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公開番号2025091751
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-19
出願番号2023207192
出願日2023-12-07
発明の名称柔軟体の形状検出装置、柔軟体の形状検出方法、柔軟体の形状制御方法、プログラム、記録媒体
出願人国立大学法人筑波大学
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01B 21/20 20060101AFI20250612BHJP(測定;試験)
要約【課題】線状柔軟体の少なくとも一端に設けた力覚センサによって、簡易な構成で、リアルタイムに線状柔軟体の形状を検出することが可能な線状柔軟体の形状検出装置、線状柔軟体の形状検出方法、線状柔軟体の形状制御方法、プログラム、記録媒体を提供する。
【解決手段】三次元方向にそれぞれ加わる荷重およびトルクを検出する力覚センサと、一端が前記力覚センサに接続された柔軟体と、前記柔軟体の一端から前記力覚センサに加わる前記荷重の情報および前記トルクの情報に基づいて、前記柔軟体の一端から他端までの延長方向に沿った形状を算出する演算部と、を有することを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
三次元方向にそれぞれ加わる荷重およびトルクを検出する力覚センサと、
一端が前記力覚センサに接続された柔軟体と、
前記柔軟体の一端から前記力覚センサに加わる前記荷重の情報および前記トルクの情報に基づいて、前記柔軟体の一端から他端までの延長方向に沿った形状を算出する演算部と、を有することを特徴とする柔軟体の形状検出装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記力覚センサは、互いに直角なＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の三次元方向にそれぞれ沿った前記荷重と、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸周りのそれぞれの回転力とを検出する６軸力覚センサであることを特徴とする請求項１に記載の柔軟体の形状検出装置。
【請求項３】
前記柔軟体の他端にも、更に前記力覚センサが接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の柔軟体の形状検出装置。
【請求項４】
前記柔軟体は、延長方向が一様な弾性力を有する線状柔軟体であることを特徴とする請求項１または２に記載の柔軟体の形状検出装置。
【請求項５】
柔軟体から力覚センサに加わる三次元方向の荷重の情報、および柔軟体から力覚センサに加わる三次元方向のトルクの情報を検出するステップ１と、
前記ステップ１で得られた前記荷重の情報および前記トルクの情報から、重力ポテンシャル極小条件に基づいて、前記柔軟体の一端から他端までの間の途中の位置を計算し、前記柔軟体の一端から他端までの三次元方向における形状データを得るステップ２と、
前記ステップ２で得られた三次元方向における形状データの情報から、前記柔軟体を複数の区間に分割した分割区間ごとの三次元方向における角度を計算するステップ３と、
を少なくとも備えたことを特徴とする柔軟体の形状検出方法。
【請求項６】
請求項５の柔軟体の形状検出方法によって得られた前記柔軟体の形状データに基づいて、前記柔軟体の重心を計算するステップ４と、
前記ステップ４で得られた前記柔軟体の重心に基づいて、前記柔軟体の重心を制御して、前記柔軟体の延長方向に沿った形状を制御するステップ５と、
を少なくとも備えたことを特徴とする請求項５に記載の柔軟体の形状制御方法。
【請求項７】
コンピュータに対して、
柔軟体から力覚センサに加わる三次元方向の荷重の情報、および柔軟体から力覚センサに加わる三次元方向のトルクの情報を検出するステップ１と、
前記ステップ１で得られた前記荷重の情報および前記トルクの情報から、重力ポテンシャル極小条件に基づいて、前記柔軟体の一端から他端までの間の途中の位置を計算し、前記柔軟体の一端から他端までの三次元方向における形状データを得るステップ２と、
前記ステップ２で得られた三次元方向における形状データの情報から、前記柔軟体を複数の区間に分割した分割区間ごとの三次元方向における角度を計算するステップ３と、
の各段階を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項８】
コンピュータに対して、
柔軟体から力覚センサに加わる三次元方向の荷重の情報、および柔軟体から力覚センサに加わる三次元方向のトルクの情報を検出するステップ１と、
前記ステップ１で得られた前記荷重の情報および前記トルクの情報から、重力ポテンシャル極小条件に基づいて、前記柔軟体の一端から他端までの間の途中の位置を計算し、前記柔軟体の一端から他端までの三次元方向における形状データを得るステップ２と、
前記ステップ２で得られた三次元方向における形状データの情報から、前記柔軟体を複数の区間に分割した分割区間ごとの三次元方向における角度を計算するステップ３と、
の各段階を実行させるプログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、柔軟体の形状検出装置、柔軟体の形状検出方法、柔軟体の形状制御方法、プログラム、記録媒体に関するものである。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、延長方向（長手方向）に沿った弾性力が小さい紐、ロープ、チェーン、ワイヤなど、一端と他端を支持して垂ませて吊り下げるとカテナリー曲線を描くような線状の柔軟体の形状を、リアルタイムに把握することは困難であった。こうした、柔軟体の形状を簡易な方法で把握することができれば、例えば、生産現場などにおいて、製造物を吊下するワイヤやロープなどの形状を把握して、効率的、かつ安全に吊下物を移動させたり、あるいは、紐やロープなどで構成されるソフトロボットの形状制御に適用することができる。
【０００３】
従来、線状の柔軟体の形状を把握する方法として、例えば、非特許文献１には、視覚センサを用いて、線状柔軟物体の変形形状より物体にかかる力を推定して、物体の接触状態を検出する方法が開示されている。また、例えば非特許文献２には、カメラなどの撮像装置を用いて、ゴムやワイヤなどの線状柔軟物体の変形をモデリングする方法が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
Hirofumi Nakagaki, Kosei Kitagaki, Tsukasa Ogasawara and Hideo Tsukune., Estimation of a Force Acting on a Flexible Wire by Using Visual Tracking and Its Application to Insertion Task, 日本ロボット学会誌 Vol.15 No.3,pp.422～430,1997
Takahiro Wada, Hidefumi Wakamatsu, Brenan J. McCarragher, Shinichi Hirai, and Takeshi Yonezawa., Modeling of Shape Bifurcation Phenomena in Manipulations of DeformableString Objects, 精密工学会第５回知能メカトロニクスワークショップ講演論文集, pp.57-62, 2000
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１、２に開示された線状柔軟体の形状を検出する方法は、いずれも視覚センサやカメラなどの画像情報に基づいて行うものであり、検出装置が複雑で、かつデータ量の大きな画像情報を用いる必要があり、リアルタイムで迅速に柔軟体の形状を検出することが困難であった。また、カメラと線状柔軟体の間に障害物がある場合には、形状を検出できない（オクルージョン）という問題があった。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みて提案されたものであり、柔軟体の少なくとも一端に設けた力覚センサによって、簡易な構成で、リアルタイムに柔軟体の形状を検出することが可能な柔軟体の形状検出装置、柔軟体の形状検出方法、柔軟体の形状制御方法、プログラム、記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、力覚センサの情報に基づいて、リアルタイム計算が可能なシンプルな計算方法によって、柔軟体の少なくとも一端に接合される力覚センサの情報だけで、柔軟体の一端から他端までの形状をリアルタイムで推定する方法を見出した。
【０００８】
（１）本発明の態様１の柔軟体の形状検出装置は、三次元方向にそれぞれ加わる荷重およびトルクを検出する力覚センサと、一端が前記力覚センサに接続された柔軟体と、前記柔軟体の一端から前記力覚センサに加わる前記荷重の情報および前記トルクの情報に基づいて、前記柔軟体の一端から他端までの延長方向に沿った形状を算出する演算部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
（２）本発明の態様２の柔軟体の形状検出装置は、態様１において、前記力覚センサは、互いに直角なＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の三次元方向にそれぞれ沿った前記荷重と、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸周りのそれぞれの回転力とを検出する６軸力覚センサであることを特徴とする。
【００１０】
（３）本発明の態様３の柔軟体の形状検出装置は、態様１または２において、前記柔軟体の他端にも、更に前記力覚センサが接続されることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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