CN102692286B - 检测装置、电子设备及机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供检测装置、电子设备及机器人，能够以高灵敏度、且再现性良好地检测外压的方向和大小。检测装置具备：第一基板(10)，该第一基板(10)具有绕基准点(P)配置的多个压力传感器(12)；以及形成有弹性体突起(22)的第二基板(20)，该弹性体突起(22)的重心位于与基准点(P)重叠的位置，并在前端部与第一基板(10)抵接的状态下会因外压而产生弹性变形，利用因张力而互相影响的弹性体将可弹性变形的弹性体突起(22)接合。

Description

检测装置、电子设备及机器人
技术领域
本发明涉及检测装置、电子设备及机器人。
背景技术
作为检测外力的检测装置，已知专利文献1及2所记载的检测装置。正在探讨研究这样的检测装置在触摸面板及机器人的触觉传感器等中的应用。
专利文献1：日本特开昭60-135834号公报
专利文献2：日本特开平7-128163号公报
专利文献1的检测装置形成为如下结构：使用锥状突起在背面大致均匀地配置的受压片材，根据该突起的变形量检测压力分布。然而，在专利文献1的检测装置中，无法测量施加于测量面的压力的在面内方向上的力(滑动力)。
专利文献2的检测装置形成为如下结构：在受压片材的表面将多个柱状突起配置成格子状，在将这些表面突起的周边部均分的位置的背面设置圆锥状的突起。在专利文献2的检测装置中，虽然能够将外压作为三维的力矢量进行检测，但是外压的检测能力因突起的变形的程度，特别是因随时间变化的变形保持(若产生变形，则变形暂时不会恢复到原来的状态)而受到影响。
如上所述，在专利文献1及2的检测装置中，均无法始终以高灵敏度、且再现性良好地检测出外压的方向和大小。
发明内容
本发明是鉴于这样的情形而完成的，其目的在于提供检测装置、电子设备以及机器人，能够始终以高灵敏度和高精度(滞后极小)检测出外压的方向和大小。
本发明是为解决上述课题的至少一部分而完成的，能够以下述方式或实施例来实现。
应用例1
本应用例的检测装置，其特征在于，该检测装置对外压的方向和大小进行检测，该检测装置具备：第一基板，该第一基板具有绕基准点配置的多个压力传感器；以及形成有弹性体突起且具有弹性力的第二基板，该弹性体突起的重心位于与上述基准点重叠的位置，并在前端部与上述第一基板抵接的状态下会因上述外压而产生弹性变形，上述第二基板由具有规定的弹性力的弹性体构成。
应用例2
在上述应用例的检测装置中，也可以具有设置于上述弹性体突起与上述第一基板之间的弹性体片材，上述弹性体突起的前端部与上述弹性体片材抵接。
应用例3
本应用例的检测装置，其特征在于，该检测装置对外压的方向和大小进行检测，该检测装置具备：第一基板，该第一基板具有绕基准点配置的多个压力传感器；弹性体突起，该弹性体突起的重心位于与上述基准点重叠的位置，并且会因上述外压而产生弹性变形；以及第二基板，该第二基板隔着上述弹性体突起而设置于上述第一基板的相反侧，上述弹性体突起以前端部与上述第二基板抵接的方式形成于上述第一基板，上述第二基板由具有规定的弹性力的弹性体构成。
应用例4
在上述应用例的检测装置中，还可以具备支承部，该支承部在上述第二基板施加有张力的状态下固定上述第二基板的外周部。
根据这样的结构，由于能够在弹性体突起的前端部与第一基板(多个压力传感器)抵接的状态下在滑动方向(与压力传感器表面平行的方向)上产生变形，因此与专利文献1及专利文献2的检测装置相比，能够提高外压的方向和大小的检测精度。若对第二基板的表面施加外压，则弹性体突起在前端部与第一基板抵接的状态下产生压缩变形。此时，在存在面内的规定方向的滑动分力的情况下，弹性体突起的变形产生偏差。即，弹性体突起的重心偏离基准点而在规定方向(滑动方向)上移动。于是，多个压力传感器中的与弹性体突起的重心移动的部分重叠的比例相对地增大。也就是说，由各压力传感器检测出不同值的压力值。具体地说，与弹性体突起的重心重叠的位置处的压力传感器检测出相对大的压力值，不与弹性体突起的重心重叠的位置处的压力传感器检测出相对小的压力值。因此，能够利用运算装置对由各压力传感器检测出的压力值的差进行运算，进而基于该差求出外压被施加的方向。因此，能够提供以高精度检测外压的方向和大小的检测装置。
应用例5
在上述应用例的检测装置中，也可以具备运算装置，该运算装置对上述弹性体突起因上述外压产生弹性变形而由多个上述压力传感器检测出的压力值中的、由任意组合的各压力传感器检测出的压力值的差进行运算，并基于该差对外压被施加的方向和外压的大小进行运算。
应用例6
在上述应用例的检测装置中，上述多个压力传感器可以配置成相对于上述基准点呈点对称。
根据该检测装置，由于基准点与各压力传感器之间的距离互相相等，因此上述弹性体突起的变形量与由各压力传感器检测出的压力值之间的关系为互相相等。例如，在多个压力传感器配置在离基准点互相不同的距离处的情况下，即使弹性体突起的变形量相同，由各压力传感器检测出的压力值也互相不同。因此，在对检测值的差进行运算时与各压力传感器的配置位置相对应的校正系数必不可少。然而，根据该结构，由于弹性体突起的变形量与由各压力传感器检测出的压力值之间的关系为互相相等，因此无需上述校正系数。因此，易于根据由各压力传感器检测出的压力值对外压的方向和大小进行运算，从而能够高效地检测外压。
应用例7
在上述应用例的检测装置中，上述多个压力传感器可以在互相正交的两个方向上配置成矩阵状。
根据该检测装置，易于根据各压力传感器的压力值中的、任意组合的各压力传感器的压力值的差对外压的方向和大小进行运算。
应用例8
在上述应用例的检测装置中，上述多个压力传感器可以在互相正交的两方向上配置成至少4行4列。
应用例9
上述弹性体突起可以在上述第二基板形成有多个，上述多个弹性体突起可以互相分离配置。
根据该检测装置，所配置的压力传感器的数量增多。因此，基于多个压力传感器检测出的压力值，对各压力传感器的检测结果进行累计，能够求出外压作用的方向和大小。因此，能够以高精度检测外压的方向和大小。
根据该检测装置，当一个弹性体突起在第二基板的面内产生弹性变形时，不引起弹性变形、或相邻且弹性变形小的弹性体突起欲使该弹性变形恢复到初始状态。例如，当一个弹性体突起产生变形而后将外压除去时，周围的弹性体突起对该产生变形的弹性体施加影响，并互相拉伸而欲使该变形量迅速地恢复到初始状态。因此，暂时产生弹性变形的弹性体突起能够迅速地恢复到未施加外压的初始状态。因此，能够始终以高灵敏度、且再现性良好(滞后极小)地检测外压的方向和大小。并且，通过以材质、或预先具备张力来调整该互相拉伸的力，能够将装置的检测能力范围控制成期望的范围。
应用例10
本应用例的电子设备，其特征在于，具备上述实施例的检测装置。
根据该电子设备，由于具备上述实施例的检测装置，因此能够提供始终以高灵敏度和精度(滞后极小)检测外压的方向和大小的电子设备。
应用例11
本应用例的机器人，其特征在于，具备上述实施例的检测装置。
根据该机器人，由于具备上述实施例的检测装置，因此能够提供始终以高灵敏度和精度(滞后极小)检测外压的方向和大小的机器人。
附图说明
图1是示出第一实施方式所涉及的检测装置的概要结构的分解立体图。
图2是示出第一实施方式所涉及的基于压力传感器的压力值的变化的剖视图。
图3是示出第一实施方式所涉及的基于压力传感器的压力值的变化的俯视图。
图4是示出第一实施方式所涉及的传感检测区域的坐标系的图。
图5是示出第一实施方式所涉及的基于压力传感器的垂直方向的压力分布的图。
图6是示出第一实施方式所涉及的基于压力传感器的滑动方向的计算例的图。
图7是示出第一实施方式所涉及的基于压力传感器的弹性体突起与第二基板主体的关系的剖视图。
图8是示出第一实施方式所涉及的基于压力传感器的效果的关系图。
图9是示出第二实施方式所涉及的基于压力传感器的弹性体突起与第二基板主体的关系的剖视图。
图10是示出第三实施方式所涉及的基于压力传感器的弹性体突起与第二基板主体的关系的剖视图。
图11是示出第三实施方式所涉及的基于压力传感器的弹性体突起与第二基板主体的连接方法的图。
图12是示出作为电子设备的一例的便携式电话机的概要结构的示意图。
图13是示出作为电子设备的一例的便携式信息终端的概要结构的示意图。
图14是示出作为机器人的一例的机器人手的概要结构的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。这样的实施方式示出本发明的一形态，并非对本发明进行限定，并且在本发明的技术思想范围内能够进行任意变更。并且，在以下的附图中，为了便于理解各结构，实际的结构与各结构的比例尺及数量等有所不同。
在以下说明中，设定图1中所示的XYZ正交坐标系，并参照该XYZ正交坐标系对各部件进行说明。XYZ正交坐标系，将X轴与Y轴设定成与第一基板10的边部平行的方向，将Z轴设定成与X轴及Y轴正交的方向。
第一实施方式
图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的检测装置的概要结构的分解立体图。在图1中，标号P示出基准点，标号S示出与一个弹性体突起22对应配置的多个压力传感器12所检测的单位检测区域。
本实施方式的检测装置是对施加于基准点的外压的方向和大小进行检测的压力传感器方式的触摸面板，例如在笔记本电脑等电子设备中作为鼠标的替代品的定点设备(pointingdevice)而使用。另外，“基准点”是手指在未作用有滑动力的情况下弹性体突起的中心(重心)在平面上所处的点。
如图1所示，检测装置1具备：第一基板10，该第一基板10具有绕基准点P配置的多个压力传感器12；以及具有弹性体突起22的第二基板20，该弹性体突起22的重心位于与基准点P重叠的位置，并在前端部与第一基板10抵接的状态下因外压而产生弹性变形。
检测装置1具备运算装置(省略图示)，该运算装置对弹性体突起22因外压产生弹性变形而由多个压力传感器12检测出的压力值中的、由任意组合的各压力传感器检测出的压力值的差进行运算，并基于该差对外压被施加的方向和大小进行运算。
第一基板10构成为具备：矩形板状的第一基板主体11，该第一基板主体11例如由玻璃、石英以及塑料等材料构成；以及配置于第一基板主体11的多个压力传感器12。例如，第一基板主体11的大小(俯视观察时的大小)为纵56mm×横56mm左右。
多个压力传感器12配置成相对于基准点P呈点对称。例如，多个压力传感器12在互相正交的两个方向(X方向及Y方向)上配置成矩阵状。由此，由于基准点P与各压力传感器12之间的距离互相相等，因此弹性体突起的变形与由各压力传感器12检测出的压力值的关系为互相相等。因此，易于对各压力传感器12的压力值中的、由任意组合的各压力传感器12检测出的压力值的差进行运算。另外，在后面对压力值的差的运算方法进行叙述。
相邻的压力传感器12的间隔为0.1mm左右。因此，不会因干扰或静电等影响对由处于相邻位置的压力传感器12检测出的压力值产生噪声。
多个压力传感器12在每单位检测区域S内纵2行横2列地共计配置4个。4个压力传感器12的中心(单位检测区域S的中心)为基准点P。例如，单位检测区域S的大小(俯视观察时的大小)为纵2.8mm×横2.8mm左右。并且，4个压力传感器12各自的面积基本相等。例如能够将膜片式测量仪等压敏元件用作压力传感器12。压力传感器12在外压作用于接触面时将施加于膜片的压力转换成电信号。
第二基板20构成为具备矩形板状的第二基板主体21、以及配置于第二基板主体21的多个弹性体突起22。第二基板主体21是直接承受外压的部分。例如利用硅胶等弹性体构成第二基板主体21。在本实施方式中，虽然利用粘合剂将第二基板主体21与弹性体突起22粘合在一起，但是也可以利用模具一体形成第二基板主体21与弹性体突起22。
多个弹性体突起22在第二基板主体21上沿X方向及Y方向配置成矩阵状。弹性体突起22的前端部形成为球面的锥状，与第一基板10(第一基板主体11上的多个压力传感器12)抵接。弹性体突起22的重心初始阶段配置在与基准点P重叠的位置。并且，多个弹性体突起22互相分离配置。因此，能够允许弹性体突起22产生弹性变形时的与第二基板主体21的面内平行的方向的变形量。
弹性体突起22的尺寸能够任意地设定。此处，弹性体突起22的基部的直径(弹性体突起22与第一基板10接触的部分的直径)为1.8mm左右。弹性体突起22的高度(弹性体突起22的Z方向的距离)为2mm左右。相邻的弹性体突起22的分离间隔为1mm左右。弹性体突起22的肖氏硬度(durometerhardness)(类型A，以ISO7619为基准的基于肖氏硬度计的硬度测量值)为30左右。
图2及图3是对作用于基准点P的外压的方向和大小进行检测的方法的说明图。图2(a)～(c)是示出第一实施方式所涉及的基于压力传感器的压力值的变化的剖视图。图3(a)～(c)是对应于图2(a)～(c)的、示出第一实施方式所涉及的基于压力传感器的压力值的变化的俯视图。其中，图2(a)及图3(a)示出对第二基板20的表面施加外压之前的状态(没有外压的作用时)。图2(b)及图3(b)示出对第二基板20的表面施加垂直方向(没有滑动力的状态)的外压的状态。图2(c)及图3(c)示出对第二基板20的表面施加斜向(存在滑动力的状态)的外压的状态。并且，在图3(a)～(c)中，标号G示出弹性体突起22的重心(压力中心)。
如图2(a)及图3(a)所示，在对第二基板20的表面施加外压之前，弹性体突起22未产生变形。由此第一基板10与第二基板20之间的距离保持恒定。此时，弹性体突起22的重心G配置在与基准点P重叠的位置。此时的各压力传感器12的压力值被存储于省略图示的存储器中。以存储于存储器中的各压力传感器12的压力值为基准求出外压所作用的方向及大小。
如图2(b)及图3(b)所示，当对第二基板20的表面施加有垂直方向的外压时，弹性体突起22在前端部与配置于第一基板10的表面的多个压力传感器12抵接的状态下在Z方向上产生压缩变形。由此，第二基板20在-Z方向上挠曲，从而与没有外压的作用时相比第一基板10与第二基板20之间的距离减小。此时的压力传感器的压力值与没有外压的作用时相比增大。并且，该变化量在各压力传感器中均为大致相同的值。
如图2(c)及图3(c)所示，当对第二基板20的表面施加了斜向的外压时，弹性体突起22在前端部与配置于第一基板10的表面的多个压力传感器12抵接的状态下朝斜向倾斜地产生压缩变形。由此，第二基板20在-Z方向上挠曲，从而与没有外压的作用时相比第一基板10与第二基板20之间的距离减小。此时，弹性体突起22的重心G从基准点P朝+X方向及+Y方向偏离。在该情况下，弹性体突起22的前端部与4个压力传感器12重叠的面积互不相同。具体地说，对于弹性体突起22的前端部与4个压力传感器12重叠的面积，与4个压力传感器12中的配置于+X方向及+Y方向的部分重叠的面积比与配置于-X方向及-Y方向的部分重叠的面积大。
弹性体突起22因斜向的外压而在变形上产生偏差。即，弹性体突起22的重心从基准点P偏离而朝滑动方向(X方向及Y方向)移动。于是，利用各压力传感器检测出不同值的压力值。具体地说，利用与弹性体突起22的重心重叠的位置处的压力传感器检测出相对大的压力值，利用与弹性体突起22的重心不重叠的位置处的压力传感器检测出相对小的压力值。进而，基于后述的差的运算方法求出被施加的外力的方向和大小。
图4是示出第一实施方式所涉及的传感检测区域的坐标系的图。图5是示出第一实施方式所涉及的基于压力传感器的垂直方向的压力分布的图。图6是示出第一实施方式所涉及的基于压力传感器的滑动方向的计算例的图。
如图4所示，多个压力传感器S1～S4在每单位检测区域S内纵2行横2列地共计配置4个。此处，若将由各压力传感器S1～S4检测出的压力值(检测值)分别设为PS1、PS2、PS3、PS4，则利用以下的数学式(1)来表示外力的X方向分量Fx(外力的面内方向分量中作用于X方向的分力的比例)。
数学式1
F x = ( P S 2 + P S 4 ) - ( P S 1 + P S 3 ) P S 1 + P S 2 + P S 3 + P S 4 . . . ( 1 )
并且，利用以下的数学式(2)来表示外力的Y方向分量Fy(外力的面内方向分量中作用于Y方向的分力的比例)。
数学式2
F y = ( P S 1 + P S 2 ) - ( P S 3 + P S 4 ) P S 1 + P S 2 + P S 3 + P S 4 . . . ( 2 )
并且，利用以下的数学式(3)来表示外力的Z方向分量Fz(外力的垂直方向分量)。
数学式3
Fz＝PS1+PS2+PS3+PS4…(3)
在本实施方式中，对通过弹性体突起因外压产生弹性变形而由4个压力传感器S1～S4检测出的压力值中的、由任意组合的各压力传感器检测出的压力值的差进行运算，进而基于该差对外压被施加的方向进行运算。
如数学式(1)所示，在外压的X方向分量Fx中，组合有由4个压力传感器S1～S4检测出的压力值中的、由配置于+X方向的压力传感器S2及S4检测出的值，并且还组合有由配置于-X方向的压力传感器S1及S3检测出的值。这样，基于配置于+X方向的压力传感器S2及S4的组合的压力值、与配置于-X方向的压力传感器S1及S3的组合的压力值的差，求出外压的X方向分量。
如数学式(2)所示，在外压的Y方向分量Fy中，组合有由4个压力传感器S1～S4检测出的压力值中的、由配置于+Y方向的压力传感器S1及S2检测出的值，并且还组合有由配置于-Y方向的压力传感器S3及S4检测出的值。这样，基于配置于+Y方向的压力传感器S1及S2的组合的压力值、与配置于-Y方向的压力传感器S3及S4的组合的压力值的差，求出外压的Y方向分量。
如数学式(3)所示，对于外压的Z方向分量Fz，通过将4个压力传感器S1～S4的压力值相加所得的合力来求出。然而，存在检测出的外压的Z方向分量Fz的检测值比外压的X方向分量Fx及外压的Y方向分量Fy(分力)大的倾向。例如，若将硬的物质用作弹性体突起22的材质、或使前端部的形状形成为前端尖锐，则外压的Z方向分量Fz的检测灵敏度升高。然而，若将硬的物质用作弹性体突起22的材质，则弹性体突起22难以产生变形而外压的面内方向的检测值减小。并且，若使弹性体突起22的前端部的形状形成为前端尖锐，则存在对用手指触摸接触面时的触摸感赋予强烈的灵敏度(不协调感)的情况。因此，为了使外压的Z方向分量Fz的检测值、与外压的X方向分量Fx的检测值以及外压的Y方向分量Fy的检测值一致，必须利用由弹性体突起22的材质及形状决定的校正系数对检测值进行适当的校正。
如图5所示，考虑用手指倾斜地按压比触摸面板的检测面的中央部偏向左上的位置的情况。此时，外压的垂直方向的压力在作用有外压的部分的中心部最大(压力传感器的输出电压为90mV～120mV左右)。并且，外压的垂直方向的压力继中心部之后按照其周边部(60mV～90mV左右)、最外周部(30mV～60mV左右)的顺序减小。并且，在未用手指按压的区域，压力传感器的输出电压为0mV～30mV左右。另外，设定单位检测区域(纵2行横2列地配置的共计4个压力传感器S1～S4的区域)在触摸面板上配置成矩阵状(例如，纵15行×横15列共计225个)。
如图6所示，考虑用手指倾斜地按压比触摸面板的检测面的中央部偏向左上的位置的情况下的外压的面内方向分量(滑动方向)的计算方法。此时，设定手指的按压力(外力)作用于配置成纵15行×横15列的区域中的配置成纵3行×横3列的部分。此处，与图5相同，外压的垂直方向的压力在作用有外压的部分的中心部最大(110mV)。
配置成纵3行×横3列的各单位检测区域分别具有4个压力传感器S1～S4，对由各压力传感器S1～S4检测出的压力值中的、由任意组合的各压力传感器检测出的压力值的差进行运算，进而基于该差对外压被施加的方向进行运算。也就是说，在各单位检测区域中，基于上述数学式(1)及数学式(2)计算出外压的X方向分量Fx及外压的Y方向分量Fy。此处，可知在以+X方向为基准逆时针旋转约123°的方向上作用有外压。另外，在计算外压的作用方向时，能够使用利用9个计算结果的平均值求解的方法，或者还可以利用根据9个计算结果中的最大值(例如，比规定的阈值大的检测值)求解的方法。
图7是示出在第一实施方式中当加减外部压力时多个弹性体突起22与第二基板21之间的关系的图。
如图7(a)所示，利用硅胶等弹性体构成第二基板20。该弹性体突起22与第二基板主体21互相结合，相邻的弹性体突起22经由第二基板主体21互相拉伸而互相影响。
对于第二基板20，在被施加张力的状态下最外周部固定于框架210。另外，只要第二基板20在施加有外力时产生张力即可，不一定局限于固定在框架210。例如，虽未图示，但是在将本实施方式的检测装置1卷绕于圆筒形物体的情况下，只要第二基板20形成为环形、且在装配于圆筒形物体的时刻产生张力即可。
并且，在利用硅胶这样的弹性体一体形成该弹性体突起22和第二基板主体21的情况下，只要在平面的设置中形成为在周围未被固定的结构、且至少在施加外压时具有张力即可。
图7(b)是示出外部压力F垂直地施加于第二基板20时多个弹性体突起22与第二基板主体21之间的关系的图。
该弹性体突起22和第二基板主体21因外部压力F而在以施加有外部压力F的点为中心的大致同心圆上产生均匀的变形，其结果，对第二基板主体21周边基本均匀地产生张力Tb。
图7(c)是示出除去上述外部压力F时多个弹性体突起22与第二基板主体21之间的关系的图。
大致均匀地作用于第二基板主体21周边的张力TB，欲使上述变形立刻恢复到原来的未施加有外力的状态的第二基板(图7(a)的第二基板)。
图7(d)是示出外部压力F倾斜地施加于第二基板20时多个弹性体突起22与第二基板主体21之间的关系的图。
该弹性体突起22和第二基板主体21因外部压力F而具有偏差地非均匀地产生变形，其结果，对第二基板主体21产生偏差的张力Tc1、Tc2。
该张力Tc1、Tc2的大小为Tc1＜Tc2，Tc1、Tc2在施加有外部压力F的位置与框架210之间产生，成为外部压力F的XY平面上的矢量分力与未施加外部压力F时对第二基板20产生的张力的合力。
图7(e)是示出除去上述外部压力时多个弹性体突起22与第二基板主体21之间的关系的图。
上述第二基板主体21的偏差的张力Tc1、Tc2，欲使上述变形立刻恢复到原来的未施加有外力的状态的第二基板(图7(a)的第二基板)。
根据本实施方式的检测装置1，由于弹性体突起22在其前端部与第一基板10(多个压力传感器12)抵接的状态下在滑动方向(与压力传感器12表面平行的方向)上产生变形，因此与专利文献1及专利文献2的检测装置相比，能够提高外压的方向上的检测精度。若将规定方向的外压施加于第二基板20的表面，则弹性体突起22在前端部与配置于第一基板10的多个压力传感器12抵接的状态下产生压缩变形。此时，弹性体突起22的变形产生偏差。即，弹性体突起22的重心偏离基准点P而在规定方向(滑动方向)上移动。于是，多个压力传感器12中的与弹性体突起22的重心移动的部分重叠的比例相对地增大。也就是说，各压力传感器S1～S4检测出不同值的压力值。具体地说，与弹性体突起22的重心重叠的位置处的压力传感器12检测出相对大的压力值，不与弹性体突起22的重心重叠的位置处的压力传感器12检测出相对小的压力值。因此，能够利用运算装置对由各压力传感器S1～S4检测出的压力值的差进行运算，进而基于该差求出外压被施加的方向。因此，能够提供可以高精度检测外压的方向的检测装置1。
根据该结构，由于多个压力传感器12配置成相对于基准点P呈点对称，因此基准点P与各压力传感器12之间的距离互相相等。因此，由各压力传感器S1～S4检测出的压力值互相相等。例如，在以离基准点互不相等的距离配置多个压力传感器的情况下，各压力传感器检测出的压力值互不相等。因此，在对检测值的差进行运算时，需要与各压力传感器S1～S4的配置位置对应的校正系数。然而，根据该结构，由于由各压力传感器S1～S4检测出的压力值互相相等，因此无需所述校正系数。因此，易于对各压力传感器S1～S4的压力值的差进行运算，并能够高效地检测外压。
根据该结构，由于多个压力传感器12在互相正交的两方向上配置成矩阵状，因此易于对由各压力传感器S1～S4检测出的压力值中的由任意组合的各压力传感器12检测出的压力值的差进行运算。例如，在对面内方向分量中的X方向分量进行运算的情况下，与多个压力传感器12在多个方向上任意地配置的情况相比，易于对相对地在+X方向上配置的压力传感器S2及S4的组合、与相对地在-X方向上配置的压力传感器S1及S3的组合进行区分选择。因此，能够高效地检测外压。
根据该结构，由于多个弹性体突起22互相分离配置，因此能够允许弹性体突起22产生弹性变形时的与第二基板主体21的面内平行的方向上的变形量。例如，能够抑制一方的弹性体突起22产生变形时对另一方的弹性体突起22造成的影响。因此，与多个弹性体突起22互相接触地配置的情况相比，能够将外压高效地传到各压力传感器S1～S4。因此，能够以高精度检测外压的方向。
并且，根据该结构，当在第二基板20的面内一个弹性体突起22产生弹性变形时，未引起弹性变形或弹性变形小的相邻的弹性体突起22欲使该弹性变形恢复到初始状态。其结果，能够始终以高灵敏度、且再现性良好(滞后极小)地检测外压的方向和大小。
图8是对下述两种情况下传感器的输出值进行比较的图：基于该结构的第二基板20的最外周部固定于框架210，对第二基板20施加张力的情况；以及不存在第二基板20，不对弹性体突起22施加张力的情况。
图8(a)是在不存在第二基板20从而不对第二基板20施加张力的情况、且是在弹性体突起22中不因张力而互相影响的情况下，施加了外部压力(增加)时与将外部压力除去(减少)时的输出值的推移。
由此可知：施加了外部压力(增加)时与将外部压力除去(减少)时的输出值大不相同，能够确认滞后、且灵敏度和再现性降低。
图8(b)是在具有基于本实施例的第二基板、并对第二基板20施加张力时的传感器中，施加了外部压力(增加)时与将外部压力除去(减少)时的输出值的推移。
由此可知：施加了外部压力(增加)时与将外部压力除去(减少)时的输出值为相同值，不存在滞后、且未发现灵敏度和再现性的降低。
另外，即使图表横轴所示的外压的强度减小，也能获得期望的压力传感器输出值，由此可知灵敏度的提高。
图8(c)是在具有基于本实施例的第二基板时的传感器中，与图8(b)相比将施加于第二基板20的张力提高的图。
由此可知：施加了外部压力(增加)时与将外部压力除去(减少)时的输出值为相同值，能够保持不存在滞后的状态并使输出值产生变动，通过改变施加于第二基板20的张力能够对期望的输出值进行控制。
另外，施加于第二基板20的弹性体突起22的张力，可以根据第二基板20的材质、配置数量、形状、厚度、第一基板10的传感器灵敏度等选择适当的值。同时对于第二基板主体21的弹性体片材的形状、厚度、材质、弹性力，也只要是能够获得期望的张力即可。
并且，第一基板10的传感器方式并不局限于静电容量方式、阻抗方式等。
另外，虽然在本实施方式中，举出压力传感器12在每单位检测区域S内纵2行横2列地共计配置4个的例子进行了说明，但是并非局限于此。只要压力传感器12在每单位检测区域S内配置3个以上即可。
第二实施方式
图9是示出对应于图7的本发明的第二实施方式所涉及的与检测装置2相关的基于压力传感器的压力值的变化的剖视图，图9(a)～(e)是示出当加减外部压力时多个弹性体突起22、第二基板21以及第二基板辅助体23之间的关系的图。在图9中，对与第一实施方式的检测装置1(图7)相同的结构标注相同的标号，并将详细说明省略。
如图9所示，检测装置2具有第二基板20。第二基板20由弹性体突起22、第二基板主体21以及第二基板辅助体23构成。并且，第二基板20由硅胶等构成，具备弹性力，其结果，能够带来张力。第二基板20的最外周固定于框架210，产生张力。
另外，只要第二基板20在施加有外力时产生张力即可，不一定局限于固定在框架210上。例如，虽未图示，但是在将本实施方式的检测装置2卷绕于圆筒形物体的情况下，只要第二基板20形成为环形、且在装配于圆筒形物体的时刻产生张力即可。
并且，在利用硅胶这样的弹性体一体形成该弹性体突起22和第二基板主体21的情况下，即使在平面的设置中在周围未被固定的情况下，只要至少在施加外压时具有张力即可。
第二基板辅助体23例如由弹性体片材形成。另外，在对图9(b)、(c)所示的第二基板主体21施加有外力的状态下，由弹性体片材等形成的第二基板辅助体23经由弹性体突起22受到外力的影响而产生弹性变形的情况也时有发生。另外在图9中，将第二基板辅助体23未产生变形的状态作为一例示出。
进而，虽然图9中示出第二基板主体21和第二基板辅助体23固定于框架210的结构，但是只要在施加有外力时产生张力即可，无需第二基板主体21和第二基板辅助体23双方均固定于框架210，可以任何一方固定，也可以双方均不固定。
该弹性体突起22、第二基板主体21以及第二基板辅助体23结合，相邻的弹性体突起22因第二基板主体21与第二基板辅助体23而互相拉伸、互相影响。
由此，利用第二基板主体21和第二基板辅助体23而结合的弹性体突起22因第二基板主体21和第二基板辅助体23的张力而互相影响。
第三实施方式
图10是示出第三实施方式所涉及的与检测装置3相关的压力传感器的剖视图。在图10中，对与第一实施方式的检测装置1(图7)相同的结构标注相同的标号，并将详细说明省略。
第二基板20由弹性体突起22和第二基板主体21构成。
弹性体突起22，在前端部朝向第二基板主体21侧、且与第二基板主体21抵接的状态下在Z方向上产生压缩变形。
本实施方式的检测装置3在弹性体突起22的前端部的朝向为朝第二基板主体21侧这一点上与上述第二实施方式中所说明的检测装置2不同。然而，本实施方式的检测装置3具备与第二实施方式所说明的检测装置2等同的压力传感器所涉及的特性。
另外，弹性体突起22与第二基板主体21的连接方法也未受到限定。例如，图11示出了第三实施方式所涉及的检测装置3的弹性体突起22与第二基板主体21的连接方法的例子。
图11(a)是弹性体突起22与第二基板主体21形成为一体结构。由此，能够将施加于第二基板主体21的张力的变动传到弹性体突起22，从而能够实现接合强度及其信赖性的提高、且省却弹性体突起22与第二基板主体21的接合工序。由此能够实现工序的缩减与成本的降低。
图11(b)是弹性体突起22与第二基板主体21各自独立存在、且第二基板主体21的一部分没入弹性体突起22中。由此，能够制造出如下结构：通过比较简单的嵌入这样的作业便能够将施加于第二基板主体21的张力的变动传到弹性体突起22，从而能够实现接合强度及其信赖性的提高、以及工序的缩减和成本的降低。
图11(c)是弹性体突起22与第二基板主体21各自独立存在、且配置成第二基板主体21的突起部212与弹性体突起22接触，弹性体突起22和第二基板主体21因X、Y方向上的外力而互相影响、变化。由此，对于弹性体突起22与第二基板主体21嵌入时的配合范围，只要弹性体突起22的顶点进入第二基板主体21的两个突起部212之间即可。
因此，能够制造出如下结构：无需嵌入时比较高的配合精度、通过简单的嵌入这样的作业便能够将施加于第二基板主体21的张力的变动传到弹性体突起22，从而能够实现工序的缩减和成本的降低。
电子设备
图12是示出应用了上述实施方式所涉及的检测装置1～3的便携式电话机1000的概要结构的示意图。便携式电话机1000具备多个操作按钮1003及控制盘(controlpad)1002、以及作为显示部的液晶面板1001。通过操作控制盘1002，在液晶面板1001显示菜单按钮(省略图示)。例如，通过使游标(省略图示)与菜单按钮一致进而强力按压控制盘1002，显示电话本或显示便携式电话机1000的电话号码。此时，由于上述实施方式所涉及的检测装置设置于控制盘1002，因此无需大幅地移动进行操作的手指的位置，仅通过改变由手指施加的力的方向便能够简单地移动游标。
图13是示出应用了上述实施方式所涉及的检测装置1～3的便携式信息终端(PDA：PersonalDigitalAssistants)2000的概要结构的示意图。便携式信息终端2000具备多个操作按钮2002以及控制盘2003、以及作为显示部的液晶面板2001。若操作控制盘2003，则能够操作显示于液晶面板2001的菜单。例如，通过使游标(省略图示)与菜单(省略图示)一致进而强力按压控制盘2003，则显示通讯录、或显示计划本。此时，由于上述实施方式所涉及的检测装置设置于控制盘2003，因此无需大幅地移动进行操作的手指的位置，仅通过改变由手指施加的力的方向便能够简单地进行游标的移动或进行翻页。
根据这样的电子设备，由于具备上述检测装置，因此能够提供以高精度检测出外压的方向的电子设备。
另外，作为电子设备，其它的还能够举出个人计算机、摄像机的监视器、车辆导航装置、寻呼机、电子笔记本、电子计算器、文字处理器、工作站、电视电话、POS终端、数字静像照相机、具备触摸面板的设备等。对这些电子设备也能够应用本发明所涉及的检测装置。
机器人
图14是示出应用了上述实施方式所涉及的检测装置1～3的机器人手3000的概要结构的示意图。如图14(a)所示，机器人手3000具备主体部3003及一对臂部3002、以及应用了检测装置的把持部3001。例如，若利用遥控器等控制装置对臂部3002发送驱动信号，则一对臂部3002进行开闭动作。
如图14(b)所示，考虑利用机器人手3000把持杯状物等对象物3010的情况。此时，将作用于对象物3010的力作为压力利用把持部3001进行检测。由于机器人手3000具备作为把持部3001的上述检测装置，因此能够一起检测出作用于对象物3010的表面(接触面)的垂直方向的力、和因重力Mg而产生的滑动方向的力(滑动力的分量)。例如，能够以不使柔软的物体发生变形、以及不使光滑的物体掉落的方式根据对象物3010的质感一边加减力一边进行把持。
根据该机器人，由于具备上述检测装置，因此能够提供以高精度检测出外压的方向的机器人。
标号说明：
1、2、3...检测装置；10、110...第一基板；12、112、S1、S2、S3、S4、Si...压力传感器；20...第二基板；22...弹性体突起；51...加强部件；1000...便携式电话机(电子设备)；2000...便携式信息终端(电子设备)；3000...机器人手(机器人)。

Claims (10)

1.一种检测装置，其特征在于，
该检测装置对外压的方向和大小进行检测，
该检测装置具备：
第一基板，该第一基板具有绕基准点配置的多个压力传感器；以及
形成有弹性体突起的第二基板，该弹性体突起的重心位于与所述基准点重叠的位置，并在前端部与所述第一基板抵接的状态下会因所述外压而产生弹性变形，
所述第二基板由具有规定的弹性力的弹性体构成，
所述检测装置具备运算装置，该运算装置对所述弹性体突起因所述外压产生弹性变形而由多个压力传感器检测出的压力值中的、由任意组合的各压力传感器检测出的压力值的差进行运算，并基于该差对外压被施加的方向和外压的大小进行运算。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，
所述检测装置具有设置于所述弹性体突起与所述第一基板之间的弹性体片材，
所述弹性体突起的前端部与所述弹性体片材抵接。
3.一种检测装置，其特征在于，
该检测装置对外压的方向和大小进行检测，
该检测装置具备：
第一基板，该第一基板具有绕基准点配置的多个压力传感器；
弹性体突起，该弹性体突起的重心位于与所述基准点重叠的位置，并且会因所述外压而产生弹性变形；以及
第二基板，该第二基板隔着所述弹性体突起而设置于所述第一基板的相反侧，
所述弹性体突起以前端部与所述第二基板抵接的方式形成于所述第一基板，
所述第二基板由具有规定的弹性力的弹性体构成，
所述检测装置具备运算装置，该运算装置对所述弹性体突起因所述外压产生弹性变形而由多个压力传感器检测出的压力值中的、由任意组合的各压力传感器检测出的压力值的差进行运算，并基于该差对外压被施加的方向和外压的大小进行运算。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的检测装置，其特征在于，
所述检测装置还具备支承部，该支承部在所述第二基板施加有张力的状态下固定所述第二基板的外周部。
5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，
所述多个压力传感器配置成相对于所述基准点呈点对称。
6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，
所述多个压力传感器在互相正交的两个方向上配置成矩阵状。
7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于，
所述多个压力传感器在互相正交的两方向上配置成至少4行4列。
8.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，
所述弹性体突起在所述第二基板形成有多个，所述多个弹性体突起互相分离配置。
9.一种电子设备，其特征在于，
具备权利要求1所述的检测装置。
10.一种机器人，其特征在于，
具备权利要求1所述的检测装置。
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