JP2020531809A - グリップ・セキュリティを測定する摩擦ベースの触覚センサ - Google Patents
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Abstract
Description
(i)物体をグリップすることを試みる前にその物体を探査する必要と、
(ii)静止摩擦係数の測定値を入手する前の操作中のグロス・スリップ(gross slip)の発生と、
(iii)変化する摩擦係数の場合の、静止摩擦係数の連続的測定値を提供することの不可能性と、
(iv)法線力および接線力を継続的に監視する必要と
という制限のうちの1つまたは複数の問題を有する。
いくつかの図示の実施形態では、突出部または柱に対する力の推定を、次のように実行することができる。材料が、フックの法則に従って線形弾性として振る舞うと仮定する。正味の法線力FNが、各柱に働く法線力の和であることに留意されたい。
FNC=kΔlC、 (1a)
FNO=kΔlO=k(ΔlC−d)=FNC−kd、かつ (1b)
FN=FNC+8FNO=9kΔlC−8kd (1c)
ただし、kは、柱の弾性材料のばね定数である。したがって、
FTC=FTO、かつ (3a)
FT=FTC+8FTO=9FTO (3b)
ここで、FTCは、中央の柱の接線力であり、FTOは、外側柱のうちの1つの接線力である。
FTO>μsFNO (4)
の時に滑り始める。これが発生するのは、正味の接線力が
FTO=μkFNO (6a)
中央柱は、
FTC>μsFNC (6b)
の時に滑り始める。これは、正味の接線力が、
法線力(N)のそれぞれのステージ位置(mm)を使用して、センサ柱のばね定数kを計算した。ばね定数kは、最良あてはめの線の勾配を柱の本数で除算したものすなわち、k=1.174N/mmである。
P Q
R S
と示される象限パターンに配置された4つのフォトダイオードがある場合に、それらが感知する光の強度は、中央のプロットを入手するために次のように前処理され得る。
Z=P+Q+R+S (すなわち、すべての和)
X=[(P+R)−(Q+S)]/Z (すなわち、左引く右を正規化したもの)
Y=[(P+Q)−(R+S)]/Z (すなわち、上引く下を正規化したもの)
(i)物体をグリップすることを試みる前にその物体を探査する必要と、
(ii)静止摩擦係数の測定値を入手する前の操作中のグロス・スリップ(gross slip)の発生と、
(iii)変化する摩擦係数の場合の、静止摩擦係数の連続的測定値を提供することの不可能性と、
(iv)法線力および接線力を継続的に監視する必要と
という制限のうちの1つまたは複数の問題を有する。
いくつかの図示の実施形態では、突出部または柱に対する力の推定を、次のように実行することができる。材料が、フックの法則に従って線形弾性として振る舞うと仮定する。正味の法線力FNが、各柱に働く法線力の和であることに留意されたい。
FNC=kΔlC、 (1a)
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ただし、kは、柱の弾性材料のばね定数である。したがって、
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ここで、FTCは、中央の柱の接線力であり、FTOは、外側柱のうちの1つの接線力である。
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の時に滑り始める。これが発生するのは、正味の接線力が
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中央柱は、
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の時に滑り始める。これは、正味の接線力が、
法線力(N)のそれぞれのステージ位置(mm)を使用して、センサ柱のばね定数kを計算した。ばね定数kは、最良あてはめの線の勾配を柱の本数で除算したものすなわち、k=1.174N/mmである。
P Q
R S
と示される象限パターンに配置された4つのフォトダイオードがある場合に、それらが感知する光の強度は、中央のプロットを入手するために次のように前処理され得る。
Z=P+Q+R+S (すなわち、すべての和)
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Claims (40)
- グリップ・セキュリティを査定するシステムであって、
少なくとも、第1の接触面領域および第2の接触面領域を有する接触面であって、前記第1の接触面領域は、前記第2の接触面領域より少なく滑りに抵抗するように構成される、接触面と、
第1の接触領域での滑りを検出するセンサと
を含むシステム。 - 前記接触面の少なくとも一部は、変形可能である、請求項1に記載のシステム。
- 前記接触面は、基底面から延びる複数の突出部を含み、前記第1の接触領域内の前記突出部は、第2の接触領域内の突出より小さい距離だけ前記基底面から離れて延びる、請求項1または請求項2に記載のシステム。
- 前記突出部は、変形可能である、請求項3に記載のシステム。
- 前記突出部は、前記基底面から延びる細長いシャフトである、請求項3または請求項4に記載のシステム。
- 前記突出部は、アレイを形成するように位置決めされる、請求項3から請求項5のいずれか1項に記載のシステム。
- 突出部は、お互いと独立に移動するように構成される、請求項3から請求項6のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記第1の接触領域内の突出部の前記基底面からの非圧縮の距離は、前記第2の接触領域内の突出部の前記基底面からの非圧縮の距離より小さい、請求項3から請求項7のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記突出部は、使用中に、グリップ圧力の下で、前記第1の接触領域内の突出部への法線力が、前記第2の接触領域内の突出部への法線力より小さくなるように構成される、請求項3から請求項8のいずれか1項に記載のシステム。
- 突出部の近位端は、前記基底面に接続され、前記突出部の遠位端は、丸められた先端を含む、請求項3から請求項9のいずれか1項に記載のシステム。
- 接触面は、主にシリコーンから製造される、請求項3から請求項10のいずれか1項に記載のシステム。
- 各突出部は、前記基底面から前記突出部の遠位端に向かって延びる空洞を含む、請求項3から請求項11のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記空洞は、形状において円錐形である、請求項12に記載のシステム。
- センサは、前記基底面の背後で各空洞に隣接する位置に位置決めされる、請求項12または請求項13のいずれかに記載のシステム。
- 前記センサは、初期滑りを検出するように適合される、請求項1から請求項14のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記センサは、摩擦を推定するように適合される、請求項1から請求項15のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記空洞より小さい直径を有する開口部は、前記センサと前記空洞との間に配置される、請求項12から請求項16のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記センサは、所与の突出部内で前記基底面の空洞側に位置決めされたLEDから発し、前記空洞の遠位端またはその付近に配置された反射器から反射し、前記開口部を介して前記センサに移動する光を検出するように構成された4分割フォトダイオードを含む、請求項17に記載のシステム。
- 前記接触面は、基底面から延びる複数の突出部を含み、前記突出部は、内部空洞を有し、前記センサは、CCDアレイを含み、前記システムは、前記CCDアレイが、前記基底面から前記空洞内に発し、前記空洞の遠位端に配置された反射器から反射し、前記基底面内の開口部を介して前記センサに移動する光を検出するように構成される、請求項1から請求項18のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記接触面は、基底面から延びる複数の突出部を含み、前記突出部は、内部空洞を有し、前記センサは、CMOS光感知アレイを含み、前記システムは、前記CMOS光感知アレイが、前記基底面から前記空洞内に発し、前記空洞の遠位端に配置された反射器から反射し、前記基底面内の開口部を介して前記センサに移動する光を検出するように構成される、請求項1から請求項19のいずれか1項に記載のシステム。
- 速度警告は、前記センサによってシグナリングされ、かつ/または、警告の個数は、補正アクションが要求される緊急性のレベルもしくは補正アクションに要求される力の大きさを示すことができる、請求項1から請求項20のいずれか1項に記載のシステム。
- グリップ・セキュリティを査定する方法であって、前記方法は、接触面での滑りを検出することを含み、前記接触面は、少なくとも、第1の接触面領域および第2の接触面領域を有し、前記第1の接触面領域は、前記第2の接触面領域より少なく滑りに抵抗するように構成される、方法。
- 前記接触面は、基底面から延びる複数の突出部を含み、第1の接触領域内の前記突出部は、第2の接触領域内の前記突出部より短い距離だけ前記基底面から離れて伸びる、請求項22に記載の方法。
- 突出部は、前記基底面から延びるように位置決めされ、アレイを形成する、請求項23に記載の方法。
- 個々の突出部の移動は、お互いと独立または部分的に独立である、請求項23または請求項24のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の接触領域内の突出部の基底面からの非圧縮の高さは、前記第2の接触領域内の突出部の非圧縮の高さより短い、請求項23から請求項25のいずれか1項に記載の方法。
- 前記突出部は、前記第1の接触領域内の突出部によって経験される法線力が、前記第2の接触領域内の突出部によって経験される法線力より少なくなるように構成される、請求項23から請求項26のいずれか1項に記載の方法。
- 前記突出部は、柱である、請求項23から請求項27のいずれか1項に記載の方法。
- 突出部の第1の端は、前記基底面に接続され、前記突出部の第2の対向する端は、丸められた先端を形成する、請求項23から請求項28のいずれか1項に記載の方法。
- 前記接触面は、主にシリコーンから製造される、請求項23から請求項29のいずれか1項に記載の方法。
- 各突出部は、前記基底面から空洞内に発し、前記空洞の遠位端に配置された反射器から反射し、前記基底面内の開口部を介してセンサに移動する光を検出するように構成された前記センサに関連する、請求項23から請求項30のいずれか1項に記載の方法。
- 前記センサは、初期滑りを検出する手段を含む、請求項22から請求項31のいずれか1項に記載の方法。
- 前記センサは、摩擦を推定する手段を含む、請求項22から請求項32のいずれか1項に記載の方法。
- 前記センサは、4分割フォトダイオードを含む、請求項22から請求項33のいずれか1項に記載の方法。
- 前記センサは、CCD光感知アレイを含む、請求項22から請求項33のいずれか1項に記載の方法。
- 前記センサは、CMOS光感知アレイを含む、請求項22から請求項33のいずれか1項に記載の方法。
- 警告が前記センサによってシグナリングされる速度および/または複数の警告は、補正アクションが要求される緊急性のレベルもしくは補正アクションに要求される力の大きさを示すことができる、請求項22から請求項36のいずれか1項に記載の方法。
- 接触面での摩擦を推定する方法であって、基底面から先端まで延びる複数の突出部を提供することと、3次元の前記先端の変位を測定することと、滑りの瞬間に3次元の前記先端に印加される力を推定することとを含む方法。
- 接触面でのトルクを検出する方法であって、軸に沿って基底面から先端まで延びる複数の突出部を提供することと、3次元の前記先端の変位を測定することと、3次元の前記先端に印加される力を推定することと、前記基底面に垂直な軸の回りでのたわみを測定することとを含む方法。
- 接触面での滑り移動またはテクスチャを分析する方法であって、軸に沿って基底面から先端まで延びる複数の突出部を提供することと、前記先端の振動が測定されるように、3次元の前記先端の変位を高い空間分解能で測定することと、テクスチャまたは滑りを推定するために振動の前記測定値を利用することとを含む方法。
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AU2017903239A AU2017903239A0 (en) | 2017-08-14 | Friction-based tactile sensor for measuring grip security | |
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