JP2021135169A - 布型センサ、服型センサおよび服型センサを装着したロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 近接センサおよび圧力センサとして機能することができる。【解決手段】 布型センサ（１０）は、検出部１２とコントローラ１４を含む。検出部１２は、導電性布２０と絶縁テープ２２で構成される。さらに、導電性布は、導電面の布２０aと非導電面の布２０ｂで構成される。絶縁テープは、導電面の布と同じ大きさを有し、この導電面の布に貼り付けられる。導電面の布に電圧が印加されると、導電面の布と少なくとも絶縁テープを介して存在する接地電位の導電体（人間）の間に静電容量が発生する。静電容量は、コントローラによって検出され、静電容量の大きさで導電体と検出部の距離が検出され、さらに、導電体が検出部に接触している場合には、静電容量の大きさで導電体から検出部にかかる圧力が検出される。【選択図】 図２

Description

この発明は、布型センサ、服型センサおよび服型センサを装着したロボットに関し、特にたとえば、柔軟な検出部を有する、布型センサ、服型センサおよび服型センサを装着したロボットに関する。

この種の従来のロボット一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されるロボットは、体表面に対するユーザの接触を検出するための面上のタッチセンサが設置される。より具体的には、ロボットの樹脂材からなる 本体フレームの曲面状に沿って、第２層タッチセンサが設置され、この第２層タッチセンサは、本体フレームとウレタンゴム製の外皮の間に挟まれる。外皮の表面には布製の表皮が貼り付けられ、外被と表皮の間に、外皮の曲面形状に沿って、第１層タッチセンサが設置される。

特開２０１９−７２４９５

上記の特許文献１に開示されるロボットでは、ロボット内部の硬い本体フレームにフィルム状の第２層タッチセンサが貼り付けられ、その上に柔らかい外皮が貼り付けられる。このため、人間に酷似した姿形を有するアンドロイドロボットのように、より複雑な構成を有するロボットでは、タッチセンサを内部フレームに貼り付けるのは困難である。また、特許文献１に開示されるロボットでは、タッチセンサが損傷（または、故障）した場合、表皮または／および外皮を剥がして修理を行う必要があり、手間がかかってしまう。さらに、フィルム状のタッチセンサを用いるため、ロボットは、硬い本体フレームを有している必要があり、ぬいぐるみのようなフレームの無い本体を有するロボットには利用することができない。

また、特許文献１に開示されるロボットでは、人間（または、ユーザ）が少なくとも表皮に触れた場合に、タッチされたこと、つつかれたこと、マッサージされたこと、または、叩かれたことを認識するため、人間がロボットに接触する前においては、タッチセンサの出力に基づいて人間がロボットに接近していることを検出することができなかった。このため、特許文献１に開示されるロボットには、カメラ、集音マイクおよび温度センサなどが設けられ、このような他のセンサで検出される画像、音および温度などから人間がロボットに接近していることを検出していた。つまり、人間が接近していることを検出する場合には、複数のセンサを設ける必要があり、コスト高になってしまっていた。

それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、布型センサ、服型センサおよび服型センサを装着したロボットを提供することである。

また、この発明の他の目的は、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる、布型センサ、服型センサおよび服型センサを装着したロボットを提供することである。

第１の発明は、導電性の糸を編んで形成された第１布と絶縁性の糸を編んで形成された第２布を重ね合わせた導電性布と、第１布と同じ大きさを有し、当該第１布に重ねて貼り付けた絶縁シートと、第１布と電気的に接続された静電容量センサＩＣを備える、布型センサである。

第２の発明は、第１の発明に従属し、導電性布は、伸縮性を有する。

第３の発明は、第１または第２の発明に従属し、絶縁シートが貼り付けられた前記導電性布に所定のパターンの切り込みを入れた。

第４の発明は、静電容量センサＩＣと、導電性の糸を編んで形成された第１布と絶縁性の糸を編んで形成された第２布を重ね合わせた導電性布と、第１布と同じ大きさを有し、当該第１布に重ねて貼り付けた絶縁シートを備え、絶縁シートが貼り付けられた複数の前記導電性布を、第３布を用いて面状に繋ぎ合わせるとともに服に固定し、前記複数の導電性布のそれぞれを構成する前記第１布のそれぞれを前記第３布に縫い付けられた電線を用いて前記静電容量センサＩＣに個別に接続した、服型センサである。

第５の発明は、第４の発明に従属し、導電性布は、伸縮性を有する。

第６の発明は、第４または第５の発明に記載の服型センサを装着した、ロボットである。

この発明によれば、導電面側の布と非導電面側の布を接結した導電性布の導電面側の布に絶縁テープを貼り付け、導電面側の布と接地電位の導電体の間に発生する静電容量の大きさで、導電体の有無、導電体の接近、導電体の接触および導電体から受ける圧力を検出するので、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる。

この発明の上述の目的、その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

図１はこの発明の一実施例の布型センサを示す図である。 図２は図１に示す布型センサの検出部の構成の概略を説明するための図である。 図３（Ａ）は図１および図２に示す布型センサの検出部を構成する導電性布の導電面側の布の一部拡大図であり、図３（Ｂ）は図１および図２に示す布型センサの検出部を構成する導電性布の非導電面側の布の一部拡大図である。 図４は図１および図２に示す布型センサの検出部を構成する導電性布の一部拡大図である。 図５（Ａ）は図１に示す布型センサが近接センサとして機能する場合の一例を示す図であり、図５（Ｂ）は図１に示す布型センサが近接センサとして機能する場合の他の例を示す図であり、図５（Ｃ）は図１に示す布型センサが圧力センサとして機能する場合の一例を示す図である。 図６は図１に示す検出部を複数備える服型センサの一例を示す図である。 図７（Ａ）は服型センサの前面側の複数の検出部の配置を示す図であり、図７（Ｂ）は服型センサの背面側の複数の検出部の配置を示す図である。 図８は図６に示す服型センサを構成する複数の検出部を結合するためのワイヤ付き布の一部拡大図である。 図９は図６に示す服型センサを構成する複数の検出部を結合する方法を説明するための図である。 図１０（Ａ）は図６に示す服型センサを装着するアンドロイドロボットの瞼および眼球を動かすアクチュエータを説明するための図であり、図１０（Ｂ）はアンドロイドロボットの額、眉間および口角を動かすアクチュエータを説明するための図であり、図１０（Ｃ）はアンドロイドロボットの唇を動かすアクチュエータを説明するための図である。 図１１はアンドロイドロボットの頭部、肩、腰を動かすアクチュエータを説明するための図である。 図１２（Ａ）は水を排水することによりに収縮されたチャンバに装着された布型センサの一例を示す図であり、図１２（Ｂ）は水を給水することにより膨張されたチャンバに装着された布型センサの一例を示す図である。 図１３（Ａ）は第１実施例の布型センサにおいて第１パターンの切り込みを入れた検出部を示す図であり、図１３（Ｂ）は第１実施例の布型センサにおいて第２パターンの切り込みを入れた検出部を示す図であり、図１３（Ｃ）は第１実施例の布型センサにおいて第３パターン（複合パターン）の切り込みを入れた検出部を示す図である。

＜第１実施例＞
図１を参照して、この第１実施例の布型センサ１０は、検出部１２およびコントローラ１４を含み、検出部１２とコントローラ１４が電気的に接続される。

図２は図１に示す検出部１２の構造の概略を示す図である。図２に示すように、検出部１２は、層構造を有しており、導電性布２０および絶縁テープ２２を含む。さらに、導電性布２０は、導電面側の布２０ａ（「第１布」に相当する）と非導電面側の布２０ｂ（「第２布」に相当する）を接結して構成される。絶縁テープ２２は、導電面側の布２０ａに貼り付けられる。図示は省略するが、図１に示したコントローラ１４は、検出部１２のうちの導電面側の布２０ａに電線で接続される。

図３（Ａ）は導電面側の布２０ａの一部拡大図であり、図３（Ｂ）は非導電面側の布２０ｂの一部拡大図である。また、図４は布型センサ１０の検出部１２を構成する導電性布２０の一部拡大図である。図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図４を参照しながら、この第１実施例の導電面側の布２０ａ、非導電面側の布２０ｂおよび導電性布２０について具体的に説明する。ただし、図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図４では、導電面側の布２０ａと非導電面側の布２０ｂを分かり易く示すために、非導電面側の布２０ｂを白抜きの線で示してある。また、図４では、絶縁性の糸２０ｃを点線で示してある。

導電面側の布２０ａは、導電性の糸を丸編みすることにより作られる。この第１実施例では、導電性の糸は、ナイロン銀メッキ糸である。非導電面側の布２０ｂは、絶縁性の糸を丸編みすることにより作られる。この第１実施例では、絶縁性の糸は、ポリエステル糸である。

図４に示すように、導電性布２０は、接結天竺編みすることにより作られる。つまり、導電性布２０は、導電面側の布２０ａと非導電面側の布２０ｂを編みながら、それらの間をポリエステル糸のような絶縁性の糸２０ｃで編むことにより、導電面側の布２０ａと非導電面側の布２０ｂが接結される。したがって、導電性布２０は、導電面側の布２０ａと非導電面側の布２０ｂとその間の絶縁性の糸２０ｃの三層構造になっている。ただし、図２では、導電面側の布２０ａと非導電面側の布２０ｂを接結するための絶縁性の糸２０ｃの層については省略してある。

なお、この第１実施例では、接結天竺編みにより導電性布２０を作るようにしてあるが、導電面側の布２０ａと非導電面側の布２０ｂの２枚の布を別々に作り、それらを面で合わせるように絶縁性の糸２０ｃでくっつけるようにしてもよい。

また、この第１実施例では、導電性布２０に伸縮性を持たせるために、導電面側の布２０ａおよび非導電面側の布２０ｂを丸編みで作るようにしたが、これに限定される必要はない。導電面側の布２０ａおよび非導電面側の布２０ｂは、緯（ヨコ）編みまたは経（タテ）編みで作るようにしてもよい。かかる場合にも、導電性布２０に伸縮性を持たせることができる。

絶縁テープ２２は、絶縁性のシートの片面に粘着剤を塗布したものである。絶縁性のシートは、ナイロンで形成される。絶縁テープ２２としては、一例として、KAWAGUCHI社製の「ナイロン用 補修シート シールタイプ」を使用することができる。

コントローラ１４は、静電容量センサＩＣとも呼ばれ、導電面側の布２０ａと接地電位の導電性の物体の間に発生する静電容量を検出する。コントローラ１４には、電源から直流電圧が供給され、これを用いて静電容量を検出する。簡単に説明すると、コントローラ１４は、所定期間（たとえば、５秒）毎に静電容量を検出し、この所定期間のうちの先の期間（たとえば、２．５秒）において、導電面側の布２０ａに所定値の直流電圧を印加し、その所定期間のうちの残りの期間において、導電面側の布２０ａが放電するときの電圧値を検出することにより、静電容量を算出する。静電容量を算出する機能を有するコントローラ１４としては、一例として、マイクロチップ・テクノロジー・ジャパン株式会社製のマイクロコントローラ（型番：PIC16F1847）を使用することができる。

上記のような構成の布型センサ１０は、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる。図５（Ａ）は近接センサとして機能する場合の一例を示し、図５（Ｂ）近接センサとして機能する場合の他の例を示し、図５（Ｃ）は圧力センサとして機能する場合の一例を示す。ただし、図５（Ａ）−図５（Ｃ）では、コントローラ１４を省略してある。

図５（Ａ）に示すように、接地電位の人間（図では、人間の手または指）が検出部１２の絶縁テープ２２に近づくと、導電面側の布２０ａ（検出部１２）と人間の間に静電容量Ｃが発生する。検出部１２の面積Ｓは５ｃｍ×１０ｃｍであり、実験では、検出部１２と人間の手の距離Ｄが約５０ｃｍのときに、静電容量Ｃが発生することが確認された。

人間が検出部１２に近づくと、静電容量Ｃは大きくなり、図５（Ｂ）に示すように、人間が検出部１２に触れたときに、静電容量Ｃは最大値Ｃ_maxとなる。このことは、静電容量Ｃを求める数式（数１）からも明らかである。ただし、εは誘電率であり、第１実施例では、空気と絶縁テープ２２の材料によって決定される。

［数１］
Ｃ＝ε×Ｓ／Ｄ
このように、静電容量Ｃが発生すると、人間などの導電体が検出部１２の近くの所定範囲内に存在することが検出され、静電容量Ｃが大きくなるにつれて、導電体との距離Ｄが短くなっている（接近している）ことが検出される。つまり、布型センサ１０は近接センサとして機能する。さらに、静電容量Ｃが最大値Ｃ_maxになったときに、人間が検出部１２に接触したことが検出される。つまり、布型センサ１０は接触センサとしても機能する。

ただし、静電容量Ｃが最大値Ｃ_maxになった場合であっても、上記のとおり、検出部１２は絶縁テープ２２を有しているため、人間と導電面側の布２０ａとの距離Ｄは０ではない。したがって、図５（Ｃ）に示すように、人間が検出部１２を押圧すると、絶縁テープ２２の厚みが多少変化し、つまり、距離Ｄがさらに小さくなる。このため、人間が検出部１２に接触している場合には、さらに静電容量Ｃが変化することによって、人間が検出部１２に与える圧力が検出される。つまり、布型センサ１０は圧力センサとしても機能する。したがって、後述するように、ロボット１００に服型センサ５０を装着した場合には、人間がロボット１００を叩いたり、ロボット１００の腕などを掴んだりしたときの力の強さを知ることができる。

なお、上記の最大値Ｃ_maxは、布型センサ１０が近接センサとして機能する場合の最大値であって、布型センサ１０を圧力センサとして機能する場合の最大値は最大値Ｃ_maxよりも大きい。

この第１実施例の布型センサ１０は、単体で使用することも可能であるが、複数用いることにより、服型センサ５０を作ることができる。

図６（Ａ）は服型センサ５０を前面側から見た概略図の一例であり、図６（Ｂは服型センサ５０を背面側から見た概略図の一例である。図６（Ａ）および図６（Ｂ）では、複数の検出部１２を服（ここでは、長袖の上着）の外側（表側）に記載してあるが、実際には、デザインを損なわないために、服の内側（裏側）に設けられる。また、検出部１２は、服の内側に収まるように配置される。ただし、複数の検出部１２は、服の外側に設けられてもよい。また、複数の検出部１２は、服の外側と内側の生地の間に設けられてもよい。

図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、第１実施例では、服型センサ５０は、長袖の上着の各腕の部分に９個（または、チャネル）、その上着の胴体の前面側に３３個およびその上着の胴体の背面側に２９個の計８０個の布型センサ１０を備えている。ただし、第１実施例で使用するマイクロコントローラには、最大で９個の検出部１２を接続することができるため、服型センサ５０は、８０個の検出部１２と９個のコントローラ１４で構成される。なお、８０個以上の検出部１２を接続可能なマイクロコントローラを使用すれば、コントローラ１４は１個でもよい。

この第１実施例では、処理負荷を軽減するために、同じ大きさの検出部１２を用いるようにしてあるが、検出部１２の大きさまたは／および形状は適宜変更することもできる。

左腕の部分および右腕の部分は、それぞれ、９個の検出部１２が一列に並べて連結される。胴体の前面側では、胸部と腹部に相当する部分において、２７個の検出部１２が長方形の面を形成するように連結され、鎖骨と肩に相当する部分の６個の検出部１２がその長方形の面の上部に連結される。胴体の背面側ででは、背中に相当する部分において、２７個の検出部１２が長方形の面を形成するように連結され、その長方形の面の上部に２個の検出部１２が横に並べて連結される。

図６（Ａ）および図６（Ｂ）では省略するが、隣接する検出部１２の間には、伸縮性を有する帯状の布６０（「第３布」に相当する）が設けられ、この帯状の布６０を介して隣接する検出部１２が面状に（または、並べて）繋ぎ合わ（または、結合）され、布状の検出部１２群が作られる。ただし、両腕のそれぞれと、胴体の前側と、胴体の後側の布状の検出部１２群は個別に上着の服の内側に貼り付けたり、縫い付けたりすることにより、固定される。また、複数の検出部１２は、絶縁テープ２２が外側を向き、非導電性の布２０ｂが内側を向くように、服に固定される。さらに、帯状の布６０は絶縁性の布である。

図１に示したように、検出部１２は、コントローラ１４に電線で接続される。したがって、上記の帯状の布６０のうち、一部の布６０には、電線６２が縫い付けられている。

図７は電線６２が縫い付けられた帯状の布６０の一例を示す図である。図７に示すように、布６０には、それぞれ波線状の形状にされた４本の電線６２が縫い付けられている。ただし、図７では、黒の点線は電線６２を布６０に縫い付けている糸６４である。

また、図７に示すように、４本の電線６２は２本ずつの２組に分けられ、各組において、２本の電線６２が逆位相の波の形状で重ねて配置され、帯状の布６０を縦長に見た場合に、２列に並んでいる。４本の電線６２は、それぞれ、ポリ塩化ビニルなどの絶縁性の樹脂で被覆されており、電気的に独立している。

図８は電線６２が縫い付けられた帯状の布６０で各検出部１２が連結されている状態の一例を示す。図８では、検出部１２と帯状の布６０を区別するために、検出部１２に斜線を付している。また、各電線６２を区別するために線の種類を変えて示している。なお、図８では、電線６２を縫い付けている糸６４は省略してある。

図８に示すように、帯状の布６０に縫い付けられた４本の電線６２は、それぞれ、適宜の長さで切断され、その一方端は、一本ずつ異なる検出部１２（導電性面の布２０ａ）に接続される。図８に示す例では、帯状の布６０の左側に並ぶ複数（図８では４つ）の検出部１２に、当該帯状の布６０に縫い付けられた電線６２を個別に接続してある。４本の電線６２のうち、左側の列の２本の電線６２が上から２つ目と３つ目の検出部１２にそれぞれ接続され、右側の列の２本の電線６２のうちの一本が上から１つ目の検出部１２に接続され、図示は省略するが、右側の列の２本の電線６２のうちの他方の一本はさらに上の検出部１２に接続される。

また、図示は省略するが、各電線６２の他方端は、コントローラ１４に接続される。ただし、電線６２（または、検出部１２）毎に接続されるコントローラ１４のポートは異なる。したがって、服型センサ５０では、各検出部１２と接地電位の導電体の間に発生する静電容量が個別に検出される。

図８に示す電線６２の接続方法は一例であり、限定される必要ない。この第１実施例では、上記のように、縦方向に並ぶように９個の検出部１２を連結したため、その列に沿って伸びる帯状の布６０に縫い付けられた電線６２を接続するようにしただけである。

また、図８には、簡単のため、４個の検出部１２に４本の電線６２を接続する場合について示してあるが、検出部１２の数に応じて、電線６２が縫い付けられた帯状の布６０は隣接する検出部１２の間に複数枚並べられる場合もある。

このような服型センサ５０は、物理空間（または、現実空間）に存在するエージェントの一例であるアンドロイドロボット（以下、単に「ロボット」という）１００に装着することができる。ロボット１００は、人間に酷似した姿形（外観など）を有する人型ロボットであり（図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および図１０参照）、人間に酷似した動作（振り、振る舞い、発話）を行う。

このロボット１００の一例として、出願人が開発等を行うエリカ（登録商標）を用いることができる。以下、ロボット１００について簡単に説明する。ただし、従来の触覚センサに代えて、本願の服型センサ５０が設けられる。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）および図１０はロボット１００の外観および構成の一例を示す。具体的には、図９（Ａ）はロボット１００の瞼（１２８ａ、１２８ｂ）および眼球を動かすアクチュエータＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５を説明するための図であり、図９（Ｂ）はロボット１００の額、眉間および口角１３０を動かすアクチュエータＡ６、Ａ７、Ａ８、Ａ９を説明するための図であり、図９（Ｃ）はロボット１００の唇を動かすアクチュエータＡ１０、Ａ１１、Ａ１３を説明するための図である。また、図１０はロボット１００の頭部１２６、肩１３２、腰１３４を動かすアクチュエータＡ１４、Ａ１５、Ａ１６、Ａ１７、Ａ１８、Ａ１９を説明するための図である。以下、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）および図１０を用いて、ロボット１００の外観および構成について簡単に説明する。

なお、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）および図１０に示すロボット１００は一例であり、他の外観、構成を持つ任意のアンドロイドロボットが利用可能である。また、ロボット１００は、アンドロイドロボットに限定される必要は無く、人間に似た外観を有するロボットであれば他のロボットを使用することもできる。一例として、身体動作または／および音声で、コミュニケーション対象である人間または他のロボットとコミュニケーションを取ることができるコミュニケーションロボットを使用することができる。具体的には、出願人が開発等を行うコミュニケーションロボットの一例であるロボビー（登録商標）を使用することができる。このロボビーは、人間とは異なり、車輪で移動可能に構成されるが、頭部、胴体、両腕を有し、人間と似た外観を有している。このロボビーでは、本願の服型センサ５０を装着することにより、接触（触覚）センサを省略することができる。

ロボット１００は、胴体部１２４およびその胴体部１２４の上に設けられた頭部１２６を含む。頭部１２６には、目（眼球）の上下に、上瞼１２８ａおよび下瞼１２８ｂが形成され、それらの上瞼１２８ａおよび下瞼１２８ｂの上下動を制御することによって、目を開けたり閉じたりする動作が可能となる。頭部１２６にはさらに***が形成され、それの両端が口角１３０となる。口角１３０も同様に上下動可能である。

胴体部１２４の上端（頭部の下方）が肩１３２であり、胴体部１２４の中ほどが腰１３４である。肩１３２は上下動可能であり、腰１３４は左右にひねる（回動する）ことができ、また、前屈および後傾が可能である。

ロボット１００の上述の各部分を動かすための以下に説明するアクチュエータは、この第１実施例では、いずれもパルス電力によって駆動されるステッピングモータであり、ステッピングモータの回転量はパルス数で決まる。パルス数が指令値として与えられる。なお、各対象部位は、平常状態において、アクチュエータに初期値が与えられ、変位させる場合に、その方向と大きさに応じたパルス数の指令値が該当するアクチュエータに与えられる。この第１実施例では、各アクチュエータは、「０−２５５」の指令値で動作され、「０−２５５」のいずれかの値が初期値として与えられる。

アクチュエータＡ１は、上瞼１２８ａの上下動を制御するための制御するためのアクチュエータである。アクチュエータＡ２、Ａ３およびＡ４は眼球を左右上下に動かすためのアクチュエータである。アクチュエータＡ５は、下瞼１２８ｂの上下動を制御するアクチュエータである。したがって、アクチュエータＡ１およびＡ５によって、目が開閉される。

アクチュエータＡ６は額を動かすためのアクチュエータであり、アクチュエータＡ７は眉間を動かすためのアクチュエータである。

アクチュエータＡ８は、口角１３０を上げるためのアクチュエータである。アクチュエータＡ９は舌を上下方に動かすためのアクチュエータである。アクチュエータＡ１０は***を左右に広げるアクチュエータであり、アクチュエータＡ１１は***を前に突き出すためのアクチュエータである。

アクチュエータＡ１３は顎を突き出したり引いたりするためのアクチュエータである。このアクチュエータＡ１３によって、口が開閉される。

アクチュエータＡ１４は頭部１２６を左右に傾動させるためのアクチュエータであり、アクチュエータＡ１５は頭部１２６を俯仰させるためのアクチュエータであり、そして、アクチュエータＡ１６は頭部を左右に回動させるためのアクチュエータである。

アクチュエータＡ１７は肩１３２を上下動するためのアクチュエータである。アクチュエータＡ１８は腰１３４を前屈させまたは後傾させるためのアクチュエータであり、アクチュエータＡ１９は腰１３４を左右に回動（ひねる）ためのアクチュエータである。

ロボット１００は、図１１に示すように、ロボット１００の全体制御を司るプロセッサ（この第１実施例では、ＣＰＵ）１５０を備える。ＣＰＵ１５０は、バス１５２を通して通信モジュール１５６に接続され、したがって、ＣＰＵ１５０は通信モジュール１５６を介して、ネットワークに、有線で、または無線で、通信可能に接続される。

ＣＰＵ１５０はまた、バス１５２を通してＲＡＭ１５４にアクセスでき、このＲＡＭ１５４に記憶されているプログラムやデータに従って、バス１５２を通してアクチュエータ制御回路１５８に指令値を与え、各アクチュエータＡ１−Ａｎの動作を制御する。

ＲＡＭ１５４は、ＣＰＵ１５０のバッファ領域およびワーク領域として用いられる。ただし、ＲＡＭ１５４に代えて、ＨＤＤを用いることもできる。アクチュエータ制御回路１５８は、ＣＰＵ１５０から与えられる指令値に応じた数のパルス電力を生成し、それを該当するステッピングモータに与えることによって、各アクチュエータＡ１−Ａｎを駆動する。

ただし、アクチュエータとしてはこのようなステッピングモータを用いるものの他、サーボモータを用いるアクチュエータ、流体アクチュエータなど任意のアクチュエータが利用可能である。

センサＩ／Ｆ（インタフェース）１６２は、バス１５２を介して、ＣＰＵ１５０に接続され、服型センサ５０および眼カメラ１６６からのそれぞれの出力を受ける。

服型センサ５０（第１実施例では、９個のコントローラ１４）からの出力（検出データ）は、センサＩ／Ｆ１６０を介してＣＰＵ１５０に与えられる。服型センサ５０は、上述したように、各検出部１２とコントローラ１４が近接センサおよび圧力センサとして機能するため、各検出部１２の配置位置を予め記憶しておくことにより、人間や他の導電性の物体等に触れられた場所（部位）または／および触れられた強さを知ることができる。つまり、服型センサ５０は、ロボット１００の触覚の一部を構成する。

なお、ロボット１００に服型センサ５０を装着する場合には、服型センサ５０を装着したロボット１００を構成する部品と各検出部１２の間に静電容量Ｃが発生することがある。この場合、人間がロボット１００に接近したり、人間１００が服型センサ５０に触れたりすることにより、静電容量Ｃは大きくなる。したがって、人間が、服型センサ５０を装着したロボット１００に接近したり触れたりしていることを検出することができる。また、人間が、服型センサ５０を装着したロボット１００に触れるまたは叩く強さを検出することもできる。

眼カメラ１６６は、イメージセンサであり、ロボット１００の視覚の一部を構成する。つまり、眼カメラ１６６は、ロボット１００の眼から見た映像ないし画像を検出するために用いられる。この第１実施例では、眼カメラ６６の撮影映像（動画ないし静止画）に対応するデータ（画像データ）は、センサＩ／Ｆ１６０を介してＣＰＵ１５０に与えられる。ＣＰＵ１５０は、その画像データを、ＲＡＭ１５４に記憶したり、通信モジュール１５６およびネットワークを介して外部のコンピュータに送信したりする。

また、スピーカ１６８およびマイク１７０は、入出力Ｉ／Ｆ１６２に接続される。スピーカ１６８は、ロボット１００が発話を行う際に音声を出力する。マイク１７０は、音センサであり、ロボット１００の聴覚の一部を構成する。このマイク１７０は、指向性を有し、主として、ロボット１００と対話（コミュニケーション）するコミュニケーション対象である人間の音声を検出するために用いられる。

なお、図９−図１１に示すロボット１００は、肘関節および手指は動かない構成であるが、肘関節および手指にもアクチュエータを設けて、それらを動かすようにしてよい。

なお、この第１実施例では、服型センサ５０をロボット１００に装着するようにしたが、人間が装着（着用）してもよい。この場合、服型センサ５０を装着した人間と各検出部１２の間に静電容量Ｃが発生しているが、他者が服型センサ５０を装着した人間に接近したり、他者が服型センサ５０に触れたりすることにより、静電容量Ｃは大きくなる。したがって、他者が、服型センサ５０を装着した人間に接近したり触れたりしていることを検出することができる。また、他者が、服型センサ５０を装着した人間に触れるまたは叩く強さを検出することもできる。

この第１実施例によれば、導電面側の布と非導電面側の布を接結した導電性布の導電面側の布に絶縁テープを貼り付け、導電面側の布と接地電位の導電体の間に発生する静電容量の大きさで、導電体の有無、導電体の接近、導電体の接触および導電体から受ける圧力を検出するので、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる。

また、第１実施例によれば、検出部は導電性布と絶縁テープで構成されるため、センサの製造が簡単である。また、導電性布は接結天竺編みで作られるため、耐久性に優れている。

さらに、第１実施例によれば、複数の布型センサを服に固定することにより、近接センサおよび圧力センサとして機能する服型センサを作ることができる。

さらにまた、第１実施例によれば、服型センサは布で形成されるため、ロボットの外観（立体表面）の自由度を上げることができる。また、ロボットの動きにも追従して柔軟に変形することができる。さらに、導電性布を構成する導電面側の布および非導電面側の布はいずれも丸編みで作られているため、伸縮性が高く、したがって、ロボットの屈折部分に設けることも可能である。さらには、外皮（または外被）に固定するだけで、フレームの無い本体を有するぬいぐるみ型のロボットにも適用することができる。

なお、この第１実施例では、導電性布２０を３層構造にしたが、近接センサおよび圧力センサとして機能することだけに着目した場合には、非導電面側の布２０ｂは省略することができる。したがって、検出部１２は、導電面側の布２０ａに絶縁テープ２２を貼り付けたものでもよい。また、同様の理由により、絶縁テープ２２を用いずに、導電性布２０だけを使用し、非導電性側の布２０ｂ側に接近および接触する導電体を検出したり、その導電体による圧力を検出したりすることもできる。

また、この第１実施例では、服型センサ５０は、腕の全体、胸部および腹部の全体、および背中の全体を覆うように、複数の検出部１２を設けるようにしたが、これに限定される必要はない。一部の検出部１２については省略することもできる。

また、この第１実施例では、複数の布型センサ１０（検出部１２）を用いて長袖の上着の服型センサ５０を構成したが、ズボン（または、パンツ）の服型センサを構成するようにしてもよい。また、服に限定される必要はなく、靴下、サポータ、または、腹巻に複数の布型センサ１０を配置したセンサを構成することも可能である。

＜第２実施例＞
第２実施例の布型センサ１０ａは、検出部１２を細長い帯状の形状にするようにした以外は第１実施例の布型センサ１０と同じである。

第２実施例の布型センサ１０ａは、一例として、水駆動柔軟（ソフト）ロボットに適用することができる。水駆動ソフトロボットの詳細については、参考文献１Ａ（濱地 京太郎，田熊 隆史：「水圧駆動ロボットによる大変形を伴う移動の実現」、平成２９年度計測自動制御学会関西支部・システム制御情報学会若手研究発表会講演論文集，C2-4, pp.102-106, 2017）に開示されるため、詳細な説明は省略する。

簡単に説明すると、参考文献１に開示される水駆動ソフトロボットは、進行方向の前後に２つのチャンバ（水風船）を備え、２つのチャンバ内の水の量を制御することにより、つまり、水を使った重量分布の変更により、進行方向およびその逆の方向に移動する。この水駆動ソフトロボットは、隙間（または、障害物）の潜り抜けが可能である。また、チャンバ内の水圧を検出することにより、チャンバが障害物に接触しているかどうかを検出することも可能である。

図１２（Ａ）は水を排水することによりに収縮されたチャンバに装着された布型センサ１０ａの一例を示す図であり、図１２（Ｂ）は水を給水することにより膨張されたチャンバに装着された布型センサ１０ａの一例を示す図である。ただし、図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）では、検出部１２のみを示し、コントローラ１４は省略してある。

図面では分からないが、検出部１２は、導電性布２０の非導電面の布２０ｂがチャンバ側になるように、チャンバの周囲にリング状に貼り付けられる。

布型センサ１０ａは伸縮可能であるため、図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）に示すように、チャンバが収縮および膨張した場合であっても、その形状の変化に追従し、チャンバから剥がれてしまうなどの不都合は生じない。

布型センサ１０ａは、少なくとも、チャンバが障害物に接触したことをその圧力の変化で検出することができる。この第２実施例では、チャンバに供給する水に導電性の物質が混入されており、この水がチャンバに給水され、チャンバが膨張している場合に、チャンバが障害物に接触したことを圧力（水圧）の変化で検出することができる。つまり、チャンバが障害物に接触していない状態において布型センサ１０ａで検出される圧力が、チャンバが障害物に接触することにより大きくなる。この場合、非導電面の布２０ｂを挟んでチャンバ内の導電性の水と導電面の布２０ａの間に発生する静電容量Ｃが変化される。

ただし、障害物が接地電位の導電体である場合には、布型センサ１０ａは近接センサとしても機能するため、当該障害物の存在、当該障害物の接近および当該障害物の接触も検出することができる。

第２実施例においても、第１実施例と同様に、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる。

＜第３実施例＞
第３実施例の布型センサ１０ｂは、検出部１２に所定のパターンの切り込みを入れた以外は第１実施例の布型センサ１０と同じであるため、重複した説明は省略する。

図１３（Ａ）は第１パターンの切り込みを有する検出部１２を示す図であり、図１３（Ｂ）は第２パターンの切り込みを有する検出部１２を示す図であり、図１３（Ｃ）は第３パターンの切り込みを有する検出部１２を示す図である。ただし、図１３（Ａ）−図１３（Ｃ）では、検出部１２を黒色で示し、切り込みを白色で示してある。また、図１３（Ａ）−図１３（Ｃ）では、コントローラ１４を省略してある。

図１３（Ａ）に示す第１パターンの切り込みは、長辺方向に所定間隔で並ぶ切り込みの列が短辺方向に３列並んでおり、真ん中の列は、上下の列とずらした位置に切り込みが形成される。上下の列の切り込みの長さは、短辺の長さの３分の１の長さであり、真ん中の列の切り込みの長さは、短辺の長さの３分の１の長さよりも少し長い。したがって、図１３(Ａ)に示す検出部１２は、長手方向に引っ張ると網目状に形状が変化する。

図１３（Ｂ）に示す第２パターンの切り込みは、一方の長辺から他方の長辺に向けて入れた切り込みと、他方の長辺から一方の長辺に向けて入れた切り込みが長辺方向に並んで交互に形成される。いずれの切り込みも端部を少し残すように入れられる。したがって、図１３（Ｂ）に示す検出部１２は、両端（図１３（Ｂ）では、左上の角部と右上の角部）を互いに相反する方向に引っ張ると細長い帯状に形状が変化する。

図１３（Ｃ）に示す第３パターンの切り込みは、第１パターンの切り込みと第２パターンの切り込みを合成したパターンである。具体的には、検出部１２の長手方向において、両端の部分に第１パターンの切り込みが入れられ、中央の部分に第２パターンの切り込みが入れられる。したがって、図１３(Ｃ)に示す検出部１２は、長手方向に引っ張ると、その両端部分が網目状に形状が変化し、その中央部分が細長い帯状に形状が変化する。

図１３(Ａ)−図１３（Ｃ）に示すいずれのパターンの切り込みを入れた検出部１２であっても、検出部１２自体が形状の変化によって延びるため、形状の変化が大きい対象物に装着して（貼り付けて）使用することができる。一例として、第３実施例の検出部１２（布型センサ１０）は、第２実施例に示した水駆動ソフトロボットのチャンバに装着することができる。

また、検出部１２は、導電性布２０と絶縁テープ２２で作られているため、はさみで切込みを入れるだけで、図１３（Ａ）−図１３（Ｃ）に示すような検出部１２を簡単に作ることができる。

この第３実施例によれば、検出部自体が変化するとともに、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる。

なお、上述の実施例で示した具体的な数値は単なる例示であり、限定される必要は無く、実際の製品および製品が適用される環境などに応じて適宜変更可能である。

１０ …布型センサ
１２ …検出部
１４ …コントローラ
２０ …導電性布
２０ａ …導電面側の布
２０ｂ …非導電面側の布
２２ …絶縁テープ
５０ …服型センサ
６０ …布
６２ …電線
１００ …ロボット
１２６ …頭部
１２８ａ …上瞼
１２８ｂ …下瞼
１３０ …口角
１３２ …肩
１３４ …腰
１５０ …ＣＰＵ
１５４ …ＲＡＭ
１５６ …通信モジュール
１６４ …触角センサ
１６６ …眼カメラ
１６８ …スピーカ
１７０ …マイク

Claims (6)

1. 導電性の糸を編んで形成された第１布と絶縁性の糸を編んで形成された第２布を重ね合わせた導電性布と、
   前記第１布と同じ大きさを有し、当該第１布に重ねて貼り付けた絶縁シートと、
   前記第１布と電気的に接続された静電容量センサＩＣを備える、布型センサ。
2. 前記導電性布は、伸縮性を有する、請求項１記載の布型センサ。
3. 前記絶縁シートが貼り付けられた前記導電性布に所定のパターンの切り込みを入れた、請求項１または２記載の布型センサ。
4. 静電容量センサＩＣと、
   導電性の糸を編んで形成された第１布と絶縁性の糸を編んで形成された第２布を重ね合わせた導電性布と、
   前記第１布と同じ大きさを有し、当該第１布に重ねて貼り付けた絶縁シートを備え、
   前記絶縁シートが貼り付けられた複数の前記導電性布を、第３布を用いて面状に繋ぎ合わせるとともに服に固定し、前記複数の導電性布のそれぞれを構成する前記第１布のそれぞれを前記第３布に縫い付けられた電線を用いて前記静電容量センサＩＣに個別に接続した、服型センサ。
5. 前記導電性布は、伸縮性を有する、請求項４記載の服型センサ。
6. 請求項４または５に記載の服型センサを装着した、ロボット。

Images