(57)【要約】【課題】適用し得る充填物が限定されることなく、柔物体への接触を安定的に検知する。【解決手段】充填物４が充填されている柔物体への接触を検知する接触センサ１２は、充填物４の中に配置されている異素材充填部５と、異素材充填部５に充填され、充填物４とは異なる素材で構成され、荷重が柔物体に与えられたことで圧縮し、荷重が解かれたことで復元するように構成されている異素材充填物６と、異素材充填部５の所定面部５ａに接して設けられ、信号を異素材充填物６に向けて発信する少なくとも一つ以上の信号発信部と、異素材充填部５の所定面部５ａに接して設けられ、信号発信部から発信されて異素材充填物６を伝播した信号を受信する少なくとも一つ以上の信号受信部と、信号受信部における信号の受信状態の変化を用い、柔物体への接触を検知する接触検知部と、を備える。【選択図】図１
2018021888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填物（４，２２，３２，４１〜４５）が充填されている柔物体（３，２１，３１）への接触を検知する接触センサ（１２，３０，４０）において、
前記充填物の中に配置されている異素材充填部（５，２３，３３，５１，６１，９１，１１１）と、
前記異素材充填部に充填され、前記充填物とは異なる素材で構成され、荷重が前記柔物体に与えられたことで圧縮し、荷重が解かれたことで復元するように構成されている異素材充填物（６，２４，３４，５２，６２，９２，１０１，１０２，１１２〜１１５）と、
前記異素材充填部の所定面部（５ａ，６１ａ，９１ａ）に接して設けられ、信号を前記異素材充填物に向けて発信する少なくとも一つ以上の信号発信部（９，２７，３７）と、
前記異素材充填部の前記所定面部に接して設けられ、前記信号発信部から発信されて前記異素材充填物を伝播した前記信号を受信する少なくとも一つ以上の信号受信部（１０，２８，３８）と、
前記信号受信部における信号の受信状態の変化を用い、前記柔物体への接触を検知する接触検知部（１１，２９，３９）と、を備えた接触センサ。
【請求項２】
前記異素材充填部（９１）に、前記信号の伝播速度が他と異なる複数の前記異素材充填物（１０１，１０２）が充填されている請求項１に記載の接触センサ。
【請求項３】
前記異素材充填部に、所定の解像度に応じて前記複数の異素材充填物が充填されている請求項２に記載の接触センサ。
【請求項４】
前記信号発信部と前記信号受信部との対が複数であり、
前記複数の信号発信部と信号受信部との対は、前記信号の波長、周波数及び位相のうち少なくとも何れかが他と異なる請求項１から３の何れか一項に記載の接触センサ。
【請求項５】
前記信号発信部が複数であり、
前記複数の信号発信部は、前記信号を他と異なる発信タイミングで発信する請求項１から４の何れか一項に記載の接触センサ。
【請求項６】
前記信号受信部が複数であり、
前記複数の信号受信部は、前記信号を他と異なる受信タイミングで受信する請求項５に記載の接触センサ。
【請求項７】
前記接触検知部は、荷重が前記柔物体に与えられていないときの受信状態の値を基準値とし、その基準値からの変化量を算出し、前記柔物体への接触を検知する請求項１から６の何れか一項に記載の接触センサ。
【請求項８】
前記信号発信部は、光を前記異素材充填物に向けて照射し、
前記信号受信部は、前記信号発信部から照射されて前記異素材充填物を伝播した光を入射し、
前記接触検知部は、前記信号受信部における受光量の変化を用い、前記柔物体への接触を検知する請求項１から７の何れか一項に記載の接触センサ。
【請求項９】
前記接触検知部は、前記基準値を更新する請求項８に記載の接触センサ。
【請求項１０】
前記接触検知部は、前記柔物体に与えられていた荷重が解かれたことで前記異素材充填物が復元したときの受信状態の値を用い、前記基準値を更新する請求項９に記載の接触センサ。
【請求項１１】
前記異素材充填物（６，２４，３４，６２）が空気である請求項１から１０の何れか一項に記載の接触センサ。
【請求項１２】
前記異素材充填部（６１）は、前記信号発信部における前記信号の発信方向及び前記信号受信部における前記信号の受信方向を半球状で覆う形状である請求項１から１１の何れか一項に記載の接触センサ。
【請求項１３】
柔物体に充填されている充填物（７２）の中に配置されている異素材充填部（７４）と、前記異素材充填部に充填され、前記充填物とは異なる素材で構成され、荷重が前記柔物体に与えられたことで圧縮し、荷重が解かれたことで復元するように構成されている異素材充填物（７５）と、前記異素材充填部の所定面部（７４ａ）に接して設けられ、信号を前記異素材充填物に向けて発信する少なくとも一つ以上の信号発信部（７８）と、前記異素材充填部の前記所定面部に接して設けられ、前記信号発信部から発信された前記信号を受信する少なくとも一つ以上の信号受信部（７９）と、前記信号受信部における信号の受信状態の変化を用い、前記柔物体への接触を検知する接触検知部（８０）と、を備えた複数の接触センサ（７３）と、
前記複数の接触センサの検知結果を入力して処理する処理部（８４）と、を備え、
前記複数の接触センサは、一つの前記充填物の中に互いに異なる位置に配置され、
前記処理部は、前記複数の接触センサの配置位置及び検知結果を用い、前記柔物体への荷重の作用点及び量を算出する接触センサシステム（７１）。
【請求項１４】
前記複数の接触センサは、等間隔で配置されている請求項１３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、接触センサ及び接触センサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば人共存ロボットのアームに取り付けられる保護部材、ぬいぐるみ、クッション等の柔物体への接触を検知する接触センサが供されている。例えば特許文献１には、柔物体に充填されている充填物の中に配置され、荷重が柔物体に与えられることによる充填物の密度変化を検知し、柔物体への接触を検知する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０３６７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、充填物が密度変化し得る素材であることが前提であり、適用し得る充填物に制約がある。又、密度変化し得する素材はヘタリが生じ易く、経年劣化により密度変化が不安定になったり密度変化し難くなったりする。その結果、充填物が密度変化しても、荷重が柔物体に与えられて密度変化したのか、又は経年劣化により密度変化したのかを判定し難くなり、柔物体への接触の検知が不安定になる虞もある。
【０００５】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、適用し得る充填物が限定されることなく、柔物体への接触を安定的に検知することができる接触センサ及び接触センサシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載した発明によれば、充填物（４，２２，３２，４１〜４５）が充填されている柔物体（３，２１，３１）への接触を検知する接触センサ（１２，３０，４０）において、異素材充填部（５，２３，３３，５１，６１，９１，１１１）は、充填物の中に配置されている。異素材充填物（６，２４，３４，５２，６２，９２，１０１，１０２，１１２〜１１５）は、異素材充填部に充填され、充填物とは異なる素材で構成され、荷重が柔物体に与えられたことで圧縮し、荷重が解かれたことで復元するように構成されている。少なくとも一つ以上の信号発信部（９，２７，３７）は、異素材充填部の所定面部（５ａ，６１ａ，９１ａ）に接して設けられ、信号を異素材充填物に向けて発信する。少なくとも一つ以上の信号受信部（１０，２８，３８）は、異素材充填部の所定面部に接して設けられ、信号発信部から発信されて異素材充填物を伝播した信号を受信する。接触検知部（１１，２９，３９）は、信号受信部における信号の受信状態の変化を用い、柔物体への接触を検知する。
【０００７】
充填物の中に異素材充填部が配置され、その異素材充填部に異素材充填物が充填されている構成とし、その異素材充填物を伝播する信号の受信状態の変化を用い、柔物体への接触を検知するようにした。充填物の密度変化を検知して柔物体への接触を検知する従来構成とは異なり、充填物の密度変化を検知する必要がないので、適用し得る充填物が限定されることなく、柔物体への接触を安定的に検知することができる。又、充填物の中に異素材充填部を設けて実現するので、充填物の素材が既決されている既製品にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す接触センサの平面図及び側面図
【図２】接触センサがアームの保護部材に設けられている態様を示す斜視図
【図３】人の腕が保護部材に接触している態様を示す斜視図
【図４】接触センサの機能ブロック図
【図５】フローチャート
【図６】信号、信号発信部及び信号受信部の種類を示す図
【図７】接触センサがぬいぐるみに設けられている態様を示す斜視図
【図８】接触センサがハンドルに設けられている態様を示す正面図
【図９】接触センサの側面図
【図１０】本発明の第２の実施形態を示す接触センサの側面図
【図１１】本発明の第３の実施形態を示す接触センサの側面図
【図１２】本発明の第４の実施形態を示す接触センサの側面図
【図１３】接触センサシステムの機能ブロック図
【図１４】本発明の第５の実施形態を示す接触センサの側面図
【図１５】本発明の第６の実施形態を示す接触センサの側面図
【図１６】フローチャート
【図１７】接触センサの平面図
【図１８】接触センサの側面図
【図１９】接触センサの平面図
【図２０】接触センサの側面図
【図２１】接触センサの平面図
【図２２】接触センサの側面図
【図２３】接触センサの平面図
【図２４】接触センサの側面図
【図２５】本発明の第７の実施形態を示す接触センサの側面図
【図２６】本発明の第８の実施形態を示す接触センサの側面図
【図２７】フローチャート
【図２８】本発明の第９の実施形態を示す接触センサの側面図
【図２９】フローチャート
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
以下、本発明を、人共存ロボットのアームに取り付けられる保護部材を柔物体で構成し、その保護部材への接触を検知することで、アームへの接触を検知する接触センサに適用した第１の実施形態について図１から図６を参照して説明する。
【００１０】
図２に示すように、人共存ロボット１のアーム２の所定部位には保護部材３（柔物体に相当する）が取り付けられている。保護部材３には充填物４が充填されている。充填物４は例えばスポンジ等の比較的柔らかい素材で構成されている。このような構成では、図３に示すように、人の腕２０１がアーム２に直接接触するのではなく、人の腕２０１が保護部材３に接触するので、アーム２が例えば金属等の比較的硬い素材で構成されている場合でも接触の衝撃が和らげられる。尚、アーム２自体が柔らかい素材で構成されていても良い。
【００１１】
充填物４の所定部位には直方体状の異素材充填部５が形成されており、異素材充填部５には異素材充填物６が充填されている。異素材充填部５は中空であり、異素材充填物６は空気である。異素材充填部５のうち人の腕２０１が保護部材３に接触する可能性がある上面部３ａから最も遠い箇所である下面部５ａ（所定面部に相当する）には発信ユニット７と受信ユニット８とが並んで配置されている。即ち、発信ユニット７と受信ユニット８とは、異素材充填部５の下面部５ａに接すると共に荷重が与えられる方向に対して直交する方向に並んで配置されている。
【００１２】
図４に示すように、発信ユニット７は、信号を異素材充填物６に向けて発信する信号発信部９を有する。受信ユニット８は、信号発信部９から発信されて異素材充填物６を伝播した信号を受信する信号受信部１０と、アーム２への接触を検知する接触検知部１１とを有する。信号発信部９は、赤外線を照射するＬＥＤである。信号受信部１０は、赤外線フォトトランジスタであり、信号発信部９から照射された赤外線が異素材充填物６を伝播して上面部５ｂや側面部５ｃで反射することで、その反射した赤外線を入射し、その入射した赤外線の受光量を接触検知部１１に出力する。接触検知部１１は、例えばＣＰＵから構成されており、赤外線の受光量を信号受信部１０から入力すると、その受光量の変化を判定し、アーム２への接触を検知する。接触センサ１２は、これら異素材充填部５と、異素材充填物６と、信号発信部９と、信号受信部１０と、接触検知部１１とを含んで構成されている。
【００１３】
接触検知部１１は、アーム２への接触を以下に示す手順で検知する。人の腕２０１が保護部材３に接触し、荷重が与えられると、その荷重が充填物４を介して異素材充填部５に作用し、異素材充填部５において荷重が与えられた方向（即ち上下方向）が縮み、下面部５ａから上面部５ｂまでの距離が狭まる。即ち、異素材充填部５は上下方向に圧縮する。このとき、荷重が与えられる前後で信号発信部９から照射される赤外線の光量が一定であると、信号発信部９から照射された光の伝播経路が変化することで、信号受信部１０に入射される赤外線の受光量が変化する。接触検知部１１は、荷重が与えられていないときの赤外線の受光量を基準値として記憶しており、赤外線の受光量と基準値とを照合し、赤外線の受光量と基準値との差が閾値以上であるか否かを判定し、アーム２への接触を検知する。
【００１４】
次に、上記した構成の作用について図５を参照して説明する。接触検知部１１は、接触検知処理を行う。接触検知部１１は、接触検知処理を開始すると、信号受信部１０から赤外線の受光量を入力し（Ｓ１）、その入力した赤外線の受光量と基準値との差を算出し（Ｓ２）、その算出した差が閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ３）。接触検知部１１は、算出した差が閾値以上でないと判定すると（Ｓ３：ＮＯ）、荷重が与えられていない、即ち、人の腕２０１が保護部材３に接触していないと判定し、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降を繰り返す。
【００１５】
ここで、人の腕２０１が保護部材３に接触し、荷重が与えられると、異素材充填部５が上下方向に圧縮し、赤外線の受光量と基準値との差が閾値以上となる。接触検知部１１は、算出した差が閾値以上であると判定すると（Ｓ３：ＹＥＳ）、荷重が与えられた、即ち、人の腕２０１が保護部材３に接触したと判定し、人の腕２０１が接触したことに対する処置を実施する（Ｓ４）。接触検知部１１は、例えば人共存ロボット１の駆動を制御する駆動部（図示せず）に停止信号を出力し、人共存ロボット１の駆動を停止させたり、ＨＭＩ部（図示せず）に通知信号を出力し、人の腕２０１が接触したことを通知したりする。
【００１６】
接触検知部１１は、基準値に変化があるか否かを判定する。
ここで、人の腕２０１が保護部材３から離脱し、与えられていた荷重が解かれると、圧縮していた異素材充填部５が上下方向に復元し、赤外線の受光量と基準値との差が閾値未満となる。接触検知部１１は、その算出した差が閾値未満であると判定すると（Ｓ５：ＹＥＳ）、基準値が変化しているか否かを判定し、基準値を更新する必要があるか否かを判定する（Ｓ６）。即ち、接触検知部１１は、例えば過去の判定で用いた基準値から許容範囲を計算し、今回の判定で用いた基準値が許容範囲内であれば、基準値が変化していない、又は変化していても誤差程度であると判定し、基準値を更新する必要がないと判定し（Ｓ６：ＮＯ）、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降を繰り返す。
【００１７】
一方、接触検知部１１は、今回の判定で用いた基準値が許容範囲外であれば、基準値が誤差程度を超えて変化していると判定し、基準値を更新する必要があると判定し（Ｓ６：ＹＥＳ）、基準値を更新する（Ｓ７）。即ち、接触検知部１１は、与えられていた荷重が解かれたときの今回の赤外線の受光量を、荷重が与えられていないときの過去数回分の赤外線の受光量に加算し、その総計を所定回数（過去数回＋１）で除し、今回の赤外線の受光量と過去数回分の赤外線の受光量との平均値を算出し、その算出した平均値を基準値として更新する。接触検知部１１は、このように基準値を更新することで、異素材充填部５を囲んでいる充填物４が経年劣化して異素材充填部５の復元力（即ち異素材充填物６の復元力）が低下したとしても、その復元力の低下の影響を受けずに人の腕２０１が保護部材３に接触したか否かを判定することが可能となる。
【００１８】
接触検知部１１は、接触検知処理の終了条件が成立したか否かを判定し（Ｓ８）、接触検知処理の終了条件が成立していないと判定すると（Ｓ８：ＮＯ）、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降を繰り返す。接触検知部１１は、接触検知処理の終了条件が成立したと判定すると（Ｓ８：ＹＥＳ）、接触検知処理を終了する。
【００１９】
尚、以上は、信号として赤外線を用い、信号受信部１０として赤外線フォトトランジスタを用いた構成を例示したが、図６に示すように、信号受信部１０として赤外線センサや赤外線カメラを用いても良い。又、信号として可視光を用い、信号発信部９として可視光を照射するＬＥＤを用い、信号受信部１０として可視光を入射する可視光フォトトランジスタや可視光カメラを用いても良い。又、信号としてミリ波を用い、信号発信部９及び信号受信部１０としてミリ波レーダを用いても良い。更に、信号として超音波を用い、信号発信部９及び信号受信部１０として圧電セラミックを用いても良い。又、信号発信部９と信号受信部１０とが一体に構成されているフォトリフレクタを用いても良い。
【００２０】
以上に説明したように第１の実施形態によれば、次に示す効果を得ることができる。
充填物４の中に異素材充填部５が設けられ、その異素材充填部５に充填されている異素材充填物６を伝播する赤外線の受光量の変化を用い、アーム２への接触を検知するようにした。これにより、充填物４の密度変化を検知する必要がないので、適用し得る充填物４が限定されることなく、アーム２への接触を安定的に検知することができる。又、充填物４の中に異素材充填部５を設けることで実現するので、充填物４の素材が既決されている既製品にも適用することができる。
【００２１】
又、赤外線の受光量と基準値との差が閾値以上であるか否かを判定し、アーム２への接触を検知し、基準値を更新するようにした。これにより、異素材充填部５を囲んでいる充填物４が経年劣化して異素材充填部５の復元力が低下したとしても、その復元力の低下の影響を受けずにアーム２への接触を検知することができる。
【００２２】
以上は、人共存ロボット１のアーム２への接触を検知する接触センサ１２に適用した構成を例示したが、他の柔物体を対象としても良い。図７に示すように、ぬいぐるみ２１に適用した構成では、ぬいぐるみ２１には充填物２２が充填されており、充填物２２の所定部位には直方体状の異素材充填部２３が形成されており、異素材充填部２３には異素材充填物２４が充填されている。異素材充填部２３も中空であり、異素材充填物２４も空気である。異素材充填物２４の所定部位には発信ユニット２５と受信ユニット２６とが並んで配置されている。発信ユニット２５には信号発信部２７が設けられ、受信ユニット２６には信号受信部２８と接触検知部２９とが設けられている。接触センサ３０は、これら異素材充填部２３と、異素材充填物２４と、信号発信部２７と、信号受信部２８と、接触検知部２９とを含んで構成されている。例えば人が手２０２でぬいぐるみ２１を撫で、荷重が与えられると、異素材充填部２３における光の伝播経路が変化することで、人が手２０２でぬいぐるみ２１を撫でたことを検知することができる。ぬいぐるみ２１に適用した構成では、ぬいぐるみ２１が持つ柔らかさ、癒しさ、親しみ等を損なうことなく、ぬいぐるみ２１への接触を検知すると共に、インタラクション性を持たせることができる。
【００２３】
又、図８に示すように、自動車のハンドル３１に適用した構成では、ハンドル３１には充填物３２が充填されており、充填物３２の所定部位には直方体状の異素材充填部３３が形成されており、異素材充填部３３には異素材充填物３４が充填されている。異素材充填部３３も中空であり、異素材充填物３４も空気である。異素材充填物３４の所定部位には発信ユニット３５と受信ユニット３６とが並んで配置されている。発信ユニット３５には信号発信部３７が設けられ、受信ユニット３６には信号受信部３８と接触検知部３９とが設けられている。接触センサ４０は、これら異素材充填部３３と、異素材充填物３４と、信号発信部３７と、信号受信部３８と、接触検知部３９とを含んで構成される。人（即ちドライバ）が手２０３でハンドル３１を握り、荷重が与えられると、異素材充填部３３における光の伝播経路が変化することで、人が手２０３でハンドル３１を握ったことを検知することができる。このようにハンドル３１に適用した構成では、ハンドル３１の手触り、ハンドル３１の意匠等を損なうことなく、ハンドル３１への接触を検知することができる。
【００２４】
又、保護部材３に充填される充填物４の素材に制限はなく、互いに異なる素材の複数の充填物が層状に充填されていても良い。即ち、図９に示すように、保護部材３に充填物４１〜４５が層状に充填され、人の腕２０１が接触する可能性がある最上位の充填物４１が最も柔らかい素材で構成され、上側から下側に向かって硬い素材で段階的に構成されていても良い。
【００２５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図１０を参照して説明する。前述した第１の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第１の実施形態は、異素材充填物６が空気であり、即ち異素材充填物６として実体を有しない物質が配置されている構成であるが、第２の実施形態は、異素材充填物として実体を有する物質が配置されている構成である。
【００２６】
充填物４の所定部位には直方体状の異素材充填部５１が形成されており、異素材充填部５１には異素材充填物５２が充填されている。異素材充填物５２は、荷重が与えられると圧縮し、与えられていた荷重が解かれると復元する性質を有する素材で構成されている。この場合、異素材充填物５２を伝播する性質を有する信号を採用する。第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。又、異素材充填物として実体を有しない異素材充填物６を採用する構成に比べ、実体を有する異素材充填物５２を採用することで、強度を高めることができる。
【００２７】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について図１１を参照して説明する。前述した第１の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第１の実施形態は、充填物４の所定部位に直方体状の異素材充填部５が形成されている構成であるが、第３の実施形態は、半球形状の異素材充填部が形成されている構成である。
【００２８】
充填物４の所定部位には半球形状の異素材充填部６１が形成されており、異素材充填部６１には異素材充填物６２が充填されている。異素材充填部６１のうち人の腕２０１が保護部材３に接触する可能性がある上面部３ａから最も遠い箇所である下面部６１ａ（所定面部に相当する）には発信ユニット７と受信ユニット８とが並んで配置されている。異素材充填部６１が半球形状の形成されている構成では、荷重に対する圧縮がどの方向からも等しくなり、柔物体への接触を広範囲で安定的に検知することができる。即ち、図７に例示したようにぬいぐるみ２１が球体に近い形状であれば、人が手２０２で撫でたことを検知可能な範囲が広くなる。第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができることに加え、柔物体への接触を曲面的な広範囲で安定的に検知することができる。
【００２９】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について図１２及び図１３を参照して説明する。前述した第１の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第１の実施形態は、一つの充填物４に一つの接触センサ１２が配置されている構成であるが、第４の実施形態は、一つの充填物に複数の接触センサが配置されている構成である。
【００３０】
接触センサシステム７１は、充填物７２の中に等間隔で配置されている複数の接触センサ７３と、柔物体の外部に配置されているサーバ８２とを有する。接触センサ７３は、それぞれ第１の実施形態で説明した接触センサ１２と同様の構成であり、異素材充填部７４に異素材充填物７５が充填され、異素材充填部７４の下面部７４ａ（所定面部に相当する）に発信ユニット７６と受信ユニット７７とが並んで配置されている。発信ユニット７６は、信号発信部７８を有する。受信ユニット８は、信号受信部７９と接触検知部８０とに加え、検知結果を外部に送信する通信部８１を有する。接触センサ７３は、それぞれ例えばＩＥＥＥ８０２．１１で規定される無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）等の方式により検知結果をサーバ８２に送信する。
【００３１】
サーバ８２は、複数の接触センサ７３から送信された検知結果を受信する通信部８３と、複数の検知結果を処理する処理部８４とを有する。処理部８４は、複数の接触センサ７３の配置位置を記憶しており、その記憶している配置位置及び検知結果を用い、柔物体への荷重の作用点及び量を算出する。即ち、処理部８４は、何れかの箇所に荷重が与えられると、複数の接触センサ７３のうち受光量が変化した接触センサ７３を特定し、その変化量を比例配分することで、その与えられた荷重の作用点及び量を算出する。第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができることに加え、柔物体への接触を平面的な広範囲で安定的に検知することができる。例えば人共存ロボットのアームが長い形状であっても、アームへの接触を広範囲で安定的に検知することができる。
【００３２】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について図１４を参照して説明する。前述した第２の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第２の実施形態は、一つの異素材充填部５１に一つの発信ユニット７と一つの受信ユニット８とが配置されている構成であるが、第５の実施形態は、一つの異素材充填部に複数の発信ユニットと複数の受信ユニットとが配置されている構成である。
【００３３】
充填物４の所定部位には直方体状の異素材充填部９１が形成されており、異素材充填部９１には異素材充填物９２が充填されている。異素材充填物９２は、荷重が与えられると圧縮し、与えられていた荷重が解かれると復元する性質を有する素材で構成されている。異素材充填部９１の下面部９１ａ（所定面部に相当する）には３個の発信ユニット９３ａ〜９３ｃと３個の受信ユニット９４ａ〜９４ｃとが並んで配置されている。
【００３４】
第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができることに加え、発信ユニット９３ａ〜９３ｃと受信ユニット９４ａ〜９４ｃとをそれぞれ３個ずつ配置したことで、信号の伝播量を多く確保することができ、第４の実施形態と同様に柔物体への接触を平面的な広範囲で安定的に検知することができる。
【００３５】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について図１５から図２４を参照して説明する。前述した第５の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第５の実施形態は、異素材充填部９１に一つの異素材充填物９２が充填されている構成であるが、第６の実施形態は、異素材充填部に複数の異素材充填物が充填されている構成である。
【００３６】
異素材充填部９１には第１の異素材充填物１０１及び第２の異素材充填物１０２が充填されている。異素材充填物１０１，１０２は、それぞれ荷重が与えられると圧縮し、与えられていた荷重が解かれると復元する性質を有する素材で構成されている。異素材充填部９１の下面部９１ａには発信ユニット９３ａ〜９３ｃと受信ユニット９４ａ〜９４ｃとが並んで配置されている。発信ユニット９３ａは第１の異素材充填物１０１のみに接して配置され、受信ユニット９４ａは第１の異素材充填物１０１及び第２の異素材充填物１０２に跨って接して配置され、発信ユニット９３ｂ，９３ｃ及び受信ユニット９４ｂ，９４ｃは第２の異素材充填物１０２のみに接して配置されている。
【００３７】
前述した第５の実施形態では、荷重が与えられると、荷重が与えられたこと自体は広範囲で検知することができるが、荷重が与えられた位置を正確に特定することができない。即ち、異素材充填部９１に１種類の異素材充填物９２が充填され、複数の発信ユニット９３ａ〜９３ｃと複数の受信ユニット９４ａ〜９４ｃとが配置されている構成では、荷重が与えられると、複数の発信ユニット９３ａ〜９３ｃから発信されて異素材充填物９２を伝播した信号の受光量が変化するが、その受光量の変化に差分が発生しない。例えば受信ユニット９４ａでは、発信ユニット９３ａから発信されて異素材充填物９２を伝播した信号と発信ユニット９３ｂから発信されて異素材充填物９２を伝播した信号との両方の受光量が変化するが、その受光量の変化に差分が発生しない。そのため、上記した構成では、荷重が与えられた位置を正確に特定することができず、荷重が与えられた位置を示す解像度を高めることができない。
【００３８】
これに対し、異素材充填部９１に信号の伝播速度が異なる２種類の異素材充填物１０１，１０２が充填されている構成では、荷重が与えられると、例えば受信ユニット９４ａでは、発信ユニット９３ａから発信されて第１の異素材充填物１０１を伝播した信号と発信ユニット９３ｂから発信されて第２の異素材充填物１０２を伝播した信号との両方の受光量が変化し、その受光量の変化に差分が発生する。そのため、荷重が与えられた位置を正確に特定することができ、解像度を高めることができる。
【００３９】
信号の伝播速度が比較的速い素材で第１の異素材充填物１０１が構成され、信号の伝播速度が比較的遅い素材で第２の異素材充填物１０２が構成されている場合に、発信ユニット９３ａと発信ユニット９３ｂとの両方から信号を同時に発信させると、最初に発信ユニット９３ａから発信された信号が受信ユニット９４ａに受信され、続いて発信ユニット９３ｂから発信された信号が受信ユニット９４ａに受信される。ここで、荷重が与えられると、発信ユニット９３ａ，９３ｂから発信された信号の受光量は荷重が与えられていないときの受光量に対して変化し、その受光量の変化に差分が発生する。即ち、荷重が与えられた位置が受信ユニット９４ａから見て発信ユニット９３ａ側に偏っていれば、発信ユニット９３ａから発信された信号の受光量の変化が相対的に大きくなる。一方、荷重が与えられた位置が受信ユニット９４ａから見て発信ユニット９３ｂ側に偏っていれば、発信ユニット９３ｂから発信された信号の受光量の変化が相対的に大きくなる。
【００４０】
次に、上記した構成の作用について図１６を参照して説明する。ここでは、例えば充填物４に制御部（図示せず）が埋設され、その制御部が発信ユニット９３ａ〜９３ｃからの信号の発信タイミングを制御すると共に、受信ユニット９４ａ〜９４ｃにおける受光量の変化量により荷重が与えられた位置を計算する。
【００４１】
制御部は、全ての発信ユニット９３ａ〜９３ｃから信号を同時に発信させる（Ｓ１１）。制御部は、発信ユニット９３ａ〜９３ｃから発信されて第１の異素材充填物１０１を伝播して受信ユニット９４ａに受信された信号の受光量を取得する（Ｓ１２）。制御部１２は、その取得した受光量を、荷重が与えられていないときの受光量と比較して第１の変換値に変換する（Ｓ１３）。
【００４２】
次いで、制御部は、発信ユニット９３ａ〜９３ｃから発信されて第２の異素材充填物１０２を伝播して受信ユニット９４ａに受信された信号の受光量を取得する（Ｓ１４）。制御部は、その取得した受光量を、荷重が与えられていないときの受光量と比較して第２の変換値に変換する（Ｓ１５）。制御部は、発信ユニット９３ａ〜９３ｃの配置位置と、第１の変換値及び第２の変換値とを用い、質点計算の手法を用いて荷重が与えられた位置を計算する（Ｓ１６）。
【００４３】
尚、以上は、受信ユニット９４ａに受信された信号の受光量について説明したが、受信ユニット９４ｂ，９４ｃに受信された信号の受光量についても同様である。又、以上は、異素材充填部９１に２種類の異素材充填物１０１，１０２が充填されている構成を説明したが、異素材充填部に充填される異素材充填物の種類数を調整することで、解像度を調整することができる。即ち、図１７及び図１８に示すように、異素材充填部１１１に４種類の異素材充填物１１２〜１１５が格子状、即ち２方向に２種類ずつ充填され、異素材充填物１１２，１１４に接してそれぞれ発信ユニット１１６ａ，１１６ｂが配置され、異素材充填物１１３，１１５に接してそれぞれ受信ユニット１１７ａ，１１７ｂが配置されている構成では、異素材充填部９１に充填される異素材充填物の１種類とした構成に対して解像度を４倍に高めることができる。又、図１９及び図２０に示すように、同種の異素材充填物が隣り合わなければ良く、異素材充填部１１１に３種類の異素材充填物１１２〜１１４が２方向に２種類ずつ充填されている構成でも良い。
【００４４】
又、図２１及び図２２に示すように、異素材充填部１１１に４種類の異素材充填物１１２〜１１５が直線状、即ち１方向に４種類充填され、異素材充填物１１２，１１４に接してそれぞれ発信ユニット１１６ａ，１１６ｂが配置され、異素材充填物１１３，１１５に接してそれぞれ受信ユニット１１７ａ，１１７ｂが配置されている構成でも、異素材充填部９１に充填される異素材充填物の１種類とした構成に対して解像度を４倍に高めることができる。又、この場合も、図２３及び図２４に示すように、同種の異素材充填物が隣り合わなければ良く、異素材充填部１１１に３種類の異素材充填物１１２〜１１４が１方向に充填されている構成でも良い。第６の実施形態によれば、第５の実施形態と同様に柔物体への接触を平面的な広範囲で安定的に検知することができることに加え、荷重が与えられた位置を正確に特定することができ、解像度を高めることができる。
【００４５】
（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態について図２５を参照して説明する。前述した第６の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第６の実施形態は、異素材充填部９１に複数の異素材充填物が充填されている構成であるが、第７の実施形態は、異素材充填部９１の上面部及び側面部の壁面部の反射率が区分されている構成である。
【００４６】
異素材充填部９１の上面部のうち受信ユニット９４ａの真上から左側面部の下端までの壁面部１２１は反射率が相対的に高い色の加工が施されており、異素材充填部９１の上面部のうち受信ユニット９４ａの上から右側面部の下端までの壁面部１２２は反射率が相対的に低い色の加工が施されている。即ち、発信ユニット９３ａと発信ユニット９３ｂとの両方から信号を同時に発信させると、最初に発信ユニット９３ａから発信された信号が受信ユニット９４ａに受信され、続いて発信ユニット９３ｂから発信された信号が受信ユニット９４ａに受信される。ここでも、荷重が与えられると、発信ユニット９３ａ，９３ｂから発信された信号の受光量は荷重が与えられていないときの受光量に対して変化し、その受光量の変化に差分が発生する。即ち、荷重が与えられた位置が受信ユニット９４ａから見て発信ユニット９３ａ側に偏っていれば、発信ユニット９３ａから発信された信号の受光量の変化が相対的に大きくなる。一方、荷重が与えられた位置が受信ユニット９４ａから見て発信ユニット９３ｂ側に偏っていれば、発信ユニット９３ｂから発信された信号の受光量の変化が相対的に大きくなる。尚、壁面部に加工が施される色の種類数を調整することで、第６の実施形態と同様に、解像度を調整することができる。第７の実施形態によれば、第６の実施形態と同様に柔物体への接触を平面的な広範囲で安定的に検知することができることに加え、荷重が与えられた位置を正確に特定することができ、解像度を高めることができる。
【００４７】
（第８の実施形態）
次に、本発明の第８の実施形態について図２６及び図２７を参照して説明する。前述した第６の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第６の実施形態は、異素材充填部９１に複数の異素材充填物が充填されている構成であるが、第８の実施形態は、異素材充填部９１に一つの異素材充填物が充填され、信号の波長、周波数及び位相のうち少なくとも何れかが異なる構成である。
【００４８】
充填物４の所定部位には直方体状の異素材充填部９１が形成されており、異素材充填部９１には異素材充填物９２が充填されている。異素材充填部９１の下面部には３個の発信ユニット９３ａ〜９３ｃと３個の受信ユニット９４ａ〜９４ｃとが並んで配置されている。発信ユニット９３ａと受信ユニット９４ａ、発信ユニット９３ｂと受信ユニット９４ｂ、発信ユニット９３ｃと受信ユニット９４ｃは、それぞれ対を形成し、発信ユニット９３ａ〜９３ｃがそれぞれ発信する信号は、波長、周波数及び位相のうち少なくとも何れかが異なる。この場合、「伝播速度＝波長×周波数」の関係から、発信ユニット９３ａ〜９３ｃがそれぞれ発信する信号の周波数が同じであれば、それぞれの信号の波長が異なると、それぞれの信号の伝播速度が異なり、発信ユニット９３ａ〜９３ｃがそれぞれ発信する信号の波長が同じであれば、それぞれの信号の周波数が異なると、それぞれの信号の伝播速度が異なる。
【００４９】
即ち、発信ユニット９３ａから発信される信号、発信ユニット９３ｂから発信される信号、発信ユニット９３ｃから発信される信号の順序で伝播速度が速くなるように波長や周波数が調整されていれば、全ての発信ユニット９３ａ〜９３ｃから信号を同時に発信させると、最初に発信ユニット９３ａから発信された信号が受信ユニット９４ａ〜９４ｃに受信され、続いて発信ユニット９３ｂから発信された信号が受信ユニット９４ａ〜９４ｃに受信され、続いて発信ユニット９３ｃから発信された信号が受信ユニット９４ｂ〜９４ｃに受信される。
【００５０】
この場合、制御部は、全ての発信ユニット９３ａ〜９３ｃから信号を同時に発信させると（Ｓ２１）、伝播速度が速い順序にしたがって信号の受光量を取得して変換値に変換する。即ち、信号の受信タイミングが早い順序にしたがって受信ユニット９４ａ〜９４ｃを第１〜第３の受信ユニットとして区分すると、制御部は、発信ユニット９３ａ〜９３ｃから発信されて第１の受信ユニット９４ａに受信された信号の受光量を取得する（Ｓ２２）。制御部は、その取得した受光量を、荷重が与えられていないときの受光量と比較して第１の変換値に変換する（Ｓ２３）。
【００５１】
次いで、制御部は、発信ユニット９３ａから発信される信号と発信ユニット９３ｂから発信される信号との伝播速度の差に相当する時間ｔ１が経過した後、発信ユニット９３ａ〜９３ｃから発信されて第２の受信ユニット９４ｂに受信された信号の受光量を取得する（Ｓ２４）。制御部は、その取得した受光量を、荷重が与えられていないときの受光量と比較して第２の変換値に変換する（Ｓ２５）。
【００５２】
次いで、制御部は、発信ユニット９３ｂから発信される信号と発信ユニット９３ｃから発信される信号との伝播速度の差に相当する時間ｔ２が経過した後、発信ユニット９３ａ〜９３ｃから発信されて第３の受信ユニット９４ｃに受信された信号の受光量を取得する（Ｓ２６）。制御部は、その取得した受光量を、荷重が与えられていないときの受光量と比較して第３の変換値に変換する（Ｓ２７）。制御部は、発信ユニット９３ａ〜９３ｃの配置位置と、第１の変換値から第３の変換値とを用い、質点計算の手法を用いて荷重が与えられた位置を計算する（Ｓ２８）。尚、以上は、発信ユニット９３ａ〜９３ｃから発信される信号の伝播速度が異なる場合を説明したが、信号の位相が異なる構成でも同様である。第８の実施形態によれば、第６の実施形態と同様に柔物体への接触を平面的な広範囲で安定的に検知することができることに加え、荷重が与えられた位置を正確に特定することができ、解像度を高めることができる。
【００５３】
（第９の実施形態）
次に、本発明の第９の実施形態について図２８及び図２９を参照して説明する。前述した第８の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第８の実施形態は、信号の伝播速度や位相を異ならせて受信タイミングを異ならせる構成さであるが、第９の実施形態は、信号の発信タイミングを異ならせて受信タイミングを異ならせる構成である。
【００５４】
制御部は、受信ユニット９４ａ〜９４ｃにおける信号の受信タイミングを、対となる発信ユニット９３ａ〜９３ｃの発信タイミングと同期させる。信号の発信タイミングが早い順序にしたがって発信ユニット９３ａ〜９３ｃを第１〜第３の送信ユニットとして区分すると、制御部は、第１の発信ユニット９３ａから信号を発信させ（Ｓ３１）、その第１の発信ユニット９３ａから発信されて第１の受信ユニット９４ａに受信された信号の受光量を取得する（Ｓ３２）。制御部は、その取得した受光量を、荷重が与えられていないときの受光量と比較して第１の変換値に変換する（Ｓ３３）。
【００５５】
次いで、制御部は、予め定められている発信ユニット９３ａからの信号の発信タイミングと発信ユニット９３ｂからの信号の発信タイミングとの差に相当する時間ｔ１が経過した後、第２の発信ユニット９３ｂから信号を発信させ（Ｓ３４）、その第２の発信ユニット９３ｂから発信されて受信ユニット９４ｂに受信された信号の受光量を取得する（Ｓ３５）。制御部は、その取得した受光量を、荷重が与えられていないときの受光量と比較して第２の変換値に変換する（Ｓ３６）。
【００５６】
次いで、制御部は、予め定められている発信ユニット９３ｂからの信号の発信タイミングと発信ユニット９３ｃからの信号の発信タイミングとの差に相当する時間ｔ２が経過した後、第３の発信ユニット９３ｃから信号を発信させ（Ｓ３７）、その第３の発信ユニット９３ｃから発信されて第３の受信ユニット９４ｃに受信された信号の受光量を取得する（Ｓ３８）。制御部は、その取得した受光量を、荷重が与えられていないときの受光量と比較して第３の変換値に変換する（Ｓ３９）。制御部は、発信ユニット９３ａ〜９３ｃの配置位置と、第１の変換値から第３の変換値とを用い、質点計算の手法を用いて荷重が与えられた位置を計算する（Ｓ４０）。第９の実施形態によれば、第８の実施形態と同様に柔物体への接触を平面的な広範囲で安定的に検知することができることに加え、荷重が与えられた位置を正確に特定することができ、解像度を高めることができる。
【００５７】
（その他の実施形態）
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、更には、それらに一要素のみ、それ以上、或いはそれ以下を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【００５８】
柔物体は、クッション等でも良い。
第４の実施形態では、複数の接触センサ７３が直線状に等間隔に配置されている構成を例示したが、接触センサ７３が面状に等間隔に配置されている構成でも良い。
第４の実施形態では、複数の検知結果を処理するサーバ８２が柔物体の外部に配置されている構成を例示したが、サーバ８２と同等の機能が柔物体の内部に配置されている構成でも良い。
【符号の説明】
【００５９】
図面中、３は保護部材（柔物体）、２１はぬいぐるみ（柔物体）、３１はハンドル（柔物体）、４，２２，３２，４１〜４５，７２は充填物、５，２３，３３，５１，６１，７４，９１は異素材充填部、５ａ，６１ａ，７４ａ，９１ａは下面部（所定面部）、６，２４，３４，５２，６２，７５，９２，１０１，１０２，１１２〜１１５は異素材充填物、９，２７，３７，７８は信号発信部、１０，２８，３８，７９は信号受信部、１１，２９，３９，８０は接触検知部、１２，３０，４０，７３は接触センサ、７１は接触センサシステム、８４は処理部である。
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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