JPS6034293A - 皮膚感覚センサ - Google Patents

皮膚感覚センサ

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JPS6034293A
JPS6034293A JP58141028A JP14102883A JPS6034293A JP S6034293 A JPS6034293 A JP S6034293A JP 58141028 A JP58141028 A JP 58141028A JP 14102883 A JP14102883 A JP 14102883A JP S6034293 A JPS6034293 A JP S6034293A
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sensation sensor
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正克 藤江
太郎 岩本
亀島 鉱二
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、皮膚感覚センサ、特に組立ロボット等高機能
マニピュレータの指先感覚の検出に好適な皮膚感覚セン
サに関するものである。
〔発明の背景〕
従来、マニピュレータの指先感覚検出用センサとしては
、対象物を把持する面に、リミットスイッチ、導電性ゴ
ム、歪ゲージ等のスイッチ手段を設け、このスイッチ手
段の動作によシ対象物の把持の有無を確認するものが主
体となっている。その例としては特開昭53−9664
8号公報、実開昭55−129792号公報がある。ま
た特殊なものとして流体を用いるものも提案されている
。この種のセンサは前述したように、対象物を確実に把
持した状態にあるか否か全検出するものである。
一方、近年のマニピュレータにおいては、高機能が要求
されており、これに伴って指先感覚検出用センサとして
人間の指先に相当するもの、すなわち、圧力感、せん断
線、すべり感等の複合感覚を得ることができるセンサが
要求されている。
〔発明の目的〕
本発明は、」二連の事柄にもとづいてなされたもので、
圧力感、すべり感、せん断線の複合感覚を検出すること
ができる皮膚感覚センサを提供することを目的とするも
のである。
〔発明の概要〕
本発明は、対象物との接触感覚を検出する皮膚感覚セン
サにおいて、検出部を複数の板状圧電体と電極とを交互
に積層して構成し、この検出部にその対向する電極に誘
起される電圧を処理する処理回路を接続し、圧電体に加
わる力の方向、大きさにより変化する圧電体の誘起電圧
により、圧力感、すべり感、せん断線に関する情報を同
時に検出するようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図および第2図は本発明のセンサの一実施例を示す
もので、これらの図において、検出部1は板状の圧電体
2及び3と電極4,5及び6とを交互に積層して構成さ
れており、支持体7上に設けられた基板8上に配置され
ている。また基板8上には各電極4,5.6に接続する
処理回路9が配置されている。電極2.3及び4には電
位PI+P2及びP3が発生し基板8上に配置された処
理回路9に入力される。
以上の構成において、圧電体2はZ方向に分極処理をほ
どこされており、検出部1のZ方向に力が加えられた場
合、電極4及び50間に電圧が誘起され電位P1とP2
の間に差が生じる。また、圧電体3はX方向に分極処理
をほどこされており、検出部1にX方向のせん断力が加
えられた場合、電極5及び6の間に電圧が誘起され電位
P2とP3の間に差が生じる。
前述した処理回路9の構成を第3図によって説明する。
処理回路9は圧力検出回路10、せん断検出回路11お
よび弁別回路12を備えている。圧力検出回路10は、
第4図に示すようにチャージアンプIOAで構成されて
おシ、電位P1とP2の間の電位差を入力し、検出部1
のZ方向に加わる力に比例した圧力信号Pを演算し出力
する。せん断検出回路11は、第4図と同様なチャージ
アンプで構成されており、電位P2とP3の間の電位差
を入力し、検出部1のX方向に加わるせん断力に比例し
た信号りを演算し出力する。弁別回路12は、信号りの
直流成分に比例したせん断信号S及び信号りの交流成分
に比例したすべり信号Fを出力する。この弁別回路12
は信号りの直流成分に比例したせん断信号Sを出力する
ローパスフィルタ12Aと、信号りの交流成分を抽出す
るバイパスフィルタ12Bと、交流成分の周波数に比例
したすべり信号Fを出力する周波数−電圧変換器12C
とで構成されている。
以上述べたように、上述した本発明の一実施例によれば
、検出部1に垂直に加わる抑圧の感覚、すなわち圧感に
係る情報を圧力信号Pよシ得られる。また、検出部1に
接触する対象物が水平方向に動こうとする感覚、すなわ
ちせん断線に係る情報を、せん断信号Sにより得られる
。また、検出部1に接触する対象物が水平方向にすべる
感覚、すなわちすべり感に係わる情報を、電極6と対象
物の摩擦によるスティックスリップ振動の周波数に基づ
くすべり信号Fにより得られる。
したがって、この実施例によれば、一つのセンサにより
圧感、せん断線及びすべり感からなる複合感覚を検出す
ることができる。また、検出部9と信号の処理回路9と
金一つの基&8上に集積して構成しているので、高密度
実装に向は小形化が容易な皮膚感覚センサ全構成できる
つぎに本発明のセンサの他の実施例を第6図。
第7図及び第8図を用いて説明する。
第6図、第7図及び第8図の各図は各本発明のセンサの
他の実施例を示すものであり、この図において第2図と
同じ番号を記した部分は同じものを表わす。
第6図に示す実施例は、検出部1の周囲に摩擦係数が高
い可撓性材料からなる保護層13を形成したものである
この実施例によれば、保護層13により検出部1全対象
物との接触による衝激、摩擦等の物理的影響から保護す
ることが可能である。また、保護層130表面の摩擦力
により、対象物と検出部1との接触が確実になり、せん
断線及びすべり感の検出感度を良くすることができる。
第7図に示す実施例は、第6図に示す実施例の変形例で
あり、この図で第6図と同じ番号を記した部分は同じも
のを表わす。この実施例は保護層13の表面に耐熱、耐
摩耗性材料からなる強化層14を形成したものである。
この実施例によれば、強化1114により保護層13を
高熱、摩耗から保護することができ、皮膚感覚センサの
寿命、耐環境性を向上できる。
なお、この実施例において、強化層14は保護層130
表面を耐熱性、耐摩耗性を向上するよう変質させで形成
してもよい。
さらに、第8図に示す実施例は、検出部1の最上層の電
極6に突出部6人を形成したものでおる。
この実施例によれば、電極6と保護層13との結合が確
実になり、せん断線及びすベシ感の検出感度を良くする
ことができる。
第9図は第3図に示す処理回路9からの信号の転送回路
の一例を示すもので、この図において第3図と同じ番号
を記した部分は同一のものを表わす。この転送回路にお
いては圧力信号P1せん断信号S及びすべり信号Fは、
バスドライバ15’e介してデータバス16へ転送され
る。バスドライバ15は、例えばスイッチ16人とA 
N 1)回路16Bとを備え、信号A及びBがともに真
になった場合、圧力信号P1せん断信号S及びすべり信
号Fk比出力、信号A及びBがともに真にならない場合
は、出力が高インピーダンスになるように作動する。
第10図は、第9図に示す処理回路を有する皮膚感覚セ
ンサMの応用例を示すものである。
格子状に配列された複数の皮膚感覚センナMのパストラ
イバ15の出力は、共通のデータバス16に接続されて
いる。また、各皮膚感覚センサMのバスドライバ15は
、列選択回路17及び行(9) 選択回路18が発生する信号A、Bにより選択され、検
出結果をデータバス16に出力する。すなわち、データ
バス16には、信号A及びBがともに真と指定された皮
膚感覚センサMの検出結果が表われるよう構成されてい
る。
以上述べたように、この実施例によれば、複数の皮膚感
覚センサMi面上に高密度に配置し、圧力分布、せん断
力分布、すべり分布等の2次元分布の感覚情報を得るこ
とができる。
なお、この実施例において、バスドライバ16は、信号
A及びBの2つの信号で選択されるよう構成しているが
、1つの信号もしくは3つ以上の信号で選択されるよう
構成してもよいことは明白でおる。
つぎに本発明のセンサの他の実施例を第11図及び第1
2図を用いて説明する。
第11図は本発明のセンサの他の実施例の縦断正面図で
あり、この図において第2図と同じ番号金肥した部分は
同じものを表わす。また第12図は本発明のセンサの他
の実施例に用いられる処理(10) 回路の構成を示すものであり、この図において第3図と
同じ番号を記した部分は同じものを表わす。
第11図において、電極6上には、温度センサ19が配
置されている。この温度センサ19は、検出した温度に
比例した信号T。全処理回路20に出力する。
この処理回路20は、第12図に示すように圧力検出回
路21及びせん断検出回路22と温度検出回路23が設
けられている。圧力検出回路21は信号T。に基づき電
位P1及びP2の温度による変動を補償し、検出部1に
加わるZ方向の力に比例した圧力信号P−i出力する。
また、せん断検出回路22は信号T。に基づき電位P3
及びP4の温度による変動を補償し、検出部1に加わる
X方向のせん断力に比例した信号Da−出力する。また
、温度検出回路23は、信号Toに比例した温度信号T
全出力する。
この実施例によれば、皮膚感覚センサの検出出力の温度
に対する安定性を向上でき、さらに、圧力窓、せん所感
、すべり感に加え温度に係る情報(11) が検出可能な皮膚感覚センサを提供することができる。
つぎに本発明のセンサのさらに他の実施例を、第13図
、第14図及び第15図を用いて説明する。
第13図は本発明のセンサのさらに他の実施例を示す平
面図であり、この図において第2図と同じ番号を記した
部分は同じもの金表わす。
第13図および第14図において、検出部1は、電極6
上にさらに圧電体24及び電極25tl−積層して構成
している。
この構成において、圧電体24はY方向に分極処理をほ
どこされており、検出部1にY方向のせん断力が加えら
れると、電極6及び25の電位P3とP4の間に電位差
が生じ、電位P3及びP4は、処理回路26に入力され
処理される。
この処理回路26の構成を第15図に示す。この図にお
りて第3図と同じ番号を記した部分は同じものを表わす
。第15図の構成において、せん断回路27及び28は
第3図で示すせん断回路(12) 11と同様の構成であり、電位P2とP3より検出部1
に加わるX方向のせん断力に比例した信号り、金、また
電位P3とP4とにより検出部1に加わるY方向のせん
断力に比例した信号Dye出力する。
また、弁別回路29及び30も第3図の弁別回路12と
同様の構成をもち、信号D8よシX方向のせん断信号S
8及びすべり信号F K 、また信号DアよりY方向の
せん断信号Sア及びすベシ信号Fア全出力する。
以上述べたように、この実施例によれば、一つのセンサ
により、圧感に加え、X方向、Y方向のせん断及びすべ
り感奮検出することが可能であり、2元次方向の対象物
の運動に関する情報を検出し得る皮膚センサを提供する
ことができる。
第16図および第17図は第13図に示す本発明のセン
サに用いられる処理回路26の他の例を示すもので、第
16図及び第17図において、第15図と同じ番号を記
した部分は同じものを表わす。
(13) 第16図に示す処理回路26においては、変換回路31
を備えており、この回路31は、せん断信号Sx及びS
アに基づき、せん断力の強さに比例しだせん断強度信号
A、及びせん断力のXY平面内の方向に比例したせん断
方向信号θ、全演算し出力する。
この処理回路26によれば、せん所感に係る情報を、せ
ん断力の強度とXY平面内の方向の形で得る皮膚感覚セ
ンサを提供することができる。
第16図に示す処理回路26においては、最大値回路3
2を備えており、この回路は、すベシ信号F、とFアの
内大きな値の方をすべり信号Fとして信号する。
この処理回路26によれば、信号Dアもしくは信号D8
のどちらかの値が非常に小さく、すベシ信号F8もしく
はFアのどちらかが不精確な値を示す場合、正確な値を
優先的にすべり信号Fとして出力することが可能な皮膚
センサを提供することができる。
なお、以上で述べた一実施例及び他の実施例に(14) おいて、処理回路は、アナログ回路、ディジタル回路、
アナログとディジタル回路の混成回路もしくは、マイク
ロコンピュータ等によるソフトウェアにより構成しても
よいことは明白である。
また、圧電体を4層以」二積層して検出部を構成し、各
圧“成体の分極方向につき、せん断信号、すべり信号を
形成できるよう処理回路全構成してもよいことは明白で
ある。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、圧感、せん所感、
すべり感金複数の感圧素子の出力間の関係から同時に検
出することができ、複合感覚を得られる。この結果、人
間の指先に相当する皮膚感覚センサを提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のセンサの一実施例を示す平面図、第2
図は第1図の■−■矢祝矢面断面図3図は第1図に示す
センサに用いられる処理回路の構成図、第4図はその処
理回路を構成する圧力検出回路の構成図、第5図は処理
回路を構成する弁別(15) 回路の構成図、第6図〜第8図は本発明のセンサの他の
実施例を示す縦断正面図、第9図は第3図に示す処理回
路からの信号全転送する回路図、第10図は複数個の本
発明のセンサの使用例を示す構成図、第11図は本発明
のセンサのさらに他の実施例を示す縦断正面図、第12
図は第11図に示すセンサに用いられる処理回路の構成
図、第13図は本発明のセンサの他の実施例を示す平面
図、第14図は第13図のXIV−XIV矢視断面図、
第15図は第13図に示すセンサに用いられる処理回路
の一例の構成図、第16図および第17図は第13図に
示すセンサに用いられる処理回路の他の例の構成図であ
る。 1・・・検出部、2.3・・・圧電体、4,5.6・・
・電極、7・・・支持体、8・・・基板、9・・・処理
回路、13・・・保護層、14・・・強化層、19・・
・温度センサ、20・・・処理回路、24・・・圧電体
、25・・・電極、26・・・処理回路。 (16) 第3 履 P 、S F 第4− 図 第 5 図 L−一一−−−−−−−−−−−−−−−−−−」第 
6 Σ 」 7 図 ¥:J B図 市9 図 %tr 図 q χ 12 口 P β F 7 M 13 図 1 第14 図 Y 15 図 爾 /乙 臣何

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、対象物との接触感覚を検出する皮膚感覚センサにお
    いて、検出部を複数の板状の圧電体と電極とを交互に積
    層して構成し、この検出部に、その電極間に発生する電
    位差を処理する処理回路を接続して構成したことを特徴
    とする皮膚感覚センサ。 2、検出部と処理回路とを同一基板上に配置したこと全
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の皮膚感覚センサ
    。 3、前記検出部の周辺に可撓性材料からなる保護層を形
    成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項または第
    2項記載の皮膚感覚センサ。 4、前記保護層の表面に耐熱、耐摩耗性材料からなる強
    化層を形成したことを特徴とする特許請求の範囲第3項
    記載の皮膚感覚センサ。 5、前記電極に少なくとも1つの突出部を設けたことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項〜第4項のいずれかに
    記載の皮膚感覚センサ。 6、処理回路は前記基板に対し垂直方向に分極処理され
    た圧電体を挾む電極間の電位差に基づく情報及び、前記
    基板に対し水平方向に分極処理された圧電体を挾む電極
    間の電位差の直流成分及び交流成分に基づく情報を形成
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項〜第5項の
    いずれかに記載の皮膚感覚センサ。 7、処理回路は外部からの信号により、出力端子を高イ
    ンピーダンス状態に切替ることかできることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項〜第6項のいずれかに記載の皮
    膚感覚センサ。 8、処理回路は前記電極上に少なくとも1つ設けた温度
    センナの出力に基づき前記検出部の出力の温度補償を行
    なうことを特徴とする特許請求の範囲第1項〜第6項の
    いずれかに記載の皮膚感覚センサ。 9、処理回路は前記温度センサの出力に基づく情報を形
    成することを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の皮
    膚感覚センサ。
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