(57)【要約】【課題】対象物からの力がいずれの方向より作用したものかを検出することが可能な接触角検出型触覚センサを提供する。【解決手段】接触角検出型触覚センサ１０が矢印方向Ａに移動して対象物Ｊに接近すると、回転体１１の触覚センサ１３の縁が対象物Ｊに接触する。そして、接触角検出型触覚センサ１０の矢印方向Ａへの移動が継続されると、対象物Ｊと接触している回転体１１の触覚センサ１３の縁に力が作用し、回転体１１の回転中心周りにモーメントが発生して、回転体１１が矢印方向Ｂに回転し、触覚センサ１３の感圧センサ１６全体が対象物Ｊに接触して、回転体１１の回転が停止する。この結果、触覚センサ１３の感圧センサ１６が対象物Ｊに安定的に接触し、触覚センサ１３の検出面に対する法線方向と対象物Ｊの表面に対する法線方向が一致する。このとき、回転角度検出回路２６は、回転体１１の回転方向及び回転角度を検出する。【選択図】図１
2006145291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体と、
回転体を回転自在に支持する支持体と、
回転体の回転角度を検出する回転角度検出手段と、
回転体に取り付けられ、対象物との接触を検出する触覚センサとを備え、
回転体の触覚センサは、触覚センサと対象物との接触に際し、回転体に作用した力により該回転体が回転して、触覚センサが対象物に安定的に接触する様な向きとなる形状を有することを特徴とする接触角検出型触覚センサ。
【請求項２】
支持体は、回転体を包み込む様にして該回転体を回転自在に支持し、
回転体の触覚センサは、支持体の開口部から突出し、
回転角度検出手段は、回転体表面の接触子と、回転体表面に沿う様に支持体側に配置された複数の接触子とを有し、支持体側の各接触子のいずれが回転体表面の接触子に接触しているかにより回転体の回転角度を検出することを特徴とする請求項１に記載の接触角検出型触覚センサ。
【請求項３】
支持体は、回転体を包み込む様にして該回転体を回転自在に支持し、
回転体の触覚センサは、支持体の開口部から突出し、
回転角度検出手段は、回転体表面の接触子と、回転体表面に沿う様に支持体側に配置された少なくとも１つの帯状抵抗素子とを有し、回転体表面の接触子と支持体側の帯状抵抗素子との接触位置に対応する回転体の回転角度を検出することを特徴とする請求項１に記載の接触角検出型触覚センサ。
【請求項４】
支持体側の帯状抵抗素子は複数であり、これらの帯状抵抗素子を回転体表面に沿う様に並べて配置したことを特徴とする請求項３に記載の接触角検出型触覚センサ。
【請求項５】
支持体は、回転体を包み込む様にして該回転体を回転自在に支持し、
回転体の触覚センサは、支持体の開口部から突出し、
回転角度検出手段は、回転体表面の帯状抵抗素子と、回転体表面に沿う様に支持体側に配置された帯状抵抗素子とを有し、回転体表面の帯状抵抗素子と支持体側の帯状抵抗素子との接触位置に対応する回転体の回転角度を検出することを特徴とする請求項１に記載の接触角検出型触覚センサ。
【請求項６】
支持体側の各接触子は、導電性を有する球体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の接触角検出型触覚センサ。
【請求項７】
回転体は、円板状もしくは円筒状のものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の接触角検出型触覚センサ。
【請求項８】
対象物との接触を検出する触覚センサは、複数であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の接触角検出型触覚センサ。
【請求項９】
対象物に接触する面を凹曲面とし、この凹曲面に触覚センサを設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の接触角検出型触覚センサ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の接触角検出型触覚センサを用いており、触覚センサの向きが対象物に安定的に接触する様な向きになると、回転角度検出手段により検出された回転体の回転角度に基づいて、対象物に作用させる力の向きを求めて制御することを特徴とする接触角検出型触覚センサを用いた制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットハンド等に適用される接触角検出型触覚センサ及びこれを用いた制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の様にロボットハンドにおいては、指先等に触覚センサを設けておき、指による対象物の把持等に際しては、この指の触覚センサにより対象物から受けた力を検出し、この力に基づいて指の把持力等を制御している。
【０００３】
この種の触覚センサとしては、例えば図１２に示す様なものがある。この触覚センサでは、フレキシブルプリント基板１０１に凹部１０１ａを形成し、この凹部１０１ａ内側に一対の電極１０２ａ、１０２ｂを配設し、この凹部１０１ａに感圧ゴム等の感圧センサ１０３を重ね合わせ固定して、感圧センサ１０３を各電極１０２ａ、１０２ｂから僅かに離間して設け、更に保護シート１０４を感圧センサ１０３に積層している。
【０００４】
感圧センサ１０３は、圧力の作用により変形すると、その抵抗値が変化するという特性を有している。このため、上方からの押圧力Ｆが感圧センサ１０３に作用し、感圧センサ１０４が変形して各電極１０２ａ、１０２ｂに圧接したときには、感圧センサ１０３の抵抗値が変化する。このとき、各電極１０２ａ、１０２ｂを通じて、感圧センサ１０３の抵抗値を測定することができ、この測定した抵抗値に基づいて感圧センサ１０３に作用した押圧力Ｆを検出することができる。
【０００５】
この様な触覚センサをロボットハンドの指先等に適用する場合は、複数の触覚センサを配置し、各触覚センサにより指先等の表面上の圧力分布を検出する。あるいは、この触覚センサを、テレビ等のリモコンスイッチのオンオフを検出するために適用することもある。
【０００６】
また、特許文献１には、図１３に示す様なマトリクス型触覚センサが開示されている。この触覚センサでは、上下のフレキシブル基板１１１、１１２間に感圧ゴム等からなるシート状の感圧センサ１１３を挟み込んでいる。上側のフレキシブル基板１１１には、Ｘ方向に延びる複数のライン１１４ａ〜１１４ｃを平行に並べ、ライン１１４ａ〜１１４ｃ毎に、複数の検出電極１１５ａ〜１１５ｄを間隔を開けてライン上に配置接続している。また、下側のフレキシブル基板１１２には、Ｙ方向に延びる複数のライン１１６ａ〜１１６ｄを平行に並べ、ライン１１６ａ〜１１６ｄ毎に、複数の検出電極１１７ａ〜１１７ｃを間隔を開けてライン上に配置接続している。そして、上側のフレキシブル基板１１１の各検出電極１１５ａ〜１１５ｄと下側のフレキシブル基板１１２の各検出電極１１７ａ〜１１７ｃを、感圧センサ１１３を介して対向配置して組み合わせている。
【０００７】
ここでは、Ｘ方向の各ライン１１４ａ〜１１４ｃを順次選択し、１本のＸ方向のラインを選択する度に、Ｙ方向の各ライン１１６ａ〜１１６ｄを順次選択し、選択したＸ方向のラインの検出電極とＹ方向のラインの検出電極間に信号電圧を印加して、該各検出電極間の感圧センサ１１３部分の抵抗値に対応する信号電圧を検出している。これにより、相互に対向するＸ方向のラインの検出電極とＹ方向のラインの検出電極の組み合わせ毎に、該各検出電極間の感圧センサ１１３部分の抵抗値に対応する信号電圧を検出することができる。この信号電圧は、各検出電極間の感圧センサ１１３部分の抵抗値に対応していることから、感圧センサ１１３部分に作用した力を示す。従って、触覚センサ全体に作用した圧力分布を検出することができる。
【特許文献１】特開昭６２−８０５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の触覚センサを用いれば、平面もしくは曲面に作用した圧力分布を検出することができ、触覚センサに接触した対象物から受けた力や対象物の接触位置を検出することができるものの、対象物からの力がいずれの方向より作用したものかを検出することができなかった。
【０００９】
従って、例えばロボットハンドにおいては、指による対象物の把持等に際し、この指先等の触覚センサにより対象物から受けた力が分かっても、対象物からの力がいずれの方向より作用したものかが分からず、このために指の把持により対象物に作用する力を正確に求めることができず、指の把持力等を正確に制御することができなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、対象物からの力がいずれの方向より作用したものかを検出することが可能な接触角検出型触覚センサ及びこれを用いた制御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】
上記課題を解決するために、本発明の接触角検出型触覚センサは、回転体と、回転体を回転自在に支持する支持体と、回転体の回転角度を検出する回転角度検出手段と、回転体に取り付けられ、対象物との接触を検出する触覚センサとを備え、回転体の触覚センサは、回転体の触覚センサと対象物との接触に際し、回転体に作用した力により該回転体が回転して、触覚センサが対象物に安定的に接触する様な向きとなる形状を有している。
【００１２】
例えば、支持体は、回転体を包み込む様にして該回転体を回転自在に支持し、回転体の触覚センサは、支持体の開口部から突出し、回転角度検出手段は、回転体表面の接触子と、回転体表面に沿う様に支持体側に配置された複数の接触子とを有し、支持体側の各接触子のいずれが回転体表面の接触子に接触しているかにより回転体の回転角度を検出している。
【００１３】
あるいは、支持体は、回転体を包み込む様にして該回転体を回転自在に支持し、回転体の触覚センサは、支持体の開口部から突出し、回転角度検出手段は、回転体表面の接触子と、回転体表面に沿う様に支持体側に配置された少なくとも１つの帯状抵抗素子とを有し、回転体表面の接触子と支持体側の帯状抵抗素子との接触位置に対応する回転体の回転角度を検出している。
【００１４】
更に、支持体側の複数の帯状抵抗素子は複数であり、これらの帯状抵抗素子を回転体表面に沿う様に並べて設けている。
【００１５】
また、本発明においては、支持体は、回転体を包み込む様にして該回転体を回転自在に支持し、回転体の触覚センサは、支持体の開口部から突出し、回転角度検出手段は、回転体表面の帯状抵抗素子と、回転体表面に沿う様に支持体側に配置された帯状抵抗素子とを有し、回転体表面の帯状抵抗素子と支持体側の帯状抵抗素子との接触位置に対応する回転体の回転角度を検出している。
【００１６】
また、本発明においては、支持体側の各接触子は、導電性を有する球体である。
【００１７】
更に、本発明においては、回転体は、円板状もしくは円筒状のものである。
【００１８】
また、本発明においては、対象物との接触を検出する触覚センサは、複数である。
【００１９】
更に、本発明においては、対象物に接触する面を凹曲面とし、この凹曲面に触覚センサを設けている。
【００２０】
一方、他の本発明の制御方法は、上記本発明の接触角検出型触覚センサを用いており、触覚センサの向きが対象物に安定的に接触する様な向きになると、回転角度検出手段により検出された回転体の回転角度に基づいて、対象物に作用させる力の向きを求めて制御している。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の接触角検出型触覚センサによれば、回転体の触覚センサは、回転体の触覚センサと対象物との接触に際し、回転体に作用した力により該回転体が回転して、触覚センサの向きが対象物に安定的に接触する様な向きとなる形状を有している。例えば、触覚センサの検出面が平面状である場合は、触覚センサの検出面の略全体が対象物に接触すると、触覚センサが対象物に安定的に接触する様な向きとなる。このとき、回転体の回転角度は、対象物に安定的に接触する様な触覚センサの向きに応じて定まり、これに伴って対象物に対する接触角検出型触覚センサの向きが定まる。このため、回転角度検出手段により検出された回転体の回転角度に基づいて、対象物からの力がいずれの方向より作用したものかを求めることができる。
【００２２】
例えば、支持体は、回転体を包み込む様にして該回転体を回転自在に支持すれば良い。また、回転体の触覚センサを支持体の開口部から突出させれば、触覚センサを対象物に接触させることができる。更に、回転角度検出手段は、回転体表面の接触子と、回転体表面に沿う様に設けられた支持体側の複数の接触子とを有し、支持体側の各接触子のいずれが回転体表面の接触子に接触しているかにより回転体の回転角度を検出すれば良い。
【００２３】
また、回転角度検出手段は、回転体表面の接触子と、回転体表面に沿う様に設けられた支持体側の少なくとも１つの帯状抵抗素子とを有し、回転体表面の接触子と支持体側の帯状抵抗素子との接触位置に対応する回転体の回転角度を検出しても良い。例えば、回転体表面の接触子と支持体側の帯状抵抗素子の一端間の抵抗値に基づいて、回転体の回転角度を検出することができる。この場合は、回転体の回転角度を連続的に検出することができる。帯状抵抗素子としは、カーボン等を帯状に形成して設けたものがある。
【００２４】
更に、支持体側の複数の帯状抵抗素子を回転体表面に沿う様に並べて配置すれば、支持体側の各帯状抵抗素子のいずれが回転体表面の接触子に接触しているかにより回転体の回転角度を検出し、かつ回転体表面の接触子と支持体側の帯状抵抗素子との接触位置に対応する回転体の回転角度を検出することができる。つまり、２方向の回転角度を検出することができる。
【００２５】
また、回転角度検出手段は、回転体表面の帯状抵抗素子と、回転体表面に沿う様に配置された支持体側の帯状抵抗素子とを有し、回転体表面の帯状抵抗素子と支持体側の帯状抵抗素子との接触位置に対応する回転体の回転角度を検出しても良い。
【００２６】
また、支持体側の各接触子として導電性を有する球体を用いれば、支持体側の各接触子（球体）が回転体表面に接触して、回転体が支持されるので、回転体が滑らかに回転する様になる。導電性を有する球体としては、ボールベアリング等に用いられる鋼球等を適用することができる。
【００２７】
更に、回転体は、球状のものだけに限らず、円板状もしくは円筒状のものであっても良い。球状の回転体の場合は、回転体がいずれの方向にも回転する。また、円板状もしくは円筒状の回転体の場合は、回転体が時計回り及び反時計周りの２方向に回転する。
【００２８】
また、対象物との接触を検出する触覚センサとして、複数のものを設けても良い。この場合は、触覚センサと対象物の接触をより確実なものとすることができ、また各触覚センサと対象物の接触による圧力分布を、該各触覚センサにより検出して、接触位置等を正確に求めることができる。
【００２９】
更に、対象物に接触する面を凹曲面とし、この凹曲面に触覚センサを設けている。この場合は、対象物が平面状でなく円筒状や球状であっても、対象物が凹曲面内側に接触して、触覚センサが対象物に安定的に接触する様な向きとなる。
【００３０】
一方、他の本発明の制御方法によれば、上記本発明の接触角検出型触覚センサを用いており、触覚センサの向きが対象物に安定的に接触する様な向きになると、回転角度検出手段により検出された回転体の回転角度に基づいて、対象物に作用させる力の向きを求めて制御している。先に述べた様に回転角度検出手段により検出された回転体の回転角度に基づいて、対象物からの力がいずれの方向より作用したものかを求めることができるので、その様な制御方法により、対象物に作用させる力の向きを正確に制御することができる。例えば、ロボットハンドの指の把持力等を正確に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３２】
図１は、本発明の接触角検出型触覚センサの第１実施形態を示す図である。本実施形態の接触角検出型触覚センサ１０では、球状の回転体１１を支持体１２の球状凹部１２ａに嵌合し、回転体１１を包み込む様にしていずれの方向にも回転自在に支持している。
【００３３】
回転体１１の底部には、支持体１２の開口部１２ｂから突出する柱部１１ａを設けており、この柱部１１ａの下端に触覚センサ１３を設けている。触覚センサ１３は、平板部１４に凹部１４ａを形成し、この凹部１４ａ内側に一対の電極１５ａ、１５ｂを配設し、この凹部１４ａに感圧ゴム等の感圧センサ１６を重ね合わせ固定して、感圧センサ１６を各電極１５ａ、１５ｂから僅かに離間して設けたものである。
【００３４】
感圧センサ１６は、圧力の作用により変形すると、その抵抗値が変化するという特性を有している。このため、下方からの押圧力が感圧センサ１６に作用し、感圧センサ１６が変形して各電極１５ａ、１５ｂに圧接し、感圧センサ１６と各電極１５ａ、１５ｂ間が導通したときには、感圧センサ１６の抵抗値が変化する。
【００３５】
圧力検出回路１７は、各信号線１８及び各電極１５ａ、１５ｂを介して、感圧センサ１６の抵抗値を測定し、この測定した抵抗値に基づいて感圧センサ１６に作用した力を検出する。
【００３６】
一方、回転体１１の頂部には、接触子２１を設けている。また、支持体１２の球状凹部１２ａ内周面には、複数の接触子２２を規則的に配設している。回転体１１の回転に伴い、回転体１１の接触子２１が支持体１２の球状凹部１２ａ内周面の各接触子２２に次々と摺接して行き、回転体１１の回転方向及び回転角度により該回転体１１の接触子２１が接触する支持体１２の接触子２２が変わる。このため、回転体１１の接触子２１が支持体１２の各接触子２２のいずれに接触しているかを検出すれば、この検出した接触子２２の位置に対応する回転体１１の回転方向及び回転角度を検出することができる。
【００３７】
マルチプレクサ２３は、信号線２４を通じて回転体１１の接触子２１に接続され、この接触子２１を回転角度検出回路２６に常時接続し、また各信号線２５を通じて支持体１２のそれぞれの接触子２２に接続され、各接触子２２を回転角度検出回路２６に順次切替え接続する。回転角度検出回路２６は、マルチプレクサ２３により支持体１２の各接触子２２が該回転角度検出回路２６に順次接続されるそれぞれのタイミングで、該回転角度検出回路２６に接続された支持体１２の接触子２２が回転体１１の接触子２１に導通しているか否か（接触しているか否か）を検出し、この接触子２２が接触子２１に導通していれば、この導通している接触子２２の位置に対応する回転体１１の回転方向及び回転角度を求める。
【００３８】
尚、回転体１１の接触子２１及び支持体１２の各接触子２２は、例えば金属等の導電体である。
【００３９】
次に、この様な構成の接触角検出型触覚センサ１０の動作を説明する。まず図２（ａ）に示す様に接触角検出型触覚センサ１０が矢印方向Ａに移動して対象物Ｊに接近すると、回転体１１の触覚センサ１３の縁が対象物Ｊに接触する。そして、接触角検出型触覚センサ１０の矢印方向Ａへの移動が継続されると、図２（ｂ）に示す様に対象物Ｊと接触している回転体１１の触覚センサ１３の縁に力が作用し、回転体１１の回転中心周りにモーメントが発生して、回転体１１が矢印方向Ｂに回転し、図２（ｃ）に示す様に触覚センサ１３の感圧センサ１６全体が対象物Ｊに接触して、回転体１１の回転が停止する。この結果、触覚センサ１３の感圧センサ１６が対象物Ｊに安定的に接触し、触覚センサ１３の検出面に対する法線方向と対象物Ｊの表面に対する法線方向が一致する。
【００４０】
この状態では、図２（ｃ）に示す様に触覚センサ１３の検出面に対する法線方向の力Ｆが加わると、この力Ｆがそのまま対象物Ｊの表面に作用する。
【００４１】
回転角度検出回路２６は、回転体１１の接触子２１が支持体１２の各接触子２２のいずれに接触しているかにより回転体１１の回転方向及び回転角度を検出し続けており、回転体１１の回転が停止したとき、すなわち触覚センサ１３の検出面に対する法線方向と対象物Ｊの表面に対する法線方向が一致したときの該回転体１１の回転方向及び回転角度を最後に検出する。
【００４２】
こうして最後に検出された回転体１１の回転方向及び回転角度に基づいて、該各法線方向を求めることができる。そして、力Ｆの方向を該各法線方向に一致させる制御を行い、該各法線方向の力Ｆを対象物Ｊに加えることが可能になる。あるいは、力Ｆの方向を制御する代わりに、該各法線方向と力Ｆの方向とがなす角度を求めて、対象物Ｊに作用する力をベクトル解析し、対象物Ｊに所望の力が加わる様に力Ｆを制御しても良い。
【００４３】
図３は、接触角検出型触覚センサ１０の変形例を示す図である。尚、図３において、図１と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付す。
【００４４】
この変形例の接触角検出型触覚センサ１０Ａでは、回転体１１の底部近傍に一対の導体パターン２７ａ、２７ｂを形成すると共に、支持体１２の開口部１２ｂの縁に一対の接触子２８ａ、２８ｂを設けている。回転体１１がいずれの方向に回転しても、各導体パターン２７ａ、２７ｂにそれぞれの接触子２８ａ、２８ｂが接触し続け、導体パターン２７ａと接触子２８ａ間の導通及び導体パターン２７ｂと接触子２８ｂ間の導通が維持される。
【００４５】
触覚センサ１３の各電極１５ａ、１５ｂは、回転体１１の各導体パターン２７ａ、２７ｂに接続され、該各導体パターン２７ａ、２７ｂ、支持体１２の各接触子２８ａ、２８ｂ、各信号線１８、２４、及びマルチプレクサ２３を通じて圧力検出回路１７に接続される。
【００４６】
また、回転体１１の接触子２１は、回転体１１の導体パターン２７ｂに接続され、該導体パターン２７ｂ、支持体１２の接触子２８ｂ、信号線２４、及びマルチプレクサ２３を通じて回転角度検出回路２６に接続される。
【００４７】
尚、触覚センサ１３の電極１５ｂ及び回転体１１の接触子２１は、信号線２４に共通接続されており、マルチプレクサ２３を通じて圧力検出回路１７及び回転角度検出回路２６に接続される。従って、信号線２４を接地電位等の基準電位に設定するのが好ましい。
【００４８】
マルチプレクサ２３は、触覚センサ１３の電極１５ｂ及び回転体１１の接触子２１を圧力検出回路１７及び回転角度検出回路２６に常時接続するだけではなく、触覚センサ１３の電極１５ａと圧力検出回路１７間の接続及び支持体１２の各接触子２２と回転角度検出回路２６間のそれぞれの接続を順次行う。
【００４９】
回転角度検出回路２６は、マルチプレクサ２３により支持体１２の各接触子２２が該回転角度検出回路２６に順次接続されるそれぞれのタイミングで、該回転角度検出回路２６に接続された支持体１２の接触子２２が回転体１１の接触子２１に導通しているか否かを検出し、この接触子２２が接触子２１に導通していれば、この導通している接触子２２の位置に対応する回転体１１の回転方向及び回転角度を求める。
【００５０】
また、圧力検出回路１７は、マルチプレクサ２３により触覚センサ１３の電極１５ａが該圧力検出回路１７に接続されるタイミングで、触覚センサ１３の各電極１５ａ、１５ｂを介して、感圧センサ１６の抵抗値を測定し、この測定した抵抗値に基づいて感圧センサ１６に作用した力を検出する。
【００５１】
図４は、接触角検出型触覚センサ１０の他の変形例を示す図である。尚、図４において、図１と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付す。
【００５２】
この変形例の接触角検出型触覚センサ１０Ｂでは、図１の支持体１２の各接触子２２の代わりに、支持体１２の球状凹部１２ａ内周面に複数の窪み１２ｃを形成して、各窪み１２ｃにそれぞれの鋼球２９を嵌合させて回動自在に支持している。そして、回動自在の各鋼球２９により回転体１１を回転自在に支持して、これにより回転体１１の滑らかな回転を実現している。
【００５３】
また、各窪み１２ｃ内にそれぞれの信号線２５の一端を配置し、各鋼球２９をそれぞれの信号線２５の一端に接触させて導通させている。これにより、回転体１１の接触子２１が支持体１２の各鋼球２９のいずれに接触したときでも、回転体１１の接触子２１が鋼球２９を通じて信号線２５に接続される。
【００５４】
図５は、接触角検出型触覚センサ１０の別の変形例を示す図である。尚、図５において、図１と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付す。
【００５５】
この変形例の接触角検出型触覚センサ１０Ｃでは、回転体１１の柱部１１ａの下端に複数の触覚センサ１３の感圧ゴム１６を設けている。これらの触覚センサ１３は、それぞれの信号線（図示せず）を通じて圧力検出回路（図示せず）に接続されており、この圧力検出回路により該各触覚センサ１３の感圧センサ１６に作用したそれぞれの力が検出される。このため、該各触覚センサ１３の感圧センサ１６に作用した圧力分布を求めることができる。
【００５６】
図６は、接触角検出型触覚センサ１０の更に他の変形例を示す図である。尚、図６において、図１と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付す。
【００５７】
この変形例の接触角検出型触覚センサ１０Ｄでは、回転体１１の柱部１１ａの下端に受け部１１ｂを設けて、この受け部１１ｂ下側に凹曲面１１ｃを形成し、この凹曲面１１ｃに触覚センサ１３の感圧ゴム１６を設けている。
【００５８】
この触覚センサ１３は、信号線（図示せず）を通じて圧力検出回路（図示せず）に接続されており、この圧力検出回路により該触覚センサ１３の感圧センサ１６に作用した力が検出される。
【００５９】
ここでは、対象物Ｊが円筒状や球状等であっても、回転体１１の回転に伴い、対象物Ｊが回転体１１の受け部１１ｂの凹曲面１１ｃ内側に接触して、触覚センサ１３が対象物Ｊに安定的に接触する様な向きとなる。また、対象物Ｊが平面状等であれば、対象物Ｊが回転体１１の受け部１１ｂの凹曲面１１ｃ縁に接触して、やはり触覚センサ１３が対象物Ｊに安定的に接触する様な向きとなる。
【００６０】
図７は、本発明の接触角検出型触覚センサの第２実施形態を示す図である。
【００６１】
本実施形態の接触角検出型触覚センサ１０Ｅでは、図１の回転体１１及び支持体１２の代わりに、回転体３１及び支持体３２を用いている。回転体３１は、円板状もしくは円筒状のものであり、支持体３２の円板状もしくは円筒状の凹部３２ａに嵌合し、支持体３２の凹部３２ａにより包み込む様にして時計回り及び反時計回り方向Ｃに回転自在に支持されている。
【００６２】
回転体３１の底部には、柱部３１ａを突設しており、この柱部３１ａの下端に触覚センサ１３を支持している。この触覚センサ１３は、図１のものと同様の構成であり、圧力検出回路１７に接続される。
【００６３】
一方、回転体３１の頂部に、接触子３３を設け、また支持体３２の凹部３２ａ内周面に、円板状もしくは円筒状の回転体３１に沿う様にカーボン等からなる帯状抵抗素子３４を設け、回転体３１の接触子３３と支持体３２の帯状抵抗素子３４を接触させている。回転体３１が時計回り又は反時計回り方向Ｃに回転すると、回転体３１の接触子３３が支持体３２の凹部３２ａ内周面の帯状抵抗素子３４に摺動して行き、回転体３１の接触子３３と帯状抵抗素子３４との接触位置が変わる。従って、回転体３１の回転角度により回転体３１の接触子３３と帯状抵抗素子３４の一端との間の抵抗値が変化する。このため、この抵抗値を検出すれば、この抵抗値に対応する回転体３１の回転角度が分かる。
【００６４】
回転角度検出回路３５は、回転体３１の接触子３３と帯状抵抗素子３４の一端との間の抵抗値を測定し、この抵抗値に対応する回転体３１の回転角度を検出する。
【００６５】
この様な接触角検出型触覚センサ１０Ｅにおいても、回転体３１が時計回り及び反時計回りに回転する限り、図２（ａ）〜（ｃ）の動作と同様に、回転体３１の触覚センサ１３の縁が対象物Ｊに接触すると、回転体３１の回転中心周りにモーメントが発生して、回転体３１が回転し、触覚センサ１３の感圧センサ１６全体が対象物Ｊに接触して、回転体３１の回転が停止し、この結果として、触覚センサ１３の感圧センサ１６が対象物Ｊに安定的に接触して、触覚センサ１３の検出面に対する法線方向と対象物Ｊの表面に対する法線方向が一致する。このときに回転角度検出回路３５により回転体３１の回転角度を検出し、この回転角度に基づいて、該各法線向を求め、該各法線方向の力Ｆを制御する。
【００６６】
図８は、本発明の接触角検出型触覚センサの第３実施形態を示す図である。尚、図８において、図１と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付す。
【００６７】
本実施形態の接触角検出型触覚センサ１０Ｆでは、図１の支持体１２の球状凹部１２ａ内周面に各接触子２２を設ける代わりに、複数の帯状抵抗素子４１をｘ方向に並べて配置している。
【００６８】
ここで、回転体１１がｘ方向に回転すると、回転体１１の接触子２１が支持体１２の球状凹部１２ａ内周面の各帯状抵抗素子４１に次々と摺接して行き、回転体１１のｘ方向の回転角度により該回転体１１の接触子２１が接触する支持体１２の帯状抵抗素子４１が変わる。このため、回転体１１の接触子２１が支持体１２の各帯状抵抗素子４１のいずれに接触しているかを検出すれば、この検出した帯状抵抗素子４１のｘ方向の位置に対応する回転体１１のｘ方向の回転角度を検出することができる。
【００６９】
また、回転体１１の接触子２１が支持体１２の１本の帯状抵抗素子４１に接触している状態で、回転体１１がｙ方向に回転すると、回転体１１の接触子２１が該帯状抵抗素子４１に摺動して行き、回転体１１の接触子２１と該帯状抵抗素子４１との接触位置が変わる。従って、回転体１１のｙ方向の回転角度により回転体１１の接触子２１と帯状抵抗素子４１の一端との間の抵抗値が変化する。このため、この抵抗値を検出すれば、この抵抗値に対応する回転体１１のｙ方向の回転角度が分かる。
【００７０】
マルチプレクサ４２は、回転体１１の接触子２１を信号線２４を通じて回転角度検出回路４３に常時接続し、また支持体１２の各帯状抵抗素子４１をそれぞれの信号線２５を通じて回転角度検出回路４３に順次接続している。回転角度検出回路４３は、マルチプレクサ４２により支持体１２の各帯状抵抗素子４１が該回転角度検出回路４３に順次接続されるそれぞれのタイミングで、該回転角度検出回路４３に接続された支持体１２の帯状抵抗素子４１が回転体１１の接触子２１に導通しているか否か（接触しているか否か）を検出し、この帯状抵抗素子４１が接触子２１に導通していれば、この導通している帯状抵抗素子４１の位置に対応する回転体１１のｘ方向の回転角度を求める。
【００７１】
また、回転角度検出回路４３は、支持体１２の帯状抵抗素子４１が接触子２１に導通していれば、回転体１１の接触子２１と該帯状抵抗素子４１の一端との間の抵抗値を測定し、この抵抗値に対応する回転体１１のｙ方向の回転角度を検出する。
【００７２】
従って、本実施例形態の接触角検出型触覚センサ１０Ｆでは、回転体１１のｘｙ方向の回転角度を検出することができる。
【００７３】
この様な接触角検出型触覚センサ１０Ｆにおいても、図２（ａ）〜（ｃ）の動作と同様に、回転体１１の触覚センサ１３の縁が対象物Ｊに接触すると、回転体１１の回転中心周りにモーメントが発生して、回転体１１が回転し、触覚センサ１３の感圧センサ１６全体が対象物Ｊに接触して、回転体１１の回転が停止し、触覚センサ１３の感圧センサ１６が対象物Ｊに安定的に接触して、触覚センサ１３の検出面に対する法線方向と対象物Ｊの表面に対する法線方向が一致する。このとき、回転角度検出回路４３により回転体１１のｘｙ方向の回転角度を検出し、このｘｙ方向の回転角度に基づいて、該各法線方向を求め、該各法線方向の力Ｆを制御する。
【００７４】
図９は、本発明の接触角検出型触覚センサの第４実施形態を示す図である。尚、図９において、図１と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付す。
【００７５】
本実施形態の接触角検出型触覚センサ１０Ｇでは、図１の回転体１１の接触子２１及び支持体１２の球状凹部１２ａ内周面の各接触子２２の代わりに、ｘ方向に延びる帯状抵抗素子５１を回転体１１の表面に設け、またｙ方向に延びる帯状抵抗素子５２を支持体１２の球状凹部１２ａ内周面に設け、回転体１１の帯状抵抗素子５１と支持体１２の帯状抵抗素子５２をそれらの交差箇所で接触させている。
【００７６】
ここで、回転体１１がｘ方向に回転すると、回転体１１の帯状抵抗素子５１と支持体１２の帯状抵抗素子５２間の接触位置がｘ方向に移動して、該接触位置から回転体１１の帯状抵抗素子５１両端までのそれぞれの抵抗値が変化する。従って、これらの抵抗値もしくは該各抵抗値に対応する電圧や電流を検出すれば、これらの抵抗値に対応する回転体１１のｘ方向の回転角度が分かる。同様に、回転体１１がｙ方向に回転すると、回転体１１の帯状抵抗素子５１と支持体１２の帯状抵抗素子５２間の接触位置がｙ方向に移動して、該接触位置から支持体１２の帯状抵抗素子５２両端までのそれぞれの抵抗値が変化するので、これらの抵抗値もしくは該各抵抗値に対応する電圧や電流を検出すれば、これらの抵抗値に対応する回転体１１のｙ方向の回転角度が分かる。
【００７７】
例えば、図１０の等価回路に示す様に回転体１１の帯状抵抗素子５１と支持体１２の帯状抵抗素子５２との接触位置をＰとすると、回転体１１の帯状抵抗素子５１の両端５１ａ、５１ｂに電圧検出用のそれぞれの抵抗（図示せず）を接続した上で、支持体１２の帯状抵抗素子５２の両端５２ａ、５２ｂに一定電圧を印加して、回転体１１の帯状抵抗素子５１の両端５１ａ、５１ｂの電圧を検出すれば、これらの電圧に基づいて回転体１１のｘ方向の回転角度を求めることができる。同様に、支持体１２の帯状抵抗素子５２の両端５２ａ、５２ｂに電圧検出用のそれぞれの抵抗（図示せず）を接続した上で、回転体１１の帯状抵抗素子５１の両端５１ａ、５１ｂに一定電圧を印加して、支持体１２の帯状抵抗素子５２の両端５２ａ、５２ｂの電圧を検出すれば、これらの電圧に基づいて支持体１２のｙ方向の回転角度を求めることができる。
【００７８】
あるいは、支持体１２の帯状抵抗素子５２の両端５２ａ、５２ｂに一定電圧を印加し、回転体１１の帯状抵抗素子５１の両端５１ａ、５１ｂの電流を検出すれば、これらの電流に基づいて回転体１１のｘ方向の回転角度を求めることができる。同様に、回転体１１の帯状抵抗素子５１の両端５１ａ、５１ｂに一定電圧を印加し、支持体１２の帯状抵抗素子５２の両端５２ａ、５２ｂの電流を検出すれば、これらの電流に基づいて支持体１２のｙ方向の回転角度を求めることができる。
【００７９】
回転角度検出回路５３は、例えば支持体１２の帯状抵抗素子５２両端に一定電圧を印加して、回転体１１の帯状抵抗素子５１両端の電圧を検出し、これらの電圧に基づいて回転体１１のｘ方向の回転角度を求め、また回転体１１の帯状抵抗素子５１両端に一定電圧を印加して、支持体１２の帯状抵抗素子５２両端の電圧を検出し、これらの電圧に基づいて支持体１２のｙ方向の回転角度を求める。
【００８０】
従って、本実施例形態の接触角検出型触覚センサ１０Ｇでは、回転体１１のｘｙ方向の回転角度を検出することができる。
【００８１】
この様な接触角検出型触覚センサ１０Ｇにおいても、図２（ａ）〜（ｃ）の動作と同様に、回転体１１の触覚センサ１３の縁が対象物Ｊに接触すると、回転体１１が回転し、触覚センサ１３の感圧センサ１６全体が対象物Ｊに接触して、回転体１１の回転が停止し、触覚センサ１３の感圧センサ１６が対象物Ｊに安定的に接触し、触覚センサ１３の検出面に対する法線方向と対象物Ｊの表面に対する法線方向が一致する。このときに回転角度検出回路５３により回転体１１のｘｙ方向の回転角度を検出し、このｘｙ方向の回転角度に基づいて、該各法線向を求め、該各法線方向の力Ｆを制御する。
【００８２】
尚、本発明の接触角検出型触覚センサは、上記実施形態や変形例等に限らず、多様に変形することができる。例えば、上記実施形態や変形例等を適宜に組み合わせても良い。また、回転体を回転自在に支持するために、他の支持構造を適用しても良い。更に、触覚センサとして、周知の他の種類のものを適用しても構わない。
【００８３】
また、支持体１２の各接触子２２として、導体や抵抗体の代わりに、感圧素子を設けて、この感圧素子により、回転角度だけではなく、接触角検出型触覚センサに作用した力を検出しても良い。
【００８４】
次に、本発明の接触角検出型触覚センサを用いた制御方法を説明する。
【００８５】
図１１は、本発明の制御方法の一実施形態を適用したロボットハンドを概略的に示す斜視図である。このロボットハンド６１は、複数の関節を有する５本の指６２ａ〜６２ｅと、各指６２ａ〜６２ｅを支持する手の平部６３と、３本の指６２ａ、６２ｂ、６２ｃの第１節の腹側に設けられたそれぞれの接触角検出型触覚センサ１０とを備えている。
【００８６】
各指６２ａ〜６２ｅの駆動機構としては、プーリとワイヤーを組み合わせたものやギヤを組み合わせたもの等、多種多様なものが既に提案されており、いずれの駆動機構を適用しても構わない。
【００８７】
本実施形態の制御方法では、各指６２ａ〜６２ｃによる把持力が対象物Ｊの表面に対して法線方向に加わる様に該各指６２ａ〜６２ｃを制御している。
【００８８】
この様な制御のために、まず各指６２ａ〜６２ｃによる把持力を対象物Ｊが移動しない程度に制御しつつ、各指６２ａ〜６２ｃの接触角検出型触覚センサ１０が対象物Ｊの表面に接触する様に制御する。このとき、各指６２ａ〜６２ｃの接触角検出型触覚センサ１０の回転体１１が回転して、各指６２ａ〜６２ｃの接触角検出型触覚センサ１０が対象物Ｊの表面に安定的に接触する。この状態では、該各接触角検出型触覚センサ１０の触覚センサ１３の検出面に対する法線方向ｆと対象物Ｊの表面に対する法線方向とが一致し、各指６２ａ〜６２ｃの接触角検出型触覚センサ１０により検出された回転方向及び回転角度に基づいて該各法線方向ｆが求められる。また、該各法線方向ｆ、及び各指６２ａ〜６２ｃの位置と角度に基づいて該各指６２ａ〜６２ｃによる把持力を求めることができる。
【００８９】
ここでは、対象物Ｊが円筒状であることから、各指６２ａ〜６２ｃによる把持力の方向６５ａ〜６５ｃが相互に平行でかつ円筒状の対象物Ｊの中心線に向いたときに、すなわち各指６２ａ〜６２ｃの接触角検出型触覚センサ１０が対象物Ｊの表面に安定的に接触した状態で、各指６２ａ〜６２ｃの接触角検出型触覚センサ１０の検出面に対する法線方向ｆが相互に平行でかつ円筒状の対象物Ｊの中心線に向いたときに、対象物Ｊを安定的に把持することができる。このため、これらの法線方向ｆが相互に平行でかつ円筒状の対象物Ｊの中心線に向いていなければ、各指６２ａ〜６２ｃの位置及び角度を変更しつつ、各指６２ａ〜６２ｃの接触角検出型触覚センサ１０を対象物Ｊの表面に安定的に接触させるという制御を、該各法線方向ｆが相互に平行でかつ円筒状の対象物Ｊの中心線に向くまで繰り返す。そして、これらの法線方向ｆが相互に平行でかつ円筒状の対象物Ｊの中心線に向いたときに、各指６２ａ〜６２ｃによる把持力を強くして、対象物Ｊを確実に把持する。
【００９０】
尚、対象物Ｊが球状である場合は、各指６２ａ〜６２ｃの接触角検出型触覚センサ１０の検出面に対する法線方向ｆが対象物Ｊの中心に向くときに、対象物Ｊを安定的に把持することができるので、これらの法線方向が対象物Ｊの中心に向く様に各指６２ａ〜６２ｃの位置及び角度を制御すれば良い。
【００９１】
この様に本実施形態の制御方法では、各指６２ａ〜６２ｃによる把持力が対象物Ｊの表面に対して法線方向ｆに加わる様に該各指６２ａ〜６２ｃを制御しているので、対象物Ｊを確実に把持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の接触角検出型触覚センサの第１実施形態を示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、図１の接触角検出型触覚センサが対象物に安定的に接触するまでの動作順序を示す図である。
【図３】図１の接触角検出型触覚センサの変形例を示す側面図である。
【図４】図１の接触角検出型触覚センサの他の変形例を示す側面図である。
【図５】図１の接触角検出型触覚センサの別の変形例を示す側面図である。
【図６】図１の接触角検出型触覚センサの更に他の変形例を示す側面図である。
【図７】本発明の接触角検出型触覚センサの第２実施形態を示す側面図である。
【図８】本発明の接触角検出型触覚センサの第３実施形態を示す側面図である。
【図９】本発明の接触角検出型触覚センサの第４実施形態を示す側面図である。
【図１０】図９の接触角検出型触覚センサにおける各帯状抵抗素子の等価回路を示す図である。
【図１１】本発明の制御方法の一実施形態を適用したロボットハンドを概略的に示す斜視図である。
【図１２】従来の触覚センサを示す側面図である。
【図１３】従来のマトリクス型触覚センサを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０  接触角検出型触覚センサ
１１、３１  回転体
１２、３２  支持体
１３  触覚センサ
１４  平板部
１５ａ、１５ｂ  電極
１６  感圧センサ
１７  圧力検出回路
２１、２２、３３  接触子
２３、４２  マルチプレクサ
２４、２５  信号線
２６、３５、４３、５３  回転角度検出回路
３４、４１、５１、５２  帯状抵抗素子
【図１】
2006145291.tif 000003
【図２】
2006145291.tif 000004
【図３】
2006145291.tif 000005
【図４】
2006145291.tif 000006
【図５】
2006145291.tif 000007
【図６】
2006145291.tif 000008
【図７】
2006145291.tif 000009
【図８】
2006145291.tif 000010
【図９】
2006145291.tif 000011
【図１０】
2006145291.tif 000012
【図１１】
2006145291.tif 000013
【図１２】
2006145291.tif 000014
【図１３】
2006145291.tif 000015