JPS6166135A - 圧覚センサ - Google Patents
圧覚センサInfo
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- JPS6166135A JPS6166135A JP18807884A JP18807884A JPS6166135A JP S6166135 A JPS6166135 A JP S6166135A JP 18807884 A JP18807884 A JP 18807884A JP 18807884 A JP18807884 A JP 18807884A JP S6166135 A JPS6166135 A JP S6166135A
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- 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
- G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
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- Physics & Mathematics (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
この発明は、面領域に加えられた圧力を多点検出する圧
覚センサに関する。
覚センサに関する。
［発明の技術的背景と問題点］
近年人間の手の代行を果たす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
人間の手と同等の触覚機能を具備させるためには、その
指先等にかかる圧力の大小のみならず圧力分布パターン
やすべり等の検出をも適確に行なえる圧覚センサの開発
が重要な課題の一つと言える。
盛んである。ところで、このようなメカニカルハンドに
人間の手と同等の触覚機能を具備させるためには、その
指先等にかかる圧力の大小のみならず圧力分布パターン
やすべり等の検出をも適確に行なえる圧覚センサの開発
が重要な課題の一つと言える。
このような圧覚センサは、多数の圧力検出部を７１−リ
ックス状に配列して構成されるもので、従来から多数の
開発例がみられ、特に加圧ツノに応じて抵抗値の変化す
る感圧導電ゴムを使用するものが一般的である。例えば
、薄い平板状の感圧導電ゴムの表裏両面に圧力検出部と
して当該導電ゴムを介して相互に対向する電極を複数配
置し、これらの対向電極間に夫々電圧を印加して前記導
電ゴムの抵抗変化に応じて生じる電流を検出するごとぎ
である。すなわち、これによれば、電極を多数密に配置
する程、面領域への加圧状況を多数の点での加圧力の集
合として検出することができるのである。
ックス状に配列して構成されるもので、従来から多数の
開発例がみられ、特に加圧ツノに応じて抵抗値の変化す
る感圧導電ゴムを使用するものが一般的である。例えば
、薄い平板状の感圧導電ゴムの表裏両面に圧力検出部と
して当該導電ゴムを介して相互に対向する電極を複数配
置し、これらの対向電極間に夫々電圧を印加して前記導
電ゴムの抵抗変化に応じて生じる電流を検出するごとぎ
である。すなわち、これによれば、電極を多数密に配置
する程、面領域への加圧状況を多数の点での加圧力の集
合として検出することができるのである。
Ｉノかしながら、従来の感圧導電ゴムを用いた圧覚セン
サには次のような問題がある。即ち、第１に、感圧導電
ゴムの加圧力に対する抵抗変化特性はヒステリシスが強
く直線姓に欠けるため、圧覚センサの圧力検出の精度を
高めることが困難である。第２に、圧力検出部を形成す
るために感圧導電ゴムの表衷両簡に電極を配置し、各電
極から検出信号を取り出すための信号線を引き出してい
るため、圧力検出部の数が多くなると感圧導電ゴム板の
両面から引き出される信号線の数が増大し、圧覚センサ
の形状が大型化づ−る傾向がある。第３に、小面積内に
圧力検出部を高密度に設けた場合には、電極の配同間隔
が狭まるため対向する電極間だけでなく隣接する電極間
にも電流が流れ誤検出が生じる恐れがある。
サには次のような問題がある。即ち、第１に、感圧導電
ゴムの加圧力に対する抵抗変化特性はヒステリシスが強
く直線姓に欠けるため、圧覚センサの圧力検出の精度を
高めることが困難である。第２に、圧力検出部を形成す
るために感圧導電ゴムの表衷両簡に電極を配置し、各電
極から検出信号を取り出すための信号線を引き出してい
るため、圧力検出部の数が多くなると感圧導電ゴム板の
両面から引き出される信号線の数が増大し、圧覚センサ
の形状が大型化づ−る傾向がある。第３に、小面積内に
圧力検出部を高密度に設けた場合には、電極の配同間隔
が狭まるため対向する電極間だけでなく隣接する電極間
にも電流が流れ誤検出が生じる恐れがある。
これらの点から、従来の圧覚センサでは精度の高い圧力
検出が望めずかつ多点化及び小形化に限弄があり、よっ
てメカニカルハンドの指先等に実装してこれに人間の手
に近い圧覚機能を具備させることは囚ケ１１であった。
検出が望めずかつ多点化及び小形化に限弄があり、よっ
てメカニカルハンドの指先等に実装してこれに人間の手
に近い圧覚機能を具備させることは囚ケ１１であった。
［発明の目的］
この発明は、上記に鑑みなされたもので、その目的は、
小型構成でしかも加圧状況を高密度かつ高精度に検出す
ることが可能である圧覚センサを提供することにある。
小型構成でしかも加圧状況を高密度かつ高精度に検出す
ることが可能である圧覚センサを提供することにある。
［発明の概要］
上記目的を達成するために、この発明は、面領域への加
圧状況を検出する圧覚センサにおいて、圧力を受ける受
圧部が一方の面に複数設けられた受圧層と、当該受圧層
の他方の面側に積層され、前記受圧部の夫々に対応して
設【プられ当該受圧部で受（Ｊた圧力を伝達する圧力伝
達部を有する圧力伝達層と、当該圧力伝達層に対し前記
受圧層とは反対側に積層され、前記圧力伝達部の夫々に
対応して設【プられ当該圧力伝達部によって伝達さた圧
力を検出する半導体素子で形成された圧力検出部を有す
る圧力検出層と、当該圧力検出層に対し前記圧力伝達層
とは反対側に積層され、前記圧力検出部から出力される
圧力検出信号を処理する信号処理部が設けられた信号処
理層とを右することを要旨とする。
圧状況を検出する圧覚センサにおいて、圧力を受ける受
圧部が一方の面に複数設けられた受圧層と、当該受圧層
の他方の面側に積層され、前記受圧部の夫々に対応して
設【プられ当該受圧部で受（Ｊた圧力を伝達する圧力伝
達部を有する圧力伝達層と、当該圧力伝達層に対し前記
受圧層とは反対側に積層され、前記圧力伝達部の夫々に
対応して設【プられ当該圧力伝達部によって伝達さた圧
力を検出する半導体素子で形成された圧力検出部を有す
る圧力検出層と、当該圧力検出層に対し前記圧力伝達層
とは反対側に積層され、前記圧力検出部から出力される
圧力検出信号を処理する信号処理部が設けられた信号処
理層とを右することを要旨とする。
［発明の効果］
この発明にＪ：れば、圧力を受（）る複数の受圧部から
成る受圧層と、前記各受圧部で受けた圧力を伝達層る圧
力伝達部から成る圧力伝３２層と、前記各圧力伝達部に
よって伝達された圧力を検出する圧力検出部から成る圧
力検出層と、前記各圧力検出部から出力される圧力検出
信号を処理する信号処理部から成る信号処理層とを順に
積層した構成としているため、前記各圧力検出部と前記
信号処理部とを近接又は密接させて接続できるので圧覚
センサはコンパクトで小型の形状を有することになると
ともに、圧力検出部に半導体素子を用いたことにＪ：り
圧力検出部を微小に形成して小面積内に多数高密度に設
【づることができ、しかも圧力検出部を多数説（Ｊても
各圧力検出部からの検出信号を信号処理部で処理して外
部へ出力しているので外部へ引き出す信号線の本数は少
数で済む。また、半導体素子を用いることによって精度
の高い圧力検出が望みうる。従って、小型構成でしかも
加圧状況を高密度かつへ精度に検出できる、メカニカル
ハンドの指先等への実装には好適な圧覚センサを提供す
ることができる。
成る受圧層と、前記各受圧部で受けた圧力を伝達層る圧
力伝達部から成る圧力伝３２層と、前記各圧力伝達部に
よって伝達された圧力を検出する圧力検出部から成る圧
力検出層と、前記各圧力検出部から出力される圧力検出
信号を処理する信号処理部から成る信号処理層とを順に
積層した構成としているため、前記各圧力検出部と前記
信号処理部とを近接又は密接させて接続できるので圧覚
センサはコンパクトで小型の形状を有することになると
ともに、圧力検出部に半導体素子を用いたことにＪ：り
圧力検出部を微小に形成して小面積内に多数高密度に設
【づることができ、しかも圧力検出部を多数説（Ｊても
各圧力検出部からの検出信号を信号処理部で処理して外
部へ出力しているので外部へ引き出す信号線の本数は少
数で済む。また、半導体素子を用いることによって精度
の高い圧力検出が望みうる。従って、小型構成でしかも
加圧状況を高密度かつへ精度に検出できる、メカニカル
ハンドの指先等への実装には好適な圧覚センサを提供す
ることができる。
［発明の実施例］
以下、図面に従ってこの発明の詳細な説明する。
第１図及び第２図はこの発明の一実施例にがかる圧覚セ
ンサのそれぞれ断面図及び斜視図である。
ンサのそれぞれ断面図及び斜視図である。
両図において、三つの層から成る平板状の受圧体１と、
この受圧体１に対向して配置された信号処理基板３とか
ら圧覚センサが構成されている。
この受圧体１に対向して配置された信号処理基板３とか
ら圧覚センサが構成されている。
前記受圧体１の図に向って最下方の層は、受圧部材であ
る薄板状のシリコンゴム５で形成されている。当該シリ
コンゴム５の下面は圧力を受りる受圧面５ａであり、こ
の受圧面５ａ内に圧力を受は易いように周囲よりわずか
に突出させた受圧部７が７１〜リツクス状に多数形成さ
れている。
る薄板状のシリコンゴム５で形成されている。当該シリ
コンゴム５の下面は圧力を受りる受圧面５ａであり、こ
の受圧面５ａ内に圧力を受は易いように周囲よりわずか
に突出させた受圧部７が７１〜リツクス状に多数形成さ
れている。
また、中間の層は、前記シリコンゴム５の上面に接合さ
れた強度メンバであるセラミック台座って形成されてい
る。当該セラミック台座９は、柔軟な前記シリコンゴム
５がその受圧面５ａに圧力を受けた際に、これを背後か
ら支持してその形状を正常に保つ機能を有する。
れた強度メンバであるセラミック台座って形成されてい
る。当該セラミック台座９は、柔軟な前記シリコンゴム
５がその受圧面５ａに圧力を受けた際に、これを背後か
ら支持してその形状を正常に保つ機能を有する。
また、最上方の肋は、前記セラミック台座９の上面に接
合されたシリコンウェハ１１で形成されている。当該シ
リコンウェハ１１の前記各受圧部７に夫々対向する部分
はその肉厚を薄くシてシリコンダイヤフラム１３としで
ある。
合されたシリコンウェハ１１で形成されている。当該シ
リコンウェハ１１の前記各受圧部７に夫々対向する部分
はその肉厚を薄くシてシリコンダイヤフラム１３としで
ある。
当該シリコンダイヤフラム１３と前記受圧部７との間に
は、前記セラミック台座９を貫通してシリコンオイル１
５が封入されている。
は、前記セラミック台座９を貫通してシリコンオイル１
５が封入されている。
従って、前記受圧部７に加えられた圧力は前記シリコン
オイル１５によって前記シリコンダイヤフラム１３に伝
達され、当該シリコンダイヤフラム１３に作用してこれ
を歪ませることになる。
オイル１５によって前記シリコンダイヤフラム１３に伝
達され、当該シリコンダイヤフラム１３に作用してこれ
を歪ませることになる。
また、前記シリコンダイヤフラム１３の上面に半導体技
術によってブリッジ回路を構成する拡散ゲージ１７を形
成し、前記シリコンダイヤフラム１３の周囲に前記拡散
ゲージ１７に接続された電極１９を形成して、圧力検出
部２１を構成している。
術によってブリッジ回路を構成する拡散ゲージ１７を形
成し、前記シリコンダイヤフラム１３の周囲に前記拡散
ゲージ１７に接続された電極１９を形成して、圧力検出
部２１を構成している。
即ち、前記受圧部７から伝達された圧力によって前記シ
リコンダイヤフラム１３が歪むと、前記拡散ゲージ１７
の抵抗値がピエゾ抵抗効果によって変化しブリッジの抵
抗バランスが崩れ、この崩れにより生じた信号が圧力検
出信号として前記電極１９から出力されることになる。
リコンダイヤフラム１３が歪むと、前記拡散ゲージ１７
の抵抗値がピエゾ抵抗効果によって変化しブリッジの抵
抗バランスが崩れ、この崩れにより生じた信号が圧力検
出信号として前記電極１９から出力されることになる。
ところで、上記拡散ゲージ１７を形成したシリコンダイ
ヤフラム１３を用いたいわゆる拡散形半導体方式といわ
れる圧力検出方法は、その出力特性にヒステリシスがほ
とんどなく直線性に優れているという特徴を有し、Ｊ：
って精度の高い圧力検出を行なうことができる。また、
前記拡散ゲージ１７は極めて小さく形成することができ
るので、これに応じて前記圧力検出部２１を微小に形成
すれば、これを小面積内に非常に高密度に配置づ−るこ
とかでき、例えば、人間の指先の皮膚の圧力点分解能に
匹敵する２ｍｍ程度の間隔で配置することは十分に可能
である。しかもこのように前記圧力検出部２１を高密度
に配置しても各圧力検出部２１は独立に動作覆るので従
来例のように誤検出が生じることはない。
ヤフラム１３を用いたいわゆる拡散形半導体方式といわ
れる圧力検出方法は、その出力特性にヒステリシスがほ
とんどなく直線性に優れているという特徴を有し、Ｊ：
って精度の高い圧力検出を行なうことができる。また、
前記拡散ゲージ１７は極めて小さく形成することができ
るので、これに応じて前記圧力検出部２１を微小に形成
すれば、これを小面積内に非常に高密度に配置づ−るこ
とかでき、例えば、人間の指先の皮膚の圧力点分解能に
匹敵する２ｍｍ程度の間隔で配置することは十分に可能
である。しかもこのように前記圧力検出部２１を高密度
に配置しても各圧力検出部２１は独立に動作覆るので従
来例のように誤検出が生じることはない。
上記のごとき構成の受圧体１の上方に、前記各圧力検出
部２１に近接かつ対向して信号処理基板３が配置されて
いる。当該信号処理回路３は、その前記圧力検出部２１
のそれぞに対向する位買に孔２３を有し、当該孔２３の
周囲に電極２５が配置されている。当該電極２５は、前
記孔２３内を通る金糸線２７によって各圧力検出部２１
の電極１９に接続されている。また、前記基板３上には
信号処理回路（図示せず）が組まれており、前記電極２
５からプリント配線２つを引き回して前記信号処理回路
に結線している。
部２１に近接かつ対向して信号処理基板３が配置されて
いる。当該信号処理回路３は、その前記圧力検出部２１
のそれぞに対向する位買に孔２３を有し、当該孔２３の
周囲に電極２５が配置されている。当該電極２５は、前
記孔２３内を通る金糸線２７によって各圧力検出部２１
の電極１９に接続されている。また、前記基板３上には
信号処理回路（図示せず）が組まれており、前記電極２
５からプリント配線２つを引き回して前記信号処理回路
に結線している。
従って、前記各圧力検出部２１の圧力検出信号は前記電
極１９から引き出され、前記金糸線２７、プリント配線
２９を順に介して前記信号処理基板３上の信号処理回路
に入力されることになる。
極１９から引き出され、前記金糸線２７、プリント配線
２９を順に介して前記信号処理基板３上の信号処理回路
に入力されることになる。
当該信号処理回路としては、例えば、調度補償回路、出
力補償回路、マルチプレクサ、プリアンプ、Ａ−Ｄ変換
器等が挙げられ、前記各圧ツノ検出部２１からの圧力検
出信号を処理して外部のマイクロコンピュータ等へ伝送
する機能を有する。このため、前記圧力検出部２１の個
数を増加させても、前記信号処理回路での処理結果のみ
を外部出力すればよいので、外部へ引き出す信号線が増
加することはない。
力補償回路、マルチプレクサ、プリアンプ、Ａ−Ｄ変換
器等が挙げられ、前記各圧ツノ検出部２１からの圧力検
出信号を処理して外部のマイクロコンピュータ等へ伝送
する機能を有する。このため、前記圧力検出部２１の個
数を増加させても、前記信号処理回路での処理結果のみ
を外部出力すればよいので、外部へ引き出す信号線が増
加することはない。
このように、この圧覚センサは、受圧体１と信号処理基
板３とがほぼ一体的に構成されたコンパクトな形状を有
し、かつ圧力検出部２１を高密度に配置することができ
、しかも圧力検出部２１の個数を多くしても外部へ引き
出す信号線の本数は少ないため、小型化及び高密度多点
化が図れることになる。
板３とがほぼ一体的に構成されたコンパクトな形状を有
し、かつ圧力検出部２１を高密度に配置することができ
、しかも圧力検出部２１の個数を多くしても外部へ引き
出す信号線の本数は少ないため、小型化及び高密度多点
化が図れることになる。
尚、前記信号処理基板３ど前記圧力検出部２１とを密接
させてワイヤレスボンディングにより接続してもよく、
このようにすればより一層コンパり１−で小型の圧覚セ
ンサを提供することができる。
させてワイヤレスボンディングにより接続してもよく、
このようにすればより一層コンパり１−で小型の圧覚セ
ンサを提供することができる。
第１図及び第２図はこの発明の一実施例に係る圧覚セン
サの夫々断面図及び斜視図である。 ３・・・信号処理基板 ５・・・シリコンゴム ７・・・受圧部 １１・・・シリコンウェハ １３・・・シリコンダイヤフラム １５・・・シリコンオイル １７・・・拡散ゲージ ２１・・・圧力検出部 第１図 第２図
サの夫々断面図及び斜視図である。 ３・・・信号処理基板 ５・・・シリコンゴム ７・・・受圧部 １１・・・シリコンウェハ １３・・・シリコンダイヤフラム １５・・・シリコンオイル １７・・・拡散ゲージ ２１・・・圧力検出部 第１図 第２図
Claims (1)
- 面領域への加圧状況を検出する圧覚センサにおいて、圧
力を受ける受圧部が一方の面に複数設けられた受圧層と
、当該受圧層の他方の面側に積層され、前記受圧部の夫
々に対応して設けられ当該受圧部で受けた圧力を伝達す
る圧力伝達部を有する圧力伝達層と、当該圧力伝達層に
対し前記受圧層とは反対側に積層され、前記圧力伝達部
の夫々に対応して設けられ当該圧力伝達部によって伝達
さた圧力を検出する半導体素子で形成された圧力検出部
を有する圧力検出層と、当該圧力検出層に対し前記圧力
伝達層とは反対側に積層され、前記圧力検出部から出力
される圧力検出信号を処理する信号処理部が設けられた
信号処理層とを有することを特徴とす圧覚センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59188078A JPH0676928B2 (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | 圧覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59188078A JPH0676928B2 (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | 圧覚センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6166135A true JPS6166135A (ja) | 1986-04-04 |
| JPH0676928B2 JPH0676928B2 (ja) | 1994-09-28 |
Family
ID=16217316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59188078A Expired - Lifetime JPH0676928B2 (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | 圧覚センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0676928B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006055731A1 (en) * | 2004-11-17 | 2006-05-26 | The Regents Of The University Of California | Microelectromechanical systems contact stress sensor |
| JP2007526990A (ja) * | 2003-07-09 | 2007-09-20 | アストン ユニバーシティ | 動的な力を感知および分析するシステムおよび方法 |
| US8646335B2 (en) | 2004-11-17 | 2014-02-11 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Contact stress sensor |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5460954A (en) * | 1977-10-21 | 1979-05-16 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Physical quantity distribution indicator |
| JPS57155449U (ja) * | 1981-03-26 | 1982-09-30 | ||
| JPS58192790A (ja) * | 1982-03-01 | 1983-11-10 | ロ−ド・コ−ポレ−シヨン | 触覚装置 |
| JPS6090696A (ja) * | 1983-10-25 | 1985-05-21 | オムロン株式会社 | 圧覚センサ |
-
1984
- 1984-09-10 JP JP59188078A patent/JPH0676928B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
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| WO2006055731A1 (en) * | 2004-11-17 | 2006-05-26 | The Regents Of The University Of California | Microelectromechanical systems contact stress sensor |
| US7311009B2 (en) | 2004-11-17 | 2007-12-25 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Microelectromechanical systems contact stress sensor |
| US8646335B2 (en) | 2004-11-17 | 2014-02-11 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Contact stress sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0676928B2 (ja) | 1994-09-28 |
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