JPH0546887B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧覚センサに関し、詳しくは受圧板に
作用する荷重を互いに直交する３方向の分力に分
解して検出可能な３分力検知感圧モジユールの単
位がアレイ状に配置された圧覚センサに関する。

〔従来技術とその問題点〕

微細なピンの挿入やバルブ操作などのように繊
細な作業を行わせるロボツトハンドにおいては、
このような作業がなされる外界の状態の認識を得
させるために、従来から視覚センサが主として用
いられてきた。しかし、視覚センサの場合、外界
の状態を大局的に把握する機能としては優れてい
るが、上記のような作業を行わせる場合、対象物
に対する接触やすべり等の局所的な情報が必要と
されることから、視覚センサのみでは十分対処し
切れぬ点があり、人間の触覚に相当するような機
能を具えた圧覚センサへの要望が高まるにつれ
て、これまでに種々な形態の圧覚センサが提案さ
れてきた。

第６図はこのような従来の圧覚センサの一例を
示し、ここで、１は下部基板２に刻設された溝で
あり、３は基板２に鉛直に保持されるように溝１
に接着剤等によつて植設された圧覚セルである。
個々の圧覚セル３は図に示すように個々に分離さ
れた状態で連設されるか、もしくは複数個を溝１
の方向に連続させた状態で連設されている。

４は圧覚セル３の側面における所定の位置に配
設された複数のストレーンゲージであり、本例の
場合、このようにストレーンゲージ４の配設され
た２つの対向位置にある圧覚セル３間に受圧板５
を固定して感圧モジユール６が構成され、個々の
受圧板５に作用する荷重をこれらのストレーンゲ
ージ４に伝達させることにより、ストレーンゲー
ジ４を介してこれらの荷重を受圧板５に沿つた水
平分力FxおよびFyと、受圧板５に垂直な方向の
分力Fzとに分解させて検出させることができる。

すなわち、受圧板５に荷重が作用すると、対の
圧覚セル３にそれぞれ変形が生じ、これによつて
個々のストレーンゲージ４では抵抗値が変化す
る。そこで、これらの抵抗値の変化を検出するの
にストレーンゲージ４への通電する配線が必要と
なるが、このような配線のために、下部基板２の
溝１には第７図に示すように溝１の縁に沿つて垂
直に穿設された半円型の孔７が形成されており、
このような孔７を介して次に述べるような手順で
圧覚セル３上のストレーンゲージ４の配線と基板
２の上面上の配線との接続がなされる。

なお、本例の場合、基板２は第８図に示すよう
に２つの基板２Ａと２Ｂとの２層に構成されてお
り、上述した孔７は上層基板２Ａに形成されてい
る。また、圧覚セル３の表面にはこの孔７と対応
する位置に設けられた端子部としての金属パツド
８およびパツド８とストレーンゲージ４との間の
配線９が設けられており、一方、孔７の内壁には
金属めつきが施されていて、このめつき部分に上
層基板２Ａ上の配線１０が接続される。また、１
１は上層基板２Ａを貫通させたスルーホールであ
り、このスルーホール１１を介して配線１０と下
層基板２Ｂ上に配設されている図示しない配線と
が接続される。

そこで、第７図および第８図に示すように基板
２の溝１における所定の位置に圧覚セル３を植設
した状態となし、孔７に例えばはんだを充填する
ことによつて、配線９と、上層基板２Ａ上の配線
１０との間を電気的に接続させることができ、以
て、個々のストレーンゲージ４からの電気信号を
情報処理装置に供給することができる。

しかしながら、このように構成された圧覚セン
サのユニツトでは、ロボツトハンドの触覚の役割
を果すものとして、その荷重分布を精度よく測定
しようとすると、個々の構成部品の寸法が小さく
ならざるを得ず、したがつて圧覚セル３上に設け
られる金属パツド８の微小化につれて、はんだ用
の孔７も例えば内径が0.2mm程度にまで微小化す
る。

よつて、いきおい、この孔７の深さに比して径
が小さくなることになり、孔７にはんだが充填さ
れる場合、孔７の底部近傍での加熱が不十分にな
つたり、フラツクスの蒸発によつてはんだの中に
ボイドが発生したりして、十分な電気的接続効果
が得られず、この部分での抵抗が大きくなつた
り、ときには使用中に断線するという、欠点があ
つた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した欠点を除去し、圧覚
セル表面上の配線と下部基板上の配線との接続
が、強固に、しかも容易に行えて、ストレーンゲ
ージからの電気信号が確実に上記の接続部を介し
て、下部基板側の信号回路に伝達される信頼度の
高い圧覚センサを提供することにある。

〔発明の要点〕

かかる目的を達成するために、本発明では、そ
のユニツトを構成するにあたり、ユニツト基板の
断面を凸型となすことによりその両端に長手方向
の切欠き溝が形成されるようになし、個々の圧覚
セル基部を上記両端の切欠き溝に沿つて配列させ
ると共に、凸部を挾んで配列された圧覚セル同士
を対向させるようになして、更に圧覚セルの切欠
き溝に接しない側の側面と、この切欠き溝に連ら
なる基板の側面とが同一面に形成されるようにな
し、圧覚セル基部を上記の切欠き溝に接着して、
これらの側面間で圧覚セルと下部基板との配線間
を接続し、このように構成した圧覚ユニツトを上
記切欠き溝とは直角の方向にスペーサを介して連
設するようにしたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
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。ここで、１２は圧覚センサのユニツト基板で
あり、この基板１２の両側の端縁に沿いそれぞれ
直角に切込まれた溝１１が形成してある。この溝
１１の幅は圧覚セル３の厚さに合わせて形成して
あるので、圧覚セル３の基部をこの溝１１に接着
剤等により接着したときに、圧覚セル３の溝１１
と接しない側の側面、すなわちセル３のストレー
ンゲージ４が設けられている側の面３Ａと基板１
２の側面１２Ａとを同一の鉛直面に一致させるこ
とができる。

また、基板１２の側面１２Ａには、圧覚セル３
の側の金属パツド８と対応する位置に基板１２側
の金属パツド１３がそれぞれ配設してあるので、
第２図に示すように圧覚セル３を溝１１に接着し
たあと、これらの金属パツド８と１３との間を金
またはアルミニウム等の細線によるワイヤボンデ
イング１４によつて電気的に接続する。なお、金
属パツド１３はこのユニツト基板１２の下面側に
配設されている図示しない回路の配線に接続され
ている。

このようにして電気的な接続がなされたあと
は、これらのワイヤボンデイング１４による接続
部を樹脂コーテイングなどにより被覆して、外れ
たりしないよう外部からの障害に対して保護する
のが好適である。

第３図は本発明の他の実施例としての圧覚セン
サユニツトの構成を示し、本例では、第２図の例
の場合のワイヤボンデイングに代えて、異方性導
電シートを用いるようにする。

ここで、２４は異方性導電シートであり、この
導電シート２４は本図で縦方向の導電性を有する
が、横方向には絶縁されるもので、このようなシ
ート２４をパツド８と１３との間に接着して電気
的に接続し、更に要すればその接続部分に前述し
たと同様な樹脂コーテイングを施すようにする。

ついで、第２図または第３図のようにして電気
的接続を終えた圧覚センサユニツト３０（第１図
参照）を、スペーサ３１と交互に第４図に示すよ
うに並列に配置して固定し、圧覚センサを構成す
るが、この場合ユニツト３０の側の電気的接続が
なされた部分と対応するスペーサ３１側の側面に
は、図には示さないが、上記の部分と接触しない
ように浅い溝を形成するのが好適である。

第５図はセンサユニツト３０の他の組合せ方に
よる実施例を示す。本例では、１個の圧覚センサ
ユニツト３０に対して、その基板１２の両側に薄
型のスペーサ３１Ａおよび３１Ｂをそれぞれ、例
えば第４図でのスペーサ３１のほぼ半分の厚さに
して取付けるようになし、このようにして得られ
たユニツトブロツク３２を並列に配設して圧覚セ
ンサを構成する。なお、ユニツト３０の側面にお
ける電気的接続部に対する配慮は変わらない。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、受
圧板に作用する荷重が、受圧板に垂直な方向の分
力と受圧板に平行な２方向の分力との互いに直交
する３方向の分力に分解されて検出可能な感圧モ
ジユールをユニツト基板上に一列に配置してセン
サユニツトを構成し、複数個のこのようなセンサ
ユニツトを並列に配列させて感圧モジユールがア
レイ状に配置される圧覚センサにおいて、そのユ
ニツト基板の長手方向に沿つた両端縁部に切欠き
溝を形成し、感圧モジユールが構成される個々の
圧覚セルの基部をこの切欠き溝にそれぞれ嵌合わ
せて取付けて、感圧モジユールごとに一対の圧覚
セルを対向させるようになし、更に、圧覚セルの
上記切欠き溝に嵌合されない側の側面と、ユニツ
ト基板の長手方向に沿つた側面とが同一面に形成
されるようになして、この同一面とした圧覚セル
の側面とユニツト基板の側面との双方に設けた金
属パツド間をワイヤボンデイングや異方性導電シ
ートを用いて接続可能なようにしたので、圧覚セ
ルと基板との間を確実に電気的に接続することが
できて、その信頼度が高められ、更にこのように
して構成した圧覚センサユニツトをスペーサを介
して並列に配置し、以て圧覚センサを構成するよ
うにしたので、従来のように圧覚セルを浅い溝と
したために倒れ易かつた欠点を取除くことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明圧覚センサのセンサユニツトの
構成の一例を示す斜視図、第２図および第３図は
その圧覚セルとユニツト基板との間の電気的接続
部の構成の二例をそれぞれ示す斜視図、第４図は
本発明圧覚センサの組立状態を一例として示す断
面図、第５図は本発明の他の実施例としての組立
状態を示す断面図、第６図は従来の圧覚センサの
センサユニツトの構成の一例を示す斜視図、第７
図はその圧覚セルとユニツト基板との電気的接続
部の構成を示す斜視図、第８図はその断面図であ
る。 １……溝、２……基板、２Ａ……上層基板、２
Ｂ……下層基板、３……圧覚セル、３Ａ……側
面、４……ストレーンゲージ、５……受圧板、６
……感圧モジユール、７……孔、８，１３……金
属パツド、９，１０……配線、１１……スルーホ
ール、１２……基板、１２Ａ……側面、１４……
ワイヤボンデイング、２４……異方性導電性シー
ト、３０……センサユニツト、３１，３１Ａ，３
１Ｂ……スペーサ、３２……ユニツトブロツク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ユニツト基板と受圧板との間に２つの圧覚セ
   ルを並列に配置して感圧モジユールを構成し、該
   感圧モジユールにより前記受圧板上に加えられた
   荷重を前記圧覚セルを介して前記受圧板に垂直方
   向の分力と、前記受圧板に沿つた２方向の分力と
   の互いに直交する３方向の分力に分解して検出
   し、検出された電気信号を前記圧覚セルと前記ユ
   ニツト基板との間に設けた電気的接続部を介して
   前記ユニツト基板側に送出するようになし、前記
   ユニツト基板上に前記感圧モジユールを縦列に配
   置して圧覚センサユニツトを構成し、該圧覚セン
   サユニツトが並列に配置された圧覚センサにおい
   て、前記ユニツト基板の長手方向に沿つた両端縁
   部に切欠き溝を形成し、前記感圧モジユールに並
   列に配置された前記圧覚セルを前記切欠き溝にそ
   れぞれ嵌合させて前記圧覚セルの前記切欠き溝に
   嵌合されない側の側面と、前記ユニツト基板の前
   記切欠き溝に沿つた側面とが同一面となるように
   なし、該同一面上に前記圧覚セルと前記ユニツト
   基板との間の電気的接続部を配設して圧覚センサ
   ユニツトを構成し、該圧覚センサユニツト間にス
   ペーサを配置して該スペーサにより前記電気的接
   続部を覆蓋させるようにしたことを特徴とする圧
   覚センサ。