JPH02183133A - 曲面用分布型触覚センサ - 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〕 本発明は、曲面用分布型触覚センサに関し、更に詳細に
は曲面、しかも変形可能な曲面に作用する押圧力を検出
することのできるセンサに関するものである。

〔従来の技術〕

例えば壊れやすい物体や柔らかい物体をロボットハンド
が掴む際には、該ロボットハンドと物体との接触圧を所
定の値以下に制御する必要がある。このような場合に使
用するセンサとして、押圧力に応じて電気抵抗が変化す
るゴム（以下感圧導電ゴムという）に電極を取付けたセ
ンサ（以下触覚センサという）が従来から使用されてい
る。

これら従来から使用されている触覚センサは、感圧導電
ゴムシートに、対を成す複数の電極を基盤目状に配置し
、極性ごとに一方を横方向に、他方を縦方向にそれぞれ
電極線で直列的に接続し、横方向電極線及び縦方向電極
線ごとに走査して、各電極ごとに感圧導電ゴムの抵抗値
を測定して、各電極部分に作用する接触圧を検出するも
のである。

このようにすると、測定点の数を、例えば６４Ｘ６４　
（４０９６個）など多数とすることが可能となり、本発
明者らは、例えば足裏の各部に掛かる体重の分布を測定
する触覚画像システムを開発し実用に供している。とこ
ろが、このようなシート状感圧導電ゴムを曲面に適用す
るには、ごく僅かな曲面を除き適用することができない
という問題がある。

そこで測定点ごとの単位触覚センサを作り、各センサ間
（電極間）を電極線で結び、任意の曲面に張りつけて使
用できるようにしたユニット型分布圧力センサを本発明
者らが発明し、特願昭６２−２１７９４９号として特許
出願している。このユニット型分布圧力センサは、前記
電極線が自由に屈曲できるので、例えばソファやベツド
などのクツション部分など、力が掛かると変形する面に
取付けて触覚を検出することが可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、例えば前記したソファやベツドなどの設計資
料を得る目的などでは、極く狭い範囲、例えば数鵬×数
鵬角四方に作用する荷重を、細かな間隔で測定すること
が要求れるる。この場合前記出願のセンサの構造では、
構造が複雑であるために単位センサの製造が困難である
という問題がある。

本発明は、以上の問題に着目して成されたものであり、
任意の曲面、しかもソファやベツドなどのように変形す
る曲面に容易に取付けることができ、しかも可及的に小
さい範囲に作用する押圧力を狭い間隔で測定できるよう
に簡単な構造で、取扱が簡単な曲面用分布型触覚センサ
を提供することえ目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

以上の目的を達成するための本発明の曲面用分布型触覚
センサの構成は、所定の間隔で横並べ状に配置した帯状
柔軟なフィルムと、該フィルムと交差し、且つ所定の間
隔で横並べ状に配置した柔軟な電極線と、前記の交差部
分の少なくとも複数箇所に設けた単位触覚部とから成り
、前記柔軟なフィルムは、前記単位触覚部の一方の電極
と該電極を直列接続する電極線とをプリント配線してお
り、前記単位触覚部は、前記電極と対向する電極を設け
た柔軟なフィルムとの間に、感圧導電ゴム及び電極間隔
を保つスペーサを介装した構造をしており、前記対向す
る電極と、該電極配置部分で交差する電極線との間を整
流素子を介して接続すると共に、前記交差部分で前記帯
状柔軟なフィルムと電極線とを連結したことを特徴とし
ている。

前記柔軟なフィルムとしては、市販のフレキシブルプリ
ント基板（ＦＰＣ）をエツチングしたもの、柔軟な剛性
樹脂フィルムに電極及び電極線パターンを印刷配線した
ものなどを適宜使用することができる。なお、前記プリ
ント配線による電極の表面は、金メツキまたはカーボン
処理などによる防錆処理することが好ましい。

前記柔軟なフィルムと交差させる前記電極線は、通常の
撚り線などの電線を使用することもできるが、ＦＰＣや
柔軟フィルムに配線したものを使用することもできる。

前記単位触覚部の表裏に設けた柔軟なフィルムには、該
触覚部に作用する力を効果的に感圧導電ゴムに伝達する
ために、受圧部材を設けることが好ましい。該受圧部材
は、受圧面が前記スペーサから突出させるように柔軟な
フィルムに張り付ける。該受圧部材の材質、形状には特
に限定はなく、感圧導電ゴムに対して充分高い剛性の材
料であればよく、また感圧導電ゴム面全面に設けてもよ
く、部分的に設けてもよい。

感圧導電ゴムは、例えばカーボンなどの導電性粒子をシ
リコーンゴムなどの弾性体に分散して含有させ、応力が
働かない状態では絶縁体であり、応力が作用するとその
値に対応した抵抗値を示すものである。そしてシート状
に加工したものの外塗料状として、電極表面に塗布する
塗料タイプのものなども使用することができる。

〔実施例］ 以下添付の図面を対照して一実施例により本発明を具体
的に説明する。

第１図は基盤目状に単位触覚部を配置した本実施例の全
体的構成を模型的に示す平面図であり、第２図は第１図
の２点鎖線で示した部分を一部破断して示した拡大斜視
図であり、第３図は第２図の■−■線断面図である。図
において曲面用分布型触覚センサｌは、帯状の柔軟なフ
ィルム２を回の縦方向に所定の間隔を置いて配列してお
り、これと直交的に交差して同様に帯状の柔軟なフィル
ム４を配置し、その交点を接着剤によって互いに固着す
ることにより機械的に連結している。

本実施例に使用した前記柔軟なフィルム２゜４は、ポリ
イミドフィルムを用いたプリント配線基板を使用し、補
強用としてウレタンフィルムなどを用い、それぞれ電極
線６，８及び電極（第１図には図示しない）をプリント
配線している。図の１０及び１２は、それぞれ電極線６
゜８を束ねたワイヤハーネスである。第１図において単
位触覚部１４は、電極線６，８の交差部分に配置してお
り、表面に受圧部材１６を取付けている。本実施例の柔
軟なフィルム２の幅はほぼ８ｆｆｌｆｆｌでほぼ８　ｍ
ｍ間隔に配置し、柔軟なフィルム４の幅はほぼ８鵬とし
た。また単位触覚部１４は、縦横がほぼ８　ｍｍ　Ｘ　
８　ｍｍで、フィルム厚さを含め厚みをほぼ１．８鵬と
した。

次に第２図及び第３図によって単位触覚部１４の詳細を
説明する。柔軟なフィルム２には電極１８と電極線６と
を連続パターンとして形成し、電極１８を電極線６によ
って直列に接続した回路を形成した。もう一方の電極２
０は帯状フィルム２と一体に裁断したフィルム部分２′
上に形成し、感圧導電ゴム２２の上に折り返して電極２
０を配置した。

本実施例に使用した感圧導電ゴム２２は、シート状に形
成した感圧導電ゴム素材を円形に切出したものを使用し
たが、形状はこれに限定されず、他の形状としてもよい
。そして該感圧導電ゴム２２の周囲には、スペーサ２４
を配置して、圧縮力が作用しない状態で感圧導電ゴム２
２に不要な力が作用しないようにしている。なおスペー
サ２４は、フィルム２．２′に接着して固定して、感圧
導電ゴム２２がフィルム２゜２′面から脱落しないよう
に保持する機能も有している。

そして単位触覚部１４の表裏に配置した板状の前記受圧
部材１６は合成樹脂製であり、該受圧板１６は第３図に
示したようにスペーサ２４の内径より小さい外径として
、単位触覚部１４に作用する押圧力を効率よく感圧導電
ゴム２２に伝達できるようにしている。また第３図の２
５は単位触覚部１４を測定対象に取りつける粘着材層で
ある。

電極２０と電極線８とは、ダイオードから成る整流素子
２６を介して互いに接続されており、該整流素子２６に
より感圧導電ゴム２２に流れる電流の方向を一方向に規
制している。本実施例では、ダイオード２６と電極２０
とは、第３図に示すようにフィルム２′を裁断して接続
線とした。

以上第１図〜第３図によって説明した曲面用分布型触覚
センサｌは、第４図に示す回路を形成している。即ち前
記センサ１の各電極２０に整流素子２６を介して接続す
る各電極線８は、それぞれトランジスタから成り、且つ
マルチプレクサ３０によって制御されるスイッチ回路３
２を介して電源子Ｂに接続さている。またもう一方の各
電極１８に接続する各電極線６は、マルチプレク３４に
よって制御され、且つＦＥＴから成るスイッチ回路３６
を介して出力回路０゜Ｐ、に接続されている。

ところで触覚検出動作中は、スイッチ回路３０によって
電源子Ｂには電極線８がそれぞれ１本づつ順次接続され
る。同様にスイッチ回路３６によって出力回路０．Ｐ、
に接続された電極線６も、それぞれ１本づつ順次接続さ
れる。したがって本来は残りの電極線６．８には電流が
流れないが、実際には、押圧力が作用している各単位触
覚部１４の感圧導電ゴム２２は抵抗値が低下している。

したがって、電源十Ｂに接続されていない電極線６及び
出力回路ｏ、ｐ、に接続されていない電極線８にも、電
流が流れる回り込み電流回路が構成されている。

この回り込み電流回路によって各単位出路部１４を流れ
る電流の方向は、必ず他と逆方向にながれるものが存在
する。したがって、整流素子２６を介装することにより
、この回り込み電流をカットすることができ、誤差を含
まない電流を出力することが可能にできる。

第５図は本実施例の曲面用分布型触覚センサｌを椅子に
取付けた様子を示す斜視図である。

図において、椅子３８の曲面を成す背もたれ部分に曲面
用分布型触覚センサ１を取付け、該センサ１から引き出
したワイヤハーネス１０，１２をマルチプレクサ３０．
３４及びスイッチ回路３２．３６を収納したターミナル
ボックス４０に接続し、画像化装置４２を介してパーソ
ナルコンピュータ４４に接続している。そしてコンピュ
ータ４４の演算結果をＣＲＴ４６上に数値データ、押圧
力の等弾線図などによって表示する。なお前記マルチプ
レクサ３０．３４、スイッチ回路３２．３６及び画像化
装置４２はパーソナルコンピュータ４４によって制御し
ており、条件設定などコマンドのインプットはキーボー
ド４８から入力するようにしている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の曲面用分布型触覚センサは
、所定の間隔で横並べ状に配置した帯状柔軟なフィルム
と、該フィルムと交差し、且つ所定の間隔で横並べ状に
配置した柔軟な電極線と、前記の交差部分の少なくとも
複数箇所に設けた単位触覚部とから成り、前記柔軟なフ
ィルムは、前記単位触覚部の一方の電極と該電極を直列
接続する電極線とをプリント配線しており、前記単位触
覚部は、前記電極と対向する電極を設けた柔軟なフィル
ムとの間に、感圧導電ゴム及び電極間隔を保つスペーサ
を介装した構造をしており、前記対向する電極と、該電
極配置部分で交差する電極線との間を整流素子を４゜ 介して接続すると共に、前記交差部分で前記帯状柔軟な
フィルムと電極線とを連結した構成としたので、次の効
果を得ることができる。

即ち、格子状に配置する触覚検出点（触覚部）を、帯状
に切り分けた軟質フィルム上に形成し、相互の間にスリ
ットを形成するように配置し、これと交差させた柔軟な
の電極線とによって圧力センサ回路を形成したので、変
形する曲面に容易に取付けることができ、しかも前記触
覚検出点を簡単な構成としたので、極く小型で、しかも
掻く薄型の単位触覚部を容易に形成できるので柔らかい
曲面を変形させる押圧力を、変化の過程を追いながら検
出する分布形触覚センサを提供することができる。

しかも該分布形触覚センサは、前記のとおり構造が簡単
であるので、コスト的にも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例による曲面用分布形触覚センサの概要
平面、第２図は第１図のＡ部の部分拡大図、第３図は第
２図の■−■線断面図、第４図は第１図のセンサの触覚
検出回路の概要図、第５図は第１図のセンサをソファに
取付けた様子を示す斜視図である。 １・・・曲面用分布形触覚センサ、２，４・・・柔軟な
フィルム、６．８・・・電極線、１４・・・単位触覚部
、１８．２０・・・電極、２２・・・感圧導電ゴム、２
４・・・スペーサ、２６・・・整流素子。 代理人　弁理士　小　川　信　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定の間隔で横並べ状に配置した帯状柔軟なフィルムと
   、該フィルムと交差し、且つ所定の間隔で横並べ状に配
   置した柔軟な電極線と、前記の交差部分の少なくとも複
   数箇所に設けた単位触覚部とから成り、前記柔軟なフィ
   ルムは、前記単位触覚部の一方の電極と該電極を直列接
   続する電極線とをプリント配線しており、前記単位触覚
   部は、前記電極と対向する電極を設けた柔軟なフィルム
   との間に、感圧導電ゴム及び電極間隔を保つスペーサを
   介装した構造をしており、前記対向する電極と、該電極
   配置部分で交差する電極線との間を整流素子を介して接
   続すると共に、前記交差部分で前記帯状柔軟なフィルム
   と電極線とを連結した曲面用分布型触覚センサ。