JPH02203227A - 履物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、履物用分布型触覚センサに関し、更に詳細に
は履物の各部に掛かる荷重分布を使用状態に関連させて
検出できる触覚センサに関するものである。

〔従来の技術〕

本発明者は、力が加わらない状態では絶縁体状であるが
、圧縮されるとその量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、抵抗値を
検出することにより作用した力を検出する触覚センサに
よって、例えば、ロボットハンドの把持力の制御や、姿
勢と足裏に掛かる体重分布測定や、椅子、ベツドなどの
柔軟な曲面に加わる荷重分布測定などに使用する各種の
触覚センサを開発している。

〔発明の解決しようとする課題〕

ところで、従来開発された前記各種の分布型触覚センサ
は、いずれもなんらかの保持部材、たとえばロボットハ
ンド、荷重を乗せる台などして電源に接続し、もう一方
の電極線をスイッチ回路を介して出力線に接続し、前記
スイッチを走査してそれぞれ電源側グループを出力側グ
ループとを順次電源及び出力回路に接続するスイッチ制
御回路を設け、且つ前記複数の単位触覚部を弾性部材で
覆い、床との接触面に取付は触覚センサは、いずれもな
んらかの保持部材、例えばロボットハンド、荷重を乗せ
る台などに取付けて使用する用途のものばかりであり、
歩行中など使用中の靴底の各部に掛かる荷重を測定する
装置は開発されていない。

即ち、本発明は、以上の問題に着目して成されたもので
あり、例えば靴の設計資料を得るため、又は靴が運動選
手、身体障害者などに及ぼす影響など運動生理学的ない
し医学的資料を得るために履物を着用した状態で履物の
各部に掛かる荷重を検出表示することのできる履物用触
覚センサを提供することを目的としている。

（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履物用触覚センサ
の構成は、感圧導電ゴムを介して、対を成す電極を配置
した複数の単位触覚部を履物の底面の所定位置に分布さ
せて配置し、前記対を成す電極の一方の極性の電極を、
横並べに状に分けた複数のグループに分割し、もう一方
の極性の電極を前記グループと交差する方向に横並べ状
に分けた複数のグループに分割し、それぞれグループ内
の電極を、一方の極性の電極は整流素子を介してそれぞ
れ電極線で互いに接続し、該電極線の一方をスイッチ回
路を介して電源に接続し、もう一方の電極線をスイッチ
回路を介して出力線に接続し、前記スイッチを走査して
それぞれ電源側グループ及び出力側グループを順次電源
及び出力回路に接続するスイッチ制御回路を設け、且つ
前記複数の単位触覚部を弾性部材で覆ったセンサ部と、
該センサ部の制御及び出力回路を携帯可能にしたことを
特徴としている。

前記単位触覚部は、各個に又は一体的に形成した弾性部
材からなるセル内に感圧導電ゴムシートの両側又は片側
に電極を配した単位触覚部を個々に形成し、各単位触覚
部を電極線で接続してもよく、またプリント配線基盤の
上に弾性部材で形成したセル内に感圧導電ゴムシートの
両側又は片側に電極を配した単位触覚部を個々に形成し
、各単位触覚部を電極線で接続してもよく、またプリン
ト配線基盤の上に所定のパターンで配線した電極線の所
定位置に、電極及び感圧導電ゴムを配置し、その上から
弾性部材を覆って形成してもよい。

感圧導電ゴムを覆う弾性部材は、センサ部全面を一様に
覆ってもよいが、各単位触覚部ごとに別けて覆うことに
より、各単位触覚部ごとの荷重を精度よく分離して検出
することができる。

前記電極は、プリント配線により基盤上に形成した電極
パターン、貴金属箔、アルミ箔、表面を防錆処理した金
属箔などを使用することができる。

前記感圧導電ゴムは、例えばカーボン粒子などの導電性
粒子をシリコーンゴムなどのゴム弾性体に分散して含有
させた、いわゆる感圧導電ゴムの外、塗料状としたもの
を電極上に塗布・細化させたものを使用することができ
る。

前記センサ部の制御及び検出信号の出力回路以外に、例
えば画像処理回路、画像表示装置などを小型にして携帯
可能とすることもできる。

前記整流素子は、各単位触覚部ごとに触覚を検出する際
に、他の単位触覚部を通じて流れる回り込み電流をカッ
トして検出精度を向上させるためである。

［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図は実施例１の靴の裏に張り付けて使用する履物用
触覚センサのセンサ部の平面図であり、第２図はその側
面図である。図においてセンサ部１□は靴の藺草部分に
取付けて使用するものであり、センサ部１−は靴の踵に
取付けて使用するものである。以下の説明で、前記セン
サ部１＋、Ｉｇを特に区別する必要のない場合には記号
１で表すことにする。センサ部１は基盤目状に配置した
複数の単位触覚部２を基板（この場合はプリント配線基
板）３の上に配置したものである。

そして図示しない電極線は、センサ部１１．１２のそれ
ぞれの土踏まず部分に設けた接続端子４（スルーホール
のみ図示）によってケーブル６のそれぞれ図示しない素
線に接続されて同様に図示しない制御回路に接続されて
いる。なお踵の先端部８に掛かる荷重は特に多きくなる
ことを考慮して、本実施例では、この部分には単位触覚
部２を設けなかった。また図のｌＯはダイオードから成
る整流素子である。

第３図は各単位触覚部２に接続する検出回路の説明図で
ある。センサ部１は、マトリックス状に配置した単位触
覚部２のそれぞれは、感圧導電ゴム１２の電源側電極１
４と出力側電極１６とによって構成されている（なお詳
細な構造は第４図、第５図によって説明する）。

そして図の電源側電極１４は、それぞれ整流素子１０を
介して電源側電極線１８によって互いに短絡され携帯用
電源十Ｂにトランジスタからなるスイッチ回路２０を介
して接続されている。該スイッチ回路２０は、スイッチ
２０を順次スイッチを閉じるようにマルチプレクサ２２
によって制御される。また出力側電極１６は、出力側電
極線２４によって互いに短絡され、ＦＥＴからなるスイ
ッチ回路２６を介して出力線０．Ｐ、に接続されていい
る。そしてスイッチ回路２６は、順次スイッチが閉じる
ように制御されるようにマルチプレクサ２８によってｔ
！ＩＪ？卸される。

次に単位触覚部２の詳細を第４図〜第５図によって説明
する。第４図は単位触覚部２の縦断面図であり第５図は
電極１４．１６部分で破断した平面図である。電極１４
．１６は、薄いガラスエポキシ類のプリント配線基板３
０上にプリント配線パターンにより形成して靴底の屈伸
によってセンサ１が屈曲でき、しかもこの屈曲にって電
極と配線とが断線しないようにした。そしてその上に感
圧導電ゴムを配置し、更にその上に表面を金メツキした
導電性フィルム３４を配置し、型取りしたゴム弾性体ハ
ウジング３６で覆った構造をしている。

各電極１４．１６は、基板３０に開けたスルーホール３
８を通じて裏側にプリント配線手段によって設けた端子
４０に接続している。そしてリード線４０によってした
端子４２にそれぞれ接続している。

それぞれのリード線４２は、第５図には図示しない電源
側電極線１８に接続する電源側端子４４及び同様に図示
しない出力側電極線２４に接続する出力側端子４６にろ
う付けされている。なお、第４図の白抜き矢印の方向が
床の方向である。

第６図は単位触覚部２を接続する電極線１８゜２４のプ
リント配線パターンの部分図であり、電極数に基づく電
流密度の相違による変更を除きセンサ１８，１□に対し
て基本的パターンは共通である。第６図は、単位触覚部
２を取付ける側を表にして示している。

電源側電極線１８は基板３の裏側にプリント配線され、
スルーホール４８を通じて基板３の表にプリント配線し
た電極線１８′に接続し、これから同様にプリント配線
により形成した端子５０に接続している。該端子５０に
は、ダイオード２個を封入した整流素子１０を接続し、
該整流素子１０の他端はそれぞれ別の単位触覚部２に接
続する電源側端子４６．．４６□に接続されている。

第７図（第６図は拡大倍率が異なる）は第７図には図示
しないケーブル６と電極線１８．２４とを接続する端子
部分を、センサ１ｔについて示した部分図である。図に
示すように基板３の裏側に配線した電極線１８．２４は
それぞれスルーホール４８を通じて表側に引き出され、
それぞれ電源側電極線と出力側端子４！をプリント配線
により設け、これに図示しないケーブル６の各素線を接
続するようにしている。

単位触覚部２のハウジング３６は基板３上に接着手段な
どにより固着する。そして基板３の裏側も可撓性合成樹
脂で被覆し、使用に際して靴底に接着手段などにより取
り付けて使用する。

第８図はセンサｌの可搬式制御及び出力回路の概要を示
すブロック図である。制御及び出力回路５８は、左右そ
れぞれの靴６０に設けたセンサ１゜１□とケーブル６に
よって接続されている。

なおケーブル６は取扱を便利にするためにコネクタ６２
により図示しない別のセンサに取付けできるようにして
いる。

本実施例の制御・出力回路５６は、図示しない被試験者
から引き出した図示しないケーブルによって入力端子Ｉ
Ｎから入力される同期信号によって作動するディジタル
制御回路５８によって、アナログ制御回路６０、第８図
は図示しない単位触覚部の電源を走査する電源スイツチ
駆動用制御回路６２及び各単位触覚部が検出する信号を
取り出す出力スイッチ駆動用制御回路６４のタイミング
制御を行う。

制御・出力回路５６を作動させる電源は、定格１２Ｖの
図示しないバッテリ及び１２Ｖを５■に下げる電圧調整
回路を内蔵した電源回路６６から供給する。

また、制御、出力回路５６は、例えば、タイミング制御
用同期信号を、歩行姿勢などをビデオカメラに収録する
他の画像記録などのデータと同期させることもでき、ま
たセンサｌからの検出信号は内蔵する記憶装置に貯蔵し
、一連のデータ収拾後に画像化するなど、各種の態様で
実施することができる。

次に第９図〜第１０図によって靴とセンサ部とを一体的
に形成した第２の実施例について説明する。本実施例の
センサ１１，１！は、それぞれ靴６０の底に一体的に取
付けたものであり、第１Ｏ図に示すように単位触覚部２
（第１０図には４個の触覚部２１，２ｇ、２３．２−の
み示した）を覆う可撓性のハウジング３６は、それぞれ
センサＬ、　ｌｚについて一体的に形成した。

複数のハウジング３６は、各単位触覚部２を形成する位
置に凸状に、且つ一体的に形成し、それぞれの窪み部６
８内には、第４図で説明したと同様に導電性フィルム３
４、感圧導電ゴム１２、電８ｉ１４．１６をプリント配
線した基板３０をそれぞれ配置し、開口部に可撓性の対
人材７０を充填したものである。なお図の４０は第４図
と同様に電極１４、１６に接続したリード線である。ま
た第１０図には、図示しないダイオードを２個封入した
整流素子１０からも図示しないリード線（３本）が同様
に伸び出している。

第２の実施例の検出回路は、第６図と同様にプリント配
線によって形成した図示しない回路パターンに設けた取
付は用スルーホールに挿通し、ろう付けによって回路に
固定すると共に、絶縁性、且つ可撓性の接着剤で前記カ
バー３６と図示しない前記プリント配線基板とを接着し
、同様に該プリント配線基板を靴５２の底部に接着した
。ケーブル６と前記図示しない検出回路との接続は第７
図と同様の方法で互いに接続した。

以上説明したように、数ミリ角程度の小型の単位触覚部
とするには、前記のようにプリント配線による電極及び
回路形成手段によって形成することが好ましいが、本発
明はかかる手段に限定されず他の適当な接続・配線手段
を用いることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の履物用触覚センサは、互い
に交差する電源側電極線と出力側電極線の交点において
、それぞれの電極線に一対の電極を（但し一方の極性の
電極は整流素子を介して）接続し、この一対の電極間に
感圧導電ゴムを配置し、前記角型極線は、それぞれマル
チプレクサによって制御されるスイッチ回路を介して一
方は電源に、もう一方は出力回路にそれぞれ接続し、携
帯可能とした制御及び出力回路によって前記各スイッチ
を走査するように構成したので、次の効果を得ることが
できる。

即ち、履物を堕いて歩いたり、車を運転するなどの際の
、靴底など履物に掛かる圧力分布を精度よく、且つ動作
と関連させて測定することができ、また画像処理装置と
組み合わせることにより動作と圧力分布とを関連させて
、動作進行中に、またデータ収録後に観察・分析するこ
とができる。

４、

【図面の簡単な説明】

第１図は靴底の藺草部分と踵部分とに別々に取付けて使
用するセンサの平面図、第２図はその側面図、第３図は
第１図のセンサの検出回路図、第４図は第１図に使用す
る単位触覚部の縦断面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線矢
視断面図、第６図は検出回路のプリント配線パターンの
部分平面図、第７図は第６図に示す検出回路とケーブル
とを接続する端子部分のプリント配線パターン部分図、
第８図は第１図に示すセンサの制御回路の概要を説明す
るブロック回路図、第９図はセンサと靴とを一体的に形
成した場合の概要説明図、第１０図は第９図のＡ部を一
部破談して示した拡大斜視図である。 １、１１．１□・・・センサ、２・・・単位触覚部、１
０・・・整流素子、１２・・・感圧導電ゴム、１４．１
６・・・電極、１８・・・電源側電極線、２０．２６・
・・スイッチ回路、２２゜２８・・・マルチプレクサ、
２４・・・出力側電極線、３６・・・カバー、５８・・
・制御回路。 第 図 第 図 第６図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 感圧導電ゴムを介して、対を成す電極を配置した複数の
   単位触覚部を履物の底面の所定位置に分布させて配置し
   、前記対を成す電極の一方の極性の電極を、横並べに状
   に分けた複数のグループに分割し、もう一方の極性の電
   極を前記グループと交差する方向に横並べ状に分けた複
   数のグループに分割し、それぞれグループ内の電極を、
   一方の極性の電極は整流素子を介してそれぞれ電極線で
   互いに接続し、該電極線の一方をスイッチ回路を介して
   電源に接続し、もう一方の電極線をスイッチ回路を介し
   て出力線に接続し、前記スイッチを走査してそれぞれ電
   源側グループ及び出力側グループを順次電源及び出力回
   路に接続するスイッチ制御回路を設け、且つ前記複数の
   単位触覚部を弾性部材で覆ったセンサ部と、該センサ部
   の制御及び出力回路を携帯可能にした履物用触覚センサ
   。