エッジ推定装置およびエッジ推定方法
【課題】簡単かつ確実に、検知面に接触した物体のエッジを推定するエッジ推定装置を提供する。
【解決手段】検知面上に配列された複数の圧力検出部（感圧センサ１６ｂ）と、圧力検出部が検出した圧力に基づき、隣接する圧力検出部が検出した圧力の圧力差を演算する圧力差演算手段２１と、圧力差演算手段２１が算出した圧力差の大きさが所定の閾値を超えたか否かを判定し、超えた場合に、当該圧力差を求めた圧力検出部の位置を、検知面に接触した物体のエッジの位置に対応するエッジ点であると判定するエッジ点判定手段２２とを備えてエッジ推定装置を構成する。
【解決手段】検知面上に配列された複数の圧力検出部（感圧センサ１６ｂ）と、圧力検出部が検出した圧力に基づき、隣接する圧力検出部が検出した圧力の圧力差を演算する圧力差演算手段２１と、圧力差演算手段２１が算出した圧力差の大きさが所定の閾値を超えたか否かを判定し、超えた場合に、当該圧力差を求めた圧力検出部の位置を、検知面に接触した物体のエッジの位置に対応するエッジ点であると判定するエッジ点判定手段２２とを備えてエッジ推定装置を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知面に接触した物体のエッジの位置を推定するエッジ推定装置およびエッジ推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２足歩行型ロボットの開発は進んできており、近年では、単に平坦な場所で２足歩行を可能とするだけでなく、実際の人間の生活環境に応じた複雑な地形環境においても歩行を可能とすることが求められている。例えば、特許文献１においては、脚部に変位センサを設け、この変位センサの出力に基づいて床反力を算出して、床の状況を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７２６０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、２足歩行型ロボットが階段を昇降する場合、階段に対する足の載せ方により、階段からの反力が体の前後に対して斜めに加わることがあり、この観点から足の裏面における階段のエッジの位置の検出が求められる。また、このような物体のエッジの検出は、他の装置の分野においても求められることがある。
【０００５】
しかし、仮にこのようなエッジを、カメラで物体を撮影して得た画像の画像処理をして求めるのでは、撮影をできない場所のエッジを検出することはできない。また、画像処理では、処理量が多いため、迅速に結果を得るのが困難である。
また、特許文献１の脚式移動ロボットの足首位置に備えるような６軸センサの出力から階段のエッジの位置を推定することも考え得るが、この場合には、エッジの位置の推定精度が悪く、しかも、１つでもセンサが故障すると、エッジの位置の推定ができなくなる、という問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、簡単かつ確実に、検知面に接触した物体のエッジを推定するエッジ推定装置およびエッジ推定方法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】
前記した目的を達成するため、本発明のエッジ推定装置は、検知面上に配列された複数の圧力検出部と、前記圧力検出部が検出した圧力に基づき、隣接する圧力検出部が検出した圧力の圧力差を演算する圧力差演算手段と、前記圧力差演算手段が算出した圧力差の大きさが所定の閾値を超えたか否かを判定し、超えた場合に、当該圧力差を求めた圧力検出部の位置を、前記検知面に接触した物体のエッジの位置に対応するエッジ点であると判定するエッジ点判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような装置によれば、検知面上に配列された複数の圧力検出部で検出した圧力の圧力差を求める演算と、圧力差と閾値の比較演算により、容易かつ正確にエッジ点を検出することができる。
【０００９】
前記した装置においては、前記エッジ判定手段が判定した、複数のエッジ点の配列を、最小二乗法により直線に近似することで、前記検知面に接触した物体のエッジ線を推定するエッジ線推定手段をさらに備えることができる。
【００１０】
このように、エッジ点の配列を最小二乗法により直線に近似することで、例えば本発明の装置をロボットの足や手に搭載した場合には、階段の縁や壁の縁などの直線的なエッジ線を検出することができる。
【００１１】
また、前記した装置においては、前記複数の圧力検出部は、前記検知面において、第１の領域に配列されるとともに、当該第１の領域とは所定の間隔を空けて設けられた第２の領域に配列することが望ましい。
【００１２】
このように、第１の領域と第２の領域の間に、圧力検出部を設けない間隔を設けることで、圧力検出部の数を少なくして演算量を低減するとともに、コストダウンおよび小型軽量化を図ることができる。
【００１３】
前記した、第１の領域と第２の領域を有するエッジ推定装置においては、前記複数の圧力検出部は、前記第１の領域と前記第２の領域が前記所定の間隔を挟んで対向する方向に直交する方向に沿って、前記第１の領域内および前記第２の領域内で、それぞれ複数列配列されていることが望ましい。
【００１４】
このように、第１の領域および第２の領域内で、それぞれ圧力検出部が複数列設けられていることで、それぞれの領域内に１列しか圧力検出部が無い場合に比較して、エッジ線が延びる方向の精度（分解能）を高くすることができる。
【００１５】
前記したエッジ線を推定可能な装置においては、前記エッジ線推定手段は、隣接するエッジ点同士を繋いだ方向を算出する方向算出部を有し、前記方向算出部が算出した方向が、隣接する位置において所定値以上異なる方向である場合に、異なる方向のエッジ線が交差していると推定し、同じ方向のエッジ線を形成すると推定したエッジ点の群を用いて最小二乗法により直線の近似を行う構成とすることができる。
【００１６】
このように、方向算出部により算出した方向により、エッジ線を形成するエッジ点を群に分けることで、複数のエッジ線を推定することが可能となる。
【００１７】
前記した課題を解決する本発明のエッジ推定方法は、検知面上に配列された複数の圧力検出部の検出値に基づいて検知面に接触した物体のエッジを推定する方法であって、前記圧力検出部が検出した圧力に基づき、隣接する圧力検出部が検出した圧力の圧力差を演算するステップと、前記圧力差の大きさが所定の閾値を超えたか否かを判定し、超えた場合に、当該圧力差を求めた圧力検出部の位置を、前記検知面に接触した物体のエッジの位置に対応するエッジ点であると判定するステップとを備えることを特徴とする。
【００１８】
このような方法によれば、検知面上に配列された複数の圧力検出部で検出した圧力の圧力差を求める演算と、圧力差と閾値の比較演算のみで、容易かつ正確にエッジ点を検出することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のエッジ推定装置およびエッジ推定方法によれば、容易かつ正確にエッジ点を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】感圧ユニットの分解斜視図である。
【図２】感圧ユニットの断面図である。
【図３】演算装置のブロック図である。
【図４】エッジ線の算出方法を説明する図である。
【図５】エッジ線の算出処理のフローチャートである。
【図６】第２実施形態に係る演算装置のブロック図である。
【図７】複数のエッジ線の算出方法を説明する図である。
【図８】複数のエッジ線の算出処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
次に、本発明の第１実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、第１実施形態に係るエッジ推定装置１は、検知面Ｓを有する感圧ユニット１０と、感圧ユニット１０の検知出力に基づきエッジ点およびエッジ線を演算により推定する演算装置２０とを備えている。
【００２２】
感圧ユニット１０は、ロボットの足（図示せず）の裏などに、検知面Ｓを露出させて設けられる。ロボットの足の裏に感圧ユニット１０を配置した場合の一例として、図１および図４に、ロボットの前後および左右の方向を示した。
【００２３】
感圧ユニット１０は、ブロック状シート１１と、スポンジ１２と、プッシャ１３と、プッシャガイド１４と、ダイヤフラムアレイ１５と、感圧センサアレイ１６とを備えて構成されている。
【００２４】
図１および図２に示すように、ブロック状シート１１は、正方形状の外形を有するゴム状のシートであり、検知面Ｓとその裏面Ｓ′の両方に前後左右に格子状に延びる溝１１ａが形成されている。溝１１ａにより区画された各ブロック１１ｃ（図１のハッチング参照）は、検知面Ｓにおける１区画の検知領域であり、この領域に接触した物体からの圧力が、感圧センサアレイ１６の後述する各感圧センサ１６ｂに伝えられて検知されるようになっている。溝１１ａは、各ブロック１１ｃに外部の物体からかかる力を、ブロック１１ｃごとに分離する機能を果たす。つまり、溝１１ａがあることにより、各ブロック１１ｃは、薄い連結部１１ｂのみにより結合されるので、１つのブロック１１ｃにかかった外力は、隣接するブロック１１ｃには伝わりにくくなっている。各ブロック１１ｃの検知面Ｓは圧力検出部の一例である。
【００２５】
スポンジ１２は、発泡樹脂などからなり、ブロック状シート１１と同様の正方形状の外形を有する部材である。スポンジ１２は、ブロック状シート１１の裏面Ｓ′に接触するように設けられ、ブロック状シート１１の検知面Ｓに圧力が掛かったときにブロック状シート１１が撓むことを許容しつつ、この圧力を適度に分散させてプッシャ１３に伝達する機能を果たす。各ブロック１１ｃの検知面Ｓに掛かった圧力は、スポンジ１２を介してプッシャ１３に伝わることにより、多少圧力分布がぼやかされて複数のプッシャ１３に伝わることになる。これにより、階段のエッジなどが検知面Ｓに当たって一部のブロック１１ｃのみに大きな圧力が掛かったとしても、この圧力を適度に分散させ、プッシャ１３、プッシャガイド１４またはダイヤフラムアレイ１５の破損を防止することができる。
【００２６】
プッシャ１３は、スポンジ１２に掛かった圧力を感圧センサアレイ１６の各感圧センサ１６ｂに伝達する部材である。プッシャ１３は、全体として棒状に形成され、感圧センサアレイ１６側の円柱部１３ａと、円柱部１３ａと一体に形成され、スポンジ１２側の端面で正方形（ブロック１１ｃと合致した形状）となる角錐部１３ｂとを備えて構成されている。プッシャ１３のスポンジ１２側の端面は、各ブロック１１ｃに掛かった圧力をもれなく受け止めるため、各ブロック１１ｃに合致した形状を有している。プッシャ１３の感圧センサアレイ１６側の端面は円形となっているが、感圧センサ１６ｂの面全体にある程度均一な圧力を掛けられる十分な大きさを有していれば、形状は任意である。
【００２７】
プッシャガイド１４は、全体として正方形の板状に形成され、およそプッシャ１３の形状に合ったガイド穴１４ａが表裏を貫通して設けられている。ガイド穴１４ａは、左端および右端の各辺から３列（前後方向に並ぶ配列を「列」とする。）、前後方向には前端から後端にわたって９行（左右方向に並ぶ配列を「行」とする。）、格子点状に配列されている。図１には、プッシャ１３を３つのみ代表して図示しているが、プッシャ１３は、各ガイド穴１４ａにそれぞれ１つずつ挿入されて配置されている。
【００２８】
ダイヤフラムアレイ１５は、プッシャ１３に掛かった圧力を感圧センサ１６ｂに安定して伝えるためのゴム状の部品である。ダイヤフラムアレイ１５は、プッシャ１３の感圧センサ１６ｂ側の円柱部１３ａに被さるカップ形状のダイヤフラム１５ａと、厚い板状の支持部１５ｂを有し、支持部１５ｂとダイヤフラム１５ａとが薄肉の接続部１５ｃにより接続されている。各ダイヤフラム１５ａは、支持部１５ｂにより隔離され、ダイヤフラム１５ａと支持部１５ｂを接続する接続部１５ｃが薄肉であることで、１つのプッシャ１３から１つのダイヤフラム１５ａに掛かる力は、隣接するダイヤフラム１５ａには伝わらないようになっている。ダイヤフラム１５ａは、プッシャガイド１４のガイド穴１４ａに対応して配列されている。
【００２９】
感圧センサアレイ１６は、感圧センサ１６ｂを格子点状に配置してなるセンサアレイで、回路基板１６ａ上に、外部からの圧力に応じて電気抵抗値が変化する感圧ゴムからなる感圧センサ１６ｂをガイド穴１４ａおよびダイヤフラム１５ａに対応させて配列したものである。詳細は図示しないが、回路基板１６ａ上の各感圧センサ１６ｂに対応する部位には、感圧センサ１６ｂの抵抗を測定するための接点が設けられている。各感圧センサ１６ｂは、円板形状をなし、円形面はダイヤフラム１５ａに対面している。
【００３０】
上述のように、各感圧センサ１６ｂと、これに対応するダイヤフラム１５ａ、プッシャ１３は、左端から３列と、右端から３列の範囲にのみ設けられおり、検知面Ｓにおいて、左端から３列に対応する範囲が、複数の圧力検出部が配列された第１の領域１１Ｐであり、右端から３列に対応する範囲が、複数の圧力検出部が配列された第２の領域１１Ｑであり、その間の約３列分に相当する部分が、圧力検出部とならない所定の空間となる第３の領域１１Ｒである。複数の圧力検出部は、第１の領域１１Ｐと第２の領域１１Ｑが第３の領域１１Ｒを挟んで対向する方向（左右方向）に直交する方向（前後方向）に沿って、第１の領域１１Ｐ内および第２の領域１１Ｑ内で、それぞれ複数列（３列）配列されている。
【００３１】
このように、右端の第１の領域１１Ｐおよび左端の第２の領域１１Ｑに圧力検出部を設け、その間の第３の領域１１Ｒには圧力検出部を設けなくても、ロボットの足の裏に感圧ユニット１０を配置して階段のエッジを検出しようとする場合などは、階段のエッジが略左右方向に接触することが想定できるので、実用上十分な精度で階段のエッジ線を推定することが可能である。そのため、第３の領域１１Ｒに圧力検出部を設けないようにすることで、エッジ線を比較的正確に検出しつつ、コストダウンを図ることができる。
【００３２】
演算装置２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなど有する計算機であり、予め用意したプログラムを実行することで、感圧センサ１６ｂが検出した圧力に基づき、エッジ点およびエッジ線を推定するように構成されている。図３に示すように、演算装置２０は、圧力差演算手段２１と、エッジ点判定手段２２と、エッジ線推定手段２３と、記憶手段２９ｃを備えている。
【００３３】
圧力差演算手段２１は、感圧センサ１６ｂの圧力検出値（具体的には回路基板１６ａからの信号）が入力され、隣接する圧力検出部（感圧センサ１６ｂ）が検出した圧力の圧力差を演算する部分であり、図４に示す前後方向（Ｙ方向とする）に隣接する圧力検出部が検出した圧力値の差を演算する。すなわち、図４のＸ位置がｍ、Ｙ位置がｎの圧力検出部の圧力値をＰm n、圧力差をΔＰm nとすると、
ΔＰm n＝Ｐm n−Ｐm n+1
により演算する。もちろん、ΔＰm n＝Ｐm+1 n−Ｐm nとしても構わない。
圧力差演算手段２１が算出した圧力差ΔＰm nは、エッジ点判定手段２２に出力される。
【００３４】
エッジ点判定手段２２は、圧力差演算手段２１が算出した圧力差ΔＰm nの大きさが所定の閾値Ｐｔｈを超えたか否かを判定し、超えた場合に、圧力差ΔＰm nを求めた圧力検出部の位置（これを「感圧点」とする。）を、検知面Ｓに接触した物体のエッジの位置に対応するエッジ点であると判定する部分である。所定の閾値Ｐｔｈは、予め記憶手段２９に記憶してある。なお、所定の閾値Ｐｔｈは、一例として次のように設定することができる。例えば、ロボットの体重の５％〜１０％の荷重が足の裏にかかった際に各感圧センサ１６ｂの出力（無負荷時との電位差）が２Ｖ以上になるように感圧センサ１６ｂが作られている場合、エッジ点を判定する閾値Ｐｔｈは電位差２Ｖとすることができる。
【００３５】
エッジ点判定手段２２は、所定の閾値Ｐｔｈを記憶手段２９から読み出し、閾値Ｐｔｈを圧力差ΔＰm nと比較する。エッジ点判定手段２２は、比較判定の結果、感圧点［ｍ，ｎ］がエッジ点であると判定した場合には、感圧点［ｍ，ｎ］に対応する記憶領域のフラグを立てて感圧点の位置を記録する。なお、この圧力差ΔＰm nと閾値Ｐｔｈとの比較判定は、シュミットトリガを用いてもよい。エッジ点判定手段２２により判定された感圧点の位置は、このフラグを介してエッジ線推定手段２３に出力される。
【００３６】
エッジ線推定手段２３は、エッジ点判定手段２２が判定した、複数のエッジ点の配列を、最小二乗法により直線に近似することで、検知面Ｓに接触した物体のエッジ線を推定する部分である。具体的には、図４に示した黒点のように、複数の感圧点［ｍ，ｎ］の座標を用い、最小二乗法により近似直線を求めれば、この近似直線がエッジ線Ｌ１と推定することができる。
【００３７】
記憶手段２９は、閾値Ｐｔｈの他、演算に必要な係数および演算式を記憶している。
【００３８】
このように構成されたエッジ推定装置１によるエッジ点およびエッジ線の推定方法について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。
図５に示す処理は、例えば、エッジ推定装置１が搭載されたロボットが歩行している最中に適宜なタイミングで実行される。エッジ推定を行う場合、図５に示すように、まず、圧力差演算手段２１が、感圧センサ１６ｂが検出した圧力値Ｐm nをすべての座標について取得する（Ｓ１１）。そして、圧力差演算手段２１は、Ｙ方向に隣接する感圧点［ｍ，ｎ］同士の圧力差ΔＰm nをすべての座標（ｎ＝８まで）について算出する（Ｓ１２）。
【００３９】
次に、エッジ点判定手段２２は、各感圧点［ｍ，ｎ］について、圧力差ΔＰm nの絶対値が閾値Ｐｔｈより大きいか否かを判定し、大きい場合には（Ｓ１３，Ｙｅｓ）、感圧点［ｍ，ｎ］をエッジ点と判定して、所定の記憶領域のフラグを立て（Ｓ１４）、大きくない場合には（Ｓ１３，Ｎｏ）、フラグを立てずにステップＳ１５に進む。そして、すべての感圧点［ｍ，ｎ］で判定が終了していなければ（Ｓ１５，Ｎｏ）、ステップＳ１３に戻って次の感圧点［ｍ，ｎ］での判定を続け、すべての感圧点［ｍ，ｎ］で判定が終了していれば（Ｓ１５，Ｙｅｓ）、ステップＳ２０に進む。
【００４０】
そして、エッジ線推定手段２３は、エッジ点判定手段２２により求めたエッジ点の座標を用い、最小二乗法により近似曲線を算出する（Ｓ２０）。この近似曲線がエッジ線Ｌ１となる。
【００４１】
以上のようにして、本実施形態のエッジ推定装置１によれば、圧力差ΔＰm nの算出と閾値Ｐｔｈの大きさの比較という、非常に簡易な処理でエッジ点を正確に求めることができる。そして、最小二乗法による近似直線の算出という、簡易な演算によりエッジ線Ｌ１を正確に推定することができる。そして、本実施形態のエッジ推定装置１では、第１の領域１１Ｐと第２の領域１１Ｑに圧力検出部を設け、第３の領域１１Ｒには圧力検出部を設けていないので、比較的正確なエッジ線Ｌ１を求めることが可能でありながら、コストダウンを図ることができる。
【００４２】
そして、複数の圧力検出部は、前後方向に沿って、第１の領域１１Ｐ内および第２の領域１１Ｑ内で、それぞれ３列ずつ配列されているので、１列ずつのみ配列されている場合に比較して、最小二乗法により算出されるエッジ線Ｌ１の方向のバリエーションが多くなり、エッジ線Ｌ１の方向についての推定精度（分解能）を高くすることができる。
【００４３】
［第２実施形態］
次に、複数のエッジ線の推定を可能とするエッジ推定装置１の実施形態について説明する。なお、第２実施形態においては、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。
複数のエッジ線を推定する場合、複数のエッジ線を正確に推定するため、第１実施形態において第３の領域１１Ｒにも圧力検出部を設けるのが望ましい。そのため、ここでは、検知面Ｓの全面にわたって９列９行の圧力検出部が設けられている構成で説明する。
【００４４】
複数のエッジ線を推定する場合、エッジ線推定手段２３は、エッジ点から最小二乗法によりエッジ線を算出する前に、最小二乗法によりエッジ線を算出するのに用いるエッジ点を、１本のエッジ線を構成すると推定される群にグループ分けする。そのため、図６に示すように、演算装置２０のエッジ線推定手段２３は、隣接するエッジ点同士を繋いだ方向を算出する方向算出部２３ａを有する。そして、エッジ線推定手段２３は、方向算出部２３ａが算出した方向が、隣接する位置において所定値以上異なる方向である場合に、異なる方向のエッジ線が交差していると推定し、同じ方向のエッジ線を形成すると推定したエッジ点の群を用いて最小二乗法により直線の近似を行うように構成されている。
【００４５】
具体的に、複数のエッジ線の算出処理について図７および図８を参照しながら説明する。図８において、ステップＳ１１からステップＳ１５までは、エッジ点の算出処理であり、第１実施形態と同じである。ステップＳ３１において、方向算出部２３ａは、Ｘ方向に隣接するエッジ点同士を繋いだ方向Ｄm（ｍはＸ座標）を算出する（図７も参照）。そして、エッジ線推定手段２３は、隣接するＸ位置の感圧点同士の方向Ｄmの差の絶対値｜Ｄm−Ｄm-1｜が、所定の閾値Ｄｔｈより大きいか否か判定し、大きい場合には（Ｓ３２，Ｙｅｓ）、群カウント値ｊを１だけカウントアップする（Ｓ３３）。そして、Ｘ＝ｍにおけるエッジ点に対応する群番号Ｇｍに群カウント値ｊの値を代入する（Ｓ３４）。ステップＳ３２において、｜Ｄm−Ｄm-1｜が、所定の閾値Ｄｔｈより大きくない場合（Ｓ３２，Ｎｏ）、Ｘ＝ｍにおけるエッジ点は、Ｘ＝ｍ−１におけるエッジ点と同じエッジ線を構成すると推定されるので、ｊをカウントアップすることなく群番号Ｇｍに群カウント値ｊの値を代入する（Ｓ３４）。
【００４６】
そして、群番号Ｇｍの設定が、最大のＸ位置まで終了していなければ（Ｓ３５，Ｎｏ）、ステップＳ３２に戻って群番号Ｇｍの設定（ステップＳ３２〜Ｓ３４）を繰り返し、最大のＸ位置まで終了していれば（Ｓ３５，Ｙｅｓ）、ステップＳ３６に進む。
【００４７】
そして、ステップＳ３６において、エッジ線推定手段２３は、群番号Ｇｍの値が同じエッジ点を１つの群として、この群ごとに最小二乗法で近似曲線を算出する。この計算の過程による処理を、例えば、図７の例で見ていくと、Ｘ＝１〜４までの方向Ｄ1〜Ｄ4は、隣接する方向Ｄmが大きくは変化していないので、Ｘ＝１〜４のエッジ点を１番目のグループとする。そして、方向Ｄ4と方向Ｄ5とは、方向が大きく変化しているので、Ｘ＝５（方向Ｄ5）で群カウント値ｊを２とし、Ｘ＝５〜９は、２番目のグループとする。そして、エッジ線推定手段２３が、Ｘ＝１〜４のエッジ点の群から、最小二乗法によりエッジ線Ｌ２を算出し、Ｘ＝５〜９のエッジ点の群から、最小二乗法によりエッジ線Ｌ３を算出する処理をする。
【００４８】
このように、本実施形態のエッジ推定装置１によれば、検知面Ｓに接触した物体に複数のエッジ線がある場合においても、比較的簡易な処理で、複数のエッジ線を推定することができる。
【００４９】
以上に本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されることなく、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、前記実施形態においては、ロボットの足の裏に本発明のエッジ推定装置を設ける場合を一例に挙げたが、本発明のエッジ推定装置は、ロボットの手に設けてもよいし、タッチパネルや電子ゲームのコントローラのように、人が接触することにより情報を入力する入力デバイスとして用いることもできる。
【００５０】
また、前記実施形態においては、エッジ線を推定する過程でエッジ点とエッジ線の両方を推定する装置について例示したが、エッジ点のみを推定する装置として構成することもできる。
【００５１】
さらに、第１の領域１１Ｐと第２の領域１１Ｑに、それぞれ１列のみの圧力検出部を設けるように圧力検出部を配列してもよい。
【００５２】
また、前記実施形態においては、コンピュータプログラムを用いた演算を行うように説明したが、同様の機能を有する専用のＩＣ回路を構築して演算を行ってもよい。これによれば、より高速な処理が可能である。
【００５３】
前記実施形態においては、圧力検出部は、縦横の直交方向に並んで配置されていたが、正六角形の圧力検出部のブロックを密に配列したハニカム状に配列してもよいし、正三角形の圧力検出部のブロックを密に配列することもできる。
【符号の説明】
【００５４】
１ エッジ推定装置
１０ 感圧ユニット
１１ ブロック状シート
１１Ｐ 第１の領域
１１Ｑ 第２の領域
１１Ｒ 第３の領域
１１ａ 溝
１１ｂ 連結部
１１ｃ ブロック
１２ スポンジ
１３ プッシャ
１４ プッシャガイド
１４ａ ガイド穴
１５ ダイヤフラムアレイ
１６ 感圧センサアレイ
１６ａ 回路基板
１６ｂ 感圧センサ
２０ 演算装置
２１ 圧力差演算手段
２２ エッジ点判定手段
２３ エッジ線推定手段
２３ａ 方向算出部
２９ｃ 記憶手段
Ｓ 検知面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知面に接触した物体のエッジの位置を推定するエッジ推定装置およびエッジ推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２足歩行型ロボットの開発は進んできており、近年では、単に平坦な場所で２足歩行を可能とするだけでなく、実際の人間の生活環境に応じた複雑な地形環境においても歩行を可能とすることが求められている。例えば、特許文献１においては、脚部に変位センサを設け、この変位センサの出力に基づいて床反力を算出して、床の状況を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７２６０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、２足歩行型ロボットが階段を昇降する場合、階段に対する足の載せ方により、階段からの反力が体の前後に対して斜めに加わることがあり、この観点から足の裏面における階段のエッジの位置の検出が求められる。また、このような物体のエッジの検出は、他の装置の分野においても求められることがある。
【０００５】
しかし、仮にこのようなエッジを、カメラで物体を撮影して得た画像の画像処理をして求めるのでは、撮影をできない場所のエッジを検出することはできない。また、画像処理では、処理量が多いため、迅速に結果を得るのが困難である。
また、特許文献１の脚式移動ロボットの足首位置に備えるような６軸センサの出力から階段のエッジの位置を推定することも考え得るが、この場合には、エッジの位置の推定精度が悪く、しかも、１つでもセンサが故障すると、エッジの位置の推定ができなくなる、という問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、簡単かつ確実に、検知面に接触した物体のエッジを推定するエッジ推定装置およびエッジ推定方法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】
前記した目的を達成するため、本発明のエッジ推定装置は、検知面上に配列された複数の圧力検出部と、前記圧力検出部が検出した圧力に基づき、隣接する圧力検出部が検出した圧力の圧力差を演算する圧力差演算手段と、前記圧力差演算手段が算出した圧力差の大きさが所定の閾値を超えたか否かを判定し、超えた場合に、当該圧力差を求めた圧力検出部の位置を、前記検知面に接触した物体のエッジの位置に対応するエッジ点であると判定するエッジ点判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような装置によれば、検知面上に配列された複数の圧力検出部で検出した圧力の圧力差を求める演算と、圧力差と閾値の比較演算により、容易かつ正確にエッジ点を検出することができる。
【０００９】
前記した装置においては、前記エッジ判定手段が判定した、複数のエッジ点の配列を、最小二乗法により直線に近似することで、前記検知面に接触した物体のエッジ線を推定するエッジ線推定手段をさらに備えることができる。
【００１０】
このように、エッジ点の配列を最小二乗法により直線に近似することで、例えば本発明の装置をロボットの足や手に搭載した場合には、階段の縁や壁の縁などの直線的なエッジ線を検出することができる。
【００１１】
また、前記した装置においては、前記複数の圧力検出部は、前記検知面において、第１の領域に配列されるとともに、当該第１の領域とは所定の間隔を空けて設けられた第２の領域に配列することが望ましい。
【００１２】
このように、第１の領域と第２の領域の間に、圧力検出部を設けない間隔を設けることで、圧力検出部の数を少なくして演算量を低減するとともに、コストダウンおよび小型軽量化を図ることができる。
【００１３】
前記した、第１の領域と第２の領域を有するエッジ推定装置においては、前記複数の圧力検出部は、前記第１の領域と前記第２の領域が前記所定の間隔を挟んで対向する方向に直交する方向に沿って、前記第１の領域内および前記第２の領域内で、それぞれ複数列配列されていることが望ましい。
【００１４】
このように、第１の領域および第２の領域内で、それぞれ圧力検出部が複数列設けられていることで、それぞれの領域内に１列しか圧力検出部が無い場合に比較して、エッジ線が延びる方向の精度（分解能）を高くすることができる。
【００１５】
前記したエッジ線を推定可能な装置においては、前記エッジ線推定手段は、隣接するエッジ点同士を繋いだ方向を算出する方向算出部を有し、前記方向算出部が算出した方向が、隣接する位置において所定値以上異なる方向である場合に、異なる方向のエッジ線が交差していると推定し、同じ方向のエッジ線を形成すると推定したエッジ点の群を用いて最小二乗法により直線の近似を行う構成とすることができる。
【００１６】
このように、方向算出部により算出した方向により、エッジ線を形成するエッジ点を群に分けることで、複数のエッジ線を推定することが可能となる。
【００１７】
前記した課題を解決する本発明のエッジ推定方法は、検知面上に配列された複数の圧力検出部の検出値に基づいて検知面に接触した物体のエッジを推定する方法であって、前記圧力検出部が検出した圧力に基づき、隣接する圧力検出部が検出した圧力の圧力差を演算するステップと、前記圧力差の大きさが所定の閾値を超えたか否かを判定し、超えた場合に、当該圧力差を求めた圧力検出部の位置を、前記検知面に接触した物体のエッジの位置に対応するエッジ点であると判定するステップとを備えることを特徴とする。
【００１８】
このような方法によれば、検知面上に配列された複数の圧力検出部で検出した圧力の圧力差を求める演算と、圧力差と閾値の比較演算のみで、容易かつ正確にエッジ点を検出することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のエッジ推定装置およびエッジ推定方法によれば、容易かつ正確にエッジ点を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】感圧ユニットの分解斜視図である。
【図２】感圧ユニットの断面図である。
【図３】演算装置のブロック図である。
【図４】エッジ線の算出方法を説明する図である。
【図５】エッジ線の算出処理のフローチャートである。
【図６】第２実施形態に係る演算装置のブロック図である。
【図７】複数のエッジ線の算出方法を説明する図である。
【図８】複数のエッジ線の算出処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
次に、本発明の第１実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、第１実施形態に係るエッジ推定装置１は、検知面Ｓを有する感圧ユニット１０と、感圧ユニット１０の検知出力に基づきエッジ点およびエッジ線を演算により推定する演算装置２０とを備えている。
【００２２】
感圧ユニット１０は、ロボットの足（図示せず）の裏などに、検知面Ｓを露出させて設けられる。ロボットの足の裏に感圧ユニット１０を配置した場合の一例として、図１および図４に、ロボットの前後および左右の方向を示した。
【００２３】
感圧ユニット１０は、ブロック状シート１１と、スポンジ１２と、プッシャ１３と、プッシャガイド１４と、ダイヤフラムアレイ１５と、感圧センサアレイ１６とを備えて構成されている。
【００２４】
図１および図２に示すように、ブロック状シート１１は、正方形状の外形を有するゴム状のシートであり、検知面Ｓとその裏面Ｓ′の両方に前後左右に格子状に延びる溝１１ａが形成されている。溝１１ａにより区画された各ブロック１１ｃ（図１のハッチング参照）は、検知面Ｓにおける１区画の検知領域であり、この領域に接触した物体からの圧力が、感圧センサアレイ１６の後述する各感圧センサ１６ｂに伝えられて検知されるようになっている。溝１１ａは、各ブロック１１ｃに外部の物体からかかる力を、ブロック１１ｃごとに分離する機能を果たす。つまり、溝１１ａがあることにより、各ブロック１１ｃは、薄い連結部１１ｂのみにより結合されるので、１つのブロック１１ｃにかかった外力は、隣接するブロック１１ｃには伝わりにくくなっている。各ブロック１１ｃの検知面Ｓは圧力検出部の一例である。
【００２５】
スポンジ１２は、発泡樹脂などからなり、ブロック状シート１１と同様の正方形状の外形を有する部材である。スポンジ１２は、ブロック状シート１１の裏面Ｓ′に接触するように設けられ、ブロック状シート１１の検知面Ｓに圧力が掛かったときにブロック状シート１１が撓むことを許容しつつ、この圧力を適度に分散させてプッシャ１３に伝達する機能を果たす。各ブロック１１ｃの検知面Ｓに掛かった圧力は、スポンジ１２を介してプッシャ１３に伝わることにより、多少圧力分布がぼやかされて複数のプッシャ１３に伝わることになる。これにより、階段のエッジなどが検知面Ｓに当たって一部のブロック１１ｃのみに大きな圧力が掛かったとしても、この圧力を適度に分散させ、プッシャ１３、プッシャガイド１４またはダイヤフラムアレイ１５の破損を防止することができる。
【００２６】
プッシャ１３は、スポンジ１２に掛かった圧力を感圧センサアレイ１６の各感圧センサ１６ｂに伝達する部材である。プッシャ１３は、全体として棒状に形成され、感圧センサアレイ１６側の円柱部１３ａと、円柱部１３ａと一体に形成され、スポンジ１２側の端面で正方形（ブロック１１ｃと合致した形状）となる角錐部１３ｂとを備えて構成されている。プッシャ１３のスポンジ１２側の端面は、各ブロック１１ｃに掛かった圧力をもれなく受け止めるため、各ブロック１１ｃに合致した形状を有している。プッシャ１３の感圧センサアレイ１６側の端面は円形となっているが、感圧センサ１６ｂの面全体にある程度均一な圧力を掛けられる十分な大きさを有していれば、形状は任意である。
【００２７】
プッシャガイド１４は、全体として正方形の板状に形成され、およそプッシャ１３の形状に合ったガイド穴１４ａが表裏を貫通して設けられている。ガイド穴１４ａは、左端および右端の各辺から３列（前後方向に並ぶ配列を「列」とする。）、前後方向には前端から後端にわたって９行（左右方向に並ぶ配列を「行」とする。）、格子点状に配列されている。図１には、プッシャ１３を３つのみ代表して図示しているが、プッシャ１３は、各ガイド穴１４ａにそれぞれ１つずつ挿入されて配置されている。
【００２８】
ダイヤフラムアレイ１５は、プッシャ１３に掛かった圧力を感圧センサ１６ｂに安定して伝えるためのゴム状の部品である。ダイヤフラムアレイ１５は、プッシャ１３の感圧センサ１６ｂ側の円柱部１３ａに被さるカップ形状のダイヤフラム１５ａと、厚い板状の支持部１５ｂを有し、支持部１５ｂとダイヤフラム１５ａとが薄肉の接続部１５ｃにより接続されている。各ダイヤフラム１５ａは、支持部１５ｂにより隔離され、ダイヤフラム１５ａと支持部１５ｂを接続する接続部１５ｃが薄肉であることで、１つのプッシャ１３から１つのダイヤフラム１５ａに掛かる力は、隣接するダイヤフラム１５ａには伝わらないようになっている。ダイヤフラム１５ａは、プッシャガイド１４のガイド穴１４ａに対応して配列されている。
【００２９】
感圧センサアレイ１６は、感圧センサ１６ｂを格子点状に配置してなるセンサアレイで、回路基板１６ａ上に、外部からの圧力に応じて電気抵抗値が変化する感圧ゴムからなる感圧センサ１６ｂをガイド穴１４ａおよびダイヤフラム１５ａに対応させて配列したものである。詳細は図示しないが、回路基板１６ａ上の各感圧センサ１６ｂに対応する部位には、感圧センサ１６ｂの抵抗を測定するための接点が設けられている。各感圧センサ１６ｂは、円板形状をなし、円形面はダイヤフラム１５ａに対面している。
【００３０】
上述のように、各感圧センサ１６ｂと、これに対応するダイヤフラム１５ａ、プッシャ１３は、左端から３列と、右端から３列の範囲にのみ設けられおり、検知面Ｓにおいて、左端から３列に対応する範囲が、複数の圧力検出部が配列された第１の領域１１Ｐであり、右端から３列に対応する範囲が、複数の圧力検出部が配列された第２の領域１１Ｑであり、その間の約３列分に相当する部分が、圧力検出部とならない所定の空間となる第３の領域１１Ｒである。複数の圧力検出部は、第１の領域１１Ｐと第２の領域１１Ｑが第３の領域１１Ｒを挟んで対向する方向（左右方向）に直交する方向（前後方向）に沿って、第１の領域１１Ｐ内および第２の領域１１Ｑ内で、それぞれ複数列（３列）配列されている。
【００３１】
このように、右端の第１の領域１１Ｐおよび左端の第２の領域１１Ｑに圧力検出部を設け、その間の第３の領域１１Ｒには圧力検出部を設けなくても、ロボットの足の裏に感圧ユニット１０を配置して階段のエッジを検出しようとする場合などは、階段のエッジが略左右方向に接触することが想定できるので、実用上十分な精度で階段のエッジ線を推定することが可能である。そのため、第３の領域１１Ｒに圧力検出部を設けないようにすることで、エッジ線を比較的正確に検出しつつ、コストダウンを図ることができる。
【００３２】
演算装置２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなど有する計算機であり、予め用意したプログラムを実行することで、感圧センサ１６ｂが検出した圧力に基づき、エッジ点およびエッジ線を推定するように構成されている。図３に示すように、演算装置２０は、圧力差演算手段２１と、エッジ点判定手段２２と、エッジ線推定手段２３と、記憶手段２９ｃを備えている。
【００３３】
圧力差演算手段２１は、感圧センサ１６ｂの圧力検出値（具体的には回路基板１６ａからの信号）が入力され、隣接する圧力検出部（感圧センサ１６ｂ）が検出した圧力の圧力差を演算する部分であり、図４に示す前後方向（Ｙ方向とする）に隣接する圧力検出部が検出した圧力値の差を演算する。すなわち、図４のＸ位置がｍ、Ｙ位置がｎの圧力検出部の圧力値をＰm n、圧力差をΔＰm nとすると、
ΔＰm n＝Ｐm n−Ｐm n+1
により演算する。もちろん、ΔＰm n＝Ｐm+1 n−Ｐm nとしても構わない。
圧力差演算手段２１が算出した圧力差ΔＰm nは、エッジ点判定手段２２に出力される。
【００３４】
エッジ点判定手段２２は、圧力差演算手段２１が算出した圧力差ΔＰm nの大きさが所定の閾値Ｐｔｈを超えたか否かを判定し、超えた場合に、圧力差ΔＰm nを求めた圧力検出部の位置（これを「感圧点」とする。）を、検知面Ｓに接触した物体のエッジの位置に対応するエッジ点であると判定する部分である。所定の閾値Ｐｔｈは、予め記憶手段２９に記憶してある。なお、所定の閾値Ｐｔｈは、一例として次のように設定することができる。例えば、ロボットの体重の５％〜１０％の荷重が足の裏にかかった際に各感圧センサ１６ｂの出力（無負荷時との電位差）が２Ｖ以上になるように感圧センサ１６ｂが作られている場合、エッジ点を判定する閾値Ｐｔｈは電位差２Ｖとすることができる。
【００３５】
エッジ点判定手段２２は、所定の閾値Ｐｔｈを記憶手段２９から読み出し、閾値Ｐｔｈを圧力差ΔＰm nと比較する。エッジ点判定手段２２は、比較判定の結果、感圧点［ｍ，ｎ］がエッジ点であると判定した場合には、感圧点［ｍ，ｎ］に対応する記憶領域のフラグを立てて感圧点の位置を記録する。なお、この圧力差ΔＰm nと閾値Ｐｔｈとの比較判定は、シュミットトリガを用いてもよい。エッジ点判定手段２２により判定された感圧点の位置は、このフラグを介してエッジ線推定手段２３に出力される。
【００３６】
エッジ線推定手段２３は、エッジ点判定手段２２が判定した、複数のエッジ点の配列を、最小二乗法により直線に近似することで、検知面Ｓに接触した物体のエッジ線を推定する部分である。具体的には、図４に示した黒点のように、複数の感圧点［ｍ，ｎ］の座標を用い、最小二乗法により近似直線を求めれば、この近似直線がエッジ線Ｌ１と推定することができる。
【００３７】
記憶手段２９は、閾値Ｐｔｈの他、演算に必要な係数および演算式を記憶している。
【００３８】
このように構成されたエッジ推定装置１によるエッジ点およびエッジ線の推定方法について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。
図５に示す処理は、例えば、エッジ推定装置１が搭載されたロボットが歩行している最中に適宜なタイミングで実行される。エッジ推定を行う場合、図５に示すように、まず、圧力差演算手段２１が、感圧センサ１６ｂが検出した圧力値Ｐm nをすべての座標について取得する（Ｓ１１）。そして、圧力差演算手段２１は、Ｙ方向に隣接する感圧点［ｍ，ｎ］同士の圧力差ΔＰm nをすべての座標（ｎ＝８まで）について算出する（Ｓ１２）。
【００３９】
次に、エッジ点判定手段２２は、各感圧点［ｍ，ｎ］について、圧力差ΔＰm nの絶対値が閾値Ｐｔｈより大きいか否かを判定し、大きい場合には（Ｓ１３，Ｙｅｓ）、感圧点［ｍ，ｎ］をエッジ点と判定して、所定の記憶領域のフラグを立て（Ｓ１４）、大きくない場合には（Ｓ１３，Ｎｏ）、フラグを立てずにステップＳ１５に進む。そして、すべての感圧点［ｍ，ｎ］で判定が終了していなければ（Ｓ１５，Ｎｏ）、ステップＳ１３に戻って次の感圧点［ｍ，ｎ］での判定を続け、すべての感圧点［ｍ，ｎ］で判定が終了していれば（Ｓ１５，Ｙｅｓ）、ステップＳ２０に進む。
【００４０】
そして、エッジ線推定手段２３は、エッジ点判定手段２２により求めたエッジ点の座標を用い、最小二乗法により近似曲線を算出する（Ｓ２０）。この近似曲線がエッジ線Ｌ１となる。
【００４１】
以上のようにして、本実施形態のエッジ推定装置１によれば、圧力差ΔＰm nの算出と閾値Ｐｔｈの大きさの比較という、非常に簡易な処理でエッジ点を正確に求めることができる。そして、最小二乗法による近似直線の算出という、簡易な演算によりエッジ線Ｌ１を正確に推定することができる。そして、本実施形態のエッジ推定装置１では、第１の領域１１Ｐと第２の領域１１Ｑに圧力検出部を設け、第３の領域１１Ｒには圧力検出部を設けていないので、比較的正確なエッジ線Ｌ１を求めることが可能でありながら、コストダウンを図ることができる。
【００４２】
そして、複数の圧力検出部は、前後方向に沿って、第１の領域１１Ｐ内および第２の領域１１Ｑ内で、それぞれ３列ずつ配列されているので、１列ずつのみ配列されている場合に比較して、最小二乗法により算出されるエッジ線Ｌ１の方向のバリエーションが多くなり、エッジ線Ｌ１の方向についての推定精度（分解能）を高くすることができる。
【００４３】
［第２実施形態］
次に、複数のエッジ線の推定を可能とするエッジ推定装置１の実施形態について説明する。なお、第２実施形態においては、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。
複数のエッジ線を推定する場合、複数のエッジ線を正確に推定するため、第１実施形態において第３の領域１１Ｒにも圧力検出部を設けるのが望ましい。そのため、ここでは、検知面Ｓの全面にわたって９列９行の圧力検出部が設けられている構成で説明する。
【００４４】
複数のエッジ線を推定する場合、エッジ線推定手段２３は、エッジ点から最小二乗法によりエッジ線を算出する前に、最小二乗法によりエッジ線を算出するのに用いるエッジ点を、１本のエッジ線を構成すると推定される群にグループ分けする。そのため、図６に示すように、演算装置２０のエッジ線推定手段２３は、隣接するエッジ点同士を繋いだ方向を算出する方向算出部２３ａを有する。そして、エッジ線推定手段２３は、方向算出部２３ａが算出した方向が、隣接する位置において所定値以上異なる方向である場合に、異なる方向のエッジ線が交差していると推定し、同じ方向のエッジ線を形成すると推定したエッジ点の群を用いて最小二乗法により直線の近似を行うように構成されている。
【００４５】
具体的に、複数のエッジ線の算出処理について図７および図８を参照しながら説明する。図８において、ステップＳ１１からステップＳ１５までは、エッジ点の算出処理であり、第１実施形態と同じである。ステップＳ３１において、方向算出部２３ａは、Ｘ方向に隣接するエッジ点同士を繋いだ方向Ｄm（ｍはＸ座標）を算出する（図７も参照）。そして、エッジ線推定手段２３は、隣接するＸ位置の感圧点同士の方向Ｄmの差の絶対値｜Ｄm−Ｄm-1｜が、所定の閾値Ｄｔｈより大きいか否か判定し、大きい場合には（Ｓ３２，Ｙｅｓ）、群カウント値ｊを１だけカウントアップする（Ｓ３３）。そして、Ｘ＝ｍにおけるエッジ点に対応する群番号Ｇｍに群カウント値ｊの値を代入する（Ｓ３４）。ステップＳ３２において、｜Ｄm−Ｄm-1｜が、所定の閾値Ｄｔｈより大きくない場合（Ｓ３２，Ｎｏ）、Ｘ＝ｍにおけるエッジ点は、Ｘ＝ｍ−１におけるエッジ点と同じエッジ線を構成すると推定されるので、ｊをカウントアップすることなく群番号Ｇｍに群カウント値ｊの値を代入する（Ｓ３４）。
【００４６】
そして、群番号Ｇｍの設定が、最大のＸ位置まで終了していなければ（Ｓ３５，Ｎｏ）、ステップＳ３２に戻って群番号Ｇｍの設定（ステップＳ３２〜Ｓ３４）を繰り返し、最大のＸ位置まで終了していれば（Ｓ３５，Ｙｅｓ）、ステップＳ３６に進む。
【００４７】
そして、ステップＳ３６において、エッジ線推定手段２３は、群番号Ｇｍの値が同じエッジ点を１つの群として、この群ごとに最小二乗法で近似曲線を算出する。この計算の過程による処理を、例えば、図７の例で見ていくと、Ｘ＝１〜４までの方向Ｄ1〜Ｄ4は、隣接する方向Ｄmが大きくは変化していないので、Ｘ＝１〜４のエッジ点を１番目のグループとする。そして、方向Ｄ4と方向Ｄ5とは、方向が大きく変化しているので、Ｘ＝５（方向Ｄ5）で群カウント値ｊを２とし、Ｘ＝５〜９は、２番目のグループとする。そして、エッジ線推定手段２３が、Ｘ＝１〜４のエッジ点の群から、最小二乗法によりエッジ線Ｌ２を算出し、Ｘ＝５〜９のエッジ点の群から、最小二乗法によりエッジ線Ｌ３を算出する処理をする。
【００４８】
このように、本実施形態のエッジ推定装置１によれば、検知面Ｓに接触した物体に複数のエッジ線がある場合においても、比較的簡易な処理で、複数のエッジ線を推定することができる。
【００４９】
以上に本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されることなく、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、前記実施形態においては、ロボットの足の裏に本発明のエッジ推定装置を設ける場合を一例に挙げたが、本発明のエッジ推定装置は、ロボットの手に設けてもよいし、タッチパネルや電子ゲームのコントローラのように、人が接触することにより情報を入力する入力デバイスとして用いることもできる。
【００５０】
また、前記実施形態においては、エッジ線を推定する過程でエッジ点とエッジ線の両方を推定する装置について例示したが、エッジ点のみを推定する装置として構成することもできる。
【００５１】
さらに、第１の領域１１Ｐと第２の領域１１Ｑに、それぞれ１列のみの圧力検出部を設けるように圧力検出部を配列してもよい。
【００５２】
また、前記実施形態においては、コンピュータプログラムを用いた演算を行うように説明したが、同様の機能を有する専用のＩＣ回路を構築して演算を行ってもよい。これによれば、より高速な処理が可能である。
【００５３】
前記実施形態においては、圧力検出部は、縦横の直交方向に並んで配置されていたが、正六角形の圧力検出部のブロックを密に配列したハニカム状に配列してもよいし、正三角形の圧力検出部のブロックを密に配列することもできる。
【符号の説明】
【００５４】
１ エッジ推定装置
１０ 感圧ユニット
１１ ブロック状シート
１１Ｐ 第１の領域
１１Ｑ 第２の領域
１１Ｒ 第３の領域
１１ａ 溝
１１ｂ 連結部
１１ｃ ブロック
１２ スポンジ
１３ プッシャ
１４ プッシャガイド
１４ａ ガイド穴
１５ ダイヤフラムアレイ
１６ 感圧センサアレイ
１６ａ 回路基板
１６ｂ 感圧センサ
２０ 演算装置
２１ 圧力差演算手段
２２ エッジ点判定手段
２３ エッジ線推定手段
２３ａ 方向算出部
２９ｃ 記憶手段
Ｓ 検知面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知面上に配列された複数の圧力検出部と、
前記圧力検出部が検出した圧力に基づき、隣接する圧力検出部が検出した圧力の圧力差を演算する圧力差演算手段と、
前記圧力差演算手段が算出した圧力差の大きさが所定の閾値を超えたか否かを判定し、超えた場合に、当該圧力差を求めた圧力検出部の位置を、前記検知面に接触した物体のエッジの位置に対応するエッジ点であると判定するエッジ点判定手段と、
を備えることを特徴とするエッジ推定装置。
【請求項２】
前記エッジ判定手段が判定した、複数のエッジ点の配列を、最小二乗法により直線に近似することで、前記検知面に接触した物体のエッジ線を推定するエッジ線推定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のエッジ推定装置。
【請求項３】
前記複数の圧力検出部は、前記検知面において、第１の領域に配列されるとともに、当該第１の領域とは所定の間隔を空けて設けられた第２の領域に配列されたことを特徴とする請求項２に記載のエッジ推定装置。
【請求項４】
前記複数の圧力検出部は、前記第１の領域と前記第２の領域が前記所定の間隔を挟んで対向する方向に直交する方向に沿って、前記第１の領域内および前記第２の領域内で、それぞれ複数列配列されていることを特徴とする請求項３に記載のエッジ推定装置。
【請求項５】
前記エッジ線推定手段は、隣接するエッジ点同士を繋いだ方向を算出する方向算出部を有し、前記方向算出部が算出した方向が、隣接する位置において所定値以上異なる方向である場合に、異なる方向のエッジ線が交差していると推定し、同じ方向のエッジ線を形成すると推定したエッジ点の群を用いて最小二乗法により直線の近似を行うことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のエッジ推定装置。
【請求項６】
検知面上に配列された複数の圧力検出部の検出値に基づいて検知面に接触した物体のエッジを推定する方法であって、
前記圧力検出部が検出した圧力に基づき、隣接する圧力検出部が検出した圧力の圧力差を演算するステップと、
前記圧力差の大きさが所定の閾値を超えたか否かを判定し、超えた場合に、当該圧力差を求めた圧力検出部の位置を、前記検知面に接触した物体のエッジの位置に対応するエッジ点であると判定するステップと
を備えることを特徴とするエッジ推定方法。
【請求項１】
検知面上に配列された複数の圧力検出部と、
前記圧力検出部が検出した圧力に基づき、隣接する圧力検出部が検出した圧力の圧力差を演算する圧力差演算手段と、
前記圧力差演算手段が算出した圧力差の大きさが所定の閾値を超えたか否かを判定し、超えた場合に、当該圧力差を求めた圧力検出部の位置を、前記検知面に接触した物体のエッジの位置に対応するエッジ点であると判定するエッジ点判定手段と、
を備えることを特徴とするエッジ推定装置。
【請求項２】
前記エッジ判定手段が判定した、複数のエッジ点の配列を、最小二乗法により直線に近似することで、前記検知面に接触した物体のエッジ線を推定するエッジ線推定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のエッジ推定装置。
【請求項３】
前記複数の圧力検出部は、前記検知面において、第１の領域に配列されるとともに、当該第１の領域とは所定の間隔を空けて設けられた第２の領域に配列されたことを特徴とする請求項２に記載のエッジ推定装置。
【請求項４】
前記複数の圧力検出部は、前記第１の領域と前記第２の領域が前記所定の間隔を挟んで対向する方向に直交する方向に沿って、前記第１の領域内および前記第２の領域内で、それぞれ複数列配列されていることを特徴とする請求項３に記載のエッジ推定装置。
【請求項５】
前記エッジ線推定手段は、隣接するエッジ点同士を繋いだ方向を算出する方向算出部を有し、前記方向算出部が算出した方向が、隣接する位置において所定値以上異なる方向である場合に、異なる方向のエッジ線が交差していると推定し、同じ方向のエッジ線を形成すると推定したエッジ点の群を用いて最小二乗法により直線の近似を行うことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のエッジ推定装置。
【請求項６】
検知面上に配列された複数の圧力検出部の検出値に基づいて検知面に接触した物体のエッジを推定する方法であって、
前記圧力検出部が検出した圧力に基づき、隣接する圧力検出部が検出した圧力の圧力差を演算するステップと、
前記圧力差の大きさが所定の閾値を超えたか否かを判定し、超えた場合に、当該圧力差を求めた圧力検出部の位置を、前記検知面に接触した物体のエッジの位置に対応するエッジ点であると判定するステップと
を備えることを特徴とするエッジ推定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２３２１２４（Ｐ２０１１−２３２１２４Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０１７４４（Ｐ２０１０−１０１７４４）
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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