정보(또는, 전단 변위에 관한 정보))에 기초하여, 파지력을 제어하도록 해도 된다.

또한, 이 유연 변형층(212)의 표면의 곡률을 나타내는 정보에 기초하여, 접촉부의, 물체와 접촉하는 위치를 제어하는 위치 제어부(파지력 산출부(303))를 더 구비하도록 해도 된다. 예를 들어, 파지력 산출부(303)가, 또한 위치 제어부로서, 물체를, 유연 변형층의 곡률이 큰 부분에 접촉시켜, 프리시전 그래스프(손끝 파지)에 의해 파지할지, 유연 변형층의 곡률이 작은 부분에 접촉시켜, 파워 그래스프에 의해 파지할지를 선택하고, 그 선택한 방법으로 파지하도록 파지 장치(102)를 제어하도록 해도 된다.

또한, 이 형상에 관한 정보에는, 유연 변형층(212)의 표면의 형상을 나타내는 정보(예를 들어, 평면인지, 곡면인지 등)가 포함되어 있어도 된다. 즉, 파지력 산출부(303)가, 유연 변형층(212)의 표면의 형상을 나타내는 정보와 전단 변위량(즉, 접촉부의 전단력에 관한 정보(또는, 전단 변위에 관한 정보))에 기초하여, 파지력을 제어하도록 해도 된다.

또한, 접촉 정보에, 파지 장치(102)의 접촉 대상인 물체의 곡면에 관한 정보가 포함되어 있어도 된다. 즉, 파지력 산출부(303)가, 파지 장치(102)의 접촉 대상인 물체의 곡면에 관한 정보와 전단 변위량(즉, 접촉부의 전단력에 관한 정보(또는, 전단 변위에 관한 정보))에 기초하여, 파지력을 제어하도록 해도 된다.

물론, 접촉 정보나 형상에 관한 정보에, 상술한 것 이외의 정보가 포함되어 있어도 된다.

이와 같이, 전단 변위량(즉, 접촉부의 전단력에 관한 정보(또는, 전단 변위에 관한 정보))에 더하여, 접촉 정보를 사용하여 파지력을 산출함으로써, 파지력 산출부(303)는, 보다 고정밀도로 필요 최저한의 파지력을 산출할 수 있다.

또한, 접촉 정보는, 인식하여(검출하여) 보유하도록 해도 된다. 그 경우, 제어 장치(101)가, 접촉 정보를 인식하는 인식부(또는 접촉 정보를 검출하는 검출부)를 더 구비하고, 그 인식부(또는 검출부)로부터 출력되는 접촉 정보를, 접촉 정보 보유부(321)에 보유시키도록 하면 된다.

<제어 처리의 흐름>

이 경우의 제어 처리의 흐름의 예를, 도 32의 흐름도를 참조하여 설명한다. 제어 처리가 개시되면, 스텝 S341 및 스텝 S342의 각 처리는, 도 28의 스텝 S301 및 스텝 S302의 각 처리와 마찬가지로 실행된다.

스텝 S343(도 32)에 있어서, 파지력 산출부(303)는, 스텝 S342에 있어서 산출된 전단 변위량과, 접촉 정보 보유부(321)에 보유되어 있는 접촉 정보(예를 들어, 유연 변형층의 곡률)에 기초하여, 파지력을 산출한다. 즉, 지지력 제어부인 파지력 산출부(303)는, 물체와 접촉하는 접촉부의 형상에 관한 정보(접촉 정보)와 그 접촉부의 전단력에 관한 정보(또는 전단 변위에 관한 정보)에 기초하여, 그 물체를 지지하는 지지력(파지력)을 제어한다.

스텝 S344의 처리는, 스텝 S304의 처리(도 28)와, 마찬가지로 실행된다. 그리고, 스텝 S344의 처리가 종료되면 제어 처리가 종료된다.

이상과 같이 각 처리를 실행함으로써, 제어 장치(101)는, 전단 변위량과 접촉 정보(예를 들어, 유연 변형층의 곡률)를 사용하여 파지 장치(102)의 파지력(지지력)을 제어할 수 있다. 따라서, 제어 장치(101)는, 파지 장치(102)에 대하여, 보다 적절한 지지력으로 물체를 지지시킬 수 있다.

<제어 장치>

또한, 전단 변위의 방향으로부터, 미끄럼 방향을 판정할 수 있다. 제어 장치(101)는, 이 미끄럼의 방향에 따라서 파지력을 제어함으로써, 어떤 방향만 미끄럼을 허용하거나, 반대로 미끄러지지 않게 하거나 하는 제어를 행할 수 있다.

도 33은 그 경우의 제어 장치(101)의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 33에 도시된 바와 같이, 이 경우, 제어 장치(101)는, 도 27의 예의 구성에 더하여, 파지력 결정부(331)를 갖는다. 또한, 이 경우, 파지력 산출부(303)가, 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다) 파지력을 산출한다. 즉, 제어 장치(101)는, 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다) 파지력 산출부(303)(파지력 산출부(303-1) 내지 파지력 산출부(303-N)(N은 임의의 자연수))를 구비한다.

이 경우의 전단 변위량 산출부(302)는, 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다)의 전단 변위량을 산출하고, 산출한 각 전단 변위량을, 각각의 방향에 대응하는 파지력 산출부(303)(파지력 산출부(303-1) 내지 파지력 산출부(303-N) 중 어느 것)에 공급한다.

파지력 산출부(303-1) 내지 파지력 산출부(303-N)는, 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다) 마련된 파지력 산출부(303)이며, 각각, 자신에 대응하는 방향(예를 들어, x, y, θ 등)의 전단 변위량(즉, 그 방향의 미끄럼양)에 기초하여, 그 방향에 대한 파지력을 산출한다. 즉, 이 경우, 파지력 산출부(303)(파지력 산출부(303-1) 내지 파지력 산출부(303-N))는, 방향마다의 전단 변위량(즉, 접촉부의 방향마다의 전단력에 관한 정보(또는, 방향마다의 전단 변위에 관한 정보))에 기초하여, 방향마다의 파지력을 도출한다.

예를 들어, 회전 방향 θ에 대응하는 파지력 산출부(303)는, 물체의 접촉부에 대한 회전 방향의 미끄럼인 회전 미끄럼에 기초하여, 지지력을 제어한다. 이 회전 미끄럼은, 접촉부가 파지하는 물체에 가하는 압력 분포에 기초하여 도출된다. 즉, 지지력 제어부인 파지력 산출부(303)는, 접촉부가 물체에 가하는 압력의 분포의 검출 결과에 기초하여, 지지력을 제어한다.

파지력 산출부(303-1) 내지 파지력 산출부(303-N)는, 산출한 방향마다의 파지력(토크·힘)을 파지력 결정부(331)에 공급한다.

파지력 결정부(331)는, 공급된 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다)의 파지력으로부터, 그 출력하는 파지력을 결정한다. 파지력 결정부(331)는, 결정한 파지력을 액추에이터 제어부(304)에 공급한다. 즉, 이 경우, 파지력 산출부(303)(파지력 산출부(303-1) 내지 파지력 산출부(303-N)) 그리고 파지력 결정부(331)는, 방향마다의 전단 변위량(즉, 접촉부의 방향마다의 전단력에 관한 정보(또는, 방향마다의 전단 변위에 관한 정보))에 기초하여, 파지력을 도출한다.

이와 같이 이 미끄럼의 방향에 따라서 파지력을 제어함으로써, 제어 장치(101)는, 예를 들어 어떤 방향만 미끄럼을 허용하거나, 반대로 미끄러지지 않게 하거나 하는 식의, 보다 다양한 지지 제어를 실현할 수 있다.

<제어 처리의 흐름>

이 경우의 제어 처리의 흐름의 예를, 도 34의 흐름도를 참조하여 설명한다. 제어 처리가 개시되면, 스텝 S361의 처리는, 도 28의 스텝 S301의 처리와 마찬가지로 실행된다.

스텝 S362(도 32)에 있어서, 전단 변위량 산출부(302)는, 스텝 S361에 있어서 검출된 정보에 기초하여, 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다)의 전단 변위량을 산출한다.

스텝 S363에 있어서, 파지력 산출부(303)는, 스텝 S362에 있어서 산출된 방향마다의 전단 변위량에 기초하여, 파지력을 그 방향마다 산출한다.

스텝 S364에 있어서, 파지력 결정부(331)는, 스텝 S363에 있어서 산출된 방향마다의 파지력으로부터, 출력하는 파지력을 결정한다.

스텝 S365에 있어서, 액추에이터 제어부(304)는, 스텝 S364에 있어서 결정된 파지력(지지력)으로 물체를 지지하도록, 파지 장치(102)의 액추에이터의 구동을 제어한다. 그리고, 스텝 S365의 처리가 종료되면 제어 처리가 종료된다.

이상과 같이 각 처리를 실행함으로써, 제어 장치(101)는, 미끄럼의 방향에 따라서 파지력을 제어할 수 있어, 보다 다양한 지지 제어를 실현할 수 있다.

<제어 장치>

파지력의 산출에 있어서, 방향마다 제어 파라미터를 전환하도록 해도 된다. 도 35는 그 경우의 제어 장치(101)의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 35에 도시된 바와 같이, 이 경우, 제어 장치(101)는, 도 33의 예의 구성에 더하여, 제어 파라미터 기억부(341)를 갖는다.

제어 파라미터 기억부(341)는, 임의의 기억 매체(예를 들어 플래시 메모리 등)를 갖고, 파지력 산출에 사용되는 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다)의 제어 파라미터(342)(제어 파라미터(342-1) 내지 제어 파라미터(342-M)(M은 임의의 자연수))를 그 기억 매체에 기억하고 있다. 제어 파라미터 기억부(341)는, 필요에 따라, 기억하고 있는 제어 파라미터(342)를 파지력 산출부(303)에 공급한다.

또한, 제어 파라미터는 어떤 정보여도 된다. 예를 들어, PID(Proportional-Integral-Differential Controller)의 제어 게인이나 제어 목표여도 된다.

이 경우도 도 33의 경우와 마찬가지로, 전단 변위량 산출부(302)는, 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다)의 전단 변위량을 산출하고, 파지력 산출부(303)는, 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다) 파지력을 산출한다.

단, 파지력 산출부(303)는, 전단 변위량 산출부(302)로부터 공급되는 방향마다의 전단 변위량과, 제어 파라미터 기억부(341)로부터 공급되는 방향마다의 제어 파라미터에 기초하여, 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다)의 파지력을 산출한다.

파지력 결정부(331)는, 파지력 산출부(303)에 있어서 산출된 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다)의 파지력으로부터, 출력하는 파지력을 결정한다.

이와 같이 함으로써, 파지력 산출부(303)는, 방향마다, 보다 고정밀도로 필요 최저한의 파지력을 산출할 수 있다.

<제어 처리의 흐름>

이 경우의 제어 처리의 흐름의 예를, 도 36의 흐름도를 참조하여 설명한다. 제어 처리가 개시되면, 스텝 S381 및 스텝 S382의 각 처리는, 도 34의 스텝 S361 및 스텝 S362의 각 처리와 마찬가지로 실행된다.

스텝 S383(도 36)에 있어서, 파지력 산출부(303)는, 스텝 S362에 있어서 산출된 방향마다의 전단 변위량과, 제어 파라미터 기억부(341)에 기억되어 있는 방향마다의 제어 파라미터(342)에 기초하여, 파지력을 그 방향마다 산출한다.

스텝 S384 및 스텝 S385의 각 처리는, 스텝 S364 및 스텝 S365의 각 처리(도 34)와, 마찬가지로 실행된다. 그리고, 스텝 S385의 처리가 종료되면 제어 처리가 종료된다.

이상과 같이 각 처리를 실행함으로써, 제어 장치(101)는, 미끄럼의 방향에 따라서 보다 고정밀도로 파지력을 제어할 수 있다.

<제어 장치>

외부로부터 입력되는 태스크의 명령에 따라서, 파지력의 제어가 행해지도록 해도 된다. 도 37은 그 경우의 제어 장치(101)의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 37에 도시된 바와 같이, 이 경우, 제어 장치(101)는, 도 33의 예의 구성에 더하여, 태스크 명령부(351) 및 미끄럼 방향 지정부(352)를 갖는다.

태스크 명령부(351)는, 파지 장치(102)로의 태스크를 명령하는 처리부이다. 예를 들어, 태스크 명령부(351)는, 외부로부터의 명령을 접수하는 입력 디바이스를 갖고 있어도 된다. 태스크 명령부(351)는, 그 명령을 미끄럼 방향 지정부(352)에 공급한다.

미끄럼 방향 지정부(352)는, 태스크 명령부(351)로부터 명령된 태스크에 기초하여, 미끄럼을 허용하는 방향(또는 허용하지 않는 방향)이나 파지력을 증가시키는 방향 등을 결정한다. 미끄럼 방향 지정부(352)는, 파지력의 산출에 사용되는 방향마다의 게인 등의 제어 파라미터를 결정하면, 그 방향에 대응하는 파지력 산출부(303)(파지력 산출부(303-1) 내지 파지력 산출부(303-N))에 공급한다. 또한, 미끄럼 방향 지정부(352)는, 미끄럼을 허용하는 방향(또는 허용하지 않는 방향)을 결정하면, 그 방향을 나타내는 정보(결정 방법 제어 정보)를 파지력 결정부(331)에 공급한다.

각 파지력 산출부(303)는, 전단 변위량 산출부(302)로부터 공급되는 방향마다의 전단 변위량과, 미끄럼 방향 지정부(352)로부터 공급되는 방향마다의 제어 파라미터에 기초하여, 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다)의 파지력을 산출하고, 그것을 파지력 결정부(331)에 공급한다.

파지력 결정부(331)는, 각 파지력 산출부(303)로부터 공급되는 방향마다의 파지력과, 미끄럼 방향 지정부(352)로부터 공급되는 결정 방법 제어 정보에 기초하여, 출력하는 파지력을 결정한다. 예를 들어, 파지력 결정부(331)는, 미끄럼 방향 지정부(352)로부터 공급되는 「X 방향의 파지력은 무시하도록」이나 「Y 방향의 미끄럼을 허용한다」 등의 지시에 따라서, 출력하는 파지력을 결정한다.

이와 같이 함으로써, 파지력 산출부(303)는, 태스크의 명령에 따라서 파지력을 산출할 수 있다. 이에 의해, 제어 장치(101)는, 보다 다양한 지지 제어를 실현할 수 있다.

<제어 처리의 흐름>

이 경우의 제어 처리의 흐름의 예를, 도 38의 흐름도를 참조하여 설명한다. 제어 처리가 개시되면, 스텝 S401 및 스텝 S402의 각 처리는, 도 34의 스텝 S361 및 스텝 S362의 각 처리와 마찬가지로 실행된다.

스텝 S403(도 38)에 있어서, 태스크 명령부(351)는, 태스크 명령을 접수한다. 스텝 S404에 있어서, 미끄럼 방향 지정부(352)는, 그 태스크 명령에 기초하여, 상술한 방향마다의 제어 파라미터나 결정 방법 제어 정보 등의, 미끄럼 방향 지정을 설정한다.

스텝 S405에 있어서, 파지력 산출부(303)는, 스텝 S362에 있어서 산출된 방향마다의 전단 변위량과, 스텝 S404에 있어서 설정된 미끄럼 방향 지정(방향마다의 제어 파라미터)에 기초하여, 파지력을 그 방향마다 산출한다.

스텝 S406에 있어서, 파지력 결정부(331)는, 스텝 S405에 있어서 산출된 방향마다의 파지력과, 스텝 S404에 있어서 설정된 미끄럼 방향 지정(결정 방법 제어 정보)에 기초하여, 파지력을 결정한다.

스텝 S407의 처리는, 스텝 S365의 처리(도 34)와, 마찬가지로 실행된다. 그리고, 스텝 S407의 처리가 종료되면 제어 처리가 종료된다.

이상과 같이 각 처리를 실행함으로써, 제어 장치(101)는, 태스크 명령에 따라서 파지력을 제어할 수 있다.

<제어 장치>

상술한 바와 같이 태스크 명령에 따라서 파지력 제어를 행하는 경우도, 제어 결과가 반드시 이상적으로 된다고는 할 수 없다. 예를 들어 제어 오차나 장애물 등의 실제의 상황에 따라서는, 올바른 제어 결과가 얻어지지 않을 수도 있다. 그래서, 추가로, 주위 또는 파지하는 물체의 위치나 자세 등(환경)을 인식하고, 그 인식 결과에 기초하여 지지 제어를 행하도록 해도 된다.

도 39는 그 경우의 제어 장치(101)의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 39에 도시된 바와 같이, 이 경우, 제어 장치(101)는, 도 37의 예의 구성에 더하여, 환경 인식부(361)를 갖는다.

환경 인식부(361)는, 주위 혹은 파지하고 있는 물체의 자세나 위치를 인식하고, 그 인식 결과와 그 목표값의 차를 도출한다. 환경 인식부(361)는, 그 차를 나타내는 정보를 미끄럼 방향 지정부(352)에 공급한다.

미끄럼 방향 지정부(352)는, 그 정보와 태스크 명령의 정보에 기초하여 미끄럼 방향 지정(방향마다의 제어 파라미터나 결정 방법 제어 정보 등)을 설정한다.

이와 같은 제어에 의해, 제어 장치(101)는, 예를 들어 물체의 자세를 변경하였을 때, 암을 동작시킴으로써 변경해도 되지만, 물체를 미끄러지게 하여 물체의 위치 자세를 변경할 수도 있다. 이와 같이, 파지력 산출부(303)는, 실제의 상황에 따라서, 보다 고정밀도로 보다 다양한 지지 제어를 실현할 수 있다.

<제어 처리의 흐름>

이 경우의 제어 처리의 흐름의 예를, 도 40의 흐름도를 참조하여 설명한다. 제어 처리가 개시되면, 스텝 S421 내지 스텝 S423의 각 처리는, 도 38의 스텝 S401 내지 스텝 S403의 각 처리와 마찬가지로 실행된다.

스텝 S424(도 40)에 있어서, 환경 인식부(361)는, 환경을 인식한다.

스텝 S425에 있어서, 미끄럼 방향 지정부(352)는, 태스크 명령과 환경의 인식 결과에 기초하여, 상술한 방향마다의 제어 파라미터나 결정 방법 제어 정보 등의, 미끄럼 방향 지정을 설정한다.

스텝 S426 내지 스텝 S428의 각 처리는, 도 38의 스텝 S405 내지 스텝 S407의 각 처리와 마찬가지로 실행된다. 그리고, 스텝 S428의 처리가 종료되면 제어 처리가 종료된다.

이상과 같이 각 처리를 실행함으로써, 제어 장치(101)는, 태스크 명령과 환경에 따라서 파지력을 제어할 수 있다.

<제어 장치>

제1 실시 형태에 있어서 설명한 방법 2(전단력/변위 분포의 불연속점 검출에 의한 고착률 추정)를 적용할 수도 있다. 도 41은 그 경우의 제어 장치(101)의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 41에 도시된 바와 같이, 이 경우, 제어 장치(101)는, 전단 변위량 분포 검출부(401), 전단 변위량 분포 산출부(402), 전단력 분포 산출부(403), 분포 정보 처리부(404), 고착률 산출부(405), 목표 고착률 설정부(406), 파지력 산출부(303), 및 액추에이터 제어부(304)를 갖는다.

전단 변위량 분포 검출부(401)는, 전단력에 관한 정보로서, 전단 변위에 관한 정보의 분포의 검출에 관한 처리를 행한다. 전단 변위량 분포 검출부(401)는, 전단 변위량 검출부(301)와 마찬가지로, 예를 들어 압력 분포 센서나 화상 센서 등의, 전단 변위에 관한 정보를 검출하기 위한 센서와, 그 센서의 출력 신호를 신호 처리하는 신호 처리 블록을 갖는다. 단, 전단 변위량 분포 검출부(401)는, 전단 변위에 관한 정보(예를 들어, CoP 변화량이나 접촉 영역 이동량)을 모든 관측점에 있어서 검출하고, 그 분포 정보를 생성한다. 전단 변위량 분포 검출부(401)는, 전단 변위에 관한 정보의 분포 정보를 전단 변위량 분포 산출부(402)에 공급한다.

전단 변위량 분포 산출부(402)는, 전단 변위량 분포 검출부(401)로부터 공급된 전단 변위에 관한 정보의 분포 정보(예를 들어, 모든 관측점에 관한 CoP 변화량, 접촉 영역 이동량 등)를 전단 변위량의 분포 정보(예를 들어, 모든 관측점에 대한 전단 변위량)로 변환하고, 그 분포 정보를 전단력 분포 산출부(403)에 공급한다.

전단력 분포 산출부(403)는, 전단 변위량 분포 산출부(402)로부터 공급된 전단 변위량의 분포 정보에 기초하여, 전단력의 분포 정보를 산출한다. 예를 들어, 전단력 분포 산출부(403)는, 모든 관측점에 대하여, 전단 변위량을 전단력으로 변환한다. 전단력 분포 산출부(403)는, 산출한 전단력의 분포 정보를 분포 정보 처리부(404)에 공급한다.

분포 정보 처리부(404)는, 전단력 분포 산출부(403)로부터 공급된 전단력의 분포 정보(예를 들어 도 9의 그래프)로부터 불연속점을 검출한다. 분포 정보 처리부(404)는, 그 불연속점을 나타내는 정보를 고착률 산출부(405)에 공급한다.

고착률 산출부(405)는, 분포 정보 처리부(404)로부터 공급되는 불연속점을 나타내는 정보에 기초하여 고착 영역과 미끄럼 영역을 특정하고, 특정한 그들 영역으로부터 고착률을 산출한다. 고착률 산출부(405)는, 산출한 고착률을 파지력 산출부(303)에 공급한다.

목표 고착률 설정부(406)는, 고착률의 목표값(목표 고착률이라고도 칭함)을 설정하고, 그것을 파지력 산출부(303)에 공급한다.

파지력 산출부(303)는, 고착률 산출부(405)에 의해 산출된 고착률과, 목표 고착률 설정부(406)에 의해 설정된 목표 고착률에 기초하여, 파지력을 산출하고, 그것을 액추에이터 제어부(304)에 공급한다. 즉, 지지력 제어부인 파지력 산출부(303)는, 검출된 전단 변위에 관한 정보의 분포로부터 산출되는 전단 변위량의 분포를 사용하여 도출되는 전단력의 분포에 기초하여, 지지력을 제어한다.

액추에이터 제어부(304)는, 파지 장치(102)를 제어하여, 파지력 산출부(303)로부터 공급되는 파지력을 발생시키도록(예를 들어, 그 파지력으로 물체를 지지하도록), 파지 장치(102)를 구동시킨다.

이와 같이 함으로써, 제어 장치(101)는, 방법 2를 적용하여 지지 제어를 행할 수 있다.

또한, 분포 정보 처리부(404)가, 전단 변위량의 분포 정보를 사용하여 불연속점을 검출하도록 해도 된다. 그 경우, 전단력 분포 산출부(403)를 생략해도 된다.

<제어 처리의 흐름>

이 경우의 제어 처리의 흐름의 예를, 도 42의 흐름도를 참조하여 설명한다. 제어 처리가 개시되면, 전단 변위량 분포 검출부(401)는, 스텝 S441에 있어서, 전단력에 관한 정보로서, 전단 변위량 분포에 관한 정보(예를 들어 CoP 변화량이나 접촉 영역 이동량 등의 분포 정보)를 검출한다.

스텝 S442에 있어서, 전단 변위량 분포 산출부(402)는, 스텝 S401에 있어서 검출된 정보에 기초하여, 전단 변위량의 분포 정보를 산출한다.

스텝 S443에 있어서, 전단력 분포 산출부(403)는, 스텝 S402에 있어서 산출된 전단 변위량의 분포 정보를 사용하여 전단력의 분포 정보를 산출한다.

스텝 S444에 있어서, 분포 정보 처리부(404)는, 스텝 S443에 있어서 산출된 전단력의 분포 정보에 기초하여, 불연속점을 검출한다.

스텝 S445에 있어서, 고착률 산출부(405)는, 스텝 S444에 있어서 검출된 불연속점에 기초하여, 고착 영역과 미끄럼 영역을 특정하고, 그 특정한 각 영역에 기초하여 고착률을 산출한다.

스텝 S446에 있어서, 목표 고착률 설정부(406)는, 고착률의 목표값인 목표 고착률을 설정한다.

스텝 S447에 있어서, 파지력 산출부(303)는, 스텝 S445에 있어서 산출된 고착률과, 스텝 S446에 있어서 설정된 목표 고착률에 기초하여, 파지력(지지력)을 산출한다.

스텝 S448에 있어서, 액추에이터 제어부(304)는, 스텝 S447에 있어서 산출된 파지력(지지력)으로 물체를 지지하도록, 파지 장치(102)의 액추에이터의 구동을 제어한다.

스텝 S447의 처리가 종료되면, 제어 처리가 종료된다.

이상과 같이 각 처리를 실행함으로써, 제어 장치(101)는, 방법 2를 적용하여 파지 장치(102)의 파지력(지지력)을 제어할 수 있다. 따라서, 제어 장치(101)는, 파지 장치(102)에 대하여, 보다 적절한 지지력으로 물체를 지지시킬 수 있다.

<제어 장치>

제1 실시 형태에 있어서 설명한 방법 3(전단력/변위 분포의 시계열 정보를 사용한 고착률 추정)을 적용할 수도 있다. 도 43은 그 경우의 제어 장치(101)의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 43에 도시된 바와 같이, 이 경우, 제어 장치(101)는, 도 41의 예의 분포 정보 처리부(404) 대신에, 분포 정보 기억부(411) 및 분포 시계열 정보 처리부(412)를 갖는다.

분포 정보 기억부(411)는, 예를 들어 플래시 메모리 등의 기억 매체를 갖고, 전단력 분포 산출부(403)에 의해 산출된 전단력의 분포 정보를 기억한다. 분포 정보 기억부(411)는, 기억하고 있는 각 시각의 전단력의 분포 정보에 기초하여, 전단력의 분포 정보의 시계열 변화를 나타내는 정보인 분포 시계열 정보를 생성하고, 그것을 분포 시계열 정보 처리부(412)에 공급한다.

분포 시계열 정보 처리부(412)는, 전단력 분포 산출부(403)로부터 최신의 전단력의 분포 정보를 취득한다. 또한, 분포 시계열 정보 처리부(412)는, 분포 정보 기억부(411)로부터 공급되는 과거의 분포 시계열 정보를 취득한다. 분포 시계열 정보 처리부(412)는, 그것들의 전단력의 분포 시계열 정보에 기초하여 미끄럼 영역이나 고착 영역을 특정한다.

고착률 산출부(405)는, 분포 시계열 정보 처리부(412)에 있어서 특정된 미끄럼 영역이나 고착 영역에 기초하여, 고착률을 산출한다.

즉, 이 경우, 지지력 제어부인 파지력 산출부(303)는, 분포 정보 기억부(411)를 사용하여 생성된, 전단력의 분포의 시계열 변화에 기초하여, 지지력을 제어한다.

이와 같이 전단력의 분포 정보의 시계열 정보에 기초하여 미끄럼 영역 등을 특정하고, 고착률을 도출함으로써, 방법 3을 적용하여 지지 제어를 행할 수 있다.

또한, 분포 시계열 정보 처리부(412)가, 전단 변위량의 분포 정보를 사용하여 불연속점을 검출하도록 해도 된다. 그 경우, 전단력 분포 산출부(403)를 생략해도 된다.

<제어 처리의 흐름>

이 경우의 제어 처리의 흐름의 예를, 도 44의 흐름도를 참조하여 설명한다. 제어 처리가 개시되면, 스텝 S461 내지 스텝 S463의 각 처리가, 스텝 S441 내지 스텝 S443의 각 처리와 마찬가지로 실행된다.

스텝 S464에 있어서, 분포 정보 기억부(411)는, 스텝 S463의 처리에 의해 산출된 전단력의 분포 정보를 기억한다.

스텝 S465에 있어서, 분포 시계열 정보 처리부(412)는, 스텝 S463에 있어서 산출된 전단력의 분포 정보와, 분포 정보 기억부(411)에 의해 기억되어 있는 분포 정보를 사용하여, 분포 시계열 정보를 처리한다. 즉, 미끄럼 영역이나 고착 영역이 특정된다.

스텝 S466 내지 스텝 S469의 각 처리는, 스텝 S445 내지 스텝 S448의 각 처리와 마찬가지로 실행된다. 그리고, 스텝 S469의 처리가 종료되면, 제어 처리가 종료된다.

이상과 같이 각 처리를 실행함으로써, 제어 장치(101)는, 방법 3을 적용하여 파지 장치(102)의 파지력(지지력)을 제어할 수 있다. 따라서, 제어 장치(101)는, 파지 장치(102)에 대하여, 보다 적절한 지지력으로 물체를 지지시킬 수 있다.

<제어 장치>

제1 실시 형태에 있어서 설명한 방법 1과 방법 3을 조합하여 적용할 수도 있다. 도 45는 그 경우의 제어 장치(101)의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 45에 도시된 바와 같이, 이 경우, 제어 장치(101)는, 전단 변위량 분포 검출부(401) 내지 목표 고착률 설정부(406), 파지력 산출부(303-1) 및 파지력 산출부(303-2), 액추에이터 제어부(304), 접촉 정보 보유부(321), 그리고, 연산부(421) 및 연산부(422)를 갖는다.

목표 고착률 설정부(406)는, 목표 고착률을 설정하면, 그 목표 고착률을 파지력 산출부(303-1)에 피드 포워드한다. 파지력 산출부(303-1)는, 피드 포워드된 목표 고착률과, 접촉 정보 보유부(321)로부터 보유되어 있는 접촉 정보에 기초하여, 파지력을 산출한다. 파지력 산출부(303-1)는, 산출한 파지력을, 연산부(422)를 통해 액추에이터 제어부(304)에 공급한다. 이와 같이 목표 고착률을 사용하여 피드 포워드를 행함으로써, 보다 고속의 응답 속도로 지지 제어를 행할 수 있다.

전단 변위량 분포 검출부(401) 내지 고착률 산출부(405)는, 도 41의 경우와 마찬가지로 처리를 행한다. 고착률 산출부(405)는, 산출한 고착률을 연산부(421)에 피드백한다. 또한, 목표 고착률 설정부(406)는, 설정한 목표 고착률을 연산부(421)에 공급한다.

연산부(421)는, 목표 고착률로부터, 고착률 산출부(405)에 의해 산출된 고착률을 감산한다. 연산부(421)는, 그 연산 결과를 파지력 산출부(303-2)에 공급한다.

파지력 산출부(303-2)는, 연산부(421)로부터 공급된 고착률의 차분을, 파지력 산출부(303-2)에 공급한다. 파지력 산출부(303-2)는, 그 차분에 기초하여 파지력을 산출하고, 그것을 연산부(422)에 공급한다.

연산부(422)는, 파지력 산출부(303-2)로부터 공급된 파지력을, 파지력 산출부(303-1)로부터 공급된 파지력에 가산하고, 그 가산 결과를 액추에이터 제어부(304)에 공급한다. 즉, 파지력 산출부(303-1)에 있어서 산출되는 파지력이, 파지력 산출부(303-2)에 있어서 산출되는 파지력에 의해 보정된다. 액추에이터 제어부(304)는, 그 보정 결과를 사용하여 액추에이터를 제어한다. 이와 같이 검출된 정보에 기초하여 고착률을 도출하여 피드백시킴으로써, 제어 장치(101)는, 피드 포워드에 의해 산출한 파지력을 보정할 수 있다. 따라서, 제어 장치(101)는, 보다 로버스트한 제어를 행할 수 있다. 즉, 제어 장치(101)는, 보다 로버스트하고 응답성이 좋은 제어를 행할 수 있다.

<제어 처리의 흐름>

이 경우의 제어 처리의 흐름의 예를, 도 46의 흐름도를 참조하여 설명한다. 제어 처리가 개시되면, 전단 변위량 분포 검출부(401)는, 스텝 S441에 있어서, 전단 변위량 분포에 관한 정보(예를 들어 CoP 변화량이나 접촉 영역 이동량 등의 분포 정보)를 검출한다.

제어 처리가 개시되면, 목표 고착률 설정부(406)는, 스텝 S481에 있어서, 목표 고착률을 설정한다.

스텝 S482에 있어서, 파지력 산출부(303-1)는, 스텝 S481에 있어서 설정된 목표 고착률과, 접촉 정보에 기초하여 파지력을 산출한다.

스텝 S483에 있어서, 액추에이터 제어부(304)는, 스텝 S482에 있어서 산출된 파지력을 사용하여 액추에이터를 제어한다.

스텝 S484 내지 스텝 S488의 각 처리는, 도 42의 스텝 S441 내지 스텝 S445의 각 처리와 마찬가지로 실행된다.

스텝 S489에 있어서, 연산부(421), 파지력 산출부(303-2), 및 연산부(422)는, 스텝 S488에 있어서 산출된 고착률과, 스텝 S481에 있어서 생성된 목표 고착률에 기초하여, 파지력을 보정한다. 보다 구체적으로는, 파지력 산출부(303-2)가, 목표 고착률과 산출한 고착률의 차분에 대응하는 파지력을 산출하고, 연산부(422)가, 그것을 파지력 산출부(303-1)에 의해 산출된 파지력에 가산하여 보정한다.

스텝 S490의 각 처리가 종료되면, 제어 처리가 종료된다.

이와 같이 제어 처리를 행함으로써, 제어 장치(101)는, 방법 1과 방법 2를 적용하여 파지 장치(102)의 파지력(지지력)을 제어할 수 있다. 따라서, 제어 장치(101)는, 보다 로버스트하며 응답성이 좋은 제어를 행할 수 있다.

<마찰 계수를 사전 동작으로 계측할 수 있는 경우>

<제어 장치>

예를 들어, 물체 파지 전에 물체의 마찰 계수를 계측하기 위해, 도 47에 도시된 바와 같은 물체(431)를 미끄러지게 하는 동작을 행하여, 전단력 F_X와 파지력 F_N의 관계로부터 마찰 계수를 추정할 수 있는 전단력은 촉각 센서로부터 얻어진 전단 변위로부터 추측해도 되고, 손끝에 별도로 3축 센서 등을 설치해도 된다. 파지력에 대해서도 촉각 센서 정보로부터 추측하는 방법이나 3축 센서 등의 역각 센서를 사용하는 방법, 또한 모터의 전류로부터 추측하는 방법 등이 있다.

도 48은 그 경우의 제어 장치(101)의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 48에 도시된 바와 같이, 이 경우, 제어 장치(101)는, 전단 변위량 검출부(301), 전단 변위량 산출부(302), 마찰 계수 측정부(441), 접촉 정보 보유부(321), 고착률 산출부(405), 목표 고착률 설정부(406), 파지력 산출부(303), 및 액추에이터 제어부(304)를 갖는다.

마찰 계수 측정부(441)는, 마찰 계수의 측정을 행한다. 또한, 마찰 계수 측정부(441)가 파지력 F_N을 측정하고, 그것을 사용하여 마찰 계수를 산출하도록 해도 된다. 그 경우, 예를 들어 마찰 계수 측정부(441)는, 파지력 F_N을 계측하고, 그 F_N과 전단 방향의 힘 F_X를 사용하여 마찰 계수를 도출한다. 마찰 계수 측정부(441)는, 그 마찰 계수를 고착률 산출부(405)에 공급한다.

고착률 산출부(405)는, 전단 변위량 산출부(302)로부터 공급되는 전단 변위량과, 마찰 계수 측정부(441)로부터 공급되는 마찰 계수와, 접촉 정보 보유부(321)로부터 취득한 접촉 정보에 기초하여, 고착률을 산출한다. 고착률 산출부(405)는, 산출한 고착률을, 파지력 산출부(303)에 공급한다.

파지력 산출부(303)는, 목표 고착률 설정부(406)에 의해 설정된 목표 고착률과, 고착률 산출부(405)로부터 공급된 고착률을 사용하여 파지력을 산출한다. 즉, 지지력 제어부인 파지력 산출부(303)는, 물체와 접촉부 사이의 마찰 계수에 기초하여, 지지력을 제어한다.

이와 같이, 측정한 마찰 계수를 사용하여 지지 제어를 행함으로써, 제어 장치(101)는, 보다 정확한 파지력 제어를 행할 수 있다. 따라서, 제어 장치(101)는, 파지 장치(102)에 대하여, 보다 적절한 지지력으로 물체를 지지시킬 수 있다.

<제어 처리의 흐름>

이 경우의 제어 처리의 흐름의 예를, 도 49의 흐름도를 참조하여 설명한다. 제어 처리가 개시되면, 전단 변위량 검출부(301)는, 스텝 S501에 있어서, 전단 변위량에 관한 정보를 검출한다.

스텝 S502에 있어서, 전단 변위량 산출부(302)는, 스텝 S501에 있어서 검출된 전단 변위량에 관한 정보를 사용하여 전단 변위량을 산출한다.

스텝 S503에 있어서, 마찰 계수 측정부(441)는, 마찰 계수를 측정한다. 스텝 S504에 있어서, 고착률 산출부(405)는, 전단 변위량과 접촉 정보와 마찰 계수에 기초하여, 고착률을 산출한다.

스텝 S505에 있어서, 파지력 산출부(303)는, 산출한 고착률과 목표 고착률에 기초하여 파지력을 산출한다. 스텝 S506에 있어서, 액추에이터 제어부(304)는, 스텝 S505에 있어서 산출된 파지력을 사용하여 액추에이터를 제어한다.

스텝 S506의 처리가 종료되면, 제어 처리가 종료된다.

이와 같이 각 처리를 실행함으로써, 제어 장치(101)는, 마찰 계수를 사용하여 지지 제어를 행할 수 있다.

또한, 이 경우도, <마찰 계수를 사전에 알 수 없는 경우>에 있어서 설명한 각종 베리에이션을 적용할 수 있다.

<마찰 계수를 사전에 알고 있는(예측할 수 있는) 경우>

<제어 장치>

마찰 계수를 사전에 알고 있는 경우, 또는 예측할 수 있는 경우, 전단 변위로부터 고착률을 직접 산출할 수 있다. 도 50은 그 경우의 제어 장치(101)의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 50에 도시된 바와 같이, 이 경우, 제어 장치(101)는, 도 48의 예의 구성으로부터 마찰 계수 측정부(441)가 생략되어 있다.

이 경우, 마찰 계수는, 접촉 정보 보유부(321)에 의해 보유되어 있는 접촉 정보에 포함시킬 수 있다. 또한, 이 접촉 정보에는, 예를 들어 유연 변형층의 형상을 나타내는 정보, 유연 변형층(212)의 표면의 곡률을 나타내는 정보, 고착률 모델, 탄성, 파지 장치(102)의 접촉 대상인 물체의 곡면에 관한 정보 등이 더 포함되어 있어도 된다.

또한, 이 경우도, 접촉 곡면에 관한 정보는, 접촉 정보로서 미리 접촉 정보 보유부(321)에 보유되어 있어도 되고, 그 자리에서 인식한 결과를 사용해도 된다. 인식하는 경우에는 인식부가 필요하게 된다. 목표 고착률은, 태스크 내용이나 주위 환경의 인식 결과로부터 구하도록 해도 된다. 또한 미끄럼 방향에 따라 이들 설정을 변화시킬 수도 있다.

또한, 이 경우도, <마찰 계수를 사전에 알 수 없는 경우>나 <마찰 계수를 사전 동작으로 계측할 수 있는 경우>에 있어서 설명한 각종 베리에이션을 적용할 수 있다.

<제어 처리의 흐름>

이 경우의 제어 처리의 흐름의 예를, 도 51의 흐름도를 참조하여 설명한다. 제어 처리가 개시되면, 스텝 S521 및 스텝 S522의 각 처리가, 도 49의 스텝 S501 및 스텝 S502의 각 처리와 마찬가지로 실행된다.

스텝 S523에 있어서, 고착률 산출부(405)는, 스텝 S522에 있어서 산출된 전단 변위량과, 접촉 정보 보유부(321)에 기억되어 있는 접촉 정보에 기초하여, 고착률을 산출한다.

스텝 S524 및 스텝 S525의 각 처리는, 도 49의 스텝 S505 및 스텝 S506의 각 처리와 마찬가지로 실행된다. 스텝 S525의 처리가 종료되면, 제어 처리가 종료된다.

이와 같이 각 처리를 실행함으로써, 제어 장치(101)는, 마찰 계수를 사전에 알고 있는 경우에 있어서도, 지지 제어를 행할 수 있다.

<제어 장치>

또한, 고착률은, 전단 변위의 방향마다 도출할 수 있다. 도 52는 그 경우의 제어 장치(101)의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 52에 도시된 바와 같이, 이 경우, 제어 장치(101)는, 기본적으로 도 50의 예의 경우와 마찬가지의 구성을 갖는다. 단, 이 경우, 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다)의 고착률 산출부(405-1) 내지 고착률 산출부(405-N)와, 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다)의 파지력 산출부(303-1) 내지 파지력 산출부(303-N)를 갖는다.

고착률 산출부(405-1) 내지 고착률 산출부(405-N)는, 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다)의 고착률을 산출한다. 파지력 산출부(303-1) 내지 파지력 산출부(303-N)는, 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다)의 파지력을 산출한다.

또한, 전단 변위량 산출부(302)는, 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다)의 전단 변위량을 산출하고, 그것들을 그 방향에 대응하는 고착률 산출부(405)에 공급한다. 또한, 접촉 정보 보유부(321)는, 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다)의 접촉 정보를 보유하고 있고, 적절히, 그것들을, 그 접촉 정보와 동일한 방향에 대응하는 고착률 산출부(405)에 공급한다. 또한, 목표 고착률 설정부(406)는, 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다) 목표 고착률을 설정하고, 각 방향의 목표 고착률을, 그 방향에 대응하는 파지력 산출부(303)에 공급한다.

이와 같이 함으로써, 제어 장치(101)는, 미끄럼의 방향에 따라서 파지력을 제어할 수 있다. 따라서, 제어 장치(101)는, 보다 다양한 지지 제어를 실현할 수 있다.

<제어 처리의 흐름>

이 경우의 제어 처리의 흐름의 예를, 도 53의 흐름도를 참조하여 설명한다. 제어 처리가 개시되면, 스텝 S541의 처리는, 도 51의 스텝 S521의 처리와 마찬가지로 실행된다.

스텝 S542(도 53)에 있어서, 전단 변위량 산출부(302)는, 스텝 S541에 있어서 검출된 정보에 기초하여, 방향마다(예를 들어, x, y, θ 등마다)의 전단 변위량을 산출한다.

스텝 S543에 있어서, 고착률 산출부(405-1) 내지 고착률 산출부(405-N)는, 스텝 S542에 있어서 산출된 방향마다의 전단 변위량과, 접촉 정보 보유부(321)에 의해 보유되어 있는 방향마다의 접촉 정보에 기초하여, 파지력을 그 방향마다 산출한다.

스텝 S544에 있어서, 파지력 산출부(303-1) 내지 파지력 산출부(303-N)는, 스텝 S542에 있어서 산출된 방향마다의 전단 변위량과, 접촉 정보 보유부(321)에 의해 보유되어 있는 방향마다의 접촉 정보에 기초하여, 파지력을 그 방향마다 산출한다.

스텝 S544에 있어서, 액추에이터 제어부(304)는, 스텝 S543에 있어서 산출된 방향마다의 파지력으로부터, 방향마다의 파지력을 산출한다.

스텝 S545에 있어서, 액추에이터 제어부(304)는, 스텝 S544에 있어서 결정된 파지력(지지력)으로 물체를 지지하도록, 파지 장치(102)의 액추에이터의 구동을 제어한다. 그리고, 스텝 S545의 처리가 종료되면 제어 처리가 종료된다.

이상과 같이 각 처리를 실행함으로써, 제어 장치(101)는, 미끄럼의 방향에 따라서 파지력을 제어할 수 있어, 보다 다양한 지지 제어를 실현할 수 있다.

<위치 제어와 조합하는 경우>

초기 미끄럼의 검출만으로는 적절한 파지력을 결정할 수 없는 경우가 있다. 예를 들어, 도 54에 도시된 경우에 있어서, 손가락부(201B)는 미끄럼의 억제뿐만 아니라 물체(461)의 중력의 보상도 할 필요가 있지만, 물체(461)의 질량이나 무게 중심 위치는 미지인 경우가 많다. 그 때문에 손가락부(201)를 위치 제어함으로써, 중력 보상을 행하는 방법이 생각된다. 또한, 도구 등을 이용하는 경우에는, 힘의 제어만으로는 위치 강성을 높게 할 수 없으므로, 위치 제어와의 양립을 행하는 경우도 생각된다.

도 55는 그 경우의 제어 장치(101)의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 55에 도시된 바와 같이, 이 경우, 제어 장치(101)는, 도 27의 예의 구성에 더하여, 각도/위치 검출부(471), 목표 위치 명령부(472), 위치 제어부(473), 및 출력 결정부(474)를 갖는다.

각도/위치 검출부(471)는, 임의의 센서를 갖고, 예를 들어 손가락부(201) 등, 파지 장치(102)의 일부 또는 전부의 위치 혹은 각도 또는 그 양쪽을 검출한다. 각도/위치 검출부(471)는, 검출한 정보를 위치 제어부(473)에 공급한다.

목표 위치 명령부(472)는, 위치 제어부(473)에 대하여, 제어 대상(예를 들어 손가락부(201) 등)의 목표 위치를 명령한다.

위치 제어부(473)는, 목표 위치 명령부(472)로부터 공급된 목표 위치와, 각도/위치 검출부(471)로부터 공급된 파지 장치(102)의 일부 또는 전부의 위치 혹은 각도 또는 그 양쪽의 검출 정보에 기초하여, 제어 대상의 위치나 각도를 목표값에 접근하도록 토크·힘을 생성하고, 그것을 출력 결정부(474)에 공급한다.

또한, 파지력 산출부(303)는, 전단 변위량으로부터 산출한 파지력(토크·힘)을 출력 결정부(474)에 공급한다.

출력 결정부(474)는, 위치 제어부(473)로부터 공급된 토크·힘과, 파지력 산출부(303)로부터 공급된 파지력(토크·힘)을 서로 더하여, 액추에이터 제어부(304)에 공급한다.

이와 같이 함으로써, 파지력 제어와 위치 제어를 양립시킬 수 있다.

<제어 처리의 흐름>

이 경우의 제어 처리의 흐름의 예를 도 56의 흐름도를 참조하여 설명한다. 제어 처리가 개시되면, 전단 변위량 검출부(301)는, 스텝 S561에 있어서, 전단 변위량에 관한 정보(예를 들어 CoP 변화량이나 접촉 영역 이동량 등)를 검출한다.

스텝 S562에 있어서, 전단 변위량 산출부(302)는, 스텝 S561에 있어서 검출된 정보에 기초하여, 전단 변위량을 산출한다.

스텝 S563에 있어서, 파지력 산출부(303)는, 스텝 S562에 있어서 산출된 전단 변위량에 기초하여 파지력(지지력)을 산출한다.

스텝 S564에 있어서, 각도/위치 검출부(471)는, 파지 장치(102)의 (일부 또는 전부의) 위치 및 자세(각도)를 검출한다.

스텝 S565에 있어서, 위치 제어부(473)는, 스텝 S564에 있어서 검출된 위치 및 자세를, 목표 위치 명령부(472)로부터 명령된 위치 및 자세로 하는 데 필요한 토크·힘을 산출한다.

스텝 S566에 있어서, 출력 결정부(474)는, 스텝 S563에 있어서 산출된 파지력과, 스텝 S565에 있어서 도출한 토크·힘을 서로 더한다. 스텝 S567에 있어서, 액추에이터 제어부(304)는, 스텝 S566에 있어서 서로 더한 토크·힘에 기초하여 액추에이터를 제어한다.

스텝 S567의 처리가 종료되면, 제어 처리가 종료된다.

이상과 같이 제어를 행함으로써, 제어 장치(101)는, 파지력 제어와 위치 제어를 양립시킬 수 있다.

<다지(多指)로 된 경우>

<제어 장치>

파지 장치(102)가 손가락부(201)를 복수 구비하고, 그 자세나 위치를 자유롭게 변경할 수 있는 구성의 경우, 미끄럼 방향 등을 손가락의 자세 정보를 이용하여 추정하면 된다.

도 57은 그 경우의 제어 장치(101)의 주된 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 57에 도시된 바와 같이, 이 경우, 제어 장치(101)는, 손가락 유닛(481-1) 내지 손가락 유닛(481-L)(L은 임의의 자연수), 자세 정보 제공부(482), 미끄럼 방향 산출부(483), 및 파지력 산출부(484)를 갖는다.

손가락 유닛(481-1) 내지 손가락 유닛(481-L)은, 각 손가락부(201)에 마련된 구성을 나타낸다. 이하에 있어서, 손가락 유닛(481-1) 내지 손가락 유닛(481-L)을 서로 구별하여 설명할 필요가 없는 경우, 손가락 유닛(481)이라 칭한다.

각 손가락 유닛(481)은, 전단 변위량 검출부(301), 전단 변위량 산출부(302), 및 파지력 산출부(303)를 갖는다. 즉, 각 손가락 유닛(481)은, 그 파지력 산출부(303)에 의해 산출된 값을 출력하여, 미끄럼 방향 산출부(483)에 공급한다.

자세 정보 제공부(482)는, 파지 장치(102)(또는 그 손가락부(201) 등)의 위치 및 자세에 관한 정보를 검출하고, 그것을 미끄럼 방향 산출부(483)와 파지력 산출부(484)에 공급한다.

미끄럼 방향 산출부(483)는, 각 손가락 유닛(481)으로부터 공급되는 토크·힘과, 자세 정보 제공부(482)로부터 공급되는, 파지 장치(102)의 위치 및 자세에 관한 정보에 기초하여, 미끄럼 방향을 구한다. 미끄럼 방향 산출부(483)는, 구한 미끄럼 방향을 나타내는 정보를 파지력 산출부(484)에 공급한다.

파지력 산출부(484)는, 미끄럼 방향 산출부(483)로부터 공급되는 미끄럼 방향을 나타내는 정보와, 자세 정보 제공부(482)로부터 공급되는 파지 장치(102)의 위치 및 자세에 관한 정보에 기초하여, 파지력을 산출하고, 그것을 액추에이터 제어부(304)에 공급한다.

이와 같이 함으로써, 파지 장치(102)의 각 손가락부(201)를 보다 적절한 지지력으로 물체를 지지할 수 있다.

<제어 처리>

이 경우의 제어 처리의 흐름의 예를, 도 58의 흐름도를 참조하여 설명한다. 제어 처리가 개시되면, 전단 변위량 검출부(301)는, 스텝 S581에 있어서, 손가락마다, 전단 변위량에 관한 정보를 검출한다.

스텝 S582에 있어서, 전단 변위량 산출부(302)는, 손가락마다, 스텝 S581에 있어서 검출된 전단 변위량에 관한 정보에 기초하여, 전단 변위량을 산출한다.

스텝 S583에 있어서, 파지력 산출부(303)는, 손가락마다, 스텝 S582에 있어서 산출된 전단 변위량에 기초하여, 파지력을 산출한다.

스텝 S584에 있어서, 자세 정보 제공부(482)는, 각 손가락의 자세를 도출한다.

스텝 S585에 있어서, 미끄럼 방향 산출부(483)는, 각 손가락의 파지력과 자세에 기초하여, 종합적으로 미끄럼 방향을 산출한다.

스텝 S586에 있어서, 파지력 산출부(484)는, 미끄럼 방향에 기초하여 각 손가락의 파지력을 보정한다.

스텝 S587에 있어서, 액추에이터 제어부(304)는, 파지 장치(102)의 액추에이터를 제어한다.

스텝 S587의 처리가 종료되면 제어 처리가 종료된다.

이와 같이 각 처리를 실행함으로써, 제어 장치(101)는, 주위의 상황에 따라서, 각 손가락의 자세를 제어할 수 있다. 따라서, 제어 장치(101)는, 보다 정확한 파지력 제어를 행할 수 있다. 따라서, 제어 장치(101)는, 파지 장치(102)에 대하여, 보다 적절한 지지력으로 물체를 지지시킬 수 있다.

<정리>

이상과 같이 제어함으로써, 미지의 물체(질량, 마찰 계수, 무게 중심 위치 등이 불명)라도, 필요 최소한의 힘으로 파지할 수 있으므로, 미끄러져 떨어뜨리지 않고 찌부러뜨리지 않고 파지할 수 있다.

병진 방향·회전 방향 어느 방향이라도 초기 미끄럼이 검출 가능하게 되어, 다양한 자세나 방향으로 제어가 가능해졌다.

또한, 접촉면을 곡면으로 함으로써, 초기 미끄럼 검출 정밀도를 높일 수 있고, 결과로서 파지의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 접촉면을 곡면으로 함으로써, 초기 미끄럼 검출 정밀도를 높일 수 있다. 따라서, 외력에 의한 변화도 고정밀도로 검출할 수 있어, 다양하고 미지의 환경에 있어서도 안정된 동작이 가능하다.

센서 상에 유연 변형층을 적층하는 구성에 의해, 유연 변형층과 센서를 분리할 수 있다. 유연 변형층만 파손되었을 때는 센서를 바꾸지 않고 교환할 수 있다.

복수의 곡률을 이용하고 있음으로써, 애플리케이션마다 필요한 정밀도에 따라서 접촉부를 구분지어 사용할 수 있어, 상황이나 태스크에 따른 적절한 제어를 실현할 수 있다.

<4. 부기>

<지지>

이상에 있어서는, 지지의 예로서 손 모양 장치에 의해 물체를 파지하는 경우의 제어에 대하여 설명하였지만, 본 기술은, 이 예에 한정되지 않고, 그 밖의 제어에도 적용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 있어서 「지지」란, 장치가 물체에 대하여 접촉하여 어떠한 작용을 미치는 것을 나타낸다. 상술한 파지 시스템(100)의 파지 장치(102)가 물체를 「파지」하는 것은, 이와 같은 장치에 의한 「지지」의 일례이다. 따라서, 예를 들어 발 모양의 장치에 의해 지면 상에 서거나, 보행하거나, 물체를 차거나, 계단 등을 오르거나 내리거나 하는 행위도 「지지」에 포함된다. 따라서, 이와 같은 동작의 제어에도 본 기술을 적용할 수 있다. 물론, 장치의 형상은, 「손」이나 「발」에 한하지 않고, 임의이다.

<컴퓨터>

상술한 일련의 처리는, 하드웨어에 의해 실행시킬 수도 있고, 소프트웨어에 의해 실행시킬 수도 있다. 일련의 처리를 소프트웨어에 의해 실행하는 경우에는, 그 소프트웨어를 구성하는 프로그램이, 컴퓨터에 인스톨된다. 여기서 컴퓨터에는, 전용의 하드웨어에 내장되어 있는 컴퓨터나, 각종 프로그램을 인스톨함으로써, 각종 기능을 실행하는 것이 가능한, 예를 들어 범용의 퍼스널 컴퓨터 등이 포함된다.

도 59는 상술한 일련의 처리를 프로그램에 의해 실행하는 컴퓨터의 하드웨어의 구성예를 도시하는 블록도이다.

도 59에 도시된 컴퓨터(900)에 있어서, CPU(Central Processing Unit)(901), ROM(Read Only Memory)(902), RAM(Random Access Memory)(903)은, 버스(904)를 통해 서로 접속되어 있다.

버스(904)에는 또한, 입출력 인터페이스(910)도 접속되어 있다. 입출력 인터페이스(910)에는, 입력부(911), 출력부(912), 기억부(913), 통신부(914), 및 드라이브(915)가 접속되어 있다.

입력부(911)는, 예를 들어 키보드, 마우스, 마이크로폰, 터치 패널, 입력 단자 등을 포함한다. 출력부(912)는, 예를 들어 디스플레이, 스피커, 출력 단자 등을 포함한다. 기억부(913)는, 예를 들어 하드 디스크, RAM 디스크, 불휘발성 메모리 등을 포함한다. 통신부(914)는, 예를 들어 네트워크 인터페이스를 포함한다. 드라이브(915)는, 자기 디스크, 광 디스크, 광자기 디스크, 또는 반도체 메모리 등의 리무버블 미디어(921)를 구동한다.

이상과 같이 구성되는 컴퓨터에서는, CPU(901)가, 예를 들어 기억부(913)에 기억되어 있는 프로그램을, 입출력 인터페이스(910) 및 버스(904)를 통해, RAM(903)에 로드하여 실행함으로써, 상술한 일련의 처리가 행해진다. RAM(903)에는 또한, CPU(901)가 각종 처리를 실행함에 있어서 필요한 데이터 등도 적절히 기억된다.

컴퓨터가 실행하는 프로그램은, 예를 들어 패키지 미디어 등으로서의 리무버블 미디어(921)에 기록하여 적용할 수 있다. 그 경우, 프로그램은, 리무버블 미디어(921)를 드라이브(915)에 장착함으로써, 입출력 인터페이스(910)를 통해, 기억부(913)에 인스톨할 수 있다.

또한, 이 프로그램은, 로컬 에어리어 네트워크, 인터넷, 디지털 위성 방송과 같은, 유선 또는 무선의 전송 매체를 통해 제공할 수도 있다. 그 경우, 프로그램은, 통신부(914)에서 수신하여, 기억부(913)에 인스톨할 수 있다.

그 밖에, 이 프로그램은, ROM(902)이나 기억부(913)에, 미리 인스톨해 둘 수도 있다.

<본 기술의 적용 대상>

본 기술은, 임의의 구성에 적용할 수 있다. 예를 들어, 본 기술은, 시스템 LSI(Large Scale Integration) 등으로서의 프로세서, 복수의 프로세서 등을 사용하는 모듈, 복수의 모듈 등을 사용하는 유닛, 또는, 유닛에 추가로 그 밖의 기능을 부가한 세트 등, 장치의 일부의 구성으로서 실시할 수도 있다.

또한, 예를 들어 본 기술은, 복수의 장치에 의해 구성되는 네트워크 시스템에도 적용할 수도 있다. 예를 들어, 본 기술을, 네트워크를 통해 복수의 장치에서 분담하여, 공동으로 처리하는 클라우드 컴퓨팅으로서 실시하도록 해도 된다. 예를 들어, 컴퓨터, 휴대형 정보 처리 단말기, IoT(Internet of Things) 디바이스 등의 임의의 단말기에 대하여 서비스를 제공하는 클라우드 서비스에 있어서 본 기술을 실시하도록 해도 된다.

또한, 본 명세서에 있어서, 시스템이란, 복수의 구성 요소(장치, 모듈(부품) 등)의 집합을 의미하고, 모든 구성 요소가 동일 하우징 중에 있는지 여부는 불문한다. 따라서, 별개의 하우징에 수납되어, 네트워크를 통해 접속되어 있는 복수의 장치, 및, 1개의 하우징 중에 복수의 모듈이 수납되어 있는 1개의 장치는, 모두, 시스템이다.

<본 기술을 적용 가능한 분야·용도>

본 기술을 적용한 시스템, 장치, 처리부 등은, 예를 들어 교통, 의료, 방범, 농업, 축산업, 광업, 미용, 공장, 가전, 기상, 자연 감시 등, 임의의 분야에 이용할 수 있다. 또한, 그 용도도 임의이다.

<기타>

본 기술의 실시 형태는, 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 변경이 가능하다.

예를 들어, 1개의 장치(또는 처리부)로서 설명한 구성을 분할하여, 복수의 장치(또는 처리부)로서 구성하도록 해도 된다. 반대로, 이상에 있어서 복수의 장치(또는 처리부)로서 설명한 구성을 통합하여 1개의 장치(또는 처리부)로서 구성되도록 해도 된다. 또한, 각 장치(또는 각 처리부)의 구성에 상술한 것 이외의 구성을 부가하도록 해도 물론 된다. 또한, 시스템 전체로서의 구성이나 동작이 실질적으로 동일하면, 어떤 장치(또는 처리부)의 구성의 일부를 다른 장치(또는 다른 처리부)의 구성에 포함시키도록 해도 된다.

또한, 예를 들어 상술한 프로그램은, 임의의 장치에 있어서 실행되도록 해도 된다. 그 경우, 그 장치가, 필요한 기능(기능 블록 등)을 갖고, 필요한 정보를 얻을 수 있도록 하면 된다.

또한, 예를 들어 1개의 흐름도의 각 스텝을, 1개의 장치가 실행하도록 해도 되고, 복수의 장치가 분담하여 실행하도록 해도 된다. 또한, 1개의 스텝에 복수의 처리가 포함되는 경우, 그 복수의 처리를, 1개의 장치가 실행하도록 해도 되고, 복수의 장치가 분담하여 실행하도록 해도 된다. 환언하면, 1개의 스텝에 포함되는 복수의 처리를, 복수의 스텝의 처리로서 실행할 수도 있다. 반대로, 복수의 스텝으로서 설명한 처리를 1개의 스텝으로서 통합하여 실행할 수도 있다.

또한, 예를 들어 컴퓨터가 실행하는 프로그램은, 프로그램을 기술하는 스텝의 처리가, 본 명세서에서 설명하는 순서에 따라서 시계열로 실행되도록 해도 되고, 병렬로, 혹은 호출이 행해졌을 때 등의 필요한 타이밍에 개별로 실행되도록 해도 된다. 즉, 모순이 발생하지 않는 한, 각 스텝의 처리가 상술한 순서와 다른 순서로 실행되도록 해도 된다. 또한, 이 프로그램을 기술하는 스텝의 처리가, 다른 프로그램의 처리와 병렬로 실행되도록 해도 되고, 다른 프로그램의 처리와 조합하여 실행되도록 해도 된다.

또한, 예를 들어 본 기술에 관한 복수의 기술은, 모순이 발생하지 않는 한, 각각 독립적으로 단체로 실시할 수 있다. 물론, 임의의 복수의 본 기술을 병용하여 실시할 수도 있다. 예를 들어, 어느 실시 형태에 있어서 설명한 본 기술의 일부 또는 전부를, 다른 실시 형태에 있어서 설명한 본 기술의 일부 또는 전부와 조합하여 실시할 수도 있다. 또한, 상술한 임의의 본 기술의 일부 또는 전부를, 상술하지 않은 다른 기술과 병용하여 실시할 수도 있다.

또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.

(1) 물체와 접촉하는 접촉부의 형상에 관한 정보와 상기 접촉부의 전단력에 관한 정보에 기초하여, 상기 물체를 지지하는 지지력을 제어하는 지지력 제어부를 구비하는 제어 장치.

(2) 상기 형상에 관한 정보는, 상기 접촉부의 표면의 곡률을 나타내는 정보를 포함하고,

상기 지지력 제어부는, 상기 곡률을 나타내는 정보에 기초하여 상기 지지력을 제어하는 (1)에 기재된 제어 장치.

(3) 상기 지지력 제어부는, 상기 물체의 형상에 관한 정보에 기초하여 상기 지지력을 제어하는 (1) 또는 (2)에 기재된 제어 장치.

(4) 상기 형상에 관한 정보를 보유하는 보유부를 더 구비하고,

상기 지지력 제어부는, 상기 보유부에 의해 보유되어 있는 상기 형상에 관한 정보에 기초하여 상기 지지력을 제어하는 (1) 내지 (3) 중 어느 것에 기재된 제어 장치.

(5) 상기 전단력에 관한 정보는, 상기 접촉부의 전단 변위량을 나타내는 정보를 포함하고,

상기 지지력 제어부는, 상기 전단 변위량을 나타내는 정보에 기초하여 상기 지지력을 제어하는 (1) 내지 (4) 중 어느 것에 기재된 제어 장치.

(6) 상기 지지력 제어부는, 방향마다의 상기 전단 변위량을 나타내는 정보에 기초하여 상기 지지력을 제어하는 (5)에 기재된 제어 장치.

(7) 상기 지지력 제어부는, 검출된 전단력에 관한 정보를 사용하여 산출된 상기 전단 변위량을 나타내는 정보에 기초하여 상기 지지력을 제어하는 (5) 또는 (6)에 기재된 제어 장치.

(8) 상기 물체를 지지하는 지지부의 구동을 제어하고, 상기 지지력 제어부에 의해 제어되는 상기 지지력으로 상기 물체를 지지시키는 구동 제어부를 더 구비하는 (1) 내지 (7) 중 어느 것에 기재된 제어 장치.

(9) 상기 지지력 제어부는, 상기 물체에 가해진 지지력의 검출 결과에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 (1) 내지 (8) 중 어느 것에 기재된 제어 장치.

(10) 상기 지지력 제어부는, 상기 물체를 지지하는 지지부의 위치 혹은 자세 또는 그 양쪽의 검출 결과에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 (1) 내지 (9) 중 어느 것에 기재된 제어 장치.

(11) 상기 전단력에 관한 정보는, 상기 접촉부의 전단 변위에 관한 정보를 포함하고,

상기 지지력 제어부는, 검출된 상기 전단 변위에 관한 정보의 분포로부터 산출되는 전단 변위량의 분포를 사용하여 도출되는 전단력의 분포에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 (1) 내지 (10) 중 어느 것에 기재된 제어 장치.

(12) 상기 지지력 제어부는, 상기 전단력의 분포의 시계열 변화에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 (11)에 기재된 제어 장치.

(13) 상기 지지력 제어부는, 상기 전단력의 분포를 사용하여 산출되는 고착률에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 (11) 또는 (12)에 기재된 제어 장치.

(14) 상기 지지력 제어부는, 상기 고착률의 목표값인 목표 고착률에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 (13)에 기재된 제어 장치.

(15) 상기 지지력 제어부는, 상기 물체의 상기 접촉부에 대한 회전 방향의 미끄럼인 회전 미끄럼에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 (1) 내지 (14) 중 어느 것에 기재된 제어 장치.

(16) 상기 지지력 제어부는, 상기 접촉부가 상기 물체에 가하는 압력의 분포의 검출 결과에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 (15)에 기재된 제어 장치.

(17) 상기 지지력 제어부는, 상기 물체와 상기 접촉부 사이의 마찰 계수에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 (1) 내지 (16) 중 어느 것에 기재된 제어 장치.

(18) 표면이 복수의 곡률로 구성되는 상기 접촉부의, 상기 물체와 접촉하는 위치를 제어하는 위치 제어부를 더 구비하는 (1) 내지 (17) 중 어느 것에 기재된 제어 장치.

(19) 물체와 접촉하는 접촉부의 형상에 관한 정보와 상기 접촉부의 전단력에 관한 정보에 기초하여, 상기 물체를 지지하는 지지력을 제어하는 제어 방법.

(20) 컴퓨터를,

물체와 접촉하는 접촉부의 형상에 관한 정보와 상기 접촉부의 전단력에 관한 정보에 기초하여, 상기 물체를 지지하는 지지력을 제어하는 지지력 제어부로서 기능시키는 프로그램.

100: 파지 시스템
101: 제어 장치
102: 파지 장치
201: 손가락부
211: 센서
212: 유연 변형층
231: 물체
301: 전단 변위량 검출부
302: 전단 변위량 산출부
303: 파지력 산출부
304: 액추에이터 제어부
311: 파지력 측정부
321: 접촉 정보 보유부
331: 파지력 결정부
341: 제어 파라미터 기억부
342: 제어 파라미터
351: 태스크 명령부
352: 미끄럼 방향 지정부
361: 환경 인식부
401: 전단 변위량 분포 검출부
402: 전단 변위량 분포 산출부
403: 전단력 분포 산출부
404: 분포 정보 처리부
405: 고착률 산출부
406: 목표 고착률 설정부
411: 분포 정보 기억부
412: 분포 시계열 정보 처리부
431: 물체
441: 마찰 계수 측정부
461: 물체
471: 각도/위치 검출부
472: 목표 위치 명령부
473: 위치 제어부
474: 출력 결정부
481: 손가락 유닛
482: 자세 정보 제공부
483: 미끄럼 방향 산출부
484: 파지력 산출부

Claims (20)

1. 물체와 접촉하는 접촉부의 형상에 관한 정보와 상기 접촉부의 전단력에 관한 정보에 기초하여, 상기 물체를 지지하는 지지력을 제어하는 지지력 제어부를 구비하는 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 형상에 관한 정보는, 상기 접촉부의 표면의 곡률을 나타내는 정보를 포함하고,
   상기 지지력 제어부는, 상기 곡률을 나타내는 정보에 기초하여 상기 지지력을 제어하는 제어 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 지지력 제어부는, 상기 물체의 형상에 관한 정보에 기초하여 상기 지지력을 제어하는 제어 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 형상에 관한 정보를 보유하는 보유부를 더 구비하고,
   상기 지지력 제어부는, 상기 보유부에 의해 보유되어 있는 상기 형상에 관한 정보에 기초하여 상기 지지력을 제어하는 제어 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 전단력에 관한 정보는, 상기 접촉부의 전단 변위량을 나타내는 정보를 포함하고,
   상기 지지력 제어부는, 상기 전단 변위량을 나타내는 정보에 기초하여 상기 지지력을 제어하는 제어 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 지지력 제어부는, 방향마다의 상기 전단 변위량을 나타내는 정보에 기초하여 상기 지지력을 제어하는 제어 장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 지지력 제어부는, 검출된 전단력에 관한 정보를 사용하여 산출된 상기 전단 변위량을 나타내는 정보에 기초하여 상기 지지력을 제어하는 제어 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 물체를 지지하는 지지부의 구동을 제어하고, 상기 지지력 제어부에 의해 제어되는 상기 지지력으로 상기 물체를 지지시키는 구동 제어부를 더 구비하는 제어 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 지지력 제어부는, 상기 물체에 가해진 지지력의 검출 결과에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 제어 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 지지력 제어부는, 상기 물체를 지지하는 지지부의 위치 혹은 자세 또는 그 양쪽의 검출 결과에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 제어 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 전단력에 관한 정보는, 상기 접촉부의 전단 변위에 관한 정보를 포함하고,
    상기 지지력 제어부는, 검출된 상기 전단 변위에 관한 정보의 분포로부터 산출되는 전단 변위량의 분포를 사용하여 도출되는 전단력의 분포에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 제어 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 지지력 제어부는, 상기 전단력의 분포의 시계열 변화에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 제어 장치.
13. 제11항에 있어서,
    상기 지지력 제어부는, 상기 전단력의 분포를 사용하여 산출되는 고착률에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 제어 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 지지력 제어부는, 상기 고착률의 목표값인 목표 고착률에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 제어 장치.
15. 제1항에 있어서,
    상기 지지력 제어부는, 상기 물체의 상기 접촉부에 대한 회전 방향의 미끄럼인 회전 미끄럼에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 제어 장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 지지력 제어부는, 상기 접촉부가 상기 물체에 가하는 압력의 분포의 검출 결과에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 제어 장치.
17. 제1항에 있어서,
    상기 지지력 제어부는, 상기 물체와 상기 접촉부 사이의 마찰 계수에 기초하여, 상기 지지력을 제어하는 제어 장치.
18. 제1항에 있어서,
    표면이 복수의 곡률로 구성되는 상기 접촉부의, 상기 물체와 접촉하는 위치를 제어하는 위치 제어부를 더 구비하는 제어 장치.
19. 물체와 접촉하는 접촉부의 형상에 관한 정보와 상기 접촉부의 전단력에 관한 정보에 기초하여, 상기 물체를 지지하는 지지력을 제어하는 제어 방법.
20. 컴퓨터를,
    물체와 접촉하는 접촉부의 형상에 관한 정보와 상기 접촉부의 전단력에 관한 정보에 기초하여, 상기 물체를 지지하는 지지력을 제어하는 지지력 제어부로서 기능시키는 프로그램.
    

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