JPH0618216A - 触覚センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 物体の圧接位置を正確に検出することのでき
る触覚センサを提供する。 【構成】 透明板１の内部に光を入射させる光源５と、
透明板１の表面に隙間６を介して覆設されて内面が白色
に塗布され、物体４との接触に伴い変形するシート状の
弾性体２と、弾性体２の内面に複数突設され透明板１の
表面に点接触する白色の突起部３とを備え、変形した弾
性体２の突起部３と透明板１との接触部で発生する拡散
光を検出して物体４の接触位置を検出するものにおい
て、複数の突起部３の尖った先端に、光を吸収する黒色
の光吸収部７をそれぞれ塗着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、皮膚の圧感覚から発生
する感覚系列を工学的に利用した触覚センサの構造の改
良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】触覚は周知の如く、人間の行動の中で視
覚とともに重要な作用を営む。この触覚の機能を工学的
に実現することは、ロボットの知能化等の分野で極めて
重要である。特に、二次元的な圧力や変位の分布を検知
する分布形の触覚センサは、ロボットが高度な物体ハン
ドリングを行う際に必要な情報を獲得するセンサとして
非常に切望されている。

【０００３】こうした分布形の触覚センサについては、
これまでにセンサ構造、或いは触覚を用いた物体認識の
探索手法等が検討されているが、実用面では充分なもの
が少なく、視覚に比べると、センサデバイスの開発はか
なり遅延しているのが現状である。

【０００４】ところで、「光導波板型の分布形触覚セン
サによる触知対象の輪郭形状抽出」（日本機械学会論文
集 第５１６号Ｃ編 ｐ２０９１〜２０９９）に開示さ
れた従来における触覚センサは、基本的な構造として図
４に示す如く、透明板１の上面に白色の弾性シート２を
配置し、この変形可能な弾性シート２の透明板１側の下
面には、透明板１の上面に略点接触する細かい白色の突
起部３を多数突設している。

【０００５】従って、弾性シート２に触知すべき物体４
が圧接されると図４に示す如く、圧接領域における突起
部３が圧潰され、透明板１と弾性シート２との接触面積
が拡大される。この状態下で透明板１側面より矢印で示
す光を照射して下面から観察すると、物体４の圧接部分
のみが明るく視認される。

【０００６】即ち、上記透明板１と弾性シート２の接触
部分においては両者の屈折率が殆ど等しいので、透明板
１の内部に照射された光は弾性シート２側に出射して弾
性シート２の白色面で乱反射（弾性シート２中の粒子に
よる散乱）され、透明板１を通過するので明るく視認さ
れるが、弾性シート２との非接触部分における透明板１
は屈折率の低い空気と界面を形成し、光は透明板１の内
部に略全反射されて外に漏洩出射されない。従って、上
記した光のパターンが明瞭に観測されることとなる。

【０００７】そして、上記光のパターンは物体４の弾性
シート２への圧接形状に依存するから、これを光電変換
素子を使用した受光系で検知すれば、電気信号パターン
として接触物体４の形状情報が得られ、触覚センサが構
成されることとなる。

【０００８】尚、この種の先行技術文献として上記文献
の他に、「光導波形指先触覚センサに関する研究」（ロ
ボティクス自動化システムシンポジウム，１９９１ ９
／１２）等がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来における触覚セン
サは基本的には以上のように構成されているので、以下
に示す大きな問題があった。即ち、触覚センサの上記基
本原理においては物体４の弾性シート２への圧接に伴い
弾性シート２の突起部３が圧潰して透明板１と弾性シー
ト２を接触させ、この接触部分で拡散光が発生するが、
図示しない受光レンズと半導体位置検出器を使用して拡
散光の重心位置を検出し、物体４の圧接位置を検出しよ
うとすると、図４に示す如く、弾性シート２の非接触部
分における白色の突起部３の先端も透明板１に接触して
いるので、この接触部分からも拡散光が発生することと
なる。

【００１０】このため、半導体位置検出器が２種類の拡
散光の合成重心位置を検出してしまい、物体４の圧接位
置に対する誤差が生じてしまうという大きな問題点があ
った。

【００１１】本発明は上記に鑑みなされたもので、物体
の圧接位置を正確に検出することのできる触覚センサを
提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明においては上述の
目的を達成するため、透明板の内部に光を入射させる光
源と、該透明板の表面に隙間を介して覆設されて内面が
白色に塗布され、外圧の作用に伴い変形するシート状の
弾性体と、この弾性体の内面に複数突設され該透明板の
表面に略点接触する突起部とを備え、変形した弾性体の
突起部と透明板との接触部で発生する拡散光を検出して
接触位置を検出するものにおいて、上記突起部の先端
に、光を吸収する光吸収部を設けたことを特徴としてい
る。

【００１３】

【作用】本発明によれば、弾性シートの白色が塗布され
た突起部の先端に光を吸収する黒色の光吸収部が塗着さ
れているので、弾性シートの非圧接領域において漏れ出
た漏洩光を光吸収部に全て吸収することができ、拡散光
の発生を確実に防止することが可能となる。従って、コ
ントラストの向上を通じて物体の接触位置を極めて正確
に検出し得る触覚センサを提供することが可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、図１に示す一実施例に基づき本発明を
詳述すると、本発明に係る触覚センサは、基本的には、
透明板１の内部に光を入射させる複数の光源５と、透明
板１の表面に隙間６を介して覆設されて内面が白色に塗
布され、外圧の作用に伴い変形する弾性シート２と、こ
の弾性シート２の内面に複数突設され透明板１の表面に
略点接触する突起部３とを備え、しかも、この突起部３
の先端には、光を吸収する光吸収部７を塗着している。

【００１５】上位複数の光源５の間に介在配置された透
明板１は、その表面に、物体４との接触に伴い変形する
シート状の弾性シート２が隙間６を介して覆設され、こ
の弾性シート２の透明板１側の内面には、白色が塗布さ
れるとともに、この白色が塗布された反射面である内面
には、透明板１の表面に略点接触する断面略鋸歯形で白
色の突起部３が複数突設されている。そして、この複数
の突起部３の尖った先端には、矢印で示す光を吸収する
黒色の光吸収部７がそれぞれ塗着されている。

【００１６】従って、弾性シート２に触知すべき物体４
が圧接されると図１に示す如く、圧接領域における突起
部３が撓んで圧潰され、透明板１と弾性シート２との接
触面積が拡大される。この接触面積の拡大の際、弾性シ
ート２の圧接領域においては、突起部３の光吸収部７を
備えた先端以外の部分も圧潰されて透明板１に接触する
ので、この接触部分において漏れ出た漏洩光は弾性シー
ト２で拡散光を発生させる。

【００１７】他方、弾性シート２の非圧接領域において
は図１に示す如く、透明板１に突起部３の光吸収部７が
点接触しており、この非圧接領域において漏れ出た漏洩
光は光吸収部７に全て吸収され、拡散光の発生が確実に
防止される。

【００１８】然して、上記接触部分で発生した拡散光
は、図１に示す受光レンズ８に受光されて半導体位置検
出器９の受光面上に結像され、この半導体位置検出器９
が拡散光の重心位置を検出することによって、物体４の
正確な接触位置が検出される。

【００１９】次に、図２及び図３は上記基本構造を利用
した人間の指先程度の触覚センサを詳細に示すもので、
このロボットハンド等に装着される触覚センサは、略円
筒形を露呈した基体１０の内部に、図示しない演算処理
回路等に電気的に接続された半導体位置検出器９が内蔵
されるとともに、基体１０の端面中央には、乱反射光を
半導体位置検出器９の受光面上に結像させる正のレンズ
１１、絞りレンズ１２、負のレンズ１３、及び大径の負
のレンズ１４が順次積層して配設され、基体１０の端面
周縁には、導電線を備えた複数の発光ダイオード（光源
５）１５が略環形に配列して並設されており、基体１０
の端面周縁の取付座１０ａには、正のレンズ１１、絞り
レンズ１２、負のレンズ１３、及び大径の負のレンズ１
４を覆う略半球状殻形の導光部材（透明板１）１６が嵌
着されている。

【００２０】この導光部材１６はアクリル樹脂や硝子等
の透明板から湾曲構成され、その内部には、発光ダイオ
ード１５から照射された光が伝送されるようになってお
り、全反射により光が散逸するのを防止する機能を有し
ている。このため、導光部材１６は、後述するカバー１
８との間に、光を効果的に全反射させる薄い空気層（隙
間６）１７が介装される。

【００２１】また、上記基体１０の端面周縁には、導光
部材１６を空気層１７を介して覆う略半球状殻形の柔軟
なカバー（弾性シート２）１８が嵌着され、この変形可
能なカバー１８の導光部材１６側の内面には、白色が塗
布されるとともに、この白色が塗布された反射面である
内面には、導光部材１６の表面に略点接触する断面略鋸
歯形で白色の突起部３が複数突設されている。そして、
この複数の突起部３の尖った先端には図３に示す如く、
光を吸収する黒色の光吸収部７がそれぞれ塗着されてい
る。

【００２２】従って、触覚センサの感知部であるカバー
１８が何らかの物体４に接触して変形すると、導光部材
１６に接触領域におけるカバー１８が圧接されて接触面
積が拡大し、この導光部材１６とカバー１８の接触部分
において導光部材１６内で全反射していた光が乱反射す
る。この乱反射光の一部は負のレンズ１４・１３で屈折
して絞りレンズ１２の開口を通過し、正のレンズ１１に
よって半導体位置検出器９の受光面上に結像され、この
半導体位置検出器９が光の重心位置を検出することによ
って、物体４の正確な接触位置が検出される。

【００２３】上記接触面積の拡大の際、カバー１８の非
圧接領域においては、導光部材１６に突起部３の光吸収
部７が点接触しており、この非圧接領域において漏れ出
た漏洩光は光吸収部７に全て吸収され、拡散光の発生が
確実に防止される。

【００２４】上記構成によれば、カバー１８の白色が塗
布された突起部３の先端に光を吸収する黒色の光吸収部
７が塗着されているので、非圧接領域において漏れ出た
漏洩光を光吸収部７に全て吸収することができ、拡散光
の発生を確実に防止することが可能となる。従って、コ
ントラストの向上を通じて物体４の接触位置を極めて正
確に検出し得る触覚センサを提供することができる。

【００２５】尚、上記実施例では、白色が塗布された突
起部３の先端に光を吸収する黒色の光吸収部７を単に塗
着したものを示したが、突起部３の先端に光を吸収し、
しかも、導光部材１６に接着しやすい（横滑りしにく
い）材料の光吸収部７を設けても、上記実施例と同様の
作用効果が期待でき、さらに、突起部３の横滑りの確実
な防止を通じて物体４の接触位置を極めて正確に検出す
ることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、弾性シー
トの白色が塗布された突起部の先端に光を吸収する黒色
の光吸収部を塗着しているので、弾性シートの非圧接領
域において漏れ出た漏洩光を光吸収部に全て吸収するこ
とができ、拡散光の発生を確実に防止することが可能に
なる。従って、コントラストの大幅な向上を通じて物体
の接触位置を極めて正確に検出し得る触覚センサを極め
て容易に提供することができるという顕著な効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る触覚センサの一実施例を示す構成
図である。

【図２】本発明に係る触覚センサの他の実施例を示す全
体説明図である。

【図３】図２のＩＩＩ部を拡大して示す拡大説明図であ
る。

【図４】従来の触覚センサの基本原理を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１…透明板、２…弾性シート、３…突起部、４…物体、
５…光源、６…隙間、７…光吸収部、９…半導体位置検
出器、１５…発光ダイオード、１６…導光部材、１７…
空気層、１８…カバー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明板の内部に光を入射させる光源と、
   該透明板の表面に隙間を介して覆設されて内面が白色に
   塗布され、外圧の作用に伴い変形するシート状の弾性体
   と、この弾性体の内面に複数突設され該透明板の表面に
   略点接触する突起部とを備え、変形した弾性体の突起部
   と透明板との接触部で発生する拡散光を検出して接触位
   置を検出する触覚センサにおいて、上記突起部の先端
   に、光を吸収する光吸収部を設けたことを特徴とする触
   覚センサ。