JP2011163943A - 光ファイバセンサ、圧力センサ及びエンドエフェクタ - Google Patents

光ファイバセンサ、圧力センサ及びエンドエフェクタ Download PDF

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Abstract

【課題】物体から付与される垂直応力の検出感度を容易に向上することを可能とする。
【解決手段】ＦＢＧセンサ２２Ａにおいて、応力方向変換部３０は、光ファイバケーブル２０の長手方向（Ｘ方向）に対して平行な方向に延在し且つ異なる方向（Ｚ方向）に応力が付与される平坦部３２と、該平坦部３２から光ファイバケーブル２０に橋架された応力伝達部３４ａ、３４ｂとを有する。この場合、平坦部３２には、突起部４４が形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバを有する光ファイバセンサと、シート体に前記光ファイバセンサを配置した圧力センサと、前記圧力センサを備えたエンドエフェクタとに関する。
例えば、マニピュレータの先端部に装着されたエンドエフェクタにより物体を把持して所定の作業を遂行する場合、物体に過剰な把持力が付与されると、該物体を損傷させてしまうおそれがある。一方、物体に十分な把持力が付与されないと、該物体がエンドエフェクタから脱落してしまうおそれがある。
そこで、エンドエフェクタに物体の把持状態を検知することのできるセンサを付設することが試みられている。この種のセンサとして、例えば、特許文献１及び２に開示されているように、光ファイバをセンサとしてシートに配置し、前記物体から前記シートに圧力（応力）が付与されたときの前記光ファイバの歪みを検出することにより、前記光ファイバが配置された箇所の圧力を検出することが想起される。
特許第３８７１８７４号公報 特開２００２−７１３２３号公報
上述した圧力が物体からエンドエフェクタに付与される垂直応力である場合、前記エンドエフェクタに付設されるセンサが前記垂直応力を高感度に検出できれば、上記の問題を解決することが可能となる。
しかしながら、特許文献１及び２の圧力センサは、シートに付与される圧力（応力）の大きさ及び方向を検出することは可能であるが、垂直応力の感度を向上するための構成とはされていない。そのため、前記圧力センサをエンドエフェクタに搭載しても、物体から前記エンドエフェクタに付与される垂直応力の検出感度を向上することは困難である。
本発明は、前記の問題に鑑みなされたものであり、物体から付与される垂直応力の検出感度を容易に向上することが可能となる光ファイバセンサ、圧力センサ及びエンドエフェクタを提供することを目的とする。
本発明に係る光ファイバセンサは、特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバからなる応力検出センサ部と、前記光ファイバの長手方向とは異なる方向に付与された応力を前記長手方向と平行な方向の応力に変換して前記グレーティングに伝達する応力方向変換部とを備え、
前記応力方向変換部は、前記長手方向に対して平行な方向に延在し且つ前記異なる方向に応力が付与される平坦部と、該平坦部から前記光ファイバに橋架された応力伝達部とを有し、
前記平坦部には、突起及び／又は溝が形成されていることを特徴としている。
また、本発明に係る圧力センサは、可撓性を有するシート体と、特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバからなる応力検出センサ部、及び、前記シート体に接触した物体から前記光ファイバの長手方向とは異なる方向に付与された応力を前記長手方向と平行な方向の応力に変換して前記グレーティングに伝達する応力方向変換部を備える光ファイバセンサとを有し、
前記応力方向変換部は、前記長手方向に対して平行な方向に延在し且つ前記異なる方向に応力が付与される平坦部と、該平坦部から前記光ファイバに橋架された応力伝達部とを有し、
前記平坦部には、突起及び／又は溝が形成されていることを特徴としている。
さらに、本発明に係るエンドエフェクタは、可撓性を有するシート体と、特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバからなる応力検出センサ部、及び、前記シート体に接触した物体から前記光ファイバの長手方向とは異なる方向に付与された応力を前記長手方向と平行な方向の応力に変換して前記グレーティングに伝達する応力方向変換部を備える光ファイバセンサとを有する圧力センサと、前記物体を把持する把持部とを備え、
前記把持部における前記物体との接触箇所に前記圧力センサを配置し、
前記応力方向変換部は、前記長手方向に対して平行な方向に延在し且つ前記異なる方向に応力が付与される平坦部と、該平坦部から前記光ファイバに橋架された応力伝達部とを有し、
前記平坦部には、突起及び／又は溝が形成されていることを特徴としている。
これらの発明によれば、光ファイバの長手方向とは異なる方向の応力（垂直応力）が物体から応力方向変換部に付与された場合、該垂直応力は、前記平坦部と、該平坦部に形成された突起及び／又は溝とにそれぞれ付与される。そのため、前記応力方向変換部は、前記突起及び／又は前記溝に付与された垂直応力と、前記平坦部に付与された垂直応力とによって、全体的に、大きく変形させられる。
また、前記平坦部と前記突起及び／又は前記溝とにそれぞれ付与された垂直応力は、前記応力方向変換部により前記長手方向と平行な方向の応力に変換され、変換後の応力は、応力伝達部を介してグレーティングに伝達される。
これにより、前記グレーティングに大きな歪みが発生し、該グレーティングで反射する光の波長（反射波長）が大幅に変化するので、前記グレーティングでの前記反射波長のシフト量を検出することにより、前記垂直応力を容易に検出することが可能となる。
このように、本発明では、前記突起及び／又は前記溝を前記平坦部に形成したことにより、前記突起及び／前記溝がない場合と比較して、前記応力方向変換部の変形量を大きくすることができると共に、前記グレーティングにおける歪みも大きくすることができる。この結果、前記反射波長のシフト量を大幅に増加させて、前記垂直応力の検出感度を容易に向上させることが可能となる。
ここで、前記突起及び／又は前記溝は、前記平坦部に複数設けられていてもよい。また、前記突起の先端部及び／又は前記溝の最深部は、鋭角状に形成されていてもよい。
このような構成又は形状とすることにより、前記応力方向変換部の変形量や前記グレーティングの歪みを一層大きくすることが可能となるので、前記垂直応力の検出感度のさらなる向上を図ることができる。
本発明によれば、応力方向変換部の平坦部に突起及び／又は溝を形成することにより、前記突起及び／前記溝がない場合と比較して、物体から付与される垂直応力の検出感度を容易に向上することが可能となる。
図１Ａは、ＦＢＧセンサの概略説明図であり、図１Ｂは、ＦＢＧセンサに入射される光の波長と波長強度との関係を示す説明図であり、図１Ｃは、グレーティングによって反射される光（反射光）の波長と波長強度との関係を示す説明図であり、図１Ｄは、グレーティングが伸張されたＦＢＧセンサの概略説明図である。 第１〜第５実施形態の前提となるＦＢＧセンサをシート体に配置した圧力センサの斜視図である。 図２のＦＢＧセンサの概略説明図である。 図２及び図３のＦＢＧセンサによる垂直応力の検出原理の説明図である。 第１実施形態に係るＦＢＧセンサをシート体に配置した圧力センサの斜視図である。 図５の圧力センサの平面図である。 図５のＦＢＧセンサの概略説明図である。 図５〜図７のＦＢＧセンサによる垂直応力の検出原理の説明図である。 図５〜図８の圧力センサが適用されるロボットシステムの構成図である。 図９のロボットシステムのブロック図である。 第２実施形態に係るＦＢＧセンサをシート体に配置した圧力センサの斜視図である。 第３実施形態に係るＦＢＧセンサをシート体に配置した圧力センサの斜視図である。 第４実施形態に係るＦＢＧセンサをシート体に配置した圧力センサの斜視図である。 第５実施形態に係るＦＢＧセンサをシート体に配置した圧力センサの斜視図である。
本発明に係る光ファイバセンサ、該光ファイバセンサを有する圧力センサ、及び、該圧力センサを備えたエンドエフェクタの好適な実施形態について、図１Ａ〜図１４を参照しながら説明する。
第１〜第５実施形態の説明に先立ち、光ファイバセンサとしてのＦＢＧセンサ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｓｅｎｓｏｒ）を利用した応力検出の概要について、図１Ａ〜図１Ｄを参照しながら説明する。また、第１〜第５実施形態の前提となるＦＢＧセンサを利用した応力検出の概要についても、図２〜図４を参照しながら説明する。
図１Ａに示すように、ＦＢＧセンサは、光ファイバ１０において、Ｇｅが添加されたコア１２の一部に紫外線を照射してグレーティング１４を形成することにより構成される。なお、図１Ａにおいて、グレーティング１４の周期（格子間隔）をΔAとする。
光ファイバ１０に応力が付与されていない状態で、図１Ｂに示す波長及び波長強度の光（入射光）がコア１２に入射された場合、グレーティング１４は、図１Ｂの波長λのうち、特定波長λAの光（反射光）を反射する（図１Ｃ参照）。
一方、光ファイバ１０に応力が付与されて、図１Ｄに示すように、格子間隔がΔAからΔB（ΔA＜ΔB）に変化すると、反射光の波長（反射波長）はλAからλBにシフトする（図１Ｃ参照）。
ここで、応力が付与される前の反射波長λA、及び、応力が付与されたときの反射波長λBは、コア１２の有効屈折率をｎeffとすると、下記の（１）式及び（２）式で表わされる。
λA＝２×ｎeff×ΔA （１）
λB＝２×ｎeff×ΔB （２）
このように、反射波長λA、λBは、格子間隔ΔA、ΔBによって決定される。また、応力付与前の初期の格子間隔ΔAは、用途やシステムに応じて任意に設定される。
従って、ＦＢＧセンサを利用することにより、λAからλBへの反射波長のシフト量（λB−λA）に基づいて、光ファイバ１０に付与された応力を検出し、あるいは、応力の有無を判断することができる。
次に、第１〜第５実施形態の前提となる圧力センサ１６と、該圧力センサ１６に組み込まれたＦＢＧセンサ２２とについて、図２〜図４を参照しながら説明する。
圧力センサ１６は、図２に示すように、可撓性を有するシート体１８の内部に、Ｘ方向を長手方向とした１本の光ファイバケーブル２０が埋設され、この光ファイバケーブル２０にＦＢＧセンサ２２を形成することにより構成される。すなわち、プラスチックや樹脂等の可撓性を有する材料でＦＢＧセンサ２２をモールドすることによりシート体１８が形成される。この場合、シート体１８は、ＦＢＧセンサ２２を該シート体１８の内部に固定すると共に、外部から付与される過度の応力や熱等からＦＢＧセンサ２２を保護するために形成される。
なお、図２は、シート体１８に１個のＦＢＧセンサ２２を配置した場合を図示しているが、シート体１８に埋設されるＦＢＧセンサ２２の個数は、１個に限定されることはない。例えば、ＦＢＧセンサ２２をＸ方向及びＹ方向（シート体１８の表面方向）に沿ってマトリックス状に複数配置してアドレス化してもよい。また、光ファイバケーブル２０の長手方向についても、Ｘ方向に限定されることはなく、Ｙ方向であってもよい。いずれにしても、シート体１８の内部において、少なくとも１つのＦＢＧセンサ２２が配置されていればよい。
ＦＢＧセンサ２２は、シート体１８の内部における略中央部に配置され、グレーティング２６が形成された光ファイバケーブル２０を含む応力検出センサ部２８と、外部からシート体１８に付与された応力を該シート体１８を介して受け、受けた前記応力をグレーティング２６が配列された方向（光ファイバケーブル２０の長手方向であるＸ方向）に沿った方向の応力に変換して光ファイバケーブル２０に伝達する応力方向変換部３０とを備えている。
この場合、外部からの応力に対する受感部材としての応力方向変換部３０は、ゴムや樹脂等の弾性体からなり、Ｘ−Ｙ方向に沿ってグレーティング２６と略平行に延在する矩形状の平坦部３２と、該平坦部３２におけるＸ方向に沿った対向する二辺からグレーティング２６の各端部に向かって橋架された応力伝達部３４ａ、３４ｂとを有する。
応力方向変換部３０は、応力が付与されていない状態では、図３に示すグレーティング２６を中心にして、左右対称の構造とされている。すなわち、応力伝達部３４ａ、３４ｂは、平坦部３２に連なると共に光ファイバケーブル２０（におけるグレーティング２６の両端部側の近傍）に向かって傾斜した傾斜部３６ａ、３６ｂと、該傾斜部３６ａ、３６ｂに連なると共に光ファイバケーブル２０の外周面の一部を囲繞する接合部３８ａ、３８ｂとをそれぞれ有する。また、平坦部３２と各傾斜部３６ａ、３６ｂとのなす角度は互いに等しく設定されていると共に、各傾斜部３６ａ、３６ｂと各接合部３８ａ、３８ｂとのなす角度も互いに等しく設定されている。
なお、図２に示すように、シート体１８においてＸ方向に沿って対向する２つの側面には、光の入射又は出射が可能な光ファイバケーブル２０の入出力端４２ａ、４２ｂが外部にそれぞれ露呈している。
次に、ＦＢＧセンサ２２上方のシート体１８の表面に図示しない物体が接触し、該物体からグレーティング２６に垂直応力（Ｚ方向に沿った応力）が付与されたときの該垂直応力の検出について、図４を参照しながら説明する。
前述したように、応力付与前の応力方向変換部３０の形状は、グレーティング２６を中心として左右対称の構造であるため（図３参照）、前記物体からシート体１８にＺ方向に沿った垂直応力Ｆが付与されて、応力方向変換部３０の平坦部３２が該垂直応力Ｆを受けたときに、各応力伝達部３４ａ、３４ｂには、理想的に、Ｚ方向に沿った応力Ｆ／２がそれぞれ付与される。この結果、応力付与後の応力方向変換部３０の形状は、応力付与前の形状（図３の形状及び図４の一点鎖線に示す形状）と比較して、応力Ｆ／２によって左右対称に変形した形状となる（図４の実線に示す形状）。
この場合、応力Ｆ／２の傾斜部３６ａ、３６ｂに沿った方向の成分（力）が接合部３８ａ、３８ｂに伝達されることにより、光ファイバケーブル２０及び接合部３８ａ、３８ｂの各接合部分には、該応力Ｆ／２に基づく力Ｆ´（傾斜部３６ａ、３６ｂに沿った方向の力のＸ方向に沿った成分）がそれぞれ付与される。従って、前記各接合部分に付与される力Ｆ´がグレーティング２６にかかることで、グレーティング２６がＸ方向に歪んで（伸張して）、該グレーティング２６の格子間隔が変化（増加）する。
そのため、垂直応力Ｆが付与されていない状態では、グレーティング２６は、入射光に対して反射波長（例えば、図１ＣのλA）の反射光を反射し、この反射光を入出力端４２ａ又は入出力端４２ｂから外部に出射させる。これに対して、垂直応力Ｆが付与された場合には、グレーティング２６の格子間隔が増加して反射波長がλBにシフトするので、該グレーティング２６は、入射光に対して波長λBの反射光を反射し、この反射光を入出力端４２ａ又は入出力端４２ｂから外部に出射させる。
従って、ＦＢＧセンサ２２及び圧力センサ１６では、λAからλBへの反射波長のシフト量（λB−λA）に基づいて、シート体１８に付与された垂直応力Ｆを検出することができる。
ここで、矢印Ｚ方向に沿った直線４０と応力付与前の傾斜部３６ｂとの成す角度をθとし、直線４０と応力付与後の傾斜部３６ｂとの成す角度をθ´とすれば、垂直応力Ｆの付与による角度の増分Δθは、下記の（３）式で表わされる。
Δθ＝θ´−θ （３）
また、傾斜部３６ａ、３６ｂの長さをｌとすれば、角度の増分Δθが与えるＦＢＧセンサ２２のＸ方向への変形量は、下記の（４）式で表わされる。
２×ｌ×ｓｉｎ（Δθ） （４）
さらに、グレーティング２６の格子数をＮとすれば、λAからλBへの反射波長のシフト量Δλは、下記の（５）式で表わされる。
Δλ＝λB−λA＝２×ｎeff×｛２×ｌ×ｓｉｎ（Δθ）／Ｎ｝ （５）
次に、第１実施形態に係る圧力センサ１６Ａ及びＦＢＧセンサ２２Ａについて、図５〜図８を参照しながら説明する。
なお、第１〜第５実施形態の前提となる圧力センサ１６及びＦＢＧセンサ２２（図２〜図４参照）と同じ構成要素については、同じ参照符号を付けて、その詳細な説明を省略し、以下同様とする。
第１実施形態に係る圧力センサ１６Ａ及びＦＢＧセンサ２２Ａは、平坦部３２に突起部４４が設けられている点で、第１〜第５実施形態の前提となる圧力センサ１６及びＦＢＧセンサ２２とは異なる。
突起部４４は、平坦部３２における矢印Ｘ方向に沿った中央部分に設けられた凸状の形状を有し、矢印Ｚ方向に沿って平坦部３２よりも高い位置に形成された頂上部４６と、該頂上部４６と平坦部３２の傾斜部３６ａ側とを橋架する傾斜部４８ａと、頂上部４６と平坦部３２の傾斜部３６ｂ側とを橋架する傾斜部４８ｂとから構成されている。
次に、ＦＢＧセンサ２２Ａ上方のシート体１８の表面に図示しない物体が接触し、該物体からグレーティング２６に垂直応力（Ｚ方向に沿った応力）が付与されたときの該垂直応力の検出について、図８を参照しながら説明する。
図５〜図８に示すように、応力付与前の応力方向変換部３０の形状は、突起部４４も含め、グレーティング２６を中心とした左右対称の構造であるため、前記物体からシート体１８にＺ方向に沿った垂直応力Ｆが付与されたときに、応力方向変換部３０の平坦部３２及び突起部４４の頂上部４６は、垂直応力Ｆをそれぞれ受けることになる。
これにより、傾斜部４８ａ、４８ｂには、頂上部４６に付与された垂直応力Ｆに起因して、理想的に、Ｚ方向に沿った応力Ｆ／２が付与される。この結果、応力付与後の突起部４４の形状は、応力付与前の形状（図７の形状及び図８の一点鎖線に示す形状）と比較して、応力Ｆ／２によって左右対称に変形した形状となる（図８の実線に示す形状）。そして、応力Ｆ／２の傾斜部４８ａ、４８ｂに沿った方向の成分（力）は、平坦部３２の傾斜部３６ａ、３６ｂ側にそれぞれ伝達される。
また、平坦部３２にも垂直応力Ｆが付与されるので、各応力伝達部３４ａ、３４ｂには、該平坦部３２に付与された垂直応力Ｆに起因するＺ方向に沿った応力Ｆ／２と、傾斜部４８ａ、４８ｂに沿った方向の力に起因するＺ方向に沿った応力Ｆ／２とがそれぞれ付与される。つまり、各応力伝達部３４ａ、３４ｂには、理想的に、Ｚ方向に沿った応力Ｆ（＝Ｆ／２＋Ｆ／２）がそれぞれ付与される。
このように、突起部４４を設けたことで、応力付与後の応力方向変換部３０の形状は、応力付与前の形状（図７の形状及び図８の一点鎖線に示す形状）と比較して、平坦部３２に付与された垂直応力Ｆに起因する応力Ｆ／２と、頂上部４６に付与された垂直応力Ｆに起因する応力Ｆ／２とによる応力Ｆが応力方向変換部３０に作用することにより、左右対称に大きく変形した形状となる（図８の実線に示す形状）。すなわち、第１実施形態に係るＦＢＧセンサ２２Ａでは、第１〜第５実施形態の前提となるＦＢＧセンサ２２と比較して、平坦部３２に突起部４４を設けたことにより、各応力伝達部３４ａ、３４ｂに付与されるＺ方向に沿った応力が、理想的に、Ｆ／２からＦへと２倍増加するので、応力方向変換部３０を全体的に大きく変形させることができる。
Ｚ方向に沿った応力Ｆの傾斜部３６ａ、３６ｂに沿った方向の成分（力）が接合部３８ａ、３８ｂに伝達されることにより、光ファイバケーブル２０及び接合部３８ａ、３８ｂの各接合部分には、該応力Ｆに基づく力Ｆ´´（傾斜部３６ａ、３６ｂに沿った方向の力のＸ方向に沿った成分）がそれぞれ付与される。従って、前記各接合部分に付与される力Ｆ´´がグレーティング２６にかかることで、グレーティング２６がＸ方向に大きく歪み（伸張して）、該グレーティング２６の格子間隔が大幅に増加する。
従って、第１実施形態に係る圧力センサ１６Ａ及びＦＢＧセンサ２２Ａでは、第１〜第５実施形態の前提となる圧力センサ１６及びＦＢＧセンサ２２と比較して、グレーティング２６におけるλAからλBへの反射波長のシフト量を確実に大きくすることができる。
ここで、第１実施形態におけるシフト量の増加について、数式を用いて具体的に説明する。
矢印Ｚ方向に沿った直線４０と応力付与前の傾斜部４８ｂとの成す角度をφとし、直線４０と応力付与後の傾斜部４８ｂとの成す角度をφ´とすれば、頂上部４６への垂直応力Ｆの付与による角度の増分Δφは、下記の（６）式で表わされる。
Δφ＝φ´−φ （６）
また、傾斜部４８ａ、４８ｂの長さをｌ´とすれば、角度の増分Δφが与えるＦＢＧセンサ２２ＡのＸ方向への変形量は、下記の（７）式で表わされる。
２×ｌ´×ｓｉｎ（Δφ） （７）
さらに、グレーティング２６の格子数をＮとすれば、角度の増分ΔφによるλAからλBへの反射波長のシフト量の増分Δλ´は、下記の（８）式で表わされる。
Δλ´＝λB−λA
＝２×ｎeff×｛２×ｌ´×ｓｉｎ（Δφ）／Ｎ｝ （８）
従って、第１実施形態において、λAからλBへの反射波長のシフト量は、突起部４４を設けたことにより、下記の（９）式で表わされる。
Δλ＋Δλ´ （９）
すなわち、突起部４４を設けることにより、グレーティング２６のシフト量は、Δλ´だけ増加するので、垂直応力Ｆに対する検出感度を向上することができる。
次に、第１実施形態に係る圧力センサ１６Ａが付設されるロボットシステム５０について、図９及び図１０を参照しながら説明する。
このロボットシステム５０は、物体５２を把持して所定の処理を行うマニピュレータ５４と、マニピュレータ５４のハンド部（エンドエフェクタ）５６ａ、５６ｂに配設され、物体５２に接触した状態で、ハンド部５６ａ、５６ｂによる物体５２の把持状態を検出する圧力センサ１６ａ、１６ｂ（１６Ａ）と、該圧力センサ１６ａ、１６ｂを制御し、物体５２の把持状態に係る情報である垂直応力Ｆを取得するセンサコントローラ５８と、センサコントローラ５８によって取得した垂直応力Ｆに基づき、マニピュレータ５４を制御するマニピュレータコントローラ６０とを備える。
この場合、物体５２を把持する際に圧力センサ１６ａ、１６ｂが検出した垂直応力Ｆに基づき、ハンド部５６ａ、５６ｂによる物体５２の把持力を検知することができるので、垂直応力Ｆに従ってハンド部５６ａ、５６ｂを制御することにより、物体５２を脱落させることなく、適切な把持力で把持して所望の位置に移動させる等の作業を遂行することができる。
また、図１０に示すように、ロボットシステム５０において、光源６２から出力された光（入射光）は、光サーキュレータ６４により圧力センサ１６ａ、１６ｂの光ファイバケーブル２０（図５〜図８参照）に供給される。
光ファイバケーブル２０の入出力端４２ｂから入射した入射光は、一部の光がグレーティング２６により反射される一方、残りの光がグレーティング２６を透過した後、入出力端４２ａから透過光終端器６６に導かれる。
グレーティング２６により反射された光（反射光）は、光サーキュレータ６４からセンサコントローラ５８の光検出器６８に導かれ、該光検出器６８は、反射波長及び反射波長強度のピーク値を電気信号に変換して出力する。
センサコントローラ５８内の演算処理部７０は、コンピュータのＣＰＵによって構成され、垂直応力演算部７４を有する。垂直応力演算部７４は、光検出器６８からの垂直応力Ｆに応じた信号に基づいて、ＦＢＧセンサ２２に付与される垂直応力Ｆの値を算出する。垂直応力Ｆの値を算出することで、Ｚ方向に対する物体５２の把持力を検出することができる。
以上説明したように、第１実施形態に係る圧力センサ１６Ａ、１６ａ、１６ｂ、ＦＢＧセンサ２２Ａ及びエンドエフェクタ（ハンド部５６ａ、５６ｂ）によれば、光ファイバケーブル２０の長手方向（Ｘ方向）とは異なる方向の応力（Ｚ方向に付与される垂直応力Ｆ）が物体５２から応力方向変換部３０に付与された場合、該垂直応力Ｆは、平坦部３２と、該平坦部３２に形成された突起部４４とにそれぞれ付与される。そのため、応力方向変換部３０は、突起部４４に付与された垂直応力Ｆと、平坦部３２に付与された垂直応力Ｆとによって、全体的に、大きく変形させられる。
また、平坦部３２と突起部４４（の頂上部４６）とにそれぞれ付与された垂直応力Ｆは、応力方向変換部３０によりＸ方向の応力に変換され、変換後の応力（力Ｆ´´）は、応力伝達部３４ａ、３４ｂを介してグレーティング２６に伝達される。
これにより、グレーティング２６に大きな歪みが発生し、該グレーティング２６で反射する光の波長（反射波長）が大幅に変化するので、グレーティング２６での反射波長のシフト量を検出することにより、垂直応力Ｆを容易に検出することが可能となる。
このように、第１実施形態では、突起部４４を平坦部３２に形成したことにより、突起部４４がない場合（図２〜図４参照）と比較して、応力方向変換部３０の変形量を大きくすることができると共に、グレーティング２６における歪みも大きくすることができる。この結果、反射波長のシフト量を大幅に増加させて、垂直応力Ｆの検出感度を容易に向上させることが可能となる。
次に、第２〜第５実施形態に係る圧力センサ１６Ｂ〜１６Ｅ及びＦＢＧセンサ２２Ｂ〜２２Ｅについて、図１１〜図１４を参照しながら説明する。
第２実施形態に係る圧力センサ１６Ｂ及びＦＢＧセンサ２２Ｂは、図１１に示すように、平坦部３２の上面に突起部４４を複数配置した点で、第１実施形態に係る圧力センサ１６Ａ及びＦＢＧセンサ２２Ａ（図５〜図８参照）とは異なる。なお、図１１において、各突起部４４は、矢印Ｘ方向に沿って所定間隔で配置されると共に、矢印Ｙ方向に沿って延在している。
第３実施形態に係る圧力センサ１６Ｃ及びＦＢＧセンサ２２Ｃは、図１２に示すように、平坦部３２の中央部分にグレーティング２６に指向する溝部４７が形成されている点で、第１実施形態に係る圧力センサ１６Ａ及びＦＢＧセンサ２２Ａとは異なる。なお、図１２において、溝部４７は、矢印Ｙ方向に沿って延在する。また、参照数字の４９は、最深部である。
第４実施形態に係る圧力センサ１６Ｄ及びＦＢＧセンサ２２Ｄは、図１３に示すように、突起部４４が鋭角状に形成されることにより、頂上部４６が稜線状（尾根状）となっている点で、第１実施形態に係る圧力センサ１６Ａ及びＦＢＧセンサ２２Ａとは異なる。
第５実施形態に係る圧力センサ１６Ｅ及びＦＢＧセンサ２２Ｅは、図１４に示すように、溝部４７が鋭角状に形成されることにより、最深部４９が稜線状（尾根状）となっている点で、第３実施形態に係る圧力センサ１６Ｃ及びＦＢＧセンサ２２Ｃ（図１２参照）とは異なる。
第２〜第５実施形態では、突起部４４又は溝部４７を上述した構成又は形状とすることにより、応力方向変換部３０の変形量やグレーティング２６の歪みを一層大きくすることが可能となるので、垂直応力Ｆの検出感度のさらなる向上を図ることができる。
なお、本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。
１６Ａ〜１６Ｅ…圧力センサ １８…シート体
２０…光ファイバケーブル ２２Ａ〜２２Ｅ…ＦＢＧセンサ
２６…グレーティング ２８…応力検出センサ部
３０…応力方向変換部 ３２…平坦部
３４ａ、３４ｂ…応力伝達部 ３６ａ、３６ｂ、４８ａ、４８ｂ…傾斜部
３８ａ、３８ｂ…接合部 ４４…突起部
４６…頂上部 ４７…溝部
４９…最深部

Claims (5)

  1. 特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバからなる応力検出センサ部と、
    前記光ファイバの長手方向とは異なる方向に付与された応力を前記長手方向と平行な方向の応力に変換して前記グレーティングに伝達する応力方向変換部と、
    を備え、
    前記応力方向変換部は、前記長手方向に対して平行な方向に延在し且つ前記異なる方向に応力が付与される平坦部と、該平坦部から前記光ファイバに橋架された応力伝達部とを有し、
    前記平坦部には、突起及び／又は溝が形成されていることを特徴とする光ファイバセンサ。
  2. 請求項１記載のセンサにおいて、
    前記突起及び／又は前記溝は、前記平坦部に複数設けられていることを特徴とする光ファイバセンサ。
  3. 請求項１又は２記載のセンサにおいて、
    前記突起の先端部及び／又は前記溝の最深部は、鋭角状に形成されていることを特徴とする光ファイバセンサ。
  4. 可撓性を有するシート体と、
    特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバからなる応力検出センサ部、及び、前記シート体に接触した物体から前記光ファイバの長手方向とは異なる方向に付与された応力を前記長手方向と平行な方向の応力に変換して前記グレーティングに伝達する応力方向変換部を備える光ファイバセンサと、
    を有し、
    前記応力方向変換部は、前記長手方向に対して平行な方向に延在し且つ前記異なる方向に応力が付与される平坦部と、該平坦部から前記光ファイバに橋架された応力伝達部とを有し、
    前記平坦部には、突起及び／又は溝が形成されていることを特徴とする圧力センサ。
  5. 可撓性を有するシート体と、特定波長の光を反射するグレーティングを配列した光ファイバからなる応力検出センサ部、及び、前記シート体に接触した物体から前記光ファイバの長手方向とは異なる方向に付与された応力を前記長手方向と平行な方向の応力に変換して前記グレーティングに伝達する応力方向変換部を備える光ファイバセンサとを有する圧力センサと、
    前記物体を把持する把持部と、
    を備え、
    前記把持部における前記物体との接触箇所に前記圧力センサを配置し、
    前記応力方向変換部は、前記長手方向に対して平行な方向に延在し且つ前記異なる方向に応力が付与される平坦部と、該平坦部から前記光ファイバに橋架された応力伝達部とを有し、
    前記平坦部には、突起及び／又は溝が形成されていることを特徴とするエンドエフェクタ。
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