JPS60195431A - 複合触覚センサ - 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】 （技術分野） この発明は、接触覚と圧覚とを同時に検出可能な複合触
覚センサに関する。

（背景技術） 従来より、触覚センサとしてはマイクロスイッチをマト
リクス状に並べ、物体の接触によりバネが縮んで電気的
導通を切断あるいは接続する形式のものが知られている
。また圧覚センサとしては、感圧導電性ゴムを利用して
圧力を抵抗値の変化として検出するものや、コイルバネ
をマトリクス状に配して力の変化をコイルバネの変形量
として検出するものが提案されている。

しかしながら、コイルバネをマトリクス状に並べたもの
では素子感度を高めることは困難であり、感圧導電性ゴ
ムを利用したものでは不感域があり、かつ圧力に対する
抵抗変化が非直線的であるなどの欠点があった。また、
微小圧力に感じる接触覚センサと広い圧力範囲を検出す
る圧覚センサを同一素子で実現するのは困難であった。

（発明の目的） この発明の目的は、感度に優れた接触覚センサと検出圧
力範囲が広くかつ線形性に優れた圧覚センサの両機能を
もつ複合接触センサを提供することにある。

（発明の概要） この目的の達成を図るため、本発明においては、多数の
光源の光源配列を有する光Ｋ）基板と、これら光源の光
を通過させると共に眩光の通過領域の周囲に夫々配列し
た受光素ｒ−を有するセンサ基板と、反射膜を有する受
Ｌ（：部とを、この順序で、これら光源からの光がこの
反則膜で反ｑ１してこれら受光素ｒ−の方向に向うよう
に、配置した構成において、特に受圧部として断面積の
大きな多数の柱状突起部と、該突起部に比べ、断面積が
小さく、高さが僅かに高い多数の４１状突起部とを１重
行に林（ｒさせたゴＪ、状弾性体から成る柔軟部と、前
記の高さの高い方の本１状突起部１−面にて固着され、
その結果低い力の柱状突起部先端との間に隙まを生じる
ように配された反射膜とから成ることを特徴としている
。

（発明の構成および作用） 第１図はこの発明による複合接触センサの−・実施例の
構造を示す縦断面図（第２図におけるＡ−＾線断面図）
、及び第２図はこの実施例における受圧部の横断面図（
第１図におけるＢ−Ｂ線断面図）である。これら図にお
いて、１は光源基板であって、多数の光源２を例えばマ
トリックス状または他の所望のパターンに従って、この
基板１１−に配列するかまたは基板ｌ中に埋設して配列
する。３はこの光源基板１に対向配設されるセンサ基板
で、光源２から放射される光に対して透明であっても不
透明であっても良い、４はこのセンサ基板３１−にまた
はこの基＆３中に埋設して光源２と等ピッチで設けた受
光素子であって、これら受光素子−４は、この基板３が
透明である場合には光の通過（この場合には透過）領域
の周囲に、また不透１１の場合（図示する場合）には各
光源に夫々対向するようにしてセンサ基板３に設けた光
通過用の孔５の周囲に、夫々設ける。この場合、受光素
子４を任意の形状の受光素子とし、各光源に対しｊＩＪ
ｅ！のこれらの素子を設けることがｉｉ［能であるが、
巾−のリング状半導体受光素子とするのが好適である。

６は受圧部であり、これは柔軟部７と光反射膜８とで構
成されている。柔軟部７は、断面積が大なる多数の柱状
突起８１１９と該柱状突起１１１９に比べ断面積がきわ
だって小さく、高さが僅かに高い多数の柱状突起部ｌＯ
を右し、かつ前記受光素７−４と同一・ピッチで受光素
子の外径よりも大きな穴部１１を有した弾性対、例えば
シリコーンゴム等で出来ている。光反射膜８は前記した
高さが高い方の柱状突起部ｌＯの１−面にて接着等によ
り固定されている。またｌｉｔ記柔軟柔軟部けられた穴
部１１は光源２からの放射光１２を受光素子４に入射さ
ぜるためにあり、柔軟部材料として発光素子の光を透過
させるものを使用ずれば穴部１１は無くてもよい。

次に本発明による複合接触センサの動作について説明す
る。柔軟部７はゴム状弾性体でできており、時間的弾性
時Ｐ１の変化を無視すれば、柱状突起部に加わる力とそ
の変形績は概略フックの法則に従うと見なすことができ
る。

突起部ｌＯの断面積を８重、高さをｈｌ、突起部９の断
面積をＳ？、高さをｈ２としたとき、Ｓ　７　＞＞　Ｓ
　１．　ｈ　１　＞　ｈ　２なる関係とする。弾性体の
バネ定数は弾性体の弾面積に比例し、その長さに反比例
するため、突起部１０のバネ定数をにト突起部９のバネ
定数をに２とするとに？＞＞ｋｌとなるのは明らかであ
る。

受圧部に力が加えられた場合、初めのうちは細い突起部
ｌＯのみが変形し、更に力を増すとやがて太い突起部９
の−に面で反射膜が接し、この位置から変形の度合は低
下する。つまり、力Ｆと変形ｌｘとの関係は、ｈ、−ｈ
？＝Δｈとすると、Ｆ＝Ｊ　拳ｘ　、　ｘ≦Δｈの場合 Ｆ＝に、ａｘ＋に２　（ｘ−Δｈ）。

Ｘ〉Δｈの場合 となり、第３図に示す如く、Δｈを境に傾斜が変わる。

また光源２から出た放射光にはセンサ基板３の光通過領
域５を通り、光反射膜８で反射されて受光素子４に入射
し、ここで光電変換されて電気信号−となる、光反射膜
８と受光素子４との距離に対する受光素子４の出力信号
特性は第４図に示す通りである。図中、ｄｌは外部から
の力が加わらず反射膜の変位が無い場合の位置であり、
第１図矢印Ｎの方向からの外部力により細い突起部ｌＯ
が変形し、反射膜８が太い突起部９に接した位置がｄ２
、更に力が加わり細い突起部１０と」（に、太い突起部
９が変形した位ｌがｄ３である。

第３図、第４図より受圧部に圧力を加えていくにつれ、
受光未了出力は第５図に小才ようになる。第４図のｄ、
、ｄ、、ｄ、、の位置における受光素子の出力がＯｌ　
＋　０７　＋　０３である。

領域（Ａ）は接触覚領域であり、物体の接触による僅か
な圧力による受圧部変形の１■合が大きいため出力の傾
斜が急となっている。領域（ロ）は圧覚領域であり、加
圧力に応じて出力がゆるやかに増加していく。

受圧部として、第６図に示すように、柔軟部と反射膜を
一体に形成してもよい、ここで受圧部６′は光反射部８
′、断面積の大なる多数の柱状突起部９′、該突起部９
に比べ断面積がかなり小さく、長さが長い多数の柱状突
起部１０′を一体的に形成したシリコーンゴム等の弾性
体でできており、細い柱状突起部１０の下面で、センサ
基板３に固定されている。この実施例では、構成部品が
減る利点がある反面、受圧部全体の虫酸を細い突起部１
０′でささえる必要がある。

（発明の効果） 光反射方式センサ７の受圧部は、物体接触による僅かな
圧力に対して容易に圧縮される断面積が小さく高さの高
い柱状突起部と、更に物体からの圧力が加わった場合に
、圧力に応じて徐々に圧縮される断面積が大なる突起部
とを有しており、同一のセンサにおいて、物体の接触と
物体による圧力を面情報として検出できるので、これを
ロボットハンドの触覚センサ等に利用することができる
。

尚、受光素子から得られる信号なＡ／Ｄ変換器を経て中
央処理装置に供給し、そこで所望の処理を行えば、接触
物体の接触位とおよび形状の判断がｉｉ）能となり、ま
た圧力分布の検知により、ロボットハンドの把力制御な
ども１１「能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による複合接触センサの一実施例の縦
断面図、第２図１」この実施例における受圧部の横断面
図、第３図は柔軟部の圧縮方向の力に対する変形１．１
特性を示す図、第４図は第１図に示す実施例における光
反射膜と受光素子との距離に対する受光素子出力特性図
、第５図は外部力による圧力に対する受光素子出力特性
図、第６図は本発明の他の実施例の縦断面図である。 １−−一光源基扱、　２−ｍ−光源、 ３−ｍ−センタ基板、　４−ｍ−受光素ｒ、５−ｍ−光
通過用の孔、６一−−受圧部。 ７一−−柔軟部、　８−ｍ−光反射膜、９、１０−一一
打状突起部、　１１−ｍ−穴部、Ｎ−一一列部力。 ｄｌ　、ｄ２　＋　ｄ３−−一鉗離、 ０１　＋　０２　．０：ｌ−−一受光素ｒ−の出力。 葬、／閉 ２１１Ｄ 葬、３閏 本ｉ　図 基５国 鳥６図 手続補正書（自発） 昭和５９年６月１４日 特許庁長官　志　賀　学　殿 １、事件の表示 昭和５９年　特許願第５１０５４号 ２、発明の名称 複合触覚センサ ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　（０２９）沖電気工業株式会社４゜代理人 〒１０５ 住　所　東京都港区西新橋１丁目５番１２号タンパビル
　１話−１５８０−６５７Ｉｎ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄、及び図面の簡単な説明
の欄、並びに図面 ６、補正の内容 ＋１１　明細書第５頁第７行の「弾性対」を１弾性体」
と補正する。 （２）同第６頁第３行の「弾面積」を「断面積」と補正
する。 （３）同第７頁第１１行の［ｏ、、　０１！＋　Ｏ８Ｊ
を「θ０．θ２゜θ３」と補正する。 （４）　同第７頁第加行の「突起部９」を「突起部ｑ」
と補正する。 （５）　同第８頁第８行の「７」を削除する。 （６）同第９頁第６行ないし同頁第７行の１第１・・・
おける」を削除する。 （７）図面の第１図及び第２図を別紙のとおり補正する
。 以　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多数の光源を配した光源基板と、該光源の光を通過させ
   ると共に眩光の通過領域の近傍に夫々配列された受光素
   子を有するセンサノ、（板と、柔軟部と光反射膜とから
   なる受圧部とを順に積層し、前記光源からの光が前記光
   反射膜で反射され前記受光素子に入射するように配Ｆｔ
   シた構成において、前記受圧部は第１の断面積の小さな
   複数の柱状突起と、第２の、前記突起に比べ断面積が大
   きく高さの低い複数の柱状突起の配列を有する弾性体と
   、そのＨ面に第１の柱状突起に接して配置される光反射
   膜とを有することを特徴とする複合触覚センサ。