JP2806560B2 - 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、触覚センサに関する。

〔従来の技術〕

英国特許第2,136,966号による触覚センサは、Ｘ軸方
向に伸展する導電片上に位置する第一の板を備え、前記
導電片はその一端部を、導電片に対し鉛直に伸展する抵
抗片に付着する。導電材料から成る中心板が、これらと
間隔を開けて設置される。該中心板から離れて第二の板
が設置されるが、これは第一の板と同じ方法で構築され
かつ第一の板に関し、90゜回転しており、そのため導電
片はＹ軸方向に伸展する。中心板は基準電位に置かれ、
また２個の導電片の各々の一端部も基準電位に置かれ
る。各導電片の他端部において電位が検出される。セン
サに圧力が加われば、中心板は第一及び第二の板の導電
片に接触するようになり、そして圧力がセンサに作用す
る位置は、抵抗片の他端部の電位を検出することによっ
て探知できる。

従って上記の触覚センサは、第一の板の第一導電経路
と第二の板の第二導電経路と中心板の導電材料とからそ
れぞれが成る多数の感圧測定小区画を備える。

上記の触覚センサでは、圧力が作用する位置を探知す
ることが可能であるが、しかしながら圧力の量を探知す
ることはできない。

圧力の量及び圧力の位置の探知を可能にするため、圧
力量によって電気抵抗が変化する材料から成る板が使用
される。この型の触覚センサは例えば米国特許第4,208,
648号の論題である。この触覚センサは、導電体がＸ方
向に配置される第一の板と、上記の材料から成る中心板
と、導電体がＹ軸方向に伸展する第二の板とから成る。
この触覚センサの欠点は、圧力の量及び位置がやや不正
確にしか測定できないことである。さらに中心板の圧力
抵抗比率は、多くの要因、例えば周囲の温度等によって
左右される。

〔発明が解決しようとする課題〕 本発明の目的は、上記型の触覚センサを、簡単な構造
でしかも圧力位置に加えさらに圧力量をも高い精度で測
定できるような方法をもって改良することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも２
個の平行な板からなり、それら板のうち少なくとも１個
は弾性体であり、それら板は多数の感圧測定小区画を持
ち、それら小区画の各々は１個の板に設けた第一導体経
路と他の１個の板に設けた第二導体経路とを備え、それ
ら第一及び第二導体経路のうち一方は電気良導材料から
成る触覚センサにおいて、前記小区画の各々における前
記第一及び第二導体経路は、同一平面に実質的に沿って
伸展し、前記第二導体経路は電気抵抗材料から成り、前
記第一及び第二導体経路のうち少なくとも一方は一様に
湾曲した面によって形成され、圧力の作用を受ける前記
小区画の前記第一及び第二導体経路は、圧力が加わった
ときに、弾性体である前記板の弾性材料の変形によって
相互に密に接触し、このときの密な接触の長さは圧力に
比例して生じ、以て、圧力が加わった部位の位置を、前
記第一導体経路の電位及び前記第二導体経路の抵抗値を
測定することにより特定できるとともに、加えられた圧
力の量を、該抵抗値の変化から導出できるようにしたこ
とを特徴とする触覚センサを提供する。また有利な実施
例が各請求項から得られる。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に関してより詳細に説明する。

抵抗材料から成る薄片で帯状の３個の導体経路2A,2B,
2Cは、非導電材料から成る薄片状基部１の上に設置され
る。導体経路2A,2B,2Cは互いに間隔を開けて平行に配置
され、よって互いに電気的に絶縁されている。３個の導
体経路２（2A,2B,2C）はそれぞれ左側で電気的に相互接
続しており、よって共通の接続部Ｏを持つ。独立した電
気接続部A1,A2,A3は各導体経路用に右側に設けられる。
一方の接続部Ｏと他方の接続部A1,A2,A3との間の電圧降
下を測定することにより、あるいはまた接続部A1,A2,A3
を通過する電流を測定することにより、導体経路２のそ
れぞれの電気抵抗を検出することができる。圧力センサ
に圧力が作用しなければ、導体経路2A,2B,2Cの電気抵抗
は等しい。

３個の平らな導電体経路3A,3B,3Cは、互いに間隔を開
けて配置され以って互いに電気的に絶縁されているが、
これらは導体経路2A,2B,2Cを覆うように、かつこれらの
導体経路２に直角に交差して伸展する。各導体経路３
（3A,3B,3C）は接続部a,b,cに接続している。これらの
導体経路３は、平らな付加非導電薄片４に設置される。
導体経路３は良導電材料から成り、それは例えば付加薄
片４に蒸着される。

導体経路2A,2B,2Cと導体経路3A,3B,3Cとの各交差地点
において、弾性薄片から成る導体経路2A,2B,2Cは各導体
経路3A,3B,3Cの方へ向けて凸面状に湾曲する。さらに付
加薄片４は前記の交差地点のそれぞれにニップル５を備
え、かつ該ニップル５は凸面状湾曲面７の各々の対応す
る凹部にはまり込む。導体経路３は各ニップルの区域に
空洞を持つ。第２図及び第３図に示すように、ニップル
５は導体経路３を導体経路２の表面から少し離して保持
する。

圧力が例えばピン８によって圧力センサ上に及ぼされ
れば、その結果例えば第４図のような状態が生じる。こ
の場合金属から成る導体経路3Bは、抵抗材料から成る導
体経路2Aに水平に接触し、以ってＸの長さに亙って導体
経路2Aを橋絡する。接続部Ｏと接続部A1との間で測定さ
れる導体経路2Aのオーム抵抗は、従って長さＸを引いた
経路2Aの全長によって探知される。さらに導体経路3B
は、接続部Ｏと接続部A1との間の電位差の２分の１に相
当して接続部ｂに発生する電位を呈する。接続部ｂに発
生する電位により、また接続部Ｏと接続部A1との間の抵
抗降下により、あるいはまた接続部A1を通過する電流増
加により、ピン８がセンサに作用する位置が、すなわち
導体経路3Bと導体経路2Aとが交差する小区画10が探知で
きる。これは第１図の上部中央の小区画である。

ピン８によって及ぼされる圧力の量により、各小区画
10における導体経路２の凸湾曲区域の変形が決まる。こ
の変形は圧力に比例し、従って導体経路２及び３が互い
に接触する部分の長さＸに比例する。その結果、長さＸ
によって生じる導体経路２の抵抗降下は、そこに加わる
圧力の量を規定する。

第５図から第９図までの図による実施例において、二
次元もしくは三次元に凸湾曲した円形導体2Dは、基部１
に設置される（第８図参照）。そして該導体2Dは抵抗材
料から成り、かつ良導電材料から成る導体要素11によっ
て直角方向に相互接続される。これらの導体2Dは凸湾曲
面７を持つ。この堅固な導体2Dの上方には弾性薄片12が
伸展し、また該薄片は良導電材料から成る円形導体3D
を、導体2Dに対向するその下側の面に持ち（第９図参
照）、そして円形導体3Dは例えば薄片12に蒸着される。

導体2Eは、強度に凸湾曲いた導体2Dに対向して薄片に
設置される。そして該導体2Eは同様に抵抗材料から成
り、かつ導体要素９によって水平方向に相互接続される
（第６図参照）。これらの導体2Eは凹湾曲面7Aを持つ。
薄片12の上面にはこれらの導体に対向して、各々２個の
くさび形状を備える導体3Eが設置される。この導体3Eは
互いに電気的に絶縁しかつ良導電材料から成り、またそ
の先端は水平に互いの方向に向けられる。薄片12は薄片
１及び４にリベットによって保持される。導体2Dは導体
要素11と共に、垂直に伸展する導体経路を形成する。そ
れに対して導体2Eは導体要素９と共に、水平に伸展する
導体経路を形成する。これらの導体経路は各々本質的に
抵抗材料から成り、かつその抵抗値が検出される。

弾性薄片４に圧力がかかれば、すぐに弾性薄片12は圧
力に比例して面７及び7Aに密着する。それによって導体
経路3D及び3Eは、抵抗材料から成る導体2D及び2Eの橋絡
を生じさせる。これによって起こる抵抗変化は、圧力の
位置と量に関する検出を可能にする。

第５図から第９図までの図による実施例において、導
体2D及び2Eは各々一列に並んで設置される。そしてこれ
らの導体は各々直列に接続し、そのため圧力のかかる位
置と量は、水平方向及び垂直方向に直列接続した抵抗の
測定によって探知できる。

第10図から第12図までによる実施例においては、これ
は第５図から第９図までの実施例に本質的に一致する
が、小区画10の接続は導体2Dのそれぞれのために設けら
れる。その結果もちろん接続の数は増えるが、各個別の
小区画において圧力の量が直ちに探知できる。第10図に
よれば、個々の導体2Eは水平方向に設けられはしない
が、その代わりこれらは一個の連続片としてもはや導体
要素９が必要でないように設計される。

第13図による実施例において、抵抗材料から成る導体
2Dはやはり堅固な構造である。良導電材料から成る導体
3Dは、弾性薄片22に設置される。この導体3Dは、点Ｙか
ら点Ｚまで圧力Ｐによって凸湾曲面７に密着し、その結
果導体3Dは導体2Dを長さＸだけ電気的に橋絡する。この
型のセンサは、一座標軸方向での圧力の位置と量を探知
することができる。この座標軸に対し直角に伸展する第
二座標軸における探知のために、第二の同構造のセンサ
が前記のセンサに関して90゜回転した状態で使用され
る。第13図に例示するセンサはやはり可変抵抗器として
適合しており、以って経路センサとして使用できる。

第14図から第16図までの図による実施例においては、
これは第10図から第12図までの実施例の構造に本質的に
一致するが、測定条片16が各小区画10の薄片12上に設け
られる。この小区画は各々接続部17を持ち、そして各小
区画10に作用する圧力を測定することができる。

第17図から第21図までによる実施例において、薄片１
は、２層から成り、その上面に抵抗材料から成る導体経
路2Fを持ち、そして基部13に設置される。導体経路2Fは
いずれも小区画10の一部を成す、いずれの導体経路2F
も、４個の直線状の導体要素18を持ち、従って隣接する
導体要素18は互いに直角に伸展する。各導体経路2Fの２
個の端部は、接続部19に電気的に接続される。この接続
部は、薄片１の２層間に伸展し、かつ良導電材料から成
る。

弾性薄片32は薄片１の上に置かれる。直線の導体要素
18の区域では、この弾性薄片32は凸湾曲面７を持つ。凸
湾曲面７の上にはそれぞれ、良導電材料から成る導体経
路3Fによって層が形成されている。凸面区域７は円形の
外形を持つ。間隔保持片20は凸面区域７の中間に設けら
れる。各導体経路2Fの中心では、薄片１及び基部13に穴
21が設置される。弾性薄片32のニップル23は、太くなっ
た先端を持ち、前記の穴21にはまり込む。このようにし
て、薄片32と基部13の間の接続が形成される。導体経路
2Fはそれぞれ４個の凸面区域７に接触し、この凸面区域
上にはそれぞれ導体経路3Fが割りあてられている。こう
して導体経路2Fは、それぞれ小区画10を定義する。

圧力が弾性薄片32上に加われば、直ちに凸面区域７は
薄片１に密着する。それによって導体経路3Fは、導体経
路2Fの導体要素18を圧力に比例して橋絡し、以って接続
部19で測定される各小区画10の抵抗値を変化（すなわち
低下）させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は触覚センサの第１実施例の一部分を第２図にお
ける線Ａ−Ａで切った断面図であり、第２図は第１図の
線Ｂによる断面図であり、第３図は第１図の線Ｃによる
断面図であり、第４図は第２図に一致する断面図で圧力
がセンサの第一実施例に作用している状態を示す。第５
図はセンサの第二実施例の断面図で、第６図は第５図の
線Ａ−Ａによる断面図で、第７図は第５図の線Ｂ−Ｂに
よる断面図で、第８図は第５図の線Ｃ−Ｃによる断面図
で、第９図は第５図のセンサの第二実施例の線Ｄ−Ｄに
よる断面図である。第10図はセンサの第三実施例の縦断
面図で、第11図は第10図の線Ｅ−Ｅによる断面図で、第
12図は第10図の線Ｆ−Ｆによる断面図である。第13図は
センサの第四実施例の縦断面図である。第14図はセンサ
の第五実施例の縦断面図で、第15図は第14図のＨ−Ｈに
よる断面図で、第16図は第14図の線Ｇ−Ｇによる断面図
である。第17図は第六実施例における抵抗経路を持つ板
の平面図で、第18図は第17図の線Ａ−Ａによる断面図
で、第19図は第六実施例における導体経路を持つ板の平
面図で、第20図は第19図の線Ｂ−Ｂによる断面図で、第
21図は第六実施例によるセンサの縦断面図である。 2A,2B,2C,2D,2E,2F……導体経路（抵抗性）、 3A,3B,3C,3D,3E,3F……導体経路（良導電性）、 1,4,12,22,32……薄片、 ７……凸湾曲面、7A……凹湾曲面、 O,A1,A2,A3,a,b,c,14,19……接続部、 10……小区画、18……導体要素、 23……ニップル。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−95332（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−113326（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−155674（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−208734（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−187023（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01L 1/20 G01L 5/00 101

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも２個の平行な板からなり、それ
   ら板のうち少なくとも１個は弾性体であり、それら板は
   多数の感圧測定小区画を持ち、それら小区画の各々は１
   個の板に設けた第一導体経路と他の１個の板に設けた第
   二導体経路とを備え、それら第一及び第二導体経路のう
   ち一方は電気良導材料から成る触覚センサにおいて、 前記小区画（10）の各々における前記第一及び第二導体
   経路（2,3）は、同一平面に実質的に沿って伸展し、 前記第二導体経路（２）は電気抵抗材料から成り、 前記第一及び第二導体経路（2,3）のうち少なくとも一
   方は一様に湾曲した面によって形成され、 圧力の作用を受ける前記小区画（10）の前記第一及び第
   二導体経路（2,3）は、圧力が加わったときに、弾性体
   である前記板（2;12,22,32）の弾性材料の変形によって
   相互に密に接触し、 このときの密な接触の長さ（Ｘ）は圧力に比例して生
   じ、 以て、圧力が加わった部位の位置を、前記第一導体経路
   （３）の電位及び前記第二導体経路（２）の抵抗値を測
   定することにより特定できるとともに、加えられた圧力
   の量を、該抵抗値の変化から導出できるようにしたこ
   と、 を特徴とする触覚センサ。
2. 【請求項２】前記一様に湾曲した面（７）は凸面である
   ことを特徴とする請求項１に記載の触覚センサ。
3. 【請求項３】前記小区画（10）の各々は、凸湾曲導体経
   路（2A〜2D,3F）と平面導体経路（3A〜3D,2F）とから形
   成され、それら導体経路（2A〜2D,2F,3A〜3D,3F）の少
   なくとも一方は、弾性薄片上に設置されるかあるいは弾
   性薄片から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載
   の触覚センサ。
4. 【請求項４】前記凸湾曲導体経路（2A〜2C）は弾性抵抗
   材料から成り、前記平面導体経路（3A〜3C）は弾性薄片
   （４）に設置されることを特徴とする請求項３に記載の
   触覚センサ。
5. 【請求項５】前記凸湾曲導体経路（2D）は剛性抵抗材料
   から成り、前記平面導体経路（3D）は弾性薄片（12,2
   2）上に設置されることを特徴とする請求項３に記載の
   触覚センサ。
6. 【請求項６】前記弾性薄片（22）は変形可能なゴム材料
   から成ることを特徴とする請求項５に記載の触覚セン
   サ。
7. 【請求項７】凹湾曲導体経路（2E）が、前記弾性薄片
   （12）の前記凸湾曲導体経路（2D）の反対側の面上に設
   置され、前記弾性薄片（12）は前記反対側の面に２個の
   くさび形導体経路（3E）を備えることを特徴とする請求
   項５に記載の触覚センサ。
8. 【請求項８】前記弾性薄片（12）は、前記凸湾曲導体経
   路（2D）と前記凹湾曲導体経路（2E）との間に抵抗線ひ
   ずみ計（16）を備えることを特徴とする請求項７に記載
   の触覚センサ。
9. 【請求項９】前記弾性薄片（12）は、前記平面導体経路
   （3D）の上に広がって保持されることを特徴とする請求
   項５又は７に記載の触覚センサ。
10. 【請求項１０】前記凸湾曲導体経路（3F）は弾性電気良
    導材料から成り、弾性薄片（32）の凸湾曲面（７）上に
    設置されることを特徴とする請求項３に記載の触覚セン
    サ。
11. 【請求項１１】電気良導材料から成る前記導体経路（3
    D,3E,3F）は、互いに電気的に絶縁していることを特徴
    とする請求項３〜５及び10のいずれか一項に記載の触覚
    センサ。
12. 【請求項１２】隣接する前記小区画（10）の、抵抗材料
    から成る前記導体経路は、一列に並んで電気接続してい
    ることを特徴とする請求項１〜７及び10のいずれか一項
    に記載の触覚センサ。
13. 【請求項１３】弾性抵抗材料から成るいくつかの前記導
    体経路（2A,2B,2C）は、前記小区画（10）の各々内で凸
    湾曲する帯の形状を有して互いに隣接配置され、それら
    隣接する導体経路（2A,2B,2C）の小区画（10）は、電気
    良導材料から成り、かつ前記弾性薄片（４）に設置され
    る帯状の導体経路（3A,3B,3C）と交差することを特徴と
    する請求項４又は12に記載の触覚センサ。
14. 【請求項１４】前記小区画（10）の、抵抗材料から成る
    前記導体経路は、相互に独立する接続部（14,19）に接
    続されることを特徴とする請求項１〜７及び10のいずれ
    か一項に記載の触覚センサ。
15. 【請求項１５】前記小区画（10）の、抵抗材料から成る
    前記平面導体経路（2F）は、前記弾性薄片（32）の前記
    凸湾曲面（７）に各々割りあてられるいくつかの直線導
    体要素（18）を備え、電気良導材料から成る前記導体経
    路（3F）は前記凸湾曲面（７）上に設置されることを特
    徴とする請求項10又は14に記載の触覚センサ。
16. 【請求項１６】隣接する前記導体要素（18）は互いに直
    角方向に伸展し、前記弾性薄片（32）は凸湾曲面（７）
    を取り巻く間隔保持片（20）を備え、該間隔保持片（2
    0）は前記平面導体経路（2F）を備える薄片（１）の表
    面に接することを特徴とする請求項15に記載の触覚セン
    サ。
17. 【請求項１７】前記平面導体経路（2F）を備える基部
    （13）の穴（21）に嵌入するニップル（23）は、前記小
    区画（10）の各々の４個の凸湾曲面（７）の各々に関し
    中央に位置して、前記弾性薄片（32）上に設置されるこ
    とを特徴とする請求項16に記載の触覚センサ。