JPH0395406A - 接触検出機構及びその検出方法 - 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、ロボット、自動機械等に用いるアクチュエー
タに取り付けられる接触検出機構及びその検出方法に関
するものである。

（従来の技術） ロボットを始めとする各種の自動機械において、障害物
等の各対象物を高精度に検出することは、物体を取り扱
う場合において、特に重要なことである。

従来のこの種の対象物認識用センサの代表的なものとし
て、ＣＣＤカメラを用いて構成したものや歪ゲージに代
表されるカセンサを用いて構或したものがある。

また、例えば、成膜中の膜厚を検出するセンサの場合、
センサ表面に膜が形戊された量を水晶振動子からなる加
振子の共振状態の変化に基づいて検出する方法が採用さ
れている。

（発明が解決しようとする課顯） しかしながら、ＣＣＤカメラを用いたものは、実際、対
象物を把持したりなぞったりするアクチュエー夕を考え
た場合、一般に画像処理用の計算機パワーを必要とする
ので、大型化するうえ、微小な領域を対象とすると粘度
の面で問題がある。

また、カセンサを用いたものは、部品毎の感度のバラツ
キや、センサを固定する位置等によって、その感度が変
動してしまうという欠点を有し、また、部品の摩耗、保
守等を考慮すると適用領域に制約を受ける等の問題があ
る。

さらに、加振子の共振状態の変化を利用するものは、加
振子が必須構成要素であり、また、同様な原理を利用す
る他のセンサにおいても加振源を必要とし、部品点数の
増加、構戊の複雑化を招くという欠点がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、加振子等が不要で、構或の簡易化を図れ、し
かも小型にして検出精度の高い接触検出機構及びその検
出方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、請求項（１）では、被検出対
象物またはセンサ部のうち少なくとも一方を移動させる
ことにより両者の接触を検出する接触検出機構において
、前記センサ部を、歪波検出素子と、周辺の媒質の変動
に県づき機城的共振が誘起され、かつ、その一部が前記
歪波検出素子に接触した接触子とから構戊した。

また、請求項（２）では、被検出対象物またはセンサ部
のうち少なくとも一方を移動させることにより両者の接
触を検出する接触検出方法において、前記被検出対象物
と非接触状態にある前記センサ部の、周辺の媒質の変動
に基づく機械的共振に関する物理量を検出しておき、前
記センサ部と被検出対象物との接触時または近接時にお
ける前記機械的共振に関する物理量の変化を検出するよ
うにした。

また、請求項（３）では、空気媒質中で前記センサ部の
周辺に定常流空気を流しておくようにした。

（作　用） 請求項（１）によれば、例えば、被検出対象物と隔離し
非接触状態にある接触子は、歪波検出素子との接触部を
支点とし、いわゆる片持梁的な状態において、媒質の流
れ等に基づき、機械的共振が誘起される。この機械的共
振に基づく機械振動が、歪波検出素子にて検出され、こ
の検出値が所定のしきい値として認識される。

ここで、接触子または被検出対象物あるいは両者が移動
し、接触子と被検出対象物の両者が接触または接近する
ことによって接触子の機械的共振状態が変化する。この
変化に伴い、歪波検出素子にて検出される前記機城的共
振に関する検出値も変化する。これにより、接触子と被
検出対象物が接触（あるいは接近）したものと認識する
。

また、請求項（２）によれば、被検出対象物と離隔し、
非接触状態にあるセンサ部の、周辺の媒質に基づく機械
的共振に関する物理量、具体的には振幅、周波数あるい
は共振モードを検出しておく。

ここで、検出する物理量の値に変化が起きたならば、セ
ンサ部または被検出対象物あるいは両者が移動し、セン
サ部と被検出対象物とが接触または接近することによっ
て、物理量に変化が起きたものと判断し、センサ部と被
検出対象物とが按触または接近したことを認識する。

また、請求項（３）によれば、空気媒質中てセンサ部の
周辺に定常流空気を流しておく。ここで、例えば、被検
出対象物が移動し、センサ部と被検出対象物とが接触ま
たは接近すると、定常流空気が乱される。その結果、空
気媒質に基づくセンサ部の機械的共振状態が変化し、こ
れに伴い、機械的共振に関する物理量の値が変化する。

これにより、被検出対象物とセンサ部とが接触または接
近したことを認識する。

（実施例） 第１図は、本発明方法が適用された接触検出機構の第１
の実施例を模式的に示した構成図である。

第１図において、１はセンザ部、２は状態判定部、３は
センサ固定部、４は空気媒質、５は被検出対象物（以下
、単に対象物という）。

センサ部１は、歪波検出素子１ａと接触子１ｂとから構
戊されている。歪波検出素子１ａは、例えば強誘電性セ
ラミックスや圧電性有機高分子材料等からなる圧電セン
サ（例えば、共振型圧電センサ）から構或されている。

この歪波検出素子１ａは、移動自在なアクチュエータ（
図示せず）に設けたセンサ固定部３に固定され、その一
部には接触子１ｂの一端部が取り付けられており、この
接触子１ｂの機械的共振に伴う機械振動波を検出し、電
気信号に変換して状態判定部２に出力する。

接触子１ｂは、例えば、数ｍｍ　ｘ数開×数μｍ厚のス
テンレス材から構成されており、その一端は歪波検出素
子１ａに取り付けられ、他端側か対象物５に接近し、接
触する。接触子１ｂは、アクチュエータや空気媒質４の
変動（流れ）等の変化に対して自励共振状態が容易に誘
起され、その機械共振周波数ｆｍは１〜２　ｋ　Ｉｌｚ
程度である。なお、接触子１ｂの機械共振周波数ｆｍは
、一般に、数１　０　０　Ｈｚから数１　０　ｋ　ｌｌ
ｚと比較的低く、接触子３の材料と寸法（形状）にて決
まる。

状態判定部２は、増幅器、信号処理器等から構成され、
歪波検出素子１ａによる電気信号を増幅した後、信号処
理を行い、接触子１ｂの機鍼的具振に関する物理量、具
体的には、機械共振周波数、振幅（及び／または共振モ
ード）を求め、接触子１ｂと対象物５とが離隔し、非接
触状態にある場合の共振周波数を所定のしきい値として
、この値に大きな変動があった場合、接触子１ｂと対象
物５とが接触したものと判定する。

次に、上記構成による動作を説明する。

対象物５と離隔し非接触状態にある接触子１ｂは、歪波
検出素子１ａへの取り付け部を支点とし、いわゆる片持
梁的状態において、空気媒質４の変動により自励共振状
態が誘起され、機械的に振動する。

この自励共振に伴う接触子１ｂの機械振動は、歪波検出
素子１ａにて検出され、この検出に基づく電気信号が状
態判定部２に人力される。

状態判定部２は、人力した電気信号を増幅した後、機槻
共振周波数ｆｍ等を求め、これを所定のしきい値として
認識する。

ここで、アクチュエータ（図示せず）が移動し、センサ
部１が徐々に対象物に接近し、接触子１ｂが対象物５に
接触すると、接触子１ｂの機械共振状態は大きく変化す
る。この変化は、歪波検出素子１ａにて検出され、状態
判定部２にて求められる機械的共振に関する物理量の値
が非接触状態時にしきい値とした値から大きく変化する
。状態判定部２は、この変化から接触子１ｂが対象物５
に接触したものと判定する。

以上のように、本実施例によれば、加振手段を設けるこ
となく、媒質４に基づく接触子１ｂの機械的共振を利用
し、この機城的共振状態の変化を歪波検出索子１ｂにて
検出し、状態１′リ定部２において接触したか否かの判
定を行うようにしたので、センサ部１の構成の簡易化を
図れ、しかも小型で、検出精度も高い接触検出機構を実
現できる。また、接触子１ｂの機械的共振周波数帯は、
状態判定部２の信号処理器等のダイナミックレンジ等の
面から都合がよく、信号処理が容易である。

さらに、接触する対象物５が剛体か柔軟物かで、共振モ
ードの変化の様子が異なる。例えば、柔軟物に接触した
場合には、低次の周波数となり、また減衰が大きい。従
って、これらの情報は、接触した対象物５の材料、表面
の状態等の判定に役立つという利点がある。

なお、本第１の実施例では、加振手段を設けることなく
、接触を高精度に検出することができるが、必要に応じ
て、第１図中、破線６で示すように、加振器を設けても
勿論良い。この場合、加振器６による加振周波数ｆｄは
、接触子１ｂの機械共振周波数ｆｍに一致させる必要は
ない。その理由は、機械共振周波数ｆｍは、加振周波数
ｆｄに比べて、一般に十分に低い値であるからである。

第２図は、本発明方法が適用された接触検出機構の第２
の実施例を示す構或図である。

本第２の実施例と前記第１の実施例の累なる点は、セン
サ部１を歪波検出素子１ａと接触子１ｂＩＣにより構或
し、接触子１ｂ，ｌｃの各一端同士で歪波検出素子１ａ
を扶持するように固定し、接触子１ｃの他端をセンサ固
定部３に固定したことにある。

このような構或にすることにより、第１の実施例の効果
に加えて、接触検出の感度が一層向上するという利点が
ある。

第３図は、本発明方法が適用された接触検出機構の第３
の実施例を示す構成図である。

本第３の実施例と前記第２の実施例の異なる点は、歪波
検出素子１ａと接触子１ｂとの間にピボット１ｄを介在
させたことにある。

このような構成にすることにより、第２の実施例の効果
に加えて、接触子１ｂと対象物５とが接触する瞬間の力
の方向を分解させ、センサ部１の損傷を防止できるとと
もに、広い角度からの対象物５へのアクチュエータの接
近にも対応できる等の利点がある。

第４図は、本発明方法が適用された接触検出機構の第４
の実施例を示す構戊図である。

本第４の実施例と前記第１の実施例の異なる点は、セン
サ部１近傍に、媒質吹き出し口７（または、破線で示す
８）を設け、定常流の媒質４を接触子１ｂに対して吹き
出すようにし、センサ部１を加振状態とすることにある
。

このような構或では、対象物５の接近により、媒質４の
流れが乱されることになり、接触子１ｂの機械的共振状
態が変化する。一般には、高次の機械共振周波数が出現
する。この高次または低次の共振周波数の出現は、共振
モードの変化として表すことができる。

従って、第４の実施例では、接触以前に対象物の接近を
検出する近接覚センサとして適用できる利点がある。

なお、本第４の実施例は、第１の実施例の構戊に基づい
たものであるが、これに限定されるものではなく、第２
の実施例の構戊に基づいても、同様の効果を奏する。

（発明の効果） １１ １　２ 以上説明したように、請求項（１）によれば、簡易な構
戊で、しかも高精度に接触検出を行うことができる利点
がある。

また、請求項（２）によれば、センサ部の媒質による機
械的共振状態の変化を検出し、センサ部と対象物との接
触を検出するようにしたので、加振手段を設ける必要が
なく、簡易な構戊で、しかも機械的共振に関する物理量
としての周波数、振幅、位相等の変化、他に高次または
低次の周波数を検出することできるので、高精度な接触
検出が可能である。

また、請求項（３）によれば、請求項（２）の効果に加
えて、接触以前の被検出対象物の接近を高精度に検出で
きる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法が適用された接触検出機構の第１の
実施例を示す構成図、第２図は本発明方法が適用された
接触検出機構の第２の実施例を示す構成図、第３図は本
発明方法が適用された接触検出機構の第３の実施例を示
す構或図、第４図は本発明方法が適用された接触検出機
構の第４の実施例を示す構戊図である。 図中、１・・・センサ部、１ａ・・・歪波検出素子、ｌ
ｂ，ｌｃ・・・接触子、１ｄ・・・ピボット、２・・状
態判定部、３・・・センサ固定部、４・・・空気媒質、
５・・・被検出対象物、７，８・・・媒質吹き出し口。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検出対象物またはセンサ部のうち少なくとも一
   方を移動させることにより両者の接触を検出する接触検
   出機構において、 前記センサ部は、歪波検出素子と、周辺の媒質の変動に
   基づき機械的共振が誘起され、かつ、その一部が前記歪
   波検出素子に接触した接触子とから構成された ことを特徴とする接触検出機構。
2. （２）被検出対象物またはセンサ部のうち少なくとも一
   方を移動させることにより両者の接触を検出する接触検
   出方法において、 前記被検出対象物と非接触状態にある前記センサ部の、
   周辺の媒質の変動に基づく機械的共振に関する物理量を
   検出しておき、 前記センサ部と被検出対象物との接触時または近接時に
   おける前記機械的共振に関する物理量の変化を検出する ことを特徴とする接触検出方法。
3. （３）空気媒質中で前記センサ部の周辺に定常流空気を
   流しておく請求項（２）記載の接触検出方法。