JP4570760B2 - 接触センサ及び接触検出装置並びに接触検出装置が取り付けられたロボット - Google Patents
接触センサ及び接触検出装置並びに接触検出装置が取り付けられたロボット Download PDFInfo
- Publication number
- JP4570760B2 JP4570760B2 JP2000334981A JP2000334981A JP4570760B2 JP 4570760 B2 JP4570760 B2 JP 4570760B2 JP 2000334981 A JP2000334981 A JP 2000334981A JP 2000334981 A JP2000334981 A JP 2000334981A JP 4570760 B2 JP4570760 B2 JP 4570760B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- contact
- data
- contact sensor
- detection device
- sensor
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、本発明は外部の接触を検出する接触センサに係り、特に、広範囲にわたって外部からの接触を検出する接触センサ及び接触検出装置並びに接触検出装置が取り付けられたロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、接触を感知する接触センサは、ひとつのセンサに対して、電源用のケーブル２本、信号伝送用のケーブル２本を供給する必要がある（接地を共通とすれば３本／センサ）。
このようなパワー系及び信号系のケーブルを個々に接続する必要のあるセンサを例えばロボット等の表面に多数配置すると、その配線数は膨大なものになり、また、ロボットが運動する際のケーブルの屈曲の繰り返しによる断線、絶縁被覆と線材の摺動によるノイズの発生、ケーブルとセンサの電気的接続の劣化、センサ交換の際の手間がかかる等といった様々な問題があった。
【０００３】
上述したような問題に対して、例えば、弾性体に埋め込んだコイルを共振回路を構成するインダクタンスとすることで、この弾性体が変形した際のインダクタンスの変化を、共振周波数の変化として取り出して外力を検出するというセンサが提案されている。（Mitsuhiro Hakozaki et.al."Telemetric Reobot Skin "Proceedigns of the1999 IEEE International Conference on Robotics & AutomatiＯＮ,May 1999 pp.957-961参照）。
このセンサによれば、個々のセンサにケーブルを接続する必要が無いため、上述した問題点を解決することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したインダクタンスの変化により外力を検出するセンサを、多数個のセンサ群に応用した場合には、この共振周波数の変化とセンサの位置情報に直接の関連がないため、圧力の加わった位置の検出ができないという問題があった。
また、外形の変形により、近接したセンサ間の距離が変化した場合には、センサに接続されたコイル間の結合係数が変化するため、これによる共振周波数変化も考慮する必要があるなどの問題があった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ロボットの接触センサ等のように、限られた空間に多数のセンサを配置し、これらのセンサを効率的に駆動し、且つ該接触センサからの信号を効率的に収集するための接触センサ及び接触検出装置並びに接触検出装置が取り付けられたロボットを提供することを目的とする。
【０００６】
【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、電磁界エネルギーをセンサ駆動用の電力として供給するための共振回路と、前記共振回路の誘導起電力から電力を生成する電力生成手段と、前記電力生成手段に接続され、外部から規定以上の力が加わった場合に、オンする第1のスイッチング素子と、前記第1のスイッチング素子がオンされた場合に、電磁界の変化によって接触を通知する接触通知手段と、前記センサ固有のデータが格納されている記憶手段とを具備し、前記接触通知手段は、前記第1のスイッチング素子（実施形態におけるスイッチＳＷ１）がオンされた場合に、前記記憶手段から前記データを読み出し、前記読み出したデータに基づく信号を出力するデータ出力手段と、前記データ出力手段から出力される信号に基づいて駆動される第２のスイッチング素子（実施形態におけるＦＥＴ１５）と、前記共振回路（コンデンサＣ１及びコイルＬ１で構成される）に並列に設けられ、前記第２のスイッチング素子によって、前記共振回路に接続、非接続状態となる抵抗器（実施形態における負荷抵抗１６）とを具備することを特徴とする。
なお、上述の第1のスイッチング素子は、ノーマリーオフの場合には外力が加わることによりオン状態となり、反対にノーマリーオンの場合には外力が加わることによりオフ状態となることとする。
上記構成によれば、電磁界エネルギーをセンサ駆動用の電力として供給するためのコイルとコンデンサなどから構成される共振回路、またはアンテナを接続するとともに、少なくともひとつの入力端子を設け、この端子に入力があった際に始めてデータを送信するようにする。これにより、外部から接触があった時のみデータを送出するので、伝送路のトラフィックを低減することができる。
【０００７】
さらに、上記構成によれば、記憶手段から読み出したデータに基づいて、抵抗器を前記共振回路に接続、非接続状態とすることで、共振回路のインピーダンスを変化させ、この変化によって接触を容易に通知することが可能となる。
【０００８】
また、上記記載の接触センサは、前記第１のスイッチング素子が、オン時に接続する端子を複数有し、前記第１のスイッチング素子は、外部から加えられる力に応じて接続先の前記端子を変更し、前記記憶手段には、前記第１のスイッチング素子の接続状態に応じてそれぞれのデータが格納され、前記データ出力手段は、現時点での前記第１のスイッチング手段の接続状態に応じて該当するデータを前記記憶手段から読み出して、出力することを特徴とする。
上記構成によれば、外部から加えられている力に応じて第１のスイッチング素子が接続する入力端子の組み合わせを変更する。そして、データ出力手段は、その接続状態に応じて、送信するデータを変更できるようにするので、接触センサからより詳細な接触の情報を送ることができる。
【０００９】
また、本発明の接触検出装置は、前記接触センサが分散して配置されている接触センサ群と、各前記接触センサ群に対して電磁界エネルギーを供給するとともに、前記接触センサ群からの信号を受信して読み取る読取装置（リーダー２）とからなる接触検出装置において、前記読取装置は、前記接触センサ群を構成する前記接触センサの前記共振回路の共振周波数である電磁界を出力するアンテナと、前記アンテナのインピーダンスの変化から、各前記接触センサから送信されたデータを読み取るデータ処理手段とを具備することを特徴とする。
上記構成によれば、広範囲にわたって外部からの接触を検出することが可能となる。
【００１０】
また、上記接触検出装置において、前記読取装置のアンテナは、同軸ケーブルに接続された複数の小型ループアンテナからなり、該小型ループアンテナは、それぞれの前記接触センサに対し、該接触センサが駆動するのに適した電磁界を同一強度で供給できる位置に設けられていることが好ましい。
また、上記接触検出装置において、前記読取装置のアンテナは、全ての前記接触センサに沿って配置され、各前記接触センサに非接触で設けられた平行２線路のアンテナであり、漏洩磁界によって、前記接触センサに対して均等な電磁界を供給することが好ましい。
【００１１】
このように、本発明では分散して配置されたセンサ群に沿って、平行２線路や同軸ケーブルといった、基本的に２本の導体からなる伝送路を配置し、平行２線路からの漏洩電事界または同軸ケーブルに並列に接続された小型のアンテナ群から、電磁界としてセンサ群の駆動に必要な電力を供給すると同時に、この伝送路をセンサからのデジタル信号を伝達する伝送路として兼用する。これにより、従来必要とされていた膨大な配線を置き換えることが可能である。
【００１２】
また、上記接触検出装置の前記接触センサ群の各接触センサにおいて、前記記憶手段には、該接触センサ固有のデータが格納され、前記データ出力手段は、前記第１のスイッチング手段の状態に応じて、前記データを読み出して出力し、前記読取装置の前記データ処理手段は、前記接触センサ群を構成するそれぞれの接触センサに対応する固有のデータを保持しており、前記接触センサからデータを受信した場合に、受信したデータと前記保持しているデータとを比較して、データ送信先の接触センサを特定することを特徴とする。
上記構成によれば、接触センサ群のいずれかの接触センサからデータを受信した場合に、どの接触センサからのデータであるかを瞬時に識別でき、その接触センサが設けられている位置と照らし合わせることにより、どの箇所に外部からの接触があったかを速やかに認識することができる。
【００１３】
また、上記接触検出センサの前記接触センサ群の各接触センサにおいて、前記データ出力手段は、予め設定されている当該接触センサ固有の期間毎に、前記第１のスイッチング素子の状態に応じたデータを前記記憶手段から読み出して出力することを特徴とする。
上記構成によれば、複数の接触センサから同時にデータが送信された場合でも、次回のデータ送信のタイミングにおいて、どの接触センサからの送信データであるかを認識することが可能となる。
【００１４】
また、本発明は、前記接触検出装置が取り付けられたロボットにおいて、前記接触検出装置からの信号に基づいて前記ロボットの各部を制御することを特徴とするロボットである。
上記構成によれば、接触センサに対する電源供給線、グランド線、データ送信線等の接続を必要とせず、無線により外部からの接触を検出することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１に本発明の一実施形態による接触センサの構成を示す。同図において、符号１は接触を検知する接触センサ、符号２は磁界を発生し、接触センサ１から送信されるデータを読み取るリーダーである。
接触センサ１はコイルＬ１及びコンデンサＣ１からなるＬＣ共振回路と、ＬＣ共振回路で発生した誘導起電力を電源として動作する半導体チップ１１とから構成されている。
【００１６】
上記半導体チップ１１において、符号ＲＦ１、ＲＦ２は半導体チップ１１とＬＣ共振回路とを接続する接続端子、符号１２はＬＣ共振回路で発生した誘導起電力を自己の動作電力に変換する電源回路、符号１３はデータを格納するメモリ、符号１４はメモリ１３に格納されているデータに基づいてパルス信号を発生するデータ送信回路、符号１５はコンデンサＣ１と並列に接続され、データ送信回路１４から出力されるパルス信号によって駆動される第2のスイッチング素子としてのＦＥＴである。符号１６は、ＦＥＴ１５とコンデンサＣ１の間に直列に接続された負荷抵抗である。また、電源回路１２の出力端子Ｖｄｄとデータ送信回路１４の入力端子Ｓｎｓ１は第1のスイッチング素子としてのスイッチＳＷ１を介して接続される。
【００１７】
一方、リーダー２において、符号２１は磁界を形成するとともに、接触センサ１からのデータを受信するアンテナ（コイル）、符号２２は、アンテナ２１で受信した接触センサ１１からのデータを復調して取り出すデータ処理装置である。
ここで、アンテナ２１は接触センサ１のＬＣ共振回路の共振周波数に相当する高周波磁界を常時発信している。
【００１８】
次に、図２に上述の接触センサ１の外観図を示す。この図において、図１と対応する各部には同一の符号が付されている。触覚部３０は、例えば針金やピアノ線等からなり、この触覚部３０とスイッチＳＷ１（図１参照）との接続部にはスプリング（図示略）が設けられ、触覚部３０に加えられる力に伴って収縮する。
触覚部３０に加えられる力が規定以上となり、スプリングが収縮してその先に接続されている機械的なマイクロスイッチであるスイッチＳＷ１がＯＮになる構成となっている。
また、コイルＬ１は図に示すように接触センサ１の基板上に印刷配線されている。
【００１９】
次に、上述した接触センサ１及びリーダー２の基本動作、即ち接触をどのように検出するのかを具体的に説明する。
なお、以下の説明において、接触センサ１は任意の場所に取り付けられており、またリーダー２は、自らが発している磁界を接触センサ１が十分な強度で受信できる位置に設置されていることとする。
【００２０】
まず、触覚部３０（図２）に所定以上の力が加わることにより、図１に示したマイクロスイッチＳＷ１がＯＮすると、入力端子Ｓｎｓ１に電源端子Ｖｄｄから電力が供給される。これにより、制御回路１４はメモリ１３にアクセスし、所定のエリアに格納されているデータを読み出し、このデータに基づいて一定のデータレートでＦＥＴ１５を駆動する（ＯＮ／ＯＦＦさせる）。なお、このデータのビットコーディングは、マンチェスタ符号、ミラー符号など各種のものから選択することが可能である。
【００２１】
ＦＥＴ１５がＯＮ／ＯＦＦすることにより、ＬＣ共振回路に並列に接続された負荷抵抗１６が接続・非接続状態となり、ＬＣ共振回路のＱ（Ｑ＝Ｒ√（Ｃ／Ｌ））が大きく変化する。接触センサ１のコイルＬ１とリーダー２のアンテナ（コイル）２１との間には、それぞれ相互インダクタンスが発生する結果、このＱの変化はコイル２１のインピーダンス変化として検出される。データ処理装置２２は、このインピーダンス変化を振幅変調信号として取り出すことにより、接触センサ１から送信されてきたデータを受信することができる。この結果、データ処理装置２２は接触センサ１に何かが接触したことを検知する。
上述したように、本実施形態ではリーダー２が接触センサ１から送信されてきたデータを読み取ることにより、接触を検出することができる。
なお、本実施形態において、スイッチＳＷ１の通常状態をオフ状態（ノーマリーオフ）とし、外部からの接触があった際にスイッチＳＷ１がオンされることにより、接触センサ１はデータを送信して接触があったことをリーダー２へ通知するが、反対に、スイッチＳＷ１の通常状態をオン状態（ノーマリーオン）とし、外部から接触があった際にスイッチＳＷ１をオフ状態とすることによってリーダー２へのデータ送信を断絶させ、これにより外部の接触をリーダー２へ通知するような構成とすることも可能である。
【００２２】
次に、上述した本発明の第１の実施形態による接触センサを複数有し、広範囲にわたって外部からの接触を検出する本発明の接触検出装置について説明する。
【００２３】
上述した本発明の接触センサ１を用いて広範囲にわたって外部からの接触を検出しようとすると、接触検出範囲に任意に接触センサ１を分散して配置しなければならないため、リーダー２は常にこれら全ての接触センサ１へ対して、当該接触センサ１が駆動可能となる電磁界を供給する必要がある。このため、それら各々の接触センサ１へ所定の磁界を供給するために、大変大きなアンテナ２１を設けるか、あるいは、アンテナ２１の高周波出力を上げなければならない。
【００２４】
しかしながら、リーダー２のアンテナ２１を大きくすると、一つの接触センサ１からの送信データの強度は相対的に弱くなるため、信号のＳ／Ｎ比が悪化し、データの検出が困難になってしまうという問題が生じてしまう。また、リーダー２の高周波出力を上げると、他の制御系やアナログ系の回路に対してノイズや異常電圧を誘起してしまい、システムの動作を不安定にするという問題が生じてしまう。また、リーダー２のアンテナ２１が発する磁界強度は、遠方にいくほど弱くなるため、遠方に敷設されている接触センサ１からのデータを読み取ることが困難になるという問題が生じてしまう。
【００２５】
そこで、これらの問題点を解消すべく、本発明の接触検出装置においては、リーダー２のアンテナ２１を次のような構成とすることで上述の問題点を解決した。
図３に、本発明の第１の実施形態による接触検出装置の全体構成図を示し、図４に、図３に示したリーダー２におけるアンテナ２１の接触センサ１近傍の拡大図を示す。
【００２６】
図３に示すように、第１の実施形態における接触検出装置では、まず同軸ケーブル３１を接触センサ１に沿って這わせ、その終端（データ処理装置２２と反対側の終端）には、データ処理装置２２の送信側から見たインピーダンスをデータ処理装置２２のインピーダンスに一致させるための可変終端抵抗３２を取り付ける。
各接触センサ１が配置された近傍においては、図４に示すようにＴ型のＢＮＣコネクタ４２を取り付け、その先に小型のループアンテナ３１を取り付けることにより、局部的に磁界を発生させ、接触センサ１との電波的な結合を得る。
【００２７】
また、上述の同軸ケーブルに代わって、図５に示すように平行２線路を使用することも可能である。この場合、平行２線路からの漏れ磁束と接触センサ１が結合することで、接触センサ１への電力供給、及び信号の受信が可能となる。なお、図６に、この平行２線路を使用した場合の断面図を示す。
【００２８】
上述したように、アンテナ２１を構成することにより、磁界を局部的に発生させることができるため、大きなアンテナ（コイル）を使う場合に比べて、信号強度を強くでき、また同軸ケーブルを延長させることにより、通信距離にも実質的に制限がないという利点が得られる。
加えて、上記構成からなるアンテナを使用することにより、各接触センサ１に同強度の磁界を供給することができ、また接触センサ１からのデータ受信も同様に可能となる。これにより、広範囲に渡る接触の検出が容易に実現できる。更に、接触センサ１の増設にも柔軟に対応することができる。
【００２９】
次に、本発明の接触検出装置の動作について図３を参照して説明する。
【００３０】
図３において、今、６４個の接触センサ１が任意に配置されているとする。これら各接触センサ１には、データ処理装置２２に近い位置から順に、接触センサＮｏ．１、Ｎｏ．２、・・・、Ｎｏ．６４という識別番号が付してあり、各接触センサ１の半導体チップ１１内のメモリ１３には、接触センサ固有のデータ、例えば、接触センサＮｏ．１であれば”００００ ００４０ ００８０”、接触センサＮｏ．６４であれば”００３Ｆ ００７Ｆ ００ＢＦ”といったデータが格納されているとする。
更に、各接触センサ１には、それぞれ異なる休止時間が設定されている。この休止時間とは、一回のデータ転送が終了した後に、再度データ転送を行うまでの期間である。上記データは１６進表記で表わされており、各接触センサ１のデータ転送速度は８０ｋｂｐｓとする。即ち、１６ｂｉｔのデータは約２００μｓｅｃで送信を完了することとなる。図７にメモリ１３に格納されているデータの一例を示す。
【００３１】
上記構成からなる接触検出装置において、接触センサＮｏ．５及びＮｏ．４０の触覚部３０に同時に約１秒間程度、外部から接触があった場合について以下、具体的に説明する。
まず、外力が加わることによりそれぞれのスイッチＳＷ１がオンされ、これにより、入力端子Ｓｎｓ１に電源端子Ｖｄｄの電圧が印加される。かかる動作により、Ｎｏ．５のデータ送信回路１４は、データ”０００４ ００４４ ００８４”（図７参照）を、接触センサＮｏ．４０のデータ送信回路１４は、データ”００２７ ００６７ ００Ａ７”（図７参照）をそれぞれメモリ１３から読み出し、このデータに基づきＦＥＴ１５を駆動する。これにより、リーダー２のデータ処理装置２２へ接触センサＮｏ．５とＮｏ．４０からその接触センサ固有のデータが略同時に送信される。
【００３２】
続いて、接触センサＮｏ．５のデータ送信回路１４は、予め設定されている休止時間１００ｍｓｅｃの休止の後、再度スイッチＳＷ１の状態を確認する。ここで、スイッチＳＷ１はいまだオン状態であるので、データ送信回路１４は再度データを送出する。
同様に、接触センサＮｏ．４０のデータ送信回路１４は、予め設定されている休止時間８９ｍｓｅｃの後、再度スイッチＳＷ１の状態を確認する。接触センサＮｏ．４０のスイッチＳＷ１も引き続きオン状態であるので、データ送信回路１４は再度データを送出する。これにより、リーダー２のデータ処理装置２２へ接触センサＮｏ．５及びＮｏ．４０から、再びデータが送信される。このように、各接触センサは、データ送信後、予め設定されている休止時間データ転送を中止し、その後、再度スイッチＳＷ１の状態を確認して、そのＳＷ１の状態に応じたデータをメモリ１３から読み出して出力する。この動作は、スイッチＳＷ１がオフ状態となるまで、即ち入力端子Ｓｎｓ１に電圧が検出されなくなるまで繰り返し行われる。
【００３３】
次に、図８に上述の一連の動作によってリーダー２のデータ処理装置２２が受信した信号波形を示す。なお、ここでは、第１の受信信号〜第４の受信信号を示した。
図８において、ｔ１は第１回目にデータを受信した時刻、ｔ２は第２回目にデータを受信した時刻、ｔ３は第３回目にデータを受信した時刻、ｔ４は第４回目にデータを受信した時刻である。
【００３４】
この図から分かるように、第１回目に受信した信号と、第２回目に受信した信号においては、Ｎｏ．５の接触センサとＮｏ．４０の接触センサとから略同時にデータ送信が行われたため、この二つのパケットが衝突してしまい、データ処理装置２２はデータを正しく読み取ることが不可能である。しかしながら、接触センサＮｏ．５の休止時間が１００ｍｓｅｃ（図７参照）であるのに対して、接触センサＮｏ．４０の休止時間が８９ｍｓｅｃ（図７参照）であることから、第３の受信信号及び、第４の受信信号においては、いずれの信号とも衝突していないため、データ処理装置２２はこれらの信号を正確に認識することが可能となる。
【００３５】
なお、データ処理装置２２内の記憶部（図示略）には、各接触センサと該接触センサから送信されてくるデータとが対応づけられて格納されている。したがって、データ処理装置２２は、受信したデータを復調し、復調した１６進表記のデータ“０００５”、“００２７”を記憶部に格納されているデータと比較することによって、データ送信元の接触センサが、Ｎｏ．５及びＮｏ．４０であることを認識することができる。
【００３６】
なお、データ送信の休止時間は、各半導体チップ内部の発振器のＣＲ発振器でダウンカウンタを動作させ、これが０になることで判断することができ、また、ダウンカウンタの値を適当に操作することで、ここのチップの休止時間を容易に調節し、ばらつきを持たせることができる。また、本実施形態において、データのピットコーディングはマンチェスター符号である。
【００３７】
また、本実施形態においては、伝送される信号にエラーチェック符号などは付け加えなかったが必要に応じて、ＣＲＣ符号などのエラー検出符号や、エラー訂正符号などを付加することもできる。
【００３８】
また、本実施形態においては、スイッチＳＷ１が接触する端子として、入力端子Ｓｎｓ１を設けたが、更に複数の入力端子Ｓｎｓ２、Ｓｎｓ３・・・を設け、この入力端子Ｓｎｓ２、Ｓｎｓ３・・・に対応するデータをメモリ１３内の所定のエリアにそれぞれ格納しておく。そして、触覚部３０に加えられる外力によって、スイッチＳＷ１によって接続される入力端子を変化させることにより、リーダー２には、現在その箇所に加えられている外力まで詳細に検出することが可能となる。なお、複数の上記入力端子に印加される電圧を組合せることにより、外力の大きさを検出することとしても良い。
なお、それぞれのメモリ１３に格納されるデータ、休止時間は、上記記載に限定されず、設計上適宜変更できるものとする。
【００３９】
また、上記実施形態においては、入力端子（Ｓｎｓ１、Ｓｎｓ２・・・・）に電圧が印加された場合にのみ、リーダー２へデータを転送するため、データの伝送頻度を最小限におさえることができる。これにより、伝送路のトラフィックを低減させることが可能となる。
【００４０】
次に、上述した本発明の第２の実施形態による接触検出装置の応用として、接触検出装置を適用したロボットについて図９を参照して説明する。
図９において、符号７１は当該ロボットの上腕にあたる筐体、符号７２は前腕にあたる筐体である。筐体７１は台座７３に固定されており、その台座７３には接触センサ１に電力を供給するためのデータ処理装置２２（図１参照）が設けられている。このデータ処理装置２２には同軸ケーブルが接続され、これが筐体７１、７２の内部を通過し、筐体７１、７２のジョイント部である肱の部分では、筐体の外部に取り出されている。筐体７１、筐体７２にはそれぞれ１２個の接触センサ１が略等間隔で取り付けられ、図４あるいは図５に示した形状のアンテナ（コイル）４１、５１によって接触センサ１に電力が供給されている。筐体７１、７２の表面には接触センサ１の触覚部３０が突出しており、外力を検知するような構成となっている。
【００４１】
それぞれの接触センサ１は１６ｂｉｔのメモリ１３を持っており、筐体７１に取り付けられた接触センサ１のそれぞれのメモリ１３には、最初の８ｂｉｔに”＆Ｈ０１”が、続く８ｂｉｔには図中で左上→右上→右下→左下の順で、”＆Ｈ００〜＆Ｈ０Ｂ”のシリアル番号が書き込まれている。また、筐体７２に取り付けられた接触センサ１のそれぞれのメモリ１３には、最初の８ｂｉｔに”＆Ｈ０２”が、続く８ｂｉｔには図中で左上→右上→右下→左下の順で、”＆Ｈ００〜＆Ｈ０Ｂ”のシリアル番号が書き込まれている。
【００４２】
上記構成からなるロボットにおいて、筐体７１、筐体７２に外部から接触があると、外力が加わった接触センサ１のＳＷ１がＯＮし、図１に示した電源端子Ｖｄｄと入力端子Ｓｎｓ１が接続される。これにより、データ送信回路１４はメモリ１３に格納されているデータを読み出して、このデータに基づいてＦＥＴ１５を駆動する。かかる動作による接触センサ１のＱの変動は、アンテナ２１のインダクタンスの変化として台座７４に設けられているデータ処理装置２２に伝達される。データ処理装置２２は、アンテナ２１のインダクタンスの変化を読み取ることにより、どの接触センサからのデータであるかを認識し、接触を検知した接触センサの情報を台座７３に設けられている筐体制御用の制御装置７４へ出力する。制御装置７４は、データ処理装置２２から受信したデータに基づいて、その時点で最適と思われるシーケンスによりロボットアームを緊急停止する。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の接触センサによれば、電磁界エネルギーをセンサ駆動用の電力として供給するためのコイルとコンデンサなどから構成される共振回路、またはアンテナを接続するとともに、少なくともひとつの入力端子を設け、この端子に入力があった際に始めてデータを送信するようにする。これにより、外部から接触があった時のみデータを送出するので、伝送路のトラフィックを低減することができる。また、無線によって接触があったことを伝達することができるため、従来問題になっていたケーブルの屈曲の繰り返しによる断線、絶縁被覆と線材の摺動によるノイズの発生、ケーブルとセンサの電気的接続の劣化、センサ交換の際の手間がかかる等といった様々な問題を解消することができる。
【００４４】
また、本発明の接触センサによれば、記憶手段から読み出したデータに基づいて、抵抗器を前記共振回路に接続、非接続状態とすることにより、共振回路のインピーダンスを変化させる。このように、本発明では、抵抗を接続、非接続状態とすることによって簡単にインピーダンスを変化させるので、複雑な装置などを必要としない。この結果、コスト低減を図ることができるという効果が得られる。
【００４５】
また、本発明の接触センサによれば、外部から加えられている力に応じて第１のスイッチング素子が接続する入力端子の組み合わせを変更する。そして、データ出力手段は、その接続状態に応じて、送信するデータを変更できるようにするので、接触センサからより詳細な接触の情報を送ることができ、高精度な接触検出を行うことが可能となるという効果が得られる。
【００４６】
また、本発明の接触検出装置によれば、分散して配置されたセンサ群に沿って、平行２線路や同軸ケーブルといった、基本的に２本の導体からなる伝送路を配置し、平行２線路からの漏洩電事界または同軸ケーブルに並列に接続された小型のアンテナ群から、電磁界としてセンサ群の駆動に必要な電力を供給すると同時に、この伝送路をセンサからのデジタル信号を伝達する伝送路として兼用する。
これにより、従来必要とされていた膨大な配線を置き換えることが可能である。
これにより、ケーブルの屈曲の繰り返しによる断線、絶縁被覆と線材の摺動によるノイズの発生、ケーブルとセンサの電気的接続の劣化、センサ交換の際の手間がかかる等といった様々な問題を解消することができる。
【００４７】
また、本発明の接触検出装置によれば、接触センサ群の各接触センサは、その記憶手段に、接触センサ固有のデータが格納され、データ出力手段は、第１のスイッチング手段の状態に応じて、データを読み出して出力しするため、接触センサ群のいずれかの接触センサからデータを受信した場合に、どの接触センサからのデータであるかを瞬時に識別することができるという効果が得られる。
【００４８】
また、本発明の接触検出装置によれば、複数の接触センサから同時にデータが送信された場合でも、次回のデータ送信のタイミングにおいて、どの接触センサからの送信データであるかを認識することが可能であるので、検出精度が高い接触検出装置を実現することができる。
【００４９】
また、本発明のロボットによれば、無線によって接触を検出することができるので、複雑な配線を必要とせず、従来問題になっていたケーブルの屈曲の繰り返しによる断線、絶縁被覆と線材の摺動によるノイズの発生、ケーブルとセンサの電気的接続の劣化、センサ交換の際の手間がかかる等といった様々な問題を解消することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の接触センサの構成を示すブロック図である。
【図２】 同実施形態における接触センサの外観図である。
【図３】 本発明の接触検出装置のリーダーの形態を示す図である。
【図４】 本発明の接触検出装置におけるリーダーのアンテナ構成の一例を示す図である。
【図５】 本発明の接触検出装置におけるリーダーのアンテナ構成の一例を示す図である。
【図６】 図５に示したアンテナの断面図である。
【図７】 本発明の接触検出装置において、各接触センサのメモリに格納されているデータの一例を示した図である。
【図８】 本発明の接触検出装置において、同時に複数の接触センサからデータが送信された場合、データ処理装置によって受信された信号波形を示す図である。
【図９】 本発明の接触検出装置を取り付けたロボットの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 接触センサ
２ リーダー（読取装置）
１１ 半導体チップ
１２ 電源回路（電力生成手段）
１３ メモリ（記憶手段）
１４ データ送信回路（データ出力手段）
１５ ＦＥＴ（第２のスイッチング素子）
１６ 負荷抵抗（抵抗器）
２１ アンテナ
２２ データ処理装置（データ処理手段）
３０ 触覚部
３１ 同軸ケーブル
４１ ループアンテナ
４２ Ｔ型分岐
７１、７２ 筐体
７３ 台座
７４ コントローラ
Ｖｄｄ 電源端子
Ｓｎｓ１ 入力端子
ＳＷ１ スイッチ（第1のスイッチング素子）
Ｃ１ コンデンサ
Ｌ１ コイル
【発明の属する技術分野】
本発明は、本発明は外部の接触を検出する接触センサに係り、特に、広範囲にわたって外部からの接触を検出する接触センサ及び接触検出装置並びに接触検出装置が取り付けられたロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、接触を感知する接触センサは、ひとつのセンサに対して、電源用のケーブル２本、信号伝送用のケーブル２本を供給する必要がある（接地を共通とすれば３本／センサ）。
このようなパワー系及び信号系のケーブルを個々に接続する必要のあるセンサを例えばロボット等の表面に多数配置すると、その配線数は膨大なものになり、また、ロボットが運動する際のケーブルの屈曲の繰り返しによる断線、絶縁被覆と線材の摺動によるノイズの発生、ケーブルとセンサの電気的接続の劣化、センサ交換の際の手間がかかる等といった様々な問題があった。
【０００３】
上述したような問題に対して、例えば、弾性体に埋め込んだコイルを共振回路を構成するインダクタンスとすることで、この弾性体が変形した際のインダクタンスの変化を、共振周波数の変化として取り出して外力を検出するというセンサが提案されている。（Mitsuhiro Hakozaki et.al."Telemetric Reobot Skin "Proceedigns of the1999 IEEE International Conference on Robotics & AutomatiＯＮ,May 1999 pp.957-961参照）。
このセンサによれば、個々のセンサにケーブルを接続する必要が無いため、上述した問題点を解決することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したインダクタンスの変化により外力を検出するセンサを、多数個のセンサ群に応用した場合には、この共振周波数の変化とセンサの位置情報に直接の関連がないため、圧力の加わった位置の検出ができないという問題があった。
また、外形の変形により、近接したセンサ間の距離が変化した場合には、センサに接続されたコイル間の結合係数が変化するため、これによる共振周波数変化も考慮する必要があるなどの問題があった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ロボットの接触センサ等のように、限られた空間に多数のセンサを配置し、これらのセンサを効率的に駆動し、且つ該接触センサからの信号を効率的に収集するための接触センサ及び接触検出装置並びに接触検出装置が取り付けられたロボットを提供することを目的とする。
【０００６】
【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、電磁界エネルギーをセンサ駆動用の電力として供給するための共振回路と、前記共振回路の誘導起電力から電力を生成する電力生成手段と、前記電力生成手段に接続され、外部から規定以上の力が加わった場合に、オンする第1のスイッチング素子と、前記第1のスイッチング素子がオンされた場合に、電磁界の変化によって接触を通知する接触通知手段と、前記センサ固有のデータが格納されている記憶手段とを具備し、前記接触通知手段は、前記第1のスイッチング素子（実施形態におけるスイッチＳＷ１）がオンされた場合に、前記記憶手段から前記データを読み出し、前記読み出したデータに基づく信号を出力するデータ出力手段と、前記データ出力手段から出力される信号に基づいて駆動される第２のスイッチング素子（実施形態におけるＦＥＴ１５）と、前記共振回路（コンデンサＣ１及びコイルＬ１で構成される）に並列に設けられ、前記第２のスイッチング素子によって、前記共振回路に接続、非接続状態となる抵抗器（実施形態における負荷抵抗１６）とを具備することを特徴とする。
なお、上述の第1のスイッチング素子は、ノーマリーオフの場合には外力が加わることによりオン状態となり、反対にノーマリーオンの場合には外力が加わることによりオフ状態となることとする。
上記構成によれば、電磁界エネルギーをセンサ駆動用の電力として供給するためのコイルとコンデンサなどから構成される共振回路、またはアンテナを接続するとともに、少なくともひとつの入力端子を設け、この端子に入力があった際に始めてデータを送信するようにする。これにより、外部から接触があった時のみデータを送出するので、伝送路のトラフィックを低減することができる。
【０００７】
さらに、上記構成によれば、記憶手段から読み出したデータに基づいて、抵抗器を前記共振回路に接続、非接続状態とすることで、共振回路のインピーダンスを変化させ、この変化によって接触を容易に通知することが可能となる。
【０００８】
また、上記記載の接触センサは、前記第１のスイッチング素子が、オン時に接続する端子を複数有し、前記第１のスイッチング素子は、外部から加えられる力に応じて接続先の前記端子を変更し、前記記憶手段には、前記第１のスイッチング素子の接続状態に応じてそれぞれのデータが格納され、前記データ出力手段は、現時点での前記第１のスイッチング手段の接続状態に応じて該当するデータを前記記憶手段から読み出して、出力することを特徴とする。
上記構成によれば、外部から加えられている力に応じて第１のスイッチング素子が接続する入力端子の組み合わせを変更する。そして、データ出力手段は、その接続状態に応じて、送信するデータを変更できるようにするので、接触センサからより詳細な接触の情報を送ることができる。
【０００９】
また、本発明の接触検出装置は、前記接触センサが分散して配置されている接触センサ群と、各前記接触センサ群に対して電磁界エネルギーを供給するとともに、前記接触センサ群からの信号を受信して読み取る読取装置（リーダー２）とからなる接触検出装置において、前記読取装置は、前記接触センサ群を構成する前記接触センサの前記共振回路の共振周波数である電磁界を出力するアンテナと、前記アンテナのインピーダンスの変化から、各前記接触センサから送信されたデータを読み取るデータ処理手段とを具備することを特徴とする。
上記構成によれば、広範囲にわたって外部からの接触を検出することが可能となる。
【００１０】
また、上記接触検出装置において、前記読取装置のアンテナは、同軸ケーブルに接続された複数の小型ループアンテナからなり、該小型ループアンテナは、それぞれの前記接触センサに対し、該接触センサが駆動するのに適した電磁界を同一強度で供給できる位置に設けられていることが好ましい。
また、上記接触検出装置において、前記読取装置のアンテナは、全ての前記接触センサに沿って配置され、各前記接触センサに非接触で設けられた平行２線路のアンテナであり、漏洩磁界によって、前記接触センサに対して均等な電磁界を供給することが好ましい。
【００１１】
このように、本発明では分散して配置されたセンサ群に沿って、平行２線路や同軸ケーブルといった、基本的に２本の導体からなる伝送路を配置し、平行２線路からの漏洩電事界または同軸ケーブルに並列に接続された小型のアンテナ群から、電磁界としてセンサ群の駆動に必要な電力を供給すると同時に、この伝送路をセンサからのデジタル信号を伝達する伝送路として兼用する。これにより、従来必要とされていた膨大な配線を置き換えることが可能である。
【００１２】
また、上記接触検出装置の前記接触センサ群の各接触センサにおいて、前記記憶手段には、該接触センサ固有のデータが格納され、前記データ出力手段は、前記第１のスイッチング手段の状態に応じて、前記データを読み出して出力し、前記読取装置の前記データ処理手段は、前記接触センサ群を構成するそれぞれの接触センサに対応する固有のデータを保持しており、前記接触センサからデータを受信した場合に、受信したデータと前記保持しているデータとを比較して、データ送信先の接触センサを特定することを特徴とする。
上記構成によれば、接触センサ群のいずれかの接触センサからデータを受信した場合に、どの接触センサからのデータであるかを瞬時に識別でき、その接触センサが設けられている位置と照らし合わせることにより、どの箇所に外部からの接触があったかを速やかに認識することができる。
【００１３】
また、上記接触検出センサの前記接触センサ群の各接触センサにおいて、前記データ出力手段は、予め設定されている当該接触センサ固有の期間毎に、前記第１のスイッチング素子の状態に応じたデータを前記記憶手段から読み出して出力することを特徴とする。
上記構成によれば、複数の接触センサから同時にデータが送信された場合でも、次回のデータ送信のタイミングにおいて、どの接触センサからの送信データであるかを認識することが可能となる。
【００１４】
また、本発明は、前記接触検出装置が取り付けられたロボットにおいて、前記接触検出装置からの信号に基づいて前記ロボットの各部を制御することを特徴とするロボットである。
上記構成によれば、接触センサに対する電源供給線、グランド線、データ送信線等の接続を必要とせず、無線により外部からの接触を検出することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１に本発明の一実施形態による接触センサの構成を示す。同図において、符号１は接触を検知する接触センサ、符号２は磁界を発生し、接触センサ１から送信されるデータを読み取るリーダーである。
接触センサ１はコイルＬ１及びコンデンサＣ１からなるＬＣ共振回路と、ＬＣ共振回路で発生した誘導起電力を電源として動作する半導体チップ１１とから構成されている。
【００１６】
上記半導体チップ１１において、符号ＲＦ１、ＲＦ２は半導体チップ１１とＬＣ共振回路とを接続する接続端子、符号１２はＬＣ共振回路で発生した誘導起電力を自己の動作電力に変換する電源回路、符号１３はデータを格納するメモリ、符号１４はメモリ１３に格納されているデータに基づいてパルス信号を発生するデータ送信回路、符号１５はコンデンサＣ１と並列に接続され、データ送信回路１４から出力されるパルス信号によって駆動される第2のスイッチング素子としてのＦＥＴである。符号１６は、ＦＥＴ１５とコンデンサＣ１の間に直列に接続された負荷抵抗である。また、電源回路１２の出力端子Ｖｄｄとデータ送信回路１４の入力端子Ｓｎｓ１は第1のスイッチング素子としてのスイッチＳＷ１を介して接続される。
【００１７】
一方、リーダー２において、符号２１は磁界を形成するとともに、接触センサ１からのデータを受信するアンテナ（コイル）、符号２２は、アンテナ２１で受信した接触センサ１１からのデータを復調して取り出すデータ処理装置である。
ここで、アンテナ２１は接触センサ１のＬＣ共振回路の共振周波数に相当する高周波磁界を常時発信している。
【００１８】
次に、図２に上述の接触センサ１の外観図を示す。この図において、図１と対応する各部には同一の符号が付されている。触覚部３０は、例えば針金やピアノ線等からなり、この触覚部３０とスイッチＳＷ１（図１参照）との接続部にはスプリング（図示略）が設けられ、触覚部３０に加えられる力に伴って収縮する。
触覚部３０に加えられる力が規定以上となり、スプリングが収縮してその先に接続されている機械的なマイクロスイッチであるスイッチＳＷ１がＯＮになる構成となっている。
また、コイルＬ１は図に示すように接触センサ１の基板上に印刷配線されている。
【００１９】
次に、上述した接触センサ１及びリーダー２の基本動作、即ち接触をどのように検出するのかを具体的に説明する。
なお、以下の説明において、接触センサ１は任意の場所に取り付けられており、またリーダー２は、自らが発している磁界を接触センサ１が十分な強度で受信できる位置に設置されていることとする。
【００２０】
まず、触覚部３０（図２）に所定以上の力が加わることにより、図１に示したマイクロスイッチＳＷ１がＯＮすると、入力端子Ｓｎｓ１に電源端子Ｖｄｄから電力が供給される。これにより、制御回路１４はメモリ１３にアクセスし、所定のエリアに格納されているデータを読み出し、このデータに基づいて一定のデータレートでＦＥＴ１５を駆動する（ＯＮ／ＯＦＦさせる）。なお、このデータのビットコーディングは、マンチェスタ符号、ミラー符号など各種のものから選択することが可能である。
【００２１】
ＦＥＴ１５がＯＮ／ＯＦＦすることにより、ＬＣ共振回路に並列に接続された負荷抵抗１６が接続・非接続状態となり、ＬＣ共振回路のＱ（Ｑ＝Ｒ√（Ｃ／Ｌ））が大きく変化する。接触センサ１のコイルＬ１とリーダー２のアンテナ（コイル）２１との間には、それぞれ相互インダクタンスが発生する結果、このＱの変化はコイル２１のインピーダンス変化として検出される。データ処理装置２２は、このインピーダンス変化を振幅変調信号として取り出すことにより、接触センサ１から送信されてきたデータを受信することができる。この結果、データ処理装置２２は接触センサ１に何かが接触したことを検知する。
上述したように、本実施形態ではリーダー２が接触センサ１から送信されてきたデータを読み取ることにより、接触を検出することができる。
なお、本実施形態において、スイッチＳＷ１の通常状態をオフ状態（ノーマリーオフ）とし、外部からの接触があった際にスイッチＳＷ１がオンされることにより、接触センサ１はデータを送信して接触があったことをリーダー２へ通知するが、反対に、スイッチＳＷ１の通常状態をオン状態（ノーマリーオン）とし、外部から接触があった際にスイッチＳＷ１をオフ状態とすることによってリーダー２へのデータ送信を断絶させ、これにより外部の接触をリーダー２へ通知するような構成とすることも可能である。
【００２２】
次に、上述した本発明の第１の実施形態による接触センサを複数有し、広範囲にわたって外部からの接触を検出する本発明の接触検出装置について説明する。
【００２３】
上述した本発明の接触センサ１を用いて広範囲にわたって外部からの接触を検出しようとすると、接触検出範囲に任意に接触センサ１を分散して配置しなければならないため、リーダー２は常にこれら全ての接触センサ１へ対して、当該接触センサ１が駆動可能となる電磁界を供給する必要がある。このため、それら各々の接触センサ１へ所定の磁界を供給するために、大変大きなアンテナ２１を設けるか、あるいは、アンテナ２１の高周波出力を上げなければならない。
【００２４】
しかしながら、リーダー２のアンテナ２１を大きくすると、一つの接触センサ１からの送信データの強度は相対的に弱くなるため、信号のＳ／Ｎ比が悪化し、データの検出が困難になってしまうという問題が生じてしまう。また、リーダー２の高周波出力を上げると、他の制御系やアナログ系の回路に対してノイズや異常電圧を誘起してしまい、システムの動作を不安定にするという問題が生じてしまう。また、リーダー２のアンテナ２１が発する磁界強度は、遠方にいくほど弱くなるため、遠方に敷設されている接触センサ１からのデータを読み取ることが困難になるという問題が生じてしまう。
【００２５】
そこで、これらの問題点を解消すべく、本発明の接触検出装置においては、リーダー２のアンテナ２１を次のような構成とすることで上述の問題点を解決した。
図３に、本発明の第１の実施形態による接触検出装置の全体構成図を示し、図４に、図３に示したリーダー２におけるアンテナ２１の接触センサ１近傍の拡大図を示す。
【００２６】
図３に示すように、第１の実施形態における接触検出装置では、まず同軸ケーブル３１を接触センサ１に沿って這わせ、その終端（データ処理装置２２と反対側の終端）には、データ処理装置２２の送信側から見たインピーダンスをデータ処理装置２２のインピーダンスに一致させるための可変終端抵抗３２を取り付ける。
各接触センサ１が配置された近傍においては、図４に示すようにＴ型のＢＮＣコネクタ４２を取り付け、その先に小型のループアンテナ３１を取り付けることにより、局部的に磁界を発生させ、接触センサ１との電波的な結合を得る。
【００２７】
また、上述の同軸ケーブルに代わって、図５に示すように平行２線路を使用することも可能である。この場合、平行２線路からの漏れ磁束と接触センサ１が結合することで、接触センサ１への電力供給、及び信号の受信が可能となる。なお、図６に、この平行２線路を使用した場合の断面図を示す。
【００２８】
上述したように、アンテナ２１を構成することにより、磁界を局部的に発生させることができるため、大きなアンテナ（コイル）を使う場合に比べて、信号強度を強くでき、また同軸ケーブルを延長させることにより、通信距離にも実質的に制限がないという利点が得られる。
加えて、上記構成からなるアンテナを使用することにより、各接触センサ１に同強度の磁界を供給することができ、また接触センサ１からのデータ受信も同様に可能となる。これにより、広範囲に渡る接触の検出が容易に実現できる。更に、接触センサ１の増設にも柔軟に対応することができる。
【００２９】
次に、本発明の接触検出装置の動作について図３を参照して説明する。
【００３０】
図３において、今、６４個の接触センサ１が任意に配置されているとする。これら各接触センサ１には、データ処理装置２２に近い位置から順に、接触センサＮｏ．１、Ｎｏ．２、・・・、Ｎｏ．６４という識別番号が付してあり、各接触センサ１の半導体チップ１１内のメモリ１３には、接触センサ固有のデータ、例えば、接触センサＮｏ．１であれば”００００ ００４０ ００８０”、接触センサＮｏ．６４であれば”００３Ｆ ００７Ｆ ００ＢＦ”といったデータが格納されているとする。
更に、各接触センサ１には、それぞれ異なる休止時間が設定されている。この休止時間とは、一回のデータ転送が終了した後に、再度データ転送を行うまでの期間である。上記データは１６進表記で表わされており、各接触センサ１のデータ転送速度は８０ｋｂｐｓとする。即ち、１６ｂｉｔのデータは約２００μｓｅｃで送信を完了することとなる。図７にメモリ１３に格納されているデータの一例を示す。
【００３１】
上記構成からなる接触検出装置において、接触センサＮｏ．５及びＮｏ．４０の触覚部３０に同時に約１秒間程度、外部から接触があった場合について以下、具体的に説明する。
まず、外力が加わることによりそれぞれのスイッチＳＷ１がオンされ、これにより、入力端子Ｓｎｓ１に電源端子Ｖｄｄの電圧が印加される。かかる動作により、Ｎｏ．５のデータ送信回路１４は、データ”０００４ ００４４ ００８４”（図７参照）を、接触センサＮｏ．４０のデータ送信回路１４は、データ”００２７ ００６７ ００Ａ７”（図７参照）をそれぞれメモリ１３から読み出し、このデータに基づきＦＥＴ１５を駆動する。これにより、リーダー２のデータ処理装置２２へ接触センサＮｏ．５とＮｏ．４０からその接触センサ固有のデータが略同時に送信される。
【００３２】
続いて、接触センサＮｏ．５のデータ送信回路１４は、予め設定されている休止時間１００ｍｓｅｃの休止の後、再度スイッチＳＷ１の状態を確認する。ここで、スイッチＳＷ１はいまだオン状態であるので、データ送信回路１４は再度データを送出する。
同様に、接触センサＮｏ．４０のデータ送信回路１４は、予め設定されている休止時間８９ｍｓｅｃの後、再度スイッチＳＷ１の状態を確認する。接触センサＮｏ．４０のスイッチＳＷ１も引き続きオン状態であるので、データ送信回路１４は再度データを送出する。これにより、リーダー２のデータ処理装置２２へ接触センサＮｏ．５及びＮｏ．４０から、再びデータが送信される。このように、各接触センサは、データ送信後、予め設定されている休止時間データ転送を中止し、その後、再度スイッチＳＷ１の状態を確認して、そのＳＷ１の状態に応じたデータをメモリ１３から読み出して出力する。この動作は、スイッチＳＷ１がオフ状態となるまで、即ち入力端子Ｓｎｓ１に電圧が検出されなくなるまで繰り返し行われる。
【００３３】
次に、図８に上述の一連の動作によってリーダー２のデータ処理装置２２が受信した信号波形を示す。なお、ここでは、第１の受信信号〜第４の受信信号を示した。
図８において、ｔ１は第１回目にデータを受信した時刻、ｔ２は第２回目にデータを受信した時刻、ｔ３は第３回目にデータを受信した時刻、ｔ４は第４回目にデータを受信した時刻である。
【００３４】
この図から分かるように、第１回目に受信した信号と、第２回目に受信した信号においては、Ｎｏ．５の接触センサとＮｏ．４０の接触センサとから略同時にデータ送信が行われたため、この二つのパケットが衝突してしまい、データ処理装置２２はデータを正しく読み取ることが不可能である。しかしながら、接触センサＮｏ．５の休止時間が１００ｍｓｅｃ（図７参照）であるのに対して、接触センサＮｏ．４０の休止時間が８９ｍｓｅｃ（図７参照）であることから、第３の受信信号及び、第４の受信信号においては、いずれの信号とも衝突していないため、データ処理装置２２はこれらの信号を正確に認識することが可能となる。
【００３５】
なお、データ処理装置２２内の記憶部（図示略）には、各接触センサと該接触センサから送信されてくるデータとが対応づけられて格納されている。したがって、データ処理装置２２は、受信したデータを復調し、復調した１６進表記のデータ“０００５”、“００２７”を記憶部に格納されているデータと比較することによって、データ送信元の接触センサが、Ｎｏ．５及びＮｏ．４０であることを認識することができる。
【００３６】
なお、データ送信の休止時間は、各半導体チップ内部の発振器のＣＲ発振器でダウンカウンタを動作させ、これが０になることで判断することができ、また、ダウンカウンタの値を適当に操作することで、ここのチップの休止時間を容易に調節し、ばらつきを持たせることができる。また、本実施形態において、データのピットコーディングはマンチェスター符号である。
【００３７】
また、本実施形態においては、伝送される信号にエラーチェック符号などは付け加えなかったが必要に応じて、ＣＲＣ符号などのエラー検出符号や、エラー訂正符号などを付加することもできる。
【００３８】
また、本実施形態においては、スイッチＳＷ１が接触する端子として、入力端子Ｓｎｓ１を設けたが、更に複数の入力端子Ｓｎｓ２、Ｓｎｓ３・・・を設け、この入力端子Ｓｎｓ２、Ｓｎｓ３・・・に対応するデータをメモリ１３内の所定のエリアにそれぞれ格納しておく。そして、触覚部３０に加えられる外力によって、スイッチＳＷ１によって接続される入力端子を変化させることにより、リーダー２には、現在その箇所に加えられている外力まで詳細に検出することが可能となる。なお、複数の上記入力端子に印加される電圧を組合せることにより、外力の大きさを検出することとしても良い。
なお、それぞれのメモリ１３に格納されるデータ、休止時間は、上記記載に限定されず、設計上適宜変更できるものとする。
【００３９】
また、上記実施形態においては、入力端子（Ｓｎｓ１、Ｓｎｓ２・・・・）に電圧が印加された場合にのみ、リーダー２へデータを転送するため、データの伝送頻度を最小限におさえることができる。これにより、伝送路のトラフィックを低減させることが可能となる。
【００４０】
次に、上述した本発明の第２の実施形態による接触検出装置の応用として、接触検出装置を適用したロボットについて図９を参照して説明する。
図９において、符号７１は当該ロボットの上腕にあたる筐体、符号７２は前腕にあたる筐体である。筐体７１は台座７３に固定されており、その台座７３には接触センサ１に電力を供給するためのデータ処理装置２２（図１参照）が設けられている。このデータ処理装置２２には同軸ケーブルが接続され、これが筐体７１、７２の内部を通過し、筐体７１、７２のジョイント部である肱の部分では、筐体の外部に取り出されている。筐体７１、筐体７２にはそれぞれ１２個の接触センサ１が略等間隔で取り付けられ、図４あるいは図５に示した形状のアンテナ（コイル）４１、５１によって接触センサ１に電力が供給されている。筐体７１、７２の表面には接触センサ１の触覚部３０が突出しており、外力を検知するような構成となっている。
【００４１】
それぞれの接触センサ１は１６ｂｉｔのメモリ１３を持っており、筐体７１に取り付けられた接触センサ１のそれぞれのメモリ１３には、最初の８ｂｉｔに”＆Ｈ０１”が、続く８ｂｉｔには図中で左上→右上→右下→左下の順で、”＆Ｈ００〜＆Ｈ０Ｂ”のシリアル番号が書き込まれている。また、筐体７２に取り付けられた接触センサ１のそれぞれのメモリ１３には、最初の８ｂｉｔに”＆Ｈ０２”が、続く８ｂｉｔには図中で左上→右上→右下→左下の順で、”＆Ｈ００〜＆Ｈ０Ｂ”のシリアル番号が書き込まれている。
【００４２】
上記構成からなるロボットにおいて、筐体７１、筐体７２に外部から接触があると、外力が加わった接触センサ１のＳＷ１がＯＮし、図１に示した電源端子Ｖｄｄと入力端子Ｓｎｓ１が接続される。これにより、データ送信回路１４はメモリ１３に格納されているデータを読み出して、このデータに基づいてＦＥＴ１５を駆動する。かかる動作による接触センサ１のＱの変動は、アンテナ２１のインダクタンスの変化として台座７４に設けられているデータ処理装置２２に伝達される。データ処理装置２２は、アンテナ２１のインダクタンスの変化を読み取ることにより、どの接触センサからのデータであるかを認識し、接触を検知した接触センサの情報を台座７３に設けられている筐体制御用の制御装置７４へ出力する。制御装置７４は、データ処理装置２２から受信したデータに基づいて、その時点で最適と思われるシーケンスによりロボットアームを緊急停止する。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の接触センサによれば、電磁界エネルギーをセンサ駆動用の電力として供給するためのコイルとコンデンサなどから構成される共振回路、またはアンテナを接続するとともに、少なくともひとつの入力端子を設け、この端子に入力があった際に始めてデータを送信するようにする。これにより、外部から接触があった時のみデータを送出するので、伝送路のトラフィックを低減することができる。また、無線によって接触があったことを伝達することができるため、従来問題になっていたケーブルの屈曲の繰り返しによる断線、絶縁被覆と線材の摺動によるノイズの発生、ケーブルとセンサの電気的接続の劣化、センサ交換の際の手間がかかる等といった様々な問題を解消することができる。
【００４４】
また、本発明の接触センサによれば、記憶手段から読み出したデータに基づいて、抵抗器を前記共振回路に接続、非接続状態とすることにより、共振回路のインピーダンスを変化させる。このように、本発明では、抵抗を接続、非接続状態とすることによって簡単にインピーダンスを変化させるので、複雑な装置などを必要としない。この結果、コスト低減を図ることができるという効果が得られる。
【００４５】
また、本発明の接触センサによれば、外部から加えられている力に応じて第１のスイッチング素子が接続する入力端子の組み合わせを変更する。そして、データ出力手段は、その接続状態に応じて、送信するデータを変更できるようにするので、接触センサからより詳細な接触の情報を送ることができ、高精度な接触検出を行うことが可能となるという効果が得られる。
【００４６】
また、本発明の接触検出装置によれば、分散して配置されたセンサ群に沿って、平行２線路や同軸ケーブルといった、基本的に２本の導体からなる伝送路を配置し、平行２線路からの漏洩電事界または同軸ケーブルに並列に接続された小型のアンテナ群から、電磁界としてセンサ群の駆動に必要な電力を供給すると同時に、この伝送路をセンサからのデジタル信号を伝達する伝送路として兼用する。
これにより、従来必要とされていた膨大な配線を置き換えることが可能である。
これにより、ケーブルの屈曲の繰り返しによる断線、絶縁被覆と線材の摺動によるノイズの発生、ケーブルとセンサの電気的接続の劣化、センサ交換の際の手間がかかる等といった様々な問題を解消することができる。
【００４７】
また、本発明の接触検出装置によれば、接触センサ群の各接触センサは、その記憶手段に、接触センサ固有のデータが格納され、データ出力手段は、第１のスイッチング手段の状態に応じて、データを読み出して出力しするため、接触センサ群のいずれかの接触センサからデータを受信した場合に、どの接触センサからのデータであるかを瞬時に識別することができるという効果が得られる。
【００４８】
また、本発明の接触検出装置によれば、複数の接触センサから同時にデータが送信された場合でも、次回のデータ送信のタイミングにおいて、どの接触センサからの送信データであるかを認識することが可能であるので、検出精度が高い接触検出装置を実現することができる。
【００４９】
また、本発明のロボットによれば、無線によって接触を検出することができるので、複雑な配線を必要とせず、従来問題になっていたケーブルの屈曲の繰り返しによる断線、絶縁被覆と線材の摺動によるノイズの発生、ケーブルとセンサの電気的接続の劣化、センサ交換の際の手間がかかる等といった様々な問題を解消することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の接触センサの構成を示すブロック図である。
【図２】 同実施形態における接触センサの外観図である。
【図３】 本発明の接触検出装置のリーダーの形態を示す図である。
【図４】 本発明の接触検出装置におけるリーダーのアンテナ構成の一例を示す図である。
【図５】 本発明の接触検出装置におけるリーダーのアンテナ構成の一例を示す図である。
【図６】 図５に示したアンテナの断面図である。
【図７】 本発明の接触検出装置において、各接触センサのメモリに格納されているデータの一例を示した図である。
【図８】 本発明の接触検出装置において、同時に複数の接触センサからデータが送信された場合、データ処理装置によって受信された信号波形を示す図である。
【図９】 本発明の接触検出装置を取り付けたロボットの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 接触センサ
２ リーダー（読取装置）
１１ 半導体チップ
１２ 電源回路（電力生成手段）
１３ メモリ（記憶手段）
１４ データ送信回路（データ出力手段）
１５ ＦＥＴ（第２のスイッチング素子）
１６ 負荷抵抗（抵抗器）
２１ アンテナ
２２ データ処理装置（データ処理手段）
３０ 触覚部
３１ 同軸ケーブル
４１ ループアンテナ
４２ Ｔ型分岐
７１、７２ 筐体
７３ 台座
７４ コントローラ
Ｖｄｄ 電源端子
Ｓｎｓ１ 入力端子
ＳＷ１ スイッチ（第1のスイッチング素子）
Ｃ１ コンデンサ
Ｌ１ コイル
Claims (8)
- 電磁界エネルギーをセンサ駆動用の電力として供給するための共振回路と、
前記共振回路の誘導起電力から電力を生成する電力生成手段と、
前記電力生成手段に接続され、外部から規定以上の力が加わった場合に、オンする第１のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子がオンされた場合に、電磁界の変化によって接触を通知する接触通知手段と、
センサ固有のデータが格納されている記憶手段と、
を具備し、
前記接触通知手段は、
前記第１のスイッチング素子がオンされた場合に、前記記憶手段から前記データを読み出し、前記読み出したデータに基づく信号を出力するデータ出力手段と、
前記データ出力手段から出力される信号に基づいて駆動される第２のスイッチング素子と、
前記共振回路に並列に設けられ、前記第２のスイッチング素子によって、前記共振回路に接続、非接続状態となる抵抗器と、
を具備することを特徴とする接触センサ。 - 前記第１のスイッチング素子が、オン時に接続する端子を複数有し、
前記第１のスイッチング素子は、外部から加えられる力に応じて接続先の前記端子を変更し、
前記記憶手段には、前記第１のスイッチング素子の接続状態に応じてそれぞれのデータが格納され、
前記データ出力手段は、現時点での前記第１のスイッチング手段の接続状態に応じて該当するデータを前記記憶手段から読み出して、出力することを特徴とする請求項１に記載の接触センサ。 - 請求項１または請求項２に記載の接触センサが分散されて配置されている接触センサ群と、各前記接触センサ群に対して電磁界エネルギーを供給するとともに、前記接触センサ群からの信号を受信して読み取る読取装置とからなる接触検出装置において、
前記読取装置は、
前記接触センサ群を構成する前記接触センサの前記共振回路の共振周波数である電磁界を出力するアンテナと、
前記アンテナのインピーダンスの変化から、各前記接触センサから送信されたデータを読み取るデータ処理手段と、
を具備することを特徴とする接触検出装置。 - 前記読取装置のアンテナは、
同軸ケーブルに接続された複数の小型ループアンテナからなり、該小型ループアンテナは、それぞれの前記接触センサに対し、該接触センサが駆動するのに適した電磁界を供給できる位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の接触検出装置。 - 前記読取装置のアンテナは、
全ての前記接触センサに沿って配置され、各前記接触センサに非接触で設けられた平行２線路のアンテナであり、漏洩磁界によって、前記接触センサに対して均等な電磁界を供給することを特徴とする請求項３に記載の接触検出装置。 - 前記接触センサ群の各接触センサにおいて、
前記記憶手段には、該接触センサ固有のデータが格納され、
前記データ出力手段は、前記第１のスイッチング手段の状態に応じて、前記データを読み出して出力し、
前記読取装置の前記データ処理手段は、前記接触センサ群を構成するそれぞれの接触センサに対応する固有のデータを保持しており、前記接触センサからデータを受信した場合に、受信したデータと前記保持しているデータとを比較して、データ送信先の接触センサを特定する
ことを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれかの項に記載の接触検出装置。 - 前記接触センサ群の各接触センサにおいて、前記データ出力手段は、予め設定されている当該接触センサ固有の期間毎に、前記第１のスイッチング素子の状態に応じたデータを前記記憶手段から読み出して出力することを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかの項に記載の接触検出装置。
- 請求項３〜請求項７のいずれかの項に記載の接触検出装置が取り付けられたロボットにおいて、
前記接触検出装置からの信号に基づいて前記ロボットの各部を制御することを特徴とするロボット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000334981A JP4570760B2 (ja) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | 接触センサ及び接触検出装置並びに接触検出装置が取り付けられたロボット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000334981A JP4570760B2 (ja) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | 接触センサ及び接触検出装置並びに接触検出装置が取り付けられたロボット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002139302A JP2002139302A (ja) | 2002-05-17 |
| JP4570760B2 true JP4570760B2 (ja) | 2010-10-27 |
Family
ID=18810802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000334981A Expired - Fee Related JP4570760B2 (ja) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | 接触センサ及び接触検出装置並びに接触検出装置が取り付けられたロボット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4570760B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4245871B2 (ja) * | 2002-08-27 | 2009-04-02 | セコム株式会社 | 食事支援装置 |
| JP2005315653A (ja) * | 2004-04-27 | 2005-11-10 | Nippon Signal Co Ltd:The | 実装状態検査装置 |
| JP4355711B2 (ja) | 2006-04-20 | 2009-11-04 | フェリカネットワークス株式会社 | 情報処理端末，ｉｃカード，携帯型通信装置，無線通信方法，およびプログラム |
| CN100449270C (zh) * | 2007-02-08 | 2009-01-07 | 上海交通大学 | 多节点树形结构人工触须接近觉传感单元 |
| JP2009034749A (ja) * | 2007-07-31 | 2009-02-19 | Denso Wave Inc | ロボット制御装置 |
| GB2578791B (en) * | 2018-11-09 | 2022-08-17 | Cmr Surgical Ltd | Haptic control of a surgeon console |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05160623A (ja) * | 1991-10-18 | 1993-06-25 | Hino Motors Ltd | タイヤ空気圧警報装置 |
| JPH11245190A (ja) * | 1998-03-04 | 1999-09-14 | Japan Science & Technology Corp | 触覚センサ及び触感検知システム |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6181396U (ja) * | 1984-11-01 | 1986-05-30 | ||
| JPH02276308A (ja) * | 1989-01-10 | 1990-11-13 | Omron Corp | マイクロ波近接スイッチ |
| JPH03208545A (ja) * | 1990-01-08 | 1991-09-11 | Daishowa Seiki Co Ltd | 工作機械用監視装置 |
| JPH0587666A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-04-06 | Bridgestone Corp | 圧力センサの動作状態検査装置及び圧力センサの動作状態検査方法 |
| JPH06201311A (ja) * | 1992-12-28 | 1994-07-19 | Metro-Le:Kk | 位置検出センサの電力伝達装置 |
| JP2606908Y2 (ja) * | 1993-01-22 | 2001-02-19 | 神鋼電機株式会社 | ロボット把持機構の動作確認回路 |
| JPH0946205A (ja) * | 1995-05-25 | 1997-02-14 | Omron Corp | 物体検知装置及び人体センサ |
| JPH08340287A (ja) * | 1995-06-13 | 1996-12-24 | Nippon Avionics Co Ltd | 非接触識別コード読取装置 |
| JP2000209024A (ja) * | 1999-01-11 | 2000-07-28 | Yokowo Co Ltd | 同軸給電型アレ―アンテナ |
-
2000
- 2000-11-01 JP JP2000334981A patent/JP4570760B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05160623A (ja) * | 1991-10-18 | 1993-06-25 | Hino Motors Ltd | タイヤ空気圧警報装置 |
| JPH11245190A (ja) * | 1998-03-04 | 1999-09-14 | Japan Science & Technology Corp | 触覚センサ及び触感検知システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002139302A (ja) | 2002-05-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6573707B2 (en) | Displacement detecting device power supply and data communication device | |
| US5801661A (en) | Antenna switching circuit suitable for a radio-frequency apparatus with a built-in antenna | |
| WO2016117004A1 (ja) | 位置指示器 | |
| JP5155192B2 (ja) | 双方向直流絶縁送信チャネル | |
| KR100306306B1 (ko) | 정보통신장치 | |
| US5585617A (en) | Non-contact IC card communicating at multiple frequencies | |
| JPS63280393A (ja) | カード状のデータ担体内にエネルギ及び情報を伝送しかつ貯蔵する装置 | |
| US8843095B2 (en) | Electronic circuit system, electronic circuit device, and wireless communication device in which antennas are selected to be paired for wireless communication and the selected antennas are connected to the electronic circuits | |
| CN104917300B (zh) | 基于阻抗耦合/调制用mrc的低廉无线(电阻)传感器 | |
| US6813316B2 (en) | Array for the transmission of electrical energy or signals | |
| JP4570760B2 (ja) | 接触センサ及び接触検出装置並びに接触検出装置が取り付けられたロボット | |
| WO2013164265A1 (en) | Transmission of signals through a non-contact interface | |
| KR20000048748A (ko) | 모듈 방식 주변 장치용 에너지 및 데이터 무선 전송 장치 | |
| JP6487782B2 (ja) | 位置指示器における構成タイプの設定方法 | |
| JP2013014056A (ja) | 信号伝送装置及びプリンター | |
| CN101167252B (zh) | 提供外部开关功能的集成电路 | |
| EP0749883B1 (en) | A control system for railroad track switches | |
| CN102478850B (zh) | 用于过程现场设备的通信系统 | |
| US11233583B2 (en) | Human body communication device having single electrode | |
| CN111294267B (zh) | 基于4-20mA电流环路的多机数据通信系统 | |
| KR102457736B1 (ko) | 무선 안테나 모듈 및 무선 시스템 | |
| CA2487560C (en) | Controlling and/or monitoring device using at least a transmission controller | |
| JP2000306054A (ja) | 非接触識別データ通信用スキャナ | |
| US20050012476A1 (en) | Motor controller | |
| JP4134709B2 (ja) | スイッチ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071004 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090901 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100309 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100430 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100601 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100712 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100803 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100811 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130820 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4570760 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |