(57)【要約】【課題】  接触センサを効率よく機能させ、物体との接触を短時間に精度良く検出できる接触センサシステムを提供する。【解決手段】  可動型ロボットの動作に伴って物体Ｗと接触する可能性がある接触部位に設置され、物体Ｗとの接触を検出する接触センサ２と、物体Ｗの情報を入手する物体情報取得手段３と、可動型ロボットの動作を計画する動作計画手段４と、物体Ｗに関する情報と前記動作計画とに基づいて、前記接触部位の内で前記物体と接触する可能性が高い実接触部位を予測する実接触部位予測手段５と、前記実接触部位における前記接触センサの検出精度を、他の部位と比べて高くする感度調整手段６とを備える接触センサシステム１である。可動型ロボットの動作に伴って物体Ｗと接触する可能性が高い実接触部位の検出精度を他の部位と比べて高くするので、短時間で精度良く物体Ｗとの接触を検出できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動型ロボットの動作に伴って物体と接触する可能性がある接触部位に設置され、前記物体との接触を検出する接触センサと、
前記物体の情報を入手する物体情報取得手段と、
前記可動型ロボットの動作を計画する動作計画手段と、
前記物体に関する情報と前記動作計画とに基づいて、前記接触部位の内で前記物体と接触する可能性が高い実接触部位を予測する実接触部位予測手段と、
前記実接触部位における前記接触センサの検出精度を、他の部位と比べて高くする感度調整手段とを備える、ことを特徴とする接触センサシステム。
【請求項２】
前記動作計画は前記可動型ロボットの前記物体を把持する動作の計画であり、
前記接触部位は、前記可動型ロボットが前記物体を把持するときに該物体と接触する可能性がある部位であることを特徴とする請求項１に記載の接触センサシステム。
【請求項３】
前記動作計画は前記可動型ロボットの移動する動作の計画であり、
前記接触部位は、前記可動型ロボットが移動するときに該物体と接触する可能性がある部位であることを特徴とする請求項１に記載の接触センサシステム。
【請求項４】
前記感度調整手段は、前記接触センサの検出周期または検出解像度を変更することにより前記検出精度を調整することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の接触センサシステム。
【請求項５】
前記接触センサは、複数の圧力検出部を備えた分布型圧力センサであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の接触センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体との接触を検出する接触センサを用いたシステムに関する。より詳細には、可動型ロボットの動作に伴って物体と接触する可能性がある接触部位に設置された接触センサを効率良く機能させるための接触センサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体と接触する可能がある部位（以下、接触部位と称する）について、接触の有無や接触状態を正確に検出したいという要求がある。そこで、従来から物体との接触を検出する接触センサについての提案がある。接触センサとして、物体が接触したことにより発生する圧力に基づいて接触状態を検出する圧力検出型のセンサが広く利用されている。例えば特許文献１は、略平行に配置した複数の行電極と略平行に配置した複数の列電極とを、感圧インク層を介して重ね合せることにより、電極の交差部分を複数の圧力検出部とした圧力分布センサについて開示する。このような圧力分布センサを用いると、複数の圧力検出部からの出力に基づいて物体との接触状態を確認できる。
【０００３】
ところで、近年にあってロボット関連の技術が著しいスピードで進化している。製造工場等では所定の作業を繰返すロボットが多く採用され、また外見まで擬人化されて状況に応じて複雑な作業を行うことができる高精度なロボットも提供されるようになっている。例えばロボットが行う基本動作の１つとして物体を把持して移動させる動作がある。このように把持動作を行うロボットの把持部に接触センサを組込めば、物体との接触を確認して正確に把持作業を行うことができる。
【０００４】
また、位置を移動する機能を備えた移動型のロボットでは移動の際に壁などの障害物や人と衝突するという場面が多くなると想定される。ロボットが物体と衝突した場合に接触状態を正確に確認できれば、衝突後のロボットの制御に役立てることができる。よって、このような移動型のロボットの場合には、外皮（外カバー）に接触センサを設置して接触の有無を確認できるように構成しておくことが望ましい。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１１８６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
可動型ロボットの動作に伴って物体と接触する可能性がある接触部位に、前述した圧力分布センサのように複数の圧力検出部を備えているものを採用すれば物体との接触状態を精度よく把握できる。しかしながら、圧力分布センサを用いた場合には、多数の圧力検出部を１つずつ走査する構成が一般的であるので、圧力検出部の数が多いと検出時間が長くなってしまう。その一方で、物体と接触する可能性がない領域にある圧力検出部も含めて、同じ感度でセンシングしているという場合が多い。このように不必要な部分までセンシングしているとエネルギーと時間を無駄に消費していることになり非効率である。例えばロボットの動作に伴って発生する衝突に対処のために物体との接触を短時間で確認したい、というような状況で、センシング処理に長時間を要して一定時間を越えると、接触センサを設置して接触検出を行う意義を失うことにもなる。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、接触センサを効率よく機能させ、可動型ロボットの動作に伴う物体との接触を短時間に精度良く検出できる接触センサシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、可動型ロボットの動作に伴って物体と接触する可能性がある接触部位に設置され、前記物体との接触を検出する接触センサと、前記物体の情報を入手する物体情報取得手段と、前記可動型ロボットの動作を計画する動作計画手段と、前記物体に関する情報と前記動作計画とに基づいて、前記接触部位の内で前記物体と接触する可能性が高い実接触部位を予測する実接触部位予測手段と、前記実接触部位における前記接触センサの検出精度を、他の部位と比べて高くする感度調整手段とを備える接触センサシステムによって達成できる。
【０００９】
本発明の接触センサシステムは、感度調整手段が物体と接触する可能性が高い実接触部位の検出精度を他の部位と比べて高くするので、短時間で精度良く物体との接触を検出できる。
【００１０】
また、前記動作計画は前記可動型ロボットの前記物体を把持する動作の計画であり、前記接触部位は、前記可動型ロボットが前記物体を把持するときに該物体と接触する可能性がある部位とすることができる。この場合には、可動型ロボットが前記物体を把持する動作を行った際に、把持対象とした物体を確実に把持するのに役立てることができる。
【００１１】
また、前記動作計画は前記可動型ロボットの移動する動作の計画であり、
前記接触部位は、前記可動型ロボットが移動するときに該物体と接触する可能性がある部位とすることができる。この場合には、可動型ロボットが移動する動作を行った際に物体と接触したことを短時間に確認して必要な対処を行うのに役立てることができる。
【００１２】
また、前記感度調整手段は、前記接触センサの検出周期または検出解像度を変更することにより前記検出精度を調整するようにしてもよい。検出周期（検出頻度）を変更するときは実接触部位の周期を他の部位より高くすればよい。また、検出解像度を変更するときには実接触部位の検出点を全てアクティブとし、他の部位の検出点を一部休止するようにすればよい。
【００１３】
なお、前記接触センサは、複数の圧力検出部を備えた分布型圧力センサとすることができる。分布型圧力センサは検出点を多く設定できるので、物体との接触を精度良く検出するのに有効である。
【００１４】
上記接触センサシステムを搭載した可動型ロボットは、物体との接触を短時間かつ高感度に検出できるので、この検出結果を活用して必要な動作（例えば、把持、衝突回避、衝突対処、歩行等）を円滑に実行できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、接触センサを効率よく機能させ、可動型ロボットの動作に伴う物体との接触を短時間に精度良く検出できる接触センサシステムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態の接触センサシステムについて説明する。なお、本接触センサシステムは、可動型ロボットの動作に伴って物体と接触する可能性がある接触部位に接触センサを設置し、この接触センサからの出力を効率良く利用するためのセンサシステムである。図を参照して、本発明の接触センサシステムに含む構成を説明する。図１は、接触センサシステム１の主要部構成を示した機能ブロック図である。接触センサシステム１は、接触センサ２、物体情報取得手段３、動作計画手段４、実接触部位予測手段５及び感度調整手段６を含んでいる。      
【００１７】
接触センサ２は、複数の接触検出点を備えており、物体との接触があった接触検出点から接触検出信号を接触圧に応じたレベルで出力する。接触センサ２として、例えば複数の圧力検出部を備えた分布型の圧力センサ（圧力分布センサとも称される）を採用できる。この接触センサ２は物体Ｗと接触する可能性がある部位に設置される。より詳細には、可動型ロボットの動作に伴って物体Ｗと接触する可能性がある部位が接触部位として予め設定され、この接触部位における実際の接触の有無を確認するため接触センサ２が設置されている。接触部位は具体的には、例えばロボットハンドで物体を把持する把持部（掌に相当する部位）、位置移動型のロボットの表皮（外カバー）の内で周辺の物体（設備、資材、人など）と衝突する可能性がある部分である。さらには、歩行型ロボットの場合には、歩道あるいは階段を物体として足裏部分を接触部位とすることができる。
【００１８】
物体情報取得手段３は、接触する可能性がある物体Ｗに関する情報を入手する手段である。物体情報取得手段３として、例えば物体Ｗの存在する位置及び形状を認識できる３次元（３Ｄ）ステレオカメラやレーザレンジファインダなどを採用することができる。
【００１９】
また、動作計画手段４は可動型ロボットの動作を計画する手段である。すなわち、この動作計画手段４は本接触センサシステム１が適用された可動ロボットの動作を計画する。例えばロボットが物体を把持するような場合には、動作計画手段４はロボットのハンド部を把持を行う位置（把持位置）まで移動させる移動動作、また把持位置で実行する把持動作を計画する。
【００２０】
実接触部位予測手段５は、上記物体情報取得手段３からの物体Ｗに関する情報と上記動作計画手段４が計画した動作計画とに基づいて、接触部位の内で物体Ｗと接触する可能性が高い実接触部位を予測する。実接触部位予測手段５は、例えば動作計画手段４が計画した把持位置で把持動作を行ったときに把持部のどこの領域が実際に物体Ｗと接触するか、或いは位置移動型ロボットの表皮のどの領域が実際に物体と衝突するか、また歩行型ロボットの足裏部分のどの領域が歩道等と実際に接触するかを予想して、実接触部位を設定する。
【００２１】
そして、感度調整手段６が上記実接触部位における接触センサ２の検出精度を、他の部位と比べて高く設定する。感度調整手段６は、例えば実接触部位の検出周期または検出解像度を他の部位より高く設定する。よって、接触センサ２が物体Ｗと実際に接触したときには、実接触部位から高感度な接触検出信号が出力されることになる。このようにセンシング（スキャニング）する接触センサの範囲を物体Ｗと接触する可能性が高い部位に限定することで物体Ｗとの接触を短時間かつ高精度に検出できるようになる。
【００２２】
さらに、以下においては、上記接触センサシステムを種々の可動型ロボットに適用した場合の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２３】
実施例１は、物体を把持する機能を備えた可動型ロボットに上記接触センサシステム１を適用した場合の例である。図２は、ロボット１０が把持対象の物体としてカップＣＰを把持するときの様子を模式的に示した図、図３はロボット１０の機能ブロック図である。
【００２４】
図２で示すように、ロボット１０は擬人化された形態をなしている。ロボット１０の本体１０ＢＤにロボットハンド装置１１が付設されている。このロボットハンド装置１１は先端側に物体把持機能を備えた把持部１２を備えている。ロボットハンド装置１１は図示しない関節機構やアクチュエータによって駆動され所定の動作を行う。図２では、ロボット１０がテーブルＴＡ上のカップＣＰを把持して他の位置に移動させるときの様子を示している。
【００２５】
把持部１２の把持面側（内側）には、円ＣＲ内で拡大して示すように、分布型の圧力センサ１３が全面に設置されている。ロボット１０の頭部１０ＨＤには、把持するカップＣＰ（物体Ｗ）の位置と形状を確認するための３Ｄステレオカメラ１４が埋設されている。さらに、頭部１０ＨＤにはロボット１０の動作を全体的に制御するＣＰＵ（Central  Processing  Unit）を中心に形成したマイクロコンピュータ１５（以下、マイコン１５と称す）が配備されている。マイコン１５は３Ｄステレオカメラ１４からカップＣＰの情報を取得し、ロボットハンド装置１１の駆動制御と分布型の圧力センサ１３の感度調整を行う。
【００２６】
図３は、実施例１のロボット１０の主要部構成を示した機能ブロック図である。この図３は、先に示した図１（接触センサシステム１のブロック図）と対応させて示している。図３で示すように、実施例１では物体情報取得手段３が３Ｄステレオカメラ、接触センサ２が分布型圧力センサ１３として実現されている。また、動作計画手段４、実接触部位予測手段５及び感度調整手段６は、マイコン１５により実現されている。マイコン１５にはバス１８を介して、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）１６及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）１７が接続されている。ＲＯＭ１６にはロボット１０の駆動を制御するためのプログラムやこれに関連したデータが格納されている。特にＲＯＭ１６に格納されたプログラムには、ロボットハンド装置１１を駆動してカップＣＰ（物体Ｗ）を把持する動作を行うときに、前述した実接触部位の検出精度を高める制御のプログラムが含まれる。ＲＡＭ１７は、マイコン１５がＲＯＭ１６からプログラムを読み出し制御を実行するときに処理領域を提供する。
【００２７】
図４は、マイコン１５がカップＣＰの把持動作を行うときに合せて実行するルーチンの一例を示したフローチャートである。マイコン１５は３Ｄステレオカメラ１４から把持対象としたカップＣＰに関する画像情報を取得して（Ｓ１０１）、カップＣＰの位置と形状を確認する（Ｓ１０２）。ここで、マイコン１５はロボットハンド装置１１の待機位置とカップＣＰの位置とに基づいて、カップＣＰを把持できる把持位置までロボットハンド装置１１を移動させ、さらに把持部１２でカップＣＰを把持する動作を計画する（Ｓ１０３）。
【００２８】
さらに、図２でバルーンＢＡにより囲んでイメージを模式的に示すように、マイコン１５は計画した把持位置で把持部１２が把持動作を行ったときに、分布型の圧力センサ１３が配備されている接触部位の内で実際にカップＣＰと接触する可能性の高い部位（実接触部位）を予想する（Ｓ１０４）。そして、実接触部位に存在する分布型の圧力センサ１３の感度を他の部位より高くなるように変更して（Ｓ１０５）、本ルーチンによる処理を終了する。
【００２９】
マイコン１５がカップＣＰの把持動作に伴って上記ルーチンを実行することで、把持部１２によりカップＣＰを実際に把持したときに接触を精度を高めて検出できる。しかも、分布型の圧力センサ１３の内でカップＣＰと接触する可能性がある領域だけ感度を高めるので、従来のように分布型の圧力センサ全体をセンシングする場合と比較して短時間でカップＣＰを検出する処理を完了できる。よって、実施例１の接触センサシステム１が適用されたロボット１０はカップＣＰを確実に検出して、正確に把持できる。
【実施例２】
【００３０】
次に実施例２について説明する。実施例２は、物体と衝突する可能性があるときに対処する機能を備えた位置移動型のロボット２０に、前述した接触センサシステム１を適用した場合の例である。図５はロボット２０が物体と衝突する可能性がある状態の一例を模式的に示した図であり、図５（Ａ）は壁ＷＡと衝突する可能性があるとき、図５（Ｂ）は近付いてくる人ＨＵと衝突する可能性があるときを示している。なお、実施例２ではロボット２０を簡略化して示しているが、頭部２０ＨＤに実施例１のロボット１０と同様に３Ｄステレオカメラとマイコンを備えている。外皮（外カバー）２１に分布型の圧力センサを設置している点が実施例１と異なる。
【００３１】
このロボット２０は、外皮２１の略全体に分布型の圧力センサが配備されている。頭部２０ＨＤにはステレオカメラを備えている。図５（Ａ）で示すようにロボット２０の移動中において左側に壁ＷＡを確認したときには、マイコンは左側の圧力センサ１３Ｌの感度を高める。よって、ロボット２０が壁ＷＡに衝突したときには高感度に検出して衝突後の対処を図ることができる。
【００３２】
図５（Ｂ）はロボット２０の前面側から障害物（図示の例では人ＨＵ）が近付づいてくる場合を示している。この場合には、衝突の可能性が高い前面側の圧力センサ１３Ｆの感度を高める。よって、ロボット２０が人ＨＵと衝突したときには、これを高感度に検出して衝突後の対処を図ることができる。
【００３３】
なお、実施例１の場合は把持動作を行うロボット１０に接触センサシステム１を組込むことで、把持対象としたカップＣＰを精度良く検出して確実に把持できる。すなわち、実施例１の場合は、ロボット１０が行う能動的動作を行う上で接触センサシステム１が補助的な機能を果たす。これに対して、実施例２の場合はロボット２０のマイコンがある位置から他の位置へ移動する動作を計画し、これを実行しているときに予想外の障害物が現れたような場合である。すなわち、実施例２の場合は、ロボット２０が動作計画の通りに動作をすると障害物に衝突する可能性があり、衝突対策動作として接触センサシステム１が補助的な機能を果たすものである。
【実施例３】
【００３４】
更に、実施例３について説明する。実施例３は自律歩行機能を備えたロボットに前述した接触センサシステム１を適用した場合の例である。図６はロボット３０が歩行する様子を模式的に示した図である。ロボット３０も前述したロボット１０、２０と同様に擬人的な形態を備え、マイコンを備えているが図６では脚部分のみを図示している。
【００３５】
このロボット３０は、足裏部３１全体に実施例１と同様に分布型の圧力センサ１３が配備されている。また、足裏部３１の四隅には外部センサ（例えばＣＣＤセンサ）３２が配設され、歩道ＲＤと足裏部３１との距離や歩道表面の状態を確認できるように構成されている。すなわち、この実施例３では接触する物体が歩道であり、ロボット３０の足裏部３１が接触部位となっている。そして、ＣＣＤセンサ３２が前述した実施例１、２での３Ｄステレオカメラに相当することになる。
【００３６】
ロボット３０のマイコンは、踏み出す足裏部３１の外部センサ３２により歩道ＲＤを確認したときには、足裏部３１に配備した分布型の圧力センサ１３の内で実際に歩道と接触する可能性が高い部位の感度を高める。ここでは、足裏部３１の踵部分３１Ｂが歩道ＲＤと最初に接触するので、この踵部分３１Ｂを実接触部位として圧力センサ１３の感度を高める。よって、ロボット３０が歩道ＲＤと接触したときに、歩道ＲＤの状態を高感度に検出して、後の制御（例えば、ロボット３０の姿勢制御など）に役立てることができる。ここでは歩道ＲＤを例にしたが、ロボット３０が階段を上がるときについても同様である。
【００３７】
なお、本実施例３の場合は歩行動作を行うロボット３０に接触センサシステム１を組込むことで、歩行対象とした歩道ＲＤを精度良く検出して確実に歩行できるようになる。すなわち、実施例１の場合と同様に、ロボットが行う能動的動作を行う上で接触センサシステム１が補助的な機能を果たす。
【００３８】
また、実施例２、３の場合もロボット２０、３０に搭載したマイコン（図示を省略）が対象とした物体を認識し、分布型の圧力センサ１３の内で実際に物体（壁、人、歩道）と接触する可能がある実接触部位に存在する接触検出部を高感度に変更する制御を実行する。この処理は実施例１について示した図４のフローチャートと同様であるので、ここでの再度の接説明は省略する。
【００３９】
以上の説明から明らかなように、接触センサシステムを適用した実施例のロボット１０、２０、３０は対象とした物体と接触したときに、これを短時間に感度良く検出できる。上記実施例では、接触センサの一例として分布型の圧力センサを用いたがこれに限定するものではない。接触検出点を複数備えて物体との接触を検出するものであれば、他の形式の接触センサでも同様に採用できる。
【００４０】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施形態の接触センサシステムの主要部構成を示した機能ブロック図である。
【図２】実施例１のロボットが把持対象の物体としてカップを把持するときの様子を模式的に示した図である。
【図３】実施例１のロボットの機能ブロック図である。
【図４】実施例１のロボットのマイコンがカップの把持動作を行うときに合せて実行するルーチンの一例を示したフローチャートである。
【図５】実施例２のロボットが物体と衝突する可能性がある状態の一例を模式的に示した図であり、（Ａ）は壁と衝突する可能性があるとき、（Ｂ）は近付いてくる人と衝突する可能性があるときについて示している。
【図６】実施例３のロボットが歩行する様子を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００４２】
１                    接触センサシステム
２                    物体情報取得手段
３                    接触センサ
４                    動作計画手段
５                    実接触部位予測手段
６                    感度調整手段
１０、２０、３０      ロボット
１２                  把持部
１３                  分布型の圧力センサ（接触センサ）
１４                  ３Ｄステレオカメラ（物体情報取得手段）
１５                  マイコン
（動作計画手段、実接触部位予測手段、感度調整手段）
Ｗ                    物体
ＣＰ                  カップ（物体）
【図１】
2006341341.tif 000003
【図２】
2006341341.tif 000004
【図３】
2006341341.tif 000005
【図４】
2006341341.tif 000006
【図５】
2006341341.tif 000007
【図６】
2006341341.tif 000008