JPH01312437A - 巻付け型圧覚センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、巻付は型圧覚センサに関し、詳しくは複数
の指部を有するロボットハンドの指部に装着してこれに
よりロボットハンドに触覚を具えして垂直方向に加わる
力の分布を検出する分布型圧覚センサとして、検出素子
に導電性を有するゴムまたはプラスチックを用いたもの
が提案されている。第６図はその１例で、互いに直角方
向をなす細い導電性ゴム条１，２を２層にして組合わせ
たものである。この圧覚センサのゴム条配列面に対して
垂直方向の力が加われば導電性ゴム条１゜２の接触部分
の面積が増加し抵抗が変化する。

従って第７図に示したように電圧端子３に、例えば５ｖ
の電圧を１０００Ωの抵抗４を介して印加しておき、出
力点５の電圧変化を測定することにより、加えられた力
の大きさを知ることができる。

ところが、このような導電性ゴムを用いた分布型圧覚セ
ンサでは、加えられた力に比例して接触部分の面積が変
化するとは限らないため、接触部分の抵抗値変化が力に
比例せずセンサ出力が非線型になること、および電圧端
子３、グランド端子３４、出力端子５をそれぞれのゴム
条に接続しなければならないため、力の分布を高密度に
検出しよて変位させ、ホール素子６の近くの磁束密度の
変化をホール素子６で検出することにより加えられた力
の大きさを知るものである。

しかし、このような分布型圧覚センサでは、人間型の複
数歯を有するロボットハンドにその指の形状を変更する
ことなく、巻きつけて装着することが困難である。

（発明が解決しようとする問題点〕 上述したように、第６図および第７図によって示した形
態の分布型圧覚センサではセンサ出力が力に比例しない
欠点があり、第８図に示した形態のものは、ロボットハ
ンドの人間型の指部に巻回した状態で適用するには向い
ていない。

この発明は、上述した従来の問題点に着目し、その解決
を図るべく本発明者が提案した分布型圧覚センサに基づ
いて（特願昭６ｌ−３（１１１８１号参照）、人間型の
複数の指部を有するハンド等の円筒形若しくはそれに類
似した形状の指部に沿って〔問題点を解決するための手
段〕 かかる目的を達成するために、本発明は、外周部の少な
くとも一部を円弧面となし、ロボットハンドの指部に嵌
着可能な環状をなすフレームと、フレームの円弧面に沿
って装着され、格子状の切込み溝によりその上面が複数
の方形型要素に分割されたシート状の弾性体と、弾性体
の個々の方形型要素の上面に接合され、半導体ストレン
ゲージを有する単結晶シリコン板と、単結晶シリコン板
に電気的に接続され、複数の単結晶シリコン板を被包す
るごとくフレームに巻回したフレキシブルプリント基板
とを具え、単結晶シリコン板を介して指部に加１えられ
る荷重を半導体ストレンゲージの電気抵抗値の変化によ
って検出するようにしたことを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明によれば、ロボットハンドの指部の腹に相当する
フレーム部分の表面に、弾性体シートを介して単結晶シ
リコン板が保持され、さらに単結晶シリコン板と電気的
接続を有するフレキシブルにしたことによってセンサを
装着する指部の形状に合わせてセンサフレームを設ける
だけで、円筒形若しくはそれに類似した形状を有するロ
ボットハンドの指部に沿って取りつけることができて、
人間型の多数指を有するロボットハンドの作業性向上に
貢献することができる。

〔実施例〕

以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に通用する圧覚センサの基本的構成の概
要を示し、本例は本出願人が特願昭６１−３０１１８１
号公報に開示の分布型圧覚センサとして提案したもので
ある。ここで、１１は固定基板、１２は固定基板ｌｌ上
に配設された比較的小さいヤング率を有する弾性体であ
り、弾性体１２には格子状に切込み溝１２Ａが穿設され
ている。１３は弾性体１２の上面に取付けられた単結晶
シリコン板であり、その表面には不図示の半導体ストレ
ンゲージが形成され、これらによって複数の検出素子用
が構成される。なお、１５は荷重印加部であり、荷重印
加部１５に力が加えられると単結晶シリコン板１３が弾
性体１２とともに変形し、単結晶シリコン板１３上に形
成された半導体ストレンゲージの抵抗値が変化するので
、単結晶シリコン板１３とはんだ電極１６により電気的
に接続されているフレキシブルプリント基板１７を介し
て上記抵抗値の変化を取出すことにより、単結晶シリコ
ン板１３に対して垂直に加えられた力の大きさを検出す
ることができる。

第２図は本発明の一実施例を示す。ここで、２１はロボ
ットハンドの指部であり、本例ではその断面が円形であ
るが、要はその指部２１の腹に相当する部分が円形に近
い形状でさえあれば、特にその断面形状にはこだわらな
い。２２は指部２１に嵌合可能なように、ある種の弾性
を有する材料例えば金属またはプラスチックなどによる
フレームであり、その一部に切欠き２３を設けることに
より指部２１にフレーム２２が嵌め易いようにしてあっ
て、このフレーム２２によって巻付は型の圧覚センサ圓
自体が保持される。

■は格子状の切込み溝２５Ａによって個々の方形型の要
素（荷重を担持するもの）２５Ｂにその上面が分離され
ているシート状の弾性体であり、フレーム２２よりは低
い弾性率を有するプラスチックま切込ませることによっ
て、弾性体Ｕをフレーム２２の表面になじみ易くさせ、
更に他の要素に大きい影響を及ぼすことなく１つの要素
を独立的に変形させ、以て隣接する要素に干渉出力が発
生するのを防止する。

２６は弾性体Ｕの各要素２５Ｂの上面に接着された単結
晶シリコン板であり、単結晶シリコン板２６の表面には
不図示の半導体ストレンゲージや電極などが化成されて
いて、個々の荷重印加部２７を介して単結晶シリコン板
２６に荷重Ｐがかけられると、その撓みが半導体ストレ
ンゲージの抵抗値の変化として検知される゛ことにより
、指の触覚に対応した圧覚を圧覚センサ圓によって検出
することができる。

更に２８は上述した単結晶シリコン板２６の表面を被包
するようにして設けられたフレキシブルプリント基板で
あり、フレキシブルプリント基板２８には不図示の配線
パターンが形成されていて、単結晶シリコン板２６とは
、はんだ電極部２９を介して電気的に接続される。また
、このフレキシブルブリプルプリント基板２８から取出
された信号配線３１等がこの部分から第３図に示すよう
に指部２１に沿ってハンド側に導設されていることによ
って、上述した抵抗値の変化をＩＣ回路３０を介し、信
号配線３１により外部にとり出すことができる。

次に、第４Ａ図および第４Ｂ図によって上述したような
巻付は型圧覚センサの組立手順について説明する。

まず、第４Ａ図に示すように内面形状が指部２１になじ
む形を有するフレーム２２のその指部の腹に相当する部
分に格子状の切込み溝２５Ａを入れた弾性体Ｕを接着に
より取りつける６次に、弾性体粒の、切込み溝２５Ａに
より分離された各要素２５Ｂの表面に、不図示の半導体
ストレンゲージや電極等を形成した単結晶シリコン板２
６を接着する。

さらに第４Ｂ図に示すように、単結晶シリコン板２６に
付設した突起状の荷重印加部２フをフレキシブルプリン
ト基板２８に形成した孔部３２に挿入し、単結晶シリコ
ン板２６上の不図示の電極とフレキシブルプリント基板
２８上の不図示の電極とが対向位置で接触するように位
置決めし、はんだ電極部２９にレーザ光３３を照射して
はんだ付けし、双方間に電気的接続が得られるようにす
る。

しかる後、フレキシブルプリント基板２８をフレーム２
２に沿って接着し、指部２１の背に対応するフレーム２
２の部分にＩＣ回路３０と信号配線３１をはんだ付けす
ることにより、第２図に示したような巻付は型圧覚セン
サを完成させることができる。

第５八図〜第５Ｃ図は第２の組立手順を示す、まず第５
Ａ図に示すように、不図示の半導体ストレンゲージや電
極等が形成された単結晶シリコン板２６を、その表面に
付設されている荷重印加部２７がフレキシブルプリント
基板２８に形成した孔部３２に嵌入されるようにして位
置決めし、ｊＬ！ｉ！ｉ晶シリコン板２６の側からレー
ザ光３３を照射してはんだ電極部２９をはんだ付けする
。

一方、第５Ｂ図に示すように、フレーム２２の指部２１
の腹に相当する部分に、格子状の切込み溝２５Ａを入れ
た弾性体粒を接着により取付ける０次に第５Ｃ図に示す
ようにして、第５Ａ図に示した単結晶シリコン板２６と
フレキシブルプリント基板２８とを一体としたものを、
フレーム２２に弾性体■を接着−体化したものにそれぞ
れ位置合わせしてその間を接着する。そして最後にフレ
キシブルプリント基板２８をフレーム２２に沿って接着
し、そのフレーム２２の指部２１の背に相当する部分に
ＩＣ回路３０および信号配線３１を第２図に示すように
してはんだ付けし、巻付は型圧覚センサを完成させるこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、指部に嵌め込ま
れるフレームの指部の腹に相当する部分の外周部に、上
面に格子状の切込み溝を入れたシート状の弾性体を取付
けし、その分離された弾性体の個々の表面に単結晶シリ
コンを接着し、これらを被包するようにしてフレキシブ
ルプリント基板をフレーム上に巻回し、フレームの上述
した指部の背に対応する部分にＩＣ回路や信号配線を取
りつける構成としたので、指部の腹に相当する部分に力
が加わった時に単結晶シリコンが弾性体シートとともに
変形するのを、単結晶シリコン表面に形成した半導体ス
トレンゲージの抵抗値の変化として検出することができ
、また、円筒形あるいはそれに類似した形状を有するロ
ボットハンドの指部に容易に嵌着させることができるの
で、ハンドの指部に加わる力の分布を精度よく検出する
ことが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用する圧覚センサの基本的形態を示
す断面図、 第２図は本発明の一実施例を示す断面図、第３図は第２
図を矢印方向から見て示す上面図、 第４Ａ図および第４Ｂ図は本発明の組立順序を示す説明
図、 第５Ａ図、第５Ｂ図および第５Ｃ図は本発明の別の組立
順序を示す説明図、 第６図および第７図は従来の圧覚センサの基本的構成の
一例を示す斜視図およびその回路構成図、 第８図は従来の他の圧覚センサの例を模式的に示す構成
図である。 ２１・・・指部、 ２２・・・フレーム、 ２３・・・切欠き、 ■・・・圧覚センサ、 ２５・・・弾性体、 ２５Ａ・・・切込み溝、 ２５Ｂ・・・要素、 ２ト・・単結晶シリコン板、 ２７・・・荷重印加部、 ２８・・・フレキシブルプリント基板、２９・・・はん
だ電極部、 ３０・・・ＩＣ回路、 ３１・・・信号配線。 特許出願人　工ｔＪＬ術院長飯塚幸ユ 本光明を適用するｆ−を也ンすの基杏的形悲（示すす印
面図第１図 本把明り一文プ乞例を爪す吋面凹 第２図 第２図を大印方同旬゛う活で示す上面図第３図 ネ尤明ｆ）ホ旦文ｉ順庁を示す夜剋明凶第４Ａ図 ネ彪明／）＃旦立順序をホす吉佑ヨ月図第４Ｂ図 本む明の別の希旦文順房を示す鋭朗凹 第５Ａ図 ネ光ロ月ｆ）ＦＩＪの朱ａｔ用頁序を示すか咄ｐ月図第
５Ｂ図 ２２フし−ム 木把明の別Ｌｆ）紙切順序を示す審佑明図第５Ｃ図 イ芝来の圧覚ゼンザ／ｌ甚本的樗収の 一イ列を示す糾キも図 第６図 第６凶の圧ｔゼンサｌ：ｂ゛■する回路〃楕成図第７図 ｆ来りイ也の圧寛七ンすのイ列を ネ灸べ６勺１０示オ構θく１図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　外周部の少なくとも一部を円弧面となし、ロボットハ
   ンドの指部に嵌着可能な環状をなすフレームと、 該フレームの前記円弧面に沿って装着され、格子状の切
   込み溝によりその上面が複数の方形型要素に分割された
   シート状の弾性体と、 該弾性体の個々の前記方形型要素の上面に接合され、半
   導体ストレンゲージを有する単結晶シリコン板と、 該単結晶シリコン板に電気的に接続され、複数の前記単
   結晶シリコン板を被包するごとく前記フレームに巻回し
   たフレキシブルプリント基板とを具え、 前記単結晶シリコン板を介して前記指部に加えられる荷
   重を前記半導体ストレンゲージの電気抵抗値の変化によ
   って検出するようにしたことを特徴とする巻付け型圧覚
   センサ。