(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触の有無を判定する第１のセンサと、圧力の大きさを検出する複数の第２のセンサとを具備するリンクと、
前記リンクの位置を制御する関節機構と、
前記第１のセンサおよび前記第２のセンサの検出結果に基づいて処理を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記第１のセンサが接触を検出するように前記関節機構を制御したときの、前記第２のセンサの出力値を用いて、前記第２のセンサの状態を判定する第１処理を行い、
更に前記制御部は、
前記第１のセンサの判定結果を用いて、１つの前記第２のセンサの状態を判定し、
前記１つの第２のセンサの状態判定結果を用いて、前記１つの第２のセンサとは別の第２のセンサの状態判定を行うことを特徴とするロボット装置。
【請求項２】
請求項１記載のロボット装置において、
前記第１処理が、前記第２のセンサのオープン故障を判定する処理であることを特徴とするロボット装置。
【請求項３】
請求項２記載のロボット装置において、
記憶素子を更に有し、
前記第１処理が、前記記憶素子に予め記録されている閾値と、前記第２のセンサの出力値とを比較することによって、前記第２のセンサのオープン故障を判定することを特徴とするロボット装置。
【請求項４】
請求項２記載のロボット装置において、
前記第１処理が、前記第２のセンサのオープン故障を判定する処理の前に行う、前記第２のセンサのショート故障を判定する処理であることを特徴とするロボット装置。
【請求項５】
請求項１記載のロボット装置において、
前記第１処理が、前記第２のセンサが物体と接触していることを判定するための閾値を決定する処理であることを特徴とするロボット装置。
【請求項６】
請求項１記載のロボット装置において、
前記リンクを２つ有し、
前記２つのリンクは、
対向して配置され、
それぞれ、接触端子と、前記第１のセンサと、前記複数の第２のセンサとを有し、
前記接触端子および前記第１のセンサのそれぞれは、前記２つのリンクを閉じた際に一方の前記リンクに設けられた前記接触端子が他方の前記リンクに設けられた前記第１のセンサと接触する位置に配置されることを特徴とするロボット装置。
【請求項７】
請求項１記載のロボット装置において、
前記複数の第２のセンサは、行列状に配置され、
前記第１のセンサは、前記行列状の上端の１箇所に配置されることを特徴とするロボット装置。
【請求項８】
請求項１記載のロボット装置において、
前記複数の第２のセンサは、行列状に配置され、
前記第１のセンサは、前記行列状の上端と下端との複数箇所に配置されることを特徴とするロボット装置。
【請求項９】
接触の有無を判定する第１のセンサと、圧力の大きさを検出する複数の第２のセンサとを具備するリンクと、
前記リンクの位置を制御する関節機構と、
前記第１のセンサおよび前記第２のセンサの検出結果に基づいて処理を制御する制御部と、
接触端子とを有し、
前記制御部は、前記第１のセンサが接触を検出するように前記関節機構を制御したときの、前記第２のセンサの出力値を用いて、前記第２のセンサの状態を判定する第１処理を行い、
前記第１のセンサは、前記接触端子との接触の有無を判定することを特徴とするロボット装置。
【請求項１０】
請求項９記載のロボット装置において、
前記接触端子は、接地された導体であることを特徴とするロボット装置。
【請求項１１】
プロセッサによって、圧力の大きさを検出する複数の第２のセンサの状態を判定するセンサの状態判定方法であって、
前記プロセッサは、
接触の有無を判定する第１のセンサの判定結果を用いて、１つの前記第２のセンサの状態を判定し、
前記１つの第２のセンサの状態判定結果を用いて、前記１つの第２のセンサとは別の第２のセンサの状態判定を行うことを特徴とするセンサの状態判定方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のセンサの状態判定方法において、
前記１つの第２のセンサの出力値と、予め記録されている閾値とを比較することによって、前記別の第２のセンサの故障を判定することを特徴とするセンサの状態判定方法。
【請求項１３】
プロセッサによって、圧力の大きさを検出する、行列状に配置された複数の第２のセンサの状態を判定するセンサの状態判定方法であって、
前記プロセッサは、
接触の有無を判定する、前記行列状の上端と下端とに配置された複数の第１のセンサの判定結果を用いて、前記上端に配置された第１のセンサと前記下端に配置された第１のセンサとの間に配置された、前記複数の第２のセンサの状態を判定することを特徴とするセンサの状態判定方法。
【請求項１４】
請求項１３記載のセンサの状態判定方法において、
前記複数の第１のセンサの出力値と、予め記録されている閾値とを比較することによって、前記複数の第２のセンサの故障を判定することを特徴とするセンサの状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット装置、特に様々な物体の把持・扱いを行うロボットハンド装置に関する。また、そのロボットハンド装置に取り付けるセンサ、特に触覚センサの状態判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットハンド装置（マニプレータ）は、これまで主に生産現場で組立などに利用されてきたが、今後は病院などの公共施設や家庭などの生活空間で人の活動を補助するものとしての利用にも期待が寄せられている。
【０００３】
生活空間においては、ロボットハンド装置は、硬さ、重さ、形状、大きさなどが異なる様々な物体の扱いを行う必要がある。こうした物体の扱いのためには、ロボットハンドの物体に接触する面（把持面）に高感度かつ高ダイナミックレンジの触覚センサを配置し、この触覚センサからの情報を用いて制御を行う方法が有効である。こうした触覚センサの代表的なものとして、微妙な接触を検知する感圧セルを平面状に配列した感圧センサアレイがある。
【０００４】
感圧セルは、一般に柔軟かつ微細な構造を備える。そのため、ロボットハンドを様々な環境下で長期間使用した場合、感圧センサアレイ内の一部の感圧セルが故障したり、部材の経年変化により感圧セルの感度が変化したりするなど、経年劣化が発生する。具体的に感圧セルの経年劣化は、（１）物体との接触がない場合でも常に一定の圧力値が検出されて「接触」と判別される（ショート故障）、（２）物体と接触している場合でも常に圧力値が検出されない、もしくは非常に小さい圧力値となって「非接触」と判別される（オープン故障）、（３）同じ圧力で物体と接触している場合でも検出値が変動する（感度劣化）の３種類がある。従って、ロボットハンドを生活空間化で利用するためには、使用前に感圧センサアレイの動作診断を行い、これらの経年劣化による故障を判別したり、感度を調整したりすることが重要となる。
【０００５】
従来、ロボットの動作診断を行う手法として、例えば特許文献１のように、ロボットの診断対象とする動作パターンを設定し、事前に計測したモータを制御する入出力信号と、センサまたはロボットを制御する機器の入出力信号とを判定データとし、新たに計測した判定データを診断データとし、統計的パターン認識方法により新たに計測した時のロボットの動作が正常であるかを判定する方法がある。
【０００６】
一方、例えば特許文献２には、タッチスクリーンシステムでの偽接触の判別方法として、タッチスクリーン支持部に設けられた１つ又は複数の力センサが接触を検出した場合、投影静電結合方式センサにて、この接触が有効かを判定し、有効でない場合は、複数の力センサの圧力センサ閾値を調整する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−８８２１９号公報
【特許文献２】特表２００４−５１８１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１記載の方法は、ロボットハンド全体の動作診断を行う方法であり、センサに関して具体的な動作診断の方法は説明されていない。感圧セルの経年劣化のうち、初期状態、即ち感圧センサアレイに何も物体が接触していない状態で判別可能なものは（１）ショート故障のみである。従って、事前に計測した動作パターンからは、（２）オープン故障及び（３）感度劣化を判別することはできない。
【０００９】
また、ロボットハンドの把持面は、対象物体を傷つけたり、破損したりしないように曲面状に形成される。上述した特許文献２記載の技術では、プレート状の剛体を支持する力センサの閾値を調整することはできるが、こうした曲面に配置された柔軟かつ微細な素材で構成されたセンサに対しては有効ではない。更に、アレイ状に配列された感圧セル個々の動作チェック、および閾値を調整することはできないという課題もある。
【００１０】
そこで、上述したような課題に鑑み、本発明の代表的な目的は、ロボットハンドの把持面に設けられた感圧センサアレイの感圧セル個々の故障を判定する技術を提供することにある。より詳細には、感圧センサアレイの感圧セル個々に対して、（１）ショート故障、（２）オープン故障、（３）感度劣化を検査する方法を提供することにある。また、（３）感度劣化が検出された感圧セル個々に対して、感度劣化を補償する方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１３】
すなわち、代表的なロボット装置は、接触の有無を判定する第１のセンサと、圧力の大きさを検出する複数の第２のセンサとを具備するリンクと、前記リンクの位置を制御する関節機構と、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサの検出結果に基づいて処理を制御する制御部とを有する。そして、前記制御部は、前記第１のセンサが接触を検出するように前記関節機構を制御したときの、前記第２のセンサの出力値を用いて、前記第２のセンサの状態を判定する第１処理を行うことを特徴とする。
【００１４】
また、代表的なセンサの状態判定方法は、プロセッサによって、圧力の大きさを検出する複数の第２のセンサの状態を判定するセンサの状態判定方法である。そして、前記プロセッサは、接触の有無を判定する第１のセンサの判定結果を用いて、１つの前記第２のセンサの状態を判定し、前記１つの第２のセンサの状態判定結果を用いて、前記１つの第２のセンサとは別の第２のセンサの状態判定を行うことを特徴とする。
【００１５】
また、代表的な別のセンサの状態判定方法は、プロセッサによって、圧力の大きさを検出する複数の第２のセンサの状態を判定するセンサの状態判定方法である。そして、前記プロセッサは、接触の有無を判定する複数の第１のセンサの判定結果を用いて、前記複数の第１のセンサの間に配置された、前記複数の第２のセンサの状態を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１７】
すなわち、代表的なものによって得られる効果は、ロボットハンドの把持面に設けられた感圧センサアレイの感圧セル個々の故障を判定することができる。より詳細には、感圧センサアレイの感圧セル個々に対して、（１）ショート故障、（２）オープン故障、（３）感度劣化を検査することができる。また、（３）感度劣化が検出された感圧セル個々に対して、感度劣化を補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１のロボット装置の概略構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１のロボット装置において、（ａ）〜（ｃ）は指先部の構造の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１のロボット装置において、感圧センサアレイの構成の一例を分解斜視で示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１のロボット装置において、ロボットハンド制御システムの概略構成の一例を示す図である。
【図５】図４における接地判定部の回路構成の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１のロボット装置において、（ａ）〜（ｄ）は感圧センサアレイの動作チェックの様子の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１のロボット装置において、感圧センサアレイの動作チェックの制御手順の一例を示す図である。
【図８】図７のショート故障チェックの詳細な手順の一例を示す図である。
【図９】図７の手順Ｓ７０３から手順Ｓ７０４を繰り返し実行している際の、接地判定部および感圧センサアレイにおける感圧セルの出力信号の変化の様子の一例を示す図である。
【図１０】図７の感度チェックの詳細な手順の一例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２のロボット装置において、（ａ）〜（ｃ）は指先部の構造の一例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２のロボット装置において、ロボットハンド制御システムの概略構成の一例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２のロボット装置において、（ａ）〜（ｃ）は感圧センサアレイの動作チェックの様子の一例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態２のロボット装置において、感圧センサアレイの動作チェックの制御手順の一例を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態２のロボット装置において、オープン故障チェックの詳細な手順の一例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態３のロボット装置において、（ａ），（ｃ）は指先部の構造の一例を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態３のロボット装置において、ハンド部の概略構成の一例を斜視で示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態３のロボット装置において、（ａ）〜（ｄ）は感圧センサアレイの動作チェックの様子の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数の実施の形態またはセクションに分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
【００２０】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２１】
［実施の形態の概要］
本実施の形態のロボット装置（一例として、（）内に対応する構成要素、符号などを付記）は、接触の有無を判定する第１のセンサ（露出電極４０）と、圧力の大きさを検出する複数の第２のセンサ（感圧センサアレイ３０の複数の感圧セル）とを具備するリンク（指先部２３（指節部２１））と、前記リンクの位置を制御する関節機構（指関節機構２２）と、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサの検出結果に基づいて処理を制御する制御部（ロボットハンド制御プロセッサ１１）とを有する。そして、前記制御部は、前記第１のセンサが接触を検出するように前記関節機構を制御したときの、前記第２のセンサの出力値を用いて、前記第２のセンサの状態を判定する第１処理を行うことを特徴とする。
【００２２】
また、本実施の形態のセンサの状態判定方法は、プロセッサ（ロボットハンド制御プロセッサ１１）によって、圧力の大きさを検出する複数の第２のセンサ（感圧センサアレイ３０の複数の感圧セル）の状態を判定するセンサの状態判定方法である。そして、前記プロセッサは、接触の有無を判定する第１のセンサ（露出電極４０）の判定結果を用いて、１つの前記第２のセンサの状態を判定し、前記１つの第２のセンサの状態判定結果を用いて、前記１つの第２のセンサとは別の第２のセンサの状態判定を行うことを特徴とする（図６などに対応）。
【００２３】
また、本実施の形態の別のセンサの状態判定方法は、プロセッサ（ロボットハンド制御プロセッサ１１）によって、圧力の大きさを検出する複数の第２のセンサ（感圧センサアレイ３０の複数の感圧セル）の状態を判定するセンサの状態判定方法である。そして、前記プロセッサは、接触の有無を判定する複数の第１のセンサ（上端露出電極４１ａ、下端露出電極４１ｂ）の判定結果を用いて、前記複数の第１のセンサの間に配置された、前記複数の第２のセンサの状態を判定することを特徴とする（図１３などに対応）。
【００２４】
上述した本実施の形態の概要に基づいた実施の形態を、以下において図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。もちろん、実施の形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材については同一の符号を付し、共通する説明は繰り返さない。
【００２５】
［実施の形態１］
本実施の形態１のロボット装置について、図１〜図１０を用いて説明する。本実施の形態では、ロボット装置の一例として、ロボットハンドの部分が台座に固定された装置を例に説明する。
【００２６】
＜ロボット装置の構成＞
まず、図１を用いて、本実施の形態のロボット装置の構成について説明する。図１は、このロボット装置の概略構成の一例を示す図である。
【００２７】
本実施の形態のロボット装置は、ロボットハンドの機構部と、このロボットハンドの機構部を固定する台座３から構成される。ロボットハンドを構成する要素は、大きく、アーム部１とハンド部２という２つの部位に分けられる。アーム部１は、台座３に固定される端を基端とし、この基端側から先端側に向かう方向を延伸方向として、台座３に固定される基端関節機構４、腕節部５ａ、関節機構６ａ、腕節部５ｂ、関節機構６ｂ、腕節部５ｃ、関節機構６ｃ、腕節部５ｄ、手首関節機構７が、順次延伸方向に連結される。ハンド部２は、手首関節機構７の更に延伸方向に連結される。台座３は、例えば導電性ウレタンフォームなど、導電性を持つ柔軟な素材で構成された接触リファレンス部８を更に備える。また、台座３の内部には、ロボットハンド全体の制御を行うロボットハンド制御部１０を備える。
【００２８】
各関節機構４、６ａ〜６ｃ、７は、自身より延伸方向に存在する部位に対して、関節軸周りの回転自由度を与える。例えば、図１において、基端関節機構４は、それより延伸方向に連結される腕節部５ａ以降の部位に対して、図中矢印に示すような回転自由度を与える。関節機構６ａ〜６ｃおよび手首関節機構７についても同様である。各関節機構４、６ａ〜６ｃ、７に対して、適切な回転自由度を実現するように設計することで、アーム部１は、ハンド部２を、基端関節機構４を中心とした一定の空間領域内における所定の位置および方向に、移動もしくは回転させることが可能となる。
【００２９】
なお、図１においては、基端関節機構４、関節機構６ａ〜６ｃ、手首関節機構７の５つの回転関節機構を備えるアーム部１を示したが、これは一例であって、関節機構および腕節部の数および種類を限定するものではない。更に、関節機構および腕節部の数および種類を増加させることで、ハンド部２が移動可能な空間領域を適宜変更することが可能となる。例えば、並進関節機構を腕節部５ａ〜５ｄに追加することで、ハンド部２が移動可能な空間領域を拡張することができる。このように、ハンド部２を必要となる位置および方向に移動もしくは回転させることができるものであれば、アーム部１の関節機構の数や腕節部の構成は、上記以外にも適宜変更できる。
【００３０】
ハンド部２は、手首関節機構７の更に延伸方向に連結される手掌部２５と、２本の指部２０から構成される。指部２０は、手掌部２５に固定される端を基端とし、基端側から先端側に向かう方向を延伸方向として、手掌部２５に固定される指基端関節機構２４、指節部２１ａ、指関節機構２２ａ、指節部２１ｂ、指関節機構２２ｂ、指先部２３のそれぞれが、この順に延伸方向に連結される。これにより、アーム部１と同様に、指基端関節機構２４を中心とし、一定の空間領域内の所定の位置および方向に、指先部２３を適宜移動させることが可能である。なお、これらの各関節機構および指節部の構成は、適宜変更可能であることは言うまでもない。また、指部２０の本数も、２本に限定されるものではない。
【００３１】
上記のように構成されるロボット装置のロボットハンドは、対象物の把持などの扱いを行うためには、アーム部１の腕節部５もしくはハンド部２の指節部２１もしくは指先部２３に相当するリンクを少なくとも２つ以上具備し、前記リンクを移動させる関節機構を少なくとも１つ以上具備すればよい。
【００３２】
＜指先部の構造＞
図２は、指先部２３の構造の一例を示す図である。図２（ａ）は指先部２３の物体との接触面である腹面から見た図であり、図２（ｂ）は（ａ）の一点鎖線Ａ―Ａ’における断面図であり、図１と同方向から見た図である。また、図２（ｃ）は、指先部２３を、一点鎖線Ａ―Ａ’のＡ’方向から見た図である。指先部２３のフレーム２３０には、腹面に沿うように、感圧センサアレイ３０が張り付けられ、この感圧センサアレイ３０の先端の一部には、露出電極４０が設けられている。これらの感圧センサアレイ３０および露出電極４０の詳細な構成については後述する。
【００３３】
指先部２３のフレーム２３０の内部には、センサ制御プロセッサ１１１と、信号線コネクタ１２０および１２１とを備えた、センサ制御モジュール１００を備える。感圧センサアレイ３０は、信号線コネクタ１２０を介してセンサ制御モジュール１００上の回路と接続され、露出電極４０は、信号線コネクタ１２１を介して、センサ制御モジュール１００上の回路と接続される。このように、感圧センサアレイ３０および露出電極４０と、センサ制御モジュール１００上の回路とを、信号線コネクタ１２０および１２１で分離・接続可能とすることで、ロボットハンドにおいて、物体との接触が多い感圧センサアレイ３０や露出電極４０を、適宜交換可能になる。
【００３４】
＜感圧センサアレイの構成＞
図３は、感圧センサアレイ３０の構成の一例を分解斜視で示す図である。感圧センサアレイ３０は、図３のｙ軸方向に並列に配置された板状（ｘ方向に延伸）の列電極３１ａ〜３１ｅと、図３のｘ軸方向に並列に配置された板状（ｙ方向に延伸）の行電極３２ａ〜３２ｊとの間に、感圧導電ゴムシート３３が積層される。更に、感圧センサアレイ３０の物体との接触する面に、被覆フィルム３４が積層される。また、被覆フィルム３４の一部には、露出電極４０を形成する。感圧センサアレイ３０において、１つの列電極３１と１つの行電極３２との交点を含む所定の面積の領域を感圧セル（単にセルとも記す）と定義する。即ち、感圧センサアレイ３０は、図３の点線で区切られた感圧セルが行列状に配置されたセンサである。なお、図３に示すように、例えば、列電極３１ａと行電極３２ａとの交点を第０行第０列の感圧セル（０，０）、列電極３１ｂと行電極３２ａとの交点を第０行第１列の感圧セル（０，１）、列電極３１ａと行電極３２ｂとの交点を第１行第０列の感圧セル（１，０）のように定義し、以下、感圧セルの座標系とする。
【００３５】
感圧センサアレイ３０に、図３のｚ軸正方向から負方向に向けて力を加えた場合、感圧導電ゴムシート３３は加圧された力の大きさに応じてその抵抗値が減少する。従って、例えば、列電極３１ａと行電極３２ａとの間の抵抗値を測定することで、列電極３１ａと行電極３２ａとの交点を含む感圧セル（０，０）に加えられた力を検出することができる。同様にして、列電極３１ａ〜３１ｅと、行電極３２ａ〜３２ｊとの任意の組み合わせの間の抵抗値を測定することで、感圧センサアレイ３０の任意の位置に加わっている力を、感圧セルを単位として、個別に検出することができる。以降の説明では、便宜上、感圧セルの測定値とは加えられた力の大きさを示すものとする。また、露出電極４０は、感圧センサアレイ３０の行列状の上端の１箇所に設けられ、接触の有無を判定する。
【００３６】
感圧センサアレイ３０は、ロボットハンドの指先部２３に張り付けるために、感圧導電ゴムシート３３や被覆フィルム３４を含め、全ての部材を柔軟物で構成する必要がある。そのため、長期間使用した場合、衝撃や擦過により部材に傷や欠けが生じたり、紫外線や熱などにより柔軟部材内部で微細なひび割れ（クラック）が生じたりする。感圧導電ゴムシート３３の傷や欠けによって、特定の列電極３１と特定の行電極３２が常に接触した状態になると、両電極の交点によって定義される感圧セルにおける測定値は、常に力が加わった状態との判別が不可能となる。これがショート故障である。また、列電極３１や行電極３２が破断したり、感圧導電ゴムシート３３の内部のクラックにより加わった力がシート内部で分散されたりすると、特定の感圧セルにおける測定値は、常に力が加わっていない状態との判別が不可能になる（オープン故障）。また、オープン故障に至らずとも、シート内部の力の分散などにより、同一の力に対する感圧セルの測定値が変化することもある（感度劣化）。このように、感圧センサアレイ３０の各感圧セルにおいて、ショート故障、オープン故障、感度劣化の３つの故障が発生し得る。従って、ロボットハンドの使用前に感圧センサアレイ３０の動作診断を行い、これらの故障を判別したり、感度を調整したりすることが必要となる。
【００３７】
図３では、感圧セル（０，２）の領域のみ、露出電極４０を形成した例を示している。真空蒸着もしくは電解メッキなどの方法により、露出電極４０を十分に薄く形成することで、柔軟な部材とみなすことが可能である。即ち、感圧セル（０，２）と、その他の感圧セルとの間で特性上に差異は発生せず、感圧センサアレイ３０の全体の特性に影響も発生しない。一方、露出電極４０も、長期間の使用において、衝撃や擦過により破損する可能性はある。しかし、故障は外観や電気的試験手段によって、容易に判別可能である。
【００３８】
＜ロボットハンド制御システムの構成＞
図４は、本実施の形態のロボット装置におけるロボットハンド制御システムの概略構成の一例を示す図である。ロボットハンド制御システムは、台座３の内部に備えられるロボットハンド制御部１０と、指先部２３のフレーム２３０の内部に備えられるセンサ制御モジュール１００と、ロボットハンド制御部１０とセンサ制御モジュール１００との間を接続するセンサ制御用バス１５と、ロボットハンド制御部１０と関節駆動モータ６１とを接続する関節駆動モータ制御用バス１４などから構成される。
【００３９】
ロボットハンド制御部１０は、ロボットハンド制御プロセッサ１１と、ロボットハンド制御プロセッサ用メインメモリ１２と、ロボットハンド制御プロセッサ用不揮発メモリ１３とを備える。ロボットハンド制御プロセッサ用不揮発メモリ１３には、ロボットハンド制御を行うためのプログラムおよびデータが記録される。ロボットハンド制御プロセッサ１１は、これらのプログラムおよびデータを起動時にロードして、ロボットハンド制御プロセッサ用メインメモリ１２をワーク領域として動作する。ロボットハンド制御プロセッサ１１は、関節駆動モータ制御用バス１４を介して、図１における関節機構６ａを駆動する関節駆動モータ６１ａ、図１における関節機構６ｂを駆動する関節駆動モータ６１ｂ、・・・などの動作を制御する。なお、図４には図示されないが、図１における関節機構全ては、関節駆動モータを具備し、これらの関節駆動モータは、関節駆動モータ制御用バス１４を介して、ロボットハンド制御プロセッサ１１により制御される。
【００４０】
センサ制御モジュール１００は、センサ制御プロセッサ１１１と、センサ制御プロセッサ用メインメモリ１１２と、センサ制御プロセッサ用不揮発メモリ１１３と、接地判定部１１４と、行マルチプレクサ１１５と、列デコーダ１１６と、信号線コネクタ１２０および１２１とを備える。センサ制御プロセッサ用不揮発メモリ１１３には、センサ制御を行うためのプログラムとデータが記録される。センサ制御プロセッサ１１１は、これらのプログラムとデータを起動時にロードして、センサ制御プロセッサ用メインメモリ１１２をワーク領域として動作する。接地判定部１１４は、信号線コネクタ１２１を介して露出電極４０と接続され、この露出電極４０が、接地電位か否かを判定する機能を具備する。行マルチプレクサ１１５は、感圧センサアレイ３０の複数の行電極３２からの信号から１つを選択して、センサ制御プロセッサ１１１に入力する。列デコーダ１１６は、センサ制御プロセッサ１１１からの信号を、感圧センサアレイ３０の複数の列電極３１のいずれか１つに選択的に出力する。列デコーダ１１６と、行マルチプレクサ１１５により、センサ制御プロセッサ１１１は、感圧センサアレイ３０の任意の位置にある感圧セルを指定して、その測定値を読み出すことができる。
【００４１】
なお、図４には図示されないが、センサ制御モジュール１００は、指先部２３に１つずつ具備されるため、センサ制御用バス１５には複数のセンサ制御モジュール１００が接続される。
【００４２】
ロボットハンド制御プロセッサ１１と、センサ制御プロセッサ１１１は、センサ制御用バス１５を介して任意の通信を行うことが可能である。ここで通信とは、ロボットハンド制御プロセッサ１１からの要求により、センサ制御プロセッサ１１１は、任意の処理結果を、ロボットハンド制御プロセッサ１１へ送出するという、データの授受などを指す。これにより、ロボットハンド制御プロセッサ１１は、センサ制御モジュール１００における接地判定部１１４の信号処理結果や、感圧センサアレイ３０の任意の感圧セルの測定値を、適宜取得することができる。
【００４３】
ロボットハンド全体を制御するロボットハンド制御プロセッサ１１と、センサ制御モジュール１００に搭載するセンサ制御プロセッサ１１１の２種類のプロセッサを具備することで、次のような利点がある。感圧センサアレイ３０の各感圧セルの測定値や接地判定部１１４の出力信号を取得するには、逐次アナログ・デジタル変換処理を行ったり、出力信号をポーリングしたりする処理が必要となる。本構成によれば、ロボットハンド制御プロセッサ１１が各関節駆動モータを制御している期間に、センサ制御プロセッサ１１１がこれらの処理を行うことができる。これにより、感圧センサアレイ３０や接地判定部１１４の出力を監視しながら、各関節駆動モータを制御する処理を、高速化することが可能である。また、センサ制御プロセッサ１１１が、感圧センサアレイ３０および露出電極４０の近傍である指先部２３の内部でアナログ・デジタル変換を行うことで、配線でのノイズの影響を受けにくくする効果もある。
【００４４】
＜接地判定部の回路構成＞
図５は、図４における接地判定部１１４の回路構成の一例を示す図である。図５において、Ｖｄｄは所定の電源電圧であり、１１４１はインバータ回路であり、１１４２はプルアップ抵抗であり、４０は図４における露出電極である。接地判定部１１４は、電源電圧Ｖｄｄと露出電極４０との間に接続されたプルアップ抵抗１１４２と、このプルアップ抵抗１１４２と露出電極４０との接続ノードに接続されたインバータ回路１１４１から構成される。プルアップ抵抗１１４２を所定の抵抗値に設定することで、露出電極４０に何も接触していない場合にインバータ回路１１４１の出力信号ＯＵＴは論理“０”を出力し、露出電極４０が接地電位に設定された所定の物体に接触した場合にインバータ回路１１４１の出力信号ＯＵＴは論理“１”を出力する。この出力信号ＯＵＴは、センサ制御プロセッサ１１１に入力されて処理される。
【００４５】
＜感圧センサアレイの動作チェック＞
図６は、本実施の形態における感圧センサアレイ３０の動作チェックの様子の一例を示す図である。図６において、指先部２３は図２で示した構造と同一であり、この指先部２３の内部詳細は省略するが、図２（ｂ）と同一の断面における様子を示している。図６および以降の説明において、便宜上、紙面の裏から表向きにｘ軸正方向を、左から右向きにｙ軸正方向を、下から上向きにｚ軸正方向をそれぞれ定義する。また、図６には、図１におけるハンド部２の指節部２１ｂと指関節機構２２ｂと指先部２３の概要のみを示しているが、ロボットハンドのアーム部１およびハンド部２の残りの部分については、以降の説明における動作を実現するために適切な位置関係となるように制御されているものとする。
【００４６】
図７は、本実施の形態における感圧センサアレイ３０の動作チェックの制御手順の一例を示す図である。なお、図７の各手順に相当するプログラムは、ロボットハンド制御プロセッサ１１によって実行され、センサ制御プロセッサ１１１は、ロボットハンド制御プロセッサ１１からの要求に応じて、接地判定部１１４の出力や、感圧センサアレイ３０の各感圧セルの測定値を読み出す処理のみを行う。以降の説明においても、特に記載のない限り、各制御プロセッサの役割は、これに従うものとする。
【００４７】
以下、図６および図７に基づき、図８〜図１０を参照しながら、感圧センサアレイ３０の動作チェックの制御手順について説明する。
【００４８】
図６（ａ）は、感圧センサアレイ３０の動作チェックの開始時における様子を示したものである。このようにロボットハンド制御システムは、動作チェックを、指先部２３が何にも接触していない状態から開始する（図７−Ｓ７００）。指先部２３が何にも接触していない状態であることは、周囲に障害物が存在しない状態で、ロボットハンドの各腕節部および各関節機構を所定の角度および位置に制御することで実現することができる。この状態において、ロボットハンド制御システムは、感圧センサアレイ３０の感圧セルそれぞれに対して、ショート故障チェックを行う（Ｓ７０１）。
【００４９】
図８は、ショート故障チェック（図７−Ｓ７０１）の詳細な手順の一例を示す図である。図８において、変数ｍは感圧センサアレイ３０の第ｍ行を示し、変数ｎは感圧センサアレイ３０の第ｎ列を示す。
【００５０】
ショート故障チェックを開始すると（Ｓ８００）、変数ｍおよび変数ｎを０に初期化する（Ｓ８００Ａ）。そして、第０行、第０列にある感圧セルの測定値を取得し（Ｓ８０１）、この取得した測定値を、所定のショート故障閾値と比較を行う（Ｓ８０２）。この時、感圧センサアレイ３０には何も接触していないため、感圧セルがショート故障していなければ、測定値は十分小さな値となる。従って、測定値がショート故障閾値より小さい場合（Ｓ８０２−ｙｅｓ）は、ショート故障していない感圧セルと判別し、測定値がショート故障値を超える場合（Ｓ８０２−ｎｏ）は、その感圧セルをショート故障個所としてマークする（Ｓ８０３）。以下、変数ｍおよび変数ｎを１ずつ増やしながら、全ての感圧セルに対して、同様の比較処理を繰り返し行う（Ｓ８０４、Ｓ８０４Ａ、Ｓ８０５、Ｓ８０５Ａ）ことで、感圧センサアレイ３０全体のショート故障チェックを完了する（Ｓ８０６）。
【００５１】
なお、感圧センサアレイ３０に用いる部材から、感圧セルの測定値が取り得る範囲は予め推定可能であり、この範囲の上限をショート故障閾値として用いればよい。このように事前に決定できるショート故障閾値は、ロボットハンド制御システムのロボットハンド制御プロセッサ用不揮発メモリ１３などにデータとして格納する。
【００５２】
ショート故障チェック（図８＝図７−Ｓ７０１）が終了すると、ロボットハンド制御システムは、指先部２３を、電気的に接地電位に設定された接触リファレンス部８（図１参照）の中心に対して、ｘ軸およびｙ軸は一致し、Ｚ軸正方向には所定の距離だけ離れた地点まで移動させる（Ｓ７０２）。接触リファレンス部８は、ロボットハンド制御システムにおいて既知の場所に具備されているため、手順Ｓ７０２では、ロボットハンドの各関節駆動モータ６１を所定の角度に設定するだけでよい。手順Ｓ７０２を終了した時点では、指先部２３には、何も接触していない。次に、指先部２３をｚ軸負方向に移動させる（Ｓ７０３）。ここで、ロボットハンド制御システムは、接地判定部１１４の出力を監視し（Ｓ７０４）、出力が反転するまで、手順Ｓ７０３から手順Ｓ７０４を繰り返し実行する。
【００５３】
図９は、手順Ｓ７０３から手順Ｓ７０４を繰り返し実行している際の、接地判定部１１４および感圧センサアレイ３０における感圧セル（０，０）の出力信号の変化の様子の一例を示したものである。手順Ｓ７０３の繰り返し開始時点では、指先部２３には何も接触していないため、接地判定部１１４の出力は、論理“０”である。そして、手順Ｓ７０３から手順Ｓ７０４に至る処理が数回繰り返されると、時刻Ｔ１にて、図６（ｂ）に示すように、指先部２３の先端に具備される露出電極４０が、接触リファレンス部８に接触する。この時点で、接地判定部１１４の出力は、論理“１”に反転する。この接地判定部１１４の出力を監視することで、ロボットハンド制御システムは、感圧センサアレイ３０が、接触リファレンス部８に接触したことを即座に判別することができる。この時、感圧センサアレイ３０の露出電極４０と同一の行位置、即ち第０行にある各感圧セルにおいては、接触状態における最低の圧力が加えられている状態となる。
【００５４】
手順Ｓ７０４にて、指先部２３が接触リファレンス部８に接触したことが判別されると、ロボットハンド制御システムは、指先部２３を静止し、感圧センサアレイ３０の露出電極４０と同一の行位置（第０行）にある各感圧セルに対して感度チェックを行う（Ｓ７０５）。
【００５５】
図１０は、感度チェック（図７−Ｓ７０５）の詳細な手順の一例を示す図である。変数ｍは感圧センサアレイ３０の第ｍ行を示すが、ここでは、第０行の感度チェックであるため、ｍ＝０となる。また、変数ｎは感圧センサアレイ３０の第ｎ列を示す変数である。
【００５６】
感度チェックを開始すると（Ｓ１０００）、ロボットハンド制御システムは、変数ｎを０に初期化する（Ｓ１０００Ａ）。そして、第０行、第０列の感圧セルの測定値を取得する（Ｓ１００１）。ここで、前述のように、第０行の各感圧セルには、接触した時点での最低の圧力が加わっている。従って、この時点で得られる感圧セルの測定値（図９のＴＨ）を、その感圧セルの接触判別閾値として利用できる。しかし、感圧セルの測定値は、図９に示すように、回路的もしくは構造的に発生する一定のノイズＮＯＩＳＥや、オフセットＯＦＦＳＥＴが含まれている。そのため、感圧センサアレイ３０が劣化もしくは故障し、感圧セルの測定値がノイズＮＯＩＳＥや、オフセットＯＦＦＳＥＴと比較して同程度もしくは、より小さい値となると、接触の判別が困難となってしまう。一方、ノイズＮＯＩＳＥやオフセットＯＦＦＳＥＴの値は、センサ制御モジュール１００の設計時点で統計的に求めることが可能である。
【００５７】
そこで、設計時に求められる統計的なノイズＮＯＩＳＥおよびオフセットＯＦＦＳＥＴの値から所定のオープン故障閾値を定め、手順Ｓ１００１で得られた感圧セルの測定値が、前記オープン故障閾値よりも大きいか否かを比較する（Ｓ１００１Ａ）。この結果、測定値がオープン故障閾値よりも大きい場合（Ｓ１００１Ａ−ｙｅｓ）は、感圧セルはオープン故障していないと判別し、測定値を感圧セルの接触判別閾値として記録する（Ｓ１００２）。一方、測定値がオープン故障閾値よりも小さい場合（Ｓ１００１Ａ−ｎｏ）は、オープン故障個所としてマークする（Ｓ１００３）。この処理を、変数ｎを１ずつ増やしながら全列の感圧セルに対して繰り返す（Ｓ１００４、Ｓ１００４Ａ）ことで、第０行の感度チェックを完了する（Ｓ１００５）。
【００５８】
オープン故障閾値は、ショート故障閾値と同様に、感圧セルの測定値が取り得る範囲は予め推定することは可能である。このように事前に決定したオープン故障閾値は、ロボットハンド制御システムのロボットハンド制御プロセッサ用不揮発メモリ１３にデータとして格納する。
【００５９】
一方、より精度よく接触を判定する必要がある場合、オープン故障閾値は図９におけるノイズＮＯＩＳＥが影響しない範囲で最小の値を選ぶことが望ましい。このようなオープン故障閾値は、動作チェックの制御手順内で求めることが可能である。例えば、図９における手順Ｓ７０３を実行している期間内の、感圧セルの測定値を記録しておくことで、感圧セルに何も接触していない場合の、その感圧セルの測定値の統計的データを算出することができる。この統計的データからオープン故障閾値を定めることにより、望ましいオープン故障閾値を得ることが可能である。このように動的に求められるオープン故障閾値は、ロボットハンド制御システムのロボットハンド制御プロセッサ用メインメモリ１２にデータとして格納する。
【００６０】
上記手順Ｓ１００２の接触判別閾値は、感圧セルの当該位置に、他の物体が接触したことを判別するために用いる閾値である。感圧セルを構成する部材の劣化において同一の圧力に対しての測定値が変化した場合（感度劣化が発生した場合）は、手順Ｓ１００２で得られる測定値も部材の劣化に応じて変化する。従って、感圧セルの測定値が、接触判別閾値よりも大きい場合は、感圧セルの当該位置に物体が接触したと判定することで、感圧セルの感度劣化を補償することが可能である。また、記録されている個々の接触判別閾値と、オープン故障閾値もしくはショート故障閾値とを比較することで、感度劣化の度合を検査することも可能である。
【００６１】
第０行における感度チェック（図１０＝図７−Ｓ７０５）が完了すると、感圧センサアレイ３０の全体の感度チェックを１行ずつ行う繰り返し処理を開始する。ここで、感度チェックを行う対象の行を第ｍ行とし、初期状態はｍ＝１である（Ｓ７０５Ａ）。まず、ロボットハンド制御システムは、指関節機構２２ｂの関節駆動モータもしくは他の関節駆動モータを制御し、指先部２３を図６（ｃ）に示す矢印Ａの方向に１ステップ回転させる（Ｓ７０６）。ここで、１ステップとは、図６（ｃ）に示すように、感圧センサアレイ３０の第（ｍ−１）行と、第ｍ行とが同時に接触リファレンス部８に接触する角度となるように、指先部２３の形状から決定可能な所定の単位である。
【００６２】
次に、感圧センサアレイ３０の第（ｍ−１）行の感圧セルの測定値を取得する（Ｓ７０７）。この時、第（ｍ−１）行の各感圧セルは、以前の処理によって感度チェックを終了している。従って、各感圧セルの測定値を用いて、感圧セルの第（ｍ−１）行が接触リファレンス部８に接触しているかを判別することが可能である（Ｓ７０８）。第（ｍ−１）行が接触リファレンス部８に接触していない場合（Ｓ７０８−ｎｏ）は、各関節駆動モータを制御し、指先部２３を図６に示すｚ軸負方向に、第（ｍ−１）行の全感圧セルが接触と判別するまで移動させる（Ｓ７０９）。なお、ここで第（ｍ−１）行の全感圧セルと記載したが、以前のチェックによってショート故障もしくはオープン故障と判別された感圧セルは含まれない。
【００６３】
手順Ｓ７０５から手順Ｓ７０９による一連の処理により、感圧セルの第（ｍ−１）行と第ｍ行とが、同時に接触リファレンス部８に接触している位置に、指先部２３を移動および回転することが可能となる。ここで、ロボットハンド制御システムは、感圧センサアレイ３０の第ｍ行の感圧セルに対して感度チェックを行う（Ｓ７１０）。手順Ｓ７１０は、図１０において説明した手順Ｓ１０００からＳ１００５（図７−Ｓ７０５）と同一の内容である。以上の処理を、変数ｍを１ずつ増加させながら繰り返すことにより（Ｓ７１１、Ｓ７１１Ａ）、ロボットハンド制御システムは、感圧センサアレイ３０の全体の動作チェックを完了する（Ｓ７１２）。この動作チェックが完了すると、指先部２３は図６（ｄ）に示すような状態となる。
【００６４】
感圧センサアレイ３０の各感圧セルについて、図８の手順Ｓ８０３でマークされるショート故障個所、図１０の手順Ｓ１００３でマークされるオープン故障個所および、図１０の手順Ｓ１００２で記録される接触判別閾値は、ロボットハンド制御プロセッサ１１によって、ロボットハンド制御プロセッサ用メインメモリ１２の内部に、動作チェック結果として格納される。ロボットハンド制御プロセッサ１１は、動作チェック終了後、通常の物体の扱い処理において、取得する感圧センサアレイ３０の各感圧セルの測定値に対して、これらの動作チェックの結果と照合し、次の処理を行う。まず、当該感圧セルが、ショート故障個所もしくはオープン故障個所であれば、この感圧セルの測定値は不正として、物体の扱いを行う制御の処理からは除外する。当該感圧セルが、ショート故障およびオープン故障ではない場合は、得られた測定値と、接触判別閾値とを比較することで、物体が当該感圧セルの部分において指先部２３と接触しているかを判別することができる。
【００６５】
＜本実施の形態の効果＞
以上説明した本実施の形態において示した構成および手順によって、感圧センサアレイ３０の各感圧セルに対して、ショート故障、オープン故障、感度劣化の判別を行うことが可能となる。また、感度が劣化した感圧セルに対しても、微妙な接触を検知することが可能な程度に、適切に接触判別を行うための閾値を設定することで、補償することができる。
【００６６】
より詳細には、接触の有無を判定する露出電極４０と、圧力の大きさを検出する感圧センサアレイ３０の複数の感圧セルとを具備する指先部２３（指節部２１）と、この指先部２３（指節部２１）の位置を制御する指関節機構２２と、露出電極４０および感圧センサアレイ３０の感圧セルの検出結果に基づいて処理を制御するロボットハンド制御プロセッサ１１などを有することで、ロボットハンド制御プロセッサ１１は、露出電極４０が接触を検出するように指関節機構２２を制御したときの、感圧センサアレイ３０の感圧セルの出力値を用いて、この感圧センサアレイ３０の感圧セルの状態を判定する第１処理を行うことができる。
【００６７】
この第１処理としては、例えば、感圧センサアレイ３０の感圧セルのオープン故障を判定する処理（Ｓ７０５、Ｓ７１０）を行うことができる。このオープン故障を判定する処理は、ロボットハンド制御プロセッサ用不揮発メモリ１３などに予め記録されている閾値と、各感圧セルの出力値とを比較することによって判定することができる。また、第１処理としては、例えば、感圧センサアレイ３０の感圧セルのショート故障を判定する処理（Ｓ７０１）を行うことができる。また、第１処理としては、例えば、感圧センサアレイ３０の感圧セルが物体と接触していることを判定するための接触判別閾値（感度劣化）を決定する処理（Ｓ１００２）を行うことができる。また、露出電極４０は、接地された導体である接触リファレンス部８との接触の有無を判定することができる。
【００６８】
また、センサの状態判定においては、露出電極４０の判定結果を用いて、感圧センサアレイ３０の１つの感圧セルの状態を判定し、この１つの感圧セルの状態判定結果を用いて、これとは別の他の感圧セルの状態判定を行うことができる。
【００６９】
以上のように、本実施の形態によれば、ロボットハンドの把持面に設けられた感圧センサアレイ３０の感圧セル個々の故障を判定することができる。より詳細には、感圧センサアレイ３０の感圧セル個々に対して、ショート故障、オープン故障、感度劣化を検査することができる。また、感度劣化が検出された感圧セル個々に対して、感度劣化を補償することができる。
【００７０】
＜本実施の形態の変形例＞
本実施の形態の図１において、接触リファレンス部８は、ロボットハンドの台座３に固定された例を説明したが、上述の図６〜図１０に示した動作チェックの制御手順を実行することが可能な個所であれば、どこに具備してもよい。例えば、腕節部５ａに、接触リファレンス部８を設けることで、台座３をコンパクトにすることが可能である。
【００７１】
なお、感圧センサアレイ３０は、必ずしも指先部２３にのみ実装されるものではない。例えば、アーム部１の腕節部５ａ〜５ｄのいずれかの外殻に取り付けることで、アーム部１が障害物と衝突することを防止する役割にも利用できる。こうした指先部２３以外に取り付けられた感圧センサアレイ３０に対しても、接触リファレンス部８を適当な場所に配置することで、図６〜図１０にて説明した方法によって、動作チェックを行うことは可能である。
【００７２】
また、本実施の形態の図３において、感圧導電ゴムシート３３を用いて抵抗値の変化により加圧力を検出する感圧センサアレイ３０を用いる例を示したが、本発明が動作チェックを行う感圧センサアレイ３０に使用される部材は、これに限定するものではない。例えば、感圧導電ゴムシート３３の代わりに発泡ウレタンなどの柔軟な誘電材料を用いて静電容量変化により圧力分布を検出する構成としてもよい。また、ＭＥＭＳ型圧力センサを２次元状に配列するなど、必ずしも一続きのシート状として形成されなくてもよい。これらのセンサにおいても、微細な加圧力を検知するために柔軟な部材を用いる感圧センサアレイは、前記の３つの故障が発生し得ることに変わりはない。
【００７３】
本実施の形態の図９において、接地判定部１１４を用いて露出電極４０と接触リファレンス部８との接触の有無を判別する例を示したが、接触の有無を容易に判別する手段は別なる構成も取り得る。類似の方法として、静電容量結合を用いた判定も可能である。また、レーザー光などを用いる距離センサを感圧センサアレイ３０の第０行と同一の位置に構成し、指先部２３と接触リファレンス部８との距離から接触を判定する方法でもよい。
【００７４】
［実施の形態２］
本実施の形態２のロボット装置について、図１１〜図１５を用いて説明する。ロボットハンドが硬い対象物を扱う用途のみに適用される場合、上記実施の形態１に示したように感度劣化による閾値を調整し、微細な接触を判定することが必ずしも重要ではなく、単に各感圧セルにおける接触の有無が判別できればよい場合がある。本実施の形態では、このような用途に対して、各感圧セルにおけるオープン故障およびショート故障を、より簡便な方法にて判別する方法について説明する。
【００７５】
図１１は、本実施の形態における指先部２３の構造の一例を示す図であって、実施の形態１における図２と対比される図面である。図１１において、図２で示した指先部２３と異なる点は、感圧センサアレイ３０の一点鎖線Ａ―Ａ’に直交する２つの辺の端、すなわち感圧センサアレイ３０の行列状の上端と下端との４隅（複数箇所）に、上端露出電極４１ａと、下端露出電極４１ｂとを具備する点である。上端露出電極４１ａは、信号線コネクタ１２１ａを介してセンサ制御モジュール１００上の回路と接続される。同様に、下端露出電極４１ｂは、信号線コネクタ１２１ｂを介して、センサ制御モジュール１００上の回路と接続される。
【００７６】
図１２は、本実施の形態におけるロボットハンド制御システムの概略構成の一例を示す図であって、実施の形態１における図４と対比される図面である。図１２において、図４で示したシステム構成と異なる点は、センサ制御モジュール１００上に、上端接地判定部１１４ａと、下端接地判定部１１４ｂとを備える点である。上端接地判定部１１４ａは、信号線コネクタ１２１ａを介して上端露出電極４１ａと接続される。同じく、下端接地判定部１１４ｂは、信号線コネクタ１２１ｂを介して、下端露出電極４１ｂと接続される。なお、上端接地判定部１１４ａおよび下端接地判定部１１４ｂの内部構成は、図５において示した接地判定部１１４と同一であるので、その詳細な説明は繰り返さない。
【００７７】
図１３は、本実施の形態における感圧センサアレイ３０の動作チェックの様子の一例を示す図であって、実施の形態１における図６と対比される図面である。図１３において、指先部２３は図１１で示した構造と同一であり、詳細構成は図示されないが、図１１（ｂ）と同一の断面における様子を示している。なお、図１３におけるｘｙｚ軸の設定は、図６と同一である。本実施の形態において、接触リファレンス部８は、十分に柔らかく、厚みのある導電性ウレタンフォームなどで形成し、外部から押し付けられ、物体の表面形状に沿って柔軟に変形可能である。
【００７８】
図１４は、本実施の形態における感圧センサアレイ３０の動作チェックの制御手順の一例を示す図であって、実施の形態１における図７と対比される図面である。図１３および図１４に基づき、図１５を参照して、本実施の形態における感圧センサアレイ３０の動作チェックの制御手順について説明する。
【００７９】
図１３（ａ）において、感圧センサアレイ３０のショート故障チェックを行う手順、および図１４におけるＳ７００からＳ７０３に至る制御手順は、実施の形態１と同様の手順によって実現されるため、詳細な説明は省略する。図１４における手順Ｓ７２１において、図７における手順Ｓ７０４との違いは、監視される接地判定部１１４が、上端接地判定部１１４ａに変更されたことである。これにより、ロボットハンド制御システムは、図１３（ｂ）に示すように、上端露出電極４１ａが、接触リファレンス部８に接触する位置まで、指先部２３を移動させることができる。
【００８０】
次に、ロボットハンド制御システムは、各関節駆動モータを制御し、指先部２３を、上端露出電極４１ａが実装される位置を軸として、図１３（ｃ）に示す矢印の向きに回転させる（Ｓ７２２）。ここで、下端接地判定部１１４ｂの出力を監視し（Ｓ７２３）、この下端接地判定部１１４ｂの出力が反転していなければ（Ｓ７２３−ｎｏ）、手順Ｓ７２２に戻って実行し、出力が反転している場合（Ｓ７２３−ｙｅｓ）は、指先部２３の回転を停止する。
【００８１】
以上の処理により、図１３（ｃ）に示されるように、上端露出電極４１ａと下端露出電極４１ｂとの間にある感圧センサアレイ３０上の感圧セル全てが、接触リファレンス部８に密着した状態に制御することができる。ここで、ロボットハンド制御システムは、感圧センサアレイ３０に対してオープン故障チェックを行う（Ｓ７２４）。
【００８２】
図１５は、オープン故障チェック（図１４−Ｓ７２４）の詳細な手順の一例を示す図である。本実施の形態において、オープン故障チェックは、図８で示したショート故障と類似の手順で実施することが可能である。即ち、オープン故障チェックを開始し（Ｓ１５００）、変数ｍおよび変数ｎを０に初期化（Ｓ１５００Ａ）した後、感圧センサアレイ３０の感圧セルの測定値を取得し（Ｓ１５０１）、所定のオープン故障閾値と比較し（Ｓ１５０２）、測定値がオープン故障閾値より大きい場合（Ｓ１５０２−ｎｏ）は、オープン故障個所としてマークする（Ｓ１５０３）。この比較を、全ての感圧セルに対して繰り返し行う（Ｓ１５０４、Ｓ１５０４Ａ、Ｓ１５０５、Ｓ１５０５Ａ）ことで、オープン故障チェックを完了する（Ｓ１５０６）。
【００８３】
以上のように、本実施の形態で説明した構成および手順によって、上記実施の形態１と比較して、感圧センサアレイ３０のショート故障およびオープン故障の個所を、少ない手順によって判別することが可能となる。また、センサの状態判定においては、上端露出電極４１ａ、下端露出電極４１ｂの判定結果を用いて、これらの電極間に配置された感圧センサアレイ３０の感圧セルの状態を判定することができる。
【００８４】
［実施の形態３］
本実施の形態３のロボット装置について、図１６〜図１８を用いて説明する。上記実施の形態１に示した方法は、感圧センサアレイ３０が具備される指部２０の本数を特に限定しない（図１では２本の例を図示）。一方、ロボットハンドのハンド部２を構成する指部２０が、対向して具備される１対に限定される場合、感圧センサアレイ３０の動作チェックにおいて、制御が必要な関節駆動モータの数を、より少なくできる。本実施の形態では、この構成について具体的な例を示し、説明する。
【００８５】
図１６は、本実施の形態における指先部２３の構造の一例を示す図であって、実施の形態１における図２と対比される図面である。図１６（ａ）は、図２（ａ）に相当する方向から指先部２３の構成を示したものであり、図１６（ｃ）は、図２（ｃ）に相当する方向から指先部２３の構成を示したものである。
【００８６】
図１６において、図２で示した指先部２３と異なる点は、露出電極４０が、感圧センサアレイ３０の感圧セル（０，３）の位置に実装される点と、感圧センサアレイ３０の露出電極４０と一点鎖線Ａ―Ａ’を軸に線対称な位置（（０，１）の位置）に、接触リファレンス部８を備える点である。
【００８７】
図１７は、本実施の形態におけるハンド部２の概略構成の一例を斜視で示す図である。１対の指先部２３は、回転軸である手掌部２５に対して対向して配置される。この１対の指先部２３は、対向する指部２０ａおよび指部２０ｂの先端に、それぞれ同一の構成のものが具備される。従って、指部２０ａ、２０ｂを閉じた際に、一方の指部２０ａの露出電極４０は他方の指部２０ｂの接触リファレンス部８と接触し、他方の指部２０ｂの露出電極４０は一方の指部２０ａの接触リファレンス部８と接触する。また、手掌部２５の内部には、手先制御部１５０を具備する。手先制御部１５０は、指基端関節機構２４、指関節機構２２ａおよび２２ｂの関節駆動モータを制御する。
【００８８】
図１８は、本実施の形態における感圧センサアレイ３０の動作チェックの様子の一例を示す図である。図１８（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１の図６（ａ）〜（ｄ）に、それぞれ対応する。図１８から明らかなように、指部２０を、対称的に突き合わせる動作を行うことで、実施の形態１の図７において示した制御手順を実施することができる。なお、図１８（ａ）から（ｄ）に至る制御手順は、図１７に示した手先制御部１５０によって制御される他は実施の形態１と同様であり、その詳細な説明は繰り返さない。
【００８９】
以上のように、本実施の形態においては、感圧センサアレイ３０の動作チェックのために必要な部位を、ハンド部２に含まれる範囲だけに限定することが可能となる。従って、感圧センサアレイ３０の動作チェックに必要な制御は、全て手先制御部１５０と、指先部２３で行うことが可能である。そのため、アーム部１とハンド部２とを分離することができる。これにより、用途に応じて、例えば関節機構の数を減らしたアーム部１に交換することが可能になるという効果がある。さらに、関節機構の数を減らすことは、製品の低価格化につながる。また、感圧センサアレイ３０の動作チェックのためのプログラムが単純となる利点もある。
【００９０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。即ち、開示した実施の形態は本発明の明確な理解のために提示された例である。従って、特許請求の範囲から逸脱することなく、上述の実施の形態には、各種態様、変形例、および組み合わせが形成できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明のロボット装置は、特に様々な物体の把持・扱いを行うロボットハンド装置に利用することができる。また、そのロボットハンド装置に取り付けるセンサ、特に触覚センサの状態判定方法に利用可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１…アーム部、２…ハンド部、３…台座、
４…基端関節機構、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ…腕節部、６ａ、６ｂ、６ｃ…関節機構、７…手首関節機構、
８…接触リファレンス部、１０…ロボットハンド制御部、１１…ロボットハンド制御プロセッサ、１２…ロボットハンド制御プロセッサ用メインメモリ、１３…ロボットハンド制御プロセッサ用不揮発メモリ、１４…関節駆動モータ制御用バス、１５…センサ制御用バス、
２０、２０ａ、２０ｂ…指部、２１ａ、２１ｂ…指節部、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…指関節機構、２３…指先部、２４…指基端関節機構、２５…手掌部、
３０…感圧センサアレイ、３１ａ〜３１ｅ…列電極、３２ａ〜３２ｊ…行電極、３３…感圧導電ゴムシート、３４…被覆フィルム、４０…露出電極、４１ａ…上端露出電極、４１ｂ…下端露出電極、６１ａ、６１ｂ…関節駆動モータ、
１００…センサ制御モジュール、１１１…センサ制御プロセッサ、１１２…センサ制御プロセッサ用メインメモリ、１１３…センサ制御プロセッサ用不揮発メモリ、１１４…接地判定部、１１４ａ…上端接地判定部、１１４ｂ…下端接地判定部、１１５…行マルチプレクサ、１１６…列デコーダ、１２０、１２１、１２１ａ、１２１ｂ…信号線コネクタ、１５０…手先制御部、２３０…フレーム、
１１４１…インバータ回路、１１４２…プルアップ抵抗。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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