JP2022149380A - Pressure sensor, pressure sensor system, and robot hand - Google Patents
Pressure sensor, pressure sensor system, and robot hand Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022149380A JP2022149380A JP2021051508A JP2021051508A JP2022149380A JP 2022149380 A JP2022149380 A JP 2022149380A JP 2021051508 A JP2021051508 A JP 2021051508A JP 2021051508 A JP2021051508 A JP 2021051508A JP 2022149380 A JP2022149380 A JP 2022149380A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrodes
- ground
- pressure sensor
- electrode
- pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 30
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 41
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 10
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 3
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 235000012149 noodles Nutrition 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 238000010187 selection method Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Description
本発明は、受圧面に加えられた力の1次元方向の分布を検出可能な面状の圧力センサに関する。また、本発明は、かかる圧力センサを有する圧力センサシステムおよびロボットハンドに関する。 The present invention relates to a planar pressure sensor capable of detecting a one-dimensional distribution of force applied to a pressure receiving surface. The present invention also relates to a pressure sensor system and a robot hand having such a pressure sensor.
ロボットハンドでワークを把持したときに、把持面上でのワークの位置や姿勢を検出するために、分布圧力情報を取得可能な面状の圧力センサが利用される。例えば、特許文献1および2には、2組の電極列を格子状に配置した間に感圧導電性シートを挟み、2次元の圧力分布を計測可能な圧力センサが記載されている。特許文献2には、その圧力センサをロボットハンドの把持面に貼着して用いることが記載されている。
A planar pressure sensor capable of acquiring distribution pressure information is used to detect the position and orientation of a workpiece on a gripping surface when the workpiece is gripped by a robot hand. For example,
ロボットハンドが行う作業内容によっては、2次元の圧力分布までは不要で、受圧面における1次元方向の圧力分布が検出できればよい場合がある。例えば特許文献3には、ロボットハンドを用いてワイヤの先端に装着されたコネクタを挿入孔に挿入する作業において、ワイヤを挟持した一対の把持面を平行にして把持面の長さ方向に互いにスライドさせ、ワイヤを転動させることによってコネクタの回転方向の向きを変えることが記載されている。このような線状物の転動操作では、把持面の長さ方向における線状物の位置が検出できればよい。特許文献3に記載されたロボットハンドは、少なくとも一方の把持面に、把持面の長さ方向の圧力分布を検知可能な圧力センサを備え、これにより転動前後のワイヤの把持面上の位置を取得している。特許文献3には、圧力センサの例として、把持面の長さ方向に平行な2本のライン状電極と、当該2本のライン状電極と交差するライン状電極群との間に、導電性ゴムを挟んだものが記載されている。
Depending on the work performed by the robot hand, there may be cases where it is not necessary to detect a two-dimensional pressure distribution, and it is sufficient to detect a one-dimensional pressure distribution on the pressure receiving surface. For example, in
特許文献3に記載された圧力センサは、特許文献1および2に記載された圧力センサと同様に、感圧導電性シートの両面に電極が設けられたものであった。しかし、ロボットハンドでワイヤを挟持して転動操作を行うと、異なる材質同士が接合された面である、感圧導電性シートと電極の接合面に剪断応力が集中する。そのため、長期間繰り返し圧力センサを使用すると感圧導電性シートと電極の接合部が損傷して、感圧導電性シートがたるむことがあり、計測誤差の原因となる場合があった。
The pressure sensor described in
本発明は上記を考慮してなされたものであり、受圧面における1次元方向の圧力分布を検出可能な面状の圧力センサであって、感圧導電性シート等のたるみを抑制できる圧力センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above, and provides a planar pressure sensor capable of detecting pressure distribution in a one-dimensional direction on a pressure receiving surface and capable of suppressing sagging of a pressure-sensitive conductive sheet or the like. intended to provide
本発明の圧力センサは、受圧面に加えられた力の1次元方向の分布を検出可能な圧力センサであって、加えられた圧力に応じて電気抵抗が変化する感圧導電層と、前記1次元方向に並列した複数の電極とを有し、前記複数の電極が前記感圧導電層の一方の面にのみ設けられていることを特徴とする。 A pressure sensor of the present invention is a pressure sensor capable of detecting a one-dimensional distribution of a force applied to a pressure receiving surface, the pressure sensitive conductive layer having an electrical resistance that changes according to the applied pressure; and a plurality of electrodes arranged in parallel in a dimension direction, wherein the plurality of electrodes are provided only on one surface of the pressure-sensitive conductive layer.
ここで、受圧面に加えられた力の1次元方向の分布を検出することには、当該力の絶対値の分布を求めることの他、当該力と一対一に対応する指標、例えば感圧導電層の抵抗の変化率、誘電率、ピエゾ電圧、ピエゾ抵抗の分布を求めることが含まれる。 Here, to detect the one-dimensional distribution of the force applied to the pressure-receiving surface, in addition to obtaining the distribution of the absolute value of the force, an index corresponding to the force on a one-to-one basis, for example, pressure-sensitive conductive This includes determining the rate of change of layer resistance, permittivity, piezovoltage, and piezoresistance distributions.
この構成により、感圧導電層のたるみの原因となる電極との接合面の数を減らすことができる。 This configuration can reduce the number of contact surfaces with electrodes that cause sagging of the pressure-sensitive conductive layer.
好ましくは、前記感圧導電層が感圧導電ゴムシートからなる。これにより、シート状の素材を所望の形状・大きさに切断するだけでよいため、用途に合わせて多品種を少量製造する場合でも、圧力センサを低コストで製造できる。 Preferably, the pressure-sensitive conductive layer is made of a pressure-sensitive conductive rubber sheet. As a result, it is only necessary to cut the sheet-like material into desired shapes and sizes, so that pressure sensors can be manufactured at low cost even when manufacturing a wide variety of products in small quantities according to the application.
好ましくは、前記複数の電極が樹脂フィルム基板上に形成されている。これにより、圧力センサの製造が容易になる。 Preferably, the plurality of electrodes are formed on a resin film substrate. This facilitates manufacturing of the pressure sensor.
本発明の圧力センサシステムは、上記いずれかの圧力センサと制御部とを有し、前記複数の電極が前記制御部に接続され、前記制御部は、前記複数の電極から、所定の電圧が印加される駆動電極を選択し、前記駆動電極以外の電極であって、グランドに接続されるグランド電極を選択し、前記駆動電極の対グランド電位を計測する。ここで、グランドとは、回路動作の基準となる電位である。 A pressure sensor system of the present invention includes any one of the above pressure sensors and a control section, the plurality of electrodes are connected to the control section, and the control section applies a predetermined voltage from the plurality of electrodes. A drive electrode to be connected to the ground is selected, and a ground electrode connected to the ground, which is an electrode other than the drive electrode, is selected, and the potential of the drive electrode with respect to the ground is measured. Here, the ground is a potential that serves as a reference for circuit operation.
本発明の他の圧力センサシステムは、上記いずれかの圧力センサと制御部とを有し、前記複数の電極のうち、一部の電極は前記制御部に接続され、その他の電極はグランドに接続され、前記制御部は、前記制御部に接続された電極から、所定の電圧が印加される駆動電極を選択し、前記駆動電極の対グランド電位を計測する。 Another pressure sensor system of the present invention includes any one of the pressure sensors described above and a control section, and among the plurality of electrodes, some electrodes are connected to the control section and other electrodes are connected to ground. The control unit selects drive electrodes to which a predetermined voltage is applied from the electrodes connected to the control unit, and measures the potential of the drive electrodes with respect to the ground.
本発明のロボットハンドは、一対の把持面によって対象物を挟持可能なロボットハンドであって、少なくとも一方の前記把持面に上記いずれかの圧力センサを備える。 A robot hand of the present invention is a robot hand capable of holding an object between a pair of gripping surfaces, and includes any one of the above pressure sensors on at least one of the gripping surfaces.
本発明の圧力センサでは、感圧導電層の一方の面のみに電極が設けられている。これにより、2組の電極で感圧導電層を挟む従来の圧力センサと比較して、感圧導電層のたるみの原因となる電極との接合面の数を減らすことができ、耐久性および品質の安定性が向上する。 In the pressure sensor of the present invention, electrodes are provided only on one surface of the pressure-sensitive conductive layer. As a result, compared to conventional pressure sensors in which the pressure-sensitive conductive layer is sandwiched between two pairs of electrodes, it is possible to reduce the number of contact surfaces with the electrodes that cause sagging of the pressure-sensitive conductive layer, thereby improving durability and quality. stability is improved.
本発明の第1実施形態を図1~8に基づいて、圧力センサ、圧力センサシステムおよびロボットハンドの順に説明する。 A first embodiment of the present invention will be described in order of a pressure sensor, a pressure sensor system, and a robot hand based on FIGS. 1 to 8. FIG.
図1を参照して、本実施形態の圧力センサ10は、感圧導電ゴムシート11からなる感圧導電層と、感圧導電ゴムシート上に並列して設けられた複数の線状の電極14とを有する。電極14は感圧導電ゴムシートの一方の面にのみ設けられ、接合面17を介して感圧導電ゴムシートと電気的に接合している。感圧導電ゴムシートの電極と反対側の面が受圧面18となる。
Referring to FIG. 1, a
感圧導電ゴムシート11は、シリコーンゴムなどの絶縁性のゴムにカーボンなどの導電性粒子が添加されたもので、圧縮されると導電性粒子同士が接触して電気抵抗が低下する。この特性を利用して、感圧導電ゴムシート各所の電気抵抗の変化を測定することによって、加えられた圧力とその分布を算出することができる。感圧導電ゴムシートとしては、種々の市販のものを用いることができる。
The pressure-sensitive
感圧導電ゴムシート11の厚さは、好ましくは0.1mm以上、より好ましくは0.3mm以上である。感圧導電ゴムシートが薄すぎると、使用時に断裂する可能性が高くなるからである。一方、感圧導電ゴムシートの厚さは好ましくは2mm以下、より好ましくは1mm以下である。感圧導電ゴムシートが厚すぎると、圧縮量に対する抵抗変化の割合が小さくなり、センサの感度が低くなるからである。
The thickness of the pressure-sensitive
感圧導電層として感圧導電ゴムシートを用いることにより、用途に合わせて多品種を少量製造する場合でも、シート状の素材を用途に合わせて所望の形状・大きさに切断するだけでよいため、圧力センサ10を低コストで製造できる。
By using a pressure-sensitive conductive rubber sheet as the pressure-sensitive conductive layer, it is only necessary to cut the sheet-like material into the desired shape and size according to the application, even when manufacturing a wide variety of products in small quantities according to the application. , the
電極14は線状であり、互いに平行に、電極の幅方向(図1の左右方向)に並列して配置される。各電極は感圧導電ゴムシート11と電気的に接合している。電極は、好ましくは、樹脂フィルム基板13上に形成され、樹脂フィルム基板と一体となって電極シート12を構成するものを用いる。電極シートを用いれば、電極を感圧導電ゴムシート11に向けて、電極シートと感圧導電ゴムシートを積層すればよいので、圧力センサ10の製造が容易になる。
The
樹脂フィルム基板13上に電極14を形成するには公知の方法を用いることができる。例えば、ポリイミド等の絶縁性の樹脂フィルム上に、スクリーン印刷等で導電性ペーストを印刷して電極のパターンを形成してもよいし、樹脂フィルムに銅箔が貼付された積層フィルムの銅箔部分をエッチングすることで電極のパターンを形成してもよい。
A known method can be used to form the
感圧導電ゴムシート11と電極14は接合面17を介して積層される。電極シート12を用いる場合、電極14を感圧導電ゴムシートに向けて単に重ね合わせるだけでもよいが、好ましくは、異方導電性接着剤を用いて貼り合わせる。これにより、接合面に剪断応力が作用したときに感圧導電ゴムシートがたるみにくく、感圧導電ゴムシートと電極との電気的な接合を維持しやすいからである。
The pressure-sensitive
なお、図1は正確な縮尺で描かれたものではない。樹脂フィルム基板13の厚さは典型的には10~150μmである。電極14の厚さは典型的には10~150μmである。電極の幅とピッチは、所要の解像度に応じて設計できるが、ロボットハンドで電線等のワイヤを把持する用途では、電極の幅を0.05~3mm、ピッチを0.1~6mm程度とする場合が多い。
Note that FIG. 1 is not drawn to scale. The thickness of the
図2を参照して、各電極14からはリード線16が引き出される。リード線を引き出す方向は特に限定されないが、図2では圧力センサ10の両側に互い違いに、奇数番目の電極14Aからは圧力センサの右側にリード線16Aが引き出され、偶数番目の電極14Bからは圧力センサの左側にリード線16Bが引き出されている。以下において、奇数番目の電極14Aを「奇数電極」、偶数番目の電極14Bを「偶数電極」という。
Referring to FIG. 2, lead
電極14を樹脂フィルム基板13上に形成する場合は、1枚の樹脂フィルム基板13上に電極14とリード線16を同時に形成することができる。その場合、リード線16のパターンが形成された部分には絶縁コートを被覆することが好ましい。
When the
本実施形態の圧力センサシステム20は圧力センサ10と制御部21とを有する。制御部21は、制御部本体22と、電極選択回路23とを有する。電極選択回路23は第1選択部24と第2選択部26からなる。
A
第1選択部24には、奇数電極14Aがリード線16Aを介して接続されている。第1選択部は、制御部本体22からの指示に応じて、奇数電極の1本を選択し、固定抵抗RDを介して所定の電圧VD、例えば5Vを印加して駆動電極とする、あるいは、奇数電極の1本または全部を一括して選択してグランド接続することによりグランド電極とする。なお、本明細書において、所定の電圧が印加された電極を駆動電極といい、グランド接続された電極をグランド電極という。第1選択部は、多数の入力から一つの出力を選択するセレクタや、接続を切り替えるアナログスイッチなどの市販の部品を適宜組み合わせて構成することができる。
The
第2選択部26には、偶数電極14Bがリード線16Bを介して接続されている。第2選択部は、制御部本体22からの指示に応じて、偶数電極の1本を選択し、固定抵抗RDを介して所定の電圧VD、例えば5Vを印加して駆動電極とする、あるいは、偶数電極の1本または全部を一括して選択してグランド接続することによりグランド電極とする。第2選択部は第1選択部24と同様に構成できる。
The
制御部本体22は、第1選択部24および第2選択部26に指示して駆動電極およびグランド電極を選択させ、駆動電極を走査して受圧面18に加えられた力に対応する電気特性を計測することで、受圧面に加えられた力の電極の並ぶ方向における分布を求める。具体的には、制御部本体は、選択された駆動電極の対グランド電位を計測する。また、制御部本体は、各種の演算を行う。制御部本体には、周辺機器接続の制御用のマイコンなどを用いることができる。制御部21の機能の詳細は後述する。
The control unit
図3を参照して、本実施形態のロボットハンド30は、基部31、第1指部32、第2指部34を有する。ロボットハンド30は多くの場合、基部31を多関節ロボットのアームの先端に装着して用いられる。第1指部は第2指部と向かい合う面に第1把持面33を、第2指部は第1指部と向かい合う面に第2把持面35を備える。第1指部と第2指部は間隔を狭めることによって、第1把持面と第2把持面でワークを挟持できる。
With reference to FIG. 3, the
第1把持面33は圧力センサ10を備える。圧力センサは、受圧面18を第2把持面側、すなわちワークと接する側に向けて、線状電極が第1把持面の長さ方向(図3の左右方向)に並ぶように、接着、テープ固定、抑え治具による取り付け等によって第1把持面に固定される。また、図3では省略したが、圧力センサからは第1指部32の両側(図3の手前と奥)にリード線16が引き出され、リード線は第1指部の側面または下面に沿って基部31方向へ延び、制御部21に接続される。なお、圧力センサ10は第1把持面33と第2把持面35の両方に設けられていてもよい。
The first
次に、本実施形態の圧力センサ10、圧力センサシステム20およびロボットハンド30の使用方法を説明する。
Next, how to use the
まず、ロボットハンド30でワークを把持する。ワークは、例えば線状物である。線状物としては金属ワイヤー、電線、ガラス繊維、光ファイバ、乾麺、植物の根や茎、合成樹脂製のファイバやチューブなどが挙げられる。次に、圧力センサ10の受圧面18に加えられた力の分布を図4の流れに沿って検出する。
First, the
(S1)まず、偶数電極14Bを駆動電極として、順次走査して計測を行う。
(S1) First, the even-numbered
図2と図5を参照して、制御部本体22から第1選択部24に制御信号Sを送信し、第1選択部は最初の奇数電極E1を選択してグランドに接続し、グランド電極として制御部本体に接続する。制御部本体から第2選択部26に制御信号Sを送信し、第2選択部は最初の偶数電極E2を選択して固定抵抗RDを介して所定の電圧VDを印加し、駆動電極として制御部本体に接続する。圧力センサ10は図5Aの状態となる。奇数電極E1はグランド電極で、偶数電極E2が駆動電極である。制御部本体は、電極E2と電極E1の電位差を計測することにより、電極E2の電極E1に対する電位、すなわち電極E2の対グランド電位を計測する。電極E2の電位(図2の点Yの電位)は、電極E2-E1間の感圧導電ゴムシートの抵抗R12に応じて0~VDの範囲で変化するので、電極E2の対グランド電位から対グランド抵抗に相当する感圧導電ゴムシート中の抵抗R12を求めることができる。
2 and 5, a control signal S is transmitted from the control unit
次に、制御部本体22から第1選択部24に制御信号Sを送信し、第1選択部は次の奇数電極E3を選択してグランドに接続し、グランド電極として制御部本体に接続する。制御部本体22から第2選択部26に制御信号Sを送信し、第2選択部は次の偶数電極E4を選択して固定抵抗RDを介して所定の電圧VDを印加し、駆動電極として制御部本体に接続する。圧力センサ10は図5Bの状態となる。奇数電極E3はグランド電極で、偶数電極E4が駆動電極である。制御部本体は、上記と同様に、電極E4の対グランド電位を計測し、この電位は感圧導電ゴムシート中の抵抗R34に対応している。
Next, a control signal S is transmitted from the control unit
同様に、第1選択部24が奇数電極14Aをグランド電極として順次選択し、第2選択部26が偶数電極14Bを駆動電極として順次選択して、制御部本体22が駆動電極の対グランド電位を計測する。
Similarly, the
(S2)次の工程として、奇数電極14Aを駆動電極として、順次走査して計測を行う。
(S2) As the next step, the odd-numbered
図2と図6を参照して、制御部本体22から第2選択部26に制御信号Sを送信し、第2選択部は偶数電極E2を選択してグランドに接続し、グランド電極として制御部本体に接続する。制御部本体から第1選択部24に制御信号Sを送信し、第1選択部は奇数電極E3を選択して固定抵抗RDを介して所定の電圧VDを印加し、駆動電極として制御部本体に接続する。圧力センサ10は図6Aの状態となる。偶数電極E2はグランド電極で、奇数電極E3が駆動電極である。制御部本体は、電極E3と電極E2の電位差を計測することにより、電極E3の電極E2に対する電位、すなわち電極E3の対グランド電位を計測し、この電位は感圧導電ゴムシート中の抵抗R23に対応している。
2 and 6, a control signal S is transmitted from the control unit
次に、制御部本体22から第2選択部26に制御信号Sを送信し、第2選択部は次の偶数電極E4を選択してグランドに接続し、グランド電極として制御部本体に接続する。制御部本体22から第1選択部24に制御信号Sを送信し、第1選択部は次の奇数電極E5を選択して固定抵抗RDを介して所定の電圧VDを印加し、駆動電極として制御部本体に接続する。圧力センサ10は図6Bの状態となる。偶数電極E4はグランド電極で、奇数電極E5が駆動電極である。制御部本体は、上記と同様に、電極E5の対グランド電位を計測し、この電位は感圧導電ゴムシート中の抵抗R45に対応している。
Next, a control signal S is transmitted from the control unit
同様に、第2選択部26が偶数電極14Bをグランド電極として順次選択し、第1選択部24が奇数電極14Aを駆動電極として順次選択して、制御部本体22が駆動電極の対グランド電位を計測する。
Similarly, the
上記の工程S1およびS2によって、すべての電極14について対グランド電位が得られ、隣合う各電極間における感圧導電ゴムシートの抵抗変化を求めることができる。また、感圧導電ゴムシート11の圧縮歪と抵抗変化は一対一に対応するので、制御部本体22は、感圧導電ゴムシート11の特性に基づいて、計測された対グランド抵抗を受圧面18に加えられた力に換算することができる。これにより、受圧面18に加えられた力の、電極が整列した方向における1次元方向の分布が得られる。また、受圧面に加えられた力の絶対値までは必要ない場合は、制御部本体22による上記換算を行わず、各電極の対グランド電位や対グランド抵抗の変化率など、受圧面に加えられた力と一対一に対応する指標の分布を求めるにとどめてもよい。以下において、受圧面18に加えられた力の分布と、当該力と一対一に対応する指標の分布を併せて「受圧面の圧力分布」という。
Through the steps S1 and S2 described above, the ground potential is obtained for all the
(S3)次に、受圧面18の圧力分布のピーク位置を求める。実際の応用では、受圧面18に加えられた力が最大である位置を知りたい場合がある。例えば、特許文献3に記載されたワイヤの転動操作ではワイヤの位置を求めたいので、受圧面の圧力分布のピーク位置を知る必要がある。図7を参照して、各電極における対グランド抵抗の低下率をプロットし、低下率が大きい部分を2次曲線や放物線で補間して、ピーク位置を求める。図7に示した例では、ピーク位置は電極5から少し電極4に寄ったところにあることが分かる。
(S3) Next, the peak position of the pressure distribution on the
また、ロボットハンド30で把持するワークが太い場合などで、すべての電極での計測値が不要な場合には、1本置きや2本置きなど、任意の間隔で飛び飛びの電極のデータだけを採用してピーク位置を求めてもよい。
In addition, when the workpiece to be gripped by the
上記の工程S1~S3を高速で繰り返すことにより、ロボットハンド30で把持したワークの位置を連続的に監視することができる。
By repeating the above steps S1 to S3 at high speed, the position of the workpiece gripped by the
本実施形態の圧力センサ10によれば、感圧導電ゴムシート11の片側のみに電極を接合した構造を用いて、受圧面に加えられた力の電極が整列した方向における分布を検出できる。本発明者らは、上記圧力センサ(電極幅0.1mm、電極ピッチ0.2mm)をロボットハンドの把持面に貼付して直径1mmの金属棒を把持し、上記方法により金属棒の把持位置を求めた。また同時に、ロボットハンドをカメラで撮影して、画像から金属棒の把持位置を求めた。2つの方法による結果を比較したところ、金属棒の把持位置の相対誤差は、標準偏差が0.06mmで、本実施形態の圧力センサ10によって十分な計測精度が得られた。
According to the
また、本実施形態の圧力センサ10では、感圧導電ゴムシート11と電極14の接合面が1つしかないので、ロボットハンドによる転動操作を繰り返しても、感圧導電ゴムシートのたるみが生じにくい。ロボットハンドで上記金属棒を把持して転動操作を繰り返した耐久性試験では、感圧導電ゴムシートの両面に電極が設けられた従来の圧力センサより、本実施形態の圧力センサ10の方が耐久性に優れることを確認した。
Further, in the
また、本実施形態の圧力センサ10では、奇数電極と偶数電極のうちグランド電位とする電極を切り替えることで、すべての電極の対グランド電位を測定できる。これにより、感圧導電ゴムシートの片面にのみ電極を設けても、電極の印刷ピッチと同じ解像度で、受圧面の圧力分布を求めることができる。本発明者らが試作した上記圧力センサシステムでは、64本の電極を30msで計測可能で、ロボットハンドによるワイヤの転動操作中に、ワイヤの把持位置を実質的に連続的に監視し続けることができた。
Further, in the
以下に、本実施形態の圧力センサシステム20の使用方法の変形例をいくつか説明する。
Some modifications of the method of using the
上記説明では、選択された駆動電極とグランド電極の両方を制御部本体22に接続して、両者の電位差を計測することにより駆動電極の対グランド電位を計測した。しかし、制御部本体には選択された駆動電極だけを接続して、制御部本体は当該駆動電極の対グランド電位を計測してもよい。ただし、その場合でも、第1選択部24または第2選択部26はグランド電極を選択して、駆動電極から感圧導電ゴムシートを通ってグランドに至る回路を形成する必要がある。
In the above description, both the selected drive electrode and the ground electrode are connected to the
また、上記説明では、第1選択部24および第2選択部26は奇数電極14Aまたは偶数電極14Bからグランド電極を順次1本ずつ選択したが、グランド電極の選択方法はこれには限られない。具体的には、例えば、第1選択部が奇数電極から1本の駆動電極を選択したときに、第2選択部は偶数電極の全部を一括して選択してグランド接続し、偶数電極の全部をグランド電極としてもよい。この場合、例えば図6Aと同じく電極E3を駆動電極としたときに、圧力センサ10は図8の状態となる。駆動電極の対グランド抵抗および対グランド電位は、その駆動電極からグランドに至る経路によって変わり、図8では、電極E3の対グランド電位は、各偶数電極E2、E4、E6、・・・との間の抵抗R23、R34、R36、・・・が並列接続された抵抗に対応するものとなる。しかし、感圧導電ゴムシート11の抵抗値は、ある圧縮歪を境に急激に減少するので、駆動電極E3と、近隣のグランド電極E2、E4以外のグランド電極E6、E8、・・・との間の抵抗値の影響は小さい。そして、偶数電極を一括してグランド電極としたまま、第1選択部が奇数電極から駆動電極を順次選択して、駆動電極の対グランド電位を計測することができる。なお、奇数電極を一括してグランド電極として選択した場合、端に位置する電極、すなわち電極E1では片側にしかグランド電極がなく、他の偶数電極を駆動電極とする場合と測定条件が異なるので、圧力分布を求める際のデータから排除してもよい。以上は、第2選択部が偶数電極から1本の駆動電極を選択し、第1選択部が奇数電極からグランド電極を一括して選択する場合も同様である。
Further, in the above description, the
さらに、例えば、第1選択部24が奇数電極から1本の駆動電極を選択し、第2選択部26が偶数電極の全部をグランド電極として一括して選択するとともに、第1選択部24は選択した駆動電極以外の奇数電極をグランドに接続してもよい。これは、第2選択部が偶数電極から1本の駆動電極を選択し、第1選択部が奇数電極からグランド電極を一括して選択する場合も同様である。
Furthermore, for example, the
また、上記説明では、奇数電極14Aからグランド電極を選択し、偶数電極14Bから駆動電極を選択して順次計測する工程S1と、偶数電極からグランド電極を選択し、奇数電極から駆動電極を選択して順次計測する工程S2とを交互に繰り返した。しかし、工程S1または工程S2の一方だけを繰り返し実施してもよい。これにより得られる圧力分布の解像度が下がるが、検出対象が電極の間隔に対して大きく、例えば、ロボットハンドで把持するワークが太いなどで、検出解像度が下がってもよい場合には、処理スピードが上がるというメリットが得られる。
Further, in the above description, the step S1 in which the ground electrode is selected from the
次に、本発明の圧力センサシステムの第2実施形態を図9に基づいて説明する。本実施形態は、電極選択回路が一つの選択部からなる点で第1実施形態と異なる。 Next, a second embodiment of the pressure sensor system of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment differs from the first embodiment in that the electrode selection circuit consists of one selection section.
図9を参照して、本実施形態の圧力センサシステム40は、圧力センサ10と制御部41とを有する。圧力センサ10は第1実施形態と同じものである。制御部41は制御部本体22と電極選択回路43とを有する。電極選択回路43は1つの選択部44からなる。
Referring to FIG. 9,
選択部44には、圧力センサ10のすべての電極14がリード線16を介して接続されている。選択部44は、制御部本体22からの指示に応じて、1本の電極を選択し、固定抵抗RDを介して所定の電圧VD、例えば5Vを印加して駆動電極とする。それと同時に、当該駆動電極以外の電極から1本の電極を選択し、グランド接続することによりグランド電極とする。
All the
制御部本体22は、選択部44に制御信号Sを送信し、選択部44は1本の駆動電極と1本のグランド電極を選択して制御部本体に接続する。駆動電極とグランド電極は、好ましくは、隣り合う電極を選択する。駆動電極の隣の電極をグランド電極として選択した場合は、圧力センサ10は図5~6と同様の状態となる。制御部本体は、駆動電極とグランド電極の電位差を計測することにより、駆動電極の対グランド電位を計測する。
The
そして、選択する駆動電極およびグランド電極を順次変えながら、駆動電極の計測を繰り返す。駆動電極は、全部の電極14を順次選択してもよいし、あるいは、ロボットハンド30で把持するワークが電極間隔に比べて太い場合には数本ごとに順次選択してもよい。例えば、駆動電極を1本置きに選択してもよいし、2本置きや、あるいはより多くの電極の数ずつの間を隔てて選択してもよい。
Then, the measurement of the drive electrode is repeated while sequentially changing the drive electrode and the ground electrode to be selected. All the
本実施形態の圧力センサシステム40の使用方法においても、第1実施形態と同様に種々の変形が可能である。例えば、制御部本体22には駆動電極だけを接続して、制御部本体は当該駆動電極の対グランド電位を計測してもよい。また、例えば、選択部44は駆動電極以外の電極を一括してグランド電極として選択してもよい。
Various modifications are possible in the method of using the
次に、本発明の圧力センサシステムの第3実施形態を図10に基づいて説明する。本実施形態は、奇数電極または偶数電極の一方を一括して駆動電極として選択し、他方からグランド電極を順次選択する点で第1実施形態と異なる。 A third embodiment of the pressure sensor system of the present invention will now be described with reference to FIG. This embodiment differs from the first embodiment in that one of the odd-numbered electrodes and the even-numbered electrodes is collectively selected as the drive electrode, and the other is sequentially selected as the ground electrode.
図10を参照して、本実施形態の圧力センサシステム50は、圧力センサ10と制御部51とを有する。圧力センサ10は第1実施形態と同じものである。制御部51は、制御部本体22と、電極選択回路53とを有する。電極選択回路53は第1選択部54と第2選択部56からなる。
Referring to FIG. 10,
第1選択部54には、奇数電極14Aがリード線16Aを介して接続されている。第1選択部54は、制御部本体22からの指示に応じて、奇数電極を一括して選択し、固定抵抗RDを介して所定の電圧VD、例えば5Vを印加して駆動電極とする、あるいは、奇数電極の1本を選択してグランド接続することによりグランド電極とする。
The
第2選択部56には、偶数電極14Bがリード線16Bを介して接続されている。第2選択部56は、制御部本体22からの指示に応じて、偶数電極を一括して選択し、固定抵抗RDを介して所定の電圧VD、例えば5Vを印加して駆動電極とする、あるいは、偶数電極の1本を選択してグランド接続することによりグランド電極とする。
The
本実施形態の圧力センサシステム50の使用方法は次のとおりである。
The method of using the
制御部本体22から第1選択部54に制御信号Sを送信し、第1選択部は奇数電極を一括して選択し、固定抵抗RDを介して所定の電圧VDを印加して駆動電極とし、駆動電極のうちの1本を制御部本体に接続する。制御部本体から第2選択部56に制御信号Sを送信し、第2選択部は最初の偶数電極を選択してグランドに接続し、グランド電極として制御部本体に接続する。制御部本体は、接続された駆動電極とグランド電極の電位差を計測することにより、駆動電極の対グランド電位を計測する。
A control signal S is transmitted from the control unit
制御部本体22から第2選択部56に制御信号Sを送信し、第2選択部は次の偶数電極を選択してグランドに接続し、グランド電極として制御部本体に接続する。このとき、第1選択部54は全部の奇数電極を駆動電極としたままである。第1選択部が制御部本体に接続する駆動電極は変更してもしなくてもよいが、制御部本体に接続する駆動電極を順次変更する方が回路の構成が単純になる場合は、制御部本体に接続する駆動電極を変更するのが好ましい。制御部本体は、駆動電極とグランド電極の電位差を計測することにより、駆動電極の対グランド電位を計測する。
A control signal S is transmitted from the control unit
同様に、第2選択部56が偶数電極14Bをグランド電極として順次選択しながら、制御部本体が駆動電極の計測を繰り返す。
Similarly, while the
次の工程として、第2選択部56が偶数電極14Bを一括して選択して、固定抵抗RDを介して所定の電圧VDを印加して駆動電極とし、第1選択部54が奇数電極14Aをグランド電極として順次選択しながら、制御部本体が駆動電極の計測を繰り返す。これにより、すべての電極14を1本ずつグランド電極としたときの、駆動電極の対グランド電位が得られる。そして、以上の工程を高速で繰り返すことにより、ロボットハンド30で把持したワークの位置を連続的に監視することができる。
As a next step, the
本実施形態の圧力センサシステム50の使用方法においても、第1実施形態と同様に種々の変形が可能である。例えば、制御部本体22には駆動電極だけを接続して、制御部本体は当該駆動電極の対グランド電位を計測してもよい。また、例えば、上記説明では、奇数電極14Aを一括して駆動電極として選択し、偶数電極14Bを順次グランド電極として選択する工程と、偶数電極を一括して駆動電極として選択し、奇数電極を順次グランド電極として選択する工程とを交互に繰り返したが、2つの工程の一方だけを繰り返し実施してもよい。これにより得られる圧力分布の解像度が下がるが、検出対象が電極の間隔に対して大きく、例えば、ロボットハンドで把持するワークが太いなどで、検出解像度が下がってもよい場合には、処理スピードが上がるというメリットが得られる。
Various modifications are also possible in the method of using the
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the technical scope of the invention.
例えば、上記実施形態の圧力センサ10では感圧導電層として感圧導電ゴムシート11を用いたが、感圧導電層は、並列する電極14の上に感圧導電性インクを塗工して形成してもよい。ただし、その場合は印刷機が必要となり、平滑な受圧面を得るための印刷技術が要求される。したがって、多品種少量生産時のコストや、圧力センサの製造の容易さの点からは、感圧導電ゴムシートを用いる方が優れる。
For example, in the
また、例えば、上記実施形態では、複数の電極に接続するセレクタの数が1または2である例を説明したが、セレクタの数はこれに限らない。セレクタ数を増やすと、制御部本体から各セレクタに送られる1回の制御信号で多くの抵抗値を検出できるため、感圧センサ全体の圧力分布をより早く検出することができる。 Further, for example, in the above embodiment, the number of selectors connected to a plurality of electrodes is one or two, but the number of selectors is not limited to this. When the number of selectors is increased, a large number of resistance values can be detected with one control signal sent from the control unit main body to each selector, so the pressure distribution of the entire pressure sensor can be detected more quickly.
10 圧力センサ
11 感圧導電ゴムシート(感圧導電層)
12 電極シート
13 樹脂フィルム基板
14 電極、14A 奇数番目の電極、14B 偶数番目の電極
16 リード線、 16A 奇数番目のリード線、16B 偶数番目のリード線
17 接合面
18 受圧面
20 圧力センサシステム
21 制御部
22 制御部本体
23 電極選択回路
24 第1選択部
26 第2選択部
30 ロボットハンド
31 基部
32 第1指部
33 第1把持面
34 第2指部
35 第2把持面
40 圧力センサシステム
41 制御部
43 電極選択回路
44 選択部
50 圧力センサシステム
51 制御部
53 電極選択回路
54 第1選択部
56 第2選択部
E1~E6 電極
R12、R23、R34、R36、R45 抵抗
RD 抵抗
S 制御信号
VD 駆動電圧
10
REFERENCE SIGNS
Claims (14)
加えられた圧力に応じて電気抵抗が変化する感圧導電層と、
前記1次元方向に並列した複数の電極とを有し、
前記複数の電極が前記感圧導電層の一方の面にのみ設けられている、
圧力センサ。 A pressure sensor capable of detecting a one-dimensional distribution of force applied to a pressure receiving surface,
a pressure-sensitive conductive layer whose electrical resistance changes in response to applied pressure;
and a plurality of electrodes arranged in parallel in the one-dimensional direction,
The plurality of electrodes are provided only on one surface of the pressure-sensitive conductive layer,
pressure sensor.
請求項1に記載の圧力センサ。 The pressure-sensitive conductive layer is made of a pressure-sensitive conductive rubber sheet,
A pressure sensor according to claim 1 .
請求項1または2に記載の圧力センサ。 wherein the plurality of electrodes are formed on a resin film substrate;
The pressure sensor according to claim 1 or 2.
前記複数の電極が前記制御部に接続され、
前記制御部は、
前記複数の電極から、所定の電圧が印加される駆動電極を選択し、
前記駆動電極以外の電極であって、グランドに接続されるグランド電極を選択し、
前記駆動電極の対グランド電位を計測する、
圧力センサシステム。 Having a pressure sensor and a control unit according to any one of claims 1 to 3,
The plurality of electrodes are connected to the control unit,
The control unit
selecting a driving electrode to which a predetermined voltage is applied from the plurality of electrodes;
Selecting a ground electrode connected to the ground, which is an electrode other than the drive electrode;
measuring the ground potential of the drive electrode;
pressure sensor system.
前記複数の電極から、所定の電圧が印加される前記駆動電極を順次選択し、
前記駆動電極以外の電極であって、グランドに接続される前記グランド電極を順次または一括して選択し、
前記駆動電極の対グランド電位を計測する、
請求項4に記載の圧力センサシステム。 The control unit
sequentially selecting the drive electrodes to which a predetermined voltage is applied from the plurality of electrodes;
sequentially or collectively selecting the ground electrodes other than the drive electrodes, which are connected to the ground;
measuring the ground potential of the drive electrode;
5. The pressure sensor system of claim 4.
請求項5に記載の圧力センサシステム。 The control unit measures a potential difference between the drive electrode and one of the ground electrodes to measure the potential of the drive electrode relative to the ground.
6. A pressure sensor system according to claim 5.
前記第1選択部および前記第2選択部の一方が前記駆動電極を順次選択し、他方が前記グランド電極を順次または一括して選択する、
請求項5または6に記載の圧力センサシステム。 The control unit has a first selection unit to which odd-numbered electrodes among the plurality of electrodes are connected, and a second selection unit to which even-numbered electrodes are connected,
one of the first selection unit and the second selection unit sequentially selects the drive electrodes, and the other selects the ground electrodes sequentially or collectively;
7. A pressure sensor system according to claim 5 or 6.
請求項7に記載の圧力センサシステム。 The control unit comprises a step in which the first selection unit sequentially selects the drive electrodes and the second selection unit selects the ground electrodes sequentially or collectively; and the first selection unit sequentially selects the ground electrodes. Alternatively, the step of selecting all at once and sequentially selecting the drive electrodes by the second selection unit is alternately performed.
The pressure sensor system according to claim 7.
前記複数の電極から、グランドに接続される前記グランド電極を順次選択し、
前記グランド電極以外の電極であって、所定の電圧が印加される前記駆動電極を一括して選択し、
前記駆動電極の対グランド電位を計測する、
請求項4に記載の圧力センサシステム。 The control unit
sequentially selecting the ground electrode connected to the ground from the plurality of electrodes;
collectively selecting the drive electrodes, which are electrodes other than the ground electrode and to which a predetermined voltage is applied;
measuring the ground potential of the drive electrode;
5. The pressure sensor system of claim 4.
請求項9に記載の圧力センサシステム。 The control unit measures a potential difference between one of the drive electrodes and the ground electrode to measure the potential of the drive electrode relative to the ground.
10. The pressure sensor system of Claim 9.
前記第1選択部および前記第2選択部の一方が前記グランド電極を順次選択し、他方が前記駆動電極を一括して選択する、
請求項9または10に記載の圧力センサシステム。 The control unit has a first selection unit to which odd-numbered electrodes among the plurality of electrodes are connected, and a second selection unit to which even-numbered electrodes are connected,
One of the first selection unit and the second selection unit sequentially selects the ground electrodes, and the other selects the drive electrodes collectively.
A pressure sensor system according to claim 9 or 10.
請求項11に記載の圧力センサシステム。 The control unit comprises a step in which the first selection unit sequentially selects the ground electrodes and the second selection unit collectively selects the drive electrodes, and the first selection unit collectively selects the drive electrodes. selecting and sequentially selecting the ground electrode by the second selection unit;
12. The pressure sensor system of claim 11.
前記複数の電極のうち、一部の電極は前記制御部に接続され、その他の電極はグランドに接続され、
前記制御部は、
前記制御部に接続された電極から、所定の電圧が印加される駆動電極を選択し、
前記駆動電極の対グランド電位を計測する、
圧力センサシステム。 Having a pressure sensor and a control unit according to any one of claims 1 to 3,
Some electrodes among the plurality of electrodes are connected to the control unit, and other electrodes are connected to the ground,
The control unit
selecting a driving electrode to which a predetermined voltage is applied from the electrodes connected to the control unit;
measuring the ground potential of the drive electrode;
pressure sensor system.
少なくとも一方の前記把持面に、請求項1~3のいずれか一項に記載された圧力センサを備える、
ロボットハンド。 A robot hand capable of gripping an object with a pair of gripping surfaces,
At least one of the gripping surfaces is provided with the pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
robot hand.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021051508A JP2022149380A (en) | 2021-03-25 | 2021-03-25 | Pressure sensor, pressure sensor system, and robot hand |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021051508A JP2022149380A (en) | 2021-03-25 | 2021-03-25 | Pressure sensor, pressure sensor system, and robot hand |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022149380A true JP2022149380A (en) | 2022-10-06 |
Family
ID=83463400
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021051508A Pending JP2022149380A (en) | 2021-03-25 | 2021-03-25 | Pressure sensor, pressure sensor system, and robot hand |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022149380A (en) |
-
2021
- 2021-03-25 JP JP2021051508A patent/JP2022149380A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10452187B2 (en) | Pressure sensing module and pressure sensing touch control system using the same | |
US8127623B2 (en) | Capacitive tactile tile sensor | |
EP1570415B1 (en) | Tactile sensor element and sensor array | |
CN105094449B (en) | A kind of pressure-sensing input module | |
US7441467B2 (en) | Compression strain sensor | |
JP2007517216A (en) | Sensor | |
CN104215363A (en) | Soft tactile-slip sensation composite sensing array based on pressure-sensitive conductive rubber | |
KR20140125903A (en) | A tactile sensor and manufacturing method for thereof | |
CN206378838U (en) | Pressure-sensing module, pressure touch sensing system | |
JP2006523872A (en) | Position detection device | |
CN112284580B (en) | Pressure sensor based on mechanical metamaterial structure | |
US11248967B2 (en) | Dual-use strain sensor to detect environmental information | |
JP2022149380A (en) | Pressure sensor, pressure sensor system, and robot hand | |
CN111886486B (en) | Sensor element for pressure and temperature measurement | |
JP4901533B2 (en) | Force sensor, load detection device, and shape measurement device | |
CN112067177A (en) | Piezoresistive pressure sensor and piezoresistive pressure sensing array | |
KR20210089468A (en) | Conductive Thread based Pressure Sensor | |
KR101920782B1 (en) | 3-axis strain sensor and manufacturing method of the same | |
JP2013079837A (en) | Surface pressure sensor | |
CN110953981B (en) | Deformation detection method and device for piezoelectric sensor | |
JP2008139136A (en) | Mechanics quantity sensor and its manufacturing method | |
JP2003139504A (en) | Displacement sensor, its manufacturing method, and positioning stage | |
KR101278679B1 (en) | Haptics sensing device for multi-point and system including the same | |
JP2006337315A (en) | Tactile sensor and sensitivity-adjusting method of the tactile sensor | |
JP2018013339A (en) | Strain sensor, sensor for crack detection and crack detector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231013 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240829 |