(57)【要約】【課題】  柔軟性を有する材料をセンサ部位に用いて、被測定物Ｍの変位がすべりによるか転がりによるかを判別可能なすべり・転がり検出システム及び検出方法を提供する。【解決手段】  圧力により透過光量が変化する複数の感圧部ｐ１を面内に配置した第１のセンサアレイ２１と、第１のセンサアレイ２１上に重ねて設けられ、圧力により透過光量が変化する複数の感圧部ｐ２を面内に配置した第２のセンサアレイ２２とでセンサ部位２を構成し、被測定物Ｍが第２のセンサアレイ２２上で変位した時に、光検出器３で検出された第１のセンサアレイ２１の各感圧部ｐ１における圧力の変化と第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２における圧力の変化に、時間的差異又は空間的差異が見出された場合に被測定物Ｍの変位がすべりによると判定し、差異が見出されなかった場合に被測定物Ｍの変位が転がりによると判定する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力により透過光量が変化する複数の感圧部を面内に配置した第１のセンサアレイと、前記第１のセンサアレイ上に重ねて設けられ、圧力により透過光量が変化する複数の感圧部を面内に配置した第２のセンサアレイと、前記第１のセンサアレイの各感圧部に入射光を導く第１の入射光路と前記第１のセンサアレイの各感圧部からの出射光を導く第１の出射光路と、前記第２のセンサアレイの各感圧部に入射光を導く第２の入射光路と前記第２のセンサアレイの各感圧部からの出射光を導く第２の出射光路とを有するセンサ部位と；
前記第１の出射光路からの出射光を入力して、前記第１のセンサアレイの各感圧部からの透過光量を検出し、また、前記第２の出射光路からの出射光を入力して、前記第２のセンサアレイの各感圧部からの透過光量を検出する光検出器と；
前記光検出器で検出された透過光量を前記センサ部位が被測定物から受ける圧力に変換する換算手段と；
前記第１のセンサアレイの各感圧部における圧力の変化と前記第２のセンサアレイの各感圧部における圧力の変化とに基づいて、前記被測定物の変位がすべりによるか又は転がりによるかを判定する判定手段とを備え；
前記第１のセンサアレイ及び前記第２のセンサアレイには柔軟性を有する材料が用いられ、前記被測定物が前記第２のセンサアレイ上で面内ですべりによる変位を生じた場合に、前記被測定物と前記第２のセンサアレイとの摩擦力により、前記被測定物の直下近傍に位置する前記第２のセンサアレイの感圧部は、前記被測定物の変位とほぼ同じ方向に変位し、前記第１のセンサアレイの感圧部は前記被測定物の変位に対して不変であり；
前記判定手段は、前記被測定物が前記第２のセンサアレイ上で面内で変位した時に、前記第１のセンサアレイにおける最大圧力の座標と前記第２のセンサアレイにおける最大圧力の座標とがほぼ同方向に移動した場合、移動中の所定の時間において、前記第１のセンサアレイにおける最大圧力の座標と前記第２のセンサアレイにおける最大圧力の座標とが異なる場合に前記被測定物の変位がすべりによると判定し、ほぼ同じ場合に前記被測定物の変位が転がりによると判定する；
柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出システム。
【請求項２】
圧力により透過光量が変化する複数の感圧部を面内に配置した第１のセンサアレイと、前記第１のセンサアレイ上に重ねて設けられ、圧力により透過光量が変化する複数の感圧部を面内に配置した第２のセンサアレイと、前記第１のセンサアレイの各感圧部に入射光を導く第１の入射光路と前記第１のセンサアレイの各感圧部からの出射光を導く第１の出射光路と、前記第２のセンサアレイの各感圧部に入射光を導く第２の入射光路と前記第２のセンサアレイの各感圧部からの出射光を導く第２の出射光路とを有するセンサ部位と；
前記第１の出射光路からの出射光を入力して、前記第１のセンサアレイの各感圧部からの透過光量を検出し、また、前記第２の出射光路からの出射光を入力して、前記第２のセンサアレイの各感圧部からの透過光量を検出する光検出器と；
前記光検出器で検出された透過光量を前記センサ部位が被測定物から受ける圧力に変換する換算手段と；
前記第１のセンサアレイの各感圧部における圧力の変化と前記第２のセンサアレイの各感圧部における圧力の変化とに基づいて、前記被測定物の変位がすべりによるか又は転がりによるかを判定する判定手段とを備え；
前記第１のセンサアレイ及び前記第２のセンサアレイには柔軟性を有する材料が用いられ、前記被測定物が前記第２のセンサアレイ上で面内ですべりによる変位を生じた場合に、前記被測定物と前記第２のセンサアレイとの摩擦力により、前記被測定物の直下近傍に位置する前記第２のセンサアレイの感圧部は、前記被測定物の変位とほぼ同じ方向に変位し、前記第１のセンサアレイの感圧部は前記被測定物の変位に対して不変であり；
前記判定手段は、前記被測定物が前記第２のセンサアレイ上で面内で変位した時に、前記第１のセンサアレイにおける最大圧力の座標と前記第２のセンサアレイにおける最大圧力の座標とがほぼ同方向に移動した場合、前記第１のセンサアレイにおける最大圧力の座標の移動経路近傍の所定の座標において圧力が変化した時間に比して、前記第２のセンサアレイの前記所定の座標と同じ座標において圧力が変化した時間が遅い場合に前記被測定物の変位がすべりによると判定し、ほぼ同じ場合に前記被測定物の変位が転がりによると判定する；
柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出システム。
【請求項３】
前記第２のセンサアレイには、前記感圧部を搭載する基材、前記第２のセンサアレイ表面に作用する圧力を前記感圧部に伝達する圧力伝達材が使用され、前記基材及び前記圧力伝達材に局部的に変形する材料が使用され、前記感圧部は前記局部的な変形に伴い、局部的に変位する；
請求項１又は請求項２に記載の柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出システム。
【請求項４】
前記第１のセンサアレイには、前記感圧部を搭載する基材、前記第１のセンサアレイ表面に作用する圧力を前記感圧部に伝達する圧力伝達材が使用され、前記圧力伝達材は上面と下面とにずれが生じる材料が使用される；
請求項１又は請求項２に記載の柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出システム。
【請求項５】
前記第２のセンサアレイは、前記第１のセンサアレイ上で前記第１のセンサアレイに対して所定の範囲で自由に滑ることができるように構成されている；
請求項１又は請求項２に記載の柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出システム。
【請求項６】
前記第１の入射光路、前記第１の出射光路、前記第２の入射光路及び前記第２の出射光路は光ファイバ又は光導波路からなり；
前記第１のセンサアレイの各感圧部及び前記第２のセンサアレイの各感圧部には、圧力により透過光量が変化する光透過素材が使用され、前記光透過素材として弾性プラスチック、固相ゲル又は弾性光ファイバが使用される；
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出システム。
【請求項７】
前記第１のセンサアレイの各感圧部及び前記第２のセンサアレイの各感圧部は、等しいスケールの座標系の同じ座標にマトリックス状に配置されている；
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出システム。
【請求項８】
圧力により透過光量が変化する複数の感圧部を面内に配置した第１のセンサアレイと、前記第１のセンサアレイ上に重ねて設けられ、圧力により透過光量が変化する複数の感圧部を面内に配置した第２のセンサアレイと、前記第１のセンサアレイの各感圧部に入射光を導く第１の入射光路と前記第１のセンサアレイの各感圧部からの出射光を導く第１の出射光路と、前記第２のセンサアレイの各感圧部に入射光を導く第２の入射光路と前記第２のセンサアレイの各感圧部からの出射光を導く第２の出射光路とを有するセンサ部位の前記第２のセンサアレイ上に被測定物を搭載し、前記第１のセンサアレイ及び前記第２のセンサアレイの各感圧部に前記第１の入射光路及び前記第２の入射光路を介して入射光を導入し、前記各感圧部からの透過光を前記第１の出射光路及び前記第２の出射光路を介して光検出器に出力する測定開始工程と；
前記被測定物が前記第２のセンサアレイ上で面内で変位した時に、前記光検出器で、前記第１のセンサアレイ及び前記第２のセンサアレイにおける各感圧部からの透過光量の変化を測定するデータ蓄積工程と；
前記光検出器で検出された透過光量を前記センサ部位が被測定物から受ける圧力に変換する換算工程と；
前記第１のセンサアレイにおける圧力の変化と前記第２のセンサアレイにおける圧力の変化とに基づいて、前記被測定物の変位がすべりによるか又は転がりによるかを判定する判定工程とを備え；
前記第１のセンサアレイ及び前記第２のセンサアレイには柔軟性を有する材料が用いられ、前記被測定物が前記第２のセンサアレイ上で面内ですべりによる変位を生じた場合に、前記被測定物と前記第２のセンサアレイとの摩擦力により、前記被測定物の直下近傍に位置する前記第２のセンサアレイの感圧部は、前記被測定物の変位とほぼ同じ方向に変位し、前記第１のセンサアレイの感圧部は前記被測定物の変位に対して不変であり；
前記判定工程は、前記被測定物が前記第２のセンサアレイ上で面内で変位した時に、前記第１のセンサアレイにおける最大圧力の座標と前記第２のセンサアレイにおける最大圧力の座標とがほぼ同方向に移動した場合、移動中の所定の時間において、前記第１のセンサアレイにおける最大圧力の座標と前記第２のセンサアレイにおける最大圧力の座標とが異なる場合に前記被測定物の変位がすべりによると判定し、ほぼ同じ場合に前記被測定物の変位が転がりによると判定する；
柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出方法。
【請求項９】
圧力により透過光量が変化する複数の感圧部を面内に配置した第１のセンサアレイと、前記第１のセンサアレイ上に重ねて設けられ、圧力により透過光量が変化する複数の感圧部を面内に配置した第２のセンサアレイと、前記第１のセンサアレイの各感圧部に入射光を導く第１の入射光路と前記第１のセンサアレイの各感圧部からの出射光を導く第１の出射光路と、前記第２のセンサアレイの各感圧部に入射光を導く第２の入射光路と前記第２のセンサアレイの各感圧部からの出射光を導く第２の出射光路とを有するセンサ部位の前記第２のセンサアレイ上に被測定物を搭載し、前記第１のセンサアレイ及び前記第２のセンサアレイの各感圧部に前記第１の入射光路及び前記第２の入射光路を介して入射光を導入し、前記各感圧部からの透過光を前記第１の出射光路及び前記第２の出射光路を介して光検出器に出力する測定開始工程と；
前記被測定物が前記第２のセンサアレイ上で面内で変位した時に、前記光検出器で、前記第１のセンサアレイ及び前記第２のセンサアレイにおける各感圧部からの透過光量の変化を測定するデータ蓄積工程と；
前記光検出器で検出された透過光量を前記センサ部位が被測定物から受ける圧力に変換する換算工程と；
前記第１のセンサアレイにおける圧力の変化と前記第２のセンサアレイにおける圧力の変化とに基づいて、前記被測定物の変位がすべりによるか又は転がりによるかを判定する判定工程とを備え；
前記第１のセンサアレイ及び前記第２のセンサアレイには柔軟性を有する材料が用いられ、前記被測定物が前記第２のセンサアレイ上で面内ですべりによる変位を生じた場合に、前記被測定物と前記第２のセンサアレイとの摩擦力により、前記被測定物の直下近傍に位置する前記第２のセンサアレイの感圧部は、前記被測定物の変位とほぼ同じ方向に変位し、前記第１のセンサアレイの感圧部は前記被測定物の変位に対して不変であり；
前記判定工程は、前記被測定物が前記第２のセンサアレイ上で面内で変位した時に、前記第１のセンサアレイにおける最大圧力の座標と前記第２のセンサアレイにおける最大圧力の座標とがほぼ同方向に移動した場合、前記第１のセンサアレイにおける最大圧力の座標の移動経路近傍の所定の座標において圧力が変化した時間に比して、前記第２のセンサアレイの前記所定の座標と同じ座標において圧力が変化した時間が遅い場合に前記被測定物の変位がすべりによると判定し、圧力が変化した時間がほぼ同じ場合に前記被測定物の変位が転がりによると判定する；
柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はすべり・転がり検出システム及び検出方法に関する。詳しくは、柔軟性を有する材料をセンサ部位に用い、押圧による光信号の変化を用いて測定対象物の変位がすべりか転がりかを判定できるすべり・転がり検出システム及び検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高齢者や障害者の自立を支援し、介護者に掛かる負担を軽減しようとする試みが福祉ロボットの実用化という形で進んでいる。一方で福祉ロボットの安全性についても盛んに議論がなされており、特に人と接する環境下においては対人親和性の高いロボットの開発が求められている。人は物をつかむ際に適度な力で把持することができるが、これは人が皮膚感覚（圧覚，温覚など）で力の強さや物体の質感を捉え、力をコントロールしているからである。すなわち、対人親和性の高いロボットの実現には、ロボットに人間と同じような皮膚感覚を持たせることが極めて重要であり、同時に人体に対する接触面の柔軟さも要求されることになる。このことから、福祉ロボットへ応用可能な触覚情報検出システムの開発、特に皮膚感触に近い柔軟性のある材料を用いたセンサ部位の開発が望まれている。
【０００３】
他方、介護用ベッドにおける床ずれを想定して、すべりと転がりを判定する方法が、発明者達により開示されている。このシステムは、センサ部位上に置かれた物体の重心変位と接線方向の摩擦力とを比較し、すべりか転がりかの判定を行うことを原理としている。そのため、検出手段には３軸力覚センサを使用する必要があり、センサ部位には金属プレートなどの硬い素材を用いる必要があった。（非特許文献１参照）
【０００４】
【非特許文献１】「すべりセンサの開発と応用」、関根俊彰、田中智大、埼玉県産業技術総合センター研究報告、第２巻、２００４年、第５７〜６１頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記すべりと転がりを判定する方法では、センサ部位に硬い素材を用いる必要があった。
そこで発明者達は、皮膚感覚の中でも特に重要となる圧覚及びすべり覚に注目し、上記すべりと転がりを判定する方法を発展させて、皮膚感触に近い柔軟性のある材料を用いたセンサ部位に適用できるようし、さらに、福祉を初めとする各種ロボットへ応用可能な触覚情報検出システムの開発を目指すこととした。
【０００６】
本発明は、柔軟性を有する材料をセンサ部位に用いて、被測定物の変位がすべりによるか転がりによるかを判別可能なすべり・転がり検出システム及び検出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】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出システムは、例えば図１、図２に示すように、圧力により透過光量が変化する複数の感圧部ｐ１を面内に配置した第１のセンサアレイ２１と、第１のセンサアレイ２１上に重ねて設けられ、圧力により透過光量が変化する複数の感圧部ｐ２を面内に配置した第２のセンサアレイ２２と、第１のセンサアレイ２１の各感圧部ｐ１に入射光を導く第１の入射光路ｆ１１と第１のセンサアレイ２１の各感圧部ｐ１からの出射光を導く第１の出射光路ｆ２１と、第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２に入射光を導く第２の入射光路ｆ１２と第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２からの出射光を導く第２の出射光路ｆ２２とを有するセンサ部位２（２Ａ）と、第１の出射光路ｆ２１からの出射光を入力して、第１のセンサアレイの各感圧部ｐ１からの透過光量を検出し、また、第２の出射光路ｆ２２からの出射光を入力して、第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２からの透過光量を検出する光検出器３と、光検出器３で検出された透過光量をセンサ部位２（２Ａ）が被測定物Ｍから受ける圧力に変換する換算手段４５と、第１のセンサアレイ２１の各感圧部ｐ１における圧力の変化と第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２における圧力の変化とに基づいて、被測定物Ｍの変位がすべりによるか又は転がりによるかを判定する判定手段４３とを備え、第１のセンサアレイ２１及び第２のセンサアレイ２２には柔軟性を有する材料が用いられ、被測定物Ｍが第２のセンサアレイ２２上で面内ですべりによる変位を生じた場合に、被測定物Ｍと第２のセンサアレイ２２との摩擦力により、被測定物Ｍの直下近傍に位置する第２のセンサアレイ２２の感圧部ｐ２は、被測定物Ｍの変位とほぼ同じ方向に変位し、第１のセンサアレイ２１の感圧部ｐ１は被測定物Ｍの変位に対して不変であり、判定手段４３は、被測定物Ｍが第２のセンサアレイ２２上で面内で変位した時に、第１のセンサアレイ２１における最大圧力の座標と第２のセンサアレイ２２における最大圧力の座標とがほぼ同方向に移動した場合、移動中の所定の時間において、第１のセンサアレイ２１における最大圧力の座標と第２のセンサアレイ２２における最大圧力の座標とが異なる場合に被測定物Ｍの変位がすべりによると判定し、ほぼ同じ場合に被測定物Ｍの変位が転がりによると判定する。
【０００８】
ここにおいて、「柔軟なセンサ部位」とは、「柔軟性を有する材料を用いたセンサ部位」の意味である。また、感圧部ｐ１，ｐ２とは、センサアレイ２１，２２において、入射光路ｆ１１，ｆ１２と出射光路ｆ２１，ｆ２２間にあって、被測定物Ｍによる圧力を受けている状態又は受けていない状態において光が透過する部分をいう。この部分には原則として圧力により透過光量が変化する光透過素材ｚ１，ｚ２が使用される。センサアレイ２１，２２の他の部分（圧力伝達材ｚ３，ｚ４、基材ｂ１，ｂ２）と同じ材料で形成されても良く、異なる材料で形成されても良い。また、複数の感圧部ｐｉを面内に配置とは、全ての感圧部ｐｉを厳密に同一面内に配置する必要はなく、多少のずれがあっても二次元的に配置されていれば良い。また、入射光路ｆ１１，ｆ１２及び出射光路ｆ２１，ｆ２２は各感圧部ｐ１，ｐ２に対応して複数本あっても良く、１本の光路から分岐して各感圧部ｐ１，ｐ２に導かれても良い。また、第１の出射光路ｆ２１からの出射光を入力する光検出器と第２の出射光路ｆ２２からの出射光を入力する光検出器とは同じものでも良く、異なるものでも良い。また、直下近傍に位置する感圧部ｐｉとは、直下点に最も近いものから１個〜数個程度の感圧部ｐｉを意味し、例えば感圧部ｐｉがマトリックス状に配置されている場合には、直下点を囲む各四辺形の頂点に位置する感圧部ｐｉを意味するのが好ましい。また、ほぼ同じ方向とは、測定精度、センサ部位２の製造のばらつき等を考慮し、実質的に同じ方向をいい、例えば±１５度以内が好ましい。また、感圧部ｐ１は被測定物Ｍの変位に対して不変であるとは、本来は変位に追随しないという意味であり、摩擦力が漏れ伝わって少量動く場合や測定のばらつきにより少量変動する場合も不変に含まれる。
【０００９】
また、柔軟性を有する材料とは、弾力性と可撓性を有する材料であり、第１にセンサ部位２の表面を皮膚のような感触に近づけるため、第２に被測定物Ｍの圧力により感圧部ｐｉの透過光量が変化するように、第３に被測定物Ｍの圧力ができるだけ直下近傍の感圧部ｐｉのみに伝わり、他の部分に伝わらないようにするため、第４に被測定物Ｍと第２のセンサアレイ２２との間に摩擦が生じ、被測定物Ｍの変位により、第１のセンサアレイ２１と第２のセンサアレイ２２が周辺部で外枠などで固定されている場合には、第２のセンサアレイ２２のうち被測定物Ｍの直下近傍の部分が局部的に被測定物Ｍの移動に追随して変形するように、第１のセンサアレイ２１の上面と第２のセンサアレイ２２の下面が固定されている場合には、第１のセンサアレイ２１の上面が被測定物Ｍの移動に追随して移動し、感圧部ｐ１が配置された面との間にずれが生じるように、また、第２のセンサアレイ２２が第１のセンサアレイ２１に固定されていない場合には、第２のセンサアレイ２２全体が被測定物Ｍの移動に追随して第１のセンサアレイ２１上を移動するようにするために用いられる。また、センサ部位２を曲面に取り付ける場合等には材料に可撓性が求められる。
【００１０】
また、最大圧力の座標とは、本来なら被測定物Ｍの直下に位置する座標であるが、ここではその近傍の感圧点における圧力の測定値から圧力が最大となる座標を演算して求めたものをいう。例えば、感圧点ｐｉがマトリックス状に配置される場合は、被測定物Ｍの直下を囲む四辺形とその直ぐ外側の四辺形を構成する４×４の１６個の感圧点から演算して求めるのが好適である。また、ほぼ同じ座標とは、測定精度、センサ部位２製造のばらつき等を考慮し、実質的に同じ座標をいう。
【００１１】
このように構成すると、柔軟性を有する材料をセンサ部位２に用いて、被測定物Ｍの変位がすべりによるか転がりによるかを判別可能なすべり・転がり検出システムを提供できる。
また、圧力検出に光ファイバを使用することで、ノイズや磁界による影響を排除でき、高精度な計測が可能である。また、短時間で被測定物Ｍの変位がすべりによるか転がりによるかを判別可能なすべり・転がり検出システムを提供できる。
【００１２】
また、請求項２に記載の柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出システムは、例えば図１、図２に示すように、圧力により透過光量が変化する複数の感圧部ｐ１を面内に配置した第１のセンサアレイ２１と、第１のセンサアレイ２１上に重ねて設けられ、圧力により透過光量が変化する複数の感圧部ｐ２を面内に配置した第２のセンサアレイ２２と、第１のセンサアレイ２１の各感圧部ｐ１に入射光を導く第１の入射光路ｆ１１と第１のセンサアレイ２１の各感圧部ｐ１からの出射光を導く第１の出射光路ｆ２１と、第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２に入射光を導く第２の入射光路ｆ１２と第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２からの出射光を導く第２の出射光路ｆ２２とを有するセンサ部位２（２Ａ）と、第１の出射光路ｆ２１からの出射光を入力して、第１のセンサアレイの各感圧部ｐ１からの透過光量を検出し、また、第２の出射光路ｆ２２からの出射光を入力して、第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２からの透過光量を検出する光検出器３と、光検出器３で検出された透過光量をセンサ部位２（２Ａ）が被測定物Ｍから受ける圧力に変換する換算手段４５と、第１のセンサアレイ２１の各感圧部ｐ１における圧力の変化と第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２における圧力の変化とに基づいて、被測定物Ｍの変位がすべりによるか又は転がりによるかを判定する判定手段４３とを備え、第１のセンサアレイ２１及び第２のセンサアレイ２２には柔軟性を有する材料が用いられ、被測定物Ｍが第２のセンサアレイ２２上で面内ですべりによる変位を生じた場合に、被測定物Ｍと第２のセンサアレイ２２との摩擦力により、被測定物Ｍの直下近傍に位置する第２のセンサアレイ２２の感圧部ｐ２は、被測定物Ｍの変位とほぼ同じ方向に変位し、第１のセンサアレイ２１の感圧部ｐ１は被測定物Ｍの変位に対して不変であり、判定手段４３は、被測定物Ｍが第２のセンサアレイ２２上で面内で変位した時に、第１のセンサアレイ２１における最大圧力の座標と第２のセンサアレイ２２における最大圧力の座標とがほぼ同じ方向に移動した場合、第１のセンサアレイ２１における最大圧力の座標の移動経路近傍の所定の座標において圧力が変化した時間に比して、第２のセンサアレイ２２の所定の座標と同じ座標において圧力が変化した時間が遅い場合に被測定物Ｍの変位がすべりによると判定し、ほぼ同じ場合に被測定物Ｍの変位が転がりによると判定する。
【００１３】
ここにおいて、移動経路近傍の所定の座標とは、移動経路の近傍にある座標から選定された１つの座標を意味する。なお、最大圧力の座標又は感圧点の座標で、移動開始点に近い座標を選ぶことが確実性が高くかつ早く判定ができ好ましい。また、ぼぼ同じ時間とは、測定精度、センサ部位２特性のばらつき等を考慮し、実質的に同じ時間をいう。
このように構成すると、柔軟性を有する材料をセンサ部位２に用いて、被測定物Ｍの変位がすべりによるか転がりによるかを判別可能なすべり・転がり検出システムを提供できる。また、圧力検出に光ファイバを使用することで、ノイズや磁界による影響を排除でき、高精度な計測が可能である。また、少ないデータ量で被測定物Ｍの変位がすべりによるか転がりによるかを判別可能なすべり・転がり検出システムを提供できる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出システムにおいて、例えば図２に示すように、第２のセンサアレイ２２には、感圧部ｐ２を搭載する基材ｂ２、第２のセンサアレイ２２表面に作用する圧力を感圧部ｐ２に伝達する圧力伝達材ｚ４が使用され、基材ｂ２及び圧力伝達材ｚ４に局部的に変形する材料が使用され、感圧部ｐ２は前記局部的な変形に伴い、局部的に変位する。
このように構成すると、表面に作用する圧力は被測定物Ｍ直下近傍の局部的範囲に伝達され、位置精度の良い検出システムを提供できる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出システムにおいて、例えば図１６に示すように、第１のセンサアレイ２１には、感圧部ｐ１を搭載する基材ｂ１、第１のセンサアレイ２１表面に作用する圧力を感圧部ｐ１に伝達する圧力伝達材ｚ３が使用され、圧力伝達材ｚ３は上面と下面とにずれが生じる材料が使用される。
このように構成すると、第１のセンサアレイ２１の感圧部ｐ１と第２のセンサアレイ２２の感圧部ｐ２間のずれがセンサアレイ全体に生じるので、多くの感圧部ｐ１，ｐ２から検出に使用する組を選択できる。また、圧力伝達材ｚ３の厚さを変えて感度を調整できる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出システムにおいて、例えば図１８に示すように、第２のセンサアレイ２２は、第１のセンサアレイ２１上で第１のセンサアレイ２１に対して所定の範囲で自由に滑ることができるように構成されている。
ここにおいて、第１のセンサアレイ２１と第２のセンサアレイ２２の間に中間シート２３が存在しても良く、存在しなくても良い。このように構成すると、基材ｂ１，ｂ２にはあまり弾力性が要求されないので、入射光路ｆ１及び出射光路ｆ２を光導波路で構成可能である。また、圧力伝達材ｚ３，ｚ４には局所的変位やずれを生じさせる高い柔軟性を要求されないので、材料選択の幅が大きくなる。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出システムにおいて、例えば図２に示すように、第１の入射光路ｆ１１、第１の出射光路ｆ２１、第２の入射光路ｆ１２及び第２の出射光路ｆ２２は光ファイバ又は光導波路からなり、第１のセンサアレイ２１の各感圧部ｐ１及び第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２には圧力により透過光量が変化する光透過素材ｚ１，ｚ２が使用され、光透過素材ｚ１，ｚ２として弾性プラスチック、固相ゲル又は弾性光ファイバが使用される。
【００１８】
なお、光透過素材ｚ１，ｚ２には発泡ウレタンを用いることが好ましい。このように構成すると、柔軟性が大で、光透過量の変化が大きい感圧部ｐｉを構成できるので、高感度のすべり・転がり検出システムを提供できる。
【００１９】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出システムにおいて、例えば図４に示すように、第１のセンサアレイ２１の各感圧部ｐ１及び第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２は、等しいスケールの座標系の同じ座標にマトリックス状に配置されている。
【００２０】
このように構成すると、第１のセンサアレイ２１の各感圧部ｐ１と第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２とに１対１の対応関係が成立し、判別精度の高いすべり・転がり検出システムを提供できる。
【００２１】
また、上記課題を解決するために、請求項８に記載の柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出方法は、例えば図１１に示すように（構成は図１、図２参照）、圧力により透過光量が変化する複数の感圧部ｐ１を面内に配置した第１のセンサアレイ２１と、第１のセンサアレイ２１上に重ねて設けられ、圧力により透過光量が変化する複数の感圧部ｐ２を面内に配置した第２のセンサアレイ２２と、第１のセンサアレイ２１の各感圧部ｐ１に入射光を導く第１の入射光路ｆ１１と第１のセンサアレイ２１の各感圧部ｐ１からの出射光を導く第１の出射光路ｆ２１と、第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２に入射光を導く第２の入射光路ｆ１２と第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２からの出射光を導く第２の出射光路ｆ２２とを有するセンサ部位２（２Ａ）の第２のセンサアレイ２２上に被測定物Ｍを搭載し、第１のセンサアレイ２１及び第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ１，ｐ２に第１の入射光路ｆ１１及び第２の入射光路ｆ１２を介して入射光を導入し、各感圧部ｐ１、ｐ２からの透過光を第１の出射光路ｆ２１及び第２の出射光路ｆ２２を介して光検出器３に出力する測定開始工程（Ｓ００１）と、被測定物Ｍが第２のセンサアレイ２２上で面内で変位した時に、光検出器３で、第１のセンサアレイ２１及び第２のセンサアレイ２２における各感圧部ｐ１，ｐ２からの透過光量の変化を測定するデータ蓄積工程（Ｓ００２）と、光検出器３で検出された透過光量をセンサ部位２が被測定物Ｍから受ける圧力に変換する換算工程（Ｓ００３）と、第１のセンサアレイ２１における圧力の変化と第２のセンサアレイ２２における圧力の変化とに基づいて、被測定物Ｍの変位がすべりによるか又は転がりによるかを判定する判定工程（Ｓ００４）とを備え、第２のセンサアレイ２２には柔軟性を有する材料が用いられ、被測定物Ｍが第２のセンサアレイ２２上で面内ですべりによる変位を生じた場合に、被測定物Ｍと第２のセンサアレイ２２との摩擦力により、被測定物Ｍの直下近傍に位置する第２のセンサアレイ２２の感圧部ｐ２は、被測定物Ｍの変位とほぼ同じ方向に変位し、第１のセンサアレイ２１の感圧部ｐ１は被測定物Ｍの変位に対して不変であり、判定工程（Ｓ００４）は、被測定物Ｍが第２のセンサアレイ２２上で面内で変位した時に、第１のセンサアレイ２１における最大圧力の座標と第２のセンサアレイ２２における最大圧力の座標とがほぼ同方向に移動した場合、移動中の所定の時間において、第１のセンサアレイ２１における最大圧力の座標と第２のセンサアレイ２２における最大圧力の座標とが異なる場合に被測定物Ｍの変位がすべりによると判定し、ほぼ同じ場合に被測定物Ｍの変位が転がりによると判定する。
【００２２】
ここにおいて、測定開始工程（Ｓ００１）及びデータ蓄積工程（Ｓ００２）において、各感圧部ｐ１、ｐ２からの透過光量の測定は、必ずしも全ての感圧部について測定する必要はなく、少なくとも最大圧力の座標近傍の感圧部について測定すれば良い。このように構成すると、柔軟性を有する材料をセンサ部位２に用いて、被測定物Ｍの変位がすべりによるか転がりによるかを判別可能なすべり・転がり検出方法を提供できる。また、短時間で被測定物Ｍの変位がすべりによるか転がりによるかを判別可能なすべり・転がり検出方法を提供できる。
【００２３】
また、請求項９に記載の柔軟なセンサ部位を用いたすべり・転がり検出方法は、例えば図１１に示すように（構成は図１、図２参照）、圧力により透過光量が変化する複数の感圧部ｐ１を面内に配置した第１のセンサアレイ２１と、第１のセンサアレイ２１上に重ねて設けられ、圧力により透過光量が変化する複数の感圧部ｐ２を面内に配置した第２のセンサアレイ２２と、第１のセンサアレイ２１の各感圧部ｐ１に入射光を導く第１の入射光路ｆ１１と第１のセンサアレイ２１の各感圧部ｐ１からの出射光を導く第１の出射光路ｆ２１と、第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２に入射光を導く第２の入射光路ｆ１２と第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２からの出射光を導く第２の出射光路ｆ２２とを有するセンサ部位２（２Ａ）の第２のセンサアレイ２２上に被測定物Ｍを搭載し、第１のセンサアレイ２１及び第２のセンサアレイ２２の各感圧部ｐ１，ｐ２に第１の入射光路ｆ１１及び第２の入射光路ｆ１２を介して入射光を導入し、各感圧部ｐ１、ｐ２からの透過光を第１の出射光路ｆ２１及び第２の出射光路ｆ２２を介して光検出器３に出力する測定開始工程（Ｓ００１）と、被測定物Ｍが第２のセンサアレイ２２上で面内で変位した時に、光検出器３で、第１のセンサアレイ２１及び第２のセンサアレイ２２における各感圧部ｐ１，ｐ２からの透過光量の変化を測定するデータ蓄積工程（Ｓ００２）と、光検出器３で検出された透過光量をセンサ部位２（２Ａ）が被測定物Ｍから受ける圧力に変換する換算工程（Ｓ００３）と、第１のセンサアレイ２１における圧力の変化と第２のセンサアレイ２２における圧力の変化とに基づいて、被測定物Ｍの変位がすべりによるか又は転がりによるかを判定する判定工程（Ｓ００４）とを備え、第２のセンサアレイ２２には柔軟性を有する材料が用いられ、被測定物Ｍが第２のセンサアレイ２２上で面内ですべりによる変位を生じた場合に、被測定物Ｍと第２のセンサアレイ２２との摩擦力により、被測定物Ｍの直下近傍に位置する第２のセンサアレイ２２の感圧部ｐ２は、被測定物Ｍの変位とほぼ同じ方向に変位し、第１のセンサアレイ２１の感圧部ｐ１は被測定物Ｍの変位に対して不変であり、判定工程（Ｓ００４）は、被測定物Ｍが第２のセンサアレイ２２上で面内で変位した時に、第１のセンサアレイ２１における最大圧力の座標と第２のセンサアレイ２２における最大圧力の座標とがほぼ同じ方向に移動した場合、第１のセンサアレイ２１における最大圧力の座標の移動経路近傍の所定の座標において圧力が変化した時間に比して、第２のセンサアレイ２２の所定の座標と同じ座標において圧力が変化した時間が遅い場合に被測定物Ｍの変位がすべりによると判定し、圧力が変化した時間がほぼ同じ場合に被測定物Ｍの変位が転がりによると判定する。
【００２４】
このように構成すると、柔軟性を有する材料をセンサ部位２に用いて、被測定物Ｍの変位がすべりによるか転がりによるかを判別可能なすべり・転がり検出方法を提供できる。また、少ないデータ量で被測定物Ｍの変位がすべりによるか転がりによるかを判別可能なすべり・転がり検出方法を提供できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、柔軟性を有する材料をセンサ部位に用いて、被測定物Ｍの変位がすべりによるか転がりによるかを判別可能なすべり・転がり検出システム及び検出方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
図１に、本発明の第１の実施の形態によるすべり・転がり検出システム１００の構成例を示す。
すべり・転がり検出システム１００は光源１、センサ部位２、光検出器３、制御端末４、表示手段５、電力供給電源６等で構成される。光源１として例えば赤色の発光ダイオード光源を使用できる。センサ部位２は、面内に複数の感圧部ｐｉを配置した光ファイバセンサアレイ２１，２２を二層に重ねて構成され、搭載された被測定物Ｍの圧力と変位を検知するために使用される。光検出器３はセンサ部位２からの光信号を取得して電気信号に変換するもので、本実施の形態では、増幅が可能な光増幅器を使用した。光源１で発光された光は入射光路としての入射用光ファイバｆ１（ｆ１１，ｆ１２）によりセンサ部位２の各感圧部ｐｉ（ｘ，ｙ）（図２参照、ｉは層を、ｘ，ｙは座標を示す、以下、個別の座標が不要なときはｐｉと省略する）に導かれ、各感圧部ｐｉを透過した光は出射光路としての出射用光ファイバｆ２（ｆ２１，ｆ２２）により光増幅器３に導かれる。
【００２８】
制御端末４は、記録手段４１、演算手段４２（換算手段４５を含む）、判定手段４３、制御手段４４を有する。制御端末４として通常のパーソナルコンピュータを使用できる。記録手段４１は光増幅器３から受信した光信号データ、演算手段４２での演算結果、判定手段４３での判定結果等を記録する。演算手段４２は、光増幅器３で検出された透過光量をセンサ部位２が被測定物Ｍから受ける圧力に変換する換算手段４５を含み、第１の光ファイバセンサアレイ２１及び第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標の演算、第１の光ファイバセンサアレイ２１及び第２の光ファイバセンサアレイ２２における圧力分布を表示手段５に表示するための演算等、各種演算処理を行なう。判定手段４３は、各感圧部ｐｉにおける圧力データに基づいて、被測定物Ｍの変位がすべりによるか転がりによるか判定を行なう。制御手段４４は、すべり・転がり検出システム１００を構成する各手段１〜５を制御して、システム１００に変位検出及び判定を実行させる。換算手段４５は、光の入力／出力比（典型的には無圧力時の透過光量と押圧下の透過光量との比）と感圧部が受ける圧力との換算表を有し、透過光量を圧力に換算する。
【００２９】
表示手段５は各種データや入力コマンド等を画面に表示するものであり、例えば液晶ディスプレイを使用できる。また、例えば移動中の所定の時間における各感圧部ｐｉにおける圧力データを３次元的に表示できる（図９，１０参照）。電力供給電源６はシステム１００を構成する各機器１〜５（２を除く）に電力を供給する。
【００３０】
センサ部位２における圧力の検出手段として、静電容量型圧力センサ、感圧導電性ゴム式圧力センサ、光ファイバセンサなどを使用可能であるが、本実施の形態では、システム１００が要求する検出精度や素材とのマッチングなどから、光ファイバセンサを採用することとした。光ファイバセンサの特徴としては、データ伝送媒体が光であるため、ノイズや熱に強く、磁気などの影響を受けないなどのメリットが挙げられる。また、通常使用下においては、劣化が少なく半永久的な使用が可能である。
【００３１】
図２にセンサ部位２Ａの構成例を示す。図２おいて、センサ部位２Ａは上下二層の光ファイバセンサアレイ２１，２２とその間に挿入される中間シート２３で構成される。各層の光ファイバセンサアレイ２１，２２には各々複数の感圧部ｐｉが存在するが、説明を簡単にするために、各々１つの感圧部ｐｉのみを代表的に示す。感圧部ｐ１，ｐ２とは、入射光路ｆ１１，ｆ１２と出射光路ｆ２１，ｆ２２間にあって、被測定物Ｍによる圧力を受けている状態又は受けていない状態において光が透過する部分をいう。第１の光ファイバセンサアレイ２１は、感圧部ｐ１を搭載する基材ｂ１、感圧部ｐ１に使用され圧力により透過光量が変化する光透過素材ｚ１、光ファイバセンサアレイ２１表面に作用する圧力を感圧部ｐ１に伝達する圧力伝達材ｚ３、入射用光ファイバｆ１１、出射用光ファイバｆ２１で構成される。基材ｂ１の上に入射用光ファイバｆ１１、出射用光ファイバｆ２１が感圧部ｐ１を挟んで対向して配置され、感圧部ｐ１においては、入射用光ファイバｆ１１、出射用光ファイバｆ２１の間は光透過素材ｚ１で満たされている。感圧部ｐ１には圧力を受けている状態で光を透過する部分も含まれるので、圧力を受けていない状態では光ファイバｆ１１、ｆ２１より上に位置する部分も少し含まれる。すなわち、図２では破線の下の部分が光透過素材ｚ１に相当する。基材ｂ１、光透過素材ｚ１及び光ファイバｆ１１、ｆ２１上には圧力伝達材ｚ３が配置されている。第２の光ファイバセンサアレイ２２は感圧部ｐ２を搭載する基材ｂ２、感圧部ｐ２に使用され圧力により透過光量が変化する光透過素材ｚ２、光ファイバセンサアレイ２２表面に作用する圧力を感圧部ｐ２に伝達する圧力伝達材ｚ４、入射用光ファイバｆ１２、出射用光ファイバｆ２２で構成される。基材ｂ２の上に入射用光ファイバｆ１２、出射用光ファイバｆ２２が感圧部ｐ２を挟んで対向して配置され、感圧部ｐ２においては、入射用光ファイバｆ１２、出射用光ファイバｆ２２の間は光透過素材ｚ２で満たされている。感圧部ｐ２には圧力を受けている状態で光を透過する部分も含まれるので、圧力を受けていない状態では光ファイバｆ１２、ｆ２２より上に位置する部分も少し含まれる。すなわち、図２では破線の下の部分が光透過素材ｚ２に相当する。基材ｂ２、光透過素材ｚ２及び光ファイバｆ１２、ｆ２２上には圧力伝達材ｚ４が配置されている。
【００３２】
光透過素材ｚ１，ｚ２は圧力（典型的には押圧）により透過光量が変化する材料で、発泡ウレタン、ゲルシート、立体繊維等を使用できるが、本実施の形態では、柔軟性、応答性に優れ、収縮に伴う透過光の変化率が大きい発泡ウレタンを採用した。発泡ウレタンは外部から圧力を加えることで内部の気泡が収縮し、光の透過率が低下するという特性を有する。すなわち、光ファイバｆ１，ｆ２が対向して配置された間の感圧部ｐｉにおいて、発泡ウレタンが圧迫されると、光の透過率（すなわち透過光量）が低下し、光ファイバｆ１，ｆ２から照射された光の入力／出力比が増大する。
圧力伝達材ｚ３，ｚ４は光ファイバセンサアレイ２１，２２表面に作用する圧力を感圧部ｐ１，ｐ２に伝達する材料で、本実施の形態では局部的変形を起こすような高い柔軟性が要求され、発泡ウレタン、ゲルシート、立体繊維等を使用できるが、ここでは光透過素材ｚ１，ｚ２と同じ材料で一体形成して使用することとした。
基材ｂ１，ｂ２は光ファイバを対向配置状態で固定するためのもので、基材ｂ１については光ファイバとの接合度合と柔軟性との兼合いから、低発泡塩化ビニール板を採用した。基材ｂ２については本実施の形態では局部的変形を起こすような高い柔軟性が要求されるので、ゴム板を採用し、感圧部ｐ２の近傍は光ファイバを固定するために局部的に硬化した。
【００３３】
第１の光ファイバセンサアレイ２１及び第２の光ファイバセンサアレイ２２には柔軟性を有する材料が用いられる。柔軟性を有する材料とは、弾力性と可撓性を有する材料であり、第１にセンサ部位２Ａの表面を皮膚のような感触に近づけるため（第２の光ファイバセンサアレイ２２の圧力伝達材ｚ４について）、第２に被測定物Ｍの圧力により感圧部ｐｉの透過光量が変化するように（第１，第２の光ファイバセンサアレイ２１，２２の光透過素材ｚ１，ｚ２について）、第３に被測定物Ｍの圧力ができるだけ直下近傍の感圧部ｐｉのみに伝わり、他の部分に伝わらないようにするため（第１，第２の光ファイバセンサアレイ２１，２２の圧力伝達材ｚ３，ｚ４について）、第４に被測定物Ｍと第２の光ファイバセンサアレイ２２との間に摩擦が生じ、被測定物Ｍの変位により、第１の光ファイバセンサアレイ２１と第２の光ファイバセンサアレイ２２が周辺部で固定されている場合には、第２の光ファイバセンサアレイ２２のうち被測定物Ｍの直下近傍の部分が局部的に被測定物Ｍの移動に追随して変形するように（第２の光ファイバセンサアレイ２２の圧力伝達材ｚ４、基材ｂ２について）、第１の光ファイバセンサアレイ２１の上面と第２の光ファイバセンサアレイ２２の下面が固定されている場合には、第１の光ファイバセンサアレイ２１の上面が被測定物Ｍの移動に追随して感圧部ｐ１が配置された面との間にずれが生じるように（第１の光ファイバセンサアレイ２２の圧力伝達材ｚ３について）、また、第２の光ファイバ２２が第１の光ファイバセンサアレイ２１に固定されていない場合には、第２の光ファイバセンサアレイ２２全体が被測定物Ｍの移動に追随して第１の光ファイバセンサアレイ２１上を移動するようにするために（第２の光ファイバセンサアレイ２２の圧力伝達材ｚ４について）用いられる。また、センサ部位２を曲面に取り付ける場合等には材料に可撓性が求められる（第１、第２の光ファイバセンサアレイ２１，２２の基材ｂ１，ｂ２及び圧力伝達材ｚ３，ｚ４について）。
【００３４】
中間シート２３は、第１の光ファイバセンサアレイ２１に固定され、被測定物Ｍが第２の光ファイバセンサアレイ２２上で面内ですべりによる変位を生じた場合に、被測定物Ｍの直下近傍に位置する第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２の座標が被測定物Ｍの直下近傍に位置する第１の光ファイバセンサアレイ２１の感圧部ｐ１の座標に対して、被測定物Ｍの変位とほぼ同じ方向に変位できるように、被測定物Ｍの直下近傍に位置する第２の光ファイバセンサアレイ２２の基材ｂ２の部分との間で局部的にすべりが生じるようにするもので、本実施の形態ではビニールを採用した。ただし、第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２の座標の変位は周辺部を除いた広い範囲で生じれば良いので、第２の光ファイバセンサアレイ２１の周辺部と、第１の光ファイバセンサアレイ２１の周辺部とを図示しない外枠に固定した。
【００３５】
図３に光ファイバセンサの負荷圧力特性例を示す。横軸は負荷圧力（ｋＰａ）を、縦軸は光増幅器３の出力電圧（Ｖ）を示す。光ファイバセンサアレイ２１，２２における光ファイバセンサ単体の負荷特性を把握するため、１つの光ファイバセンサの感圧部ｐｉ上に５〜１３ｋＰａの範囲で負荷圧力を加え、そのときの光増幅器３の出力電圧を測定した。負荷圧力が１０ｋＰａを超えると光増幅器３の出力電圧は飽和するが、７〜１０ｋＰａの範囲内では負荷圧力に対し、ほぼ線形に変化しており、この光ファイバセンサの有効測定範囲は７〜１０ｋＰａの範囲内にあると言える。なお、光透過素材ｚ１，ｚ２や圧力伝達材ｚ３，ｚ４を変えることにより、有効測定範囲を調整可能である。
【００３６】
図４に各光ファイバセンサアレイ２１，２２のアレイ構成例を示す。また、図５にその写真を示す。図４（ａ）は感圧部ｐｉのマトリックス配置を示し、図４（ｂ）は１つの感圧部ｐｉの構成（押圧前後の状態）を示す。また、図５（ａ）にアレイ構成の写真を、図５（ｂ）に１つの感圧部の写真を示す。図５（ａ）において、碁盤目の交点に見える〇の位置に感圧部ｐｉが在る。感圧部ｐｉを５×５のマトリックス状に配置し、入射用光ファイバｆ１、出射用光ファイバｆ２共、行に対応して５つの群構成とし、各群では５本ずつ束ねて各感圧部ｐｉまで導いている。入射用光ファイバｆ１は入力端子Ｕｉを介して光源１に、出射用光ファイバｆ２は出力端子Ｕｏを介して光増幅器３に導びかれる。
【００３７】
ところで、感圧部ｐｉに対抗配置した光ファイバｆ１，ｆ２は柔軟性が大きくないので、被測定物Ｍの変位に伴う基材ｂ１，ｂ２の変形を妨げないように、かつ、被測定物Ｍが変位しても対抗配置を保つように、光ファイバｆ，ｆ２は感圧部ｐｉの近傍及び相互に離れた数箇所（０以上）でたるみを持たせて基材ｂ１，ｂ２に固定し、たるみを持たせて群毎に束ね、入力端子Ｕｉ及び出力端子Ｕｏに導くようにする。また、基材ｂ２に局所的に変位を起こすような柔軟性が求められる場合は感圧部ｐ２下を局所的に硬化して用いる。
【００３８】
図６はすべり検出の原理を説明するための図である。左側から、時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２における被測定物Ｍの位置と感圧部ｐｉ（ｘ，ｙ）の座標との関係を示すもので、上側に第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２の座標を、下側に第１の光ファイバセンサアレイ２１の感圧部ｐ１の座標を示す。座標上の円が被測定物Ｍの直下の位置を示し、その座標ｐｉ（ｘ，ｙ）の（ｘ，ｙ）部分が括弧内に示されている。図において、被測定物Ｍは本来感圧部ｐ２の座標より上方に位置するが、ここでは感圧部ｐ１の座標と感圧部ｐ２の座標との差異にスポットを当てれば良く、便宜上被測定物Ｍに近い方の感圧部ｐ２の座標上にあるものとして描かれている。なお、すべりには摩擦を伴うものと摩擦を伴わないものがあるが、ここでは摩擦を伴うすべりを検出すべきすべりと定義する。
【００３９】
本実施の形態では、光ファイバセンサアレイ２１，２２を二層に配置することによって、被測定物Ｍの移動に伴う各層における最大圧力の位置の変化を検出する。下層の第１の光ファイバセンサアレイ２１における感圧部ｐ１の位置はセンサ部位２Ａに固定され（基材ｂ１が変形しない）、被測定物Ｍがいずれの位置に移動するかに拘らず不変なので、第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の位置の変位量は被測定物Ｍの移動に伴う変位量に相当する。
【００４０】
最大圧力の座標とは、本来なら被測定物Ｍの直下に位置する座標であるが、ここではその近傍の感圧点ｐｉにおける圧力の測定値から演算して求めた座標をいう。感圧点ｐｉがマトリックス状に配置される場合は、被測定物Ｍの直下を囲む四辺形とその外側の四辺形を構成する４×４の１６個の感圧点から演算して求めるのが好適である。
【００４１】
これに対して上層の第２の光ファイバセンサアレイ２２では、柔軟性を有する材料（圧力伝達材ｚ４及び基材ｂ２）が用いられ、被測定物Ｍの変位がすべりによる場合には、被測定物Ｍとの摩擦力により、被測定物Ｍの直下の最大圧力の座標は、その近傍に位置する感圧部ｐ２の座標と共に、圧力伝達材ｚ４と基材ｂ２の変形（第１の変形パタン）を介して、又は光圧力伝達材ｚ３の変形（第２の変形パタン）を介して、又は中間シート２３上を自由に移動することにより、被測定物Ｍの変位と同じ方向に変位する。これらの変形ため又は自由移動のため、第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標の変位量は第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の位置の変位量に比して小さくなるか０となる。
【００４２】
図６は第１の変形パタンの原理を示す。第１の実施の形態では第１の変形パタンが生じるものとして説明する。第１の変形パタンは、圧力伝達材ｚ４と基材ｂ２の柔軟度が共に大きく、被測定物Ｍとの摩擦により、被測定物Ｍの直下近傍の圧力伝達材ｚ４と基材ｂ２とに局部的に変形が生じ、被測定物Ｍから離れた所では変形が生じないか、回復してしまうパタンである。すなわち、被測定物Ｍの直下近傍において感圧点ｐ２の座標は圧力伝達材ｚ４及び基材ｂ２と共に変位する。図では５×５のマトリックスの各交点に各感圧部ｐｉが配置され、被測定物Ｍの直下の感圧点ｐｉ（ここでは最大圧力の位置に相当）で変位量が最大となり、そこから離れるに従って変位量が小さくなっている。理解を容易にするために、この図では変位量が誇張して記載されている。実際には変位がこのようにマトリックスの広い範囲に及ぶことは少なく、被測定物Ｍの直下近傍の１個、せいぜい数個の感圧点ｐｉを含む領域の場合が多い。このような場合でも、数多くの実験データを用いたコンピュータ演算により、被測定物Ｍの直下近傍の圧力を高精度にグラフ化可能である。
【００４３】
時刻ｔ０において、質量ｍの被測定物Ｍがセンサ部位２Ａの感圧部ｐ２（１，１）上に置かれている。この被測定物Ｍに対し面内で（２，２）の方向に力を加えると、この被測定物Ｍと上層の第２の光ファイバセンサアレイ２２との間には摩擦力が生じ、その摩擦係数は第１の光ファイバセンサアレイ２１上の中間シート２３と第２の光ファイバセンサアレイ２２間の摩擦係数よりも十分に大きい。第２の光ファイバセンサアレイ２２には柔軟性を有する材料（圧力伝達材ｚ４及び基材ｂ２）が用いられているので、被測定物Ｍの移動により第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２の座標が（圧力伝達材ｚ４及び基材ｂ２と共に）追随して局部的に変位し、時刻ｔ１において被測定物Ｍの位置は、上層の第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２の座標（１，１）上、下層の第１の光ファイバセンサアレイ２１の感圧部ｐ１の座標（２，２）上となる。このように、両者の座標間に差異を生じる。
【００４４】
そして、被測定物Ｍに働く力がさらに大きくなって、最大摩擦力と釣合うと、被測定物Ｍは光透過素材ｚ２の表面をすべり始める。すべりの間は、圧力伝達材ｚ４と基材ｂ２は被測定物Ｍの移動に追随して一定の変形状態を引き継ぎながら局部的な変形の位置を移動していくので、被測定物Ｍの直下における最大圧力の座標は、その近傍に位置する第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２の座標と共に、被測定物Ｍの移動に追随して変化する。したがって、第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標は、第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の座標の変化に遅れて変化し、その遅れは概ね一定である。
【００４５】
時刻ｔ１から、被測定物Ｍはすべり始め、摩擦を伴いながら被測定物Ｍに働く力の方向に移動する。この時、被測定物Ｍ直下の第２の光ファイバセンサアレイ２２の座標と第１の光ファイバセンサアレイ２１の座標間には大よそ一定の差異が保たれる。時刻ｔ２において被測定物Ｍは、上層の第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２の座標（２，２）上、下層の第１の光ファイバセンサアレイ２１の感圧部ｐ１の座標（３，３）上に到達する。
【００４６】
図７に上下二層の光ファイバセンサアレイ２１，２２の座標（１，１）における圧力の時間変化の例を示す。横軸に時間（ｓ）を、縦軸に圧力（ｋｇ重）を示す。図より、センサ部位２Ａの第２の光ファイバセンサアレイ２２の座標（１，１）におけるグラフ（ａ）と第１の光ファイバセンサアレイ２１の座標（１，１）におけるグラフ（ｂ）から、位相差すなわち第２の光ファイバセンサアレイ２２における時間遅れを明瞭に確認できる。このように、被測定物Ｍの変位がすべりによるもので、摩擦を伴いながらセンサ部位２Ａ上を移動する場合には、必ずセンサ部位２Ａの第１の光ファイバセンサアレイ２１と第２の光ファイバセンサアレイ２２との間に位相差が生じるため、この位相差を検出することにより、すべりの検出が可能である。
【００４７】
図８に時刻ｔ１における上下二層の光ファイバセンサアレイ２１，２２における最大圧力の座標の例を示す。最大圧力の座標は、第２の光ファイバセンサアレイ２２では座標（１，１）であり、第１の光ファイバセンサアレイ２１では座標（２，２）である。このことから、被測定物の変位がすべりによる場合には、移動中の所定の時間において、第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の座標と第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標とが異なるため、この座標の差異を検出することにより、すべりの検出が可能である。所定の時間は、すべり開始時刻（ｔ１）から被測定物Ｍが第２の光ファイバセンサアレイ２２の周辺部に到達する迄の（余裕を見込んだ）時刻から適宜選択できる。
【００４８】
次に、転がりの場合について説明する。転がりの場合には、被測定物Ｍと第２の光ファイバセンサアレイ２２との間に摩擦は生じないので、第２の光ファイバセンサアレイ２２は変形を受けることはなく、被測定物Ｍ直下の最大圧力の座標は、第１の光ファイバセンサアレイ２１と第２の光ファイバセンサアレイ２２で等しく、共に被測定物Ｍの位置を表す。したがって、第１の光ファイバセンサアレイ２１と第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標間に時間的、空間的差異が生じることはない。
【００４９】
なお、被測定物Ｍの変位がすべりによるか転がりによるかを判定する場合、時間遅れすなわち位相差で検出する場合には、例えば移動経路近傍（すなわち変位の方向）に存在する特定の座標を選択して測定することが可能であり、少ないデータ量で判定が可能となる。また、座標の差異で検出する場合には、例えば図８の時刻ｔ１で差異を検出でき、短時間での判定が可能となる。
【００５０】
再度図１を参照して説明する。センサ部位２Ａで検出された光信号は、光増幅器３により直ちにアナログ電気信号に変換され、Ａ／Ｄ変換ボード（制御端末４に内蔵）を介して、制御端末４に取り込まれる。制御端末４は、制御手段４４にすべり・転がり検出用及び制御用プログラムを格納し、光信号データの取得、圧力への換算、最大圧力の座標の演算、記録手段への記録、表示手段への表示、すべりによるか転がりによるかの判定などの処理はこのプログラムに基づいて行なわれる。
【００５１】
制御端末４は、光増幅器３から受信した透過光量データを、センサ部位２Ａの各感圧部ｐｉにおける時間の関数として記録手段４１に記録する。センサ部位２Ａの各感圧部ｐｉは上下二層の各光ファイバセンサアレイ２１，２２の位置座標ｐｉ（ｘ，ｙ）に対応する。次に換算手段４５により透過光量データを圧力に変換して、再度、記録手段４１に記録する。
【００５２】
次いで、演算手段４２は、各光ファイバセンサアレイ２１，２２において最大圧力の座標を時間の関数として抽出する。第１の光ファイバセンサアレイ２１において最大圧力の座標は、被測定物Ｍ直下の座標であり、その位置座標の時間変化は被測定物Ｍの移動の軌跡を表す。これに対して、第２の光ファイバセンサアレイ２２において最大圧力の座標の変化は、被測定物Ｍの変位がすべりによる場合と転がりによる場合で異なるため、かかる変位がすべりによるか転がりによるかの判定に用いられる。
【００５３】
判定手段４３はこの判定を行う。すなわち、被測定物Ｍの移動中の所定の時間において、下層の第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の座標と上層の第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標とが異なれば、被測定物Ｍの変位はすべりによるものと判定し、ほぼ同じであれば被測定物Ｍの変位は転がりによるものと判定することができる。判定手段４３による判定結果は記録手段４１に記録される。
【００５４】
また、判定手段４３は、第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の座標が移動した場合、移動経路近傍の所定の座標において、第１の光ファイバセンサアレイ２１の圧力が変化した時間に比して、第２の光ファイバセンサアレイ２２の所定の座標と同じ座標において圧力が変化した時間が遅ければ被測定物Ｍの変位がすべりによると判定し、ほぼ同じであれば被測定物Ｍの変位が転がりによると判定することができる。移動経路近傍の所定の座標とは、移動経路の近傍にある座標から選定された１つの座標を意味する。なお、最大圧力の座標又は感圧点ｐｉの座標で、移動開始点（時刻ｔ１）に近い座標を選ぶことが確実性が高くかつ早く判定ができ好ましい。この場合、判定手段４３による判定結果は記録手段４１に記録される。
【００５５】
なお、第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の座標が移動すること、すなわち被測定物Ｍが移動することが判定の前提条件である。また、第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標が第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の座標の移動方向とほぼ同方向に移動することが判定の前提条件である。
【００５６】
次に、本実施の形態におけるすべり・転がり検出システムにおける圧力検出、すべり及び転がりの判定結果について説明する。センサ部位２Ａ上に質量３ｋｇの物体（被測定物）Ｍを乗せ、物体Ｍをすべらせた場合と転がした場合における検出、判定状況について調べた。
【００５７】
図９にすべりが生じた場合の圧力分布例を示す。フロント画面ｄ１の中に、左側に下層の第１の光ファイバセンサアレイ２１における圧力分布画像ｄ２が、右側に上層の第２の光ファイバセンサアレイ２２における圧力分布画像ｄ３が表示される。また、画面の右上に表示されている三つのランプ、圧力検出ランプｌｐ１、すべり検出ランプｌｐ２、転がり検出ランプｌｐ３は、それぞれ、被測定物Ｍによる押圧が検出された場合、すべり、転がりが判定された場合に点灯する仕組みとなっている。
【００５８】
図より、下層の第１の光ファイバセンサアレイ２１と上層の第２の光ファイバセンサアレイ２２において検出された圧力分布に差異が生じており、第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の座標がセンサ部位２Ａの周辺から中心方向に移動しているのに、第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標がまだ、センサ部位２Ａの周辺に残っており、第１の光ファイバセンサアレイ２１に対して、遅れて移動していることが分かる。これは、すべりの際の摩擦により第２の光ファイバセンサアレイ２２の圧力伝達材及び基材ｂ２の被測定物Ｍ直下近傍の部分が被測定物Ｍの移動に引張られて局部的に変形し、この変形に伴って感圧部ｐ２の位置が変位し、第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標と第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の座標との間にズレが生じたためである。また、移動経路近傍の同じ座標、例えば（３，５）において、第１の光ファイバセンサアレイ２１の圧力は大方消滅しているのに、第２の光ファイバセンサアレイ２２の圧力は印加中なので、時間遅れすなわち位相差も検出可能である。これらの結果から、被測定物Ｍの変位がすべりによると判定することができる。また、画面右上にある圧力検出ランプｌｐ１、すべり検出ランプｌｐ２が点灯し、すべり判定が正確に行われていることを確認できた。
【００５９】
図１０に転がりが生じた場合の圧力分布例を示す。フロント画面ｄ１と圧力分布画像ｄ２，ｄ３の配置は図９と同様である。下層の第１の光ファイバセンサアレイ２１と上層の第２の光ファイバセンサアレイ２２において検出された圧力分布に明白な差異が生じていない。このことは、被測定物Ｍが摩擦を伴わず移動したことを示しており、画面右上にある圧力検出ランプｌｐ１、転がり検出ランプｌｐ３が点灯し、転がり判定が正確に行われていることが確認できた。
【００６０】
図１１に、本実施の形態におけるすべり・転がり検出方法の処理フロー例を示す。まず測定開始工程（ステップＳ００１）において、センサ部位２Ａの第２の光ファイバセンサアレイ２２上に被測定物Ｍを搭載し、第１の光ファイバセンサアレイ２１及び第２の光ファイバセンサアレイ２２の各感圧部ｐｉに、光源１から第１の入射光路ｆ１１及び第２の入射光路ｆ１２を介して入射光を導入し、各感圧部ｐｉからの透過光を第１の出射光路ｆ２１及び第２の出射光路ｆ２２を介して光検出器（光増幅器を含む）３に出力する。これにより、被測定物Ｍが変位する前の（時刻ｔ０の）データが取得される。
【００６１】
次に、データ蓄積工程（ステップＳ００２）において、被測定物Ｍが第２の光ファイバセンサアレイ２２上で面内で変位した時のデータを順次蓄積する。すなわち、被測定物Ｍの移動中に、光検出器３で、第１の光ファイバセンサアレイ２１及び第２の光ファイバセンサアレイ２２における各感圧部ｐｉからの透過光量の変化を追跡測定する。
【００６２】
第２の光ファイバセンサアレイ２２の圧力伝達材ｚ４及び基材ｂ２には柔軟性を有する材料が用いられている。このため、被測定物Ｍが第２の光ファイバセンサアレイ２２上ですべりによる変位を生じると、被測定物Ｍと第２の光ファイバセンサアレイ２２との摩擦力により、被測定物Ｍの直下の第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標は、その近傍に位置する第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２の座標と共に、被測定物Ｍの変位とほぼ同じ方向に局部的に変位する。これに対し、第１の光ファイバセンサアレイ２１上の中間シート２３と第２の光ファイバセンサアレイ２２との摩擦係数が小さいため、第１の光ファイバセンサアレイ２１の感圧部ｐ１の座標は被測定物Ｍの変位に対して影響を受けず、不変に保たれる。これにより、被測定物Ｍの直下近傍にある第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の座標と第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標に差異が生じる。また、最大圧力を示す座標で、第１の光ファイバセンサアレイ２１と第２の光ファイバセンサアレイ２２における同じ座標の感圧部ｐｉで圧力変化を追跡すると、第１の光ファイバセンサアレイ２１の感圧部ｐ１に比して第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２で時間的遅れ、すなわち位相差が生じる。
【００６３】
次に換算工程（ステップＳ００３）において、光検出器３で検出された透過光量をセンサ部位２Ａが被測定物Ｍから受ける圧力に変換する。
【００６４】
次に判定工程（ステップＳ００４）において、第１の光ファイバセンサアレイ２１の各感圧部ｐ１における圧力の変化と第２の光ファイバセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２における圧力の変化とに基づいて、被測定物Ｍの変位がすべりによるか又は転がりによるかを判定する。
【００６５】
すなわち、移動中の所定の時間において、第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の座標と第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標とが異なる場合に被測定物Ｍの変位がすべりによると判定し、ほぼ同じ場合に被測定物Ｍの変位が転がりによると判定する。
【００６６】
または、第１の光ファイバセンサアレイ２１の移動経路近傍の所定の座標において圧力が変化した時間に比して、第２の光ファイバセンサアレイ２２の所定の座標と同じ座標において圧力が変化した時間が遅い場合に被測定物Ｍの変位がすべりによると判定し、ほぼ同じ場合に転がりによると判定する。
【００６７】
なお、第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の座標が移動すること、すなわち被測定物Ｍが移動することが判定の前提条件である。また、第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標が第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の座標の移動方向とほぼ同方向に移動することが判定の前提条件である。
【００６８】
なお、被測定物Ｍの変位がすべりによるか転がりによるかを判定する場合、時間遅れすなわち位相差で検出する場合には、例えば変位の方向に存在する特定の座標を選択して測定することが可能であり、少ないデータ量で判定が可能となる。また、座標の差異で検出する場合には、例えば図８の時刻ｔ１で差異を検出でき、短時間での判定が可能となる。
【００６９】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態乃至第５の実施の形態についても第１の変形パタンが適用されるものとして説明する。
【００７０】
図１２に第２の実施の形態におけるセンサ部位２Ｂの構成例を示す。第１の実施の形態では圧力伝達材ｚ３、ｚ４に光透過素材ｚ１，ｚ２と同一材料を使用したが、異なる材料を使用する例である。すなわち、感圧部として機能する入射用光ファイバｆ１と出射用光ファイバｆ２の間（圧力を受けている状態でこの間に入る部分も含まれる）に光透過素材ｚ１，ｚ２を用い、基材ｂ１，ｂ２、感圧部ｐ１，ｐ２、入射用光ファイバｆ１、出射用光ファイバｆ２の上に配置する部分を光透過素材ｚ１，ｚ２と異なる圧力伝達材ｚ３（第１の光ファイバセンサアレイ２１内），ｚ４（第２の光ファイバセンサアレイ２２内）で構成するものである。すなわち、この部分は押圧を感圧部ｐｉに伝達すれば良く、発泡ウレタンを使用できるが、必ずしも光を透過する素材を用いる必要はないので、例えば、不透明性ゴムを使用しても良い。入射用光ファイバｆ１と出射用光ファイバｆ２の間の光透過素材ｚ１，ｚ２は押圧を受けると圧縮されて光透過量が減少し、感圧部として機能する。
その他の構成については、第１の実施の形態と同じであり、したがって、第１の実施の形態と同様の作用、効果を得ることができる。
【００７１】
図１３に第３の実施の形態におけるセンサ部位２Ｃの構成例を示す。第１の実施の形態で用いた感圧部ｐｉにおける入射用光ファイバｆ１と出射用光ファイバｆ２の間の光透過素材ｚ１，ｚ２（圧力を受けてない状態でこの間に入る部分のみ）を空間ｑ１（第１の光ファイバセンサアレイ２１内），ｑ２（第２の光ファイバセンサアレイ２２内）で置換し、基材ｂ１，ｂ２、空間ｑ１，ｑ２、入射用光ファイバｆ１、出射用光ファイバｆ２の上に配置する部分を圧力伝達材ｚ３（第１の光ファイバセンサアレイ２１内），ｚ４（第２の光ファイバセンサアレイ２２内）で構成するものである。このとき、空間ｑ１，ｑ２の上部で押圧を受けた場合、圧力伝達材ｚ３，ｚ４の空間ｑ１，ｑ２に隣接する部分ｚ５、ｚ６が、感圧部ｐｉの光が通過する領域に割り込んで光の通過を妨げるので、感圧部ｐｉにおける光透過量は減少する。この部分ｚ５、ｚ６は空間ｑ１，ｑ２と協働して実質的に光透過素材ｚ１、ｚ２のように機能するもので、発泡ウレタンを使用できるが、必ずしも光を透過する材料でなくても良く、例えば不透明ゴムを使用しても良い。
その他の構成については、第１の実施の形態と同じであり、したがって、第１の実施の形態と同様の作用、効果を得ることができる。
【００７２】
図１４に第４の実施の形態におけるセンサ部位２Ｄの構成例を示す。第２の光ファイバセンサアレイ２２において、被測定物Ｍの押圧が、被測定物Ｍ直下近傍の感圧部ｐ２から遠くに広がらないように、各感圧部ｐ２間に圧力伝達材ｚ４及び基材ｂ２を貫通する孔やスリットｑ３を形成し（圧力伝達材ｚ４や基材ｂ２を切離するものではない）、各感圧部ｐ２相互の影響を弱めるものである。その他の構成については、第１の実施の形態と同じであり、したがって、第１の実施の形態と同様の作用、効果を得ることができる。
【００７３】
図１５に第５の実施の形態におけるセンサ部位２Ｅの構成例を示す。第１の光ファイバセンサアレイ２１において、被測定物Ｍの押圧が、被測定物Ｍ直下近傍の感圧部ｐ１から遠くに広がらないように、各感圧部ｐ１の直上の圧力伝達材ｚ３に突起ｑ４を設けるものである。その他の構成については、第１の実施の形態と同じであり、したがって、第１の実施の形態と同様の作用、効果を得ることができる。
【００７４】
図１６に第６の実施の形態におけるセンサ部位２Ｆの構成例を示す。第１の実施の形態に比して、第１の光ファイバセンサアレイ２１では圧力伝達材ｚ３が厚くなっており、その上面と下面（感圧部ｐ１が配列されている）の間にずれによる弾性変形が生じるようになっている。第２の光ファイバセンサアレイ２２では圧力伝達材ｚ４が薄いので、ずれによる弾性変形が生じたとしても無視できる。基材ｂ１，ｂ２には撓みは生じるが、弾性変形は生じないか無視できる。また、第２の光ファイバセンサアレイ２２は中間シート２３に固定されており、中間シート上を滑ることはない。なお、中間シート２３は省略可能であり、この場合には第２の光ファイバセンサアレイ２２は直接第２の光ファイバセンサアレイ２１に固定される。したがって、外枠は不要である。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００７５】
図１７はすべり検出の別の原理（第２の変形パタン）を説明するための図である。第２の変形パタンは、基材ｂ１，ｂ２は共に弾性変形を起こさず（撓みは生じる）、圧力伝達材ｚ３，ｚ４の柔軟度が比較的小さい。被測定物Ｍが移動すると、被測定物Ｍと圧力伝達材ｚ４の摩擦により、第２の光ファイバセンサアレイ２２全体が被測定物Ｍの移動方向に一様に変位し、他方、第１の光ファイバセンサアレイ２１では圧力伝達材ｚ３の上面と下面の間にずれによる弾性変形が生じ、上面は第２の光ファイバセンサアレイ２２に追随して変位するのに対し、下面は感圧部ｐ１、基材ｂ１と共にセンサ部位２Ｆに固定され、この結果、第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２の座標全体が、第１の光ファイバセンサアレイ２１の感圧部ｐ１の座標全体に対して被測定物Ｍの移動方向にシフトする。なお、理解を容易にするために圧力伝達材ｚ３の厚さに対して圧力伝達材ｚ４の厚さを無視でき、第２の光ファイバセンサアレイ２２の圧力伝達材ｚ４のずれによる弾性変形を無視できるものとし、このため第２の光ファイバセンサアレイ２２の最大圧力の位置はほぼ被測定物Ｍの直下にあるものとする。また、図において、被測定物Ｍは本来感圧部ｐ２の座標より上方に位置するが、便宜上被測定物Ｍに近い方の感圧部ｐ２の座標上にあるものとして描かれている。
【００７６】
時刻ｔ０において、質量ｍの被測定物Ｍがセンサ部位２Ｆの感圧部ｐ２（１，１）上に置かれている。この被測定物Ｍに対し面内で（２，２）の方向に力を加えると、この被測定物Ｍと柔軟性を有する材料（圧力伝達材ｚ４）が用いられている上層の第２の光ファイバセンサアレイ２２との間には摩擦力が生じ、被測定物Ｍの移動により第２の光ファイバセンサアレイ２２全体の座標が追随して変位し、時刻ｔ１において被測定物Ｍの位置は、上層の第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２の座標（１，１）上となる。他方、下層の第１の光ファイバセンサアレイ２１には柔軟性を有する材料（圧力伝達材ｚ３）が用いられており、その上面は第２の光ファイバセンサアレイ２２の座標の変位に追随して変位するが、下面は基材ｂ１と共にセンサ部位２Ｆに固定されているので、感圧部ｐ１の座標は被測定物Ｍの移動に追随せず、上面と下面との間にずれが生じ、被測定物Ｍの位置は、感圧部ｐ１の座標（２，２）上となる。このように、第１の光ファイバセンサアレイ２１の感圧部ｐ１の座標と第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２の座標間に差異を生じる。
【００７７】
そして、被測定物Ｍに働く力がさらに大きくなって、最大摩擦力と釣合うと、被測定物Ｍは圧力伝達材ｚ４の表面をすべり始める。すべりの間は、圧力伝達材ｚ３は一定の変形状態を保ちつつ、第１の光ファイバセンサアレイ２１の被測定物Ｍの直下における最大圧力の座標及び、第２の光ファイバセンサアレイ２２の被測定物Ｍの直下における最大圧力の座標はそれぞれ、被測定物Ｍの移動に追随して変化する。したがって、第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標は、第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の座標の変化に遅れて変化し、その遅れは概ね一定である。
【００７８】
時刻ｔ１から、被測定物Ｍはすべり始め、摩擦を伴いながら被測定物Ｍに働く力の方向に移動する。この時、被測定物Ｍ直下の第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２の座標と第１の光ファイバセンサアレイ２１の感圧部ｐ１の座標間には大よそ一定の差異が保たれる。時刻ｔ２において被測定物Ｍは、上層の第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２の座標（２，２）上、下層の第１の光ファイバセンサアレイ２１の感圧部ｐ１の座標（３，３）上に到達する。
【００７９】
第１の光ファイバセンサアレイ２１の圧力伝達材ｚ３は上面と下面の間にずれによる弾性変形が生じるよう、柔軟性を適切に調整して（第１の変形パタンよりは柔軟性を小さくして）発泡ウレタンを採用した。第２の光ファイバセンサアレイ２２の圧力伝達材ｚ４はずれによる弾性変形が小さい方が望ましいが、厚さを薄くすれば影響を無視できるので、圧力伝達材ｚ３と同じ材料とした。光透過素材ｚ１，ｚ２は第１の変形パタンと同様に、発泡ウレタン、ゲルシート、立体繊維等を使用できるが、圧力伝達材ｚ３と同じ材料とした。基材ｂ１，ｂ２についてはあまり弾力性を要求されないので、低発泡塩化ビニール板を採用した。
【００８０】
図１１で説明した処理フローについては、ステップＳ００２において、第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標とその近傍が局部的に変位する代わりに、第１の光ファイバセンサアレイ２１の圧力伝達材ｚ３のずれに基づき第２の光ファイバセンサアレイ２２全体が変位する。
その他の構成と処理フローについては、第１の実施の形態と同じであり、したがって、第１の実施の形態と同様の作用、効果を得ることができる。
【００８１】
なお、第２の光ファイバセンサアレイ２２の圧力伝達材ｚ３が厚い場合には、圧力伝達材ｚ３の上下面にもずれが生じるので、感圧部ｐ２の座標が被測定物Ｍの直下の座標ではなくなるが、第１の光ファイバセンサアレイ２１の最大圧力の座標と第２の光ファイバセンサアレイ２２の最大圧力の座標とに空間的差異が生じ、また、最大圧力の座標の所定の座標において第２の光ファイバセンサアレイ２２で圧力が変化する時間に遅れが生じるので、圧力伝達材ｚ３が薄い場合と同様に、被測定物Ｍの変位がすべりによるか転がりによるかを判定可能である。
【００８２】
第２の変形パタンはこのように第１の実施の形態に適用可能であるが、第６の実施の形態のように、圧力伝達材ｚ３の厚さと柔軟度を変更し、その他の構成や材料の性能を変更すれば、第２乃至第５の実施の形態に対しても適用可能である。
【００８３】
図１８に第７の実施の形態におけるセンサ部位２Ｇの構成例を示す。第１の光ファイバセンサアレイ２１と第２の光ファイバセンサアレイ２２とを固定せずに、第１の光ファイバセンサアレイ２１上に固定された中間シート２３上で第２の光ファイバセンサアレイ２２が自由に滑るようにし（図中の矢印は自由に滑ることを表す）、かつ、滑る距離をあまり大きくしないように、第２の光ファイバセンサアレイ２２の縦横の寸法を第１の光ファイバセンサアレイ２１より幾分小さくし、第１の光ファイバセンサアレイ２１の周囲に第２の光ファイバセンサアレイ２２の滑りを止める枠２４を設ける。
【００８４】
図１９はすべり検出の別の原理（自由移動による変位）を説明するための図である。第１の光ファイバセンサアレイ２１上に中間シート２３が固定的に置かれ、第２の光ファイバセンサアレイ２２と中間シート２３との摩擦係数が非常に小さく、第２の光ファイバセンサアレイ２２は中間シート２３上を枠２４内で自由に移動でき、被測定物Ｍとの摩擦により、第２の光ファイバセンサアレイ２２全体が被測定物Ｍの移動方向に一様に変位し、他方、第１の光ファイバセンサアレイ２１全体がセンサ部位２Ｇに固定され、この結果、第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２の座標全体が、第１の光ファイバセンサアレイ２１の感圧部ｐ１の座標全体に対して被測定物Ｍの移動方向にシフトする。また、図において、被測定物Ｍは本来感圧部ｐ２の座標より上方に位置するが、便宜上被測定物Ｍに近い方の感圧部ｐ２の座標上にあるものとして描かれている。
【００８５】
時刻ｔ０において、質量ｍの被測定物ＭがＧ２の感圧部ｐ２（１，１）上に置かれている。この被測定物Ｍに対し面内で（２，２）の方向に力を加えると、この被測定物Ｍと柔軟性を有する材料（圧力伝達材ｚ４）が用いられている上層の第２の光ファイバセンサアレイ２２との間には摩擦力が生じ、被測定物Ｍの移動により第２の光ファイバセンサアレイ２２全体の座標が追随して変位し、時刻ｔ１において被測定物Ｍの位置は、上層の第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２の座標（１，１）上となる。他方、下層の第１の光ファイバセンサアレイ２１全体がセンサ部位２Ｇに固定されているので、感圧部ｐ１の座標は被測定物Ｍの移動に追随せず、被測定物Ｍの位置は、感圧部ｐ１の座標（２，２）上となる。このように、両者の座標間に差異を生じる。
【００８６】
そして、第２の光ファイバセンサアレイ２２の周辺部が枠２４に到達して、第２の光ファイバセンサアレイ２２が被測定物Ｍの移動に追随できなくなると、被測定物Ｍは圧力伝達材ｚ４の表面をすべり始める。すべりの間は、第１の光ファイバセンサアレイ２１の被測定物Ｍの直下における最大圧力の座標及び、第２の光ファイバセンサアレイ２２の被測定物Ｍの直下における最大圧力の座標はそれぞれ、被測定物Ｍの移動に追随して変化する。したがって、第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標は、第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の座標の変化に遅れて変化し、その遅れは概ね一定である。
【００８７】
時刻ｔ１から、被測定物Ｍはすべり始め、摩擦を伴いながら被測定物Ｍに働く力の方向に移動する。この時、被測定物Ｍ直下の第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２の座標と第１の光ファイバセンサアレイ２１の感圧部ｐ１の座標間には大よそ一定の差異が保たれる。時刻ｔ２において被測定物Ｍは、上層の第２の光ファイバセンサアレイ２２の感圧部ｐ２の座標（２，２）上、下層の第１の光ファイバセンサアレイ２１の感圧部ｐ１の座標（３，３）上に到達する。
【００８８】
なお、本実施の形態においては、圧力伝達材ｚ３，ｚ４は、局部的変形やずれを生じるような柔軟性は要求されず、押圧に対する弾力性があれば良く、発泡ウレタン、ゴム等を使用できるが、ここでは光透過素材ｚ１，ｚ２と共用できるよう発泡ウレタンを使用した。また、基材ｂ１，ｂ２もあまり弾力性を要求されないので、低発泡塩化ビニール板を採用した。また、上下層共に光集積回路で構成することも可能である。
図１１で説明した処理フローについては、ステップＳ００２において、第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標とその近傍が局部的に変位する代わりに、第２の光ファイバセンサアレイ２２全体が自由移動により変位する。
その他の構成と処理フローについては、第１の実施の形態と同じであり、したがって、第１の実施の形態と同様の作用、効果を得ることができる。
【００８９】
自由移動による変位はこのように第１の実施の形態に適用可能であるが、第７の実施の形態のように、第１の光ファイバセンサアレイ２１上で第２の光ファイバセンサアレイ２２が自由に滑るようにし構成を変更すれば、第２又は第３の実施の形態に対しても適用可能である。
【００９０】
図２０に第８の実施の形態におけるセンサ部位２Ｈの構成例を示す。本実施の形態は自由移動による変位を第４の実施の形態に適用したものである。第２の光ファイバセンサアレイ２２を各感圧部ｐ２単位にチップ状に切り離して、各感圧部ｐ２間の影響をなくしたものである。各感圧部ｐ２を搭載するチップの移動については、各感圧部に光ファイバｆ１，ｆ２が接続されているため、アレイ面に垂直方向の移動が抑制され、また、隣接する感圧部ｐ２を搭載するチップの存在により、アレイ面内の移動については感圧部ｐ２の座標周りの微小範囲に制限されている。すなわち、被測定物Ｍに滑りが生じると、第２の光ファイバセンサアレイ２２におけるいずれか１つの感圧部ｐ２を搭載するチップが被測定物Ｍの移動に追随して移動し、その間は、第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標は不変であり、第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の座標との差異が拡大するが、他のチップにあたって移動できなくなると被測定物Ｍに滑りが生じ、第２の光ファイバセンサアレイ２２における最大圧力の座標と第１の光ファイバセンサアレイ２１における最大圧力の座標とはほぼ一定の差異を保って変位を続ける。その他の構成については、第７の実施の形態と同じであり、したがって、第７の実施の形態と同様の作用、効果を得ることができる。
【００９１】
以上の実施の形態を含め本発明によるすべり・転がり検出方法は、当該すべり・転がり検出方法を制御端末４に実行させるためのプログラム、又は、当該プログラムを記録した制御端末４読み取り可能な記録媒体としても実現可能である。プログラムは、制御端末４の制御手段４４に内蔵のＲＯＭに記録して用いても良く、ＦＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、内蔵又は外付けの磁気ディスク等の記録媒体に記録し、制御端末４に読み取って用いても良く、インターネットを介して制御端末４にダウンロードして用いても良い。
【００９２】
以上により、本発明によれば、柔軟性を有する材料をセンサ部位に用いて、被測定物Ｍの変位がすべりによるか転がりによるかを判別可能なすべり・転がり検出システム及び検出方法を提供できる。
また、本発明の一態様によれば、短時間で被測定物Ｍの変位がすべりによるか転がりによるかを判別可能であり、他の一態様によれば、少ないデータ量で被測定物Ｍの変位がすべりによるか転がりによるかを判別可能である。また、本発明の好ましい態様によれば、第１の光ファイバセンサアレイ２１の各感圧部ｐ１と第２の光ファイバセンサアレイ２２の各感圧部ｐ２とに１対１の対応関係が成立し、判別精度を高くできる。また、本発明の別の好ましい態様によれば、柔軟性が大で光透過量の変化が大きい感圧部ｐｉを構成でき、高感度の検出ができる。
【００９３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態に種々変更を加えられることは明白である。
【００９４】
例えば、上記実施の形態では、第１の光ファイバセンサアレイと第２の光ファイバセンサアレイで同じ光透過素材及び同じ基材を用いる例を説明したが、異なる材料を用いても良い。例えば、第１の光ファイバセンサアレイでは光透過素材及び基材にあまり弾力性が要求されないので、弾力性の無い又は小さい材料を使用できる。また、上記実施の形態では入射光路、出射光路に光ファイバを用いる例を説明したが、光導波路を用いても良い。例えば、第１の光ファイバセンサアレイでは弾力性の無い又は小さい材料を使用できるので、高分子材料又はガラスを用いた光集積回路で光導波路を形成しても良い。また、光導波路は埋め込み型でも、ストリップライン型でも良いが、感圧部に光透過素材を挿入可能に構成する。また、光源に赤色以外の色を用いても良く、発光ダイオード以外にレーザ光源なども使用できる。また、第１の光ファイバセンサアレイと第２の光ファイバセンサアレイ間の摩擦係数が小さい場合は、中間シートを省略できる。また、感圧部のマトリックス配置を高密度にすればすべり・転がり検出精度を向上できる。また、第１の光ファイバセンサアレイと第２の光ファイバセンサアレイの座標を極座標にしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、福祉などの各種ロボットの触覚情報検出システム等に利用される。ロボットハンドや椅子の背もたれ等の曲面に取り付けて利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】第１の実施の形態によるすべり・転がり検出システムの構成例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態によるセンサ部位の構成例を示す図である。
【図３】光ファイバセンサの負荷圧力特性例を示す図である。
【図４】光ファイバセンサアレイのアレイ構成例を示す図である。
【図５】光ファイバセンサアレイのアレイ構成例を示す写真である。
【図６】すべり検出の原理（第１の変形パタン）を説明するための図である。
【図７】上下二層の光ファイバセンサアレイの座標（１，１）における圧力の時間変化の例を示す図である。
【図８】時刻ｔ１における上下二層の光ファイバセンサアレイにおける最大圧力の座標の例を示す図である。
【図９】すべりが生じた場合の圧力分布例を示す図である。
【図１０】転がりが生じた場合の圧力分布例を示す図である。
【図１１】第１の実施の形態によるすべり・転がり検出方法の処理フロー例を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態によるセンサ部位の構成例を示す図である。
【図１３】第３の実施の形態によるセンサ部位の構成例を示す図である。
【図１４】第４の実施の形態によるセンサ部位の構成例を示す図である。
【図１５】第５の実施の形態によるセンサ部位の構成例を示す図である。
【図１６】第６の実施の形態によるセンサ部位の構成例を示す図である。
【図１７】すべり検出の別の原理（第２の変形パタン）を説明するための図である。
【図１８】第７の実施の形態によるセンサ部位の構成例を示す図である。
【図１９】すべり検出の別の原理（自由移動による変位）を説明するための図である。
【図２０】第８の実施の形態によるセンサ部位の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１    光源
２、２Ａ〜２Ｈ  センサ部位
３    光検出器（光増幅器）
４    制御端末
５    表示手段
６    電力供給電源
２１  第１のセンサアレイ（第１の光ファイバセンサアレイ）
２２  第２のセンサアレイ（第２の光ファイバセンサアレイ）
２３  中間シート
２４  枠
４１  記録手段
４２  演算手段
４３  判定手段
４４  制御手段  
４５  換算手段
１００  すべり・転がり検出システム
ｂ１，ｂ２  基材
ｄ１  フロント画面
ｄ２，ｄ３  圧力分布画像
ｆ１，ｆ１１、ｆ１２  入射光路（入射用光ファイバ）
ｆ２，ｆ２１，ｆ２２  出射光路（出射用光ファイバ）
ｌｐ１，ｌｐ２，ｌｐ３  ランプ
Ｍ    被測定物
ｐ１，ｐ２，ｐｉ，ｐｉ（ｘ，ｙ）  感圧部  
ｑ１，ｑ２  空間
ｑ３  スリット
ｑ４  突起
ｔ０，ｔ１，ｔ２  時刻
Ｕｉ  入力端子
Ｕｏ  出力端子
ｚ１，ｚ２  光透過素材
ｚ３，ｚ４  圧力伝達材
ｚ５，ｚ６  圧力伝達材のうち空間に隣接する部分
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図５】
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