JP6658228B2 - Tactile sensor and shear force detecting method - Google Patents

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Description

本件は、触覚センサおよびせん断力検出方法に関する。   The present invention relates to a tactile sensor and a shear force detection method.

ロボットの制御には、人間や周囲の物体を傷つけない様に、多くのセンサが必要とされている。その中で、物体との接触面に加わる圧力およびせん断力を検出する触覚センサが、重要となっている。例えば、ピエゾ抵抗素子を用いてせん断力を検出する触覚センサが開示されている（例えば、非特許文献１参照）。   Many sensors are required for robot control so as not to injure humans or surrounding objects. Among them, a tactile sensor that detects a pressure and a shear force applied to a contact surface with an object is important. For example, a tactile sensor that detects a shear force using a piezoresistive element has been disclosed (for example, see Non-Patent Document 1).

「ピエゾ抵抗型両持ち梁を用いた３軸触覚センサに関する研究」、立石科学技術振興財団、助成研究成果集（第２２号）、２０１３"Study on 3-axis tactile sensor using piezoresistive doubly-supported beam", Tateishi Science and Technology Foundation, Grant Achievements (No. 22), 2013

しかしながら、上記技術では、回転軸方向のせん断力を検出することができない。   However, the above technique cannot detect the shearing force in the rotation axis direction.

１つの側面では、本発明は、回転軸方向のせん断力を検出することができる触覚センサおよびせん断力検出方法を提供することを目的とする。   In one aspect, an object of the present invention is to provide a tactile sensor and a shear force detection method capable of detecting a shear force in a rotation axis direction.

一つの態様では、触覚センサは、所定平面の所定領域の周辺において、当該所定領域の周方向の異なる位置に配置された１対の力検出素子と、前記１対の力検出素子の状態変化を電気信号として検出する検出回路と、を備え、前記１対の力検出素子の各々は、ピエゾ抵抗層とシリコーンの弾性体とが互いに接合された構造を有する第１の１対のピエゾ抵抗素子であり、前記検出回路は、前記所定領域において前記所定平面に対する垂直軸の回転方向にせん断力が印加される場合に、前記電気信号の強度を当該せん断力に応じて変化させるように構成されている。 In one aspect, the tactile sensor detects a state change of a pair of force detecting elements arranged at different positions in a circumferential direction of the predetermined area around a predetermined area of the predetermined plane, and a state change of the pair of force detecting elements. A detection circuit for detecting as an electric signal, wherein each of the pair of force detection elements is a first pair of piezoresistive elements having a structure in which a piezoresistive layer and an elastic body of silicone are joined to each other. The detection circuit is configured to change the intensity of the electric signal according to the shearing force when a shearing force is applied in a rotation direction of a vertical axis with respect to the predetermined plane in the predetermined area. .

回転軸方向のせん断力を検出することができる。   The shear force in the direction of the rotation axis can be detected.

（ａ）は実施例１に係るロボットシステムの全体構成を例示する図であり、（ｂ）はせん断力を例示する図である。FIG. 2A is a diagram illustrating an overall configuration of the robot system according to the first embodiment, and FIG. 2B is a diagram illustrating a shear force. （ａ）は触覚センサ素子の概略斜視図であり、（ｂ）は触覚センサ素子の概略平面図であり、（ｃ）は（ｂ）の拡大図である。(A) is a schematic perspective view of a tactile sensor element, (b) is a schematic plan view of a tactile sensor element, and (c) is an enlarged view of (b). （ａ）〜（ｃ）は力検出素子の詳細について説明するための図である。(A)-(c) is a figure for demonstrating the detail of a force detection element. 図２（ｃ）においてピエゾ抵抗素子を抜き出して描いた図である。FIG. 3 is a diagram in which a piezoresistive element is extracted and drawn in FIG. ピエゾ抵抗素子の検出結果を取得するためのホイートストンブリッジである。It is a Wheatstone bridge for acquiring a detection result of the piezoresistive element. 検出回路を例示する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a detection circuit. （ａ）および（ｂ）は触覚センサ素子によるせん断力の検出について例示する図である。(A) And (b) is a figure which illustrates about the detection of the shearing force by a tactile sensor element. （ａ）は実施例２に係る触覚センサ素子の概略斜視図であり、（ｂ）は触覚センサ素子の概略平面図であり、（ｃ）は（ｂ）の拡大図である。(A) is a schematic perspective view of the tactile sensor element according to Example 2, (b) is a schematic plan view of the tactile sensor element, and (c) is an enlarged view of (b). ＬＣ回路を例示する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an LC circuit. 図８（ｃ）においてキャパシタを抜き出して描いた図である。FIG. 9 is a drawing drawn out of the capacitor in FIG. 実施例２に係る検出回路を例示する図であるFIG. 7 is a diagram illustrating a detection circuit according to a second embodiment; （ａ）および（ｂ）は触覚センサ素子によるせん断力の検出について例示する図である。(A) And (b) is a figure which illustrates about the detection of the shearing force by a tactile sensor element. （ａ）は触覚センサ素子に対して外力が加わる場合のキャパシタの検出を例示する図であり、（ｂ）は触覚センサ素子に対して回転力が加わる場合のキャパシタの検出を例示する図であり、（ｃ）はキャパシタを例示する図であり、（ｄ）および（ｅ）は（ｃ）のＡ−Ａ線断面図である。(A) is a figure which illustrates detection of a capacitor when an external force is applied to a tactile sensor element, and (b) is a figure which illustrates detection of a capacitor when a rotational force is applied to a tactile sensor element. (C) is a diagram illustrating a capacitor, and (d) and (e) are cross-sectional views taken along line AA of (c). （ａ）および（ｂ）は変形例１について説明するための図である。(A) And (b) is a figure for demonstrating the modification 1. 変形例２にかかるロボットシステムについて例示する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a robot system according to a modification 2;

以下、図面を参照しつつ、実施例について説明する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

図１（ａ）は、実施例１に係るロボットシステム１００の全体構成を例示する図である。図１（ａ）で例示するように、ロボットシステム１００は、ロボットハンド１０、触覚センサ素子２０、検出回路３０、制御部４０などを備える。触覚センサ素子２０および検出回路３０が触覚センサとして機能する。   FIG. 1A is a diagram illustrating an overall configuration of the robot system 100 according to the first embodiment. As illustrated in FIG. 1A, the robot system 100 includes a robot hand 10, a tactile sensor element 20, a detection circuit 30, a control unit 40, and the like. The tactile sensor element 20 and the detection circuit 30 function as a tactile sensor.

ロボットハンド１０は、把持部１１によって対象物を把持し、離すことで、作業を行う。例えば、ロボットハンド１０は、３軸方向への移動、水平旋回、垂直旋回などを行う。なお、図１（ａ）において、一例として、鉛直上方から見たロボットハンド１０が描かれている。   The robot hand 10 performs an operation by holding and releasing the target object by the holding unit 11. For example, the robot hand 10 performs three-axis movement, horizontal turning, vertical turning, and the like. In FIG. 1A, as an example, a robot hand 10 viewed from above vertically is depicted.

触覚センサ素子２０は、把持部１１の対象物への接触面に配置されている。図１（ｂ）で例示するように、触覚センサ素子２０は、接触面２１における接触力（Ｚ軸方向の圧力）、Ｘ軸方向のせん断力、Ｙ軸方向のせん断力、および回転軸方向のせん断力を検出する。回転軸方向のせん断力とは、Ｚ軸を中心とする回転のせん断力である。ロボットハンド１０が対象物を把持する際に、当該対象物の重心から外れた箇所を把持する場合には、回転軸方向のせん断力が働くことになる。したがって、回転軸方向のせん断力の検出が重要となる。検出回路３０は、触覚センサ素子２０の状態変化を電気信号として検出する回路である。検出回路３０の検出結果は、制御部４０に送信される。制御部４０は、検出回路３０の検出結果に基づいて、ロボットハンド１０の動作を制御する。   The tactile sensor element 20 is arranged on the contact surface of the grip 11 with the object. As illustrated in FIG. 1B, the tactile sensor element 20 includes a contact force (pressure in the Z-axis direction) on the contact surface 21, a shear force in the X-axis direction, a shear force in the Y-axis direction, and a rotation force in the rotation axis direction. Detect the shear force. The shearing force in the direction of the rotation axis is a shearing force of rotation about the Z axis. When the robot hand 10 grips a target object at a position off the center of gravity of the target object, a shearing force in the direction of the rotation axis acts. Therefore, it is important to detect the shearing force in the rotation axis direction. The detection circuit 30 is a circuit that detects a state change of the tactile sensor element 20 as an electric signal. The detection result of the detection circuit 30 is transmitted to the control unit 40. The control unit 40 controls the operation of the robot hand 10 based on the detection result of the detection circuit 30.

図２（ａ）は、触覚センサ素子２０の概略斜視図である。図２（ａ）で例示するように、触覚センサ素子２０の接触面２１には、弾性体２２が設けられていてもよい。図２（ｂ）は、触覚センサ素子２０の概略平面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）では、弾性体２２を透過している。図２（ｃ）は、図２（ｂ）の拡大図である。   FIG. 2A is a schematic perspective view of the tactile sensor element 20. As illustrated in FIG. 2A, an elastic body 22 may be provided on the contact surface 21 of the tactile sensor element 20. FIG. 2B is a schematic plan view of the tactile sensor element 20. In FIG. 2A and FIG. 2B, the light passes through the elastic body 22. FIG. 2 (c) is an enlarged view of FIG. 2 (b).

図２（ｃ）で例示するように、触覚センサ素子２０の接触面２１の中央部が対象物と接触する接触部２３である。接触面２１は、ＸＹ平面に相当する。接触面２１において、接触部２３を中心にして、複数種からなる１対の力検出素子が放射状に配置されている。   As illustrated in FIG. 2C, the center of the contact surface 21 of the tactile sensor element 20 is a contact portion 23 that contacts the target. The contact surface 21 corresponds to the XY plane. On the contact surface 21, a plurality of pairs of force detecting elements are radially arranged around the contact portion 23.

ここで、力検出素子の詳細について説明する。図３（ａ）で例示するように、力検出素子は、１対のピエゾ抵抗素子３０ａ，３０ｂを備える。ピエゾ抵抗素子３０ａ，３０ｂは、例えばＹ軸方向に長手方向を有する梁を備える。ピエゾ抵抗素子３０ａの梁には、例えばＸ軸マイナス側に弾性体３１が配置され、Ｘ軸プラス側にピエゾ抵抗層３２が配置されている。例えば、弾性体３１は、シリコーン樹脂などである。ピエゾ抵抗層３２は、例えば、Ｓｉ単結晶に不純物をイオン注入、熱拡散などでドープしたものである。当該弾性体３１とピエゾ抵抗層３２とは接合されている。ピエゾ抵抗素子３０ｂの梁には、Ｘ軸マイナス側にピエゾ抵抗層３２が配置され、Ｘ軸プラス側に弾性体３１が配置されている。当該ピエゾ抵抗層３２と弾性体３１とは接合されている。   Here, the details of the force detecting element will be described. As exemplified in FIG. 3A, the force detecting element includes a pair of piezoresistive elements 30a and 30b. The piezoresistive elements 30a and 30b include, for example, beams having a longitudinal direction in the Y-axis direction. In the beam of the piezoresistive element 30a, for example, an elastic body 31 is disposed on the X axis minus side, and a piezoresistive layer 32 is disposed on the X axis plus side. For example, the elastic body 31 is a silicone resin or the like. The piezoresistive layer 32 is, for example, a single crystal of Si doped with impurities by ion implantation, thermal diffusion, or the like. The elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 are joined. In the beam of the piezoresistive element 30b, a piezoresistive layer 32 is disposed on the X axis minus side, and an elastic body 31 is disposed on the X axis plus side. The piezoresistive layer 32 and the elastic body 31 are joined.

力検出素子にＸ軸プラス方向の力が加わって梁に歪が生じる場合、図３（ｂ）で例示するように、ピエゾ抵抗素子３０ａおよびピエゾ抵抗素子３０ｂの梁は、湾曲してＸ軸プラス側に伸びるように撓む。この場合、ピエゾ抵抗素子３０ａにおいては、ピエゾ抵抗層３２が引っ張られる。一方、ピエゾ抵抗素子３０ｂにおいては、ピエゾ抵抗層３２が圧縮する。このように、１対のピエゾ抵抗素子３０ａ，３０ｂにおいて、ピエゾ抵抗層３２が、それぞれ引張力と圧縮力を受けることになる。すなわち、各ピエゾ抵抗層３２の抵抗値が正負逆方向に増減する。この抵抗値変化を、図３（ｃ）のようなブリッジ回路により計測することで、せん断力を検出することができる。   When a force is applied to the force detecting element in the positive X-axis direction to cause a distortion in the beam, as illustrated in FIG. 3B, the beams of the piezoresistive elements 30a and 30b are curved and positively applied to the X-axis. Deflected to extend to the side. In this case, in the piezoresistive element 30a, the piezoresistive layer 32 is pulled. On the other hand, in the piezoresistive element 30b, the piezoresistive layer 32 is compressed. As described above, in the pair of piezoresistive elements 30a and 30b, the piezoresistive layer 32 receives a tensile force and a compressive force, respectively. That is, the resistance value of each piezoresistive layer 32 increases and decreases in the positive and negative directions. By measuring the change in the resistance value using a bridge circuit as shown in FIG. 3C, the shearing force can be detected.

図４は、図２（ｃ）において、ピエゾ抵抗素子を抜き出して描いた図である。各ピエゾ抵抗素子は、接触面２１において、接触部２３の周辺に、周方向の異なる位置に配置されている。図４で例示するように、接触面２１において、Ｙ軸方向に沿って、接触部２３に対して点対称に、弾性体３１およびピエゾ抵抗層３２がなす梁が放射状に延びるように、Ｘ軸方向のせん断力を検出する１対のピエゾ抵抗素子３０ｘａ，３０ｘｂが配置されている。ピエゾ抵抗素子３０ｘａはＹ軸プラス側に配置されており、ピエゾ抵抗素子３０ｘｂはＹ軸マイナス側に配置されている。   FIG. 4 is a diagram in which the piezoresistive element is extracted and drawn in FIG. Each piezoresistive element is arranged on the contact surface 21 around the contact portion 23 at a different circumferential position. As illustrated in FIG. 4, on the contact surface 21, along the Y-axis direction, the X-axis is formed such that the beam formed by the elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 radially extends symmetrically with respect to the contact portion 23. A pair of piezoresistive elements 30xa and 30xb for detecting the shear force in the direction are arranged. The piezoresistive element 30xa is arranged on the Y axis plus side, and the piezoresistive element 30xb is arranged on the Y axis minus side.

ピエゾ抵抗素子３０ｘａにおいては、Ｘ軸マイナス側に弾性体３１が配置され、Ｘ軸プラス側にピエゾ抵抗層３２が配置されている。ピエゾ抵抗素子３０ｘｂにおいては、Ｘ軸プラス側に弾性体３１が配置され、Ｘ軸マイナス側にピエゾ抵抗層３２が配置されている。すなわち、同一の周方向において、１対のピエゾ抵抗素子３０ｘａ，３０ｘｂの弾性体３１とピエゾ抵抗層３２との配置側が同じとなっている。同一の周方向とは、右回りまたは左回りのいずれか一方に統一した場合の周方向のことを意味する。この１対のピエゾ抵抗素子３０ｘａ，３０ｘｂにおいては、Ｘ軸方向のせん断力が加わった場合に各ピエゾ抵抗層３２がそれぞれ引張力と圧縮力を受けることから、Ｘ軸方向のせん断力を検出することができる。   In the piezoresistive element 30xa, the elastic body 31 is disposed on the X axis minus side, and the piezoresistive layer 32 is disposed on the X axis plus side. In the piezoresistive element 30xb, the elastic body 31 is arranged on the plus side of the X axis, and the piezoresistive layer 32 is arranged on the minus side of the X axis. That is, in the same circumferential direction, the arrangement side of the elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 of the pair of piezoresistive elements 30xa and 30xb is the same. The same circumferential direction means a circumferential direction when unified to either clockwise or counterclockwise. In the pair of piezoresistive elements 30xa and 30xb, when a shear force in the X-axis direction is applied, each piezoresistive layer 32 receives a tensile force and a compressive force, respectively, so that the shear force in the X-axis direction is detected. be able to.

接触面２１において、Ｘ軸方向に沿って、接触部２３に対して点対称に、弾性体３１およびピエゾ抵抗層３２がなす梁が放射状に延びるように、Ｙ軸方向のせん断力を検出する１対のピエゾ抵抗素子３０ｙａ，３０ｙｂが配置されている。ピエゾ抵抗素子３０ｙａはＸ軸プラス側に配置されており、ピエゾ抵抗素子３０ｙｂはＸ軸マイナス側に配置されている。   In the contact surface 21, a shear force in the Y-axis direction is detected so that a beam formed by the elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 radially extends along the X-axis direction and point-symmetrically with respect to the contact portion 23. A pair of piezoresistive elements 30ya and 30yb are arranged. The piezoresistive element 30ya is arranged on the X axis plus side, and the piezoresistive element 30yb is arranged on the X axis minus side.

ピエゾ抵抗素子３０ｙａにおいては、Ｙ軸プラス側に弾性体３１が配置され、Ｙ軸マイナス側にピエゾ抵抗層３２が配置されている。ピエゾ抵抗素子３０ｙｂにおいては、Ｙ軸マイナス側に弾性体３１が配置され、Ｙ軸プラス側にピエゾ抵抗層３２が配置されている。すなわち、同一の周方向において、１対のピエゾ抵抗素子３０ｙａ，３０ｙｂの弾性体３１とピエゾ抵抗層３２との配置側が同じとなっている。この１対のピエゾ抵抗素子３０ｙａ，３０ｙｂにおいては、Ｙ軸方向のせん断力が加わった場合に各ピエゾ抵抗層３２がそれぞれ引張力と圧縮力を受けることから、Ｙ軸方向のせん断力を検出することができる。   In the piezoresistive element 30ya, the elastic body 31 is disposed on the Y axis plus side, and the piezoresistive layer 32 is disposed on the Y axis minus side. In the piezoresistive element 30yb, the elastic body 31 is arranged on the Y axis minus side, and the piezoresistive layer 32 is arranged on the Y axis plus side. That is, in the same circumferential direction, the arrangement side of the elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 of the pair of piezoresistive elements 30ya and 30yb is the same. In the pair of piezoresistive elements 30ya and 30yb, when a shear force in the Y-axis direction is applied, each piezoresistive layer 32 receives a tensile force and a compressive force. be able to.

接触面２１において、いずれかの箇所において、接触部２３に対して点対称に、弾性体３１およびピエゾ抵抗層３２がなす梁が放射状に延びるように１対のピエゾ抵抗素子３０ｚａ，３０ｚｂが配置されている。ピエゾ抵抗素子３０ｚａにおいては、Ｚ軸プラス側に弾性体３１が配置され、Ｚ軸マイナス側にピエゾ抵抗層３２が配置されている。ピエゾ抵抗素子３０ｚｂにおいては、Ｚ軸マイナス側に弾性体３１が配置され、Ｚ軸プラス側にピエゾ抵抗層３２が配置されている。すなわち、Ｚ軸方向において、１対のピエゾ抵抗素子３０ｚａ，３０ｚｂの弾性体３１とピエゾ抵抗層３２との配置側が逆となっている。この１対のピエゾ抵抗素子３０ｚａ，３０ｚｂにおいては、Ｚ軸方向のせん断力が加わった場合に各ピエゾ抵抗層３２がそれぞれ引張力と圧縮力を受けることから、Ｚ軸方向のせん断力を検出することができる。   A pair of piezoresistive elements 30za and 30zb are arranged at any point on the contact surface 21 such that a beam formed by the elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 extends radially symmetrically with respect to the contact portion 23. ing. In the piezoresistive element 30za, the elastic body 31 is disposed on the positive side of the Z axis, and the piezoresistive layer 32 is disposed on the negative side of the Z axis. In the piezoresistive element 30zb, the elastic body 31 is disposed on the negative side of the Z axis, and the piezoresistive layer 32 is disposed on the positive side of the Z axis. That is, the arrangement side of the elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 of the pair of piezoresistive elements 30za, 30zb is reversed in the Z-axis direction. In the pair of piezoresistive elements 30za and 30zb, when a shear force in the Z-axis direction is applied, each piezoresistive layer 32 receives a tensile force and a compressive force, respectively, and thus detects the shear force in the Z-axis direction. be able to.

接触面２１において、いずれかの箇所において、接触部２３に対して点対称に、弾性体３１およびピエゾ抵抗層３２がなす梁が放射状に延びるように１対のピエゾ抵抗素子３０ｒａ，３０ｒｂが配置されている。ピエゾ抵抗素子３０ｒａ，３０ｒｂのいずれにおいても、接触面２１をピエゾ抵抗素子３０ｒａ，３０ｒｂを結ぶ線で分割した場合に同じ側に弾性体３１が配置され、逆側にピエゾ抵抗層３２が配置されている。すなわち、同一の周方向において、１対のピエゾ抵抗素子３０ｒａ，３０ｒｂの弾性体３１とピエゾ抵抗層３２との配置側が逆となっている。本実施例においては、一例として、ピエゾ抵抗素子３０ｘａとピエゾ抵抗素子３０ｙｂとの間にピエゾ抵抗素子３０ｒａが配置され、ピエゾ抵抗素子３０ｘｂとピエゾ抵抗素子３０ｙａとの間にピエゾ抵抗素子３０ｒｂが配置されている。ピエゾ抵抗素子３０ｒａ，３０ｒｂによるせん断力検出については後述する。   A pair of piezoresistive elements 30ra and 30rb are arranged at any point on the contact surface 21 such that a beam formed by the elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 extends radially symmetrically with respect to the contact portion 23. ing. In each of the piezoresistive elements 30ra and 30rb, when the contact surface 21 is divided by a line connecting the piezoresistive elements 30ra and 30rb, the elastic body 31 is disposed on the same side and the piezoresistive layer 32 is disposed on the opposite side. I have. That is, in the same circumferential direction, the arrangement side of the elastic body 31 and the piezoresistive layer 32 of the pair of piezoresistive elements 30ra and 30rb is reversed. In the present embodiment, as an example, the piezoresistive element 30ra is arranged between the piezoresistive element 30xa and the piezoresistive element 30yb, and the piezoresistive element 30rb is arranged between the piezoresistive elements 30xb and 30ya. ing. The detection of the shearing force by the piezoresistive elements 30ra and 30rb will be described later.

なお、図２（ｃ）で例示するように、ピエゾ抵抗素子３０ｘａ，３０ｘｂ，３０ｙａ，３０ｙｂ，３０ｚａ，３０ｚｂ，３０ｒａ，３０ｒｂの接触部２３側端は、基準電圧Ｖｓに接続された基準電極２４に接続されている。各ピエゾ抵抗素子の他端は、それぞれ個別の電極２５に接続されている。   As illustrated in FIG. 2C, the ends of the piezoresistive elements 30xa, 30xb, 30ya, 30yb, 30za, 30zb, 30ra, and 30rb on the contact portion 23 side are connected to the reference electrode 24 connected to the reference voltage Vs. It is connected. The other end of each piezoresistive element is connected to an individual electrode 25.

図５は、例えば、ピエゾ抵抗素子３０ｘａ，３０ｘｂの検出結果を取得するためのホイートストンブリッジである。当該ホイートストンブリッジは、検出回路３０の一部である。図５で例示するように、基準電圧Ｖｓは、ピエゾ抵抗素子３０ｘａとピエゾ抵抗素子３０ｘｂとの間に印加される。また、ピエゾ抵抗素子３０ｘａ，３０ｘｂは、２つの固定抵抗Ｒとともにホイートストンブリッジを構成する。ピエゾ抵抗素子３０ｘａ，３０ｘｂの抵抗変化によって変化する電圧値を検出することで、せん断力を検出することができる。ピエゾ抵抗素子３０ｙａ，３０ｙｂ，３０ｚａ，３０ｚｂ，３０ｒａ，３０ｒｂについても、同様のホイートストンブリッジを構成することで、各せん断力を検出することができる。   FIG. 5 shows a Wheatstone bridge for acquiring detection results of the piezoresistive elements 30xa and 30xb, for example. The Wheatstone bridge is a part of the detection circuit 30. As exemplified in FIG. 5, the reference voltage Vs is applied between the piezoresistive element 30xa and the piezoresistive element 30xb. The piezoresistive elements 30xa and 30xb together with the two fixed resistors R constitute a Wheatstone bridge. The shear force can be detected by detecting the voltage value that changes due to the resistance change of the piezoresistive elements 30xa and 30xb. With respect to the piezoresistive elements 30ya, 30yb, 30za, 30zb, 30ra, and 30rb, each shear force can be detected by configuring a similar Wheatstone bridge.

図６は、検出回路３０を例示する図である。検出回路３０は、各せん断力を検出するためのブリッジ回路を備える。ピエゾ抵抗素子３０ｘａ，３０ｘｂと、ピエゾ抵抗素子３０ｙａ，３０ｙｂと、ピエゾ抵抗素子３０ｚａ，３０ｚｂと、ピエゾ抵抗素子３０ｒａ，３０ｒｂとに対して、それぞれホイートストンブリッジが構成されている。可変抵抗Ｒｐ＿ｘ１がピエゾ抵抗素子３０ｘａに対応し、可変抵抗Ｒｐ＿ｘ２がピエゾ抵抗素子３０ｘｂに対応する。可変抵抗Ｒｐ＿ｙ１がピエゾ抵抗素子３０ｙａに対応し、可変抵抗Ｒｐ＿ｙ２がピエゾ抵抗素子３０ｙｂに対応する。可変抵抗Ｒｐ＿ｚ１がピエゾ抵抗素子３０ｚａに対応し、可変抵抗Ｒｐ＿ｚ２がピエゾ抵抗素子３０ｚｂに対応する。可変抵抗Ｒｐ＿ｒ１がピエゾ抵抗素子３０ｒａに対応し、可変抵抗Ｒｐ＿ｒ２がピエゾ抵抗素子３０ｒｂに対応する。   FIG. 6 is a diagram illustrating the detection circuit 30. The detection circuit 30 includes a bridge circuit for detecting each shear force. A Wheatstone bridge is formed for each of the piezoresistive elements 30xa and 30xb, the piezoresistive elements 30ya and 30yb, the piezoresistive elements 30za and 30zb, and the piezoresistive elements 30ra and 30rb. The variable resistor Rp_x1 corresponds to the piezoresistive element 30xa, and the variable resistor Rp_x2 corresponds to the piezoresistive element 30xb. The variable resistor Rp_y1 corresponds to the piezoresistive element 30ya, and the variable resistor Rp_y2 corresponds to the piezoresistive element 30yb. The variable resistor Rp_z1 corresponds to the piezoresistive element 30za, and the variable resistor Rp_z2 corresponds to the piezoresistive element 30zb. The variable resistor Rp_r1 corresponds to the piezoresistive element 30ra, and the variable resistor Rp_r2 corresponds to the piezoresistive element 30rb.

ピエゾ抵抗素子３０ｘａ，３０ｘｂが構成するホイートストンブリッジのアンプのＡｍｐ＿ｘの出力Ｖｘ＿ｏｕｔが、Ｘ軸方向のせん断力に相当する値である。ピエゾ抵抗素子３０ｙａ，３０ｙｂが構成するホイートストンブリッジのアンプのＡｍｐ＿ｙの出力Ｖｙ＿ｏｕｔが、Ｙ軸方向のせん断力に相当する値である。ピエゾ抵抗素子３０ｚａ，３０ｚｂが構成するホイートストンブリッジのアンプのＡｍｐ＿ｚの出力Ｖｚ＿ｏｕｔが、Ｚ軸方向のせん断力に相当する値である。ピエゾ抵抗素子３０ｒａ，３０ｒｂが構成するホイートストンブリッジのアンプのＡｍｐ＿ｒの出力Ｖｒ＿ｏｕｔが、Ｚ軸回転方向のせん断力に相当する値である。   The output Vx_out of Amp_x of the Wheatstone bridge amplifier constituted by the piezoresistive elements 30xa and 30xb is a value corresponding to the shearing force in the X-axis direction. The output Vy_out of Amp_y of the Wheatstone bridge amplifier constituted by the piezoresistive elements 30ya and 30yb is a value corresponding to the shearing force in the Y-axis direction. The output Vz_out of Amp_z of the Wheatstone bridge amplifier constituted by the piezoresistive elements 30za and 30zb is a value corresponding to the shearing force in the Z-axis direction. The output Vr_out of Amp_r of the amplifier of the Wheatstone bridge formed by the piezoresistive elements 30ra and 30rb is a value corresponding to the shearing force in the Z-axis rotation direction.

図７（ａ）および図７（ｂ）は、触覚センサ素子２０によるせん断力の検出について例示する図である。図７（ａ）は、触覚センサ素子２０に対して、Ｘ軸マイナス側かつＹ軸マイナス側からＸ軸プラス側かつＹ軸プラス側に外力Ｆが加わる場合を例示する図である。すなわち、外力Ｆには、Ｘ軸プラス側への外力成分Ｆｘと、Ｙ軸プラス側への外力成分Ｆｙとが含まれる。   FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating the detection of the shearing force by the tactile sensor element 20. FIG. FIG. 7A is a diagram illustrating a case where an external force F is applied to the tactile sensor element 20 from the negative side of the X axis and the negative side of the Y axis to the positive side of the X axis and the positive side of the Y axis. That is, the external force F includes an external force component Fx on the positive side of the X axis and an external force component Fy on the positive side of the Y axis.

図７（ａ）で例示するように、外力Ｆが触覚センサ素子２０に加わる場合、ピエゾ抵抗素子３０ｘａ，３０ｘｂにおいては、外力成分Ｆｘによって、ピエゾ抵抗層３２がそれぞれ引張力と圧縮力を受ける。したがって、ピエゾ抵抗素子３０ｘａ，３０ｘｂは、Ｘ軸プラス側へのせん断力を検出する。また、ピエゾ抵抗素子３０ｙａ，３０ｙｂにおいては、外力成分Ｆｙによって、ピエゾ抵抗層３２がそれぞれ引張力と圧縮力を受ける。したがって、ピエゾ抵抗素子３０ｙａ，３０ｙｂは、Ｙ軸プラス側へのせん断力を検出する。   As illustrated in FIG. 7A, when an external force F is applied to the tactile sensor element 20, in the piezoresistive elements 30 xa and 30 xb, the piezoresistive layer 32 receives a tensile force and a compressive force, respectively, due to the external force component Fx. Therefore, the piezoresistive elements 30xa and 30xb detect the shearing force on the positive side of the X axis. In the piezoresistive elements 30ya and 30yb, the piezoresistive layer 32 receives a tensile force and a compressive force, respectively, due to the external force component Fy. Therefore, the piezoresistive elements 30ya and 30yb detect the shearing force on the Y axis plus side.

なお、ピエゾ抵抗素子３０ｒａ，３０ｒｂにおいては、両方のピエゾ抵抗層３２が引張力を受けることになる。したがって、ピエゾ抵抗素子３０ｒａ，３０ｒｂは、せん断力を検出しない。   In the piezoresistive elements 30ra and 30rb, both piezoresistive layers 32 receive a tensile force. Therefore, the piezoresistive elements 30ra and 30rb do not detect the shearing force.

図７（ｂ）は、Ｚ軸を中心として外力として回転力Ｒが加わる場合を例示する図である。一例として、接触面２１に対する平面視において、時計回りの回転力Ｒが加わる場合について検討する。   FIG. 7B is a diagram illustrating a case where a rotational force R is applied as an external force around the Z axis. As an example, a case where a clockwise rotational force R is applied in a plan view with respect to the contact surface 21 will be considered.

図７（ｂ）で例示するように、回転力Ｒが触覚センサ素子２０に加わる場合、ピエゾ抵抗素子３０ｘａ，３０ｘｂにおいては、回転力Ｒによって、両方のピエゾ抵抗層３２がそれぞれ引張力を受ける。したがって、ピエゾ抵抗素子３０ｘａ，３０ｘｂは、せん断力を検出しない。ピエゾ抵抗素子３０ｙａ，３０ｙｂにおいても、回転力Ｒによって、両方のピエゾ抵抗層３２が引張力を受ける。したがって、ピエゾ抵抗素子３０ｙａ，３０ｙｂもせん断力を検出しない。   As illustrated in FIG. 7B, when a rotational force R is applied to the tactile sensor element 20, in the piezoresistive elements 30xa and 30xb, both the piezoresistive layers 32 receive a tensile force due to the rotational force R. Therefore, the piezoresistive elements 30xa and 30xb do not detect the shearing force. Also in the piezoresistive elements 30ya and 30yb, both piezoresistive layers 32 receive a tensile force due to the rotational force R. Therefore, the piezoresistive elements 30ya and 30yb also do not detect the shearing force.

これに対して、ピエゾ抵抗素子３０ｒａ，３０ｒｂにおいては、ピエゾ抵抗層３２がそれぞれ引張力および圧縮力を受けることになる。したがって、ピエゾ抵抗素子３０ｒａ，３０ｒｂは、Ｚ軸回転方向のせん断力を検出する。   On the other hand, in the piezoresistive elements 30ra and 30rb, the piezoresistive layer 32 receives a tensile force and a compressive force, respectively. Therefore, the piezoresistive elements 30ra and 30rb detect the shearing force in the Z-axis rotation direction.

本実施例によれば、ピエゾ抵抗素子３０ｒａ，３０ｒｂが、接触面２１の接触部２３の周辺において、接触部２３の周方向の異なる位置に配置されている。また、ピエゾ抵抗素子３０ｒａ，３０ｒｂの状態変化を電気信号として検出する検出回路３０が備わっている。検出回路３０は、接触部２３において接触面２１に対する垂直軸（Ｚ軸）の回転方向にせん断力が印加される場合に、上記電気信号の強度を当該せん断力に応じて変化させるように構成されている。それにより、回転軸方向のせん断力を検出することができる。また、ピエゾ抵抗素子３０ｒａ，３０ｒｂの抵抗値変化を検出するため、温度変化や他軸との干渉をキャンセルすることが出来、安定した出力値を得ることができる。ピエゾ抵抗素子３０ｘａ，３０ｘｂ，３０ｙａ，３０ｙｂ，３０ｚａ，３０ｚｂについても同様である。   According to this embodiment, the piezoresistive elements 30ra and 30rb are arranged at different positions in the circumferential direction of the contact portion 23 around the contact portion 23 of the contact surface 21. Further, a detection circuit 30 is provided for detecting a change in the state of the piezoresistive elements 30ra and 30rb as an electric signal. The detection circuit 30 is configured to change the intensity of the electric signal according to the shearing force when a shearing force is applied to the contact portion 23 in the direction of rotation of the vertical axis (Z axis) with respect to the contact surface 21. ing. Thereby, the shearing force in the rotation axis direction can be detected. Further, since a change in the resistance value of the piezoresistive elements 30ra and 30rb is detected, a change in temperature and interference with another axis can be canceled, and a stable output value can be obtained. The same applies to the piezoresistive elements 30xa, 30xb, 30ya, 30yb, 30za, 30zb.

なお、本実施例においては、ピエゾ抵抗素子３０ｒａ，３０ｒｂは接触部２３に対して点対称に配置されているが、それに限られない。ピエゾ抵抗素子３０ｒａ，３０ｒｂは、接触面２１の接触部２３の周辺において、接触部２３の周方向の異なる位置に配置されていればよい。また、ピエゾ抵抗素子３０ｘａ，３０ｘｂは接触部２３に対して点対称に配置されているが、それに限られない。ピエゾ抵抗素子３０ｘａ，３０ｘｂは、接触面２１の接触部２３を挟んでＸ軸と平行にならないように配置されていればよい。また、ピエゾ抵抗素子３０ｙａ，３０ｙｂは接触部２３に対して点対称に配置されているがそれに限られない。ピエゾ抵抗素子３０ｙａ，３０ｙｂは、接触面２１の接触部２３を挟んでＹ軸と平行にならないように配置されていればよい。   In the present embodiment, the piezoresistive elements 30ra and 30rb are arranged point-symmetrically with respect to the contact portion 23, but are not limited thereto. The piezoresistive elements 30ra and 30rb may be arranged at different positions in the circumferential direction of the contact portion 23 around the contact portion 23 of the contact surface 21. Further, the piezoresistive elements 30xa and 30xb are arranged point-symmetrically with respect to the contact portion 23, but are not limited thereto. The piezoresistive elements 30xa and 30xb may be arranged so as not to be parallel to the X axis with the contact portion 23 of the contact surface 21 interposed therebetween. Further, the piezoresistive elements 30ya and 30yb are arranged point-symmetrically with respect to the contact portion 23, but are not limited thereto. The piezoresistive elements 30ya and 30yb may be arranged so as not to be parallel to the Y axis with the contact portion 23 of the contact surface 21 interposed therebetween.

実施例１においては、ピエゾ抵抗素子を用いてせん断力を検出したが、それに限られない。外力が加わることによって容量値が変化するキャパシタを用いることで、せん断力を検出してもよい。実施例２においては、力検出素子としてキャパシタを用いる例について説明する。   In the first embodiment, the shear force is detected using the piezoresistive element, but the invention is not limited thereto. The shearing force may be detected by using a capacitor whose capacitance value changes when an external force is applied. In a second embodiment, an example in which a capacitor is used as a force detection element will be described.

図８（ａ）は、実施例２に係る触覚センサ素子２０ａの概略斜視図である。図８（ａ）で例示するように、触覚センサ素子２０ａの接触面２１には、弾性体２２が設けられている。図８（ｂ）は、触覚センサ素子２０ａの概略平面図である。図８（ａ）および図８（ｂ）では、弾性体２２を透過している。図８（ｃ）は、図８（ｂ）の拡大図である。   FIG. 8A is a schematic perspective view of the tactile sensor element 20a according to the second embodiment. As illustrated in FIG. 8A, an elastic body 22 is provided on the contact surface 21 of the tactile sensor element 20a. FIG. 8B is a schematic plan view of the tactile sensor element 20a. 8A and 8B, the light passes through the elastic body 22. FIG. 8 (c) is an enlarged view of FIG. 8 (b).

図８（ｃ）で例示するように、触覚センサ素子２０ａの接触面２１の中央部が対象物と接触する接触部２３である。接触面２１は、ＸＹ平面に相当する。接触面２１において、接触部２３を中心にして、複数種からなる１対の力検出素子が放射状に配置されている。   As illustrated in FIG. 8C, the center of the contact surface 21 of the tactile sensor element 20a is the contact portion 23 that contacts the target. The contact surface 21 corresponds to the XY plane. On the contact surface 21, a plurality of pairs of force detecting elements are radially arranged around the contact portion 23.

ここで、力検出素子の詳細について説明する。図９で例示するように、力検出素子は、１対のキャパシタ４０ａ，４０ｂを備える。キャパシタ４０ａ，４０ｂは、それぞれ、電極４１と電極４２とが離間して対向している。それにより、キャパシタ４０ａ，４０ｂは、電気容量を有している。電極４１と電極４２とが近づくと、電気容量が大きくなる。一方、電極４１と電極４２とが離れると、電気容量が小さくなる。せん断力によって電極４１と電極４２との距離が変化することで得られる電気容量を検出することで、当該せん断力の大きさを検出することができる。   Here, the details of the force detecting element will be described. As illustrated in FIG. 9, the force detection element includes a pair of capacitors 40a and 40b. The electrodes 41 and 42 of the capacitors 40a and 40b are opposed to each other with a space therebetween. Thereby, the capacitors 40a and 40b have electric capacitance. As the electrodes 41 and 42 approach each other, the electric capacity increases. On the other hand, when the electrode 41 and the electrode 42 are separated, the electric capacity decreases. The magnitude of the shearing force can be detected by detecting the capacitance obtained by changing the distance between the electrode 41 and the electrode 42 due to the shearing force.

例えば、図９で例示するＬＣ回路において、発振・周波数検出回路の出力を検出することで、キャパシタ４０ａ，４０ｂの合計の電気容量Ｃを検出することができる。   For example, in the LC circuit illustrated in FIG. 9, by detecting the output of the oscillation / frequency detection circuit, the total capacitance C of the capacitors 40a and 40b can be detected.

図１０は、図８（ｃ）において、キャパシタを抜き出して描いた図である。図１０で例示するように、接触面２１において、Ｙ軸方向に沿って、接触部２３に対して点対称に、放射状に延びるように１対のキャパシタ４０ｘａ，４０ｘｂが配置されている。キャパシタ４０ｘａがＹ軸プラス側に配置され、キャパシタ４０ｘｂがＹ軸マイナス側に配置されている。   FIG. 10 is a diagram in which a capacitor is extracted and drawn in FIG. As illustrated in FIG. 10, on the contact surface 21, a pair of capacitors 40xa and 40xb are arranged so as to extend radially in a point symmetry with respect to the contact portion 23 along the Y-axis direction. The capacitor 40xa is arranged on the Y axis plus side, and the capacitor 40xb is arranged on the Y axis minus side.

キャパシタ４０ｘａ，４０ｘｂにおいては、Ｘ軸プラス側の電極４１が固定され、Ｘ軸マイナス側の電極４２がＹ軸方向に湾曲可能に配置されている。すなわち、同一の周方向に対して、キャパシタ４０ｘａ，ｘｂは、電極４１と電極４２との配置側が逆となっている。この１対のキャパシタ４０ｘａ，４０ｘｂにおいては、Ｘ軸プラス方向のせん断力が加わった場合に電極４２が電極４１側に近づくことから、キャパシタ４０ｘａ，４０ｘｂの電気容量が大きくなる。一方、Ｘ軸マイナス方向のせん断力が加わった場合に電極４２が電極４１から離れることから、キャパシタ４０ｘａ，４０ｘｂの電気容量が小さくなる。すなわち、Ｘ軸方向のせん断力を検出することができる。   In the capacitors 40xa and 40xb, the electrode 41 on the positive side of the X axis is fixed, and the electrode 42 on the negative side of the X axis is disposed so as to bendable in the Y axis direction. That is, in the same circumferential direction, the arrangement sides of the electrodes 41 and 42 of the capacitors 40xa and xb are reversed. In the pair of capacitors 40xa and 40xb, when the shearing force in the positive direction of the X-axis is applied, the electrode 42 approaches the electrode 41, so that the capacitance of the capacitors 40xa and 40xb increases. On the other hand, when a shearing force in the negative direction of the X-axis is applied, the electrode 42 separates from the electrode 41, so that the capacitance of the capacitors 40xa and 40xb decreases. That is, the shear force in the X-axis direction can be detected.

接触面２１において、Ｘ軸方向に沿って、接触部２３に対して点対称に、放射状に延びるように１対のキャパシタ４０ｙａ，４０ｙｂが配置されている。キャパシタ４０ｙａ，４０ｙｂにおいては、Ｙ軸プラス側の電極４１が固定され、Ｙ軸マイナス側の電極４２がＹ軸方向において湾曲可能に配置されている。すなわち、同一の周方向に対して、キャパシタ４０ｙａ，ｙｂは、電極４１と電極４２との配置側が逆となっている。この１対のキャパシタ４０ｙａ，４０ｙｂにおいては、Ｙ軸プラス方向のせん断力が加わった場合に電極４２が電極４１側に近づくことから、キャパシタ４０ｙａ，４０ｙｂの電気容量が大きくなる。一方、Ｙ軸マイナス方向のせん断力が加わった場合に電極４２が電極４１から離れることから、キャパシタ４０ｙａ，４０ｙｂの電気容量が小さくなる。すなわち、Ｙ軸方向のせん断力を検出することができる。   On the contact surface 21, a pair of capacitors 40ya and 40yb are arranged so as to radially extend along the X-axis direction and point-symmetrically with respect to the contact portion 23. In the capacitors 40ya and 40yb, the electrode 41 on the positive side of the Y axis is fixed, and the electrode 42 on the negative side of the Y axis is arranged to be bendable in the Y axis direction. That is, in the same circumferential direction, the arrangement sides of the electrodes 41 and 42 of the capacitors 40ya and yb are reversed. In the pair of capacitors 40ya and 40yb, when a shear force in the Y-axis plus direction is applied, the electrode 42 approaches the electrode 41 side, so that the capacitance of the capacitors 40ya and 40yb increases. On the other hand, when a shearing force in the negative direction of the Y-axis is applied, the electrode 42 separates from the electrode 41, so that the capacitance of the capacitors 40ya and 40yb decreases. That is, the shear force in the Y-axis direction can be detected.

接触面２１において、いずれかの箇所において、接触部２３に対して点対称に、放射状に延びるように１対のキャパシタ４０ｚａ，４０ｚｂが配置されている。キャパシタ４０ｚａ，４０ｚｂにおいては、電極４１，４２が固定され、電極４１と電極４２との間に配置された電極４３がＺ軸方向に湾曲可能に配置されている。すなわち、Ｚ軸に対して、キャパシタ４０ｚａ，４０ｚｂは、第１電極と第２電極との配置側が同じとなっている。この１対のキャパシタ４０ｚａ，４０ｚｂにおいては、Ｚ軸マイナス方向にせん断力が加わった場合に、電極４３がＺ軸マイナス方向に湾曲することで、電極４１と電極４３との対向面積および電極４２と電極４３との対向面積が減少する。それにより、キャパシタ４０ｚａ，４０ｚｂの電気容量が小さくなる。すなわち、Ｚ軸方向のせん断力を検出することができる。   A pair of capacitors 40za, 40zb are arranged at any point on the contact surface 21 so as to extend radially symmetrically with respect to the contact portion 23. In the capacitors 40za and 40zb, the electrodes 41 and 42 are fixed, and the electrode 43 disposed between the electrode 41 and the electrode 42 is disposed so as to be able to bend in the Z-axis direction. That is, the capacitors 40za and 40zb have the same arrangement side of the first electrode and the second electrode with respect to the Z axis. In the pair of capacitors 40za and 40zb, when a shear force is applied in the negative direction of the Z axis, the electrode 43 bends in the negative direction of the Z axis, so that the facing area between the electrode 41 and the electrode 43 and the electrode 42 The area facing the electrode 43 is reduced. Thereby, the electric capacitance of capacitors 40za and 40zb decreases. That is, the shearing force in the Z-axis direction can be detected.

接触面２１において、いずれかの箇所において、接触部２３に対して点対称に、放射状に延びるように１対のキャパシタ４０ｒａ，４０ｒｂが配置されている。キャパシタ４０ｒａにおいては、接触面２１をキャパシタ４０ｒａ，４０ｒｂを結ぶ線で分割した場合に一方側に電極４１が固定され、他方側に電極４２が湾曲可能に配置されている。キャパシタ４０ｒｂにおいては、当該他方側に電極４１が固定され、他方側に電極４２が湾曲可能に配置されている。すなわち、同一の周方向に対して、キャパシタ４０ｒａ，４０ｒｂは、電極４１と電極４２との配置側が同じとなっている。本実施例においては、一例として、キャパシタ４０ｘａとキャパシタ４０ｙｂとの間にキャパシタ４０ｒａが配置され、キャパシタ４０ｘｂとキャパシタ４０ｙａとの間にキャパシタ４０ｒｂが配置されている。キャパシタ４０ｒａ，４０ｒｂのせん断力検出については後述する。   A pair of capacitors 40ra, 40rb is arranged at any point on the contact surface 21 so as to extend radially symmetrically with respect to the contact portion 23. In the capacitor 40ra, when the contact surface 21 is divided by a line connecting the capacitors 40ra and 40rb, the electrode 41 is fixed on one side, and the electrode 42 is disposed on the other side in a bendable manner. In the capacitor 40rb, the electrode 41 is fixed to the other side, and the electrode 42 is arranged to bendable on the other side. In other words, the capacitors 40ra and 40rb have the same arrangement side of the electrodes 41 and 42 in the same circumferential direction. In the present embodiment, as an example, the capacitor 40ra is arranged between the capacitor 40xa and the capacitor 40yb, and the capacitor 40rb is arranged between the capacitor 40xb and the capacitor 40ya. The detection of the shearing force of the capacitors 40ra and 40rb will be described later.

図１１は、本実施例に係る検出回路３０を例示する図である。図１１で例示するように、検出回路３０は、各せん断力を検出するためのＬＣ回路を備える。キャパシタ４０ｘａ，４０ｘｂと、キャパシタ４０ｙａ，４０ｙｂと、キャパシタ４０ｚａ，４０ｚｂと、キャパシタ４０ｒａ，４０ｒｂとに対して、それぞれＬＣ回路が構成されている。可変容量Ｃｘ１がキャパシタ４０ｘａの電気容量に対応し、可変容量Ｃｘ２がキャパシタ４０ｘｂの電気容量に対応する。可変容量Ｃｙ１がキャパシタ４０ｙａの電気容量に対応し、可変容量Ｃｙ２がキャパシタ４０ｙｂの電気容量に対応する。可変容量抵抗Ｃｒ１がキャパシタ４０ｒａの電気容量に対応し、可変容量Ｃｒ２がキャパシタ４０ｒｂの電気容量に対応する。可変容量Ｃｚ１ａがキャパシタ４０ｚａの電極４１と電極４３との間の電気容量に対応する。可変容量Ｃｚ１ｂがキャパシタ４０ｚａの電極４２と電極４３との間の電気容量に対応する。可変容量Ｃｚ２ａがキャパシタ４０ｚｂの電極４１と電極４３との間の電気容量に対応する。可変容量Ｃｚ２ｂがキャパシタ４０ｚｂの電極４２と電極４３との間の電気容量に対応する。   FIG. 11 is a diagram illustrating the detection circuit 30 according to the present embodiment. As exemplified in FIG. 11, the detection circuit 30 includes an LC circuit for detecting each shear force. An LC circuit is composed of the capacitors 40xa and 40xb, the capacitors 40ya and 40yb, the capacitors 40za and 40zb, and the capacitors 40ra and 40rb, respectively. The variable capacitance Cx1 corresponds to the capacitance of the capacitor 40xa, and the variable capacitance Cx2 corresponds to the capacitance of the capacitor 40xb. The variable capacitance Cy1 corresponds to the capacitance of the capacitor 40ya, and the variable capacitance Cy2 corresponds to the capacitance of the capacitor 40yb. The variable capacitance resistor Cr1 corresponds to the capacitance of the capacitor 40ra, and the variable capacitance Cr2 corresponds to the capacitance of the capacitor 40rb. The variable capacitance Cz1a corresponds to the electric capacitance between the electrode 41 and the electrode 43 of the capacitor 40za. The variable capacitance Cz1b corresponds to the electric capacitance between the electrode 42 and the electrode 43 of the capacitor 40za. The variable capacitance Cz2a corresponds to the electric capacitance between the electrode 41 and the electrode 43 of the capacitor 40zb. The variable capacitance Cz2b corresponds to the electric capacitance between the electrode 42 and the electrode 43 of the capacitor 40zb.

キャパシタ４０ｘａ，４０ｘｂのＬＣ回路の発振・周波数検出回路の出力Ｖｘ＿ｏｕｔが、Ｘ軸方向のせん断力に対応する値である。キャパシタ４０ｙａ，４０ｙｂのＬＣ回路の発振・周波数検出回路の出力Ｖｙ＿ｏｕｔが、Ｙ軸方向のせん断力に対応する値である。キャパシタ４０ｚａ，４０ｚｂのＬＣ回路の発振・周波数検出回路の出力Ｖｚ＿ｏｕｔが、Ｚ軸方向のせん断力に対応する値である。キャパシタ４０ｒａ，４０ｒｂのＬＣ回路の発振・周波数検出回路の出力Ｖｒ＿ｏｕｔが、Ｚ軸回転方向のせん断力に対応する値である。   The output Vx_out of the oscillation / frequency detection circuit of the LC circuit of the capacitors 40xa and 40xb is a value corresponding to the shearing force in the X-axis direction. The output Vy_out of the oscillation / frequency detection circuit of the LC circuit of the capacitors 40ya and 40yb is a value corresponding to the shearing force in the Y-axis direction. The output Vz_out of the oscillation / frequency detection circuit of the LC circuit of the capacitors 40za and 40zb is a value corresponding to the shearing force in the Z-axis direction. The output Vr_out of the oscillation / frequency detection circuit of the LC circuit including the capacitors 40ra and 40rb is a value corresponding to the shearing force in the Z-axis rotation direction.

図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、触覚センサ素子２０ａによるせん断力の検出について例示する図である。図１２（ａ）は、触覚センサ素子２０ａに対して、Ｘ軸マイナス側かつＹ軸マイナス側からＸ軸プラス側かつＹ軸プラス側に外力Ｆが加わる場合を例示する図である。すなわち、外力Ｆには、Ｘ軸プラス側への外力成分Ｆｘと、Ｙ軸プラス側への外力成分Ｆｙとが含まれる。   FIGS. 12A and 12B are diagrams illustrating the detection of the shearing force by the tactile sensor element 20a. FIG. 12A is a diagram illustrating a case where an external force F is applied to the tactile sensor element 20a from the negative side of the X axis and the negative side of the Y axis to the positive side of the X axis and the positive side of the Y axis. That is, the external force F includes an external force component Fx on the positive side of the X axis and an external force component Fy on the positive side of the Y axis.

図１２（ａ）で例示するように、外力Ｆが触覚センサ素子２０ａに加わる場合、キャパシタ４０ｘａにおいては電極４２が電極４１側に湾曲することによって、電気容量Ｃｘ１が大きくなる（Ｃｘ１＋ΔＣｘ１）。キャパシタ４０ｘｂにおいても電極４２が電極４１側に湾曲することによって、電気容量Ｃｘ２が大きくなる（Ｃｘ２＋ΔＣｘ２）。ΔＣｘ１＋ΔＣｘ２は大きい値となるため、キャパシタ４０ｘａ，４０ｘｂは、Ｘ軸プラス側へのせん断力を検出する。   As illustrated in FIG. 12A, when an external force F is applied to the tactile sensor element 20a, the capacitance Cx1 increases (Cx1 + ΔCx1) by bending the electrode 42 toward the electrode 41 in the capacitor 40xa. Also in the capacitor 40xb, since the electrode 42 curves toward the electrode 41, the capacitance Cx2 increases (Cx2 + ΔCx2). Since ΔCx1 + ΔCx2 is a large value, the capacitors 40xa and 40xb detect the shearing force on the positive side of the X axis.

キャパシタ４０ｙａにおいては電極４２が電極４１側に湾曲することによって、電気容量Ｃｙ１が大きくなる（Ｃｙ１＋ΔＣｙ１）。キャパシタ４０ｙｂにおいても電極４２が電極４１側に湾曲することによって、電気容量Ｃｙ２が大きくなる（Ｃｙ２＋ΔＣｙ２）。ΔＣｙ１＋ΔＣｙ２は大きい値となるため、キャパシタ４０ｙａ，４０ｙｂは、Ｙ軸プラス側へのせん断力を検出する。   In the capacitor 40ya, the capacitance Cy1 increases (Cy1 + ΔCy1) because the electrode 42 curves toward the electrode 41. In the capacitor 40yb as well, the electric capacitance Cy2 increases (Cy2 + ΔCy2) by the electrode 42 bending toward the electrode 41 side. Since ΔCy1 + ΔCy2 is a large value, the capacitors 40ya and 40yb detect the shearing force to the Y axis plus side.

なお、キャパシタ４０ｒａにおいては、電極４２が電極４１側に湾曲することによって、電気容量Ｃｒ１が大きくなる（Ｃｒ１＋ΔＣｒ１）。一方、キャパシタ４０ｒｂにおいては、電極４２が電極４１と反対側に湾曲することによって、電気容量Ｃｒ２が小さくなる（Ｃｒ２−ΔＣｒ２）。ΔＣｒ１とΔＣｒ２とは略同一であるため、キャパシタ４０ｒａ，４０ｒｂは、せん断力を検出しない。   In the capacitor 40ra, the electric capacitance Cr1 increases (Cr1 + ΔCr1) due to the electrode 42 bending toward the electrode 41. On the other hand, in the capacitor 40rb, the electric capacity Cr2 is reduced (Cr2-ΔCr2) because the electrode 42 curves to the opposite side to the electrode 41. Since ΔCr1 and ΔCr2 are substantially the same, the capacitors 40ra and 40rb do not detect the shearing force.

図１２（ｂ）は、Ｚ軸を中心として外力として回転力Ｒが加わる場合を例示する図である。一例として、接触面２１に対する平面視において、時計回りの回転力が加わる場合について検討する。   FIG. 12B is a diagram illustrating a case where a rotational force R is applied as an external force around the Z axis. As an example, consider a case where a clockwise rotation force is applied to the contact surface 21 in a plan view.

図１２（ｂ）で例示するように、回転力Ｒが触覚センサ素子２０ａに加わる場合、キャパシタ４０ｘａにおいては、回転力Ｒによって電極４２が電極４１側に湾曲する。それにより、電気容量Ｃｘ１が大きくなる（Ｃｘ１＋ΔＣｘ１）。キャパシタ４０ｘｂにおいては、回転力Ｒによって電極４２が電極４１と反対側に湾曲する。それにより、電気容量Ｃｘ２が小さくなる（Ｃｘ２−ΔＣｘ２）。ΔＣｘ１とΔＣｘ２とは略同一であるため、キャパシタ４０ｘａ，４０ｘｂは、せん断力を検出しない。   As illustrated in FIG. 12B, when a rotational force R is applied to the tactile sensor element 20a, the electrode 42 of the capacitor 40xa is bent toward the electrode 41 due to the rotational force R. Thereby, the electric capacitance Cx1 increases (Cx1 + ΔCx1). In the capacitor 40xb, the electrode 42 bends to the opposite side to the electrode 41 due to the rotational force R. As a result, the electric capacitance Cx2 decreases (Cx2-ΔCx2). Since ΔCx1 and ΔCx2 are substantially the same, the capacitors 40xa and 40xb do not detect the shearing force.

キャパシタ４０ｙａにおいては、回転力Ｒによって電極４２が電極４１と反対側に湾曲する。それにより、電気容量Ｃｙ１が小さくなる（Ｃｙ１−ΔＣｙ１）。キャパシタ４０ｙｂにおいては、回転力Ｒによって電極４２が電極４１側に湾曲する。それにより、電気容量Ｃｙ２が大きくなる（Ｃｙ２＋ΔＣｙ２）。ΔＣｙ１とΔＣｙ２とは略同一であるため、キャパシタ４０ｙａ，４０ｙｂは、せん断力を検出しない。   In the capacitor 40ya, the electrode 42 bends to the opposite side to the electrode 41 due to the rotational force R. As a result, the capacitance Cy1 decreases (Cy1−ΔCy1). In the capacitor 40yb, the electrode 42 bends toward the electrode 41 due to the rotational force R. As a result, the capacitance Cy2 increases (Cy2 + ΔCy2). Since ΔCy1 and ΔCy2 are substantially the same, the capacitors 40ya and 40yb do not detect the shearing force.

キャパシタ４０ｒａにおいては、回転力Ｒによって電極４２が電極４１側に湾曲する。それにより、電気容量Ｃｒ１が大きくなる（Ｃｒ１＋ΔＣｒ１）。キャパシタ４０ｒｂにおいては、回転力Ｒによって電極４２が電極４１側に湾曲する。それにより、電気容量Ｃｒ２も大きくなる（Ｃｒ２＋ΔＣｒ２）。ΔＣｒ１＋ΔＣｒ２は大きい値となるため、キャパシタ４０ｒａ，４０ｒｂはせん断力を検出する。   In the capacitor 40ra, the electrode 42 bends toward the electrode 41 due to the rotational force R. As a result, the electric capacity Cr1 increases (Cr1 + ΔCr1). In the capacitor 40rb, the electrode 42 bends toward the electrode 41 due to the rotational force R. Thereby, the electric capacity Cr2 also increases (Cr2 + ΔCr2). Since ΔCr1 + ΔCr2 is a large value, the capacitors 40ra and 40rb detect the shearing force.

図１３（ａ）は、触覚センサ素子２０ａに対して外力Ｆが加わる場合のキャパシタ４０ｚａ，４０ｚｂの検出を例示する図である。図１３（ａ）においては、外力Ｆは、Ｘ軸マイナス側かつＹ軸プラス側からＸ軸プラス側かつＹ軸マイナス側への力である。   FIG. 13A is a diagram illustrating the detection of the capacitors 40za and 40zb when an external force F is applied to the tactile sensor element 20a. In FIG. 13A, the external force F is a force from the X axis minus side and the Y axis plus side to the X axis plus side and the Y axis minus side.

図１３（ａ）で例示するように、外力Ｆが触覚センサ素子２０ａに加わる場合、キャパシタ４０ｚａにおいては、電極４３が電極４２側に湾曲することから、電極４１と電極４２との間の電気容量Ｃｚ１ａは小さくなり（Ｃｚ１ａ−ΔＣｚ１ａ）、電極４２と電極４３との間の電気容量Ｃｚ１ｂは大きくなる（Ｃｚ１ｂ＋ΔＣｚ１ｂ）。キャパシタ４０ｚｂにおいては、電極４３が電極４１側に湾曲することから、電極４１と電極４３との間の電気容量Ｃｚ２ａが大きくなり（Ｃｚ２ａ＋ΔＣｚ２ａ）、電極４２と電極４３との間の電気容量Ｃｚ２ｂは小さくなる（Ｃｚ２ｂ−ΔＣｚ２ｂ）。ΔＣｚ１ａとΔＣｚ１ｂとΔＣｚ１ａとΔＣｚ１ｂとは略同一であるため、キャパシタ４０ｚａ，４０ｚｂはせん断力を検出しない。   As illustrated in FIG. 13A, when an external force F is applied to the tactile sensor element 20a, the capacitance between the electrode 41 and the electrode 42 in the capacitor 40za because the electrode 43 is curved toward the electrode 42. Cz1a decreases (Cz1a−ΔCz1a), and the capacitance Cz1b between the electrode 42 and the electrode 43 increases (Cz1b + ΔCz1b). In the capacitor 40zb, since the electrode 43 is curved toward the electrode 41, the electric capacitance Cz2a between the electrode 41 and the electrode 43 increases (Cz2a + ΔCz2a), and the electric capacitance Cz2b between the electrode 42 and the electrode 43 decreases. (Cz2b−ΔCz2b). Since ΔCz1a, ΔCz1b, ΔCz1a, and ΔCz1b are substantially the same, the capacitors 40za, 40zb do not detect the shearing force.

図１３（ｂ）は、触覚センサ素子２０ａに対して回転力Ｒが加わる場合のキャパシタ４０ｚａ，４０ｚｂの検出を例示する図である。図１３（ｂ）で例示するように、回転力Ｒが触覚センサ素子２０ａに加わる場合、キャパシタ４０ｚａにおいては、電極４３が電極４２側に湾曲することから、電極４１と電極４３との間の電気容量Ｃｚ１ａは小さくなり（Ｃｚ１ａ−ΔＣｚ１ａ）、電極４２と電極４３との間の電気容量Ｃｚ１ｂは大きくなる（Ｃｚ１ｂ＋ΔＣｚ１ｂ）。キャパシタ４０ｚｂにおいては、電極４３が電極４２側に湾曲することから、電極４１と電極４３との間の電気容量Ｃｚ２ａが小さくなり（Ｃｚ２ａ−ΔＣｚ２ａ）、電極４２と電極４３との間の電気容量Ｃｚ２ｂは大きくなる（Ｃｚ２ｂ＋ΔＣｚ２ｂ）。ΔＣｚ１ａとΔＣｚ１ｂとΔＣｚ１ａとΔＣｚ１ｂとは略同一であるため、キャパシタ４０ｚａ，４０ｚｂはせん断力を検出しない。   FIG. 13B is a diagram illustrating an example of detection of the capacitors 40za and 40zb when a rotational force R is applied to the tactile sensor element 20a. As illustrated in FIG. 13B, when the rotational force R is applied to the tactile sensor element 20 a, in the capacitor 40 za, since the electrode 43 is curved toward the electrode 42, the electric current between the electrode 41 and the electrode 43 is reduced. The capacitance Cz1a decreases (Cz1a−ΔCz1a), and the electric capacitance Cz1b between the electrode 42 and the electrode 43 increases (Cz1b + ΔCz1b). In the capacitor 40zb, since the electrode 43 bends toward the electrode 42, the electric capacitance Cz2a between the electrode 41 and the electrode 43 decreases (Cz2a−ΔCz2a), and the electric capacitance Cz2b between the electrode 42 and the electrode 43. Becomes larger (Cz2b + ΔCz2b). Since ΔCz1a, ΔCz1b, ΔCz1a, and ΔCz1b are substantially the same, the capacitors 40za, 40zb do not detect the shearing force.

図１３（ｄ）および図１３（ｅ）は、図１３（ｃ）のキャパシタ４０ｚａのＡ−Ａ線断面図である。Ｚ軸方向に外力が加わらなければ、電極４３は湾曲しない。それにより、図１３（ｄ）で例示するように、キャパシタ４０ｚａの電気容量は変化しない。図１３（ｅ）で例示するように、Ｚ軸マイナス方向に外力が加わると、電極４３がＺ軸マイナス側に湾曲する。それにより、電極４１と電極４２との間の対向面積が減少するため電気容量Ｃｚ１ａが小さくなり（Ｃｚ１ａ−ΔＣｚ１ａ）、電極４３と電極４２との間の対向面積が減少するため電気容量Ｃｚ１ｂも小さくなる（Ｃｚ１ｂ−ΔＣｚ１ｂ）。キャパシタ４０ｚｂにおいても、同様に、電極４１と電極４３との間の電気容量および電極４２と電極４３との間の電気容量が減少する。したがって、Ｚ軸方向のせん断力を検出することができる。   FIGS. 13D and 13E are cross-sectional views of the capacitor 40za of FIG. 13C taken along line AA. If no external force is applied in the Z-axis direction, the electrode 43 does not bend. Thus, as illustrated in FIG. 13D, the capacitance of the capacitor 40za does not change. As illustrated in FIG. 13E, when an external force is applied in the negative direction of the Z axis, the electrode 43 bends in the negative direction of the Z axis. Accordingly, the opposing area between the electrode 41 and the electrode 42 decreases, so that the electric capacitance Cz1a decreases (Cz1a−ΔCz1a), and the opposing area between the electrode 43 and the electrode 42 decreases, so that the electric capacitance Cz1b also decreases. (Cz1b−ΔCz1b). Similarly, in the capacitor 40zb, the electric capacity between the electrode 41 and the electrode 43 and the electric capacity between the electrode 42 and the electrode 43 decrease. Therefore, the shearing force in the Z-axis direction can be detected.

本実施例によれば、キャパシタ４０ｒａ，４０ｒｂが、接触面２１の接触部２３の周辺において、接触部２３の周方向の異なる位置に配置されている。また、キャパシタ４０ｒａ，４０ｒｂの状態変化を電気信号として検出する検出回路３０が備わっている。検出回路３０は、接触部２３において接触面２１に対する垂直軸（Ｚ軸）の回転方向にせん断力が印加される場合に、上記電気信号の強度を当該せん断力に応じて変化させるように構成されている。それにより、回転軸方向のせん断力を検出することができる。また、キャパシタ４０ｒａ，４０ｒｂの電気容量変化を検出するため、温度変化や他軸との干渉をキャンセルすることが出来、安定した出力値を得ることができる。キャパシタ４０ｘａ，４０ｘｂ，４０ｙａ，４０ｙｂ，４０ｚａ，４０ｚｂについても同様である。   According to the present embodiment, the capacitors 40ra and 40rb are arranged at different positions in the circumferential direction of the contact portion 23 around the contact portion 23 of the contact surface 21. Further, a detection circuit 30 that detects a change in the state of the capacitors 40ra and 40rb as an electric signal is provided. The detection circuit 30 is configured to change the intensity of the electric signal according to the shearing force when a shearing force is applied to the contact portion 23 in the direction of rotation of the vertical axis (Z axis) with respect to the contact surface 21. ing. Thereby, the shearing force in the rotation axis direction can be detected. Further, since the capacitance change of the capacitors 40ra and 40rb is detected, a temperature change and interference with another axis can be canceled, and a stable output value can be obtained. The same applies to the capacitors 40xa, 40xb, 40ya, 40yb, 40za, and 40zb.

なお、本実施例においては、キャパシタ４０ｒａ，４０ｒｂは接触部２３に対して点対称に配置されているが、それに限られない。キャパシタ４０ｒａ，４０ｒｂは、接触面２１の接触部２３の周辺において、接触部２３の周方向の異なる位置に配置されていればよい。また、キャパシタ４０ｘａ，４０ｘｂは接触部２３に対して点対称に配置されているが、それに限られない。キャパシタ４０ｘａ，４０ｘｂは、接触面２１の接触部２３を挟んでＸ軸と平行にならないように配置されていればよい。また、キャパシタ４０ｙａ，４０ｙｂは接触部２３に対して点対称に配置されているがそれに限られない。キャパシタ４０ｙａ，４０ｙｂは、接触面２１の接触部２３を挟んでＹ軸と平行にならないように配置されていればよい。   In the present embodiment, the capacitors 40ra and 40rb are arranged point-symmetrically with respect to the contact portion 23, but are not limited thereto. The capacitors 40ra and 40rb may be arranged at different positions in the circumferential direction of the contact portion 23 around the contact portion 23 of the contact surface 21. Further, the capacitors 40xa and 40xb are arranged point-symmetrically with respect to the contact portion 23, but are not limited thereto. The capacitors 40xa and 40xb may be arranged so as not to be parallel to the X axis with the contact portion 23 of the contact surface 21 interposed therebetween. The capacitors 40ya and 40yb are arranged point-symmetrically with respect to the contact portion 23, but are not limited thereto. The capacitors 40ya and 40yb may be arranged so as not to be parallel to the Y axis with the contact portion 23 of the contact surface 21 interposed therebetween.

（変形例１）
図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、変形例１について説明するための図である。図１４（ａ）で例示するように、触覚センサ素子２０の接触面２１には弾性体２２が設けられているが、弾性体２２の形状はこれに限られない。例えば、図１４（ｂ）で例示するように、接触部２３に対応する箇所に、弾性体の凸部２２ａを設けてもよい。例えば、凸部２２ａは半球状の形状を有する。凸部２２ａを設けることによって、対象物と触覚センサ素子２０との接触時の回転中心が一致しやすくなる。それにより、各力検出素子の安定した出力値を得ることができる。 (Modification 1)
FIGS. 14A and 14B are diagrams for explaining the first modification. As illustrated in FIG. 14A, an elastic body 22 is provided on the contact surface 21 of the tactile sensor element 20, but the shape of the elastic body 22 is not limited to this. For example, as illustrated in FIG. 14B, a protrusion 22 a of an elastic body may be provided at a position corresponding to the contact portion 23. For example, the protrusion 22a has a hemispherical shape. The provision of the protruding portions 22a makes it easier for the center of rotation when the target object and the tactile sensor element 20 are in contact with each other to coincide. Thereby, a stable output value of each force detecting element can be obtained.

（変形例２）
図１５は、変形例２にかかるロボットシステムについて例示する図である。上記各例においては、制御部４０は、触覚センサ素子２０から各せん断力を検出している。これに対して、制御部４０の機能を有するサーバ２０２が、インターネットなどの電気通信回線２０１を通じて触覚センサ素子２０から各せん断力を取得してもよい。 (Modification 2)
FIG. 15 is a diagram illustrating a robot system according to the second modification. In each of the above examples, the control unit 40 detects each shear force from the tactile sensor element 20. On the other hand, the server 202 having the function of the control unit 40 may acquire each shear force from the tactile sensor element 20 through the electric communication line 201 such as the Internet.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes may be made within the scope of the present invention described in the appended claims. Changes are possible.

１０ ロボットハンド
２０ 触覚センサ素子
２１ 接触面
２２ 弾性体
２３ 接触部
３０ 検出回路
３０ｘａ，３０ｘｂ，３０ｙａ，３０ｙｂ，３０ｚａ，３０ｚｂ，３０ｒａ，３０ｒｂ ピエゾ抵抗素子
４０ 制御部
４０ｘａ，４０ｘｂ，４０ｙａ，４０ｙｂ，４０ｚａ，４０ｚｂ，４０ｒａ，４０ｒｂ キャパシタ
１００ ロボットシステム DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Robot hand 20 Tactile sensor element 21 Contact surface 22 Elastic body 23 Contact part 30 Detection circuit 30xa, 30xb, 30ya, 30yb, 30za, 30zb, 30ra, 30rb Piezoresistance element 40 Control part 40xa, 40xb, 40ya, 40yb, 40za, 40zb, 40ra, 40rb Capacitor 100 Robot system

Claims (15)

所定平面の所定領域の周辺において、当該所定領域の周方向の異なる位置に配置された１対の力検出素子と、
前記１対の力検出素子の状態変化を電気信号として検出する検出回路と、を備え、
前記１対の力検出素子の各々は、ピエゾ抵抗層とシリコーンの弾性体とが互いに接合された構造を有する第１の１対のピエゾ抵抗素子であり、
前記検出回路は、前記所定領域において前記所定平面に対する垂直軸の回転方向にせん断力が印加される場合に、前記電気信号の強度を当該せん断力に応じて変化させるように構成されていることを特徴とする触覚センサ。 A pair of force detecting elements arranged at different positions in a circumferential direction of the predetermined area around a predetermined area of the predetermined plane;
A detection circuit for detecting a change in state of the pair of force detection elements as an electric signal,
Each of the pair of force detecting elements is a first pair of piezoresistive elements having a structure in which a piezoresistive layer and a silicone elastic body are joined to each other,
The detection circuit, when a shearing force is applied in a rotation direction of a vertical axis with respect to the predetermined plane in the predetermined area, is configured to change the intensity of the electric signal according to the shearing force. Tactile sensor featuring. 前記回転方向のせん断力が印加された場合に、前記第１の１対のピエゾ抵抗素子の一方のピエゾ抵抗素子のピエゾ抵抗層が引張力を受け、他方のピエゾ抵抗素子のピエゾ抵抗層が圧縮力を受けるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の触覚センサ。   When the shearing force in the rotational direction is applied, the piezoresistive layer of one of the first pair of piezoresistive elements receives a tensile force, and the piezoresistive layer of the other piezoresistive element compresses. The tactile sensor according to claim 1, wherein the tactile sensor is configured to receive a force. 同一の前記周方向に対して、前記第１の１対のピエゾ抵抗素子の弾性体とピエゾ抵抗層との配置側が逆であることを特徴とする請求項２記載の触覚センサ。   3. The tactile sensor according to claim 2, wherein an arrangement side of the elastic body and the piezoresistive layer of the first pair of piezoresistive elements is opposite to each other in the same circumferential direction. 互いに接合された弾性体およびピエゾ抵抗層を備える第２の１対のピエゾ抵抗素子をさらに備え、
前記第２の１対のピエゾ抵抗素子は、前記所定平面において前記所定領域を挟んで配置され、同一の前記周方向に対して、前記弾性体と前記ピエゾ抵抗層との配置側が同じとなるように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の触覚センサ。 A second pair of piezoresistive elements including an elastic body and a piezoresistive layer joined to each other;
The second pair of piezoresistive elements are arranged on the predetermined plane with the predetermined area interposed therebetween, and the arrangement side of the elastic body and the piezoresistance layer is the same in the same circumferential direction. The tactile sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the tactile sensor is arranged in a position. 互いに接合された弾性体およびピエゾ抵抗層を備える第３の１対のピエゾ抵抗素子をさらに備え、
前記第３の１対のピエゾ抵抗素子は、前記垂直軸の回転方向において前記弾性体と前記ピエゾ抵抗層との配置側が逆となるように配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の触覚センサ。 A third pair of piezoresistive elements including an elastic body and a piezoresistive layer joined to each other;
The third pair of piezoresistive elements are arranged such that the arrangement side of the elastic body and the piezoresistive layer is reversed in the rotation direction of the vertical axis. The tactile sensor according to claim 1. 前記検出回路は、ブリッジ回路であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の触覚センサ。   The tactile sensor according to claim 1, wherein the detection circuit is a bridge circuit. 所定平面の所定領域の周辺において、当該所定領域の周方向の異なる位置に配置された第１の１対のキャパシタと、  A first pair of capacitors arranged at different positions in a circumferential direction of the predetermined area around a predetermined area of the predetermined plane;
前記第１の１対のキャパシタの電気容量の変化を電気信号として検出する検出回路と、を備え、  A detection circuit for detecting a change in the electric capacitance of the first pair of capacitors as an electric signal,
前記検出回路は、前記所定領域において前記所定平面に対する垂直軸の回転方向にせん断力が印加される場合に、前記電気信号の強度を当該せん断力に応じて変化させるように構成され、  The detection circuit is configured to change the intensity of the electric signal according to the shearing force when a shearing force is applied in a rotation direction of a vertical axis with respect to the predetermined plane in the predetermined area,
前記第１の１対のキャパシタは、前記回転方向のせん断力が印加された場合の電気容量の増減が同一方向となるように構成されていることを特徴とする触覚センサ。  The tactile sensor according to claim 1, wherein the first pair of capacitors is configured such that an increase and a decrease in electric capacity when the shear force in the rotational direction is applied are in the same direction. 前記第１の１対のキャパシタは、両端が固定された第１電極と、前記第１電極と対向して一端が固定され他端が固定されていない第２電極と、を備え、
同一の前記周方向に対して、前記第１の１対のキャパシタの前記第１電極および前記第２電極の配置側が同じであることを特徴とする請求項７記載の触覚センサ。 The first pair of capacitors includes a first electrode having both ends fixed, and a second electrode having one end fixed and the other end not fixed opposite to the first electrode,
8. The tactile sensor according to claim 7, wherein the first pair of capacitors and the first electrode and the second electrode are arranged on the same side in the same circumferential direction. 両端が固定された第１電極と、前記第１電極と対向して一端が固定され他端が固定されていない第２電極とを備える第２の１対のキャパシタをさらに備え、
前記第２の１対のキャパシタは、前記所定平面において前記所定領域を挟んで配置され、同一の前記周方向に対して、前記第１電極と前記第２電極との配置側が逆となるように配置されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の触覚センサ。 A second pair of capacitors including a first electrode having both ends fixed, and a second electrode having one end fixed to the first electrode and the other end not fixed, facing the first electrode;
The second pair of capacitors are arranged so as to sandwich the predetermined region on the predetermined plane, and the arrangement sides of the first electrode and the second electrode are opposite to each other in the same circumferential direction. The tactile sensor according to claim 7 , wherein the tactile sensor is arranged. 両端が固定された第１電極と、前記第１電極と対向して一端が固定され他端が固定されていない第２電極とを備える第３の１対のキャパシタをさらに備え、
前記第３の１対のキャパシタは、前記垂直軸に対して前記第１電極と前記第２電極との配置側が同じとなるように配置されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の触覚センサ。 A third electrode including a first electrode having both ends fixed, and a second electrode having one end fixed to the first electrode and the other end not fixed, facing the first electrode;
Said third pair of capacitors, one of the claims 7-9, characterized in that the arrangement side of the first electrode and the second electrode with respect to the vertical axis is arranged to be the same The tactile sensor according to claim 1. 前記検出回路は、ＬＣ回路であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の触覚センサ。 The tactile sensor according to any one of claims 7 to 10 , wherein the detection circuit is an LC circuit. 所定平面の所定領域の周辺において、当該所定領域の周方向の異なる位置に配置された１対のピエゾ抵抗素子を備え、
前記１対のピエゾ抵抗素子は、互いに接合されたシリコーンの弾性体およびピエゾ抵抗層を備え、
同一の前記周方向に対して、前記１対のピエゾ抵抗素子の弾性体とピエゾ抵抗層との配置側が逆であることを特徴とする触覚センサ。 A pair of piezoresistive elements arranged around different positions in a circumferential direction of the predetermined area around a predetermined area of the predetermined plane,
The pair of piezoresistive elements includes a silicone elastic body and a piezoresistive layer bonded to each other,
The tactile sensor according to claim 1, wherein an arrangement side of the elastic body and the piezoresistive layer of the pair of piezoresistive elements is opposite to each other in the same circumferential direction. 所定平面の所定領域の周辺において、当該所定領域の周方向の異なる位置に配置された１対のキャパシタを備え、
前記１対のキャパシタは、両端が固定された第１電極と、前記第１電極と対向して一端が固定され他端が固定されていない第２電極と、を備え、
同一の前記周方向に対して、前記１対のキャパシタの前記第１電極および前記第２電極の配置側が同じであることを特徴とする触覚センサ。 A pair of capacitors arranged around different positions in a circumferential direction of the predetermined area around a predetermined area of the predetermined plane;
The pair of capacitors includes a first electrode having both ends fixed, and a second electrode having one end fixed and the other end not fixed opposite to the first electrode,
The tactile sensor according to claim 1, wherein the arrangement side of the first electrode and the second electrode of the pair of capacitors is the same in the same circumferential direction. 前記所定平面上に弾性体を備え、
前記弾性体は、前記所定領域上に凸部を備えることを特徴とする請求項１２または１３記載の触覚センサ。 An elastic body is provided on the predetermined plane,
14. The tactile sensor according to claim 12, wherein the elastic body has a convex portion on the predetermined area. 所定平面の所定領域の周辺において当該所定領域の周方向の異なる位置に１対のキャパシタが配置された触覚センサにおいて、前記所定領域において前記所定平面に対する垂直軸の回転方向にせん断力が印加される場合に、同一方向に増減する前記１対のキャパシタの電気容量の変化として検出される電気信号の強度を当該せん断力に応じて変化させ、
変化させた後の前記電気信号の強度を検出する、ことを特徴とするせん断力検出方法。 In a tactile sensor in which a pair of capacitors are arranged at different positions in a circumferential direction of a predetermined area around a predetermined area of a predetermined plane, a shear force is applied in a rotation direction of a vertical axis to the predetermined plane in the predetermined area. In this case, the intensity of an electric signal detected as a change in the capacitance of the pair of capacitors that increases and decreases in the same direction is changed according to the shearing force,
A method for detecting a shear force, comprising detecting an intensity of the electric signal after the change.
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