WO2019244710A1 - 滑り検出装置 - Google Patents

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WO2019244710A1
WO2019244710A1 PCT/JP2019/023082 JP2019023082W WO2019244710A1 WO 2019244710 A1 WO2019244710 A1 WO 2019244710A1 JP 2019023082 W JP2019023082 W JP 2019023082W WO 2019244710 A1 WO2019244710 A1 WO 2019244710A1
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WO
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flexible layer
slip
flexible
contact
detection device
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PCT/JP2019/023082
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English (en)
French (fr)
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智子 永仮
成田　哲也
和仁 若菜
一生 本郷
亘 小久保
慶直 袖山
Original Assignee
ソニー株式会社
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Publication date
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Priority to EP19822215.0A priority patent/EP3812729A4/en
Priority to KR1020207032421A priority patent/KR20210024445A/ko
Priority to JP2020525584A priority patent/JP7294335B2/ja
Priority to CN201980040041.4A priority patent/CN112334746B/zh
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    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/226—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping
    • G01L5/228—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping using tactile array force sensors

Definitions

  • the present disclosure relates to a slip detection device.
  • Patent Literature 1 it is determined whether or not the contact surface has slipped based on the amount of change in the center position of the pressure on the contact surface and the gripping force of the gripper that grips the target object. It is described.
  • Partial slip detection is effective for grasping objects by robots. Partial sliding is a phenomenon that occurs prior to a general sliding in which a relative position with respect to an object is shifted and slides down, and a part of a contact surface starts to slide. At this time, in the state of the partial slip, the relative position with respect to the object is not shifted.
  • the technique described in the above-mentioned patent document is a technique for detecting the entire slip when the object starts to slide, and therefore, the grip force cannot be controlled unless the object starts sliding. For this reason, it is difficult to control the gripping force before the object starts sliding and perform stable gripping with the technology described in the above-mentioned patent document.
  • the first place there is no effective technique for detecting partial slip in the first place. If an attempt is made to detect a partial slip, a shear deformation of the contact portion occurring prior to the partial slip is detected, and it becomes difficult to determine the minimum gripping force based on the partial slip. Further, when the pressure distribution is flat, such as when the object is a hard object or the surface of the object is flat, the progress of the partial slip increases, and it is difficult to detect the partial slip.
  • a slip detection device including: a plurality of contact portions having different slip characteristics when a contacted object slides; and a sensor that detects a pressure distribution of each of the contact portions.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a robot hand according to an embodiment of the present disclosure. It is a schematic diagram which shows a mode that a 1st and 2nd flexible layer and an object are contacting.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a state in which a contact state between a flexible layer and an object changes in a time-series manner from a state a to a state f during a period from gripping the object to sliding of the object in the model illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 3C is a characteristic diagram showing a state where a pressure center position changes in each of a first flexible layer and a second flexible layer in states a to f of FIG. 3A.
  • 3C is a characteristic diagram showing a case where the first flexible layer and the second flexible layer have the same friction coefficient for comparison with FIG. 3B. It is a schematic diagram which shows the division direction of a flexible layer. It is a schematic diagram which shows the division direction of a flexible layer. It is a schematic diagram which shows the division direction of a flexible layer. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a robot control system according to an embodiment of the present disclosure. 9 is a schematic diagram illustrating a configuration of a gripping force calculation unit according to Modification 1.
  • FIG. FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating an example of a pressure distribution when a flexible layer contacts an object.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating an example of a pressure distribution when a flexible layer contacts an object.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating an example of a pressure distribution when a flexible layer contacts an object.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating an example of a pressure distribution when a flexible layer contacts an object.
  • 13 is a schematic diagram illustrating a configuration of a gripping force calculation unit according to Modification 2.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows concrete control of a hand. It is a schematic diagram which shows the example of division
  • FIG. 15B is a characteristic diagram showing a state where the pressure center position changes in the examples (a) to (c) and Modification 4 shown in FIG. 15A, as in FIG. 3B.
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating the reason why the movement direction of the pressure center position in Modification 4 is opposite to that in Examples (a) to (c).
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating the reason why the movement direction of the pressure center position in Modification 4 is opposite to that in Examples (a) to (c). It is a schematic diagram which shows the example which changed the surface area of the flexible layer.
  • FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a configuration example using a linear flexible layer according to Modification Example 6.
  • FIG. FIG. 20 is a schematic diagram illustrating a configuration of a gripping force calculation unit using the linear flexible layer illustrated in FIG. 19.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing an example in which the directions of the flexible layers are arranged in multiple directions in the configuration using the linear flexible layers shown in FIG. 19.
  • the present disclosure relates to a technique for detecting an "partial slip" state before an "all slip” state in which an object slides when the object is gripped, and for gripping the object with an optimum gripping force.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a hand 500 of a robot according to an embodiment of the present disclosure.
  • the hand 500 is provided at the tip of the arm 506 of the robot.
  • the hand 500 has a main body 501, links 512 and 514 forming the first finger 502, and links 516 and 518 forming the second finger 504.
  • each joint 520, 522, 524, 526 is provided with an actuator.
  • the link 512 rotates with respect to the link 514 by the driving force of the actuator of the joint 520, and the link 514 rotates with respect to the main body 501 by the driving force of the joint 522 actuator.
  • the link 516 rotates with respect to the link 518 by the driving force of the actuator of the joint 524, and the link 518 rotates with respect to the main body 501 by the driving force of the actuator of the joint 526.
  • the arm 506 has, for example, multiple joints, and a plurality of links are rotatably connected by each joint. Each link rotates mutually by the driving force of an actuator provided at each joint.
  • an articulated arm 506 having a predetermined degree of freedom and capable of moving the hand 500 to a desired position is configured.
  • FIG. 1 shows a state in which the first finger 502 and the second finger 504 are gripping an object (an object to be gripped) 600.
  • distributed pressure sensors 530 and 532 are provided inside the link 512 of the first finger 502 (on the side of the object 600).
  • a first flexible layer 540 is provided inside the distributed pressure sensor 530, and a second flexible layer 542 is provided further inside the distributed pressure sensor 532.
  • distributed pressure sensors 530 and 532 are provided inside the link 516 of the second finger 504 (on the object 600 side).
  • a first flexible layer 540 is provided inside the distributed pressure sensor 530, and a second flexible layer 542 is provided inside the distributed pressure sensor 532.
  • the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 are made of an elastic material having viscosity or elasticity, or both, and are made of a material that can be easily deformed by an external load. It is made of a material such as urethane gel or silicon gel.
  • the first flexible layer 540 is made of a material having a smaller coefficient of friction than the second flexible layer 542.
  • the slip detection device according to the present embodiment includes first and second flexible layers 540 and 542 and distributed pressure sensors 530 and 532. The first and second flexible layers 540 and 542 and the distributed pressure sensors 530 and 532 may be directly mounted on the arm 506.
  • first and second flexible layers 540 and 542 and the distributed pressure sensors 530 and 532 may be mounted on the feet of the robot and detect a slip state between the feet and the ground (floor). good. As described above, the first and second flexible layers 540 and 542 and the distributed pressure sensors 530 and 532 can be mounted on the action unit where the robot acts on the object.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a state in which the first and second flexible layers 540 and 542 of the first finger 502 are in contact with the object 600.
  • FIG. 1 shows a spherical object 600
  • FIG. 2 shows a rectangular parallelepiped object 600.
  • the shape of the object 600 is not particularly limited.
  • the direction of the x-axis shown in FIG. 2 is the direction in which the object 600 slides (or attempts to slide) relative to the first and second flexible layers 540 and 542.
  • the two flexible layers 540 and 542 are arranged in the order of the second flexible layer 542 and the first flexible layer 540 in the direction in which the object 600 slides. It is possible to further increase the difference between the occurrence timings of the entire slip between the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542.
  • the x-axis direction corresponds to the direction of gravity.
  • a force Ft is applied to the object 600 in the x-axis direction. If the x-axis direction is the direction of gravity, the force Ft corresponds to gravity. Further, a force Fn is applied to the object 600 in the y direction orthogonal to the x axis direction. The force Fn corresponds to a reaction force when the first finger 502 and the second finger 504 grip the object 600.
  • “Whole sliding” is a state in which the relative position between the object 600 and the flexible layer is shifted and the object is sliding down.
  • the “partial slip” is a phenomenon that occurs before the “entire slip” and a part of the contact surface between the object 600 and the flexible layers 540 and 542 slips.
  • a “partial slip” in which the object 600 is gripped with a minimum force that does not cause the object 600 to slide down is detected.
  • FIG. 3A shows the state of contact between flexible layers 540 and 542 and object 600 in the model shown in FIG. It is a figure which shows typically a mode that changes in a time series from the state a to the state f.
  • the upper surface of each of the flexible layers 540 and 542 is divided into a plurality of rectangular regions, and two types of dots attached to each rectangular region indicate the state of contact with the object 600 by two types of “stick” and “slip”. Are shown.
  • the "fixed" rectangular area no slippage occurs between the object 600 and the flexible layers 540 and 542, and both are fixed.
  • a slip occurs between the object 600 and the flexible layers 540 and 542.
  • the state of each rectangular area can be obtained, for example, from analysis by simulation.
  • a state in which “partial slip” and “whole slip” occur between the time when the object 600 starts sliding and the time when the object 600 starts to slide will be described with reference to FIG. 3A.
  • the flexible layer provided on the distributed pressure sensors 530 and 532 is equally divided into two, that is, a first flexible layer 540 and a second flexible layer 542.
  • the second flexible layers 542 are arranged side by side in the sliding direction of the object 600 (x-axis direction).
  • all the rectangular regions on the upper surfaces of the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 are in a “fixed” state.
  • the rectangular area on the upper surface of the first flexible layer 540 and close to the second flexible layer 542 has changed to the state of “slip”.
  • the other areas are in a “fixed” state.
  • the rectangular area in the “sliding” state is enlarged on the upper surface of the first flexible layer 540.
  • the next state d all of the rectangular area on the upper surface of the first flexible layer 540 is in a “sliding” state, and a part of the rectangular area on the upper surface of the second flexible layer 542 is changed to a “sliding” state. ing.
  • the rectangular area in the “slip” state is enlarged.
  • all the rectangular regions on the upper surface of the second flexible layer 542 are in the state of “slip”.
  • first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 when all the rectangular areas are in the “slip” state, the state is “the whole slip”.
  • the first flexible layer 540 is in the state of “entire sliding” in the state d, and is also in the state of “entire sliding” in the subsequent states e and f.
  • the second flexible layer 542 is in the state of “entire sliding” in the state f, lagging behind the first flexible layer 540.
  • the area of “slip” expands with the passage of time and enters the state of “entire slip”, but the friction coefficient is low. It can be seen that the timing at which the first flexible layer 540 enters the state of “entire sliding” is earlier. In other words, by making the friction coefficients of the two flexible layers 540 and 542 different, it is possible to cause a difference in the timing at which the entire slip occurs.
  • states d and e in which the entire slip occurs in one of the regions of the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 and the other does not occur in the other region.
  • states d and e in which “partial slip” occurs the object 600 does not move relative to the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542.
  • the states d and e are indicated by thick lines to indicate that the states d and e are "partial slip".
  • the area of the first flexible layer 540 in the states b and c, or the second area in the states d and e In the region of the flexible layer 542, it can be considered that partial slip has occurred. However, in the present embodiment, attention is paid to the entire area including the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542, and one of the flexible layers 540 and 542 generates an overall slip, and the other slides.
  • the states d and e in which the entire area does not have a slip are defined as the states in which “partial slip” has occurred in the entire area.
  • the states a to c in which neither the first flexible layer 540 nor the second flexible layer 542 generate a total slip are in the entire region including the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542. Are fixed to the object 600.
  • the states d and e in which the “partial slip” occurs are states immediately before the object 600 starts to slide, and the object 600 is relatively positioned with respect to the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542. Not moved. Therefore, by detecting the state of "partial slip” and gripping the object with a gripping force of such a degree that partial slip occurs, deformation and destruction of the object 600 are suppressed, and the object 600 is gripped with an optimal force that does not slip. be able to.
  • the occurrence of “partial slip” or “entire slip” in the entire area including the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 is determined by the distribution. The determination is made based on the pressure center position obtained from the mold pressure sensors 530 and 532.
  • FIG. 3B is a characteristic diagram showing a state in which the pressure center position changes in each of the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 in the states a to f of FIG. 3A.
  • the pressure center position X cop is obtained from the following equation (1).
  • Each of the distributed pressure sensors 530 and 532 includes a plurality of nodes formed in a matrix for detecting pressure.
  • N is the number of sensor nodes distributed pressure sensor 530, 532
  • x i is the coordinate of the i th node
  • p (x i) is the pressure at which the i-th node has detected.
  • the pressure center position X cop is a value obtained by dividing the sum of the product of the pressure and the coordinate by the sum of the pressures, and is a value indicating the center of the pressure in the distributed pressure sensors 530 and 532.
  • FIG. 3B in order from the left, the change in the pressure center position of the second flexible layer 542, the change in the pressure center position of the first flexible layer 540, and the change in the pressure center position of the first and second flexible layers 540 and 542 are shown. Changes are shown respectively.
  • the horizontal axis represents the number indicating the number of time steps
  • the vertical axis represents the pressure center position.
  • the pressure center position on the vertical axis corresponds to the position in the x-axis direction in FIG.
  • the origin of the vertical axis corresponds to the origin of FIG. 2
  • a to f attached to the characteristic of the pressure center position correspond to the states a to f in FIG. 3A, respectively.
  • the pressure center positions of the first and second flexible layers 540 and 542 are both moving in the x-axis direction in FIG.
  • the first flexible layer 540 having a smaller coefficient of friction moves the pressure center position faster than the second flexible layer 542.
  • the movement of the pressure center position is stopped when the number of time steps exceeds 15, and the first flexible layer 540 is in a steady state in which the pressure center position has a constant value.
  • the second flexible layer 542 the movement of the pressure center position is stopped when the number of time steps exceeds 25, and the second flexible layer 542 is in a steady state in which the pressure center position has a constant value.
  • the state in which the movement of the pressure center position is stopped corresponds to the state of “entire sliding”.
  • the state where the movement of the pressure center position is not stopped is caused by the shear deformation of the first flexible layer 540 or the second flexible layer 542 and the partial deformation. This is a state in which the pressure center position is moving due to temporary slip.
  • the absolute position of the object 600 may change due to the shear deformation of the first flexible layer 540 or the second flexible layer 542.
  • the second flexible layer 542 has a timing at which the entire slip occurs later than the first flexible layer 540.
  • the characteristic diagram shown on the right side of FIG. 3B is a superposition of the characteristic diagram shown on the left side of FIG. 3B and the characteristic diagram shown at the center.
  • a state in which the entire slip occurs first in the first flexible layer 540 in which the entire slip occurs, and the state in which the entire slip does not occur in the second flexible layer 542 It is determined that “partial slip” has occurred in the entire area including the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542.
  • the state in which the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 are totally slipped is changed to the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542.
  • the entire slip in each region can be detected.
  • the entire slip occurs in the entire region including the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542. Is determined to be present (state f). If the entire slip has occurred in any of the regions, it is determined that the partial slip has occurred in the entire region (states d and e). If no slippage has occurred in any of the regions, it is determined that the entire region is in the “fixed state” (states a, b, and c).
  • the ratio of the non-detection area of “entire slip” to the entire area including the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 (the contact area of the object 600) is defined as the sticking rate.
  • both the region of the first flexible layer 540 and the region of the second flexible layer 542 are compared with the entire region including the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542.
  • the sticking rate is 0% because of the entire sliding state.
  • the sticking rate is as follows. 50%.
  • the area of the first flexible layer 540 and the area of the second flexible layer 542 are compared with the entire area including the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542. Since neither of them is in the state of total slip, the sticking rate is 100%.
  • the gripping force of the hand 500 is controlled according to the sticking rate.
  • the gripping force by the hand 500 decreases as the sticking rate increases, and the gripping force by the hand 500 increases as the sticking rate decreases.
  • the object 600 can be gripped with the minimum necessary force, and destruction and deformation of the object 600 can be suppressed.
  • the fixation rate can be calculated in four stages of 0%, 33%, 66%, and 100%.
  • the sticking rate is 0%.
  • the sticking rate is determined. Is 33%.
  • the entire slip occurs in the area of the soft layer having the lowest friction coefficient, and then the entire slip does not occur in the area of the soft layer having the lowest friction coefficient and the area of the soft layer having the highest friction coefficient, Is 66%.
  • the sticking rate is 0%. From the same viewpoint, the state of the partial slip can be detected with higher accuracy as the number of divisions of the region of the flexible layer is increased.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing a case where the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 have the same friction coefficient for comparison with FIG. 3B. Conditions other than the friction coefficient and the method of displaying the characteristic diagram are the same as those in FIG. 3B.
  • the friction coefficient of the first flexible layer 540 is equal to the coefficient of friction of the second flexible layer 542
  • the total slippage occurs in the area of the first flexible layer 540 and the area of the second flexible layer 542. Since there is no difference in the timing of occurrence, it is difficult to detect partial slip in the entire area including the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542. Therefore, as in the present embodiment shown in FIG.
  • “partial slip” occurs in a state where the sticking rate is 50%, that is, in the entire region including the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542. State cannot be detected. According to the present embodiment, a state in which “partial slip” has occurred in the entire area including the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 can be detected, which corresponds to a partial slip state. It is possible to control the gripping force with high accuracy based on the sticking rate to be performed.
  • the timing at which the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 generate a total slip is different, and the first and the second flexible layers 542 and 542 are different. Partial slip can be detected in the entire area including the second flexible layers 540 and 542. Then, as the difference between the timings at which the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 generate the entire slip increases, the partial slip occurs in the entire area including the first and the second flexible layers 540 and 542. Since the time increases, gripping force can be easily controlled.
  • the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 have different friction coefficients so that the first flexible layer 540 and the second flexible layer 540 have different friction coefficients.
  • the generation timing of the entire sliding of the layer 542 is made different.
  • parameters other than the coefficient of friction between the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 are made different from each other so that the timing at which the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 generate slippage are made different. May be.
  • Parameters other than the coefficient of friction include Young's modulus, Poisson's ratio, thickness, radius of curvature, and the like.
  • the coefficient of friction the smaller the coefficient of friction, the earlier the timing of the occurrence of total slip.
  • Young's modulus the larger the Young's modulus, the earlier the occurrence timing of the entire slip.
  • Poisson's ratio the smaller the Poisson's ratio, the earlier the overall slip occurs.
  • thickness the smaller the thickness, the earlier the timing of occurrence of the entire slip.
  • a radius of curvature the larger the radius of curvature, the earlier the timing of occurrence of total slip.
  • FIGS. 5A to 5C are schematic diagrams showing the dividing direction of the flexible layer.
  • FIGS. 5A and 5B show an example in which the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 are divided into two in the sliding direction, as in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 5C shows an example in which the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 are divided into two in a direction orthogonal to the sliding direction.
  • each of the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 is completely There is no difference in the timing at which slippage occurs.
  • the vertical axis is not constrained, a slight rotation of the shaft occurs due to the friction distribution, and the difference in the timing of the occurrence of complete slip is larger in the case where the shaft is divided perpendicularly to the sliding direction. .
  • a situation in which the axis of the object is constrained cannot occur, and therefore, it is more preferable to divide the object with respect to the sliding direction as shown in FIGS.
  • the sliding force of the first flexible layer 540 located on the upstream side in the sliding direction is blocked by the second flexible layer 542 on the downstream side, so that the entire sliding in the first flexible layer 540 is performed. Is relatively late. Therefore, in the case of the arrangement of FIG. 5B, the difference between the timings at which the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 generate the total slip is relatively small.
  • the sliding force of the second flexible layer 542 located on the upstream side in the sliding direction is not blocked by the first flexible layer 540 on the downstream side, and the first flexible layer 540 on the downstream side is not blocked. Overall slip occurs at a relatively early timing in the flexible layer 540. Therefore, in the case of the arrangement of FIG. 5A, the difference in the timing at which the entire slip occurs can be further increased.
  • the plurality of flexible layers may not be provided adjacent to each other.
  • the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 may be separately provided on different fingers of the hand 500.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a robot control system (control device) 1000 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the control system 1000 includes a recognition / planning unit 100, a gripping force calculation unit 200, and a control unit 300.
  • the recognition / planning unit 100 includes a recognition unit 102, a command unit 104, a gripping position determination unit 106, and an operation planning unit 108.
  • the gripping force calculation unit 200 includes a pressure acquisition unit 202, a contact detection unit 204, a pressure center position calculation unit 206, a pressure center movement amount calculation unit 208, an overall slip detection unit 210, a sticking rate calculation unit 212, a gripping force control unit 214, have.
  • the control unit 300 includes an overall control unit 302 and a hand control unit 304.
  • the recognition / planning unit 100 recognizes the object 600 held by the robot and makes a plan to hold the object 600.
  • the recognition unit 102 includes a camera, a ToF sensor, and the like, and recognizes a three-dimensional shape of the object 600.
  • the command from the user is input to the command unit 104.
  • the gripping position determination unit 106 determines the position at which the robot grips the object 600 based on the user's instruction input to the instruction unit 104 using the recognition result of the target by the recognition unit 102.
  • the operation planning unit 108 plans the operation of the arm 506 of the robot and the operation of the hand 500 provided at the tip of the arm 506 based on the grip position determined by the grip position determination unit 106.
  • the gripping force calculation unit 200 calculates the gripping force of the hand 500 gripping the object 600 and controls the gripping force.
  • the pressure acquisition unit 202 acquires the pressure detected by the distributed pressure sensors 530 and 532.
  • the contact detection unit 204 detects contact between the first and second flexible layers 540 and 542 and the object 600 using the distributed pressure value acquired by the pressure acquisition unit 202. For example, the contact detection unit 204 detects a contact between the first and second flexible layers 540 and 542 and the object 600 when the distributed pressure value is equal to or more than a predetermined value.
  • the pressure center position calculation unit 206 uses the distributed pressure value acquired by the pressure acquisition unit 202 to calculate the pressure center position X in each region of the first and second flexible layers 540 and 542 according to the above equation (1). Calculate the COP .
  • the pressure center movement amount calculation unit 208 calculates the movement amount of the pressure center position in each of the first and second flexible layers 540 and 542 using the pressure center position calculated by the pressure center position calculation unit 206. I do.
  • the pressure center movement amount calculation unit 208 calculates the movement amount ⁇ X COP of the pressure center position from the following equation (2).
  • the right side of Expression (2) indicates a difference between the pressure center position X COP at time t + 1 and the pressure center position X COP at time t.
  • the whole slip detecting unit 210 detects whether or not the movement of the pressure center position has changed in a preset time window using the movement amount of the pressure center position calculated by the pressure center movement amount calculation unit 208.
  • the time window is a predetermined period of time. If there is no movement of the pressure center position during this predetermined time, the overall slip detection unit 210 detects that the overall slip has occurred without a change in the pressure center position.
  • the whole slip detecting unit 210 detects that the whole slip occurs in each area by monitoring the change of the pressure center position for each area of the two distributed pressure sensors 530 and 532.
  • the sticking ratio calculation unit 212 calculates the ratio of the non-detection region of the entire slip to the entire region including the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542, and sets the calculated ratio as the sticking ratio. As described above, when the flexible layer is divided into two, the sticking ratio is calculated as three types of values: 0%, 50%, and 100%.
  • the gripping force control unit 214 determines the gripping force so that the sticking rate becomes a constant value.
  • the gripping force control section 214 controls the gripping force by feedback control so that the sticking rate calculated by the sticking rate calculating section 212 becomes a predetermined value.
  • the gripping force control unit 214 controls the gripping force so that the sticking rate becomes 50%.
  • the control unit 300 controls the operation of the robot.
  • the overall control unit 302 controls the robot arm 506 based on the operation plan planned by the operation planning unit 108.
  • the hand control unit 304 controls the hand 500 based on the control of the gripping force control unit 214. Note that the grip force control unit 214 and the hand control unit 304 may be configured integrally.
  • the components of the recognition / planning unit 100, the gripping force calculation unit 200, and the control unit 300 of the control system 1000 shown in FIG. 6 function as a circuit (hardware) or a central processing unit such as a CPU. (Software).
  • This program can be stored in a recording medium such as a memory included in the control system 1000 or a memory externally connected to the control system 1000. The same applies to FIGS. 7, 9 and 20 to be described later.
  • Modification 1 (example of adjusting gripping force control gain according to rigidity of object)
  • the physical layer of the object 600 is determined based on the position of the hand 500 at the moment when the flexible layer comes into contact with the object 600 and the flexible layer is pressed into the object 600, or the contact area and the contact force between the flexible layer and the object 600. Calculate information (rigidity).
  • the grip force control gain is adjusted based on the physical information of the object 600.
  • the gripping force control gain is an increase rate when the gripping force is increased so that the sticking rate becomes a certain value.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of the gripping force calculation unit 200 according to the first modification.
  • the grip force calculation unit 200 according to the first modification includes a contact force calculation unit 216, a contact node number acquisition unit (contact radius calculation unit) 218, and physical information. It has an operation unit 220.
  • the contact force calculation unit 216 calculates a contact force when the object 600 contacts the first and second flexible layers 540 and 542.
  • the contact force is obtained by multiplying the number of contact nodes among all the nodes of the distributed pressure sensors 530 and 532 by the force (pressure) applied to each contact node.
  • the contact nodes are nodes of the distributed pressure sensors 530, 532 that are in contact with the object 600 via the first flexible layer 540 or the second flexible layer 542.
  • the contact node is a node from which the detected value of the pressure is obtained (the detected value is not 0).
  • the contact node number acquisition unit 218 acquires the number of contact nodes based on the contact between the first and second flexible layers 540 and 542 detected by the contact detection unit 204 and the object 600.
  • the number of contact nodes corresponds to a contact area.
  • the physical information calculation unit 220 calculates stiffness as physical information of the object 600 from the information on the contact area obtained from the contact node number acquisition unit 218 and the information on the contact force obtained from the contact force calculation unit 216.
  • the rigidity can be calculated as physical information of the object 600 from the contact radius a when the object 600 comes into contact with the flexible layer.
  • a contact radius calculation unit is made to function instead of the contact node number acquisition unit 218.
  • the contact radius a between the robot finger (the first finger 502 and the second finger 504) and the object can be expressed by the following equation (3).
  • the effective elastic coefficient E * is given by the elastic coefficients Ef and Eo of the robot finger and the object and the respective Poisson ratios vf and vo.
  • the robot finger radius r and the Young's modulus Ef of the robot finger are known, based on the information of the contact radius a and the contact force Fn calculated by the contact radius calculation unit 218, the physical Information (Young's modulus Eo) can be calculated.
  • the rigidity of the object 600 as physical information is sent to the gripping force control unit 214.
  • the gripping force control unit 214 adjusts the gripping force control gain based on the physical information.
  • the gripping force control gain is an increase rate when the gripping force is increased so that the sticking rate becomes a certain value.
  • the gripping force control unit 214 increases the rate of increase of the gripping force when controlling the sticking rate to the target value, since the probability that the object 600 is likely to be deformed or broken is relatively low. I do.
  • the gripping force control unit 214 has a relatively high probability that the object 600 will be deformed or destroyed. Lower.
  • the gripping force can be controlled with a minimum necessary force that does not cause the object 600 to slip, and the gripping force is adjusted according to the hardness of the object 600.
  • the rate of increase can be controlled. Therefore, deformation and destruction of the object 600 when gripping can be reliably suppressed.
  • the rigidity is determined from the relationship between the position of the hand 500 when the flexible layer is pushed into the object 600 (the amount of pushing) and the contact force obtained from the distributed pressure sensors 530 and 532. You may ask.
  • Modification 2 (Example of controlling position and posture of finger to increase difference in overall slip occurrence timing)
  • the position and the posture of the finger are controlled in order to increase the difference between the timings at which the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 generate the total slip.
  • the steeper the pressure distribution when the flexible layers 540 and 542 come into contact with the object 600 the later the occurrence timing of the entire slip.
  • 8A to 8C are characteristic diagrams illustrating examples of pressure distribution when the flexible layers 540 and 542 contact the object 600.
  • FIG. The pressure distribution is steep in the order of FIG. 8C, FIG. 8B, and FIG. 8A.
  • the steep pressure distribution means that the pressure gradient at the end of the region where the flexible layers 540 and 542 are in contact with the object 600 (region A1 shown in FIGS. 8A to 8C) is large. .
  • the regions where the pressure is high are the regions where the flexible layers 540 and 542 are in contact with the object 600.
  • a pressure gradient occurs at the end of the area where the flexible layers 540 and 542 are in contact with the object 600. The greater the pressure gradient, the later the timing at which total slip occurs.
  • the shape of the object 600 is convex, and the smaller the radius of curvature of the convex surface, the steeper the pressure gradient, and the later the timing at which the entire slip occurs. Become.
  • the hand 500 is arranged such that the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 are arranged at positions where the pressure gradients are different in each of the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542. Control.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a configuration of the gripping force calculation unit 200 according to the second modification.
  • the gripping force calculation unit 200 according to the second modification includes a pressure gradient calculation unit 222 and an actuator control unit 224 in addition to the configuration illustrated in FIG.
  • the pressure gradient calculation unit 222 calculates the pressure based on the pressures detected by the distributed pressure sensors 530 and 532. The characteristics shown in FIGS. 8A to 8C are obtained. Then, the pressure gradient calculator 222 calculates the pressure gradient of the area A1 shown in FIGS. 8A to 8C. The pressures detected by the distributed pressure sensors 530 and 532 are acquired by the pressure acquisition unit 202 and sent to the pressure gradient calculation unit 222.
  • the actuator controller 224 controls the actuator that controls the hand 500 or the arm 506 based on the pressure gradient calculated by the pressure gradient calculator 222.
  • the actuator control unit 224 controls the actuator so as to grip the object 600 at a position where the difference in pressure gradient becomes larger at the contact portion between the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 and the object 600.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing specific control of the hand 500.
  • a state before controlling the position and posture of the finger according to the pressure gradient is shown in the left diagram
  • a state after controlling the position and posture of the finger according to the pressure gradient is shown in the right diagram.
  • a first finger 502 is provided with a first flexible layer 540 and a distributed pressure sensor 530
  • a second finger 504 is provided with a second flexible layer 542 and a distributed pressure sensor 532. Therefore, FIG. 10 illustrates an example in which the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 are not divided in the sliding direction of the object 600.
  • the contact surface of the object 600 with both the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 is a curved surface.
  • the contact surface of the object 600 with the second flexible layer 542 is a curved surface, but the contact of the object 600 with the first flexible layer 540 is curved.
  • the surface is a plane.
  • the second flexible layer 542 delays the timing of the occurrence of the total slip.
  • the contact surface of the object 600 with the first flexible layer 540 becomes flat, and the contact of the object 600 with the second flexible layer 542.
  • the surface is a curved surface. Therefore, the pressure distribution in the second flexible layer 542 becomes steeper than the pressure distribution in the first flexible layer 540, and the timing of the occurrence of the total slip in the second flexible layer 542 becomes later. Therefore, the difference in the timing of the occurrence of total slip between the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 can be further increased.
  • the position and posture of the finger of the hand 500 is controlled according to the pressure gradient.
  • the three-dimensional information of the object 600 obtained by observing the shape of the object 600 by the recognition unit 102 is described. Based on this, the position and posture of the finger of the hand 500 may be controlled. Also in this case, based on the three-dimensional information, the first flexible layer 540 can be brought into contact with a location where the pressure gradient is small, and the second flexible layer 542 can be brought into contact with a location where the pressure gradient is large.
  • Modification 3 (variation in arrangement of flexible layer and distributed pressure sensor) As described above, it is more preferable that the first flexible layer 540 and the second flexible layer 542 are divided in the direction in which the object 600 slides. In the third modification, when a plurality of different sliding directions of the object 600 are assumed according to the postures of the hand 500 and the arm 506, division that does not depend on the sliding direction is performed.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of division of the flexible layer.
  • the Young's modulus differs for each of the plurality of flexible layers 544, 546, 548, and 550.
  • Each of the flexible layers 544, 546, 548, and 550 is divided by a circular boundary, and the Young's modulus is smaller toward the center. According to such a dividing method, it is possible to cope with multidirectional sliding as indicated by a plurality of arrows in FIG. 11, and the flexible layer is divided in the sliding direction in any sliding direction. Will be.
  • the parameters of the flexible layer that cause the timing of the occurrence of the total slip are different from each other by combining the conditions in which the timing of the occurrence of the total slip is early or the conditions in which the timing of the entire slip is late. Can be further expanded.
  • the conditions of the thickness and the Young's modulus are combined, and the thickness of each of the flexible layers 544, 546, 548, and 560 is set so that the flexible layer closer to the center has a larger thickness and a smaller Young's modulus.
  • the thickness and Young's modulus were set.
  • the larger the Young's modulus the earlier the occurrence timing of the entire slip, and the smaller the thickness, the earlier the occurrence timing of the entire slip. Therefore, the more flexible the peripheral layer shown in FIG. 11, the earlier the occurrence timing of the entire slip. In other words, the more the flexible layer is closer to the center, the later the occurrence timing of the overall slip is.
  • a flexible layer 550 having a large Young's modulus is used for a heavy object 600 requiring a large gripping force. Only the flexible layer 544 having a small Young's modulus at the center is used for gripping a lightly fragile object 600 that does not require a thin film. Therefore, it is possible to use an appropriate flexible layer according to the grasped object.
  • FIG. 12 is a plan view showing an example of division that does not depend on the position where the object 600 contacts.
  • a flexible layer 552 having a small Young's modulus and a flexible layer 554 having a large Young's modulus are used.
  • the flexible layers 552 and the flexible layers 554 are alternately arranged in a staggered manner.
  • two flexible layers 552 and 554 having different Young's moduli are shown, but three or more flexible layers having different Young's moduli may be arranged.
  • the staggered arrangement is also possible. It can be performed.
  • the flexible layers in the same column or the same row are arranged in FIG. 12 so as to have the same Young's modulus.
  • the Young's modulus may be different.
  • the distributed pressure sensors 560 and 562 are shifted and arranged in layers in order to artificially reduce the pitch width of the nodes of the two distributed pressure sensors 560 and 562.
  • example (a) when two distributed pressure sensors 560 and 562 are sequentially shifted from the top and shifted in the node arrangement direction (x direction) (example (a)), the node arrangement direction (x direction, Three methods are shown, i.e., overlapping in the y-direction) (example (b)) and overlapping one by rotating one distributed pressure sensor 562 by 45 [deg.] (example (c)).
  • the distributed pressure sensors 560 and 562 are arranged so as to be shifted from each other in the x direction by 1 / of the node width.
  • the distributed pressure sensors 560 and 562 are arranged so as to be shifted from each other in the x direction and the y direction by ⁇ of the node width. It should be noted that the arrangement and overlapping of the distributed pressure sensors are not limited to the example of FIG.
  • the pitch width of the nodes can be reduced in a pseudo manner, and the number of divided regions can be increased.
  • Modification 4 (example in which flexible layers are arranged above and below a distributed pressure sensor) As described above, as a method of delaying the occurrence timing of the entire slip, there is a method of increasing the thickness of the flexible layer. On the other hand, if the thickness of the flexible layer is increased, there is a problem that the sensitivity of the distributed pressure sensor is reduced.
  • the upper and lower portions of the distributed pressure sensor 564 can be arranged.
  • the flexible layers 572 and 574 are arranged.
  • the movement of the pressure center position depends on the total thickness of the flexible layers 572 and 574, while the detection sensitivity depends on the flexible layer 574 above the distributed pressure sensor 564. Therefore, the detection sensitivity of the distributed pressure sensor 564 decreases. Without this, it is possible to delay the timing at which the entire slip occurs.
  • FIG. 15A is a schematic diagram showing the detection sensitivity of the distributed pressure sensor 564 according to the difference in the thickness of the flexible layer.
  • the detection sensitivity when three types of flexible layers 570 having different thicknesses are arranged on the distribution type pressure sensor 564 (examples (a) to (c)) and the flexibility above and below the distribution type pressure sensor 564 are shown.
  • the detection sensitivity when the layers 572 and 574 are arranged is shown.
  • Example (a) shown in FIG. 15A shows an example in which a flexible layer 570 having a thickness of 1 mm is arranged on the distributed pressure sensor 564.
  • 15A shows an example in which a flexible layer 570 having a thickness of 3 mm is disposed on the distributed pressure sensor 564.
  • FIG. 15C shows an example in which the flexible layer 570 is disposed on the distributed pressure sensor 564. The example which arrange
  • Modification Example 4 shown in FIG. 15A is an example in which a flexible layer 574 having a thickness of 1 mm is arranged on the distributed pressure sensor 564 and a flexible layer 572 having a thickness of 4 mm is arranged below the distributed pressure sensor 564. Is shown.
  • 15A shows the pressure detected by the distributed pressure sensor 564 and the standard deviation thereof in Examples (a) to (c) and Modification 4. As shown in examples (a) to (c), as the thickness of the flexible layer 570 above the distributed pressure sensor 564 increases, the standard deviation of the pressure detection value increases, and the detection sensitivity of the distributed pressure sensor 564 increases. It can be seen that has decreased.
  • the total thickness of the flexible layer 572 and the flexible layer 574 is the same as that of the example (c), but the thickness of the flexible layer 574 on the distributed pressure sensor 564 is different. Is 1 mm, the standard deviation of the detected pressure value is suppressed. Therefore, according to the fourth modification, it is possible to obtain at least the same detection sensitivity as that of the example (a).
  • FIG. 15B is a characteristic diagram showing a state where the pressure center position changes in the examples (a) to (c) and the modification 4 shown in FIG. 15A, similarly to FIG. 3B. As shown in examples (a) to (c) of FIG. 15B, the greater the thickness of the flexible layer 570 on the distributed pressure sensor 564, the later the occurrence timing of the entire slip.
  • the thickness of the flexible layer 574 on the distributed pressure sensor 564 is made equal to the thickness of the flexible layer 570 of the example (a), so that the same detection sensitivity as that of the example (a) is secured. it can.
  • the total thickness of the upper and lower flexible layers 572 and 574 of the distributed pressure sensor 564 is made equal to that of the flexible layer 570 in the example (c), so that the timing of the occurrence of the total slip can be reduced. (C).
  • FIGS. 16A and 16B are schematic diagrams showing the reason why the moving direction of the pressure center position in the modification 4 is in the opposite direction to the examples (a) to (c).
  • FIGS. 16A and 16B show a state in which the object 600 is not gripped (left figure) and a state in which the object 600 is gripped (right figure). Shows a state in which is deformed.
  • 16A and 16B an arrow A11 indicates a direction in which the object 600 tries to slide.
  • 16A and 16B illustration of the object 600 is omitted.
  • FIG. 16A shows the example (a), and shows a state in which the flexible layer 570 is deformed in the direction of the arrow A11 as the object 600 tries to slide in the direction of the arrow A11.
  • the pressure detection value of the distributed pressure sensor 564 is as follows: the pressure is reduced at the left end of the distributed pressure sensor 564 because the flexible layer 570 does not exist in the area A3 illustrated in FIG. Increases the pressure. Therefore, as shown in FIG. 15B, the pressure center position moves in the positive direction of the x-axis.
  • FIG. 16B illustrates Modification Example 4, in which the flexible layer 572 and the flexible layer 574 are deformed in the direction of the arrow A11 when the object 600 tries to slide in the direction of the arrow A11.
  • the pressure detected by the distributed pressure sensor 564 is smaller than the pressure at the right end of the distributed pressure sensor 564 because the flexible layer 572 does not exist in the area A4 shown in FIG. Increases the pressure. Therefore, as shown in FIG. 15B, the pressure center position moves in the negative direction of the x-axis.
  • FIG. 15B although the moving direction of the pressure center position is different from the examples (a) to (c) of FIGS. 3B and 15A, a method of determining that the entire slip has occurred when the movement of the pressure center position is stopped. It is the same as the examples (a) to (c) in FIGS. 3B and 15A.
  • Modification 5 Method of changing frictional force of flexible layer
  • a method of changing the friction coefficient of the flexible layer a method of performing fine processing on the surface of the flexible layer or a method of coating the surface of the flexible layer is considered in addition to a method of changing a material. Thereby, even when a plurality of flexible layers are formed of the same material, it is possible to generate various distributions of the friction coefficient.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing an example in which the surface area of the flexible layer is changed. Since the area of the central flexible layer 580 is larger than the area of the peripheral flexible layer 582, the frictional force of the central flexible layer 580 is larger than that of the peripheral flexible layer 582. Therefore, it is possible to make the occurrence timing of the entire slip between the flexible layer 580 and the flexible layer 582 different.
  • FIG. 18 shows an example in which the flexible layers 572 and 574 are arranged above and below the distributed pressure sensor 564, similarly to the fourth modification of FIG. A method of changing the hardness of the flexible layer 572 below the distributed pressure sensor 564 to change the frictional force is shown.
  • the hardness of the flexible layer 572 below the distributed pressure sensor 564 is set to three levels: low (flexible layer 572a), medium (flexible layer 572b), and high (flexible layer 572c).
  • FIG. 19 is a schematic diagram illustrating a configuration example using the linear flexible layers 590 and 592 according to the sixth modification. As shown in FIG. 19, linear flexible layers 590 and 592 are provided on the distributed pressure sensors 594 and 596. The flexible layer 590 is provided on the distributed pressure sensor 594, and the flexible layer 592 is provided on the distributed pressure sensor 596. The flexible layer 592 is made of a material having a higher coefficient of friction than the flexible layer 590.
  • FIG. 19 shows a state in which the object 600 is gripped by using the flexible layers 590 and 592. Therefore, the object 600 is in contact with the flexible layers 590 and 592.
  • FIG. 19 shows the time-series movement at time t1, time t2, and time t3.
  • Time t1 indicates a fixed state. In this state, the tips of the flexible layers 590 and 592 are uniformly facing left.
  • time t2 shows a state in which the object 600 has partially slipped.
  • the tip of the flexible layer 590 having a small coefficient of friction faces right.
  • the tip of the flexible layer 592 having a large coefficient of friction is maintained in a state facing left.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing the configuration of the gripping force calculation unit 200 using the linear flexible layers 590 and 592 shown in FIG.
  • the pressure acquisition unit 202 acquires the pressure detected by the distributed pressure sensors 594, 596.
  • the overall slip detection unit 210 monitors a change in pressure in the linear flexible layers 590 and 592, and detects a slip in each of the flexible layers 590 and 592. As described above, at time t2 in FIG. 19, only the pressure detection value of the distributed pressure sensor 594 corresponding to the flexible layer 590 decreases, so that the state of partial slip can be detected.
  • the sticking rate calculation unit 212 calculates the ratio of the non-detection area of the partial slip in the entire area.
  • the gripping force control unit 214 determines the gripping force so that the sticking rate calculated by the sticking rate calculation unit 212 becomes a constant value.
  • the entire slip can be detected.
  • the pressure change in the linear flexible layers 590 and 592 acquired by the pressure acquisition unit 202 is monitored, and when the pressure exceeds a certain threshold, the entire slip is detected.
  • FIG. 21 is a schematic view showing an example in which the flexible layers 590, 592 are arranged in multiple directions in the configuration using the linear flexible layers 590, 592 shown in FIG. As shown in the state at time t1 in FIG. 19, in the fixed state, the tips of the flexible layers 590, 592 face the same direction. As shown in FIG. 21, by arranging the directions of the flexible layers 590 and 592 in the fixed state in multiple directions, it is possible to adopt a configuration capable of coping with many sliding directions.
  • partial slippage of an object can be detected based on only a simple configuration and arithmetic processing, and it is possible to optimally control the gripping force of the object.
  • partial slip can be accurately detected even under various conditions such as a hard object, an object having a flat surface, and a flat pressure distribution. It becomes possible.
  • a flexible layer and a distributed pressure sensor may be arranged on the ground surface of the foot of a walking robot to detect slippage of the foot.
  • the present embodiment can be widely applied when slip is detected.
  • a slip detection device comprising: (2) The slip detection device according to (1), wherein the plurality of contact portions are arranged side by side in the sliding direction of the object, and the contact portion in which the object is difficult to slide is arranged upstream in the sliding direction. (3) The slip detecting device according to (1) or (2), wherein the plurality of contact portions differ in at least one of a friction coefficient, a Young's modulus, a Poisson's ratio, a thickness, and a curvature as the slip characteristics. .

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Abstract

本開示に係る滑り検出装置は、接触した物体（６００）が滑る際の滑り特性が異なる複数の接触部と、前記接触部のそれぞれの圧力分布を検出するセンサと、を備える。接触した物体（６００）が滑る際の滑り特性が異なる複数の接触部を備えることにより、複数の接触部における全体滑りが発生するタイミングが異なるため、物体（６００）の一部が滑っている部分滑りの状態を検出することが可能となり、物体（６００）の滑りを高精度に検出することができる。

Description

滑り検出装置
　本開示は、滑り検出装置に関する。
　従来、下記の特許文献１には、接触面の圧力の中心位置の変化量と、対象物体を把持する把持部の把持力に基づいて、接触面に滑りが発生しているか否かを判定することが記載されている。
特開２００８－５５５４０号公報
　ロボットなどによる物体の把持には、部分滑りの検出が有効的である。部分滑りとは，物体との相対位置がずれて滑り落ちる全体滑りに先立って発生し、接触面の一部が滑り出す現象である。このとき、部分滑りの状態では、物体との相対位置のずれは発生していない。
　しかしながら、上記特許文献に記載された技術は、物体が滑り始めた際の全体滑りを検出する手法であるため、物体が滑り出さないと把持力を制御することができない。このため、上記特許文献に記載された技術では、物体が滑り出す前に把持力を制御して、安定した把持を行うことは困難である。また、そもそも、部分滑りを検出するための有効な技術は存在しないのが実情である。部分滑りを検出しようとすると、部分滑りに先立って発生する接触部のせん断変形が検出されてしまい、部分滑りに基づいて最小限度の把持力を決定することが困難になる。更に、硬い物体や物体表面が平面の場合など圧力分布が平坦な場合は、部分滑りの進行が速くなり、部分滑りを検出することは困難である。
　そこで、部分滑りを検出することで、物体の滑りを高精度に検出することが求められていた。
　本開示によれば、接触した物体が滑る際の滑り特性が異なる複数の接触部と、前記接触部のそれぞれの圧力分布を検出するセンサと、を備える、滑り検出装置が提供される。
　以上説明したように本開示によれば、部分滑りを検出することで、物体の滑りを高精度に検出することが可能となる。
　なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
本開示の一実施形態に係るロボットのハンドの構成を示す模式図である。 第１及び第２の柔軟層と物体が接触している様子を示す模式図である。 図２に示すモデルにおいて、物体を把持してから物体が滑り出すまでの間に柔軟層と物体との接触状態が状態ａから状態ｆまで時系列に変化する様子を模式的に示す図である。 図３Ａの状態ａ～ｆにおいて、第１の柔軟層と第２の柔軟層のそれぞれの領域で圧力中心位置が変化する様子を示す特性図である。 図３Ｂとの比較のため、第１の柔軟層と第２の柔軟層の摩擦係数を同一にした場合を示す特性図である。 柔軟層の分割方向を示す模式図である。 柔軟層の分割方向を示す模式図である。 柔軟層の分割方向を示す模式図である。 本開示の一実施形態に係るロボットの制御システムの構成例を示す模式図である。 変形例１に係る把持力算出部の構成を示す模式図である。 柔軟層が物体に接触する際の圧力分布の例を示す特性図である。 柔軟層が物体に接触する際の圧力分布の例を示す特性図である。 柔軟層が物体に接触する際の圧力分布の例を示す特性図である。 変形例２に係る把持力算出部の構成を示す模式図である。 ハンドの具体的な制御を示す模式図である。 柔軟層の分割の例を示す模式図である。 物体と接触する位置に依存しない分割の例を示す平面図である。 ２つの分布型圧力センサのノードのピッチ幅を疑似的に小さくするために、分布型圧力センサをずらして層に配置する例を示す模式図である。 分布型圧力センサの上下に柔軟層を配置する例を示す模式図である。 柔軟層の厚みの違いに応じた、分布型圧力センサによる検出感度を示す模式図である。 図１５Ａに示す例（ａ）～（ｃ）及び変形例４について、図３Ｂと同様に圧力中心位置が変化する様子を示す特性図である。 変形例４の圧力中心位置の移動方向が例（ａ）～（ｃ）と逆方向となる理由を示す模式図である。 変形例４の圧力中心位置の移動方向が例（ａ）～（ｃ）と逆方向となる理由を示す模式図である。 柔軟層の表面積を変えた例を示す模式図である。 分布型圧力センサの上部の柔軟層の摩擦力を変えるため、分布型圧力センサの下部の柔軟層の硬度を変える例を示す模式図である。 変形例６に係る線状の柔軟層を用いた構成例を示す模式図である。 図１９に示す線状の柔軟層を用いた把持力算出部の構成を示す模式図である。 図１９に示す線状の柔軟層を用いた構成において、柔軟層の向きを多方向に配置した例を示す模式図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　なお、説明は以下の順序で行うものとする。
　１．本開示の概要
　２．ハンドの構成
　３．柔軟層に対する物体の滑り
　　３．１．「全体滑り」と「部分滑り」
　　３．２．柔軟層と物体との接触状態の変化
　　３．３．圧力中心位置に基づく滑りの判定
　　３．４．柔軟層毎に全体滑りの発生タイミングを異ならせるパラメータ
　　３．５．柔軟層の分割方向
　４．ロボットの制御システムの構成例
　５．本実施形態の変形例
　　５．１．変形例１（物体の剛性に応じて把持力制御ゲインを調整する例）
　　５．２．変形例２（全体滑りの発生タイミングの差を大きくするために、指の位置、姿勢を制御する例）
　　５．３．変形例３（柔軟層、分布型圧力センサの配置のバリエーション）
　　５．４．変形例４（分布型圧力センサの上下に柔軟層を配置する例）
　　５．５．変形例５（柔軟層の摩擦係数を変える手法）
　　５．６．変形例６（線状の柔軟層を用いた例）
　１．本開示の概要
　例えばロボットのハンドで物体を把持する場合、物体がハンドから滑り落ちない程度の適度な力で把持することが望ましい。これにより、把持の力で物体を破壊することがなく、その一方で物体を確実に把持することができる。特に、柔軟性のある物体を把持する際に、物体の破壊や変形を抑制できる。本開示は、物体を把持する際に、物体が滑り出す「全体滑り」の状態が発生する前の「部分滑り」の状態を検出し、物体を最適な把持力で把持する技術に関する。
　２．ハンドの構成
　図１は、本開示の一実施形態に係るロボットのハンド５００の構成を示す模式図である。ハンド５００は、ロボットのアーム５０６の先端に設けられている。図１に示すように、ハンド５００は、本体５０１、第１の指５０２を構成するリンク５１２及びリンク５１４、第２の指５０４を構成するリンク５１６及びリンク５１８、を有する。また、各関節５２０，５２２，５２４，５２６には、アクチュエータが設けられている。リンク５１２は関節５２０のアクチュエータの駆動力によりリンク５１４に対して回動し、リンク５１４は関節５２２アクチュエータの駆動力により本体５０１に対して回動する。同様に、リンク５１６は関節５２４のアクチュエータの駆動力によりリンク５１８に対して回動し、リンク５１８は関節５２６のアクチュエータの駆動力により本体５０１に対して回動する。
　また、アーム５０６は、一例として、多関節を有し、複数のリンクが各関節により回動可能に連結されている。各関節に設けられたアクチュエータの駆動力により、各リンクは相互に回動する。これにより、所定の自由度を有し、ハンド５００を所望の位置に移動可能な多関節のアーム５０６が構成されている。
　図１では、第１の指５０２と第２の指５０４が物体（把持対象物）６００を把持している状態を示している。第１の指５０２のリンク５１２の内側（物体６００側）には、分布型圧力センサ５３０，５３２が設けられている。分布型圧力センサ５３０の内側には第１の柔軟層５４０が設けられ、分布型圧力センサ５３２の更に内側には第２の柔軟層５４２が設けられている。同様に、第２の指５０４のリンク５１６の内側（物体６００側）には、分布型圧力センサ５３０，５３２が設けられている。分布型圧力センサ５３０の内側には第１の柔軟層５４０が設けられ、分布型圧力センサ５３２の内側には第２の柔軟層５４２が設けられている。第１の柔軟層５４０、第２の柔軟層５４２は、粘性もしくは弾性、もしくはその両方を有する弾性材料で構成されており、外部からの荷重により容易に変形が可能である材料から構成され、例えばウレタンゲルやシリコンゲルのような材料から構成されている。第１の柔軟層５４０は、第２の柔軟層５４２よりも摩擦係数の小さい素材で構成されている。本実施形態に係る滑り検出装置は、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と分布型圧力センサ５３０，５３２から構成される。なお、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と分布型圧力センサ５３０，５３２は、アーム５０６に直接装着されていても良い。また、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と分布型圧力センサ５３０，５３２は、ロボットの足に装着され、足と地面（床）との間の滑り状態を検出するものであっても良い。このように、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と分布型圧力センサ５３０，５３２は、ロボットが物体に作用する作用部に装着することができる。
　図２は、第１の指５０２の第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と物体６００が接触している様子を示す模式図である。なお、図１では球状の物体６００を示したが、図２では直方体形状の物体６００を示している。物体６００の形状は特に限定されるものではない。図２に示すｘ軸の方向は、物体６００が第１及び第２の柔軟層５４０，５４２に対して相対的に滑る方向（又は、滑ろうとする方向）である。図２に示すように、２つの柔軟層５４０，５４２は、物体６００が滑る方向に対して、第２の柔軟層５４２、第１の柔軟層５４０の順に配置されており、この配置により、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２における全体滑りの発生タイミングの差をより大きくすることが可能である。図１の例では、ｘ軸方向は重力方向に相当する。
　図２に示すように、物体６００には、ｘ軸方向に力Ｆｔが加わる。ｘ軸方向が重力方向であれば、力Ｆｔは重力に相当する。また、物体６００には、ｘ軸方向と直交するｙ方向に力Ｆｎが加わる。力Ｆｎは、第１の指５０２と第２の指５０４で物体６００を把持した際の反力に相当する。
　３．柔軟層に対する物体の滑り
　　３．１．「全体滑り」と「部分滑り」
　図２に示すように、物体６００にはｘ軸方向に力Ｆｔがかかる。ｘ軸方向が重力方向の場合、第１の指５０２と第２の指５０４が物体６００を把持する把持力が弱いと、物体６００が重力方向に滑り落ちる。物体６００が停止した状態から滑り始めるまでの状態の遷移は、「全体滑り」と「部分滑り」の現象で説明することができる。
　「全体滑り」は、物体６００と柔軟層との相対位置がずれて、物体が滑り落ちている状態である。「部分滑り」は、「全体滑り」に先立って発生し、物体６００と柔軟層５４０，５４２との接触面の一部が滑る現象である。本実施形態では、物体６００を把持する際に、物体６００が滑り落ちない程度の最小限の力で物体６００を把持する、「部分滑り」を検出する。
　　３．２．柔軟層と物体との接触状態の変化
　図３Ａは、図２に示すモデルにおいて、物体６００を把持してから物体６００が滑り出すまでの間において、柔軟層５４０，５４２と物体６００との接触状態が状態ａから状態ｆまで時系列に変化する様子を模式的に示す図である。図３Ａでは、柔軟層５４０，５４２の上面を複数の矩形領域に分割し、各矩形領域に付した２種類のドットにより、物体６００との接触状態を、「固着」、「滑り」の２つに分類して示している。「固着」の矩形領域では、物体６００と柔軟層５４０，５４２との間に滑りが発生しておらず、両者が固着している。一方、「滑り」の矩形領域では、物体６００と柔軟層５４０，５４２との間に滑りが発生している。なお、各矩形領域の状態は、例えばシミュレーションによる解析から得ることができる。以下では、図３Ａに基づいて、物体６００を把持してから物体６００が滑り出すまでの間において、「部分滑り」と「全体滑り」が発生する様子を説明する。
　分布型圧力センサ５３０，５３２の上に設けられた柔軟層は、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の２つに等分割されており、分割により、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２は物体６００の滑り方向（ｘ軸方向）に並べて配置されている。図３Ａに示す状態ａでは、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の上面の全ての矩形領域が「固着」の状態である。次に、状態ｂでは、第１の柔軟層５４０の上面の矩形領域であって、第２の柔軟層５４２に近い矩形領域が「滑り」の状態に変化している。その他の領域は「固着」の状態である。
　次に、図３Ａの状態ｃでは、第１の柔軟層５４０の上面において、「滑り」の状態の矩形領域が拡大している。次の状態ｄでは、第１の柔軟層５４０の上面の矩形領域の全てが「滑り」の状態となり、第２の柔軟層５４２の上面の矩形領域の一部が「滑り」の状態に変化している。次の状態ｅでは、第２の柔軟層５４２の上面において、「滑り」の状態の矩形領域が拡大している。次の状態ｆでは、第２の柔軟層５４２の上面の矩形領域の全てが「滑り」の状態となる。
　第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のそれぞれにおいて、全ての矩形領域が「滑り」の状態となると、「全体滑り」の状態となる。第１の柔軟層５４０は、状態ｄで「全体滑り」の状態となり、以降の状態ｅ，ｆにおいても「全体滑り」の状態である。一方、第２の柔軟層５４２は、第１の柔軟層５４０よりも遅れて、状態ｆで「全体滑り」の状態となる。
　以上のように、第１の柔軟層５４０及び第２の柔軟層５４２のそれぞれにおいて、時間の経過に伴い「滑り」の領域が拡大し、「全体滑り」の状態になるが、摩擦係数の低い第１の柔軟層５４０の方が「全体滑り」の状態になるタイミングが早いことが判る。換言すれば、２つの柔軟層５４０，５４２の摩擦係数を異ならせることで、全体滑りが発生するタイミングに差を生じさせることができる。
　第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の２つの領域で同時に全体滑りが発生した状態ｆでは、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で全体滑りが発生している。この状態では、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の双方に対して物体６００が相対的に移動しており、図２において、物体６００がｘ軸方向に滑っている状態である。
　また、本実施形態において、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のいずれかの一方の領域で全体滑りが発生し、他方の領域で全体滑りが発生していない状態ｄ，ｅを、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で「部分滑り」が発生している状態として定義する。「部分滑り」が発生している状態ｄ，ｅでは、物体６００は、第１の柔軟層５４０及び第２の柔軟層５４２に対して物体６００は相対的に移動しない。なお、図３Ａでは、状態ｄ，ｅが「部分滑り」の状態であることを示すため、状態ｄ，ｅを太線で囲って示している。
　なお、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のいずれかの一方の領域に着目した場合、状態ｂ，ｃにおける第１の柔軟層５４０の領域、または状態ｄ，ｅにおける第２の柔軟層５４２の領域では、部分滑りが発生していると捉えることもできる。しかし、本実施形態では、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域に着目し、柔軟層５４０，５４２のいずれかの一方の領域で全体滑りが発生し、他方の領域で全体滑りが発生していない状態ｄ，ｅを、全体の領域で「部分滑り」が発生している状態として定義する。
　また、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のいずれにおいても全体滑りが発生していない状態ａ～ｃは、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域が物体６００と固着している状態である。
　従って、「部分滑り」が発生している状態ｄ，ｅは、物体６００が滑り出す直前の状態であり、物体６００は、第１の柔軟層５４０及び第２の柔軟層５４２に対して相対的に移動していない。従って、「部分滑り」の状態を検出し、部分滑りが生じる程度の把持力で物体を把持することで、物体６００の変形や破壊を抑制するとともに、物体６００が滑らない最適の力で把持することができる。
　　３．３．圧力中心位置に基づく滑りの判定
　本実施形態では、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で「部分滑り」または「全体滑り」が発生していることを、分布型圧力センサ５３０，５３２から得られる圧力中心位置に基づいて判定する。
　図３Ｂは、図３Ａの状態ａ～ｆにおいて、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のそれぞれの領域で圧力中心位置が変化する様子を示す特性図である。圧力中心位置Ｘｃｏｐは、以下の式（１）から求まる。分布型圧力センサ５３０，５３２のそれぞれは、マトリクス状に形成された、圧力を検出するための複数のノードを備えている。式（１）において、Ｎは分布型圧力センサ５３０，５３２のセンサノード数、ｘｉはｉ番目のノードの座標、ｐ（ｘｉ）はｉ番目のノードが検出した圧力である。圧力中心位置Ｘｃｏｐは、圧力と座標の乗算値の合計を圧力の合計で除算した値であり、分布型圧力センサ５３０，５３２における圧力の中心を示す値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図３Ｂでは、左から順に、第２の柔軟層５４２の圧力中心位置の変化、第１の柔軟層５４０の圧力中心位置の変化、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２の圧力中心位置の変化をそれぞれ示している。３つの特性図において、横軸は時間のステップ数を示す番号、縦軸は圧力中心位置を示している。縦軸の圧力中心位置は、図２のｘ軸方向の位置に対応している。第１の柔軟層５４０の特性では縦軸の原点は図２の原点に相当し、第２の柔軟層５４２の特性では縦軸の原点は図２の－Ｌの座標に相当する。なお、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のｘ軸方向の長さは同一（＝Ｌ）であるものとする。
　また、図３Ｂにおいて、圧力中心位置の特性に付したａ～ｆは、図３Ａの状態ａ～ｆにそれぞれ対応している。
　図３Ｂに示すように、時間の経過に伴い、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２の圧力中心位置は、いずれも図２のｘ軸方向に移動している。この際、摩擦係数がより小さい第１の柔軟層５４０の方が、第２の柔軟層５４２よりも圧力中心位置の移動が速い。第１の柔軟層５４０では、時間のステップ数が１５を過ぎた時点で圧力中心位置の移動が停止し、圧力中心位置が一定値となる定常状態となっている。一方、第２の柔軟層５４２では、時間のステップ数が２５を過ぎた時点で圧力中心位置の移動が停止し、圧力中心位置が一定値となる定常状態となっている。
　図３Ｂに示すように、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のそれぞれにおいて、圧力中心位置の移動が停止した状態が「全体滑り」の状態に相当する。一方、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のそれぞれにおいて、圧力中心位置の移動が停止していない状態は、第１の柔軟層５４０又は第２の柔軟層５４２のせん断変形と部分的な滑りにより、圧力中心位置が移動している状態である。圧力中心位置の移動が停止していない状態では、物体６００と１の柔軟層５４０及び第２の柔軟層５４２との間に相対的な移動は生じていない。一方、圧力中心位置の移動が停止していない状態では、第１の柔軟層５４０又は第２の柔軟層５４２のせん断変形により、物体６００の絶対位置が変化する場合がある。上述したように、２つの柔軟層５４０，５４２の摩擦係数を異ならせることで、全体滑りが発生するタイミングに差を生じさせることができ、図３Ｂからも明らかなように、第２の柔軟層５４２の方が第１の柔軟層５４０よりも全体滑りが発生するタイミングが遅くなっている。
　図３Ｂの右側に示す特性図は、図３Ｂの左側に示す特性図と中央に示す特性図を重ねて示したものである。本実施形態では、圧力中心位置の変化に基づき、全体滑りが先に発生する第１の柔軟層５４０で全体滑りが発生し、第２の柔軟層５４２では全体滑りが発生していない状態を、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で「部分滑り」が発生している状態と判定する。また、圧力中心位置の変化に基づき、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の双方で全体滑りが発生している状態を、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で「全体滑り」が発生している状態と判定する。更に、圧力中心位置の変化に基づき、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の双方で全体滑りが発生していない状態を、固着状態と判定する。
　以上により、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のそれぞれの領域において圧力中心位置を計算することで、各領域における全体滑りを検出できる。上記の例では領域数が２つであるため、２つの領域で同時に全体滑りが発生した場合、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で全体滑りが発生していると判定する（状態ｆ）。また、いずれかの領域で全体滑りが発生した場合、全体の領域では部分滑りが発生していると判定する（状態ｄ，ｅ）。いずれの領域でも全体滑りが発生していない場合、全体の領域は「固着状態」であると判定する（状態ａ，ｂ，ｃ）。
　そして、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域（対象物６００の接触領域）に対する「全体滑り」の未検出領域の割合を固着率とする。図３Ｂにおいて、状態ｆでは、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域に対して、第１の柔軟層５４０の領域と第２の柔軟層５４２の領域のいずれも全体滑りの状態であるため、固着率は０％である。また、状態ｄ，ｅでは、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域に対して、第１の柔軟層５４０の領域が全体滑りの状態であるため、固着率は５０％である。また、状態ａ，ｂ，ｃでは、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域に対して、第１の柔軟層５４０の領域と第２の柔軟層５４２の領域のいずれも全体滑りの状態でないため、固着率は１００％である。
　本実施形態では、固着率に応じてハンド５００による把持力を制御する。固着率が大きいほど、ハンド５００による把持力を小さくし、固着率が小さいほどハンド５００による把持力を大きくする。これにより、必要最小限の力で物体６００を把持することができ、物体６００の破壊や変形を抑止することができる。
　柔軟層の領域の分割数が増えるほど固着率の分解能は上がり、把持力制御の精度は高くなる。また、柔軟層の領域の分割数が増えるほど、より小さい物体や凹凸のある物体に対しても固着率の検出が可能となる。例えば、柔軟層の分割数を３つにした場合、上述と同様の方法で固着率を求めると、０％、３３％、６６％、１００％の４段階で固着率を算出可能である。
　例えば、柔軟層の分割数を３つとし、それぞれの柔軟層の摩擦係数を異ならせた場合、全ての柔軟層のそれぞれで全体滑りが発生している状態であれば、固着率は０％となる。また、最も摩擦係数の小さな柔軟層の領域と次に摩擦係数の小さな柔軟層の領域で全体滑りが発生し、最も摩擦係数の大きな柔軟層の領域で全体滑りが発生していない場合、固着率は３３％となる。また、最も摩擦係数の小さな柔軟層の領域で全体滑りが発生し、次に摩擦係数の小さな柔軟層の領域と最も摩擦係数の大きな柔軟層の領域で全体滑りが発生していない場合、固着率は６６％となる。更に、全ての柔軟層の領域で全体滑りが発生している場合、固着率は０％となる。同様の観点から、柔軟層の領域の分割数を増やすほど、部分滑りの状態をより精度良く検出することが可能である。
　図４は、図３Ｂとの比較のため、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の摩擦係数を同一にした場合を示す特性図である。摩擦係数以外の条件と、特性図の表示方法は、図３Ｂと同様である。図４に示すように、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の摩擦係数が同じ場合、第１の柔軟層５４０の領域と第２の柔軟層５４２のそれぞれの領域で全体滑りが発生するタイミングに差がないため、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で部分滑りを検出することは困難である。従って、図３Ｂに示す本実施形態のように、固着率が５０％の状態、すなわち、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で「部分滑り」が発生している状態、を検出することができない。本実施形態によれば、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域で「部分滑り」が発生している状態を検出することができるため、部分滑りの状態に相当する固着率に基づいて把持力を高精度に制御することが可能である。
　従って、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の摩擦係数を異ならせることにより、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２で全体滑りが発生するタイミングが異なり、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２を含む全体の領域で部分滑りを検出することが可能となる。そして、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２で全体滑りが発生するタイミングの差が大きいほど、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２を含む全体の領域で部分滑りが発生する時間が増加するため、把持力の制御を容易に行うことができる。
　　３．４．柔軟層毎に全体滑りの発生タイミングを異ならせるパラメータ
　以上の説明では、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の摩擦係数を相違させて、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の全体滑りの発生タイミングを異ならせるようにした。一方、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の摩擦係数以外のパラメータを相違させて、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２の全体滑りの発生タイミングを異ならせるようにしても良い。摩擦係数以外のパラメータとして、ヤング率、ポアソン比，厚み、曲率半径等を挙げることができる。
　摩擦係数の場合は、摩擦係数を小さくするほど全体滑りの発生タイミングが早くなる。ヤング率の場合は、ヤング率を大きくするほど全体滑りの発生タイミングが早くなる。ポアソン比の場合は、ポアソン比を小さくするほど全体滑りの発生タイミングが早くなる。厚みの場合は、厚みを小さくするほど全体滑りの発生タイミングが早くなる。曲率半径の場合は、曲率半径を大きくするほど全体滑りの発生タイミングが早くなる。
　また、上記パラメータにおいて、全体滑りが発生するタイミングが早い条件同士、または全体滑りが発生するタイミングが遅い条件同士を組み合わせることで、全体滑りが発生するタイミングの差をさらに広げることが可能である。例えば、摩擦係数が小さくかつ厚みが小さい第１の柔軟層と、摩擦係数が大きくかつ厚みが大きい第２の柔軟層を設けることで、第１の柔軟層と第２の柔軟層の全体滑りが発生するタイミングを更に広げることが可能となる。
　　３．５．柔軟層の分割方向
　図５Ａ～図５Ｃは、柔軟層の分割方向を示す模式図である。図５Ａ及び図５Ｂは、図１及び図２と同様に、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２が滑り方向に２つに分割されている例を示している。また、図５Ｃは、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２が滑り方向と直交する方向に２つに分割されている例を示している。
　把持される物体６００について、物体６００の滑り方向に対して垂直軸（図５Ａ～５Ｃにおけるｚ軸）が拘束されている場合、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のそれぞれで完全滑りが発生するタイミングの差に違いはない。一方、垂直軸が拘束されていない場合、摩擦分布があるためわずかに軸回転が発生し、滑り方向に対し垂直に分割されている場合の方が、完全滑りが発生するタイミングの差が大きくなる。実環境においては、物体の軸が拘束されている状況は起こりえないため、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、滑り方向に対して分割されている場合の方がより好適である。更に、物体６００が滑る方向に対して第２の柔軟層５４２、第１の柔軟層５４０の順に配置した図５Ａの方が、物体６００が滑る方向に対して第１の柔軟層５４０、第２の柔軟層５４２の順に配置した図５Ｂよりも全体滑りの発生するタイミングに差を生じさせることができる。換言すれば、摩擦係数のより大きな第２の柔軟層５４２を滑り方向の上流側に配置することで、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２における全体滑りの発生タイミングの差をより大きくすることが可能である。図５Ｂの配置の場合、滑り方向で上流側に位置する第１の柔軟層５４０の滑り力が下流側の第２の柔軟層５４２によって堰き止められることから、第１の柔軟層５４０における全体滑りの発生タイミングが比較的遅くなる。従って、図５Ｂの配置の場合、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２における全体滑りの発生タイミングの差が比較的小さくなる。一方、図５Ａの配置の場合、滑り方向で上流側に位置する第２の柔軟層５４２の滑り力が下流側の第１の柔軟層５４０によって堰き止められることがなく、下流側の第１の柔軟層５４０において比較的早いタイミングで全体滑りが生じる。従って、図５Ａの配置の場合、全体滑りの発生するタイミングに差をより大きくすることができる。
　また、複数の柔軟層は、隣接して設けられていなくても良い。例えば、後述する図１０に示すように、ハンド５００の異なる指に第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を別々に設けても良い。
　４．ロボットの制御システムの構成例
　図６は、本開示の一実施形態に係るロボットの制御システム（制御装置）１０００の構成例を示す模式図である。図６に示すように、制御システム１０００は、認識・計画部１００、把持力算出部２００、制御部３００を有して構成されている。認識・計画部１００は、認識部１０２、指令部１０４、把持位置決定部１０６、動作計画部１０８、を有している。把持力算出部２００は、圧力取得部２０２、接触検出部２０４、圧力中心位置演算部２０６、圧力中心移動量演算部２０８、全体滑り検出部２１０、固着率演算部２１２、把持力制御部２１４、を有している。制御部３００は、全体制御部３０２、ハンド制御部３０４、を有している。
　認識・計画部１００は、ロボットが把持する物体６００を認識し、物体６００を把持する計画を立てる。認識部１０２は、カメラ、ＴｏＦセンサ等から構成され、物体６００の３次元形状を認識する。指令部１０４には、ユーザからの指令が入力される。把持位置決定部１０６は、認識部１０２による対象物の認識結果を用い、指令部１０４に入力されたユーザの指令に基づいて、ロボットが物体６００を把持する位置を決定する。動作計画部１０８は、把持位置決定部１０６が決定した把持位置に基づいて、ロボットのアーム５０６の動作、及びアーム５０６の先端に設けられたハンド５００の動作を計画する。
　把持力算出部２００は、物体６００を把持するハンド５００の把持力を算出し、把持力の制御を行う。圧力取得部２０２は、分布型圧力センサ５３０，５３２が検出した圧力を取得する。接触検出部２０４は、圧力取得部２０２が取得した分布圧力値を用いて、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と物体６００との接触を検出する。例えば、接触検出部２０４は、分布圧力値が所定値以上の場合に、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と物体６００との接触を検出する。圧力中心位置演算部２０６は、圧力取得部２０２が取得した分布圧力値を用いて、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２のそれぞれの領域において、上述した式（１）より圧力中心位置ＸＣＯＰを演算する。
　圧力中心移動量演算部２０８は、圧力中心位置演算部２０６が演算した圧力中心位置を用いて、第１及び第２の柔軟層５４０，５４２のそれぞれの領域において、圧力中心位置の移動量を演算する。圧力中心移動量演算部２０８は、以下の式（２）より圧力中心位置の移動量ΔＸＣＯＰを演算する。なお、式（２）の右辺は、時刻ｔ＋１における圧力中心位置ＸＣＯＰと時刻ｔにおける圧力中心位置ＸＣＯＰとの差分を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　全体滑り検出部２１０は、圧力中心移動量演算部２０８が演算した圧力中心位置の移動量を用いて、予め設定した時間窓において圧力中心位置の移動に変化があるか否かを検出する。時間窓は予め定めた所定時間である。全体滑り検出部２１０は、この所定時間の間に圧力中心位置の移動がなければ、圧力中心位置に変化がなく、全体滑りが発生していることを検出する。全体滑り検出部２１０は、２つの分布型圧力センサ５３０，５３２のそれぞれの領域毎に圧力中心位置の変化を監視することで、各領域で全体滑りが発生していることを検出する。
　固着率演算部２１２は、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２を含む全体の領域に対する、全体滑りの未検出領域の割合を演算し、算出した割合を固着率とする。上述したように、柔軟層が２分割の場合、固着率は０％、５０％、１００％の３種類の値として算出される。
　把持力制御部２１４は、固着率が一定の値となるように把持力を決定する。把持力制御部２１４は、フィードバック制御により、固着率演算部２１２が演算した固着率が所定の値となるように把持力の制御を行う。一例として、把持力制御部２１４は、固着率が５０％となるように把持力を制御する。
　制御部３００は、ロボットの動作を制御する。全体制御部３０２は、動作計画部１０８が計画した動作計画に基づいて、ロボットのアーム５０６を制御する。ハンド制御部３０４は、把持力制御部２１４の制御に基づき、ハンド５００を制御する。なお、把持力制御部２１４とハンド制御部３０４は一体に構成されていても良い。
　なお、図６に示す制御システム１０００の認識・計画部１００、把持力算出部２００、制御部３００の各構成要素は、回路（ハードウェア）、またはＣＰＵなどの中央演算処理装置とこれを機能させるためのプログラム（ソフトウェア）から構成することができる。このプログラムは、制御システム１０００が備えるメモリ、または制御システム１０００に外部から接続されるメモリ等の記録媒体に格納されることができる。後述する図７、図９、図２０においても同様である。
　５．本実施形態の変形例
　以下では、本実施形態のいくつかの変形例について説明する。
　　５．１．変形例１（物体の剛性に応じて把持力制御ゲインを調整する例）
　変形例１では、物体６００に柔軟層が接触し、物体６００に柔軟層が押し込まれた瞬間のハンド５００の位置、または柔軟層と物体６００の接触面積と接触力の情報から、物体６００の物理情報（剛性）を計算する。そして、物体６００の物理情報に基づいて、把持力制御ゲインを調整する。ここで、把持力制御ゲインとは、固着率がある一定の値となるように把持力を増加させる際の増加割合である。
　図７は、変形例１に係る把持力算出部２００の構成を示す模式図である。図７に示すように、変形例１に係る把持力算出部２００は、図６に示した構成に加えて、接触力演算部２１６、接触ノード数取得部（接触半径演算部）２１８、物理情報演算部２２０を有する。
　接触力演算部２１６は、物体６００が第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と接触する際の接触力を演算する。接触力は、分布型圧力センサ５３０，５３２の全ノードのうち接触ノードの数と、各接触ノードにかかる力（圧力）を乗算すること得られる。接触ノードは、第１の柔軟層５４０または第２の柔軟層５４２を介して物体６００に接触している分布型圧力センサ５３０，５３２のノードである。換言すれば、接触ノードは、圧力の検出値が得られた（検出値が０でない）ノードである。
　接触ノード数取得部２１８は、接触検出部２０４が検出した第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と物体６００との接触に基づき、接触ノード数を取得する。接触ノード数は、接触面積に相当する。物理情報演算部２２０は、接触ノード数取得部２１８から得られる接触面積の情報と接触力演算部２１６から得られる接触力の情報から、物体６００の物理情報として剛性を演算する。
　また、物体６００が柔軟層と接する際の接触半径ａから、物体６００の物理情報として剛性を演算することができる。この場合、接触ノード数取得部２１８の代わりに、接触半径演算部を機能させる。Ｈｅｒｔｚの接触理論より、ロボットフィンガ（第１の指５０２、第２の指５０４）と物体の接触半径ａは、以下の式（３）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　なお、ｒはロボットフィンガの半径、Ｅ＊は有効弾性係数である。
　また、以下の式（４）に示すように、有効弾性係数Ｅ＊は、ロボットフィンガおよび物体の弾性係数Ｅｆ，Ｅｏとそれぞれのポアソン比ｖｆ，ｖｏによって与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ポアソン比はたかだか０．５程度の値であり、通常はさらに小さい値であるから、その２乗の値はＥ＊には大きく影響しないとして、式（５）に示すように、ポアソン比を無視することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　従って、ロボットフィンガ半径ｒ、ロボットフィンガのヤング率Ｅｆは既知であるため、接触半径演算部２１８より算出される接触半径ａ、接触力Ｆｎの情報に基づいて、式（３）より物体６００の物理情報（ヤング率Ｅｏ）を計算することができる。
　物体６００の物理情報としての剛性は、把持力制御部２１４に送られる。把持力制御部２１４は、物理情報に基づいて、把持力制御ゲインを調整する。上述したように、把持力制御ゲインとは、固着率がある一定の値となるように把持力を増加させる際の増加割合である。把持力制御部２１４は、物体６００の剛性が高い場合は、物体６００に変形、破壊が生じる蓋然性が比較的低いことから、固着率を目標値に制御する際に、把持力の増加割合を高くする。一方、把持力制御部２１４は、物体６００の剛性が低い場合は、物体６００に変形、破壊が生じる蓋然性が比較的高いことから、固着率を目標値に制御する際に、把持力の増加割合を低くする。
　変形例１によれば、上述した部分滑りの状態を検出することで、物体６００が滑らない程度の必要最小限の力で把持力を制御できることに加え、物体６００の硬さに応じて把持力の増加割合を制御することができる。従って、把持する際の物体６００の変形、破壊を確実に抑制可能である。
　なお、物体６００の剛性を求める際に、物体６００に柔軟層が押し込まれた際のハンド５００の位置（押し込み量）と、分布型圧力センサ５３０，５３２から得られる接触力おとの関係から剛性を求めても良い。
　　５．２．変形例２（全体滑りの発生タイミングの差を大きくするために、指の位置、姿勢を制御する例）
　変形例２では、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のそれぞれにおける全体滑りの発生タイミングの差を大きくするために、指の位置、姿勢を制御する。ここで、柔軟層５４０，５４２が物体６００と接触する際の圧力分布が急峻であるほど、全体滑りの発生タイミングは遅くなる。図８Ａ～図８Ｃは、柔軟層５４０，５４２が物体６００に接触する際の圧力分布の例を示す特性図である。図８Ｃ、図８Ｂ、図８Ａの順で圧力分布が急峻になっている。ここで、圧力分布が急峻である、とは、柔軟層５４０，５４２と物体６００が接触している領域の端部（図８Ａ～図８Ｃに示す領域Ａ１）の圧力勾配が大きいことを意味する。
　図８Ａ～図８Ｃのそれぞれにおいて、圧力が高い領域は、柔軟層５４０，５４２と物体６００が接触している領域である。柔軟層５４０，５４２と物体６００が接触している領域の端部では、圧力に勾配が生じている。この圧力勾配が大きい程、全体滑りが発生するタイミングは遅くなる。
　例えば、柔軟層５４０，５４２と物体６００が接触している領域において、物体６００の形状が凸面であり、凸面の曲率半径が小さいほど、圧力勾配が急峻になり、全体滑りが発生するタイミングは遅くなる。
　変形例２では、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２のそれぞれにおいて、圧力勾配が異なる位置に第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２が配置されるように、ハンド５００を制御する。
　図９は、変形例２に係る把持力算出部２００の構成を示す模式図である。図９に示すように、変形例２に係る把持力算出部２００は、図６に示した構成に加えて、圧力勾配演算部２２２、アクチュエータ制御部２２４を有する。
　圧力勾配演算部２２２は、接触検出部２０４により第１及び第２の柔軟層５４０，５４２と物体６００との接触が検出されると、分布型圧力センサ５３０，５３２が検出した圧力に基づき、図８Ａ～図８Ｃに示す特性を取得する。そして、圧力勾配演算部２２２は、図８Ａ～図８Ｃに示す領域Ａ１の圧力勾配を演算する。なお、分布型圧力センサ５３０，５３２が検出した圧力は、圧力取得部２０２によって取得され、圧力勾配演算部２２２に送られる。
　アクチュエータ制御部２２４は、圧力勾配演算部２２２が演算した圧力勾配に基づいて、ハンド５００またはアーム５０６を制御するアクチュエータを制御する。アクチュエータ制御部２２４は、第１の柔軟層５４０及び第２の柔軟層５４２と物体６００との接触部において、圧力勾配の差がより大きくなる位置で物体６００を把持するようにアクチュエータを制御する。
　図１０は、ハンド５００の具体的な制御を示す模式図である。図１０では、圧力勾配に応じて指の位置、姿勢を制御する前の状態を左図に示し、圧力勾配に応じて指の位置、姿勢を制御した後の状態を右図に示している。図１０では、第１の指５０２に第１の柔軟層５４０及び分布型圧力センサ５３０を設け、第２の指５０４に第２の柔軟層５４２及び分布型圧力センサ５３２を設けている。従って、図１０では、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２が、物体６００の滑り方向に分割されていない例を示している。
　指の位置、姿勢を制御する前は、第１の柔軟層５４０、第２の柔軟層５４２のいずれに対しても、物体の６００の接触面は曲面である。一方、指の位置、姿勢を制御した後は、第２の柔軟層５４２に対しては物体の６００の接触面は曲面であるが、第１の柔軟層５４０に対しては物体の６００の接触面は平面となる。
　上述したように、第１の柔軟層５４０の摩擦係数の方が第２の柔軟層５４２の摩擦係数よりも小さいため、第２の柔軟層５４２の方が全体滑りの発生タイミングは遅くなる。これに加え、指の位置、姿勢を制御した後は、第１の柔軟層５４０に対しては物体の６００の接触面は平面となり、第２の柔軟層５４２に対しては物体の６００の接触面は曲面となる。従って、第２の柔軟層５４２における圧力分布は第１の柔軟層５４０における圧力分布よりも急峻になり、第２の柔軟層５４２における全体滑りの発生タイミングがより遅くなる。従って、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２との間で、全体滑りの発生タイミングの差をより大きくすることができる。
　なお、上述した例では、圧力勾配に応じてハンド５００の指の位置、姿勢を制御する例を示したが、認識部１０２により物体６００の形状を観察して得られる物体６００の３次元情報に基づいて、ハンド５００の指の位置、姿勢を制御しても良い。この場合も、３次元情報に基づいて、圧力勾配が小さい箇所に第１の柔軟層５４０を接触させ、圧力勾配が大きい箇所に第２の柔軟層５４２を接触させることが可能である。
　　５．３．変形例３（柔軟層、分布型圧力センサの配置のバリエーション）
　上述したように、第１の柔軟層５４０と第２の柔軟層５４２は、物体６００が滑る方向に分割されていることがより好適である。変形例３では、ハンド５００やアーム５０６の姿勢に応じて、物体６００の複数の異なる滑り方向が想定される場合、滑り方向に依存しない分割を行う。
　図１１は、柔軟層の分割の例を示す模式図である。図１１に示す例では、複数の柔軟層５４４，５４６，５４８，５５０毎にヤング率が異なる例を示している。各柔軟層５４４，５４６，５４８，５５０は、円状の境界によって分割されており、中心ほどヤング率が小さい。このような分割方法によれば、図１１中に複数の矢印で示すような多方向の滑りに対応することができ、いずれの滑り方向に対しても、柔軟層は滑り方向に分割されていることになる。
　また、上述したように、全体滑りの発生タイミングを異ならせる柔軟層のパラメータについては、全体滑りが発生するタイミングが早い条件同士、または遅い条件同士を組み合わせることで、全体滑りが発生するタイミングの差をさらに広げることが可能である。
　このため、図１１に示す例では、厚さとヤング率の条件を組み合わせ、中心に近い柔軟層ほど厚さが大きく、且つヤング率が小さくなるように、各柔軟層５４４，５４６，５４８，５６０の厚さとヤング率を設定した。これにより、ヤング率を大きくするほど全体滑りの発生タイミングが早くなり、厚みを小さくするほど全体滑りの発生タイミングが早くなることから、図１１に示す周辺の柔軟層ほど全体滑りの発生タイミングが早くなり、中心に近い柔軟層ほど全体滑りの発生タイミングが遅くなる。
　また、全体滑りの発生タイミングを異ならせるパラメータに関し、厚さとヤング率を組み合わせることで、大きい把持力が必要な重い物体６００には周辺のヤング率の大きい柔軟層５５０が使われるが、大きな把持力を必要としない軽く壊れやすいような物体６００の把持には中心のヤング率の小さい柔軟層５４４のみが使われることになる。従って、把持物体に応じて適切な柔軟層を使うことが可能となる。
　また、図１２は、物体６００と接触する位置に依存しない分割の例を示す平面図である。図１２に示す例では、ヤング率の小さい柔軟層５５２と、ヤング率の大きい柔軟層５５４が用いられている。平面図に示すように、柔軟層５５２と柔軟層５５４は交互に千鳥状に配置されている。なお、図１２では、２つの異なるヤング率の柔軟層５５２，５５４を示したが、３つ以上の異なるヤング率の柔軟層を配置しても良い。この場合に、図中で行方向又は列方向に隣接する柔軟層のヤング率が異なるように配置することで、３つ以上の異なるヤング率の柔軟層を配置する場合においても、千鳥状の配置を行うことができる。また、２つの異なるヤング率の柔軟層５５２，５５４を配置する場合に、図１２中で同じ列又は同じ行の柔軟層のヤング率が同じとなるように配置し、列毎、又は行毎にヤング率が異なるようにしても良い。
　また、上述の通り、領域の分割数が増えるほど、固着率の分解能は上がり、把持力制御の精度は高くなる。また、領域の分割数が増えるほど、より小さい物体や凹凸のある物体に対しても固着率の検出が可能となる。しかし、分割数は、分布型圧力センサのノードのピッチ幅に依存してしまい、分割数をより増やそうとした場合に、ハード面での限界が生じる。そこで、図１３に示すように、２つの分布型圧力センサ５６０，５６２のノードのピッチ幅を疑似的に小さくするために、分布型圧力センサ５６０，５６２をずらして層に配置する。
　図１３に示す例では、上から順に、２つの分布型圧力センサ５６０，５６２をノードの配列方向（ｘ方向）にずらして重ねた場合（例（ａ））、ノードの配列方向（ｘ方向、ｙ方向）にずらして重ねた場合（例（ｂ））、一方の分布型圧力センサ５６２を４５°回転させて重ねた場合（例（ｃ））、の３通りの方法を示している。
　図１３に示す例（ａ）では、分布型圧力センサ５６０，５６２をノードの幅の１／２だけｘ方向に互いにずらして配置している。図１３に示す例（ｂ）では、分布型圧力センサ５６０，５６２をノードの幅の１／２だけｘ方向及びｙ方向に互いにずらして配置している。なお、分布型圧力センサの配置、重ね方は、図１３の例に限定されるものではない。
　以上のように、分布型圧力センサ５６０，５６２をずらし、重ねて配置することで、ノードのピッチ幅を疑似的に小さくすることができ、領域の分割数を増やすことが可能となる。
　　５．４．変形例４（分布型圧力センサの上下に柔軟層を配置する例）
　上述したように、全体滑りの発生タイミングを遅くする方法として、柔軟層の厚みを大きくする方法がある。一方で、柔軟層の厚みを大きくすると、分布型圧力センサの感度が低下する弊害がある。
　変形例４では、図１４に示すように、分布型圧力センサ５６４の上部の柔軟層５７０の厚みの一部を分布型圧力センサ５６４の下部に配置することで、分布型圧力センサ５６４の上下に柔軟層５７２，５７４を配置する。圧力中心位置の移動は柔軟層５７２，５７４の厚さの合計に依存する一方、検出感度は分布型圧力センサ５６４の上部の柔軟層５７４に依存するため、分布型圧力センサ５６４の検出感度を低下することなく、全体滑りの発生タイミングを遅くすることが可能となる。
　図１５Ａは、柔軟層の厚みの違いに応じた、分布型圧力センサ５６４による検出感度を示す模式図である。図１５Ａでは、分布型圧力センサ５６４の上に厚さの異なる３種類の柔軟層５７０を配置した場合（例（ａ）～（ｃ））の検出感度と、分布型圧力センサ５６４の上下に柔軟層５７２，５７４を配置した場合（変形例４）の検出感度を示している。
　図１５Ａに示す例（ａ）は、分布型圧力センサ５６４の上に厚さ１ｍｍの柔軟層５７０を配置した例を示している。また、図１５Ａに示す例（ｂ）は、分布型圧力センサ５６４の上に厚さ３ｍｍの柔軟層５７０を配置した例を示しており、例（ｃ）は、分布型圧力センサ５６４の上に厚さ５ｍｍの柔軟層５７０を配置した例を示している。
　また、図１５Ａに示す変形例４は、分布型圧力センサ５６４の上に厚さ１ｍｍの柔軟層５７４を配置し、分布型圧力センサ５６４の下に厚さ４ｍｍの柔軟層５７２を配置した例を示している。
　また、図１５Ａでは、例（ａ）～（ｃ）と変形例４について、分布型圧力センサ５６４が検出した圧力とその標準偏差を示している。例（ａ）～（ｃ）に示すように、分布型圧力センサ５６４の上の柔軟層５７０の厚さが大きいほど、圧力の検出値の標準偏差が大きくなり、分布型圧力センサ５６４の検出感度が低下していることが判る。
　一方、図１５Ａに示すように、変形例４では、柔軟層５７２と柔軟層５７４の合計の厚さは例（ｃ）と同じであるが、分布型圧力センサ５６４の上の柔軟層５７４の厚さが１ｍｍであるため、圧力の検出値の標準偏差が抑えられている。このため、変形例４によれば、少なくとも例（ａ）と同等の検出感度を得ることができる。
　図１５Ｂは、図１５Ａに示す例（ａ）～（ｃ）、変形例４について、図３Ｂと同様に圧力中心位置が変化する様子を示す特性図である。図１５Ｂの例（ａ）～（ｃ）に示すように、分布型圧力センサ５６４の上の柔軟層５７０の厚さが大きいほど、全体滑りの発生タイミングは遅くなる。
　また、図１５Ｂに示すように、変形例４では、全体滑りの発生タイミングは、例（ｃ）と同様のタイミングである。従って、変形例４によれば、分布型圧力センサ５６４の上の柔軟層５７４の厚さを例（ａ）の柔軟層５７０と同等にしたことで、例（ａ）と同等の検出感度を確保できる。また、変形例４によれば、分布型圧力センサ５６４の上下の柔軟層５７２，５７４の合計の厚さを例（ｃ）の柔軟層５７０と同等にしたことで、全体滑りの発生タイミングを例（ｃ）と同等にすることができる。
　なお、図１５Ｂに示す変形例４の特性では、圧力中心位置の移動方向が例（ａ）～（ｃ）と逆方向となっている。これは、分布型圧力センサ５６４にかかる上下の圧力が影響していることに起因する。
　図１６Ａ及び図１６Ｂは、変形例４の圧力中心位置の移動方向が例（ａ）～（ｃ）と逆方向となる理由を示す模式図である。図１６Ａ及び図１６Ｂのそれぞれでは、物体６００を把持していない状態（左図）と、物体６００を把持している状態（右図）を示しており、物体６００を把持することで各柔軟層が変形する様子を示している。また、図１６Ａ及び図１６Ｂにおいて、矢印Ａ１１は、物体６００が滑ろうとする方向を示している。なお、説明の便宜上、図１６Ａ及び図１６Ｂにおいて、物体６００の図示は省略している。
　図１６Ａは、例（ａ）を示しており、物体６００が矢印Ａ１１方向に滑ろうとすることで、柔軟層５７０が矢印Ａ１１方向に変形している様子を示している。この際、分布型圧力センサ５６４の圧力検出値は、図１６Ａに示す領域Ａ３で柔軟層５７０が存在せず、圧力が小さくなることから、分布型圧力センサ５６４の左端で圧力が小さくなり、右端で圧力が大きくなる。従って、図１５Ｂに示したように、圧力中心位置はｘ軸の正方向に向けて移動する。
　一方、図１６Ｂは、変形例４を示しており、物体６００が矢印Ａ１１方向に滑ろうとすることで、柔軟層５７２及び柔軟層５７４が矢印Ａ１１方向に変形している様子を示している。この際、分布型圧力センサ５６４の圧力検出値は、図１６Ｂに示す領域Ａ４に柔軟層５７２が存在せず、圧力が小さくなることから、分布型圧力センサ５６４の右端で圧力が小さくなり、左端で圧力が大きくなる。従って、図１５Ｂに示したように、圧力中心位置はｘ軸の負方向に向けて移動する。図１５Ｂでは、圧力中心位置の移動方向が、図３Ｂ、図１５Ａの例（ａ）～（ｃ）と異なるが、圧力中心位置の移動が停止した時点で全体滑りが生じていると判定する手法自体は、図３Ｂ、図１５Ａの例（ａ）～（ｃ）と同様である。
　　５．５．変形例５（柔軟層の摩擦力を変える手法）
　柔軟層の摩擦係数を変える手法として、材料を変える方法の他、柔軟層の表面に微細な加工を施すことや、柔軟層の表面にコーティングをする方法が考えられる。これにより、複数の柔軟層を同一材料で構成した場合でも、多様な摩擦係数の分布を生成することが可能となる。
　また、柔軟層の摩擦力を変えるため、各柔軟層の領域の表面積を変える手法が挙げられる。柔軟層の表面積が大きくなるほど摩擦力は大きくなる。図１７は、柔軟層の表面積を変えた例を示す模式図である。中央の柔軟層５８０の面積が周囲の柔軟層５８２の面積よりも大きいことから、中央の柔軟層５８０の摩擦力は周囲の柔軟層５８２の摩擦力よりも大きくなる。従って、柔軟層５８０と柔軟層５８２との間で全体滑りの発生タイミングを異ならせることができる。
　また、図１８は、図１４の変形例４と同様に、分布型圧力センサ５６４の上下に柔軟層５７２，５７４を配置した例を示しており、分布型圧力センサ５６４の上部の柔軟層５７４の摩擦力を変えるため、分布型圧力センサ５６４の下部の柔軟層５７２の硬度を変える手法を示している。図１８では、分布型圧力センサ５６４の下部の柔軟層５７２の硬度を、低（柔軟層５７２ａ）、中（柔軟層５７２ｂ）、高（柔軟層５７２ｃ）の３通りとしている。
　柔軟層５７２ａ～５７２ｃの変位量が一定の場合、各柔軟層５７２ａ～５７２ｃで発生する反力Ｆｎが異なり、各柔軟層５７４ａ～５７４ｃで発生する摩擦力Ｆｔ（＝Ｆｎ×μ・Ｆｎ）の分布を生じさせることができる。これにより、表面の柔軟層の取り換えも楽になる。
　　５．６．変形例６（線状の柔軟層を用いた例）
　変形例６では、柔軟層を分割する代わりに、線状の柔軟層を配置する。図１９は、変形例６に係る線状の柔軟層５９０，５９２を用いた構成例を示す模式図である。図１９に示すように、分布型圧力センサ５９４，５９６の上には、線状の柔軟層５９０，５９２が設けられている。柔軟層５９０は分布型圧力センサ５９４の上に設けられ、柔軟層５９２は分布型圧力センサ５９６の上に設けられている。柔軟層５９２は、柔軟層５９０よりも摩擦係数の大きい材料から構成されている。
　図１９では、柔軟層５９０，５９２を用いて物体６００を把持している状態を示している。このため、柔軟層５９０，５９２の上には、物体６００が接触している。
　また、図１９では、時刻ｔ１、時刻ｔ２、時刻ｔ３における時系列の動きを示している。時刻ｔ１は、固着状態を示している。この状態では、柔軟層５９０，５９２の先端は一様に左を向いている。
　次に、時刻ｔ２は、物体６００に部分滑りが生じている状態を示している。この状態では、摩擦係数の小さい柔軟層５９０の先端が右に向いている。一方、摩擦係数の大きい柔軟層５９２の先端は、左を向いた状態が維持される。部分的に滑りが発生すると、滑り領域部分である柔軟層５９０の向きが変わる際に、その領域の圧力が小さくなり、その変化を分布型圧力センサ５９４で検出できる。
　次に、時刻ｔ３は、物体６００に全体滑りが生じている状態を示している。この状態では、物体６００が右方向に滑り、柔軟層５９０，５９２の先端は一様に右を向いている。
　図２０は、図１９に示す線状の柔軟層５９０，５９２を用いた把持力算出部２００の構成を示す模式図である。圧力取得部２０２は、分布型圧力センサ５９４，５９６が検出した圧力を取得する。全体滑り検出部２１０は、線状の柔軟層５９０，５９２における圧力の変化を監視し、各柔軟層５９０，５９２での滑りを検出する。上述したように、図１９の時刻ｔ２では、柔軟層５９０に対応する分布型圧力センサ５９４の圧力検出値のみが低下するため、部分滑りの状態を検出できる。固着率演算部２１２は、全領域のうちの部分滑りの未検出領域の割合を演算する。把持力制御部２１４は、固着率演算部２１２が演算した固着率が一定の値になるよう、把持力を決定する。
　圧力検出値が低下すると全体滑りを検出できる。圧力取得部２０２が取得した各線状の柔軟層５９０，５９２における圧力の変化を監視し、圧力があるしきい値を超えた場合に全体滑りを検出する。固着率演算部２１２は、全領域のうちの全体滑り未検出領域の割合を演算する。図１９の例では，時刻ｔ２において柔軟層５９０でのみ全体滑りが発生しており、柔軟層５９２は固着状態である。柔軟層５９０，５９２の数の合計は７であり、柔軟層５９２の数が４であることから、固着率は５７％（＝（４／７）×１００）となる。
　図２１は、図１９に示す線状の柔軟層５９０，５９２を用いた構成において、柔軟層５９０，５９２の向きを多方向に配置した例を示す模式図である。図１９の時刻ｔ１の状態に示したように、固着状態では、柔軟層５９０，５９２の先端は同じ方向を向いている。図２１に示すように、固着状態における柔軟層５９０，５９２の向きを多方向に配置することで、多数の滑り方向に対応できる構成とすることが可能である。
　以上説明したように本実施形態によれば、簡素な構成及び演算処理のみに基づいて、物体の部分滑りを検出することができ、物体の把持力を最適に制御することが可能となる。また、複数の柔軟層における全体滑りの発生タイミングを相違させることで、固い物体や、表面が平面の物体、圧力分布が平坦な場合など様々な条件下においても、部分滑りの検出を精度良く行うことが可能となる。
　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　例えば、上記実施形態では、物体６００を把持するハンド５００に柔軟層及び分布型圧力センサが配置された例を示したが、本技術はかかる例に限定されない。例えば、歩行するロボットの足先の接地面に柔軟層及び分布型圧力センサを配置し、足先の滑りを検出しても良い。このように、本実施形態は、滑りを検出する際に広く適用することが可能である。
　また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
　なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）　接触した物体が滑る際の滑り特性が異なる複数の接触部と、
　前記接触部のそれぞれの圧力分布を検出するセンサと、
　を備える、滑り検出装置。
（２）　複数の前記接触部は、前記物体の滑り方向に並べて配置され、滑り方向の上流側に前記物体が滑りにくい前記接触部が配置された、前記（１）に記載の滑り検出装置。
（３）　複数の前記接触部は、前記滑り特性として、摩擦係数、ヤング率、ポアソン比、厚さ、及び曲率の少なくともいずれかが異なる、前記（１）又は（２）に記載の滑り検出装置。
（４）　前記センサは、前記圧力分布を検出する複数のノードを有する、前記（１）～（３）のいずれかに記載の滑り検出装置。
（５）　前記センサは、前記物体が複数の前記接触部に接触した際に、前記圧力分布に基づいて複数の前記接触部のそれぞれの圧力中心位置の変化を検出する、前記（４）に記載の滑り検出装置。
（６）　前記物体を把持する把持部に装着された、前記（１）～（５）のいずれかに記載の滑り検出装置。
（７）　ロボットのハンド又はロボットが前記物体に作用する作用部に装着された、前記（１）～（６）のいずれかに記載の滑り検出装置。
（８）　前記ハンドに装着され、複数の前記接触部が前記ハンドの１つの指に装着された、前記（７）に記載の滑り検出装置。
（９）　前記ハンドに装着され、１の前記接触部が前記ハンドの第１の指に装着され、他の前記接触部が前記ハンドの第２の指に装着された、前記（７）に記載の滑り検出装置。
（１０）　１の前記接触部を中心として他の前記接触部が前記１の前記接触部の周囲に同心円状に配置された、前記（１）～（９）のいずれかに記載の滑り検出装置。
（１１）　前記滑り特性が異なる複数の前記接触部が千鳥状に配置された、前記（１）～（９）のいずれかに記載の滑り検出装置。
（１２）　複数の前記センサが、前記物体の接触方向に対して重ねて配置され、前記接触部の接触面の方向に複数の前記ノードの位置をずらして配置された、前記（４）に記載の滑り検出装置。
（１３）　前記接触部は柔軟層から構成される、前記（１）～（１２）のいずれかに記載の滑り検出装置。
（１４）　前記センサに対して前記接触部の反対側にも前記柔軟層が配置された、前記（１３）に記載の滑り検出装置。
（１５）　前記接触部を構成する第１の柔軟層の厚さに対して、前記センサに対して前記接触部と反対側に配置された第２の柔軟層の厚さの方が厚い、前記（１４）に記載の滑り検出装置。
（１６）　前記センサに対して複数の前記接触部の反対側に配置された複数の柔軟層の硬さが異なる、前記（１４）に記載の滑り検出装置。
（１７）　複数の前記接触部は、線状部材から構成される、前記（１）～（１６）のいずれかに記載の滑り検出装置。
（１８）　前記線状部材の摩擦係数は、前記物体が接触する領域毎に異なる、前記（１７）に記載の滑り検出装置。
　５３０，５３２　　分布型圧力センサ
　５４０，５４２　　柔軟層
　６００　　物体

Claims (18)

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