JPH06102114A - 分布型触覚センサ - Google Patents
分布型触覚センサInfo
- Publication number
- JPH06102114A JPH06102114A JP27505892A JP27505892A JPH06102114A JP H06102114 A JPH06102114 A JP H06102114A JP 27505892 A JP27505892 A JP 27505892A JP 27505892 A JP27505892 A JP 27505892A JP H06102114 A JPH06102114 A JP H06102114A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transparent
- elastic sheet
- waveguide
- force
- light beam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 一側面に光ビーム源を持ち、反対側面に光セ
ンサを持つ透明導波路と、前記透明導波路より大きな屈
折率を持ち凹凸面を備えた透明弾性シートと、前記光ビ
ームを走査する手段を備えたもの。 【効果】 コンパクトで、正確に接触物の形状情報及び
触覚圧情報を与える分布型触覚センサとなる。
ンサを持つ透明導波路と、前記透明導波路より大きな屈
折率を持ち凹凸面を備えた透明弾性シートと、前記光ビ
ームを走査する手段を備えたもの。 【効果】 コンパクトで、正確に接触物の形状情報及び
触覚圧情報を与える分布型触覚センサとなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、触覚センサに関わり、
特に産業用のロボットのハンドなどに適用して物体を掴
んだとき、その物体の接触位置及び接触圧を同時に測定
する分布型触覚センサに関する。
特に産業用のロボットのハンドなどに適用して物体を掴
んだとき、その物体の接触位置及び接触圧を同時に測定
する分布型触覚センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、分布型触覚センサとして透明板の
１面に凹凸部を有する白色弾性シートを凸状部が透明板
に接するように、他面にＣＣＤ素子をそれぞれ配設し、
透明板の側面から光を入射し、白色弾性シートに力が加
わるとき凹凸部が崩れ白色弾性シートが透明板に密着す
るため透明板中の光が白色弾性シートに漏れ出て散乱さ
れる光を透明板の反対側に配設されたＣＣＤ素子で検出
し信号処理することにより対象物の形状情報及び接触圧
情報を得る方式が提案されている（例えば、実開昭６４
−４２４３１）。図５に従来の触覚センサの原理図を図
６にシステム構成図を示す。４ａは光源、１は透明導波
路、３ａは白色弾性シート、７はＣＣＤ素子、６は信号
処理部である。光源４ａから透明板１の側面に入射した
光は全反射をしながら透明板１中に閉じこめられる。接
触物体が離れた状態にあるとき白色弾性シートは凸部で
透明板に点接触する。接触物体が凹凸部を有する白色弾
性シート３ａを押しつけるときその力に応じて凹凸面が
崩れ白色弾性シート３ａは透明板１と広い面積で接触す
るようになる。その結果透明板１の表面における光の全
反射の条件が崩れ光は白色弾性シートに漏れ出て白色弾
性シート面で散乱する。この散乱光を透明板の反対側に
設けたＣＣＤ素子７により受光し電気信号に変換し信号
処理部６において信号処理することにより接触物体の形
状情報及び接触圧情報を得ることができる。
１面に凹凸部を有する白色弾性シートを凸状部が透明板
に接するように、他面にＣＣＤ素子をそれぞれ配設し、
透明板の側面から光を入射し、白色弾性シートに力が加
わるとき凹凸部が崩れ白色弾性シートが透明板に密着す
るため透明板中の光が白色弾性シートに漏れ出て散乱さ
れる光を透明板の反対側に配設されたＣＣＤ素子で検出
し信号処理することにより対象物の形状情報及び接触圧
情報を得る方式が提案されている（例えば、実開昭６４
−４２４３１）。図５に従来の触覚センサの原理図を図
６にシステム構成図を示す。４ａは光源、１は透明導波
路、３ａは白色弾性シート、７はＣＣＤ素子、６は信号
処理部である。光源４ａから透明板１の側面に入射した
光は全反射をしながら透明板１中に閉じこめられる。接
触物体が離れた状態にあるとき白色弾性シートは凸部で
透明板に点接触する。接触物体が凹凸部を有する白色弾
性シート３ａを押しつけるときその力に応じて凹凸面が
崩れ白色弾性シート３ａは透明板１と広い面積で接触す
るようになる。その結果透明板１の表面における光の全
反射の条件が崩れ光は白色弾性シートに漏れ出て白色弾
性シート面で散乱する。この散乱光を透明板の反対側に
設けたＣＣＤ素子７により受光し電気信号に変換し信号
処理部６において信号処理することにより接触物体の形
状情報及び接触圧情報を得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来例で
は透明板１の表面に於いて均一な光強度分布を実現する
ことは難しく、正しい形状情報及び接触圧情報を得るこ
とができない。また、対象物が広い面積で接触する場合
や２個以上の場合、光強度分布の強い部分において光の
散乱がより強く起こり、光を減衰させるため、接触対象
物の２点間あるいは２つの対象物の間で必ずしも正しい
形状情報及び接触圧情報の絶対値を与えるとは限らな
い。本発明では、このような問題点を解決し、正確な形
状情報及び接触圧情報を与える分布型触覚センサを提案
するものである。
は透明板１の表面に於いて均一な光強度分布を実現する
ことは難しく、正しい形状情報及び接触圧情報を得るこ
とができない。また、対象物が広い面積で接触する場合
や２個以上の場合、光強度分布の強い部分において光の
散乱がより強く起こり、光を減衰させるため、接触対象
物の２点間あるいは２つの対象物の間で必ずしも正しい
形状情報及び接触圧情報の絶対値を与えるとは限らな
い。本発明では、このような問題点を解決し、正確な形
状情報及び接触圧情報を与える分布型触覚センサを提案
するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明では、一側面に光ビーム源を持ち、反対側面
に光センサを持つ透明導波路と、前記透明導波路より大
きな屈折率を持ち凹凸面を備えた透明弾性シートと、前
記光ビームを走査する手段を備え分布型触覚センサの構
成としている。
め、本発明では、一側面に光ビーム源を持ち、反対側面
に光センサを持つ透明導波路と、前記透明導波路より大
きな屈折率を持ち凹凸面を備えた透明弾性シートと、前
記光ビームを走査する手段を備え分布型触覚センサの構
成としている。
【０００５】
【作用】光ビーム源にビーム方向制御機構を付与するこ
とにより各検出点における正確な接触圧情報を得ること
ができ、プローブ光ビームを走査することにより全検出
点における正確な接触圧情報を得ることができるため、
接触物体が押しつけられたとき、その正確な形状情報及
び接触圧情報を信号処理部において検出できる。
とにより各検出点における正確な接触圧情報を得ること
ができ、プローブ光ビームを走査することにより全検出
点における正確な接触圧情報を得ることができるため、
接触物体が押しつけられたとき、その正確な形状情報及
び接触圧情報を信号処理部において検出できる。
【０００６】
【実施例】図１は、本発明の第１の実施例を示す。図に
おいて、１は透明導波路、２は光センサ、３は透明弾性
シート、４は光ビーム源、４１は光ビーム、５はピエゾ
素子、５１はピエゾ素子駆動回路、６は信号処理部を示
す。また、図４に光ビーム源の詳細図を示す。図におい
て、４２はレ−ザダイオード（またはＬＥＤ）である。
４３はコリメータレンズ系である。４２から出射された
光は４３で絞られ、平行ビーム光４１となる。信号処理
部６からの指令によりピエゾ素子が駆動される。その駆
動量により光ビーム源４からの光ビーム４１は、透明導
波路１に全反射をするようにある角度をもって入射す
る。透明弾性シート３に力が加わらないときその凹凸部
は透明導波路１に検出点８で点接触する。そのため光ビ
ーム源４からのビーム光は減衰を受けることなく光セン
サ２に到達する。透明弾性シート３に力が加わると凹凸
が崩れ透明弾性シートと透明導波路１との間に密着する
部分が生じる。今透明弾性シートの屈折率Ｎ２は透明導
波路１の屈折率Ｎ１より大きいため上のように１と３が
密着する部分が生じるとこの部分を通過する光ビーム４
１は透明弾性シート３を透過する。すなわち、透明弾性
シートに接触物体が押しつけられるとき、その力に応じ
て透明弾性シートの凹凸が崩れ透明弾性シートと透明導
波路との接触面積が増加するため導波路内の光は、全反
射の条件が崩れ透明弾性シートを透過する。その結果、
光ビーム４１は密着した面積に比例した減衰を受ける。
この光の減衰を光センサ２で光量を検出し信号処理部６
で信号処理することで求めることにより光ビーム４１の
入射角に対応する透明導波路１上の力検出点に加わる力
の大きさを求めることができる。
おいて、１は透明導波路、２は光センサ、３は透明弾性
シート、４は光ビーム源、４１は光ビーム、５はピエゾ
素子、５１はピエゾ素子駆動回路、６は信号処理部を示
す。また、図４に光ビーム源の詳細図を示す。図におい
て、４２はレ−ザダイオード（またはＬＥＤ）である。
４３はコリメータレンズ系である。４２から出射された
光は４３で絞られ、平行ビーム光４１となる。信号処理
部６からの指令によりピエゾ素子が駆動される。その駆
動量により光ビーム源４からの光ビーム４１は、透明導
波路１に全反射をするようにある角度をもって入射す
る。透明弾性シート３に力が加わらないときその凹凸部
は透明導波路１に検出点８で点接触する。そのため光ビ
ーム源４からのビーム光は減衰を受けることなく光セン
サ２に到達する。透明弾性シート３に力が加わると凹凸
が崩れ透明弾性シートと透明導波路１との間に密着する
部分が生じる。今透明弾性シートの屈折率Ｎ２は透明導
波路１の屈折率Ｎ１より大きいため上のように１と３が
密着する部分が生じるとこの部分を通過する光ビーム４
１は透明弾性シート３を透過する。すなわち、透明弾性
シートに接触物体が押しつけられるとき、その力に応じ
て透明弾性シートの凹凸が崩れ透明弾性シートと透明導
波路との接触面積が増加するため導波路内の光は、全反
射の条件が崩れ透明弾性シートを透過する。その結果、
光ビーム４１は密着した面積に比例した減衰を受ける。
この光の減衰を光センサ２で光量を検出し信号処理部６
で信号処理することで求めることにより光ビーム４１の
入射角に対応する透明導波路１上の力検出点に加わる力
の大きさを求めることができる。
【０００７】図２は、本発明の第２の実施例を示す。図
において、５ａは垂直方向駆動用ピエゾ素子、５ｂは水
平方向駆動用ピエゾ素子、５１ａは５ａの駆動回路、５
１ｂは５ｂの駆動回路である。力検出点が２次元に拡張
された場合も同様な機構及び信号処理により各力検出点
に加わる力の大きさを求めることができる。
において、５ａは垂直方向駆動用ピエゾ素子、５ｂは水
平方向駆動用ピエゾ素子、５１ａは５ａの駆動回路、５
１ｂは５ｂの駆動回路である。力検出点が２次元に拡張
された場合も同様な機構及び信号処理により各力検出点
に加わる力の大きさを求めることができる。
【０００８】図３は、本発明の第３の実施例を示す。透
明導波路として光ファイバを用いた場合である。図にお
いて、１は透明導波路（この場合は光ファイバのコ
ア）、１１は低屈折率層（この場合は光ファイバのクラ
ッド）、２は光センサ、７０は減衰をうけない検出点、
７１は減衰をうける検出点、４１０は減衰をうけない光
ビーム４１の光路、４１１は減衰をうけるビーム光の光
路を示す。光ビーム４１の入射角を可変にし光路４１１
にすることにより触覚圧ｆの加わる検出点７１を通過す
るビームは光ファイバ導波路の外に漏れでるために光セ
ンサ２に入る光ビームは減少する。この検出点７１を走
査することにより触覚圧ｆの加わる検出点の位置及び大
きさを知ることができる。
明導波路として光ファイバを用いた場合である。図にお
いて、１は透明導波路（この場合は光ファイバのコ
ア）、１１は低屈折率層（この場合は光ファイバのクラ
ッド）、２は光センサ、７０は減衰をうけない検出点、
７１は減衰をうける検出点、４１０は減衰をうけない光
ビーム４１の光路、４１１は減衰をうけるビーム光の光
路を示す。光ビーム４１の入射角を可変にし光路４１１
にすることにより触覚圧ｆの加わる検出点７１を通過す
るビームは光ファイバ導波路の外に漏れでるために光セ
ンサ２に入る光ビームは減少する。この検出点７１を走
査することにより触覚圧ｆの加わる検出点の位置及び大
きさを知ることができる。
【０００９】
【発明の効果】本発明は以上説明したように、プローブ
光ビームを走査できる構成としているため各検出点の接
触圧情報が正確に得られその接触圧情報を全検出点にお
いて測定・信号処理することにより接触物の正確な形状
情報及び触覚圧情報を与える分布型触覚センサとなる。
また、透明導波路として光ファイバを用いることによ
り、コンパクトな構造となる効果がある。
光ビームを走査できる構成としているため各検出点の接
触圧情報が正確に得られその接触圧情報を全検出点にお
いて測定・信号処理することにより接触物の正確な形状
情報及び触覚圧情報を与える分布型触覚センサとなる。
また、透明導波路として光ファイバを用いることによ
り、コンパクトな構造となる効果がある。
【図１】本発明の第１の実施例を示す構成図。
【図２】本発明の第２の実施例を示す構成図。
【図３】本発明の第３の実施例を示す構成図。
【図４】光ビーム源の構成図。
【図５】従来の分布型触覚センサの原理図。
【図６】従来の分布型触覚センサのシステム構成図。
１ 透明導波路 １１ 低屈折率層 ２ 光センサ ３ 透明弾性シート ３ａ 白色弾性シート ４ 光ビーム源 ４ａ 光源 ５ ピエゾ素子 ５ａ 垂直方向駆動用ピエゾ素子 ５ｂ 水平方向駆動用ピエゾ素子 ４１、４１０、４１１ 光ビーム ４２ レ−ザダイオ−ド ４３ コリメ−タレンズ系 ５１ ピエゾ素子駆動回路 ５１ａ 垂直方向駆動用ピエゾ素子駆動回路 ５１ｂ 水平方向駆動用ピエゾ素子駆動回路 ６ 信号処理部 ７ ＣＣＤ素子 ８、７０、７１ 検出点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｖ 9/04 Ｆ 7256−2Ｇ (72)発明者 的野 正生 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内
Claims (4)
- 【請求項１】 一側面に光ビーム源を持ち、反対側面に
光センサを持つ透明導波路と、前記透明導波路より大き
な屈折率を持ち凹凸面を備えた透明弾性シートと、前記
光ビームを走査する手段を備えた分布型触覚センサ。 - 【請求項２】 光ビームを走査する手段が、ピエゾ素子
により、集光されたレーザダイオード光またはＬＥＤ光
のビーム方向を制御する手段である請求項１記載の分布
型触覚センサ。 - 【請求項３】 光ビームを走査する手段が、レーザダイ
オードの出力部の屈折率を制御して光ビーム方向を制御
する手段である請求項１記載の分布型触覚センサ。 - 【請求項４】 光導波路として光ファイバを用いる請求
項１ないし３記載の分布型触覚センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27505892A JP3173180B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 分布型触覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27505892A JP3173180B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 分布型触覚センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06102114A true JPH06102114A (ja) | 1994-04-15 |
| JP3173180B2 JP3173180B2 (ja) | 2001-06-04 |
Family
ID=17550264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27505892A Expired - Fee Related JP3173180B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 分布型触覚センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3173180B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003069294A1 (de) * | 2002-02-11 | 2003-08-21 | Leoni Bordnetz-Systeme Gmbh & Co Kg | Drucksensor mit einem lichtwellenleiter und verfahren zur druckerfassung |
| WO2008110364A1 (de) * | 2007-03-15 | 2008-09-18 | Hochschule Niederrhein | Optische schaltvorrichtung |
| JP2009297849A (ja) * | 2008-06-16 | 2009-12-24 | Toyota Industries Corp | ロボットハンド用触覚センサー機構及びそのロボットハンド用触覚センサー機構を備えるロボット |
| JP2010230599A (ja) * | 2009-03-28 | 2010-10-14 | Tokyo Univ Of Agriculture & Technology | 圧力センサ |
| CN104165713A (zh) * | 2014-08-27 | 2014-11-26 | 吴中区横泾博尔机械厂 | Pcba板粘胶电子元件压合力测试机的压力感应座 |
-
1992
- 1992-09-18 JP JP27505892A patent/JP3173180B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003069294A1 (de) * | 2002-02-11 | 2003-08-21 | Leoni Bordnetz-Systeme Gmbh & Co Kg | Drucksensor mit einem lichtwellenleiter und verfahren zur druckerfassung |
| JP2005517920A (ja) * | 2002-02-11 | 2005-06-16 | レオニ アクチエンゲゼルシャフト | 光導波路を備えた圧力センサと圧力検知方法 |
| US6912912B2 (en) | 2002-02-11 | 2005-07-05 | Leoni Bordnetz-Systeme Gmbh & Co. Kg | Pressure sensor having an optical waveguide and method for pressure detection |
| JP4800579B2 (ja) * | 2002-02-11 | 2011-10-26 | レオニ ボルトネッツ−ジステーメ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 光導波路を備えた圧力センサと圧力検知方法 |
| WO2008110364A1 (de) * | 2007-03-15 | 2008-09-18 | Hochschule Niederrhein | Optische schaltvorrichtung |
| JP2009297849A (ja) * | 2008-06-16 | 2009-12-24 | Toyota Industries Corp | ロボットハンド用触覚センサー機構及びそのロボットハンド用触覚センサー機構を備えるロボット |
| JP2010230599A (ja) * | 2009-03-28 | 2010-10-14 | Tokyo Univ Of Agriculture & Technology | 圧力センサ |
| CN104165713A (zh) * | 2014-08-27 | 2014-11-26 | 吴中区横泾博尔机械厂 | Pcba板粘胶电子元件压合力测试机的压力感应座 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3173180B2 (ja) | 2001-06-04 |
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