JPH06273396A - Tactile sensor - Google Patents

Tactile sensor

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Publication number
JPH06273396A
JPH06273396A JP5058847A JP5884793A JPH06273396A JP H06273396 A JPH06273396 A JP H06273396A JP 5058847 A JP5058847 A JP 5058847A JP 5884793 A JP5884793 A JP 5884793A JP H06273396 A JPH06273396 A JP H06273396A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
piezoelectric
piezoelectric body
elastic
tactile sensor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5058847A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takuya Imahashi
拓也 今橋
Hideo Adachi
日出夫 安達
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP5058847A priority Critical patent/JPH06273396A/en
Publication of JPH06273396A publication Critical patent/JPH06273396A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to acquire tactile information of an object by detecting physical characteristics representative of the hardness or softness of the object, i.e., elastic characteristics, time response and nonlinear elastic characteristics. CONSTITUTION:A detecting section 33 comprises a horizontally polarized piezoelectric 23 and a vertically polarized piezoelectric 18 fixed integrally to the same plane of a substrate 32. Since at least two piezoelectrics 23 are employed, directions of polarization do not match each other and, therefore, they are disposed perpendicularly to each other. Detection circuits 39, 41 detect elastic characteristics in the longitudinal and lateral directions from the potential differences between the electrodes 37, 38 and 35, 36 of the piezoelectrics 18, 23 and further detect transmitting/receiving waves, caused by the longitudinal and lateral oscillations generated from drive circuits 40, 42, by the piezoelectric effects of the piezoelectrics 18, 23. An arithmetic processing circuit 60 calculates the central frequency and the maximum amplitude of the voltage waveform, and the position of nonlinear elastic part caused by an echo signal in ultrasonic probing and outputs an elastic characteristic output 8, a time response output 55 and a nonlinear elastic characteristic output 59.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は医療分野におけるクロー
ズドサージェリー等低侵襲手術やバイオ分野における細
胞操作等において、触覚情報を得ることを目的とした、
マニピュレータなどの対象物と接触する部分に配置され
る触覚センサに関する。
The present invention aims to obtain tactile information in minimally invasive surgery such as closed surgery in the medical field and cell manipulation in the bio field.
The present invention relates to a tactile sensor arranged in a portion that comes into contact with an object such as a manipulator.

【0002】[0002]

【従来の技術】近時、内視鏡や顕微鏡などは、観察する
ための器具としての機能よりも、観察を行いながら観察
対象を操作するといった機能を重視するようになってき
ている。
2. Description of the Related Art Recently, endoscopes, microscopes and the like have come to place more importance on the function of manipulating an observation object while observing, rather than the function of an instrument for observing.

【0003】その現れとして、最近胆嚢摘出術に硬性鏡
が使用されたり、顕微鏡下でのマイクロマニピュレーシ
ョンによる試料の操作といったことが行われるようにな
ってきている。
As a manifestation of this, a rigid endoscope has recently been used for cholecystectomy, and a sample has been manipulated by micromanipulation under a microscope.

【0004】しかし、このような視野が限られている状
況において、より複雑化、微細化する操作を適切に行う
には、視覚情報と同時に触覚情報もより重要となる。こ
の触覚情報のうち、最も重要な情報が対象物の硬さ、柔
らかさである。
However, in such a situation where the field of view is limited, tactile information is more important than visual information in order to appropriately perform more complicated and finer operations. Of this tactile information, the most important information is the hardness and softness of the object.

【0005】たとえば、手術において従来オープンサー
ジェリーで行なうことが可能であった癌の転移等の触診
がクローズドサージェリーとなって直接的に行うことが
不可能であったり、全く出来ないといった状況に陥った
りしている。
[0005] For example, it is impossible or impossible at all to perform palpation of cancer metastasis or the like, which was previously possible with open surgery during surgery, as a closed surgery. I am falling.

【0006】また、顕微鏡下での細胞操作においては細
胞の柔らかさが操作者に伝達されないため、細胞を破壊
させたり、落下させたりというように非常に困難を伴う
作業となっている。
[0006] Further, in the operation of cells under a microscope, the softness of the cells is not transmitted to the operator, which is a very difficult task such as destroying or dropping the cells.

【0007】このように、触覚情報の伝達は重要な課題
となっている。
Thus, the transmission of tactile information has become an important issue.

【0008】しかし、触覚とは何であるか現状では定義
がなされていないが、本発明では触覚を構成するものと
思われる種々の要素を挙げ、それらの要素を対象物から
抽出することにより、触覚をセンシングすることが可能
になると考えた。
However, what is the sense of touch is not currently defined, but in the present invention, various factors that are considered to constitute the sense of touch are listed, and the sense of touch is extracted by extracting those factors from the object. I thought it would be possible to sense

【0009】対象物の硬さ柔らかさは次の3つの要素よ
り構成されると考えた。
The hardness and softness of the object were considered to be composed of the following three factors.

【0010】1つ目は弾性特性(ここでは接触応力特性
のことを指す)であり、2つ目は時間応答性、3つ目は
非線形弾性特性である。
The first is an elastic characteristic (here, it means a contact stress characteristic), the second is a time response, and the third is a non-linear elastic characteristic.

【0011】弾性特性は対象物の表面と垂直方向(縦方
向)の弾性特性(接触応力特性)と対象物の表面に沿っ
た方向(横方向)の弾性特性(接触応力特性)とし、非
線形弾性特性は対象物の深さ方向において接触部以外の
異なる機械インピーダンスを持つ部位が接触部の機械イ
ンピーダンスに影響を及ぼすという特性とした。
The elastic characteristics are elastic characteristics in the direction perpendicular to the surface of the object (longitudinal direction) (contact stress characteristics) and elastic characteristics in the direction along the surface of the object (lateral direction) (contact stress characteristics). The characteristic is that the parts having different mechanical impedances other than the contact part in the depth direction of the object affect the mechanical impedance of the contact part.

【0012】非線形弾性特性は例えば、生体において接
触部が骨などの硬い組織につながっている場合と接触対
象物が宙ぶらの様な他と接触していないような状態の場
合の表面における硬さの感覚が異なることは体験的に知
っていることである。
The nonlinear elastic property is, for example, the hardness on the surface in the case where the contact part is connected to a hard tissue such as bone in the living body and the condition where the contact object is not in contact with other objects such as dangling. It is empirical to know that the senses of are different.

【0013】しかし、従来の触覚センサは図36のよう
な導電性ゴム101、102を用いた触覚センサに代表
され、この触覚センサは導電性ゴム101、102両端
に電圧を加え、外力が加わるとその部分の導電性ゴムが
変形し、ゴムの抵抗値が変化する。
However, the conventional tactile sensor is represented by a tactile sensor using conductive rubbers 101 and 102 as shown in FIG. 36, and when this tactile sensor applies a voltage to both ends of the conductive rubbers 101 and 102 and an external force is applied thereto. The conductive rubber in that portion is deformed, and the resistance value of the rubber changes.

【0014】この抵抗値の変化を電圧の変化として検出
することにより、触覚の縦方向の弾性特性を検出するの
である。
By detecting the change in the resistance value as the change in the voltage, the elasticity of the tactile sense in the vertical direction is detected.

【0015】また、物質の硬さ特性測定方法及び装置と
して、対象物の固有振動数を求めることにより、対象物
の硬さ柔らかさを求める方法(例えば特開平3−816
41)が挙げられる。
Further, as a method and an apparatus for measuring the hardness characteristic of a substance, a method for obtaining the hardness and softness of the object by obtaining the natural frequency of the object (for example, JP-A-3-816).
41).

【0016】この方法は図37に示すように圧電振動子
103を増幅回路部104と周波数測定器106又は電
圧測定器107よりなる計測部105で構成される自励
振回路Pに組み込み、対象物と接触していないときの固
有振動数と対象物と接触しているときの固有振動数を圧
電振動子103に取り付けた振動検出用素子108によ
り検出した振動数より求め、両者の差から対象物の硬さ
柔らかさを検出する装置及び方法である。
In this method, as shown in FIG. 37, the piezoelectric vibrator 103 is incorporated into a self-exciting circuit P composed of an amplifying circuit section 104 and a measuring section 105 composed of a frequency measuring instrument 106 or a voltage measuring instrument 107, and the The natural frequency when not in contact and the natural frequency when in contact with the target object are obtained from the frequency detected by the vibration detecting element 108 attached to the piezoelectric vibrator 103, and the difference between the two determines the target object. An apparatus and method for detecting hardness and softness.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図36
の触覚センサは圧覚センサ、すなわち触覚を構成する要
素の一部である対象物表面と垂直方向(縦方向)の弾性
特性しか検出ができないものである。
However, as shown in FIG.
The tactile sensor is a pressure sensor, that is, it can detect only elastic characteristics in a direction (vertical direction) perpendicular to the surface of an object that is a part of the elements forming the sense of touch.

【0018】また、図37の触覚センサの固有振動数を
検出することにより硬さ柔らかさを求める方法は、実数
部と虚数部で構成される機械インピーダンスの虚数部の
みを検出し、硬さ測定を行っており、その他の要素、例
えば非線形弾性特性の検出を行っておらず、対象物の硬
さ柔らかさを測定するには不足である。
The method for determining the hardness and softness by detecting the natural frequency of the tactile sensor of FIG. 37 is to measure the hardness by detecting only the imaginary part of the mechanical impedance composed of the real number part and the imaginary number part. However, other factors such as non-linear elastic properties are not detected, which is insufficient to measure the hardness and softness of the object.

【0019】また、この方法では、対象物との接触部に
振動ピックアップ用のセンサを取り付けたりするため、
小型化が非常に難しくなり、かつ、センサ自体の共振周
波数を低くしているため外乱による振動の影響を受けや
すく、また、共振周波数のずれを検出する為には大きな
共振尖鋭度(Q)を持つ必要があるが、構造上難しい。
Further, in this method, since a sensor for a vibration pickup is attached to a contact portion with an object,
Miniaturization becomes very difficult, and the resonance frequency of the sensor itself is low, so it is easily affected by vibration due to disturbance, and a large resonance sharpness (Q) is required to detect the deviation of the resonance frequency. It is necessary to have it, but it is difficult due to its structure.

【0020】更には、比較的大きな共振尖鋭度が得られ
たとしても、共振周波数は周囲の温度変化に敏感にな
り、温度ドリフトが大きくなる。
Further, even if a relatively large resonance sharpness is obtained, the resonance frequency becomes sensitive to the ambient temperature change and the temperature drift becomes large.

【0021】そのため感度が振動振幅を求める方法より
も落ちる。
Therefore, the sensitivity is lower than that in the method of obtaining the vibration amplitude.

【0022】また、弾性特性に関しては横方向と縦方向
いずれか一方しか検出することが出来ない。
Further, regarding the elastic characteristic, only one of the horizontal direction and the vertical direction can be detected.

【0023】次に本発明のコンセプトに比較的近いと思
われる超音波診断装置に用いられる超音波探触子につい
て説明する。
Next, an ultrasonic probe used in an ultrasonic diagnostic apparatus which is considered to be relatively close to the concept of the present invention will be described.

【0024】図1は一般的な超音波探触子の断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of a general ultrasonic probe.

【0025】超音波診断装置は非線形弾性特性を検出す
る装置として、一般に知られており、超音波診断装置は
超音波を使用することにより、人の目で直接見ることの
出来ない物体内部の状態をその物体を壊すことなく可視
化できる装置である。
The ultrasonic diagnostic apparatus is generally known as a device for detecting a non-linear elastic characteristic, and the ultrasonic diagnostic apparatus uses ultrasonic waves so that the internal state of an object that cannot be seen directly by the human eye. It is a device that can visualize the object without destroying the object.

【0026】図2は超音波探触子の基本構造である。FIG. 2 shows the basic structure of the ultrasonic probe.

【0027】探触子は圧電体7の左右に電極8、9を設
けた構造となっており、その電極に電気信号10(例え
ば連続波やパルス波)を印加することで、その信号振幅
にあった強度の超音波が発生する構造となっている。
The probe has a structure in which electrodes 8 and 9 are provided on the left and right of the piezoelectric body 7, and by applying an electric signal 10 (for example, continuous wave or pulse wave) to the electrodes, the amplitude of the signal is changed. The structure is such that ultrasonic waves of the appropriate intensity are generated.

【0028】この超音波を用い、深さ方向の構造のセン
シングを行う。その基本測定原理は図3に示すとおり
で、探触子6から送信した超音波11が物体に当たり、
反射13、透過12を繰り返し、反射した波13、14
をセンサによって受信するという原理となっている。
Using this ultrasonic wave, the structure in the depth direction is sensed. The basic measurement principle is as shown in FIG. 3, and the ultrasonic wave 11 transmitted from the probe 6 hits the object,
The reflected waves 13 and 14 are repeated by repeating reflection 13 and transmission 12.
The principle is to receive by the sensor.

【0029】この超音波反射信号は、図3中に示される
伝搬媒体A、B、Cの音響インピーダンス(音速と物質
の密度の積で定義され、電気回路の抵抗と同等のもの)
の違いによって、それぞれの界面で反射され、各媒体で
の情報を含んでくる。
This ultrasonic reflection signal is the acoustic impedance of the propagation media A, B and C shown in FIG. 3 (defined by the product of the speed of sound and the density of the substance and equivalent to the resistance of the electric circuit).
Is reflected by each interface and contains information in each medium.

【0030】例えば図4(a)に示すようなスポンジ製
の対象物15に探触子6より超音波を送信すると、スポ
ンジ15のA点、B点、C点、D点でそれぞれ超音波は
反射される。
For example, when ultrasonic waves are transmitted from the probe 6 to the sponge object 15 as shown in FIG. 4A, the ultrasonic waves are respectively generated at points A, B, C and D of the sponge 15. Is reflected.

【0031】この反射波を受信したものが図4(b)の
RF出力信号となり、それぞれ、A点、B点、C点、D
点に対応した信号波形が出力される。
What receives this reflected wave becomes the RF output signal of FIG. 4 (b), which is point A, point B, point C, and D, respectively.
The signal waveform corresponding to the point is output.

【0032】このRF信号のA点、B点、C点、D点に
関する信号を図4(c)のように検波し、図4(d)の
ように輝度変調すると、探触子6の前面の超音波放射方
向の情報、すなわち音響インピーダンスの異なるA点、
B点、C点、D点の位置を一走査線として表示できる。
When the signals of points A, B, C, and D of this RF signal are detected as shown in FIG. 4C and the brightness is modulated as shown in FIG. 4D, the front surface of the probe 6 is detected. Information of the ultrasonic radiation direction, that is, point A with different acoustic impedance,
The positions of points B, C, and D can be displayed as one scanning line.

【0033】探触子6を横方向に走査すると表示される
情報は、ターゲット内部の音響インピーダンスの違いに
より輝度の異なる信号となり、水16と音響インピーダ
ンスの異なるスポンジ15と、周辺の水との間に濃淡像
として断層像が表示される。
The information displayed when the probe 6 is scanned laterally becomes a signal having a different brightness due to the difference in the acoustic impedance inside the target, and the information between the water 16, the sponge 15 having a different acoustic impedance, and the surrounding water. A tomographic image is displayed as a grayscale image on.

【0034】以上のように、これは超音波エコー信号を
捕らえるものであり、対象物の機械インピーダンスを検
出することを目的としたものではないため、従来の超音
波診断装置のままでは対象物の硬さ柔らかさを検出する
ことはできない。
As described above, this is for capturing the ultrasonic echo signal and not for detecting the mechanical impedance of the target object. Hardness and softness cannot be detected.

【0035】また、測定時には水16を介して探触子6
と対象物15との振動の伝達を行うため、水の特性によ
り縦波の振動しか伝播せず、縦波超音波のみを用いた測
定となるため、横方向の硬さは検出できない。
Further, at the time of measurement, the probe 6 is passed through the water 16
Since the vibration is transmitted between the object 15 and the object 15, only the vibration of the longitudinal wave propagates due to the characteristics of water, and the measurement is performed using only the longitudinal ultrasonic wave, so that the hardness in the lateral direction cannot be detected.

【0036】そして、図4(a)に示したような構造
は、超音波ビームの進行方向に対し、弾性特性の異なる
組織が存在していることになり、このような構造を本発
明において非線形弾性体と定義付けている。
In the structure shown in FIG. 4A, tissues having different elastic characteristics exist in the traveling direction of the ultrasonic beam, and such a structure is nonlinear in the present invention. It is defined as an elastic body.

【0037】よって、超音波診断装置により測定できる
ことは非線形弾性体の存在がわかることであり、対象物
の硬さ柔らかさを測定することはできない。
Therefore, what can be measured by the ultrasonic diagnostic apparatus is that the existence of the non-linear elastic body is known, and the hardness and softness of the object cannot be measured.

【0038】本発明は以上の問題点に着目し、対象物の
硬さ柔らかさを表す物理特性である弾性特性、時間応
答、非線形弾性特性を検出する触覚センサを提供するこ
とを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a tactile sensor which detects the above-mentioned problems and detects an elastic characteristic, a time response and a non-linear elastic characteristic which are physical characteristics indicating hardness and softness of an object.

【0039】[0039]

【課題を解決するための手段及び作用】先ず、本発明の
基本原理について説明する。
First, the basic principle of the present invention will be described.

【0040】対象物の硬さ柔らかさは次の3つの要素よ
り構成されると考えられ、1つ目は弾性特性であり、2
つ目は時間応答性、3つ目は非線形弾性特性である。
The hardness and softness of the object are considered to be composed of the following three elements, the first being the elastic characteristic,
The third is the time response and the third is the nonlinear elastic property.

【0041】弾性特性の検出は対象物の表面と垂直方向
(縦方向)の接触応力と対象物の表面に沿った方向(横
方向)接触応力、すなわちすべり力の測定により行わ
れ、時間応答性の検出は加振に対する振動応答を測定
し、対象物の機械インピーダンスを算出することにより
行われ、非線形弾性特性の検出は超音波を用いて、接触
部以外の異なる機械インピーダンスを持つ部位の機械イ
ンピーダンスとその位置を求めることにより行うことで
ある。
The elastic characteristic is detected by measuring contact stress in a direction perpendicular to the surface of the object (longitudinal direction) and contact stress along the surface of the object (lateral direction), that is, a sliding force, and time response. Is detected by measuring the vibration response to the vibration and calculating the mechanical impedance of the object.The detection of the non-linear elastic characteristics is performed using ultrasonic waves, and the mechanical impedance of the parts with different mechanical impedance other than the contact part is detected. And that position is performed.

【0042】よって、これらの特性を検出するセンサは
超音波を送受信することが可能で、かつ、力の検出が可
能な材料で構成することになり、その材料として圧電体
が適していると考えられる。例えば、圧電材料として圧
電セラミックス、高分子圧電体そして複合圧電体が考え
られる。
Therefore, the sensor for detecting these characteristics is made of a material capable of transmitting and receiving ultrasonic waves and capable of detecting force, and it is considered that the piezoelectric body is suitable as the material. To be For example, piezoelectric ceramics, polymer piezoelectric materials, and composite piezoelectric materials can be considered as piezoelectric materials.

【0043】圧電体は図5(a)、(b)、図6
(a)、(b)、図7(a)、(b)のようにその結晶
に応力あるいは歪を加えることにより電荷を発生する圧
電効果と、逆に図5(c)、(d)、図6(c)、
(d)、図7(c)、(d)のように電界を加えると力
や歪が発生する逆圧電効果を持つ。
The piezoelectric material is shown in FIGS. 5 (a), 5 (b) and 6
5A, 5B, 7A, and 7B, the piezoelectric effect of generating charges by applying stress or strain to the crystal, and conversely to FIGS. 5C and 5D, FIG. 6 (c),
As shown in (d), FIG. 7 (c), and (d), it has an inverse piezoelectric effect in which force and strain are generated when an electric field is applied.

【0044】圧電効果は結晶に加わる応力T、電界E、
結晶に起こる歪S、電気変位Dの4者が相互に関係する
効果であって、いまTとEを独立変数に選ぶとその関係
式は次のようになる。
The piezoelectric effect is the stress T applied to the crystal, the electric field E,
This is an effect that the four factors of strain S and electric displacement D occurring in the crystal are mutually related. When T and E are selected as independent variables, the relational expression is as follows.

【0045】[0045]

【数1】 (1)式を圧電基本式(d形式)と呼び、電界E、電気
変位Dはベクトル量で、応力T、歪Sは対称テンソル量
で表せる。
[Equation 1] The formula (1) is called a piezoelectric basic formula (d form), and the electric field E and the electric displacement D can be expressed by vector quantities, and the stress T and the strain S can be expressed by symmetric tensor quantities.

【0046】また、電圧出力定数gijの添字は応力の加
わる方向(2階のテンソル)jに対し電気変位の方向ベ
クトルiを示しており、dijの添字は歪みの方向iに対
し電界強度の方向jであり、εijの添字は電気変位の方
向iに対して、電界強度の方向jを示しており、sij
添字は応力の方向iに対して、歪みの方向jを示してい
る。
The subscript of the voltage output constant g ij indicates the direction vector i of the electric displacement with respect to the stress applying direction (second-order tensor) j, and the subscript of d ij indicates the electric field strength with respect to the straining direction i. , The subscript of ε ij indicates the direction j of electric field strength with respect to the direction i of electrical displacement, and the subscript of s ij indicates the direction j of strain with respect to the direction i of stress. There is.

【0047】そして、sE は電界一定の場合の弾性コン
プライアンス、εT は応力一定の場合の誘電率である。
S E is the elastic compliance when the electric field is constant, and ε T is the dielectric constant when the stress is constant.

【0048】この中に含まれる係数の総数は9×9=8
1個であるが、sE 、εT の両マトリックスの対称性を
考慮に入れ、かつ、結晶の対称性が高くなり、圧電体の
分極軸の方向をx軸にとり、これと垂直な面内で直交す
る2軸をy軸、z軸とする。
The total number of coefficients contained in this is 9 × 9 = 8
Although it is one, the symmetry of both the matrices s E and ε T is taken into consideration, and the symmetry of the crystal becomes high, and the direction of the polarization axis of the piezoelectric body is taken as the x-axis, and in the plane perpendicular to this. The two axes orthogonal to each other are defined as y-axis and z-axis.

【0049】また、x、y、zの軸を1軸、2軸、3軸
と呼ぶこともある。
The x, y, and z axes may be referred to as 1-axis, 2-axis, and 3-axis.

【0050】すると圧電基本式の係数マトリクスは非常
に簡単になる。
Then, the coefficient matrix of the basic piezoelectric equation becomes very simple.

【0051】すなわち、ゼロでない独立係数は s11 E ,s12 E ,s13 E ,s33 E ,s44 E15,d31,d33 ε11 T ,ε33 T の10個だけとなる。That is, there are only 10 non-zero independent coefficients of s 11 E , s 12 E , s 13 E , s 33 E , s 44 E d 15 , d 31 , d 33 ε 11 T and ε 33 T. .

【0052】よって、この10個の係数を用いることに
より圧電効果、逆圧電効果を数式で表すことが出来る。
Therefore, by using these ten coefficients, the piezoelectric effect and the inverse piezoelectric effect can be expressed by mathematical expressions.

【0053】圧電効果は図8に示すように、圧電体18
に力を加えることにより電荷を発生する効果であり、力
と発生電荷の関係は(2)式で与えられる。
The piezoelectric effect is as shown in FIG.
Is an effect of generating an electric charge by applying a force to the force.

【0054】[0054]

【数2】 ここで、Vは発生電圧、Fは加えた力、Lは圧電体18
の長さ、Sは圧電体18の断面積、gijは電圧出力定数
である。電圧出力定数gijは、電気変位ゼロの状態で単
位の応力を与えたときに生じる電界の強さをいい、一般
にg定数と呼ばれる。g定数は次式より求められる。
[Equation 2] Here, V is the generated voltage, F is the applied force, and L is the piezoelectric body 18.
, S is the cross-sectional area of the piezoelectric body 18, and g ij is the voltage output constant. The voltage output constant g ij refers to the strength of the electric field generated when a unit stress is applied in the state of zero electric displacement, and is generally called the g constant. The g constant is obtained from the following equation.

【0055】[0055]

【数3】 33定数は、図5(a)、(b)に示すように分極方向
から力が加わり、分極方向に歪んだ時の歪量Δxに比例
して発生する電圧の比例定数である。
[Equation 3] The g 33 constant is a proportional constant of a voltage generated in proportion to a strain amount Δx when a force is applied from the polarization direction and the strain is distorted in the polarization direction as shown in FIGS. 5A and 5B.

【0056】発生する電圧は分極方向に垂直な面に取り
付けた電極19、20により検出を行う。
The generated voltage is detected by the electrodes 19 and 20 mounted on the surface perpendicular to the polarization direction.

【0057】g15定数は、図6(a)、(b)に示すよ
うに分極方向に沿うような方向にすべり応力が加わり、
その方向に歪んだ時のすべり歪量Δyに比例して発生す
る電圧の比例定数である。
The g 15 constant has a sliding stress applied in a direction along the polarization direction as shown in FIGS.
It is a proportional constant of the voltage generated in proportion to the slip strain amount Δy when strained in that direction.

【0058】発生する電圧は力の加わる面に取り付けた
電極19、20により検出を行う。
The generated voltage is detected by the electrodes 19 and 20 attached to the surface to which force is applied.

【0059】g31定数は、図7(a)、(b)に示すよ
うに分極方向と垂直な方向から力が加わり、分極方向に
対して垂直方向に歪んだ時の歪量Δyに比例して発生す
る電圧の比例定数である。
As shown in FIGS. 7A and 7B, the g 31 constant is proportional to the strain amount Δy when a force is applied in a direction perpendicular to the polarization direction and the strain is distorted in the direction perpendicular to the polarization direction. Is a proportional constant of the generated voltage.

【0060】発生する電圧は分極方向に垂直な面に取り
付けた電極19、20により検出を行う。
The generated voltage is detected by the electrodes 19 and 20 mounted on the surface perpendicular to the polarization direction.

【0061】本発明の触覚センサは縦方向と横方向の弾
性特性を検出するため、3つのg定数のうちg33とg15
を使用し、これを用いてセンサとする。
Since the tactile sensor of the present invention detects elastic properties in the vertical and horizontal directions, g 33 and g 15 of the three g constants are used.
Is used as a sensor.

【0062】そして、g33は縦方向の弾性特性の検出に
用い、g15は横方向の弾性特性の検出に用いる。
Then, g 33 is used for detecting the elastic characteristic in the vertical direction, and g 15 is used for detecting the elastic characteristic in the horizontal direction.

【0063】それぞれの出力電圧V3 とV1 は(4)式
で与えられる。
The respective output voltages V 3 and V 1 are given by the equation (4).

【0064】[0064]

【数4】 となる。[Equation 4] Becomes

【0065】この圧電効果による発生電圧を図9のよう
な回路を用いて、電圧の検出を行う。
The voltage generated by this piezoelectric effect is detected by using a circuit as shown in FIG.

【0066】この回路は単純に入力インピーダンスの高
いオペアンプを用いて圧電効果によって発生する電圧を
増幅する回路である。
This circuit is a circuit that simply uses an operational amplifier with a high input impedance to amplify the voltage generated by the piezoelectric effect.

【0067】以上の効果を用い圧電体に加わる力を電圧
に変換し、この電圧信号により対象物の弾性特性を求め
ることが可能になる。
Using the above effects, the force applied to the piezoelectric body can be converted into a voltage, and the elastic characteristic of the object can be obtained from this voltage signal.

【0068】一方、時間応答性や非線形弾性特性の測定
には図5(c)、(d)乃至図7(c)、(d)に示す
ように逆圧電効果が用いられ、この逆圧電効果は電界を
加えると力や歪が発生する効果のことであり、発生する
力は(5)式
On the other hand, the inverse piezoelectric effect is used for measuring the time response and the non-linear elastic characteristic as shown in FIGS. 5 (c), (d) to 7 (c), (d). Is the effect that force or strain is generated when an electric field is applied.

【数5】 で与えられ、ここでsはコンプライアンス(弾性定数)
であり、SとLについては(4)式で用いたものと同じ
である。発生する変位量Lは(6)式
[Equation 5] Where s is the compliance (elastic constant)
And S and L are the same as those used in the equation (4). The amount of displacement L that occurs is expressed by equation (6)

【数6】 である。[Equation 6] Is.

【0069】時間応答、非線形弾性特性の測定のどちら
も対象物を振動させるため、この圧電体18に交流電圧
22を印加し、圧電体表面を交流電圧の周波数に応じて
振動させる。
Since both the time response and the measurement of the non-linear elastic characteristic vibrate the object, an AC voltage 22 is applied to the piezoelectric body 18 and the surface of the piezoelectric body is vibrated according to the frequency of the AC voltage.

【0070】この現象により圧電体18から超音波を発
生させることもできるが、振動子の形状、寸法によって
決まる振動モードによって共振周波数は異なるので、イ
ンピーダンス応答を用いた方が回路構成上有利である。
Although ultrasonic waves can be generated from the piezoelectric body 18 by this phenomenon, since the resonance frequency differs depending on the vibration mode determined by the shape and size of the vibrator, it is advantageous in terms of circuit configuration to use the impedance response. .

【0071】図10(a)、(b)は圧電体18に負荷
がないときのインパルス応答を示したものである。
FIGS. 10A and 10B show the impulse response when the piezoelectric body 18 has no load.

【0072】図10(a)のようなパルス状信号を圧電
体18に印加すると図10(b)のように圧電体が振動
し、この時の共振周波数fnoloadは圧電体の形状、寸法
によって決まる共振周波数であり、共振尖鋭度Qに依存
した振幅Vnoloadで振動する。
When a pulse signal as shown in FIG. 10A is applied to the piezoelectric body 18, the piezoelectric body vibrates as shown in FIG. 10B, and the resonance frequency f noload at this time depends on the shape and size of the piezoelectric body. It is a determined resonance frequency, and vibrates with an amplitude V noload depending on the resonance sharpness Q.

【0073】但し、図10(b)は説明上、圧電体から
の出力信号から印加パルス電圧波形成分を取り除いたも
のとしてある。
However, in FIG. 10B, for the sake of explanation, the applied pulse voltage waveform component is removed from the output signal from the piezoelectric body.

【0074】この共振周波数に関係する定数が周波数定
数Nである。
The constant related to the resonance frequency is the frequency constant N.

【0075】圧電体を伝搬する振動の波の音速は、各振
動モードごとに一定の値を持ち、一定の形状の圧電体
は、共振時は、振動の波長λと伝搬方向の長さ1の間に
(7)式の関係があり、音速v、周波数fと波長の関係
より(8)式、(9)式が成立する。
The sound velocity of the vibration wave propagating through the piezoelectric body has a constant value for each vibration mode, and the piezoelectric body having a constant shape has a vibration wavelength λ and a length 1 in the propagation direction at resonance. There is a relationship of expression (7) between them, and expressions (8) and (9) are established from the relationship between the sound velocity v, the frequency f and the wavelength.

【0076】[0076]

【数7】 [Equation 7]

【数8】 [Equation 8]

【数9】 よって、超音波の周波数は(10)式[Equation 9] Therefore, the frequency of the ultrasonic wave is the formula (10)

【数10】 で与えられる。[Equation 10] Given in.

【0077】また、共振時の振幅には、機械的品質係数
m (共振の尖鋭度)が関与してくるため、共振時の振
幅Lは(11)式で与えられる。
Since the mechanical quality factor Q m (resonance sharpness) is involved in the amplitude at resonance, the amplitude L at resonance is given by the equation (11).

【0078】[0078]

【数11】 時間応答性も非線形弾性特性も縦方向の変化だけでなく
横方向の変化も検出することが触覚をセンシングするに
は必要なため、上述した弾性特性の測定に用いた圧電体
の分極方向として垂直分極と水平分極を使用する。
[Equation 11] Since it is necessary for tactile sensing to detect not only longitudinal changes but also lateral changes in both time responsiveness and non-linear elastic characteristics, it is necessary to use the vertical direction as the polarization direction of the piezoelectric body used for measuring elastic characteristics. Uses polarization and horizontal polarization.

【0079】上述したように超音波を送信させるが、受
信は次のように行う。
Although ultrasonic waves are transmitted as described above, reception is performed as follows.

【0080】圧電体は圧電効果と逆圧電効果を持ってい
るため、一つの素子で超音波の送受信が可能である。
Since the piezoelectric body has a piezoelectric effect and an inverse piezoelectric effect, ultrasonic waves can be transmitted and received by one element.

【0081】反射してきた超音波もしくは対象物の振動
により圧電体は振動し、圧電効果により電圧が発生し、
電気信号として振動を検出することが可能になる。
The piezoelectric body vibrates due to the reflected ultrasonic waves or the vibration of the object, and a voltage is generated by the piezoelectric effect.
It becomes possible to detect vibration as an electric signal.

【0082】よって、時間変化を読み取ることが可能な
回路を取り付けることにより、振動の振幅と周波数の検
出が可能となり、超音波の送受信を用いることにより時
間応答性と非線形弾性特性の検出が可能となる。
Therefore, it is possible to detect the amplitude and frequency of the vibration by attaching a circuit capable of reading the time change, and it is possible to detect the time responsiveness and the non-linear elasticity characteristic by using the transmission and reception of ultrasonic waves. Become.

【0083】非線形弾性特性の検出は一般に用いられる
超音波振動子を用いた深部エコーにより行われる。
The detection of the non-linear elasticity characteristic is performed by a deep echo using an ultrasonic transducer which is generally used.

【0084】図1に示すような超音波探触子6は圧電振
動子1、ダンピング層2、マッチング層3、ハウジング
4、リード線5で構成され、この超音波探触子6の圧電
振動子1、ダンピング層2、マッチング層3を含めた電
気音響的接続は4端子回路の従属接続と終端での2端子
接続で図11のように表せる。
An ultrasonic probe 6 as shown in FIG. 1 is composed of a piezoelectric vibrator 1, a damping layer 2, a matching layer 3, a housing 4 and a lead wire 5. The piezoelectric vibrator 6 of this ultrasonic probe 6 has a structure as shown in FIG. The electroacoustic connection including the damping layer 2, the matching layer 3 and the matching layer 3 can be expressed as shown in FIG. 11 by a subordinate connection of a four-terminal circuit and a two-terminal connection at the terminal.

【0085】ここでいう、ダンピング層2、マッチング
層3は次のような役割を果たす。
The damping layer 2 and the matching layer 3 here play the following roles.

【0086】超音波を図2のような構造で対象物に送信
すると、圧電体のようにインピーダンスの高い物質か
ら、インピーダンスの低い対象物に直接超音波を送るこ
とになり、両者のマッチングを計る必要があり、このマ
ッチングを行う要素がマッチング層3である。
When ultrasonic waves are transmitted to the object with the structure as shown in FIG. 2, the ultrasonic waves are directly transmitted from the substance having high impedance such as the piezoelectric body to the object having low impedance, and the matching between them is measured. The matching layer 3 is an element that needs to be matched.

【0087】この層によりインピーダンスのマッチング
を計る。
Impedance matching is measured by this layer.

【0088】また、送信する必要のない面の圧電体の振
動を抑える構造が必要である。
Further, a structure for suppressing the vibration of the piezoelectric body on the surface which does not need to be transmitted is required.

【0089】そのため、対象物と接触しない面に放射さ
れる超音波を吸収するためにダンピンク層2を設ける。
Therefore, the dampening layer 2 is provided in order to absorb the ultrasonic waves emitted to the surface that does not come into contact with the object.

【0090】このマッチングの程度やダンピングの程度
には最適のものがある。
There is an optimum degree of matching and damping.

【0091】非線形弾性特性と時間応答を測定するにあ
たって超音波を使用する場合、この超音波振動子1すな
わち超音波トランスデューサの超音波送受信特性につい
ての理論的裏付けは以下に記載した取扱によって得られ
る。
When ultrasonic waves are used to measure the non-linear elastic characteristics and the time response, theoretical support for the ultrasonic wave transmission / reception characteristics of the ultrasonic transducer 1, that is, the ultrasonic transducer, can be obtained by the handling described below.

【0092】即ち、トランスデューサの3ポート理論と
メイソンの等価回路を用いて取り扱う。
That is, the 3-port theory of the transducer and Mason's equivalent circuit are used.

【0093】この等価回路によると圧電振動子1は図1
2のようになり、マッチング層3は図13、ダンピング
層2は図14(a)、対象物27は図14(b)のよう
に表せる。
According to this equivalent circuit, the piezoelectric vibrator 1 is shown in FIG.
2, the matching layer 3 can be represented as shown in FIG. 13, the damping layer 2 as shown in FIG. 14 (a), and the target object 27 as shown in FIG. 14 (b).

【0094】よって、負荷媒質27と電気的整合回路2
8を含めた全体の系を示すと、図15のように4端子回
路の従属接続と終端での2端子回路との接続となる。
Therefore, the load medium 27 and the electrical matching circuit 2
When the entire system including 8 is shown, it becomes a subordinate connection of a 4-terminal circuit and a connection with a 2-terminal circuit at the terminal end as shown in FIG.

【0095】そして、この図15をマトリックス表示す
ると図16(a)、(b)となる。
When this FIG. 15 is displayed in a matrix form, it becomes FIGS. 16 (a) and 16 (b).

【0096】ここで、図15のAP 、BP 、CP 、DP
なる4端子回路のFパラメータは(12)式で表され、
Here, A P , B P , C P and D P in FIG.
The F parameter of the 4-terminal circuit is expressed by equation (12),

【数12】 また、図16(a)、(b)の整合回路を含めた全体の
マトリックス要素A、B、C、Dは(13)式で表され
る。
[Equation 12] Further, the entire matrix elements A, B, C and D including the matching circuits of FIGS. 16 (a) and 16 (b) are expressed by the equation (13).

【0097】[0097]

【数13】 このマトリックス要素A、B、C、Dを用いて、図16
(a)、(b)の系に電圧Es を印加したときの応答電
圧E1 は(14)式のように表せる。
[Equation 13] Using these matrix elements A, B, C and D, FIG.
The response voltage E 1 when the voltage E s is applied to the systems of (a) and (b) can be expressed as in equation (14).

【0098】[0098]

【数14】 (14)式より、入力電圧Es 、電源抵抗Rs 、媒質の
音響インピーダンスZ0t、負荷抵抗Rl 、各マトリック
ス要素は既知であり、(14)式より対象物の機械的イ
ンピーダンスZ0tが求められる。
[Equation 14] From the equation (14), the input voltage E s , the power source resistance R s , the acoustic impedance Z 0t of the medium, the load resistance R l , and each matrix element are known, and from the equation (14), the mechanical impedance Z 0t of the object is Desired.

【0099】すなわち、その絶対値である周波数特性が
わかる。
That is, the frequency characteristic which is the absolute value can be known.

【0100】この複素表示の機械的インピーダンスの絶
対値と位相の周波数特性から機械的インピーダンスの実
数部と虚数部の周波数特性が求まる。
The frequency characteristic of the real part and the imaginary part of the mechanical impedance can be obtained from the frequency characteristic of the absolute value and the phase of the mechanical impedance of this complex display.

【0101】(14)式で表される周波数特性と時間応
答性の間はフーリエ変換の関係、すなわち1対1の対応
関係なので物理的意味は等価な特性である。
Since the frequency characteristic represented by the equation (14) and the time response have a Fourier transform relationship, that is, a one-to-one correspondence relationship, the physical meanings are equivalent characteristics.

【0102】従って、時間応答性から対象物の機械的イ
ンピーダンスを知ることが出来る。
Therefore, the mechanical impedance of the object can be known from the time response.

【0103】また、送信した超音波の反射波を受信する
までの時間とそのときの周波数時性より非線形弾性特性
の検出が可能となる。
Further, the nonlinear elasticity characteristic can be detected from the time until the reflected wave of the transmitted ultrasonic wave is received and the frequency time characteristic at that time.

【0104】以下に、上記理論に基づいた動作方法につ
いて説明する。
The operation method based on the above theory will be described below.

【0105】図17は動作方法を示す説明図である。FIG. 17 is an explanatory diagram showing the operating method.

【0106】図18は超音波の生体内における伝搬模式
図である。図17の(a)、(b)、(c)、(d)は
それぞれ入力信号、出力信号、送信信号波形29の周波
数特性、受信信号波形30の周波数特性の図である。
FIG. 18 is a schematic diagram of ultrasonic wave propagation in a living body. 17 (a), (b), (c), and (d) are diagrams of the frequency characteristics of the input signal, the output signal, the transmission signal waveform 29, and the reception signal waveform 30, respectively.

【0107】但し、図17(b)は説明上、圧電体の出
力信号から、パルス成分を取り除いたものとしてある。
However, in FIG. 17B, for the sake of explanation, the pulse component is removed from the output signal of the piezoelectric body.

【0108】圧電振動子に印加する電圧は図17(a)
に示すようにデルタ関数に近い電圧波形とする。
The voltage applied to the piezoelectric vibrator is shown in FIG.
As shown in, the voltage waveform is close to the delta function.

【0109】このデルタ関数的電圧印加によって圧電体
がその共振周波数で振動励起され、この振動が図18に
示すように対象物27と一つの振動系として振動して送
信信号波形29が得られ(図17(b)のようなインパ
ルス応答)、超音波11として対象物27内を伝播し、
非線形弾性組織部31に到達すると、そこで振動は反射
され、エコー信号13として圧電体7に戻ってきて圧電
体7を振動させることにより、図17(b)に示すよう
な受信信号波形30が得られる。
By applying this delta function-like voltage, the piezoelectric body is vibrated and excited at its resonance frequency, and this vibration vibrates as a single vibration system with the object 27 as shown in FIG. 18 to obtain a transmission signal waveform 29 ( (Impulse response as shown in FIG. 17B), propagated in the object 27 as the ultrasonic wave 11,
When reaching the nonlinear elastic tissue portion 31, the vibration is reflected there, and returns to the piezoelectric body 7 as an echo signal 13 to vibrate the piezoelectric body 7 to obtain a reception signal waveform 30 as shown in FIG. 17B. To be

【0110】送信信号波形29における振幅をV1max
し、中心周波数f10とし、受信信号波形30における振
幅をV2maxとし、中心周波数f20とする。
It is assumed that the amplitude of the transmission signal waveform 29 is V 1max and the center frequency is f 10, and the amplitude of the reception signal waveform 30 is V 2max and the center frequency is f 20 .

【0111】図10における負荷がないときの振幅V
noloadと中心周波数fnoloadと送信信号波形29と受信
信号波形30の振幅V1max、V2maxと中心周波数f10
20を比較するとVnoload>V1max>V2maxなる振幅の
減衰とfnoload>f10>f20なる周波数の低周波数側へ
のシフトという関係がある。
Amplitude V when there is no load in FIG.
noload , center frequency f noload , amplitudes V 1max and V 2max of transmission signal waveform 29 and reception signal waveform 30, and center frequency f 10 ,
When f 20 is compared, there is a relationship between the amplitude attenuation of V noload > V 1max > V 2max and the shift of the frequency of f noload > f 10 > f 20 to the low frequency side.

【0112】このように、送信信号波形29の振幅の減
衰(Vnoload>V1max)と周波数のシフト(fnoload
10)は対象物の時間特性すなわち、機械インピーダン
スに関係してくる。
Thus, the attenuation of the amplitude of the transmission signal waveform 29 (V noload > V 1max ) and the frequency shift (f noload >).
f 10 ) is related to the time characteristic of the object, that is, the mechanical impedance.

【0113】よって、送信信号波形29を用いることに
より時間応答性が検出できる。
Therefore, the time response can be detected by using the transmission signal waveform 29.

【0114】また、受信信号波形30のようにエコーが
観察されることと、振幅の減衰(V1max>V2maxもしく
はVnoload>V2max)と中心周波数がシフト(f10>f
20もしくはfnoload>f20)することが対象物の非線形
弾性特性に関係してくる。
Further, the echo is observed as in the received signal waveform 30, the amplitude is attenuated (V 1max > V 2max or V noload > V 2max ), and the center frequency is shifted (f 10 > f).
20 or f noload > f 20 ) is related to the nonlinear elastic properties of the object.

【0115】特に、エコーは音響インピーダンスの不連
続部に対応している。
In particular, the echo corresponds to the discontinuity in the acoustic impedance.

【0116】そのため、この受信信号波形30を用いる
ことにより非線形弾性特性が検出できる。
Therefore, the nonlinear elasticity characteristic can be detected by using the received signal waveform 30.

【0117】また、受信される電圧波形より対象物の機
械インピーダンスを検出するのだが、ここには対象物の
情報だけでなく、トランスデューサ固有の特性も入って
いるので、分離する必要がある。
Further, the mechanical impedance of the object is detected from the received voltage waveform, but since it contains not only the information of the object but also the characteristics peculiar to the transducer, it is necessary to separate it.

【0118】分離には、図10における振幅Vnoload
中心周波数fnoloadを実測し、これを用いて分離を行
う。
For the separation, the amplitude V noload and the center frequency f noload in FIG. 10 are actually measured, and the separation is performed using these.

【0119】図11で対象物に接触する音響整合層の出
力ポートにおけるF2′とU2′の比が負荷のインピー
ダンスである。
In FIG. 11, the load impedance is the ratio of F2 'and U2' at the output port of the acoustic matching layer that contacts the object.

【0120】従って、負荷が無いときのポートからみた
インピーダンスと負荷がある時のポートからみたインピ
ーダンスの差異が対象物のインピーダンス情報と言え
る。
Therefore, the difference between the impedance seen from the port when there is no load and the impedance seen from the port when there is a load can be said to be the impedance information of the object.

【0121】すなわち、これは中心周波数のずれと振幅
変化に反映されるため、信号を個別にサンプリングし、
それぞれ別個にFFTとピークディテクタをかけ、その
波形から最大値と最大値を示す周波数を求めることによ
り分離が可能となり、時間応答特性と非線形弾性特性を
求めることができる。
That is, since this is reflected in the deviation of the center frequency and the amplitude change, the signals are individually sampled,
The FFT and the peak detector are separately applied to each other, and the maximum value and the frequency showing the maximum value are obtained from the waveforms, so that the separation can be performed, and the time response characteristic and the nonlinear elastic characteristic can be obtained.

【0122】ここで、検出する物理量をもう一度整理す
ると次のような表1になる。
Here, if the physical quantities to be detected are arranged again, the following Table 1 is obtained.

【0123】[0123]

【表1】 [Table 1]

【数15】 [Equation 15]

【数16】 ここで、fは周波数、Vは振幅、t1 は送信信号波形2
9の振動時間幅、Tは受信信号波形30が受信されるま
での時間である。
[Equation 16] Here, f is frequency, V is amplitude, t 1 is transmission signal waveform 2
The vibration time width of 9 is T, and T is the time until the reception signal waveform 30 is received.

【0124】そして、表1の添字の1は縦方向、sは横
方向の意味であり、数字1、2は送信信号波形29、受
信信号波形30に対応する。
The subscript 1 in Table 1 means the vertical direction and s means the horizontal direction. The numbers 1 and 2 correspond to the transmission signal waveform 29 and the reception signal waveform 30, respectively.

【0125】送信信号波形29より縦方向、横方向の周
波数のずれと最大振幅の変化を検出し、ここより時間応
答性を検出する。また、受信信号波形30より縦方向、
横方向の周波数のずれと最大振幅の変化とエコー信号が
受信されるまでの時間を検出し、ここより非線形弾性特
性の検出を行う。
From the transmission signal waveform 29, the frequency shift in the vertical and horizontal directions and the change in the maximum amplitude are detected, and the time response is detected from this. Also, in the vertical direction from the received signal waveform 30,
The non-linear elastic characteristic is detected from the frequency shift in the lateral direction, the change in the maximum amplitude, and the time until the echo signal is received.

【0126】以上が本発明の課題を解決するための手段
及び作用である。
The above is the means and actions for solving the problems of the present invention.

【0127】[0127]

【実施例】上記の基本原理に基づいた、本発明による第
1実施例を図19に示す。
FIG. 19 shows a first embodiment of the present invention based on the above basic principle.

【0128】図19は触覚センサ装置83の基本構成図
であり、基板32と、前記基板上に設けられ、対象物と
の触覚を検出する検出部33と、前記検出部33に接続
された処理回路34とを備える。
FIG. 19 is a basic configuration diagram of the tactile sensor device 83. The substrate 32, a detection unit 33 provided on the substrate for detecting a tactile sensation with an object, and a process connected to the detection unit 33. And a circuit 34.

【0129】この触覚センサ装置83において、前記検
出部33は基板32上に設けられた基板32に対して水
平分極された圧電体23、及び水平分極された圧電体2
3を挟むように取り付けられた電極35、36、及び基
板32に対して垂直分極された圧電体18、及び垂直分
極された圧電体18を挟むように取り付けられた電極3
7、38で構成される。
In the tactile sensor device 83, the detecting portion 33 is provided on the substrate 32, and the piezoelectric body 23 horizontally polarized with respect to the substrate 32 and the piezoelectric body 2 horizontally polarized.
3, the electrodes 35 and 36 attached so as to sandwich the electrode 3, the piezoelectric body 18 vertically polarized with respect to the substrate 32, and the electrode 3 attached so as to sandwich the piezoelectric body 18 vertically polarized.
It is composed of 7, 38.

【0130】また処理回路34は縦方向の弾性特性、時
間応答性、非線形弾性特性を検出する検出回路39、及
び圧電体18の駆動を行う駆動回路40、及び横方向の
弾性特性、時間応答性、非線形弾性特性を検出する検出
回路41、及び圧電体23の駆動を行う駆動回路42で
構成される。
Further, the processing circuit 34 includes a detection circuit 39 for detecting elastic characteristics in the vertical direction, time response, and nonlinear elastic characteristics, a drive circuit 40 for driving the piezoelectric body 18, and elastic characteristics in the horizontal direction, time response. , A detection circuit 41 for detecting the non-linear elasticity characteristic, and a drive circuit 42 for driving the piezoelectric body 23.

【0131】検出部33において、水平分極された圧電
体23と垂直に分極された圧電体18とは同一面に一体
化され、水平分極された圧電体23は少なくとも2個以
上使用するため、その分極方向が一致しないように、か
つ、互いに直角方向になるように配置してあり、電極3
5、37はそれぞれ接地84に接続してある。
In the detection unit 33, the horizontally polarized piezoelectric body 23 and the vertically polarized piezoelectric body 18 are integrated on the same plane, and at least two horizontally polarized piezoelectric bodies 23 are used. The electrodes 3 are arranged so that the polarization directions do not coincide with each other and are perpendicular to each other.
Reference numerals 5 and 37 are connected to the ground 84, respectively.

【0132】また、前記処理回路34において、駆動回
路40、42は圧電体18、23の電極36、38にパ
ルス状電圧を印加し、圧電体18、23を振動させるこ
とにより、対象物と一体に振動させる。
Further, in the processing circuit 34, the driving circuits 40 and 42 apply a pulsed voltage to the electrodes 36 and 38 of the piezoelectric bodies 18 and 23 to vibrate the piezoelectric bodies 18 and 23 so that they are integrated with the object. Vibrate.

【0133】検出回路39は垂直分極された圧電体28
の前記電極37、38間の電位差から縦方向の弾性特性
を検出し、かつ、駆動回路40により発生した縦振動に
よる送受信波を圧電体18の圧電効果により検出する。
The detection circuit 39 is a vertically polarized piezoelectric body 28.
The elastic characteristic in the vertical direction is detected from the potential difference between the electrodes 37 and 38, and the transmitted / received wave due to the vertical vibration generated by the drive circuit 40 is detected by the piezoelectric effect of the piezoelectric body 18.

【0134】そして、この電圧波形の中心周波数と最大
振幅の計算処理と、超音波探触のエコー信号による非線
形弾性部の位置の計算は計算処理回路60で実行され
る。
Then, the calculation processing circuit 60 executes the calculation processing of the center frequency and maximum amplitude of the voltage waveform and the calculation of the position of the non-linear elastic portion by the echo signal of the ultrasonic probe.

【0135】検出回路41は水平分極された圧電体23
の前記電極35、36間の電位差から横方向の弾性特性
を検出し、かつ、駆動回路42により発生した横振動に
よる送受信波を圧電体23の圧電効果により検出する。
The detection circuit 41 is a horizontally polarized piezoelectric body 23.
The elastic characteristic in the lateral direction is detected from the potential difference between the electrodes 35 and 36, and the transmitted / received wave due to the lateral vibration generated by the drive circuit 42 is detected by the piezoelectric effect of the piezoelectric body 23.

【0136】そして、この電圧波形の中心周波数と最大
振幅の計算処理と、超音波探触のエコー信号による非線
形弾性部の位置の計算は計算処理回路60で実行され、
弾性特性出力48、時間応答性出力55、非線形弾性特
性59が出力される。
The calculation processing circuit 60 executes the calculation processing of the center frequency and maximum amplitude of this voltage waveform and the calculation of the position of the non-linear elastic portion by the echo signal of the ultrasonic probe.
An elastic characteristic output 48, a time response output 55, and a non-linear elastic characteristic 59 are output.

【0137】次に、図20により上記基本原理に基づい
た触覚センサ45の構成を以下に説明する。
Next, the structure of the tactile sensor 45 based on the above basic principle will be described below with reference to FIG.

【0138】図20は触覚センサ45の層状分解斜視図
である。
FIG. 20 is a layered exploded perspective view of the tactile sensor 45.

【0139】触覚センサ45は基本的に弾性特性を検出
するための歪みや時間応答性や非線形弾性特性を検出す
るための振動を発生させ、かつ、振動を受信する互いに
独立している圧電体18、23a乃至23d、及び各圧
電体毎に分割されたマッチング層3a乃至3e、及び電
気的に独立し圧電体を挟み対向する位置にある電極35
a乃至35d、36a乃至36d、37、38、及び振
動を吸収する音響的に独立したダンピング層2a乃至2
e、及び対象物による腐食を防ぐための耐蝕膜43a乃
至43eとこれらを配置する基板32より一体的に構成
される。
The tactile sensor 45 basically generates strains for detecting elastic characteristics, vibrations for detecting time responsiveness and non-linear elastic characteristics, and independently of each other the piezoelectric bodies 18 for receiving the vibrations. , 23a to 23d, the matching layers 3a to 3e divided for each piezoelectric body, and the electrodes 35 which are electrically independent and are opposed to each other across the piezoelectric body.
a to 35d, 36a to 36d, 37, 38, and acoustically independent damping layers 2a to 2 for absorbing vibrations
e, the corrosion-resistant films 43a to 43e for preventing corrosion by the object, and the substrate 32 on which they are arranged.

【0140】圧電体は水平分極された圧電体23a乃至
23dと垂直分極された圧電体18の2種類より構成さ
れる。
The piezoelectric body is composed of two types of piezoelectric bodies 23a to 23d which are horizontally polarized and a piezoelectric body 18 which is vertically polarized.

【0141】垂直分極された圧電体18は検出部の中心
部に配置され、水平分極された圧電体23a乃至23d
は垂直分極された圧電体18を点対称として、隣あう水
平分極された圧電体とは分極軸が直交するようにして垂
直分極された圧電体18の周りに配置する。
The vertically polarized piezoelectric body 18 is arranged at the center of the detecting portion, and the horizontally polarized piezoelectric bodies 23a to 23d.
Is arranged around the vertically polarized piezoelectric body 18 in such a manner that the vertically polarized piezoelectric body 18 is point-symmetrical and the polarization axes of the adjacent horizontally polarized piezoelectric bodies are orthogonal to each other.

【0142】これらの圧電体18、23a乃至23dは
振動するため、各圧電体間のクロストークの影響を除去
するために、各圧電体の振幅よりも大きい幅でギャップ
44を設けてある。
Since the piezoelectric bodies 18, 23a to 23d vibrate, a gap 44 having a width larger than the amplitude of each piezoelectric body is provided in order to eliminate the influence of crosstalk between the piezoelectric bodies.

【0143】マッチング層3a乃至3eは圧電体のイン
ピーダンスと対象物のインピーダンスとの整合をとるも
ののため、垂直分極された圧電体18と水平分極された
圧電体23a乃至23dとでその材料が若干異なってい
る。
Since the matching layers 3a to 3e match the impedance of the piezoelectric body with the impedance of the object, the materials of the vertically polarized piezoelectric body 18 and the horizontally polarized piezoelectric bodies 23a to 23d are slightly different. ing.

【0144】また、圧力による振動の各圧電体間のクロ
ストークの影響を除去するために水平分極された圧電体
23a乃至23dのマッチング層3a乃至3dも各々独
立している。
Further, the matching layers 3a to 3d of the horizontally polarized piezoelectric bodies 23a to 23d for removing the influence of the crosstalk between the piezoelectric bodies due to the vibration due to the pressure are also independent.

【0145】マッチング層3a乃至3eの厚さや材料の
選定は例えばメイソンの等価回路計算を行い、適したイ
ンピーダンスを算出し、その値に近い材料を選ぶことに
よりマッチング層3a乃至3eの材料は決定される。
The thickness and materials of the matching layers 3a to 3e are selected by, for example, performing Mason's equivalent circuit calculation, calculating a suitable impedance, and selecting a material close to the value to determine the materials of the matching layers 3a to 3e. It

【0146】各圧電体18、23a乃至23dを挟み対
向している電極35a乃至35d、36a乃至36e、
37、38は、圧電体18、23a乃至23dを逆圧電
効果により振動させるためのパルス電圧を印加したり、
振動を圧電効果により電圧信号に変換し、前記電圧を出
力するのに用いられ、材質としてはAgなどが用いられ
る。
Electrodes 35a to 35d, 36a to 36e, which are opposed to each other with the piezoelectric bodies 18, 23a to 23d interposed therebetween,
37 and 38 apply a pulse voltage for vibrating the piezoelectric bodies 18, 23a to 23d by an inverse piezoelectric effect,
It is used to convert vibration into a voltage signal by the piezoelectric effect and output the voltage, and Ag or the like is used as the material.

【0147】各圧電体18、23a乃至23dの電極3
5a乃至35d、36a乃至36d、37、38も振動
によるクロストークの影響を除去するために独立してい
る。
Electrodes 3 of the piezoelectric bodies 18, 23a to 23d
5a to 35d, 36a to 36d, 37, and 38 are also independent in order to eliminate the influence of crosstalk due to vibration.

【0148】ダンピング層2a乃至2eは各圧電体1
8、23a乃至23dで発生する振動を対象物と接触し
ない部分の振動を抑え、ほかの部分への影響を抑える目
的で設けられ、一般に用いられるダンピング材としては
エポキシやシリコン等の樹脂にタングステンなどの粉末
を分散させたものが用いられる。
The damping layers 2a to 2e are the piezoelectric bodies 1 respectively.
8,23a to 23d are provided for the purpose of suppressing the vibration of a portion that does not come into contact with an object and suppressing the influence on other portions. Generally used damping materials include resin such as epoxy or silicon, and tungsten. A powder obtained by dispersing the powder is used.

【0149】このダンピング層2a乃至2eも圧電体毎
に分割され、互いに独立しているが、ある一定以上の層
の厚さの時は、ダンピング層2a乃至2eを分割する必
要はなく、一体形状のダンピング層2でもよい。
The damping layers 2a to 2e are also divided for each piezoelectric body and are independent of each other. However, when the thickness of the layer is a certain value or more, it is not necessary to divide the damping layers 2a to 2e, and the integrated layers are formed. The damping layer 2 may be used.

【0150】耐蝕膜43a乃至43eは対象物による腐
食を防ぐために設けられ、これは噴霧や塗布によってコ
ーティングされるため、耐蝕膜の材料の粘性により、表
面が平坦になったり溝が残ったりする。
The anticorrosion films 43a to 43e are provided to prevent corrosion by an object, and since they are coated by spraying or coating, the surface of the anticorrosion film becomes flat or grooves are left due to the viscosity of the material of the anticorrosion film.

【0151】基板32は上述の構成部品を積層したもの
を配置し、本触覚センサをロボットなどの指の腹などに
設けるための取り付け部材にもなる。
The board 32 is provided by stacking the above-mentioned components and also serves as an attachment member for providing the tactile sensor on a finger pad of a robot or the like.

【0152】図19に示したように、上記触覚センサ4
5の構造に付属して、圧電体18、23a乃至23dよ
り超音波を送信するための駆動回路42及び圧電効果に
より変換された出力を処理するための処理回路60とが
ある。
As shown in FIG. 19, the tactile sensor 4
In addition to the structure of FIG. 5, there is a drive circuit 42 for transmitting ultrasonic waves from the piezoelectric bodies 18, 23a to 23d and a processing circuit 60 for processing the output converted by the piezoelectric effect.

【0153】図21はその処理の一例のフローチャート
を示す。
FIG. 21 shows a flowchart of an example of the processing.

【0154】まず、負荷がない状態、すなわち図10に
示すように圧電体単体のインパルス応答を測定(ブラン
ク測定)する必要がある(ステップ47)。
First, it is necessary to measure (blank measurement) the impulse response of a single piezoelectric body as shown in FIG. 10 when there is no load (step 47).

【0155】ここで得られたブランク値は初期メモリと
してメモリされる。
The blank value obtained here is stored as an initial memory.

【0156】その後、センサと対象物と接触させ(ステ
ップ49)、負荷をセンサに与える。
Then, the sensor is brought into contact with the object (step 49), and a load is applied to the sensor.

【0157】そして、まず、弾性特性の接触応力測定
(ステップ46)を行い、その出力は弾性特性の信号と
して知覚データ化(ステップ55)のための信号とす
る。
First, contact stress measurement of elastic characteristics is performed (step 46), and the output thereof is used as a signal for perceptual data conversion (step 55) as a signal of elastic characteristics.

【0158】接触応力測定(ステップ46)が終了する
と、図17に示すようにインパルス応答特性測定(ステ
ップ48)を行い、圧電体の振動に対する応答信号を測
定する。
When the contact stress measurement (step 46) is completed, impulse response characteristic measurement (step 48) is performed as shown in FIG. 17 to measure the response signal to the vibration of the piezoelectric body.

【0159】同時に、応答信号の時刻に応じて異なった
解析を行うが、ここでは図17(b)の送信信号波形2
9の解析(ステップ50)と受信信号波形30の解析
(ステップ51)を行う。
At the same time, different analysis is performed depending on the time of the response signal. Here, the transmission signal waveform 2 of FIG. 17B is used.
9 is analyzed (step 50) and the received signal waveform 30 is analyzed (step 51).

【0160】まず、ステップ50で送信信号波形の解析
を行い、次にステップ51で受信信号波形の解析を行
う。これにより得られた解析値はブランク値との比較が
ステップ53で行なわれる。
First, in step 50, the transmission signal waveform is analyzed, and then in step 51, the reception signal waveform is analyzed. The analysis value thus obtained is compared with the blank value in step 53.

【0161】また、受信信号波形の解析(ステップ5
1)が終了すると、次に送信信号波形29の送信から受
信信号30の受信までのエコー時間の解析をステップ5
2を行う。
In addition, analysis of the received signal waveform (step 5
When 1) is completed, the echo time from the transmission of the transmission signal waveform 29 to the reception of the reception signal 30 is then analyzed in step 5
Do 2.

【0162】この、ブランク値との比較信号とエコー信
号解析結果より、時間応答特性値と非線形弾性特性値に
分割する(ステップ54)。
Based on the comparison signal with the blank value and the echo signal analysis result, the time response characteristic value and the non-linear elasticity characteristic value are divided (step 54).

【0163】そして、この時間応答特性値、非線形弾性
特性値と弾性特性値を用いて、知覚データ化(ステップ
55)する。
Then, using this time response characteristic value, non-linear elastic characteristic value and elastic characteristic value, perceptual data is created (step 55).

【0164】このような一連フローの処理を行う回路の
ブロック線図の一例が図22である。
FIG. 22 shows an example of a block diagram of a circuit for performing such a series of flow processing.

【0165】図22(a)は概略的なブロック線図であ
り、図22(b)はインパルス応答波形解析回路の詳細
図である。
FIG. 22A is a schematic block diagram, and FIG. 22B is a detailed diagram of the impulse response waveform analysis circuit.

【0166】触覚センサは1つの圧電体7で送信と受信
を行い、かつ、信号の処理方法が駆動の時刻によって変
化するため、これらを制御する制御回路61が必要にな
る。
Since the tactile sensor performs transmission and reception with one piezoelectric body 7 and the signal processing method changes depending on the driving time, a control circuit 61 for controlling these is required.

【0167】まず、図21のブランク測定(ステップ4
7)を行うため、センサ取付部58を制御回路61によ
り制御された駆動回路57で対象物と接触していない状
態にする。
First, the blank measurement of FIG. 21 (step 4
In order to perform 7), the sensor mounting portion 58 is brought into a state where it is not in contact with the object by the drive circuit 57 controlled by the control circuit 61.

【0168】そして、制御回路61からパルス発振回路
88に信号を送り、圧電体7にパルスを印加する。
Then, the control circuit 61 sends a signal to the pulse oscillation circuit 88 to apply a pulse to the piezoelectric body 7.

【0169】これにより、圧電体7は振動し、その振動
状態はパルス受信回路62に図10(b)の様な信号と
して受信される。
As a result, the piezoelectric body 7 vibrates, and the vibrating state is received by the pulse receiving circuit 62 as a signal as shown in FIG. 10 (b).

【0170】このパルス受信回路62のインパルス応答
信号波形はインパルス応答波形解析回路59に入力さ
れ、また、パルス発振回路88から印加電圧もインパル
ス応答波形解析回路59に入力され、制御回路61から
の信号によりインパルス応答波形解析(ステップ48)
を行う。
The impulse response signal waveform of the pulse receiving circuit 62 is input to the impulse response waveform analysis circuit 59, and the applied voltage from the pulse oscillation circuit 88 is also input to the impulse response waveform analysis circuit 59, and the signal from the control circuit 61 is input. To analyze impulse response waveform (step 48)
I do.

【0171】この解析値は解析値記憶回路63に入力さ
れる。次に、制御回路61により駆動回路57を制御し
センサ取付部58を対象物とを接触状態にする。
This analysis value is input to the analysis value storage circuit 63. Next, the control circuit 61 controls the drive circuit 57 to bring the sensor mounting portion 58 into contact with the object.

【0172】そして、圧電体7から発生する電圧を電圧
検出回路56により検出し、弾性特性値として解析値記
憶回路63に入力する。
Then, the voltage generated from the piezoelectric body 7 is detected by the voltage detection circuit 56 and input to the analysis value storage circuit 63 as an elastic characteristic value.

【0173】次に、インパルス応答を検出するため、制
御回路61よりパルス発振回路88に信号を送り、圧電
体7を振動させる。
Next, in order to detect the impulse response, the control circuit 61 sends a signal to the pulse oscillation circuit 88 to vibrate the piezoelectric body 7.

【0174】この振動状態はパルス受信回路62に図1
7(b)のような信号として受信され、このパルス受信
回路62のインパルス応答信号波形はインパルス応答波
形解析回路59に入力され、また、パルス発振回路88
からパルス印加電圧もインパルス応答波形解析回路59
に入力され、制御回路61からの信号により図17
(b)のような送信信号波形29と受信信号波形30の
解析を行う。
This vibration state is shown in the pulse receiving circuit 62 in FIG.
7 (b), the impulse response signal waveform of the pulse reception circuit 62 is input to the impulse response waveform analysis circuit 59, and the pulse oscillation circuit 88 is also provided.
The pulse applied voltage is also from the impulse response waveform analysis circuit 59.
17 and a signal from the control circuit 61 is input to FIG.
The transmission signal waveform 29 and the reception signal waveform 30 as shown in (b) are analyzed.

【0175】この解析値は解析値記憶回路63に入力さ
れる。
This analysis value is input to the analysis value storage circuit 63.

【0176】よって、この解析値記憶回路63には弾性
特性値、時間応答特性値と非線形弾性特性値が記憶さ
れ、これらの値を解析値演算回路85に入力することに
より、触覚に関する値に演算する。
Therefore, the analysis value storage circuit 63 stores the elasticity characteristic value, the time response characteristic value and the non-linear elasticity characteristic value. By inputting these values to the analysis value calculating circuit 85, the values relating to the tactile sense are calculated. To do.

【0177】そしてこの演算結果をCRTなどの出力回
路86に一旦出力し、その値を知覚データ化処理回路8
7で、触覚のデータとする。
Then, the calculation result is once output to the output circuit 86 such as a CRT, and the value is output to the perceptual data processing circuit 8.
In step 7, it is set as tactile data.

【0178】さらに、インパルス応答波形解析回路59
は図22(b)に示すような構成をしており、パルス受
信回路62より得られた信号波形パルス発振回路88か
らの出力と差信号回路89で差信号をとり、パルス電圧
の成分を受送信信号波形から取り除く。
Further, the impulse response waveform analysis circuit 59
22B has a configuration as shown in FIG. 22B. The output from the signal waveform pulse oscillation circuit 88 obtained from the pulse receiving circuit 62 and the difference signal circuit 89 take a difference signal to receive the pulse voltage component. Remove from transmitted signal waveform.

【0179】その後、ゲート回路90により、図17
(a)に示した送信信号波形29と受信信号波形30と
を分離する。
After that, the gate circuit 90 causes the circuit shown in FIG.
The transmission signal waveform 29 and the reception signal waveform 30 shown in (a) are separated.

【0180】ゲート回路90を通った信号波形はデジタ
ルFFT91により信号波形の最大振幅と中心周波数を
検出し、この値を演算回路92に入力し、縦波と横波の
最大振幅と中心周波数を求める。
With respect to the signal waveform passing through the gate circuit 90, the maximum amplitude and center frequency of the signal waveform are detected by the digital FFT 91, and these values are input to the arithmetic circuit 92 to obtain the maximum amplitude and center frequency of the longitudinal and transverse waves.

【0181】これらを解析値記憶回路63に入力する。These are input to the analysis value storage circuit 63.

【0182】以上がインパルス応答波形解析回路59の
内容である。
The above is the contents of the impulse response waveform analysis circuit 59.

【0183】そして、以上のような処理回路により、信
号処理は行なわれる。
The signal processing is performed by the processing circuit as described above.

【0184】例えば、図23のように検出部33に対象
物27がある一定の圧力で接触しているとき、触覚セン
サが受ける圧力による歪は図24のように圧力の方向と
同じ方向の歪(縦歪)と圧力の方向と垂直な方向の歪
(横歪)に分解できる。
For example, as shown in FIG. 23, when the object 27 is in contact with the detection unit 33 at a certain pressure, the strain due to the pressure applied to the tactile sensor causes the strain in the same direction as the pressure direction as shown in FIG. It can be decomposed into (vertical strain) and strain in the direction perpendicular to the direction of pressure (lateral strain).

【0185】縦歪は検出部33の中心に配置した垂直分
極した圧電体18の圧電効果により検出され、その信号
は図9のような回路に入力される。
The vertical strain is detected by the piezoelectric effect of the vertically polarized piezoelectric body 18 arranged at the center of the detecting portion 33, and the signal thereof is input to the circuit as shown in FIG.

【0186】また、横歪は検出部33の周囲に配置した
水平分極した圧電体23a乃至23dの圧電効果により
検出される。
The lateral strain is detected by the piezoelectric effect of the horizontally polarized piezoelectric bodies 23a to 23d arranged around the detecting portion 33.

【0187】横方向の歪は対象物の変形が等方的である
とすると、接触点を中心とする対称方向の歪量は等しい
ため、圧電体23a、23cから出力される電圧値は等
しく、この出力を加算オペアンプ64で加算し、この出
力を横方向の歪のX軸の歪量とする。
Assuming that the deformation of the object is isotropic in the lateral direction, the amounts of strain in the symmetrical directions about the contact point are equal, so the voltage values output from the piezoelectric bodies 23a and 23c are equal, This output is added by the addition operational amplifier 64, and this output is taken as the X-axis distortion amount of the lateral distortion.

【0188】圧電体23b、23dから出力される電圧
値も等しく、この出力も加算オペアンプ64で加算し、
この出力をY軸の歪量とする。
The voltage values output from the piezoelectric bodies 23b and 23d are also equal, and this output is also added by the addition operational amplifier 64,
This output is the amount of distortion on the Y axis.

【0189】このような構造とすることにより出力信号
が高出力となる。
With such a structure, the output signal becomes high output.

【0190】このようにして得られた信号は弾性特性と
して出力される。
The signal thus obtained is output as an elastic characteristic.

【0191】そして、弾性特性検出信号がトリガとな
り、制御回路61によりパルス発振回路88よりパルス
状電圧が振動子に印加され、上述したような圧電体の駆
動と処理回路により時間応答性と非線形弾性特性が出力
される。
Then, the elasticity characteristic detection signal serves as a trigger, and the pulse voltage is applied from the pulse oscillation circuit 88 to the vibrator by the control circuit 61, and the time response and the nonlinear elasticity are applied by the piezoelectric body driving and processing circuit as described above. The characteristics are output.

【0192】図25は触覚センサの第2実施例である。FIG. 25 shows a second embodiment of the tactile sensor.

【0193】この触覚センサは基本的に弾性特性を検出
するための歪みや時間応答性や非線形弾性特性を検出す
るための振動を発生させ、かつ、振動を受信する各々の
独立している圧電体18、23a乃至23d、及び電気
的に独立した圧電体を挟み対向する位置にある電極35
a乃至35d、36a乃至36d、37、38、及び対
象物による腐食を防ぎ、音響インピーダンスの整合をと
るための膜65a乃至65eとを配置し、圧電体18、
23a乃至23dの振動をダンピングする基板66より
構成される。
This tactile sensor basically generates strains for detecting elastic characteristics, vibrations for detecting time responsiveness and non-linear elastic characteristics, and each independent piezoelectric body that receives the vibrations. 18, 23a to 23d, and an electrode 35 at a position facing each other with an electrically independent piezoelectric body interposed therebetween.
a to 35d, 36a to 36d, 37, 38, and films 65a to 65e for preventing corrosion by an object and matching acoustic impedance, and the piezoelectric body 18,
It is composed of a substrate 66 for damping the vibrations of 23a to 23d.

【0194】圧電体18、23a乃至23dと圧電体1
8、23a乃至23dの電極35a乃至35d、36a
乃至36d、37、38の構造は第1実施例と同様であ
る。本実施例の耐蝕膜65a乃至65eは図20(b)
におけるマッチング層3a乃至3eの機能と図20
(a)における耐蝕膜43a乃至43eの機能を合わせ
もつ材料で構成される。
Piezoelectric bodies 18, 23a to 23d and piezoelectric body 1
8, 23a to 23d of electrodes 35a to 35d, 36a
The structure of to 36d, 37 and 38 is the same as that of the first embodiment. The corrosion resistant films 65a to 65e of this embodiment are shown in FIG.
20 and the functions of the matching layers 3a to 3e in FIG.
It is made of a material having the functions of the corrosion-resistant films 43a to 43e in (a).

【0195】また、基板66は図20(g)の基板32
の機能と図20(f)のダンピング層2a乃至2eの機
能を合わせもつ材料で構成される。このように、第1実
施例に比較して非常にシンプルな構造となるため、小型
化等に適している。
The substrate 66 is the substrate 32 shown in FIG.
20 (f) and the functions of the damping layers 2a to 2e shown in FIG. 20 (f). As described above, the structure is very simple as compared with the first embodiment, so that it is suitable for downsizing and the like.

【0196】図26は第3実施例を示す斜視図である。FIG. 26 is a perspective view showing the third embodiment.

【0197】図27は図26におけるA−A′の断面図
である。
FIG. 27 is a sectional view taken along the line AA 'in FIG.

【0198】圧電体の共振周波数は材料と振動方向と圧
電体の形状により変化するため、図20に示すような圧
電体18、23a乃至23dの集合体を作り、図20の
ような寸法比で同じ材料を使用している場合、水平分極
した圧電体23a乃至23dと垂直分極した圧電体18
とでは振動の共振周波数が異なる。
Since the resonance frequency of the piezoelectric body changes depending on the material, the vibration direction and the shape of the piezoelectric body, an assembly of the piezoelectric bodies 18, 23a to 23d as shown in FIG. 20 is formed, and the dimensional ratio is as shown in FIG. When the same material is used, horizontally polarized piezoelectric bodies 23a to 23d and vertically polarized piezoelectric body 18
And have different resonance frequencies of vibration.

【0199】即ち、5つの圧電体18、23a乃至23
dを一つの振動体としてみたとき、ちょうど共振周波数
が2個(垂直分極した圧電体18の共振周波数、垂直分
極した圧電体23a乃至23dの共振周波数)あるよう
になる。
That is, the five piezoelectric bodies 18, 23a to 23
When d is regarded as one vibrator, there are exactly two resonance frequencies (the resonance frequency of the vertically polarized piezoelectric body 18 and the resonance frequencies of the vertically polarized piezoelectric bodies 23a to 23d).

【0200】このような出力信号をセンサに関する情報
と対象物に関する情報とに分割することは、センサ自体
が2つの共振を持つことになり、そのために信号処理回
路が複雑になる。
Dividing such an output signal into information concerning the sensor and information concerning the object causes the sensor itself to have two resonances, which complicates the signal processing circuit.

【0201】このため、共振周波数が一つになるように
する方が望ましい。
Therefore, it is desirable that the resonance frequencies be unity.

【0202】そこで、垂直分極した圧電体18の厚さを
変化させ、垂直分極した圧電体18と水平分極した圧電
体23a乃至23dの共振周波数を一致させる。
Therefore, the thickness of the vertically polarized piezoelectric body 18 is changed so that the resonant frequencies of the vertically polarized piezoelectric body 18 and the horizontally polarized piezoelectric bodies 23a to 23d match.

【0203】但し、対象物27との接触面に断差を設け
るのは好ましくないため、基板67の一部の厚さを変化
(67a)させることにより、接触面の平坦化をはか
る。
However, since it is not preferable to provide a gap on the contact surface with the object 27, the contact surface is flattened by changing a part of the thickness of the substrate 67 (67a).

【0204】また、振動体としては電極35a乃至35
d、36a乃至36d、37、38も含まれるため、電
極の厚さを変化させることにより、共振周波数を変化さ
せることが可能であることは言うまでもない。
Further, as the vibrating body, the electrodes 35a to 35 are used.
Since d, 36a to 36d, 37, and 38 are also included, it goes without saying that the resonance frequency can be changed by changing the thickness of the electrode.

【0205】図28は触覚センサの第4実施例を示す図
であり、垂直分極した円盤状の圧電体68を検出部の中
心に配置し、水平分極した平板状の圧電体69a乃至6
9dをその周囲に分極軸が互いに直交するように配置す
る。
FIG. 28 is a diagram showing a fourth embodiment of the tactile sensor, in which a vertically polarized disk-shaped piezoelectric body 68 is arranged at the center of the detecting portion, and horizontally polarized flat plate-shaped piezoelectric bodies 69a to 6a.
9d is arranged around it so that the polarization axes are orthogonal to each other.

【0206】このようにすることにより、垂直分極され
た圧電体68の重心に対して、水平分極された圧電体6
9a乃至69dは対称に配置することが可能となり、対
象物の変形への追従がよくなる。
By doing so, the piezoelectric body 6 horizontally polarized with respect to the center of gravity of the piezoelectric body 68 vertically polarized.
9a to 69d can be arranged symmetrically, and follow the deformation of the object well.

【0207】図29は触覚センサの第5実施例を示す図
であり、垂直分極した圧電体18と水平分極した圧電体
23a、23bを図のように配置し、水平分極した圧電
体23aと23bは分極軸が直交するように配置する。
FIG. 29 is a view showing a fifth embodiment of the tactile sensor, in which the vertically polarized piezoelectric body 18 and the horizontally polarized piezoelectric bodies 23a and 23b are arranged as shown in the drawing, and the horizontally polarized piezoelectric bodies 23a and 23b are arranged. Are arranged so that their polarization axes are orthogonal to each other.

【0208】この第5実施例の触覚センサは第1実施例
に示した触覚センサの水平分極された圧電体よりも数が
少ないが、縦方向の弾性特性、時間応答性、非線形弾性
特性は第1実施例と同様に検出可能なことは言うまでも
ないが、横方向の弾性特性、時間応答性、非線形弾性特
性も出力は小さくなるが検出可能である。そして、構造
がシンプルになるため、配線数の減少など製造、組立が
容易になる。
The tactile sensor of the fifth embodiment is smaller in number than the horizontally polarized piezoelectric body of the tactile sensor shown in the first embodiment, but the longitudinal elastic characteristic, time response and non-linear elastic characteristic are the same. Needless to say, it can be detected in the same manner as in the first embodiment, but lateral elastic characteristics, time response, and non-linear elastic characteristics can also be detected although the output is small. Further, since the structure is simple, manufacturing and assembling can be facilitated by reducing the number of wires.

【0209】図30は触覚センサの第6実施例を示す図
であり、垂直分極した円盤状の圧電体68を検出部の中
心に配置し、水平分極した平板状の圧電体69a乃至6
9cをその周囲に分極軸が互いに120°の位置関係に
なるように配置する。
FIG. 30 is a diagram showing a sixth embodiment of the tactile sensor, in which a vertically polarized disk-shaped piezoelectric body 68 is arranged at the center of the detecting portion and horizontally polarized flat plate-shaped piezoelectric bodies 69a to 69a.
9c is arranged around it so that the polarization axes have a positional relationship of 120 ° with each other.

【0210】このような構造にすることにより、水平分
極された圧電体69a乃至69cは垂直分極された圧電
体68に対して対称となり、かつ、第4実施例に示した
触覚センサよりも構造が簡単なため、センサの製造、組
立が容易になる。
With such a structure, the horizontally polarized piezoelectric bodies 69a to 69c are symmetrical with respect to the vertically polarized piezoelectric body 68, and the structure is more than that of the tactile sensor shown in the fourth embodiment. Since it is simple, the sensor can be easily manufactured and assembled.

【0211】図31は第7実施例を示す図であり、垂直
分極した円盤状圧電体68を検出部の中心に配置し、水
平分極した平板状の圧電体69a乃至69fをその周囲
に分極軸が互いに60°の位置関係になるように配置す
る。
FIG. 31 is a diagram showing a seventh embodiment, in which a vertically polarized disk-shaped piezoelectric body 68 is arranged at the center of a detection portion, and horizontally polarized flat plate-shaped piezoelectric bodies 69a to 69f are arranged around the polarization axis. Are arranged so as to have a positional relationship of 60 ° with each other.

【0212】このように、横方向の検出部を複数設ける
ことにより、対称物の横方向の異方性をある程度感度良
く検出することが可能となる。
As described above, by providing a plurality of horizontal detecting portions, it becomes possible to detect the horizontal anisotropy of the symmetrical object with a certain degree of sensitivity.

【0213】図32は第8実施例を示す図であり、垂直
分極した円盤状の圧電体68を検出部の中心に配置し、
水平分極した平板状の圧電体69a乃至69cをその周
囲に分極軸が互いに60°の位置関係になるように、か
つ、丁度3つの圧電体69a乃至69cで三角形となる
ように配置する。この構造でも第6実施例に示した効果
と同様の効果が得られる。
FIG. 32 is a view showing an eighth embodiment, in which a vertically polarized disk-shaped piezoelectric body 68 is arranged at the center of the detecting portion,
Horizontally polarized flat plate-shaped piezoelectric elements 69a to 69c are arranged around the piezoelectric elements 69a to 69c so that their polarization axes are in a positional relationship of 60 ° with each other and the three piezoelectric elements 69a to 69c form a triangle. With this structure, the same effect as the effect shown in the sixth embodiment can be obtained.

【0214】なお、図20における垂直分極された圧電
体18と水平分極された圧電体23との関係はこれだけ
でなく、垂直分極された圧電体18と水平分極された圧
電体23を配置する構造なら、どのような形態でも良
い。
The relationship between the vertically polarized piezoelectric body 18 and the horizontally polarized piezoelectric body 23 in FIG. 20 is not limited to this, and the structure in which the vertically polarized piezoelectric body 18 and the horizontally polarized piezoelectric body 23 are arranged is not limited to this. If so, any form will do.

【0215】また、水平分極された圧電体23の数は4
個に限定されるものではなく、横方向の弾性特性、時間
応答性、非線形弾性特性が検出可能な数、2個以上なら
何個でも良い。
Also, the number of horizontally polarized piezoelectric bodies 23 is four.
The number is not limited to one, and may be any number as long as it is possible to detect lateral elastic characteristics, time response, and nonlinear elastic characteristics, or two or more.

【0216】図33に第9実施例を示す。FIG. 33 shows the ninth embodiment.

【0217】図33は第1実施例、第2実施例に示した
触覚センサの電極35a乃至35d、36a乃至36
d、37、38の間のギャップ44をフレキシブル樹脂
73で埋め、一体電極とした。
FIG. 33 shows the electrodes 35a to 35d and 36a to 36 of the tactile sensor shown in the first and second embodiments.
The gap 44 between d, 37 and 38 was filled with the flexible resin 73 to form an integral electrode.

【0218】このような構造にすると、圧電体18、2
3a乃至23dにパルスを同期に印加し、圧電体18、
23a乃至23dを一括振動させると、図34に示すよ
うな送信信号波形70が得られ、ここには縦振動と横振
動の周波数成分が入っており、この振動による受信信号
波形は縦振動と横振動の物体内の速度の違いにより、図
34のように縦振動71、横振動72のように分割して
得ることができる。
With such a structure, the piezoelectric bodies 18, 2
A pulse is applied synchronously to 3a to 23d,
When 23a to 23d are collectively vibrated, a transmission signal waveform 70 as shown in FIG. 34 is obtained, which contains frequency components of vertical vibration and horizontal vibration. The received signal waveform due to this vibration has vertical vibration and horizontal vibration. Depending on the difference in the speed of vibration in the object, it can be obtained by dividing it into longitudinal vibration 71 and lateral vibration 72 as shown in FIG.

【0219】よって、機械的に縦振動と横振動によるエ
コー信号を分割することが可能となり、処理回路の簡略
化が図れる。
Therefore, it becomes possible to mechanically divide the echo signal by the longitudinal vibration and the lateral vibration, and the processing circuit can be simplified.

【0220】同時に、一体電極とするため、配線等が簡
略化され、製造、組立も容易となる。
At the same time, since the electrodes are integrated, the wiring and the like are simplified, and the manufacturing and assembling are easy.

【0221】図35は触覚センサをマニピュレータなど
に取り付けた図である。
FIG. 35 shows a tactile sensor attached to a manipulator or the like.

【0222】このように丁度、操作者の指の腹にあたる
部分にセンサを設けることにより、操作者の指がうける
触覚と非常に近い条件となり、例えばマスタスレイブマ
ニピュレータにおいてはこの触覚を操作者に伝えること
により、操作者が対象物に直接接触することなく、対象
物をあたかも実際にさわっているかのような感覚を得る
ことが出来る。
As described above, by providing the sensor on the part of the operator's finger pad, the condition becomes very close to the tactile sense received by the operator's finger. For example, in the master slave manipulator, this tactile sense is transmitted to the operator. This makes it possible to obtain a feeling as if the operator is actually touching the target object without directly touching the target object.

【0223】[0223]

【発明の効果】以上説明したように本発明の触覚センサ
は検出部と接触した対象物の硬さ柔らかさを構成する、
弾性特性と時間応答性と非線形弾性特性の検出が可能で
あるので、このような触覚センサをマニピュレータなど
の操作者の手の代行を行うような機構の操作対象物と接
触する部分に配置することにより、対象物の触覚情報を
得ることが可能となり、この情報を操作者に伝達するこ
とにより、操作性が大幅に向上する。
As described above, the tactile sensor of the present invention constitutes the hardness and softness of the object in contact with the detecting portion,
Since it is possible to detect elastic properties, time response, and non-linear elastic properties, such tactile sensors should be placed in the part of the mechanism such as a manipulator that acts on behalf of the operator's hand in contact with the operation target. As a result, it becomes possible to obtain tactile information of the object, and by transmitting this information to the operator, operability is significantly improved.

【0224】従ってこのような触覚センサを用いて触覚
情報を得ることは、硬性鏡を用いた胆嚢摘出術やマイク
ロマニピュレータを用いた細胞操作など、その操作にお
いて触覚情報を必要としている分野においてはその操作
性の向上もさることながら、その分野の大幅な進歩にも
寄与することが出来るようになる。
Therefore, obtaining tactile information by using such a tactile sensor is important in fields requiring tactile information in the operation such as cholecystectomy using a rigid endoscope and cell operation using a micromanipulator. Not only will the operability be improved, but it will also be possible to contribute to significant progress in the field.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】超音波探触子の一例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an example of an ultrasonic probe.

【図2】超音波探触子の基本構造を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a basic structure of an ultrasonic probe.

【図3】超音波探触子を用いた測定原理を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a measurement principle using an ultrasonic probe.

【図4】超音波診断装置の原理を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the principle of an ultrasonic diagnostic apparatus.

【図5】圧電体の厚み方向における基本機能を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a basic function of a piezoelectric body in a thickness direction.

【図6】圧電体の長さ方向における基本機能を示す図。FIG. 6 is a view showing a basic function of a piezoelectric body in a length direction.

【図7】圧電体のすべり方向における基本機能を示す
図。
FIG. 7 is a diagram showing a basic function of a piezoelectric body in a sliding direction.

【図8】圧電効果を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a piezoelectric effect.

【図9】発生電圧検出回路を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a generated voltage detection circuit.

【図10】圧電体のインパルス応答を示す図。FIG. 10 is a diagram showing an impulse response of a piezoelectric body.

【図11】超音波探触子の電気音響的接続を示す図。FIG. 11 is a diagram showing an electroacoustic connection of ultrasonic probes.

【図12】圧電体の等価回路を示す図。FIG. 12 is a diagram showing an equivalent circuit of a piezoelectric body.

【図13】マッチング層の等価回路を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an equivalent circuit of a matching layer.

【図14】ダンピング層の等価回路及び対象物の等価回
路を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing an equivalent circuit of a damping layer and an equivalent circuit of an object.

【図15】系全体の等価回路を示す図。FIG. 15 is a diagram showing an equivalent circuit of the entire system.

【図16】系全体の等価回路を示す図。FIG. 16 is a diagram showing an equivalent circuit of the entire system.

【図17】時間応答性と非線形弾性特性の入出力信号を
示す図。
FIG. 17 is a diagram showing input / output signals of time response and nonlinear elasticity.

【図18】超音波の生体内における伝搬模式的に示す
図。
FIG. 18 is a diagram schematically showing the propagation of ultrasonic waves in a living body.

【図19】触覚センサ基本構成を示す図。FIG. 19 is a diagram showing a basic configuration of a tactile sensor.

【図20】第1実施例の触覚センサの層状分解斜視図。FIG. 20 is a layered exploded perspective view of the tactile sensor of the first embodiment.

【図21】処理フローを示す図。FIG. 21 is a diagram showing a processing flow.

【図22】処理回路のブロック線図。FIG. 22 is a block diagram of a processing circuit.

【図23】センサと対象物の接触している状態を示す
図。
FIG. 23 is a diagram showing a state where the sensor and the object are in contact with each other.

【図24】弾性特性検出例を示す図。FIG. 24 is a diagram showing an example of elastic characteristic detection.

【図25】第2実施例の触覚センサを示す層状分解斜視
図。
FIG. 25 is a layered exploded perspective view showing the tactile sensor of the second embodiment.

【図26】第3実施例の触覚センサを示す斜視図。FIG. 26 is a perspective view showing a tactile sensor of the third embodiment.

【図27】第3実施例の触覚センサの断面図。FIG. 27 is a sectional view of the tactile sensor of the third embodiment.

【図28】第4実施例の触覚センサを示す斜視図。FIG. 28 is a perspective view showing a tactile sensor of the fourth embodiment.

【図29】第5実施例の触覚センサを示す上面図。FIG. 29 is a top view showing the tactile sensor of the fifth embodiment.

【図30】第6実施例の触覚センサを示す上面図。FIG. 30 is a top view showing the tactile sensor of the sixth embodiment.

【図31】第7実施例の触覚センサを示す上面図。FIG. 31 is a top view showing the tactile sensor of the seventh embodiment.

【図32】第8実施例の触覚センサを示す上面図。FIG. 32 is a top view showing the tactile sensor of the eighth embodiment.

【図33】第9実施例の触覚センサを示す断面図。FIG. 33 is a sectional view showing a tactile sensor of the ninth embodiment.

【図34】第9実施例の受送信信号波形を示す図。FIG. 34 is a diagram showing a received / transmitted signal waveform according to a ninth embodiment.

【図35】触覚センサ取り付け例を示す図。FIG. 35 is a view showing an example of attaching a tactile sensor.

【図36】導電性ゴムを使用する触覚センサを示す図。FIG. 36 is a diagram showing a tactile sensor using conductive rubber.

【図37】共振周波数測定による触覚センサを示す図。FIG. 37 is a diagram showing a tactile sensor by measuring resonance frequency.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…超音波探触子の圧電体、 2…超音波探触子のダンピング層、 3…超音波探触子のマッチング層、 4…超音波探触子のハウジング、 5…超音波探触子のリード線、 6…超音波探触子、 7…圧電体、 8、9…電極、 10…交流電源、 11…放射波、 12…透過波、 13、14…反射波、 15…スポンジ、 16…水、 17…水槽、 18…垂直分極された圧電体、 19、20…電極、 21…電圧計、 22…信号発生器、 23…水平分極された圧電体、 24…検出部、 25…処理回路、 26…オペアンプ、 27…対象物、 28…整合回路、 29…送信信号波形、 30…受信信号波形、 31…非線形弾性組織部、 32…基板、 33…検出部、 34…信号処理部、 35、36、37、38…電極、 39…縦方向検出回路、 40…縦方向駆動回路、 41…横方向検出回路、 42…横方向駆動回路、 43…耐蝕膜、 44…ギャップ、 45…触覚センサ、 46…接触応力測定、 47…ブランク測定、 48…インパルス応答特性測定、 49…対象物接触、 50…送信信号波形解析ステップ、 51…受信信号波形解析ステップ、 52…エコー時間解析ステップ、 53…受送信信号波形解析値とブランク値の比較ステッ
プ、 54…時間応答特性値と非線形弾性特性値に分割ステッ
プ、 55…知覚データ化ステップ、 56…電圧検出回路、 57…駆動回路、 59…インパルス応答波形解析回路、 60…計算処理、 61…制御回路、 62…パルス受信回路、 63…解析値記憶回路、 64…加算オペアンプ、 65…耐蝕性マッチング層、 66…ダンピング機能を有する基板、 67…凸型基板、 67a…基板凸部、 68…円盤状圧電体、 69…板状圧電体、 70…第9実施例の送信信号波形、 71…第9実施例の縦振動受信信号波形、 72…第9実施例の横振動受信信号波形、 73…フレキシブル樹脂、 74、75、76、77…圧電体の4端子回路網の回路
定数、 78、79、80…マッチング層の4端子回路網の回路
定数、 81…ダンピング層の2端子回路網の回路定数、 82…対象物の2端子回路網の回路定数、 83…触覚センサ装置、 84…接地、 85…解析値演算回路、 86…演算結果出力回路、 87…知覚データ化処理回路、 88…パルス発振回路、 89…差信号回路、 90…ゲート回路、 91…FFT(デジタル)、 92…演算回路、 101、102…導電性ゴム、 103…圧電振動子、 104…増幅回路部、 105…計測部、 106…周波数測定器、 107…電圧測定器、 108…振動検出用素子、 P…自励振回路。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric body of ultrasonic probe, 2 ... Damping layer of ultrasonic probe, 3 ... Matching layer of ultrasonic probe, 4 ... Housing of ultrasonic probe, 5 ... Ultrasonic probe Lead wire, 6 ... Ultrasonic probe, 7 ... Piezoelectric body, 8, 9 ... Electrode, 10 ... AC power supply, 11 ... Radiant wave, 12 ... Transmitted wave, 13, 14 ... Reflected wave, 15 ... Sponge, 16 ... Water, 17 ... Water tank, 18 ... Vertically polarized piezoelectric body, 19, 20 ... Electrode, 21 ... Voltmeter, 22 ... Signal generator, 23 ... Horizontally polarized piezoelectric body, 24 ... Detection part, 25 ... Treatment Circuit, 26 ... Operation amplifier, 27 ... Object, 28 ... Matching circuit, 29 ... Transmitting signal waveform, 30 ... Received signal waveform, 31 ... Non-linear elastic tissue part, 32 ... Substrate, 33 ... Detecting part, 34 ... Signal processing part, 35, 36, 37, 38 ... Electrodes, 39 ... Vertical direction detection circuit, 40 ... Direction drive circuit, 41 ... Lateral direction detection circuit, 42 ... Lateral direction drive circuit, 43 ... Corrosion resistant film, 44 ... Gap, 45 ... Tactile sensor, 46 ... Contact stress measurement, 47 ... Blank measurement, 48 ... Impulse response characteristic measurement, 49 ... Object contact, 50 ... Transmission signal waveform analysis step, 51 ... Reception signal waveform analysis step, 52 ... Echo time analysis step, 53 ... Comparison of reception / transmission signal waveform analysis value and blank value, 54 ... Time response characteristic value And 55. Perceptual data conversion step, 56 ... Voltage detection circuit, 57 ... Drive circuit, 59 ... Impulse response waveform analysis circuit, 60 ... Calculation processing, 61 ... Control circuit, 62 ... Pulse receiving circuit , 63 ... Analytical value storage circuit, 64 ... Addition operational amplifier, 65 ... Corrosion resistant matching layer, 66 ... Group having damping function , 67 ... Convex substrate, 67a ... Substrate convex portion, 68 ... Disc-shaped piezoelectric body, 69 ... Plate-shaped piezoelectric body, 70 ... Transmission signal waveform of ninth embodiment, 71 ... Longitudinal vibration reception signal waveform of ninth embodiment , 72 ... Lateral vibration reception signal waveform of the ninth embodiment, 73 ... Flexible resin, 74, 75, 76, 77 ... Circuit constant of four-terminal circuit network of piezoelectric body, 78, 79, 80 ... Four-terminal circuit of matching layer Circuit constant of the net, 81 ... Circuit constant of the two-terminal circuit network of the damping layer, 82 ... Circuit constant of the two-terminal circuit network of the object, 83 ... Tactile sensor device, 84 ... Ground, 85 ... Analysis value calculation circuit, 86 ... Calculation result output circuit, 87 ... Perceptual data conversion processing circuit, 88 ... Pulse oscillation circuit, 89 ... Difference signal circuit, 90 ... Gate circuit, 91 ... FFT (digital), 92 ... Calculation circuit, 101, 102 ... Conductive rubber, 103 ... Piezoelectric Doko, 104 ... amplifier circuit section, 105 ... measurement unit, 106 ... frequency meter, 107 ... voltage meter, 108 ... vibration detecting element, P ... self-excited circuit.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対象物の機械的インピーダンスを検出す
る手段と、前記対象物の非線形弾性特性を検出する手段
とを一体的に備えていることを特徴とした触覚センサ。
1. A tactile sensor comprising a unit for detecting a mechanical impedance of an object and a unit for detecting a non-linear elastic characteristic of the object integrally.
【請求項2】 対象物の表面に垂直な方向の弾性特性を
検出する手段と、前記対象物の表面に沿った方向の弾性
特性を検出する手段とを一体的に備えていることを特徴
とする触覚センサ。
2. A means for detecting an elastic characteristic in a direction perpendicular to a surface of an object and a means for detecting an elastic characteristic in a direction along the surface of the object are integrally provided. Tactile sensor that does.
【請求項3】 対象物の機械的インピーダンスを検出す
るときの検出方向と、前記対象物の非線形弾性特性を検
出するときの検出方向が前記対象物の表面に垂直な方向
と前記対象物の表面に沿った方向の両方向を一体的に検
出する手段を有したことを特徴とした触覚センサ。
3. A detection direction when detecting a mechanical impedance of an object and a detection direction when detecting a nonlinear elastic characteristic of the object are a direction perpendicular to the surface of the object and a surface of the object. A tactile sensor having means for integrally detecting both directions along the direction.
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