JP2004034251A

JP2004034251A - 圧力感知センサ及び該センサを備えたロボット

Info

Publication number: JP2004034251A
Application number: JP2002196809A
Authority: JP
Inventors: Ken Onishi; 大西　献; Naoto Kawauchi; 川内　直人
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】クッション性が高く、不感帯が少なくてケーブルも少なくて済み、特に生活支援ロボット等の皮膚センサとして用いて好適な圧力感知センサを提供する。
【解決手段】表裏２枚のクッション材３０ａ，３０ｂ間にフィルム状のピエゾ素子３１を挾み込み、該ピエゾ素子３１の表裏からケーブルを引き出してなる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室内でユーザの生活を補助・支援するためのロボット（生活支援ロボット又は介護ロボットとも言う）等に備えられて好適な圧力感知センサ（皮膚センサ）に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
この種ロボットの皮膚センサとして、加圧導電ゴム等の圧力感知センサの使用が考えられるが、この加圧導電ゴム等にあっては、クッション性が低いことから、手触りが悪いと共に衝突時に人や周囲に危害を加える虞があり、かつ３次元的な複雑な形状のロボット本体の表面に不感帯無く、複雑なケーブル配線をしないで貼り付けることができないという不具合がある。
【０００３】
本発明は、このような実情に鑑み提案されたもので、クッション性が高く、不感帯が少なくてケーブルも少なくて済み、特に生活支援ロボット等の皮膚センサとして用いて好適な圧力感知センサを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するための本発明に係る圧力感知センサは、表裏２枚のクッション材間にフィルム状の圧電素子を挾み込み、該圧電素子の表裏からケーブルを引き出してなることを特徴とする。
【０００５】
また、前記２枚のクッション材の中、表面側を裏面側より厚くしたことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係るロボットは、前記圧力感知センサを皮膚センサとしてロボット本体の表面に貼り付けてなることを特徴とする。
【０００７】
また、前記圧力感知センサからの信号をワンショット回路付の増幅アンプを介してコントローラに入力することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る圧力感知センサ及び該センサを備えたロボットを実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【０００９】
［実施例］
図１は本発明の一実施例を示す圧力感知センサ（皮膚センサ）の構造説明図、図２はこの圧力感知センサを備えた生活支援ロボットの正面図である。
【００１０】
図２において、１１は生活支援ロボットのロボット本体で、頭部１２と胸部１３と胴部１４と左右の腕部１５と脚部（移動装置）としての走行用車輪１６及びボールキャスタ（ボールベア）１７とから多関節多自由度ロボットを構成している。
【００１１】
そして、前記頭部１２にはＣＣＤカメラ等の二つのカメラ１８が装着されると共に、二つのマイクロホン１９が装着されている。また、胸部１３に人検知センサ２０が装着されると共に、その下方にはモニタ２１が装着され、さらにその斜め下方には左右のスピーカ２２が装着されている。また、胴部１４に二つの超音波式障害物センサ２３が装着されると共に同じく二つのレーザ式障害物センサ２４が装着されている。
【００１２】
また、前記胸部１３上方の左，右両肩部には肩皮膚センサ（圧力感知センサ）２５が貼り付けられると共に、前記左右の腕部１５には上腕皮膚センサ（圧力感知センサ）２６と前腕皮膚センサ（圧力感知センサ）２７がそれぞれ貼り付けられている。
【００１３】
また、胴部１４にはマイクロコンピュータ等からなるコントローラ３４（図１参照）とバッテリ（図示せず）が内蔵される。そして、コントローラ３４には、前述したカメラ１８、マイクロホン１９、人検知センサ２０、モニタ２１、スピーカ２２、超音波式障害物センサ２３、レーザ式障害物センサ２４、肩皮膚センサ２５、上腕皮膚センサ２６、前腕皮膚センサ２７が接続されている。
【００１４】
この場合、カメラ１８はユーザや室内を撮影してその撮影画像をコントローラ３４に出力する。マイクロホン１９はユーザの音声や電話のベル、呼び鈴、テレビの音などの生活音を取り込み、コントローラ３４に出力する。人検知センサ２０は音量・音源方向センサと人の存在や活動量などを検出する焦電型赤外線センサとから構成され、検出結果をコントローラ３４に出力する。モニタ２１は必要な生活情報を表示してユーザに見せるためのものであり、スピーカ２２はこのモニタ２１に表示した情報の説明を行ったり、ユーザと話をしたりするためのものである。超音波式障害物センサ２３及びレーザ式障害物センサ２４は、ロボット本体１１の移動時に前方の障害物を検出して衝突を防止するためのものであり、検出結果をコントローラ３４に出力する。肩皮膚センサ２５、上腕皮膚センサ２６及び前腕皮膚センサ２７はこれら当該部位が押されたことを感知してコントローラ３４に出力する。
【００１５】
一方、コントローラ３４は、上述したように前記モニタ２１に画像信号またスピーカ２２に音声信号を出力すると共に、前記頭部１２と腕部１５と走行用車輪１６を移動させる駆動モータ等の駆動装置（図示せず）への動作信号（駆動信号）を出力する。例えば、前記肩皮膚センサ２５、上腕皮膚センサ２６、前腕皮膚センサ２７のいずれかの信号が入力されると、左右の腕部１５の動作を止めたり、ロボット本体１１の移動を停止させるのである。
【００１６】
前記肩皮膚センサ２５、上腕皮膚センサ２６及び前腕皮膚センサ２７は、図１に示すように、膜状の表裏２枚のクッション材３０ａ，３０ｂ間にフィルム状の一枚もののピエゾ素子（圧電素子）３１を挾み込み、該ピエゾ素子３１の表裏からケーブルを引き出してなり、図示例ではその電圧信号をワンショット回路３２付の増幅アンプ３３を介してコントローラ３４に入力している。
【００１７】
また、前記表裏２枚のクッション材３０ａ，３０ｂの中、表面側のクッション材３０ａをロボット本体１１の表面に貼り付けられる裏面側のクッション材３０ｂより厚く（例えば５倍位）形成している。クッション材３０ａ，３０ｂとしては、復元性及び絶縁性を有したウレタンフォーム等のフォーム（発泡材）を用いると好適である。
【００１８】
このように構成されるため、前述したような各種機能を発揮してユーザの生活を補助・支援しようと、ロボット本体１１が動作する際は、左右の走行用車輪１６を同一速度で正転させると前進し、逆転させれば後退し、また左右の走行用車輪１６の回転速度を変えると任意の方向に進路変更を行うと共に、頭部１２が旋回し、かつ腕部１５が関節運動する。
【００１９】
そして、本実施例では、肩皮膚センサ２５、上腕皮膚センサ２６及び前腕皮膚センサ２７で、当該部位が人や物と衝突したことを検知すると、前述したロボット本体１１の各種動作を停止することになる。
【００２０】
この際、肩皮膚センサ２５、上腕皮膚センサ２６及び前腕皮膚センサ２７にクッション材３０ａ，３０ｂを用いているので、衝突時に人や周囲に危害を加えない。また、柔らかいので手触りも良い。
【００２１】
また、肩皮膚センサ２５、上腕皮膚センサ２６及び前腕皮膚センサ２７において、表面側のクッション材３０ａを裏面側のクッション材３０ｂより厚く（例えば５倍位）形成しているので、ピエゾ素子３１の過大な変形による破損を未然に防止できる。つまり、過大な変形は表面側のクッション材３０ａで受け持つのである。
【００２２】
また、前記ピエゾ素子３１に発生する電圧信号は、非常に微小であるが、増幅アンプ３３を介してコントローラ３４に入力しているので問題はない。さらに、ピエゾ素子３１は、押された変化により電圧が発生し、一定の力で押され続けても電圧は発生しないが、増幅アンプ３３にワンショット回路３２を設けているので、押された瞬間から一定時間（例えば１秒間）信号をＯＮさせられ、制御性が高まる。
【００２３】
また、肩皮膚センサ２５、上腕皮膚センサ２６及び前腕皮膚センサ２７において、ピエゾ素子３１を用いているため、ピエゾ素子３１よりクッション材３０ａ，３０ｂが大きく、押された真下にピエゾ素子３１がなくても、ある程度ピエゾ素子３１が近くて変形すれば信号が得られるため、ロボット本体１１の表面隅々までピエゾ素子３１を貼らなくて済む。また、ピエゾ素子３１が一枚ものであるので、複雑な形状であってもどこかが変形すれば信号を発生し、かつ鋭角で折り畳むことができるため、洋服の型紙のように立体的に裁断してその一端からケーブルを引き出せば、ピエゾ素子３１全域の信号が得られる。
【００２４】
これらの結果、３次元的な複雑な形状のロボット本体１１の表面を不感帯なく、複雑なケーブル配線をしなくても、柔らかい皮膚で覆える。
【００２５】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、各種変更が可能であることはいうまでもない。また、本発明の圧力感知センサ（皮膚センサ）は生活支援ロボット等に限らず、他の機械・装置の圧力感知センサとしても適用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて詳細に説明したように、本発明の請求項１に係る発明は、表裏２枚のクッション材間にフィルム状の圧電素子を挾み込み、該圧電素子の表裏からケーブルを引き出してなることを特徴とするので、クッション性が高く、不感帯が少なくてケーブルも少なくて済み、特に生活支援ロボット等の皮膚センサとして用いて好適である。
【００２７】
また、本発明の請求項２に係る発明は、前記２枚のクッション材の中、表面側を裏面側より厚くしたことを特徴とするので、圧電素子の過大な変形による破損を未然に防止できる。
【００２８】
また、本発明の請求項３に係る発明は、前記圧力感知センサを皮膚センサとしてロボット本体の表面に貼り付けてなることを特徴とするので、衝突時に人や周囲に危害を加えないで済む。また、柔らかいので手触りも良い。
【００２９】
また、本発明の請求項４に係る発明は、前記圧力感知センサからの信号をワンショット回路付の増幅アンプを介してコントローラに入力することを特徴とするので、押された瞬間から一定時間信号をＯＮさせられ、制御性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す圧力感知センサ（皮膚センサ）の構造説明図である。
【図２】同じく圧力感知センサを備えた生活支援ロボットの正面図である。
【符号の説明】
１１　ロボット本体
１２　頭部
１３　胸部
１４　胴部
１５　腕部
１６　走行用車輪
１７　ボールキャスタ（ボールベア）
１８　カメラ
１９　マイクロホン
２０　人検知センサ
２１　モニタ
２２　スピーカ
２３　超音波式障害物センサ
２４　レーザ式障害物センサ
２５　肩皮膚センサ
２６　上腕皮膚センサ
２７　前腕皮膚センサ
３０ａ，３０ｂ　クッション材
３１　ピエゾ素子
３２　ワンショット回路
３３　増幅アンプ
３４　コントローラ

Claims

表裏２枚のクッション材間にフィルム状の圧電素子を挾み込み、該圧電素子の表裏からケーブルを引き出してなることを特徴とする圧力感知センサ。
前記２枚のクッション材の中、表面側を裏面側より厚くしたことを特徴とする請求項１記載の圧力感知センサ。
請求項１又は２記載の圧力感知センサを皮膚センサとしてロボット本体の表面に貼り付けてなることを特徴とするロボット。
前記圧力感知センサからの信号をワンショット回路付の増幅アンプを介してコントローラに入力することを特徴とする請求項３記載のロボット。