JP2002352370A - 触感検知システム - Google Patents
触感検知システムInfo
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- JP2002352370A JP2002352370A JP2001159410A JP2001159410A JP2002352370A JP 2002352370 A JP2002352370 A JP 2002352370A JP 2001159410 A JP2001159410 A JP 2001159410A JP 2001159410 A JP2001159410 A JP 2001159410A JP 2002352370 A JP2002352370 A JP 2002352370A
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- Japan
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- tactile
- coil
- detection system
- artificial skin
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大面積の人工皮膚を有する触感検知システム
を提供する。 【解決手段】 触感検知システムにおいて、骨格１に巻
付けられるコイルアレイと回路を有する帯状フィルム１
１と、この帯状フィルム１１上を被覆するように装着す
る、無線触覚素子２３が埋め込まれた柔軟体２２からな
る人工皮膚２１とを備え、触覚を前記人工皮膚２１内部
の空洞の空気の圧力よって捉え、無線伝送する。
を提供する。 【解決手段】 触感検知システムにおいて、骨格１に巻
付けられるコイルアレイと回路を有する帯状フィルム１
１と、この帯状フィルム１１上を被覆するように装着す
る、無線触覚素子２３が埋め込まれた柔軟体２２からな
る人工皮膚２１とを備え、触覚を前記人工皮膚２１内部
の空洞の空気の圧力よって捉え、無線伝送する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人工皮膚を有する
触感検知システムに関するものである。
触感検知システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】これまで、本願発明者らは、大面積の柔
らかい人工皮膚を実現するために、電気配線が不要な触
覚素子を利用する技術と、そのための触覚素子の開発を
行ってきた（例えば、特開平１１−２４５１９０号公報
参照）。
らかい人工皮膚を実現するために、電気配線が不要な触
覚素子を利用する技術と、そのための触覚素子の開発を
行ってきた（例えば、特開平１１−２４５１９０号公報
参照）。
【０００３】また、本発明に関連する先行論文として
は、下記のものが挙げられる。
は、下記のものが挙げられる。
【０００４】（１）Ｍ．Ｈａｋｏｚａｋｉ，Ｈ．Ｏａｓ
ａ ａｎｄ Ｈ．Ｓｈｉｎｏｄａ：Ｔｅｌｅｍｅｔｒｉ
ｃ Ｒｏｂｏｔ Ｓｋｉｎ，Ｐｒｏｃ．１９９９ ＩＥ
ＥＥＩｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎ
ｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ｐｐ．９５７−９６１，１
９９９． （２）Ｈ．Ｓｈｉｎｏｄａ ａｎｄ Ｈ．Ｏａｓａ：Ｗ
ｉｒｅｌｅｓｓ Ｔａｃｔｉｌｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｅ
ｌｅｍｅｎｔ Ｕｓｉｎｇ Ｓｔｒｅｓｓ−Ｓｅｎｓｉ
ｔｉｖｅ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ，ＩＥＥＥ／ＡＳＭＥ
Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏ
ｌ．５，Ｎｏ．３，ｐｐ．２５８−２６５，２０００．
ａ ａｎｄ Ｈ．Ｓｈｉｎｏｄａ：Ｔｅｌｅｍｅｔｒｉ
ｃ Ｒｏｂｏｔ Ｓｋｉｎ，Ｐｒｏｃ．１９９９ ＩＥ
ＥＥＩｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎ
ｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ｐｐ．９５７−９６１，１
９９９． （２）Ｈ．Ｓｈｉｎｏｄａ ａｎｄ Ｈ．Ｏａｓａ：Ｗ
ｉｒｅｌｅｓｓ Ｔａｃｔｉｌｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｅ
ｌｅｍｅｎｔ Ｕｓｉｎｇ Ｓｔｒｅｓｓ−Ｓｅｎｓｉ
ｔｉｖｅ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ，ＩＥＥＥ／ＡＳＭＥ
Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏ
ｌ．５，Ｎｏ．３，ｐｐ．２５８−２６５，２０００．
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の技術では、触覚素子についてのみ示され、それ
を用いて実際に大面積の人工皮膚を得る触感検知システ
ムを実現するまでには、到達していなかった。
た従来の技術では、触覚素子についてのみ示され、それ
を用いて実際に大面積の人工皮膚を得る触感検知システ
ムを実現するまでには、到達していなかった。
【０００６】本発明は、上記状況を鑑みて、大面積の人
工皮膚を有する触感検知システムを提供することを目的
とする。
工皮膚を有する触感検知システムを提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕触感検知システムにおいて、骨格に巻付けられる
コイルアレイと回路を有する帯状フィルムと、この帯状
フィルム上を被覆するように装着する、無線触覚素子が
埋め込まれた柔軟体からなる人工皮膚とを備え、前記無
線触覚素子が検出した応力や温度を無線伝送することを
特徴とする。
成するために、 〔１〕触感検知システムにおいて、骨格に巻付けられる
コイルアレイと回路を有する帯状フィルムと、この帯状
フィルム上を被覆するように装着する、無線触覚素子が
埋め込まれた柔軟体からなる人工皮膚とを備え、前記無
線触覚素子が検出した応力や温度を無線伝送することを
特徴とする。
【０００８】〔２〕上記〔１〕記載の触感検知システム
において、触感を前記人工皮膚内部の空洞の空気の圧力
によって捉えることを特徴とする。
において、触感を前記人工皮膚内部の空洞の空気の圧力
によって捉えることを特徴とする。
【０００９】〔３〕上記〔１〕記載の触感検知システム
において、前記無線触覚素子は前記帯状フィルムの電力
供給用及びセンシング用コイルとの誘導結合により触覚
を無線伝送することを特徴とする。
において、前記無線触覚素子は前記帯状フィルムの電力
供給用及びセンシング用コイルとの誘導結合により触覚
を無線伝送することを特徴とする。
【００１０】〔４〕上記〔１〕記載の触感検知システム
において、前記帯状フィルムの回路は、コイルドライバ
ーと信号増幅器とＰＬＤ処理回路を含むことを特徴とす
る。
において、前記帯状フィルムの回路は、コイルドライバ
ーと信号増幅器とＰＬＤ処理回路を含むことを特徴とす
る。
【００１１】〔５〕上記〔４〕記載の触感検知システム
において、前記ＰＬＤ処理回路は、信号発生器とカウン
タを有し、コンピュータに接続することを特徴とする。
において、前記ＰＬＤ処理回路は、信号発生器とカウン
タを有し、コンピュータに接続することを特徴とする。
【００１２】〔６〕上記〔５〕記載の触感検知システム
において、前記ＰＬＤ処理回路は、前記帯状フィルムの
コイルアレイの所定サイト毎に配置されることを特徴と
する。
において、前記ＰＬＤ処理回路は、前記帯状フィルムの
コイルアレイの所定サイト毎に配置されることを特徴と
する。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００１４】図１は本発明の実施例を示す人工皮膚を有
する触感検知システムの構成を示す模式図である。
する触感検知システムの構成を示す模式図である。
【００１５】この図において、１はロボットの骨格、１
１はコイルアレイを有する帯状フィルム、２１は帯状フ
ィルム１１上に装着される無線触覚素子（センサチッ
プ）２３が埋め込まれた柔軟体２２からなる人工皮膚で
ある。
１はコイルアレイを有する帯状フィルム、２１は帯状フ
ィルム１１上に装着される無線触覚素子（センサチッ
プ）２３が埋め込まれた柔軟体２２からなる人工皮膚で
ある。
【００１６】そこで、コイルアレイと回路を作り込んだ
帯状フィルム１１をロボットの骨格１に巻き付ける。そ
の後で無線触覚素子（センサチップ）２３が埋め込まれ
た柔軟体２２からなる人工皮膚２１を、帯状フィルム１
１上を被覆するように装着する。
帯状フィルム１１をロボットの骨格１に巻き付ける。そ
の後で無線触覚素子（センサチップ）２３が埋め込まれ
た柔軟体２２からなる人工皮膚２１を、帯状フィルム１
１上を被覆するように装着する。
【００１７】すなわち、帯状フィルム１１をロボット骨
格１上にしっかりと装着する。この帯状フィルム１１
は、人工皮膚２１に含まれる無線触覚素子（センサチッ
プ）２３に電気入力し、誘導結合を介して無線触覚素子
（センサチップ）２３との間で信号を授受する。帯状フ
ィルム１１上の各サイトは独立して駆動されるため、帯
状フィルム１１が重なり合うことも許される。これによ
り、帯状フィルム１１はロボット骨格１表面のさまざま
な形状に対応できる。その後、帯状フィルム１１上に無
線触覚素子（センサチップ）２３が埋め込まれた柔軟体
２２からなる人工皮膚２１を、被覆するように装着す
る。
格１上にしっかりと装着する。この帯状フィルム１１
は、人工皮膚２１に含まれる無線触覚素子（センサチッ
プ）２３に電気入力し、誘導結合を介して無線触覚素子
（センサチップ）２３との間で信号を授受する。帯状フ
ィルム１１上の各サイトは独立して駆動されるため、帯
状フィルム１１が重なり合うことも許される。これによ
り、帯状フィルム１１はロボット骨格１表面のさまざま
な形状に対応できる。その後、帯状フィルム１１上に無
線触覚素子（センサチップ）２３が埋め込まれた柔軟体
２２からなる人工皮膚２１を、被覆するように装着す
る。
【００１８】図２は本発明の実施例を示すコイルアレイ
を有する帯状フィルムの構造を示す図であり、図２
（ａ）はその帯状フィルムの平面図、図２（ｂ）はその
帯状フィルムのコイルアレイのサイトの模式構成図であ
る。
を有する帯状フィルムの構造を示す図であり、図２
（ａ）はその帯状フィルムの平面図、図２（ｂ）はその
帯状フィルムのコイルアレイのサイトの模式構成図であ
る。
【００１９】図２に示すように、帯状フィルム１１のコ
イルアレイ１２の各サイト１２Ａは、電力供給用コイル
１３とセンシング用グランドコイル１４、コイルドライ
バー１５、信号増幅器１６と、処理回路から任意にアク
セスするための集積回路とを有している。この帯状フィ
ルム１１に接続したコンピュータ（図示なし）が各サイ
トに任意にアクセスし、アクセスしたサイトの近傍に存
在するセンサ信号を読み取る。
イルアレイ１２の各サイト１２Ａは、電力供給用コイル
１３とセンシング用グランドコイル１４、コイルドライ
バー１５、信号増幅器１６と、処理回路から任意にアク
セスするための集積回路とを有している。この帯状フィ
ルム１１に接続したコンピュータ（図示なし）が各サイ
トに任意にアクセスし、アクセスしたサイトの近傍に存
在するセンサ信号を読み取る。
【００２０】図３は本発明の実施例を示す柔軟体からな
る人工皮膚に実装される無線触覚素子〔センシングエレ
メント：センサチップ（触覚センサ及びセンシング回
路）〕の構造を示す図、図４はその実装状態を示す図、
図５はそのセンシング回路の全体構成図、図６はそのセ
ンサチップの動作原理図である。
る人工皮膚に実装される無線触覚素子〔センシングエレ
メント：センサチップ（触覚センサ及びセンシング回
路）〕の構造を示す図、図４はその実装状態を示す図、
図５はそのセンシング回路の全体構成図、図６はそのセ
ンサチップの動作原理図である。
【００２１】図３に示すように、柔軟体（プラスチック
本体）２２からなる人口皮膚２１内に無線触覚素子２３
を実装する。
本体）２２からなる人口皮膚２１内に無線触覚素子２３
を実装する。
【００２２】その実装状態は、図４に示すように、ロボ
ットの骨格１上にグランドコイル（１３，１４）を有す
る帯状コイル１１が装着され、その上を被覆するよう
に、空洞２４を有する柔軟体（プラスチック本体）２２
からなる人口皮膚２１が装着される。なお、グランドコ
イルは電力供給用グランドコイル１３とセンシング用グ
ランドコイル１４からなる。２５は人工皮膚表面であ
る。
ットの骨格１上にグランドコイル（１３，１４）を有す
る帯状コイル１１が装着され、その上を被覆するよう
に、空洞２４を有する柔軟体（プラスチック本体）２２
からなる人口皮膚２１が装着される。なお、グランドコ
イルは電力供給用グランドコイル１３とセンシング用グ
ランドコイル１４からなる。２５は人工皮膚表面であ
る。
【００２３】そこで、無線触覚素子２３は、図５に示す
ように、電力供給用グランドコイル１３と結合される電
力受信用コイル３１、ダイオード３２，３３、ダイオー
ド３２に接続されるコンデンサ３４、ダイオード３３に
接続されるコンデンサ３５と抵抗３６の並列回路と、そ
の並列回路の負荷側に接続される正論理インバータ（Ｇ
1 ）３７とＥＣＭ（電気コンデンサマイクロフォン）３
８とコンデンサ３９と正論理シュミットインバータ（Ｇ
2 ）４０とＮＡＮＤ回路（Ｇ3 ）４１とＪＦＥＴ（ＭＯ
Ｓ型電界効果トランジスタ）４２と信号送信コイル４３
とからなり、電力供給用グランドコイル１３との誘導結
合を介し空洞内圧をセンシング用グランドコイル１４へ
送信する。
ように、電力供給用グランドコイル１３と結合される電
力受信用コイル３１、ダイオード３２，３３、ダイオー
ド３２に接続されるコンデンサ３４、ダイオード３３に
接続されるコンデンサ３５と抵抗３６の並列回路と、そ
の並列回路の負荷側に接続される正論理インバータ（Ｇ
1 ）３７とＥＣＭ（電気コンデンサマイクロフォン）３
８とコンデンサ３９と正論理シュミットインバータ（Ｇ
2 ）４０とＮＡＮＤ回路（Ｇ3 ）４１とＪＦＥＴ（ＭＯ
Ｓ型電界効果トランジスタ）４２と信号送信コイル４３
とからなり、電力供給用グランドコイル１３との誘導結
合を介し空洞内圧をセンシング用グランドコイル１４へ
送信する。
【００２４】次に、インパルス発生のメカニズムを以下
に示す。
に示す。
【００２５】入力を停止した後、図６におけるＧ１の出
力が、時間遅延ｔR で上昇する。ＥＣＭ３８は、ＪＦＥ
Ｔ４２を用いて電流を空気圧制御するものであり、この
ＥＣＭ３８を通ってきた電流は、Ｇ３の入力の上昇のた
めの時間遅延Δｔを変化させる。Ｇ３がＭＯＳ電流を停
止すると、インパルスが発生する。図６に示すＡ２にお
ける電圧は次のように示される。
力が、時間遅延ｔR で上昇する。ＥＣＭ３８は、ＪＦＥ
Ｔ４２を用いて電流を空気圧制御するものであり、この
ＥＣＭ３８を通ってきた電流は、Ｇ３の入力の上昇のた
めの時間遅延Δｔを変化させる。Ｇ３がＭＯＳ電流を停
止すると、インパルスが発生する。図６に示すＡ２にお
ける電圧は次のように示される。
【００２６】 Ｖ＝（ＩM ／Ｃ）ｔ …（１） ここで、ＩM はＥＣＭを流れる電流、αはＥＭＣの定
数、Ｐは空気圧である。従って、遅延時間Δｔは、 Δｔ＝ＣＶTh／ＩM …（２） である。
数、Ｐは空気圧である。従って、遅延時間Δｔは、 Δｔ＝ＣＶTh／ＩM …（２） である。
【００２７】ここではインパルス幅を無視しており、Ｖ
Thは、シュミット回路インバータの正の閾値電圧であ
る。インパルスは、アクセスしたサイトのセンシングコ
イルで検知し、そのサイトにおいて増幅される。
Thは、シュミット回路インバータの正の閾値電圧であ
る。インパルスは、アクセスしたサイトのセンシングコ
イルで検知し、そのサイトにおいて増幅される。
【００２８】次いで、遅延を測定する。チップ毎に異な
るｔR を付与することにより、多数のチップを同定す
る。
るｔR を付与することにより、多数のチップを同定す
る。
【００２９】センサチップ２３が、人口皮膚の空洞２４
の空気圧を、無線により伝送する。電気入力と信号伝送
は、センサチップ２３と帯状フィルム１１上の電気入力
コイル間の誘導結合を介して行われる。
の空気圧を、無線により伝送する。電気入力と信号伝送
は、センサチップ２３と帯状フィルム１１上の電気入力
コイル間の誘導結合を介して行われる。
【００３０】触覚感知の原理を示すと、まず、コンピュ
ータが帯状フィルム１１上のコイルアレイの１サイトを
指定し、帯状フィルム１１のコイルドライバー１５を動
作させることにより、そのサイト近傍に存在するセンサ
チップ２３に電気入力する。センサチップ２３上のコン
デンサに充電し終わると、入力を停止する。次に、セン
サチップ２３は、入力停止後、一定の時間遅延を有する
インパルスを発生する。図６に示すように、時間遅延は
空洞の空気圧を反映するので、この時間遅延から空洞の
空気圧が得られる。
ータが帯状フィルム１１上のコイルアレイの１サイトを
指定し、帯状フィルム１１のコイルドライバー１５を動
作させることにより、そのサイト近傍に存在するセンサ
チップ２３に電気入力する。センサチップ２３上のコン
デンサに充電し終わると、入力を停止する。次に、セン
サチップ２３は、入力停止後、一定の時間遅延を有する
インパルスを発生する。図６に示すように、時間遅延は
空洞の空気圧を反映するので、この時間遅延から空洞の
空気圧が得られる。
【００３１】すなわち、図６に示すように、入力端子Ａ
１、中間端子Ａ２及び出力端子Ａ３でのそれぞれ波形を
示すように、センサチップ２３上のＥＣＭ３８上を流れ
る電流が空気圧で変化する。その結果、パルスの発生時
刻Δｔが変化する。この時間遅れが触覚信号となる。
１、中間端子Ａ２及び出力端子Ａ３でのそれぞれ波形を
示すように、センサチップ２３上のＥＣＭ３８上を流れ
る電流が空気圧で変化する。その結果、パルスの発生時
刻Δｔが変化する。この時間遅れが触覚信号となる。
【００３２】以下、その動作を詳細に説明する。
【００３３】図７はセンシング回路の各部の動作フロー
チャートである。
チャートである。
【００３４】まず、図７（ａ）に示すように、電力入力
信号を停止させる。
信号を停止させる。
【００３５】次に、図７（ｂ）に示すように、抵抗Ｒの
電圧ＶR2が低くなる。
電圧ＶR2が低くなる。
【００３６】次に、図７（ｃ）に示すように、時間ｔR
後にＧ1 の出力が上昇する。
後にＧ1 の出力が上昇する。
【００３７】次に、図７（ｄ）に示すように、Ｇ2 の入
力がＧ2 閾値電圧Ｖthまで上昇する。
力がＧ2 閾値電圧Ｖthまで上昇する。
【００３８】次に、図７（ｅ）に示すように、Ｇ2 が立
ち下がる。
ち下がる。
【００３９】次に、図７（ｆ）に示すように、Ｇ2 が上
昇し、ＭＯＳＦＥＴをオンにする。
昇し、ＭＯＳＦＥＴをオンにする。
【００４０】次に、図７（ｇ）に示すように、ＦＥＴド
レイン電流が減少する。
レイン電流が減少する。
【００４１】次に、図７（ｈ）に示すように、コイル回
路がＭＯＳＦＥＴによって停止されると、インパルスが
グランドセンシングコイルによって検知される。
路がＭＯＳＦＥＴによって停止されると、インパルスが
グランドセンシングコイルによって検知される。
【００４２】次に、１次元フィルムコイルの構成につい
て説明する。
て説明する。
【００４３】図８は本発明の実施例を示すコイルアレイ
を有する帯状フィルムの構成図であり、図８（ａ）はそ
の配置図、図８（ｂ）はそのブロック図である。
を有する帯状フィルムの構成図であり、図８（ａ）はそ
の配置図、図８（ｂ）はそのブロック図である。
【００４４】これらの図において、５１はＰＬＤ（プロ
グラマブル・ロジック・デバイス）処理回路であり、信
号発生器５２とカウンタ５３から構成されている。５４
はデジタルＩ／Ｏ、５５はコンピュータである。
グラマブル・ロジック・デバイス）処理回路であり、信
号発生器５２とカウンタ５３から構成されている。５４
はデジタルＩ／Ｏ、５５はコンピュータである。
【００４５】この図に示すように、８サイトに１つのＰ
ＬＤ処理回路５１を配置する。ＰＬＤ処理回路５１はコ
ンピュータ５５が指定したサイトに励起信号を送り、Ｐ
ＬＤ処理回路５１が測定した遅延時間Δｔをコンピュー
タ５５に送る。ＰＬＤ処理回路５１のクロックは４０Ｍ
Ｈｚであり、Δｔは解像度２５ｎｓで測定する。
ＬＤ処理回路５１を配置する。ＰＬＤ処理回路５１はコ
ンピュータ５５が指定したサイトに励起信号を送り、Ｐ
ＬＤ処理回路５１が測定した遅延時間Δｔをコンピュー
タ５５に送る。ＰＬＤ処理回路５１のクロックは４０Ｍ
Ｈｚであり、Δｔは解像度２５ｎｓで測定する。
【００４６】このように、８つのコイルサイトに対して
１つのＰＬＤ処理回路５１が配置され、電力供給用信号
の生成と、センサ出力のカウント及びコンピュータ５５
との間の調整を行う。
１つのＰＬＤ処理回路５１が配置され、電力供給用信号
の生成と、センサ出力のカウント及びコンピュータ５５
との間の調整を行う。
【００４７】以下、本発明の触感検知システムの具体例
について説明する。
について説明する。
【００４８】コイルとセンシングチップを有する帯状フ
ィルムの写真を図９に示す。
ィルムの写真を図９に示す。
【００４９】右側の四角いプリントパターンは、入力コ
イル、コイルドライバー、センシングコイル、増幅器を
有するセンシングサイトである。入力コイルとセンシン
グコイルは、巻数が１０、外形サイズ４０×４０ｍｍで
ある。入力電圧は、１．５ＭＨｚで５Ｖである。センシ
ングコイルの電圧は５０倍に増幅され、ＰＬＤ処理回路
へ送られる。
イル、コイルドライバー、センシングコイル、増幅器を
有するセンシングサイトである。入力コイルとセンシン
グコイルは、巻数が１０、外形サイズ４０×４０ｍｍで
ある。入力電圧は、１．５ＭＨｚで５Ｖである。センシ
ングコイルの電圧は５０倍に増幅され、ＰＬＤ処理回路
へ送られる。
【００５０】センサチップの写真を図１０に示す。電気
受信コイルの直径、高さ、巻数はそれぞれ、２２ｍｍ、
１ｍｍ、５０回である。また、これに対する信号伝送コ
イルのパラメーターはそれぞれ、１２ｍｍ、１ｍｍ、３
０回である。センサチップの電気回路を図１１に示す。
受信コイルの直径、高さ、巻数はそれぞれ、２２ｍｍ、
１ｍｍ、５０回である。また、これに対する信号伝送コ
イルのパラメーターはそれぞれ、１２ｍｍ、１ｍｍ、３
０回である。センサチップの電気回路を図１１に示す。
【００５１】図１１において、電力供給用グランドコイ
ル１３と結合される電力受信用コイル６１（５０ター
ン）、ダイオード６２，６３、ダイオード６２に接続さ
れるコンデンサ６４（０．１μｍ）と定電圧ダイオー
ド、ダイオード６３に接続されるコンデンサ６６（１０
０ｐＦ）と抵抗６７（１００ｋΩ）の並列回路と、その
並列回路の負荷側に接続される正論理インバータ（Ｇ
１）６９とＥＣＭ（電気コンデンサマイクロフォン）７
０とダイオード７１とコンデンサ７２（２２００ｐＦ）
と正論理インバータ（Ｇ２）７３とＮＡＮＤ回路（Ｇ
３）７４（２５Ｋ６８０Ａ）とＪＦＥＴ（ＭＯＳ型電界
効果トランジスタ）７５と信号送信コイル７６（３０タ
ーン）とからなり、電力供給用グランドコイル１３との
誘導結合を介し空洞内圧をセンシング用グランドコイル
１４へ送信する。
ル１３と結合される電力受信用コイル６１（５０ター
ン）、ダイオード６２，６３、ダイオード６２に接続さ
れるコンデンサ６４（０．１μｍ）と定電圧ダイオー
ド、ダイオード６３に接続されるコンデンサ６６（１０
０ｐＦ）と抵抗６７（１００ｋΩ）の並列回路と、その
並列回路の負荷側に接続される正論理インバータ（Ｇ
１）６９とＥＣＭ（電気コンデンサマイクロフォン）７
０とダイオード７１とコンデンサ７２（２２００ｐＦ）
と正論理インバータ（Ｇ２）７３とＮＡＮＤ回路（Ｇ
３）７４（２５Ｋ６８０Ａ）とＪＦＥＴ（ＭＯＳ型電界
効果トランジスタ）７５と信号送信コイル７６（３０タ
ーン）とからなり、電力供給用グランドコイル１３との
誘導結合を介し空洞内圧をセンシング用グランドコイル
１４へ送信する。
【００５２】１つのセンシング空洞を含む試験用の人工
皮膚を用いて行った、基礎的な実験データを示す。
皮膚を用いて行った、基礎的な実験データを示す。
【００５３】図１２に示すように、シリコンゴム製の３
０×３０×１５ｍｍの空洞に、１つのセンサチップを配
置する。このシリコンゴムを１次元フィルムコイルアレ
イ上に載置すると、センシングコイルは、図１３に示す
ようなセンサ信号を検知した。人工皮膚に触れると、図
１４に示すように、時間遅延が移動した。
０×３０×１５ｍｍの空洞に、１つのセンサチップを配
置する。このシリコンゴムを１次元フィルムコイルアレ
イ上に載置すると、センシングコイルは、図１３に示す
ようなセンサ信号を検知した。人工皮膚に触れると、図
１４に示すように、時間遅延が移動した。
【００５４】図１５は、圧力感知の動的信号を示す。試
験用人工皮膚に４回触れた時、５００Ｈｚでサンプリン
グしたインパルスの遅延Δｔをプロットしたものであ
る。これらの結果は、フィルムコイルアレイの感知シス
テムが試験用人工皮膚からの触覚信号を検出したことを
示している。
験用人工皮膚に４回触れた時、５００Ｈｚでサンプリン
グしたインパルスの遅延Δｔをプロットしたものであ
る。これらの結果は、フィルムコイルアレイの感知シス
テムが試験用人工皮膚からの触覚信号を検出したことを
示している。
【００５５】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００５６】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、大面積の人工皮膚を有する触感検知システムを
提供することができる。
よれば、大面積の人工皮膚を有する触感検知システムを
提供することができる。
【００５７】また、誘導結合による無線伝送による触感
を得る人工皮膚を有する触感検知システムを構築するこ
とができる。
を得る人工皮膚を有する触感検知システムを構築するこ
とができる。
【図１】本発明の実施例を示す人工皮膚を有する触感検
知システムの構成を示す模式図である。
知システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例を示すコイルアレイを有する帯
状フィルムの構造を示す図である。
状フィルムの構造を示す図である。
【図３】本発明の実施例を示す柔軟体からなる人工皮膚
に実装される無線触覚素子〔センシングエレメント：セ
ンサチップ（触覚センサ及びセンシング回路）〕の構造
を示す図である。
に実装される無線触覚素子〔センシングエレメント：セ
ンサチップ（触覚センサ及びセンシング回路）〕の構造
を示す図である。
【図４】本発明の実施例を示す人工皮膚のキャビティの
空気圧測定エレメントを示す図である。
空気圧測定エレメントを示す図である。
【図５】本発明の実施例を示すセンシング回路の全体構
成図である。
成図である。
【図６】本発明の実施例を示すセンサチップの動作原理
図である。
図である。
【図７】本発明の実施例を示すセンシング回路の各部の
動作フローチャートを示す図である。
動作フローチャートを示す図である。
【図８】本発明の実施例を示すコイルアレイを有する帯
状フィルムの構成図である。
状フィルムの構成図である。
【図９】本発明の具体例を示すコイルとセンシングチッ
プを有する帯状フィルムの写真を示す図である。
プを有する帯状フィルムの写真を示す図である。
【図１０】本発明の具体例を示すセンサチップの写真を
示す図である。
示す図である。
【図１１】本発明の具体例を示すセンサチップの電気回
路を示す図である。
路を示す図である。
【図１２】本発明の具体例を示す人工皮膚の写真を示す
図である。
図である。
【図１３】本発明の具体例を示すセンシングコイルによ
るセンサ信号を示す図である。
るセンサ信号を示す図である。
【図１４】本発明の具体例を示す人工皮膚のグランドセ
ンシングコイルの出力信号を示す図である。
ンシングコイルの出力信号を示す図である。
【図１５】本発明の具体例を示す人工皮膚の圧力感知の
動的信号を示す図である。
動的信号を示す図である。
１ ロボットの骨格 １１ コイルアレイを有する帯状フィルム １２ コイルアレイ １２Ａ コイルアレイの各サイト １３ 電気入力コイル（電力供給用グランドコイル） １４ 信号受信コイル（センシング用グランドコイ
ル） １５ コイルドライバー １６ 信号増幅器 ２１ 人工皮膚 ２２ 柔軟体 ２３ 無線触覚素子（センサチップ） ２４ 空洞 ２５ 人工皮膚表面 ３１ 電力受信用コイル ３２，３３ ダイオード ３４，３５，３９ コンデンサ ３６ 抵抗 ３７ 正論理インバータ（Ｇ１） ３８ ＥＣＭ（電気コンデンサマイクロフォン） ４０ 正論理インバータ（Ｇ２） ４１ ＮＡＮＤ回路（Ｇ３） ４２ ＪＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ） ４３ 信号送信コイル ５１ ＰＬＤ（プログラマブル・ロジック・デバイ
ス）処理回路 ５２ 信号発生器 ５３ カウンタ ５４ デジタルＩ／Ｏ ５５ コンピュータ
ル） １５ コイルドライバー １６ 信号増幅器 ２１ 人工皮膚 ２２ 柔軟体 ２３ 無線触覚素子（センサチップ） ２４ 空洞 ２５ 人工皮膚表面 ３１ 電力受信用コイル ３２，３３ ダイオード ３４，３５，３９ コンデンサ ３６ 抵抗 ３７ 正論理インバータ（Ｇ１） ３８ ＥＣＭ（電気コンデンサマイクロフォン） ４０ 正論理インバータ（Ｇ２） ４１ ＮＡＮＤ回路（Ｇ３） ４２ ＪＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ） ４３ 信号送信コイル ５１ ＰＬＤ（プログラマブル・ロジック・デバイ
ス）処理回路 ５２ 信号発生器 ５３ カウンタ ５４ デジタルＩ／Ｏ ５５ コンピュータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F051 AA10 AB05 BA07 2F073 AA29 AB02 AB03 AB12 BB02 CC01 EE12 FF03 GG02 GG04 3C007 JS07 KS10 KS31 KS34 KV04 KV15 KW01 KW03 KX08 KX09
Claims (6)
- 【請求項１】（ａ）骨格に巻付けられるコイルアレイと
回路を有する帯状フィルムと、（ｂ）該帯状フィルム上
を被覆するように装着する、無線触覚素子が埋め込まれ
た柔軟体からなる人工皮膚とを備え、（ｃ）前記無線触
覚素子が検出した応力や温度を無線伝送することを特徴
とする触感検知システム。 - 【請求項２】 請求項１記載の触感検知システムにおい
て、触感を前記人工皮膚内部の空洞の空気の圧力によっ
て捉えることを特徴とする触感検知システム。 - 【請求項３】 請求項１記載の触感検知システムにおい
て、前記無線触覚素子は前記帯状フィルムの電力供給用
及びセンシング用コイルとの誘導結合により触覚を無線
伝送することを特徴とする触感検知システム。 - 【請求項４】 請求項１記載の触感検知システムにおい
て、前記帯状フィルムの回路は、コイルドライバーと信
号増幅器とＰＬＤ処理回路を含むことを特徴とする触感
検知システム。 - 【請求項５】 請求項４記載の触感検知システムにおい
て、前記ＰＬＤ処理回路は、信号発生器とカウンタを有
し、コンピュータに接続することを特徴とする触感検知
システム。 - 【請求項６】 請求項５記載の触感検知システムにおい
て、前記ＰＬＤ処理回路は、前記帯状フィルムのコイル
アレイの所定サイト毎に配置されることを特徴とする触
感検知システム。
Priority Applications (1)
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| JP2001159410A JP3913496B2 (ja) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | 触感検知システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001159410A JP3913496B2 (ja) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | 触感検知システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002352370A true JP2002352370A (ja) | 2002-12-06 |
| JP3913496B2 JP3913496B2 (ja) | 2007-05-09 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001159410A Expired - Fee Related JP3913496B2 (ja) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | 触感検知システム |
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| JP (1) | JP3913496B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| DE202005002475U1 (de) * | 2005-02-15 | 2006-06-22 | Heiligensetzer, Peter, Dr.-Ing. | Kollisionskraftmindernde Schaumstoffabdeckung für Industrieroboter |
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| CN102323838A (zh) * | 2011-08-16 | 2012-01-18 | 东南大学 | 一种多热源高速温度复现系统 |
| US9233473B2 (en) | 2007-11-05 | 2016-01-12 | Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia | Tactile sensor arrangement and corresponding sensory system |
| WO2017179114A1 (ja) * | 2016-04-12 | 2017-10-19 | 富士機械製造株式会社 | 作業用ロボット |
| JP2019105553A (ja) * | 2017-12-13 | 2019-06-27 | 株式会社ジェイテクト | 触知センサ及びアンドロイド |
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-
2001
- 2001-05-28 JP JP2001159410A patent/JP3913496B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP7006216B2 (ja) | 2017-12-13 | 2022-02-10 | 株式会社ジェイテクト | 触知センサ及びアンドロイド |
| US20210307170A1 (en) * | 2020-03-30 | 2021-09-30 | Sanctuary Cognitive Systems Corporation | Sensory array for use with artificial skin and artificial skin with sensory array, useful in robotics |
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