JP3548779B2

JP3548779B2 - 触覚センサの感知範囲拡張構造および該構造を搭載したロボット

Info

Publication number: JP3548779B2
Application number: JP2001315376A
Authority: JP
Inventors: 泰三田原; 郁磨福井
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: JP2003121274A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触覚感知範囲を広げるための構造、およびその構造を組み込んだロボット、玩具、家電製品、およびヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）などに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開２００１−１１６６３５号公報などにおいて、圧電素子を触覚センサとして利用する発明が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧電素子を触覚センサとして利用する場合、触覚感知範囲は圧電素子の大きさに依存することになる。感知範囲を広げようとして圧電素子を大きくすると、設置面積を大きくとる必要があり、設置箇所が制限されてしまう。また、触覚を持たせたい広い範囲に小さい圧電素子を複数個並べて配置することで触感感知範囲を拡張する方法もあるが、回路および配線が複雑になるとともにコストが高くなるという問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記問題を解決するために本発明の頭頂部用触覚センサの感知範囲拡張構造は、頭頂部に設置された触覚感知部と、この触覚感知部を覆って設けられ、触覚を感知させたい頭頂部の範囲に拡張された頭頂部カバーの可撓性プレートと、この可撓性プレートに突設され、先端が前記触覚感知部に当接する突起部とを備え、
前記可撓性プレートは、前記頭頂部カバーの周囲の両側に形成された２本のスリットにより画定される略扇状をなしていることを特徴とするものである。
この構成によれば、例えば人間が頭頂部に触れたときに可撓性プレートが撓んで突起部が触覚感知部を押圧し、これにより人間が触れたことを感知することができる。したがって、頭頂部において触覚を感知させたい範囲に拡張された可撓性プレートを設けるという簡単な構成で、触覚感知部による感知範囲を任意の大きさに広げることができる。その結果、触覚感知部（すなわちセンサ）の数を少なくすることができ、回路および配線の簡素化とコストの低減を図れる。
【０００５】
また、本発明の後頭部用触覚センサの感知範囲拡張構造は、後頭部に設置された触覚感知部と、この触覚感知部を覆って設けられ、触覚を感知させたい後頭部の範囲に拡張された後頭部カバーの可撓性プレートと、この可撓性プレートに突設され、先端が前記触覚感知部に当接する突起部とを備え、
前記可撓性プレートは、周囲に形成された渦巻き状の３本のスリットにより画定された樹脂バネとして構成されていることを特徴とするものである。
この構成によれば、例えば人間が後頭部に触れたときに可撓性プレートが撓んで突起部が触覚感知部を押圧し、これにより人間が触れたことを感知することができる。したがって、後頭部において触覚を感知させたい範囲に拡張された可撓性プレートを設けるという簡単な構成で、触覚感知部による感知範囲を任意の大きさに広げることができる。その結果、触覚感知部（すなわちセンサ）の数を少なくすることができ、回路および配線の簡素化とコストの低減を図れる。
【０００６】
また、本発明の背中用触覚センサの感知範囲拡張構造は、背中に設置された触覚感知部と、この触覚感知部を覆って設けられ、触覚を感知させたい背中の範囲に拡張された背中カバーの可撓性プレートと、この可撓性プレートに突設され、先端が前記触覚感知部に当接する突起部とを備え、
前記背中カバーは背中全体を覆うような湾曲したプレート状をなし、前記可撓性プレートは前記背中カバーの周囲から切れ込んだ複数のスリットにより画定されていることを特徴とするものである。
この構成によれば、例えば人間が背中に触れたときに可撓性プレートが撓んで突起部が触覚感知部を押圧し、これにより人間が触れたことを感知することができる。したがって、背中において触覚を感知させたい範囲に拡張された可撓性プレートを設けるという簡単な構成で、触覚感知部による感知範囲を任意の大きさに広げることができる。その結果、触覚感知部（すなわちセンサ）の数を少なくすることができ、回路および配線の簡素化とコストの低減を図れる。
【０００７】
さらに、本発明の下あご用触覚センサの感知範囲拡張構造は、下あごに設置された触覚感知部と、この触覚感知部を覆って設けられ、触覚を感知させたい下あごの範囲に拡張された下あごカバーの可撓性プレートと、この可撓性プレートに突設され、先端が前記触覚感知部に当接する突起部とを備え、
前記下あごカバーは前記可撓性プレートの周囲に有する複数の係合爪を係合させることにより取り付けられ、前記可撓性プレートが撓むか、または、前記下あごカバーが変位することを特徴とするものである。
この構成によれば、例えば人間が下あごに触れたときに可撓性プレートを含む下あごカバーが撓むか変位することで突起部が触覚感知部を押圧し、これにより人間が触れたことを感知することができる。したがって、下あごにおいて触覚を感知させたい範囲に拡張された可撓性プレートを設けるという簡単な構成で、触覚感知部による感知範囲を任意の大きさに広げることができる。その結果、触覚感知部（すなわちセンサ）の数を少なくすることができ、回路および配線の簡素化とコストの低減を図れる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明を適用した猫型ペットロボット１の全体図である。この猫型ペットロボット１は、プラスチック製のロボット本体２に人工毛皮３を全身に着せて構成されている。
【０００９】
図２および図３は、ロボット本体２の頭部４から頭頂部カバー１０および後頭部カバー３０ａ，３０ｂを取り外すとともに、ロボット本体２の背中２から背中カバー５０を取り外した状態を示す。これらのカバーのうち、まず、頭頂部カバー１０と頭頂部の触覚機能について説明する。
【００１０】
例えばプラスチック材料からなる頭頂部カバー１０は、図５に示すように、４つのネジ孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを有しており、これらのネジ孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを介して挿入されるネジによって頭部４に固定されるようになっている。また、頭頂部カバー１０には、周囲の両側に形成されたスリット１４ａ，１４ｂにより画定された略扇状の可撓性プレート１６を備えている。可撓性プレート１６は、例えば人間が触れることにより圧力がかけられると、連結部１８を基点として撓むことができるようになっている。また、可撓性プレート１６の裏面には、突起部２０が突設されている。なお、可撓性プレート１６の両側に形成されている孔２２ａ，２２ｂは、耳６を作動可能に取り付けるためのものである。
【００１１】
頭頂部には、図２，３に示すように、圧力センサユニット（触覚感知部）７が設置されている。この圧力センサユニット７は、ロボット本体２について触覚機能を持たせたい各部位にそれぞれ設置されている。図６に示すように、圧力センサユニット７は、例えば発泡ウレタンからなるクッション材７１、例えばステンレス板からなる圧力センサ過撓防止板７３、圧力センサとしての圧電素子７４、および例えばゴムからなる弾性シート７５の順に積み重ねて両面テープ７２で互いに接着されて構成されている。このように圧力センサユニット７を構成することで、例えば「たたく」などの強い衝撃が加えられたときでも、圧電素子７４の破損を防止できる。
なお、触覚感知部は、圧力センサユニット７の構成に限られず、例えば圧電素子または他の種類の圧力センサ単体で構成されていもよい。
【００１２】
図４の頭部断面図には、頭頂部カバー１０が頭部４に取り付けられた状態が示されている。取り付けられた頭頂部カバー１０の可撓性プレート１６は、圧力センサユニット７を覆って設けられる。また、可撓性プレート１６は、圧力センサユニット７に比べてかなり大きく、触覚を感知させたい範囲に拡張されている。また、可撓性プレート１６の裏面にある突起部２０の先端が圧力センサユニット７の上部の弾性シート７５に当接している。
【００１３】
このように構成される頭頂部を人間がなでたりたたいたりすると、可撓性プレート１６が撓んで突起部２０が圧力センサユニット１２を押圧する。押圧された圧力センサユニット７の圧電素子は、その押圧力の強さや加速度に応じた信号を出力し、この信号に基づきロボット１はなでられているのか、たたかれているのかを判断して、例えば「喜ぶ」や「怒る」などのそれに応じた反応動作を行う。
【００１４】
このように、触覚を感知させたい範囲に拡張された可撓性プレート１６を設けるという簡単な構成で、圧力センサユニット７による感知範囲を任意の大きさに広げることができる。
【００１５】
次に、前記後頭部カバー３０ａと後頭部の触覚機能について説明する。
例えばプラスチック材料からなる後頭部カバー３０ａは、図７に示すように、その中央部に、周囲に形成された渦巻き状の３本のスリット３２ａ，３２ｂ，３２ｃにより画定される可撓性プレート３４を有している。可撓性プレート３４は、周囲に形成されたスリット３２ａ，３２ｂ，３２ｃにより樹脂バネとして機能し、押圧力が作用することにより撓むことができるようになっている。可撓性プレート３４の裏面には、突起部３６が突設されている。なお、もう一方の後頭部カバー３０ｂもまた、後頭部カバー３０ａと同様の構成を有している。
【００１６】
図３に示すように、ロボット本体２の頭部４の後頭部には、２つの圧力センサユニット７が設置されている。後頭部カバー３０ａ，３０ｂがロボット本体２の頭部４に取り付けられると、各可撓性プレート３４，３４が圧力センサユニット７をそれぞれ覆って設けられる。また、可撓性プレート３４は、圧力センサユニット７に比べてかなり大きく、触覚を感知させたい範囲に拡張されている。さらに、図４に示すように、可撓性プレート１６の裏面にある突起部３６の先端が圧力センサユニット７の上部の弾性シート７５に当接している。
【００１７】
このように構成したことで、人間がロボット１後頭部に触れたときに可撓性プレート３４が撓んで突起部３６が圧力センサユニット７を押圧し、これにより人間が触れたことを感知することができる。したがって、触覚を感知させたい領域に拡張された可撓性プレート３４を設けるという簡単な構成で、圧力センサユニット７による感知範囲を任意の大きさに広げることができる。
【００１８】
次に、前記背中カバー５０と背中の触覚機能について説明する。
例えばプラスチック材料からなる背中カバー５０は、図８に示すように、ほぼ背中全体を覆うような湾曲したプレート状をなし、周囲縁部から切れ込んだ５本のスリット５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅが形成されている。これら周囲のスリット５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅにより４つの可撓性プレート５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄが画定されている。また、これら４つの可撓性プレート５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄに囲まれた中央部もまた、第５の可撓性プレート５４ｅを構成している。各可撓性プレート５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅは、人間が触れることによりそれぞれ撓むことができるようになっている。また、各可撓性プレート５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅの裏面には、円柱状の突起部５６がそれぞれ突設されている。なお、中央部の可撓性プレート５４ｅの突起部５６の両側にあるピン５８は、背中カバー５０をロボット本体２に取り付けるためのものである。
【００１９】
図２に示すように、ロボット本体２の背中には、５つの圧力センサユニット７が設置されている。前記背中カバー５０は、ロボット本体２の背中に形成した２つの取り付け孔８に背中カバー５０の裏面のピン５８を挿入することにより取り付けられる。背中カバー５０がロボット本体２に取り付けられると、背中カバー５０の各可撓性プレート５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅが各圧力センサユニット７をそれぞれ覆って設けられるとともに各突起部５６の先端が圧力センサユニット７の上部の弾性シート７５に当接する。
【００２０】
このように構成したことで、人間がロボット１の背中に触れたときに可撓性プレート５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅの少なくともいずれかが撓んで突起部５６が圧力センサユニット７を押圧し、これにより人間が触れたことを感知することができる。したがって、触覚を感知させたい領域に拡張された可撓性プレート５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅを設けるという簡単な構成で、圧力センサユニット７による感知範囲を任意の大きさに広げることができる。
【００２１】
ところで、ロボット本体２は、図９に示すように、下あご９にも触覚機能を持っている。圧力センサユニット７は、下あご９を開閉駆動するレバー６０の下面に設置されている。そして、圧力センサユニット７を覆うようにして下あごカバー６１が取り付けられる。下あごカバー６１は、図１０に示すように、可撓性プレート６２の周囲に４つの係合爪６３を有しており、これら係合爪６３を前記レバー６０の上部に係合させることにより取り付けられる。また、下あごカバー６１には、可撓性プレート６２の裏面に突起部６４が突設されており、下あごカバー６１が取り付けられたときに前記突起部６４が圧力センサユニット７の弾性シート７５上に当接するようになっている。
【００２２】
このように構成することで、人間が下あごをなでると、下あごカバー６１の可撓性プレート６２が撓むか、または、下あごカバー６１自体が僅かに変位することにより突起部６４が圧力センサユニット７を押圧し、これにより人間が触れたことを感知することができる。したがって、触覚を感知させたい領域に拡張された可撓性プレート６２を設けるという簡単な構成で、圧力センサユニット７による感知範囲を任意の大きさに広げることができる。
【００２３】
なお、本実施形態では、触覚機能を頭頂部、後頭部、背中および下あごに持たせた例について説明したが、それ以外の部位（例えば腹部や尻部など）に同様の感知範囲拡張構造でもって触覚機能を持たせてもよい。
【００２４】
また、本発明は、猫型ペットロボットに限らず、犬等の他の動物のロボットや玩具、人間型ロボット、産業ロボット、家電製品、ヒューマンマシンインターフェースなどにおいて触覚センサの感知範囲を広げるために搭載されてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、例えば人間が触れたときに可撓性プレートが撓んで突起部が触覚感知部を押圧し、これにより人間が触れたことを感知することができる。したがって、触覚を感知させたい範囲に拡張された可撓性プレートを設けるという簡単な構成で、触覚感知部による感知範囲を任意の大きさに広げることができる。その結果、触覚感知部（すなわちセンサ）の数を少なくすることができ、回路および配線の簡素化とコストの低減を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】猫型ペットロボットの全体図。
【図２】頭頂部カバー、後頭部カバーおよび背中カバーを取り外した状態のロボット本体の前方からの部分斜視図。
【図３】頭頂部カバー、後頭部カバーおよび背中カバーを取り外した状態のロボット本体の後方からの部分斜視図。
【図４】ロボット本体の頭部の縦断面図。
【図５】（ａ）は頭頂部カバーの表面斜視図、（ｂ）は頭頂部カバーの裏面斜視図。
【図６】圧力センサユニットの拡大側面図。
【図７】（ａ）は後頭部カバーの表面斜視図、（ｂ）は後頭部カバーの裏面斜視図。
【図８】（ａ）は背中カバーの表面斜視図、（ｂ）は背中カバーの裏面斜視図。
【図９】下あご部の拡大分解斜視図。
【図１０】（ａ）は下あごカバーの表面斜視図、（ｂ）は下あごカバーの裏面斜視図。
【符号の説明】
１…猫型ペットロボット、２…ロボット本体、３…人工毛皮、４…頭部、５…背中、６…耳、７…圧力センサユニット（触覚感知部）、１０…頭頂部カバー、１６…可撓性プレート、２０…突起部、３０ａ，３０ｂ…後頭部カバー、３４…可撓性プレート、３６…突起部、５０…背中カバー、５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ…可撓性プレート、５６…突起部。

Claims

頭頂部に設置された触覚感知部と、この触覚感知部を覆って設けられ、触覚を感知させたい頭頂部の範囲に拡張された頭頂部カバーの可撓性プレートと、この可撓性プレートに突設され、先端が前記触覚感知部に当接する突起部とを備え、
前記可撓性プレートは、前記頭頂部カバーの周囲の両側に形成された２本のスリットにより画定される略扇状をなしていることを特徴とする頭頂部用触覚センサの感知範囲拡張構造。
後頭部に設置された触覚感知部と、この触覚感知部を覆って設けられ、触覚を感知させたい後頭部の範囲に拡張された後頭部カバーの可撓性プレートと、この可撓性プレートに突設され、先端が前記触覚感知部に当接する突起部とを備え、
前記可撓性プレートは、周囲に形成された渦巻き状の３本のスリットにより画定された樹脂バネとして構成されていることを特徴とする後頭部用触覚センサの感知範囲拡張構造。
背中に設置された触覚感知部と、この触覚感知部を覆って設けられ、触覚を感知させたい背中の範囲に拡張された背中カバーの可撓性プレートと、この可撓性プレートに突設され、先端が前記触覚感知部に当接する突起部とを備え、
前記背中カバーは背中全体を覆うような湾曲したプレート状をなし、前記可撓性プレートは前記背中カバーの周囲から切れ込んだ複数のスリットにより画定されていることを特徴とする背中用触覚センサの感知範囲拡張構造。
下あごに設置された触覚感知部と、この触覚感知部を覆って設けられ、触覚を感知させたい下あごの範囲に拡張された下あごカバーの可撓性プレートと、この可撓性プレートに突設され、先端が前記触覚感知部に当接する突起部とを備え、
前記下あごカバーは前記可撓性プレートの周囲に有する複数の係合爪を係合させることにより取り付けられ、前記可撓性プレートが撓むか、または、前記下あごカバーが変位することを特徴とする下あご用触覚センサの感知範囲拡張構造。
前記請求項１ないし４の少なくともいずれか１つの触覚センサの感知範囲拡張構造を備えたロボット。