JPH02290529A - 硬さセンサ - Google Patents

硬さセンサ

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JPH02290529A
JPH02290529A JP1311427A JP31142789A JPH02290529A JP H02290529 A JPH02290529 A JP H02290529A JP 1311427 A JP1311427 A JP 1311427A JP 31142789 A JP31142789 A JP 31142789A JP H02290529 A JPH02290529 A JP H02290529A
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frequency
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Koichi Furusawa
光一 古澤
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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】 (イ)産業上の利用部分野 この発明は、たとえば工業用ロボット装置などに組み込
むセンサであって、圧電素子の振動を用いて振動板に接
触した物体の硬さを検知する硬さセンサに関する。
(口)従来の技術 従来から人間の触覚の代りとして、導電性感圧ゴムや半
導体歪みゲージなどを使い、物体接触時の接触圧を電気
信号として取り出す触覚センサは知られている。
(ハ)発明が解決しようとする問題点 しかるに従来のセンサでは、該センサと物体の接触の有
無は判断できても、接触した物体の硬さまでは検知でき
なかった。
この発明は上記問題に鑑み、接触物体の硬さを検知でき
る硬さセンサの提供を目的とする。
(二)問題点を解決するための手段 この発明は、物体に接触させる振動板上に圧電素子を有
する硬さセンサであって、上記圧電素子と共に自励発振
回路を構成して、物体接触時に発振周波数の変化情報を
出力する第1の回路手段と、上記発振周波数の変化情報
に基づいて接触物体の硬さを検知する硬さ検知手段とを
備えた硬さセンサを特徴とする。
さらに、この発明は、物体に接触させる振動板上に圧電
素子を有する硬さセンサであって、上記圧電素子に交流
電圧を印加して、物体接触時に出力電圧の変化情報を出
力する第2の回路手段と、上記出力電圧の変化情報に基
づいて接触物体の硬さを検知する硬さ検知手段とを備え
た硬さセンサを特徴とする。
さらにまた、この発明は物体に接触させる振動板上に圧
電素子を有する硬さセンサであって、上記圧電素子と共
に自励発振回路を構成して、物体接触時に発振周波数の
変化情報を出力する第1の回路手段と、上記圧電素子に
交流電圧を印加して、物体接触時に出力電圧の変化情報
を出力する第2の回路手段と、前記発振周波数の変化情
報および上記出力電圧の変化情報との2つの情報に基づ
いて接触物体の硬さを検知する硬さ検知手段とを備えた
硬さセンサを特徴とする。
(ホ)作用 この発明によれば、圧電素子に所用の周波数の発振信号
または所用の交流電圧を印加して振動板を振動させてい
る状態から、振動板を物体に接触させると、その物体の
硬さに応じて圧電素子のインピーダンスが変化し、かつ
圧電素子の発振周波数または出力電圧が変化し、その変
化分を計量化することで物体硬さが検知される。
(へ)発明の効果 従って、物体接触の有無のみではなく、物体硬さも同時
検知でき、しかも全体構造が簡単で、小型化も容易であ
るから、ロボット装置などへの組み込みが簡便に行なえ
る。
さらに、圧電素子の発振周波数と出力電圧との2つの変
化情報に基づいて、例えば、2変数近似式により変化の
情報を取出すときは、振動板と物体との接触圧力を一定
にしなくとも物体の硬さを正確に測定でき、硬さセンサ
の使用が容易となる。
(ト)実施例 以下、この発明の実施例を図面を用いて説明する。
第1図はセンサヘッド1の正面図であって、振動板2の
上に圧電素子3が貼り付けられている。
圧電素子3はその下面にアース電極4が設けられ、上面
に2つの電極5,6が設けられている。
第2図は第1図のセンサヘッド1を用い、物体硬さ検知
のための信号処理を周波数で実行する実施例回路を示し
、上記2つの電極5.6のうち、一方6を帰還電極とし
て用いて、増幅器7を挟んで両電極5.6が自励発振回
路8を構成するように相互をむすんでいる。
第2図回路では、電源を没入すると、増幅器7から発生
するトリガ信号が電極6を経て圧電素子3に印加され、
該素子は逆圧電効果にて変位を起こす。すると圧電効果
で電極5から圧電が発生し、該圧電が増幅器7で増幅さ
れ、電極6から圧電素子3にフィードバックされること
により自励発振が成立する。また、そのフィードバック
信号は周波数カウント回路9に送られ、発振周波数がカ
ウントされる。
振動板2に物体が接触すると、接触物体の硬さに応じて
圧電素子3のインピーダンスが変わり、発振周波数も変
化する。変化した周波数は周波数カウント回路9で検出
され、その値が周波数一硬さ変換回路10で硬さの値に
変化されたのち、該硬さが表示器11に表示される。
第3図は物体硬さ検知のだめの信号処理を素子出力電圧
で実行する実施例回路を示し、上記2つの電極5.6の
うち、電極5に発振器12から入力信号として交流電圧
が印加され、他方電極6から出力電圧が取り出される。
即ち入力電圧を加えると、圧電素子3は逆圧電効果で変
位し、圧電効果により電極6から出力電圧が発生する。
振動板2に物体が接触すると、接触物体の硬さに応じて
圧電素子3のインピーダンスが変わり、電極からの出力
レベルも変化する。この変化した出力電圧は増幅器13
で増幅され、次に整流平滑回路14にて直流電圧レベル
に変換されたのち、そのレベル値が電圧一硬さ変換回路
15で硬さの値に変換されて、該硬さが表示器l1に表
示される。
なお、第2図および第3図における物体接触による発振
周波数の変化、出力電圧の変化が、図示していないが物
体接触信号に利用されることは勿論である。
第4図に示す回路は、前述の第2図で示した自励発振周
波数の変化から硬さを検知する自励発振周波数変化検知
回路と、第3図に示す出力レベルの変化から硬さを検知
する出力レベル変化検知回路との2回路併用の複合回路
で構成した硬さセンサを示す。
すなわち、センサヘッド1、増幅器16、周波数カウン
タ9a,周波数一電圧コンバータ17、A−Dコンバー
タ18が、第2図で既に説明した自励発振周波数変化検
知回路に対応し、圧電素子3と増幅器16とによって自
励発振回路8を形成し、センサヘッド1が物体と接触し
たときの発振周波数の変化は周波数カウンタ9aで検出
して、周波数一電圧コンバータ17でレベル出力に変換
し、さらに、このレベル出力をA−Dコンバータ18で
A−D変換して、硬さの値を示す情報Aとして出力する
ことは、先の第2図で示した回路構成と等価である。
さらに、発振器12a,センサヘッド1、増幅器16、
整流回路14a1平滑回路14b,ADコンバータ18
が、第3図で既に説明した出力レベル変化検知回路に対
応し、センサヘッド1が物体と接触すると、発振器12
aの印加による交流電圧で生ずる出力に変化が生じ、こ
の出力レベルの変化は、整流回路14aで整流し、平滑
回路14bで平滑し、A−Dコンバータ18でA−D変
換して、硬さの値を示す情報Bとして出力することは、
先の第3図で示した回路構成と等価である。
上述の2つの回路、すなわち、自励発振周波数変化検知
回路と、出力レベル変化検知回路とは、アナログスイッ
チ回路19で連動操作される3個のスイッチSW1,S
W2.SW3により切換えられ、さらに、上述のアナロ
グスイッチ回路19はタイマ20により所定時間毎に切
換えられる。
演算回路21はタイマ20を駆動制御する他に、上述の
各回路から出力される2つの硬さの情報A,Bとに基づ
き、2変数近似式Fによって硬さHを求める。すなわち
、 H=F (A,B)  ・・・・・・・・・・川・・・
・・・(1) 式なる関数で表される。
なお、この場合、センサヘッド1と物体との接触圧力は
任意の値でよい。
前述の2変数近似式Fは、例えば、下記のようにべき級
数をあてはめ、2次の項まで展開する。
+C,A2B2・・・・・・・・・・・・・・・・・・
(2)式そして、硬さの異なった物体で、接触圧力を変
化させた9個01〜C9の情報A,Bを上述の(2)式
に代入して連立9元方程式を解き、求まったCI−C9
から前述の(1)式を決定する。
なお、10個以上の情報A,Bから最小2乗法により0
1〜C9を求め、前述の(1)式を決定するもよい。
これらによって求められた硬さは表示器11に表示され
る。
このように複合回路で硬さセンサを構成した場合、振動
板2と物体との接触圧力を一定にしなくとも硬さを正確
に測定することができ、硬さセンサの使用が容易となる
以上の説明のように、この発明センサは物体接触の有無
を識別する触覚センサとして機能するだけでなく、接触
物体の硬さを識別するセンサとして働く。
この発明の構成と上述の実施例との対応において、 この発明の振動板は、実施例の振動板2に対応し、 圧電素子は、圧電素子3に対応し、 自励発振回路は、自励発振回路8に対応し、周波数変化
から物体硬さを検知する第1の回路手段は、周波数カウ
ント回路9.9a,周波数一硬さ変換回路10、周波数
一電圧コンバータ17、A−Dコンバータ18に対応し
、 交流電圧を印加する第2の回路手段は、発振器12,1
2aに対応し、 電圧変化から接触物体硬さを検知する硬さ検知手段は、
整流平滑回路14、電圧一硬さ変換回路15、A−Dコ
ンバータ18に対応するも、この発明は上述の実施例の
構成のみに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の実施例を示し、 第1図はセンサヘッドの構成図、 第2図はセンサの一実施例回路図、 第3図はセンサの他の実施例の回路図、第4図はセンサ
の他の実施例の複合回路図である。 2・・・振動板 3・・・圧電素子 5,6・・・電 極 8・・・自励発振回路 9,9a・・・周波数カウント回路 10・・・周波数一硬さ変換回路 12,12a・・・発振器 14.14a,  14b−・・整流平滑回路15・・
・電圧一硬さ変換回路 18・・・A−Dコンバータ 21・・・演算回路 第3図 ぜンサの池f)臭加(IJf)凪野図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)物体に接触させる振動板上に圧電素子を有する硬
    さセンサであって、 上記圧電素子と共に自励発振回路を構成し て、物体接触時に発振周波数の変化情報を 出力する第1の回路手段と、 上記発振周波数の変化情報に基づいて接触 物体の硬さを検知する硬さ検知手段とを備 えた 硬さセンサ。
  2. (2)物体に接触させる振動板上に圧電素子を有する硬
    さセンサであって、 上記圧電素子に交流電圧を印加して、物体 接触時に出力電圧の変化情報を出力する第 2の回路手段と、 上記出力電圧の変化情報に基づいて接触物 体の硬さを検知する硬さ検知手段とを備え 硬さセンサ。
  3. (3)物体に接触させる振動板上に圧電素子を有する硬
    さセンサであって、 上記圧電素子と共に自励発振回路を構成し て、物体接触時に発振周波数の変化情報を 出力する第1の回路手段と、 上記圧電素子に交流電圧を印加して、物体 接触時に出力電圧の変化情報を出力する第 2の回路手段と、 前記発振周波数の変化情報および上記出力 電圧の変化情報との2つの情報に基づいて 接触物体の硬さを検知する硬さ検知手段と を備えた 硬さセンサ。
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