JP2006053136A - 人体模型及びロボット用圧力センサ、並びにこれを利用したシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、圧力センサを人体模型やロボットの身体におけるどの部位でもフィットして装着（密着）でき且つ多数の感圧部を設けることができる人体模型及びロボット用圧力センサシステムを提供すること。
【解決手段】 圧力センサＳは、複数の感圧部９２と、端子部９０と、前記感圧部９２と端子部９０相互を接続する配線部９１とを備えており、前記感圧部９２，９２相互が接続部によりループを形成しない態様で接続されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、人体模型やロボットの身体に装着するための圧力センサ（本件においては人体模型及びロボット用圧力センサという）、並びにこれを利用したシステムに関するものである。

シート状の圧力センサは、一般的に、平面状の一方のベースフィルムに行電極を形成すると共に前記行電極の上面に感圧インクを塗布して成るものと、平面状の他方のベースフィルムに列電極を形成すると共に前記列電極の上面に感圧インクを塗布して成るものとを、前記行・列電極が交差する態様で張り合わされるようにして構成されている（例えば、特許文献１。）。したがって、この圧力センサは、行・列電極の交差点の全てが感圧部となるので、多点で圧力検知ができるという長所を有している。

しかしながら、上記形態の圧力センサは、ほぼ全面に行・列電極が配置されている薄い平板状であるが故に、複雑な形状や曲面を有する物体に装着することができず、このため利用範囲がかなり制限されていた。

そこで、わが社では、複雑な形状や曲面を有する物体への装着を可能にするため、図２に示すように、端子９０から細い配線部９１を延設し且つその延設した配線から感圧部９２が左右に枝分かれて成るシ−ト状の圧力センサＳ（この欄ではツリー型圧力センサＳという）を開発した。

ところが、上記した平板状の圧力センサの使用が前提となっている図１２に示すシステムでは、解析処理装置側の端子数は少数であり、例えば解析処理装置側の端子数が四個である場合にはスキャンできる感圧部は四個のみと非常に少なくなってしまうという新たな問題に直面した。
特許３３３８９８３号公報

そこで、この発明は、人体模型やロボットの身体におけるどの部位でもフィットして装着（密着）できる人体模型及びロボット用圧力センサを提供することを課題とする。

また、この発明は、圧力センサを人体模型やロボットの身体におけるどの部位でもフィットして装着（密着）でき且つ多数の感圧部を設けることができる人体模型及びロボット用圧力センサシステムを提供することを課題とする。

（請求項１記載の発明）
この発明の人体模型及びロボット用圧力センサは、人体模型やロボットに作用する圧力を検出すべく当該人体模型やロボットの表面に貼り付けられる圧力センサであって、複数の感圧部と、端子部と、前記感圧部と端子部相互を接続する配線部とを備えており、前記感圧部相互が接続部によりループを形成しない態様で接続されている。
（請求項２記載の発明）
この発明の人体模型及びロボット用圧力センサは、上記請求項１記載の発明に関し、端子部と、前記端子部から延設された配線部と、前記配線部から分枝した多数の感圧部とを有するものとしている。
（請求項３記載の発明）
この発明の人体模型及びロボット用圧力センサは、上記請求項１又は２記載の発明に関し、一対のベースフィルムにそれぞれセンサ構成要素を印刷形成して成り、一方のセンサ構成要素は印加電極群と印加配線群と印加端子群を有すると共に各印加電極上に感圧インク層を印刷形成して成り、他方のセンサ構成要素はレシーブ電極群とレシーブ配線群とレシーブ端子群を有すると共に各レシーブ電極上に感圧インク層を印刷形成して成り、両方の感圧インク層を対向させて感圧部を形成する態様で、一対のベースフィルム相互を貼り合わせて構成されている。
（請求項４記載の発明）
この発明の人体模型及びロボット用圧力センサシステムは、解析処理装置の端子群側に、一個の処理装置接続側端子部を複数個のセンサ接続側端子部に分岐する配線分岐具を接続し、Ｘ個のセンサ接続側端子部にそれぞれ請求項１乃至３のいずれかに記載の人体模型及びロボット用圧力センサを接続してなるものとしている。
（請求項５記載の発明）
この発明の人体模型及びロボット用圧力センサシステムは、上記請求項４記載の発明に関し、配線分岐具は、Ｘ（二以上の自然数）個の端子を有する一個の第１処理装置接続側端子群と、前記第１処理装置接続側端子群の各端子からそれぞれ延設させて成る一個の第１配線群と、前記第１配線群の各配線からＸ個の部位で引き出した第１分岐配線を各部位ごとに集合させて成るＸ個の第１分岐配線群と、前記第１分岐配線群の端末に設けたＸ個の第１センサ接続側端子群を備えている第１基材と、Ｘ個の端子を有する一個の第２処理装置接続側端子群と、前記第２処理装置接続側端子群の各端子からそれぞれ延設させた一個の第２配線群と、前記第２配線群の各配線をそれぞれＸ本に分岐させた第２分岐配線を一纏めして成るＸ個の第２分岐配線群と、前記第２分岐配線群の端末に設けたＸ個の第２センサ接続側端子群を備えている第２基材と、第１・第２処理装置接続側端子相互を近設させて一個の処理装置接続側端子部を、第１
・第２センサ接続側端子群相互を近設させてＸ個のセンサ接続側端子部を、設けてある。
（請求項６記載の発明）
この発明の人体模型及びロボット用圧力センサシステムは、上記請求項５記載の発明に関し、第１基材は、第１配線群の一部及びこれと分離した第１分岐配線群が印刷形成された印刷層と、前記印刷層上に印刷形成され且つ多くのスルーホールを有する絶縁層と、スルーホールを介して第１配線群の一部と第１分岐配線群が接続されるべく絶縁層上に配線群が印刷形成された印刷層とを具備するものとしている。
（請求項７記載の発明）
この発明の人体模型及びロボット用圧力センサシステムは、上記請求項５又は６記載の発明に関して、第１処理装置接続側端子群が有する端子数と、２処理装置接続側端子群が有する端子数とは、同一又は相違する数である。

この人体模型及びロボット用圧力センサによると、人体模型やロボットの身体におけるどの部位でもフィットして装着（密着）できることになる。

また、この人体模型及びロボット用圧力センサシステムによると、圧力センサを人体模型やロボットの身体におけるどの部位でもフィットして装着（密着）でき且つ多数の感圧部を設けることができることになる。

以下にこの発明の人体模型及びロボット用圧力センサシステムを実施するための最良の
形態としての実施例について詳細に説明する。

（この人体模型及びロボット用圧力センサシステムについて）
この人体模型及びロボット用圧力センサシステムでは、図１に示すように、解析処理装置ＰＣ、コネクタＣ、解析処理装置側の端子群Ｔ、中継コネクタＣ１、配線分岐具Ｄ、中継コネクタＣ２、ＦＰＣケーブルＫ、中継コネクタＣ３、圧力センサＳの順序で接続されており、前記接続状態において、解析処理装置ＰＣによるスキャンにより圧力センサＳの感圧部９２に作用した力や圧力を電気抵抗値として検出している。

なお、この実施例では、図１に示すように、コネクタＣの端子群、解析処理装置側の端子群Ｔ、コネクタＣ１，Ｃ２，Ｃ３の端子群は、それぞれ四個の端子を有している。

以下に、この人体模型及びロボット用圧力センサシステムの主要な構成について説明する。
（圧力センサＳについて）
この圧力センサＳは、図２や図３に示すように、複雑な形状や曲面への装着を可能とするため、端子部９０から直線状の配線部９１を延設し且つ延設した配線から左右にそれぞれ二個（合計四個）の感圧部９２が枝分かれした形態を採っている。

ここで、この圧力センサＳは、図２や図３に示すように、レシーブ電極９２ａ（四個）、配線９１ａ（四本）及び端子９０ａ（四個）を印刷形成すると共に前記レシーブ電極９２ａ上に感圧インク層９２ａ'を印刷形成して成るベースフィルム９ａと、印加電極９２ｂ（四個）、配線９１ｂ（一本を四本に分岐）及び端子９０ｂ（一個）を印刷形成すると共に前記印加電極９２ｂ上に感圧インク層９２ｂ'を印刷形成して成るベースフィルム９ｂを具備しており、前記レシーブ電極９２ａ側の感圧インク層９２ａ'と印加電極９２ｂの感圧インク層９２ｂ'を除いて絶縁層を介してベースフィルム９ａ，９ｂ相互を貼り合
わすようにして構成されている。

なお、前記形態よりも更に複雑な形状や曲面への装着を可能とするには、ベースフィルム９ａ，９ｂにおける配線部９１の形成域を平面視でジクザグ形状とすればよい。

次に、圧力センサＳを構成する材料等は以下の通りである。
「ベースフィルム９ａ，９ｂ」
可撓性を有する各種樹脂等であれば使用できるが、例えば、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等が採用できる。なお、厚みは１０〜１００μｍである。
「印加電極９２ｂ、レシーブ電極９２ａ、配線９１ａ、配線９１ｂ、端子９０ａ、端子９０ｂ」
これらは導電性インクにより構成されている。導電性インクとしては、各種レジン（例えばポリエステルレジン）に銀の粉末を混合して成る銀インクがある。なお、印刷形成された導電性インクの厚みは１０〜２０μである。
「感圧インク層９２ａ'，９２ｂ'」
レジンに半導体粒子と導体粒子を含むインクにより構成されている。なお、厚みは１０〜５０μｍである。
「絶縁層」
紫外線硬化レジンにより構成されている。厚みは１０〜５０μｍである。

上記した全ての材料等は後述する配線分岐具Ｄにも当てはめることができる。
（配線分岐具Ｄの構成について）
この配線分岐具Ｄは、図４に示すように、第１基材Ａと、第２基材Ｂと、前記第１基材Ａと第２基材Ｂとの間に介在させた中間絶縁層Ｃとから構成されている。

第１基材Ａは、図４に示すように、弾性（又は可撓性）を有する樹脂フィルムＦ１に、四個の端子１０を有する一個の第１処理装置接続側端子群１と、前記第１処理装置接続側端子群１の各端子１０からそれぞれ配線２０を延設させて成る一個の第１配線群２と、前記第１配線群２の各配線２０から四個の部位で引き出した第１分岐配線３０を各部位ごとに集合させて成る四個の第１分岐配線群３と、前記第１分岐配線群３の端末に設けた四個の第１センサ接続側端子群４（それぞれ四個の端子４０を持つ）を備えて成る。

第２基材Ｂは、図４や図８に示すように、弾性（又は可撓性）を有する樹脂フィルムＦ２に、四個の端子５０を有する一個の第２処理装置接続側端子群５と、前記第２処理装置接続側端子群５の各端子５０からそれぞれ配線６０を延設させて成る一個の第２配線群６と、第２配線群６の各配線６０から分岐した四本の第２分岐配線７０を一纏めして成る四個の第２分岐配線群７と、前記第２分岐配線群７と、前記第２分岐配線群７の端末に設けた四個の第２センサ接続側端子群８（それぞれ四個の端子８０を持つ）を備えている。

そして、この配線分岐具Ｄでは、図４に示すように、第１処理装置接続側端子群１と第２処理装置接続側端子５０相互を近設させて一個の処理装置接続側端子部Ｔ１を、第１センサ接続側端子群４と第２センサ接続側端子８０相互を近設させて四個のセンサ接続側端子部Ｔ２を、設けている。

ここで、上記第１基材Ａは具体的には、図５に示す如く樹脂フィルムＦ１上に印刷形成された第１配線群２の各配線２０の一部及び第１分岐配線群３と、図６に示す如く多くのスルーホールｈを有し且つ第１配線群２の各配線２０の一部及び第１分岐配線群３を覆うべく印刷形成された絶縁層Ｈと、図５〜図７に示す如く前記スルーホールｈを介して、第１配線群２と第１分岐配線群３とを接続すべく絶縁層Ｈ上に印刷形成された配線群２１とが積層一体化される態様で構成されている。

また、第２基材Ｂは具体的には、図８に示す如く、樹脂フィルムＦ２上に、一個の第２処理装置接続側端子５０、第２配線６０、第２分岐配線７０及び第２センサ接続側端子８０を印刷形成して構成されている。

そして、上記第１基材Ａと第２基材Ｂとを、図９に示した中間絶縁層Ｃを介して貼り合わせるようにしてある。
（配線分岐具Ｄを使用した場合の感圧部９２の数について）
この配線分岐具Ｄを使用した場合、解析処理装置側の端子Ｔは四個の端子群ｔを持つものであるにもかかわらず、図１に示すように、配線分岐具Ｄを介して四本の圧力センサＳが接続できるものとなり、その結果、４本×４個＝１６個の感圧部９２のスキャンが可能になる。これに対して、この配線分岐具Ｄを使用しない場合は、図１２に示すように、１本×４個＝４個の感圧部９２しかスキャンできない。
（解析処理装置ＰＣによる圧力センサＳのスキャンについて）
このシステムでは、図１０に示すように、圧力センサＳからの出力を読み取らせるための回路を有しており、インターフェイス回路ＩＦを介して解析処理装置ＰＣと接続されている。なお、上記した解析処理装置ＰＣ、インターフェイス回路ＩＦ及び出力の読み取り回路の基本的動作は公知の特表昭６２−５０２６６５号に開示されているので、ここでは詳述しない。

図１０に示したスイッチＳＷと抵抗Ｒは、感圧部９２，９２，９２，９２の抵抗値の模式図として表現したものであり、感圧部９２，９２，９２，９２に圧力が加わったときにはスイッチＳＷが閉状態となって印加側・レシーブ側電極９２ｂ，９２ａ相互間の抵抗値が無限大（高抵抗）から数Ω（低抵抗）に切り替わるものとしている。

(1) 先ず、上記した圧力センサＳからの出力情報を読み取るときは、図１０に示す如く前記読み取り回路と印加側・レシーブ側電極９２ｂ，９２ａとを中継コネクタＣ１を介して接続状態にする。
(2) ここで、インターフェイス回路ＩＦからのクロック信号「Ｈ」によって印加電圧（ーＶ）は、増幅器１０３（この増幅器１０３の入力側は抵抗１０２により接地電位に保たれている）を介して印加側電極９２ｂに印加される。
(3) 印加側電極９２ｂへの電圧の印加から次のクロック信号「Ｈ」による印加側電極９２ｂへの電圧の印加までの間に、列カウンター１０７からの出力によりマルチプレクサ１０６のスイッチが切り替わり、レシーブ側電極９２ａが順にスキャンされる。
(4) ここで、感圧部９２に圧力が加わると、スイッチＳＷが閉状態になると共に圧力に応じた低抵抗が減少変化してレシーブ側電極９２ａに順に電流が流れ、それぞれの列の抵抗１０４及び増幅器１０５で反転増幅される。反転増幅された出力電圧は列のマルチプレクサ１０６により順次、レジスタ１０８に送られデジタル信号としてインターフェイス回路ＩＦに送られる。
(5) なお、この実施例ではインターフェイス回路ＩＦに送られてきた情報は、パーソナルコンピュータＰＣにより読み取られ、ディスプレイ上に感圧部９２に加わった圧力に対応した数字が表示されるようになっている。
（この人体模型及びロボット用圧力センサシステムを用いた場合の優れた点について）
上述した内容から、圧力センサＳが人体模型やロボットの身体におけるどの部位でもフィットして装着（密着）でき且つ多数の感圧部９２を設けることができることが明らかである。
（より多くの圧力センサＳを人体模型やロボットの身体に装着するための構成）
図１１に示すように、人体模型やロボットＭの身体に、多くの圧力センサＳを貼り付けて多数の感圧部９２でスキャンできるようにするには、コネクタＣ等、及び配線分岐具Ｄを以下のように構成すればよい。
（コネクタＣ等の端子数について）
コネクタＣの端子群、解析処理装置側の端子群Ｔ、コネクタＣ１，Ｃ２，Ｃ３の端子群は、それぞれ十四個の端子を有するものとしている。
（第１基材Ａ及び第２基材Ｂの構成例について）
この配線分岐部Ｄの構成は、上記実施例を含むものであり、
Ｘ（二以上の自然数）個の端子１０を有する一個の第１処理装置接続側端子群１と、前記第１処理装置接続側端子群１の各端子１０からそれぞれ延設させて成る一個の第１配線群２と、前記第１配線群２の各配線２０からＸ個の部位で引き出した第１分岐配線３０を集合させて成るＸ個の第１分岐配線群３と、前記第１分岐配線群３の端末に設けたＸ個の第１センサ接続側端子群４を備えている第１基材Ａと、
Ｘ個の端子を有する一個の第２処理装置接続側端子群と、前記第２処理装置接続側端子群の各端子からそれぞれ延設させた一個の第２配線群と、前記第２配線群の各配線をそれぞれＸ本に分岐させた第２分岐配線を一纏めして成るＸ個の第２分岐配線群と、前記第２分岐配線群の端末に設けたＸ個の第２センサ接続側端子群を備えている第２基材Ｂから構成させることができる。

上記構成において、Ｘは二以上の自然数であれば、いくつに設定してもよい。例えば、Ｘ＝１４とすれば、一個の処理装置接続側端子部Ｔ１に対して、十四個のセンサ接続側端子部Ｔ２（各センサ接続側端子部Ｔ２は十四個のセンサ接続側端子を有する）を構成させることができる。したがって、上記した解析処理装置側の端子Ｔを使用すると、１４×１４＝１９６個の感圧部９２で力や圧力の測定ができることになる。

更に、第１基礎材ＡのＸ（二以上の自然数）と、第２基材ＢのＸ（二以上の自然数）との数を同一ではなく相違する数とすることも可能である。例えば、第１基材ＡのＸを３個（ａ１，ａ２，ａ３）とし第２基板のＸを２個（ｂ１，ｂ２）とした場合、（ａ１，ｂ１），（ａ１，ｂ２），（ａ２，ｂ１），（ａ２，ｂ２），（ａ３，ｂ１），（ａ３，ｂ２）である３×２＝６個の感圧部９２で力や圧力の測定ができる。同様の考えで、第１基材のＸを１２、第２基材のＸを１４とした場合、１２×１４＝１６８個の感圧部９２で力や圧力の測定ができることになる。なお、配線が交差するような場合、交差する配線相互間に絶縁層を形成するとよい。
（他の実施の形態）
圧力センサは、人体模型やロボットに作用する圧力を検出すべく当該人体模型やロボットの表面に貼り付けられるものであればよく、複数の感圧部と、端子部と、前記感圧部と端子部相互を接続する配線部とを備え、前記感圧部相互が接続部によりループを形成しない態様で接続されているものであればよい。

上記した実施例では、第１・第２基材の最外層を、弾性を有する樹脂製フィルムで構成させたが、これに限定されることなく、プリント基板であってもよい。このように第１・第２基材をプリント基板で構成させた場合は、通常のエッチングで配線等を形成することができる。更に、第１・第２基材の最外層は、印刷が可能であれば絶縁コートを施した金属板であってもよい。

この発明の実施例１の人体模型及びロボット用圧力センサシステムの概念図。 前記システムに使用されている圧力センサの平面図。 前記圧力センサの分解斜視図。 前記システムに使用されている配線分岐路の配線の斜視図。 樹脂フィルム上に第１配線群の一部及び第１分岐配線群を印刷形成した状態を示す平面図。 スルーホールを有した絶縁層の平面図。 絶縁層上に、スルーホールを介して、第１配線群の一部と第１分岐配線群とを接続すべく印刷形成された配線群の平面図。 樹脂フィルム上に、一個の第２処理装置接続側端子、第２配線、第２分岐配線及び第２センサ接続側端子を印刷形成した状態を示す平面図。 第１基材と第２基材相互間に介在せしめられる中間絶縁層の平面図。 前記圧力センサからの出力を解析処理装置により読み取らせるためのシステムの説明図。 人体模型やロボットに多数の圧力センサを装着した状態を示しているす正面図。 前記配線分岐具を介さない場合の圧力センサと解析処理装置側との接続状態を示す概念図。

符号の説明

Ｍ 人体模型及びロボット
Ｓ 圧力センサ
Ｄ 配線分岐具
Ａ 第１基材
Ｂ 第２基材
Ｃ 中間絶縁層
Ｈ 絶縁層
ｈ スルーホール
Ｔ１ 処理装置接続側端子部
Ｔ２ センサ接続側端子部
Ｆ１ 樹脂フィルム
Ｆ２ 樹脂フィルム
１ 第１処理装置接続側端子群
２ 第１配線群
３ 第１分岐配線群
４ 第１センサ接続端子群
５ 第２処理装置接続側端子
１０ 端子
２０ 配線
３０ 第１分岐配線
４０ 端子
５０ 第２処理装置接続側端子
６０ 第２配線
７０ 第２分岐配線
８０ 第２センサ接続側端子
９０ 端子部
９０ａ 端子
９０ｂ 端子
９１ 配線部
９１ａ 配線
９１ｂ 配線
９２ 感圧部
９２ａ'感圧インク層
９２ｂ'感圧インク層

Claims (7)

1. 人体模型やロボットに作用する圧力を検出すべく当該人体模型やロボットの表面に貼り付けられる圧力センサであって、複数の感圧部と、端子部と、前記感圧部と端子部相互を接続する配線部とを備えており、前記感圧部相互が接続部によりループを形成しない態様で接続されていることを特徴とする人体模型及びロボット用圧力センサ。
2. 端子部と、前記端子部から延設された配線部と、前記配線部から分枝した多数の感圧部とを有することを特徴とする請求項１記載の人体模型及びロボット用圧力センサ。
3. 一対のベースフィルムにそれぞれセンサ構成要素を印刷形成して成り、一方のセンサ構成要素は印加電極群と印加配線群と印加端子群を有すると共に各印加電極上に感圧インク層を印刷形成して成り、他方のセンサ構成要素はレシーブ電極群とレシーブ配線群とレシーブ端子群を有すると共に各レシーブ電極上に感圧インク層を印刷形成して成り、両方の感圧インク層を対向させて感圧部を形成する態様で、一対のベースフィルム相互を貼り合わせて構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の人体模型及びロボット用圧力センサ。
4. 解析処理装置の端子群側に、一個の処理装置接続側端子部を複数個のセンサ接続側端子部に分岐する配線分岐具を接続し、Ｘ個のセンサ接続側端子部にそれぞれ請求項１乃至３のいずれかに記載の人体模型及びロボット用圧力センサを接続してなる人体模型及びロボット用圧力センサシステム。
5. 配線分岐具は、Ｘ（二以上の自然数）個の端子を有する一個の第１処理装置接続側端子群と、前記第１処理装置接続側端子群の各端子からそれぞれ延設させて成る一個の第１配線群と、前記第１配線群の各配線からＸ個の部位で引き出した第１分岐配線を各部位ごとに集合させて成るＸ個の第１分岐配線群と、前記第１分岐配線群の端末に設けたＸ個の第１センサ接続側端子群を備えている第１基材と、Ｘ個の端子を有する一個の第２処理装置接続側端子群と、前記第２処理装置接続側端子群の各端子からそれぞれ延設させた一個の第２配線群と、前記第２配線群の各配線をそれぞれＸ本に分岐させた第２分岐配線を一纏めして成るＸ個の第２分岐配線群と、前記第２分岐配線群の端末に設けたＸ個の第２センサ接続側端子群を備えている第２基材と、第１・第２処理装置接続側端子相互を近設させて一個の処理装置接続側端子部を、第１・第２センサ接続側端子群相互を近設させてＸ個のセンサ接続側端子部を、設けてあることを特徴とする請求項４記載の人体模型及びロボット用圧力センサシステム。
6. 第１基材は、第１配線群の一部及びこれと分離した第１分岐配線群が印刷形成された印刷層と、前記印刷層上に印刷形成され且つ多くのスルーホールを有する絶縁層と、スルーホールを介して第１配線群の一部と第１分岐配線群が接続されるべく絶縁層上に配線群が印刷形成された印刷層とを具備することを特徴とする請求項５記載の人体模型及びロボット用圧力センサシステム。
7. 第１処理装置接続側端子群が有する端子数と、２処理装置接続側端子群が有する端子数とは、同一又は相違する数であることを特徴とする請求項５又は６記載の人体模型及びロボット用圧力センサシステム。

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