高速・高感度なすべり覚センサの研究開発 High-Speed and High-Sensitivity Slip Sensor

博士論文

2008

2011

製造現場や医療福祉などの様々な分野において，人の手の代替となるようなロボットハンドの重要性が認識され，その導入が期待されている．ロボットハンドを用いて人と同等の作業を行うには，接触位置や接触力，すべりなどを取得する触覚センサを付加し，その触覚情報に応じて把持力を制御する必要がある．特に“すべり覚” は，物体に応じた把持力を設定する際や，把持した物体の姿勢を変更するなどの動作を行う場合に重要となる．このため，様々な研究者によって，滑り時の振動を検出するものや，歪みゲージで局所滑りを推定するもの等が提案されてきた．しかし，ロボットハンドの指先に装着できるほど小型軽量なセンサを作成するのは困難，すべり時の振動や応力変化とハンドのマニピュレーションによって発生する振動や応力変化との判別が困難などの問題があった．そこで本研究では，ロボットハンドや義手への実装を考慮し，柔軟，薄型，軽量かつ高速なすべり覚センサの開発およびその応用を目的とし，感圧導電性ゴムの特性を用いたすべり覚センサを提案する．感圧導電性ゴムはシリコンゴム内に導電材料である炭素粒子を均一に分布させた構造を有し，内部粒子の接触状態に応じて抵抗値が変化する機能性材料である．本研究で提案するすべり覚センサは，感圧導電性ゴムに対してせん断力が作用した際の特異な抵抗値変化を利用する．これにより，シンプルな構成でありながら法線力変化やハンドのマニピュレーションの影響を受けにくく，すべりを確実に，そして高速高感度に検出するセンサを構成することができた．本論文は以下に示す全7 章から構成され，その内容の要旨は以下のとおりである．製造現場や医療福祉などの様々な分野において，人の手の代替となるようなロボットハンドの重要性が認識され，その導入が期待されている．ロボットハンドを用いて人と同等の作業を行うには，接触位置や接触力，すべりなどを取得する触覚センサを付加し，その触覚情報に応じて把持力を制御する必要がある．特に“すべり覚” は，物体に応じた把持力を設定する際や，把持した物体の姿勢を変更するなどの動作を行う場合に重要となる．このため，様々な研究者によって，滑り時の振動を検出するものや，歪みゲージで局所滑りを推定するもの等が提案されてきた．しかし，ロボットハンドの指先に装着できるほど小型軽量なセンサを作成するのは困難，すべり時の振動や応力変化とハンドのマニピュレーションによって発生する振動や応力変化との判別が困難などの問題があった．そこで本研究では，ロボットハンドや義手への実装を考慮し，柔軟，薄型，軽量かつ高速なすべり覚センサの開発およびその応用を目的とし，感圧導電性ゴムの特性を用いたすべり覚センサを提案する．感圧導電性ゴムはシリコンゴム内に導電材料である炭素粒子を均一に分布させた構造を有し，内部粒子の接触状態に応じて抵抗値が変化する機能性材料である．本研究で提案するすべり覚センサは，感圧導電性ゴムに対してせん断力が作用した際の特異な抵抗値変化を利用する．これにより，シンプルな構成でありながら法線力変化やハンドのマニピュレーションの影響を受けにくく，すべりを確実に，そして高速高感度に検出するセンサを構成することができた．本論文は以下に示す全7 章から構成され，その内容の要旨は以下のとおりである．