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開放特許

非接触で物体距離、姿勢、位置を高速で認識するロボットハンド用指先センサ

資料

非接触で物体距離、姿勢、位置を高速で認識するロボットハンド用指先センサ

組織名 国立大学法人 電気通信大学 情報理工学研究科 下条 誠 教授
技術分野 ものづくり、IT
概要 ロボットの用途が広がる中、ロボットハンドの高機能化、特に物体の把持技術の向上が求められており、物体の距離・位置・姿勢を正確に測定するセンサが必要です。カメラによる画像認識では物体の位置や姿勢によって情報の欠落が起こる、触覚センサでは物体の距離情報しか取れず、姿勢や位置の計算には大きな処理時間を要します。本テーマでは、非接触で物体距離、姿勢、位置を高速で認識するロボットハンド用指先センサをご提案します。本技術の活用・実用化に意欲的な企業を歓迎します。
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【簡略図】
handokanryakuzu.png【背景】
 人間とロボットの共存を実現するためには、ロボットの安全性が非常に重要になります。そのためには、ロボットが環境を認識することは非常に重要です。外界認識センサには、ビジョンセンサとしてカメラなどがありますが、死角やオクルージョン(隠蔽)、近接距離でのセンシングが困難であるといった問題があります。
 そのような背景から、本テーマでは、開発したネット状近接覚センサをロボットハンドの指先に実装することで、幅広い物体に対して高速かつ安定した把持が可能なシステムの構築を目的としています。
※関連特許を複数出願済みです。

【技術内容】
 ロボットハンドの指先にネット状近接覚センサを実装し、高速かつ安定に物体のプリシェイピング動作をする技術を開発しました。
 物体のプリシェイピングまでには以下のようにシステムが動作します。
1)赤外LEDより物体に光を照射し、物体面での反射光をフォトトランジスタで受光します。
2)受光後、各フォトトランジスタに光電流が流れます。
3)距離の遠近により電流の強弱が変化するので、反射光の照度分布中心から対象物体の位置、回路を流れる総電流量から対象物体の距離を計測します。検出可能範囲は5~6cmとなっています。
ネット状近接覚センサ回路構成2.PNG
【技術・ノウハウの強み(新規性、優位性、有用性)】
 ロボットハンドで物体を把持する場合、形状、位置、姿勢が未知な物体を把持する技術が求められます。近年はセンサの小型化が進み、センサ情報のみで把持しようとする技術が提案されていますが、これらの手法に用いられている近接覚センサは、基本的に物体との距離情報しか取得できません。また、物体の姿勢や位置情報の取得には、情報取得のための動作が必要となり、処理時間が増大してしまいます。

 しかし、開発したネット状近接覚センサを用いれば、6本の配線、1[ms]以内での高速応答による情報取得が可能となります。さらに、高性能のビジョンカメラや力覚センサも必要ないため、コストも従来よりもかなり抑えられます。

 下条研究室では、すでにこれをロボットハンドに実装し、単純なセンサフィードバック制御のみでの指先‐物体面を正対させるプリシェイピングを実現することに成功しました。
 したがって、この技術をロボットハンドに実装する事により、簡単な画像処理で様々な物体を把持可能となります。サイズも小さいため、多くのロボットハンドに有用であると考えられます。

【連携企業のイメージ】
本技術の活用・実用化を希望する企業を歓迎します。例えば、以下に該当する企業へご提案可能です。
1)ロボットハンド、ロボットアームの研究開発を行っている企業
2)ロボットの研究開発を行っている企業
3)触覚センサ・近接センサの研究開発を行っている企業
4)センサモジュールの研究開発を行っている企業
5)セル生産用装置の導入を検討している企業
6)画像処理センサを開発しており、新たなセンサアプリケーションを模索している企業
 ※本テーマでは、上位の制御系として、視覚センサと組合せることにより、物体位置のみを意識するだけで物体を把持することが可能です。

【技術・ノウハウの活用シーン(イメージ)】
 多くのロボットハンド性能向上への活用が期待できます。
1)工場での生産ラインを自動化(ロボットアームの導入)
 ⇒組立作業の場合、部品に欠陥があっても認識が可能となり、スムーズな動作が
期待できます。コストも低いため、設備費も抑えられると考えられます。
2)介護用ロボットへの導入
 ⇒腕や手を自由に動かせない人の代わりに、確実に物体を把持することができます。

ロボットアーム.PNG他、様々なロボットハンド用途に適用可能です。

【技術・ノウハウの活用の流れ】
 試作品は既に確立しています。お問い合わせ後、デモンストレーションや技術の詳細説明などさせていただきます。

【専門用語】
(プリシェイピング)
 ヒトが何か物をつかもうとするときに、手が対象物に届く前にその大きさや形、機能に応じて手の形を準備する行動のことです。
(ネット状近接覚センサ)
赤外LEDとフォトトランジスタを組とするフォトリフレクタをマトリクス状に配置することで構成されています。以下のような特長があります。
・近接物体の近接位置とその距離に係わる値を出力する。
・高速応答性。応答速度は,検出素子数,配置によらず,ほぼ一定(1ms以内)。
・省配線(6本)
・CPU,ソフトウェアは不要。


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