JP2019132636A - Sensor assembly, stylus pen, drawing method guidance system, dental technician device, dental technician method display system, medical equipment, remote surgery system, and surgical method display system - Google Patents

Sensor assembly, stylus pen, drawing method guidance system, dental technician device, dental technician method display system, medical equipment, remote surgery system, and surgical method display system Download PDF

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Abstract

To improve the accuracy of a detection of an inclination of a pressure and sensor assembly in contact to an object in the sensor assembly including a 6-axis force sensor, without interfering with a field of view and operation.SOLUTION: A sensor assembly 100 includes a tubular housing 4, a tip end member 5 capable of contacting the object in a state in which a portion from one end of the housing 4 protrudes, a 6-axis force sensor 1 provided in the housing 4 and provided with a force point input unit 24 protruding on the tip end member 5 side, and a tip end member mounting portion 3 capable of attaching the tip end member 5 connected to the force point input unit 24 of the 6-axis force sensor 1, and the tip end member mounting portion 3 and the tip end member 5 is provided on an inner peripheral side of the housing 4 so that there is a space gap between it and the inner peripheral surface 4i of the housing 4.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、6軸フォースセンサを用いた、センサアッセンブリ、センサスタイラスペン、作品描画手法指導システム、歯科技工器具、歯科技工手法表示システム、医療用器具、遠隔手術システム、及び手術手法表示システムに関する。   The present invention relates to a sensor assembly, a sensor stylus pen, a work drawing technique guidance system, a dental technique instrument, a dental technique technique display system, a medical instrument, a remote operation system, and a surgical technique display system using a six-axis force sensor.

従来より、力やモーメントを検出するための力覚センサ装置を搭載した入力装置が知られている。例えば、ペン先を入力部とするペン型の入力装置が知られており、スタイラスペン等と呼ばれている。   Conventionally, an input device equipped with a force sensor device for detecting force and moment is known. For example, a pen-type input device using a pen tip as an input unit is known and is called a stylus pen or the like.

力覚センサ装置として、3軸検出タイプが一般的であるが、特許文献1には、個人認証の安全性を高めるために、ペンにより手書きサインを行ったときに得られる接触力の時系列データ(4次元データ)を利用する力覚センサ(6軸センサ、6軸フォースセンサともいう)が提案されている。4次元データは、タッチパネル垂直方向の圧力である筆圧のみではなく、接触点に作用する3次元成分を持った力ベクトルである。この特許文献1では、力覚センサで検出した4次元データと、予め登録した認証対象の個人の接触力の時系列データとを照合して、本人かどうかを識別する個人認証を行う手書きサイン個人認証が提案されている。   As a force sensor device, a three-axis detection type is generally used. However, Patent Document 1 discloses time series data of contact force obtained when a handwritten signature is performed with a pen in order to increase the safety of personal authentication. A force sensor (also referred to as a 6-axis sensor or a 6-axis force sensor) using (four-dimensional data) has been proposed. The four-dimensional data is a force vector having a three-dimensional component that acts on the contact point as well as the writing pressure that is the pressure in the vertical direction of the touch panel. In this Patent Document 1, a handwritten sign individual that performs personal authentication to identify whether or not the person is authentic by comparing four-dimensional data detected by a force sensor with time-series data of the contact force of an individual to be authenticated registered in advance. Authentication has been proposed.

また、近年医療技術の発展に伴い、患者手術ロボットと、その患者手術ロボット有線又はネットワークを介して接続される術者操作ロボットとを備える遠隔手術システムが広まっている。しかし、患者手術ロボットのアームが把持するメスやはさみが臓器や腹壁に接触していても、術者は手ごたえとして感知する事が出来ず、アームの圧迫など、メカニカルトラブルが発生することが報告されている。   In recent years, with the development of medical technology, remote surgery systems including a patient surgery robot and an operator operation robot connected via the patient surgery robot wired or network have become widespread. However, even if the scalpel or scissors held by the arm of the patient surgery robot is in contact with the organ or abdominal wall, the surgeon cannot detect it as a hand and mechanical problems such as arm compression have been reported. ing.

そこで、人間の把持操作を分析して、そのデータをロボットで用いることを目的に、人間の指先に装着し、操作を行っているときの、接触力データを検出する6軸力覚センサとして、特許文献2が提案されている。   Therefore, as a 6-axis force sensor for detecting contact force data when analyzing a human grip operation and using the data with a robot for wearing on a human fingertip and performing an operation, Patent Document 2 has been proposed.

特開2008−46781号公報JP 2008-46781 A 特許第427344号Patent No. 427344

しかし、特許文献1に示す構成では、図1(a)に示すように、ペン先92と、6軸センサ95との距離が長い。そのため、6軸センサ95への入力としてモーメントが大きくなるため、ペン先の振動などのノイズ源が増加し微小な力が検出しにくく、検出の精度が低かった。   However, in the configuration shown in Patent Document 1, the distance between the pen tip 92 and the six-axis sensor 95 is long as shown in FIG. For this reason, since the moment increases as an input to the 6-axis sensor 95, noise sources such as pen tip vibration increase, making it difficult to detect minute forces, and detection accuracy is low.

また、図1(a)に示す特許文献1、及び図1(b)に示す特許文献2の構成では、6軸センサ(95,903)が、把持用の軸(91,901)から突き出して設けられるため、6軸センサ(95,903)が、操作者の視野を狭め、先端部(92,902+904)の操作の邪魔になってしまう。   Further, in the configurations of Patent Document 1 shown in FIG. 1A and Patent Document 2 shown in FIG. 1B, the 6-axis sensor (95, 903) protrudes from the gripping shaft (91, 901). Therefore, the 6-axis sensor (95, 903) narrows the field of view of the operator and obstructs the operation of the tip (92, 902 + 904).

そこで、本発明は上記事情に鑑み、視野及び操作の邪魔にならずに、対象物への接触の圧力及びセンサアッセンブリの傾きの検出の精度を向上させることができる、6軸フォースセンサを含むセンサアッセンブリを提供する。   Therefore, in view of the above circumstances, the present invention provides a sensor including a 6-axis force sensor that can improve the accuracy of detecting the pressure of contact with the object and the inclination of the sensor assembly without interfering with the visual field and operation. Provide assembly.

上記課題を解決するため、本発明の一態様では、
筒状の筐体と、
前記筐体の一端から一部が突出した状態で、対象物に接触可能な先端部材と、
前記筐体内に設けられ、前記先端部材側に突出している力点入力部が設けられた、6軸フォースセンサと、
前記6軸フォースセンサの前記力点入力部に接続され、前記先端部材を取り付け可能な先端部材取付部と、を備え、
前記先端部材取付部及び前記先端部材は、前記筐体の内周面との間に空間ギャップが存在するように、前記筐体の内周側に設けられる
ことを特徴とするセンサアッセンブリ、を提供する。
In order to solve the above problems, in one embodiment of the present invention,
A cylindrical housing;
In a state in which a part protrudes from one end of the housing, a tip member that can contact an object;
A 6-axis force sensor provided in the housing and provided with a force point input portion protruding toward the tip member;
A tip member attaching portion connected to the force point input portion of the six-axis force sensor and capable of attaching the tip member;
Provided is a sensor assembly, wherein the tip member mounting portion and the tip member are provided on an inner peripheral side of the casing such that a space gap exists between the tip member mounting portion and the inner peripheral surface of the casing. To do.

一態様によれば、6軸フォースセンサを含むセンサアッセンブリにおいて、視野及び操作の邪魔にならずに、対象物への接触の圧力及びセンサアッセンブリの傾きの検出の精度を向上させることができる。   According to one aspect, in a sensor assembly including a 6-axis force sensor, it is possible to improve the accuracy of detecting the pressure of contact with an object and the inclination of the sensor assembly without disturbing the visual field and operation.

従来例の力覚センサを含むセンサアッセンブリの構成例である。It is a structural example of the sensor assembly containing the force sensor of a prior art example. 本発明の実施形態に係るセンサアッセンブリの構成例である。It is an example of composition of a sensor assembly concerning an embodiment of the present invention. センサアッセンブリに設けられる6軸センサを例示する斜視図である。It is a perspective view which illustrates the 6-axis sensor provided in a sensor assembly. 6軸センサ内のセンサチップを説明図であって、(a)はZ軸方向上側から視た図、(b)はZ軸方向上側から視た図である。It is explanatory drawing, the sensor chip | tip in a 6-axis sensor, Comprising: (a) is the figure seen from the Z-axis direction upper side, (b) is the figure seen from the Z-axis direction upper side. 6軸センサのセンサチップにおいて、各軸にかかる力及びモーメントを示す符号を説明する図である。It is a figure explaining the code | symbol which shows the force and moment concerning each axis | shaft in the sensor chip of a 6-axis sensor. センサチップ10のピエゾ抵抗素子の配置を例示する図である。2 is a diagram illustrating an arrangement of piezoresistive elements of a sensor chip 10. FIG. 起歪体20を例示する斜視図である。2 is a perspective view illustrating a strain generating body 20. FIG. 起歪体に力及びモーメントを印加した際の変形(歪)についてのシミュレーション結果(その1)である。It is the simulation result (the 1) about a deformation | transformation (distortion) at the time of applying a force and a moment to a strain body. 起歪体に力及びモーメントを印加した際の変形(歪)についてのシミュレーション結果(その2)である。It is the simulation result (the 2) about a deformation | transformation (distortion) at the time of applying a force and a moment to a strain body. 図8及び図9の力及びモーメントを印加した際にセンサチップ10に発生する応力についてのシミュレーション結果(その1)である。It is the simulation result (the 1) about the stress which generate | occur | produces in the sensor chip 10 when the force and moment of FIG.8 and FIG.9 are applied. 図8及び図9の力及びモーメントを印加した際にセンサチップ10に発生する応力についてのシミュレーション結果(その2)である。It is the simulation result (the 2) about the stress which generate | occur | produces in the sensor chip 10 when the force and moment of FIG.8 and FIG.9 are applied. 図8及び図9の力及びモーメントを印加した際にセンサチップ10に発生する応力についてのシミュレーション結果(その3)である。It is the simulation result (the 3) about the stress which generate | occur | produces in the sensor chip 10 when the force and moment of FIG.8 and FIG.9 are applied. センサアッセンブリにおけるアタッチメントと先端部材との他の接続の例である。It is an example of the other connection of the attachment and tip member in a sensor assembly. 6軸センサの他の構成例である。It is another structural example of a 6-axis sensor. センサアッセンブリをスタイラスペンに搭載する場合の構成例である。It is a structural example in the case of mounting a sensor assembly in a stylus pen. 図15のスタイラスペンのペン先がタッチパネルに接触した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the nib of the stylus pen of FIG. 15 contacted the touch panel. 本実施形態のスタイラスペンで、タッチパネルに入力している様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that it is inputting into a touchscreen with the stylus pen of this embodiment. スタイラスペンのペン先の種類を、共振周波数を用いて特定する例である。This is an example in which the type of the tip of the stylus pen is specified using the resonance frequency. スタイラスペンのペン先の種類を、インピーダンスとマイコンを用いて特定する例である。In this example, the type of the stylus pen tip is specified using an impedance and a microcomputer. 本実施形態のスタイラスペンで、文字を書いている最中にスタイラスペンの筆圧や向きについて指導を受ける例である。This is an example in which the stylus pen of the present embodiment receives guidance on the writing pressure and orientation of the stylus pen while writing characters. 図20を実現する作品描画手法指導システムのブロック図である。It is a block diagram of the work drawing technique guidance system which implement | achieves FIG. センサアッセンブリを歯科技工器具に搭載する場合の構成例である。It is a structural example in the case of mounting a sensor assembly on a dental technical instrument. 図21の歯科技工器具を使用した歯科技工手法表示システムの例である。It is an example of the dental technician technique display system using the dental technician instrument of FIG. 図21の歯科技工手法表示システムのブロック図である。It is a block diagram of the dental technician technique display system of FIG. センサアッセンブリを医療用メスに搭載する場合の構成例である。It is a structural example in the case of mounting a sensor assembly on a medical knife. 図24の医療用メス及び/又は医療用触手を使用した遠隔手術システムの例である。FIG. 25 is an example of a telesurgical system using the medical knife and / or medical tentacle of FIG. 24. 図26の遠隔手術システムのブロック図である。FIG. 27 is a block diagram of the telesurgical system of FIG. 26. 図25の医療用メス及び/又は医療用触手を使用した手術手法表示システムの例である。FIG. 26 is an example of a surgical technique display system using the medical knife and / or medical tentacle of FIG. 25. 図28の手術手法表示システムのブロック図である。It is a block diagram of the surgical technique display system of FIG. センサアッセンブリを靴底に搭載する場合の構成例である。It is a structural example in the case of mounting a sensor assembly on a shoe sole.

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

<共通構成例>
まず、下記、複数の実施形態に共通するセンサアッセンブリの構成例について、図2を用いて説明する。図2に、本発明の実施形態に係るセンサアッセンブリの構成例を示す。
<Common configuration example>
First, a configuration example of a sensor assembly common to the following embodiments will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a configuration example of the sensor assembly according to the embodiment of the present invention.

図2に示す、アッセンブリ100は、6軸フォースセンサ1と、アタッチメント(先端部材取付部)3と、筐体4と、先端部材5と、を備える。   The assembly 100 shown in FIG. 2 includes a 6-axis force sensor 1, an attachment (tip member attaching portion) 3, a housing 4, and a tip member 5.

先端部材5は、対象物との接触部51を含む接触部材である。先端部材5の接触部51ではない、筐体4の内側に挿入される嵌合部52には、雄ネジ53が形成されている。   The tip member 5 is a contact member including a contact portion 51 with an object. A male screw 53 is formed in the fitting portion 52 inserted inside the housing 4, not the contact portion 51 of the tip member 5.

先端部材5は、例えば、ペン先、筆ペン状導電性繊維、歯科技工器具(ドリル等)、医療用刃(メス)、医療用触手、靴底センサ等である。   The tip member 5 is, for example, a pen tip, a brush pen-like conductive fiber, a dental technique instrument (drill or the like), a medical blade (female), a medical tentacle, a shoe sole sensor, or the like.

筐体4は円筒状の筐体であって、ユーザー、技工者やロボット等が把持する部分である。先端部材5はノックにより、筐体4に収まってもよいが、使用の際は、先端部材5は、筐体4の一端から少なくとも一部が突出した状態で、対象物に接触する。   The case 4 is a cylindrical case and is a part that is held by a user, a technician, a robot, or the like. The tip member 5 may be housed in the housing 4 by knocking, but in use, the tip member 5 comes into contact with the object with at least a portion protruding from one end of the housing 4.

アタッチメント3は、6軸フォースセンサ1の力点入力部24に接続され、上記の先端部材5を取付可能である。   The attachment 3 is connected to the force point input portion 24 of the 6-axis force sensor 1 and can be attached with the tip member 5 described above.

アタッチメント3は、受け部31と、内壁に雌ネジ33が形成された取付け起立部32を有する。   The attachment 3 includes a receiving portion 31 and an attachment upright portion 32 having an internal thread 33 formed on the inner wall.

図2の例では、先端部材5の雄ネジ53には、アタッチメント3の取付け起立部32の内壁に形成された雌ネジ33と係合する。   In the example of FIG. 2, the male screw 53 of the tip member 5 is engaged with a female screw 33 formed on the inner wall of the mounting upright portion 32 of the attachment 3.

ここで、アタッチメント3及び先端部材5は、筐体4の内周面4iとの間に空間ギャップGが存在するように、筐体4の内周側(内周面側)に設けられる。したがって、先端部材5に加えられる3軸力及びその軸回りのモーメントが効果的に6軸センサへ伝達される。   Here, the attachment 3 and the tip member 5 are provided on the inner peripheral side (inner peripheral surface side) of the housing 4 such that a space gap G exists between the attachment 3 and the tip member 5 and the inner peripheral surface 4 i of the housing 4. Therefore, the triaxial force applied to the tip member 5 and the moment about the axis are effectively transmitted to the six-axis sensor.

6軸センサ1は、先端側に突出している4本の力点入力部24が設けられ、その力点入力部24が、アタッチメント3の受け部31に接着している構成である。   The six-axis sensor 1 is configured such that four force point input portions 24 projecting toward the distal end side are provided, and the force point input portions 24 are bonded to the receiving portion 31 of the attachment 3.

<6軸センサ>
ここで6軸センサについて説明する。
図3は、本発明の複数の実施形態のセンサアッセンブリに内包される6軸フォースセンサ(力覚センサ)を例示する斜視図である。図3を参照すると、6軸フォースセンサ1は、センサチップ10と、起歪体20と、を有している。
<6-axis sensor>
Here, the 6-axis sensor will be described.
FIG. 3 is a perspective view illustrating a 6-axis force sensor (force sensor) included in the sensor assembly according to the embodiments of the present invention. Referring to FIG. 3, the 6-axis force sensor 1 includes a sensor chip 10 and a strain body 20.

センサチップ10は、起歪体20の上面側に、起歪体20から突出しないように接着されている。起歪体20には、センサチップ10を取り囲むように、先端側に突出している4本の力点入力部24が設けられている。   The sensor chip 10 is bonded to the upper surface side of the strain body 20 so as not to protrude from the strain body 20. The strain body 20 is provided with four force point input portions 24 projecting toward the distal end side so as to surround the sensor chip 10.

なお、本実施の形態では、便宜上、力覚センサ1において、起歪体20のアタッチメントが取り付けられる側を上側又は一方の側、その反対側を下側又は他方の側とする。又、各部位の起歪体20のアタッチメント3が設けられた側の面を一方の面又は上面、その反対側の面を他方の面又は下面とする。但し、6軸フォースセンサ1(力覚センサ装置)は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物をセンサチップ10の上面の法線方向(Z軸方向)から視ることを指し、平面形状とは対象物をセンサチップ10の上面の法線方向(Z軸方向)から視た形状を指すものとする。   In the present embodiment, for the sake of convenience, in the force sensor 1, the side on which the attachment of the strain body 20 is attached is referred to as the upper side or one side, and the opposite side is referred to as the lower side or the other side. In addition, the surface on the side where the attachment 3 of the strain body 20 of each part is provided is defined as one surface or upper surface, and the opposite surface is defined as the other surface or lower surface. However, the 6-axis force sensor 1 (force sensor device) can be used upside down, or can be arranged at an arbitrary angle. Further, the planar view means that the object is viewed from the normal direction (Z-axis direction) of the upper surface of the sensor chip 10, and the planar shape is the normal direction of the upper surface of the sensor chip 10 (Z-axis direction). ) Refers to the shape viewed from.

(センサチップ10)
図4は、センサチップ10の説明図であって、(a)は、センサチップ10をZ軸方向上側から視た上面斜視図であり、(b)は、センサチップ10をZ軸方向下側から視た下面斜視図である。
(Sensor chip 10)
4A and 4B are explanatory diagrams of the sensor chip 10, wherein FIG. 4A is a top perspective view of the sensor chip 10 viewed from the upper side in the Z-axis direction, and FIG. 4B is a lower side of the sensor chip 10 in the Z-axis direction. It is the bottom perspective view seen from.

なお、センサチップ10の上面の一辺に平行な方向をX軸方向、垂直な方向をY軸方向、センサチップ10の厚さ方向(センサチップ10の上面の法線方向)をZ軸方向としている。X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向は、互いに直交している。   The direction parallel to one side of the upper surface of the sensor chip 10 is the X-axis direction, the perpendicular direction is the Y-axis direction, and the thickness direction of the sensor chip 10 (the normal direction of the upper surface of the sensor chip 10) is the Z-axis direction. . The X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction are orthogonal to each other.

図3及び図4に示すセンサチップ10は、1チップで最大6軸を検知できるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサチップであり、SOI(Silicon On Insulator)基板等の半導体基板から形成されている。センサチップ10の平面形状は、例えば、3mm角程度の正方形とすることができる。   The sensor chip 10 shown in FIGS. 3 and 4 is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensor chip that can detect up to six axes with one chip, and is formed from a semiconductor substrate such as an SOI (Silicon On Insulator) substrate. The planar shape of the sensor chip 10 can be a square of about 3 mm square, for example.

センサチップ10は、柱状の5つの支持部11a〜11eを備えている。支持部11a〜11eの平面形状は、例えば、500μm角程度の正方形とすることができる。第1の支持部である支持部11a〜11dは、センサチップ10の四隅に配置されている。第2の支持部である支持部11eは、支持部11a〜11dの中央に配置されている。   The sensor chip 10 includes five columnar support portions 11a to 11e. The planar shape of the support portions 11a to 11e can be a square of about 500 μm square, for example. Support portions 11 a to 11 d that are first support portions are arranged at four corners of the sensor chip 10. The support part 11e which is a 2nd support part is arrange | positioned in the center of support part 11a-11d.

支持部11a〜11eは、例えば、SOI基板の活性層、BOX層、及び支持層から形成することができ、それぞれの厚さは、例えば、500μm程度とすることができる。   The support portions 11a to 11e can be formed from, for example, an active layer, a BOX layer, and a support layer of an SOI substrate, and each thickness can be set to about 500 μm, for example.

支持部11aと支持部11bとの間には、支持部11aと支持部11bとに両端を固定された(隣接する支持部同士を連結する)、構造を補強するための補強用梁12aが設けられている。支持部11bと支持部11cとの間には、支持部11bと支持部11cとに両端を固定された(隣接する支持部同士を連結する)、構造を補強するための補強用梁12bが設けられている。   Between the support portion 11a and the support portion 11b, there is provided a reinforcing beam 12a that is fixed at both ends to the support portion 11a and the support portion 11b (connects adjacent support portions) and reinforces the structure. It has been. Between the support part 11b and the support part 11c, both ends of the support part 11b and the support part 11c are fixed (to connect adjacent support parts), and a reinforcing beam 12b is provided to reinforce the structure. It has been.

支持部11cと支持部11dとの間には、支持部11cと支持部11dとに両端を固定された(隣接する支持部同士を連結する)、構造を補強するための補強用梁12cが設けられている。支持部11dと支持部11aとの間には、支持部11dと支持部11aとに両端を固定された(隣接する支持部同士を連結する)、構造を補強するための補強用梁12dが設けられている。   Between the support portion 11c and the support portion 11d, there are provided reinforcing beams 12c that are fixed at both ends to the support portion 11c and the support portion 11d (to connect adjacent support portions) and reinforce the structure. It has been. Between the support part 11d and the support part 11a, both ends of the support part 11d and the support part 11a are fixed (to connect adjacent support parts), and a reinforcing beam 12d is provided to reinforce the structure. It has been.

言い換えれば、第1の補強用梁である4つの補強用梁12a、12b、12c、及び12dが枠状に形成され、各補強用梁の交点をなす角部が、支持部11b、11c、11d、11aとなる。   In other words, the four reinforcing beams 12a, 12b, 12c, and 12d, which are the first reinforcing beams, are formed in a frame shape, and the corners that form the intersections of the reinforcing beams are the support portions 11b, 11c, 11d. 11a.

支持部11aの内側の角部と、それに対向する支持部11eの角部とは、構造を補強するための補強用梁12eにより連結されている。支持部11bの内側の角部と、それに対向する支持部11eの角部とは、構造を補強するための補強用梁12fにより連結されている。   The corners on the inner side of the support part 11a and the corners of the support part 11e opposite thereto are connected by a reinforcing beam 12e for reinforcing the structure. The corner portion inside the support portion 11b and the corner portion of the support portion 11e opposite to the corner portion are connected by a reinforcing beam 12f for reinforcing the structure.

支持部11cの内側の角部と、それに対向する支持部11eの角部とは、構造を補強するための補強用梁12gにより連結されている。支持部11dの内側の角部と、それに対向する支持部11eの角部とは、構造を補強するための補強用梁12hにより連結されている。第2の補強用梁である補強用梁12e〜12hは、X軸方向(Y軸方向)に対して斜めに配置されている。つまり、補強用梁12e〜12hは、補強用梁12a、12b、12c、及び12dと非平行に配置されている。   The inner corner of the support portion 11c and the opposite corner of the support portion 11e are connected by a reinforcing beam 12g for reinforcing the structure. The corner part inside the support part 11d and the corner part of the support part 11e facing it are connected by a reinforcing beam 12h for reinforcing the structure. The reinforcing beams 12e to 12h, which are the second reinforcing beams, are disposed obliquely with respect to the X-axis direction (Y-axis direction). That is, the reinforcing beams 12e to 12h are arranged non-parallel to the reinforcing beams 12a, 12b, 12c, and 12d.

補強用梁12a〜12hは、例えば、SOI基板の活性層、BOX層、及び支持層から形成することができる。補強用梁12a〜12hの太さ(短手方向の幅)は、例えば、140μm程度とすることができる。補強用梁12a〜12hのそれぞれの上面は、支持部11a〜11eの上面と略面一である。   The reinforcing beams 12a to 12h can be formed from, for example, an active layer, a BOX layer, and a support layer of an SOI substrate. The thickness (width in the short direction) of the reinforcing beams 12a to 12h can be set to about 140 μm, for example. The upper surfaces of the reinforcing beams 12a to 12h are substantially flush with the upper surfaces of the support portions 11a to 11e.

これに対して、補強用梁12a〜12hのそれぞれの下面は、支持部11a〜11eの下面及び力点14a〜14dの下面よりも数10μm程度上面側に窪んでいる。これは、センサチップ10を起歪体20に接着したときに、補強用梁12a〜12hの下面が起歪体20の対向する面と接しないようにするためである。   On the other hand, the lower surfaces of the reinforcing beams 12a to 12h are recessed to the upper surface side by about several tens of micrometers from the lower surfaces of the support portions 11a to 11e and the lower surfaces of the force points 14a to 14d. This is to prevent the lower surfaces of the reinforcing beams 12 a to 12 h from coming into contact with the opposing surface of the strain body 20 when the sensor chip 10 is bonded to the strain body 20.

このように、歪を検知するための検知用梁とは別に、検知用梁よりも厚く形成した剛性の強い補強用梁を配置することで、センサチップ10全体の剛性を高めることができる。これにより、入力に対して検知用梁以外が変形しづらくなるため、良好なセンサ特性を得ることができる。   As described above, the rigidity of the sensor chip 10 as a whole can be increased by disposing the reinforcing beam having a high rigidity formed thicker than the detection beam separately from the detection beam for detecting the strain. This makes it difficult to deform other than the detection beam with respect to the input, so that good sensor characteristics can be obtained.

支持部11aと支持部11bとの間の補強用梁12aの内側には、補強用梁12aと所定間隔を空けて平行に、支持部11aと支持部11bとに両端を固定された(隣接する支持部同士を連結する)、歪を検知するための検知用梁13aが設けられている。   Inside the reinforcement beam 12a between the support part 11a and the support part 11b, both ends are fixed to the support part 11a and the support part 11b in parallel with a predetermined interval (adjacent to the reinforcement beam 12a). Detection beams 13a for detecting strain are provided.

検知用梁13aと支持部11eとの間には、検知用梁13a及び支持部11eと所定間隔を空けて検知用梁13aと平行に、検知用梁13bが設けられている。検知用梁13bは、補強用梁12eの支持部11e側の端部と補強用梁12fの支持部11e側の端部とを連結している。   Between the detection beam 13a and the support portion 11e, a detection beam 13b is provided in parallel with the detection beam 13a at a predetermined interval from the detection beam 13a and the support portion 11e. The detection beam 13b connects the end portion on the support portion 11e side of the reinforcement beam 12e and the end portion on the support portion 11e side of the reinforcement beam 12f.

検知用梁13aの長手方向の略中央部と、それに対向する検知用梁13bの長手方向の略中央部とは、検知用梁13a及び検知用梁13bと直交するように配置された、歪を検知するための検知用梁13cにより連結されている。   The substantially central portion in the longitudinal direction of the detection beam 13a and the substantially central portion in the longitudinal direction of the detection beam 13b facing the detection beam 13a are arranged so as to be orthogonal to the detection beam 13a and the detection beam 13b. It is connected by a detection beam 13c for detection.

支持部11bと支持部11cとの間の補強用梁12bの内側には、補強用梁12bと所定間隔を空けて平行に、支持部11bと支持部11cとに両端を固定された(隣接する支持部同士を連結する)、歪を検知するための検知用梁13dが設けられている。   Inside the reinforcing beam 12b between the support portion 11b and the support portion 11c, both ends are fixed to the support portion 11b and the support portion 11c (adjacent to each other) in parallel with the reinforcing beam 12b at a predetermined interval. 13 d of detection beams for detecting distortion are provided.

検知用梁13dと支持部11eとの間には、検知用梁13d及び支持部11eと所定間隔を空けて検知用梁13dと平行に、検知用梁13eが設けられている。検知用梁13eは、補強用梁12fの支持部11e側の端部と補強用梁12gの支持部11e側の端部とを連結している。   Between the detection beam 13d and the support portion 11e, a detection beam 13e is provided in parallel to the detection beam 13d with a predetermined distance from the detection beam 13d and the support portion 11e. The detection beam 13e connects the end portion on the support portion 11e side of the reinforcing beam 12f and the end portion on the support portion 11e side of the reinforcement beam 12g.

検知用梁13dの長手方向の略中央部と、それに対向する検知用梁13eの長手方向の略中央部とは、検知用梁13d及び検知用梁13eと直交するように配置された、歪を検知するための検知用梁13fにより連結されている。   A substantially central portion in the longitudinal direction of the detection beam 13d and a substantially central portion in the longitudinal direction of the detection beam 13e facing the detection beam 13d are arranged so as to be orthogonal to the detection beam 13d and the detection beam 13e. It is connected by a detection beam 13f for detection.

支持部11cと支持部11dとの間の補強用梁12cの内側には、補強用梁12cと所定間隔を空けて平行に、支持部11cと支持部11dとに両端を固定された(隣接する支持部同士を連結する)、歪を検知するための検知用梁13gが設けられている。   Inside the reinforcing beam 12c between the support part 11c and the support part 11d, both ends are fixed to the support part 11c and the support part 11d in parallel with a predetermined interval (adjacent to the reinforcing beam 12c). A supporting beam 13g for detecting strain is provided.

検知用梁13gと支持部11eとの間には、検知用梁13g及び支持部11eと所定間隔を空けて検知用梁13gと平行に、検知用梁13hが設けられている。検知用梁13hは、補強用梁12gの支持部11e側の端部と補強用梁12hの支持部11e側の端部とを連結している。   Between the detection beam 13g and the support portion 11e, a detection beam 13h is provided in parallel with the detection beam 13g at a predetermined interval from the detection beam 13g and the support portion 11e. The detection beam 13h connects the end portion on the support portion 11e side of the reinforcement beam 12g and the end portion on the support portion 11e side of the reinforcement beam 12h.

検知用梁13gの長手方向の略中央部と、それに対向する検知用梁13hの長手方向の略中央部とは、検知用梁13g及び検知用梁13hと直交するように配置された、歪を検知するための検知用梁13iにより連結されている。   A substantially central portion in the longitudinal direction of the detection beam 13g and a substantially central portion in the longitudinal direction of the detection beam 13h opposed thereto are arranged so as to be orthogonal to the detection beam 13g and the detection beam 13h. It is connected by a detection beam 13i for detection.

支持部11dと支持部11aとの間の補強用梁12dの内側には、補強用梁12dと所定間隔を空けて平行に、支持部11dと支持部11aとに両端を固定された(隣接する支持部同士を連結する)、歪を検知するための検知用梁13jが設けられている。   Inside the reinforcing beam 12d between the supporting portion 11d and the supporting portion 11a, both ends are fixed to the supporting portion 11d and the supporting portion 11a in parallel with a predetermined distance from the reinforcing beam 12d (adjacent to each other). Detection beams 13j for detecting strain are provided.

検知用梁13jと支持部11eとの間には、検知用梁13j及び支持部11eと所定間隔を空けて検知用梁13jと平行に、検知用梁13kが設けられている。検知用梁13kは、補強用梁12hの支持部11e側の端部と補強用梁12eの支持部11e側の端部とを連結している。   Between the detection beam 13j and the support portion 11e, a detection beam 13k is provided in parallel with the detection beam 13j at a predetermined interval from the detection beam 13j and the support portion 11e. The detection beam 13k connects the end portion on the support portion 11e side of the reinforcement beam 12h and the end portion on the support portion 11e side of the reinforcement beam 12e.

検知用梁13jの長手方向の略中央部と、それに対向する検知用梁13kの長手方向の略中央部とは、検知用梁13j及び検知用梁13kと直交するように配置された、歪を検知するための検知用梁13lにより連結されている。   The substantially central portion in the longitudinal direction of the detection beam 13j and the substantially central portion in the longitudinal direction of the detection beam 13k facing the detection beam 13j are arranged so as to be orthogonal to the detection beam 13j and the detection beam 13k. It is connected by a detection beam 13l for detection.

検知用梁13a〜13lは、支持部11a〜11eの厚さ方向の上端側に設けられ、例えば、SOI基板の活性層から形成することができる。検知用梁13a〜13lの太さ(短手方向の幅)は、例えば、75μm程度とすることができる。検知用梁13a〜13lのそれぞれの上面は、支持部11a〜11eの上面と略面一である。検知用梁13a〜13lのそれぞれの厚さは、例えば、0.5μm程度とすることができる。   The detection beams 13a to 13l are provided on the upper end side in the thickness direction of the support portions 11a to 11e, and can be formed from, for example, an active layer of an SOI substrate. The thickness (width in the short direction) of the detection beams 13a to 13l can be set to, for example, about 75 μm. The upper surfaces of the detection beams 13a to 13l are substantially flush with the upper surfaces of the support portions 11a to 11e. The thickness of each of the detection beams 13a to 13l can be set to, for example, about 0.5 μm.

検知用梁13aの長手方向の中央部の下面側(検知用梁13aと検知用梁13cとの交点)には、力点14aが設けられている。検知用梁13a、13b、及び13cと力点14aとにより、1組の検知ブロックをなしている。   A force point 14a is provided on the lower surface side (intersection of the detection beam 13a and the detection beam 13c) of the central portion in the longitudinal direction of the detection beam 13a. The detection beams 13a, 13b, and 13c and the force point 14a constitute a set of detection blocks.

検知用梁13dの長手方向の中央部の下面側(検知用梁13dと検知用梁13fとの交点)には、力点14bが設けられている。検知用梁13d、13e、及び13fと力点14bとにより、1組の検知ブロックをなしている。   A force point 14b is provided on the lower surface side (intersection of the detection beam 13d and the detection beam 13f) of the central portion in the longitudinal direction of the detection beam 13d. The detection beams 13d, 13e, and 13f and the force point 14b form a set of detection blocks.

検知用梁13gの長手方向の中央部の下面側(検知用梁13gと検知用梁13iとの交点)には、力点14cが設けられている。検知用梁13g、13h、及び13iと力点14cとにより、1組の検知ブロックをなしている。   A force point 14c is provided on the lower surface side (intersection of the detection beam 13g and the detection beam 13i) of the central portion in the longitudinal direction of the detection beam 13g. The detection beams 13g, 13h, and 13i and the force point 14c form a set of detection blocks.

検知用梁13jの長手方向の中央部の下面側(検知用梁13jと検知用梁13lとの交点)には、力点14dが設けられている。検知用梁13j、13k、及び13lと力点14dとにより、1組の検知ブロックをなしている。   A force point 14d is provided on the lower surface side (intersection of the detection beam 13j and the detection beam 13l) of the central portion in the longitudinal direction of the detection beam 13j. The detection beams 13j, 13k, and 13l and the force point 14d form a set of detection blocks.

力点14a〜14dは、外力が印加される箇所であり、例えば、SOI基板のBOX層及び支持層から形成することができる。力点14a〜14dのそれぞれの下面は、支持部11a〜11eの下面と略面一である。   The force points 14a to 14d are places to which an external force is applied, and can be formed from, for example, a BOX layer and a support layer of an SOI substrate. The lower surfaces of the force points 14a to 14d are substantially flush with the lower surfaces of the support portions 11a to 11e.

このように、力または変位を4つの力点14a〜14dから取り入れることで、力の種類毎に異なる梁の変形が得られるため、6軸の分離性が良いセンサを実現することができる。   In this way, by taking in force or displacement from the four force points 14a to 14d, different beam deformations can be obtained for each type of force, so that a sensor with good separation of six axes can be realized.

なお、センサチップ10において、応力集中を抑制する観点から、内角を形成する部分はR状とすることが好ましい。   In addition, in the sensor chip 10, from the viewpoint of suppressing the stress concentration, it is preferable that the portion forming the inner angle has an R shape.

図5は、各軸にかかる力及びモーメントを示す符号を説明する図である。図5に示すように、X軸方向の力をFx、Y軸方向の力をFy、Z軸方向の力をFzとする。又、X軸を軸として回転させるモーメントをMx、Y軸を軸として回転させるモーメントをMy、Z軸を軸として回転させるモーメントをMzとする。   FIG. 5 is a diagram for explaining symbols indicating forces and moments applied to the respective axes. As shown in FIG. 5, the force in the X-axis direction is Fx, the force in the Y-axis direction is Fy, and the force in the Z-axis direction is Fz. In addition, a moment for rotating about the X axis as Mx, a moment for rotating about the Y axis as My, and a moment for rotating about the Z axis as Mz are set as Mz.

図6は、センサチップ10のピエゾ抵抗素子の配置を例示する図である。4つ力点14a〜14dに対応する各検知ブロックの所定位置には、ピエゾ抵抗素子が配置されている。   FIG. 6 is a diagram illustrating the arrangement of the piezoresistive elements of the sensor chip 10. Piezoresistive elements are arranged at predetermined positions of the respective detection blocks corresponding to the four force points 14a to 14d.

具体的には、図5及び図6を参照すると、力点14aに対応する検知ブロックにおいて、ピエゾ抵抗素子MxR3及びMxR4は、検知用梁13aを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁13cを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。又、ピエゾ抵抗素子FyR3及びFyR4は、検知用梁13bを長手方向に二等分する線よりも検知用梁13a側であって、かつ、検知用梁13cを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。   Specifically, referring to FIGS. 5 and 6, in the detection block corresponding to the force point 14a, the piezoresistive elements MxR3 and MxR4 are on a line that bisects the detection beam 13a in the longitudinal direction, and The detection beam 13c is arranged at a symmetrical position with respect to a line that bisects the beam in the longitudinal direction. Further, the piezoresistive elements FyR3 and FyR4 are on the side of the detection beam 13a with respect to the line that bisects the detection beam 13b in the longitudinal direction, and the line that bisects the detection beam 13c in the longitudinal direction. They are arranged at symmetrical positions.

又、力点14bに対応する検知ブロックにおいて、ピエゾ抵抗素子MyR3及びMyR4は、検知用梁13dを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁13fを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。又、ピエゾ抵抗素子FxR3及びFxR4は、検知用梁13eを長手方向に二等分する線よりも検知用梁13d側であって、かつ、検知用梁13fを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。   In the detection block corresponding to the force point 14b, the piezoresistive elements MyR3 and MyR4 are on a line that bisects the detection beam 13d in the longitudinal direction and bisect the detection beam 13f in the longitudinal direction. It is arranged at a symmetrical position with respect to the line. Further, the piezoresistive elements FxR3 and FxR4 are on the detection beam 13d side with respect to the line that bisects the detection beam 13e in the longitudinal direction, and are lines that bisect the detection beam 13f in the longitudinal direction. They are arranged at symmetrical positions.

又、MzR3及びMzR4は、検知用梁13fを短手方向に二等分する線よりも検知用梁13e側であって、かつ、検知用梁13fを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。又、FzR3及びFzR4は、検知用梁13fを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁13fを短手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。   Further, MzR3 and MzR4 are on the detection beam 13e side with respect to the line that bisects the detection beam 13f in the short direction, and with respect to the line that bisects the detection beam 13f in the longitudinal direction. It is arranged in a symmetrical position. Further, FzR3 and FzR4 are arranged on a line that bisects the detection beam 13f in the longitudinal direction and symmetrically with respect to a line that bisects the detection beam 13f in the short direction. Yes.

又、力点14cに対応する検知ブロックにおいて、ピエゾ抵抗素子MxR1及びMxR2は、検知用梁13gを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁13iを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。又、ピエゾ抵抗素子FyR1及びFyR2は、検知用梁13hを長手方向に二等分する線よりも検知用梁13g側であって、かつ、検知用梁13iを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。   In the detection block corresponding to the force point 14c, the piezoresistive elements MxR1 and MxR2 are on a line that bisects the detection beam 13g in the longitudinal direction and bisects the detection beam 13i in the longitudinal direction. It is arranged at a symmetrical position with respect to the line. Further, the piezoresistive elements FyR1 and FyR2 are on the side of the detection beam 13g with respect to the line that bisects the detection beam 13h in the longitudinal direction, and the line that bisects the detection beam 13i in the longitudinal direction. They are arranged at symmetrical positions.

又、力点14dに対応する検知ブロックにおいて、ピエゾ抵抗素子MyR1及びMyR2は、検知用梁13jを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁13lを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。又、ピエゾ抵抗素子FxR1及びFxR2は、検知用梁13kを長手方向に二等分する線よりも検知用梁13j側であって、かつ、検知用梁13lを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。   In the detection block corresponding to the force point 14d, the piezoresistive elements MyR1 and MyR2 are on a line that bisects the detection beam 13j in the longitudinal direction and bisects the detection beam 13l in the longitudinal direction. It is arranged at a symmetrical position with respect to the line. The piezoresistive elements FxR1 and FxR2 are on the side of the detection beam 13j with respect to the line that bisects the detection beam 13k in the longitudinal direction, and are lines that bisect the detection beam 13l in the longitudinal direction. They are arranged at symmetrical positions.

又、MzR1及びMzR2は、検知用梁13lを短手方向に二等分する線よりも検知用梁13k側であって、かつ、検知用梁13lを長手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。又、FzR1及びFzR2は、検知用梁13lを長手方向に二等分する線上であって、かつ、検知用梁13lを短手方向に二等分する線に対して対称な位置に配置されている。   Further, MzR1 and MzR2 are located on the detection beam 13k side with respect to the line that bisects the detection beam 13l in the short direction, and with respect to the line that bisects the detection beam 13l in the longitudinal direction. It is arranged in a symmetrical position. Further, FzR1 and FzR2 are arranged on a line that bisects the detection beam 13l in the longitudinal direction and symmetrically with respect to a line that bisects the detection beam 13l in the short direction. Yes.

ここで、ピエゾ抵抗素子FxR1〜FxR4は力Fxを検出し、ピエゾ抵抗素子FyR1〜FyR4は力Fyを検出し、ピエゾ抵抗素子FzR1〜FzR4は力Fzを検出する。又、ピエゾ抵抗素子MxR1〜MxR4はモーメントMxを検出し、ピエゾ抵抗素子MyR1〜MyR4はモーメントMyを検出し、ピエゾ抵抗素子MzR1〜MzR4はモーメントMzを検出する。   Here, the piezoresistive elements FxR1 to FxR4 detect the force Fx, the piezoresistive elements FyR1 to FyR4 detect the force Fy, and the piezoresistive elements FzR1 to FzR4 detect the force Fz. The piezoresistive elements MxR1 to MxR4 detect the moment Mx, the piezoresistive elements MyR1 to MyR4 detect the moment My, and the piezoresistive elements MzR1 to MzR4 detect the moment Mz.

このように、センサチップ10では、各検知ブロックに複数のピエゾ抵抗素子を分けて配置している。これにより、力点14a〜14dに印加(伝達)された力または変位の向き(軸方向)に応じた、所定の梁に配置された複数のピエゾ抵抗素子の出力の変化に基づいて、所定の軸方向の変位を最大で6軸検知することができる。   Thus, in the sensor chip 10, a plurality of piezoresistive elements are arranged separately in each detection block. Thereby, based on the change of the output of the several piezoresistive element arrange | positioned to the predetermined beam according to the direction (axial direction) of the force or displacement applied (transmitted) to the force points 14a-14d, the predetermined axis It is possible to detect the displacement in the direction up to 6 axes.

具体的には、センサチップ10において、Z軸方向の変位(Mx、My、Fz)は、所定の検知用梁の変形に基づいて検知することができる。すなわち、X軸方向及びY軸方向のモーメント(Mx、My)は、第1の検知用梁である検知用梁13a、13d、13g、及び13jの変形に基づいて検知することができる。又、Z軸方向の力(Fz)は、第3の検知用梁である検知用梁13f及び13lの変形に基づいて検知することができる。   Specifically, in the sensor chip 10, displacement in the Z-axis direction (Mx, My, Fz) can be detected based on a predetermined deformation of the detection beam. That is, the moments (Mx, My) in the X-axis direction and the Y-axis direction can be detected based on the deformation of the detection beams 13a, 13d, 13g, and 13j that are the first detection beams. Further, the force (Fz) in the Z-axis direction can be detected based on the deformation of the detection beams 13f and 13l which are the third detection beams.

又、センサチップ10において、X軸方向及びY軸方向の変位(Fx、Fy、Mz)は、所定の検知用梁の変形に基づいて検知することができる。すなわち、X軸方向及びY軸方向の力(Fx、Fy)は、第2の検知用梁である検知用梁13b、13e、13h、及び13kの変形に基づいて検知することができる。又、Z軸方向のモーメント(Mz)は、第3の検知用梁である検知用梁13f及び13lの変形に基づいて検知することができる。   Further, in the sensor chip 10, displacements (Fx, Fy, Mz) in the X-axis direction and the Y-axis direction can be detected based on a predetermined deformation of the detection beam. That is, the forces (Fx, Fy) in the X-axis direction and the Y-axis direction can be detected based on the deformation of the detection beams 13b, 13e, 13h, and 13k, which are the second detection beams. The moment (Mz) in the Z-axis direction can be detected based on the deformation of the detection beams 13f and 13l that are the third detection beams.

各検知用梁の厚みと幅を可変することで、検出感度の均一化や、検出感度の向上等の調整を図ることができる。   By varying the thickness and width of each detection beam, it is possible to make adjustments such as uniform detection sensitivity and improvement of detection sensitivity.

但し、ピエゾ抵抗素子の数を減らし、5軸以下の所定の軸方向の変位を検知するセンサチップとすることも可能である。なお、ピエゾ抵抗素子は、本発明にかかる歪検出素子の代表的な一例である。   However, it is also possible to reduce the number of piezoresistive elements and to provide a sensor chip that detects a displacement in a predetermined axial direction of 5 axes or less. The piezoresistive element is a typical example of the strain detecting element according to the present invention.

(起歪体20)
図7は、起歪体20を例示する斜視図である。
図7に示すように、起歪体20において、土台21上の四隅には、第1の柱である4本の柱22a〜22dが配置され、隣接する柱同士を連結する第1の梁である4本の梁23a〜23dが枠状に設けられている。又、土台21上の中央には、第2の柱である柱22eが配置されている。柱22eは、センサチップ10を固定するための柱であり、柱22a〜22dよりも太くて短く形成されている。なお、センサチップ10は、柱22a〜22dの上面から突出しないように、柱22e上に固定される。
(Distortion body 20)
FIG. 7 is a perspective view illustrating the strain body 20.
As shown in FIG. 7, in the strain body 20, four pillars 22 a to 22 d that are first pillars are arranged at four corners on the base 21, and are the first beams that connect adjacent pillars to each other. A certain four beams 23a to 23d are provided in a frame shape. A pillar 22e, which is a second pillar, is disposed at the center on the base 21. The pillar 22e is a pillar for fixing the sensor chip 10, and is thicker and shorter than the pillars 22a to 22d. The sensor chip 10 is fixed on the pillar 22e so as not to protrude from the upper surfaces of the pillars 22a to 22d.

起歪体20の概略形状は、例えば、縦500μm程度、横500μm程度、高さ700μm程度の直方体状とすることができる。柱22a〜22dの横断面形状は、例えば、100μm角程度の正方形とすることができる。柱22eの横断面形状は、例えば、200μm角程度の正方形とすることができる。   The schematic shape of the strain body 20 can be, for example, a rectangular parallelepiped having a length of about 500 μm, a width of about 500 μm, and a height of about 700 μm. The cross-sectional shape of the pillars 22a to 22d can be a square of about 100 μm square, for example. The cross-sectional shape of the pillar 22e can be a square of about 200 μm square, for example.

梁23a〜23dのそれぞれの上面の長手方向の中央部には、梁23a〜23dの長手方向の中央部から上方に突起する突起部が設けられ、突起部上に、例えば円柱状の入力部(力点入力部)24a〜24dが設けられている。入力部24a〜24dは外部から力が印加される部分であり、入力部24a〜24dに力が印加されると、それに応じて梁23a〜23d及び柱22a〜22dが変形する。   A protrusion that protrudes upward from the center in the longitudinal direction of the beams 23a to 23d is provided at the center in the longitudinal direction of each of the upper surfaces of the beams 23a to 23d, and, for example, a columnar input part ( Force point input units) 24a to 24d are provided. The input portions 24a to 24d are portions to which a force is applied from the outside. When a force is applied to the input portions 24a to 24d, the beams 23a to 23d and the columns 22a to 22d are deformed accordingly.

なお、柱22eは、印加された力により変形する梁23a〜23dや、印加された力により変形する柱22a〜22dとは分離されているため、入力部24a〜24dに力が印加されても可動することはない(印加された力により変形しない)。   The column 22e is separated from the beams 23a to 23d that are deformed by the applied force and the columns 22a to 22d that are deformed by the applied force. Therefore, even if a force is applied to the input units 24a to 24d. Does not move (does not deform due to applied force).

このように、4つの入力部24a〜24dを設けることで、例えば1つの入力部の構造と比較して、梁23a〜23dの耐荷重を向上することができる。   Thus, by providing the four input parts 24a-24d, compared with the structure of one input part, for example, the load resistance of the beams 23a-23d can be improved.

柱22eの上面の四隅には第3の柱である4本の柱25a〜25dが配置され、柱22eの上面の中央部には第4の柱である柱25eが配置されている。柱25a〜25eは、同一の高さに形成されている。   Four columns 25a to 25d, which are third columns, are arranged at the four corners of the upper surface of the column 22e, and a column 25e, which is the fourth column, is arranged at the center of the upper surface of the column 22e. The pillars 25a to 25e are formed at the same height.

すなわち、柱25a〜25eのそれぞれの上面は、同一平面上に位置している。柱25a〜25eのそれぞれの上面は、センサチップ10の下面と接着される接合部となる。柱25a〜25eは印加された力により変形する梁23a〜23dや、印加された力により変形する柱22a〜22dとは分離されているため、入力部24a〜24dに力が印加されても可動することはない(印加された力により変形しない)。   That is, the upper surfaces of the columns 25a to 25e are located on the same plane. Each upper surface of the pillars 25 a to 25 e serves as a bonding portion that is bonded to the lower surface of the sensor chip 10. Since the columns 25a to 25e are separated from the beams 23a to 23d deformed by the applied force and the columns 22a to 22d deformed by the applied force, the columns 25a to 25e are movable even when a force is applied to the input units 24a to 24d. (It will not be deformed by the applied force).

梁23a〜23dのそれぞれの内側面の長手方向の中央部には、梁23a〜23dのそれぞれの内側面から水平方向内側に突出する梁26a〜26dが設けられている。梁26a〜26dは、梁23a〜23dや柱22a〜22dの変形をセンサチップ10に伝達する第2の梁である。又、梁26a〜26dのそれぞれの上面の先端側には、梁26a〜26dのそれぞれの上面の先端側から上方に突起する突起部27a〜27dが設けられている。   Beams 26a to 26d projecting inward in the horizontal direction from the inner side surfaces of the beams 23a to 23d are provided at the longitudinal center portions of the inner side surfaces of the beams 23a to 23d. The beams 26 a to 26 d are second beams that transmit deformation of the beams 23 a to 23 d and the columns 22 a to 22 d to the sensor chip 10. Further, projections 27a to 27d projecting upward from the distal end side of the upper surfaces of the beams 26a to 26d are provided on the distal ends of the upper surfaces of the beams 26a to 26d.

突起部27a〜27dは、同一の高さに形成されている。すなわち、突起部27a〜27dのそれぞれの上面は、同一平面上に位置している。突起部27a〜27dのそれぞれの上面は、センサチップ10の下面と接着される接合部となる。梁26a〜26d及び突起部27a〜27dは、可動部となる梁23a〜23dと連結されているため、入力部24a〜24dに力が印加されると、それに応じて変形する。   The protrusions 27a to 27d are formed at the same height. That is, the upper surfaces of the protrusions 27a to 27d are located on the same plane. Each upper surface of the protrusions 27 a to 27 d serves as a bonding portion bonded to the lower surface of the sensor chip 10. Since the beams 26a to 26d and the projecting portions 27a to 27d are connected to the beams 23a to 23d serving as movable portions, when a force is applied to the input portions 24a to 24d, the beams 26a to 26d are deformed accordingly.

なお、入力部24a〜24dに力が印加されていない状態では、柱25a〜25eのそれぞれの上面と、突起部27a〜27dのそれぞれの上面とは、同一平面上に位置している。   In addition, in a state where no force is applied to the input parts 24a to 24d, the upper surfaces of the columns 25a to 25e and the upper surfaces of the protrusions 27a to 27d are located on the same plane.

起歪体20において、土台21、柱22a〜22e、梁23a〜23d、入力部24a〜24d、柱25a〜25e、梁26a〜26d、及び突起部27a〜27dの各部位は、剛性を確保しかつ精度良く作製する観点から、一体に形成されていることが好ましい。起歪体20の材料としては、例えば、SUS(ステンレス鋼)等の硬質な金属材料を用いることができる。中でも、特に硬質で機械的強度の高いSUS630を用いることが好ましい。   In the strain body 20, the base 21, the columns 22 a to 22 e, the beams 23 a to 23 d, the input portions 24 a to 24 d, the columns 25 a to 25 e, the beams 26 a to 26 d, and the projecting portions 27 a to 27 d ensure rigidity. Moreover, it is preferable that they are integrally formed from the viewpoint of manufacturing with high accuracy. As a material of the strain body 20, for example, a hard metal material such as SUS (stainless steel) can be used. Among them, it is particularly preferable to use SUS630 that is particularly hard and has high mechanical strength.

このように、センサチップ10と同様に、起歪体20も柱と梁とを備えた構造とすることで、印加される力によって6軸それぞれで異なる変形を示すため、6軸の分離性が良い変形をセンサチップ10に伝えることができる。   Thus, like the sensor chip 10, the strain-generating body 20 also has a structure including a column and a beam, so that the six-axis separability is exhibited because the six-axis changes due to the applied force. Good deformation can be transmitted to the sensor chip 10.

すなわち、起歪体20の入力部24a〜24dに印加された力を、柱22a〜22d、梁23a〜23d、及び梁26a〜26dを介してセンサチップ10に伝達し、センサチップ10で変位を検知する。そして、センサチップ10において、1つの軸につき1個ずつ形成されたブリッジ回路から各軸の出力を得ることができる。   That is, the force applied to the input portions 24a to 24d of the strain body 20 is transmitted to the sensor chip 10 via the columns 22a to 22d, the beams 23a to 23d, and the beams 26a to 26d. Detect. In the sensor chip 10, the output of each axis can be obtained from a bridge circuit formed one for each axis.

なお、起歪体20において、応力集中を抑制する観点から、内角を形成する部分はR状とすることが好ましい。   In addition, in the strain body 20, from the viewpoint of suppressing the stress concentration, it is preferable that the portion forming the inner angle has an R shape.

(応力のシミュレーション)
図8及び図9は、起歪体20に力及びモーメントを印加した際の変形(歪)についてのシミュレーション結果である。力及びモーメントは、起歪体20の入力部24a〜24d(図9等参照)から印加した。又、図10〜図12は、図8及び図9の力及びモーメントを印加した際にセンサチップ10に発生する応力についてのシミュレーション結果である。図10〜図12において、引張の垂直応力を『+』、圧縮の垂直応力を『−』で示している。
(Simulation of stress)
8 and 9 are simulation results on deformation (strain) when a force and a moment are applied to the strain generating body 20. The force and moment were applied from the input parts 24a to 24d (see FIG. 9 and the like) of the strain generating body 20. 10 to 12 show simulation results for the stress generated in the sensor chip 10 when the forces and moments shown in FIGS. 8 and 9 are applied. 10 to 12, the tensile normal stress is indicated by “+” and the compressive normal stress is indicated by “−”.

X軸に沿ってX1からX2の方向に力Fxが印加された場合は、起歪体20は図8に示すように変形し、センサチップ10には図10(a)のような応力が発生する。具体的には、力Fxの印加により、検知用梁13k及び13eが力Fxの方向に歪む。   When the force Fx is applied in the direction from X1 to X2 along the X axis, the strain generating body 20 is deformed as shown in FIG. 8, and the stress as shown in FIG. To do. Specifically, the detection beams 13k and 13e are distorted in the direction of the force Fx by application of the force Fx.

ここで、ピエゾ抵抗素子FxR1及びFxR2は、検知用梁13kの長手方向の中心よりもX1側に位置しているため、引張の垂直応力が発生して抵抗値が増加する。一方、ピエゾ抵抗素子FxR3及びFxR4は、検知用梁13eの長手方向の中心よりもX2側に位置しているため、圧縮の垂直応力が発生して抵抗値が減少する。これにより、ピエゾ抵抗素子FxR1〜FxR4のバランスが崩れるため、図10(a)に示すブリッジ回路から電圧が出力され、力Fxを検出することができる。   Here, since the piezoresistive elements FxR1 and FxR2 are located on the X1 side from the longitudinal center of the detection beam 13k, a tensile vertical stress is generated and the resistance value is increased. On the other hand, since the piezoresistive elements FxR3 and FxR4 are located on the X2 side from the longitudinal center of the detection beam 13e, compressive vertical stress is generated and the resistance value is reduced. Thereby, since the balance of the piezoresistive elements FxR1 to FxR4 is lost, a voltage is output from the bridge circuit shown in FIG. 10A, and the force Fx can be detected.

なお、検知用梁13d及び13jも力Fxの方向に歪むが、ピエゾ抵抗素子MyR1及びMyR2、並びにピエゾ抵抗素子MyR3及びMyR4の位置では、ほとんど応力が生じないか、或いは同方向の応力が生じる。そのため、ブリッジのバランスが維持され、図12(a)に示すモーメントMyのブリッジ回路からは電圧は出力されない。   Although the detection beams 13d and 13j are also distorted in the direction of the force Fx, little or no stress is generated at the positions of the piezoresistive elements MyR1 and MyR2 and the piezoresistive elements MyR3 and MyR4. Therefore, the balance of the bridge is maintained, and no voltage is output from the bridge circuit of the moment My shown in FIG.

Y軸に沿ってY1からY2の方向に力Fyが印加された場合は、センサチップ10には図10(b)のような応力が発生する。具体的には、力Fyの印加により、検知用梁13b及び13hが力Fyの方向に歪む。   When a force Fy is applied in the direction from Y1 to Y2 along the Y axis, stress as shown in FIG. Specifically, the detection beams 13b and 13h are distorted in the direction of the force Fy by the application of the force Fy.

ここで、ピエゾ抵抗素子FyR3及びFyR4は、検知用梁13bの長手方向の中心よりもY1側に位置しているため、引張の垂直応力が発生して抵抗値が増加する。一方、ピエゾ抵抗素子FyR1及びFyR2は、検知用梁13hの長手方向の中心よりもY2側に位置しているため、圧縮の垂直応力が発生して抵抗値が減少する。これにより、ピエゾ抵抗素子FyR1〜FyR4のバランスが崩れるため、図10(b)に示すブリッジ回路から電圧が出力され、力Fyを検出することができる。   Here, since the piezoresistive elements FyR3 and FyR4 are located on the Y1 side from the center in the longitudinal direction of the detection beam 13b, a tensile vertical stress is generated and the resistance value is increased. On the other hand, since the piezoresistive elements FyR1 and FyR2 are located on the Y2 side from the longitudinal center of the detection beam 13h, compressive vertical stress is generated and the resistance value is reduced. Thereby, since the balance of the piezoresistive elements FyR1 to FyR4 is lost, a voltage is output from the bridge circuit shown in FIG. 10B, and the force Fy can be detected.

なお、モーメントMyと同様の理由により、図11(b)に示すモーメントMxのブリッジ回路からは電圧は出力されない。   For the same reason as the moment My, no voltage is output from the bridge circuit of the moment Mx shown in FIG.

Z軸に沿ってZ2からZ1の方向に力Fzが印加された場合は、起歪体20は図14に示すように変形し、センサチップ10には図11(a)のような応力が発生する。具体的には、力Fzの印加により、検知用梁13a、13b、13g、13h、13d、13e、13j、13k、13c、13f、13l、及び13iが力Fzの方向に歪む。   When a force Fz is applied in the direction from Z2 to Z1 along the Z axis, the strain generating body 20 is deformed as shown in FIG. 14, and stress as shown in FIG. To do. Specifically, the detection beams 13a, 13b, 13g, 13h, 13d, 13e, 13j, 13k, 13c, 13f, 13l, and 13i are distorted in the direction of the force Fz by applying the force Fz.

ここで、ピエゾ抵抗素子FzR1及びFzR4には引張の垂直応力が発生して抵抗値が増加する。又、ピエゾ抵抗素子FzR2及びFzR3には圧縮の垂直応力が発生して抵抗値が減少する。これにより、ピエゾ抵抗素子FzR1〜FzR4のバランスが崩れるため、図11(a)に示すブリッジ回路により、力Fzを検出することができる。   Here, a tensile normal stress is generated in the piezoresistive elements FzR1 and FzR4, and the resistance value increases. Further, compressive normal stress is generated in the piezoresistive elements FzR2 and FzR3, and the resistance value is reduced. Thereby, since the balance of the piezoresistive elements FzR1 to FzR4 is lost, the force Fz can be detected by the bridge circuit shown in FIG.

なお、上記と同様の理由により、図10(a)に示す力Fxのブリッジ回路、図10(b)に示す力Fyのブリッジ回路、図11(b)に示すモーメントMxのブリッジ回路、及び図12(a)に示すモーメントMyのブリッジ回路、図12(b)に示すモーメントMzのブリッジ回路からは電圧は出力されない。   For the same reason as described above, the bridge circuit of force Fx shown in FIG. 10A, the bridge circuit of force Fy shown in FIG. 10B, the bridge circuit of moment Mx shown in FIG. No voltage is output from the bridge circuit of moment My shown in FIG. 12A and the bridge circuit of moment Mz shown in FIG.

X軸を回転軸としてY2−Z2−Y1の方向にモーメントMxが印加された場合は、センサチップ10には図11(b)のような応力が発生する。具体的には、モーメントMxの印加により、検知用梁13g及び13aがモーメントMxの方向に歪む。そのため、ピエゾ抵抗素子MxR1及びMxR2には引張の垂直応力が発生して抵抗値が増加する。又、ピエゾ抵抗素子MxR3及びMxR4には圧縮の垂直応力が発生して抵抗値が減少する。これにより、ピエゾ抵抗素子MxR1〜MxR4のバランスが崩れるため、図11(b)に示すブリッジ回路により、モーメントMxを検出することができる。   When the moment Mx is applied in the direction of Y2-Z2-Y1 with the X axis as the rotation axis, stress as shown in FIG. Specifically, the application of the moment Mx distorts the detection beams 13g and 13a in the direction of the moment Mx. Therefore, tensile normal stress is generated in the piezoresistive elements MxR1 and MxR2, and the resistance value increases. Further, compressive vertical stress is generated in the piezoresistive elements MxR3 and MxR4, and the resistance value is reduced. Thereby, since the balance of the piezoresistive elements MxR1 to MxR4 is lost, the moment Mx can be detected by the bridge circuit shown in FIG.

なお、上記と同様の理由により、図10(b)に示す力Fyのブリッジ回路からは電圧は出力されない。   For the same reason as described above, no voltage is output from the bridge circuit of force Fy shown in FIG.

Y軸を回転軸としてX1−Z2−X2の方向にモーメントMyが印加された場合は、起歪体20は図9に示すように変形し、センサチップ10には図12(a)のような応力が発生する。具体的には、モーメントMyの印加により、検知用梁13j及び13dがモーメントMyの方向に歪む。   When the moment My is applied in the direction of X1-Z2-X2 with the Y axis as the rotation axis, the strain body 20 is deformed as shown in FIG. 9, and the sensor chip 10 has a shape as shown in FIG. Stress is generated. Specifically, the detection beams 13j and 13d are distorted in the direction of the moment My by the application of the moment My.

ここで、ピエゾ抵抗素子MyR1及びMyR2には引張の垂直応力が発生して抵抗値が増加する。又、ピエゾ抵抗素子MyR3及びMyR4には圧縮の垂直応力が発生して抵抗値が減少する。これにより、ピエゾ抵抗素子MyR1〜MyR4のバランスが崩れるため、図12(a)に示すブリッジ回路により、モーメントMyを検出することができる。   Here, a tensile normal stress is generated in the piezoresistive elements MyR1 and MyR2, and the resistance value increases. In addition, compressive vertical stress is generated in the piezoresistive elements MyR3 and MyR4, and the resistance value decreases. Thereby, since the balance of the piezoresistive elements MyR1 to MyR4 is lost, the moment My can be detected by the bridge circuit shown in FIG.

なお、上記と同様の理由により、図10(a)に示す力Fxのブリッジ回路からは電圧は出力されない。   For the same reason as described above, no voltage is output from the bridge circuit of force Fx shown in FIG.

Z軸を回転軸としてX2−Y2−X1の方向にモーメントMzが印加された場合は、起歪体20は図9に示すように変形し、センサチップ10には図12(b)のような応力が発生する。具体的には、モーメントMzの印加により、検知用梁13a、13b、13g、13h、13d、13e、13j、13k、13c、13f、13l、及び13iがモーメントMzの方向に歪む。   When the moment Mz is applied in the direction of X2-Y2-X1 with the Z axis as the rotation axis, the strain body 20 is deformed as shown in FIG. 9, and the sensor chip 10 has a shape as shown in FIG. Stress is generated. Specifically, the detection beams 13a, 13b, 13g, 13h, 13d, 13e, 13j, 13k, 13c, 13f, 13l, and 13i are distorted in the direction of the moment Mz by applying the moment Mz.

ここで、ピエゾ抵抗素子MzR1及びMzR4には引張の垂直応力が発生して抵抗値が増加する。又、ピエゾ抵抗素子MzR2及びMzR3には圧縮の垂直応力が発生して抵抗値が減少する。これにより、ピエゾ抵抗素子MzR1〜MzR4のバランスが崩れるため、図12(b)に示すブリッジ回路により、モーメントMzを検出することができる。   Here, a tensile normal stress is generated in the piezoresistive elements MzR1 and MzR4, and the resistance value is increased. Further, compressive vertical stress is generated in the piezoresistive elements MzR2 and MzR3, and the resistance value is reduced. Thereby, since the balance of the piezoresistive elements MzR1 to MzR4 is lost, the moment Mz can be detected by the bridge circuit shown in FIG.

なお、上記と同様の理由により、図10(a)に示す力Fxのブリッジ回路、図10(b)に示す力Fyのブリッジ回路、図11(b)に示すモーメントMxのブリッジ回路、図12(a)に示すモーメントMyのブリッジ回路からは電圧は出力されない。   For the same reason as described above, a bridge circuit of force Fx shown in FIG. 10A, a bridge circuit of force Fy shown in FIG. 10B, a bridge circuit of moment Mx shown in FIG. No voltage is output from the bridge circuit of moment My shown in (a).

このように、センサチップ10では、力点に変位(力又はモーメント)が入力されると、入力に応じた曲げ及び捩れの応力が所定の検知用梁に発生する。発生した応力により検知用梁の所定位置に配置されたピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化し、センサチップ10に形成された各ブリッジ回路からの出力電圧を電極15から得ることができる。更に、電極15の出力電圧は、入出力基板30を経由して外部で得ることができる。   As described above, in the sensor chip 10, when displacement (force or moment) is input to the force point, bending and torsional stress corresponding to the input is generated in the predetermined detection beam. The resistance value of the piezoresistive element arranged at a predetermined position of the detection beam is changed by the generated stress, and the output voltage from each bridge circuit formed in the sensor chip 10 can be obtained from the electrode 15. Further, the output voltage of the electrode 15 can be obtained outside via the input / output substrate 30.

又、センサチップ10では、1つの軸につき1個のブリッジ回路が形成されているため、出力の合成を伴わずに各軸の出力を得ることができる。これにより、複雑な計算や信号処理を必要としない簡易な方法で多軸の変位を検知して出力可能となる。   In the sensor chip 10, since one bridge circuit is formed for each axis, the output of each axis can be obtained without combining the outputs. As a result, multi-axis displacement can be detected and output by a simple method that does not require complicated calculations and signal processing.

又、ピエゾ抵抗素子を入力の種類により異なる検知用梁に分けて配置している。これにより、該当する検知用梁の剛性(厚みや幅)を変更することで、任意の軸の感度を独立して調整することができる。   Also, the piezoresistive elements are arranged separately for different detection beams depending on the type of input. Thereby, the sensitivity of an arbitrary axis | shaft can be adjusted independently by changing the rigidity (thickness and width | variety) of the applicable detection beam.

6軸センサの詳細な構成については、特願2016-199486を参照して適宜援用する。このような6軸センサにより、簡易な方法で多軸(少なくとも4軸)の変位を検知して出力が可能となる。   The detailed configuration of the 6-axis sensor is appropriately incorporated with reference to Japanese Patent Application No. 2016-199486. Such a 6-axis sensor can detect and output multi-axis (at least 4 axes) displacement by a simple method.

<アタッチメントと先端部材の係合の別の例>
図13は、センサアッセンブリにおけるアタッチメント3−1と先端部材5‐1との他の係合の例を示す。
<Another example of engagement between attachment and tip member>
FIG. 13 shows another example of the engagement between the attachment 3-1 and the tip member 5-1 in the sensor assembly.

アタッチメントへの先端部材5の取り付けには、上記図2のような雄ネジ53、雌ネジ33を用いたネジ嵌合に限らず、他の任意の方式を採用可能である。   The attachment of the tip member 5 to the attachment is not limited to screw fitting using the male screw 53 and the female screw 33 as shown in FIG. 2, and any other method can be employed.

例えば図13のように、アタッチメント3−1側に溝34を設け、先端部材5‐1のピン54を嵌合させて固定する方式であっても良い。この構成においても、アタッチメント3‐1及び先端部材5‐1は、筐体4の内周面との間に空間ギャップGが存在するように、筐体4の内周側に設けられる。したがって、先端部材5‐1に加えられる3軸力及びその軸回りのモーメントが効果的に6軸センサ1へ伝達される。   For example, as shown in FIG. 13, the groove 34 may be provided on the attachment 3-1 side, and the pin 54 of the tip member 5-1 may be fitted and fixed. Also in this configuration, the attachment 3-1 and the tip member 5-1 are provided on the inner peripheral side of the housing 4 so that the space gap G exists between the inner surface of the housing 4. Therefore, the triaxial force applied to the tip member 5-1 and the moment about the axis are effectively transmitted to the six-axis sensor 1.

また、センサアッセンブリ100に設けられる6軸センサ1の構成は、図3〜図12に示したものに限られず、下記の構成であってもよい。   Further, the configuration of the six-axis sensor 1 provided in the sensor assembly 100 is not limited to that shown in FIGS. 3 to 12, and may be the following configuration.

<6軸センサの他の構成例>
図14は、6軸センサの他の構成例を示す。本構成例では、6軸フォースセンサ1αの起歪体20αが、略円錐台形状である。
<Other configuration examples of 6-axis sensor>
FIG. 14 shows another configuration example of the 6-axis sensor. In this configuration example, the strain body 20α of the six-axis force sensor 1α has a substantially truncated cone shape.

詳しくは、図14に示すように、本構成では、柱201a〜201dは、柱202の周囲に離間して略等間隔で配置されている。柱201a〜201dは、平面視において、各々の上面の中央の位置が各々の下面の中央の位置よりも台座部204の中心側に近付くように、斜めに配置されている。つまり、柱201a〜201dは、台座部204から離れるほど(接触部20側に向かうほど)、柱202に近付くように斜めに配置されている。   Specifically, as shown in FIG. 14, in this configuration, the columns 201 a to 201 d are spaced apart from each other around the column 202 and arranged at substantially equal intervals. The pillars 201a to 201d are arranged obliquely so that the center position of each upper surface is closer to the center side of the pedestal part 204 than the center position of each lower surface in plan view. That is, the pillars 201a to 201d are disposed obliquely so as to approach the pillar 202 as the distance from the pedestal part 204 increases (as the distance from the contact part 20 increases).

又、本実施の形態では、柱201a〜201dは、台座部204から離れるほど(アタッチメント3α側に向かうほど)横断面積(Z軸と垂直な断面の面積)が小さくなるような形状とされている。他の構成や機能は、図7に示す起歪体と同様であり、本構成の起歪体20αにおいても、アタッチメント3α付近の内部に、センサチップ10が設けられているものとする。   In the present embodiment, the columns 201a to 201d are shaped so that the cross-sectional area (the area of the cross section perpendicular to the Z axis) decreases as the distance from the pedestal portion 204 increases (towards the attachment 3α side). . The other configurations and functions are the same as those of the strain generating body shown in FIG. 7, and it is assumed that the sensor chip 10 is provided in the vicinity of the attachment 3α also in the strain generating body 20α of this configuration.

この構成では、筐体4αの先端(先端部材側)は、内側に折り曲げられた円環状の縁辺が形成されている。この構成では、縁辺よりも先端側に設けられ、ペン先が変形した際に接触するストッパーを備えていてもよい。   In this configuration, the front end (front end member side) of the housing 4α is formed with an annular edge bent inward. In this configuration, a stopper may be provided that is provided on the tip side of the edge and contacts when the pen tip is deformed.

次に、上記のセンサアッセンブリを、様々な分野の先端部材を含む部材に適用する、具体的な構成例について説明する。   Next, a specific configuration example in which the sensor assembly described above is applied to members including tip members in various fields will be described.

<第1実施形態:スタイラスペン>
まず、第1の実施形態として、センサアッセンブリをスタイラスペンに適用する例を、図15〜図20を用いて詳述する。
<First Embodiment: Stylus Pen>
First, as a first embodiment, an example in which a sensor assembly is applied to a stylus pen will be described in detail with reference to FIGS.

図15は、センサアッセンブリがスタイラスペン100Aである場合の構成例である。   FIG. 15 shows a configuration example when the sensor assembly is a stylus pen 100A.

スタイラスペン(電子ペン、デジタイザーペンともいう)100Aでは、上記の先端部材5として、ペン先5Aを有している。   A stylus pen (also referred to as an electronic pen or a digitizer pen) 100A has a pen tip 5A as the tip member 5 described above.

さらに、スタイラスペン100Aでは上記の6軸フォースセンサ1Aと、アタッチメント(ペン先取付部)3Aと、筐体4Aと、ペン先(先端部材)5Aとに加えて、位置発信部6を有している。   Further, the stylus pen 100A includes a position transmitter 6 in addition to the 6-axis force sensor 1A, the attachment (pen tip mounting portion) 3A, the housing 4A, and the pen tip (tip member) 5A. Yes.

この構成においても、アタッチメント(ペン先取付部)3Aと、筐体4Aの内側面の間には空間ギャップが存在する。そのため、ペン先5Aに加えられる3軸力及びその軸回りのモーメントに相当するペンの傾き(回転)と筆圧が効果的に6軸センサ1Aへ伝達される。   Even in this configuration, there is a space gap between the attachment (pen tip attaching portion) 3A and the inner surface of the housing 4A. Therefore, the triaxial force applied to the pen tip 5A and the pen tilt (rotation) corresponding to the moment about the axis and the writing pressure are effectively transmitted to the 6-axis sensor 1A.

即ち、6軸センサ1Aは、タッチパネル(パネル)210(図20参照)に対するペン先5Aの接触圧力及びパネル上のペン先5Aの傾き及び/又は回転が検出可能である。   That is, the 6-axis sensor 1A can detect the contact pressure of the pen tip 5A with respect to the touch panel (panel) 210 (see FIG. 20) and the inclination and / or rotation of the pen tip 5A on the panel.

位置発信部6は、磁性体61と、磁性芯62と、磁性コイル63とを備える。図15に示すように、磁性体61はペン先5Aに内包されている。磁性コイル63は、6軸フォースセンサ1の後方に設けられている。磁性芯62は、6軸フォースセンサ1A及びアタッチメント3Aを貫いて、磁性体61と、磁性コイル63とを連結している。   The position transmitter 6 includes a magnetic body 61, a magnetic core 62, and a magnetic coil 63. As shown in FIG. 15, the magnetic body 61 is contained in the pen tip 5A. The magnetic coil 63 is provided behind the 6-axis force sensor 1. The magnetic core 62 passes through the 6-axis force sensor 1 </ b> A and the attachment 3 </ b> A, and connects the magnetic body 61 and the magnetic coil 63.

このスタイラスペン100Aは、電磁誘導方式用のペンである。タブレット200の表面のタッチパネル(パネル面、表示部)のデジタイザ212(図21参照)が表面に作った磁界(電磁)の中を電子ペンが動くことで、スタイラスペン100Aに内蔵された磁性コイル63に電気が流れ、その電気を用いてスタイラスペン100Aが作る誘導信号をタブレットが受信する(誘導)。このプロセスを高速で繰り返すことにより、滑らかなスタイラスペンの軌跡がタブレットに読み取られる。   The stylus pen 100A is an electromagnetic induction type pen. The magnetic coil 63 built in the stylus pen 100A is moved by the electronic pen moving in the magnetic field (electromagnetic) created on the surface of the digitizer 212 (see FIG. 21) of the touch panel (panel surface, display unit) of the tablet 200. Electricity flows through the tablet, and the tablet receives an induction signal generated by the stylus pen 100A using the electricity (induction). By repeating this process at a high speed, a smooth stylus pen trajectory is read by the tablet.

また、図15に示す、スタイラスペン100Aでは、6軸センサ1が筆圧、傾き、回転などを検知する機能により、タッチパネル100A上に、描線の強弱や色の濃淡を表現できる。   Further, in the stylus pen 100A shown in FIG. 15, the strength of the drawn lines and the color density can be expressed on the touch panel 100A by the function of the 6-axis sensor 1 detecting the writing pressure, the inclination, the rotation, and the like.

ここで、一般的な電磁誘導方式のスタイラスペンに用いられる磁性コイルは、そのサイズが比較的大きいことが知られている。よって、ペン先側に磁性コイルを設け、その後方に6軸センサを設ける場合、タッチパネルに接触する接点であるペン先と力点である6軸センサとの距離が大きくなり、筆圧、傾き、回転などのセンシング感度が低下してしまう。   Here, it is known that a magnetic coil used in a general electromagnetic induction type stylus pen has a relatively large size. Therefore, when a magnetic coil is provided on the pen tip side and a 6-axis sensor is provided behind it, the distance between the pen tip that is a contact point that touches the touch panel and the 6-axis sensor that is a power point increases, and writing pressure, tilt, and rotation are increased. Sensing sensitivity such as is reduced.

一方、本構成の場合、図15に示すように、磁性芯62が6軸センサ1及びアタッチメント3Aを貫く構成であることで、磁性コイル63がアタッチメント3Aの後方に設けられるため、磁性コイル63のサイズは、ペン先5Aと6軸センサ1Aとの間の距離に影響を与えない。そのため、6軸センサ1Aは、ペン先5Aに近接して設けることが可能になるため、6軸センサ1Aのセンシング感度の低下を回避できる。   On the other hand, in the case of this configuration, as shown in FIG. 15, since the magnetic core 62 is configured to penetrate the 6-axis sensor 1 and the attachment 3A, the magnetic coil 63 is provided behind the attachment 3A. The size does not affect the distance between the pen tip 5A and the 6-axis sensor 1A. Therefore, since the 6-axis sensor 1A can be provided close to the pen tip 5A, it is possible to avoid a decrease in sensing sensitivity of the 6-axis sensor 1A.

図16は、図15のスタイラスペン100Aのペン先5Aがタッチパネル210(図20参照)に接触した状態を示す。図17は、ユーザーOが本実施形態のスタイラスペン100Aで、タッチパネル210に入力している様子を示す。   FIG. 16 shows a state where the pen tip 5A of the stylus pen 100A of FIG. 15 is in contact with the touch panel 210 (see FIG. 20). FIG. 17 shows a state where the user O is inputting to the touch panel 210 with the stylus pen 100A of the present embodiment.

図16に示すように、本実施形態に係るペン先5Aは、パネルに接触する際の圧力により変形可能であると好ましい。この際、磁性芯62は、弾性を有してペン先5Aの変形に追従する。   As shown in FIG. 16, it is preferable that the nib 5A according to the present embodiment can be deformed by the pressure when contacting the panel. At this time, the magnetic core 62 has elasticity and follows the deformation of the pen tip 5A.

そのため、例えば、ペン先5Aの材料は、樹脂やファイバー等で有ると好適である。また、磁性芯62はある程度の変形を許容する、例えば、ピアノ線で構成すると好適である。   Therefore, for example, the material of the nib 5A is preferably resin, fiber, or the like. The magnetic core 62 is preferably composed of a piano wire that allows a certain degree of deformation, for example.

仮に、本願のスタイラスペン100Aのペン先5Aが硬い場合は、硬いパネル面上で滑ってしまい、書きづらい。一方、筆のように柔らかくし過ぎると、力が掛かると力から跳ね返って来る感覚が6軸センサ1Aにうまく伝達されない。   If the nib 5A of the stylus pen 100A of the present application is hard, it will slide on the hard panel surface, making it difficult to write. On the other hand, if it is too soft like a brush, the sensation of rebounding from the force when it is applied cannot be transmitted well to the 6-axis sensor 1A.

上記のように、ペン先5A及び磁性芯62に弾性を持たせることで、タッチパネル上にスタイラスペンを用いて入力するときに、ペン先5Aの変形に追従して、スタイラスペン100Aを把持するユーザーOが、紙に描くときの触感(フォースフィードバック、テクスチャー)に近い手ごたえを得ることが可能になる。   As described above, by giving elasticity to the pen tip 5A and the magnetic core 62, a user who holds the stylus pen 100A following the deformation of the pen tip 5A when inputting using the stylus pen on the touch panel. It becomes possible for O to obtain a touch close to the touch (force feedback, texture) when drawing on paper.

また、樹脂やシリコン、ポリエステルファイバー等によって摩擦係数を所望の範囲に設定することで、6軸フォースセンサ1Aは、パネル22Aに当接しているペン先の圧力(筆圧)及び検出する。そのため、タッチパネル側が接触面積を検出しなくても、図17に示すように、線の太さを変更させることができる。   Further, the 6-axis force sensor 1A detects and detects the pressure (writing pressure) of the pen tip that is in contact with the panel 22A by setting the friction coefficient within a desired range using resin, silicon, polyester fiber, or the like. Therefore, even if the touch panel side does not detect the contact area, the thickness of the line can be changed as shown in FIG.

(スタイラスペンのペン先種類交換)
図18に、スタイラスペンのペン先の種類を、共振周波数を用いて特定する例を示す。
(Replace the stylus pen tip type)
FIG. 18 shows an example in which the pen tip type of the stylus pen is specified using the resonance frequency.

スタイラスペン100Aは、ペン先の種類が交換可能であってもよい。図18の例では、ペン先は、種類ごとに、コイル及びコンデンサによる異なる共振回路が搭載されている例を示す。例えば、図18(a)の接触部51Aを有するペン先5A―1の共振回路64Aの共振周波数はω1であり、図18(b)の接触部51Bを有するペン先5A−2の共振回路64Bの共振周波数はω2である。   The stylus pen 100A may have a replaceable pen tip type. In the example of FIG. 18, the pen tip shows an example in which different resonance circuits including coils and capacitors are mounted for each type. For example, the resonance frequency of the resonance circuit 64A of the pen tip 5A-1 having the contact portion 51A of FIG. 18A is ω1, and the resonance circuit 64B of the pen tip 5A-2 having the contact portion 51B of FIG. The resonance frequency is ω2.

ペン先を交換するとき、タッチパネル210のデジタイザ212(図21参照)が、図18に示すペン先5A−1,5A−2に搭載された、共振回路(LC回路)の共振周波数(ω1,ω2)をスキャンすることによって、ペン先の種類を認識可能にする。   When the pen tip is exchanged, the digitizer 212 (see FIG. 21) of the touch panel 210 has resonance frequencies (ω1, ω2) of the resonance circuit (LC circuit) mounted on the pen tips 5A-1 and 5A-2 shown in FIG. ) To make the pen tip type recognizable.

上記例では、共振回路64を用いてペン先の種類の交換を認識させる例を説明したが、他の方法で、ペン先の交換を認識させてもよい。   In the above example, the example in which the resonance circuit 64 is used to recognize the replacement of the pen tip type has been described. However, the replacement of the pen tip may be recognized by another method.

図19に、スタイラスペンのペン先の種類を、インピーダンスとマイコンを用いて特定する例を示す。   FIG. 19 shows an example in which the pen tip type of the stylus pen is specified using impedance and a microcomputer.

スタイラスペン100A‐1にマイコンを設ける場合、マイコン65は、6軸センサ1Aよりも後方に設けられる。   When the microcomputer is provided in the stylus pen 100A-1, the microcomputer 65 is provided behind the 6-axis sensor 1A.

ペン先5A−3,5A−4に、スタイラスペン100A‐1との接続状態を検知する検知機構66が設けられており、この検知機構66は、例えば、RLC直列回路であって、ペン先の種類毎の所定のインピーダンスZを有している。例えば、図19(a)の接触部51Cを有するペン先5A−3のRLC直列回路66CのインピーダンスはZ1であり、図19(b)の接触部51Dを有するペン先5A−4のRLC直列回路66DのインピーダンスはZ2である。   The pen tip 5A-3, 5A-4 is provided with a detection mechanism 66 for detecting the connection state with the stylus pen 100A-1, and this detection mechanism 66 is an RLC series circuit, for example, It has a predetermined impedance Z for each type. For example, the impedance of the RLC series circuit 66C of the pen tip 5A-3 having the contact portion 51C of FIG. 19A is Z1, and the RLC series circuit of the pen tip 5A-4 having the contact portion 51D of FIG. The impedance of 66D is Z2.

本構成でペン先を交換するとき、スタイラスペン100A‐1のマイコン65が、検知機構66(66C,66D)を介してペン先5A−3,5A−4の種類を特定すると共にタッチパネル210へ無線伝送し、そのタッチパネル210を備える装置(例えばタブレット200)にペン先の種類を認識させる。   When the pen tip is exchanged in this configuration, the microcomputer 65 of the stylus pen 100A-1 specifies the type of the pen tip 5A-3, 5A-4 via the detection mechanism 66 (66C, 66D) and wirelessly communicates with the touch panel 210. The device (for example, tablet 200) including the touch panel 210 recognizes the type of the pen tip.

上記の方法を用いて、ペン先の種類を認識させることで、認識させた複数のペン先の夫々に対応する、太さや質感で、タッチパネル上に、文字や線を描くことができる。   By recognizing the type of the nib using the above method, characters and lines can be drawn on the touch panel with thicknesses and textures corresponding to each of the plurality of recognized nibs.

<スタイラスペンの応用例>
図20は、本実施形態のスタイラスペンで、文字を書いている最中にスタイラスペンの筆圧や向きについて指導を受ける例を示す。図21は、図15に示すスタイラスペン100Aを用いた作品描画手法指導システム1000のブロック図である。
<Application example of stylus pen>
FIG. 20 shows an example in which the stylus pen of this embodiment receives guidance on the writing pressure and direction of the stylus pen while writing characters. FIG. 21 is a block diagram of a work drawing technique guidance system 1000 using the stylus pen 100A shown in FIG.

図21に示す、作品描画手法指導システム1000は、スタイラスペン100Aとタブレット200とを有する。   A work drawing technique guidance system 1000 illustrated in FIG. 21 includes a stylus pen 100 </ b> A and a tablet 200.

図21において、タブレット200はUSB(Universal Serial Bus)等の、外部記憶媒体290に接続されているものとする。外部記憶媒体290は、USBアダプタ295(図20参照)を介して、タブレット200と接続されていてもよい。   In FIG. 21, it is assumed that the tablet 200 is connected to an external storage medium 290 such as a USB (Universal Serial Bus). The external storage medium 290 may be connected to the tablet 200 via the USB adapter 295 (see FIG. 20).

外部記憶媒体290は、見本筆跡テーブルと、見本ペン傾きテーブルと、見本筆圧テーブルと、定型アドバイスデータ(表示用)と、定型アドバイスデータ(音声用)等を記憶している。   The external storage medium 290 stores a sample handwriting table, a sample pen tilt table, a sample pen pressure table, fixed advice data (for display), fixed advice data (for voice), and the like.

図21の例では、必要なデータを外部記憶媒体290内に格納している例を示しているが、例えば、ダウンロードすることで、作品描画手法指導に必要なデータを、タブレット200の内部メモリに記憶させてもよい。   In the example of FIG. 21, an example in which necessary data is stored in the external storage medium 290 is shown. However, for example, by downloading, data necessary for teaching a drawing technique can be stored in the internal memory of the tablet 200. It may be memorized.

スタイラスペン100Aは上述の、6軸センサ1A及び位置発信部6Aに加えて、通信部7Aと有している。   The stylus pen 100A has a communication unit 7A in addition to the 6-axis sensor 1A and the position transmission unit 6A described above.

タブレット200は、LCD(Liquid Cristal Display)211と、位置検出部(デジタイザ)212の機能を有するタッチパネル210を有している。   The tablet 200 has a touch panel 210 having functions of an LCD (Liquid Cristal Display) 211 and a position detection unit (digitizer) 212.

さらに、タブレット200は、制御部220、表示制御部230、音声制御部240、スピーカー250、記憶部260、通信部270、及びデータ入出力部280などを有している。   Furthermore, the tablet 200 includes a control unit 220, a display control unit 230, an audio control unit 240, a speaker 250, a storage unit 260, a communication unit 270, a data input / output unit 280, and the like.

スタイラスペン100Aと、タブレット200とは、電磁誘導方式で検出可能になるように、上述の図18又は図19の方式により予めペアリング(無線接続)されている。スタイラスペン100Aの位置発信部6から発信される位置を、タブレット200のタッチパネル210における、位置検出部(デジタイザ)212が検出することで、タッチパネル210が認識し、画面上にスタイラスペン100Aが接触した位置を検出する。   The stylus pen 100A and the tablet 200 are paired (wirelessly connected) in advance by the method shown in FIG. 18 or FIG. 19 so as to be detectable by the electromagnetic induction method. When the position detection unit (digitizer) 212 in the touch panel 210 of the tablet 200 detects the position transmitted from the position transmission unit 6 of the stylus pen 100A, the touch panel 210 recognizes the position and the stylus pen 100A touches the screen. Detect position.

そして、検出したスタイラスペン100Aのタッチパネル210上の位置を、LCD211上に表示するとともに、記憶部260の検出結果記憶領域261へ送る。   Then, the detected position of the stylus pen 100A on the touch panel 210 is displayed on the LCD 211 and sent to the detection result storage area 261 of the storage unit 260.

また、スタイラスペン100Aの6軸センサ1Aが検出した、ペン先の傾きや筆圧の情報は、通信部7Aを介して、タブレット200の通信部270に送られ、検出結果記憶領域261に一時的に保存される。   In addition, information on the tip tilt and writing pressure detected by the 6-axis sensor 1A of the stylus pen 100A is sent to the communication unit 270 of the tablet 200 via the communication unit 7A, and temporarily stored in the detection result storage area 261. Saved in.

制御部220は、比較部221と、指示情報設定部222とを有している。   The control unit 220 includes a comparison unit 221 and an instruction information setting unit 222.

比較部221は、検出結果記憶領域261に記憶されたスタイラスペン100Aの筆跡、ペンの傾き、及び筆圧を、リアルタイムに、外部記憶媒体290に記憶され、データ入出力部(取得部)280を介して取得した、見本筆跡テーブル、見本ペン傾きテーブル、及び見本筆圧テーブルと比較する。なお、本例では、検出されたペン先の位置情報や、スタイラスペン100Aのペン先5Aの傾き、筆圧の情報を、一時的に検出結果記憶領域261に記憶する例を示すが、保存せずに比較部221に検出結果を直接、入力してもよい。   The comparison unit 221 stores, in real time, the handwriting of the stylus pen 100A, the tilt of the pen, and the writing pressure stored in the detection result storage area 261 in the external storage medium 290, and the data input / output unit (acquisition unit) 280 To the sample handwriting table, the sample pen tilt table, and the sample pen pressure table. In this example, the position information of the detected pen tip, the inclination of the pen tip 5A of the stylus pen 100A, and the pressure information are temporarily stored in the detection result storage area 261. Instead, the detection result may be directly input to the comparison unit 221.

そして、比較結果に応じて、指示情報設定部222で指示情報を設定する。詳しくは、比較結果に応じて、表示用や音声用の定型アドバイスデータを参照して、そのアドバイスを指示情報として選択する。   The instruction information setting unit 222 sets instruction information according to the comparison result. More specifically, the advice is selected as instruction information with reference to the standard advice data for display and voice according to the comparison result.

即ち、制御部220は、ユーザーが書道や絵画などの作品形成中の、スタイラスペン100Aの進行方向、力のかけ方、及びペン先の傾きのアドバイス情報を生成する。   That is, the control unit 220 generates advice information on the direction in which the stylus pen 100A travels, how to apply force, and the tilt of the pen tip while the user is creating a work such as calligraphy or painting.

音声による指示が設定されている場合、指示情報設定部222で設定した指示内容を、音声制御部240に送り、図20に示すように、タブレット200に設けられるスピーカー250から音声によって、ユーザーへアドバイスする。   When the instruction by voice is set, the instruction content set by the instruction information setting unit 222 is sent to the voice control unit 240, and advice is given to the user by voice from the speaker 250 provided in the tablet 200 as shown in FIG. To do.

表示による指示が設定されている場合、指示情報設定部222で設定した指示内容を、表示制御部230に送り、LCD211により、その指示内容をタッチパネル210上に表示することで、ユーザーへアドバイスする。   When an instruction by display is set, the instruction content set by the instruction information setting unit 222 is sent to the display control unit 230, and the instruction content is displayed on the touch panel 210 by the LCD 211 to advise the user.

従来のタッチパネルを用いた指導システムでは、筆跡のみ指導であったが、本願の6軸センサを用いることで、文字や、絵画、描画などを、ペンの傾きや筆圧などをリアルタイムに、見本と比較して評価を受けることができる。   In a conventional guidance system using a touch panel, only handwriting was taught, but by using the 6-axis sensor of the present application, characters, paintings, drawings, etc. can be used in real time with pen tilt, writing pressure, etc. Can be evaluated in comparison.

なお、本例では、スタイラスペン100Aとペアリングされたタブレット200が、音声又はタッチパネル210上で表示することで、スタイラスペン100Aのペン先の筆跡、力の強さ、又は傾き、次にペン先が向かう位置等をアドバイスする例を示している。   In this example, the tablet 200 paired with the stylus pen 100A is displayed on the voice or the touch panel 210, so that the handwriting, strength or inclination of the stylus pen 100A, and then the pen tip. The example which advises the position etc. which heads is shown.

しかし、スタイラスペン100A側にスピーカー機能を持たせることで、タブレット200とペアリングされた、スタイラスペン100A自体が、進行方向、力のかけ方、及びペン先の傾き等をアドバイスするように構成してもよい。   However, by providing a speaker function on the stylus pen 100A side, the stylus pen 100A itself that is paired with the tablet 200 is configured to advise the direction of travel, how to apply force, the inclination of the pen tip, and the like. May be.

なお、図20は、習字の指導を受ける例を示しているが、指導を受けるものは、描画や絵画や漫画等の他の作品であってもよい。   FIG. 20 shows an example of receiving instruction of calligraphy, but what receives the instruction may be other works such as drawing, painting, and cartoon.

従来のタッチパネルは筆跡の指導のみ可能であったが、本構成のように上記6軸センサを含むスタイラスペンを用いることで、文字や、絵画、描画などを、筆跡に加えてペンの傾きや筆圧なども、リアルタイムに、見本と比較して評価を受けることができる。   The conventional touch panel was only capable of teaching handwriting, but by using the stylus pen including the above 6-axis sensor as in this configuration, characters, paintings, drawings, etc., in addition to handwriting, pen tilt and writing Pressure can also be evaluated in real time compared to the sample.

<第2実施形態>
次に、第2実施形態として、センサアッセンブリを、歯科技工器具に適用する例を、図22〜図24を用いて詳述する。
<Second Embodiment>
Next, as a second embodiment, an example in which the sensor assembly is applied to a dental laboratory instrument will be described in detail with reference to FIGS.

図22は、センサアッセンブリが歯科技工器具100Bである場合の構成例である。
歯科技工用の工具である歯科技工器具(歯科技工工具)100Bでは、先端部材として、先端工具5Bを有している。
FIG. 22 is a configuration example in the case where the sensor assembly is a dental laboratory instrument 100B.
The dental technician instrument (dental technician tool) 100B, which is a dental technician tool, has a tip tool 5B as a tip member.

なお、図22では、先端工具の例として、形態修正用のプッシュカーバイドバーの例を示しているが、先端工具は、形態修正用の超硬カッターやダイヤモンドポイント、中仕上げ又は仕上げ研磨用の、ペーパーコーンや、クロスコーン、シリコンポイント、マージンポイント、砥石等の他の先端工具であってもよい。   In FIG. 22, as an example of the tip tool, an example of a push carbide bar for shape correction is shown, but the tip tool is for a carbide cutter or diamond point for shape correction, for intermediate finishing or finish polishing, Other tip tools such as a paper cone, a cross cone, a silicon point, a margin point, and a grindstone may be used.

先端工具5Bは、義歯や補綴物等の技工対象物AT(図23参照)と接触することにより、技工対象物ATを加工(研磨、掘削等の形態修正や、仕上げ)する。   The tip tool 5B processes the technical object AT (form correction or finishing such as polishing and excavation) by contacting the technical object AT (see FIG. 23) such as a denture or a prosthesis.

歯科技工器具100Bは、さらに、先端工具5Bの傾き及び圧力を検出する6軸フォースセンサ1Bと、アタッチメントである先端工具取付部3Bと、筐体4Bとを有している。   The dental laboratory instrument 100B further includes a 6-axis force sensor 1B that detects the inclination and pressure of the tip tool 5B, a tip tool attachment portion 3B that is an attachment, and a housing 4B.

図22に示す本構成においても、先端工具取付部3Bと、筐体4Bの内側面の間には空間ギャップが存在する。そのため、先端部材である先端工具5Bに加えられる3軸力及びその軸回りのモーメントが効果的に6軸センサ1Bへ伝達される。即ち、6軸センサ1Bは、先端工具5Bが技工対象物と接触した際に、技工対象物へ力をかけた方向と圧力の情報を検出する。   Also in the present configuration shown in FIG. 22, there is a space gap between the tip tool attachment portion 3B and the inner surface of the housing 4B. Therefore, the triaxial force applied to the tip tool 5B, which is the tip member, and the moment about the axis are effectively transmitted to the six-axis sensor 1B. That is, the 6-axis sensor 1B detects information on the direction and pressure in which a force is applied to the technical object when the tip tool 5B comes into contact with the technical object.

さらに、接触した技工対象物への力のかけた方向と、圧力の情報、圧力及び方向の継続時間の情報を記憶する記憶部を、歯科技工器具100Bの内部に有していてもよい。   Furthermore, you may have the memory | storage part which memorize | stores the direction to which the force was applied to the technical object which contacted, the information of pressure, and the information of the duration of a pressure and a direction in the dental laboratory instrument 100B.

<第2実施形態の応用例>
図23は、本実施形態の歯科技工器具100Bを用いて技工中に、技工対象物ATに対する歯科技工器具の接触の角度や圧力を表示する、歯科技工手法表示システムの例である。図24は、図23の歯科技工手法表示システム2000のブロック図の一例である。
<Application Example of Second Embodiment>
FIG. 23 is an example of a dental technician technique display system that displays the contact angle and pressure of the dental technician instrument with respect to the technician object AT during the technician using the dental technician instrument 100B of the present embodiment. FIG. 24 is an example of a block diagram of the dental technician technique display system 2000 of FIG.

図24に示す、歯科技工手法表示システム2000は、歯科技工器具100Bと、PC300と、カメラ400と、を有する。   A dental technician technique display system 2000 shown in FIG. 24 includes a dental technician instrument 100B, a PC 300, and a camera 400.

情報処理装置の一例であるPC300は、歯科技工器具100Bと、有線、又は無線のネットワークを介して接続されている。カメラ400は、PC300と、有線、又は無線のネットワークを介して接続されている。   The PC 300, which is an example of an information processing apparatus, is connected to the dental laboratory instrument 100B via a wired or wireless network. The camera 400 is connected to the PC 300 via a wired or wireless network.

PC300は、表示部310と、制御部320と、表示制御部330と、音声制御部340と、スピーカー350と、記憶部360と、通信部370等とを備える。   The PC 300 includes a display unit 310, a control unit 320, a display control unit 330, an audio control unit 340, a speaker 350, a storage unit 360, a communication unit 370, and the like.

記憶部360は、完成形状記憶領域、歯型記憶領域、検出結果記憶領域を有する。完成形状記憶領域、歯型記憶領域には、技工対象物となる患者の歯型を基に、予めデータを設定しておく。   The storage unit 360 includes a complete shape storage area, a tooth shape storage area, and a detection result storage area. Data is set in advance in the completed shape memory area and the tooth mold memory area based on the patient's tooth mold as the technical object.

記憶部360は、歯科技工器具100Bが接触した際に、技工対象物ATへ力をかけた方向と、圧力の情報を記憶する。   The storage unit 360 stores information on the direction in which a force is applied to the technical object AT and the pressure when the dental technical instrument 100B comes into contact.

制御部320の切削情報累積部321は、例えば、技工実行時の、同じ角度及び同じ圧力での接触時間の継続時間を累積してカウントする。   For example, the cutting information accumulating unit 321 of the control unit 320 accumulates and counts the duration of the contact time at the same angle and the same pressure when performing the technique.

PC300は、表示部310上に、カメラ400で撮影した映像と、技工者Oが、現在の作業中の先端工具5Bの圧力、及び傾き情報を、関連付けて一緒に表示部310の画面上に表示する。   The PC 300 displays on the screen of the display unit 310 the image taken by the camera 400 and the pressure and inclination information of the tip tool 5B currently being worked by the technician O in association with each other on the display unit 310. To do.

本構成の歯科技工手法表示システム2000では、熟練者の技工者Oの歯科技工器具100Bの使用方法を映像とともに、圧力のかけ方や向きを数値化して表示することで、学生等の技工学習において、より具体的な、工具を用いた技の習得が可能になる。   In the dental technician method display system 2000 of this configuration, the usage method of the dental technician instrument 100B of the expert technician O is displayed together with the video, and the method of applying pressure and the direction are displayed in numerical values, so that in the technical learning of students and the like This makes it possible to learn more specific techniques using tools.

なお、本例では、歯科技工の例を示しているが、電動の工具を用いる技術習得な必要な分野にも、本技術を応用することも可能である。例えば、木工技工や、金属加工等へも応用可能である。   In this example, an example of a dental technician is shown, but the present technology can also be applied to a field that requires technical training using an electric tool. For example, it can be applied to woodworking engineering, metal processing, and the like.

<第3実施形態>
図25は、センサアッセンブリを医療用機器に搭載する場合の構成例である。図25において、(a)はセンサアッセンブリを医療用メス100Cに搭載する場合の構成例であって、(b)はセンサアッセンブリを医療用触手100Dに搭載する場合の構成例である。医療用メス100C及び医療用触手100Dは、医療用器具の一例である。
<Third Embodiment>
FIG. 25 is a configuration example when the sensor assembly is mounted on a medical device. In FIG. 25, (a) is a configuration example when the sensor assembly is mounted on the medical knife 100C, and (b) is a configuration example when the sensor assembly is mounted on the medical tentacle 100D. The medical knife 100C and the medical tentacle 100D are examples of medical instruments.

図25(a)に示す医療用メス100Cでは、先端部材として、医療用ブレード5Cを有している。医療用ブレード5Cは、医療用メスの刃先の部分に相当する。なお、図25(a)に示す医療用ブレード(刃先)5Cは替刃メスの一例を示すが、適用可能な医療用ブレード5Cは、他の形状の替刃メスやマイクロスコープ用の替刃メスであってもよいし、スカルペルであってもよい。   The medical knife 100C shown in FIG. 25 (a) has a medical blade 5C as a tip member. The medical blade 5C corresponds to a cutting edge portion of a medical knife. The medical blade (cutting edge) 5C shown in FIG. 25A is an example of a replaceable knife, but applicable medical blades 5C include a replaceable knife for other shapes and a replaceable knife for a microscope. It may be a scalpel.

医療用メス100Cは、さらに、医療用ブレード5Cの傾き及び圧力を検出する6軸フォースセンサ1Cと、アタッチメント(ブレード取付部)3Cと、筐体4Cとを有している。   The medical knife 100C further includes a 6-axis force sensor 1C that detects the inclination and pressure of the medical blade 5C, an attachment (blade mounting portion) 3C, and a housing 4C.

この構成においても、アタッチメントであるブレード取付部3Cと、筐体4Cの内側面の間には空間ギャップが存在する。そのため、先端部材である医療用ブレード5Cに加えられる3軸力及びその軸回りのモーメントが効果的に6軸センサ1Cへ伝達される。   Also in this configuration, there is a space gap between the blade attachment portion 3C as an attachment and the inner surface of the housing 4C. Therefore, the triaxial force applied to the medical blade 5C as the tip member and the moment about the axis are effectively transmitted to the 6-axis sensor 1C.

図25(b)に示す医療用触手100Dでは、先端部材として、医療用の触手5Dを有している。触手5Dは、例えばやわらかい丸みを帯びた弾性体であって、外科医Oや獣医などの術者が手術する際に指の代わりに患者(又は患畜)の手術部位やその周辺部位にゆっくりと接触することで、患部と、患部以外の部位を触感によって判別するのと同様に、触手5Dを用いて触感を検出する。   A medical tentacle 100D shown in FIG. 25B has a medical tentacle 5D as a tip member. The tentacle 5D is, for example, a soft rounded elastic body, and slowly touches the surgical site of a patient (or a patient) or its peripheral site instead of a finger when an operator such as a surgeon O or a veterinarian operates. Thus, the tactile sensation is detected using the tentacles 5D in the same manner as the affected part and the part other than the affected part are discriminated by tactile sensation.

医療用触手100Dは、さらに、触手5Dの傾き及び圧力を検出する6軸フォースセンサ1Dと、アタッチメント(触手取付部)3Dと、筐体4Dとを有している。   The medical tentacle 100D further includes a 6-axis force sensor 1D that detects the inclination and pressure of the tentacle 5D, an attachment (tentacle mounting portion) 3D, and a housing 4D.

この構成においても、アタッチメントである触手取付部3Dと、筐体4Dの内側面の間には空間ギャップが存在する。そのため、先端部材である触手5Dに加えられる3軸力及びその軸回りのモーメントが効果的に6軸センサ1Dへ伝達される。   Even in this configuration, there is a space gap between the tentacle mounting portion 3D as an attachment and the inner surface of the housing 4D. Therefore, the triaxial force applied to the tentacle 5D as the tip member and the moment about the axis are effectively transmitted to the 6-axis sensor 1D.

本実施形態においては、6軸フォースセンサ1C,1Dは、医療用ブレード5C及び/又は触手5Dが接触する手術対象物(患者や患畜)の柔らかさ及び手術対象物に対して圧力がかかる方向を検出する。   In the present embodiment, the 6-axis force sensors 1C and 1D indicate the softness of the surgical object (patient or patient) in contact with the medical blade 5C and / or the tentacles 5D and the direction in which pressure is applied to the surgical object. To detect.

<第3実施形態の応用例1>
図26は、図25の医療用メス及び/又は医療用触手を使用した遠隔手術システムの例である。図27は、図26の遠隔手術システム3000のブロック図である。
<Application Example 1 of Third Embodiment>
FIG. 26 is an example of a telesurgical system using the medical knife and / or the tentacle of FIG. FIG. 27 is a block diagram of the telesurgical system 3000 of FIG.

図27に示す遠隔手術システム3000は、手術用ロボット(患者手術ロボット)500と、操作側コンソール600とを有している。手術用ロボット500は、医療用メス100Cと、医療用触手100Dとを操作可能に保持している。   A remote operation system 3000 shown in FIG. 27 includes an operation robot (patient operation robot) 500 and an operation side console 600. The surgical robot 500 holds a medical knife 100C and a medical tentacle 100D so as to be operable.

手術用ロボット500と、操作側コンソール600とは、ネットワーク(有線、近距離無線、指定の無線)を介して、接続されている。   The surgical robot 500 and the operation side console 600 are connected via a network (wired, short-range wireless, designated wireless).

手術用ロボット500は、ロボットアーム510,520と、情報処理部530と、カメラ540と、マイク550と、スピーカー560と、を有している。情報処理部530は、6軸情報取得部531、音声処理部532、映像処理部533、通信部534等を備えている。   The surgical robot 500 includes robot arms 510 and 520, an information processing unit 530, a camera 540, a microphone 550, and a speaker 560. The information processing unit 530 includes a 6-axis information acquisition unit 531, an audio processing unit 532, a video processing unit 533, a communication unit 534, and the like.

操作側コンソール600は、入力デバイス610,620と、情報処理部630と、ディスプレイ640と、マイク650と、スピーカー660と、脚用ペダル670と、を有する。情報処理部630は、移動情報取得部631,632、6軸情報変換部633、音声処理部634、映像処理部635、ペダル情報取得部636、通信部637等を備えている。   The operation side console 600 includes input devices 610 and 620, an information processing unit 630, a display 640, a microphone 650, a speaker 660, and a leg pedal 670. The information processing unit 630 includes movement information acquisition units 631 and 632, a six-axis information conversion unit 633, an audio processing unit 634, a video processing unit 635, a pedal information acquisition unit 636, a communication unit 637, and the like.

手術用ロボット500は、操作側コンソール600からの指示を受けて、患者に対して、直接手術を行う装置である。   The surgical robot 500 is a device that directly performs an operation on a patient in response to an instruction from the operation side console 600.

手術用ロボット500において、ロボットアーム(スレーブマニピュレーター)510,520は、外科医が操作側コンソール600を操縦することによって、その操縦の位置情報を移動情報取得部631,632が取得し、移動情報伝達駆動部511,521に伝達されることで、入力デバイス610,620に連動して動くように操縦される。   In the surgical robot 500, the robot arms (slave manipulators) 510 and 520 are operated by the surgeon operating the operation side console 600, so that the movement information acquisition units 631 and 632 acquire the position information of the operation, and the movement information transmission drive is performed. By being transmitted to the units 511 and 521, it is operated so as to move in conjunction with the input devices 610 and 620.

本実施形態では、ロボットアーム(スレーブマニピュレーター)510,520の先端には医療用メス100C及び/又は医療用触手100Dを着脱自在に把持している。医療用メス100C及び/又は医療用触手100Dが検出したメス/触手の傾きや圧力は、ロボットアーム510、520を介して、又は無線により、情報処理部530の6軸情報取得部531に伝達され、検出した量が数値化される。   In this embodiment, a medical knife 100C and / or a medical tentacle 100D are detachably held at the tips of robot arms (slave manipulators) 510 and 520. The inclination and pressure of the scalpel / tentacle detected by the medical scalpel 100C and / or the medical tentacle 100D are transmitted to the 6-axis information acquisition unit 531 of the information processing unit 530 via the robot arms 510 and 520 or wirelessly. The detected amount is digitized.

カメラ540は、患者の手術部位を撮影する。カメラ540は、3次元に撮影可能なカメラであるとより好ましい。   The camera 540 images the surgical site of the patient. The camera 540 is more preferably a camera that can photograph three-dimensionally.

マイク(マイクロフォン)550は、手術に立ち会っている、手術助手や、手術看護師からの音声コマンドを受信する。スピーカー560は、操作側コンソール600に入力された外科医の音声コマンドを音声情報として流す。   The microphone (microphone) 550 receives a voice command from a surgical assistant or a surgical nurse attending the operation. The speaker 560 sends a surgeon's voice command input to the operation side console 600 as voice information.

操作側コンソール600は、外科医によって操縦される装置である。   The operation side console 600 is a device operated by a surgeon.

入力デバイス(マスターマニピュレータ)610,620は、任意の1つ以上の様々な入力デバイス、例えば、ジョイスティック、グローブ、トリガーガン、手動コントローラなどを含み得る。本実施形態では、メス入力デバイス610は、図25(a)の医療用メス100Cの操作に対応する入力デバイスであって、触手入力デバイス620は、図25(b)の医療用触手100Dの操作に対応する入力デバイスである例を示す。   Input devices (master manipulators) 610, 620 may include any one or more of various input devices, such as joysticks, gloves, trigger guns, manual controllers, and the like. In this embodiment, the female input device 610 is an input device corresponding to the operation of the medical knife 100C of FIG. 25A, and the tentacle input device 620 is an operation of the medical tentacle 100D of FIG. An example of an input device corresponding to is shown.

なお、脚用ペダル670も、手を用いて入力する入力デバイス610,620とは、異なる指示を行う脚用の入力デバイスである。   Note that the leg pedal 670 is also a leg input device for giving instructions different from the input devices 610 and 620 for inputting by hand.

本実施形態では、入力デバイス610,620には、振動発生部611,621が設けられている。なお、脚用ペダル670にも、必要に応じて振動発生部を設けてもよい。   In the present embodiment, the input devices 610 and 620 are provided with vibration generators 611 and 621. Note that the leg pedal 670 may also be provided with a vibration generator as necessary.

マイク(マイクロフォン)650は、外科医からの音声コマンドを受信する。   A microphone (microphone) 650 receives voice commands from the surgeon.

ディスプレイ(マスターディスプレイ)640は、患者内の外科手術の部位の1つ以上の画像と、外科医に対する他の情報として、医療用メス100C、医療用触手100Dで検出した、メスや触手の傾きや圧力等も表示する。   The display (master display) 640 includes one or more images of the surgical site in the patient and other information for the surgeon, as detected by the medical scalpel 100C and the medical tentacle 100D. Etc. are also displayed.

上記の構成では、医療用メス100C及び/又は医療用触手100Dが検出したメス/触手の傾き/圧力は、ロボットアーム510,520を介して、又は無線により、手術用ロボット500の情報処理部530に伝達される。そして、手術対象物の柔らかさ及び前記手術対象物に対して圧力がかかる方向として、通信部534,637を介して操作側コンソール600に伝達され、6軸情報変換部633で振動量に変換され、入力デバイス610,620に設けられた振動発生部611,621が振動することで、振動として伝達することができる。   In the above configuration, the inclination / pressure of the scalpel / tentacle detected by the medical scalpel 100C and / or the medical tentacle 100D is transmitted via the robot arms 510, 520 or wirelessly, and the information processing unit 530 of the surgical robot 500. Is transmitted to. Then, the softness of the surgical object and the direction in which pressure is applied to the surgical object are transmitted to the operation side console 600 via the communication units 534 and 637 and converted into the vibration amount by the 6-axis information conversion unit 633. The vibration generating units 611 and 621 provided in the input devices 610 and 620 can be transmitted as vibrations.

これにより、遠隔手術システムにおいて、ロボットアーム510,520が把持する医療用メス100C及び/又は医療用触手100Dが、臓器や腹壁など、術部以外に接触している場合に、操作側コンソール600において、術者である外科医は、振動により手ごたえとして感知することが可能になる。   Thus, in the remote operation system, when the medical scalpel 100C and / or the medical tentacle 100D gripped by the robot arms 510 and 520 are in contact with a part other than the surgical site such as an organ or abdominal wall, the operation side console 600 The surgeon who is an operator can sense it as a response by vibration.

<第3実施形態の応用例2>
図28は、図25の医療用メス100C及び/又は医療用触手100Dを使用した3次元手術手法表示システムの例である。図29は、図28の3次元手術手法表示システム4000のブロック図である。
<Application Example 2 of Third Embodiment>
FIG. 28 is an example of a three-dimensional surgical technique display system using the medical knife 100C and / or the medical tentacle 100D of FIG. FIG. 29 is a block diagram of the three-dimensional surgical technique display system 4000 of FIG.

図29に示す、3次元手術手法表示システム4000は、PC700、3次元位置検出装置800、及びカメラ900を有する。3次元位置検出装置800及びカメラ900は、医療用器具(100C,100D)の医療用ブレード5C又は触手5Dの位置を測位する、3次元カメラとして機能する。   A three-dimensional surgical technique display system 4000 shown in FIG. 29 includes a PC 700, a three-dimensional position detection device 800, and a camera 900. The three-dimensional position detection device 800 and the camera 900 function as a three-dimensional camera that measures the position of the medical blade 5C or the tentacle 5D of the medical instrument (100C, 100D).

なお、カメラ900を2次元で設ける場合は、医療用メス100Cによって手術が行われる術部が視認可能なように、撮影されるのが好ましい。そのため、カメラ900は、真上に設置されてもよく、又は、医療用メス100Cと連動として移動してもよい。あるいは、カメラ900と医療用メス100Cとが一体化していてもよい。   In the case where the camera 900 is provided two-dimensionally, it is preferable to take an image so that the surgical part where the operation is performed can be visually recognized by the medical knife 100C. Therefore, the camera 900 may be installed directly above or may move in conjunction with the medical knife 100C. Alternatively, the camera 900 and the medical knife 100C may be integrated.

PC700は、表示部710と、制御部720と、表示制御部730と音声制御部740と、スピーカー750と、記憶部760と、を備える。   The PC 700 includes a display unit 710, a control unit 720, a display control unit 730, an audio control unit 740, a speaker 750, and a storage unit 760.

記憶部760は、3次元情報記憶領域、画像情報記憶領域、6軸検出結果記憶領域等を有する。   The storage unit 760 includes a three-dimensional information storage area, an image information storage area, a 6-axis detection result storage area, and the like.

制御部720は、情報合成部721を有しており、通信部を介して取得した、カメラ900からの手術部位の画像と、3次元位置検出装置800で検出した医療用メス100C及び/又は医療用触手100Dの位置を合成して、表示部710上に表示する。   The control unit 720 includes an information synthesis unit 721, and acquires an image of the surgical site from the camera 900 acquired through the communication unit, the medical scalpel 100C detected by the three-dimensional position detection device 800, and / or medical treatment. The position of the tentacle 100D is synthesized and displayed on the display unit 710.

さらに、医療用メス100C及び/又は医療用触手100Dで検出した6軸センサの傾きや圧力を検出することで、手術対象物(患者や患畜)の柔らかさ及び手術対象物に対して圧力がかかる方向を検出する。   Further, by detecting the inclination and pressure of the 6-axis sensor detected by the medical scalpel 100C and / or the medical tentacle 100D, pressure is applied to the softness of the surgical object (patient or patient) and the surgical object. Detect direction.

PC700は、撮影した映像と、位置情報と、現在の作業中の先端工具5Bの圧力、及び傾き情報を一緒に表示部710の画面上に表示する。   The PC 700 displays the photographed image, the position information, the pressure and tilt information of the tip tool 5B currently being worked on the screen of the display unit 710 together.

本構成の手術手法表示システム4000では、熟練者のメスの使用方法や、患部箇所(腫瘍箇所等)の特定方法を映像とともに数値化して表示することで、学生等の手術技術学習において、より具体的な、手術中のメスの使い方や、患部の発見方法等の習得が可能になる。   In the surgical technique display system 4000 of this configuration, the method of using an expert's scalpel and the method of identifying the affected part (tumor part, etc.) are digitized and displayed together with the video, so that it is more specific in the learning of surgical techniques for students and the like. It is possible to learn how to use the scalpel during surgery and how to find the affected area.

<第4実施形態>
図30は、センサアッセンブリを靴底に搭載する場合の構成例である。
<Fourth embodiment>
FIG. 30 is a configuration example when the sensor assembly is mounted on a shoe sole.

本実施形態では、センサアッセンブリが靴底に設けられているバランス検出靴100Eである場合の構成例である。   In this embodiment, it is a structural example in case the sensor assembly is the balance detection shoe 100E provided in the shoe sole.

バランス検出靴100では、上記の先端部材として、靴底に設けられたセンサ5Eを有している。   The balance detection shoe 100 has a sensor 5E provided on the shoe sole as the tip member.

さらに、バランス検出靴100Eでは上記の6軸フォースセンサ5Eと、アタッチメントと、を有している。なお、靴底に穴を開けてセンサを設けられているため、筐体4Eは、靴の穴部に相当する。   Further, the balance detection shoe 100E includes the 6-axis force sensor 5E and an attachment. Since the sensor is provided by making a hole in the shoe sole, the housing 4E corresponds to a hole portion of the shoe.

図30に示すように、この構成においても、センサ及びセンサ取付部、筐体4Eとの内側面の間には空間ギャップが存在する。そのため、靴底に配置されたセンサ5Eに加えられる3軸力及びその軸回りのモーメントに相当する体重移動の動き及びかかり方が効果的に6軸センサへ伝達される。   As shown in FIG. 30, also in this configuration, there is a space gap between the sensor, the sensor mounting portion, and the inner surface of the housing 4E. Therefore, the movement and application of the weight shift corresponding to the triaxial force applied to the sensor 5E disposed on the shoe sole and the moment about the axis are effectively transmitted to the six-axis sensor.

このように検出した6軸センサの結果は、例えば、靴を履いているユーザーの携帯電話やスマートフォン5100に送信され、図20に示す第1実施形態の応用例同様に、予め、基準となるデータを登録しておくことで、スマートフォン5100から歩行やジョギング時のアドバイスが受けられると好ましい。   The result of the 6-axis sensor detected in this way is transmitted to, for example, the mobile phone or the smartphone 5100 of the user wearing the shoes, and the reference data in advance as in the application example of the first embodiment shown in FIG. It is preferable that advice on walking or jogging can be received from the smartphone 5100 by registering.

以上、センサアッセンブリを複数の実施形態例により説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではない。他の実施形態例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。   While the sensor assembly has been described with a plurality of exemplary embodiments, the present invention is not limited to the above exemplary embodiments. Various modifications and improvements, such as combinations and substitutions with part or all of other example embodiments, are possible within the scope of the present invention.

1 6軸センサ(6軸フォースセンサ、力覚センサ)
3,3‐1 アタッチメント(先端部材取付部)
3A ペン先取付部(アタッチメント)
3B 技工具取付部(アタッチメント)
3C ブレード取付部(アタッチメント)
3D 触手取付部(アタッチメント)
3E 靴底検知部取付部(アタッチメント)
4,4A,4B,4C,4D,4E 筐体
4i 内周面
5,5‐1 先端部材
5A,5A‐1,5A‐2,5A‐3,5A‐4 ペン先
5B 先端工具
5C 医療用ブレード
5D 触手
5E 靴底センサ
6 位置発信部
10 センサチップ(6軸フォースセンサ)
20 起歪体(6軸フォースセンサ)
31 受け部
32 取付け起立部
33 雌ネジ
34 溝
51 接触部
52 嵌合部
53 雄ネジ
54 ピン
61 磁性体
62 磁性芯
63 磁性コイル
100 センサアッセンブリ
100A スタイラスペン
100B 歯科技工器具
100C 医療用メス(医療用器具)
100D 医療用触手(医療用器具)
100E バランス検出靴
200 タブレット
210 タッチパネル(パネル)
212 デジタイザ(位置検出部)
270 通信部
280 データ入出力部(取得部)
300 PC(情報処理装置)
400 カメラ
500 手術用ロボット(患者手術ロボット)
540 カメラ
600 操作用コンソール
610,620 入力デバイス
640 ディスプレイ
700 PC(情報処理装置)
800 3次元位置検出装置(3次元カメラ)
900 カメラ(3次元カメラ)
1000 作品描画手法指導システム
2000 歯科技工手法表示システム
3000 遠隔手術システム
4000 手術手法表示システム
5000 歩行状態表示システム
1 6-axis sensor (6-axis force sensor, force sensor)
3,3-1 Attachment (tip member mounting part)
3A Pen tip attachment (attachment)
3B Technical tool attachment (attachment)
3C Blade mounting part (attachment)
3D tentacle attachment (attachment)
3E Sole detection part mounting part (attachment)
4,4A, 4B, 4C, 4D, 4E Housing 4i Inner peripheral surface 5,5-1 Tip member 5A, 5A-1, 5A-2, 5A-3, 5A-4 Pen tip 5B Tip tool 5C Medical blade 5D Tentacle 5E Sole sensor 6 Position transmitter 10 Sensor chip (6-axis force sensor)
20 Straining body (6-axis force sensor)
31 receiving portion 32 mounting upright portion 33 female screw 34 groove 51 contact portion 52 fitting portion 53 male screw 54 pin 61 magnetic body 62 magnetic core 63 magnetic coil 100 sensor assembly 100A stylus pen 100B dental laboratory instrument 100C medical knife (medical) Appliance)
100D medical tentacles (medical instruments)
100E Balance detection shoe 200 Tablet 210 Touch panel (panel)
212 Digitizer (position detector)
270 Communication unit 280 Data input / output unit (acquisition unit)
300 PC (information processing equipment)
400 camera 500 surgical robot (patient surgical robot)
540 Camera 600 Operation console 610, 620 Input device 640 Display 700 PC (information processing apparatus)
800 3D position detector (3D camera)
900 Camera (3D camera)
1000 Work Drawing Technique Guidance System 2000 Dental Technician Technique Display System 3000 Remote Surgery System 4000 Surgical Technique Display System 5000 Walking State Display System

Claims (14)

筒状の筐体と、
前記筐体の一端から一部が突出した状態で、対象物に接触可能な先端部材と、
前記筐体内に設けられ、前記先端部材側に突出している力点入力部が設けられた、6軸フォースセンサと、
前記6軸フォースセンサの前記力点入力部に接続され、前記先端部材を取り付け可能な先端部材取付部と、を備え、
前記先端部材取付部及び前記先端部材は、前記筐体の内周面との間に空間ギャップが存在するように、前記筐体の内周側に設けられる
ことを特徴とするセンサアッセンブリ。
A cylindrical housing;
In a state in which a part protrudes from one end of the housing, a tip member that can contact an object;
A 6-axis force sensor provided in the housing and provided with a force point input portion protruding toward the tip member;
A tip member attaching portion connected to the force point input portion of the six-axis force sensor and capable of attaching the tip member;
The sensor assembly, wherein the tip member attaching portion and the tip member are provided on an inner peripheral side of the casing such that a space gap exists between the inner peripheral surface of the casing.
筒状の筐体と、
前記筐体の一端から一部が突出した状態で、タッチパネルに接触可能なペン先と、
前記筐体内に設けられ、前記ペン先側に突出している力点入力部が設けられた、6軸フォースセンサと、
前記6軸フォースセンサの前記力点入力部に接続され、前記ペン先を取り付け可能な、ペン先取付部と、を備え、
前記ペン先取付部及び前記ペン先は、前記筐体の内周面との間に空間ギャップが存在するように、前記筐体の内周側に設けられ、
前記6軸フォースセンサは、前記タッチパネルに対する前記ペン先の接触圧力及び前記タッチパネル上の前記ペン先の傾き及び/又は回転を検出する
ことを特徴とするスタイラスペン。
A cylindrical housing;
In a state where a part protrudes from one end of the housing, a pen tip that can contact the touch panel,
A 6-axis force sensor provided in the housing and provided with a force point input portion protruding toward the pen tip side;
A pen tip attachment portion connected to the force point input portion of the six-axis force sensor and capable of attaching the pen tip;
The pen tip mounting portion and the pen tip are provided on the inner peripheral side of the casing so that there is a space gap between the pen tip mounting portion and the inner peripheral surface of the casing;
The stylus pen, wherein the six-axis force sensor detects a contact pressure of the pen tip with respect to the touch panel and an inclination and / or rotation of the pen tip on the touch panel.
前記6軸フォースセンサ及び前記ペン先取付部を貫く磁性芯を備え、
前記ペン先には、磁性体が内包されており、
前記磁性芯が前記ペン先に内包される前記磁性体へ接続可能であり、
前記タッチパネルは、前記タッチパネル内の前記ペン先の位置を、前記磁性体及び前記磁性芯を検出することで、電磁誘導方式により位置検出する
ことを特徴とする請求項2に記載のスタイラスペン。
A magnetic core penetrating the 6-axis force sensor and the pen tip mounting portion;
The nib contains a magnetic material,
The magnetic core is connectable to the magnetic body contained in the pen tip,
The stylus pen according to claim 2, wherein the touch panel detects the position of the pen tip in the touch panel by an electromagnetic induction method by detecting the magnetic body and the magnetic core.
前記ペン先は、前記タッチパネルに接触する際の圧力により変形可能であり、
前記磁性芯が、弾性を有して前記ペン先の変形に追従することで、ユーザーへフォースフィードバックを与える
ことを特徴とする請求項3に記載のスタイラスペン。
The pen nib is deformable by pressure when contacting the touch panel,
The stylus pen according to claim 3, wherein the magnetic core has elasticity and follows a deformation of the pen tip to give force feedback to the user.
前記ペン先の種類が交換可能であり、
前記ペン先に、コイル及びコンデンサによる共振回路が搭載されており、
前記タッチパネルは、前記ペン先に搭載された前記共振回路の共振周波数をスキャンすることによって、前記ペン先の種類を認識可能である
ことを特徴とする請求項3又は4に記載のスタイラスペン。
The type of the nib is exchangeable,
A resonance circuit with a coil and a capacitor is mounted on the pen tip,
The stylus pen according to claim 3 or 4, wherein the touch panel is capable of recognizing a type of the pen tip by scanning a resonance frequency of the resonance circuit mounted on the pen tip.
前記筐体内において、前記6軸フォースセンサよりも後方に設けられる、マイコンを備え、
前記ペン先の種類が交換可能であり、
前記ペン先に、前記スタイラスペンとの接続状態を検知する検知機構が設けられており、
前記マイコンが、前記検知機構を介して前記ペン先の種類を特定すると共に前記タッチパネルへ伝送し、前記タッチパネルに前記ペン先の種類を認識させる
ことを特徴とする請求項3又は4に記載のスタイラスペン。
In the housing, provided with a microcomputer provided behind the 6-axis force sensor,
The type of the nib is exchangeable,
The pen tip is provided with a detection mechanism for detecting a connection state with the stylus pen,
5. The stylus according to claim 3, wherein the microcomputer specifies the type of the nib through the detection mechanism and transmits the nib type to the touch panel so that the touch panel recognizes the type of the nib. pen.
前記6軸フォースセンサの起歪体が、円錐台形状である
ことを特徴とする請求項2乃至6のいずれか一項に記載のスタイラスペン。
The stylus pen according to any one of claims 2 to 6, wherein the strain body of the six-axis force sensor has a truncated cone shape.
前記筐体の先端は、内側に折り曲げられた円環状の縁辺が形成されており、
前記縁辺よりも先端側に設けられ、前記ペン先が変形した際に接触するストッパーを備える
ことを特徴とした請求項7に記載のスタイラスペン。
The tip of the casing is formed with an annular edge bent inwardly,
The stylus pen according to claim 7, further comprising a stopper provided on a tip side of the edge and contacting when the pen tip is deformed.
請求項2乃至8のいずれか一項に記載のスタイラスペンと、
位置検出可能なタッチパネルを備えるタブレットと、を有し、
前記タブレットは、前記スタイラスペンで、書道、絵画等を入力した際の前記ペン先の進行方向、力のかけ方、及びペン先の傾きをアドバイスすることができる
ことを特徴とする作品描画手法指導システム。
A stylus pen according to any one of claims 2 to 8,
A tablet provided with a position-detectable touch panel,
The tablet is capable of advising the direction of movement of the pen tip when applying calligraphy, painting, etc. with the stylus pen, how to apply force, and tilting of the pen tip. system.
情報処理装置と有線又は無線を介して接続可能な歯科技工器具であって、
前記歯科技工器具は、
筒状の筐体と、
技工対象物に接触可能な先端工具と、
前記筐体内に設けられ、先端側に突出している力点入力部が設けられた、6軸フォースセンサと、
前記6軸フォースセンサの前記力点入力部に接続され、前記先端工具を取り付け可能な、先端工具取付部と、を備え、
前記先端工具取付部と、前記筐体の内側面との間には空間ギャップが存在しており、
前記6軸フォースセンサは、前記先端工具が前記技工対象物と接触した際に、前記歯科技工器具が前記技工対象物へ力をかけた方向と圧力の情報を検出し、
前記歯科技工器具又は前記情報処理装置は、接触した前記技工対象物へ力をかけた方向と、圧力の情報、圧力及び方向の継続時間の情報を記憶する記憶部と、を有する
ことを特徴とする歯科技工器具。
It is a dental laboratory instrument that can be connected to an information processing device via wire or wirelessly,
The dental technician instrument is:
A cylindrical housing;
A tip tool capable of contacting a technical object;
A 6-axis force sensor provided in the housing and provided with a force point input portion protruding toward the tip side;
A tip tool attachment portion connected to the force point input portion of the six-axis force sensor and capable of attaching the tip tool;
There is a space gap between the tip tool mounting portion and the inner surface of the housing,
The 6-axis force sensor detects information on the direction and pressure applied by the dental technician instrument to the technical object when the tip tool comes into contact with the technical object;
The dental technician instrument or the information processing apparatus includes a direction in which a force is applied to the contacted technical object, and a storage unit that stores information on pressure and information on pressure and duration of the direction. Dental technician instrument to do.
請求項10に記載の歯科技工器具と、該歯科技工器具に有線又は無線で接続される情報処理装置と、該情報処理装置に有線又は無線で接続されるカメラとを備え、
前記情報処理装置は、
接触した前記技工対象物へ力をかけた方向と圧力の情報を記憶する前記記憶部、及び
記憶された前記技工対象物へ力をかけた方向と圧力の情報を、前記カメラで撮影された前記歯科技工器具によって技工中の前記技工対象物の画像に、関連づけて画面上に表示するディスプレイ、を有する
ことを特徴とする歯科技工手法表示システム。
The dental technical instrument according to claim 10, an information processing apparatus connected to the dental technical instrument in a wired or wireless manner, and a camera connected to the information processing apparatus in a wired or wireless manner,
The information processing apparatus includes:
The storage unit that stores information on the direction and pressure applied to the contacted technical object, and the information on the direction and pressure applied to the stored technical object are captured by the camera. A dental technician technique display system comprising: a display that displays on a screen in association with an image of the technical object being technically processed by a dental technician instrument.
筒状の筐体と、
前記筐体の一端から一部が突出した状態で、手術対象物に接触可能な医療用ブレード又は触手と、
前記筐体内に設けられ、先端側に突出している力点入力部が設けられた、6軸フォースセンサと、
前記6軸フォースセンサの前記力点入力部に接続され、前記医療用ブレード又は前記触手を取り付け可能な、取付部と、を備え、
前記取付部並びに前記医療用ブレード又は前記触手は、前記筐体の内周面との間に空間ギャップが存在するように、前記筐体の内周側に設けられ、
前記6軸フォースセンサは、前記医療用ブレード又は前記触手が接触する前記手術対象物の柔らかさ及び前記手術対象物に対して圧力がかかる方向を検出する
ことを特徴とする医療用器具。
A cylindrical housing;
With a part protruding from one end of the housing, a medical blade or tentacle that can contact the surgical object;
A 6-axis force sensor provided in the housing and provided with a force point input portion protruding toward the tip side;
An attachment portion connected to the force point input portion of the six-axis force sensor and capable of attaching the medical blade or the tentacle;
The mounting portion and the medical blade or the tentacle are provided on the inner peripheral side of the casing such that a spatial gap exists between the inner peripheral surface of the casing and
The 6-axis force sensor detects the softness of the surgical object that the medical blade or the tentacle contacts and the direction in which pressure is applied to the surgical object.
患者手術ロボットと、該患者手術ロボットと、有線又はネットワークを介して接続される操作側コンソールと、を備える遠隔手術システムにおいて、
前記患者手術ロボットは、
請求項12に記載の前記医療用器具を把持するアーム、及び
術部を撮影するカメラを有しており、
前記操作側コンソールは、
術者が操作する入力デバイス、及び
前記カメラで撮影した画像を表示する表示部を有しており、
前記患者手術ロボットの前記アームは、前記操作側コンソールの前記入力デバイスと連動として動き、
前記患者手術ロボットは、前記医療用器具で検出した、前記手術対象物の柔らかさ及び前記手術対象物に対して圧力がかかる方向を、前記操作側コンソールの前記入力デバイスに伝達する
ことを特徴とする、遠隔手術システム。
In a telesurgical system comprising a patient surgery robot, and the patient surgery robot and an operation side console connected via a wire or a network,
The patient surgery robot is
An arm for gripping the medical instrument according to claim 12, and a camera for photographing an operation part,
The operation side console is
An input device operated by the surgeon, and a display unit for displaying an image taken by the camera,
The arm of the patient surgery robot moves in conjunction with the input device of the operation side console,
The patient surgery robot transmits the softness of the surgical object and the direction in which pressure is applied to the surgical object, detected by the medical instrument, to the input device of the operation side console. Remote operation system.
請求項12に記載の前記医療用器具と、前記医療用器具の手術対象物を撮影する3次元カメラと、前記医療用器具及び前記3次元カメラと有線又はネットワークを介して接続される情報処理装置と備え、3次元の手術の軌跡を取得して表示する手術手法表示システムであって、
所定の手術台上に載置された手術対象物に対して、術者が前記医療用器具を用いて手術を行っている最中の、前記医療用ブレード又は前記触手との接触で、前記6軸フォースセンサが、前記手術対象物の柔らかさ及び前記手術対象物に対して圧力がかかる方向を検出し、
前記3次元カメラが、前記医療用ブレード又は前記触手の位置を測位し、
前記情報処理装置は、前記撮影された画像に、前記手術対象物の柔らかさ及び前記手術対象物に対して圧力がかかる方向を重ね合わせて表示するディスプレイを備える
ことを特徴とする手術手法表示システム。
13. The medical instrument according to claim 12, a three-dimensional camera for photographing a surgical object of the medical instrument, and an information processing apparatus connected to the medical instrument and the three-dimensional camera via a wire or a network A surgical technique display system for acquiring and displaying a three-dimensional surgical trajectory,
In contact with the medical blade or the tentacle while the surgeon is performing an operation on the surgical object placed on a predetermined operating table using the medical instrument, the 6 An axial force sensor detects the softness of the surgical object and the direction in which pressure is applied to the surgical object;
The three-dimensional camera measures the position of the medical blade or the tentacle;
The information processing apparatus includes a display for displaying the softness of the surgical object and the direction in which pressure is applied to the surgical object on the photographed image. .
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