WO2010134584A1 - 滑り検出装置及び方法 - Google Patents

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誠 下条
誠一 勅使河原
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国立大学法人電気通信大学
イナバゴム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a slip detection device and method, and particularly to reliably detect a slip start operation of a stationary object in contact with a slip detection surface.
  • Patent Document 1 A tactile sensor has been proposed (see Patent Document 1).
  • Patent Document 2 a pressure-sensitive conductive sensor, a sensor that detects a change in pressure with respect to a deformed conductive material in which conductive particles are dispersed in a non-conductive elastomer or synthetic rubber as a change in electric resistance value has been proposed (patent) Reference 2).
  • the present invention has been made in consideration of the above points, and intends to propose a slip detection apparatus and method that can detect the state of slippage with a small, light, and thin configuration. .
  • the slip detection member 3 having the pressure-sensitive conductive sheet 3A provided on the contact receiving member 2 that receives the contact of the contact member 5, and the contact member 5 via the pressure-sensitive conductive sheet 3A. Is pressed by the contact receiving member 2 and is generated immediately before the occurrence of the sliding displacement of the contact member 5 based on the change in the resistance value of the pressure sensitive conductive sheet 3A in response to the detection signal S1 sent from the pressure sensitive conductive sheet 3A.
  • a slip detection calculation unit 36 that sends out a slip confirmation signal S2 indicating that this has occurred is provided.
  • the structure of the slip detection part is further reduced in size and A lightweight and thin slip detection device can be realized.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing the overall configuration of a slip detection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of the contact detection unit in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the pressure-sensitive conductive sheet of FIG.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing a detailed configuration of the electrode plate sheet of FIG.
  • FIG. 5 is a schematic connection diagram showing a detailed configuration of the slip detection signal forming circuit of FIG.
  • FIG. 6 is a connection diagram showing an equivalent circuit of the slip detection signal forming circuit of FIG.
  • FIG. 7 is a signal waveform diagram for explaining the operation of the slip detection member 3 of FIG.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation of the slip detection calculation unit 36 of FIG. FIG.
  • FIG. 9 is a signal waveform diagram for explaining the discrete wavelet transform process in step SP3 of FIG.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining another embodiment of the slip detection member 3 of FIG.
  • FIG. 11 is a signal waveform diagram for explaining wavelet transform processing when a stainless steel material is used as the contact member 5.
  • FIG. 12 is a signal waveform diagram for explaining wavelet transform processing when a cloth material is used as the contact member 5.
  • FIG. 13 is a signal waveform diagram for explaining wavelet transform processing when a paper material is used as the contact member 5.
  • FIG. 14 is a signal waveform diagram for explaining the wavelet transform process when wood is used as the contact member 5.
  • FIG. 15 is a signal waveform diagram for explaining wavelet transform processing when an acrylic material is used as the contact member 5 and the initial load is 2 [N] and the sliding speed is 10 [mm / s].
  • FIG. 16 is a signal waveform diagram for explaining the wavelet transform process when the initial load is 4 [N] and the sliding speed is 10 [mm / s] corresponding to FIG.
  • FIG. 17 is a signal waveform diagram for explaining the wavelet transform process when the initial load is 3 [N] and the sliding speed is 1 [mm / s] corresponding to FIG.
  • FIG. 18 is a signal waveform diagram for explaining the wavelet transform process when the initial load is 3 [N] and the sliding speed is 5 [mm / s] corresponding to FIG.
  • FIG. 1 shows the slip detection apparatus as a whole, and the sheet-like slip detection member 3 is stuck and fixed to the surface of the contact receiving member 2 (for example, the index finger of a robot hand). Thereby, the contact detection part 7 is formed.
  • the contact member 5 made of acrylic material is sandwiched by the pressing operation member 4 (for example, the thumb of the robot hand) so that the contact receiving member 2 faces the contact receiving member 2, The slip detection member 3 can be sandwiched and held.
  • the pressing operation member 4 for example, the thumb of the robot hand
  • the slip detection member 3 has a configuration in which an electrode plate sheet 3B is integrally overlapped and fixed to one surface of the pressure-sensitive conductive sheet 3A, and the electrode plate sheet 3B is bonded onto the contact receiving member 2.
  • the slip detection member 3 is provided on the contact receiving member 2.
  • the pressure-sensitive conductive sheet 3 ⁇ / b> A is made of a deformable conductive material in which conductive particles 12 are dispersed in a flexible layer body 11 that is a nonconductive elastomer or synthetic rubber.
  • the pressure-sensitive conductive sheet 3A compresses between the contact member 5 and the electrode plate sheet 3B when the normal force Fn is applied to the contact member 5.
  • the number of particles that contact in the normal direction increases, so that many conductive passages 13 are generated within the thickness of the pressure-sensitive conductive sheet 3A.
  • the internal resistance of the pressure-sensitive conductive sheet 3A is reduced.
  • the electrode plate sheet 3B has a configuration in which a conductive pattern layer 22 is attached to the surface of the insulating substrate 21, as shown in FIG.
  • An electrode pattern region 24 having two electrode patterns 23A and 23B formed in a square spiral shape is provided at the central position of the conductive pattern layer 22, and each electrode pattern 23A and 23B is provided outside the electrode pattern region 24. It is connected to the two terminal patterns 25A and 25B provided.
  • the pressure-sensitive conductive sheet 3A is fixed to the lower surface thereof so that the electrode patterns 23A and 23B are electrically connected to each other, and thus the electrode patterns 23A and 23B of the pressure-sensitive conductive sheet 3A.
  • the value of the electrical resistance between the portions connected to each other can be derived between the terminal patterns 25A and 25B.
  • the detection signal S1 is derived from the slip detection member 3 to the outside through the detection signal derivation lines 26A and 26B connected to the terminals 25A and 25B.
  • This detection signal S1 is supplied to the detection signal input terminals 32A and 32B of the slip detection signal forming circuit 31 (FIG. 1).
  • the detection signal input terminal 32A is connected to the negative side of the drive DC power supply 33
  • the detection signal input terminal 32B is connected to the positive side terminal of the drive DC power supply 33 via the reference resistor 34.
  • the slip detection signal forming circuit 31 connected to the slip detection member 3 forms an equivalent circuit shown in FIG.
  • a series circuit of a variable resistor 3 ⁇ / b> C formed by the reference resistor 34 and the slip detection member 3 is connected to both ends of the drive DC power supply 33 of the slip detection signal forming circuit 31.
  • the divided voltage obtained at both ends is output to the slip detection signal output terminals 35A and 35B derived from the detection signal input terminals 32A and 32B as the slip detection signal Vp of the slip detection signal forming circuit 31.
  • the resistance value of the pressure-sensitive conductive sheet 3 ⁇ / b> A of the slip detection member 3 varies depending on the normal direction force Fn and the tangential direction force Ft applied from the contact member 5.
  • the value of the detection signal Vp represents a change in the normal direction force Fn and the tangential direction force Ft. According to the experiment, the normal direction force Fn is always applied in the normal direction as time t passes, as shown by the characteristic curve K1 in FIG.
  • the slip detection calculation unit 36 uses the slip detection signal Vp representing the operation of the slip detection member 3 as shown in FIG.
  • the output terminals 35A and 35B of the slip detection signal forming circuit 31 are based on the detection signal S1 of the detection signal derivation lines 26A and 26B of the electrode plate sheet 3B of the slip detection member 3.
  • the slip detection signal Vp maintains a constant value based on the normal direction force Fn as indicated by the characteristic curve K41 of FIG.
  • the slip displacement is maintained at 0 as shown by the characteristic curve K31.
  • the slip detection calculation unit 36 Based on the result of this experiment, the slip detection calculation unit 36 generates a slip displacement in the contact member 5 when a high-frequency component is superimposed on the slip detection signal Vp and the change width of the vertical movement exceeds a predetermined threshold. Determine that it is in the previous state. In this embodiment, the slip detection calculation unit 36 performs a discrete wavelet transform process on the slip detection signal Vp to detect a state immediately before the slip displacement occurs. The slip detection calculation unit 36 forms a slip confirmation signal S2 from the slip detection signal Vp by the slip detection processing procedure RT1 shown in FIG.
  • the central processing unit (CPU) of the slip detection calculation unit 36 waits for a processing start command from the user in step SP1, and then executes discrete wavelet transform processing from step SP2. .
  • the CPU of the slip detection calculation unit 36 measures 50 samples with a slip detection signal Vp of 50 [Hz], and then proceeds to step SP3 to calculate the following equation for the 50 samples.
  • ⁇ H (x) in equation (1) is a Haar wavelet, It has the relationship.
  • x corresponds to time t
  • the discrete wavelet transform in step SP3 is expressed by the following equation: As shown in FIG.
  • FIG. 9B is a plot of wavelet coefficients obtained as a result of discrete wavelet transform processing of the slip detection signal Vp of FIG. 9A.
  • initial slip The significance of “initial slip” is considered as follows.
  • the normal slip indicates a state where the rigid body is moving with respect to the surface, but the initial slip is a state where the phenomenon has not yet occurred.
  • the sensor output see FIG. 7 (C) when the movement amount is zero (FIG. 7C).
  • the calculation result output unit 37 notifies the user of the occurrence of slip by performing a display operation such as turning on the LED, for example, and then returns to the above-described step SP2 to continue the new sample measurement process.
  • a negative result is obtained in step SP5
  • the CPU of the slip detection calculation unit 36 causes the user to slip in step SP7. It is determined whether or not a detection processing end command has been input. If a negative result is obtained, the process returns to step SP2 to start a new sample measurement operation.
  • step SP7 the slip detection calculating unit 36 proceeds to step SP8 and ends the process of the slip detection processing procedure RT0.
  • the slip detection signal forming circuit 31 is based on the resistance value change generated in the pressure-sensitive conductive sheet 3A.
  • the slip detection signal Vp (FIG. 9A) is obtained from the CPU
  • the CPU of the slip detection calculation unit 36 executes the slip detection processing procedure RT1 (FIG. 8), thereby detecting the high-frequency component included in the slip detection signal Vp.
  • the slip detection process is executed by a loop of steps SP2-SP3-SP4-SP5-SP7-SP2.
  • the slip detection calculation unit 36 determines that the peak-to-peak value Dpp of the wavelet coefficient D 1 (x) exceeds the threshold value a in step SP5
  • the CPU outputs the slip confirmation signal S2 to the calculation result output unit 37 in step SP6.
  • the contact member 5 is in the initial slip state immediately before the occurrence of the slip displacement with respect to the slip detection member 3, and thus the slip detection device 1 can predict in advance that the slip detection device 1 has entered the initial slip state immediately before the occurrence of the slip displacement. it can.
  • the slip detection device 1 predicts this in advance as occurrence of initial slip (that is, performs a slip prediction operation). Therefore, based on the slip prediction, the user performs a process to prevent the contact member 5 from being removed by, for example, preventing the occurrence of slip displacement by increasing the gripping force with respect to the contact member 5, for example. be able to.
  • the slip detection member 3 can be realized by a simple, small, and thin configuration in which the pressure-sensitive conductive sheet 3A is provided on the electrode plate sheet 3B as shown in FIG. .
  • the slip detection signal Vp obtained from the slip detection signal forming circuit 31 is a signal representing the initial slip of a high-frequency component generated immediately before the occurrence of slip displacement.
  • the discrete wavelet transform expressed by the equation (2) is used.
  • a continuous wavelet transform represented by the following may be used. This continuous wavelet transform is suitable for application to the frequency analysis of the slip detection signal Vp in detail, and is used when investigating when and what frequency occurs with what intensity.
  • the continuous wavelet change requires a large amount of calculation, and the discrete wavelet transform used in the above-described embodiment is more suitable for high-speed processing.
  • the discrete wavelet transform used in the above-described embodiment is closer to the process of decomposing the slip detection signal Vp into a high frequency component and a low frequency component rather than performing frequency analysis of the slip detection signal Vp.
  • the slip detection signal Vp is decomposed into a high frequency component and a low frequency component by discrete wavelet transform, and detailed slip detection is performed using the high frequency component. (2-3)
  • signal processing by discrete wavelet transform is used when extracting high-frequency components from the slip detection signal Vp.
  • performing the discrete wavelet transform is substantially a high pass. Equivalent to having passed the filter. Therefore, in place of the discrete wavelet transform, even if a high-pass filter having a cutoff frequency of 1 [kHz] or higher, such as an FIR filter or an IIR filter, or a band-pass filter corresponding thereto is used, the same effect as described above can be obtained. Obtainable. (2-4) In the above-described embodiment, the case where an acrylic material is used as the contact member 5 that contacts the slip detection member 3 is described. However, the material of the contact member 5 is not limited to the acrylic material, and FIG. As shown in FIG. 12, FIG. 13 or FIG.
  • the initial slip was detected when the contact member 5 was an acrylic material.
  • the initial slip can be detected as shown in FIG. 15, FIG. 16, FIG. 17, or FIG. Incidentally, in the case of FIG. 15 (A), FIG. 16 (A), FIG. 17 (A) or FIG. 18 (A), the initial load 2 [N], the sliding speed 10 [mm / s], and the initial load 4 respectively.
  • a high frequency component VpX at the time of occurrence of slippage displacement and a high frequency component VpY at the time of initial slip generation are generated (FIG. 15B, FIG. 16B, FIG. 17B or FIG. 18B). Accordingly, in the wavelet coefficient D 1 (X), a high-frequency component D 1 (X) X at the time of occurrence of slippage displacement and a high-frequency component D 1 (X) Y at the time of initial slip are generated. In the same way as described above with reference to FIG.
  • the slip detection device and method according to the above-described embodiment can be applied to the following applications.
  • the sense of “slip” is a sense that is indispensable for realizing a dexterous handling operation such as performing an operation of “holding an object” or handling a tool. Until now, attempts have been made to attach a sensor capable of detecting contact force to a prosthetic hand and feed it back.
  • the present invention can be used to detect the initial slip when the contact member comes into contact with the contact receiving member, such as a robot hand.

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Abstract

　簡易な構成の初期滑り検出手段を提案する。　感圧導電シート（３Ａ）を介して接触部材（５）が接触受け部材（２）に接触したとき、感圧導電シート（３Ａ）から送出される検出信号（Ｓ１）を受けて感圧導電シート（３Ａ）の抵抗値の変化に基づいて、接触部材（５）の滑り変位発生直前に生じた高周波波形成分（ＶｐＸ）が所定の閾値を超えたとき滑り変位発生直前に初期滑りが発生したことを確認するようにしたことにより、滑り検出部分の構成が一段と小型・軽量・薄型の滑り検出装置を実現できる。

Description

滑り検出装置及び方法
　本発明は滑り検出装置及び方法に関し、特に滑り検出表面に接触している静止物体の滑り開始動作を確実に検出しようとするものである。
　従来、感圧導電センサを用いて滑り検出表面に接触する物体から付与される圧縮方向の圧力の分布を検出することにより、当該滑り検出表面に接触する物体の動きの感触を判知するようにした触覚センサが提案されている（特許文献１参照）。
　また感圧導電センサとしては、非導電性エラストマや合成ゴム中に、導電性粒子を分散させた変形導電性材料に対する圧力変化を、電気抵抗値の変化として検出するものが提案されている（特許文献２参照）。
特開２００８−１２８９４０公報 特開２０００−２９９０１６公報
　ところで、滑り検出表面の感触として、接触する物体の滑り開始時の動作を高い精度で、しかも小型・軽量・薄型の構成によって検出することができれば、例えばロボットのハンドのように、物体との接触面積が小さい指が物体に触れた際の感覚を実現できることにより、適切な把持力（強すぎたり、弱すぎたりしない）により物体を把持し得る把持手段を実現できると考えられる。
　本願発明は以上の点を考慮してなされたもので、滑り開始の状態を、小型・軽量・薄型の構成によって検出することができるようにした滑り検出装置及び方法を提案しようとするものである。
　かかる課題を解決するため本発明においては、接触部材５の接触を受ける接触受け部材２上に設けた感圧導電シート３Ａを有する滑り検出部材３と、感圧導電シート３Ａを介して接触部材５が接触受け部材２に押圧されたとき、感圧導電シート３Ａから送出される検出信号Ｓ１を受けて感圧導電シート３Ａの抵抗値の変化に基づいて、接触部材５の滑り変位発生直前に生じた高周波波形成分ＶｐＸを含む滑り検出信号Ｖｐを形成する滑り検出信号形成回路３１と、滑り変位発生直前に生じた高周波波形成分ＶｐＸが所定の閾値を超えたとき滑り変位発生直前に初期滑りが発生したことを表す滑り確認信号Ｓ２を送出する滑り検出演算部３６とを設けるようにする。
　本発明によれば、感圧導電シートを介して接触部材が接触受け部材に接触したとき、感圧導電シートから送出される検出信号を受けて感圧導電シートの抵抗値の変化に基づいて、接触部材の滑り変位発生直前に生じた高周波波形成分が所定の閾値を超えたとき滑り変位発生直前に初期滑りが発生したことを確認するようにしたことにより、滑り検出部分の構成が一段と小型・軽量・薄型の滑り検出装置を実現できる。
　図１は、本発明の一実施の形態による滑り検出装置の全体構成を示す略線的ブロック図である。
　図２は、図１の接触検出部の構成を示す略線図である。
　図３は、図２の感圧導電シートの説明に供する略線図である。
　図４は、図２の電極板シートの詳細構成を示す略線的平面図である。
　図５は、図１の滑り検出信号形成回路の詳細構成を示す略線的接続図である。
　図６は、図５の滑り検出信号形成回路の等価回路を示す接続図である。
　図７は、図１の滑り検出部材３の動作の説明に供する信号波形図である。
　図８は、図１の滑り検出演算部３６の動作の説明に供するフローチャートである。
　図９は、図８のステップＳＰ３における離散ウェーブレット変換処理の説明に供する信号波形図である。
　図１０は、図１の滑り検出部材３の他の実施の形態の説明に供する略線図である。
　図１１は、接触部材５としてステンレス材を用いた場合のウェーブレット変換処理の説明に供する信号波形図である。
　図１２は、接触部材５として布材を用いた場合のウェーブレット変換処理の説明に供する信号波形図である。
　図１３は、接触部材５として紙材を用いた場合のウェーブレット変換処理の説明に供する信号波形図である。
　図１４は、接触部材５として木材を用いた場合のウェーブレット変換処理の説明に供する信号波形図である。
　図１５は、接触部材５としてアクリル材を使用しかつ初期荷重２〔Ｎ〕及び滑り速度１０〔ｍｍ／ｓ〕とした場合のウェーブレット変換処理の説明に供する信号波形図である。
　図１６は、図１５に対応させて、初期荷重４〔Ｎ〕及び滑り速度１０〔ｍｍ／ｓ〕にした場合のウェーブレット変換処理の説明に供する信号波形図である。
　図１７は、図１５に対応させて、初期荷重３〔Ｎ〕及び滑り速度１〔ｍｍ／ｓ〕にした場合のウェーブレット変換処理の説明に供する信号波形図である。
　図１８は、図１５に対応させて、初期荷重３〔Ｎ〕及び滑り速度５〔ｍｍ／ｓ〕とした場合のウェーブレット変換処理の説明に供する信号波形図である。
　以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
（１）第１の実施の形態
　図１において、１は全体として滑り検出装置を示し、接触受け部材２（例えばロボットハンドの人指し指）の表面に、シート状の滑り検出部材３が貼り付け固着されこれにより接触検出部７が形成されている。
　接触受け部材２はこれと対向するように、押付け動作部材４（例えばロボットハンドの親指）によってアクリル材でなる接触部材５が挟み付け動作して来たとき、当該接触部材５の対向する表面に滑り検出部材３を介して挟み込み保持できるようになされている。
　滑り検出部材３は、図２に示すように、感圧導電シート３Ａの一面に電極板シート３Ｂを一体に重ね合せ固着した構成を有し、電極板シート３Ｂが接触受け部材２上に接着されることにより、滑り検出部材３が接触受け部材２上に設けられる。
　この状態において、感圧導電シート３Ａの上表面に接触部材５が接触してきたとき、接触部材５から感圧導電シート３Ａの上表面に対して、感圧導電シート３Ａを厚み方向に圧縮する法線方向力Ｆｎが付与されると共に、感圧導電シート３Ａの表面に感圧導電シート３Ａの面方向に接触部材５を滑らせる方向の接線方向力Ｆｔが付与される。
　感圧導電シート３Ａは、図３に示すように、非導電性エラストマや合成ゴムである可撓性層本体１１中に、導電性粒子１２を分散させてなる変形導電性材料によって構成されている。
　かくして感圧導電シート３Ａは、図３（Ａ）に示すように、接触部材５に対して法線方向力Ｆｎが付与されたとき、接触部材５と電極板シート３Ｂとの間において圧縮動作することにより可撓性層本体１１内に分散されている導電性粒子のうち、法線方向に接触する粒子が増大することにより、感圧導電シート３Ａの厚み内に多くの導電通路１３が生成されることにより、感圧導電シート３Ａの内部抵抗を減少させる状態になる。
　この状態において、接触部材５に対して接線方向力Ｆｔが付与されて滑り始めると、図３（Ｂ）に示すように、可撓性層本体１１内において互いに離間する導電性粒子１２が増えることにより、感圧導電シート３Ａの内部抵抗が高くなる。
　この実施の形態の場合、電極板シート３Ｂは、図４に示すように、絶縁基板２１の表面に導電性パターン層２２を付着させた構成を有する。
　導電性パターン層２２の中央位置には、方形渦巻き状に形成された２本の電極パターン２３Ａ及び２３Ｂを有する電極パターン領域２４が設けられ、各電極パターン２３Ａ及び２３Ｂが電極パターン領域２４の外側に設けられた２つの端子パターン２５Ａ及び２５Ｂに接続されている。
　電極パターン領域２４には、感圧導電シート３Ａがその下面に電極パターン２３Ａ及び２３Ｂが電気的に接続されるように固着されており、これにより感圧導電シート３Ａのうち、電極パターン２３Ａ及び２３Ｂに接続された部分間の電気抵抗の値を、端子パターン２５Ａ及び２５Ｂ間に導出できるようになされている。
　かくして端子パターン２５Ａ及び２５Ｂ間には、感圧導電シート３Ａが、接触部材５によって変形されたとき、当該感圧導電シート３Ａ内に生ずる抵抗変化が、端子パターン２５Ａ及び２５Ｂ間に電気抵抗の変化として、滑り検出部材３から、端子２５Ａ及び２５Ｂに接続された検出信号導出線２６Ａ及び２６Ｂを介して外部に、検出信号Ｓ１として導出される。
　この検出信号Ｓ１は、滑り検出信号形成回路３１（図１）の検出信号入力端子３２Ａ及び３２Ｂに供給される。
　この実施の形態の場合、検出信号入力端子３２Ａは駆動直流電源３３の負極側に接続されるのに対して、検出信号入力端子３２Ｂは基準抵抗３４を介して駆動直流電源３３の正極側端子に接続される。
　かくして滑り検出部材３に接続された滑り検出信号形成回路３１は、図６に示す等価回路を形成する。
　図６の等価回路において、滑り検出信号形成回路３１の駆動直流電源３３の両端には、基準抵抗３４と滑り検出部材３によって形成される可変抵抗３Ｃの直列回路が接続され、かくして可変抵抗３Ｃの両端に得られる分圧電圧が滑り検出信号形成回路３１の滑り検出信号Ｖｐとして検出信号入力端子３２Ａ及び３２Ｂから導出される滑り検出信号出力端子３５Ａ及び３５Ｂに出力される。
　かくして、滑り検出部材３の感圧導電シート３Ａの抵抗値が接触部材５から付与される法線方向力Ｆｎ及び接線方向力Ｆｔによって可変することにより、駆動直流電源３３の分圧電圧でなる滑り検出信号Ｖｐの値が、法線方向力Ｆｎ及び接線方向力Ｆｔの変化を表すことになる。
　実験によれば、接触部材５から感圧導電シート３Ａに対して、図７（Ｃ）の特性曲線Ｋ１に示すように、時間ｔの経過に従って、法線方向に常に法線方向力Ｆｎを与えている状態において、特性曲線Ｋ２に示すように、接線方向力Ｆｔを時点ｔ０~ｔ１の間Ｆｔ＝０の状態を維持した後、時点ｔ１~ｔ２の間に接線方向力Ｆｔを徐々に大きくするようにしたところ、図７（Ｂ）の曲線Ｋ３のうち曲線Ｋ３２に示すように、接触部材５が時点ｔ＝ｔ２からｔ３の間において滑り変位を起こした。
　このときの滑り検出部材３の検出信号Ｓ１に基づいて、滑り検出信号形成回路３１の出力端子３５Ａ及び３５Ｂ間に得られる滑り検出信号Ｖｐの値は、接触部材５がｔ＝ｔ２において滑り検出部材３に対して滑り出す時に、特異な電気的変化を生じ、当該滑り検出信号Ｖｐの特異な電気的変化をマイクロコンピュータ構成の滑り検出演算部３６が演算処理をすることにより確認する。
　かくして滑り検出演算部３６は、滑り確認信号Ｓ２を得たとき、これを演算結果出力部３７に与えて、ユーザに対して、滑りの発生を確認できたことを知らせる。
　以上の構成において、滑り検出演算部３６は、図７（Ａ）に示すような滑り検出部材３の動作を表す滑り検出信号Ｖｐに基づいて、その電気的変化の特異性を信号の演算処理に基づいて確認する。
　図７に示す滑り検出部材３の動作の特徴は、滑り検出部材３に対する接触部材５に対する滑り動作の実験結果に基づいて検出をし得たものである。
　図７（Ｃ）において、特性曲線Ｋ１で示すように、接触部材５によって滑り検出部材３の感圧導電シート３Ａに対して常時法線方向力Ｆｎを付与した状態において、時点ｔ＝ｔ０~ｔ１間において接線方向力Ｆｔ＝０の状態から時点ｔ＝ｔ１~ｔ２までの間に接線方向力Ｆｔを徐々に大きくしていったところ、図７（Ｂ）において特性曲線Ｋ３で示すように、時点ｔ＝ｔ２において接触部材５に滑りが生じ、ｔ＝ｔ３において当該滑り変位が停止した。
　このような接触部材５の滑り変位に対して、滑り検出部材３の電極板シート３Ｂの検出信号導出線２６Ａ及び２６Ｂの検出信号Ｓ１に基づいて、滑り検出信号形成回路３１の出力端子３５Ａ及び３５Ｂ間に得られる滑り検出信号Ｖｐは、図７（Ａ）の特性曲線Ｋ４で示すように、時点ｔ＝ｔ２の直前から直後に至るまでの間に特異な高周波信号波形成分を発生した。
　すなわち、時点ｔ＝ｔ０からｔ１までの間において図７（Ｃ）の特性曲線Ｋ１１及びＫ２１によって示すように法線方向力Ｆｎだけを付与している状態であって図７（Ｂ）の特性曲線Ｋ３１に示すように滑り変位が０であるとき、図７（Ａ）の特性曲線Ｋ４１で示すように滑り検出信号Ｖｐは法線方向力Ｆｎに基づく一定値を維持している。
　やがて時点ｔ１~ｔ２の区間において特性曲線Ｋ２２で示すように、接線方向力Ｆｔを徐々に大きくして行くと、特性曲線Ｋ３１で示すように滑り変位は０の状態を維持しているにも係わらず、滑り検出信号Ｖｐの値は急激に上昇すると共に、滑り開始時点ｔ＝ｔ２に近づくに従って激しく上下動を繰り返した後、滑り時点ｔ＝ｔ２においてピーク波形を呈するような変化をする。
　やがて滑り時点ｔ＝ｔ２を過ぎると、特性曲線Ｋ３２で示すように、接触部材５がほぼ直線的に滑り変位をした後、特性曲線Ｋ３３で示すように、時点ｔ＝ｔ３において当該滑り変位を停止する。
　このような滑り変位が変化している期間ｔ＝ｔ２~ｔ３までの間においては、特性曲線Ｋ４３で示すように、滑り検出信号Ｖｐはピークの値から急激に低下して行くと共に、当該低下する曲線上に重畳している変動成分は極端に小さくなり、ｔ＝ｔ３において滑り変位が停止した後には、特性曲線Ｋ４４で示すように、上下動成分はほとんどなくなる。
　この実験結果に基づいて、滑り検出演算部３６は、滑り検出信号Ｖｐに高周波成分が重畳し、しかもその上下動の変化幅が所定の閾値を超えたとき、接触部材５に滑り変位が発生する直前の状態にあることを判別する。
　この実施の形態の場合、滑り検出演算部３６は滑り検出信号Ｖｐを離散ウェーブレット変換処理をすることにより、滑り変位が発生する直前の状態を検出する。
　滑り検出演算部３６は、図８に示す滑り検出処理手順ＲＴ１によって、滑り検出信号Ｖｐから滑り確認信号Ｓ２を形成する。
　滑り検出演算部３６の中央処理ユニット（ＣＰＵ）は、滑り検出処理手順ＲＴ１に入ると、ステップＳＰ１においてユーザから処理開始命令が与えられるのを待ち受けた後、ステップＳＰ２から離散ウェーブレット変換処理を実行する。
　滑り検出演算部３６のＣＰＵは、ステップＳＰ２において、滑り検出信号Ｖｐを５０〔Ｈｚ〕で５０個のサンプルを計測した後、ステップＳＰ３に移って５０個のサンプルについて次式
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
によって離散ウェーブレット変換を実行する。
　ただし（１）式のΨＨ（ｘ）はＨａａｒのウェーブレットで、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
の関係をもつ。
　上記（１）式及び（２）式において、ｘは時間ｔに対応し、上記ステップＳＰ３における離散ウェーブレット変換は、次式
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
のように、時間ｔを
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
のように高い周波数の範囲に特定することにより、滑り検出信号Ｖｐにおいて時間の経過に従って高周波成分の発生及びその大きさを離散ウェーブレット変換出力Ｄ１（ｘ）として求める。
　かくして滑り検出演算部３６のＣＰＵは、離散ウェーブレット変換出力Ｄ１（ｘ）を得ることにより、滑り検出信号Ｖｐから高周波成分を抽出した結果が得られる。
　図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の滑り検出信号Ｖｐを離散ウェーブレット変換処理した結果得られたウェーブレット係数をプロットしたものである。
　図９によれば、接触部材５の滑り変位が発生する時点ｔ＝ｔ２の直前にウェーブレット係数Ｄ１（ｘ）が最大値になっており、従ってこのとき滑り検出信号Ｖｐには大きな値の高周波成分が多く含まれていることが分かる。
　滑り検出演算部３６のＣＰＵは続くステップＳＰ４においてウェーブレット係数Ｄ１（ｘ）の最大値及び最小値の差（すなわちピーク対ピークの値）Ｄｐｐを計算した後、ステップＳＰ５において当該ピーク対ピークの値Ｄｐｐが閾値ａより大きいか否かの判断をする。
　このステップＳＰ５において肯定結果が得られると、このことは接触部材５が滑り変位が発生する時点ｔ＝ｔ２の直前において、接触部材５が「滑り始める直前の状態」（これを初期滑りと呼ぶ）から「滑り始めた状態」への移行動作を発生しており、その後直ちに接触部材５の滑り変位が開始することを予知できたことを意味する。
　「初期滑り」の意義については、次のように考える。
　通常滑りとは、剛体が面に対して剛体全体が動いている状態を示すが、初期滑りとは、まだその現象が起こっていない状態である。
　実験によれば、図７について上述したように、剛体に接線方向力Ｆｔを加え、レーザセンサで移動量を測定したところ、移動量ゼロ時（図７（Ｃ））においてセンサ出力（図７（Ａ））は初期滑りをとらえている。
　接触した物体間の滑りは、接触領域面内において、その周囲から徐々に接触の“はがれ”が発生し、これが接触領域全体に及んだ場合において発生する。
　このとき、「滑り始める直前の状態」から「滑り始めた状態」への移行時には、接触面内における“はがれ”と、固着している領域とが混在している状態があり、本明細書では、この滑り始める直前の状態を「初期滑り」という。
　一方、固着領域が無くなり、完全にはがれた状態を「完全滑り」、「全体滑り」という。
　単に物体の「滑り」と言った場合は、完全滑りないし全体滑りのことをいう。
　このとき滑り検出演算部３６のＣＰＵはステップＳＰ６に移って滑り確認信号Ｓ２を演算結果出力部３７に送出する。
　このとき演算結果出力部３７は例えばＬＥＤを点灯させるなどの表示動作をすることにより、滑りの発生をユーザに知らせた後、上述のステップＳＰ２に戻って新たなサンプル計測処理を続ける。
　これに対してステップＳＰ５において否定結果が得られると、このことは接触部材５に初期滑りが発生していないことを意味し、このとき滑り検出演算部３６のＣＰＵはステップＳＰ７において、ユーザが滑り検出処理終了命令を入力したか否かの判断をし、否定結果が得られたとき上述のステップＳＰ２に戻って新たなサンプル計測動作に入る。
　これに対して、ステップＳＰ７において肯定結果が得られると、滑り検出演算部３６はステップＳＰ８に移って当該滑り検出処理手順ＲＴ０の処理を終了する。
　以上の構成において、接触受け部材２の表面に設けられた滑り検出部材３に対して接触部材５が接触することにより、感圧導電シート３Ａに生ずる抵抗値変化に基づいて滑り検出信号形成回路３１から滑り検出信号Ｖｐ（図９（Ａ））が得られると、滑り検出演算部３６のＣＰＵは滑り検出処理手順ＲＴ１（図８）を実行することにより、滑り検出信号Ｖｐに含まれる高周波成分の変化に基づいて初期滑りの発生を検出すべく、ステップＳＰ２−ＳＰ３−ＳＰ４−ＳＰ５−ＳＰ７−ＳＰ２のループによって滑り検出処理を実行する。
　やがて滑り検出演算部３６が、ステップＳＰ５においてウェーブレット係数Ｄ１（ｘ）のピーク対ピーク値Ｄｐｐが閾値ａを超えたと判断したときＣＰＵはステップＳＰ６において滑り確認信号Ｓ２を演算結果出力部３７に出力する。
　このとき接触部材５は滑り検出部材３に対する滑り変位を発生する直前の初期滑り状態にあり、かくして滑り検出装置１は滑り変位が発生する直前に初期滑り状態になったことを予め予知することができる。
　上述の構成によれば、接触受け部材２に接触部材５が接触して滑りが発生する直前において、滑り検出装置１がこれを初期滑りの発生として予め予知する（すなわち滑り予知動作をする）ことができるので、ユーザが当該滑り予知に基づいて、例えば接触部材５に対する把持力を増加させることにより滑り変位の発生を予め防止したりすることにより当該接触部材５の取り落としを防ぐような処理をすることができる。
　かくするにつき、上述の実施の形態によれば、滑り検出部材３として、図２に示すように、電極板シート３Ｂ上に感圧導電シート３Ａを設けた簡易かつ小型、薄型の構成によって実現できる。
（２）他の実施の形態
（２−１）上述の実施の形態においては、滑り検出部材３として、図２及び図４について上述したように、図１０（Ｂ）に示すように、感圧導電シート３Ａの片面に２つの電極パターン２３Ａ及び２３Ｂを設けるようにしたが、電極板シート３Ｂの設け方はこれに限らず、図１０（Ａ）に示すように、感圧導電シート３Ａの両面にそれぞれ１枚の電極パターン３ＢＸ及び３ＢＹを設けたり、図１０（Ｃ）に示すように、一面側に２枚の電極パターン２３Ａ及び２３Ｂを設けると共に、他面に一枚の電極パターン３ＢＺを設けるようにしても良い。
　このように電極板シート３Ｂとしては、感圧導電シート３Ａに対して法線方向力Ｆｎ、及ぶ接線方向力Ｆｔが付与されたとき、これに応じて変化する抵抗値を感圧導電シート３Ａから導出できるようにすれば良い。
（２−２）上述の実施の形態においては、滑り検出信号形成回路３１から得られる滑り検出信号Ｖｐに滑り変位発生直前に生ずる高周波成分を初期滑りを表す信号を、上述の（１）式及び（２）式によって表される離散ウェーブレット変換を用いるようにしたが、次式
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
によって表される連続ウェーブレット変換を用いるようにしても良い。
　この連続ウェーブレット変換は、滑り検出信号Ｖｐを詳細に周波数解析する場合に適用して好適であり、いつ、どのような周波数が、どの位の強度をもって起こっているかを調べるときに用いる。
　ただし、連続ウェーブレット変化は計算量が多く、上述の実施の形態において用いた離散ウェーブレット変換の方が、高速処理に適している。
　因に、上述の実施の形態において用いた離散ウェーブレット変換は、滑り検出信号Ｖｐを周波数解析するというよりは、滑り検出信号Ｖｐを高周波成分と低周波成分とに分解するという処理に近い。
　上述の実施の形態においては、離散ウェーブレット変換によって滑り検出信号Ｖｐを高周波成分と低周波成分に分解し、当該高周波成分を用いて詳記滑りの検出を行ったものである。
（２−３）上述の実施の形態においては、滑り検出信号Ｖｐから高周波成分を抽出する際に離散ウェーブレット変換による信号処理を用いるようにしたが、当該離散ウェーブレット変換を行うことは、実質上ハイパスフィルタを通過させたことと等価である。
　従って、離散ウェーブレット変換に代えて、例えばＦＩＲフィルタや、ＩＩＲフィルタなどによってカットオフ周波数１〔ｋＨｚ〕以上のハイパスフィルタあるいはこれに相当するバンドパスフィルタを用いても、上述の場合と同様の効果を得ることができる。
（２−４）上述の実施の形態においては、滑り検出部材３に接触する接触部材５としてアクリル材を用いた場合について述べたが、接触部材５の材質としてはアクリル材に限らず、図１１、図１２、図１３又は図１４に示すように、ステンレス材、布材、紙材又は木材を用いても、滑り検出信号Ｖｐにはそれぞれ滑り変位発生期間において高周波成分ＶｐＸが発生すると共に、滑り開始時点ｔ＝ｔ２において初期滑りを表す高周波成分ＶｐＹが生ずることが確認できた。
　これに伴って、図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）又は図１４（Ｂ）に示すように、図９について上述したと同様に、ウェーブレット係数Ｄ１（Ｘ）に滑りに伴う高周波成分Ｄ１（Ｘ）Ｘが得られると共に、初期滑りに対応する高周波成分Ｄ１（Ｘ）Ｙが生ずる。
　従って、接触部材５の材質を変更した場合にも、図９について上述したと同様に、滑り変位が発生する直前に初期滑りが生じていることを確実に検出することができる。
（２−５）図９について上述したように、接触部材５がアクリル材のときに初期滑りの検出ができた。
　当該アクリル材を用いた場合において、初期荷重と滑り速度を変更した場合にも、図１５、図１６、図１７又は図１８に示すように、初期滑りの検出をすることができる。
　因に、図１５（Ａ）、図１６（Ａ）、図１７（Ａ）又は図１８（Ａ）の場合は、それぞれ初期荷重２〔Ｎ〕及び滑り速度１０〔ｍｍ／ｓ〕、初期荷重４〔Ｎ〕及び滑り速度１０〔ｍｍ／ｓ〕、初期荷重３〔Ｎ〕及び滑り速度１〔ｍｍ／ｓ〕又は初期荷重３〔Ｎ〕及び滑り速度５〔ｍｍ／ｓ〕の場合も、それぞれ滑り検出信号Ｖｐにおいて滑り変位発生時の高周波成分ＶｐＸと、初期滑り発生時の高周波成分ＶｐＹが発生し（図１５（Ｂ）、図１６（Ｂ）、図１７（Ｂ）又は図１８（Ｂ））、これに伴ってウェーブレット係数Ｄ１（Ｘ）に、滑り変位発生時の高周波成分Ｄ１（Ｘ）Ｘと、初期滑りに伴う高周波成分Ｄ１（Ｘ）Ｙが発生しているので、いずれの場合も図９について上述したと同様に、滑り変位発生時点ｔ＝ｔ２の直前に発生する初期滑りを確実に検出することができる。
（２−６）上述の実施の形態による滑り検出装置及び方法は、次のような用途に適用し得る。
（２−６−１）ロボットハンドによる把持動作
　上述の滑り検出装置は、柔軟・薄型・軽量という特徴を有することから、ロボットハンドの指先という小さな面に配置することが可能である。必要であれば、掌などの広い範囲にセンサを配置することも可能である。上述の滑り検出装置を装着することにより、ロボットにハンドの指が物体に触れた、という感覚を与えることができる。また、初期滑りの検出が可能であるため、指先で物体が滑りそうになったことを検知し、把持力を調節することによって、物体の滑りを防止することが可能である。また、物体の重量や摩擦係数が変化した場合においても、この「滑り」という感覚を用いることによって、適切な把持力（強すぎず、弱すぎない力）で把持を実現することができる。
（２−６−２）義手への応用（触覚フィードバック）
　すでに述べたように、「滑り」という感覚は、「物体を持つ」という動作を行う際、あるいは道具を扱うなど、器用なハンドリング動作を実現するために無くてはならない感覚である。これまでに、接触力を検出可能なセンサを義手に取り付け、これをフィードバックするという試みはなされている。しかしながら、柔らかい紙コップを持つときなど、物体をつかめているかを視覚で確認する必要があり、ある程度慣れるまでに労力と時間を費やしてしまう。つまり、把持物体によって重量や摩擦係数などが異なるため、自分がどのくらいの力を発揮しているかがわかっても、物体を確実につかめているかを知ることができない。そこで、「物体の滑り」を上述の実施の形態による滑り検出装置によって検出し、フィードバックすれば、物体を滑り落さずに、握りつぶさずに力を加減して持つことができる。
（２−６−３）入力装置、インターフェース
　上述の滑り検出装置は、接触および初期滑りを検出できる。したがって、これを入力装置として用いた場合、指でボタンを押す、という動作、横方向に指がスライドした、という動作を検出することができる。また、上述の滑り検出装置とＣｏＰを検出可能なセンサを組み合わせれば、指がどの方向にスライドした、ということもわかるため、携帯電話などの小型機器におけるマウスカーソルの移動などにも利用可能と考えられる。
　本発明は、ロボットのハンドのように、接触受け部材に対して接触部材が接触するような場合に、その初期滑りを検出するために利用することができる。
　１……滑り検出装置、２……接触受け部材、３……滑り検出部材、３Ａ……感圧導電シート、３Ｂ……電極板シート、４……押付け動作部材、５……接触部材、７……接触検出部、２１……絶縁基板、２２……導電性パターン層、２３Ａ、２３Ｂ……電極パターン、２４……電極パターン領域、２５Ａ、２５Ｂ……端子パターン、２６Ａ、２６Ｂ……検出信号導出線、３１……滑り検出信号形成回路、３２Ａ、３２Ｂ……検出信号入力端子、３３……駆動直流電源、３４……基準抵抗、３５Ａ、３５Ｂ……滑り検出信号出力端子、３６……滑り検出演算部、３７……演算結果出力部

Claims (4)

  1. 　接触部材の接触を受ける接触受け部材上に設けた感圧導電シートを有する滑り検出部材と、
    　上記感圧導電シートを介して上記接触部材が上記接触受け部材に押圧されたとき、上記感圧導電シートから送出される検出信号を受けて上記感圧導電シートの抵抗値の変化に基づいて、上記接触部材の滑り変位発生直前に生じた高周波波形成分を含む滑り検出信号を形成する滑り検出信号形成回路と、
    　上記滑り変位発生直前に生じた高周波波形成分が所定の閾値を超えたとき上記滑り変位発生直前に初期滑りが発生したことを表す滑り確認信号を送出する滑り検出演算部と
    　を具えることを特徴とする滑り検出装置。
  2. 　上記滑り検出部材は、上記感圧導電シートの片面又は両面に電極板シートを設けることにより、上記電極シートから上記感圧導電シートの抵抗値の変化を表す上記検出信号を送出する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の滑り検出装置。
  3. 　上記滑り検出演算部は、上記滑り検出信号を離散ウェーブレット変換処理する離散ウェーブレット変換手段を有する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の滑り検出装置。
  4. 　接触部材の接触を受ける接触受け部材上に設けた滑り検出部材の感圧導電シートを介して上記接触部材が上記接触受け部材に接触したとき、上記感圧導電シートから送出される検出信号を受けて上記感圧導電シートの抵抗値の変化に基づいて、上記接触部材の滑り変位発生直前に生じた高周波波形成分を含む滑り検出信号を滑り検出信号形成回路において形成し、
    　上記滑り変位発生直前に生じた高周波波形成分が所定の閾値を超えたとき上記滑り変位発生直前に初期滑りが発生したことを表す滑り確認信号を滑り検出演算部から送出する
    　ことを特徴とする滑り検出方法。
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