JPS5879126A - 圧覚センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、例えばロボットの手として用いるメカニカ
ルハンドの圧覚機能用として好適な圧覚センサに関する
。

例えば、近年物体をハンドリングする機能を有する人間
の手に相当するメカニカルハンドの開発が盛んである。

ところで、このようなメカニカルハンドにおいては、例
えば複数の圧覚検出部を有する圧覚センサを備えて、ハ
ンドに加わる力の分布やハンドの物体に対する把持姿勢
を検知している。

ところが、従来のこの種のセンサにおける各圧力検出部
にあっては、夫々バネ付勢したビンの進退量を検知する
構造のものが多く、構造が複雑なばかりかセンサの小型
化が難しいなどの問題があった。

また、センサの各圧覚検出部の検出信号を取り出すのに
、各圧覚検出部から夫々信号線を引き出していたため、
圧覚検出部の数だけ信号線が必要Ｗなり、圧覚検出部の
数が多くなると配線処理が複雑になる欠点があった。

この発明は、」−記の点に鑑みてなされたものであり、
構造が簡単で小型化が計れ、しかも信号線の数が従来よ
り少ない圧覚センサを提供することを目的とする。

そのため、この発明による圧覚センサにあっては、感圧
導電ゴムを利用してｎｘｍのマトリクス状の圧覚検出部
（接点パターンと共通接点パターンとによって挾まれた
感圧導電ゴムに相当する）を構成して、小型化を計ると
共に、それ等の圧覚検出部とダイオードによってダイオ
ードマトリクス回路を形成して、外部に引き出す信号線
の数をｎｘｍからｎ＋ｍに減少させている。

以下、この発明の実施例を添付図面を参照して説明する
。

第１図及び第２図は、夫々この発明の一実施例を示す一
部簡略断面図及び平面図である。

両図において、容器状のハウジング１は、その底面に９
個の円形開口部１ａを、内部に段部１ｂを夫々鳴してい
る。

プリント基板２は、第６，４図に示すように２７個のス
ルーホール２ａを有しており、表面２１）が円形開口部
１ａ側に向くようにハウジング１内の段部１１）で接着
固定されている。

このフリント基板２の表面２ｂには、第６図に示すよう
に３Ｘ３のマ）　ＩＪクス状に配置した計９個の接点パ
ターン６と、アースライン４ａ〜４ｃ及び信号ライン５
ａ〜５ｃとを夫々設けである。

但し、エツジ端子部４　ａ＋　〜４　Ｃ１，５；Ｂ　〜
５　ｃ＋を除くアースライン４ａ〜４Ｃ，＆び信号ライ
ン５ａ〜５ｃＪ−には、図示しない絶縁被膜を被せて９
個の接点パターン６のみが表面２ｂに露出するようにし
である。

プリント基板２の裏面２ｃには、第４図に示すようにス
ルーホール２ａを介して表面２１〕の９個の接点パター
ン６と電気的に接続されている（第５図）９個のパター
ン６ａと、スルーホール２ａを介して表面２ｂのアース
ライン４３〜４ｃと電気的に接続されているパターン６
１〕との間に夫々半田付によって接続した９個の抵抗Ｒ
，ｌ−Ｒ，９と、アノードを９個の各パターン６ａに半
田付によって接続すると共に、カソードをスルーホール
２ａを介して表面’ｌ　ｂの信号線５８〜５Ｃと電気的
に接続されているパターン６Ｃに半田付によって接続し
たダイオードＤ１〜Ｄ９とを設けである。

したがって、ダイオードＤＩ〜Ｄ９のカソードは、夫々
信号ライン５３〜５Ｃによって３×３のマトリクスの列
毎に共通接続されていることになる。

第１図に戻って、プリント基板２の表面２ｂには、加圧
力に応じて抵抗値が変化する感圧導電ゴム７と、第６図
に示すようにプリント基板２の表面２１）の３×３の７
トリクス状に配置した接点ノ々ターン３における各行毎
の３個の接点ノζクーン６と夫々対向する３個の共通接
点パターン８３〜８Ｃヲ有スるフレキシブルプリント基
板８とを順に積層しである。

なお、フレキシブルプリント基板８のエツジ部には、第
６図に示すように共通接点）Ｚターン８ａ。

８ｂ、８Ｃに夫々電気的に継がるエツジ端子部８ａｌ。

８　ｂｓ　ｔ　８　Ｃ１を設けてあろうそして、第１図
において、９は被加圧部材としてのピンボタンであり、
上層のフレキシブルプリント基板８上に設けた例えばゴ
ム材からなる圧力媒体１０によってプリント基板２の表
面２１）の３×３のマトリクス状に配置した接点パター
ン乙に対向する・・ウジング１の９個の円形開口部１ａ
′ｂ・らビン部９ａの一部が外部に覗（ようにしである
。

以−Ｊ二のように構成した圧覚センサ１１を等何回路で
示すと第７図開示すようになる。

なお、第７図においてｒ１〜ｒ９は夫々プリント基板２
上の接点パターン３とフレキシブルプリント基板８上の
共通接点パターン８ａ、　　８ｂ、　　８ｃとによって
挾まれた部分の感圧導電ゴム７の抵抗値であり、各ピン
ボタン９が外部から押された時の押され方に応じて抵抗
値が変化する。また、アースライン４ａ〜４Ｃに継がる
エツジ端子部４ａ＋〜４ｃｒは任意のアースに接地しで
ある。

以下、第７図を参照して圧覚センサ１１の信号処理回路
−例を説明する。

同図ニおいて、マイクロコンピュータ（以下［マイコン
１ど略称する）１２の出カポ−）ＰＩ〜Ｐ３には、セン
サドライバ１６を介して圧覚センサ１１のエツジ端子部
８ａ１〜８ｃ１（第６図）が接続されており、出力ポー
トＰＩ−Ｐ３から出力される指令信号ｄ１〜ｄ３のタイ
ミングでセンサドライバ１３から出力されるセンサ駆動
信号・電圧信号）　ＳＶＩ　−８ｖｓ　（第８図（イ）
〜ｅ・））によってセンサ各部が作動する。

センサ駆動信号ＳＶ１〜Ｓｖ３が順に入力される毎に、
圧覚センサ１１のエツジ端子部５ａ１〜５Ｃ１（第６図
）に現われる感圧導電ゴム７における前記各部の抵抗値
ｒ１〜ｒ９に応じたアナログ信号ｖ１〜ｖ３は、比較器
１４〜１６においてマイコン１２の出力ポートＰ４から
出力されるリセット信号Ｒ１（第８図（ニ））によって
リセットされ、出力ポートＰ５から出力されるクロック
信号ＣＫ　（第８図（１）））をカウントするカウンタ
１７のカウント値ｎを順次Ｄ／Ａ変換器１８によってア
ナログ信号に変換して得られるステップ状に漸増する基
準信号Ｖｒｅｆと比較される。

比較器１４〜１６の比較結果Ｔ　Ｉ〜Ｔ　３１ｔ−１ｖ
１゜Ｖ２．　Ｖ３　（Ｖｒｅｆ　　の時゛ゝ０″、Ｖｌ
、　Ｖ　２．　ｖ３≧Ｖｒｅｆの時ゞ〕“であり、夫々
波形整形回路としてのシュミットトリガバッファ１９〜
２１を介してラッチ回路２２に入力され、前述のクロッ
ク信−１ｉ　ＣＫのタイミングで順次ランチされる。

そして、クロック信号ＣＫのタイミングでラッチ回路２
２にラッチされた比較結果Ｔ１〜ｌＰ３は夫々ラッチデ
ータ１１〜ｔ３としてマイコン１２０入カポートＱ１〜
Ｑ３に入力され、マイコン１２内のＲＡ、Ｍに次々に記
憶される。

なお、カウンタ１７は、クロック信号ＣＫをカウントし
てオーバーフローすると、オーバーフロー信号ＯＦ（第
８図（５））をマイコン１２の入力ボートＱ４に出力し
て、マイコン１２に１回毎の基準電圧Ｖ　ｒｅｆ　の形
成終了を知らせている。

このようにすれば、圧覚センサ１１のエツジ端子部８ａ
ｌ〜８ｃｌに、センサ、駆動信号Ｓ■１〜Ｓｖ３が順に
入力されて、クロック信号ＣＫのタイミング毎にマイコ
ン１２内のＲＡＭに格納されるラッチデータ１１〜ｔ３
は、例えば次表のようになる。

なお、次表において１．ｒはＤ／Ａ変換器１８のからＯ
″に変化した時の基準電圧Ｖｒｅｆ　の電圧レベルを知
ることによって、そのラッチデータに対応する圧覚セン
サ１１のピンボタン９に加わっている力を知ることがで
き、又各基準電圧レベルＸ〜ｎｘに対応する各ラッチデ
ータを次表の抵抗値ｒ１〜ｒ９毎に論理和を取ることに
よって圧覚センサ１１の９個のピンボタン９の何れに力
が加わっているかを知ることができる。

表 Ｖｒｃｆの　ｔ＋　　ｔ２’Ｌ３１１　　ｔ２ｔａ　　
ｉｔ　　ｔ２ｔｓ’　　ｒｌ）　ｒ４　（ｒ７　　ｒ２
　　ｒ５）　ｒ８　　ｒ３）　ｒ６）　ｒｌ）ｘ　　　
０００１１０１１０ ２ｘ　　　ＯＯＯｉ　　　１　　０　　１　　１　　０
３、ｚ＋０００１１０１１０ ４ｘ　　　Ｏ００］、　　　１．　　０　　１　　１　
　０５ｘＯＯＯ１１，０１１０ ６、ｚＯＱＯＯｌｏｏｌｏ ７、ｒＯＯＯＯｌｏｏｌｏ Ｂ、ｒＯＯＯＯｏｏｏｏｏ すなわち、表のデータを例に取って見ると、抵抗値ｒ２
，１”３に対応する圧覚センサ１１のピンボタン？（マ
トリクスで（１，２）（１，３）のピンボタン）Ｋ電圧
レベル５ｘに相当する力が加わっていることが分り、又
抵抗値ｒ５．　ｒ６　　に対応する圧覚センサ１１のピ
ンボタン９（７トリクスで（２，２）（２，３）のピン
ボタン）に電圧レベル７ｘに相当する力が加わっている
ことが分る。

また、抵抗値ｒ２．ｒ３．　ｒ５．　ｒ６に対応する圧
覚センサ１１のピンボタン９（マ（・リクスで（１，２
）（］、３）（２，２）、（２，３）のピンボタン）に
のみ力が加わっていることが分る。

なお、上記のように構成した圧覚センサ１１をメカニカ
ルハンドに実際に取り伺ける場合、第９図に示すように
メカニカル・・ンド２３のフィンガの把持面に取り付け
ろものとする。

また、上記実施例の変更例として考えられるものを掲げ
ると次のようになる。

（イ）感圧導電ゴム７０弾性度が充分であるなら、圧力
媒体１０全省略できる。

（ロ）抵抗Ｔ（，１〜Ｒ，Ｑを省略して抵抗値ｒ１〜ｒ
９に応じた電圧を直接ダイオードＤ１〜Ｄ９を介して比
較器１４〜１６に入力するようにしても良い。

（ハ）　３×３のマトリクスに限らず、ｌ０ＸＩ０゜２
０Ｘ２０．２０Ｘ３０．等に任意に変更できる。

（ニ）圧覚センサ１１のエツジ端子部５ａ＋〜５ｃｔＫ
現われるアナログ信号Ｖ１〜ｖ３をマルチプレクサで選
択しながら、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換
してマイコン１２に入力するようにしても良い。

０二）各列毎の抵抗値ｒ１〜ｒ３．　ｒ４〜ｒ６．　ｒ
７〜ｒ９に夫々センサ駆動信号を入力すると共に、各行
毎のダイオード（Ｄｉ、　Ｄ４．　Ｄ７）（Ｄ２．　Ｉ
）５．　ＤＢ）（ＤＢ、Ｄ６．ＤＱ）の各カソードを共
通接続して、その共通接続線からアナログ信号■１〜■
３を出力するようにしても良い。

以−に述べたように、この発明による圧覚センサにあっ
ては、構造が簡単で小型化が削れ、しかも信号線の数が
圧覚検出部の数の割には少ないので、配線処理が容易に
なり、ロボットにおけるメカニカル・・ンドの圧覚機能
用として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示ず一部簡略断面図、 第２図は、同じくその平面図、 第６図は、第１図におけるプリント基板の平面図、第４
図は、同じ（その裏面図、 第５図は、同じくその部分断面図、 第６図は、第１図におけるフレキシブルプリント基板の
平面図、 第７図は、圧覚センサの等価回路を信号処理回路と共に
示す回路図、 第８図（イ）〜（へ）は、夫々第７図の動作説明に供す
るタイミングチャート、 第９図は、メカニカルハンドに圧覚センサを取り伺げた
状態を示す平面図、 ２・・・・プリント基板　　６・・・・・接点パターン
７・・・・・・感圧導電ゴム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １一方の面にｎＸｍのマトリクス状に配置した接点パタ
   ーンを有し、他方の面にアノード全前記各接点ハターン
   に接続すると共にカソードｉｆｉＸｍのマトリクスの行
   又は列毎に共通接続したダイオードを設けたプリント基
   板と、加圧力に応じて抵抗値が変化する感圧導電ゴムと
   、前記プリント基板上のｎＸｍ個の接点パターンの行又
   は列毎の各接点パターンに夫々対向するｎ又はｍ個の共
   通接点パターンを有するフレキシブルプリント基板とを
   順に積層すると共に、前記プリント基板上のｎＸｒｎ個
   の接点パターンに夫々対応する上層のフレキシブルプリ
   ント基板上にｎＸｍ個の被加圧部材全配置したことを特
   徴とする圧覚センサ。