JP2013148527A - 検出装置、電子機器及びロボット - Google Patents
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Abstract
【課題】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、電子機器及び
ロボットを提供する。
【解決手段】基準点の周りに配置される圧力センサーと、圧力センサーが配置された検出領域を有する第1基板と、力が加えられるに基準点と重なる位置に重心が位置するとともに、力が加えられることよって基準点から重心が移動し、頂部が検出領域に当接した状態で弾性変形する弾性体突起が配置された第2基板と備え、第1基板において基準点は、第1の基準線上に配置され、第1の基準線は、検出領域を不均等に分割する位置に配置される。
【選択図】図1
ロボットを提供する。
【解決手段】基準点の周りに配置される圧力センサーと、圧力センサーが配置された検出領域を有する第1基板と、力が加えられるに基準点と重なる位置に重心が位置するとともに、力が加えられることよって基準点から重心が移動し、頂部が検出領域に当接した状態で弾性変形する弾性体突起が配置された第2基板と備え、第1基板において基準点は、第1の基準線上に配置され、第1の基準線は、検出領域を不均等に分割する位置に配置される。
【選択図】図1
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。
力を検出する複数の領域のそれぞれに、複数の圧力センサー又は圧力スイッチと、その領域に対応して弾性体とを配置し、弾性体に力を加えることで弾性体が弾性変形(変形及び変位)することを利用して、その領域に作用する力を検出する検出装置が特許文献1及び特許文献2に開示されている。
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載のいずれの検出装置も、力を検出する領域(以下、「検出領域」と称する。)に対して、水平方向の力を誤検出しやすいという課題があった。例えば、水平方向に大きな力が加えられ弾性体(弾性体突起)が大きく変位した場合には、隣接する検出領域に弾性体がはみ出して、その検出領域に弾性体の頂部が当接し、隣接する検出領域において、加えられた力と逆方向の力として誤って検出されるという課題があった。
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、検出装置に加えられる力の方向と大きさとを高い精度で検出することが可能な検出装置、電子機器及びロボットを提供することを目的とする。
本発明は、上述した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。
(適用例1)本適用例に係る検出装置は、基準点の周りに配置される圧力センサーと、圧力センサーが配置された検出領域を有する第1基板と、力が加えられる基準点と重なる位置に重心が位置するとともに、力が加えられることよって基準点から重心が移動し、頂部が検出領域に当接した状態で弾性変形する弾性体突起が配置された第2基板とを備え、基準点は、第1基板における第1の基準線上に配置され、第1の基準線は、検出領域を不均等に分割する位置に配置されることを特徴とする。
このような検出装置によれば、検出装置に加えられた力に応じて弾性体突起は、検出領域に当接した状態で弾性変形が生じる。検出領域に配置される基準点は、検出領域において仮想的に配置される第1の基準線は、検出装置に加えられる特定の力の方向と直交して配置される。また、検出領域は、第1の基準線中心として不均等に分割されて配置されている。換言すると、第1基準線を挟んで両側の検出領域の大きさは異なるように配置されている。このため、第1の基準線と加えられる力の特定方向とが直交する点は、配置される検出領域の大きさによって検出領域面内で異なる位置となる。よって、基準点は、検出領域の中心から偏心させた位置に配置される。本実施形態の検出装置の基準点は、検出装置に加えられた力が検出領域に作用する特定の方向と反対の方向に位置する。また、力が加えられる特定の方向が一定の場合には、弾性体突起が弾性変形する方向も一定であるため、その弾性変形する方向に検出領域が広く、換言すると大きく配置されている。
よって、検出領域は、加えられた力が作用する特定の方向に広く(大きく)配置され、他の方向には、狭く(小さく)配置される。従って、検出領域は、その検出領域の全体を小さく、換言すると検出領域を構成する圧力センサーの配置個数を少なくすることができる。また、この様な検出装置は、検出領域に配置される圧力センサーの個数が少ないため、圧力センサーで検出された力の圧力値を演算処理するデーター数が少なく、検出された力の圧力値を高速に演算処理することができる。
また、弾性体突起は、検出領域の中心から偏心させた基準点に対応して配置される。弾性体突起は、検出装置に大きな力が加えられた場合でも、その弾性変形が対応する検出領域内で収束する。よって、この様な検出装置は、弾性変形する弾性体突起が隣接する検出領域にはみ出すことを抑制することができる。従って、この様な検出装置は、大きな力が検出装置に加えられた場合でも、力の方向と大きさとを誤検出されることを抑制することができる。
(適用例2)上記適用例に係る検出装置において、第1基板に第1の基準線と直交する第2の基準線を備え、第2の基準線は、検出領域を均等に分割する位置に配置されること、ことが好ましい。
このような検出装置によれば、検出装置に加えられた力に応じて弾性体突起は、検出領域に当接した状態で弾性変形する。検出領域に配置される基準点は、検出領域において仮想的に配置される第1の基準線と、その第1の基準線と第2の基準線とが直交する位置に配置される。また、検出領域は、第1の基準線を中心として不均等に分割されて配置されている。他方、第2の基準線を中心として検出領域13は、均等に分割されて配置されている。
よって、基準点は、検出領域の中心から第2の基準線と平行な方向に偏心させた位置、即ち、検出装置に加えられた力が検出領域に作用する特定の方向と反対の方向に位置する。例えば、力が加えられる特定の方向が第2の基準線に平行して一定方向の場合、弾性体突起の弾性変形する方向も、第2の基準線と平行する方向に変形する。検出領域は、弾性体突起が弾性変形する方向、即ち、第2の基準線と平行する方向に大きく(広く)配置されている。このことで、例えば、第2の基準線と平行する方向の力が加えられる場合には、第1の基準線と平行する方向に配置される検出領域を小さく、換言すると検出領域を構成する圧力センサーの配置個数を適用例1の検出装置と比べてさらに少なくすることができる。また、検出装置は、圧力センサーの配置個数を少なくすることができるため、圧力センサーで検出された力の圧力値を演算処理するデーター数を抑制し、検出された力の演算処理を高速にすることができる。
また、検出領域の中心から第2の基準線と平行する方向に偏心させた位置に基準点が位置し、その基準点に対応して弾性体突起が配置される。よって、検出装置に大きな力が加えられた場合でも、弾性体突起22の弾性変形は、その対応する検出領域内で収束し、隣合う検出領域にはみ出すことを抑制することができる。
従って、検出された力に基づいて検出装置に加えられた力の方向と大きさとを高速に検出することができ、大きな力が検出装置に加えられた場合でも、力の方向と大きさとを誤検出されることを抑制した検出装置を実現することができる。
従って、検出された力に基づいて検出装置に加えられた力の方向と大きさとを高速に検出することができ、大きな力が検出装置に加えられた場合でも、力の方向と大きさとを誤検出されることを抑制した検出装置を実現することができる。
(適用例3)本適用例に係る電子機器は、上述の検出装置を備えることを特徴とする。
このような電子機器によれば、画面スクロールなど特定方向の操作が多く行われる。かかる操作のために加えられる力の方向と大きさとを検出する上述の検出装置を適用することで、操作性に優れた電子機器を提供することができる。
(適用例4)本適用例に係るロボットは、上述の検出装置を備えることを特徴とする。
このようなロボットによれば、ロボットに備えるロボットハンドに把持をした対象物に作用する重力Mgによって、すべる方向など特定方向に力が頻繁に生じる。かかる力の方向と大きさとを高い精度で高速に検出することができる当該検出装置を適用することで、対象物の落下を抑制し、対象物を安定して把持することが出来るロボットを提供することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明をする。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際の構成要素とは適宜に異ならせて記載をしている。また、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各構成について説明する。XYZ直交座標系は、X軸及びY軸が図1に示す第1基板10に対して平行な方向に設定され、Z軸が第1基板10に対して直交する方向に設定されている。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る検出装置1の概略構成を示す分解斜視図である。図1において、符号Sは、検出領域13を構成し、その検出領域13に複数配置される圧力センサーを示している。なお、符号Sは、複数の圧力センサーSの総称であり、説明において特に記載しない場合には複数の圧力センサーS1〜S9を示すものである。符号Pは、検出領域13に対応して配置される弾性体突起22の中心が位置する点である基準点を示している。
図1は、本発明の第1実施形態に係る検出装置1の概略構成を示す分解斜視図である。図1において、符号Sは、検出領域13を構成し、その検出領域13に複数配置される圧力センサーを示している。なお、符号Sは、複数の圧力センサーSの総称であり、説明において特に記載しない場合には複数の圧力センサーS1〜S9を示すものである。符号Pは、検出領域13に対応して配置される弾性体突起22の中心が位置する点である基準点を示している。
検出装置1は、基準点Pに加えられた力の方向と大きさとを検出する圧力センサー方式のタッチパッドであり、例えば、電子機器においてマウスの代わりのポインティングデバイスや押し釦の代わりのタッチスイッチとして用いられるものである。なお、「力」とは、基準点Pに外的に加えられる力、即ち、検出装置1に加えられる力で、例えば、タッチパッドを操作のために加えられる力である。また、圧力センサーの方式については特に限定されることなく、例えば、感圧導電方式や静電容量方式やフォトセンサー方式等を用いることができる。
(検出装置)
図1に示す様に、検出装置1は、検出領域13に位置する基準点Pの周りに複数配置された圧力センサーSを有する第1基板10を備えている。また、基準点Pに対応して弾性体突起22が配置された第2基板20を備えている。なお、弾性体突起22は、その弾性体突起22に初期的に加えられる力、即ち、弾性体突起22等の自重の重心が基準点Pと重なるように配置される。
図1に示す様に、検出装置1は、検出領域13に位置する基準点Pの周りに複数配置された圧力センサーSを有する第1基板10を備えている。また、基準点Pに対応して弾性体突起22が配置された第2基板20を備えている。なお、弾性体突起22は、その弾性体突起22に初期的に加えられる力、即ち、弾性体突起22等の自重の重心が基準点Pと重なるように配置される。
検出装置1には、その検出装置1に加えられる力によって、弾性変形する弾性体突起22を備えている。加えられた力は、弾性体突起22の弾性変形に応じた力が複数の圧力センサーSに作用する。作用した力は、圧力センサーSで圧力値として検出される。作用した力として検出された圧力値のうち、任意に組み合わせられた圧力値の差分を演算し、その圧力値の差分に基づいて力が加えられた方向と大きさとを求める図示しない演算部を備えている。
第1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第1基板本体12と、第1基板本体12に配置された検出領域13と、その検出領域13を構成する複数の圧力センサーSと、圧力センサーSを保護する保護基板11(図1においては図示省略。)とで構成されている。保護基板11は、検出領域13と一体として配置されている。なお、以下の説明において特に記載しない限り、検出領域13と弾性体突起22との間には保護基板11が存在するものとして説明をする。なお、複数配置される各圧力センサーSは略等しい面積を有している。
検出領域13は、第1の基準線51を中心に不均等に分割されて配置されている。第1の基準線51は、検出装置1に加えられる特定方向の力の方向と直交する様に配置されている。また、第1の基準線51の線上には、基準点Pが配置されている。なお、説明の便宜のため、第1の基準線51と、その第1の基準線51の線上に配置される基準点Pで直交する仮想の線である第2の基準線52を設定して検出装置1の説明をする。
また、検出領域13は、基準点Pにおいて第1の基準線51と直交する第2の基準線52を中心として均等に分割されて配置されているよって、検出領域13に配置される圧力センサーSの個数も第1の基準線51の両側には、不均等、換言すると、配置される圧力センサーの表面積の和が異なって配置されている。また、第2の基準線52の両側に均等、換言すると、配置される圧力センサーの表面積の和が、ほぼ等しく配置されている。
図示しない演算部は、各圧力センサーSで検出された力(圧力値)のうち、任意に組み合わされた圧力センサーSで検出された力の差分を演算する。演算部は、検出された力の差分を演算することで、第2基板20に配置された弾性体突起22に加えられた力の大きさと方向とを求めることができる。なお、検出された力の差分の演算方法については後述する。
本実施形態の検出装置1の検出領域13には、複数の圧力センサーSが1つの検出領域13当たり縦3行横3列に計9つ配置されている。検出領域13において基準点Pの配置は、9つの圧力センサーSの中心(検出領域13の中心)から偏心した位置となっている。基準点Pを偏心させて配置する位置、換言すると、第1の基準線51の両側の検出領域13の広さは、弾性体突起22に加えられる力と、弾性体突起22の切断時伸び率Eとによって決定される。以下の説明においては、第1の基準線51の両側に配置される検出領域13の広さの比を、領域比Nと称し、説明をする。切断時伸び率Eとは、弾性体突起22と、その基部となる第2基板本体21とが、弾性体突起22に加えられた力によって切断された時の弾性体突起22の伸長、即ち伸びを百分率で表したものである。領域比Nは以下の式(1)で求められる。
弾性体突起22の切断時伸び率が150%である場合には、上記式(1)より1:2.4の領域比Nとなり、この比率に基づいて第1の基準線51が配置される位置を決定する。また、領域比率Nに基づき第1の基準線51の配置と、その第1の基準線51と第2の基準線52が直交する基準点Pを決定する。即ち、弾性体突起22に加えられる力が作用する特定方向の検出領域13を当該領域比Nより広く確保すればよい。
第2基板20は、第2基板本体21と、第2基板本体21に配置された複数の弾性体突起22とで構成されている。第2基板本体21は、加えられる力を受ける部分で、例えば、タッチパネル等の操作面である。第2基板本体21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21及び弾性体突起22の形成材料として樹脂材料を用い、第2基板本体21及び弾性体突起22を金型で一体形成している。
本実施形態では、第2基板本体21及び弾性体突起22の形成材料として樹脂材料を用い、第2基板本体21及び弾性体突起22を金型で一体形成している。
第2基板本体21上において複数の弾性体突起22は、第1基板10に配置される検出領域13に対応して配置されている。弾性体突起22の形状は半球形状を有するが、半球に限定されることは無く、円錐台もしくは角錐台の形状を有しても良い。詳細には、変形例を挙げて後述する。また、弾性体突起22は、互いに離間して配置されている。このため、弾性体突起22に力が加えられた時に、第2基板本体21の面内に平行な方向の弾性変形を許容することができる。
弾性体突起22の大きさは、加えられる力によって任意に設定することができる。本実施形態では、弾性体突起22の直径は2.0mm程度、また、弾性体突起22の高さは2.0mm程度になっている。弾性体突起22の切断時伸び率Eは、前述の通り150%程度になっている。
(検出領域への力の伝搬)
図2は、弾性体突起22を介して基準点Pに作用する力の方向と大きさとを検出する方法の説明図である。図2(a)〜(c)は、第1実施形態に係る弾性体突起22に加えられる力によって弾性変形をする弾性体突起22(検出装置1)を断面視した図である。図3(a)〜(c)は、図2(a)〜(c)に対応した、第1実施形態に係る弾性体突起22に加えられる力によって生じる弾性変形を示す平面図である。
図2は、弾性体突起22を介して基準点Pに作用する力の方向と大きさとを検出する方法の説明図である。図2(a)〜(c)は、第1実施形態に係る弾性体突起22に加えられる力によって弾性変形をする弾性体突起22(検出装置1)を断面視した図である。図3(a)〜(c)は、図2(a)〜(c)に対応した、第1実施形態に係る弾性体突起22に加えられる力によって生じる弾性変形を示す平面図である。
図2(a)及び図3(a)は、弾性体突起22が配置されている面とは反対側の面である第2基板本体21の表面に力が加えられる前の状態、即ち、力の作用がない状態を示している。図2(b)及び図3(b)は、第2基板本体21の表面に垂直方向(水平方向の力がない状態)の力が加えられた状態を示している。図2(c)及び図3(c)は、第2基板本体21の表面に斜め方向(水平方向の力がある状態)の力が加えられた状態を示している。また、図2及び図3において、符号Gは弾性体突起22に加えられている力の重心(圧力中心)を示している。
図2(a)及び図3(a)に示すように、第2基板20の表面に力が加えられる前の弾性体突起22は、対応する検出領域13に配置される複数の圧力センサーに頂部23が当接しているが、弾性体突起22は弾性変形していない。
これにより、第1基板10と第2基板20との間の距離は一定に保たれる。この時、弾性体突起22の重心Gは、基準点Pと重なる位置となる。この時の各圧力センサーSで検出される圧力値、即ち、弾性体突起22などの自重によって各圧力センサーSに作用する力は、図示しない演算部に記憶されている。演算部に記憶された各圧力センサーSの圧力値を基準として力の作用する方向や大きさが求められる。
これにより、第1基板10と第2基板20との間の距離は一定に保たれる。この時、弾性体突起22の重心Gは、基準点Pと重なる位置となる。この時の各圧力センサーSで検出される圧力値、即ち、弾性体突起22などの自重によって各圧力センサーSに作用する力は、図示しない演算部に記憶されている。演算部に記憶された各圧力センサーSの圧力値を基準として力の作用する方向や大きさが求められる。
図2(b)及び図3(b)に示すように、第2基板20の表面に垂直方向の力が加えられた時には、弾性体突起22は、対応する検出領域13に配置される複数の圧力センサーSに弾性体突起22の頂部23が当接した状態でZ方向に圧縮(弾性)変形する。
これにより、第2基板20が−Z方向に撓み、第1基板10と第2基板20との間の距離は、力の作用がないときに比べて小さくなる。この時の頂部23と当接する圧力センサーSで検出される力(圧力値)は、力の作用がないときに比べて大きくなる。また、その検出される力の変化量は、頂部23との当接する面積に応じた力(圧力値)となる。
これにより、第2基板20が−Z方向に撓み、第1基板10と第2基板20との間の距離は、力の作用がないときに比べて小さくなる。この時の頂部23と当接する圧力センサーSで検出される力(圧力値)は、力の作用がないときに比べて大きくなる。また、その検出される力の変化量は、頂部23との当接する面積に応じた力(圧力値)となる。
図2(c)及び図3(c)に示すように、第2基板20の表面に斜め方向の力が加えられた時には、弾性体突起22は、対応する検出領域13に配置される複数の圧力センサーSに、弾性体突起22の頂部23が当接した状態で斜めに傾いて弾性変形する。
これにより、第2基板20が−Z方向に撓み、第1基板10と第2基板20との間の距離は、力の作用がないときに比べて小さくなる。この時、弾性体突起22の重心Gは基準点Pから+X方向及び+Y方向にずれる。
これにより、第2基板20が−Z方向に撓み、第1基板10と第2基板20との間の距離は、力の作用がないときに比べて小さくなる。この時、弾性体突起22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22の頂部23が検出領域13に配置される複数の圧力センサーSと当接する面積の割合は、基準点Pから−X方向に配置された部分と重なる面積よりも、+X方向に配置された部分と重なる面積の割合が大きくなる。即ち、複数の圧力センサーSと頂部23とが当接する面積の割合は、基準点Pを通る第1の基準線51を中心として、−X方向に配置された部分と重なる面積よりも、+X方向及配置された部分と重なる面積の方が重なる面積の割合が大きくなる。
よって、頂部23は、検出装置1に加えられた力の方向と大きさとに応じてその力を圧力センサーSに伝搬することができる。従って、圧力センサーSは、その伝搬された力に基づいて検出装置1に加えられた力の方向と大きさとを検出することができる。
よって、頂部23は、検出装置1に加えられた力の方向と大きさとに応じてその力を圧力センサーSに伝搬することができる。従って、圧力センサーSは、その伝搬された力に基づいて検出装置1に加えられた力の方向と大きさとを検出することができる。
(圧力センサーの配置及び圧力値の計算方法)
図4は、図3に対応した第1実施形態に係る弾性体突起22に加えられる力が検出領域13に作用する力の計算例を示す図である。図4(a)において、検出領域13と、その検出領域13を構成する圧力センサーSの配置と、基準点Pとの配置を示している。本実施形態の検出装置1の検出領域13には、縦3行×横3列の9つの圧力センサーS1〜S9が配置されている。本実施形態では、一の検出領域13を構成する圧力センサーSは、縦3行×横3列の9つで構成されているが、9つに限定されるものでなく多数配置しても良い。
図4は、図3に対応した第1実施形態に係る弾性体突起22に加えられる力が検出領域13に作用する力の計算例を示す図である。図4(a)において、検出領域13と、その検出領域13を構成する圧力センサーSの配置と、基準点Pとの配置を示している。本実施形態の検出装置1の検出領域13には、縦3行×横3列の9つの圧力センサーS1〜S9が配置されている。本実施形態では、一の検出領域13を構成する圧力センサーSは、縦3行×横3列の9つで構成されているが、9つに限定されるものでなく多数配置しても良い。
ここで第1の基準線51と第2の基準線52とが直交する点が基準点Pとなる。なお、第1の基準線51と第2の基準線52は、検出領域13において基準点Pを決定する仮想の線であり、検出領域13に現実に配置されている物(線)ではない。
本実施形態の検出装置1の検出領域13において、第1の基準線51は、その第1の基準線51を中心に+X方向および−X方向に不均等に分割された検出領域13の配置となり、一方の方向の検出領域13が広くなる配置となる位置を通る。なお、第1の基準線51の両側に配置される検出領域13の広さ、即ち、領域比Nは、前述の数式(1)によって求められた領域比Nに副って決められる。他方、第2の基準線52は、その第2の基準線52を中心に+Y方向および−Y方向に均等に分割された検出領域13の配置となる位置を通る。
図4(b)は、第1の基準線51と第2の基準線52とによって、仮想的に区画される検出区画13a〜13dを示す図である。ここで、検出領域13を構成する複数の圧力センサーSの配置は、第1の基準線51を中心に2つの検出区画13c,13dに分けられる。検出区画13cは、圧力センサーS1,S2,S3から構成される。また、検出区画13dは、圧力センサーS4,S5,S6,S7,S8,S9から構成される。さらに、第2の基準線52を中心として、2つの検出区画13a,13bに分けられる。換言すると、2つの検出区画13a,13bは、第2の基準線52を中心に+Y方向と−Y方向とに分けられる。検出区画13aは、圧力センサーS1,S4,S7および圧力センサーS2,S5,S8の第2の基準線52を中心とする+Y方向側の半分から構成される。また、検出区画13bは、圧力センサーS3,S6,S9および圧力センサーS2,S5,S8の第2の基準線52を中心とする−Y方向側の半分から構成される。
換言すると、第1の基準線51を中心に分けられる検出区画13dと13cとは、その面積が異なる。また、検出区画13cと13dとに配置される圧力センサーSの表面積の和も異なる。即ち、圧力センサーSの個数も異なる。また、第2の基準線52を中心に分けられる検出区画13aと13bとは、その面積が等しい。また、検出区画13aと13bとに配置される圧力センサーSの表面積の和がほぼ等しい。即ち、圧力センサーSの個数も等しい。
本実施形態の検出領域13には、前述の通り縦3行横3列に計9個の圧力センサーSが配置されている。ここで、各圧力センサーSが検出する力(圧力値)をそれぞれPs1〜Ps9とする。また、第1の基準線51と各圧力センサーSとの間の距離の面内方向成分のうちX方向成分をx1〜x3とし、第2の基準線52と各圧力センサーSとの間の距離の面内方向成分のうちY方向成分をy1とすると、外力のZ方向成分Fz(外力の垂直方向成分)は以下の式(2)で表される。
また、力のX方向成分Fxは以下の式(3)で表される。
また、力のY方向成分Fy(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(4)で表される。
本実施形態では、弾性体突起22(図2及び図3参照)が弾性変形することで9個の圧力センサーSで検出される圧力値のうち、任意に組み合わされた圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて第2基板本体21に力が加えられた方向が求められる。
式(2)に示すように、力のZ方向成分Fzにおいては、9個の圧力センサーS1〜S9で検出された圧力値を加算した合力で求められる。ただし、力のZ方向成分Fzは、力のX方向成分Fx及び力のY方向成分Fyに比べて検出値が大きく検出される傾向がある。このため、力のZ方向成分Fzの検出値を、力のX方向成分Fx及び力のY方向成分Fyの検出値と揃えるには、弾性体突起22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。
式(3)に示すように、力のX方向成分Fxにおいては、9個の圧力センサーS1〜S9で検出された圧力値のうち、相対的に+X方向に配置された圧力センサーSで検出された値が組み合わされるとともに、相対的に−X方向に配置された圧力センサーSで検出された値が組み合わされる。このように、相対的に+X方向に配置された圧力センサーSの組み合わせによる圧力値と相対的に−X方向に配置された圧力センサーSの組み合わせによる圧力値との差分に基づいて力のX方向成分が求められる。
式(4)に示すように、力のY方向成分Fyにおいては、9個の圧力センサーS1〜S9で検出された圧力値のうち、相対的に+Y方向に配置された圧力センサーSiで検出された値が組み合わされるとともに、相対的に−Y方向に配置された圧力センサーSで検出された値が組み合わされる。このように、相対的に+Y方向に配置された圧力センサーSの組み合わせによる圧力値と相対的に−Y方向に配置された圧力センサーS1〜S9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。
なお、外力の作用する方向の算出にあっては、9個の圧力センサーS1〜S9で検出された圧力値の算出結果の平均値で求める方法、あるいは9個の圧力センサーS1〜S9で検出された圧力値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)により求める方法を用いることができる。
上述した第1実施形態によれば、以下の効果が得られる。
このような検出装置1によれば、検出装置1に加えられた力に応じて弾性体突起22は、検出領域13に当接した状態で弾性変形する。検出領域13において検出装置1に加えられる特定の力の方向と直交して仮想的に配置される第1の基準線51と、その第1の基準線51の線上に基準点Pが配置される。
このような検出装置1によれば、検出装置1に加えられた力に応じて弾性体突起22は、検出領域13に当接した状態で弾性変形する。検出領域13において検出装置1に加えられる特定の力の方向と直交して仮想的に配置される第1の基準線51と、その第1の基準線51の線上に基準点Pが配置される。
また、検出領域13は、第1の基準線51中心として不均等に分割されて配置されている。換言すると異なる大きさに検出領域13が配置されている。このため、第1の基準線51と第2の基準線52が直交する点は、配置される検出領域13の大きさによって検出領域13面内で異なる位置となる。よって、基準点Pは、検出領域13の中心から偏心させた位置に配置される。検出装置1の基準点は、検出装置1に加えられた力が検出領域13に作用する特定の方向と反対の方向、即ち−X方向に位置する。また、力が加えられる特定の方向が一定の場合、弾性体突起22の弾性変形する方向も一定であるため、その弾性変形する方向に検出領域13が広く、換言すると検出領域13に配置される圧力センサーSの表面積の和と、個数とが大きく配置されている。
よって、検出領域13は、加えられた力が作用する特定の方向に広く(大きく)配置され、他の方向には、狭く(小さく)配置される。従って、検出領域13は、その検出領域13を小さく、換言すると検出領域13を構成する圧力センサーSの配置個数を少なくすることができる。また、この様な検出装置1は、検出領域13に配置される圧力センサーSの個数が少ないため、圧力センサーSで検出された力の圧力値を演算処理するデーター数が少なく、検出された力の圧力値を高速に演算処理することができる。
また、弾性体突起22は、検出領域13の中心から偏心させた基準点Pに対応して配置されているため、検出装置1に大きな力が加えられた場合でも、その弾性変形が対応する検出領域13内で収束する。よって、この様な検出装置1は、弾性変形する弾性体突起22が隣接する検出領域13にはみ出すことを抑制することができる。従って、この様な検出装置1は、大きな力が検出装置に加えられた場合でも、力の方向と大きさとを誤検出されることを抑制することができる。
(第2実施形態)
第2実施形態にかかる検出装置1について説明をする。
図5は、第2実施形態に係る弾性体突起22に加えられる力が検出領域13に作用する力の計算例を示す図である。本実施形態は、図5に示す検出領域13を平面視した場合に、斜め方向の特定の力、例えば、基準点Pから圧力センサーS9の方向に作用する力が検出装置1に加えられている場合について説明をする。
第2実施形態にかかる検出装置1について説明をする。
図5は、第2実施形態に係る弾性体突起22に加えられる力が検出領域13に作用する力の計算例を示す図である。本実施形態は、図5に示す検出領域13を平面視した場合に、斜め方向の特定の力、例えば、基準点Pから圧力センサーS9の方向に作用する力が検出装置1に加えられている場合について説明をする。
図5に示す検出装置1は、図1に示した検出装置1に対応し、検出領域13に仮想的に配置される第1の基準線51と第2の基準線52の配置と、その第1の基準線51と第2の基準線52とが直交する点、即ち、基準点Pとの配置が第1実施形態の検出装置1と異なる。
その他の構成および検出方法は同じであるため、相違点を詳説し、同様の要素には同じ符号を付して、説明は省略または簡略とする。
その他の構成および検出方法は同じであるため、相違点を詳説し、同様の要素には同じ符号を付して、説明は省略または簡略とする。
(圧力センサーの配置及び圧力値の計算方法)
本実施形態の検出装置1の検出領域13には、縦3行×横3列の9つの圧力センサーS1〜S9が配置されている。本実施形態では、一の検出領域13を構成する圧力センサーSは、縦3行×横3列の9つで構成されているが、9つに限定されるものでなく多数配置しても良い。
本実施形態の検出装置1の検出領域13には、縦3行×横3列の9つの圧力センサーS1〜S9が配置されている。本実施形態では、一の検出領域13を構成する圧力センサーSは、縦3行×横3列の9つで構成されているが、9つに限定されるものでなく多数配置しても良い。
図5(a)に示す本実施形態の検出装置1の検出領域13において、第1の基準線51は、その第1の基準線51を中心に+X方向および−X方向に均等に分割された検出領域13の配置となる位置を通る。また、第2の基準線52は、その第2の基準線52を中心に+Y方向および−Y方向に不均等に分割された検出領域13の配置となる位置を通る。換言すると、第2の基準線52を中心に+Y方向と−Y方向では、それぞれの検出領域13に配置される圧力センサーSの表面積の和、即ち個数が異なる。
本実施形態においては、基準点Pから+X方向と−Y方向(圧力センサーS9の方向)とに作用する力が検出装置1に加えられる。よって、基準点Pは、検出装置1に特定の方向の力が加えられる方向と反対の方向に配置される様に配置し、力が作用する検出領域13の領域比Nを決定する。本実施形態の領域比Nは第1実施形態で説明をした式(1)によって求められる。
本実施形態においては、基準点Pから+X方向と−Y方向(圧力センサーS9の方向)とに作用する力が検出装置1に加えられる。よって、基準点Pは、検出装置1に特定の方向の力が加えられる方向と反対の方向に配置される様に配置し、力が作用する検出領域13の領域比Nを決定する。本実施形態の領域比Nは第1実施形態で説明をした式(1)によって求められる。
図5(b)は、第1の基準線51と第2の基準線52とによって、仮想的に区画される検出区画13a〜13dを示す図である。検出装置1に加えられる力が作用する特定の方向に配置される検出領域13(検出区画13a〜13d)を数式(1)で求められる領域比Nに基づき広く、即ち、力が作用する特定の方向に検出領域13を構成する圧力センサーSを多く配置する。換言すると、力の作用する特定の方向の検出領域13を構成する圧力センサーSの表面積の和を大きくする。
ここで検出領域13を構成する複数の圧力センサーSの配置は、第1の基準線51を中心に2つの検出区画13c,13dに分けられる。換言すると、2つの検出区画13c,13dは、第1の基準線51を中心に+X方向と−X方向とに分けられる。検出区画13cは、圧力センサーS1,S2,S3から構成される。また、検出区画13dは、圧力センサーS4,S5,S6,S7,S8,S9から構成される。
ここで検出領域13を構成する複数の圧力センサーSの配置は、第1の基準線51を中心に2つの検出区画13c,13dに分けられる。換言すると、2つの検出区画13c,13dは、第1の基準線51を中心に+X方向と−X方向とに分けられる。検出区画13cは、圧力センサーS1,S2,S3から構成される。また、検出区画13dは、圧力センサーS4,S5,S6,S7,S8,S9から構成される。
さらに、検出領域13は、第2の基準線52を中心として、2つの検出区画13a,13bに分けられる。換言すると、2つの検出区画13a,13bは、第2の基準線52を中心に+Y方向と−Y方向とに分けられる。例えば本実施形態の場合の検出区画13aは、圧力センサーS1,S4,S7から構成される。また、検出区画13bは、圧力センサーS2,S5,S8と、S3,S6,S9とから構成される。
この様な基準点Pと、検出区画13a〜13dの配置の場合には、検出区画13dの方向から加えられる力は、検出区画13cの方向に作用する。検出装置1に加えられる力は、弾性体突起22(図5において図示省略)が検出区画13cの方向に弾性変形し、検出領域13に配置された圧力センサーSに力を伝搬する。この時、基準点Pは、検出領域13の中心から偏心した位置、即ち、検出区画13dの方向に偏心している。よって、検出装置1に加えられた力によって弾性変形する弾性体突起22が、隣合う検出領域13にはみ出すことを抑制している。
本実施形態の検出領域13には、前述の通り縦3行横3列に計9個の圧力センサーSが配置されている。ここで、第1実施形態と同様に、各圧力センサーSが検出する力(圧力値)をそれぞれPs1〜Ps9とする。また、第1の基準線51と各圧力センサーSとの間の距離の面内方向成分のうちX方向成分をx1〜x3とし、第2の基準線52と各圧力センサーSとの間の距離の面内方向成分のうちY方向成分をy1〜y3とすると、外力のZ方向成分Fz(外力の垂直方向成分)は第1実施形態で説明をした式(2)で表される。
また、力のX方向成分Fx(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実施形態で説明をした式(3)で表される。
また、力のY方向成分Fy(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(5)で表される。
本実施形態では、9個の圧力センサーSで検出される力によって弾性体突起22(図2及び図3参照)が弾性変形することで変化する圧力値のうち、任意に組み合わ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1(第2基板本体21)に力が加えられた方向が求められる。
基準点Pの配置は前述の配置に限定されること無く、検出装置1に加えられる特定の方向の力の方向によって適宜変更しても良い。例えば、第2の基準線52を中心に+Y方向の検出領域13(検出区画13a)が広く、−Y方向の検出領域13(検出区画13b)が狭く、また、第1の基準線51を中心に+X方向の検出領域13(検出区画13d)が広く、−X方向に検出領域13(検出区画13c)が狭くても良い。換言すると、第2の基準線52を中心に+Y方向の検出領域13(検出区画13a)に配置される圧力センサーSの表面積の和が大きく、即ち、個数が多く、−Y方向の検出領域13(検出区画13b)に配置される圧力センサーSの表面積の和が小さく、即ち、個数が少なく配置しても良い。また、第1の基準線51を中心に+X方向の検出領域13(検出区画13d)に配置される圧力センサーSの表面積の和が大きく、−X方向に検出領域13(検出区画13c)に配置される圧力センサーSの表面積の和が小さくても良い。
上述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
このような検出装置1によれば、検出装置1に加えられた特定の方向の力に応じて弾性体突起22は検出領域13に当接した状態で弾性変形が生じる。検出領域13において仮想的に配置される第1の基準線51と、その第1の基準線51と第2の基準線52とが直交する位置に基準点Pが配置される。
また、第1の基準線51を中心として両側に不均等に分割された検出領域13が配置されている。換言すると異なる大きさに検出領域13が配置されている。このため、このため、第1の基準線51と第2の基準線52とが直交する点は、第1の基準線51で分割される検出領域13の大きさによって異なる。よって、基準点Pは、検出領域13の中心から偏心させた位置、即ち、検出装置1に加えられた力が検出領域13に作用する方向と反対の方向に位置する。また、力が加えられる特定の方向が一定の場合、弾性体突起22の弾性変形する方向も一定であるため、その弾性変形する方向に検出領域13が広く配置されている。
このような検出装置1によれば、検出装置1に加えられた特定の方向の力に応じて弾性体突起22は検出領域13に当接した状態で弾性変形が生じる。検出領域13において仮想的に配置される第1の基準線51と、その第1の基準線51と第2の基準線52とが直交する位置に基準点Pが配置される。
また、第1の基準線51を中心として両側に不均等に分割された検出領域13が配置されている。換言すると異なる大きさに検出領域13が配置されている。このため、このため、第1の基準線51と第2の基準線52とが直交する点は、第1の基準線51で分割される検出領域13の大きさによって異なる。よって、基準点Pは、検出領域13の中心から偏心させた位置、即ち、検出装置1に加えられた力が検出領域13に作用する方向と反対の方向に位置する。また、力が加えられる特定の方向が一定の場合、弾性体突起22の弾性変形する方向も一定であるため、その弾性変形する方向に検出領域13が広く配置されている。
よって、基準点Pは、検出領域13の中心から偏心させた位置に配置される。本実施形態の検出装置1の基準点Pは、検出装置1に加えられた力が検出領域13に作用する特定の方向と反対の方向に位置する。また、力が加えられる特定の方向が一定の場合、弾性体突起22の弾性変形する方向も一定であるため、その弾性変形する方向に検出領域13が広く、換言すると検出領域13に配置される圧力センサーSの表面積の和と、個数とが大きく配置されている。
よって、検出領域13は、加えられた力が作用する特定の方向に広く(大きく)配置され、他の方向には、狭く(小さく)配置される。従って、検出領域13を小さく、換言すると検出領域13を構成する圧力センサーSの配置個数は、従来の検出装置1と比べて少なくすることができる。また、この様な検出装置1は、検出領域13に配置される圧力センサーSの個数が少ないため、圧力センサーSで検出された力の圧力値を演算処理するデーター数が少なく、検出された力の圧力値を高速に演算処理することができる。
また、検出領域13の中心から斜め方向に偏心させた位置に基準点Pが位置し、その基準点Pに対応して弾性体突起22が配置される。よって、基準点Pから+X方向と−Y方向(圧力センサーS9の方向)との2方向に作用する力を小さい検出領域13(少ない圧力センサーS)で検出することができる。さらに、例えば、平面視する検出領域13に対して斜めの方向から検出装置1に大きな力が加えられた場合でも弾性体突起22の弾性変形は、その対応する検出領域13内で収束し、隣接する検出領域13にはみ出すことを抑制する事ができる。
従って、検出された力に基づいて検出装置1に加えられた力の方向と大きさとを高速に検出することができ、大きな力が検出装置1に加えられた場合にも力の方向と大きさとを誤検出されることを抑制した検出装置1を実現することができる。
従って、検出された力に基づいて検出装置1に加えられた力の方向と大きさとを高速に検出することができ、大きな力が検出装置1に加えられた場合にも力の方向と大きさとを誤検出されることを抑制した検出装置1を実現することができる。
(第3実施形態)
第3実施形態にかかる検出装置2について説明をする。
図6は、第3実施形態に係る検出装置2において、弾性体突起22に加えられた力によって、その弾性体突起22に生じた弾性変形を示す平面図である。詳しくは、検出領域13を構成する圧力センサーSと、その圧力センサーSの配置と、弾性体突起22と、その弾性体突起22が配置される基準点Pを示すものである。また、検出装置2の検出領域13には仮想的に、基準点Pを通る第1の基準線51と、基準点Pにおいて第1の基準線51と直交する第2の基準線52が配置されている。なお、図6に示す検出装置2は、図1に示した検出装置1に対応し、第2の基準線52の両側に分割して配置される検出領域13の広さ、即ち、圧力センサーSの配置が第1実施形態の検出装置1と異なる。
第3実施形態にかかる検出装置2について説明をする。
図6は、第3実施形態に係る検出装置2において、弾性体突起22に加えられた力によって、その弾性体突起22に生じた弾性変形を示す平面図である。詳しくは、検出領域13を構成する圧力センサーSと、その圧力センサーSの配置と、弾性体突起22と、その弾性体突起22が配置される基準点Pを示すものである。また、検出装置2の検出領域13には仮想的に、基準点Pを通る第1の基準線51と、基準点Pにおいて第1の基準線51と直交する第2の基準線52が配置されている。なお、図6に示す検出装置2は、図1に示した検出装置1に対応し、第2の基準線52の両側に分割して配置される検出領域13の広さ、即ち、圧力センサーSの配置が第1実施形態の検出装置1と異なる。
検出装置2は、第2の基準線52を中心とする両側に分割して配置される検出領域13と、その検出領域13に配置される圧力センサーSの表面積の和と、配置される個数とは等しい。また、第1の基準線51を中心とする両側に分割して配置される検出領域13と、その検出領域13に配置される圧力センサーSの表面積の和と、配置される個数とは異なる。その他の構成および検出方法は同じであるため、相違点を詳説し、同様の要素には同じ符号を付して、説明は省略または簡略とする。
(検出装置)
検出装置2は、第1実施形態の検出装置1と同様に、検出領域13に位置する基準点Pの周りに複数配置された圧力センサーSを有する第1基板10を備えている。また、基準点Pに対応して弾性体突起22が配置された第2基板20(図6においては図示省略)を備えている。
検出装置2は、第1実施形態の検出装置1と同様に、検出領域13に位置する基準点Pの周りに複数配置された圧力センサーSを有する第1基板10を備えている。また、基準点Pに対応して弾性体突起22が配置された第2基板20(図6においては図示省略)を備えている。
検出装置2は、第2基板20に配置された弾性体突起22に力が加えられることで、その弾性体突起22が弾性変形する。その弾性体突起22の弾性変形に応じた力が複数の圧力センサーSに作用する。作用した力は、圧力センサーSで圧力値として検出される。検出された圧力値のうち、任意に組み合わせられた圧力値の差分を演算し、その圧力値の差分に基づいて力が加えられた方向と大きさとを演算する演算部(不図示)を備えている。
第1基板10には、第1実施形態の検出装置1と同様に、第1基板本体12と、第1基板本体12に配置された検出領域13と、その検出領域13を構成する複数の圧力センサーSと、圧力センサーSを保護する保護基板11とで構成されている。
検出装置2の検出領域13は、第1実施形態と同様に、第1の基準線51の両側と、第1の基準線51と直交する第2の基準線52の両側に分割されて配置されている。例えば、検出領域13は、第1の基準線51の両側に配置され、その検出領域13の面積が不均等に分割されている。また、第2の基準線52を中心に配置され、その検出領域13の面積は均等に分割されている。即ち、検出領域13を構成する圧力センサーSが配置される個数も異なる。なお、第1の基準線51と第2の基準線52とが直交する点が基準点Pとなる。
各圧力センサーSで検出された力(圧力値)のうち任意に組み合わされた圧力センサーSで検出された力の差分を演算する。検出された力の差分を演算することで、第2基板20に配置された弾性体突起22に加えられた力の大きさと方向とを求めることができる。なお、検出された力(圧力値)の差分の演算方法については第1実施形態と同様のため説明を省略する。
第2基板20は、第1実施形態と同様に、第2基板本体21と、第2基板本体21に配置された複数の弾性体突起22とで構成されている。
第2基板本体21上において、複数の弾性体突起22は、第1基板10に形成される検出領域13に対応して配置されている。なお、弾性体突起22の大きさは、第1実施形態と同様に、加えられる力によって任意に設定することができる。
第2基板本体21上において、複数の弾性体突起22は、第1基板10に形成される検出領域13に対応して配置されている。なお、弾性体突起22の大きさは、第1実施形態と同様に、加えられる力によって任意に設定することができる。
検出装置2において第1基板10に配置される検出領域13には、複数の圧力センサーSが検出領域13当たり縦2行横3列に計6つ配置されている。検出領域13において基準点Pは、6つの圧力センサーSの中心(検出領域13の中心)から偏心した位置となっている。基準点Pを偏心させる位置、換言すると、第1の基準線51の両側に分割される検出領域13の広さ、換言すると領域比Nは、弾性体突起22に加えられる力と、弾性体突起22の切断時伸び率Eとによって決定される。
ここで、検出装置2に力が加えられる特定の方向が一定方向の場合、力が加えられない方向に検出領域13を配置することを要しない場合もある。即ち、力が加えられる方向に検出領域13を配置し、その他の方向には検出領域13を配置しなくても弾性体突起22に加えられた力の大きさと方向とを検出することができる。
そこで、例えば、図6に示す検出装置2の検出領域13の様に、基準点Pから+X方向に力が加えられることを前提とした基準点Pの配置と、第1の基準線51の両側に分割して配置される検出領域13の面積(領域比N)を示すものである。
なお、第2の基準線52を中心とする検出領域13の領域比Nの決定方法は、第1実施形態と同様のため、説明を省略する。
そこで、例えば、図6に示す検出装置2の検出領域13の様に、基準点Pから+X方向に力が加えられることを前提とした基準点Pの配置と、第1の基準線51の両側に分割して配置される検出領域13の面積(領域比N)を示すものである。
なお、第2の基準線52を中心とする検出領域13の領域比Nの決定方法は、第1実施形態と同様のため、説明を省略する。
図6を用いて、検出装置2における弾性体突起22に加えられた力によって、その弾性体突起22に生じる弾性変形について説明をする。図6(a)〜(c)は、弾性体突起22に加えられる力によって生じる弾性変形を示す平面図である。
図6(a)は、弾性体突起22が配置されている面とは反対側の面である第2基板本体21の表面に力が加えられる前の状態、即ち、力の作用がない状態を示している。図6(b)は、第2基板本体21の表面に垂直方向(水平方向の力がない状態)の力が加えられた状態を示している。図6(c)は、第2基板本体21の表面に斜め方向(水平方向の力がある状態)の力が加えられた状態を示している。また、図6(a)〜(c)において、符号Gは弾性体突起22に加えられている力の重心(圧力中心)を示している。
図6(a)に示すように、第2基板20の表面に力が加えられる前の弾性体突起22は、対応する検出領域13に配置される複数の圧力センサーに頂部23が当接しているが、弾性体突起22は弾性変形していない。
これにより、第1基板10と第2基板20との間の距離は一定に保たれる。この時、弾性体突起22の重心Gは、基準点Pと重なる位置となる。第1実施形態と同様に、この時の各圧力センサーSで検出される圧力値は、図示しない演算部に記憶されている。演算部に記憶された各圧力センサーSの圧力値を基準として力の作用する方向や大きさが求められる。
これにより、第1基板10と第2基板20との間の距離は一定に保たれる。この時、弾性体突起22の重心Gは、基準点Pと重なる位置となる。第1実施形態と同様に、この時の各圧力センサーSで検出される圧力値は、図示しない演算部に記憶されている。演算部に記憶された各圧力センサーSの圧力値を基準として力の作用する方向や大きさが求められる。
図6(b)に示すように、第2基板20の表面に垂直方向の力が加えられた時には、弾性体突起22は、対応する検出領域13に配置される複数の圧力センサーSに、その頂部23が当接した状態でZ方向に圧縮(弾性)変形する。
これにより、第2基板20が−Z方向に撓み、第1基板10と第2基板20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。この時の頂部23と当接する圧力センサーSで検出される力(圧力値)は、力の作用がないときに比べて大きくなる。また、その検出される力の変化量は、頂部23との当接する面積に応じた値となる。
これにより、第2基板20が−Z方向に撓み、第1基板10と第2基板20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。この時の頂部23と当接する圧力センサーSで検出される力(圧力値)は、力の作用がないときに比べて大きくなる。また、その検出される力の変化量は、頂部23との当接する面積に応じた値となる。
図6(c)に示すように、第2基板20の表面に斜め方向の力が加えられた時には、弾性体突起22は、対応する検出領域13に配置される複数の圧力センサーSに弾性体突起22の頂部23が当接した状態で斜めに傾いて弾性変形する。
これにより、第2基板20が−Z方向に撓み、第1基板10と第2基板20との間の距離は、力の作用がないときに比べて小さくなる。この時、弾性体突起22の重心Gは基準点Pから+X方向にずれる。
これにより、第2基板20が−Z方向に撓み、第1基板10と第2基板20との間の距離は、力の作用がないときに比べて小さくなる。この時、弾性体突起22の重心Gは基準点Pから+X方向にずれる。
この場合、弾性体突起22の頂部23が複数の圧力センサーSと当接する面積の割合は、基準点Pから−X方向に配置された部分と重なる面積よりも、+X方向に配置された部分と重なる面積のほうが重なる面積の割合が大きくなる。即ち、基準点Pを通る第1の基準線51から−X方向に配置された部分と重なる面積よりも+X方向に配置された部分と重なる面積の方が重なる面積の割合が大きくなる。
ここで基準点Pは、第1の基準線51と第2の基準線52とが直交する点が基準点Pとなる。第1の基準線51は、その第1の基準線51を中心に+X方向および−X方向に不均等に検出領域13を分割する配置となり、一方の方向の検出領域13が広くなる分割される配置となる位置を通る。なお、第1の基準線51の両側に配置される検出領域13の広さ、即ち、領域比は、第1実施形態で詳述した数式(1)によって求められた領域比Nによって決められる。他方、第2の基準線52は、その第2の基準線52を中心に+Y方向および−Y方向に均等に検出領域13を分割する配置となる位置を通る。
図6(d)は、第1の基準線51と第2の基準線52とによって、仮想的に区画される検出区画13a〜13dを示す図である。ここで、検出領域13を構成する複数の圧力センサーSの配置は、第2の基準線52を中心として、2つの検出区画13a,13bに分けられる。換言すると、2つの検出区画13a,13bは、第2の基準線52を中心に+Y方向と−Y方向とに分けられる。検出区画13aは、圧力センサーS1,S3,S5で構成される。また、検出区画13bは、圧力センサーS2,S4,S6で構成される。
さらに、第1の基準線51を中心に2つの検出区画13c,13dに分けられる。換言すると、2つの検出区画13c,13dは、第1の基準線51を中心に+X方向と−X方向とに分けられる。検出区画13cは、圧力センサーS1,S2とから構成される。また、もう一つの検出区画13dは、圧力センサーS3,S4,S5,S6から構成される。
換言すると、第2の基準線52を中心に分けられる検出区画13aと13bとは、その面積が等しい。また、検出区画13aと13bとに配置される圧力センサーS1,S3,S4と、S2,S4,S6とを組み合わせた表面積の和がほぼ等しい。即ち、圧力センサーSの個数も等しい。また、第1の基準線51を中心に分けられる検出区画13dと13cとは、その面積が異なる。また、検出区画13cと13dとに配置される圧力センサーS3〜S6と、S1,S2とを組み合わせた表面積の和も異なる。即ち、圧力センサーSの個数も異なる。
上述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
このような検出装置2によれば、検出装置2に加えられた力に応じて弾性体突起22は検出領域13に当接した状態で、弾性変形が生じる。検出領域13に配置される基準点Pの位置は、検出領域13において仮想的に配置される第1の基準線51と、その第1の基準線51と第2の基準線52とが直交する位置に配置される。
また、第1の基準線51を中心として不均等に分割された検出領域13が配置され、他方、第2の基準線52を中心として均等に分割された検出領域13が配置されている。
このような検出装置2によれば、検出装置2に加えられた力に応じて弾性体突起22は検出領域13に当接した状態で、弾性変形が生じる。検出領域13に配置される基準点Pの位置は、検出領域13において仮想的に配置される第1の基準線51と、その第1の基準線51と第2の基準線52とが直交する位置に配置される。
また、第1の基準線51を中心として不均等に分割された検出領域13が配置され、他方、第2の基準線52を中心として均等に分割された検出領域13が配置されている。
よって、基準点Pは、検出領域13の中心から第2の基準線52と平行な方向に偏心させた位置、即ち、検出装置2に加えられた力が検出領域13に作用する方向と反対の方向(−X方向)に位置する。例えば、力が加えられる方向が第2の基準線52に平行して一定方向の場合、弾性体突起22の弾性変形する方向も第2の基準線52と平行する。検出領域13は、弾性体突起22が弾性変形する方向、即ち、第2の基準線52と平行する方向に広く配置されている。
このことで、例えば、第2の基準線52と平行する方向の力が加えられる場合には、その力が作用しない方向となる第1の基準線51と平行する方向に配置される検出領域13を小さくすることができる。換言すると検出領域13を構成する圧力センサーSの配置個数を検出装置1と比べて、さらに少なくすることができる。また、圧力センサーSの配置個数を少なくすることができるため、圧力センサーSで検出された力の圧力値を演算処理するデーター数を抑制し、検出された力の演算処理を高速にすることができる。
また、検出領域13の中心から第2の基準線52と平行する方向に偏心させた位置に基準点Pが位置し、その基準点Pに対応して弾性体突起22が配置される。よって、検出装置2に大きな力が加えられた場合でも弾性体突起22の弾性変形は、その検出領域13内で収束し、隣接する検出領域13にはみ出すことを抑制することができる。
従って、検出装置1と比べて、より少ない圧力センサーによって検出された力に基づいて検出装置2に加えられた力の方向と大きさとを高速に検出することができ、大きな力が検出装置2に加えられた場合にも力の方向と大きさとを誤検出されることを抑制した検出装置2を実現することができる。
従って、検出装置1と比べて、より少ない圧力センサーによって検出された力に基づいて検出装置2に加えられた力の方向と大きさとを高速に検出することができ、大きな力が検出装置2に加えられた場合にも力の方向と大きさとを誤検出されることを抑制した検出装置2を実現することができる。
(電子機器)
図7は、上述した実施形態に係る検出装置1又は検出装置2を適用した携帯電話機1000の概略構成を示す模式図である。携帯電話機1000は、複数の操作ボタン1003及びスクロールボタン1002、並びに表示部としての検出装置1又は検出装置2を適用した液晶パネル1001を備えている。スクロールボタン1002を操作することによって、液晶パネル1001に表示される画面がスクロールされる。液晶パネル1001にはメニューボタン(図示省略)が表示される。例えば、メニューボタンを指で触れると電話帳が表示されたり、携帯電話機1000の電話番号が表示されたりする。
図7は、上述した実施形態に係る検出装置1又は検出装置2を適用した携帯電話機1000の概略構成を示す模式図である。携帯電話機1000は、複数の操作ボタン1003及びスクロールボタン1002、並びに表示部としての検出装置1又は検出装置2を適用した液晶パネル1001を備えている。スクロールボタン1002を操作することによって、液晶パネル1001に表示される画面がスクロールされる。液晶パネル1001にはメニューボタン(図示省略)が表示される。例えば、メニューボタンを指で触れると電話帳が表示されたり、携帯電話機1000の電話番号が表示されたりする。
図8は、上述した実施形態に係る検出装置1又は検出装置2を適用した携帯情報端末(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装置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(図示省略)を指で触れると住所録が表示されたり、スケジュール帳が表示されたりする。
このような電子機器によれば、画面スクロールなど一定方向の操作が多く行われる。かかる操作のために加えられる力の方向と大きさとを検出する上述の各実施形態に係る検出装置1及び検出装置2を適用することで、操作性に優れた電子機器を提供することができる。
なお、電子機器としては、この他にも、例えば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、デジタルスチールカメラ、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、上述の各実施形態に係る検出装置1及び検出装置2を適用させることができる。
(ロボット)
図9は、上記各実施形態に係る検出装置1及び検出装置2を適用したロボットハンド3000の概略構成を示す模式図である。図9(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1又は検出装置2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。
図9は、上記各実施形態に係る検出装置1及び検出装置2を適用したロボットハンド3000の概略構成を示す模式図である。図9(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1又は検出装置2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。
図9(b)に示すように、ロボットハンド3000でコップ等の対象物3010を把持する場合を考える。このとき、対象物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1又は検出装置2を備えているので、対象物3010の表面(接触面)に垂直な方向の力と併せて重力Mgですべる方向など一定方向に生じる力(すべり力の成分)を高精度に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、対象物3010の質感に応じて力を加減しながら持つことができる。
このようなロボットによれば、ロボットハンド3000に把持をした対象物3010に作用する重力Mgによって、すべる方向など一定方向に力が頻繁に生じる。かかる力の方向と大きさとを高い精度で高速に検出することができる上述の各実施形態にかかる検出装置1及び検出装置2を適用することで、対象物3010の落下を抑制し、対象物3010を安定して把持することが出来るロボット(ロボットハンド3000)を提供することができる。
(変形例)
なお、上述した実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更や改良等を加えて実施することが可能である。変形例を以下に述べる。
図10は、検出装置1又は検出装置2に加えられた力を、その検出装置1又は検出装置2の第1基板10に配置された検出領域13に伝達する手段の変形例を示す図である。
なお、上述した実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更や改良等を加えて実施することが可能である。変形例を以下に述べる。
図10は、検出装置1又は検出装置2に加えられた力を、その検出装置1又は検出装置2の第1基板10に配置された検出領域13に伝達する手段の変形例を示す図である。
(変形例1)
図10(a)に示す変形例1にかかる検出装置1又は検出装置2には、半球形状の弾性体突起22aを有する。その検出装置1又は検出装置2に加えられる力は、弾性体突起22aに加えられる。加えられた力は、弾性体突起22aの基部に伝搬され、その力は、基部と当接する検出領域13に作用させることで、検出装置1又は検出装置2に加えられる力を検出することができる。
図10(a)に示す変形例1にかかる検出装置1又は検出装置2には、半球形状の弾性体突起22aを有する。その検出装置1又は検出装置2に加えられる力は、弾性体突起22aに加えられる。加えられた力は、弾性体突起22aの基部に伝搬され、その力は、基部と当接する検出領域13に作用させることで、検出装置1又は検出装置2に加えられる力を検出することができる。
(変形例2)
図10(b)に示す変形例2にかかる検出装置1又は検出装置2には、球形状の弾性体突起22bを有する。その検出装置1又は検出装置2に加えられる力は、弾性体突起22bに加えられる。加えられた力は、弾性体突起22bの円弧に伝搬され、その力は、円弧と当接する検出領域13に作用させることで、検出装置1又は検出装置2に加えられる力を検出することができる。
図10(b)に示す変形例2にかかる検出装置1又は検出装置2には、球形状の弾性体突起22bを有する。その検出装置1又は検出装置2に加えられる力は、弾性体突起22bに加えられる。加えられた力は、弾性体突起22bの円弧に伝搬され、その力は、円弧と当接する検出領域13に作用させることで、検出装置1又は検出装置2に加えられる力を検出することができる。
(変形例3)
図10(c)に示す変形例3にかかる検出装置1又は検出装置2には、角柱若しくは円柱形状の弾性体突起22cを有する。その検出装置1又は検出装置2に加えられる力は、弾性体突起22cに加えられる。加えられた力は、弾性体突起22cの底面に伝搬され、その力は、底面と当接する検出領域13に作用させることで、検出装置1又は検出装置2に加えられる力を検出することができる。
図10(c)に示す変形例3にかかる検出装置1又は検出装置2には、角柱若しくは円柱形状の弾性体突起22cを有する。その検出装置1又は検出装置2に加えられる力は、弾性体突起22cに加えられる。加えられた力は、弾性体突起22cの底面に伝搬され、その力は、底面と当接する検出領域13に作用させることで、検出装置1又は検出装置2に加えられる力を検出することができる。
(変形例4)
図10(d)に示す変形例4にかかる検出装置1又は検出装置2には、硬質体31を内包する弾性体30を有する。その検出装置1又は検出装置2に加えられる力は、弾性体30に加えられる。加えられた力は、硬質体31に伝搬され、硬質体31から弾性体30に加えられた力の方向と同じ方向に作用する力を弾性体30の底面に伝搬させる。その伝搬された力は、弾性体30の底面と当接する検出領域13に作用させることで、検出装置1又は検出装置2に加えられる力を検出することができる。
図10(d)に示す変形例4にかかる検出装置1又は検出装置2には、硬質体31を内包する弾性体30を有する。その検出装置1又は検出装置2に加えられる力は、弾性体30に加えられる。加えられた力は、硬質体31に伝搬され、硬質体31から弾性体30に加えられた力の方向と同じ方向に作用する力を弾性体30の底面に伝搬させる。その伝搬された力は、弾性体30の底面と当接する検出領域13に作用させることで、検出装置1又は検出装置2に加えられる力を検出することができる。
1,2…検出装置、10…第1基板、11…保護基板、12…第1基板本体、13…検出領域、13a,13b,13c,13d…検出区画、20…第2基板、21…第2基板本体、22…弾性体突起、22a…半球形状の弾性体突起、22b…球形状の弾性体突起、22c…円柱形状の弾性体突起、23…頂部、30…弾性体、31…硬質体、51…第1の基準線、52…第2の基準線、1000…携帯電話機、1001…液晶パネル、1002…スクロールボタン、1003…操作ボタン、2000…携帯情報端末、2001…液晶パネル、2002…操作ボタン、2003…電源スイッチ、3000…ロボットハンド、3001…把持部、3002…アーム部、3003…本体部、3010…対象物。
Claims (4)
- 力を検出する検出装置であって、
基準点の周りに配置される圧力センサーと、前記圧力センサーが配置された検出領域を有する第1基板と、
前記力が加えられる前に前記基準点と重なる位置に重心が位置するとともに、前記力が加えられることよって前記基準点から前記重心が移動し、頂部が前記検出領域に当接した状態で弾性変形する弾性体突起が配置された第2基板と、
を備え、
前記基準点は、前記第1基板における第1の基準線上に配置され、
前記第1の基準線は、前記検出領域を不均等に分割する位置に配置されること、
を特徴とする検出装置。 - 請求項1に記載の検出装置であって、
前記第1基板に前記第1の基準線と直交する第2の基準線を備え、
前記第2の基準線は、前記検出領域を均等に分割する位置に配置されること、
を特徴とする検出装置。 - 請求項1または請求項2に記載の検出装置を備えること、
を特徴とする電子機器。 - 請求項1または請求項2に記載の検出装置を備えること、
を特徴とするロボット。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012010769A JP2013148527A (ja) | 2012-01-23 | 2012-01-23 | 検出装置、電子機器及びロボット |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012010769A JP2013148527A (ja) | 2012-01-23 | 2012-01-23 | 検出装置、電子機器及びロボット |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2013148527A true JP2013148527A (ja) | 2013-08-01 |
Family
ID=49046140
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2012010769A Pending JP2013148527A (ja) | 2012-01-23 | 2012-01-23 | 検出装置、電子機器及びロボット |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2013148527A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015158431A (ja) * | 2014-02-25 | 2015-09-03 | 国立大学法人信州大学 | 荷重センサ |
-
2012
- 2012-01-23 JP JP2012010769A patent/JP2013148527A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015158431A (ja) * | 2014-02-25 | 2015-09-03 | 国立大学法人信州大学 | 荷重センサ |
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