JP2020201124A - Tactile sensor and tactile sensing method - Google Patents

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準一郎 湯治
Junichiro Yuji
準一郎 湯治
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Abstract

To provide a tactile sensor for detecting physical changes such as temperature and pressure.SOLUTION: A tactile sensor 70 includes a tactile sensor terminal 10 having a thermistor 101, a housing section 102 of an elastic body for housing the thermistor 101, and a fluid 103 arranged around the thermistor 101 in the housing section 102. The tactile sensor 70 can have a measurement section 30 for measuring an electric resistance Rx of the thermistor 101 and a capacitance Cx by wiring connected to the thermistor 101, and a detection section 40 for obtaining temperature of an analyte 20 coming into contact with the housing section 102 and displacement of thickness of the housing section 102 from the electric resistance Rx and the capacitance Cx measured by the measurement section 30.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は触覚センサおよび触覚センシング方法に関する。 The present invention relates to a tactile sensor and a tactile sensing method.

人間の動きを再現する人型ロボットの開発が活発に行われており、人間に近い動作を行うものも登場し、注目を集めている。このような人型ロボットは、より人間の動きに近づけることが求められている。このためには、機構的な再現だけでなく、感覚系・神経系・思考系の高度な再現が求められる。このような高度な再現のための研究も活発に行われている。 Humanoid robots that reproduce human movements are being actively developed, and those that perform movements similar to humans have also appeared and are attracting attention. Such humanoid robots are required to be closer to human movements. For this purpose, not only mechanical reproduction but also advanced reproduction of the sensory system, nervous system, and thinking system is required. Research for such advanced reproduction is also being actively conducted.

この人型ロボットの高度な再現にあたって、感覚系を担う触覚センサも重要な地位を占めている。この触覚センサは、圧力・温度等の複数の物理情報を同時に扱って処理しなければならない部分である。しかし、人体における触覚のメカニズムに関しては、いまだ科学的に解明されていない部分が多いことと相まって、複数の情報を同時に扱うことが可能なセンサが、十分に開発されている状況ではない。また、様々な物理情報を取得できるセンサが提供されることで、人型ロボットのみでなく、多用途の装置に展開することも期待できる。 Tactile sensors, which are responsible for the sensory system, also occupy an important position in the advanced reproduction of this humanoid robot. This tactile sensor is a part that must handle and process a plurality of physical information such as pressure and temperature at the same time. However, with regard to the tactile mechanism in the human body, there are still many parts that have not been scientifically elucidated, and sensors capable of handling multiple pieces of information at the same time have not been sufficiently developed. Further, by providing a sensor capable of acquiring various physical information, it can be expected to be applied not only to humanoid robots but also to versatile devices.

触覚センサに関して、特許文献1は、感圧及び感温可能な触覚センサに関し、特にホール素子を用いた触覚センサを開示している。 Regarding the tactile sensor, Patent Document 1 discloses a tactile sensor capable of feeling pressure and temperature, particularly a tactile sensor using a Hall element.

特許文献2は、弾性体と、前記弾性体内に支持されたセンサ部と、前記センサ部を覆う保護膜とを備え、前記保護膜によって前記センサ部の周囲に内部空間が形成されていることを特徴とする触覚センサを開示している。 Patent Document 2 includes an elastic body, a sensor portion supported in the elastic body, and a protective film covering the sensor portion, and the protective film forms an internal space around the sensor portion. The characteristic tactile sensor is disclosed.

特許文献3は、流体を用いて、対象の硬さおよびぬめり等の表面性状を計測する方法であって、流体が満たされた柔軟なバルーンを対象に押し当てる接触工程と、該バルーンの流体を制御し、該バルーンを膨張させる流体制御工程と、該バルーンの膨張における流体または該バルーンの形状の変化を計測する計測工程と、該計測工程から得られた情報を信号処理し、硬さおよびぬめり等の表面性状の評価値を算出する評価工程と、から構成されることを特徴とする、流体を用いた触覚センシング方法を開示している。 Patent Document 3 is a method of measuring surface properties such as hardness and sliminess of a target using a fluid, which comprises a contact step of pressing a flexible balloon filled with the fluid against the target and a fluid of the balloon. A fluid control step of controlling and inflating the balloon, a measurement step of measuring a change in the shape of the fluid or the balloon in the expansion of the balloon, and a signal processing of information obtained from the measurement step to obtain hardness and slime. A tactile sensing method using a fluid is disclosed, which comprises an evaluation process for calculating an evaluation value of surface properties such as, etc., and a tactile sensing method using a fluid.

非特許文献1は、人工指内部に組み込まれた電極・圧力センサ・サーミスタを用いて、力・振動・温度情報を計測する生体模倣型触覚センサを開示している。 Non-Patent Document 1 discloses a biomimetic tactile sensor that measures force, vibration, and temperature information by using an electrode, a pressure sensor, and a thermistor incorporated inside an artificial finger.

特許第5999591号公報Japanese Patent No. 5999591 特開2010−169597号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-1659597 特開2009−198302号公報JP-A-2009-198302

T.Yamamoto, N.Wettels, J.A.Fishel, C.H.Lin, G.E.Loeb、「BioTac−生体模倣型触覚センサ」、日本ロボット学会誌、Vol.30 No.5 PP.496−498(2012)T. Yamamoto, N.M. Wettels, J.W. A. Fisher, C.I. H. Lin, G.M. E. Loeb, "BioTac-Biomimetic Tactile Sensor", Journal of the Robotics Society of Japan, Vol. 30 No. 5 PP. 496-498 (2012)

触覚センサについて、特許文献1〜3等のように、様々な触覚センサが検討されている。触覚センサは、構成により使用できる環境や条件が変わったり、検出するための制御等が変わる。例えば、センサの構造によっては、センサ内の磁石が磁界の影響を受けて、接触対象が金属等の場合、検出ができない場合がある。このため、様々な環境で利用できる選択肢が増えるように、温度や圧力などによる物理的な変位を検出することができる様々な触覚センサが求められている。
係る状況下、本発明は、温度や形状の変化などの物理的な変化を検出することができる触覚センサおよび触覚センシング方法を提供することを目的とする。
As for the tactile sensor, various tactile sensors have been studied as in Patent Documents 1 to 3. The environment and conditions in which the tactile sensor can be used change depending on the configuration, and the control for detecting the sensor changes. For example, depending on the structure of the sensor, if the magnet in the sensor is affected by the magnetic field and the contact target is metal or the like, detection may not be possible. Therefore, various tactile sensors capable of detecting physical displacement due to temperature, pressure, etc. are required so that the options that can be used in various environments increase.
Under such circumstances, an object of the present invention is to provide a tactile sensor and a tactile sensing method capable of detecting a physical change such as a change in temperature or shape.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。 As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventor has found that the following invention meets the above object, and has reached the present invention. That is, the present invention relates to the following invention.

<1> サーミスタと、前記サーミスタを収容する弾性体の収容部と、前記収容部の内部で前記サーミスタの周囲に配置された流体とを有する触覚センサ端子を有する触覚センサ。
<2> 前記サーミスタに接続され、前記サーミスタの電気抵抗Rxと静電容量Cxとを測定する測定部と、前記測定部で測定した前記電気抵抗Rxと前記静電容量Cxとから、前記収容部が接する被検体の温度と前記収容部の厚さの変位とを求める検出部を有する、<1>記載の触覚センサ。
<3> 前記サーミスタが、NTC型サーミスタである<1>または<2>に記載の触覚センサ。
<4> 前記流体の比誘電率が10以上である<1>〜<3>のいずれかに記載の触覚センサ。
<5> サーミスタと、前記サーミスタを収容する弾性体の収容部と、前記収容部の内部で前記サーミスタの周囲に配置された流体とを有する触覚センサ端子の前記収容部を被検体に接触させる接触工程と、
前記収容部を前記被検体に接触させたときの前記サーミスタの電気抵抗Rxと静電容量Cxとを測定する測定工程と、
前記測定工程で測定された前記電気抵抗Rxと前記静電容量Cxとから、前記収容部が接する被検体の温度と前記収容部の厚さの変位とを求める検出工程とを有する触覚センシング方法。
<1> A tactile sensor having a thermistor, an accommodating portion of an elastic body accommodating the thermistor, and a tactile sensor terminal having a fluid arranged around the thermistor inside the accommodating portion.
<2> From a measuring unit connected to the thermistor and measuring the electric resistance Rx and the capacitance Cx of the thermistor, and the electric resistance Rx and the capacitance Cx measured by the measuring unit, the accommodating unit The tactile sensor according to <1>, which has a detection unit for obtaining the temperature of the subject in contact with the subject and the displacement of the thickness of the housing portion.
<3> The tactile sensor according to <1> or <2>, wherein the thermistor is an NTC type thermistor.
<4> The tactile sensor according to any one of <1> to <3>, wherein the relative permittivity of the fluid is 10 or more.
<5> Contact of the thermistor, the accommodating portion of the elastic body accommodating the thermistor, and the accommodating portion of the tactile sensor terminal having a fluid arranged around the thermistor inside the accommodating portion in contact with the subject. Process and
A measurement step of measuring the electrical resistance Rx and the capacitance Cx of the thermistor when the housing portion is brought into contact with the subject.
A tactile sensing method comprising a detection step of obtaining the temperature of a subject in contact with the accommodating portion and the displacement of the thickness of the accommodating portion from the electric resistance Rx and the capacitance Cx measured in the measuring step.

本発明の触覚センサおよび触覚センシング方法によれば、触覚センサ端子が接触する被検体の温度や被検体と接したときの触覚センサ端子の形状の変化を測定することができる。 According to the tactile sensor and the tactile sensing method of the present invention, it is possible to measure the temperature of the subject to which the tactile sensor terminal contacts and the change in the shape of the tactile sensor terminal when the tactile sensor terminal comes into contact with the subject.

本発明の触覚センサに係る第一の実施形態の概要図である。It is a schematic diagram of the 1st Embodiment which concerns on the tactile sensor of this invention. 第一の実施形態の触覚センサが被検体と接触したときの状態を説明するための概要図である。It is a schematic diagram for demonstrating the state when the tactile sensor of 1st Embodiment comes into contact with a subject. 本発明の触覚センサを用いて被検体を触覚センシングするフローを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the flow of tactile sensing of a subject using the tactile sensor of this invention. 実施例に係る触覚センサ端子を撮像した像である。It is an image which imaged the tactile sensor terminal which concerns on Example. 本発明に係る触覚センサにより、収容部の形状や周囲の温度の変化と、サーミスタの電気抵抗や静電容量の変化の関係を評価した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having evaluated the relationship between the change of the shape of the accommodating part and the ambient temperature, and the change of the electric resistance and the capacitance of the thermistor by the tactile sensor which concerns on this invention. 本発明の触覚センサが、電気抵抗や静電容量の測定結果から、触覚センサ端子が接触する被検体の温度を検出するために用いる検出空間をマップ化した図である。It is a figure which mapped the detection space used by the tactile sensor of this invention for detecting the temperature of the subject which a tactile sensor terminal comes in contact with from the measurement result of the electric resistance and the capacitance. 本発明の触覚センサが、電気抵抗や静電容量の測定結果から、触覚センサ端子が被検体と接触したときの収容部の厚さの変位を検出するために用いる検出空間をマップ化した図である。The figure which maps the detection space used by the tactile sensor of this invention for detecting the displacement of the thickness of the accommodating part when the tactile sensor terminal comes into contact with a subject from the measurement result of electric resistance and capacitance. is there.

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を変更しない限り、以下の内容に限定されない。なお、本明細書において「〜」という表現を用いる場合、その前後の数値を含む表現として用いる。 Embodiments of the present invention will be described in detail below, but the description of the constituent elements described below is an example (representative example) of the embodiments of the present invention, and the present invention is described below unless the gist thereof is changed. It is not limited to the contents of. In addition, when the expression "~" is used in this specification, it is used as an expression including numerical values before and after it.

[本発明の触覚センサ]
本発明の触覚センサは、サーミスタと、前記サーミスタを収容する弾性体の収容部と、前記収容部の内部で前記サーミスタの周囲に配置された流体とを有する触覚センサ端子を有する。このような触覚センサを用いることで、サーミスタから検出される抵抗や静電容量から、触覚センサ端子が接触する被検体の温度や被検体と接したときの触覚センサ端子の形状の変化を測定することができる。
[Tactile sensor of the present invention]
The tactile sensor of the present invention has a tactile sensor terminal having a thermistor, an accommodating portion of an elastic body accommodating the thermistor, and a fluid arranged around the thermistor inside the accommodating portion. By using such a tactile sensor, the temperature of the subject in contact with the tactile sensor terminal and the change in the shape of the tactile sensor terminal when in contact with the subject are measured from the resistance and capacitance detected by the thermistor. be able to.

[本発明の触覚センシング方法]
本発明の触覚センシング方法は、サーミスタと、前記サーミスタを収容する弾性体の収容部と、前記収容部の内部で前記サーミスタの周囲に配置された流体とを有する触覚センサ端子の前記収容部を被検体に接触させる接触工程と、
前記収容部を前記被検体に接触させたときの前記サーミスタの電気抵抗Rxと静電容量Cxとを測定する測定工程と、
前記測定工程で測定された前記電気抵抗Rxと前記静電容量Cxとから、前記収容部が接する被検体の温度と前記収容部の厚さの変位とを求める検出工程とを有する。
本発明の触覚センシング方法によれば、触覚センサ端子が接触する被検体の温度や被検体と接したときの触覚センサ端子の形状の変化を測定することができる。
なお、本願において本発明の触覚センサを用いて本発明の触覚センシング方法を行うことができ、本願においてそれぞれに対応する構成は相互に利用することができる。
[Tactile Sensing Method of the Present Invention]
The tactile sensing method of the present invention covers the accommodating portion of a tactile sensor terminal having a thermistor, an accommodating portion of an elastic body accommodating the thermistor, and a fluid arranged around the thermistor inside the accommodating portion. The contact process of contacting the sample and
A measurement step of measuring the electrical resistance Rx and the capacitance Cx of the thermistor when the housing portion is brought into contact with the subject.
It has a detection step of obtaining the temperature of a subject in contact with the accommodating portion and the displacement of the thickness of the accommodating portion from the electric resistance Rx and the capacitance Cx measured in the measuring step.
According to the tactile sensing method of the present invention, it is possible to measure the temperature of the subject in contact with the tactile sensor terminal and the change in the shape of the tactile sensor terminal when it comes into contact with the subject.
In the present application, the tactile sensing method of the present invention can be performed using the tactile sensor of the present invention, and the configurations corresponding to the respective can be mutually used in the present application.

本発明者らは、温度や圧力を検出する触覚センサの検討にあたって、以下の知見を得た。サーミスタは、一般的に温度の測定に用いられるセンサ部材である。このサーミスタの電極部などを収容させた容器内で、サーミスタの電極の周囲に液体を配置したとき、その配置される液体の温度変化やサーミスタ周囲での液体の配置のされ方によって、サーミスタの電気抵抗やその周囲の静電容量が影響を受けることを見出した。この温度変化と液体の配置のされ方の変化とによる影響を受ける電気抵抗と静電容量との変化は、それぞれ異なる挙動を示す。よって、このようなサーミスタの周囲に液体を配置する構成の触覚センサ端子とし、触覚センサ端子が被検体と接触したときのサーミスタの電気抵抗と、静電容量を測定することで、被検体の温度や、被検体と触覚センサ端子の接触による触覚センサ端子の変形、すなわち接触による圧力を測定することができる。本発明は、かかる知見に基づく。 The present inventors have obtained the following findings in examining a tactile sensor that detects temperature and pressure. The thermistor is a sensor member generally used for measuring temperature. When a liquid is placed around the thermistor's electrodes in a container that houses the thermistor's electrodes, the thermistor's electricity depends on the temperature change of the placed liquid and how the liquid is placed around the thermistor. We have found that the resistance and the capacitance around it are affected. The changes in electrical resistance and capacitance that are affected by this temperature change and the change in the arrangement of liquids behave differently. Therefore, the temperature of the subject is measured by measuring the electrical resistance and capacitance of the thermistor when the tactile sensor terminal comes into contact with the subject by using a tactile sensor terminal having a configuration in which a liquid is arranged around the thermistor. Alternatively, the deformation of the tactile sensor terminal due to the contact between the subject and the tactile sensor terminal, that is, the pressure due to the contact can be measured. The present invention is based on such findings.

[第一の実施形態]
図1は、本発明の触覚センサの第一の実施形態を説明するための概要図である。触覚センサ70は、触覚センサ端子10を有する。触覚センサ端子10は、サーミスタ101と、収容部102と、流体103を有する。また、触覚センサ70は、触覚センサ端子10のサーミスタ101の配線と接続された測定部30と、検出部40と、記憶部50と、表示部60を有する。触覚センサ70は、被検体20の温度などの検出に用いられる。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a first embodiment of the tactile sensor of the present invention. The tactile sensor 70 has a tactile sensor terminal 10. The tactile sensor terminal 10 has a thermistor 101, an accommodating portion 102, and a fluid 103. Further, the tactile sensor 70 has a measuring unit 30, a detecting unit 40, a storage unit 50, and a display unit 60 connected to the wiring of the thermistor 101 of the tactile sensor terminal 10. The tactile sensor 70 is used to detect the temperature of the subject 20 and the like.

[サーミスタ101]
触覚センサ端子10は、サーミスタ101を有する。サーミスタ101は、温度の変化に伴い電気抵抗や静電容量等が変化するため、測定部30にて電流や電圧を測定することで温度を測定するセンサ部材である。さらに、サーミスタ101は、前述の知見にも記載したように、周囲の流体103の影響を受けて電気抵抗や静電容量等が変化している。本発明においては、サーミスタ101の電気抵抗や静電容量を測定することで、このようなサーミスタ101の周囲の流体103の配置の変化も検出する。
[Thermistor 101]
The tactile sensor terminal 10 has a thermistor 101. The thermistor 101 is a sensor member that measures the temperature by measuring the current and the voltage with the measuring unit 30 because the electric resistance, the capacitance, and the like change with the change of the temperature. Further, as described in the above-mentioned findings, the thermistor 101 has a change in electric resistance, capacitance, and the like under the influence of the surrounding fluid 103. In the present invention, by measuring the electric resistance and the capacitance of the thermistor 101, such a change in the arrangement of the fluid 103 around the thermistor 101 is also detected.

サーミスタ101は、触覚センサ端子10が使用される温度域で電気抵抗や静電容量が変化するものを適宜用いることができる。サーミスタ101は、NTC型サーミスタ(Negative Temperature Coefficient Thermistor)を用いることが好ましい。NTC型サーミスタは、温度の上昇に対して緩やかに抵抗が減少するサーミスタであり、触覚センサ70は人が接する物体等を被検体等として用いることができるため、その使用状態を想定した温度域で、電気抵抗や静電容量の測定を行いやすい。市販のサーミスタは、電極が樹脂製フィルム等で被覆された状態のものが多いが、触覚センサ端子10のサーミスタ101は、電極が露出した状態で、電極が流体103と直接接触する。電極が流体103と直接接触することで、流体103が周囲に配置されている状態に対応した静電容量の変化が大きくなり、温度や収容部の厚さの変位の検出を行いやすくなる。また収容部の厚さの変位から、収容部の弾性等を考慮した換算により圧力を検出することもできる。 As the thermistor 101, one whose electric resistance and capacitance change in the temperature range in which the tactile sensor terminal 10 is used can be appropriately used. As the thermistor 101, it is preferable to use an NTC type thermistor (Negative Temperature Coefficient Thermistor). The NTC type thermistor is a thermistor whose resistance gradually decreases with respect to an increase in temperature, and since the tactile sensor 70 can use an object or the like in contact with a person as a subject or the like, it is in a temperature range assuming its usage state. , Easy to measure electrical resistance and capacitance. Most of the commercially available thermistors have electrodes coated with a resin film or the like, but in the thermistor 101 of the tactile sensor terminal 10, the electrodes come into direct contact with the fluid 103 in a state where the electrodes are exposed. When the electrode comes into direct contact with the fluid 103, the change in capacitance corresponding to the state in which the fluid 103 is arranged around the fluid 103 becomes large, and it becomes easy to detect the displacement of the temperature and the thickness of the accommodating portion. It is also possible to detect the pressure from the displacement of the thickness of the accommodating portion by converting the elasticity of the accommodating portion into consideration.

[収容部102]
収容部102は、サーミスタ101を収容する弾性体である。収容部102は、流体103も収容し、収容部102内でサーミスタ101の周囲に流体103が配置されている。収容部102は、収容している流体103が漏れないように密封性が高いものを用いることができる。また、流体と接触しても侵食されにくいものを用いることができる。また、被検体20と接触したとき、収容部102は変形する柔軟な部材を用いることができる。また、収容部102は、被検体20の磁気特性や導電性等の影響を、その内側の流体103やサーミスタ101に与えないように絶縁性の部材としてもよい。このような収容部102に適した部材として、例えば、ゴム製部材や、プラスチック製部材、シリコーンゴム製部材などがあげられる。
[Accommodation unit 102]
The accommodating portion 102 is an elastic body that accommodates the thermistor 101. The accommodating portion 102 also accommodates the fluid 103, and the fluid 103 is arranged around the thermistor 101 in the accommodating portion 102. As the accommodating portion 102, one having a high sealing property can be used so that the accommodating fluid 103 does not leak. Further, a fluid that is not easily eroded even if it comes into contact with a fluid can be used. Further, the accommodating portion 102 can use a flexible member that deforms when it comes into contact with the subject 20. Further, the accommodating portion 102 may be an insulating member so as not to affect the fluid 103 and the thermistor 101 inside the subject 20 such as magnetic properties and conductivity. Examples of the member suitable for such a housing portion 102 include a rubber member, a plastic member, and a silicone rubber member.

収容部102は、筒などの中空部を有する柱状部材の一端を閉じた容器状として、サーミスタ101の電極部分を内部に配置して、流体103を充填し、残りの開口部分を密閉したものとすることができる。このとき、サーミスタ101の電極と接続された配線は、収容部102の壁から突出したものとする。また、収容部102の内側でサーミスタ101の配線と収容部102が接する部分は、密閉したものとする。 The accommodating portion 102 has a container shape in which one end of a columnar member having a hollow portion such as a cylinder is closed, an electrode portion of the thermistor 101 is arranged inside, the fluid 103 is filled, and the remaining opening portion is sealed. can do. At this time, the wiring connected to the electrode of the thermistor 101 is assumed to protrude from the wall of the accommodating portion 102. Further, the portion where the wiring of the thermistor 101 and the accommodating portion 102 are in contact with each other inside the accommodating portion 102 is sealed.

収容部102の形状や、壁の厚みは触覚センサ70の用途に応じて任意のものとすることができる。収容部102は、触覚センサ端子10の外形の主たる構造となる。このため触覚センサ70の用途に応じて調整される触覚センサ端子10の形状に合わせて、収容部102の形状は設計されたものが用いられる。 The shape of the accommodating portion 102 and the thickness of the wall can be arbitrary depending on the use of the tactile sensor 70. The accommodating portion 102 has a main structure of the outer shape of the tactile sensor terminal 10. Therefore, the shape of the accommodating portion 102 is designed according to the shape of the tactile sensor terminal 10 adjusted according to the application of the tactile sensor 70.

[流体103]
流体103は、収容部102内でサーミスタ101の周囲に配置される。収容部102が、被検体20と接触したとき、被検体20の硬さや弾性、触覚センサ端子10が被検体に接する力等に応じて、収容部102は形状が変化する。この収容部102の形状の変化を円滑なものとするために、収容部102は内部に中空部を有し、中空部には流体103が充填されている。さらには、この流体103が、サーミスタ101の周囲に配置されている状態によって、サーミスタ101が検出する電気抵抗や静電容量等も変化する。この電気抵抗や静電容量は、流体103の物性の影響も受ける。
[Fluid 103]
The fluid 103 is arranged around the thermistor 101 in the accommodating portion 102. When the accommodating portion 102 comes into contact with the subject 20, the shape of the accommodating portion 102 changes according to the hardness and elasticity of the subject 20, the force with which the tactile sensor terminal 10 comes into contact with the subject, and the like. In order to facilitate the change in the shape of the accommodating portion 102, the accommodating portion 102 has a hollow portion inside, and the hollow portion is filled with the fluid 103. Further, the electric resistance and the capacitance detected by the thermistor 101 also change depending on the state in which the fluid 103 is arranged around the thermistor 101. The electrical resistance and capacitance are also affected by the physical properties of the fluid 103.

ここで本願に用いる流体103は、収容部102に応力をかけたとき収容部102と連動して形状が変化することができる程度の流動性を有するものをいう。この流体103は、密度が0.5以上であることが好ましく、0.7以上であることがより好ましい。密度が低すぎる場合、電気抵抗や静電容量に変化が生じにくく、測定や検出しにくい場合がある。密度の上限は特に定めなくてもよいが、20以下や、15以下、10以下、5以下のような上限を設けてもよい。流体103は、適当な密度や比誘電率等を有し、収容部102内で密閉された状態を維持しやすいように、触覚センサ端子10が用いられる環境で、液体やゲル、ゾルとなるものが好ましい。 Here, the fluid 103 used in the present application refers to a fluid having a fluidity that allows the shape to change in conjunction with the accommodating portion 102 when stress is applied to the accommodating portion 102. The fluid 103 preferably has a density of 0.5 or more, more preferably 0.7 or more. If the density is too low, changes in electrical resistance and capacitance are unlikely to occur, and measurement and detection may be difficult. The upper limit of the density is not particularly set, but an upper limit such as 20 or less, 15 or less, 10 or less, or 5 or less may be set. The fluid 103 has an appropriate density, relative permittivity, etc., and becomes a liquid, gel, or sol in an environment in which the tactile sensor terminal 10 is used so that it can be easily maintained in a sealed state in the accommodating portion 102. Is preferable.

流体103は、比誘電率が、10以上であることが好ましい。比誘電率は、例えば、水は80程度であり、エタノールは24、メタノールは33、プロピレングリコールは32、エチレングリコールは39、グリセリンは47である。比誘電率が高いほど、触覚センサ端子10のサーミスタ101の電気抵抗や静電容量が測定しやすい絶対量となりノイズの影響を抑制して、わずかな温度変化等も検出することができ、その測定精度や正確さも向上する。比誘電率は、より高いほど、電気抵抗や静電容量を測定しやすくなるため、20以上がより好ましく30以上や、40以上を下限としてもよい。比誘電率の上限は特に定めなくてもよいが、1000以下や、500以下、200以下のような上限を設けてもよい。 The fluid 103 preferably has a relative permittivity of 10 or more. The relative permittivity is, for example, about 80 for water, 24 for ethanol, 33 for methanol, 32 for propylene glycol, 39 for ethylene glycol, and 47 for glycerin. The higher the relative permittivity, the easier it is to measure the electrical resistance and capacitance of the thermistor 101 of the tactile sensor terminal 10, and it is possible to suppress the influence of noise and detect even slight temperature changes. It also improves accuracy and accuracy. The higher the relative permittivity, the easier it is to measure the electrical resistance and capacitance. Therefore, 20 or more is more preferable, and 30 or more or 40 or more may be the lower limit. The upper limit of the relative permittivity may not be particularly set, but an upper limit such as 1000 or less, 500 or less, or 200 or less may be set.

流体103は、例えば、水(水道水など)や、アルコールなどの極性溶媒、また、これらの混合組成物などを用いることができる。また、これらの液体に粘度を向上させる増粘剤等を加えた増粘液やゾル、ゲルとして、収容部102からの漏出を抑制したり、比誘電率を向上させるための導電性部材を混合した組成物としてもよい。 As the fluid 103, for example, water (tap water or the like), a polar solvent such as alcohol, or a mixed composition thereof can be used. Further, as a thickening liquid, a sol, or a gel obtained by adding a thickener or the like for improving the viscosity to these liquids, a conductive member for suppressing leakage from the accommodating portion 102 or improving the relative permittivity was mixed. It may be a composition.

[触覚センサ端子10]
触覚センサ端子10は、サーミスタ101と、収容部102と、流体103を有する。この触覚センサ端子10の形状は、例えば、指を模したものなどとすることができる。また、指の形状にこだわらず、接触した被検体の温度等を検出する、任意の形状にしてもよい。例えば、その外形は、円柱や多角柱の柱状としたり、面状のものとしたりすることができる。円柱の直径は0.3mm以上とすることができる。面状の1辺は0.3mm以上とすることができる。直径や辺の大きさは、0.5mm以上や1mm以上、2mm以上としてもよい。
[Tactile sensor terminal 10]
The tactile sensor terminal 10 has a thermistor 101, an accommodating portion 102, and a fluid 103. The shape of the tactile sensor terminal 10 can be, for example, a finger imitation. Further, regardless of the shape of the finger, any shape may be used to detect the temperature of the subject in contact. For example, the outer shape may be a cylinder, a prism of a polygonal prism, or a planar shape. The diameter of the cylinder can be 0.3 mm or more. One side of the surface can be 0.3 mm or more. The diameter and the size of the sides may be 0.5 mm or more, 1 mm or more, and 2 mm or more.

また、触覚センサ端子10の収容部の内部に配置するサーミスタ101は、1つでもよいが、2つ以上や、3つ以上のように複数もうけてもよい。または、触覚センサ端子10をアレイ状に配置した触覚センサとしてもよい。複数のサーミスタや、複数の触覚センサ端子を有する触覚センサとすることで、それぞれのサーミスタや触覚センサ端子が対応する位置の被検体の温度などの状態をより詳しくマップ化して検出することもできる。 Further, the number of thermistors 101 arranged inside the accommodating portion of the tactile sensor terminal 10 may be one, but a plurality of thermistors 101 may be provided, such as two or more or three or more. Alternatively, the tactile sensor terminals 10 may be arranged in an array. By using a tactile sensor having a plurality of thermistors and a plurality of tactile sensor terminals, it is possible to map and detect the state such as the temperature of the subject at the position corresponding to each thermistor or the tactile sensor terminal in more detail.

被検体20は、触覚センサを接触させて使用する任意のものとすることができる。例えば、金属部材や、樹脂部材、木材、工業用品、食品、家庭用品等、その部材や用途等も任意のものとすることができる。 The subject 20 can be any one used by contacting the tactile sensor. For example, metal members, resin members, wood, industrial products, foods, household products, etc., and the members and uses thereof can be arbitrary.

第一の実施形態の触覚センサ70は、触覚センサ端子10を有し、さらに、測定部30と、検出部40と、記憶部50と、表示部60を有する。これらの構成により触覚センサ端子10が接触する被検体20の温度などを測定して、測定結果を適宜表示部60に表示することなどができる。 The tactile sensor 70 of the first embodiment has a tactile sensor terminal 10, further includes a measuring unit 30, a detecting unit 40, a storage unit 50, and a display unit 60. With these configurations, the temperature of the subject 20 to which the tactile sensor terminal 10 comes into contact can be measured, and the measurement result can be appropriately displayed on the display unit 60.

[測定部30]
測定部30は、電気抵抗Rxと、静電容量Cxとを測定する部分である。測定部30は、触覚センサ端子10のサーミスタ101の配線と接続した状態で用いられる。
[Measuring unit 30]
The measuring unit 30 is a part that measures the electric resistance Rx and the capacitance Cx. The measuring unit 30 is used in a state of being connected to the wiring of the thermistor 101 of the tactile sensor terminal 10.

電気抵抗Rxは、サーミスタの種類や、触覚センサ端子10の大きさ、被検体の温度、収容部102の厚さの変位などの形状の変化量などに応じて変化する。この変化する範囲に合わせた測定ができるものを用いる。例えば、電気抵抗の範囲は1Ω〜1MΩ程度の範囲での変位を想定したものとすることができ、温度が0℃〜50℃程度での使用を想定する場合、1kΩ〜100kΩ程度の範囲を測定することができるものとすることができる。電気抵抗Rxは、電気抵抗Rxと相関する他の物理量の測定による値を用いる場合も含む。例えば、電圧などを測定して、その値を電気抵抗Rxに相当するものとして使用する場合も含む。 The electric resistance Rx changes according to the type of thermistor, the size of the tactile sensor terminal 10, the temperature of the subject, the amount of change in shape such as the displacement of the thickness of the accommodating portion 102, and the like. Use a device that can measure according to this changing range. For example, the range of electrical resistance can be assumed to be displacement in the range of about 1Ω to 1MΩ, and when it is assumed to be used at a temperature of about 0 ° C to 50 ° C, the range of about 1kΩ to 100kΩ is measured. Can be. The electric resistance Rx includes the case where a value measured by another physical quantity that correlates with the electric resistance Rx is used. For example, the case where a voltage or the like is measured and the value is used as corresponding to the electric resistance Rx is also included.

静電容量Cxは、サーミスタの種類や、触覚センサ端子10の大きさ、被検体の温度、収容部102の厚さの変位などの形状の変化量などに応じて変化する。この変化する範囲に合わせた測定ができるものを用いる。例えば、静電容量の範囲は1ピコファラッド(pF)〜1ミリファラッド(mF)程度の範囲での変位を想定したものとすることができ、温度が0℃〜50℃程度での使用を想定する場合、100pF〜10μF程度の範囲を測定することができるものとすることができる。 The capacitance Cx changes according to the type of thermistor, the size of the tactile sensor terminal 10, the temperature of the subject, the amount of change in shape such as the displacement of the thickness of the accommodating portion 102, and the like. Use a device that can measure according to this changing range. For example, the capacitance range can be assumed to be a displacement in the range of 1 picofarad (pF) to 1 millifarad (mF), and it is assumed to be used at a temperature of about 0 ° C to 50 ° C. In this case, it is possible to measure a range of about 100 pF to 10 μF.

[検出部40]
検出部40は、測定部30で測定した電気抵抗Rxと静電容量Cxとから、収容部102が接する被検体20の温度や収容部20の変形による厚さの変位を求める部分である。
サーミスタ101は、サーミスタ101が配置される場の温度Txの影響を受けて、電気抵抗Rxと静電容量Cxが変化する。また、サーミスタ101の周囲に流体103を配置した状態で用いるとき、その周囲の流体103によっても電気抵抗Rxと静電容量Cxが変化する。触覚センサ端子10が被検体に接触しないとき、サーミスタ101の対の電極の中央間を接続する向き(D1)と同一方向における収容部102の厚さはL0である(図1)。この厚さL0の端部を一定の力で被検体20に接触させると、収容部102は弾性体のため、被検体20の硬さや弾性、触覚センサ端子10にかかる応力等により、偏平状に変形する。図2(a)は、比較的弱い力で触覚センサ端子10を被検体20に接触させた状態を示すものであり変形量は少なく厚さはL1である。さらに、図2(b)は、図2(a)よりも強い力で被検体20に接触させたときの触覚センサ端子10の概要を示す図である。このとき、収容部102はより偏平状に変形し、厚さはL2である。この厚さが、L0から、L1やL2に変形したとき、電極間の周囲の液の配置が変化し、電極の周囲で移動する電荷が変わり、電気抵抗Rxや静電容量Cxが変化する。所定の条件における厚さLxは、触覚センサ端子10を被検体に押し付ける圧力や、収容部102の弾性率、被検体20の硬さなどにより変わる。このため、触覚センサ端子10にかける圧力を一定にすることで被検体20の硬さを求めたり、被検体20の硬さなどの情報をあらかじめ把握しておくことで厚さLxから応力を求めるものとしてもよい。
[Detection unit 40]
The detection unit 40 is a portion that obtains the temperature of the subject 20 in contact with the storage unit 102 and the displacement of the thickness due to the deformation of the storage unit 20 from the electric resistance Rx and the capacitance Cx measured by the measurement unit 30.
In the thermistor 101, the electric resistance Rx and the capacitance Cx change under the influence of the temperature Tx in the place where the thermistor 101 is arranged. Further, when the fluid 103 is arranged around the thermistor 101, the electric resistance Rx and the capacitance Cx change depending on the fluid 103 around the fluid 103. When the tactile sensor terminal 10 does not come into contact with the subject, the thickness of the accommodating portion 102 in the same direction as the direction (D1) of connecting the centers of the pair of electrodes of the thermistor 101 is L0 (FIG. 1). When the end portion of the thickness L0 is brought into contact with the subject 20 with a constant force, since the accommodating portion 102 is an elastic body, it becomes flat due to the hardness and elasticity of the subject 20, the stress applied to the tactile sensor terminal 10, and the like. Deform. FIG. 2A shows a state in which the tactile sensor terminal 10 is brought into contact with the subject 20 with a relatively weak force, the amount of deformation is small, and the thickness is L1. Further, FIG. 2B is a diagram showing an outline of the tactile sensor terminal 10 when the subject 20 is brought into contact with the subject 20 with a stronger force than that of FIG. 2A. At this time, the accommodating portion 102 is deformed in a more flat shape, and the thickness is L2. When this thickness is deformed from L0 to L1 or L2, the arrangement of the liquid around the electrodes changes, the electric charge moving around the electrodes changes, and the electric resistance Rx and the capacitance Cx change. The thickness Lx under a predetermined condition varies depending on the pressure of pressing the tactile sensor terminal 10 against the subject, the elastic modulus of the accommodating portion 102, the hardness of the subject 20, and the like. Therefore, the hardness of the subject 20 is obtained by keeping the pressure applied to the tactile sensor terminal 10 constant, and the stress is obtained from the thickness Lx by grasping information such as the hardness of the subject 20 in advance. It may be a thing.

電気抵抗Rx、静電容量Cxと、触覚センサ端子10が被検体20と接触したときの、被検体20の温度Tx、サーミスタ101の周囲の収容部102の厚さLxとの関係を一般化すると、それぞれ式(A1)、式(A2)の式が成立する。gxは、Rxを求めるための係数であり、gcは、Cxを求めるための係数である。ここで電気抵抗Rxは、より温度Txの変化の影響を受けやすい。他方の静電容量Cxは、その周囲の流体103の静電容量も見かけ上測定されやすいため、サーミスタ101の電極間の液量の影響を受けやすく厚さLxの影響を受けやすい。
Rx=gx(Tx,Lx) 式(A1)
Cx=gc(Tx,Lx) 式(A2)
Generalizing the relationship between the electrical resistance Rx, the capacitance Cx, the temperature Tx of the subject 20 when the tactile sensor terminal 10 comes into contact with the subject 20, and the thickness Lx of the accommodating portion 102 around the thermistor 101. , The equations (A1) and (A2) are established, respectively. gx is a coefficient for obtaining Rx, and gc is a coefficient for obtaining Cx. Here, the electric resistance Rx is more susceptible to changes in the temperature Tx. On the other hand, the capacitance Cx is easily affected by the amount of liquid between the electrodes of the thermistor 101 and is easily affected by the thickness Lx because the capacitance of the fluid 103 around it is also apparently easily measured.
Rx = gx (Tx, Lx) equation (A1)
Cx = gc (Tx, Lx) equation (A2)

この式(A1)、式(A2)を利用して、温度Tx、厚さLxを検出することができる。ftは、Txを求めるための係数であり、flは、Lxを求めるための係数である。触覚センサ端子10の条件に対応した電気抵抗Rxや、静電容量Cxの測定結果に対応する式(B1)や式(B2)の係数をあらかじめ求めておくことで、被検体20の温度や、被検体20と接触したときの触覚センサ端子10の厚さの変化を求めることができる。
Tx=ft(Rx、Cx) 式(B1)
Lx=fl(Rx、Cx) 式(B2)
The temperature Tx and the thickness Lx can be detected by using the formulas (A1) and (A2). ft is a coefficient for obtaining Tx, and fl is a coefficient for obtaining Lx. By obtaining in advance the coefficients of the equations (B1) and (B2) corresponding to the electrical resistance Rx corresponding to the conditions of the tactile sensor terminal 10 and the measurement result of the capacitance Cx, the temperature of the subject 20 and the temperature of the subject 20 can be determined. It is possible to obtain the change in the thickness of the tactile sensor terminal 10 when it comes into contact with the subject 20.
Tx = ft (Rx, Cx) equation (B1)
Lx = fl (Rx, Cx) equation (B2)

なお、式(B1)、式(B2)に基づく、温度Txや厚さLxを測定しやすいように、厚さL0は、サーミスタ周辺での厚さが十分に変化して電気抵抗Rxや、静電容量Cxの変位が検出しやすい程度の大きさとすることが好ましい。このような観点から、厚さL0の下限は、0.8mm以上とすることが好ましく、1.0mm以上とすることがより好ましい。さらに、1.5mm以上や、2.0mm以上、2.5mm以上としてもよい。厚さL0は、特に上限を定めなくてもよいが、厚くなりすぎると、厚さの変位などの変化量に対する相対的な静電容量等の変化量の比が小さくなったり、センサが大型化して取り扱いにくい可能性があるため、50mm以下や、30mm以下、20mm以下、15mm以下のような上限を設けてもよい。 In addition, in order to make it easy to measure the temperature Tx and the thickness Lx based on the equations (B1) and (B2), the thickness L0 is such that the thickness around the thermistor changes sufficiently to increase the electric resistance Rx and the static value. It is preferable that the size is such that the displacement of the capacitance Cx can be easily detected. From such a viewpoint, the lower limit of the thickness L0 is preferably 0.8 mm or more, and more preferably 1.0 mm or more. Further, it may be 1.5 mm or more, 2.0 mm or more, or 2.5 mm or more. It is not necessary to set an upper limit for the thickness L0, but if it becomes too thick, the ratio of the amount of change such as the relative capacitance to the amount of change such as the displacement of the thickness becomes small, or the sensor becomes large. Therefore, since it may be difficult to handle, an upper limit such as 50 mm or less, 30 mm or less, 20 mm or less, and 15 mm or less may be set.

測定部30が測定した電気抵抗Rxや静電容量Cx、また、検出部40が温度Txや厚さLxを求めるための式(B1)や式(B2)、また、検出された温度Txや厚さLxなどの情報は適宜、記憶部50に記憶させて必要に応じてこの記憶された情報を読み取って、触覚センサ70を用いることができる。
また、検出された温度Txや、厚さLxなどの所定の情報を必要に応じて、表示部60にその検出結果などを表示することができる。電気抵抗Rxや静電容量Cx、またはこれらと対応するものとして測定する電圧等は、測定部30で測定することができる。この測定部30は、これらを測定するための電子回路を設けたマイコンなどを有するものとすることができる。また、測定部30で測定されたデータの処理などを行う検出部40等はこれらの機能を有するプログラムなどを有するパーソナルコンピュータや、ノートPC、タブレット端末などを用いて、これらの機能を示すものとすることができる。
The electrical resistance Rx and capacitance Cx measured by the measuring unit 30, the equations (B1) and (B2) for the detecting unit 40 to obtain the temperature Tx and the thickness Lx, and the detected temperature Tx and thickness. Information such as Lx can be appropriately stored in the storage unit 50, and the stored information can be read as needed to use the tactile sensor 70.
In addition, predetermined information such as the detected temperature Tx and the thickness Lx can be displayed on the display unit 60 as necessary. The electric resistance Rx, the capacitance Cx, or the voltage to be measured as corresponding to these can be measured by the measuring unit 30. The measuring unit 30 may have a microcomputer or the like provided with an electronic circuit for measuring them. Further, the detection unit 40 or the like that processes the data measured by the measurement unit 30 shall show these functions by using a personal computer having a program or the like having these functions, a notebook PC, a tablet terminal, or the like. can do.

図3は、本発明に係る触覚センシング方法S1のフローチャート図である。この触覚センシング方法を行うための触覚センサ端子としては、例えば、第一の実施形態に説明したような触覚センサ端子10などを用いることができる。
触覚センシング方法S1は、まず、触覚センサ端子の収容部を被検体に接触させる接触工程S11を行う。次に、サーミスタの配線と接続された測定部により、触覚センサ端子の収容部を被検体に接触させたときのサーミスタの電気抵抗Rxと、静電容量Cxとを測定する測定工程S21を行う。そして、測定工程S21で測定された電気抵抗Rxと静電容量Cxとから、収容部が接する被検体の温度と、収容部の厚さの変位とを求める検出工程S31を有する。検出工程S31で検出された被検体の温度と、収容部の厚さの変位とは、表示部に表示される表示工程S41により表示される。
FIG. 3 is a flowchart of the tactile sensing method S1 according to the present invention. As the tactile sensor terminal for performing this tactile sensing method, for example, the tactile sensor terminal 10 as described in the first embodiment can be used.
The tactile sensing method S1 first performs a contact step S11 in which the accommodating portion of the tactile sensor terminal is brought into contact with the subject. Next, the measurement step S21 for measuring the electrical resistance Rx of the thermistor and the capacitance Cx when the accommodating portion of the tactile sensor terminal is brought into contact with the subject is performed by the measuring unit connected to the wiring of the thermistor. Then, there is a detection step S31 for obtaining the temperature of the subject in contact with the accommodating portion and the displacement of the thickness of the accommodating portion from the electric resistance Rx and the capacitance Cx measured in the measuring step S21. The temperature of the subject detected in the detection step S31 and the displacement of the thickness of the accommodating portion are displayed by the display step S41 displayed on the display unit.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を変更しない限り以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples unless the gist thereof is changed.

[触覚センサ端子(1)]
・サーミスタ(1):超薄型サーミスタ(厚さ 500μm,SEMITEC社製“103JT−050”)の先端部分の被覆を外し、電極を露出させた状態で用いた。
・収容部(1):φ3.8mmのシリコーンチューブを用いた。
・流体(1):水道水を用いた。
収容部(1)の筒の開口部の一端を封止し、サーミスタ(1)を収容部(1)の中空部に配置し、流体(1)を加えた。その後、サーミスタ(1)の配線を外部に導出した状態で、収容部(1)の開口部を封止した。これにより、収容部(1)内にサーミスタ(1)の電極部分を収容した状態で、その周囲に流体(1)を充填した触覚センサ端子(1)を得た。
図4は、触覚センサ端子(1)を撮像した像である。
[Tactile sensor terminal (1)]
-Thermistor (1): An ultra-thin thermistor (thickness 500 μm, "103JT-050" manufactured by SEMITEC) was used in a state where the electrode was exposed by removing the coating on the tip portion.
-Accommodation part (1): A silicone tube having a diameter of 3.8 mm was used.
-Fluid (1): Tap water was used.
One end of the opening of the cylinder of the accommodating portion (1) was sealed, the thermistor (1) was placed in the hollow portion of the accommodating portion (1), and the fluid (1) was added. Then, in a state where the wiring of the thermistor (1) was led out to the outside, the opening of the accommodating portion (1) was sealed. As a result, a tactile sensor terminal (1) filled with a fluid (1) around the electrode portion of the thermistor (1) was obtained in the accommodating portion (1).
FIG. 4 is an image of the tactile sensor terminal (1).

触覚センサ端子(1)の配線をインピーダンスメータ(日置電機“インピーダンスアナライザ IM3570”)に接続し、触覚センサ端子(1)の電気抵抗と、静電容量を測定できる構成とした。
この触覚センサ端子(1)を所定の温度としたミニチュアデバイスで把持し、温度変化時と、ミニチュアデバイスで把持する直径の変化(変形量)の影響を評価した。触覚センサ端子(1)の変形方向は、サーミスタ(1)の電極の面に垂直方向から押しつぶすように変形させた。
図5は、電気抵抗と変形量、電気抵抗と温度、静電容量と変形量、静電容量と温度の関係を評価した結果を示すものである。また、測定にあたって、測定周波数は、1kHzとしたときと、10kHzとしたときの測定も行った。測定結果を図5にまとめる。
The wiring of the tactile sensor terminal (1) was connected to an impedance meter (Hioki Electric "impedance analyzer IM3570") so that the electrical resistance and capacitance of the tactile sensor terminal (1) could be measured.
The tactile sensor terminal (1) was gripped by a miniature device having a predetermined temperature, and the influence of the temperature change and the change in diameter (deformation amount) gripped by the miniature device was evaluated. The tactile sensor terminal (1) was deformed so as to be crushed from the direction perpendicular to the electrode surface of the thermistor (1).
FIG. 5 shows the results of evaluating the relationship between the electric resistance and the amount of deformation, the electric resistance and the temperature, the capacitance and the amount of deformation, and the capacitance and the temperature. Further, in the measurement, the measurement was performed when the measurement frequency was 1 kHz and when the measurement frequency was 10 kHz. The measurement results are summarized in FIG.

図5からも明らかなように、電気抵抗と静電容量は、変形量と温度は、それぞれ異なる挙動を示す。このことから、電気抵抗と静電容量を測定することで触覚センサ(1)が接する被検体の温度や、触覚センサ(1)の変形量を測定することができる。 As is clear from FIG. 5, the electric resistance and the capacitance show different behaviors in the amount of deformation and the temperature. From this, it is possible to measure the temperature of the subject in contact with the tactile sensor (1) and the amount of deformation of the tactile sensor (1) by measuring the electric resistance and the capacitance.

触覚センサ端子(1)の測定結果に基づく、電気抵抗および静電容量の測定結果から温度を測定するための空間分布を図6に示す。また、電気抵抗および静電容量の測定結果から収容部の厚さの変位(形状の変化)を測定するための空間分布を図7に示す。 FIG. 6 shows a spatial distribution for measuring the temperature from the measurement results of the electrical resistance and the capacitance based on the measurement results of the tactile sensor terminal (1). Further, FIG. 7 shows a spatial distribution for measuring the displacement (change in shape) of the thickness of the accommodating portion from the measurement results of the electric resistance and the capacitance.

図6、7の空間分布を用いて、触覚センサ端子(1)を、図5のための試験とは別に準備したミニチュアデバイスで押圧したときの、温度と、厚さの変位を検出した。このミニチュアデバイスで押圧し、電気抵抗及び静電容量の測定結果から検出した値は、温度25.5℃、厚さ1.4mm(変位2.4mm)であった。この試験状態のミニチュアデバイスの設定値は、温度25.7℃、厚さ1.3mm(変位2.5mm)であった。この結果からも、触覚センサ端子(1)を用いる触覚センサにより、温度、厚さの変位を優れた精度で測定することができることを確認した。 Using the spatial distributions of FIGS. 6 and 7, the temperature and thickness displacements when the tactile sensor terminal (1) was pressed by a miniature device prepared separately from the test for FIG. 5 were detected. The values detected from the measurement results of the electric resistance and the capacitance by pressing with this miniature device were a temperature of 25.5 ° C. and a thickness of 1.4 mm (displacement 2.4 mm). The set values of the miniature device in this test state were a temperature of 25.7 ° C. and a thickness of 1.3 mm (displacement 2.5 mm). From this result, it was confirmed that the displacement of temperature and thickness can be measured with excellent accuracy by the tactile sensor using the tactile sensor terminal (1).

流体(1)の水に代え、エタノールを用いて触覚センサ端子(2)を製造した。また、流体(1)の水に代え、シリコーンオイルを用いて触覚センサ端子(3)を製造した。
触覚センサ端子(2)および触覚センサ端子(3)の構成としても、温度と厚さの変位に対応した電気抵抗や静電容量を求めることで、温度と厚さの変位を測定することができた。一方、水よりも、エタノールやシリコーンオイルは比誘電率が低く、電気抵抗や静電容量の変化が少なく、測定精度がやや低下した。特にシリコーンオイルは、静電容量の絶対値が低く、測定が行いにくいものとなった。
The tactile sensor terminal (2) was manufactured using ethanol instead of water as the fluid (1). Further, the tactile sensor terminal (3) was manufactured by using silicone oil instead of water as the fluid (1).
As for the configuration of the tactile sensor terminal (2) and the tactile sensor terminal (3), the displacement of temperature and thickness can be measured by obtaining the electric resistance and capacitance corresponding to the displacement of temperature and thickness. It was. On the other hand, ethanol and silicone oil have a lower relative permittivity than water, have less change in electrical resistance and capacitance, and have slightly lower measurement accuracy. In particular, silicone oil has a low absolute value of capacitance, which makes it difficult to measure.

本発明は、温度や圧力の測定を行う触覚センサにかかり、ロボットの触覚機構等に利用することができ、産業上有用である。 The present invention applies to a tactile sensor that measures temperature and pressure, can be used as a tactile mechanism of a robot, and is industrially useful.

10 触覚センサ端子
101 サーミスタ
102 収容部
103 流体
20 被検体
30 測定部
40 検出部
50 記憶部
60 表示部
70 触覚センサ
10 Tactile sensor terminal 101 Thermistor 102 Accommodating unit 103 Fluid 20 Subject 30 Measuring unit 40 Detection unit 50 Storage unit 60 Display unit 70 Tactile sensor

Claims (5)

サーミスタと、前記サーミスタを収容する弾性体の収容部と、前記収容部の内部で前記サーミスタの周囲に配置された流体とを有する触覚センサ端子を有する触覚センサ。 A tactile sensor having a thermistor, an accommodating portion of an elastic body accommodating the thermistor, and a tactile sensor terminal having a fluid arranged around the thermistor inside the accommodating portion. 前記サーミスタに接続され、前記サーミスタの電気抵抗Rxと静電容量Cxとを測定する測定部と、
前記測定部で測定した前記電気抵抗Rxと前記静電容量Cxとから、前記収容部が接する被検体の温度と前記収容部の厚さの変位とを求める検出部を有する、請求項1記載の触覚センサ。
A measuring unit connected to the thermistor and measuring the electric resistance Rx and the capacitance Cx of the thermistor,
The first aspect of claim 1, further comprising a detecting unit for obtaining the temperature of a subject in contact with the accommodating portion and the displacement of the thickness of the accommodating portion from the electric resistance Rx and the capacitance Cx measured by the measuring unit. Tactile sensor.
前記サーミスタが、NTC型サーミスタである請求項1または2に記載の触覚センサ。 The tactile sensor according to claim 1 or 2, wherein the thermistor is an NTC type thermistor. 前記流体の比誘電率が10以上である請求項1〜3のいずれかに記載の触覚センサ。 The tactile sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the relative permittivity of the fluid is 10 or more. サーミスタと、前記サーミスタを収容する弾性体の収容部と、前記収容部の内部で前記サーミスタの周囲に配置された流体とを有する触覚センサ端子の前記収容部を被検体に接触させる接触工程と、
前記収容部を前記被検体に接触させたときの前記サーミスタの電気抵抗Rxと静電容量Cxとを測定する測定工程と、
前記測定工程で測定された前記電気抵抗Rxと前記静電容量Cxとから、前記収容部が接する被検体の温度と前記収容部の厚さの変位とを求める検出工程とを有する触覚センシング方法。
A contact step of bringing the thermistor, an accommodating portion of an elastic body accommodating the thermistor, and the accommodating portion of a tactile sensor terminal having a fluid arranged around the thermistor inside the accommodating portion into contact with a subject.
A measurement step of measuring the electrical resistance Rx and the capacitance Cx of the thermistor when the housing portion is brought into contact with the subject.
A tactile sensing method comprising a detection step of obtaining the temperature of a subject in contact with the accommodating portion and the displacement of the thickness of the accommodating portion from the electric resistance Rx and the capacitance Cx measured in the measuring step.
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