JP2011215000A - Tactile sensor - Google Patents

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Akio Kitagawa
章夫 北川
Hiroshi Fukada
拓 深田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tactile sensor for measuring external force.SOLUTION: The tactile sensor for measuring external force, such as wind velocity, includes a first conductive member 11, a second conductive member 12 disposed at a prescribed interval to the first conductive member 11, an elastic member 13 including the first conductive member 11 inside, a tactile member 14 provided in the elastic member 13 to receive external force, and a detection unit for detecting the external force. The elastic member 13 is deformed by the external force received by the tactile member 14 and hence capacitance between the first and second conductive members 11, 12 is changed. The external force is detected based on the change in the capacitance.

Description

本発明は、触覚センサに関し、特に、風力等の外力を検知し、風速又は風圧等の外力を測定するための触覚センサに関する。さらに、本発明は、風向等、外力の方向を検知することのできる触覚センサに関する。   The present invention relates to a tactile sensor, and more particularly to a tactile sensor for detecting an external force such as wind force and measuring an external force such as wind speed or wind pressure. Furthermore, the present invention relates to a tactile sensor that can detect the direction of an external force such as a wind direction.

従来、この種の触覚センサとして、例えば、特許文献1に記載されたものがある。図10は、従来の触覚センサの断面図である。   Conventionally, as this type of tactile sensor, for example, there is one described in Patent Document 1. FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional tactile sensor.

図10に示すように、従来の触覚センサ100は、圧電フィルム等の圧電素子101と一定周波数を発振する振動子102とが絶縁部材103を介して一体的に接合されている。圧電素子101と振動子102は、それぞれ一対の電極で挟まれている。   As shown in FIG. 10, in a conventional tactile sensor 100, a piezoelectric element 101 such as a piezoelectric film and a vibrator 102 that oscillates at a constant frequency are integrally joined via an insulating member 103. The piezoelectric element 101 and the vibrator 102 are each sandwiched between a pair of electrodes.

従来の触覚センサ100は、外力が加えられると、外力に応じた振動子102の振動が圧電素子101に伝達され、信号波形の変化となって検出される。この場合、圧覚として垂直方向の外力が加えられた場合は、信号波形の振幅が変化する。一方、すべり覚として水平方向の外力が加えられた場合は、信号波形の周波数が変化する。また、両方の外力が加えられた場合は、信号波形は振幅も周波数も変化する。   When an external force is applied to the conventional tactile sensor 100, the vibration of the vibrator 102 corresponding to the external force is transmitted to the piezoelectric element 101 and detected as a change in signal waveform. In this case, when a vertical external force is applied as a pressure sensation, the amplitude of the signal waveform changes. On the other hand, when a horizontal external force is applied as a slip sensation, the frequency of the signal waveform changes. When both external forces are applied, the signal waveform changes in both amplitude and frequency.

このように従来の触覚センサ100によれば、圧覚及びすべり覚を同時に検出することができる。   As described above, according to the conventional tactile sensor 100, it is possible to simultaneously detect a pressure sense and a slip sense.

特開2002−31574号公報JP 2002-31574 A

しかしながら、従来の触覚センサ100は、圧電素子101を用いたものであり、高感度化には限界がある。すなわち、圧電素子によって外力を検知するためには、比較的に大きい外力が要求される。   However, the conventional tactile sensor 100 uses the piezoelectric element 101, and there is a limit to increasing the sensitivity. That is, in order to detect an external force by the piezoelectric element, a relatively large external force is required.

このように、従来の触覚センサ100は、比較的に大きい外力に対しては外力を検知することができるものの、風力等の比較的に小さい外力を検知することが難しく、また、その外力の値を測定することも難しいという問題がある。   Thus, although the conventional tactile sensor 100 can detect an external force with respect to a relatively large external force, it is difficult to detect a relatively small external force such as wind power, and the value of the external force is also low. It is also difficult to measure.

また、従来の触覚センサは、外力の方向を検知することができないという問題もある。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、風力等の比較的に小さい外力であっても外力を検知することができる触覚センサを提供することを目的とする。また、本発明は、外力の方向を検知することができる触覚センサを提供することを目的とする。
In addition, the conventional tactile sensor has a problem that it cannot detect the direction of the external force.
The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide a tactile sensor that can detect an external force even with a relatively small external force such as wind power. Another object of the present invention is to provide a tactile sensor that can detect the direction of an external force.

上記問題を解決するために、本発明に係る触覚センサの一態様は、第1導電部材と、前記第1導電部材と所定の間隔で配置された第2導電部材と、前記第1導電部材を内部に備えた弾性部材と、前記弾性部材に設けられ、外力を受けるための触覚部材と、前記外力を検知するための検知部とを有し、前記第1導電部材は、前記触覚部材が受けた前記外力による前記弾性部材の変形によって前記第2導電部材に対する位置が変位し、前記検知部は、前記第1導電部材の位置の変位によって変化した、前記第1導電部材と前記第2導電部材との間の静電容量に基づいて前記外力を検知するものである。   In order to solve the above problem, one aspect of the tactile sensor according to the present invention includes a first conductive member, a second conductive member disposed at a predetermined interval from the first conductive member, and the first conductive member. It has an elastic member provided inside, a tactile member provided on the elastic member for receiving an external force, and a detection unit for detecting the external force. The first conductive member is received by the tactile member. The position of the second conductive member is displaced by the deformation of the elastic member due to the external force, and the detection unit is changed by the displacement of the position of the first conductive member. The first conductive member and the second conductive member The external force is detected based on the electrostatic capacity between the two.

このように、触覚部材が受けた外力によって弾性部材が変形することにより、弾性部材内部における第1導電部材と第2導電部材の相対的位置関係が変化する。これにより、第1導電部材と第2導電部材との間の静電容量が変化し、この静電容量の変化に基づいて外力を検知することができる。   In this manner, the elastic member is deformed by the external force received by the tactile member, so that the relative positional relationship between the first conductive member and the second conductive member in the elastic member changes. Thereby, the electrostatic capacitance between the first conductive member and the second conductive member changes, and an external force can be detected based on the change in the electrostatic capacitance.

さらに、本発明に係る触覚センサの一態様において、前記検知部は、容量周波数変換部と、容量算出部及び外力情報算出部を有する演算部とを有し、前記容量周波数変換部は、前記第1導電部材と前記第2導電部材の間における前記静電容量に依存した所定の周波数信号を生成し、前記容量算出部は、前記容量周波数変換部によって生成された前記周波数信号に基づいて、前記静電容量の値を算出し、前記外力情報算出部は、前記容量算出部によって算出された前記静電容量の値に基づいて、前記外力に関する情報の値を算出することが好ましい。   Furthermore, in one aspect of the tactile sensor according to the present invention, the detection unit includes a capacitance frequency conversion unit, a calculation unit including a capacitance calculation unit and an external force information calculation unit, and the capacitance frequency conversion unit includes the first A predetermined frequency signal depending on the capacitance between the one conductive member and the second conductive member is generated, and the capacitance calculation unit is based on the frequency signal generated by the capacitance frequency conversion unit, It is preferable that an electrostatic capacity value is calculated, and the external force information calculation unit calculates an information value related to the external force based on the electrostatic capacity value calculated by the capacitance calculation unit.

さらに、本発明に係る触覚センサの一態様において、前記容量周波数変換部は、前記静電容量に応じた発振周波数の信号を出力する発振器と、基準となる発振周波数である基準発振周波数の信号を出力する基準発振器とを備え、当該容量周波数変換部によって生成される前記周波数信号は、前記発振器から出力された信号の発振周波数と、前記基準発振器から出力された信号の基準発振周波数との差に相当する周波数の信号であることが好ましい。   Furthermore, in one aspect of the tactile sensor according to the present invention, the capacitance frequency conversion unit outputs an oscillator that outputs a signal having an oscillation frequency corresponding to the capacitance, and a signal having a reference oscillation frequency that is a reference oscillation frequency. The frequency signal generated by the capacitive frequency converter is a difference between the oscillation frequency of the signal output from the oscillator and the reference oscillation frequency of the signal output from the reference oscillator. A signal having a corresponding frequency is preferable.

さらに、本発明に係る触覚センサの一態様において、前記弾性部材のヤング率が、1MPa〜100MPaであることが好ましい。   Furthermore, in one aspect of the tactile sensor according to the present invention, the elastic member preferably has a Young's modulus of 1 MPa to 100 MPa.

さらに、本発明に係る触覚センサの一態様において、前記第2導電部材は、少なくとも、第1電極、第2電極、第3電極、第4電極及び接地電極で構成されており、前記第1電極と前記第2電極とは、前記接地電極を挟んで対向配置され、前記第3電極と前記第4電極とは、前記接地電極を挟んで対向配置されていることが好ましい。   Furthermore, in one aspect of the tactile sensor according to the present invention, the second conductive member includes at least a first electrode, a second electrode, a third electrode, a fourth electrode, and a ground electrode, and the first electrode It is preferable that the second electrode and the second electrode are disposed to face each other with the ground electrode interposed therebetween, and the third electrode and the fourth electrode are disposed to face each other with the ground electrode interposed therebetween.

さらに、本発明に係る触覚センサの一態様において、前記第1導電部材は、金属粉で構成されることが好ましい。   Furthermore, in one aspect of the tactile sensor according to the present invention, the first conductive member is preferably made of metal powder.

さらに、本発明に係る触覚センサの一態様において、前記触覚部材は、線状部材で構成されることが好ましい。   Furthermore, in one aspect of the tactile sensor according to the present invention, the tactile member is preferably composed of a linear member.

本発明に係る触覚センサによれば、風力等の外力を検知し、風速又は風圧等の外力を測定することができる。   The tactile sensor according to the present invention can detect an external force such as wind force and measure an external force such as wind speed or wind pressure.

本発明の第1の実施形態に係る触覚センサの外観斜視図である。1 is an external perspective view of a tactile sensor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る触覚センサの動作原理を示す図である。It is a figure which shows the operation principle of the tactile sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る触覚センサのブロック図である。1 is a block diagram of a tactile sensor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る触覚センサの外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the tactile sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る触覚センサにおいて、第2導電部材を構成する電極の平面図である。It is a top view of the electrode which constitutes the 2nd electric conduction member in the tactile sensor concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る触覚センサのブロック図である。It is a block diagram of a tactile sensor according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る触覚センサにおける、風速と静電容量の変化値に関する既知の相関データを示したものである。The known correlation data regarding the change value of a wind speed and an electrostatic capacitance in the tactile sensor according to the second embodiment of the present invention is shown. 本発明の第2の実施形態に係る触覚センサの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the tactile sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の変形例に係る触覚センサの外観図である。It is an external view of the tactile sensor which concerns on the modification of this invention. 本発明の変形例に係る触覚センサの部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the tactile sensor which concerns on the modification of this invention. 従来の触覚センサの断面図である。It is sectional drawing of the conventional tactile sensor.

以下、本発明の実施形態に係る触覚センサについて、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, tactile sensors according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係る触覚センサについて、図1を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る触覚センサの外観斜視図である。
(First embodiment)
First, a tactile sensor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an external perspective view of a tactile sensor according to a first embodiment of the present invention.

図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る触覚センサ1は、人工触覚センサであって、第1導電部材11、第2導電部材12、弾性部材13及び触覚部材14で構成される容量検出部10を有する。また、本実施形態に係る触覚センサ1は、後述する容量周波数変換部20及び演算部30を有する検知部15を備える。   As shown in FIG. 1, the tactile sensor 1 according to the first embodiment of the present invention is an artificial tactile sensor, and includes a first conductive member 11, a second conductive member 12, an elastic member 13, and a tactile member 14. The capacitance detection unit 10 is provided. Moreover, the tactile sensor 1 according to the present embodiment includes a detection unit 15 having a capacity frequency conversion unit 20 and a calculation unit 30 described later.

第1導電部材11は、矩形状の金属電極で構成されており、弾性部材13の内部に埋め込まれている。第1導電部材11は、弾性部材13内部に固定されているが、弾性部材13の変形に伴って、その位置が変位する。   The first conductive member 11 is composed of a rectangular metal electrode and is embedded in the elastic member 13. The first conductive member 11 is fixed inside the elastic member 13, but its position is displaced as the elastic member 13 is deformed.

本実施形態では、第1導電部材11として金箔を用いた。なお、第1導電部材11の材料としては、その他、金属粉などの導電性塗料を用いることができる。また、第1導電部材11の形状としては、金箔のような薄膜状のものに限らず、金属板等の板状体で構成しても構わない。   In the present embodiment, a gold foil is used as the first conductive member 11. In addition, as the material of the first conductive member 11, a conductive paint such as metal powder can be used. Further, the shape of the first conductive member 11 is not limited to a thin film shape such as a gold foil, but may be a plate-like body such as a metal plate.

第2導電部材12は、第1導電部材11と所定の間隔で離間して配置されており、検知部15上に固定電極として形成されている。第2導電部材12上には、弾性部材13が設けられている。第2導電部材12は、弾性部材13が変形しても基本的にはその位置は変位しない。   The second conductive member 12 is disposed at a predetermined interval from the first conductive member 11 and is formed on the detection unit 15 as a fixed electrode. An elastic member 13 is provided on the second conductive member 12. Even if the elastic member 13 is deformed, the position of the second conductive member 12 is basically not displaced.

第1導電部材11と第2導電部材12とは、その間に存在する弾性部材13を誘電体として、コンデンサを形成しており、第1導電部材11と第2導電部材12との間には所定の静電容量が存在する。   The first conductive member 11 and the second conductive member 12 form a capacitor with the elastic member 13 existing between them as a dielectric, and a predetermined gap is formed between the first conductive member 11 and the second conductive member 12. There is a capacitance of.

なお、本実施形態では、第2導電部材12の材料としては、アルミニウムを用いた。また、本実施形態では、第1導電部材11と第2導電部材12とは平行配置されており、第1導電部材11と第2導電部材12との距離は0.5mmとした。   In the present embodiment, aluminum is used as the material of the second conductive member 12. In the present embodiment, the first conductive member 11 and the second conductive member 12 are arranged in parallel, and the distance between the first conductive member 11 and the second conductive member 12 is 0.5 mm.

弾性部材13は、円柱体で構成されており、その内部に第1導電部材11を備える。弾性部材13内部の第1導電部材11は、弾性部材13のほぼ中央に、その主面が弾性部材13の底面と略平行となるように配置されている。また、弾性部材13の底面には、第2導電部材12が設けられている。   The elastic member 13 is configured by a cylindrical body, and includes the first conductive member 11 therein. The first conductive member 11 inside the elastic member 13 is disposed at substantially the center of the elastic member 13 so that its main surface is substantially parallel to the bottom surface of the elastic member 13. The second conductive member 12 is provided on the bottom surface of the elastic member 13.

弾性部材13は、低ヤング率の材料で構成されており、本実施形態では、ヤング率が2.0MPaのシリコーンゴムを用いた。本実施形態において、弾性部材13の材料としては、ヤング率が1MPa〜100MPaである低ヤング率の材料を用いることが好ましい。弾性部材13の材料として、このような低ヤング率の材料を用いることにより、触覚部材14が受けた外力が比較的に小さいものであっても、触覚部材14から伝達された当該外力によって、外力を検知できるだけの弾性部材13の変形を得ることができる。   The elastic member 13 is made of a material having a low Young's modulus. In this embodiment, a silicone rubber having a Young's modulus of 2.0 MPa is used. In this embodiment, it is preferable to use a material having a low Young's modulus with a Young's modulus of 1 MPa to 100 MPa as the material of the elastic member 13. By using such a low Young's modulus material as the material of the elastic member 13, even if the external force received by the tactile member 14 is relatively small, the external force transmitted from the tactile member 14 is affected by the external force. It is possible to obtain deformation of the elastic member 13 that can detect the above.

なお、弾性部材13の形状としては円柱体に限らず、半球体、直方体又は立方体、その他製造しやすい形体を適宜採用することができる。   Note that the shape of the elastic member 13 is not limited to a cylindrical body, and a hemisphere, a rectangular parallelepiped, a cube, or any other shape that is easy to manufacture can be appropriately employed.

触覚部材14は、薄円板状のベース14aと、当該ベース中央に立設された線状の触覚毛14bとによって構成されており、弾性部材13の上面に設けられている。ベース14aと触覚毛14bは、剛性材料で構成されており、本実施形態では、黒鉛を用いた。触覚毛14bは、外力(外部から作用する力)を直接受けるためのものである。触覚毛14bが外力を受けることによって、当該外力が弾性部材13に伝達し、これにより弾性部材13が変形する。   The tactile member 14 includes a thin disk-like base 14 a and linear tactile hairs 14 b erected at the center of the base, and is provided on the upper surface of the elastic member 13. The base 14a and the tactile hair 14b are made of a rigid material, and graphite is used in this embodiment. The tactile hair 14b is for directly receiving an external force (a force acting from the outside). When the tactile hair 14b receives an external force, the external force is transmitted to the elastic member 13, whereby the elastic member 13 is deformed.

なお、本実施形態では、ベース14aを介して触覚毛14bを設けたが、ベース14aを用いずに触覚毛14bを直接弾性部材13に設けるように構成しても構わない。   In the present embodiment, the tactile hair 14b is provided via the base 14a. However, the tactile hair 14b may be provided directly on the elastic member 13 without using the base 14a.

検知部15は、所定の回路素子を備える集積回路である。上述のとおり、検知部15上には第2導電部材12が設けられている。なお、本実施形態においては、集積回路として2.5mm角のLSIチップを用いた。   The detection unit 15 is an integrated circuit including a predetermined circuit element. As described above, the second conductive member 12 is provided on the detection unit 15. In this embodiment, a 2.5 mm square LSI chip is used as the integrated circuit.

次に、本発明の第1の実施形態に係る触覚センサの動作原理について、図2を用いて説明する。図2は、本発明の第1の実施形態に係る触覚センサの動作原理を示す図である。   Next, the operation principle of the tactile sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating an operation principle of the tactile sensor according to the first embodiment of the present invention.

図2に示すように、触覚毛14bによって風力等の外力を受けると、外力が弾性部材13に伝達し、これにより弾性部材13が変形する。そして、弾性部材13の変形に伴って、弾性部材13の内部に埋め込まれた第1導電部材11の位置が変位する。   As shown in FIG. 2, when an external force such as wind power is received by the tactile hair 14b, the external force is transmitted to the elastic member 13, and the elastic member 13 is thereby deformed. As the elastic member 13 is deformed, the position of the first conductive member 11 embedded in the elastic member 13 is displaced.

これにより、第2導電部材12に対する第1導電部材11の位置が変位する。すなわち、第1導電部材11と第2導電部材12の相対的位置関係が変化する。これにより、第1導電部材11と第2導電部材12との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検知部15によって検出することにより、外力を検知することができる。   As a result, the position of the first conductive member 11 with respect to the second conductive member 12 is displaced. That is, the relative positional relationship between the first conductive member 11 and the second conductive member 12 changes. As a result, the capacitance between the first conductive member 11 and the second conductive member 12 changes. An external force can be detected by detecting this change in capacitance by the detection unit 15.

次に、本発明の第1の実施形態に係る触覚センサによって外力を測定するための方法について、図3を用いて説明する。図3は、本発明の第1の実施形態に係る触覚センサのブロック図である。   Next, a method for measuring an external force with the tactile sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram of the tactile sensor according to the first embodiment of the present invention.

図3に示すように、本発明の第1の実施形態に係る触覚センサ1は、容量検出部10、容量周波数変換部20及び演算部30を備える。   As shown in FIG. 3, the tactile sensor 1 according to the first embodiment of the present invention includes a capacitance detection unit 10, a capacitance frequency conversion unit 20, and a calculation unit 30.

容量検出部10は、図1に示す構成要素からなり、この容量検出部10によって、第1導電部材11と第2導電部材12との間の静電容量が検出される。   The capacitance detection unit 10 includes the components shown in FIG. 1, and the capacitance detection unit 10 detects the capacitance between the first conductive member 11 and the second conductive member 12.

容量周波数変換部20は、第1導電部材11と第2導電部材12の間の静電容量に依存した所定の周波数信号を生成する機能を有し、図3に示すように、第1発振器21、基準発振器22、ミキサ23、フィルタ24及びカウンタ25で構成されている。   The capacitance frequency conversion unit 20 has a function of generating a predetermined frequency signal depending on the capacitance between the first conductive member 11 and the second conductive member 12, and as shown in FIG. , A reference oscillator 22, a mixer 23, a filter 24, and a counter 25.

第1発振器21は、第2導電部材12に接続されており、容量検出部10によって検出された静電容量に応じた発振周波数である第1発振周波数f1の信号を出力する。静電容量が変化すると第1発振周波数f1も変化する。なお、本実施形態では、第1発振器21として、リングオシレータを用いた。 The first oscillator 21 is connected to the second conductive member 12 and outputs a signal having a first oscillation frequency f 1 that is an oscillation frequency corresponding to the capacitance detected by the capacitance detection unit 10. When the capacitance changes, the first oscillation frequency f 1 also changes. In the present embodiment, a ring oscillator is used as the first oscillator 21.

基準発振器22は、基準となる一定の発振周波数(固定周波数)である基準発振周波数frefの信号を出力する。なお、本実施形態では、基準発振器22として、リングオシレータを用いた。 The reference oscillator 22 outputs a signal having a reference oscillation frequency f ref that is a constant oscillation frequency (fixed frequency) serving as a reference. In the present embodiment, a ring oscillator is used as the reference oscillator 22.

ミキサ23は、第1発振器21から第1発振周波数f1で発振された信号と、基準発振器22から基準発振周波数frefで発振された信号とが入力されることにより、乗算処理を施し、f1、fref、f1−fref、f1+fref、2f1、2frefの周波数の信号を出力する。 The mixer 23 receives the signal oscillated at the first oscillation frequency f 1 from the first oscillator 21 and the signal oscillated at the reference oscillation frequency f ref from the reference oscillator 22, thereby performing multiplication processing. 1 , f ref , f 1 −f ref , f 1 + f ref , 2f 1 , 2f ref frequency signals are output.

フィルタ24は、高周波の信号成分を除去するLPF(Low Pass Filter)である。フィルタ24は、ミキサ23からの信号に対して、f1、fref、f1+fref、2f1、2frefの信号を除去して、第1発振周波数f1と基準発振周波数frefとの差分の周波数であるf1−frefの信号のみを出力する。 The filter 24 is an LPF (Low Pass Filter) that removes a high-frequency signal component. The filter 24 removes the signals of f 1 , f ref , f 1 + f ref , 2f 1 , 2f ref from the signal from the mixer 23, and generates the first oscillation frequency f 1 and the reference oscillation frequency f ref . Only the signal of f 1 −f ref which is the frequency of the difference is output.

カウンタ25は、フィルタ24からの周波数f1−frefの信号に対して、周波数のカウントを行い、単位時間当たりのカウント値、すなわち、単位時間当たりの周波数f1−frefを十進数で算出した周波数信号、を生成する周波数カウンタである。算出した周波数信号は演算部30に出力される。 The counter 25 counts the frequency of the signal having the frequency f 1 −f ref from the filter 24, and calculates a count value per unit time, that is, a frequency f 1 −f ref per unit time in decimal. This is a frequency counter that generates a frequency signal. The calculated frequency signal is output to the calculation unit 30.

また、演算部30は、図3に示すように、容量算出部31、外力情報算出部32及びメモリ33を備える。   Moreover, the calculating part 30 is provided with the capacity | capacitance calculation part 31, the external force information calculation part 32, and the memory 33, as shown in FIG.

容量算出部31は、カウンタ25によって生成された周波数信号を入力し、当該周波数信号に基づいて静電容量の値を算出する。この静電容量の値は、第1導電部材11と第2導電部材12との相対位置関係の変化に伴って変化した静電容量の変化値(ΔC)である。算出した静電容量の値は、外力情報算出部32に出力される。   The capacity calculation unit 31 receives the frequency signal generated by the counter 25 and calculates a capacitance value based on the frequency signal. The value of the electrostatic capacity is a change value (ΔC) of the electrostatic capacity that has changed with the change in the relative positional relationship between the first conductive member 11 and the second conductive member 12. The calculated capacitance value is output to the external force information calculation unit 32.

外力情報算出部32は、容量算出部31によって算出された静電容量の値に基づいて、外力に関する情報である外力情報の値を算出する。外力情報とは、例えば、外力が風力の場合は、風圧又は風速等がある。外力情報の値の算出は、実測して算出した静電容量に対して、外力情報と静電容量との相関が示された既知の相関データを参照することによって行うことができる。   The external force information calculation unit 32 calculates the value of external force information, which is information related to the external force, based on the capacitance value calculated by the capacitance calculation unit 31. The external force information includes, for example, wind pressure or wind speed when the external force is wind power. The value of the external force information can be calculated by referring to known correlation data indicating the correlation between the external force information and the capacitance with respect to the actually calculated capacitance.

例えば、算出したい外力情報が風速の場合、風速と静電容量の変化値(増減値)との相関データを予め作成しておき、当該相関データと実測して算出された静電容量の変化値とによって実測の風速を算出することができる。当該既知の相関データはメモリ33に記憶されている。   For example, when the external force information to be calculated is the wind speed, correlation data between the wind speed and the capacitance change value (increase / decrease value) is created in advance, and the capacitance change value calculated by actually measuring the correlation data. Thus, the actually measured wind speed can be calculated. The known correlation data is stored in the memory 33.

なお、本実施形態において、容量周波数変換部20と演算部30は、LSIチップで構成される検知部15に備えられる。容量周波数変換部20と演算部30の各構成要素は、LSIチップ内の所定の回路素子で構成されている。LSIチップには、その他必要な周辺回路が設けられている。   In the present embodiment, the capacitance frequency conversion unit 20 and the calculation unit 30 are provided in the detection unit 15 configured by an LSI chip. Each component of the capacity frequency conversion unit 20 and the calculation unit 30 is configured by a predetermined circuit element in the LSI chip. The LSI chip is provided with other necessary peripheral circuits.

次に、本実施形態に係る触覚センサの製造方法について説明する。
まず、シリコーンゴム等の材料を用いて薄膜を形成する。薄膜は、材料を溶媒に溶かして、薄く延ばして乾燥させることによって作製することができる。
Next, a method for manufacturing the tactile sensor according to the present embodiment will be described.
First, a thin film is formed using a material such as silicone rubber. The thin film can be produced by dissolving the material in a solvent, spreading it thin and drying it.

次に、この薄膜上に第1導電部材11として金箔を載置する。そして、その上に、同じシリコーンゴム等の薄膜を載置して、両薄膜を溶着させる。これにより、第1導電部材11が埋め込まれた弾性部材13を形成することができる。   Next, a gold foil is placed on the thin film as the first conductive member 11. And the thin film, such as the same silicone rubber, is mounted on it, and both thin films are welded. Thereby, the elastic member 13 in which the first conductive member 11 is embedded can be formed.

その後、その弾性部材13の上に、針金等で構成された触覚毛を傾かないようにして固着させる。   Thereafter, the tactile hair made of wire or the like is fixed on the elastic member 13 so as not to tilt.

次に、容量周波数変換部20及び演算部30の機能を備えるとともに上面に第2導電部材12が形成されたLSIチップを予め準備しておき、このLSIチップの第2導電部材12に第1導電部材11が対向するようにして、第1導電部材11と触覚部材14が設けられた弾性部材13をLSIチップに実装する。   Next, an LSI chip having the functions of the capacitance frequency conversion unit 20 and the calculation unit 30 and having the second conductive member 12 formed on the upper surface is prepared in advance, and the first conductive member is connected to the second conductive member 12 of the LSI chip. The elastic member 13 provided with the first conductive member 11 and the tactile member 14 is mounted on the LSI chip so that the member 11 faces.

これにより、本実施形態に係る触覚センサを製造することができる。
以上、本発明の第1の実施形態に係る触覚センサ1は、容量検出部10に加えて、容量周波数変換部20及び演算部30を備えることにより、単に外力を検知するだけではなく、外力情報の値を算出することができる圧力センサとして利用することができる。しかも、本実施形態では、静電容量の変化を検出する方法として周波数を用いている。これにより、信号の伝送中にエラーが発生することが少なくなるので、測定精度が高い圧力センサを実現することができる。
Thereby, the tactile sensor according to the present embodiment can be manufactured.
As described above, the tactile sensor 1 according to the first embodiment of the present invention includes the capacitance frequency conversion unit 20 and the calculation unit 30 in addition to the capacitance detection unit 10, thereby not only detecting external force but also external force information. It can be used as a pressure sensor that can calculate the value of. Moreover, in this embodiment, frequency is used as a method for detecting a change in capacitance. As a result, errors are less likely to occur during signal transmission, and a pressure sensor with high measurement accuracy can be realized.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る触覚センサについて、図4を用いて説明する。図4は、本発明の第2の実施形態に係る触覚センサの外観斜視図である。なお、図4において、図1における本発明の第1の実施形態に係る構成と同じ構成については同じ符号を付しており、その説明は簡略化又は省略している。
(Second Embodiment)
Next, a tactile sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an external perspective view of a tactile sensor according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the same components as those in the first embodiment of the present invention in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.

図4において、本発明の第2の実施形態に係る触覚センサ2が、本発明の第1の実施形態に係る触覚センサと異なる点は、第2導電部材12の構成である。   In FIG. 4, the tactile sensor 2 according to the second embodiment of the present invention is different from the tactile sensor according to the first embodiment of the present invention in the configuration of the second conductive member 12.

本発明の第2の実施形態に係る触覚センサ2は、外力の方向を検知することができる触覚センサであって、図4に示すように、検知部15の集積回路表面に配置される第2導電部材12が、第1電極12a、第2電極12b、第3電極12c、第4電極12d及び接地電極12GNDで構成されている。なお、図4に示すように、第2導電部材12が形成される電極領域全体の面積は、第1導電部材11の面積よりも小さいことが好ましい。   The tactile sensor 2 according to the second embodiment of the present invention is a tactile sensor that can detect the direction of an external force, and as shown in FIG. The conductive member 12 includes a first electrode 12a, a second electrode 12b, a third electrode 12c, a fourth electrode 12d, and a ground electrode 12GND. As shown in FIG. 4, the area of the entire electrode region where the second conductive member 12 is formed is preferably smaller than the area of the first conductive member 11.

この第2導電部材12の電極構成について、図5を用いて詳述する。図5は、本発明の第2の実施形態に係る触覚センサにおける第2導電部材の電極領域の平面図である。   The electrode configuration of the second conductive member 12 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 5 is a plan view of the electrode region of the second conductive member in the tactile sensor according to the second embodiment of the present invention.

図5に示すように、本実施形態に係る第2導電部材12は、点線で示される正方形の電極領域において、接地電極12GNDを中心として、第1電極12a、第2電極12b、第3電極12c及び第4電極12dが点対称に配置されたものである。   As shown in FIG. 5, the second conductive member 12 according to the present embodiment includes a first electrode 12a, a second electrode 12b, and a third electrode 12c with the ground electrode 12GND as the center in a square electrode region indicated by a dotted line. The fourth electrode 12d is arranged point-symmetrically.

接地電極12GNDは、第1導電部材11が電気的に浮かないようにするために、集積回路のグランド配線に接続されており、接地電位となっている。   The ground electrode 12GND is connected to the ground wiring of the integrated circuit so as to prevent the first conductive member 11 from being electrically floated, and has a ground potential.

第1電極12a、第2電極12b、第3電極12c及び第4電極12dは、接地電極12GNDの周辺に配置されている。第1電極12aと第2電極12bとは、図面左右方向において、接地電極12GNDを挟んで対向配置されている。第3電極12cと第4電極12dとは、図面上下方向において、接地電極12GNDを挟んで対向配置されている。第1電極12a〜第4電極12dは、その内側辺が接地電極12GNDの外形に沿うように形成されている。   The first electrode 12a, the second electrode 12b, the third electrode 12c, and the fourth electrode 12d are disposed around the ground electrode 12GND. The first electrode 12a and the second electrode 12b are disposed to face each other with the ground electrode 12GND interposed therebetween in the horizontal direction of the drawing. The third electrode 12c and the fourth electrode 12d are opposed to each other with the ground electrode 12GND interposed therebetween in the vertical direction of the drawing. The first electrode 12a to the fourth electrode 12d are formed so that the inner sides thereof conform to the outer shape of the ground electrode 12GND.

なお、本実施形態では、各電極間の隙間が、300μmとなるように構成した。以上、第1電極12a〜第4電極12dの各電極は、それぞれ集積回路内の発振器に接続されている。   In the present embodiment, the gap between the electrodes is configured to be 300 μm. As described above, each of the first electrode 12a to the fourth electrode 12d is connected to the oscillator in the integrated circuit.

このように、本実施形態では、第1電極12a〜第4電極12dは、接地電極12GNDを中心として、直交する2直線が指し示す4方向に配置されている。すなわち、第1電極12aの中心と第2電極12bの中心を結ぶ直線は、第3電極12cの中心と第4電極12dの中心とを結ぶ直線と直交し、その交点が接地電極12GNDの中心を通るように構成されている。   Thus, in the present embodiment, the first electrode 12a to the fourth electrode 12d are arranged in four directions indicated by two orthogonal straight lines with the ground electrode 12GND as the center. That is, the straight line connecting the center of the first electrode 12a and the center of the second electrode 12b is orthogonal to the straight line connecting the center of the third electrode 12c and the center of the fourth electrode 12d, and the intersection is the center of the ground electrode 12GND. It is configured to pass.

なお、センサの感度を向上させるために、接地電極12GNDと第1電極12a〜第4電極12dの面積比率は、発振器から見たときの静電容量の変化量が最大となるように設定することが好ましい。すなわち、発振器の周波数変化が最も大きくなるように設定することが好ましい。   In order to improve the sensitivity of the sensor, the area ratio between the ground electrode 12GND and the first electrode 12a to the fourth electrode 12d should be set so that the amount of change in capacitance when viewed from the oscillator is maximized. Is preferred. That is, it is preferable to set the frequency change of the oscillator to be the largest.

次に、本発明の第2の実施形態に係る触覚センサ2の全体構成について説明する。図6は、本発明の第2の実施形態に係る触覚センサのブロック図である。なお、図6において、図3における本発明の第1の実施形態に係る構成と同じ構成については同じ符号を付しており、その説明は簡略化又は省略している。   Next, the overall configuration of the tactile sensor 2 according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a block diagram of a tactile sensor according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same components as those in the first embodiment of the present invention in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.

図6に示すように、本実施形態に係る触覚センサ2は、容量検出部10、容量周波数変換部20及び演算部30を備える。   As shown in FIG. 6, the tactile sensor 2 according to the present embodiment includes a capacitance detection unit 10, a capacitance frequency conversion unit 20, and a calculation unit 30.

容量検出部10は、図5に示す構成要素からなり、この容量検出部10によって、第1導電部材11と第2導電部材12との間の静電容量が検出される。本実施形態では、第2導電部材12における第1電極12a〜第4電極12dは、それぞれ発振器に接続されている。従って、第1電極12a〜第4電極12dの各電極と第1導電部材11との間の静電容量は、それぞれ独立して検出することができる。   The capacitance detection unit 10 includes the components shown in FIG. 5, and the capacitance between the first conductive member 11 and the second conductive member 12 is detected by the capacitance detection unit 10. In the present embodiment, the first electrode 12a to the fourth electrode 12d in the second conductive member 12 are each connected to an oscillator. Therefore, the electrostatic capacitance between each electrode of the first electrode 12a to the fourth electrode 12d and the first conductive member 11 can be detected independently.

容量周波数変換部20は、第2導電部材12の各電極に対する静電容量に依存する所定の周波数信号を生成する機能を有し、図6に示すように、第1発振器21a、第2発振器21b、第3発振器21c及び第4発振器21dの4つの発振器と、1つの基準発振器22とを備える。   The capacitance frequency conversion unit 20 has a function of generating a predetermined frequency signal depending on the capacitance with respect to each electrode of the second conductive member 12, and as shown in FIG. 6, the first oscillator 21a and the second oscillator 21b. , Four oscillators of a third oscillator 21c and a fourth oscillator 21d, and one reference oscillator 22.

また、容量周波数変換部20は、4つの発振器それぞれに接続される第1ミキサ23a、第2ミキサ23b、第3ミキサ23c及び第4ミキサ23dを備え、さらに、フィルタ24及びカウンタ25を備える。   The capacitive frequency converter 20 includes a first mixer 23a, a second mixer 23b, a third mixer 23c, and a fourth mixer 23d connected to each of the four oscillators, and further includes a filter 24 and a counter 25.

第1発振器21aは、第1電極12aに接続されており、第1の実施形態と同様にして、第1導電部材11と第1電極12aとの間の静電容量に応じた発振周波数である第1発振周波数f1の信号を発振し出力する。 The first oscillator 21a is connected to the first electrode 12a, and has an oscillation frequency corresponding to the capacitance between the first conductive member 11 and the first electrode 12a, as in the first embodiment. A signal having the first oscillation frequency f 1 is oscillated and output.

第2発振器21bは、第2電極12bに接続されており、第1導電部材11と第2電極12bとの間の静電容量に応じた発振周波数である第2発振周波数f2の信号を出力する。 The second oscillator 21b is connected to the second electrode 12b, a second signal of the oscillation frequency f 2 is an oscillation frequency corresponding to the electrostatic capacitance between the first conductive member 11 and the second electrode 12b output To do.

第3発振器21cは、第3電極12cに接続されており、第1導電部材11と第3電極12cとの間の静電容量に応じた発振周波数である第3発振周波数f3の信号を出力する。 The third oscillator 21c is connected to the third electrode 12c, a third signal of the oscillation frequency f 3 is an oscillation frequency corresponding to the electrostatic capacitance between the first conductive member 11 and the third electrode 12c outputs To do.

第4発振器21dは、第4電極12dに接続されており、第1導電部材11と第4電極12dとの間の静電容量に応じた発振周波数である第4発振周波数f4の信号を出力する。 The fourth oscillator 21d is connected to the fourth electrode 12d, a signal of the fourth oscillation frequency f 4 is an oscillation frequency corresponding to the electrostatic capacitance between the first conductive member 11 and the fourth electrode 12d outputs To do.

基準発振器22は、第1の実施形態と同様に、基準となる一定の発振周波数(固定周波数)である基準発振周波数frefの信号を発振し出力する。 As in the first embodiment, the reference oscillator 22 oscillates and outputs a signal having a reference oscillation frequency f ref that is a constant oscillation frequency (fixed frequency) serving as a reference.

なお、本実施形態では、以上の第1発振器21a〜第4発振器21d及び基準発振器22として、リングオシレータを用いた。   In the present embodiment, a ring oscillator is used as the first oscillator 21a to the fourth oscillator 21d and the reference oscillator 22 described above.

第1ミキサ23aは、第1発振器21aから第1発振周波数f1で発振された信号と、基準発振器22から基準発振周波数frefで発振された信号とが入力される。これにより、乗算処理を施して、f1、fref、f1−fref、f1+fref、2f1、2frefの周波数の信号を出力する。 The first mixer 23a is a signal oscillated by the first oscillator frequency f 1 from the first oscillator 21a, a signal oscillated by the reference oscillation frequency f ref from the reference oscillator 22 is input. Thus, multiplication processing is performed, and signals having frequencies of f 1 , f ref , f 1 −f ref , f 1 + f ref , 2f 1 , and 2f ref are output.

同様に、第2ミキサ23b、第3ミキサ23c及び第4ミキサ23dは、それぞれ、周波数f2〜f4の信号と基準発振周波数frefの信号とについて乗算処理を施し、f2−fref、f3−fref、f4−fref等の周波数の信号を出力する。 Similarly, the second mixer 23b, the third mixer 23c, and the fourth mixer 23d respectively multiply the signal of the frequencies f 2 to f 4 and the signal of the reference oscillation frequency f ref to obtain f 2 −f ref , A signal having a frequency such as f 3 -f ref or f 4 -f ref is output.

フィルタ24は、第1の実施形態と同様に、高周波の信号成分を除去するLPFである。フィルタ24は、第1ミキサ23a〜第4ミキサ23dからの信号に対して、f1−fref、f2−fref、f3−fref及びf4−fref以外の信号を除去して、f1−fref、f2−fref、f3−fref及びf4−frefの信号のみを出力する。 The filter 24 is an LPF that removes a high-frequency signal component, as in the first embodiment. The filter 24 removes signals other than f 1 −f ref , f 2 −f ref , f 3 −f ref, and f 4 −f ref from the signals from the first mixer 23 a to the fourth mixer 23 d. , F 1 −f ref , f 2 −f ref , f 3 −f ref and f 4 −f ref only.

カウンタ25は、フィルタ24からの周波数f1−fref、f2−fref、f3−fref又はf4−frefの信号に対して、それぞれ周波数のカウントを行い、単位時間当たりのカウント値を生成する周波数カウンタである。すなわち、カウンタ25は、単位時間当たりの周波数f1−fref、f2−fref、f3−fref又はf4−frefを十進数で算出した第1周波数信号〜第4周波数信号を生成する。算出した第1周波数信号〜第4周波数信号は演算部30に出力される。 The counter 25 counts the frequency of the signal of the frequency f 1 −f ref , f 2 −f ref , f 3 −f ref, or f 4 −f ref from the filter 24, and counts per unit time. A frequency counter that generates a value. That is, the counter 25 calculates the first to fourth frequency signals obtained by calculating the frequency per unit time f 1 −f ref , f 2 −f ref , f 3 −f ref, or f 4 −f ref in decimal. Generate. The calculated first to fourth frequency signals are output to the arithmetic unit 30.

また、図6に示すように、演算部30は、第1の実施形態と同様に、容量算出部31、外力情報算出部32及びメモリ33を備える。演算部30の各構成の機能は、第1の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。容量算出部によって、第1周波数信号〜第4周波数信号それぞれについて静電容量の値が算出され、外力情報算出部によって、当該静電容量の値に基づいて外力情報の値が算出される。   As illustrated in FIG. 6, the calculation unit 30 includes a capacity calculation unit 31, an external force information calculation unit 32, and a memory 33, as in the first embodiment. Since the function of each component of the calculation unit 30 is the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted. The capacitance calculation unit calculates the capacitance value for each of the first to fourth frequency signals, and the external force information calculation unit calculates the external force information value based on the capacitance value.

外力情報の値の算出は、第1の実施形態と同様に、実測して算出した静電容量に対して、外力情報と静電容量との相関が示された既知の相関データを参照することによって行うことができる。   For calculation of the value of the external force information, refer to the known correlation data in which the correlation between the external force information and the capacitance is shown with respect to the actually calculated capacitance as in the first embodiment. Can be done by.

具体的には、第1電極12a、第2電極12b、第3電極12c及び第4電極12dの静電容量から、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の静電容量変位ΔCX、ΔCY、ΔCZを算出し、静電容量変位ΔCX、ΔCY、ΔCZそれぞれと外力情報(例えば、応力σ)との相関が示された既知の相関データを参照することによって、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向における外力情報(例えば、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の応力成分σX、σY、σZ)を算出することができる。 Specifically, capacitance displacements ΔC X , ΔC in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are determined from the capacitances of the first electrode 12a, the second electrode 12b, the third electrode 12c, and the fourth electrode 12d. Y, and calculates the [Delta] C Z, capacitance displacement ΔC X, ΔC Y, ΔC Z respectively and the external force data (e.g., stress sigma) by reference to known correlation data correlation has been shown between, X-axis direction , External force information in the Y-axis direction and Z-axis direction (for example, stress components σ X , σ Y , and σ Z in the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction) can be calculated.

この既知の相関データについて、図7を用いて説明する。図7は、本発明の第2の実施形態に係る触覚センサにおける、風速と静電容量の変化値に関する既知の相関データを示したものである。本実施形態において、風速と静電容量の変化値に関する既知の相関データは、図7に示すように二次曲線となる。   This known correlation data will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows known correlation data regarding the change in wind speed and capacitance in the tactile sensor according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the known correlation data regarding the wind speed and the change value of the capacitance is a quadratic curve as shown in FIG.

例えば、本実施形態では、触覚センサを構成する各構成要素の条件を以下のように設定することによって、既知の相関データを算出した。   For example, in the present embodiment, the known correlation data is calculated by setting the conditions of each component constituting the tactile sensor as follows.

第1導電部材11と第2導電部材12の電界領域は、一辺の長さが1.0mmの正方形とした。第1導電部材11と第2導電部材12との距離は0.5mmとした。第2導電部材12における接地電極12GNDが第2導電部材12の電界領域全域に占める割合は0.46とした。弾性部材13のヤング率は2MPaとし、比誘電率は2とした。弾性部材13は、円柱として、その高さを1.0mmとし、直径を2.0mmとした。触覚毛14bは、円柱として、長さを10.0mmとし、直径を1.0mmとした。なお、真空の誘電率は、8.85×10-12とし、空気の密度は1.293kg/cm3とし、弾性部材13が受ける空気抵抗は0.7とした。 The electric field region of the first conductive member 11 and the second conductive member 12 was a square having a side length of 1.0 mm. The distance between the first conductive member 11 and the second conductive member 12 was 0.5 mm. The ratio of the ground electrode 12GND in the second conductive member 12 to the entire electric field region of the second conductive member 12 was 0.46. The elastic member 13 had a Young's modulus of 2 MPa and a relative dielectric constant of 2. The elastic member 13 was a cylinder having a height of 1.0 mm and a diameter of 2.0 mm. The tactile hair 14b was a cylinder having a length of 10.0 mm and a diameter of 1.0 mm. The vacuum dielectric constant was 8.85 × 10 −12 , the air density was 1.293 kg / cm 3, and the air resistance received by the elastic member 13 was 0.7.

以上の条件によって算出した風速に対する静電容量の変化は、以下の表1ようになる。   The change in capacitance with respect to the wind speed calculated under the above conditions is as shown in Table 1 below.

Figure 2011215000
Figure 2011215000

表1の結果をプロットすることによって、図7に示す相関データを作成することができる。   By plotting the results in Table 1, the correlation data shown in FIG. 7 can be created.

容量算出部31によって算出された静電容量の変化値(ΔC)は、この図7に示す二次曲線の相関データに基づいて、風速に換算することができる。   The capacitance change value (ΔC) calculated by the capacity calculation unit 31 can be converted into the wind speed based on the correlation data of the quadratic curve shown in FIG.

次に、このように構成される本実施形態に係る触覚センサの動作について、図8を用いて説明する。図8は、本発明の第2の実施形態に係る触覚センサの動作を示す図である。   Next, the operation of the tactile sensor according to this embodiment configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating the operation of the tactile sensor according to the second embodiment of the present invention.

図8に示すように、触覚毛14bによって風力等の外力を受けると、外力が弾性部材13に伝達し、これにより弾性部材13が変形する。そして、弾性部材13の変形に伴って、第1導電部材11の位置が変位する。これにより、第1導電部材11と第2導電部材12の相対的位置関係が変化する。   As shown in FIG. 8, when an external force such as wind power is received by the tactile hair 14b, the external force is transmitted to the elastic member 13, and the elastic member 13 is deformed thereby. As the elastic member 13 is deformed, the position of the first conductive member 11 is displaced. As a result, the relative positional relationship between the first conductive member 11 and the second conductive member 12 changes.

この場合、本実施形態において、第2導電部材12が、直交する2直線の4方向に配置された第1電極12a〜第4電極12dで構成されているので、第1導電部材11と第1電極12a〜第4電極12dとの間の静電容量がそれぞれ変化する。本実施形態では、この4つの静電容量の変化を検知部15によって検出することにより、外力の方向を特定することができる。   In this case, in the present embodiment, the second conductive member 12 is configured by the first electrode 12a to the fourth electrode 12d arranged in four directions of two straight lines orthogonal to each other. The electrostatic capacitance between the electrode 12a to the fourth electrode 12d changes. In the present embodiment, the direction of the external force can be specified by detecting the four capacitance changes by the detection unit 15.

例えば、図8に示すように弾性部材13が変形したとすると、第1導電部材11と第1電極12aとの間の距離が増加しているので、第1導電部材11と第1電極12aとの間の静電容量は減少する。一方、第1導電部材11と第2電極12bとの間の距離は減少しているので、第1導電部材11と第2電極12bとの間の静電容量は増加する。   For example, if the elastic member 13 is deformed as shown in FIG. 8, since the distance between the first conductive member 11 and the first electrode 12a is increased, the first conductive member 11 and the first electrode 12a The capacitance during is reduced. On the other hand, since the distance between the first conductive member 11 and the second electrode 12b decreases, the capacitance between the first conductive member 11 and the second electrode 12b increases.

従って、この静電容量の変化を算出することによって、外力が第1電極12aから第2電極12bに向かって作用していることを検知することができる。例えば、外力が風力の場合は、風向を測定することができる。   Therefore, by calculating the change in capacitance, it can be detected that an external force is acting from the first electrode 12a toward the second electrode 12b. For example, when the external force is wind power, the wind direction can be measured.

以上、本発明の第2の実施形態に係る触覚センサ2によれば、スカラ量の外力の値を算出するだけではなく、外力の方向を示すベクトル量も測定することができる応力センサとして利用することができる。しかも、本実施形態では、第1の実施形態と同様に、静電容量の変化を検出する方法として周波数を用いているので、測定精度の高い応力センサを実現することができる。   As described above, the tactile sensor 2 according to the second embodiment of the present invention is used as a stress sensor that can not only calculate the external force value of the scalar amount but also measure the vector amount indicating the direction of the external force. be able to. In addition, in the present embodiment, as in the first embodiment, since the frequency is used as a method for detecting the change in capacitance, a stress sensor with high measurement accuracy can be realized.

なお、風向等の外力の方向のみを検知したい場合は、第1電極12a〜第4電極12dに関する静電容量の値そのものは算出する必要はなく、第1電極12a〜第4電極12dに関する4つの静電容量の相対的なバランス変化のみを検知すればよい。   If it is desired to detect only the direction of the external force such as the wind direction, it is not necessary to calculate the capacitance value itself relating to the first electrode 12a to the fourth electrode 12d, and the four values relating to the first electrode 12a to the fourth electrode 12d are not calculated. Only the relative balance change of the capacitance needs to be detected.

また、風向等の外力の方向を検知する場合、触覚毛14bは線状部材等の断面が円形の部材とすることが好ましい。これにより、外力の方向を正確に弾性部材13に伝達することができ、当該方向が第1導電部材11の位置の変位として正確に伝達される。例えば、触覚毛14bを板状体にすると板状体の主面垂直方向に応力が集中して指向性の感度が悪くなる。これに対して、触覚毛14bを線状部材等の断面が円形の部材にするとことにより、360度全ての方向に対して均等に指向性を持たせることができる。   When detecting the direction of external force such as the wind direction, the tactile hair 14b is preferably a member having a circular cross section such as a linear member. Thereby, the direction of the external force can be accurately transmitted to the elastic member 13, and the direction is accurately transmitted as the displacement of the position of the first conductive member 11. For example, if the tactile hair 14b is a plate-like body, stress concentrates in the direction perpendicular to the main surface of the plate-like body, and the directivity sensitivity becomes worse. On the other hand, by making the tactile hair 14b a member having a circular cross section such as a linear member, directivity can be given evenly in all directions of 360 degrees.

同様の理由で、弾性部材13についても断面が円形の部材がよく、本実施形態のように円柱体を用いることが好ましい。これにより、弾性部材13が受けた外力の方向を正確に第1導電部材11に伝達することができる。   For the same reason, the elastic member 13 is preferably a member having a circular cross section, and a cylindrical body is preferably used as in this embodiment. Thereby, the direction of the external force received by the elastic member 13 can be accurately transmitted to the first conductive member 11.

なお、本実施形態において、外力情報の算出は、外力情報と静電容量との相関が示された既知の相関データに基づいて行ったが、外力情報の算出は、以下の数式によっても行うことができる。以下、その算出方法について詳述する。   In this embodiment, the external force information is calculated based on known correlation data indicating the correlation between the external force information and the capacitance, but the external force information is also calculated using the following mathematical formula. Can do. Hereinafter, the calculation method will be described in detail.

まず、第1電極12a、第2電極12b、第3電極12c及び第4電極12dの静電容量をそれぞれCa、Cb、Cc、Cdとし、また、弾性部材13に外力が加わっていない状態での静電容量をC0すると、以下の式が成り立つ。 First, the capacitances of the first electrode 12a, the second electrode 12b, the third electrode 12c, and the fourth electrode 12d are C a , C b , C c , and C d , respectively, and an external force is applied to the elastic member 13. If the capacitance in the absence is C 0 , the following equation is established.

a=C0+ΔCa
b=C0+ΔCb
c=C0+ΔCc
d=C0+ΔCd
C a = C 0 + ΔC a
C b = C 0 + ΔC b
C c = C 0 + ΔC c
C d = C 0 + ΔC d

また、第1電極12a、第2電極12b、第3電極12c及び第4電極12dのそれぞれに接続された発振器の発振周波数をそれぞれfa、fb、fc、fdとし、また、弾性部材13に外力が加わっていない状態での発振周波数をf0とすると、以下の式が成り立つ。 Further, the oscillation frequencies of the oscillators connected to the first electrode 12a, the second electrode 12b, the third electrode 12c, and the fourth electrode 12d are set to f a , f b , f c , and f d , respectively, and an elastic member Assuming that the oscillation frequency in a state where no external force is applied to 13 is f 0 , the following equation is established.

ΔfX=fb−fa
ΔfY=fc−fd
ΔfZ=(fa+fb+fc+fd)/4−f0
Δf X = f b −f a
Δf Y = f c −f d
Δf Z = (f a + f b + f c + f d ) / 4-f 0

ここで、ΔfX、ΔfY、ΔfZは、それぞれ、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向における周波数変位を表している。 Here, Δf X , Δf Y , and Δf Z represent frequency displacements in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, respectively.

また、発振器の発振周波数と静電容量との関係は、次式で表すことができる。   Further, the relationship between the oscillation frequency of the oscillator and the capacitance can be expressed by the following equation.

f=Kosc×C0 -n(1+ΔC/C0-n
≒Kosc×C0 -n(1−n×ΔC/C0
f = K osc × C 0 -n (1 + ΔC / C 0 ) -n
≒ K osc × C 0 -n (1-n × ΔC / C 0 )

ここで、Koscは、容量周波数変換利得であり、回路定数によって決定される。また、nは、発振器の動作メカニズムによって決定され、LCタンク回路の場合は、n=0.5であり、リングオシレータの場合は、n=1である。 Here, K osc is a capacitance frequency conversion gain, and is determined by a circuit constant. Further, n is determined by the operating mechanism of the oscillator, and n = 0.5 in the case of the LC tank circuit, and n = 1 in the case of the ring oscillator.

従って、上記の3軸方向における周波数変位と静電容量との関係は、次のように表すことができる。まず、X軸方向における周波数変位ΔfXは、次式で表すことができる。 Therefore, the relationship between the frequency displacement in the three-axis direction and the capacitance can be expressed as follows. First, the frequency displacement Δf X in the X-axis direction can be expressed by the following equation.

X=fb−fa
≒Kosc×C0 -(n+1)×n×(−ΔCb+ΔCa
f X = f b −f a
≒ K osc × C 0- (n + 1) × n × (−ΔC b + ΔC a )

ここで、ΔCa=ΔCZ−ΔCX、ΔCb=ΔCZ+ΔCXとすると、上記fXは、以下の式に近似される。 Here, assuming that ΔC a = ΔC Z −ΔC X and ΔC b = ΔC Z + ΔC X , the above f X is approximated by the following equation.

X≒−2Kosc×C0 -(n+1)×n×(ΔCXf X ≈-2K osc × C 0- (n + 1) × n × (ΔC X )

同様に、ΔCd=ΔCZ−ΔCY、ΔCc=ΔCZ+ΔCYとすると、Y方向及びZ軸方向における周波数変位ΔfY、ΔfZは、次式で近似することができる。 Similarly, if ΔC d = ΔC Z −ΔC Y and ΔC c = ΔC Z + ΔC Y , the frequency displacements Δf Y and Δf Z in the Y direction and the Z-axis direction can be approximated by the following equations.

Y=fc−fd
≒Kosc×C0 -(n+1)×n×(−ΔCc+ΔCd
≒−2Kosc×C0 -(n+1)×n×(ΔCY
Z≒−Kosc×C0 -(n+1)×n×(ΔCZ
f Y = f c −f d
≒ K osc × C 0- (n + 1) × n × (−ΔC c + ΔC d )
≒ -2K osc × C 0- (n + 1) × n × (ΔC Y )
f Z ≈−K osc × C 0- (n + 1) × n × (ΔC Z )

次に、周波数変位と応力との関係について、説明する。
まず、電極の静電容量Cについては、電極間の誘電率をεとし、電極面積をSとし、応力による電極間隔の変化をΔZとすると、以下の式で表すことができる。
Next, the relationship between frequency displacement and stress will be described.
First, the capacitance C of the electrode can be expressed by the following equation, where ε is the dielectric constant between the electrodes, S is the electrode area, and ΔZ is the change in the electrode spacing due to stress.

C=C0+ΔC
=ε×S×(1/(Z+ΔZ))
≒ε×S×(1/Z)×(1−ΔZ)
=C0(1−ΔZ)
C = C 0 + ΔC
= Ε × S × (1 / (Z + ΔZ))
≈ε × S × (1 / Z) × (1−ΔZ)
= C 0 (1-ΔZ)

従って、ΔCは、以下のように表すことができる。   Therefore, ΔC can be expressed as:

ΔC≒−C0×ΔZ ΔC ≒ −C 0 × ΔZ

ここで、本実施形態において、弾性部材13に加えられる応力をσとし、弾性部材13のコンプライアンスをCPとすると、ΔZは以下の式で表すことができる。 In the present embodiment, the stress applied to the elastic member 13 and sigma, when the compliance of the elastic member 13 and the C P, [Delta] Z can be expressed by the following equation.

ΔZ=−Z×CP×σ ΔZ = −Z × C P × σ

従って、上記の静電容量変位ΔCは、以下の式で表すことができる。   Therefore, the capacitance displacement ΔC can be expressed by the following equation.

ΔC=−C0×ΔZ
=−ε×S×(1/Z)×ΔZ
=−ε×S×(1/Z)×(−Z×CP×σ)
= ε×S×CP×σ
ΔC = −C 0 × ΔZ
= −ε × S × (1 / Z) × ΔZ
= −ε × S × (1 / Z) × (−Z × C P × σ)
= Ε × S × C P × σ

ここで、応力σのX軸方向成分、Y軸方向成分及びZ軸方向成分をそれぞれσX、σY、σZとし、σXに対する容量変化ΔCX、σYに対する容量変化ΔCY、σZに対する容量変化ΔCZは各々独立であって、それぞれσX、σY、σZに比例すると仮定すると、容量変化ΔCX、ΔCY、ΔCZは、次のように表すことができる。 Here, X-axis direction component of the stress sigma, Y-axis direction component and the Z-axis direction component, respectively σ X, σ Y, σ is Z, the capacitance change [Delta] C for sigma X X, sigma capacitance change with respect to Y ΔC Y, σ Z Assuming that the capacity changes ΔC Z with respect to are independent and proportional to σ X , σ Y , and σ Z , respectively, the capacity changes ΔC X , ΔC Y , and ΔC Z can be expressed as follows.

ΔCX≒ε×S×CPX×σX
ΔCY≒ε×S×CPY×σY
ΔCZ≒ε×S×CPZ×σZ
ΔC X ≒ ε × S × C PX × σ X
ΔC Y ≒ ε × S × C PY × σ Y
ΔC Z ≒ ε × S × C PZ × σ Z

この式を変形すると、次のように表すことができる。   When this equation is transformed, it can be expressed as follows.

σX≒ΔCX/(ε×S×CPX
σY≒ΔCY/(ε×S×CPY
σZ≒ΔCZ/(ε×S×CPZ
σ X ≈ΔC X / (ε × S × C PX )
σ Y ≈ΔC Y / (ε × S × C PY )
σ Z ≈ΔC Z / (ε × S × C PZ )

ここで、上述した周波数変位と静電容量との関係式を変形すると、以下のように表すことができる。   Here, when the relational expression between the frequency displacement and the capacitance described above is modified, it can be expressed as follows.

ΔCX=−ΔfX/(2×KOSC×C0 -(n+1)×n)
ΔCY=−ΔfY/(2×KOSC×C0 -(n+1)×n)
ΔCZ=−ΔfX/(KOSC×C0 -(n+1)×n)
ΔC X = −Δf X / (2 × K OSC × C 0- (n + 1) × n)
ΔC Y = −Δf Y / (2 × K OSC × C 0- (n + 1) × n)
ΔC Z = −Δf X / (K OSC × C 0- (n + 1) × n)

これを上記の式に代入すると、σX、σY、σZは、次のように表すことができる。 Substituting this into the above equation, σ X , σ Y , and σ Z can be expressed as follows.

σX=−ΔfX/(2×KOSC×C0 -(n+1)×n×ε×S×CPX
σY=−ΔfY/(2×KOSC×C0 -(n+1)×n×ε×S×CPY
σZ=−ΔfZ/(KOSC×C0 -(n+1)×n×ε×S×CPZ
σ X = −Δf X / (2 × K OSC × C 0- (n + 1) × n × ε × S × C PX )
σ Y = −Δf Y / (2 × K OSC × C 0- (n + 1) × n × ε × S × C PY )
σ Z = −Δf Z / (K OSC × C 0- (n + 1) × n × ε × S × C PZ )

このようにして、周波数変化と応力との関係を数式で表すことができる。
なお、上記関係式において、KOSC、f0、nは、回路設計によって決定される。また、C0とSは、電極の形状により決定される。また、ε、CPX、CPY、CPZは、構成材料によって決定される。
In this way, the relationship between the frequency change and the stress can be expressed by a mathematical expression.
In the above relational expression, K OSC , f 0 , and n are determined by circuit design. C 0 and S are determined by the shape of the electrode. Further, ε, C PX , C PY and C PZ are determined by the constituent materials.

以上のとおり、第1電極12a、第2電極12b、第3電極12c及び第4電極12dのそれぞれに接続された発振器の発振周波数fa、fb、fc、fdを算出することにより、計算式によっても応力を算出することができる。 As described above, by calculating the oscillation frequencies f a , f b , f c , and f d of the oscillators connected to the first electrode 12a, the second electrode 12b, the third electrode 12c, and the fourth electrode 12d, The stress can also be calculated by a calculation formula.

(変形例)
以上、本発明に係る触覚センサについて、2つの実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
(Modification)
As mentioned above, although the tactile sensor which concerns on this invention was demonstrated based on two embodiment, this invention is not limited to these embodiment.

例えば、本実施形態では、第1導電部材11として金箔等の薄膜又は板状のものを用いたが、これに限らない。第1導電部材11として金属粉を用い、弾性部材13の中に当該金属粉を分散させるように構成しても構わない。金属粉としては、金粉を用いることができる。   For example, in the present embodiment, a thin film such as a gold foil or a plate-like material is used as the first conductive member 11, but the present invention is not limited to this. A metal powder may be used as the first conductive member 11 and the metal powder may be dispersed in the elastic member 13. Gold powder can be used as the metal powder.

また、本実施形態では、触覚毛14bは1本にしたが、複数本設けても構わない。触覚毛14bを複数本設けることにより、より外力を受けやすくなって弾性部材13が変形しやすくなる。これにより、センサの感度を向上させることができる。   In the present embodiment, the number of tactile hairs 14b is one, but a plurality of tactile hairs 14b may be provided. By providing a plurality of tactile hairs 14b, it becomes easier to receive an external force and the elastic member 13 is easily deformed. Thereby, the sensitivity of the sensor can be improved.

また、触覚毛14bは線状部材としたが、線状のみの部材で構成する必要はない。例えば、触覚毛14b線状部材の上方部分に、別の部材を設けても構わない。これにより、外力を受けやすくすることができるので、センサの感度を向上させることができる。但し、外力の方向を検知する場合は、外力の指向性に影響を与えないように、別に設ける部材としては、線状部材を中心として同心円形状の部材とすることが好ましい。   Moreover, although the tactile hair 14b is a linear member, it need not be composed of a linear member. For example, you may provide another member in the upper part of the tactile hair 14b linear member. Thereby, since it can make it easy to receive external force, the sensitivity of a sensor can be improved. However, when detecting the direction of the external force, it is preferable that the member provided separately is a concentric member centered on the linear member so as not to affect the directivity of the external force.

また、本実施形態において、触覚部材14の長さは、図1に示す触覚毛14bの長さのように、弾性部材13の高さと同程度か、それよりもやや長くしているが、これに限らない。例えば、図9A及び図9Bに示すように、触覚部材14’の長さを弾性部材13の高さに対して非常に長くなるように設定しても構わない。これにより、外力に対する触覚センサの感度を向上させることができる。なお、図9A及び図9Bにおいて、図1Aに示す構成と同じ構成については、同じ符号を付している。   Further, in the present embodiment, the length of the tactile member 14 is the same as or slightly longer than the height of the elastic member 13 like the length of the tactile hair 14b shown in FIG. Not limited to. For example, as shown in FIGS. 9A and 9B, the length of the tactile member 14 ′ may be set to be very long with respect to the height of the elastic member 13. Thereby, the sensitivity of the tactile sensor with respect to external force can be improved. 9A and 9B, the same components as those illustrated in FIG. 1A are denoted by the same reference numerals.

さらに、本実施形態では、外力として風力を例示したが、風力以外の外力であっても構わない。例えば、本発明に係る触覚センサは、水力についても適用することができる。この場合、水圧及び水流方向を検知し測定することができる。   Furthermore, in this embodiment, although the wind force was illustrated as external force, external force other than wind force may be sufficient. For example, the tactile sensor according to the present invention can also be applied to hydraulic power. In this case, the water pressure and the water flow direction can be detected and measured.

また、第2の実施形態において、接地電極12GNDをドーナツ状にして、当該接地電極12GNDの内側に第5電極を設けて、さらに静電容量を算出するように構成することもできる。をこの構成により、垂直方向の外力を検知することも可能となる。   Further, in the second embodiment, the ground electrode 12GND may be formed in a donut shape, a fifth electrode may be provided inside the ground electrode 12GND, and the capacitance may be calculated. With this configuration, it is also possible to detect an external force in the vertical direction.

また、第2の実施形態において、外力の方向を検知するために、接地電極12GND以外の電極は4つの電極で構成したが、これに限らない。例えば、2つの電極であっても2方向を検知することができる。また、電極の数を4つ以上として4つ以上の静電容量を算出するように構成することにより、より細かな方向を検知することもできる。但し、電極数が増えると、電極同士を離間するための隙間の面積が増加することになり、静電容量が小さくなってセンサの感度が低下する。従って、本実施形態のように4つの電極とすることが最も好ましい。   In the second embodiment, the electrodes other than the ground electrode 12GND are configured with four electrodes in order to detect the direction of the external force. However, the present invention is not limited to this. For example, even two electrodes can detect two directions. Further, by configuring the number of electrodes to be four or more and calculating four or more capacitances, it is possible to detect a finer direction. However, as the number of electrodes increases, the area of the gap for separating the electrodes increases, the capacitance decreases, and the sensitivity of the sensor decreases. Therefore, it is most preferable to use four electrodes as in this embodiment.

さらに、本発明に係る触覚センサを複数配列することにより、センサアレイを構成することもできる。このセンサアレイを用いることにより、風力等の外力を可視化することができる。   Furthermore, a sensor array can be configured by arranging a plurality of tactile sensors according to the present invention. By using this sensor array, an external force such as wind force can be visualized.

なお、その他、各実施形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。   In addition, it is realized by arbitrarily combining the constituent elements and functions in each embodiment without departing from the scope of the present invention, or forms obtained by subjecting each embodiment to various modifications conceived by those skilled in the art. Forms are also included in the present invention.

本発明に係る触覚センサは、外力を検知して測定するためのセンサとして有用である。特に、風速及び風向を測定するためのセンサとして有用である。   The tactile sensor according to the present invention is useful as a sensor for detecting and measuring an external force. In particular, it is useful as a sensor for measuring wind speed and direction.

1、2、100 触覚センサ
10 容量検出部
11 第1導電部材
12 第2導電部材
12a 第1電極
12b 第2電極
12c 第3電極
12d 第4電極
12GND 接地電極
13 弾性部材
14、14’ 触覚部材
14a ベース
14b 触覚毛
20 容量周波数変換部
21、21a 第1発振器
21b 第2発振器
21c 第3発振器
21d 第4発振器
22 基準発振器
23 ミキサ
23a 第1ミキサ
23b 第2ミキサ
23c 第3ミキサ
23d 第4ミキサ
24 フィルタ
25 カウンタ
30 演算部
31 容量算出部
32 外力情報算出部
33 メモリ
101 圧電素子
102 振動子
103 絶縁部材
1, 2, 100 Tactile sensor 10 Capacitance detector 11 First conductive member 12 Second conductive member 12a First electrode 12b Second electrode 12c Third electrode 12d Fourth electrode 12GND Ground electrode 13 Elastic member 14, 14 'Tactile member 14a Base 14b Tactile hair 20 Capacitance frequency converter 21, 21a First oscillator 21b Second oscillator 21c Third oscillator 21d Fourth oscillator 22 Reference oscillator 23 Mixer 23a First mixer 23b Second mixer 23c Third mixer 23d Fourth mixer 24 Filter 25 Counter 30 Calculation Unit 31 Capacity Calculation Unit 32 External Force Information Calculation Unit 33 Memory 101 Piezoelectric Element 102 Vibrator 103 Insulating Member

Claims (7)

第1導電部材と、
前記第1導電部材と所定の間隔で配置された第2導電部材と、
前記第1導電部材を内部に備えた弾性部材と、
前記弾性部材に設けられ、外力を受けるための触覚部材と、
前記外力を検知するための検知部と
を有し、
前記第1導電部材は、前記触覚部材が受けた前記外力による前記弾性部材の変形によって前記第2導電部材に対する位置が変位し、
前記検知部は、前記第1導電部材の位置の変位によって変化した、前記第1導電部材と前記第2導電部材との間の静電容量に基づいて前記外力を検知する
触覚センサ。
A first conductive member;
A second conductive member disposed at a predetermined interval from the first conductive member;
An elastic member having the first conductive member therein;
A tactile member provided on the elastic member for receiving an external force;
A detection unit for detecting the external force;
The position of the first conductive member relative to the second conductive member is displaced by deformation of the elastic member due to the external force received by the tactile member,
The said detection part detects the said external force based on the electrostatic capacitance between the said 1st conductive member and the said 2nd conductive member which changed with the displacement of the position of the said 1st conductive member.
前記検知部は、容量周波数変換部と、容量算出部及び外力情報算出部を有する演算部とを有し、
前記容量周波数変換部は、前記第1導電部材と前記第2導電部材の間における前記静電容量に依存した所定の周波数信号を生成し、
前記容量算出部は、前記容量周波数変換部によって生成された前記周波数信号に基づいて、前記静電容量の値を算出し、
前記外力情報算出部は、前記容量算出部によって算出された前記静電容量の値に基づいて、前記外力に関する情報の値を算出する
請求項1に記載の触覚センサ。
The detection unit includes a capacity frequency conversion unit, a calculation unit having a capacity calculation unit and an external force information calculation unit,
The capacitance frequency conversion unit generates a predetermined frequency signal depending on the capacitance between the first conductive member and the second conductive member,
The capacitance calculation unit calculates a value of the capacitance based on the frequency signal generated by the capacitance frequency conversion unit,
The tactile sensor according to claim 1, wherein the external force information calculation unit calculates a value of information related to the external force based on the capacitance value calculated by the capacitance calculation unit.
前記容量周波数変換部は、
前記静電容量に応じた発振周波数の信号を出力する発振器と、
基準となる発振周波数である基準発振周波数の信号を出力する基準発振器と
を備え、
当該容量周波数変換部によって生成される前記周波数信号は、前記発振器から出力された信号の発振周波数と、前記基準発振器から出力された信号の基準発振周波数との差に相当する周波数の信号である
請求項2に記載の触覚センサ。
The capacity frequency converter is
An oscillator that outputs a signal having an oscillation frequency corresponding to the capacitance;
A reference oscillator that outputs a signal of a reference oscillation frequency that is a reference oscillation frequency, and
The frequency signal generated by the capacitance frequency conversion unit is a signal having a frequency corresponding to a difference between an oscillation frequency of the signal output from the oscillator and a reference oscillation frequency of the signal output from the reference oscillator. Item 3. The tactile sensor according to Item 2.
前記弾性部材のヤング率が、1MPa〜100MPaである
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の触覚センサ。
The tactile sensor according to claim 1, wherein a Young's modulus of the elastic member is 1 MPa to 100 MPa.
前記第2導電部材は、少なくとも、第1電極、第2電極、第3電極、第4電極及び接地電極で構成されており、
前記第1電極と前記第2電極とは、前記接地電極を挟んで対向配置され、
前記第3電極と前記第4電極とは、前記接地電極を挟んで対向配置されている
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の触覚センサ。
The second conductive member includes at least a first electrode, a second electrode, a third electrode, a fourth electrode, and a ground electrode,
The first electrode and the second electrode are arranged to face each other with the ground electrode interposed therebetween,
The tactile sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the third electrode and the fourth electrode are disposed to face each other with the ground electrode interposed therebetween.
前記第1導電部材は、金属粉で構成される
請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の触覚センサ。
The tactile sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the first conductive member is made of metal powder.
前記触覚部材は、線状部材で構成される
請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の触覚センサ。
The tactile sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the tactile member is constituted by a linear member.
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