把持力とは?把持力測定を活用した研究開発事例を紹介

NISSHAでは、把持力の測定に活用できる摩擦・せん断力センサーを開発しています。この記事では、把持力の概要と、インターネット上で公開されている把持力を活用した研究開発について5つの事例を紹介します。
人が生活する上で、何かをつかむ(把持する)動作は欠かせません。こうして無意識に行っている把持動作のデータを取得・分析できれば、介護、スポーツ、産業などの多様な場面で活用することが可能です。

把持力を活用した調査・研究や把持力センサーの活用に興味がある方は、ぜひこの記事をご確認ください。

「把持」とは、ものをつかみ、保ち続けることを意味します。「把持力」は、把持する(ものをつかみ続ける)ために必要な力です。人の手や足が何かをつかむ力だけでなく、ロボットハンドがものをつかむ力も把持力とよぶことがあります。

把持力の測定データは、誰しもが使いやすいバリアフリー製品の開発や、ロボットハンドの性能評価など、幅広いシーンで活用されています。

把持力とは

把持力評価・測定の活用事例

把持力を評価、測定し、その結果をどのように活用しているか、具体的な活用事例を紹介します。

使いやすい日用品を開発するための把持力データ取得

把持力の測定結果は、使いやすい日用品を開発するために用いられています。

日用品のほとんどは、若壮年層の健常者向けに設計されています。しかし、手指の筋力や機能は年齢を重ねると共に低下していくため、日用品の中には高齢者にとって使いにくいものが存在します。

高齢者にやさしく、使いやすい生活用品を設計するには、高齢者の手指の把持力データを取得し、設計に活かすことが効果的です。

例えば円筒や直方体の容器を握った際の、容器の形状と把持力を調べた測定データにより、高齢者でも使いやすいコップなどの生活用品が設計されています。また、手すりなどのバリアフリー用品を、どこにどのような形状で設置すればいいか判断するために、把持力の測定結果が活用できます。

高齢者の外反母趾重症度と筋機能の関連性

把持力のデータは、高齢者に生じやすい歩行障害の確認にも活用できます。

高齢者は、外反母趾変形による痛みで歩行障害が生じやすい恐れがあります。歩行障害が生じると転倒するリスクが高くなるため、転倒によるけがや行動範囲の制限によるさらなる筋力低下などが懸念され、早期の把握と対策が必要です。

実際に症状が出てからでは十分な対策ができません。しかし、外反母趾変形の大きな要因の一つとして、足趾の筋力低下の影響が想定されているため、足の把持力データの変化を確認できれば、筋力低下の傾向をつかみとることができます。

このように大きな影響が出る前に症状の兆候を把握し、対策を早期に取ることで歩行障害の予防が可能です。

足把持力とスプリント力の影響分析

足の把持力は歩行時の前後方向における安定性に関連することが知られていますが、それ以外にもさまざまな対象との関係性に関する研究が進められています。その一つがスプリント力との関係です。

把持力センサーを活用した研究によると、把持力の強弱がスプリント力に影響を与えることが明らかになりました。足把持力を測定することで、スプリント能力や年齢によるスプリント力の変化を客観的なデータとして示すことが可能です。

ロボットハンドによる未知形状物体の把持

把持力のデータは、人を対象とした用途だけでなくロボット向けにも広く活用されています。

ロボットに複雑な作業を担わせる場合には、シンプルな二本指のハンドや吸着ハンドではなく、人間の手に類似したロボットハンドが必要とされます。例えば、形状が事前に明確になっていない未知の形状の物体を適切に把持するためには、ロボット形状の最適化に加えて、「どのようにつかむか」といった制御検討が必要です。そのため、把持力データをロボットハンドのセンサーに反映させる等、ロボットへの展開も進められています。

把持力を活用した制御方法の一例として、乳児の握り反射(乳児の手のひらに指を当てると反射的に握る動き)を模擬するようなものがあります。さまざまな把持における動きやデータを分析し活用することで、ロボットハンドへのさらなる発展が期待されます。

対象物の形状に馴染む把持動作を実現するロボットハンドの機構開発

把持力のデータがロボットハンドの機構開発に活用された例もご紹介します。

電動モータを駆動源とするロボットハンドは、正確な位置制御がメリットです。しかし、ロボットハンド自体が電動モータの影響で大きく、重くなってしまいます。また、正確な位置制御が難しい複雑な形状や柔らかさが異なる対象物には向いていません。

そこで、より小型化・軽量化されたロボットハンドで、柔らかい対象物でも正確につかめるように、把持力センサーで対象物の形状や柔らかさを正確につかむ取り組みが行われています。

対象物をつかむ際の力を正確に取得できるため、制御精度を向上させることが可能です。また、アクチュエータの数を最小限に抑えることで、ロボットハンド自体の小型軽量化も実現しています。

関連資料

3軸力覚の面内分布測定

摩擦・せん断力センサーの
製品カタログ/用途別事例集

▶︎ 資料をダウンロードする

NISSHAの摩擦・せん断力センサーは把持力測定に活用できます

ここまで把持力を活用した研究事例を紹介してきました。これらの事例では、足指筋力計やロードセル、重心動揺計などのさまざまな計測機器が使われています。
NISSHAの摩擦・せん断力センサーは、これら従来の把持力測定機器とは全く異なるコンセプトの機器として開発されています。

NISSHAの摩擦・せん断力センサーは把持力測定に活用できます

NISSHAの摩擦・せん断力センサーは次のような特長を持っています。

・フィルムタイプのセンサー
基材にフィルムを使用した薄くて柔軟なセンサーです。フィルム基材を湾曲させて使用することができるので、曲面部に搭載することが可能です。この特徴を利用すれば、ロボットの指部や人の足裏など、研究対象物の表面にかかる把持力を直接測定することが可能になります。

・摩擦力と押圧力を同時に測定
センサー表面を横に滑る力(摩擦力)とセンサー表面を押す力(押圧力)を同時に検出します。摩擦力については力の方向も検出が可能です。つまり、摩擦力(x,y軸方向)と押圧力(z軸方向)の3軸の力を測定できる3軸力覚センサーになっています。

・多点同時測定(マルチアレイセンサー)
基材フィルム表面には3軸力覚センサーがマトリックス状に形成されているので、広い面積での摩擦力と押圧力のベクトル分布を分析することが可能です。
この機能は指の各部位にかかる把持力の分布の分析や、足裏が床面に与える力の分析などに活用できると考えています。

把持力のデータは、さまざまな人が使いやすい製品の開発や機能の確認、生活しやすい環境の整備、さらには工場の自動化を実現するロボットハンドなど、幅広い分野での研究開発に活用されています。
NISSHAが開発する摩擦・せん断力センサーは、さまざまな場面での把持力測定に貢献できる可能性があります。摩擦・せん断力センサーについて、くわしくは製品webサイトで紹介しています。ぜひ、ご覧ください。

(参考資料)
・株式会社 共和電業 「共和技報 第514号」
 https://www.kyowa-ei.com/jpn/file/download/technical/magazine/giho_topics/to550/giho_topics_514.pdf

・神戸学院総合リハビリテーション研究 第11巻第1号
 http://www.reha.kobegakuin.ac.jp/~rehgakai/journal/no11-1-endai08.pdf

・金沢星稜大学 人間科学研究 第5巻 第1号
 https://www.seiryo-u.ac.jp/u/research/gakkai/ronbunlib/h_ronsyu_pdf/5_1/p31_oomori_msugibayashi_shimada_oota.pdf

・日本機械学会論文集 C編 71 巻 (2005) 705 号
 https://www.jstage.jst.go.jp/article/kikaic1979/71/705/71_705_1646/_article/-char/ja/

・ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集 2008 巻 (2008)
 https://www.jstage.jst.go.jp/article/jsmermd/2008/0/2008__1A1-A11_1/_article/-char/ja/

関連記事

フォースプレートを補完するシート状3分力測定システムの提案|軽量・柔軟・簡単に持ち運び可能
フォースプレートを用いた床反力の測定は、スポーツ科学やリハビリテーションの分野で30年以上前から用い ... もっと見る

フォースプレートを補完するシート状3分力測定システムの提案|軽量・柔軟・簡単に持ち運び可能

足圧中心(COP)の測定方法と活用|シューズ開発・競技データ分析
足圧中心とは、足裏と接地面の間に作用する床反力の作用点のことです。足底圧中心やCOP(Center ... もっと見る

足圧中心(COP)の測定方法と活用|シューズ開発・競技データ分析

ロボットアームに役立つ6軸力覚センサー特徴や3軸との比較を解説
製造業界では、人手不足や生産効率向上の観点から、今まで人間が担っていた手作業をロボットアームに代替さ ... もっと見る

ロボットアームに役立つ6軸力覚センサー特徴や3軸との比較を解説

モーメントセンサーとしての摩擦・せん断力センサーの活用
モーメントとは、ある点を中心に物体を回転させるはたらきの大きさのことを指します。 「力の大きさ」×「 ... もっと見る

モーメントセンサーとしての摩擦・せん断力センサーの活用

ロボットの滑り覚測定に活用できるNISSHAの摩擦・せん断センサー
滑り覚とは、物体同士の位置変化が生じる際の速度や量を表します。滑り覚の研究は、ロボット開発の分野で重 ... もっと見る

ロボットの滑り覚測定に活用できるNISSHAの摩擦・せん断センサー

協働ロボットとは?特徴や産業用ロボットとの違いを解説
協働ロボットとは、人間と同じ空間で協働作業ができるロボットのことを指します。 消費者の趣味趣向は年々 ... もっと見る

協働ロボットとは?特徴や産業用ロボットとの違いを解説

バラ積みピッキングの自動化に貢献できるNISSHAの摩擦せん断力センサー
生産効率を上げる上で欠かせない自動化工程の一つとして、製品のピッキング作業が挙げられます。特に、バラ ... もっと見る

バラ積みピッキングの自動化に貢献できるNISSHAの摩擦せん断力センサー

触覚のメカニズムとは?圧力や凹凸、温度を感じる仕組みを解説
「触覚」はその名のとおり、ものを「触った」際に生じる感覚です。 水を触ったときに冷たさを感じたり、針 ... もっと見る

触覚のメカニズムとは?圧力や凹凸、温度を感じる仕組みを解説

座圧センサーとしての用途や活用方法を解説 ~NISSHAの摩擦・せん断力センサー~
座圧測定をする際には、一般的に垂直方向の力を測定できるセンサーを使用します。一方で、NISSHAは座 ... もっと見る

座圧センサーとしての用途や活用方法を解説 ~NISSHAの摩擦・せん断力センサー~

足圧センサーとしての用途や活用方法を解説 ~NISSHAの摩擦・せん断力センサー~
NISSHAの開発している摩擦・せん断力センサーは足圧の測定に活用できます。一般的に足圧を測定する際 ... もっと見る

足圧センサーとしての用途や活用方法を解説 ~NISSHAの摩擦・せん断力センサー~

急速に開発が進むソフトロボティクス 取り組み事例や課題を解説
「ロボット」と聞くと硬い金属でできたイメージを思い浮かべる方が多いのではないでしょうか。 硬い材質の ... もっと見る

急速に開発が進むソフトロボティクス 取り組み事例や課題を解説

カメラを活用したロボットハンド制御 メリットデメリットを解説
産業用ロボットや搬送用ロボットなど、製品を取り扱うロボットには必ずと言っていいほど「ロボットハンド」 ... もっと見る

カメラを活用したロボットハンド制御 メリットデメリットを解説

人間が感じる触覚の評価指標と計測デバイスについて解説
5Gなどの通信技術の向上と共に、ロボットの遠隔操作のように「自分の体と同調させて操作をする」技術や、 ... もっと見る

人間が感じる触覚の評価指標と計測デバイスについて解説

遠隔操作、自動化できる工程を触覚センサーによって拡大可能に
ロボットの遠隔操作技術の進歩によって、これまで人間がやっていた作業をロボットが実施できるようになって ... もっと見る

遠隔操作、自動化できる工程を触覚センサーによって拡大可能に

摩擦・せん断力センサーを応用した入力インターフェース
NISSHAの摩擦・せん断力センサーは、「ねじる、こする、弾く」などの多様な入力を可能にする力覚検知 ... もっと見る

摩擦・せん断力センサーを応用した入力インターフェース

ロボットハンドに使われるセンサーとは? トルクセンサーなど代表的な力覚、触覚センサーを解説
指先を使って作業をするとき、人間はさまざまな感覚を使いながら動きをコントロールしています。同じような ... もっと見る

ロボットハンドに使われるセンサーとは? トルクセンサーなど代表的な力覚、触覚センサーを解説

正確な力を測るのに欠かせない! 力覚センサーに求められる特性や種類を解説!
力覚センサーは複合的に作用している力の状態を計測できるセンサーです。臨機応変な対応が求められる高度な ... もっと見る

正確な力を測るのに欠かせない! 力覚センサーに求められる特性や種類を解説!

ロボットの進化に必須! 触覚センサーの種類と原理を解説
工場などで使われている従来のロボットには、あらかじめ決められた動きやルールに従って動作する位置制御が ... もっと見る

ロボットの進化に必須! 触覚センサーの種類と原理を解説

タクタイルとは? 心地いい使用感や直感的な操作にかかせない性質
私たちの身の回りには多くの入力インターフェース(機械と人間とをつなぐ接点)があります。これらを操作す ... もっと見る

タクタイルとは? 心地いい使用感や直感的な操作にかかせない性質

摩擦力、せん断力の面内分布を測定可能!さまざまな製品の研究開発に応用できます
製造業の研究開発部門では、摩擦力、せん断力を測定したいというニーズがあります。ロードセルのように、1 ... もっと見る

摩擦力、せん断力の面内分布を測定可能!さまざまな製品の研究開発に応用できます

ロボットハンドの種類と特徴を解説、さらなる高性能化を考察
ロボットは生産、加工現場だけでなく、医療、福祉などさまざまな場面で活用されています。ロボットに求める ... もっと見る

ロボットハンドの種類と特徴を解説、さらなる高性能化を考察

面圧の測定方法とセンシングデバイスを紹介
製造業の研究、開発現場ではさまざまな特性値を測定して、技術ノウハウを蓄積しています。面圧は、摩擦力を ... もっと見る

面圧の測定方法とセンシングデバイスを紹介

注目される食品工場でのロボット利用 活用事例と導入課題の解決策を解説
食品工場では、少子高齢化の進行による人手不足対策や生産性向上、作業者の負担軽減を目的として、ロボット ... もっと見る

注目される食品工場でのロボット利用 活用事例と導入課題の解決策を解説

開発と実用化が進むxR-仮想世界で活躍するインターフェース技術を紹介
現実とデジタル情報を融合させるxR(xReality)技術は、近年、開発と実用化が進んできました。 ... もっと見る

開発と実用化が進むxR-仮想世界で活躍するインターフェース技術を紹介

摩擦力・せん断力とは-NISSHAの摩擦・せん断力センサー技術
物体と物体が接触して動く際、その接触面には摩擦力が生じます。ネジ、ベアリング、衣服、靴、オイル……。 ... もっと見る

摩擦力・せん断力とは-NISSHAの摩擦・せん断力センサー技術

ユーザーインターフェースとは ―入力装置の今とこれからをまとめてみる
人が機械との間で情報伝達を行うユーザーインターフェースには、マウスやキーボードなど様々な種類がありま ... もっと見る

ユーザーインターフェースとは ―入力装置の今とこれからをまとめてみる

ロボットに新たな感覚を付与する、NISSHAの触覚センサー
指で押し込んだ時に感じる物の弾力。手を横に滑らせたときに感じる、ひっかかるようなザラザラとした表面の ... もっと見る

ロボットに新たな感覚を付与する、NISSHAの触覚センサー

見積り依頼/技術に関する相談

フィルムディバイス開発や量産におけるご相談はお気軽にご連絡ください

CLICK