JP2006047145A - Measurement system, measurement method, and grip device control system - Google Patents

Measurement system, measurement method, and grip device control system Download PDF

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宣之 小坂
Yoichi Kitagawa
洋一 北川
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裕之 中本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measurement system for measuring the characteristics of a measurement target, based on information on the pressure distribution of the measurement target and a pressurization section acquired from an existing distribution type pressure sensor. <P>SOLUTION: The measurement system 100 comprises a pressure sensor 20 for measuring a signal corresponding to pressure generated between the measurement target 30 and the pressurization section 10, when bringing the measurement target 30 into contact with the pressurization section 10 by prescribed pressurizing; and a control unit 16 for acquiring pressure distribution to the pressurization section 10 of the measurement target 30, based on the signal outputted from the pressure sensor 20. The control unit 16 measures the pressure distribution at a plurality of different elapsed time from the contact start time to the pressurization section 10 of the measurement target 30, acquires a group of pressure distribution comprising each pressure distribution corresponding to the elapsed time, and measures the characteristics of the measurement target 30 based on the group of pressure distribution. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、計測システムおよび計測方法並びに把持装置制御システムに関し、特に圧力センサにより計測対象物の特性を測定可能な計測システムおよび計測方法並びに把持装置制御システムに関する。   The present invention relates to a measurement system, a measurement method, and a gripping device control system, and more particularly to a measurement system, a measurement method, and a gripping device control system that can measure the characteristics of a measurement object using a pressure sensor.

計測対象物をハンドリング可能なロボットハンドシステム用の圧力センサが開発されている。   A pressure sensor for a robot hand system capable of handling an object to be measured has been developed.

例えば、基材シートに平行に配置した行電極と、この基材シートに糸巻き形態に配置された列電極とを、感圧抵抗素材を介在して重ねた感圧シートセンサが、ロボットの関節ユニットの圧力分布を測定する触覚センサとして開発されている（第１の従来例としての特許文献１参照）。   For example, a pressure-sensitive sheet sensor in which row electrodes arranged in parallel to a base sheet and column electrodes arranged in a pincushion form on the base sheet are stacked with a pressure-sensitive resistance material interposed therebetween is a robot joint unit. It has been developed as a tactile sensor that measures the pressure distribution of the sensor (see Patent Document 1 as a first conventional example).

これにより、所定幅をカバーする触覚センサの電極構造において出力信号端子の数を減少できて演算処理の負担が軽減する。   As a result, the number of output signal terminals can be reduced in the electrode structure of the tactile sensor that covers a predetermined width, and the burden of arithmetic processing is reduced.

一方、触覚センサの応用手法の一つとして、触覚センサ自体を動かすことにより計測対象物に関する多くの情報を得るというアクティブセンシングの考え方が提案されている。そして、このようなアクティブセンシングの概念を取り入れ、接触圧力データの他、触覚センサにより計測対象物の特性を測定する試みが検討されつつある。   On the other hand, as one of the application methods of the tactile sensor, an active sensing concept has been proposed in which a lot of information about the measurement object is obtained by moving the tactile sensor itself. In addition to such a concept of active sensing, attempts to measure characteristics of a measurement object using a tactile sensor in addition to contact pressure data are being studied.

例えば、計測対象物の表面に沿った方向の応力と歪みの成分を測定する触覚センサが提案されている（第２の従来例としての特許文献２参照）。   For example, a tactile sensor that measures stress and strain components in a direction along the surface of a measurement object has been proposed (see Patent Document 2 as a second conventional example).

これにより、触覚センサに計測対象物を押し当てた瞬間にその摩擦係数を検出できる。   Thereby, the friction coefficient can be detected at the moment when the measurement object is pressed against the tactile sensor.

また、圧電素子と、所定周波数により発振する振動子とを、絶縁部材を介した積層構造で一体接合したうえで、圧電素子の両端の電極に出力信号を取り出す手段を配置した触覚センサも提案されている（第３の従来例としての特許文献３参照）。   In addition, a tactile sensor has also been proposed in which a piezoelectric element and a vibrator that oscillates at a predetermined frequency are integrally joined in a laminated structure with an insulating member, and a means for extracting an output signal is arranged on the electrodes at both ends of the piezoelectric element. (See Patent Document 3 as a third conventional example).

これにより、触覚センサを計測対象物に押し当てた際の圧覚の検出と計測対象物の表面をすべらせた際のすべり覚の検出とを同時に行うことができる。
特開２００１−２８７１８９号公報 特開２００１−２１４８２号公報 特開２００２−３１５７４号公報 Thereby, the detection of the pressure sense when pressing the tactile sensor against the measurement object and the detection of the slip feeling when the surface of the measurement object is slid can be performed simultaneously.
JP 2001-287189 A JP 2001-21482 A JP 2002-31574 A

第２の従来例および第３の従来例においては、確かに摩擦係数（第２の従来例）やすべり覚（第３の従来例）といった計測対象物の特性を測定することが意図されているものの、これらの従来例に記載のセンサは、上記の特性測定にマッチングするように構成された専用品であって汎用性に乏しい。   In the second conventional example and the third conventional example, it is certainly intended to measure the characteristics of the measurement object such as the coefficient of friction (second conventional example) and slip (third conventional example). However, the sensors described in these conventional examples are dedicated products configured to match the above-described characteristic measurement, and are not versatile.

なお、第１の従来例においては、圧力分布を測定する感圧シートセンサの省線化が開示されているに過ぎず、ここには、センサにより計測対象物の特性を積極的に取得することは想定されていない。   In the first conventional example, only the line-saving of the pressure sensitive sheet sensor for measuring the pressure distribution is disclosed, and here, the characteristic of the measurement object is actively acquired by the sensor. Is not expected.

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、既存の分布型圧力センサにより得られた計測対象物と押圧部との圧力分布の情報を基に、計測対象物の特性を測定可能な計測システムおよび計測方法を提供することを目的の一つとする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and can measure the characteristics of a measurement object based on information on the pressure distribution between the measurement object and the pressing portion obtained by an existing distributed pressure sensor. An object is to provide a measurement system and a measurement method.

また、圧力センサを装着して、その押圧部を介して計測対象物を把持する把持装置（例えば、ロボットハンド）に使用され、この把持装置の計測対象物に対する把持形態または把持力が可変するように上記の計測システムが構成された把持装置制御システムを提供することも目的の一つとする。   Also, it is used in a gripping device (for example, a robot hand) that wears a pressure sensor and grips a measurement object via its pressing portion, so that the gripping form or gripping force of the gripping device with respect to the measurement target is variable. Another object is to provide a gripping device control system in which the above measurement system is configured.

本発明に係る計測方法は、計測対象物を押圧部に所定押圧により接触する際に、前記計測対象物と前記押圧部との間に発生する圧力に対応する信号を測定すると共に、前記計測対象物の前記押圧部への接触開始時点から複数の異なる経過時における前記信号に基づく前記計測対象物の前記押圧部に対する圧力分布を測定し、前記経過時に対応する各圧力分布からなる圧力分布群として取得し、前記圧力分布群に基づき前記計測対象物の特性を測定するものである。   The measurement method according to the present invention measures a signal corresponding to a pressure generated between the measurement object and the pressing part when the measurement object is brought into contact with the pressing part by a predetermined pressure, and the measurement object As a pressure distribution group consisting of each pressure distribution corresponding to the elapsed time, the pressure distribution of the object to be measured is measured based on the signals at a plurality of different elapsed times from the start of contact of the object with the pressed portion. Obtaining and measuring the characteristics of the measurement object based on the pressure distribution group.

これにより、圧力センサの押圧部と計測対象物との接触過程における両者間の圧力分布を高速計測することにより、既存の分布型圧力センサにより得られた計測対象物と押圧部との圧力分布の情報を基に、計測対象物の特性を測定することができる。   As a result, the pressure distribution between the measurement object and the pressing part obtained by the existing distributed pressure sensor can be measured by measuring the pressure distribution between the pressing part of the pressure sensor and the measurement object at high speed. Based on the information, the characteristics of the measurement object can be measured.

前記計測対象物の特性は、例えば、前記計測対象物の形状または力学性質である。   The characteristic of the measurement object is, for example, the shape or mechanical property of the measurement object.

前記力学性質には、前記計測対象物の弾性または粘弾性が含まれる。   The mechanical property includes elasticity or viscoelasticity of the measurement object.

本発明に係る計測システムは、押圧部を有し、前記押圧部に計測対象物が押圧されると、前記計測対象物と前記押圧部との間に発生する圧力に対応する信号を出力する圧力センサと、前記信号に基づき前記計測対象物の前記押圧部に対する圧力分布を取得する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記計測対象物の前記押圧部への接触開始時点から複数の異なる経過時における前記圧力分布を取得して、前記経過時に対応する各圧力分布からなる圧力分布群を取得し、前記圧力分布群に基づき前記計測対象物の特性を測定するものである。   The measurement system according to the present invention includes a pressing portion, and when a measurement object is pressed against the pressing portion, a pressure that outputs a signal corresponding to a pressure generated between the measurement object and the pressing portion. A sensor and a control device that acquires a pressure distribution with respect to the pressing portion of the measurement object based on the signal, and the control device has a plurality of different processes from the start of contact of the measurement object with the pressing portion. The pressure distribution at the time is acquired, a pressure distribution group including each pressure distribution corresponding to the elapsed time is acquired, and the characteristics of the measurement object are measured based on the pressure distribution group.

これにより、圧力センサの押圧部と計測対象物との接触過程における両者間の圧力分布を高速計測することにより、既存の分布型圧力センサにより得られた計測対象物と押圧部との圧力分布の情報を基に、計測対象物の特性を測定することができる。   As a result, the pressure distribution between the measurement object and the pressing part obtained by the existing distributed pressure sensor can be measured by measuring the pressure distribution between the pressing part of the pressure sensor and the measurement object at high speed. Based on the information, the characteristics of the measurement object can be measured.

ここで、前記圧力センサの応用例として、前記圧力センサを装着すると共に、前記計測対象物を前記圧力センサに当接可能なように把持する把持装置を備え、前記制御装置から出力される指示に基づき前記計測対象物を前記把持装置により把持する際に、前記計測対象物の特性に応じて前記把持装置の前記計測対象物に対する把持形態または把持力が可変するように前記計測システムが構成された把持装置制御システムがある。   Here, as an application example of the pressure sensor, the pressure sensor is mounted and a gripping device that grips the measurement object so as to be in contact with the pressure sensor is provided, and an instruction output from the control device is provided. The measurement system is configured such that, when the measurement object is grasped by the grasping device, the grasping form or grasping force of the grasping device with respect to the measurement object is variable according to the characteristics of the measurement object. There is a gripper control system.

これにより、計測対象物の把持途中で得られる計測対象物と押圧部との間の圧力分布の情報に基づき計測対象物の特性を求め、この特性に応じて把持装置の計測対象物に対する把持形態または把持力が実時間に可変し得る。   Accordingly, the characteristics of the measurement object are obtained based on the information on the pressure distribution between the measurement object and the pressing unit obtained during the gripping of the measurement object, and the gripping mode of the gripping device with respect to the measurement object is determined according to the characteristics. Or the gripping force can vary in real time.

ここで、前記把持装置の一例は、ロボットハンドである。   Here, an example of the gripping device is a robot hand.

前記計測対象物の特性は、例えば、前記計測対象物の形状または力学性質である。   The characteristic of the measurement object is, for example, the shape or mechanical property of the measurement object.

前記力学性質には、前記計測対象物の弾性または粘弾性が含まれる。   The mechanical property includes elasticity or viscoelasticity of the measurement object.

本発明によれば、既存の分布型圧力センサにより得られた計測対象物と押圧部との圧力分布の情報を基に、計測対象物の特性を測定可能な計測システムおよび計測方法が得られる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the measuring system and measuring method which can measure the characteristic of a measuring object are obtained based on the information of the pressure distribution of the measuring object and press part obtained with the existing distributed pressure sensor.

また、本発明によれば、圧力センサを装着して、押圧部を介して計測対象物を把持する把持装置（例えば、ロボットハンド）に使用され、この把持装置の計測対象物に対する把持形態または把持力が可変するように上記の計測システムが構成された把持装置制御システムが得られる。   In addition, according to the present invention, a pressure sensor is attached to a gripping device (for example, a robot hand) that grips a measurement object via a pressing unit. A gripping device control system in which the above measurement system is configured so that the force is variable is obtained.

本最良の形態の特徴は、圧力センサの押圧部と計測対象物との接触過程における両者間の圧力分布を高速計測することにより、既存の分布型圧力センサにより得られた計測対象物と押圧部との圧力分布の情報を基に、計測対象物の特性（例えば、形状や粘弾性）を測定することにある。   The feature of this best mode is that the measurement object and the pressing part obtained by the existing distributed pressure sensor are obtained by measuring the pressure distribution between the pressing part of the pressure sensor and the measurement object at high speed. The characteristic (for example, shape and viscoelasticity) of the measurement object is measured based on the pressure distribution information.

以下、図面を参照しながら、既存の分布型圧力センサの構成の一例を述べたうえで、この実施の形態の特徴である、押圧部と計測対象物との間の圧力分布の高速計測に基づく計測対象物の特性測定動作を説明する。   Hereinafter, an example of the configuration of an existing distributed pressure sensor will be described with reference to the drawings, and based on the high-speed measurement of the pressure distribution between the pressing portion and the measurement object, which is a feature of this embodiment. The characteristic measurement operation of the measurement object will be described.

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る圧力センサ計測システムの構成を示したブロック図である。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a pressure sensor measurement system according to Embodiment 1 of the present invention.

圧力センサ計測システム１００は主として、面状（２次元）に圧力分布を測定可能なように、互いに交差する複数本の行ストライプ電極１８と複数本の列ストライプ電極１９とを、マトリクス状に配置した分布型圧力センサ２０と、行ストライプ電極１８に電圧を印加することにより感圧導電性ゴム１２を流れる電流を、列ストライプ電極１９（基準電圧を印加）で受け取って、この電流を電圧として出力する圧力センサ計測制御装置１６と、この圧力センサ計測制御装置１６に接続して圧力センサ計測制御装置１６に対して圧力センサ２０の計測点を指定すると共に、圧力センサ計測制御装置１６により出力された電圧に基づき圧力分布を算出する計測システム制御装置１７と、によって構成されている。   In the pressure sensor measurement system 100, a plurality of row stripe electrodes 18 and a plurality of column stripe electrodes 19 that intersect each other are arranged in a matrix so that the pressure distribution can be measured in a planar (two-dimensional) manner. A current flowing through the pressure-sensitive conductive rubber 12 by applying a voltage to the distributed pressure sensor 20 and the row stripe electrode 18 is received by the column stripe electrode 19 (a reference voltage is applied), and this current is output as a voltage. The pressure sensor measurement control device 16 and the voltage output by the pressure sensor measurement control device 16 while being connected to the pressure sensor measurement control device 16 and specifying the measurement point of the pressure sensor 20 to the pressure sensor measurement control device 16 And a measurement system control device 17 that calculates the pressure distribution based on the above.

なお、計測システム制御装置１７は、後ほど説明する複数の圧力分布からなる圧力分布群に基づいて計測対象物の特性（計測対象物の形状や力学性質）を演算するように動作する情報処理装置としての機能を兼ね備えている。   The measurement system control device 17 is an information processing device that operates to calculate the characteristics of the measurement object (the shape and dynamic properties of the measurement object) based on a pressure distribution group including a plurality of pressure distributions, which will be described later. It has the function of.

また、圧力センサ計測制御装置１６の内部には、行ストライプ電極１８に電圧を印加する行電極ドライバ１４と、列ストライプ電極１９の電圧を一定に保つための列電極ドライバ１５と、これらの行・列電極ドライバ１４、１５および計測システム制御装置１７に接続すると共に、行・列ストライプ電極１８、１９の間の電圧差により行・列ストライプ電極１８、１９を流れる電流を検知した後、この電流を電圧に変換して計測システム制御装置１７に向けて出力する制御回路２２と、が内蔵されている。   The pressure sensor measurement control device 16 includes a row electrode driver 14 for applying a voltage to the row stripe electrode 18, a column electrode driver 15 for keeping the voltage of the column stripe electrode 19 constant, After connecting to the column electrode drivers 14 and 15 and the measurement system controller 17 and detecting a current flowing through the row and column stripe electrodes 18 and 19 based on a voltage difference between the row and column stripe electrodes 18 and 19, A control circuit 22 that converts the voltage into a voltage and outputs the voltage to the measurement system control device 17 is incorporated.

図１から理解されるとおり、圧力センサ２０は４層構造を有している。そして、その第１の層は、粘弾性体からなる柔軟な平面状のシリコンスポンジ１０であり、その第２の層は、列ストライプ電極１９を形成した第１の電極シート１１（ポリイミド基材に銅線電極を配置）であり、その第４の層は、行ストライプ電極１８を形成した第２の電極シート１３（ポリイミド基材に銅線電極を配置）である。また、その第３の層は、第１および第２の電極シート１１、１３の間に挟まれ、圧縮状態に応じて抵抗値を可変する平面状の感圧導電性ゴム１２（イナバゴム（株）製）である。   As understood from FIG. 1, the pressure sensor 20 has a four-layer structure. The first layer is a flexible planar silicon sponge 10 made of a viscoelastic body, and the second layer is a first electrode sheet 11 (on a polyimide base material) on which column stripe electrodes 19 are formed. The fourth layer is a second electrode sheet 13 in which the row stripe electrodes 18 are formed (copper wire electrodes are arranged on a polyimide base material). Further, the third layer is sandwiched between the first and second electrode sheets 11 and 13, and is a flat pressure-sensitive conductive rubber 12 (Inaba Rubber Co., Ltd.) whose resistance value is variable according to the compression state. Made).

こうして圧力センサ２０の圧力検出部２１は、第１および第２の電極シート１１、１２と感圧導電性ゴム１２と、によって構成される。なお、これらの部材１１、１２、１３はいずれも可とう性部材である。   Thus, the pressure detection unit 21 of the pressure sensor 20 includes the first and second electrode sheets 11 and 12 and the pressure-sensitive conductive rubber 12. In addition, these members 11, 12, and 13 are all flexible members.

また、シリコンスポンジ１０は、後ほど説明する所定押圧により計測対象物を押し付ける押圧部に相当し、その主な物性として、見掛け密度が０．２２ｇ／ｃｍ2であり、２５％圧縮荷重が０．０２ＭＰａであり、５０％圧縮荷重が０．０７Ｍｐａである。また、そのサイズは、１００×１００×５ｍｍである。 Further, the silicon sponge 10 corresponds to a pressing portion that presses the measurement object by a predetermined pressing described later. Its main properties are an apparent density of 0.22 g / cm 2 and a 25% compression load of 0.02 MPa. And the 50% compression load is 0.07 Mpa. The size is 100 × 100 × 5 mm.

シリコンスポンジ１０が粘弾性体により構成されかつ圧力検出部２１が可とう性部材により構成されているため、計測対象物をシリコンスポンジ１０に押圧した際にシリコンスポンジ１０と圧力検出部２１とが押圧力に応じて適切に変形して、これにより、計測対象物とシリコンスポンジ１０との間に発生する圧力分布を正確に圧力検出部２１により測定し得る。   Since the silicon sponge 10 is formed of a viscoelastic body and the pressure detection unit 21 is formed of a flexible member, the silicon sponge 10 and the pressure detection unit 21 are pressed when the measurement object is pressed against the silicon sponge 10. By appropriately deforming according to the pressure, the pressure distribution generated between the measurement object and the silicon sponge 10 can be accurately measured by the pressure detection unit 21.

勿論、この圧力センサ２０を構成する部材の材質や形状は、これに限られるものではなく、センサ表面が柔軟であってその下部で圧力分布を計測可能なものやセンサ全体が柔軟に構成されたものであれば、他の材質や形状であっても構わない。   Of course, the material and shape of the members constituting the pressure sensor 20 are not limited to this, and the sensor surface is flexible and the pressure distribution can be measured in the lower part, or the entire sensor is configured flexibly. Any other material or shape may be used as long as it is a thing.

なお図１では、６４本（１．５ｍｍピッチ）の行ストライプ電極１８（ｉ＝１〜６４）と６４本（１．５ｍｍピッチ）の列ストライプ電極１９（ｊ＝１〜６４）が例示されており、この場合にはトータルの計測点は６４×６４点である。   FIG. 1 illustrates 64 (1.5 mm pitch) row stripe electrodes 18 (i = 1 to 64) and 64 (1.5 mm pitch) column stripe electrodes 19 (j = 1 to 64). In this case, the total measurement points are 64 × 64 points.

この圧力センサ２０において、所定列の列ストライプ電極１９（ｊ）と所定行の行ストライプ電極１８（ｉ）との交点（ｉ、ｊ）に相当する領域に圧力が加えられると、感圧導電性ゴム１２が圧縮作用を受けることにより交点（ｉ、ｊ）に相当する領域の抵抗値が変化する。よって、この状態において、列ストライプ電極１９（ｊ）と行ストライプ電極１８（ｉ）との間に所定の電圧差が印加されれば、上記の感圧導電性ゴム１２を流れる電流は、交点（ｉ、ｊ）の圧力に関連する抵抗値に応じて変化することになる。すなわち、両電極１９（ｊ）、１８（ｉ）の間を流れる電流が圧力に対応する信号として得られ、この電流を所定の処理を行うことにより、交点（ｉ、ｊ）に対応する圧力の情報が得られることになる（正確には電流を圧力センサ計測制御装置１６により電圧に変換した後、この電圧を計測システム制御装置１７が圧力に換算することになる。）。   In the pressure sensor 20, when pressure is applied to a region corresponding to the intersection (i, j) between the column stripe electrode 19 (j) of a predetermined column and the row stripe electrode 18 (i) of a predetermined row, pressure-sensitive conductivity When the rubber 12 is compressed, the resistance value in the region corresponding to the intersection (i, j) changes. Therefore, in this state, if a predetermined voltage difference is applied between the column stripe electrode 19 (j) and the row stripe electrode 18 (i), the current flowing through the pressure-sensitive conductive rubber 12 is the intersection ( It changes in accordance with the resistance value related to the pressure of i, j). That is, the current flowing between the electrodes 19 (j) and 18 (i) is obtained as a signal corresponding to the pressure, and by performing a predetermined process on this current, the pressure corresponding to the intersection (i, j) is obtained. Information is obtained (more precisely, after the current is converted into a voltage by the pressure sensor measurement control device 16, the measurement system control device 17 converts the voltage into a pressure).

次に、図１を参照して圧力センサ２０による圧力分布測定の動作を説明する。   Next, the operation of pressure distribution measurement by the pressure sensor 20 will be described with reference to FIG.

最初に、行電極ドライバ１４によって第１行目の行ストライプ電極１８（ｉ＝１）に所定の電圧（例えば５Ｖ）が印加される。そして、この行ストライプ電極１８（ｉ＝１）に電圧が印加される間に、列電極ドライバ１５により基準電圧（例えば５Ｖ）に保たれた第１列目の列ストライプ電極１９（ｊ＝１）から最終列目の列ストライプ電極１９（ｊ＝６４）まで順次、列ストライプ電極１９（ｊ＝１〜６４）に流れ込む電流を測定でき、その結果、行ストライプ電極１８（ｉ＝１）と列ストライプ電極（ｊ＝１〜６４）との間の６４点の交点（ｉ＝１、ｊ＝１〜６４）に対応する行ストライプ電極１８（ｉ＝１）のラインに沿った圧力分布が得られる。   First, a predetermined voltage (for example, 5V) is applied to the row stripe electrode 18 (i = 1) of the first row by the row electrode driver 14. Then, while a voltage is applied to the row stripe electrode 18 (i = 1), the column stripe electrode 19 (j = 1) in the first column maintained at a reference voltage (for example, 5 V) by the column electrode driver 15. To the last column stripe electrode 19 (j = 64), the current flowing into the column stripe electrode 19 (j = 1 to 64) can be measured sequentially. As a result, the row stripe electrode 18 (i = 1) and the column stripe A pressure distribution along the line of the row stripe electrode 18 (i = 1) corresponding to 64 intersections (i = 1, j = 1 to 64) between the electrodes (j = 1 to 64) is obtained.

そして順次、第２行目〜最終行目の行ストライプ電極（ｉ＝２〜６４）についても、上記と同様の動作により行ストライプ電極１８（ｉ＝２〜６４）のラインに沿った圧力分布が得られる。   Then, the pressure distribution along the line of the row stripe electrode 18 (i = 2 to 64) is also sequentially applied to the row stripe electrodes (i = 2 to 64) of the second row to the last row by the same operation as described above. can get.

こうして、全ての行ストライプ電極（ｉ＝１〜６４）と全ての列ストライプ電極（ｊ＝１〜６４）との間の交点（ｉ＝１〜６４、ｊ＝１〜６４）について圧力が測定され、６４×６４点の圧力データからなる１フィールドの圧力分布が得られる。   Thus, the pressure is measured at the intersections (i = 1 to 64, j = 1 to 64) between all the row stripe electrodes (i = 1 to 64) and all the column stripe electrodes (j = 1 to 64). , One field of pressure distribution consisting of 64 × 64 points of pressure data is obtained.

次に、本実施の形態の要旨としての計測対象物の特性測定動作を、図２を参照して詳しく説明する。   Next, the characteristic measurement operation of the measurement object as the gist of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.

図２は、分布型圧力サンサによる計測対象物の特性の測定手法を説明した図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a method for measuring characteristics of a measurement object using a distributed pressure sensor.

まず、図２のうちの左部分（圧力センサ２０の断面図）に示すように、柔軟なシリコンスポンジ１０の表面を上にして圧力センサ２０が水平に置かれている。次に、計測対象物３０（ここでは、剛球）がシリコンスポンジ１０の表面に接触する位置に設置される。   First, as shown in the left part of FIG. 2 (sectional view of the pressure sensor 20), the pressure sensor 20 is placed horizontally with the surface of the flexible silicone sponge 10 facing up. Next, the measurement object 30 (here, a hard sphere) is placed at a position where it contacts the surface of the silicon sponge 10.

この状態において、シリコンスポンジ１０（押圧部）の表面に対して垂直方向に計測対象物３０が所定の押圧により押し付けられると、計測対象物３０が、シリコンスポンジ１０の断面を変形させながらその表面から内側に進行（陥没）する。   In this state, when the measurement object 30 is pressed by a predetermined pressure in a direction perpendicular to the surface of the silicon sponge 10 (pressing portion), the measurement object 30 is deformed from the surface while deforming the cross section of the silicon sponge 10. Progress (decay) inward.

計測対象物３０のシリコンスポンジ１０への接触開始時点から所定時間を経過した際に、計測対象物３０のシリコンスポンジ１０に対する押圧力は、シリコンスポンジ１０を介して圧力検出部２１に伝播して、計測対象物３０とシリコンスポンジ１０との間の押圧力の分布が、マトリクス状に配置した上記交点（ｉ＝１〜６４、ｊ＝１〜６４）を含む圧力検出部２１の領域内において面状の圧力分布として検出される。   When a predetermined time has elapsed from the start of contact of the measurement object 30 with the silicon sponge 10, the pressing force of the measurement object 30 against the silicon sponge 10 propagates to the pressure detection unit 21 via the silicon sponge 10, The distribution of the pressing force between the measurement object 30 and the silicon sponge 10 is planar in the region of the pressure detection unit 21 including the intersections (i = 1 to 64, j = 1 to 64) arranged in a matrix. Is detected as a pressure distribution.

ここで、図２のうちの中央部分（圧力分布図）によれば、シリコンスポンジ１０の内側に計測対象物３０が最も進行した領域は最大圧力（濃淡度合いにより圧力の変化を図示しており、黒色の部分が最大圧力に相当する。）を示し、この部分を中心にしてこの中心部から離れるに従って圧力が減少することが分かる。   Here, according to the central portion (pressure distribution diagram) of FIG. 2, the region where the measurement object 30 has most advanced inside the silicon sponge 10 is the maximum pressure (the change in pressure is illustrated depending on the degree of shading, The black portion corresponds to the maximum pressure), and it can be seen that the pressure decreases with increasing distance from this central portion.

すなわち、計測対象物３０のシリコンスポンジ１０への内部進行の様子（図２のうちの左部分）と時系列で測定した複数の圧力分布図（図２のうちの中央部分）との対比から理解されるとおり、計測対象物３０のシリコンスポンジ１０に対する進行速度に応じて計測対象物３０とシリコンスポンジ１０との間の圧力分布を高速に計測可能であれば、計測対象物３０とシリコンスポンジ１０と間の接触過程における両者間の多数の圧力分布が、接触初期分布（図２の圧力分布のうちの最上段のもの）から所定時間を経過した分布に亘って得られる。そして、計測対象物３０の形状や特性（弾性）に応じて計測対象物３０のシリコンスポンジ１０に対する進行量は時々刻々と変化して、この進行量の変化に連動して計測対象物３０とシリコンスポンジ１０との間の圧力分布も影響される。   That is, it is understood from a comparison between the state of the internal movement of the measurement object 30 to the silicon sponge 10 (left part in FIG. 2) and a plurality of pressure distribution diagrams (center part in FIG. 2) measured in time series. As will be described, if the pressure distribution between the measurement object 30 and the silicon sponge 10 can be measured at high speed according to the traveling speed of the measurement object 30 with respect to the silicon sponge 10, the measurement object 30 and the silicon sponge 10 A large number of pressure distributions between the two in the contact process are obtained over a distribution after a predetermined time has elapsed from the initial contact distribution (the uppermost one of the pressure distributions in FIG. 2). The amount of progress of the measurement object 30 with respect to the silicon sponge 10 changes from moment to moment according to the shape and characteristics (elasticity) of the measurement object 30, and the measurement object 30 and silicon are interlocked with the change in the amount of progress. The pressure distribution with the sponge 10 is also affected.

よって、こうした圧力分布を時系列で測定して得た複数の圧力分布からなる圧力分布群に基づき計測対象物３０の特性（形状や力学性質）が実時間で認識可能になる。   Therefore, the characteristics (shape and mechanical properties) of the measurement object 30 can be recognized in real time based on a pressure distribution group composed of a plurality of pressure distributions obtained by measuring such pressure distributions in time series.

より具体的には、計測システム制御装置１７（図１参照）が、計測対象物３０のシリコンスポンジ１０への接触開始時点から複数の異なる経過時において、上記の圧力分布を高速に測定して（即ち、６４交点の圧力データにより得られる１フィールド毎の圧力分布を高速に繰り返し測定される。）、これらの経過時に対応する各圧力分布からなる圧力分布群を取得する一方、こうして得られた圧力分布群のデータを適宜の情報処理することにより、この圧力分布群に基づき計測対象物３０の特性を測定することが可能になる。   More specifically, the measurement system control device 17 (see FIG. 1) measures the pressure distribution at a high speed at a plurality of different times from the start of contact of the measurement object 30 with the silicon sponge 10 ( That is, the pressure distribution for each field obtained from the pressure data at 64 intersections is repeatedly measured at high speed.) While obtaining a pressure distribution group consisting of the pressure distributions corresponding to these elapsed times, the pressure thus obtained is obtained. By appropriately processing the data of the distribution group, the characteristics of the measurement object 30 can be measured based on the pressure distribution group.

なお、計測対象物３０の力学性質としては、例えば、計測対象物３０の弾性や粘弾性が含まれる。   Note that the mechanical properties of the measurement object 30 include, for example, the elasticity and viscoelasticity of the measurement object 30.

以上に説明した圧力センサ計測システム１００によれば、既存の分布型圧力センサ２０により得られた計測対象物と押圧部との圧力分布の情報を基にして、計測対象物３０の特性（形状や力学性質）を簡便かつ確実に測定することができる。   According to the pressure sensor measurement system 100 described above, the characteristics (shape and shape) of the measurement object 30 are based on the information on the pressure distribution between the measurement object and the pressing portion obtained by the existing distributed pressure sensor 20. Mechanical properties) can be measured easily and reliably.

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では、実施の形態１において説明した圧力センサの応用例として、ロボットにこの圧力センサを装着した例を述べる。 (Embodiment 2)
In Embodiment 2 of the present invention, an example in which this pressure sensor is attached to a robot will be described as an application example of the pressure sensor described in Embodiment 1.

計測対象物の特性（形状や力学性質）を測定することが可能な圧力センサをロボットの触覚センサとして適用（例えば、ロボットハンドの把持部分に圧力センサを装着）すれば、ロボットが、計測対象物に接触した際に瞬時に、計測対象物の特性を得ることができ、その情報を基に従来発揮し得なかった器用なロボット動作が実現可能になり、ひいてはロボットの高付加価値化に繋がる。   If a pressure sensor that can measure the characteristics (shape and mechanical properties) of a measurement object is applied as a tactile sensor for a robot (for example, a pressure sensor is attached to the grip portion of a robot hand), the robot The characteristics of the object to be measured can be obtained instantaneously upon contact with the sensor, and dexterous robot operations that could not be demonstrated based on the information can be realized, leading to higher added value of the robot.

例えば、生産ラインで稼働するロボットハンドでは、従来、予め定まった仕様の部品のみをハンドリングするものであったが、こうした触覚センサをマニピュレーションロボットに装着することにより、多種多様な部品のハンドリングを行い得るマニピュレーションロボットが開発可能であると期待されている。   For example, a robot hand operating on a production line has conventionally handled only parts with predetermined specifications, but by mounting such a tactile sensor on a manipulation robot, a wide variety of parts can be handled. It is expected that manipulation robots can be developed.

図３は、触覚センサを装着したロボットハンド制御システムの概容を示すブロック図である。   FIG. 3 is a block diagram showing an outline of a robot hand control system equipped with a tactile sensor.

ロボットハンド制御システム１１０は、触覚（圧力）センサ２０（図１参照）を装着したロボットハンド３５と、実施の形態１で説明した圧力センサ計測制御装置１６の動作と同様にして触覚センサ２０に対して所定の電圧を印加しかつそこから出力される電流を受け取るように制御する触覚センサ計測制御装置１６と、実施の形態１で説明した計測システム制御装置１７の動作と同様にして触覚センサ計測制御装置１６に対して計測点を指定しかつ触覚センサ計測制御装置１６から出力される電圧を受け取って圧力分布を測定する計測システム制御装置１７と、ロボットハンド３５にロボットハンド３５の動作を制御するための制御データを出力するロボットハンド制御装置４０と、によって構成されている。   The robot hand control system 110 controls the tactile sensor 20 in the same manner as the operation of the robot hand 35 to which the tactile (pressure) sensor 20 (see FIG. 1) is attached and the pressure sensor measurement control device 16 described in the first embodiment. The tactile sensor measurement control device 16 that controls to apply a predetermined voltage and receive the current output therefrom, and the tactile sensor measurement control in the same manner as the operation of the measurement system control device 17 described in the first embodiment. In order to control the operation of the robot hand 35 to the measurement system control device 17 that specifies a measurement point for the device 16 and receives the voltage output from the tactile sensor measurement control device 16 to measure the pressure distribution, and the robot hand 35 And a robot hand control device 40 that outputs the control data.

なお、計測システム制御装置１７は、実施の形態１と同様に、複数の圧力分布からなる圧力分布群に基づいて計測対象物の特性（計測対象物の形状や力学性質）を演算するように動作する情報処理装置としての機能を兼ね備えている。   Note that the measurement system control device 17 operates to calculate the characteristics of the measurement object (the shape and mechanical properties of the measurement object) based on the pressure distribution group including a plurality of pressure distributions, as in the first embodiment. It also functions as an information processing device.

加えて、計測システム制御装置１７は、ロボットハンド３５に作用する計測対象物の形状や力学性質から算出したロボットハンド３５の把持動作に適した指令値（指示）を、ロボットハンド制御装置４０に送信するように構成されている。   In addition, the measurement system control device 17 transmits to the robot hand control device 40 a command value (instruction) suitable for the gripping operation of the robot hand 35 calculated from the shape and mechanical properties of the measurement object acting on the robot hand 35. Is configured to do.

ここで、図４は、ロボットハンド３５に触覚センサ２０を装着して、この触覚センサ２０により得られる圧力分布の情報の基にロボットハンド３５の把持形態および把持力を可変する事例を説明する図である。   Here, FIG. 4 is a diagram for explaining an example in which the tactile sensor 20 is attached to the robot hand 35 and the grasping form and the grasping force of the robot hand 35 are changed based on the pressure distribution information obtained by the tactile sensor 20. It is.

ロボットハンド３５の一例は、図４に示すように、ロボットハンドの基部３２と、このロボットハンドの基部３２から計測対象物３０を挟み込む領域に相当する間隔分を隔てて、互いに並んで延びる棒状の一対の指ハンド３１（把持装置）と、これらの指ハンド３１の軸方向略中央に配置され、指ハンド３１を略半分に分割して指ハンドを折り曲げ可能に構成する指ハンド関節部３３と、指ハンド３１の内側（計測対象物３０との接触領域）に配置された触覚センサ２０と、 によって構成されている。   An example of the robot hand 35 is, as shown in FIG. 4, a base 32 of the robot hand and a bar-like shape extending side by side with an interval corresponding to a region sandwiching the measurement target 30 from the base 32 of the robot hand. A pair of finger hands 31 (gripping devices), a finger hand joint portion 33 that is arranged at substantially the center in the axial direction of these finger hands 31 and that is configured to be able to bend the finger hand by dividing the finger hand 31 into approximately halves; The tactile sensor 20 is arranged inside the finger hand 31 (contact area with the measurement object 30).

図４（ａ）に示すように、ロボットハンドの基部３２の近傍の一対の指ハンド３１の基端部分（指ハンド関節部３３を境にしてロボットハンドの基部３２に近い側の指ハンド３１の部分）によって計測対象物３０を挟んで保持した形態で、仮に計測対象物３０が柔らかい弾性体であって、単純に指ハンド３１の基端部分によってこの計測対象物３０を挟み込むだけでは計測対象物３０の保持が困難である場合、ロボットハンド制御装置４０（図３参照）は、触覚センサ２０を介して計測対象物３０の特性（形状や弾性）を即座に認識したうえで、図４（ｂ）に示すように、指ハンド３１の先端部分（指ハンド関節部３３を境にしてロボットハンドの基部３２に遠い側の指ハンド３１の部分）を折り曲げて、指ハンド３１により計測対象物３０を包み込みつつその把持力を調整して、計測対象物３０を確実に保持可能なようにロボットハンド３５を制御する。   As shown in FIG. 4A, the base end portions of a pair of finger hands 31 in the vicinity of the base portion 32 of the robot hand (the finger hand 31 on the side close to the base portion 32 of the robot hand with the finger hand joint portion 33 as a boundary). The measurement target 30 is a soft elastic body, and the measurement target 30 is simply sandwiched by the proximal end portion of the finger hand 31. When it is difficult to hold 30, the robot hand control device 40 (see FIG. 3) immediately recognizes the characteristics (shape and elasticity) of the measurement object 30 via the tactile sensor 20, and ), The distal end portion of the finger hand 31 (the portion of the finger hand 31 far from the base portion 32 of the robot hand with the finger hand joint portion 33 as a boundary) is bent, and the measurement object 30 is detected by the finger hand 31. Wraps while by adjusting the gripping force, to control the robot hand 35 so as to be reliably hold the measurement object 30.

すなわち、計測対象物３０を指ハンド３１により把持する際に、計測対象物３０の把持途中で得られる計測対象物３０と押圧部１０との間の圧力分布の情報に基づき計測対象物３０の特性を求め、この特性に応じて指ハンド３１の計測対象物３０に対する把持形態または把持力が実時間に可変するように、ロボットハンド制御装置４０はロボットハンド３５を動作し得る。   That is, when the measurement object 30 is grasped by the finger hand 31, the characteristics of the measurement object 30 are based on the information on the pressure distribution between the measurement object 30 and the pressing unit 10 obtained during the grasping of the measurement object 30. The robot hand control device 40 can operate the robot hand 35 so that the gripping form or gripping force of the finger hand 31 with respect to the measurement object 30 varies in real time according to this characteristic.

なおここまで、実施の形態１で説明した触覚センサを、生産ラインにおけるロボットハンドの把持形態や把持力を可変させる制御装置に適用する事例を述べたが、この触覚センサの応用例はこれに限るものではなく、例えば、家庭用として想定されるロボットの把持部位や人工スキンに触覚センサを配置しても良い。そうすると、家庭用ロボットが未知の物体の特性を確実かつ高速に認識して、これにより、ロボットと人間との共生がより快適に実現できるものと期待される。   Up to this point, the example in which the tactile sensor described in the first embodiment is applied to the control device that changes the gripping form and gripping force of the robot hand in the production line has been described, but the application example of this tactile sensor is limited to this. For example, you may arrange | position a tactile sensor in the holding | grip part and artificial skin of the robot assumed for home use. Then, it is expected that the home robot will recognize the characteristics of the unknown object reliably and at high speed, and this will make it possible to realize more harmonious coexistence between the robot and the human.

以下に、分布型圧力（触覚）センサ２０によって計測対象物の特性が得られることを検証した実験結果を述べる。   In the following, experimental results verifying that the characteristics of the measurement object can be obtained by the distributed pressure (tactile) sensor 20 will be described.

（１）計測対象物の形状測定例
最初に、本実施の形態の圧力センサ計測システム１００による計測対象物の形状を測定した事例を説明する。 (1) Shape measurement example of measurement object First, an example in which the shape of the measurement object is measured by the pressure sensor measurement system 100 of the present embodiment will be described.

図５は、棒材の形状を圧力センサにより測定するための計測実験装置の概略を示した図であり、図中の圧力センサの構成は、図１に示したものと同じである。   FIG. 5 is a diagram showing an outline of a measurement experimental apparatus for measuring the shape of a bar with a pressure sensor, and the configuration of the pressure sensor in the figure is the same as that shown in FIG.

図６は、各種の断面形状を有する棒材について圧力センサにより得られた圧力値を統計処理したヒストグラムを示した図である。   FIG. 6 is a diagram showing a histogram obtained by statistically processing the pressure values obtained by the pressure sensor for the rods having various cross-sectional shapes.

計測実験装置５０の構成については、図５から理解されるとおり、Ｌ型の測定台５１の平板部５１Ｓに圧力センサ２０を水平に載せ、この平板部５１Ｓから垂直方向に延びる支持部５１ｔに押し付け部材５２が垂直方向に移動可能なように支持されている。   As understood from FIG. 5, the configuration of the measurement experiment apparatus 50 is such that the pressure sensor 20 is horizontally placed on the flat plate portion 51S of the L-shaped measurement table 51 and pressed against the support portion 51t extending in the vertical direction from the flat plate portion 51S. The member 52 is supported so as to be movable in the vertical direction.

そして、押し付け部材５２と圧力センサ２０のシリコンスポンジ１０との間に計測対象物としての剛性の棒材５３の側面がシリコンスポンジ１０に当接するようにして挟まれて、これにより垂直方向に移動する押し付け部材５２を介して棒材５３をシリコンスポンジ１０に対し押圧することが可能になる。   Then, the side surface of the rigid bar 53 as the measurement object is sandwiched between the pressing member 52 and the silicon sponge 10 of the pressure sensor 20 so as to contact the silicon sponge 10, thereby moving in the vertical direction. The bar 53 can be pressed against the silicon sponge 10 via the pressing member 52.

計測対象の棒材５３の具体形状としては、直径１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍおよび３０ｍｍの円形断面からなる５種類の丸棒と、一辺１０ｍｍおよび２０ｍｍの正方形断面からなる２種類の角棒とが用意されている。なお、各棒材５３の長さは３０ｍｍである。   As specific shapes of the bar material 53 to be measured, there are five types of round bars having a circular cross section with a diameter of 10 mm, 15 mm, 20 mm, 25 mm, and 30 mm, and two types of square bars having a square cross section with sides of 10 mm and 20 mm. It is prepared. The length of each bar 53 is 30 mm.

但し、図５に示すように、１０ｍｍおよび２０ｍｍの辺の角棒（２種類）の側面をシリコンスポンジ１０の主面に沿って平行に押し当てた状態と、その平行状態から２０ｍｍの辺の角棒（１種類のみ）を約４５度回転させ、その角部をシリコンスポンジ１０の主面に押し当てた状態とにおいて、圧力センサ２０により圧力分布測定が実行される。   However, as shown in FIG. 5, a state in which the side surfaces of the 10 mm and 20 mm side square bars (two types) are pressed in parallel along the main surface of the silicon sponge 10 and a side angle of 20 mm from the parallel state. Pressure distribution measurement is performed by the pressure sensor 20 in a state where the rod (only one type) is rotated about 45 degrees and the corner portion is pressed against the main surface of the silicon sponge 10.

このため、実験条件としては、直径１０ｍｍの丸棒の側面押し当て条件（図６中に丸＿１０と図示）、直径１５ｍｍの丸棒の側面押し当て条件（丸＿１５と図示）、直径２０ｍｍの丸棒の側面押し当て条件（丸＿２０と図示）、直径２５ｍｍの丸棒の側面押し当て条件（丸＿２５ｍｍと図示）、直径３０ｍｍの丸棒の側面押し当て条件（丸＿３０と図示）、一辺１０ｍｍの角棒の側面押し当て条件（角＿１０と図示）、一辺２０ｍｍの角棒の側面押し当て条件（角＿２０と図示）、一辺２０ｍｍの角棒の角部押し当て条件（角＿４５度と図示）があり、トータルの実験条件数は８通りになる。   For this reason, as experimental conditions, a side pressing condition of a round bar having a diameter of 10 mm (shown as circle_10 in FIG. 6), a side pressing condition of a round bar having a diameter of 15 mm (shown by round_15), and a round bar having a diameter of 20 mm. Side pressing condition of the rod (shown as _20), side pressing condition of the round bar with a diameter of 25 mm (shown as _25 mm), side pressing condition of the round bar with a diameter of 30 mm (shown as _30), and a side of 10 mm Side bar pressing condition of square bar (shown as corner_10), side bar pressing condition of square bar with side 20mm (shown as corner_20), corner part pressing condition of square bar with side 20mm (shown as corner_45 degrees) Yes, the total number of experimental conditions is 8.

こうして、上記の各実験条件において押し付け部材５２を介して各棒材５３に対し垂直方向に１８Ｎの力が加えられと、棒材５３が、シリコンスポンジ１０の断面を変形させながらその表面から内側に進行（陥没）する。   Thus, when a force of 18 N is applied in the vertical direction to each bar 53 through the pressing member 52 under the above experimental conditions, the bar 53 moves inward from the surface while deforming the cross section of the silicon sponge 10. Progress (decay).

各実験条件おいて時系列で得られた多数の圧力分布からなる圧力分布群の中から、圧力を検出した点が約１５０点（この点数は、例えば直径３０ｍｍの丸棒であれば、最終的に得られる点数の約７割相当のポイントであり、接触開始時から４５ｍｓｅｃ経過した時点に対応するものである。）となった際の圧力分布を選別して上記の実験条件毎に比較した。   From the pressure distribution group consisting of a large number of pressure distributions obtained in time series under each experimental condition, the pressure was detected at about 150 points (for example, this is the final value for a round bar with a diameter of 30 mm). The pressure distribution at the time when 45 msec had elapsed from the start of contact) was selected and compared for each of the above experimental conditions.

なおここでは、各実験条件の圧力分布結果の異同を分かり易く比較するため、各計測点の圧力値を、区分Ａ：０．００〜０．０４Ｎ、区分Ｂ：０．０４Ｎ〜０．１０Ｎ、区分Ｃ：０．１０Ｎ〜０．１６Ｎ、区分Ｄ：０．１６Ｎ〜０．２２Ｎ、区分Ｅ：０．２２Ｎ〜０．２６Ｎの５つの区分に分けて、その区分毎の計測点数の割合をヒストグラムとして図６に図示している。   Here, in order to easily compare the difference in the pressure distribution result of each experimental condition, the pressure value at each measurement point is classified as follows: Section A: 0.00 to 0.04N, Section B: 0.04N to 0.10N, Division C: 0.10N to 0.16N, Division D: 0.16N to 0.22N, Division E: 0.22N to 0.26N, and the ratio of the number of measurement points for each division is a histogram Is shown in FIG.

図６によると、実験対象の棒材５３の断面形状に依存してヒストグラムの構成に明らかな相違点が確認された。   According to FIG. 6, a clear difference in the configuration of the histogram was confirmed depending on the cross-sectional shape of the bar 53 to be tested.

例えば、圧力値の高い区分Ｅの割合から理解されるとおり、シリコンスポンジ１０に対し角棒の辺を４５度にしてその角部を押し当てたもの（角＿４５度）が、区分Ｅの割合として最大値を示しており、丸棒の直径が５ｍｍ刻みで小さくなるに従って、区分Ｅの割合が増えている。   For example, as can be understood from the ratio of the section E having a high pressure value, the side of the square bar pressed against the silicon sponge 10 and the corner is pressed (angle_45 degrees) is the ratio of the section E. The maximum value is shown. As the diameter of the round bar decreases in increments of 5 mm, the ratio of section E increases.

このような区分Ｅの割合の変化は、シリコンスポンジ１０に接触する棒材５３の側面の３次元的鋭利性の順番に符合しており、妥当な結果と言える。   Such a change in the ratio of the section E corresponds to the order of the three-dimensional sharpness of the side surface of the bar 53 in contact with the silicon sponge 10, and can be said to be a reasonable result.

こうして、分布型圧力センサ２０により得られた棒材５３とシリコンスポンジ１０との間の圧力分布の情報を基にして、棒材５３の断面形状の判別が可能になることが裏付けられた。   Thus, it was confirmed that the cross-sectional shape of the bar 53 can be determined based on the pressure distribution information between the bar 53 and the silicon sponge 10 obtained by the distributed pressure sensor 20.

（２）計測対象物の粘弾性測定例
次に、本実施の形態の圧力センサ計測システム１００による計測対象物の粘弾性を測定した事例を説明する。 (2) Measurement Example of Viscoelasticity of Measurement Object Next, an example in which the viscoelasticity of the measurement object by the pressure sensor measurement system 100 of the present embodiment is measured will be described.

図７は、油圧式緩衝器（粘弾性体）の粘弾性を圧力センサにより測定するための計測実験装置の概略を示した図であり、図中の圧力センサの構成は、図１に示したものと同じである。   FIG. 7 is a diagram showing an outline of a measurement experimental apparatus for measuring the viscoelasticity of a hydraulic shock absorber (viscoelastic body) with a pressure sensor, and the configuration of the pressure sensor in FIG. 1 is shown in FIG. Is the same.

図８は、粘弾性体としての油圧式緩衝器により圧力センサのシリコンスポンジを加圧した後に圧力センサにより得られる総圧力の時間変化を、剛体のそれと比較して示した図である。   FIG. 8 is a diagram showing a time change of the total pressure obtained by the pressure sensor after pressurizing the silicon sponge of the pressure sensor with a hydraulic shock absorber as a viscoelastic body, compared with that of a rigid body.

計測実験装置６０については、図５に示した計測実験装置５０の構成と同様に、Ｌ型の測定台６１の平板部６１Ｓに圧力センサ２０を水平に載せ、この平板部６１Ｓから垂直方向に延びる支持部６１ｔに押し付け部材６２が垂直方向に移動可能なように支持されている。   As for the measurement experiment apparatus 60, similarly to the configuration of the measurement experiment apparatus 50 shown in FIG. 5, the pressure sensor 20 is mounted horizontally on the flat plate portion 61S of the L-shaped measurement table 61, and extends vertically from the flat plate portion 61S. The pressing member 62 is supported by the support portion 61t so as to be movable in the vertical direction.

そして、この押し付け部材６２に粘弾性体としての油圧式緩衝器６３が取り付けられ、これにより押し付け部材６２と共に動く油圧式緩衝器６３のピストンロッドをシリコンスポンジ１０に対し押圧することが可能になる。   Then, a hydraulic shock absorber 63 as a viscoelastic body is attached to the pressing member 62, so that the piston rod of the hydraulic shock absorber 63 that moves together with the pressing member 62 can be pressed against the silicon sponge 10.

油圧式緩衝器６３としては、粘性の高いもの（不二ラテックス（株）製、型番ＦＫ−０６０４）を用いる。また、比較実験用の部材として、油圧式緩衝器６３のピストンロッドとほぼ同じ形状のアクリル直方体（剛体）を用いる。   As the hydraulic shock absorber 63, one having high viscosity (manufactured by Fuji Latex Co., Ltd., model number FK-0604) is used. Moreover, an acrylic rectangular parallelepiped (rigid body) having substantially the same shape as the piston rod of the hydraulic shock absorber 63 is used as a member for comparative experiments.

図７に示すように、押し付け部材６２を押すことによって、油圧式緩衝器６３のピストンロッドの先端が、シリコンスポンジ１０に対し８Ｎまで加圧されつつシリコンスポンジ１０のシリコンスポンジ１０の断面を変形させながらその表面から内側に進行（陥没）する。   As shown in FIG. 7, by pressing the pressing member 62, the tip of the piston rod of the hydraulic shock absorber 63 is deformed to a cross section of the silicon sponge 10 of the silicon sponge 10 while being pressurized to 8 N against the silicon sponge 10. However, it progresses (sinks) inward from the surface.

そして、８Ｎの押圧力に到達した油圧式緩衝器６３のピストンロッドの進行位置で押し付け部材６２による更なる加圧を止めて、油圧式緩衝器６３のピストンロッドをその位置に固定する。   Then, further pressurization by the pressing member 62 is stopped at the position where the piston rod of the hydraulic shock absorber 63 reaches the pressing force of 8N, and the piston rod of the hydraulic shock absorber 63 is fixed at that position.

その後、油圧式緩衝器６３のピストンロッドをシリコンスポンジ１０に押し当てて、そのときに発生する圧力分布（１フィールドの圧力分布）を約６０Ｈｚ（時間：約１５ｍｓｅｃ）の計測サイクルで計測する実験を行い、圧力センサ２０の圧力分布測定用の各計測点で得られた圧力値の総和（総圧力）の時間変化を測定した。   After that, the piston rod of the hydraulic shock absorber 63 is pressed against the silicon sponge 10, and the pressure distribution (pressure distribution of one field) generated at that time is measured with a measurement cycle of about 60 Hz (time: about 15 msec). The time change of the total sum (total pressure) of the pressure values obtained at each measurement point for measuring the pressure distribution of the pressure sensor 20 was measured.

なお比較のため、アクリル直方体を使って油圧式緩衝器６３と同じ計測実験を行った。   For comparison, the same measurement experiment as that of the hydraulic shock absorber 63 was performed using an acrylic rectangular parallelepiped.

両者の加圧後の総圧力の時間変化の様子については、図８から理解されるとおり、アクリル直方体（剛体）を使用した総圧力は、時間の経過に依存せず一定であるのに対し、油圧式緩衝器６３を使用した総圧力は、時間の経過につれて減少している。そして、油圧式緩衝器６３における総圧力の減少時間推移が、静的粘弾性の応力緩和を評価する際に計測される時間推移と同様の特性を示している。   About the state of the time change of the total pressure after both pressurization, as understood from FIG. 8, the total pressure using the acrylic rectangular parallelepiped (rigid body) is constant without depending on the passage of time, The total pressure using the hydraulic shock absorber 63 decreases with time. Then, the decrease time transition of the total pressure in the hydraulic shock absorber 63 shows the same characteristics as the time transition measured when evaluating the stress relaxation of the static viscoelasticity.

なお、現状の６０Ｈｚ程度の計測サイクルのタイムスケールでは、シリコンスポンジ１０の粘性の影響は無視できる程小さいと考えられるため、アクリル直方体における総圧力がほぼ一定で推移するものと推察される。   In addition, in the current measurement cycle time scale of about 60 Hz, the influence of the viscosity of the silicon sponge 10 is considered to be negligible, so it is assumed that the total pressure in the acrylic rectangular parallelepiped changes substantially constant.

こうして、分布型圧力センサ２０により得られた、油圧式緩衝器６３およびアクリル直方体とシリコンスポンジ１０との間の圧力分布の情報を基にして、アクリル直方体（剛体）の粘弾性および油圧式緩衝器６３（粘弾性体）の粘弾性の判別が可能になることが裏付けられた。   Thus, the viscoelasticity of the acrylic rectangular parallelepiped (rigid body) and the hydraulic shock absorber based on the information on the pressure distribution between the hydraulic shock absorber 63 and the acrylic rectangular parallelepiped and the silicon sponge 10 obtained by the distributed pressure sensor 20. It was confirmed that the viscoelasticity of 63 (viscoelastic body) can be distinguished.

本発明に係る計測システムによれば、既存の分布型圧力センサにより得られた計測対象物と押圧部との圧力分布の情報を基に、計測対象物の特性を測定可能になり、例えば、ロボットの触覚センサ計測システムとしての用途に適用できる。   According to the measurement system of the present invention, it becomes possible to measure the characteristics of the measurement object based on the information on the pressure distribution between the measurement object and the pressing portion obtained by the existing distributed pressure sensor. It can be applied to use as a tactile sensor measurement system.

本発明の実施の形態１に係る圧力センサ計測システムの構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the pressure sensor measurement system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 分布型圧力サンサよる計測対象物の特性の測定手法を説明した図である。It is a figure explaining the measuring method of the characteristic of the measuring object by a distributed pressure sensor. 触覚センサを装着したロボットハンド制御システムの概容を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline | summary of the robot hand control system equipped with the tactile sensor. ロボットハンドに触覚センサを装着して、触覚センサにより得られる圧力分布の情報に基づきロボットハンドの把持形態および把持力を可変する事例を説明する図である。It is a figure explaining the example which attaches a tactile sensor to a robot hand, and changes a grasping form and grasping force of a robot hand based on information on pressure distribution obtained by a tactile sensor. 棒材の形状を圧力センサにより測定するための計測実験装置の概略を示した図である。It is the figure which showed the outline of the measurement experiment apparatus for measuring the shape of a bar with a pressure sensor. 各種の断面形状を有する棒材について圧力センサにより得られた圧力値を統計処理したヒストグラムを示した図である。It is the figure which showed the histogram which statistically processed the pressure value obtained by the pressure sensor about the bar material which has various cross-sectional shapes. 油圧式緩衝器（粘弾性体）の粘弾性を圧力センサにより測定するための計測実験装置の概略を示した図である。It is the figure which showed the outline of the measurement experiment apparatus for measuring the viscoelasticity of a hydraulic buffer (viscoelastic body) with a pressure sensor. 粘弾性体としての油圧式緩衝器により圧力センサのシリコンスポンジを加圧した後に圧力センサにより得られる総圧力の時間変化を、剛体のそれと比較して示した図である。It is the figure which showed the time change of the total pressure obtained by a pressure sensor after pressurizing the silicon sponge of a pressure sensor with the hydraulic buffer as a viscoelastic body compared with that of a rigid body.

符号の説明Explanation of symbols

１０ シリコンスポンジ
１１ 第１の電極シート
１２ 感圧導電性ゴム
１３ 第２の電極シート
１４ 行電極ドライバ
１５ 列電極ドライバ
１６ 圧力（触覚）センサ計測制御装置
１７ 計測システム制御装置
１８ 行ストライプ電極
１９ 列ストライプ電極
２０ 圧力（触覚）センサ
２１ 圧力検出部
２２ 制御回路
３０ 計測対象物
３１ 指ハンド
３２ ロボットハンドの基部
３３ 指ハンド関節部
３５ ロボットハンド
４０ ロボットハンド制御装置
５０、６０ 計測実験装置
５１、６１ Ｌ型の測定台
５１Ｓ、６１Ｓ 平板部
５１ｔ、６１ｔ 支持部
５２、６２ 押し付け部材
５３ 棒材
６３ 油圧式緩衝器
１００ 圧力センサ計測システム
１１０ ロボットハンド制御システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Silicon sponge 11 1st electrode sheet 12 Pressure sensitive conductive rubber 13 2nd electrode sheet 14 Row electrode driver 15 Column electrode driver 16 Pressure (tactile) sensor measurement control device 17 Measurement system control device 18 Row stripe electrode 19 Row stripe Electrode 20 Pressure (tactile sensor) 21 Pressure detection unit 22 Control circuit 30 Measurement object 31 Finger hand 32 Robot hand base 33 Finger hand joint 35 Robot hand 40 Robot hand control devices 50 and 60 Measurement experiment devices 51 and 61 L type Measuring table 51S, 61S flat plate part 51t, 61t support part 52, 62 pressing member 53 bar 63 hydraulic shock absorber 100 pressure sensor measurement system 110 robot hand control system

Claims (6)

計測対象物を押圧部に所定押圧により接触する際に、前記計測対象物と前記押圧部との間に発生する圧力に対応する信号を測定すると共に、
前記計測対象物の前記押圧部への接触開始時点から複数の異なる経過時における前記信号に基づく前記計測対象物の前記押圧部に対する圧力分布を測定し、
前記経過時に対応する各圧力分布からなる圧力分布群として取得し、前記圧力分布群に基づき前記計測対象物の特性を測定する計測方法。 When the measurement object is brought into contact with the pressing part by a predetermined pressure, a signal corresponding to the pressure generated between the measurement object and the pressing part is measured,
Measuring the pressure distribution on the pressing portion of the measuring object based on the signal at a plurality of different times from the start of contact with the pressing portion of the measuring object;
A measurement method for obtaining a pressure distribution group including each pressure distribution corresponding to the elapsed time and measuring a characteristic of the measurement object based on the pressure distribution group. 前記計測対象物の特性は、前記計測対象物の形状または力学性質であり、前記力学性質には、前記計測対象物の弾性または粘弾性が含まれる請求項１に記載の計測方法。   The measurement method according to claim 1, wherein the characteristic of the measurement object is a shape or a mechanical property of the measurement object, and the mechanical property includes elasticity or viscoelasticity of the measurement object. 押圧部を有し、前記押圧部に計測対象物が押圧されると、前記計測対象物と前記押圧部との間に発生する圧力に対応する信号を出力する圧力センサと、
前記信号に基づき前記計測対象物の前記押圧部に対する圧力分布を取得する制御装置と、を備え、
前記制御装置が、前記計測対象物の前記押圧部への接触開始時点から複数の異なる経過時における前記圧力分布を取得し、前記経過時に対応する各圧力分布からなる圧力分布群を取得して、
前記圧力分布群に基づき前記計測対象物の特性を測定するように構成された計測システム。 A pressure sensor that has a pressing part and outputs a signal corresponding to a pressure generated between the measuring object and the pressing part when the measuring object is pressed by the pressing part;
A controller for acquiring a pressure distribution with respect to the pressing portion of the measurement object based on the signal,
The control device acquires the pressure distribution at a plurality of different elapsed times from the contact start time of the measurement object to the pressing portion, acquires a pressure distribution group composed of each pressure distribution corresponding to the elapsed time,
A measurement system configured to measure characteristics of the measurement object based on the pressure distribution group. 前記圧力センサを装着すると共に、前記計測対象物を前記圧力センサに当接可能なように把持する把持装置を備え、
前記制御装置から出力される指示に基づき前記計測対象物を前記把持装置により把持する際に、前記計測対象物の特性に応じて前記把持装置の前記計測対象物に対する把持形態または把持力が可変するように請求項３に記載の計測システムが構成された把持装置制御システム。 A gripping device for mounting the pressure sensor and gripping the measurement object so as to be in contact with the pressure sensor,
When the measurement target is gripped by the gripping device based on an instruction output from the control device, the gripping form or gripping force of the gripping device with respect to the measurement target varies according to the characteristics of the measurement target. A gripping device control system in which the measurement system according to claim 3 is configured as described above. 前記把持装置がロボットハンドである請求項４に記載の把持装置制御システム。   The gripping device control system according to claim 4, wherein the gripping device is a robot hand. 前記計測対象物の特性は、前記計測対象物の形状または力学性質であり、前記力学性質には、前記計測対象物の弾性または粘弾性が含まれる請求項３に記載の計測システム。   The measurement system according to claim 3, wherein the characteristic of the measurement object is a shape or a mechanical property of the measurement object, and the mechanical property includes elasticity or viscoelasticity of the measurement object.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009034742A (en) * 2007-07-31 2009-02-19 Sony Corp Detecting device
JP2010528267A (en) * 2007-05-18 2010-08-19 ユニバーシティ オブ サザン カリフォルニア Biomimetic tactile sensor for grip control
JP2011209285A (en) * 2010-03-30 2011-10-20 Tk Holdings Inc Force measurement system
JP2017505425A (en) * 2013-12-03 2017-02-16 オダクソＯｄａｘｏｓ System and corresponding method for determining at least part of the shape of a three-dimensional object
CN108088616A (en) * 2016-11-23 2018-05-29 上海汽车集团股份有限公司 A kind of method for testing precision of pressure-sensitive paper, apparatus and system
WO2019187546A1 (en) * 2018-03-27 2019-10-03 ソニー株式会社 Control device, control method, and program

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02114140A (en) * 1988-10-25 1990-04-26 Murata Mfg Co Ltd Piezoelectric pressure distribution sensor
JPH05296709A (en) * 1992-04-16 1993-11-09 Fanuc Ltd Distribution type tactile sensor
JPH06110543A (en) * 1992-09-30 1994-04-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Direct teaching device
JP2569433B2 (en) * 1995-05-12 1997-01-08
JP2003337071A (en) * 2002-05-20 2003-11-28 Yokohama Tlo Co Ltd Tactile sensor
JP2004140949A (en) * 2002-10-18 2004-05-13 Fuji Heavy Ind Ltd Driving controller based on pressure distribution pattern
JP2004163166A (en) * 2002-11-11 2004-06-10 Japan Science & Technology Agency Silicon tactile sensor device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02114140A (en) * 1988-10-25 1990-04-26 Murata Mfg Co Ltd Piezoelectric pressure distribution sensor
JPH05296709A (en) * 1992-04-16 1993-11-09 Fanuc Ltd Distribution type tactile sensor
JPH06110543A (en) * 1992-09-30 1994-04-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Direct teaching device
JP2569433B2 (en) * 1995-05-12 1997-01-08
JP2003337071A (en) * 2002-05-20 2003-11-28 Yokohama Tlo Co Ltd Tactile sensor
JP2004140949A (en) * 2002-10-18 2004-05-13 Fuji Heavy Ind Ltd Driving controller based on pressure distribution pattern
JP2004163166A (en) * 2002-11-11 2004-06-10 Japan Science & Technology Agency Silicon tactile sensor device

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010528267A (en) * 2007-05-18 2010-08-19 ユニバーシティ オブ サザン カリフォルニア Biomimetic tactile sensor for grip control
JP2009034742A (en) * 2007-07-31 2009-02-19 Sony Corp Detecting device
US7984658B2 (en) 2007-07-31 2011-07-26 Sony Corporation Detecting device
US8499651B2 (en) 2007-07-31 2013-08-06 Sony Corporation Detecting device
JP2011209285A (en) * 2010-03-30 2011-10-20 Tk Holdings Inc Force measurement system
JP2017505425A (en) * 2013-12-03 2017-02-16 オダクソＯｄａｘｏｓ System and corresponding method for determining at least part of the shape of a three-dimensional object
CN108088616A (en) * 2016-11-23 2018-05-29 上海汽车集团股份有限公司 A kind of method for testing precision of pressure-sensitive paper, apparatus and system
WO2019187546A1 (en) * 2018-03-27 2019-10-03 ソニー株式会社 Control device, control method, and program
JPWO2019187546A1 (en) * 2018-03-27 2021-04-15 ソニー株式会社 Control devices, control methods, and programs
JP7276318B2 (en) 2018-03-27 2023-05-18 ソニーグループ株式会社 Control device, control method and program
US11999051B2 (en) 2018-03-27 2024-06-04 Sony Corporation Control device, control method, and program

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