JP7081793B2 - Tactile sensor - Google Patents

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本発明は、触覚センサに関する。 The present invention relates to a tactile sensor.

触覚センサは、接触物の接触した位置および/または接触した力を検出する。これまで、触覚センサには、加圧力に応じてインピーダンスの変化する感圧導電性ゴムが用いられてきた(例えば、特許文献1)。この場合、触覚センサは、加圧力に応じた感圧導電性ゴムのインピーダンスの変化から、接触物の接触した位置および/または接触した力を検出する。 The tactile sensor detects the contact position and / or the contact force of the contact object. So far, pressure-sensitive conductive rubber whose impedance changes according to the applied pressure has been used for the tactile sensor (for example, Patent Document 1). In this case, the tactile sensor detects the contact position and / or the contact force of the contact object from the change in the impedance of the pressure-sensitive conductive rubber in response to the pressing force.

特開2008-256401号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-256401

特許文献1に記載された触覚センサでは、感圧導電性ゴムの電気伝導率の変化に起因してインピーダンスが変化する。しかしながら、一般に、感圧導電性ゴムのインピーダンスの変化は比較的小さいため、触覚センサに対する接触物の接触を高精度には計測できなかった。 In the tactile sensor described in Patent Document 1, the impedance changes due to the change in the electric conductivity of the pressure-sensitive conductive rubber. However, in general, the change in impedance of the pressure-sensitive conductive rubber is relatively small, so that the contact of the contact object with the tactile sensor cannot be measured with high accuracy.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、接触物の接触を高精度に計測可能な触覚センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a tactile sensor capable of measuring contact of a contact object with high accuracy.

本発明による触覚センサは、検知部と、計測部とを備える。前記検知部は、第1導電体および第2導電体を有する。前記第1導電体には複数の電極が設けられる。前記第2導電体は、前記第1導電体に対向する。前記計測部は、前記電極の電位に基づいて、前記第1導電体および前記第2導電体の少なくとも一方に対する接触物の接触を計測する。 The tactile sensor according to the present invention includes a detection unit and a measurement unit. The detection unit has a first conductor and a second conductor. A plurality of electrodes are provided on the first conductor. The second conductor faces the first conductor. The measuring unit measures the contact of the contact object with at least one of the first conductor and the second conductor based on the potential of the electrode.

ある実施形態では、前記第1導電体は、前記第2導電体よりも大きく、前記第2導電体は、前記第1導電体の一部の領域に対向して配置される。 In certain embodiments, the first conductor is larger than the second conductor, and the second conductor is disposed facing a portion of the region of the first conductor.

ある実施形態では、前記第2導電体は電源と接続される。 In certain embodiments, the second conductor is connected to a power source.

ある実施形態では、前記計測部は、電位測定部と、マルチプレクサとを含む。前記電位計測部は、前記電極の電位を測定する。前記マルチプレクサは、前記電極と前記電位測定部との間の接続を順番に切り替える。 In one embodiment, the measuring unit includes a potential measuring unit and a multiplexer. The potential measuring unit measures the potential of the electrode. The multiplexer sequentially switches the connection between the electrode and the potential measuring unit.

ある実施形態では、前記計測部は、前記電極の電位に基づいて前記接触物の接触を計測する信号処理部をさらに含む。 In certain embodiments, the measurement unit further includes a signal processing unit that measures the contact of the contact object based on the potential of the electrode.

本発明によれば、触覚センサに対する接触物の接触を高精度に計測できる。 According to the present invention, the contact of a contact object with a tactile sensor can be measured with high accuracy.

本発明による触覚センサの実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the embodiment of the tactile sensor by this invention. 本実施形態の触覚センサが接触物の接触を計測することを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating that the tactile sensor of this embodiment measures the contact of a contact object. (a)は、本実施形態の触覚センサおよび表示装置を示す模式図であり、(b)は、触覚センサの計測結果を表示する表示装置の模式図である。(A) is a schematic diagram showing a tactile sensor and a display device of the present embodiment, and (b) is a schematic diagram of a display device displaying the measurement result of the tactile sensor. (a)~(c)は、検知部に対応するメッシュ要素の生成を説明するための模式図である。(A) to (c) are schematic diagrams for explaining the generation of the mesh element corresponding to the detection unit. 本実施形態の触覚センサを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the tactile sensor of this embodiment. 本実施形態の触覚センサにおいて測定された電極電位の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of the electrode potential measured by the tactile sensor of this embodiment. 本実施形態の触覚センサを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the tactile sensor of this embodiment. 本実施形態の触覚センサにおいて計測された接触位置と押力付与位置との誤差を示すグラフである。It is a graph which shows the error between the contact position and the pushing force application position measured by the tactile sensor of this embodiment. 本実施形態の触覚センサにおいて接触力に対する接触電位の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the contact potential with respect to the contact force in the tactile sensor of this embodiment. (a)および(b)は、接触力の決定を説明するための模式的なグラフである。(A) and (b) are schematic graphs for explaining the determination of contact force. 本実施形態の触覚センサにおける検知部の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the detection part in the tactile sensor of this embodiment. (a)~(c)は、本実施形態の触覚センサにおける検知部の作製方法を示す模式図である。(A) to (c) are schematic views which show the manufacturing method of the detection part in the tactile sensor of this embodiment.

以下、図面を参照して、本発明による触覚センサの実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the tactile sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.

まず、図1を参照して、本発明による触覚センサ100の実施形態を説明する。図1は、本実施形態の触覚センサ100の模式図である。触覚センサ100は、接触物による接触を計測する。 First, an embodiment of the tactile sensor 100 according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram of the tactile sensor 100 of the present embodiment. The tactile sensor 100 measures contact with a contact object.

触覚センサ100は、検知部110と計測部120とを備える。検知部110は、検知部110に対する接触物の接触を検知する。計測部120は、検知部110の検知結果に基づいて、検知部110に対する接触物の接触を計測する。 The tactile sensor 100 includes a detection unit 110 and a measurement unit 120. The detection unit 110 detects the contact of a contact object with the detection unit 110. The measuring unit 120 measures the contact of the contact object with the detecting unit 110 based on the detection result of the detecting unit 110.

ここで、接触物は、特定の電位に保持されていなくてもよい。あるいは、接触物は、特定の電圧に保持された部材であってもよい。例えば、接触物は、接地電位と同じ電位に保持されてもよい。 Here, the contact material does not have to be held at a specific potential. Alternatively, the contact object may be a member held at a specific voltage. For example, the contact object may be held at the same potential as the ground potential.

接触物は、検知部110と比較的狭い領域で接触してもよい。例えば、接触物と検知部110との接触面積は1mm2であってもよい。あるいは、接触物は、検知部110と比較的広い領域で接触してもよい。例えば、検知部110の表面積に対して接触物の接触面積の割合は80%以上であってもよい。さらには、複数の接触物が検知部110と接触してもよい。 The contact object may come into contact with the detection unit 110 in a relatively narrow area. For example, the contact area between the contact object and the detection unit 110 may be 1 mm 2 . Alternatively, the contact object may come into contact with the detection unit 110 in a relatively wide area. For example, the ratio of the contact area of the contact object to the surface area of the detection unit 110 may be 80% or more. Further, a plurality of contact objects may come into contact with the detection unit 110.

接触物が検知部110に接触した際に、検知部110の少なくとも一部が変形することが好ましい。このため、検知部110の少なくとも一部が可撓性を有することが好ましい。 It is preferable that at least a part of the detection unit 110 is deformed when the contact object comes into contact with the detection unit 110. Therefore, it is preferable that at least a part of the detection unit 110 has flexibility.

検知部110は、第1導電体112と第2導電体114とを有する。例えば、第1導電体112および第2導電体114はいずれもシート状である。第1導電体112および第2導電体114のうちの少なくとも一方は可撓性を有することが好ましい。 The detection unit 110 has a first conductor 112 and a second conductor 114. For example, both the first conductor 112 and the second conductor 114 are in the form of a sheet. It is preferable that at least one of the first conductor 112 and the second conductor 114 has flexibility.

第1導電体112および第2導電体114の電気伝導率は、10-5S/m以上であることが好ましい。例えば、第1導電体112および第2導電体114の電気伝導率は、106S/m以上であってもよく、5×106S/m以上であってもよく、107S/m以上であってもよい。典型的には、第1導電体112および第2導電体114は、電気伝導率108S/m以下の一般的な材料から形成されることが好ましい。なお、第2導電体114の電気伝導率は第1導電体112の電気伝導率よりも高いことが好ましい。 The electric conductivity of the first conductor 112 and the second conductor 114 is preferably 10 -5 S / m or more. For example, the electrical conductivity of the first conductor 112 and the second conductor 114 may be 106 S / m or more, 5 × 10 6 S / m or more, and 10 7 S / m. It may be the above. Typically, the first conductor 112 and the second conductor 114 are preferably formed from a general material having an electric conductivity of 108 S / m or less. The electric conductivity of the second conductor 114 is preferably higher than that of the first conductor 112.

第1導電体112と第2導電体114とは互いに重なるように配置される。なお、図1では、第1導電体112および第2導電体114のサイズは略等しいが、第1導電体112および第2導電体114のサイズは異なってもよい。第1導電体112の主面のサイズが第2導電体114の主面のサイズよりも大きくてもよい。あるいは、第1導電体112の主面のサイズが第2導電体114の主面のサイズよりも小さくてもよい。 The first conductor 112 and the second conductor 114 are arranged so as to overlap each other. In FIG. 1, the sizes of the first conductor 112 and the second conductor 114 are substantially the same, but the sizes of the first conductor 112 and the second conductor 114 may be different. The size of the main surface of the first conductor 112 may be larger than the size of the main surface of the second conductor 114. Alternatively, the size of the main surface of the first conductor 112 may be smaller than the size of the main surface of the second conductor 114.

第1導電体112には複数の電極112aが設けられる。例えば、電極112aは、第1導電体112の外周に沿って設けられることが好ましい。 The first conductor 112 is provided with a plurality of electrodes 112a. For example, the electrode 112a is preferably provided along the outer circumference of the first conductor 112.

図1では、第1導電体112に3つの電極112aが設けられる。ただし、第1導電体112に設けられる電極112aの数は3個以上であることが好ましく、10個以上であることがさらに好ましい。一方、計測が過度に複雑になることを避けるために、第1導電体112に設けられる電極112aの数は100個以下であることが好ましい。 In FIG. 1, three electrodes 112a are provided on the first conductor 112. However, the number of electrodes 112a provided on the first conductor 112 is preferably 3 or more, and more preferably 10 or more. On the other hand, in order to avoid excessively complicated measurement, the number of electrodes 112a provided on the first conductor 112 is preferably 100 or less.

第2導電体114は、電源Dと接続される。例えば、電源Dは直流電源である。 The second conductor 114 is connected to the power source D. For example, the power source D is a DC power source.

第2導電体114は、第1導電体112に対向する。第1導電体112および第2導電体114は、第1導電体112の一方の主面と第2導電体114の一方の主面とが互いに向かい合うように配置されることが好ましい。 The second conductor 114 faces the first conductor 112. The first conductor 112 and the second conductor 114 are preferably arranged so that one main surface of the first conductor 112 and one main surface of the second conductor 114 face each other.

触覚センサ100において、接触物は、第1導電体112および第2導電体114の少なくとも一方と接触する。例えば、接触物は、第1導電体112または第2導電体114と接触する。あるいは、接触物は、第1導電体112および第2導電体114の両方と接触する。 In the tactile sensor 100, the contact object comes into contact with at least one of the first conductor 112 and the second conductor 114. For example, the contact material comes into contact with the first conductor 112 or the second conductor 114. Alternatively, the contact material comes into contact with both the first conductor 112 and the second conductor 114.

例えば、接触物は、人間の体の一部である。典型的には、人間の指が、第1導電体112および第2導電体114の少なくとも一方と接触する。あるいは、人間の手以外の部分が、第1導電体112と第2導電体114の少なくとも一方と接触してもよい。あるいは、接触物は、機械(例えば、ロボット)であってもよい。 For example, a contact is a part of the human body. Typically, a human finger comes into contact with at least one of the first conductor 112 and the second conductor 114. Alternatively, a portion other than the human hand may come into contact with at least one of the first conductor 112 and the second conductor 114. Alternatively, the contact object may be a machine (eg, a robot).

あるいは、第1導電体112または第2導電体114は接触物の一部であってもよい。例えば、人間の体の一部が第1導電体112または第2導電体114となってもよい。 Alternatively, the first conductor 112 or the second conductor 114 may be part of a contact. For example, a part of the human body may be the first conductor 112 or the second conductor 114.

複数の電極112aは、配線112bを介して計測部120と接続する。計測部120は、電極112aの電位を測定する。計測部120は、複数の電極112aの電位に基づいて接触物の接触を計測する。なお、計測部120は、複数の電極112aのすべての電位を測定することが好ましいが、複数の電極112aの一部のみの電位を測定してもよい。 The plurality of electrodes 112a are connected to the measuring unit 120 via the wiring 112b. The measuring unit 120 measures the potential of the electrode 112a. The measuring unit 120 measures the contact of the contact object based on the potentials of the plurality of electrodes 112a. The measuring unit 120 preferably measures all the potentials of the plurality of electrodes 112a, but may measure the potentials of only a part of the plurality of electrodes 112a.

例えば、計測部120は、第1導電体112および第2導電体114の少なくとも一方に対して接触物が接触した位置を計測する。なお、本明細書において、第1導電体112および第2導電体114の少なくとも一方に対して接触物が接触した位置を接触位置と記載することがある。典型的には、接触物は、第1導電体112および第2導電体114の重なる領域のうちのいずれかの位置で第1導電体112および第2導電体114の一方と接触する。 For example, the measuring unit 120 measures the position where the contact object contacts at least one of the first conductor 112 and the second conductor 114. In addition, in this specification, a position where a contact object comes into contact with at least one of the first conductor 112 and the second conductor 114 may be described as a contact position. Typically, the contact is in contact with one of the first conductor 112 and the second conductor 114 at any position in the overlapping region of the first conductor 112 and the second conductor 114.

あるいは、計測部120は、第1導電体112および第2導電体114の少なくとも一方に対して接触物が接触した力を計測する。なお、本明細書において、第1導電体112および第2導電体114の少なくとも一方に対して接触物によって付与される力を接触力と記載することがある。 Alternatively, the measuring unit 120 measures the force with which the contact object comes into contact with at least one of the first conductor 112 and the second conductor 114. In addition, in this specification, a force applied by a contact object to at least one of a first conductor 112 and a second conductor 114 may be described as a contact force.

計測部120が電極112aの電位を測定する際に、電極112aの1つは接地されることが好ましい。電極112aの1つを接地することにより、接触物が接触した際の電極112aの電位の変化を大きくできる。ただし、電極のいずれも接地されなくてもよい。例えば、電極の1つは特定の電圧を示す電源に接続されてもよい。 When the measuring unit 120 measures the potential of the electrode 112a, it is preferable that one of the electrodes 112a is grounded. By grounding one of the electrodes 112a, it is possible to increase the change in the potential of the electrode 112a when a contact object comes into contact with the ground. However, none of the electrodes need to be grounded. For example, one of the electrodes may be connected to a power source that exhibits a particular voltage.

典型的には、検知部110が接触物と接触した際に、第1導電体112と第2導電体114とは互いに接触する。ただし、検知部110が接触物と接触した際にも、第1導電体112と第2導電体114とは互いに接触しなくてもよい。 Typically, when the detection unit 110 comes into contact with the contact object, the first conductor 112 and the second conductor 114 come into contact with each other. However, even when the detection unit 110 comes into contact with the contact object, the first conductor 112 and the second conductor 114 do not have to come into contact with each other.

本実施形態の触覚センサ100は、スペーサ130をさらに備えることが好ましい。スペーサ130は、第1導電体112と第2導電体114との間に配置される。スペーサ130により、接触物が接触する前には、第1導電体112と第2導電体114とは接触しない。スペーサ130は絶縁材料から形成される。例えば、スペーサ130の電気伝導率は10-6S/m以下である。典型的には、スペーサ130は、電気伝導率10-18S/m以上の一般的な材料から形成されることが好ましい。 The tactile sensor 100 of the present embodiment preferably further includes a spacer 130. The spacer 130 is arranged between the first conductor 112 and the second conductor 114. Due to the spacer 130, the first conductor 112 and the second conductor 114 do not come into contact with each other before the contact objects come into contact with each other. The spacer 130 is formed of an insulating material. For example, the electrical conductivity of the spacer 130 is 10-6 S / m or less. Typically, the spacer 130 is preferably formed from a common material having an electrical conductivity of 10-18 S / m or higher.

なお、触覚センサ100は、スペーサ130を備えなくてもよい。例えば、第1導電体112および第2導電体114のうちの少なくとも一方は、側方から支持されてもよい。あるいは、第1導電体112および第2導電体114のいずれも特定の位置に固定されなくてもよい。第1導電体112と第2導電体114とがスペーサ130を挟むことなく単純に重ねられた場合でも、接触物が第1導電体112および第2導電体114のうちの少なくとも一方に接触することにより、電極112aの電位が変更する。 The tactile sensor 100 does not have to include the spacer 130. For example, at least one of the first conductor 112 and the second conductor 114 may be laterally supported. Alternatively, neither the first conductor 112 nor the second conductor 114 need to be fixed at a specific position. Even when the first conductor 112 and the second conductor 114 are simply overlapped without sandwiching the spacer 130, the contact material comes into contact with at least one of the first conductor 112 and the second conductor 114. Therefore, the potential of the electrode 112a is changed.

検知部110が接触物に接触すると、第1導電体112と第2導電体114との位置関係が変化し、第1導電体112の電極112aの電位が変化する。例えば、検知部110に対する接触物の接触位置および/または接触力に応じて第1導電体112の電極112aの電位が変化する。計測部120が電極112aの電位を測定することにより、検知部110に対する接触物の接触を計測できる。 When the detection unit 110 comes into contact with the contact object, the positional relationship between the first conductor 112 and the second conductor 114 changes, and the potential of the electrode 112a of the first conductor 112 changes. For example, the potential of the electrode 112a of the first conductor 112 changes according to the contact position and / or the contact force of the contact object with respect to the detection unit 110. By measuring the potential of the electrode 112a by the measuring unit 120, the contact of the contact object with the detecting unit 110 can be measured.

本実施形態の触覚センサ100によれば、第1導電体112と第2導電体114との位置関係に応じて接触物の接触を計測する。このため、接触物の接触を高精度に計測できる。このため、本実施形態の触覚センサ100において、第1導電体112および第2導電体114は感圧性を有さなくてもよい。ただし、第1導電体112および第2導電体114が感圧性を有してもよいことは言うまでもない。 According to the tactile sensor 100 of the present embodiment, the contact of the contact object is measured according to the positional relationship between the first conductor 112 and the second conductor 114. Therefore, the contact of the contact object can be measured with high accuracy. Therefore, in the tactile sensor 100 of the present embodiment, the first conductor 112 and the second conductor 114 do not have to have pressure sensitivity. However, it goes without saying that the first conductor 112 and the second conductor 114 may have pressure sensitivity.

図2は、本実施形態の触覚センサ100が接触物Tの接触を計測することを説明するための模式図である。図2に示すように、接触物Tが触覚センサ100の検知部110に接触する。ここでは、接触物Tは人間の指である。 FIG. 2 is a schematic diagram for explaining that the tactile sensor 100 of the present embodiment measures the contact of the contact object T. As shown in FIG. 2, the contact object T comes into contact with the detection unit 110 of the tactile sensor 100. Here, the contact object T is a human finger.

接触物Tが検知部110の第2導電体114に接触すると、第2導電体114が変形し、第2導電体114が第1導電体112に接触する。これにより、電極112aは第2導電体114を介して電源Dと電気的に接続し、電極112aの電位が変化する。計測部120は、電極112aの電位を測定する。例えば、計測部120は、電極112aの電位に基づいて接触位置および/または接触力を計測する。 When the contact object T comes into contact with the second conductor 114 of the detection unit 110, the second conductor 114 is deformed and the second conductor 114 comes into contact with the first conductor 112. As a result, the electrode 112a is electrically connected to the power source D via the second conductor 114, and the potential of the electrode 112a changes. The measuring unit 120 measures the potential of the electrode 112a. For example, the measuring unit 120 measures the contact position and / or the contact force based on the potential of the electrode 112a.

本実施形態の触覚センサ100では、電極112aの電位が、対向する第1導電体112と第2導電体114との位置関係に応じて変化し、計測部120は、電極112aの電位に基づいて接触物Tの接触を計測する。このため、触覚センサ100に対する接触物Tの接触を高精度に計測できる。例えば、触覚センサ100は、接触位置だけでなく接触力分布を計測できる。 In the tactile sensor 100 of the present embodiment, the potential of the electrode 112a changes according to the positional relationship between the first conductor 112 and the second conductor 114 facing each other, and the measuring unit 120 is based on the potential of the electrode 112a. The contact of the contact object T is measured. Therefore, the contact of the contact object T with the tactile sensor 100 can be measured with high accuracy. For example, the tactile sensor 100 can measure not only the contact position but also the contact force distribution.

なお、図1および図2に示した触覚センサ100では、電極112aの設けられた第1導電体112を第2導電体114よりも鉛直下方に配置したが、本発明はこれに限定されない。第2導電体114を第1導電体112よりも鉛直下方に配置してもよい。 In the tactile sensor 100 shown in FIGS. 1 and 2, the first conductor 112 provided with the electrode 112a is arranged vertically below the second conductor 114, but the present invention is not limited thereto. The second conductor 114 may be arranged vertically below the first conductor 112.

また、図1および図2に示した触覚センサ100では、電源Dは、計測部120とは別個に配置されたが、本発明はこれに限定されない。電源Dは、計測部120と一体化されてもよい。 Further, in the tactile sensor 100 shown in FIGS. 1 and 2, the power supply D is arranged separately from the measuring unit 120, but the present invention is not limited thereto. The power supply D may be integrated with the measuring unit 120.

また、図1および図2に示した触覚センサ100では、電源Dは、電極112aの設けられた第1導電体112ではなく、第2導電体114に接続されたが、本発明はこれに限定されない。電源Dは、電極112aの設けられた第1導電体112に接続され、第2導電体114が接地されてもよい。 Further, in the tactile sensor 100 shown in FIGS. 1 and 2, the power supply D is connected to the second conductor 114 instead of the first conductor 112 provided with the electrode 112a, but the present invention is limited thereto. Not done. The power supply D may be connected to the first conductor 112 provided with the electrode 112a, and the second conductor 114 may be grounded.

なお、触覚センサ100によって接触物の接触を計測した計測結果は、表示されることが好ましい。例えば、触覚センサ100の計測結果は、表示装置に表示される。この場合、表示装置210は、計測結果として、接触位置および接触力を表示することが好ましい。 It is preferable that the measurement result obtained by measuring the contact of the contact with the tactile sensor 100 is displayed. For example, the measurement result of the tactile sensor 100 is displayed on the display device. In this case, it is preferable that the display device 210 displays the contact position and the contact force as the measurement result.

図3(a)は、本実施形態の触覚センサ100および表示装置210を示す模式図である。表示装置210は、触覚センサ100に接続される。詳細には、表示装置210は、触覚センサ100の計測部120と接続する。表示装置210は、触覚センサ100によって接触物の接触を計測した計測結果を表示する。 FIG. 3A is a schematic view showing the tactile sensor 100 and the display device 210 of the present embodiment. The display device 210 is connected to the tactile sensor 100. Specifically, the display device 210 is connected to the measurement unit 120 of the tactile sensor 100. The display device 210 displays the measurement result of measuring the contact of the contact object by the tactile sensor 100.

図3(b)は、触覚センサ100の計測結果を表示する表示装置210を示す模式図である。表示装置210は、触覚センサ100の計測結果を表示する。表示装置210は、検知部110の画像を表示する。例えば、検知部110の画像は、検知部110を撮像することによって生成できる。 FIG. 3B is a schematic diagram showing a display device 210 that displays the measurement result of the tactile sensor 100. The display device 210 displays the measurement result of the tactile sensor 100. The display device 210 displays an image of the detection unit 110. For example, the image of the detection unit 110 can be generated by capturing the image of the detection unit 110.

表示装置210は、検知部110とともに、検知部110と接触物との接触した接触位置Tpを示す画像を表示する。ここでは、接触位置Tpは、検知部110のほぼ中央に位置する。 The display device 210, together with the detection unit 110, displays an image showing the contact position Tp in which the detection unit 110 and the contact object are in contact with each other. Here, the contact position Tp is located substantially in the center of the detection unit 110.

また、表示装置210は、検知部110および接触位置Tpとともに接触力を示す画像を表示することが好ましい。ここでは、表示装置210は、触覚センサ100上の接触力の大きさに応じて異なる色を付して表示する。したがって、表示装置210は、触覚センサ100の計測結果に基づいて、触覚センサ100上の接触力分布を表示してもよい。なお、表示装置210は、触覚センサ100の計測結果に基づいて、触覚センサ100上の電位分布を表示してもよい。 Further, it is preferable that the display device 210 displays an image showing the contact force together with the detection unit 110 and the contact position Tp. Here, the display device 210 displays different colors according to the magnitude of the contact force on the tactile sensor 100. Therefore, the display device 210 may display the contact force distribution on the tactile sensor 100 based on the measurement result of the tactile sensor 100. The display device 210 may display the potential distribution on the tactile sensor 100 based on the measurement result of the tactile sensor 100.

図1および図2を参照して上述したように、触覚センサ100において、計測部120は、電極112aの電位から、接触物と検知部110との接触位置および/または接触力を計測できる。計測部120は、変換テーブルを用いて、電極112aの電位から接触位置および/または接触力を計測する。 As described above with reference to FIGS. 1 and 2, in the tactile sensor 100, the measuring unit 120 can measure the contact position and / or the contact force between the contact object and the detection unit 110 from the potential of the electrode 112a. The measuring unit 120 measures the contact position and / or the contact force from the potential of the electrode 112a using the conversion table.

変換テーブルは、シミュレーションによって求められる。変換テーブルは、行列形式で表される。シミュレーションでは、検知部110の任意の接触位置において任意の大きさの接触電位が発生したことを入力し、そのときの電極112aの電位を出力する。接触位置および接触電位を示す入力と電極112aの電位を示す出力との関係を利用することで、計測部120は、電極112aの電位に基づいて、接触物の接触位置および接触電位を計測できる。 The conversion table is obtained by simulation. The conversion table is represented in matrix format. In the simulation, it is input that a contact potential of an arbitrary magnitude is generated at an arbitrary contact position of the detection unit 110, and the potential of the electrode 112a at that time is output. By utilizing the relationship between the input indicating the contact position and the contact potential and the output indicating the potential of the electrode 112a, the measuring unit 120 can measure the contact position and the contact potential of the contact object based on the potential of the electrode 112a.

次に、検知部110における任意の接触位置において任意の大きさの接触電位を示す入力と、電極112aの電位を示す出力との関係を説明する。 Next, the relationship between the input showing the contact potential of an arbitrary magnitude at the arbitrary contact position in the detection unit 110 and the output showing the potential of the electrode 112a will be described.

まず、検知部110をデータ化する。検知部110のデータ化は、検知部110を撮像することによって行われてもよい。 First, the detection unit 110 is converted into data. The data conversion of the detection unit 110 may be performed by imaging the detection unit 110.

ここで、図4を参照して検知部110のデータ化を説明する。図4(a)~図4(c)は、検知部110のデータ化を説明するための模式図である。 Here, data conversion of the detection unit 110 will be described with reference to FIG. 4 (a) to 4 (c) are schematic views for explaining the data conversion of the detection unit 110.

まず、図4(a)に示すように、検知部110を用意する。ここで、検知部110は、図1および図2に示したように第1導電体112と第2導電体114とを互いに重ねたものであってもよい。あるいは、検知部110として、電極112aの設けられた第1導電体112のみを用意してもよい。 First, as shown in FIG. 4A, the detection unit 110 is prepared. Here, the detection unit 110 may have the first conductor 112 and the second conductor 114 overlapped with each other as shown in FIGS. 1 and 2. Alternatively, as the detection unit 110, only the first conductor 112 provided with the electrode 112a may be prepared.

次に、図4(b)に示すように、検知部110の画像データを生成し、画像データ上で電極112aを特定する。表示装置は、検知部110の画像データに基づいて検知部110の画像を表示できる。 Next, as shown in FIG. 4B, the image data of the detection unit 110 is generated, and the electrode 112a is specified on the image data. The display device can display the image of the detection unit 110 based on the image data of the detection unit 110.

例えば、検知部110を撮像することで検知部110の画像データを生成できる。この場合、検知部110の撮像は、画像データが電極112aに対応するデータを含むように行われる。なお、撮像は、検知部110の第1導電体112および第2導電体114を重ねた状態で行われてもよい。あるいは、撮像は、第2導電体114を重ねることなく第1導電体112単体で行われてもよい。 For example, the image data of the detection unit 110 can be generated by taking an image of the detection unit 110. In this case, the image capture of the detection unit 110 is performed so that the image data includes the data corresponding to the electrode 112a. The imaging may be performed in a state where the first conductor 112 and the second conductor 114 of the detection unit 110 are overlapped with each other. Alternatively, the imaging may be performed by the first conductor 112 alone without overlapping the second conductor 114.

次に、図4(c)に示すように、画像データ上の検知部110に複数のメッシュ要素mを割り当てる。メッシュ要素mは、検知部110の画像に対して3次元状に割り当てられる。 Next, as shown in FIG. 4C, a plurality of mesh elements m are assigned to the detection unit 110 on the image data. The mesh element m is three-dimensionally assigned to the image of the detection unit 110.

その後、シミュレーションにより、検知部110の画像に割り当てられたメッシュ要素mの任意の位置において任意の大きさの接触電位を入力し、電極112aの電位を出力として求める。なお、上記入力と上記出力との関係は、電位分布の従うラプラス方程式に従って求められる。 Then, by simulation, a contact potential of an arbitrary size is input at an arbitrary position of the mesh element m assigned to the image of the detection unit 110, and the potential of the electrode 112a is obtained as an output. The relationship between the input and the output is obtained according to Laplace's equation according to the potential distribution.

電位分布の従うラプラス方程式は式(1)で表される。 The Laplace equation that the potential distribution follows is expressed by Eq. (1).

Figure 0007081793000001
Figure 0007081793000001

ここで、σは電気伝導率を示し、uは電位を示す。検知部110の形状に基づき、上記式(1)を有限要素法で定式化して連立方程式を構成する。ここでは、検知部110に割り当てられた特定のメッシュ要素mに特定の入力電位φjを入力したと仮定する。この入力電位φjから、上記式(1)を有限要素法で解くと、各メッシュ要素mの電位を求めることができる。したがって、入力電位φjから、検知部110の電位分布が求められる。なお、厳密には、各メッシュ要素mの電位は、入力電位φjだけでなく電極112aのうちの接地される電極に応じて変化する。 Here, σ indicates an electric conductivity and u indicates an electric potential. Based on the shape of the detection unit 110, the above equation (1) is formulated by the finite element method to form simultaneous equations. Here, it is assumed that a specific input potential φ j is input to a specific mesh element m assigned to the detection unit 110. From this input potential φ j , the potential of each mesh element m can be obtained by solving the above equation (1) by the finite element method. Therefore, the potential distribution of the detection unit 110 can be obtained from the input potential φ j . Strictly speaking, the potential of each mesh element m changes not only with the input potential φ j but also with the grounded electrode of the electrodes 112a.

本実施形態の触覚センサ100では、検知部110の電極112aの電位が測定される。したがって、ここでは、入力電位φjに対して求められた電極112aの出力電位uiに着目する。ここで、jは、画像データ中のメッシュ要素mの数を表し、iは、電極112aの数と電極112aのうちの接地する電極の数との積を表す。このときの計算結果から、入力電位φjに対して出力電位uiの関係はi行j列の行列Jで表すことができ、行列Jの要素Ji,jは式(2)のように表すことができる。 In the tactile sensor 100 of the present embodiment, the potential of the electrode 112a of the detection unit 110 is measured. Therefore, here, attention is paid to the output potential u i of the electrode 112 a obtained with respect to the input potential φ j . Here, j represents the number of mesh elements m in the image data, and i represents the product of the number of electrodes 112a and the number of grounded electrodes among the electrodes 112a. From the calculation result at this time, the relationship of the output potential u i with respect to the input potential φ j can be expressed by the matrix J of i rows and j columns, and the elements J i and j of the matrix J are as shown in equation (2). Can be represented.

Figure 0007081793000002
Figure 0007081793000002

式(2)において、Mは、電極の数と電圧印加パターンの数との積を表し、Kは、メッシュ要素の数を示す。電圧印加パターンは、電極のうちの特定の電極を接地するための電圧を印加するパターンを示す。なお、ここで、式(2)において行列Jの要素Ji,jは、電位uおよび入力電位φjの関数である一方で、電気伝導率σの関数ではないことに留意されたい。 In equation (2), M represents the product of the number of electrodes and the number of voltage application patterns, and K represents the number of mesh elements. The voltage application pattern indicates a pattern in which a voltage for grounding a specific electrode among the electrodes is applied. It should be noted here that in Eq. (2), the elements J i and j of the matrix J are functions of the potential u and the input potential φ j , but not the function of the electrical conductivity σ.

なお、電極112aのうちのすべての電極を順次接地することが好ましい。例えば、電極112aが16個の場合、電圧印加パターンの数は16個であることが好ましい。この場合、検知部110の構成が同じであっても、より高精度に計測できる。ただし、電極112aのうちの1つのみの電極を接地してもよい。 It is preferable that all the electrodes of the electrodes 112a are sequentially grounded. For example, when the number of electrodes 112a is 16, the number of voltage application patterns is preferably 16. In this case, even if the configuration of the detection unit 110 is the same, measurement can be performed with higher accuracy. However, only one of the electrodes 112a may be grounded.

上述した式(2)までの説明から、δuとδφとの関係は、行列Jを用いて式(3)のように表すことができる。 From the above description up to Eq. (2), the relationship between δu and δφ can be expressed as Eq. (3) using the matrix J.

Figure 0007081793000003
Figure 0007081793000003

ここで、式(3)は入力δφから出力δuを求める順問題である。このため、式(3)の逆問題となる式(4)を解ければ、出力δuから入力δφを求めることができる。 Here, the equation (3) is an order problem of obtaining the output δu from the input δφ. Therefore, if the equation (4), which is the inverse problem of the equation (3), is solved, the input δφ can be obtained from the output δu.

Figure 0007081793000004
Figure 0007081793000004

しかしながら、行列Jは正則ではないため、行列Jの逆行列J-1を求めることはできない。そこで、逆行列J-1に代えて、逆行列J-1に近似するティホノフの正則化法を利用する。ティホノフの正則化法によれば、逆行列J-1は、式(5)のように書き換え可能であることが知られている。 However, since the matrix J is not regular, the inverse matrix J -1 of the matrix J cannot be obtained. Therefore, instead of the inverse matrix J - 1 , Tihonov's regularization method, which approximates the inverse matrix J-1, is used. According to Tihonov's regularization method, it is known that the inverse matrix J -1 can be rewritten as in Eq. (5).

Figure 0007081793000005
Figure 0007081793000005

式(5)において、αは、正則化パラメータである。式(5)を用いると、式(4)は式(6)のように書き換えできる。 In equation (5), α is a regularization parameter. Using equation (5), equation (4) can be rewritten as in equation (6).

Figure 0007081793000006
Figure 0007081793000006

なお、式(6)において、Qは式(7)または式(8)のように表される。 In the formula (6), Q is expressed as the formula (7) or the formula (8).

Figure 0007081793000007
Figure 0007081793000007

Figure 0007081793000008
Figure 0007081793000008

以上のように、出力δuから入力δφを求めることができる。なお、ここまでの処理は、シミュレーションで行うことが可能であることに留意されたい。 As described above, the input δφ can be obtained from the output δu. It should be noted that the processing up to this point can be performed by simulation.

図1~図3に示した計測部120は、電極112aの電位を測定する。電極112aの電位の測定結果と式(6)とを利用することで、検知部110において接触物の接触に伴う接触電位を計測できる。 The measuring unit 120 shown in FIGS. 1 to 3 measures the potential of the electrode 112a. By using the measurement result of the potential of the electrode 112a and the equation (6), the contact potential associated with the contact of the contact object can be measured by the detection unit 110.

上述したように、触覚センサ100は、複数の電極112aのうち接地する電極を時間ごとに切り替えることが好ましい。この場合、計測部120は、マルチプレクサを含むことが好ましい。 As described above, it is preferable that the tactile sensor 100 switches the grounded electrode among the plurality of electrodes 112a every hour. In this case, the measuring unit 120 preferably includes a multiplexer.

図5は、本実施形態の触覚センサ100を示す模式図である。上述したように、触覚センサ100は、検知部110と、計測部120とを備える。 FIG. 5 is a schematic view showing the tactile sensor 100 of the present embodiment. As described above, the tactile sensor 100 includes a detection unit 110 and a measurement unit 120.

検知部110は、電極112aの設けられた第1導電体112と、第2導電体114とを有する。ここでは、第1導電体112の端部には、第1導電体112の外周に沿って16個の電極112aが設けられる。また、ここでは、第1導電体112は、第2導電体114よりも大きく、第2導電体114は、第1導電体112の一部の領域に対向して配置される。 The detection unit 110 has a first conductor 112 provided with an electrode 112a and a second conductor 114. Here, 16 electrodes 112a are provided at the end of the first conductor 112 along the outer circumference of the first conductor 112. Further, here, the first conductor 112 is larger than the second conductor 114, and the second conductor 114 is arranged so as to face a part of the region of the first conductor 112.

計測部120は、電位測定部122と、信号処理部124と、マルチプレクサ126とを含む。電位測定部122は、電極112aの電位を測定する。 The measuring unit 120 includes a potential measuring unit 122, a signal processing unit 124, and a multiplexer 126. The potential measuring unit 122 measures the potential of the electrode 112a.

信号処理部124は、電極112aの電位から接触電位を演算する。典型的には、信号処理部124は、プロセッサーを含む。例えば、プロセッサーは、中央処理装置(Central Processing Unit:CPU)であり、信号処理部124はコンピューターに実装される。 The signal processing unit 124 calculates the contact potential from the potential of the electrode 112a. Typically, the signal processing unit 124 includes a processor. For example, the processor is a central processing unit (CPU), and the signal processing unit 124 is mounted on a computer.

マルチプレクサ126は、複数の電極112aおよびグラウンドと接続する。マルチプレクサ126は、複数の電極112aとグラウンドとを切り替えて接続する。このため、マルチプレクサ126により、複数の電極112aのうち接地する電極を切り替えることができる。 The multiplexer 126 connects to a plurality of electrodes 112a and ground. The multiplexer 126 switches and connects the plurality of electrodes 112a to the ground. Therefore, the multiplexer 126 can switch the grounded electrode among the plurality of electrodes 112a.

図6は、図5に示した触覚センサ100において測定された電位の時間変化を示すグラフである。ここでは、1区画ごとに接地される電極が切り替わる。1区画は、例えば、略0.8ミリ秒である。 FIG. 6 is a graph showing the time change of the potential measured by the tactile sensor 100 shown in FIG. Here, the electrodes to be grounded are switched for each section. One compartment is, for example, approximately 0.8 ms.

例えば、時間0秒から略0.8ミリ秒において1番目の電極が接地されると、1番目の電極の電位は略ゼロとなり、2番目の電極~16番目の電極は所定の電位を示す。次に、時間略0.8ミリ秒から略1.6ミリ秒になると、2番目の電極の電位は略ゼロとなり、1番目の電極、3番目の電極~16番目の電極は所定の電位を示す。接地される電極は略0.8ミリ秒ごとに切り替わり、略13ミリ秒周期で1番目~16番目の電極のすべてが一度接地される。以上のようにして複数の電極112aの電位を測定できる。 For example, when the first electrode is grounded from 0 seconds to about 0.8 milliseconds, the potential of the first electrode becomes substantially zero, and the second electrode to the 16th electrode show a predetermined potential. Next, when the time changes from about 0.8 ms to about 1.6 ms, the potential of the second electrode becomes almost zero, and the first electrode, the third electrode to the 16th electrode have a predetermined potential. show. The grounded electrodes are switched approximately every 0.8 ms, and all of the 1st to 16th electrodes are grounded once in a cycle of approximately 13 ms. As described above, the potentials of the plurality of electrodes 112a can be measured.

なお、図5を参照した上述の説明では、複数の電極112aとグラウンドとの間にマルチプレクサが設けられる一方で、電極112aと信号処理部124とは直接接続していたが、本発明はこれに限定されない。電極112aと信号処理部124とは直接接続しなくてもよい。 In the above description with reference to FIG. 5, while a multiplexer is provided between the plurality of electrodes 112a and the ground, the electrodes 112a and the signal processing unit 124 are directly connected to each other. Not limited. The electrode 112a and the signal processing unit 124 do not have to be directly connected.

次に、図7を参照して、本実施形態の触覚センサ100を説明する。図7は、本実施形態の触覚センサ100の模式図である。図7に示した触覚センサ100は、計測部120が、電位測定部122、信号処理部124およびマルチプレクサ126に加えてマルチプレクサ128をさらに含む点を除いて、図5を参照して上述した触覚センサ100と同様の構成を有している。このため、冗長を避けるために重複する記載を省略する。 Next, the tactile sensor 100 of the present embodiment will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a schematic diagram of the tactile sensor 100 of the present embodiment. The tactile sensor 100 shown in FIG. 7 is the tactile sensor described above with reference to FIG. 5, except that the measuring unit 120 further includes a multiplexer 128 in addition to the potential measuring unit 122, the signal processing unit 124, and the multiplexer 126. It has the same configuration as 100. Therefore, duplicate description is omitted to avoid redundancy.

計測部120は、電位測定部122、信号処理部124およびマルチプレクサ126に加えてマルチプレクサ128をさらに含む。マルチプレクサ128は、複数の電極112aと電位測定部122とを接続する。マルチプレクサ128は、アナログデジタル変換回路を介して電位測定部122と接続する。 The measuring unit 120 further includes a multiplexer 128 in addition to the potential measuring unit 122, the signal processing unit 124, and the multiplexer 126. The multiplexer 128 connects a plurality of electrodes 112a to the potential measuring unit 122. The multiplexer 128 is connected to the potential measuring unit 122 via an analog-to-digital conversion circuit.

マルチプレクサ128は、複数の電極112aと信号処理部124とを切り替えて接続する。電位測定部122は、時間ごとに順番に複数の電極112aの電位を測定する。このため、マルチプレクサ128により、複数の電極112aのうち電位測定部122に接続する電極を切り替えることができる。 The multiplexer 128 switches and connects the plurality of electrodes 112a and the signal processing unit 124. The potential measuring unit 122 measures the potentials of the plurality of electrodes 112a in order for each time. Therefore, the multiplexer 128 can switch the electrode connected to the potential measuring unit 122 among the plurality of electrodes 112a.

この場合、電位測定部122は、複数の電極112aの電位をそれぞれ時間ごとに測定すればよく、同時に複数の電極112aの電位を測定しなくてもよい。このため、電位測定部122には電位測定素子が1つあればよく、電位測定部122のコストを低減できる。 In this case, the potential measuring unit 122 may measure the potentials of the plurality of electrodes 112a for each time, and may not measure the potentials of the plurality of electrodes 112a at the same time. Therefore, the potential measuring unit 122 only needs to have one potential measuring element, and the cost of the potential measuring unit 122 can be reduced.

ここで、図8を参照して、本実施形態の触覚センサ100において計測された接触位置と押力付与位置との誤差を説明する。図8は、本実施形態の触覚センサ100において計測された接触位置と押力付与位置との誤差を示す模式図である。ここでは、検知部110の寸法は20mm×20mmであった。また、検知部110のうちの25点に押力を付与した。 Here, with reference to FIG. 8, an error between the contact position and the pressing force applied position measured by the tactile sensor 100 of the present embodiment will be described. FIG. 8 is a schematic diagram showing an error between the contact position and the pressing force applied position measured by the tactile sensor 100 of the present embodiment. Here, the dimensions of the detection unit 110 were 20 mm × 20 mm. Further, a pushing force was applied to 25 points of the detection unit 110.

図8において、●は、検知部110に押力を付与した押力付与位置を示し、×は、本実施形態の触覚センサ100において計測された接触位置を示す。本実施形態の触覚センサ100によれば、接触位置と押力付与位置との差は約0.76mmであった。 In FIG. 8, ● indicates a pressing force applying position where the pressing force is applied to the detection unit 110, and × indicates a contact position measured by the tactile sensor 100 of the present embodiment. According to the tactile sensor 100 of the present embodiment, the difference between the contact position and the pressing force application position was about 0.76 mm.

なお、一般に、感圧導電性ゴムを用いた触覚センサで接触位置と押力付与位置との差を測定した結果、接触位置と押力付与位置との差は数ミリオーダであることが知られている。このことから、本実施形態の触覚センサ100によれば、触覚センサ100に対する接触を高精度に計測できることが示された。 In general, as a result of measuring the difference between the contact position and the pressing force application position with a tactile sensor using pressure-sensitive conductive rubber, it is known that the difference between the contact position and the pressing force application position is on the order of several milliorders. There is. From this, it was shown that the tactile sensor 100 of the present embodiment can measure the contact with the tactile sensor 100 with high accuracy.

なお、触覚センサ100は、接触位置だけでなく接触力を計測することが好ましい。上述したように、電極112aの電位から接触電位を計測できる。このため、接触電位と接触力との関係から、電極112aの電位に基づいて接触力を計測できる。 The tactile sensor 100 preferably measures not only the contact position but also the contact force. As described above, the contact potential can be measured from the potential of the electrode 112a. Therefore, the contact force can be measured based on the potential of the electrode 112a from the relationship between the contact potential and the contact force.

本実施形態の触覚センサ100は、接触電位から接触力を計測する。計測部120(図1から図3)は、変換テーブルを用いて電極112aの電位から接触力を計測できる。 The tactile sensor 100 of the present embodiment measures the contact force from the contact potential. The measuring unit 120 (FIGS. 1 to 3) can measure the contact force from the potential of the electrode 112a using the conversion table.

変換テーブルは、電極112aの電位と接触力との関係を示す。変換テーブルは、触覚センサ100を用いた実験によって求められる。ここでは、接触物として力覚センサを取り付けた金属片を用いた。金属片に付与する押力を0Nから18Nまで5回増減させて、電極の電位を測定した。なお、電極の電位は接触電位に変換した。 The conversion table shows the relationship between the potential of the electrode 112a and the contact force. The conversion table is obtained by an experiment using the tactile sensor 100. Here, a metal piece with a force sensor attached was used as a contact object. The pressing force applied to the metal piece was increased or decreased 5 times from 0N to 18N, and the potential of the electrode was measured. The potential of the electrode was converted into a contact potential.

以下、図9を参照して、接触電位と接触力との関係を説明する。図9は、本実施形態の触覚センサ100における接触力と接触電位との関係を示すグラフである。 Hereinafter, the relationship between the contact potential and the contact force will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the contact force and the contact potential in the tactile sensor 100 of the present embodiment.

図9では、実験で求めた接触力と接触電位との間の関係を回帰式で表した実線を示している。図9に示すように、接触力が3N~10Nである範囲では、接触電位は0.0005V~0.0025Vまで徐々に増加した。一方で、接触力が10Nを超えても、接触電位は略0.0025Vであり、接触電位の変化はほどんど見られなかった。したがって、ここでは、接触電位0.0005V~0.002Vの範囲では、接触力が3N~10Nとなることを計測できた。 FIG. 9 shows a solid line expressing the relationship between the contact force and the contact potential obtained in the experiment by a regression equation. As shown in FIG. 9, the contact potential gradually increased from 0.0005V to 0.0025V in the range where the contact force was 3N to 10N. On the other hand, even if the contact force exceeded 10 N, the contact potential was approximately 0.0025 V, and almost no change in the contact potential was observed. Therefore, here, it was possible to measure that the contact force is 3N to 10N in the range of the contact potential of 0.0005V to 0.002V.

なお、式(1)~式(8)を参照して上述したように、電極112aの電位から検知部110の電位分布を求めることができる。また、図9を参照して上述したように、検知部110の電位分布は接触力に変換できる。ただし、検知部110の電位分布を単純に接触力に変換することは好ましくない。 As described above with reference to the equations (1) to (8), the potential distribution of the detection unit 110 can be obtained from the potential of the electrode 112a. Further, as described above with reference to FIG. 9, the potential distribution of the detection unit 110 can be converted into a contact force. However, it is not preferable to simply convert the potential distribution of the detection unit 110 into a contact force.

以下に、図10を参照して、検知部110の電位分布からの接触力の決定について説明する。 Hereinafter, the determination of the contact force from the potential distribution of the detection unit 110 will be described with reference to FIG. 10.

図10(a)は、検知部110の電位を単純に接触力に変換したことを示す模式的なグラフである。検知部110の電位は接触電位から滑らかに変化するため、検知部110の電位を単純に力に変換してしまうと、検知部110に付与された力も、図10(a)に示すように、接触位置から離れるにしたがって滑らかに変化することになる。 FIG. 10A is a schematic graph showing that the potential of the detection unit 110 is simply converted into a contact force. Since the potential of the detection unit 110 changes smoothly from the contact potential, if the potential of the detection unit 110 is simply converted into a force, the force applied to the detection unit 110 is also as shown in FIG. 10A. It will change smoothly as the distance from the contact position increases.

一般に、検知部110の電位は接触位置から滑らかに変化する。一方で、検知部110に付与される力は、接触位置から滑らかに変化するわけではない。検知部110に付与される力は、検知部110の特定の範囲に付与される。したがって、検知部110に付与される力は、閾値を用いて、閾値以下の値はベース値と同じになるように変換して求めることが好ましい。 Generally, the potential of the detection unit 110 changes smoothly from the contact position. On the other hand, the force applied to the detection unit 110 does not change smoothly from the contact position. The force applied to the detection unit 110 is applied to a specific range of the detection unit 110. Therefore, it is preferable to obtain the force applied to the detection unit 110 by using a threshold value and converting the value below the threshold value so that it becomes the same as the base value.

図10(b)は、検知部110の電位を接触力に変換した後で、閾値を用いて演算処理をした結果を示す模式的なグラフである。図10(b)に示すように、検知部110の電位を単純に力に変換した後で、接触力(ピーク値)から所定の値以下の値をベース値と同じになるように変換することで、実際の押力に相当する接触力分布を得ることができる。なお、所定の値は、例えば、70%であってもよく、80%であってもよく、90%であってもよい。 FIG. 10B is a schematic graph showing the result of arithmetic processing using a threshold value after converting the potential of the detection unit 110 into a contact force. As shown in FIG. 10B, after simply converting the potential of the detection unit 110 into a force, the contact force (peak value) is converted into a value less than or equal to a predetermined value so as to be the same as the base value. Therefore, a contact force distribution corresponding to an actual pushing force can be obtained. The predetermined value may be, for example, 70%, 80%, or 90%.

なお、本実施形態の触覚センサ100における検知部110は種々の形状にで作製してもよい。 The detection unit 110 in the tactile sensor 100 of the present embodiment may be manufactured in various shapes.

図11は、本実施形態の触覚センサ100における検知部110の一例を示す模式図である。図11に示すように、複数のスペーサ130が、同一方向に平行に配列されてもよい。これにより、接触物が接触する前に第2導電体114が第1導電体112に接触することを抑制するとともに、接触物の接触に伴って第2導電体114が第1導電体112に接触するように第2導電体114の変形を容易にできる。 FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of the detection unit 110 in the tactile sensor 100 of the present embodiment. As shown in FIG. 11, a plurality of spacers 130 may be arranged in parallel in the same direction. As a result, the second conductor 114 is prevented from coming into contact with the first conductor 112 before the contact object comes into contact, and the second conductor 114 comes into contact with the first conductor 112 with the contact of the contact object. As such, the second conductor 114 can be easily deformed.

なお、図1~図3および図11を参照した上述の説明では、第1導電体112および第2導電体114は平面状であったが、本発明はこれに限定されない。第1導電体112および第2導電体114の少なくとも一方は曲面状であってもよい。 In the above description with reference to FIGS. 1 to 3 and 11, the first conductor 112 and the second conductor 114 are planar, but the present invention is not limited thereto. At least one of the first conductor 112 and the second conductor 114 may be curved.

また、第1導電体112および第2導電体114のいずれかは、計測対象物に導電性塗料を塗布することで形成されてもよい。さらに、電極112aと第1導電体112とは接着剤を介して接着されてもよい。 Further, either the first conductor 112 or the second conductor 114 may be formed by applying a conductive paint to the object to be measured. Further, the electrode 112a and the first conductor 112 may be adhered to each other via an adhesive.

図12(a)~図12(d)は、本実施形態の触覚センサにおける検知部110の作製方法を示す模式図である。 12 (a) to 12 (d) are schematic views showing a method of manufacturing the detection unit 110 in the tactile sensor of the present embodiment.

まず、図12(a)に示すように、被計測物を用意する。ここでは、被計測物は人間の指の先端を模した部材である。 First, as shown in FIG. 12 (a), an object to be measured is prepared. Here, the object to be measured is a member that imitates the tip of a human finger.

次に、図12(b)に示すように、被計測物に導電性塗料を塗布する。例えば、導電性塗料は、樹脂および導電性フィラーを含有する。例えば、樹脂は、エポキシ系樹脂である。また、導電性フィラーは、導電性カーボンまたは金属酸化物を含む。導電性塗料が乾燥すると、導電性塗料は第1導電体112になる。 Next, as shown in FIG. 12B, the conductive paint is applied to the object to be measured. For example, conductive paints contain resins and conductive fillers. For example, the resin is an epoxy resin. The conductive filler also contains conductive carbon or metal oxide. When the conductive paint dries, the conductive paint becomes the first conductor 112.

次に、図12(c)に示すように、第1導電体112の端部を囲むように第1導電体112に電極112aを取りつける。電極112aは、導電性接着剤を用いて第1導電体112に接着される。なお、電極112aは、配線112bを介して計測部120(図1および図2)に接続する。 Next, as shown in FIG. 12 (c), the electrode 112a is attached to the first conductor 112 so as to surround the end of the first conductor 112. The electrode 112a is adhered to the first conductor 112 using a conductive adhesive. The electrode 112a is connected to the measuring unit 120 (FIGS. 1 and 2) via the wiring 112b.

次に、図12(d)に示すように、第1導電体112の中央部と重なるように第2導電体114を接着する。例えば、第2導電体114の裏面の外周に沿って接着剤を付与し、第2導電体114を第1導電体112に貼り付けてもよい。検知部110は、図12(a)~図12(d)に示すように作製できる。 Next, as shown in FIG. 12 (d), the second conductor 114 is adhered so as to overlap the central portion of the first conductor 112. For example, an adhesive may be applied along the outer periphery of the back surface of the second conductor 114, and the second conductor 114 may be attached to the first conductor 112. The detection unit 110 can be manufactured as shown in FIGS. 12 (a) to 12 (d).

本実施形態の触覚センサ100は、種々の用途に適用可能である。例えば、本実施形態の触覚センサ100は、産業用ロボットのハンドアームに取り付けられてもよい。また、触覚センサ100は、バーチャルリアリティシステムの触覚検知システムに用いられてもよい。触覚センサ100は、情報入力装置(例えば、スマートフォンまたはタブレット情報機器)のユーザインターフェースに用いられてもよい。さらには、触覚センサ100は、義手の先端に取り付けられてもよい。さらに、触覚センサ100は、ベッドまたは布団に取り付けられ、人間の睡眠状態を検知するために用いられてもよい。 The tactile sensor 100 of this embodiment can be applied to various uses. For example, the tactile sensor 100 of the present embodiment may be attached to the hand arm of an industrial robot. Further, the tactile sensor 100 may be used in the tactile detection system of the virtual reality system. The tactile sensor 100 may be used as a user interface of an information input device (for example, a smartphone or a tablet information device). Further, the tactile sensor 100 may be attached to the tip of the artificial hand. Further, the tactile sensor 100 may be attached to a bed or a futon and used to detect a human sleep state.

また、本実施形態の触覚センサ100は、作業者支援システムの圧力検知のために用いられてもよい。また、触覚センサ100は、製造物または素材の感触評価のために用いられてもよい。 Further, the tactile sensor 100 of the present embodiment may be used for pressure detection of the worker support system. Further, the tactile sensor 100 may be used for tactile evaluation of a product or a material.

また、触覚センサ100は、研究用途にも適用できる。例えば、触覚センサ100は、人間の触覚機能の解析および解明のために利用されてもよい。触覚センサ100は、医療またはスポーツにおける動作解析のために利用されてもよい。また、触覚センサ100は、遠隔診断または遠隔手術システムの一部として利用されてもよい。あるいは、触覚センサ100は、ゲームのコントローラの一部に利用されてもよい。 The tactile sensor 100 can also be applied to research applications. For example, the tactile sensor 100 may be used for analysis and elucidation of human tactile function. The tactile sensor 100 may be utilized for motion analysis in medicine or sports. The tactile sensor 100 may also be used as part of a remote diagnosis or remote surgery system. Alternatively, the tactile sensor 100 may be used as part of the game controller.

以上、図面(図1~図12)を参照しながら本発明の実施形態について説明した。但し、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施形態として実施することが可能である。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明の形成が可能である。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の個数等は、図面作成の都合から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果を実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings (FIGS. 1 to 12). However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented as an embodiment in various embodiments without departing from the gist thereof. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining the plurality of components disclosed in the above embodiments. For example, some components may be removed from all the components shown in the embodiments. In order to make the drawings easier to understand, each component is schematically shown, and the number of each component shown may differ from the actual one due to the convenience of drawing. Further, each component shown in the above embodiment is an example, and is not particularly limited, and various modifications can be made without substantially deviating from the effect of the present invention.

本実施形態の触覚センサは、種々の用途に適用可能である。 The tactile sensor of this embodiment can be applied to various applications.

100 触覚センサ
110 検知部
120 計測部
100 Tactile sensor 110 Detection unit 120 Measurement unit

Claims (5)

複数の電極の設けられた第1導電体、および、前記第1導電体とは離れて前記第1導電体に対向する第2導電体を有する検知部と、
前記第1導電体および前記第2導電体の少なくとも一方に対して接触物が接触することによって前記第1導電体と前記第2導電体とが接触することにより、前記電極の電位に基づいて、前記第1導電体および前記第2導電体の少なくとも一方に対する前記接触物の接触を計測する計測部と
を備える、触覚センサ。
A first conductor provided with a plurality of electrodes, and a detection unit having a second conductor separated from the first conductor and facing the first conductor.
Based on the potential of the electrode, the first conductor and the second conductor come into contact with each other due to the contact with at least one of the first conductor and the second conductor . A tactile sensor comprising a measuring unit for measuring contact of the contact object with at least one of the first conductor and the second conductor.
前記第1導電体は、前記第2導電体よりも大きく、
前記第2導電体は、前記第1導電体の一部の領域に対向して配置される、請求項1に記載の触覚センサ。
The first conductor is larger than the second conductor,
The tactile sensor according to claim 1, wherein the second conductor is arranged so as to face a part of the region of the first conductor.
前記第2導電体は電源と接続される、請求項1または2に記載の触覚センサ。 The tactile sensor according to claim 1 or 2, wherein the second conductor is connected to a power source. 前記計測部は、
前記電極の電位を測定する電位測定部と、
前記電極と前記電位測定部との間の接続を順番に切り替えるマルチプレクサとを含む、請求項1から3のいずれかに記載の触覚センサ。
The measuring unit
A potential measuring unit that measures the potential of the electrode,
The tactile sensor according to any one of claims 1 to 3, further comprising a multiplexer that sequentially switches the connection between the electrode and the potential measuring unit.
前記計測部は、前記電極の電位に基づいて前記接触物の接触を計測する信号処理部をさらに含む、請求項4に記載の触覚センサ。 The tactile sensor according to claim 4, wherein the measuring unit further includes a signal processing unit that measures the contact of the contact object based on the potential of the electrode.
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