JP2913025B2 - Pressure sensing method and pressure sensor - Google Patents

Pressure sensing method and pressure sensor

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JP2913025B2 JP12955697A JP12955697A JP2913025B2 JP 2913025 B2 JP2913025 B2 JP 2913025B2 JP 12955697 A JP12955697 A JP 12955697A JP 12955697 A JP12955697 A JP 12955697A JP 2913025 B2 JP2913025 B2 JP 2913025B2
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eddy current
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伸一 宮沢
雄一 碓井
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、従来測定が不可能
であった環境においても、正確に圧力を検出する圧覚検
出方法及び圧覚センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure sensor and a pressure sensor for accurately detecting pressure even in an environment where measurement was impossible in the past.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から圧力センサとして、金属粉体が
混入した弾性体の抵抗値を測定することによって上記弾
性体に印加された圧力を検出する装置は存在し、実際の
圧力測定に使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a pressure sensor, there is a device for detecting a pressure applied to an elastic body by measuring a resistance value of the elastic body mixed with metal powder, and is used for actual pressure measurement. ing.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属粉
体が混入した弾性体の抵抗値は環境温度による影響を受
けやすく不安定であり、しかも上記弾性体の両端にリー
ド線を接続する必要が有るが、例えば水の中で測定する
場合、上記弾性体と上記リード線の接触抵抗が問題にな
り、特に導電性を有する液体中では測定を行うこと自体
が不可能であった。
However, the resistance of the elastic body mixed with the metal powder is susceptible to the influence of the environmental temperature and is unstable, and it is necessary to connect lead wires to both ends of the elastic body. However, for example, when the measurement is performed in water, the contact resistance between the elastic body and the lead wire becomes a problem, and it is impossible to perform the measurement itself in a liquid having conductivity.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は前記従来の欠点
を解消し、また、従来からの要望に鑑み提案されたもの
で、金属粉体を混入した絶縁物質である弾性体からなる
圧覚部と、該圧覚部と隣接して配設された渦電流コイル
から構成され、該渦電流コイルに高周波信号を流して上
記圧覚部で渦電流を発生させて、上記圧覚部が加圧され
た際の渦電流損から上記加圧に要した圧力を検出する圧
覚検出方法を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in view of the above-mentioned drawbacks, and has been proposed in view of the demands of the prior art. And an eddy current coil disposed adjacent to the pressure sensation section. When a high frequency signal is supplied to the eddy current coil to generate an eddy current in the pressure sensation section, the pressure sensation section is pressurized. And a pressure sense detection method for detecting the pressure required for the pressurization from the eddy current loss.

【0005】また、本発明は、金属粉体を混入した絶縁
物質である弾性体からなる圧覚部と、該圧覚部と隣接し
て配設された渦電流コイルと、該渦電流コイルに高周波
信号を印加する発信手段から構成され、該発信手段によ
り、上記圧覚部で発生する渦電流損の変化から、上記圧
覚部が加圧された際の上記加圧に要した圧力を検出する
圧覚センサを提供するものである。
[0005] The present invention also provides a pressure sensation portion made of an elastic material that is an insulating material mixed with metal powder, an eddy current coil disposed adjacent to the pressure sensation portion, and a high frequency signal applied to the eddy current coil. A pressure sensor that detects a pressure required for the pressurization when the pressure sensation unit is pressurized from a change in eddy current loss generated in the pressure sensation unit by the transmission unit. To provide.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図1は本発明の一実施形態における
検出部を示す概略図である。図において、1はセンサプ
ローブを示し、1aは弾性体であり、該弾性体1aは内
部に金属粉体が混入されており、圧力検出面1a′とし
てケース1cから一端が突出している部分以外はケース
1c内に収まっている。また、1bは渦電流コイルであ
り、渦電流コイル1bは弾性体1aと接してケース1c
内に収まっており、渦電流コイル1bの両端の線材1
b′のみがケース1cから外部に導出されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a detection unit according to an embodiment of the present invention. In the drawing, reference numeral 1 denotes a sensor probe, 1a denotes an elastic body, and the elastic body 1a has a metal powder mixed therein, except for a part where one end protrudes from the case 1c as a pressure detecting surface 1a '. It is contained in case 1c. 1b is an eddy current coil, and the eddy current coil 1b is in contact with the elastic body 1a and the case 1c.
Wires 1 at both ends of the eddy current coil 1b
Only b 'is led out of case 1c.

【0007】弾性体1aは例えば適度な粘弾性を有しか
つ絶縁部材であるシリコンゴムに粒子径が10〜100
μm程度のニッケル・鉄磁性合金の粉末を10〜40容
積%程度混入したコンパウンド状のものであり、特にニ
ッケル・鉄磁性合金の粉末を20容量%含んだものは、
実用上最も適していることが分かった。尚、上記合金の
成分構成を表1に記すると共に、弾性体1aの物理特性
を表2に、更にセンサプローブ1の特性を表3に示す。
The elastic body 1a has, for example, an appropriate viscoelasticity and a particle diameter of 10 to 100 in silicon rubber as an insulating member.
It is a compound in which nickel-iron magnetic alloy powder of about μm is mixed in about 10 to 40% by volume, and in particular, those containing 20% by volume of nickel-iron magnetic alloy powder are:
It turned out to be most suitable for practical use. The composition of the alloy is shown in Table 1, the physical properties of the elastic body 1a are shown in Table 2, and the properties of the sensor probe 1 are shown in Table 3.

【0008】[0008]

【表1】 [Table 1]

【0009】[0009]

【表2】 [Table 2]

【0010】[0010]

【表3】 [Table 3]

【0011】また、渦電流コイル1bは後述する発信器
から高周波信号を受けており、弾性体1aにおける外部
からの圧力による収縮によって、弾性体1a中の金属粒
子の密度が高まり、渦電流コイル1bの渦電流損が増加
し、渦電流コイル1bのインピーダンスが増加して、出
力信号となって現れる。すなわち、弾性体1aにおける
負荷(圧力)に対応した出力が現れる。
The eddy current coil 1b receives a high-frequency signal from a transmitter, which will be described later, and the density of the metal particles in the elastic body 1a increases due to the contraction of the elastic body 1a due to the external pressure. And the impedance of the eddy current coil 1b increases and appears as an output signal. That is, an output corresponding to the load (pressure) on the elastic body 1a appears.

【0012】図2は本発明の圧覚センサの構成を示して
おり、センサプローブ1は発信器2の一部をなし、常に
300KHzの搬送波が印加されており、振幅変調され
た発信器2の出力からディテクタ3において信号成分が
取り出され、更にその出力はリニアライザ4によって、
センサプローブ1に印加した圧力と比例した電圧出力が
得られるように変換され、オフセット補償器5で電圧の
DCオフセット成分を除去し、増幅器6で増幅して出力
される。
FIG. 2 shows the structure of a pressure sensor according to the present invention. A sensor probe 1 forms a part of a transmitter 2 to which a carrier wave of 300 KHz is constantly applied. , A signal component is extracted in the detector 3, and the output is further output by the linearizer 4.
The voltage is converted so that a voltage output proportional to the pressure applied to the sensor probe 1 is obtained. The DC offset component of the voltage is removed by the offset compensator 5, and the voltage is amplified by the amplifier 6 and output.

【0013】図3は本実施形態における圧覚センサの評
価装置を示しており、図において、弾性体1aは評価装
置7の一部としてロードセル8上に載置されたスペーサ
9に接して配設され、評価装置7のシフトアジャスタ7
aを操作することによって弾性体1aの負荷を標準ロー
ドセル8で測定する構成となっている。尚、弾性体1a
の圧縮による長さの変異量はダイヤルインジケータ10
で測定出来るように構成されている。
FIG. 3 shows an evaluation device of the pressure sensor according to the present embodiment. In FIG. 3, an elastic body 1a is disposed in contact with a spacer 9 mounted on a load cell 8 as a part of an evaluation device 7. , Shift adjuster 7 of evaluation device 7
By operating a, the load on the elastic body 1a is measured by the standard load cell 8. The elastic body 1a
The amount of length variation due to compression of the dial indicator 10
It is configured to be able to measure with.

【0014】上記の評価装置7を用いて得られた弾性体
1aの特性を図4に示す。図4は弾性体1aに印加され
た圧力とそれに伴う歪量を示しており、●は負荷を増大
したときの値を示しており、また、○は負荷を減少した
ときの値を示している。尚、負荷の増大の際と減少の際
において歪量が一致しないのは、弾性体1のヒステリシ
ス特性によるものであり、本来はセンサとしては好まし
くない特性である。
FIG. 4 shows the characteristics of the elastic body 1a obtained by using the evaluation device 7 described above. FIG. 4 shows the pressure applied to the elastic body 1a and the amount of strain associated therewith. ● shows the value when the load is increased, and ○ shows the value when the load is reduced. . Note that the strain amount does not match when the load increases and when the load decreases, which is due to the hysteresis characteristic of the elastic body 1, and is a characteristic that is originally not preferable as a sensor.

【0015】図5は上記の弾性体1aをセンサプローブ
1に組み込んで、弾性体1aを加圧した際と減圧した際
における圧覚センサの出力電圧を示しており、●は加圧
時の特性を示しており、○は減圧時の特性を示してい
る。
FIG. 5 shows the output voltage of the pressure sensor when the elastic body 1a is incorporated into the sensor probe 1 and when the elastic body 1a is pressurized and depressurized. ○ indicates the characteristics at the time of pressure reduction.

【0016】この際、圧覚センサの出力電圧もヒステリ
シス特性を有しているが、減圧時の特性は圧覚センサに
求められる機能から考えて必要としない場合が多いの
で、問題にならない。尚、マニピュレータ等において圧
覚を検出する場合には、対象物を掴む場合とはなす場合
とでは、ヒステリシス特性が問題になるので、この場合
には、マニピュレータの動きに基づいて、リニアライザ
4のキャリブレーションを2通り用意して操作に伴って
使い分ければ良い。
At this time, the output voltage of the pressure sensor also has a hysteresis characteristic. However, the characteristic at the time of pressure reduction is not a problem since it is often unnecessary in view of the function required of the pressure sensor. When detecting a sense of pressure with a manipulator or the like, the hysteresis characteristic becomes a problem when grasping an object, and in this case, calibration of the linearizer 4 is performed based on the movement of the manipulator. What is necessary is just to prepare two types and to use properly according to operation.

【0017】以上、本発明を図面に記載された実施の形
態に基づいて説明したが、本発明は上記した実施の形態
だけではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しな
い限りどのようにでも実施することができる。例えば荷
重を負担するアクティブセンサと荷重を負担しないダミ
ーセンサとを設け、2つのセンサの出力差を求めれば、
容易に温度補償が実施できる。
As described above, the present invention has been described based on the embodiments described in the drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be modified in any manner unless the structure described in the claims is changed. But it can be implemented. For example, if an active sensor that bears a load and a dummy sensor that does not bear a load are provided and the output difference between the two sensors is obtained,
Temperature compensation can be easily performed.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上要するに、本発明によれば、金属粉
体を含んだ弾性体と渦電流コイルとを組み合わせて圧覚
センサを構成したので、装置全体が小型で感度が良好で
あり、また、耐環境特性に優れており、応答速度も早
く、しかも制作費用も同様のセンサとしては低価格であ
り、量産することも可能であるので、例えばロボットア
ームの指の触覚センサなどに応用でき、実用的価値の高
いものとなる。
In summary, according to the present invention, since the pressure sensor is constituted by combining the elastic body containing the metal powder and the eddy current coil, the whole device is small and the sensitivity is good. It has excellent environmental resistance characteristics, fast response speed, low production cost and similar cost, and can be mass-produced, so it can be applied to, for example, a tactile sensor for the finger of a robot arm. High value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態の圧覚センサにおけるセン
サプローブの要部断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a sensor probe in a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態における圧覚センサを示す
概略ブロック図である。
FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施形態における圧覚センサの評価
装置の構成を示す概略側面図である。
FIG. 3 is a schematic side view illustrating a configuration of an evaluation device for a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施形態の圧覚センサにおける弾性
体に印加された圧力と歪を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing pressure and strain applied to an elastic body in the pressure sensor according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施形態の圧覚センサにおける入出
力特性を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing input / output characteristics of the pressure sensor according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 センサプローブ 1a 弾性体 1a′ 圧力検出面 1b 渦電流コイル 1b′ 線材 1c ケース 2 発信器 3 ディテクタ 4 リニアライザ 5 オフセット補償器 6 増幅器 7 圧覚センサの評価装置 7a シフトアジャスタ 8 ロードセル 9 スペーサ 10 ダイヤルインジケータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor probe 1a Elastic body 1a 'Pressure detection surface 1b Eddy current coil 1b' Wire 1c Case 2 Transmitter 3 Detector 4 Linearizer 5 Offset compensator 6 Amplifier 7 Pressure sensor evaluation device 7a Shift adjuster 8 Load cell 9 Spacer 10 Dial indicator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−259834(JP,A) 特開 平3−144329(JP,A) 特開 昭62−46222(JP,A) 特開 昭61−240132(JP,A) 特開 昭60−58669(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01L 1/14 G01L 9/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-259834 (JP, A) JP-A-3-144329 (JP, A) JP-A-64-24622 (JP, A) JP-A-61- 240132 (JP, A) JP-A-60-58669 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01L 1/14 G01L 9/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 金属粉体を混入した絶縁物質である弾性
体からなる圧覚部と、該圧覚部と隣接して配設された渦
電流コイルから構成され、該渦電流コイルに高周波信号
を流して上記圧覚部で渦電流を発生させて、上記圧覚部
が加圧された際の渦電流損から上記加圧に要した圧力を
検出することを特徴とする圧覚検出方法。
1. An eddy current coil comprising an elastic body, which is an insulating material mixed with metal powder, and an eddy current coil disposed adjacent to the pressure sensation section, and a high frequency signal is supplied to the eddy current coil. Generating an eddy current in the pressure sensation section, and detecting a pressure required for the pressurization from an eddy current loss when the pressure sensation section is pressurized.
【請求項2】 金属粉体を混入した絶縁物質である弾性
体からなる圧覚部と、該圧覚部と隣接して配設された渦
電流コイルと、該渦電流コイルに高周波信号を印加する
発信手段から構成され、該発信手段により、上記圧覚部
で発生する渦電流損の変化から、上記圧覚部が加圧され
た際の上記加圧に要した圧力を検出することを特徴とす
る圧覚センサ。
2. A pressure sense portion made of an elastic material that is an insulating material mixed with a metal powder, an eddy current coil disposed adjacent to the pressure sense portion, and a transmitter for applying a high-frequency signal to the eddy current coil. A pressure sensor configured to detect a pressure required for the pressurization when the pressure sensation unit is pressurized from a change in eddy current loss generated in the pressure sensation unit by the transmission unit. .
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