JP3374179B2 - 圧力分布及び摩擦力分布測定用センサ - Google Patents
圧力分布及び摩擦力分布測定用センサInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、面状の圧力分布及
び摩擦力分布を測定するためのセンサに関するものであ
る。
び摩擦力分布を測定するためのセンサに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】面状の圧力分布計測法としては、従来か
ら、ロードセルを測定面上に必要数配置し、その出力を
増幅器により適宜増幅して計測する方法や、本発明者ら
が既に特許第２０３４８４６号において明らかにしてい
るように、面状の感圧導電性ゴムにより形成した感圧素
子をマトリクス状に配置し、所要の走査回路やスイッチ
ング回路、信号処理回路などと組み合わせることにより
計測する方法が知られている。また、本発明者らが既に
特許第２０５３８１１号において明らかにしたように、
後者の方法における材料の可撓性を利用して、手袋に類
似した形状に検出部を構成することをもって、人間の手
の操作力分布を測定する方法も知られている。
ら、ロードセルを測定面上に必要数配置し、その出力を
増幅器により適宜増幅して計測する方法や、本発明者ら
が既に特許第２０３４８４６号において明らかにしてい
るように、面状の感圧導電性ゴムにより形成した感圧素
子をマトリクス状に配置し、所要の走査回路やスイッチ
ング回路、信号処理回路などと組み合わせることにより
計測する方法が知られている。また、本発明者らが既に
特許第２０５３８１１号において明らかにしたように、
後者の方法における材料の可撓性を利用して、手袋に類
似した形状に検出部を構成することをもって、人間の手
の操作力分布を測定する方法も知られている。
【０００３】一方、摩擦力の計測方法としては、ロード
セルによる３分力計などを用いる方法が一般的に普及し
ているほか、本発明者らがすでに特許第１６４６０２８
号において明らかにしたように、弾性体のスペーサを介
して対向させた一対の面圧力センサにより、作用する力
の重心位置のずれを測定することをもって、摩擦係数を
検出し、別途適宜測定した面圧力に該摩擦係数を乗ずる
ことによって摩擦力を計測する方法が知られている。特
に、上記３分力計を多数配列すれば、圧力分布と摩擦力
分布とを同時に計測することも場合によって可能である
が、検出部が堅く寸法も小型化が困難なため、たとえば
人間が物体を操作する場合のように、測定対象となる接
触面の一方乃至両方が柔軟性を有していたり、易損性で
あったりする場合や、人間の手のような狭い範囲での測
定には、対応できなかった。
セルによる３分力計などを用いる方法が一般的に普及し
ているほか、本発明者らがすでに特許第１６４６０２８
号において明らかにしたように、弾性体のスペーサを介
して対向させた一対の面圧力センサにより、作用する力
の重心位置のずれを測定することをもって、摩擦係数を
検出し、別途適宜測定した面圧力に該摩擦係数を乗ずる
ことによって摩擦力を計測する方法が知られている。特
に、上記３分力計を多数配列すれば、圧力分布と摩擦力
分布とを同時に計測することも場合によって可能である
が、検出部が堅く寸法も小型化が困難なため、たとえば
人間が物体を操作する場合のように、測定対象となる接
触面の一方乃至両方が柔軟性を有していたり、易損性で
あったりする場合や、人間の手のような狭い範囲での測
定には、対応できなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の解決課題は、
上述の事情に鑑み、構造が比較的簡単で、必要に応じて
柔軟性を有する材料で構成可能な圧力分布及び摩擦力分
布測定用センサを提供することにある。
上述の事情に鑑み、構造が比較的簡単で、必要に応じて
柔軟性を有する材料で構成可能な圧力分布及び摩擦力分
布測定用センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の圧力分布及び摩擦力分布測定用の第１のセン
サは、相互に嵌合する形状の多数の凹凸を対向面に有
し、その対向面が同一形状である一対の圧板と、それら
の圧板の対向面間に挟まれたシート状の感圧導電性素材
とを有し、上記一対の圧板の対向面の凹凸は、頂面、底
面、それらの間の中間平面、及びその中間平面の中途に
設けたセンサ面に平行な第三面とを有するものとし、上
記圧板の対向面にそれぞれ対向する電極を配設して検出
部を構成し、上記各検出部における電極間の導電性を検
出する検出手段を設け、検出した導電性に基づいて、圧
板の外側面であるセンサ面に垂直方向に作用する圧力分
布及び該センサ面と平行に作用する摩擦力分布をそれぞ
れ測定可能にしたことを特徴とするものである。
の本発明の圧力分布及び摩擦力分布測定用の第１のセン
サは、相互に嵌合する形状の多数の凹凸を対向面に有
し、その対向面が同一形状である一対の圧板と、それら
の圧板の対向面間に挟まれたシート状の感圧導電性素材
とを有し、上記一対の圧板の対向面の凹凸は、頂面、底
面、それらの間の中間平面、及びその中間平面の中途に
設けたセンサ面に平行な第三面とを有するものとし、上
記圧板の対向面にそれぞれ対向する電極を配設して検出
部を構成し、上記各検出部における電極間の導電性を検
出する検出手段を設け、検出した導電性に基づいて、圧
板の外側面であるセンサ面に垂直方向に作用する圧力分
布及び該センサ面と平行に作用する摩擦力分布をそれぞ
れ測定可能にしたことを特徴とするものである。
【０００６】また、本発明の第２のセンサは、上記第１
のセンサにおけるシート状の感圧導電性素材及び電極に
代えて、圧板の対向面間における電極の配設位置に薄型
の圧力検出素子を挟設せしめることにより、一対の圧板
の対向面の各部分に作用する圧力を測定可能に構成した
ことを特徴とするものである。すなわち、上記本発明の
第２のセンサは、相互に嵌合する形状の多数の凹凸を対
向面に有し、その対向面が同一形状である一対の圧板
と、それらの圧板の対向面間に挟まれた薄型の圧力検出
素子により構成される検出部とを有し、上記一対の圧板
の対向面の凹凸は、頂面、底面、それらの間の中間平
面、及びその中間平面の中途に設けたセンサ面に平行な
第三面とを有するものとし、上記各検出部における圧力
を検出する検出手段を設け、検出した圧力に基づいて、
圧板の外側面であるセンサ面に垂直方向に作用する圧力
分布、及び該センサ面と平行に作用する摩擦力分布をそ
れぞれ測定可能にしたことを特徴とするものである。
のセンサにおけるシート状の感圧導電性素材及び電極に
代えて、圧板の対向面間における電極の配設位置に薄型
の圧力検出素子を挟設せしめることにより、一対の圧板
の対向面の各部分に作用する圧力を測定可能に構成した
ことを特徴とするものである。すなわち、上記本発明の
第２のセンサは、相互に嵌合する形状の多数の凹凸を対
向面に有し、その対向面が同一形状である一対の圧板
と、それらの圧板の対向面間に挟まれた薄型の圧力検出
素子により構成される検出部とを有し、上記一対の圧板
の対向面の凹凸は、頂面、底面、それらの間の中間平
面、及びその中間平面の中途に設けたセンサ面に平行な
第三面とを有するものとし、上記各検出部における圧力
を検出する検出手段を設け、検出した圧力に基づいて、
圧板の外側面であるセンサ面に垂直方向に作用する圧力
分布、及び該センサ面と平行に作用する摩擦力分布をそ
れぞれ測定可能にしたことを特徴とするものである。
【０００７】さらに、本発明の第３のセンサは、前記第
１のセンサにおける感圧導電性素材及び電極に代えて、
対向面に相互に嵌合する形状の多数の凹凸を有する一対
の圧板の間に、圧力分布記録フィルムを挟設し、その圧
力分布記録フィルムの記録に基づいて上述した面状の圧
力分布及び摩擦力分布を測定可能にしたことを特徴とす
るものである。すなわち、上記本発明の第３のセンサ
は、相互に嵌合する形状の多数の凹凸を対向面に有し、
その対向面が同一形状である一対の圧板と、それらの圧
板の対向面間に挟設された圧力分布記録フィルムにより
構成される検出部とを有し、上記一対の圧板の対向面の
凹凸は、頂面、底面、それらの間の中間平面、及びその
中間平面の中途に設けたセンサ面に平行な第三面とを有
するものとし、上記圧力分布記録フィルムの記録に基づ
いて、圧板の外側面であるセンサ面に垂直方向に作用す
る圧力分布、及び該センサ面と平行に作用する摩擦力分
布をそれぞれ測定可能にしたことを特徴とするものであ
る。
１のセンサにおける感圧導電性素材及び電極に代えて、
対向面に相互に嵌合する形状の多数の凹凸を有する一対
の圧板の間に、圧力分布記録フィルムを挟設し、その圧
力分布記録フィルムの記録に基づいて上述した面状の圧
力分布及び摩擦力分布を測定可能にしたことを特徴とす
るものである。すなわち、上記本発明の第３のセンサ
は、相互に嵌合する形状の多数の凹凸を対向面に有し、
その対向面が同一形状である一対の圧板と、それらの圧
板の対向面間に挟設された圧力分布記録フィルムにより
構成される検出部とを有し、上記一対の圧板の対向面の
凹凸は、頂面、底面、それらの間の中間平面、及びその
中間平面の中途に設けたセンサ面に平行な第三面とを有
するものとし、上記圧力分布記録フィルムの記録に基づ
いて、圧板の外側面であるセンサ面に垂直方向に作用す
る圧力分布、及び該センサ面と平行に作用する摩擦力分
布をそれぞれ測定可能にしたことを特徴とするものであ
る。
【０００８】上記第１ないし第３のセンサにおいては、
圧板の対向面の凹凸にセンサ面に平行な底面、頂面及び
第三面を設けず、相互に嵌合する傾斜面のみによって該
凹凸を形成することができる。
圧板の対向面の凹凸にセンサ面に平行な底面、頂面及び
第三面を設けず、相互に嵌合する傾斜面のみによって該
凹凸を形成することができる。
【０００９】上記の構成を有する面状の圧力分布及び摩
擦力分布測定用のセンサによれば、それを作業機械の作
用面や人間の体表面などに装着し、各電極等の配設様態
に応じた処理回路を接続することにより、当該作用面や
体表面と接触する対象物との間の圧力分布及び摩擦力分
布を同時的に計測することができる。また、前記圧力分
布記録フィルムを用いる場合には、同様にそのセンサを
作業機械の作用面や人間の体表面などに取り付け、作業
後に圧力記録フィルムを取り出して、記録された圧力記
録を適宜解析することにより、当該作用面や体表面と接
触する対象物との間の最大圧力分布及び最大摩擦力分布
を記録することができる。
擦力分布測定用のセンサによれば、それを作業機械の作
用面や人間の体表面などに装着し、各電極等の配設様態
に応じた処理回路を接続することにより、当該作用面や
体表面と接触する対象物との間の圧力分布及び摩擦力分
布を同時的に計測することができる。また、前記圧力分
布記録フィルムを用いる場合には、同様にそのセンサを
作業機械の作用面や人間の体表面などに取り付け、作業
後に圧力記録フィルムを取り出して、記録された圧力記
録を適宜解析することにより、当該作用面や体表面と接
触する対象物との間の最大圧力分布及び最大摩擦力分布
を記録することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面を参
照しながら詳述する。図１は、本発明の根幹をなす検出
原理を示す断面図である。本発明に係るセンサは、面状
の圧力分布及び摩擦力分布を測定するためのセンサであ
り、図１ではそのセンサを１次元のものとして表現して
いるが、実際には面状として２次元的に構成されるもの
である。
照しながら詳述する。図１は、本発明の根幹をなす検出
原理を示す断面図である。本発明に係るセンサは、面状
の圧力分布及び摩擦力分布を測定するためのセンサであ
り、図１ではそのセンサを１次元のものとして表現して
いるが、実際には面状として２次元的に構成されるもの
である。
【００１１】図１に示すセンサは、対向面に相互に嵌合
する形状の多数の凹凸を有する一対の圧板１，２と、そ
れらの圧板１，２のほぼ一定間隔の対向面間に挟まれた
シート状の感圧導電性素材３とを有し、上記圧板１，２
の対向面の凹凸の頂面１１、底面１２及びそれらの間の
中間平面１３に、感圧導電性素材３を挟んで互いに対向
する電極Ａ１と電極Ａ２とにより構成される検出部Ａ、
同様に対向する電極Ｂ１と電極Ｂ２により構成される検
出部Ｂ、電極Ｃ１と電極Ｃ２により構成される検出部
Ｃ、電極Ｄ１と電極Ｄ２により構成される検出部Ｄを配
設している。上記頂面１１と底面１２との間の中間平面
１３は、図示したように、圧板１，２の外側面であるセ
ンサ面１ａ，２ａに対して角度θだけ傾斜する傾斜面と
することもできるが、上記センサ面１ａ，２ａに垂直な
側面とすることもできる。そして、上記圧板１，２の対
向する各電極間には、感圧導電性素材３の導電性に基づ
いて圧力分布及び摩擦力分布を測定するため、その測定
手段として上記各電極の配設様態に応じた処理回路が接
続される。
する形状の多数の凹凸を有する一対の圧板１，２と、そ
れらの圧板１，２のほぼ一定間隔の対向面間に挟まれた
シート状の感圧導電性素材３とを有し、上記圧板１，２
の対向面の凹凸の頂面１１、底面１２及びそれらの間の
中間平面１３に、感圧導電性素材３を挟んで互いに対向
する電極Ａ１と電極Ａ２とにより構成される検出部Ａ、
同様に対向する電極Ｂ１と電極Ｂ２により構成される検
出部Ｂ、電極Ｃ１と電極Ｃ２により構成される検出部
Ｃ、電極Ｄ１と電極Ｄ２により構成される検出部Ｄを配
設している。上記頂面１１と底面１２との間の中間平面
１３は、図示したように、圧板１，２の外側面であるセ
ンサ面１ａ，２ａに対して角度θだけ傾斜する傾斜面と
することもできるが、上記センサ面１ａ，２ａに垂直な
側面とすることもできる。そして、上記圧板１，２の対
向する各電極間には、感圧導電性素材３の導電性に基づ
いて圧力分布及び摩擦力分布を測定するため、その測定
手段として上記各電極の配設様態に応じた処理回路が接
続される。
【００１２】上記構成を有するセンサは、感圧導電性素
材３の各部分に配した検出部Ａ〜Ｄによって、圧板１，
２に作用する圧力分布及び摩擦力分布を測定できるよう
にしたものであり、更に具体的には、上記圧板１，２の
対向面における凹凸の頂面１１、底面１２及びそれらの
間の中間平面（傾斜面）１３において、センサ面１ａ，
２ａに垂直方向に作用する圧力ｐの分布を測定し、凹凸
の中間平面（傾斜面または側面）においてセンサ面１
ａ，２ａと平行方向に作用する摩擦力ｔの分布を測定す
るものである。
材３の各部分に配した検出部Ａ〜Ｄによって、圧板１，
２に作用する圧力分布及び摩擦力分布を測定できるよう
にしたものであり、更に具体的には、上記圧板１，２の
対向面における凹凸の頂面１１、底面１２及びそれらの
間の中間平面（傾斜面）１３において、センサ面１ａ，
２ａに垂直方向に作用する圧力ｐの分布を測定し、凹凸
の中間平面（傾斜面または側面）においてセンサ面１
ａ，２ａと平行方向に作用する摩擦力ｔの分布を測定す
るものである。
【００１３】すなわち、検出部の近傍において単位面積
当たり圧力ｐ及び摩擦力ｔが作用している場合には、セ
ンサ面１ａ，２ａに平行な底面及び頂面に設けられた検
出部Ｂ及び検出部Ｄにおいて、各検出部に垂直に作用す
る力は圧力ｐに由来する力のみであり、かつ両検出部に
おいてその値は等しく、検出部Ｂ及び検出部Ｄにおいて
圧力を測定すれば、所要の圧力ｐを直接求めることがで
きる。
当たり圧力ｐ及び摩擦力ｔが作用している場合には、セ
ンサ面１ａ，２ａに平行な底面及び頂面に設けられた検
出部Ｂ及び検出部Ｄにおいて、各検出部に垂直に作用す
る力は圧力ｐに由来する力のみであり、かつ両検出部に
おいてその値は等しく、検出部Ｂ及び検出部Ｄにおいて
圧力を測定すれば、所要の圧力ｐを直接求めることがで
きる。
【００１４】一方、中間平面に設けられた検出部Ａ及び
検出部Ｃに作用する力は、次のように表すことができ
る。すなわち、検出部Ａ及び検出部Ｃにおいて圧力ｐに
より作用する力をそれぞれＦｐ１，Ｆｐ２とし、ｌを検
出部ＡないしＤの面積とすると、それらの大きさは、 Ｆｐ１＝Ｆｐ２＝ｐ・ｌ であって、その方向は圧力ｐの方向と同一である。同様
にして、検出部Ａ及び検出部Ｃにおいて摩擦力ｔにより
作用する力をそれぞれＦｔ１，Ｆｔ２とすると、その大
きさは、 Ｆｔ１＝Ｆｔ２＝ｔ・ｌ であって、その方向は摩擦力ｔの方向と同一である。
検出部Ｃに作用する力は、次のように表すことができ
る。すなわち、検出部Ａ及び検出部Ｃにおいて圧力ｐに
より作用する力をそれぞれＦｐ１，Ｆｐ２とし、ｌを検
出部ＡないしＤの面積とすると、それらの大きさは、 Ｆｐ１＝Ｆｐ２＝ｐ・ｌ であって、その方向は圧力ｐの方向と同一である。同様
にして、検出部Ａ及び検出部Ｃにおいて摩擦力ｔにより
作用する力をそれぞれＦｔ１，Ｆｔ２とすると、その大
きさは、 Ｆｔ１＝Ｆｔ２＝ｔ・ｌ であって、その方向は摩擦力ｔの方向と同一である。
【００１５】而して、検出部Ａ及び検出部Ｃにおいて、
圧力ｐに由来してそれらの検出部に垂直の方向に作用す
る力をそれぞれＮｐ１，Ｎｐ２とすると、 Ｎｐ１＝Ｆｐ１ｃｏｓθ＝ｐ・ｌｃｏｓθ、 Ｎｐ２＝Ｆｐ２ｃｏｓθ＝ｐ・ｌｃｏｓθ であり、一方、検出部Ａ及び検出部Ｃにおいて、摩擦力
ｔに由来してそれらの検出部に垂直方向に作用する力を
それぞれＮｔ１，Ｎｔ２とすると、 Ｎｔ１＝Ｆｔ１ｓｉｎθ＝ｔ・ｌｓｉｎθ、 Ｎｔ２＝−Ｆｔ２ｓｉｎθ＝−ｔ・ｌｓｉｎθ である。
圧力ｐに由来してそれらの検出部に垂直の方向に作用す
る力をそれぞれＮｐ１，Ｎｐ２とすると、 Ｎｐ１＝Ｆｐ１ｃｏｓθ＝ｐ・ｌｃｏｓθ、 Ｎｐ２＝Ｆｐ２ｃｏｓθ＝ｐ・ｌｃｏｓθ であり、一方、検出部Ａ及び検出部Ｃにおいて、摩擦力
ｔに由来してそれらの検出部に垂直方向に作用する力を
それぞれＮｔ１，Ｎｔ２とすると、 Ｎｔ１＝Ｆｔ１ｓｉｎθ＝ｔ・ｌｓｉｎθ、 Ｎｔ２＝−Ｆｔ２ｓｉｎθ＝−ｔ・ｌｓｉｎθ である。
【００１６】そして、検出部Ａ及び検出部Ｃにおいて作
用するそれらの検出部に垂直方向の力は、圧力ｐに由来
して当該部分に垂直に作用する力Ｎｐ１，Ｎｐ２と、摩
擦力ｔに由来して当該部分に垂直に作用する力Ｎｔ１，
Ｎｔ２との和になるから、それぞれをＮ１，Ｎ２とすれ
ば、 Ｎ１＝Ｎｐ１＋Ｎｔ１＝ｐ・ｌｃｏｓθ＋ｔ・ｌｓｉｎθ、 Ｎ２＝Ｎｐ２＋Ｎｔ２＝ｐ・ｌｃｏｓθ−ｔ・ｌｓｉｎθ である。
用するそれらの検出部に垂直方向の力は、圧力ｐに由来
して当該部分に垂直に作用する力Ｎｐ１，Ｎｐ２と、摩
擦力ｔに由来して当該部分に垂直に作用する力Ｎｔ１，
Ｎｔ２との和になるから、それぞれをＮ１，Ｎ２とすれ
ば、 Ｎ１＝Ｎｐ１＋Ｎｔ１＝ｐ・ｌｃｏｓθ＋ｔ・ｌｓｉｎθ、 Ｎ２＝Ｎｐ２＋Ｎｔ２＝ｐ・ｌｃｏｓθ−ｔ・ｌｓｉｎθ である。
【００１７】したがって、検出部Ａ及び検出部Ｃにおい
て作用する圧力を、それぞれｐ１，ｐ２とすれば、 ｐ１＝Ｎ１／ｌ＝ｐｃｏｓθ＋ｔｓｉｎθ、 ｐ２＝Ｎ２／ｌ＝ｐｃｏｓθ−ｔｓｉｎθ である。
て作用する圧力を、それぞれｐ１，ｐ２とすれば、 ｐ１＝Ｎ１／ｌ＝ｐｃｏｓθ＋ｔｓｉｎθ、 ｐ２＝Ｎ２／ｌ＝ｐｃｏｓθ−ｔｓｉｎθ である。
【００１８】そして、検出部Ａ及び検出部Ｃにおいてそ
れぞれ圧力を測定すれば、上記ｐ１，ｐ２を得ることが
でき、ｐ１からｐ２を減じて圧板の対向面の形状によっ
て定まる定数２ｓｉｎθで除すれば摩擦力ｔを得ること
ができる。すなわち、 ｔ＝（ｐ１−ｐ２）／２ｓｉｎθ として摩擦力ｔを計測することができる。
れぞれ圧力を測定すれば、上記ｐ１，ｐ２を得ることが
でき、ｐ１からｐ２を減じて圧板の対向面の形状によっ
て定まる定数２ｓｉｎθで除すれば摩擦力ｔを得ること
ができる。すなわち、 ｔ＝（ｐ１−ｐ２）／２ｓｉｎθ として摩擦力ｔを計測することができる。
【００１９】このとき、前記ｐ２の式において、ｔｓｉ
ｎθがｐｃｏｓθよりも大きくなると、この式は成り立
たなくなり、ｐ２＝０になるが、ｔは摩擦力であるた
め、圧力ｐに最大静止摩擦係数μを乗じた値より大きく
なることはないから、測定対象となる面の材質等に応じ
てθを適宜選択して設計することにより、ｔｓｉｎθが
ｐｃｏｓθよりも大きくならないようにすることができ
る。
ｎθがｐｃｏｓθよりも大きくなると、この式は成り立
たなくなり、ｐ２＝０になるが、ｔは摩擦力であるた
め、圧力ｐに最大静止摩擦係数μを乗じた値より大きく
なることはないから、測定対象となる面の材質等に応じ
てθを適宜選択して設計することにより、ｔｓｉｎθが
ｐｃｏｓθよりも大きくならないようにすることができ
る。
【００２０】この点をさらに詳述すると、最大静止摩擦
計数の定義から ｔ≦μｐ であり、これを上記のｐ２の式に適用すると、 ｐ２≧ｐｃｏｓθ−μｐｓｉｎθ＝ｐ（ｃｏｓθ−μｓｉｎθ） である。しかも、本発明は負圧を対象とするものではな
く、ｐ≧０の場合を対象としているので、 ｃｏｓθ−μｓｉｎθ≧０ であれば、常にｐ２≧０が成立することになり、したが
って、０＜θ＜９０゜の範囲で、ｔａｎθ＜1／μであ
るようにθを設計すれば、常に上述の方法で摩擦力ｔを
得ることができる。
計数の定義から ｔ≦μｐ であり、これを上記のｐ２の式に適用すると、 ｐ２≧ｐｃｏｓθ−μｐｓｉｎθ＝ｐ（ｃｏｓθ−μｓｉｎθ） である。しかも、本発明は負圧を対象とするものではな
く、ｐ≧０の場合を対象としているので、 ｃｏｓθ−μｓｉｎθ≧０ であれば、常にｐ２≧０が成立することになり、したが
って、０＜θ＜９０゜の範囲で、ｔａｎθ＜1／μであ
るようにθを設計すれば、常に上述の方法で摩擦力ｔを
得ることができる。
【００２１】一方、θ＝９０゜の場合には、検出部Ａ及
び検出部Ｃは圧板の対向面の凹凸の側面に設置されるこ
ととなり、これらの検出部には圧力ｐの影響は現れず、
摩擦力ｔに対向する方向にある検出部、図１の場合でい
えば検出部Ａのみに摩擦力ｔが直接作用することとなる
から、それを容易に検出することができる。なお、ｐ１
とｐ２とを加えあわせて圧板１，２の対向面の形状によ
って定まる定数２ｃｏｓθで除すれば圧力ｐを得ること
ができる。すなわち、 ｐ＝（ｐ１＋ｐ２）／２ｃｏｓθ として圧力ｐを計測することができる。したがって、０
＜θ＜９０゜の範囲では検出部Ｂ及び検出部Ｄを省略し
ても圧力ｐを求めることは可能であり、つまり、圧板
１，２の対向面の凹凸に、センサ面１ａ，２ａに平行な
底面及び頂面を設けず、相互に嵌合する傾斜面のみよっ
て圧板対向面の凹凸を形成するのが有効である。この場
合、２次元的な面状センサを構成するに当たり、たとえ
ば圧板１，２の対向面の凹凸形状を図２に示すような形
状（圧板の対向面が共に同一形状）とすることにより実
現可能である。
び検出部Ｃは圧板の対向面の凹凸の側面に設置されるこ
ととなり、これらの検出部には圧力ｐの影響は現れず、
摩擦力ｔに対向する方向にある検出部、図１の場合でい
えば検出部Ａのみに摩擦力ｔが直接作用することとなる
から、それを容易に検出することができる。なお、ｐ１
とｐ２とを加えあわせて圧板１，２の対向面の形状によ
って定まる定数２ｃｏｓθで除すれば圧力ｐを得ること
ができる。すなわち、 ｐ＝（ｐ１＋ｐ２）／２ｃｏｓθ として圧力ｐを計測することができる。したがって、０
＜θ＜９０゜の範囲では検出部Ｂ及び検出部Ｄを省略し
ても圧力ｐを求めることは可能であり、つまり、圧板
１，２の対向面の凹凸に、センサ面１ａ，２ａに平行な
底面及び頂面を設けず、相互に嵌合する傾斜面のみよっ
て圧板対向面の凹凸を形成するのが有効である。この場
合、２次元的な面状センサを構成するに当たり、たとえ
ば圧板１，２の対向面の凹凸形状を図２に示すような形
状（圧板の対向面が共に同一形状）とすることにより実
現可能である。
【００２２】また、本発明の実施例では、２次元的な面
状センサを構成するに当たり、図３に示すように、同一
形状である圧板１，２の対向面の凹凸における頂面１１
と底面１２の中途に、センサ面に平行な第三面１４を設
け、具体的には、一対の圧板１，２の対向面の凹凸を、
頂面１１、底面１２、それらの間の中間平面１３、及び
その中間平面の中途に設けたセンサ面に平行な第三面１
４とを有するものとすることにより、一対の圧板の対向
面の凹凸形状を有効に利用することができる。すなわ
ち、上記第三面１４を設けない場合には、図４に示すよ
うに圧板の凹凸の頂面２１と底面２２との間に検出部を
設置できない無効な空間２５が生じるが、上記第三面１
４を設けることによりこれを廃し、圧板対向面のすべて
の部分に検出部を設置することができる。
状センサを構成するに当たり、図３に示すように、同一
形状である圧板１，２の対向面の凹凸における頂面１１
と底面１２の中途に、センサ面に平行な第三面１４を設
け、具体的には、一対の圧板１，２の対向面の凹凸を、
頂面１１、底面１２、それらの間の中間平面１３、及び
その中間平面の中途に設けたセンサ面に平行な第三面１
４とを有するものとすることにより、一対の圧板の対向
面の凹凸形状を有効に利用することができる。すなわ
ち、上記第三面１４を設けない場合には、図４に示すよ
うに圧板の凹凸の頂面２１と底面２２との間に検出部を
設置できない無効な空間２５が生じるが、上記第三面１
４を設けることによりこれを廃し、圧板対向面のすべて
の部分に検出部を設置することができる。
【００２３】以上においては、各々の検出部が対向する
一対の電極とシート状の感圧導電性素材とによって構成
されている実施例において説明したが、検出部において
一対の電極を対向させることに代えて、図５に示すよう
なくし形の電極を同一面状に並置させることも可能であ
る。これを図１の検出部Ａの場合に即して説明すると、
電極Ａ１を廃し、電極Ａ２に代えて同じ場所にくし型の
電極Ｅ１，Ｅ２を並置することにより、電極Ｅ１，Ｅ２
と感圧導電性素材３とによって検出部Ａを構成すること
ができる。
一対の電極とシート状の感圧導電性素材とによって構成
されている実施例において説明したが、検出部において
一対の電極を対向させることに代えて、図５に示すよう
なくし形の電極を同一面状に並置させることも可能であ
る。これを図１の検出部Ａの場合に即して説明すると、
電極Ａ１を廃し、電極Ａ２に代えて同じ場所にくし型の
電極Ｅ１，Ｅ２を並置することにより、電極Ｅ１，Ｅ２
と感圧導電性素材３とによって検出部Ａを構成すること
ができる。
【００２４】また、上記センサにおける圧板１，２及び
感圧導電性素材３には柔軟性を持たせることができる
が、センサに柔軟性を持たせる必要のない場合には、上
記第１実施例において用いている各検出部の一対の電極
とシート状の感圧導電性素材に代えて薄型の圧力検出素
子を使用することもできる（第２実施例）。
感圧導電性素材３には柔軟性を持たせることができる
が、センサに柔軟性を持たせる必要のない場合には、上
記第１実施例において用いている各検出部の一対の電極
とシート状の感圧導電性素材に代えて薄型の圧力検出素
子を使用することもできる（第２実施例）。
【００２５】上記第１実施例及び第２実施例において
は、刻一刻の圧力分布及び摩擦力分布を検出することが
できるが、任意の期間における圧力分布及び摩擦力分布
のそれぞれの最大値を記録する場合には、圧板１，２を
含むセンサ全体を分解組立可能に構成し、かつ第１実施
例の一対の電極とシート状の感圧導電性素材を用いるこ
とに代えて、圧力記録フィルムを使用することができる
（第３実施例）。この第３実施例によって、面状の圧力
分布及び摩擦力分布測定用センサを記録器としても使用
することが可能になる。この場合には、測定の都度圧力
記録フィルムを交換する必要があるが、電極及び配線を
要しないため、時間的な変化を無視して最大値のみの測
定が必要な用途には、簡便に利用可能である。
は、刻一刻の圧力分布及び摩擦力分布を検出することが
できるが、任意の期間における圧力分布及び摩擦力分布
のそれぞれの最大値を記録する場合には、圧板１，２を
含むセンサ全体を分解組立可能に構成し、かつ第１実施
例の一対の電極とシート状の感圧導電性素材を用いるこ
とに代えて、圧力記録フィルムを使用することができる
（第３実施例）。この第３実施例によって、面状の圧力
分布及び摩擦力分布測定用センサを記録器としても使用
することが可能になる。この場合には、測定の都度圧力
記録フィルムを交換する必要があるが、電極及び配線を
要しないため、時間的な変化を無視して最大値のみの測
定が必要な用途には、簡便に利用可能である。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧力分布
及び摩擦力分布測定用センサは＞構造が比較的簡単で小
型化が容易に可能でかつ必要に応じて柔軟性を有する材
料で構成可能である。したがって、たとえば人間が物体
を操作する場合のように、測定対象となる接触面の一方
乃至両方が柔軟性を有していたり、易損性であったりす
る場合にも適用でき、人間の手のような狭い範囲におけ
る圧力分布及び摩擦力分布を測定することも容易に可能
になる。
及び摩擦力分布測定用センサは＞構造が比較的簡単で小
型化が容易に可能でかつ必要に応じて柔軟性を有する材
料で構成可能である。したがって、たとえば人間が物体
を操作する場合のように、測定対象となる接触面の一方
乃至両方が柔軟性を有していたり、易損性であったりす
る場合にも適用でき、人間の手のような狭い範囲におけ
る圧力分布及び摩擦力分布を測定することも容易に可能
になる。
【図１】本発明の根幹をなす検出原理を説明するための
断面図である
断面図である
【図２】圧板の対向面の形状例を示す斜視図である。
【図３】圧板の対向面の凹凸に第三面を設けた形状例を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図４】圧板の対向面の凹凸の中途に第三面を設けない
場合に検出部を設置できない無効な空間が生じる状態を
示す部分斜視図である。
場合に検出部を設置できない無効な空間が生じる状態を
示す部分斜視図である。
【図５】同一面上にくし形電極を並置させて構成した検
出部の構成を示す斜視図である。
出部の構成を示す斜視図である。
１，２ 圧板
１ａ，２ａ センサ面
３ 感圧導電性素材
１１，２１ 頂面
１２，２２ 底面１３ 中間平面 １４ 第三面
２５ 無効な空間
Ａ１ 〜Ｄ１ ，Ａ２ 〜Ｄ２ 電極
Ａ〜Ｄ 検出部
ｐ 圧力
ｔ 摩擦力
Claims (3)
- 【請求項１】面状の圧力分布及び摩擦力分布を測定する
ためのセンサであって、 相互に嵌合する形状の多数の凹凸を対向面に有し、その
対向面が同一形状である一対の圧板と、それらの圧板の
対向面間に挟まれたシート状の感圧導電性素材とを有
し、 上記一対の圧板の対向面の凹凸は、頂面、底面、それら
の間の中間平面、及びその中間平面の中途に設けたセン
サ面に平行な第三面とを有するものとし、 上記圧板の対向面にそれぞれ対向する電極を配設して検
出部を構成し、 上記各検出部における電極間の導電性を検出する検出手
段を設け、 検出した導電性に基づいて、圧板の外側面であるセンサ
面に垂直方向に作用する圧力分布及び該センサ面と平行
に作用する摩擦力分布をそれぞれ測定可能にした、 ことを特徴とする圧力分布及び摩擦力分布測定用セン
サ。 - 【請求項２】面状の圧力分布及び摩擦力分布を測定する
ためのセンサであって、 相互に嵌合する形状の多数の凹凸を対向面に有し、その
対向面が同一形状である一対の圧板と、それらの圧板の
対向面間に挟まれた薄型の圧力検出素子により構成され
る検出部とを有し、 上記一対の圧板の対向面の凹凸は、頂面、底面、それら
の間の中間平面、及びその中間平面の中途に設けたセン
サ面に平行な第三面とを有するものとし、 上記各検出部における圧力を検出する検出手段を設け、 検出した圧力に基づいて、圧板の外側面であるセンサ面
に垂直方向に作用する圧力分布、及び該センサ面と平行
に作用する摩擦力分布をそれぞれ測定可能にした、 ことを特徴とする圧力分布及び摩擦力分布測定用セン
サ。 - 【請求項３】面状の圧力分布及び摩擦力分布を測定する
ためのセンサであって、 相互に嵌合する形状の多数の凹凸を対向面に有し、その
対向面が同一形状である一対の圧板と、それらの圧板の
対向面間に挟設された圧力分布記録フィルムにより構成
される検出部とを有し、 上記一対の圧板の対向面の凹凸は、頂面、底面、それら
の間の中間平面、及びその中間平面の中途に設けたセン
サ面に平行な第三面とを有するものとし、 上記圧力分布記録フィルムの記録に基づいて、圧板の外
側面であるセンサ面に垂直方向に作用する圧力分布、及
び該センサ面と平行に作用する摩擦力分布をそれぞれ測
定可能にした、 ことを特徴とする圧力分布及び摩擦力分布測定用セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000148088A JP3374179B2 (ja) | 2000-05-19 | 2000-05-19 | 圧力分布及び摩擦力分布測定用センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000148088A JP3374179B2 (ja) | 2000-05-19 | 2000-05-19 | 圧力分布及び摩擦力分布測定用センサ |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002269741A Division JP3731051B2 (ja) | 2002-09-17 | 2002-09-17 | 圧力分布及び摩擦力分布測定用センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001330526A JP2001330526A (ja) | 2001-11-30 |
| JP3374179B2 true JP3374179B2 (ja) | 2003-02-04 |
Family
ID=18654173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000148088A Expired - Lifetime JP3374179B2 (ja) | 2000-05-19 | 2000-05-19 | 圧力分布及び摩擦力分布測定用センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3374179B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011007654A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Toyota Motor Corp | 接触検出装置及びロボット |
| WO2011045837A1 (ja) * | 2009-10-14 | 2011-04-21 | 国立大学法人東北大学 | シート状触覚センサシステム |
| WO2017058700A1 (en) | 2015-09-30 | 2017-04-06 | 3M Innovative Properties Company | System and method for optimizing body and object interactions |
-
2000
- 2000-05-19 JP JP2000148088A patent/JP3374179B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001330526A (ja) | 2001-11-30 |
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