JPH0744569U - 感圧グローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 対象物体に対して人間の手・指が能動的に作
用するときに、人間の手・指が感じている微妙な反力を
物理量として測定するための感圧グローブを得ること。 【構成】 薄く可撓性のある材料を用いて形成され使用
者の手・指に装着されるグローブ本体２と、前記グロー
ブ本体２の指の腹部および手掌部に配置されたフィルム
型感圧センサ３Ａ，３Ｂと、前記グローブ本体２の手甲
側に配置され前記指腹部、手掌部に取り付けた各感圧セ
ンサ３Ａ，３Ｂの配線を行う手甲側フレキシブルプリン
ト基板７とを含む感圧グローブ１である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、対象物体に対して人間の手指が能動的に作用する時に、人間の手指 が感じている微妙な反力を物理量として測定するための感圧グローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】

近年、自動車、室内インテリア、運動具関連の品質性向上のために人間の操作 性、快適性が重要な指標としてとりあげられている。このためは、対象物体に対 して人間の手指が能動的に作用する時に、人間の手指が感じている微妙な反力を 物理量として定量化して分析することが望まれる。

【０００３】 しかし、従来より、これら人間の操作感覚は個人の主観的な申告やアンケート に依存して分析する方法がとられていた。それらの方法は個人の好みや気分に左 右される要因が大きく、個人差やばらつきが大きな問題であった。 そこで、従来より人間が操作する測定対象物体に物理量計測用センサを装着し て定量化を試みている例がある。

【０００４】 例えば、運動具のグリップ部分に感圧導電性ゴムシートを巻き付けてグリップ 圧力分布を計測する装置や、感圧センサをアレイ状に多数配列したシート状プレ ートに測定対象物体を置いて、荷重分布パターンを画像処理を使って視覚的に計 測する装置がある。前者は測定対象物体に感圧センサを巻き付けて使用している ため、センサの利用がその対象物に限定されて汎用性に欠け、後者は信号処理が 複雑で高価であった。 また、人間の手指の動きは微妙で必ずしもセンサ部に触れるとは限らないし、 多数の各種部品にセンサを装着することは効率が悪く、コストも高いという欠点 があった。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】 本考案は、人間の手指にグローブ本体を装着することによって、対象物を把持 したり操作する際における人間の手指の反力の変化や挙動を計測する感圧グロー ブを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】

第１の考案 前記目的を達成するため、本考案は、薄く可撓性のある材料を用いて形成され 使用者の手・指に装着されるグローブ本体と、前記グローブ本体の指の腹部およ び手掌部に配置されたフィルム型感圧センサと、前記グローブ本体の手甲側に配 置され前記指腹部、手掌部に取り付けた各感圧センサの配線を行う手甲側フレキ シブルプリント基板と、を含むことを特徴とする。

【０００７】

【作用】

次に、本考案の感圧グローブの作用を説明する。 感圧グローブを使用して対象物体を操作する時の操作力を検知するには、まず 、感圧グローブを両手又は片手に装着する。感圧グローブに取り付けられたフィ ルム型感圧センサの感圧部に荷重が作用すると、その荷重に応じた検出信号が、 各センサから出力されることとなる。

【０００８】 このようにして、例えば対象物体を把持した場合には、握り荷重に相当する静 的成分（直流分）と、操作することによる動的成分（交流分）の荷重検知を行う ことができる。しかも、本考案の感圧グローブは、対象物体にセンサを巻き付け たり、埋め込んだりするといったような制約や限定はなく、汎用性に富んだ安価 な計測手段として用いることができる。

【０００９】 また、グローブ本体を薄く可撓性のある材料を用いて形成し、しかもセンサと してフィルム型感圧センサを用いることにより、操作時の違和感を低減し、対象 物体を把持したり操作したりする際に、人間の手・指に作用する反力の変化や挙 動を安定して測定することができる。 さらに、感圧グローブを手・指に装着して対象物体を把持，操作した場合、前 記センサの荷重変化を時間的に知ることができ、他の情報との定量的な比較を行 うこともできる。

【００１０】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、対象物体に感圧センサなどを埋め込ん だり巻き付けたりすることなく、人間の手・指にグローブ本体を装着することに よって、被測定対象物を把持したり操作したりする際における人間の手・指の反 力変化や挙動を正確に測定可能な感圧グローブを得ることができるという効果が ある。

【００１１】 第２の考案 また、請求項２の考案は、検出荷重が作用する感圧部と、前記感圧部の出力を 前記手甲側フレキシブルプリント基板まで導く配線が設けられたバンド部と、を 含み、前記感圧部の裏面側には、前記検出荷重以外の外部応力の発生を防止する 応力防止用部材が設けられたことを特徴とする。 このように、フィルム型感圧センサの感圧部の裏面側に、応力防止用部材を設 けることによって、曲げ応力などの、把持や操作時などに関係のない応力の発生 を防止し、対象物体と手・指との間に生じる反力のみを正確に測定することがで きる。

【００１２】

【実施例】

次に、本考案の好適な実施例を図面に基づき詳細に説明する。 図１には、本考案の感圧グローブの好適な実施例が示されている。実施例の感 圧グローブ１は、使用者の手・指に装着されるグローブ本体２と、このグローブ 本体２の指の腹部および掌部に配置された複数のフィルム型感圧センサ３とを含 む。

【００１３】 図２には、前記グローブ本体２の概略構成が示されている。実施例のグローブ 本体２は、薄く可撓性のある材料を用いて形成されている。具体的には、装脱着 のしやすさを考慮して、装着口４は手首より広い口に縫製されている。材質とし ては縦横に伸縮するゴム材は脱着しにくいため、装着方向（縦）は伸縮性の無い 繊維を使用し、横方向の繊維は多少伸縮性の有るものを使用することにより、装 脱着がしやすく指への密着感覚も向上する。グローブ材の表面にはフィルム型感 圧センサを固定するための薄い繊維製脱着部材が形成されている。

【００１４】 また、図示したようにグローブ本体２の小指部側の側面に切り欠き部５を設け ることで、さらに装脱着が容易になっている。切り欠き部５はマジックテープあ るいはファスナーによって開閉できるようになっている。グローブ装着時は切り 欠き部５を開き、操作時は閉じて計測し、脱着時は再び切り欠き部５を開く。 また、対象物を把持し操作する場合、すべりを防止するため、図示したような ゴムパッド６を形成することが好ましい。また、吸湿性を備えた素材であること が好ましい。

【００１５】 さらに、このグローブ本体２の手甲面側に、図３に示す手甲側フレキシブルプ リント基板７が一体的に取り付け固定されている。同図のフレキシブルプリント 基板７は、右手用の基板である。 この手甲側フレキシブルプリント基板７は、各フィルム型感圧センサ３Ａ，３ Ｂのワイヤハーネスを行うために用いられるものであり、フィルム型感圧センサ ３との接続は後述する。

【００１６】 この手甲側フレキシブルプリント基板７は、人間の手と同様に、掌に対応した 手掌部用領域８と、各指に対応した５本の指腹巻き付け用領域９とを含む。親指 用の指腹巻き付け用領域９には２箇所、それ以外の指に対応した指腹巻き付け用 領域９には３箇所ずつ、各指腹にフィルム型感圧センサ３Ａが接続できるよう配 線パターン１０が巻き込まれている。 手掌部用領域８には、手掌部用のフィルム型感圧センサ３Ｂが接続できるよう ６箇所の配線パターンが巻き込まれている。

【００１７】 そして、これらの配線パターンは、信号導出用コネクター部１１へ導かれ、図 ７に示すよう、フラットケーブル１２と接続されるように構成されている。 この手甲用フレキシブルプリント基板７は成人の指の１．５から２倍程度長く してあるため、個人差に対応することができる。また、把持や操作時において各 指を伸ばしたり曲げたりする動作に対応できるよう前記のように長さに余裕を持 たせてある。手甲形フレキシブルプリント基板７への各フィルム型感圧センサの 接続は○印で示した領域の任意位置にハンダ付けで行う。

【００１８】 また、集中した配線パターン部には防湿のための保護膜としてポリイミド樹脂 が被覆され、その上層には商用周波数によるノイズを防止するため、金蒸着膜か らなるシールド領域１３が形成され信号処理回路部のアース端子に接続されるよ うになっている。

【００１９】 図４には、図１に示すようグローブ本体２の指腹部および手掌部に装着される フィルム型感圧センサ３の構成が示されている。 各フィルム型感圧センサ３Ａ、３Ｂは、検出荷重が作用する感圧部１４と感圧 部１４の出力を前記手甲側フレキシブルプリント基板７へ導くバンド部１５とを 含む。前記バンド部１５は、帯状基板１６と、基板１６上に設けられた配線パタ ーン１７とを含む。そして、これら各フィルム型感圧センサ３Ａ，３Ｂはこの裏 面側に設けられた後述する可撓性脱着部材を用い、グローブ本体２上に装着固定 される。

【００２０】 以下、このフィルム型感圧センサ３の構成を具体的に説明する。 前記グローブ本体２の指腹に巻き付けたフィルム型感圧センサ３Ａは、そのバ ンド部１５を人間の指腹周長にあわせて切断し自由に長さを設定できる。手掌用 のフィルム型感圧センサ３Ｂは、手掌のどこの位置にも配置することができるよ う、そのバンド部１５の長さを同様にして設定できる。

【００２１】 図６には、図４に示すフィルム型感型センサ３Ａ−Ａ断面が概略的に示されて いる。上記フィルム型感圧センサ３は、表面に配線パターン１７を構成する電極 １８が構成された帯状基板１６と、内面側に前記電極１８と相対向するよう感圧 導電性インク層１９が形成されたポリエステルフィルム２０とを含む。そして、 これら帯状基板１６とポリエステルフィルム２０とは、スペーサを介して離隔的 に対向配置され、感圧導電性インク層１９と電極１８との間にギャップ２１が存 在するように形成されている。

【００２２】 このように形成されたフィルム型感圧センサ３は、その感圧部１４が抵抗変化 型のものとして形成されている。すなわち、感圧グローブに設けられたフィルム 型感圧センサ３の感圧部１４に荷重Ｗが作用すると、その荷重Ｗを受けた感圧部 １４の抵抗値が荷重の大きさに応じて減少する。 この感圧センサ３は、動作荷重になると、導電層である感圧導電性インク層１ ９が下部電極１８に接触し、さらに荷重が加わると感圧導電性インク層１９内の 金属粒子同士の間隔が密になって、電気抵抗が減少していく。

【００２３】 したがって、この電気抵抗を測定することにより感圧部１４に作用する荷重Ｗ を測定することができる。しかし、感圧部１４に荷重Ｗ以外の応力、例えば曲げ 応力が加わっても感圧導電性インク層１９と電極１８は接触する可能性が高い。 そこで、感圧部１４に曲げ応力が加わっても変形しないようにするため、柔軟 でかつ薄型の樹脂を応力防止部材２２として、帯状基板１６の底面に接着してい る。この曲げ防止材２２としては塩化ビニルや、それと同等の剛性率を有する材 料が好適である。

【００２４】 また、第６図に図示したように、フィルム型感圧センサ３の曲げ防止材２２の 底面には、後述するグローブに装着固定するための薄い脱着用部材２３が接着さ れており、グローブ本体２の任意の位置にワンタッチで装脱着が可能な構造とな っている。脱着用部材２３としてはマジックテープが好ましい。 こうして、フィルム型感圧センサ３は、測定対象物に対して感圧部１４が相対 的に位置ズレしないよう構成されている。

【００２５】 図５には、前記各フィルム型感圧センサ３Ａ，３Ｂを手甲側フレキシブルプリ ント基板７にハンダ付けしたセンサアッセンブリが示されている。本実施例では このように構成されたセンサアッセンブリをグローブ本体２に固定し感圧グロー ブ１を形成している。

【００２６】 次に感圧グローブ１の信号処理回路について説明する。 第８図に感圧グローブ１の信号処理回路を示す。 この信号処理回路は、感圧グローブ１の各フィルム型感圧センサ３に定電圧を 印加するための駆動回路２４、各センサの出力電圧の変化を順次走査して取り出 すためのマルチプレクサ回路２５、測定する現象に合わせてマルチプレクサ回路 ２５およびデータの取り込み速度をコントロールするための制御回路２６および 演算回路２７から構成されている。

【００２７】 演算回路２７からの制御信号によって、駆動回路２４から各フィルム型感圧セ ンサ３に定電圧を印加するとともに、制御回路２６の指令でマルチプレクサ回路 ２５をコントロールして各センサ３の出力電圧を順次走査してＡ／Ｄ変換後、Ｒ ＡＭ２８等の記憶媒体に記憶させる。

【００２８】 次に、本実施例の感圧グローブ１の作用を説明する。 感圧グローブ１を使用して対象物体を操作する時の操作力を検知するには、ま ず感圧グローブ１を両手又は片手に装着する。 次に、図７に示すように、出力電圧導出用のフラットケーブル１２をコネクタ 部１１にセットし、操作者の腕に沿ってゴムバンドで固定する。次に対象物体を 把持して操作する。

【００２９】 こうすることにより、感圧グローブ１に取り付けられたフィルム型感圧センサ ３の感圧部１４に荷重Ｗが作用すると、その荷重Ｗを受けた部分のセンサの抵抗 値が荷重の大きさに応じて減少する。この感圧センサ３は動作荷重Ｗになると、 感圧部１４の導電層１９が下部電極１８に接触し、さらに荷重が加わると、導電 層１９中の金属粒子どうしの間隔が密になって電気抵抗が減少して行く。 こうして操作者が、対象物体を把持することによって、握り荷重に相当する静 的成分（直流分）と、操作することによる動的成分（交流分）の荷重検知が可能 である。このフィルム型感圧センサ３の場合、１００Ｈｚ程度の周波数応答性を 備えている。

【００３０】 本実施例で示した信号処理回路は、前述したセンサ３の電気抵抗変化を電圧に 変換している。つまり、各感圧センサ３には直列に既知の抵抗器が接続されてお り、両端に定電圧を印加して既知の抵抗器との分圧を出力電圧変化として導出し て記録する。このようにして、実施例の感圧グローブ１を用いることにより対象 物体を把持したり操作したりして、人間の手・指に作用する反力の変化や挙動を 正確に測定することができる。

【００３１】 また、実施例では、グローブ本体として薄い可撓性の材料を用いており、さら にセンサとしてフィルム型感圧センサ３を使用することにより、操作時の違和感 を低減することできる。さらにまた、グローブ本体２として、操作時に手・指に 発生する汗を吸い取る薄い材質のものを用いることにより、発汗による水分を吸 い取り電気的にも安定して測定を行うことができる。

【００３２】 次に、本実施例の感圧グローブの具体的な使用例をドライバによるステアリン グホイルの操作を行う場合を例にとり説明する。 ドライバが感圧グローブ１を両手に装着し、エンジンをオン状態にすると同時 に、自動車に搭載した駆動回路等の信号処理回路は動作状態となる。ここでドラ イバはキーボードのいずれかを押すことにより、感圧グローブ１の各フィルム型 感圧センサ３に電圧が印加される。

【００３３】 あらかじめ、制御回路２６で設定した速度でマルチプレクサ回路２５をセンサ ３の出力を順次取り出し、各出力電圧の変化をＡ／Ｄ変換して、ＲＡＭ２８に記 憶させる。操作による荷重値の変化をＣＲＴ２９上にモニタすることも可能であ る。

【００３４】 図９は自動車のステアリングホイールの把持、操作評価用に前記各フィルム型 感圧センサ３を配置した感圧グローブ１を示す。各センサ３の取り付け位置はス テアリングホイールを両手で把持した時に各指が接触する各指腹と各指の付け根 に最適に配置されている。

【００３５】 図１０は前記感圧グローブ１を両手に装着して、走行時にステアリングホイー ルを左右に操作するスラローム試験を行った時の左右の各フィルム型感圧センサ から得られた荷重変化を時系列で表したデータを示す。ステアリングホイールを 操舵した時の操舵角、操舵トルクに対応したドライバの両手の力の入れ方を時間 変化として表示されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の感圧グローブの外観説明図である。

【図２】実施例の感圧グローブに用いられるグローブ本
体の説明図である。

【図３】実施例の感圧グローブに用いられる手甲側フレ
キシブルプリント基板の説明図である。

【図４】実施例に用いられるフィルム型感圧センサの平
面概略説明図である。

【図５】フィルム型感圧センサと手甲側フレキシブルプ
リント基板とのサンサアッセンブリの説明図である。

【図６】図４に示すフィルム型感圧センサのＡ−Ａの断
面概略説明図である。

【図７】実施例の感圧センサにフラットケーブルを接続
した状態の説明図である。

【図８】実施例の感圧センサの信号処理回路の説明図で
ある。

【図９】自動車用ステアリングホイルの把持操作用に用
いられる感圧グローブの説明図である。

【図１０】図９に示す感圧グローブを用いて測定された
データの説明図である。

【符号の説明】

１……感圧グローブ ２……グローブ本体 ３……フィルム型感圧センサ ７……手甲側フレキシブルプリント基板 １４……感圧部 １５……バンド部 ２２……応力防止部材 ２３……脱着部材

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄く可撓性のある材料を用いて形成され
   使用者の手・指に装着されるグローブ本体と、 前記グローブ本体の指の腹部および手掌部に配置された
   フィルム型感圧センサと、 前記グローブ本体の手甲側に配置され前記指腹部、手掌
   部に取り付けた各感圧センサの配線を行う手甲側フレキ
   シブルプリント基板と、 を含むことを特徴とする感圧グローブ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記フィルム型感圧センサは、検出荷重が作用する感圧
   部と、 前記感圧部の出力を前記手甲側フレキシブルプリント基
   板まで導く配線が設けられたバンド部とを含み、 前記感圧部の裏面側には、前記検出荷重以外の外部応力
   の発生を防止する応力防止用部材が設けられたことを特
   徴とする感圧グローブ。