(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性変形可能であるベース部材と、前記ベース部材に装着され、比較的大きく弾性変形可能であるウィスカと、前記ベース部材に相互に実質上垂直に配設された一対の歪みゲージと、から構成され、前記ウィスカの弾性変形が前記ベース部材を介して前記一対の歪みゲージに伝達され、前記一対の歪みゲージの検出信号を利用して前記ウィスカの弾性変形の方向を検知することを特徴とする触覚センサ。
【請求項２】
前記ベース部材は正方形状であり、前記ウィスカは前記ベース部材の中心部に装着され、前記一対の歪みゲージは単軸型歪みゲージから構成され、前記ベース部材の対角線上に実質上９０度の角度をおいて配設されていることを特徴とする請求項１記載の触覚センサ。
【請求項３】
複数個の触覚センサと、前記複数個の触覚センサの検出信号を処理する信号処理手段とを具備し、
前記複数個の触覚センサは、それぞれ、弾性変形可能であるベース部材と、前記ベース部材に装着され、比較的大きく弾性変形可能であるウィスカと、前記ベース部材に相互に実質上垂直に配設された一対の歪みゲージと、から構成され、前記ウィスカの弾性変形が前記ベース部材を介して前記一対の歪みゲージに伝達され、
前記信号処理手段は、前記複数個の触覚センサの前記一対の歪みゲージの検出信号を利用して前記ウィスカの弾性変形の方向を求める変形方向処理手段と、前記変形方向処理手段により求められた前記複数個の触覚センサの前記ウィスカの変形方向情報に基づいて被検知物の形状を判断する形状判断処理手段とを含んでいることを特徴とする触覚センサを組み合わせたセンサユニット。
【請求項４】
前記触覚センサの前記ベース部材は正方形状であり、前記ウィスカは前記ベース部材の中心部に装着され、前記一対の歪みゲージは単軸型歪みゲージから構成され、前記ベース部材の対角線上に実質上９０度の角度をおいて配設され、前記複数個の触覚センサが平面内にて前後方向及び左右方向に隣接して配設されていることを特徴とする請求項３記載の触覚センサを組み合わせたセンサユニット。
【請求項５】
前記信号処理手段は、更に、基本検知物が接触したときの前記複数個の触覚センサの前記ウィスカの弾性変形の基本変形方向情報を記憶する基本変形方向記憶手段を含み、前記形状判断処理手段は、前記基本変形方向記憶手段に記憶された前記基本変形方向情報と、前記変形方向処理手段により求められた前記複数個の触覚センサの前記ウィスカの前記変形方向情報とに基づいて被検知物の形状を判断することを特徴とする請求項３又は４記載の触覚センサを組み合わせたセンサユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的大きく弾性変形するウィスカを用いて被検知物の形状を検知する触覚センサ及びこの触覚センサを組み合わせたセンサユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場等の特殊な環境のみならず、病院、家庭内での使用が可能なロボットの開発が期待されている。このようなロボットのハンド等の表面には、触覚を付与することが望まれる。特に、種々の被検知物との接触が予測される環境下でロボットを使用する場合、接触によりロボット本体及び／又は被検知物を損傷するおそれがあるため、密着することなく被検知物の形状等を検知することができるセンサの実現が望まれている。
【０００３】
このような要望を満たすセンサとして、被検知物との接触部に柔軟なカンチレバーを利用したものが各種提案されている。このカンチレバーを用いたセンサの代表的なものとして、被検知物との接触によるカンチレバーの弾性変形をカンチレバー取付部に設けた接触スイッチ（オン−オフ型スイッチ）により検知するようにしたものが知られている。また、カンチレバーを被検知物との接触状態を制御しながら移動させ、このカンチレバーの先端部以外の接触情報をも利用して被検知物の形状を検知するようにしたもの等も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら各種センサには、次の通りの問題が存在する。即ち、接触スイッチを用いた形態のセンサでは、構成が比較的簡単で、且つ小型、軽量であるが、基本的に接触の有無に関する情報（接触スイッチにおけるオン、オフの情報）しか得られないため、被検知物の三次元的な形状等を検知することができない。一方、カンチレバーでもって被検知物をなぞるために、被検知物の形状を検知するためには計測検知時間が長くなる。
【０００５】
本発明の目的は、被検知物の形状等を検知するのに好都合に用いることができる、比較的簡単な構成の触覚センサを提供することである。
また、本発明の他の目的は、比較的簡単な構成でもって被検知物の形状等を検知することができる触覚センサを組み合わせたセンサユニットを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、弾性変形可能であるベース部材と、前記ベース部材に装着され、比較的大きく弾性変形可能であるウィスカと、前記ベース部材に相互に実質上垂直に配設された一対の歪みゲージと、から構成され、前記ウィスカの弾性変形が前記ベース部材を介して前記一対の歪みゲージに伝達され、前記一対の歪みゲージの検出信号を利用して前記ウィスカの弾性変形の方向を検知することを特徴とする触覚センサである。
【０００７】
本発明に従えば、比較的大きく弾性変形するウィスカがベース部材に装着されるとともに、ウィスカの弾性変形方向を検知するための一対の歪みゲージもこのベース部材に装着される。被検知物が接触してウィスカが弾性変形すると、このウィスカの弾性変形がベース部材を介して一対の歪みゲージに伝達される。一対の歪みゲージは相互に実質上垂直に配設されており、従って、ウィスカに弾性変形が生じると、かかる一対の歪みゲージの検出信号を利用してウィスカの弾性方向を検知することができ、比較的簡単な構成で且つ比較的容易にウィスカの撓み方向を検知することができる。
【０００８】
また、本発明は、前記ベース部材は正方形状であり、前記ウィスカは前記ベース部材の中心部に装着され、前記一対の歪みゲージは単軸型歪みゲージから構成され、前記ベース部材の対角線上に実質上９０度の角度をおいて配設されていることを特徴とする。
本発明に従えば、ウィスカは正方形状のベース部材の中心部に装着され、このベース部材の対角線上に実質上９０度の間隔をおいて一対の単軸型歪みゲージが配設されるので、かかる一対の歪みゲージを用いてウィスカの弾性方向（撓み方向）を検知することができる。
【０００９】
また、本発明は、複数個の触覚センサと、前記複数個の触覚センサの検出信号を処理する信号処理手段とを具備し、
前記複数個の触覚センサは、それぞれ、弾性変形可能であるベース部材と、前記ベース部材に装着され、比較的大きく弾性変形可能であるウィスカと、前記ベース部材に相互に実質上垂直に配設された一対の歪みゲージと、から構成され、前記ウィスカの弾性変形が前記ベース部材を介して前記一対の歪みゲージに伝達され、
前記信号処理手段は、前記複数個の触覚センサの前記一対の歪みゲージの検出信号を利用して前記ウィスカの弾性変形の方向を求める変形方向処理手段と、前記変形方向処理手段により求められた前記複数個の触覚センサの前記ウィスカの変形方向情報に基づいて被検知物の形状を判断する形状判断処理手段とを含んでいることを特徴とする触覚センサを組み合わせたセンサユニットである。
【００１０】
本発明に従えば、複数個の触覚センサを用い、これら触覚センサを処理して被検知物の形状を検知する。各触覚センサは、ベース部材と、このベース部材に装着されたウィスカと、ウィスカの弾性変形が伝達される一対の歪みゲージとを備え、信号処理手段は変形方向処理手段及び形状判断手段を含んでいる。変形方向処理手段は、各触覚センサの一対の歪みゲージの検出信号を利用してウィスカの弾性変形の方向を求め、形状判断処理手段は、変形方向処理手段により求められた各触覚センサのウィスカの変形方向情報に基づいて被検知物の形状を判断し、このように各接触センサのウィスカの変形方向情報を利用して被検知物の形状を比較的短時間に検知することができる。
【００１１】
また、本発明では、前記触覚センサの前記ベース部材は正方形状であり、前記ウィスカは前記ベース部材の中心部に装着され、前記一対の歪みゲージは単軸型歪みゲージから構成され、前記ベース部材の対角線上に実質上９０度の角度をおいて配設され、前記複数個の触覚センサが平面内にて前後方向及び左右方向に隣接して配設されていることを特徴とする。
本発明に従えば、複数個の触覚センサが平面内にて前後方向及び左右方向に隣接して配置されるので、これら触覚センサのウィスカの変形方向情報を利用して被検知物の三次元的形状を検知することができる。
【００１２】
更に、本発明では、前記信号処理手段は、基本検知物が接触したときの前記複数個の触覚センサの前記ウィスカの弾性変形の基本変形方向情報を記憶する基本変形方向記憶手段を含み、前記形状判断処理手段は、前記基本変形方向記憶手段に記憶された前記基本変形方向情報と、前記変形方向処理手段により求められた前記複数個の触覚センサの前記ウィスカの前記変形方向情報とに基づいて被検知物の形状を判断することを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、信号処理手段は基本変形方向記憶手段を含み、基本検知物が接触したときの複数個の接触センサのウィスカの弾性変形の基本変形方向情報が、この基本変形方向記憶手段に記憶される。この基本変形方向情報は、被検知物を検知する前に基本検知物を用いて得られる。そして、形状判断処理手段は、基本変形方向記憶手段に記憶された基本変形方向情報と、変形方向処理手段により求められた各触覚センサのウィスカの変形方向情報とに基づいて被検知物の形状を判断するので、比較的容易に短時間に被検知物の三次元的形状を検知することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う触覚センサ及びこれを組み合わせたセンサユニットの実施形態について説明する。図１は、本発明に従う触覚センサの一実施形態を示す断面図であり、図２は、図１の触覚センサを分解して示す斜視図であり、図３は、図１の触覚センサの一部を拡大して示す部分拡大斜視図であり、図４は、図１の触覚センサを複数個組み合わせたセンサユニットの一例を示す斜視図であり、図５は、図１の触覚センサのベース部材に一対の歪みゲージを装着した状態を示す平面図であり、図６は、図５の接触センサにおけるウィスカの弾性方向を説明するための説明図である。
【００１５】
図１及び図２において、図示の接触センサ２は、ベース部材４と、このベース部材４に装着されたウィスカ６とを備えている。ベース部材４は弾性変形可能な材料から形成され、ウィスカ６が後述するように撓んだときに弾性変形するように構成され、このようなベース部材４はヒステリシスが比較的小さい例えば合成ゴムから形成される。また、ウィスカ６は、被検知物と接触することによって比較的大きく弾性変形し、荷重を除去すると元の形状に復元する特性を有する材料、例えばニッケル・チタンから形成された超弾性合金材料から形成される。
【００１６】
このウィスカ６は、ベース部材４の中央部に支持体８を介して装着される。図３をも参照して、この形態では、支持体８は半円筒状の一対の支持部材１０，１２から構成され、ウィスカ６の基部はかかる一対の支持部材１０，１２の平坦面間に挟持される。ウィスカ６を挟持する支持体８は全体として円筒状であり、かかる支持体８が円筒スリーブ１４に挿入され、この円筒状スリーブ１４がベース部材４に形成された円形取付孔に挿入され、ウィスカ６、支持体８、円筒状スリーブ１４及びベース部材４が、例えば接着剤によって固定される。この形態では、支持体８を円筒スリーブ１４を介してベース部材４に装着しているが、円筒スリーブ１４を省略し、支持体８をベース部材４の取付孔に直接的に挿入するようにしてもよい。
【００１７】
ウィスカ６の先端部には小さい球状部材１６が装着され、この球状部材１６は例えば合成樹脂材料から形成される。このように球状部材１６を設けることによって、ウィスカ６が直接的に接触するのではなく、球状部材１６が被検知物に接触するようになり、これによって被検知物の損傷を防止することができる。
このベース部材４は、図１及び図２に示すように支持枠体１８に取り付けられる。図示の支持枠体１８は、下枠２０、上枠２２及びこれらの間に配設される中間枠２４から構成されている。下枠２０，上枠２２及び中間枠２４の外形は正方形状でり、実質上同じ大きさに形成されている。下枠２０，上枠２２及び中間枠２４には、正方形状の開口２６，２８，３０が形成され、下枠２０及び上枠２２の開口２６，２８は、中間枠２４の開口３０よりも小さく形成されている。ベース部材４は正方形状であり、その外形は中間枠２４の開口３０の大きさに対応している。このように構成されているので、図１に示すように、ベース部材４は中間枠２４の開口３０内に収容され、その外周部は、下枠２０及び上枠２２の内周部に挟持固定される。
【００１８】
このような触覚センサ２は、図４に示すように複数個隣接して配設されてセンサユニット３２を構成する。センサユニット３２は、適宜の個数の触覚センサ２を前後方向（図１において左下から右上の方向）及び左右方向（図４において左右方向）に配設することによって構成され、検知すべき被検出物の大きさに対応して所要数の触覚センサ２が組み合わされる。
図５に示すように、触覚センサ２のベース部材４には、ウィスカ６の歪み方向（弾性方向）を検知するために一対の歪みゲージ３４，３６が用いられる。この実施形態では、歪みゲージ３４，３６は単軸形歪みゲージから構成され、正方形状のベース部材４の対角線３８，４０上に実質上９０度の間隔をおいて相互に直交するように配設され、例えば接着剤によってベース部材４の表面に固定される。このように単軸形の歪みゲージ３４，３６を直交して配設することによって、ベース部材４の弾性変形、換言するとウィスカ６の弾性変形によるベース部材４の二次元的歪みを検知することができる。そして、かかる歪みゲージ３４，３６の歪み値を利用し、入出力値を表しうるニューラルネットワークを用いて、かかる歪み値よりウィスカ６の撓み方向（弾性方向）を識別することができる。この歪み値によるウィスカ６の撓み方向の識別は、後述するように、ウィスカ６の撓み方向と一対の歪みゲージ３４，３６の歪み値との関係を学習用入力データとして入力し、この学習用入力データを利用して行われる。
【００１９】
このようなウィスカ６の撓み方向は、この実施形態では、図６に示すように表される。即ち、ウィスカ６の取付部位を中心として周方向に８等分し、周方向の角度範囲が４５度である８つの領域Ａ〜Ｈのいずれの領域にウィスカ６の投影が位置するか、換言するとウィスカ６の撓み方向が領域Ａ〜Ｈのいずれの領域かで表される。例えば、ウィスカ６の撓み方向が図６に示すようにｘ軸を基準に角度θ（４５°＜θ＜９０°）であると、このウィスカ６の撓み方向は「Ｂ」と表される。この実施形態では、ウィスカ６の撓み方向を８等分の領域に区分してその撓み方向を識別しているが、６等分、１０等分、１２等分等の適宜の数に区分してその撓み方向を識別するようにしてもよい。
【００２０】
このような触覚センサ２を複数個用いたセンサユニットでは、被検知物の形状は次の通りにして検知される。図７において、図示のセンサユニットは８個の触覚センサ２ａ〜２ｈから構成され、各触覚センサ２ａ〜２ｈの構成は、図１〜図６に示すものと実質上同一である。４個の触覚センサ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、前後方向（図７において上下方向）中央に横方向（図７において左右方向）に隣接して設けられ、２個の触覚センサ２ｅ，２ｆは、前後方向後側（図７において上側）にて触覚センサ２ｂ，２ｃに隣接して設けられ、また残りの２個の触覚センサ２ｇ，２ｈは、前後方向前側（図７において下側）にて触覚センサ２ｂ，２ｃに隣接して設けられる。
【００２１】
８個の触覚センサ２ａ〜２ｈからの検知信号、即ちこれらの歪みゲージ３４，３６からの検出信号は、例えばパソコン等から構成される信号処理手段５２に送給され、この信号処理手段５２はこれら検出信号を所要の通りに演算処理し、これら触覚センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の変形方向情報（撓み方向情報）に基づいて被検知物の形状を検知する。信号処理手段５２は、変形方向処理手段５４、形状判断処理手段５６及び基本変形方向記憶手段５８を含んでいる。基本変形方向記憶手段５８には、後述するように、８個の触覚センサ２ａ〜２ｈのそれぞれの歪みゲージ３４，３６の歪み値とそのときの対応するウィスカ６の弾性変形方向（歪み方向）との関係が学習用入力データとして格納されるとともに、８個の触覚センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性方向と被検知物との関係（後述する）が学習用入力データとして格納される。変形方向処理手段５４は、各触覚センサ２ａ〜２ｈの各々において、歪みゲージ３４，３６の歪み値とウィスカ６の弾性変形方向との関係の学習用入力データ（基本変形方向記憶手段５８に記憶されている）を利用し、歪みゲージ３４，３６の歪み値からウィスカ６の弾性変形方向を識別し、この形態では、上述した８つの領域Ａ〜Ｈ（図６参照）に対応する弾性変形方向を識別する。この識別した各触覚センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の変形方向情報は、記憶手段（図示せず）に一時的に格納するようにしてもよい。また、形状判断処理手段５６は、センサユニットにおいて、８個の触覚センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性変形方向と被検知物との関係の学習用入力データ（基本変形方向記憶手段５８に記憶されている）を利用し、８個の触覚センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の基本変形方向情報に基づいて被検知物の形状を識別検知する。
【００２２】
次に、各触覚センサ２ａ〜２ｈにおける歪みゲージ３４，３６の歪み値とそのときの対応するウィスカ６の弾性変形方向（歪み方向）との関係は、次の通りにして基本変形方向記憶手段５８に学習用入力データとして格納される。即ち、各触覚センサ２ａ〜２ｈの各々について、例えば平板（図示せず）を所定角度傾斜させ、この傾斜させた平板をウィスカ６に接触させ、この接触状態における歪みゲージ３４，３６の歪み値（出力値）を測定し、ウィスカ６の弾性方向とこの歪みゲージ３４，３６の歪み値との関係を学習用入力データとして作成する。そして、このような学習用入力データをウィスカ６の全ての弾性方向、即ち領域Ａ〜Ｈ（図６参照）について作成し、これら得られた学習用入力データを基本変形方向記憶手段５８に格納する。このような学習用入力データは、平板の傾斜角度を変えて、また平板とウィスカ６との距離（換言すると、平板とウィスカとの接触状態）を変えて作成され、これらの歪みゲージ３４，３６との関係に関する情報も、学習用入力データとして基本変形方向記憶手段５８に格納される。
【００２３】
また、センサユニットの８個の触覚センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性方向と基本被検知物との関係は、次の通りにして基本変形方向記憶手段５８に学習用入力データとして格納される。
ここで、各種基本被検知物、この実施形態では、平板、角柱、円柱及び球における接触状態を概説すると、次の通りである。平板Ｏ１の場合、図８に示すように、触覚センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性方向（撓み方向）は同一方向となる。そして、平板Ｏ１からセンサユニットに向かう法線ベクトルの各触覚センサ２ａ〜２ｈのベース面への投影が平板の傾斜方向とすれば、この傾斜方向は各ウィスカ６のこれらベース面への投影が示す方向、即ち各ウィスカ６の弾性方向と一致する。
【００２４】
角柱Ｏ２の場合、図９に示すように、角柱Ｏ２の角部Ｏ２１をセンサユニットのベース面に投影した投影線を境界として、接触センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性方向は二分され、この投影線より図９において左側に位置する各ウィスカ６（接触センサ２ａ，２ｂ，２ｅ，２ｇのウィスカ６）は図９において左方に弾性変形し、投影線より図９において右側に位置する各ウィスカ６（接触センサ２ｃ，２ｄ，２ｆ，２ｈのウィスカ６）は図９において右方に弾性変形し、それらの方向は、上記境界に対して実質上垂直な方向となる。
【００２５】
円柱Ｏ３の場合、図１０に示すように、円Ｏ３の中心軸３１をセンサユニットのベース面に投影した投影線を境界として、接触センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性方向は二分され、この投影線より図１０において左側に位置する各ウィスカ６（接触センサ２ａ，２ｂ，２ｅ，２ｇのウィスカ６）は図１０において左方に弾性変形し、投影線より図１０において右側に位置する各ウィスカ６（接触センサ２ｃ，２ｄ，２ｆ，２ｈのウィスカ６）は図１０において右方に弾性変形し、それらの方向は、角柱Ｏ２の場合と同様に、上記境界に対して実質上垂直な方向となる。
【００２６】
また、球Ｏ４の場合、図１１に示すように、球Ｏ４の中心Ｏ４１をセンサユニットのベース面に投影した投影点を中心に、触覚センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性方向は放射状となる。
このように上述した４種類の基本被検知物Ｏ１〜Ｏ４がセンサユニット（触覚センサ２ａ〜２ｈ）のウィスカ６に接触した場合、これらウィスカ６の弾性方向の組み合わせは、平板との接触による弾性変形と、角柱、円柱との接触による弾性変形と、球との接触による弾性変形とに３種類に分類され、これらウィスカ６の弾性方向の組み合わせによって、基本被検知物Ｏ１〜Ｏ４の形状が認識できることが判る。
【００２７】
触覚センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性方向と基本被検知物との関係とは、図１２に示すように、センサユニットを構成する各接触センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６を結ぶ直線（ａ〜ｉ）でこれら触覚センサ２ａ〜２ｈを格子状に分割し、隣り合うウィスカ６を結ぶ直線（ａ〜ｉ）を利用することによって、学習用入力データを比較的簡単に且つ比較的容易に形成することができる。
基本被検知物が平板である場合、図１３に示すように、平板からセンサユニットのベース面へ向かう法線ベクトルのベース面への投影の方向が、図１３に網掛けした領域Ｄの方向である場合、接触センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性方向は「Ｄ」となる。平板の場合、全触覚センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性方向が同一であり、各領域Ａ〜Ｈへの弾性方向があり、各領域Ａ〜Ｈに対応した８通りの基本変形方向情報の学習用入力データが生成され、かかる学習用入力データが基本変形方向記憶手段５８に格納される。
【００２８】
基本被検知物が角柱（円柱）である場合、その投影線の位置によって、その形状が識別され、その投影線は投影線が交差するウィスカ６間を結ぶ線分（ａ〜ｉ）を用いて表現される。例えば、図１４（ａ）に示すように、角柱（円柱）の投影線が線分ａ及び線分ｂと交差する位置にあると、この角柱（円柱）の投影線の位置は〔ａ，ｂ〕で表される。８個の接触センサ２ａ〜２ｈから構成されるセンサユニットでは、角柱（円柱）の位置は、２３通りに識別される。
【００２９】
例えば、角柱（円柱）の投影線が〔ａ，ｂ〕である場合、図１４（ｂ）で示すように、直線ｌと直線ｍとの間の範囲に含まれる。この場合、投影線の位置の変化に対して、各ウィスカ６の弾性方向（撓み方向）も変化するが、識別されるウィスカ６の弾性方向は図１４（ｂ）に示すように変化しない。即ち、投影線が〔ａ，ｂ〕となるように角柱（円柱）が触覚センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６に接触する場合、ウィスカ６の接触方向は一通りであり、学習用入力データとしては、この投影線の位置とこれらウィスカ６の弾性方向とを組み合わせた情報（投影線〔ａ，ｂ〕：接触センサ２ａのウィスカ６の弾性方向「Ｃ」、接触センサ２ｂ〜２ｈのウィスカ６の弾性方向「Ｇ」）が形成され、かかる情報が基本変形方向記憶手段５８に格納される。
【００３０】
また、角柱（円柱）の投影線が〔ｂ，ｃ〕である場合、図１５（ｂ）で示すように、厳密な投影線の位置は、直線ｌと直線ｎとの間の範囲に含まれる。この場合、図１５から理解されるように、境界線ｍを境に、境界線ｍから直線ｌまでの範囲と、境界線ｍから直線ｎまでの範囲との二通りを含み、境界線ｍから直線ｌまでの範囲においては、学習用入力データとしては、この投影線の位置とこれらウィスカ６の弾性方向とを組み合わせた情報（投影線〔ｂ，ｃ〕：接触センサ２ｅ、２ｆのウィスカ６の弾性方向「Ｂ」、接触センサ２ａ〜２ｄ，２ｇ，２ｈのウィスカ６の弾性方向「Ｆ」）が形成され、一方、境界線ｍから直線ｎまでの範囲においては、学習用入力データとしては、この投影線の位置とこれらウィスカ６の弾性方向とを組み合わせた情報（投影線〔ｂ，ｃ〕：接触センサ２ｅ，２ｆのウィスカ６の弾性方向「Ｃ」、接触センサ２ａ〜２ｄ，２ｇ，２ｈのウィスカ６の弾性方向「Ｇ」）が形成され、これら二通りの学習用入力データが投影線の位置〔ｂ，ｃ〕に関する情報として基本変形方向記憶手段５８に格納される。
【００３１】
更に、基本被検知物が球である場合、その投影点の位置によって、その形状が識別され、その投影点は投影点が位置するウィスカ６間を結ぶ線分（ａ〜ｉ）の枠を用いて表現される。例えば、図１６（ａ）に示すように、球の投影点が線分ａ，ｂ，ｃ，ｅからなる枠内に含まれると、この球の投影点の位置は〔ａ，ｂ，ｃ，ｅ〕で表される。
例えば、球の投影点が〔ａ，ｂ，ｃ，ｅ〕である場合、図１６（ｂ）で示すように、触覚センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６は、上記投影点を中心として放射状に弾性変形するので、その学習用入力データとしては、この投影点の位置とこれらウィスカ６の弾性方向とを組み合わせた情報となり、この学習用入力データが基本変形方向記憶手段５８に格納される。尚、各ウィスカ６の弾性方向が領域の境界線上であると、その境界線と隣接する双方の領域に弾性変形するとして処理し、例えば、ウィスカ６が領域Ａ，Ｂの境界線上の方向に弾性変形するとすると、このウィスカ６の弾性方向は領域Ａ又は領域Ｂとなる。
【００３２】
上述したようにして各種基本被検知物に対する学習用入力データが基本変形方向記憶手段５８に格納される。そして、このように格納した後、実際に検知すべき被検知物が接触してセンサユニットのウィスカ６が弾性変形すると、変形方向処理手段５４は、各接触センサ２ａ〜２ｈの歪みゲージ３４，３６の検出信号を演算処理し、歪みゲージ３４，３６の歪み値とウィスカ６の弾性方向との関係の学習用入力データを利用してウィスカ６の弾性方向を求め、次いで形状判断処理手段５６は、接触センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性方向の情報を演算処理し、触覚センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性方向と基本被検知物との関係の学習用入力データを利用して被検知物の形状を識別する。このように、複数個の接触センサ２ａ〜２ｈのウィスカ６の弾性変形の変形方向の情報を用いて、検知すべき被検知物の形状を検知することができる。
【００３３】
以上、本発明に従う触覚センサ及びこれを組み合わせたセンサユニットの一実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
上述した実施形態では、センサユニットを被検知物の形状認識に適用して説明したが、この形状認識に加えて位置検出も同時に行うことができることは容易に理解されるであろう。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の請求項１の触覚センサによれば、ウィスカに弾性変形が生じると、かかる一対の歪みゲージの検出信号を利用してウィスカの弾性方向を検知することができ、比較的簡単な構成で且つ比較的容易にウィスカの撓み方向を検知することができる。
【００３５】
また、本発明の請求項２の触覚センサによれば、一対の歪みゲージを用いてウィスカの弾性方向（撓み方向）を検知することができる。
【００３６】
また、本発明の請求項３のセンサユニットによれば、変形方向処理手段は、複数個の触覚センサの一対の歪みゲージの検出信号を利用してウィスカの弾性変形の方向を求め、形状判断処理手段は、変形方向処理手段により求められた触覚センサのウィスカの変形方向情報に基づいて被検知物の形状を判断するので、ウィスカの変形方向情報を利用して被検知物の形状を比較的短時間に検知することができる。
また、本発明の請求項４のセンサユニットによれば、複数個の触覚センサのウィスカの変形方向情報を利用して被検知物の三次元的形状を正確に検知することができる。
【００３７】
更に、本発明の請求項５のセンサユニットによれば、基本検知物が接触したときの複数個の接触センサのウィスカの弾性変形の基本変形方向情報が、この基本変形方向記憶手段に記憶され、形状判断処理手段は、基本変形方向記憶手段に記憶された基本変形方向情報と、変形方向処理手段により求められた各触覚センサのウィスカの変形方向情報とに基づいて被検知物の形状を判断するので、比較的容易に短時間に被検知物の三次元的形状を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う触覚センサの一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の触覚センサを分解して示す斜視図である。
【図３】図１の触覚センサの一部をを拡大して示す部分拡大斜視図である。
【図４】図１の触覚センサを複数個組み合わせたセンサユニットの一例を示す斜視図である。
【図５】図１の触覚センサのベース部材に一対の歪みゲージを装着した状態を示す平面図である。
【図６】図５の接触センサにおけるウィスカの弾性方向を説明するための説明図である。
【図７】本発明に従うセンサユニットの一実施形態の全体を示す簡略図である。
【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は、平板が接触したときのウィスカの変形状態を簡略的に示す説明図である。
【図９】図９（ａ）及び（ｂ）は、角柱が接触したときのウィスカの変形状態を簡略的に示す説明図である。
【図１０】図１０（ａ）及び（ｂ）は、円柱が接触したときのウィスカの変形状態を簡略的に示す説明図である。
【図１１】図１１（ａ）及び（ｂ）は、球が接触したときのウィスカの変形状態を簡略的に示す説明図である。
【図１２】被検知物の位置を特定するために触覚センサを格子状に分割する直線（ａ〜ｉ）を説明するための説明図である。
【図１３】平板が接触した場合の接触センサのウィスカの弾性方向を示す図である。
【図１４】図１４（ａ）及び（ｂ）は、角柱（円柱）が接触した場合の一つの例としての接触センサのウィスカの弾性方向を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）及び（ｂ）は、角柱（円柱）が接触した場合の他の例としての接触センサのウィスカの弾性方向を示す図である。
【図１６】図１６（ａ）及び（ｂ）は、球が接触した場合の接触センサのウィスカの弾性方向を示す図である。
【符号の説明】
２，２ａ〜２ｆ  触覚センサ
４  ベース部材
６  ウィスカ
３４，３６  歪みゲージ
５２  信号処理手段
５４  変形方向処理手段
５６  形状判断処理手段
５８  基本変形方向記憶手段
【図１】
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【図２】
0004353624.tif 000003
【図３】
0004353624.tif 000004
【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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