JP2018173305A - 触覚センサ - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明の第1実施形態を図面を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る触覚センサ10の一部を示している。この触覚センサ10は、例えば、農作物を収穫するためのロボット(図示せず)の手の形をした把持部に取り付けられて、ロボットの把持部が農作物を把持する際の圧力を検出して、把持部が農作物を把持する際の把持力を制御するために用いられるもので、把持部を覆う手袋の形に形成されている。
図5は、第1実施形態の変形例1に係る触覚センサ10aの一部を示している。この触覚センサ10aは、前述した触覚センサ10におけるケーブル状圧力センサ11からなる縦糸Aと横糸Bに加えて、縦糸Aと横糸Bに対して斜めに延びる斜め糸Cが備わっている。この斜め糸Cもケーブル状圧力センサ11で構成されている。この触覚センサ10aのそれ以外の部分の構成は、触覚センサ10と同じである。
図6は、第1実施形態の変形例2に係る触覚センサ10bの断面図を示している。この触覚センサ10bは、前述した触覚センサ10における保護カバー15に代えて、表面側(図6では上面)に薄い保護カバー15aを貼り付け、裏面側(図6では下面)に、保護カバー15aよりも厚い保護カバー15bを貼り付けて構成されている。保護カバー15a,15bは保護カバー15と同じ材質、同じ硬さのもので構成されており、保護カバー15aの厚みは、20μm〜1.2mm、望ましくは20μm〜800μm、より望ましくは50μm〜500μmで、保護カバー15bの厚みは、20μm〜1.5mm、望ましくは50μm〜1.2mm、より望ましくは100μm〜800μmに設定されている。この触覚センサ10bのそれ以外の部分の構成は、触覚センサ10と同じである。
図7は、本発明の第1実施形態の変形例3に係る触覚センサ10cの一部を示している。この触覚センサ10cは、前述した第1実施形態に係る触覚センサ10と同様、ケーブル状圧力センサ11と同じ構造の縦糸Aと横糸Bを織り込んで形成されているが、縦糸Aに、外径の異なる縦糸A1,A2が含まれ、横糸Bに外径の異なる横糸B1,B2が含まれている。縦糸A1と横糸B1は、同じケーブル状圧力センサで構成され、外径が0.4mm〜1.2mm、望ましくは0.4mm〜0.8mm、より望ましくは0.45mm〜0.55mmである。また、縦糸A2と横糸B2は、同じケーブル状圧力センサで構成され、外径が0.2mm〜0.8mm、望ましくは0.25mm〜0.6mm、より望ましくは0.25mm〜0.4mmである。この触覚センサ10cのそれ以外の部分の構成は、触覚センサ10と同じである。
図8は、本発明の第1実施形態の変形例4に係る触覚センサを構成するケーブル状圧力センサ11aを示している。ケーブル状圧力センサ11aは、前述したケーブル状圧力センサ11を曲げることでコイルばねのような螺旋状に形成されている。そして、ケーブル状圧力センサ11aは、縦糸と横糸として織り込まれることで織布状に形成されて、触覚センサの本体部分を構成している。このケーブル状圧力センサ11aは、ケーブル状圧力センサ11を他の繊維と撚糸状にしたのちに、他の繊維を溶解したり、ケーブル状圧力センサ11を溶解可能な芯に巻き付けたのちに、芯を溶解したりすることで螺旋状に形成できる。このケーブル状圧力センサ11aを用いた触覚センサのそれ以外の部分の構成は、触覚センサ10と同じである。
図9は、第1実施形態の変形例5に係る触覚センサを構成するケーブル状圧力センサ11bを示している。ケーブル状圧力センサ11bは、前述したケーブル状圧力センサ11を曲げることで波状に形成されている。そして、ケーブル状圧力センサ11bは、縦糸と横糸として織ることで織布状に形成され、触覚センサの本体部分を構成している。このケーブル状圧力センサ11bは、縦糸または横糸に複数の太い化繊を用いてその化繊の上下を順に通過するようにして波形にしたのちに、化繊を溶解することで波形に形成できる。このケーブル状圧力センサ11bを用いた触覚センサのそれ以外の部分の構成は、触覚センサ10と同じである。このように構成したことにより、前述したケーブル状圧力センサ11aを備えた触覚センサと同様の作用効果を得ることができる。
図10は本発明の第2実施形態に係る触覚センサ10dの一部の概略を示している。この触覚センサ10dは、前述したケーブル状圧力センサ11をそれぞれループを形成するようにして絡め合わせることで編み物状に形成されている。この触覚センサ10dのそれ以外の構成については、前述した触覚センサ10と同一である。
図11は、本発明の第3実施形態に係る触覚センサを構成するケーブル状圧力センサ31を示している。このケーブル状圧力センサ31は、円筒状の圧電体32の内周面に薄い内部導体層33を形成するとともに、圧電体32の外周面に薄い外部導体層34を形成して構成されている。圧電体12は、ポリフッ化ビニリデンからなり柔軟性および伸縮性を有する極細の円筒体で構成されており、その内径は、0.15mm〜0.60mm、好ましくは0.3mmで、外径は0.25mm〜0.65mm、好ましくは0.32mmに設定されている。内部導体層33は、銀からなる薄い膜で構成されており、蒸着により圧電体32の内周面に形成されている。内部導体層33の厚みは、0.5μm〜2.0μm、好ましくは0.5μm程度になっている。外部導体層34は、内部導体層33と同様、銀の蒸着によって、圧電体32の外周面に形成されている。外部導体層34の厚みは内部導体層33の厚みと略同じである。
前述した第3実施形態の変形例1として、図13に示した圧電フィルム32aを用いて圧電体32を形成することができる。圧電フィルム32aは、ポリフッ化ビニリデンからなる細長い矩形のシートで構成されており、その一方の面の幅方向の中央部分に、内部導体層33を形成するための内部帯状層33aが形成されている。圧電体32は、圧電フィルム32aの幅方向の両縁部32bを重ねるように巻き付けて円筒状に形成され、内部帯状層33aは、圧電フィルム32aの重ね合される両縁部32bを除いた部分に形成される。そして、圧電体32の外周面には、前述したケーブル状圧力センサ31と同様、外部導体層34が形成される。
図14(a),(b)は、第3実施形態の変形例2に係る触覚センサ(図示せず)を構成するケーブル状圧力センサ41を示している。ケーブル状圧力センサ41は、前述したケーブル状圧力センサ31と同様、円筒状の圧電体42の内周面に薄い内部導体層43を形成するとともに、圧電体42の外周面に薄い外部導体層44を形成して構成されているが、圧電体42と、内部導体層43はそれぞれ細長い材料を螺旋状に巻き付けることで円筒状に形成されている。
図16(a),(b)は、第3実施形態の変形例3に係る触覚センサ(図示せず)を構成するケーブル状圧力センサ51を示している。ケーブル状圧力センサ51は、円筒状の圧電体52の内周面に薄い内部導体層53を形成するとともに、圧電体52の外周面に薄い外部導体層54を形成して構成されている。このケーブル状圧力センサ51では、圧電体52、内部導体層53および外部導体層54のすべてが細長い材料を螺旋状に巻き付けることで円筒状または略円筒状に形成されている。圧電体52は円筒状に形成されているが、内部導体層53と外部導体層54はそれぞれコイルばねのように隙間53b,54bのある螺旋状に形成されている。
図18(a),(b)は、第3実施形態の変形例4に係る触覚センサ(図示せず)を構成するケーブル状圧力センサ61を示している。ケーブル状圧力センサ61は、複数のセンサ電線61aを撚り合わせて撚糸状にして形成されており、各センサ電線61aは、前述した第3実施形態のケーブル状圧力センサ31と同じもので構成されているが、極細にする必要がある。そして、このように構成された複数のケーブル状圧力センサ61を二組に分け、一方が縦糸で他方が横糸になるように組み付けて織布状に形成するとともに、その表裏両面に保護カバーを貼り付けることで触覚センサが得られる。また、ケーブル状圧力センサ61を、図10に示した編み物状に組み付けて触覚センサを構成してもよい。
図19は、第3実施形態の変形例5に係る触覚センサ(図示せず)を構成するケーブル状圧力センサ31aの断面を示している。ケーブル状圧力センサ31aは、前述したケーブル状圧力センサ31の外周面に絶縁性シース35を形成して構成されている。絶縁性シース35は、極薄のポリエステルテープを外部導体層34の外周面に巻き付けて形成されており、厚みは3μm〜80μm、望ましくは5μm〜50μm、より望ましくは10μm〜25μmに設定されている。そして、このように構成された複数のケーブル状圧力センサ31aを縦糸と横糸になるように編み付けて織布状に形成するとともに、その表裏両面に保護カバーを貼り付けることで触覚センサが得られる。
Claims (12)
- 柔軟性を備えた細長い円筒状の圧電体と、前記圧電体の内部に形成された内部導体と、前記圧電体の外部に形成された外部導体とからなるセンサ電線を備えたケーブル状圧力センサが、布状に組み付けられて形成されていることを特徴とする触覚センサ。
- 前記ケーブル状圧力センサを、縦糸と横糸として織布状に組み付けて形成されている請求項1に記載の触覚センサ。
- 前記縦糸と前記横糸に対して斜めに配置された前記ケーブル状圧力センサからなる斜め糸を備えている請求項2に記載の触覚センサ。
- 前記ケーブル状圧力センサを、編み物状に組み付けて形成されている請求項1に記載の触覚センサ。
- 螺旋状または波状に曲がった状態のケーブル状圧力センサが、布状に組み付けられている請求項1ないし4のうちのいずれか一つに記載の触覚センサ。
- 太さの異なる複数種類のケーブル状圧力センサが用いられている請求項1ないし5のうちのいずれか一つに記載の触覚センサ。
- 前記ケーブル状圧力センサが、複数の前記センサ電線を撚り合わせて撚糸状に形成されている請求項1ないし6のうちのいずれか一つに記載の触覚センサ。
- 前記ケーブル状圧力センサを延長して構成される引出線が備わっており、前記引出線は加熱処理により、圧電性が低下されている請求項1ないし7のうちのいずれか一つに記載の触覚センサ。
- 表裏両面に柔軟物質層が形成されている請求項1ないし8のうちのいずれか一つに記載の触覚センサ。
- 前記表裏に形成された柔軟物質層の硬さまたは厚さが異なっている請求項9に記載の触覚センサ。
- 表面の硬さを、評価数値が、デュロメータ・タイプCで0〜50にした請求項1ないし10のうちのいずれか一つに記載の触覚センサ。
- 前記ケーブル状圧力センサの外径が8μm〜800μmに設定されている請求項1ないし11のうちのいずれか一つに記載の触覚センサ。
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