JP2017187399A - Tactile sensor and shearing force detection method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tactile sensor and a shearing force detection method capable of detecting a shearing force in a rotation axis direction.SOLUTION: The tactile sensor includes: a pair of force detection elements each of which is disposed, in a periphery of a predetermined area of a predetermined plane, at a position different from each other in a circumferential direction of the predetermined area; and a detect circuit that detects changes of state of the pair of force detection elements as an electric signal. The detect circuit is configured so as, when a shearing force is applied in a rotation direction of a vertical axis with respect to the predetermined plane in the predetermined area, to change the strength of the electric signal depending on the shearing force.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本件は、触覚センサおよびせん断力検出方法に関する。   The present case relates to a tactile sensor and a shearing force detection method.

ロボットの制御には、人間や周囲の物体を傷つけない様に、多くのセンサが必要とされている。その中で、物体との接触面に加わる圧力およびせん断力を検出する触覚センサが、重要となっている。例えば、ピエゾ抵抗素子を用いてせん断力を検出する触覚センサが開示されている(例えば、非特許文献1参照)。   Many sensors are required for controlling the robot so as not to damage humans and surrounding objects. Among them, a tactile sensor that detects pressure and shear force applied to a contact surface with an object is important. For example, a tactile sensor that detects a shear force using a piezoresistive element is disclosed (for example, see Non-Patent Document 1).

「ピエゾ抵抗型両持ち梁を用いた3軸触覚センサに関する研究」、立石科学技術振興財団、助成研究成果集(第22号)、2013“Research on 3-axis tactile sensor using piezoresistive doubly supported beam”, Tateishi Science and Technology Foundation, Grant-in-Aid for Scientific Research (No. 22), 2013

しかしながら、上記技術では、回転軸方向のせん断力を検出することができない。   However, the above technique cannot detect the shear force in the direction of the rotation axis.

1つの側面では、本発明は、回転軸方向のせん断力を検出することができる触覚センサおよびせん断力検出方法を提供することを目的とする。   In one aspect, an object of the present invention is to provide a tactile sensor and a shearing force detection method capable of detecting a shearing force in the rotation axis direction.

1つの態様では、触覚センサは、所定平面の所定領域の周辺において、当該所定領域の周方向の異なる位置に配置された1対の力検出素子と、前記1対の力検出素子の状態変化を電気信号として検出する検出回路と、を備え、前記検出回路は、前記所定領域において前記所定平面に対する垂直軸の回転方向にせん断力が印加される場合に、前記電気信号の強度を当該せん断力に応じて変化させるように構成されている。   In one aspect, the tactile sensor has a pair of force detection elements arranged at different positions in the circumferential direction of the predetermined area and a state change of the pair of force detection elements around the predetermined area of the predetermined plane. A detection circuit configured to detect an electrical signal, wherein the detection circuit converts the strength of the electrical signal to the shear force when a shear force is applied in a rotation direction of a vertical axis with respect to the predetermined plane in the predetermined region. It is comprised so that it may change according to it.

回転軸方向のせん断力を検出することができる。   A shearing force in the direction of the rotation axis can be detected.

(a)は実施例1に係るロボットシステムの全体構成を例示する図であり、(b)はせん断力を例示する図である。(A) is a figure which illustrates the whole structure of the robot system which concerns on Example 1, (b) is a figure which illustrates a shear force. (a)は触覚センサ素子の概略斜視図であり、(b)は触覚センサ素子の概略平面図であり、(c)は(b)の拡大図である。(A) is a schematic perspective view of a tactile sensor element, (b) is a schematic plan view of a tactile sensor element, (c) is an enlarged view of (b). (a)〜(c)は力検出素子の詳細について説明するための図である。(A)-(c) is a figure for demonstrating the detail of a force detection element. 図2(c)においてピエゾ抵抗素子を抜き出して描いた図である。It is the figure which extracted and drawn the piezoresistive element in FIG.2 (c). ピエゾ抵抗素子の検出結果を取得するためのホイートストンブリッジである。It is a Wheatstone bridge for acquiring a detection result of a piezoresistive element. 検出回路を例示する図である。It is a figure which illustrates a detection circuit. (a)および(b)は触覚センサ素子によるせん断力の検出について例示する図である。(A) And (b) is a figure illustrated about the detection of the shearing force by a tactile sensor element. (a)は実施例2に係る触覚センサ素子の概略斜視図であり、(b)は触覚センサ素子の概略平面図であり、(c)は(b)の拡大図である。(A) is a schematic perspective view of the tactile sensor element according to the second embodiment, (b) is a schematic plan view of the tactile sensor element, and (c) is an enlarged view of (b). LC回路を例示する図である。It is a figure which illustrates LC circuit. 図8(c)においてキャパシタを抜き出して描いた図である。It is the figure which extracted and drawn the capacitor in FIG.8 (c). 実施例2に係る検出回路を例示する図であるFIG. 6 is a diagram illustrating a detection circuit according to a second embodiment. (a)および(b)は触覚センサ素子によるせん断力の検出について例示する図である。(A) And (b) is a figure illustrated about the detection of the shearing force by a tactile sensor element. (a)は触覚センサ素子に対して外力が加わる場合のキャパシタの検出を例示する図であり、(b)は触覚センサ素子に対して回転力が加わる場合のキャパシタの検出を例示する図であり、(c)はキャパシタを例示する図であり、(d)および(e)は(c)のA−A線断面図である。(A) is a figure which illustrates detection of a capacitor when external force is applied to a tactile sensor element, (b) is a figure which illustrates detection of a capacitor when rotational force is applied to a tactile sensor element. (C) is a figure which illustrates a capacitor, (d) And (e) is the sectional view on the AA line of (c). (a)および(b)は変形例1について説明するための図である。(A) And (b) is a figure for demonstrating the modification 1. FIG. 変形例2にかかるロボットシステムについて例示する図である。It is a figure which illustrates about the robot system concerning the modification 2.

以下、図面を参照しつつ、実施例について説明する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

図1(a)は、実施例1に係るロボットシステム100の全体構成を例示する図である。図1(a)で例示するように、ロボットシステム100は、ロボットハンド10、触覚センサ素子20、検出回路30、制御部40などを備える。触覚センサ素子20および検出回路30が触覚センサとして機能する。   FIG. 1A is a diagram illustrating the overall configuration of the robot system 100 according to the first embodiment. As illustrated in FIG. 1A, the robot system 100 includes a robot hand 10, a tactile sensor element 20, a detection circuit 30, a control unit 40, and the like. The tactile sensor element 20 and the detection circuit 30 function as a tactile sensor.

ロボットハンド10は、把持部11によって対象物を把持し、離すことで、作業を行う。例えば、ロボットハンド10は、3軸方向への移動、水平旋回、垂直旋回などを行う。なお、図1(a)において、一例として、鉛直上方から見たロボットハンド10が描かれている。   The robot hand 10 performs an operation by holding the object with the holding unit 11 and releasing it. For example, the robot hand 10 performs movement in three axis directions, horizontal turning, vertical turning, and the like. In FIG. 1A, as an example, a robot hand 10 viewed from above is drawn.

触覚センサ素子20は、把持部11の対象物への接触面に配置されている。図1(b)で例示するように、触覚センサ素子20は、接触面21における接触力(Z軸方向の圧力)、X軸方向のせん断力、Y軸方向のせん断力、および回転軸方向のせん断力を検出する。回転軸方向のせん断力とは、Z軸を中心とする回転のせん断力である。ロボットハンド10が対象物を把持する際に、当該対象物の重心から外れた箇所を把持する場合には、回転軸方向のせん断力が働くことになる。したがって、回転軸方向のせん断力の検出が重要となる。検出回路30は、触覚センサ素子20の状態変化を電気信号として検出する回路である。検出回路30の検出結果は、制御部40に送信される。制御部40は、検出回路30の検出結果に基づいて、ロボットハンド10の動作を制御する。   The tactile sensor element 20 is disposed on the contact surface of the gripper 11 with the object. As illustrated in FIG. 1B, the tactile sensor element 20 includes a contact force (pressure in the Z-axis direction) on the contact surface 21, a shear force in the X-axis direction, a shear force in the Y-axis direction, and a rotation axis direction. Detect shear force. The shearing force in the direction of the rotational axis is a rotational shearing force about the Z axis. When the robot hand 10 grips an object, a shearing force in the direction of the rotation axis acts when the robot hand 10 grips a portion that is off the center of gravity of the object. Therefore, it is important to detect the shearing force in the rotation axis direction. The detection circuit 30 is a circuit that detects a change in the state of the tactile sensor element 20 as an electrical signal. The detection result of the detection circuit 30 is transmitted to the control unit 40. The control unit 40 controls the operation of the robot hand 10 based on the detection result of the detection circuit 30.

図2(a)は、触覚センサ素子20の概略斜視図である。図2(a)で例示するように、触覚センサ素子20の接触面21には、弾性体22が設けられていてもよい。図2(b)は、触覚センサ素子20の概略平面図である。図2(a)および図2(b)では、弾性体22を透過している。図2(c)は、図2(b)の拡大図である。   FIG. 2A is a schematic perspective view of the tactile sensor element 20. As illustrated in FIG. 2A, an elastic body 22 may be provided on the contact surface 21 of the tactile sensor element 20. FIG. 2B is a schematic plan view of the tactile sensor element 20. 2A and 2B, the elastic body 22 is transmitted. FIG.2 (c) is an enlarged view of FIG.2 (b).

図2(c)で例示するように、触覚センサ素子20の接触面21の中央部が対象物と接触する接触部23である。接触面21は、XY平面に相当する。接触面21において、接触部23を中心にして、複数種からなる1対の力検出素子が放射状に配置されている。   As illustrated in FIG. 2C, the center portion of the contact surface 21 of the tactile sensor element 20 is a contact portion 23 that comes into contact with an object. The contact surface 21 corresponds to the XY plane. On the contact surface 21, a plurality of types of force detection elements are arranged radially with the contact portion 23 as the center.

ここで、力検出素子の詳細について説明する。図3(a)で例示するように、力検出素子は、1対のピエゾ抵抗素子30a,30bを備える。ピエゾ抵抗素子30a,30bは、例えばY軸方向に長手方向を有する梁を備える。ピエゾ抵抗素子30aの梁には、例えばX軸マイナス側に弾性体31が配置され、X軸プラス側にピエゾ抵抗層32が配置されている。例えば、弾性体31は、シリコーン樹脂などである。ピエゾ抵抗層32は、例えば、Si単結晶に不純物をイオン注入、熱拡散などでドープしたものである。当該弾性体31とピエゾ抵抗層32とは接合されている。ピエゾ抵抗素子30bの梁には、X軸マイナス側にピエゾ抵抗層32が配置され、X軸プラス側に弾性体31が配置されている。当該ピエゾ抵抗層32と弾性体31とは接合されている。   Here, details of the force detection element will be described. As illustrated in FIG. 3A, the force detection element includes a pair of piezoresistive elements 30a and 30b. The piezoresistive elements 30a and 30b include beams having a longitudinal direction in the Y-axis direction, for example. In the beam of the piezoresistive element 30a, for example, an elastic body 31 is disposed on the X axis minus side, and a piezoresistive layer 32 is disposed on the X axis plus side. For example, the elastic body 31 is a silicone resin or the like. The piezoresistive layer 32 is formed, for example, by doping an impurity into a Si single crystal by ion implantation, thermal diffusion, or the like. The elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 are joined. In the beam of the piezoresistive element 30b, a piezoresistive layer 32 is arranged on the X axis minus side, and an elastic body 31 is arranged on the X axis plus side. The piezoresistive layer 32 and the elastic body 31 are joined.

力検出素子にX軸プラス方向の力が加わって梁に歪が生じる場合、図3(b)で例示するように、ピエゾ抵抗素子30aおよびピエゾ抵抗素子30bの梁は、湾曲してX軸プラス側に伸びるように撓む。この場合、ピエゾ抵抗素子30aにおいては、ピエゾ抵抗層32が引っ張られる。一方、ピエゾ抵抗素子30bにおいては、ピエゾ抵抗層32が圧縮する。このように、1対のピエゾ抵抗素子30a,30bにおいて、ピエゾ抵抗層32が、それぞれ引張力と圧縮力を受けることになる。すなわち、各ピエゾ抵抗層32の抵抗値が正負逆方向に増減する。この抵抗値変化を、図3(c)のようなブリッジ回路により計測することで、せん断力を検出することができる。   When a force in the X-axis plus direction is applied to the force detection element and the beam is distorted, as illustrated in FIG. 3B, the beams of the piezoresistive element 30a and the piezoresistive element 30b are curved and the X-axis plus Bends to extend sideways. In this case, the piezoresistive layer 32 is pulled in the piezoresistive element 30a. On the other hand, in the piezoresistive element 30b, the piezoresistive layer 32 is compressed. Thus, in the pair of piezoresistive elements 30a and 30b, the piezoresistive layer 32 receives a tensile force and a compressive force, respectively. That is, the resistance value of each piezoresistive layer 32 increases and decreases in the positive and negative directions. By measuring this change in resistance value with a bridge circuit as shown in FIG. 3C, the shearing force can be detected.

図4は、図2(c)において、ピエゾ抵抗素子を抜き出して描いた図である。各ピエゾ抵抗素子は、接触面21において、接触部23の周辺に、周方向の異なる位置に配置されている。図4で例示するように、接触面21において、Y軸方向に沿って、接触部23に対して点対称に、弾性体31およびピエゾ抵抗層32がなす梁が放射状に延びるように、X軸方向のせん断力を検出する1対のピエゾ抵抗素子30xa,30xbが配置されている。ピエゾ抵抗素子30xaはY軸プラス側に配置されており、ピエゾ抵抗素子30xbはY軸マイナス側に配置されている。   FIG. 4 is a diagram illustrating the piezoresistive element extracted from FIG. Each piezoresistive element is arranged on the contact surface 21 around the contact portion 23 at a different position in the circumferential direction. As illustrated in FIG. 4, on the contact surface 21, the X axis is set so that the beam formed by the elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 extends radially in a point symmetry with respect to the contact portion 23 along the Y axis direction. A pair of piezoresistive elements 30xa and 30xb for detecting the shear force in the direction are arranged. The piezoresistive element 30xa is arranged on the Y axis plus side, and the piezoresistive element 30xb is arranged on the Y axis minus side.

ピエゾ抵抗素子30xaにおいては、X軸マイナス側に弾性体31が配置され、X軸プラス側にピエゾ抵抗層32が配置されている。ピエゾ抵抗素子30xbにおいては、X軸プラス側に弾性体31が配置され、X軸マイナス側にピエゾ抵抗層32が配置されている。すなわち、同一の周方向において、1対のピエゾ抵抗素子30xa,30xbの弾性体31とピエゾ抵抗層32との配置側が同じとなっている。同一の周方向とは、右回りまたは左回りのいずれか一方に統一した場合の周方向のことを意味する。この1対のピエゾ抵抗素子30xa,30xbにおいては、X軸方向のせん断力が加わった場合に各ピエゾ抵抗層32がそれぞれ引張力と圧縮力を受けることから、X軸方向のせん断力を検出することができる。   In the piezoresistive element 30xa, the elastic body 31 is disposed on the X axis minus side, and the piezoresistive layer 32 is disposed on the X axis plus side. In the piezoresistive element 30xb, the elastic body 31 is disposed on the X axis plus side, and the piezoresistive layer 32 is disposed on the X axis minus side. That is, in the same circumferential direction, the arrangement side of the elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 of the pair of piezoresistive elements 30xa and 30xb is the same. The same circumferential direction means a circumferential direction when unified in either the clockwise direction or the counterclockwise direction. In the pair of piezoresistive elements 30xa and 30xb, when a shearing force in the X-axis direction is applied, each piezoresistive layer 32 receives a tensile force and a compressive force, so the shearing force in the X-axis direction is detected. be able to.

接触面21において、X軸方向に沿って、接触部23に対して点対称に、弾性体31およびピエゾ抵抗層32がなす梁が放射状に延びるように、Y軸方向のせん断力を検出する1対のピエゾ抵抗素子30ya,30ybが配置されている。ピエゾ抵抗素子30yaはX軸プラス側に配置されており、ピエゾ抵抗素子30ybはX軸マイナス側に配置されている。   On the contact surface 21, a shear force in the Y-axis direction is detected so that the beam formed by the elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 extends radially in a point-symmetric manner with respect to the contact portion 23 along the X-axis direction. A pair of piezoresistive elements 30ya and 30yb are arranged. The piezoresistive element 30ya is arranged on the X axis plus side, and the piezoresistive element 30yb is arranged on the X axis minus side.

ピエゾ抵抗素子30yaにおいては、Y軸プラス側に弾性体31が配置され、Y軸マイナス側にピエゾ抵抗層32が配置されている。ピエゾ抵抗素子30ybにおいては、Y軸マイナス側に弾性体31が配置され、Y軸プラス側にピエゾ抵抗層32が配置されている。すなわち、同一の周方向において、1対のピエゾ抵抗素子30ya,30ybの弾性体31とピエゾ抵抗層32との配置側が同じとなっている。この1対のピエゾ抵抗素子30ya,30ybにおいては、Y軸方向のせん断力が加わった場合に各ピエゾ抵抗層32がそれぞれ引張力と圧縮力を受けることから、Y軸方向のせん断力を検出することができる。   In the piezoresistive element 30ya, the elastic body 31 is disposed on the Y axis plus side, and the piezoresistive layer 32 is disposed on the Y axis minus side. In the piezoresistive element 30yb, the elastic body 31 is disposed on the Y axis minus side, and the piezoresistive layer 32 is disposed on the Y axis plus side. That is, in the same circumferential direction, the arrangement side of the elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 of the pair of piezoresistive elements 30ya and 30yb is the same. In the pair of piezoresistive elements 30ya and 30yb, each piezoresistive layer 32 receives a tensile force and a compressive force when a shearing force in the Y-axis direction is applied, so that the shearing force in the Y-axis direction is detected. be able to.

接触面21において、いずれかの箇所において、接触部23に対して点対称に、弾性体31およびピエゾ抵抗層32がなす梁が放射状に延びるように1対のピエゾ抵抗素子30za,30zbが配置されている。ピエゾ抵抗素子30zaにおいては、Z軸プラス側に弾性体31が配置され、Z軸マイナス側にピエゾ抵抗層32が配置されている。ピエゾ抵抗素子30zbにおいては、Z軸マイナス側に弾性体31が配置され、Z軸プラス側にピエゾ抵抗層32が配置されている。すなわち、Z軸方向において、1対のピエゾ抵抗素子30za,30zbの弾性体31とピエゾ抵抗層32との配置側が逆となっている。この1対のピエゾ抵抗素子30za,30zbにおいては、Z軸方向のせん断力が加わった場合に各ピエゾ抵抗層32がそれぞれ引張力と圧縮力を受けることから、Z軸方向のせん断力を検出することができる。   A pair of piezoresistive elements 30za and 30zb are arranged at any location on the contact surface 21 so that the beam formed by the elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 extends radially with respect to the contact portion 23. ing. In the piezoresistive element 30za, the elastic body 31 is disposed on the Z axis plus side, and the piezoresistive layer 32 is disposed on the Z axis minus side. In the piezoresistive element 30zb, the elastic body 31 is disposed on the Z axis minus side, and the piezoresistive layer 32 is disposed on the Z axis plus side. That is, in the Z-axis direction, the arrangement side of the elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 of the pair of piezoresistive elements 30za and 30zb is reversed. In this pair of piezoresistive elements 30za and 30zb, when a shear force in the Z-axis direction is applied, each piezoresistive layer 32 receives a tensile force and a compressive force, and thus the shear force in the Z-axis direction is detected. be able to.

接触面21において、いずれかの箇所において、接触部23に対して点対称に、弾性体31およびピエゾ抵抗層32がなす梁が放射状に延びるように1対のピエゾ抵抗素子30ra,30rbが配置されている。ピエゾ抵抗素子30ra,30rbのいずれにおいても、接触面21をピエゾ抵抗素子30ra,30rbを結ぶ線で分割した場合に同じ側に弾性体31が配置され、逆側にピエゾ抵抗層32が配置されている。すなわち、同一の周方向において、1対のピエゾ抵抗素子30ra,30rbの弾性体31とピエゾ抵抗層32との配置側が逆となっている。本実施例においては、一例として、ピエゾ抵抗素子30xaとピエゾ抵抗素子30ybとの間にピエゾ抵抗素子30raが配置され、ピエゾ抵抗素子30xbとピエゾ抵抗素子30yaとの間にピエゾ抵抗素子30rbが配置されている。ピエゾ抵抗素子30ra,30rbによるせん断力検出については後述する。   A pair of piezoresistive elements 30ra and 30rb are arranged at any location on the contact surface 21 so that the beam formed by the elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 extends radially with respect to the contact portion 23. ing. In any of the piezoresistive elements 30ra and 30rb, when the contact surface 21 is divided by a line connecting the piezoresistive elements 30ra and 30rb, the elastic body 31 is disposed on the same side, and the piezoresistive layer 32 is disposed on the opposite side. Yes. That is, in the same circumferential direction, the arrangement side of the elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 of the pair of piezoresistive elements 30ra and 30rb is reversed. In the present embodiment, as an example, the piezoresistive element 30ra is disposed between the piezoresistive element 30xa and the piezoresistive element 30yb, and the piezoresistive element 30rb is disposed between the piezoresistive element 30xb and the piezoresistive element 30ya. ing. The detection of shearing force by the piezoresistive elements 30ra and 30rb will be described later.

なお、図2(c)で例示するように、ピエゾ抵抗素子30xa,30xb,30ya,30yb,30za,30zb,30ra,30rbの接触部23側端は、基準電圧Vsに接続された基準電極24に接続されている。各ピエゾ抵抗素子の他端は、それぞれ個別の電極25に接続されている。   In addition, as illustrated in FIG. 2C, the contact portion 23 side end of the piezoresistive elements 30xa, 30xb, 30ya, 30yb, 30za, 30zb, 30ra, and 30rb is connected to the reference electrode 24 connected to the reference voltage Vs. It is connected. The other end of each piezoresistive element is connected to an individual electrode 25.

図5は、例えば、ピエゾ抵抗素子30xa,30xbの検出結果を取得するためのホイートストンブリッジである。当該ホイートストンブリッジは、検出回路30の一部である。図5で例示するように、基準電圧Vsは、ピエゾ抵抗素子30xaとピエゾ抵抗素子30xbとの間に印加される。また、ピエゾ抵抗素子30xa,30xbは、2つの固定抵抗Rとともにホイートストンブリッジを構成する。ピエゾ抵抗素子30xa,30xbの抵抗変化によって変化する電圧値を検出することで、せん断力を検出することができる。ピエゾ抵抗素子30ya,30yb,30za,30zb,30ra,30rbについても、同様のホイートストンブリッジを構成することで、各せん断力を検出することができる。   FIG. 5 shows, for example, a Wheatstone bridge for obtaining detection results of the piezoresistive elements 30xa and 30xb. The Wheatstone bridge is a part of the detection circuit 30. As illustrated in FIG. 5, the reference voltage Vs is applied between the piezoresistive element 30xa and the piezoresistive element 30xb. The piezoresistive elements 30xa and 30xb together with two fixed resistors R constitute a Wheatstone bridge. The shearing force can be detected by detecting the voltage value that changes due to the resistance change of the piezoresistive elements 30xa and 30xb. With respect to the piezoresistive elements 30ya, 30yb, 30za, 30zb, 30ra, and 30rb, each shear force can be detected by configuring a similar Wheatstone bridge.

図6は、検出回路30を例示する図である。検出回路30は、各せん断力を検出するためのブリッジ回路を備える。ピエゾ抵抗素子30xa,30xbと、ピエゾ抵抗素子30ya,30ybと、ピエゾ抵抗素子30za,30zbと、ピエゾ抵抗素子30ra,30rbとに対して、それぞれホイートストンブリッジが構成されている。可変抵抗Rp_x1がピエゾ抵抗素子30xaに対応し、可変抵抗Rp_x2がピエゾ抵抗素子30xbに対応する。可変抵抗Rp_y1がピエゾ抵抗素子30yaに対応し、可変抵抗Rp_y2がピエゾ抵抗素子30ybに対応する。可変抵抗Rp_z1がピエゾ抵抗素子30zaに対応し、可変抵抗Rp_z2がピエゾ抵抗素子30zbに対応する。可変抵抗Rp_r1がピエゾ抵抗素子30raに対応し、可変抵抗Rp_r2がピエゾ抵抗素子30rbに対応する。   FIG. 6 is a diagram illustrating the detection circuit 30. The detection circuit 30 includes a bridge circuit for detecting each shear force. A Wheatstone bridge is configured for each of the piezoresistive elements 30xa and 30xb, the piezoresistive elements 30ya and 30yb, the piezoresistive elements 30za and 30zb, and the piezoresistive elements 30ra and 30rb. The variable resistor Rp_x1 corresponds to the piezoresistive element 30xa, and the variable resistor Rp_x2 corresponds to the piezoresistive element 30xb. The variable resistor Rp_y1 corresponds to the piezoresistive element 30ya, and the variable resistor Rp_y2 corresponds to the piezoresistive element 30yb. The variable resistor Rp_z1 corresponds to the piezoresistive element 30za, and the variable resistor Rp_z2 corresponds to the piezoresistive element 30zb. The variable resistor Rp_r1 corresponds to the piezoresistive element 30ra, and the variable resistor Rp_r2 corresponds to the piezoresistive element 30rb.

ピエゾ抵抗素子30xa,30xbが構成するホイートストンブリッジのアンプのAmp_xの出力Vx_outが、X軸方向のせん断力に相当する値である。ピエゾ抵抗素子30ya,30ybが構成するホイートストンブリッジのアンプのAmp_yの出力Vy_outが、Y軸方向のせん断力に相当する値である。ピエゾ抵抗素子30za,30zbが構成するホイートストンブリッジのアンプのAmp_zの出力Vz_outが、Z軸方向のせん断力に相当する値である。ピエゾ抵抗素子30ra,30rbが構成するホイートストンブリッジのアンプのAmp_rの出力Vr_outが、Z軸回転方向のせん断力に相当する値である。   The Amp_x output Vx_out of the Wheatstone bridge amplifier formed by the piezoresistive elements 30xa and 30xb is a value corresponding to the shearing force in the X-axis direction. The Amp_y output Vy_out of the Wheatstone bridge amplifier formed by the piezoresistive elements 30ya and 30yb is a value corresponding to the shearing force in the Y-axis direction. The Amp_z output Vz_out of the Wheatstone bridge amplifier formed by the piezoresistive elements 30za and 30zb is a value corresponding to the shearing force in the Z-axis direction. The output Vr_out of Amp_r of the Wheatstone bridge amplifier formed by the piezoresistive elements 30ra and 30rb is a value corresponding to the shearing force in the Z-axis rotation direction.

図7(a)および図7(b)は、触覚センサ素子20によるせん断力の検出について例示する図である。図7(a)は、触覚センサ素子20に対して、X軸マイナス側かつY軸マイナス側からX軸プラス側かつY軸プラス側に外力Fが加わる場合を例示する図である。すなわち、外力Fには、X軸プラス側への外力成分Fxと、Y軸プラス側への外力成分Fyとが含まれる。   FIG. 7A and FIG. 7B are diagrams illustrating the detection of shear force by the tactile sensor element 20. FIG. 7A is a diagram illustrating a case where an external force F is applied to the tactile sensor element 20 from the X axis minus side and the Y axis minus side to the X axis plus side and the Y axis plus side. That is, the external force F includes an external force component Fx toward the X axis plus side and an external force component Fy toward the Y axis plus side.

図7(a)で例示するように、外力Fが触覚センサ素子20に加わる場合、ピエゾ抵抗素子30xa,30xbにおいては、外力成分Fxによって、ピエゾ抵抗層32がそれぞれ引張力と圧縮力を受ける。したがって、ピエゾ抵抗素子30xa,30xbは、X軸プラス側へのせん断力を検出する。また、ピエゾ抵抗素子30ya,30ybにおいては、外力成分Fyによって、ピエゾ抵抗層32がそれぞれ引張力と圧縮力を受ける。したがって、ピエゾ抵抗素子30ya,30ybは、Y軸プラス側へのせん断力を検出する。   As illustrated in FIG. 7A, when an external force F is applied to the tactile sensor element 20, in the piezoresistive elements 30xa and 30xb, the piezoresistive layer 32 receives a tensile force and a compressive force by the external force component Fx, respectively. Therefore, the piezoresistive elements 30xa and 30xb detect the shear force toward the X axis plus side. In the piezoresistive elements 30ya and 30yb, the piezoresistive layer 32 receives a tensile force and a compressive force by the external force component Fy, respectively. Therefore, the piezoresistive elements 30ya and 30yb detect the shearing force toward the Y axis plus side.

なお、ピエゾ抵抗素子30ra,30rbにおいては、両方のピエゾ抵抗層32が引張力を受けることになる。したがって、ピエゾ抵抗素子30ra,30rbは、せん断力を検出しない。   In the piezoresistive elements 30ra and 30rb, both piezoresistive layers 32 receive a tensile force. Therefore, the piezoresistive elements 30ra and 30rb do not detect a shear force.

図7(b)は、Z軸を中心として外力として回転力Rが加わる場合を例示する図である。一例として、接触面21に対する平面視において、時計回りの回転力Rが加わる場合について検討する。   FIG. 7B is a diagram illustrating a case where a rotational force R is applied as an external force around the Z axis. As an example, a case where a clockwise rotational force R is applied in a plan view with respect to the contact surface 21 will be considered.

図7(b)で例示するように、回転力Rが触覚センサ素子20に加わる場合、ピエゾ抵抗素子30xa,30xbにおいては、回転力Rによって、両方のピエゾ抵抗層32がそれぞれ引張力を受ける。したがって、ピエゾ抵抗素子30xa,30xbは、せん断力を検出しない。ピエゾ抵抗素子30ya,30ybにおいても、回転力Rによって、両方のピエゾ抵抗層32が引張力を受ける。したがって、ピエゾ抵抗素子30ya,30ybもせん断力を検出しない。   As illustrated in FIG. 7B, when the rotational force R is applied to the tactile sensor element 20, in the piezoresistive elements 30xa and 30xb, both the piezoresistive layers 32 are each subjected to a tensile force by the rotational force R. Therefore, the piezoresistive elements 30xa and 30xb do not detect a shear force. Also in the piezoresistive elements 30ya and 30yb, both piezoresistive layers 32 receive a tensile force due to the rotational force R. Therefore, the piezoresistive elements 30ya and 30yb also do not detect shear force.

これに対して、ピエゾ抵抗素子30ra,30rbにおいては、ピエゾ抵抗層32がそれぞれ引張力および圧縮力を受けることになる。したがって、ピエゾ抵抗素子30ra,30rbは、Z軸回転方向のせん断力を検出する。   On the other hand, in the piezoresistive elements 30ra and 30rb, the piezoresistive layer 32 receives a tensile force and a compressive force, respectively. Therefore, the piezoresistive elements 30ra and 30rb detect the shear force in the Z-axis rotation direction.

本実施例によれば、ピエゾ抵抗素子30ra,30rbが、接触面21の接触部23の周辺において、接触部23の周方向の異なる位置に配置されている。また、ピエゾ抵抗素子30ra,30rbの状態変化を電気信号として検出する検出回路30が備わっている。検出回路30は、接触部23において接触面21に対する垂直軸(Z軸)の回転方向にせん断力が印加される場合に、上記電気信号の強度を当該せん断力に応じて変化させるように構成されている。それにより、回転軸方向のせん断力を検出することができる。また、ピエゾ抵抗素子30ra,30rbの抵抗値変化を検出するため、温度変化や他軸との干渉をキャンセルすることが出来、安定した出力値を得ることができる。ピエゾ抵抗素子30xa,30xb,30ya,30yb,30za,30zbについても同様である。   According to the present embodiment, the piezoresistive elements 30 ra and 30 rb are arranged at different positions in the circumferential direction of the contact portion 23 around the contact portion 23 of the contact surface 21. In addition, a detection circuit 30 that detects a change in the state of the piezoresistive elements 30ra and 30rb as an electrical signal is provided. The detection circuit 30 is configured to change the intensity of the electric signal according to the shearing force when a shearing force is applied in the rotation direction of the vertical axis (Z axis) with respect to the contact surface 21 in the contact portion 23. ing. Thereby, the shear force in the direction of the rotation axis can be detected. In addition, since changes in the resistance values of the piezoresistive elements 30ra and 30rb are detected, temperature changes and interference with other axes can be canceled, and a stable output value can be obtained. The same applies to the piezoresistive elements 30xa, 30xb, 30ya, 30yb, 30za, and 30zb.

なお、本実施例においては、ピエゾ抵抗素子30ra,30rbは接触部23に対して点対称に配置されているが、それに限られない。ピエゾ抵抗素子30ra,30rbは、接触面21の接触部23の周辺において、接触部23の周方向の異なる位置に配置されていればよい。また、ピエゾ抵抗素子30xa,30xbは接触部23に対して点対称に配置されているが、それに限られない。ピエゾ抵抗素子30xa,30xbは、接触面21の接触部23を挟んでX軸と平行にならないように配置されていればよい。また、ピエゾ抵抗素子30ya,30ybは接触部23に対して点対称に配置されているがそれに限られない。ピエゾ抵抗素子30ya,30ybは、接触面21の接触部23を挟んでY軸と平行にならないように配置されていればよい。   In the present embodiment, the piezoresistive elements 30ra and 30rb are arranged point-symmetrically with respect to the contact portion 23, but are not limited thereto. The piezoresistive elements 30 ra and 30 rb need only be arranged at different positions in the circumferential direction of the contact portion 23 around the contact portion 23 of the contact surface 21. The piezoresistive elements 30xa and 30xb are arranged point-symmetrically with respect to the contact portion 23, but are not limited thereto. The piezoresistive elements 30xa and 30xb may be arranged so as not to be parallel to the X axis with the contact portion 23 of the contact surface 21 interposed therebetween. The piezoresistive elements 30ya and 30yb are arranged point-symmetrically with respect to the contact portion 23, but are not limited thereto. The piezoresistive elements 30ya and 30yb may be arranged so as not to be parallel to the Y axis with the contact portion 23 of the contact surface 21 interposed therebetween.

実施例1においては、ピエゾ抵抗素子を用いてせん断力を検出したが、それに限られない。外力が加わることによって容量値が変化するキャパシタを用いることで、せん断力を検出してもよい。実施例2においては、力検出素子としてキャパシタを用いる例について説明する。   In the first embodiment, the shear force is detected using a piezoresistive element, but the present invention is not limited to this. The shearing force may be detected by using a capacitor whose capacitance value changes when an external force is applied. In the second embodiment, an example in which a capacitor is used as a force detection element will be described.

図8(a)は、実施例2に係る触覚センサ素子20aの概略斜視図である。図8(a)で例示するように、触覚センサ素子20aの接触面21には、弾性体22が設けられている。図8(b)は、触覚センサ素子20aの概略平面図である。図8(a)および図8(b)では、弾性体22を透過している。図8(c)は、図8(b)の拡大図である。   FIG. 8A is a schematic perspective view of the tactile sensor element 20a according to the second embodiment. As illustrated in FIG. 8A, an elastic body 22 is provided on the contact surface 21 of the touch sensor element 20a. FIG. 8B is a schematic plan view of the tactile sensor element 20a. 8A and 8B, the elastic body 22 is transmitted. FIG. 8C is an enlarged view of FIG.

図8(c)で例示するように、触覚センサ素子20aの接触面21の中央部が対象物と接触する接触部23である。接触面21は、XY平面に相当する。接触面21において、接触部23を中心にして、複数種からなる1対の力検出素子が放射状に配置されている。   As illustrated in FIG. 8C, the central portion of the contact surface 21 of the tactile sensor element 20a is the contact portion 23 that contacts the object. The contact surface 21 corresponds to the XY plane. On the contact surface 21, a plurality of types of force detection elements are arranged radially with the contact portion 23 as the center.

ここで、力検出素子の詳細について説明する。図9で例示するように、力検出素子は、1対のキャパシタ40a,40bを備える。キャパシタ40a,40bは、それぞれ、電極41と電極42とが離間して対向している。それにより、キャパシタ40a,40bは、電気容量を有している。電極41と電極42とが近づくと、電気容量が大きくなる。一方、電極41と電極42とが離れると、電気容量が小さくなる。せん断力によって電極41と電極42との距離が変化することで得られる電気容量を検出することで、当該せん断力の大きさを検出することができる。   Here, details of the force detection element will be described. As illustrated in FIG. 9, the force detection element includes a pair of capacitors 40a and 40b. In the capacitors 40a and 40b, the electrode 41 and the electrode 42 are spaced apart from each other. Thereby, the capacitors 40a and 40b have electric capacity. As the electrode 41 and the electrode 42 approach each other, the electric capacity increases. On the other hand, when the electrode 41 and the electrode 42 are separated from each other, the electric capacity is reduced. By detecting the electric capacitance obtained by changing the distance between the electrode 41 and the electrode 42 by the shearing force, the magnitude of the shearing force can be detected.

例えば、図9で例示するLC回路において、発振・周波数検出回路の出力を検出することで、キャパシタ40a,40bの合計の電気容量Cを検出することができる。   For example, in the LC circuit illustrated in FIG. 9, the total electric capacity C of the capacitors 40a and 40b can be detected by detecting the output of the oscillation / frequency detection circuit.

図10は、図8(c)において、キャパシタを抜き出して描いた図である。図10で例示するように、接触面21において、Y軸方向に沿って、接触部23に対して点対称に、放射状に延びるように1対のキャパシタ40xa,40xbが配置されている。キャパシタ40xaがY軸プラス側に配置され、キャパシタ40xbがY軸マイナス側に配置されている。   FIG. 10 is a diagram illustrating the capacitor extracted from FIG. As illustrated in FIG. 10, on the contact surface 21, a pair of capacitors 40 xa and 40 xb are arranged so as to extend radially in a point symmetry with respect to the contact portion 23 along the Y-axis direction. The capacitor 40xa is disposed on the Y axis plus side, and the capacitor 40xb is disposed on the Y axis minus side.

キャパシタ40xa,40xbにおいては、X軸プラス側の電極41が固定され、X軸マイナス側の電極42がY軸方向に湾曲可能に配置されている。すなわち、同一の周方向に対して、キャパシタ40xa,xbは、電極41と電極42との配置側が逆となっている。この1対のキャパシタ40xa,40xbにおいては、X軸プラス方向のせん断力が加わった場合に電極42が電極41側に近づくことから、キャパシタ40xa,40xbの電気容量が大きくなる。一方、X軸マイナス方向のせん断力が加わった場合に電極42が電極41から離れることから、キャパシタ40xa,40xbの電気容量が小さくなる。すなわち、X軸方向のせん断力を検出することができる。   In the capacitors 40xa and 40xb, the X-axis plus side electrode 41 is fixed, and the X-axis minus side electrode 42 is arranged so as to be bent in the Y-axis direction. That is, with respect to the same circumferential direction, the capacitors 40xa and xb have the arrangement side of the electrode 41 and the electrode 42 reversed. In the pair of capacitors 40xa and 40xb, when the shearing force in the X-axis plus direction is applied, the electrode 42 approaches the electrode 41 side, so that the electric capacities of the capacitors 40xa and 40xb increase. On the other hand, since the electrode 42 is separated from the electrode 41 when a shearing force in the X-axis minus direction is applied, the electric capacities of the capacitors 40xa and 40xb are reduced. That is, the shear force in the X-axis direction can be detected.

接触面21において、X軸方向に沿って、接触部23に対して点対称に、放射状に延びるように1対のキャパシタ40ya,40ybが配置されている。キャパシタ40ya,40ybにおいては、Y軸プラス側の電極41が固定され、Y軸マイナス側の電極42がY軸方向において湾曲可能に配置されている。すなわち、同一の周方向に対して、キャパシタ40ya,ybは、電極41と電極42との配置側が逆となっている。この1対のキャパシタ40ya,40ybにおいては、Y軸プラス方向のせん断力が加わった場合に電極42が電極41側に近づくことから、キャパシタ40ya,40ybの電気容量が大きくなる。一方、Y軸マイナス方向のせん断力が加わった場合に電極42が電極41から離れることから、キャパシタ40ya,40ybの電気容量が小さくなる。すなわち、Y軸方向のせん断力を検出することができる。   On the contact surface 21, a pair of capacitors 40 ya and 40 yb are arranged so as to extend radially in a point-symmetric manner with respect to the contact portion 23 along the X-axis direction. In the capacitors 40ya and 40yb, the Y-axis plus side electrode 41 is fixed, and the Y-axis minus side electrode 42 is arranged to be bendable in the Y-axis direction. That is, with respect to the same circumferential direction, the capacitors 40ya and yb have the arrangement side of the electrode 41 and the electrode 42 reversed. In this pair of capacitors 40ya and 40yb, when a shearing force in the Y-axis plus direction is applied, the electrode 42 approaches the electrode 41 side, so that the electric capacities of the capacitors 40ya and 40yb increase. On the other hand, since the electrode 42 is separated from the electrode 41 when a shearing force in the negative Y-axis direction is applied, the electric capacities of the capacitors 40ya and 40yb are reduced. That is, the shear force in the Y-axis direction can be detected.

接触面21において、いずれかの箇所において、接触部23に対して点対称に、放射状に延びるように1対のキャパシタ40za,40zbが配置されている。キャパシタ40za,40zbにおいては、電極41,42が固定され、電極41と電極42との間に配置された電極43がZ軸方向に湾曲可能に配置されている。すなわち、Z軸に対して、キャパシタ40za,40zbは、第1電極と第2電極との配置側が同じとなっている。この1対のキャパシタ40za,40zbにおいては、Z軸マイナス方向にせん断力が加わった場合に、電極43がZ軸マイナス方向に湾曲することで、電極41と電極43との対向面積および電極42と電極43との対向面積が減少する。それにより、キャパシタ40za,40zbの電気容量が小さくなる。すなわち、Z軸方向のせん断力を検出することができる。   A pair of capacitors 40za and 40zb are arranged at any location on the contact surface 21 so as to extend radially in a point-symmetric manner with respect to the contact portion 23. In the capacitors 40za and 40zb, the electrodes 41 and 42 are fixed, and the electrode 43 disposed between the electrodes 41 and 42 is disposed so as to be bent in the Z-axis direction. That is, with respect to the Z axis, the capacitors 40za and 40zb have the same arrangement side of the first electrode and the second electrode. In the pair of capacitors 40za and 40zb, when a shearing force is applied in the Z-axis minus direction, the electrode 43 is bent in the Z-axis minus direction, so that the opposing area between the electrode 41 and the electrode 43 and the electrode 42 The area facing the electrode 43 is reduced. Thereby, the electric capacities of the capacitors 40za and 40zb are reduced. That is, the shear force in the Z-axis direction can be detected.

接触面21において、いずれかの箇所において、接触部23に対して点対称に、放射状に延びるように1対のキャパシタ40ra,40rbが配置されている。キャパシタ40raにおいては、接触面21をキャパシタ40ra,40rbを結ぶ線で分割した場合に一方側に電極41が固定され、他方側に電極42が湾曲可能に配置されている。キャパシタ40rbにおいては、当該他方側に電極41が固定され、他方側に電極42が湾曲可能に配置されている。すなわち、同一の周方向に対して、キャパシタ40ra,40rbは、電極41と電極42との配置側が同じとなっている。本実施例においては、一例として、キャパシタ40xaとキャパシタ40ybとの間にキャパシタ40raが配置され、キャパシタ40xbとキャパシタ40yaとの間にキャパシタ40rbが配置されている。キャパシタ40ra,40rbのせん断力検出については後述する。   A pair of capacitors 40ra and 40rb is arranged at any location on the contact surface 21 so as to extend radially in a point-symmetric manner with respect to the contact portion 23. In the capacitor 40ra, when the contact surface 21 is divided by a line connecting the capacitors 40ra and 40rb, the electrode 41 is fixed on one side, and the electrode 42 is arranged on the other side so as to bend. In the capacitor 40rb, the electrode 41 is fixed on the other side, and the electrode 42 is arranged on the other side so as to bend. That is, in the same circumferential direction, the capacitors 40ra and 40rb have the same arrangement side of the electrode 41 and the electrode 42. In the present embodiment, as an example, the capacitor 40ra is disposed between the capacitor 40xa and the capacitor 40yb, and the capacitor 40rb is disposed between the capacitor 40xb and the capacitor 40ya. The detection of the shearing force of the capacitors 40ra and 40rb will be described later.

図11は、本実施例に係る検出回路30を例示する図である。図11で例示するように、検出回路30は、各せん断力を検出するためのLC回路を備える。キャパシタ40xa,40xbと、キャパシタ40ya,40ybと、キャパシタ40za,40zbと、キャパシタ40ra,40rbとに対して、それぞれLC回路が構成されている。可変容量Cx1がキャパシタ40xaの電気容量に対応し、可変容量Cx2がキャパシタ40xbの電気容量に対応する。可変容量Cy1がキャパシタ40yaの電気容量に対応し、可変容量Cy2がキャパシタ40ybの電気容量に対応する。可変容量抵抗Cr1がキャパシタ40raの電気容量に対応し、可変容量Cr2がキャパシタ40rbの電気容量に対応する。可変容量Cz1aがキャパシタ40zaの電極41と電極43との間の電気容量に対応する。可変容量Cz1bがキャパシタ40zaの電極42と電極43との間の電気容量に対応する。可変容量Cz2aがキャパシタ40zbの電極41と電極43との間の電気容量に対応する。可変容量Cz2bがキャパシタ40zbの電極42と電極43との間の電気容量に対応する。   FIG. 11 is a diagram illustrating the detection circuit 30 according to the present embodiment. As illustrated in FIG. 11, the detection circuit 30 includes an LC circuit for detecting each shear force. LC circuits are respectively configured for the capacitors 40xa and 40xb, the capacitors 40ya and 40yb, the capacitors 40za and 40zb, and the capacitors 40ra and 40rb. The variable capacitance Cx1 corresponds to the electric capacitance of the capacitor 40xa, and the variable capacitance Cx2 corresponds to the electric capacitance of the capacitor 40xb. The variable capacitor Cy1 corresponds to the electric capacity of the capacitor 40ya, and the variable capacity Cy2 corresponds to the electric capacity of the capacitor 40yb. The variable capacitance resistor Cr1 corresponds to the electric capacitance of the capacitor 40ra, and the variable capacitance Cr2 corresponds to the electric capacitance of the capacitor 40rb. The variable capacitor Cz1a corresponds to the electric capacity between the electrode 41 and the electrode 43 of the capacitor 40za. The variable capacitor Cz1b corresponds to the electric capacity between the electrode 42 and the electrode 43 of the capacitor 40za. The variable capacitor Cz2a corresponds to the electric capacity between the electrode 41 and the electrode 43 of the capacitor 40zb. The variable capacitor Cz2b corresponds to the electric capacity between the electrode 42 and the electrode 43 of the capacitor 40zb.

キャパシタ40xa,40xbのLC回路の発振・周波数検出回路の出力Vx_outが、X軸方向のせん断力に対応する値である。キャパシタ40ya,40ybのLC回路の発振・周波数検出回路の出力Vy_outが、Y軸方向のせん断力に対応する値である。キャパシタ40za,40zbのLC回路の発振・周波数検出回路の出力Vz_outが、Z軸方向のせん断力に対応する値である。キャパシタ40ra,40rbのLC回路の発振・周波数検出回路の出力Vr_outが、Z軸回転方向のせん断力に対応する値である。   The output Vx_out of the oscillation / frequency detection circuit of the LC circuit of the capacitors 40xa and 40xb is a value corresponding to the shearing force in the X-axis direction. The output Vy_out of the oscillation / frequency detection circuit of the LC circuit of the capacitors 40ya and 40yb is a value corresponding to the shearing force in the Y-axis direction. The output Vz_out of the oscillation / frequency detection circuit of the LC circuit of the capacitors 40za and 40zb is a value corresponding to the shearing force in the Z-axis direction. The output Vr_out of the oscillation / frequency detection circuit of the LC circuit of the capacitors 40ra and 40rb is a value corresponding to the shearing force in the Z-axis rotation direction.

図12(a)および図12(b)は、触覚センサ素子20aによるせん断力の検出について例示する図である。図12(a)は、触覚センサ素子20aに対して、X軸マイナス側かつY軸マイナス側からX軸プラス側かつY軸プラス側に外力Fが加わる場合を例示する図である。すなわち、外力Fには、X軸プラス側への外力成分Fxと、Y軸プラス側への外力成分Fyとが含まれる。   FIGS. 12A and 12B are diagrams illustrating the detection of shear force by the tactile sensor element 20a. FIG. 12A is a diagram illustrating a case where an external force F is applied to the tactile sensor element 20a from the X axis minus side and the Y axis minus side to the X axis plus side and the Y axis plus side. That is, the external force F includes an external force component Fx toward the X axis plus side and an external force component Fy toward the Y axis plus side.

図12(a)で例示するように、外力Fが触覚センサ素子20aに加わる場合、キャパシタ40xaにおいては電極42が電極41側に湾曲することによって、電気容量Cx1が大きくなる(Cx1+ΔCx1)。キャパシタ40xbにおいても電極42が電極41側に湾曲することによって、電気容量Cx2が大きくなる(Cx2+ΔCx2)。ΔCx1+ΔCx2は大きい値となるため、キャパシタ40xa,40xbは、X軸プラス側へのせん断力を検出する。   As illustrated in FIG. 12A, when the external force F is applied to the tactile sensor element 20a, the electrode 42 is curved toward the electrode 41 in the capacitor 40xa, so that the capacitance Cx1 increases (Cx1 + ΔCx1). Also in the capacitor 40xb, the electrode 42 is bent toward the electrode 41, so that the capacitance Cx2 is increased (Cx2 + ΔCx2). Since ΔCx1 + ΔCx2 is a large value, the capacitors 40xa and 40xb detect the shearing force to the X axis plus side.

キャパシタ40yaにおいては電極42が電極41側に湾曲することによって、電気容量Cy1が大きくなる(Cy1+ΔCy1)。キャパシタ40ybにおいても電極42が電極41側に湾曲することによって、電気容量Cy2が大きくなる(Cy2+ΔCy2)。ΔCy1+ΔCy2は大きい値となるため、キャパシタ40ya,40ybは、Y軸プラス側へのせん断力を検出する。   In the capacitor 40ya, the electrode 42 is curved toward the electrode 41, so that the capacitance Cy1 increases (Cy1 + ΔCy1). Also in the capacitor 40yb, the electrode 42 is bent toward the electrode 41, so that the capacitance Cy2 increases (Cy2 + ΔCy2). Since ΔCy1 + ΔCy2 is a large value, the capacitors 40ya and 40yb detect the shearing force to the Y axis plus side.

なお、キャパシタ40raにおいては、電極42が電極41側に湾曲することによって、電気容量Cr1が大きくなる(Cr1+ΔCr1)。一方、キャパシタ40rbにおいては、電極42が電極41と反対側に湾曲することによって、電気容量Cr2が小さくなる(Cr2−ΔCr2)。ΔCr1とΔCr2とは略同一であるため、キャパシタ40ra,40rbは、せん断力を検出しない。   In the capacitor 40ra, the electric capacity Cr1 is increased (Cr1 + ΔCr1) by bending the electrode 42 toward the electrode 41. On the other hand, in the capacitor 40rb, the electric capacity Cr2 becomes small (Cr2-ΔCr2) when the electrode 42 is bent to the opposite side to the electrode 41. Since ΔCr1 and ΔCr2 are substantially the same, the capacitors 40ra and 40rb do not detect the shearing force.

図12(b)は、Z軸を中心として外力として回転力Rが加わる場合を例示する図である。一例として、接触面21に対する平面視において、時計回りの回転力が加わる場合について検討する。   FIG. 12B is a diagram illustrating a case where a rotational force R is applied as an external force around the Z axis. As an example, consider a case where a clockwise rotational force is applied in a plan view with respect to the contact surface 21.

図12(b)で例示するように、回転力Rが触覚センサ素子20aに加わる場合、キャパシタ40xaにおいては、回転力Rによって電極42が電極41側に湾曲する。それにより、電気容量Cx1が大きくなる(Cx1+ΔCx1)。キャパシタ40xbにおいては、回転力Rによって電極42が電極41と反対側に湾曲する。それにより、電気容量Cx2が小さくなる(Cx2−ΔCx2)。ΔCx1とΔCx2とは略同一であるため、キャパシタ40xa,40xbは、せん断力を検出しない。   As illustrated in FIG. 12B, when the rotational force R is applied to the tactile sensor element 20a, in the capacitor 40xa, the electrode 42 is bent toward the electrode 41 by the rotational force R. As a result, the electric capacity Cx1 increases (Cx1 + ΔCx1). In the capacitor 40xb, the electrode 42 is bent to the side opposite to the electrode 41 by the rotational force R. As a result, the electric capacity Cx2 is reduced (Cx2-ΔCx2). Since ΔCx1 and ΔCx2 are substantially the same, the capacitors 40xa and 40xb do not detect the shear force.

キャパシタ40yaにおいては、回転力Rによって電極42が電極41と反対側に湾曲する。それにより、電気容量Cy1が小さくなる(Cy1−ΔCy1)。キャパシタ40ybにおいては、回転力Rによって電極42が電極41側に湾曲する。それにより、電気容量Cy2が大きくなる(Cy2+ΔCy2)。ΔCy1とΔCy2とは略同一であるため、キャパシタ40ya,40ybは、せん断力を検出しない。   In the capacitor 40ya, the electrode 42 is bent to the opposite side to the electrode 41 by the rotational force R. As a result, the electric capacity Cy1 is reduced (Cy1-ΔCy1). In the capacitor 40yb, the electrode 42 is bent toward the electrode 41 by the rotational force R. As a result, the electric capacity Cy2 increases (Cy2 + ΔCy2). Since ΔCy1 and ΔCy2 are substantially the same, the capacitors 40ya and 40yb do not detect the shearing force.

キャパシタ40raにおいては、回転力Rによって電極42が電極41側に湾曲する。それにより、電気容量Cr1が大きくなる(Cr1+ΔCr1)。キャパシタ40rbにおいては、回転力Rによって電極42が電極41側に湾曲する。それにより、電気容量Cr2も大きくなる(Cr2+ΔCr2)。ΔCr1+ΔCr2は大きい値となるため、キャパシタ40ra,40rbはせん断力を検出する。   In the capacitor 40ra, the electrode 42 is bent toward the electrode 41 by the rotational force R. Thereby, the electric capacity Cr1 increases (Cr1 + ΔCr1). In capacitor 40rb, electrode 42 is bent toward electrode 41 by rotational force R. Thereby, the electric capacity Cr2 also increases (Cr2 + ΔCr2). Since ΔCr1 + ΔCr2 has a large value, the capacitors 40ra and 40rb detect the shearing force.

図13(a)は、触覚センサ素子20aに対して外力Fが加わる場合のキャパシタ40za,40zbの検出を例示する図である。図13(a)においては、外力Fは、X軸マイナス側かつY軸プラス側からX軸プラス側かつY軸マイナス側への力である。   FIG. 13A is a diagram illustrating detection of the capacitors 40za and 40zb when an external force F is applied to the tactile sensor element 20a. In FIG. 13A, the external force F is a force from the X axis minus side and the Y axis plus side to the X axis plus side and the Y axis minus side.

図13(a)で例示するように、外力Fが触覚センサ素子20aに加わる場合、キャパシタ40zaにおいては、電極43が電極42側に湾曲することから、電極41と電極42との間の電気容量Cz1aは小さくなり(Cz1a−ΔCz1a)、電極42と電極43との間の電気容量Cz1bは大きくなる(Cz1b+ΔCz1b)。キャパシタ40zbにおいては、電極43が電極41側に湾曲することから、電極41と電極43との間の電気容量Cz2aが大きくなり(Cz2a+ΔCz2a)、電極42と電極43との間の電気容量Cz2bは小さくなる(Cz2b−ΔCz2b)。ΔCz1aとΔCz1bとΔCz1aとΔCz1bとは略同一であるため、キャパシタ40za,40zbはせん断力を検出しない。   As illustrated in FIG. 13A, when the external force F is applied to the tactile sensor element 20a, in the capacitor 40za, the electrode 43 is curved toward the electrode 42, so that the electric capacity between the electrode 41 and the electrode 42 is increased. Cz1a decreases (Cz1a−ΔCz1a), and the capacitance Cz1b between the electrode 42 and the electrode 43 increases (Cz1b + ΔCz1b). In the capacitor 40zb, since the electrode 43 is curved toward the electrode 41, the electric capacity Cz2a between the electrode 41 and the electrode 43 is large (Cz2a + ΔCz2a), and the electric capacity Cz2b between the electrode 42 and the electrode 43 is small. (Cz2b−ΔCz2b). Since ΔCz1a, ΔCz1b, ΔCz1a, and ΔCz1b are substantially the same, the capacitors 40za and 40zb do not detect the shearing force.

図13(b)は、触覚センサ素子20aに対して回転力Rが加わる場合のキャパシタ40za,40zbの検出を例示する図である。図13(b)で例示するように、回転力Rが触覚センサ素子20aに加わる場合、キャパシタ40zaにおいては、電極43が電極42側に湾曲することから、電極41と電極43との間の電気容量Cz1aは小さくなり(Cz1a−ΔCz1a)、電極42と電極43との間の電気容量Cz1bは大きくなる(Cz1b+ΔCz1b)。キャパシタ40zbにおいては、電極43が電極42側に湾曲することから、電極41と電極43との間の電気容量Cz2aが小さくなり(Cz2a−ΔCz2a)、電極42と電極43との間の電気容量Cz2bは大きくなる(Cz2b+ΔCz2b)。ΔCz1aとΔCz1bとΔCz1aとΔCz1bとは略同一であるため、キャパシタ40za,40zbはせん断力を検出しない。   FIG. 13B is a diagram illustrating detection of the capacitors 40za and 40zb when the rotational force R is applied to the tactile sensor element 20a. As illustrated in FIG. 13B, when the rotational force R is applied to the tactile sensor element 20a, in the capacitor 40za, since the electrode 43 is curved toward the electrode 42, the electric current between the electrode 41 and the electrode 43 is The capacitance Cz1a decreases (Cz1a−ΔCz1a), and the electric capacitance Cz1b between the electrode 42 and the electrode 43 increases (Cz1b + ΔCz1b). In the capacitor 40zb, since the electrode 43 is curved toward the electrode 42, the electric capacitance Cz2a between the electrode 41 and the electrode 43 is reduced (Cz2a−ΔCz2a), and the electric capacitance Cz2b between the electrode 42 and the electrode 43 is reduced. Becomes larger (Cz2b + ΔCz2b). Since ΔCz1a, ΔCz1b, ΔCz1a, and ΔCz1b are substantially the same, the capacitors 40za and 40zb do not detect the shearing force.

図13(d)および図13(e)は、図13(c)のキャパシタ40zaのA−A線断面図である。Z軸方向に外力が加わらなければ、電極43は湾曲しない。それにより、図13(d)で例示するように、キャパシタ40zaの電気容量は変化しない。図13(e)で例示するように、Z軸マイナス方向に外力が加わると、電極43がZ軸マイナス側に湾曲する。それにより、電極41と電極42との間の対向面積が減少するため電気容量Cz1aが小さくなり(Cz1a−ΔCz1a)、電極43と電極42との間の対向面積が減少するため電気容量Cz1bも小さくなる(Cz1b−ΔCz1b)。キャパシタ40zbにおいても、同様に、電極41と電極43との間の電気容量および電極42と電極43との間の電気容量が減少する。したがって、Z軸方向のせん断力を検出することができる。   FIGS. 13D and 13E are cross-sectional views taken along line AA of the capacitor 40za in FIG. If no external force is applied in the Z-axis direction, the electrode 43 is not bent. Thereby, as illustrated in FIG. 13D, the capacitance of the capacitor 40za does not change. As illustrated in FIG. 13E, when an external force is applied in the negative Z-axis direction, the electrode 43 is bent in the negative Z-axis direction. As a result, the facing area between the electrode 41 and the electrode 42 is reduced, so that the capacitance Cz1a is reduced (Cz1a−ΔCz1a), and the facing area between the electrode 43 and the electrode 42 is reduced, so that the capacitance Cz1b is also reduced. (Cz1b−ΔCz1b). Similarly, in the capacitor 40zb, the electric capacity between the electrode 41 and the electrode 43 and the electric capacity between the electrode 42 and the electrode 43 are reduced. Therefore, the shear force in the Z-axis direction can be detected.

本実施例によれば、キャパシタ40ra,40rbが、接触面21の接触部23の周辺において、接触部23の周方向の異なる位置に配置されている。また、キャパシタ40ra,40rbの状態変化を電気信号として検出する検出回路30が備わっている。検出回路30は、接触部23において接触面21に対する垂直軸(Z軸)の回転方向にせん断力が印加される場合に、上記電気信号の強度を当該せん断力に応じて変化させるように構成されている。それにより、回転軸方向のせん断力を検出することができる。また、キャパシタ40ra,40rbの電気容量変化を検出するため、温度変化や他軸との干渉をキャンセルすることが出来、安定した出力値を得ることができる。キャパシタ40xa,40xb,40ya,40yb,40za,40zbについても同様である。   According to the present embodiment, the capacitors 40 ra and 40 rb are arranged at different positions in the circumferential direction of the contact portion 23 around the contact portion 23 of the contact surface 21. In addition, a detection circuit 30 that detects a change in the state of the capacitors 40ra and 40rb as an electrical signal is provided. The detection circuit 30 is configured to change the intensity of the electric signal according to the shearing force when a shearing force is applied in the rotation direction of the vertical axis (Z axis) with respect to the contact surface 21 in the contact portion 23. ing. Thereby, the shear force in the direction of the rotation axis can be detected. In addition, since changes in the capacitance of the capacitors 40ra and 40rb are detected, temperature changes and interference with other axes can be canceled, and a stable output value can be obtained. The same applies to the capacitors 40xa, 40xb, 40ya, 40yb, 40za, and 40zb.

なお、本実施例においては、キャパシタ40ra,40rbは接触部23に対して点対称に配置されているが、それに限られない。キャパシタ40ra,40rbは、接触面21の接触部23の周辺において、接触部23の周方向の異なる位置に配置されていればよい。また、キャパシタ40xa,40xbは接触部23に対して点対称に配置されているが、それに限られない。キャパシタ40xa,40xbは、接触面21の接触部23を挟んでX軸と平行にならないように配置されていればよい。また、キャパシタ40ya,40ybは接触部23に対して点対称に配置されているがそれに限られない。キャパシタ40ya,40ybは、接触面21の接触部23を挟んでY軸と平行にならないように配置されていればよい。   In the present embodiment, the capacitors 40ra and 40rb are arranged point-symmetrically with respect to the contact portion 23, but are not limited thereto. Capacitors 40ra and 40rb may be arranged at different positions in the circumferential direction of contact portion 23 around contact portion 23 of contact surface 21. The capacitors 40xa and 40xb are arranged point-symmetrically with respect to the contact portion 23, but are not limited thereto. The capacitors 40xa and 40xb may be arranged so as not to be parallel to the X axis with the contact portion 23 of the contact surface 21 interposed therebetween. The capacitors 40ya and 40yb are arranged point-symmetrically with respect to the contact portion 23, but are not limited thereto. Capacitors 40ya and 40yb may be arranged so as not to be parallel to the Y axis with contact portion 23 of contact surface 21 interposed therebetween.

(変形例1)
図14(a)および図14(b)は、変形例1について説明するための図である。図14(a)で例示するように、触覚センサ素子20の接触面21には弾性体22が設けられているが、弾性体22の形状はこれに限られない。例えば、図14(b)で例示するように、接触部23に対応する箇所に、弾性体の凸部22aを設けてもよい。例えば、凸部22aは半球状の形状を有する。凸部22aを設けることによって、対象物と触覚センサ素子20との接触時の回転中心が一致しやすくなる。それにより、各力検出素子の安定した出力値を得ることができる。
(Modification 1)
FIG. 14A and FIG. 14B are diagrams for explaining the first modification. As illustrated in FIG. 14A, an elastic body 22 is provided on the contact surface 21 of the tactile sensor element 20, but the shape of the elastic body 22 is not limited thereto. For example, as illustrated in FIG. 14B, an elastic convex portion 22 a may be provided at a location corresponding to the contact portion 23. For example, the convex portion 22a has a hemispherical shape. By providing the convex portion 22a, the center of rotation at the time of contact between the object and the tactile sensor element 20 can be easily matched. Thereby, a stable output value of each force detection element can be obtained.

(変形例2)
図15は、変形例2にかかるロボットシステムについて例示する図である。上記各例においては、制御部40は、触覚センサ素子20から各せん断力を検出している。これに対して、制御部40の機能を有するサーバ202が、インターネットなどの電気通信回線201を通じて触覚センサ素子20から各せん断力を取得してもよい。
(Modification 2)
FIG. 15 is a diagram illustrating a robot system according to the second modification. In each example described above, the control unit 40 detects each shear force from the tactile sensor element 20. On the other hand, the server 202 having the function of the control unit 40 may acquire each shear force from the tactile sensor element 20 through the telecommunication line 201 such as the Internet.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

10 ロボットハンド
20 触覚センサ素子
21 接触面
22 弾性体
23 接触部
30 検出回路
30xa,30xb,30ya,30yb,30za,30zb,30ra,30rb ピエゾ抵抗素子
40 制御部
40xa,40xb,40ya,40yb,40za,40zb,40ra,40rb キャパシタ
100 ロボットシステム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Robot hand 20 Tactile sensor element 21 Contact surface 22 Elastic body 23 Contact part 30 Detection circuit 30xa, 30xb, 30ya, 30yb, 30za, 30zb, 30ra, 30rb Piezoresistive element 40 Control part 40xa, 40xb, 40ya, 40yb, 40za, 40zb, 40ra, 40rb Capacitor 100 Robot system

Claims (15)

所定平面の所定領域の周辺において、当該所定領域の周方向の異なる位置に配置された1対の力検出素子と、
前記1対の力検出素子の状態変化を電気信号として検出する検出回路と、を備え、
前記検出回路は、前記所定領域において前記所定平面に対する垂直軸の回転方向にせん断力が印加される場合に、前記電気信号の強度を当該せん断力に応じて変化させるように構成されていることを特徴とする触覚センサ。
A pair of force detection elements arranged at different positions in the circumferential direction of the predetermined area around the predetermined area of the predetermined plane;
A detection circuit that detects a change in state of the pair of force detection elements as an electrical signal;
The detection circuit is configured to change the intensity of the electric signal according to the shearing force when a shearing force is applied in a rotation direction of a vertical axis with respect to the predetermined plane in the predetermined region. A featured tactile sensor.
前記1対の力検出素子は、第1の1対のピエゾ抵抗素子であり、
前記回転方向のせん断力が印加された場合に、前記第1の1対のピエゾ抵抗素子の一方のピエゾ抵抗素子のピエゾ抵抗層が引張力を受け、他方のピエゾ抵抗素子のピエゾ抵抗層が圧縮力を受けるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の触覚センサ。
The pair of force detection elements are a first pair of piezoresistive elements,
When a shearing force in the rotational direction is applied, the piezoresistive layer of one piezoresistive element of the first pair of piezoresistive elements receives a tensile force and the piezoresistive layer of the other piezoresistive element is compressed. The tactile sensor according to claim 1, wherein the tactile sensor is configured to receive a force.
前記第1の1対のピエゾ抵抗素子は、前記ピエゾ抵抗層と弾性体とが互いに接合された構造を有し、
同一の前記周方向に対して、前記第1の1対のピエゾ抵抗素子の弾性体とピエゾ抵抗層との配置側が逆であることを特徴とする請求項2記載の触覚センサ。
The first pair of piezoresistive elements has a structure in which the piezoresistive layer and an elastic body are joined to each other.
The tactile sensor according to claim 2, wherein the arrangement side of the elastic body and the piezoresistive layer of the first pair of piezoresistive elements is reversed with respect to the same circumferential direction.
互いに接合された弾性体およびピエゾ抵抗層を備える第2の1対のピエゾ抵抗素子をさらに備え、
前記第2の1対のピエゾ抵抗素子は、前記所定平面において前記所定領域を挟んで配置され、同一の前記周方向に対して、前記弾性体と前記ピエゾ抵抗層との配置側が同じとなるように配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の触覚センサ。
A second pair of piezoresistive elements comprising an elastic body and a piezoresistive layer joined together;
The second pair of piezoresistive elements are arranged across the predetermined region on the predetermined plane, and the arrangement side of the elastic body and the piezoresistive layer is the same in the same circumferential direction. The tactile sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the tactile sensor is disposed on the touch sensor.
互いに接合された弾性体およびピエゾ抵抗層を備える第3の1対のピエゾ抵抗素子をさらに備え、
前記第3の1対のピエゾ抵抗素子は、前記垂直軸方向において前記弾性体と前記ピエゾ抵抗層との配置側が逆となるように配置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の触覚センサ。
A third pair of piezoresistive elements comprising an elastic body and a piezoresistive layer joined together,
The third pair of piezoresistive elements are arranged such that arrangement sides of the elastic body and the piezoresistive layer are reversed in the vertical axis direction. The tactile sensor according to claim 1.
前記検出回路は、ブリッジ回路であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の触覚センサ。   The tactile sensor according to claim 1, wherein the detection circuit is a bridge circuit. 前記1対の力検出素子は、第1の1対のキャパシタであり、
前記第1の1対のキャパシタは、前記回転方向のせん断力が印加された場合の電気容量の増減が同一方向となるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の触覚センサ。
The pair of force detection elements is a first pair of capacitors;
2. The tactile sensor according to claim 1, wherein the first pair of capacitors are configured such that an increase or decrease in capacitance is the same direction when a shearing force in the rotational direction is applied.
前記第1の1対のキャパシタは、両端が固定された第1電極と、前記第1電極と対向して一端が固定され他端が固定されていない第2電極と、を備え、
同一の前記周方向に対して、前記第1の1対のキャパシタの前記第1電極および前記第2電極の配置側が同じであることを特徴とする請求項7記載の触覚センサ。
The first pair of capacitors includes a first electrode fixed at both ends, and a second electrode opposite to the first electrode and fixed at one end and not fixed at the other end,
The tactile sensor according to claim 7, wherein the first electrode and the second electrode of the first pair of capacitors are disposed on the same circumferential direction in the same circumferential direction.
両端が固定された第1電極と、前記第1電極と対向して一端が固定され他端が固定されていない第2電極とを備える第2の1対のキャパシタをさらに備え、
前記第2の1対のキャパシタは、前記所定平面において前記所定領域を挟んで配置され、同一の前記周方向に対して、前記第1電極と前記第2電極との配置側が逆となるように配置されていることを特徴とする請求項1,7,8のいずれか一項に記載の触覚センサ。
A second pair of capacitors comprising a first electrode having both ends fixed, and a second electrode facing the first electrode and having one end fixed and the other end not fixed;
The second pair of capacitors are arranged on the predetermined plane with the predetermined region interposed therebetween, and the arrangement side of the first electrode and the second electrode is reversed with respect to the same circumferential direction. The tactile sensor according to claim 1, wherein the tactile sensor is arranged.
両端が固定された第1電極と、前記第1電極と対向して一端が固定され他端が固定されていない第2電極とを備える第3の1対のキャパシタをさらに備え、
前記第3の1対のキャパシタは、前記垂直軸に対して前記第1電極と前記第2電極との配置側が同じとなるように配置されていることを特徴とする請求項1,7〜9のいずれか一項に記載の触覚センサ。
A third pair of capacitors comprising a first electrode having both ends fixed, and a second electrode facing the first electrode and having one end fixed and the other end not fixed;
10. The third pair of capacitors are arranged such that arrangement sides of the first electrode and the second electrode are the same with respect to the vertical axis. The tactile sensor according to any one of the above.
前記検出回路は、LC回路であることを特徴とする請求項1,7〜10のいずれか一項に記載の触覚センサ。   The tactile sensor according to claim 1, wherein the detection circuit is an LC circuit. 所定平面の所定領域の周辺において、当該所定領域の周方向の異なる位置に配置された1対のピエゾ抵抗素子を備え、
前記1対のピエゾ抵抗素子は、互いに接合された弾性体およびピエゾ抵抗層を備え、
同一の前記周方向に対して、前記1対のピエゾ抵抗素子の弾性体とピエゾ抵抗層との配置側が逆であることを特徴とする触覚センサ。
A pair of piezoresistive elements arranged at different positions in the circumferential direction of the predetermined area around the predetermined area of the predetermined plane;
The pair of piezoresistive elements includes an elastic body and a piezoresistive layer bonded to each other,
A tactile sensor, wherein the arrangement side of the elastic body and the piezoresistive layer of the pair of piezoresistive elements is reversed with respect to the same circumferential direction.
所定平面の所定領域の周辺において、当該所定領域の周方向の異なる位置に配置された1対のキャパシタを備え、
前記1対のキャパシタは、両端が固定された第1電極と、前記第1電極と対向して一端が固定され他端が固定されていない第2電極と、を備え、
同一の前記周方向に対して、前記1対のキャパシタの前記第1電極および前記第2電極の配置側が同じであることを特徴とする触覚センサ。
A pair of capacitors arranged at different positions in the circumferential direction of the predetermined region around the predetermined region of the predetermined plane;
The pair of capacitors includes a first electrode fixed at both ends, and a second electrode opposite to the first electrode and fixed at one end and not fixed at the other end,
The tactile sensor according to claim 1, wherein the first electrode and the second electrode of the pair of capacitors are arranged in the same circumferential direction.
前記所定平面上に弾性体を備え、
前記弾性体は、前記所定領域上に凸部を備えることを特徴とする請求項12または13記載の触覚センサ。
An elastic body on the predetermined plane;
The tactile sensor according to claim 12 or 13, wherein the elastic body includes a convex portion on the predetermined region.
所定平面の所定領域の周辺において当該所定領域の周方向の異なる位置に1対の力検出素子が配置された触覚センサにおいて、前記所定領域において前記所定平面に対する垂直軸の回転方向にせん断力が印加される場合に、前記1対の力検出素子の状態変化として検出される電気信号の強度を当該せん断力に応じて変化させ、
変化させた後の前記電気信号の強度を検出する、ことを特徴とするせん断力検出方法。
In a tactile sensor in which a pair of force detection elements are arranged at different positions in the circumferential direction of the predetermined area around the predetermined area of the predetermined plane, a shear force is applied in the rotation direction of the vertical axis with respect to the predetermined plane in the predetermined area When it is, the intensity of the electrical signal detected as a state change of the pair of force detection elements is changed according to the shear force,
A method of detecting a shear force, comprising: detecting an intensity of the electrical signal after being changed.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020110181A1 (en) * 2018-11-26 2020-06-04 国立大学法人東京大学 Multi-axis tactile sensor
JP2020193894A (en) * 2019-05-29 2020-12-03 日本リニアックス株式会社 Strain sensor
CN115014596A (en) * 2022-07-16 2022-09-06 哈尔滨工业大学(深圳) Piezoresistive flexible touch sensor and manufacturing method thereof

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5210028B1 (en) * 1971-06-14 1977-03-19
US4649757A (en) * 1984-04-20 1987-03-17 Framatome & Cie. Device for calibrating a machine tool
JPH01316193A (en) * 1988-06-11 1989-12-21 Wako:Kk Gripper for robot
JP4024621B2 (en) * 2002-08-12 2007-12-19 株式会社共和電業 Torque measuring device
JP4271475B2 (en) * 2003-03-31 2009-06-03 株式会社ワコー Force detection device
JP5187856B2 (en) * 2009-11-20 2013-04-24 ビー・エル・オートテック株式会社 Tactile sensor
JP5582001B2 (en) * 2010-04-15 2014-09-03 大日本印刷株式会社 Mechanical quantity sensor, combined mechanical quantity sensor, electronic circuit board and electronic device
JP2015158431A (en) * 2014-02-25 2015-09-03 国立大学法人信州大学 load sensor
JP5867688B2 (en) * 2011-09-22 2016-02-24 国立大学法人 東京大学 Tactile sensor and multi-axis tactile sensor
JP6424405B2 (en) * 2015-03-13 2018-11-21 セイコーインスツル株式会社 Pressure sensor, tactile sensor, and method of manufacturing pressure sensor

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5210028B1 (en) * 1971-06-14 1977-03-19
US4649757A (en) * 1984-04-20 1987-03-17 Framatome & Cie. Device for calibrating a machine tool
JPH01316193A (en) * 1988-06-11 1989-12-21 Wako:Kk Gripper for robot
JP2663144B2 (en) * 1988-06-11 1997-10-15 株式会社ワコー Robot gripper
JP4024621B2 (en) * 2002-08-12 2007-12-19 株式会社共和電業 Torque measuring device
JP4271475B2 (en) * 2003-03-31 2009-06-03 株式会社ワコー Force detection device
JP5187856B2 (en) * 2009-11-20 2013-04-24 ビー・エル・オートテック株式会社 Tactile sensor
JP5582001B2 (en) * 2010-04-15 2014-09-03 大日本印刷株式会社 Mechanical quantity sensor, combined mechanical quantity sensor, electronic circuit board and electronic device
JP5867688B2 (en) * 2011-09-22 2016-02-24 国立大学法人 東京大学 Tactile sensor and multi-axis tactile sensor
JP2015158431A (en) * 2014-02-25 2015-09-03 国立大学法人信州大学 load sensor
JP6344928B2 (en) * 2014-02-25 2018-06-20 国立大学法人信州大学 Load sensor system
JP6424405B2 (en) * 2015-03-13 2018-11-21 セイコーインスツル株式会社 Pressure sensor, tactile sensor, and method of manufacturing pressure sensor

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020110181A1 (en) * 2018-11-26 2020-06-04 国立大学法人東京大学 Multi-axis tactile sensor
CN113167668A (en) * 2018-11-26 2021-07-23 国立大学法人东京大学 Multi-axis tactile sensor
JPWO2020110181A1 (en) * 2018-11-26 2021-09-27 国立大学法人 東京大学 Multi-axis tactile sensor
JP2021183986A (en) * 2018-11-26 2021-12-02 国立大学法人 東京大学 Multi-axis tactile sensor
US11761837B2 (en) 2018-11-26 2023-09-19 The University Of Tokyo Multi-axial tactile sensor
JP7396731B2 (en) 2018-11-26 2023-12-12 国立大学法人 東京大学 Multi-axis tactile sensor
CN113167668B (en) * 2018-11-26 2023-12-26 国立大学法人东京大学 multi-axis tactile sensor
JP2020193894A (en) * 2019-05-29 2020-12-03 日本リニアックス株式会社 Strain sensor
JP7169248B2 (en) 2019-05-29 2022-11-10 日本リニアックス株式会社 strain sensor
CN115014596A (en) * 2022-07-16 2022-09-06 哈尔滨工业大学(深圳) Piezoresistive flexible touch sensor and manufacturing method thereof

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Publication number Publication date
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