特許 6179071 近接覚センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6179071

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】近接覚センサ

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20170807BHJP

   G01B 11/26 20060101ALI20170807BHJP

   B25J 19/02 20060101ALI20170807BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/00 A

   G01B11/26 Z

   B25J19/02

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-118481(P2012-118481)

(22)【出願日】2012年5月24日

(65)【公開番号】特開2013-245987(P2013-245987A)

(43)【公開日】2013年12月9日

【審査請求日】2015年5月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100109380

【弁理士】

【氏名又は名称】小西 恵

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100116012

【弁理士】

【氏名又は名称】宮坂 徹

(72)【発明者】

【氏名】小川 博教

(72)【発明者】

【氏名】飛田 和輝

(72)【発明者】

【氏名】下条 誠

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 陽介

(72)【発明者】

【氏名】有田 輝

【審査官】 梶田 真也

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４８８２０７７（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１１−０５３１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０４−５０１１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 有田輝，外４名，物体までの方位・仰角を検出可能な光学式近接覚センサの開発，ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集 2012，日本，The Japan Society of Mechanical Engineers，２０１２年 ５月２７日，1A1-B01，1-4

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００ − １１／３０

Ｂ２５Ｊ １／００ − ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに並列に接続された複数の第１光センサ素子を含み、複数の前記第１光センサ素子が円環状に配置される第１リング状センサと、
互いに並列に接続された複数の第２光センサ素子を含み、複数の前記第２光センサ素子が前記複数の第１光センサ素子と同じ円環状に配置される第２リング状センサと、
前記第１リング状センサと前記第２リング状センサとを、前記第１光センサ素子が前記第２光センサ素子よりも上に位置するように固定する基台と、
前記基台に固定された状態の、前記第１リング状センサと前記第２リング状センサとから出力された電圧を演算処理し、前記被検知物の位置を方位角または仰角によって検知する検知処理部と、を含み、
前記基台は、前記第１リング状センサを前記基台に固定した状態において第１リング状センサの中心点を挟んで対向する一対の前記第１光センサ素子を結んだ直線を示す軸と、前記第２リング状センサを前記基台に固定した状態において第２リングセンサの中心点を挟んで対向し、かつ、前記一対の第１光センサ素子に対応する一対の前記第２光センサ素子を結んだ直線を示す軸と、が二つの前記円環の平面視で互いに９０度の角度をなすように前記第１リング状センサと前記第２リング状センサとを固定することを特徴とする近接覚センサ。

【請求項2】

前記第１リング状センサは、
複数の前記第１光センサ素子の一端に接続される第１共通端子と、
前記一端と異なる他端に接続される第２共通端子と、
複数の前記第１光センサ素子の各々と対応し、対応する前記第１光センサ素子と直列に接続される複数の抵抗素子と、をさらに含み、
前記検知処理部は、前記抵抗素子を介して出力された電圧を演算処理することを特徴とする請求項１に記載の近接覚センサ。

【請求項3】

前記検知処理部は、
前記第１リング状センサから出力された電圧を、前記第１リング状センサに対する被検知物の方位角の余弦成分に変換し、前記第２リング状センサから出力された電圧を前記方位角の正弦成分に変換し、前記方位角の前記余弦成分と前記正弦成分とから、前記方位角を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の近接覚センサ。

【請求項4】

前記検知処理部は、
前記第１リング状センサを流れる全電流Ｉ_ａｌｌ１と、前記第２リング状センサを流れる全電流Ｉ_ａｌｌ２と、を用い、以下の式によって前記第１リング状センサ、前記第２リング状センサに対する被検知物の仰角θを算出することを特徴とする請求項１または２に記載の近接覚センサ。
θ＝ｃ（Ｉ_ａｌｌ１−Ｉ_ａｌｌ２）／（Ｉ_ａｌｌ１＋Ｉ_ａｌｌ２）＋ｄ
ただし、ｃ、ｄは定数。

【請求項5】

前記検知処理部は、さらに、
前記第１リング状センサを流れる全電流Ｉ_ａｌｌ１と、前記第２リング状センサを流れる全電流Ｉ_ａｌｌ２と、を用い、以下の式によって前記第１リング状センサ及び前記第２リング状センサによって受光される光の強度Ｐを算出することを特徴とする請求項１または２に記載の近接覚センサ。
Ｐ＝ｅ（Ｉ_ａｌｌ１＋Ｉ_ａｌｌ２）
ただし、ｅは定数。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、比較的近距離にある被検知物を検知する、近接覚センサに関する。

【背景技術】

【0002】

現在、被検知物となる物体の位置を検知するセンサには、物体の位置を二次元の座標で表すものがある。このようなセンサとしては、例えば、特許文献１に記載の発明がある。特許文献１記載の発明は、触覚センサであって、平面にかかった荷重の二次元的な分布を検知している。
ところで、現在、被検知物の荷重がかかる以前（接触する以前）に被検知物を検知する、近接覚センサがある。近接覚センサは、人間の動作を補助するロボットに適用されることがある。ロボットに適用される近接覚センサは、例えば、人間がロボットを操作するためのレバーやハンドル（以下、レバー等と記す）に手を近づけたとき、手の位置を検知し、検知された位置をレバー等の駆動部に通知する。

【0003】

上記した構成に特許文献１記載の物体の位置を二次元の座標で表すセンサを適用すると、手の位置がｘ、ｙ座標で検知される。このとき、レバー等の制御装置は、検知された手の位置の座標を変換してレバー等に対する手の位置の角度（方位角）や方向（以下、方位とも記す）を示す極座標を算出することが必要になる。座標変換を行うためには、制御装置が大型化、複雑化、さらには高コスト化することが考えられる。

【0004】

特許文献１記載のセンサを使って直接手の位置を極座標として検知するためには、センサを円筒状に並べて手の位置を極座標によって表すことが考えられる。しかし、このような構成では、センサ端部の継ぎ目に座標を検出することができない点（特異点）が生じ、座標の誤検知が起こる。このため、特許文献１記載のセンサは、手の方位を検出するセンサには不向きである。

【0005】

特異点なしに手の位置を直接極座標で検知する近接覚センサは、例えば、特許文献２に記載されている。特許文献２に記載の近接覚センサは、フォトリフレクタを２次元平面上に配置し、被検知物の方位を検知することができる。被検知物の位置を方位によって検知できる特許文献２記載の発明は、手の位置に追従してレバー等を駆動する構成に好適であるといえる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許４８８２０７７

【特許文献2】特開２０１１−５３１１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、レバー等を手の動きに追従してスムーズに駆動するためには、手の方位に加えて、手がレバー等に近接してくる角度である仰角をも検知することが望ましい。このため、特許文献２記載の発明は、手の動きに追従してレバー等を駆動する構成に用いられる近接覚センサとして、さらに改良の余地がある。
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、被検知物の位置を方位角及び仰角により検知することができる近接覚センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

以上説明した近接覚センサは、互いに並列に接続された複数の第１光センサ素子（例えば図３に示したセンサ素子３１１ａ〜３１６ａ、３１１ｂ〜３１６ｂ）を含み、複数の前記第１光センサ素子が円環状に配置される第１リング状センサ（例えば図１に示したリング状センサ１０１）と、互いに並列に接続された複数の第２光センサ素子（例えば図３に示したセンサ素子３１１ａ〜３１６ａ、３１１ｂ〜３１６ｂ）を含み、複数の前記第２光センサ素子が前記複数の第１光センサ素子と同じ円環状に配置される第２リング状センサ（例えば図１に示したリング状センサ１０２）と、前記第１リング状センサと前記第２リング状センサとを、前記第１光センサ素子が前記第２光センサ素子よりも上に位置するように固定する基台（例えば図１に示した基台２）と、前記基台に固定された状態の、前記第１リング状センサと前記第２リング状センサとから出力された電圧を演算処理し、前記被検知物の位置を方位角または仰角によって検知する検知処理部（例えば図３に示した検知処理部３４０）と、を含むことを特徴とする。
これに加え、以上説明した近接覚センサは、前記基台が、前記第１リング状センサを前記基台に固定した状態において第１リング状センサの中心点（例えば図４に示した中心点ｏ）を挟んで対向する一対の前記第１光センサ素子を結んだ直線を示す軸と、前記第２リング状センサを前記基台に固定した状態において第２リングセンサの中心点（例えば図４に示した中心点ｏ）を挟んで対向し、かつ、前記一対の第１光センサ素子に対応する一対の前記第２光センサ素子を結んだ直線を示す軸と、が二つの前記円環の平面視で互いに９０度の角度をなすように前記第１リング状センサと前記第２リング状センサとを固定することを特徴とする。

【0009】

このように構成すれば、２つのリング状センサを使い、リング状センサに対する被検知物の方位角または仰角を算出することができる。また、検知処理部は、被検知物の位置を方位角または仰角によって検知することができる。このため、本発明は、検出された被検知物の位置を直接ロボット等の駆動制御部に出力し、駆動制御に使用することが可能になる。

【0010】

また、本発明は、上記近接覚センサにおいて、上記第１リング状センサは、複数の上記第１光センサ素子の一端に接続される第１共通端子（例えば電源端子３３１）と、上記一端と異なる他端に接続される第２共通端子（例えば端子３３２）と、複数の上記第１光センサ素子の各々と対応し、対応する上記第１光センサ素子と直列に接続される複数の抵抗素子（例えば図３に示した抵抗素子３２１ａ〜３２１ｈ）と、をさらに含み、上記検知処理部は、上記抵抗素子を介して出力された電圧を演算処理するようにしてもよい。
このような構成によれば、比較的簡易な回路構成により、上記した本発明の近接覚センサを実現することができる。

【0011】

また、本発明は、上記近接覚センサにおいて、上記検知処理部が、上記第１リング状センサから出力された電圧を、上記第１リング状センサに対する被検知物の方位角の余弦成分に変換し、上記第２リング状センサから出力された電圧を上記方位角の正弦成分に変換し、上記方位角の上記余弦成分と上記正弦成分とから、上記方位角を算出するようにしてもよい。
このような発明によれば、比較的簡易な演算処理によって近接覚センサに対する被検知物の方位角を算出することができる。このため、本発明は、検知処理部を簡易化、小型化することに有利である。

【0012】

また、本発明は、上記近接覚センサにおいて、上記検知処理部が、上記第１リング状センサを流れる全電流Ｉ_ａｌｌ１と、上記第２リング状センサを流れる全電流Ｉ_ａｌｌ２と、を用い、以下の式によって上記第１リング状センサ、上記第２リング状センサに対する被検知物の仰角θを算出するようにしてもよい。
θ＝ｃ（Ｉ_ａｌｌ１−Ｉ_ａｌｌ２）／（Ｉ_ａｌｌ１＋Ｉ_ａｌｌ２）＋ｄ
ただし、ｃ、ｄは定数。
このような発明によれば、比較的簡易な演算処理によって近接覚センサに対する被検知物の仰角を算出することができる。このため、本発明は、検知処理部を簡易化、小型化することに有利である。

【0013】

また、本発明は、上記近接覚センサにおいて、上記検知処理部が、さらに、上記第１リング状センサを流れる全電流Ｉ_ａｌｌ１と、上記第２リング状センサを流れる全電流Ｉ_ａｌｌ２と、を用い、以下の式によって上記第１リング状センサ及び上記第２リング状センサによって受光される光の強度Ｐを算出するようにしてもよい。
Ｐ＝ｅ（Ｉ_ａｌｌ１＋Ｉ_ａｌｌ２）
ただし、ｅは定数。
このような発明によれば、比較的簡易な演算処理によって近接覚センサに入射される光強度を算出することができる。このため、本発明は、検知処理部を簡易化、小型化することに有利である。

【発明の効果】

【0014】

以上説明した本発明の近接覚センサは、被検知物の位置を方位角及び仰角により検知することができる。本発明は、本発明の近接覚センサに近づく手等を、方位角、仰角、反射光強度（距離）によって検知することができるので、人間の動作に追従してレバー等を駆動する構成に対し、検知された方位角及び仰角をそのまま出力することができる。
また、本発明は、レバー等に手を触れることなくロボット等を操作することができる。このような本発明は、手またはレバー等が汚れている場合にも他方を汚すことなくロボットを操作することができるから、衛生面において高い効果を得ることができる。また、駆動するロボットに手を触れる必要がないから、安全面においても有利である。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態の近接覚センサの外観を説明するための図である。

【図2】図１に示した近接覚センサが被検知物を検知する際の座標と、この座標が求められる原理とを説明するための図である。

【図3】本発明の一実施形態のリング状センサの回路構成を説明するための図である。

【図4】図３に示したリング状センサを基台に固定した状態を示した模式図である。

【図5】図４に示したｘ座標を実際の方位角φに変換するための表を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の一実施形態を説明する。
[全体構成]
図１は、本実施形態の近接覚センサ１の外観を説明するための図である。
近接覚センサ１は、２つのリング状センサ１０１、１０２を備えている。リング状センサ１０１、１０２は、基台２上に高さが異なるように固定されていて、リング状センサ１０１は、リング状センサ１０２よりも上になるように設けられる。また、リング状センサ１０１、１０２は、後述する複数のセンサ素子を備えている。

【0017】

本実施形態のセンサ素子は、いずれもフォトリフレクタセンサである。フォトリフレクタセンサは、フォトリフレクタセンサ自身から出力される赤外線の反射光を読み取るセンサである。フォトリフレクタセンサによって読みとられた反射光の強度は、アナログ値、またはデジタル値として出力される。フォトリフレクタセンサから出射された赤外線は、周囲にある物体（以下、本実施形態では被検知物と記す）で反射される。反射光は、出射した際の光路を通ってフォトリフレクタセンサに受光される。

【0018】

[原理]
図２（ａ）は、図１に示した近接覚センサ１が被検知物Ａを検知する際の座標を説明するための図である。図２（ｂ）は、座標が、２つのリング状センサ１０１、１０２によって検知できることを説明するための図である。なお、図２（ａ）、（ｂ）中に示した「ｏ」は、いずれもリング状センサ１０１によって形成される円環の中心点、リング状センサ１０２によって形成される円環の中心点を示す。中心点ｏは、リング状センサ１０１、１０２とで一致している。本実施形態の近接覚センサ１によって検出される座標は、この中心点ｏを中心にして定められる。

【0019】

図２（ａ）に示したように、本実施形態の近接覚センサ１は、被検知物Ａからの反射光量の重心を、角度（以下、方位角と記す）φ、角度（以下、仰角と記す）θ、反射光強度Ｐの３つの要素で表し、被検知物Ａの位置を示す。本明細書では、３つの要素を（φ、θ、Ｐ）と記し、このような座標を「球座標」と記す。
図２（ａ）において、リング状センサ１０１、１０２は、それぞれがｘ軸を有している。なお、リング状センサ１０１、１０２のｘ軸については、後述するものとする。

【0020】

ｘ軸には、リング状センサ１０１のｘ軸_１とリング状センサ１０２のｘ軸_２とがあり、ｘ軸_１とｘ軸_２とが９０度の角度をなしているのは、リング状センサ１０１とリング状センサ１０２とが、その方位角φが９０度の角度をなすように固定されているためである。このようなリング状センサ１０１とリング状センサ１０２との配置を、本実施形態では、「リング状センサの位相が９０度ずれている」とも表現する。

【0021】

また、図２（ｂ）に示すように、高さが異なるように固定されているリング状センサ１０１、１０２は、その赤外線の出射、入射の仰角θの範囲が相違する。なお、図２（ｂ）では、リング状センサ１０１のセンサ素子の出射、入射の仰角範囲を範囲Ｂで示し、リング状センサ１０２のセンサ素子の出射、入射の仰角範囲を範囲Ｃで示す。図２（ｂ）に示した範囲Ｄは、範囲Ｂと範囲Ｃとが重なる部分であり、近接覚センサ１が被検知物Ａを検知できる範囲である。
赤外線の出射、入射の範囲の相違により、リング状センサ１０１とリング状センサ１０２とは、被検知物Ａに対する仰角θが相違する。本実施形態は、以上説明したリング状センサ１０１とリング状センサ１０２の取り付け位置、あるいは取り付け角度の相違によって被検知物の方位角φ、仰角θを検知することができる。

【0022】

[リング状センサ]
図３は、リング状センサ１０１の回路構成を説明するための図である。なお、リング状センサ１０２は、リング状センサ１０１と同様に構成されている。このため、本実施形態では、リング状センサ１０１を図示及び説明を、リング状センサ１０２の図示及び説明に代えるものとする。なお、図３に示したリング状センサ１０１は、ｍ×ｎ個のセンサ素子が２次元に分布する既存のセンサ（例えば特許文献２記載の近接覚センサ）の、ｍまたはｎを１個としたものと等価である。このため、本実施形態の近接覚センサは、一次元の近接覚センサということができる。本実施形態は、一次元の近接覚センサを用いて構成されるため、比較的簡易な演算処理によって被検知物の位置を極座標で表すことができるようになる。

【0023】

リング状センサ１０１は、センサ素子３１１ａ〜３１６ａ、３１１ｂ〜３１６ｂ（以下、センサ素子３１１ａ、３１１ｂ〜３１６ａ、３１６ｂ）を備えている。
前記したように、センサ素子３１１ａ、３１１ｂ〜３１６ａ、３１６ｂは、いずれもフォトリフレクタセンサであり、フォトリフレクタセンサは、その抵抗値が反射光の強度によって変化する可変抵抗素子である。本実施形態では、可変抵抗素子としてフォトトランジスタを使用した。フォトトランジスタでは、反射光の強度によってエミッタ、コレクタ間の抵抗値が変化する。

【0024】

また、リング状センサ１０１においては、センサ素子３１６ｂとセンサ素子３１１ａとの間に、抵抗値が一定の抵抗素子３２１ａが接続されている。また、センサ素子３１１ｂとセンサ素子３１２ａとの間に抵抗素子３２１ｂが、センサ素子３１２ｂとセンサ素子３１３ａとの間に抵抗素子３２１ｃが、センサ素子３１３ｂとセンサ素子３１４ａとの間に抵抗素子３２１ｄが、センサ素子３１４ｂとセンサ素子３１５ａとの間に抵抗素子３２１ｅが、センサ素子３１５ｂとセンサ素子３１６ａとの間に抵抗素子３２１ｆがそれぞれ接続されている。

【0025】

さらに、抵抗素子３２１ｇはセンサ素子３１６ｂと直列に接続され、抵抗素子３２１ｈはセンサ素子３１６ａと直列に接続される。以上のセンサ素子３１１ａ、３１６ａ〜３１１ｂ、３１６ｂと、抵抗素子３２１ａ〜３２１ｈとは、図示しない電源の電源端子３３１と基準電圧（ＧＮＤ）端子３３２との間に接続されている。また、直列に接続される抵抗素子３２１ａ〜３２１ｆの一端をリング状センサ１０１の一方の端子３０１とし、他方の一端を端子３０２とする。端子３０１から出力される電圧の電圧値をＶ１、端子３０２から出力される電圧の電圧値をＶ２とする。
さらに、リング状センサ１０１は、リング状センサ１０２と共通の検知処理部３４０を備えている。電圧値Ｖ１、電圧値Ｖ２は、検知処理部３４０に入力され、検知処理部３４０における座標の算出に用いられる。

【0026】

（座標の算出）
次に、本実施形態の近接覚センサ１による、被検知物の位置を示す座標の算出について説明する。なお、座標の算出は、図３に示した検知処理部３４０によって行われる。
・方位角φ
図３に示したリング状センサ１０１を流れる全電流Ｉ_ａｌｌ１は、以下の式（１）によって求められる。
Ｉ_ａｌｌ１＝ａ（Ｖ１＋Ｖ２） …式（１）

【0027】

また、全電流Ｉ_ａｌｌ１の分布のｘ軸まわりの一次モーメントＩ_ｘ１は、以下の式（２）によって求められる。
Ｉ_ｘ１＝ｂ（Ｖ１−Ｖ２） …式（２）
なお、式（１）、（２）において、ａ、ｂは、近接覚センサの特性等に応じて適宜設定される定数である。

【0028】

以上の式（１）、（２）から、リング状センサ１０１の各センサ素子３１１ａ〜３１６ａ、３１１ｂ〜３１６ｂに流れる電流の分布の中心位置を示す座標ｘ_ｃ１が、以下のように求められる。なお、電流分布の中心を示す座標がｘ座標だけで表されるのは、前記したように、本実施形態の近接覚センサが、センサ素子を一次元に配置した構成を有するからである。
ｘ_ｃ１＝Ｉ_x／Ｉ_ａｌｌ１ …式（３）

【0029】

図４（ａ）、（ｂ）は、図３に示したリング状センサ１０１、１０２を基台２に固定した状態を示す模式図である。図４（ａ）はリング状センサ１０１を示し、図４（ｂ）はリング状センサ１０１と９０度位相がずれた状態で基台２に固定されたリング状センサ１０２を示している。図４（ａ）、（ｂ）によれば、位相がずれた状態とは、リング状センサ１０１のｘ軸とリング状センサ１０２のｘ軸とが、９０度の角度をなす状態を指すことが明らかである。

【0030】

また、図４（ａ）、（ｂ）中に破線で示した円ｃ１は、センサ素子３１１ａ、３１１ｂ〜３１６ａ、３１６ｂが、全て中心点ｏから等しい距離にあることを示すための仮想的な線である。また、破線で示した円ｃ２は、近接覚センサによって被検知物Ａが被検知物であると検知される範囲を示す。
なお、本実施形態では、リング状センサ１０１を基台２に固定した状態において、センサ素子３１６ａと３１６ｂとを結んだ直線の延長線をリング状センサ１０１のｘ軸_１とする。また、リング状センサ１０２を基台２に固定した状態において、センサ素子３１６ａと３１６ｂとを結んだ直線の延長線をリング状センサ１０２のｘ軸_２とする。そして、ｘ軸_１、ｘ軸_２のいずれにあっても、センサ素子３１６ａとセンサ素子３１６ｂとを結んだ直線を二等分する点を中心点ｏとする。

【0031】

図５（ａ）、（ｂ）は、図４（ａ）、（ｂ）に示したｘ座標と実際の方位角φとの対応を示した表である。図５（ａ）は、図４（ａ）に示したリング状センサ１０１で検出されたｘ座標ｘ_ｃ１を方位角φに変換するためのグラフであり、図５（ｂ）は、図４（ｂ）に示したリング状センサ１０２で検出されたｘ座標ｘ_ｃ２を方位角φに変換するためのグラフである。

【0032】

図５（ａ）、（ｂ）のいずれにおいても、縦軸はｘ座標ｘ_ｃ１またはｘ座標ｘ_ｃ２を示し、横軸は方位角φを示す。図５（ａ）によれば、ｘ座標ｘ_ｃ１が「１」であるとき方位角は０度であり、ｘ座標ｘ_ｃ１が「−１」であるとき方位角は１８０度であることが分かる。また、図５（ｂ）によれば、ｘ座標ｘ_ｃ２が「１」であるとき方位角は９０度であり、ｘ座標ｘ_ｃ２が「−１」であるとき方位角は２７０度であることが分かる。

【0033】

図２（ａ）に示したように、ｘ座標ｘ_ｃ１はｃｏｓ（φ）、ｘ座標ｘ_ｃ２はｓｉｎ（φ）に相当する。このため、方位角φは、以下の式（４）によって求められる。
φ＝ａｔａｎ２（ｘ_ｃ２，ｘ_ｃ１） …式（４）
以上の処理は、検知処理部３４０において、リング状センサ１０１から出力された電圧を、リング状センサ１０１の中心点ｏに対する被検知物の方位角である方位角φの余弦成分ｃｏｓφに変換し、第２リング状センサ１０２から出力された電圧を方位角φの正弦成分ｓｉｎφに変換し、ｃｏｓφとｓｉｎφとから、方位角φを算出するものである。

【0034】

・仰角θ
本実施形態のリング状センサ１０２の全電流Ｉ_ａｌｌ２は、前述した式（１）により、全電流Ｉ_ａｌｌ１と同様に求められる。本実施形態では、図３に示した検知処理部３４０が、全電流Ｉ_ａｌｌ１、全電流Ｉ_ａｌｌ２を用い、以下の式（５）によって、リング状センサ１０１、１０２に対する被検知物の仰角θを算出する。
θ＝ｃ（Ｉ_ａｌｌ１−Ｉ_ａｌｌ２）／（Ｉ_ａｌｌ１＋Ｉ_ａｌｌ２）＋ｄ …式（５）
なお、式（５）中のｃ、ｄは、近接覚センサの特性等に応じて適宜設定される定数である。

【0035】

上記式（５）において、（Ｉ_ａｌｌ１−Ｉ_ａｌｌ２）は、リング状センサ１０１と被検知物との距離とリング状センサ１０２と被検知物との距離との差に関係する量を示す。（Ｉ_ａｌｌ１−Ｉ_ａｌｌ２）を（Ｉ_ａｌｌ１＋Ｉ_ａｌｌ２）で除算することにより、本実施形態は、被検知物の反射率に依存しない無次元量としてリング状センサ１０１、１０２の中心点ｏと被検知物との距離を扱って仰角θを求めることができる。

【0036】

・反射光強度Ｐ
リング状センサ１０１、リング状センサ１０２によって受光される反射光強度Ｐは、以下の式（６）によって求められる。
Ｐ＝ｅ（Ｉ_ａｌｌ１＋Ｉ_ａｌｌ２） …式（６）
なお、式（６）中のｅは、近接覚センサの特性等に応じて適宜設定される定数である。

【0037】

また、本実施形態の検知覚センサは、被検知物の反射率ｐが既知である場合、以下の式（７）によってリング状センサ１０１、１０２の中心点ｏと被検知物との距離ｒを算出することができる。
ｒ＝ ｆ・ｓｑｒｔ（ｐ） …式（７）
なお、式（７）中のｆは、被検知物の材質や表面状態等によって決定される定数である。「sqrt」はスクエアルートを示す。なお、中心点ｏと被検知物との距離ｒは、式（７）によって求められるものに限定されるものでなく、変換テーブルによって実測値を変換して求めることもできる。

【0038】

以上説明したように、本実施形態の近接覚センサは、一次元の２つの近接覚センサを、互いに位相を９０度ずらし、かつ高さが異なるように取り付けている。そして、このような簡易な構成により、リング状センサ１０１、１０２の中心点ｏに対する被検知物の位置を方位角φ、仰角θ、反射光強度Ｐの球座標によって検出することができる。このため、本発明は、近接覚センサを人間の補助をするロボット等に適用した場合、ロボットの駆動制御部に対し、近接覚センサによって検出された球座標をそのまま出力することができる。このような本発明は、ロボットの駆動制御にかかる構成を簡易化、小型化することに有利である。

【0039】

また、本実施形態は、以上説明した実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、以上説明した実施形態では、１つのリング状センサがセンサ素子を１２個備えるものとした。しかし、本実施形態は、リング状センサに設けられるセンサ素子の数を１２個に限定するものではなく、リング状センサは任意の数（例えば６個）のセンサ素子を備えるものであってもよい。また、本実施形態は、抵抗素子３２１ａ〜３２１ｆが２つのセンサ素子を挟んで設けられる構成に限定されるものではなく、センサ素子の間の任意の位置に設けられるものであってもよい。

【0040】

さらに、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、特許請求の範囲により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明は、ヒューマンインターフェース装置の一種として利用することができる。そして、このような本発明は、特に、直接触れることが望ましくない物体に手等が近づいたことを検知し、この物体を停止させる、または警告音を発する装置に好適である。

【符号の説明】

【0042】

１ 近接覚センサ
２ 基台
１０１、１０２ リング状センサ
３０１、３０２ 端子
３１１ａ〜３１６ａ、３１１ｂ〜３１６ｂ センサ素子
３２１ａ〜３２１ｈ 抵抗素子
３３１ 電源端子
３３２ 端子
３４０ 検知処理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】