JPH0793445B2 - 圧覚センサ - Google Patents
圧覚センサInfo
- Publication number
- JPH0793445B2 JPH0793445B2 JP5142407A JP14240793A JPH0793445B2 JP H0793445 B2 JPH0793445 B2 JP H0793445B2 JP 5142407 A JP5142407 A JP 5142407A JP 14240793 A JP14240793 A JP 14240793A JP H0793445 B2 JPH0793445 B2 JP H0793445B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- force
- pressure receiving
- strain gauge
- pressure
- component
- 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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- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、抵抗素子領域を用い
て、受圧構造体の受圧面に印加された力の３方向の分力
を検出する圧覚センサに関する。
て、受圧構造体の受圧面に印加された力の３方向の分力
を検出する圧覚センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】図３に従来から用いられている力の３方
向成分を検出するセンサ（八角形応力リング）を示す。
このセンサは金属製八角形リング１の受圧面２および基
板面３を除く外周部の６面と、両側面および内周面とに
それぞれストレンゲージ４１〜４４，５１〜５４，６１
〜６４を貼付して、その貼付位置によって３方向成分を
互いに分離してそれぞれ検出するようにしたものであ
る。上述のストレンゲージ４１〜４４は八角形リングの
うちの受圧面２に垂直な外周面とリングの内周面とに貼
付されており、受圧面２に垂直な力の成分Ｆ2 を検出す
る。また、ストレンゲージ５１〜５４は八角形リングの
うちの４つの斜めの外周面に貼付されており、受圧面２
にかかる水平な力の成分のうちのｘ方向の成分Ｆx を検
出する。さらに、ストレンゲージ６１〜６４はリングの
両側面に、八角形リングの斜め面と同じ角度で、リング
の肉厚のほぼ中央部に貼付されており、受圧面２にかか
る水平な力の成分のうちのｙ方向の成分Ｆy を検出す
る。
向成分を検出するセンサ（八角形応力リング）を示す。
このセンサは金属製八角形リング１の受圧面２および基
板面３を除く外周部の６面と、両側面および内周面とに
それぞれストレンゲージ４１〜４４，５１〜５４，６１
〜６４を貼付して、その貼付位置によって３方向成分を
互いに分離してそれぞれ検出するようにしたものであ
る。上述のストレンゲージ４１〜４４は八角形リングの
うちの受圧面２に垂直な外周面とリングの内周面とに貼
付されており、受圧面２に垂直な力の成分Ｆ2 を検出す
る。また、ストレンゲージ５１〜５４は八角形リングの
うちの４つの斜めの外周面に貼付されており、受圧面２
にかかる水平な力の成分のうちのｘ方向の成分Ｆx を検
出する。さらに、ストレンゲージ６１〜６４はリングの
両側面に、八角形リングの斜め面と同じ角度で、リング
の肉厚のほぼ中央部に貼付されており、受圧面２にかか
る水平な力の成分のうちのｙ方向の成分Ｆy を検出す
る。
【０００３】このように、図示のような３方向分力セン
サは力を基本的な直角座標系に分解し３方向分力として
検出しているので、この３分力を演算式により合成する
ことによって、力の大きさや方向を求めることができ
る。更に任意の方向の力も求めることができる。このよ
うに力の分解、合成が容易にできるのが、３方向分力セ
ンサの大きな特徴である。
サは力を基本的な直角座標系に分解し３方向分力として
検出しているので、この３分力を演算式により合成する
ことによって、力の大きさや方向を求めることができ
る。更に任意の方向の力も求めることができる。このよ
うに力の分解、合成が容易にできるのが、３方向分力セ
ンサの大きな特徴である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図示の
ような従来の八角形応力リングは、３方向の力の成分を
検出するセンサとしては著名なものであるが、次のよう
に欠点がある。 多数のストレンゲージをリング体の各方向に貼付し
た構造であるので、小形化が困難である。
ような従来の八角形応力リングは、３方向の力の成分を
検出するセンサとしては著名なものであるが、次のよう
に欠点がある。 多数のストレンゲージをリング体の各方向に貼付し
た構造であるので、小形化が困難である。
【０００５】 ストレンゲージを貼付するために、そ
の貼付層によるクリープを生じさせ、安定性が悪い。 ストレンゲージの貼付位置により、大きな干渉出力
を発生する。 製作が比較的大変である。特に、リングの内周面へ
のストレンゲージの貼付は難しい。
の貼付層によるクリープを生じさせ、安定性が悪い。 ストレンゲージの貼付位置により、大きな干渉出力
を発生する。 製作が比較的大変である。特に、リングの内周面へ
のストレンゲージの貼付は難しい。
【０００６】一方、人間の手のひらの有する圧覚機能に
できるだけ近いレベルの高度な圧覚機能を有するロボッ
トハンドを実現するためには、その圧覚センサとしては
３方向分力センサの機能を有し、荷重の分力を相互間に
干渉なしによく分離して正確に検出できることが望まし
い。この発明の目的は、上記の従来技術の有する欠点を
解消して、力の３方向成分の正確な検出ができ、力の３
方向成分間の干渉が小さい圧覚センサを提供することに
ある。
できるだけ近いレベルの高度な圧覚機能を有するロボッ
トハンドを実現するためには、その圧覚センサとしては
３方向分力センサの機能を有し、荷重の分力を相互間に
干渉なしによく分離して正確に検出できることが望まし
い。この発明の目的は、上記の従来技術の有する欠点を
解消して、力の３方向成分の正確な検出ができ、力の３
方向成分間の干渉が小さい圧覚センサを提供することに
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、一導電形の半導体よりなる受圧
構造体の受圧面に垂直な面に他導電形の抵抗素子領域が
形成され、各抵抗素子領域の抵抗値の変化により受圧面
に印加された力の３分力を検出する圧覚センサであっ
て、前記受圧構造体がリング状の形状を有することとす
る。
めに、本発明によれば、一導電形の半導体よりなる受圧
構造体の受圧面に垂直な面に他導電形の抵抗素子領域が
形成され、各抵抗素子領域の抵抗値の変化により受圧面
に印加された力の３分力を検出する圧覚センサであっ
て、前記受圧構造体がリング状の形状を有することとす
る。
【０００８】
【作用】この発明は、半導体を受圧構造体とし、その受
圧面に垂直な面にプレーナ技術によって形成した複数の
抵抗素子領域，即ち拡散形ストレンゲージ群の抵抗値の
変化に基づいて、受圧面に印加された力を、方向間の干
渉を受けることなく、３方向分力に分けて検出する。
圧面に垂直な面にプレーナ技術によって形成した複数の
抵抗素子領域，即ち拡散形ストレンゲージ群の抵抗値の
変化に基づいて、受圧面に印加された力を、方向間の干
渉を受けることなく、３方向分力に分けて検出する。
【０００９】
【実施例】本発明の一実施例を図１に示す。この圧覚セ
ンサは、例えば各種の物体を扱うロボットハンドの把持
力を適正な大きさに制御し、ハンドに加わる力を３次元
的に検出するのに有用なものである。図１においては単
結晶シリコンよりリング状の基体（受圧構造体）７を形
成し、その受圧面８に垂直な一表面１３の各所定位置に
基体と逆導電形の複数の抵抗素子領域１０１〜１０４，
１１１〜１１４，１２１〜１２４、即ちストレンゲージ
をプレーナ技術を用い拡散により形成する。この基体７
の面１３に垂直な受圧面８に圧力が加わると、各抵抗素
子領域の抵抗値が変化し、これらの素子から作られる三
つのブリッジの出力電圧から受圧面８に加わる力の３分
力が検出される。図において、３０は受圧構造体である
半導体基体７を面１３に垂直で面８に平行な支持面３１
を有する支持体、４０は支持体３０の上に設けられる出
力端子である。
ンサは、例えば各種の物体を扱うロボットハンドの把持
力を適正な大きさに制御し、ハンドに加わる力を３次元
的に検出するのに有用なものである。図１においては単
結晶シリコンよりリング状の基体（受圧構造体）７を形
成し、その受圧面８に垂直な一表面１３の各所定位置に
基体と逆導電形の複数の抵抗素子領域１０１〜１０４，
１１１〜１１４，１２１〜１２４、即ちストレンゲージ
をプレーナ技術を用い拡散により形成する。この基体７
の面１３に垂直な受圧面８に圧力が加わると、各抵抗素
子領域の抵抗値が変化し、これらの素子から作られる三
つのブリッジの出力電圧から受圧面８に加わる力の３分
力が検出される。図において、３０は受圧構造体である
半導体基体７を面１３に垂直で面８に平行な支持面３１
を有する支持体、４０は支持体３０の上に設けられる出
力端子である。
【００１０】ストレンゲージ１０１〜１０４は受圧面８
に垂直な力の成分Ｆ2 を検出し、また、ストレンゲージ
１１１〜１１４は受圧面８に平行な力の一成分Ｆx を検
出し、さらに、ストレンゲージ１２１〜１２４は受圧面
８に平行な力の他の成分Ｆyを検出する。これらのスト
レンゲージの配置は高感度でかつ他の二方向分力に対し
理論的に影響を受けぬ場所に設けられている。
に垂直な力の成分Ｆ2 を検出し、また、ストレンゲージ
１１１〜１１４は受圧面８に平行な力の一成分Ｆx を検
出し、さらに、ストレンゲージ１２１〜１２４は受圧面
８に平行な力の他の成分Ｆyを検出する。これらのスト
レンゲージの配置は高感度でかつ他の二方向分力に対し
理論的に影響を受けぬ場所に設けられている。
【００１１】受圧構造体７は支持面３１で支持体３０上
に固定され、受圧面８に印加される力を受け止める。こ
の力の各成分を検出する上述のストレンゲージ群は、例
えば図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、それぞれにブリ
ッジに結線されて、力の成分に応じた電気信号Ｅ2 ，Ｅ
x およびＥy を出力する。なお、図１においては、ブリ
ッジ結線するための配線は煩雑さを避けるために省略し
てある。シリコンの導電形はＮ形シリコン単結晶面にＰ
形拡散形ストレンゲージを形成しても良いし、またＰ形
シリコンにＮ形拡散層のストレンゲージを形成しても良
い。
に固定され、受圧面８に印加される力を受け止める。こ
の力の各成分を検出する上述のストレンゲージ群は、例
えば図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、それぞれにブリ
ッジに結線されて、力の成分に応じた電気信号Ｅ2 ，Ｅ
x およびＥy を出力する。なお、図１においては、ブリ
ッジ結線するための配線は煩雑さを避けるために省略し
てある。シリコンの導電形はＮ形シリコン単結晶面にＰ
形拡散形ストレンゲージを形成しても良いし、またＰ形
シリコンにＮ形拡散層のストレンゲージを形成しても良
い。
【００１２】なお、ストレンゲージの配置は高感度で、
かつ他の二方向分力に対し理論的に影響を受けぬ場所に
設けられているので８個のゲージ抵抗値の不均一補償、
温度補償により高精度な三次元圧力分布の測定が可能で
ある。
かつ他の二方向分力に対し理論的に影響を受けぬ場所に
設けられているので８個のゲージ抵抗値の不均一補償、
温度補償により高精度な三次元圧力分布の測定が可能で
ある。
【００１３】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明は上記の構
成を採用した結果、力の３分力を、３分力間の干渉を減
少せしめて検出可能となるので、ロボットハンド等のハ
ンドに装着して、加わる力を３次元的に検出するのに好
適である。
成を採用した結果、力の３分力を、３分力間の干渉を減
少せしめて検出可能となるので、ロボットハンド等のハ
ンドに装着して、加わる力を３次元的に検出するのに好
適である。
【図１】本発明の一実施例である圧覚センサの斜視図
【図２】第１図の圧覚センサのストレンゲージの結線状
態を示す回路図
態を示す回路図
【図３】従来の圧覚センサの斜視図
１ 金属性八角リング ７ 受圧構造体 ８ 受圧面 １３ ストレンゲージ形成面 ３０ 支持体 ３１ 支持面 ４０ 出力端子 １０１ ストレンゲージ（抵抗素子領域） １０２ ストレンゲージ（抵抗素子領域） １０３ ストレンゲージ（抵抗素子領域） １０４ ストレンゲージ（抵抗素子領域） １１１ ストレンゲージ（抵抗素子領域） １１２ ストレンゲージ（抵抗素子領域） １１３ ストレンゲージ（抵抗素子領域） １１４ ストレンゲージ（抵抗素子領域） １２１ ストレンゲージ（抵抗素子領域） １２２ ストレンゲージ（抵抗素子領域） １２３ ストレンゲージ（抵抗素子領域） １２４ ストレンゲージ（抵抗素子領域）
Claims (1)
- 【請求項１】一導電形の半導体よりなる受圧構造体の受
圧面に垂直な面に他導電形の抵抗素子領域が形成され、
各抵抗素子領域の抵抗値の変化により受圧面に印加され
た力の３分力を検出する圧覚センサであって、前記受圧
構造体がリング状の形状を有することを特徴とする圧覚
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5142407A JPH0793445B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 圧覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5142407A JPH0793445B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 圧覚センサ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59007678A Division JPS60152073A (ja) | 1984-01-19 | 1984-01-19 | 圧覚センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0645616A JPH0645616A (ja) | 1994-02-18 |
| JPH0793445B2 true JPH0793445B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=15314627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5142407A Expired - Lifetime JPH0793445B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 圧覚センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0793445B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6823744B2 (en) * | 2002-01-11 | 2004-11-30 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Six-axis force sensor |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60152073A (ja) * | 1984-01-19 | 1985-08-10 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 圧覚センサ |
-
1993
- 1993-06-15 JP JP5142407A patent/JPH0793445B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60152073A (ja) * | 1984-01-19 | 1985-08-10 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 圧覚センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0645616A (ja) | 1994-02-18 |
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