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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024048624
(43)【公開日】2024-04-09
(54)【発明の名称】感圧センサー、把持装置およびロボット
(51)【国際特許分類】
G01L 5/18 20060101AFI20240402BHJP
B25J 19/02 20060101ALI20240402BHJP
G01L 1/20 20060101ALI20240402BHJP
【ＦＩ】
G01L5/18
B25J19/02
G01L1/20 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022154643
(22)【出願日】2022-09-28
(71)【出願人】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100179475
【弁理士】
【氏名又は名称】仲井 智至
(74)【代理人】
【識別番号】100216253
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 宏紀
(74)【代理人】
【識別番号】100225901
【弁理士】
【氏名又は名称】今村 真之
(72)【発明者】
【氏名】米村 貴幸
【テーマコード（参考）】
2F051
3C707
【Ｆターム（参考）】
2F051AA10
2F051AB07
2F051BA05
3C707BS15
3C707DS01
3C707ES03
3C707EU04
3C707HS27
3C707KS03
3C707KS31
3C707KS34
3C707KT01
3C707KT05
3C707KW04
3C707KX08
3C707LV10
3C707MT04
3C707MT08
(57)【要約】
【課題】対象物の硬さを容易に測定できる感圧センサー、対象物の硬さを踏まえて把持部の動作を制御可能な把持装置、および、前記把持装置を備えるロボットを実現すること。
【解決手段】載置面を有する基材と、前記載置面に載置され、凸曲面を含む円蓋形状をなす弾性体と、前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の頂部に対応する位置に配置され、感圧によって第１検出信号を出力する第１感圧素子と、前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の周縁部に対応する位置に配置され、感圧によって第２検出信号を出力する第２感圧素子と、前記第１検出信号および前記第２検出信号に演算を行う演算部と、を備え、前記演算部は、前記弾性体に対象物を第１荷重で押し付けたときの前記第１検出信号と前記第２検出信号との比Ｒ１－１／２に基づいて、前記対象物の硬さを測定することを特徴とする感圧センサー。
【選択図】図１
【解決手段】載置面を有する基材と、前記載置面に載置され、凸曲面を含む円蓋形状をなす弾性体と、前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の頂部に対応する位置に配置され、感圧によって第１検出信号を出力する第１感圧素子と、前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の周縁部に対応する位置に配置され、感圧によって第２検出信号を出力する第２感圧素子と、前記第１検出信号および前記第２検出信号に演算を行う演算部と、を備え、前記演算部は、前記弾性体に対象物を第１荷重で押し付けたときの前記第１検出信号と前記第２検出信号との比Ｒ１－１／２に基づいて、前記対象物の硬さを測定することを特徴とする感圧センサー。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
載置面を有する基材と、
前記載置面に載置され、凸曲面を含む円蓋形状をなす弾性体と、
前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の頂部に対応する位置に配置され、感圧によって第１検出信号を出力する第１感圧素子と、
前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の周縁部に対応する位置に配置され、感圧によって第２検出信号を出力する第２感圧素子と、
前記第１検出信号および前記第２検出信号に演算を行う演算部と、
を備え、
前記演算部は、前記弾性体に対象物を第１荷重で押し付けたときの前記第１検出信号と前記第２検出信号との比Ｒ１－１／２に基づいて、前記対象物の硬さを測定することを特徴とする感圧センサー。
前記載置面に載置され、凸曲面を含む円蓋形状をなす弾性体と、
前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の頂部に対応する位置に配置され、感圧によって第１検出信号を出力する第１感圧素子と、
前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の周縁部に対応する位置に配置され、感圧によって第２検出信号を出力する第２感圧素子と、
前記第１検出信号および前記第２検出信号に演算を行う演算部と、
を備え、
前記演算部は、前記弾性体に対象物を第１荷重で押し付けたときの前記第１検出信号と前記第２検出信号との比Ｒ１－１／２に基づいて、前記対象物の硬さを測定することを特徴とする感圧センサー。
【請求項2】
前記演算部は、前記比Ｒ１－１／２、および、前記弾性体に前記対象物を前記第１荷重より大きい第２荷重で押し付けたときの前記第１検出信号と前記第２検出信号との比Ｒ２－１／２、に基づいて、前記対象物の硬さを測定する請求項１に記載の感圧センサー。
【請求項3】
前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の周縁部のうち前記第２感圧素子とは異なる位置に配置され、感圧によって第３検出信号を出力する第３感圧素子を備え、
前記演算部は、前記比Ｒ１－１／２、および、前記弾性体に前記対象物を前記第１荷重で押し付けたときの前記第１検出信号と前記第３検出信号との比Ｒ１－１／３、に基づいて、前記対象物の硬さを測定する請求項１または２に記載の感圧センサー。
前記演算部は、前記比Ｒ１－１／２、および、前記弾性体に前記対象物を前記第１荷重で押し付けたときの前記第１検出信号と前記第３検出信号との比Ｒ１－１／３、に基づいて、前記対象物の硬さを測定する請求項１または２に記載の感圧センサー。
【請求項4】
第１方向に延在する第１電極と、
前記第１方向と交差する第２方向に延在する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられている感圧導電体と、
を備え、
前記第１感圧素子、前記第２感圧素子および前記第３感圧素子は、それぞれ、前記第１電極と前記第２電極との交差部、および、前記交差部に対応する前記感圧導電体で構成される感圧部を有する請求項３に記載の感圧センサー。
前記第１方向と交差する第２方向に延在する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられている感圧導電体と、
を備え、
前記第１感圧素子、前記第２感圧素子および前記第３感圧素子は、それぞれ、前記第１電極と前記第２電極との交差部、および、前記交差部に対応する前記感圧導電体で構成される感圧部を有する請求項３に記載の感圧センサー。
【請求項5】
対象物を把持する把持部と、
前記把持部に設置されている感圧センサーと、
前記把持部を駆動する駆動部と、
前記駆動部の動作を制御する第１制御部と、
を備え、
前記感圧センサーは、
載置面を有する基材と、
前記載置面に載置され、凸曲面を含む円蓋形状をなす弾性体と、
前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の頂部に対応する位置に配置され、感圧によって第１検出信号を出力する第１感圧素子と、
前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の周縁部に対応する位置に配置され、感圧によって第２検出信号を出力する第２感圧素子と、
前記弾性体に前記対象物を第１荷重で押し付けたときの前記第１検出信号と前記第２検出信号との比Ｒ１－１／２を算出する演算部と、
を備え、
前記第１制御部は、
前記駆動部の動作を開始した後、前記比Ｒ１－１／２がしきい値未満であるとき、前記駆動部の動作を継続させ、
前記比Ｒ１－１／２がしきい値以上であるとき、前記駆動部の動作を停止させる機能を有することを特徴とする把持装置。
前記把持部に設置されている感圧センサーと、
前記把持部を駆動する駆動部と、
前記駆動部の動作を制御する第１制御部と、
を備え、
前記感圧センサーは、
載置面を有する基材と、
前記載置面に載置され、凸曲面を含む円蓋形状をなす弾性体と、
前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の頂部に対応する位置に配置され、感圧によって第１検出信号を出力する第１感圧素子と、
前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の周縁部に対応する位置に配置され、感圧によって第２検出信号を出力する第２感圧素子と、
前記弾性体に前記対象物を第１荷重で押し付けたときの前記第１検出信号と前記第２検出信号との比Ｒ１－１／２を算出する演算部と、
を備え、
前記第１制御部は、
前記駆動部の動作を開始した後、前記比Ｒ１－１／２がしきい値未満であるとき、前記駆動部の動作を継続させ、
前記比Ｒ１－１／２がしきい値以上であるとき、前記駆動部の動作を停止させる機能を有することを特徴とする把持装置。
【請求項6】
請求項５に記載の把持装置と、
前記把持部が取り付けられているロボットアームと、
前記ロボットアームの動作を制御する第２制御部と、
を備えることを特徴とするロボット。
前記把持部が取り付けられているロボットアームと、
前記ロボットアームの動作を制御する第２制御部と、
を備えることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、感圧センサー、把持装置およびロボットに関するものである。
【背景技術】
【0002】
ロボットハンドで対象物を把持する場合、対象物からロボットハンドが受ける荷重を検出することが望まれている。これにより、例えば、ロボットハンドが対象物を押さえる力や、対象物がロボットハンドからずれ落ちようとする力を測定することができる。その結果、対象物を的確に把持することができる。
【0003】
例えば、特許文献１には、感圧導電体層、上部電極および下部電極を有する荷重検出部と、荷重検出部に接して配置されている接触体と、を備える荷重センサーが開示されている。この荷重センサーでは、上部電極および下部電極の少なくとも一方が、中心電極と、中心電極の周囲に配される２以上の分割電極と、を備えている。そして、荷重センサーに荷重が作用すると、各電極から出力される電圧が変化する。
【0004】
特許文献１に記載の荷重センサーでは、複数の電極で出力電圧が変化するとき、これらの出力電圧の変化を演算することによって、対象物を把持するときの把持荷重を検知することができる。把持荷重を検知することにより、把持力を制御して的確な操作につなげることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１５－１５８４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献１に記載の荷重センサーでは、対象物の物性、具体的には対象物の硬さを検知することは困難である。このため、特許文献１に記載の荷重センサーを備えたロボットハンドでは、対象物の硬さを考慮した把持力の制御ができない。その結果、例えば対象物が柔らかい場合、対象物が変形することによってロボットハンドから対象物が脱落してしまうおそれがある。
【0007】
そこで、対象物に接触させるだけで対象物の硬さを精度よく測定可能な感圧センサーを実現することが課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の適用例に係る感圧センサーは、
載置面を有する基材と、
前記載置面に載置され、凸曲面を含む円蓋形状をなす弾性体と、
前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の頂部に対応する位置に配置され、感圧によって第１検出信号を出力する第１感圧素子と、
前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の周縁部に対応する位置に配置され、感圧によって第２検出信号を出力する第２感圧素子と、
前記第１検出信号および前記第２検出信号に演算を行う演算部と、
を備え、
前記演算部は、前記弾性体に対象物を第１荷重で押し付けたときの前記第１検出信号と前記第２検出信号との比Ｒ１－１／２に基づいて、前記対象物の硬さを測定する。
載置面を有する基材と、
前記載置面に載置され、凸曲面を含む円蓋形状をなす弾性体と、
前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の頂部に対応する位置に配置され、感圧によって第１検出信号を出力する第１感圧素子と、
前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の周縁部に対応する位置に配置され、感圧によって第２検出信号を出力する第２感圧素子と、
前記第１検出信号および前記第２検出信号に演算を行う演算部と、
を備え、
前記演算部は、前記弾性体に対象物を第１荷重で押し付けたときの前記第１検出信号と前記第２検出信号との比Ｒ１－１／２に基づいて、前記対象物の硬さを測定する。
【0009】
本発明の適用例に係る把持装置は、
対象物を把持する把持部と、
前記把持部に設置されている感圧センサーと、
前記把持部を駆動する駆動部と、
前記駆動部の動作を制御する第１制御部と、
を備え、
前記感圧センサーは、
載置面を有する基材と、
前記載置面に載置され、凸曲面を含む円蓋形状をなす弾性体と、
前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の頂部に対応する位置に配置され、感圧によって第１検出信号を出力する第１感圧素子と、
前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の周縁部に対応する位置に配置され、感圧によって第２検出信号を出力する第２感圧素子と、
前記弾性体に前記対象物を第１荷重で押し付けたときの前記第１検出信号と前記第２検出信号との比Ｒ１－１／２を算出する演算部と、
を備え、
前記第１制御部は、
前記駆動部の動作を開始した後、前記比Ｒ１－１／２がしきい値未満であるとき、前記駆動部の動作を継続させ、
前記比Ｒ１－１／２がしきい値以上であるとき、前記駆動部の動作を停止させる機能を有する。
対象物を把持する把持部と、
前記把持部に設置されている感圧センサーと、
前記把持部を駆動する駆動部と、
前記駆動部の動作を制御する第１制御部と、
を備え、
前記感圧センサーは、
載置面を有する基材と、
前記載置面に載置され、凸曲面を含む円蓋形状をなす弾性体と、
前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の頂部に対応する位置に配置され、感圧によって第１検出信号を出力する第１感圧素子と、
前記載置面と前記弾性体との間で、かつ、前記凸曲面の周縁部に対応する位置に配置され、感圧によって第２検出信号を出力する第２感圧素子と、
前記弾性体に前記対象物を第１荷重で押し付けたときの前記第１検出信号と前記第２検出信号との比Ｒ１－１／２を算出する演算部と、
を備え、
前記第１制御部は、
前記駆動部の動作を開始した後、前記比Ｒ１－１／２がしきい値未満であるとき、前記駆動部の動作を継続させ、
前記比Ｒ１－１／２がしきい値以上であるとき、前記駆動部の動作を停止させる機能を有する。
【0010】
本発明の適用例に係るロボットは、
本発明の適用例に係る把持装置と、
前記把持部が取り付けられているロボットアームと、
前記ロボットアームの動作を制御する第２制御部と、
を備える。
本発明の適用例に係る把持装置と、
前記把持部が取り付けられているロボットアームと、
前記ロボットアームの動作を制御する第２制御部と、
を備える。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施形態に係る感圧センサーを示す分解斜視図である。
【図6A】弾性体に鉄塊を荷重２．３Ｎで押し付けたとき、第１感圧素子が有する感圧導電体の電気抵抗値Ｒ１、および、第２感圧素子が有する感圧導電体の電気抵抗値Ｒ２、の時間変化を示すグラフである。
【図6B】弾性体に鉄塊を荷重１３．７Ｎで押し付けたとき、第１感圧素子が有する感圧導電体の電気抵抗値Ｒ１、および、第２感圧素子が有する感圧導電体の電気抵抗値Ｒ２、の時間変化を示すグラフである。
【図7A】弾性体にスポンジを荷重２．３Ｎで押し付けたとき、第１感圧素子が有する感圧導電体の電気抵抗値Ｒ１、および、第２感圧素子が有する感圧導電体の電気抵抗値Ｒ２、の時間変化を示すグラフである。
【図7B】弾性体にスポンジを荷重１３．７Ｎで押し付けたとき、第１感圧素子が有する感圧導電体の電気抵抗値Ｒ１、および、第２感圧素子が有する感圧導電体の電気抵抗値Ｒ２、の時間変化を示すグラフである。
【図8】弾性体に鉄塊およびスポンジを押し付けた場合の、比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）と、弾性体に加えられた荷重と、の関係を示すグラフである。
【図9A】弾性体にプラスチックキューブを荷重２．３Ｎで押し付けたとき、第１感圧素子が有する感圧導電体の電気抵抗値Ｒ１、および、第２感圧素子が有する感圧導電体の電気抵抗値Ｒ２、の時間変化を示すグラフである。
【図9B】弾性体にプラスチックキューブを荷重１３．７Ｎで押し付けたとき、第１感圧素子が有する感圧導電体の電気抵抗値Ｒ１、および、第２感圧素子が有する感圧導電体の電気抵抗値Ｒ２、の時間変化を示すグラフである。
【図10】弾性体にプラスチックキューブを押し付けた場合の、比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）と、弾性体に加えられた荷重と、の関係を示すグラフである。
【図11】センサー出力回路の構成例を示す回路図である。
【図12】第１変形例に係る感圧センサーを示す分解斜視図である。
【図13】第２変形例に係る感圧センサーを示す分解斜視図である。
【図14】実施形態に係るロボットを示す概略構成図である。
【図17】ロボットの制御方法を説明するためのシーケンス図である。
【図18】把持装置の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の感圧センサー、把持装置およびロボットを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【0013】
１．感圧センサー
まず、実施形態に係る感圧センサーについて説明する。
まず、実施形態に係る感圧センサーについて説明する。
【0014】
【0015】
感圧センサー１００は、図１に示すように、載置面１１１を有する基材１１０と、載置面１１１に載置され、凸曲面１２１を含む円蓋形状をなす弾性体１２０と、第１感圧素子１３１および第２感圧素子１３２と、演算部１５０と、を有する。弾性体１２０は、弾性を有し、対象物と接触すると、対象物から受ける接触力によって変形し、第１感圧素子１３１および第２感圧素子１３２に接触力を伝搬させる。
【0016】
第１感圧素子１３１および第２感圧素子１３２は、載置面１１１と弾性体１２０との間に設けられている。弾性体１２０の変形によって、第１感圧素子１３１および第２感圧素子１３２が押圧されると、第１感圧素子１３１から第１検出信号Ｓ１が出力され、第２感圧素子１３２から第２検出信号Ｓ２が出力される。
【0017】
演算部１５０は、弾性体１２０に対象物を第１荷重で押し付けたときの第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２との比Ｒ１－１／２に基づいて、対象物の硬さを測定する。なお、以下の説明では、比Ｒ１－１／２を「硬さ指標」という場合がある。
【0018】
以下、第１感圧素子１３１の構造について説明する。なお、第２感圧素子１３２の構造は、第１感圧素子１３１と同様であるため、説明を省略する。
【0019】
第１感圧素子１３１は、図３に示すように、感圧導電体１４２と、一対の電極１４４、１４４と、一対の絶縁シート１４６、１４６と、を有する。第１感圧素子１３１は、押圧力の変化を受けることにより、電極１４４、１４４間の電気抵抗値が変化する素子である。感圧導電体１４２の構成材料としては、例えば、導電性エラストマー、導電性ゴム等が挙げられる。なお、第１感圧素子１３１は、押圧力の変化により、感圧導電体１４２自体の電気抵抗値が変化する素子であってもよいし、感圧導電体１４２と電極１４４との間の接触抵抗値が変化する素子であってもよい。
【0020】
電極１４４の構成材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ等の単体または合金等が挙げられる。一対の電極１４４、１４４には、配線１４７が接続されている。この配線１４７は、一対の電極１４４、１４４と演算部１５０とを接続している。
【0021】
基材１１０としては、例えば、樹脂フィルム、樹脂基板、セラミック基板等が挙げられる。
【0022】
弾性体１２０は、弾性を有し、第１感圧素子１３１および第２感圧素子１３２の双方を覆うように載置面１１１に配置されている。弾性とは、力が加えられたときには、力に応じて変形し、力が除かれると元の形状に戻ろうとする性質のことをいう。したがって、弾性体１２０に力が加わると、弾性体１２０が変形し、力が伝搬する。
【0023】
また、弾性体１２０は、図２に示すように、凸曲面１２１を有している。凸曲面１２１は、載置面１１１から遠ざかる方向に突出する球面状または非球面状の曲面である。なお、凸曲面１２１の形状は、特に限定されない。
【0024】
図２に示す凸曲面１２１は、最も突出している部位である頂部１２２と、頂部１２２の周囲にあって突出量が頂部１２２よりも小さい周縁部１２３と、を有する。つまり、凸曲面１２１では、頂部１２２から周縁部１２３に向かって突出量が小さくなっている。
【0025】
なお、本明細書では、凸曲面１２１を有する物体の形状を「円蓋形状」という。円蓋形状をなす弾性部材は、上記のように接触力を効率よく伝搬できる特性を持っているため、感圧センサー１００に用いる弾性体１２０として有用である。
【0026】
弾性体１２０の構成材料としては、例えば、ゴム、エラストマー、発泡樹脂等が挙げられる。このうち、ゴムとしては、例えば、ポリイソブチレン、ポリイソプレン、クロロプレンゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブタジエンゴム、アクリルニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム等が挙げられる。
【0027】
弾性体１２０と対象物とが接近すると、頂部１２２が優先的に接触する。この場合、第２感圧素子１３２に比べて、第１感圧素子１３１に優先的に圧力が加わり、第１検出信号Ｓ１が出力される。
【0028】
【0029】
図４では、鉄塊のような硬い対象物Ｗｈに、感圧センサー１００の弾性体１２０を押し付けたとき、対象物Ｗｈから弾性体１２０に加わる接触力を示している。また、図５では、スポンジのような柔らかい対象物Ｗｓに、感圧センサー１００の弾性体１２０を押し付けたとき、対象物Ｗｓから弾性体１２０に加わる接触力を示している。
【0030】
図４に示す例では、対象物Ｗｈが弾性体１２０よりも硬いため、弾性体１２０が対象物Ｗｈにめり込む量が小さい。このため、頂部１２２に接触力Ｆ１が生じる。その結果、第１感圧素子１３１から第１検出信号Ｓ１が出力される一方、第２感圧素子１３２からは第２検出信号Ｓ２がほとんど出力されない。
【0031】
図５に示す例では、対象物Ｗｓが弾性体１２０よりも柔らかいため、弾性体１２０が対象物Ｗｓにめり込む量が大きくなる。このため、頂部１２２に接触力Ｆ１が生じるだけでなく、周縁部１２３に接触力Ｆ２が生じる。その結果、第１感圧素子１３１から第１検出信号Ｓ１が出力され、第２感圧素子１３２から第２検出信号Ｓ２が出力される。
【0032】
したがって、第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２とを比較することにより、対象物Ｗｈ、Ｗｓの硬さを評価することができる。つまり、弾性体１２０の頂部１２２に対応する位置に設けられた第１感圧素子１３１から出力される第１検出信号Ｓ１と、弾性体１２０の周縁部１２３に対応する位置に設けられた第２感圧素子１３２から出力される第２検出信号Ｓ２と、に基づいて、対象物Ｗｈ、Ｗｓの硬さを評価することができる。
【0033】
なお、対象物Ｗｈ、Ｗｓの硬さは、弾性体１２０がめり込む量に反映されるため、対象物Ｗｈ、Ｗｓの耐変形性に相当するといえる。このような対象物Ｗｈ、Ｗｓの硬さを測定することができれば、例えば、対象物Ｗｈ、Ｗｓの硬さに応じて、ロボットによる把持力を調整することができる。例えば、把持する対象物Ｗｓが柔らかい場合、対象物Ｗｓ自体の変形量が大きくなるため、把持力が弱い場合には把持している対象物Ｗｓが脱落する場合がある。これに対し、硬さに応じて把持力を追加することができれば、対象物Ｗｓの脱落を抑制することができる。
【0034】
図６Ａは、弾性体１２０に鉄塊を荷重２．３Ｎで押し付けたとき、第１感圧素子１３１が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ１、および、第２感圧素子１３２が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ２、の時間変化を示すグラフである。また、図６Ｂは、弾性体１２０に鉄塊を荷重１３．７Ｎで押し付けたとき、第１感圧素子１３１が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ１、および、第２感圧素子１３２が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ２、の時間変化を示すグラフである。
【0035】
図６Ａおよび図６Ｂでは、荷重の大きさによらず、第１感圧素子１３１が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ１と、第２感圧素子１３２が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ２と、の相違が比較的大きくなっている。つまり、弾性体１２０の頂部１２２に加わる接触力Ｆ１が、周縁部１２３に加わる接触力Ｆ２よりも大きくなっている。
【0036】
図７Ａは、弾性体１２０にスポンジを荷重２．３Ｎで押し付けたとき、第１感圧素子１３１が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ１、および、第２感圧素子１３２が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ２、の時間変化を示すグラフである。図７Ｂは、弾性体１２０にスポンジを荷重１３．７Ｎで押し付けたとき、第１感圧素子１３１が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ１、および、第２感圧素子１３２が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ２、の時間変化を示すグラフである。
【0037】
図７Ａおよび図７Ｂでは、荷重の大きさによらず、第１感圧素子１３１が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ１と、第２感圧素子１３２が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ２と、の相違が図６Ａおよび図６Ｂよりも小さくなっている。つまり、弾性体１２０の頂部１２２に加わる接触力Ｆ１と、周縁部１２３に加わる接触力Ｆ２と、の相違が大きくない。
【0038】
したがって、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂに示す電気抵抗値Ｒ１、Ｒ２間の相違を、第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２との相違として取り出すことにより、鉄塊やスポンジの硬さを相対的に評価することができる。
【0039】
第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２との相違は、両者の比を算出することによって定量化できる。差ではなく、比を計算することで、計算結果が各信号の強度に左右されにくくなる。
【0040】
比を計算するときには、各信号の強度比を算出してもよいが、第２検出信号Ｓ２の強度の常用対数ｌｏｇ（Ｓ２）に対する第１検出信号Ｓ１の強度の常用対数ｌｏｇ（Ｓ１）の比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）を求めるのが好ましい。電気抵抗値Ｒ１、Ｒ２は接触力Ｆ１、Ｆ２の常用対数に応じて変化するため、接触力Ｆ１、Ｆ２と比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）との間には、一定の相関関係が成り立つ。このため、このような比を用いることで、対象物Ｗｈ、Ｗｓの硬さを評価しやすくなる。
【0041】
図８は、弾性体１２０に鉄塊およびスポンジを押し付けた場合の、比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）と、弾性体１２０に加えられた荷重と、の関係を示すグラフである。
【0042】
図８に示すように、弾性体１２０に鉄塊を押し付けた場合と、弾性体１２０にスポンジを押し付けた場合とで、比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）に差が認められる。したがって、比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）の値に基づくことにより、対象物の硬さを定量的に評価することができる。また、例えば、前述した第１荷重を２．３Ｎとした場合、第１荷重が印加されたときの比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）の値が、前述した「比Ｒ１－１／２」となる。そうすると、比Ｒ１－１／２と、対象物の硬さと、の間には、一定の相関関係がある。この相関関係を表す検量線やテーブルをあらかじめ作成しておくことにより、対象物の硬さを測定することができる。なお、第１荷重は、２．３Ｎに限定されない。
【0043】
また、図８に示すように、比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）の値は、加わる荷重が変化しても、ほぼ一定である。これは、加わる荷重が変化しても鉄塊やスポンジの構造は変化しないことを裏付けていると考えられる。換言すれば、加わる荷重に応じて比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）の値が変化する場合、対象物の構造が変化することを裏付けていると考えられる。したがって、比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）の値の変化に基づくことにより、荷重の変化に伴って対象物の構造が変化するか否かを評価することもできる。
【0044】
図９Ａおよび図９Ｂには、荷重の変化に伴って対象物の構造が変化する場合の例を示している。図９Ａは、弾性体１２０にプラスチックキューブを荷重２．３Ｎで押し付けたとき、第１感圧素子１３１が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ１、および、第２感圧素子１３２が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ２、の時間変化を示すグラフである。図９Ｂは、弾性体１２０にプラスチックキューブを荷重１３．７Ｎで押し付けたとき、第１感圧素子１３１が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ１、および、第２感圧素子１３２が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ２、の時間変化を示すグラフである。プラスチックキューブは、内部が空洞になっているプラスチック製の立方体である。
【0045】
荷重が２．３Ｎであるときには、第１感圧素子１３１が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ１と、第２感圧素子１３２が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ２と、の相違のパターンが、図６Ａの例に近くなっている。したがって、荷重が２．３Ｎであるとき、プラスチックキューブの硬さは、鉄塊に近いと評価できる。
【0046】
一方、荷重が１３．７Ｎであるときには、第１感圧素子１３１が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ１と、第２感圧素子１３２が有する感圧導電体１４２の電気抵抗値Ｒ２と、の相違のパターンが、図７Ｂの例に近くなっている。したがって、荷重が１３．７Ｎであるとき、プラスチックキューブの硬さは、スポンジに近いと評価できる。
【0047】
図１０は、弾性体１２０にプラスチックキューブを押し付けた場合の、比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）と、弾性体１２０に加えられた荷重と、の関係を示すグラフである。つまり、図１０は、プラスチックキューブを弾性体１２０に押し付ける荷重を徐々に大きくしたときの、比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）の変化を示すグラフである。
【0048】
図１０に示すように、比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）の値は、加わる荷重が大きくなると、増加している。これは、加わる荷重が大きくなると、プラスチックキューブの構造が変化することを裏付けていると考えられる。具体的には、プラスチックキューブには、構造の変化を伴う耐荷重のしきい値が存在しており、加えられる荷重がしきい値を超えない範囲では、鉄塊に近い挙動を示し、荷重がしきい値以上になると、スポンジに近い挙動を示すと考えられる。このように、比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）の値に基づくことで、荷重の変化に伴って対象物の構造が変化するか否かを評価することができる。
【0049】
弾性体１２０に対象物を荷重２．３Ｎ（第１荷重）で押し付けたときの比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）を「比Ｒ１－１／２」とし、弾性体１２０に対象物を荷重１３．７Ｎ（第２荷重）で押し付けたときの比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）を「比Ｒ２－１／２」とする。
【0050】
演算部１５０は、比Ｒ１－１／２と比Ｒ２－１／２の双方に基づいて、対象物の硬さを測定するよう構成されていてもよい。
【0051】
これにより、例えばプラスチックキューブのように、荷重の増加に伴って構造が変化する対象物についても、硬さを測定することができる。その結果、測定した硬さに基づいて把持力を最適化することにより、このような対象物をロボットで的確に把持することができる。
【0052】
【0053】
センサー出力回路１６０は、固定抵抗ＲＬと、例えば第１感圧素子１３１に相当する感圧素子抵抗ＶＲ＿Ｃと、を有している。固定抵抗ＲＬは、電気抵抗値が一定の抵抗素子である。感圧素子抵抗ＶＲ＿Ｃは、第１感圧素子１３１に加わる力に応じて電気抵抗値が変化する抵抗素子である。固定抵抗ＲＬおよび感圧素子抵抗ＶＲ＿Ｃは、センサー用電源電圧ＶｉｎとグランドＧＮＤとの間に、この順で直列に接続されている。そして、固定抵抗ＲＬと感圧素子抵抗ＶＲ＿Ｃとの間からセンサー出力信号Ｖｏｕｔが出力されるように構成されている。
【0054】
このようなセンサー出力回路１６０では、下記式に基づいてセンサー出力信号Ｖｏｕｔが求められる。
Ｖｏｕｔ＝ＶＲ＿Ｃ／（ＲＬ＋ＶＲ＿Ｃ）×Ｖｉｎ
Ｖｏｕｔ＝ＶＲ＿Ｃ／（ＲＬ＋ＶＲ＿Ｃ）×Ｖｉｎ
【0055】
得られるセンサー出力信号Ｖｏｕｔの強度は、例えば第１感圧素子１３１の電気抵抗値に対応している。
【0056】
なお、センサー出力回路１６０は、必要に応じて、図１１に示す回路構成に対して任意の要素が追加または置換されたものであってもよい。
【0057】
演算部１５０は、センサー出力信号Ｖｏｕｔをアナログ／デジタル変換した後、得られた信号（第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２）に基づいて、対象物の硬さを算出する。なお、対象物の硬さは、任意の単位の絶対値であっても、基準値に対する相対値であってもよい。
【0058】
なお、感圧センサー１００は、演算部１５０による演算結果を出力する図示しない出力部、演算部１５０にデータを入力する図示しない入力部等を備えていてもよい。出力部としては、例えば、液晶表示装置等が挙げられる。また、入力部としては、例えば、キーボード、タッチパネル等が挙げられる。
【0059】
【0060】
以下、第１変形例について説明するが、以下の説明では、前記実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１２において、前記実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。
【0061】
第１変形例に係る感圧センサー１００は、第３感圧素子１３３をさらに備えること以外、前記実施形態に係る感圧センサー１００と同様である。
【0062】
図１２に示す第３感圧素子１３３は、載置面１１１と弾性体１２０との間に設けられている。第３感圧素子１３３は、第１感圧素子１３１の第２感圧素子１３２とは反対側に配置されている。弾性体１２０の変形によって、第３感圧素子１３３が押圧されると、第３感圧素子１３３から第３検出信号Ｓ３が出力される。
【0063】
また、第１変形例では、第３検出信号Ｓ３の強度の常用対数ｌｏｇ（Ｓ３）に対する第１検出信号Ｓ１の強度の常用対数ｌｏｇ（Ｓ１）の比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ３）を算出する。そして、弾性体１２０に対象物を第１荷重で押し付けられたときの比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ３）を「比Ｒ１－１／３」とする。
【0064】
演算部１５０は、比Ｒ１－１／２と比Ｒ１－１／３の双方に基づいて、対象物の硬さを測定するよう構成されていてもよい。これにより、部分的に硬さが異なるといった、対象物の硬さ分布を評価することができる。
【0065】
図１３は、第２変形例に係る感圧センサー１００を示す分解斜視図である。なお、図１３では、載置面１１１内の一方向を「第１方向Ｄ１」とし、それに直交する方向を「第２方向Ｄ２」とする。第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２は、それぞれ図１３において矢印で示されており、矢印の先端側を「プラス側」、基端側を「マイナス側」という。
【0066】
以下、第２変形例について説明するが、以下の説明では、前記実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１３において、前記実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。
【0067】
第２変形例に係る感圧センサー１００は、感圧素子の構造および数が異なること以外、前記実施形態に係る感圧センサー１００と同様である。
【0068】
図１３に示す基材１１０の載置面１１１には、第１方向Ｄ１に延在し、第１方向Ｄ１と交差する第２方向Ｄ２に並ぶ、３本の第１電極１７１が配置されている。また、載置面１１１には、第２方向Ｄ２に延在し、第１方向Ｄ１に並ぶ、３本の第２電極１７２が配置されている。３本の第１電極１７１および３本の第２電極１７２は、交差している。また、第１電極１７１と第２電極１７２との間には、図示しない感圧導電体が介在している。これにより、第１電極１７１と第２電極１７２との交差部１７３、および、交差部１７３に対応する感圧導電体により、９個の感圧部１７４が構成されている。このような構成であれば、第１電極１７１と第２電極１７２の組み合わせを変えることにより、少ない配線数でも、多数の感圧部１７４から検出信号を取得することができる。このため、構造の複雑化を避けつつ、多数の感圧部１７４を備えた感圧センサー１００を実現することができる。
【0069】
このような多数の感圧部１７４がアレイ状に配置されていることにより、図１３に示す感圧センサー１００では、荷重の分布を精度よく捉えることができる。これにより、対象物の硬さ分布をより精度よく測定することができる。
【0070】
ここで、９個の感圧部１７４のうち、中央の第１電極１７１と中央の第２電極１７２との交差部１７３に位置する感圧部１７４は、弾性体１２０の頂部１２２に対応する位置にあるため、前述した「第１感圧素子１３１」に相当する。また、中央の第１電極１７１と、第１方向Ｄ１のマイナス側に位置する第２電極１７２と、の交差部１７３に位置する感圧部１７４は、弾性体１２０の周縁部１２３に対応する位置にあるため、前述した「第２感圧素子１３２」に相当する。さらに、第２方向Ｄ２のプラス側に位置する第１電極１７１と、第１方向Ｄ１のマイナス側に位置する第２電極１７２と、の交差部１７３に位置する感圧部１７４は、周縁部１２３に対応する位置にあって、かつ、第２感圧素子１３２とは異なる位置に配置されているため、「第３感圧素子１３３」に相当する。
【0071】
また、第１感圧素子１３１と第２感圧素子１３２との距離をＬ１２とし、第１感圧素子１３１と第３感圧素子１３３との距離をＬ１３とすると、Ｌ１２＜Ｌ１３が成り立っている。
【0072】
第２変形例においても、弾性体１２０に対象物を第１荷重で押し付けられたときの比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）を「比Ｒ１－１／２」とする。また、弾性体１２０に対象物を第１荷重で押し付けられたときの比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ３）を「比Ｒ１－１／３」とする。
【0073】
第２変形例でも、演算部１５０は、比Ｒ１－１／２と比Ｒ１－１／３の双方に基づいて、対象物の硬さ分布を測定するよう構成されていてもよい。また、第２変形例では、Ｌ１２＜Ｌ１３であることから、比Ｒ１－１／２と比Ｒ１－１／３の双方に基づくことにより、荷重の分布をより精度よく捉えることができる。その結果、対象物の硬さ分布をより精度よく評価することができる。つまり、硬さ分布が一様である場合と、そうでない場合とで、比Ｒ１－１／２と比Ｒ１－１／３との間の関係が変化する。この特性を利用して、第２変形例では、対象物の硬さ分布をより緻密に取得することができる。
以上のような変形例においても、前記実施形態と同様の効果が得られる。
以上のような変形例においても、前記実施形態と同様の効果が得られる。
【0074】
３．ロボット
次に、実施形態に係る把持装置およびロボットについて説明する。
次に、実施形態に係る把持装置およびロボットについて説明する。
【0075】
【0076】
図１４に示すロボット１は、把持装置２と、ロボットアーム３と、カメラ４（撮像部）と、第２制御部５と、を備える。
【0077】
把持装置２は、ハンド部２０と、第１制御部２８と、を備える。このうち、ハンド部２０は、把持部２２と、駆動部２４と、感圧センサー１００の一部と、対向部２７と、を備える。なお、ここでは、図１に示す感圧センサー１００が設けられているものとする。
【0078】
把持部２２は、開閉可能な一対の指部２２１、２２２を備え、指部２２１、２２２の対象物Ｗに対する距離を狭めることにより、対象物Ｗを把持する機能を有する。駆動部２４は、把持部２２を駆動し、把持動作を行わせる。指部２２１には、感圧センサー１００が取り付けられている。感圧センサー１００は、対象物Ｗから受ける接触力を検出し、第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２を出力する。対向部２７は、感圧センサー１００と対向する位置に設けられ、感圧センサー１００との間で対象物Ｗを挟持する。
【0079】
第１制御部２８は、第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２に基づいて、駆動部２４の動作を制御する。具体的には、第１制御部２８は、把持部２２と対象物Ｗとが接触するまで、把持部２２と対象物Ｗとの距離を狭めることにより、把持部２２に対象物Ｗを把持させるように駆動部２４の動作を制御する。なお、本明細書において「把持部２２と対象物Ｗとの距離」とは、感圧センサー１００の弾性体１２０と、対象物Ｗの重心と、の距離のことをいう。
【0080】
このような構成を有する把持装置２では、感圧センサー１００が対象物Ｗから受ける接触力に基づいて、第１制御部２８が駆動部２４の動作を制御するように構成されている。このため、カメラ４で撮像された画像から対象物Ｗの形状を取得することなく、対象物Ｗの把持動作が可能になる。これにより、把持装置２の構成の簡素化および低コスト化を図ることができる。また、感圧センサー１００は、対象物Ｗの硬さを測定する機能を有している。このため、第１制御部２８は、対象物Ｗの硬さを踏まえて把持部２２の動作を制御することができる。これにより、把持動作に伴う対象物Ｗの損傷を抑制しつつ、把持動作を行うことができる。その結果、作業成功率および作業効率が高い把持装置２を実現することができる。
【0081】
３．１．各部の構成
ロボット１の各部の構成について詳述する。
ロボット１の各部の構成について詳述する。
【0082】
３．１．１．把持装置
図１４に示す把持部２２は、前述したように、２つの指部２２１、２２２を備える。指部２２１、２２２は、図１４に示す移動方向Ａにおいて互いに接近または離間するように、駆動部２４によって駆動される。これにより、把持部２２は、対象物Ｗを挟んで把持したり、把持を解除したりすることができる。
図１４に示す把持部２２は、前述したように、２つの指部２２１、２２２を備える。指部２２１、２２２は、図１４に示す移動方向Ａにおいて互いに接近または離間するように、駆動部２４によって駆動される。これにより、把持部２２は、対象物Ｗを挟んで把持したり、把持を解除したりすることができる。
【0083】
駆動部２４は、２つの指部２２１、２２２を互いに接近または離間するように駆動する。駆動部２４は、例えば、図示しないラック・アンド・ピニオン機構と、図示しない１つのモーターと、を有する。このような駆動機構を備えることにより、指部２２１、２２２を並進させることができる。なお、駆動部２４が備える駆動機構は、これに限定されない。例えば、２つのモーターで指部２２１、２２２を独立して並進させるようになっていてもよい。また、把持部２２は、指部２２１と指部２２２とがなす角度が変化するように開閉してもよい。
【0084】
第１制御部２８は、図１５に示すように、機能部として、把持力設定部２８４と、硬さ算出部２８６（演算部１５０）と、駆動信号出力部２８８と、を有する。
【0085】
硬さ算出部２８６は、前述した演算部１５０であり、少なくとも比Ｒ１－１／２に基づいて、対象物Ｗの硬さを測定する。
【0086】
把持力設定部２８４は、駆動部２４を動作させるとき、把持部２２による把持力を設定する。把持力は、例えば、駆動部２４に内蔵されているモーターのトルクによって調整可能である。把持力は、あらかじめ所定の値に設定されていてもよいが、硬さ算出部２８６によって算出された対象物Ｗの硬さに応じて、更新されるようになっていてもよい。これにより、対象物Ｗの硬さに適した把持力で対象物Ｗを把持することができる。その結果、対象物Ｗに損傷が及ぶのをより確実に抑制することができる。
【0087】
駆動信号出力部２８８は、把持力設定部２８４が設定した把持力に基づいて、駆動部２４に駆動信号を出力する。駆動信号出力部２８８は、例えばスイッチング制御により、駆動部２４に電力（駆動信号）を出力する。スイッチング制御の方式としては、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御、ＶＦＭ（Variable Frequency Modulation）制御等が挙げられる。このうち、ＰＷＭ制御が好ましく用いられる。ＰＷＭ制御は、制御が比較的容易で、かつ、入力電圧から出力電圧への変換効率が高いため利用しやすい。
【0088】
図１６は、図１５の第１制御部２８のハードウェア構成例を示す図である。
第１制御部２８の各機能部が発揮する機能は、例えば、図１６に示す、ＣＰＵ７０１、ＲＯＭ７０２、ＲＡＭ７０３、外部インターフェース７０４、および、内部バス７０５を備えるハードウェアによって実現される。ＣＰＵ７０１、ＲＯＭ７０２、ＲＡＭ７０３および外部インターフェース７０４は、内部バス７０５を介して相互に通信可能になっている。
第１制御部２８の各機能部が発揮する機能は、例えば、図１６に示す、ＣＰＵ７０１、ＲＯＭ７０２、ＲＡＭ７０３、外部インターフェース７０４、および、内部バス７０５を備えるハードウェアによって実現される。ＣＰＵ７０１、ＲＯＭ７０２、ＲＡＭ７０３および外部インターフェース７０４は、内部バス７０５を介して相互に通信可能になっている。
【0089】
ＣＰＵ７０１は、Central Processing Unitである。なお、ＣＰＵ７０１は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）であってもよい。また、図１６に示すハードウェアの全部または一部は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等で構成されていてもよい。
【0090】
ＲＯＭ７０２は、Read-Only Memoryであり、任意の不揮発性記憶素子で構成される。ＲＡＭ７０３は、Random Access Memoryであり、任意の揮発性記憶素子で構成される。
【0091】
外部インターフェース７０４としては、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＲＳ－２３２Ｃ等のデジタル入出力ポート、アナログ入出力ポート、イーサネット（登録商標）ポート等が挙げられる。
【0092】
対向部２７は、弾性体１２０と同様の部材である。対象物Ｗは、感圧センサー１００と対向部２７との間に挟まれることで、把持力を受け、把持される。なお、対向部２７は、感圧センサー１００と同様の部材であってもよい。つまり、対向部２７も第１感圧素子１３１および第２感圧素子１３２を有していてもよい。
【0093】
３．１．２．ロボットアーム
図１４に示すロボットアーム３は、水平多関節ロボット用のアームである。ロボットアーム３には、ハンド部２０が取り付けられている。これにより、ロボットアーム３は、ハンド部２０の位置や姿勢を変更することができる。水平多関節ロボットは、アームの回動面が水平であるため、回動速度を高めやすい。このため、水平多関節ロボットを用いることにより、ハンド部２０の位置や姿勢を速やかに変更することができ、把持装置２による作業効率を高めることができる。なお、ロボットアーム３の形態は、これに限定されず、垂直多関節ロボット用のアームであってもよい。
図１４に示すロボットアーム３は、水平多関節ロボット用のアームである。ロボットアーム３には、ハンド部２０が取り付けられている。これにより、ロボットアーム３は、ハンド部２０の位置や姿勢を変更することができる。水平多関節ロボットは、アームの回動面が水平であるため、回動速度を高めやすい。このため、水平多関節ロボットを用いることにより、ハンド部２０の位置や姿勢を速やかに変更することができ、把持装置２による作業効率を高めることができる。なお、ロボットアーム３の形態は、これに限定されず、垂直多関節ロボット用のアームであってもよい。
【0094】
３．１．３．カメラ
カメラ４は、対象物Ｗを撮像し、撮像した画像を第２制御部５に送信する。第２制御部５は、後述するように、取得した画像に基づいて、ロボットアーム３の動作を制御する。これにより、対象物Ｗの位置に合わせて把持部２２を移動させることができる。
カメラ４は、対象物Ｗを撮像し、撮像した画像を第２制御部５に送信する。第２制御部５は、後述するように、取得した画像に基づいて、ロボットアーム３の動作を制御する。これにより、対象物Ｗの位置に合わせて把持部２２を移動させることができる。
【0095】
なお、カメラ４は、対象物Ｗの外形を撮像可能であれば、カラーカメラであっても、モノクロカメラであってもよい。また、対象物Ｗの位置を検出可能であれば、カメラ４以外のセンサー等で代替されてもよい。
【0096】
３．１．４．第２制御部
第２制御部５は、機能部として、ロボットアーム制御部５２と、把持部位置取得部５４と、対象物位置算出部５６と、把持部軌道算出部５８と、を有する。
第２制御部５は、機能部として、ロボットアーム制御部５２と、把持部位置取得部５４と、対象物位置算出部５６と、把持部軌道算出部５８と、を有する。
【0097】
ロボットアーム制御部５２は、ロボットアーム３の動作を制御する。これにより、ハンド部２０を目的とする位置、姿勢に移動させることができる。
【0098】
把持部位置取得部５４は、ロボットアーム３の動作状況に基づいて、把持部２２の位置を取得する。
【0099】
対象物位置算出部５６は、カメラ４で撮像した画像を取得する。そして、取得した画像から対象物Ｗの位置を算出する。なお、対象物Ｗの位置は、画像上において対象物Ｗが占有する範囲という概念であってもよいが、対象物Ｗの画像上における重心の位置という概念であってもよい。後者の場合、算出に要する演算量や時間を減らすことができるので、第２制御部５に必要なリソースを軽減することができる。また、画像には高画質が求められないので、安価で小型かつ軽量のカメラ４を用いることができる点でも有効である。なお、本実施形態では、そもそも、把持動作において、対象物Ｗの位置や形状を厳格に算出する必要がないので、その点においても、第２制御部５に必要なリソースやカメラ４の簡素化、低コスト化が容易である。
【0100】
把持部軌道算出部５８は、対象物位置算出部５６が算出した対象物Ｗの位置、および、把持部位置取得部５４が取得した把持部２２の位置、に基づいて、把持部２２を移動させる軌道を算出する。前述したロボットアーム制御部５２は、この軌道に沿って把持部２２を移動させる。
【0101】
図１６は、図１５の第２制御部５のハードウェア構成例を示す図である。
第２制御部５の各機能部が発揮する機能は、例えば、図１６に示す、ＣＰＵ７０１、ＲＯＭ７０２、ＲＡＭ７０３、外部インターフェース７０４、および、内部バス７０５を備えるハードウェアによって実現される。ＣＰＵ７０１、ＲＯＭ７０２、ＲＡＭ７０３および外部インターフェース７０４は、内部バス７０５を介して相互に通信可能になっている。
第２制御部５の各機能部が発揮する機能は、例えば、図１６に示す、ＣＰＵ７０１、ＲＯＭ７０２、ＲＡＭ７０３、外部インターフェース７０４、および、内部バス７０５を備えるハードウェアによって実現される。ＣＰＵ７０１、ＲＯＭ７０２、ＲＡＭ７０３および外部インターフェース７０４は、内部バス７０５を介して相互に通信可能になっている。
【0102】
以上、ロボット１の各部の構成について説明したが、本実施形態は、主に、第１制御部２８がハンド部２０の動作を制御する。つまり、第１制御部２８では、センサー出力信号のアナログ／デジタル変換、接触力に基づく駆動部２４へのフィードバック処理、把持部２２の開閉処理が制御される。そうすると、第１制御部２８では、第２制御部５との外部通信を必要最小限に抑えることができるので、処理タイミングのずれを抑制することができ、また、演算量の軽減を図ることができる。その結果、第１制御部２８における処理速度の高速化および高信頼化を図ることができる。
【0103】
一方、第２制御部５は、ロボットアーム３およびカメラ４、ならびに第１制御部２８の各動作を制御する。つまり、第２制御部５からは、第１制御部２８が行う処理が切り離されている。このため、第２制御部５においても必要なリソースの軽減を図ることができる。
【0104】
なお、本実施形態では、第１制御部２８および第２制御部５が、互いに別のハードウェアで実現されているが、これらは１つのハードウェアで実現されていてもよい。つまり、第１制御部２８および第２制御部５は、１つの制御部に統合されていてもよい。
【0105】
【0106】
図１７に示すシーケンス図では、横軸にロボット１の構成要素が並んでいる。また、縦軸は、時間を表している。
【0107】
まず、第２制御部５は、カメラ４に向けて画像取得の指令を出力する。これにより、カメラ４は、対象物Ｗの撮影を行い、撮影結果を第２制御部５に出力する。そして、第２制御部５が対象物Ｗの画像を取得する。
【0108】
次に、第２制御部５は、対象物Ｗの位置および把持部２２の位置に基づいて、ロボットアーム３に向けて目標位置（アーム目標位置）の指令を出力する。これにより、ロボットアーム３は、把持部２２を目標とする位置、つまり現在の対象物Ｗの位置に移動させる。その結果、把持部２２による対象物Ｗの把持動作を開始する準備が整う。
【0109】
次に、第２制御部５は、第１制御部２８に向けて駆動部２４の制御を開始する指令を出力する。これにより、第１制御部２８は、感圧センサー１００による接触力の検出を開始し、接触力の検出結果を取得する。また、それと並行して、第１制御部２８は、駆動部２４による把持部２２の駆動を開始させる。ここでは、接触力から算出される対象物Ｗの硬さ指標（比Ｒ１－１／２）が目標値になるまで、駆動を継続する動作の例を図示している。つまり、硬さ指標が目標値になるまで接触力の検出と把持部２２の駆動とを繰り返す。そして、硬さ指標が目標値に達したら、繰り返しを終了する。その後、第１制御部２８は、接触力の取得を終了する。また、第２制御部５は、第１制御部２８による駆動部２４の制御を終了させる。以上により、把持動作が完了する。
【0110】
【0111】
実施形態に係る把持装置の制御方法は、図１８に示す工程Ｓ１０２から工程Ｓ１１２を有する。以下、各工程について説明する。
【0112】
工程Ｓ１０２では、第１制御部２８の駆動信号出力部２８８が、把持部２２の駆動を開始させる。これにより、把持動作が開始される。具体的には、まず、対象物Ｗの大きさよりも十分に広いと推定される幅まで、指部２２１、２２２の間隔を広げておく。なお、必要に応じて、カメラ４が撮像した画像に基づいて、指部２２１、２２２の初期の間隔を設定するようにしてもよい。次に、駆動部２４により、把持部２２と対象物Ｗとの距離を狭めていく。
【0113】
工程Ｓ１０４では、硬さ算出部２８６が第１検出信号Ｓ１を取得する。感圧センサー１００が有する弾性体１２０は、凸曲面１２１を有しており、その頂部１２２に対象物Ｗが押し付けられると、第１検出信号Ｓ１が出力される。
【0114】
工程Ｓ１０６では、硬さ算出部２８６が第２検出信号Ｓ２を取得する。第２検出信号Ｓ２は、好ましくは第１検出信号Ｓ１を取得したのと同じタイミングで取得される。
【0115】
工程Ｓ１０８では、第１検出信号Ｓ１がしきい値以上が否かを判断する。
第１検出信号Ｓ１がしきい値以上である場合、つまり、工程Ｓ１０８における判断の結果がＹｅｓである場合、弾性体１２０が対象物Ｗにほとんどめり込んでいないと考えられる。このため、対象物Ｗから受ける接触力が弾性体１２０の頂部１２２に集中し、第１検出信号Ｓ１の強度が大きくなっている状態であると考えられる。そして、その第１検出信号Ｓ１がしきい値以上になっていれば、対象物Ｗに対して十分な把持力を加えられていると判断できる。このため、対象物Ｗの把持を完了する。
第１検出信号Ｓ１がしきい値以上である場合、つまり、工程Ｓ１０８における判断の結果がＹｅｓである場合、弾性体１２０が対象物Ｗにほとんどめり込んでいないと考えられる。このため、対象物Ｗから受ける接触力が弾性体１２０の頂部１２２に集中し、第１検出信号Ｓ１の強度が大きくなっている状態であると考えられる。そして、その第１検出信号Ｓ１がしきい値以上になっていれば、対象物Ｗに対して十分な把持力を加えられていると判断できる。このため、対象物Ｗの把持を完了する。
【0116】
一方、第１検出信号Ｓ１がしきい値未満である場合、つまり、工程Ｓ１０８における判断の結果がＮｏである場合、把持力が不足している状態、または、弾性体１２０が対象物Ｗにめり込むと考えられる。このため、弾性体１２０が対象物Ｗから受ける接触力が分散している状態であると考えられる。この場合、対象物Ｗの硬さを踏まえた制御が好ましいため、工程Ｓ１１０に移行する。なお、第１検出信号Ｓ１のしきい値には、過去の実績や実験、シミュレーション等を通じて設定された値を採用できる。
【0117】
工程Ｓ１１０では、硬さ指標である比Ｒ１－１／２を算出する。硬さ指標は、弾性体１２０に対象物Ｗを第１荷重で押し付けられたときの比ｌｏｇ（Ｓ１）／ｌｏｇ（Ｓ２）である。なお、第１荷重は、特に限定されないが、図６Ａおよび図６Ｂや図７Ａおよび図７Ｂのようなグラフをあらかじめ取得したとき、電気抵抗値Ｒ１と電気抵抗値Ｒ２との相違が十分に大きくなる荷重であるのが好ましい。例えば、図６Ａおよび図６Ｂや図７Ａおよび図７Ｂの例では、荷重約２．０Ｎ以上において、この相違が十分に大きくなっているとみなすことができるので、例えば第１荷重を２．３Ｎとすることができる。
【0118】
工程Ｓ１１２では、硬さ指標（比Ｒ１－１／２）がしきい値以上か否かを判断する。
硬さ指標がしきい値以上である場合、つまり、工程Ｓ１１２における判断の結果がＹｅｓである場合、対象物Ｗが硬いと判断できる。そして、第１荷重を加えた状態で対象物Ｗを安定して把持することが可能であると判断できる。このため、対象物Ｗの把持を完了する。
硬さ指標がしきい値以上である場合、つまり、工程Ｓ１１２における判断の結果がＹｅｓである場合、対象物Ｗが硬いと判断できる。そして、第１荷重を加えた状態で対象物Ｗを安定して把持することが可能であると判断できる。このため、対象物Ｗの把持を完了する。
【0119】
一方、硬さ指標がしきい値未満である場合、つまり、工程Ｓ１１２における判断の結果がＮｏである場合、対象物Ｗが柔らかすぎると判断できる。そして、第１荷重を加えた状態では、対象物Ｗを安定して把持することができないと判断できる。このため、工程Ｓ１０２に戻る。そして、工程Ｓ１０２では、再び把持動作を行う。つまり、把持部２２と対象物Ｗとの距離を狭めるように、駆動部２４の動作を制御する。これにより、把持力を第１荷重よりも大きくすることができる。
【0120】
以上のようにすれば、対象物Ｗが柔らかすぎると判断した場合、硬さ指標がしきい値以上になるまで、把持力を大きくする動作が繰り返される。これにより、対象物Ｗが柔らかい場合でも、それに応じた把持力で対象物Ｗを把持することができ、安定した把持動作を実現することができる。その結果、ロボット１の作業成功率および作業効率を高めることができる。なお、硬さ指標のしきい値には、過去の実績や実験、シミュレーション等を通じて設定された値を採用できる。
【0121】
４．前記実施形態および前記変形例が奏する効果
以上のように、前記実施形態および前記変形例に係る感圧センサー１００は、基材１１０と、弾性体１２０と、第１感圧素子１３１と、第２感圧素子１３２と、演算部１５０と、を備える。基材１１０は、載置面１１１を有する。弾性体１２０は、載置面１１１に載置され、凸曲面１２１を含む円蓋形状をなしている。第１感圧素子１３１は、載置面１１１と弾性体１２０との間で、かつ、凸曲面１２１の頂部１２２に対応する位置に配置され、感圧によって第１検出信号Ｓ１を出力する。第２感圧素子１３２は、載置面１１１と弾性体１２０との間で、かつ、凸曲面１２１の周縁部１２３に対応する位置に配置され、感圧によって第２検出信号Ｓ２を出力する。演算部１５０は、第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２の演算を行う。また、演算部１５０は、弾性体１２０に対象物Ｗを第１荷重で押し付けたときの第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２との比Ｒ１－１／２に基づいて、対象物Ｗの硬さを測定する。
以上のように、前記実施形態および前記変形例に係る感圧センサー１００は、基材１１０と、弾性体１２０と、第１感圧素子１３１と、第２感圧素子１３２と、演算部１５０と、を備える。基材１１０は、載置面１１１を有する。弾性体１２０は、載置面１１１に載置され、凸曲面１２１を含む円蓋形状をなしている。第１感圧素子１３１は、載置面１１１と弾性体１２０との間で、かつ、凸曲面１２１の頂部１２２に対応する位置に配置され、感圧によって第１検出信号Ｓ１を出力する。第２感圧素子１３２は、載置面１１１と弾性体１２０との間で、かつ、凸曲面１２１の周縁部１２３に対応する位置に配置され、感圧によって第２検出信号Ｓ２を出力する。演算部１５０は、第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２の演算を行う。また、演算部１５０は、弾性体１２０に対象物Ｗを第１荷重で押し付けたときの第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２との比Ｒ１－１／２に基づいて、対象物Ｗの硬さを測定する。
【0122】
このような感圧センサー１００によれば、弾性体１２０に対象物Ｗを押し付けるだけで、対象物Ｗの硬さを容易に測定することができる。
【0123】
また、演算部１５０は、前述した比Ｒ１－１／２、および、比Ｒ２－１／２、に基づいて、対象物Ｗの硬さを測定するように構成されていてもよい。比Ｒ２－１／２は、弾性体１２０に対象物Ｗを第１荷重より大きい第２荷重で押し付けたときの、第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２との比である。
【0124】
このような構成によれば、例えばプラスチックキューブのように、荷重の増加に伴って構造が変化する対象物Ｗについても、硬さを測定可能な感圧センサー１００を実現することができる。つまり、荷重に対する耐変形性の変化を捉える感圧センサー１００を実現することができる。
【0125】
また、前記変形例に係る感圧センサー１００は、感圧によって第３検出信号Ｓ３を出力する第３感圧素子１３３を備える。第３感圧素子１３３は、載置面１１１と弾性体１２０との間で、かつ、凸曲面１２１の周縁部１２３のうち第２感圧素子１３２とは異なる位置に配置されている。
【0126】
演算部１５０は、前述した比Ｒ１－１／２、および、比Ｒ１－１／３、に基づいて、対象物Ｗの硬さを測定するように構成されていてもよい。比Ｒ１－１／３は、弾性体１２０に対象物Ｗを第１荷重で押し付けたときの、第１検出信号Ｓ１と第３検出信号Ｓ３との比である。
【0127】
このような構成によれば、演算部１５０において、比Ｒ１－１／２および比Ｒ１－１／３を比較することにより、対象物Ｗの硬さ分布を評価することができる。また、第１感圧素子１３１と第２感圧素子１３２との距離をＬ１２とし、第１感圧素子１３１と第３感圧素子１３３との距離をＬ１３とし、Ｌ１２＜Ｌ１３が成り立っているとしたとき、対象物Ｗの硬さ分布をより精度よく評価することができる。
【0128】
また、前記変形例に係る感圧センサー１００は、第１方向Ｄ１に延在する第１電極１７１と、第１方向Ｄ１と交差する第２方向Ｄ２に延在する第２電極１７２と、第１電極１７１と第２電極１７２との間に設けられている感圧導電体と、を備える。前記変形例では、第１感圧素子１３１、第２感圧素子１３２および第３感圧素子１３３が、それぞれ、感圧部１７４を有する。感圧部１７４は、第１電極１７１と第２電極１７２との交差部１７３、および、交差部１７３に対応する感圧導電体で構成されている。
【0129】
このような構成によれば、第１電極１７１と第２電極１７２の組み合わせを変えることにより、少ない配線数でも、多数の感圧部１７４から検出信号を取得することができる。このため、構造の複雑化を避けつつ、多数の感圧部１７４を備えた感圧センサー１００を実現することができる。
【0130】
また、前記実施形態および前記変形例に係る把持装置２は、把持部２２と、感圧センサー１００と、駆動部２４と、第１制御部２８と、を備える。把持部２２は、対象物Ｗを把持する。感圧センサー１００は、把持部２２に設置されている。駆動部２４は、把持部２２を駆動する。第１制御部２８は、駆動部２４の動作を制御する。
【0131】
感圧センサー１００は、基材１１０と、弾性体１２０と、第１感圧素子１３１と、第２感圧素子１３２と、演算部１５０と、を備える。基材１１０は、載置面１１１を有する。弾性体１２０は、載置面１１１に載置され、凸曲面１２１を含む円蓋形状をなしている。第１感圧素子１３１は、載置面１１１と弾性体１２０との間で、かつ、凸曲面１２１の頂部１２２に対応する位置に配置され、感圧によって第１検出信号Ｓ１を出力する。第２感圧素子１３２は、載置面１１１と弾性体１２０との間で、かつ、凸曲面１２１の周縁部１２３に対応する位置に配置され、感圧によって第２検出信号Ｓ２を出力する。演算部１５０は、弾性体１２０に対象物Ｗを第１荷重で押し付けたときの第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２との比Ｒ１－１／２を算出する。
【0132】
そして、第１制御部２８は、駆動部２４の動作を開始した後、比Ｒ１－１／２がしきい値未満であるとき、駆動部２４の動作を継続させ、比Ｒ１－１／２がしきい値以上であるとき、駆動部２４の動作を停止させる機能を有する。
【0133】
このような把持装置２によれば、対象物Ｗの硬さを踏まえて把持部２２の動作を制御することができる。例えば、対象物Ｗが柔らかすぎると判断した場合、硬さ指標（比Ｒ１－１／２）がしきい値以上になるまで、把持力を大きくする動作が繰り返される。これにより、対象物Ｗの硬さによらず、安定した把持動作を実現することができる。
【0134】
前記実施形態または前記変形例に係るロボット１は、前述した把持装置２と、ロボットアーム３と、第２制御部５と、を備える。ロボットアーム３には、把持部２２が取り付けられている。第２制御部５は、ロボットアーム３の動作を制御する。
【0135】
このようなロボット１によれば、把持動作に伴う対象物Ｗの損傷や脱落を抑制することができるので、ロボット１の作業成功率および作業効率を高めることができる。また、画像処理による対象物Ｗの形状認識に頼ることなく、把持動作を行うことができるので、ロボット１の構成の簡素化および低コスト化を容易に図ることができる。
【0136】
以上、本発明に係る感圧センサー、把持装置およびロボットを図示の実施形態および変形例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0137】
例えば、本発明に係る感圧センサー、把持装置およびロボットは、前記実施形態および前記変形例の各部が同様の機能を有する任意の構成物に置換されたものであってもよく、前記実施形態および前記変形例に任意の構成物が付加されたものであってもよい。例えば、前述した感圧導電体は、圧電効果を示す圧電体であってもよい。つまり、感圧素子は、圧電素子であってもよい。また、本発明は、前記実施形態および前記変形例のうち、２つ以上を組み合わせたものであってもよい。
【符号の説明】
【0138】
１…ロボット、２…把持装置、３…ロボットアーム、４…カメラ、５…第２制御部、２０…ハンド部、２２…把持部、２４…駆動部、２７…対向部、２８…第１制御部、５２…ロボットアーム制御部、５４…把持部位置取得部、５６…対象物位置算出部、５８…把持部軌道算出部、１００…感圧センサー、１１０…基材、１１１…載置面、１２０…弾性体、１２１…凸曲面、１２２…頂部、１２３…周縁部、１３１…第１感圧素子、１３２…第２感圧素子、１３３…第３感圧素子、１４２…感圧導電体、１４４…電極、１４６…絶縁シート、１４７…配線、１５０…演算部、１６０…センサー出力回路、１７１…第１電極、１７２…第２電極、１７３…交差部、１７４…感圧部、２２１…指部、２２２…指部、２８４…把持力設定部、２８６…硬さ算出部、２８８…駆動信号出力部、７０１…ＣＰＵ、７０２…ＲＯＭ、７０３…ＲＡＭ、７０４…外部インターフェース、７０５…内部バス、Ａ…移動方向、Ｄ１…第１方向、Ｄ２…第２方向、Ｆ１…接触力、Ｆ２…接触力、ＧＮＤ…グランド、Ｌ１２…距離、Ｌ１３…距離、Ｒ１…電気抵抗値、Ｒ２…電気抵抗値、ＲＬ…固定抵抗、Ｓ１０２…工程、Ｓ１０４…工程、Ｓ１０６…工程、Ｓ１０８…工程、Ｓ１１０…工程、Ｓ１１２…工程、ＶＲ＿Ｃ…感圧素子抵抗、Ｖｉｎ…センサー用電源電圧、Ｖｏｕｔ…センサー出力信号、Ｗ…対象物、Ｗｈ…対象物、Ｗｓ…対象物
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】