JP6861358B2 - 触力覚センサ、触力覚センサの製造方法および触力覚センサを用いた検知方法 - Google Patents
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Description
まず、本発明者らが本開示の触力覚センサを案出するに至った前段階の思想について説明する。
図1は、実施の形態1に係る触力覚センサ100aの構成を模式的に示した斜視図および拡大断面図を含む図である。図1では、触力覚センサ100aがロボットハンド70の指先に装着されて、対象物60を把持するための制御に使われている事例を示している。以下、本開示の全ての実施の形態に係る触力覚センサは、ロボットハンドの指先に装着されて使用される例を説明する。
まず、図4の(a)に示すように、第二のシート2の一方の面に導電性ペーストを印刷して第二電極パターン5aおよび5bを形成する。ここでは、第二のシート2として可撓性および伸縮性を有するポリウレタンシートを用い、導電性ペーストとして伸縮性を有するウレタン樹脂に銀粉をフィラーとして混練したペーストを用いている。このように、第二のシート2と第二電極パターン5aおよび5bとがともに伸縮性を有するため、本工程で得られるシートを用いると、対象物の形状およびずり応力に柔軟に追随できる複数の突起3を形成することができる。複数の突起3が対象物の形状に柔軟に追随することにより、複数の突起3のそれぞれが面で対象物と接触する。そのため、ロボットハンドの把持力を増大させても、対象物に対して局所的に強い圧力が加わりにくくなる。また、複数の突起3がずり応力に柔軟に追随することにより、ずり応力の大きさおよび方向を検出することができる。そのため、本実施の形態に係る触力覚センサ100aをロボットハンドに使用すると、ロボットハンドの把持力を適切な強さに制御することができる。
続いて、図4の(b)に示すように、一方の面に第二電極パターン5aおよび5bを形成した第二のシート2を、第二電極パターン5aおよび5bが形成された面とは反対側の面が金型50Aに対向するように配置する。例えば、第二のシート2を加熱しながら押圧することにより複数の突起3を成型する。なお、突起形成工程では、第二のシート2を金型50Aの凹部に配置して、上方から押圧用の金型50Bで押して複数の突起3を成型してもよい。また、第二のシート2を空圧または液圧で加圧して複数の突起3を成型してもよい。または、金型50Aの凹部側に真空引きする経路を設けて、金型50Aの形状に沿うように第二のシート2を真空吸引して複数の突起3を形成してもよい。このとき、第二のシート2と第二電極パターン5aおよび5bとはともに伸縮性に優れた素材を用いているため、容易に金型50Aの形状に沿った複数の突起3を成型することができる。
続いて、図4の(c)に示すように、あらかじめ一方の面に第一電極パターン5cを形成した第一のシート1を、第一電極パターン5cが形成された面が金型50Aに対向するように第二のシート2に重ねて金型50Cで押圧する。これにより、第二のシート2を第一のシート1に接着する。このとき、第二のシート2の、複数の突起3が成型された部分以外の領域が、接着層7を介して第一のシート1に接着される。これにより、複数の突起3の内側に密閉空間4を形成する。第二のシート2と第一のシート1との間に接着層7として熱可塑性のウレタンシートを挟み、金型50Aと金型50Cとで加圧しながら加熱することで、接着層7を軟化させた後、冷却することで第二のシート2と第一のシート1とを接着することができる。これにより、図4の(d)に示すように、密閉空間4を有する触力覚センサ100aを製造することができる。ここでは、第一のシート1の全面に接着層7を設けているが、第一のシート1の複数の突起3が形成された部分に穴を設けた接着層7を用いて、複数の突起3が成型された部分以外の領域において第一のシート1と第二のシート2を接着してもよい。触力覚センサ100aは、電極間の静電容量を測定しているため、電極の間隙内に接着層7を介しても静電容量の変化を測定することができ、触力覚を検知することができる。なお、接着層7については、説明の容易のため、図4以外の図面では図示を省略している。
図5Aは、実施の形態2に係る触力覚センサ100bの構成を模式的に示した上面図である。図5Bは、図5AのVB−VB線における概略断面図である。
図6Aは、参考形態に係る触力覚センサ100cの構成を模式的に示した上面図である。図6Bは、図6AのVIB−VIB線における概略断面図である。
図7Aは、実施の形態3に係る触力覚センサ100dの構成を示した斜視図である。図7Bは、図7AのVIIB−VIIB線における断面の一部を示した概略断面図である。
2、12、22、32 第二のシート
3、13、23、33 突起
4、14、24、34 密閉空間
5、15、25、35 検知部
5a、5b、15a、15b、25a、25b、35a、35b 第二電極パターン
5c、15c、15d、35c 第一電極パターン
25c、25d 第三電極パターン
100a、100b、100c、100d 触力覚センサ
Claims (14)
- 可撓性および伸縮性の少なくとも一方を有する第一のシートと、
可撓性および伸縮性の少なくとも一方を有し、前記第一のシートに対向する第一の面と前記第一の面の反対側の第二の面とを有する第二のシートと、
を備え、
前記第二の面は、複数の突起形状を有し、
前記複数の突起形状のそれぞれの内部には、前記第二のシートの前記第一の面および前記第一のシートで画定される密閉空間が存在し、
前記複数の突起形状のそれぞれの前記密閉空間内において、前記第一のシート上に少なくとも1本の第一電極パターンが配置され、
前記複数の突起形状のそれぞれの前記密閉空間内において、前記第一の面に少なくとも1本の第二電極パターンが配置され、
前記複数の突起形状のそれぞれの前記密閉空間内において、前記少なくとも1本の第一電極パターンの数および前記少なくとも1本の第二電極パターンの数の少なくとも一方は複数であり、
前記複数の突起形状のうち少なくとも一つの突起形状の変形は、前記少なくとも1本の第一電極パターンと前記少なくとも1本の第二電極パターンとの間に生じる静電容量の変化に基づいて検知される、
触力覚センサ。 - 前記複数の突起形状のそれぞれの前記密閉空間内において、前記少なくとも1本の第二電極パターンは、複数の第二電極パターンを含み、
前記複数の第二電極パターンは平行に延在している、
請求項1に記載の触力覚センサ。 - 前記複数の突起形状のそれぞれの前記密閉空間内において、前記少なくとも1本の第一電極パターンは、複数の第一電極パターンを含み、
前記複数の第一電極パターンは平行に延在している、
請求項1または2に記載の触力覚センサ。 - 前記第一の面において、前記複数の突起形状のそれぞれ周囲の部分は前記第一のシートに接着されている、
請求項1から3のいずれか1項に記載の触力覚センサ。 - 前記少なくとも1本の第二電極パターンと、前記少なくとも1本の第一電極パターンとが、平面視において交差する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の触力覚センサ。 - 前記第二のシートはエラストマーで構成される、
請求項1から5のいずれか1項に記載の触力覚センサ。 - 前記少なくとも1本の第一電極パターンおよび前記少なくとも1本の第二電極パターンは伸縮性を有する、
請求項1から6のいずれか1項に記載の触力覚センサ。 - 前記複数の突起形状のそれぞれの前記密閉空間内の前記少なくとも1本の第二電極パターンは、他の密閉空間内の前記少なくとも1本の第二電極パターンに電気的に接続されている、
請求項1から7のいずれか1項に記載の触力覚センサ。 - 前記複数の突起形状のそれぞれの前記密閉空間内の前記少なくとも1本の第一電極パターンは、他の密閉空間内の前記少なくとも1本の第一電極パターンに電気的に接続されている、
請求項1から8のいずれか1項に記載の触力覚センサ。 - 前記密閉空間内に流体が封入されている、
請求項1から9のいずれか1項に記載の触力覚センサ。 - 前記複数の突起形状の各々が、平面視において、蛇行形状を有する、
請求項1から10のいずれか1項に記載の触力覚センサ。 - 可撓性および伸縮性の少なくとも一方を有する第一のシート上に複数の第一電極パターンを形成し、
前記可撓性および伸縮性の少なくとも一方を有し、第一の面と前記第一の面の反対側の第二の面とを有する第二のシートの前記第一の面上に複数の第二電極パターンを形成し、
前記第二のシートの前記第一の面に複数の凹形状を形成することで、前記第二の面に複数の突起形状を形成し、
前記複数の突起形状のそれぞれの内部に、前記第二のシートの前記第一の面および前記第一のシートで画定される密閉空間を形成するように、前記第一および第二のシートを配置し、
前記複数の突起形状のそれぞれの前記密閉空間内おいて、前記複数の第一電極パターンのうちの少なくとも1本が配置され、
前記複数の突起形状のそれぞれの前記密閉空間内において、前記複数の第二電極パターンのうちの少なくとも1本が配置され、
前記複数の突起形状のそれぞれの前記密閉空間内において、前記少なくとも1本の第二電極パターンの数および前記少なくとも1本の第二電極パターンの数の少なくとも一方は、複数であり、
前記複数の突起形状のうち少なくとも一つの突起形状の変形は、前記少なくとも1本の第一電極パターンと前記少なくとも1本の第二電極パターンとの間に生じる静電容量の変化に基づいて検知される、
触力覚センサの製造方法。 - 前記第一および第二のシートを配置する工程では、前記第一の面において、前記複数の突起形状のそれぞれ周囲の部分を前記第一のシートに接着する、
請求項12に記載の触力覚センサの製造方法。 - 請求項1から11のいずれか1項に記載の触力覚センサに含まれる少なくとも1本の前記第二電極パターンと、少なくとも1本の前記第一電極パターンとの間に生じる静電容量の変化を測定し、
前記静電容量の変化に基づいて前記複数の突起形状のうち少なくとも一つの突起形状の変形を検知する、
検知方法。
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