JP2004333338A - ロボットハンド用触覚センサ - Google Patents

Abstract

【課題】多数の感圧素子を有しているにもかかわらず配線形成部が幅狭であるロボットハンド用触覚センサを提供すること。
【解決手段】ベースフィルム１の集合配線群４０の分岐点付近から各指用配線群５ａ〜５ｅや掌用配線群６に接続された最も近い感圧部７ｃ，８近傍までの間の各配線群について、半数の配線と他の半数の配線をセンサ厚み方向に上下二段で配列してある。前記半数の配線と他の半数の配線は、センサ厚み方向に上下二段に配列されており、半数の配線と他の半数の配線との間には絶縁層を介在させてあると共に他の半数の配線は絶縁層に形成したスルーホールｈ１を介して上段に導いてある。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロボットハンド用触覚センサ、特に人間の手と同様に五指及び掌を有するロボットハンド用触覚センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記ロボットハンド用触覚センサとしては、例えば、フィルム状に形成され、ロボットハンドと対応する多部位の圧力を検出できるようにしたものがある（例えば特許文献１がある。）。
【０００３】
近年、医療、介護、福祉目的に人間型ロボットの研究開発が盛んになってきており、特に複雑な動きを必要とされる手指の機構においては、人間の手と同じように、物体の形状や硬さを認識し、把持力を自立的にコントロールする必要性があることから、指、掌に多数の感圧素子を埋め込んだ触覚センサが必要となっている。このためこの種のフィルム状の感圧センサでは、感圧素子を構成する電極配線数の増大とその配線形成部の広幅化を余儀なくされた。
【０００４】
しかしながら、人間型ロボットハンドの場合、指を開く動きや曲げる動き等の複雑な動きをすることから、センサの幅広な配線形成部は邪魔な存在であり、ロボットハンドの把持制御の妨げになっていた。このような問題は、特に指の根元側の配線が集合する部分で生じている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１１８６３５号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明は、多数の感圧素子を有しているにもかかわらず配線形成部が幅狭であるロボットハンド用触覚センサを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（請求項１記載の発明）
この発明のロボットハンド用触覚センサは、印加側端子からの集合配線群を分岐して形成された５本の指用配線群及び掌用配線群、並びにこれらに各別に接続された行電極とが印刷形成されて成るベースフィルムと、レシーブ側端子からの集合配線群を分岐して形成された５本の指用配線群及び掌用配線群、並びにこれらに各別に接続された列電極とが印刷形成されて成るベースフィルムとを具備し、前記行・列電極相互間に感圧インク層を介在される態様で両ベースフィルムを一体化して感圧部を形成しており、ベースフィルムのうち少なくとも一方の、集合配線群の分岐点付近から各指用配線群や掌用配線群に接続された最も近い感圧部近傍までの間の各配線群について、半数の配線と他の半数の配線をセンサ厚み方向に上下二段で配列してある。
（請求項２記載の発明）
この発明のロボットハンド用触覚センサは、上記請求項１記載の発明に関し、集合配線群の分岐点付近から各指用配線群や掌用配線群に接続された最も近い感圧部近傍までの間の各配線群において、センサ厚み方向に上下二段に配列された半数の配線と他の半数の配線との間には絶縁層を介在せてあり、他の半数の配線は絶縁層に形成したスルーホールを介して上段に導いてある。
（請求項３記載の発明）
この発明のロボットハンド用触覚センサは、上記請求項２記載の発明に関し、絶縁層のスルーホールは、分岐点付近に設けてある。
【０００８】
なお、この発明のロボットハンド用触覚センサは、以下の発明の実施の形態の欄で説明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態のロボットハンド用触覚センサを図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
〔実施形態１〕
図１はこの発明の実施形態のロボットハンド用触覚センサＳの平面図であり、図２は前記ロボットハンド用触覚センサＳをロボットハンドＲＨに取り付けた状態を示す斜視図である。
【００１１】
（このロボットハンド用触覚センサＳの基本的構成について）
このロボットハンド用触覚センサＳは、図１、図３、図４に示すように、二枚のベースフィルム１，２を使用したセンサ構成要素ＳＸ，ＳＹを接着一体化して厚みを２００μ程度としたフィルム型センサである。
【００１２】
このセンサＳは、図１に示すように、端子部３と、前記端子部３から延びる集合配線群４と、前記集合配線群４から分岐して形成された親指・人差指・中指・薬指・小指用配線群５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ及び掌用配線群６と、各指用配線群５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅにそれぞれ接続された感圧部７ａ，７ｂ，７ｃと、前記掌用配線群６に接続された感圧部８とから構成されている。
【００１３】
なお、この実施形態のロボットハンド用触覚センサＳでは、親指用配線群５ａと接続された感圧部についても他の指と同様の関節を有するものとして製作されている。
【００１４】
（ベースフィルム１，２の構成について）
ベースフィルム１，２は、ポリエステル樹脂その他の樹脂により構成されており、数十μｍのものが使用されている。
（端子部３の構成について）
端子部３は、図１に示すように、このロボットハンド用触覚センサＳの端部に、４４個の円形状の印加側端子３０を、５３個の円形状のレシーブ側端子３１を、それぞれ集合配置してある。
【００１５】
（集合配線群４の構成について）
集合配線群４は、図１に示すように、印加側端子３０と接続された４４本の印加側集合配線群４０と、レシーブ側端子３１と接続された５３本のレシーブ側集合配線群４１とから構成され、平面視でＬ字状に形成されている。上記した印加側集合配線群４０及びレシーブ側集合配線群４１はそれぞれ絶縁層で被覆してあり、ベースフィルム１，２が一体化されたときにおいて、これら集合配線群４０、４１相互は絶縁状態になっている。
【００１６】
（親指・人差指・中指・薬指・小指用配線群部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ及び掌用配線群部６の構成について）
親指・人差指・中指・薬指・小指用配線群部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ及び掌用配線群部６は図１に示すように、上記した如く感圧部７ａ，７ｂ，７ｃ、８に接続されるものであるが、具体的な構成については以下の（このロボットハンド用触覚センサＳの製造について）の欄で説明する。
【００１７】
（感圧部７ａ，７ｂ，７ｃ，８の構成について）
感圧部７ａは指先と第１関節相互間、感圧部７ｂは指の第１・第２関節相互間、感圧部７ｃは指の第２・第３関節相互間の圧力分布を、感圧部８は掌の圧力分布を、それぞれ検出するためのものである。
【００１８】
感圧部７ａは、図３や図４に示すように、感圧インク９４を被覆形成した３本の行電極７０と、感圧インク９５を被覆形成した７本の列電極７１とから成り、行電極７０と列電極７１との交差点（３×７＝２１個）が感圧素子として機能し、行電極７０を順次走査していくことで、圧力の分布が検知できるようになっている。
【００１９】
また、感圧部７ｂは、図３や図４に示すように、４本の行電極７０と７本の列電極７１により（感圧素子数が２８個）、感圧部７ｃは１１本の行電極７０と７本の列電極７１により（感圧素子数が７７個）、感圧部８は２５本の行電極７０と１７本の列電極７１により（感圧素子数が約３７０個）、それぞれ構成してある。なお、感圧部７ｂ，７ｃ，８においても上記感圧部７ａの行電極と列電極の数及び感圧素子の数は相違するが、基本的には全く同じようにして圧力の分布が検知できる。
【００２０】
（このロボットハンド用触覚センサＳの製造について）
このロボットハンド用触覚センサＳは以下のように製造される。なお、親指・人差指・中指・薬指・小指用配線群５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ及び掌用配線群６については、代表として親指用配線群５ａのみを説明する。
「センサの構成要素ＳＸの製作」
【００２１】
▲１▼．図１や図３に示すように、ベースフィルム１の一方面に、印加側端子３０、印加側集合配線群４０、根元側配線群５０と先端側配線群５１から成る親指用配線群５ａ及び行電極７０を形成すべく銀ペースト等をスクリーン印刷をする。
【００２２】
この状態では、感圧部７ａ，７ｂ用の行電極７０と先端側配線群５１が、感圧部７ｃ用の行電極７０（２本除く）と根元側配線群５０と印加側集合配線群４０と印加側端子３０が、それぞれ接続状態になっている。先端側配線群５１は根元側配線群５０、印加側集合配線群４０及び印加側端子３０とは接続状態になっていない。
【００２３】
▲２▼．図１や図３に示すように、印加側端子３０、印加側集合配線群４０、及び親指用配線群５ａを覆うように、アクリル系樹脂その他より成る絶縁層９０をベースフィルム１の一方面に印刷形成する。
【００２４】
この状態において、印加側集合配線群４０の分岐点付近の絶縁層９０部分にスルーホールｈ１が、感圧部７ｃ用の行電極７０近傍の絶縁層９０部分にスルーホールｈ２が、それぞれ形成される。
【００２５】
他方、行電極７０を各別に覆うように感圧インク層９４を印刷形成する。
【００２６】
▲３▼．図１や図３に示すように、絶縁層９０上にスルーホールｈ１とスルーホールｈ２とが接続されるように根元側配線群５２を印刷形成する。
【００２７】
この状態において、スルーホールｈ１を介して印加側端子３０と接続された絶縁層９０の下側にある（二点鎖線で示す）印加側集合配線群４０と根元側配線群５２とが接続状態になり、また、スルーホールｈ２及び端子５０ａ，５１ａを介して根元側配線群５２と２本の行電極７０及び先端側配線群５１とが接続状態になっている。つまり、印加側端子３０→印加側集合配線群４０→スルーホールｈ１→根元側配線群５２→スルーホールｈ２→（端子５１ａ→先端側配線群５１の経路で感圧部７ａ，７ｂ用の行電極７０に、他方、端子５０ａの経路で感圧部７ｃ用の行電極７０に）接続されている。
【００２８】
そして、このセンサの構成要素ＳＸでは、印加側集合配線群４０の分岐点付近から感圧部７ｃ近傍までの間では、根元側配線群５０と根元側配線群５２とがセンサ厚み方向に上下二段で配列された状態となっている（図３参照）。
【００２９】
「センサの構成要素ＳＹの製作」
▲１▼．図１や図４に示すように、ベースフィルム２の一方面に、レシーブ側端子３１、レシーブ側集合配線群４１、端子５４ａ，５４ｃ及び接続子５４ｂを有する先端側配線群５４、並びに端子５５ａ及び接続子５５ｂを有する根元側配線群５５を形成すべく銀ペースト等をスクリーン印刷をする。
【００３０】
▲２▼．図１や図４に示すように、レシーブ側端子３１、レシーブ側集合配線群４１、先端側配線群５４、根元側配線群５５を覆うように、アクリル系樹脂、その他より成る絶縁層９１をベースフィルム２の一方面に印刷形成する。
【００３１】
この状態において、絶縁層９０にはスルーホールｈ３，ｈ４，ｈ５，ｈ６，ｈ７が形成される。
【００３２】
▲３▼．感圧部７ａ，７ｂ，７ｃ用の列電極７１、及びスルーホールｈ６とスルーホールｈ７とが接続されるように中間配線群５６を銀ペースト等をスクリーン印刷をする。
【００３３】
この状態において、スルーホールｈ７と接続点５４ｂ、及びスルーホールｈ６と接続点５５ｂを介して、先端側配線群５４と中間配線群５６と根元側配線群５５は接続状態になっている。また、スルーホールｈ３と端子５５ａとが、スルーホールｈ４と端子５４ｃとが、スルーホールｈ５と端子５４ａとが、それぞれ接続状態となっている。
【００３４】
（このロボットハンド用触覚センサＳのロボットハンドＲＨへの貼り付け）
このロボットハンド用触覚センサＳをロボットハンドＲＨに貼り付ける場合、先ず、ロボットハンドＲＨの掌に感圧部８を貼り付けた後、掌用配線群６を曲げて他のセンサ部分の裏側面をハンドの甲側に移動させ、続いて感圧部７ａ，７ｂ，７ｃを各指に巻き付けて貼り付ける。この状態においては、感圧部７ａ，７ｂ相互間、及び感圧部７ｂ，７ｃ相互間の指用配線群５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ部分は湾曲した状態になる（図２参照）。
【００３５】
このロボットハンド用触覚センサＳを上記の如く貼り付けたロボットハンドＲＨによると、各感圧部７ａ，７ｂ，７ｃ，８による圧力検知により、人間の手と同じように、物体の形状や硬さを認識させ、把持力を自立的にコントロールすることが可能になる。
【００３６】
（このロボットハンド用触覚センサＳの優れた点について）
このロボットハンド用触覚センサＳでは、上述した如く印加側集合配線群４０の分岐点付近から感圧部７ｃ近傍までの間では、根元側配線群５０と根元側配線群５２とがセンサ厚み方向に上下二段で配列された状態となっている。つまり、感圧素子が約１０００個あるにもかかわらず、親指・人差指・中指・薬指・小指用配線群５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅの根元部の幅が、本件発明の手段を用いていない従来のものと比較して半分程度なっている。このことは、掌用配線群６においても同様である。
【００３７】
したがって、このロボットハンド用触覚センサＳを用いると、指を開く動きや曲げる動き等の複雑な動きが円滑に行える。
【００３８】
〔その他〕
上記実施形態１では、ベースフィルム１の根元側配線群５０と根元側配線群５２をセンサ厚み方向に上下二段で配列しているが、この手段をベースフィルム２側に施すようにしてもよい。また、ベースフィルム１，２に前記手段を施すことができるが、この場合、ベースフィルム１，２のうちの最内面側に絶縁層を形成する必要性がある。
【００３９】
【発明の効果】
この発明は以下に示すような効果を奏する。
【００４０】
発明の実施の形態の欄に記載した内容から明らかなように、多数の感圧部を有しているにもかかわらず配線形成部が幅狭であるロボットハンド用触覚センサを提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態のロボットハンド用触覚センサの平面図。
【図２】前記ロボットハンド用触覚センサをロボットハンドに取り付けた状態を示す斜視図。
【図３】前記ロボットハンド用触覚センサを構成する、一方のベースフィルムに形成された印加側のセンサ構成要素の説明図。
【図４】前記ロボットハンド用触覚センサを構成する、他方のベースフィルムに形成されたレーシーブ側のセンサ構成要素の説明図。
【符号の説明】
Ｓ ロボットハンド用触覚センサ
ＲＨ ロボットハンド
ｈ１ スルーホール
ｈ２ スルーホール
１ ベースフィルム
２ ベースフィルム
３ 端子部
４ 集合配線群
３０ 印加側端子
３１ レシーブ側端子
４０ 印加側集合配線群
４１ レシーブ側集合配線群
５ａ 親指用配線群
５ｂ 人差指用配線群
５ｃ 中指用配線群
５ｄ 薬指配線群
５ｅ 小指用配線群
６ 掌用配線群
７ａ 感圧部
７ｂ 感圧部
７ｃ 感圧部
８ 感圧部
９０ 絶縁層
９４ 感圧インク層
９５ 感圧インク層

Claims (3)

1. 印加側端子からの集合配線群を分岐して形成された５本の指用配線群及び掌用配線群、並びにこれらに各別に接続された行電極とが印刷形成されて成るベースフィルムと、レシーブ側端子からの集合配線群を分岐して形成された５本の指用配線群及び掌用配線群、並びにこれらに各別に接続された列電極とが印刷形成されて成るベースフィルムとを具備し、前記行・列電極相互間に感圧インク層を介在される態様で両ベースフィルムを一体化して感圧部を形成しており、ベースフィルムのうち少なくとも一方の、集合配線群の分岐点付近から各指用配線群や掌用配線群に接続された最も近い感圧部近傍までの間の各配線群について、半数の配線と他の半数の配線をセンサ厚み方向に上下二段で配列してあることを特徴とするロボットハンド用触覚センサ。
2. 集合配線群の分岐点付近から各指用配線群や掌用配線群に接続された最も近い感圧部近傍までの間の各配線群において、センサ厚み方向に上下二段に配列された半数の配線と他の半数の配線との間には絶縁層を介在せてあり、他の半数の配線は絶縁層に形成したスルーホールを介して上段に導いてあることを特徴とする請求項１記載のロボットハンド用触覚センサ。
3. 絶縁層のスルーホールは、分岐点付近に設けてあることを特徴とする請求項２記載のロボットハンド用触覚センサ。

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