JP2018179501A - 近接覚センサ - Google Patents

Abstract

【課題】近接覚センサの特徴である柔軟性を失わせることなく、基板および各素子の保護、絶縁、防汚、防湿の機能を付加するためモールドされた近接覚センサを提供する。【解決手段】近接覚センサは、光強度を検出する複数の光センサ１３とこれら光センサ１３の出力信号を集約して光センサ１３と被検知物との距離を検知する手段を有する第１基板と、第１基板から得られた複数の検知情報を集約して上位コントローラに送る手段を有する第２基板と、を備え、第１基板上の長手方向に複数に並んだ光センサ１３間および光センサ１３の周囲が樹脂材１２でモールドされ、隣り合う光センサ１３間をモールドする樹脂材１２の厚さは、各光センサの周囲をモールドする樹脂材の厚さより薄くモールドされている（Ｔ１＜Ｔ２）。【選択図】図２

Description

本発明は、歩行ロボットの腕や足に装着し、障害物を回避する近接覚センサに関する。

一般に、近接覚センサは、柔軟性があるフレキシブル基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）で構成されており、設置対象面が曲面であっても、設置対象面に沿うように装着することが可能である。例えば、近接覚センサは、歩行ロボットの腕や足に装着し、障害物回避するため用いられている。このようなフレキシブル基板において、反射型のフォトインタラプタ（赤外線ＬＥＤセンサ、フォトトランジスタのペア）などの部品やハンダ部分がむき出し状態であると、外部環境からの衝撃荷重などによる破損や侵食の虞があるため、フレキシブル基板上の部品などを保護する必要がある。
例えば、特許文献１には、インクジェット用プリントヘッドにおいて、インクおよび空気中の水分による異方性導電膜侵食および断線を防止するためインクジェットヘッドのフレキシブル基板接着部全体を２層構造の封止剤でモールドすることが記載されている。

特開２００４−００１３８２号公報

歩行ロボットの腕や足に実装される近接覚センサは、フレキシブル性が要求される。しかしながら、従来技術の特許文献１では、フレキシブル性の要求に対応していない。このため、歩行ロボットの腕や足にフレキシブル基板が直接取り付け（貼り付け）られた場合、腕や足の動きの繰り返し動作や曲げ応力に対する柔軟な追従ができず、フレキシブル基板のハンダ剥がれや部品飛びという虞もある。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、本発明に係る樹脂材でモールドされた近接覚センサによれば、近接覚センサの特徴である十分な柔軟性を失わせることなく、フレキシブル基板および光センサなどの部品の保護（例えば、外部からの衝撃荷重などによる破損防止、曲げ応力によるハンダ剥がれおよび部品飛びの防止）、絶縁、防汚、防湿することができる。

上記課題を解決するために、第一の発明の近接覚センサは、光強度を検出する複数の光センサとこれら光センサの出力信号を集約して前記光センサと被検知物との距離を検知する手段を有する第１基板と、前記第１基板から得られた複数の検知情報を集約して上位コントローラに送る手段を有する第２基板と、を備え、前記第１基板上の長手方向に複数に並んだ前記光センサ間および前記光センサの周囲が樹脂材でモールドされ、隣り合う前記光センサ間をモールドする前記樹脂材の厚さは、前記各光センサの周囲をモールドする前記樹脂材の厚さより薄くモールドされていることを特徴とする。
第二の発明は、第一の発明において、前記光センサの周囲をモールドする前記樹脂材の断面形状は、凸曲面状であることを特徴とする。
第三の発明は、第一の発明または第二の発明において、前記樹脂材は、ウレタン系樹脂であることを特徴とする。
第四の発明は、第一の発明乃至第三の発明のいずれかの発明において、前記第１基板は、可撓性を有するフレキシブル基板であることを特徴とする。
第五の発明は、第一の発明乃至第四の発明のいずれかの発明において、前記第２基板は、可撓性を有するフレキシブル基板であることを特徴とする。
第六の発明は、第一の発明乃至第五の発明のいずれかの発明において、前記第１基板と前記第２基板は、別体でも一体でもよいことを特徴とする。

本発明に係る樹脂材でモールドされた近接覚センサによれば、近接覚センサの特徴である十分な柔軟性を失わせることなく、フレキシブル基板および光センサなどの部品の保護（外部からの衝撃荷重などによる破損防止、曲げ応力によるハンダ剥がれ、部品飛びの防止）、絶縁、防汚、防湿することができる。

本発明に係る近接覚センサのフレキシブル基板の概略を示す平面図である。 図１のフレキシブル基板の符号Ａで囲った部分のａ−ａ線断面図である。

以下、実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。
本実施形態に係る近接覚センサ１は、接近する物体を検知するものであり、複数の光センサ１３と、第１基板１１と、第２基板（図示せず）とを備える。

図１に示すように、近接覚センサ１の第１基板１１は、フレキシブル基板であり、複数の光センサ１３と、コンパレータ１４と、マイクロプロセッサ１５などを実装している（配線部材やコネクタ類は、説明省略のため図示せず。）。

光センサ１３は、被検知物（図示せず）によって反射した光の光強度を検出するものであり、第１基板１１の長手方向に複数に並んで実装されている。
なお、本実施形態では、第１基板１１上に、光センサ１３を一列に並べているが、搭載される面積や用途に応じて、光センサ１３の列の数を単列ではなく、複列としてもよい。

マイクロプロセッサ１５は、複数の光センサ１３からの出力信号を取得し、取得した出力信号に基づいて、当該光センサ１３と被検知物との距離に変換する。

また、第１基板１１には、歩行ロボットの腕や足に沿って直接、ネジなどで取り付けられるための取り付け穴１６が設けられている。
なお、この取り付け穴１６を用いずに、第１基板１１の光センサ１３が搭載されていない側である、裏面に接着剤で直接貼り付けてもよい。

本実施形態の光センサ１３は、反射型のフォトインタラプタであり、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、以下、ＬＥＤという。）とフォトトランジスタとが一対となった構成を有している。このＬＥＤは赤外線を発する発光素子であり、フォトトランジスタは赤外線を受光する受光素子である。

光センサ１３は、被検知物が該センサから所定の範囲内に存在しない場合は、ＬＥＤが発する赤外線がフォトトランジスタに受光されないように設定されているが、光センサ１３に被検知物が接近した場合には、ＬＥＤが発した赤外線が被検知物で反射され、反射された赤外線はフォトトランジスタによって受光される。フォトトランジスタが受光する赤外線の強度は、フォトトランジスタと被検知物との距離に応じて変化する。本実施形態では、位置が異なる複数の光センサ１３からの出力信号をマイクロプロセッサ１５に集約し、被検知物との距離や方向を導き出し、被検知物が相対的に近づいたことを検知している。

第２基板（図示せず）は、第１基板と同様にフレキシブル基板であり、光センサ１３を統括する機能を有し、第１基板１１と電気的配線によって接続されている。
第２基板では、複数の第１基板１１から得られた検知情報を集約して、ロボットなどの上位のコントローラに送り、障害物回避や衝突回避などの制御に活用される。
なお、第１基板１１と第２基板は、別体でも一体でも、どちらでもよい。

近接覚センサ１は、図２に示すように、第１基板１１上の長手方向に複数並んだ光センサ１３間が、樹脂材１２でモールドされている。なお、電子基板などの表面を樹脂材で覆うことを「オーバーモールド」または「モールドコーティング」ということができるが、本実施形態では単に「モールド」とし、その両方を含むものする。
図２は、光センサ１３を搭載した第１基板１１の図１の符号Ａの部分を側面視で断面拡大図である。樹脂材１２について、この図２を用いて説明する。
樹脂材１２は、柔軟な特性を有するウレタン系樹脂である。ウレタン系樹脂は、２液性で混合すると硬化が開始され、硬化時間は約８０℃で３２分間、常温で４８時間である。絶縁耐性は約２３ＫＶ／ｍｉｎである。
なお、樹脂材１２として、ウレタン系樹脂に限定されず、その他、シリコン系などの柔軟性のある樹脂材を用いてもよい。

樹脂材１２が覆った形状は、図２に示すように、隣り合う光センサ１３間をモールドする樹脂材の厚さが、各光センサ１３の周囲をモールドする樹脂材の厚さより薄くなるようにモールドされている（図２において、モールドの厚い部分を符号Ｔ２で、モールドの薄い部分をＴ１で示す）。
このように、柔軟性を要さない光センサ１３の周辺Ｔ２は厚くすることで光センサ１３を保護し、光センサ１３間の周辺Ｔ１を薄くすることで十分な柔軟性を持ちつつ、外部からの曲げ応力によるハンダ剥がれや部品飛びの防止することができる。

また、このように、樹脂材１２を一律均等の厚みで形成せず、樹脂材１２の薄い形成部分Ｔ１があることで、各基板１１、１２を構成するフレキシブル基板の柔軟性（可撓性）により、歩行ロボットの動きを妨げることなく、スムーズな動作を実現できる。

また、本実施形態では、図には特に示してないが、光センサ１３以外の、コンパレータ１４、マイクロプロセッサ１５、回路パターンや配線部材（電気的接続を行うコネクタ部分を除く）などを含む、フレキシブル基板全体が樹脂材１２でモールドされている。
これにより、オイルミストが飛散する工場内で、産業用ロボットに近接覚センサ１を使用する場合、従来は防汚・防湿対策が必要であったが、上記のように樹脂材１２で基板全体を覆うことで、油や埃が付着しても、布で拭き取るなど簡単な清掃で済み、該センサの取り扱いが非常に容易になる。

また、フレキシブル基板に形成された回路パターンは、非常に繊細で、鋭利なものが当たるとパターンが切れてしまうことがあった。しかしながら、本実施形態のように、樹脂材１２で回路パターン上をモールドコーティングすることにより、取り付け作業中に鋭利なドライバーなどが接触することがあっても、パターンの破損を防止することができる。

また、本実施形態では、隣接する光センサ１３の間をモールドする樹脂材１２は、その断面形状が、図２に示すように、センサ１３の周辺が厚く（Ｔ２）、中央部が薄く（Ｔ１）なるように、緩やかな凹凸を描いて形成されている。このように、光センサ１３の側方周囲（図では符号Ｓで示す部分）に厚みを持たせる（光センサ１３の周囲の樹脂材１２の断面形状を凸曲面状とする）ことで、光センサ１３を保護して外部からの衝撃荷重などによる破損防止することができる。

以上の説明のとおり、本実施形態によれば、近接覚センサの特徴である柔軟性を失わせることなく、フレキシブル基板および光センサの保護、絶縁、防汚、防湿することができる。

さらに、光センサ１３に特定の波長の範囲の光だけを選択的に透過する光学フィルタ（図示せず）が貼り付けられている場合、この光学フィルタの保護と接着補強という副次的効果も奏することができる。

本発明の近接覚センサは、歩行ロボットの腕や足に装着し、障害物回避でき、また、産業用ロボットのアームに装着して作業者との衝突回避にも適用できるほか、ショッピングカートやスーツケースなどに取り付け、接近する障害物の警告を行うなど、産業上、広く応用可能である。

１ 近接覚センサ
１１ 第１基板（フレキシブル基板）
１２ 樹脂材（モールド材）
１３ 光センサ
１４ コンパレータ
１５ マイクロプロセッサ
１６ 取り付け穴

Claims (6)

1. 光強度を検出する複数の光センサとこれら光センサの出力信号を集約して前記光センサと被検知物との距離を検知する手段を有する第１基板と、
   前記第１基板から得られた複数の検知情報を集約して上位コントローラに送る手段を有する第２基板と、を備え、
   前記第１基板上の長手方向に複数に並んだ前記光センサ間および前記光センサの周囲が樹脂材でモールドされ、
   隣り合う前記光センサ間をモールドする前記樹脂材の厚さは、前記各光センサの周囲をモールドする前記樹脂材の厚さより薄くモールドされていることを特徴とする近接覚センサ。
2. 前記光センサの周囲をモールドする前記樹脂材の断面形状は、凸曲面状であることを特徴とする請求項１に記載の近接覚センサ。
3. 前記樹脂材は、
   ウレタン系樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の近接覚センサ。
4. 前記第１基板は、可撓性を有するフレキシブル基板であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の近接覚センサ。
5. 前記第２基板は、可撓性を有するフレキシブル基板であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の近接覚センサ。
6. 前記第１基板と前記第２基板は、別体でも一体でもよいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の近接覚センサ。
   
   
   

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