(57)【要約】【課題】  すべりと力の同時検出ができるすべり検出システムを提供する。また、介護ベッドに適用可能なすべり検出システムの実現を目指す。【解決手段】  本発明によるすべり検出システムは、被測定物１を搭載する検出面９を有し、被測定物１により検出面９に作用する力ベクトルを検出する検出手段２と、検出手段２で検出された力ベクトル及びその時間変化からＸＹ力ベクトル１３及び重心変位ベクトル１４を演算する演算手段１０と、重心変位ベクトル１４とＸＹ力ベクトル１３の向きが所定の範囲内で一致した場合、被測定物１の動作をすべりとして判定する判定手段１１とを備える。【選択図】  図１
2005342443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を搭載する検出面を有し、前記被測定物により前記検出面に作用する力ベクトルを検出する検出手段と；
前記検出手段で検出された力ベクトル及びその時間変化から前記検出面に対して平行なＸＹ力ベクトル及び重心変位ベクトルを演算する演算手段と；
前記重心変位ベクトルと前記ＸＹ力ベクトルの方向が所定の範囲内で一致した場合、前記被測定物の動作をすべりとして判定する判定手段とを備える；
すべり検出システム。
【請求項２】
前記判定手段は、重心変位ベクトルが検出されたにも拘らず、ＸＹ力ベクトルが検出されない場合、前記被測定物の動作を転がりとして判定する；
請求項１に記載のすべり検出システム。
【請求項３】
前記判定手段による判定結果を出力する出力手段と；
前記判定結果を記録する記録手段とを備える；
請求項１又は請求項２に記載のすべり検出システム。
【請求項４】
前記力検出手段は、前記検出面に対し垂直なＺ軸成分を検出可能な同一直線上にない３以上の感圧点に配置された垂直軸力覚センサと、
前記検出面に対し水平なＸＹ軸成分に関し、Ｘ軸成分を検出可能な感圧点に配置された第１の水平軸力覚センサと、Ｙ軸成分を検出可能な感圧点に配置された第２の水平軸力覚センサとを有する；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のすべり検出システム。
【請求項５】
検出面に対し垂直なＺ軸成分を検出可能な同一直線上にない３以上の感圧点に配置された垂直軸力覚センサと、
前記検出面に対し水平なＸＹ軸成分に関し、Ｘ軸成分を検出可能な感圧点に配置された第１の水平軸力覚センサと、Ｙ軸成分を検出可能な感圧点に配置された第２の水平軸力覚センサとを有する；
検出手段。
【請求項６】
被測定物を検出面に搭載する工程と；
前記被測定物により前記検出面に作用する力ベクトルを検出する工程と；
検出された前記力ベクトル及びその時間変化から前記検出面に対して平行なＸＹ力ベクトル及び重心変位ベクトルを演算する工程と；
前記重心変位ベクトルと前記ＸＹ力ベクトルの方向が所定の範囲内で一致した場合、前記被測定物の動作をすべりとして判定する工程とを備える；
すべり検出方法。
【請求項７】
前記判定する工程は、重心変位ベクトルが検出されたにも拘らず、ＸＹ力ベクトルが検出されない場合、前記被測定物の動作を転がりとして判定する工程を含む；
請求項６に記載のすべり検出方法。
【請求項８】
前記力ベクトルを検出する工程は、前記被測定物により前記検出面に作用する力ベクトルを、同一直線上にない３以上の感圧点に配置された垂直軸力覚センサと、Ｘ軸成分を検出可能な感圧点に配置された第１の水平軸力覚センサと、Ｙ軸成分を検出可能な感圧点に配置された第２の水平軸力覚センサとにより検出する；
請求項６又は請求項７に記載のすべり検出方法。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載のすべり検出方法を制御端末に実行させるための制御端末読み取り可能なプログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載のプログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、すべり検出システム及びすべり検出方法に関する。詳しくは、被測定物の検出面に作用する接線方向の力をセンサで検出し、すべり及び転がりを判定するすべり検出システム及びすべり検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、センサは殆ど全てのメカトロ製品及びその製品評価のために必要不可欠なものとなっており、数多くの種類が存在する。
【０００３】
また、高齢化社会の到来に伴い、福祉機器の開発が急がれており、様々なセンサを搭載した筋電義手、テレマニピュレータや福祉のためのロボットハンドでは、人の手と同様な把持機能をもたせようとする研究が積極的に行われており、これらを実現するためには力覚センサやすべりセンサなどの触覚センサが非常に重要となっている。人の手と同様の把持機能を持たせるにはすべりを検出するセンシング技術が不可欠であり、これを実現するために、例えば、覚触部に突起などを設け、接線方向の力から生じる剪断振動の交流成分や突起の傾きによる光導板からの散乱光の検出を介してすべりを検出するなどの研究がなされている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
また、介護の現場では、寝たきり患者の褥瘡（床ずれ）の問題が顕在化しているが、最近の研究によると、褥瘡の発症要因としては患部への圧迫による鬱血以外に、人体とマットレス間に生ずる剪断応力（すべり）が新たな原因因子として着目されている。
【０００５】
【特許文献１】特公平０７−０９０４８６号公報  （実施例、第１図〜第１４図等）
【特許文献２】特開平０７−１２８１６３号公報  （段落０００９〜００１７、図１〜図４等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のすべりセンサは、センサ面に対していずれも接線方向の力又は変位の一方を検出するものである。本来、滑りは接線方向の力にその方向への変位を伴うので、その両者を同時検出すべきであるが、両者を検出する先行技術は見出されなかった。したがって、すべりの検出方法が確立されておらず、客観的な評価ができないという問題が生じていた。
【０００７】
また、現行の接線方向の力を検出するセンサの厚みなどからセンサをマット上に取付けるのに不具合があり、現行のセンサ搭載型介護ベッドはいずれもすべり検出機能を備えておらず、介護ベッドに適用可能なすべり検出システムの実現が期待されている。
【０００８】
本発明は、変位と力の同時検出ができるすべり検出システムの提供を目的とする。また、介護ベッドに適用可能なすべり検出システムの実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載のすべり検出システムは、例えば図１及び図２に示すように、被測定物１を搭載する検出面９を有し、被測定物１により検出面９に作用する力ベクトルを検出する検出手段２と、検出手段２で検出された力ベクトル及びその時間変化から検出面９に対して平行なＸＹ力ベクトル１３及び重心変位ベクトル１４を演算する演算手段１０と、重心変位ベクトル１４とＸＹ力ベクトル１３の方向が所定の範囲内で一致した場合、被測定物１の動作をすべりとして判定する判定手段１１とを備える。
【００１０】
ここにおいて、ＸＹ力ベクトル１３とは力ベクトルを検出面９に対して平行なＸＹ平面に投影したベクトルである。重心変位ベクトル１４とは重心位置１２の移動方向と変位量を表すベクトルであり、重心変位ベクトル１４も検出面９に対して平行になる。また、所定の範囲は、検出の誤差とばらつき考慮し、予め実測データをサンプリングし、一致するとみなされる範囲を許容範囲等として定めることが望ましい。このように構成すると、変位と力の同時検出が可能となる。なお、変位測定には時間幅が必要なので、同時検出とは、その変位測定の時間幅内で力の測定もできるという意味である。また、マット上に力覚センサを置く必要はなく、力ベクトルをセンサに伝達する検出面を置けば良いので、介護ベッドに適用可能である。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のすべり検出システムにおいて、判定手段１１は、重心変位ベクトル１４が検出されたにも拘らず、ＸＹ力ベクトル１３が検出されない場合、被測定物１の動作を転がりとして判定する。このように構成すると、すべりの他に転がりの検出も可能となる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のすべり検出システムにおいて、判定手段１１による判定結果を出力する出力手段７と、判定結果を記録する記録手段８とを備える。このように構成すると、判定結果をディスプレイ等の出力手段７に出力して知覚でき、また、記録に残すことができる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のすべり検出システムにおいて、検出手段２は、検出面９に対し垂直なＺ軸成分を検出可能な同一直線上にない３以上の感圧点に配置された垂直軸力覚センサ３と、検出面９に対し水平なＸＹ軸成分に関し、Ｘ軸成分を検出可能な感圧点に配置された第１の水平軸力覚センサ３と、Ｙ軸成分を検出可能な感圧点に配置された第２の水平軸力覚センサ３とを有する。このように構成すると、重心変位ベクトル１４とＸＹ力ベクトル１３とを切り分けて測定できる。第１の水平軸力覚センサは、Ｘ軸成分を検出可能な感圧点にＸ軸成分を検出できるように設置し、第２の水平軸力覚センサは、Ｙ軸成分を検出可能な感圧点にＹ軸成分を検出できるように設置する。ＸＹ２軸方向の力を測定可能なセンサをＸＹ２軸成分を検出可能な感圧点に配置すれば、第１の水平軸力覚センサと第２の水平軸力覚センサを同一のセンサで構成できる。また、垂直軸力覚センサと水平軸力覚センサの機能を共有する３軸センサを、ＸＹＺ３軸成分を検出可能な感圧点に配置すれば、全体で３以上のセンサがあれば良い。また、センサを増加すると測定精度が向上する。
【００１４】
また、請求項５に記載の検出手段は、検出面９に対し垂直なＺ軸成分を検出可能な同一直線上にない３以上の感圧点に配置された垂直軸力覚センサ３と、検出面９に対し水平なＸＹ軸成分に関し、Ｘ軸成分を検出可能な感圧点に配置された第１の水平軸力覚センサ３と、Ｙ軸成分を検出可能な感圧点に配置された第２の水平軸力覚センサ３とを有する。このように構成すると、重心変位ベクトル１４とＸＹ力ベクトル１３とを切り分けて測定できる検出手段を提供できる。また、センサを増加すると測定精度が向上する。
【００１５】
また、請求項６に記載のすべり検出方法は、例えば図１２に示すように、被測定物１を検出面９に搭載する工程（ステップＳ００２）と、被測定物１により検出面９に作用する力ベクトルを検出する工程（ステップＳ００３）と、検出された力ベクトル及びその時間変化から検出面９に対して平行なＸＹ力ベクトル１３及び重心変位ベクトル１４を演算する工程（ステップＳ００５）と、重心変位ベクトル１４とＸＹ力ベクトル１３の方向が所定の範囲内で一致した場合、被測定物１の動作をすべりとして判定する工程（ステップＳ００８）とを備える。
【００１６】
このように構成すると、変位と力の同時検出が可能となる。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のすべり検出方法において、判定する工程は、重心変位ベクトル１４が検出されたにも拘らず、ＸＹ力ベクトル１３が検出されない場合、被測定物１の動作を転がりとして判定する工程（ステップＳ００８’）を含む。ここにおいて、判定する工程は、すべりとして判定する工程（ステップＳ００８）と転がりとして判定する工程（ステップＳ００８’）のいずれも可能であることを意味する。個別の工程ではすべりあるいは転がりの一方を判定すれば足りるので、検出方法の仕組みとして両者の判定が可能なように構成されていれば良い。このように構成すると、すべりの他に転がりの検出も可能となる。
【００１８】
また、請求項８に記載の発明は、請求項６又は請求項７に記載のすべり検出方法において、力ベクトルを検出する工程は、被測定物１により検出面９に作用する力ベクトルを、同一直線上にない３以上の感圧点に配置された垂直軸力覚センサ３と、Ｘ軸成分を検出可能な感圧点に配置された第１の水平軸力覚センサ３と、Ｙ軸成分を検出可能な感圧点に配置された第２の水平軸力覚センサ３とにより検出する。このように構成すると、重心変位ベクトルとＸＹ力ベクトルとを切り分けて測定できる。
【００１９】
また、請求項９に記載のプログラムは、請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載のすべり検出方法を制御端末６に実行させるための制御端末６読み取り可能なプログラムである。
【００２０】
また、請求項１０に記載の記録媒体は、請求項９に記載のプログラムを記録した記録媒体である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、変位と力の同時検出ができるすべり検出システムを提供できる。また、マット上に力覚センサを設ける必要がなく、介護ベッドに適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１に本発明の実施の形態によるすべり検出システム１００の構成例を示す。図において、１は検出対象の物体（被測定物）、２は物体１の滑りや転がりを検出する検出プレート、３は検出プレート２の４隅に配置された３軸方向の力を検出する力覚センサ、４は各力覚センサ３の検出信号を増幅する増幅器、５は増幅器４及び各力覚センサ３用の電源、６は増幅器４で増幅された検出信号を受信し、すべり検出システムを制御して、物体１から検出プレート２に作用する力のＸＹＺ方向成分及び位置を求め、また、これらの時間的変化から、物体１の移動と作用する力を分析し、作用する力が滑りであるか、転がりであるかを判定する制御端末、７は制御端末が分析した結果を出力する出力手段としてのディスプレイ、８は制御端末が分析した結果を記録する記録手段である。
【００２４】
検出プレート２は、被測定物１を搭載する検出面９と力覚センサ３とを有し、被測定物１により検出面に作用する力ベクトルを検出する検出手段として機能する。また、制御端末６は、検出プレート２で検出された力ベクトル及びその時間変化からＸＹ力ベクトル及び重心変位ベクトルを演算する演算手段１０と、重心変位ベクトルと前記ＸＹ力ベクトルの向きが所定の範囲内で一致した場合、被測定物１の動作をすべりとして判定し、重心変位ベクトルが検出されたにも拘らず、ＸＹ力ベクトルが検出されない場合、被測定物１の動作を転がりとして判定する判定手段１１とを有する。
出力手段７としてはディスプレイの他に、プリンタ、ＸＹプロッタ、オシロスコープ等が該当し、これらを複数設けても良い。記録手段８としては磁気ディスク、磁気テープ、ＣＤＲＯＭ、半導体メモリ等の記録媒体が該当する。
【００２５】
次に、すべりの検出原理について説明する。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、摩擦を伴うすべりを検出すべきすべりと定義する。摩擦を伴わないすべりは単なる変位とみなされる。単なる変位には、転がりと摩擦がない又は微小で検出困難なすべり（氷上を氷が滑るような場合）が含まれる。
【００２６】
図２に、すべり検出の基本的な概念を示す。まず、検察プレート２の検出面９に置かれた物体の重心位置１２（図２1参照）と、検出面９に対し水平な方向のＸＹ力ベクトル１３（図２2参照）とを別々に検出する。検出された物体の重心位置１２は物体の移動に伴い変位する。この時、重心位置１２の移動方向と変位量から重心変位ベクトル１４が求められる（図２3，3’参照）。この重心変位ベクトル１４と前述のＸＹ力ベクトル１３の方向が一致した場合、物体が検出面９上を滑ったとして、すべりとみなす（図２3参照）。また、重心変位ベクトル１４が検出されたにも関わらず、ＸＹ力ベクトル１３が検出されない場合、物体が検出面９上を転がったとして、転がりとみなす（図３3’参照）。すべり、転がり以外は、簡素化のため、検出対象外とみなす。
【００２７】
重心位置１２を測定するには、同一直線上にない３以上の感圧点に配置された、検出面９に対し垂直なＺ軸成分を検出する垂直軸力覚センサを必要とする。また、ＸＹ力ベクトル１３を測定するには、検出面９に対し水平なＸＹ軸成分に関して、Ｘ軸成分を検出可能な感圧点に配置された第１の水平軸力覚センサ３と、Ｙ軸成分を検出可能な感圧点に配置された第２の水平軸力覚センサを必要とする。図１の検出プレート２は４隅に３軸力覚センサを有し、４隅には検出面９に作用するＸＹＺ軸方向の力が伝達され、ＸＹＺ軸方向の力を検出可能な感圧点であり、３軸力覚センサは垂直軸力覚センサと水平軸力覚センサの機能を有するので、上記の条件を満たしている。また、重心変位ベクトル１４は重心位置１２の時間変化から求められる。
【００２８】
図３に検出プレート２の例を示す。検出プレート２の上下面２枚のプレート（上面プレート及び下面プレート）として、大きさが各辺１２５［ｍｍ］の正方形で、素材は軽量かつ高強度なジュラルミンを採用した。このうち、上面プレートは検出面９を構成する。検出プレート２の四隅にＸ，Ｙ，Ｚ方向（３軸方向）の力を測定可能な３軸力覚センサ３を配置し、２枚のプレートの４隅にセンサ取り付け穴を切削加工した後、３軸力覚センサ３を２枚のプレートで挟み込むようにネジ止め固定し、上下面２枚のプレートと４個の３軸力覚センサ３からなる検出プレート２を作成した。かかる検出プレート２を用いて、４個の３軸力覚センサ３の３軸方向の力を測定し、これにより、物体の重心位置１２及びＸＹ力ベクトル１３を検出する。
【００２９】
図４に３軸力覚センサ３の例を示す。静電容量型３軸力覚センサの例である。このセンサは、スティック（軸）に加わる力の方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）と強さにより内部の金属ダイヤフラムと固定電極間の静電容量が変化し、この変化を各軸方向成分の信号として検出する。３軸力覚センサ３のスティックと上面プレートとは絶縁のためＯリングを介して接触する。例えば、定格荷重はＸ，Ｙ方向１５［Ｎ］、Ｚ方向１５［Ｎ］であり、重量は１０［ｇ］である。
【００３０】
図５に増幅器４の例を示す。増幅器４は増幅ボードとして構成されている。３軸力覚センサ３からの出力が例えば２０〜３０［ｍＶ］の場合には、信号を増幅する必要があり、オフセット、ゲイン調整機能付き増幅ボードを作製した。
【００３１】
図６に増幅器４の基本的回路の例を示す。計装アンプ用集積回路（ＩＣ）１５には例えば汎用の計装アンプを使用可能である。ここで、ＶＩＮ＋にセンサからの出力を入力し、増幅された値がＶｏより出力される。３軸力覚センサ３からの出力に対し抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１からなるローパスフィルタ１６を通すことにより、ノイズ信号を低減させている。ＲｏおよびＲＧは可変抵抗であり、Ｒｏによりオフセット調整、ＲＧによりゲイン調整を行う。これによりセンサ出力の初期補正を完了する。ゲイン増幅率はＧ＝５＋２００ｋΩ／ＲＧで与えられ、Ｖｏ＝（ＶＩＮ＋−ＶＩＮ−）Ｇの値が出力される。
【００３２】
図７に３軸力覚センサの負荷特性の例を示す。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、Ｚ軸、Ｘ軸、Ｙ軸の負荷特性を示す。Ｚ軸方向への負荷は、センサのスティックの上に質量０．１，  ０．５，  １．０，  １．５［ｋｇ］の重りを乗せ、それぞれ出力電圧［ｍＶ］を測定した。Ｘ軸、Ｙ軸方向への負荷は、スティックに糸を巻き付け、同様な重りを滑車を通して吊し、モーメントを与え、それぞれ出力電圧［ｍＶ］を測定した。なお、センサへの電源電圧は５［Ｖ］であり、出力に対して特に増幅等は行なわず測定した。測定結果より、若干の他軸干渉はあるが、出力信号は、ともに高い線形性を有していることが分かった。
【００３３】
３軸力覚センサ３からの検出信号は、増幅器４を通じて、制御端末６に入力される。制御端末６は通常の市販のパーソナルコンピュータで十分実現可能である。
【００３４】
３軸力覚センサ３からのＸ，Ｙ，Ｚ方向の検出信号を基に物体１の重心位置（Ｘ，Ｙ）、重心変位ベクトル（ΔＸ，ΔＹ）、ＸＹ力ベクトルＦを求めることができる。重心位置（Ｘ，Ｙ）及び重心の変位（ΔＸ，ΔＹ）、変位量ΔＡは（式１）〜（式３）より求められる。ＸＹ力ベクトルＦは４つのセンサからの平均値として、（式４）より求められる。なお、（式１）〜（式４）において、（ｘｉ，ｙｉ）は各センサの位置座標、ｗｚｉ，ｗｘｙｉはそれぞれ各センサからのｚ方向、ｘｙ方向の出力値（力）である（ｉ＝１〜４）。
【００３５】
【数１】
2005342443.tif 000003
【００３６】
重心変位ベクトル（ΔＸ，ΔＹ）の方向はその成分ΔＸ，ΔＹから求められ、ＸＹ力ベクトルＦの方向は、そのｘ成分、ｙ成分から求められる。そして、重心変位ベクトル（ΔＸ，ΔＹ）とＸＹ力ベクトルＦの方向の一致からすべりであるか否かを判定する。
【００３７】
重心変位ベクトル（ΔＸ，ΔＹ）とＸＹ力ベクトルＦの方向をグラフに表示し、重心変位ベクトル（ΔＸ，ΔＹ）とＸＹ力ベクトルＦの方向が一致した場合はすべりと見なし、判定ランプが点灯する仕組みとした。今回は方向の一致に許容範囲をもうけ、両ベクトルのなす角度が０〜２０°であれば同一方向とみなすこととした。また、しきい値も設定し、両ベクトルの大きさが、しきい値より大きい場合にのみ判定ランプを点灯するようにした。これらは、測定される両ベクトルの方向に誤差やばらつきが生じ、完全には一致しないため、また、微少なノイズ信号などによるベクトルの振れは無視し、実際に物体が移動している場合のみを判定対象とするためである。
【００３８】
これらの計算及び判定のプロセスはプログラム化し、制御端末６にインストールして実行可能にした。また、ディスプレイ７への表示画面作成のプロセス及びすべり判定ランプを点灯させるプロセスもプログラム化し、制御端末６に実行可能にした。プログラムで処理された結果は制御端末６の制御によりディスプレイ７に表示される。
【００３９】
図８にディスプレイ７に表示される表示画面の例を示す。この測定画面上では、物体の重心位置（Ｘ，Ｙ）左下側の画面に、重心変位ベクトル（ΔＸ，ΔＹ）及びＸＹ力ベクトルＦは右下側の画面にグラフ表示される。重心変位ベクトル（ΔＸ，ΔＹ）とＸＹ力ベクトルＦの方向が一致した場合、すべり判定ランプ１７が点灯する。さらに各処理における様々な補正機能が付いている。例えば、３軸力覚センサのＸＹ特性を平均化するために、対角線にある２組のセンサのうち、１組を１８０度回転して設置するなどである。
【００４０】
すべり検出システム１００の動作を確認するため、質量０．３［ｋｇ］の円筒状の物体１を検出面９上で転がした場合、及びすべらせた場合について、実験により検証を行った。なお、検出面９上でこの物体１をすべらすのに要する力は５［Ｎ］であった。計測条件として、増幅器４のゲインは全て５０倍に設定し、プログラム上で、Ｘ，Ｙ軸出力をさらに３５倍に増幅した。サンプリング周期は１００［ｋＨｚ］に設定し、連続したサンプリングデータ５つの平均値を代表値として、（式１）〜（式４）を用いて処理することとした。
【００４１】
図９にディスプレイ７に表示された重心変位ベクトル（ΔＸ，ΔＹ）とＸＹ力ベクトルＦの拡大図の例を示す。これらは図８の右下側画面の第１象限を拡大表示したものである。重心変位ベクトル（ΔＸ，ΔＹ）は灰色太線で、ＸＹ力ベクトルＦは黒色太線で示す。図９（ａ）は物体１が検出プレート２上に静止している状態である。図９（ｂ）は図９（ａ）の状態から、物体１を検出プレート２上で転がしている状態である。図９（ｃ）は図９（ａ）の状態から、物体１を検出プレート２上ですべらせている状態である。
【００４２】
図９（ｂ）に示すように、重心変位ベクトル（ΔＸ，ΔＹ）とＸＹ力ベクトルＦの方向が一致した場合、物体が検出面９上を摩擦を生じながら移動したとみなし、すべりとして判定をする。なお、しきい値を円で示す。例えば、図９（ｂ）のグラフにおいて、重心変位ベクトル（ΔＸ，ΔＹ）は一定の方向を示しているにも関わらず、ＸＹ力ベクトルＦは殆ど検出されていない。これは検出面９上を物体１が転がったため、摩擦を殆ど生じることなく物体１が移動したことを示しており、制御端末６は物体１が検出面９上を転がったと判定をする。また、図９（ｃ）のグラフにおいて、重心変位ベクトル（ΔＸ，ΔＹ）及びＸＹ力ベクトルＦはともにＸ軸から４／５［ｒａｄ］の方向を示し、ベクトルの向きが一致しているため、制御端末６は物体１が検出面９上をすべったと判定をする。このように、本システム１００は物体１のすべりや転がりなどの運動状態をリアルタイムに判定することが可能である。
【００４３】
図１０に時間の要素を加えた重心変位ベクトル（ΔＸ，ΔＹ）とＸＹ力ベクトルＦの例を示す。横軸に時間［ｓｅｃ］、縦軸に重心変位ベクトル（ΔＸ，ΔＹ）の方向（□で示す）及びＸＹ力ベクトルＦの方向（×で示す）を角度［ｒａｄ］で示し、Ｚ方向の圧力［Ｎ］（網掛棒グラフで示す）及びＸＹ方向の圧力［Ｎ］（黒色棒グラフで示す）を棒グラフで示す。（イ）は１〜４ｓｅｃの状態を示し、重心変位ベクトル（ΔＸ，ΔＹ）及びＸＹ力ベクトルＦは共にＸ軸から４／５π［ｒａｄ］の方向を示し、ベクトルの方向が一致しているため、制御端末６は物体１が検出面９上をすべったと判定をする。（ロ）は６〜９ｓｅｃの状態を示し、重心変位ベクトル（ΔＸ，ΔＹ）は一定の方向を示しているにも関わらず、ＸＹ力ベクトルＦは殆ど検出されておらず、制御端末６は物体１が検出面９上を転がったと判定をする。
【００４４】
表１は図９（ａ）〜（ｃ）の場合における角度（両ベクトル間の角度）、しきい値（両ベクトルの大きさがしきい値を超えた場合ＯＫ，超えない場合ＮＧ）、判定ランプ１７の状態（すべりのとき点灯、ころがり又は静止のとき消灯）をまとめた表である。図９（ｃ）のすべりの場合のみ判定ランプが点灯している。この実験から、すべりの検出が確認できた。なお、指を検出プレート２上で動かした場合もほぼ同様な結果となり、すべりの検出が行われた。
【００４５】
【表１】
2005342443.tif 000004
【００４６】
図１１に本実施の形態によるすべり検出方法のフロー例を示す。まず、電源５をオンにし、すべり検出システムを起動する（ステップＳ００１）。次いで、物体（被測定物）１を検出プレート２の検出面９に搭載する（ステップＳ００２）と、物体１により検出面に作用するＸＹＺ方向の力ベクトルが各力覚センサ３から検出信号として検出される（ステップＳ００３）。検出信号は増幅器４により増幅されて（ステップＳ００４）、制御端末６に受信される。制御端末６は、演算手段１０において、各力覚センサ３からのＸ，Ｙ，Ｚ信号、すなわち力ベクト及びその時間変化から物体１の重心位置（Ｘ，Ｙ）、重心変位ベクトル（ΔＸ，ΔＹ）、ＸＹ力ベクトルＦを求める（ステップＳ００５）。まず、判定手段１１において、重心変位ベクトルと共にＸＹ力ベクトルが検出されたかを判定する（ステップＳ００６）。重心変位ベクトルが検出されたにも拘らず、ＸＹ力ベクトルが検出されない場合、被測定物の動作を転がりと判定する（ステップＳ００８’）。次に、重心変位ベクトルと共にＸＹ力ベクトルが検出された場合は、判定手段１１において、求めた重心変位ベクトルとＸＹ力ベクトルの方向を比較し（ステップＳ００７）、両ベクトルの方向が所定の範囲（許容範囲）内で一致した場合、被測定物１の動作をすべりと判定する（ステップＳ００８）。また、両ベクトルの方向が一致しなかった場合は、簡素化のため検出対象外と判定する（ステップＳ００８”）。
【００４７】
また、本発明は、上述の検出方法を制御端末に実行させるための制御端末読み取り可能なプログラムとして実現することも可能であり、かかるプログラムを記録する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内蔵のプログラム部に記録されて使用されても良く、外付けの記録装置やＣＤＲＯＭに記録され、プログラム部に読み出されて使用されても良く、またインターネットからプログラム部にダウンロードされて使用されても良い。
【００４８】
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られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施の形態に種々の変更を加えうることは明白である。
【００４９】
例えば、上記実施の形態では、検出プレートの４隅に３軸力覚センサを配置する例を説明したが、垂直軸力覚センサを同一直線上にない３以上の感圧点に配置し、第１及び第２の水平軸力覚センサを含む単数又は複数の水平軸力覚センサをそれぞれの感圧点に配置すれば、力覚センサの種類、個数や配置位置は変更可能である。また、力覚センサの出力について複数のサンプリング値を平均して使用する例を説明したが、サンプリング数は任意に選択でき、また、１点で検出しても良い。また、判定ランプをすべりの判定だけでなく、転がりの判定に適用しても良い。また、検出プレートはジェラルミンに限られず、力ベクトルを力覚センサに伝達できる材料であれば良い。また、増幅器は力覚センサの出力を増幅できるものであれば良く、力覚センサの感度が十分であれば必要ない。また、制御端末は通常の市販のパーソナルコンピュータにプログラムをインストールすることにより、十分実現可能である。また、一致と判断する重心変位ベクトルとＸＹ力ベクトルのなす角度の許容範囲やしきい値も環境により変更可能であり、増幅器の利得などの設計条件も状況に応じて変更可能である。また、すべりの判定と転がりの判定の順序を入れ替えるなど工程の順序を入れ替えても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、介護の現場での人とクッション間のすべりを検出するセンサやロボット用の触覚センサ、布地等の素材評価、ファンデーション等の肌触り評価、ＰＣ端末等への入力デバイス、自動車の制御システムへの応用等に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるすべり検出システムの構成例を示す図である。
【図２】すべり検出の基本的な概念を示す図である。
【図３】検出プレートの例を示す図である。
【図４】３軸力覚センサの例を示す図である。
【図５】増幅器の例を示す図である。
【図６】増幅器の基本的回路の例を示す図である。
【図７】３軸力覚センサの負荷特性の例を示す図である。
【図８】ディスプレイに表示される表示画面の例を示す図である。
【図９】ディスプレイに表示された重心変位ベクトルとＸＹ力ベクトルの拡大図の例である。
【図１０】図９に時間の要素を加えた重心変位ベクトルとＸＹ力ベクトルの例を示す図である。
【図１１】本実施の形態によるすべり検出方法のフロー例を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    物体（被測定物）
２    検出プレート（検出手段）
３    センサ
４    増幅器
５    電源
６    制御端末
７    ディスプレイ
８    記録手段
９    検出面
１０  演算手段
１１  判定手段
１２  物体の重心位置
１３  ＸＹ力ベクトル
１４  重心変位ベクトル
１５  計装アンプ用集積回路
１６  ローパスフィルタ
１７  判定ランプ
１００  すべり検出システム
Ｆ    ＸＹ力ベクトル
（Ｘ，Ｙ）  物体の重心位置
（ΔＸ，ΔＹ）  重心変位ベクトル
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図３】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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