(57)【要約】【課題】検知精度の高い触覚検知装置及び触覚検知方法を提供する。【解決手段】触覚検知装置１は、透明筒３３と、透明筒３３の長手方向の軸を囲むように配置され、複数のマーカ３２を有する内膜３１と、複数のマーカ３２の第１の画像を取得する第１のマーカ画像取得部と、これらの複数のマーカの第２の画像を取得する第２のマーカ画像取得部と、を備える。触覚検知装置１は、画像の歪み除去部と、マーカ抽出部と、マーカ重心計算部と、マーカマッチング部と、マーカ位置算出部と、接触判別部と、をさらに備える。接触判別部は、内膜３１の変位が閾値を超えた場合に物体の接触があると判別する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマーカを有する壁面を含む膜と、
前記複数のマーカの第１の画像を取得する第１のマーカ画像取得部と、
前記第１のマーカ画像取得部とは異なる視点から前記複数のマーカの第２の画像を取得する第２のマーカ画像取得部と、
前記第１の画像に含まれる前記複数のマーカと前記第２の画像に含まれる前記複数のマーカとを対応付けるマーカマッチング部と、
前記マーカマッチング部によって対応付けられた前記マーカの対応関係と、前記第１の画像と、前記第２の画像と、に基づいて前記複数のマーカの３次元空間における位置を算出するマーカ位置算出部と、
前記複数のマーカの３次元空間における前記位置に基づいて前記膜の変位を算出し、当該膜の変位が閾値を超えた場合に物体の接触があると判別する接触判別部と、を備える、
触覚検知装置。
【請求項２】
前記壁面は、柔軟性を有する円筒状の膜の内面である、
請求項１に記載の触覚検知装置。
【請求項３】
前記第１のマーカ画像取得部と前記第２のマーカ画像取得部とは、対向して配置されている、
請求項１又は２に記載の触覚検知装置。
【請求項４】
同時に異なる視点から壁面に設けられた複数のマーカの画像を第１の画像及び第２の画像として取得するステップと、
前記第１の画像と前記第２の画像の両方に基づいて、前記複数のマーカの位置を算出するステップと、
前記複数のマーカの算出された位置から前記壁面の形状を算出し、算出された前記壁面の形状の変位が閾値を超えた場合に物体の接触があると判別するステップと、を含む、
触覚検知方法。
【請求項５】
前記同時に異なる視点から壁面に設けられた複数のマーカの画像を第１の画像及び第２の画像として取得するステップは、
第１の視点と、当該第１の視点からの視線上に第２の視点を配置し、当該第２の視点の視線の方向を前記第１の視点からの視線と反対方向に位置付けるステップを含む、
請求項４に記載の触覚検知方法。
【請求項６】
前記複数のマーカの算出された位置から前記壁面の形状を算出し、算出された前記壁面の形状の変位が閾値を超えた場合に物体の接触があると判別するステップは、
前記壁面の内側の気体の圧力と、前記壁面の形状の変位と、前記壁面に外側から加えられた圧力との対応関係に基づいて、前記算出された前記壁面の形状の変位に応じて前記壁面に外側から加えられた圧力を算出するステップを含む、
請求項４又は５に記載の触覚検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚検知装置及び触覚検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の接触を検知する触覚検知装置として、抵抗センサ、容量性センサ、圧電センサ等の各種センサを用いたものや、光学的手法を用いて物体の接触を検知するものがある。
【０００３】
光学的手法を用いて物体の接触を検知する触覚検知装置として、特許文献１及び非特許文献１に示すような光学式触覚検知装置が知られている。
【０００４】
特許文献１に記載されている光学式触覚検知装置においては、透明な弾性体に複数のマーカが埋め込まれている。１つのカメラがこれらのマーカの画像を取得し、コンピュータがこれらの画像の情報と予め記憶されたマーカの位置とを比較して、弾性体に作用している力のベクトル分布を計算することで、物体の接触の有無及びその位置を検知する。
【０００５】
非特許文献１に記載されている柔軟光学触覚装置においては、筒状弾性体内に多数のピンが配置されている。１つのカメラが光学屈折レンズを通してこれらのピンの画像を取得し、コンピュータがこれらの画像の情報に基づいて筒状弾性体のたわみを計算し、たわみの生じている位置を計算することで、物体の接触の有無及びその位置を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２８８０３３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ward-Cherrier, Pestell, Cramphorn, Winstone, Giannaccini, Rossiter, Lepora NF, “The TacTip Family: Soft Optical Tactile sensors with 3D-Printed Biomimetic Morphologies”, Soft Robotics, Volume 5, No 2, p.216-227, April, 2018.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１及び非特許文献１に記載された装置は、カメラを１つしか用いない。このため、検知部である弾性体の歪みが大きくなると、目印となるマーカやピンを認識できなくなりやすく、触覚検知精度が低いという問題がある。
【０００９】
また、非特許文献１に記載の柔軟光学触覚装置においては、それぞれのピンの３次元の変位を推定できないため、３次元の触覚センサとしての触覚検知精度が低いという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑み、検知精度の高い触覚検知装置及び触覚検知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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る触覚検知装置は、
複数のマーカを有する壁面を含む膜と、
前記複数のマーカの第１の画像を取得する第１のマーカ画像取得部と、
前記第１のマーカ画像取得部とは異なる視点から前記複数のマーカの第２の画像を取得する第２のマーカ画像取得部と、
前記第１の画像に含まれる前記複数のマーカと前記第２の画像に含まれる前記複数のマーカとを対応付けるマーカマッチング部と、
前記マーカマッチング部によって対応付けられた前記マーカの対応関係と、前記第１の画像と、前記第２の画像と、に基づいて前記複数のマーカの３次元空間における位置を算出するマーカ位置算出部と、
前記複数のマーカの３次元空間における前記位置に基づいて前記膜の変位を算出し、当該膜の変位が閾値を超えた場合に物体の接触があると判別する接触判別部と、
を備える。
【００１２】
また、本発明の第２の観点に係る触覚検知方法は、
同時に異なる視点から壁面に設けられた複数のマーカの画像を第１の画像及び第２の画像として取得するステップと、
前記第１の画像と前記第２の画像の両方に基づいて、前記複数のマーカの位置を算出するステップと、
前記複数のマーカの算出された位置から前記壁面の形状を算出し、算出された前記壁面の形状の変位が閾値を超えた場合に物体の接触があると判別するステップと、
を含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、検知精度の高い触覚検知装置及び触覚検知方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る触覚検知装置の構成を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’矢視図である。
【図２】図１に示す触覚検知装置のシステム構成図である。
【図３】図１に示す触覚検知装置を用いた検知処理のフローチャートである。
【図４】（Ａ）は図１に示す触覚検知装置の２つカメラを用いて取得したマーカの元画像であり、（Ｂ）は（Ａ）の歪み除去後の画像である。
【図５】（Ａ）は第１のカメラと第２のカメラによってそれぞれ抽出されたマーカの位置と番号の対応を示す図であり、（Ｂ）はそれらの対応を直線で結んだ説明図であり、（Ｃ）は、マーカ、第１のカメラ、第２のカメラの３次元空間における位置関係を示す図であり、（Ｄ）は（Ｃ）の一部を取り出した説明図である。
【図６】（Ａ）は図１に示す触覚検知装置によって取得されたマーカの３次元空間上の分布を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）のマーカに内膜を対応付けて示した図である。
【図７】（Ａ）は第１の実験の測定対象である４つのマーカの位置を示す図であり、（Ｂ）はそれらのマーカの径方向の変位を示す図であり、（Ｃ）はそれらのマーカのＺ軸方向の変位を示す図である。
【図８】（Ａ）は第２の実験の測定対象であるマーカの番号を示す図であり、（Ｂ）はＸ軸方向の変位を示す図、（Ｃ）はＹ軸方向の変位を示す図、（Ｄ）はＺ軸方向の変位を示す図、（Ｅ）は３次元的な変位を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る触覚検知装置の概略説明図である。
【図１０】（Ａ）は本発明の第３の実施の形態に係る触覚検知装置の概略断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の触覚検知装置を内側から第１の基部に向けて見た場合のカメラの配置図であり、（Ｃ）は（Ａ）の触覚検知装置を内側から第２の基部に向けて見た場合のカメラの配置図である。
【図１１】（Ａ）は本発明の変形例に係る触覚検知装置の概略断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の触覚検知装置を内側から第１の基部に向けて見た場合のカメラの配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態に係る触覚検知装置１を、図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
本実施の形態に係る触覚検知装置１は、例えば、ロボットアームの腕の一部を構成して他の物体との接触の有無、その位置及び他の物体と接触していない状態である通常状態からの変位又は圧力を検知するものである。
【００１７】
触覚検知装置１は、図１（Ａ）に示すように、他のジョイントと結合する第１のジョイント部２１と、第１のジョイント部２１から延びて形成される第１の連結軸２２と、第１の連結軸２２の軸に対して垂直に設けられ、後述する第１のカメラ３４ａ、ＬＥＤ３６等を固定する第１の基部２３と、第１の基部２３に対向して配置され、後述する第２のカメラ３４ｂ、ＬＥＤ３６等を固定する第２の基部２６と、第２の基部２６に固定された第２の連結軸２５と、第２の連結軸２５と接続された第２のジョイント部２４と、第１の基部２３と第２の基部２６との間に配置され、物体の接触部位及び圧力を検知する検知部３０と、を備える。
図１（Ｂ）は、触覚検知装置１の内部構造を示す（Ａ）のＡ−Ａ’矢視図である。
以下、第１のジョイント部２１から第２のジョイント部２４に向かう方向を＋Ｚ方向とし、図１（Ｂ）の手前から奥へ向かう方向を＋Ｘ方向、左から右へ向かう方向を＋Ｙ方向として説明する。
【００１８】
検知部３０は、接触及びその圧力を検知するために柔軟性を有する略円筒状の内膜３１を備える。内膜３１には、規則的に間隔を空けて複数のマーカ３２が配置されている。検知部３０は、内膜３１を支持する透明のアクリル樹脂の円筒を含む透明筒３３を備える。検知部３０は、第１の基部２３及び第２の基部２６のそれぞれ向き合う面に、マーカ３２の画像を取得する第１のカメラ３４ａ及び第２のカメラ３４ｂと、第１のカメラ３４ａ及び第２のカメラ３４ｂがマーカ３２の明瞭な画像を取得するため検知部３０の内部を照らす複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）３６と、を備える。第１のカメラ３４ａと第２のカメラ３４ｂは互いに向き合う方向に配置され、第１のカメラ３４ａの光軸と第２のカメラ３４ｂの光軸は共通であり、かつ、Ｚ方向と平行である。ＬＥＤ３６は、第１の基部２３の表面上に、第１のカメラ３４ａを取り囲むように複数配置されている。ＬＥＤ３６は、第２の基部２６の表面上にも、第２のカメラ３４ｂを取り囲むように複数配置されている。さらに、触覚検知装置１は、非接触状態で検知部３０が透明筒３３に向かって凹まないように圧縮空気を導入する圧縮空気孔４１を第２の基部２６の側面に備えており、この圧縮空気孔４１には、圧縮空気チューブ４２が接続されている。また、検知部３０内の圧縮空気が漏れないよう、内膜３１のＺ方向の両端には、シリコン樹脂の膜である第１の密閉フィルタ３５ａ、第２の密閉フィルタ３５ｂが張られている。第１の密閉フィルタ３５ａ及び第２の密閉フィルタ３５ｂは、それぞれ、Ｚ方向においてＬＥＤ３６よりも検知部３０の中央側に配置されている。
【００１９】
第１の密閉フィルタ３５ａ及び第２の密閉フィルタ３５ｂは半透明であるため、ＬＥＤ３６の発する光は、第１の密閉フィルタ３５ａ又は第２の密閉フィルタ３５ｂを通して拡散（散乱）される。
また、図１（Ｂ）に示すように、透明筒３３の両端と中央には、黒色の遮光テープ３７が筒の側面に沿って貼り付けられている。透明筒３３の内部の中央には、黒色の塗料を混ぜたシリコン樹脂の膜である反射防止フィルタ３８が張られている。
このため、第１のカメラ３４ａ及び第２のカメラ３４ｂが透明筒３３の内側で反射された光を受けたりＬＥＤ３６の光を直接受けたりすることがなく、マーカ３２の認識精度が向上する。
【００２０】
なお、内膜３１及びマーカ３２は、例えば、以下のようにして構成されている。内膜３１は、黒色の塗料を混ぜたシリコーンゴムを長軸の中央に向けて半径が大きくなる略円筒形状の型に流し込んで乾燥させた後、型から外し、再起反射塗料を塗布したマーカ３２を内側に規則的に間隔を空けて貼り付けて形成されている。なお、マーカ３２は直径６ｍｍの円柱形状に形成されており、隣接するマーカ３２同士の間隔は、Ｚ方向に１５ｍｍ、内膜３１の周方向に２０ｍｍである。
マーカ３２が再起反射性を有すること、マーカ３２が黒色の内膜３１と高いコントラストをなすこと、遮光性を備えた内膜３１に外光が遮断されること等により、マーカ３２は、第１のカメラ３４ａ及び第２のカメラ３４ｂにサブピクセルオーダーの高い精度で認識される。
【００２１】
次に、触覚検知装置１のシステム構成を図２に示す。
触覚検知装置１は、各種の情報処理を行う情報演算装置１０と、第１のカメラ３４ａと、第２のカメラ３４ｂと、を備える。
情報演算装置１０は、例えば、コンピュータから構成されており、算術演算や論理演算を行う演算部１１と、外部機器と情報をやり取りする通信部１８と、画像データや処理プログラムを一時的又は永続的に記憶する記憶部１９と、を備える。演算部１１は、後述する触覚検知処理を行うものであり、画像の歪みを除去する画像の歪み除去部１２と、画像からマーカ３２の領域を抽出するマーカ抽出部１３と、マーカ３２の重心を計算するマーカ重心計算部１４と、異なる画像における同一のマーカ３２を対応付けるマーカマッチング部１５と、マーカ３２の３次元空間における位置を算出するマーカ位置算出部１６と、検知部３０への物体の接触を判別する接触判別部１７と、を含む。
通信部１８は、例えば、通信インタフェースであり、記憶部１９は、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）である。
【００２２】
次に、上述した構成の触覚検知装置１を用いて触覚を検知する触覚検知処理の考え方を、図３のフローチャートを参照して説明する。触覚検知処理は、図３に示したステップＳ１〜Ｓ８を繰り返すことで実行される。
【００２３】
まず、情報演算装置１０は、通信部１８を介して、第１のカメラ３４ａと第２のカメラ３４ｂから、マーカ３２のステレオ画像を取得する（ステップＳ１）。ここで、ステレオ画像とは、同じタイミングで異なる視点又は視線の方向から取得された２次元の画像をいう。
【００２４】
ステップＳ１で取得されたステレオ画像には、透明筒３３を通して取得されていること、撮像素子の特性、光学系の構造等に起因する歪みが含まれている可能性があるため、この画像の歪みを除去する（ステップＳ２）。
なお、触覚検知処理に先立ち、第１のカメラ３４ａと第２のカメラ３４ｂとを一定の間隔に離間して保持し、両方のカメラから同一の市松模様を撮影して、画像の歪みを除去するための補正パラメータを求めるカメラキャリブレーションを事前に行い、この補正パラメータのデータを、記憶部１９に記憶しておく。
ステップＳ２では、画像の歪み除去部１２は、記憶部１９から補正パラメータのデータを読み出して、このパラメータに基づいて、第１のカメラ３４ａと第２のカメラ３４ｂから取得されたステレオ画像を補正する。
図４（Ａ）、（Ｂ）は、第１のカメラ３４ａ及び第２のカメラ３４ｂがＬＥＤ３６に照らされた複数のマーカ３２を撮影して取得したステレオ画像である。図４（Ａ）は、歪みを除去する前のステレオ画像であり、（Ｂ）は歪みを除去した後のステレオ画像である。図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１のカメラ３４ａと第２のカメラ３４ｂとは互いにＺ方向において対向して配置されているため、第１のカメラ３４ａに取得された画像と第２のカメラ３４ｂに取得された画像とでＸ軸が反転している。画像の歪みの除去の処理が行われた結果、図４（Ｂ）に示すように画像における複数のマーカ３２のそれぞれの位置が、図４（Ａ）に比べて正確になっている。
【００２５】
続いて、２次元のステレオ画像から、マーカ３２の領域を抽出する（ステップＳ３）。
具体的には、マーカ抽出部１３は、例えば、特徴点抽出、輪郭検出、パターンマッチング、ニューラルネットワークを用いたパターン認識等の手法を用いて、ステップＳ２で歪みを除去された２次元のステレオ画像から、マーカ３２の存在する領域のピクセルにフラグを立てる。
【００２６】
次に、ステレオ画像には複数のマーカ３２が含まれているため、それらの重心を計算する（ステップＳ４）。
マーカ３２はＬＥＤ３６の発した光を反射するが、それ以外の部分は光を反射しないようにされているため、２次元のステレオ画像において、マーカ３２の存在する領域のみが、高い輝度を有する一定の範囲の領域として表れる。そこで、マーカ重心計算部１４は、歪みの除去されたステレオ画像を２値画像に変換した上で、それぞれのマーカ３２について、重心の座標を求める。なお、１つのマーカ３２の重心の座標は、ステップＳ３においてフラグの立てられたピクセルの座標の平均を計算することで求められる。マーカ重心計算部１４は、求められた重心の座標データを記憶部１９に記憶する。
このようにすることで、マーカ３２が第１のカメラ３４ａ又は第２のカメラ３４ｂによって斜め方向から撮影されているマーカ３２のステレオ画像における位置を、後続の処理に用いるのに適した座標として正確に求めることができる。
【００２７】
計算された重心の情報を基に、マーカ３２のマッチングを行う（ステップＳ５）。
マーカ３２は、内膜３１が変形していることにより、標準状態における位置からずれた位置にある可能性がある。また、次のステップＳ６で、それぞれのマーカ３２の視差のデータを必要とする。そこで、マーカマッチング部１５は、複数のマーカ３２のそれぞれについて、第１のカメラ３４ａと第２のカメラ３４ｂによって取得された２次元のステレオ画像において、同一のマーカ３２同士を対応付ける。
具体的には、まず、マーカマッチング部１５は、マッチングの処理を容易にするため、ステレオ画像の座標をデカルト座標（ｘ、ｙ）から極座標（ｒ、θ）に変換する。次に、極座標のｒ又はθを増加させながら、すべてのマーカ３２に、規則的に一意の番号を割り振る。次に、マーカマッチング部１５は、第１のカメラ３４ａに取得された画像におけるマーカ３２と第２のカメラ３４ｂに取得された画像におけるマーカ３２のうち、同一であるものに同一の番号が割り振られるよう、番号の並び替えを行う。番号の並び替えを行った直後の画像の一例を図５（Ａ）に示し、マッチングを行って対応するマーカ３２同士を直線で結んだ一例を図５（Ｂ）に示す。図５（Ｂ）において、例えば、１番に相当するマーカ３２は、第１のカメラ３４ａで撮影された画像においては、左端中央に位置しているが、第２のカメラ３４ｂで撮影された画像においては、中央付近に位置しており、適切な対応関係が求められていることが理解される。
【００２８】
ステップＳ５でマーカ３２の対応付けが完了しているため、対応データとともに、ステップＳ４で求められたマーカ３２の２次元のステレオ画像における重心の座標をも用いて、マーカ３２の３次元空間における実際の位置を算出する（ステップＳ６）。
詳細には、マーカ位置算出部１６は、三角測量の原理によって、３次元空間におけるすべてのマーカ３２の座標を算出する。すなわち、マーカ位置算出部１６は、予め記憶部１９に記憶されている第１のカメラ３４ａと第２のカメラ３４ｂとの距離と、歪みを除去され、対応付けられたステレオ画像におけるマーカ３２の重心の座標と、を用いて、マーカ３２の３次元空間における座標を算出する。
例えば、３次元空間における、マーカ３２をＰ（Ｘｒ、Ｙｒ、Ｚｒ）とし、第１のカメラ３４ａ、第１のカメラ３４ａによって取得される画像のなす仮想平面Ｓ１、第２のカメラ３４ｂ、第２のカメラ３４ｂによって取得される画像のなす仮想平面Ｓ２の位置関係を図５（Ｃ）に示す。図（Ｃ）に示すように、第１のカメラ３４ａ、第２のカメラ３４ｂと、点Ｐは、一辺をＺ軸とする三角形Ｔを形成する。三角形Ｔを取り出して紙面に投影した説明図を図５（Ｄ）に示す。図５（Ｄ）に示すように、三角形Ｔには、２つの直角三角形が含まれており、ｄの値が以下のように計算される。
Ｚ軸とＰとの距離ｄは、Ｌ１＝ｄ／ｔａｎθ１であり、Ｌ２＝ｄ／ｔａｎθ２であり、Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２であることから、ｄ＝Ｌ・ｔａｎθ１・ｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）で求められる。
なお、θ１は、第１のカメラ３４ａによって取得された画像におけるマーカ３２のＳ１平面上の２次元座標と、焦点距離から求められる第１のカメラ３４ａとＳ１との距離と、から計算可能である。同様に、θ２は、第２のカメラ３４ｂによって取得された画像におけるマーカ３２のＳ２平面上の２次元座標と、焦点距離から求められる第２のカメラ３４ｂとＳ２との距離と、から計算可能である。
そして、Ｐの３次元空間における座標（Ｘｒ、Ｙｒ、Ｚｒ）のうち、ＸｒとＹｒは、上記のように求められたｄの値と、図（Ｃ）の平面Ｓ１上の角度φと、から求められる。
さらに、Ｚｒは、ｄの値がすでに求められていることから、例えば、Ｌ１＝ｄ／ｔａｎθ１の式を用いて求められる。
このようにして、３次元空間におけるマーカ３２の座標（Ｘｒ、Ｙｒ、Ｚｒ）が算出される。
【００２９】
ステップＳ６で求められたマーカ３２の３次元空間における位置に基づいて、物体の接触を判別する（ステップＳ７）。
より詳細には、まず、接触判別部１７は、すべてのマーカ３２が内膜３１上にあることを利用し、マーカ３２の変位がそのマーカ３２位置における内膜３１の変位に相当するとして、内膜３１のすべての位置における変位を算出する。すなわち、マーカ３２のそれぞれの位置は、図６（Ａ）に示すように、３次元空間に分布している。なお、これらのマーカ３２の位置に関する情報に、触覚検知範囲としての内膜３１を被せて面の３次元的な変位を示したものを図６（Ｂ）に示す。
次に、接触判別部１７は、内膜３１の３次元的な変位が閾値を超えた場合に物体の接触があるものと判別する。なお、閾値を０としてもよく、この場合には、接触判別部１７は、変位があっただけで、物体の接触があるものと判別する。また、触覚検知装置１は、複数のマーカ３２の変位を同時に算出しているから、内膜３１の複数の箇所に同時に接触がある場合においても、それぞれの接触の位置を判別することができる。さらに、予め検知部３０内の圧縮空気の圧力と、内膜３１の変位と、接触の圧力との対応関係を求めて記憶部１９に記憶しておき、ステップＳ７でこの圧縮空気の圧力と接触の圧力との対応関係を用いることで、接触判別部１７は、接触の圧力を判別することもできる。
【００３０】
最後に、触覚検知処理を終了するか判断する（ステップＳ８）。具体的には、検知処理を終了しない場合には、ステップＳ１に戻って上記の処理を繰り返し、検知処理を終了する場合には、終了する。
【００３１】
以上述べたように、触覚検知装置１は、対向して配置された２つのカメラ、第１のカメラ３４ａ及び第２のカメラ３４ｂによって取得された画像をもとに内膜３１の変位を算出する。２つのカメラ、第１のカメラ３４ａ及び第２のカメラ３４ｂの両方の情報を用いてマーカ３２の変位を算出するため、１つのカメラしか用いない場合に比べて、触覚検知の精度を高くすることができる。
【００３２】
以下、触覚検知装置１の特性を調べた実験について説明する。
【００３３】
（第１の実験）
圧縮空気孔４１から充填する空気の量を制御し、内膜３１内の空気圧を１ｋＰａ、２ｋＰａ、３ｋＰａ、４ｋＰａと変化させた場合のマーカ３２の変位を計測する実験を行った。なお、複数のマーカ３２のうち、図７（Ａ）に示す代表的な４点（Ｚ軸方向の順に、ｐｏｉｎｔ２、ｐｏｉｎｔ４、ｐｏｉｎｔ６、ｐｏｉｎｔ８）を選び、これらの点の変位を測定した。
【００３４】
図７（Ｂ）に示すように、内膜３１内の空気圧が上昇するにつれて、半径方向の変位Ｒが大きくなるという結果が得られた。しかし、図７（Ｃ）に示すように、Ｚ軸方向の変位は生じないという結果が得られた。
第１の実験の結果から、内膜３１内の空気圧を上昇させてもＺ軸方向の変位に影響しないため、同じ内膜３１を用いる場合でも、接触時に感じられる硬さを変更することができることが理解される。
【００３５】
（第２の実験）
次に、検知部３０を指で触れて接触時の応答性を確認する実験を行った。マーカ３２には、図８（Ａ）に示すように番号を割り振った。
図８（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、検知部３０に指で触れると、その付近のマーカ３２に対応する内膜３１のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の変位が大きく変化した。その範囲は、Ｘ軸方向で−３ｍｍから＋２ｍｍ、Ｙ軸方向で−７ｍｍから＋４ｍｍ、Ｚ軸方向で−２ｍｍから＋２ｍｍの範囲であった。また、図８（Ｅ）に示すように、３次元の変位は、０ｍｍから＋７ｍｍの範囲であり、非接触時の変位は０．２ｍｍ以下であった。
第２の実験の結果から、触覚検知装置１の検知部３０に対する接触は、３次元的にリアルタイムに正確に検知されることが理解される。
【００３６】
（第２の実施の形態）
触覚検知装置１では、第１のカメラ３４ａと第２のカメラ３４ｂとを対にしたが、本発明の実施の形態は、これに限られない。第２の実施の形態に係る触覚検知装置１００は、２つの触覚検知装置１を組み合わせ、第１のカメラ１３４ａ、第２のカメラ１３４ｂ、第３のカメラ１３４ｃを用いる。
図９に概略を示したように、Ｚ軸方向の一端には、共通の第１のジョイント部１２１と、第１の連結軸１２２と、第１の基部１２３と、を備え、破線で示したように、第１の基部１２３上に、第１のカメラ１３４ａと複数のＬＥＤを備える。第１のカメラ１３４ａと第１の連結軸１２２の長手方向はＺ軸と平行である。
触覚検知装置１００は、第２のジョイント部１２４と、第２の連結軸１２５と、第２の基部１２６と、を備え、第２の基部１２６上に、第２のカメラ１３４ｂが配置されている。また、触覚検知装置１００は、第３のジョイント部１２７と、第３の連結軸１２８と、第３の基部１２９と、を備え、第２のジョイント部１２４等と第３のジョイント部１２７等は、第１のジョイント部１２１とＺ方向の反対側にあり、かつ、第２の連結軸１２５と第３の連結軸１２８の長手方向は、いずれもＺ軸方向に対して傾斜している。
なお、図示しないマーカ３２、透明筒３３、内膜３１、圧縮空気孔４１、圧縮空気チューブ４２等の構造は、触覚検知装置１と同様である。
【００３７】
マーカ３２の抽出等の検知処理は、触覚検知装置１におけるものと同様である。具体的には、第１のカメラ１３４ａによって取得された画像と第２のカメラ１３４ｂによって取得された画像、第１のカメラ１３４ａによって取得された画像と第３のカメラ１３４ｃによって取得された画像、に基づいて検知処理を行うことになる。
このようにすることで、検知部１３０の実効的な面積を２倍にしつつ、カメラ等の部品数の増加を抑制することができる。
【００３８】
（第３の実施の形態）
触覚検知装置１においては、検知部３０をＺ軸方向に貫く棒状（円筒形状）部材として、透明筒３３を用いたが、本発明の実施の形態はこれに限られない。
触覚検知装置２００においては、検知部２３０をＺ軸方向に貫く棒状（円筒形状）部材として、透明ではない円筒２３３を用いる。
触覚検知装置２００を円筒２３３の中心軸を含む平面で切断した場合の概略断面図を図１０（Ａ）に、内側から第１の基部２２３に向けて見た場合のカメラの配置図を図１０（Ｂ）に、内側から第２の基部２２６に向けて見た場合のカメラの配置図を図１０（Ｃ）に示す。図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、理解を促進するため、触覚検知装置１におけるジョイント部２１、２４、密閉フィルタ３５ａ、３５ｂ、ＬＥＤ３６、圧縮空気孔４１、圧縮空気チューブ４２等を省略した。
図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、触覚検知装置２００は、第１の基部２２３に、４つのカメラ２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ及び２３４ｄを周方向に等間隔に備える。また、図１０（Ａ）、（Ｃ）に示すように、触覚検知装置２００は、第２の基部２２６に、別の４つのカメラ２３４ｅ、２３４ｆ、２３４ｇ及び２３４ｈを周方向に等間隔に備える。これらのカメラ２３４ａ〜２３４ｈは、マーカ３２を撮影しやすいように、円筒２３３に対して傾斜して離れる光軸を有する向きに固定されている。また、Ｚ軸方向について同じ位置に配置されているカメラ、すなわち、２３４ａと２３４ｅ、２３４ｂと２３４ｆ、２３４ｃと２３４ｇ、２３４ｄと２３４ｈがそれぞれ一組となっており、この組ごとに、触覚検知装置１と同様の方法で、マーカ３２の位置が算出され、内膜２３１の形状が算出される。最後に、組ごとに算出された内膜２３１の形状が併合され、内膜２３１の全体の形状が求められる。
【００３９】
このように、触覚検知装置２００によれば、透明でない円筒２３３を用いる場合であっても、複数のカメラの組が補完し合い、マーカ３２の位置の算出及び内膜２３１の形状の算出をすることが可能である。
【００４０】
（変形例１）
触覚検知装置１においては、検知部３０の両端に第１のカメラ３４ａと第２のカメラ３４ｂを配置したが、両端からのステレオ画像を取得することができれば、そのような構成に限定されない。
変形例１に係る触覚検知装置３００は、検知部３３０の一端に、反射鏡３３８を備える。
具体的には、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、触覚検知装置３００は、触覚検知装置２００と同様に、内膜３３１と、透明でない円筒３３３と、第１の基部３２３と、第２の基部３２６と、を備える。第１の基部３２３には、４つのカメラ３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃ、３３４ｄが配置されている。一方、第２の基部３２６には、触覚検知装置２００と異なり、平面の円盤状の反射鏡３３８がＺ軸に対して垂直に配置されている。
なお、図１１（Ａ）、（Ｂ）では、理解を促進するため、触覚検知装置１におけるジョイント部２１、２４、密閉フィルタ３５ａ、３５ｂ、ＬＥＤ３６、圧縮空気孔４１、圧縮空気チューブ４２等を省略した。
【００４１】
触覚検知装置３００においては、各カメラ３３４ａ〜３３４ｄは、マーカ３２の画像を直接取得するだけでなく、平面鏡に映ったマーカ３２の画像をも同時に取得する。
従って、触覚検知装置３００は、第２の基部３２６の側にもカメラを備えているかのように、マーカの画像を取得する。このため、触覚検知装置３００は、マーカ３２の位置を算出し、内膜３３１の変位を算出することができる。
【００４２】
このように、触覚検知装置３００によれば、透明でない円筒３３３を用いる場合であっても、触覚検知装置２００に比べて少数のカメラを用いて、マーカ３２の位置の算出及び内膜３３１の形状の算出をすることが可能である。
【００４３】
（変形例２）
触覚検知装置１は、主としてロボットのアームの腕の一部を構成することを想定し、骨に相当する棒状（円筒形状）の透明筒３３を検知部３０の内部に備えていたが、検知部３０を支持することができる構成であれば、触覚検知装置１の構成に限られない。
変形例２に係る触覚検知装置４００は、触覚検知装置１と異なり、検知部３０を貫く透明筒３３を備えない。
【００４４】
触覚検知装置４００は、装置全体としての形状を維持するのに十分な強度を有する内膜４３１を備える。
【００４５】
このため、触覚検知装置４００においては、マーカ３２以外の部分による光の反射が生じず、透明筒３３等を用いる場合に比べ、高い精度で触覚を検知することができる。
また、棒状の部材が不要となるため、装置全体を軽量化することができる。
【００４６】
なお、以上の説明においては、カメラ３４ａ等の個数は、２個、３個、８個であったが、これらに限られるものではない。内膜３１の形状を算出することができる限り、カメラ３４ａ等の個数は適宜変更されてもよい。透明筒３３、円筒２３３の形状についても、適宜変更されてよい。
また、マーカ３２の配置される位置は、内膜３１の一部分であってもよい。
【００４７】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【符号の説明】
【００４８】
１          触覚検知装置
１０        情報演算装置
１１        演算部
１２        画像の歪み除去部
１３        マーカ抽出部
１４        マーカ重心計算部
１５        マーカマッチング部
１６        マーカ位置算出部
１７        接触判別部
１８        通信部
１９        記憶部
２１        第１のジョイント部
２２        第１の連結軸
２３        第１の基部
２４        第２のジョイント部
２５        第２の連結軸
２６        第２の基部
３０        検知部
３１        内膜
３２        マーカ
３３        透明筒
３４ａ      第１のカメラ
３４ｂ      第２のカメラ
３５ａ      第１の密閉フィルタ
３５ｂ      第２の密閉フィルタ
３６        発光ダイオード（ＬＥＤ）
３７        遮光テープ
３８        反射防止フィルタ
４１        圧縮空気孔
４２        圧縮空気チューブ
１００      触覚検知装置
１２１      第１のジョイント部
１２２      第１の連結軸
１２３      第１の基部
１２４      第２のジョイント部
１２５      第２の連結軸
１２６      第２の基部
１２７      第３のジョイント部
１２８      第３の連結軸
１２９      第３の基部
１３４ａ    第１のカメラ
１３４ｂ    第２のカメラ
１３４ｃ    第３のカメラ
２００      触覚検知装置
２２３      第１の基部
２２６      第２の基部
２３０      検知部
２３１      内膜
２３３      円筒
２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄ、２３４ｅ、２３４ｆ、２３４ｇ、２３４ｈ  カメラ
３００      触覚検知装置
３２３      第１の基部
３２６      第２の基部
３３０      検知部
３３１      内膜
３３３      円筒
３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃ、３３４ｄ  カメラ
３３８      反射鏡
４００      触覚検知装置
４３１      内膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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