JPS60120229A - 触・圧覚センサ - Google Patents
触・圧覚センサInfo
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- JPS60120229A JPS60120229A JP22795083A JP22795083A JPS60120229A JP S60120229 A JPS60120229 A JP S60120229A JP 22795083 A JP22795083 A JP 22795083A JP 22795083 A JP22795083 A JP 22795083A JP S60120229 A JPS60120229 A JP S60120229A
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- JP
- Japan
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- transparent plate
- sheet
- pressure sensor
- light
- tactile
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 2
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
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- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/247—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet using distributed sensing elements, e.g. microcapsules
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、触・圧覚センサに関し、特に分布型触・圧覚
センサ関するものである。
センサ関するものである。
近年、人間には危険または困難な作業を、人間に替わっ
て遂行し得る種々の機能を有1−るロボットが開発され
、これに伴って感覚センサも各種のものが開発されてい
る。
て遂行し得る種々の機能を有1−るロボットが開発され
、これに伴って感覚センサも各種のものが開発されてい
る。
触・圧覚センサは、ロボットハンドの把持面を正確に位
置決めしたり、触覚的に把持物体の形状を認識したり、
あるいは接触面の変化から把持物体のすへりを検出した
りするのに必要不可欠であり、従来から開発努力がなさ
れているが、従来の触・圧覚センサには、機械的スイッ
チを用いるものや、導電ゴム等の抵抗変化を利用するも
の等があるが、これらは、一般に高密度配置ができない
ために分解能が低かったり、あるいは、高密度配置が可
能な場合でも、触・圧覚センサとしての前記機能を発揮
するために充分な広さの検出面を確保できないという問
題があり、これら問題点の解決が望まれている。
置決めしたり、触覚的に把持物体の形状を認識したり、
あるいは接触面の変化から把持物体のすへりを検出した
りするのに必要不可欠であり、従来から開発努力がなさ
れているが、従来の触・圧覚センサには、機械的スイッ
チを用いるものや、導電ゴム等の抵抗変化を利用するも
の等があるが、これらは、一般に高密度配置ができない
ために分解能が低かったり、あるいは、高密度配置が可
能な場合でも、触・圧覚センサとしての前記機能を発揮
するために充分な広さの検出面を確保できないという問
題があり、これら問題点の解決が望まれている。
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、分解能が高くロボットハンドへの装着を可能とする
コンパクトな構成であり、しかも機能発揮のために充分
な広さの検出面を確保できる、高密度分布型触・圧覚セ
ンサを提供することを目的としている。
て、分解能が高くロボットハンドへの装着を可能とする
コンパクトな構成であり、しかも機能発揮のために充分
な広さの検出面を確保できる、高密度分布型触・圧覚セ
ンサを提供することを目的としている。
この目的に対応して、この発明の触・圧覚センサは透明
板の一方の面に沿って可撓性を有する材料からなるシー
トを配設し、前記透明板の他方の面に沿って光電変換素
子群を一様かつ高密度に配設し、かつ前記透明板に側面
から光を入射させ得る光照射装置を備えることを特徴と
している。
板の一方の面に沿って可撓性を有する材料からなるシー
トを配設し、前記透明板の他方の面に沿って光電変換素
子群を一様かつ高密度に配設し、かつ前記透明板に側面
から光を入射させ得る光照射装置を備えることを特徴と
している。
以下、この発明の詳細を、一実施例を示す図面について
説明する。
説明する。
第1図、第2図及び第3図において、1は触・圧覚セン
サである。触・圧覚センサ1はガラスやアクリル等でな
る直方体の透明板2を備えている。
サである。触・圧覚センサ1はガラスやアクリル等でな
る直方体の透明板2を備えている。
透明板2の一方の面3には、例えば白色のシリコンゴム
のような、可撓性を有する材料からなり、かつ光をよく
反射し得るシート4が接しており、シート4の百3と接
する側の面には、一様に細かいピッチで分子fiする凹
凸からなる凹凸面5が形成されており、その凸部5aの
先端点において透明板2の而3と接している。凹凸の形
状としては例えば円錐形等を用いることができる。
のような、可撓性を有する材料からなり、かつ光をよく
反射し得るシート4が接しており、シート4の百3と接
する側の面には、一様に細かいピッチで分子fiする凹
凸からなる凹凸面5が形成されており、その凸部5aの
先端点において透明板2の而3と接している。凹凸の形
状としては例えば円錐形等を用いることができる。
透明板2の面3と平行な面6に対向する位置には、面6
と接触しない距離をおいて、一様かつ高密度にフォトト
ランジスタ等の光電変換素子7の群が配設されており、
これら光電変換素子群はハウジング9に収納されている
。
と接触しない距離をおいて、一様かつ高密度にフォトト
ランジスタ等の光電変換素子7の群が配設されており、
これら光電変換素子群はハウジング9に収納されている
。
透明板2の1つの側端面8には多数のオプティカルガイ
ド11の末端が1列に密に配列され、各オプティカルガ
イド11は光源(図示せず)につながっており、透明板
の中に光を照射し得る。
ド11の末端が1列に密に配列され、各オプティカルガ
イド11は光源(図示せず)につながっており、透明板
の中に光を照射し得る。
透明板2の側端面8に対向するもう一端の側端面12を
覆って、平面鏡13が取り付けられており、透明板2の
側端面8上の各オプティカルガイド11の末端から照射
された光をまた側端面8に向かって反射させ得る。
覆って、平面鏡13が取り付けられており、透明板2の
側端面8上の各オプティカルガイド11の末端から照射
された光をまた側端面8に向かって反射させ得る。
光電変換素子7は、例えば3mmのピッチで縦横に並ん
でいる。一方、透明板2の面6の大きさは例えば50+
u+x 100FIIlであり、従って、光電変換素子
7は例えば全部で16X30個が16行30列に配列さ
れている。
でいる。一方、透明板2の面6の大きさは例えば50+
u+x 100FIIlであり、従って、光電変換素子
7は例えば全部で16X30個が16行30列に配列さ
れている。
各列16個ずつの光電変換素子7は1列分ずつ、16チ
ヤンネルのマルチプレクサ14(第4図)につながれ、
30列に対応する30個のマルチプレクサがそれぞれ1
つずつの異なるAD変換器15につなげられ、列毎に各
光電変換素子7からの電気出力をデジタルデータに変換
し、30個のAD変換器15はすべてコンピュータ16
につながっていて、各列毎のデジタルデータをコンピュ
ータ16に送り、コンピュータ16は各マルチプレクサ
14につながっており、各マルチプレクサ14に電気信
号を送って各列毎にデータを処理するように構成されて
いる。
ヤンネルのマルチプレクサ14(第4図)につながれ、
30列に対応する30個のマルチプレクサがそれぞれ1
つずつの異なるAD変換器15につなげられ、列毎に各
光電変換素子7からの電気出力をデジタルデータに変換
し、30個のAD変換器15はすべてコンピュータ16
につながっていて、各列毎のデジタルデータをコンピュ
ータ16に送り、コンピュータ16は各マルチプレクサ
14につながっており、各マルチプレクサ14に電気信
号を送って各列毎にデータを処理するように構成されて
いる。
またデータの読出しは第5図のよりにすれば、結線を少
なくすることができる。この回路はフォトトランジスタ
をマトリクス状に結線し、それぞれへの供給電圧をアナ
ログスイッチで切換えることにより、各列単位でフォト
トランジスタを駆動し、さらに、その出力をアナログス
イッチで選択することにより、シリアルに列中の個々の
フォトトランジスタの出力を読出すものである。例えば
図中のアナログスイッチaをONにし、伯をOFFの状
態にすると、(1,1>、(2,2)・・・(n、1)
の列のフォトトランジスタにのみ電源が供給され、それ
らの出力電流が負荷抵抗ROに流れる。一方、行セレク
ト信号により、例えばアナログスイッチbをONにする
と、フォトトランジスタ(1,1)の出力が演棹増幅器
Cに送られ、さらにAD変換器へと転送される。行セレ
クト信号を遂次切換えていけば、同様にして、1列目の
各フォトトランジスタの出力を読み出すことができる。
なくすることができる。この回路はフォトトランジスタ
をマトリクス状に結線し、それぞれへの供給電圧をアナ
ログスイッチで切換えることにより、各列単位でフォト
トランジスタを駆動し、さらに、その出力をアナログス
イッチで選択することにより、シリアルに列中の個々の
フォトトランジスタの出力を読出すものである。例えば
図中のアナログスイッチaをONにし、伯をOFFの状
態にすると、(1,1>、(2,2)・・・(n、1)
の列のフォトトランジスタにのみ電源が供給され、それ
らの出力電流が負荷抵抗ROに流れる。一方、行セレク
ト信号により、例えばアナログスイッチbをONにする
と、フォトトランジスタ(1,1)の出力が演棹増幅器
Cに送られ、さらにAD変換器へと転送される。行セレ
クト信号を遂次切換えていけば、同様にして、1列目の
各フォトトランジスタの出力を読み出すことができる。
1列すべて読出しが終了した後、列セレクト信号を切換
えて、2列目のアナログスイッチa+1をONにし、以
下1列目の手順をくり返ぜば、各フォトトランジスタ出
力を読みだすことができる。
えて、2列目のアナログスイッチa+1をONにし、以
下1列目の手順をくり返ぜば、各フォトトランジスタ出
力を読みだすことができる。
このように構成された触・圧覚センサ1において、オプ
ティカルガイド11から透明板2の中に光が照射されて
いる時に、第3図に示す如くシート4の外面からシート
4に垂直なノJFがかかると、シート4が弾性前影を起
こし、シート4の凹凸面5が押し潰されて変形するが、
弱く押されている箇所では凸部5aの先端近傍だ(プが
透明板2の而3に接し、強く押されている箇所では、そ
の力の強さに応じて凹部の一部あるいは全部が面3に接
した状態となる。
ティカルガイド11から透明板2の中に光が照射されて
いる時に、第3図に示す如くシート4の外面からシート
4に垂直なノJFがかかると、シート4が弾性前影を起
こし、シート4の凹凸面5が押し潰されて変形するが、
弱く押されている箇所では凸部5aの先端近傍だ(プが
透明板2の而3に接し、強く押されている箇所では、そ
の力の強さに応じて凹部の一部あるいは全部が面3に接
した状態となる。
一方、光学上、透明板の中をある臨界角以下の入射角で
、透明板の表面に向かって進行する光は、透明板の表面
が空気に接している場合には殆ど全反射してまた透明板
の中に戻るが、透明板の表面がこの実施例におけるシー
トのような物質に接している場合には、透明板の表面を
透過し、またその物質にその光が反射された場合は、そ
の反射光は再び透明板の表面を透過して透明板の中に戻
るという性質を有する。
、透明板の表面に向かって進行する光は、透明板の表面
が空気に接している場合には殆ど全反射してまた透明板
の中に戻るが、透明板の表面がこの実施例におけるシー
トのような物質に接している場合には、透明板の表面を
透過し、またその物質にその光が反射された場合は、そ
の反射光は再び透明板の表面を透過して透明板の中に戻
るという性質を有する。
さて、力Fによってシート4が押付警ブられている箇所
以外では透明板2の而3は、シート4の凹凸面の凹部に
入っている空気に接しており、オプティカルガイド11
から透明板2の中に照射された光は、おおむね前記臨界
角以下の入射角で透明板2の面3に向かって進行するの
で、面3において殆ど全反射してまた透明板の中に戻り
、透明板2の他方の面6に向かうが、面6は空気と接し
【いるので面6においても光は殆ど全反射して透明板2
の外に出ることなく進み側面12に取付けられた平面1
113で反射されて、また透明板2の中に戻される。
以外では透明板2の而3は、シート4の凹凸面の凹部に
入っている空気に接しており、オプティカルガイド11
から透明板2の中に照射された光は、おおむね前記臨界
角以下の入射角で透明板2の面3に向かって進行するの
で、面3において殆ど全反射してまた透明板の中に戻り
、透明板2の他方の面6に向かうが、面6は空気と接し
【いるので面6においても光は殆ど全反射して透明板2
の外に出ることなく進み側面12に取付けられた平面1
113で反射されて、また透明板2の中に戻される。
シート4が押付けられている箇所では、透明板2の百3
に達した光は面3を透過して白いシリコンゴム等のシー
トの表面で反射して再び、面3を透過し、透明板2の中
に入る。
に達した光は面3を透過して白いシリコンゴム等のシー
トの表面で反射して再び、面3を透過し、透明板2の中
に入る。
この時のシートの表面における反射はシートの材質上、
乱反射となるので、反射角は入射角と必ずしも一致せず
、面3と垂直に近いものも出て、これら面3と垂直に近
い光は而3を透過し、垂直に近い入射角で面6に達する
ので、前記臨界角以上となり面6をも透過して、面6に
対向して一様かつ高密度に配設された光電変換素子7の
中の力Fで押された箇所に対向する位置にあるものに達
する。乱反射した光のうち面3となす角の小さいものは
面6で反射し他の光と共に透明板の中に進む。
乱反射となるので、反射角は入射角と必ずしも一致せず
、面3と垂直に近いものも出て、これら面3と垂直に近
い光は而3を透過し、垂直に近い入射角で面6に達する
ので、前記臨界角以上となり面6をも透過して、面6に
対向して一様かつ高密度に配設された光電変換素子7の
中の力Fで押された箇所に対向する位置にあるものに達
する。乱反射した光のうち面3となす角の小さいものは
面6で反射し他の光と共に透明板の中に進む。
シート4を押す力Fによって強く押されている部分はど
シート材が面3と接する面積が大きくなり、従ってその
位置に対応づる位置にある光電変換素子7に達する先山
も多く、光電変換素子7による電気出力も大きくなる。
シート材が面3と接する面積が大きくなり、従ってその
位置に対応づる位置にある光電変換素子7に達する先山
も多く、光電変換素子7による電気出力も大きくなる。
これらの光電変換素子7がらの電気出力は列毎にマルチ
プレクサ14に入り、AD変換器15で電気出力の大き
さに応じた大きさのデジタルデータに変換され、コンピ
ュータ16によって処理され、力Fによるシート4への
圧力分布が検出される。即ら、シート4への圧力の位置
と大きさとの分t5を検出することが出来、どんな形状
のものがどの位の強さでシートを押しているかを識別す
ることができる。
プレクサ14に入り、AD変換器15で電気出力の大き
さに応じた大きさのデジタルデータに変換され、コンピ
ュータ16によって処理され、力Fによるシート4への
圧力分布が検出される。即ら、シート4への圧力の位置
と大きさとの分t5を検出することが出来、どんな形状
のものがどの位の強さでシートを押しているかを識別す
ることができる。
このときの圧力分布を、コンピュータ16からモニタテ
レビ(図示せず)に映像として送ることもできる。
レビ(図示せず)に映像として送ることもできる。
このように構成5された触・圧覚センサ1をロボットハ
ンドの手先に装着するときは、例えば第6図に示すよう
に、ロボットハンド17の把持面にシート4を対応させ
、オプティカルガイド11をロボットハンドの手首側に
対応させるようにして、ロボットハンド17に埋め込む
。
ンドの手先に装着するときは、例えば第6図に示すよう
に、ロボットハンド17の把持面にシート4を対応させ
、オプティカルガイド11をロボットハンドの手首側に
対応させるようにして、ロボットハンド17に埋め込む
。
他の実施例として、シート4を押す力の位置の分布だけ
を検出して、シート4に触れている物体の位置や形だけ
を知りたい場合には、AD変換器15の代りに、コンパ
レータとすることができる。
を検出して、シート4に触れている物体の位置や形だけ
を知りたい場合には、AD変換器15の代りに、コンパ
レータとすることができる。
この場合、光電変換素子7から発せられた電気出力は、
マルチプレクサ14を介してコンパレータ(図示せず)
に入り、ある出力レベル以上と以下とに2値化されてコ
ンピュータ16に入り、前記あるレベル以上の圧力の位
置の分布が検出される。
マルチプレクサ14を介してコンパレータ(図示せず)
に入り、ある出力レベル以上と以下とに2値化されてコ
ンピュータ16に入り、前記あるレベル以上の圧力の位
置の分布が検出される。
[実験例]
シート4の凹凸の形状が頂角118°の円錐形でピッチ
が5mmである触・圧覚センサに金属製のリングを押付
けたところ、モニタテレビ上に第7図に示す明瞭なコン
トラストのついた、圧力分布のパターンを得た。
が5mmである触・圧覚センサに金属製のリングを押付
けたところ、モニタテレビ上に第7図に示す明瞭なコン
トラストのついた、圧力分布のパターンを得た。
以上の説明から明らかな通り、この発明によれば分解能
が高く、ロボットハンドへの装着を可能とするコンパク
トな構成で、かつ機能発揮のために充分な広さの検出面
を確保できる高密度分布型触・圧覚センサを得ることが
できる。
が高く、ロボットハンドへの装着を可能とするコンパク
トな構成で、かつ機能発揮のために充分な広さの検出面
を確保できる高密度分布型触・圧覚センサを得ることが
できる。
第1図はこの発明の一実施例に係わる触・圧覚センサの
構成を示す斜視説明図、第2図はロボットハンドに装着
された触・圧覚センサの縦断面説明図、第3図は第2図
の触・圧覚センサに圧力が加わった状態を示す説明図、
第屯図はデータ読み出し機構の構成説明図、第5図は結
線を少なくできるデータ読出し回路図例、第6図は触・
圧覚センサを装着したロボットハンドを示す斜視説明図
、及び第7図は実験例でモニタテレビ上に得られた圧り
分布パターンである。 1・・・触・圧覚センサ 2・・・透明板 4・・・シ
ート 5・・・凹凸面 5a・・・凸部 7・・・光電
変換素子 11・・・オプティカルガイド 13・・・
平面R14・・・マルチプレクサ 15・・・AD変換
器 16・・・コンピュータ 17・・・ロボットハン
ド 第1図 第2図 第3図 第4図 4 ■ 第7図
構成を示す斜視説明図、第2図はロボットハンドに装着
された触・圧覚センサの縦断面説明図、第3図は第2図
の触・圧覚センサに圧力が加わった状態を示す説明図、
第屯図はデータ読み出し機構の構成説明図、第5図は結
線を少なくできるデータ読出し回路図例、第6図は触・
圧覚センサを装着したロボットハンドを示す斜視説明図
、及び第7図は実験例でモニタテレビ上に得られた圧り
分布パターンである。 1・・・触・圧覚センサ 2・・・透明板 4・・・シ
ート 5・・・凹凸面 5a・・・凸部 7・・・光電
変換素子 11・・・オプティカルガイド 13・・・
平面R14・・・マルチプレクサ 15・・・AD変換
器 16・・・コンピュータ 17・・・ロボットハン
ド 第1図 第2図 第3図 第4図 4 ■ 第7図
Claims (1)
- 透明板の一方の面に沿って可撓性を有する材料からなる
シートを配設い前記透明板の他方の面に沿って光電変換
素子群を一様かつ高密度に配設し、かつ前記透明板に側
面から光を入射させ得る光照射装置を備えることを特徴
とする触・圧覚センサ
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22795083A JPH063404B2 (ja) | 1983-12-02 | 1983-12-02 | 触・圧覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22795083A JPH063404B2 (ja) | 1983-12-02 | 1983-12-02 | 触・圧覚センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60120229A true JPS60120229A (ja) | 1985-06-27 |
JPH063404B2 JPH063404B2 (ja) | 1994-01-12 |
Family
ID=16868808
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22795083A Expired - Lifetime JPH063404B2 (ja) | 1983-12-02 | 1983-12-02 | 触・圧覚センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH063404B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2604783A1 (fr) * | 1986-10-02 | 1988-04-08 | Creati 84 | Dispositif pour l'analyse du champ de force d'appui d'un corps sur une surface de support |
JPH01276034A (ja) * | 1988-04-27 | 1989-11-06 | Sony Corp | 微小圧力分布検出器 |
WO1994015187A1 (de) * | 1992-12-23 | 1994-07-07 | Daimler Benz Ag | Tastsensoranordnung |
WO2010017994A1 (de) * | 2008-08-15 | 2010-02-18 | Universität Paderborn | Optischer tastsensor |
US9777619B2 (en) | 2012-01-20 | 2017-10-03 | Yanmar Co., Ltd. | Ship engine |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4503412B2 (ja) * | 2004-10-05 | 2010-07-14 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 触覚センサ及び触覚センサ装置 |
-
1983
- 1983-12-02 JP JP22795083A patent/JPH063404B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2604783A1 (fr) * | 1986-10-02 | 1988-04-08 | Creati 84 | Dispositif pour l'analyse du champ de force d'appui d'un corps sur une surface de support |
JPH01276034A (ja) * | 1988-04-27 | 1989-11-06 | Sony Corp | 微小圧力分布検出器 |
WO1994015187A1 (de) * | 1992-12-23 | 1994-07-07 | Daimler Benz Ag | Tastsensoranordnung |
WO2010017994A1 (de) * | 2008-08-15 | 2010-02-18 | Universität Paderborn | Optischer tastsensor |
US9777619B2 (en) | 2012-01-20 | 2017-10-03 | Yanmar Co., Ltd. | Ship engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH063404B2 (ja) | 1994-01-12 |
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