JP2013108832A - Detecting device, electronic apparatus, and robot - Google Patents

Detecting device, electronic apparatus, and robot Download PDF

Info

Publication number
JP2013108832A
JP2013108832A JP2011253728A JP2011253728A JP2013108832A JP 2013108832 A JP2013108832 A JP 2013108832A JP 2011253728 A JP2011253728 A JP 2011253728A JP 2011253728 A JP2011253728 A JP 2011253728A JP 2013108832 A JP2013108832 A JP 2013108832A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
external force
substrate
detection
slip
detection unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011253728A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryoichi Yoneyama
良一 米山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2011253728A priority Critical patent/JP2013108832A/en
Publication of JP2013108832A publication Critical patent/JP2013108832A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detecting device capable of detecting composite information that contains force sensing information indicating a direction and size of external force applied to an object, and slip sensing information indicating a standstill or slippage of the object to which an external force is applied.SOLUTION: A detecting device 100 has a detecting section K and a calculating section E, the detecting section K including an elastic substrate A, a slip detecting section B, a rigid substrate C, and an external force detecting section D, which are laminated on one another in this order starting from the side on which the external force is applied, the slip detecting section B having a pressure-sensitive conductive sheet and a pair of electrodes for detecting a resistance value of the pressure-sensitive conductive sheet, and the external force detecting section D including a first substrate which has a plurality of pressure sensors arranged around a base point, and a second substrate on which an elastic projection is formed that elastically deforms in a state where a tip abuts on the first substrate when an external force is applied. The detecting device 100 can detect slip sensing information indicating a standstill or slippage of the object by using the slip detecting section B, and force sensing information indicating a direction and magnification of the applied external force by using the external force detecting section D, at the same time.

Description

本発明は、検出装置、電子機器及びロボットに関するものである。   The present invention relates to a detection device, an electronic device, and a robot.

外力を検出する検出装置として、特許文献1及び2に記載の検出装置が知られている。このような検出装置は、タッチパネルやロボットの触覚センサー等への応用が検討されている。
特許文献1の検出装置は、裏面に錘状突起が略均一に配置された受圧シートを用い、その突起の変形量から圧力分布を検出する構成となっている。特許文献2の検出装置は、受圧シートの表面に複数の柱状突起をマトリクス状に配置し、これら表面突起の周辺部を等分した個所の裏面に円錐状の突起を設けた構成となっている。
As a detection device for detecting an external force, detection devices described in Patent Documents 1 and 2 are known. Application of such a detection apparatus to a touch panel, a tactile sensor of a robot, or the like is being studied.
The detection device of Patent Document 1 is configured to detect a pressure distribution from a deformation amount of a protrusion using a pressure-receiving sheet in which weight-like protrusions are substantially uniformly arranged on the back surface. The detection device of Patent Document 2 has a configuration in which a plurality of columnar protrusions are arranged in a matrix on the surface of a pressure-receiving sheet, and a conical protrusion is provided on the back surface of a portion obtained by equally dividing the periphery of these surface protrusions. .

特開昭60−135834号公報Japanese Patent Laid-Open No. 60-135834 特開平7−128163号公報JP-A-7-128163

しかしながら、特許文献1の検出装置では、測定面にかかる圧力の面内方向の力(滑り力)を測定することができない。特許文献2の検出装置では、外力を3次元の力ベクトルとして検出することは可能であるが、突起の変形の度合いで外力の検出限界が決まってしまう。
以上のように、特許文献1及び2の検出装置では、いずれも外力の方向と大きさとを高い精度で検出することができなかったという課題を有している。
However, the detection device of Patent Document 1 cannot measure the in-plane force (sliding force) of the pressure applied to the measurement surface. In the detection device of Patent Document 2, it is possible to detect an external force as a three-dimensional force vector, but the detection limit of the external force is determined by the degree of deformation of the protrusion.
As described above, the detection devices of Patent Documents 1 and 2 both have a problem that the direction and magnitude of the external force cannot be detected with high accuracy.

さらに、近年のロボットには、単に硬い物体を把持するという動作だけでなく、例えば柔らかい物体を適切な力で把持するという動作、例えば人を撫でる、こする、拭くという動作など、より人に近い動作性能が要求されている。この様なロボットを実現するためには、人が持つ感覚機能の中の触覚(力覚、滑り覚)情報を高精度で検知する必要がある。詳しくは、物体に作用する力(以下、外力と称す)の方向及び大きさという力覚情報に加えて、外力が作用した物体の静止または滑りという滑り覚情報を高精度で検出する必要がある。   Furthermore, in recent robots, not only the operation of gripping a hard object, but also the operation of gripping a soft object with an appropriate force, for example, the operation of stroking, rubbing, wiping, etc., closer to humans Operating performance is required. In order to realize such a robot, it is necessary to detect tactile (force / slip) information in a sensory function of a person with high accuracy. Specifically, in addition to the haptic information on the direction and magnitude of the force acting on the object (hereinafter referred to as external force), it is necessary to detect slip sensation information on the stationary or slipping of the object on which the external force is applied with high accuracy. .

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、外力の方向及び大きさという力覚情報に加えて、外力が作用した物体の静止または滑りという滑り覚情報を高精度で検出することが可能な検出装置、さらには当該検出装置を搭載した電子機器やロボットを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and detects, in addition to haptic information such as the direction and magnitude of an external force, slip sensation information such as stationary or slipping of an object to which the external force is applied with high accuracy. It is an object of the present invention to provide a detection device that can perform the detection, and an electronic device and a robot on which the detection device is mounted.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

(適用例1)
本適用例の検出装置は、外力が作用する面を有し、外力の方向と大きさとを検出する外力検出部と、外力によって発生する滑り変位を検出する滑り検出部とが積層された検出装置であって、外力検出部は、基準点の回りに複数配置された圧力センサーを有する第1基板と、基準点と重なる位置に重心が位置するとともに、外力によって先端部が第1基板に当接した状態で弾性変形する弾性体突起が形成された第2基板とを備え、滑り検出部は、感圧導電シートと、感圧導電シートに電気的に接続され、感圧導電シートの抵抗値を検出する一対の電極が形成された第3基板とを備えていることを特徴とする。
(Application example 1)
The detection device of this application example has a surface on which an external force acts, and a detection device in which an external force detection unit that detects the direction and magnitude of the external force and a slip detection unit that detects a slip displacement generated by the external force are stacked. The external force detection unit includes a first substrate having a plurality of pressure sensors arranged around the reference point, a center of gravity located at a position overlapping with the reference point, and a tip portion contacting the first substrate by an external force. The slip detection unit is electrically connected to the pressure-sensitive conductive sheet and has a resistance value of the pressure-sensitive conductive sheet. And a third substrate on which a pair of electrodes to be detected is formed.

本適用例によれば、弾性体突起の先端部が第1基板(複数の圧力センサー)に当接した状態で、滑り方向(圧力センサー表面と平行な方向)に変形することが可能であるので、外力の方向と大きさとを検出することができる。更に、感圧導電シートの抵抗値は、滑り変位が発生する付近で変化点を有するので、感圧導電シートの抵抗値の変化から滑り変位の発生を検出することができる。従って、外力の方向と大きさという力覚情報に加えて、外力が作用した物体の静止または滑りという滑り覚情報からなる複合情報を検出できる検出装置を提供することができる。   According to this application example, the elastic protrusion can be deformed in a sliding direction (a direction parallel to the pressure sensor surface) in a state where the tip of the elastic protrusion is in contact with the first substrate (a plurality of pressure sensors). The direction and magnitude of the external force can be detected. Furthermore, since the resistance value of the pressure-sensitive conductive sheet has a changing point in the vicinity of the occurrence of the slip displacement, the occurrence of the slip displacement can be detected from the change in the resistance value of the pressure-sensitive conductive sheet. Accordingly, it is possible to provide a detection device capable of detecting composite information including slip information of stationary or slipping of an object to which an external force is applied in addition to force information of the direction and magnitude of the external force.

(適用例2)
上記適用例に記載の検出装置は、外力が作用する面には弾性を有する基板が設置されていることが好ましい。
(Application example 2)
In the detection device described in the application example, it is preferable that an elastic substrate is provided on a surface on which an external force acts.

本適用例によれば、外力が作用する面には弾性を有する基板が設置され、外力の作用点で弾性を有する基板が変形するので、外力の作用点が移動する(滑る)ことなく、外力を受け止めることができる。従って、弾性を有する基板によって、外力検出部及び滑り検出部に、外力が的確に伝達されるという効果を得ることができる。   According to this application example, the elastic substrate is installed on the surface on which the external force acts, and the elastic substrate is deformed at the external force application point, so that the external force application point does not move (slide). You can catch it. Therefore, it is possible to obtain an effect that the external force is accurately transmitted to the external force detection unit and the slip detection unit by the elastic substrate.

(適用例3)
上記適用例に記載の検出装置は、外力が作用する面には、凹部と凸部のうち少なくとも一方が形成されていることが好ましい。
(Application example 3)
In the detection device described in the application example described above, it is preferable that at least one of a concave portion and a convex portion is formed on a surface on which an external force acts.

本適用例によれば、外力が作用する面には凹部と凸部のうち少なくとも一方が形成されているので、外力が作用する面の摩擦力が大きくなる。よって、外力の作用点は移動する(滑る)ことがなく、外力をより的確に受け止めることができる。従って、外力検出部及び滑り検出部に、外力がより的確に伝達されるという効果を得ることができる。   According to this application example, since at least one of the concave portion and the convex portion is formed on the surface on which the external force acts, the frictional force on the surface on which the external force acts increases. Therefore, the action point of the external force does not move (slide), and the external force can be received more accurately. Therefore, an effect that the external force is more accurately transmitted to the external force detection unit and the slip detection unit can be obtained.

(適用例4)
上記適用例に記載の検出装置は、外力が作用する面の側から順に第3基板、第2基板、及び第1基板が積層されていることが好ましい。
(Application example 4)
In the detection device described in the application example, it is preferable that the third substrate, the second substrate, and the first substrate are stacked in order from the side on which the external force acts.

本適用例によれば、外力が作用する面の側から順に、滑り変位を検出する滑り検出部(第3基板)及び外力の方向と大きさとを検出する外力検出部(第2基板、第1基板)が積層されているので、外力検出部によって外力の方向と大きさという力覚情報を、及び滑り検出部によって物体の静止または滑りという滑り覚情報を、同時に検出することができるという効果を得ることができる。   According to this application example, in order from the side on which the external force acts, a slip detection unit (third substrate) that detects slip displacement and an external force detection unit (second substrate, first) that detects the direction and magnitude of the external force. Since the substrate) is stacked, the external force detection unit can simultaneously detect the haptic information of the direction and magnitude of the external force, and the slip detection unit can simultaneously detect the slip sensation information of the stationary or slipping of the object. Can be obtained.

(適用例5)
上記適用例に記載の検出装置は、外力が作用する面の側から順に第3基板、第2基板、及び第1基板が積層され、第3基板と第2基板との間には、剛性を有する基板が設置されていることが好ましい。
(Application example 5)
In the detection device according to the application example, the third substrate, the second substrate, and the first substrate are sequentially stacked from the side on which the external force acts, and rigidity is provided between the third substrate and the second substrate. It is preferable that the board | substrate which has is installed.

本適用例によれば、滑り検出部(第3基板)の外力が作用する面の反対の面には、剛性を有する基板が設置されているので、外力が作用しても滑り検出部は変形することがなく、滑り検出部に的確に外力が作用し、外力によって発生する滑り変位の発生を正確に検出することができる。さらに、外力検出部(第2基板、第1基板)の外力が作用する面には、剛性を有する基板が設置されているので、外力検出部には、一点集中でなく全体に外力が作用する。従って、外力検出部に設置した複数個所の弾性体突起に作用する外力の大きさ(外力の分布)を求めることができる。さらに、その差から作用した外力の回転モーメントも求めることができるという効果を得ることができる。   According to this application example, since the rigid substrate is installed on the surface opposite to the surface on which the external force acts on the slip detection unit (third substrate), the slip detection unit is deformed even if the external force is applied. Therefore, it is possible to accurately detect the occurrence of a slip displacement caused by an external force acting on the slip detection unit accurately. Furthermore, since a rigid substrate is installed on the surface of the external force detection unit (second substrate, first substrate) on which the external force acts, the external force acts on the entire external force detection unit, not on a single point. . Therefore, the magnitude of external force (distribution of external force) acting on the elastic protrusions at a plurality of locations installed in the external force detector can be obtained. Furthermore, the effect that the rotational moment of the external force which acted from the difference can also be calculated | required can be acquired.

(適用例6)
上記適用例に記載の検出装置は、外力が作用する面の側から順に第3基板、第2基板、及び第1基板が積層され、第2基板と第1基板とで構成される外力検出部は、一対の剛性を有する基板で挟持されていることが好ましい。
(Application example 6)
In the detection device according to the application example, the third substrate, the second substrate, and the first substrate are sequentially stacked from the side on which the external force acts, and the external force detection unit configured by the second substrate and the first substrate. Is preferably sandwiched between a pair of rigid substrates.

本適用例によれば、滑り検出部(第3基板)の外力が作用する面の反対の面には、剛性を有する基板が設置されているので、外力が作用しても滑り検出部は変形することがなく、滑り検出部に的確に外力が作用し、外力によって発生する滑り変位の発生を正確に検出することができる。さらに、外力検出部(第2基板、第1基板)の外力が作用する面には、剛性を有する基板が設置されているので、外力検出部には、一点集中でなく全体に外力が作用する。よって、外力検出部に設置した複数個所の弾性体突起に作用する外力の大きさ(外力の分布)、及びその差から外力の回転モーメントを求めることができる。さらに、外力検出部の外力が作用する面と反対側の面に剛性を有する基板が設置されているので、外力が作用しても外力検出部が変形し、作用する外力の方向を誤検知することがなく、変形しやすい柔軟な物体にも検出部を取り付けることができるという効果も得ることができる。   According to this application example, since the rigid substrate is installed on the surface opposite to the surface on which the external force acts on the slip detection unit (third substrate), the slip detection unit is deformed even if the external force is applied. Therefore, it is possible to accurately detect the occurrence of a slip displacement caused by an external force acting on the slip detection unit accurately. Furthermore, since a rigid substrate is installed on the surface of the external force detection unit (second substrate, first substrate) on which the external force acts, the external force acts on the entire external force detection unit, not on a single point. . Therefore, the rotational moment of the external force can be obtained from the magnitude (distribution of the external force) of the external force acting on the elastic protrusions at a plurality of locations installed in the external force detector and the difference therebetween. Furthermore, since the rigid substrate is installed on the surface opposite to the surface on which the external force acts on the external force detector, the external force detector is deformed even if an external force acts, and the direction of the acting external force is erroneously detected. In addition, it is possible to obtain an effect that the detection unit can be attached to a flexible object that is easily deformed.

(適用例7)
上記適用例に記載の検出装置は、外力が作用する面の側から順に第3基板、第2基板、及び第1基板が積層され、第2基板と第3基板のうち少なくとも一方は、剛性を有する基板であることが好ましい。
(Application example 7)
In the detection device according to the application example, the third substrate, the second substrate, and the first substrate are stacked in order from the side on which the external force acts, and at least one of the second substrate and the third substrate has rigidity. It is preferable that it is a board | substrate which has.

本適用例によれば、第2基板と第3基板のうち少なくとも一方は剛性を有するので、滑り検出部(第3基板)と外力検出部(第2基板、第1基板)との間に剛性を有する基板を新たに設置しなくても、滑り検出部と外力検出部とを適正に機能させることができるという効果を得ることができる。   According to this application example, since at least one of the second substrate and the third substrate has rigidity, the rigidity is between the slip detection unit (third substrate) and the external force detection unit (second substrate, first substrate). Even without newly installing a substrate having the above, it is possible to obtain an effect that the slip detection unit and the external force detection unit can function properly.

(適用例8)
上記適用例に記載の検出装置は、外力が作用する面の側から順に第2基板、第1基板、及び第3基板が積層されていることが好ましい。
(Application example 8)
In the detection apparatus described in the application example, it is preferable that the second substrate, the first substrate, and the third substrate are stacked in order from the side on which the external force acts.

本適用例によれば、外力が作用する側から順に、外力を検出する外力検出部(第2基板、第1基板)と滑り変位を検出する滑り検出部(第3基板)とが積層されているので、外力検出部によって外力の方向と大きさという力覚情報を、及び滑り検出部によって物体の静止または滑りという滑り覚情報を、同時に検出することができるという効果を得ることができる。   According to this application example, an external force detection unit (second substrate, first substrate) that detects external force and a slip detection unit (third substrate) that detects slip displacement are stacked in order from the side on which the external force acts. Therefore, it is possible to obtain the effect that the external force detection unit can simultaneously detect the haptic information of the direction and magnitude of the external force, and the slip detection unit can simultaneously detect the sensible information of the stationary or slipping of the object.

(適用例9)
上記適用例に記載の検出装置は、外力が作用する面の側から順に第2基板、第1基板、及び第3基板が積層され、第3基板の外力が作用する面と反対の面には剛性を有する基板が設置されていることが好ましい。
(Application example 9)
In the detection device described in the application example, the second substrate, the first substrate, and the third substrate are stacked in order from the side on which the external force acts, and the surface opposite to the surface on which the external force acts is applied to the third substrate. It is preferable that a rigid substrate is installed.

本適用例によれば、滑り検出部(第3基板)の外力が作用する面の反対の面には、剛性を有する基板が設置されているので、外力が作用しても滑り検出部は変形することがなく、滑り検出部に的確に外力が作用し、外力によって発生する滑り変位を正確に検出することができる。さらに、変形しやすい柔軟な物体にも検出装置を取り付けることができるという効果も得ることができる。   According to this application example, since the rigid substrate is installed on the surface opposite to the surface on which the external force acts on the slip detection unit (third substrate), the slip detection unit is deformed even if the external force is applied. Therefore, an external force acts accurately on the slip detection unit, and a slip displacement generated by the external force can be accurately detected. Furthermore, it is possible to obtain an effect that the detection device can be attached to a flexible object that is easily deformed.

(適用例10)
上記適用例に記載の検出装置は、外力が作用する面の側から順に第2基板、第1基板、及び第3基板が積層され、第3基板は一対の剛性を有する基板で挟持されていることが好ましい。
(Application example 10)
In the detection device described in the application example, the second substrate, the first substrate, and the third substrate are sequentially stacked from the side on which the external force acts, and the third substrate is sandwiched between a pair of rigid substrates. It is preferable.

本適用例によれば、外力検出部(第2基板、第1基板)の外力が作用する面と反対の面には、剛性基板が設置されているので、外力が作用しても外力検出部が変形し、作用する外力の方向を誤検知することがなく、外力の方向と大きさとをより正確に検出することができる。さらに、滑り検出部(第3基板)の外力が作用する面と反対の面にも、剛性を有する基板が設置されているので、外力が作用しても滑り検出部は変形することがなく、滑り検出部に的確に外力が作用し、外力によって発生する滑り変位を正確に検出することができる。さらに、変形しやすい柔軟な物体にも検出装置を取り付けることができるという効果も得ることができる。   According to this application example, since the rigid substrate is installed on the surface opposite to the surface on which the external force acts on the external force detection unit (second substrate, first substrate), the external force detection unit even if the external force is applied. The direction and magnitude of the external force can be more accurately detected without erroneously detecting the direction of the external force acting. Furthermore, since a substrate having rigidity is installed on the surface opposite to the surface on which the external force acts on the slip detection unit (third substrate), the slip detection unit does not deform even if an external force acts on the surface. An external force accurately acts on the slip detection unit, and a slip displacement generated by the external force can be accurately detected. Furthermore, it is possible to obtain an effect that the detection device can be attached to a flexible object that is easily deformed.

(適用例11)
上記適用例に記載の検出装置は、外力が作用する面の側から順に第2基板、第1基板、及び第3基板が積層され、第3基板は剛性を有する基板であることが好ましい。
(Application Example 11)
In the detection device described in the application example, it is preferable that the second substrate, the first substrate, and the third substrate are stacked in order from the side on which the external force acts, and the third substrate is a rigid substrate.

本適用例によれば、滑り変位検出部(第3基板)は剛性を有する基板であるので、外力が作用しても変形することがなく、滑り変位検出部に所定の外力が作用し、滑り変位の発生を正確に検出することができる。さらに、変形しやすい柔軟な物体にも検出装置を取り付ことができるという効果も得ることができる。   According to this application example, since the slip displacement detection unit (third substrate) is a rigid substrate, it does not deform even when an external force is applied, and a predetermined external force acts on the slip displacement detection unit, and the slip The occurrence of displacement can be accurately detected. Furthermore, it is possible to obtain an effect that the detection device can be attached to a flexible object that is easily deformed.

(適用例12)
上記適用例に記載の検出装置は、外力が作用する面の側から順に第2基板、第1基板、及び第3基板が積層され、第2基板は剛性を有する基板であることが好ましい。
(Application Example 12)
In the detection device described in the application example, it is preferable that the second substrate, the first substrate, and the third substrate are stacked in order from the side on which the external force acts, and the second substrate is a rigid substrate.

弾性突起体が形成された第2基板は剛性を有する基板であるので、第2基板から複数の圧力センサーを有する第1基板には、一点集中でなく全体に外力が作用する。よって、外力検出部に設置した複数個所の弾性体突起に作用する外力の大きさ(外力の分布)、及びその差から外力の回転モーメントを求めることができるという効果を得ることができる。   Since the second substrate on which the elastic protrusions are formed is a rigid substrate, an external force acts on the entire first substrate having a plurality of pressure sensors from the second substrate, not on a single point. Therefore, it is possible to obtain an effect that the rotational moment of the external force can be obtained from the magnitude of the external force (distribution of the external force) acting on the elastic protrusions at a plurality of locations installed in the external force detection unit and the difference therebetween.

(適用例13)
上記適用例に記載の検出装置は演算部を備え、演算部は外力によって弾性体突起が弾性変形することにより複数の圧力センサーで検出された圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサーで検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が作用した方向及び外力の大きさを求める演算処理を実行することが好ましい。
(Application Example 13)
The detection device described in the application example includes a calculation unit, and the calculation unit is detected by each pressure sensor arbitrarily combined among the pressure values detected by the plurality of pressure sensors when the elastic protrusion is elastically deformed by an external force. It is preferable to perform a calculation process for calculating the difference between the pressure values and calculating the direction of the external force and the magnitude of the external force based on the difference.

本適用例によれば、検出装置に作用する外力に、滑り方向(圧力センサー表面と平行な方向)の力成分があると、弾性体突起の重心は基準点からずれて、滑り方向に移動する。すると、複数の圧力センサーのうち、弾性体突起の重心が移動した部分と重なる割合が相対的に大きくなり、各圧力センサーで異なる値の圧力値が検出される。具体的には、弾性体突起の重心と重なる位置の圧力センサーでは相対的に大きい圧力値が検出され、弾性体突起の重心と重ならない位置の圧力センサーでは相対的に小さい圧力値が検出されることとなる。従って、演算部により、各圧力センサーで検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて、検出装置に作用した外力の方向と大きさとを求めることができるという効果を得ることができる。   According to this application example, if the external force acting on the detection device includes a force component in the sliding direction (direction parallel to the pressure sensor surface), the center of gravity of the elastic protrusion is displaced from the reference point and moves in the sliding direction. . Then, the ratio of the plurality of pressure sensors that overlap with the portion where the center of gravity of the elastic protrusion moves is relatively large, and different pressure values are detected by each pressure sensor. Specifically, a relatively large pressure value is detected by the pressure sensor at a position overlapping with the center of gravity of the elastic protrusion, and a relatively small pressure value is detected by a pressure sensor at a position not overlapping with the center of gravity of the elastic protrusion. It will be. Therefore, it is possible to obtain an effect that the calculation unit calculates the difference between the pressure values detected by the respective pressure sensors, and can determine the direction and magnitude of the external force applied to the detection device based on the difference. .

(適用例14)
上記適用例に記載の検出装置は演算部を備え、演算部は感圧導電シートの抵抗値を滑り検出信号に変換し、滑り検出信号の変化から滑り変位の発生を検出する演算処理を実行することが好ましい。
(Application Example 14)
The detection device described in the application example includes a calculation unit, and the calculation unit converts a resistance value of the pressure-sensitive conductive sheet into a slip detection signal, and executes calculation processing for detecting occurrence of slip displacement from a change in the slip detection signal. It is preferable.

感圧導電シートの抵抗値は、滑り変位が発生する付近で変化点を有するので、感圧導電シートの抵抗値の変化点から、滑り変位の発生を検出することができる。演算部で、感圧導電シートの抵抗値の変化を、より正確に検出できる電気信号(滑り検出信号)に変換する。さらに、演算部で当該電気信号(滑り検出信号)の変化点から滑り変位の発生を検出する演算処理を実施することで、より正確に滑り変位の発生を検出することができるという効果を得ることができる。   Since the resistance value of the pressure-sensitive conductive sheet has a changing point in the vicinity of the occurrence of the sliding displacement, the occurrence of the sliding displacement can be detected from the changing point of the resistance value of the pressure-sensitive conductive sheet. The calculation unit converts the change in the resistance value of the pressure-sensitive conductive sheet into an electric signal (slip detection signal) that can be detected more accurately. Furthermore, the effect that the occurrence of slippage displacement can be detected more accurately is obtained by performing computation processing for detecting the occurrence of slippage displacement from the changing point of the electric signal (slip detection signal) in the computation unit. Can do.

(適用例15)
本適用例に記載の電子機器は、上記適用例に記載の検出装置を備えていることを特徴とする。
(Application Example 15)
The electronic device described in this application example includes the detection device described in the above application example.

上記適用例に記載の検出装置を電子機器に搭載することで、電子機器に作用する力の方向と大きさという力覚情報に加えて、静止または滑りという滑り覚情報を利用できるので、力覚情報による電子機器の操作に加えて、滑り覚情報による電子機器の操作が可能になり、より多様な操作ができる電子機器を提供することができる。例えば、情報携帯端末、携帯電話、パーソナルコンピューター、ビデオカメラのモニター、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、デジタルスチルカメラなどのタッチパッドに当該検出装置を搭載することで、より多様な操作性を提供することができる。   By mounting the detection device described in the above application example on an electronic device, in addition to the haptic information on the direction and magnitude of the force acting on the electronic device, slip information on stationary or slipping can be used. In addition to the operation of the electronic device based on the information, the electronic device can be operated based on the slip sensation information, and an electronic device capable of various operations can be provided. For example, the detection device on a touch pad of information portable terminal, mobile phone, personal computer, video camera monitor, car navigation device, pager, electronic notebook, calculator, word processor, workstation, video phone, POS terminal, digital still camera, etc. It is possible to provide a wider variety of operability by installing.

(適用例16)
本適用例に記載のロボットは、上記適用例に記載の検出装置を備えていることを特徴とする。
(Application Example 16)
The robot described in this application example includes the detection device described in the above application example.

上記適用例に記載の検出装置を備えたロボットは、物体に作用する力の方向と大きさという力覚情報に加えて、静止または滑りという滑り覚情報を同時に検出することができるので、物体が静止している状態だけでなく、物体が滑っている状態においても物体に作用する力の方向と大きさとを検知し、物体に作用する力の方向と大きさとを適正に制御することができる。従って、例えば人を介護する動作(撫でる、こする、拭く)、例えば粘土の様な柔軟な材料を陶芸品に加工する動作など、より人に近い動作を提供することができる。   A robot equipped with the detection device described in the above application example can simultaneously detect slip sensation information such as stationary or slip in addition to haptic information such as the direction and magnitude of the force acting on the object. It is possible to detect the direction and magnitude of the force acting on the object not only in a stationary state but also in a state where the object is sliding, and appropriately control the direction and magnitude of the force acting on the object. Accordingly, it is possible to provide an operation closer to a human, such as an operation of nursing a person (boiling, rubbing, wiping), an operation of processing a flexible material such as clay into a ceramic product.

第1実施形態に係る検出装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the detection apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る感圧導電シートの状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of the pressure-sensitive conductive sheet which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る電極シートの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the electrode sheet which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る外力検出部の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the external force detection part which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る滑り検出信号回路の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the slip detection signal circuit according to the first embodiment. 第1実施形態に係るセンシング回路の構成を示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram which shows the structure of the sensing circuit which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係るセンシング回路の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation of a sensing circuit concerning a 1st embodiment. リセット期間におけるセンシング回路の動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows operation | movement of the sensing circuit in a reset period. センシング期間におけるセンシング回路の動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows operation | movement of the sensing circuit in a sensing period. 読出期間におけるセンシング回路の動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows operation | movement of the sensing circuit in a read-out period. 第1実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the change of the electrostatic capacitance by the capacity | capacitance detection element which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す平面図である。It is a top view which shows the change of the electrostatic capacitance by the capacity | capacitance detection element which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係るセンシング領域の座標系を示す図である。It is a figure which shows the coordinate system of the sensing area | region which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る容量検出素子による垂直方向の圧力分布を示す図である。It is a figure which shows the pressure distribution of the perpendicular direction by the capacity | capacitance detection element which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る容量検出素子によるすべり方向の計算例を示す図である。It is a figure which shows the example of calculation of the slip direction by the capacity | capacitance detection element which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る実験装置の概略図である。It is the schematic of the experimental apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る実験装置による評価結果を示すグラフである。It is a graph which shows the evaluation result by the experimental apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る外力検出部の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the external force detection part which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る外力検出部の圧力センサーによる圧力値の変化を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the change of the pressure value by the pressure sensor of the external force detection part which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る外力検出部の圧力センサーによる圧力値の変化を示す平面図である。It is a top view which shows the change of the pressure value by the pressure sensor of the external force detection part which concerns on 2nd Embodiment. 電子機器の一例である携帯情報端末の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the portable information terminal which is an example of an electronic device. ロボットの一例であるロボットハンドの概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the robot hand which is an example of a robot.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment shows one aspect of the present invention, and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. Moreover, in the following drawings, in order to make each structure easy to understand, an actual structure and a scale, a number, and the like in each structure are different.

(第1実施形態)
<検出装置の概要>
図1は、第1実施形態に係る検出装置100の構成を示す概略図である。
図1に示すように、検出装置100は、矢印で示す外力Fが作用する検出部Kと、検出部Kから得られた情報を演算処理する演算部Eとで構成される。
検出部Kは矩形状であり、外力Fが作用する側から順に、弾性基板A、滑り検出部B、剛性基板C、及び外力検出部Dが積層され、それぞれの部材は接着剤または粘着材によって接着されている。滑り検出部Bから得られた信号は演算部Eで演算処理され、外力Fによる滑り変位の発生を求めることができる。外力検出部Dで得られた信号は演算部Eで演算処理され、外力Fの方向と大きさとを求めることができる。
(First embodiment)
<Outline of detection device>
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a detection device 100 according to the first embodiment.
As illustrated in FIG. 1, the detection device 100 includes a detection unit K to which an external force F indicated by an arrow acts, and a calculation unit E that performs calculation processing on information obtained from the detection unit K.
The detection unit K has a rectangular shape, and an elastic substrate A, a slip detection unit B, a rigid substrate C, and an external force detection unit D are laminated in order from the side on which the external force F acts, and each member is made of an adhesive or an adhesive material. It is glued. The signal obtained from the slip detection unit B is subjected to calculation processing by the calculation unit E, and the occurrence of slip displacement due to the external force F can be obtained. The signal obtained by the external force detection unit D is subjected to calculation processing by the calculation unit E, and the direction and magnitude of the external force F can be obtained.

外力Fが作用する側から順に、検出部Kの構成要素の詳細を説明する。また、以下の説明では、矩形状の検出部Kの1辺に沿った方向をX軸、当該1辺と直交し互いに対向する2辺に沿った方向をY軸、検出部Kと直交する方向をZ軸とする。更に、検査部Kに外力Fが作用する側を上(Z軸(+)方向)、反対側を下(Z軸(−)方向)とする。   Details of components of the detection unit K will be described in order from the side on which the external force F acts. In the following description, the direction along one side of the rectangular detection unit K is the X axis, the direction along two sides orthogonal to the one side and facing each other is the Y axis, and the direction orthogonal to the detection unit K. Is the Z axis. Furthermore, the side on which the external force F acts on the inspection portion K is defined as the upper side (Z-axis (+) direction), and the opposite side is defined as the lower side (Z-axis (−) direction).

<弾性基板A>
弾性基板A(図1参照)は、外力Fが作用することによって変形し、外力Fが除荷されると元の形状に回復する弾性を有する基板であり、好適例としてシリコンゴムシートを用いている。外力Fの作用点で弾性基板Aが変形し、作用点が移動する(滑る)ことなく外力Fを受け止めることができるので、外力Fは的確に滑り検出部Bに伝達される。弾性基板Aを形成する材料としては、上述のシリコンゴムの他に、天然ゴム、及びアクリルゴム、ニトリルゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴムなどの合成ゴムが好適である。また、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、フッ素樹脂などの軟質な樹脂も使用できる。
<Elastic board A>
The elastic substrate A (see FIG. 1) is a substrate having elasticity that is deformed by the action of the external force F and recovers to its original shape when the external force F is unloaded. As a preferred example, a silicon rubber sheet is used. Yes. The elastic substrate A is deformed at the point of application of the external force F, and the external force F can be received without the action point moving (sliding), so that the external force F is accurately transmitted to the slip detection unit B. As a material for forming the elastic substrate A, in addition to the above-mentioned silicon rubber, natural rubber, acrylic rubber, nitrile rubber, isoprene rubber, urethane rubber, ethylene propylene rubber, chlorosulfonated polyethylene, epichlorohydrin rubber, chloroprene rubber, styrene -Synthetic rubbers such as butadiene rubber, butadiene rubber, and fluorine rubber are suitable. In addition, soft resins such as polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, and fluororesin can be used.

更に、弾性基板Aの表面に凹部または凸部を形成すると摩擦係数が高くなり、外力Fをより的確に滑り検出部Bに伝達することができる。例えば、シリコンゴムを金型成形法によって、直径1mm〜3mmの半球を形成したシリコンゴムシートを用いると、外力Fはより的確に滑り検出部Bに伝達される。このような凹部または凸部は、金型成形法以外に、溶剤によるエッチング、ディスペンサーやインクジェットによる塗布形成、スクリーン印刷などの方法によっても形成することができる。凹部または凸部は、母体基板と異なる材料で形成しても良い。
なお、弾性基板Aは、「弾性を有する基板」の一例である。
Furthermore, when a concave or convex portion is formed on the surface of the elastic substrate A, the friction coefficient increases, and the external force F can be transmitted to the slip detection unit B more accurately. For example, when a silicon rubber sheet in which a hemisphere having a diameter of 1 mm to 3 mm is formed from silicon rubber by a mold forming method, the external force F is more accurately transmitted to the slip detection unit B. Such a concave portion or convex portion can be formed by a method such as etching by a solvent, coating formation by a dispenser or inkjet, screen printing, or the like, in addition to the mold forming method. The concave portion or the convex portion may be formed of a material different from that of the base substrate.
The elastic substrate A is an example of “an elastic substrate”.

<滑り検出部B>
図2は、外力Fが作用する前後における滑り検出部Bの状態を示す模式図である。滑り検出部Bは可撓性を有し、弾性基板Aと剛性基板Cとで挟持されることで、滑り検出部Bに所定の外力Fが作用するので、図2には弾性基板Aと剛性基板Cとも図示されている。
<Slip detection unit B>
FIG. 2 is a schematic diagram showing the state of the slip detection unit B before and after the external force F acts. The slip detection unit B has flexibility, and a predetermined external force F acts on the slip detection unit B by being sandwiched between the elastic substrate A and the rigid substrate C. Therefore, FIG. The substrate C is also illustrated.

図2(a)は外力が作用していない状態を示している。図2(b)は圧縮方向(Z軸(−)方向)の外力Fが作用した状態を示している。図2(c)は、上述の圧縮方向の力に加えて、滑り方向(弾性基板Aの表面に水平な方向)の力が作用した滑り変位発生前の状態、すなわち斜め方向の外力Fが作用した、滑り変位発生前の状態を示している。図2(d)は、斜め方向の外力が作用した、滑り変位後の状態を示している。さらに、図2(b)〜図2(d)における点線は、外力Fが作用していない状態での感圧導電シートの輪郭を示している。
図3は電極シートB2の平面図である。以下、図1〜図3を参照して、滑り検出部Bの詳細を説明する。
FIG. 2A shows a state where no external force is acting. FIG. 2B shows a state in which an external force F in the compression direction (Z-axis (−) direction) is applied. FIG. 2C shows a state before the occurrence of sliding displacement in which a force in the sliding direction (a direction horizontal to the surface of the elastic substrate A) is applied in addition to the force in the compression direction, that is, an external force F in an oblique direction is applied. The state before the occurrence of the sliding displacement is shown. FIG. 2 (d) shows a state after sliding displacement in which an external force in an oblique direction is applied. Furthermore, the dotted line in FIG.2 (b)-FIG.2 (d) has shown the outline of the pressure-sensitive conductive sheet in the state where the external force F is not acting.
FIG. 3 is a plan view of the electrode sheet B2. The details of the slip detection unit B will be described below with reference to FIGS.

図1に示すように、滑り検出部Bは、上側(外力Fが作用する側)に感圧導電シートB1、下側に電極シートB2が積層された2層構造となっている。電極シートB2は、「一対の電極が形成された第3基板」の一例である。   As shown in FIG. 1, the slip detection unit B has a two-layer structure in which a pressure-sensitive conductive sheet B1 is stacked on the upper side (side on which the external force F acts) and an electrode sheet B2 is stacked on the lower side. The electrode sheet B2 is an example of “a third substrate on which a pair of electrodes are formed”.

図2に示すように、感圧導電シートB1は、シリコンゴムなどの非導電性エラストマー樹脂B1aに、炭素粒子などの導電性粒子B1bを分散させて形成され、外力Fによって変形する導電体である。図2では、互いに接触し導電経路を形成した導電性粒子B1bを黒丸で、導電経路を形成していない導電性粒子B1bを白丸で示している。
外力Fによって、感圧導電シートの抵抗値は下記に示す変化を示す。
As shown in FIG. 2, the pressure-sensitive conductive sheet B1 is a conductor that is formed by dispersing conductive particles B1b such as carbon particles in a nonconductive elastomer resin B1a such as silicon rubber, and is deformed by an external force F. . In FIG. 2, the conductive particles B1b that are in contact with each other to form a conductive path are indicated by black circles, and the conductive particles B1b that are not formed with a conductive path are indicated by white circles.
Due to the external force F, the resistance value of the pressure-sensitive conductive sheet exhibits the following changes.

(1) 外力Fが作用していない状態では、互いに接触する導電性粒子B1bの数は少な く、導電経路がほとんど形成されていないので、107Ω以上の非常に大きな抵抗 値を示す(図2(a))。
(2) 圧縮方向の外力Fが作用すると、導電性粒子B1bは互いに接近し、互いに接触 する導電性粒子B1bの数が多くなるので、導電経路が形成され、図2(a)の状 態より抵抗値は小さくなる(図2(b))。図2(c)及び図2(d)も同様であ る。
(3) 圧縮方向の外力に加えて滑り方向の外力、すなわち斜め方向の外力Fが作用する と、感圧導電シートB1は滑り方向に伸びるので、互いに離間する導電性粒子B1 bが増え、導電経路を形成する導電性粒子B1bが減少し、図2(b)の状態より 抵抗値は大きくなる。また、滑り変位が発生する直前で、感圧導電シートB1は滑 り方向に最も伸びた状態となる。このために、滑り変位が発生する付近で、抵抗値 が最も大きくなる(図2(c))。
(4) 詳細は後述するが、滑り変位が発生すると滑り方向の外力Fは小さくなるので、 滑り方向への感圧導電シートの伸びは小さくなる。このために、離間した導電性粒 子B1bは接近し、導電経路を形成した導電性粒子B1bが増加し、滑り変位が発 生する前の図2(c)の状態よりも抵抗値は小さくなる(図2(d))。
(1) When the external force F is not applied, the number of the conductive particles B1b that are in contact with each other is small, and almost no conductive path is formed, so that a very large resistance value of 10 7 Ω or more is exhibited (see FIG. 2 (a)).
(2) When an external force F in the compression direction is applied, the conductive particles B1b approach each other and the number of the conductive particles B1b in contact with each other increases, so that a conductive path is formed, and the state shown in FIG. The resistance value becomes smaller (FIG. 2B). The same applies to FIG. 2 (c) and FIG. 2 (d).
(3) When an external force in the sliding direction, that is, an external force F in the oblique direction, acts in addition to the external force in the compression direction, the pressure-sensitive conductive sheet B1 extends in the sliding direction, so that the conductive particles B1 b that are separated from each other increase. The conductive particles B1b forming the path are reduced, and the resistance value becomes larger than that in the state of FIG. In addition, immediately before the occurrence of the sliding displacement, the pressure-sensitive conductive sheet B1 is in the most extended state in the sliding direction. For this reason, the resistance value becomes the largest in the vicinity where the sliding displacement occurs (FIG. 2C).
(4) Although details will be described later, when the sliding displacement occurs, the external force F in the sliding direction becomes small, so that the elongation of the pressure-sensitive conductive sheet in the sliding direction becomes small. For this reason, the separated conductive particles B1b approach, the conductive particles B1b forming the conductive path increase, and the resistance value becomes smaller than the state of FIG. 2C before the sliding displacement occurs. (FIG. 2 (d)).

このように、外力Fによって感圧導電シートB1は変形し、導電性粒子B1bが接触または離間し、感圧導電シートB1の抵抗値が変化する。   Thus, the pressure-sensitive conductive sheet B1 is deformed by the external force F, and the conductive particles B1b are brought into contact with or separated from each other, and the resistance value of the pressure-sensitive conductive sheet B1 changes.

図3に示すように、電極シートB2は、2本の櫛型電極110、111及び2個の電極端子110a、111aが形成された樹脂フィルムである。電極シートB2は、感圧導電シートB1に電気的に接続されるように固着され、感圧導電シートB1の抵抗値を電極端子110aと電極端子111aとからモニターする。
電極シートは感圧導電シートの抵抗値をモニターすることが目的であり、例えば2本の電極を渦巻形状としても良い、例えば2本の電極を異なる基板に配置し、2枚の基板で感圧導電シートを挟持する構成としても良い。
As shown in FIG. 3, the electrode sheet B2 is a resin film on which two comb-shaped electrodes 110 and 111 and two electrode terminals 110a and 111a are formed. The electrode sheet B2 is fixed so as to be electrically connected to the pressure-sensitive conductive sheet B1, and the resistance value of the pressure-sensitive conductive sheet B1 is monitored from the electrode terminal 110a and the electrode terminal 111a.
The purpose of the electrode sheet is to monitor the resistance value of the pressure-sensitive conductive sheet. For example, two electrodes may be formed in a spiral shape. For example, two electrodes are arranged on different substrates, and the pressure is sensed by two substrates. It is good also as a structure which clamps a conductive sheet.

<剛性基板C>
剛性基板C(図1参照)は、厚さ0.5mmのアルミ板である。剛性基板Cを形成する材料としては、アルミニウム、マグネシウム、チタンなどの軽金属、これら軽金属を主成分とする合金、ガラス、石英、セラミック、及びアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、FRP(繊維強化プラスチック)、PET(ポリエチレンテレフタレート)などの硬質な樹脂が好適である。剛性基板Cとして、SUS、鉄、ニッケルなどの金属も使用可能であるが、軽量化のために、アルミニウムのように比重の小さな軽金属のほうが好ましい。
<Rigid substrate C>
The rigid substrate C (see FIG. 1) is an aluminum plate having a thickness of 0.5 mm. As a material for forming the rigid substrate C, light metals such as aluminum, magnesium and titanium, alloys based on these light metals, glass, quartz, ceramics, acrylic resins, polycarbonate resins, phenol resins, melamine resins, urea resins, Hard resins such as FRP (fiber reinforced plastic) and PET (polyethylene terephthalate) are suitable. A metal such as SUS, iron, or nickel can be used as the rigid substrate C, but a light metal having a small specific gravity, such as aluminum, is preferable for weight reduction.

剛性基板Cは、以下に示す役割を有している。
(1) 滑り検出部Bの下に剛性基板Cを配置することによって、滑り検出部Bは可撓性 を有していても変形することがなく、滑り検出部Bに所定の外力Fが作用する。
(2) 外力検出部Dの上に剛体基板Cが配置されることによって、外力検出部Dに対し て局所的でなく、全体に外力Fが作用する。よって、外力検出部Dの複数個所で外 力の大きさ(外力の分布)、及びその差から外力の回転モーメントを検出すること ができる。
剛体基板Cは、「剛性を有する基板」の一例である。
The rigid substrate C has the following role.
(1) By disposing the rigid substrate C under the slip detector B, the slip detector B does not deform even if it has flexibility, and a predetermined external force F acts on the slip detector B. To do.
(2) By disposing the rigid substrate C on the external force detection unit D, the external force F acts on the entire external force detection unit D, not locally. Therefore, the rotational force of the external force can be detected from the magnitude of the external force (distribution of the external force) and the difference between them at a plurality of locations of the external force detector D.
The rigid substrate C is an example of a “stiff substrate”.

<外力検出部D>
外力検出部D(図4参照)は、基準点に外力Fを作用させる弾性体突起32を有する基板、及び基準点に作用した外力Fの圧力値を検出する静電容量方式の圧力センサーで構成される。なお、「基準点」とは、すべり力が作用していない場合に、弾性体突起32の中心が位置するポイントである。
<External force detection part D>
The external force detector D (see FIG. 4) includes a substrate having an elastic protrusion 32 that applies an external force F to a reference point, and a capacitance type pressure sensor that detects a pressure value of the external force F applied to the reference point. Is done. The “reference point” is a point at which the center of the elastic protrusion 32 is located when no sliding force is applied.

図4は、外力検出部Dの概略構成を示す分解斜視図である。図4においては、便宜上、誘電体40(図11参照)の図示を省略している。図4において、符号Pは基準点、符号Sは1つの弾性体突起32に対応して配置された複数の容量検出素子S1〜S4(第1容量電極12と第2容量電極22と誘電体40とで構成される容量検出素子)が検出する単位検出領域を示している。
なお、第1容量電極12と第2容量電極22と誘電体40とで構成される容量検出素子は、「圧力センサー」の一例である。
FIG. 4 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the external force detector D. In FIG. 4, the dielectric 40 (see FIG. 11) is not shown for convenience. In FIG. 4, reference symbol P denotes a reference point, and reference symbol S denotes a plurality of capacitance detection elements S <b> 1 to S <b> 4 (first capacitance electrode 12, second capacitance electrode 22, and dielectric 40) arranged corresponding to one elastic protrusion 32. A unit detection region detected by a capacitance detection element configured by
The capacitance detection element including the first capacitance electrode 12, the second capacitance electrode 22, and the dielectric 40 is an example of a “pressure sensor”.

図4に示すように、外力検出部Dは、基準点Pの回りに複数配置された第1容量電極12を有する第1容量電極基板10と、第1容量電極12を挟んで第1容量電極基板10と対向配置された第2容量電極基板20と、第1容量電極基板10と第2容量電極基板20との間に配置された誘電体40(図11参照)と、基準点Pに重なる位置に重心が位置するとともに外力によって先端部が第2容量電極基板20に当接した状態で弾性変形する、弾性体突起32が形成された第2基板30と、を備えている。
なお、第1容量電極基板10と第2容量電極基板20と誘電体40とで構成される素子基板は、「圧力センサーを有する第1基板」の一例である。弾性体突起32が形成された第2基板30は、「弾性体突起が形成された第2基板」の一例である。
As shown in FIG. 4, the external force detection unit D includes a first capacitance electrode substrate 10 having a plurality of first capacitance electrodes 12 arranged around the reference point P, and a first capacitance electrode across the first capacitance electrode 12. The second capacitor electrode substrate 20 disposed opposite to the substrate 10, the dielectric 40 (see FIG. 11) disposed between the first capacitor electrode substrate 10 and the second capacitor electrode substrate 20, and the reference point P overlap. And a second substrate 30 on which an elastic protrusion 32 is formed, which is elastically deformed in a state where the center of gravity is located at the position and the tip is in contact with the second capacitor electrode substrate 20 by an external force.
The element substrate composed of the first capacitor electrode substrate 10, the second capacitor electrode substrate 20, and the dielectric 40 is an example of “a first substrate having a pressure sensor”. The second substrate 30 on which the elastic protrusions 32 are formed is an example of “a second substrate on which elastic protrusions are formed”.

第1容量電極基板10は、例えばガラス、石英及びプラスチック等の材料で構成された矩形状の第1容量電極基板本体11と、第1容量電極基板本体11に配置された複数の第1容量電極12と、を具備して構成されている。例えば、第1容量電極基板本体11の大きさ(平面視のサイズ)は、縦56mm×横56mm程度になっている。   The first capacitor electrode substrate 10 includes, for example, a rectangular first capacitor electrode substrate body 11 made of a material such as glass, quartz, and plastic, and a plurality of first capacitor electrodes disposed on the first capacitor electrode substrate body 11. 12. For example, the size (plan view size) of the first capacitor electrode substrate body 11 is about 56 mm long × 56 mm wide.

複数の第1容量電極12は、基準点Pに対して点対称に配置されている。例えば、複数の第1容量電極12は、互いに直交する2方向(X方向及びY方向)にマトリクス状に配置されている。これにより、基準点Pと各第1容量電極12との間の距離が互いに等しくなるので、各第1容量電極12と第2容量電極22とを含んで構成される各容量検出素子S1〜S4が検出する静電容量値が互いに等しくなる。よって、各容量検出素子S1〜S4の静電容量値のうち任意に組み合わされた各容量検出素子S1〜S4の静電容量値の差分を演算することが容易となる。なお、静電容量値の差分の演算方法については後述する。   The plurality of first capacitor electrodes 12 are arranged point-symmetrically with respect to the reference point P. For example, the plurality of first capacitor electrodes 12 are arranged in a matrix in two directions (X direction and Y direction) orthogonal to each other. As a result, the distance between the reference point P and each first capacitance electrode 12 becomes equal to each other, so that each capacitance detection element S1 to S4 including each first capacitance electrode 12 and second capacitance electrode 22 is provided. The capacitance values detected by are equal to each other. Therefore, it becomes easy to calculate the difference between the capacitance values of the capacitance detection elements S1 to S4 arbitrarily combined among the capacitance values of the capacitance detection elements S1 to S4. A method for calculating the difference between the capacitance values will be described later.

隣り合う第1容量電極12の間隔は、0.1mm程度になっている。このため、外乱や静電気等の影響により隣り合う位置の容量検出素子S1〜S4で検出される静電容量の値にノイズがのらないようになっている。   The interval between the adjacent first capacitor electrodes 12 is about 0.1 mm. For this reason, noise is prevented from appearing in the capacitance values detected by the capacitance detection elements S1 to S4 at adjacent positions due to the influence of disturbance, static electricity, and the like.

複数の第1容量電極12は、単位検出領域S当たり縦2行横2列に計4つ配置されている。4つの第1容量電極12の中心(単位検出領域Sの中心)が基準点Pとなっている。例えば、単位検出領域Sの大きさ(平面視のサイズ)は、縦2.8mm×横2.8mm程度になっている。また、4つの第1容量電極12の各面積がほぼ等しくなっている。第1容量電極12の形成材料としては、例えばアルミニウム(Al)等の金属材料を用いることができる。
なお、本実施形態においては、第1容量電極12が単位検出領域S当たり縦2行横2列に計4個配置されているが、これに限らない。第1容量電極12は、単位検出領域S当たり3個以上配置されていればよく、例えば、縦3行横3列の計9個配置されていてもよく、縦4行横4列の計16個配置されていてもよい。
The plurality of first capacitance electrodes 12 are arranged in a total of four per unit detection region S in two rows and two columns. The center of the four first capacitor electrodes 12 (the center of the unit detection region S) is the reference point P. For example, the size of the unit detection area S (size in plan view) is about 2.8 mm long × 2.8 mm wide. Further, the areas of the four first capacitor electrodes 12 are substantially equal. As a material for forming the first capacitor electrode 12, for example, a metal material such as aluminum (Al) can be used.
In the present embodiment, a total of four first capacitance electrodes 12 are arranged in two vertical rows and two horizontal columns per unit detection region S, but the present invention is not limited to this. Three or more first capacitance electrodes 12 may be arranged per unit detection region S. For example, a total of nine first capacitance electrodes 12 may be arranged in three rows and three columns. It may be arranged individually.

第2容量電極基板20は、例えばプラスチック等の材料で構成された矩形状の第2容量電極基板本体21と、第2容量電極基板本体21に配置された第2容量電極22と、を具備して構成されている。第2容量電極基板本体21は、接触面に外力が作用したときに可撓性を有する程度の厚さに形成されている。なお、第2容量電極基板本体21は平面視において第1容量電極基板本体11と同じサイズに形成されている。   The second capacitor electrode substrate 20 includes a rectangular second capacitor electrode substrate body 21 made of a material such as plastic, and a second capacitor electrode 22 disposed on the second capacitor electrode substrate body 21. Configured. The second capacitor electrode substrate body 21 is formed to a thickness that is flexible when an external force is applied to the contact surface. The second capacitor electrode substrate body 21 is formed in the same size as the first capacitor electrode substrate body 11 in plan view.

第2容量電極22は、複数の第1容量電極12の全体と重なる位置に配置されている。具体的には、第2容量電極22は、第2容量電極基板本体21の下面の露出する部位全体に亘って形成されている。第2容量電極22の形成材料としては、第1容量電極12と同様に、例えばアルミニウム(Al)等の金属材料を用いることができる。   The second capacitor electrode 22 is disposed at a position overlapping the entirety of the plurality of first capacitor electrodes 12. Specifically, the second capacitor electrode 22 is formed over the entire exposed portion of the lower surface of the second capacitor electrode substrate body 21. As a material for forming the second capacitor electrode 22, for example, a metal material such as aluminum (Al) can be used in the same manner as the first capacitor electrode 12.

誘電体40(図11参照)は、第1容量電極基板10と第2容量電極基板20との間に配置された、弾性体若しくは流体からなるものである。誘電体40の形成材料としては、例えば、ゴム等の弾性体を用いることもできるし、シリコンオイルや液晶等の流体を用いることもできる。   The dielectric 40 (see FIG. 11) is made of an elastic body or a fluid disposed between the first capacitor electrode substrate 10 and the second capacitor electrode substrate 20. As a material for forming the dielectric 40, for example, an elastic body such as rubber can be used, or a fluid such as silicon oil or liquid crystal can be used.

第1容量電極基板10と第2容量電極基板20との間には、第1容量電極基板10と第2容量電極基板20との間の距離を一定に保つスペーサー(図示略)が複数配置されている。複数のスペーサーは、弾性体突起32がマトリクス状に配置された領域の外周部に配置される。これにより、誘電体40は、第1容量電極基板10と第2容量電極基板20との間においてZ方向に一定の厚みを有して構成されている。   Between the first capacitor electrode substrate 10 and the second capacitor electrode substrate 20, a plurality of spacers (not shown) that keep the distance between the first capacitor electrode substrate 10 and the second capacitor electrode substrate 20 constant are arranged. ing. The plurality of spacers are arranged on the outer periphery of the region where the elastic protrusions 32 are arranged in a matrix. Accordingly, the dielectric 40 is configured to have a certain thickness in the Z direction between the first capacitor electrode substrate 10 and the second capacitor electrode substrate 20.

第2基板30は、矩形状の第2基板本体31と、第2基板本体31に配置された複数の弾性体突起32と、を具備して構成されている。第2基板本体31には、剛体基板Cを介して外力Fが作用する。第2基板本体31は、例えばガラス、石英及びプラスチック等の材料で構成することもできるし、発泡ウレタン樹脂等の樹脂材料で構成することもできる。本実施形態では、第2基板本体31及び弾性体突起32の形成材料として樹脂材料を用い、第2基板本体31及び弾性体突起32を金型で一体形成している。   The second substrate 30 includes a rectangular second substrate body 31 and a plurality of elastic protrusions 32 disposed on the second substrate body 31. An external force F acts on the second substrate body 31 via the rigid substrate C. The second substrate body 31 can be made of a material such as glass, quartz, and plastic, or can be made of a resin material such as foamed urethane resin. In the present embodiment, a resin material is used as a material for forming the second substrate body 31 and the elastic protrusions 32, and the second substrate body 31 and the elastic protrusions 32 are integrally formed with a mold.

複数の弾性体突起32は、第2基板本体31上においてX方向及びY方向にマトリクス状に配置されている。弾性体突起32の先端部は、球面の錘状となっており、第2容量電極基板本体21に当接している。弾性体突起32の重心は、基準点Pと重なる位置に配置されている。また、複数の弾性体突起32は、互いに離間して配置されている。このため、弾性体突起32が弾性変形したときの第2基板本体31の面内に平行な方向の変形量を許容することができる。   The plurality of elastic protrusions 32 are arranged in a matrix in the X direction and the Y direction on the second substrate body 31. The tip of the elastic protrusion 32 has a spherical weight shape and is in contact with the second capacitor electrode substrate body 21. The center of gravity of the elastic protrusion 32 is arranged at a position overlapping the reference point P. Further, the plurality of elastic body protrusions 32 are spaced apart from each other. For this reason, it is possible to allow a deformation amount in a direction parallel to the surface of the second substrate body 31 when the elastic protrusion 32 is elastically deformed.

弾性体突起32のサイズは任意に設定することができる。ここでは、弾性体突起32の基部の径(弾性体突起32が第2基板本体31に接する部分の直径)は1.8mm程度になっている。弾性体突起32の高さ(弾性体突起32のZ方向の距離)は2mm程度になっている。隣り合う弾性体突起32の離間間隔は2mm程度になっている。弾性体突起32のデュロメーター硬さ(タイプA、ISO7619準拠のデュロメーターによる硬さ測定値)は30程度になっている。   The size of the elastic protrusion 32 can be arbitrarily set. Here, the diameter of the base of the elastic protrusion 32 (the diameter of the portion where the elastic protrusion 32 contacts the second substrate body 31) is about 1.8 mm. The height of the elastic protrusion 32 (the distance in the Z direction of the elastic protrusion 32) is about 2 mm. The spacing between adjacent elastic protrusions 32 is about 2 mm. The durometer hardness of the elastic projection 32 (type A, measured by a durometer conforming to ISO7619) is about 30.

<滑り検出に係る演算部E>
次に、図5を参照しながら、滑り検出に係る演算部Eの役割の詳細を説明する。
図5は、滑り検出信号発生回路120の等価回路図である。
図5には、滑り検出信号発生回路120の働きを分かりやすく説明するために、滑り検出部Bも図示されている。図5では、滑り検出部Bの感圧導電シートは、可変抵抗121として図示されている。
図5に示すように、滑り検出信号発生回路120は、基準抵抗122、直流電源123、及び出力端子110b、111bなどで構成されている。また、点線で囲まれた滑り検出信号Bは、滑り検出部Bの電極端子110a、111aを介して、滑り検出信号発生回路120の基準抵抗122と直列に接続されている。この等価回路により、可変抵抗121(滑り検出部Bの感圧導電シート)の両端から分電電圧が出力され、滑り検出信号Vsとなる。
このように、滑り検出信号発生回路120によって、滑り検出部Bの感圧導電ゴムB1の抵抗値が滑り検出信号Vsに変換され、滑り検出信号Vsから滑り変位の発生が検出される。
なお、滑り変位発生の検出方法の詳細は後述する。
<Calculation unit E related to slip detection>
Next, details of the role of the calculation unit E related to slip detection will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the slip detection signal generation circuit 120.
FIG. 5 also shows a slip detection unit B in order to explain the operation of the slip detection signal generation circuit 120 in an easily understandable manner. In FIG. 5, the pressure-sensitive conductive sheet of the slip detection unit B is illustrated as a variable resistor 121.
As shown in FIG. 5, the slip detection signal generation circuit 120 includes a reference resistor 122, a DC power source 123, and output terminals 110b and 111b. The slip detection signal B surrounded by the dotted line is connected in series with the reference resistor 122 of the slip detection signal generation circuit 120 via the electrode terminals 110a and 111a of the slip detection unit B. By this equivalent circuit, a divided voltage is output from both ends of the variable resistor 121 (the pressure-sensitive conductive sheet of the slip detection unit B) and becomes a slip detection signal Vs.
Thus, the slip detection signal generation circuit 120 converts the resistance value of the pressure-sensitive conductive rubber B1 of the slip detection unit B into the slip detection signal Vs, and the occurrence of slip displacement is detected from the slip detection signal Vs.
Details of the method for detecting the occurrence of slip displacement will be described later.

<外力検出に係る演算部E>
外力検出部D(図4参照)に関しては、外力で変化する複数の容量検出素子S1〜S4の静電容量値のうち任意に組み合わされた各容量検出素子の静電容量値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が作用した方向と外力の大きさとを求めることができる。
<Calculation unit E related to external force detection>
Regarding the external force detection unit D (see FIG. 4), the difference between the capacitance values of the capacitance detection elements arbitrarily combined among the capacitance values of the plurality of capacitance detection elements S1 to S4 that change due to the external force is calculated. Based on the difference, the direction in which the external force is applied and the magnitude of the external force can be obtained.

<センシング回路>
図6は、容量検出素子を用いて外力を検出するセンシング回路60の等価回路図である。なお、図6には、外力検出部Dにおける第1容量電極12と第2容量電極22と誘電体40とで構成される容量検出素子が、符号Clの可変容量として図示されている。
センシング回路60は、リセットトランジスタ61と、増幅トランジスタ62と、選択トランジスタ63と、基準容量素子Crとを備え、外力検出部Dの容量検出素子Clに接続されている。容量検出素子Clの第2容量電極22には、共通電位Vcomが供給されている。
<Sensing circuit>
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of a sensing circuit 60 that detects an external force using a capacitance detection element. In FIG. 6, the capacitance detection element including the first capacitance electrode 12, the second capacitance electrode 22, and the dielectric 40 in the external force detection unit D is illustrated as a variable capacitance with a symbol Cl.
The sensing circuit 60 includes a reset transistor 61, an amplification transistor 62, a selection transistor 63, and a reference capacitance element Cr, and is connected to the capacitance detection element Cl of the external force detection unit D. A common potential Vcom is supplied to the second capacitance electrode 22 of the capacitance detection element Cl.

リセットトランジスタ61のドレインは電源線70に接続されている。リセットトランジスタ61のソースは増幅トランジスタ62のゲートに接続されている。電源線70には電源電位VRHが供給される。リセットトランジスタ61のゲートは第1制御線72に接続されている。第1制御線72にはリセット信号RESが供給される。   The drain of the reset transistor 61 is connected to the power supply line 70. The source of the reset transistor 61 is connected to the gate of the amplification transistor 62. A power supply potential VRH is supplied to the power supply line 70. The gate of the reset transistor 61 is connected to the first control line 72. A reset signal RES is supplied to the first control line 72.

増幅トランジスタ62のドレインは電源線70に接続されている。増幅トランジスタ62のソースは選択トランジスタ63のドレインに接続されている。増幅トランジスタ62のゲートと第1制御線72との間には基準容量素子Crが設けられている。また、増幅トランジスタ62のゲートは容量検出素子Clの第1容量電極12と接続されている。   The drain of the amplification transistor 62 is connected to the power supply line 70. The source of the amplification transistor 62 is connected to the drain of the selection transistor 63. A reference capacitive element Cr is provided between the gate of the amplification transistor 62 and the first control line 72. The gate of the amplification transistor 62 is connected to the first capacitance electrode 12 of the capacitance detection element Cl.

選択トランジスタ63のソースは検出線74に接続されている。選択トランジスタ63のゲートは第2制御線76に接続されている。第2制御線76には選択信号SELが供給される。   The source of the selection transistor 63 is connected to the detection line 74. The gate of the selection transistor 63 is connected to the second control line 76. A selection signal SEL is supplied to the second control line 76.

<回路動作>
次に、センシング回路60の動作を図7〜図10を参照しながら説明する。
図7は、本実施形態に係るセンシング回路60の動作を示すタイミングチャートである。図8は、リセット期間におけるセンシング回路60の動作を示す説明図である。図9は、センシング期間におけるセンシング回路60の動作を示す説明図である。図10は、読出期間におけるセンシング回路60の動作を示す説明図である。
図7に示すように、センシング回路60は、リセット期間Tres、センシング期間Tsen、及び読出期間Toutを一単位として動作する。
<Circuit operation>
Next, the operation of the sensing circuit 60 will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 is a timing chart showing the operation of the sensing circuit 60 according to the present embodiment. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the operation of the sensing circuit 60 during the reset period. FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating the operation of the sensing circuit 60 during the sensing period. FIG. 10 is an explanatory diagram showing the operation of the sensing circuit 60 during the readout period.
As shown in FIG. 7, the sensing circuit 60 operates with the reset period Tres, the sensing period Tsen, and the readout period Tout as one unit.

<リセット期間>
先ず、リセット期間Tresにおいて、第1制御線72に供給されるリセット信号RESのレベルは電位VDに設定される。すなわち、リセット期間Tresにおいては、リセット信号RESのレベルはハイレベルに設定され、リセットトランジスタ61はオン状態となる。一方、第2制御線76に供給される選択信号SELはローレベルに設定され、選択トランジスタ63はオフ状態となる。すると、図8に示すように、増幅トランジスタ62のゲート電位VAは電源電位VRHに設定(リセット)される。また、容量検出素子Clの第1容量電極12にも電源電位VRHが供給され、容量検出素子Clの第1容量電極12と第2容量電極22との間の電圧はVRH−Vcomに設定される。
<Reset period>
First, in the reset period Tres, the level of the reset signal RES supplied to the first control line 72 is set to the potential VD. That is, in the reset period Tres, the level of the reset signal RES is set to a high level, and the reset transistor 61 is turned on. On the other hand, the selection signal SEL supplied to the second control line 76 is set to a low level, and the selection transistor 63 is turned off. Then, as shown in FIG. 8, the gate potential VA of the amplification transistor 62 is set (reset) to the power supply potential VRH. The power supply potential VRH is also supplied to the first capacitance electrode 12 of the capacitance detection element Cl, and the voltage between the first capacitance electrode 12 and the second capacitance electrode 22 of the capacitance detection element Cl is set to VRH−Vcom. .

<センシング期間>
次に、リセット期間Tres経過後の次の期間であるセンシング期間Tsenにおいては、リセット信号RESのレベルがVDからGND(=0V)に変化する。すると、図9に示すように、リセットトランジスタ61はオフ状態となる。また、センシング期間Tsenにおいては、選択信号SELはローレベルに設定され、選択トランジスタ63はオフ状態となる。増幅トランジスタ62のゲートのインピーダンスは十分に高いため、センシング期間Tsenにおいては、増幅トランジスタ62のゲートは電気的にフローティング状態となる。基準容量素子Crの一方の電極には第1制御線72を介してリセット信号RESが供給され、信号レベルがVDからGNDに変化する。すると、それに応じて増幅トランジスタ62のゲートの電位VAも変化する。このときのゲートの電位VAの変化量は、基準容量素子Crと容量検出素子Clとの容量比に応じた値となる。
<Sensing period>
Next, in the sensing period Tsen, which is the next period after the lapse of the reset period Tres, the level of the reset signal RES changes from VD to GND (= 0V). Then, as shown in FIG. 9, the reset transistor 61 is turned off. In the sensing period Tsen, the selection signal SEL is set to a low level, and the selection transistor 63 is turned off. Since the impedance of the gate of the amplification transistor 62 is sufficiently high, the gate of the amplification transistor 62 is in an electrically floating state during the sensing period Tsen. A reset signal RES is supplied to one electrode of the reference capacitive element Cr via the first control line 72, and the signal level changes from VD to GND. Then, the potential VA of the gate of the amplification transistor 62 changes accordingly. The amount of change in the gate potential VA at this time is a value corresponding to the capacitance ratio between the reference capacitance element Cr and the capacitance detection element Cl.

<読出期間>
センシング期間Tsenの次の期間である読出期間Toutにおいては、選択信号SELがローレベルからハイレベルに変化する。すると、図10に示すように、選択トランジスタ63がオン状態となる。これにより、増幅トランジスタ62のゲートの電位VAに応じた大きさの検出電流Itが検出線74を流れる。この検出電流Itは、物体(例えば指)と外力検出部Dとの接触を検出する検出回路(図示略)へ供給される。
<Reading period>
In the readout period Tout that is the period following the sensing period Tsen, the selection signal SEL changes from the low level to the high level. Then, as shown in FIG. 10, the selection transistor 63 is turned on. As a result, a detection current It having a magnitude corresponding to the gate potential VA of the amplification transistor 62 flows through the detection line 74. The detection current It is supplied to a detection circuit (not shown) that detects contact between an object (for example, a finger) and the external force detection unit D.

センシング期間Tsenにおいて容量検出素子Clの容量値が変化すると、それに応じて増幅トランジスタ62のゲートの電位VAも変化する。したがって、物体が検出装置100に接触していない状態のときに読出期間Tsenで出力される検出電流Itの値と、物体が外力検出部Dに接触したときに読出期間Tsenで出力される検出電流Itの値とは異なる。   When the capacitance value of the capacitance detection element Cl changes during the sensing period Tsen, the potential VA of the gate of the amplification transistor 62 also changes accordingly. Therefore, the value of the detection current It that is output in the reading period Tsen when the object is not in contact with the detection apparatus 100, and the detection current that is output in the reading period Tsen when the object is in contact with the external force detection unit D. It is different from the value of It.

ここで、物体が外力検出部Dに接触していない状態における容量検出素子Clの容量値をClc、物体が外力検出部Dに接触したときの容量検出素子Clの容量値の変化量をΔClc、基準容量素子Crの容量値をCref、第1制御線72の電位変化をΔV(=VD)とすると、物体が外力検査部Dに接触したときの増幅トランジスタ62のゲートの電位VAの変化量ΔVAは、以下に示す式(1)で表される。ただし、式(1)において寄生容量は無視している。   Here, the capacitance value of the capacitance detection element Cl when the object is not in contact with the external force detection unit D is Clc, and the change amount of the capacitance value of the capacitance detection element Cl when the object is in contact with the external force detection unit D is ΔClc, When the capacitance value of the reference capacitive element Cr is Cref and the potential change of the first control line 72 is ΔV (= VD), the change amount ΔVA of the gate potential VA of the amplification transistor 62 when the object contacts the external force inspection unit D Is represented by the following formula (1). However, the parasitic capacitance is ignored in the equation (1).

Figure 2013108832
Figure 2013108832

検出回路(図示略)は、検出電流It(検出信号に相当)の値に基づいて物体と検出装置100との接触を検出する。物体が外力検出部Dに接触したときのゲートの電位VAの変化量ΔVAが大きいほど、非接触時における検出電流Itの値と接触時における検出電流Itの値との差が大きくなり、検出感度も高くなる。   The detection circuit (not shown) detects contact between the object and the detection device 100 based on the value of the detection current It (corresponding to a detection signal). The greater the amount of change ΔVA in the gate potential VA when the object is in contact with the external force detection unit D, the greater the difference between the value of the detection current It at the time of non-contact and the value of the detection current It at the time of contact. Also gets higher.

図11及び図12は、基準点Pに作用する外力の方向と大きさを検出する方法の説明図である。   11 and 12 are explanatory diagrams of a method for detecting the direction and magnitude of the external force acting on the reference point P. FIG.

図11(a)〜(c)は、第1実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す断面図である。図12(a)〜(c)は、図11(a)〜(c)に対応した、第1実施形態に係る容量検出素子における静電容量の変化を示す平面図である。なお、図11(a)及び図12(a)は第2基板30の表面に外力が付加される前の状態(外力の作用がないとき)を示している。図11(b)及び図12(b)は第2基板30の表面に垂直方向(すべり力がない状態)の外力が付加された状態を示している。図11(c)及び図12(c)は第2基板30の表面に斜め方向(すべり力がある状態)の外力が付加された状態を示している。また、図12(a)〜(c)において、符号Gは弾性体突起32の重心(圧力中心)を示している。   FIGS. 11A to 11C are cross-sectional views illustrating changes in capacitance by the capacitance detection element according to the first embodiment. FIGS. 12A to 12C are plan views showing changes in capacitance in the capacitance detection element according to the first embodiment, corresponding to FIGS. 11A to 11C. 11A and 12A show a state before an external force is applied to the surface of the second substrate 30 (when no external force is applied). FIG. 11B and FIG. 12B show a state in which an external force in a vertical direction (a state without a sliding force) is applied to the surface of the second substrate 30. FIG. 11C and FIG. 12C show a state in which an external force in an oblique direction (with a sliding force) is applied to the surface of the second substrate 30. In FIGS. 12A to 12C, the symbol G indicates the center of gravity (pressure center) of the elastic protrusion 32.

図11(a)及び図12(a)に示すように、第2基板30の表面に外力が付加される前においては、弾性体突起32は変形しない。これにより、第1容量電極12と第2容量電極2との間の距離は一定に保たれる。このとき、弾性体突起32の重心Gは基準点Pと重なる位置に配置されている。このときの各容量検出素子S1〜S4の静電容量値は図示略のメモリに記憶されている。メモリに記憶された各容量検出素子S1〜S4の静電容量値を基準として外力の作用する方向や大きさが求められる。   As shown in FIGS. 11A and 12A, the elastic protrusion 32 is not deformed before an external force is applied to the surface of the second substrate 30. Thereby, the distance between the first capacitor electrode 12 and the second capacitor electrode 2 is kept constant. At this time, the center of gravity G of the elastic protrusion 32 is disposed at a position overlapping the reference point P. The capacitance values of the capacitance detection elements S1 to S4 at this time are stored in a memory (not shown). The direction and size in which an external force acts is determined based on the capacitance values of the capacitance detection elements S1 to S4 stored in the memory.

図11(b)及び図12(b)に示すように、第2基板30の表面に垂直方向の外力が付加されたときには、弾性体突起32は先端部が第2容量電極基板20の表面に当接した状態で─Z方向に圧縮変形する。これにより、第2容量電極基板20が−Z方向に撓み、第1容量電極12と第2容量電極22との間の距離が外力の作用がないときに比べて小さくなる。つまり、このときの容量検出素子の静電容量値は、外力の作用がないときに比べて大きくなる。   As shown in FIGS. 11B and 12B, when an external force in the vertical direction is applied to the surface of the second substrate 30, the elastic protrusion 32 has a tip portion on the surface of the second capacitor electrode substrate 20. Compressed and deformed in the Z direction while in contact. As a result, the second capacitor electrode substrate 20 bends in the −Z direction, and the distance between the first capacitor electrode 12 and the second capacitor electrode 22 becomes smaller than when there is no external force. That is, the capacitance value of the capacitance detection element at this time becomes larger than when there is no external force.

弾性体突起32は、外力の大きさに応じて圧縮変形する。外力が大きくなると、弾性体突起32はこれ以上変形しない臨界点を迎える。弾性体突起32に臨界点を越えた外力が作用すると、誘電体40がZ方向に柔軟に変形する。このため、弾性体突起32が変形しうる臨界点以上の大きさの外力を検出することができる。   The elastic protrusion 32 is compressed and deformed according to the magnitude of the external force. When the external force increases, the elastic protrusion 32 reaches a critical point where it does not deform any more. When an external force exceeding the critical point acts on the elastic protrusion 32, the dielectric 40 is deformed flexibly in the Z direction. For this reason, it is possible to detect an external force having a magnitude greater than or equal to a critical point at which the elastic protrusion 32 can be deformed.

図11(c)及び図12(c)に示すように、第2基板30の表面に斜め方向の外力が付加されたときには、弾性体突起32は先端部が第2容量電極基板20の表面に当接した状態で斜めに傾いて圧縮変形する。これにより、第2容量電極基板20が−Z方向に撓み、第1容量電極12と第2容量電極22との間の距離が外力の作用がないときに比べて小さくなる。また、第2容量電極基板20の撓み量は−X方向成分よりも+X方向成分のほうが大きくなる。このとき、弾性体突起32の重心Gは基準点Pから+X方向及び+Y方向にずれる。この場合、弾性体突起32の先端部と4つの第1容量電極12との重なる面積は互いに異なる。具体的には、弾性体突起32の先端部と4つの第1容量電極12との重なる面積は、4つの第1容量電極12のうち−X方向及び−Y方向に配置された部分と重なる面積よりも+X方向及び+Y方向に配置された部分と重なる面積のほうが大きくなる。   As shown in FIGS. 11C and 12C, when an external force in an oblique direction is applied to the surface of the second substrate 30, the elastic protrusion 32 has a tip portion on the surface of the second capacitor electrode substrate 20. In the abutting state, it is inclined and inclined and compressed. As a result, the second capacitor electrode substrate 20 bends in the −Z direction, and the distance between the first capacitor electrode 12 and the second capacitor electrode 22 becomes smaller than when there is no external force. Further, the amount of deflection of the second capacitor electrode substrate 20 is greater in the + X direction component than in the −X direction component. At this time, the center of gravity G of the elastic protrusion 32 is shifted from the reference point P in the + X direction and the + Y direction. In this case, the overlapping areas of the tip of the elastic protrusion 32 and the four first capacitor electrodes 12 are different from each other. Specifically, the overlapping area of the tip of the elastic protrusion 32 and the four first capacitor electrodes 12 overlaps with the portion of the four first capacitor electrodes 12 arranged in the −X direction and the −Y direction. The area overlapping with the portions arranged in the + X direction and the + Y direction is larger than that.

弾性体突起32は、外力の大きさに応じて斜めに圧縮変形し、外力が大きくなるとこれ以上変形しない臨界点を迎える。また、弾性体突起32は、斜め方向の外力により変形に偏りが生じる。すなわち、弾性体突起32の重心は基準点Pからずれてすべり方向(X方向及びY方向)に移動する。すると、弾性体突起32の重心が移動した部分の誘電体40の厚みが相対的に薄くなる。つまり、各容量検出素子で異なる値の静電容量が検出される。具体的には、弾性体突起32の重心と重なる位置の容量検出素子では相対的に大きい静電容量が検出され、弾性体突起32の重心と重ならない位置の容量検出素子では相対的に小さい静電容量が検出されることとなる。そして、後述する差分の演算方法に基づいて外力が作用した方向と大きさとが求められる。   The elastic protrusion 32 is compressed and deformed obliquely according to the magnitude of the external force, and reaches a critical point where it does not deform any more as the external force increases. Further, the elastic protrusion 32 is biased in deformation due to an oblique external force. That is, the center of gravity of the elastic protrusion 32 is displaced from the reference point P and moves in the sliding direction (X direction and Y direction). Then, the thickness of the dielectric 40 in the portion where the center of gravity of the elastic protrusion 32 has moved becomes relatively thin. That is, different capacitances are detected by each capacitance detection element. Specifically, a relatively large capacitance is detected in the capacitance detection element at a position overlapping the gravity center of the elastic protrusion 32, and a relatively small static is detected in the capacitance detection element at a position not overlapping with the gravity center of the elastic protrusion 32. The electric capacity will be detected. And the direction and magnitude | size where the external force acted are calculated | required based on the calculation method of the difference mentioned later.

図13は、第1実施形態に係るセンシング領域の座標系を示す図である。図14は、第1実施形態に係る容量検出素子による垂直方向の外力分布を示す図である。図15は、第1実施形態に係る容量検出素子によるすべり方向の計算例を示す図である。   FIG. 13 is a diagram illustrating a coordinate system of the sensing area according to the first embodiment. FIG. 14 is a diagram illustrating an external force distribution in the vertical direction by the capacitance detection element according to the first embodiment. FIG. 15 is a diagram illustrating a calculation example of the slip direction by the capacitance detection element according to the first embodiment.

図13に示すように、複数の容量検出素子S1,S2,S3,S4は、単位検出領域S当たり縦2行横2列に計4つ配置されている。ここで、各容量検出素子S1,S2,S3,S4が検出する静電容量値(検出値)をそれぞれPS1,PS2,PS3,PS4とすると、外力のX方向成分Fx(外力の面内方向成分のうちX方向に作用する分力の割合)は以下の式(2)で表される。 As shown in FIG. 13, a plurality of capacitance detection elements S1, S2, S3, and S4 are arranged in a unit of two rows and two columns per unit detection region S. Here, assuming that capacitance values (detection values) detected by the capacitance detection elements S1, S2, S3, and S4 are P S1 , P S2 , P S3 , and P S4 , respectively, the X direction component Fx of the external force (the external force) The ratio of the component force acting in the X direction out of the in-plane direction component is expressed by the following formula (2).

Figure 2013108832
Figure 2013108832

また、外力のY方向成分Fy(外力の面内方向成分のうちY方向に作用する分力の割合)は以下の式(3)で表される。   Further, the Y direction component Fy of the external force (the ratio of the component force acting in the Y direction among the in-plane direction components of the external force) is expressed by the following equation (3).

Figure 2013108832
Figure 2013108832

また、外力のZ方向成分Fz(外力の垂直方向成分)は以下の式(4)で表される。   Further, the Z direction component Fz of the external force (vertical direction component of the external force) is expressed by the following formula (4).

Figure 2013108832
Figure 2013108832

本実施形態では、外力によって弾性体突起32が弾性変形することにより変化する4つの容量検出素子S1,S2,S3,S4の静電容量値のうち任意に組み合わされた各容量検出素子の静電容量値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が作用した方向と大きさが演算される。   In the present embodiment, the electrostatic capacitance of each capacitance detection element arbitrarily combined among the capacitance values of the four capacitance detection elements S1, S2, S3, and S4 that change when the elastic protrusion 32 is elastically deformed by an external force. The difference between the capacitance values is calculated, and the direction and magnitude in which the external force is applied is calculated based on the difference.

式(2)に示すように、外力のX方向成分Fxにおいては、4つの容量検出素子S1,S2,S3,S4の静電容量値のうち+X方向に配置された容量検出素子S2及びS4が組み合わされるとともに、−X方向に配置された容量検出素子S1及びS3が組み合わされる。このように、+X方向に配置された容量検出素子S2及びS4の組み合わせによる静電容量値と−X方向に配置された容量検出素子S1及びS3の組み合わせによる静電容量値との差分に基づいて外力のX方向成分が求められる。   As shown in Expression (2), in the X-direction component Fx of the external force, the capacitance detection elements S2 and S4 arranged in the + X direction among the capacitance values of the four capacitance detection elements S1, S2, S3, and S4 are In addition, the capacitance detection elements S1 and S3 arranged in the −X direction are combined. As described above, based on the difference between the capacitance value by the combination of the capacitance detection elements S2 and S4 arranged in the + X direction and the capacitance value by the combination of the capacitance detection elements S1 and S3 arranged in the -X direction. The X direction component of the external force is obtained.

式(3)に示すように、外力のY方向成分Fyにおいては、4つの容量検出素子S1,S2,S3,S4の静電容量値のうち+Y方向に配置された容量検出素子S1及びS2が組み合わされるとともに、−Y方向に配置された容量検出素子S3及びS4が組み合わされる。このように、+Y方向に配置された容量検出素子S1及びS2の組み合わせによる静電容量値と−Y方向に配置された容量検出素子S3及びS4の組み合わせによる静電容量値との差分に基づいて外力のY方向成分が求められる。   As shown in Expression (3), in the Y-direction component Fy of the external force, the capacitance detection elements S1 and S2 arranged in the + Y direction among the capacitance values of the four capacitance detection elements S1, S2, S3, and S4 are In addition to the combination, the capacitance detection elements S3 and S4 arranged in the −Y direction are combined. As described above, based on the difference between the capacitance value by the combination of the capacitance detection elements S1 and S2 arranged in the + Y direction and the capacitance value by the combination of the capacitance detection elements S3 and S4 arranged in the -Y direction. The Y direction component of the external force is obtained.

式(4)に示すように、外力のZ方向成分Fzにおいては、4つの容量検出素子S1,S2,S3,S4の静電容量値を足し合わせた合力で求められる。ただし、外力のZ方向成分Fzは、外力のX方向成分Fx及び外力のY方向成分Fy(分力)に比べて検出値が大きく検出される傾向がある。例えば、弾性体突起32の材質として硬いものを用いたり、先端部の形状を先鋭にしたりすると、外力の検出感度が高くなる。しかしながら、弾性体突起32の材質として硬いものを用いると弾性体突起32が変形しにくくなり外力の面内方向の検出値が小さくなってしまう。また、弾性体突起32の先端部の形状を先鋭にすると接触面を指で触ったときのタッチ感に強い感度(違和感)を与える場合がある。このため、外力のZ方向成分Fzの検出値を、外力のX方向成分Fx及び外力のY方向成分Fyの検出値と揃えるには、弾性体突起32の材質や形状によって決定される補正係数で検出値を適宜補正する必要がある。   As shown in Expression (4), the Z-direction component Fz of the external force is obtained by a resultant force obtained by adding the capacitance values of the four capacitance detection elements S1, S2, S3, and S4. However, the Z direction component Fz of the external force tends to be detected with a larger detection value than the X direction component Fx of the external force and the Y direction component Fy (component force) of the external force. For example, if a hard material is used as the material of the elastic protrusion 32 or the shape of the tip is sharpened, the external force detection sensitivity is increased. However, if a hard material is used as the material of the elastic protrusion 32, the elastic protrusion 32 is not easily deformed, and the detected value of the external force in the in-plane direction becomes small. Further, when the shape of the tip of the elastic protrusion 32 is sharpened, a strong sensitivity (uncomfortable feeling) may be given to the touch feeling when the contact surface is touched with a finger. Therefore, in order to align the detected value of the Z direction component Fz of the external force with the detected value of the X direction component Fx of the external force and the detected Y direction component Fy of the external force, a correction coefficient determined by the material and shape of the elastic protrusion 32 is used. It is necessary to correct the detection value as appropriate.

図14に示すように、外力検出部Dの検出面(弾性基板Aに外力が作用する面)の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合を考える。外力検出部Dには単位検出領域Sが縦15行×横15列(計225個)マトリクス状に配置されている。すなわち、図14の実線で囲まれた矩形状格子が単位検出領域Sであり、各単位検出領域Sには縦2行横2列の4つ容量検出素子S1〜S4(図示省略)が存在する。
このとき、外力の垂直方向の圧力は、外力が作用した部分の中心部が最も大きくなっている(90〜120mV程度)。また、外力の垂直方向の圧力は、中心部に次いでその周辺部(60〜90mV程度)、最外周部(30〜60mV程度)の順小さくなっている。また、指で押されていない領域は、0〜30mV程度となっている。
As shown in FIG. 14, a case is considered in which the upper left position of the detection surface of the external force detection unit D (the surface on which the external force acts on the elastic substrate A) is obliquely pushed with a finger. In the external force detection unit D, unit detection areas S are arranged in a matrix of 15 rows × 15 columns (225 in total). That is, the rectangular grid surrounded by the solid line in FIG. 14 is the unit detection region S, and each unit detection region S has four capacitance detection elements S1 to S4 (not shown) in two rows and two columns. .
At this time, the pressure in the vertical direction of the external force is greatest at the central portion of the portion where the external force is applied (about 90 to 120 mV). Moreover, the pressure in the vertical direction of the external force decreases in the order of the peripheral portion (about 60 to 90 mV) and the outermost peripheral portion (about 30 to 60 mV) next to the central portion. Moreover, the area | region which is not pressed with the finger | toe is about 0-30 mV.

図15に示すように、外力検出部Dの検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合の外圧の面内方向成分(すべり方向)の算出方法を考える。指の押圧力(外力)は、縦15行×横15列に配置された単位検出領域Sのうち、縦3行×横3列に配置された部分の単位検出領域Sに作用しているとする。   As shown in FIG. 15, a method for calculating an in-plane direction component (slip direction) of external pressure when a position closer to the upper left than the center of the detection surface of the external force detection unit D is obliquely pressed with a finger will be considered. The finger pressing force (external force) acts on the unit detection areas S of the unit detection areas S arranged in 15 rows × 15 columns arranged in 3 rows × 3 columns. To do.

図15(a)は、外力が作用した単位検出領域Sにおける4つ容量検出素子S1〜S4の検出値の合計値(PS1+PS2+PS3+PS4)を示している。図15(b)は、上述の単位検出領域の4つ容量検出素子S1〜S4の各検出値(PS1,PS2,PS3,PS4)を、単位検出領域Sごとに示している。また、図15(b)の実線は単位検出領域Sの境界を、及び点線は容量検出素子S1〜S4の境界を示している。図15(c)は、図15(b)の点線Qで囲んだ単位検出領域Sに配置されている、4つの容量検出素子S1〜S4のレイアウトと座標系とを示している。また、図15(c)に示すように、容量検出素子S1〜S4の検出値が、PS1〜PS4となる。図15(b)における他の単位検出領域Sの4つの容量検出素子S1〜S4も、同様のレイアウトと座標系とになっている。図15(d)は、上述した式(1)と式(2)とによって求めた、外力のX方向成分Fxと外力のY方向成分Fyとを、単位検出領域Sごとに示している。 FIG. 15A shows a total value (P S1 + P S2 + P S3 + P S4 ) of the detection values of the four capacitance detection elements S1 to S4 in the unit detection region S to which an external force is applied. FIG. 15B shows the detection values (P S1 , P S2 , P S3 , P S4 ) of the four capacitance detection elements S1 to S4 in the unit detection region for each unit detection region S. In FIG. 15B, the solid line indicates the boundary of the unit detection region S, and the dotted line indicates the boundary of the capacitance detection elements S1 to S4. FIG. 15C shows the layout and coordinate system of the four capacitance detection elements S1 to S4 arranged in the unit detection region S surrounded by the dotted line Q in FIG. Further, as shown in FIG. 15C, the detection values of the capacitance detection elements S1 to S4 are P S1 to P S4 . The four capacitance detection elements S1 to S4 in the other unit detection regions S in FIG. 15B also have the same layout and coordinate system. FIG. 15D shows, for each unit detection region S, the X-direction component Fx of the external force and the Y-direction component Fy of the external force obtained by the above-described equations (1) and (2).

外力の作用する方向は、例えば図15(d)に示す9つの算出結果の平均値で求める方法、例えば9つの算出結果のうちの最大値(例えば所定のしきい値よりも大きい検出値)により求める方法などを用いて求めることができる。ここでは、図15(d)に示す9つの算出結果を平均することで、外力のX方向成分Fxと外力のY方向成分Fyとを求め、外力は+X方向を基準として左回りに約123°の方向に作用していることが分かる。
このように、縦3行×横3列に配置された各単位検出領域Sは、それぞれ4つの容量検出素子S1〜S4を有しており、各容量検出素子S1〜S4で検出された静電容量値のうち任意に組み合わされた各容量検出素子S1〜S4の静電容量値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が作用した方向が演算される。
The direction in which the external force acts is determined by, for example, a method of obtaining an average value of nine calculation results shown in FIG. 15D, for example, a maximum value (for example, a detection value larger than a predetermined threshold value) among the nine calculation results. It can be obtained using a method for obtaining it. Here, the nine calculation results shown in FIG. 15D are averaged to obtain the X direction component Fx of the external force and the Y direction component Fy of the external force. The external force is about 123 ° counterclockwise with respect to the + X direction. It can be seen that it is acting in the direction of.
In this way, each unit detection region S arranged in 3 vertical rows by 3 horizontal columns has four capacitance detection elements S1 to S4, respectively, and the electrostatic capacitance detected by each capacitance detection element S1 to S4. A difference between the capacitance values of the capacitance detection elements S1 to S4 arbitrarily combined among the capacitance values is calculated, and a direction in which an external force is applied is calculated based on the difference.

<検出装置を用いた実験>
図16は検出装置100を用いた実験装置200の模式図である。なお、図16では検出装置100を構成する演算部Eの図示を省略している。
実験装置200は、押圧部材201、検出部K、把持部材202、及び台車203で構成される。押圧部材201はアクリル板である。検出部Kは、押圧部材201の側から順に弾性基板A、滑り検出部B、剛性基板C、及び外力検出部Dが積層されている。把持部材202はアクリル板である。検出部Kは押圧部材201に、把持部材202は台車203に、それぞれ粘着剤で台車203に接着されている。
実験装置200では、押圧部材201から検出部K(弾性基板A)に6Nの垂直方向(Z軸(−)方向)の外力(以下、垂直荷重と称す)が作用し、台車203に滑り方向(X軸(−)方向)の外力Fsが作用している。このような外力を作用させることで、押圧部材201から検出部Kに、垂直荷重6Nと滑り方向の外力Fsとが合成された斜め方向の外力が作用しているものとみなすことができる。
<Experiment using detection device>
FIG. 16 is a schematic diagram of an experimental apparatus 200 using the detection apparatus 100. In FIG. 16, the calculation unit E that configures the detection device 100 is not shown.
The experimental apparatus 200 includes a pressing member 201, a detection unit K, a gripping member 202, and a carriage 203. The pressing member 201 is an acrylic plate. In the detection unit K, an elastic substrate A, a slip detection unit B, a rigid substrate C, and an external force detection unit D are stacked in order from the pressing member 201 side. The holding member 202 is an acrylic plate. The detection part K is bonded to the pressing member 201, the gripping member 202 is bonded to the carriage 203, and the carriage 203 is bonded to the carriage 203 with an adhesive.
In the experimental apparatus 200, a 6N vertical direction (Z-axis (−) direction) external force (hereinafter referred to as a vertical load) acts on the detection unit K (elastic substrate A) from the pressing member 201, and a sliding direction ( An external force Fs in the X-axis (−) direction is acting. By applying such an external force, it can be considered that the external force in the oblique direction in which the vertical load 6N and the external force Fs in the sliding direction are combined is applied from the pressing member 201 to the detection unit K.

滑り方向の外力Fsの大きさは、外力検出部Dで測定される。滑り検出信号Vsは、滑り検出部Bで測定される。また、検出部Kにおける垂直荷重の作用面(弾性基板A)の位置)はレーザー変位計(図示略)によって測定され、変位量(初期に対する移動距離)が算出される。このような実験装置200を用いて、滑り方向の外力Fsを変化させ、滑り変位が発生する前後における滑り検出信号Vs、滑り方向の外力Fs、及び変位量を計測した。   The magnitude of the external force Fs in the sliding direction is measured by the external force detector D. The slip detection signal Vs is measured by the slip detection unit B. The vertical load acting surface (the position of the elastic substrate A) in the detection unit K is measured by a laser displacement meter (not shown), and the amount of displacement (movement distance with respect to the initial stage) is calculated. Using such an experimental apparatus 200, the external force Fs in the sliding direction was changed, and the slip detection signal Vs before and after the occurrence of the sliding displacement, the external force Fs in the sliding direction, and the displacement amount were measured.

図17に実験結果を示す。図17(a)は滑り検出部Bによって測定された滑り検出信号Vsの経時変化を、図17(b)は外力検出部Dによって測定された滑り方向の外力Fsの経時変化を、及び図17(c)は検出部K(弾性基板A)の変位量の経時変化を示している。各グラフの横軸は経過時間であり、図17(a)〜図17(c)共に同じスケールになっている。横軸のta(概略0.23秒)から検出部Kに滑り方向の外力Fsが作用し、横軸のtb(概略0.34秒)で滑り変位が発生した。
滑り方向の外力Fsが作用していない期間をT1、外力Fsが作用し滑り変位が発生するまでの期間(ta〜tb)をT2、及び滑り変位が発生した以降(tb以降)の期間をT3とする。以下に、期間T1、期間T2、及び期間T3に関する実験装置200の状態を説明する。
FIG. 17 shows the experimental results. 17A shows the change with time of the slip detection signal Vs measured by the slip detection unit B, FIG. 17B shows the change with time of the external force Fs in the slip direction measured by the external force detection unit D, and FIG. (C) has shown the time-dependent change of the displacement amount of the detection part K (elastic board | substrate A). The horizontal axis of each graph is the elapsed time, and the scale is the same in FIGS. 17 (a) to 17 (c). An external force Fs in the sliding direction was applied to the detection unit K from ta (approximately 0.23 seconds) on the horizontal axis, and slip displacement occurred at tb (approximately 0.34 seconds) on the horizontal axis.
T1 is a period in which the external force Fs in the sliding direction is not applied, T2 is a period until the external force Fs is applied and slip displacement is generated (ta to tb), and T3 is a period after the slip displacement is generated (after tb). And Below, the state of the experimental apparatus 200 regarding the period T1, the period T2, and the period T3 will be described.

(1)期間T1
検出部Kには6Nの垂直荷重が作用しているために、滑り検出部Bは圧縮変形し、概略0.5Vの略一定の滑り検出信号Vsが発生している。また、滑り方向の外力Fsはゼロであるので、変位量もゼロとなっている。
(1) Period T1
Since a 6N vertical load is applied to the detection unit K, the slip detection unit B is compressed and deformed, and a substantially constant slip detection signal Vs of approximately 0.5V is generated. Further, since the external force Fs in the sliding direction is zero, the amount of displacement is also zero.

(2)期間T2
検出部Kに滑り方向の外力Fsが作用すると、外力Fsに抗する力、すなわち静止摩擦力が外力Fsと逆方向に作用し、検出部Kは静止状態を維持する。ここで、静止摩擦力=垂直荷重(6N)×静止摩擦係数という関係にあり、静止摩擦力は外力Fsに比例して変化する。期間T2における外力Fsは、この静止摩擦力に相当する。また、外力Fsは時間の経過と共に大きくなる。外力Fsが最大静止摩擦力よりも大きくなると、検出部Kに滑り変位が発生する。滑り変位が発生する直前の外力Fs、すなわち図17(b)のtb時点(概略0.34秒)の外力Fsは、最大静止摩擦力(垂直荷重(6N)×最大静止摩擦係数)に相当する。
(2) Period T2
When an external force Fs in the sliding direction acts on the detection unit K, a force against the external force Fs, that is, a static friction force acts in a direction opposite to the external force Fs, and the detection unit K maintains a stationary state. Here, there is a relationship of static friction force = vertical load (6N) × static friction coefficient, and the static friction force changes in proportion to the external force Fs. The external force Fs in the period T2 corresponds to this static friction force. Further, the external force Fs increases with time. When the external force Fs becomes larger than the maximum static frictional force, a slip displacement occurs in the detection unit K. The external force Fs immediately before the occurrence of the sliding displacement, that is, the external force Fs at time tb (approximately 0.34 seconds) in FIG. 17B corresponds to the maximum static friction force (vertical load (6N) × maximum static friction coefficient). .

滑り方向の外力Fsが作用すると、滑り検出部Bと弾性基板Aとは滑り方向に伸び、滑り検出部Bでは互いに離間する導電性粒子B1bが増加するので、抵抗値は徐々に大きくなる。このために、図17(a)に示すように、当該抵抗値から変換された滑り検出信号Vsは徐々に大きくなる。また、図17(c)に示すように、軽微であるが変位量の増加が観測される。これは、滑り変位が発生する前段階における検出部Kの滑り方向の伸びを示している。   When the external force Fs in the sliding direction is applied, the slip detection unit B and the elastic substrate A extend in the sliding direction, and the conductive particles B1b that are separated from each other increase in the slip detection unit B, so that the resistance value gradually increases. For this reason, as shown to Fig.17 (a), the slip detection signal Vs converted from the said resistance value becomes large gradually. Further, as shown in FIG. 17C, an increase in the amount of displacement is observed although it is slight. This indicates the elongation in the sliding direction of the detection unit K at the stage before the occurrence of the sliding displacement.

(3)期間T3
t2時点で滑り変位が始まり、検出部Kには外力Fsが作用する方向への移動、すなわち滑り変位が発生する。ここでは検出部Kに動摩擦力が作用するので、期間T3における外力Fsは動摩擦力に相当する。また、動摩擦力=垂直荷重(6N)×動摩擦係数という関係にあり、動摩擦係数は最大静摩擦係数よりも小さいので、滑り変位が発生すると外力Fsは急激に減少する。滑り変位が発生した以降にスティックアンドスリップ現象(滑り振動)、すなわち検出部Kが押圧部材201に対して滑ったり、引っ掛かったりという動作を繰り返す現象が生じるので、外力Fsは一定範囲で変動することとなる。
(3) Period T3
Slip displacement starts at time t2, and the detection unit K moves in the direction in which the external force Fs acts, that is, slip displacement occurs. Here, since the dynamic friction force acts on the detection unit K, the external force Fs in the period T3 corresponds to the dynamic friction force. In addition, the relationship of dynamic friction force = vertical load (6N) × dynamic friction coefficient is established, and the dynamic friction coefficient is smaller than the maximum static friction coefficient. Therefore, when slip displacement occurs, the external force Fs rapidly decreases. After the occurrence of the sliding displacement, a stick-and-slip phenomenon (sliding vibration), that is, a phenomenon in which the detecting unit K repeats the operation of sliding or catching on the pressing member 201, the external force Fs varies within a certain range. It becomes.

図17(b)における外力Fsが最大となった時点が、滑り変位が発生する時点である。図17(b)のP3領域は、上述のスティックアンドスリップ現象を示している。また、図17(a)に示すように、滑り変位が発生した直後に滑り検出信号Vsが最大となっている。   The time point when the external force Fs becomes maximum in FIG. 17B is the time point when the slip displacement occurs. The P3 region in FIG. 17B shows the stick-and-slip phenomenon described above. Further, as shown in FIG. 17A, the slip detection signal Vs becomes maximum immediately after the slip displacement occurs.

<滑り変位の検出方法>
このように、外力Fsが最大となる時点で滑り変位が発生するので、外力Fsの変化から滑り変位の発生を検出できるはずであるが、最大静止摩擦係数と動摩擦係数との差が小さい物体では、外力Fsの変化から滑り変位を検出することが難しい。すなわち、最大静止摩擦係数と動摩擦係数との差が大きなアクリル板では、外力Fsは図17(b)に示す変化を示し、滑り変位を検出することが可能であるが、布や表面が柔らかく変形しやすい材料などでは、最大静止摩擦係数と動摩擦係数との差が小さく、外力Fsの変化は非常に小さいので、外力Fsの変化から滑り変位の発生を検出することが難しい。
<Slip displacement detection method>
As described above, since the slip displacement occurs when the external force Fs becomes the maximum, it should be possible to detect the occurrence of the slip displacement from the change of the external force Fs. However, in the case of an object having a small difference between the maximum static friction coefficient and the dynamic friction coefficient. It is difficult to detect the slip displacement from the change in the external force Fs. That is, in an acrylic plate having a large difference between the maximum static friction coefficient and the dynamic friction coefficient, the external force Fs shows the change shown in FIG. 17B, and it is possible to detect slip displacement, but the cloth and surface are softly deformed. In a material that is easy to do, the difference between the maximum static friction coefficient and the dynamic friction coefficient is small, and the change in the external force Fs is very small. Therefore, it is difficult to detect the occurrence of the slip displacement from the change in the external force Fs.

一方、滑り検出信号Vsは、滑り検出信号発生回路120(図5参照)によって、滑り検出部Bを構成する感圧導電ゴムB1の抵抗値から変換された分電電圧であり、滑り変位が発生する付近で増加するという特性がある。詳しくは、図2(c)と図2(d)とで模式的に示したように、滑り変位が発生する前後で滑り方向に形状変化が発生し、感圧導電ゴムB1の抵抗値、すなわち滑り検出信号Vsの変化点が発生する。さらに、滑り検出信号Vsは、上述の摩擦係数(最大静止摩擦係数、動摩擦係数)に依存しないので、布や表面が柔らかく変形しやすい材料であっても、滑り変位の発生を検出することができる。このように、外力検出部Dで滑り変位の発生を検出することが困難な材料であっても、滑り検出部Bで滑り変位の発生を検出することができる。   On the other hand, the slip detection signal Vs is a divided voltage converted from the resistance value of the pressure-sensitive conductive rubber B1 constituting the slip detection unit B by the slip detection signal generation circuit 120 (see FIG. 5), and slip displacement is generated. There is a characteristic that it increases in the vicinity. Specifically, as schematically shown in FIGS. 2C and 2D, a shape change occurs in the sliding direction before and after the sliding displacement occurs, and the resistance value of the pressure-sensitive conductive rubber B1, that is, A change point of the slip detection signal Vs occurs. Furthermore, since the slip detection signal Vs does not depend on the above-described friction coefficient (maximum static friction coefficient, dynamic friction coefficient), the occurrence of slip displacement can be detected even if the cloth or the surface is a soft and easily deformable material. . As described above, even if the material is difficult to detect the occurrence of the slip displacement by the external force detection unit D, the slip detection unit B can detect the occurrence of the slip displacement.

今回の実験では、滑り変位が発生した直後に滑り検出信号Vsが最大となった。他の材料の押圧部材201を用いた実験では、滑り検出信号Vsが最大となる時点は、ある一定の範囲の分布を有していた。すなわち、滑り検出信号Vsが最大となる時点は、押圧部材201の種類、表面形状などで変化し、滑り変位が発生する直前に最大となる場合、滑り変位の発生と同時に最大となる場合、及び滑り変位が発生した直後に最大となる場合があった。ただし、滑り検出信号Vsが最大となる時点と滑り変位が発生する時点との時間差は小さく、滑り検出信号Vsが最大となった時点を、滑り変位が発生した時点と見なして良い。   In this experiment, the slip detection signal Vs was maximized immediately after the slip displacement occurred. In an experiment using the pressing member 201 made of another material, the point in time when the slip detection signal Vs was maximum had a certain range of distribution. That is, the time point at which the slip detection signal Vs becomes maximum varies depending on the type of the pressing member 201, the surface shape, etc., and becomes the maximum immediately before the occurrence of the slip displacement, when it becomes the maximum simultaneously with the occurrence of the slip displacement, and In some cases, the maximum occurred immediately after the occurrence of the sliding displacement. However, the time difference between the time when the slip detection signal Vs becomes maximum and the time when the slip displacement occurs is small, and the time when the slip detection signal Vs becomes maximum may be regarded as the time when the slip displacement occurs.

このように、演算部Eで、滑り検出部Bの抵抗値を滑り検出信号Vsに変換し、滑り変位が最大となる時点を求める演算処理を実施することで、押圧部201の種類に関係なく滑り変位の発生を検出することができる。すなわち、図17(a)のP1領域の検出信号Vsが最大となった時点が、滑り変位が発生した時点となる。また、滑り検出信号Vsの高周波成分を離散ウェーブレット変換して求めたウェーブレット係数の変化からも、滑り変位の発生を検出することが可能である。   As described above, the calculation unit E converts the resistance value of the slip detection unit B into the slip detection signal Vs, and performs the calculation process for obtaining the point in time when the slip displacement becomes the maximum, regardless of the type of the pressing unit 201. The occurrence of slip displacement can be detected. That is, the point in time when the detection signal Vs in the P1 region in FIG. Further, it is possible to detect the occurrence of slippage displacement from the change of the wavelet coefficient obtained by discrete wavelet transform of the high frequency component of the slip detection signal Vs.

図17(b)のP2領域に示すように、滑り変位が発生する前段階で、滑り検出信号Vsが極大となる滑り前ピークが発生する場合がある。現状では、滑り前ピークが発生する場合と、発生しないは場合があるが、滑り前ピークを確実に検出することができれば、滑り変位の発生を予知することも可能である。   As shown in the P2 region in FIG. 17B, a pre-slip peak where the slip detection signal Vs becomes maximum may occur before the slip displacement occurs. At present, there are cases where a peak before slipping occurs and when it does not occur. However, if the peak before slipping can be reliably detected, it is possible to predict the occurrence of slippage displacement.

以上述べたように、本実施形態に係る検出装置100によれば、以下の効果を得ることができる。   As described above, according to the detection apparatus 100 according to the present embodiment, the following effects can be obtained.

検出装置100を構成する検出部Kは、滑り変位の発生を検出する滑り検出部Bと、外力の大きさと方向とを検出する外力検出部Dとが積層されているので、外力の方向と大きさという力覚情報に加えて、外力が作用した物体の静止または滑りという滑り覚情報からなる複合情報を検出することができる。   The detection unit K constituting the detection device 100 is formed by laminating a slip detection unit B that detects the occurrence of slip displacement and an external force detection unit D that detects the magnitude and direction of the external force. In addition to the haptic information, it is possible to detect composite information including slip sensation information that the object to which an external force is applied is stationary or slipping.

検出部Kの外力作用面には弾性基板Aが設置され、外力Fの作用点で弾性基板Aが変形するので、外力Fの作用点が移動する(滑る)ことなく、外力Fを的確に受け止めることができる。従って、外力Fは的確に滑り検出部Bと外力検出部Dとに伝達され、より正確に力覚情報と滑り覚情報とを検出することができる。   Since the elastic substrate A is installed on the external force acting surface of the detection unit K and the elastic substrate A is deformed at the point of application of the external force F, the point of application of the external force F does not move (slide) and the external force F is accurately received. be able to. Therefore, the external force F is accurately transmitted to the slip detection unit B and the external force detection unit D, and the force information and the slip information can be detected more accurately.

滑り変位検出部Bの下には剛性基板Cが設置されているので、滑り検出部Bが可撓性を有していても変形することがないので、外力Fは的確に滑り変位検出部Bに作用する。従って、滑り変位をより正確に検出することができる。   Since the rigid substrate C is installed under the slip displacement detector B, the slip force detector B does not deform even if the slip detector B has flexibility. Therefore, the external force F is accurately detected by the slip displacement detector B. Act on. Therefore, the slip displacement can be detected more accurately.

外力検出部Dの上には剛性基板Cが設置されているので、外力検出部Dには、一点集中でなく全体に外力Fが作用する。よって、外力検出部Dに設置した複数個所の弾性体突起32に作用する外力Fの大きさ(外力Fの分布)、及びその差から外力Fの回転モーメントを検出することができる。   Since the rigid substrate C is installed on the external force detection unit D, the external force F acts on the external force detection unit D not on one point but on the whole. Therefore, the rotational moment of the external force F can be detected from the magnitude (distribution of the external force F) of the external force F acting on the elastic protrusions 32 at a plurality of locations installed in the external force detection unit D and the difference therebetween.

滑り変位検出部Bにおける滑り検出信号Vsは、滑り変位が発生する付近で増加し、最大となる特性を有する。さらに、滑り検出信号Vsは、滑り検出部Bを構成する感圧導電シートの形状(抵抗値)に依存して変化するので、物体の種類に関係なく検出信号Vsが最大となる変化点を求めることができ、安定して滑り変位の発生を検出することができる。   The slip detection signal Vs in the slip displacement detection unit B has a characteristic that increases and becomes maximum in the vicinity where the slip displacement occurs. Furthermore, since the slip detection signal Vs changes depending on the shape (resistance value) of the pressure-sensitive conductive sheet constituting the slip detection unit B, a change point at which the detection signal Vs becomes maximum regardless of the type of the object is obtained. And the occurrence of slippage displacement can be detected stably.

外力検出部Dに作用する外力に、滑り方向(圧力センサー表面と平行な方向)の力成分があると、弾性体突起32の重心は基準点Pからずれて、滑り方向に移動する。すると、複数の圧力センサーS1〜S4のうち、弾性体突起32の重心が移動した部分と重なる割合が相対的に大きくなり、各圧力センサーで異なる値の圧力値が検出される。具体的には、弾性体突起32の重心と重なる位置の圧力センサーでは相対的に大きい圧力値が検出され、弾性体突起の重心と重ならない位置の圧力センサーでは相対的に小さい圧力値が検出されることとなる。従って、演算部Eにより、各圧力センサーS1〜S4で検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて、外力検出部Dに作用した外力Fの方向と大きさとを求めることができる。   If the external force acting on the external force detector D has a force component in the sliding direction (direction parallel to the pressure sensor surface), the center of gravity of the elastic protrusion 32 is displaced from the reference point P and moves in the sliding direction. Then, the ratio of the plurality of pressure sensors S1 to S4 that overlap with the portion where the center of gravity of the elastic protrusion 32 has moved is relatively large, and different pressure values are detected by each pressure sensor. Specifically, a relatively large pressure value is detected by the pressure sensor at a position that overlaps the center of gravity of the elastic protrusion 32, and a relatively small pressure value is detected by a pressure sensor at a position that does not overlap the center of gravity of the elastic protrusion. The Rukoto. Therefore, the difference between the pressure values detected by the pressure sensors S1 to S4 can be calculated by the calculation unit E, and the direction and magnitude of the external force F acting on the external force detection unit D can be obtained based on the difference. .

(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る検出装置100を説明する。本実施形態においては、外力検出部Dの構成が第1実施形態と異なり、それ以外の構成は同じである。詳しくは、外力検出部Dを構成する圧力センサーは、第1実施形態では静電容量方式の圧力センサーを使用しているが、本実施形態においては抵抗方式の圧力センサーを使用している点が異なる。
よって、第1実施形態と同一の構成部位に関しては、同一の番号を附し、重複する説明を省略する。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Next, the detection apparatus 100 according to the second embodiment will be described. In the present embodiment, the configuration of the external force detection unit D is different from that of the first embodiment, and other configurations are the same. Specifically, the pressure sensor that constitutes the external force detection unit D uses a capacitance type pressure sensor in the first embodiment, but in this embodiment, a resistance type pressure sensor is used. Different.
Therefore, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted. Hereinafter, the difference from the first embodiment will be mainly described.

<外力検出部D>
図18は、第2実施形態に係る外力検出部Dの概略構成を示す分解斜視図である。図18において、符号Pは基準点、符号Sは1つの弾性体突起32に対応して配置された複数の圧力センサー42が検出する単位検出領域を示している。
外力検出部Dは、基準点に外力Fを作用させる弾性体突起32を有する基板、及び基準点に作用した外力Fの圧力値を検出する抵抗方式の圧力センサーで構成される。なお、「基準点」とは、すべり力が作用していない場合に、後述する弾性体突起32の中心が位置するポイントである。
なお、説明の都合上、圧力センサー42、圧力センサーS1〜S4というように、圧力センサーに異なる符号を附して説明する場合がある。
<External force detection part D>
FIG. 18 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the external force detection unit D according to the second embodiment. In FIG. 18, reference symbol P denotes a reference point, and reference symbol S denotes a unit detection region detected by a plurality of pressure sensors 42 arranged corresponding to one elastic protrusion 32.
The external force detection unit D includes a substrate having an elastic protrusion 32 that applies an external force F to a reference point, and a resistance type pressure sensor that detects a pressure value of the external force F applied to the reference point. The “reference point” is a point at which the center of an elastic protrusion 32 described later is located when no sliding force is applied.
For convenience of explanation, the pressure sensor 42 and the pressure sensors S1 to S4 may be described with different reference numerals.

図18に示すように、外力検出部Dは、基準点Pの回りに複数配置された圧力センサー42を有する第1基板101と、基準点Pに重なる位置に重心が位置するとともに外力によって先端部が第1基板101に当接した状態で弾性変形する弾性体突起32が形成された第2基板30と、を備えている。
なお、圧力センサー42を有する第1基板101は、「圧力センサーを有する第1基板」の一例である。弾性体突起32が形成された第2基板30は、「弾性体突起が形成された第2基板」の一例である。
As shown in FIG. 18, the external force detection unit D includes a first substrate 101 having a plurality of pressure sensors 42 arranged around the reference point P, a center of gravity located at a position overlapping the reference point P, and a distal end portion due to external force. And a second substrate 30 on which elastic protrusions 32 that are elastically deformed in a state of being in contact with the first substrate 101 are provided.
The first substrate 101 having the pressure sensor 42 is an example of a “first substrate having a pressure sensor”. The second substrate 30 on which the elastic protrusions 32 are formed is an example of “a second substrate on which elastic protrusions are formed”.

外力検出部Dは、外力によって弾性体突起32が弾性変形することにより複数の圧力センサー42で検出された圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサー42で検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が作用した方向と大きさを演算する演算装置(図示略)を備えている。   The external force detection unit D calculates the difference between the pressure values detected by the pressure sensors 42 that are arbitrarily combined among the pressure values detected by the plurality of pressure sensors 42 when the elastic protrusion 32 is elastically deformed by the external force. And an arithmetic unit (not shown) that calculates the direction and magnitude of the external force applied based on the difference.

第1基板101は、例えばガラス、石英及びプラスチック等の材料で構成された矩形状の第1基板本体111と、第1基板本体111に配置された複数の圧力センサー42と、を具備して構成されている。例えば、第1基板本体111の大きさ(平面視のサイズ)は、縦56mm×横56mm程度になっている。   The first substrate 101 includes a rectangular first substrate body 111 made of a material such as glass, quartz, and plastic, and a plurality of pressure sensors 42 arranged on the first substrate body 111. Has been. For example, the size (size in plan view) of the first substrate body 111 is about 56 mm long × 56 mm wide.

複数の圧力センサー42は、基準点Pに対して点対称に配置されている。例えば、複数の圧力センサー42は、互いに直交する2方向(X方向及びY方向)にマトリクス状に配置されている。これにより、基準点Pと各圧力センサー42との間の距離が互いに等しくなるので、弾性体突起32の変形と各圧力センサー42で検出される圧力値との関係が互いに等しくなる。よって、各圧力センサー42の圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサー42で検出された圧力値の差分を演算することが容易となる。なお、圧力値の差分の演算方法については後述する。   The plurality of pressure sensors 42 are arranged point-symmetrically with respect to the reference point P. For example, the plurality of pressure sensors 42 are arranged in a matrix in two directions (X direction and Y direction) orthogonal to each other. Thereby, since the distance between the reference point P and each pressure sensor 42 becomes equal to each other, the relationship between the deformation of the elastic protrusion 32 and the pressure value detected by each pressure sensor 42 becomes equal to each other. Therefore, it becomes easy to calculate the difference between the pressure values detected by the pressure sensors 42 arbitrarily combined among the pressure values of the pressure sensors 42. A method for calculating the difference between the pressure values will be described later.

隣り合う圧力センサー42の間隔は、0.1mm程度になっている。このため、外乱や静電気等の影響により隣り合う位置の圧力センサー42で検出される圧力値にノイズがのらないようになっている。   The interval between the adjacent pressure sensors 42 is about 0.1 mm. For this reason, noise is not applied to the pressure value detected by the pressure sensor 42 at the adjacent position due to the influence of disturbance, static electricity, or the like.

複数の圧力センサー42は、単位検出領域S当たり縦2行横2列に計4つ配置されている。4つの圧力センサー42の中心(単位検出領域Sの中心)が基準点Pとなっている。例えば、単位検出領域Sの大きさ(平面視のサイズ)は、縦2.8mm×横2.8mm程度になっている。また、4つの圧力センサー42の各面積がほぼ等しくなっている。圧力センサー42は、感圧導電ゴムを使用した感圧素子である。圧力センサー42は、接触面に外力が作用したときに感圧導電ゴムに加わる外力を電気信号に変換する。   A plurality of pressure sensors 42 are arranged in a total of four rows and two columns per unit detection area S. The center of the four pressure sensors 42 (the center of the unit detection region S) is the reference point P. For example, the size of the unit detection area S (size in plan view) is about 2.8 mm long × 2.8 mm wide. Further, the areas of the four pressure sensors 42 are substantially equal. The pressure sensor 42 is a pressure-sensitive element using pressure-sensitive conductive rubber. The pressure sensor 42 converts an external force applied to the pressure-sensitive conductive rubber when an external force is applied to the contact surface into an electric signal.

第2基板30は、矩形状の第2基板本体31と、第2基板本体31に配置された複数の弾性体突起32と、を具備して構成されている。第2基板本体31は、外力を直接受ける部分である。第2基板本体31は、例えばガラス、石英及びプラスチック等の材料で構成することもできるし、発泡ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂材料で構成することもできる。本実施形態では、第2基板本体31及び弾性体突起32の形成材料として樹脂材料を用い、第2基板本体31及び弾性体突起32を金型で一体形成している。   The second substrate 30 includes a rectangular second substrate body 31 and a plurality of elastic protrusions 32 disposed on the second substrate body 31. The second substrate body 31 is a part that directly receives an external force. The second substrate body 31 can be made of, for example, a material such as glass, quartz, or plastic, or can be made of a resin material such as a urethane foam resin or a silicone resin. In the present embodiment, a resin material is used as a material for forming the second substrate body 31 and the elastic protrusions 32, and the second substrate body 31 and the elastic protrusions 32 are integrally formed with a mold.

複数の弾性体突起32は、第2基板本体31上においてX方向及びY方向にマトリクス状に配置されている。弾性体突起32の先端部は、球面の錘状となっており、第1基板101(第1基板本体111上の複数の圧力センサー42)に当接している。弾性体突起32の重心は、初期的に基準点Pと重なる位置に配置されている。また、複数の弾性体突起32は、互いに離間して配置されている。このため、弾性体突起32が弾性変形したときの第2基板本体31の面内に平行な方向の変形を許容することができる。   The plurality of elastic protrusions 32 are arranged in a matrix in the X direction and the Y direction on the second substrate body 31. The distal end portion of the elastic protrusion 32 has a spherical weight shape and is in contact with the first substrate 101 (a plurality of pressure sensors 42 on the first substrate body 111). The center of gravity of the elastic protrusion 32 is initially arranged at a position overlapping the reference point P. Further, the plurality of elastic body protrusions 32 are spaced apart from each other. For this reason, it is possible to allow deformation in the direction parallel to the surface of the second substrate body 31 when the elastic protrusion 32 is elastically deformed.

弾性体突起32のサイズは任意に設定することができる。ここでは、弾性体突起32の基部の径(弾性体突起32が第1基板101に接する部分の直径)は1.8mm程度になっている。弾性体突起32の高さ(弾性体突起32のZ方向の距離)は2mm程度になっている。隣り合う弾性体突起32の離間間隔は2mm程度になっている。弾性体突起32のデュロメーター硬さ(タイプA、ISO7619準拠のデュロメーターによる硬さ測定値)は30程度になっている。   The size of the elastic protrusion 32 can be arbitrarily set. Here, the diameter of the base of the elastic protrusion 32 (the diameter of the portion where the elastic protrusion 32 contacts the first substrate 101) is about 1.8 mm. The height of the elastic protrusion 32 (the distance in the Z direction of the elastic protrusion 32) is about 2 mm. The spacing between adjacent elastic protrusions 32 is about 2 mm. The durometer hardness of the elastic projection 32 (type A, measured by a durometer conforming to ISO7619) is about 30.

図19及び図20は、基準点Pに作用する外力の方向と大きさとを検出する方法の説明図である。
図19(a)〜(c)は、第2実施形態に係る圧力センサー42による圧力値の変化を示す断面図である。図20(a)〜(c)は、図19(a)〜(c)に対応した、第2実施形態に係る圧力センサー42による圧力値の変化を示す平面図である。なお、図19(a)及び図20(a)は第2基板30の表面に外力が付加される前の状態(外力の作用がないとき)を示している。図19(b)及び図20(b)は第2基板30の表面に垂直方向(すべり力がない状態)の外力が付加された状態を示している。図19(c)及び図20(c)は第2基板30の表面に斜め方向(すべり力がある状態)の外力が付加された状態を示している。また、図20(a)〜(c)において、符号Gは弾性体突起32の重心(圧力中心)を示している。
19 and 20 are explanatory diagrams of a method for detecting the direction and magnitude of the external force acting on the reference point P. FIG.
FIGS. 19A to 19C are cross-sectional views showing changes in pressure value by the pressure sensor 42 according to the second embodiment. FIGS. 20A to 20C are plan views showing changes in pressure values by the pressure sensor 42 according to the second embodiment, corresponding to FIGS. 19A to 19C. FIGS. 19A and 20A show a state before an external force is applied to the surface of the second substrate 30 (when no external force is applied). FIG. 19B and FIG. 20B show a state in which an external force in a vertical direction (a state without a sliding force) is applied to the surface of the second substrate 30. FIG. 19C and FIG. 20C show a state where an external force in an oblique direction (with a sliding force) is applied to the surface of the second substrate 30. 20A to 20C, the symbol G indicates the center of gravity (pressure center) of the elastic protrusion 32.

図19(a)及び図20(a)に示すように、第2基板30の表面に外力が付加される前においては、弾性体突起32は変形しない。これにより、第1基板101と第2基板30との間の距離は一定に保たれる。このとき、弾性体突起32の重心Gは基準点Pと重なる位置に配置されている。このときの各圧力センサー42の圧力値は図示略のメモリーに記憶されている。メモリーに記憶された各圧力センサー42の圧力値を基準として外力の作用する方向や大きさが求められる。   As shown in FIGS. 19A and 20A, the elastic protrusion 32 is not deformed before an external force is applied to the surface of the second substrate 30. Thereby, the distance between the first substrate 101 and the second substrate 30 is kept constant. At this time, the center of gravity G of the elastic protrusion 32 is disposed at a position overlapping the reference point P. The pressure value of each pressure sensor 42 at this time is stored in a memory (not shown). The direction and magnitude of the external force acting are obtained based on the pressure value of each pressure sensor 42 stored in the memory.

図19(b)及び図20(b)に示すように、第2基板30の表面に垂直方向の外力が付加されたときには、弾性体突起32は先端部が第1基板101の表面に配置された複数の圧力センサー42に当接した状態でZ方向に圧縮変形する。これにより、第2基板30が−Z方向に撓み、第1基板101と第2基板30との間の距離が外力の作用がないときに比べて小さくなる。このときの圧力センサー42の圧力値は、外力の作用がないときに比べて大きくなる。また、その変化量は各圧力センサー42とも略同じ値となる。   As shown in FIGS. 19B and 20B, when a vertical external force is applied to the surface of the second substrate 30, the elastic protrusion 32 has the tip portion disposed on the surface of the first substrate 101. In addition, it is compressed and deformed in the Z direction in contact with the plurality of pressure sensors 42. As a result, the second substrate 30 bends in the −Z direction, and the distance between the first substrate 101 and the second substrate 30 becomes smaller than when there is no external force. The pressure value of the pressure sensor 42 at this time becomes larger than when there is no external force. The amount of change is substantially the same for each pressure sensor 42.

図19(c)及び図20(c)に示すように、第2基板30の表面に斜め方向の外力が付加されたときには、弾性体突起32は先端部が第1基板101の表面に配置された複数の圧力センサー42に当接した状態で斜めに傾いて圧縮変形する。これにより、第2基板30が−Z方向に撓み、第1基板101と第2基板30との間の距離が外力の作用がないときに比べて小さくなる。このとき、弾性体突起32の重心Gは基準点Pから+X方向及び+Y方向にずれる。この場合、弾性体突起32の先端部と4つの圧力センサー42との重なる面積は互いに異なる。具体的には、弾性体突起32の先端部と4つの圧力センサー42との重なる面積は、4つの圧力センサー42のうち−X方向及び−Y方向に配置された部分と重なる面積よりも+X方向及び+Y方向に配置された部分と重なる面積のほうが大きくなる。   As shown in FIGS. 19C and 20C, when an external force in an oblique direction is applied to the surface of the second substrate 30, the elastic protrusion 32 has the tip portion disposed on the surface of the first substrate 101. In a state where the pressure sensor 42 is in contact with the plurality of pressure sensors 42, the pressure sensor 42 is inclined and compressed and deformed. As a result, the second substrate 30 bends in the −Z direction, and the distance between the first substrate 101 and the second substrate 30 becomes smaller than when there is no external force. At this time, the center of gravity G of the elastic protrusion 32 is shifted from the reference point P in the + X direction and the + Y direction. In this case, the overlapping areas of the tip of the elastic protrusion 32 and the four pressure sensors 42 are different from each other. Specifically, the area where the tip of the elastic protrusion 32 overlaps with the four pressure sensors 42 is larger in the + X direction than the area where the four pressure sensors 42 overlap with the portions arranged in the −X direction and the −Y direction. And the area which overlaps with the part arrange | positioned at + Y direction becomes larger.

弾性体突起32は、斜め方向の外力により変形に偏りが生じる。すなわち、弾性体突起32の重心は基準点Pからずれてすべり方向(X方向及びY方向)に移動する。すると、各圧力センサー42で異なる値の圧力値が検出される。具体的には、弾性体突起32の重心と重なる位置の圧力センサー42では相対的に大きい圧力値が検出され、弾性体突起32の重心と重ならない位置の圧力センサー42では相対的に小さい圧力値が検出されることとなる。そして、後述する差分の演算方法に基づいて外力が作用した方向と大きさが求められる。
<外力検出に係る演算部E>
The elastic protrusion 32 is biased in deformation by an external force in an oblique direction. That is, the center of gravity of the elastic protrusion 32 is displaced from the reference point P and moves in the sliding direction (X direction and Y direction). Then, each pressure sensor 42 detects a different pressure value. Specifically, a relatively large pressure value is detected by the pressure sensor 42 at a position overlapping the gravity center of the elastic protrusion 32, and a relatively small pressure value is detected by the pressure sensor 42 at a position not overlapping with the gravity center of the elastic protrusion 32. Will be detected. And the direction and magnitude | size to which the external force acted are calculated | required based on the calculation method of the difference mentioned later.
<Calculation unit E related to external force detection>

図18に示す外力検出部Dに関しては、外力によって弾性体突起32が弾性変形することにより4つの圧力センサーS1〜S4で検出された圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサーで検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が作用した方向が演算される。   The external force detection unit D shown in FIG. 18 is detected by each pressure sensor arbitrarily combined among the pressure values detected by the four pressure sensors S1 to S4 as the elastic protrusion 32 is elastically deformed by an external force. The difference between the pressure values is calculated, and the direction in which the external force is applied is calculated based on the difference.

第2実施形態と第1実施形態とでは、圧力センサーの方式が異なるだけで、圧力センサーの配置、圧力センサーの出力値などは同等である。さらに、第1実施形態と同じ条件で外力が作用した方向と大きさとを求めたので、第1実施形態と同じ図面、すなわち図13(センシング領域の座標系を示す図)、図14(圧力センサーによる垂直方向の外力分布を示す図)、図15(圧力センサーによるすべり方向の計算例)を用いて、外力が作用した方向を求める演算方法の詳細を説明する。   The second embodiment and the first embodiment are the same in the arrangement of the pressure sensor, the output value of the pressure sensor, and the like, except for the method of the pressure sensor. Further, since the direction and magnitude of the external force applied under the same conditions as in the first embodiment were obtained, the same drawings as in the first embodiment, that is, FIG. 13 (a diagram showing a coordinate system of the sensing area), FIG. Details of the calculation method for obtaining the direction in which the external force is applied will be described with reference to FIG. 15 (an example of the calculation of the sliding direction by the pressure sensor).

図13に示すように、複数の圧力センサーS1〜S4が、単位検出領域S当たり縦2行横2列に計4つ配置されている。ここで、各圧力センサーS1〜S4が検出する圧力値(検出値)をそれぞれPS1,PS2,PS3,PS4とすると、外力のX方向成分Fx(外力の面内方向成分のうちX方向に作用する分力の割合)は、第1実施形態と同様の以下の式(5)で表される。 As shown in FIG. 13, a plurality of pressure sensors S <b> 1 to S <b> 4 are arranged in a unit of two vertical rows and two horizontal columns per unit detection region S. Here, when the pressure values (detected values) detected by the pressure sensors S1 to S4 are P S1 , P S2 , P S3 , and P S4 , the X direction component Fx of the external force (X of the in-plane direction components of the external force) The ratio of the component force acting in the direction) is expressed by the following equation (5) similar to the first embodiment.

Figure 2013108832
Figure 2013108832

また、外力のY方向成分Fy(外力の面内方向成分のうちY方向に作用する分力の割合)も、第1実施形態と同様の以下の式(6)で表される。   Further, the Y direction component Fy of the external force (the ratio of the component force acting in the Y direction among the in-plane direction components of the external force) is also expressed by the following equation (6) similar to the first embodiment.

Figure 2013108832
Figure 2013108832

また、外力のZ方向成分Fz(外力の垂直方向成分)も、第1実施形態と同様の以下の式(7)で表される。   Further, the Z direction component Fz of the external force (vertical direction component of the external force) is also expressed by the following equation (7) similar to the first embodiment.

Figure 2013108832
Figure 2013108832

式(5)に示すように、外力のX方向成分Fxにおいては、4つの圧力センサーS1〜S4で検出された圧力値のうち+X方向に配置された圧力センサーS2及びS4で検出された値が組み合わされるとともに、−X方向に配置された圧力センサーS1及びS3で検出された値が組み合わされる。このように、+X方向に配置された圧力センサーS2及びS4の組み合わせによる圧力値と−X方向に配置された圧力センサーS1及びS3の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外力のX方向成分が求められる。   As shown in Expression (5), in the X-direction component Fx of the external force, the values detected by the pressure sensors S2 and S4 arranged in the + X direction among the pressure values detected by the four pressure sensors S1 to S4 are as follows. In addition, the values detected by the pressure sensors S1 and S3 arranged in the −X direction are combined. As described above, the X direction component of the external force is based on the difference between the pressure value obtained by the combination of the pressure sensors S2 and S4 arranged in the + X direction and the pressure value obtained by the combination of the pressure sensors S1 and S3 arranged in the -X direction. Desired.

式(6)に示すように、外力のY方向成分Fyにおいては、4つの圧力センサーS1〜S4で検出された圧力値のうち+Y方向に配置された圧力センサーS1及びS2で検出された値が組み合わされるとともに、−Y方向に配置された圧力センサーS3及びS4で検出された値が組み合わされる。このように、+Y方向に配置された圧力センサーS1及びS2の組み合わせによる圧力値と−Y方向に配置された圧力センサーS3及びS4の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外力のY方向成分が求められる。   As shown in Expression (6), in the Y direction component Fy of the external force, the values detected by the pressure sensors S1 and S2 arranged in the + Y direction among the pressure values detected by the four pressure sensors S1 to S4 are as follows. The values detected by the pressure sensors S3 and S4 arranged in the −Y direction are combined together. Thus, the Y direction component of the external force is based on the difference between the pressure value obtained by the combination of the pressure sensors S1 and S2 arranged in the + Y direction and the pressure value obtained by the combination of the pressure sensors S3 and S4 arranged in the -Y direction. Desired.

式(7)に示すように、外力のZ方向成分Fzにおいては、4つの圧力センサーS1〜S4の圧力値を足し合わせた合力で求められる。ただし、外力のZ方向成分Fzは、外力のX方向成分Fx及び外力のY方向成分Fy(分力)に比べて検出値が大きく検出される傾向がある。例えば、弾性体突起32の材質として硬いものを用いたり、先端部の形状を先鋭にしたりすると、外力のZ方向成分Fzの検出感度が高くなる。しかしながら、弾性体突起32の材質として硬いものを用いると弾性体突起32が変形しにくくなり外力の面内方向の検出値が小さくなってしまう。また、弾性体突起32の先端部の形状を先鋭にすると接触面を指で触ったときのタッチ感に強い感度(違和感)を与える場合がある。このため、外力のZ方向成分Fzの検出値を、外力のX方向成分Fx及びのY方向成分Fyの検出値と揃えるには、弾性体突起32の材質や形状によって決定される補正係数で検出値を適宜補正する必要がある。   As shown in the equation (7), the Z direction component Fz of the external force is obtained by a resultant force obtained by adding the pressure values of the four pressure sensors S1 to S4. However, the Z direction component Fz of the external force tends to be detected with a larger detection value than the X direction component Fx of the external force and the Y direction component Fy (component force) of the external force. For example, when a hard material is used as the material of the elastic protrusion 32 or the shape of the tip is sharpened, the detection sensitivity of the Z-direction component Fz of the external force increases. However, if a hard material is used as the material of the elastic protrusion 32, the elastic protrusion 32 is not easily deformed, and the detected value of the external force in the in-plane direction becomes small. Further, when the shape of the tip of the elastic protrusion 32 is sharpened, a strong sensitivity (uncomfortable feeling) may be given to the touch feeling when the contact surface is touched with a finger. For this reason, in order to align the detected value of the Z direction component Fz of the external force with the detected value of the X direction component Fx and the Y direction component Fy of the external force, detection is performed with a correction coefficient determined by the material and shape of the elastic protrusion 32. It is necessary to correct the value appropriately.

図14に示すように、外力検出部Dの検出面(弾性基板Aに外力が作用する面)の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合を考える。外力検出部Dには単位検出領域Sが縦15行×横15列(計225個)マトリクス状に配置されている。すなわち、図14の実線で囲まれた矩形状格子が単位検出領域Sであり、各単位検出領域Sには縦2行横2列の4つ圧力センサーS1〜S4(図示省略)が存在する。
このとき、外力の垂直方向の圧力は、外力が作用した部分の中心部が最も大きくなっている(90〜120mV程度)。また、外力の垂直方向の圧力は、中心部に次いでその周辺部(60〜90mV程度)、最外周部(30〜60mV程度)の順小さくなっている。また、指で押されていない領域は、0〜30mV程度となっている。
As shown in FIG. 14, a case is considered in which the upper left position of the detection surface of the external force detection unit D (the surface on which the external force acts on the elastic substrate A) is obliquely pushed with a finger. In the external force detection unit D, unit detection areas S are arranged in a matrix of 15 rows × 15 columns (225 in total). That is, a rectangular grid surrounded by a solid line in FIG. 14 is a unit detection region S, and each unit detection region S includes four pressure sensors S1 to S4 (not shown) in two rows and two columns.
At this time, the pressure in the vertical direction of the external force is greatest at the central portion of the portion where the external force is applied (about 90 to 120 mV). Moreover, the pressure in the vertical direction of the external force decreases in the order of the peripheral portion (about 60 to 90 mV) and the outermost peripheral portion (about 30 to 60 mV) next to the central portion. Moreover, the area | region which is not pressed with the finger | toe is about 0-30 mV.

図15に示すように、外力検出部Dの検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合の外圧の面内方向成分(すべり方向)の算出方法を考える。指の押圧力(外力)は、縦15行×横15列に配置された単位検出領域Sのうち、縦3行×横3列に配置された部分の単位検出領域Sに作用しているとする。   As shown in FIG. 15, a method for calculating an in-plane direction component (slip direction) of external pressure when a position closer to the upper left than the center of the detection surface of the external force detection unit D is obliquely pressed with a finger will be considered. The finger pressing force (external force) acts on the unit detection areas S of the unit detection areas S arranged in 15 rows × 15 columns arranged in 3 rows × 3 columns. To do.

図15(a)は、外力が作用した単位検出領域Sにおける4つ圧力センサーS1〜S4の検出値の合計値(PS1+PS2+PS3+PS4)を示している。図15(b)は、上述の単位検出領域の4つ圧力センサーS1〜S4の各検出値(PS1,PS2,PS3,PS4)を、単位検出領域Sごとに示している。また、図15(b)の実線は単位検出領域Sの境界を、及び点線は圧力センサーS1〜S4の境界を示している。図15(c)は、図15(b)の点線Qで囲んだ単位検出領域Sに配置されている、4つの圧力センサーS1〜S4のレイアウトと座標系とを示している。また、図15(c)に示すように、圧力センサーS1〜S4の検出値が、PS1〜PS4となる。図15(b)の他の単位検出領域Sの4つの圧力センサーS1〜S4も、同様のレイアウトと座標系とになっている。図15(d)は、上述した式(5)と式(6)とによって求めた、外力のX方向成分Fxと外力のY方向成分Fyとを、単位検出領域Sごとに示している。 FIG. 15A shows the total value (P S1 + P S2 + P S3 + P S4 ) of the detection values of the four pressure sensors S1 to S4 in the unit detection region S where an external force is applied. FIG. 15B shows the detected values (P S1 , P S2 , P S3 , P S4 ) of the four pressure sensors S1 to S4 in the unit detection area for each unit detection area S. Further, the solid line in FIG. 15B indicates the boundary of the unit detection region S, and the dotted line indicates the boundary of the pressure sensors S1 to S4. FIG. 15C shows the layout and coordinate system of the four pressure sensors S1 to S4 arranged in the unit detection region S surrounded by the dotted line Q in FIG. Moreover, as shown in FIG.15 (c), the detected value of pressure sensor S1- S4 becomes PS1- PS4. The four pressure sensors S1 to S4 in the other unit detection areas S in FIG. 15B also have the same layout and coordinate system. FIG. 15D shows, for each unit detection area S, the X-direction component Fx of the external force and the Y-direction component Fy of the external force obtained by the above-described equations (5) and (6).

外力の作用する方向は、例えば図15(d)に示す9つの算出結果の平均値で求める方法、例えば9つの算出結果のうちの最大値(例えば所定のしきい値よりも大きい検出値)により求める方法などを用いて求めることができる。ここでは、図15(d)に示す9つの算出結果を平均することで、外力のX方向成分Fxと外力のY方向成分Fyとを求め、外力は+X方向を基準として左回りに約123°の方向に作用していることが分かる。
このように、縦3行×横3列に配置された各単位検出領域Sは、それぞれ4つの圧力センサーS1〜S4を有しており、各圧力センサーS1〜S4で検出された検出値のうち任意に組み合わされた各圧力センサーS1〜S4の検出値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が作用した方向が演算される。
The direction in which the external force acts is determined by, for example, a method of obtaining an average value of nine calculation results shown in FIG. 15D, for example, a maximum value (for example, a detection value larger than a predetermined threshold value) among the nine calculation results. It can be obtained using a method for obtaining it. Here, the nine calculation results shown in FIG. 15D are averaged to obtain the X direction component Fx of the external force and the Y direction component Fy of the external force. The external force is about 123 ° counterclockwise with respect to the + X direction. It can be seen that it is acting in the direction of.
Thus, each unit detection area S arranged in 3 vertical rows by 3 horizontal columns has four pressure sensors S1 to S4, and among the detection values detected by the pressure sensors S1 to S4, respectively. A difference between detection values of the pressure sensors S1 to S4 arbitrarily combined is calculated, and a direction in which an external force is applied is calculated based on the difference.

以上述べたように、本実施形態に係る検出装置100によれば、第1実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。   As described above, according to the detection apparatus 100 according to the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects of the first embodiment.

外力検出部Dは、第2基板30に形成した弾性体突起32の先端部が第1基板101(複数の圧力センサー42)に当接した状態ですべり方向(圧力センサー42表面に平行な方向)に変形することが可能であるので、外力の方向と大きさの検出精度を高めることができる。
詳しくは、第2基板30の表面に外力が付加されると、弾性体突起32は先端部が第1基板101に配置された複数の圧力センサー42に当接した状態で圧縮変形する。このとき、面内の所定の方向のすべり力成分がある場合、弾性体突起32の変形には偏りが生じる。すなわち、弾性体突起32の重心は基準点Pからずれて所定方向(すべり方向)に移動する。すると、複数の圧力センサー42のうち弾性体突起32の重心が移動した部分と重なる割合が相対的に大きくなる。つまり、各圧力センサーS1〜S4で異なる値の圧力値が検出される。具体的には、弾性体突起32の重心と重なる位置の圧力センサー42では相対的に大きい圧力値が検出され、弾性体突起32の重心と重ならない位置の圧力センサー42では相対的に小さい圧力値が検出されることとなる。よって、演算装置により、各圧力センサーS1〜S4で検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が作用した方向と大きさを求めることができる。したがって、外力の方向と大きさを高い精度で検出することが可能な検出装置100を提供することができる。
The external force detection unit D is in a sliding direction (a direction parallel to the surface of the pressure sensor 42) in a state where the tip of the elastic protrusion 32 formed on the second substrate 30 is in contact with the first substrate 101 (the plurality of pressure sensors 42). Therefore, the detection accuracy of the direction and magnitude of the external force can be increased.
Specifically, when an external force is applied to the surface of the second substrate 30, the elastic protrusions 32 are compressed and deformed in a state where the tip portions are in contact with the plurality of pressure sensors 42 arranged on the first substrate 101. At this time, when there is a sliding force component in a predetermined direction in the surface, the elastic protrusion 32 is biased in deformation. That is, the center of gravity of the elastic protrusion 32 is shifted from the reference point P and moves in a predetermined direction (slip direction). As a result, the ratio of the plurality of pressure sensors 42 overlapping the portion where the center of gravity of the elastic protrusion 32 has moved becomes relatively large. That is, different pressure values are detected by the pressure sensors S1 to S4. Specifically, a relatively large pressure value is detected by the pressure sensor 42 at a position overlapping the gravity center of the elastic protrusion 32, and a relatively small pressure value is detected by the pressure sensor 42 at a position not overlapping with the gravity center of the elastic protrusion 32. Will be detected. Therefore, it is possible to calculate the difference between the pressure values detected by the pressure sensors S1 to S4 by the calculation device, and obtain the direction and magnitude in which the external force is applied based on the difference. Therefore, it is possible to provide the detection device 100 capable of detecting the direction and magnitude of the external force with high accuracy.

外力検出部Dに配置された圧力センサー42は、柔軟性に優れた感圧導電ゴムで構成されるので、衝撃などの機械的ストレスに強いという効果を得ることができる。   Since the pressure sensor 42 arranged in the external force detection unit D is composed of pressure-sensitive conductive rubber having excellent flexibility, it is possible to obtain an effect of being strong against mechanical stress such as impact.

なお、外力検出部Dに配置する圧力センサー42は、静電容量方式及び抵抗方式に限定されない。例えば、強誘電体結晶に圧力を加えると結晶表面に電荷が生じるピエゾ効果を利用した電荷変化方式であっても良い。例えば、弾性体の変形による光反射率の変化や弾性体の中のマーカーを変位計測するなどの光学方式であっても良い。また、例えば、バネ等の機械的構造の変位、変形から検出する機械的変位方式であっても良い。要は、圧力によって変化する物理量を電気的信号として検出できる素子であれば良い。   In addition, the pressure sensor 42 arrange | positioned in the external force detection part D is not limited to an electrostatic capacitance system and a resistance system. For example, a charge change method using a piezo effect that generates a charge on the crystal surface when pressure is applied to the ferroelectric crystal may be used. For example, an optical system such as a change in light reflectance due to deformation of an elastic body or displacement measurement of a marker in the elastic body may be used. Further, for example, a mechanical displacement method that detects from a displacement or deformation of a mechanical structure such as a spring may be used. In short, any element can be used as long as it can detect a physical quantity that varies with pressure as an electrical signal.

(第3実施形態)
(電子機器)
図21は、上記実施形態1及び/または実施形態2に係る検出装置100を適用した電子機器としての携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assistants)2000の概略構成を示す模式図である。携帯情報端末2000は、複数の操作ボタン2002及び電源スイッチ2003、並びに表示部としての検出部Kを適用した液晶パネル2001を備えている。電源スイッチ2003を操作すると、液晶パネル2001にはメニューボタンが表示される。例えば、メニューボタン(図示略)を指で触れると各種ゲームが表示されたり、電子黒板が表示されたりする。
(Third embodiment)
(Electronics)
FIG. 21 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a personal digital assistant (PDA) 2000 as an electronic apparatus to which the detection device 100 according to the first embodiment and / or the second embodiment is applied. The portable information terminal 2000 includes a liquid crystal panel 2001 to which a plurality of operation buttons 2002, a power switch 2003, and a detection unit K as a display unit are applied. When the power switch 2003 is operated, a menu button is displayed on the liquid crystal panel 2001. For example, when a menu button (not shown) is touched with a finger, various games are displayed or an electronic blackboard is displayed.

このような電子機器によれば、上述した検出装置100を備えているので、外力の方向と大きさという力覚情報に加えて、静止及び滑りという滑り覚情報を、電子機器を操作するための入力情報として取り込むことができる。例えば、指による操作で滑り変位が発生した場合に、液晶パネル2001のバックライト(図示省略)の点灯色を変化させるなどを実行すれば、アミューズメント用途におけるゲームの多様性を増すことができる。   According to such an electronic device, since the above-described detection device 100 is provided, in addition to the haptic information of the direction and magnitude of the external force, slip information such as stillness and slip is used to operate the electronic device. It can be captured as input information. For example, when a sliding displacement occurs due to an operation with a finger, by changing the lighting color of the backlight (not shown) of the liquid crystal panel 2001, it is possible to increase the variety of games for amusement applications.

なお、電子機器としては、情報携帯端末以外にも、例えば携帯電話、パーソナルコンピューター、ビデオカメラのモニター、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、デジタルスチルカメラなどのタッチパネルを備えた機器等が挙げられる。これらの電子機器に対しても、上記実施形態に係る検出装置100を適用させることができる。   In addition to information portable terminals, electronic devices include, for example, cellular phones, personal computers, video camera monitors, car navigation devices, pagers, electronic notebooks, calculators, word processors, workstations, videophones, POS terminals, digital stills. Examples of the device include a touch panel such as a camera. The detection apparatus 100 according to the above embodiment can also be applied to these electronic devices.

(第4実施形態)
(ロボット)
図22は、上記実施形態1及び/または実施形態2係る検出装置100を適用したロボットとしてのロボットハンド3000の概略構成を示す模式図である。図22(a)に示すように、ロボットハンド3000は、本体部3003及び一対のアーム部3002、並びに検出装置100を適用した把持部3001を備えている。例えば、リモコン等の制御装置によりアーム部3002に駆動信号を送信すると、一対のアーム部3002が開閉動作する。
(Fourth embodiment)
(robot)
FIG. 22 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a robot hand 3000 as a robot to which the detection device 100 according to the first embodiment and / or the second embodiment is applied. As shown in FIG. 22A, the robot hand 3000 includes a main body 3003, a pair of arms 3002, and a grip 3001 to which the detection device 100 is applied. For example, when a drive signal is transmitted to the arm unit 3002 by a control device such as a remote controller, the pair of arm units 3002 open and close.

図22(b)に示すように、ロボットハンド3000でコップ等の物体(対象物)3010を把持する場合を考える。このとき、物体3010に作用する力は把持部3001で圧力として検出される。ロボットハンド3000は、把持部3001として上述した検出装置100を備えているので、物体3010の表面(接触面)に垂直な方向の力と併せて重力Mgですべる方向の力(すべり力の成分)を検出することが可能である。例えば、柔らかい物体を変形させたりすべりやすい物体を落としたりしないよう、物体3010の質感に応じて力を加減しながら持つことができる。   As shown in FIG. 22B, consider a case in which an object (target object) 3010 such as a cup is held by the robot hand 3000. At this time, the force acting on the object 3010 is detected as pressure by the gripping unit 3001. Since the robot hand 3000 includes the detection device 100 described above as the gripping unit 3001, a force in a direction sliding with gravity Mg in addition to a force in a direction perpendicular to the surface (contact surface) of the object 3010 (slip force component). Can be detected. For example, it can be held while adjusting the force according to the texture of the object 3010 so as not to deform a soft object or drop a slippery object.

このロボットによれば、物体が静止している状態だけでなく、滑り状態おいても物体に作用させる力を適正に制御することができるので、上述した滑りやすい物体を適切に把持する動作以外に、例えば人を介護する動作(撫でる、こする、拭く)、例えば粘土の様な柔軟な材料を適切な力で加工する職人的な動作のように、より人に近い動作を提供することができる。   According to this robot, the force applied to the object can be appropriately controlled not only when the object is stationary, but also when the object is slipping. Can provide more human-like movements, such as, for example, an action that cares for a person (boiling, rubbing, wiping), for example, an craftsman-like action of processing a flexible material such as clay with an appropriate force .

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be added to the above-described embodiment. A modification will be described below.

(変形例1)
外力が作用する側から順に、第1実施形態の検出部Kは、弾性基板Aと、滑り検出部Bと、剛性基板Cと、外力検出部Dとが積層されているが、本変形例の検出部Kでは、弾性基板Aと、滑り検出部Bと、剛性基板Cと、外力検出部Dと、剛性基板Cとが積層されている。
(Modification 1)
In order from the side on which the external force acts, the detection unit K according to the first embodiment includes an elastic substrate A, a slip detection unit B, a rigid substrate C, and an external force detection unit D stacked. In the detection unit K, the elastic substrate A, the slip detection unit B, the rigid substrate C, the external force detection unit D, and the rigid substrate C are stacked.

このような構成にすることによって、外力検出部Dの外力が作用する面と反対側の面にも剛性基板Cが設置されているので、外力が作用しても外力検出部Dが変形し、作用する外力の方向を誤検知することがない。さらに、変形しやすい柔軟な物体にも検出部Kを取り付けることができるという効果も得ることができる。   By adopting such a configuration, since the rigid substrate C is also installed on the surface opposite to the surface on which the external force of the external force detection unit D acts, the external force detection unit D is deformed even if the external force is applied, There is no false detection of the direction of the acting external force. Furthermore, the effect that the detection part K can be attached also to the flexible object which is easy to deform | transform can also be acquired.

(変形例2)
外力が作用する側から順に、第1実施形態の検出部Kは、弾性基板Aと、滑り検出部Bと、剛性基板Cと、外力検出部Dとが積層されているが、本変形例の検出部Kでは、弾性基板Aと、滑り検出部Bと、外力検出部Dとが積層され、滑り検出部Bの一対の電極を形成した電極シートB2または外力検出部Dの弾性体突起32が形成された第2基板30のうち少なくとも一方は、ガラス、セラミック、金属、樹脂などの剛性を有する基板で構成されている。
(Modification 2)
In order from the side on which the external force acts, the detection unit K according to the first embodiment includes an elastic substrate A, a slip detection unit B, a rigid substrate C, and an external force detection unit D stacked. In the detection unit K, the elastic substrate A, the slip detection unit B, and the external force detection unit D are stacked, and the electrode sheet B2 forming the pair of electrodes of the slip detection unit B or the elastic protrusion 32 of the external force detection unit D is provided. At least one of the formed second substrates 30 is formed of a rigid substrate such as glass, ceramic, metal, or resin.

このような構成にすることによって、滑り検出部Bまたは外力検出部Dの少なくとも一方は剛性を有する基板を有しているので、滑り検出部Bと外力検出部Dとの間に剛性基板Cを設置しなくても、滑り検出部Bと外力検出部Dとを適正に機能させることができるという効果を得ることができる。   With this configuration, since at least one of the slip detection unit B or the external force detection unit D has a rigid substrate, the rigid substrate C is interposed between the slip detection unit B and the external force detection unit D. Even if it does not install, the effect that the slip detection part B and the external force detection part D can be functioned appropriately can be acquired.

(変形例3)
外力が作用する側から順に、第1実施形態の検出部Kは、弾性基板Aと、滑り検出部Bと、剛性基板Cと、外力検出部Dとが積層されているが、本変形例の検出部Kでは、弾性基板Aと、外力検出部Dと、滑り検出部Bと、剛性基板Cとが積層されている。
(Modification 3)
In order from the side on which the external force acts, the detection unit K according to the first embodiment includes an elastic substrate A, a slip detection unit B, a rigid substrate C, and an external force detection unit D stacked. In the detection unit K, an elastic substrate A, an external force detection unit D, a slip detection unit B, and a rigid substrate C are stacked.

このような構成にすることによっても、外力検出部Dによって外力の方向と大きさという力覚情報、及び滑り検出部Bによって静止または滑りという滑り覚情報という複合情報を検出することができるという効果を得ることができる。   Even with such a configuration, the external force detection unit D can detect the haptic information of the direction and magnitude of the external force, and the slip detection unit B can detect the combined information of slippage information of stationary or slipping. Can be obtained.

(変形例4)
外力が作用する側から順に、第1実施形態の検出部Kは、弾性基板Aと、滑り検出部Bと、剛性基板Cと、外力検出部Dとが積層されているが、本変形例の検出部Kでは、弾性基板Aと、外力検出部Dと、滑り検出部Bとが積層されている。
(Modification 4)
In order from the side on which the external force acts, the detection unit K according to the first embodiment includes an elastic substrate A, a slip detection unit B, a rigid substrate C, and an external force detection unit D stacked. In the detection unit K, the elastic substrate A, the external force detection unit D, and the slip detection unit B are stacked.

このような構成にすることによって、剛性を有する物体に検出部Kを取り付ける場合において、滑り検出部Bの外力が作用する面と反対の面に剛性を有する基板を設置しなくても、検出部Kを取り付ける物体自身が剛性を有しているので、滑り検出部Bは外力によって変形することなく、物体の静止または滑りという滑り覚情報を正確に検出することができる。さらに、剛性基板Cを省略できるので、検出部Kをより安価に製造できるという効果も得ることができる。   With such a configuration, when the detection unit K is attached to a rigid object, the detection unit can be installed without installing a rigid substrate on the surface opposite to the surface on which the external force of the slip detection unit B acts. Since the object to which K is attached has rigidity, the slip detection unit B can accurately detect slip sensation information that the object is stationary or slipped without being deformed by an external force. Furthermore, since the rigid board | substrate C can be abbreviate | omitted, the effect that the detection part K can be manufactured more cheaply can also be acquired.

(変形例5)
外力が作用する側から順に、第1実施形態の検出部Kは、弾性基板Aと、滑り検出部Bと、剛性基板Cと、外力検出部Dとが積層されているが、本変形例の検出部Kでは、弾性基板Aと、外力検出部Dと、剛性基板Cと、滑り検出部Bと、剛性基板Cとが積層されている。
(Modification 5)
In order from the side on which the external force acts, the detection unit K according to the first embodiment includes an elastic substrate A, a slip detection unit B, a rigid substrate C, and an external force detection unit D stacked. In the detection unit K, the elastic substrate A, the external force detection unit D, the rigid substrate C, the slip detection unit B, and the rigid substrate C are stacked.

このような構成にすることによって、外力検出部Dの外力が作用する面と反対側の面に剛性基板Cが設置されているので、外力が作用しても外力検出部Dが変形し、作用する外力の方向を誤検知することがない。さらに、滑り検出部Bの外力が作用する面と反対側の面にも剛性基板Cが設置されているので、外力が作用しても滑り検出部Bは変形することがなく、滑り検出部Bに所定の外力が作用する。よって、滑り検出部Bにおいて静止または滑りという滑り覚情報を正確に検出することができる。さらに、変形しやすい柔軟な物体にも検出部Kを取り付けることができるという効果も得ることができる。   By adopting such a configuration, the rigid substrate C is installed on the surface opposite to the surface on which the external force of the external force detection unit D acts. The direction of external force to be detected is not erroneously detected. Furthermore, since the rigid substrate C is also installed on the surface opposite to the surface on which the external force acts on the slip detection unit B, the slip detection unit B will not be deformed even if an external force is applied. A predetermined external force acts on the. Therefore, slip information such as stillness or slip can be accurately detected in the slip detection unit B. Furthermore, the effect that the detection part K can be attached also to the flexible object which is easy to deform | transform can also be acquired.

(変形例6)
外力が作用する側から順に、第1実施形態の検出部Kは、弾性基板Aと、滑り検出部Bと、剛性基板Cと、外力検出部Dとが積層されているが、本変形例の検出部Kでは、弾性基板Aと、外力検出部Dと、滑り検出部Bとが積層され、滑り検出部Bの一対の電極を形成した電極シートB2は、ガラス、セラミック、金属、樹脂などの剛性を有する基板で構成されている。
(Modification 6)
In order from the side on which the external force acts, the detection unit K according to the first embodiment includes an elastic substrate A, a slip detection unit B, a rigid substrate C, and an external force detection unit D stacked. In the detection unit K, the elastic substrate A, the external force detection unit D, and the slip detection unit B are stacked, and the electrode sheet B2 that forms a pair of electrodes of the slip detection unit B is made of glass, ceramic, metal, resin, or the like. It is comprised with the board | substrate which has rigidity.

このような構成にすることによって、滑り検出部Bは剛性を有するので、外力が作用しても変形することがなく、所定の外力が作用する。よって、滑り検出部Bにおいて静止または滑りという滑り覚情報を正確に検出することができるという効果を得ることができる。さらに、変形しやすい柔軟な物体にも検出部Kを取り付けることができるという効果も得ることができる。   By adopting such a configuration, the slip detection unit B has rigidity, so that it does not deform even when an external force is applied, and a predetermined external force is applied. Therefore, it is possible to obtain an effect that the slip detection unit B can accurately detect slip sense information such as still or slip. Furthermore, the effect that the detection part K can be attached also to the flexible object which is easy to deform | transform can also be acquired.

(変形例7)
上述の変形例3乃至変形例6において、外力検出部Dの弾性体突起32が形成された第2基板30は、ガラス、セラミック、金属、樹脂などの剛性を有する基板で構成されている。
(Modification 7)
In the above-described Modification 3 to Modification 6, the second substrate 30 on which the elastic protrusion 32 of the external force detection unit D is formed is configured by a substrate having rigidity such as glass, ceramic, metal, or resin.

このような構成にすることによって、外力検出部Dの第2基板30は剛性を有するので、外力検出部Dの弾性体突起32には、一点集中でなく、複数個所に外力が作用する。よって、複数個所の弾性体突起32に作用した外力の大きさ(外力の分布)、及びその差から外力の回転モーメントを検出することができるという効果を得ることができる。   By adopting such a configuration, the second substrate 30 of the external force detection unit D has rigidity, so that the external force acts on the elastic protrusions 32 of the external force detection unit D not at one point but at a plurality of locations. Therefore, it is possible to obtain an effect that the rotational moment of the external force can be detected from the magnitude of the external force (external force distribution) applied to the elastic protrusions 32 at a plurality of locations and the difference therebetween.

A…弾性基板、B…滑り検出部、C…剛性基板、D…外力検出部、E…演算部、F…外力、Fs…滑り方向の外力、K…検出部、B1…感圧導電シート、B2…電極シート、B1a…非導電性エラストマー樹脂、B1b…導電性粒子、P…基準点、S…単位検出領域、10…第1容量電極基板、20…第2容量電極基板、30…第2基板、32…弾性体突起、40…誘電体、100…検出装置、101…第1基板、200…実験装置、201…押圧部材、202…把持部材、203…台車、2000…携帯情報端末(電子機器)、3000…ロボットハンド(ロボット)   A: elastic substrate, B: slip detection unit, C: rigid substrate, D: external force detection unit, E: calculation unit, F: external force, Fs: external force in the sliding direction, K: detection unit, B1: pressure sensitive conductive sheet, B2 ... electrode sheet, B1a ... non-conductive elastomer resin, B1b ... conductive particles, P ... reference point, S ... unit detection region, 10 ... first capacitance electrode substrate, 20 ... second capacitance electrode substrate, 30 ... second Substrate, 32 ... elastic projection, 40 ... dielectric, 100 ... detection device, 101 ... first substrate, 200 ... experimental device, 201 ... pressing member, 202 ... gripping member, 203 ... cart, 2000 ... portable information terminal (electronic) Equipment) 3000 ... Robot Hand (Robot)

Claims (16)

外力が作用する面を有し、
前記外力の方向と大きさとを検出する外力検出部と、
前記外力によって発生する滑り変位を検出する滑り検出部と、が積層された検出装置であって、
前記外力検出部は、
基準点の回りに複数配置された圧力センサーを有する第1基板と、
前記基準点と重なる位置に重心が位置するとともに、前記外力によって先端部が前記第1基板に当接した状態で弾性変形する弾性体突起が形成された第2基板と、を備え、
前記滑り検出部は、
感圧導電シートと、
前記感圧導電シートに電気的に接続され、前記感圧導電シートの抵抗値を検出する一対の電極が形成された第3基板と、を備えていることを特徴とする検出装置。
Having a surface on which an external force acts,
An external force detector for detecting the direction and magnitude of the external force;
A slip detection unit for detecting a slip displacement generated by the external force,
The external force detector is
A first substrate having a plurality of pressure sensors arranged around a reference point;
A center of gravity located at a position overlapping with the reference point, and a second substrate on which an elastic protrusion is formed that elastically deforms in a state where a tip portion is in contact with the first substrate by the external force, and
The slip detector is
A pressure-sensitive conductive sheet;
And a third substrate electrically connected to the pressure-sensitive conductive sheet and provided with a pair of electrodes for detecting a resistance value of the pressure-sensitive conductive sheet.
前記外力が作用する面には、弾性を有する基板が設置されていることを特徴とする請求項1に記載の検出装置。   The detection device according to claim 1, wherein a substrate having elasticity is installed on a surface on which the external force acts. 前記外力が作用する面には、凹部と凸部のうち少なくとも一方が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の検出装置。   The detection device according to claim 1, wherein at least one of a concave portion and a convex portion is formed on the surface on which the external force acts. 前記外力が作用する面の側から順に、前記第3基板、前記第2基板、及び前記第1基板が積層されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の検出装置。   The detection according to any one of claims 1 to 3, wherein the third substrate, the second substrate, and the first substrate are stacked in order from the side on which the external force acts. apparatus. 前記第3基板と前記第2基板との間には、剛性を有する基板が設置されていることを特徴とする請求項4に記載の検出装置。   The detection apparatus according to claim 4, wherein a rigid substrate is installed between the third substrate and the second substrate. 前記第2基板と前記第1基板とで構成される前記外力検出部は、一対の剛性を有する基板で挟持されていることを特徴とする請求項4に記載の検出装置。   The detection apparatus according to claim 4, wherein the external force detection unit configured by the second substrate and the first substrate is sandwiched between a pair of rigid substrates. 前記第2基板と前記第3基板のうち少なくとも一方は、剛性を有する基板であることを特徴とする請求項4に記載の検出装置。   The detection apparatus according to claim 4, wherein at least one of the second substrate and the third substrate is a rigid substrate. 前記外力が作用する面の側から順に、前記第2基板、前記第1基板、及び前記第3基板が積層されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の検出装置。   4. The detection according to claim 1, wherein the second substrate, the first substrate, and the third substrate are laminated in order from the side on which the external force acts. apparatus. 前記第3基板の前記外力が作用する面と反対の面には、剛性を有する基板が設置されていることを特徴とする請求項8に記載の検出装置。   The detection apparatus according to claim 8, wherein a rigid substrate is installed on a surface of the third substrate opposite to the surface on which the external force acts. 前記第3基板は、一対の剛性を有する基板で挟持されていることを特徴とする請求項8に記載の検出装置。   The detection apparatus according to claim 8, wherein the third substrate is sandwiched between a pair of rigid substrates. 前記第3基板は、剛性を有する基板であることを特徴とする請求項8に記載の検出装置。   The detection apparatus according to claim 8, wherein the third substrate is a rigid substrate. 前記第2基板は、剛性を有する基板であることを特徴とする請求項8乃至11に記載の検出装置。   The detection device according to claim 8, wherein the second substrate is a rigid substrate. 前記検出装置は演算部を備え、
前記演算部は、前記外力によって前記弾性体突起が弾性変形することにより複数の前記圧力センサーで検出された圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサーで検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて前記外力が作用した方向及び前記外力の大きさを求める演算処理を実行することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の検出装置。
The detection device includes a calculation unit,
The calculation unit calculates a difference between pressure values detected by the pressure sensors arbitrarily combined among pressure values detected by the plurality of pressure sensors as the elastic protrusions are elastically deformed by the external force. The detection device according to claim 1, wherein a calculation process for obtaining a direction in which the external force is applied and a magnitude of the external force is executed based on the difference.
前記演算部は、前記感圧導電シートの抵抗値を滑り検出信号に変換し、前記滑り検出信号の変化から前記滑り変位の発生を検出する演算処理を実行することを特徴とする請求項13に記載の検出装置。   The said calculating part converts the resistance value of the said pressure sensitive conductive sheet into a slip detection signal, and performs the calculation process which detects generation | occurrence | production of the said slip displacement from the change of the said slip detection signal, It is characterized by the above-mentioned. The detection device described. 請求項1乃至14のいずれか1項に記載の検出装置を備えていることを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the detection device according to claim 1. 請求項1乃至14のいずれか1項に記載の検出装置を備えていることを特徴とするロボット。   A robot comprising the detection device according to claim 1.
JP2011253728A 2011-11-21 2011-11-21 Detecting device, electronic apparatus, and robot Pending JP2013108832A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011253728A JP2013108832A (en) 2011-11-21 2011-11-21 Detecting device, electronic apparatus, and robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011253728A JP2013108832A (en) 2011-11-21 2011-11-21 Detecting device, electronic apparatus, and robot

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013108832A true JP2013108832A (en) 2013-06-06

Family

ID=48705733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011253728A Pending JP2013108832A (en) 2011-11-21 2011-11-21 Detecting device, electronic apparatus, and robot

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013108832A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101533974B1 (en) * 2014-07-02 2015-07-10 성균관대학교산학협력단 Sensor and Method for Manufacturing the Sensor
JP6388101B1 (en) * 2017-03-15 2018-09-12 三菱電機株式会社 Touch panel and display device including touch panel

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101533974B1 (en) * 2014-07-02 2015-07-10 성균관대학교산학협력단 Sensor and Method for Manufacturing the Sensor
US9851271B2 (en) 2014-07-02 2017-12-26 Research & Business Foundation Sungkyunkwan University Sensor and method of manufacturing the same
JP6388101B1 (en) * 2017-03-15 2018-09-12 三菱電機株式会社 Touch panel and display device including touch panel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5821328B2 (en) Electronic equipment, robot hand and robot
JP5821322B2 (en) Detection device, electronic device and robot
US9069404B2 (en) Force imaging input device and system
JP2012163333A (en) Detector, electronic apparatus, and robot
US20130257744A1 (en) Piezoelectric tactile interface
JP2012122823A (en) Detecting device, electronic equipment, and robot
KR20120106920A (en) Detection device, electronic apparatus, and robot
JP2012068029A (en) Detector, electronic apparatus, and robot
JP2013152129A (en) Force detector, pressure detector, electronic apparatus and robot
JP2013096884A (en) Detection device, electronic apparatus and robot
JP2013142613A (en) Sensor substrate, detector, electronic apparatus and robot
JP2012026906A (en) Detector, electric equipment and robot
JP2013108832A (en) Detecting device, electronic apparatus, and robot
JP2013117458A (en) Detection device, electronic apparatus, and robot
JP2013096846A (en) Detection device, electronic apparatus and robot
JP2012073051A (en) Detector, electronic apparatus, and robot
JP2013108754A (en) Force detector, detecting device, electronic equipment, and robot
JP2013113760A (en) Detection device, electronic apparatus, and robot
JP2012026905A (en) Detector, electronic apparatus, and robot
JP2013064681A (en) Detection device, electronic apparatus, and robot
JP2012132816A (en) Pressure detection device, electronic apparatus and robot
JP2012108021A (en) Detecting device, electronic equipment and robot
JP2013088334A (en) Rotation detecting device, detecting device, electronic equipment and robot
JP2012098148A (en) Pressure detection device, electronic device, and robot
JP2011033404A (en) Tactile sensor, touch panel display, and pointing device