JP2013140137A - 感圧センサ、把持装置及びロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感圧導電ゴムに与圧が付与され、ゴムのクリープ特性により感圧導電ゴムの電気抵抗値が時間経過とともに減少する場合であっても、感圧センサの荷重検出の精度を上げ、微小な荷重を検出することができる感圧センサを提供することを課題とする。
【解決手段】筺体５１の内部には、与圧が付与される状態で参照用感圧導電ゴム５２が設けられる。また、筺体５１の内部には、与圧が付与されると共に、外部荷重が作用する検出用感圧導電ゴム５３が設けられる。荷重検出回路５０Ｂは、感圧導電ゴム５２，５３に電圧を印加し、参照用感圧導電ゴム５２を流れる電流に対応する検出値と検出用感圧導電ゴム５３を流れる電流に対応する検出値との差分により外部荷重を求める。
【選択図】図２

Description

本発明は、感圧導電ゴムを用いて外部荷重を検出する感圧センサ、並びにこれを搭載した把持装置及びロボット装置に関するものである。

従来、ゴムに金属などの微粒子からなる導電粒子を含有させた感圧導電ゴムを備えた感圧センサが知られている。感圧導電ゴムは、荷重が印加されていない状態では、ゴムに含有されている導電粒子同士の接触が無い、若しくは少ないため、電気的に絶縁状態、若しくは高抵抗状態となっている。そして、感圧導電ゴムに押圧するように荷重を印加すると、ゴム部分が歪み、歪み部において導電粒子同士が接近して接触状態の導電粒子数が増加するため、感圧導電ゴム全体としては電気抵抗値が低下する。感圧センサは、感圧導電ゴムの荷重に応じて電気抵抗値が変化する特性を利用している。

この種の感圧センサとして、特許文献１が知られている。特許文献１の感圧センサは、基板の一部に設けられた電極上に配置された偏平な板状の感圧導電ゴムと、薄い樹脂などからなる可撓性シート部材がある。さらに、可撓性シート部材を感圧導電ゴムに重ねて所定の空隙を持って支持するスペーサがあり、このスペーサは基板の表面に設けられている。さらに、可撓性シート部材のスペーサに支持されている面と対向する面上に配設された、ゴムなどからなる緩衝材と、スペーサ、可撓性シート部材及び緩衝材を一体に被覆し基板の表面に接合されたカバー部材からなる。この特許文献１では、カバー部材に加わる荷重が緩衝材および可撓性シート部材で緩衝、分散され、感圧導電ゴムに荷重が緩やかに伝わる。したがって、感圧導電ゴムは、単位面積当たりの押圧される荷重が減少するため、電気抵抗値が急激に変化することがなくなり、荷重の検出範囲を広げることができる。

また、感圧導電ゴムはゴムに導電粒子を含有させたものであるので、荷重の印加、解放に対してゴムの変形が残留するヒステリシス特性や、ある一定荷重に対してゴムが緩やかに変形し続けるクリープ特性がある。このゴムのヒステリシス特性やクリープ特性により、荷重に対する電気抵抗値の変化が非線形となる。この非線形性を低減する感圧センサとして、特許文献２がある。特許文献２の感圧センサは、上下に平面を有する円盤状に形成された感圧導電ゴムと、感圧導電ゴムの上下面に互いに対向するよう配置された電極と、を備えている。更に、特許文献２の感圧センサは、感圧導電ゴムの周囲に荷重を受ける方向と異なる方向へ感圧導電ゴムの変形を拘束する金属や樹脂の囲み部材を備えている。感圧導電ゴムは径方向への変形が拘束され、荷重の印加方向である厚み方向のみに変形するため、荷重印加時に感圧導電ゴムと電極間の接触面積の増加が規制され、荷重と電気抵抗値の非線形性が低減される。

特開平９−１７２７６号公報 特開２００４−３４０７３１号公報

しかしながら、特許文献１のような感圧導電ゴムと可撓性シート部材の間の空隙といったような、感圧センサと感圧センサに荷重を伝達する部材間に空隙がある構成であると、微小な荷重（例えば１Ｎ以下といった荷重）に対してセンサ出力を得ることができない。なぜなら、感圧センサに荷重が印加され、感圧導電ゴムに荷重が伝達されるためには、感圧導電ゴムと感圧導電ゴムに荷重を伝達する部材間の空隙が無くなるまで荷重を印加しなければならず、その荷重は感圧導電ゴムでは検出することができないからである。つまり、微小な荷重を検出するためには、感圧導電ゴムと感圧導電ゴムに荷重を伝達する部材間の空隙を無くす、若しくは空隙を無視できるくらい小さくする構造が望まれる。したがって、感圧導電ゴムと感圧導電ゴムに荷重を伝達する部材間に押しつけ力（与圧）を付与することにより、微小な荷重であっても感圧導電ゴムに荷重が伝わる構造にするのがよい。

しかし、感圧導電ゴムは、ゴムに導電粒子を含有させたものであるので、感圧導電ゴムと感圧導電ゴムに荷重を伝達する部材間に与圧が付与されていると、図６に示すように、ゴムのクリープ特性により、感圧導電ゴムの電気抵抗値が時間経過とともに減少する。特許文献２において、ゴムのヒステリシス特性やクリープ特性による、荷重と電気抵抗値の非線形性は低減されているが、クリープ特性そのものは改善されていない。したがって、特許文献２では、感圧導電ゴムに与圧が付与されている状態では、電気抵抗値が時間とともに減少するため、感圧センサの荷重の検出精度を良くすると荷重の誤検出へとつながる。そのため、荷重の検出精度を上げることができず、微小な荷重を検出することができない。

そこで、本発明は、感圧導電ゴムに与圧が付与され、ゴムのクリープ特性により感圧導電ゴムの電気抵抗値が時間経過とともに減少する場合であっても、荷重検出の精度を上げ、微小な荷重を検出することができる感圧センサ、把持装置及びロボット装置を提供する。

本発明の感圧センサは、与圧が付与される状態で筺体の内部に設けられた第１の感圧導電ゴムと、前記与圧が付与される状態で前記筺体の内部に設けられると共に、外部荷重が作用する第２の感圧導電ゴムと、前記第１及び第２の感圧導電ゴムに電圧を印加し、前記第１の感圧導電ゴムを流れる電流に対応する第１の検出値と前記第２の感圧導電ゴムを流れる電流に対応する第２の検出値との差分に基づいて前記外部荷重を求める荷重検出部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、与圧が付与される第１の感圧導電ゴムと、与圧が付与されると共に外部荷重が作用する第２の感圧導電ゴムとの検出結果の差分から外部荷重を求めているので、感圧導電ゴムのクリープ特性による変動分が除去され補正される。したがって、外部荷重の検出精度が向上する。

本発明の第１実施形態に係る感圧センサが組み込まれた把持装置の概略構成を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る感圧センサの概略構成を示す説明図であり、（ａ）はセンサ本体の上面図、（ｂ）はセンサ本体がフィンガーに組み込まれた状態のセンサ本体の断面図である。 荷重検出回路の構成を示す説明図である。 本実施形態の感圧センサにおける検出電圧−時間の関係を示す図である。 変形例の感圧センサにおける検出電圧−時間の関係を示す図である。 感圧導電ゴムのクリープ特性を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る感圧センサが組み込まれたロボット装置の概略構成を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係る感圧センサが組み込まれた把持装置の概略構成を示す説明図である。図１に示す把持装置１００は、基体１と、基体１に設けられた複数のフィンガー２，３と、フィンガー２，３を開閉動作させる制御装置４とを備えている。基体１は、不図示のアクチュエータを備えており、制御装置４の制御信号により、フィンガー２，３を閉動作させることでフィンガー２，３にワークＷを把持させ、フィンガー２，３を開動作させることでワークＷの把持を解放させる。

また、各フィンガー２，３の指先部の一部には、ゴムなどの弾性部材からなるカバー部材５，６が設けられており、フィンガー２，３でワークＷを把持した際に、ワークＷが傷つくのを防止している。

本実施形態では、把持装置１００は、ワークＷの把持／解放を検出するために、外部から作用する荷重（外部荷重）を検出する感圧センサ５０を備えている。制御装置４は、感圧センサ５０の検出結果に基づいて、基体１のアクチュエータの制御を行い、フィンガー２，３を動作させる。

感圧センサ５０は、センサ本体５０Ａと、荷重検出部としての荷重検出回路５０Ｂと、を有している。複数のフィンガー２，３のうち少なくとも１つのフィンガー、本実施形態ではフィンガー２に、感圧センサ５０のセンサ本体５０Ａが設けられており、フィンガー２にセンサ本体５０Ａ、カバー部材５と順次積層して配置してある。また、カバー部材５は、センサ本体５０Ａを覆うように設けられており、センサ本体５０Ａの保護も兼ねている。

図２は本発明の実施形態に係る感圧センサの概略構成を示す説明図であり、図２（ａ）は、センサ本体の上面図であり、図２（ｂ）はセンサ本体がフィンガーに組み込まれた状態のセンサ本体の断面図である。

センサ本体５０Ａは、筺体５１と、筺体５１の内部に設けられた第１の感圧導電ゴムとしての参照用感圧導電ゴム５２と、筺体５１の内部に設けられた第２の感圧導電ゴムとしての検出用感圧導電ゴム５３と、を有している。また、センサ本体５０Ａは、筺体５１の内部に設けられた、筺体５１の内壁に沿って移動可能に設けられた可動部材５４及び弾性部材５５からなる付勢部５６を有する。また、センサ本体５０Ａは、参照用感圧導電ゴム５２に接続された電極５７と、検出用感圧導電ゴム５３に接続された電極５８と、を有する。

筺体５１は、検知したい範囲の大きさの外部荷重が作用しても変形しない程度の剛性を有する部材で形成され、例えば金属や樹脂で形成されている。筺体５１には、開口部５１ａが形成されている。本実施形態では、検出用感圧導電ゴム５３が開口部５１ａ及び開口部５１ａが形成された側の内壁面５１ｂに臨むように配置されている。参照用感圧導電ゴム５２は、内壁面５１ｂに臨むように配置されている。そして、筺体５１の内部において、内壁面５１ｂから遠ざかる方向に向かって、感圧導電ゴム５２，５３と、電極５７，５８と、付勢部５６とが、順次積層するように配置されている。

感圧導電ゴム５２，５３は、シリコンなどのゴムに導電粒子を配合させることで形成されている。検出用感圧導電ゴム５３は、円板形状に形成されている。この検出用感圧導電ゴム５３には、外部荷重が作用するよう開口部５１ａを通じて筺体５１の外部に露出する作用片５９が設けられている。なお、作用片５９は、ゴムや金属などで形成されており、作用片５９は接着剤等により検出用感圧導電ゴム５３に固定される。この作用片５９は、外部荷重が作用しやすいよう筺体５１の外部に突出するように形成されている。

参照用感圧導電ゴム５２は、円環状の形状であり、検出用感圧導電ゴム５３の外側に検出用感圧導電ゴム５３と間隔をあけて同心円上に配置されている。参照用感圧導電ゴム５２と検出用感圧導電ゴム５３とは電気的にも機械的にも絶縁されており、参照用感圧導電ゴム５２には、検出用感圧導電ゴム５３に作用した外部荷重が作用しないよう構成されている。

これら感圧導電ゴム５２，５３は、与圧が付与されるよう筺体５１の内壁面、具体的には、開口部５１ａが形成されている側の内壁面５１ｂに圧接されている。

参照用感圧導電ゴム５２の内壁面５１ｂに圧接する側の面とは反対側の面には、第１の電極５７が設けられており、検出用感圧導電ゴム５３の内壁面５１ｂに圧接する側の面とは反対側の面には、第２の電極５８が設けられている。

可動部材５４は剛性の高い金属や樹脂で構成される。可動部材５４は、筺体５１に対して移動可能に筺体５１の内部に保持されており、電極５７，５８を介して感圧導電ゴム５２，５３を押圧するよう、弾性部材５５により内壁面５１ｂに向かう方向に付勢されている。つまり、可動部材５４は、弾性部材５５の弾性力（付勢力）が作用することにより、感圧導電ゴム５２，５３を内壁面５１ｂに押し付ける。また、可動部材５４は、作用片５９に外部荷重が作用したときには、内壁面５１ｂから遠ざかる方向に弾性部材５５の付勢力に抗して平行に移動する。このように、可動部材５４は、内壁面５１ｂに近接する方向又は離間する方向に移動可能に筺体５１の内部に設けられている。

弾性部材５５は、ゴムやバネ等で構成されており、可動部材５４を内壁面５１ｂに向かう方向に付勢することにより、可動部材５４を介して感圧導電ゴム５２，５３を押圧して、感圧導電ゴム５２，５３を内壁面５１ｂに押し付ける。なお、弾性部材５５は、ゴムで形成されるのが好ましい。ただし、弾性部材５５は、感圧導電ゴム５２，５３に対し、柔らかい（硬度の小さい）部材がよい。この場合、センサを構成する部材５２〜５８を筺体５１の内部に組み付けた際に、弾性部材５５のゴムが圧縮され、与圧が生じるように、ゴムの厚みが調整される。

これら可動部材５４及び弾性部材５５からなる付勢部５６により、感圧導電ゴム５２，５３が筺体５１の内壁面５１ｂに一体に押し付けられ、感圧導電ゴム５２，５３には与圧が付与される。

電極５７，５８は、それぞれの感圧導電ゴム５２，５３に電気的に接続するよう、感圧導電ゴム５２，５３と可動部材５４との間に設けられている。

荷重検出回路５０Ｂは、感圧導電ゴム５２，５３の電気抵抗値の変化により、クリープ特性の補正演算を行い、外部荷重を演算するものである。

ここで、感圧導電ゴム５２，５３は、与圧により生じるクリープ特性が同じになるようにしている。具体的には、感圧導電ゴム５２，５３の材質、感圧導電ゴム５２，５３の厚みを同一に設定し、電極５７，５８の形状を感圧導電ゴム５２，５３のクリープ特性が同じになるように設定している。ただし、参照用感圧導電ゴム５２と検出用感圧導電ゴム５３においてクリープ特性が同じになればよく、感圧導電ゴムの材質、厚み、電極の形状は上記の限りではない。

作用片５９は、カバー部材５で覆われており、外部荷重がカバー部材５を介して作用する。この作用片５９は、カバー部材５に圧接し空隙が無視できるくらい小さくなるようにしている。これにより、微小な荷重を精度よく検出することができる。

付勢部５６による付勢力により、参照用感圧導電ゴム５２は、筺体５１の内壁面５１ｂに圧接し、検出用感圧導電ゴム５３の一部分は筺体５１の内壁面５１ｂに圧接し、検出用感圧導電ゴム５３の他の部分は作用片５９を介してカバー部材５に圧接する。これにより、感圧導電ゴム５２，５３には、同一の与圧がかかるようになっている。

次に、荷重検出部としての荷重検出回路５０Ｂについて詳細に説明する。図３は、荷重検出回路５０Ｂの構成を示す説明図である。荷重検出回路５０Ｂは、定電圧源である直流電源Ｅと、参照用感圧導電ゴム５２に直列に接続された第１の抵抗器Ｒ１と、検出用感圧導電ゴム５３に直列に接続された第２の抵抗器Ｒ２と、を有している。参照用感圧導電ゴム５２と抵抗器Ｒ１との直列回路には、直流電源Ｅの定電圧が印加される。また、検出用感圧導電ゴム５３と抵抗器Ｒ２との直列回路には、直流電源Ｅの定電圧が印加される。なお、本実施形態では、直流電源Ｅの電圧は５Ｖ、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２の抵抗値は１ｋΩとした。

参照用感圧導電ゴム５２には、定電圧が印加されることにより電気抵抗値に対応する電流が流れ、この電流が抵抗器Ｒ１に流れることにより、抵抗器Ｒ１の端子間には、電流に比例する電圧が発生する。同様に、検出用感圧導電ゴム５３には、定電圧が印加されることにより電気抵抗値に対応する電流が流れ、この電流が抵抗器Ｒ２に流れることにより、抵抗器Ｒ２の端子間には、電流に比例する電圧が発生する。なお、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２とは、同じ電気抵抗値のものを用いる。

荷重検出回路５０Ｂは、これら抵抗器Ｒ１，Ｒ２に発生した電圧の電圧値Ｖ１，Ｖ２を検出値として取り込み、クリープ特性による補正を行うクリープ補正演算装置６１と、クリープ補正演算装置６１の出力結果に基づき、荷重を求める荷重演算装置６２とを有する。

具体的に説明すると、クリープ補正演算装置６１は、参照用感圧導電ゴム５２を流れる電流に対応する第１の検出値である電圧値Ｖ１と、検出用感圧導電ゴム５３を流れる電流に対応する第２の検出値である電圧値Ｖ２との入力を受ける。そして、クリープ補正演算装置６１は、電圧値Ｖ１と電圧値Ｖ２との差分Ｖ、具体的には、差分（Ｖ２−Ｖ１）を求める。つまり、検出用感圧導電ゴム５３を用いて検出された電圧値Ｖ２から参照用感圧導電ゴム５２を用いて検出された電圧値Ｖ１を差し引く演算を行うことで、クリープ特性の補正、つまりクリープ特性により出力が変動した分を打消し、補正後の電圧値Ｖを得る。

荷重演算装置６２は、クリープ特性補正後の電圧値Ｖの入力を受け、クリープ特性が補正された電圧値Ｖに対応する外部荷重を演算する。例えば、不図示の記憶装置に電圧値と外部荷重とを対応付けたテーブルが格納されており、荷重演算装置６２は、このテーブルを参照して外部荷重を求める。ここで、外部荷重を求める際に、テーブルの代わりに演算式を用いるようにしてもよい。

次に、本実施形態の感圧センサ５０による作用について説明する。図４は、本実施形態の感圧センサ５０における検出電圧―時間の関係を示す図である。図４において、時間領域Ａは荷重未印加時であり、時間領域Ｂはある一定荷重印加時であり、時間領域Ｃは荷重解放時を示している。なお、本実施形態では、時間領域Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ１０秒間とした。

荷重未印加時の時間領域Ａにおいて、感圧導電ゴム５２，５３には、筺体５１の内部にて弾性部材５５が圧縮されていることにより、与圧が付与されている。このとき、感圧導電ゴム５２，５３には、ゴムのクリープ特性により電気抵抗値の時間変化が生じている。本実施形態で使用した参照用感圧導電ゴム５２（検出電圧値Ｖ１）及び検出用感圧導電ゴム５３（検出電圧値Ｖ２）と同一組成の感圧導電ゴムを、半径５．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円盤形状とした。この感圧導電ゴム上に１００ｇの重りを載せたときのクリープ特性による電気抵抗値の減少率は１０秒間でおおよそ３０％であった。なお、感圧導電ゴム５２，５３は、与圧により生じるクリープ特性が同じになるように設定されているため、クリープ特性による電気抵抗値の時間変化は等しくなる。

よって、荷重検出回路５０Ｂにて、検出電圧値Ｖ１，Ｖ２の差分Ｖを演算することにより、クリープ特性による電圧の変動分の補正が行われる。また、筺体５１の内部に与圧が付与されていることにより、検出用感圧導電ゴム５３に設けた作用片５９に荷重が印加された際の、荷重の検出感度を高めることができる。

次に、一定荷重印加時の時間領域Ｂにおいて、検出用感圧導電ゴム５３に設けた作用片５９に荷重が印加されることにより、可動部材５４が荷重に対し、内壁面５１ｂから離間する方向に平行に移動し、弾性部材５５が圧縮変形する。このとき、可動部材５４の上に配置された電極５７，５８も荷重に対し平行に移動する。そのため、感圧導電ゴム５２，５３に付与されている与圧は減少する。ただし、このとき、感圧導電ゴム５２，５３に加わる与圧は等しいため、与圧によるクリープ特性の影響は、荷重検出回路５０Ｂにて補正することを可能にする。

次に、荷重解放時の時間領域Ｃにおいて、検出用感圧導電ゴム５３に設けた作用片５９に作用する荷重が解放されたとき、弾性部材５５の反発力により、可動部材５４が押し戻される。このとき、感圧導電ゴム５２，５３に付与される与圧は等しく、クリープ特性の影響は、荷重検出回路５０Ｂにて補正することを可能にする。

以上、本実施形態によれば、与圧が付与される参照用感圧導電ゴム５２と、与圧が付与されると共に外部荷重が作用する検出用感圧導電ゴム５３との検出結果の差分から外部荷重を求めている。これにより、検出用感圧導電ゴム５３のクリープ特性による出力電圧の変動分が除去され補正される。したがって、外部荷重の検出精度が向上する。

また、付勢部５６により、感圧導電ゴム５２，５３が一体に付勢されるので、感圧導電ゴム５２，５３に付与される与圧の差を小さくすることができる。したがって、与圧により発生するクリープ特性の影響、つまり、クリープ特性による電気抵抗値の時間変化による検出値の変動分を効果的に補正することができる。

特に、検出用感圧導電ゴム５３に荷重が印加されたときや荷重が解放されたときに可動部材５４が筺体５１の内部で平行に移動するので、感圧導電ゴム５２，５３に付与される与圧が変動しても、その変動分は同一である。したがって、感圧導電ゴム５２，５３に付与される与圧が等しくなり、与圧により発生するクリープ特性の影響をより効果的に補正することができる。

また、作用片５９を筺体５１の外部に露出させたことにより、外部荷重が検出用感圧導電ゴム５３にだけ伝達させることができ、参照用感圧導電ゴム５２には伝達するのを防止できるので、効果的にクリープ特性の影響を補正することができる。

また、作用片５９を筺体５１の外部に突出させることで、作用片５９をより効果的にカバー部材５に圧接させることができ、空隙の形成を防止できるので、微小な荷重をより精度よく検出することが可能である。

なお、上記実施形態では、感圧センサ５０が付勢部５６を備える場合について説明したが、付勢部５６は必要に応じて省略することができる。つまり、感圧導電ゴム５２，５３が圧縮された状態で筺体５１の内部に収納され、感圧導電ゴム５２，５３が筺体５１の内壁面に圧接して与圧が付与されるようにしてもよい。図５に、変形例として、付勢部５６を省略した感圧センサにおける検出電圧−時間特性を示す。検出用感圧導電ゴム５３による検出値である電圧値Ｖ２には、クリープ特性の影響により、その分の電圧成分が重畳している。

参照用感圧導電ゴム５２には、検出用感圧導電ゴム５３の荷重の状態にかかわらず、一定の与圧が付与されており、その分の電圧値Ｖ１が荷重検出回路５０Ｂにて検出される。したがって、荷重検出回路５０Ｂは、電圧値Ｖ２と電圧値Ｖ１との差分Ｖを求めて、その結果に基づいて荷重を求めることになる。

その際、例えば荷重解放時の時間領域Ｃにおいて、感圧導電ゴム５２，５３に付与されている与圧が等しい状態であっても、与圧が付与されてからの経過時間が異なる。したがって、クリープ特性が参照用感圧導電ゴム５２と検出用感圧導電ゴム５３とで異なり、補正の効果が上記実施形態ほどではないものの、補正前の電圧値Ｖ２を用いて外部荷重を求める場合に比べ、外部荷重の検出精度が向上する。

上記実施形態では、感圧導電ゴム５２，５３の与圧によるクリープ特性が同じになるように構成したが、感圧導電ゴム５２，５３の与圧によるクリープ特性が異なるように構成してもよい。荷重検出回路５０Ｂにて、感圧導電ゴム５２，５３の検出電圧に対し、補正係数を乗じる等の演算処理を行うことにより、クリープ特性の補正が可能となるからである。このようにすることにより、クリープの補正精度を高めることができるため、さらなる高精度化、また、感圧導電ゴム５２，５３や電極５７，５８の形状に制約がなくなるため、小型化を図ることが可能となる。

また、上記実施形態では、検出値として、電圧値を検出する場合について説明したが、感圧導電ゴム５２，５３を流れる電流値を検出値として検出するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、カバー部材５は、感圧センサ５０とは別部材として説明したが、感圧センサがカバー部材を有していてもよい。

また、上記実施形態では、荷重検出回路５０Ｂが差分として（Ｖ２−Ｖ１）を演算したが、（Ｖ１−Ｖ２）を演算してもよく、その差分の値と外部荷重との関係を予め対応付けておけば、荷重検出回路５０Ｂは外部荷重を求めることができる。

また、上記実施形態では、付勢部５６が可動部材５４と弾性部材５５とからなる場合について説明したが、これに限るものではなく、付勢部が弾性部材のみからなる場合であってもよい。

また、上記実施形態では、筺体５１が剛体である場合について説明したが、筺体において検出用感圧導電ゴム５３に接触する部分をゴム等の弾性部材で構成して、外部荷重が検出用感圧導電ゴム５３に作用し参照用感圧導電ゴム５２には作用しないようにしてもよい。この場合、作用片を省略することもできる。

また、作用片５９は、検出用感圧導電ゴム５３と一体に検出用感圧導電ゴム５３と同一部材で形成してもよい。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の説明をするにあたり、本第１実施形態と実質的に同一の機能を有する構成部に関しては、同一の記号を付与し、説明を省略する。

図７は、本発明の実施形態に係る感圧センサが組み込まれたロボット装置の概略構成を示す説明図である。図７に示すロボット装置２００は、ロボットアーム１０１とロボットアーム１０１を動作させる制御装置４と、外部から作用する力を検出する感圧センサ５０とを備える。

ロボットアーム１０１には、人間や物といった外部環境との接触を検出するために、感圧センサ５０が設けられている。

ロボットアーム１０１は、不図示のアクチュエータを備えており、制御装置４の制御信号により、動作が制御される。また、ロボットアーム１０１に配置された感圧センサ５０がロボットアーム１０１と外部環境との接触を検出したときには、ロボットアーム１０１の動作モードの切り替え（例えば、停止や動作方向の変更）を行う。

感圧センサ５０は、センサ本体５０Ａと、荷重検出回路５０Ｂと、を有している。本実施形態では、センサ本体５０Ａは、ロボットアーム１０１の外装部の一部に配置されており、ロボットアーム１０１と外部環境の接触を検出する。第１実施形態の図２で説明したように、センサ本体５０Ａは、筺体５１と、筺体５１の内部に設けられた第１の感圧導電ゴムとしての参照用感圧導電ゴム５２と、筺体５１の内部に設けられた第２の感圧導電ゴムとしての検出用感圧導電ゴム５３と、を有している。また、センサ本体５０Ａは、筺体５１の内部に設けられた、可動部材５４及び弾性部材５５からなる付勢部５６と、参照用感圧導電ゴム５２に接続された電極５７と、検出用感圧導電ゴム５３に接続された電極５８と、を有する。作用片５９は、ゴムや金属などで形成されており、作用片５９は接着剤等により検出用感圧導電ゴム５３に固定されている。また、作用片５９は外部荷重が作用しやすいよう、開口部５１ａを通じて筺体５１の外部に突出するように形成されている。また、付勢部５６による付勢力により、参照用感圧導電ゴム５２は、筺体５１の内壁面５１ｂに圧接し、検出用感圧導電ゴム５３の一部分は筺体５１の内壁面５１ｂに圧接する。これにより、センサ本体５０Ａ内部において、センサ本体５０Ａを構成する各部材間が圧接されており、空隙が無視できるくらい小さくなるようにしている。しかし、感圧導電ゴム５２，５３には、付勢部５６による付勢力が働いているため、クリープ特性による電気抵抗値の時間変化が生じる。そのため、検出回路５０Ｂにおいて、クリープ特性を補正することにより、作用片５９に作用する微小な荷重を精度良く検出することが可能となる。

次に、本実施形態の感圧センサ５０の効果について説明する。本実施形態の感圧センサ５０は、微小な荷重を検出することが可能であるため、ロボットアーム１０１のセンサ本体５０Ａの配置部と、人間や物といった外部環境との接触を高精度に検出することが可能となる。接触を高精度に検出することにより、接触時のロボットアーム１０１の動作モードの切り替え（例えば、停止や動作方向の変更）をより早く行うことが可能となる。そのため、ロボットアーム１０１との接触における、人間や物といった外部環境への損害低減、さらには、ロボットアーム１０１自身の損害低減を図ることが可能となる。

また、本実施形態のセンサ本体５０Ａは、外部環境との接触を検出する作用片５９が弾性部材である検出用感圧導電ゴム５３と一体で形成されている。また、付勢部５６は弾性部材５５から構成されている。ロボットアーム１０１に搭載されたセンサ本体５０Ａと外部環境との接触時には、これらの弾性部材が接触による衝撃を吸収する役割を果たす。そのため、ロボットアーム１０１との接触における、人間や物といった外部環境への損害低減、さらには、ロボットアーム１０１自身の損害低減を図ることが可能となる。

また、一般的にゴムは、環境温度により弾性係数などの諸特性が変化する。感圧導電ゴムは、ゴムに導電粒子を含有させ形成しているため、環境温度により、ある荷重を印加したときの導電粒子同士の接触状態が異なってくる。そのため、環境温度により、荷重に対する電気抵抗値特性が変化し、一定荷重印加時のクリープ特性が異なる。したがって、感圧導電ゴムを環境温度の変化が大きい場所で精度よく使用する際には、クリープ特性の変化を考慮して使用しなければならない。本実施形態における感圧センサ５０は、参照用感圧導電ゴム５２と検出用感圧導電ゴム５３により構成されており、荷重検出回路５０Ｂにより、参照用感圧導電ゴム５２と検出用感圧導電ゴム５３の電気抵抗値からクリープ特性を補正している。そのため、本実施形態の感圧センサ５０は、クリープ特性を補正することができるため、環境温度の変化が大きい場所においても、精度良く荷重を検出することができる。したがって、センサ本体５０Ａをロボットアーム１０１のアクチュエータなど、ロボットアーム１０１が動作することによって発熱し、環境温度が変化するような場所の近傍に配置した場合であっても、精度良く使用することが可能である。

また、本実施形態では、１体のロボットアーム１０１に対して、感圧センサ５０も１体の構成であったが、感圧センサ５０は複数構成してもよい。感圧センサ５０を複数構成することにより、ロボットアーム１０１と外部環境との接触検出箇所を増やすことができるため、外部環境との接触を詳細に検出することが可能となる。なお、感圧センサ５０を複数構成する場合、荷重検出回路５０Ｂは、複数のセンサ本体５０Ａのセンサ信号を処理できるようにしてもよい。

また、本実施形態では、作用片５９において、外部環境との接触を直接検出しているが、作用片５９を保護するために、作用片５９をゴムなどの弾性部材からなるカバー部材で覆い、間接的に外部環境との接触を検出するようにしてもよい。なお、作用片５９をカバー部材で覆う場合は、作用片５９とカバー部材間を圧接し、部材間の空隙が無視できるくらい小さくなるようにすることで、微小な荷重を検出することが可能となる。

５０…感圧センサ、５０Ａ…センサ本体、５０Ｂ…荷重検出回路（荷重検出部）、５１…筺体、５１ａ…開口部、５１ｂ…内壁面、５２…参照用感圧導電ゴム（第１の感圧導電ゴム）、５３…検出用感圧導電ゴム（第２の感圧導電ゴム）、５４…可動部材、５５…弾性部材、５６…付勢部、５９…作用片

Claims (6)

1. 与圧が付与される状態で筺体の内部に設けられた第１の感圧導電ゴムと、
   前記与圧が付与される状態で前記筺体の内部に設けられると共に、外部荷重が作用する第２の感圧導電ゴムと、
   前記第１及び第２の感圧導電ゴムに電圧を印加し、前記第１の感圧導電ゴムを流れる電流に対応する第１の検出値と前記第２の感圧導電ゴムを流れる電流に対応する第２の検出値との差分に基づいて前記外部荷重を求める荷重検出部と、を備えたことを特徴とする感圧センサ。
2. 前記第１及び第２の感圧導電ゴムを前記筺体の内壁面に一体に押し付けて前記第１及び第２の感圧導電ゴムに前記与圧を付与する付勢部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の感圧センサ。
3. 前記付勢部は、前記筺体の内部に移動可能に設けられた可動部材と、前記可動部材を前記第１及び第２の感圧導電ゴムに押し付ける方向に付勢する弾性部材と、を有することを特徴とする請求項２に記載の感圧センサ。
4. 前記筺体には、開口部が形成されており、
   前記第２の感圧導電ゴムには、前記第２の感圧導電ゴムに前記外部荷重が作用するよう前記開口部を通じて前記筺体の外部に露出する作用片が設けら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項に記載の感圧センサ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の感圧センサを搭載したことを特徴とする把持装置。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の感圧センサを搭載したことを特徴とするロボット装置。

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