JP2008149443A - 触覚検出装置と該装置を使用した可動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触覚検出装置と該装置を使用した可動装置の提供。
【解決手段】本発明は一種の触覚検出装置に関わるものである。主に検出層、圧力調節ユニット、圧力センサーユニット及び制御ユニットを備える。該感知層は複数の弾性体より構成する。該圧力調節ユニットはパイプにより該感知層に連結され、該弾性体内部の圧力を制御する。該一つ以上の検出ユニットは該弾性体の圧力変化を検出できる。該制御ユニットは該圧力センサーユニット及び一つ以上の検出ユニットに連結し、該制御ユニットは該圧力センサーユニットより発生した検出信号を受信する。該触覚検出装置を可動装置の表面に覆い、弾性体内部に備える空気袋の圧力変化を検出することにより、外部物体の大きさと位置を検出するほか、気体の供給により弾性体内部に備える空気袋の圧力変化を改変し、柔軟度変化できる。
【選択図】図１

Description

本発明は一種の検出装置、特に弾性材料(elａstic mａteriａl)より形成する空気袋を行列に配列し、空気袋の内圧を検出し、外部物体の大きさと位置を触覚して、気体供給により空気袋の内圧を改変し、様々な柔軟度変化できる、一種の触覚検出装置と該装置を使用した可動装置に関わるものである。

従来のロボット、玩具、静態の搬送体又は動態の搬送体装置は素っ気ない機構部品より作られたため、活気のない感覚を与える。科学技術の進歩につれて、前記したロボット又は玩具装置などは触覚検出技術が開発されている。しかしながら、この種の技術は機械式のスイッチセンサー、又は触覚又は力量センサーをその表面に貼り付けるものに過ぎない。一例として、特許文献１より、一種の全身に対話型の触覚検出機能を備えたロボットが開示されている。主に、触覚検出のセンサーとして、圧電素子をロボットの肢体に貼り付けて、接触力量又は接触位置を検出する。当該技術は装置表面に検出能力を与えたものの、なお素っ気ない接触表面に変わらない。

外観が素っ気ない問題のほか、前記した可動装置又は搬送体表面の柔軟性を改変することができない。装置表面に柔軟性を与えるため、公知技術のうち、特許文献２より、一種の触覚検出能力の指を弾性ゴム部材に液体物を覆い、指関節の形状に仕上げて、圧力検出を指の触覚検出とする。当該技術は装置の素っ気ない表面が改変されているほか、触覚の力量と位置を検出できる。しかしながら、柔軟性制御ができない。

前述のとおり、一種の触覚検出装置及び該装置の可動装置により、公知技術の問題点を改善必要がある。

日本特許公告第ＪＰ２００５２７９８３号明細書 米国特許公告第５３７３７４７号明細書

弾性材料より形成する空気袋を行列に配列し、空気袋の内圧を検出し、外部物体の大きさと位置を触覚して、気体供給により空気袋の内圧を改変し、様々な柔軟度変化できる、一種の触覚検出装置と該装置を使用した可動装置を提供することを本発明の主な目的とする。

検出装置を外皮とし、対話型反応の入力インターフェスとして、該可動装置により豊富な対話機能を図る、一種の可動装置を提供することを本発明のもう一つの目的とする。

可動装置の肢体の外皮として、該可動装置の肢体運動のとき、速度又は環境必要に応じて、触覚検出装置の柔軟性を改変し、肢体保護又は肢体衝撃の軽減を図る、一種の触覚検出装置を提供することを本発明次の目的とする。

可動装置の外皮として、肢体が物体をつまむときに、柔軟性調節を行い、つまみ力量を調節して、つまみ過程に物体の滑り落ちることを防止し、つまみ動作安全を図る、一種の触覚検出装置を提供することを本発明のもう一つの目的とする。

可動装置に取り付けて、障害物衝突のセンサーとして、衝撃又は接触位置と力量を可動装置にフィードバックし、移動速度などの情報と合わせて、接触インターフェスの柔軟性制御を行い、衝突を防止し、外部物体又は可動装置の破損防止を図る、一種の触覚検出装置を提供することを本発明のまた一つの目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明の触覚検出装置は主に検出層、複数の弾性体より構成し、すべての弾性体内部に収容空間を設ける。圧力調節ユニット、パイプにより該検出層に接続し、該収容空間の内圧を調節する。一つ以上の検出ユニット、該収容空間の内圧を検出する。及び制御ユニット、該圧力調節ユニット及び一つ以上の圧力センサーユニットに連結する、該制御ユニットは該圧力センサーユニットからの検出信号を受信する。

前記の目的を達成するため、本発明はさらに可動装置を提供する。主に可動本体、検出層を有し、該可動本体に覆う。該検出層は複数の弾性体より構成し、すべての弾性体内部収容空間を設ける。圧力センサーユニット、パイプにより該感知層に接続し、該収容空間の内圧を調節する。一つ以上の検出ユニット該収容空間の内圧を検出する。制御ユニット、該圧力センサーユニット及び一つ以上の検出ユニットに連結し、該制御ユニットは該圧力センサーユニットの検出信号を受信し、該可動本体を制御し、対応動作を発生する。

請求項１の発明は、検出層、複数の弾性体より構成し、すべての弾性体の内部に収容空間を有する、
圧力調節ユニット、パイプにより該検出層に連結し、該収容空間の内圧を調節する、
一つ以上の圧力センサーユニット、該収容空間の内圧を検出する、及び
制御ユニット、該圧力調節ユニット及び一つ以上の圧力センサーユニットに連結し、該制御ユニットは該圧力センサーユニットの検出信号を受信し、該圧力調節ユニットを制御し、検出層の柔軟性を改変することを特徴とする触覚検出装置としている。
請求項２の発明は、該検出層は可動装置に覆い、該可動装置の外皮を構成することを特徴とする請求項１記載の触覚検出装置としている。
請求項３の発明は、該検出層の上部はさらに、保護層を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の触覚検出装置としている。
請求項４の発明は、該圧力センサーユニットは該収容空間内部に設け、該収容空間の内圧変化を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の触覚検出装置としている。
請求項５の発明は、該圧力センサーユニットは該圧力調節ユニットと該弾性体との間に備えるパイプの圧力変化を検出し、該収容空間の内圧変化を知ることができることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の触覚検出装置としている。
請求項６の発明は、該圧力調節ユニットはさらに以下の構成要素を備える、
複数の圧力調節器、該複数の弾性体及び該制御ユニットにそれぞれ連結する、
圧力源、該複数の圧力調節器及び該制御ユニットに連結することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の触覚検出装置としている。
請求項７の発明は、該圧力調節ユニットはさらに以下の構成要素を備える、
複数の多機能切換弁、該複数の弾性体及び該制御ユニットにそれぞれ連結する、
一つ以上の圧力調節器、該複数の多機能切換弁及び該制御ユニットにそれぞれ連結する、
圧力源、該一つ以上の圧力調節器及び該制御ユニットに連結することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の触覚検出装置としている。
請求項８の発明は、該複数の弾性体は行列配列により該検出層内部に配列することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の触覚検出装置としている。
請求項９の発明は、該制御ユニットは該圧力センサーユニットより検出された信号により、該検出層受力程度と位置を判断できることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の触覚検出装置としている。
請求項１０の発明は、該可動本体は動作表現能力を備える複数の肢体部品より組み合わせた機械本体であり、該機械本体は、産業ロボット腕、移動式ロボット、対話型ロボット、案内ロボット、保安ロボット、介護ロボット、教習ロボット、娯楽ロボット、及び可動機械搬送体のいずれであることを特徴とする請求項２記載の可動装置としている。
請求項１１の発明は、該可動本体は動作表現能力を備える玩具、動作表現能力を備える携帯式電子製品、動作表現能力を備える演奏器具のいずれであることを特徴とする請求項２記載の可動装置としている。

本発明の触覚検出装置と該装置を使用した可動装置は、柔軟度変化及び接触力量の大きさと位置を検出する長所があり、様々な場面に応用し、業界の需要に応え、当該産業の競争力を向上させ、周辺産業の発展をもたらすことができる。

図１は、本発明の触覚検出装置一好ましい実施例の概略図である。該触覚検出装置１は検出層１０、圧力調節ユニット１１、複数の圧力センサーユニット１２及び一つの制御ユニット１３を含まれる。該検出層１０は複数の弾性体１００より構成し、すべての弾性体１００の内部に収容空間１００１を有する。本実施例において、該弾性体１００は弾性材料を使用した空気袋である。該圧力調節ユニット１１はパイプ１１０により、該検出層１０に連結し、該収容空間１００１の内圧を調節する。該圧力調節ユニット１１は多機能切換弁１１１と圧力制御ユニット１１２を有する。本実施例において、該圧力制御ユニット１１２は流体物質の出入り量を制御し、多機能切換弁１１１により該収容空間１００１に出入りの流体を制御する。該弾性体１００は該収容空間１００１内圧の改変に従って、膨張又は収縮する。

該複数の圧力センサーユニット１２は個々の弾性体１００に備える収容空間１００１の内圧を検出して、電子信号を形成し、フレキシブルプリント回路板１００２を介して、該信号を制御ユニット１３に伝送する。さらに、該制御ユニット１３は圧力調節ユニット１１に接続する。該制御ユニット１３は圧力センサーユニット１２より形成した検出信号を受信し、該検出層１０受力の大きさと受力位置を判断できる。このほか、該制御ユニット１３は該圧力センサーユニット１２の検出信号に従い、該圧力調節ユニット１１の作動を制御する。該検出層１０は外力による破損を防止するため、該検出層１０の上部はさらに保護層１４を設ける。

図２は、本発明の触覚検出装置の等効果圧力回路の概略図である。本実施例において、触覚検出装置２ａの弾性体２０はシリンダー符号により等効果表示する。圧力センサー２１は、図１の圧力センサーユニット１２と等効果を有し、圧力センサー２１の信号は該制御ユニット３に接続する。図１の圧力調節ユニット１１は図３の多機能切換弁２２、圧力調節器２３及び圧力源２４より構成する。本実施例において、該圧力調節器２３は気圧調節器を使用し、該圧力源２４は気圧の供給源である。本実施例において、気圧による圧力制御を説明しているが、実務において、空気圧力に限らず、液体圧力も本発明を実施可能である。

該複数の多機能切換弁２２は、該複数の弾性体２０に連絡し、電子制御信号により、該制御ユニット１３と電気接続する。該多機能切換弁２２の切り換えにより、気体の流動方向を制御する。該圧力調節器２３は多機能切換弁２２にそれぞれ連絡し、電子制御信号により該制御ユニット１３と電気接続する。該圧力調節器２３は弾性体２０の内圧を調節する。該圧力源２４は該圧力調節器２３に連絡する。該制御ユニット１３は該圧力調節器２３及び多機能切換弁２２を制御することにより、弾性体２０の内圧を調節できる。

図２の実施方法のほか、図３は本発明の触覚検出装置もう一つの等効果圧力回路の概略図である。本実施例において、該触覚検出装置２ｂの圧力調節ユニット３４は複数の圧力調節器２３及び一つ以上の圧力源２４より構成する。該複数の圧力調節器２３は該複数の弾性体２０とそれぞれ連絡し、電子制御信号により該制御ユニット１３と電気接続する。該圧力源２４は該複数の圧力調節器２３に連絡する。個々の圧力調節器２３は弾性体２０に接続することにより、各弾性体２０の内圧を調節する。

図１に戻る。該圧力センサーユニット１２は各パイプ１１０の一端に設け、パイプ１１０の内圧を検出することにより、該弾性体１００に備える収容空間１００１の圧力を検出する。図１に示す方法のほか、図４に示す通り、該圧力センサーユニット１２は弾性体１００内部の収容空間１００１に設けて、収容空間１００１の内圧を検出しても良い。前記した方法のほか、図５に示す通り、一つの圧力センサー２１を該複数の多機能切換弁２２と圧力調節器２３の間に設け、多機能切換弁２２を切り換えてそれぞれ弾性体２０内部の気圧を検出することができる。

図６は、本発明の弾性体を行列に配列した概略図である。該複数の弾性体１００は行列に該検出層１０内部配列する。行列配列により、外力が該検出層１０に接触したとき、受力区域の受力程度と位置を検出できる。

図７は、本発明の可動装置一好ましい実施例の概略図である。該可動装置３は可動本体３０、検出層３１、圧力調節ユニット３４、一つ以上の圧力センサーユニット３３及び一つの制御ユニット３２を有する。該可動本体３０は動作表現能力を備える複数の肢体部品より組み合わせた機械本体である。該機械本体は、産業ロボット腕、移動式ロボット、対話型ロボット、案内ロボット、保安ロボット、介護ロボット、教習ロボット、娯楽ロボット、及び可動機械搬送体のいずれであっても良い。このほか、該可動本体は動作表現能力を備える玩具、動作表現能力を備える携帯式電子製品、動作表現能力を備える演奏器具のいずれであっても良い。本実施例において、該可動本体３０はロボットを用いる。

該検出層３１は該可動本体３０の表面に(全部又は局所)覆い、該検出層３１は複数の弾性体より構成し、すべての弾性体１００内部に収容空間１００１を有する。本実施例において、該検出層３１は可動本体の皮膚とし、可動本体の表面層に多元化の風貌を表す。該圧力調節ユニット３４及び該圧力センサーユニット３３の機能は、前述のとおりである。ここでの説明を省略する。該制御ユニット３２は該圧力調節ユニット３４及び一つ以上の圧力センサーユニット３３に連結し、該制御ユニット３２は該圧力センサーユニット３３により触覚検出された力量と位置情報を受信し、該可動本体３０を制御し、対応した肢体動作又はその他対話型情報を表示させる。

図８は、本発明の可動装置の機能ブロック概略図である。該可動装置に備える該制御ユニット３２はさらにセンサー、映像認識などの入力素子又は、ディスプレイ、灯号と音声の出力素子など、入出力インターフェス３５、及び該可動本体３０に備える肢体３６を制御し動作させる制御機能を設ける。本実施例において、該可動装置３は該圧力センサーユニット３３より検出した信号により、触覚検出の位置と大きさ判断を行い、肢体３６を制御し、操作者と対話し動作するか、又は入出力インターフェス３５より信号を出力し、操作者にフィードバックする。該検出層３１は柔軟性を有するため、可動装置３は運動過程の触覚変化により、検出層１０表面の張力又は表面の柔軟度を改変する。あるいは人間筋肉の張力と触覚を模擬することにより、可動装置３により多元化と対話型を持たせる。

図９は、本発明の可動装置つまみ機構より物品をつまむときの概略図である。該可動本体の肢体３６につまみ機構３７を設け、その表面に検出層３１を覆う。つまみ機構３７は物品をつまむとき、該検出層３１の柔軟性を制御し、つまみ力量を提供して、物品をつまみ取る。公知技術のつまみ力量は機械素子より提供する。しかしながら、機械素子は人間筋肉の収縮と展開機能を持たない。このため、物体表面に傷つく。図９の実施方法は、２種の力量機能(つまみ機構３７と検出層３１)を提供し、つまむ方式の制御を強化し、物品の滑り落ちることを防止する。

図１０は、本発明の触覚検出装置を覆った搬送体の概略図である。該可動装置は車両などの移動搬送体４０のとき、該移動搬送体４０の周囲に前述の触覚検出装置４１により、触覚又は衝撃力量により検出するか、あるいは位置判断を行い、境界検出と衝突防止の検出機能を有する。このほか、該触覚検出装置４１は移動搬送体４０の速度変化又は環境変化に従い、硬さの異なるインターフェスを提供し、外部物体又は移動搬送体の衝突による破損を防止できる。

図１１は、本発明の触覚検出装置もう一つの応用態様概略図である。該触覚検出装置５０１は特定の外観に仕上げることができる。本実施例において、弾性材料を用いた球体５０をハウジングに固定し、圧力解放玩具５として、利用者はその球体５０に力量を加わるか、もしくは叩くことができる。該触覚検出装置５０１に叩く又は力量を加わったとき、該圧力解放玩具５に備えるコントローラ(図示しない)は叩く又は加わった力量の程度に従い、然るべき反応する。一例として、音声又は該触覚検出装置５０１の柔軟性を改変することができる。

本発明の触覚検出装置一好ましい実施例の概略図である。 本発明の触覚検出装置の等効果圧力回路の概略図である。 本発明の触覚検出装置もう一つの等効果圧力回路の概略図である。 本発明の圧力センサーユニットもう一つの設置位置の概略図である。 本発明の圧力センサーユニットまた一つの設置位置の概略図である。 本発明の弾性体を行列に配列した概略図である。 本発明の可動装置一好ましい実施例の概略図である。 本発明の可動装置一好ましい機能ブロック概略図である。 本発明の可動装置のつまみ機構により物品をつまむ概略図である。 本発明の触覚検出装置を覆った搬送体の概略図である。 本発明の触覚検出装置もう一つの応用態様概略図である。

符号の説明

１ 触覚検出装置
１０ 検出層
１００ 弾性体
１００１ 収容空間
１００２ フレキシブルプリント回路板
１１ 圧力調節ユニット
１１０ パイプ
１１１ 多機能切換弁
１１２ 圧力制御ユニット
１２ 圧力センサーユニット
１３ 制御ユニット
１４ 保護層
２ａ、２ｂ 触覚検出装置圧力回路
２０ 弾性体
２１ 圧力センサー
２２ 多機能切換弁
２３ 圧力調節器
２４ 圧力源
２５ パイプ
３ 可動装置
３０ 可動本体
３１ 検出層
３２ 制御ユニット
３３ 圧力センサーユニット
３４ 圧力調節ユニット
３５ 入出力インターフェス
３６ 肢体
３７ つまみ機構
４０ 移動搬送体
４１ 触覚検出装置
５ 圧力解放玩具
５０ 球体
５０１ 触覚検出装置
９０ 物体

Claims (11)

1. 検出層、複数の弾性体より構成し、すべての弾性体の内部に収容空間を有する、
   圧力調節ユニット、パイプにより該検出層に連結し、該収容空間の内圧を調節する、
   一つ以上の圧力センサーユニット、該収容空間の内圧を検出する、及び
   制御ユニット、該圧力調節ユニット及び一つ以上の圧力センサーユニットに連結し、該制御ユニットは該圧力センサーユニットの検出信号を受信し、該圧力調節ユニットを制御し、検出層の柔軟性を改変することを特徴とする触覚検出装置。
2. 該検出層は可動装置に覆い、該可動装置の外皮を構成することを特徴とする請求項１記載の触覚検出装置。
3. 該検出層の上部はさらに、保護層を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の触覚検出装置。
4. 該圧力センサーユニットは該収容空間内部に設け、該収容空間の内圧変化を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の触覚検出装置。
5. 該圧力センサーユニットは該圧力調節ユニットと該弾性体との間に備えるパイプの圧力変化を検出し、該収容空間の内圧変化を知ることができることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の触覚検出装置。
6. 該圧力調節ユニットはさらに以下の構成要素を備える、
   複数の圧力調節器、該複数の弾性体及び該制御ユニットにそれぞれ連結する、
   圧力源、該複数の圧力調節器及び該制御ユニットに連結することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の触覚検出装置。
7. 該圧力調節ユニットはさらに以下の構成要素を備える、
   複数の多機能切換弁、該複数の弾性体及び該制御ユニットにそれぞれ連結する、
   一つ以上の圧力調節器、該複数の多機能切換弁及び該制御ユニットにそれぞれ連結する、
   圧力源、該一つ以上の圧力調節器及び該制御ユニットに連結することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の触覚検出装置。
8. 該複数の弾性体は行列配列により該検出層内部に配列することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の触覚検出装置。
9. 該制御ユニットは該圧力センサーユニットより検出された信号により、該検出層受力程度と位置を判断できることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の触覚検出装置。
10. 該可動本体は動作表現能力を備える複数の肢体部品より組み合わせた機械本体であり、該機械本体は、産業ロボット腕、移動式ロボット、対話型ロボット、案内ロボット、保安ロボット、介護ロボット、教習ロボット、娯楽ロボット、及び可動機械搬送体のいずれであることを特徴とする請求項２記載の可動装置。
11. 該可動本体は動作表現能力を備える玩具、動作表現能力を備える携帯式電子製品、動作表現能力を備える演奏器具のいずれであることを特徴とする請求項２記載の可動装置。

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