JP2646387B2 - 曲面用分布型触覚センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、曲面用分布型触覚センサに関し、更に詳細
には曲面、しかも変形可能な曲面に作用する押圧力を検
出することのできるセンサに関するものである。

〔従来の技術〕

例えば壊れやすい物体や柔らかい物体をロボットハン
ドが掴む際には、該ロボットハンドと物体との接触圧を
所定の値以下に制御する必要がある。このような場合に
使用するセンサとして、押圧力に応じて電気抵抗が変化
するゴム（以下感圧導電ゴムという）に電極を取付けた
センサ（以下触覚センサという）が従来から使用されて
いる。

これら従来から使用されている触覚センサは、感圧導
電ゴムシートに、対を成す複数の電極を碁盤目状に配置
し、極性ごとに一方を横方向に、他方を縦方向にそれぞ
れ電極線で直列的に接続し、横方向電極線及び縦方向電
極線ごとに走査して、各電極ごとに感圧導電ゴムの抵抗
値を測定して、各電極部分に作用する接触圧を検出する
ものである。

このようにすると、測定点の数を、例えば64×64（40
96個）など多数とすることが可能となり、本発明者ら
は、例えば足裏の各部に掛かる体重の分布を測定する触
覚画像システムを開発し実用に供している。ところが、
このようなシート状感圧導電ゴムを曲面に適用すること
は、ごく僅かな曲面を除き適用することができないとい
う問題がある。

そこで測定点ごとの単位触覚センサを作り、各センサ
間（電極間）を電極線で結び、任意の曲面に張りつけて
使用できるようにしたユニット型分布圧力センサを本発
明者らが発明し、特願昭62−217949号として特許出願し
ている。このユニット型分布圧力センサは、前記電極線
が自由に屈曲できるので、例えばソファやベッドなどの
クッション部分など、力が掛かると変形する面に取付け
て触覚を検出することが可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、例えば前記したソファやベッドなどの設計
資料を得る目的などでは、極く狭い範囲、例えば数mm×
数mm角四方に作用する荷重を、細かな間隔で測定するこ
とが要求れるる。この場合前記出願のセンサの構造で
は、構造が複雑であるために単位センサの製造が困難で
あるという問題がある。

本発明は、以上の問題に着目して成されたものであ
り、任意の曲面、しかもソファやベッドなどのように変
形する曲面に容易に取付けることができ、しかも可及的
に小さい範囲に作用する押圧力を狭い間隔で測定できる
ように簡単な構造で、取扱が簡単な曲面用分布型触覚セ
ンサを提供することえ目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

以上の目的を達成するための本発明の曲面用分布型触
覚センサの構成は、所定の間隔で横並べ状に配置した帯
状柔軟なフィルムと、該フィルムと交差し、且つ所定の
間隔で横並べ状に配置した柔軟な電極線と、前記の交差
部分の少なくとも複数箇所に設けた単位触覚部とから成
り、前記柔軟なフィルムは、前記単位触覚部の一方の電
極と該電極を直列接続する電極線とをプリント配線して
おり、前記単位触覚部は、前記電極と対向する電極を設
けた柔軟なフィルムとの間に、感圧導電ゴム及び電極間
隔を保つスペーサを介装した構造をしており、前記対向
する電極と、該電極配置部分で交差する電極線との間の
整流素子を介して接続すると共に、前記交差部分で前記
帯状柔軟フィルムと電極線とを連結したことを特徴とし
ている。

前記柔軟なフィルムとしては、市販のフレキシブルプ
リント基板（FPC）をエッチングしたもの、柔軟な剛性
樹脂フィルムに電極及び電極線パターンを印刷配線した
ものなどを適宜使用することができる。なお、前記プリ
ント配線による電極の表面は、金メッキまたはカーボン
処理などによる防錆処理することが好ましい。

前記柔軟なフィルムと交差させる前記電極線は、通常
の撚り線などの電線を使用することもできるが、FPCや
柔軟なフィルムに配線したものを使用することもでき
る。

前記単位触覚部の表裏に設けた柔軟なフィルムには、
該触覚部に作用する力を効果的に感圧導電ゴムに伝達す
るために、受圧部材を設けることが好ましい。該受圧部
材は、受圧面が前記スペーサから突出させるように柔軟
なフィルムに張り付ける。該受圧部材の材質，形状には
特に限定はなく、感圧導電ゴムに対して充分高い剛性の
材料であればよく、また感圧導電ゴム面全面に設けても
よく、部分的に設けてもよい。

感圧導電ゴムは、例えばカーボンなどの導電性粒子を
シリコーンゴムなどの弾性体に分散して含有させ、応力
が働かない状態では絶縁体であり、応力が作用するとそ
の値に対応した抵抗値を示すものである。そしてシート
状に加工したものの外塗料状として、電極表面に塗布す
る塗料タイプのものなども使用することができる。

〔実施例〕

以下添付の図面を対照して一実施例により本発明を具
体的に説明する。

第１図は碁盤目状に単位触覚部を配置した本実施例の
全体的構成を模型的に示す平面図であり、第２図は第１
図の２点鎖線で示した部分を一部破断して示した拡大斜
視図であり、第３図は第２図III−III線断面図である。
図において曲面用分布型触覚センサ１は、帯状の柔軟な
フィルム２を図の縦方向に所定の間隔を置いて配列して
おり、これと直交的に交差して同様に帯状の柔軟なフィ
ルム４を配置し、その交点を接着剤によって互いに固着
することにより機械的に連結している。

本実施例に使用した前記柔軟なフィルム2,4は、ポリ
イミドフィルムを用いたプリント配線基板を使用し、補
強用としてウレタンフィルムなどを用い、それぞれ電極
線6,8及び電極（第１図には図示しない）をプリント配
線している。図の10及び12は、それぞれ電極線6,8を束
ねたワイヤハーネスである。第１図において単位触覚部
14は、電極線6,8の交差部分に配置しており、表面に受
圧部材16を取付けている。本実施例の柔軟なフィルム２
の幅はほぼ8mmでほぼ8mm間隔に配置し、柔軟なフィルム
４の幅はほぼ8mmとした。また単位触覚部14は、縦横が
ほぼ8mm×8mmで、フィルム厚さを含め厚みをほぼ1.8mm
とした。

次に第２図及び３図によって単位触覚部14の詳細を説
明する。柔軟なフィルム２には電極18と電極線６とを連
続パターンとして形成し、電極18を電極線６によって直
列に接続した回路を形成した。もう一方の電極20は帯状
フィルム２と一体に裁断したフィルム部分２′上に形成
し、感圧導電ゴム22の上に折り返して電極20を配置し
た。

本実施例に使用した感圧導電ゴム22は、シート状に形
成した感圧導電ゴム素材を円形に切出したものを使用し
たが、形状はこれに限定されず、他の形状としてもよ
い。そして該感圧導電ゴム22の周囲には、スペーサ24を
配置して、圧縮力が作用しない状態で感圧導電ゴム22に
不要な力が作用しないようにしている。なおスペーサ24
は、フィルム2,2′に接着して固定して、感圧導電ゴム2
2がフィルム2,2′面から脱落しないように保持する機能
も有している。

そして単位触覚部14の表裏に配置した板状の前記受圧
部材16は合成樹脂製であり、該受圧板16は第３図に示し
たようにスペーサ24の内径より小さい外径として、単位
触覚部14に作用する押圧力を効率よく感圧導電ゴム22に
伝達できるようにしている。また第３図の25は単位触覚
部14を測定対象に取つける粘着材層である。

電極20と電極線８とは、ダイオードから成る整流素子
26を介して互いに接続されており、該整流素子26により
感圧導電ゴム22に流れる電流の方向を一方向に規制して
いる。本実施例では、ダイオード26と電極20とは、第３
図に示すようにフィルム２′を裁断して接続線とした。

以上第１図〜第３図によって説明した曲面用分布型触
覚センサ１は、第４図に示す回路を形成している。即ち
前記センサ１の各電極20に整流素子26を介して接続する
各電極線８は、それぞれトランジスタから成り、且つマ
ルチプレクサ30によって制御されるスイッチ回路32を介
して電源＋Ｂに接続さている。またもう一方の各電極18
に接続する各電極線６は、マルチプレクサ34によって制
御され、且つFETから成るスイッチ回路36を介して出力
回路O.P.に接続されている。

ところで触覚検出動作中は、スイッチ回路30によって
電源＋Ｂには電極線８がそれぞれ１本づつ順次接続され
る。同様にスイッチ回路36によって出力回路O.P.に接続
された電極線６も、それぞれ１本づつ順次接続される。
したがって本来は残りの電極線6,8には電流が流れない
が、実際には、押圧力が作用している各単位触覚部14の
感圧導電ゴム22は抵抗値が低下している。したがって、
電源＋Ｂに接続されていない電極線６及び出力回路O.P.
に接続されていない電極線８にも、電流が流れる回り込
み電流回路が構成されている。

この回り込み電流回路によって各単位出格部14を流れ
る電流の方向は、必ず他と逆方向にながれるものが存在
する。したがって、整流素子26を介装することにより、
この回り込み電流をカットすることができ、誤差を含ま
ない電流を出力することが可能にできる。

第５図は本実施例の曲面用分布型触覚センサ１を椅子
に取付けた様子を示す斜視図てある。図において、椅子
38の曲面を成す背もたれ部分に曲面用分布型触覚センサ
１を取付け、該センサ１から引き出したワイヤハーネス
10,12をマルチプレクサ30,34及びスイッチ回路32,36を
収納したターミナルボックス40に接続し、画像化装置42
を介してパーソナルコンピュータ44に接続している。そ
してコンピュータ44の演算結果をCRT46上に数値デー
タ、押圧力の等強線図などによって表示する。なお前記
マルチプレクサ30,34、スイッチ回路32,36及び画像化装
置42はパーソナルコンピュータ44によって制御してお
り、条件設定などコマンドのインプットはキーボード48
から入力するようにしている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の曲面用分布型触覚センサ
は、所定の間隔で横並べ状に配置した帯状柔軟なフィル
ムと、該フィルムと交差し、且つ所定の間隔で横並べ状
に配置した柔軟な電極線と、前記の交差部分の少なくと
も複数箇所に設けた単位触覚部とから成り、前記柔軟な
フィルムは、前記単位触覚部の一方の電極と該電極を直
列接続する電極線とをプリント配線しており、前記単位
触覚部は、前記電極と対向する電極を設けた柔軟なフィ
ルムとの間に、感圧導電ゴム及び電極間隔を保つスペー
サを介装した構造をしており、前記対向する電極と、該
電極配置部分で交差する電極線との間を整流素子を介し
て接続すると共に、前記交差部分で前記帯状柔軟なフィ
ルムと電極線とを連結した構成としたので、次の効果を
得ることができる。

即ち、格子状に配置する触覚検出点（触覚部）を、帯
状に切り分けた軟質フィルム上に形成し、相互の間にス
リットを形成するように配置し、これと交差させた柔軟
なの電極線とによって圧力センサ回路を形成したので、
変形する曲面に容易に取付けることができ、しかも前記
触覚検出点を簡単な構成としたので、極く小型で、しか
も極く薄型の単位触覚部を容易に形成できるので柔らか
い曲面を変形させる押圧力を、変化の過程を追いながら
検出する分布形触覚センサを提供することができる。

しかも該分布形触覚センサは、前記のとおり構造が簡
単であるので、コスト的にも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例による曲面用分布形触覚センサの概要
平面、第２図は第１図のＡ部の部分拡大図、第３図は第
２図のIII−III線断面図、第４図は第１図のセンサの触
覚検出回路の概要図、第５図は第１図のセンサをソファ
に取付けた様子を示す斜視図である。 １……曲面用分布形触覚センサ、2,4……柔軟なフィル
ム、6,8……電極線、14……単位触覚部、18,20……電
極、22……感圧導電ゴム、24……スペーサ、26……整流
素子。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の間隔で横並べ状に配置した帯状柔軟
   なフィルムと、該フィルムと交差し、且つ所定の間隔で
   横並べ状に配置した柔軟な電極線と、前記の交差部分の
   少なくとも複数箇所に設けた単位触覚部とから成り、前
   記柔軟なフィルムは、前記単位触覚部の一方の電極と該
   電極を直列接続する電極線とをプリント配線しており、
   前記単位触覚部は、前記電極と対向する電極を設けた柔
   軟なフィルムとの間に、感圧導電ゴム及び電極間隔を保
   つスペーサを介装した構造をしており、前記対向する電
   極と、該電極配置部分で交差する電極線との間を整流素
   子を介して接続すると共に、前記交差部分で前記帯状柔
   軟なフィルムと電極線とを連結した曲面用分布型触覚セ
   ンサ。