JP2021135169A - Fabric type sensor, garment type sensor and robot mounted with garment type sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、布型センサ、服型センサおよび服型センサを装着したロボットに関し、特にたとえば、柔軟な検出部を有する、布型センサ、服型センサおよび服型センサを装着したロボットに関する。 The present invention relates to a robot equipped with a cloth type sensor, a clothes type sensor and a clothes type sensor, and more particularly to, for example, a robot equipped with a cloth type sensor, a clothes type sensor and a clothes type sensor having a flexible detection unit.
この種の従来のロボット一例が特許文献1に開示されている。特許文献1に開示されるロボットは、体表面に対するユーザの接触を検出するための面上のタッチセンサが設置される。より具体的には、ロボットの樹脂材からなる 本体フレームの曲面状に沿って、第2層タッチセンサが設置され、この第2層タッチセンサは、本体フレームとウレタンゴム製の外皮の間に挟まれる。外皮の表面には布製の表皮が貼り付けられ、外被と表皮の間に、外皮の曲面形状に沿って、第1層タッチセンサが設置される。
An example of a conventional robot of this type is disclosed in
上記の特許文献1に開示されるロボットでは、ロボット内部の硬い本体フレームにフィルム状の第2層タッチセンサが貼り付けられ、その上に柔らかい外皮が貼り付けられる。このため、人間に酷似した姿形を有するアンドロイドロボットのように、より複雑な構成を有するロボットでは、タッチセンサを内部フレームに貼り付けるのは困難である。また、特許文献1に開示されるロボットでは、タッチセンサが損傷(または、故障)した場合、表皮または/および外皮を剥がして修理を行う必要があり、手間がかかってしまう。さらに、フィルム状のタッチセンサを用いるため、ロボットは、硬い本体フレームを有している必要があり、ぬいぐるみのようなフレームの無い本体を有するロボットには利用することができない。
In the robot disclosed in
また、特許文献1に開示されるロボットでは、人間(または、ユーザ)が少なくとも表皮に触れた場合に、タッチされたこと、つつかれたこと、マッサージされたこと、または、叩かれたことを認識するため、人間がロボットに接触する前においては、タッチセンサの出力に基づいて人間がロボットに接近していることを検出することができなかった。このため、特許文献1に開示されるロボットには、カメラ、集音マイクおよび温度センサなどが設けられ、このような他のセンサで検出される画像、音および温度などから人間がロボットに接近していることを検出していた。つまり、人間が接近していることを検出する場合には、複数のセンサを設ける必要があり、コスト高になってしまっていた。
Further, in the robot disclosed in
それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、布型センサ、服型センサおよび服型センサを装着したロボットを提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a novel cloth type sensor, a garment type sensor, and a robot equipped with a garment type sensor.
また、この発明の他の目的は、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる、布型センサ、服型センサおよび服型センサを装着したロボットを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a robot equipped with a cloth type sensor, a clothes type sensor and a clothes type sensor, which can function as a proximity sensor and a pressure sensor.
第1の発明は、導電性の糸を編んで形成された第1布と絶縁性の糸を編んで形成された第2布を重ね合わせた導電性布と、第1布と同じ大きさを有し、当該第1布に重ねて貼り付けた絶縁シートと、第1布と電気的に接続された静電容量センサICを備える、布型センサである。 The first invention is a conductive cloth in which a first cloth formed by knitting a conductive thread and a second cloth formed by knitting an insulating thread are overlapped, and the same size as the first cloth. It is a cloth-type sensor that has an insulating sheet that is laminated and attached to the first cloth, and a capacitance sensor IC that is electrically connected to the first cloth.
第2の発明は、第1の発明に従属し、導電性布は、伸縮性を有する。 The second invention is subordinate to the first invention, and the conductive cloth has elasticity.
第3の発明は、第1または第2の発明に従属し、絶縁シートが貼り付けられた前記導電性布に所定のパターンの切り込みを入れた。 The third invention is dependent on the first or second invention, and a predetermined pattern of cuts is made in the conductive cloth to which the insulating sheet is attached.
第4の発明は、静電容量センサICと、導電性の糸を編んで形成された第1布と絶縁性の糸を編んで形成された第2布を重ね合わせた導電性布と、第1布と同じ大きさを有し、当該第1布に重ねて貼り付けた絶縁シートを備え、絶縁シートが貼り付けられた複数の前記導電性布を、第3布を用いて面状に繋ぎ合わせるとともに服に固定し、前記複数の導電性布のそれぞれを構成する前記第1布のそれぞれを前記第3布に縫い付けられた電線を用いて前記静電容量センサICに個別に接続した、服型センサである。 A fourth aspect of the present invention is a conductive cloth obtained by superimposing a capacitance sensor IC, a first cloth formed by knitting a conductive thread, and a second cloth formed by knitting an insulating thread. A plurality of the conductive cloths having the same size as one cloth and having an insulating sheet laminated on the first cloth and having the insulating sheet attached are connected in a plane shape by using the third cloth. Each of the first cloths constituting each of the plurality of conductive cloths was individually connected to the capacitance sensor IC by using an electric wire sewn on the third cloth. It is a cloth type sensor.
第5の発明は、第4の発明に従属し、導電性布は、伸縮性を有する。 The fifth invention is subordinate to the fourth invention, and the conductive cloth has elasticity.
第6の発明は、第4または第5の発明に記載の服型センサを装着した、ロボットである。 The sixth invention is a robot equipped with the clothing type sensor according to the fourth or fifth invention.
この発明によれば、導電面側の布と非導電面側の布を接結した導電性布の導電面側の布に絶縁テープを貼り付け、導電面側の布と接地電位の導電体の間に発生する静電容量の大きさで、導電体の有無、導電体の接近、導電体の接触および導電体から受ける圧力を検出するので、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる。 According to the present invention, an insulating tape is attached to the cloth on the conductive surface side of the conductive cloth in which the cloth on the conductive surface side and the cloth on the non-conductive surface side are joined, and the cloth on the conductive surface side and the conductor having a ground potential are attached. It can function as a proximity sensor and a pressure sensor because it detects the presence or absence of a conductor, the approach of a conductor, the contact of a conductor, and the pressure received from the conductor by the magnitude of the capacitance generated between them.
この発明の上述の目的、その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。 The above-mentioned object, other object, feature and advantage of the present invention will be further clarified from the detailed description of the following examples made with reference to the drawings.
<第1実施例>
図1を参照して、この第1実施例の布型センサ10は、検出部12およびコントローラ14を含み、検出部12とコントローラ14が電気的に接続される。
<First Example>
With reference to FIG. 1, the
図2は図1に示す検出部12の構造の概略を示す図である。図2に示すように、検出部12は、層構造を有しており、導電性布20および絶縁テープ22を含む。さらに、導電性布20は、導電面側の布20a(「第1布」に相当する)と非導電面側の布20b(「第2布」に相当する)を接結して構成される。絶縁テープ22は、導電面側の布20aに貼り付けられる。図示は省略するが、図1に示したコントローラ14は、検出部12のうちの導電面側の布20aに電線で接続される。
FIG. 2 is a diagram showing an outline of the structure of the
図3(A)は導電面側の布20aの一部拡大図であり、図3(B)は非導電面側の布20bの一部拡大図である。また、図4は布型センサ10の検出部12を構成する導電性布20の一部拡大図である。図3(A)、図3(B)および図4を参照しながら、この第1実施例の導電面側の布20a、非導電面側の布20bおよび導電性布20について具体的に説明する。ただし、図3(A)、図3(B)および図4では、導電面側の布20aと非導電面側の布20bを分かり易く示すために、非導電面側の布20bを白抜きの線で示してある。また、図4では、絶縁性の糸20cを点線で示してある。
FIG. 3A is a partially enlarged view of the
導電面側の布20aは、導電性の糸を丸編みすることにより作られる。この第1実施例では、導電性の糸は、ナイロン銀メッキ糸である。非導電面側の布20bは、絶縁性の糸を丸編みすることにより作られる。この第1実施例では、絶縁性の糸は、ポリエステル糸である。
The
図4に示すように、導電性布20は、接結天竺編みすることにより作られる。つまり、導電性布20は、導電面側の布20aと非導電面側の布20bを編みながら、それらの間をポリエステル糸のような絶縁性の糸20cで編むことにより、導電面側の布20aと非導電面側の布20bが接結される。したがって、導電性布20は、導電面側の布20aと非導電面側の布20bとその間の絶縁性の糸20cの三層構造になっている。ただし、図2では、導電面側の布20aと非導電面側の布20bを接結するための絶縁性の糸20cの層については省略してある。
As shown in FIG. 4, the
なお、この第1実施例では、接結天竺編みにより導電性布20を作るようにしてあるが、導電面側の布20aと非導電面側の布20bの2枚の布を別々に作り、それらを面で合わせるように絶縁性の糸20cでくっつけるようにしてもよい。
In this first embodiment, the
また、この第1実施例では、導電性布20に伸縮性を持たせるために、導電面側の布20aおよび非導電面側の布20bを丸編みで作るようにしたが、これに限定される必要はない。導電面側の布20aおよび非導電面側の布20bは、緯(ヨコ)編みまたは経(タテ)編みで作るようにしてもよい。かかる場合にも、導電性布20に伸縮性を持たせることができる。
Further, in this first embodiment, in order to give the
絶縁テープ22は、絶縁性のシートの片面に粘着剤を塗布したものである。絶縁性のシートは、ナイロンで形成される。絶縁テープ22としては、一例として、KAWAGUCHI社製の「ナイロン用 補修シート シールタイプ」を使用することができる。
The insulating
コントローラ14は、静電容量センサICとも呼ばれ、導電面側の布20aと接地電位の導電性の物体の間に発生する静電容量を検出する。コントローラ14には、電源から直流電圧が供給され、これを用いて静電容量を検出する。簡単に説明すると、コントローラ14は、所定期間(たとえば、5秒)毎に静電容量を検出し、この所定期間のうちの先の期間(たとえば、2.5秒)において、導電面側の布20aに所定値の直流電圧を印加し、その所定期間のうちの残りの期間において、導電面側の布20aが放電するときの電圧値を検出することにより、静電容量を算出する。静電容量を算出する機能を有するコントローラ14としては、一例として、マイクロチップ・テクノロジー・ジャパン株式会社製のマイクロコントローラ(型番:PIC16F1847)を使用することができる。
The
上記のような構成の布型センサ10は、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる。図5(A)は近接センサとして機能する場合の一例を示し、図5(B)近接センサとして機能する場合の他の例を示し、図5(C)は圧力センサとして機能する場合の一例を示す。ただし、図5(A)−図5(C)では、コントローラ14を省略してある。
The
図5(A)に示すように、接地電位の人間(図では、人間の手または指)が検出部12の絶縁テープ22に近づくと、導電面側の布20a(検出部12)と人間の間に静電容量Cが発生する。検出部12の面積Sは5cm×10cmであり、実験では、検出部12と人間の手の距離Dが約50cmのときに、静電容量Cが発生することが確認された。
As shown in FIG. 5 (A), when a human (human hand or finger in the figure) having a ground potential approaches the insulating
人間が検出部12に近づくと、静電容量Cは大きくなり、図5(B)に示すように、人間が検出部12に触れたときに、静電容量Cは最大値Cmaxとなる。このことは、静電容量Cを求める数式(数1)からも明らかである。ただし、εは誘電率であり、第1実施例では、空気と絶縁テープ22の材料によって決定される。
When a human approaches the
[数1]
C=ε×S/D
このように、静電容量Cが発生すると、人間などの導電体が検出部12の近くの所定範囲内に存在することが検出され、静電容量Cが大きくなるにつれて、導電体との距離Dが短くなっている(接近している)ことが検出される。つまり、布型センサ10は近接センサとして機能する。さらに、静電容量Cが最大値Cmaxになったときに、人間が検出部12に接触したことが検出される。つまり、布型センサ10は接触センサとしても機能する。
[Number 1]
C = ε × S / D
As described above, when the capacitance C is generated, it is detected that a conductor such as a human being exists within a predetermined range near the
ただし、静電容量Cが最大値Cmaxになった場合であっても、上記のとおり、検出部12は絶縁テープ22を有しているため、人間と導電面側の布20aとの距離Dは0ではない。したがって、図5(C)に示すように、人間が検出部12を押圧すると、絶縁テープ22の厚みが多少変化し、つまり、距離Dがさらに小さくなる。このため、人間が検出部12に接触している場合には、さらに静電容量Cが変化することによって、人間が検出部12に与える圧力が検出される。つまり、布型センサ10は圧力センサとしても機能する。したがって、後述するように、ロボット100に服型センサ50を装着した場合には、人間がロボット100を叩いたり、ロボット100の腕などを掴んだりしたときの力の強さを知ることができる。
However, even when the capacitance C reaches the maximum value C max , as described above, since the
なお、上記の最大値Cmaxは、布型センサ10が近接センサとして機能する場合の最大値であって、布型センサ10を圧力センサとして機能する場合の最大値は最大値Cmaxよりも大きい。
The above maximum value C max is the maximum value when the
この第1実施例の布型センサ10は、単体で使用することも可能であるが、複数用いることにより、服型センサ50を作ることができる。
The
図6(A)は服型センサ50を前面側から見た概略図の一例であり、図6(Bは服型センサ50を背面側から見た概略図の一例である。図6(A)および図6(B)では、複数の検出部12を服(ここでは、長袖の上着)の外側(表側)に記載してあるが、実際には、デザインを損なわないために、服の内側(裏側)に設けられる。また、検出部12は、服の内側に収まるように配置される。ただし、複数の検出部12は、服の外側に設けられてもよい。また、複数の検出部12は、服の外側と内側の生地の間に設けられてもよい。
FIG. 6A is an example of a schematic view of the
図6(A)および図6(B)に示すように、第1実施例では、服型センサ50は、長袖の上着の各腕の部分に9個(または、チャネル)、その上着の胴体の前面側に33個およびその上着の胴体の背面側に29個の計80個の布型センサ10を備えている。ただし、第1実施例で使用するマイクロコントローラには、最大で9個の検出部12を接続することができるため、服型センサ50は、80個の検出部12と9個のコントローラ14で構成される。なお、80個以上の検出部12を接続可能なマイクロコントローラを使用すれば、コントローラ14は1個でもよい。
As shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B), in the first embodiment, the
この第1実施例では、処理負荷を軽減するために、同じ大きさの検出部12を用いるようにしてあるが、検出部12の大きさまたは/および形状は適宜変更することもできる。
In this first embodiment, the
左腕の部分および右腕の部分は、それぞれ、9個の検出部12が一列に並べて連結される。胴体の前面側では、胸部と腹部に相当する部分において、27個の検出部12が長方形の面を形成するように連結され、鎖骨と肩に相当する部分の6個の検出部12がその長方形の面の上部に連結される。胴体の背面側ででは、背中に相当する部分において、27個の検出部12が長方形の面を形成するように連結され、その長方形の面の上部に2個の検出部12が横に並べて連結される。
Nine
図6(A)および図6(B)では省略するが、隣接する検出部12の間には、伸縮性を有する帯状の布60(「第3布」に相当する)が設けられ、この帯状の布60を介して隣接する検出部12が面状に(または、並べて)繋ぎ合わ(または、結合)され、布状の検出部12群が作られる。ただし、両腕のそれぞれと、胴体の前側と、胴体の後側の布状の検出部12群は個別に上着の服の内側に貼り付けたり、縫い付けたりすることにより、固定される。また、複数の検出部12は、絶縁テープ22が外側を向き、非導電性の布20bが内側を向くように、服に固定される。さらに、帯状の布60は絶縁性の布である。
Although omitted in FIGS. 6A and 6B, an elastic strip-shaped cloth 60 (corresponding to the “third cloth”) is provided between the
図1に示したように、検出部12は、コントローラ14に電線で接続される。したがって、上記の帯状の布60のうち、一部の布60には、電線62が縫い付けられている。
As shown in FIG. 1, the
図7は電線62が縫い付けられた帯状の布60の一例を示す図である。図7に示すように、布60には、それぞれ波線状の形状にされた4本の電線62が縫い付けられている。ただし、図7では、黒の点線は電線62を布60に縫い付けている糸64である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a strip-shaped
また、図7に示すように、4本の電線62は2本ずつの2組に分けられ、各組において、2本の電線62が逆位相の波の形状で重ねて配置され、帯状の布60を縦長に見た場合に、2列に並んでいる。4本の電線62は、それぞれ、ポリ塩化ビニルなどの絶縁性の樹脂で被覆されており、電気的に独立している。
Further, as shown in FIG. 7, the four
図8は電線62が縫い付けられた帯状の布60で各検出部12が連結されている状態の一例を示す。図8では、検出部12と帯状の布60を区別するために、検出部12に斜線を付している。また、各電線62を区別するために線の種類を変えて示している。なお、図8では、電線62を縫い付けている糸64は省略してある。
FIG. 8 shows an example of a state in which each
図8に示すように、帯状の布60に縫い付けられた4本の電線62は、それぞれ、適宜の長さで切断され、その一方端は、一本ずつ異なる検出部12(導電性面の布20a)に接続される。図8に示す例では、帯状の布60の左側に並ぶ複数(図8では4つ)の検出部12に、当該帯状の布60に縫い付けられた電線62を個別に接続してある。4本の電線62のうち、左側の列の2本の電線62が上から2つ目と3つ目の検出部12にそれぞれ接続され、右側の列の2本の電線62のうちの一本が上から1つ目の検出部12に接続され、図示は省略するが、右側の列の2本の電線62のうちの他方の一本はさらに上の検出部12に接続される。
As shown in FIG. 8, each of the four
また、図示は省略するが、各電線62の他方端は、コントローラ14に接続される。ただし、電線62(または、検出部12)毎に接続されるコントローラ14のポートは異なる。したがって、服型センサ50では、各検出部12と接地電位の導電体の間に発生する静電容量が個別に検出される。
Although not shown, the other end of each
図8に示す電線62の接続方法は一例であり、限定される必要ない。この第1実施例では、上記のように、縦方向に並ぶように9個の検出部12を連結したため、その列に沿って伸びる帯状の布60に縫い付けられた電線62を接続するようにしただけである。
The connection method of the
また、図8には、簡単のため、4個の検出部12に4本の電線62を接続する場合について示してあるが、検出部12の数に応じて、電線62が縫い付けられた帯状の布60は隣接する検出部12の間に複数枚並べられる場合もある。
Further, FIG. 8 shows a case where four
このような服型センサ50は、物理空間(または、現実空間)に存在するエージェントの一例であるアンドロイドロボット(以下、単に「ロボット」という)100に装着することができる。ロボット100は、人間に酷似した姿形(外観など)を有する人型ロボットであり(図9(A)、(B)、(C)および図10参照)、人間に酷似した動作(振り、振る舞い、発話)を行う。
Such a
このロボット100の一例として、出願人が開発等を行うエリカ(登録商標)を用いることができる。以下、ロボット100について簡単に説明する。ただし、従来の触覚センサに代えて、本願の服型センサ50が設けられる。
As an example of this
図9(A)、図9(B)、図9(C)および図10はロボット100の外観および構成の一例を示す。具体的には、図9(A)はロボット100の瞼(128a、128b)および眼球を動かすアクチュエータA1、A2、A3、A4、A5を説明するための図であり、図9(B)はロボット100の額、眉間および口角130を動かすアクチュエータA6、A7、A8、A9を説明するための図であり、図9(C)はロボット100の唇を動かすアクチュエータA10、A11、A13を説明するための図である。また、図10はロボット100の頭部126、肩132、腰134を動かすアクチュエータA14、A15、A16、A17、A18、A19を説明するための図である。以下、図9(A)〜図9(C)および図10を用いて、ロボット100の外観および構成について簡単に説明する。
9 (A), 9 (B), 9 (C) and 10 show an example of the appearance and configuration of the
なお、図9(A)〜図9(C)および図10に示すロボット100は一例であり、他の外観、構成を持つ任意のアンドロイドロボットが利用可能である。また、ロボット100は、アンドロイドロボットに限定される必要は無く、人間に似た外観を有するロボットであれば他のロボットを使用することもできる。一例として、身体動作または/および音声で、コミュニケーション対象である人間または他のロボットとコミュニケーションを取ることができるコミュニケーションロボットを使用することができる。具体的には、出願人が開発等を行うコミュニケーションロボットの一例であるロボビー(登録商標)を使用することができる。このロボビーは、人間とは異なり、車輪で移動可能に構成されるが、頭部、胴体、両腕を有し、人間と似た外観を有している。このロボビーでは、本願の服型センサ50を装着することにより、接触(触覚)センサを省略することができる。
The
ロボット100は、胴体部124およびその胴体部124の上に設けられた頭部126を含む。頭部126には、目(眼球)の上下に、上瞼128aおよび下瞼128bが形成され、それらの上瞼128aおよび下瞼128bの上下動を制御することによって、目を開けたり閉じたりする動作が可能となる。頭部126にはさらに口唇が形成され、それの両端が口角130となる。口角130も同様に上下動可能である。
The
胴体部124の上端(頭部の下方)が肩132であり、胴体部124の中ほどが腰134である。肩132は上下動可能であり、腰134は左右にひねる(回動する)ことができ、また、前屈および後傾が可能である。
The upper end (lower part of the head) of the
ロボット100の上述の各部分を動かすための以下に説明するアクチュエータは、この第1実施例では、いずれもパルス電力によって駆動されるステッピングモータであり、ステッピングモータの回転量はパルス数で決まる。パルス数が指令値として与えられる。なお、各対象部位は、平常状態において、アクチュエータに初期値が与えられ、変位させる場合に、その方向と大きさに応じたパルス数の指令値が該当するアクチュエータに与えられる。この第1実施例では、各アクチュエータは、「0−255」の指令値で動作され、「0−255」のいずれかの値が初期値として与えられる。
In this first embodiment, the actuators described below for moving each of the above-mentioned parts of the
アクチュエータA1は、上瞼128aの上下動を制御するための制御するためのアクチュエータである。アクチュエータA2、A3およびA4は眼球を左右上下に動かすためのアクチュエータである。アクチュエータA5は、下瞼128bの上下動を制御するアクチュエータである。したがって、アクチュエータA1およびA5によって、目が開閉される。
The actuator A1 is a control actuator for controlling the vertical movement of the
アクチュエータA6は額を動かすためのアクチュエータであり、アクチュエータA7は眉間を動かすためのアクチュエータである。 The actuator A6 is an actuator for moving the forehead, and the actuator A7 is an actuator for moving the eyebrows.
アクチュエータA8は、口角130を上げるためのアクチュエータである。アクチュエータA9は舌を上下方に動かすためのアクチュエータである。アクチュエータA10は口唇を左右に広げるアクチュエータであり、アクチュエータA11は口唇を前に突き出すためのアクチュエータである。
The actuator A8 is an actuator for raising the
アクチュエータA13は顎を突き出したり引いたりするためのアクチュエータである。このアクチュエータA13によって、口が開閉される。 Actuator A13 is an actuator for protruding and pulling the jaw. The mouth is opened and closed by the actuator A13.
アクチュエータA14は頭部126を左右に傾動させるためのアクチュエータであり、アクチュエータA15は頭部126を俯仰させるためのアクチュエータであり、そして、アクチュエータA16は頭部を左右に回動させるためのアクチュエータである。
Actuator A14 is an actuator for tilting the
アクチュエータA17は肩132を上下動するためのアクチュエータである。アクチュエータA18は腰134を前屈させまたは後傾させるためのアクチュエータであり、アクチュエータA19は腰134を左右に回動(ひねる)ためのアクチュエータである。
The actuator A17 is an actuator for moving the
ロボット100は、図11に示すように、ロボット100の全体制御を司るプロセッサ(この第1実施例では、CPU)150を備える。CPU150は、バス152を通して通信モジュール156に接続され、したがって、CPU150は通信モジュール156を介して、ネットワークに、有線で、または無線で、通信可能に接続される。
As shown in FIG. 11, the
CPU150はまた、バス152を通してRAM154にアクセスでき、このRAM154に記憶されているプログラムやデータに従って、バス152を通してアクチュエータ制御回路158に指令値を与え、各アクチュエータA1−Anの動作を制御する。
The
RAM154は、CPU150のバッファ領域およびワーク領域として用いられる。ただし、RAM154に代えて、HDDを用いることもできる。アクチュエータ制御回路158は、CPU150から与えられる指令値に応じた数のパルス電力を生成し、それを該当するステッピングモータに与えることによって、各アクチュエータA1−Anを駆動する。
The
ただし、アクチュエータとしてはこのようなステッピングモータを用いるものの他、サーボモータを用いるアクチュエータ、流体アクチュエータなど任意のアクチュエータが利用可能である。 However, as the actuator, in addition to the actuator using such a stepping motor, any actuator such as an actuator using a servo motor and a fluid actuator can be used.
センサI/F(インタフェース)162は、バス152を介して、CPU150に接続され、服型センサ50および眼カメラ166からのそれぞれの出力を受ける。
The sensor I / F (interface) 162 is connected to the
服型センサ50(第1実施例では、9個のコントローラ14)からの出力(検出データ)は、センサI/F160を介してCPU150に与えられる。服型センサ50は、上述したように、各検出部12とコントローラ14が近接センサおよび圧力センサとして機能するため、各検出部12の配置位置を予め記憶しておくことにより、人間や他の導電性の物体等に触れられた場所(部位)または/および触れられた強さを知ることができる。つまり、服型センサ50は、ロボット100の触覚の一部を構成する。
The output (detection data) from the clothing type sensor 50 (nine
なお、ロボット100に服型センサ50を装着する場合には、服型センサ50を装着したロボット100を構成する部品と各検出部12の間に静電容量Cが発生することがある。この場合、人間がロボット100に接近したり、人間100が服型センサ50に触れたりすることにより、静電容量Cは大きくなる。したがって、人間が、服型センサ50を装着したロボット100に接近したり触れたりしていることを検出することができる。また、人間が、服型センサ50を装着したロボット100に触れるまたは叩く強さを検出することもできる。
When the
眼カメラ166は、イメージセンサであり、ロボット100の視覚の一部を構成する。つまり、眼カメラ166は、ロボット100の眼から見た映像ないし画像を検出するために用いられる。この第1実施例では、眼カメラ66の撮影映像(動画ないし静止画)に対応するデータ(画像データ)は、センサI/F160を介してCPU150に与えられる。CPU150は、その画像データを、RAM154に記憶したり、通信モジュール156およびネットワークを介して外部のコンピュータに送信したりする。
The
また、スピーカ168およびマイク170は、入出力I/F162に接続される。スピーカ168は、ロボット100が発話を行う際に音声を出力する。マイク170は、音センサであり、ロボット100の聴覚の一部を構成する。このマイク170は、指向性を有し、主として、ロボット100と対話(コミュニケーション)するコミュニケーション対象である人間の音声を検出するために用いられる。
Further, the
なお、図9−図11に示すロボット100は、肘関節および手指は動かない構成であるが、肘関節および手指にもアクチュエータを設けて、それらを動かすようにしてよい。
The
なお、この第1実施例では、服型センサ50をロボット100に装着するようにしたが、人間が装着(着用)してもよい。この場合、服型センサ50を装着した人間と各検出部12の間に静電容量Cが発生しているが、他者が服型センサ50を装着した人間に接近したり、他者が服型センサ50に触れたりすることにより、静電容量Cは大きくなる。したがって、他者が、服型センサ50を装着した人間に接近したり触れたりしていることを検出することができる。また、他者が、服型センサ50を装着した人間に触れるまたは叩く強さを検出することもできる。
In this first embodiment, the
この第1実施例によれば、導電面側の布と非導電面側の布を接結した導電性布の導電面側の布に絶縁テープを貼り付け、導電面側の布と接地電位の導電体の間に発生する静電容量の大きさで、導電体の有無、導電体の接近、導電体の接触および導電体から受ける圧力を検出するので、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる。 According to this first embodiment, an insulating tape is attached to the cloth on the conductive surface side of the conductive cloth in which the cloth on the conductive surface side and the cloth on the non-conductive surface side are joined, and the cloth on the conductive surface side and the ground potential are measured. The magnitude of the capacitance generated between the conductors detects the presence or absence of the conductor, the approach of the conductor, the contact of the conductor, and the pressure received from the conductor, so that it can function as a proximity sensor and a pressure sensor. can.
また、第1実施例によれば、検出部は導電性布と絶縁テープで構成されるため、センサの製造が簡単である。また、導電性布は接結天竺編みで作られるため、耐久性に優れている。 Further, according to the first embodiment, since the detection unit is composed of the conductive cloth and the insulating tape, the sensor can be easily manufactured. In addition, since the conductive cloth is made by knitting, it has excellent durability.
さらに、第1実施例によれば、複数の布型センサを服に固定することにより、近接センサおよび圧力センサとして機能する服型センサを作ることができる。 Further, according to the first embodiment, by fixing a plurality of cloth type sensors to clothes, it is possible to make a clothes type sensor that functions as a proximity sensor and a pressure sensor.
さらにまた、第1実施例によれば、服型センサは布で形成されるため、ロボットの外観(立体表面)の自由度を上げることができる。また、ロボットの動きにも追従して柔軟に変形することができる。さらに、導電性布を構成する導電面側の布および非導電面側の布はいずれも丸編みで作られているため、伸縮性が高く、したがって、ロボットの屈折部分に設けることも可能である。さらには、外皮(または外被)に固定するだけで、フレームの無い本体を有するぬいぐるみ型のロボットにも適用することができる。 Furthermore, according to the first embodiment, since the clothing sensor is made of cloth, the degree of freedom in the appearance (three-dimensional surface) of the robot can be increased. In addition, it can be flexibly deformed by following the movement of the robot. Further, since both the conductive surface side cloth and the non-conductive surface side cloth constituting the conductive cloth are made of circular knitting, they have high elasticity, and therefore can be provided on the refracted portion of the robot. .. Furthermore, it can be applied to a stuffed toy robot having a main body without a frame simply by fixing it to the outer skin (or outer cover).
なお、この第1実施例では、導電性布20を3層構造にしたが、近接センサおよび圧力センサとして機能することだけに着目した場合には、非導電面側の布20bは省略することができる。したがって、検出部12は、導電面側の布20aに絶縁テープ22を貼り付けたものでもよい。また、同様の理由により、絶縁テープ22を用いずに、導電性布20だけを使用し、非導電性側の布20b側に接近および接触する導電体を検出したり、その導電体による圧力を検出したりすることもできる。
In this first embodiment, the
また、この第1実施例では、服型センサ50は、腕の全体、胸部および腹部の全体、および背中の全体を覆うように、複数の検出部12を設けるようにしたが、これに限定される必要はない。一部の検出部12については省略することもできる。
Further, in the first embodiment, the
また、この第1実施例では、複数の布型センサ10(検出部12)を用いて長袖の上着の服型センサ50を構成したが、ズボン(または、パンツ)の服型センサを構成するようにしてもよい。また、服に限定される必要はなく、靴下、サポータ、または、腹巻に複数の布型センサ10を配置したセンサを構成することも可能である。
Further, in the first embodiment, the
<第2実施例>
第2実施例の布型センサ10aは、検出部12を細長い帯状の形状にするようにした以外は第1実施例の布型センサ10と同じである。
<Second Example>
The
第2実施例の布型センサ10aは、一例として、水駆動柔軟(ソフト)ロボットに適用することができる。水駆動ソフトロボットの詳細については、参考文献1A(濱地 京太郎,田熊 隆史:「水圧駆動ロボットによる大変形を伴う移動の実現」、平成29年度計測自動制御学会関西支部・システム制御情報学会若手研究発表会講演論文集,C2-4, pp.102-106, 2017)に開示されるため、詳細な説明は省略する。
The
簡単に説明すると、参考文献1に開示される水駆動ソフトロボットは、進行方向の前後に2つのチャンバ(水風船)を備え、2つのチャンバ内の水の量を制御することにより、つまり、水を使った重量分布の変更により、進行方向およびその逆の方向に移動する。この水駆動ソフトロボットは、隙間(または、障害物)の潜り抜けが可能である。また、チャンバ内の水圧を検出することにより、チャンバが障害物に接触しているかどうかを検出することも可能である。
Briefly, the water-driven soft robot disclosed in
図12(A)は水を排水することによりに収縮されたチャンバに装着された布型センサ10aの一例を示す図であり、図12(B)は水を給水することにより膨張されたチャンバに装着された布型センサ10aの一例を示す図である。ただし、図12(A)および図12(B)では、検出部12のみを示し、コントローラ14は省略してある。
FIG. 12A is a diagram showing an example of a
図面では分からないが、検出部12は、導電性布20の非導電面の布20bがチャンバ側になるように、チャンバの周囲にリング状に貼り付けられる。
Although not shown in the drawing, the
布型センサ10aは伸縮可能であるため、図12(A)および図12(B)に示すように、チャンバが収縮および膨張した場合であっても、その形状の変化に追従し、チャンバから剥がれてしまうなどの不都合は生じない。
Since the
布型センサ10aは、少なくとも、チャンバが障害物に接触したことをその圧力の変化で検出することができる。この第2実施例では、チャンバに供給する水に導電性の物質が混入されており、この水がチャンバに給水され、チャンバが膨張している場合に、チャンバが障害物に接触したことを圧力(水圧)の変化で検出することができる。つまり、チャンバが障害物に接触していない状態において布型センサ10aで検出される圧力が、チャンバが障害物に接触することにより大きくなる。この場合、非導電面の布20bを挟んでチャンバ内の導電性の水と導電面の布20aの間に発生する静電容量Cが変化される。
The
ただし、障害物が接地電位の導電体である場合には、布型センサ10aは近接センサとしても機能するため、当該障害物の存在、当該障害物の接近および当該障害物の接触も検出することができる。
However, when the obstacle is a conductor having a ground potential, the
第2実施例においても、第1実施例と同様に、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる。 In the second embodiment as well, the proximity sensor and the pressure sensor can function as in the first embodiment.
<第3実施例>
第3実施例の布型センサ10bは、検出部12に所定のパターンの切り込みを入れた以外は第1実施例の布型センサ10と同じであるため、重複した説明は省略する。
<Third Example>
Since the
図13(A)は第1パターンの切り込みを有する検出部12を示す図であり、図13(B)は第2パターンの切り込みを有する検出部12を示す図であり、図13(C)は第3パターンの切り込みを有する検出部12を示す図である。ただし、図13(A)−図13(C)では、検出部12を黒色で示し、切り込みを白色で示してある。また、図13(A)−図13(C)では、コントローラ14を省略してある。
13 (A) is a diagram showing the
図13(A)に示す第1パターンの切り込みは、長辺方向に所定間隔で並ぶ切り込みの列が短辺方向に3列並んでおり、真ん中の列は、上下の列とずらした位置に切り込みが形成される。上下の列の切り込みの長さは、短辺の長さの3分の1の長さであり、真ん中の列の切り込みの長さは、短辺の長さの3分の1の長さよりも少し長い。したがって、図13(A)に示す検出部12は、長手方向に引っ張ると網目状に形状が変化する。
In the notch of the first pattern shown in FIG. 13 (A), three rows of notches arranged at predetermined intervals in the long side direction are arranged in the short side direction, and the middle row is cut at a position shifted from the upper and lower rows. Is formed. The length of the cuts in the upper and lower rows is one-third the length of the short sides, and the length of the cuts in the middle row is less than one-third the length of the short sides. A little long. Therefore, when the
図13(B)に示す第2パターンの切り込みは、一方の長辺から他方の長辺に向けて入れた切り込みと、他方の長辺から一方の長辺に向けて入れた切り込みが長辺方向に並んで交互に形成される。いずれの切り込みも端部を少し残すように入れられる。したがって、図13(B)に示す検出部12は、両端(図13(B)では、左上の角部と右上の角部)を互いに相反する方向に引っ張ると細長い帯状に形状が変化する。
The second pattern of cuts shown in FIG. 13B is a cut made from one long side toward the other long side and a cut made from the other long side toward one long side in the long side direction. It is formed alternately side by side. Both cuts are made leaving a small edge. Therefore, the
図13(C)に示す第3パターンの切り込みは、第1パターンの切り込みと第2パターンの切り込みを合成したパターンである。具体的には、検出部12の長手方向において、両端の部分に第1パターンの切り込みが入れられ、中央の部分に第2パターンの切り込みが入れられる。したがって、図13(C)に示す検出部12は、長手方向に引っ張ると、その両端部分が網目状に形状が変化し、その中央部分が細長い帯状に形状が変化する。
The notch of the third pattern shown in FIG. 13C is a pattern in which the notch of the first pattern and the notch of the second pattern are combined. Specifically, in the longitudinal direction of the
図13(A)−図13(C)に示すいずれのパターンの切り込みを入れた検出部12であっても、検出部12自体が形状の変化によって延びるため、形状の変化が大きい対象物に装着して(貼り付けて)使用することができる。一例として、第3実施例の検出部12(布型センサ10)は、第2実施例に示した水駆動ソフトロボットのチャンバに装着することができる。
Even if the
また、検出部12は、導電性布20と絶縁テープ22で作られているため、はさみで切込みを入れるだけで、図13(A)−図13(C)に示すような検出部12を簡単に作ることができる。
Further, since the
この第3実施例によれば、検出部自体が変化するとともに、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる。 According to this third embodiment, the detection unit itself can be changed and can function as a proximity sensor and a pressure sensor.
なお、上述の実施例で示した具体的な数値は単なる例示であり、限定される必要は無く、実際の製品および製品が適用される環境などに応じて適宜変更可能である。 The specific numerical values shown in the above-mentioned examples are merely examples, and need not be limited, and can be appropriately changed depending on the actual product and the environment to which the product is applied.
10 …布型センサ
12 …検出部
14 …コントローラ
20 …導電性布
20a …導電面側の布
20b …非導電面側の布
22 …絶縁テープ
50 …服型センサ
60 …布
62 …電線
100 …ロボット
126 …頭部
128a …上瞼
128b …下瞼
130 …口角
132 …肩
134 …腰
150 …CPU
154 …RAM
156 …通信モジュール
164 …触角センサ
166 …眼カメラ
168 …スピーカ
170 …マイク
10 ...
154 ... RAM
156 ... Communication module 164 ...
Claims (6)
前記第1布と同じ大きさを有し、当該第1布に重ねて貼り付けた絶縁シートと、
前記第1布と電気的に接続された静電容量センサICを備える、布型センサ。 A conductive cloth in which a first cloth formed by knitting a conductive thread and a second cloth formed by knitting an insulating thread are overlapped with each other.
An insulating sheet having the same size as the first cloth and laminated on the first cloth,
A cloth-type sensor including a capacitance sensor IC electrically connected to the first cloth.
導電性の糸を編んで形成された第1布と絶縁性の糸を編んで形成された第2布を重ね合わせた導電性布と、
前記第1布と同じ大きさを有し、当該第1布に重ねて貼り付けた絶縁シートを備え、
前記絶縁シートが貼り付けられた複数の前記導電性布を、第3布を用いて面状に繋ぎ合わせるとともに服に固定し、前記複数の導電性布のそれぞれを構成する前記第1布のそれぞれを前記第3布に縫い付けられた電線を用いて前記静電容量センサICに個別に接続した、服型センサ。 Capacitance sensor IC and
A conductive cloth in which a first cloth formed by knitting a conductive thread and a second cloth formed by knitting an insulating thread are overlapped with each other.
It has the same size as the first cloth, and is provided with an insulating sheet that is laminated and attached to the first cloth.
A plurality of the conductive cloths to which the insulating sheet is attached are joined in a plane shape using a third cloth and fixed to clothes, and each of the first cloths constituting each of the plurality of conductive cloths is formed. Is individually connected to the capacitance sensor IC using an electric wire sewn on the third cloth.
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JP7384336B2 (en) | 2022-04-19 | 2023-11-21 | 群馬県 | Pressure/proximity sensor and pressure/proximity sensor seat and seating position detection system. |
-
2020
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