特許 7553117 把持システム、滑り検知装置、滑り検知プログラム、および滑り検知方法

(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】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】把持システム、滑り検知装置、滑り検知プログラム、および滑り検知方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/162 20200101AFI20240910BHJP

【ＦＩ】

G01L5/162

【請求項の数】 24

(21)【出願番号】P 2021551467

(86)(22)【出願日】2020-10-02

(86)【国際出願番号】 JP2020037494

(87)【国際公開番号】W WO2021066122

(87)【国際公開日】2021-04-08

【審査請求日】2023-08-18

(31)【優先権主張番号】P 2019183388

(32)【優先日】2019-10-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２７年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業（ＣＲＥＳＴ）「繊細な触覚を定量的に検知する「ナノ触覚神経網」の開発と各種の手触り感計測技術への応用」委託研究開発、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】304028346

【氏名又は名称】国立大学法人 香川大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001704

【氏名又は名称】弁理士法人山内特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高尾 英邦

(72)【発明者】

【氏名】藤原 理朗

【審査官】大森 努

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２６８１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－００００９６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０７－１８６０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－３２３６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－００５７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１７７９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０８９５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００２９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０６６６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１３８０１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０３６５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６１８８３３１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１０－１２０１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２９７５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２７１２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５９８４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ５／００－５／２８，１／００－１／２６，２５／００

Ａ６１Ｂ １７／２８－１７／２９５

Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

把持具と、
滑り検知装置と、を備え、
把持具は、
対象物を挟んで掴む一対の把持部と、
前記一対の把持部を開閉する開閉機構と、
前記一対の把持部の一方または両方に設けられた少なくとも１つのセンサユニットと、を備え、
前記センサユニットは所定の分布で配置された複数の力覚センサを有し、
前記複数の力覚センサは、それぞれ、前記対象物から受ける３軸方向の力を測定する機能を有し、
前記滑り検知装置は、前記センサユニットで測定された荷重分布に基づき、前記対象物の滑りを検知し、
前記荷重分布は３軸方向の力を合成して得られる合成荷重の分布である
ことを特徴とする把持システム。

【請求項2】

前記滑り検知装置は、
前記荷重分布の中心位置を求め、
前記中心位置の時間変化に基づき、前記対象物の滑りを検知する
ことを特徴とする請求項１記載の把持システム。

【請求項3】

前記滑り検知装置は、
前記荷重分布のピーク位置を求め、
前記ピーク位置の時間変化に基づき、前記対象物の滑りを検知する
ことを特徴とする請求項１記載の把持システム。

【請求項4】

前記滑り検知装置は、
前記荷重分布の平行移動に基づき、前記対象物の滑りを検知する
ことを特徴とする請求項１記載の把持システム。

【請求項5】

前記滑り検知装置は、
前記センサユニットで測定された前記荷重分布の変化に基づき、前記対象物が滑り始めたタイミングを検知し、
前記対象物が滑り始める直前に前記センサユニットで測定された垂直荷重測定値および摩擦力測定値から前記対象物の静止摩擦係数を求める
ことを特徴とする請求項１記載の把持システム。

【請求項6】

前記滑り検知装置は、
予め、前記静止摩擦係数を求めて記憶しておき、
前記静止摩擦係数と現在の前記垂直荷重測定値とから最大静止摩擦力を求め、
現在の前記摩擦力測定値と前記最大静止摩擦力との関係に基づき、前記対象物の滑り始めを予測する
ことを特徴とする請求項５記載の把持システム。

【請求項7】

複数の力覚センサが配置されたセンサユニットが設けられた把持部を有する把持具で掴んだ対象物の滑りを検知する滑り検知装置であって、
前記センサユニットで測定された荷重分布に基づき、前記対象物の滑りを検知し、
前記荷重分布は前記力覚センサが前記対象物から受ける３軸方向の力を合成して得られる合成荷重の分布である
ことを特徴とする滑り検知装置。

【請求項8】

前記荷重分布の中心位置を求め、
前記中心位置の時間変化に基づき、前記対象物の滑りを検知する
ことを特徴とする請求項７記載の滑り検知装置。

【請求項9】

前記荷重分布のピーク位置を求め、
前記ピーク位置の時間変化に基づき、前記対象物の滑りを検知する
ことを特徴とする請求項７記載の滑り検知装置。

【請求項10】

前記荷重分布の平行移動に基づき、前記対象物の滑りを検知する
ことを特徴とする請求項７記載の滑り検知装置。

【請求項11】

前記センサユニットで測定された前記荷重分布の変化に基づき、前記対象物が滑り始めたタイミングを検知し、
前記対象物が滑り始める直前に前記センサユニットで測定された垂直荷重測定値および摩擦力測定値から前記対象物の静止摩擦係数を求める
ことを特徴とする請求項７記載の滑り検知装置。

【請求項12】

予め、前記静止摩擦係数を求めて記憶しておき、
前記静止摩擦係数と現在の前記垂直荷重測定値とから最大静止摩擦力を求め、
現在の前記摩擦力測定値と前記最大静止摩擦力との関係に基づき、前記対象物の滑り始めを予測する
ことを特徴とする請求項１１記載の滑り検知装置。

【請求項13】

複数の力覚センサが配置されたセンサユニットが設けられた把持部を有する把持具で掴んだ対象物の滑りを検知する滑り検知プログラムであって、
前記センサユニットで測定された荷重分布に基づき、前記対象物の滑りを検知するよう、コンピュータを機能させ、
前記荷重分布は前記力覚センサが前記対象物から受ける３軸方向の力を合成して得られる合成荷重の分布である
ことを特徴とする滑り検知プログラム。

【請求項14】

前記荷重分布の中心位置を求め、
前記中心位置の時間変化に基づき、前記対象物の滑りを検知するよう、コンピュータを機能させる
ことを特徴とする請求項１３記載の滑り検知プログラム。

【請求項15】

前記荷重分布のピーク位置を求め、
前記ピーク位置の時間変化に基づき、前記対象物の滑りを検知するよう、コンピュータを機能させる
ことを特徴とする請求項１３記載の滑り検知プログラム。

【請求項16】

前記荷重分布の平行移動に基づき、前記対象物の滑りを検知するよう、コンピュータを機能させる
ことを特徴とする請求項１３記載の滑り検知プログラム。

【請求項17】

前記センサユニットで測定された前記荷重分布の変化に基づき、前記対象物が滑り始めたタイミングを検知し、
前記対象物が滑り始める直前に前記センサユニットで測定された垂直荷重測定値および摩擦力測定値から前記対象物の静止摩擦係数を求めるよう、コンピュータを機能させる
ことを特徴とする請求項１３記載の滑り検知プログラム。

【請求項18】

予め、前記静止摩擦係数を求めて記憶しておき、
前記静止摩擦係数と現在の前記垂直荷重測定値とから最大静止摩擦力を求め、
現在の前記摩擦力測定値と前記最大静止摩擦力との関係に基づき、前記対象物の滑り始めを予測するよう、コンピュータを機能させる
ことを特徴とする請求項１７記載の滑り検知プログラム。

【請求項19】

複数の力覚センサが配置されたセンサユニットが設けられた把持部を有する把持具で掴んだ対象物の滑りを検知する滑り検知方法であって、
前記センサユニットで測定された荷重分布に基づき、前記対象物の滑りを検知し、
前記荷重分布は前記力覚センサが前記対象物から受ける３軸方向の力を合成して得られる合成荷重の分布である
ことを特徴とする滑り検知方法。

【請求項20】

前記荷重分布の中心位置を求め、
前記中心位置の時間変化に基づき、前記対象物の滑りを検知する
ことを特徴とする請求項１９記載の滑り検知方法。

【請求項21】

前記荷重分布のピーク位置を求め、
前記ピーク位置の時間変化に基づき、前記対象物の滑りを検知する
ことを特徴とする請求項１９記載の滑り検知方法。

【請求項22】

前記荷重分布の平行移動に基づき、前記対象物の滑りを検知する
ことを特徴とする請求項１９記載の滑り検知方法。

【請求項23】

前記センサユニットで測定された前記荷重分布の変化に基づき、前記対象物が滑り始めたタイミングを検知し、
前記対象物が滑り始める直前に前記センサユニットで測定された垂直荷重測定値および摩擦力測定値から前記対象物の静止摩擦係数を求める
ことを特徴とする請求項１９記載の滑り検知方法。

【請求項24】

予め、前記静止摩擦係数を求めておき、
前記静止摩擦係数と現在の前記垂直荷重測定値とから最大静止摩擦力を求め、
現在の前記摩擦力測定値と前記最大静止摩擦力との関係に基づき、前記対象物の滑り始めを予測する
ことを特徴とする請求項２３記載の滑り検知方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、把持システム、滑り検知装置、滑り検知プログラム、および滑り検知方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、医療用の鉗子、ロボットハンド、グリッパーなどの把持具を有する把持システム、把持具で掴んだ対象物の滑りを検知する装置、プログラムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

低侵襲手術の一種として内視鏡手術が知られている。内視鏡手術はモニタに表示された限定的な視覚情報しか得られない困難な状況下で行なわれる。そこで、内視鏡にセンサを取り付け、体内の情報を医師に提示することが試みられている。例えば、特許文献１には、内視鏡の先端に取り付けた圧力センサにより体内のガス圧を測定することが開示されている。

【0003】

また、内視鏡手術で扱う人間の臓器は滑りやすいため、臓器を滑り落とさないように鉗子で掴むには術者の習熟が必要である。鉗子に限らず、ロボットハンド、グリッパーなど、他の把持具でも、滑りやすい対象物を掴む場面は多い。

【0004】

ロボットハンドが対象物を掴んだ際に生じる滑りについて、非特許文献１には、把持部に重ねて取り付けた三軸力覚センサで測定した三軸方向の力と静止摩擦係数とにより滑りの発生を予測することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２０１８／０６１７０５号公報

【非特許文献】

【0006】

【文献】A MEMS slip sensor: Estimations of triaxial force and coefficient of static friction for prediction of a slip, Taiyu Okatani; Akihito Nakai; Tomoyuki Takahata; Isao Shimoyama, Digest of Technical Papers of 19th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (TRANSDUCERS2017), DOI: 10.1109/TRANSDUCERS.2017.7993991, pp. 75-77, 2017.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、非特許文献１の技術は、対象物の滑りそのものを検知できるものではない。また、人間の臓器の多くは体液などの潤滑膜で覆われた低摩擦状態にある。さらに、人間の消化器官壁は一般に四層に分かれており、特に粘膜層と筋層との間で滑りが生じやすい。臓器のように滑りやすい対象物の滑りを、摩擦力に基づいて判断することは困難である。

【0008】

本発明は上記事情に鑑み、対象物の滑りを検知できる把持具を有する把持システム、把持具で掴んだ対象物の滑りを検知する装置、プログラムおよび方法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】

（把持システム）
第１態様の把持システムは、把持具と、滑り検知装置と、を備え、把持具は、対象物を挟んで掴む一対の把持部と、前記一対の把持部を開閉する開閉機構と、前記一対の把持部の一方または両方に設けられた少なくとも１つのセンサユニットと、を備え、前記センサユニットは所定の分布で配置された複数の力覚センサを有し、前記複数の力覚センサは、それぞれ、前記対象物から受ける３軸方向の力を測定する機能を有し、前記滑り検知装置は、前記センサユニットで測定された荷重分布に基づき、前記対象物の滑りを検知し、前記荷重分布は３軸方向の力を合成して得られる合成荷重の分布であることを特徴とする。
第２態様の把持システムは、第１態様において、前記滑り検知装置は、前記荷重分布の中心位置を求め、前記中心位置の時間変化に基づき、前記対象物の滑りを検知することを特徴とする。
第３態様の把持システムは、第１態様において、前記滑り検知装置は、前記荷重分布のピーク位置を求め、前記ピーク位置の時間変化に基づき、前記対象物の滑りを検知することを特徴とする。
第４態様の把持システムは、第１態様において、前記滑り検知装置は、前記荷重分布の平行移動に基づき、前記対象物の滑りを検知することを特徴とする。
第５態様の把持システムは、第１態様において、前記滑り検知装置は、前記センサユニットで測定された荷重分布の変化に基づき、前記対象物が滑り始めたタイミングを検知し、前記対象物が滑り始める直前に前記センサユニットで測定された垂直荷重測定値および摩擦力測定値から前記対象物の静止摩擦係数を求めることを特徴とする。
第６態様の把持システムは、第５態様において、前記滑り検知装置は、予め、前記静止摩擦係数を求めて記憶しておき、前記静止摩擦係数と現在の前記垂直荷重測定値とから最大静止摩擦力を求め、現在の前記摩擦力測定値と前記最大静止摩擦力との関係に基づき、前記対象物の滑り始めを予測することを特徴とする。

（滑り検知装置）
第７態様の滑り検知装置は、複数の力覚センサが配置されたセンサユニットが設けられた把持部を有する把持具で掴んだ対象物の滑りを検知する滑り検知装置であって、前記センサユニットで測定された荷重分布に基づき、前記対象物の滑りを検知し、前記荷重分布は前記力覚センサが前記対象物から受ける３軸方向の力を合成して得られる合成荷重の分布であることを特徴とする。
第８態様の滑り検知装置は、第７態様において、前記荷重分布の中心位置を求め、前記中心位置の時間変化に基づき、前記対象物の滑りを検知することを特徴とする。
第９態様の滑り検知装置は、第７態様において、前記荷重分布のピーク位置を求め、前記ピーク位置の時間変化に基づき、前記対象物の滑りを検知することを特徴とする。
第１０態様の滑り検知装置は、第７態様において、前記荷重分布の平行移動に基づき、前記対象物の滑りを検知することを特徴とする。
第１１態様の滑り検知装置は、第７態様において、前記センサユニットで測定された荷重分布の変化に基づき、前記対象物が滑り始めたタイミングを検知し、前記対象物が滑り始める直前に前記センサユニットで測定された垂直荷重測定値および摩擦力測定値から前記対象物の静止摩擦係数を求めることを特徴とする。
第１２態様の滑り検知装置は、第１１態様において、予め、前記静止摩擦係数を求めて記憶しておき、前記静止摩擦係数と現在の前記垂直荷重測定値とから最大静止摩擦力を求め、現在の前記摩擦力測定値と前記最大静止摩擦力との関係に基づき、前記対象物の滑り始めを予測することを特徴とする。

（滑り検知プログラム）
第１３態様の滑り検知プログラムは、複数の力覚センサが配置されたセンサユニットが設けられた把持部を有する把持具で掴んだ対象物の滑りを検知する滑り検知プログラムであって、前記センサユニットで測定された荷重分布に基づき、前記対象物の滑りを検知するよう、コンピュータを機能させ、前記荷重分布は前記力覚センサが前記対象物から受ける３軸方向の力を合成して得られる合成荷重の分布であることを特徴とする。
第１４態様の滑り検知プログラムは、第１３態様において、前記荷重分布の中心位置を求め、前記中心位置の時間変化に基づき、前記対象物の滑りを検知するよう、コンピュータを機能させることを特徴とする。
第１５態様の滑り検知プログラムは、第１３態様において、前記荷重分布のピーク位置を求め、前記ピーク位置の時間変化に基づき、前記対象物の滑りを検知するよう、コンピュータを機能させることを特徴とする。
第１６態様の滑り検知プログラムは、第１３態様において、前記荷重分布の平行移動に基づき、前記対象物の滑りを検知するよう、コンピュータを機能させることを特徴とする。
第１７態様の滑り検知プログラムは、第１３態様において、前記センサユニットで測定された荷重分布の変化に基づき、前記対象物が滑り始めたタイミングを検知し、前記対象物が滑り始める直前に前記センサユニットで測定された垂直荷重測定値および摩擦力測定値から前記対象物の静止摩擦係数を求めるよう、コンピュータを機能させることを特徴とする。
第１８態様の滑り検知プログラムは、第１７態様において、予め、前記静止摩擦係数を求めて記憶しておき、前記静止摩擦係数と現在の前記垂直荷重測定値とから最大静止摩擦力を求め、現在の前記摩擦力測定値と前記最大静止摩擦力との関係に基づき、前記対象物の滑り始めを予測するよう、コンピュータを機能させることを特徴とする。

（滑り検知方法）
第１９態様の滑り検知方法は、複数の力覚センサが配置されたセンサユニットが設けられた把持部を有する把持具で掴んだ対象物の滑りを検知する滑り検知方法であって、前記センサユニットで測定された荷重分布に基づき、前記対象物の滑りを検知し、前記荷重分布は前記力覚センサが前記対象物から受ける３軸方向の力を合成して得られる合成荷重の分布であることを特徴とする。
第２０態様の滑り検知方法は、第１９態様において、前記荷重分布の中心位置を求め、前記中心位置の時間変化に基づき、前記対象物の滑りを検知することを特徴とする。
第２１態様の滑り検知方法は、第１９態様において、前記荷重分布のピーク位置を求め、前記ピーク位置の時間変化に基づき、前記対象物の滑りを検知することを特徴とする。
第２２態様の滑り検知方法は、第１９態様において、前記荷重分布の平行移動に基づき、前記対象物の滑りを検知することを特徴とする。
第２３態様の滑り検知方法は、第１９態様において、前記センサユニットで測定された荷重分布の変化に基づき、前記対象物が滑り始めたタイミングを検知し、前記対象物が滑り始める直前に前記センサユニットで測定された垂直荷重測定値および摩擦力測定値から前記対象物の静止摩擦係数を求めることを特徴とする。
第２４態様の滑り検知方法は、第２３態様において、予め、前記静止摩擦係数を求めておき、前記静止摩擦係数と現在の前記垂直荷重測定値とから最大静止摩擦力を求め、現在の前記摩擦力測定値と前記最大静止摩擦力との関係に基づき、前記対象物の滑り始めを予測することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

（把持システム）
第１～第４態様によれば、荷重分布に基づいて対象物の滑りを検知するので、摩擦が生じにくい滑りやすい対象物でも滑りを検知できる。
第５態様によれば、対象物の摩擦係数を求めることで、対象物の滑りやすさを評価できる。
第６態様によれば、対象物の滑り始めの予測を把持具の動作に反映させることで、対象物を滑らせることなく維持できる。
（滑り検知装置）
第７～第１０態様によれば、荷重分布に基づいて対象物の滑りを検知するので、摩擦が生じにくい滑りやすい対象物でも滑りを検知できる。
第１１態様によれば、対象物の摩擦係数を求めることで、対象物の滑りやすさを評価できる。
第１２態様によれば、対象物の滑り始めの予測を把持具の動作に反映させることで、対象物を滑らせることなく維持できる。
（滑り検知プログラム）
第１３～第１６態様によれば、荷重分布に基づいて対象物の滑りを検知するので、摩擦が生じにくい滑りやすい対象物でも滑りを検知できる。
第１７態様によれば、対象物の摩擦係数を求めることで、対象物の滑りやすさを評価できる。
第１８態様によれば、対象物の滑り始めの予測を把持具の動作に反映させることで、対象物を滑らせることなく維持できる。
（滑り検知方法）
第１９～第２２態様によれば、荷重分布に基づいて対象物の滑りを検知するので、摩擦が生じにくい滑りやすい対象物でも滑りを検知できる。
第２３態様によれば、対象物の摩擦係数を求めることで、対象物の滑りやすさを評価できる。
第２４態様によれば、対象物の滑り始めの予測を把持具の動作に反映させることで、対象物を滑らせることなく維持できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係る把持システムの説明図である。

【図2】第１実施形態の把持具の側面図である。

【図3】第１実施形態の把持部の平面図である。

【図4】図３におけるIV－IV線矢視断面図である。

【図5】第１実施形態の力覚センサの平面図である。

【図6】図（Ａ）は図５におけるVIa－VIa線矢視断面図である。図（Ｂ）は外力が働いている状態の力覚センサの縦断面図である。

【図7】歪検出回路の回路図である。

【図8】図（Ａ）は把持部が対象物をしっかりと掴んだ状態の側面図および荷重分布である。図（Ｂ）は内層が滑った状態の側面図および荷重分布である。図（Ｃ）は内層がさらに滑った状態の側面図および荷重分布である。

【図9】荷重分布の中心位置の求め方の説明図である。

【図10】第２実施形態の把持具の側面図である。

【図11】図（Ａ）は把持部が対象物を掴んだ状態の側面図および荷重分布である。図（Ｂ）は対象物が滑った状態の側面図および荷重分布である。

【図12】図（Ａ）は把持部が対象物を掴んだ状態の側面図および荷重分布である。図（Ｂ）は対象物が滑った状態の側面図および荷重分布である。

【図13】第３実施形態の把持部の平面図である。

【図14】第３実施形態の力覚センサの平面図である。

【図15】図（Ａ）は図１４におけるXVa－XVa線矢視断面図である。図（Ｂ）は外力が働いている状態の力覚センサの縦断面図である。

【図16】歪検出回路の回路図である。

【図17】センサユニットの写真である。

【図18】図（Ａ）はゲル体を鉗子の把持部全体で掴んだ状態の写真および荷重分布である。図（Ｂ）はゲル体が５ｍｍ移動した状態の写真および荷重分布である。図（Ｃ）はゲル体が１０ｍｍ移動した状態の写真および荷重分布である。

【図19】図（Ａ）は２層体を把持してから４．５秒後の状態の写真および荷重分布である。図（Ｂ）は２層体を把持してから８．２秒後の状態の写真および荷重分布である。図（Ｃ）は２層体を把持してから１６．１秒後の状態の写真および荷重分布である。

【図20】荷重分布の中心位置の時間変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
〔第１実施形態〕
（把持システム）
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る把持システムＧＳは、把持具ＡＡと、滑り検知装置ＳＤとを有する。

【0013】

把持具ＡＡは対象物を把持する器具である。把持具ＡＡとして、例えば、医療用の鉗子、ロボットハンド、グリッパーなどが挙げられる。鉗子には、それ単独で用いられるもののほか、内視鏡と組み合わせて用いられるもの、手術用ロボットに組み込まれるものなどがある。また、把持具ＡＡは工業用、家庭用などのロボットのマニピュレータに組み込んでもよい。さらに、把持具ＡＡは工具などとして用いられるグリッパーでもよい。図１では、把持具ＡＡとして鉗子の例を示している。

【0014】

後述のごとく、把持具ＡＡはセンサユニット２０を有する。滑り検知装置ＳＤはセンサユニット２０で得られたデータに基づいて、把持具ＡＡで掴んだ対象物の滑りを検知する。滑り検知装置ＳＤは、ＣＰＵ、メモリなどで構成されたコンピュータである。コンピュータに滑り検知プログラムをインストールすることで、滑り検知装置ＳＤとしての機能が実現する。滑り検知プログラムはコンピュータ読み取り可能な記憶媒体（非一過性のものを含む）に記憶してもよい。センサユニット２０と滑り検知装置ＳＤとは有線または無線で接続されている。センサユニット２０で得られたデータは滑り検知装置ＳＤに入力される。

【0015】

（把持具）
図２に示すように、把持具ＡＡは一対の把持部１１、１１を有する。各把持部１１は棒状の部材である。一方の把持部１１の基端と他方の把持部１１の基端とはピン１２で連結されている。両把持部１１、１１がピン１２を中心に旋回することで、把持部１１、１１が開閉する。図２における実線は把持部１１、１１が開いた状態を示し、一点鎖線は把持部１１、１１が閉じた状態を示す。本実施形態の把持具ＡＡは一対の把持部１１、１１がハサミの様に開閉する。

【0016】

一対の把持部１１、１１を閉じることで、対象物を把持部１１、１１で挟んで掴むことができる。また、一対の把持部１１、１１を開くことで、掴んでいた対象物を放すことができる。各把持部１１の他方の把持部１１と対向する面を把持面１１ｓと称する。把持部１１、１１で対象物を掴む際には、把持面１１ｓが対象物と接触する。対象物との摩擦を強くするために、把持面１１ｓに凹凸を設けてもよい。また、把持面１１ｓは平面でもよいし、曲面でもよい。

【0017】

把持具ＡＡは一対の把持部１１、１１を開閉する開閉機構を有する。本実施形態の開閉機構は、主に、ハンドル１３、シャフト１４、およびロッド１５からなる。ハンドル１３は固定ハンドル１３ａと可動ハンドル１３ｂとがピン連結されたハサミ型のハンドルである。固定ハンドル１３ａに中空のシャフト１４の基端が固定されている。シャフト１４の先端に一対の把持部１１、１１がピン１２で連結されている。シャフト１４の内部にロッド１５が挿入されている。ロッド１５の基端は可動ハンドル１３ｂに固定されている。ロッド１５の先端は一対の把持部１１、１１に連結されている。

【0018】

術者がハンドル１３を握って開閉すると、その開閉動作がロッド１５を介して伝達され、一対の把持部１１、１１が開閉する。これにより、術者は把持部１１、１１の開閉操作を行なうことができる。

【0019】

なお、本実施形態のように、一対の把持部１１、１１の両方がシャフト１４に対して旋回する構成としてもよい。一方の把持部１１がシャフト１４に対して固定され、他方の把持部１１がシャフト１４に対して旋回する構成としてもよい。

【0020】

（センサユニット）
図３および図４に示すように、把持部１１にはセンサユニット２０が設けられている。把持部１１、１１で対象物を掴むと、センサユニット２０と対象物とが接触する。一対の把持部１１、１１の一方に１つのセンサユニット２０を設けてもよい。一対の把持部１１、１１の両方に、１つずつセンサユニット２０を設けてもよい。

【0021】

図３および図４に示すように、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を定義する。ｘ軸は把持部１１の基端から先端に向かう方向に沿っている。ｙ軸はｘ軸に対して垂直であり、把持部１１の幅方向に沿っている。ｚ軸はｘ軸およびｙ軸に対して垂直であり、把持面１１ｓに対して垂直な方向に沿っている。

【0022】

センサユニット２０は平面視長方形の板状の部材である。センサユニット２０の一方の主面をセンシング面と称する。センサユニット２０はセンシング面が把持面１１ｓと面一となるように、把持部１１の内部に固定されている。なお、センサユニット２０のセンシング面は平面でよい。把持面１１ｓが曲面の場合には、センシング面を把持面１１ｓに沿った曲面としてもよい。

【0023】

センサユニット２０は所定の分布で配置された複数の力覚センサ３０を有する。本実施形態のセンサユニット２０は、８つの力覚センサ３０がｘ軸に沿って一列に並んで直線状に配置されている。力覚センサ３０は等間隔で配置することが好ましいが、不等間隔で配置してもよい。また、力覚センサ３０の数は８つに限定されない。センサユニット２０は２つ以上の力覚センサ３０を有していればよい。

【0024】

（力覚センサ）
各力覚センサ３０は対象物から受ける力を測定する機能を有する。本実施形態の力覚センサ３０は３軸方向の力を測定する機能を有する。ここで、３軸方向の力は、センシング面に対して垂直な方向（ｚ軸方向）に作用する法線力と、センシング面と平行な２方向（ｘ軸方向およびｙ軸方向）に作用する接線力とからなる。力覚センサ３０の構成は特に限定されないが、例えば、以下に説明する構成とすればよい。

【0025】

図５および図６（Ａ）に示すように、力覚センサ３０はフレーム３１と接触子３２とを有する。接触子３２はフレーム３１に形成された空間部に配置されている。接触子３２は十字に配置された４つの梁３３によりフレーム３１に支持されている。フレーム３１と接触子３２との間には、接触子３２が揺動可能な隙間が設けられている。

【0026】

フレーム３１の上面および接触子３２の上端面はセンシング面を構成する。接触子３２の上端面はフレーム３１の上面と同一の高さとすればよい。また、接触子３２の上端面をフレーム３１の上面より上方に突出させてもよいし、下方に埋没させてもよい。

【0027】

力覚センサ３０のサイズは特に限定されないが、例えば、平面視０．５～５ｍｍ四方である。また、力覚センサ３０の厚さは、例えば、１００μｍ～１ｍｍである。梁３３の厚さは、例えば、１０～３０μｍである。

【0028】

図６（Ｂ）に示すように、力覚センサ３０のセンシング面に対象物Ｏが接触すると、対象物Ｏから受ける力により接触子３２が下方（ｚ軸方向）に沈む。これにともない梁３３が撓む。また、対象物Ｏから受ける力の方向がｚ軸方向に対して傾いていると、接触子３２はｚ軸方向に対して傾く。

【0029】

接触子３２の垂直変位および傾きにより梁３３に歪みが生じる。梁３３の歪みを検出するために、梁３３には５つの歪検出素子３４、３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂが設けられている。歪検出素子３４、３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂは、例えば、ピエゾ抵抗素子である。

【0030】

歪検出素子３４は接触子３２の垂直変位を検出するのに用いられる。以下、歪検出素子３４をｚ軸歪検出素子３４と称する。力覚センサ３０にはｚ軸歪検出素子３４と組み合わせて用いられる基準抵抗３５が設けられている。基準抵抗３５は梁３３の撓みの影響を受けない位置、例えば、接触子３２の下面に設けられる。

【0031】

歪検出素子３６ａ、３６ｂはｘ軸に沿って、接触子３２を挟んだ位置に配置されている。以下、歪検出素子３６ａ、３６ｂをｘ軸歪検出素子３６ａ、３６ｂと称する。歪検出素子３７ａ、３７ｂはｙ軸に沿って、接触子３２を挟んだ位置に配置されている。以下、歪検出素子３７ａ、３７ｂをｙ軸歪検出素子３７ａ、３７ｂと称する。

【0032】

力覚センサ３０は梁３３の歪みを検出する歪検出回路を有する。図７に示すように、歪検出回路は、ｚ軸歪検出素子３４と基準抵抗３５とを直列に接続して両端に電圧Ｖddをかけ、ｚ軸歪検出素子３４と基準抵抗３５との間の電圧Ｖzを出力する。電圧Ｖzはｚ軸歪検出素子３４の電気抵抗の変化により変化する。そのため、電圧Ｖzを読み取ることで梁３３のｚ軸方向の歪みを検出できる。これより接触子３２の垂直方向（ｚ軸方向）の変位を検出できる。また、梁３３の弾性率は既知であるから、接触子３２の垂直方向の変位から、接触子３２が対象物から受けるｚ軸方向の力、すなわち法線力を測定できる。

【0033】

また、歪検出回路は、ｘ軸歪検出素子３６ａ、３６ｂを直列に接続して両端に電圧Ｖddをかけ、ｘ軸歪検出素子３６ａと３６ｂとの電圧Ｖxを出力する。電圧Ｖxはｘ軸歪検出素子３６ａ、３６ｂの差動により変化する。そのため、電圧Ｖxを読み取ることで梁３３のｘ軸方向の歪みを検出できる。これより接触子３２のｘ軸方向の傾きを検出できる。また、梁３３の弾性率は既知であるから、接触子３２のｘ軸方向の傾きから、接触子３２が対象物から受けるｘ軸方向の接線力を測定できる。

【0034】

同様に、歪検出回路は、ｙ軸歪検出素子３７ａ、３７ｂを直列に接続して両端に電圧Ｖddをかけ、ｙ軸歪検出素子３７ａと３７ｂとの電圧Ｖyを出力する。電圧Ｖyはｙ軸歪検出素子３７ａ、３７ｂの差動により変化する。そのため、電圧Ｖyを読み取ることで梁３３のｙ軸方向の歪みを検出できる。これより接触子３２のｙ軸方向の傾きを検出できる。また、梁３３の弾性率は既知であるから、接触子３２のｙ軸方向の傾きから、接触子３２が対象物から受けるｙ軸方向の接線力を測定できる。

【0035】

力覚センサ３０は半導体マイクロマシニング技術を用いてＳＯＩ基板などの半導体基板を加工することにより形成できる。その手順は、例えば、つぎのとおりである。まず、ＳＯＩ基板の活性層上に不純物拡散、イオン注入などの方法でピエゾ抵抗素子などを形成する。つぎにアルミスパッタなどにより金属配線を形成して、歪検出回路を構成する。その後、Ｄｅｅｐ－ＲＩＥにより支持基板をエッチングしてフレーム３１と接触子３２との間の空間部を形成する。梁３３は残存した活性層および中間酸化膜により形成される。

【0036】

なお、力覚センサ３０の製造方法は半導体マイクロマシニング技術に限定されない。例えば、素材として金属歪ゲージ、ステンレス製ダイヤフラムなどを用いてもよいし、３次元プリンターによる造形技術なども採用できる。

【0037】

（滑り検知）
前述のごとく力覚センサ３０は対象物から受ける力を測定する機能を有する。また、センサユニット２０には複数の力覚センサ３０が所定の分布で配置されている。そのため、センサユニット２０は対象物から受ける荷重の分布を測定できる。

【0038】

ここで、力覚センサ３０が対象物から受ける力の方向は、センシング面に対して常に垂直であるとは限らない。例えば、把持具ＡＡの把持面１１ｓが曲面の場合、対象物の表面が曲面の場合、対象物が柔軟性を有する場合、対象物の組成が不均一であり位置によって硬さが異なる場合などには、力の方向がｚ軸方向に対して傾くことがある。このような場合、法線力（ｚ軸方向の力）のみからでは、対象物から受ける力の大きさを正確に求めることができない。

【0039】

本実施形態の力覚センサ３０は３軸方向の力を測定できる。３軸方向の力を合成することで合成荷重を得ることができる。なお、合成荷重は、以下の式（１）により求められる。

【数1】

ここで、Ｆは合成荷重、ｆ_xはｘ軸方向の力、ｆ_yはｙ軸方向の力、ｆ_zはｚ軸方向の力である。

【0040】

合成荷重は対象物から受ける荷重の大きさを正確に表したものとなる。荷重分布として合成荷重の分布を用いることで、対象物の滑りを精度良く検知できる。以下、本実施形態において荷重分布とは合成荷重の分布を意味する。

【0041】

滑り検知装置ＳＤにはセンサユニット２０で測定された荷重分布が入力されている。滑り検知装置ＳＤは荷重分布に基づき、対象物の滑りを検知する。以下、その手順を説明する。

【0042】

・滑り検知方法１
図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、対象物Ｏとして、消化器官壁のように外層Ｏ１と内層Ｏ２とを有するものを想定する。この種の対象物Ｏは外層Ｏ１と内層Ｏ２との間で滑りが生じやすい。図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、この順に、内層Ｏ２が滑る様子を示している。また、図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、各状態においてセンサユニット２０で測定される荷重分布も示す。

【0043】

図８（Ａ）に示すように、把持部１１、１１が対象物Ｏをしっかりと掴んだ状態では、把持部１１が対象物Ｏから受ける荷重分布は、把持部１１の基端近くにピークを有する。図８（Ｂ）に示すように、内層Ｏ２が外層Ｏ１に対して滑りはじめると、荷重分布のピークは中央付近に移動する。そして、図８（Ｃ）に示すように、さらに内層Ｏ２が滑って移動すると、荷重分布のピークは把持部１１の先端近くまで移動する。このように、内層Ｏ２の滑りにともない、荷重分布のピークが、把持部１１の基端から先端に向かって移動する。これを利用して対象物Ｏの滑りを検知する。

【0044】

荷重分布の中心位置は、モーメントのつり合いから、以下の式（２）により求められる。

【数2】

ここで、図９に示すように、ｘ_cは荷重分布の中心位置、ｘ_kは把持部１１の基端からｋ番目の力覚センサ３０のｘ座標、Ｆ_kはｋ番目の力覚センサ３０で測定された合成荷重である。

【0045】

なお、力覚センサ３０が間隔ａで等間隔に並べられている場合、荷重分布の中心位置ｘ_cは式（３）で求めることができる。

【数3】

【0046】

滑り検知装置ＳＤは、式（２）または式（３）に基づき、センサユニット２０で測定された荷重分布の中心位置ｘ_cを求める。そして、滑り検知装置ＳＤは、中心位置ｘ_cの時間変化に基づき、対象物の滑りを検知する。すなわち、滑り検知装置ＳＤは中心位置ｘ_cが移動している場合に、対象物が滑っていると判断する。また、中心位置ｘ_cの移動速度から、対象物の滑りの速度を求めることができる。逆に、滑り検知装置ＳＤは中心位置ｘ_cが移動していない場合に、対象物が滑っていない（しっかりと掴まれている）と判断する。

【0047】

・滑り検知方法２
荷重分布の中心位置に代えて、ピーク位置に基づき対象物の滑りを検知してもよい。センサユニット２０で測定される合成荷重の測定位置は離散的である。そこで、センサユニット２０で測定された荷重分布を所定の関数でフィッテイングしてピークを特定すればよい。また、センサユニット２０が有する複数の力覚センサ３０のうち、合成荷重測定値が最大の力覚センサ３０の位置をピーク位置としてもよい。

【0048】

滑り検知装置ＳＤは、上記のように、センサユニット２０で測定された荷重分布のピーク位置を求める。そして、滑り検知装置ＳＤは、ピーク位置の時間変化に基づき、対象物の滑りを検知する。すなわち、滑り検知装置ＳＤはピーク位置が移動している場合に、対象物が滑っていると判断する。また、ピーク位置の移動速度から、対象物の滑りの速度を求めることができる。逆に、滑り検知装置ＳＤはピーク位置が移動していない場合に、対象物が滑っていない（しっかりと掴まれている）と判断する。

【0049】

なお、図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、対象物Ｏが外層Ｏ１と内層Ｏ２とを有すると仮定したが、このような構造を有さない単純な構造の対象物であっても、上記の方法で滑りを検知できる。溶けた氷のように、表面が潤滑剤で覆われた対象物は、把持部１１との間で摩擦がほとんど生じない。このような対象物であっても、滑りを検知できる。

【0050】

以上のように、本実施形態の把持具ＡＡは、把持部１１に設けられたセンサユニット２０により対象物から受ける荷重分布を測定できる。この荷重分布に基づき、対象物の滑りを検知できる。

【0051】

外層と内層との間で滑りが生じる対象物は、把持部１１と外層との間で摩擦力が働き、外層が滑っていない場合でも、内層が滑る場合がある。また、表面が潤滑剤で覆われた滑りやすい対象物は、把持部１１との間に生じる摩擦力が非常に弱い。したがって、このような対象物の滑りを摩擦力に基づいて検知することは困難である。

【0052】

これに対して、本実施形態では、荷重分布に基づいて対象物の滑りを検知する。そのため、摩擦が生じにくい滑りやすい対象物でも滑りを検知できる。

【0053】

（摩擦係数測定）
力覚センサ３０で測定される３軸方向の力のうち、ｚ軸方向の力を対象物から受ける垂直荷重とみなし、ｘ軸方向およびｙ軸方向の力を対象物との間に作用する摩擦力とみなしてもよい。そうすると、滑り検知装置ＳＤには、センサユニット２０で測定された垂直荷重測定値および摩擦力測定値が入力されることになる。滑り検知装置ＳＤは垂直荷重測定値および摩擦力測定値から対象物の摩擦係数を求める。その手順はつぎのとおりである。

【0054】

前述のごとく、滑り検知装置ＳＤは対象物の滑りを検知できる。すなわち、滑り検知装置ＳＤは対象物が滑り始めたタイミングを検知できる。したがって、滑り検知装置ＳＤは対象物が滑り始める直前の垂直荷重ｆ_zおよび摩擦力ｆ_xy（０）を特定できる。ここで、摩擦力ｆ_xy（０）は最大静止摩擦力である。滑り検知装置ＳＤは、以下の式（４）を用いて、垂直荷重ｆ_zおよび最大静止摩擦力ｆ_xy（０）から対象物とセンサユニット２０との間の静止摩擦係数μ₀を求める。

【数4】

【0055】

また、滑り検知装置ＳＤは対象物が滑っている状態を検知できる。したがって、滑り検知装置ＳＤは対象物が滑っている状態の垂直荷重ｆ_zおよび摩擦力ｆ_xyを特定できる。ここで、摩擦力ｆ_xyは動摩擦力である。滑り検知装置ＳＤは、以下の式（４）に従い、垂直荷重ｆ_zおよび動摩擦力ｆ_xyを用いて対象物とセンサユニット２０との間の動摩擦係数μを求める。

【数5】

【0056】

以上のように、滑り検知装置ＳＤは対象物の静止摩擦係数および動摩擦係数を測定できる。静止摩擦係数および動摩擦係数は、対象物の滑りやすさを示す。したがって、滑り検知装置ＳＤは対象物の滑りやすさを評価できる。

【0057】

（滑り予測）
また、滑り検知装置ＳＤは、対象物の滑り始めを予測することもできる。その手順はつぎのとおりである。

【0058】

滑り検知装置ＳＤには、予め測定された対象物の静止摩擦係数μ₀が記憶されている。滑り検知装置ＳＤは、式（４）に基づき、静止摩擦係数μ₀と現在の垂直荷重測定値ｆ_zとから最大静止摩擦力ｆ_xy（０）を求める。

【0059】

そして、滑り検知装置ＳＤは、現在の摩擦力測定値ｆ_xyと最大静止摩擦力ｆ_xy（０）との関係に基づき、対象物の滑り始めを予測する。例えば、摩擦力ｆ_xyと最大静止摩擦力ｆ_xy（０）との差分、摩擦力ｆ_xyの増加速度などから、対象物が実際に滑り始める前に、滑り始めを予測する。

【0060】

対象物の滑り始めの予測を把持具ＡＡの動作に反映させれば、対象物を滑らせることなく維持できる。例えば、ロボットハンドなどはアクチュエータで動作する。この種の把持具ＡＡのアクチュエータの制御に、対象物の滑り始めの予測を反映すれば、対象物を滑らせることなく維持できる。

【0061】

なお、本実施形態では、複数の力覚センサ３０が一列に並んで配置されているため、その列方向（ｘ軸方向）の対象物の滑りを検知できる。複数の力覚センサ３０が並べられる方向は、把持部１１の基端から先端に向かう方向（ｘ軸方向）に限定されない。複数の力覚センサ３０を、把持部１１の幅方向（ｙ軸方向）に並べてもよいし、ｘ－ｙ平面内で斜めに並べてもよい。

【0062】

〔第２実施形態〕
つぎに、第２実施形態に係る把持システムＧＳを説明する。
図１０に示すように、把持具ＢＢは多関節のものでもよい。例えば、把持具ＢＢは、基部１６に２つの指１７、１７が設けられている。各指１７は中間部１８と把持部１１とからなる。中間部１８は基部１６に対して旋回可能である。把持部１１は中間部１８に対して旋回可能である。対象物Ｏを指１７、１７で挟んで掴むことができる。一方の把持部１１にはセンサユニット２０が設けられている。

【0063】

このような把持具ＢＢの場合、一対の把持部１１、１１が平行な状態を維持したまま開閉することがある。この場合でも、対象物Ｏの縁がセンサユニット２０の領域内にある場合には、第１実施形態と同様に、センサユニット２０で測定された荷重分布の中心位置またはピーク位置に基づき対象物Ｏの滑りを検知できる。

【0064】

図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、対象物Ｏの内部に痼などの周囲よりも硬い硬質部分Ｏ３があるとする。この場合、センサユニット２０で測定される荷重分布は、硬質部分Ｏ３が存在する領域の合成荷重が他の領域よりも高くなる。このような対象物Ｏが滑った場合、硬質部分Ｏ３の移動にともなって、合成荷重が高い領域が移動する。

【0065】

例えば、図１１（Ａ）に示すように、硬質部分Ｏ３が把持部１１の基端付近に存在する場合、荷重分布は把持部１１の基端付近の領域が高くなる。図１１（Ｂ）に示すように、対象物Ｏが滑って硬質部分Ｏ３が把持部１１の先端付近に移動した場合、荷重分布は把持部１１の基端付近の領域が高くなる。このような場合には、第１実施形態と同様に、センサユニット２０で測定された荷重分布の中心位置またはピーク位置に基づき対象物Ｏの滑りを検知できる。

【0066】

図１２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、対象物Ｏがある程度の硬さを有する場合、センサユニット２０で測定される荷重分布は、対象物Ｏの表面形状を反映したものとなる。すなわち、対象物Ｏの表面のうち外方に突出した部分は合成荷重が高くなり、内側に凹んだ部分は合成荷重が低くなる。

【0067】

したがって、対象物Ｏが図１２（Ａ）に示す状態から、図１２（Ｂ）に示す状態まで滑って移動した場合、荷重分布はその形状を維持したまま、対象物Ｏが滑った方向に平行移動する。このような場合には、滑り検知装置ＳＤは荷重分布の平行移動に基づき対象物Ｏの滑りを検知できる。

【0068】

〔第３実施形態〕
つぎに、第３実施形態に係る把持システムＧＳを説明する。
図１３に示すように、センサユニット２０を構成する複数の力覚センサ３０を平面状に分布するよう配置してもよい。力覚センサ３０の配置は正方格子状でもよいし、矩形格子状でもよいし、三角格子状でもよい。

【0069】

このように、複数の力覚センサ３０を平面状に分布して配置すれば、２次元方向の対象物の滑りを検知できる。すなわち、対象物のｘ軸方向の滑りに加え、ｙ軸方向の滑りを検知できる。

【0070】

なお、センサユニット２０を構成する複数の力覚センサ３０を十字またはＴ字形に配置してもよい。このようにしても、２次元方向の対象物の滑りを検知できる。

【0071】

〔第４実施形態〕
つぎに、第４実施形態に係る把持システムＧＳを説明する。
力覚センサ３０は、対象物から受ける法線力（ｚ軸方向の力）のみを測定するものでもよい。その構成は特に限定されないが、例えば、以下に説明する構成とすればよい。

【0072】

図１４および図１５（Ａ）に示すように、本実施形態の力覚センサ３０は、主に、フレーム３１、接触子３２、およびダイヤフラム３８を有する。フレーム３１は円柱状の空間部を有している。その空間部の下側開口部はダイヤフラム３８で閉塞されている。ダイヤフラム３８の中央には円柱状の接触子３２が立設している。すなわち、フレーム３１が有する円柱状の空間部の中央に接触子３２が設けられている。ダイヤフラム３８の厚さは、例えば、１０～３０μｍである。

【0073】

図１５（Ｂ）に示すように、力覚センサ３０のセンシング面に対象物Ｏが接触すると、対象物Ｏから受ける荷重により接触子３２が下方（ｚ軸方向）に沈む。これにともないダイヤフラム３８が撓む。このときに生じるダイヤフラム３８の歪みを検出するために、ダイヤフラム３８にはｚ軸歪検出素子３４が設けられている。力覚センサ３０にはｚ軸歪検出素子３４と組み合わせて用いられる基準抵抗３５が設けられている。基準抵抗３５はダイヤフラム３８の撓みの影響を受けない位置、例えば、フレーム３１の下面に設けられる。

【0074】

力覚センサ３０はダイヤフラム３８の歪みを検出する歪検出回路を有する。図１６に示すように、歪検出回路は、ｚ軸歪検出素子３４と基準抵抗３５とを直列に接続して両端に電圧Ｖddをかけ、ｚ軸歪検出素子３４と基準抵抗３５との間の電圧Ｖzを出力する。電圧Ｖzはｚ軸歪検出素子３４の電気抵抗の変化により変化する。そのため、電圧Ｖzを読み取ることでダイヤフラム３８のｚ軸方向の歪みを検出できる。これより接触子３２の垂直方向（ｚ軸方向）の変位を検出できる。また、ダイヤフラム３８の弾性率は既知であるから、接触子３２の垂直方向の変位から、接触子３２が対象物から受ける法線力を測定できる。

【0075】

力覚センサ３０が法線力のみを測定するものであったとしても滑り検知が可能である。すなわち、第１、第２実施形態において、合成荷重に代えて垂直荷重（法線力）を用いればよい。この場合、荷重分布は垂直荷重の分布を意味することとなる。

【実施例】

【0076】

つぎに、実施例を説明する。
（センサユニットの作製）
センサユニットを支持基板厚さ４７５μｍ、活性層厚さ２０μｍのｎ型ＳＯＩウエハを加工して作製した。ウエハの活性層に対して、ｎ⁺型拡散領域による基板コンタクト領域の形成、絶縁酸化膜、ピエゾ抵抗に用いるｐ型拡散層の形成、アルミ配線による電極形成の順で製作プロセスを実施し、力覚検出のためのセンシング集積回路を形成した。ピエゾ抵抗部は不純物濃度３×１０^-12ｃｍ^-2でイオン注入後、１,０００℃の熱アニールによって形成した。回路部の形成後、Ｄｅｅｐ－ＲＩＥにより接触子構造形成を行なった。接触子はダイヤフラム構造で機械的に支持されている。ＳＯＩ活性層によって形成された膜部分が機械特性を決定する。ピエゾ抵抗はダイヤフラム上に形成されているため、接触子の変位を応力変化として信号検出可能である。

【0077】

完成したセンサユニットの写真を図１７に示す。センサユニットは８つの力覚センサが一列に並べられた構成を有する。各力覚センサのサイズは１ｍｍ四方である。このセンサユニットを鉗子の把持部に装着した。

【0078】

（ゲル体の把持）
センサユニットを装着した鉗子を用いて、ゲル状の対象物を把持した。図１８（Ａ）に、ゲル体を鉗子の把持部全体で掴んだ状態を示す。これを初期把持位置とする。図１８（Ｂ）に、ゲル体が初期把持位置から５ｍｍ移動した状態を示す。図１８（Ｃ）に、ゲル体が初期把持位置から１０ｍｍ移動した状態を示す。

【0079】

ゲル体が把持部の先端に向かって移動するのにともない、荷重分布のピーク位置も把持部の先端に向かって移動するのが分かる。これより、荷重分布の中心位置またはピーク位置に基づいて、対象物の滑りを検知できることが確認された。

【0080】

（２層体の把持）
模擬臓器をポリエチレンフィルムで包んで、外層（ポリエチレンフィルム）と内層（模擬臓器）とからなる２層体を作製した。センサユニットを装着した鉗子を用いて、作製した２層体を把持した。図１９（Ａ）に、鉗子で２層体を把持してから４．５秒後の状態を示す。図１９（Ｂ）に、鉗子で２層体を把持してから８．２秒後の状態を示す。図１９（Ｃ）に、鉗子で２層体を把持してから１６．１秒後の状態を示す。

【0081】

鉗子で２層体を掴むと、内層と外層との間で滑りが生じ、内層のみが把持部の先端に向かって移動する。これにともない、荷重分布のピーク位置も把持部の先端に向かって移動する。

【0082】

図２０に、分布荷重の中心位置の時間変化を示す。分布荷重の中心位置は時間の経過（内層の滑り）にともない移動する。これより、分布荷重の中心位置の時間変化に基づき、対象物の滑りを検知できることが確認された。

【符号の説明】

【0083】

ＧＳ 把持システム
ＡＡ 把持具
１１ 把持部
２０ センサユニット
３０ 力覚センサ
ＳＤ 滑り検知装置

【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】