JP2015045552A - Tactile sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボットの人工皮膚やマットレスなどに用いられる触覚センサに関する。 The present invention relates to a tactile sensor used for an artificial skin or a mattress of a robot.
特許文献１、２には、静電容量型の触覚センサが開示されている。特許文献３には、圧電素子を備える触覚センサが開示されている。これらの触覚センサは、いずれも剪断力を検出することができる。
しかしながら、これらの触覚センサは、いずれも構造が複雑である。特許文献１の触覚センサの場合、誘電層の表裏両側の一対の電極を、表側または裏側から見て、互いにずらして配置する必要がある。また、特許文献２の触覚センサの場合、誘電層の変形方向に異方性を付与するために、誘電層にスリットや貫通孔などを配置する必要がある。また、特許文献３の触覚センサの場合、四つの圧電素子を、各々、カンチレバー状に配置する必要がある。また、四つの圧電素子を、各々、Ｌ字状に湾曲させる必要がある。このように、従来の触覚センサは、いずれも構造が複雑である。
However, any of these tactile sensors has a complicated structure. In the case of the tactile sensor of
そこで、本発明は、構造が簡単で剪断力を検出可能な触覚センサを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a tactile sensor having a simple structure and capable of detecting a shearing force.
（１）上記課題を解決するため、本発明の触覚センサは、接触対象物から荷重が入力される入力面と、該荷重により所定の電気量を出力する複数のセンサ部と、を備える触覚センサであって、複数の前記センサ部のうち、少なくとも二つの該センサ部は、各々、第一センサ部であり、複数の該第一センサ部は、各々、前記入力面に前記荷重が入力されていない無荷重状態において、該入力面の面方向に対して交差する方向に延在しており、複数の該第一センサ部同士は、互いに交差する方向に延在していることを特徴とする。 (1) In order to solve the above-described problem, a tactile sensor of the present invention includes an input surface to which a load is input from a contact object, and a plurality of sensor units that output a predetermined amount of electricity by the load. The at least two of the plurality of sensor units are each a first sensor unit, and each of the plurality of first sensor units has the load input to the input surface. In a no-load state, it extends in a direction intersecting the surface direction of the input surface, and the plurality of first sensor portions extend in a direction intersecting each other. .
本発明の触覚センサは、少なくとも二つ（つまり複数）の第一センサ部を備えている。無荷重状態において、複数の第一センサ部は、各々、入力面の面方向（面が展開されている方向）に対して交差する方向に延在している。また、複数の第一センサ部同士は、互いに交差する方向に延在している。このため、入力面に対する荷重の入力方向（入力面から見た場合の入力方向）と、第一センサ部に対する荷重の伝達方向（第一センサ部から見た場合の伝達方向）と、は異なっている。並びに、複数の第一センサ部の各々に対する荷重の伝達方向（第一センサ部から見た場合の伝達方向）は、互いに異なっている。したがって、任意の方向から入力面に荷重が入力される場合、複数の第一センサ部に対して、各々、異なる方向から、当該荷重が伝達されることになる。よって、本発明の触覚センサは、複数の第一センサ部から出力される電気量（例えば、電流、電圧など）を基に、入力された荷重に、入力面の面方向の力（剪断力）が含まれているか否かを、検出することができる。すなわち、剪断力を検出することができる。 The tactile sensor of the present invention includes at least two (that is, a plurality) first sensor portions. In the no-load state, each of the plurality of first sensor portions extends in a direction intersecting the surface direction of the input surface (the direction in which the surface is developed). In addition, the plurality of first sensor parts extend in directions intersecting each other. For this reason, the input direction of the load with respect to the input surface (the input direction when viewed from the input surface) and the transmission direction of the load with respect to the first sensor unit (the transmission direction when viewed from the first sensor unit) are different. Yes. In addition, the load transmission direction (transmission direction when viewed from the first sensor unit) to each of the plurality of first sensor units is different from each other. Therefore, when a load is input to the input surface from an arbitrary direction, the load is transmitted from a different direction to each of the plurality of first sensor units. Therefore, the tactile sensor of the present invention is based on the amount of electricity (for example, current, voltage, etc.) output from the plurality of first sensor units, and the force in the surface direction (shearing force) of the input surface is applied to the input load. Can be detected. That is, the shear force can be detected.
また、本発明の触覚センサは、入力面と複数の第一センサ部との相対的な配置、および複数の第一センサ部同士の相対的な配置を利用して、剪断力を検出している。このため、第一センサ部自体の構造を、敢えて特殊化する必要がない。したがって、本発明の触覚センサは、構造が簡単である。 Moreover, the tactile sensor of the present invention detects the shear force by utilizing the relative arrangement of the input surface and the plurality of first sensor units and the relative arrangement of the plurality of first sensor units. . For this reason, it is not necessary to specialize the structure of the first sensor unit itself. Therefore, the tactile sensor of the present invention has a simple structure.
（１−１）少なくとも二つの前記第一センサ部のうち、少なくとも一対の該第一センサ部は、前記入力面の法線方向の断面において、該法線に対して、互いに線対称に配置されている構成とする方がよい。本構成によると、線対称に配置された一対の第一センサ部から出力される電気量を比較することにより、荷重が入力された方向を判別することができる。 (1-1) Among at least two of the first sensor units, at least a pair of the first sensor units are arranged symmetrically with respect to the normal line in a cross section in the normal direction of the input surface. It is better to have a configuration. According to this configuration, the direction in which the load is input can be determined by comparing the amount of electricity output from the pair of first sensor units arranged in line symmetry.
（２）上記（１）の構成において、複数の前記センサ部のうち、少なくとも一つの該センサ部は、前記無荷重状態において、前記入力面の前記面方向に対して平行な方向に延在している第二センサ部である構成とする方がよい。本構成によると、第二センサ部は、入力面の法線方向の力（圧縮力）に対して、正対することになる。このため、第二センサ部を用いて、圧縮力を検出することができる。 (2) In the configuration of (1), at least one of the plurality of sensor units extends in a direction parallel to the surface direction of the input surface in the no-load state. It is better to have a configuration that is a second sensor unit. According to this configuration, the second sensor unit faces the force (compression force) in the normal direction of the input surface. For this reason, a compressive force can be detected using the second sensor unit.
（３）上記（１）または（２）の構成において、前記センサ部は、誘電層と、該誘電層の表裏方向両側に配置される複数の電極と、を有し、前記荷重により弾性変形可能であり、静電容量に関する前記電気量を出力する構成とする方がよい。 (3) In the configuration of (1) or (2), the sensor unit includes a dielectric layer and a plurality of electrodes disposed on both sides of the dielectric layer in the front and back direction, and is elastically deformable by the load. It is better to have a configuration that outputs the amount of electricity related to capacitance.
本構成によると、静電容量型のセンサ部を用いて、剪断力を検出することができる。すなわち、センサ部の静電容量は、式（１）から算出される。
Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ ・・・式（１）
式（１）中、Ｃは静電容量、εは誘電率、Ｓは対向する電極の面積、ｄは電極間距離である。センサ部に荷重が加わると、誘電層の表側の電極と、誘電層の裏側の電極と、の間の距離が変化する。このため、式（１）の電極間距離ｄ、つまり静電容量Ｃが変化する。本構成によると、当該静電容量Ｃの変化を基に、剪断力を検出することができる。
According to this configuration, the shearing force can be detected using the capacitive sensor unit. That is, the capacitance of the sensor unit is calculated from the equation (1).
C = ε · S / d Formula (1)
In the formula (1), C is a capacitance, ε is a dielectric constant, S is an area of opposing electrodes, and d is a distance between the electrodes. When a load is applied to the sensor unit, the distance between the front electrode of the dielectric layer and the back electrode of the dielectric layer changes. For this reason, the inter-electrode distance d in Expression (1), that is, the capacitance C changes. According to this configuration, the shearing force can be detected based on the change in the capacitance C.
（４）上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記入力面と、該入力面の裏側に配置される複数の伝達面と、を有し、前記荷重により弾性変形可能な表側基材と、該表側基材の裏側に配置され、各々該伝達面に対向して配置される複数の支持面を有し、該荷重により弾性変形可能な裏側基材と、複数の前記センサ部に電気的に接続され、複数の該センサ部から伝送される前記電気量を基に、剪断力を判別可能な制御装置と、を備え、複数の該伝達面のうち、少なくとも二つの該伝達面は、各々、第一伝達面であり、複数の該第一伝達面は、各々、前記無荷重状態において、該入力面の前記面方向に対して交差する方向に展開されており、複数の該第一伝達面同士は、互いに交差する方向に展開されており、複数の該支持面のうち、少なくとも二つの該支持面は、各々、該第一伝達面に対向して配置される第一支持面であり、複数の該第一センサ部は、各々、該第一伝達面と該第一支持面との間に配置されている構成とする方がよい。 (4) In the configuration of any one of (1) to (3) above, the input side and a plurality of transmission surfaces arranged on the back side of the input surface, the front side being elastically deformable by the load A base material, a back side base material that is arranged on the back side of the front side base material, each of which has a plurality of support surfaces arranged to face the transmission surface, and is elastically deformable by the load; and the plurality of sensor units And a control device capable of discriminating a shearing force based on the amount of electricity transmitted from the plurality of sensor units, and at least two of the plurality of transmission surfaces. Are each a first transmission surface, and each of the plurality of first transmission surfaces is developed in a direction intersecting the surface direction of the input surface in the no-load state. The first transmission surfaces are developed in a direction intersecting each other, and among the plurality of support surfaces At least two of the support surfaces are each a first support surface disposed to face the first transmission surface, and the plurality of first sensor parts are respectively the first transmission surface and the first support surface. It is better to have a configuration arranged between the surface.
本構成によると、表側基材の第一伝達面と、裏側基材の第一支持面と、の間に、第一センサ部が介在している。このため、第一センサ部の柔軟性が高い場合であっても、複数の第一センサ部を、各々、所定の方向に配置することができる。 According to this structure, the 1st sensor part is interposing between the 1st transmission surface of a front side base material, and the 1st support surface of a back side base material. For this reason, even if it is a case where the flexibility of a 1st sensor part is high, a some 1st sensor part can each be arrange | positioned in a predetermined direction.
（５）上記（４）の構成において、複数の前記伝達面のうち、少なくとも一つの該伝達面は、前記無荷重状態において、前記入力面の前記面方向に対して平行な方向に展開されている第二伝達面であり、複数の前記支持面のうち、少なくとも一つの該支持面は、該第二伝達面に対向して配置される第二支持面であり、複数の該第二センサ部は、各々、該第二伝達面と該第二支持面との間に配置されている構成とする方がよい。 (5) In the configuration of (4), at least one of the plurality of transmission surfaces is developed in a direction parallel to the surface direction of the input surface in the no-load state. A second transmission surface, and at least one of the plurality of support surfaces is a second support surface disposed to face the second transmission surface, and the plurality of second sensor units. Are preferably arranged between the second transmission surface and the second support surface.
本構成によると、表側基材の第二伝達面と、裏側基材の第二支持面と、の間に、第二センサ部が介在している。このため、第二センサ部の柔軟性が高い場合であっても、第二センサ部を、所定の方向に配置することができる。 According to this configuration, the second sensor unit is interposed between the second transmission surface of the front-side base material and the second support surface of the back-side base material. For this reason, even if the flexibility of the second sensor unit is high, the second sensor unit can be arranged in a predetermined direction.
（６）上記（１）ないし（５）のいずれかの構成において、複数の前記第一センサ部は、全体として、前記入力面の法線方向に凹む凹状に配置されている構成とする方がよい。本構成によると、触覚センサの表裏方向断面（入力面の法線方向断面）において、複数の第一センサ部は、全体として、裏側に凹む凹状に配置されている。このため、複数の第一センサ部同士の交角（詳しくは、複数の第一センサ部の仮想延長面同士の交角）の設定の自由度が高くなる。 (6) In the configuration of any one of the above (1) to (5), the plurality of first sensor portions as a whole are arranged in a concave shape that is recessed in the normal direction of the input surface. Good. According to this configuration, in the front-back cross section (normal-direction cross section of the input surface) of the tactile sensor, the plurality of first sensor portions are arranged in a concave shape that is recessed on the back side as a whole. For this reason, the freedom degree of the setting of the crossing angle (specifically, crossing angle of the virtual extension surfaces of a some 1st sensor part) of several 1st sensor parts becomes high.
（７）上記（１）ないし（６）のいずれかの構成において、前記入力面の法線方向から見て、複数の前記第一センサ部は、全体として、放射状に配置されている構成とする方がよい。 (7) In the configuration of any one of (1) to (6), the plurality of first sensor units are arranged radially as a whole when viewed from the normal direction of the input surface. Better.
本構成によると、触覚センサの表側（入力面側）または裏側から見て、複数の第一センサ部は、全体として、放射状に配置されている。このため、入力面の面方向のうち、あらゆる方向から入力される剪断力を、検出することができる。 According to this configuration, as viewed from the front side (input surface side) or the back side of the tactile sensor, the plurality of first sensor units are arranged radially as a whole. For this reason, the shear force input from all directions among the surface directions of the input surface can be detected.
本発明によると、構造が簡単で剪断力を検出可能な触覚センサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a tactile sensor having a simple structure and capable of detecting a shearing force.
以下、本発明の触覚センサの実施の形態について説明する。なお、図１〜図８において、前後左右方向は、本発明の「入力面の面方向」に対応している。上下方向は、本発明の「入力面の法線方向」に対応している。また、図９〜図１１において、周方向、軸方向は、本発明の「入力面の面方向」に対応している。径方向は、本発明の「入力面の法線方向」に対応している。 Hereinafter, embodiments of the tactile sensor of the present invention will be described. 1 to 8, the front-rear and left-right directions correspond to the “surface direction of the input surface” of the present invention. The vertical direction corresponds to the “normal direction of the input surface” of the present invention. 9 to 11, the circumferential direction and the axial direction correspond to the “surface direction of the input surface” of the present invention. The radial direction corresponds to the “normal direction of the input surface” of the present invention.
＜第一実施形態＞
［触覚センサの構成］
まず、本実施形態の触覚センサの構成について説明する。図１に、本実施形態の触覚センサの透過上面図を示す。なお、第一センサ部には、右後−左前方向にハッチングを施す。また、第二センサ部には、左後−右前方向にハッチングを施す。図２に、図１のＩＩ−ＩＩ方向断面図を示す。図３に、図２の円ＩＩＩ内の拡大図を示す。
<First embodiment>
[Configuration of tactile sensor]
First, the configuration of the tactile sensor of this embodiment will be described. In FIG. 1, the permeation | transmission top view of the tactile sensor of this embodiment is shown. The first sensor unit is hatched in the right rear-left front direction. The second sensor section is hatched in the left rear-right front direction. FIG. 2 shows a cross-sectional view in the II-II direction of FIG. FIG. 3 shows an enlarged view in the circle III of FIG.
図１〜図３に示すように、本実施形態の触覚センサ１は、左右一対の第一センサ部２ａ、２ｂと、第二センサ部２ｃと、表側基材３と、裏側基材４と、制御装置５と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
裏側基材４は、ウレタン発泡体（スポンジ）製であって、上向きの凹部を有している。裏側基材４は、柔軟性、絶縁性を有している。裏側基材４は、左右一対の第一支持面４１ａ、４１ｂと、第二支持面４１ｃと、を備えている。
The back-
第一支持面４１ａは、左上から右下に向かって展開する、平面状を呈している。第一支持面４１ｂは、右上から左下に向かって展開する、平面状を呈している。第二支持面４１ｃは、水平方向に展開する平面状を呈している。第一支持面４１ａと第二支持面４１ｃと第一支持面４１ｂとは、左右方向に連なっている。
The
表側基材３は、ウレタン発泡体製であって、下向きの凸部を有している。表側基材３は、柔軟性、絶縁性を有している。表側基材３は、入力面３０と、左右一対の第一伝達面３１ａ、３１ｂと、第二伝達面３１ｃと、を備えている。
The front
入力面３０は、表側基材３の上面（表面）である。入力面３０は、水平方向に展開する平面状を呈している。入力面３０には、接触対象物（例えば人）から、荷重Ｆが入力される。
The
第一伝達面３１ａは、左上から右下に向かって展開する、平面状を呈している。第一伝達面３１ａは、第一支持面４１ａに対向している。第一伝達面３１ａと第一支持面４１ａとは、互いに平行である。第一伝達面３１ｂは、左上から右下に向かって展開する、平面状を呈している。第一伝達面３１ｂは、第一支持面４１ｂに対向している。第一伝達面３１ｂと第一支持面４１ｂとは、互いに平行である。第二伝達面３１ｃは、水平方向に展開する平面状を呈している。第二伝達面３１ｃは、第二支持面４１ｃに対向している。第二伝達面３１ｃと第二支持面４１ｃとは、互いに平行である。第一伝達面３１ａと第二伝達面３１ｃと第一伝達面３１ｂとは、左右方向に連なっている。
The first transmission surface 31a has a planar shape that expands from the upper left to the lower right. The first transmission surface 31a faces the
第一センサ部２ａは、第一支持面４１ａと、第一伝達面３１ａと、の間に介在している。第一センサ部２ａは、誘電層２０ａと、上下一対の電極２１ａと、上下一対の配線２２ａと、を備えている。誘電層２０ａは、アクリルゴム製であって、薄膜状を呈している。誘電層２０ａは、柔軟性、絶縁性を有している。上下一対の電極２１ａは、誘電層２０ａの上下両面（表裏両面）に配置されている。電極２１ａは、アクリルゴムと、導電性カーボンブラックと、を含んで形成されている。電極２１ａは、薄膜状を呈している。電極２１ａは、柔軟性、導電性を有している。上下一対の配線２２ａは、上下一対の電極２１ａと、後述する制御装置５と、を電気的に接続している。配線２２ａは、銀ペースト製であって、線状を呈している。配線２２ａは、柔軟性、導電性を有している。
The
第一センサ部２ｂは、第一支持面４１ｂと、第一伝達面３１ｂと、の間に介在している。第一センサ部２ｂの構成は、第一センサ部２ａの構成と、同様である。すなわち、第一センサ部２ｂは、誘電層と、上下一対の電極と、上下一対の配線２２ｂと、を備えている。
The first sensor portion 2b is interposed between the
第二センサ部２ｃは、第二支持面４１ｃと、第二伝達面３１ｃと、の間に介在している。第二センサ部２ｃの構成は、第一センサ部２ａの構成と、同様である。すなわち、第二センサ部２ｃは、誘電層と、上下一対の電極と、上下一対の配線２２ｃと、を備えている。
The
無荷重状態において、第一センサ部２ａ、第一伝達面３１ａ、第一支持面４１ａの延在方向と入力面３０の面方向（左右方向）とは、交角θ１ａで交差している。第一センサ部２ｂ、第一伝達面３１ｂ、第一支持面４１ｂの延在方向と入力面３０の面方向とは、交角θ１ｂで交差している。第一センサ部２ａ、第一伝達面３１ａ、第一支持面４１ａの延在方向と第一センサ部２ｂ、第一伝達面３１ｂ、第一支持面４１ｂの延在方向とは、交角θ２で交差している。第二センサ部２ｃ、第二伝達面３１ｃ、第二支持面４１ｃの延在方向と入力面３０の面方向とは、平行である。図２に示すように、入力面３０の法線Ｌ方向の断面において、第一センサ部２ａ、第一伝達面３１ａ、第一支持面４１ａと、第一センサ部２ｂ、第一伝達面３１ｂ、第一支持面４１ｂと、は入力面３０の法線Ｌ（詳しくは、入力面３０のうち、下側（裏側）にセンサ部（第一センサ部２ａ、２ｂ、第二センサ部２ｃ）が配置されている部分の、図心（図形重心）Ｇを通る法線）に対して、互いに線対称に配置されている。
In the no-load state, the extending direction of the
制御装置５は、図示しない電源と、入力側切替回路と、出力側切替回路と、静電容量検出部と、を備えている。電源は、上側（表側）の配線２２ａ、２２ｂ、２２ｃを介して、上側の電極２１ａに、交流電圧（具体的には矩形波電圧）を印加する。
The
入力側切替回路の一端は、電源に接続されている。入力側切替回路の他端は、三つの上側の配線２２ａ、２２ｂ、２２ｃに接続されている。入力側切替回路は、電源に対して、三つの上側の配線２２ａ、２２ｂ、２２ｃを、順番に切り替えて接続する。
One end of the input side switching circuit is connected to a power source. The other end of the input side switching circuit is connected to three
出力側切替回路の一端は、三つの下側（裏側）の配線２２ａ、２２ｂ、２２ｃに接続されている。出力側切替回路の他端は、静電容量検出部に接続されている。出力側切替回路は、静電容量検出部に対して、三つの下側の配線２２ａ、２２ｂ、２２ｃを、順番に切り替えて接続する。
One end of the output side switching circuit is connected to three lower (back side)
静電容量検出部は、三つのセンサ部（第一センサ部２ａ、２ｂ、第二センサ部２ｃ）のうち、任意のセンサ部（上側の電極２１ａに電圧が印加されており、かつ下側の電極２１ａが静電容量検出部に接続されているセンサ部）の静電容量を計測する。具体的には、静電容量検出部は、センサ部の充電電流を静電容量に変換している。そして、当該静電容量を計測している。充電電流は、本発明の「静電容量に関する電気量」の概念に含まれる。三つのセンサ部には、走査的に、順番に電圧が印加される。
The capacitance detection unit is configured such that a voltage is applied to an arbitrary sensor unit (upper electrode 21a) among the three sensor units (
［触覚センサの動き］
次に、本実施形態の触覚センサの動きについて説明する。図４に、荷重入力時にセンサ部から出力される電気量の時系列的変化の模式図を示す。なお、図４（Ｌ）においては、触覚センサ１の入力面３０に対して、右側から荷重（入力面３０の面方向の力、つまり剪断力）を入力している。図４（Ｒ）においては、触覚センサ１の入力面３０に対して、左側から荷重（入力面３０の面方向の力、つまり剪断力）を入力している。図４（Ｍ）においては、触覚センサ１の入力面３０に対して、上側から荷重（入力面３０の法線方向の力、つまり圧縮力）を入力している。すなわち、これらの荷重を、（Ｌ）→除荷→（Ｒ）→（Ｌ）→除荷→（Ｒ）→除荷→（Ｍ）→除荷→（Ｍ）のパターンで、触覚センサ１に入力している。
[Tactile sensor movement]
Next, the movement of the tactile sensor of this embodiment will be described. FIG. 4 shows a schematic diagram of a time-series change in the amount of electricity output from the sensor unit when a load is input. In FIG. 4L, a load (force in the surface direction of the
（右側から荷重が入力される場合）
図２、図４（Ｌ）に示すように、入力面３０に対して、右側から荷重が入力されると、無荷重状態（図４に一点鎖線で示す）に対して入力面３０が左側にずれるように、触覚センサ１が弾性変形する。このため、主に第一センサ部２ａが弾性的に圧縮変形する。すなわち、第一センサ部２ａには、図３に示す一対の電極２１ａ間の距離が小さくなるように（つまり式（１）の電極間距離ｄが小さくなるように）、荷重が加わる。したがって、図４（Ｌ）に示すように、第一センサ部２ａから出力される電気量（充電電流）が大きくなる。さらに、第二センサ部２ｃについては、荷重によって対向する電極の面積Ｓが小さくなるため、出力される電気量が小さくなる。
(When load is input from the right side)
As shown in FIGS. 2 and 4 (L), when a load is input from the right side to the
（左側から荷重が入力される場合）
図２、図４（Ｒ）に示すように、入力面３０に対して、左側から荷重が入力されると、無荷重状態に対して入力面３０が右側にずれるように、触覚センサ１が弾性変形する。このため、主に第一センサ部２ｂが弾性的に圧縮変形する。すなわち、第一センサ部２ｂには、一対の電極間の距離が小さくなるように、荷重が加わる。したがって、図４（Ｒ）に示すように、第一センサ部２ｂから出力される電気量が大きくなる。さらに、第二センサ部２ｃについては、荷重によって対向する電極の面積Ｓが小さくなるため、出力される電気量が小さくなる。
(When load is input from the left side)
As shown in FIGS. 2 and 4 (R), when a load is input from the left side to the
（上側から荷重が入力される場合）
図２、図４（Ｍ）に示すように、入力面３０に対して、上側から荷重が入力されると、無荷重状態に対して入力面３０が下側にずれるように、触覚センサ１が弾性変形する。このため、第一センサ部２ａ、２ｂ、第二センサ部２ｃが弾性的に圧縮変形する。すなわち、第一センサ部２ａ、２ｂ、第二センサ部２ｃには、各々、一対の電極間の距離が小さくなるように、荷重が加わる。したがって、図４（Ｍ）に示すように、第一センサ部２ａ、２ｂ、第二センサ部２ｃから出力される電気量が大きくなる。
(When load is input from above)
As shown in FIGS. 2 and 4M, when a load is input from the upper side to the
なお、荷重が右上側から加わる場合は、荷重は、右側からの剪断力と、上側からの圧縮力と、に分解可能である。この場合は、第一センサ部２ａ、第二センサ部２ｃから出力される電気量が大きくなる。図１に示す制御装置５は、双方の電気量の比により、荷重が加わる方向を判別することができる。同様に、荷重が左上側から加わる場合は、荷重は、左側からの剪断力と、上側からの圧縮力と、に分解可能である。この場合は、第一センサ部２ｂ、第二センサ部２ｃから出力される電気量が大きくなる。図１に示す制御装置５は、双方の電気量の比により、荷重が加わる方向を判別することができる。
When the load is applied from the upper right side, the load can be decomposed into a shearing force from the right side and a compressive force from the upper side. In this case, the amount of electricity output from the
このように、制御装置５は、第一センサ部２ａ、２ｂ、第二センサ部２ｃからの電気量を基に、荷重が加わる方向を判別することができる。
Thus, the
［作用効果］
次に、本実施形態の触覚センサの作用効果について説明する。本実施形態の触覚センサ１は、二つの第一センサ部２ａ、２ｂを備えている。図２に示すように、無荷重状態において、二つの第一センサ部２ａ、２ｂは、各々、入力面３０の面方向に対して交差する方向に延在している。また、二つの第一センサ部２ａ、２ｂ同士は、互いに交差する方向に延在している。このため、任意の方向から入力面３０に荷重Ｆが入力される場合、入力面３０（第二センサ部２ｃ）に対する荷重の入力角度δｃと、第一センサ部２ａに対する荷重の伝達角度δａと、第一センサ部２ｂに対する荷重の伝達角度δｂと、は互いに異なっている。したがって、入力面３０に荷重Ｆが入力される場合、二つの第一センサ部２ａ、２ｂに対して、各々、異なる伝達角度δａ、δｂから、荷重Ｆが伝達されることになる。よって、触覚センサ１は、二つの第一センサ部２ａ、２ｂから出力される電気量を基に、入力された荷重Ｆに、剪断力が含まれているか否かを、検出することができる。すなわち、剪断力を検出することができる。
[Function and effect]
Next, the effect of the tactile sensor of this embodiment will be described. The
また、本実施形態の触覚センサ１は、入力面３０と二つの第一センサ部２ａ、２ｂとの相対的な配置、および二つの第一センサ部２ａ、２ｂ同士の相対的な配置を利用して、剪断力を検出している。このため、第一センサ部２ａ、２ｂ自体の構造を、敢えて特殊化する必要がない。したがって、触覚センサ１は、構造が簡単である。
Further, the
また、図２に示すように、二つの第一センサ部２ａ、２ｂは、入力面３０の図心Ｇを通る法線Ｌに対して、互いに線対称に配置されている。このため、二つの第一センサ部２ａ、２ｂから出力される電気量を比較することにより、荷重Ｆが入力された方向を判別することができる。
As shown in FIG. 2, the two
すなわち、荷重Ｆを、剪断力と、圧縮力と、に分解して考える場合、図４（Ｌ）、（Ｒ）に示すように、二つの第一センサ部２ａ、２ｂから出力される電気量の差が大きいことから、剪断力が大きく、圧縮力が小さいことが判る。また、二つの第一センサ部２ａ、２ｂから出力される電気量の差が小さいことから、剪断力が小さく、圧縮力が大きいことが判る。また、第一センサ部２ａから出力される電気量と、第一センサ部２ｂから出力される電気量と、の大小関係から、荷重Ｆが加わる方向（図４の場合、左側または右側）が判る。
That is, when the load F is considered to be decomposed into a shearing force and a compressive force, as shown in FIGS. 4L and 4R, the amount of electricity output from the two
また、本実施形態の触覚センサ１は、第二センサ部２ｃを備えている。図２に示すように、第二センサ部２ｃは、圧縮力に対して、正対することになる。このため、図４（Ｍ）に示すように、第二センサ部２ｃを用いて、圧縮力を検出することができる。
Moreover, the
また、本実施形態の触覚センサ１のセンサ部（第一センサ部２ａ、２ｂ、第二センサ部２ｃ）は、全て静電容量型のセンサ部である。このため、静電容量の変化を基に、剪断力を検出することができる。
In addition, the sensor units (
また、図２に示すように、第一センサ部２ａ、２ｂは、表側基材３の第一伝達面３１ａ、３１ｂと、裏側基材４の第一支持面４１ａ、４１ｂと、の間に、介在している。このため、第一センサ部２ａ、２ｂの柔軟性が高い場合であっても、第一センサ部２ａ、２ｂを、各々、所定の交角θ１ａ、θ１ｂ、θ２で、配置することができる。
Further, as shown in FIG. 2, the
また、図２に示すように、第二センサ部２ｃは、表側基材３の第二伝達面３１ｃと、裏側基材４の第二支持面４１ｃと、の間に、介在している。このため、第二センサ部２ｃの柔軟性が高い場合であっても、第二センサ部２ｃを、入力面３０の面方向と平行に、配置することができる。
In addition, as shown in FIG. 2, the
また、図２に示すように、二つの第一センサ部２ａ、２ｂは、全体として、入力面３０の法線Ｌの方向（ただし、表側（上側）から裏側（下側）に向かう方向）に凹む凹状に配置されている。このため、二つの第一センサ部２ａ、２ｂ同士の交角θ２の設定の自由度が高くなる。
As shown in FIG. 2, the two
また、図２に示すように、第二センサ部２ｃは、二つの第一センサ部２ａ、２ｂの間に介在している。このため、一方の第一センサ部（例えば第一センサ部２ａ）の弾性変形が、他方の第一センサ部（例えば第一センサ部２ｂ）に、拘束されにくい。すなわち、二つの第一センサ部２ａ、２ｂが、各々、独立して変形しやすい。
Moreover, as shown in FIG. 2, the
また、本実施形態の触覚センサ１の表側基材３、裏側基材４は、いずれもウレタン発泡体製である。また、第一センサ部２ａ、２ｂ、第二センサ部２ｃの誘電層２０ａは、いずれもアクリルゴム製である。また、第一センサ部２ａ、２ｂ、第二センサ部２ｃの電極２１ａは、いずれもアクリルゴムと、導電性カーボンブラックと、を含んで形成されている。このため、触覚センサ１は、全体的に柔軟である。したがって、本実施形態の触覚センサ１は、人用あるいは動物用として用いるのに、特に適している。
Moreover, both the front
＜第二実施形態＞
本実施形態の触覚センサと、第一実施形態の触覚センサとの相違点は、第二センサ部が配置されていない点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図５に、本実施形態の触覚センサの上下方向（表裏方向）断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。
<Second embodiment>
The difference between the tactile sensor of the present embodiment and the tactile sensor of the first embodiment is that the second sensor unit is not arranged. Here, only differences will be described. FIG. 5 shows a cross-sectional view of the tactile sensor of this embodiment in the vertical direction (front and back direction). In addition, about the site | part corresponding to FIG. 2, it shows with the same code | symbol.
図５に示すように、触覚センサ１は、センサ部として、二つの第一センサ部２ａ、２ｂだけを備えている。すなわち、触覚センサ１には、図２に示す第二センサ部２ｃが配置されていない。
As shown in FIG. 5, the
本実施形態の触覚センサと、第一実施形態の触覚センサとは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態の触覚センサ１によると、第二センサ部が配置されていない分、構成が簡単である。また、本実施形態の触覚センサ１によると、二つの第一センサ部２ａ、２ｂの誘電層が共用化（一体化）されている。この点においても、構成が簡単である。
The tactile sensor according to the present embodiment and the tactile sensor according to the first embodiment have the same functions and effects with respect to parts having the same configuration. According to the
図４（Ｌ）、図４（Ｒ）に示すように、入力面３０に入力される荷重のうち、剪断力が大きい場合、二つの第一センサ部２ａ、２ｂから出力される電気量の差が大きくなる。図４（Ｍ）に示すように、入力面３０に入力される荷重のうち、圧縮力が大きい場合、二つの第一センサ部２ａ、２ｂから出力される電気量の差が小さくなる。このような電気量の変化から、制御装置は、荷重が入力される方向を、判別することができる。
As shown in FIG. 4 (L) and FIG. 4 (R), when the shearing force is large among the loads input to the
＜第三実施形態＞
本実施形態の触覚センサと、第一実施形態の触覚センサとの相違点は、上側から見て、八つの第一センサ部が、全体として、放射状に配置されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
<Third embodiment>
The difference between the tactile sensor of the present embodiment and the tactile sensor of the first embodiment is that the eight first sensor units are radially arranged as a whole when viewed from above. Here, only differences will be described.
図６に、本実施形態の触覚センサの透過上面図を示す。なお、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。図７に、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。 FIG. 6 shows a transparent top view of the tactile sensor of the present embodiment. In addition, about the site | part corresponding to FIG. 1, it shows with the same code | symbol. FIG. 7 shows a cross-sectional view in the VII-VII direction of FIG. In addition, about the site | part corresponding to FIG. 2, it shows with the same code | symbol.
図６、図７に示すように、本実施形態の触覚センサ１は、八つの第一センサ部２ｄと、第二センサ部２ｅと、表側基材３と、裏側基材４と、を備えている。表側基材３は、八つの第一伝達面３１ｄと、第二伝達面３１ｅと、を備えている。裏側基材４は、八つの第一支持面４１ｄと、第二支持面４１ｅと、を備えている。上側から見て、八つの第一センサ部２ｄは、全体として、放射状に配置されている。また、上側から見て、八つの第一センサ部２ｄは、全体として、環状に配置されている。また、上側から見て、八つの第一センサ部２ｄは、図心Ｇ（詳しくは、入力面３０のうち、下側（裏側）にセンサ部（八つの第一センサ部２ｄ、第二センサ部２ｅ）が配置されている部分の、図心）に対して、互いに点対称に配置されている。また、上側から見て、第二センサ部２ｅは、八つの第一センサ部２ｄの環の中央に配置されている。無荷重状態において、第一センサ部２ｄの延在方向と入力面３０の面方向とは、交差している。また、八つの第一センサ部２ｄの延在方向は、互いに交差している。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
本実施形態の触覚センサと、第一実施形態の触覚センサとは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態の触覚センサ１によると、触覚センサ１の上側から見て、八つの第一センサ部２ｄは、全体として、放射状に配置されている。このため、入力面３０の面方向のうち、あらゆる方向から入力される剪断力を、検出することができる。
The tactile sensor according to the present embodiment and the tactile sensor according to the first embodiment have the same functions and effects with respect to parts having the same configuration. According to the
本実施形態の触覚センサ１は、特に、上側から見て、第二センサ部２ｅを挟んで、二つの第一センサ部２ｄが一直線に並んでいる方向から入力される剪断力を検出しやすい。具体的には、前後方向（前側または後側）、左右方向（左側または右側）、左前右後方向（左前側または右後側）、右前左後方向（右前側または左後側）から入力される剪断力を検出しやすい。
In particular, the
＜第四実施形態＞
本実施形態の触覚センサと、第一実施形態の触覚センサとの相違点は、触覚センサが上下逆さまに配置されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
<Fourth embodiment>
The difference between the touch sensor of this embodiment and the touch sensor of the first embodiment is that the touch sensor is arranged upside down. Here, only differences will be described.
図８に、本実施形態の触覚センサの上下方向（表裏方向）断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。図８に示すように、裏側基材４は、上向きの凸部を有している。表側基材３は、下向きの凹部を有している。
FIG. 8 shows a cross-sectional view in the vertical direction (front and back direction) of the tactile sensor of this embodiment. In addition, about the site | part corresponding to FIG. 2, it shows with the same code | symbol. As shown in FIG. 8, the back
本実施形態の触覚センサと、第一実施形態の触覚センサとは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態の触覚センサ１によると、二つの第一センサ部２ａ、２ｂは、全体として、入力面３０の法線Ｌの方向（ただし、裏側（下側）から表側（上側）に向かう方向）に突出する凸状に配置されている。このため、二つの第一センサ部２ａ、２ｂ同士の交角θ２の設定の自由度が高くなる。
The tactile sensor according to the present embodiment and the tactile sensor according to the first embodiment have the same functions and effects with respect to parts having the same configuration. According to the
＜第五実施形態＞
本実施形態の触覚センサと、第一実施形態の触覚センサとの相違点は、触覚センサが多数のセンサセルを有している点である。また、触覚センサが、ロボットの腕部の表面に巻装されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
<Fifth embodiment>
The difference between the touch sensor of this embodiment and the touch sensor of the first embodiment is that the touch sensor has a large number of sensor cells. Moreover, the tactile sensor is wound around the surface of the arm portion of the robot. Here, only differences will be described.
図９に、本実施形態の触覚センサの透過周方向展開図を示す。図１０に、同触覚センサの径方向断面図を示す。図１１に、図１０の楕円ＸＩ内の拡大図を示す。なお、これらの図において、図１〜図３と対応する部位については、同じ符号で示す。また、図９、図１０に示す角度（０°、９０°、１８０°、２７０°）は、腕部９２の中心角である。
FIG. 9 shows a developed view in the transmission circumferential direction of the tactile sensor of the present embodiment. FIG. 10 is a radial sectional view of the tactile sensor. FIG. 11 shows an enlarged view in the ellipse XI of FIG. In these drawings, portions corresponding to those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals. Further, the angles (0 °, 90 °, 180 °, 270 °) shown in FIGS. 9 and 10 are the central angles of the
図９〜図１１に示すように、本実施形態の触覚センサ１は、ロボットの腕部９２に巻装されている。すなわち、触覚センサ１は、ロボットの人工皮膚として用いられている。触覚センサ１は、多数のセンサセル６を備えている。センサセル６は、周方向に３０°ずつ十二個、軸方向に六個並んでいる。
As shown in FIGS. 9 to 11, the
任意の単一のセンサセル６は、四つの第一センサ部２ｆと、第二センサ部２ｇと、表側基材３と、裏側基材４と、を備えている。表側基材３、裏側基材４は、全てのセンサセル６に共用されている。
The arbitrary
表側基材３のうち、単一のセンサセル６に対応する部分は、四つの第一伝達面３１ｆと、第二伝達面３１ｇと、を備えている。裏側基材４のうち、単一のセンサセル６に対応する部分は、四つの第一支持面４１ｆと、第二支持面４１ｇと、を備えている。
The part corresponding to the
図９に示すように、任意の単一のセンサセル６に着目すると、径方向外側（表側）から見て、四つの第一センサ部２ｆは、全体として、放射状に配置されている。また、径方向外側から見て、四つの第一センサ部２ｆは、全体として、環状に配置されている。また、上側から見て、四つの第一センサ部２ｆは、図心Ｇ（詳しくは、入力面３０のうち、単一のセンサセル６に対応する部分における、裏側（径方向内側）にセンサ部（四つの第一センサ部２ｆ、第二センサ部２ｇ）が配置されている部分の、図心）に対して、互いに点対称に配置されている。また、上側から見て、第二センサ部２ｇは、四つの第一センサ部２ｆの環の中央に配置されている。無荷重状態において、第一センサ部２ｆの延在方向と入力面３０の面方向とは、交差している。また、四つの第一センサ部２ｆの延在方向は、互いに交差している。
As shown in FIG. 9, when attention is paid to an arbitrary
本実施形態の触覚センサと、第一実施形態の触覚センサとは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態の触覚センサ１のセンサセル６によると、センサセル６の径方向外側から見て、四つの第一センサ部２ｆは、全体として、放射状に配置されている。このため、入力面３０の面方向のうち、あらゆる方向から入力される剪断力を、検出することができる。
The tactile sensor according to the present embodiment and the tactile sensor according to the first embodiment have the same functions and effects with respect to parts having the same configuration. According to the
本実施形態の触覚センサ１は、特に、径方向外側から見て、第二センサ部２ｇを挟んで、二つの第一センサ部２ｆが一直線に並んでいる方向から入力される剪断力を検出しやすい。具体的には、軸方向、周方向から入力される剪断力を検出しやすい。
In particular, the
また、本実施形態の触覚センサ１は、多数のセンサセル６を備えている。このため、腕部９２の全体に亘って、剪断力を検出することができる。例えば、ロボットが腕部９２を用いて人を抱き上げた際、腕部９２に対して人がずれると、任意のセンサセル６が剪断力を検出する。このため、本実施形態の触覚センサ１によると、腕部９２から人がずれ落ちるのを、いち早く検出することができる。したがって、ロボットは、人の脱落を未然に防止することができる。
Further, the
＜第六実施形態＞
本実施形態の触覚センサと、第五実施形態の触覚センサとの相違点は、センサセルが、特に、周方向から入力される剪断力を検出しやすいように配置されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。
<Sixth embodiment>
The difference between the tactile sensor of the present embodiment and the tactile sensor of the fifth embodiment is that the sensor cell is particularly arranged so as to easily detect a shearing force input from the circumferential direction. Here, only differences will be described.
図１２に、本実施形態の触覚センサの透過周方向展開図を示す。なお、図９と対応する部位については、同じ符号で示す。図１２に示すように、センサセル６は、軸方向に長い帯状を呈している。センサセル６は、周方向に３０°ずつ十二個並んでいる。任意の単一のセンサセル６は、二つの第一センサ部２ｆと、第二センサ部２ｇと、表側基材（図略）と、裏側基材（図略）と、を備えている。センサセル６は、第一実施形態の触覚センサ１（図１〜図３参照）と同様の構造を呈している。また、図１の左右方向と、図１２の周方向と、は対応している。並びに、図１の前後方向と、図１２の軸方向と、は対応している。
FIG. 12 shows a developed view in the transmission circumferential direction of the tactile sensor of the present embodiment. In addition, about the site | part corresponding to FIG. 9, it shows with the same code | symbol. As shown in FIG. 12, the
本実施形態の触覚センサと、第五実施形態の触覚センサとは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。また、腕部９２から人がずり落ちる際、腕部に対して周方向から剪断力が入力されやすい。この点、本実施形態の触覚センサ１によると、多数のセンサセル６が周方向に並んで配置されている。また、任意の単一のセンサセル６の二つの第一センサ部２ｆが、第二センサ部２ｇを挟んで、周方向に並んでいる。このため、特に、周方向から入力される剪断力を検出しやすい。したがって、本実施形態の触覚センサ１によると、腕部９２からの人の脱落を未然に防止しやすい。また、第五実施形態の触覚センサと比較して、本実施形態の触覚センサ１は、構造が簡単である。
The tactile sensor according to the present embodiment and the tactile sensor according to the fifth embodiment have the same functions and effects with respect to parts having the same configuration. Further, when a person slides down from the
＜その他＞
以上、本発明の触覚センサの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
<Others>
The embodiment of the tactile sensor of the present invention has been described above. However, the embodiment is not particularly limited to the above embodiment. Various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art are also possible.
図２、図８に示す交角θ１ａ、θ１ｂ、θ２は特に限定しない。交角θ１ａ、θ１ｂ、θ２は、各々、０でなければよい。また、交角θ１ａと、交角θ１ｂと、は一致していても、異なっていてもよい。また、図６、図７に示すように、第一センサ部２ｄのペア（具体的には、第二センサ部２ｅを挟んで、一直線に並んでいる二つの第一センサ部２ｄ）が複数ある場合、任意のペアの交角θ２（図２参照）と、他のペアの交角θ２と、は一致していても、異なっていてもよい。 The intersection angles θ1a, θ1b, and θ2 shown in FIGS. 2 and 8 are not particularly limited. The intersection angles θ1a, θ1b, and θ2 may not be 0. Further, the intersection angle θ1a and the intersection angle θ1b may be the same or different. Further, as shown in FIGS. 6 and 7, there are a plurality of pairs of first sensor portions 2d (specifically, two first sensor portions 2d arranged in a straight line with the second sensor portion 2e in between). In this case, the crossing angle θ2 of any pair (see FIG. 2) and the crossing angle θ2 of another pair may be the same or different.
また、第一伝達面３１ａ、３１ｂ、３１ｄ、３１ｆ、第一支持面４１ａ、４１ｂ、４１ｄ、４１ｆ、第二伝達面３１ｃ、３１ｅ、３１ｇ、第二支持面４１ｃ、４１ｅ、４１ｇは、平面状でも、曲面状であってもよい。言い換えると、第一センサ部２ａ、２ｂ、２ｄ、２ｆ、第二センサ部２ｃ、２ｅ、２ｇは、平らな膜状であっても、湾曲した膜状であってもよい。図９に示すセンサセル６の配置数は特に限定しない。また、単一のセンサセル６における第一センサ部２ｆ、第二センサ部２ｇの配置数は特に限定しない。
The
図２に示す表側基材３と裏側基材４とは一体物（共用基材）であってもよい。すなわち、共用基材にスリットを形成し、当該スリットに、第一センサ部２ａ、２ｂ、第二センサ部２ｃを挿入してもよい。
The front-
図３に示す電極２１ａから図１に示す制御装置５に入力される電気量は特に限定しない。電気抵抗、インピーダンス、位相、静電容量などであってもよい。図３に示す電極２１ａ、誘電層２０ａの形成方法は特に限定しない。例えば、成形、印刷（スクリーン印刷など）、塗布により、これらの部材を形成してもよい。
The amount of electricity input from the electrode 21a shown in FIG. 3 to the
センサ部（第一センサ部２ａ、２ｂ、２ｄ、２ｆ、第二センサ部２ｃ、２ｅ、２ｇ）の種類は、特に限定しない。例えば、圧電素子などであってもよい。センサ部と、基材（表側基材３、裏側基材４）と、は接合しても、接合しなくてもよい。
The kind of sensor part (
図３に示す誘電層２０ａの材質は特に限定しない。ゴムおよび熱可塑性エラストマーから適宜選択することができる。例えば、静電容量を大きくするという観点では、比誘電率が高いものが望ましい。この観点からは、常温における比誘電率が３以上、さらには５以上のものが望ましい。例えば、エステル基、カルボキシル基、水酸基、ハロゲン基、アミド基、スルホン基、ウレタン基、ニトリル基等の極性官能基を有するエラストマー、あるいは、これらの極性官能基を有する極性低分子量化合物を添加したエラストマーを採用すると好適である。エラストマーは架橋されていても、されていなくてもよい。また、エラストマーのヤング率を調整することにより、用途に応じて荷重の検出感度や検出レンジを調整すればよい。特に、接触対象物から入力される荷重が小さい場合は、エラストマーとして、発泡体（スポンジ）を用いると好適である。その理由は、発泡体はヤング率が小さいため、接触対象物から加わる荷重が小さい場合であっても、誘電層２０ａが充分に変形するからである。すなわち、確実に荷重を検出することができるからである。好適なエラストマー（エラストマーの発泡体を含む）としては、例えばシリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどが挙げられる。 The material of the dielectric layer 20a shown in FIG. 3 is not particularly limited. It can be appropriately selected from rubber and thermoplastic elastomer. For example, from the viewpoint of increasing the capacitance, one having a high relative dielectric constant is desirable. From this point of view, it is desirable that the relative dielectric constant at room temperature is 3 or more, more preferably 5 or more. For example, an elastomer having a polar functional group such as an ester group, a carboxyl group, a hydroxyl group, a halogen group, an amide group, a sulfone group, a urethane group, or a nitrile group, or an elastomer added with a polar low molecular weight compound having these polar functional groups Is preferably used. The elastomer may or may not be cross-linked. Moreover, what is necessary is just to adjust the load detection sensitivity and the detection range according to a use by adjusting the Young's modulus of an elastomer. In particular, when the load input from the contact object is small, it is preferable to use a foam (sponge) as the elastomer. The reason is that since the foam has a small Young's modulus, the dielectric layer 20a is sufficiently deformed even when the load applied from the contact object is small. That is, the load can be reliably detected. Examples of suitable elastomers (including elastomer foams) include silicone rubber, acrylonitrile-butadiene copolymer rubber, acrylic rubber, epichlorohydrin rubber, chlorosulfonated polyethylene, chlorinated polyethylene, and urethane rubber.
電極２１ａの材質は特に限定しない。電極２１ａは、アクリルゴム以外のエラストマーを含んでいてもよい。エラストマーとしては、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどが挙げられる。電極２１ａは、導電性カーボンブラック以外の導電性フィラーを含んでいてもよい。導電性フィラーとしては、カーボンナノチューブ、カーボンナノチューブの誘導体、グラファイト、導電性炭素繊維などが挙げられる。配線２２ａ〜２２ｃの材質は特に限定しない。例えば、カーボンペースト製としてもよい。また、上記電極２１ａ用の材料を用いて、配線２２ａ〜２２ｃを作製してもよい。 The material of the electrode 21a is not particularly limited. The electrode 21a may contain an elastomer other than acrylic rubber. Elastomers include silicone rubber, ethylene-propylene copolymer rubber, natural rubber, styrene-butadiene copolymer rubber, acrylonitrile-butadiene copolymer rubber, acrylic rubber, epichlorohydrin rubber, chlorosulfonated polyethylene, chlorinated polyethylene, urethane rubber. Etc. The electrode 21a may contain a conductive filler other than the conductive carbon black. Examples of the conductive filler include carbon nanotubes, carbon nanotube derivatives, graphite, and conductive carbon fibers. The material of the wirings 22a to 22c is not particularly limited. For example, it may be made of carbon paste. Moreover, you may produce wiring 22a-22c using the material for the said electrodes 21a.
上側の電極２１ａの上側、および下側の電極２１ａの下側に、各々絶縁層を配置してもよい。絶縁層は、例えば、エラストマー製としてもよい。エラストマーとしては、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴム、などが挙げられる。好ましくは、電極２１ａとの接着性に優れるエラストマーがよい。ウレタンゴム、アクリルゴム、ヒドリンゴムが好適である。 An insulating layer may be disposed on the upper side of the upper electrode 21a and on the lower side of the lower electrode 21a. The insulating layer may be made of an elastomer, for example. Examples of the elastomer include silicone rubber, ethylene-propylene copolymer rubber, natural rubber, styrene-butadiene copolymer rubber, acrylic rubber, epichlorohydrin rubber, chlorosulfonated polyethylene, chlorinated polyethylene, and urethane rubber. Preferably, an elastomer having excellent adhesiveness with the electrode 21a is preferable. Urethane rubber, acrylic rubber and hydrin rubber are preferred.
表側基材３、裏側基材４の材質は特に限定しない。ゴムおよび熱可塑性エラストマーから適宜選択することができる。好適なエラストマー（エラストマーの発泡体を含む）としては、例えばシリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどが挙げられる。第三実施形態のように、複数の第一センサ部２ｄ（図６参照）を、全体として、放射状に配置する場合、第一センサ部２ｄの配置数は特に限定しない。三つ以上であればよい。
The material of the front
本発明の触覚センサの用途は特に限定しない。例えば、ロボットの人工皮膚、医療用、介護用などのマットレス、車椅子のシートなどに用いることができる。特に、触覚センサが配置された器具に対する、人（接触対象物）のずれ（つまり剪断力）を検出するのに好適である。 The application of the tactile sensor of the present invention is not particularly limited. For example, it can be used for artificial skin of robots, mattresses for medical use, nursing care, etc., wheelchair seats, and the like. In particular, it is suitable for detecting a deviation (that is, a shearing force) of a person (contact object) with respect to an instrument in which a tactile sensor is arranged.
１：触覚センサ。
２ａ：第一センサ部、２０ａ：誘電層、２１ａ：電極、２２ａ：配線、２ｂ：第一センサ部、２２ｂ：配線、２ｃ：第二センサ部、２２ｃ：配線、２ｄ：第一センサ部、２ｅ：第二センサ部、２ｆ：第一センサ部、２ｇ：第二センサ部。
３：表側基材、３０：入力面、３１ａ：第一伝達面、３１ｂ：第一伝達面、３１ｃ：第二伝達面、３１ｄ：第一伝達面、３１ｅ：第二伝達面、３１ｆ：第一伝達面、３１ｇ：第二伝達面。
４：裏側基材、４１ａ：第一支持面、４１ｂ：第一支持面、４１ｃ：第二支持面、４１ｄ：第一支持面、４１ｅ：第二支持面、４１ｆ：第一支持面、４１ｇ：第二支持面。
５：制御装置。
６：センサセル。
９２：腕部。
Ｆ：荷重、Ｇ：図心、Ｌ：法線、δａ：伝達角度、δｂ：伝達角度、δｃ：入力角度、θ１ａ：交角、θ１ｂ：交角、θ２：交角。
1: Tactile sensor.
2a: first sensor unit, 20a: dielectric layer, 21a: electrode, 22a: wiring, 2b: first sensor unit, 22b: wiring, 2c: second sensor unit, 22c: wiring, 2d: first sensor unit, 2e : Second sensor unit, 2f: first sensor unit, 2g: second sensor unit.
3: front base material, 30: input surface, 31a: first transmission surface, 31b: first transmission surface, 31c: second transmission surface, 31d: first transmission surface, 31e: second transmission surface, 31f: first Transmission surface, 31 g: second transmission surface.
4: Back side base material, 41a: First support surface, 41b: First support surface, 41c: Second support surface, 41d: First support surface, 41e: Second support surface, 41f: First support surface, 41g: Second support surface.
5: Control device.
6: Sensor cell.
92: Arm part.
F: load, G: centroid, L: normal, δa: transmission angle, δb: transmission angle, δc: input angle, θ1a: intersection angle, θ1b: intersection angle, θ2: intersection angle.
Claims (7)
複数の前記センサ部のうち、少なくとも二つの該センサ部は、各々、第一センサ部であり、
複数の該第一センサ部は、各々、前記入力面に前記荷重が入力されていない無荷重状態において、該入力面の面方向に対して交差する方向に延在しており、
複数の該第一センサ部同士は、互いに交差する方向に延在していることを特徴とする触覚センサ。 A tactile sensor comprising: an input surface into which a load is input from a contact object; and a plurality of sensor units that output a predetermined amount of electricity by the load,
Among the plurality of sensor units, at least two of the sensor units are each a first sensor unit,
Each of the plurality of first sensor portions extends in a direction intersecting the surface direction of the input surface in a no-load state where the load is not input to the input surface.
The plurality of first sensor parts extend in directions intersecting each other.
該表側基材の裏側に配置され、各々該伝達面に対向して配置される複数の支持面を有し、該荷重により弾性変形可能な裏側基材と、
複数の前記センサ部に電気的に接続され、複数の該センサ部から伝送される前記電気量を基に、剪断力を判別可能な制御装置と、
を備え、
複数の該伝達面のうち、少なくとも二つの該伝達面は、各々、第一伝達面であり、
複数の該第一伝達面は、各々、前記無荷重状態において、該入力面の前記面方向に対して交差する方向に展開されており、
複数の該第一伝達面同士は、互いに交差する方向に展開されており、
複数の該支持面のうち、少なくとも二つの該支持面は、各々、該第一伝達面に対向して配置される第一支持面であり、
複数の該第一センサ部は、各々、該第一伝達面と該第一支持面との間に配置されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の触覚センサ。 A front-side base material having the input surface and a plurality of transmission surfaces arranged on the back side of the input surface, and elastically deformable by the load;
A back side substrate disposed on the back side of the front side base material, each having a plurality of support surfaces arranged to face the transmission surface, and elastically deformable by the load;
A control device that is electrically connected to the plurality of sensor units and is capable of determining a shearing force based on the amount of electricity transmitted from the plurality of sensor units;
With
At least two of the plurality of transmission surfaces are each a first transmission surface,
The plurality of first transmission surfaces are each deployed in a direction intersecting the surface direction of the input surface in the no-load state.
The plurality of first transmission surfaces are expanded in a direction intersecting each other,
Of the plurality of support surfaces, at least two of the support surfaces are each a first support surface disposed to face the first transmission surface,
4. The tactile sensor according to claim 1, wherein each of the plurality of first sensor portions is disposed between the first transmission surface and the first support surface. 5.
複数の前記支持面のうち、少なくとも一つの該支持面は、該第二伝達面に対向して配置される第二支持面であり、
複数の該第二センサ部は、各々、該第二伝達面と該第二支持面との間に配置されている請求項４に記載の触覚センサ。 Among the plurality of transmission surfaces, at least one of the transmission surfaces is a second transmission surface developed in a direction parallel to the surface direction of the input surface in the no-load state.
Among the plurality of support surfaces, at least one of the support surfaces is a second support surface disposed to face the second transmission surface,
The tactile sensor according to claim 4, wherein the plurality of second sensor portions are respectively disposed between the second transmission surface and the second support surface.
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