JPH0454422A - 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１ 本発明は、触覚センサに関し、詳しくは、複数のセンサ
セルを共同のフレキシブル配線基板にマトリックス状に
配列させた上、これらを円柱状のロボットハンド等の周
りに装着し、個々のセンサセルに加えられた力の検出を
可能とする触覚センサに関する。

［従来の技術１ 近年、ロボットの知能化が進むにつれて人間の感覚に相
当する視覚や触覚を具えたセンサが開発され、様々な環
境に対応して動作可能なロボットが実用化されつつある
。かかる知能ロボット用の触覚センサとして開発された
ものに分布型触覚センサがあり、このようなセンサのう
ちにはロボットハンド等に装着され、ロボットハンドが
物体を把持した場合、センサから得られる信号を検出し
、フィードバック制御することによって物体の把持力を
制御したり、硬さを認識することができるものが開発さ
れている。

第５図に、このような従来の触覚センサの一例を示す。

本例は互いに直角方向に交わる細い導電性ゴム条Ａおよ
びゴム条Ｂを２層にして組合わせ、ゴム条の配列面に対
して垂直方向に加えられた力に対し、そのゴム条同士の
接触部分の面積が増加し、抵抗が変化するのを検出して
、加えられた力の大きさを知るようにしたものである。

すなわち、本例の場合、第６図に示すように電源端子Ｃ
に例えば５■の電圧を１にΩの抵抗りを介して印加して
おき、上述したように力が加えられたときに出力点Ｅで
電圧変化を測定することにより、加えられた力の大きさ
を検出することができる。

ところが、このような従来の導電性ゴム条を用いた触覚
センサでは、加えられた力に比例して接触面積が変化す
るとは限らないために抵抗変化が力に比例せず、センサ
出力が非線形となり、また電源端子、グランド端子、出
力端子をそれぞれのゴム条に接続しなければならず、配
線数が多（なり力の分布を高密度に検出するには適して
いないをバンブ電極３および第１０図に示すようなフレ
キシブル配線基板９を介して外部に取り出すことができ
る。

る。

第７図および第９図において、１は検出素子として構成
されたセンサセル、２はセンサセル１上の受圧部、ＩＩ
Ａ〜ＩＩＤはセンサセルｌの受圧部２の周囲に配設され
、センサセル１に発生するひずみを検出するためのスト
レンゲージ、３は同じ（センサセル１上に配設されたバ
ンブ電極、１０はセンサセル１を保持し、弾性体として
作用する弾性床である。

ここで、ストレンゲージＩＩＡ〜１１０は第８図に示す
ようなホイートストンブリッジ回路に組込まれており、
ストレンゲージＩＩＡ〜１１０における抵抗変化を対角
位置の端子から取り出すことにより、センサセル１に加
えられた力をひずみの値として検出するもので、ブリッ
ジ回路への電源供給およびストレンゲージｌＩＡ〜］Ｉ
Ｄからの出力信号けられる表皮等で構成されており、例
えば把持物を把持したときに受圧部２を介してセンサセ
ル１に伝達される外力を精度良く検出できるが、その外
力の伝達方法に問題となることがあった。

すなわち、第１Ｏ図は触覚センサにより把持物を把持し
たときの状態を示し、ここで６Ａは弾性体の表皮、１３
は把持物、９はフレキシブル配線基板であるが、このよ
うに、把持物１３が２個の支柱となる受圧部２の中間で
把持された場合、フレキシブル配線基板９が表皮６Ａを
介して押圧され、そのためにフレキシブル配線基板９の
下面に設けられたはんだランド３Ａとセンサセル１上に
設けられたバンブ電極３とを接合しているはんだ付けが
はずれてしまうことがあり、センサ機能が損なわれるば
かりか、ロボットの誤操作を招くおそれがあった。

また、第１１図は上述のセンサセル１を１個取り出して
示すもので、第１Ｏ図に示したような使用が繰返される
うちに表皮６Ａが受圧部２の上縁にすれて破損する虞が
あった。

ンド等に装着して触覚情報をより多く入力させることが
できる信頼性の高い触覚センサを提供することにある。

［課題を解決するための手段１ かかる目的を達成するために、本発明は、ほぼ円柱状に
形成され、把持物と接触する側に複数の凹部と隣接する
該凹部同士を順次に連通ずる溝部とが設けられた基体を
なす骨部材と、前記把持物からの力を受ける受圧部およ
び該受圧部を介して伝達された歪の検出が可能なストレ
ンゲージを有し、個々の前記凹部に弾性接着剤を介して
固定された複数個のセンサセルと、前記溝部に沿って配
設され、前記複数個のセンサセルにそれぞれ電気的に接
続されるフレキシブル配線基板と、前記センサセルの力
検出機能を妨げないようにして前記凹部および前記溝部
に充填された充填材と、前記受圧部の前記充填材から露
出させた頂部、前記骨部材および前記充填材の表面全体
を被覆する弾性を有する表皮とを備え、該表皮を介して
前記センサセルの受圧部に前記把持物から加えられた力
を前記センサセルのストレンゲージおよび前記フレキシ
ブル配線基板を介して取出した電気信号に基づいて検出
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ようにほぼ円
柱形状とした骨部材の凹部および溝部にそれぞれ、セン
サセルおよびフレキシブル配線基板を充填材で埋込むよ
うにして保護したことによって、受圧部の上縁によって
表皮が破れたりす−るのを防止できると共に、フレキシ
ブル配線基板に把持物から直接に力が加わってセンサセ
ルとの間の電気的接続部が分離されてしまうようなこと
がなくなる。よって、ロボットのなめらかな動作が可能
となり、人間型の多本指を有するロボットハンドの作業
性を向上させることができる。

［実施例１ 以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。

第１図および第２図は本発明の一実施例を示す。これら
の図において、２１はロボットの場合例セル１を配置す
るために指部の腹に相当する部分着の状態、第２図は第
１図の状態からその上面に表皮２４が被覆された仕上の
状態を示す。

各センサセル１は受圧部２を具えており、これらの図に
示すようにそれぞれ凹部２２に収められていてその受圧
部２が骨部材２１の表面から幾分突出気味に取付けられ
る。２５はセンサセル１を凹部２２の底面に取付けるた
めの弾性接着剤である。このようにして配設されたセン
サセル１に対し、帯状に形成したフレキシブル配線基板
９を前記の第１図に示した溝部２３に沿って配設し、フ
レキシブル配線基板９の電極９Ａをセンサセル１のバン
ブ電極３に第３図に示すようにして当接させはんだ接続
される。

また、第１図および第２図において、２６は各溝部２３
に沿って配設された帯状をなすフレキシブル配線基板９
の各端部と一体に形成されたプリント板集積部、２７は
プリント板集積部２６に接続されたＩＣであり、このよ
うに指部の背面側に配設したＩＣ２７によりフレキシブ
ル配線基板９を介して各センサセル１から送られてくる
信号が順次に切換えたっでは、先ずフレキシブル配線基
板９や受圧部２の周辺部に第３図に示すようにテフロン
コーティング３０を施し、これによって、モールド材２
９が受圧部２等に固着されないようにする。

か（して、モールド材２９の成形表面を第３図に示すよ
うにして骨部材２１の表面に合わせて滑らかに成形し、
幾分その表面から受圧部２を突圧させるようにした上、
例えばフッ素ゴム等の弾性材により全体面をコーティン
グして表皮２４を形成する。第４図はこのようにして完
成された触覚センサを示す。

このようにロボットの指部の形態に形成した触覚センサ
では、その指部を用いて把持物を把持したりして取扱う
ことができ、そのとき、その表面に分布されたセンサセ
ルにより、把持物と接触する側を介して、加えられた力
を検圧することができ、しかも各センサセルが骨部材の
凹部に充填材を介して安定した状態に保持されるので、
センサセルとフレキシブル配線基板との間の電気的接続
部が外れたりすることもない。

【発明の効果ｊ 以上説明してきたように、本発明によれば、骨部材の凹
部にセンサセルを弾性接着剤で固定すると共に、フレキ
シブル配線基板を骨部材の溝部に沿って配設してフレキ
シブル配線基板を各センサセルに電気的に接続し、更に
凹部および溝部にセンサセルによる検出機能を妨げない
ように充填材を充填して、充填材によりこれらを保護し
た上。

表皮で被覆して触覚センサを構成したので、受圧部に把
持物から力が加えられても電気的接続部が外れたり、表
皮が破損したりすることもなく、ロボットハンドの例え
ば指部として効果的に機能することができ、単純な形態
で丈夫、かつ信頼性の高い埋め込み型の触覚センサを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を表皮部材被覆前の状態で
示す斜視図、 第２図は本発明の一実施例を示す断面図、第３図は本発
明の凹部における構成の詳細を示す断面図、 動作の説明図、 第７図はセンサセルの構成を示す平面図、第８図はセン
サセル上のストレンゲージ間に構成されるブリッジ回路
の構成図、 第９図はセンサセルの斜視図、 第１０および第１１図は従来の触覚センサによる不都合
の状態の二側を示すそれぞれ断面図である。 １・・・センサセル、 ２・・・受圧部、 ３・・・バンブ電極、 ９・・・フレキシブル配線基板、 ２１・・・骨部材。 ２２・・・凹部、 ２３・・・溝部、 ２４・・・表皮、 ２５・・・弾性接着剤、 ２６・・・プリント板集積部、 ２７・・・ＩＣ１ ２８・・・配線、 ２９・・・モールド材。 特許出願人　工業技術院長　杉　浦 賢 声−１５ｅｌｌｌの一尖杷１チ１乏表良都Ｊ１南（横、
荊の抜性１゛月月→見国第１図 岑ｅｌｌｌの一実施例０１向′山園 第２図 婉 ム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ほぼ円柱状に形成され、把持物と接触する側に複数
   の凹部と隣接する該凹部同士を順次に連通する溝部とが
   設けられた基体をなす骨部材と、 前記把持物からの力を受ける受圧部および該受圧部を介
   して伝達された歪の検出が可能なストレンゲージを有し
   、個々の前記凹部に弾性接着剤を介して固定された複数
   個のセンサセルと、 前記溝部に沿つて配設され、前記複数個のセンサセルに
   それぞれ電気的に接続されるフレキシブル配線基板と、 前記センサセルの力検出機能を妨げないようにして前記
   凹部および前記溝部に充填された充填材と、 前記受圧部の前記充填材から露出させた頂部、前記骨部
   材および前記充填材の表面全体を被覆する弾性を有する
   表皮と を備え、該表皮を介して前記センサセルの受圧部に前記
   把持物から加えられた力を、前記センサセルのストレン
   ゲージおよび前記フレキシブル配線基板を介して取出し
   た電気信号に基づいて検出するようにしたことを特徴と
   する触覚センサ。