特許 7413953 帯電センサ、ロボットハンド、及び検体の判定装置

(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】

(24)【登録日】2024-01-05

(45)【発行日】2024-01-16

(54)【発明の名称】帯電センサ、ロボットハンド、及び検体の判定装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/02 20060101AFI20240109BHJP

   B25J 15/08 20060101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

B25J19/02

B25J15/08 W

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020139657

(22)【出願日】2020-08-20

(65)【公開番号】P2022035383

(43)【公開日】2022-03-04

【審査請求日】2023-04-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000006035

【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】浦野 年由

(72)【発明者】

【氏名】水上 潤二

(72)【発明者】

【氏名】プラデル ケン

【審査官】牧 初

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１７０４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０７２９００８２（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２

Ｇ０１Ｌ １／００－ １／２６

Ｇ０１Ｌ ２５／００

Ｇ０１Ｌ ５／００－ ５／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の電極と、第１の誘電体とを含む第１の帯電部と、
前記第１の電極と対をなす第２の電極と、第２の誘電体とを含む第２の帯電部と、
前記第１の帯電部と前記第２の帯電部との間の静電容量の変化によって生じる信号を、前記第１の電極から取り出す取り出し部と、を備え、
前記第１の誘電体は、弾性部材を用いて形成され、内部が中空の中空部を含み、
前記中空部は、検体との接触による前記中空部の変形に伴って前記内部と外部との間を空気が出入りする出入り口を含み、
前記取り出し部は、前記中空の変形に伴って生じる信号を前記第１の電極から取り出す帯電センサ。

【請求項2】

前記第１の帯電部は、前記第１の誘電体と、前記第１の電極と、前記信号中のノイズを除去するノイズ除去層と、前記第２の電極とともに接地される第３の電極が積層された構造を有する
請求項１に記載の帯電センサ。

【請求項3】

前記ノイズ除去層の体積抵抗率が１０^５Ω以上である
請求項２に記載の帯電センサ。

【請求項4】

前記第１の電極を接地させるスイッチをさらに含む
請求項２又は３に記載の帯電センサ。

【請求項5】

前記中空部は、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、天然ゴム、及びテフロンゴムから選ばれる少なくとも一つを用いて形成されている
請求項１から４のいずれか一項に記載の帯電センサ。

【請求項6】

第１の指と、前記第１の指と異なる第２の指とを含むロボットハンドにおいて、
前記第１の指に請求項１から５のいずれか一項に記載の第１の帯電部が設けられ、前記第２の指に請求項１から５のいずれか一項に記載の第２の帯電部が設けられている
ことを特徴とするロボットハンド。

【請求項7】

前記第２の誘電体として、前記第２の指を用いる
請求項６に記載のロボットハンド。

【請求項8】

請求項６又は７に記載のロボットハンドによって把持される前記検体と、前記検体と接触して変形可能な前記中空部との状態に応じて前記取り出し部から取り出される前記信号の形状に基づいて、前記検体の物性、及び前記検体の前記中空部に対する状態の少なくとも一方を判定する判定回路を含む、
検体の判定装置。

【請求項9】

前記判定回路は、前記信号のレベルの大きさに基づいて、前記検体の硬さを判定する、請求項８に記載の検体の判定装置。

【請求項10】

前記判定回路は、前記中空部に対する前記検体からの圧力の供給の解除に伴う前記信号のレベルの減衰時間に基づいて、前記検体の弾性を判定する、請求項８又は９に記載の検体の判定装置。

【請求項11】

前記判定回路は、前記中空部に対する前記検体の接触に伴う前記信号の立ち上がりのタイミングに基づいて、前記検体の大きさを判定する、請求項８から１０のいずれか一項に
記載の検体の判定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、帯電センサ、ロボットハンド、及び検体の判定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ロボットハンドによって壊れやすい物質、形状が一定ではない物質を安定的に把持、識別するため、ロボットハンドの外装部分を変形可能とすることにより、様々な形状の物質を把持することが試みられている。このようなロボットハンドは、ソフトロボットと呼ばれている(例えば、特許文献１)。

【0003】

また、安定した把持と識別のため、ロボットハンドの表面上に数千個の電気抵抗型圧力センサを密着固定し、ＡＩを用いて把持対象物表面との接触圧力を解析する方法が知られている(例えば、非特許文献１)。また、ロボットハンドに用いられるセンサとして、電気抵抗型圧力センサのみならず、誘電エラストマーの変形張力、糸張力、空気圧又は液圧による駆動機構を組み込むことも提案されている（例えば、非特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】米国特許第９４６４６４２号公報

【非特許文献】

【0005】

【文献】Nature562, 698-702

【文献】ロボット学会誌37巻１号2019年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ロボットハンドの制御には、カメラ等を使用して画像により把持対象物の形状等を認識させることが考えられる。この場合、カメラと把持対象物の間に邪魔になるものが無いことが要求される。また、画像から硬さや変形量を予測して把持させるには、かなりの学習が必要となる。かなりの学習により、おおよその特性を予想することはできるかもしれない。しかし、物質の実際の硬さや重さを予測することは難しく、物質を安定的に把持できない虞があった。

【0007】

一方、ロボットハンドの表面にセンサを設け、センサからの信号により、把持する位置や、把持する力を制御することが考えられる。この方法は、ある程度の硬度を持っているものを把持する場合には有効である。しかし、例えばお弁当のおかずカップのような、それ自体が容易に変形し、かつその変形が大きいと中身がこぼれてしまうような場合、この方法は必ずしも有効ではない。すなわち、カップの変形により、カップとの接触による圧力変化は小さい。また。圧力変化が起こってからの圧力増大に対して位置や力を反応させるのでは、中身が一定ではない(カップの中身が豆の盛り合わせである場合等を想定する
と理解しやすい)ため、うまく制御することは難しい。また、そのわずかの圧力変化に対
応しようとしても、通常使用されるロボットの速度では、接触してから把持したとロボットが判断するまでの間に、ロボットハンドの端機構が大きく動いてしまい、中身がこぼれてしまうことがあった。この問題に対応すべく、ロボットハンドの速度を落とすことは、高速で大量の処理をするという、ロボットを使用する意味を損なうことにつながる。このようなことから、現状では、可撓性を有するお弁当の容器等に食品を詰め合わせる作業について、ロボットを導入することができていない。

【0008】

つまり、従来技術では、簡素な構造で変形しやすく、変形したら中身がこぼれてしまうような容器を適正に把持可能なロボットは得られていない。本発明は、検体をより適正に把持することを可能とする技術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】

【0009】

本願の発明者らは、鋭意検討の結果、帯電センサ自体の静電容量の変化により接触の有無を検知する帯電センサの使い方を工夫し、ロボットハンド（把持部）に対し、中空部を有する帯電センサを設けることを想起するに至った。

【0010】

本発明は、以下の通りである。
[１] 第１の電極と、第１の誘電体とを含む第１の帯電部と、
前記第１の電極と対をなす第２の電極と、第２の誘電体とを含む第２の帯電部と、
前記第１の帯電部と前記第２の帯電部との間の静電容量の変化によって生じる信号を、前記第１の電極から取り出す取り出し部と、を備え、
前記第１の誘電体は、弾性部材を用いて形成され、内部が中空の中空部を含み、
前記中空部は、検体との接触による前記中空部の変形に伴って前記内部と外部との間を空気が出入りする出入り口を含み、
前記取り出し部は、前記中空部の変形に伴って生じる信号を前記第１の電極から取り出す帯電センサ。

【0011】

[２] 前記第１の帯電部は、前記第１の誘電体と、前記第１の電極と、前記信号中のノイズを除去するノイズ除去層と、前記第２の電極とともに接地される第３の電極が積層された構造を有する［１］に記載の帯電センサ。

【0012】

［３］ 前記ノイズ除去層の体積抵抗率が１０^５Ω以上である［２］に記載の帯電センサ。

【0013】

［４］ 前記第１の電極を接地させるスイッチをさらに含む［２］又は［３］に記載の帯電センサ。

【0014】

［５］ 前記中空部は、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、天然ゴム、及びテフロンゴムから選ばれる少なくとも一つを用いて形成されている
［１］から［４］のいずれか一項に記載の帯電センサ。

【0015】

［６］ 第１の指と、前記第１の指と異なる第２の指とを含むロボットハンドにおいて、
前記第１の指に［１］から［５］のいずれか一項に記載の第１の帯電部が設けられ、前記第２の指に［１］から［５］のいずれか一項に記載の第２の帯電部が設けられていることを特徴とするロボットハンド。

【0016】

［７］ 前記第２の誘電体として、前記第２の指を用いる［６］に記載のロボットハンド。

【0017】

［８］ ［６］又は［７］に記載のロボットハンドによって把持される前記検体と、前記検体と接触して変形可能な前記中空部との状態に応じて前記取り出し部から取り出される前記信号の形状に基づいて、前記検体の物性、及び前記検体の前記中空部に対する状態の少なくとも一方を判定する判定回路を含む、検体の判定装置。

【0018】

［９］ 前記判定回路は、前記信号のレベルの大きさに基づいて、前記検体の硬さを判定する、［８］に記載の検体の判定装置。

【0019】

［１０］ 前記判定回路は、前記中空部に対する前記検体からの圧力の供給の解除に伴う前記信号のレベルの減衰時間に基づいて、前記検体の弾性を判定する、［８］又は［９］に記載の検体の判定装置。

【0020】

［１１］ 前記判定回路は、前記中空部に対する前記検体の接触に伴う前記信号の立ち上がりのタイミングに基づいて、前記検体の大きさを判定する、［８］から［１０］のいずれか一項に記載の検体の判定装置。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、検体のより適性な把持が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、帯電センサの実施例を示す図である。

【図2】図１に示したセンサ本体部分の構成例を示す。

【図3】図３は、図１に示した帯電センサを設けたロボットハンドの構成例を示す図である。

【図4】図４は、実証実験に用いた、帯電センサを含む装置の構成を示す図である。

【図5】図５は、実証実験結果を示す。

【図6】図６は、圧力波形と、圧力供給によって得られる応答信号の例を示す図である。

【図7】図７は、検体の判定装置の構成例を示すブロック図である。

【図8】図８は、判定用情報の一例を示すテーブルである。

【図9】図９は、硬さ及び検体種別の判定処理の例を示すフローチャートである。

【図10】図１０は、検体の判定処理の例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

実施形態に係る帯電センサは、第１の電極と第１の誘電体とを含む第１の帯電部と、第１の電極と対をなす第２の電極と第２の誘電体とを含む第２の帯電部と、第１の帯電部と第２の帯電部との間の静電容量の変化によって生じる信号を第１の電極から取り出す取り出し部とを備える。第１の誘電体は、弾性部材を用いて形成され、内部が中空の中空部を含む。中空部は、検体との接触による中空部の変形に伴って内部と外部との間を空気が出入りする出入り口を含む。取り出し部は、前記中空の変形に伴って生じる信号を前記第１の電極から取り出す。

【0024】

このような帯電センサによれば、検体が帯電センサに接近すると、接触が起こる前に帯電センサと検体の間の静電容量の変化を検出し得る。その結果、ロボットハンドが検体に接触する前に検出される信号により、検体が帯電センサに接触する前にロボットハンドの移動速度を低下させること等ができる。これによって、変形しやすい検体であっても、検体を大きく変形させたり、内容物をこぼしたりすることなく、把持動作を行うことができる。

【0025】

また、中空部には、外部と連通し、中空部が検体接触した後の内部の空気を中空部から逃すための空気の出入り口が設けられている。これにより静電容量の変化を、接触後も連続して大きく検出することができる。そして、検体の接触前から信号が得られること、接触後も接触状態の変化に応じた信号が得られることから、適切に検体を把持することができる。

【0026】

これより、接触前に検体の存在を感知でき、弱い接触圧でも接触があったことを認識でき、そして広い範囲の接触圧に対応する信号が得られる帯電センサと、帯電センサを設け
たロボットハンド、及び帯電センサを設けたロボットハンドを用いて検体を判定する判定装置を提供することができる。

【0027】

（検体）
「検体」は、センサの接触面を接触させる物体（固体）であり、その材質や形状に制限はない。検体としては、アルミニウム、亜鉛、銅、又は鋼等の金属板、紙、ゴム、プラスチックフィルム、又はガラスなどを用いた板、ブロック、植木鉢、シート、食器、机、容器、手袋、袋などの成形製品、ミカン、バナナ、ごはん、パン、こんにゃく、肉などの食品、昆虫、動物、魚などを例示でき、これらの例示のうちの少なくとも一つが検体として選択され得る。

【0028】

（帯電センサ）
帯電センサは、電源が不要でセンシングしていないときの信号強度（レベル）がゼロベースである。このため、帯電センサから出力された信号をアンプで増幅した際のＳＮ比（感度）が高い。従って、帯電センサの出力信号から振動に対する応答を高い精度で検出することができる。

【0029】

本明細書において、「帯電センサ」は、摩擦発電またはエレクトレットなどの帯電原理を利用したセンサである。帯電センサは、帯電発電の原理を利用することによって、自ら電圧を発生させる。このため、発光装置や電源等が不要である。このため、一定の光や電気信号の変動で応答を検出する光ファイバ式センサなどと比べて構造が簡易で、外乱の影響を受けにくくすることができる。

【0030】

帯電センサは、摩擦帯電構造、又はエレクトレット帯電構造を有することができる。摩擦帯電構造は、二つの（一対の）帯電部が対向した構造、すなわち、それぞれ電極と誘電体とを含む二つの帯電部が間隙を設けて重ねられた（対向する）構造を有する。エレクトレット帯電構造は、電極と誘電体からなる一組の帯電部の正と負に帯電された気泡を複数有する誘電体を電極で挟み込んだ構造を有する。摩擦帯電構造を有する帯電センサを摩擦帯電センサと称し、エレクトレット帯電構造を有する帯電センサをエレクトレット帯電センサと称する。

【0031】

帯電センサを使用することの利点は、ピエゾ効果を利用したセンサに比べ、はるかに弱い力を検知できること、また、接触した物質の物性や形状変形のしやすさによって、得られる波形が異なることである。

【0032】

（誘電体）
第１の誘電体及び第２の誘電体に適用し得る誘電体の材料は、帯電性を有する材料であれば特に限定されない。例えば、ポリマー（樹脂）や非金属物質等が挙げられる。ポリマーとしては、シリコーン樹脂（ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等）、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等）、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル樹脂（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等）、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等）、ポリアミド樹脂（ナイロン等）、セルロースが挙げられる。非金属物質としては、シリカやアルミナ等の酸化物等が挙げられる。誘電体は、中空帯電センサの小型化、薄型化のために、樹脂フィルム、又は非金属物質の薄膜によって形成されるのが好ましい。

【0033】

誘電体の比誘電率（εＤＩ）は、好ましくは５以上であり、より好ましくは８以上である。また、誘電体の比誘電率の上限はないが、高い方が好ましい。比誘電率は、被測定材料（検体）の層の両面に電極を形成して平行平板キャパシタを作製し、キャパシタの静電
容量Ｃを測定することで、以下の式１から計算することができる。
Ｃ＝ε０・εｒ・Ａ／ｄ ・・・ （式１）
ここで、εｒは比誘電率、ε０は真空の誘電率、Ａはキャパシタの面積、ｄは被測定材料の層の膜厚である。キャパシタの静電容量Ｃは、ＬＣＲメータ、インピーダンスアナライザ等で測定することができる。

【0034】

誘電体の、接触により摩擦を生じさせる部分は、最表層として、以下のような材料を用いるのが好ましい。すなわち、最表層の材料としては、ポリマー、非金属物質、金属物質を挙げることができる。ポリマーとしては、上記したものや、メラミン樹脂を挙げることができる。また、非金属物質では、シリカやアルミナ等の酸化物等が挙げられる。また、金属物質としては、例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、銀、金、白金、銅、クローム、チタン、モリブデン、インジウム金属、これらの金属の合金もなどが挙げられる。

【0035】

（電極）
第１～第３の電極に適用し得る電極は、高い電気導電性を有する材料であれば特に限定されず、好適に用いることができる。電極は、例えば、アルミ、鉄、ニッケル、銀、金、白金、銅、クローム、チタン、モリブデン、インジウム金属であり、それら金属の合金も用いることができる。電極は、高い電気導電性を有する材料であれば、金属でなくとも構わない。電極は、例えば、ドープされたシリコン（Ｓｉ）等の半導体材料、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の金属酸化物、ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳ等の導電性高分子も用いることができる。電極は、軟らかく、変形可能でかつダメージを受けにくい材料であることが好ましく、実用に耐える範囲で薄くすることが好ましく、通常１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下、最も好ましくは２５μｍ以下、また下限値としては１０μｍ以上である。このような薄さにすることで、帯電センサの感度を低下させることなく、かつ電極の破損による動作不良を防ぐことができる。

【0036】

（取り出し部）
取り出し部は、帯電センサが備える第１の電極から、応答信号（第１の帯電部と第２の帯電部との間の静電容量の変化によって生じる信号、及び検体の接触による中空部の変形に伴って発生する信号）を取り出すものである。応答信号が電気信号である場合、導体を用いて構成される。例えば、取り出し部は、電極に電気的に接続されたリード線、端子、コネクタなどである。

【0037】

（ロボットハンド）
本発明の実施例の一つは、ロボットハンドを含む。ロボットハンドは、例えば第１の指と、前記第１の指と異なる第２の指とを含む複数の指を含み、第１の指に第１の帯電部が設けられ、第２の指に第２の帯電部が設けられる。第２の誘電体として、第２の指を用いてもよい。「第２の指に第２の帯電部が設けられる」場合には、第２の帯電部に含まれる第２の電極が物理的に第２の指に取り付けられる場合の他、第２の電極が第２の指と離間した位置で第２の指と電気的に導通した状態にある場合を含む。

【0038】

本発明に係る帯電センサを適用したロボットハンドは、複数の指を持ち、そのうちの少なくとも１本に、第１の帯電部を含むセンサ本体部分を設置し、その他の指、又はそれと導通している部分の少なくとも１本に対電極を有することができる。指の本数は２以上であればよく、例えば、２－６本とされる。但し上限に制限はない。

【0039】

指は、弾力性を有する部材で形成されている。指の外装は軟質性を有することが好ましい。但し、弾力性を有する部材や軟質性の採用は必須ではない。アクチュエータにより指を駆動して、指が検体を把持する。

【0040】

ロボットハンドの把持又は保持対象である検体が柔らかく変形しやすいものである場合を考慮して、指の外表面は柔らかい物質でできていることが好ましい。このため、ロボットハンドは、内部中空部分を有しており弾力性あるいは軟質性の薄膜部材で構成されており、中空内の空気を吸引する為の空気吸引口を有しているものがよい。把持部は内部中空部分が大気下では膨らみ指の夫々の先端部の間の距離は大きく開くが、吸引、たとえば－３５Ｋｐａ程度の力での吸引により内部中空部分が低減圧収縮すると、指の夫々の先端部が接近し、閉じて検体を把持する。把持部及び腕部は垂直方向及び水平方向（３軸座標系のＸＹＺ方向）に移動可能であり、鉛直軸に対する傾きを変更することができる。

【0041】

（検体の判定装置）
本発明の実施例の一つは、検体の判定装置を含む。判定装置は、帯電センサが設けられたロボットハンドによって把持される検体と、検体と接触して変形可能な中空部との状態に応じて取り出し部から取り出される信号の形状に基づいて、検体の物性、及び検体の中空部に対する状態の少なくとも一方を判定する判定回路を含む。判定回路は、信号の信号レベルに大きさに基づいて、検体の硬さを判定する構成を採用するのが好ましい。また、判定回路は、中空部に対する検体からの圧力の供給の解除に伴う信号のレベルの減衰時間に基づいて、検体の弾性を判定する、構成を採用するのが好ましい。また、判定回路は、中空部に対する検体の接触に伴う信号の立ち上がりのタイミングに基づいて、検体の大きさを判定する、構成を採用するのが好ましい。

【0042】

以下に本発明を詳細に説明する。以下に記載する説明は、本発明の実施の一形態であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に限定されない。

【0043】

＜帯電センサ＞
図１は、本発明の実施例に係る帯電センサの構成例を示す図である。図２は、センサ本体部分の構成例を示す。図３は、図１に示した帯電センサをロボットハンドに取り付けた場合を模式的に示す。

【0044】

図１において、帯電センサ４１は、大きく二つの部分に分かれている。一つは、ソフトロボットの、検体６０を把持する部分（ロボットハンド（把持部ともいう）。図２参照）に設けられる、中空部４４を有するセンサ本体部分１０である。もう一つは、センサ本体部分１０から独立して存在する対電極部２０である。

【0045】

センサ本体部分１０は、支持体５４Ａと、支持体５４Ａの上に形成された電極５３２Ｂ（第３の電極に相当）と、電極５３２Ｂの上に形成された高抵抗層（ノイズ除去層に相当）５５Ａと、高抵抗層５５Ａの上に設けられた帯電部５１Ａ（第１の帯電部に相当）とを含む。

【0046】

帯電部５１Ａは、高抵抗層５５Ａの上に形成された電極５３Ａ（第１の電極に相当）と、電極５３Ａの上に形成された誘電体５２Ａ（第１の誘電体に相当）とを含む。誘電体５２Ａは、ドーム状の壁部５８を有し、内部４５が中空の中空部４４を含む。中空部４４は、中空部４４の内部４５と外部とを連通する空気の出入り口４６を備えている。中空部４４は、外部から圧力がかかると変形して（潰れて）内部４５の空気を出入り口４６から外部に出し、その後、圧力が低下すると、外部から出入り口４６を介して空気を取り入れ元の形状に戻る。出入り口４６は、２以上あってもよく、入り口と出口が別になっていてもよい。

【0047】

センサ本体部分１０の電極５３２Ｂに接続された配線と、対電極部２０の電極５３１Ｂに接続された配線とはリード線４３Ａに結線（導通）され、同じ電位になるように構成されている。電極５３２Ｂ及び電極５３１Ｂは、リード線４３Ａを通じてアース（接地）さ
れる。

【0048】

電極５３２から引き出された配線と、電極５３Ａに接続されたリード線４３Ｂとの間には、スイッチ５３２Ｃが設けられている。スイッチ５３２Ｃがオン（閉）となることで電極５３Ａの電位がアースとなる。リード線４３Ｂは、帯電部５１Ａと帯電部５１Ｂとの間の静電容量の変化によって生じる電流又は電圧、及び検体６０との接触による中空部４４の変形によって発生した電流又は電圧をセンサシグナル（信号）として取り出す（検出する）取り出し部として作用する。

【0049】

対電極部２０は、帯電部５１Ｂを含む。帯電部５１Ｂは、例えば、支持体５４Ｂ、電極５３１Ｂ及び誘電体５２Ｂが積層された構成を有する。なお、誘電体５２Ｂは、必要に応じて設けられる。

【0050】

帯電部５１Ａ及び５１Ｂの夫々は、平面が１８ｍｍ×１８ｍｍの矩形状に形成されている。但し、中空部４４は平面円形状に形成されている。支持体５４Ａは、厚さ３０μｍのポリイミドフィルムを用いて形成されている。電極５３Ａは、厚さ１００ｎｍの銅膜であり、電極５３２Ｂは、厚さ１００ｎｍのアルミニウム膜である。電極５３２Ｂは、厚さ３０μｍポリイミドフィルムである支持体５４Ａに対する蒸着によって形成される。

【0051】

電極５３１Ｂは、厚さ１６μｍのＰＥＴフィルムで形成された支持体５４Ｂの上に蒸着された厚さ１００ｎｍのアルミニウム膜である。図３に示す例では、誘電体５２Ｂが省略され、指２Ｂが誘電体５２Ｂとして作用する。

【0052】

電極５３１Ｂ及び５３２Ｂは、配線としての、アルミニウム薄膜、銅薄膜などの導線に連結され、アース線としてのリード線４３Ａに連結されている。導線連結の方が湿度温度などの環境の変化の影響を受けづらく好ましい。支持体５４Ｂは、厚さ２５μｍのＰＥＴ製フィルムを用いて形成されている。

【0053】

電極５３１Ｂが誘電材料の場合は、電極５３１Ｂが誘電体５２Ｂを兼ねてもよい。誘電体５２Ｂ及び５２Ａの好ましい材料としては、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、天然ゴム、テフロンゴムなどの弾性を有する樹脂材料が好ましい。特に好ましくは、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などである。

【0054】

リード線４３Ａ，４３Ｂは、例えば、エレクトロメータに接続されて、エレクトロメータの表示部に表示された応答信号波形が観察される。支持体５４Ｂは、誘電体５２Ｂにダメージを与えないための保護層として作用する。支持体５４Ｂは、帯電センサ４１の感度を高くするために、変形が容易で、かつ摩擦等の起こりにくい部材を用いることが好ましい。電極５３Ａ，５３２Ｂは、変形が容易で、かつ変形により破損することの少ない材料であることが好ましい。

【0055】

誘電体５２Ａと誘電体５２Ｂとの一方は、電荷を溜め易い材料とし、他方は溜めにくい材料とすることができる。また、誘電体５２Ａと誘電体５２Ｂとは、同様の特性を有する材料を用いてもよい。支持体５４Ａを指２Ａに接着してセンサ本体部分１０を指２Ａに取り付ける場合、支持体５４Ａは、破損等が起こりにくく、かつ接着剤との親和性の高い材料を使用することが好ましい。

【0056】

帯電部５１Ａと帯電部５１Ｂとは、摩擦発電を行う際に、それぞれ正負を帯びた帯電部となり得る。この場合、電極５３Ａと電極５３Ｂとのいずれが正負になるかはどちらでもよい。例えば、電極５３Ａが正に帯電し、電極５３Ｂが負に帯電してもよい。逆に、電極５３Ａが負に帯電し、電極５３Ｂが正に帯電してもよい。

【0057】

誘電体５２Ａが備える中空部４４は、図１では、ドーム状を成している。もっとも、中空部４４は、縦横が５ｍｍから８ｍｍ、高さが１ｍｍから１０ｍｍの半球形などのドーム形状、円錐、又は４から２０の多面体であるのが好ましい。中空部４４内と外との間の膜厚（壁部５８の膜圧）は０．０１ｍｍから５ｍｍが好ましい。中空部４４の材料は、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、天然ゴム、テフロンゴムなどの弾性を有する樹脂材料を用いるのが好ましい。特に好ましくは、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂を中空部４４の材料に用いるのが好ましい。

【0058】

また、中空部４４と誘電体５２Ａは同一の材料でも部分的に複数の異なる材料を用いて構成されていてもよい。異なる材料が用いられる場合、検体６０に接触する側と電極５３Ａに接する側とで、帯電列上で大きく離れた材質を選択するのが好ましい。例えば検体６０に接触する側にシリコーンゴムのようなマイナスに帯電しやすい材質を選び、電極５３Ａに近い側には、ナイロン樹脂のようなプラスに帯電しやすい物質を選択する。

【0059】

中空部４４の出入り口４６の形状の制限は特になく、円形の穴、あるいはスリット、などを採用し得る。出入り口４６は、中空部４４に検体６０等から圧力がかからない時は塞がっているが、外部の圧力によって壁部５８が変形した際に開口するものでもよい。

【0060】

なお、帯電センサ４１が備える、誘電体、電極、及び支持体の夫々の厚みや材料は適宜設定可能である。誘電体、電極、及び支持体の夫々の好ましい膜厚は、それぞれ０．０１μｍから５００μｍ、０．０１μｍから１０００μｍ、１μmから１０００μｍの範囲で
ある。より好ましくは、０．０５μｍから２００μｍ、０．０２μｍから５００μｍ、５μmから５００μｍの範囲である。

【0061】

電極５３Ａと電極５３２Ｂとに挟まれた高抵抗層５５Ａは、電極５３Ａ及び電極５３２Ａより高い体積抵抗率を有する。高抵抗層５５Ａの材料は、好ましくは１０^５Ωcm以上１０¹²Ωcm未満、さらに好ましくは１０^６Ωcm以上１０¹²Ωcm未満の体積抵抗率である有機または無機材料から適宜選択することができる。高抵抗層５５Ａは、高周波成分ノイズとベースライン変動を抑制させセンサシグナルを安定させる機能を有する。高抵抗層５５Ａの材料としては、紙、ポリイミド樹脂、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、天然ゴム、テフロンゴムなどの弾性を有する樹脂材料を用いるのが好ましい。特に、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂を用いるのが好ましい。

【0062】

高抵抗層５５Ａの好ましい膜厚は１０ｎｍから５ｍｍであり、さらに好ましくは１００ｎｍから５００μｍである。高抵抗層５５Ａのセンサシグナル安定化効果は、検収されるシグナルの周波数より著しく高い。高周波成分の電荷が高抵抗層５５Ａを通過しやすいためと考えられる。体積抵抗率が１０^５Ωcmより著しく低くなるとシグナル強度が低下し、また１０¹²Ωcmより著しく高いとシグナル安定化効果が低減する。体積抵抗率は、５ｍｍ×５ｍｍスクエアの有機樹脂層サンプルの両面に３５μｍ銅箔を密着させ、貼り付け体積抵抗率用サンプルを作成し測定するとよい。測定装置としては例えばＴｅｃｍａｎ社製高抵抗テスターＴＭ３８５を用いて、計測することができる。

【0063】

＜ロボットハンド＞
帯電センサ４１がロボットハンド（把持部）２に設置される場合には、図２に示すように、ロボットハンド２が備える複数の指の一つ（第１の指（指２Ａ））にセンサ本体部分１０が設置され、指２Ａと異なる指（第２の指（指２Ｂ））に対電極部２０が設置される。

【0064】

図２に示すように、センサ本体部分１０は指２Ａ上に設置される。ロボットハンド２は
、指２Ａ及び指２Ｂの開閉動作を行い、閉動作時に、指２Ａの先端における指の腹と、指２Ｂの先端における指の腹とが接触するように閉じて、検体６０を挟む。このとき、検体６０の押圧面（図２の下面）５９は、指２Ａ上に設けられたセンサ本体部分１０、すなわち、中空部４４の壁部５８の表面である接触面と接触する。センサ本体部分１０は、帯電量（電荷量）の変化を、電極５３Ａに接続されたリード線（取り出し部）４３Ｂにより検出する。ロボットハンド２は、内部中空部分２１と、内部中空部分２１内の空気を吸引するための空気吸引口２２とを有する。ロボットハンド２は、内部中空部分２１が大気下では膨らみ、指２Ａ及び２Ｂの夫々の先端部の間の距離は大きく開く。これに対し、例えば－３５Ｋｐａ程度の力で空気吸引口２２から内部中空部分２１内の空気を吸引することによって、内部中空部分２２が減圧収縮すると、指２Ａ及び２Ｂの夫々の先端部が接近し、閉じて検体６０を把持する。

【0065】

一方、図３において、対電極部２０は、図１と異なり誘電体５２Ｂを有しておらず、指２Ｂが誘電体５２Ｂとして作用する。指２Ｂが電極５３１Ｂと導通していれば、対電極部２０は、指２Ｂの上になくてもよい。このアースの取られた対電極部２０を備えることで、センサ本体部分１０と検体６０との間の接触による圧力を感知する触覚検知のみならず、センサ本体部分１０と検体６０の帯電電場を非接触近接状態で検知する機能も兼ね備えることができる。

【0066】

図１及び図３に示す帯電センサ４１は、センサ本体部分１０の帯電部５２Ａが、中空の内部４５が空気の出入り口である出入り口４６を介して外部（外の空間）と連通した中空部４４を有している。中空部４４の壁部５８は、柔軟な（弾性を有する）材料で形成されている。壁部５８は、微弱な検体６０の接触圧力に対して容易に変形可能である。また、検体６０との接触による外圧の発生時に、中空部４４は、出入り口４６から内部４５の空気を逃すことができる。仮に、中空部４４が出入り口４６を有しない場合には、変形により内部４５の空気圧が上昇し、圧力の上昇に対して帯電部５２Ａの変形量が小さくなって、感度が低下する。出入り口４６から空気が抜けることで、感度の低下を抑制することができる。

【0067】

検体６０を指２Ａ及び２Ｂで挟む場合、検体６０にロボットハンド２の指２Ａ及び２Ｂが接近することによって、帯電センサ４１の電極５３１Ｂと５３Ａ間の静電容量（静電容量Ｃ）が変化する。また、検体６０と帯電部５２Ａ（中空部４４）とが接触すると、検体６０から帯電部５２Ａへ電荷が移動して帯電発電が起こる。さらに指２Ａ及び２Ｂの把持力を強めると、検体６０からの押圧で中空部４４の内部４５の空気が出入り口４６から抜けて中空部４４が潰れる。内部４５から空気の殆どが抜けた後も加圧が続くと、壁部５８の柔軟性により、壁部５８はさらに収縮変形を続ける。このように、中空部４４が変形し、潰れてさらに圧縮される間、帯電発電が継続して起こる。帯電発電によって、電極５３２Ｂと電極５３Ａとの間の電圧が変化し、この変化が取り出し部（電極５３Ａに接続されたリード線）４３Ｂからセンサシグナルとして検出される。

【0068】

帯電センサ４１によれば、上記した中空部４４による作用によって、１ｇ以下の微弱な触覚圧力から数百ｇの強い圧力変化までの幅広い検体からの圧力を検知することができる。帯電センサ４１は、後述するように第１～第３の検知モードにより、種々の検体の大きさ、物性の違いを、センサシグナルの変化として検知することができ、検体の高い識別が可能となる。

【0069】

＜実証実験＞
図４は、図５に示す実証実験の結果を得るために使用された装置の説明図である。平面上にセンサ本体部分１０を設置し、検体６０(レゴ社製レゴブロック)の側面を掴んだ（挟んだ）ロボットハンド（把持部）２００をセンサ本体部分１０に接近させる。ロボットハ
ンド２００は、指２Ｃ及び指２Ｄを有し、ピニオン及びラックを用いた開閉機構２５により、指２Ｃと指２Ｄとの間の距離を広げたり狭めたりすることで、指２Ｃ及び指２Ｄを開閉可能となっている。ロボットハンド２００は、ピニオン及びラック機構を用いた上下動機構２３により、上下動可能となっている。

【0070】

ロボットハンド２００の上部には、対電極部２０が設けられている。ロボットハンド２００は、Vstone社製スカラーロボット「VS-ASR」である。上下動機構２３の操作により、ロボットハンド２００に掴まれた検体６０を段階的にセンサ本体部分１０に向かって下降させ、センサ本体部分１０に接触させ、電極５３Ａからの取り出し部（リード線４３Ｂ）からの信号（センサシグナル）の変化を見た。

【0071】

図５には、センサシグナルの測定結果が示されている。図５の上段のグラフは、ロボットハンド２００によって把持された検体６０の下端の上下動の記録を示す。図５の下段のグラフは、帯電センサ４１に対する圧力を示す信号（ロードセルの出力信号）と、検体６０の進退に伴う静電容量の変化及び圧力変化に伴う帯電センサ４１の出力信号（センサシグナル）とを示す。

【0072】

センサ本体部分１０が置かれた平面は、ＰＲＣ社製ロードセル型精密天秤の台上であり、精密天秤が有するロードセルの出力信号を以て、検体６０とセンサ本体部分１０との接触時の荷重の変化を見た。

【0073】

実験では、検体６０と中空部４４との間隙が ３．０ｍｍになるよう初期状態を設定し
、この初期状態を始点（０ｍｍ：図５のグラフの０ｍｍの点）とした（図５の（ａ）参照）。

【0074】

次いでロボットハンド２００を駆動させ、一定速度で３．８秒間かけて検体６０を中空部４４側（下方）に１１．８ｍｍ降下させた。この移動において、検体６０は、下降し始めてから１．０秒後に３．０ｍｍ下降し、中空部４４の表面に接触した（図５の（ｂ）参照）。

【0075】

下段のグラフで表されるセンサシグナル強度を見ると、３ｍｍ降下してセンサ本体部分に接触する前に、すでにセンサシグナルが得られている（図５の（１）を参照）。このことは、センサ本体部分１０の下部に設けたロードセルにより得られる荷重がゼロであることからも、非接触時点で検体６０の接近を検知できていることがわかる。

【0076】

中空部４４（センサ本体部分１０）と検体６０が接触すると、ロードセルにおいて荷重が検知される（“Load cell”のグラフを参照）。その後、検体６０は、１．７秒かけて
、さらに５．３ｍｍ下降し、中空部４４を押し続け、中空部４４の内部４５が収縮圧縮され、ついに中空部４４がほぼ潰れた状態(中空層陥没)になった（図５の（ｃ）参照）。

【0077】

ここまでの帯電センサ４１からの信号（センサシグナル）は、圧力の増大に対しほぼリニアに増加していることがわかる(図５の（１）及び（２）を参照)。これは、ロードセルの出力信号の波形とセンサシグナルの波形とがほぼ平行になっていることからわかる。中空部４４内の空気が出入り口４６から出て、中空部４４がほぼ潰れた状態となり、内部４５の空気の圧縮による変形の抑制が起こっていないことがわかる。

【0078】

次いで、潰れた中空部４４が検体６０の押圧によってさらに圧縮され始めると、センサシグナルは傾きを変えるが、傾き自身は一定となる（図５の（３）を参照）。中空層陥没(図５の（ｃ）)から、ロードセルの出力信号の傾きは大きく変化し、中空部４４の収縮による大きな形状変化が生じたことを示している。

【0079】

検体６０は、さらに１．１秒かけて、さらに３．５ｍｍ下降し、収縮した中空帯電部をさらに強い圧力で圧縮し続け停止した（陥没層圧縮：図５の（ｄ）を参照）。このときのロードシグナルからの信号は最大圧力値を示し、検体６０が最大圧力を中空部４４（センサ本体部分１０）に印加していることがわかる。

【0080】

次に検体６０の位置を２．１秒間保持した(図５の（３）)。この時間内で一時的に最大圧縮された中空部４４は、定常状態に戻ろうと収縮状態を緩和変形する（膨らもうとする）。このため、中空部４４の形状変化に伴う静電容量に変化が発生し、この変化がセンサシグナルの上昇として検知された。一方、ロードセルからの信号では、圧力の減少として検知された。

【0081】

その後、検体６０を１．１秒かけて、１１．８ｍｍ上昇させ、初期位置に戻した（検体離脱：図５の（ｅ））。検体６０の上昇に伴い、検体６０は中空部４４の表面から離れ、この離間に伴う静電容量の減少が、センサシグナルの強度を低下させ、ロードセルからの信号の強度は、中空部４４を押す圧力の減少により低下した。

【0082】

検体６０が元の位置に戻り、中空部４４が元の状態に復元した後においても、中空部４４には電荷が残留するため。実験の開始時のセンサシグナル値（初期シグナル電圧）より低い電圧（－０．９４Ｖ）を示した。この残留電荷も検体６０の帯電特性に関わっていると考えられる。この残留電荷は。スイッチ５３２Ｃをオン（閉）にして、リード線４３Ａとリード線４３Ｂとの間を短絡させることで除去され、センサシグナルは実験前の初期の電圧を示した。

【0083】

帯電センサ４１のセンサ特性の評価結果から、帯電センサ４１は、検体６０が中空部４４の表面に接触する前の非接触検体電界の検知モード(第１の検知モード：図５の（１）)と、接触後の検体６０による低加圧検知モード(第２の検知モード：図５の（２）)と、検体６０による高加圧検知モード(第３の検知モード：図５の（３）)とを有している。第１～第３のいずれの検知モードについても、ロボットハンド２００の制御プログラムのハンド設定位置、及びロードセルによって計測された圧力[ｇ]と良い相関が得られた。

【0084】

これらの結果より、ロボットハンド２００が検体６０を把持する際に、非接触状態の検体６０と、検体６０からの弱い圧力から高い圧力までの広い圧力範囲の検出が可能となる。よって、把持対象の検体６０の形状、柔らかさ、及び弾性などの異なる物性による検体６０の高い職別が可能となる。

【0085】

＜実施例＞
図６は、Shenzhen Yuejiang Technology 社製のロボットアーム（Dobot Magician）に
取り付けたロボットハンド（Piab社製エアーバキューム型ソフトハンドpiSOFTGRIP）の指の上に取り付けた帯電センサ４１の検知特性評価結果である。図６のグラフは、縦軸が帯電センサ４１のセンサシグナル（応答信号：単位は電圧Ｖ）であり、横軸は時間（単位秒）である。

【0086】

図６に示す評価結果は、形状や材料が異なる検体６０をロボットハンド２で把持させて時の異なる検体特性評価を目的とし、ロボットハンド２が検体６０を把持した際に得られた帯電センサ４１からのセンサシグナル形状（波形）と、検体６０の大きさと、物性との相関を検知できることを確認した。

【0087】

使用された検体６０は、ガーリック（重量２４ｇ、直径約４ｃｍ、ガーリック本体と紙のような表皮を含む）と、ブドウの粒（重量１２ｇ、直径２．５ｃｍ、柔らかく高弾性）
、ＡＢＳフィラメントを材料に３Ｄプリンタを用いて作製した、ブドウとほぼ同サイズのＡＢＳボール（重量３ｇ、直径２．５cm、ブドウと同じ大きさだが硬い）を使用した。

【0088】

ロボットハンド２は、３本の指を有し、指の一つにセンサ本体部分１０（帯電部５１Ａ）が設けられ、別の一つに対電極部２０（帯電部５１Ｂ）が設けられている。これらの３本の指の中心に検体６０が位置するようにロボットアームを操作し、ロボットハンドを固定した。次いで、帯電センサ４１のリード線４３Ａと４３Ｂを短絡させて（スイッチ５３２Ｃをオンにして）、電極５３Ａから得られるセンサシグナルを０Ｖに設定した。その後、スイッチ５３２Ｃをオフにし、ロボットハンド２の吸引口２２から－３５Ｋｐｓで内部中空部分２１内の空気を吸引し、指２Ａ及び２Ｂを閉じて検体６０を約０．５秒間で把持させた後、その吸引状態を１．６秒間保持させた。

【0089】

図６のグラフに示されるセンサシグナル（縦軸、単位Ｖ）は、把持の開始で検体６０が中空部４４に接触し加圧するに伴って上昇し、最大加圧状態(センサシグナルのピーク)に到達する。このとき、一時的な最大の中空部４４の収縮状態となる。その後、中空部４４に対する圧力は徐々に緩和され、定常状態になるまで膨らむ。これより、シグナルビークの後は、減衰カーブ状のシグナルが得られた。

【0090】

３種の検体６０のセンサシグナルの形状を比較すると、ガーリックはブドウ及びＡＢＳボールより大きいため、ブドウ及びＡＢＳボールより早く中空部４４との接触位置に到達する。このため、ガーリックに係るセンサシグナル（グラフＡ）の立ち上がりのタイミングとピークとが３種類のうちで一番早く観測された。

【0091】

また、ガーリックに係るグラフＡのセンサシグナルの立ち上がりと減衰カーブをブドウのグラフＢ及びＡＢＳボールのグラフＣと比較すると、グラフＡの減衰カーブは単純なカーブではなく、カーブの屈曲がみられ、複数の帯電発電成分が観測される。これは、ガーリックの本体とそれを包む帯電性の表皮が中空部４４と接触して生じる摩擦帯電で複数の立ち上がりと減衰シグナルが発生したと考えられる。これより、複雑なガーリックの形状とセンサシグナル形状とのよい相関が示されている。

【0092】

一方、ブドウに係るグラフＢと、ブドウとほぼ同じ大きさ及び形状のＡＢＳボールに係るグラフＣとは、類似したシグナル形状（信号波形）を示した。もっとも、ブドウに関しては、ＡＢＳボールに比べて高いピークと早いシグナル減衰とが観測された。これは、ブドウがＡＢＳボールに比べて柔軟で高い弾性を有し、加圧に対してＡＢＳボールよりも速く大きな形状変化を起こし易いためであり、ブドウの信号波形は、ブドウの物性との良い相関を示している。

【0093】

以上の結果より本発明の複数の検知モードを有する中空帯電センサは形状柔らかさや弾性などの異なる検体に対して高い識別特性を有することが明らかになった。

【0094】

＜判定装置＞
図８は、実施形態に係る帯電センサ４１を備えるロボットハンド２について適用可能な検体の判定装置の構成例を示すブロック図である。判定装置２００は、バス２１０を介して相互に接続された、プロセッサ２０１、記憶装置２０２、通信インターフェース（通信ＩＦ）２０３、入力装置２０４、ディスプレイ２０５を含む。

【0095】

バス２１０は、電磁駆動装置（モータ、ソレノイドなど）２０６に接続されており、電磁駆動装置２０６は、ロボットハンド（把持部）２を含むマニピュレータ２０７に接続されている。ロボットハンド２には中空帯電センサ４０が取り付けられており、振動応答センサとしての帯電センサ４１は、リード線４３Ａ及び４３Ｂを介してエレクトロメータ２
０８に接続されている。

【0096】

判定装置２００として、汎用又は専用のコンピュータを適用することができる。記憶装置２０２は、主記憶装置と、補助記憶装置とを含む。主記憶装置は、プログラムやデータの記憶領域、プロセッサ２０１の作業領域、通信データのバッファ領域として使用される。補助記憶装置は、プログラムやデータの記憶領域として使用される。主記憶装置は、ＲＡＭ（Random Access Memory）又はＲＡＭとＲＯＭ（Read Only Memory）との組み合わせである。補助記憶装置は、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＥＥＰＲＯ
Ｍなどである。

【0097】

通信ＩＦ２０３は、有線ネットワーク又は無線ネットワークを経由してサーバや他の装置等との情報の通信（入出力）を行うインターフェースである。通信ＩＦ２０３は、例えば、ネットワークインタフェースカード、無線通信モジュール（回路チップ）などである。入力装置２０４は、キー、ボタン、ポインティングデバイス、タッチパネルなどであり、判定装置にデータや情報を入力するために使用される。ディスプレイ２０５は、データや情報の表示に使用される。

【0098】

プロセッサ２０１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、記憶装置２
０２に記憶されたプログラムを実行することによって、ロボットハンド（把持部）２の動作を制御する制御装置として動作する。プロセッサ２０１は、通信ＩＦ２０３を介して受信される外部装置からの命令、の操作者等が入力装置２０４を用いて入力した命令、又はプログラムの実行によって生成される命令によって様々な処理を行う。

【0099】

例えば、プロセッサ２０１は、ロボットハンド２の位置、傾き、指２Ａ及び２Ｂの開閉などを制御する電磁駆動装置２０６の制御量を計算し、電磁駆動装置２０６に制御量を示す制御信号を供給する。電磁駆動装置２０６は、マニピュレータ２０７が備える複数の関節やリニアスライダー、エアーアクチュエータの空気圧調整用のポンプやバルブに対応する複数のステッピングモータ、サーボモータ、ソレノイドを含み、プロセッサ２０１から与えられた制御量（回転や移動の方向や速度量）に従った量だけ、駆動制御などする。これによって、ロボットハンド２の位置、傾き、ロボットハンド２が備える複数の指の開閉などが行われる。

【0100】

ロボットハンド２には、中空部４４を備える帯電センサ４１が取り付けられている。帯電センサ４１は、リード線４３Ａ及び４３Ｂを介してエレクトロメータ２０８に接続されている。ロボットハンド２が検体６０を把持し、その時に検体６０が中空部４４に近接すると、中空部４４（帯電部５２Ａ）の静電容量Ｃの変化による電位差が生じる。また、検体６０が中空部４４に接触し加圧すると、摩擦発電による電位差が生じる。これらの電位差によって生じる電流又は電流の時間的変化を示す応答信号が電極５３Ａからリード線４３Ｂを通じてエレクトロメータ２０８に入力される。

【0101】

エレクトロメータ２０８は、応答信号（圧力供給及び供給の解除の繰り返しに伴う応答信号（電流又は電圧）の時間的変化）の測定を行い、エレクトロメータ２０８が備えるディスプレイに、図５及び図６に示したような、応答信号（センサシグナル）を示す電流又は電圧波形を表示する。波形の観察によって、検体６０の硬さ、弾性、形状などを目視判定することができる。

【0102】

（処理例１）
帯電センサ４１から出力される応答信号は、判定装置２００が有する増幅器によって増幅され、ＡＤ変換器によってディジタル信号に変換された後、バス２１０を介してプロセッサ２０１に入力される。プロセッサ２１０に入力されるディジタル信号は、帯電センサ
４１からの出力信号を示す。電圧の波形は、電流の波形よりも大きく変化するため、電圧の波形を用いることが好ましい。

【0103】

プロセッサ２０１は、例えば、記憶装置２０２に予め記憶された各種の波形に関するデータと、帯電センサ４１から取得した波形とを比較して、ロボットハンド２によって把持された検体６０の硬さを算出（決定）する。記憶装置２０２には、判定用情報として、検体６０の硬さに応じた波形に関するデータが記憶されている。このため、プロセッサ２０１は、記憶装置２０２に記憶された波形に関するデータと、帯電センサ４１から取得した波形（「測定値」という）とを比較することで、ロボットハンド２によって把持された検体６０の硬さを算出（判定）することができる。

【0104】

図８は、判定用情報の一例を示すテーブルである。テーブルは、硬さと、閾値と、検体種別とを示す情報を含む１以上のエントリ（レコード）からなる。硬さは、何らかの物理量でも或る対象物との比較における相対的な硬さを示す値でもよい。例えば、複数種類の検体間での硬さを示す相対値であってもよい。図８に示すテーブルの例では、硬さの異なる検体Ａ、Ｂ及びＣに関する硬さと、判定用閾値との関連が、レコード毎に記録されている。硬度“１”が最も柔らかく、値が大きくなるほど硬さが増す。閾値は、ＴＨ１＜ＴＨ２＜ＴＨ３である。

【0105】

図９は、プロセッサ２０１の硬さ及び検体種別の判定処理の例を示すフローチャートである。ステップＳ０１では、プロセッサ２０１は、或る検体６０を把持し帯電センサ４１から出力される応答信号の測定値を取得する。測定値は、例えば、圧力の供給による電圧レベルの上昇量（増加量）を示す値であるが、これ以外でもよい。図６のグラフＢ及びＣに示したように、二つの検体６０の大きさが同じである場合、柔らかい方の検体６０の応答信号のピークが大きくなる。一例として、閾値は、応答信号のピークに対する閾値とすることができる。

【0106】

ステップＳ０２では、プロセッサ２０１は、測定値が所定の閾値範囲に属しているか否かを判定する。ステップＳ０２における閾値範囲は、“０＜測定値＝＜閾値ＴＨ１”である。測定値が閾値範囲に入ると判定される場合（ステップＳ０２のＹＥＳ）、プロセッサ２０１は、検体６０の硬さが“１”であり、且つ検体６０が検体“Ａ”であると判定する。ステップＳ０２にて、測定値が閾値範囲に入らないと判定される場合（ステップＳ０２のＮＯ）、処理がステップＳ０３に進む。

【0107】

ステップＳ０３では、プロセッサ２０１は、測定値が所定の閾値範囲に属しているか否かを判定する。ステップＳ０３における閾値範囲は、“ＴＨ１＜測定値＝＜閾値ＴＨ２”である。測定値が閾値範囲に入ると判定される場合（Ｓ０３のＹＥＳ）、プロセッサ２０１は、検体６０の硬さが“２”であり、且つ検体６０が検体“Ｂ”であると判定する。測定値が閾値範囲に入らないと判定される場合（Ｓ０３のＮＯ）、プロセッサ２０１は、検体６０の硬さが“３”であり、且つ検体６０が検体“Ｃ”であると判定する。

【0108】

また、プロセッサ２０１は、ロボットハンド２によって把持された検体６０の硬さに応じて、ロボットハンド２の把持状態を制御する。プロセッサ２０１は、ロボットハンド２の検体６０の把持状態における内部中空部分２１の空気量（吸引力）を制御することにより、ロボットハンド２の把持状態を制御する。例えば、プロセッサ２０１は、吸引力の変更によって指２の駆動量を制御することにより、ロボットハンド２が検体６０を把持するときの検体６０に加わる力を制御してもよい。

【0109】

例えば、検体６０の硬さに応じた波形と、検体６０の硬さに応じた制御情報とを対応付けて、記憶装置２０２に記憶してもよい。制御情報は、ロボットハンド２の把持状態を制
御する情報であり、例えば、指２の駆動量に関する情報である。プロセッサ２０１は、帯電センサ４１から取得した波形に基づいて記憶装置２０２を参照し、記憶装置２０２から制御情報を取得してロボットハンド２の把持状態を制御してもよい。更に、プロセッサ２０１は、検体６０に関して帯電センサ４１から取得された波形に基づいて、ロボットハンド２の移動（位置）や傾きを制御してもよい。

【0110】

プロセッサ２０１は、帯電センサ４１から取得した波形に基づいて、ロボットハンド２によって把持された検体６０の良品又は不良品を判定することができる。記憶装置２０２には、検体６０の硬さに応じた波形に関するデータと、検体６０の良品又は不良品を示すデータとが対応付けて記憶されている。

【0111】

プロセッサ２０１は、検体６０の硬さと形状に応じた波形に関するデータと、帯電センサ４１から取得した波形とを比較して、ロボットハンド２によって把持された検体６０が良品又は不良品であるかを判定してもよい。

【0112】

上述したように、応答信号の強度（ピーク）から検体６０の硬さが分かる。検体６０が例えばリンゴである場合、鮮度が良好であれば硬く（良品）、鮮度の低下（腐敗）が進むと柔らかくなる（不良品）。そこで、以下の構成を採用すれば、検体（リンゴ）の良不良を判定することができる。

【0113】

帯電センサ４１を用いて、不良品についての硬さを調べた場合の応答信号の強度（強度大、シグナル強度Ｂａとする）と、良品についての硬さを調べた場合の応答信号の強度（強度小、シグナル強度Ｃａとする）とを測定する。

【0114】

シグナル強度Ｃａをシグナル強度Ｂａで割った値を検体の良否を判定する閾値（ＴＨ１）に設定し、図９のステップＳ０１及びＳ０２の処理を検体６０に対して行う。Ｓ０２の処理において、測定値（シグナル強度）が０より大きく閾値ＴＨ１より小さい場合には、検体は良品のクラスに分類される（良品と判定される）。そうでない場合には、検体は不良品のクラスに分類される（不良品と判定される）。

【0115】

これにより、例えば、果物である検体６０について、プロセッサ２０１は果物の選別を行うことができる。また、例えば、品質の良くない果物をジュース用に分別し、品質の良い果物を生食用に分別することができる。更に、プロセッサ２０１は、ＡＩ（Artificial
Intelligence）やディープラーニングと組み合わせて、帯電センサ４１から取得した波
形に基づいて、特定の果物のダメージの状態を判定してもよい。

【0116】

なお、複数の指２のそれぞれを交換可能にしてもよいし、指２Ａ及び２Ｂ、並びにアクチュエータ３を交換可能にしてもよい。誘電エラストマーの変形張力、糸張力、空気圧による駆動機構の場合、指２Ａ及び２Ｂ並びにアクチュエータ３を交換することが容易である。腕部４にロボットハンド２を交換可能に取り付けてもよい。また、マニピュレータ２０７にカメラ等の撮像装置を設けることにより、撮像装置によって検体６０を撮像し、プロセッサ２０１が検体６０の種類を特定してもよい。

【0117】

以上説明したように、プロセッサ２０１は、帯電センサ４１に加わる中空に応じた信号に基づいてロボットハンド２の把持状態を制御する。これにより、検体６０を適切に把持することができる。例えば、プロセッサ２０１は、検体６０の硬さに応じて、ロボットハンド２の把持状態を制御することにより、検体６０を適切に把持することができる。

【0118】

（処理例２）
帯電センサ４１の応答信号、すなわち、静電容量の変化、及び圧力の変化に伴う電流又
は電圧の時間的変化を示す情報（測定値）は、判定装置２００に入力されて、記憶装置２０２に記憶される。記憶装置２０２には、ロボットハンド２の検体６０として扱う複数種類の検体に関する、判定用情報が記憶されている。判定用情報は、予め記憶装置に記憶された判定用情報の読み出しによって取得しても、判定装置２００に接続された外部記憶装置から読み出し、或いは適時の通信によって取得してもよい。

【0119】

判定用情報は、圧力の供給及びその解除に伴うレベルの変化量（レベル変動の大きさ）に関して１以上の閾値を含んでもよい。この閾値と変化量の測定値とを比較して、閾値より大きい検体と、閾値より小さい検体とを異なる種類と判定できる。例えば、図６のグラフＡとグラフＢとの比較において、大きい物が小さい物よりも早く立ち上がり、ピークを迎える。よって、例えば、ピークまでの到達時間について閾値を設ければ、検体６０の大小を判定することができる。

【0120】

また、判定用情報は、応答信号の減衰時間（圧力供給が解除（停止）されてから応答信号の値が０になるまでの時間）に関して１以上の閾値を含んでもよい。このような閾値と、減衰時間の測定値との比較によって、検体の種類を判定することができる。

【0121】

また、応答信号（判定用数値）について、圧力の増加期間におけるレベルの上昇、圧力の減衰期間におけるレベルの低下の少なくとも一方が認められるか否かによって、検体の種類を判定することもできる。

【0122】

このように、判定装置２００は、検体に関する応答信号の測定値と判定用情報とを用いて、検体の同定を行うことができる。また、比較対象物に対する、相対的な物性（硬度や弾性）を測定することができる。すなわち、異種物体間での比較、或いは形状の異なる同種間での比較によって、把持された検体の相対的な物性を測定することができる。また、比較対象がなくても、何らかの単位で、検体の硬さや弾性（復帰力）を示すこともできる。さらに、信号中の位相反転箇所の有無を判定することで、把持された検体の形状や接触状態を判定することもできる。

【0123】

図１０は、プロセッサ２０１による、検体の判定処理の例を示すフローチャートである。図１０の処理は、種類（物性や形状）の異なる検体ａ～ｅの識別（同定）を行う処理である。ステップＳ１０１では、プロセッサ２０１は、検体に関する応答信号の測定値を取得する。測定値は、エレクトロメータ２０８からリアルタイムに供給されるものでも、記憶装置２０２から所定のタイミングで読み出されるものでもよい。

【0124】

ステップＳ１０２では、プロセッサ２０１は、波形の解析によって、１回の圧力供給及びその解除に対応する応答信号（電圧変化）に関して、圧力の増加期間、又は減衰期間に対応する応答信号の期間における位相の反転の有無を判定する。位相反転があると判定される場合には（Ｓ１０２のＹＥＳ）、識別対象の検体は検体ｃであると判定する。これに対し、位相反転がないと判定される場合には（Ｓ１０２のＮＯ）、処理がステップＳ１０３に進む。

【0125】

ステップＳ１０３では、プロセッサ２０１は、波形の解析によって、１回の圧力供給及びその解除に対応する応答信号（電圧変化）に関して、圧力の減衰期間に対応する応答信号の減衰時間が閾値より長い否かを判定する。減衰時間が閾値より長い（遅延時間がある）場合には、処理がステップＳ１０４に進み、そうでないと判定される場合には、処理がステップＳ１０５に進む。

【0126】

ステップＳ１０４では、プロセッサ２０１は、遅延時間の長さが閾値以上か否かを判定する。遅延時間の長さが閾値以上と判定される場合（Ｓ１０４のＹＥＳ）、検体は検体ｅ
であると判定され、そうでない場合には（Ｓ１０４のＮＯ）、検体は検体ｄであると判定する。

【0127】

ステップＳ１０５では、プロセッサ２０１は、波形の解析によって、１回の圧力供給及びその解除に対応する応答信号（電圧変化）に関して、応答信号のレベル（増加量）が閾値より大きいか否かを判定する。レベルが閾値より大きいと判定される場合には（Ｓ１０５のＹＥＳ）、検体６０は検体ｂであると判定する。これに対し、レベルが閾値以下の場合には（Ｓ１０５のＮＯ）、検体は検体ａと判定する。このようにして、中空帯電センサ４０を接触させた検体６０が検体ａ～ｅのいずれであるかを判定することができる。

【0128】

なお、プロセッサ２０１は、「判定回路」の一例であり、プロセッサ２０１が行う判定回路としての処理は、複数のＣＰＵや、複数のコアを有するＣＰＵ、ＤＳＰ、ＧＰＵなどのＣＰＵ以外のプロセッサによって行われてもよい。また、判定回路としての処理は、ＡＳＩＣ、やＦＰＧＡなどの集積回路、プロセッサと集積回路の組み合わせ（ＳｏＣ（System-on-a-Chip）など）によって行われてもよい。

【0129】

上述した帯電センサ４１及び帯電センサ４１が適用されたロボットハンド２によれば、可撓性を有する容器等の、容易に変形する物体（検体）を適正に把持することができ、把持の際の変形によって内容物（飲食物など）がこぼれること等を回避することができる。また、判定装置２００によれば、帯電センサ４１が適用されたロボットハンド２を用いて、検体６０の物性、検体６０の中空部４４に対する状態、検体６０の大きさなどを適正に判定することができる。上述した実施形態にて説明した構成は、発明の目的を逸脱しない範囲で適宜組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0130】

２ ・・・ロボットハンド(把持部）
２Ａ・・・指
２Ｂ・・・指(ハンド型誘電体）
１０・・・センサ本体部分
２０・・・対電極部
２１・・・内部中空部分
２２・・・中空内の空気を吸引する為の空気吸引口
４４・・・中空部
４５・・・中空部の内部
４６・・・空気吸引口
４１・・・帯電センサ
４３・・・取出し部
４３Ａ、４３Ｂ・・・リード線
４６・・・空気出入り口
５１Ａ、５１Ｂ・・・帯電部（帯電体）
５２Ｂ・・・誘電体
５２Ａ・・・誘電体
５３Ａ、５３Ｂ・・・電極
５３１Ｂ・・・電極
５３２Ｂ・・・電極
５３２Ｃ・・・スイッチ
５４Ａ、５４Ｂ・・・支持体
５５Ａ・・・ 高抵抗層（ノイズ除去層）
５８・・・接触面
５９・・・押圧面
６０・・・検体
２００・・・判定回路
２０１・・・プロセッサ
２０２・・・記憶装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】