JP2004191140A - Tactile sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tactile sensor having a small-sized device, capable of detecting accurately the pressure contact position of an object and the pressure, and detecting the pressure contact position and the pressure on both faces. <P>SOLUTION: This tactile sensor is equipped with a light source 5, a transparent board 1 for guiding light emitted from the light source 5, and a plurality of movable members moved by action of an external pressure. The movable member has a tactile part 7 directly receiving the external pressure, a projection part 3 for transmitting light from the transparent board 1 and a light receiving part 4 for receiving light transmitted through the transparent board 1. The light receiving part 4 is provided between the tactile part 7 and the projection part 3. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触覚センサに関し、特に産業用のロボットハンドなどに適用して物体を掴んだとき、その物体の接触位置及び接触圧を同時に測定する触覚センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、分布型触覚センサとして、たとえば特開平７−１２８１６３号公報（特許文献１）に開示されたセンサが提案されている。図３４は、この公報に開示された従来の触覚センサの原理を説明するための図である。
【０００３】
図３４を参照して、触覚センサは、白色弾性シート３０と、透明板３１と、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）素子３２と、光源３４とを有している。透明板３１の一方面側には白色弾性シート３０が、他方面側にはＣＣＤ素子３２がそれぞれ配設されている。白色弾性シート３０は、裏面突起３５よりなる凹凸部と表面突起３３とを有している。白色弾性シート３０の裏面突起３５の凸部は透明板３１に接している。光源３４は、透明板３１の側面から光を入射可能なように透明板３１の側部に配置されている。
【０００４】
この触覚センサの動作においては、まず光源３４により透明板３１の側面から光が入射される。透明板３１に入射した光は全反射をしながら透明板３１中に閉じこめられる。接触物体が離れた状態にあるとき白色弾性シート３０は裏面突起３５の凸部で透明板３１に点接触する。接触物体が白色弾性シート３０の表面突起部３３に押しつけられるときその力に応じて裏面突起３５の凹凸面が崩れ白色弾性シート３０の裏面突起３５の凸部は透明板３１と広い面積で接触するようになる。その結果、透明板３１の表面における光の全反射の条件が崩れ、光は白色弾性シート３０の裏面突起３５の凸部に反射して散乱する。この散乱した光を透明板３１の反対側に配設されたＣＣＤ素子３２により受光し、信号処理することにより、接触物体の形状情報および接触圧情報を得ることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１２８１６３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の触覚センサは基本的には以上のように構成され動作する。したがって、機器が大型化・複雑化し、正確な信号検出ができないという問題点があった。以下、その問題点を説明する。
【０００７】
透明板３１をはさんで白色弾性シート３０とＣＣＤ素子３２とが配置されているため、装置全体の構成が非常に大きくなる。また、従来の触覚センサによれば、一方向から接触する物体の形状情報などを検出することはできるが、それとは反対方向から接触する物体の形状情報などを同時に検出するためには、別途、光源３４と透明板３１と白色弾性シート３０とが必要となるため機器が大型化する。
【０００８】
また、１つの表面突起３３に対して白色弾性シート３０の４点（裏面突起３５の４つの凸部）を透明板３１に接触させることにより検出信号が得られる。このため、より正確な検出を行うためには、表面突起３３を小さくして多数配置する必要がある。しかし、この場合、裏面突起３５の凸部の個数は表面突起３３の個数の４倍必要となるため、さらに多数の裏面突起３５の凸部が必要となり、これが小型化を制限するという問題点もある。また、正確な検出には別途何らかの光学系が必要となる。
【０００９】
また、従来の触覚センサの構成では、白色弾性シート３０に対して垂直に圧力が加わった場合に生じる裏面突起３５の変形量と、平行に圧力が加わった場合に生じる変形量とを区別することができない。その区別を行おうとすると、せん断方向の圧力に対して変形量を大きくして位置ずれを検出する必要があり、さらに機器が大型化・複雑化する可能性がある。
【００１０】
加えて、光源３４からＣＣＤ素子３２にいたる経路に空気層を介しているため、可動部材の変形によって生じるごみなどが光学系内及び検出側の透明板表面に付着すると、正確な検出ができなくなる。また、温度により空気層に対流が発生すると、信号の光にゆらぎが生じるため正確な検出ができなくなる。
【００１１】
さらに、ＣＣＤ素子３２による検出位置が実際の変形位置（表面突起部３３）に対して離れていると、正確な検出を行うためには、検出部へ光を集光させるための種々の光学系が必要で、また、それらの位置合わせを正確に行う必要が生じる。また、ＣＣＤ素子３２による検出に反射光を用いているため、光の利用効率は悪くなり、正確な信号検出ができないという問題点もある。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みなされたもので、装置が小型で物体の圧接位置と圧力とを正確に検出でき、かつ両面の圧接位置と圧力とを検出することのできる触覚センサを提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の触覚センサは、光源と、光源から出射した光を導く透明板と、外圧の作用により可動する複数の可動部材とを備えた触覚センサであって、可動部材は、外圧を直接受ける触覚部と、透明板からの光を透過する突起部と、透明板を透過した光を受光するための受光素子とを有し、その受光素子は触覚部と突起部との間に設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の触覚センサによれば、透明板の一方側にのみ受光素子と触覚部と突起部とを配置することができるため、透明板の両側に受光素子と触覚部とが位置する従来例よりもセンサ全体の厚みを非常に薄く小型にすることが可能である。
【００１５】
また、受光素子が触覚部と突起部とにより密閉される構成であるため、封止部材が必要ないとともに、受光部材にごみなどが付着しないので、正確な検出が可能となる。
【００１６】
また、１つの触覚部、突起部に対して多数の力の方向と大きさの信号を独立して検出することが可能であり、また多数の触覚部を配置できるため、分解能が向上する。
【００１７】
上記の触覚センサにおいて好ましくは、突起部は、透明板の表面に接触し、かつ変形可能な弾性体からなっている。
【００１８】
これにより簡略な構成のセンサを得ることができる。
上記の触覚センサにおいて好ましくは、透明板の表面には窪みが形成されている。窪み内に存在し、かつ透明板からの光を透過するように、変形可能な弾性体がさらに備えられている。突起部は、弾性体の表面に接触している。
【００１９】
このように透明板の窪み内に弾性体を配置するため、精度良く弾性体の形状を形成することが可能となる。また、弾性体を配置する位置も窪みの位置により決定することが可能であるため非常に精度良く形状、位置決めを行うことが可能である。また、弾性体を透明板の窪み内に流し込むことが可能であるため生産性に優れている。
【００２０】
上記の触覚センサにおいて好ましくは、触覚部と受光素子と突起部とのそれぞれの個数は１：１：１に対応しており、受光素子が、１つの突起部に対して少なくとも２つの受光領域を有している。
【００２１】
このように触覚部と受光素子と突起部とのそれぞれの個数が１：１：１になるように構成されているため、１つの触覚部、突起部に対して多方向の力の大きさの信号検出が可能であり、また多数の触覚部を配置できるため、分解能が向上する。
【００２２】
上記の触覚センサにおいて好ましくは、触覚部に外圧の作用がない状態では、透明板側から突起部側へ入射する光は、受光素子を分割するそれぞれの受光領域に入射する。
【００２３】
これにより、それぞれの受光領域の光量変化の相関関係を演算しやすいため力の大きさおよび方向を容易に検出することが可能である。
【００２４】
上記の触覚センサにおいて好ましくは、１つの透明板をはさんで上下に突起部が配置されている。
【００２５】
これにより、光源および透明板を別途設置する必要が無いため、センサの厚み方向を小さくし、部品点数を削減することが可能となる。
【００２６】
上記の触覚センサにおいて好ましくは、１つの透明板をはさんで上下に突起部が配置されているとき、透明板の上面に形成された窪みの中心と下面に形成された窪みの中心とは、上面と下面との双方に垂直な線上にはない。
【００２７】
このように透明板の上面と下面とに設けられた各窪みの位置がずれているため、透明板を薄くすることが可能であり、センサ厚みの薄型化が可能である。
【００２８】
上記の触覚センサにおいて好ましくは、透明板と突起部との一部が接着されている。
【００２９】
これにより、機器の振動によって突起部と透明板とが非接触状態になり検出不能になることを防止することが可能である。
【００３０】
上記の触覚センサにおいて好ましくは、弾性体と突起部との一部が接着されている。
【００３１】
これにより、機器の振動によって突起部と弾性体とが非接触状態になり検出不能になることを防止することが可能である。
【００３２】
上記の触覚センサにおいて好ましくは、窪み内に存在する変形可能な弾性体と透明板との線膨張係数が略等しい。
【００３３】
これにより、温度の変化に対して弾性体と透明板の相対的な変形が小さくなるため、温度変化による受光部への出力変動を抑止することが可能である。
【００３４】
上記の触覚センサにおいて好ましくは、触覚部に外圧の作用がない状態では、透明板側から突起部側へ入射する光は受光素子上において略円状に入射する。
【００３５】
これにより、センサの面方向の力の検出に対して感度を高くすることが可能である。
【００３６】
上記の触覚センサにおいて好ましくは、触覚部に外圧の作用がない状態では、透明板側から突起部側へ入射する光によって受光素子上に照射される照射領域の重心近傍に光量の小さい領域がある。
【００３７】
これにより、センサの面方向の力の検出に対して感度を高くすることが可能である。また、受光部を透明板からより近傍に配置することが可能であるため、薄型化が可能である。また、透明板に窪みを設けてその窪みに弾性体を設ける場合には、受光部から透明板までの距離を大きくすることが可能であるため、可動変位量を大きくすることが可能となり、利便性が増す。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００３９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における触覚センサの構成を概略的に示す模式図である。図１を参照して、本実施の形態における触覚センサは、基本的には、透明板１と、光源５と、複数の突起部３と、複数の受光部（受光素子）４と、複数の触覚部７と、光反射部６と、支持部材２とを有している。
【００４０】
光源５は、透明板１の内部に光を入射可能なように配置されている。透明板１は、光源から出射した光を導くものである。複数の突起部３の各々は、透明板１の一部に接するように配置されている。複数の受光部４の各々は、複数の突起部３の各々に取り付けられている。複数の触覚部７の各々は、外圧を直接受ける部分であり、複数の受光部４の各々に取り付けられている。触覚部７と受光部４と突起部３とのそれぞれの個数は１：１：１に対応している。突起部３と受光部４と触覚部７との３つの部材により触覚センサにおける可動部材が構成されており、この可動部材が複数形成されている。なお、この可動部材は外圧の作用により可動する部分である。
【００４１】
支持部材２は、透明板１の表面を覆うように設けられており、かつ触覚部７が外圧の作用に伴って支持部材２に対して変位可能なように触覚部７を支えている。光反射部６は、透明板１内に入射された光を反射するためのものであり、突起部３が接触している透明板１の面と光源５から光が入射する面以外の面に配置されている。
【００４２】
受光部４は、透明板１からの光を受光できるように図１に示すｙ軸方向に垂直な面（突起部３が接触する透明板１の面に対して平行な面）に図中下向きの受光面を有している。受光面についての詳細な説明は後述する。
【００４３】
支持部材２と触覚部７とは一体の部材で形成されていても良いし、別体の部材で形成されていても良い。すなわち、ある可動部材に外圧が作用した場合にその隣にある可動部材に外圧が伝わらない構成とすることが好ましい。例えば、可動部材のピッチが小さい場合は、支持部材２を触覚部７より高剛性とし、弾性部材で触覚部７と支持部材２とを接続することが好ましい。このような構成とすることで、外圧が作用した場合に、外圧が隣に位置する可動部材には伝わることがないため、正確な検出が可能となる。
【００４４】
一方、可動部材のピッチがある程度大きく、隣りに位置する可動部材に外圧の影響がない場合は、支持部材２と触覚部７とは同一の材料で一体で構成されてもよく、その厚さの違いによって弾性度を規定することが可能である。この場合も、触覚部７と支持部材２との接続部は厚さを小さくして、触覚部７に外圧が加わった場合でも、可動部材にのみ外圧を伝達する構成とするのが良い。
【００４５】
複数の突起部３の各々は、透明板１の表面に略点接触し、かつ光を透過し、透明板１の屈折率と等しい屈折率を有している。また、触覚部７に作用する外圧に伴い突起部３は弾性変形し、それにより突起部３と透明板１との接触面積が変化するように構成されている。
【００４６】
図２は、図１の触覚センサにおける突起部を拡大して示す断面図である。図１および図２を参照して、触覚部７に外圧が作用していないとき、透明板１から突起部３に透過した光２０が突起部３内を全反射して受光部４に照射されるような外形形状を突起部３は有している。また、突起部３の一部は透明板１に接着固定されていても良い。このとき、接着剤は透明板１および突起部３の屈折率と等しい屈折率を有することが好ましい。
【００４７】
以上のように、基本的には、突起部３と透明板１とは同一の材料を使用して、屈折率を同一とし、形状によって、突起部３が透明板１より大きな摩擦係数を有するような構成とすることが好ましい。このような構成とすることで、突起部３が容易に弾性変形可能となり、それにより図１のｙ方向（突起部３が接触する透明板１の面に対して垂直な方向）およびｘ方向（突起部３が接触する透明板１の面に対して平行な方向）に力の大きさに応じて変形することが可能となる。
【００４８】
図３は、図１において受光素子をｙ方向から見た図である。図３を参照して、受光部４は４つの受光領域１０〜１３に分割され、それぞれの受光領域１０〜１３が受光した光量に応じて電圧が発生する。また、４つの受光領域１０〜１３の各面積がほぼ等しくなっている。これにより、受光部４は、１つの突起部３に対して少なくとも２つの受光領域１０〜１３を有している。
【００４９】
次に、本実施の形態の触覚センサの動作を図４〜９を用いて説明する。
図４〜図９では、理解しやすいように触覚部の一部を抜き出して説明する。
【００５０】
図４を参照して、透明板１の一方の端面に投光された光は、透明板１と空気との屈折率の比から透明板１の内部において、透明板１の上面と下面との間で全反射を繰り返す。そして、透明板１と突起部３とが接触している部分から突起部３へ一部の光が透過し、突起部３内で全反射して受光部４に到達する。受光部４に到達した光は受光領域１０〜１３のそれぞれに照射され、電圧が発生する。この電圧を比較することにより触覚部７に加えられた力を検出する原理である。
【００５１】
はじめに触覚部７に外圧の作用が無い時について説明する。この時、図５のように受光部４に照射される光の照射領域１４は円形となる。その円形の光の照射領域１４が、受光部４を分割するそれぞれの受光領域１０〜１３に分布するように、かつ受光領域１０〜１３のそれぞれにて受光される光量が等しくなるように受光部４は配置されている。
【００５２】
図６を参照して、触覚部７のｙ方向に力が加わったときには、触覚部７はｙ方向に変位する。それに伴い突起部３はｙ方向に変形しながら移動し、それにより透明板１に圧接される。このとき、透明板１と突起部３との接触している面積は、外圧の作用が無い時よりも大きくなり、かつ突起部３の外形が変形する。従って、透明板１から突起部３へ透過する光量が多くなり、かつ透明板１から透過して受光部４に入射する光の方向は一部、受光部４に対して垂直な方向ではなくなる。このため、図７に示すように、受光部４に照射される光の照射領域１４の半径は図５と比較して大きくなる。これにより、受光領域１０〜１３のそれぞれに受光される光量は図５の場合よりも増加するとともに、受光領域１０〜１３のそれぞれに受光される光量はほぼ等しくなる。これらの受光量を検出して、演算する機能が備えられていれば、触覚部７にｙ方向の力が加わったと検出することが可能である。
【００５３】
また図８を参照して、触覚部７のｘ方向に力が加わったときには、触覚部７はｘ方向に移動する。それに伴い突起部３と受光部４とはｘ方向に移動して、突起部３と透明板１との接触部分は図に示すように変形する。このため、透明板１から突起部３へ透過した光は受光部４に対して垂直な方向からずれる。さらに、図９に示すように、受光部４に照射される光の照射領域１４の重心は受光領域１０〜１３を分割する分割線の中心から外れる。このため、それぞれの受光領域１０〜１３に受光される光量に差が発生する。これにより、例えば受光領域１０、１１、１２、１３のそれぞれの信号を互いに比較すれば触覚部７のｘ方向に加えられた力の検出が可能となる。
【００５４】
なお、本明細書において、受光部４に照射される光の照射領域１４の重心とは、照射領域１４内における光の強度の強度中心と定義する。
【００５５】
ｚ方向の力が加わったときについてもｘ方向の検出原理と同様である。もちろん、面内の任意の方向についても受光領域１０〜１３のそれぞれの信号を比較すれば、検出が可能である。さらに正確に検出しようとすれば、分割数を増やした受光部４を構成して、中心の分割線に対して対称となる位置の受光領域について、差分をとって演算を行うことが良い。
【００５６】
また、ここで説明した透明板１の構成は厚み方向に一定の厚さを有しているが、光源から離れるほど厚みを薄くなるように断面を傾斜して構成することで、光源５からの距離の違いによる光量のばらつきをなくすことができる。さらに、透明板１の受光部４側に対向しない面を荒らし、光を散乱させることで、光の利用効率を向上させても良い。
【００５７】
本実施の形態によれば、図１に示すように透明板１の一方側にのみ受光部４と触覚部７と突起部３とを配置することができるため、図３４に示すように透明板３１の両側にＣＣＤ素子（受光部）３２と表面突起部（触覚部）３３とが位置する従来例よりもセンサ全体の厚みを非常に薄く小型にすることが可能である。
【００５８】
また、受光部４が触覚部７と突起部３とにより密閉される構成であるため、封止部材が必要ないとともに、受光部４にごみなどが付着しないので、正確な検出が可能となる。
【００５９】
また、１つの触覚部７、突起部３に対して多数の力の方向と大きさとの信号を独立して検出することが可能であり、また多数の触覚部を配置できるため、分解能が向上する。
【００６０】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２における触覚センサの突起部付近を拡大して概略的に示す模式図である。また図１１は、図１０の触覚センサの触覚部に外力が作用していない時の受光素子上における光の照射状態を示す図である。
【００６１】
図１０を参照して、本実施の形態の触覚センサの構成は、実施の形態１の構成と比較して突起部３の形状において異なる。この突起部３は、図１１に示すように、触覚部７に外圧の作用がない状態では、透明板１側から突起部３側へ入射する光によって受光部４上に照射される照射領域１１４の重心近傍に光量の小さい領域１２４が存在するような形状とされている。このとき、受光部４から透明板１までのｙ方向の距離（突起部３の長さ）を、実施の形態１の構成よりも短くすることが可能である。
【００６２】
上記の光量の小さい領域１２４においては、光量が全くなくてもよく、その場合には、照射領域１１４は環形状となる。
【００６３】
なお、これ以外の構成については実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の構成要素については同一の符号を付しその説明を省略する。
【００６４】
次に、本実施の形態の触覚センサの動作を説明する。なお、理解しやすいように触覚部の一部を抜き出して説明する。
【００６５】
はじめに図４に示すように触覚部７に外圧の作用がない場合について説明する。このとき図１１に示すように受光部４に照射される光の照射領域１１４は、その重心近傍に光量の小さい（または光量のない）領域１２４が存在するような形状となる。その光の照射領域１１４が、受光部４を分割するそれぞれの受光領域１０〜１３に分布するように、かつ受光領域１０〜１３のそれぞれにて受光される光量が等しくなるように受光部４は配置されている。
【００６６】
次に触覚部７に外力が加わったときに外力を検出する方法について図６、８、１２、１３によって説明する。触覚部７のｙ方向に力が加わったときについての突起部３の動作は、図６を用いて説明した実施の形態１の動作と同様であるため、その説明を省略する。このとき、透明板１から突起部３へ透過する光量が多くなり、かつ透明板１から透過して受光部４に入射する光の方向は一部、受光部４に対して垂直な方向ではなくなる。このため、図１２に示すように、受光部４に照射される光の照射領域１１４の半径が図１１と比較して大きくなる。これにより、受光領域１０〜１３のそれぞれに受光される光量は図１１の場合よりも増加するとともに、受光領域１０〜１３のそれぞれに受光される光量はほぼ等しくなる。従って、これらの受光量を検出して、演算する機能が備えられていれば、触覚部７にｙ方向の力が加わったと検出することが可能である。
【００６７】
また触覚部７のｘ方向に力が加わったときについての突起部３の動作は図８を用いて説明した実施の形態１の動作と同様であるため、その説明を省略する。このとき、図１３に示すように、受光部４に照射される光の照射領域１１４の重心は受光領域１０〜１３を分割する分割線の中心から外れる。また、光量の小さい（または光量のない）領域１２４は力の加わる方向と逆方向に移動する。従って、それぞれの受光領域１０〜１３に受光される光量に差が大きく発生する。これにより、例えば受光領域１０、１１、１２、１３のそれぞれの信号を互いに比較すれば触覚部７のｘ方向に加えられた力の検出が可能となる。
【００６８】
ｚ方向の力が加わったときについてもｘ方向の検出原理と同様である。もちろん、面内の任意の方向についても受光領域１０〜１３のそれぞれの信号を比較すれば、検出が可能である。さらに正確に検出しようとすれば、分割数を増やした受光素子を構成して、中心の分割線に対して対称となる位置の受光部について、差分をとって演算を行うことが良い。
【００６９】
本実施の形態によれば、受光部４から透明板１までのｙ方向の距離（突起部３の長さ）を、実施の形態１の構成よりも短くすることが可能である。これにより、センサの面方向の力の検出に対して感度を高くすることが可能である。また、受光部４を透明板１のより近傍に配置することが可能であるため、センサの薄型化が可能である。
【００７０】
（実施の形態３）
上記の実施の形態１および２においては、可動部材（突起部３、受光部４、触覚部７）が透明板１の片側に配置された構成について説明したが、透明板１の両側に可動部材が配置されていても良い。以下、透明板１の両側に可動部材が配置された構成について説明する。
【００７１】
図１４は、本発明の実施の形態３における触覚センサにて可動部材が透明板をはさんで上下に配置された状態を示す模式図である。図１４を参照して、透明板１の両側に触覚センサにおける可動部材が配置されている。この可動部材は、突起部３と受光部４と触覚部７との３つの部材により構成されている。
【００７２】
なお、これ以外の構成については実施の形態１または２の構成とほぼ同じであるため、同一の構成要素については同一の符号を付しその説明を省略する。
【００７３】
図１４に示す構成によれば、上下の触覚部７の各々に力が加わったとき、透明板１の光は上下の突起部３のそれぞれに透過するため、透明板１の上下の力のそれぞれを検出することが可能である。
【００７４】
この図１４に示す触覚センサは、たとえば図１５に示すようにロボットのグリッパ１８の指に装着され、このグリッパ１８の指と一体形に構成される。このように上下の力の検出が可能なセンサであれば狭い隙間５０の空間を指の先端で検出しながら挿入することが可能である。また、例えば、図１６に示すように流体５１内にロボットのグリッパ１８を配置したとき、流体５１の流れを検出することが可能である。
【００７５】
本実施の形態によれば、光源および透明板を別途設置することなく透明板１の上下の力の検出が可能であるため、センサの厚み方向を小さくし、部品点数を削減することが可能となる。
【００７６】
（実施の形態４）
図１７は、本発明の実施の形態４における触覚センサの構成を概略的に示す模式図である。図１７を参照して、本実施の形態における触覚センサは、基本的には、透明板１と、光源５と、複数の突起部３と、複数の受光部４と、複数の触覚部７と、光反射部６と、支持部材２と、弾性体８とを有している。
【００７７】
光源５は、透明板１の内部に光を入射可能なように配置されている。透明板１は、光源から出射した光を導くものである。透明板１の表面には窪み９が設けられている。窪み９内には透明な弾性体８が充填されており、この弾性体８は透明板１と等しい屈折率を有している。又、透明板１と弾性体８の線膨張係数が等しい。従って、弾性体と透明板の相対的な変形が小さくなるため、温度変化による受光部へ入射する光の変動を抑止することが可能である。複数の透明な突起部３の各々は、その一部がこの弾性体８に接触するように配置されている。また、触覚部７は、外圧を直接受ける部分であり、外圧の作用に伴い変位するよう構成されており、かつ支持部材２により支持されている。触覚部７と突起部３との間には光の受光部４が配置されている。触覚部７と受光部４と突起部３とのそれぞれの個数は１：１：１に対応している。突起部３と受光部４と触覚部７との３つの部材により触覚センサにおける可動部材が構成されており、この可動部材が複数形成されている。なお、この可動部材は外圧の作用により可動する部分である。
【００７８】
この受光部４はｙ軸に垂直な面に透明板からの光を受光できるように図中下向きに受光面を有している。受光面についての詳細な説明は後述する。
【００７９】
窪み９がある透明板１の面と光源５から光が入射する面以外の面においては、透明板１内の光を反射する光反射部６が設けられている。この光反射部６は、透明板１内に入射された光を反射するためのものである。
【００８０】
また、支持部材２は、透明板１の表面を覆うように設けられており、かつ触覚部７が外圧の作用に伴って支持部材２に対して変位可能なように触覚部７を支えている。
【００８１】
ここでは、支持部材２と触覚部７とは一体の部材で形成されていても良く、別体の部材で形成されていても良い。すなわち、ある可動部材に外圧が作用した場合にその隣にある可動部材に外圧が伝わらない構成とすることが好ましい。例えば、可動部材のピッチが小さい場合は、支持部材２を触覚部７より高剛性とし、弾性部材で触覚部７と支持部材２とを接続することが好ましい。このような構成とすることで、外圧が作用した場合に、外圧が隣に位置する可動部材には伝わることがないため、正確な検出が可能となる。
【００８２】
一方、可動部材のピッチがある程度大きく、隣りに位置する可動部材に外圧の影響がない場合は、支持部材２と触覚部７とは同一の材料で一体で構成されてもよく、その厚さの違いによって弾性度を規定することが可能である。この場合も、触覚部７と支持部材２との接続部は厚さを小さくして、触覚部７に外圧が加わった場合でも、可動部材にのみ外圧を伝達する構成とするのが良い。
【００８３】
可動部材の一部をなしている突起部３も支持部材２に複数突設されている。複数の突起部３の各々は、弾性体８の表面に略点接触し、かつ光を透過し、透明板１の屈折率と略等しい屈折率を有している。また、触覚部７に作用する外圧に伴い突起部３は弾性体８を変形させ、それにより突起部３と弾性体８との接触面積および接触状態が変化するように構成されている。
【００８４】
触覚部７に外圧が作用していないとき、透明板１から弾性体８へ透過した光２０が突起部３内に入射して、突起部３内で全反射して受光部４に照射されるような外形形状を突起部３と弾性体８とは有している。
【００８５】
また、突起部３の一部は弾性体８に接着固定されていても良い。このとき、接着剤は突起部３の屈折率と等しくすることが好ましい。このようにすれば、機器の振動により突起部３が弾性体８から非接触状態になり検出不能となることを防止することができる。
【００８６】
このような構成とすることで、弾性体８が容易に弾性変形可能となり、それにより図１７のｙ方向（窪み９が設けられた透明板１の面に対して垂直な方向）、ｘ方向（窪み９が設けられた透明板１の面に対して平行な方向）およびｚ方向（窪み９が設けられた透明板１の面に対して平行な方向）に力の大きさに応じて変形することが可能となる。
【００８７】
図１８は、図１７において受光部４をｙ方向から見た図である。図１８を参照して、受光部４は４つの受光領域１０〜１３に分割され、それぞれの受光領域１０〜１３が受光した光量に応じて電圧が発生する。また、４つの受光面の面積がほぼ等しくなっている。
【００８８】
次に、本実施の形態の触覚センサの動作を図１９〜２４を用いて説明する。
図１９〜図２４では、理解しやすいように触覚部の一部を抜き出して説明する。
【００８９】
図１９を参照して、可動部材の触覚部７に外圧の作用が無いとき、透明板１の一方の端面に投光された光は、透明板１と弾性体８と空気との屈折率の比から透明板１と弾性体８との内部において、透明板１の上面と下面との間で全反射を繰り返す。そして、弾性体８と突起部３が接触している部分から突起部３へ一部の光が透過し、突起部３内で全反射して受光部４に到達する。受光部４に到達した光は受光領域１０〜１３のそれぞれに照射され、それにより電圧が発生する。この電圧を比較することにより触覚部７に加えられた力を検出する原理である。
【００９０】
はじめに触覚部７に外圧の作用がないときについて説明する。このとき、図２０のように受光部４に照射される光の照射領域１４は円形となる。その円形の光の照射領域１４が、受光部４を分割するそれぞれの受光領域１０〜１３に分布するように、かつ受光領域１０〜１３のそれぞれにて受光される光量が等しくなるように受光部４は配置されている。
【００９１】
図２１を参照して、触覚部７のｙ方向に力が加わったときには、触覚部７はｙ方向に変位する。それに伴い突起部３はｙ方向に移動し、弾性体８が突起部３に圧接され、変形していく。このとき、弾性体８の外形が変形することにより、突起部３と弾性体８の接触している面積は、外圧の作用がないときよりも大きくなる。
【００９２】
このため、図２２に示すように、受光部４に照射される光の照射領域１４は円を描きかつ、弾性体８から突起部３へ透過する光量が、外圧の作用がないときよりも多くなる。これにより、それぞれの受光領域１０〜１３に受光される光量が増加し、かつそれぞれの受光領域１０〜１３の光量はほぼ等しくなる。例えば、受光領域１０〜１３の出力をそれぞれａ、ｂ、ｃ、ｄとする。これらを検出して、（ａ＋ｂ）―（ｃ＋ｄ）と（ａ＋ｃ）―（ｂ＋ｄ）の各演算結果は略０となる。さらに（ａ＋ｂ）＋（ｃ＋ｄ）の演算結果は、外圧が無いときよりも大きな値になる。従って、触覚部７にｙ方向の力が加わったと検出することが可能である。
【００９３】
また図２３を参照して、触覚部７のｘ方向に力が加わったときには、触覚部７はｘ方向に移動する。それに伴い突起部３と受光部４とはｘ方向に移動して、突起部３と弾性体８との接触部分は図２４に示すように受光部４に照射される光の照射領域１４内に光量の高い領域１５が存在する。従って、受光部４に照射される光の照射領域１４の光量の分布に偏りが生じ、偏りは触覚部７が変位した方向と反対の方向に移動することになる。
【００９４】
従って、受光領域１０〜１３を分割する分割線の中心から光量の分布が均等でなくなるため、４つの受光領域１０〜１３のそれぞれに受光される光量に差が発生する。前記と同様に（ａ＋ｂ）―（ｃ＋ｄ）と（ａ＋ｃ）―（ｂ＋ｄ）の演算すると、（ａ＋ｂ）―（ｃ＋ｄ）は略０となり、（ａ＋ｃ）―（ｂ＋ｄ）＜０となり、触覚部７にｘ方向の力が加わったと検出することが可能である。
【００９５】
ｚ方向の力が加わったときについてもｘ方向の検出原理と同様である。もちろん、面内の任意の方向についても受光領域１０〜１３のそれぞれの信号を比較すれば、検出が可能である。さらに正確に検出しようとすれば、分割数を増やした受光部４を構成して、中心の分割線に対して対称となる位置の受光領域について、差分をとって演算を行うことが良い。
【００９６】
以上、外圧を受けない状態で受光部４において光の照射領域１４が円を描くようにし、受光部４の受光領域１０〜１３に均等に光が入射する構成することにより任意の方向の力の大きさおよび方向の検出が可能である。
【００９７】
また、ここで説明した透明板１の構成は厚み方向に一定の厚さを有しているが、光源５から離れるほど厚みを薄くなるように断面を傾斜して構成することで、光源５からの距離の違いによる光量のばらつきをなくすことができる。さらに、透明板１の受光部４側に対向しない面を荒らし、光を散乱させることで、光の利用効率を向上させても良い。
【００９８】
本実施の形態によれば、図１７に示すように透明板１の一方側にのみ受光部４と触覚部７と突起部３とを配置することができるため、図３４に示すように透明板３１の両側に受光素子３２と触覚部３３とが位置する従来例よりもセンサ全体の厚みを非常に薄く小型にすることが可能である。
【００９９】
また、受光部４が触覚部７と突起部３とにより密閉される構成であるため、封止部材が必要ないとともに、受光部４にごみなどが付着しないので、正確な検出が可能となる。
【０１００】
また、１つの触覚部７、突起部３に対して多数の力の方向と大きさの信号を独立して検出することが可能であり、また多数の触覚部７を配置できるため、分解能が向上する。
【０１０１】
また、透明板１の窪み９内に弾性体８を配置するため、精度良く弾性体８の形状を形成することが可能となる。また、弾性体８を配置する位置も窪み９の位置により決定することが可能であるため非常に精度良く形状、位置決めを行うことが可能である。また、弾性体８を透明板１の窪み９内に流し込むことが可能であるため生産性に優れている。
【０１０２】
（実施の形態５）
図２５は、本発明の実施の形態５における触覚センサの突起部付近を拡大して概略的に示す模式図である。また図２６は、図２５の触覚センサの触覚部に対して外力が作用していないときの受光部に照射される光の状態を示す図である。
【０１０３】
図２５を参照して、本実施の形態の触覚センサの構成は、実施の形態４の構成と比較して突起部３の形状において異なる。この突起部３は、透明板１から受光部４までのｙ方向の距離が実施の形態４と比較して大きくなっている。これにより、触覚部７に外圧の作用がない状態では、図２６に示すように受光部４に照射される光の照射領域１１４の重心近傍に光量の小さい領域１２４が存在する。この光量の小さい領域１２４においては、光量が全くなくてもよく、その場合には、照射領域１１４は環形状となる。
【０１０４】
なお、これ以外の構成については実施の形態４の構成とほぼ同じであるため、同一の構成要素については同一の符号を付しその説明を省略する。
【０１０５】
次に、本実施の形態の触覚センサの動作を説明する。なお、理解しやすいように触覚部の一部を抜き出して説明する。
【０１０６】
はじめに図２５に示すように触覚部７に外圧の作用がない場合について説明する。このとき図２６に示すように受光部４に照射される光の照射領域１１４は、その重心近傍に光量の小さい（または光量のない）領域１２４が存在するような形状となる。その光の照射領域１１４が、受光部４を分割するそれぞれの受光領域１０〜１３に分布するように、かつ受光領域１０〜１３のそれぞれにて受光される光量が等しくなるように受光部４は配置されている。
【０１０７】
次に触覚部７に外力が作用したときに外力を検出する方法について図２７〜３０によって説明する。触覚部７のｙ方向に力が加わったときについての突起部３の動作は実施の形態４で説明した動作と同様であるため、その説明を省略する。このとき、透明板１から突起部３へ透過する光量が多くなり、かつ図２８に示すように、光の照射領域１１４が広くなり、光量の小さい（または光量のない）領域１２４が小さくなる。このとき、それぞれの受光領域１０〜１３に受光される光量が増加し、かつそれぞれの受光領域１０〜１３に照射される光量はほぼ等しくなる。例えば、受光領域１０〜１３の出力をそれぞれｅ、ｆ、ｇ、ｈとする。これらを検出して、（ｅ＋ｆ）―（ｇ＋ｈ）と（ｅ＋ｇ）―（ｆ＋ｈ）との各演算結果は略０なる。さらに（ｅ＋ｆ）＋（ｇ＋ｈ）の演算結果が、外圧が無いときより大きな値になる。従って、触覚部７にｙ方向の力が加わったと検出することが可能である。
【０１０８】
このとき光の照射領域１１４は光の強度増加と共に面積が増加するため、受光領域１０〜１３に照射される光量変化は大きい。従って、本実施例は触覚部７に加わる外力に対して感度が良い。
【０１０９】
また触覚部７のｘ方向に外力が作用したときについての突起部３の動作は実施の形態４で説明した動作と同じであるため、その説明を省略する。このとき、図３０に示すように、受光部４に照射される光の照射領域１１４内に光量の高い領域１１５が存在する。従って、光の照射領域１１４の光量の分布に偏りが生じ、偏りは触覚部７が変位した方向と反対の方向に移動することになる。
【０１１０】
従って、受光領域１０〜１３を分割する分割線の中心から光量の分布が均等でなくなるため、４つ受光領域１０〜１３のそれぞれに受光される光量に差が発生する。前記と同様に（ｅ＋ｆ）―（ｇ＋ｈ）と（ｅ＋ｇ）―（ｆ＋ｈ）との演算をすると、（ｅ＋ｆ）―（ｇ＋ｈ）は略０となり、（ｅ＋ｇ）―（ｆ＋ｈ）＜０となり、触覚部７にｘ方向の力が加わったと検出することが可能である。
【０１１１】
ｚ方向の外力が作用したときについてもｘ方向の検出原理と同様である。もちろん、面内の任意の方向についても受光領域１０〜１３のそれぞれの信号を比較すれば、検出が可能である。このように受光部上の光の領域の中心部に光量が少ない領域があるとき、透明板１から受光部４までのｙ方向の距離が大きいため、センサの可動変位量を大きくすることが可能である。
【０１１２】
（実施の形態６）
上記の実施の形態４および５においては、可動部材（突起部３、受光部４、触覚部７）が透明板１の片側に配置された構成について説明したが、透明板１の両側に可動部材が配置されていても良い。以下、透明板１の両側に可動部材が配置された構成について説明する。
【０１１３】
図３１は、本発明の実施の形態６における触覚センサにて可動部材が透明板をはさんで上下に配置された状態を示す模式図である。図３１を参照して、透明板１の両側に触覚センサにおける可動部材が配置されている。この可動部材は、突起部３と受光部４と触覚部７との３つの部材により構成されている。
【０１１４】
また、透明板１の上面２５および下面２６の双方に窪み９が形成されており、各窪み９内に弾性体８が設けられている。
【０１１５】
上面２５にある透明板１の窪み９の配置を図３２に下面２６の窪み９の配置を図３３に示す。図３２および図３３を参照して、上面２５にあるそれぞれの窪み９の中心のｘｚ面内の座標と下面２６にある窪み９の中心のｘｚ面内の座標は一致しないほうが好ましい。つまり、透明板１の上面２５に形成された窪み９の中心と下面２６に形成された窪み９の中心とは、上面２５と下面２６との双方に垂直な線上にはないことが好ましい。そうすることにより、上面と下面の窪みが重ならないため、透明板１の厚さを薄くすることが可能となる。
【０１１６】
また、以上透明弾性体８の代替で窪み９に動作範囲内で液体状態にある物質を注入し、上面を弾性体からなる透明な膜で物質を封入してもよい。
【０１１７】
なお、これ以外の構成については実施の形態４または５の構成とほぼ同じであるため、同一の構成要素については同一の符号を付しその説明を省略する。
【０１１８】
図３１に示す構成によれば、上下の触覚部７に力が加わったとき、透明板１の光はそれぞれの上下の突起部３に透過するため、透明板１の上下の力の検出が可能である。
【０１１９】
また、光源及び透明板等を別途設置する必要がないため、部品点数の削減及びセンサの薄型化が可能である。
【０１２０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１２１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の触覚センサによれば、透明板の一方側にのみ受光素子と触覚部と突起部とを配置することができるため、透明板の両側に受光素子と触覚部とが位置する従来例よりもセンサ全体の厚みを非常に薄く小型にすることが可能である。
【０１２２】
また、受光素子が触覚部と突起部とにより密閉される構成であるため、封止部材が必要ないとともに、受光部材にごみなどが付着しないので、正確な検出が可能となる。
【０１２３】
また、１つの触覚部、突起部に対して多数の力の方向と大きさの信号を独立して検出することが可能であり、また多数の触覚部を配置できるため、分解能が向上する。
【０１２４】
また、透明板の窪み内に弾性体を配置するため、精度良く弾性体の形状を形成することが可能となる。また、弾性体を配置する位置も窪みの位置により決定することが可能であるため非常に精度良く形状、位置決めを行うことが可能である。また、弾性体を透明板の窪み内に流し込むことが可能であるため生産性に優れている。
【０１２５】
また、触覚部に外圧の作用がない状態では、透明板側から突起部側へ入射する光は、受光素子を分割するそれぞれの受光領域に入射するため、それぞれの受光領域の光量変化の相関関係を演算しやすく力の大きさおよび方向を容易に検出することが可能である。
【０１２６】
また、１つの透明板をはさんで上下に突起部が配置されているため、光源および透明板を別途設置する必要が無く、センサの厚み方向を小さくし、部品点数を削減することが可能となる。
【０１２７】
また、１つの透明板をはさんで上下に突起部が配置されているとき、透明板の上面に形成された窪みの中心と下面に形成された窪みの中心とは、上面と下面との双方に垂直な線上にはないため、上面と下面とに設けられた各窪みの位置がずれ、透明板を薄くすることが可能であり、センサ厚みの薄型化が可能である。
【０１２８】
また、透明板と突起部との一部、もしくは弾性体と突起部との一部が接着されているため、機器の振動によって突起部と透明板とが非接触状態になり検出不能になることを防止することが可能である。
【０１２９】
また、窪み内に存在する変形可能な弾性体と透明板の線膨張係数が略等しいため、温度の変化に対して弾性体と透明板の相対的な変形が小さくなり、温度変化による受光部へ入射する光の変動を抑止することが可能である。
【０１３０】
また、触覚部に外圧の作用がない状態では、透明板側から突起部側へ入射する光は受光素子上において略円状に入射するため、センサの面方向の力の検出に対して感度を高くすることが可能である。
【０１３１】
また、触覚部に外圧の作用がない状態では、透明板側から突起部側へ入射する光によって受光素子上に照射される照射領域の重心近傍に光量の小さい領域があるため、センサの面方向の力の検出に対して感度を高くすることが可能である。また、受光部を透明板からより近傍に配置することが可能であるため、薄型化が可能である。また、受光部から透明板までの距離を大きくすることが可能であるため、可動変位量を大きくすることが可能となり、利便性が増す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における触覚センサの構成を概略的に示す模式図である。
【図２】図１の触覚センサにおける突起部を拡大して示す断面図である。
【図３】図１において受光部４をｙ方向から見た図である。
【図４】本発明の実施の形態１における触覚センサの触覚部に外力が作用していない状態を概略的に示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１における触覚センサの触覚部に外力が作用していない状態において、受光素子上の光の照射状態を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１における触覚センサの触覚部にｙ方向の外力が作用した状態を概略的に示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態１における触覚センサの触覚部にｙ方向の外力が作用した状態において、受光素子上の光の照射状態を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１における触覚センサの触覚部にｘ方向の外力が作用した状態を概略的に示す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態１における触覚センサの触覚部にｘ方向の外力が作用した状態において、受光素子上の光の照射状態を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における触覚センサの突起部付近を拡大して概略的に示す模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における触覚センサの触覚部に外力が作用していない状態において、受光素子上の光の照射状態を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における触覚センサの触覚部にｙ方向の外力が作用した状態において、受光素子上の光の照射状態を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における触覚センサの触覚部にｘ方向の外力が作用した状態において、受光素子上の光の照射状態を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態３における触覚センサにて可動部材が透明板をはさんで上下に配置された状態を示す模式図である。
【図１５】本発明における触覚センサをロボットのグリッパの指に搭載し、狭い隙間内での動作を示した図である。
【図１６】本発明における触覚センサをロボットのグリッパの指に搭載し、流体中での動作を示した図である。
【図１７】本発明の実施の形態４における触覚センサの構成を概略的に示す模式図である。
【図１８】図１７において受光部４をｙ方向から見た図である。
【図１９】本発明の実施の形態４における触覚センサの触覚部に外力が作用していない状態を概略的に示す模式図である。
【図２０】本発明の実施の形態４における触覚センサの触覚部に外力が作用していない状態において、受光素子上の光の照射状態を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態４における触覚センサの触覚部にｙ方向の外力が作用した状態を概略的に示す模式図である。
【図２２】本発明の実施の形態４における触覚センサの触覚部にｙ方向の外力が作用した状態において、受光素子上の光の照射状態を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態４における触覚センサの触覚部にｘ方向の外力が作用した状態を概略的に示す模式図である。
【図２４】本発明の実施の形態４における触覚センサの触覚部にｘ方向の外力が作用した状態において、受光素子上の光の照射状態を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態５における触覚センサの触覚部に外力が作用していない状態を概略的に示す模式図である。
【図２６】本発明の実施の形態５における触覚センサの触覚部に外力が作用していない状態において、受光素子上の光の照射状態を示す図である。
【図２７】本発明の実施の形態５における触覚センサの触覚部にｙ方向の外力が作用した状態を概略的に示す模式図である。
【図２８】本発明の実施の形態５における触覚センサの触覚部にｙ方向の外力が作用した状態において、受光素子上の光の照射状態を示す図である。
【図２９】本発明の実施の形態５における触覚センサの触覚部にｘ方向の外力が作用した状態を概略的に示す模式図である。
【図３０】本発明の実施の形態５における触覚センサの触覚部にｘ方向の外力が作用した状態において、受光素子上の光の照射状態を示す図である。
【図３１】本発明の実施の形態６における触覚センサにて可動部材が透明板をはさんで上下に配置された状態を示す模式図である。
【図３２】図３１の触覚センサにおいて透明板の上面にある窪みの配置を示す図である。
【図３３】図３１の触覚センサにおいて透明板の下面にある窪みの配置を示す図である。
【図３４】従来の触覚センサの構成図である。
【符号の説明】
１ 透明板、２ 支持部材、３ 突起部、４ 受光部、５ 光源、６ 光反射部、７ 触覚部、８ 弾性体、１０〜１３ 受光領域、１４，１１４ 照射領域、１５ 光量の高い領域、１８ グリッパ、２０ 光、２５ 上面、２６ 下面、１２４ 光量の小さい（または光量のない）領域。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a tactile sensor, and more particularly to a tactile sensor applied to an industrial robot hand or the like, which simultaneously measures a contact position and a contact pressure of an object when the object is grasped.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a distributed tactile sensor, for example, a sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-128163 (Patent Document 1) has been proposed. FIG. 34 is a diagram for explaining the principle of the conventional tactile sensor disclosed in this publication.
[0003]
Referring to FIG. 34, the tactile sensor includes a white elastic sheet 30, a transparent plate 31, a CCD (Charge Coupled Device) element 32, and a light source. A white elastic sheet 30 is provided on one side of the transparent plate 31, and a CCD element 32 is provided on the other side. The white elastic sheet 30 has a concave-convex portion formed of a rear surface protrusion 35 and a surface protrusion 33. The convex portion of the rear surface projection 35 of the white elastic sheet 30 is in contact with the transparent plate 31. The light source 34 is arranged on the side of the transparent plate 31 so that light can enter from the side surface of the transparent plate 31.
[0004]
In the operation of the tactile sensor, first, light is incident on the side surface of the transparent plate 31 by the light source 34. Light incident on the transparent plate 31 is confined in the transparent plate 31 while undergoing total reflection. When the contact object is in a separated state, the white elastic sheet 30 makes a point contact with the transparent plate 31 at the projection of the rear surface projection 35. When the contact object is pressed against the surface projections 33 of the white elastic sheet 30, the uneven surface of the rear projections 35 collapses according to the force, and the projections of the rear projections 35 of the white elastic sheet 30 contact the transparent plate 31 with a wide area. Become like As a result, the condition of total reflection of light on the surface of the transparent plate 31 is broken, and the light is reflected and scattered on the convex portion of the rear surface projection 35 of the white elastic sheet 30. The scattered light is received by the CCD element 32 disposed on the opposite side of the transparent plate 31 and subjected to signal processing, whereby the shape information and the contact pressure information of the contact object can be obtained.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-7-128163
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional tactile sensor basically operates as described above. Therefore, there has been a problem that the device becomes large and complicated, and accurate signal detection cannot be performed. Hereinafter, the problem will be described.
[0007]
Since the white elastic sheet 30 and the CCD element 32 are arranged with the transparent plate 31 interposed therebetween, the configuration of the entire apparatus becomes very large. Further, according to the conventional tactile sensor, it is possible to detect the shape information and the like of the object contacting from one direction, but to simultaneously detect the shape information and the like of the object contacting from the opposite direction, separately, Since the light source 34, the transparent plate 31, and the white elastic sheet 30 are required, the size of the device is increased.
[0008]
A detection signal can be obtained by bringing four points of the white elastic sheet 30 (four projections of the rear surface projection 35) into contact with the transparent plate 31 with respect to one surface projection 33. For this reason, in order to perform more accurate detection, it is necessary to reduce the number of the surface protrusions 33 and arrange them in large numbers. However, in this case, the number of projections of the rear projections 35 is required to be four times the number of front projections 33, so that a larger number of projections of the rear projections 35 are required, which also limits the miniaturization. is there. Further, some optical system is separately required for accurate detection.
[0009]
In addition, in the configuration of the conventional tactile sensor, the amount of deformation of the rear surface protrusion 35 generated when pressure is applied vertically to the white elastic sheet 30 and the amount of deformation generated when pressure is applied in parallel are distinguished. Can not. In order to make the distinction, it is necessary to detect the displacement by increasing the amount of deformation with respect to the pressure in the shear direction, and there is a possibility that the device becomes larger and more complicated.
[0010]
In addition, since a path from the light source 34 to the CCD element 32 passes through the air layer, accurate detection cannot be performed if dust generated by deformation of the movable member adheres to the inside of the optical system and the surface of the transparent plate on the detection side. . Further, if convection occurs in the air layer due to the temperature, the signal light fluctuates, so that accurate detection cannot be performed.
[0011]
Furthermore, if the detection position by the CCD element 32 is far from the actual deformation position (surface projection 33), various optical systems for condensing light on the detection unit are required in order to perform accurate detection. And their alignment must be performed accurately. In addition, since the reflected light is used for detection by the CCD element 32, the light use efficiency is deteriorated, and there is a problem that accurate signal detection cannot be performed.
[0012]
The present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to provide a tactile sensor in which a device is small and can accurately detect a pressed position and a pressure of an object, and can detect a pressed position and a pressure on both surfaces. The purpose is.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The tactile sensor of the present invention is a tactile sensor including a light source, a transparent plate for guiding light emitted from the light source, and a plurality of movable members movable by the action of external pressure, wherein the movable member is a tactile sensor that directly receives external pressure. Part, a projection for transmitting light from the transparent plate, and a light receiving element for receiving light transmitted through the transparent plate, and the light receiving element is provided between the tactile part and the projection. It is characterized by the following.
[0014]
According to the tactile sensor of the present invention, the light receiving element, the tactile portion and the projection can be arranged only on one side of the transparent plate, so that the light receiving element and the tactile portion are located on both sides of the transparent plate. Also, the thickness of the entire sensor can be made extremely thin and small.
[0015]
Further, since the light receiving element is hermetically sealed by the tactile portion and the projection, no sealing member is required, and no dust adheres to the light receiving member, so that accurate detection is possible.
[0016]
Further, it is possible to independently detect a large number of force directions and magnitude signals with respect to one haptic part and a projection part, and since many haptic parts can be arranged, the resolution is improved.
[0017]
In the above tactile sensor, preferably, the protrusion is made of an elastic body which is in contact with the surface of the transparent plate and is deformable.
[0018]
Thereby, a sensor having a simple configuration can be obtained.
In the tactile sensor described above, preferably, a depression is formed on the surface of the transparent plate. A deformable elastic body is further provided so as to be present in the depression and to transmit light from the transparent plate. The protrusion is in contact with the surface of the elastic body.
[0019]
Since the elastic body is arranged in the depression of the transparent plate as described above, the shape of the elastic body can be accurately formed. Further, since the position at which the elastic body is arranged can be determined by the position of the depression, the shape and positioning can be performed with high accuracy. Further, since the elastic body can be poured into the hollow of the transparent plate, the productivity is excellent.
[0020]
In the above tactile sensor, preferably, the numbers of the tactile portions, the light receiving elements, and the projections correspond to 1: 1: 1, and the light receiving elements form at least two light receiving regions for one projection. Have.
[0021]
As described above, the numbers of the tactile portions, the light receiving elements, and the protrusions are configured to be 1: 1: 1. Therefore, the magnitude of the force in multiple directions is applied to one tactile portion and the protrusion. Since signal detection is possible and a large number of tactile parts can be arranged, the resolution is improved.
[0022]
In the above tactile sensor, preferably, when no external pressure is applied to the tactile portion, light incident from the transparent plate side to the protruding portion side enters each of the light receiving regions dividing the light receiving element.
[0023]
This makes it easy to calculate the correlation between the light amount changes of the respective light receiving regions, so that the magnitude and direction of the force can be easily detected.
[0024]
In the above tactile sensor, preferably, protrusions are arranged vertically above and below one transparent plate.
[0025]
This eliminates the necessity of separately installing the light source and the transparent plate, so that the thickness direction of the sensor can be reduced and the number of components can be reduced.
[0026]
In the above tactile sensor, preferably, when the protrusions are arranged vertically above and below one transparent plate, the center of the depression formed on the upper surface of the transparent plate and the center of the depression formed on the lower surface are: It is not on a line perpendicular to both the top and bottom surfaces.
[0027]
Since the positions of the depressions provided on the upper surface and the lower surface of the transparent plate are shifted as described above, the transparent plate can be made thinner, and the thickness of the sensor can be reduced.
[0028]
In the above tactile sensor, preferably, a part of the transparent plate and the projection are bonded.
[0029]
Thereby, it is possible to prevent the protrusion and the transparent plate from coming into a non-contact state due to the vibration of the device and becoming undetectable.
[0030]
In the above tactile sensor, preferably, a part of the elastic body and the projection are bonded.
[0031]
Accordingly, it is possible to prevent the protrusion and the elastic body from being brought into a non-contact state due to the vibration of the device and becoming undetectable.
[0032]
Preferably, in the above tactile sensor, the linear expansion coefficient of the deformable elastic body and the transparent plate existing in the depression is substantially equal.
[0033]
Thereby, the relative deformation between the elastic body and the transparent plate becomes smaller with respect to the change in temperature, and thus it is possible to suppress the output fluctuation to the light receiving unit due to the temperature change.
[0034]
In the above tactile sensor, preferably, when no external pressure is applied to the tactile portion, light incident from the transparent plate side to the protruding portion side is incident on the light receiving element in a substantially circular shape.
[0035]
Thereby, it is possible to increase the sensitivity to the detection of the force in the surface direction of the sensor.
[0036]
In the above-mentioned tactile sensor, preferably, in a state where no external pressure is applied to the tactile portion, there is a region having a small amount of light near a center of gravity of an irradiation region irradiated on the light receiving element by light incident on the projection side from the transparent plate side. .
[0037]
Thereby, it is possible to increase the sensitivity to the detection of the force in the surface direction of the sensor. Further, since the light receiving portion can be arranged closer to the transparent plate, the thickness can be reduced. Further, in the case where a recess is provided in the transparent plate and an elastic body is provided in the recess, the distance from the light receiving unit to the transparent plate can be increased, so that the amount of movable displacement can be increased, which is convenient. The nature increases.
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0039]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a configuration of the tactile sensor according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the tactile sensor according to the present embodiment basically includes a transparent plate 1, a light source 5, a plurality of protrusions 3, a plurality of light receiving units (light receiving elements) 4, It has a tactile part 7, a light reflecting part 6, and a support member 2.
[0040]
The light source 5 is arranged so that light can enter the inside of the transparent plate 1. The transparent plate 1 guides light emitted from the light source. Each of the plurality of protrusions 3 is arranged so as to contact a part of the transparent plate 1. Each of the plurality of light receiving units 4 is attached to each of the plurality of protrusions 3. Each of the plurality of tactile portions 7 is a portion that directly receives an external pressure, and is attached to each of the plurality of light receiving portions 4. The numbers of the tactile portions 7, the light receiving portions 4, and the protrusions 3 correspond to 1: 1: 1. A movable member of the tactile sensor is constituted by the three members of the protrusion 3, the light receiving unit 4, and the tactile unit 7, and a plurality of movable members are formed. The movable member is a portion that is movable by the action of external pressure.
[0041]
The support member 2 is provided so as to cover the surface of the transparent plate 1, and supports the tactile portion 7 so that the tactile portion 7 can be displaced with respect to the support member 2 by the action of external pressure. The light reflecting portion 6 is for reflecting light incident into the transparent plate 1, and is provided on a surface other than the surface of the transparent plate 1 with which the projection 3 is in contact and the surface on which light from the light source 5 is incident. Are located.
[0042]
The light receiving unit 4 faces downward in the figure on a surface perpendicular to the y-axis direction (a surface parallel to the surface of the transparent plate 1 with which the protrusion 3 contacts) shown in FIG. 1 so that light from the transparent plate 1 can be received. Light receiving surface. A detailed description of the light receiving surface will be described later.
[0043]
The support member 2 and the tactile part 7 may be formed as an integral member or may be formed as separate members. That is, when an external pressure is applied to a certain movable member, it is preferable that the external pressure is not transmitted to the adjacent movable member. For example, when the pitch of the movable members is small, it is preferable that the support member 2 be higher in rigidity than the tactile portion 7 and the tactile portion 7 and the support member 2 be connected by an elastic member. With such a configuration, when an external pressure is applied, the external pressure is not transmitted to the adjacent movable member, so that accurate detection is possible.
[0044]
On the other hand, when the pitch of the movable members is large to some extent and there is no influence of the external pressure on the adjacent movable members, the support member 2 and the tactile part 7 may be integrally formed of the same material, It is possible to define the elasticity by the difference. Also in this case, it is preferable that the thickness of the connecting portion between the tactile portion 7 and the support member 2 is reduced so that the external pressure is transmitted only to the movable member even when external pressure is applied to the tactile portion 7.
[0045]
Each of the plurality of protrusions 3 is substantially in point contact with the surface of the transparent plate 1 and transmits light, and has a refractive index equal to the refractive index of the transparent plate 1. Further, the projection 3 is elastically deformed in accordance with an external pressure acting on the tactile portion 7, whereby the contact area between the projection 3 and the transparent plate 1 is changed.
[0046]
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a protrusion in the tactile sensor of FIG. Referring to FIGS. 1 and 2, when no external pressure is applied to tactile portion 7, light 20 transmitted from transparent plate 1 to projection 3 is totally reflected inside projection 3 and irradiated to light receiving section 4. The protrusion 3 has such an outer shape. Further, a part of the projection 3 may be fixedly adhered to the transparent plate 1. At this time, it is preferable that the adhesive has a refractive index equal to that of the transparent plate 1 and the protrusions 3.
[0047]
As described above, basically, the protrusion 3 and the transparent plate 1 are made of the same material, have the same refractive index, and have a larger friction coefficient than the transparent plate 1 depending on the shape. It is preferable to have a simple configuration. With such a configuration, the protrusions 3 can be easily elastically deformed, and thereby the y direction (the direction perpendicular to the surface of the transparent plate 1 with which the protrusions 3 contact) and the x direction (FIG. 1). The projection 3 can be deformed according to the magnitude of the force (in a direction parallel to the surface of the transparent plate 1 with which the projection 3 contacts).
[0048]
FIG. 3 is a diagram of the light receiving element viewed from the y direction in FIG. Referring to FIG. 3, light receiving portion 4 is divided into four light receiving regions 10 to 13, and a voltage is generated according to the amount of light received by each of light receiving regions 10 to 13. The areas of the four light receiving regions 10 to 13 are almost equal. Thus, the light receiving section 4 has at least two light receiving areas 10 to 13 for one projection 3.
[0049]
Next, the operation of the tactile sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
4 to 9, a part of the tactile part is extracted and described for easy understanding.
[0050]
Referring to FIG. 4, the light projected on one end face of transparent plate 1 is separated from the upper surface and the lower surface of transparent plate 1 inside transparent plate 1 based on the refractive index ratio between transparent plate 1 and air. Repeat total reflection between Then, part of the light is transmitted from the portion where the transparent plate 1 is in contact with the projection 3 to the projection 3, totally reflected within the projection 3, and reaches the light receiving unit 4. The light that has reached the light receiving unit 4 is applied to each of the light receiving regions 10 to 13 to generate a voltage. The principle is to detect the force applied to the tactile part 7 by comparing the voltages.
[0051]
First, the case where the tactile portion 7 has no external pressure will be described. At this time, as shown in FIG. 5, the irradiation area 14 of the light irradiated on the light receiving section 4 has a circular shape. The light receiving sections are so arranged that the circular light irradiation areas 14 are distributed in the respective light receiving areas 10 to 13 that divide the light receiving section 4 and that the amounts of light received in the respective light receiving areas 10 to 13 are equal. 4 is arranged.
[0052]
Referring to FIG. 6, when a force is applied in the y direction of tactile section 7, tactile section 7 is displaced in the y direction. Accordingly, the projection 3 moves while deforming in the y direction, and is thereby pressed against the transparent plate 1. At this time, the area where the transparent plate 1 is in contact with the projection 3 becomes larger than when no external pressure is applied, and the outer shape of the projection 3 is deformed. Therefore, the amount of light transmitted from the transparent plate 1 to the projection 3 increases, and the direction of the light transmitted from the transparent plate 1 and incident on the light receiving unit 4 is partially not perpendicular to the light receiving unit 4. For this reason, as shown in FIG. 7, the radius of the irradiation area 14 of the light irradiated to the light receiving unit 4 is larger than that in FIG. As a result, the amount of light received in each of the light receiving regions 10 to 13 increases as compared with the case of FIG. 5, and the amount of light received in each of the light receiving regions 10 to 13 becomes substantially equal. If a function of detecting and calculating the amount of received light is provided, it is possible to detect that a force in the y direction is applied to the tactile portion 7.
[0053]
Referring to FIG. 8, when a force is applied to tactile portion 7 in the x direction, tactile portion 7 moves in the x direction. Accordingly, the protrusion 3 and the light receiving unit 4 move in the x direction, and the contact portion between the protrusion 3 and the transparent plate 1 is deformed as shown in the figure. For this reason, the light transmitted from the transparent plate 1 to the protrusion 3 is shifted from a direction perpendicular to the light receiving unit 4. Further, as shown in FIG. 9, the center of gravity of the irradiation area 14 of the light irradiated to the light receiving unit 4 is off the center of the dividing line dividing the light receiving areas 10 to 13. For this reason, a difference occurs in the amount of light received in each of the light receiving regions 10 to 13. Thus, for example, by comparing the signals of the light receiving regions 10, 11, 12, and 13 with each other, it is possible to detect the force applied to the haptic unit 7 in the x direction.
[0054]
In the present specification, the center of gravity of the irradiation area 14 of the light irradiated to the light receiving unit 4 is defined as the intensity center of the light intensity in the irradiation area 14.
[0055]
The same applies to the principle of detection in the x direction when a force in the z direction is applied. Of course, detection can be performed by comparing the signals of the light receiving regions 10 to 13 in any direction in the plane. For more accurate detection, it is preferable to configure the light receiving unit 4 with an increased number of divisions and to calculate the difference with respect to the light receiving region at a position symmetrical with respect to the center dividing line.
[0056]
Although the configuration of the transparent plate 1 described here has a constant thickness in the thickness direction, the cross section is inclined so that the thickness becomes thinner as the distance from the light source increases, so that the light source 5 Variations in light quantity due to differences in distance can be eliminated. Furthermore, the surface of the transparent plate 1 that is not opposed to the light receiving section 4 may be roughened to scatter light, thereby improving light use efficiency.
[0057]
According to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the light receiving unit 4, the tactile unit 7, and the projection 3 can be arranged only on one side of the transparent plate 1. The thickness of the entire sensor can be made much thinner and smaller than in a conventional example in which a CCD element (light receiving section) 32 and a surface projection (tactile section) 33 are located on both sides of 31.
[0058]
In addition, since the light receiving section 4 is hermetically sealed by the tactile section 7 and the projection 3, no sealing member is required, and no dust or the like adheres to the light receiving section 4, so that accurate detection is possible.
[0059]
Further, it is possible to independently detect signals of a large number of directions and magnitudes of force with respect to one haptic unit 7 and the projection unit 3 and to dispose a large number of haptic units, thereby improving resolution. .
[0060]
(Embodiment 2)
FIG. 10 is an enlarged schematic view schematically showing the vicinity of the protrusion of the tactile sensor according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 11 is a diagram showing a light irradiation state on the light receiving element when no external force acts on the tactile portion of the tactile sensor of FIG.
[0061]
Referring to FIG. 10, the configuration of the tactile sensor of the present embodiment is different from the configuration of the first embodiment in the shape of projection 3. As shown in FIG. 11, in a state where the external force is not applied to the tactile portion 7, the projection 3 irradiates the light receiving portion 4 with light incident on the projection 3 from the transparent plate 1 side. The shape is such that an area 124 with a small amount of light exists near the center of gravity of. At this time, the distance in the y direction from the light receiving unit 4 to the transparent plate 1 (the length of the protrusion 3) can be shorter than in the configuration of the first embodiment.
[0062]
In the above-described area 124 having a small light amount, the light amount may not be provided at all. In that case, the irradiation area 114 has a ring shape.
[0063]
The remaining configuration is almost the same as the configuration of the first embodiment, and therefore, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0064]
Next, the operation of the tactile sensor according to the present embodiment will be described. Note that a part of the tactile part is extracted and described for easy understanding.
[0065]
First, a case where no external pressure acts on the tactile portion 7 as shown in FIG. 4 will be described. At this time, as shown in FIG. 11, the irradiation area 114 of the light irradiated to the light receiving section 4 has a shape such that an area 124 having a small light amount (or no light amount) exists near the center of gravity. The light receiving unit 4 is arranged such that the light irradiation region 114 is distributed in the respective light receiving regions 10 to 13 that divide the light receiving unit 4 and that the amount of light received in each of the light receiving regions 10 to 13 is equal. Are located.
[0066]
Next, a method of detecting an external force when an external force is applied to the tactile portion 7 will be described with reference to FIGS. The operation of the projection 3 when a force is applied to the tactile portion 7 in the y direction is the same as the operation of the first embodiment described with reference to FIG. At this time, the amount of light transmitted from the transparent plate 1 to the projection 3 increases, and the direction of the light transmitted from the transparent plate 1 and incident on the light receiving unit 4 is partially not perpendicular to the light receiving unit 4. . For this reason, as shown in FIG. 12, the radius of the irradiation area 114 of the light irradiated to the light receiving section 4 is larger than that in FIG. Thus, the amount of light received in each of the light receiving regions 10 to 13 increases as compared with the case of FIG. 11, and the amount of light received in each of the light receiving regions 10 to 13 becomes substantially equal. Therefore, if a function of detecting and calculating the amount of received light is provided, it is possible to detect that a force in the y direction is applied to the tactile portion 7.
[0067]
The operation of the projection 3 when a force is applied to the haptic unit 7 in the x direction is the same as the operation of the first embodiment described with reference to FIG. At this time, as shown in FIG. 13, the center of gravity of the irradiation area 114 of the light irradiated to the light receiving unit 4 is off the center of the dividing line dividing the light receiving areas 10 to 13. Further, the region 124 having a small light amount (or no light amount) moves in a direction opposite to the direction in which the force is applied. Therefore, a large difference occurs in the amount of light received in each of the light receiving regions 10 to 13. Thus, for example, by comparing the signals of the light receiving regions 10, 11, 12, and 13 with each other, it is possible to detect the force applied to the haptic unit 7 in the x direction.
[0068]
The same applies to the principle of detection in the x direction when a force in the z direction is applied. Of course, detection can be performed by comparing the signals of the light receiving regions 10 to 13 in any direction in the plane. For more accurate detection, it is preferable to configure a light receiving element with an increased number of divisions and calculate the difference with respect to the light receiving section at a position symmetrical with respect to the center division line.
[0069]
According to the present embodiment, it is possible to make the distance in the y direction (the length of the protrusion 3) from the light receiving unit 4 to the transparent plate 1 shorter than in the configuration of the first embodiment. Thereby, it is possible to increase the sensitivity to the detection of the force in the surface direction of the sensor. Further, since the light receiving section 4 can be arranged closer to the transparent plate 1, the sensor can be made thinner.
[0070]
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments, the description has been given of the configuration in which the movable members (the protruding portion 3, the light receiving portion 4, and the tactile portion 7) are arranged on one side of the transparent plate 1. May be arranged. Hereinafter, a configuration in which movable members are arranged on both sides of the transparent plate 1 will be described.
[0071]
FIG. 14 is a schematic diagram showing a state in which the movable members are vertically arranged with a transparent plate interposed therebetween in the tactile sensor according to Embodiment 3 of the present invention. Referring to FIG. 14, movable members of the tactile sensor are arranged on both sides of transparent plate 1. This movable member is composed of three members: a projection 3, a light receiving section 4, and a tactile section 7.
[0072]
The remaining configuration is almost the same as that of the first or second embodiment, and therefore, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0073]
According to the configuration shown in FIG. 14, when a force is applied to each of the upper and lower tactile portions 7, the light of the transparent plate 1 is transmitted to each of the upper and lower protrusions 3, and thus the upper and lower forces of the transparent plate 1 are respectively applied. Can be detected.
[0074]
The tactile sensor shown in FIG. 14 is attached to the finger of the gripper 18 of the robot, for example, as shown in FIG. 15, and is configured integrally with the finger of the gripper 18. As described above, if the sensor is capable of detecting the vertical force, the sensor can be inserted while detecting the space of the narrow gap 50 with the tip of the finger. Also, for example, when the gripper 18 of the robot is disposed in the fluid 51 as shown in FIG. 16, it is possible to detect the flow of the fluid 51.
[0075]
According to the present embodiment, since the vertical force of the transparent plate 1 can be detected without separately installing a light source and a transparent plate, it is possible to reduce the thickness direction of the sensor and reduce the number of components. Become.
[0076]
(Embodiment 4)
FIG. 17 is a schematic diagram schematically showing a configuration of a tactile sensor according to Embodiment 4 of the present invention. Referring to FIG. 17, the tactile sensor according to the present embodiment basically includes a transparent plate 1, a light source 5, a plurality of protrusions 3, a plurality of light receiving units 4, and a plurality of tactile units 7. , The light reflecting portion 6, the support member 2, and the elastic body 8.
[0077]
The light source 5 is arranged so that light can enter the inside of the transparent plate 1. The transparent plate 1 guides light emitted from the light source. A depression 9 is provided on the surface of the transparent plate 1. The hollow 9 is filled with a transparent elastic body 8, which has the same refractive index as the transparent plate 1. Further, the linear expansion coefficient of the transparent plate 1 is equal to that of the elastic body 8. Therefore, since the relative deformation between the elastic body and the transparent plate is reduced, it is possible to suppress the fluctuation of the light incident on the light receiving unit due to the temperature change. Each of the plurality of transparent projections 3 is arranged so that a part thereof contacts this elastic body 8. The tactile portion 7 is a portion that directly receives the external pressure, is configured to be displaced by the action of the external pressure, and is supported by the support member 2. The light receiving section 4 for light is arranged between the tactile section 7 and the projection section 3. The numbers of the tactile portions 7, the light receiving portions 4, and the protrusions 3 correspond to 1: 1: 1. A movable member of the tactile sensor is constituted by the three members of the protrusion 3, the light receiving unit 4, and the tactile unit 7, and a plurality of movable members are formed. The movable member is a portion that is movable by the action of external pressure.
[0078]
The light receiving portion 4 has a light receiving surface facing downward in the drawing so as to receive light from the transparent plate on a surface perpendicular to the y-axis. A detailed description of the light receiving surface will be described later.
[0079]
On a surface other than the surface of the transparent plate 1 having the depression 9 and the surface on which light from the light source 5 is incident, a light reflecting portion 6 for reflecting light in the transparent plate 1 is provided. The light reflecting portion 6 is for reflecting light incident on the transparent plate 1.
[0080]
The support member 2 is provided so as to cover the surface of the transparent plate 1, and supports the tactile portion 7 so that the tactile portion 7 can be displaced with respect to the support member 2 by the action of external pressure. .
[0081]
Here, the support member 2 and the tactile part 7 may be formed as an integral member, or may be formed as separate members. That is, when an external pressure is applied to a certain movable member, it is preferable that the external pressure is not transmitted to the adjacent movable member. For example, when the pitch of the movable members is small, it is preferable that the support member 2 be higher in rigidity than the tactile portion 7 and the tactile portion 7 and the support member 2 be connected by an elastic member. With such a configuration, when an external pressure is applied, the external pressure is not transmitted to the adjacent movable member, so that accurate detection is possible.
[0082]
On the other hand, when the pitch of the movable members is large to some extent and there is no influence of the external pressure on the adjacent movable members, the support member 2 and the tactile part 7 may be integrally formed of the same material, It is possible to define the elasticity by the difference. Also in this case, it is preferable that the thickness of the connecting portion between the tactile portion 7 and the support member 2 is reduced so that the external pressure is transmitted only to the movable member even when external pressure is applied to the tactile portion 7.
[0083]
A plurality of protrusions 3 forming a part of the movable member are also provided on the support member 2. Each of the plurality of protrusions 3 makes a point contact with the surface of the elastic body 8 and transmits light, and has a refractive index substantially equal to the refractive index of the transparent plate 1. Further, the projection 3 deforms the elastic body 8 in accordance with the external pressure acting on the tactile part 7, whereby the contact area and the contact state between the projection 3 and the elastic body 8 are changed.
[0084]
When no external pressure is applied to the tactile portion 7, the light 20 transmitted from the transparent plate 1 to the elastic body 8 enters the projection 3, is totally reflected in the projection 3, and is emitted to the light receiving section 4. The protrusion 3 and the elastic body 8 have such external shapes.
[0085]
Further, a part of the projection 3 may be fixed to the elastic body 8 by adhesion. At this time, it is preferable that the adhesive has the same refractive index as the protrusions 3. In this manner, it is possible to prevent the protrusion 3 from being brought into a non-contact state from the elastic body 8 due to the vibration of the device and becoming undetectable.
[0086]
With such a configuration, the elastic body 8 can be easily elastically deformed, whereby the y-direction (the direction perpendicular to the surface of the transparent plate 1 provided with the depression 9) and the x-direction ( Deforms according to the magnitude of the force in the direction parallel to the surface of the transparent plate 1 provided with the depression 9) and the z direction (the direction parallel to the surface of the transparent plate 1 provided with the depression 9). It becomes possible.
[0087]
FIG. 18 is a diagram of the light receiving unit 4 in FIG. 17 as viewed from the y direction. Referring to FIG. 18, light receiving portion 4 is divided into four light receiving regions 10 to 13, and a voltage is generated according to the amount of light received by each of light receiving regions 10 to 13. Also, the areas of the four light receiving surfaces are substantially equal.
[0088]
Next, the operation of the tactile sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
19 to 24, a part of the tactile part is extracted and described for easy understanding.
[0089]
Referring to FIG. 19, when there is no external pressure acting on tactile portion 7 of the movable member, light projected on one end face of transparent plate 1 has a refractive index of transparent plate 1, elastic body 8 and air. From the ratio, total reflection is repeated between the upper surface and the lower surface of the transparent plate 1 inside the transparent plate 1 and the elastic body 8. Then, part of the light is transmitted from the portion where the elastic body 8 is in contact with the projection 3 to the projection 3, totally reflected within the projection 3, and reaches the light receiving unit 4. The light that has reached the light receiving section 4 is applied to each of the light receiving areas 10 to 13, thereby generating a voltage. The principle is to detect the force applied to the tactile part 7 by comparing the voltages.
[0090]
First, a case in which no external pressure acts on the tactile portion 7 will be described. At this time, as shown in FIG. 20, the irradiation area 14 of the light irradiated to the light receiving section 4 has a circular shape. The light receiving sections are so arranged that the circular light irradiation areas 14 are distributed in the respective light receiving areas 10 to 13 that divide the light receiving section 4 and that the amounts of light received in the respective light receiving areas 10 to 13 are equal. 4 is arranged.
[0091]
Referring to FIG. 21, when a force is applied in the y direction of tactile section 7, tactile section 7 is displaced in the y direction. Accordingly, the projection 3 moves in the y direction, and the elastic body 8 is pressed against the projection 3 and deforms. At this time, since the outer shape of the elastic body 8 is deformed, the area where the protrusion 3 is in contact with the elastic body 8 becomes larger than when no external pressure is applied.
[0092]
For this reason, as shown in FIG. 22, the irradiation area 14 of the light irradiated to the light receiving unit 4 draws a circle, and the amount of light transmitted from the elastic body 8 to the projection 3 is larger than that when no external pressure acts. Become. As a result, the amounts of light received by the respective light receiving regions 10 to 13 increase, and the amounts of light of the respective light receiving regions 10 to 13 become substantially equal. For example, let the outputs of the light receiving areas 10 to 13 be a, b, c, and d, respectively. When these are detected, each calculation result of (a + b)-(c + d) and (a + c)-(b + d) becomes substantially zero. Further, the calculation result of (a + b) + (c + d) has a larger value than when there is no external pressure. Therefore, it is possible to detect that a force in the y direction is applied to the tactile portion 7.
[0093]
Referring to FIG. 23, when a force is applied to tactile portion 7 in the x direction, tactile portion 7 moves in the x direction. Accordingly, the protrusion 3 and the light receiving unit 4 move in the x direction, and the contact portion between the protrusion 3 and the elastic body 8 is located within the irradiation area 14 of the light irradiated on the light receiving unit 4 as shown in FIG. An area 15 with a high light amount exists. Therefore, the distribution of the light amount in the irradiation area 14 of the light irradiated to the light receiving unit 4 is biased, and the bias moves in the direction opposite to the direction in which the tactile unit 7 is displaced.
[0094]
Therefore, the distribution of the light amount is not uniform from the center of the dividing line dividing the light receiving regions 10 to 13, and thus the light amounts received in the four light receiving regions 10 to 13 are different from each other. When (a + b)-(c + d) and (a + c)-(b + d) are calculated in the same manner as described above, (a + b)-(c + d) becomes substantially 0, and (a + c)-(b + d) <0. It is possible to detect that a force in the x direction has been applied.
[0095]
The same applies to the principle of detection in the x direction when a force in the z direction is applied. Of course, detection can be performed by comparing the signals of the light receiving regions 10 to 13 in any direction in the plane. For more accurate detection, it is preferable to configure the light receiving unit 4 with an increased number of divisions and to calculate the difference with respect to the light receiving region at a position symmetrical with respect to the center dividing line.
[0096]
As described above, the light irradiation area 14 in the light receiving unit 4 is drawn in a circle in a state where no external pressure is applied, and the light is uniformly incident on the light receiving areas 10 to 13 of the light receiving unit 4. Size and direction detection is possible.
[0097]
Although the configuration of the transparent plate 1 described here has a certain thickness in the thickness direction, the cross section is inclined so that the thickness becomes thinner as the distance from the light source 5 increases, so that the light source 5 The variation in the light amount due to the difference in the distance can be eliminated. Furthermore, the surface of the transparent plate 1 that is not opposed to the light receiving section 4 may be roughened to scatter light, thereby improving light use efficiency.
[0098]
According to the present embodiment, as shown in FIG. 17, the light receiving section 4, the tactile section 7, and the projection 3 can be arranged only on one side of the transparent plate 1, so that as shown in FIG. The thickness of the entire sensor can be made extremely thin and small as compared with the conventional example in which the light receiving element 32 and the tactile part 33 are located on both sides of the sensor 31.
[0099]
In addition, since the light receiving section 4 is hermetically sealed by the tactile section 7 and the projection 3, no sealing member is required, and no dust or the like adheres to the light receiving section 4, so that accurate detection is possible.
[0100]
Further, it is possible to independently detect a large number of force directions and magnitude signals with respect to one haptic part 7 and the protruding part 3, and since many haptic parts 7 can be arranged, the resolution is improved. I do.
[0101]
Further, since the elastic body 8 is arranged in the recess 9 of the transparent plate 1, the shape of the elastic body 8 can be formed with high accuracy. Further, since the position at which the elastic body 8 is arranged can also be determined by the position of the depression 9, the shape and positioning can be performed very accurately. Further, since the elastic body 8 can be poured into the depression 9 of the transparent plate 1, productivity is excellent.
[0102]
(Embodiment 5)
FIG. 25 is an enlarged schematic view schematically showing the vicinity of the protrusion of the tactile sensor according to Embodiment 5 of the present invention. FIG. 26 is a diagram illustrating a state of light emitted to the light receiving unit when no external force acts on the tactile unit of the tactile sensor in FIG. 25.
[0103]
Referring to FIG. 25, the configuration of the tactile sensor of the present embodiment is different from the configuration of the fourth embodiment in the shape of projection 3. The protrusion 3 has a larger distance in the y direction from the transparent plate 1 to the light receiving unit 4 than in the fourth embodiment. Accordingly, in a state where no external pressure acts on the tactile portion 7, as shown in FIG. 26, an area 124 having a small amount of light exists near the center of gravity of the irradiation area 114 of the light irradiated on the light receiving section 4. In the region 124 having a small light amount, the light amount may not be required at all, and in this case, the irradiation region 114 has a ring shape.
[0104]
The remaining configuration is almost the same as the configuration of the fourth embodiment. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0105]
Next, the operation of the tactile sensor according to the present embodiment will be described. Note that a part of the tactile part is extracted and described for easy understanding.
[0106]
First, a case where no external pressure acts on the tactile portion 7 as shown in FIG. 25 will be described. At this time, as shown in FIG. 26, the irradiation area 114 of the light irradiated to the light receiving unit 4 has a shape such that an area 124 having a small light amount (or no light amount) exists near the center of gravity. The light receiving unit 4 is arranged such that the light irradiation region 114 is distributed in the respective light receiving regions 10 to 13 that divide the light receiving unit 4 and that the amount of light received in each of the light receiving regions 10 to 13 is equal. Are located.
[0107]
Next, a method of detecting an external force when the external force acts on the tactile portion 7 will be described with reference to FIGS. The operation of the projection 3 when a force is applied to the tactile portion 7 in the y-direction is the same as the operation described in the fourth embodiment, and a description thereof will be omitted. At this time, the amount of light transmitted from the transparent plate 1 to the projection 3 increases, and as shown in FIG. 28, the light irradiation area 114 increases, and the area 124 having a small amount of light (or no amount of light) decreases. At this time, the amount of light received by each of the light receiving regions 10 to 13 increases, and the amount of light irradiated to each of the light receiving regions 10 to 13 becomes substantially equal. For example, let the outputs of the light receiving areas 10 to 13 be e, f, g, and h, respectively. By detecting these, each calculation result of (e + f)-(g + h) and (e + g)-(f + h) becomes substantially zero. Further, the calculation result of (e + f) + (g + h) becomes a larger value when there is no external pressure. Therefore, it is possible to detect that a force in the y direction is applied to the tactile portion 7.
[0108]
At this time, since the area of the light irradiation area 114 increases as the light intensity increases, the change in the amount of light applied to the light receiving areas 10 to 13 is large. Therefore, this embodiment has good sensitivity to an external force applied to the tactile portion 7.
[0109]
The operation of the projection 3 when an external force acts on the tactile portion 7 in the x direction is the same as the operation described in the fourth embodiment, and therefore, the description thereof is omitted. At this time, as shown in FIG. 30, there is an area 115 having a high light amount in an irradiation area 114 of the light irradiated to the light receiving unit 4. Accordingly, the distribution of the amount of light in the light irradiation area 114 is biased, and the bias moves in the direction opposite to the direction in which the tactile unit 7 is displaced.
[0110]
Therefore, the distribution of the light amount is not uniform from the center of the dividing line dividing the light receiving regions 10 to 13, and thus the light amounts received in the four light receiving regions 10 to 13 are different from each other. When the calculation of (e + f)-(g + h) and (e + g)-(f + h) is performed in the same manner as described above, (e + f)-(g + h) becomes substantially 0, and (e + g)-(f + h) <0. 7, it is possible to detect that a force in the x direction is applied.
[0111]
When an external force in the z direction acts, the principle of detection in the x direction is the same. Of course, detection can be performed by comparing the signals of the light receiving regions 10 to 13 in any direction in the plane. As described above, when there is an area where the amount of light is small at the center of the light area on the light receiving unit, the distance in the y direction from the transparent plate 1 to the light receiving unit 4 is large, so that the movable displacement amount of the sensor can be increased. It is.
[0112]
(Embodiment 6)
In the above-described fourth and fifth embodiments, the configuration in which the movable members (the protruding portion 3, the light receiving portion 4, and the tactile portion 7) are arranged on one side of the transparent plate 1 has been described. May be arranged. Hereinafter, a configuration in which movable members are arranged on both sides of the transparent plate 1 will be described.
[0113]
FIG. 31 is a schematic diagram showing a state in which the movable members are vertically arranged with a transparent plate interposed therebetween in the tactile sensor according to the sixth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 31, movable members in the tactile sensor are arranged on both sides of transparent plate 1. This movable member is composed of three members: a projection 3, a light receiving section 4, and a tactile section 7.
[0114]
Further, depressions 9 are formed on both the upper surface 25 and the lower surface 26 of the transparent plate 1, and the elastic body 8 is provided in each depression 9.
[0115]
FIG. 32 shows the arrangement of the depressions 9 of the transparent plate 1 on the upper surface 25, and FIG. 33 shows the arrangement of the depressions 9 of the lower surface 26. Referring to FIGS. 32 and 33, it is preferable that the coordinates of the center of each dent 9 on upper surface 25 in the xz plane and the coordinates of the center of dent 9 on lower surface 26 in the xz plane do not match. That is, it is preferable that the center of the depression 9 formed on the upper surface 25 of the transparent plate 1 and the center of the depression 9 formed on the lower surface 26 are not on a line perpendicular to both the upper surface 25 and the lower surface 26. By doing so, since the depressions on the upper surface and the lower surface do not overlap, the thickness of the transparent plate 1 can be reduced.
[0116]
Alternatively, instead of the transparent elastic body 8, a substance in a liquid state within the operation range may be injected into the depression 9 and the upper surface may be filled with a transparent film made of an elastic body.
[0117]
The remaining configuration is substantially the same as that of the fourth or fifth embodiment, and therefore, the same components are denoted by the same reference characters and description thereof will not be repeated.
[0118]
According to the configuration shown in FIG. 31, when a force is applied to the upper and lower tactile portions 7, the light of the transparent plate 1 is transmitted to the respective upper and lower protrusions 3, so that the upper and lower forces of the transparent plate 1 can be detected. It is.
[0119]
Further, since it is not necessary to separately install a light source, a transparent plate, and the like, the number of components can be reduced and the sensor can be made thin.
[0120]
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0121]
【The invention's effect】
As described above, according to the tactile sensor of the present invention, the light receiving element, the tactile portion, and the protrusion can be arranged only on one side of the transparent plate. It is possible to make the thickness of the entire sensor extremely thin and small as compared with the conventional example in which is located.
[0122]
Further, since the light receiving element is hermetically sealed by the tactile portion and the projection, no sealing member is required, and no dust adheres to the light receiving member, so that accurate detection is possible.
[0123]
Further, it is possible to independently detect a large number of force directions and magnitude signals with respect to one haptic part and a projection part, and since many haptic parts can be arranged, the resolution is improved.
[0124]
Further, since the elastic body is arranged in the recess of the transparent plate, the shape of the elastic body can be accurately formed. Further, since the position at which the elastic body is arranged can be determined by the position of the depression, the shape and positioning can be performed with high accuracy. Further, since the elastic body can be poured into the hollow of the transparent plate, the productivity is excellent.
[0125]
Further, when there is no external pressure acting on the tactile part, the light incident from the transparent plate side to the protruding part side enters each of the light receiving areas that divide the light receiving element. Can be easily calculated, and the magnitude and direction of the force can be easily detected.
[0126]
In addition, since the projections are arranged vertically above and below one transparent plate, there is no need to separately install a light source and a transparent plate, and it is possible to reduce the thickness direction of the sensor and reduce the number of parts. Become.
[0127]
Further, when the protrusions are arranged vertically above and below one transparent plate, the center of the recess formed on the upper surface of the transparent plate and the center of the recess formed on the lower surface are both the upper surface and the lower surface. Therefore, the positions of the depressions provided on the upper surface and the lower surface are shifted, and the thickness of the transparent plate can be reduced, and the thickness of the sensor can be reduced.
[0128]
In addition, since a part of the transparent plate and the protrusion or a part of the elastic body and the protrusion are adhered, the protrusion and the transparent plate may be in a non-contact state due to vibration of the device and cannot be detected. Can be prevented.
[0129]
In addition, since the linear expansion coefficient of the deformable elastic body and the transparent plate existing in the depression is substantially equal, the relative deformation of the elastic body and the transparent plate becomes small with respect to a change in temperature, and the light-receiving portion due to the temperature change is reduced. It is possible to suppress the fluctuation of the incident light.
[0130]
In addition, when there is no external pressure applied to the tactile part, the light incident from the transparent plate side to the protruding part side is incident on the light receiving element in a substantially circular shape. It can be higher.
[0131]
In addition, when there is no external pressure acting on the tactile part, there is an area where the amount of light is small near the center of gravity of the irradiation area irradiated on the light receiving element by light incident on the projection part side from the transparent plate side. It is possible to increase the sensitivity to the detection of the force. Further, since the light receiving portion can be arranged closer to the transparent plate, the thickness can be reduced. Further, since the distance from the light receiving section to the transparent plate can be increased, the amount of movable displacement can be increased, and convenience is increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a configuration of a tactile sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a protrusion in the tactile sensor of FIG. 1;
FIG. 3 is a view of the light receiving unit 4 in FIG. 1 as viewed from a y direction.
FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing a state in which no external force acts on a tactile portion of the tactile sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a light irradiation state on the light receiving element in a state where no external force acts on the tactile portion of the tactile sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram schematically showing a state in which an external force in the y direction acts on a tactile portion of the tactile sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a light irradiation state on the light receiving element in a state where an external force in the y direction acts on the tactile portion of the tactile sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram schematically showing a state in which an external force in the x direction acts on a tactile portion of the tactile sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a light irradiation state on the light receiving element in a state where an external force in the x direction acts on the tactile portion of the tactile sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an enlarged schematic view schematically showing the vicinity of a protrusion of a tactile sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a light irradiation state on a light receiving element in a state where no external force acts on a tactile portion of the tactile sensor according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating a light irradiation state on a light receiving element in a state where an external force in a y-direction acts on a tactile portion of a tactile sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating a light irradiation state on a light receiving element in a state where an external force in an x direction acts on a tactile portion of a tactile sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic diagram showing a state in which a movable member is vertically arranged with a transparent plate interposed therebetween in a tactile sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 15 is a view showing an operation in a narrow gap, in which the tactile sensor according to the present invention is mounted on a finger of a gripper of a robot.
FIG. 16 is a diagram showing an operation in a fluid in which the tactile sensor according to the present invention is mounted on a finger of a gripper of a robot.
FIG. 17 is a schematic diagram schematically showing a configuration of a tactile sensor according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 18 is a view of the light receiving section 4 in FIG. 17 as viewed from the y direction.
FIG. 19 is a schematic diagram schematically showing a state in which no external force acts on the tactile portion of the tactile sensor according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 20 is a diagram illustrating a light irradiation state on a light receiving element in a state where no external force is applied to the tactile portion of the tactile sensor according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a schematic diagram schematically showing a state in which an external force in the y-direction acts on a tactile portion of a tactile sensor according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 22 is a diagram showing a light irradiation state on a light receiving element in a state where an external force in the y direction acts on a tactile portion of a tactile sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a schematic diagram schematically showing a state in which an external force in the x direction acts on a tactile portion of a tactile sensor according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 24 is a diagram illustrating a light irradiation state on a light receiving element in a state where an external force in the x direction acts on a tactile portion of a tactile sensor according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 25 is a schematic diagram schematically showing a state in which no external force acts on the tactile portion of the tactile sensor according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a diagram illustrating a light irradiation state on a light receiving element in a state where no external force is applied to the tactile portion of the tactile sensor according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 27 is a schematic diagram schematically showing a state in which an external force in the y-direction acts on a tactile portion of a tactile sensor according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 28 is a diagram showing a light irradiation state on a light receiving element in a state where an external force in the y direction acts on a tactile portion of a tactile sensor according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 29 is a schematic diagram schematically showing a state in which an external force in the x direction acts on a tactile portion of the tactile sensor according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 30 is a diagram showing a light irradiation state on a light receiving element in a state where an external force in the x direction acts on a tactile portion of a tactile sensor according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 31 is a schematic diagram showing a state where movable members are vertically arranged with a transparent plate interposed therebetween in a tactile sensor according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 32 is a diagram showing an arrangement of depressions on an upper surface of a transparent plate in the tactile sensor of FIG. 31;
FIG. 33 is a diagram showing an arrangement of depressions on a lower surface of a transparent plate in the tactile sensor of FIG. 31;
FIG. 34 is a configuration diagram of a conventional tactile sensor.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 transparent plate, 2 support member, 3 projecting portion, 4 light receiving portion, 5 light source, 6 light reflecting portion, 7 tactile portion, 8 elastic body, 10 to 13 light receiving region, 14, 114 irradiation region, 15 high light amount region, 18 gripper, 20 light, 25 upper surface, 26 lower surface, 124 area with small light quantity (or no light quantity).

Claims (12)

光源と、前記光源から出射した光を導く透明板と、外圧の作用により可動する複数の可動部材とを備えた触覚センサであって、
前記可動部材は、
外圧を直接受ける触覚部と、
前記透明板からの光を透過する突起部と、
前記透明板を透過した光を受光するための受光素子とを有し、
前記受光素子は前記触覚部と前記突起部との間に設けられていることを特徴とする、触覚センサ。A tactile sensor including a light source, a transparent plate that guides light emitted from the light source, and a plurality of movable members movable by the action of external pressure,
The movable member,
A tactile part that receives external pressure directly,
A projection that transmits light from the transparent plate,
Having a light receiving element for receiving light transmitted through the transparent plate,
The tactile sensor is characterized in that the light receiving element is provided between the tactile portion and the protrusion. 前記突起部は、前記透明板の表面に接触し、かつ変形可能な弾性体からなっていることを特徴とする、請求項１に記載の触覚センサ。2. The tactile sensor according to claim 1, wherein the protrusion is made of an elastic body that is in contact with the surface of the transparent plate and is deformable. 3. 前記透明板の表面には窪みが形成されており、
前記窪み内に存在し、かつ前記透明板からの光を透過する、変形可能な弾性体をさらに備え、
前記突起部は、前記弾性体の表面に接触していることを特徴とする、請求項１に記載の触覚センサ。A depression is formed on the surface of the transparent plate,
It further comprises a deformable elastic body that is present in the depression and transmits light from the transparent plate,
The tactile sensor according to claim 1, wherein the protrusion is in contact with a surface of the elastic body. 前記触覚部と前記受光素子と前記突起部とのそれぞれの個数は１：１：１に対応しており、前記受光素子が、１つの前記突起部に対して少なくとも２つの受光領域を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の触覚センサ。The number of each of the tactile portion, the light receiving element, and the projection corresponds to 1: 1: 1, and the light receiving element has at least two light receiving regions for one projection. The tactile sensor according to any one of claims 1 to 3, which is characterized in that: 前記触覚部に外圧の作用がない状態では、前記透明板側から前記突起部側へ入射する光は、前記受光素子を分割するそれぞれの前記受光領域に入射することを特徴とする、請求項４に記載の触覚センサ。The light incident from the transparent plate side to the projection side enters the respective light receiving regions that divide the light receiving element when no external pressure is applied to the tactile part. 2. A tactile sensor according to claim 1. １つの前記透明板をはさんで上下に前記突起部が配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の触覚センサ。The tactile sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the protrusions are arranged vertically above and below one transparent plate. １つの透明板をはさんで上下に前記突起部が配置されているとき、前記透明板の上面に形成された前記窪みの中心と下面に形成された前記窪みの中心とは、前記上面と前記下面との双方に垂直な線上にはないことを特徴とする、請求項３に記載の触覚センサ。When the protrusions are arranged vertically above and below one transparent plate, the center of the depression formed on the upper surface of the transparent plate and the center of the depression formed on the lower surface are the upper surface and the lower surface. 4. The tactile sensor according to claim 3, wherein the tactile sensor is not on a line perpendicular to both the lower surface and the lower surface. 前記透明板と前記突起部との一部が接着されていることを特徴とする請求項２に記載の触覚センサ。3. The tactile sensor according to claim 2, wherein a part of the transparent plate and the projection are bonded. 前記弾性体と前記突起部との一部が接着されていることを特徴とする請求項３に記載の触覚センサ。The tactile sensor according to claim 3, wherein a part of the elastic body and the protrusion are adhered. 前記弾性体と前記透明板との線膨張係数が略等しいことを特徴とする、請求項３に記載の触覚センサ。4. The tactile sensor according to claim 3, wherein the elastic body and the transparent plate have substantially equal linear expansion coefficients. 前記触覚部に外圧の作用がない状態では、前記透明板側から前記突起部側へ入射する光は前記受光素子上において略円状に入射することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の触覚センサ。In a state in which no external pressure acts on the tactile portion, light incident on the projection portion side from the transparent plate side is incident on the light receiving element in a substantially circular shape, wherein: A tactile sensor according to any of the claims. 前記触覚部に外圧の作用がない状態では、前記透明板側から前記突起部側へ入射する光によって前記受光素子上に照射される照射領域の重心近傍に光量の小さい領域があることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の触覚センサ。In a state where the external force is not applied to the tactile portion, there is a region having a small amount of light near a center of gravity of an irradiation region irradiated on the light receiving element by light incident on the protrusion from the transparent plate side. The tactile sensor according to claim 1.
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