(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の滑りを検出して、滑り検出値を出力する検出手段と、
前記物体の把持力を決定する指令値を設定する指令値設定手段と、
前記滑り検出値に基づいて、前記指令値を制御する変化値を演算するとともに、前記指令値を制御する抑制値を演算する演算手段と
を備える制御装置であって、
前記指令値設定手段は、前記変化値と前記抑制値に基づいて前記指令値の大きさを設定し、
前記変化値は、前記指令値を、前記物体を静止させる値に制御し、
前記抑制値は、前記指令値を、前記物体の静止を維持するための必要な最小限度の値に制御する
制御装置。
【請求項２】
前記指令値設定手段は、前記物体が静止するまで前記変化値に基づいて前記指令値の大きさを設定し、前記物体が静止してから前記変化値と前記抑制値に基づいて前記指令値の大きさを設定する
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記指令値設定手段は、前のタイミングの前記指令値に、前記変化値と前記抑制値を加算して、前記指令値を設定する
請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記変化値は、前記滑り検出値の絶対値と目標滑り検出値の絶対値との差分と、前記把持力の反力の法線方向の成分である法線力との積の成分を含む
請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
前記法線力は、前記物体から受ける圧力値と、前記圧力値を検出するセンサの面積との積和により演算される
請求項４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記抑制値は、前記滑り検出値の絶対値の移動平均値と閾値の絶対値との差分と、前記把持力の反力の法線方向の成分である法線力との積の成分を含む
請求項１に記載の制御装置。
【請求項７】
前記検出手段は、
前記物体からの圧力値を検出する複数のセンサエレメントと、
前記圧力値を用いて、圧力中心位置を演算する圧力中心演算手段と、
前記圧力中心位置の時間的変化を用いて、前記圧力中心位置の移動値を演算する圧力中心移動演算手段と、
前記圧力中心位置の移動値に基づいて、前記滑り検出値を演算する滑り検出値演算手段と
を備える請求項１に記載の制御装置。
【請求項８】
前記検出手段は、
前記物体からの圧力値を検出する複数のセンサエレメントと、
前記圧力値を用いて、圧力中心位置を演算する圧力中心演算手段と、
前記圧力中心位置の時間的変化を用いて、前記圧力中心位置の速度を演算する圧力中心速度演算手段と、
前記圧力中心位置の速度に基づいて、前記滑り検出値を演算する滑り検出値演算手段と
を備える請求項１に記載の制御装置。
【請求項９】
物体の把持を制御する制御装置の制御方法において、
検出手段が、前記物体の滑りを検出して、滑り検出値を出力し、
演算手段が、前記滑り検出値に基づいて、前記物体の把持力を決定する指令値を前記物体を静止させる値に制御する変化値を演算するとともに、前記指令値を前記物体の静止を維持するための必要な最小限度の値に制御する抑制値を演算し、
指令値設定手段が、前記変化値と前記抑制値に基づいて前記指令値の大きさを設定する
制御方法。
【請求項１０】
物体の把持を制御するプログラムにおいて、
前記物体の滑りを検出して、滑り検出値を出力し、
前記滑り検出値に基づいて、前記物体の把持力を決定する指令値を前記物体を静止させる値に制御する変化値を演算するとともに、前記指令値を前記物体の静止を維持するための必要な最小限度の値に制御する抑制値を演算し、
前記変化値と前記抑制値に基づいて前記指令値の大きさを設定する
処理をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のプログラムが記録されている記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御装置および方法、プログラム並びに記録媒体に関し、特に、対象物を滑らせずに、最小の把持力で把持できるように制御する制御装置および方法、プログラム並びに記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、人間型のロボットが盛んに研究されている。このロボットは、人間のように２足歩行を行い、ロボットハンドで物体を把持する。
【０００３】
ロボットハンドで物体を把持する場合、触覚センサにより滑りを検出し、把持対象の物体の滑りが検出されたとき、ロボットハンドの各指の把持力を所定量増加し、滑りを防止するように制御することが提案されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１８９４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記方法は、滑りを防止するために力を増加させるものであるため、物体を必要最小限度の力で把持するように制御することが困難である。その結果、無駄にエネルギが消費され、バッテリが早く消耗してしまう。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、物体を必要最小限度の力で把持することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の側面は、物体の滑りを検出して、滑り検出値を出力する検出手段と、前記物体の把持力を決定する指令値を設定する指令値設定手段と、前記滑り検出値に基づいて、前記指令値を制御する変化値を演算するとともに、前記指令値を制御する抑制値を演算する演算手段とを備える制御装置であって、前記指令値設定手段は、前記変化値と前記抑制値に基づいて前記指令値の大きさを設定し、前記変化値は、前記指令値を、前記物体を静止させる値に制御し、前記抑制値は、前記指令値を、前記物体の静止を維持するための必要な最小限度の値に制御する制御装置である。
【０００８】
前記指令値設定手段は、前記物体が静止するまで前記変化値に基づいて前記指令値の大きさを設定し、前記物体が静止してから前記変化値と前記抑制値に基づいて前記指令値の大きさを設定することができる。
【０００９】
前記指令値設定手段は、前のタイミングの前記指令値に、前記変化値と前記抑制値を加算して、前記指令値を設定することができる。
【００１０】
前記変化値は、前記滑り検出値の絶対値と前記目標滑り検出値の絶対値との差分と、前記把持力の反力の法線方向の成分である法線力との積の成分を含むことができる。
【００１１】
前記法線力は、前記物体から受ける圧力値と、前記圧力値を検出するセンサの面積との積和により演算されることができる。
【００１２】
前記抑制値は、前記滑り検出値の絶対値の移動平均値と閾値の絶対値との差分と、前記把持力の反力の法線方向の成分である法線力との積の成分を含むことができる。
【００１３】
前記検出手段は、前記物体からの圧力値を検出する複数のセンサエレメントと、前記圧力値を用いて、圧力中心位置を演算する圧力中心演算手段と、前記圧力中心位置の時間的変化を用いて、前記圧力中心位置の移動値を演算する圧力中心移動演算手段と、前記圧力中心位置の移動値に基づいて、前記滑り検出値を演算する滑り検出値演算手段とを備えることができる。
【００１４】
前記検出手段は、前記物体からの圧力値を検出する複数のセンサエレメントと、前記圧力値を用いて、圧力中心位置を演算する圧力中心演算手段と、前記圧力中心位置の時間的変化を用いて、前記圧力中心位置の速度を演算する圧力中心速度演算手段と、前記圧力中心位置の速度に基づいて、前記滑り検出値を演算する滑り検出値演算手段とを備えることができる。
【００１５】
本発明の側面は、物体の把持を制御する制御装置の制御方法において、検出手段が、前記物体の滑りを検出して、滑り検出値を出力し、演算手段が、前記滑り検出値に基づいて、前記物体の把持力を決定する指令値を前記物体を静止させる値に制御する変化値を演算するとともに、前記指令値を前記物体の静止を維持するための必要な最小限度の値に制御する抑制値を演算し、指令値設定手段が、前記変化値と前記抑制値に基づいて前記指令値の大きさを設定する制御方法である。
【００１６】
本発明の側面は、物体の把持を制御するプログラムにおいて、前記物体の滑りを検出して、滑り検出値を出力し、前記滑り検出値に基づいて、前記物体の把持力を決定する指令値を前記物体を静止させる値に制御する変化値を演算するとともに、前記指令値を前記物体の静止を維持するための必要な最小限度の値に制御する抑制値を演算し、前記変化値と前記抑制値に基づいて前記指令値の大きさを設定する処理をコンピュータに実行させるプログラムである。
【００１７】
本発明の側面は、上記プログラムが記録されている記録媒体である。
【００１８】
本発明の側面においては、物体の滑りが検出されて、滑り検出値が出力され、滑り検出値に基づいて、物体の把持力を決定する指令値を物体を静止させる値に制御する変化値が演算されるとともに、指令値を物体の静止を維持するための必要な最小限度の値に制御する抑制値が演算され、変化値と抑制値に基づいて指令値の大きさが設定される。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明の側面によれば、物体を滑らせずに、必要最小限度の把持力で把持するよう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】
【００２６】
以下、図を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
図１は、本発明を適用したロボットハンドマニピュレータの外観の構成例を表している。
【００２８】
図１Ａは、本発明を適用したロボットハンドマニピュレータの外観の構成を表している。ロボットハンドマニピュレータ１８は、肩関節部１１、上腕部１２、肘関節部１３、前腕部１４、手首部１５、および手部１６などからなるロボットハンド１と、ロボットハンド１の肩関節部１１を介して、ロボットハンド１を支持する支持部２で構成されている。
【００２９】
ロボットハンド１の上腕部１２および前腕部１４の内側には、それぞれセンサ２１−１および２１−２が設けられている。また、図１Ｂに拡大して示すように、ロボットハンド１の手部１６を構成する掌には、センサ２１−３および２１−４が設けられており、手部１６を構成する親指の指掌面における第１関節より上にはセンサ２１−５、第１関節と第２関節の間にはセンサ２１−６が、それぞれ設けられており、人指し指の指掌面における第１関節より上にはセンサ２１−７、第１関節と第２関節の間にはセンサ２１−８、第２関節と第３関節の間にはセンサ２１−９が、それぞれ設けられている。
【００３０】
さらに、中指の指掌面における第１関節より上にはセンサ２１−１０、第１関節と第２関節の間にはセンサ２１−１１、第２関節と第３関節の間にはセンサ２１−１２が、それぞれ設けられており、薬指の指掌面における第１関節より上にはセンサ２１−１３、第１関節と第２関節の間にはセンサ２１−１４、第２関節と第３関節の間にはセンサ２１−１５が、それぞれ設けられており、小指の指掌面における第１関節より上にはセンサ２１−１６、第１関節と第２関節の間にはセンサ２１−１７、第２関節と第３関節の間にはセンサ２１−１８が、それぞれ設けられている。
【００３１】
なお、センサ２１−１乃至２１−１８を特に区別する必要がない場合、以下、単にセンサ２１と称する。
【００３２】
ロボットハンドマニピュレータ１８は、ロボットハンド１の肩関節部１１、肘関節部１３、手首部１５や、手部１６の指関節部などの各関節部（以下、必要に応じて、これらをまとめて関節部１０とも称する）に内蔵されるアクチュエータ１０２−１乃至１０２−ｎ（後述する図６参照）を動作させて、図１に示されるペン１７などの任意の物体に、手部１６などの各センサ２１を接触させる。
【００３３】
ロボットハンド１に設けられた各センサ２１は、そのセンサ面に垂直な法線力（把持力の反力の法線方向成分）のみを検出する静電容量型圧力センサで構成され、その表面に、人間の皮膚のような柔らかさを有する粘弾性体を有している。この粘弾性体は、外部から受ける力とその形によって様々な形状に変化し、それによって内部のセンサ２１に対して圧力が拡散される。センサ２１は、粘弾性体に物体が接触した際に、その拡散された圧力値（以下、分布圧力値とも称する）を検出し、検出した分布圧力値に基づいて、ロボットハンド１による物体の把持、操りなどの複雑な制御を行うために必要な把持情報である、把持物体と指先間の滑りを検出する。
【００３４】
ここで、本実施の形態の把持、操りにおける滑りとは、次のように定義される。
【００３５】
一般的には、指と対象物の間の相対運動を滑りと呼ぶ。この相対運動には大きく分けて、並進運動と回転運動の２つがあり、前者の並進運動は、把持接触点における把持力（法線力）と直交する方向（せん断方向または接線方向）への運動であり、後者の回転運動は、接触を保ちながら回転移動する転がり運動と、把持接触点の法線軸まわりの回転運動である。並進運動の滑りと回転運動の滑りを、それぞれ、並進滑り、回転滑りと呼んで区別するが、これらは、同時に組み合わさって発生することが多い。
【００３６】
また一方で、把持の安定性やロバスト性などを考慮すると、指先は柔軟な構造とすることが望ましい。この柔軟な指先で対象物を把持している際に対象物へのせん断力を加えていくと、接触領域の外周部から徐々に相対運動が生じて、まだ滑りが生じていない中心付近の固着領域と、すでに滑りが生じているその外周の滑り領域とが混在する初期局所滑りが発生する。さらに、せん断力を加えていくと、ある点を境にして、動摩擦係数に支配される運動状態である完全な相対運動（狭義の滑り）に至る。この滑り出しに相当する初期局所滑り時には、振動が発生するため、その観測が可能である。さらに、初期局所滑りに至る前の段階において、指先と対象物の接触領域は略不変であるものの、柔軟素材が変形してずれが発生する状態も存在する。
【００３７】
把持や操りを実行する場合において、指と対象物の間の完全な相対運動（狭義の滑り）のみを基に制御していたのでは制御の遅れにより、運動をうまく実現できないことが多い。したがって、狭義の滑りを予知し、未然に防ぐことが重要であると考え、上記の初期局所滑りおよびずれも含めたものまでを広義の滑りと呼ぶことにする。本実施の形態の把持や操りにおける滑りとは、この広義の滑りをいう。図１のセンサ２１は、この広義の滑りを検出する。
【００３８】
ロボットハンドマニピュレータ１８は、この滑りに基づき、ロボットハンド１の所定の関節部１０に内蔵されるアクチュエータ（後述する図６のアクチュエータ１０２）を制御して、積極的に滑りを防止し、必要以上の力を抜くことで、例えば図１に示されるペン１７など長い棒状の物体の把持動作を自然に行わせることができる。
【００３９】
以上のように、ロボットハンドマニピュレータ１８は、多種多様な大きさや形状、表面状態、重量などの任意物体を器用に把持して操ることができる。
【００４０】
図２は、センサ２１の外観の構成例を示す斜視図である。
【００４１】
センサ２１は、大きく分けて、物体や人の指などが触れる入力部３１、変形する材料で構成される入力部３１を支える固定部３２、および電源を入力し、センサ２１の検出結果などを、例えば、ロボットハンドマニピュレータ１８のメイン制御部１０１（後述する図６参照）などに出力する外部接続部３３により構成されている。
【００４２】
図２の実施の形態においては、入力部３１は、入力面３１ａが四角形である四角柱型で形成されている。なお、以下、特に言及しない場合、この入力面３１ａと平行な面を、ｘｙｚ座標系のｘｙ平面とし、入力面３１ａに垂直な方向をｚ軸方向として説明する。
【００４３】
図３は、図２のセンサ２１の内部の構成を示している。図３Ａは、センサ２１を真上から見た上面図であり、図３Bは、センサ２１の側断面図である。なお、図３Ａにおいては、内部構成がわかるように、入力部３１および変形部４１が段階的に破断された状態で示されている。
【００４４】
入力部３１は、大きく分けて、変形部４１および圧力検出部４２により構成される。すなわち、入力部３１は、上層の変形部４１と下層の圧力検出部４２からなる多層構造となっている。
【００４５】
変形部４１は、例えば、シリコンゲル材料のような粘弾性特性を有する粘弾性体で構成されており、外部からの荷重により容易に変形が可能である。圧力検出部４２は、例えば、抵抗変化や静電容量変化などの検出原理を利用して、圧力を検出する静電容量型圧力センサなどで構成されている。
【００４６】
この変形部４１の変形によって応力緩和や応力分散が生じ、内部の圧力検出部４２に対して圧力が拡散されるので、粘弾性体の変形による補間特性に基づき、圧力検出部４２は、静電容量型圧力センサの空間分解能以上のセンシング性能を得ることができ、圧力中心をロバストに求めることができる。そして、この圧力中心を滑りのセンシングに用いることで、滑りにより滑り方向や滑り速度に相当する量が取得できるので、物体把持の制御やロボットハンドの指先で物を滑らせながら扱うような操り制御を行うことができる。
【００４７】
粘弾性材料には、耐熱、耐寒、しゅう動、耐摩擦性の高いシリコンゲルが適しているが、他の材料を用いることもできる。また、変形部４１と圧力検出部４２との境界は接着や一体成形により固着されており、拘束面になっている。そのため、ゴム材料と同等の非圧縮性による現象、すなわち、圧力が加えられると側面や上面の一部が膨らむが体積は変化しない、いわゆるバルジング現象を起こすこととなる。その形は、荷重値や入力面形状により様々な特徴をあらわすことが、発明者による実験の結果、判っている。
【００４８】
入力部３１の変形部４１を柔軟な素材で構成することで、人間に接した場合においても、人間に不快感を与えることが少なく、また人間に対する安全性も向上し、人間とより親和性の高い物理インタラクションの実現が可能になる。
【００４９】
図４は、変形部４１に用いられる粘弾性材料の圧縮および引張特性の例を示している。
【００５０】
図４の縦軸は、粘弾性材料に働く荷重（外力）に抵抗して生じる応力［MPa］を表しており、横軸は、材料に荷重が働くことで現れる変形の、元の状態に対する度合いであるひずみ（歪）を表している。
【００５１】
ひずみが０％である位置（すなわち、ひずみが生じていない位置）が粘弾性材料に外力が働いてない状態であり、ひずみが０％である位置から圧縮の荷重が加わると、ひずみは、−８０％辺りまでしか変化せず、生じる応力は、ひずみが−５０％辺りまで、マイナス方向（図中下方向）に少しずつ増加し、ひずみが−６０％を超えた辺りから−８０％辺りまでは、急激に増加する。
【００５２】
一方、ひずみが０％の位置から引張の荷重が加わると、ひずみは、４００％辺りまで変化し、生じる応力は、ひずみが４００％辺りまで、プラス方向（図中上方向）に、圧縮の場合の応力の増加に比してなだらかに増加する。
【００５３】
図５は、図３の圧力検出部４２の一実施の形態としての静電容量型圧力センサの構成を示す図である。
【００５４】
圧力検出部４２は、例えば、フレキシブル基板５１上にマトリクス状に配置された複数の圧力検出素子（以下、センサエレメントとも称する）５２により構成される。この圧力検出部４２を構成するセンサは、分布型圧力センサとも呼ばれる。なお、図５の実施の形態においては、説明の便宜上、１つのセンサエレメントにしか符号が付されていない。
【００５５】
図５の実施の形態の場合、圧力検出部４２は、図５の右側から見て、縦21列×横8行の168個のセンサエレメント５２により構成されており、センサエレメント５２の各列および各行からは、それぞれ、引き出し線が信号処理部５３に入力されている。これらの各センサエレメント５２により検出された分布圧力値は、この引き出し線を介して、信号処理部５３に入力され、信号処理部５３により所定の信号処理が行われる。そして、センサ２１の外部には、この信号処理の結果が外部接続部３３(図３)を介して出力される。
【００５６】
これらのセンサエレメント５２および信号処理部５３が配置されたフレキシブル基板５１の上に、粘弾性材料からなる変形部４１が配置されて、センサ２１が構成される。
【００５７】
次に、図６は、図１のロボットハンドマニピュレータ１８の電気的な構成例を示している。
【００５８】
図６の実施の形態において、ロボットハンドマニピュレータ１８は、センサ２１−１，２１−２，・・・，２１−１８、メイン制御部１０１、並びにアクチュエータ１０２−１，１０２−２，・・・，１０２−ｎ（以下、これらを特に区別する必要がない場合、単にアクチュエータ１０２と称する）により構成されている。また、これらのセンサ２１、メイン制御部１０１、並びにアクチュエータ１０２は制御装置８１を構成している。
【００５９】
図１に示したように、所定の関節部１０に対応する所定の位置に配置されているセンサ２１の圧力検出部４２は、図５に示したように、センサエレメント５２および信号処理部５３を含んで構成されている。
【００６０】
センサエレメント５２は、静電容量変化を検出原理として検出した分布圧力値を、信号処理部５３に出力する。なお、分布圧力値の検出原理は、静電容量変化以外であってもよい。例えば、抵抗値変化とすることもできるし、分布圧力値がとれるのであれば、感圧ゴムを並べただけのセンサであってもよい。
【００６１】
信号処理部５３は、センサエレメント５２からの分布圧力値を用いて、後述する所定の信号処理を行うことで、把持する物体と指先間の滑りを検出し、検出した滑りの情報を、メイン制御部１０１にリアルタイムに出力する。
【００６２】
メイン制御部１０１は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)やメモリ等を内蔵しており、ＣＰＵにおいて、メモリに記憶された制御プログラムが実行されることにより、各種の処理を行う。
【００６３】
すなわち、メイン制御部１０１は、各センサ２１により検出された把持物体と指先間の滑りの情報を受け、その情報に基づき、センサ２１自体の柔らかさおよび表面の摩擦によるグリップ性などを利用して、アクチュエータ１０２のうちの必要なものを制御して、所定の関節部１０を駆動させて、ロボットハンド１に、物体を把持させて、移動や運搬などを行わせる。
【００６４】
メイン制御部１０１はまた、ロボットハンド１に物体を把持させて、移動や運搬などを行わせる際、各センサ２１からの把持物体と指先間の滑りの情報に基づき、アクチュエータ１０２のうちの必要なものを制御して、所定の関節部１０を駆動させて、積極的に、関節部１０の把持力を緩め、最小限度の力で把持を行い、ロボットハンド１に、よりエネルギ消費を抑えて物体の移動や運搬などを行わせる。
【００６５】
なお以下において、このように積極的に、関節部１０の把持力を緩め最小限度の力で把持を行い、ロボットハンド１を制御する処理を、把持力抑制制御処理と称する。
【００６６】
各アクチュエータ１０２は、それぞれ、ロボットハンド１の所定の関節部１０（すなわち、肩関節部１１、肘関節部１３、手首部１５、手部１６の各指）に内蔵されており、メイン制御部１０１からの駆動信号に従って所定の関節部１０を駆動させる。これにより、所定の関節部１０は、所定の自由度を持って回転することができる。
【００６７】
図７は、センサ２１の信号処理部５３の一実施の形態の機能的構成を示している。信号処理部５３は、接触検出部１２１、圧力中心演算部１２２、圧力中心移動演算部１２３、および滑り検出部１２４により構成されている。センサエレメント５２からの分布圧力値の情報は、接触検出部１２１および圧力中心演算部１２２に入力される。
【００６８】
接触検出部１２１は、各センサエレメント５２からの分布圧力値を用いて、各センサエレメント５２における接触検出を行い、センサ２１（変形部４１）への物体の接触検出が行われたセンサエレメント５２の情報を、圧力中心演算部１２２に出力する。
【００６９】
圧力値を用いて、圧力中心位置を演算する圧力中心演算手段としての圧力中心演算部１２２は、センサエレメント５２からの分布圧力値を用いて、圧力中心位置を演算するか、または接触検出部１２１により接触検出が行われたセンサエレメント５２の分布圧力値を用いて、圧力中心位置を演算する。センサエレメント５２からの分布圧力値が直接用いられる場合には、接触検出部１２１は不要となる。逆に、接触検出部１２１により接触検出が行われたセンサエレメント５２の分布圧力値が用いられる場合には、センサエレメント５２からの分布圧力値を圧力中心演算部１２２に供給する必要はない。
【００７０】
圧力中心位置の時間的変化を用いて、圧力中心位置の移動値を演算する圧力中心移動演算手段としての圧力中心移動演算部１２３は、圧力中心演算部１２２からの圧力中心位置を時系列に蓄積する。圧力中心移動演算部１２３は、例えば、その蓄積された圧力中心位置の移動平均値の差分、または、圧力中心位置の差分を求め、求められた差分を、圧力中心移動演算値として、滑り検出部１２４に出力する。
【００７１】
圧力中心位置の移動値に基づいて、滑り検出値を演算する滑り検出値演算手段としての滑り検出部１２４は、圧力中心移動演算部１２３からの演算結果を用いて、圧力中心移動検出演算を行い、その圧力中心移動検出演算の演算結果を所定の閾値（以下、判定用閾値と称する）と比較して滑りを検出するか、または、圧力中心移動演算部１２３からの圧力中心移動演算値を直接判定閾値と比較して、滑りを検出する。
【００７２】
次に、図８のフローチャートを参照して、滑り検出処理について説明する。例えば、圧力検出部４２が、水平方向（ｘ）にm個（ｘ＝０，１，２，・・・，ｍ−１）、垂直方向（ｙ）にｎ個(ｙ＝０，１，２，・・・，ｎ−１)のm×n個（図４の実施の形態の場合は、図の縦方向を水平方向とみて、ｍ=２１，n=８）のセンサエレメント５２からなる静電容量型圧力センサで構成されているとする。
【００７３】
ステップＳ３１において、接触検出部１２１は、各センサエレメント５２からの分布圧力値を用いて、接触検出を行い、センサ２１（変形部４１）への物体の接触検出が行われたセンサエレメント５２の情報を、圧力中心演算部１２２に出力する。
【００７４】
例えば、圧力検出部４２が、水平方向（ｘ）にｍ個（ｘ＝０，１，２，・・・，ｍ−１）、垂直方向（ｙ）にｎ個（ｙ＝０，１，２，・・・，ｎ−１）のｍ×ｎ個（図５の実施の形態の場合は、図の縦を水平方向とみて、ｍ＝２１，ｎ＝８）のセンサエレメント５２で構成されているとすると、接触検出部１２１は、それぞれのセンサエレメント５２の出力（すなわち、圧力値）Ｐ（ｘ，ｙ）がある閾値ｔｈ（ｘ，ｙ）を超えた場合、すなわち、次の式（１）を満たした場合、そのセンサエレメント５２が、入力部３１（変形部４１）への物体の接触を検出したとする。なお閾値ｔｈ（ｘ，ｙ）は、全てのセンサエレメント５２に対して同じ値であってもよい。
【００７５】
【数１】
0005187552.tif 000002
【００７６】
また、接触検出部１２１は、それぞれのセンサエレメント５２の圧力値Ｐ（ｘ，ｙ）の総和がある閾値thを超えた場合、すなわち、次の式（２）を満たしたとき、それらのセンサエレメント５２が接触を検出したとしてもよい。
【００７７】
【数２】
0005187552.tif 000003
【００７８】
次式で表されるように、接触検出部１２１は、接触が検出された場合（センサエレメント５２の圧力値Ｐ（ｘ，ｙ）が閾値th(ｘ，ｙ)より大きい場合）、センサエレメント５２の圧力値Ｐ（ｘ，ｙ）をそのまま検出された圧力値Ｐｃ（ｘ，ｙ）として出力するが、接触が検出されなかった場合（センサエレメント５２の圧力値Ｐ（ｘ，ｙ）が閾値th(ｘ，ｙ)以下である場合）、検出された圧力値Ｐｃ（ｘ，ｙ）を０とする。
【００７９】
【数３】
0005187552.tif 000004
【００８０】
ステップＳ３２において、圧力中心演算部１２２は、接触検出部１２１からの分布圧力値を用いて、圧力中心位置を求める。あるいはまた、センサエレメント５２からの分布圧力値を用いて、圧力中心位置が求められる。それぞれのセンサエレメント５２により検出される圧力値をＰｃ（ｘ，ｙ）として、各センサエレメント５２の単位面積をＳ（ｘ，ｙ)とすると、圧力中心位置ＣＯＰｘ，ＣＯＰｙは、次の式（４）で求められる。ＣＯＰｘ，ＣＯＰｙは、それぞれ圧力中心位置のｘ座標とｙ座標を表している。
【００８１】
【数４】
0005187552.tif 000005
【００８２】
すなわち、式（４）の右辺の分母は法線方向にかかる力の総和であり、右辺の分子は、トルクの総和であるので、式（４）によれば、トルクがかかっている位置の代表点としての圧力中心位置が求められる。
【００８３】
なお、図５の例の場合のように、各センサエレメント５２の単位面積Ｓ（ｘ，ｙ）が全て同じ場合、圧力中心位置ＣＯＰｘ，ＣＯＰｙは、簡易的に、次の式（５）で求められる。
【００８４】
【数５】
0005187552.tif 000006
【００８５】
式（４）および式（５）は、接触検出部１２１を用いる場合の式である。接触検出部１２１を省略し、圧力中心演算部１２２がセンサエレメント５２が出力する圧力値Ｐ（ｘ，ｙ）を直接用いて圧力中心位置ＣＯＰｘ，ＣＯＰｙを求める場合には、式（４）および式（５）において、センサエレメント５２の圧力値Ｐ（ｘ，ｙ）がそのまま圧力値Ｐｃ（ｘ，ｙ）として用いられる。
【００８６】
また、図５の実施の形態の場合、センサエレメント５２を水平方向および垂直方向にそれぞれ配置しているが、センサエレメント５２は、水平方向だけや垂直方向だけに配置した場合にも同様な処理を行うことができる。センサエレメント５２を水平方向だけに配置した場合は、ｎ＝０の場合であり、圧力中心位置ＣＯＰｘの結果のみが用いられる。また、センサエレメント５２を垂直方向だけに配置した場合は、ｍ＝０の場合であり、圧力中心位置ＣＯＰｙの結果のみが用いられる。
【００８７】
以上のようにして求められる圧力中心位置ＣＯＰｘ，ＣＯＰｙは、圧力値に応じて０≦ＣＯＰｘ≦ｍ−１,０≦ＣＯＰｙ≦ｎ−１の値しかとらない。したがって、圧力中心位置ＣＯＰｘ，ＣＯＰｙを圧力中心移動演算部１２３に渡すことにより、接触位置検出の検出結果が、圧力中心移動演算部１２３において利用可能になる。
【００８８】
ステップＳ３３において、圧力中心移動演算部１２３は、圧力中心演算部１２２からの圧力中心位置を時系列に蓄積し、圧力中心移動演算を行う。すなわち、圧力中心移動演算部１２３は、例えば、その蓄積された圧力中心位置の移動平均値の差分、または、圧力中心位置の差分を求め、求められた差分を、圧力中心移動演算値として、滑り検出部１２４に出力する。
【００８９】
例えば、圧力中心位置の時系列情報を、それぞれ、ＣＯＰｘ(t)およびＣＯＰｙ(t)とする。圧力中心移動演算部１２３は、微小な変動分を吸収するため、ＣＯＰｘ(t)およびＣＯＰｙ(t)に対して、ローパスフィルタの処理、または移動平均処理を行う。ここで、演算がより簡単な移動平均処理を用いた場合について説明する。なお、変動（ノイズ）が少ない場合には、ローパスフィルタ処理や移動平均処理を行わなくてもよい。
【００９０】
移動平均をとるサンプリングの数をＭとすると、移動平均ＣＯＰｘMA（ｔ）およびＣＯＰｙMA（ｔ）は、時系列で蓄積されたＣＯＰｘ（ｔ）およびＣＯＰｙ（ｔ）を用いて、次の式（６）で表される。
【００９１】
【数６】
0005187552.tif 000007
【００９２】
圧力中心移動演算部１２３は、求められた移動平均ＣＯＰｘMA（ｔ）およびＣＯＰｙMA（ｔ）も時系列で蓄積する。圧力中心移動演算部１２３は、蓄積された移動平均値を用いて、圧力中心移動演算値Ｄｘ（ｔ，ｉ）およびＤｙ（ｔ，ｉ）を次の式（７）のようにして求める。
【００９３】
【数７】
0005187552.tif 000008
【００９４】
式（７）においては、ｉはサンプリング時刻（タイミング）を表わし、例えば、時刻ｔの移動平均値と、時刻ｔ−１、時刻ｔ−２、および時刻ｔ−３などとの移動平均値との差分が求められる。すなわち、複数回の時間の変化が求められる。この移動平均値の差分である圧力中心移動演算値Ｄｘ（ｔ，ｉ）およびＤｙ（ｔ，ｉ）は、滑り検出部１２４に出力される。
【００９５】
ステップＳ３４において、滑り検出部１２４は滑りを検出する。滑り検出部１２４は、例えば、圧力中心移動演算部１２３からの演算結果（すなわち、圧力中心移動演算値Ｄｘ（ｔ，ｉ）およびＤｙ（ｔ，ｉ））を用いて、圧力中心移動検出演算を行い、その圧力中心移動検出演算の演算結果を判定用閾値と比較して滑りを検出するか、または、圧力中心移動演算部１２３からの圧力中心移動演算値Ｄｘ（ｔ，ｉ）およびＤｙ（ｔ，ｉ）をそのまま判定閾値と比較して、滑りを検出する。
【００９６】
圧力中心移動検出演算を行う場合、滑り検出部１２４は、圧力中心移動演算値Ｄｘ（ｔ，ｉ）およびＤｙ（ｔ，ｉ）に、その大きさに応じた係数を乗算することで圧力中心移動検出演算を行う。
【００９７】
すなわち、滑り検出部１２４は、圧力中心移動演算部１２３からの圧力中心移動演算値Ｄｘ（ｔ，ｉ）およびＤｙ（ｔ，ｉ）を用いて、式（８）を演算し、移動検出係数Ｋｘ（ｉ）およびＫｙ（ｉ）を求める。
【００９８】
【数８】
0005187552.tif 000009
【００９９】
thresholdは一定値であり、Ｃｓ，Ｃｌは、０＜Ｃｓ＜Ｃｌの定数である。例えば、Ｃｓ＝１、Ｃｌ＝２とされる。したがって、threshold・iは、iが大きくなると大きくなる値である。すなわち、移動検出係数Ｋｘ（ｉ）およびＫｙ（ｉ）は、圧力中心移動演算値Ｄｘ（ｔ，ｉ）およびＤｙ（ｔ，ｉ）の大きさに応じて求められる係数、さらに具体的には、圧力中心移動演算値Ｄｘ（ｔ，ｉ）およびＤｙ（ｔ，ｉ）の大きさと、時間に応じて大きくなる値（threshold・i）との比較結果に応じて求められる係数である。なお、thresholdは可変の値であってもよい。
【０１００】
そして、滑り検出部１２４は、式（７）および式（８）により求められた値を用いて、式（９）に従って、圧力中心移動検出演算を行う。
【０１０１】
【数９】
0005187552.tif 000010
【０１０２】
さらに、滑り検出部１２４は、式（９）により求めた値を用いて滑り検出演算を行う。この滑り検出演算の演算式は、式（１０）で表される。
【０１０３】
【数１０】
0005187552.tif 000011
【０１０４】
式（１０）により求められる滑り検出値ＳｄｘおよびＳｄｙは、滑り量が増大するとその量が増加し、方向成分（ｘ座標成分とｙ座標成分の割合）がほぼ保存される性質を有する量である。そして、滑り検出部１２４は、この滑り検出値ＳｄｘおよびＳｄｙが、判定用閾値を超えたと判定したときに、滑りを検出する。
【０１０５】
なお、式（１０）におけるサンプリング総数Ｎの値を大きくし、式（８）におけるthresholdを小さくすることで、非常にゆっくりと滑る場合の滑りも検出することができるようになり、サンプリング総数Ｎの値を小さくし、thresholdを大きくすることで、高速に滑った場合の滑りのみを検出することができる。したがって、滑り検出部１２４においては、複数のサンプリング総数Ｎ（例えば、サンプリング総数Ｎ1とサンプリング総数Ｎ2）に対して、また複数のthreshold（例えば、threshold1とthreshold2）に対して演算を行うことで、複数の種類の滑り検出値ＳｄｘおよびＳｄｙを取得することができ、それを、検出目的に応じて使い分けることができる。
【０１０６】
以上のようにして、滑り検出部１２４により検出された滑りと滑りの方向（検出値Ｓｄｘ（ｔ）とＳｄｙ（ｔ）を、それぞれｘ方向とｙ方向のベクトル成分とする滑りの方向）は、滑りの情報として、メイン制御部１０１にリアルタイムに出力される。
【０１０７】
なお、上述した図８のステップＳ３３において求められる圧力中心移動演算値Ｄｘ（ｔ，ｉ）およびＤｙ（ｔ，ｉ）は、式（７）に限らず、例えば、変動が少ない場合には、時系列で蓄積されたＣＯＰｘ(t)およびＣＯＰｙ(t)を用いて、次の式（１１）で求めることも可能である。
【０１０８】
【数１１】
0005187552.tif 000012
【０１０９】
さらに、上述した図８のステップＳ３４において求められる滑り検出値ＳｄｘおよびＳｄｙは、式（１０）に限らず、次のようにして求めることも可能である。
【０１１０】
例えば、極めて変動が少ない場合、滑り検出値ＳｄｘおよびＳｄｙは、それぞれ、圧力中心移動演算値Ｄｘ（ｔ，ｉ）およびＤｙ（ｔ，ｉ）のiを１として演算される。すなわち、滑り検出値ＳｄｘおよびＳｄｙは、次の式（１２）で表される。
【０１１１】
【数１２】
0005187552.tif 000013
【０１１２】
なお、この場合、滑り検出値ＳｄｘおよびＳｄｙを複数の判定用閾値に対して比較を行うことで、ゆっくり滑ることや高速に滑ることを検出できる。例えば、小さい判定用閾値と比較することでゆっくり滑ることを検出することができ、大きい判定用閾値と比較することで高速に滑ることを検出することができる。
【０１１３】
さらに、上記ほどではないが、変動が少ない場合、滑り検出値ＳｄｘおよびＳｄｙは、それぞれ圧力中心移動演算値Ｄｘ（ｔ，ｉ）およびＤｙ（ｔ，ｉ）のｉをＮとして演算することも可能である。この場合、滑り検出値ＳｄｘおよびＳｄｙは、次の式（１３）で表される。
【０１１４】
【数１３】
0005187552.tif 000014
【０１１５】
この場合にも、滑り検出値ＳｄｘおよびＳｄｙを、複数のＮと複数の判定用閾値に対して比較を行うことで、非常にゆっくり滑る場合でも、高速に滑る場合にもそれぞれ検出することができる。すなわち、Ｎを大きくして、判定用閾値を小さくすることで、ゆっくり滑ることが検出され、Ｎを小さくして、判定用閾値を大きくすることで、高速に滑ることが検出される。
【０１１６】
また、移動平均をとった場合も同様であり、移動平均をとった場合の滑り検出値ＳｄｘおよびＳｄｙも、それぞれ、圧力中心移動演算値Ｄｘ（ｔ，ｉ）およびＤｙ（ｔ，ｉ）のｉを１として演算することができ、それぞれ圧力中心移動演算値Ｄｘ（ｔ，ｉ）およびＤｙ（ｔ，ｉ）のｉをＮとして演算することもできる。すなわち、移動平均をとった場合における圧力中心移動演算値Ｄｘ（ｔ，ｉ）およびＤｙ（ｔ，ｉ）のｉを１として演算したときの滑り検出値ＳｄｘおよびＳｄｙは、次の式（１４）で表され、移動平均をとった場合における圧力中心移動演算値Ｄｘ（ｔ，ｉ）およびＤｙ（ｔ，ｉ）のｉをＮとして演算したときの滑り検出値ＳｄｘおよびＳｄｙは、次の式（１５）で表される。
【０１１７】
【数１４】
0005187552.tif 000015
【０１１８】
【数１５】
0005187552.tif 000016
【０１１９】
そして、前者のとき（すなわち、移動平均をとった場合における圧力中心移動演算値Ｄｘ（ｔ，ｉ）およびＤｙ（ｔ，ｉ）のｉを１として演算したとき）も、滑り検出値ＳｄｘおよびＳｄｙを、複数の判定用閾値に対して比較を行うことで、ゆっくり滑ることや高速に滑ることを検出できる。例えば、小さい判定用閾値と比較することでゆっくり滑ることを検出することができ、大きい判定用閾値と比較することで高速に滑ることを検出することができる。
【０１２０】
また、後者のとき（すなわち、移動平均をとった場合における圧力中心移動演算値Ｄｘ（ｔ，ｉ）およびＤｙ（ｔ，ｉ）のｉをＮとして演算したとき）も、滑り検出値ＳｄｘおよびＳｄｙを、複数のＮと複数の判定用閾値に対して比較を行うことで、非常にゆっくり滑る場合でも、高速に滑る場合にもそれぞれ検出することができる。すなわち、Ｎを大きくして、判定用閾値を小さくすることで、ゆっくり滑ることが検出され、Ｎを小さくして、判定用閾値を大きくすることで、高速に滑ることが検出される。
【０１２１】
さらに、滑り検出値ＳｄｘおよびＳｄｙは、式（７）乃至式（１５）のように求めることもできるが、以下のように、圧力中心速度を利用して求めることができる。この場合、信号処理部５３において、図７の圧力中心移動演算部１２３に代えて、図９に示されるように、圧力中心速度演算部３２３が設けられる。滑っている速度を検出することで、把持力制御を行う際に、ゆっくり滑るときにはゆっくりと小さな力を加えたり、速く滑るときには速やかに大きな力を加えるなど、滑りの速度に拘わらず、物体の落下を防止することができる。
【０１２２】
圧力中心速度演算部３２３は、求められた移動平均ＣＯＰｘMA（ｔ）およびＣＯＰｙMA（ｔ）を時系列で蓄積する。圧力中心速度演算部３２３は、蓄積された移動平均値を用いて、ｘ座標とｙ座標の圧力中心速度演算値Ｖｘ（ｔ，ｉ）およびＶｙ（ｔ，ｉ）を次の式（１６）のようにして求める。
【０１２３】
【数１６】
0005187552.tif 000017
【０１２４】
すなわち、式（１６）においては、例えば、時刻ｔの移動平均値と、時刻ｔ−１、時刻ｔ−２、および時刻ｔ−３などとの移動平均値との差分が求められ、それをかかった時間で割ることで速度が求められる。すなわち、複数回の平均速度が求められる。この移動平均値の平均速度である圧力中心速度演算値Ｖｘ（ｔ，ｉ）およびＶｙ（ｔ，ｉ）は、滑り検出部１２４に出力される。なお、Ｔｓはサンプリング時間を表す。
【０１２５】
滑り検出部１２４は、圧力中心速度演算部３２３からの圧力中心速度演算値Ｖｘ（ｔ，ｉ）およびＶｙ（ｔ，ｉ）を用いて、滑りを検出する。この処理を具体的に説明すると、滑り検出部１２４は、まず、速度検出係数Ｋｘ（ｉ）およびＫｙ（ｉ）を、式（１７）を用いて求める。
【０１２６】
【数１７】
0005187552.tif 000018
【０１２７】
ここで、thresholdは一定値であり、Ｃｓ，Ｃｌは、０＜Ｃｓ≦Ｃｌの定数である。例えば、Ｃｓ＝１、およびＣｌ＝２を用いることができる。すなわち、速度検出係数Ｋｘ（ｉ）およびＫｙ（ｉ）は、圧力中心速度演算値Ｖｘ（ｔ，ｉ）およびＶｙ（ｔ，ｉ）の大きさに応じて求められる係数である。なお、thresholdは可変の値であってもよい。
【０１２８】
そして、滑り検出部１２４は、式（１６）および式（１７）により求めた値を用いて圧力中心速度検出演算を行う。この圧力中心速度検出演算の演算式は、式（１８）で表される。
【０１２９】
【数１８】
0005187552.tif 000019
【０１３０】
このように、式（１７）と式（１８）の演算を行うことで、後述する式（１９）の演算において、圧力中心移動速度に対して重み付をすることができ、値が有用で、演算に用いるべき時間の圧力中心移動速度の値の演算結果への影響度を高めることができる。
【０１３１】
さらに、滑り検出部１２４は、式（１８）により求めた値を用いて滑り検出演算を行う。この滑り検出演算の演算式は、式（１９）で表される。
【０１３２】
【数１９】
0005187552.tif 000020
【０１３３】
このように、複数のサンプリングのタイミング（ｉ＝ｔ−１，ｔ−２，・・・ｔ−Ｎ）の値が有用なものだけ重み付けされた圧力中心速度検出演算結果の総和を用いることで、式（１６）を用いる場合に較べて、有用な値を求めることができる。
【０１３４】
式（１９）により求められる滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）およびＳｄｙ（ｔ）は、単位時間当たりに滑るセンサ素子量を表し、滑り量が増大するとその量が増加し、方向成分がほぼ保存される性質を有する量である。なお、速度をセンサ素子量速度（個／時間）ではなく、通常の速度（長さ／時間）で求めたい場合に、式（４）、式（５）におけるｘ，ｙを素子番号ではなく、原点（素子番号ｘ＝０，ｙ＝０）からの素子間距離Ｘ(mm)， Y(mm)とすると通常の速度(mm/s)となる。そして、滑り検出部１２４は、この滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）およびＳｄｙ（ｔ）が、判定用閾値を超えたと判定したときに、滑りを検出する。
【０１３５】
なお、図２７を参照して後述するが、式（１９）におけるサンプリングの数Ｎの値を大きくし、式（１７）におけるthresholdを小さくすることで、非常にゆっくりとした速度で滑る場合の滑りも検出することができるようになり、Ｎの値を小さくし、thresholdを大きくすることで、高速に滑った場合の滑りのみを検出することができる。したがって、滑り検出部１２４においては、複数のＮに対して、また複数のthresholdに対して演算を行うことで、複数の種類の滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）およびＳｄｙ（ｔ）を取得することができ、それを、検出目的に応じて使い分けることができる。
【０１３６】
以上のようにして、滑り検出部１２４により検出された滑りと滑りの方向は、滑りの情報として、メイン制御部１０１にリアルタイムに出力される。これにより、メイン制御部１０１は、ロボットハンド１の物体把持、操りなどの制御で必要な滑りを、より確実に検出でき、それらの動作を正確に制御することができる。
【０１３７】
さらにまた、圧力中心速度演算値Ｖｘ（ｔ，ｉ）およびＶｙ（ｔ，ｉ）は、式（１６）に限らず、例えば、変動が少ない場合には、次の式（２０）に示されるように、時系列で蓄積された圧力中心位置ＣＯＰｘ（ｔ）およびＣＯＰｙ（ｔ）の差分を、それぞれの時間の差分で割ることで求めることも可能である。
【０１３８】
【数２０】
0005187552.tif 000021
【０１３９】
また、滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）およびＳｄｙ（ｔ）は、式（１９）に限らず、次のようにして求めることも可能である。
【０１４０】
例えば、極めて変動が少ない場合、滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）およびＳｄｙ（ｔ）は、それぞれ、Ｖｘ（ｔ，ｉ）およびＶｙ（ｔ，ｉ）のｉを１として演算される。すなわち、滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）およびＳｄｙ（ｔ）は、次の式（２１）で表される。
【０１４１】
【数２１】
0005187552.tif 000022
【０１４２】
なお、この場合、滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）およびＳｄｙ（ｔ）を複数の判定用閾値に対して比較を行うことで、ゆっくりとした速度で滑ることや高速に滑ることを検出できる。例えば、小さい判定用閾値と比較することでゆっくりとした速度で滑ることを検出することができ、大きい判定用閾値と比較することで高速に滑ることを検出することができる。
【０１４３】
さらに、上記ほどではないが、変動が少ない場合、滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）およびＳｄｙ（ｔ）は、それぞれ圧力中心速度演算値Ｖｘ（ｔ，ｉ）およびＶｙ（ｔ，ｉ）のｉをＮとして演算することも可能である。この場合、滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）およびＳｄｙ（ｔ）は、次の式（２２）で表される。
【０１４４】
【数２２】
0005187552.tif 000023
【０１４５】
この場合にも、滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）およびＳｄｙ（ｔ）を、複数のＮと複数の判定用閾値に対して比較を行うことで、非常にゆっくりとした速度で滑る場合でも、高速に滑る場合にもそれぞれ検出することができる。すなわち、Ｎを大きくして、判定用閾値を小さくすることで、ゆっくりとした速度で滑ることが検出され、Ｎを小さくして、判定用閾値を大きくすることで、高速に滑ることが検出される。
【０１４６】
また、移動平均をとった場合も同様であり、移動平均をとった場合の滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）およびＳｄｙ（ｔ）も、それぞれ、圧力中心速度演算値Ｖｘ（ｔ，ｉ）およびＶｙ（ｔ，ｉ）のｉを１として演算することができ、それぞれ圧力中心速度演算値Ｖｘ（ｔ，ｉ）およびＶｙ（ｔ，ｉ）のｉをＮとして演算することもできる。すなわち、移動平均をとった場合における圧力中心速度演算値Ｖｘ（ｔ，ｉ）およびＶｙ（ｔ，ｉ）のｉを１として演算したときの滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）およびＳｄｙ（ｔ）は、次の式（２３）で表され、移動平均をとった場合における圧力中心速度演算値Ｖｘ（ｔ，ｉ）およびＶｙ（ｔ，ｉ）のｉをＮとして演算したときの滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）およびＳｄｙ（ｔ）は、次の式（２４）で表される。
【０１４７】
【数２３】
0005187552.tif 000024
【０１４８】
【数２４】
0005187552.tif 000025
【０１４９】
そして、前者のとき（すなわち、移動平均をとった場合における圧力中心速度演算値Ｖｘ（ｔ，ｉ）およびＶｙ（ｔ，ｉ）のｉを１として演算したとき）も、滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）およびＳｄｙ（ｔ）を、複数の判定用閾値に対して比較を行うことで、ゆっくりとした速度で滑ることや高速に滑ることを検出できる。例えば、小さい判定用閾値と比較することでゆっくりとした速度で滑ることを検出することができ、大きい判定用閾値と比較することで高速に滑ることを検出することができる。
【０１５０】
また、後者のとき（すなわち、移動平均をとった場合における圧力中心速度演算値Ｖｘ（ｔ，ｉ）およびＶｙ（ｔ，ｉ）のｉをＮとして演算したとき）も、滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）およびＳｄｙ（ｔ）を、複数のＮと複数の判定用閾値に対して比較を行うことで、非常にゆっくりとした速度で滑る場合でも、高速に滑る場合にもそれぞれ検出することができる。すなわち、Ｎを大きくして、判定用閾値を小さくすることで、ゆっくりとした速度で滑ることが検出され、Ｎを小さくして、判定用閾値を大きくすることで、高速に滑ることが検出される。
【０１５１】
図１０はロボットハンド１の指４０１，４０２が把持対象の物体４０３を上側から滑らずに把持しているときの図である。４０４は把持対象物体４０３にかかる重力を示しており、４０５，４０６は指４０１，４０２が把持対象物体４０３を把持しているときの把持力の反力（垂直抗力）であり、４０７，４０８は指４０１，４０２と把持対象物体４０３との間に発生する静摩擦力である。ここでμは指４０１，４０２と把持対象物体４０３の間の静摩擦係数である。
【０１５２】
物体４０３が静止しているつりあいの式を考えると、次式のようになる。
０＝ｍｇ−２μＮ        （２５）
このとき把持力Ｆｙは反力Ｎが以下の式を満足するように決定される。
Ｆｙ＝Ｎ≧ｍｇ／２μ    （２６）
【０１５３】
図１１は指４０１，４０２が把持対象物体４０３を上側から滑りながら把持しているときの図である。４０４は把持対象物体４０３にかかる重力を示しており、４１５，４１６は指４０１，４０２が把持対象物体４０３を把持しているときの反力（垂直抗力）であり、４１７，４１８は指４０１，４０２と把持対象物体４０３との間に発生する動摩擦力である。４１９は把持対象物体４０３が滑っている速度である。ここでμ'は指４０１，４０２と把持対象物体４０３の間の動摩擦係数である。
【０１５４】
運動方程式を考えると、次式のようになる。
【０１５５】
【数２５】
0005187552.tif 000026
【０１５６】
滑りを止めるために滑り速度ｖをできるだけ早く０にしたい場合、式（２７）より明らかなように、反力Ｎｓの値をできるだけ大くし、式（２７）の右辺の値を負にする。右辺の値が小さいほど早く滑り速度ｖが０となる。つまり滑りを止めるという目的であれば、滑りを検出したらすぐに最大把持力を出すように指の把持力を制御すれば、滑りを止めることができる。
【０１５７】
しかしながら最大把持力を出すのであれば、最初から最大把持力を出しておけば、できるだけ把持物体を滑らせないように把持することができる。また把持をする時に最大把持力しか出さないのであれば、滑ったことを検出する必要性が少なくなり、滑りセンサを使う必要性はほとんどない。
【０１５８】
滑りを止めるためには把持力Ｆｙは反力Ｎｓ（把持力Ｆｙに等しい）が以下の式を満足するように決定される。
Ｆｙ＝Ｎｓ≧ｍｇ／２μ’    （２８）
【０１５９】
一般にμ≧μ'であるため、次式が成立する。
ｍｇ／２μ’≧ｍｇ／２μ    （２９）
把持力Ｎｓや把持力Ｎを必要最小限度の力とした場合には、次式が成立する。
Ｎｓ≧Ｎ                    （３０）
【０１６０】
式（３０）より明らかなように、滑らせないように把持力をできるだけ緩めていった最小限度の把持力Ｎの方が、滑りを止めるために発生した最小限度の把持力Ｎｓよりも小さい把持力で物体を把持することができる。すなわち、最小限度の力で把持するためには、物体が滑っていない状態を保ったまま、把持力を緩めていく必要がある。また、物体が滑った後に最小限度の力で把持するためには、まず滑らないように把持力を増加して、滑りを止めた後に、物体が滑っていない状態を保ったまま、把持力を緩めていく必要がある。
【０１６１】
図１２に示されるように、物体４２４に対して指４２１，４２２，４２３を接触させて、物体４２４を滑らせる制御を力制御を用いて行うときには、力指令値として例えば以下のような式で表される値を用いて制御が行われる。
【０１６２】
【数２６】
0005187552.tif 000027
【０１６３】
【数２７】
0005187552.tif 000028
【０１６４】
上記式において、ｒｅｆFy（ｔ）は，図１２Ａにおけるハンド座標系ｙ方向の把持力Ｆｙの指令値（指先対抗力）、ｃｈｇFy（ｔ）は指令値Ｆｙの変化値である。変化値ｃｈｇFy（ｔ）は、指令値ｒｅｆFy（ｔ）を、物体を静止する大きさに設定する機能を有する（このときの目標滑り検出値は０とされる）。また、変化値ｃｈｇFy（ｔ）は、物体を滑らせるときに利用可能な外力（通常は重力）の向きに滑らせる機能も有している（このときの目標滑り検出値は外力の方向に滑らせたい速さ、若しくは滑らせたい移動値とされる。速さと移動値のどちらを選択するかは、滑り検出を速度で行ったか（式（１９））、移動値で行ったか（式（１０））による）。
【０１６５】
また、式（３２）では、ｉは指の番号を表わし、Ｎfは指番号で指の本数より１だけ少ない数、Ｇxi，Ｇyiは係数、Ｓｄｘi（ｔ）, Ｓｄｙi（ｔ）は指ごとのセンサ座標系におけるｘ座標とｙ座標の滑り検出値、ｒｅｆSdxi, ｒｅｆSdyiは指ごとの目標滑り検出値である。なお、目標滑り検出値ｒｅｆSdxi, ｒｅｆSdyiは独立に決められるものではなく、滑らせる時に利用する外力の方向に依存する成分である。例えば図１２Ｂに示されるようにセンサ座標系が定義されており、指の姿勢が図の通りであり、把持対象物４２４に対する外力である重力の向きがセンサ座標系のxの正の方向（図１２Ｂの下方向）に指向している場合はｒｅｆSdyi ＝０となる。ｆi（ｔ）は分布型圧力センサから得られるセンサの接触面での法線力であり、次式で表される。
【０１６６】
【数２８】
0005187552.tif 000029
【０１６７】
上記式におけるＰｃi（ｘ，ｙ）は番号ｉの指ごとのそれぞれのセンサエレメント５２の圧力値であり、Ｓi（ｘ，ｙ）は指ごとのそれぞれのセンサエレメントの面積である。
【０１６８】
式（３２）において、係数Ｇxi，Ｇyiと法線力ｆi（ｔ）は正である。従って、滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）, Ｓｄｙi（ｔ）の絶対値が、それぞれ目標滑り検出値ｒｅｆSdxi, ｒｅｆSdyiの絶対値よりも小さい場合には、変化値ｃｈｇFy（ｔ）が負になる。この場合、式（３１）から明らかなように、把持力Ｆｙの指令値ｒｅｆFy（ｔ）が前回の指令値ｒｅｆFy（ｔ−１）より減少する。逆に滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）, Ｓｄｙi（ｔ）の絶対値が、それぞれ目標滑り検出値ｒｅｆSdxi, ｒｅｆSdyiの絶対値よりも大きい場合には、変化値ｃｈｇFy（ｔ）が正になり、力Ｆｙの指令値ｒｅｆFy（ｔ）が前回の指令値ｒｅｆFy（ｔ−１）より増加する。
【０１６９】
なお、滑り制御としては偏差として滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）, Ｓｄｙi（ｔ）と目標滑り検出値ｒｅｆSdxi, ｒｅｆSdyiを用いればよく、制御方式としてはどのような制御方式でもかまわない。
【０１７０】
さらに指ごとに力の釣り合いを意識して、把持力Ｆｙの指令値ｒｅｆFy（ｔ）を調整する必要がある。物体４２４を対抗する２指で把持する場合には２本の指の指令値は同じでよいが、例えば３本の指の１本（拇指）と２本（示指と中指）が対抗している場合には、示指と中指の把持力Ｆｙの指令値ｒｅｆFy（ｔ）は拇指の指令値の２分の１でよい。
【０１７１】
なお、物体４２４を滑らせない（静止させる）ように制御を行うときには、式（３２）において目標滑り検出値ｒｅｆSdxi, ｒｅｆSdyiが０に設定される。この場合、滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）, Ｓｄｙi（ｔ）が０以外のときに変化値ｃｈｇFy（ｔ）が正になり、把持力Ｆｙの指令値ｒｅｆFy（ｔ）が前回の指令値ｒｅｆFy（ｔ−１）より増加する。また、滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）, Ｓｄｙi（ｔ）の値が大きいほど把持力の変化値ｃｈｇFyが大きくなり、また同じ滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）, Ｓｄｙi（ｔ）が得られた場合でも、現在の把持力（法線力ｆi（ｔ））が大きいほど、把持力の変化値ｃｈｇFyが大きくなる。従って、滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）, Ｓｄｙi（ｔ）が大きいとき（速く滑るとき）には把持力の増加が大きく、滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）, Ｓｄｙi（ｔ）が小さいとき（ゆっくり滑るとき）には把持力の増加が小さくなり、速度に応じてより適切な把持力を決定することができる。
【０１７２】
次に把持力抑制制御について述べる。把持力抑制制御は把持している最中に滑っていないことに基づいて、把持力を最小限度の値にするために行われる制御である。すなわちこの制御は、物体４２４が滑らない（静止する）ように制御された後に行なわれる。そして、把持力Ｆｙの変化値ｃｈｇFyがある一定水準以下のとき、すなわち、変化値ｃｈｇFy（ｔ）が閾値Ｔｈchgより小さいときに行われる。この場合、指令値ｒｅｆFy（ｔ）は次の式で表される。
【０１７３】
【数２９】
0005187552.tif 000030
【０１７４】
上記式において、ｓｐFy（ｔ）は把持力抑制値であり、指令値ｒｅｆFy（ｔ）を、物体を静止するのに必要な最低限度の大きさに設定する機能を有する。ＳｄｘiMA（ｔ）, ＳｄｙiMA（ｔ）は滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）, Ｓｄｙi（ｔ）の移動平均値、Ｇｓｐxi, Ｇｓｐyiは係数、Ｍは移動平均回数、ＴｈSdxi, ＴｈSdyiは把持力抑制滑り移動平均の閾値である。また、変化値ｃｈｇFy（ｔ）は式（３２）により演算される値である。ただし、最低限度の大きさを求める場合も、物体は静止させておく必要があるので、目標滑り検出値ｒｅｆSdxi, ｒｅｆSdyiは０に設定されている。
【０１７５】
式（３６）において、係数Ｇｓｐxi, Ｇｓｐyiと法線力ｆi（ｔ）は正の値である。移動平均値ＳｄｘiMA（ｔ）, ＳｄｙiMA（ｔ）も、式（３５）から明らかなように、正の値となる。式（３６）において、閾値ＴｈSdxi, ＴｈSdyiの絶対値と乗算される係数αを１とした場合、移動平均値ＳｄｘiMA（ｔ）, ＳｄｙiMA（ｔ）は閾値ＴｈSdxi, ＴｈSdyiの絶対値と等しいか、それより小さい値となる。従って、移動平均値ＳｄｘiMA（ｔ）, ＳｄｙiMA（ｔ）と閾値ＴｈSdxi, ＴｈSdyiの絶対値との差は、０または負となる。従って、把持力抑制値ｓｐFy（ｔ）は基本的に負の値（０以下の値）となる。
【０１７６】
その結果、抑制値ｓｐFy（ｔ）は、式（３４）から明らかなように、指令値ｒｅｆFy（ｔ）の値を、前回の指令値ｒｅｆFy（ｔ−１）と等しいか、それより小さい値に設定するように機能する。すなわち、式（３４）の指令値ｒｅｆFy（ｔ）に基づいて把持力Ｆｙを制御するということは、把持力Ｆｙを小さい値になるように制御することを意味する。ただし、移動平均値ＳｄｘiMA（ｔ）, ＳｄｙiMA（ｔ）が閾値ＴｈSdxi, ＴｈSdyiの絶対値と等しくなったとき、すなわち、広義の滑り（より厳密には、狭義の滑りを予知し、未然に防ぐための初期局所滑りおよびずれ）が十分小さくなったとき、把持力抑制値ｓｐFy（ｔ）は０とされる。従って、把持力Ｆｙがそれよりさらに小さい値に設定されることはない。その結果、把持力Ｆｙは物体を静止するのに必要な最小限度の値に設定される。
【０１７７】
なお、係数αは１以上２以下の小さい数（例えば１．５）に設定される。これにより基本的に負である抑制値ｓｐFy（ｔ）がわずかに正の値をとるのが許容される。これは制御では一般に出力が目標値を追従する場合、目標値に完全に一致することはなく、目標値近傍で出力が変動するからである。この場合抑制値ｓｐFy（ｔ）は滑らない最小限度の力になったときに０近傍の値をとるために、わずかに正の値を取れるようにしておく。
【０１７８】
また、把持力抑制制御は把持力を増加させる制御よりもゆっくりと行う必要があるため、式（３５）に示されるように、滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）, Ｓｄｙi（ｔ）の絶対値の移動平均値ＳｄｘiMA（ｔ）, ＳｄｙiMA（ｔ）を演算し、変動の少ない信号としてから、式（３６）で用いるようにしているが、ローパスフィルタなどを用いて変動の少ない信号を得ることもできる。
【０１７９】
式（３４）より明らかなように、変化値ｃｈｇFy（ｔ）と抑制値ｓｐFy（ｔ）の和が正である場合には把持力が増加し、変化値ｃｈｇFy（ｔ）と抑制値ｓｐFy（ｔ）の和が負である場合には把持力抑制が働き、変化値ｃｈｇFy（ｔ）と抑制値ｓｐFy（ｔ）の和が０である場合には把持力増減が０となり、把持力が安定する。
【０１８０】
以上の式（３１）と式（３４）に従って把持力を決定することで、滑らない程度の最小限度の把持力で物体を把持するように把持力を制御する制御装置８１の制御系の一実施の形態の構成が図１３に示されている。
【０１８１】
制御装置８１は、記憶部４５０、加算部４５１，４５２、基準入力要素４５３、減算部４５４、制御対象４５６、圧力センサ４５７、力センサ４５８、フィードバック要素４５９、抑制値演算部４６０、法線力演算部４６１、変化値演算部４６２、および滑り指令生成部４６３を有している。基準入力要素４５３、減算部４５４、制御対象４５６、力センサ４５８、フィードバック要素４５９により、力制御系が構成されている。
【０１８２】
記憶部４５０は、加算部４５２から出力された指令値ｒｅｆFy（ｔ）を記憶し、次のタイミングで、前のタイミングの指令値ｒｅｆFy（ｔ−１）として、加算部４５１に出力する。加算部４５１は、前の指令値ｒｅｆFy（ｔ−１）と、変化値演算部４６２が出力する変化値ｃｈｇFyとを加算して、加算部４５２に出力する。加算部４５２は、加算部４５１の出力と、抑制値演算部４６０が出力する抑制値ｓｐFyを加算して、指令値ｒｅｆFy（ｔ）を生成し、基準入力要素４５３に出力する。
【０１８３】
基準入力要素４５３は、加算部４５２からの指令値ｒｅｆFy（ｔ）を、制御要素４５５に対応する指令値に変換して減算部４５４に出力する。減算部４５４は、基準入力要素４５３の出力からフィードバック要素４５９の出力を減算し、制御要素４５５に出力する。制御要素４５５は、減算部４５４の出力を制御信号に変換し、制御対象４５６を駆動する。制御対象４５６は駆動され、物体に作用する。
【０１８４】
物体の滑りを検出して、滑り検出値を出力する検出手段としての圧力センサ４５７と力センサ４５８は物体に作用した圧力と力をそれぞれ検出する。力センサ４５８により検出された力はフィードバック要素４５９を介して減算部４５４にフィードバックされる。
【０１８５】
圧力センサ４５７は、上述したセンサ２１に対応し、同様の構成を有する。圧力センサ４５７の図７に示される信号処理部５３は、検出した滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）,Ｓｄｙi（ｔ）を抑制値演算部４６０と変化値演算部４６２に出力する。法線力演算部は式（３３）に従って、圧力センサ４５７の各センサエレメント５２の圧力値Ｐｃi（ｘ，ｙ）とその面積Ｓi（ｘ，ｙ）の積和を演算することで法線力ｆi（ｔ）（把持力に等しい）を演算し、抑制値演算部４６０と変化値演算部４６２に出力する。
【０１８６】
滑り検出値に基づいて、物体の把持力を設定する指令値を、物体を静止する必要最小限度の大きさにする抑制値を演算する抑制値演算手段としての抑制値演算部４６０は、圧力センサ４５７からの滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）,Ｓｄｙi（ｔ）、法線力演算部４６１からの法線力ｆi（ｔ）、並びに変化値演算部４６２からの変化値ｃｈｇFy（ｔ）の出力に基づいて抑制値ｓｐFy（ｔ）を演算し、加算部４５２に出力する。変化値演算部４６２は、圧力センサ４５７からの滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）,Ｓｄｙi（ｔ）、法線力演算部４６１からの法線力ｆi（ｔ）、並びに滑り指令生成部４６３からの指令に基づいて変化値ｃｈｇFy（ｔ）を演算し、加算部４５１と抑制値演算部４６０に出力する。
【０１８７】
滑り検出値に基づいて、物体の把持力を設定する指令値を、物体を静止する大きさにする変化値を演算する変化値演算手段としての変化値演算部４６２からの変化値ｃｈｇFy（ｔ）によって、抑制値演算部４６０の挙動が変わる。変化値ｃｈｇFy（ｔ）が閾値Ｔｈchgよりも小さい場合には、把持力減少のための抑制値ｓｐFy（ｔ）の演算が実行される。把持力変化値ｃｈｇFy（ｔ）が閾値Ｔｈchgよりも大きい場合には、滑りを止める必要があるため、把持力減少のための演算は行われない。
【０１８８】
次に、図１４のフローチャートを参照して、物体の把持を制御する制御装置８１が行う制御処理について説明する。
【０１８９】
ステップＳ７１において、変化値演算部４６２は、滑り指令生成部４６３からの入力に基づいて、式（３２）における変化値ｃｈｇFy（ｔ）を演算するための目標滑り検出値ｒｅｆSdxi, ｒｅｆSdyiを０に設定する。
【０１９０】
ステップＳ７２において、変化値演算部４６２は式（３２）に従って、変化値ｃｈｇFy（ｔ）を演算する。このため、変化値演算部４６２には、目標滑り検出値ｒｅｆSdxi, ｒｅｆSdyi（いまの場合、０）が滑り指令生成部４６３から、法線力ｆi（ｔ）が法線力演算部４６１から、滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）, Ｓｄｙi（ｔ）が圧力センサ４５７から、それぞれ供給されている。係数Ｇxi，Ｇyiは変化値演算部４６２に予め記憶されている。
【０１９１】
ステップＳ７３において、抑制値演算部４６０は、ステップＳ７２で変化値演算部４６２により演算された変化値ｃｈｇFy（ｔ）が閾値Ｔｈchg以上かを判定する。変化値ｃｈｇFy（ｔ）が閾値Ｔｈchg以上である場合、まだ物体が静止していないので、ステップＳ７７において、抑制値演算部４６０は、抑制値ｓｐFy（ｔ）を０にする。すなわち、物体を静止する制御が行われる。
【０１９２】
ステップＳ７３において、変化値ｃｈｇFy（ｔ）が閾値Ｔｈchg以上ではないと判定された場合、ステップＳ７４において、抑制値演算部４６０は、式（３５）に従って、圧力センサ４５７から供給される滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）, Ｓｄｙi（ｔ）の移動平均値ＳｄｘiMA（ｔ）, ＳｄｙiMA（ｔ）を演算する。ステップＳ７５において、抑制値演算部４６０は、移動平均値ＳｄｘiMA（ｔ）, ＳｄｙiMA（ｔ）が、閾値α・｜ＴｈSdxi｜, α・｜ＴｈSdyi｜以下かを判定する。すなわち、式（３６）の条件式が満足されるかが判定される。
【０１９３】
移動平均値ＳｄｘiMA（ｔ）, ＳｄｙiMA（ｔ）が、閾値α・｜ＴｈSdxi｜, α・｜ＴｈSdyi｜以下ではない場合、条件が満足されないので、抑制値演算部４６０は、ステップＳ７７において、抑制値ｓｐFy（ｔ）を０に設定する。これにより、物体を静止する制御が行われる。
【０１９４】
すなわち、ステップＳ７７の処理の後、ステップＳ７８において、加算部４５１は、前のタイミングの指令値ｒｅｆFy（ｔ−１）を記憶部４５０から入力する。ステップＳ７９において、前の指令値ｒｅｆFy（ｔ−１）、変化値ｃｈｇFy（ｔ）、および抑制値ｓｐFy（ｔ）を加算することで、指令値ｒｅｆFy（ｔ）を演算する処理が行われる。具体的には、加算部４５１はステップＳ７８の処理で入力された前の指令値ｒｅｆFy（ｔ−１）と、ステップＳ７２の処理で演算された変化値ｃｈｇFy（ｔ）を加算する。さらに加算部４５２は、その加算値に、ステップＳ７７で０が設定された抑制値ｓｐFy（ｔ）を加算する。これにより指令値ｒｅｆFy（ｔ）が演算される。すなわち、加算部４５１と加算部４５２は、変化値ｃｈｇFy（ｔ）と抑制値ｓｐFy（ｔ）に基づいて、指令値ｒｅｆFy（ｔ）の大きさを設定する設定手段を構成している。
【０１９５】
ステップＳ８０において、基準入力要素４５３は指令値ｒｅｆFy（ｔ）に基づく駆動を行う。すなわち、基準入力要素４５３は指令値ｒｅｆFy（ｔ）を減算部４５４に供給する。減算部４５４はフィードバック要素４５９からフィードバックされる力センサ４５８が検出した力を減算し、その差分を制御要素４５５に出力する。制御要素４５５は差分を制御信号に変換し、制御対象４５６を駆動する。いまの場合、これにより物体の把持力が変化値ｃｈｇFy（ｔ）の分だけ増加される。
【０１９６】
制御対象４５６による物体の把持状態が圧力センサ４５７と力センサ４５８で検出される。圧力センサ４５７は滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）, Ｓｄｙi（ｔ）を検出結果として抑制値演算部４６０と変化値演算部４６２に出力する。法線力演算部４６１は式（３３）に従って、圧力センサ４５７の各センサエレメント５２の圧力値Ｐｃi（ｘ，ｙ）とその面積Ｓi（ｘ，ｙ）の積和により、法線力ｆi（ｔ）を演算し、抑制値演算部４６０と変化値演算部４６２に出力する。
【０１９７】
ステップＳ８１において、抑制値演算部４６０と変化値演算部４６２は処理を終了するかを判定し、処理を終了すると判定するまで、ステップＳ７２乃至ステップＳ７５，ステップＳ７７乃至ステップＳ８０の処理、またはステップＳ７２，ステップＳ７３，ステップＳ７７乃至ステップＳ８０の処理を繰り返す。
【０１９８】
その結果、物体が静止するように制御される。
【０１９９】
これに対して、ステップＳ７５において、移動平均値ＳｄｘiMA（ｔ）, ＳｄｙiMA（ｔ）が、閾値α・｜ＴｈSdxi｜, α・｜ＴｈSdyi｜以下であると判定された場合、式（３６）の条件が満足されるため（物体が静止したため）、把持力を最小限度の値に制御する処理が行われる。すなわち、ステップＳ７６において、抑制値演算部４６０は、式（３６）に従って、抑制値ｓｐFy（ｔ）を演算する。このため、抑制値演算部４６０には、係数Ｇｓｐxi, Ｇｓｐyiと閾値α・｜ＴｈSdxi｜, α・｜ＴｈSdyi｜が予め記憶されている他、法線力ｆi（ｔ）が法線力演算部４６１から供給されている。移動平均値ＳｄｘiMA（ｔ）, ＳｄｙiMA（ｔ）は、圧力センサ４５７より供給される滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）, Ｓｄｙi（ｔ）から、式（３５）に従って、抑制値演算部４６０により演算される。
【０２００】
その後、ステップＳ７９において、前の指令値ｒｅｆFy（ｔ−１）、変化値ｃｈｇFy（ｔ）、および抑制値ｓｐFy（ｔ）を加算することで、指令値ｒｅｆFy（ｔ）を演算する処理が行われる。具体的には、加算部４５１はステップＳ７８の処理で入力された前の指令値ｒｅｆFy（ｔ−１）と、ステップＳ７２の処理で演算された変化値ｃｈｇFy（ｔ）を加算する。さらに加算部４５２は、その加算値に、ステップＳ７６で演算された抑制値ｓｐFy（ｔ）を加算する。これにより指令値ｒｅｆFy（ｔ）が演算される。
【０２０１】
ステップＳ８０において、基準入力要素４５３は指令値ｒｅｆFy（ｔ）に基づく駆動を行う。すなわち、基準入力要素４５３は指令値ｒｅｆFy（ｔ）を減算部４５４に供給する。減算部４５４はフィードバック要素４５９からフィードバックされる力センサ４５８が検出した力を減算し、その差分を制御要素４５５に出力する。制御要素４５５は差分を制御信号に変換し、制御対象４５６を駆動する。いまの場合、これにより物体の把持力が抑制値ｓｐFy（ｔ）の分だけ減算される。
【０２０２】
制御対象４５６による物体の把持状態が圧力センサ４５７と力センサ４５８で検出される。圧力センサ４５７は滑り検出値Ｓｄｘi（ｔ）, Ｓｄｙi（ｔ）を検出結果として抑制値演算部４６０と変化値演算部４６２に出力する。法線力演算部４６１は式（３３）に従って、圧力センサ４５７の各センサエレメント５２の圧力値Ｐｃi（ｘ，ｙ）とその面積Ｓi（ｘ，ｙ）の積和により、法線力ｆi（ｔ）を演算し、抑制値演算部４６０と変化値演算部４６２に出力する。
【０２０３】
ステップＳ８１において、抑制値演算部４６０と変化値演算部４６２は処理を終了するかを判定し、処理を終了すると判定するまで、ステップＳ７２乃至ステップＳ７６，ステップＳ７８乃至ステップＳ８０の処理を繰り返す。
【０２０４】
以上のようにして、物体を静止するように把持している状態のその把持力が、最小限度の値になるように制御される。
【０２０５】
その結果、物体は、滑らない最小限度の大きさの把持力で把持される。これにより把持力が必要以上の大きさになり、エネルギが無駄に消費されることが抑制される。また、物を破壊せずに把持することができ、容易に変形してしまうような物体でも、変形させずに把持することが可能となる。さらに人間との間で、良好なインターフェースを実現することができる。
【０２０６】
図１５は、図１３に代わる制御装置８１の他の実施の形態の構成を表している。この実施の形態にいては、圧力センサ４５７により力を取得し、その力をベースに力制御が行なわれる。すなわち、図１３における力センサ４５８が省略され、法線力演算部４６１の出力する法線力がフィードバック要素４５９を介して減算部４５４に帰還されている。他の構成は図１３における場合と同様である。
【０２０７】
この実施の形態においても、図１３における場合と同様の動作を実行することができる。
【０２０８】
センサ２１（圧力センサ４５７でもある）についてさらに説明する。
【０２０９】
図１６は、荷重前（図１６Ａ）と荷重後（図１６B）の入力部３１の形状の変化を示している。なお、図１６において、図中左方向がｘｙｚ座標系のｘ軸の正方向を表し、図中上方向がｚ軸の正方向を表している。
【０２１０】
入力部３１は、上述したように、粘弾性体の変形部４１と圧力検出部４２からなるため、外部からの荷重により、様々な形状に容易に変形が可能である。
【０２１１】
また、変形部４１と圧力検出部４２との境界、さらに圧力検出部４２と固定部３２との境界は拘束面となっており、接着や一体成形により固着されている。このため、図１６Bに示されるように、指Ａなどの入力部３１の押下により入力部３１にｚ軸の負方向（図中下方向）に荷重Ｆｚがかけられると、ゴム材料と同等の非圧縮性による現象、すなわち、圧力が加えられる前の状態から、側面や上面の一部が膨らむが体積は変化しない状態に変化する（図１６Ａに示される状態（図１６Bにおいて破線で示される状態）から図１６Bに実線で示される状態に変化する）、いわゆるバルジング現象が発生して、応力緩和（すなわち応力分散）により圧力分布が発生する。
【０２１２】
例えば、荷重前（図１６Ａ）の状態から、荷重後（図１６Ｂ）の状態に示されるように、指Ａなどにより入力部３１にｚ軸の負方向に荷重Ｆｚがかけられ続けると、圧力検出部４２を構成するセンサエレメント５２のうち、荷重Ｆｚによる圧力中心位置Ｃに位置するセンサエレメント５２が計測する圧力値は、図１７Bの圧力値と時間のグラフに示されるように、徐々に大きくなり、所定の値に達した後、応力が緩和することにより徐々に値が低下する。
【０２１３】
この場合の図１７Bに示される約１８．３秒以後の静定状態の所定のタイミングにおける、圧力検出部４２における圧力値の空間的な分布は、図１７Ａの圧力値とｘ軸方向の位置のグラフに示されるように、座標９の圧力中心位置の圧力値を最大とし、圧力値の分布範囲の両端における圧力値を最小とした略左右対称の山なりの形状となる。
【０２１４】
なお、センサエレメント５２の上に粘弾性体がない場合には、圧力中心位置Ｃに位置するセンサエレメント５２の圧力値しか検出されないため、図１７Ａのグラフのような山なりの（略３角形の）圧力分布は発生せず、パルス状の分布となる。
【０２１５】
以上のように、圧力検出部４２の上に粘弾性体からなる変形部４１を配置することで、接触物（指Ａ）の接触面積以上の圧力分布が発生する。すなわち、圧力分布が広範囲となり、その意味で接触面積が拡大したことになり、指Aによる押圧位置の圧力中心位置をより正確に検出することが可能になる。その結果、圧力中心位置の速度をより正確に求めることができる。
【０２１６】
なお、センサエレメント５２の上に配置する変形部４１を弾性体で構成しても、同様の効果を奏することが可能である。
【０２１７】
図１８は、指Aで入力部３１を押圧した後固定し、固定部３２をせん断方向（図中左方向であるｘ軸の正の方向）にずらした場合における、ずらし前（図１８Ａ）とずらし後（図１８Ｂ）の入力部３１の形状の変化を示している。なお、図１８Ａにおけるずらし前の入力部３１の状態は、図１６Ｂにおける荷重後の入力部３１の状態と同様の状態となっている。
【０２１８】
図１８Aに示されるように、指Ａなどの入力部３１の押下により入力部３１にｚ軸の負方向（図中下方向）に荷重Ｆｚがかけられた後、図１８Bに示されるように、その指Ａが入力部３１を押下したまま、せん断力Ｆｓで、固定部３２を、ｙ軸とｚ軸上の位置を維持した状態で、ｘ軸の正方向（図中左方向）にずらすずらし動作が行われたとする。
【０２１９】
この場合、入力部３１は、ｘ軸の正方向へのずらし動作により、圧力検出部４２との拘束面を固着させたまま、せん断変形し、ずらし前の荷重Ｆｚによる圧力中心位置Ｃに位置するセンサエレメント５２に対する圧力分布位置関係に変化が生じる。図１８の場合、ずらし前の圧力中心位置Ｃが、目盛り９から、ずらし後には目盛り６に目盛り３（距離ｄ）だけずれてしまっている。また、せん断力が摩擦力を超えていない場合でも粘弾性体の柔軟構造により変形が発生し、圧力分布に変化が生じる。
【０２２０】
すなわち、図１９のずらし前（図１９A）とずらし後（図１９B）の圧力分布に示されるように、図１８Ａに対応するずらし前の圧力分布（図１９A）は、圧力中心位置Ｃの圧力値を最大とし、圧力値の分布範囲の両端における圧力値を最小とした略左右対称の山なりの形状となっている。これに対して、図１８Ｂに対応するずらし後の圧力分布（図１９B）は、ずらし後は、固定部進行方向側のすそ野付近（センサ座標０付近）の圧力値が、反対側（センサ座標１２付近）に比べ、大きくなっていることが特徴である。
【０２２１】
この圧力分布の変形量は、せん断力Ｆｓの大きさに依存して大きくなるため、例え入力部３１（変形部４１）の粘弾性体と接触物（指Ａ）との接触領域が略不変としても、圧力中心の変化を検出することができ、広義の滑りを検出することができる。したがって、ロボットハンド１によって把持を行っている際には、入力部３１の粘弾性体と接触物との間の完全な相対運動（動摩擦係数に支配される狭義の滑り）を基に把持力制御を行うよりも、それより以前のずれの状態で滑りを検出し、把持力制御を行った方が有効であるといえる。
【０２２２】
次に、図２０および図２１を参照して、センサ２１への荷重抜重の実験を行った結果について説明する。図２０においては、センサ２１への荷重抜重の実験概要（図２０A）と圧力を検出するセンサエレメント５２の詳細（図２０B）が示されており、図２０Aにおいては、図中右方向がｘｙｚ座標系のｘ軸の正方向を表し、図中上方向がｚ軸の正方向を表している。これに対して、図２０Bにおいては、図中左方向がｘｙｚ座標系のｘ軸の正方向を表し、図中上方向がｙ軸の正方向を表している。
【０２２３】
この実験においては、まず、略１５００ｍｓ乃至４０００ｍｓの時間に、図２０Aの実線矢印で示されるように、センサ２１の粘弾性体からなる変形部４１に対して、先端に球Ｒを有するＴｉｐが、力Ｆｚ、所定の速度または加速度で押し込まれた。ｚ軸の負方向（図中下方向）に荷重がかけられたことで、変形部４１の粘弾性体に、応力、ひずみ、ひずみＥ（エネルギ）が発生し、それにより、接触面積以上に圧力分布が拡散された。また、荷重をかけたまま一定時間（略４０００ｍｓ乃至１４５００ｍｓ）経過した後で、略１４５００ｍｓ乃至１７０００ｍｓの時間に、点線矢印で示されるように、抜重が行われた。
【０２２４】
そして、以上の変形部４１に対する荷重から抜重の間の、圧力検出部４２を構成するセンサエレメント５２（図２０の実施の形態の場合、ＩＤ(identification)１００８乃至ＩＤ１１７５が付された２１×８個の各センサエレメント５２）からの出力データが計測された。
【０２２５】
図２１には、図２０の実験で計測された出力データが時間経過に沿って示されている。すなわち、図２１Aは、所定のセンサエレメント５２の圧力値と時間のグラフ、図２１Bは、接触素子数（接触が検出されたセンサエレメント５２の数）、および接触素子（センサエレメント５２）の圧力値の総和と時間のグラフ、図２１Cは、力および押し込み深さと時間のグラフである。なお、図２１には、説明の便宜上、図２０においてハッチングが付されているＩＤ１０８４，１０９２，１１００，１１０８のセンサエレメント５２の圧力値のみが示されている。
【０２２６】
図２１Aにおいて、グラフ１３１は、図２０のＴｉｐの真下に配置されるＩＤ１０８４のセンサエレメント５２から出力される圧力値を時間経過に沿って示している。以下、同様に、グラフ１３２は、ＩＤ１０８４のｘ軸の正方向側の隣に配置されるＩＤ１０９２のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示し、グラフ１３３は、ＩＤ１０９２のｘ軸の正方向側の隣に配置されるＩＤ１１００のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示し、グラフ１３４は、ＩＤ１１００のｘ軸の正方向側の隣に配置されるＩＤ１１０８のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示している。
【０２２７】
図２１Bにおいて、グラフ１３５は、接触閾値を超えたセンサエレメント５２からの圧力値の総和を時間経過に沿って示している。グラフ１３６の破線は、接触閾値を超えたセンサエレメント５２の数（すなわち、接触素子数）を時間経過に沿って示している。
【０２２８】
図２１Cにおいて、グラフ１３８は、入力部３１の上において６軸力センサで計測されるｚ軸方向（法線方向）の力Ｆｚ１を時間経過に沿って示しており、グラフ１３９は、Ｔｉｐが変形部４１に押し込まれる深さ（ｚ軸方向の位置）を時間経過に沿って示している。なお、６軸力センサによる力Ｆｚ１は、後述する演算により求められる力Ｆｚと比較のために計測されている。
【０２２９】
すなわち、グラフ１３１乃至グラフ１３４により、Ｔｉｐの真下に配置されるＩＤ１０８４のセンサエレメント５２からの圧力値が最も大きい値であることがわかり、ＩＤ１０８４のセンサエレメント５２から３つ離れたＩＤ１１０８のセンサエレメント５２からの圧力値は、ずっと０であり、圧力値を検出していないことがわかる。また、荷重をかけたままであっても、グラフ１３１乃至グラフ１３４における略４０００ｍｓ乃至１４５００ｍｓに示されるように、各センサエレメント５２出力される圧力値は、少しずつ小さくなっている。これは、粘弾性体の応力緩和によるものである。
【０２３０】
また、これらのグラフ１３１乃至グラフ１３４が示す圧力値に基づいて、接触領域、接触面積、加重された力Ｆｚ、圧力中心位置ＣＯＰｘ，ＣＯＰyを算出することができる。具体的には、接触領域とは、グラフ１３６で示される接触素子数を表しており、接触領域は、センサエレメント５２毎に上述した式（１）が用いられ、接触閾値（例えば、th(ｘ，ｙ)）を超えたものが接触素子（すなわち、接触を検出したセンサエレメント５２）であるとして求められる。接触面積は、グラフ１３６で示される接触素子数に、素子面積を掛け合わせて求めることができる。また、力Ｆｚは、次の式（３７）を用いて求めることができる。すなわち、式（３７）で求められる力Ｆｚは、誤差などがあるが、グラフ１３８で示される力Ｆｚ１と略同じ値となる。
【０２３１】
【数３０】
0005187552.tif 000031
【０２３２】
圧力中心位置ＣＯＰｘ，ＣＯＰyは、上述した式（４）（または式（５））で求めることができる。なお、図２０の実施の形態の場合、圧力中心位置ＣＯＰｘ，ＣＯＰyは、Ｔｉｐの真下に配置されるＩＤ１０８４のセンサエレメント５２の位置となる。
【０２３３】
次に、図２２および図２３を参照して、センサ２１への荷重後、せん断力Ｆｓをかける実験を行った結果について説明する。図２２においては、センサ２１へのせん断力Ｆｓによる移動の実験概要（図２２A）と圧力を検出したセンサエレメント５２の詳細（図２２B）が示されている。図２２Aにおいては、図中右方向がｘｙｚ座標系のｘ軸の正方向を表し、図中上方向がｚ軸の正方向を表している。図２２Bにおいては、図中左方向がｘｙｚ座標系のｘ軸の正方向を表し、図中上方向がｙ軸の正方向を表している。
【０２３４】
この実験においては、まず、図２０の例と同様に、センサ２１の粘弾性体からなる変形部４１に対して、Ｔｉｐが、力Ｆｚ、所定の速度または加速度で押し込まれ、ｚ軸の負方向（図中下方向）に荷重がかけられることで、変形部４１の粘弾性体に、応力、ひずみ、ひずみＥ（エネルギ）が発生し、それにより、接触面積以上に圧力分布が拡散された。その後、荷重をかけたまま、略１０００ｍｓ乃至１１０００ｍｓの時間に、図２２Aの実線矢印で示されるように、押し込み深さ−１．０ｍｍ、所定の速度または加速度で、ｘ軸の正方向（図中右側）にＴｉｐを移動させる（ずらす）せん断力がかけられ、そのままの状態で、所定の時間Ｔｉｐが停止された。そして、以上の間の、圧力検出部４２を構成するセンサエレメント５２（図２２の例の場合も、ＩＤ１００８乃至ＩＤ１１７５が付された２１×８の各センサエレメント５２）からの出力データが計測された。
【０２３５】
図２３には、図２２の実験で計測された出力データが時間経過に沿って示されている。図２３Aは、所定のセンサエレメント５２の圧力値と時間のグラフ、図２３Bは接触素子の圧力値の総和と時間のグラフ、図２３Cは、接触素子数と時間のグラフ、図２３Dは、Ｔｉｐのｘ軸方向の位置、圧力中心位置、および圧力中心移動速度と時間のグラフ、並びに、図２３Eは、力および回転力と時間のグラフである。なお、図２３においても、説明の便宜上、図２２においてハッチングが付されているＩＤ１０６８，１０７６，１０８４，１０９２，１１００，１１０８，１１１６，１１２４，１１３２，１１４０のセンサエレメント５２の圧力値のみが示されている。
【０２３６】
図２３Aにおいて、グラフ１４１は、図２２のＩＤ１０７６のｘ軸の負方向側の隣に配置されるＩＤ１０６８のセンサエレメント５２から出力される圧力値を時間経過に沿って示している。以下、同様に、グラフ１４２は、ＩＤ１０８４のｘ軸の負方向側の隣に配置されるＩＤ１０７６のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示し、グラフ１４３は、Ｔｉｐの真下に配置されるＩＤ１０８４のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示し、グラフ１４４は、ＩＤ１０８４のｘ軸の正方向側の隣に配置されるＩＤ１０９２のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示し、グラフ１４５は、ＩＤ１０９２のｘ軸の正方向側の隣に配置されるＩＤ１１００のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示している。
【０２３７】
また、グラフ１４６は、ＩＤ１１００のｘ軸の正方向側の隣に配置されるＩＤ１１０８のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示し、グラフ１４７は、ＩＤ１１０８のｘ軸の正方向側の隣に配置されるＩＤ１１１６のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示し、グラフ１４８は、ＩＤ１１１６のｘ軸の正方向側の隣に配置されるＩＤ１１２４のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示し、グラフ１４９は、ＩＤ１１２４のｘ軸の正方向側の隣に配置されるＩＤ１１３２のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示し、グラフ１５０は、ＩＤ１１３２のｘ軸の正方向側の隣に配置されるＩＤ１１４０のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示している。
【０２３８】
図２３Bにおいて、グラフ１５１は、接触閾値を超えたセンサエレメント５２からの圧力値の総和を時間経過に沿って示している。図２３Cにおいて、グラフ１５２は、接触閾値を超えたセンサエレメント５２の数（すなわち、接触素子数）を時間経過に沿って示している。
【０２３９】
図２３Dにおいて、グラフ１５４は、ｘ軸方向のＴｉｐの位置を時間経過に沿って示している。グラフ１５５は、上述した式（４）（または式（５））で求められる圧力中心位置ＣＯＰｘ，ＣＯＰyのうちのＣＯＰｘを時間経過に沿って示しており、グラフ１５６は、圧力中心位置ＣＯＰｘの差分を時間で除算した圧力中心位置の移動速度を時間経過に沿って示している。
【０２４０】
図２３Eにおいて、グラフ１５７は、入力部３１の上において６軸力センサで計測されるｘ軸方向の力Ｆｘ１を時間経過に沿って示しており、グラフ１５８は、ｙ軸方向の力Ｆｙ１を時間経過に沿って示しており、グラフ１５９は、ｚ軸方向（法線方向）の力Ｆｚ１を時間経過に沿って示している。また、グラフ１６０は、入力部３１の上において６軸力センサで計測されるｘ軸を中心とした回転方向の力Ｍｘ１を時間経過に沿って示しており、グラフ１６１は、ｙ軸を中心とした回転方向の力Ｍｙ１を時間経過に沿って示しており、グラフ１６２は、ｚ軸を中心とした回転方向の力Ｍｚ１を時間経過に沿って示している。なお、６軸力センサによる力や回転力は、後述する演算により求められる力Ｆｚと比較のために計測されている。
【０２４１】
すなわち、グラフ１４１乃至グラフ１５０により、最大の圧力値は、時間の経過に応じて、それぞれ、Ｔｉｐの真下に配置されるＩＤ１０８４（グラフ１４３）、ＩＤ１０９２（グラフ１４４）、ＩＤ１１００（グラフ１４５）、ＩＤ１１０８（グラフ１４６）、ＩＤ１１１６（グラフ１４７）、ＩＤ１１２４（グラフ１４８）の各センサエレメント５２からの圧力値となる。
【０２４２】
また、図２０の例の場合と同様に、これらのグラフ１４１乃至グラフ１５０が示す圧力値に基づいて、接触領域、接触面積，力Ｆｚ,圧力中心位置ＣＯＰｘ，ＣＯＰyを算出することができる。具体的には、接触領域とは、図２３Cのグラフ１５２で示される接触素子数を表し、センサエレメント５２毎に上述した式（１）が用いられ、接触閾値を超えたものが接触素子（すなわち、接触を検出したセンサエレメント５２）であるとして求めることができる。接触面積は、グラフ１５２で示される接触素子数に、素子面積を掛け合わせて求めることができる。また、力Ｆｚは、上述した式（３７）を用いて求められる。すなわち、式（３７）で求められる力Ｆｚは、誤差などがあるが、図２３Eのグラフ１５９で示される力Ｆｚ１と略同じ値となる。
【０２４３】
圧力中心位置ＣＯＰｘと、圧力中心位置ＣＯＰyは、上述した式（４）（または式（５））で求めることができる。図２３Dのグラフ１５５で示される圧力中心位置ＣＯＰｘは、グラフ１５４で示されるＴｉｐの位置を少し先行はしているものの、グラフ１５４で示されるＴｉｐの位置とほぼ同様に移動している。
【０２４４】
図２４には、図２２と同様の実験で計測された出力データの他の例が時間経過に沿って示されている。図２４においては、図２４Aは、センサ２１に対して、Ｔｉｐにより、約６０００ｍｓ前後に荷重が開始され、約９０００ｍｓ乃至１２０００ｍｓの辺りで移動（ずらし）が開始された場合における、所定のセンサエレメント５２の圧力値と時間のグラフ、図２４Bは、接触素子数、および接触素子の圧力値の総和と時間のグラフ、図２４Cは、Ｔｉｐのｘ軸方向の位置、圧力中心位置、および圧力中心移動速度と時間のグラフ、図２４Dは、力および回転力と時間のグラフである。
【０２４５】
なお、図２４のグラフは、図２３のグラフの他の例であり、その詳細な説明は基本的に同様であるため、繰り返しになるので適宜省略する。
【０２４６】
図２４Aにおいて、グラフ１７１は、グラフ１７３に示される圧力値を出力するＩＤ１０８４のセンサエレメント５２のｘ軸の負方向側の２つ隣に配置されるＩＤ１０６８のセンサエレメント５２から出力される圧力値を時間経過に沿って示している。以下、同様に、グラフ１７２は、グラフ１７３に示される圧力値を出力するＩＤ１０８４のセンサエレメント５２のｘ軸の負方向側の隣に配置されるＩＤ１０７６のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示し、グラフ１７３は、Ｔｉｐの真下に配置されるＩＤ１０８４のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示す。
【０２４７】
グラフ１７４は、グラフ１７３に示される圧力値を出力するＩＤ１０８４のセンサエレメント５２のｘ軸の正方向側の隣に配置されるＩＤ１０９２のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示し、グラフ１７５は、グラフ１７４に示される圧力値を出力するＩＤ１０９２のセンサエレメント５２のｘ軸の正方向側の隣に配置されるＩＤ１１００のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示している。
【０２４８】
また、グラフ１７６は、グラフ１７５に示される圧力値を出力するＩＤ１１００のセンサエレメント５２のｘ軸の正方向側の隣に配置されるＩＤ１１０８のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示し、グラフ１７７は、グラフ１７６に示される圧力値を出力するＩＤ１１０８のセンサエレメント５２のｘ軸の正方向側の隣に配置されるＩＤ１１１６のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示し、グラフ１７８は、グラフ１７７に示される圧力値を出力するＩＤ１１１６のセンサエレメント５２のｘ軸の正方向側の隣に配置されるＩＤ１１２４のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示す。
【０２４９】
グラフ１７９は、グラフ１７８に示される圧力値を出力するＩＤ１１２４のセンサエレメント５２のｘ軸の正方向側の隣に配置されるＩＤ１１３２のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示し、グラフ１８０は、グラフ１７９に示される圧力値を出力するＩＤ１１３２のセンサエレメント５２のｘ軸の正方向側の隣に配置されるＩＤ１１４０のセンサエレメント５２から出力される圧力値を示している。
【０２５０】
図２４Bにおいて、グラフ１８１は、接触閾値を超えたセンサエレメント５２からの圧力値の総和を時間経過に沿って示している。グラフ１８２は、接触閾値を超えたセンサエレメント数（接触素子数）を時間経過に沿って示している。
【０２５１】
図２４Cにおいて、グラフ１８４は、ｘ軸方向のＴｉｐの位置を時間経過に沿って示している。グラフ１８５は、上述した式（４）（または式（５））で求められる圧力中心位置ＣＯＰｘ，ＣＯＰyのうちのＣＯＰｘを時間経過に沿って示しており、グラフ１８６は、圧力中心位置ＣＯＰｘの差分を時間で除算した圧力中心位置の移動速度を時間経過に沿って示している。
【０２５２】
図２４Dにおいて、グラフ１８７は、入力部３１の上において６軸力センサで計測されるｘ軸方向の力Ｆｘ１を時間経過に沿って示しており、グラフ１８８は、ｙ軸方向の力Ｆｙ１を時間経過に沿って示しており、グラフ１８９は、ｚ軸方向（法線方向）の力Ｆｚ１を時間経過に沿って示している。また、グラフ１９０は、入力部３１の上において６軸力センサで計測されるｘ軸を中心とした回転方向の力Ｍｘ１を時間経過に沿って示しており、グラフ１９１は、ｙ軸を中心とした回転方向の力Ｍｙ１を時間経過に沿って示しており、グラフ１９２は、ｚ軸を中心とした回転方向の力Ｍｚ１を時間経過に沿って示している。
【０２５３】
図２４Bにおいて、破線で囲んで示す、Ｔｉｐの移動開始のタイミング（すなわち、約８０００ｍｓ乃至１６０００ｍｓ）近辺のグラフ１８１およびグラフ１８２を、図２５に拡大して示す。グラフ１８２に示されるように、いままで（すなわち、略１１０００ｍｓの直前まで）安定していた接触素子数が、急に減ったり、増えたりしている。すなわち、Ｔｉｐの動き出し直前に、接触素子数に、急に増えたりあるいは減少したりする大きな変化が見られる。
【０２５４】
また、図２４Cにおいて、破線で囲んで示す、Ｔｉｐの移動開始（すなわち、約１００００ｍｓ乃至１１０００ｍｓ）近辺のグラフ１８４乃至グラフ１８６を、図２６に拡大して示す。図２６においては、グラフ１８４は、太線で示され、グラフ１８５は、破線で示され、グラフ１８６は、一点鎖線で示されている。グラフ１８４で示されるＴｉｐの位置は、円Ａで示す辺りから移動を開始しているが、グラフ１８５に示される圧力中心位置ＣＯＰｘは、円Ａで示すＴｉｐが移動を開始するよりも略１００ｍｓ前の円Ｂで示す辺りから変化を始めている。すなわち、Ｔｉｐの動き出し直前に、圧力中心位置ＣＯＰｘにも大きな変化が見られる。
【０２５５】
以上のＴｉｐの動き出し直前における接触素子数や圧力中心位置ＣＯＰｘの大きな変化は、粘弾性体の変形によるものと思われ、これらは、センサ単体では得ることができない。したがって、図３に示されるように、センサ２１を粘弾性体からなる変形部４１と静電容量型圧力センサからなるセンサエレメント５２の組み合わせで構成することにより、Ｔｉｐの動き出し直前における接触素子数や圧力中心位置の大きな変化の情報を取得することが可能になる。
【０２５６】
図２７は、図２２と同様の実験により求められた滑り検出データを示している。図２７の例においては、Ｔｉｐを押し込み深さ−１．０ｍｍとなるようにｘ軸の負方向に荷重をかけたまま、さらに、１．０ｍｍの速度でｘ軸の正方向に移動させた場合のＴｉｐの位置、圧力中心位置ＣＯＰｘ、および移動平均ＣＯＰｘMAと、それらから求められる３種類の滑り検出値が示されている。
【０２５７】
すなわち、図２７Ａ乃至図２７Ｃにおいて、グラフ１９４は、Ｔｉｐのｘ軸方向の位置を示しており、グラフ１９５は、ｘ軸方向の圧力中心位置ＣＯＰｘを示しており、グラフ１９６は、移動平均ＣＯＰｘMAを示している。そして、図２７Aにおいて、グラフ１９７は、式（１９）（または式（２２）や式（２４））においてN（Ｎ＝８）を大きくし、式（８）においてthresholdを小さくした低速（Low Speed）の滑り検出値を示している。図２７Bにおいて、グラフ１９８は、N（Ｎ＝４）とthresholdを、図２７Aと図２７Cの中間的な値とした中速（Medium Speed）の滑り検出値を示している。また、図２７Cにおいて、グラフ１９９は、N（Ｎ＝２）を小さく、thresholdを大きくした高速（High Speed）の滑り検出値を示している。
【０２５８】
グラフ１９７に示されるように、低速の滑り検出値は、静止中は、略０を示し、滑り出してから滑り終わるまで、０．２５乃至２．５程度の値を示し、停止後は、±０．５０の値を示している。グラフ１９８に示されるように、中速の滑り検出値は、静止中は、略０を示し、滑り出してから滑り終わるまで、０．２５乃至２．７程度の値を示し、停止後は、±０．７０の値を示している。グラフ１９９に示されるように、高速の滑り検出値は、静止中は、略０を示し、滑り出してから滑り終わるまで、０．０乃至３．０程度の値を示し、停止後は、±０．５の値を示している。
【０２５９】
すなわち、高速の滑り検出値は、低速の滑り検出値に比して滑っている間と滑っていない間の値が重なり合った量が多く、低速の滑りの方が値が重なり合った量が少ないため、滑っている間と滑っていない間を容易に検出することができる。そして安定して一定の速度で滑っている８．３ｓから９ｓの間では低速の滑り検出値０．７の方が高速、中速の滑り検出値０．３と比べて大きく、検出しやすいことがわかる。また高速の滑り検出値の方が低速の滑り検出値よりも立ち上がり、立下りが急峻であり、高速に滑る際にのみ値を検出しやすいのがわかる。
【０２６０】
すなわち、図２７Cの高速の滑り検出値は、図２７Aの低速の滑り検出値に比して微小の値であり、低速の滑りの方が、滑っている間と滑っていない間を容易に検出することができる。
【０２６１】
以上の特徴、すなわち、粘弾性体の特性や、圧力値から取得される圧力中心位置などを使用することにより、物体との接触面で発生する滑りを検出することが可能となる。
【０２６２】
なお、上記説明においては、ｘ軸について説明を行ったが、ｙ軸の場合も同様に滑りを検出することができる。
【０２６３】
図２８と図２９は、実験結果を表すグラフである。実験方法は図１２Ａに示されるように、拇指４２１に対して示指４２２と中指４２３を対抗させて円筒の物体４２４を把持後、ハンドを取り付けてあるアームを上に駆動し、物体４２４を持ち上げる。ハンド座標系は図１２Ａに示されるようにとり、把持力はｙ方向の力Ｆｙとした。示指４２２と中指４２３の把持力の指令値は、拇指４２１と対抗する向きに２分の１とした。初期把持力の指令値ｒｅｆFy（ｔ）は、拇指４２１が−０．３［Ｎ］、示指４２２と中指４２３が０．１５［Ｎ］とした。なお、この値は示指４２２と中指４２３の設定可能な最小の力によって決まる値である。
【０２６４】
図２８において、グラフ５１１は把持力の指令値ｒｅｆFy（ｔ）、グラフ５１２は拇指４２１の把持力Ｆｙ、をそれぞれ示している。物体４２４の重量は５０ｇである。２８秒から３２秒までは物体４２４が床に着いたまま、拇指４２１、示指４２２、および中指４２３で物体４２４を初期把持力で把持している。３２秒付近で持ち上げ動作を開始し、３７秒付近で持ち上げ動作を終了し、３７秒付近から４８秒付近までは物体４２４を持ち上げたまま静止させている。
【０２６５】
３２秒付近の持ち上げ動作に伴い、把持力の指令値ｒｅｆFy（ｔ）、把持力Ｆｙの変化が見られる。グラフ５１１で示される把持力の指令値ｒｅｆFy（ｔ）は、２８秒から３２秒まではほぼ一定値の−０．３［Ｎ］を示し、３２秒から３４秒までは−０．３［Ｎ］から−０．４５［Ｎ］になり、３４秒から３５．３秒までほぼ一定の−０．４５［Ｎ］で安定し、３５．３秒から３６．３秒で−０．４５［Ｎ］から−０．３［Ｎ］に変化し、３６．３秒から４８秒の間は，ほぼ一定値−０．３［Ｎ］を保っている。そしてグラフ５１２で示される把持力Ｆｙは、２８秒から３２秒までは−０．４［Ｎ］から−０．５５［Ｎ］を示し、３２秒から３４秒までの間は、−０．４［Ｎ］から−０．６５［Ｎ］になり、３４秒から３５．３秒までは、ほぼ一定の−０．６５［Ｎ］で安定し、３５．３秒から３６．３秒で−０．６５［Ｎ］から−０．５［Ｎ］に変化し、３６．３秒から４８秒の間は、−０．４［Ｎ］から−０．６［Ｎ］を保っている。
【０２６６】
持ち上げ直後（３２秒乃至３６．３秒）は把持力の変化があったが、その後（３６．３秒以降）はそれ以上把持力を下げられないところまで把持力を下げ、ほぼ一定（最低値）の結果となった。
【０２６７】
図２９は図２８と同時刻に得られた圧力センサ４５７からの信号を示している。グラフ５２１は拇指４２１の滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）、グラフ５２２は拇指４２１の滑り検出値Ｓｄｙ(t)、グラフ５２３は式（３３）により求められた拇指４２１の接触面の法線力ｆ（ｔ）、グラフ５２４は拇指４２１の滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）の移動平均値ＳｄｘiMA（ｔ）、グラフ５２５は拇指４２１の滑り検出値Ｓｄｙ（ｔ）の移動平均値ＳｄｙiMA（ｔ）、をそれぞれ示している。
【０２６８】
３２秒付近にグラフ５２１，５２２が０から１、１から−０．３へと変動しており、３４秒付近でグラフ５２２が０から１、１から０と変動している。それに伴って３２秒付近でグラフ５２４，５２５も０から０．２５へと変化しており、３４秒付近でグラフ５２５が０から０．２まで変化している。３５．５秒以降は、グラフ５２１，５２２が−０．２から０．２の間で変動し、グラフ５２４，５２５はほぼ０の値を示している。
【０２６９】
グラフ５２３は３２秒付近から３４秒まで増加傾向を示し、０．２５［Ｎ］から０．４５［Ｎ］の値を示し、その後は０．３５［Ｎ］から０．４５［Ｎ］の値を示す。把持力指令値の増加に伴い増加し、後はほぼ一定値を示している。
【０２７０】
図３０において、グラフ５３１は把持力の指令値ｒｅｆFy（ｔ）、グラフ５３２は拇指４２１の把持力Ｆｙを示している。物体４２４の重量は２５０ｇである。２８秒から３２秒までは物体４２４が床に着いたまま、拇指４２１、示指４２２、および中指４２３で物体４２４を初期把持力で把持している。３２秒付近で持ち上げ動作を開始し、３７秒付近で持ち上げ動作を終了し、３７秒付近から４８秒付近までは物体４２４を持ち上げたまま静止させた。
【０２７１】
３２秒付近の持ち上げ動作に伴い、グラフ５３１の把持力の指令値ｒｅｆFy（ｔ）、グラフ５３２の把持力Ｆｙの変化が見られる。グラフ５３１で示される把持力の指令値ｒｅｆFy（ｔ）は、２８秒から３２秒まではほぼ一定値の−０．３［Ｎ］を示し、３２秒から３３．５秒までは−０．３［Ｎ］から−１．１５［Ｎ］になり、３３．５秒から３４．５秒まで、ほぼ一定の−１．１５［Ｎ］で安定し、３４．５秒から３９秒で、−１．１５［Ｎ］から−０．５［Ｎ］に変化し、３９秒から４８秒までの間は、−０．３５［Ｎ］から−０．６４［Ｎ］を示している。そしてグラフ５３２で示される把持力Ｆｙは、２８秒から３２秒までは、ほぼ−０．５［Ｎ］で安定しており、持ち上げる際に−０．６５[Ｎ］から−０．４［Ｎ］まで変動し、３２秒から３３．５秒までは−０．４［Ｎ］から−１．３［Ｎ］になり、３３．５秒から３４．５秒まで、ほぼ一定の−１．３［Ｎ］で安定し、３４．５秒から３９秒で、−１．３［Ｎ］から−０．６［Ｎ］に変化し、３９秒から48秒は、−０．４［Ｎ］から−０．８［Ｎ］を示している。
【０２７２】
図３１は図３０と同時刻に得られた圧力センサ４５７からの信号を示している。グラフ５４１は拇指４２１の滑り検出値Ｓｄｘ（ｔ）、グラフ５４２は拇指４２１の滑り検出値Ｓｄｙ(t)、グラフ５４３は式（３３）により求められた拇指４２１の接触面の法線力ｆ（ｔ）、グラフ５４４は拇指４２１の滑り検出値Ｓｄｘ(t)の移動平均値ＳｄｘiMA（ｔ）、グラフ５４５に拇指４２１の滑り検出値Ｓｄｙ（ｔ）の移動平均値ＳｄｙiMA（ｔ）を示している。
【０２７３】
３２秒から３４秒にかけてグラフ５４１が−２から４．５の間で大きく変動しており、グラフ５４２が−１から１の間で変動している。それに伴ってグラフ５４４が、３２．５から３４秒付近で、０から１．２５まで変動している。また、グラフ５４５が３２秒から３４秒まで０から０．４の間で変動している。その後グラフ５４１，５４２は、３４秒から３７秒まで、−０．４から０．４の値を示し、その後３７秒から４８秒まで、−０．３から０．２の値を示す。またグラフ５４４は、３４秒から３７秒まで、０．１から０．２の値を示し、その後３７秒から４８秒まで、０．０３から０．１の値を示す。グラフ５４５は、３４秒から３７秒まで、ほぼ一定値の０．１の値を示し、その後３７秒から４８秒まで、０．０３から０．１の値を示す。
【０２７４】
グラフ５４３は、３２秒付近から３３．５秒まで増加傾向を示し、０．１０［Ｎ］から１．１０［Ｎ］の値を示し、その後は３３．５秒から３６秒までは、１．１０［Ｎ］から１．０［Ｎ］の値を示す。３６秒から３９秒の間は、１．０［Ｎ］から０．５［Ｎ］の値を示し、３９秒から４８秒の間は、０．５［Ｎ］から０．７５［Ｎ］の値を示す。
【０２７５】
図３１のグラフ５４１，５４２，５４３，５４４、５４５の３２秒から３３．５秒の変動により、その結果、図３０の把持力の指令値のグラフ５３１は、−０．３［Ｎ］から−１．１５［Ｎ］へと変化する。３４秒から３９秒までの間、図３１のグラフ５４１，５４２，５４３，５４４、５４５が減少し、その結果、図３０の把持力の指令値のグラフ５３１は、−１．１５［Ｎ］から−０．５［Ｎ］に減少する
【０２７６】
以上のように、滑りを検出し、滑りを制御することで、意図的に指の上で物体を滑らせたり、物体の操り、穴に棒を入れるなどの動作を行うことが容易となる。また、静止している物体の上で指を滑らせることができる。物体の形状推定や、触感を調べることができる。
【０２７７】
図３２は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するパーソナルコンピュータ６０１の構成の例を示すブロック図である。ＣＰＵ（Central Processing Unit）６２１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）６２２、または記憶部６２８に記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行する。ＲＡＭ（Random Access Memory）６２３には、ＣＰＵ６２１が実行するプログラムやデータなどが適宜記憶される。これらのＣＰＵ６２１，ＲＯＭ６２２，およびＲＡＭ６２３は、バス６２４により相互に接続されている。
【０２７８】
ＣＰＵ６２１にはまた、バス６２４を介して入出力インターフェース６２５が接続されている。入出力インターフェース６２５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部６２６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部６２７が接続されている。ＣＰＵ６２１は、入力部６２６から入力される指令に対応して各種の処理を実行する。そして、ＣＰＵ６２１は、処理の結果を出力部６２７に出力する。
【０２７９】
入出力インターフェース６２５に接続されている記憶部６２８は、例えばハードディスクからなり、ＣＰＵ６２１が実行するプログラムや各種のデータを記憶する。通信部６２９は、インターネットやローカルエリアネットワークなどのネットワークを介して外部の装置と通信する。また、通信部６２９を介してプログラムを取得し、記憶部６２８に記憶してもよい。
【０２８０】
入出力インターフェース６２５に接続されているドライブ６３０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア６３１が装着されたとき、それらを駆動し、そこに記録されているプログラムやデータなどを取得する。取得されたプログラムやデータは、必要に応じて記憶部６２８に転送され、記憶される。
【０２８１】
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行させることもできるし、ソフトウエアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラム記録媒体からインストールされる。
【０２８２】
コンピュータにインストールされ、コンピュータによって実行可能な状態とされるプログラムを格納するプログラム記録媒体は、図３２に示すように、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ(Compact Disc-Read Only Memory),ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)を含む）、光磁気ディスク、もしくは半導体メモリなどよりなるパッケージメディアであるリムーバブルメディア６２１、または、プログラムが一時的もしくは永続的に格納されるＲＯＭ６２２や、記憶部６２８を構成するハードディスクなどにより構成される。プログラム記録媒体へのプログラムの格納は、必要に応じてルータ、モデムなどのインタフェースである通信部６２９を介して、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の通信媒体を利用して行われる。
【０２８３】
なお、本明細書において、プログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【０２８４】
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２８５】
【図１】本発明を適用したロボットハンドマニピュレータの一実施の形態の構成を示す斜視図である。
【図２】センサの外観の構成を示す斜視図である。
【図３】センサの内部の構成を示す図である。
【図４】粘弾性材料の圧縮および引張特性を示す図である。
【図５】圧力検出部の構成を示す平面図である。
【図６】制御装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図７】信号処理部の一実施の形態の機能的構成を示すブロック図である。
【図８】滑り検出処理を説明するフローチャートである。
【図９】信号処理部の他の実施の形態の機能的構成を示すブロック図である。
【図１０】静止する物体の把持を説明する図である。
【図１１】滑る物体の把持を説明する図である。
【図１２】物体の把持を説明する図である。
【図１３】制御装置の制御系の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図１４】制御処理を説明するフローチャートである。
【図１５】制御装置の制御系の他の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図１６】指で押圧した場合の変形部の変形を説明する断面図である。
【図１７】圧力値の分布と変化を説明するグラフである。
【図１８】指をずらした場合の変形部の変形を説明する断面図である。
【図１９】指をずらした場合の圧力値の分布を説明するグラフである。
【図２０】指で押圧した場合の圧力検出部の動作を説明する図である。
【図２１】指で押圧した場合の圧力検出部のデータの変化を示すグラフである。
【図２２】指をずらした場合の圧力検出部の動作を説明する図である。
【図２３】指をずらした場合の圧力検出部のデータの変化を示すグラフである。
【図２４】指をずらした場合の圧力検出部のデータの変化を示すグラフである。
【図２５】図２４Bの移動開始の範囲の圧力検出部のデータの変化を示すグラフである。
【図２６】図２４Cの移動開始の範囲の圧力検出部のデータの変化を示すグラフである。
【図２７】指をずらした場合の圧力検出部の他のデータの変化を示すグラフである。
【図２８】圧力検出部のデータの変化を示すグラフである。
【図２９】圧力検出部のデータの変化を示すグラフである。
【図３０】圧力検出部のデータの変化を示すグラフである。
【図３１】圧力検出部のデータの変化を示すグラフである。
【図３２】パーソナルコンピュータの一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０２８６】
１  ロボットハンド，  １８  ロボットハンドマニピュレータ，  ２１  センサ，  ３１  入力部，  ３２  固定部，  ４１  変形部，  ４２  圧力検出部，  ５２  センサエレメント，  ５３  信号処理部，  １０１  メイン制御部，  １０２−１乃至１０２−ｎ  アクチュエータ，  １２１  接触検出部，  １２２  圧力中心演算部，  １２３  圧力中心移動演算部，  １２４  滑り検出部，  ４５１，４５２  加算部，  ４５３  基準入力要素，  ４５４  減算部，  ４５５  制御要素，  ４５６  制御対象，  ４５７  圧力センサ，  ４５８  力センサ，  ４５９  フィードバック要素，  ４６０  抑制値演算部，  ４６１  法線力演算部，  ４６２  変化値演算部，  ４６３  滑り指令生成部
【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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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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