JP2002139302A - 接触センサ及び接触検出装置並びに接触検出装置が取り付けられたロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットの接触センサ等のように、限られた
空間に多数のセンサを配置し、これらのセンサを効率的
に駆動し、且つ該接触センサからの信号を効率的に収集
するための接触センサ及び接触検出装置並びに接触検出
装置が取り付けられたロボットを提供する。 【解決手段】 電源回路１２は、ＬＣ共振回路の誘導起
電力から電力を生成する。外力が加わることによりスイ
ッチＳＷ１がオンすると、電源回路１２によって生成さ
れた電圧が入力端子Ｓｎｓ１に印加される。データ送信
回路１４は入力端子Ｓｎｓ１に電圧が印加されると、メ
モリ１３から所定のデータを読み出し、読み出したデー
タに基づいてＦＥＴ１５を駆動する。これにより、ＬＣ
共振回路のＱが変動し、リーダー２はこのＱの変動をア
ンテナ２１のインダクタンス変化として受信することに
より、接触を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、本発明は外部の接
触を検出する接触センサに係り、特に、広範囲にわたっ
て外部からの接触を検出する接触センサ及び接触検出装
置並びに接触検出装置が取り付けられたロボットに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、接触を感知する接触センサは、ひ
とつのセンサに対して、電源用のケーブル２本、信号伝
送用のケーブル２本を供給する必要がある（接地を共通
とすれば３本／センサ）。このようなパワー系及び信号
系のケーブルを個々に接続する必要のあるセンサを例え
ばロボット等の表面に多数配置すると、その配線数は膨
大なものになり、また、ロボットが運動する際のケーブ
ルの屈曲の繰り返しによる断線、絶縁被覆と線材の摺動
によるノイズの発生、ケーブルとセンサの電気的接続の
劣化、センサ交換の際の手間がかかる等といった様々な
問題があった。

【０００３】上述したような問題に対して、例えば、弾
性体に埋め込んだコイルを共振回路を構成するインダク
タンスとすることで、この弾性体が変形した際のインダ
クタンスの変化を、共振周波数の変化として取り出して
外力を検出するというセンサが提案されている。（Mits
uhiro Hakozaki et.al."Telemetric Reobot Skin "Proc
eedigns of the1999 IEEE International Conference o
n Robotics & AutomatiＯＮ,May 1999 pp.957-961参
照）。このセンサによれば、個々のセンサにケーブルを
接続する必要が無いため、上述した問題点を解決するこ
とができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たインダクタンスの変化により外力を検出するセンサ
を、多数個のセンサ群に応用した場合には、この共振周
波数の変化とセンサの位置情報に直接の関連がないた
め、圧力の加わった位置の検出ができないという問題が
あった。また、外形の変形により、近接したセンサ間の
距離が変化した場合には、センサに接続されたコイル間
の結合係数が変化するため、これによる共振周波数変化
も考慮する必要があるなどの問題があった。

【０００５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、ロボットの接触センサ等のように、限られた空
間に多数のセンサを配置し、これらのセンサを効率的に
駆動し、且つ該接触センサからの信号を効率的に収集す
るための接触センサ及び接触検出装置並びに接触検出装
置が取り付けられたロボットを提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、電磁界エネルギーをセンサ駆動用の電力と
して供給するための共振回路と、前記共振回路の誘導起
電力から電力を生成する電力生成手段と、前記電源生成
手段に接続され、外部から規定以上の力が加わった場合
に、オンする第1のスイッチング素子と、前記第1のスイ
ッチング素子がオンされた場合に、電磁界の変化によっ
て接触を通知する接触通知手段とを具備することを特徴
とする。なお、上述の第1のスイッチング素子は、ノー
マリーオフの場合には外力が加わることによりオン状態
となり、反対にノーマリーオンの場合には外力が加わる
ことによりオフ状態となることとする。上記構成によれ
ば、電磁界エネルギーをセンサ駆動用の電力として供給
するためのコイルとコンデンサなどから構成される共振
回路、またはアンテナを接続するとともに、少なくとも
ひとつの入力端子を設け、この端子に入力があった際に
始めてデータを送信するようにする。これにより、外部
から接触があった時のみデータを送出するので、伝送路
のトラフィックを低減することができる。

【０００７】また、上記記載の接触センサは、前記セン
サ固有のデータが格納されている記憶手段を有し、前記
接触通知手段は、前記第1のスイッチング素子（実施形
態におけるスイッチＳＷ１）がオンされた場合に、前記
記憶手段から前記データを読み出し、前記読み出したデ
ータに基づく信号を出力するデータ出力手段と、前記デ
ータ出力手段から出力される信号に基づいて駆動される
第２のスイッチング素子（実施形態におけるＦＥＴ１
５）と、前記共振回路（コンデンサＣ１及びコイルＬ１
で構成される）に並列に設けられ、前記第２のスイッチ
ング素子によって、前記共振回路に接続、非接続状態と
なる抵抗器（実施形態における負荷抵抗１６）とを具備
することを特徴とする。上記構成によれば、記憶手段か
ら読み出したデータに基づいて、抵抗器を前記共振回路
に接続、非接続状態とすることで、共振回路のインピー
ダンスを変化させ、この変化によって接触を容易に通知
することが可能となる。

【０００８】また、上記記載の接触センサは、前記第１
のスイッチング素子が、オン時に接続する端子を複数有
し、前記第１のスイッチング素子は、外部から加えられ
る力に応じて接続先の前記端子を変更し、前記記憶手段
には、前記第１のスイッチング素子の接続状態に応じて
それぞれのデータが格納され、前記データ出力手段は、
現時点での前記第１のスイッチング手段の接続状態に応
じて該当するデータを前記記憶手段から読み出して、出
力することを特徴とする。上記構成によれば、外部から
加えられている力に応じて第１のスイッチング素子が接
続する入力端子の組み合わせを変更する。そして、デー
タ出力手段は、その接続状態に応じて、送信するデータ
を変更できるようにするので、接触センサからより詳細
な接触の情報を送ることができる。

【０００９】また、本発明の接触検出装置は、請求項１
〜請求項３のいずれかの項に記載の接触センサが分散し
て配置されている接触センサ群と、各前記接触センサ群
に対して電磁界エネルギーを供給するとともに、前記接
触センサ群からの信号を受信して読み取る読取装置（リ
ーダー２）とからなる接触検出装置において、前記読取
装置は、前記接触センサ群を構成する前記接触センサの
前記共振回路の共振周波数である電磁界を出力するアン
テナと、前記アンテナのインピーダンスの変化から、各
前記接触センサから送信されたデータを読み取るデータ
処理手段とを具備することを特徴とする。上記構成によ
れば、広範囲にわたって外部からの接触を検出すること
が可能となる。

【００１０】また、上記接触検出装置において、前記読
取装置のアンテナは、同軸ケーブルに接続された複数の
小型ループアンテナからなり、該小型ループアンテナ
は、それぞれの前記接触センサに対し、該接触センサが
駆動するのに適した電磁界を同一強度で供給できる位置
に設けられていることが好ましい。また、上記接触検出
装置において、前記読取装置のアンテナは、全ての前記
接触センサに非接触で設けられた平行２線路のアンテナ
であり、漏洩磁界によって、前記接触センサに対して均
等な電磁界を供給することが好ましい。

【００１１】このように、本発明では分散して配置され
たセンサ群に沿って、平行２線路や同軸ケーブルといっ
た、基本的に２本の導体からなる伝送路を配置し、平行
２線路からの漏洩電事界または同軸ケーブルに並列に接
続された小型のアンテナ群から、電磁界としてセンサ群
の駆動に必要な電力を供給すると同時に、この伝送路を
センサからのデジタル信号を伝達する伝送路として兼用
する。これにより、従来必要とされていた膨大な配線を
置き換えることが可能である。

【００１２】また、上記接触検出装置の前記接触センサ
群の各接触センサにおいて、前記記憶手段には、該接触
センサ固有のデータが格納され、前記データ出力手段
は、前記第１のスイッチング手段の状態に応じて、前記
データを読み出して出力し、前記読取装置の前記データ
処理手段は、前記接触センサ群を構成するそれぞれの接
触センサに対応する固有のデータを保持しており、前記
接触センサからデータを受信した場合に、受信したデー
タと前記保持しているデータとを比較して、データ送信
先の接触センサを特定することを特徴とする。上記構成
によれば、接触センサ群のいずれかの接触センサからデ
ータを受信した場合に、どの接触センサからのデータで
あるかを瞬時に識別でき、その接触センサが設けられて
いる位置と照らし合わせることにより、どの箇所に外部
からの接触があったかを速やかに認識することができ
る。

【００１３】また、上記接触検出センサの前記接触セン
サ群の各接触センサにおいて、前記データ出力手段は、
予め設定されている当該接触センサ固有の期間毎に、前
記第１のスイッチング素子の状態に応じたデータを前記
記憶手段から読み出して出力することを特徴とする。上
記構成によれば、複数の接触センサから同時にデータが
送信された場合でも、次回のデータ送信のタイミングに
おいて、どの接触センサからの送信データであるかを認
識することが可能となる。

【００１４】また、本発明は、請求項４〜請求項８のい
ずれかの項に記載の接触検出装置が取り付けられたロボ
ットにおいて、前記接触検出装置からの信号に基づいて
前記ロボットの各部を制御することを特徴とするロボッ
トである。上記構成によれば、接触センサに対する電源
供給線、グランド線、データ送信線等の接続を必要とせ
ず、無線により外部からの接触を検出することができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の一
実施形態について説明する。図１に本発明の一実施形態
による接触センサの構成を示す。同図において、符号１
は接触を検知する接触センサ、符号２は磁界を発生し、
接触センサ１から送信されるデータを読み取るリーダー
である。接触センサ１はコイルＬ１及びコンデンサＣ１
からなるＬＣ共振回路と、ＬＣ共振回路で発生した誘導
起電力を電源として動作する半導体チップ１１とから構
成されている。

【００１６】上記半導体チップ１１において、符号ＲＦ
１、ＲＦ２は半導体チップ１１とＬＣ共振回路とを接続
する接続端子、符号１２はＬＣ共振回路で発生した誘導
起電力を自己の動作電力に変換する電源回路、符号１３
はデータを格納するメモリ、符号１４はメモリ１３に格
納されているデータに基づいてパルス信号を発生するデ
ータ送信回路、符号１５はコンデンサＣ１と並列に接続
され、データ送信回路１４から出力されるパルス信号に
よって駆動される第2のスイッチング素子としてのＦＥ
Ｔである。符号１６は、ＦＥＴ１５とコンデンサＣ１の
間に直列に接続された負荷抵抗である。また、電源回路
１２の出力端子Ｖｄｄとデータ送信回路１４の入力端子
Ｓｎｓ１は第1のスイッチング素子としてのスイッチＳ
Ｗ１を介して接続される。

【００１７】一方、リーダー２において、符号２１は磁
界を形成するとともに、接触センサ１からのデータを受
信するアンテナ（コイル）、符号２２は、アンテナ２１
で受信した接触センサ１１からのデータを復調して取り
出すデータ処理装置である。ここで、アンテナ２１は接
触センサ１のＬＣ共振回路の共振周波数に相当する高周
波磁界を常時発信している。

【００１８】次に、図２に上述の接触センサ１の外観図
を示す。この図において、図１と対応する各部には同一
の符号が付されている。触覚部３０は、例えば針金やピ
アノ線等からなり、この触覚部３０とスイッチＳＷ１
（図１参照）との接続部にはスプリング（図示略）が設
けられ、触覚部３０に加えられる力に伴って収縮する。
触覚部３０に加えられる力が規定以上となり、スプリン
グが収縮してその先に接続されている機械的なマイクロ
スイッチであるスイッチＳＷ１がＯＮになる構成となっ
ている。また、コイルＬ１は図に示すように接触センサ
１の基板上に印刷配線されている。

【００１９】次に、上述した接触センサ１及びリーダー
２の基本動作、即ち接触をどのように検出するのかを具
体的に説明する。なお、以下の説明において、接触セン
サ１は任意の場所に取り付けられており、またリーダー
２は、自らが発している磁界を接触センサ１が十分な強
度で受信できる位置に設置されていることとする。

【００２０】まず、触覚部３０（図２）に所定以上の力
が加わることにより、図１に示したマイクロスイッチＳ
Ｗ１がＯＮすると、入力端子Ｓｎｓ１に電源端子Ｖｄｄ
から電力が供給される。これにより、制御回路１４はメ
モリ１３にアクセスし、所定のエリアに格納されている
データを読み出し、このデータに基づいて一定のデータ
レートでＦＥＴ１５を駆動する（ＯＮ／ＯＦＦさせ
る）。なお、このデータのビットコーディングは、マン
チェスタ符号、ミラー符号など各種のものから選択する
ことが可能である。

【００２１】ＦＥＴ１５がＯＮ／ＯＦＦすることによ
り、ＬＣ共振回路に並列に接続された負荷抵抗１６が接
続・非接続状態となり、ＬＣ共振回路のＱ（Ｑ＝Ｒ√
（Ｃ／Ｌ））が大きく変化する。接触センサ１のコイル
Ｌ１とリーダー２のアンテナ（コイル）２１との間に
は、それぞれ相互インダクタンスが発生する結果、この
Ｑの変化はコイル２１のインピーダンス変化として検出
される。データ処理装置２２は、このインピーダンス変
化を振幅変調信号として取り出すことにより、接触セン
サ１から送信されてきたデータを受信することができ
る。この結果、データ処理装置２２は接触センサ１に何
かが接触したことを検知する。上述したように、本実施
形態ではリーダー２が接触センサ１から送信されてきた
データを読み取ることにより、接触を検出することがで
きる。なお、本実施形態において、スイッチＳＷ１の通
常状態をオフ状態（ノーマリーオフ）とし、外部からの
接触があった際にスイッチＳＷ１がオンされることによ
り、接触センサ１はデータを送信して接触があったこと
をリーダー２へ通知するが、反対に、スイッチＳＷ１の
通常状態をオン状態（ノーマリーオン）とし、外部から
接触があった際にスイッチＳＷ１をオフ状態とすること
によってリーダー２へのデータ送信を断絶させ、これに
より外部の接触をリーダー２へ通知するような構成とす
ることも可能である。

【００２２】次に、上述した本発明の第１の実施形態に
よる接触センサを複数有し、広範囲にわたって外部から
の接触を検出する本発明の接触検出装置について説明す
る。

【００２３】上述した本発明の接触センサ１を用いて広
範囲にわたって外部からの接触を検出しようとすると、
接触検出範囲に任意に接触センサ１を分散して配置しな
ければならないため、リーダー２は常にこれら全ての接
触センサ１へ対して、当該接触センサ１が駆動可能とな
る電磁界を供給する必要がある。このため、それら各々
の接触センサ１へ所定の磁界を供給するために、大変大
きなアンテナ２１を設けるか、あるいは、アンテナ２１
の高周波出力を上げなければならない。

【００２４】しかしながら、リーダー２のアンテナ２１
を大きくすると、一つの接触センサ１からの送信データ
の強度は相対的に弱くなるため、信号のＳ／Ｎ比が悪化
し、データの検出が困難になってしまうという問題が生
じてしまう。また、リーダー２の高周波出力を上げる
と、他の制御系やアナログ系の回路に対してノイズや異
常電圧を誘起してしまい、システムの動作を不安定にす
るという問題が生じてしまう。また、リーダー２のアン
テナ２１が発する磁界強度は、遠方にいくほど弱くなる
ため、遠方に敷設されている接触センサ１からのデータ
を読み取ることが困難になるという問題が生じてしま
う。

【００２５】そこで、これらの問題点を解消すべく、本
発明の接触検出装置においては、リーダー２のアンテナ
２１を次のような構成とすることで上述の問題点を解決
した。図３に、本発明の第１の実施形態による接触検出
装置の全体構成図を示し、図４に、図３に示したリーダ
ー２におけるアンテナ２１の接触センサ１近傍の拡大図
を示す。

【００２６】図３に示すように、第１の実施形態におけ
る接触検出装置では、まず同軸ケーブル３１を接触セン
サ１に沿って這わせ、その終端（データ処理装置２２と
反対側の終端）には、データ処理装置２２の送信側から
見たインピーダンスをデータ処理装置２２のインピーダ
ンスに一致させるための可変終端抵抗３２を取り付け
る。各接触センサ１が配置された近傍においては、図４
に示すようにＴ型のＢＮＣコネクタ４２を取り付け、そ
の先に小型のループアンテナ３１を取り付けることによ
り、局部的に磁界を発生させ、接触センサ１との電波的
な結合を得る。

【００２７】また、上述の同軸ケーブルに代わって、図
５に示すように平行２線路を使用することも可能であ
る。この場合、平行２線路からの漏れ磁束と接触センサ
１が結合することで、接触センサ１への電力供給、及び
信号の受信が可能となる。なお、図６に、この平行２線
路を使用した場合の断面図を示す。

【００２８】上述したように、アンテナ２１を構成する
ことにより、磁界を局部的に発生させることができるた
め、大きなアンテナ（コイル）を使う場合に比べて、信
号強度を強くでき、また同軸ケーブルを延長させること
により、通信距離にも実質的に制限がないという利点が
得られる。加えて、上記構成からなるアンテナを使用す
ることにより、各接触センサ１に同強度の磁界を供給す
ることができ、また接触センサ１からのデータ受信も同
様に可能となる。これにより、広範囲に渡る接触の検出
が容易に実現できる。更に、接触センサ１の増設にも柔
軟に対応することができる。

【００２９】次に、本発明の接触検出装置の動作につい
て図３を参照して説明する。

【００３０】図３において、今、６４個の接触センサ１
が任意に配置されているとする。これら各接触センサ１
には、データ処理装置２２に近い位置から順に、接触セ
ンサＮｏ．１、Ｎｏ．２、・・・、Ｎｏ．６４という識
別番号が付してあり、各接触センサ１の半導体チップ１
１内のメモリ１３には、接触センサ固有のデータ、例え
ば、接触センサＮｏ．１であれば”００００ ００４０
００８０”、接触センサＮｏ．６４であれば”００３
Ｆ ００７Ｆ ００ＢＦ”といったデータが格納されて
いるとする。更に、各接触センサ１には、それぞれ異な
る休止時間が設定されている。この休止時間とは、一回
のデータ転送が終了した後に、再度データ転送を行うま
での期間である。上記データは１６進表記で表わされて
おり、各接触センサ１のデータ転送速度は８０ｋｂｐｓ
とする。即ち、１６ｂｉｔのデータは約２００μｓｅｃ
で送信を完了することとなる。図７にメモリ１３に格納
されているデータの一例を示す。

【００３１】上記構成からなる接触検出装置において、
接触センサＮｏ．５及びＮｏ．４０の触覚部３０に同時
に約１秒間程度、外部から接触があった場合について以
下、具体的に説明する。まず、外力が加わることにより
それぞれのスイッチＳＷ１がオンされ、これにより、入
力端子Ｓｎｓ１に電源端子Ｖｄｄの電圧が印加される。
かかる動作により、Ｎｏ．５のデータ送信回路１４は、
データ”０００４ ００４４ ００８４”（図７参照）
を、接触センサＮｏ．４０のデータ送信回路１４は、デ
ータ”００２７ ００６７ ００Ａ７”（図７参照）を
それぞれメモリ１３から読み出し、このデータに基づき
ＦＥＴ１５を駆動する。これにより、リーダー２のデー
タ処理装置２２へ接触センサＮｏ．５とＮｏ．４０から
その接触センサ固有のデータが略同時に送信される。

【００３２】続いて、接触センサＮｏ．５のデータ送信
回路１４は、予め設定されている休止時間１００ｍｓｅ
ｃの休止の後、再度スイッチＳＷ１の状態を確認する。
ここで、スイッチＳＷ１はいまだオン状態であるので、
データ送信回路１４は再度データを送出する。同様に、
接触センサＮｏ．４０のデータ送信回路１４は、予め設
定されている休止時間８９ｍｓｅｃの後、再度スイッチ
ＳＷ１の状態を確認する。接触センサＮｏ．４０のスイ
ッチＳＷ１も引き続きオン状態であるので、データ送信
回路１４は再度データを送出する。これにより、リーダ
ー２のデータ処理装置２２へ接触センサＮｏ．５及びＮ
ｏ．４０から、再びデータが送信される。このように、
各接触センサは、データ送信後、予め設定されている休
止時間データ転送を中止し、その後、再度スイッチＳＷ
１の状態を確認して、そのＳＷ１の状態に応じたデータ
をメモリ１３から読み出して出力する。この動作は、ス
イッチＳＷ１がオフ状態となるまで、即ち入力端子Ｓｎ
ｓ１に電圧が検出されなくなるまで繰り返し行われる。

【００３３】次に、図８に上述の一連の動作によってリ
ーダー２のデータ処理装置２２が受信した信号波形を示
す。なお、ここでは、第１の受信信号〜第４の受信信号
を示した。図８において、ｔ１は第１回目にデータを受
信した時刻、ｔ２は第２回目にデータを受信した時刻、
ｔ３は第３回目にデータを受信した時刻、ｔ４は第４回
目にデータを受信した時刻である。

【００３４】この図から分かるように、第１回目に受信
した信号と、第２回目に受信した信号においては、Ｎ
ｏ．５の接触センサとＮｏ．４０の接触センサとから略
同時にデータ送信が行われたため、この二つのパケット
が衝突してしまい、データ処理装置２２はデータを正し
く読み取ることが不可能である。しかしながら、接触セ
ンサＮｏ．５の休止時間が１００ｍｓｅｃ（図７参照）
であるのに対して、接触センサＮｏ．４０の休止時間が
８９ｍｓｅｃ（図７参照）であることから、第３の受信
信号及び、第４の受信信号においては、いずれの信号と
も衝突していないため、データ処理装置２２はこれらの
信号を正確に認識することが可能となる。

【００３５】なお、データ処理装置２２内の記憶部（図
示略）には、各接触センサと該接触センサから送信され
てくるデータとが対応づけられて格納されている。した
がって、データ処理装置２２は、受信したデータを復調
し、復調した１６進表記のデータ“０００５”、“００
２７”を記憶部に格納されているデータと比較すること
によって、データ送信元の接触センサが、Ｎｏ．５及び
Ｎｏ．４０であることを認識することができる。

【００３６】なお、データ送信の休止時間は、各半導体
チップ内部の発振器のＣＲ発振器でダウンカウンタを動
作させ、これが０になることで判断することができ、ま
た、ダウンカウンタの値を適当に操作することで、ここ
のチップの休止時間を容易に調節し、ばらつきを持たせ
ることができる。また、本実施形態において、データの
ピットコーディングはマンチェスター符号である。

【００３７】また、本実施形態においては、伝送される
信号にエラーチェック符号などは付け加えなかったが必
要に応じて、ＣＲＣ符号などのエラー検出符号や、エラ
ー訂正符号などを付加することもできる。

【００３８】また、本実施形態においては、スイッチＳ
Ｗ１が接触する端子として、入力端子Ｓｎｓ１を設けた
が、更に複数の入力端子Ｓｎｓ２、Ｓｎｓ３・・・を設
け、この入力端子Ｓｎｓ２、Ｓｎｓ３・・・に対応する
データをメモリ１３内の所定のエリアにそれぞれ格納し
ておく。そして、触覚部３０に加えられる外力によっ
て、スイッチＳＷ１によって接続される入力端子を変化
させることにより、リーダー２には、現在その箇所に加
えられている外力まで詳細に検出することが可能とな
る。なお、複数の上記入力端子に印加される電圧を組合
せることにより、外力の大きさを検出することとしても
良い。なお、それぞれのメモリ１３に格納されるデー
タ、休止時間は、上記記載に限定されず、設計上適宜変
更できるものとする。

【００３９】また、上記実施形態においては、入力端子
（Ｓｎｓ１、Ｓｎｓ２・・・・）に電圧が印加された場
合にのみ、リーダー２へデータを転送するため、データ
の伝送頻度を最小限におさえることができる。これによ
り、伝送路のトラフィックを低減させることが可能とな
る。

【００４０】次に、上述した本発明の第２の実施形態に
よる接触検出装置の応用として、接触検出装置を適用し
たロボットについて図９を参照して説明する。図９にお
いて、符号７１は当該ロボットの上腕にあたる筐体、符
号７２は前腕にあたる筐体である。筐体７１は台座７３
に固定されており、その台座７３には接触センサ１に電
力を供給するためのデータ処理装置２２（図１参照）が
設けられている。このデータ処理装置２２には同軸ケー
ブルが接続され、これが筐体７１、７２の内部を通過
し、筐体７１、７２のジョイント部である肱の部分で
は、筐体の外部に取り出されている。筐体７１、筐体７
２にはそれぞれ１２個の接触センサ１が略等間隔で取り
付けられ、図４あるいは図５に示した形状のアンテナ
（コイル）４１、５１によって接触センサ１に電力が供
給されている。筐体７１、７２の表面には接触センサ１
の触覚部３０が突出しており、外力を検知するような構
成となっている。

【００４１】それぞれの接触センサ１は１６ｂｉｔのメ
モリ１３を持っており、筐体７１に取り付けられた接触
センサ１のそれぞれのメモリ１３には、最初の８ｂｉｔ
に”＆Ｈ０１”が、続く８ｂｉｔには図中で左上→右上
→右下→左下の順で、”＆Ｈ００〜＆Ｈ０Ｂ”のシリア
ル番号が書き込まれている。また、筐体７２に取り付け
られた接触センサ１のそれぞれのメモリ１３には、最初
の８ｂｉｔに”＆Ｈ０２”が、続く８ｂｉｔには図中で
左上→右上→右下→左下の順で、”＆Ｈ００〜＆Ｈ０
Ｂ”のシリアル番号が書き込まれている。

【００４２】上記構成からなるロボットにおいて、筐体
７１、筐体７２に外部から接触があると、外力が加わっ
た接触センサ１のＳＷ１がＯＮし、図１に示した電源端
子Ｖｄｄと入力端子Ｓｎｓ１が接続される。これによ
り、データ送信回路１４はメモリ１３に格納されている
データを読み出して、このデータに基づいてＦＥＴ１５
を駆動する。かかる動作による接触センサ１のＱの変動
は、アンテナ２１のインダクタンスの変化として台座７
４に設けられているデータ処理装置２２に伝達される。
データ処理装置２２は、アンテナ２１のインダクタンス
の変化を読み取ることにより、どの接触センサからのデ
ータであるかを認識し、接触を検知した接触センサの情
報を台座７３に設けられている筐体制御用の制御装置７
４へ出力する。制御装置７４は、データ処理装置２２か
ら受信したデータに基づいて、その時点で最適と思われ
るシーケンスによりロボットアームを緊急停止する。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の接触セン
サによれば、電磁界エネルギーをセンサ駆動用の電力と
して供給するためのコイルとコンデンサなどから構成さ
れる共振回路、またはアンテナを接続するとともに、少
なくともひとつの入力端子を設け、この端子に入力があ
った際に始めてデータを送信するようにする。これによ
り、外部から接触があった時のみデータを送出するの
で、伝送路のトラフィックを低減することができる。ま
た、無線によって接触があったことを伝達することがで
きるため、従来問題になっていたケーブルの屈曲の繰り
返しによる断線、絶縁被覆と線材の摺動によるノイズの
発生、ケーブルとセンサの電気的接続の劣化、センサ交
換の際の手間がかかる等といった様々な問題を解消する
ことができる。

【００４４】また、本発明の接触センサによれば、記憶
手段から読み出したデータに基づいて、抵抗器を前記共
振回路に接続、非接続状態とすることにより、共振回路
のインピーダンスを変化させる。このように、本発明で
は、抵抗を接続、非接続状態とすることによって簡単に
インピーダンスを変化させるので、複雑な装置などを必
要としない。この結果、コスト低減を図ることができる
という効果が得られる。

【００４５】また、本発明の接触センサによれば、外部
から加えられている力に応じて第１のスイッチング素子
が接続する入力端子の組み合わせを変更する。そして、
データ出力手段は、その接続状態に応じて、送信するデ
ータを変更できるようにするので、接触センサからより
詳細な接触の情報を送ることができ、高精度な接触検出
を行うことが可能となるという効果が得られる。

【００４６】また、本発明の接触検出装置によれば、分
散して配置されたセンサ群に沿って、平行２線路や同軸
ケーブルといった、基本的に２本の導体からなる伝送路
を配置し、平行２線路からの漏洩電事界または同軸ケー
ブルに並列に接続された小型のアンテナ群から、電磁界
としてセンサ群の駆動に必要な電力を供給すると同時
に、この伝送路をセンサからのデジタル信号を伝達する
伝送路として兼用する。これにより、従来必要とされて
いた膨大な配線を置き換えることが可能である。これに
より、ケーブルの屈曲の繰り返しによる断線、絶縁被覆
と線材の摺動によるノイズの発生、ケーブルとセンサの
電気的接続の劣化、センサ交換の際の手間がかかる等と
いった様々な問題を解消することができる。

【００４７】また、本発明の接触検出装置によれば、接
触センサ群の各接触センサは、その記憶手段に、接触セ
ンサ固有のデータが格納され、データ出力手段は、第１
のスイッチング手段の状態に応じて、データを読み出し
て出力しするため、接触センサ群のいずれかの接触セン
サからデータを受信した場合に、どの接触センサからの
データであるかを瞬時に識別することができるという効
果が得られる。

【００４８】また、本発明の接触検出装置によれば、複
数の接触センサから同時にデータが送信された場合で
も、次回のデータ送信のタイミングにおいて、どの接触
センサからの送信データであるかを認識することが可能
であるので、検出精度が高い接触検出装置を実現するこ
とができる。

【００４９】また、本発明のロボットによれば、無線に
よって接触を検出することができるので、複雑な配線を
必要とせず、従来問題になっていたケーブルの屈曲の繰
り返しによる断線、絶縁被覆と線材の摺動によるノイズ
の発生、ケーブルとセンサの電気的接続の劣化、センサ
交換の際の手間がかかる等といった様々な問題を解消す
ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の接触センサの構成を示すブロック
図である。

【図２】 同実施形態における接触センサの外観図であ
る。

【図３】 本発明の接触検出装置のリーダーの形態を示
す図である。

【図４】 本発明の接触検出装置におけるリーダーのア
ンテナ構成の一例を示す図である。

【図５】 本発明の接触検出装置におけるリーダーのア
ンテナ構成の一例を示す図である。

【図６】 図５に示したアンテナの断面図である。

【図７】 本発明の接触検出装置において、各接触セン
サのメモリに格納されているデータの一例を示した図で
ある。

【図８】 本発明の接触検出装置において、同時に複数
の接触センサからデータが送信された場合、データ処理
装置によって受信された信号波形を示す図である。

【図９】 本発明の接触検出装置を取り付けたロボット
の構成を示す図である。

【符号の説明】 １ 接触センサ ２ リーダー（読取装置） １１ 半導体チップ １２ 電源回路（電力生成手段） １３ メモリ（記憶手段） １４ データ送信回路（データ出力手段） １５ ＦＥＴ（第２のスイッチング素子） １６ 負荷抵抗（抵抗器） ２１ アンテナ ２２ データ処理装置（データ処理手段） ３０ 触覚部 ３１ 同軸ケーブル ４１ ループアンテナ ４２ Ｔ型分岐 ７１、７２ 筐体 ７３ 台座 ７４ コントローラ Ｖｄｄ 電源端子 Ｓｎｓ１ 入力端子 ＳＷ１ スイッチ（第1のスイッチング素子） Ｃ１ コンデンサ Ｌ１ コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広瀬 茂男 東京都品川区旗の台５−23−２−406 Ｆターム(参考） 2F063 AA01 AA50 BA22 CA10 CA11 DA02 DA05 DD06 JA02 LA05 LA09 LA15 LA19 LA29 LA30 NA01 3F059 CA05 DA08 DC02 DE02 DE05 DE08 5J050 AA47 AA49 BB23 CC00 DD06 EE31 EE34 EE38 FF22

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁界エネルギーをセンサ駆動用の電力
   として供給するための共振回路と、 前記共振回路の誘導起電力から電力を生成する電力生成
   手段と、 前記電源生成手段に接続され、外部から規定以上の力が
   加わった場合に、オンする第1のスイッチング素子と、 前記第1のスイッチング素子がオンされた場合に、電磁
   界の変化によって接触を通知する接触通知手段と、 を具備することを特徴とする接触センサ。
2. 【請求項２】 センサ固有のデータが格納されている記
   憶手段を有し、 前記接触通知手段は、 前記第1のスイッチング素子がオンされた場合に、前記
   記憶手段から前記データを読み出し、前記読み出したデ
   ータに基づく信号を出力するデータ出力手段と、 前記データ出力手段から出力される信号に基づいて駆動
   される第２のスイッチング素子と、 前記共振回路に並列に設けられ、前記第２のスイッチン
   グ素子によって、前記共振回路に接続、非接続状態とな
   る抵抗器と、 を具備することを特徴とする請求項１に記載の接触セン
   サ。
3. 【請求項３】 前記第１のスイッチング素子が、オン時
   に接続する端子を複数有し、 前記第１のスイッチング素子は、外部から加えられる力
   に応じて接続先の前記端子を変更し、 前記記憶手段には、前記第１のスイッチング素子の接続
   状態に応じてそれぞれのデータが格納され、 前記データ出力手段は、現時点での前記第１のスイッチ
   ング手段の接続状態に応じて該当するデータを前記記憶
   手段から読み出して、出力することを特徴とする請求項
   １または請求項２に記載の接触センサ。
4. 【請求項４】 請求項１〜請求項３のいずれかの項に記
   載の接触センサが分散されて配置されている接触センサ
   群と、各前記接触センサ群に対して電磁界エネルギーを
   供給するとともに、前記接触センサ群からの信号を受信
   して読み取る読取装置とからなる接触検出装置におい
   て、 前記読取装置は、 前記接触センサ群を構成する前記接触センサの前記共振
   回路の共振周波数である電磁界を出力するアンテナと、 前記アンテナのインピーダンスの変化から、各前記接触
   センサから送信されたデータを読み取るデータ処理手段
   と、 を具備することを特徴とする接触検出装置。
5. 【請求項５】 前記読取装置のアンテナは、 同軸ケーブルに接続された複数の小型ループアンテナか
   らなり、該小型ループアンテナは、それぞれの前記接触
   センサに対し、該接触センサが駆動するのに適した電磁
   界を供給できる位置に設けられていることを特徴とする
   請求項４に記載の接触検出装置。
6. 【請求項６】 前記読取装置のアンテナは、 全ての前記接触センサに非接触で設けられた平行２線路
   のアンテナであり、漏洩磁界によって、前記接触センサ
   に対して均等な電磁界を供給することを特徴とする請求
   項４に記載の接触検出装置。
7. 【請求項７】 前記接触センサ群の各接触センサにおい
   て、 前記記憶手段には、該接触センサ固有のデータが格納さ
   れ、 前記データ出力手段は、前記第１のスイッチング手段の
   状態に応じて、前記データを読み出して出力し、 前記読取装置の前記データ処理手段は、前記接触センサ
   群を構成するそれぞれの接触センサに対応する固有のデ
   ータを保持しており、前記接触センサからデータを受信
   した場合に、受信したデータと前記保持しているデータ
   とを比較して、データ送信先の接触センサを特定するこ
   とを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれかの項に記
   載の接触検出装置。
8. 【請求項８】 前記接触センサ群の各接触センサにおい
   て、前記データ出力手段は、予め設定されている当該接
   触センサ固有の期間毎に、前記第１のスイッチング素子
   の状態に応じたデータを前記記憶手段から読み出して出
   力することを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれか
   の項に記載の接触検出装置。
9. 【請求項９】 請求項４〜請求項８のいずれかの項に記
   載の接触検出装置が取り付けられたロボットにおいて、 前記接触検出装置からの信号に基づいて前記ロボットの
   各部を制御することを特徴とするロボット。