WO2006030570A1

WO2006030570A1 - 接触センサ、把持装置及び滑り余裕計測方法

Info

Publication number: WO2006030570A1
Application number: PCT/JP2005/011075
Authority: WO
Inventors: Jun Ueda; Yutaka Ishida; Tsukasa Ogasawara
Original assignee: National University Corporation Nara Institute Ofscience And Technology
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2006-03-23
Also published as: JP4729723B2; US7591166B2; US20080202202A1; JPWO2006030570A1

Abstract

　測定対象物（５）と接触する部位に弾性体（１ａ）を有する感知部（１）と、測定対象物（５）と弾性体（１ａ）との接触面（１ｂ）に対して、接線方向に外力が印加される前後において、接触面（１ｂ）の状態を画像情報として取得する画像取得部（２）と、画像取得部（２）によって得られた画像情報に基づき、接触面（１ｂ）の変形情報を解析する変形解析部（７）と、接触面（１ｂ）に対して、接線方向に印加される外力を検出する外力検出部（３）と、変形解析部（７）によって得られる接触面（１ｂ）の変形情報、及び外力検出部（３）によって検出される外力、並びに弾性体（１ａ）の物体定数に基づいて、測定対象物（５）と弾性体（１ａ）との間の滑り余裕を推定する推定部（８）と、を備える触覚センサ（１０）によれば、簡便かつ精度よく滑り余裕を推定できる。

Description

明細書接触センサ、把持装置及び滑り余裕計測方法技術分野

[0001] 本発明は、触覚センサ及びその利用に関し、特に、完全滑りを起こすことなぐ簡便かつ確実に滑り余裕を推定可能な触覚センサ及びその利用に関するものである。背景技術

[0002] 人間が指で物体を持ち上げるとき、摩擦係数が未知であっても最小把持力より僅かに大き、把持力しか用いな、ことが知られて、る。このような把持をロボットに行わせるためには、摩擦係数や"滑り易ざ'の指標である「滑り余裕」を検出できる触覚センサをロボットに搭載する必要がある。このような触覚センサとしては、ロボットの指先に搭載し、それを実際に滑らせて摩擦係数を知覚するものや、滑りはじめの振動を検出したりする触覚センサや摩擦係数計測装置が開発されている。

[0003] 具体的には、例えば、非特許文献 1には、曲面状のシリコン榭脂内部に歪みセンサを多数配置し、完全に滑り出すまでのセンサ内部の応力変化力摩擦係数等を推定する圧力感知式の触覚センサが開示されている。また、圧力感知式の他の例として、非特許文献 2には、曲面状の指先を複数のパネにて支持した触覚センサによって、該触覚センサが実際に滑り出すまでの内部の応力変化力摩擦係数等を推定する技術が開示されている。

[0004] また、特許文献 1には、空孔と超音波を用いた圧力感知式の触覚センサが開示されており、この触覚センサを対象物に押し当てた瞬間に、その対象物の表面に沿つた方向の応力と歪みの成分を観測することにより、その摩擦係数及び最大の横ずれ力を安定に検出することができる摩擦係数測定方法、最大横ずれ力測定方法及びそれらの測定装置につ、て記載されて、る。

[0005] また、特許文献 2には、圧力感知式の触覚センサではないが、触覚センサに関連する技術として、透明ゲル力もなるセンサ感知部と対象物との接触面を、カメラを用いて観察し、その画像情報からセンサ感知部の形状変化を推定する画像処理アルゴリズムが開示されている。 [0006] また、特許文献 3には、摩擦係数を推定する床面に装置を設置し、接線方向に僅かずつ力を増加させ、滑りが生じた時点の力から摩擦係数を推定する携帯用摩擦計について開示されている。

〔特許文献 1〕

特開 2001— 021482号公報 (公開：平成 13 (2001)年 1月 26日）

〔特許文献 2〕

米国特許第 5967990号明細書

〔特許文献 3〕

特開平 07— 151672号公報 (公開：平成 7年（1995) 6月 16日）

〔非特許文献 1〕

河合隆志、他 2名共著、「把持力制御のための曲面ひずみ分布センサの開発」、日本機械学会論文集 C編、 Vol. 64、 No. 627、 pp. 4264-4270, 1998 〔非特許文献 2〕

藤本英雄、佐野明人、西恒介、上原祐作共著、「多指ハンドによる遠隔把持のための触覚センサ内蔵ソフトフィンガ」、ロボテイクス'メカトロニクス講演会、 2002 し力しながら、上述した圧力感知式の触覚センサには、以下に示す問題点がある。まず、非特許文献 1に開示の触覚センサでは、シリコン榭脂内部に設置可能な歪みセンサの個数は限られており、十分な検出感度を得るために必要な個数を設置すると装置が大型化して、ま、、小型化すると十分な検出精度が得られな、と、う問題点がある。

[0007] また、非特許文献 2に開示の触覚センサも同様に、センサ内部に配置可能なパネの個数は限られており、十分な検出精度が得られないという問題点がある。

[0008] そして、特許文献 1に開示の触覚センサも、センサに配置可能な空孔の個数は限られており、検出精度に問題がある。力！]えて、摩擦係数と超音波との位相変化を多数計測して相互関係を把握したテーブルを事前に準備する必要があり、使用に際して、非常に煩雑であるという問題点もある。

[0009] また、特許文献 2に開示の技術は、触覚センサに関連する技術である力滑り余裕や摩擦係数の検出に関連するものではないため、そのままでは滑り余裕や摩擦係数等を計測することができない。

[0010] また、特許文献 3に開示の携帯摩擦計では、摩擦係数を測定するためには、一旦、実際に滑り始める状態 (完全滑り）を生じさせる必要があり、簡便に摩擦係数等を計測することができないという問題点がある。また、この携帯摩擦計は、実際に滑りを生じさせる必要があるため、使用に際して、ある程度の広さを持つ平面に限定され、汎用性の面で問題がある。

[0011] 以上のように、圧力感知式の触覚センサの場合、測定対象物とセンサ感知部との間の摩擦係数や滑りを精度よく検出するためには、センサ内部に配置する応力センサを多数配置する必要がある力装置の小型化という要望があるため、装置スペースの都合力搭載できる応力センサの数が限定されてしまい、十分な検出精度が得られないという問題がある。さらに、カメラを用いて弾性体と剛体との接触面の変化を検出する技術が開発されているが、これを物体間の摩擦係数や滑りの計測に応用する技術は開発されていない。

[0012] したがって、上述した問題点を解決するのに資する、物体間の滑り余裕や摩擦係数を簡便かつ精度よく計測可能な触覚センサ及びその利用方法の開発が強く要望されていた。

発明の開示

[0013] 本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、物体間の滑り余裕や摩擦係数を簡便かつ精度よく計測可能な触覚センサ及びその利用を提供することにめる。

[0014] 本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、弾性体カゝらなるセンサ感知部と測定対象物との接触面の変形を、小型カメラを用いて計測し、この接触面の変形情報、上記接触面に働く接線方向の力信号、及び上記弾性体の物性定数を所定の計算アルゴリズムを用いて計算することにより、実際に完全滑りを生じさせることなぐかつ、測定対象物の摩擦係数が不明であっても、精度よく滑り余裕を推定できるという知見を見出し、本願発明を完成させるに至った。本発明は、かかる新規知見に基づいて完成されたものであり、以下の産業上有用な物質又は方法を包含する。 [0015] (1)測定対象物と接触する部位に弾性体を有する感知手段と、上記測定対象物と弾性体との接触面に対して、接線方向に外力が印加される前後において、上記接触面の状態を画像情報として取得する画像取得手段と、上記画像取得手段によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の変形情報を解析する変形解析手段と、上記変形解析手段によって得られる接触面の変形情報、及び上記接触面に対して接線方向に印加される外力、並びに上記弾性体の物体定数に基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定手段と、を備える触覚センサ。

[0016] (2)測定対象物と接触する部位に弾性体を有する感知手段と、上記測定対象物と弾性体との接触面に対して接線方向に外力が印加される前における、上記接触面の中心位置が常に所定の位置に来るように設定されており、かつ、上記設定された状態にて、上記接触面に対して接線方向に外力が印加された後の、上記接触面の状態を画像情報として取得する画像取得手段と、上記画像取得手段によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の変形情報を解析する変形解析手段と、上記変形解析手段によって得られる接触面の変形情報、及び上記接触面に対して接線方向に印加される外力、並びに上記弾性体の物体定数に基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定手段と、を備える触覚センサ。

[0017] (3)さらに、上記接触面に対して、接線方向に印加される外力を検出する外力検出手段を備える（1)又は（2)に記載の触覚センサ。

[0018] (4)上記弾性体は、測定対象物と円周部分で接触する略半球状であり、上記変形解析手段は、上記画像取得手段によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の半径を算出する半径算出部と、上記画像取得手段によって得られた画像情報に基づき、上記接触面に対して、接線方向に外力が加わる場合に生じる、上記接触面の相対変位を算出する相対変位算出部と、を備えており、上記推定手段は、上記変形解析手段によって得られる接触面の半径、相対変位、及び上記外力検出手段によって検出される外力、並びに上記弾性体の物体定数から、ヘルツ接触を仮定した計算式を用いて、滑り余裕を推定するものである（1)〜（3)の、ずれかに記載の触覚センサ。

[0019] (5)上記弾性体の表面には、上記画像取得手段が、上記接触面に対して接線方向に外力が印加される前の状態における上記接触面の中心位置を明確に認識できる特徴図形が形成されてヽる（ 1)〜 (4)のヽずれかに記載の触覚センサ。

[0020] (6)上記弾性体は透明であり、上記画像取得手段は、上記弾性体における、測定対象物と接触する側の面の裏面側に設けられている（1)〜（5)のいずれかに記載の触覚センサ。

[0021] (7)さらに、上記推定手段によって推定された滑り余裕に基づき、上記測定対象物と弾性体との間の摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段を備える（1)〜 (6)の、ずれかに記載の触覚センサ。

[0022] (8)上記（1)〜（7)の、ずれかに記載の触覚センサを備える摩擦検査装置。

[0023] (9)上記触覚センサにおける弾性体が検査対象物と接触できるように、上記触覚センサが筒状筐体に搭載されている（8)に記載の摩擦検査装置。

[0024] (10)上記（1)〜（7)のいずれかに記載の触覚センサを備える把持装置。

[0025] (11)上記把持装置は、上記搭載した触覚センサの弾性体と把持対象物とが接触して、当該把持対象物を把持する際に、上記触覚センサの弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が減少する場合は把持力を増強し、また上記触覚センサの弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が増加する場合は把持力を低減させて、所定の滑り余裕を保つように把持力を制御する制御手段を備える（10)に記載の把持装置。

[0026] (12)上記把持装置がロボットハンドである（10)又は（11)に記載の把持装置。

[0027] (13)測定対象物に対して弾性体を接触させる接触工程と、上記接触工程における、上記測定対象物と弾性体との接触面の状態を画像情報として取得する第 1の画像取得工程と、上記接触面に対して、接線方向に外力を加える外力印加工程と、上記外力印加工程によって印加された外力によって、上記接触面に生じる変形の状態を画像情報として取得する第 2の画像取得工程と、上記第 1の画像取得工程及び第 2 の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の変形情報を解析する変形解析工程と、上記変形解析工程によって得られる接触面の変形情報、及び上記外力印加工程にて印加した外力、並びに上記弾性体の物体定数に基づ、て、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定工程と、を含む滑り余裕計測方法。

[0028] (14)上記弾性体は、測定対象物と円周部分で接触する略半球状であり、上記変形解析工程は、上記第 1及び Z又は第 2の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記測定対象物と弾性体との接触面の半径を算出する半径算出工程と、上記第 1及び Z又は第 2の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記弾性体に、上記測定対象物と弾性体との接触面の接線方向に力が加わる場合に、測定対象物と弾性体との接触面の相対変位を算出する相対変位算出工程と、を含んでおり、上記推定工程は、上記変形解析工程によって得られる接触面の半径、相対変位、及び上記外力印加工程にて印力 tlした外力、並びに上記弾性体の物体定数から、ヘルツ接触を仮定した計算式を用いて、滑り余裕を推定する工程である（13) に記載の滑り余裕計測方法。

[0029] (15)測定対象物に対して弾性体を接触させる接触工程と、上記接触面に対して、接線方向に外力を加える外力印加工程と、上記外力印加工程によって印加された外力によって、上記接触面に生じる変形の状態を画像情報として取得する画像取得工程と、上記画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の変形情報を解析する変形解析工程と、上記変形解析工程によって得られる接触面の変形情報、及び上記外力印加工程にて印力 tlした外力、並びに上記弾性体の物体定数に基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定工程と、を含み、上記画像取得工程は、上記測定対象物と弾性体との接触面に対して接線方向に外力が印加される前における、上記接触面の中心位置が常に所定の位置に来るように設定されており、かつ、上記設定された状態にて、上記接触面に対して接線方向に外力が印加された後の、上記接触面の状態を画像情報として取得する画像取得手段を用いるものである滑り余裕計測方法。

[0030] (16)上記弾性体は、測定対象物と円周部分で接触する略半球状であり、上記変形解析工程は、上記画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記測定対象物と弾性体との接触面の半径を算出する半径算出工程と、上記画像取得工程によって得られた画像情報と、予め設定された、上記外力が印加される前における上記接触面の中心位置の座標情報とに基づき、上記弾性体に、上記測定対象物と弾性体との接触面の接線方向に力が加わる場合に、測定対象物と弾性体との接触面の相対変位を算出する相対変位算出工程と、を含んでおり、上記推定工程は、上記変形解析工程によって得られる接触面の半径、相対変位、及び上記外力印加工程にて印カ卩した外力、並びに上記弾性体の物体定数から、ヘルツ接触を仮定した計算式を用いて、滑り余裕を推定する工程である（15)に記載の滑り余裕計測方法。

[0031] (17)さらに、上記外力印加工程にて印カロした外力を検出する外力検出工程を含み、上記推定工程では、上記外力印加工程にて印加した外力として、上記外力検出工程により検出される外力を用いる（13)〜（16)のいずれかに記載の滑り余裕計測方法。

[0032] (18)上記弾性体は透明であり、上記画像取得工程は、上記弾性体における、測定対象物と接触する側の面の裏面側に設けられて!/ヽる画像取得手段を用いて、画像情報を取得する工程である（13)〜（17)のいずれかに記載の滑り余裕計測方法。

[0033] なお、上記触覚センサにおける変位解析手段や推定手段、また把持装置における制御手段は、コンピュータによって実現してもよぐこの場合には、コンピュータを上記各手段として動作させることにより上記触覚センサや把持装置をコンピュータにて実現させる触覚センサや把持装置の制御プログラム、及びそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

図面の簡単な説明

[0034] [図 1]本実施の一形態に係る触覚センサの構造を模式的に示す図である。

[図 2(a)]本実施の形態における弾性体と測定対象物とが接触した状態を模式的に示す図である。

[図 2(b)]弾性体と測定対象物とが接触した状態で、さらに接線方向に外力 fを印加し

1 た場合の状態を模式的に示す図である。

[図 3]本実施の形態において、測定対象物と弾性体とが接触した状態で、外力 fを印

1 加する場合を模式的に示すとともに、この場合の接触面に生じる変形状態を画像取得部によって画像情報として取得した図である。

[図 4]画像取得部、外力検出部、及び情報処理ユニットの機能ブロックを模式的に示した図である。圆 5(a)]本実施の形態において、相対変位検出部が行う相対変位の算出処理の具体的な方法を説明する図である。

圆 5(b)]本実施の形態において、相対変位検出部が行う相対変位の算出処理のその他の具体的な方法を説明する図である。

圆 6]本実施の形態に係る触覚センサを用いて滑り余裕を検出する場合の動作の一例を示すフローチャートである。

圆 7]本実施の他の一形態に係る触覚センサを用いて滑り余裕を検出する場合の動作の一例を示すフローチャートである。

圆 8]本実施の他の一形態に係る触覚センサの構造を模式的に示す図である。圆 9]本実施の一形態に係る摩擦検査装置の構造を模式的に示す図である。圆 10]本実施の一形態に係る把持装置の構造を模式的に示す図である。

圆 11(a)]本実施の形態に係る把持装置を用いた把持力制御の実験において、摩擦係数 = 0. 3の場合の把持力 f及び荷重 fの変化を示す図である。

g 1

圆 11(b)]本実施の形態に係る把持装置を用いた把持力制御の実験において、摩擦係数 μ = 0. 3の場合の滑り余裕 Φの変化を示す図である。

[図 12]本実施の一形態に係るロボットハンドの構造を模式的に示す図である。符号の説明

1 感知部 (感知手段）

la 弾性体

lb 接触面

lc 中心位置

2 画像取得部 (画像取得手段)

3 外力検出部 (外力検出手段)

4 情報処理ユニット

5 測定対象物

7 変形解析部 (変形解析手段)

7a 半径算出部

7b 相対変位算出部 8 推定部 (推定手段）

10、 10，触覚センサ

20 筒状筐体

100 摩擦検査装置

200 把持装置

300 ロボットノヽンド

発明を実施するための最良の形態

[0036] 本発明は、完全滑りを生じさせることなぐ簡便かつ正確に滑り余裕を推定することができる触覚センサ及びその利用に関するものである。このため、以下の実施形態では、まず本発明に係る触覚センサについて説明し、次いでその利用形態としての摩擦検査装置、及びロボットハンド等の把持装置について説明する。

[0037] く 1.本発明に係る触覚センサ >

本発明に係る触覚センサは、感知手段と、画像取得手段と、変形解析手段と、推定手段と、を少なくとも備えているものであればよぐその他の具体的な構成、材料、大きさ等は特に限定されるものではない。つまり、上記特徴的な構成以外の構成としては、従来公知の触覚センサのものを好適に利用可能である。なお、本発明に係る触覚センサは、外力検出手段をさらに備える構成であることが好ましい。後述する"外力 "が変数である場合、この外力検出手段を設けることが好ましいが、 "外力"情報が検出するまでもなく容易に取得できる場合 (例えば、一定値として予め設定可能、又は事後的に測定可能である場合等)は特に設けなくともよい。以下、本発明に係る触覚センサについて、外力検出手段を備えるものを例に挙げて詳細に説明する。

[0038] 〔実施の形態 1〕

図 1は、本実施の一形態に係る触覚センサの構造を模式的に示す図である。同図に示すように、本実施の形態に係る触覚センサ 10は、感知部 1、画像取得部 2、外力検出部 3、情報処理ユニット 4を備えており、測定対象物 5と感知部 1との間の滑り余裕を計測するものである。

[0039] 感知部 1は、感知手段として機能するものであり、測定対象物 5と接触する部位に弾性体 laを有するものであればよぐその他の具体的な構成等は特に限定されるものではない。ここで「測定対象物と接触する部位に弾性体を有する」とは、感知手段において、滑り余裕等を計測する測定対象物が接触する部分であれば、具体的な部位は限定されるものではないが、例えば、感知部 1の先端部に弾性体 laが設けられていることが好ましい。

[0040] 「弾性体」とは、測定対象物 5と接触した際に、測定対象物 5を変形させることなぐ自身が変形する性質を有する物質であればよぐ例えば、シリコン榭脂ゃウレタン榭脂等力もなるゲル、ゴム等を挙げることができる。

[0041] また「測定対象物 (被測定物質)」とは、触覚センサ 10を用いて滑り余裕等を計測することができる物質であれば、その具体的な形状、材質、硬度等は特に限定されるものではないが、剛体であることが好ましい。かかる「剛体」としては、各種金属やガラス等を挙げることができる。

[0042] また、弾性体 laは、測定対象物 5と円周部分で接触する略半球状である。弾性体 1 aをこのような形状にすることにより、弾性球と剛体平板との接触について詳細に検討されている「ヘルツ接触」（トライボロジーハンドブック，日本トライボロジ一学会編， pp. 7 -25 ,養賢堂， 2001参照）に関する知見を好適に利用することができ、正確に滑り余裕等を算出することができる。つまり、弾性体 laは、測定対象物 5と接触した際に、その接触面 lbが略円形状になる形状であることが好ましい。

[0043] また、弾性体 laには、その表面における、測定対象物 5との接触面 lb内に相当する領域に、測定対象物 5と接触した際に生じる変形を観察しやすくするための特徴図形が形成されていることが好ましい。力かる特徴図形としては、例えば、後述の図 3に示すように、後述する画像取得部 2が、接触面 lbの中心位置 lcを明確に認識できるようにするための図形が挙げられ、より具体的には、接触面 lbの中心位置にマーキング（図 3では、黒点參）した特徴図形を挙げることができる。このような特徴図形が形成されている場合、後述の画像取得部 2によって、正確に接触面の変形情報湘対変位 δ )を画像情報として取得することができる。なお、特徴図形は黒点に限られず、中心位置が明確になるものであればよぐ例えば、 X (クロス）印等のマーキングであってもよい。

[0044] 画像取得部 2は、画像取得手段として機能するものであり、測定対象物 5と弾性体 1 aとの接触面 lbに対して、接線方向に外力が印加される前後において、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbの状態を画像情報として取得するものであればょ、。より詳細には、測定対象物 5と弾性体 laとの接触した際の、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbの状態を画像情報として取得する第 1の画像取得工程と、接触面 lb〖こ対して接線方向に印加された外力によって、上記接触面に生じる変形の状態を画像情報として取得する第 2の画像取得工程と、を実行するものであればよ!ヽ。

[0045] 画像取得部 2は、接触面 lbに対して接線方向に外力が印加される前後における画像、つまり、上記第 1及び第 2の画像取得工程にて取得する画像を、別々の静止画像として取得してもよいし、連続画像 (動画）として取得してもよぐ特に限定されるものではない。ただし、動画の場合は、任意の時間における画像情報を用いて、任意の時間における滑り余裕を検出することができるし、また連続して (継続的に）滑り余裕を推定することができるため、より好ましいといえる。力かる画像取得部 2としては、例えば、小型カメラや CCDカメラ等の固体撮像素子を好適に用いることができる。

[0046] また、本実施形態では、測定対象物 5は透明であり、画像取得部 2は、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbを、ミラー 6を介して、測定対象物 5側から (測定対象物 5 を通して)観察し、接触面 lbの画像情報を得るように設けられている。なお、鮮明な画像を取得するために、例えば、 LED等の発光手段を用いて、接触面 lb近傍を照明してもよい。

[0047] 外力検出部 3は、上記外力検出手段として機能するものであり、接触面 lbに対して、接線方向に加わる外力（図 1中、矢印 f

1で示すもの）を検出するものである。かかる外力検出部 3としては、従来公知の応力センサを好適に用いることができ、特に限定されるものではないが、例えば、 6軸力センサ等を用いることができる。なお、外力検出部 3は、弾性体 laに対して、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbの法線方向に加わる外力（図 1中、矢印 f で示すもの）を検出できるものであってもよい。

g

[0048] また、ここでいう「外力」とは、後述するように、接触面 lb付近の局所的な弾性変形と初期滑りによる微小滑りを生じさせる程度の大きさであることが好ましい。すなわち、上記外力は、完全滑りを生じな、程度の外力が加わって、る状態 (完全に滑り出さな Vヽ状態)であることが好ま、。 [0049] なお、上述したように、外力検出部 3を備えない触覚センサも構成上可能である。この場合、接触面 lbに対して接線方向に加わる"外力"情報については、例えば、入力装置 (不図示）によって事前又は事後的に入力することにより、後述する所定の演算処理を行うことができる。ただし、接触面 lbに対して接線方向に加わる"外力"につ V、て正確に検出することができるため、外力検出部 3を備えることがより好まヽとヽえる。

[0050] 情報処理ユニット 4は、触覚センサ 10が滑り余裕を推定するための各種情報処理を行うものであり、画像取得部 2によって得られた画像情報に基づき、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbの変形情報を解析する変形解析手段として機能する変形解析部 7と、変形解析部 7によって得られる接触面の変形情報、及び外力検出部 3によつて検出される外力、並びに弾性体 laの物体定数に基づいて、測定対象物 5と弾性体 laとの間の滑り余裕を推定する推定手段として機能する推定部 8と、を備えている

[0051] 本実施の形態に係る触覚センサ 10の特徴的な部分である情報処理ユニット 4の機能-動作について詳細に説明する前に、まず、本実施の形態における弾性体 laと測定対象物 5とが接触する際に生じる接触状態について説明する。

[0052] 図 2 (a)は、本実施の形態における弾性体 laと測定対象物 5とが接触した状態を模式的に示す図であり、図 2 (b)は、弾性体 laと測定対象物 5とが接触した状態で、さらに接線方向に外力 f

1を印加した場合の状態を模式的に示す図である。このような半球状の弾性体 laと測定対象物 5 (剛体平板)の接触はへルツ接触と呼ばれ、様々な解析が行われている（トライボロジーハンドブック，日本トライボロジ一学会編， pp.7 -2 5 ,養賢堂， 2001参照)。

[0053] ここで半径 Rをもつ半球状の弾性体 laと剛体平面の接触における接触面 lbは、図 2 (a)に示すように、半径 aの円形となり、半径 aは以下の数式（1)で表される。

[数 1]

[0054] 弾性体 laと測定対象物（剛体平板) 5の接触では接触領域の中心部分に比べて周辺部分では法線方向の接触力が弱くなる。この状態で接線方向に負荷力を加えた場合、周辺部では拘束が弱いため中心部に比べて早く滑り始める。このように接触面 lb内にお、て局所滑りが発生して、る状態を初期滑りと呼ぶ。滑りの発生して!/、な!/ヽ領域を固着域、発生している領域を滑り域とすると固着域は接触中心から半径 c = a ( 1— Φ ) ^1/3の円領域となる。 Φは接線方向係数と呼ばれ、 Φ

は接線方向に加えられた負荷力（外力）であり、 μは接触面 lbに働く摩擦係数である。弾性体 laに前述のような接線方向の力が加わった場合、接触面 lb付近の局所的な弾性変形と初期滑りによる微小滑りによって、図 2に示すような相対変位 δが生じる。

[0055] 上述の現象を実験的に示したものが図 3である。図 3は、測定対象物 5と弾性体 la とが接触した状態で、外力 f

1を印加する場合を模式的に示すとともに、この場合の接触面 lbに生じる変形状態を画像取得部 2によって画像情報として取得した図である。なお、画像 (i)〜(v)において、白く見える部分は接触面 lbを示し、黒点 lcは接触面の中心位置を示し、十字印は上記黒点の移動を追跡する様子を示し、実線で囲まれる領域は固着域 (Stick Region)を示し、点線で囲まれる領域は接触面を示し、点線と実線との間の領域は滑り域 (Slip Region)を示す。また、（i)は外力 fの印加前の状態を示し、 (ii)〜 (V)は外力 f

1を印加後の状態を示す。

[0056] 同図に示すように、接線方向に外力（負荷力） f

1を加えた場合、周辺部では拘束が弱いため中心部に比べて早く滑り始め、初期滑りが生じている。そして、弾性体 laに前述のような接線方向の外力 fが加わった場合、接触面 lb付近の局所的な弾性変

1

形と初期滑りによる微小滑りによって、図 3に示すように、接触面 lbの中心位置 (黒点の位置） lcが移動して相対変位 δが生じることがわかる。上述した相対変位 δは次式により計算される。

[数 2]

[0057] ここで G = EZ{2 (1 + v )}である。ここで、 Eは弾性体 laの材料のヤング率であり、 Vは弾性体 laの材料のポヮソン比である。これらの式によって弾性体 laと測定対象物 5の接触面 lbの状態と接触面 lbに働く応力分布、及び弾性体 laの相対変位 δを求めることができる。

[0058] また、初期滑り時の滑り余裕の推定については以下のように考える。具体的には、ヒトの指先のように、弾性体 laと測定対象物 5との間に滑りを生じずに把持を行う場合、負荷力 fに応じた把持力 f を決定する指標として、滑り余裕 w=l— Φがある。この"

1 g

滑り余裕" wは、

[数 3]

0< w<l の間で変化する無次元量である。また、 w=lにおいて完全固着状態であり、 wが減少するにしたがって物体は初期滑り状態となり、 w=0で完全滑り状態となる。

[0059] ここで、上記数式（2)を応用し、滑り余裕を表す Φを推定することができる。上述のように、 Gは弾性体 laの材料のヤング率 E、及び弾性体 laの材料のポヮソン比 vで表されるものであり、 Gも Vも弾性体 laの材料固有定数 (物体定数)である。このため、 Φを推定するのに必要な変数は相対変位 δ、摩擦係数、把持力 f 、接触面 lbの g

半径 aとなる。上述したように、本実施の形態では、接触面 lbを画像取得部 2によつて観測するため、相対変位 δ及び半径 aは画像情報より計算可能である。また、把持力 f はグリッパ自体の出力であるため既知である。一方、本実施の形態では、摩擦係 g

数が未知であるため、上記数式（2)の両辺を fで除算し、数式全体を Φで統一す

1

る。その結果、以下に示すような Φに関する 2次式（3)が得られる。

α³φ²+ (ΐ-3α²) Φ + (3 α -2) =0 · · · (3)

[0060] ここで、 aは、以下の数式 (4)に示すように表され、観測量及び弾性体 laの物体定数で定義される。

画

\6GaS [0061] このため、 Φは以下の数式（5)に示すように推定できる,

[数 5]

- (1— 3α²)— (l - 3"³)² - 4a³ (3a一 2)

― 2? … ）

[0062] 以上のように、弾性体 laと測定対象物 5との間に発生する滑り余裕 w= l— Φを求めるためには、弾性体 laと測定対象物 5との接触面 lbの半径 a、弾性体 laに対して、その接線方向に印加される外力 f、弾性体 laに外力 fが印加された際に生じる接

1 1

触面 lbの相対変位 δ、弾性体 laの物性定数である G、 Vがわかればよぐ実際に計測する必要のある数値は、半径 a、外力 f、相対変位

1 δである。ここで上述したように、外力 fは、外力検出部 3にて検出されるため、情報処理ユニット 4では、半径 a及び相

1

対変位 δを算出するとともに、最終的に滑り余裕を算出することができるものであればよい。以上の理解を踏まえて、情報処理ユニット 4が有する各機能ブロックの構成及びその機能 *動作について詳細に説明する。

[0063] 図 4は、画像取得部 2、外力検出部 3、及び情報処理ユニット 4の機能ブロックを模式的に示した図である。

[0064] 変形解析部 7は、画像取得部 2によって得られた画像情報に基づき、上述した測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbの半径 aを算出する半径算出部 7aを備えている。また、変形解析部 7は、画像取得部 2によって得られた画像情報に基づき、上述した弾性体 laに対して、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbの接線方向に、外力 fが

1 加わる場合に生じる、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbの相対変位 δを算出する相対変位算出部 7bを備えている。

[0065] すなわち、半径算出部 7aは、上述した第 1の画像取得工程及び Z又は第 2の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbの半径 aを算出する半径算出工程を実行するものである。また、相対変位算出部 7bは、上記第 1及び Z又は第 2の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、弾性体 laに、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbの接線方向に力が加わる場合に、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbの相対変位 δを算出する相対変位算出工程を実行するものである。

[0066] 半径算出部 7aが行う半径 aの算出方法としては、例えば、接触面 (略円形状)の半径を、画像情報力も直接距離を測定して取得する方法を挙げることができる。具体的には、半径算出部 7aは、接線方向に外力 fが加わっていない状態の接触面 lbの画

1

像情報において、接触面 lbの中心点 lcと接触面の外周部分との距離を画像情報から算出し、半径 aを求めることができる。この他にも、接触面 lbの形状が略円形状であると仮定すれば、接触面 lbの総面積 Sを用いて、 a= (SZ TU ) ^1/2で求めることができる。なお、この場合、外力 fを印加する前の画像において、中心位置 lcを求める必要

1

がない。

[0067] また、中心位置 lcは、接触面 lbの重心を算出してその重心位置を中心位置 lcとすることができる。

[0068] また、相対変位算出部 7bが行う相対変位 δの算出方法としては、例えば、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbの相対変位 δを、画像情報力算出して取得することができる。具体的には、図 3のパネル (i)〜(v)を参照して説明すると、相対変位算出部 7bは、接線方向に外力 fが印加される前の状態の接触面 lbの画像情報力ゝら接

1

触面 lbの中心位置 lcと、接線方向に外力 fが印加された後の状態の接触面 lbの画

1

像情報力も接触面 lbの中心位置 lcとを比較し、中心位置 lcの移動量 (変化量)として相対変位 δを算出する。

[0069] 中心位置 lcの移動量の算出は、例えば、図 5に示すように、面積の差分値から以下のように行うことができる。図 5 (a)は、接線方向に外力 fが印加される前の状態の

1

接触面 lbの画像情報を模式的に示した図であり、図 5 (b)は、接線方向に外力 fが

1 印加された後の状態の接触面 lbの画像情報を模式的に示した図である。

[0070] まず、図 5 (b)に示すように、相対変位算出部 7bは、接触面 lbの中心位置 lcを通る縦方向の直線 L1にて取得画像の接触面領域を 2つの領域 D1、D2に分割する。次いで、相対変位算出部 7bは、領域 D1及び D2のそれぞれの面積 S1及び S2を算出し、領域 D1及び D2の面積の差分値 Δ S 1 ( = S 2— S 1)を算出する。

[0071] 続いて、相対変位算出部 7bは、差分値 A S1から、図 5 (a)で示す接線方向に外力 fが印加される前の状態の接触面 lbの画像情報における中心位置 lcの X座標に対する中心位置 lcの移動量 ΔΧを算出する。移動量 ΔΧは、例えば、画像情報を表示する表示画面の横方向のサイズと接触面 lbの横方向のサイズとの関係力換算係数を求め、この換算係数を差分値 A S1に乗することにより算出してもよい。あるいは、画像情報を表示する表示画面の横方向のサイズと接触面 lbの横方向のサイズとの関係力も換算関数を求め、この換算関数に差分値 A Slを代入することにより算出してもよい。

[0072] 次に、相対変位算出部 7bは、接触面 lbの中心位置 lcを通る横方向の直線 L2にて取得画像の接触面領域を 2つの領域 D3、 D4に分割する。次いで、相対変位算出部 7bは、領域 D3及び D4のそれぞれの面積 S3及び S4を算出し、領域 D3及び D4 の面積の差分値 Δ S 2 ( = S4— S 3)を算出する。

[0073] 続いて、相対変位算出部 7bは、差分値 A S2から、図 5 (a)で示す接線方向に外力 fが印加される前の状態の接触面 lbの画像情報における中心位置 lcの Y座標に対

1

する中心位置 lcの移動量 ΔΥを算出する。移動量 ΔΥは、移動量 ΔΧと同様に、換算係数又は換算関数により算出することができる。

[0074] なお、図 5 (a)で示す接線方向に外力 fが印加される前の状態の接触面 lbの画像

1

情報における中心位置 lcの X座標及び Y座標は、例えば、第 1の画像取得工程にて取得した画像情報力算出することができる。

[0075] また、推定部 8は、変形解析部 7によって得られる接触面 lbの半径 a、相対変位 δ 、及び外力検出部 3によって検出される外力 f、並びに弾性体 laの物体定数 G、 V

1

から、ヘルツ接触を仮定した計算式カゝら滑り余裕を推定する推定工程を実行するものである。すなわち、推定部 8は、上述の数式（5)を用いて、 Φを算出し、（1— Φ)で表される滑り余裕 wを推定するものである。なお、弾性体 laの物体定数 G、 Vは、弹性体 laに固有の値であり、予め推定部 3に入力しておくこともできるし、もしくは計測の度に別途入力する方式でもよい。

[0076] さらに、本実施の形態では図示しないが、触覚センサ 10は、推定部 8によって推定された滑り余裕に基づき、測定対象物 5と弾性体 laとの間の摩擦係数; zを推定する摩擦係数推定手段として機能する摩擦係数推定部を備えて!/ゝてもよ!ゝ。上記数式（ 5)より、 Φを推定できれば、 Φ =ίΖ /Πより摩擦係数を容易に算出することができる

1 g [0077] 次に、本実施の形態に係る触覚センサ 10を用いて滑り余裕を検出する場合の動作の一例について、図 6に示すフローチャートにしたがって説明する。

[0078] 同図に示すように、まず、ステップ 1 (以下「ステップ」を単に「S」と称する）において、ユーザが、測定対象物 5に対して弾性体 laを接触させる接触工程を行う。次に、 S 2において、画像取得部 2が、 S1の接触工程における、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbの状態を画像情報として取得する第 1の画像取得工程を実行する。すなわち、この工程は、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbに生じる変形を画像情報として取得する工程である。

[0079] 次いで、 S3において、接触面 lbに対して、接線方向に外力 fを加える外力印加工

1

程を実行する。本工程は、ユーザが行ってもよいし、モータ等の外力印加手段を用いてもよい。続いて、 S4において、画像取得部 2が、 S3の外力印加工程によって印加された外力 fによって、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbに生じる変形状態

1

を画像情報として取得する第 2の画像取得工程を実行する。続いて、 S5において、外力検出部 3が、 S3の外力印加工程にて印加した外力 fを検出する外力検出工程

1

を実行する。

[0080] そして、 S6において、変形解析部 7が、 S2の第 1の画像取得工程及び S4の第 2の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、接触面 lbの変形情報を解析する変形解析工程を実行する。この S6の変形解析工程は、より詳細には、 S6aの半径算出工程と S6bの相対変位算出工程とを含む。すなわち、 S6aにおいて、半径算出部 7aが、 S2の第 1の画像取得工程及び Z又は S4の第 2の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbの半径 aを算出する半径算出工程を実行する。また、 S6bにおいて、相対変位算出部 7bが、 S2の第 1 及び S4の第 2の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、弾性体 laに、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbの接線方向に外力 fが加わる場合に、測定

1

対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbの相対変位 δを算出する相対変位算出工程を実行する。

[0081] そして、 S7において、推定部 8が、 S6の変形解析工程によって得られる接触面 lb の変形情報、及び S7の外力検出工程によって検出される外力 f、並びに弾性体 la

1

の物体定数 G、 Vに基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定工程を実行する。より詳細には、推定部 8は、 S6の変形解析工程 (S6aの半径算出工程、 S6bの相対変位算出工程）によって得られる接触面の半径 a、相対変位 δ、及び S5の外力検出工程によって検出される外力 f、並びに弾性体 laの物体定

1

数 G、から、ヘルツ接触を仮定した計算式 (上記数式 (5) )を用いて、滑り余裕 wを推定する。

[0082] 最後に、推定部 8によって算出された滑り余裕は、出力装置 40に出力される。なお、出力装置 40は、図 1では図示していない。出力装置 40としては、例えば、 CRTや液晶パネル等の従来公知の表示装置だけでなぐハードコピーとして例えば紙に出力する印刷装置も含まれる。また、上記フローにおいて、 S5と S6の工程は順序が入れ替わってもよい。

[0083] なお、触覚センサが外力検出部 3を備えない構成の場合、上記 S5の外力検出ェ程は行わない。この場合、上述したように、外力印加工程にて印加した外力 f

1については、不図示の入力装置等により入力して演算処理を行うことができる。

[0084] 以上のように、本実施の形態に係る触覚センサ 10によれば、センサの感知部と測定対象物との接触面を画像情報として取得するため、従来の応力センサ等を用いた圧力感知式の触覚センサに比べて、検出精度が著しく向上する。また、独自の計算アルゴリズムを用いているため、弾性体 laを測定対象物 5に軽く押し当て、測定対象物 5と弾性体 laとの間に完全滑りを生じさせることなぐわずかに接線方向に外力を加えるだけで、簡便かつ正確に、滑り余裕、摩擦係数を算出することができる。

[0085] 〔実施の形態 2〕

本発明に係る触覚センサの他の構成について説明すると以下の通りである。なお、ここでは、上述の実施形態 1における構成要素と同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。つまり、ここでは、上述の実施形態 1との相違点について説明するものとする。

[0086] 上記実施形態 1では、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbに、接線方向に外力 fが印加される前後で、接触面 lbの状態を画像情報として取得する画像取得部 2を備えた触覚センサ 10について説明したが、本実施の形態では、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbに、接線方向に外力 fが印加される前の画像を取得せず、外力 f

1 1 が印加された後の接触面 lbの状態を画像情報として取得する画像取得部 2'を備えた触覚センサについて説明する。

[0087] 画像取得部 2'は、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbに対して接線方向に外力 fが印加される前における、接触面 lbの中心位置 lcが常に所定の位置に来るよう

1

に設定されており、かつ、上記のように設定された状態にて、接触面 lbに対して接線方向に外力 fが印加された後の、接触面 lbの状態を画像情報として取得する画像取

1

得手段として機能するものである。

[0088] すなわち、画像取得部 2'は、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbに対して接線方向に外力 fが印加される前における、接触面 lbの画像情報は取得しないが、仮に

1

画像情報を取得した場合は、常に所定の位置に中心位置 1 cが来るように設定されている。この場合、画像取得部 2'は、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbに対して接線方向に外力 fが印加される前における、接触面 lbの中心位置 lcの座標情報を

1

認識していることになる。この状態で、画像取得部 2'は、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbに対して接線方向に外力 fが印加された後における、接触面 lbの状態

1

の画像を取得する。

[0089] 具体的な例を挙げて説明すると、例えば、画像取得部 2'は、その光軸の中心と、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbに対して接線方向に外力 fが印加される前に

1

おける、接触面 lbの中心位置 lcとが、常に一致するように設定されており、この状態で、外力 fが印加された後の接触面 lbの状態を画像取得する。

1

[0090] この場合、弾性体 laの表面に、画像取得部 2'力接触面 lbの中心位置 lcが明確に認識できるような図形が形成されていると、上記図形と光軸とがー致するように、画像取得部 2'を容易に設定することができる。

[0091] 上記の構成の場合、半径算出部 7aは、上記取得した画像情報から、接触面 lbの半径 aを算出する。一方、相対変位算出部 7bは、画像取得部 2'において、予め設定されている中心位置 lcの座標情報と、上記取得した画像情報とに基づき、相対変位 δを算出することになる。この場合、取得する画像情報が減るため、データ処理量が減少し、処理スピードが向上するという利点がある。

[0092] 上記の構成における触覚センサを用いて、滑り余裕を推定する場合の処理の一例を図 7に示すフローチャートにしたがって説明する。

[0093] 同図に示すように、まず、 S11において、ユーザが、測定対象物 5に対して弾性体 1 aを接触させる接触工程を行う。次に、 S 12において、接触面 lbに対して、接線方向に外力 f

1を加える外力印加工程を実行する。本工程は、ユーザが行ってもよいし、モータ等の外力印加手段を用いてもよい。続いて、 S13において、画像取得部 2'が、 S 12の外力印加工程によって印加された外力 fによって、測定対象物 5と弾性体 laと

1

の接触面 lbに生じる変形状態を画像情報として取得する画像取得工程を実行する。続いて、 S14において、外力検出部 3が、 S12の外力印加工程にて印加した外力 f

1 を検出する外力検出工程を実行する。

[0094] そして、 S15において、変形解析部 7が、 S 13の画像取得工程によって得られた画像情報と、予め設定された中心位置 lcの座標情報 (外力 f

1が印加される前の接触面 lbにおける中心位置 lcの座標情報）とに基づき、接触面 lbの変形情報を解析する変形解析工程を実行する。この S15の変形解析工程は、より詳細には、 S15aの半径算出工程と S 15bの相対変位算出工程とを含む。すなわち、 S 15aにおいて、半径算出部 7aが、 S13の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、測定対象物 5 と弾性体 laとの接触面 lbの半径 aを算出する半径算出工程を実行する。また、 S15 bにおいて、相対変位算出部 7bが、 S 13の画像取得工程によって得られた画像情報と、予め設定された中心位置 lcの座標情報 (外力 fが印加される前の接触面 lbにお

1

ける中心位置 lcの座標情報）とに基づき、弾性体 laに、測定対象物 5と弾性体 laとの接触面 lbの接線方向に外力 fが加わる場合に、測定対象物 5と弾性体 laとの接

1

触面 lbの相対変位 δを算出する相対変位算出工程を実行する。

[0095] なお、触覚センサが外力検出部 3を備えない構成の場合、上記 S14の外力検出ェ程は行わない。この場合、上述したように、外力印加工程にて印加した外力 fについ

1 ては、不図示の入力装置等により入力して演算処理を行うことができる。

[0096] 〔実施の形態 3〕

本発明に係る触覚センサの他の構成にっ、て、図 8に基づ、て説明すると以下の通りである。なお、ここでは、上述の実施形態 1、 2における構成要素と同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。つまり、ここでは、上述の実施形態 1、 2との相違点について説明するものとする。

[0097] 図 8は、本実施の他の一形態に係る触覚センサの構造を模式的に示すものである。同図に示すように、本実施の形態に係る触覚センサ 10'は、感知部 1、画像取得部 2、外力検出部 3、情報処理ユニット 4、支持部材 9を備えており、感知部 1は、半球状の弾性体 laを備えている。

[0098] 感知部 1及び弾性体 laは、透明である。画像取得部 2は、支持部材 9によって、弹性体 laにおける測定対象物と接触する面の裏面側に設けられている。つまり、画像取得部 2は、略半球状である弾性体 laの円周部分が存在する面と逆の面側に配置されている。

[0099] 画像取得部 2をこのように配置すると、透明な感知部 1及び弾性体 laの内側から、つまり、透明な感知部 1及び弾性体 laを通して、弾性体 laと測定対象物との接触面の状態を観察して画像情報を取得することできる。

[0100] この場合、実施形態 1のように測定対象物が透明であるという制限がなくなり、広範な測定対象物について、本触覚センサを利用可能である。また、画像取得部 2は、弾性体 laの内部、つまり測定対象物と弾性体 laとが接触する面の裏面側に設けられており、接触面が存在する側には物体が存在しなくなる。このため、測定対象物と弾性体 laとが接触する場合の物理的な障害がなくなる。したがって、自由度の高い計測が可能となり、操作性も向上する。また、上述のように画像取得部 2を弾性体 laの内側に配置することにより、後述する摩擦検査装置や把持装置、ロボットハンド等に容易に搭載することができる。

[0101] < 2.本発明に係る触覚センサの利用 >

< 2—1 >摩擦検查装置

本発明に係る触覚センサは、上述したように、滑り余裕や摩擦係数を簡便かつ精度よく検出することができるため、触覚センサを用いる各種の検査装置に利用することができる。すなわち、本発明に係る摩擦検査装置は、上述の触覚センサを、検査対象物 (被検査物質)と接触する部分に備えているものであればよぐその他の具体的な構成等は特に限定されるものではない。なお、本明細書でいう「摩擦検査装置」とは、検査対象物の摩擦係数を算出する検査装置であればよぐ例えば、表面の凹凸やざらつきの評価、塗装や研磨処理等の表面仕上げの評価等を行うことができる。

[0102] 上記の構成によれば、簡便かつ精度よく滑り余裕や摩擦係数を算出できる触覚センサを備えるため、精度よく摩擦検査を行うことができる。また、わずかなスペースで検査を行うことができるため、曲面や小面積部分の摩擦検査を好適に行うことができる。

[0103] 以下、本発明に係る摩擦検査装置の一例を図面にしたがって説明する。図 9は、本実施の一形態に係る摩擦検査装置の構造を模式的に示す図である。同図に示すように、摩擦検査装置 100は、触覚センサ 10'と、筒状筐体 20とを備えている。触覚センサ 10'は、略半球状の透明な弾性体 laを有する感知部 1、画像取得部 2、外力検出部 3、情報処理ユニット 4を備えており、上述したとおりの構成であるので、ここではその説明を省略する。なお、情報処理ユニット 4は、筒状筐体 20の内部に設けられており、図には示していない。

[0104] 筒状筐体 20は、触覚センサ 10'を取り付け可能な形状であり、摩擦検査装置 100 をユーザが使用する際の把持部分として機能するものであればよぐその他の具体的な構成は特に限定されるものではない。なお、本実施の形態では、長方体の筒状筐体を用いたが、円柱形状であってよいし、その他の多角柱形状であってもよい。また、筒状筐体 20の太さや長さ等の諸条件は適宜設定可能であることはいうまでもない。

[0105] 摩擦検査装置 100では、触覚センサ 10'は、弾性体 laが検査対象物と接触する位置に配置されるように、筒状筐体 20に設けられている。換言すれば、触覚センサ 10' における弾性体 laが筒状筐体 20の先端部分に位置するように、触覚センサ 10'が搭載されている。

[0106] つまり、摩擦検査装置 100は、いわゆるペン型摩擦検査装置である。力かる構成によれば、操作性が優れているだけでなぐ持ち運びが容易であるという利点もある。

[0107] < 2— 2 >把持装置

本発明に係る触覚センサは、把持装置にも好適に利用可能である。すなわち、本発明に係る把持装置は、上述の本発明に係る触覚センサが把持対象物 (被把持物質）と接触する部分に搭載されているものであればよい。なお、本明細書でいう「把持装置」とは、把持対象物を他の物質との間で把持する装置であればよぐ例えば、例えば、ロボットハンド等のように、複数の触覚センサを搭載した把持装置によって把持対象物を把持する装置も含まれる。

[0108] また、本発明に係る把持装置は、搭載した触覚センサを用いて把持対象物を把持する際に、上記触覚センサにおける弾性体と上記把持対象物との接触面の滑り余裕が減少する場合、その把持力を増強し、また、上記触覚センサにおける弾性体と上記把持対象物との接触面の滑り余裕が増加する場合、その把持力を低減させるように制御する制御手段を備えていることが好ましい。なお、「触覚センサにおける弾性体と上記把持対象物との接触面の滑り余裕」が変化する場合とは、例えば、把持対象物や弾性体に外力が印加する場合を挙げることができる。

[0109] つまり、本発明に係る把持装置は、触覚センサにより算出した滑り余裕の変化量に基づき、把持力を制御するという、滑り余裕フィードバックによる把持力の更新則を実行する制御部を備えることが好ましい。以下、この滑り余裕フィードバックの安定性について説明する。

[0110] 本明細書では、下記数式 (6)に示すように、 Φの値を用い、滑り余裕フィードバックによる把持力の更新則を説明する。これにより接触面の摩擦係数が未知であっても一度完全滑り状態に移行して摩擦係数を推定する必要がなぐ把持対象物を任意の滑り余裕で把持することが可能となる。

[数 6] 二 k(w_d― W( ) = ゅ）— ^Φ . ■ ■ ( 6 )

[0111] k( >0)は定数フィードバックゲイン、 w ( = 1 Φ )は滑り余裕の目標値である。こ

d d

こで摩擦係数が不要であることに注意されたい。すなわち、上記数式 (6)は、把持力 (f )の増減 (時間微分)を (滑り余裕の設定値現在の滑り余裕)で決定することを g

示している。 [0112] 上記数式 (6)に Φ を代入して下記数式（7)を得る。

[数 7]

. ε

⁸ -—^α ~ ■ ■ ■ (フ）

[0113] ここで（ε =ί —f )

gd g は力の誤差である。 f

gdは目標の滑り余裕 Φ

dを実現する把持力であるが、摩擦係数が未知のためその値も未知である。また a =kf 1 Ζ ( f gd ) ( >0

) , β =f とした。上記数式（7)の解は次の数式 (8)で表される。

gd

[数 8]

[0114] w (z)は Lambertの W関数と呼ばれ、 z=we^wを満たす（R. M. Corless, G.H. Gonn et, D. E. u. Hare and D. M. Jeffrey, 'On Lambert s W Function. Technical repor t, Faculty of Mathematics, University of Waterloo, No.9, pp.12—22, 1993.)。 W関数は、 z→0のとき、 w→0となる。よって数式（8)において、 t→∞の時、 -e" ^t+C)/V β→0となり、 ε→0となる。よって任意の滑り余裕の目標値

に対する力誤差は 0に収束し、上述した把持力制御の安定性が証明された。

[0115] したがって、本発明に係る把持装置は、上述したように、把持対象物を把持する際に、把持対象物と弾性体との間の滑り余裕が変化しても、常に所定の滑り余裕の値（目標の滑り余裕の値)で継続して把持可能なように制御する制御部を備えることが好ましいといえる。

[0116] 次いで、把持力制御の有効性を確認するため、把持装置による把持力制御実験を行った結果を示す。具体的には、図 10に示すような把持装置を用いて実験を行った。図 10に示すように、把持装置 200は、触覚センサ 10、モータ 30、ステージ 31、支持部材 32、重り 33を備えている。触覚センサ 10は、実施形態 1で説明したものと同様の構成であるため、ここではその説明を省略する。なお、本実施の形態の場合、測定対象物 5が把持対象物となる。

[0117] 触覚センサ 10はステージ 31上を移動可能に設置されており、モータ 30によって把持力 fgが印加されるようになっている。また、情報処理ユニット 4には、把持対象物を把持する際に、把持対象物と弾性体との間の滑り余裕が変化しても、常に所定の滑り余裕の値（目標の滑り余裕の値)で継続して把持可能なように制御する制御部が備えられており、モータ 30の出力を制御している。

[0118] 測定対象物 5として透明なアクリル板を使用しており、弾性体 laとの接触面の映像を測定対象物 5の内側力 CCDカメラで撮影し、滑り余裕推定に必要な接触面変形を観測する。弾性体 laには、重り 33によって、図中、矢印 fで示す方向に荷重 (外力

1

)をカ卩えられるようになって、る。

[0119] フィードバックゲインは k=0. 3とし、また滑り余裕の目標値 Φ =0. 2とした。図 11 ( d

a)には摩擦係数 =0. 3の場合の把持力 f及び荷重 fの変化を示し、図 11 (b)に g 1

は摩擦係数 =0. 3の場合の滑り余裕 Φの変化を示す。なお、摩擦係数の値は制御に直接使用していない。

[0120] t= 23. O (sec)と t= 57. 0 (sec)のそれぞれにおいて弾性体 laに重り 33 (0. 14 ( kg) ) 1個ずつ追加した。重り 33の追カ卩による荷重 (外力）の増加に対して生じる滑り余裕 Φの変化が把持力にフィードバックされ、目標の滑り余裕で把持を継続可能であることが確認できた。なお、データは示さないが、摩擦係数が異なる場合でも同じ制御手法を用いることで把持力制御を行うことが可能であった。また、図 8に示す構成の触覚センサ 10'を用いた把持装置の場合も、同様に制御可能であった。

[0121] 以上のように、上記把持装置において、搭載した触覚センサの弾性体と把持対象物とが接触して、当該把持対象物を把持する際に、上記触覚センサの弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が減少する場合は把持力を増強し、また上記触覚センサの弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が増加する場合は把持力を低減させて、所定の滑り余裕を保つように把持力を制御する制御部 (制御手段)を備えることにより、ヒトの手が有する滑り知覚に近い把持力制御を行うことができ、摩擦係数が未知の物質であっても、強すぎず、かつ弱すぎない把持力で把持することができる。なお、上記制御部は、上記数式 (6)にしたがって、把持力を制御することになる。

[0122] 上述した把持力の制御部は、例えば、上記触覚センサから滑り余裕の推定結果を得て、把持力を供給する手段 (例えば、モータ等）に対して、その動作を制御できるように構成されていればよい。また、上記触覚センサは、安定な把持力制御を行うために、連続して (継続的に）滑り余裕を測定するものであることが好ましい。

[0123] また、本発明に係る把持装置の 1種として、その指先に上述した本発明に係る触覚センサを備えたロボットノヽンドを挙げることができる。本発明に係る触覚センサは、上述したように、接触面の検出精度が高ぐまたロボットハンドの指先に搭載可能な程度に小型化することも可能である。このため、本触覚センサを搭載することにより、滑り余裕を推定することができるロボットハンドを提供することができる。

[0124] 本発明に係る触覚センサを搭載できるロボットハンドの一例として、本発明者らが以前より開発している、 4本指で各指 3自由度をもつ NAIST— Handシステム（上田淳，近藤誠宏，小笠原司， "作業計測とスキル生成のための NAIST-Handシステムの開発"，第 21回日本ロボット学会学術講演会予稿集， 3E24 , 2003.)を挙げることができる。なお、本発明者らは、同時に直接教示のための操作認識システム (近藤誠宏，上田淳，松本吉央，小笠原司， "多指ハンドのための物体操作認識システムの開発"，第 4回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会， pp.269-270,2003 . )や神経振動子による操りパターン生成（Y. Kurita, J. Ueda, Y. Matsumoto, Τ. Og asawara, 'CPG— Based Manipulation: Generation of Rhythmic Finger Gaits from Hu man Observation ", Proc. IEEE Int. Conf. Robotics and Automation pp.1204 -1209, 2004.)などにも取り組んでいる。

[0125] 以下、本発明者らが開発した NAIST— Handシステムなる多指多関節ロボットハンドについて簡単に説明する。

[0126] 人間と同程度の機構及び自由度をもち、器用な操りを行うことができる多指ロボットハンドは 1980年代にすでに開発されている力ワイヤ駆動方式の採用により保守性や小型化に問題があった。近年、モータの小型化高性能化が進み、最近開発されているロボットノヽンドでは、モータとギヤをノヽンド機構に内蔵する機構が多くなつている。

[0127] し力しながら、モータの小型化にも限界があり、特に指先端に近い PIP関節や DIP 関節の駆動モータを指に内蔵する構造では十分なトルクを発生できるモータを使用できない。

[0128] そこで、本発明者らは、（i)全ての駆動モータを掌部に設置し、（ii)動力をギヤ及びリンク機構で伝達する機構によりこの問題を解決した多指多関節ロボットハンドを開発した。より詳細には、 PIP関節を駆動するモータを掌部に内蔵するため、大きさの異なる 2個の力さ歯車を 3組、計 6個を MP関節で組み合わせる機構を開発した (近藤誠宏，上田淳，松本吉央，小笠原司， "多指ハンドのための物体操作認識システムの開発"，第 4回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会， pp.269 -270,2003 . ) ₀ 2自由度をもつ MP関節を経由し、リンク機構により PIP関節が駆動される。

[0129] 上述したような NAIST— Handシステムなる多指多関節ロボットハンドの指先に、本発明に係る触覚センサを用いたものを図 12に示す。同図に示すように、本発明に係るロボットハンド 300は、その指先部分に触覚センサ 10，を備えている構成であればよぐその他の具体的な構成等は特に限定されるものではない。

[0130] また、ロボットノヽンドによって器用で柔軟な操りを実現するためには、人間の持つ滑り知覚 (R. ¾. Jonansson ana G. Westling, 'Roles of glabrous skin receptors and sens orimotor memory in automatic control of precision grip when lifting rougher or more slippery ob- jects ", Exp. Brain Res.Vol.56, pp.550 -564, 1987.)に基づく把持力制御が重要である。

[0131] このため、上述した滑り余裕フィードバックにより把持力制御を行う制御部を本発明に係るロボットハンドにも搭載することが好ましい。この場合、例えば、制御部は、触覚センサ力も得られる滑り余裕の推定結果に基づき、ロボットハンド 300の駆動手段（モータ）の動作を制御するように構成されており、ロボットハンド 300に搭載した触覚センサ 10'の弾性体と把持対象物とが接触して、当該把持対象物を把持する際に、触覚センサ 10'の弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が減少する場合は把持力を増強し、また触覚センサ 10'の弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が増加する場合は把持力を低減させて、所定の滑り余裕を保つように把持力を制御するように構成されて、る。 [0132] 上記の構成によれば、滑り余裕や摩擦係数を精度よく算出できる触覚センサを備えており、さらに、常に一定の滑り余裕で把持力を制御できる構成であるため、人間の指のように、物体を把持する際、摩擦係数が未知であっても最小把持力より僅かに大きい把持力しか用いないロボットノヽンドを作製することできる。つまり、ヒトの滑り知覚に基づき、物体を滑らさず、かつ強すぎない力で把持、操作することができる。

[0133] したがって、本発明に係るロボットハンドを用いれば、人間の手のように、物体の複雑な操作を行うことができる。このため、例えば、壊れやすい物体や傷つき易い物体（例えば、食品や医薬品、精密機械等)のハンドリング '搬送装置等に好適に利用することができる。より具体的には、液晶パネルのハンドリングや搬送装置に利用できる。

[0134] なお、本発明には、物体と円周部分で接触する半球状透明ゲルと、その接触面内に相当する半球状透明ゲルの表面に描画された特徴図形と、その接触面を半球状透明ゲルの平面部分を通じて計測する小型カメラと、半球状透明ゲルを支持するフレームと、そのフレームに取り付けられた力センサと、物体と半球状透明ゲル間に力が生じた場合、その接触面の変形を計測する画像処理アルゴリズムと、計測された接触面の変形と力信号力物体と半球状透明ゲル間の滑り余裕を推定する計算アルゴリズムより構成される触覚センサも含まれる。

[0135] また、上記触覚センサにお!、て、計算アルゴリズムとして、ヘルツ接触を仮定した計算式を利用することが好ましい。また、計測された滑り余裕より、物体と半球状透明ゲル間の摩擦係数を推定することが好ましい。また、感知部である半球状透明ゲルを物体に押し当て、物体とゲル間を滑らさず、わずかに力を加えるだけで、滑り余裕あるいは摩擦係数を推定することが好ま、。

[0136] さらに、上述した触覚センサを筒状筐体の先端に取り付け、可般性と操作性を高めたペン型摩擦検査装置も本発明に含まれる。

[0137] さらに、上述した触覚センサを指先に搭載し、センサと物体間に完全に滑りが生じなくても滑り余裕を直接推定し、外力の印加によって滑り余裕が減少すれば把持力を増強し、外力の免加によって滑り余裕が減少すれば把持力を減少し、一定の滑り余裕で物体を探偵に把持できるロボットハンドも本発明に含まれる。

[0138] 本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなぐ請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

[0139] 最後に、情報処理ユニット 4の各ブロック、特に変形解析部 7及び推定部 8は、ハードウエアロジックによって構成してもよ、し、次のように CPUを用いてソフトウェアによつて実現してもよヽ。

[0140] すなわち、情報処理ユニット 4は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行する CPU (central processing unit)、上記プログラムを格納した ROM (read only me mory)、上記プログブムを展開する RAM (random access memory)、上記プログブム及び各種データを格納するメモリ等の記憶装置 (記録媒体)などを備えて、る。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである情報処理ユニット 4 の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記情報処理ユニット 4に供給し、そのコンピュータ（又は CPUや MPU)が記録媒体に記録されて、るプログラムコードを読み出し実行することによつても、達成可能である。

[0141] 上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク Zハードディスク等の磁気ディスクや CD— ROMZMOZ MD/DVD/CD—R等の光ディスクを含むディスク系、 ICカード (メモリカードを含む） Z光カード等のカード系、あるいはマスク ROMZEPROMZEEPROMZフラッシュ ROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。

[0142] また、情報処理ユニット 4を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを、通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、 LAN, ISDN, VAN, CATV通信網、仮想専用網（virtual private network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、 IEEE1394、 USB、電力線搬送、ケーブル T V回線、電話線、 ADSL回線等の有線でも、 IrDAやリモコンのような赤外線、 Bluet ooth (登録商標）、 802. 11無線、 HDR、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。

産業上の利用の可能性

[0143] 本発明に係る触覚センサによれば、完全滑りを生じさせることなく（実際に滑り始める前に）、微小な接触面の変形から滑り余裕を推定することができる。このため、簡便かつ正確に滑り余裕や摩擦係数を推定することができると、う効果を奏する。また、測定対象物と弾性体との接触面の変形を画像情報として取得し解析するため、従来の圧力感知式の触覚センサに比べて、検出精度が高くなるという効果を奏する。

[0144] カロえて、感知部の弾性体を測定対象物に接触させるわずかなスペースがあれば、計測可能であるため、摩擦係数が部分的に異なる物質や曲面等でも精度よく計測することがでさる。

[0145] さらに、本発明に係る触覚センサを用いることにより、高性能の摩擦検査装置や口ボットハンド等の把持装置を提供することができる。

[0146] 以上のように、本発明に係る触覚センサによれば、摩擦検査装置等の検査機器やロボットハンド等の把持装置、また搬送装置等にも利用可能であり、広範な産業上の利用可能性がある。

Claims

請求の範囲

[1] 測定対象物と接触する部位に弾性体を有する感知手段と、

上記測定対象物と弾性体との接触面に対して、接線方向に外力が印加される前後にお!/ヽて、上記接触面の状態を画像情報として取得する画像取得手段と、

上記画像取得手段によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の変形情報を解析する変形解析手段と、

上記変形解析手段によって得られる接触面の変形情報、及び上記接触面に対して接線方向に印加される外力、並びに上記弾性体の物体定数に基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定手段と、を備えることを特徴とする触覚センサ。

[2] 測定対象物と接触する部位に弾性体を有する感知手段と、

上記測定対象物と弾性体との接触面に対して接線方向に外力が印加される前における、上記接触面の中心位置が常に所定の位置に来るように設定されており、かつ、上記設定された状態にて、上記接触面に対して接線方向に外力が印加された後の、上記接触面の状態を画像情報として取得する画像取得手段と、

[3] さらに、上記接触面に対して、接線方向に印加される外力を検出する外力検出手段を備えることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の触覚センサ。

[4] 上記弾性体は、測定対象物と円周部分で接触する略半球状であり、

上記変形解析手段は、

上記画像取得手段によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の半径を算出する半径算出部と、

上記画像取得手段によって得られた画像情報に基づき、上記接触面に対して、接線方向に外力が加わる場合に生じる、上記接触面の相対変位を算出する相対変位算出部と、を備えており、

上記推定手段は、上記変形解析手段によって得られる接触面の半径、相対変位、及び上記外力検出手段によって検出される外力、並びに上記弾性体の物体定数から、ヘルツ接触を仮定した計算式を用いて、滑り余裕を推定するものであることを特徴とする請求項 1〜3のいずれ力 1項に記載の触覚センサ。

[5] 上記弾性体の表面には、上記画像取得手段が、上記接触面に対して接線方向に外力が印加される前の状態における上記接触面の中心位置を明確に認識できる特徴図形が形成されていることを特徴とする請求項 1〜4のいずれか 1項に記載の触覚センサ。

[6] 上記弾性体は透明であり、

上記画像取得手段は、上記弾性体における、測定対象物と接触する側の面の裏面側に設けられていることを特徴とする請求項 1〜5のいずれか 1項に記載の触覚センサ。

[7] さらに、上記推定手段によって推定された滑り余裕に基づき、上記測定対象物と弾性体との間の摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段を備えることを特徴とする請求項 1〜6のいずれ力 1項に記載の触覚センサ。

[8] 請求項 1〜7のいずれか 1項に記載の触覚センサを備えることを特徴とする摩擦検查装置。

[9] 上記触覚センサにおける弾性体が検査対象物と接触できるように、上記触覚センサが筒状筐体に搭載されていることを特徴とする請求項 8に記載の摩擦検査装置。

[10] 請求項 1〜7のいずれか 1項に記載の触覚センサを備えることを特徴とする把持装置。

[11] 上記把持装置は、

上記搭載した触覚センサの弾性体と把持対象物とが接触して、当該把持対象物を把持する際に、上記触覚センサの弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が減少する場合は把持力を増強し、また上記触覚センサの弾性体と上記把持対象物との接触面における滑り余裕が増加する場合は把持力を低減させて、所定の滑り余裕を保つように把持力を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項

10に記載の把持装置。

[12] 上記把持装置がロボットハンドであることを特徴とする請求項 10又は 11に記載の把持装置。

[13] 測定対象物に対して弾性体を接触させる接触工程と、

上記接触工程における、上記測定対象物と弾性体との接触面の状態を画像情報として取得する第 1の画像取得工程と、

上記接触面に対して、接線方向に外力を加える外力印加工程と、

上記外力印加工程によって印加された外力によって、上記接触面に生じる変形の状態を画像情報として取得する第 2の画像取得工程と、

上記第 1の画像取得工程及び第 2の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の変形情報を解析する変形解析工程と、

上記変形解析工程によって得られる接触面の変形情報、及び上記外力印加工程にて印加した外力、並びに上記弾性体の物体定数に基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定工程と、を含むことを特徴とする滑り余裕計測方法。

[14] 上記弾性体は、測定対象物と円周部分で接触する略半球状であり、

上記変形解析工程は、

上記第 1及び Z又は第 2の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記測定対象物と弾性体との接触面の半径を算出する半径算出工程と、

上記第 1及び Z又は第 2の画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記弾性体に、上記測定対象物と弾性体との接触面の接線方向に力が加わる場合に、測定対象物と弾性体との接触面の相対変位を算出する相対変位算出工程と、を含んでおり、

上記推定工程は、上記変形解析工程によって得られる接触面の半径、相対変位、及び上記外力印加工程にて印加した外力、並びに上記弾性体の物体定数から、へルツ接触を仮定した計算式を用いて、滑り余裕を推定する工程であることを特徴とする請求項 13に記載の滑り余裕計測方法。

[15] 測定対象物に対して弾性体を接触させる接触工程と、

上記外力印加工程によって印加された外力によって、上記接触面に生じる変形の状態を画像情報として取得する画像取得工程と、

上記画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記接触面の変形情報を解析する変形解析工程と、

上記変形解析工程によって得られる接触面の変形情報、及び上記外力印加工程にて印加した外力、並びに上記弾性体の物体定数に基づいて、上記測定対象物と弾性体との間の滑り余裕を推定する推定工程と、を含み、

上記画像取得工程は、上記測定対象物と弾性体との接触面に対して接線方向に外力が印加される前における、上記接触面の中心位置が常に所定の位置に来るように設定されており、かつ、上記設定された状態にて、上記接触面に対して接線方向に外力が印加された後の、上記接触面の状態を画像情報として取得する画像取得手段を用いるものであることを特徴とする滑り余裕計測方法。

[16] 上記弾性体は、測定対象物と円周部分で接触する略半球状であり、

上記変形解析工程は、

上記画像取得工程によって得られた画像情報に基づき、上記測定対象物と弾性体との接触面の半径を算出する半径算出工程と、

上記画像取得工程によって得られた画像情報と、予め設定された、上記外力が印加される前における上記接触面の中心位置の座標情報とに基づき、上記弾性体に、上記測定対象物と弾性体との接触面の接線方向に力が加わる場合に、測定対象物と弾性体との接触面の相対変位を算出する相対変位算出工程と、を含んでおり上記推定工程は、上記変形解析工程によって得られる接触面の半径、相対変位、及び上記外力印加工程にて印加した外力、並びに上記弾性体の物体定数から、へルツ接触を仮定した計算式を用いて、滑り余裕を推定する工程であることを特徴とする請求項 15に記載の滑り余裕計測方法。

[17] さらに、上記外力印加工程にて印カロした外力を検出する外力検出工程を含み、上記推定工程では、上記外力印加工程にて印加した外力として、上記外力検出ェ程により検出される外力を用いることを特徴とする請求項 13〜16のいずれか 1項に記載の滑り余裕計測方法。

上記弾性体は透明であり、

上記画像取得工程は、上記弾性体における、測定対象物と接触する側の面の裏面側に設けられてヽる画像取得手段を用いて、画像情報を取得する工程であることを特徴とする請求項 13〜 17のいずれ力 1項に記載の滑り余裕計測方法。