JPS63113326A - 触覚センサ - Google Patents
触覚センサInfo
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- JPS63113326A JPS63113326A JP25837686A JP25837686A JPS63113326A JP S63113326 A JPS63113326 A JP S63113326A JP 25837686 A JP25837686 A JP 25837686A JP 25837686 A JP25837686 A JP 25837686A JP S63113326 A JPS63113326 A JP S63113326A
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Landscapes
- Manipulator (AREA)
- Pressure Sensors (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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は触覚センサに関し、特にロボットの手などにと
りつけ、対象物を握った時の反発力やすべり覚を検出す
るのに用いて好適な触覚センサの構造に関するものであ
る。
りつけ、対象物を握った時の反発力やすべり覚を検出す
るのに用いて好適な触覚センサの構造に関するものであ
る。
近年、安価で高性能なマイクロコンピュータが普及し、
それらを用いることにより、様々な産業分野で自動化あ
るいはロボット化が進められつつある。しかし、現在実
用化されているロボットは、ある定まった形、定まった
大きさ、あるいは定まった重さの物を持ち上げたり運ん
だり、あるいは加工・組立等の作業を一定にプログラム
によってしか行えないというのが現状である。一方、消
費者の多様化により多品種少量生産の傾向が強くなり、
FMS (Flexible Manufacturi
ng System)と呼ばれる自動化技術の開発が叫
ばれている。この様な自動化の流れに於いては、人間の
感覚器官を代行する様々なセンサを用いて、機械自体に
判断機能をもたせた知能ロボットを実現する必要がある
。例えば、ロボットが対象物を持ち上げる動作を考えた
場合、まず視覚センサにより対象物を見つけ、近接室セ
ンサにより対象物に近づき、その後、対象物に触れる、
という手順を考えることができる。ここで、触覚センサ
はまず対象物に触れたかどうかの0N−OFF情報を検
出し、次に対象物を握り、対象物からの反発力を測り、
対象物が硬いか柔らかいかを判断する。そして対象物を
持ち上げる際に、対象物がすべっていないかどうかも的
確に判断する必要がある。すなわち触覚センサとして必
要な機能は、触れたかどうかの接触覚、物をつかんだ時
の強さである圧覚、更にすべっていないかどうかのすべ
り覚等が必要である。
それらを用いることにより、様々な産業分野で自動化あ
るいはロボット化が進められつつある。しかし、現在実
用化されているロボットは、ある定まった形、定まった
大きさ、あるいは定まった重さの物を持ち上げたり運ん
だり、あるいは加工・組立等の作業を一定にプログラム
によってしか行えないというのが現状である。一方、消
費者の多様化により多品種少量生産の傾向が強くなり、
FMS (Flexible Manufacturi
ng System)と呼ばれる自動化技術の開発が叫
ばれている。この様な自動化の流れに於いては、人間の
感覚器官を代行する様々なセンサを用いて、機械自体に
判断機能をもたせた知能ロボットを実現する必要がある
。例えば、ロボットが対象物を持ち上げる動作を考えた
場合、まず視覚センサにより対象物を見つけ、近接室セ
ンサにより対象物に近づき、その後、対象物に触れる、
という手順を考えることができる。ここで、触覚センサ
はまず対象物に触れたかどうかの0N−OFF情報を検
出し、次に対象物を握り、対象物からの反発力を測り、
対象物が硬いか柔らかいかを判断する。そして対象物を
持ち上げる際に、対象物がすべっていないかどうかも的
確に判断する必要がある。すなわち触覚センサとして必
要な機能は、触れたかどうかの接触覚、物をつかんだ時
の強さである圧覚、更にすべっていないかどうかのすべ
り覚等が必要である。
このようにロボットに必要な触覚センサの機能は多岐に
わたっており、その必要性が強く認識されている。
わたっており、その必要性が強く認識されている。
しかし、現在一般に用いられている触覚センサは、大き
過ぎたりあるいは直線性や再現性等に劣っていたりする
欠点がある。以下、従来例を図にあげて説明し、同時に
その欠点についてのべる。
過ぎたりあるいは直線性や再現性等に劣っていたりする
欠点がある。以下、従来例を図にあげて説明し、同時に
その欠点についてのべる。
第6図は従来の触覚センサの構成例を示す概観図である
0図中60は、導電性ゴムシートで、両側表面を互いに
直交する上部電極61と下部電極62とによって挟まれ
ている。今、図中に矢印で示す位置に印加力63が加わ
るとき導電性ゴムシート60の抵抗64の値が変化する
。一方、他の位置での導電ゴムシート60の抵抗、例え
ば抵抗65の値の変化は抵抗64に比べて小さい。従っ
て、この導電性ゴムシート60の変化した抵抗の位置か
ら印加力63の位置を、また抵抗64の値の変化分から
印加力の大きさを検出することができる。この従来例の
センサは、構造が簡単なこととコストが安くつくること
ができることから広く用いられている。しかし、センサ
としての特性が、第7図に示すように、(1)印加力に
対する抵抗率の変化が直線的でない、(2)ヒステレシ
スがある等の欠点があり、まことに使いづらいものであ
った。また、ゴムとしての材料的性質から、繰り返し使
用するとiムの弾性が失われるという問題もあり、これ
に代わる新しいセンサの実現が切に望まれていた。
0図中60は、導電性ゴムシートで、両側表面を互いに
直交する上部電極61と下部電極62とによって挟まれ
ている。今、図中に矢印で示す位置に印加力63が加わ
るとき導電性ゴムシート60の抵抗64の値が変化する
。一方、他の位置での導電ゴムシート60の抵抗、例え
ば抵抗65の値の変化は抵抗64に比べて小さい。従っ
て、この導電性ゴムシート60の変化した抵抗の位置か
ら印加力63の位置を、また抵抗64の値の変化分から
印加力の大きさを検出することができる。この従来例の
センサは、構造が簡単なこととコストが安くつくること
ができることから広く用いられている。しかし、センサ
としての特性が、第7図に示すように、(1)印加力に
対する抵抗率の変化が直線的でない、(2)ヒステレシ
スがある等の欠点があり、まことに使いづらいものであ
った。また、ゴムとしての材料的性質から、繰り返し使
用するとiムの弾性が失われるという問題もあり、これ
に代わる新しいセンサの実現が切に望まれていた。
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除去し、高性能
かつ小型の触覚センサを提供することにある。
かつ小型の触覚センサを提供することにある。
本願第1の発明の触覚センサは、一部に薄肉のダイアフ
ラムを有する起歪体と、 前記ダイアフラムに配した感圧素子と、この感圧素子が
配された前記ダイアフラムに対向して設けられており、
その形状が球状の形状とされフラムを有する起歪体と、 前記ダイアフラムに配した感圧素子と、この感圧素子が
配された前記ダイアフラムに対向して設けられており、
その形状が球状の形状とされた加圧部とを有する触覚セ
ンサにおいて、前記ダイアフラム、感圧素子、加圧部を
それぞれ共通の起歪体に複数個アレイ状に配置し、個々
の感圧素子に生ずる電気信号を互いに独立して出力でき
るようにしたことを特徴としている。
ラムを有する起歪体と、 前記ダイアフラムに配した感圧素子と、この感圧素子が
配された前記ダイアフラムに対向して設けられており、
その形状が球状の形状とされフラムを有する起歪体と、 前記ダイアフラムに配した感圧素子と、この感圧素子が
配された前記ダイアフラムに対向して設けられており、
その形状が球状の形状とされた加圧部とを有する触覚セ
ンサにおいて、前記ダイアフラム、感圧素子、加圧部を
それぞれ共通の起歪体に複数個アレイ状に配置し、個々
の感圧素子に生ずる電気信号を互いに独立して出力でき
るようにしたことを特徴としている。
本発明の触覚センサは、センサに加えられた力が球状の
加圧部を介してダイアフラムをもつ起歪体に作用するこ
とに特徴があり、この起歪体に生じた歪みを感圧素子に
よって電気信号に変換するものである。
加圧部を介してダイアフラムをもつ起歪体に作用するこ
とに特徴があり、この起歪体に生じた歪みを感圧素子に
よって電気信号に変換するものである。
次に、本願第1の発明について図面を参照して説明する
。
。
第1図は、本願第1の発明の一実施例の断面を示したも
のである。
のである。
この触覚センサは、起歪体1と、加圧部2と、弾性体3
と、台座4と、感圧素子5と、そして図示の起歪体1の
場合はその起歪体1の中央部に形成したダイアフラム6
とで構成されている。
と、台座4と、感圧素子5と、そして図示の起歪体1の
場合はその起歪体1の中央部に形成したダイアフラム6
とで構成されている。
加圧部2は、サファイアの球で、シリコンから成る起歪
体1 (シリコン基板)内に設けられたキャビティ9上
に置かれており、接触点8により支持されている。接触
点8は、キャビティ9の平面形状を正方形としたときは
4個の点であり、長方形としたときには2個の点である
。また、キャビティ9の平面形状を円としたときには接
触点8は円となる。ダイアフラム6は、シリコンからな
る薄肉の膜で、起歪体lからシリコンの異方性エツチン
グ技術を用いて作製する。このダイアプラム6上で発生
する歪みが最も大きくなる位置にイオン注入あるいは拡
散により形成した感圧素子5を配置する。起歪体1は、
穴7が開けられた台座4(コーニング# 7740が望
ましい)に静電ボンディングにより接着され、他方の表
面をシリコンゴムからなる弾性体3により被覆されてい
る。
体1 (シリコン基板)内に設けられたキャビティ9上
に置かれており、接触点8により支持されている。接触
点8は、キャビティ9の平面形状を正方形としたときは
4個の点であり、長方形としたときには2個の点である
。また、キャビティ9の平面形状を円としたときには接
触点8は円となる。ダイアフラム6は、シリコンからな
る薄肉の膜で、起歪体lからシリコンの異方性エツチン
グ技術を用いて作製する。このダイアプラム6上で発生
する歪みが最も大きくなる位置にイオン注入あるいは拡
散により形成した感圧素子5を配置する。起歪体1は、
穴7が開けられた台座4(コーニング# 7740が望
ましい)に静電ボンディングにより接着され、他方の表
面をシリコンゴムからなる弾性体3により被覆されてい
る。
本実施例の触覚センサは、このように、中央部に薄肉の
ダイアフラム6をもつ起歪体1と、このダイアフラム6
表面上におかれた感圧素子5と、この感圧素子5の置か
れた表面と反対側のダイアフラム6表面に対向して設け
られた加圧部2とから成り、当該加圧部2が球状の形状
をもつ構成となっている。
ダイアフラム6をもつ起歪体1と、このダイアフラム6
表面上におかれた感圧素子5と、この感圧素子5の置か
れた表面と反対側のダイアフラム6表面に対向して設け
られた加圧部2とから成り、当該加圧部2が球状の形状
をもつ構成となっている。
今、この触覚センサが対象物に触れるなどして力が加わ
った場合、弾性体3を通して加えられた力は加圧部2を
介してキャビティ9の設けられた起歪体1に作用し、こ
の起歪体1に歪みが生ずる。
った場合、弾性体3を通して加えられた力は加圧部2を
介してキャビティ9の設けられた起歪体1に作用し、こ
の起歪体1に歪みが生ずる。
感圧素子5は、このように起歪体1に生じた歪みを電気
信号に変換し、これが出力電圧として取り出される。こ
こで、加圧部2を球状とすることにより外界から加えら
れる力と起歪体1との接触部の面積を小さくすることが
できるため、従来問題であった外界の力とデバイスとの
接触のしかたに起因する誤差を減少させることができた
。また、加圧部2と起歪体1は、本例では、それぞれヤ
ング率の大きいサファイアおよびシリコンからなってい
るため外界の力による変位量が小さいことも本デバイス
の特徴である。
信号に変換し、これが出力電圧として取り出される。こ
こで、加圧部2を球状とすることにより外界から加えら
れる力と起歪体1との接触部の面積を小さくすることが
できるため、従来問題であった外界の力とデバイスとの
接触のしかたに起因する誤差を減少させることができた
。また、加圧部2と起歪体1は、本例では、それぞれヤ
ング率の大きいサファイアおよびシリコンからなってい
るため外界の力による変位量が小さいことも本デバイス
の特徴である。
起歪体1の材料としてシリコンを用い、感圧素子5とし
てゲージ抵抗を用いるならば、直線性の良い高感度のセ
ンサを実現することが可能である。
てゲージ抵抗を用いるならば、直線性の良い高感度のセ
ンサを実現することが可能である。
第2図および第3図は本願第1の発明の他の実施例を示
す断面図である。図において、第1図と同一符号は同一
要素を示している。第2図、第3図の構成は、ダイアフ
ラム6の側面に新たに溝20を付は加えたことにおいて
第1図のものと異なる。
す断面図である。図において、第1図と同一符号は同一
要素を示している。第2図、第3図の構成は、ダイアフ
ラム6の側面に新たに溝20を付は加えたことにおいて
第1図のものと異なる。
また、第2図と第3図は溝20の位置を起歪体1の異な
る表面に設けたことに特徴がある。本構成をもつセンサ
は第1図の場合に比べて感度を大きくすることができる
という利点がある。
る表面に設けたことに特徴がある。本構成をもつセンサ
は第1図の場合に比べて感度を大きくすることができる
という利点がある。
第4図は、本願第1の発明による構成をもつ触覚センサ
の印加力に対する応答を概念的に示したものである。第
4図に示すように従来のセンサに比べて+1)直線性が
よい、(2)ヒステリシスがない等の優れた特徴がある
ことがわかる。
の印加力に対する応答を概念的に示したものである。第
4図に示すように従来のセンサに比べて+1)直線性が
よい、(2)ヒステリシスがない等の優れた特徴がある
ことがわかる。
第5図は、先の本願第1の発明の触覚センサを一素子と
してこれを平面に複数個配置した本願第2の発明のアレ
イセンサの構成を示したもので、一部に薄肉のダイアフ
ラム6をもつ起歪体1と、このダイアフラム6表面上に
おかれた感圧素子5と、この感圧素子の置かれた表面と
反対側のダイアフラム6表面に対向して設けられた加圧
部2とを有し、当該加圧部2が球状の形状をもつ触覚セ
ンサを複数個アレイ状に配置し、個々の感圧素子5に生
ずる電気的信号を互いに独立に出力できるようにしたも
のである。
してこれを平面に複数個配置した本願第2の発明のアレ
イセンサの構成を示したもので、一部に薄肉のダイアフ
ラム6をもつ起歪体1と、このダイアフラム6表面上に
おかれた感圧素子5と、この感圧素子の置かれた表面と
反対側のダイアフラム6表面に対向して設けられた加圧
部2とを有し、当該加圧部2が球状の形状をもつ触覚セ
ンサを複数個アレイ状に配置し、個々の感圧素子5に生
ずる電気的信号を互いに独立に出力できるようにしたも
のである。
第5図において第1図と同じ符号は同一の構成要素を示
している。図中の50は、感圧素子5のリード線を表し
ており、触覚センサの各要素内に外力により発生した電
気信号を互いに独立に検出できるようにしている。本構
成によるアレイセンサを用いることにより、外界の印加
圧の面内分布を検出することができ、圧覚の分布を測定
することができる。また、このアレイセンサのキャビテ
ィ9は、シリコンの異方性エツチング技術を用いてシリ
コン基板(起歪体)1より一度に作製することができる
ため、各素子間のばらつきが小さいことおよび製造コス
トが安いという特徴がある。
している。図中の50は、感圧素子5のリード線を表し
ており、触覚センサの各要素内に外力により発生した電
気信号を互いに独立に検出できるようにしている。本構
成によるアレイセンサを用いることにより、外界の印加
圧の面内分布を検出することができ、圧覚の分布を測定
することができる。また、このアレイセンサのキャビテ
ィ9は、シリコンの異方性エツチング技術を用いてシリ
コン基板(起歪体)1より一度に作製することができる
ため、各素子間のばらつきが小さいことおよび製造コス
トが安いという特徴がある。
以上、本発明について例を挙げ詳細な説明を行った。な
お、本発明の構成は、センサの台座として金属基板、シ
リコン基板、PCB基板等に関係なく成り立つ事は言う
までもないことである。また、センサの表面を被覆する
弾性体として通常知られているゴムシート等も本発明に
含まれる。
お、本発明の構成は、センサの台座として金属基板、シ
リコン基板、PCB基板等に関係なく成り立つ事は言う
までもないことである。また、センサの表面を被覆する
弾性体として通常知られているゴムシート等も本発明に
含まれる。
なお、上記実施例においてダイアフラムの面積を大きく
したり、その厚さを薄くシたりすることによりセンサの
感度を大きくすることができる。
したり、その厚さを薄くシたりすることによりセンサの
感度を大きくすることができる。
しかし、この場合には、同時にセンサのレンジが小さく
なったり、寸法が大きくなったりするので、実際にセン
サを設計する際には、以上の点を考慮してセンサの特性
を最適にするようにダイアフラムの寸法を決めなければ
ならない。
なったり、寸法が大きくなったりするので、実際にセン
サを設計する際には、以上の点を考慮してセンサの特性
を最適にするようにダイアフラムの寸法を決めなければ
ならない。
以上説明したとおり、本発明によれば、直線性の良い、
ヒステリシスのない高性能な触覚センサを実現すること
が可能となった。本発明の触覚センサは従来のシリコン
ICプロセス技術と合致した製法で大量に製造すること
ができるため、製造コストを低減する事ができる。また
、センサ素子をアレイ状に配置した本願第2の発明のセ
ンサは、各素子間のばらつきが小さいため対象物の圧覚
やすべり覚の検出を行う高性能な触覚センサとして利用
する事ができる。これらの効果は著しいものであり、本
発明は有効なものである。
ヒステリシスのない高性能な触覚センサを実現すること
が可能となった。本発明の触覚センサは従来のシリコン
ICプロセス技術と合致した製法で大量に製造すること
ができるため、製造コストを低減する事ができる。また
、センサ素子をアレイ状に配置した本願第2の発明のセ
ンサは、各素子間のばらつきが小さいため対象物の圧覚
やすべり覚の検出を行う高性能な触覚センサとして利用
する事ができる。これらの効果は著しいものであり、本
発明は有効なものである。
第1図は本願第1の発明の一実施例の断面図、第2図は
他の実施例の断面図、 第3図は更に他の実施例の断面図、 第4図は本願第1の発明のセンサの特性の概念図、 第5図は本願第2の発明による触覚センサアレイの一例
を示す斜視図、 第6図は従来の触覚センサの構成図、 第7図はその特性を示す概念図である。 1・・・起歪体 2・・・加圧部 3・・・弾性体 4・・・台座 5・・・感圧素子 6・・・ダイアフラム 7・・・穴 8・・・接触点 9・・・キャビティ 20・・・溝 50・・・リード線 第2図 第5図
他の実施例の断面図、 第3図は更に他の実施例の断面図、 第4図は本願第1の発明のセンサの特性の概念図、 第5図は本願第2の発明による触覚センサアレイの一例
を示す斜視図、 第6図は従来の触覚センサの構成図、 第7図はその特性を示す概念図である。 1・・・起歪体 2・・・加圧部 3・・・弾性体 4・・・台座 5・・・感圧素子 6・・・ダイアフラム 7・・・穴 8・・・接触点 9・・・キャビティ 20・・・溝 50・・・リード線 第2図 第5図
Claims (12)
- (1)一部に薄肉のダイアフラムを有する起歪体と、 前記ダイアフラムに配した感圧素子と、 この感圧素子が配された前記ダイアフラムに対向して設
けられており、その形状が球状の形状とされた加圧部と
を有することを特徴とする触覚センサ。 - (2)特許請求の範囲第1項に記載の触覚センサにおい
て、 前記起歪体は、中央部にダイアフラムをもつ起歪体であ
り、 前記感圧素子は、前記ダイアフラム表面上に置かれ、 前記加圧部は、前記感圧素子の置かれた表面と反対側の
ダイアフラム表面に対向して設けられていることを特徴
とする触覚センサ。 - (3)特許請求の範囲第1項または第2項のいずれかに
記載の触覚センサにおいて、 前記加圧部と起歪体は、それぞれヤング率の大きい材料
のものから成っていることを特徴とする触覚センサ。 - (4)特許請求の範囲第3項に記載の触覚センサにおい
て、 前記加圧部は、サファイアから成り、 前記起歪体は、シリコンから成っていることを特徴とす
る触覚センサ。 - (5)特許請求の範囲第1項〜第4項のいずれかに記載
の触覚センサにおいて、 前記起歪体の材料としてシリコンを用い、 前記感圧素子としてゲージ抵抗を用いることを特徴とす
る触覚センサ。 - (6)特許請求の範囲第1項〜第5項のいずれかに記載
の触覚センサにおいて、 前記起歪体は、ダイアフラムの側部に溝を有する起歪体
であることを特徴とする触覚センサ。 - (7)一部に薄肉のダイアフラムを有する起歪体と、 前記ダイアフラムに配した感圧素子と、 この感圧素子が配された前記ダイアフラムに対向して設
けられており、その形状が球状の形状とされた加圧部と
を有する触覚センサにおいて、前記ダイアフラム、感圧
素子、加圧部をそれぞれ共通の起歪体に複数個アレイ状
に配置し、個々の感圧素子に生ずる電気信号を互いに独
立して出力できるようにしたことを特徴とする触覚セン
サ。 - (8)特許請求の範囲第7項に記載の触覚センサにおい
て、 前記起歪体は、中央部にダイアフラムをもつ起歪体であ
り、 前記感圧素子は、前記ダイアフラム表面上に置かれ、 前記加圧部は、前記感圧素子の置かれた表面と反対側の
ダイアフラム表面に対向して設けられていることを特徴
とする触覚センサ。 - (9)特許請求の範囲第7項または第8項のいずれかに
記載の触覚センサにおいて、 前記加圧部と起歪体は、それぞれヤング率の大きい材料
のものから成っていることを特徴とする触覚センサ。 - (10)特許請求の範囲第9項に記載の触覚センサにお
いて、 前記加圧部は、サファイアから成り、 前記起歪体は、シリコンから成っていることを特徴とす
る触覚センサ。 - (11)特許請求の範囲第7項〜第10項のいずれかに
記載の触覚センサにおいて、 前記起歪体の材料としてシリコンを用い、 前記感圧素子としてゲージ抵抗を用いることを特徴とす
る触覚センサ。 - (12)特許請求の範囲第7項〜第11項のいずれかに
記載の触覚センサにおいて、 前記起歪体は、ダイアフラムの側部に溝を有する起歪体
であることを特徴とする触覚センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61258376A JPH0658269B2 (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 触覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61258376A JPH0658269B2 (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 触覚センサ |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63113326A true JPS63113326A (ja) | 1988-05-18 |
JPH0658269B2 JPH0658269B2 (ja) | 1994-08-03 |
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ID=17319384
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61258376A Expired - Fee Related JPH0658269B2 (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 触覚センサ |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH0658269B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0267936A (ja) * | 1988-07-14 | 1990-03-07 | Blomberg Robotertecknik Gmbh | 触覚センサ |
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-
1986
- 1986-10-31 JP JP61258376A patent/JPH0658269B2/ja not_active Expired - Fee Related
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EP4227658A4 (en) * | 2020-10-14 | 2024-03-13 | National University Corporation Kagawa University | TACTILE SENSOR |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0658269B2 (ja) | 1994-08-03 |
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