JP6325289B2 - Sheet sensor system and sheet sensor - Google Patents

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Description

本発明は、検出対象物の表面に作用する荷重を検出するシートセンサシステムに関し、特に、検出対象物の表面の各部において、当該表面に沿った方向に作用するせん断荷重の分布状態を検出可能なシートセンサシステム、当該シートセンサシステムに用いるシートセンサに関する。   The present invention relates to a sheet sensor system for detecting a load acting on the surface of a detection target, and in particular, in each part of the surface of the detection target, it is possible to detect a distribution state of a shear load acting in a direction along the surface. The present invention relates to a sheet sensor system and a sheet sensor used for the sheet sensor system.

例えば、生産現場では、作業効率、安全性向上のために、ロボットハンドによる作業の自動化が期待されている。ロボットの表面は金属または硬質な樹脂で覆われているので、人間と接触すると危害を加える可能性がある。したがって、ロボット表面に柔軟で且つ荷重を測定できるセンサを配置することが望まれる。   For example, in a production site, automation of work by a robot hand is expected to improve work efficiency and safety. Since the surface of the robot is covered with metal or hard resin, there is a possibility of harm when it comes in contact with humans. Therefore, it is desired to arrange a sensor that can measure the load flexibly on the robot surface.

現在開発されている柔軟なセンサとして、画像処理を用いて接触状態を測定するセンサが挙げられるが、情報量が多い、小型化が難しいという問題がある。また、感圧導電性ゴムを用いたセンサでは、垂直荷重のみ測定可能であり、せん断荷重等を測定できない。このような問題を解消するために、本発明者等は、特許文献1、2において、垂直荷重およびせん断荷重を測定可能な柔軟型三軸荷重測定センサ、四軸荷重測定センサを提案している。   As a flexible sensor currently being developed, there is a sensor that measures a contact state by using image processing. However, there is a problem that the amount of information is large and downsizing is difficult. In addition, a sensor using pressure-sensitive conductive rubber can measure only a vertical load and cannot measure a shear load or the like. In order to solve such a problem, the present inventors have proposed a flexible triaxial load measuring sensor and a four-axis load measuring sensor capable of measuring a vertical load and a shear load in Patent Documents 1 and 2. .

特開2013−79831号公報JP 2013-79831 A 特開2013−210368号公報JP 2013-210368 A

ここで、特許文献1、2において提案しているセンサを用いて、例えば自動車のシート、ベッド等の大面積の表面に作用する垂直荷重、せん断荷重の分布を測定するためのセンサシステムを構築するために、特許文献1、2において提案しているセンサを用いることが考えられる。この場合には、多数個のセンサを所定のピッチで検出対象物の表面に配列する必要がある。この構成のセンサシステムは、多数個のセンサを必要とするので、コストが高い、配線数が増加するなどの問題点がある。また、センサの配列密度によって荷重の検出分解能が制約を受けるので、検出分解能を高めることが困難であるという問題もある。   Here, using the sensors proposed in Patent Documents 1 and 2, a sensor system for measuring the distribution of vertical load and shear load acting on the surface of a large area such as a car seat or a bed is constructed. Therefore, it is conceivable to use the sensor proposed in Patent Documents 1 and 2. In this case, it is necessary to arrange a large number of sensors on the surface of the detection object at a predetermined pitch. Since the sensor system having this configuration requires a large number of sensors, there are problems such as high cost and an increase in the number of wires. Further, since the load detection resolution is restricted by the sensor arrangement density, there is a problem that it is difficult to increase the detection resolution.

本発明の課題は、このような点に鑑みて、大面積の表面に作用するせん断荷重を測定可能な廉価で、配線数が少なくて済むシートセンサシステム、および当該シートセンサシステムに用いるシートセンサを提供することにある。   In view of such a point, the object of the present invention is to provide an inexpensive sheet sensor system capable of measuring a shear load acting on a large area surface and requiring a small number of wires, and a sheet sensor used in the sheet sensor system. It is to provide.

また、本発明の課題は、上記の課題に加えて、荷重分解能を向上可能なシートセンサシステム、および当該シートセンサシステムに用いるシートセンサを提供することにある。   Moreover, the subject of this invention is providing the sheet | seat sensor used for the sheet | seat sensor system which can improve load resolution, and the said sheet | seat sensor system in addition to said subject.

上記の課題を解決するために、本発明のシートセンサシステムは、
予め定めたセンサ受圧面を包含する範囲に配置された感圧導電性材料からなる感圧シートと、
前記感圧シートの一方の側において、前記センサ受圧面を包含する範囲に配置した共通
電極と、
前記感圧シートを挟み、前記共通電極に対向配置されている複数の個別電極と、
前記共通電極と前記個別電極のそれぞれとの間に生ずる電圧変化量に基づき、前記センサ受圧面の各部に作用する荷重を算出する演算部と、
を有し、
前記センサ受圧面は複数の検出区画に分割され、
前記センサ受圧面に沿った一つの方向をx方向とすると、前記検出区画のそれぞれには、x方向に沿って複数の個別電極が配列され、
前記演算部は、前記共通電極と各検出区画の複数の前記個別電極のそれぞれとの間の電圧変化量に基づき、各検出区画に作用するx方向のせん断荷重の大きさを算出することを特徴としている。
In order to solve the above-described problems, the sheet sensor system of the present invention includes:
A pressure-sensitive sheet made of a pressure-sensitive conductive material arranged in a range including a predetermined sensor pressure-receiving surface;
On one side of the pressure sensitive sheet, a common electrode arranged in a range including the sensor pressure receiving surface,
A plurality of individual electrodes sandwiched between the pressure sensitive sheets and disposed opposite to the common electrode,
An arithmetic unit that calculates a load acting on each part of the sensor pressure-receiving surface based on a voltage change amount generated between each of the common electrode and the individual electrode;
Have
The sensor pressure-receiving surface is divided into a plurality of detection sections,
When one direction along the sensor pressure-receiving surface is an x direction, a plurality of individual electrodes are arranged along the x direction in each of the detection sections,
The calculation unit calculates a magnitude of a shear load in the x direction acting on each detection section based on a voltage change amount between the common electrode and each of the plurality of individual electrodes of each detection section. It is said.

本発明のシートセンサシステムでは、共通電極と、個別電極のそれぞれとの間の電圧変化量から算出した各検出区画に生ずる電圧変化量に基づき、各検出区画においてx方向に作用するせん断荷重を検出できる。また、演算部は、共通電極と個別電極のそれぞれとの間の電圧変化量に基づき、各検出区画に作用する垂直荷重、個別電極のそれぞれの部位に作用する垂直荷重を算出できることは勿論である。   In the sheet sensor system of the present invention, the shear load acting in the x direction is detected in each detection section based on the voltage change amount generated in each detection section calculated from the voltage change amount between the common electrode and each individual electrode. it can. In addition, the calculation unit can calculate the vertical load acting on each detection section and the vertical load acting on each part of the individual electrode based on the amount of voltage change between the common electrode and the individual electrode. .

本発明によれば、多数個の独立したセンサを検出対象の表面に配列する場合に比べて、センサ部分をコンパクトに構成でき、配線数も少なくて済む。また、個々のセンサの配列密度ではなく、検出区画の配列密度によって検出分解能が規定されるので、多数個の独立したセンサを配列する場合に比べて、検出分解能を高めることが容易である。   According to the present invention, the sensor portion can be configured more compactly and the number of wirings can be reduced as compared with the case where a large number of independent sensors are arranged on the surface of the detection target. Further, since the detection resolution is defined not by the arrangement density of the individual sensors but by the arrangement density of the detection sections, it is easy to increase the detection resolution as compared with the case where a large number of independent sensors are arranged.

本発明において、センサ受圧面に作用する任意の方向のせん断荷重を検出するためには、各検出区画に、x方向に直交する方向に配列した少なくとも2つの個別電極が備わっていればよい。   In the present invention, in order to detect a shear load in an arbitrary direction acting on the sensor pressure-receiving surface, it is only necessary that each detection section has at least two individual electrodes arranged in a direction orthogonal to the x direction.

この場合における本発明のシートセンサシステムは、上記構成に加えて、x方向に直交する前記センサ受圧面に沿った方向をy方向とすると、前記検出区画のそれぞれには、x方向およびy方向のそれぞれに沿って複数の前記個別電極が配列され、前記演算部は、前記共通電極と各検出区画の複数の前記個別電極のそれぞれとの間の電圧変化量から算出した各検出区画に生ずる電圧変化量に基づき、各検出区画に作用する前記センサ受圧面に沿った任意方向のせん断荷重Ptの大きさ、及び方向を算出するように構成すればよい。   In this case, in the sheet sensor system of the present invention, in addition to the above configuration, if the direction along the sensor pressure-receiving surface orthogonal to the x direction is the y direction, each of the detection sections has an x direction and a y direction. A plurality of the individual electrodes are arranged along each of them, and the calculation unit generates a voltage change generated in each detection section calculated from a voltage change amount between the common electrode and each of the plurality of individual electrodes of each detection section. The magnitude and direction of the shear load Pt in any direction along the sensor pressure receiving surface acting on each detection section may be calculated based on the amount.

ここで、本発明では、上記構成に加えて、荷重検出の分割能を高めるために、次のように構成されている。すなわち、前記検出区画は、隣り合う一対の前記検出区画を、第1検出区画および第2検出区画とすると、前記第1検出区画に属するx方向に沿って配列されている前記個別電極の少なくとも一つが、前記第2検出区画に属するx方向に沿って配列されている前記個別電極に含まれるように、前記センサ受圧面が複数の前記検出区画に分割されている。 Here, in addition to the above-described configuration , the present invention is configured as follows in order to increase the load dividing ability . That is, the detection section has at least one of the individual electrodes arranged along the x direction belonging to the first detection section, where a pair of adjacent detection sections is a first detection section and a second detection section. The sensor pressure-receiving surface is divided into a plurality of detection sections so as to be included in the individual electrodes arranged along the x direction belonging to the second detection section.

上記構成に加えて、y方向においても、前記第1検出区画に属するy方向に沿って配列されている前記個別電極の少なくとも一つが、前記第2検出区画に属するy方向に沿って配列されている前記個別電極に含まれるように、前記センサ受圧面が複数の前記検出区画に分割されていることが望ましい。   In addition to the configuration described above, also in the y direction, at least one of the individual electrodes arranged along the y direction belonging to the first detection section is arranged along the y direction belonging to the second detection section. Preferably, the sensor pressure-receiving surface is divided into a plurality of the detection sections so as to be included in the individual electrodes.

本発明における典型的な構成では、前記個別電極はx方向およびy方向のそれぞれに所定のピッチで格子状に配列され、前記検出区画のそれぞれに4個の前記個別電極が含まれるようにされる。   In a typical configuration of the present invention, the individual electrodes are arranged in a lattice pattern at a predetermined pitch in each of the x direction and the y direction, and each of the detection sections includes four individual electrodes. .

本発明のシートセンサシステムにおいて、前記共通電極を覆う状態に積層した弾性シート、あるいは、前記感圧シートおよび前記個別電極を覆う状態に積層した弾性シートを有し、前記弾性シートのシート表面によって前記センサ受圧面を規定してもよい。   In the sheet sensor system of the present invention, the sheet sensor system includes an elastic sheet laminated in a state of covering the common electrode, or an elastic sheet laminated in a state of covering the pressure-sensitive sheet and the individual electrode, and the sheet surface of the elastic sheet A sensor pressure receiving surface may be defined.

なお、本発明のシートセンサシステムにおいては、各検出区画に加わる任意荷重Pのx、y方向および、これらに直交するz方向の成分をPx、Py、Pzとすると、前記演算部は、
各検出区画に作用する垂直荷重Pn(=Pz)を、次の式で示すように、当該検出区画に属する4つの前記個別電極の電圧変化量dV〜dVの総和に基づき算出し、
各検出区画に作用するせん断荷重Ptを、次の式で示すように、各検出区画に属する4つの前記個別電極の電圧変化量ΔVに基づき算出し、
各検出区画に作用する前記せん断荷重Ptの方向を、x方向から反時計回りの角度φで表すと、
により算出することができる。
In the sheet sensor system of the present invention, assuming that the components in the x and y directions of the arbitrary load P applied to each detection section and the z direction orthogonal thereto are Px, Py, and Pz,
The vertical load Pn (= Pz) acting on each detection zone, as shown in the following formula, calculated based on the sum of the voltage change amount dV 1 ~dV 4 of the four said individual electrodes belonging to the detection zone,
The shear load Pt acting on each detection section is calculated based on the voltage change amount ΔV of the four individual electrodes belonging to each detection section, as shown by the following equation:
When the direction of the shear load Pt acting on each detection section is represented by an angle φ counterclockwise from the x direction,
Can be calculated.

一方、本発明は、上記構成のシートセンサシステムに用いるシートセンサであって、
予め定めたセンサ受圧面を包含する範囲に配置された感圧導電性材料からなる感圧シートと、
前記感圧シートの一方の側において、前記センサ受圧面を包含する範囲に配置した共通電極と、
前記感圧シートを挟み、前記共通電極に対向配置されている複数の個別電極と、
を有し、
前記センサ受圧面は複数の検出区画に分割され、
前記センサ受圧面に沿った直交する二つの方向をx方向およびy方向とすると、前記検出区画のそれぞれには、x方向およびy方向のそれぞれに沿って、複数の前記個別電極が配列されていることを特徴としている。
On the other hand, the present invention is a sheet sensor used in the sheet sensor system having the above-described configuration,
A pressure-sensitive sheet made of a pressure-sensitive conductive material arranged in a range including a predetermined sensor pressure-receiving surface;
On one side of the pressure sensitive sheet, a common electrode arranged in a range including the sensor pressure receiving surface,
A plurality of individual electrodes sandwiched between the pressure sensitive sheets and disposed opposite to the common electrode,
Have
The sensor pressure-receiving surface is divided into a plurality of detection sections,
When two orthogonal directions along the sensor pressure-receiving surface are defined as an x direction and a y direction, a plurality of the individual electrodes are arranged along the x direction and the y direction in each of the detection sections. It is characterized by that.

(a)は本発明を適用したシートセンサシステムの概略構成図であり、(b)はそのシートセンサの断面構成を示す模式図である。(A) is a schematic block diagram of the sheet | seat sensor system to which this invention is applied, (b) is a schematic diagram which shows the cross-sectional structure of the sheet | seat sensor. シートセンサのセンサ受圧面に設定した検出区画を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the detection division set to the sensor pressure-receiving surface of a sheet sensor. (a)はシートセンサの1つの検出区画を示す説明図であり、(b)はその等価回路を示す回路図である。(A) is explanatory drawing which shows one detection division of a sheet sensor, (b) is a circuit diagram which shows the equivalent circuit. (a)〜(c)は荷重測定原理を説明するための模式図である。(A)-(c) is a schematic diagram for demonstrating a load measurement principle. (a)および(b)は荷重測定手順を示す説明図である。(A) And (b) is explanatory drawing which shows a load measurement procedure. (a)は実験装置の一例を示す模式図であり、(b)は荷重印加位置を示す説明図である。(A) is a schematic diagram which shows an example of an experimental apparatus, (b) is explanatory drawing which shows a load application position. 測定されたせん断荷重ベクトルの分布状態および垂直荷重の分布状態を示す画面表示例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a screen display which shows the distribution state of the measured shear load vector, and the distribution state of a perpendicular load. (a)は実験により得られた各ゾーンに生ずる電圧変化量とせん断荷重の関係を示す図表であり、(b)は実験により得られた電圧変化とせん断荷重の関係を示す図表であり、(c)は各ゾーンの位置を示す説明図である。(A) is a chart showing the relationship between the voltage change amount generated in each zone and the shear load obtained by the experiment, (b) is a chart showing the relationship between the voltage change and the shear load obtained by the experiment, c) is an explanatory diagram showing the position of each zone. 個別電極の配列パターンの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the arrangement pattern of an individual electrode.

以下に、図面を参照して、本発明を適用したシートセンサシステムおよびシートセンサの実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of a sheet sensor system and a sheet sensor to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.

(全体構成)
図1(a)は本実施の形態に係るシートセンサシステムを示す概略構成図であり、図1(b)はそのシートセンサの断面構成を示す模式図である。図1(a)に示すように、シートセンサシステム1は、シートセンサ2、シートセンサ2に電力を供給する安定化電源3、シートセンサ2の出力電圧を検出する電圧検出器4、および、電圧検出器4による電圧検出値に基づき演算処理を行って、シートセンサ2のセンサ受圧面20の各部に作用する荷重を算出するコンピューターを中心に構成されるコントローラー5を備えている。
(overall structure)
FIG. 1A is a schematic configuration diagram illustrating a sheet sensor system according to the present embodiment, and FIG. 1B is a schematic diagram illustrating a cross-sectional configuration of the sheet sensor. As shown in FIG. 1A, a sheet sensor system 1 includes a sheet sensor 2, a stabilized power supply 3 that supplies power to the sheet sensor 2, a voltage detector 4 that detects an output voltage of the sheet sensor 2, and a voltage. A controller 5 is provided that is configured mainly by a computer that performs a calculation process based on a voltage detection value by the detector 4 and calculates a load acting on each part of the sensor pressure-receiving surface 20 of the sheet sensor 2.

図1(a)、(b)に示すように、シートセンサ2は、下側電極基板21の上側表面に形成した共通電極22と、上側電極基板23の下側表面に形成した多数個の個別電極24との間に、感圧導電性材料からなる一定厚さの感圧シート25が挟まれた構成となっている。上側電極基板23の上側表面には、弾性材料からなる表面プレート26が積層されている。この表面プレート26の上側表面がセンサ受圧面20である。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the sheet sensor 2 includes a common electrode 22 formed on the upper surface of the lower electrode substrate 21 and a large number of individual electrodes formed on the lower surface of the upper electrode substrate 23. A pressure sensitive sheet 25 made of a pressure sensitive conductive material and having a certain thickness is sandwiched between the electrodes 24. A surface plate 26 made of an elastic material is laminated on the upper surface of the upper electrode substrate 23. The upper surface of the surface plate 26 is the sensor pressure receiving surface 20.

下側電極基板21に形成されている共通電極22は、センサ受圧面20を包含する範囲に亘って形成されている。本例の共通電極22は、図1(a)に示すように、太線枠で示す矩形輪郭のセンサ受圧面20を包含する大きさの太い破線枠で示す矩形輪郭の電極層である。これに対して、個別電極24のそれぞれは同一の大きさの正方形輪郭の電極である。個別電極24は、図1(a)に示すように、縦横に同一の間隔pで格子状に配列されており、個々の個別電極24は電気的に相互に分離している。   The common electrode 22 formed on the lower electrode substrate 21 is formed over a range including the sensor pressure receiving surface 20. As shown in FIG. 1A, the common electrode 22 in this example is an electrode layer having a rectangular outline indicated by a thick broken line frame including a sensor pressure-receiving surface 20 having a rectangular outline indicated by a thick line frame. On the other hand, each of the individual electrodes 24 is a square outline electrode having the same size. As shown in FIG. 1A, the individual electrodes 24 are arranged in a grid pattern at the same interval p in the vertical and horizontal directions, and the individual electrodes 24 are electrically separated from each other.

図において、センサ受圧面20に対応する矩形領域に、36個の正方形の個別電極24が6行6列の格子を形成する状態に配列されている。センサ受圧面20の形状は矩形に限定されるものではなく、多角形、円形等の任意の形状にすることができる。同様に、個別電極24の形状は矩形に限定されるものではなく、多角形、円形、線状などの各種の形状とすることができる。また、個別電極24の配列個数も36個に限定されるものではないことは勿論である。   In the figure, 36 square individual electrodes 24 are arranged in a rectangular area corresponding to the sensor pressure-receiving surface 20 so as to form a 6-row 6-column grid. The shape of the sensor pressure-receiving surface 20 is not limited to a rectangle, and can be an arbitrary shape such as a polygon or a circle. Similarly, the shape of the individual electrode 24 is not limited to a rectangle, and may be various shapes such as a polygon, a circle, and a line. Needless to say, the number of individual electrodes 24 arranged is not limited to 36.

感圧シート25を形成している感圧導電性材料には、例えば、グラッシーカーボン(以下、「GC」と呼ぶ。)およびGCに気相成長炭素繊維(以下「VGCF」と呼ぶ。)を添加した複合材料GC/VGCFを用いることができる。GC/VGCFは、グラッシーカーボンと同様に、高温で使用可能な導電性材料として有効である。また、GCおよびGC/VGCFは、導電性複合材料であるので、電圧を印加しながら荷重を加えると、その電気抵抗値が変化する。例えば、GCにVGCFを質量比で12wt%添加したGC/20wt%VGCFを用いることができる。また、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、エンジニ
アリングプラスチック等の任意の樹脂をマトリクス材(母材)とし、表1に示すフィラー材を添加した複合材料を使用することができる。なお、複合材料中に添加される形状としては、フレーク状、粉末状、繊維状などが適用可能である。
For example, glassy carbon (hereinafter referred to as “GC”) and vapor-grown carbon fiber (hereinafter referred to as “VGCF”) are added to the GC in the pressure-sensitive conductive material forming the pressure-sensitive sheet 25. The composite material GC / VGCF can be used. GC / VGCF is effective as a conductive material that can be used at high temperatures, similar to glassy carbon. Further, since GC and GC / VGCF are conductive composite materials, their electric resistance values change when a load is applied while applying a voltage. For example, GC / 20 wt% VGCF in which VGCF is added to GC by 12 wt% by mass ratio can be used. In addition, a composite material in which an arbitrary resin such as a thermosetting resin, a thermoplastic resin, or an engineering plastic is used as a matrix material (base material) and a filler material shown in Table 1 is added can be used. In addition, flake shape, powder shape, fiber shape, etc. are applicable as a shape added in a composite material.

下側電極基板21、上側電極基板23には、フレキシブルフィルム、例えば、ポリエステル製のフレキシブルフィルムを用いることができる。また、個別電極24は、上側電極基板23にエッチング処理によって形成することができる。表面プレート26は例えばシリコーンゴムから形成することができる。これにより、柔軟な積層フィルム状のシートセンサ2が構成される。ここで、場合によっては、表面プレート26を省略することも可能である。また、平坦な表面にシートセンサ2を設置して検出を行う場合には、センサ受圧面2aとは反対側の電極基板としてガラスエポキシ製の剛性の基板を用いることも可能である。   For the lower electrode substrate 21 and the upper electrode substrate 23, a flexible film, for example, a flexible film made of polyester can be used. The individual electrode 24 can be formed on the upper electrode substrate 23 by etching. The surface plate 26 can be made of, for example, silicone rubber. Thereby, the flexible laminated film sheet sensor 2 is configured. Here, in some cases, the surface plate 26 may be omitted. When the sheet sensor 2 is installed on a flat surface for detection, a glass epoxy rigid substrate can be used as the electrode substrate opposite to the sensor pressure receiving surface 2a.

この構成のシートセンサ2には、共通電極22と個別電極24のそれぞれとの間に直流電圧を印加するための給電用の配線パターンが作り込まれている。給電用の配線パターンはセンサ端子部27から給電ライン28を介して安定化電源3に接続される。安定化電源3によって、感圧シート25を挟み対峙している共通電極22と個別電極24のそれぞれの間(対向電極間)に、一定の直流電圧が印加される。感圧シート25の各部の電気抵抗値は、センサ受圧面20から加えられる荷重によって変動する。   In the sheet sensor 2 having this configuration, a power supply wiring pattern for applying a DC voltage is formed between the common electrode 22 and the individual electrode 24. The power supply wiring pattern is connected to the stabilized power supply 3 from the sensor terminal portion 27 via the power supply line 28. The stabilized power source 3 applies a constant DC voltage between the common electrode 22 and the individual electrode 24 (between the counter electrodes) facing each other with the pressure-sensitive sheet 25 therebetween. The electric resistance value of each part of the pressure sensitive sheet 25 varies depending on the load applied from the sensor pressure receiving surface 20.

また、シートセンサ2には、荷重印加によって変動する共通電極22と個別電極24のそれぞれの間の電圧値を検出するための検出用の配線パターンが作り込まれている。検出用の配線パターンはセンサ端子部29から検出ライン30を介して電圧検出器4に接続される。電圧検出器4によって各対向電極間の電圧が検出される。コントローラー5では、演算部51において、各対向電極間の検出電圧値に基づき、センサ受圧面20に加わる任意荷重における垂直荷重成分の大きさ、センサ受圧面20に沿った方向のせん断荷重成分の大きさ及び方向を、以下に述べるように、4個の個別電極24を含む検出区画毎に算出する。   The sheet sensor 2 is provided with a detection wiring pattern for detecting a voltage value between the common electrode 22 and the individual electrode 24 that varies with load application. The detection wiring pattern is connected to the voltage detector 4 from the sensor terminal portion 29 via the detection line 30. The voltage detector 4 detects the voltage between the opposing electrodes. In the controller 5, the magnitude of the vertical load component in the arbitrary load applied to the sensor pressure receiving surface 20 and the magnitude of the shear load component in the direction along the sensor pressure receiving surface 20 in the calculation unit 51 based on the detected voltage value between the opposing electrodes. The length and direction are calculated for each detection section including the four individual electrodes 24 as described below.

図2は、シート受圧面20における荷重検出用の検出区画を示す説明図である。コントローラー5の演算部51では検出区画を単位として荷重検出を行う。本例では、縦横に隣り合って配置されている4個の個別電極24を一つの荷重検出単位としているので、概念的には、4個の個別電極24を含むように、センサ受圧面20を同一形状の25個の検出区画に分けている。すなわち、実線枠で示すように、センサ受圧面20は9個の検出区画20Aが形成されていると共に、破線枠で示すように、隣接する実線枠の検出区画に重なる状態に15個の検出区画20Bが形成されている。センサ受圧面20に任意荷重が加わった場合において、検出区画20(n)(n=1〜25)のそれぞれについて、4個の個別電極24からの検出電圧値に基づき、後述のように垂直荷重成分の大きさ、せん断荷重成分の大きさ及び方向を算出可能である。   FIG. 2 is an explanatory view showing a detection section for load detection on the sheet pressure receiving surface 20. The calculation unit 51 of the controller 5 performs load detection in units of detection sections. In this example, the four individual electrodes 24 arranged adjacent to each other in the vertical and horizontal directions are used as one load detection unit. Therefore, the sensor pressure receiving surface 20 is conceptually configured to include the four individual electrodes 24. It is divided into 25 detection sections of the same shape. That is, as shown by the solid line frame, the sensor pressure receiving surface 20 has nine detection sections 20A, and as shown by the broken line frame, 15 detection sections overlap with the detection sections of the adjacent solid line frame. 20B is formed. When an arbitrary load is applied to the sensor pressure-receiving surface 20, the vertical load is applied as described later based on the detected voltage values from the four individual electrodes 24 for each of the detection sections 20 (n) (n = 1 to 25). The size of the component, the size and direction of the shear load component can be calculated.

4個の個別電極を備えた独立のセンサを、同一のセンサ受圧面20に配置する場合には、図2において実線枠で示すように、3行3列の9個のセンサによって9か所の検出区画20Aにおいてのみ荷重検出が可能である。本例の場合には、実線枠および破線枠で示すように、同一のセンサ受圧面20上において、5行5列の25か所の検出区画20A、20Bにおいて荷重検出が可能になる。換言すると、同一個数の個別電極24を用いて、検出の分解能を高めることができる。   When an independent sensor having four individual electrodes is arranged on the same sensor pressure-receiving surface 20, as shown by a solid line frame in FIG. Load detection is possible only in the detection section 20A. In the case of this example, as shown by the solid line frame and the broken line frame, it is possible to detect the load in the five detection areas 20A and 20B of 5 rows and 5 columns on the same sensor pressure receiving surface 20. In other words, the detection resolution can be increased by using the same number of individual electrodes 24.

(荷重測定原理)
次に、図3、図4を参照して、各検出区画においての荷重測定の原理を説明する。図3(a)はシートセンサ2における一つの検出区画20(n)(n=1〜25)を取り出して示す説明図である。この図に示すように、検出区画20(n)において、受圧面に平行で相互に直交する方向をそれぞれx方向およびy方向とし、これらに直交する方向(センサ受圧面2aに直交する方向)をz方向とする。検出区画20(n)の中心からx方向の一方を正方向、同様に中心からy方向の一方を正方向とし、検出区画20(n)におけるx方向およびy方向の正方向をゾーン(zone)1と定義し、検出区画20(n)の中心をz方向に延びる中心軸線を中心として反時計回りに、ゾーン(zone)2、ゾーン(zone)3、ゾーン(zone)4と定義する。
(Load measurement principle)
Next, the principle of load measurement in each detection section will be described with reference to FIGS. FIG. 3A is an explanatory view showing one detection section 20 (n) (n = 1 to 25) in the sheet sensor 2. FIG. As shown in this figure, in the detection section 20 (n), directions that are parallel to the pressure receiving surface and orthogonal to each other are defined as an x direction and a y direction, respectively, and directions orthogonal to these directions (directions orthogonal to the sensor pressure receiving surface 2a). The z direction is assumed. One of the x direction from the center of the detection section 20 (n) is a positive direction, similarly, one of the y direction from the center is a positive direction, and the positive direction of the x direction and the y direction in the detection section 20 (n) is a zone. 1, and the center of the detection section 20 (n) is defined as a zone 2, a zone 3, and a zone 4 counterclockwise around the central axis extending in the z direction.

図3(b)は、シートセンサシステム1の検出区画20(n)を含む部分の等価回路を示す回路図である。Vは、安定化電源3の電圧であり、Rは分圧用の抵抗を示し、R〜Rは感圧シート25における個別電極24mのそれぞれに対応する部位における可変抵抗を示し、V〜Vは、共通電極22と4つの個別電極24m(m=1〜4)のそれぞれとの間の電位差を示す。各ゾーンmの電圧変化量をdVmとすると、dVm=V−Vmで表される。 FIG. 3B is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a portion including the detection section 20 (n) of the sheet sensor system 1. V 0 is the voltage of the stabilized power supply 3, R is a resistance for voltage division, R 1 to R 4 are variable resistances at portions corresponding to the individual electrodes 24 m in the pressure sensitive sheet 25, and V 1 ~V 4 shows the potential difference between the each of the common electrode 22 four individual electrodes 24m (m = 1~4). When the voltage change amount of each zone m is dVm, it is expressed as dVm = V 0 −Vm.

図4(a)は、検出区画20(n)に加えられる任意荷重Pと各ゾーン1〜4の電圧変化量の関係を示す模式図である。ゾーン1〜4に作用する荷重P〜Pはベクトル量として、電圧変化量dV〜dVを用いて次式で表される。
FIG. 4A is a schematic diagram showing a relationship between an arbitrary load P applied to the detection section 20 (n) and a voltage change amount in each of the zones 1 to 4. As shown in FIG. The loads P 1 to P 4 acting on the zones 1 to 4 are expressed by the following equations using voltage change amounts dV 1 to dV 4 as vector quantities.

また、任意荷重Pは各ゾーンmに加わる荷重P〜Pの総和であり、任意荷重Pは電圧の変化量dV〜dVを用いて、次のように表される。
The arbitrary load P is the sum of the loads P 1 to P 4 applied to each zone m, and the arbitrary load P is expressed as follows using the voltage change amounts dV 1 to dV 4 .

ここで、図4(b)に示すように、任意荷重Pはx、y、z方向の成分に分解でき、z方向の成分が垂直荷重に相当し、x、y方向の成分の合力がせん断荷重に相当する。x、y、z方向の成分を、それぞれPx、Py、Pzとすると、任意荷重Pは各成分Px、Py、Pzを用いて、次式で表される。
Here, as shown in FIG. 4B, the arbitrary load P can be decomposed into x, y and z direction components, the z direction component corresponds to the vertical load, and the resultant force of the x and y direction components is shear. Corresponds to load. If the components in the x, y, and z directions are Px, Py, and Pz, respectively, the arbitrary load P is expressed by the following equation using the components Px, Py, and Pz.

したがって、垂直荷重Pnは、次の式で示すように、各ゾーン1〜4の電圧変化量の総和に基づき算出できる。
Therefore, the vertical load Pn can be calculated based on the sum of the voltage change amounts of the zones 1 to 4 as shown by the following equation.

また、せん断荷重Ptは、次の式に示すように、任意荷重Pのx、y成分Px、Pyを
用いて表すことができ、成分Px、Pyは各ゾーン1〜4の電圧変化量dV〜dVを用いて表すことができる。よって、せん断荷重Ptは、各ゾーン1〜4の電圧変化量ΔVに基づき算出できる。
Further, the shear load Pt can be expressed by using x and y components Px and Py of an arbitrary load P as shown in the following formula, and the components Px and Py are voltage change amounts dV 1 of the zones 1 to 4. ~ DV 4 can be used. Therefore, the shear load Pt can be calculated based on the voltage change amount ΔV of each zone 1 to 4.

さらに、図4(c)に示すように、せん断荷重Ptの方向をx方向から反時計回りの角度φで表すと、次の式に示すように、成分PyとPxの比に基づき、せん断荷重Ptの方向φを求めることができる。なお、xy平面に対する任意荷重Pの作用方向は、任意荷重Pの垂直成分である垂直荷重Pnと水平成分であるせん断荷重Ptの比から同様に求めることができる。
Furthermore, as shown in FIG. 4C, when the direction of the shear load Pt is represented by an angle φ counterclockwise from the x direction, the shear load is based on the ratio of the components Py and Px as shown in the following equation. The direction φ of Pt can be obtained. The acting direction of the arbitrary load P with respect to the xy plane can be similarly obtained from the ratio of the vertical load Pn that is the vertical component of the arbitrary load P and the shear load Pt that is the horizontal component.

(荷重測定手順の例)
シートセンサシステム1を用いた具体的な荷重測定に当っては、シートセンサ2において、センサ受圧面20に任意荷重を加えた場合における、検出区画20(n)の4つのゾーンに生ずる電圧変化量dVmと、発生するせん断荷重Ptとの関係、検出区画20(n)に発生した電圧変化ΔVとせん断荷重Ptとの関係、センサ受圧面20の荷重印加位置に対する各検出区画の電圧変化の関係等を、予め測定しておく。測定によって得られた関係に基づき、上記の各式に基づく垂直荷重の大きさ、せん断荷重の大きさ、方向を算出するための算出式を設定する。コントローラー5の演算部51においては、各検出区画20(n)における各ゾーン1〜4から検出される検出電圧の変化dVmに基づき、垂直荷重Pnの算出、各検出区画20(n)に生ずる電圧変化量ΔVに基づくせん断荷重Ptの大きさの算出、およびせん断荷重Ptの方向の算出等を行う。
(Example of load measurement procedure)
In the specific load measurement using the sheet sensor system 1, in the sheet sensor 2, when an arbitrary load is applied to the sensor pressure receiving surface 20, the amount of voltage change generated in the four zones of the detection section 20 (n). Relationship between dVm and generated shear load Pt, relationship between voltage change ΔV generated in detection section 20 (n) and shear load Pt, relation of voltage change in each detection section with respect to load application position of sensor pressure-receiving surface 20, etc. Are measured in advance. Based on the relationship obtained by the measurement, a calculation formula for calculating the magnitude of the vertical load, the magnitude of the shear load, and the direction based on the above formulas is set. In the calculation part 51 of the controller 5, based on the detection voltage change dVm detected from each zone 1-4 in each detection section 20 (n), the vertical load Pn is calculated, and the voltage generated in each detection section 20 (n). Calculation of the magnitude of the shear load Pt based on the change amount ΔV, calculation of the direction of the shear load Pt, and the like are performed.

図5には具体的な荷重測定手順の一例を示してある。例えば、図5(a)に示すように、矩形のセンサ受圧面20の角に位置する実線で囲む検出区画20(1)の4つの個別電極24(1.1)、24(1.2)、24(2.1)、24(2.2)の検出電圧に基づき、当該検出区画20(1)に作用する垂直荷重Pn(1)とせん断荷重Pt(1)を算出する。   FIG. 5 shows an example of a specific load measurement procedure. For example, as shown in FIG. 5A, four individual electrodes 24 (1.1) and 24 (1.2) of the detection section 20 (1) surrounded by a solid line located at the corner of the rectangular sensor pressure-receiving surface 20 , 24 (2.1), 24 (2.2), the vertical load Pn (1) and the shear load Pt (1) acting on the detection section 20 (1) are calculated.

次に、図5(b)に示すように、センサ受圧面20の幅方向Wに、個別電極1個分だけずれた位置において、4つの個別電極24(1.2)、24(1.3)、24(2.2)、24(2.3)を含む実線で囲む検出区画20(2)に作用する垂直荷重Pn(2)とせん断荷重Pt(2)を算出する。   Next, as shown in FIG. 5B, the four individual electrodes 24 (1.2) and 24 (1.3) are shifted in the width direction W of the sensor pressure-receiving surface 20 by one individual electrode. ), 24 (2.2), 24 (2.3), a vertical load Pn (2) and a shear load Pt (2) acting on the detection section 20 (2) surrounded by a solid line are calculated.

このようにして、センサ受圧面20において、その幅方向Wおよび縦方向Lに沿って、4個ずつの個別電極24を含む25個の検出区画20(n)について、順次に、垂直荷重Pnとせん断荷重Ptを算出する。これにより、センサ受圧面20における25か所の位置において荷重検出を行うことができる。先に、図2を参照して説明したように、4つの個別電極24を備えた独立したセンサをセンサ受圧面20に配置して荷重検出を行う場合
には、検出箇所は、9か所だけである。したがって、本例のシートセンサシステム1によれば、従来に比べて高い分解能でせん断荷重の検出が可能になる。
Thus, on the sensor pressure-receiving surface 20, along the width direction W and the longitudinal direction L, the vertical load Pn and the 25 detection sections 20 (n) each including four individual electrodes 24 are sequentially A shear load Pt is calculated. Thereby, load detection can be performed at 25 positions on the sensor pressure-receiving surface 20. As described above with reference to FIG. 2, when an independent sensor having four individual electrodes 24 is arranged on the sensor pressure receiving surface 20 and load detection is performed, only nine detection points are detected. It is. Therefore, according to the sheet sensor system 1 of the present example, it is possible to detect the shear load with higher resolution than in the past.

(実験例)
図6(a)はシートセンサシステム1を用いた実験装置の模式図であり、図6(b)は荷重負荷位置を示す模式図である。実験装置100は、XYステージ101上の6軸ロードセル102に、シートセンサシステム1のシートセンサ2を載せ、この上から、載荷機構103を用いて荷重を加えた。載荷機構103の圧子104の直径は20mm、垂直荷重Pnを20Nで一定とし、荷重印加位置をシートセンサ2のセンサ受圧面2aの中心とした。x方向のせん断荷重Pxを0Nから徐々に増加させながら、各個別電極24の検出電圧に基づき、各検出区画20(n)に発生する垂直荷重Pnおよびせん断荷重Ptの分布状態を算出した。シートセンサ2としては、図6(b)に示すように、センサ受圧面2aに縦横8個の個別電極24を配置した構成のものを使用した。
(Experimental example)
FIG. 6A is a schematic diagram of an experimental apparatus using the sheet sensor system 1, and FIG. 6B is a schematic diagram showing a load load position. The experimental apparatus 100 placed the sheet sensor 2 of the sheet sensor system 1 on the 6-axis load cell 102 on the XY stage 101, and applied a load using the loading mechanism 103 from above. The diameter of the indenter 104 of the loading mechanism 103 was 20 mm, the vertical load Pn was constant at 20 N, and the load application position was the center of the sensor pressure receiving surface 2 a of the sheet sensor 2. While gradually increasing the shear load Px in the x direction from 0N, the distribution state of the vertical load Pn and the shear load Pt generated in each detection section 20 (n) was calculated based on the detection voltage of each individual electrode 24. As the sheet sensor 2, as shown in FIG. 6B, a sheet sensor having a configuration in which eight individual electrodes 24 in the vertical and horizontal directions are arranged on the sensor pressure receiving surface 2a was used.

図7には実験により得られたせん断荷重ベクトルの分布と垂直荷重の分布の画面表示例を示す説明図である。図7(a1)、(a2)は、垂直荷重Pn=20Nでせん断荷重Px0Nの場合であり、図7(b1)、(b2)は、垂直荷重Pn=20N、せん断荷重Px=6.5Nの場合であり、図7(c1)(c2)は、垂直荷重Pn=20N、せん断荷重Px=12.1Nの場合の結果である。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing a screen display example of the distribution of shear load vectors and the distribution of vertical loads obtained by experiments. FIGS. 7A1 and 7A2 show the case where the vertical load Pn = 20N and the shear load Px0N. FIGS. 7B1 and 7B2 show the case where the vertical load Pn = 20N and the shear load Px = 6.5N. FIGS. 7C1 and 7C2 show the results when the vertical load Pn = 20N and the shear load Px = 12.1N.

図8(a)は、実験により測定されたシートセンサ2の中心の検出区画20(n)における4つのゾーン1〜4に生ずる電圧変化量ΔVmとせん断荷重Pxの関係を示すグラフであり、図8(b)は、電圧変化Vpxとせん断荷重Pxの関係を示す図表である。図8(c)に示すように、測定対象の検出区画20(n)における4つのゾーンは、ゾーン(4.4)、ゾーン(4.5)、ゾーン(5.5)、ゾーン(5.4)である。これらのゾーンに生ずる電圧変化量をΔV(4.4)、ΔV(4.5)、ΔV(5.5)、ΔV(5.4)とすると、次式に示すように、検出区画20(n)に現れる電圧変化Vpxが算出される。
FIG. 8A is a graph showing the relationship between the voltage change amount ΔVm generated in the four zones 1 to 4 and the shear load Px in the detection section 20 (n) at the center of the sheet sensor 2 measured by the experiment. FIG. 8B is a chart showing the relationship between the voltage change Vpx and the shear load Px. As shown in FIG. 8C, the four zones in the detection section 20 (n) to be measured are the zone (4.4), the zone (4.5), the zone (5.5), and the zone (5. 4). Assuming that the amount of voltage change occurring in these zones is ΔV (4.4), ΔV (4.5), ΔV (5.5), ΔV (5.4), as shown in the following equation, the detection section 20 ( The voltage change Vpx appearing in n) is calculated.

図8(a)、(b)の図表から分かるように、電圧変化量ΔVmとせん断荷重Pxの間には所定の相関が確認され、電圧変化Vpxとせん断荷重Pxの間にも所定の相関が確認される。よって、本例のシートセンサシステム1を用いて、シート受圧面20に加わる荷重によって各検出区画20(n)に生ずる垂直荷重の大きさは勿論のこと、せん断荷重の大きさ及び方向(分布)が測定可能であることが分かる。   As can be seen from the charts of FIGS. 8A and 8B, a predetermined correlation is confirmed between the voltage change amount ΔVm and the shear load Px, and a predetermined correlation is also observed between the voltage change Vpx and the shear load Px. It is confirmed. Therefore, the size and direction (distribution) of the shear load as well as the magnitude of the vertical load generated in each detection section 20 (n) by the load applied to the sheet pressure receiving surface 20 by using the sheet sensor system 1 of this example. It can be seen that can be measured.

(その他の実施の形態)
なお、上記のシートセンサ2では、シート受圧面20にマトリックス状に個別電極を配置し、各検出区画20(n)には縦横に2個ずつの個別電極が含まれており、任意の方向に作用するせん断荷重を検出可能である。一つの検出区画に含まれる個別電極の数は、2個、3個あるいは5個以上であってもよい。
(Other embodiments)
In the sheet sensor 2 described above, individual electrodes are arranged in a matrix on the sheet pressure receiving surface 20, and each detection section 20 (n) includes two individual electrodes vertically and horizontally. The acting shear load can be detected. The number of individual electrodes included in one detection section may be two, three, or five or more.

また、検出対象のせん断力の方向が一方向である場合には、当該方向に複数の個別電極が配列された検出区画を構成すればよい。例えば、図9に示すように、x方向に直線状に複数個の個別電極24が配列されている場合には、x方向に作用するせん断荷重を測定することができる。この場合には、2個の個別電極20(1)、20(2)の検出電圧値に基づき、これらを含む検出区画20(1)に作用する垂直荷重およびx方向のせん断荷重
を算出し、次に、個別電極1個分だけx方向にずれた次の検出区画において荷重の算出を行う動作を繰り返して行えば良い。勿論、検出区画として、3個以上の個別電極を含む検出区画を設定して、荷重演算を行っても良いことは勿論である。
Moreover, when the direction of the shearing force to be detected is one direction, a detection section in which a plurality of individual electrodes are arranged in the direction may be configured. For example, as shown in FIG. 9, when a plurality of individual electrodes 24 are arranged linearly in the x direction, the shear load acting in the x direction can be measured. In this case, based on the detection voltage values of the two individual electrodes 20 (1) and 20 (2), the vertical load acting on the detection section 20 (1) including them and the shear load in the x direction are calculated. Next, the operation of calculating the load may be repeated in the next detection section shifted in the x direction by one individual electrode. Of course, the load calculation may be performed by setting a detection section including three or more individual electrodes as the detection section.

1 シートセンサシステム
2 シートセンサ
3 安定化電源
4 電圧検出器
5 コントローラー
20 センサ受圧面
21 下側電極基板
22 共通電極
23 上側電極基板
24 個別電極
25 感圧シート
26 表面プレート
27、29 センサ端子部
28 給電ライン
30 検出ライン
51 演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sheet sensor system 2 Sheet sensor 3 Stabilized power supply 4 Voltage detector 5 Controller 20 Sensor pressure receiving surface 21 Lower electrode substrate 22 Common electrode 23 Upper electrode substrate 24 Individual electrode 25 Pressure sensitive sheet 26 Surface plate 27, 29 Sensor terminal part 28 Feed line 30 Detection line 51 Calculation unit

Claims (8)

予め定めたセンサ受圧面(20)を包含する範囲に配置された感圧導電性材料からなる感圧シート(25)と、
前記感圧シート(25)の一方の側において、前記センサ受圧面(20)を包含する範囲に配置した共通電極(22)と、
前記感圧シート(25)を挟み、前記共通電極(22)に対向配置されている複数の個別電極(24)と、
前記共通電極(22)と前記個別電極(24)のそれぞれとの間に生ずる電圧変化量に基づき前記センサ受圧面(20)の各部に作用する荷重を算出する演算部(51)と、
を有し、
前記センサ受圧面(20)は複数の検出区画(20(n))に分割され、
前記センサ受圧面(20)に沿った一つ方向をx方向とすると、前記検出区画(20(n))のそれぞれには、x方向に沿って複数の個別電極が配列され、
前記演算部(51)は、前記共通電極(22)と各検出区画(20(n))の複数の前記個別電極(24)のそれぞれとの間の電圧変化量(dVm)に基づき、各検出区画(20(n))に作用するx方向のせん断荷重(Pt)の大きさを算出し、
隣り合う一対の前記検出区画を、第1検出区画(20(1))および第2検出区画(20(2))とすると、
前記第1検出区画(20(1))に属するx方向に沿って配列されている前記個別電極の少なくとも一つ(24(1.2))が、前記第2検出区画(20(2))に属するx方向に沿って配列されている前記個別電極に含まれるように、前記センサ受圧面(20)が複数の前記検出区画(20(n))に分割されていることを特徴とするシートセンサシステム(1)。
A pressure sensitive sheet (25) made of a pressure sensitive conductive material arranged in a range including a predetermined sensor pressure receiving surface (20);
On one side of the pressure sensitive sheet (25), a common electrode (22) disposed in a range including the sensor pressure receiving surface (20),
A plurality of individual electrodes (24) disposed opposite to the common electrode (22) with the pressure-sensitive sheet (25) interposed therebetween;
A calculation unit (51) for calculating a load acting on each part of the sensor pressure-receiving surface (20) based on a voltage change amount generated between each of the common electrode (22) and the individual electrode (24);
Have
The sensor pressure-receiving surface (20) is divided into a plurality of detection sections (20 (n)),
When the direction of one along said sensor pressure receiving surface (20) and the x direction, each of said detection zone (20 (n)), the plurality of individual electrodes along the x-direction are arranged,
The calculation unit (51) detects each detection based on a voltage change amount (dVm) between the common electrode (22) and each of the plurality of individual electrodes (24) of each detection section (20 (n)). Calculate the magnitude of shear load (Pt) in the x direction acting on the compartment (20 (n)) ,
When a pair of adjacent detection sections is a first detection section (20 (1)) and a second detection section (20 (2)),
At least one of the individual electrodes (24 (1.2)) arranged along the x direction belonging to the first detection section (20 (1)) is the second detection section (20 (2)). The sensor pressure-receiving surface (20) is divided into a plurality of detection sections (20 (n)) so as to be included in the individual electrodes arranged along the x direction belonging to the sheet. Sensor system (1).
x方向に直交する前記センサ受圧面(20)に沿った方向をy方向とすると、
前記検出区画(20(n))のそれぞれには、x方向およびy方向のそれぞれに沿って複数の前記個別電極(24)が配列され、
前記演算部(51)は、前記共通電極(22)と各検出区画(20(n))の複数の前記個別電極(24)のそれぞれとの間の電圧変化量(dVm)に基づき、各検出区画(20(n))に作用する前記センサ受圧面(20)に沿った任意方向のせん断荷重(Pt)の大きさ、及び方向(φ)を算出する、
請求項1に記載のシートセンサシステム(1)。
When the direction along the sensor pressure-receiving surface (20) perpendicular to the x direction is the y direction,
In each of the detection sections (20 (n)), a plurality of the individual electrodes (24) are arranged along the x direction and the y direction,
The calculation unit (51) detects each detection based on a voltage change amount (dVm) between the common electrode (22) and each of the plurality of individual electrodes (24) of each detection section (20 (n)). Calculating the magnitude and direction (φ) of the shear load (Pt) in any direction along the sensor pressure-receiving surface (20) acting on the section (20 (n));
The sheet sensor system (1) according to claim 1.
前記第1検出区画(20(1))に属するy方向に沿って配列されている前記個別電極の少なくとも一つ(24(2.2))が、前記第2検出区画(20(2))に属するy方向に沿って配列されている前記個別電極に含まれるように、前記センサ受圧面(20)が複数の前記検出区画(20(n))に分割されている、
請求項2に記載のシートセンサシステム(1)。
At least one of the individual electrodes (24 (2.2)) arranged along the y direction belonging to the first detection section (20 (1)) is the second detection section (20 (2)). The sensor pressure-receiving surface (20) is divided into a plurality of detection sections (20 (n)) so as to be included in the individual electrodes arranged along the y direction belonging to
The sheet sensor system (1) according to claim 2.
前記個別電極(24)はx方向およびy方向のそれぞれに所定のピッチで格子状に配列され、
前記検出区画(20(n))のそれぞれには4個の前記個別電極(24)が含まれている、
請求項3に記載のシートセンサシステム(1)。
The individual electrodes (24) are arranged in a lattice pattern at a predetermined pitch in each of the x direction and the y direction,
Each of the detection sections (20 (n)) includes four individual electrodes (24),
The sheet sensor system (1) according to claim 3.
前記演算部(51)は、前記共通電極(22)と前記個別電極(24)のそれぞれとの間の電圧変化量(dVm)に基づき、前記検出区画(20(n))のそれぞれに作用する垂直荷重(Pn)、および、前記個別電極(24)のそれぞれの部分に作用する垂直荷重のうちの少なくとも一方を算出する、
請求項1ないし4のうちのいずれか一つの項に記載のシートセンサシステム(1)。
The computing unit (51) acts on each of the detection sections (20 (n)) based on a voltage change amount (dVm) between each of the common electrode (22) and the individual electrode (24). Calculating at least one of a vertical load (Pn) and a vertical load acting on each part of the individual electrode (24);
The sheet sensor system (1) according to any one of claims 1 to 4.
前記共通電極(22)を覆う状態に積層した弾性シート(26)、あるいは、前記感圧シート(25)および前記個別電極(24)を覆う状態に積層した弾性シート(26)を有し、
前記弾性シート(26)のシート表面によって前記センサ受圧面(20)が規定されている、
請求項1ないし5のうちのいずれか一つの項に記載のシートセンサシステム(1)。
An elastic sheet (26) laminated to cover the common electrode (22), or an elastic sheet (26) laminated to cover the pressure sensitive sheet (25) and the individual electrode (24),
The sensor pressure-receiving surface (20) is defined by the sheet surface of the elastic sheet (26).
A sheet sensor system (1) according to any one of the preceding claims.
各検出区画(20(n))に加わる任意荷重のx、y方向および、これらに直交するz方向の成分をPx、Py、Pzとすると、前記演算部(51)は、
各検出区画(20(n))に作用する垂直荷重Pn(=Pz)を、次の式で示すように、当該検出区画に属する4つの前記個別電極の電圧変化量dV〜dVの総和に基づき算出し、
各検出区画に作用するせん断荷重Ptを、次の式で示すように、各検出区画に属する4つの前記個別電極の電圧変化量ΔVに基づき算出し、
各検出区画に作用する前記せん断荷重Ptの方向を、z方向の軸線を中心としたx方向から反時計回りの角度φで表すと、
により算出する、
請求項4に記載のシートセンサシステム(1)。
Assuming that the components in the x and y directions of the arbitrary load applied to each detection section (20 (n)) and the z direction orthogonal thereto are Px, Py, and Pz, the calculation unit (51)
Each detection zone (20 (n)) vertical load Pn acting on (= Pz), as shown in the following formula, the sum of the voltage change amount dV 1 ~dV 4 of the four said individual electrodes belonging to the detection zone Based on
The shear load Pt acting on each detection section is calculated based on the voltage change amount ΔV of the four individual electrodes belonging to each detection section, as shown by the following equation:
When the direction of the shear load Pt acting on each detection section is represented by an angle φ counterclockwise from the x direction around the axis in the z direction,
Calculated by
The sheet sensor system (1) according to claim 4.
請求項1ないし7のうちのいずれか一つの項に記載のシートセンサシステム(1)に用いるシートセンサ(2)であって、
予め定めたセンサ受圧面(20)を包含する範囲に配置された感圧導電性材料からなる感圧シート(25)と、
前記感圧シート(25)の一方の側において、前記センサ受圧面(20)を包含する範囲に配置した共通電極(22)と、
前記感圧シート(25)を挟み、前記共通電極(22)に対向配置されている複数の個別電極(24)と、
を有し、
前記センサ受圧面(20)は複数の検出区画(20(n))に分割され、
前記センサ受圧面(20)に沿った直交する二つの方向をx方向およびY方向とすると、前記検出区画(20(n))のそれぞれには、x方向およびy方向のそれぞれに沿って、複数の前記個別電極(24)が配列されていること特徴とするシートセンサ(2)。
A sheet sensor (2) used in the sheet sensor system (1) according to any one of claims 1 to 7,
A pressure sensitive sheet (25) made of a pressure sensitive conductive material arranged in a range including a predetermined sensor pressure receiving surface (20);
On one side of the pressure sensitive sheet (25), a common electrode (22) disposed in a range including the sensor pressure receiving surface (20),
A plurality of individual electrodes (24) disposed opposite to the common electrode (22) with the pressure-sensitive sheet (25) interposed therebetween;
Have
The sensor pressure-receiving surface (20) is divided into a plurality of detection sections (20 (n)),
Assuming that two orthogonal directions along the sensor pressure receiving surface (20) are an x direction and a Y direction, each of the detection sections (20 (n)) includes a plurality of directions along each of the x direction and the y direction. the sheet sensor, characterized in that the individual electrodes (24) are arranged in (2).
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