特開 2024-77012 フレキシブルセンサ、ソフトグリッパ、形態判定システム、把持特性を検出する方法、および、把持特性を検出するプログラム

(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】P2024077012

(43)【公開日】2024-06-06

(54)【発明の名称】フレキシブルセンサ、ソフトグリッパ、形態判定システム、把持特性を検出する方法、および、把持特性を検出するプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/16 20060101AFI20240530BHJP

   B25J 15/08 20060101ALI20240530BHJP

【ＦＩ】

G01B7/16 R

B25J15/08 T

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023200011

(22)【出願日】2023-11-27

(31)【優先権主張番号】P 2022188437

(32)【優先日】2022-11-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(71)【出願人】

【識別番号】593006630

【氏名又は名称】学校法人立命館

(74)【代理人】

【識別番号】100124039

【弁理士】

【氏名又は名称】立花 顕治

(74)【代理人】

【識別番号】100176337

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】杉野 卓司

(72)【発明者】

【氏名】堀内 哲也

(72)【発明者】

【氏名】物部 浩達

(72)【発明者】

【氏名】平井 慎一

(72)【発明者】

【氏名】松野 孝博

【テーマコード（参考）】

2F063

3C707

【Ｆターム（参考）】

2F063AA25

2F063DA02

2F063DA05

2F063EC04

2F063EC07

3C707DS01

3C707ES04

3C707EV12

3C707EV19

3C707HS14

3C707KS09

3C707KS30

3C707KS32

3C707KV04

3C707KX08

3C707NS26

(57)【要約】

【課題】ソフトグリッパの把持特性を好適に検出できるフレキシブルセンサ、ソフトグリッパ、形態判定システム、把持特性を検出する方法、および、把持特性を検出するプログラムを提供する。
【解決手段】フレキシブルセンサは、物体を把持可能に構成されるソフトグリッパの把持特性を電圧の変化に基づいて検出する。ソフトグリッパは、物体を把持しない第１形態と、物体を把持するように湾曲する第２形態とに変形可能である把持部を有する。フレキシブルセンサは、第１形態および第２形態を検出できるように、ソフトグリッパに取り付け可能に構成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体を把持可能に構成されるソフトグリッパの把持特性を電圧の変化に基づいて検出するフレキシブルセンサであって、
前記ソフトグリッパは、
前記物体を把持しない第１形態と、前記物体を把持するように湾曲する第２形態とに変形可能である把持部を有し、
前記第１形態および前記第２形態を検出できるように、前記ソフトグリッパに取り付け可能に構成される
フレキシブルセンサ。

【請求項2】

一対の電極と、
前記一対の電極の間に配置されるイオン導電性高分子層と、を有する
請求項１に記載のフレキシブルセンサ。

【請求項3】

一対の電極と、
前記一対の電極の間に積層される絶縁層と、を有し、
前記絶縁層は、イオン液体、および、イオン導電性電気活性高分子を含む
請求項１に記載のフレキシブルセンサ。

【請求項4】

前記把持部は、前記第１形態および前記第２形態の一方から他方に変形する過程で伸縮しない中立線を有し、
前記中立線に配置されるように構成される
請求項１～３のいずれか一項に記載のフレキシブルセンサ。

【請求項5】

前記ソフトグリッパに対する前記物体の滑りが発生したときに前記把持部の振動によって生じる変動を含んだ電圧値を出力する。
請求項１～３のいずれか一項に記載のフレキシブルセンサ。

【請求項6】

請求項１～３のいずれか一項に記載のフレキシブルセンサを備える、ソフトグリッパ。

【請求項7】

請求項６に記載のソフトグリッパと、
前記フレキシブルセンサの出力に基づいて、前記把持部の前記第１形態または前記第２形態を判定する制御装置と、を含む
形態判定システム。

【請求項8】

前記制御装置は、
前記フレキシブルセンサから出力される電圧値をフーリエ変換し、１または複数の特定の周波数における振幅の時間変化に基づいて、前記ソフトグリッパに対する前記物体の滑りが発生したことを検出する
請求項７に記載の形態判定システム。

【請求項9】

前記制御装置は、前記１または複数の特定の周波数における振幅の積分値が閾値以上であることに基づいて、前記ソフトグリッパに対する前記物体の滑りが発生したことを検出する
請求項８に記載の形態判定システム。

【請求項10】

前記制御装置は、前記把持部が前記第２形態のときに検出される前記物体の固有振動数に基づいて、前記物体の質量を推定する
請求項７に記載の形態判定システム。

【請求項11】

フレキシブルセンサを用いて、物体を把持可能に構成されるソフトグリッパの把持特性を検出する方法であって、
前記ソフトグリッパは、
前記物体を把持しない第１形態と、前記物体を把持するように湾曲する第２形態とに変形可能である把持部を有し、
前記フレキシブルセンサは、前記ソフトグリッパの把持特性を電圧の変化に基づいて検出し、前記第１形態および前記第２形態を検出できるように、前記ソフトグリッパに取り付け可能に構成され、
前記フレキシブルセンサの出力に基づいて、前記把持部の前記第１形態または前記第２形態を検出するステップを含む
把持特性を検出する方法。

【請求項12】

フレキシブルセンサを用いて、物体を把持可能に構成されるソフトグリッパの把持特性を検出するプログラムであって、
前記ソフトグリッパは、
前記物体を把持しない第１形態と、前記物体を把持するように湾曲する第２形態とに変形可能である把持部を有し、
前記フレキシブルセンサは、前記ソフトグリッパの把持特性を電圧の変化に基づいて検出し、前記第１形態および前記第２形態を検出できるように、前記ソフトグリッパに取り付け可能に構成され、
前記フレキシブルセンサの出力に基づいて、前記把持部の前記第１形態または前記第２形態を検出するステップをコンピュータに実行させる
把持特性を検出するプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フレキシブルセンサ、このフレキシブルセンサを備えるソフトグリッパ、このソフトグリッパの形態判定システム、ならびに、ソフトグリッパの把持特性を検出する方法、および、そのプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、物体をソフトに把持できるように構成されるソフトグリッパを開示している。このソフトグリッパは、例えば、シリコーン等の柔軟な材料によって構成される把持部を有する。把持部は、物体を把持しない第１形態において、圧縮空気が供給されることによって、物体を把持するように湾曲する第２形態に変形する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１６８６９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記ソフトグリッパは、物体を適切に把持している状態を検出する点、換言すれば、物体の把持特性を検出する点について、検討されていない。

【0005】

本発明は、ソフトグリッパの把持特性を好適に検出できるフレキシブルセンサ、このフレキシブルセンサを備えるソフトグリッパ、このソフトグリッパの形態判定システム、ならびに、ソフトグリッパの把持特性を検出する方法、および、そのプログラム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】

【0006】

本発明の第１観点に係るフレキシブルセンサは、物体を把持可能に構成されるソフトグリッパの把持特性を電圧の変化に基づいて検出するフレキシブルセンサであって、前記ソフトグリッパは、前記物体を把持しない第１形態と、前記物体を把持するように湾曲する第２形態とに変形可能である把持部を有し、前記第１形態および前記第２形態を検出できるように、前記ソフトグリッパに取り付け可能に構成される。

【0007】

本発明の第２観点に係るフレキシブルセンサは、第１観点に係るフレキシブルセンサであって、一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されるイオン導電性高分子層と、を有する。

【0008】

本発明の第３観点に係るフレキシブルセンサは、第１観点に係るフレキシブルセンサであって、一対の電極と、前記一対の電極の間に積層される絶縁層と、を有し、前記絶縁層は、イオン液体、および、イオン導電性電気活性高分子を含む。

【0009】

本発明の第４観点に係るフレキシブルセンサは、第１観点～第３観点のいずれか１つに係るフレキシブルセンサであって、前記把持部は、前記第１形態および前記第２形態の一方から他方に変形する過程で伸縮しない中立線を有し、前記中立線に配置されるように構成される。

【0010】

本発明の第５観点に係るフレキシブルセンサは、第１観点～第４観点のいずれか１つに係るフレキシブルセンサであって、前記ソフトグリッパに対する前記物体の滑りが発生したときに前記把持部の振動によって生じる変動を含んだ電圧値を出力する。

【0011】

本発明の第６観点に係るソフトグリッパは、第１観点～第５観点のいずれか１つに係るフレキシブルセンサを備える。

【0012】

本発明の第７観点に係る形態判定システムは、第６観点に係るソフトグリッパと、前記フレキシブルセンサの出力に基づいて、前記把持部の前記第１形態または前記第２形態を判定する制御装置と、を含む。

【0013】

本発明の第８観点に係る形態判定システムは、第７観点に係るシステムであって、前記制御装置は、前記フレキシブルセンサから出力される電圧値をフーリエ変換し、１または複数の特定の周波数における振幅の時間変化に基づいて、前記ソフトグリッパに対する前記物体の滑りが発生したことを検出する。

【0014】

本発明の第９観点に係る形態判定システムは、第８観点に係るシステムであって、前記制御装置は、前記１または複数の特定の周波数における振幅の積分値が閾値以上であることに基づいて、前記ソフトグリッパに対する前記物体の滑りが発生したことを検出する。

【0015】

本発明の第１０観点に係る形態判定システムは、第７観点～第９観点のいずれか１つに係るシステムであって、前記制御装置は、前記把持部が前記第２形態のときに検出される前記物体の固有振動数に基づいて、前記物体の質量を推定する。

【0016】

本発明の第１１観点に係る方法は、フレキシブルセンサを用いて、物体を把持可能に構成されるソフトグリッパの把持特性を検出する方法であって、前記ソフトグリッパは、前記物体を把持しない第１形態と、前記物体を把持するように湾曲する第２形態とに変形可能である把持部を有し、前記フレキシブルセンサは、前記ソフトグリッパの把持特性を電圧の変化に基づいて検出し、前記第１形態および前記第２形態を検出できるように、前記ソフトグリッパに取り付け可能に構成され、前記フレキシブルセンサの出力に基づいて、前記把持部の前記第１形態または前記第２形態を検出するステップを含む。

【0017】

本発明の第１２観点に係るプログラムは、フレキシブルセンサを用いて、物体を把持可能に構成されるソフトグリッパの把持特性を検出するプログラムであって、前記ソフトグリッパは、前記物体を把持しない第１形態と、前記物体を把持するように湾曲する第２形態とに変形可能である把持部を有し、前記フレキシブルセンサは、前記ソフトグリッパの把持特性を電圧の変化に基づいて検出し、前記第１形態および前記第２形態を検出できるように、前記ソフトグリッパに取り付け可能に構成され、前記フレキシブルセンサの出力に基づいて、前記把持部の前記第１形態または前記第２形態を検出するステップをプログラムに実行させる。

【発明の効果】

【0018】

本発明に関するフレキシブルセンサ、ソフトグリッパ、形態判定システム、把持特性を検出する方法、および、把持特性を検出するプログラムによれば、ソフトグリッパの把持特性を好適に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施形態のシステムのブロック図。

【図2】図１のソフトグリッパの第１形態を示す斜視図。

【図3】図１のソフトグリッパの第２形態を示す斜視図。

【図4】図２のソフトグリッパの把持部、および、その近傍の側面図。

【図5】図４のフレキシブルセンサの構成を示す断面図。

【図6】滑り検出制御の一例を示すフローチャート。

【図7】実施例１の試験結果を示すグラフ。

【図8】比較例１の試験結果を示すグラフ。

【図9】比較例３の試験結果を示すグラフ。

【図10】実施例２の試験結果を示すグラフ。

【図11】比較例２の試験結果を示すグラフ。

【図12】比較例４の試験結果を示すグラフ。

【図13】実施例１の別の試験結果を示すグラフ。

【図14】比較例１の別の試験結果を示すグラフ。

【図15】比較例３の別の試験結果を示すグラフ。

【図16】変形例のフレキシブルセンサの構成を示す断面図。

【図17】別の変形例のシステムのブロック図。

【図18】周波数と振幅スペクトルとの関係を示すグラフ。

【図19】物体の固有振動数と質量の関係を示すグラフ。

【図20】質量推定処理の処理手順の一例を示すフローチャート。

【図21】質量推定処理の結果を示す表。

【図22】質量推定処理の別の結果を示す表。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る形態システムについて説明する。

【0021】

＜１．システムの全体構成＞
図１は、本実施形態に係る形態システム１０（以下では、「システム１０」という）のブロック図である。システム１０は、ソフトグリッパ２０と、制御装置７０と、コンプレッサ８０と、を含む。システム１０は、ソフトグリッパ２０の把持特性を検出できるように構成される。

【0022】

＜２．ソフトグリッパの全体構成＞
図２は、第１形態のソフトグリッパ２０の斜視図である。図３は、第２形態のソフトグリッパ２０の斜視図である。図４は、ソフトグリッパ２０の把持部４０、および、その近傍の側面図である。図５は、ソフトグリッパ２０に取り付けられるフレキシブルセンサ６０の層構成の一例を示す断面図である。ソフトグリッパ２０は、後述する把持部４０を例えば、シリコーン等の柔軟な材料によって構成することによって、物体をソフトに把持できるように構成されるグリッパである。ソフトグリッパ２０の把持部４０は、物体を把持しない第１形態において、コンプレッサ８０から圧縮空気が供給されることによって、物体を把持するように湾曲する第２形態に変形する。以下では、把持部４０が第１形態であることをソフトグリッパ２０が第１形態であると称し、把持部４０が第２形態であることをソフトグリッパ２０が第２形態であると称する場合がある。

【0023】

ソフトグリッパ２０は、例えば、物体の一例である食品を把持するロボットである。ソフトグリッパ２０は、例えば、弁当または惣菜を製造する工場で用いられる。ソフトグリッパ２０は、例えば、食品を把持し、容器に盛り付ける。ソフトグリッパ２０は、ベース３０と、複数の把持部４０と、複数の連結部５０と、フレキシブルセンサ６０と、を有する。

【0024】

ベース３０は、連結部５０を介して複数の把持部４０が取り付けられる。ベース３０は、コンプレッサ８０（図１参照）と連結される。コンプレッサ８０から供給される圧縮空気は、ベース３０および連結部５０を介して複数の把持部４０に供給される。

【0025】

複数の把持部４０は、第１形態と第２形態とに変形する。ソフトグリッパ２０が有する把持部４０の数は、２つ以上であれば任意に選択可能である。本実施形態では、ソフトグリッパ２０は、３つの把持部４０を有する。ソフトグリッパ２０が有する把持部４０の数は、２つ、または、４つ以上であってもよい。本実施形態では、複数の把持部４０は、ベース３０の周方向に等間隔で配置される。本実施形態では、複数の把持部４０は、実質的に同一の構成である。

【0026】

把持部４０を構成する材料は、物体を把持したときに物体を傷付けないように、軟らかい材料によって構成される。把持部４０を構成する材料は、例えば、シリコーンである。把持部４０は、第１部材４１および第２部材４２を有する。

【0027】

第１部材４１は、フレキシブルセンサ６０が載せられる薄板状の部材である。第１部材４１のうちの第２部材４２によって覆われる面と反対側には、物体と接触する把持面４１Ａが形成される。把持面４１Ａには、物体を把持したときに物体が滑ることを抑制するために、複数の溝４１Ｘ（図２または図３参照）が形成される。

【0028】

第２部材４２は、フレキシブルセンサ６０が載せられた第１部材４１を覆う。第２部材４２は、基部４２Ａ、および、基部４２Ａから立ち上がる複数の突出部４２Ｂを有する。複数の突出部４２Ｂの内部には、コンプレッサ８０から圧縮空気が供給される空気室４２Ｘが形成される。

【0029】

フレキシブルセンサ６０は、ソフトグリッパ２０の把持特性を電圧の変化に基づいて検出する。フレキシブルセンサ６０は、例えば、特許第６８２９３５８号公報に記載のＩＰＭＣ（Ionic Polymer-Metal Composite）センサを好適に用いることができる。以下では、フレキシブルセンサ６０の構成について、簡単に説明するが、フレキシブルセンサ６０は、特許第６８２９３５８号公報に記載のフレキシブルセンサの諸元を必要に応じて任意に適用できる。

【0030】

フレキシブルセンサ６０は、把持部４０の概ね全体にわたり延びている。フレキシブルセンサ６０は、一対の電極６１Ａ、６１Ｂと、一対の電極６１Ａ、６１Ｂの間に配置されるイオン導電性高分子層６２と、を有する。一対の電極６１Ａ、６１Ｂを構成する材料は、例えば、金である。イオン導電性高分子層６２は、イオン導電性高分子ゲルによって構成される。一対の電極６１Ａ、６１Ｂには、端子６３Ａ、６３Ｂが取り付けられる。端子６３Ａ、６３Ｂには、電気線６４が接続される。電気線６４は、制御装置７０と接続される。フレキシブルセンサ６０は、例えば、端子６３Ａ、６３Ｂが、連結部５０と対向する位置となるように配置される。

【0031】

フレキシブルセンサ６０は、変形することによってイオン導電性高分子層６２のイオンが偏在し、それによって発生した一対の電極６１Ａ、６１Ｂ間の電位差の電圧値を制御装置７０に出力する。フレキシブルセンサ６０から出力される電圧値は、出力装置７３（図１参照）に表示される。制御装置７０は、フレキシブルセンサ６０から出力される電圧値が、実質的に０の場合、把持部４０が第１形態であると判定する。制御装置７０は、フレキシブルセンサ６０から出力される電圧値が、予め定められる閾値以上の場合、把持部４０が第２形態であると判定する。

【0032】

ソフトグリッパ２０のうちのフレキシブルセンサ６０が取り付けられる位置は、把持部４０の第１形態および第２形態を検出できる位置であれば任意に選択可能である。把持部４０は、第２形態において、物体と接触する側である内側では、圧縮歪みが生じ、外側では、引張歪みが生じる。本実施形態では、フレキシブルセンサ６０は、ソフトグリッパ２０のうちの圧縮歪みおよび引張歪みが生じない中立線ＸＡに配置される。フレキシブルセンサ６０を構成する材料は伸縮性が小さいものがある。フレキシブルセンサ６０をソフトグリッパ２０の引っ張り、および、圧縮応力の影響が小さくなるように細く薄い構成にした場合であっても、引っ張り、および、圧縮応力は生じるため、フレキシブルセンサ６０の出力は、影響を受けることになる。本実施形態では、フレキシブルセンサ６０は、中立線ＸＡに配置されるため、ソフトグリッパ２０の引っ張り、および、圧縮応力の影響が抑制される。また、把持部４０の内部にフレキシブルセンサ６０が配置されるため、例えば、物体が食品等である場合であっても、フレキシブルセンサ６０が物体によって汚染されることが抑制される。フレキシブルセンサ６０は、例えば、把持面４１Ａに取り付けられてもよい。

【0033】

＜３．制御装置の構成＞
制御装置７０は、本体７１、入力装置７２、および、出力装置７３を有する。本体７１は、記憶部７１Ａおよび制御部７１Ｂを有する。記憶部７１Ａおよび制御部７１Ｂは、バス７４を介して通信できるように接続される。記憶部７１Ａは、例えば、ハードディスクまたはソリッドステートドライブである。記憶部７１Ａは、ソフトグリッパ２０が物体を把持したときの滑りの検出に関する１または複数のプログラム（以下では、「滑り検出プログラム７１Ｐ」という）を記憶する。なお、本実施形態において、物体の滑りとは、把持部４０が第１形態から第２形態に変形するときに、物体を好適に把持できずに、物体が把持部４０に対して滑る現象のことをいう。物体の滑りが発生した場合、把持部４０の把持面４１Ａと物体とが当接する部分で振動が発生し、その振動がフレキシブルセンサ６０にも伝わる。フレキシブルセンサ６０では、出力される電圧値が振動によって変動し、後述するように特定の周波数が変動する。なお、物体を好適に把持できない状態とは、把持部４０から物体が落下した状態、および、把持部４０によって物体が傾いた状態で把持されている状態を含む。

【0034】

制御部７１Ｂは、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)等を含み、後述する機能を実行する。制御部７１Ｂは、入力装置７２からの要求に応じて記憶部７１Ａに記憶されている滑り検出プログラム７１Ｐを実行する。制御部７１Ｂが滑り検出プログラム７１Ｐを実行することによって、制御装置７０には、後述する１または複数の機能ブロックが構築される。

【0035】

入力装置７２は、例えばキーボードであり、本体７１と接続される。出力装置７３は、例えば、液晶ディスプレイであり、本体７１から出力された信号を受信できるように、本体７１と接続される。なお、本体７１、入力装置７２、および、出力装置７３は、ノート型パーソナルコンピュータ、または、タブレット端末等のように、一体的に構成されてもよい。

【0036】

制御部７１Ｂが記憶部７１Ａに記憶されている滑り検出プログラム７１Ｐを実行することによって構成される機能ブロックは、例えば、滑り検出部７１Ｘを含む。制御装置７０に滑り検出部７１Ｘ等の機能ブロックが構築されることによって、物体の滑りを検出する滑り検出処理が実行される。

【0037】

＜４．滑り検出処理＞
図６を参照して、滑り検出処理の処理手順の一例について説明する。滑り検出部７１Ｘは、例えば、入力装置７２によってソフトグリッパ２０の動作を開始する信号が入力されたことに基づいて滑り検出処理を開始する。滑り検出部７１Ｘは、ソフトグリッパ２０の動作中、滑り検出処理を繰り返し実行する。滑り検出部７１Ｘは、入力装置７２によってソフトグリッパ２０の動作を終了する信号が入力されたことに基づいて、滑り検出処理を終了する。

【0038】

ステップＳ１１では、滑り検出部７１Ｘは、フレキシブルセンサ６０から出力される電圧値を取得する。

【0039】

ステップＳ１２では、滑り検出部７１Ｘは、取得した電圧値を高速フーリエ変換する。電圧値を高速フーリエ変換する場合の条件は、任意に選択可能である。本実施形態では、高速フーリエ変換の条件は、以下のとおりである。
サンプリングタイムΔｔ：１／１００００[ｓ]
離散フーリエ観測数Ｎ：２０４８
離散フーリエ角周波数の間隔：Δω＝２π／ＮΔｔ
角周波数ω_k＝ｋΔω（ｋ＝０～Ｎ－１）

【0040】

ステップＳ１３では、滑り検出部７１Ｘは、特定の周波数における振幅の積分値Ｙ（ｔ）を算出する。例えば、ｋ＝０、１、２、・・・に対応する周波数が、以下のような場合とする。なお、以下の数値は、一例である。
ｋ＝０（０ｒａｄ／ｓ、０Ｈｚ）
ｋ＝１（３０．６６ｒａｄ／ｓ、４．８８Ｈｚ）
ｋ＝２（６１．３３ｒａｄ／ｓ、９．７６Ｈｚ）

【0041】

滑り検出部７１Ｘは、上記の周波数について、１または複数の特定の周波数における振幅の時間変化に基づいて、ソフトグリッパ２０の把持状態を推定する。本実施形態では、滑り検出部７１Ｘは、ソフトグリッパ２０における物体の滑りを検出するために、ｋ＝１における振幅｜Ｘ_k=1｜を特定の周波数の振幅と設定し、｜Ｘ_k=1｜≧αとなる条件で以下の式（１）に基づいて積分値Ｙ（ｔ）を算出する。式（１）におけるｔ₀は、｜Ｘ_k=1｜≧αを満たした時刻である。式（１）におけるｔは、現在の時刻である。滑り検出部７１Ｘは、｜Ｘ_k=1｜＜αとなった場合、Ｙ＝０にリセットする。本実施形態では、αは、５に設定される。αは、任意に設定可能である。

【0042】

【0043】

ステップＳ１４では、滑り検出部７１Ｘは、積分値Ｙ（ｔ）が閾値Ｙｔｈ以上か否かを判定する。閾値Ｙｔｈは、試験によって予め決められる値である。本実施形態では、閾値Ｙｔｈは、３９に設定される。

【0044】

ステップＳ１４が肯定判定の場合、換言すれば、積分値Ｙ（ｔ）が閾値Ｙｔｈ以上である場合、ステップＳ１５において、滑り検出部７１Ｘは、滑りが発生したと判定する。一方、ステップＳ１４が否定判定の場合、換言すれば、積分値Ｙ（ｔ）が閾値Ｙｔｈ未満である場合、ステップＳ１６において、滑り検出部７１Ｘは、滑りが発生していないと判定する。滑り検出部７１Ｘによって滑りが発生したと判定されたあと、例えば、把持部４０が物体を把持していない状態の場合、制御部７１Ｂは、把持部４０が再度、把持動作を実行するようにコンプレッサ８０に信号を出力する。また、把持部４０が物体を把持している状態の場合、制御部７１Ｂは、コンプレッサ８０の動作性能を高めて把持部４０の把持力を高め、物体をしっかり把持させるような信号をコンプレッサ８０に出力する。

【0045】

＜５．特徴＞
従来からＩＰＭＣセンサは公知であったが、ソフトグリッパ２０の把持特性を検出するためには用いられていなかった。本願発明者（ら）は、ＩＰＭＣセンサをソフトグリッパ２０に用いることによって、ソフトグリッパの把持特性を好適に検出できることを見出した。本実施形態のシステム１０によれば、ソフトグリッパ２０は、ＩＰＭＣセンサであるフレキシブルセンサ６０を有するため、把持部４０の第１形態および第２形態を好適に検出できる。換言すれば、システム１０によれば、ソフトグリッパ２０の把持特性を好適に検出できる。

【0046】

フレキシブルセンサ６０が、例えば、圧電式センサである場合、把持部４０が、第１形態および第２形態の一方から他方に変形した瞬間の加速度変化を検出できるが、第１形態または第２形態である状態が継続されている定常状態を検出することができない。本実施形態のフレキシブルセンサ６０は、ＩＰＭＣセンサであるため、把持部４０が第１形態および第２形態の一方から他方に変形した瞬間、および、把持部４０の定常状態を好適に検出できる。

【0047】

本実施形態のフレキシブルセンサ６０は、把持部４０の中立線ＸＡに配置される。フレキシブルセンサ６０が、例えば、誘電エラストマーセンサである場合、中立線ＸＡに配置した場合、誘電エラストマーセンサが実質的に伸縮しないため、把持部４０の変形に伴う信号を検出できない。本実施形態のフレキシブルセンサ６０は、ＩＰＭＣセンサであるため、中立線ＸＡに配置した場合であっても、把持部４０が変形することによって、イオンの移動が生じるため、把持部４０の把持特性を好適に検出できる。

【0048】

フレキシブルセンサ６０が誘電エラストマーセンサである場合、外部電源が必要である。本実施形態のフレキシブルセンサ６０は、ＩＰＭＣセンサであるため、把持部４０の変形に伴い、イオン導電性高分子層６２の素子自身から電圧が発生するため、フレキシブルセンサ６０のための外部電源が不要である。このため、システム１０を簡素化できる。

【0049】

＜６．実施例＞
本願発明者（ら）は、実施例１、２、および、比較例１～４のシステムを構築し、ソフトグリッパの把持特性の検出に関する試験を実施した。以下では、説明の便宜上、実施形態と同一の要素については、実施形態と同一の符号を付して説明する場合がある。

【0050】

実施例１、２のシステム１０は、実施形態に関するシステム１０である。実施例１のシステム１０では、フレキシブルセンサ６０は、把持部４０の把持面４１Ａに取り付けられている。実施例２のシステム１０では、フレキシブルセンサ６０は、把持部４０の内部の中立線ＸＡに取り付けられている。

【0051】

比較例１、２のシステム１０は、実施形態のシステム１０と比較して、フレキシブルセンサ６０が圧電式センサである点で異なり、その他の構成は、システム１０と同様である。比較例１のシステム１０では、圧電式センサは、把持部４０の把持面４１Ａに取り付けられている。比較例２のシステム１０では、圧電式センサは、把持部４０の内部の中立線ＸＡに取り付けられている。

【0052】

比較例３、４のシステム１０は、実施形態のシステム１０と比較して、フレキシブルセンサ６０が誘電エラストマーセンサである点で異なり、その他の構成は、システム１０と同様である。比較例３のシステム１０では、誘電エラストマーセンサは、把持部４０の把持面４１Ａに取り付けられている。比較例２のシステム１０では、誘電エラストマーセンサは、把持部４０の内部の中立線ＸＡに取り付けられている。

【0053】

図７は、実施例１の試験結果である。図８は、比較例１の試験結果である。図９は、比較例３の試験結果である。図７～図９における時刻Ｔ０と時刻Ｔ２と間の時刻Ｔα１は、ソフトグリッパ２０が第１形態から第２形態に変形することによって、物体を把持した時刻である。時刻Ｔ６と時刻Ｔ８との間の時刻Ｔα２は、ソフトグリッパ２０が第２形態から第１形態に変形することによって、把持していた物体を開放した時刻である。

【0054】

図７に示されるように、実施例１のシステム１０では、ソフトグリッパ２０の第１形態および第２形態の一方から他方に変形する瞬間、および、第２形態が維持されている定常状態を好適に検出することが確認された。

【0055】

図８に示されるように、比較例１のシステム１０は、第２形態が維持されている定常状態を検出することができないことが確認された。

【0056】

図９に示されるように、比較例３のシステム１０は、実施例１のシステム１０よりも、ソフトグリッパ２０が第２形態から第１形態に変形した瞬間のソフトグリッパ２０の揺れを好適に検出できないことが確認された。これは、誘電エラストマーセンサは、瞬間の変動だけで変化が小さく判定が難しいうえ、その出力信号の演算処理が必要となりレスポンスが遅くなるおそれがあるためと考えられる。

【0057】

図１０は、実施例２の試験結果である。図１１は、比較例２の試験結果である。図１２は、比較例４の試験結果である。図１０～図１２における時刻Ｔ０と時刻Ｔ２との間の時刻Ｔβ１は、ソフトグリッパ２０が第１形態から第２形態に変形することによって、物体を把持した時刻である。時刻Ｔ６と時刻Ｔ８との間の時刻Ｔβ２は、ソフトグリッパ２０が第２形態から第１形態に変形することによって、把持していた物体を開放した時刻である。

【0058】

図１０に示されるように、実施例２のシステム１０では、フレキシブルセンサ６０を把持部４０の内部の中立線ＸＡに配置した場合であっても、ソフトグリッパ２０の第１形態および第２形態の一方から他方に変形する瞬間、および、第２形態が維持されている定常状態を好適に検出することが確認された。図１１に示されるように、比較例２のシステム１０は、第２形態が維持されている定常状態を検出することができないことが確認された。図１２に示されるように、比較例４のシステム１０は、実施例２のシステム１０と比較して、ソフトグリッパ２０の第１形態および第２形態の一方から他方に変形する瞬間、および、第２形態が維持されている定常状態を好適に検出することができないことが確認された。比較例４のシステム１０では、誘電エラストマーセンサがソフトグリッパ２０の把持部４０の内部の中立線ＸＡに配置されるため、誘電エラストマーセンサの伸縮の程度が小さかったためであると考えられる。

【0059】

次に、本願発明者（ら）は、実施例１のシステム１０、および、比較例１、３のシステム１０について、物体の滑りの検出に関する試験を実施した。物体は、みかんが用いられた。

【0060】

図１３は、実施例１の物体の滑りの検出に関する試験の試験結果である。図１４は、比較例１の物体の滑りの検出に関する試験の試験結果である。図１５は、比較例３の物体の滑りの検出に関する試験の試験結果である。図１３～図１５における時刻Ｔ０と時刻Ｔ２との間の時刻Ｔγ１は、ソフトグリッパ２０が第１形態から第２形態に変形することによって、物体を把持した時刻である。時刻Ｔ４は、物体の滑りが発生した時刻である。時刻Ｔ６と時刻Ｔ８との間の時刻Ｔγ２は、ソフトグリッパ２０が第２形態から第１形態に変形することによって、把持していた物体を開放した時刻である。

【0061】

図１３に示されるように、物体の滑りの検出に関する試験において、実施例１のシステム１０では、ソフトグリッパ２０の第１形態および第２形態の一方から他方に変形する瞬間、第２形態が維持されている定常状態、および、物体の滑りを好適に検出することが確認された。

【0062】

図１４に示されるように、物体の滑りの検出に関する試験において、比較例１のシステム１０は、第２形態が維持されている定常状態を検出することができないことが確認された。図１５に示されるように、物体の滑りの検出に関する試験において、比較例３のシステム１０は、実施例１のシステム１０よりも、物体の滑りが発生した瞬間、および、ソフトグリッパ２０が第２形態から第１形態に変形した瞬間のソフトグリッパ２０の揺れも図９と同様に好適に検出できないことが確認された。

【0063】

＜７．変形例＞
上記実施形態は本発明に関するフレキシブルセンサ、ソフトグリッパ、形態判定システム、把持特性を検出する方法、および、把持特性を検出するプログラムが取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に関するフレキシブルセンサ、ソフトグリッパ、形態判定システム、把持特性を検出する方法、および、把持特性を検出するプログラムは、実施形態に例示された形態とは異なる形態を取り得る。その一例は、実施形態の構成の一部を置換、変更、もしくは、省略した形態、または、実施形態に新たな構成を付加した形態である。以下に実施形態の幾つかの変形例を示す。なお、以下の各変形例は、技術的に矛盾しない範囲において、互いに組み合わせることができる。

【0064】

＜７－１＞
上記実施形態では、フレキシブルセンサ６０は、ＩＰＭＣセンサであったが、フレキシブルセンサ６０の構成は、これに限定されない。図１６は、変形例のフレキシブルセンサ１６０の層構成の一例を示す断面図である。

【0065】

フレキシブルセンサ１６０は、一対の電極１６１Ａ、１６１Ｂと、一対の電極１６１Ａ、１６１Ｂの間に積層される絶縁層１６２と、を有する。一対の電極１６１Ａ、１６１Ｂは、例えば、カーボンナノチューブによって構成される。絶縁層１６２は、イオン液体、および、イオン導電性電気活性高分子を含む。イオン導電性電気活性高分子は、例えば、ポリビニリデンフルオリド-co-ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶＤＦ－ＨＦＰ）である。

【0066】

＜７－２＞
上記実施形態では、フレキシブルセンサ６０と制御装置７０とは、有線接続であったが、フレキシブルセンサ６０と制御装置７０とは、無線接続であってもよい。制御装置７０が、例えば、スマートフォンまたはタブレット端末である場合、ソフトグリッパ２０の把持特性を容易に確認することができる。

【0067】

＜７－３＞
上記実施形態において、制御装置７０は、把持部４０が第２形態のときに検出される物体の固有振動数に基づいて、物体の質量を推定するように構成されてもよい。具体的には、図１７に示されるように、制御装置７０の記憶部７１Ａには、質量推定プログラム７１ＰＸが記憶されていてもよい。制御部７１Ｂは、入力装置７２からの要求に応じて記憶部７１Ａに記憶されている質量推定プログラム７１ＰＸを実行する。制御部７１Ｂが記憶部７１Ａに記憶されている質量推定プログラム７１ＰＸを実行することによって構成される機能ブロックは、例えば、質量推定部７１Ｙを含む。制御装置７０に質量推定部７１Ｙ等の機能ブロックが構築されることによって、第２形態の把持部４０が把持している物体の質量を推定する質量推定処理が実行される。

【0068】

質量推定処理において、質量推定部７１Ｙは、物体の固有振動数ｆ_nと、物体の質量Ｍとの関係を規定した後述する式（２）を用いて、物体の質量を推定する。

【0069】

固有振動数ｆ_nは、例えば、第２形態の把持部４０が物体を把持した状態で把持部４０を揺らし、把持部４０が静止した後に検出される物体の周波数と振幅スペクトルとの関係に基づいて算出される。なお、振幅スペクトルは、検出された電圧値をフーリエ変換することによって得られる。

【0070】

図１８は、互いに質量が異なる物体Ｘ、物体Ｙ、および、物体Ｚについて、把持部４０が静止した後に検出される周波数と振幅スペクトルとの関係を示すグラフである。物体Ｘ、物体Ｙ、物体Ｚは、質量のみ異なる同じ物体である。物体Ｘ、物体Ｙ、物体Ｚは、それぞれ、カップ、および、カップに収容される粘土を含む。すなわち、物体Ｘ、物体Ｙ、物体Ｚの質量は、カップの質量と粘土の質量との和である。物体Ｘの質量は、例えば、５０ｇである。物体Ｙの質量は、例えば、３０ｇである。物体Ｚの質量は、例えば、１０．５ｇである。

【0071】

図１８において、物体Ｘの振幅スペクトルが最大になる周波数が物体Ｘの固有振動数ｆ_nである。物体Ｙの振幅スペクトルが最大になる周波数が物体Ｙの固有振動数ｆ_nである。物体Ｚの振幅スペクトルが最大になる周波数が物体Ｚの固有振動数ｆ_nである。図１８に示されるように、物体の質量が大きい程、検出される固有振動数ｆ_nは、小さい。換言すれば、物体の質量が小さい程、検出される固有振動数ｆ_nは、大きい。

【0072】

図１９は、物体Ｘ、物体Ｙ、および、物体Ｚの固有振動数ｆ_nと物体の質量Ｍとの関係を示すグラフである。物体の固有振動数ｆ_nと質量Ｍとの関係から、物体の質量Ｍを推定する以下の式（２）が算出される。なお、式（２）における係数α、βは、物体によって変化する。式（２）を用いることによって、同じ物体であれば、検出された固有振動数を用いて、任意の質量の物体の質量を推定することができる。
Ｍ＝（α／ｆ_n ²）－β・・・（２）

【0073】

図１９に示される例では、物体Ｘ、物体Ｙ、および、物体Ｚの結果に関する３点を用いて式（２）を算出したが、２点に基づいて式（２）を算出してもよく、４点以上の結果に基づいて式（２）を算出してもよい。

【0074】

図２０を参照して、質量推定処理の処理手順の一例について説明する。質量推定部７１Ｙは、例えば、入力装置７２によってソフトグリッパ２０の動作を開始する信号が入力されたことに基づいて質量推定処理を開始する。質量推定部７１Ｙは、ソフトグリッパ２０の動作中、質量推定処理を繰り返し実行する。質量推定部７１Ｙは、入力装置７２によってソフトグリッパ２０の動作を終了する信号が入力されたことに基づいて、質量推定処理を終了する。

【0075】

ステップＳ２１では、質量推定部７１Ｙは、フレキシブルセンサ６０からの出力に基づいて、把持部４０が第２形態か否かを判定する。ステップＳ２１が否定判定の場合、質量推定部７１Ｙは、ステップＳ２１の処理を繰り返し実行する。

【0076】

ステップＳ２１が肯定判定の場合、ステップＳ２２では、制御部７１Ｂは、把持部４０を所定時間揺らすようにソフトグリッパ２０に信号を出力する。

【0077】

ステップＳ２３では、制御部７１Ｂは、把持部４０が静止するように、ソフトグリッパ２０に信号を出力する。

【0078】

ステップＳ２４では、質量推定部７１Ｙは、周波数と振幅スペクトルとの関係を算出する。

【0079】

ステップＳ２５では、質量推定部７１Ｙは、振幅スペクトルが最大となる周波数を把持している物体の固有振動数として検出する。

【0080】

ステップＳ２６では、質量推定部７１Ｙは、式（２）に基づいて把持部４０が把持している物体の質量Ｍを推定する。

【0081】

図２１は、物体の実際の質量と、質量推定処理によって推定された物体の質量との関係を示す表である。図２１に示される例では、質量が１５ｇ、２０ｇ、２５ｇ、３０ｇ、３５ｇ、４０ｇ、４５ｇ、５０ｇの物体について、それぞれ、質量推定処理をそれぞれ５回ずつ実施し、その平均値を質量推定処理によって推定された物体の質量としている。なお、図２１における推定された物体の質量は、図１９において星の形状でプロットされている。

【0082】

図２１に示されるように、質量推定処理では、物体の実際の質量に近い大きさの質量が推定できることが確認された。

【0083】

図２０に示される質量推定処理では、把持部４０が所定時間揺れた後、静止してから検出される固有振動数に基づいて物体の質量が推定された。しかし、把持部４０が物体を把持した状態でＡ地点からＢ地点までに移動する過程において静止したときに検出される固有振動数に基づいて物体の質量を推定することもできる。

【0084】

図２２は、把持部４０が物体を把持した状態でＡ地点からＢ地点までに移動する過程において静止したときに検出される固有振動数に基づいて推定される物体の質量と、物体の実際の質量との関係を示す表である。図２２に示される例では、質量が２０ｇ、３０ｇ、４０ｇ、５０ｇの物体について、それぞれ、質量推定処理をそれぞれ５回ずつ実施し、その平均値を質量推定処理によって推定された物体の質量としている。

【0085】

図２２に示されるように、物体がＡ地点からＢ地点までに移動する過程において静止した場合であっても、質量推定処理において、物体の実際の質量に近い大きさの質量が推定できることが確認された。

【0086】

なお、本変形例では、質量推定処理において、質量推定部７１Ｙは、把持部４０が静止している状態の物体の固有振動数に基づいて物体の質量を推定した。しかし、質量推定処理において、質量推定部７１Ｙは、把持部４０が物体を把持している状態で移動している最中の物体の固有振動数に基づいて、物体の質量を推定してもよい。

【符号の説明】

【0087】

１０ ：システム
２０ ：ソフトグリッパ
４０ ：把持部
ＸＡ ：中立線
６０、１６０ ：フレキシブルセンサ
６１Ａ、１６１Ａ：電極
６１Ｂ、１６１Ｂ：電極
６２ ：イオン導電性高分子層
７０ ：制御装置
７１Ｘ ：滑り検出部
７１Ｙ ：質量推定部
７１Ｐ ：滑り検出プログラム
７１ＰＸ ：質量推定プログラム
８０ ：コンプレッサ
１６２ ：絶縁層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】