JP2007017243A - 触覚センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】対象物と接触することによって曲面に生じる歪み分布、もしくは応力分布を検出する少なくとも2個の検出素子を有することを特徴とする触覚センサ、対象物と接触することによって球面あるいは非球面もしくは非平面からなる曲面に生じる歪み分布、もしくは応力分布を異なる2点の歪みあるいは応力値から検出する検出素子を有する上記の触覚センサ。
【効果】人の触覚を代替し、触覚情報を定量的に計測できる触覚センサを提供することが出来る
【選択図】図5
Description
(1)対象物と接触することによって曲面に生じる歪み分布、もしくは応力分布を検出する少なくとも2個の検出素子を有することを特徴とする触覚センサ。
(2)対象物と接触することによって球面あるいは非球面もしくは非平面からなる曲面に生じる歪み分布、もしくは応力分布を異なる2点の歪みあるいは応力値から検出する検出素子を有する前記(1)に記載の触覚センサ。
(3)電気的、光学的、磁気的又は音響的手段を用いて計測された異なる2点の歪みの差分の変化率から被接触物質の変形抵抗性を検出し、接触対象物の硬さ、柔らかさに関する特徴を決定する前記(1)に記載の触覚センサ。
(4)既知物質で構成されたセンサを用い、センサの変形を定量的に計測することによって接触材の材質を認知する機能を付与した前記(1)に記載の触覚センサ。
(5)弾性体曲面の球殻構造体の内部に歪みゲージを配置した前記(1)に記載の触覚センサ。
(6)弾性体曲面に少なくとも2個の歪みゲージを配置した信号検出手段と、該信号を処理して歪み差分変化率を演算する信号処理手段を有する前記(1)に記載の触覚センサ。
(7)信号処理手段が、歪み変換増幅器、解析値記憶手段、解析値演算手段を有する前記(6)に記載の触覚センサ。
(8)中心位置及び非中心位置の歪みを検出する歪みゲージ、歪み差分の変化率から対象物の硬さを算出する手段、実験的に得られた数値との対比により接触材の材質を認知する手段を有する前記(1)に記載の触覚センサ。
(9)解析値演算手段により算出されたデータを既存のデータと比較して知覚データ化処理することにより、未知物質の硬さ、柔らかさ等の変形抵抗性を知覚する機能を有する前記(7)に記載の触覚センサ。
本発明の原理及び作用を説明するために2つの面同士の接触を考える。一方は未知物質の表面であり平面とする。もう片方は接触面が曲面を持つセンサ表面であり、その内部には表面の変形量を計測する機能が組み込まれている。センサである曲面と未知物質の表面とを接触させ、更に両者の間隔を狭めるに従って、接触の荷重及び接触面の直径は増大し、それと同時に互いの面は変形し、元の面と異なる曲率となる。本発明では、この曲面形状が変形する仕方と接触面寸法の大きさが、接触荷重と互いの材質(弾塑性的特性)によって決まることを原理として未知物質の材質を特定する。すなわち、本発明では、既知材質で構成されたセンサを用い、センサの変形を定量的に計測することによって接触材の材質を知覚することを原理としている。
(1)触覚センサの構成は、対象物との接触曲面とその曲面の変形率を検出する2個の素子のみであることから、極めて単純であるため、製造が容易であり、安価であると同時に、小型化が可能である。
(2)同一のセンサで、セラミックスのような超硬質な物質から極めて柔らかい物質にわたる幅広い対象物について、その硬さ、柔らかさを数値化することが可能である。
(3)更に、時間依存型変形挙動を示す粘弾性体においても、その特性を定量化し、表示することが可能である。
(4)本発明の触覚センサは、人の指のひらの形状に類似した曲面を有する接触センサが対象物質に接触する際に、当該接触センサ自体が変形することを利用して、物質の硬さを感知できるため、人の場合と同様な感覚の特性を再現することが出来る。
本発明の触覚センサに関する実施の形態について説明すると、図5は、触覚センサシステムのうち、信号検出手段と信号処理手段を示した模式図である。信号検出手段は、対象物に接触することにより変形を受ける弾性体(触覚センサ)及び応力あるいは歪みを検出し、電気信号に変換する2個の素子(変換器)から構成される。曲面を有する弾性体として、例えば、パイレックス(登録商標)ガラス製の半径30.0mmの球殻を用い、その外側球面を対象物との接触面とした。また、歪み検出器として、例えば、2枚の歪みゲージ(共和電業株式会社製、KFG−0.2−120、ゲージ長=0.2mm)を用いた。それらの歪みゲージは、接触センサ内部の底部にシアノアクリレート系接着剤にて固定されている。固定位置は、一枚目は歪みゲージ0として接触中心位置である球面の底であり、更に、歪みゲージ1は、その中心が接触中心の位置0から1.75mmだけ離れた位置に接着固定されている。
Claims (9)
- 対象物と接触することによって曲面に生じる歪み分布、もしくは応力分布を検出する少なくとも2個の検出素子を有することを特徴とする触覚センサ。
- 対象物と接触することによって球面あるいは非球面もしくは非平面からなる曲面に生じる歪み分布、もしくは応力分布を異なる2点の歪みあるいは応力値から検出する検出素子を有する請求項1に記載の触覚センサ。
- 電気的、光学的、磁気的又は音響的手段を用いて計測された異なる2点の歪みの差分の変化率から被接触物質の変形抵抗性を検出し、接触対象物の硬さ、柔らかさに関する特徴を決定する請求項1に記載の触覚センサ。
- 既知物質で構成されたセンサを用い、センサの変形を定量的に計測することによって接触材の材質を認知する機能を付与した請求項1に記載の触覚センサ。
- 弾性体曲面の球殻構造体の内部に歪みゲージを配置した請求項1に記載の触覚センサ。
- 弾性体曲面に少なくとも2個の歪みゲージを配置した信号検出手段と、該信号を処理して歪み差分変化率を演算する信号処理手段を有する請求項1に記載の触覚センサ。
- 信号処理手段が、歪み変換増幅器、解析値記憶手段、解析値演算手段を有する請求項6に記載の触覚センサ。
- 中心位置及び非中心位置の歪みを検出する歪みゲージ、歪み差分の変化率から対象物の硬さを算出する手段、実験的に得られた数値との対比により接触材の材質を認知する手段を有する請求項1に記載の触覚センサ。
- 解析値演算手段により算出されたデータを既存のデータと比較して知覚データ化処理することにより、未知物質の硬さ、柔らかさ等の変形抵抗性を知覚する機能を有する請求項7に記載の触覚センサ。
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