JPH0663893B2 - 接触覚センサ - Google Patents
接触覚センサInfo
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- JPH0663893B2 JPH0663893B2 JP62049996A JP4999687A JPH0663893B2 JP H0663893 B2 JPH0663893 B2 JP H0663893B2 JP 62049996 A JP62049996 A JP 62049996A JP 4999687 A JP4999687 A JP 4999687A JP H0663893 B2 JPH0663893 B2 JP H0663893B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- force
- strain gauges
- forces
- strain gauge
- pressure receiving
- 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.)
- Expired - Lifetime
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えばロボットのハンドに装着して、把握物か
ら受ける力を検出する接触覚センサに関する。
ら受ける力を検出する接触覚センサに関する。
近年、産業用ロボットの技術進歩にはめざましいものが
ある。特にロボットのハンドに接触覚センサをとりつけ
てロボットを知能化する傾向が益々強まりつつある。
ある。特にロボットのハンドに接触覚センサをとりつけ
てロボットを知能化する傾向が益々強まりつつある。
接触覚センサに要求される性能・条件には次のものがあ
る。
る。
高感度：力を検出する感度が高いこと。一つの素子で
数グラムを検出できることが望ましい。
数グラムを検出できることが望ましい。
高分解能：センサの素子は小型で、密度の高いものが
望まれる。
望まれる。
広いダナミック・レンジ：できるだけ動作範囲が広く
とれること。
とれること。
高信頼性・高耐久性：過酷な環境、長時間の使用に耐
えること。
えること。
直線性とヒステリシス：圧力と出力が比例し、ヒステ
リシスがないこと。
リシスがないこと。
応答速度：物を把握した時、その信号が制御部へ早く
伝わること。
伝わること。
柔軟性：人間の手の皮膚のように軟かいことが好まし
い。
い。
すべり感覚：圧力だけでなく、すべりも検出するこ
と。
と。
小型・安価：薄くて小型で安価なこと。
これらのいくつかを満足する接触覚センサがいくつか提
案ないし開発されてきた。たとえば第15図は押ボタン方
式のセンサである。１は金属製押ボタン、２は絶縁板、
３はばねコイル、４、５は電極である。金属製押ボタン
１を押していない時には電極４と５の間にばねコイル３
を通して電気的導通があるが、ハンドが物をつかんた
時、押ボタン１がへこむので、導通がなくなり、物をつ
かんだことを検出する方式である。しかし、この方式は
ONとOFFの状態しか分からず、連続的には力を検出でき
ない欠点がある。
案ないし開発されてきた。たとえば第15図は押ボタン方
式のセンサである。１は金属製押ボタン、２は絶縁板、
３はばねコイル、４、５は電極である。金属製押ボタン
１を押していない時には電極４と５の間にばねコイル３
を通して電気的導通があるが、ハンドが物をつかんた
時、押ボタン１がへこむので、導通がなくなり、物をつ
かんだことを検出する方式である。しかし、この方式は
ONとOFFの状態しか分からず、連続的には力を検出でき
ない欠点がある。
第16図は導電ゴムを利用したもので、６は把握物、７は
電極、８は導電ゴムである。把握物６により力が加わっ
た所の導電率（抵抗）が変化するので、この変化から把
握の状態を知ることができる。しかしこの方式には力と
導電率との間に非直線性やヒステリシスの問題がある。
電極、８は導電ゴムである。把握物６により力が加わっ
た所の導電率（抵抗）が変化するので、この変化から把
握の状態を知ることができる。しかしこの方式には力と
導電率との間に非直線性やヒステリシスの問題がある。
第17図は円錐状の多数の突起があるシリコンゴム９を透
明なアクリル板10にあてがい、アクリル板の横から光を
照射し、アクリル板の下側に受光素子11をマトリックス
状に配列させた基板12を設置する。13は光源である。今
把握物14がシリコンゴム９を押すと突起がへこみ、アク
リル板10内で均一に反射していた光がこのへこみの部分
で乱反射を起し、受光素子11の感度が変化するので、こ
れから接触覚を知る。しかしこの方式には、構造が複雑
であること、非直線性やヒステリシスが生じること、な
どの欠点がある。
明なアクリル板10にあてがい、アクリル板の横から光を
照射し、アクリル板の下側に受光素子11をマトリックス
状に配列させた基板12を設置する。13は光源である。今
把握物14がシリコンゴム９を押すと突起がへこみ、アク
リル板10内で均一に反射していた光がこのへこみの部分
で乱反射を起し、受光素子11の感度が変化するので、こ
れから接触覚を知る。しかしこの方式には、構造が複雑
であること、非直線性やヒステリシスが生じること、な
どの欠点がある。
これら３例以外に提案されている接触覚センサはそれぞ
れ一長一短があり、十分満足されていないばかりか、圧
力の方向がいずれも一方向すなわち接触面に垂直な方向
の力のみを感ずるものである、面に平行な力をも検出す
るものは皆無に近いのが現状である。
れ一長一短があり、十分満足されていないばかりか、圧
力の方向がいずれも一方向すなわち接触面に垂直な方向
の力のみを感ずるものである、面に平行な力をも検出す
るものは皆無に近いのが現状である。
最近３分力を検出できる接触覚センサが開発される傾向
にあるが、先に述べた性能・条件をすべて満足するもの
ではなく、特に薄型で、３分力を測れるものは皆無であ
る。面に垂直な方向だけでなく、面に平行な方向の力を
検出できることは、すべりを高感度に検出する上では必
須の要件であり、今後の技術開発に期待が寄せられてい
る。
にあるが、先に述べた性能・条件をすべて満足するもの
ではなく、特に薄型で、３分力を測れるものは皆無であ
る。面に垂直な方向だけでなく、面に平行な方向の力を
検出できることは、すべりを高感度に検出する上では必
須の要件であり、今後の技術開発に期待が寄せられてい
る。
本発明は上述した従来の欠点を解消し、薄型構造でしか
も３方向の力を検出する接触覚センサを提供することを
目的とする。
も３方向の力を検出する接触覚センサを提供することを
目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明によれば、中央に
凹部を有する受圧板と、中央厚肉部と周辺薄肉部とを有
し、力の受圧部である中央厚肉部が前記受圧板の凹部に
嵌め込まれて受圧板と接合され、周辺薄肉部の反受圧板
側の面に３方向の力に対応して３組の歪ゲージが形成さ
れたセンサセルと、このセンサセルを歪ゲージ形成面側
から支持し、端子を介して前記３組の歪ゲージと電気的
に接続される配線基板と、から接触覚センサを構成す
る。
凹部を有する受圧板と、中央厚肉部と周辺薄肉部とを有
し、力の受圧部である中央厚肉部が前記受圧板の凹部に
嵌め込まれて受圧板と接合され、周辺薄肉部の反受圧板
側の面に３方向の力に対応して３組の歪ゲージが形成さ
れたセンサセルと、このセンサセルを歪ゲージ形成面側
から支持し、端子を介して前記３組の歪ゲージと電気的
に接続される配線基板と、から接触覚センサを構成す
る。
本発明によれば、接触覚センサセル内に３分力Fx、Fy、
Fzに対応させて歪ゲージを簡単な構造で配置したので、
小型で薄く、さらに安価な構成で３分力を検出できる。
Fzに対応させて歪ゲージを簡単な構造で配置したので、
小型で薄く、さらに安価な構成で３分力を検出できる。
以下、実施例によって本発明を詳細に説明する。
第１図(A)、(B)は本発明による接触覚センサの基本構造
を説明する図であり、同図(A)は上面図、(B)は断面図で
ある。シリコンからなるセンサセル21には接続端子（こ
ぶ状のはんだ）22及びシリコンの歪ゲージ23が形成さ
れ、力は受圧部24で受ける。シリコン歪ゲージ23はセン
サセル21の下面に接続端子22とともに半導体ウエハプロ
セスで形成される。セルの歪ゲージを設ける部分は薄肉
部としておく。セラミック製受圧板25の中央凹部は受圧
部24の凸部にはめこまれ、接着剤26で接合される。受圧
部の凸部はそのまわりをエッチングして作る。配線基板
27は強度と耐熱性が要求されるので、セラミック多層配
線基板が望ましい。この配線基板27の上部にも、セルの
端子の位置に合わせて、端子28が設けられ、端子22、28
を介して歪ゲージ23は配線基板27の配線と接続される。
を説明する図であり、同図(A)は上面図、(B)は断面図で
ある。シリコンからなるセンサセル21には接続端子（こ
ぶ状のはんだ）22及びシリコンの歪ゲージ23が形成さ
れ、力は受圧部24で受ける。シリコン歪ゲージ23はセン
サセル21の下面に接続端子22とともに半導体ウエハプロ
セスで形成される。セルの歪ゲージを設ける部分は薄肉
部としておく。セラミック製受圧板25の中央凹部は受圧
部24の凸部にはめこまれ、接着剤26で接合される。受圧
部の凸部はそのまわりをエッチングして作る。配線基板
27は強度と耐熱性が要求されるので、セラミック多層配
線基板が望ましい。この配線基板27の上部にも、セルの
端子の位置に合わせて、端子28が設けられ、端子22、28
を介して歪ゲージ23は配線基板27の配線と接続される。
第２図は歪センサの斜視図である。このセンサは歪ゲー
ジが設けられている面と平行で、かつ互いに直交する力
FxとFyおよび面に垂直方向の力Fzを検出する。
ジが設けられている面と平行で、かつ互いに直交する力
FxとFyおよび面に垂直方向の力Fzを検出する。
第３図に３方向の力Fx、Fy、Fzを検出するための歪ゲー
ジの配列を示す。X1、X2はＸ方向の力Fxを検出するため
の歪ゲージで、セル薄肉部の同一直径上にあり、それぞ
れ長手方向を半径方向に揃えてある。Y1、Y2は力Fyを検
出するための歪ゲージで、ゲージX1、X2と直交する方向
に配設される。Z1、Z2は垂直方向の力Fzを検出するため
の歪ゲージで、X1、X2、Y1、Y2とそれぞれ45°の方向に
配設される。
ジの配列を示す。X1、X2はＸ方向の力Fxを検出するため
の歪ゲージで、セル薄肉部の同一直径上にあり、それぞ
れ長手方向を半径方向に揃えてある。Y1、Y2は力Fyを検
出するための歪ゲージで、ゲージX1、X2と直交する方向
に配設される。Z1、Z2は垂直方向の力Fzを検出するため
の歪ゲージで、X1、X2、Y1、Y2とそれぞれ45°の方向に
配設される。
第４図(A)、(B)、(C)および第５図によって本発明の基
本的な動作を説明する。
本的な動作を説明する。
第４図(A)はセンサセル21の上面図、同図(B)は断面図で
ある。歪ゲージ23A、23Bがセンサセル21の薄肉部に長手
方向を半径方向に揃えて設けられている。厚肉部には温
度補償用の歪ゲージ（ダミーゲージ）23C、23Dが、ゲー
ジ23A、23Bの配列の延長上に、長手方向をそれぞれ23
A、23Bと直角方向にして設けられている。第４図(B)に
矢印Ｌで示す荷重が受圧部24に作用した時、歪ゲージ23
Aには圧縮応力−σ、歪ゲージ23Bに引張り応力＋σが働
く。第４図(C)に応力分布を示す。歪ゲージ23C、23Dの
長手方向には応力はほとんど作用しない。従って歪ゲー
ジ23A、23Bの抵抗は変化し、23C、23Dの抵抗はほとんど
変化しない。第５図は、歪ゲージ23A、23B、23C、23Dで
構成したホイートストンブリッジを示し、抵抗R1、R2、
R3、R4はそれぞれ歪ゲージ23A、23B、23C、23Dに対応す
る。第４図(B)、(C)に示したような力が作用すると、R
1、R2が変化するので、電圧Ｅを入力すると、電圧変化
Ｖが力に応じて出力されるので、力の大きさを検出する
ことができる。
ある。歪ゲージ23A、23Bがセンサセル21の薄肉部に長手
方向を半径方向に揃えて設けられている。厚肉部には温
度補償用の歪ゲージ（ダミーゲージ）23C、23Dが、ゲー
ジ23A、23Bの配列の延長上に、長手方向をそれぞれ23
A、23Bと直角方向にして設けられている。第４図(B)に
矢印Ｌで示す荷重が受圧部24に作用した時、歪ゲージ23
Aには圧縮応力−σ、歪ゲージ23Bに引張り応力＋σが働
く。第４図(C)に応力分布を示す。歪ゲージ23C、23Dの
長手方向には応力はほとんど作用しない。従って歪ゲー
ジ23A、23Bの抵抗は変化し、23C、23Dの抵抗はほとんど
変化しない。第５図は、歪ゲージ23A、23B、23C、23Dで
構成したホイートストンブリッジを示し、抵抗R1、R2、
R3、R4はそれぞれ歪ゲージ23A、23B、23C、23Dに対応す
る。第４図(B)、(C)に示したような力が作用すると、R
1、R2が変化するので、電圧Ｅを入力すると、電圧変化
Ｖが力に応じて出力されるので、力の大きさを検出する
ことができる。
第６図(A)、(B)、(C)はＸ方向の力Fxの検出を説明する
図である。同図(A)は第３図に示した歪ゲージのうち、X
1、X2の配線を示し、同図(B)はその等価回路である。図
中31は配線、32は入力端子、33はアース端子、34は出力
端子、Ｅは入力電圧、Vxは出力電圧、Ｇはアースであ
り、RX1、RX2は歪ゲージX1、X2の抵抗である。歪ゲージ
X1とX2はハーフブリッジをなしている。第６図(C)は、
同図(A)に示す力Fxが受圧部24に作用した時、各歪ゲー
ジの長手方向に加わる応力を示す。
図である。同図(A)は第３図に示した歪ゲージのうち、X
1、X2の配線を示し、同図(B)はその等価回路である。図
中31は配線、32は入力端子、33はアース端子、34は出力
端子、Ｅは入力電圧、Vxは出力電圧、Ｇはアースであ
り、RX1、RX2は歪ゲージX1、X2の抵抗である。歪ゲージ
X1とX2はハーフブリッジをなしている。第６図(C)は、
同図(A)に示す力Fxが受圧部24に作用した時、各歪ゲー
ジの長手方向に加わる応力を示す。
第７図(A)、(B)、(C)はＹ方向の力Fyの検出を説明する
図で、同図(A)は歪ゲージY1、Y2の配線、同図(B)はゲー
ジY1、Y2で構成されるハーフブリッジの等価回路を、同
図(C)は力Fyが受圧部24に作用した時に各歪ゲージに作
用する応力を示す。図において、35は出力端子、RY1、R
Y2はそれぞれ歪ゲージY1、Y2の抵抗、Vyは出力電圧であ
る。
図で、同図(A)は歪ゲージY1、Y2の配線、同図(B)はゲー
ジY1、Y2で構成されるハーフブリッジの等価回路を、同
図(C)は力Fyが受圧部24に作用した時に各歪ゲージに作
用する応力を示す。図において、35は出力端子、RY1、R
Y2はそれぞれ歪ゲージY1、Y2の抵抗、Vyは出力電圧であ
る。
第８図(A)、(B)、(C)は受圧部24の表面に垂直（歪ゲー
ジ設置面に垂直）な力Fzの検出を説明する図である。同
図(A)は歪ゲージの配置と結線を示し、第３図で説明し
た歪ゲージZ1、Z2の他に、円周方向に長手方向をもつダ
ミーゲージZ3、Z4が配設され、各ゲージZ1〜Z4で同図
(B)に示すようにブリッジを構成している。36は出力端
子、RZ1ないしRZ4はそれぞれ歪ゲージZ1ないしZ4の抵
抗、Vzは出力電圧である。同図(C)は力Fzが受圧部24に
作用した時に、各ゲージ(X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2)に作用す
る応力を示す。
ジ設置面に垂直）な力Fzの検出を説明する図である。同
図(A)は歪ゲージの配置と結線を示し、第３図で説明し
た歪ゲージZ1、Z2の他に、円周方向に長手方向をもつダ
ミーゲージZ3、Z4が配設され、各ゲージZ1〜Z4で同図
(B)に示すようにブリッジを構成している。36は出力端
子、RZ1ないしRZ4はそれぞれ歪ゲージZ1ないしZ4の抵
抗、Vzは出力電圧である。同図(C)は力Fzが受圧部24に
作用した時に、各ゲージ(X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2)に作用す
る応力を示す。
第６図にもどり、受圧部24にFxの力が加わると、歪ゲー
ジX1は圧縮力（−σ）を受け、その抵抗値は小さくな
る。一方歪ゲージX2は引張力（＋σ）を受け、その抵抗
値は大きくなる。他の４つの歪ゲージY1、Y2、Z1、Z2に
も第６図(C)に示すように少し応力を生ずる。当然なが
ら、ブリッジの出力Vxは大で、Vzは小さく、Vyは無視で
きる。出力Vzは、Fxの力によって生じたものであるか
ら、これは補正されねばならない。このみかけの出力Vz
はFxにすなわち、Vxに近似的に比例するからVzの補正式
は Vz＝ａ・Vx (1) となる。ここにａは比例定数である。
ジX1は圧縮力（−σ）を受け、その抵抗値は小さくな
る。一方歪ゲージX2は引張力（＋σ）を受け、その抵抗
値は大きくなる。他の４つの歪ゲージY1、Y2、Z1、Z2に
も第６図(C)に示すように少し応力を生ずる。当然なが
ら、ブリッジの出力Vxは大で、Vzは小さく、Vyは無視で
きる。出力Vzは、Fxの力によって生じたものであるか
ら、これは補正されねばならない。このみかけの出力Vz
はFxにすなわち、Vxに近似的に比例するからVzの補正式
は Vz＝ａ・Vx (1) となる。ここにａは比例定数である。
第７図において、Fyが矢印の方向に加わると、歪ゲージ
Y1には圧縮力（−σ）が、歪ゲージY2には引張力（＋
σ）が働らく。そしてハーフブリッジにはVyが出力され
る。歪ゲージの応力は第７図(C)に示すとおりで、各ブ
リッジの出力はVyが最大、Vzは小さく、Vxは無視でき
る。みかけの出力Vzは近似的にVyに比例するから、Vzは
次式で補正する。ただしｂは比例定数である。
Y1には圧縮力（−σ）が、歪ゲージY2には引張力（＋
σ）が働らく。そしてハーフブリッジにはVyが出力され
る。歪ゲージの応力は第７図(C)に示すとおりで、各ブ
リッジの出力はVyが最大、Vzは小さく、Vxは無視でき
る。みかけの出力Vzは近似的にVyに比例するから、Vzは
次式で補正する。ただしｂは比例定数である。
Vz＝ｂ・Vy (2) 第８図(A)に示すように力Fzが垂直方向に加わった場
合、歪ゲージZ1とZ2には引張応力（＋σ）が働らくか
ら、同図(B)に示すブリッジにはVzが出力される。歪ゲ
ージZ3とZ4での応力は小さいから、Vzに寄与しない。歪
ゲージX1とX2およびY1とY2の抵抗変化量は同符号でそれ
ぞれ等しいので、出力VxおよびVyは発生しない。したが
ってFzによる影響はVxとVyでは考慮する必要がない。
合、歪ゲージZ1とZ2には引張応力（＋σ）が働らくか
ら、同図(B)に示すブリッジにはVzが出力される。歪ゲ
ージZ3とZ4での応力は小さいから、Vzに寄与しない。歪
ゲージX1とX2およびY1とY2の抵抗変化量は同符号でそれ
ぞれ等しいので、出力VxおよびVyは発生しない。したが
ってFzによる影響はVxとVyでは考慮する必要がない。
第９図に力FxとFyとが同時に加わった時の、各ゲージの
長手方向に作用する応力を示す。歪ゲージX1およびY1に
はそれぞれ力FxおよびFyによる圧縮応力が、歪ゲージX2
およびY2にはそれぞれ力FxおよびFyによる引張応力が作
用する。歪ゲージX1、X2は力Fyにはほとんど影響され
ず、また歪ゲージY1、Y2は力Fxにはほとんど影響されな
い。力FxおよびFyによって歪ゲージZ1は圧縮応力を受
け、歪ゲージZ2は引張応力を受ける。その結果各ブリッ
ジには出力が生ずる。出力Vz′は力FxとFyとによる見か
けの出力であり、真の出力Vzは次式で補正して得られ
る。
長手方向に作用する応力を示す。歪ゲージX1およびY1に
はそれぞれ力FxおよびFyによる圧縮応力が、歪ゲージX2
およびY2にはそれぞれ力FxおよびFyによる引張応力が作
用する。歪ゲージX1、X2は力Fyにはほとんど影響され
ず、また歪ゲージY1、Y2は力Fxにはほとんど影響されな
い。力FxおよびFyによって歪ゲージZ1は圧縮応力を受
け、歪ゲージZ2は引張応力を受ける。その結果各ブリッ
ジには出力が生ずる。出力Vz′は力FxとFyとによる見か
けの出力であり、真の出力Vzは次式で補正して得られ
る。
Vz＝Vz′−ａ・Vx−ｂ・Vy (3) 第10図に力FyとFzとが同時に加った時の、各歪ゲージの
長手方向に作用する応力を示す。力Fyにより歪ゲージY1
とZ1に圧縮応力が、歪ゲージY2とZ2に引張応力が作用す
る。歪ゲージX1、X2はほとんど影響を受けない。一方力
Fzにより全歪ゲージに引張応力が作用する。力Fzによる
歪ゲージX1とX2およびY1とY2の抵抗変化量は等しいの
で、力Fzによって出力VxおよびVyは生じない。従って力
FyとFzとが同時に作用した時に各ブリッジに生ずる電圧
は、力Fyによる出力Vyと、力FyおよびFzによる出力Vz′
である。真の出力Vzはみかけの出力Vz′を次式によって
補正して得られる。
長手方向に作用する応力を示す。力Fyにより歪ゲージY1
とZ1に圧縮応力が、歪ゲージY2とZ2に引張応力が作用す
る。歪ゲージX1、X2はほとんど影響を受けない。一方力
Fzにより全歪ゲージに引張応力が作用する。力Fzによる
歪ゲージX1とX2およびY1とY2の抵抗変化量は等しいの
で、力Fzによって出力VxおよびVyは生じない。従って力
FyとFzとが同時に作用した時に各ブリッジに生ずる電圧
は、力Fyによる出力Vyと、力FyおよびFzによる出力Vz′
である。真の出力Vzはみかけの出力Vz′を次式によって
補正して得られる。
Vz＝Vz′−ｂ・Vy (4) 第11図に力FzとFxとが同時に加った時の各歪ゲージに作
用する応力を示す。事情は力FyとFzとが同時に作用した
場合と全く同様で、各ブリッジには、力Fxによる出力Vz
と、力FxとFzとによる出力Vz′とが生ずる。この場合、
真の出力Vzは見かけの出力Vz′を次式によって補正して
得られる。
用する応力を示す。事情は力FyとFzとが同時に作用した
場合と全く同様で、各ブリッジには、力Fxによる出力Vz
と、力FxとFzとによる出力Vz′とが生ずる。この場合、
真の出力Vzは見かけの出力Vz′を次式によって補正して
得られる。
Vz＝Vz′−ａ・Vx (5) 第12図に力Fx、FyおよびFzが同時に加わった時の各歪ゲ
ージに作用する応力を示す。２方向の力が同時に働いた
時の説明から明らかなように、各ブリッジには力Fxによ
る出力Vx、力Fyによる出力Vyおよび力Fx、FyおよびFzに
よる見かけの出力Vz′が発生する。真の出力Vzは次式に
よって補正して得られる。
ージに作用する応力を示す。２方向の力が同時に働いた
時の説明から明らかなように、各ブリッジには力Fxによ
る出力Vx、力Fyによる出力Vyおよび力Fx、FyおよびFzに
よる見かけの出力Vz′が発生する。真の出力Vzは次式に
よって補正して得られる。
Vz＝Vz′−ａ・Vx−ｂ・Vy (6) 定められた方向に既知の力を加えて、各ブリッジの出力
と力の大きさとの関係を求めておくことは容易である。
また上述した補正係数ａおよびｂを求めるのも容易であ
る。従ってあらかじめこれらの関係および係数を求めて
おけば、任意の力、Fx、FyおよびFzが加わった時、その
大きさは、セルのブリッジの出力Vx、Vy、Vzを読みとれ
ば、VxとＶはそのままの値から、Vzは(6)式から補正演
算して求めることができる。また任意の方向の力が加わ
った時も、その３方向の分力を知ることができる。
と力の大きさとの関係を求めておくことは容易である。
また上述した補正係数ａおよびｂを求めるのも容易であ
る。従ってあらかじめこれらの関係および係数を求めて
おけば、任意の力、Fx、FyおよびFzが加わった時、その
大きさは、セルのブリッジの出力Vx、Vy、Vzを読みとれ
ば、VxとＶはそのままの値から、Vzは(6)式から補正演
算して求めることができる。また任意の方向の力が加わ
った時も、その３方向の分力を知ることができる。
第13図は、１つのセンサセル内に、３方向の力Fx、Fy、
Fzに対応する歪ゲージと配線及び端子の構成を表わした
ものである。各端子の信号は、図示しない下部の配線基
板に内蔵された多層配線に伝えられることはいうまでも
なく、この製作は公知の方法で容易に達成できる。第14
図は第13図の構成の等価回路である。第13図、第14図に
おける各参照番号は既出の例と同一なので説明を省略し
た。また第13図の構成例の動作も先に説明したとおりで
ある。
Fzに対応する歪ゲージと配線及び端子の構成を表わした
ものである。各端子の信号は、図示しない下部の配線基
板に内蔵された多層配線に伝えられることはいうまでも
なく、この製作は公知の方法で容易に達成できる。第14
図は第13図の構成の等価回路である。第13図、第14図に
おける各参照番号は既出の例と同一なので説明を省略し
た。また第13図の構成例の動作も先に説明したとおりで
ある。
以上説明したように本発明によれば、接触覚センサセル
内に３分力Fx、Fy、Fzに対応させて歪ゲージを簡単な構
造で配置したので、小型で薄く、高密度化でき、安価な
構成で３分力を検出できる。このためにこの接触覚セン
サをロボットのハンドにとりつければ、ロボットの知能
化を図る上で極めて有効である。
内に３分力Fx、Fy、Fzに対応させて歪ゲージを簡単な構
造で配置したので、小型で薄く、高密度化でき、安価な
構成で３分力を検出できる。このためにこの接触覚セン
サをロボットのハンドにとりつければ、ロボットの知能
化を図る上で極めて有効である。
第１図(A)および(B)はそれぞれ本発明の接触覚センサの
基本構造を示す上面図および断面図、 第２図はセンサの斜視図、 第３図は歪ゲージの配置図、 第４図(A)、(B)、(C)は本発明の動作の基本を説明する
ための図で、同図(A)および(B)はそれぞれ歪ゲージの配
置を示す上面図および断面図、同図(C)は歪ゲージの応
力分布を示す図、 第５図は歪ゲージで構成したホイートストンブリッジ回
路図、 第６図(A)、(B)、(C)はＸ方向の力の検出、第７図(A)、
(B)、(C)はＹ方向の力の検出、第８図(A)、(B)、(C)は
Ｚ方向の力の検出を説明する図であり、第６図(A)、第
７図(A)および第８図(A)は歪ゲージの配置と結線を示す
図、第６図(B)、第７図(B)および第８図(B)は歪ゲージ
で構成したホイートストンブリッジ回路図、第６図
(C)、第７図(C)および第８図(C)は各歪ゲージの応力を
示す図、 第９図、第10図、第11図および第12図はそれぞれＸ方向
とＹ方向、Ｙ方向とＺ方向、Ｚ方向とＸ方向およびＸ方
向、Ｙ方向およびＺ方向の力が加わった時の各歪ゲージ
の応力を示す図、 第13図はセル内における歪ゲージの配置と結線を示す
図、 第14図は第13図の構成の等価回路図、 第15図ないし第17はそれぞれ従来の接触覚センサの構造
を示す断面図である。 １……金属押ボタン、 ２……絶縁板、 ３……ばねコイル、 ４，５……電極、 ６……把握物、 ７……電極、 ８……導電ゴム、 ９……シリコンゴム、 10……アクリル板、 11……受光素子、 12……基板、 13……光源、 14……把握物、 21……センサセル、 22……接続端子、 23……歪ゲージ、 24……受圧部、 25……受圧板、 26……接着剤、 27……配線基板、 28……端子、 31……配線、 32……入力電圧端子、 33……アース端子、 34、35、36……出力端子、 X1、X2……Ｘ方向の力用歪ゲージ、 Y1、Y2……Ｙ方向の力用歪ゲージ、 Z1、Z2……Ｚ方向の力用歪ゲージ、 Z3、Z4……ダミーゲージ、 Ｅ……入力電圧、 Vx、Vy、Vz……出力電圧。
基本構造を示す上面図および断面図、 第２図はセンサの斜視図、 第３図は歪ゲージの配置図、 第４図(A)、(B)、(C)は本発明の動作の基本を説明する
ための図で、同図(A)および(B)はそれぞれ歪ゲージの配
置を示す上面図および断面図、同図(C)は歪ゲージの応
力分布を示す図、 第５図は歪ゲージで構成したホイートストンブリッジ回
路図、 第６図(A)、(B)、(C)はＸ方向の力の検出、第７図(A)、
(B)、(C)はＹ方向の力の検出、第８図(A)、(B)、(C)は
Ｚ方向の力の検出を説明する図であり、第６図(A)、第
７図(A)および第８図(A)は歪ゲージの配置と結線を示す
図、第６図(B)、第７図(B)および第８図(B)は歪ゲージ
で構成したホイートストンブリッジ回路図、第６図
(C)、第７図(C)および第８図(C)は各歪ゲージの応力を
示す図、 第９図、第10図、第11図および第12図はそれぞれＸ方向
とＹ方向、Ｙ方向とＺ方向、Ｚ方向とＸ方向およびＸ方
向、Ｙ方向およびＺ方向の力が加わった時の各歪ゲージ
の応力を示す図、 第13図はセル内における歪ゲージの配置と結線を示す
図、 第14図は第13図の構成の等価回路図、 第15図ないし第17はそれぞれ従来の接触覚センサの構造
を示す断面図である。 １……金属押ボタン、 ２……絶縁板、 ３……ばねコイル、 ４，５……電極、 ６……把握物、 ７……電極、 ８……導電ゴム、 ９……シリコンゴム、 10……アクリル板、 11……受光素子、 12……基板、 13……光源、 14……把握物、 21……センサセル、 22……接続端子、 23……歪ゲージ、 24……受圧部、 25……受圧板、 26……接着剤、 27……配線基板、 28……端子、 31……配線、 32……入力電圧端子、 33……アース端子、 34、35、36……出力端子、 X1、X2……Ｘ方向の力用歪ゲージ、 Y1、Y2……Ｙ方向の力用歪ゲージ、 Z1、Z2……Ｚ方向の力用歪ゲージ、 Z3、Z4……ダミーゲージ、 Ｅ……入力電圧、 Vx、Vy、Vz……出力電圧。
Claims (3)
- 【請求項１】中央に凹部を有する受圧板と、 中央厚肉部と周辺薄肉部とを有し、力の受圧部である中
央厚肉部が前記受圧板の凹部に嵌め込まれて受圧板と接
合され、周辺薄肉部の反受圧板側の面に３方向の力に対
応して３組の歪ゲージが形成されたセンサセルと、 このセンサセルを歪ゲージ形成面側から支持し、端子を
介して前記３組の歪ゲージと電気的に接続される配線基
板と、 からなることを特徴とする接触覚センサ。 - 【請求項２】センサセルがシリコンからなり、３組の歪
ゲージがそれぞれ高抵抗シリコン層からなることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の接触覚センサ。 - 【請求項３】３方向の力のうちの少なくとも一つは他の
方向の力の一次式によって補正されることを特徴とする
特許請求の範囲第１項または第２項記載の接触覚セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62049996A JPH0663893B2 (ja) | 1987-03-06 | 1987-03-06 | 接触覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62049996A JPH0663893B2 (ja) | 1987-03-06 | 1987-03-06 | 接触覚センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63217241A JPS63217241A (ja) | 1988-09-09 |
| JPH0663893B2 true JPH0663893B2 (ja) | 1994-08-22 |
Family
ID=12846617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62049996A Expired - Lifetime JPH0663893B2 (ja) | 1987-03-06 | 1987-03-06 | 接触覚センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0663893B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2583615B2 (ja) * | 1989-09-28 | 1997-02-19 | 株式会社富士電機総合研究所 | 接触覚センサ |
| US5261266A (en) * | 1990-01-24 | 1993-11-16 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Sensor tip for a robotic gripper and method of manufacture |
| JP5046321B2 (ja) * | 2006-11-03 | 2012-10-10 | ミネベア株式会社 | ３軸力センサ |
| JP5235306B2 (ja) * | 2007-01-17 | 2013-07-10 | Ｎｔｎ株式会社 | センサ付車輪用軸受 |
| WO2011065250A1 (ja) * | 2009-11-25 | 2011-06-03 | アルプス電気株式会社 | フォースセンサ |
| JP4987162B1 (ja) * | 2011-12-15 | 2012-07-25 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60209131A (ja) * | 1984-04-03 | 1985-10-21 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | ユニツト型圧覚センサアレイ |
-
1987
- 1987-03-06 JP JP62049996A patent/JPH0663893B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63217241A (ja) | 1988-09-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |