JPS63154926A - 圧覚センサ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧覚センサに関し、詳しくは受圧板に侮用する
荷重が互いに直交する３方向の分力に分解して検出可能
な感圧モジュールの単位をアレイ状に配置した圧覚セン
サに関する。

（従来技術とその問題点） ロボットハンドに装着され、把持した物体から受ける力
の検出が可能な圧覚センサが広く一般に開発され、また
実用化されつつある。これらの圧覚センサは、例えは導
電性のゴムや圧電素子が使用され、その電気抵抗の変化
や電圧の変化などから荷重の大きさが検知されるように
したもので、他に、光の反射や磁石、ストレーンケージ
、マイクロスイッチなどを応用した視覚あるいは触覚セ
ンサも数多く開発されている。

しかし、上述の触覚ないし圧覚センサはいずれも受圧面
に垂直な方向の力を単に感知するのみで、受圧面に平行
な方向の力の検知か可能なものが無いといってもよく、
９れに受圧面に平行する力の検知が可能であれば、すべ
り荷重までも検知することのできる高感度のものとして
、ロボットハンドに高度の作業を実施させることが期待
できよう。

ちなみに、今日までにこのようなセンサの開発はいくつ
か試みられており、例えば、ハンドのセンサ部にローラ
を内設し、その回転によってすべりを感知させるように
したものや、ボールを内蔵し、その回転にともなう電気
抵抗の変化からすへりを検知させるようにしたものが提
案されている。しかし、これらのセンサもローラやボー
ルと接触していない状態ではすべり荷重を検知すること
ができず、また構造も複雑になる。

そこで、以上のような機能を具えるへく、互いに直交す
る３方向の荷重分力が検知可能な圧覚センサが提案され
てきた。第５図はこのような圧覚センサを構成するセン
サセルの一例を示し、ここで、１は受圧板、２はリング
状のセンサセル、３は基板であり、本例では対のセンサ
セル２が受圧板１と基板３との間に立設の状態で挾持さ
れている。かくして、受圧板１に加えられる水平方向荷
重Ｆ×、ＦＹおよび垂直方向の荷重Ｆｚを対のセンサセ
ル２に伝達することができる。

なお、セル２にはリング形状をなすその側面に図示しな
い複数の半導体ストレーンゲージが設けられており、更
にこれらのストレーンケージ間にはブリッジ回路が構成
されていて、セル２に伝達された荷重を更にストレーン
ゲージに伝達させることにより、そのピエゾ抵抗効果を
利用して上述の３方向の荷重分力を検出するもので、４
はセル２と基板３との接合部に設けられた端子群であり
、これらの端子群４を介してストレーンゲージへの通電
かなされ、また、ストレーンゲージに発生する抵抗値の
変化が取出される。

第６図は第５図に示すようなセンサセル２がマトリック
ス状に配列された圧覚センサを示す。すなわち、このよ
うな状態で基板３の側がロボットハンドに取付けられ、
受圧板１の表面には外部環境からの保護の目的で、人体
の皮膚に当るフィルムが接着されて、３方向の荷重分力
の検出が可能な圧覚センサを構成するものである。

しかしながらこのような圧覚センサでの問題点は、セル
２がシリコンで形成されているため木質的には衝撃に弱
く、殊にセル２が大気中にさらされたままの状態では耐
環境性が問題で、例えば湿気かあったりすると絶縁性が
低下し、また塵埃が回路に付着して電気的特性に悪影響
をおよぼすなどの点かあった。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述の問題点に着目し、その解決を図
るべく、十分な耐衝撃性や耐環境性、耐絶縁性等を持た
せることのできる圧覚センサを提イ共することにある。

（発明の要点） かかる目的を達成するために、本発明は、複数のストレ
ーンゲージを具えた同型の圧覚セルを受圧板と基板との
間に複数並列に配置し、受圧板に加えられた荷重を互い
に直交する３方向の分力に分解して検出可能な圧覚セン
サにおいて、受圧板と基板との間の圧覚セルによって形
成される空間を高絶縁性の柔軟なモールド成形樹脂によ
って充填したことを特徴とするものであり、このように
構成することにより耐衝撃性や耐環境性を著しく向上さ
せることができ、実用的価値を躍進的に高めることがで
きる。

（発明の実施例） 以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。

第１図は本発明の基本的構成を示すもので、ここで、５
はモールド成形によって得られた合成樹脂の充填体（以
下でモールド樹脂という）であり、柔軟性に冨み、かつ
絶縁性が高く更に好ましくは透明なものとすることによ
って、内部のセル２を透視することかでき、ストレーン
ケージや配線パターンおよび接続部の端子群４等におけ
る異常の有無が発見しやすくなる。

樹脂の種類としてはシリコーン樹脂、紫外線硬１子。

含まれないように注意が必要なことはいうまでもない。

約２４時間以上放置することにより硬化させることが可
能であり、また、紫外線硬化型アクリル樹脂であれば紫
外線照射により数十秒で硬化させることができる。

本願人はこのようにしてモールド樹脂５により成形した
第１図のような単体に対し、第５図に示した３方自から
小型のシャルピー試験ハンマによる南軍試験を実施した
結果、いずれも、モールド成形前の単体に比べて約２倍
衝撃値の向上することが確認できた。なお、モールド樹
脂５の硬度を高めれば更に衝撃値が向上することが期待
できるが、センサとしての感度低下をもたらすので望ま
しくない。

このようにして得られた単体のセンサユニットにおいて
は、セル２が完全に外気からしゃ断されているので、耐
環境性が従来に比して著しく改善されるのはいうまでも
なく、電気絶縁性もまた向上する。

第３図および第４図は実用の圧覚センサに適用する鋳型
およびその成品の一例をそれぞれ示す。

この場合、アレイ状に組立てられた圧覚センサは第３図
に示すようにその受圧面１および基板３の面が側面とな
るよう全体を縦に保ち、更に個々のセル２が縦並びとな
るようになして鋳型７に嵌込まれ、このような状態で樹
脂を注入してモールド樹脂８をセンサセル２の間に充填
成形することかできる。

この場合、隣接する受圧板１同士のすき間にも樹脂が入
り込み、互いに接合された形態となるが、樹脂に柔軟性
のあるものが使用されるのて、荷重の検出上大きく影響
の生じることはない。しかし、更に精密に荷重が検出さ
れるようにしたい場合は、受圧板１の間を個々にすき間
に沿って分離させてやるようにすればよい。なお、この
ように分離するか否かによってセンサ間の相互干渉の影
響に若干の差異が生じるが、いずれにせよ較正を行えば
よいので、また較正を行わなくても実用上はほとんど支
障がないといってよい。

また、分離した場合でも全体の耐環境性、耐衝撃性、耐
絶縁性などが損われることもない。

〔発明の効果］ 以上説明してきたよう、本発明によれば、少なくともそ
のセル・が占める空間を絶縁性が高くかつまた、本来な
らば受圧板の表面に人間の皮膚に相当する皮膜を形成す
べきところ、樹脂系によって、これが形成可能である。

以上のような利点によりロボットハントに装着して、ロ
ボットハンドの作業領域を一段と高めることができ、ロ
ボット産業に貢献するところ大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明圧覚センサユニットの構成の一例を示す
斜視図、 第２図はそのモールド樹脂成形のため鋳型に収納した状
態を示す斜視図、 第３図は本発明圧覚センサのモールド樹脂成形のため鋳
型に全体を収納した状態を示す斜視図、第４図は本発明
圧覚センサの仕上がり状態を示す斜視図、 第５図は従来の３方向荷重検知型圧覚センサユニットの
構成の一例を示す斜視図、 第６図はそのユニットで構成された圧気センサの一例を
示す斜視図である。 １　　　・・・　受圧板、 ２　　　・・・　センサセル、 ３　　　・・・　基板、 ４　　　・・・　端子群、 ５．８・・・　　モールド樹脂、 ６．７・・・　　鋳型。 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数のストレーンゲージを具えた同型の圧覚セルを受圧
   板と基板との間に複数並列に配置し、前記受圧板に加え
   られた荷重を互いに直交する３方向の分力に分解して検
   出可能な圧覚センサにおいて、 前記受圧板と基板との間の圧覚セルによって形成される
   空間を高絶縁性の柔軟なモールド成形樹脂によって充填
   したことを特徴とする圧覚セル。