JP3913496B2

JP3913496B2 - Tactile detection system

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Publication number: JP3913496B2
Application number: JP2001159410A
Authority: JP
Inventors: 裕之篠田; 光弘箱崎
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2021-05-28
Also published as: JP2002352370A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工皮膚を有する触感検知システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、本願発明者らは、大面積の柔らかい人工皮膚を実現するために、電気配線が不要な触覚素子を利用する技術と、そのための触覚素子の開発を行ってきた（例えば、特開平１１−２４５１９０号公報参照）。
【０００３】
また、本発明に関連する先行論文としては、下記のものが挙げられる。
【０００４】
（１）Ｍ．Ｈａｋｏｚａｋｉ，Ｈ．ＯａｓａａｎｄＨ．Ｓｈｉｎｏｄａ：ＴｅｌｅｍｅｔｒｉｃＲｏｂｏｔＳｋｉｎ，Ｐｒｏｃ．１９９９ＩＥＥＥＩｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ｐｐ．９５７−９６１，１９９９．
（２）Ｈ．ＳｈｉｎｏｄａａｎｄＨ．Ｏａｓａ：ＷｉｒｅｌｅｓｓＴａｃｔｉｌｅＳｅｎｓｉｎｇＥｌｅｍｅｎｔＵｓｉｎｇＳｔｒｅｓｓ−ＳｅｎｓｉｔｉｖｅＲｅｓｏｎａｔｏｒ，ＩＥＥＥ／ＡＳＭＥＴｒａｎｓ．ｏｎＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．３，ｐｐ．２５８−２６５，２０００．
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の技術では、触覚素子についてのみ示され、それを用いて実際に大面積の人工皮膚を得る触感検知システムを実現するまでには、到達していなかった。
【０００６】
本発明は、上記状況を鑑みて、大面積の人工皮膚を有する触感検知システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕触感検知システムにおいて、骨格に巻付けられる電力供給用コイルとセンシング用コイルとをコイルアレイの各サイトに備えるとともに、回路を有する帯状フィルムと、この帯状フィルム上を被覆するように装着する、複数の無線触覚素子が埋め込まれた柔軟体からなる人工皮膚とを備え、前記無線触覚素子は前記帯状フィルムの電力供給用及びセンシング用コイルとの誘導結合により触覚を無線伝送することを特徴とする。
【０００８】
〔２〕上記〔１〕記載の触感検知システムにおいて、前記無線触覚素子が前記触覚を前記人工皮膚内部の空洞の空気の圧力によって捉えることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施例を示す人工皮膚を有する触感検知システムの構成を示す模式図である。
【００１１】
この図において、１はロボットの骨格、１１はコイルアレイを有する帯状フィルム、２１は帯状フィルム１１上に装着される無線触覚素子（センサチップ）２３が埋め込まれた柔軟体２２からなる人工皮膚である。
【００１２】
そこで、コイルアレイと回路を作り込んだ帯状フィルム１１をロボットの骨格１に巻き付ける。その後で無線触覚素子（センサチップ）２３が埋め込まれた柔軟体２２からなる人工皮膚２１を、帯状フィルム１１上を被覆するように装着する。
【００１３】
すなわち、帯状フィルム１１をロボット骨格１上にしっかりと装着する。この帯状フィルム１１は、人工皮膚２１に含まれる無線触覚素子（センサチップ）２３に電気入力し、誘導結合を介して無線触覚素子（センサチップ）２３との間で信号を授受する。帯状フィルム１１上の各サイトは独立して駆動されるため、帯状フィルム１１が重なり合うことも許される。これにより、帯状フィルム１１はロボット骨格１表面のさまざまな形状に対応できる。その後、帯状フィルム１１上に無線触覚素子（センサチップ）２３が埋め込まれた柔軟体２２からなる人工皮膚２１を、被覆するように装着する。
【００１４】
図２は本発明の実施例を示すコイルアレイを有する帯状フィルムの構造を示す図であり、図２（ａ）はその帯状フィルムの平面図、図２（ｂ）はその帯状フィルムのコイルアレイのサイトの模式構成図である。
【００１５】
図２に示すように、帯状フィルム１１のコイルアレイ１２の各サイト１２Ａは、電力供給用コイル１３とセンシング用グランドコイル（信号受信コイル）１４、電力供給用コイル１３を駆動するコイルドライバー１５、センシング用グランドコイル１４の信号を増幅する信号増幅器１６と、処理回路から任意にアクセスするための集積回路とを有している。この帯状フィルム１１に接続したコンピュータ（図示なし）が各サイトに任意にアクセスし、アクセスしたサイトの近傍に存在するセンサ信号を読み取る。
【００１６】
図３は本発明の実施例を示す柔軟体からなる人工皮膚に実装される無線触覚素子〔センシングエレメント：センサチップ（触覚センサ及びセンシング回路）〕の構造を示す図、図４はその実装状態を示す図、図５はそのセンシング回路の全体構成図、図６はそのセンサチップの動作原理図である。
【００１７】
図３に示すように、柔軟体（プラスチック本体）２２からなる人口皮膚２１内に無線触覚素子２３を実装する。
【００１８】
その実装状態は、図４に示すように、ロボットの骨格１上にグランドコイル（１３，１４）を有する帯状コイル１１が装着され、その上を被覆するように、空洞２４を有する柔軟体（プラスチック本体）２２からなる人口皮膚２１が装着される。なお、グランドコイルは電力供給用グランドコイル１３とセンシング用グランドコイル１４からなる。２５は人工皮膚表面である。
【００１９】
そこで、無線触覚素子２３は、図５に示すように、電力供給用グランドコイル１３と結合される電力受信用コイル３１、ダイオード３２，３３、ダイオード３２に接続されるコンデンサ３４、ダイオード３３に接続されるコンデンサ３５と抵抗３６の並列回路と、その並列回路の負荷側に接続される正論理インバータ（Ｇ₁）３７とＥＣＭ（電気コンデンサマイクロフォン）３８とコンデンサ３９と正論理シュミットインバータ（Ｇ₂）４０とＮＡＮＤ回路（Ｇ₃）４１とＪＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）４２と信号送信コイル４３とからなり、電力供給用グランドコイル１３との誘導結合を介し空洞内圧をセンシング用グランドコイル１４へ送信する。
【００２０】
次に、インパルス発生のメカニズムを以下に示す。
【００２１】
入力を停止した後、図６におけるＧ１の出力が、時間遅延ｔ_Rで上昇する。ＥＣＭ３８は、ＪＦＥＴ４２を用いて電流を空気圧制御するものであり、このＥＣＭ３８を通ってきた電流は、Ｇ３の入力の上昇のための時間遅延Δｔを変化させる。Ｇ３がＭＯＳ電流を停止すると、インパルスが発生する。図６に示すＡ２における電圧は次のように示される。
【００２２】
Ｖ＝（Ｉ_M／Ｃ）ｔ …（１）
ここで、Ｉ_MはＥＣＭを流れる電流、αはＥＭＣの定数、Ｐは空気圧である。従って、遅延時間Δｔは、
Δｔ＝ＣＶ_Th／Ｉ _M …（２）
である。
【００２３】
ここではインパルス幅を無視しており、Ｖ_Thは、シュミット回路インバータの正の閾値電圧である。インパルスは、アクセスしたサイトのセンシングコイルで検知し、そのサイトにおいて増幅される。
【００２４】
次いで、遅延を測定する。チップ毎に異なるｔ_Rを付与することにより、多数のチップを同定する。
【００２５】
センサチップ２３が、人口皮膚の空洞２４の空気圧を、無線により伝送する。電気入力と信号伝送は、センサチップ２３と帯状フィルム１１上の電気入力コイル間の誘導結合を介して行われる。
【００２６】
触覚感知の原理を示すと、まず、コンピュータが帯状フィルム１１上のコイルアレイの１サイトを指定し、帯状フィルム１１のコイルドライバー１５を動作させることにより、そのサイト近傍に存在するセンサチップ２３に電気入力する。センサチップ２３上のコンデンサに充電し終わると、入力を停止する。次に、センサチップ２３は、入力停止後、一定の時間遅延を有するインパルスを発生する。図６に示すように、時間遅延は空洞の空気圧を反映するので、この時間遅延から空洞の空気圧が得られる。
【００２７】
すなわち、図６に示すように、入力端子Ａ１、中間端子Ａ２及び出力端子Ａ３でのそれぞれ波形を示すように、センサチップ２３上のＥＣＭ３８上を流れる電流が空気圧で変化する。その結果、パルスの発生時刻Δｔが変化する。この時間遅れが触覚信号となる。
【００２８】
以下、その動作を詳細に説明する。
【００２９】
図７はセンシング回路の各部の動作フローチャートである。
【００３０】
まず、図７（ａ）に示すように、電力入力信号を停止させる。
【００３１】
次に、図７（ｂ）に示すように、抵抗Ｒの電圧Ｖ_R2が低くなる。
【００３２】
次に、図７（ｃ）に示すように、時間ｔ_R後にＧ₁の出力が上昇する。
【００３３】
次に、図７（ｄ）に示すように、Ｇ₂の入力がＧ₂閾値電圧Ｖ_thまで上昇する。
【００３４】
次に、図７（ｅ）に示すように、Ｇ₂が立ち下がる。
【００３５】
次に、図７（ｆ）に示すように、Ｇ₂ が上昇し、ＭＯＳＦＥＴをオンにする。
【００３６】
次に、図７（ｇ）に示すように、ＦＥＴドレイン電流が減少する。
【００３７】
次に、図７（ｈ）に示すように、コイル回路がＭＯＳＦＥＴによって停止されると、インパルスがグランドセンシングコイルによって検知される。
【００３８】
次に、１次元フィルムコイルの構成について説明する。
【００３９】
図８は本発明の実施例を示すコイルアレイを有する帯状フィルムの構成図であり、図８（ａ）はその配置図、図８（ｂ）はそのブロック図である。
【００４０】
これらの図において、５１はＰＬＤ（プログラマブル・ロジック・デバイス）処理回路であり、信号発生器５２とカウンタ５３から構成されている。５４はデジタルＩ／Ｏ、５５はコンピュータである。
【００４１】
この図に示すように、８サイトに１つのＰＬＤ処理回路５１を配置する。ＰＬＤ処理回路５１はコンピュータ５５が指定したサイトに励起信号を送り、ＰＬＤ処理回路５１が測定した遅延時間Δｔをコンピュータ５５に送る。ＰＬＤ処理回路５１のクロックは４０ＭＨｚであり、Δｔは解像度２５ｎｓで測定する。
【００４２】
このように、８つのコイルサイトに対して１つのＰＬＤ処理回路５１が配置され、電力供給用信号の生成と、センサ出力のカウント及びコンピュータ５５との間の調整を行う。
【００４３】
以下、本発明の触感検知システムの具体例について説明する。
【００４４】
コイルとセンシングチップを有する帯状フィルムの写真を図９に示す。
【００４５】
右側の四角いプリントパターンは、入力コイル、コイルドライバー、センシングコイル、増幅器を有するセンシングサイトである。入力コイルとセンシングコイルは、巻数が１０、外形サイズ４０×４０ｍｍである。入力電圧は、１．５ＭＨｚで５Ｖである。センシングコイルの電圧は５０倍に増幅され、ＰＬＤ処理回路へ送られる。
【００４６】
センサチップの写真を図１０に示す。電気受信コイルの直径、高さ、巻数はそれぞれ、２２ｍｍ、１ｍｍ、５０回である。また、これに対する信号伝送コイルのパラメーターはそれぞれ、１２ｍｍ、１ｍｍ、３０回である。センサチップの電気回路を図１１に示す。
【００４７】
図１１において、電力供給用グランドコイル１３と結合される電力受信用コイル６１（５０ターン）、ダイオード６２，６３、ダイオード６２に接続されるコンデンサ６４（０．１μｍ）と定電圧ダイオード、ダイオード６３に接続されるコンデンサ６６（１００ｐＦ）と抵抗６７（１００ｋΩ）の並列回路と、その並列回路の負荷側に接続される正論理インバータ（Ｇ１）６９とＥＣＭ（電気コンデンサマイクロフォン）７０とダイオード７１とコンデンサ７２（２２００ｐＦ）と正論理インバータ（Ｇ２）７３とＮＡＮＤ回路（Ｇ３）７４（２５Ｋ６８０Ａ）とＪＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）７５と信号送信コイル７６（３０ターン）とからなり、電力供給用グランドコイル１３との誘導結合を介し空洞内圧をセンシング用グランドコイル１４へ送信する。
【００４８】
１つのセンシング空洞を含む試験用の人工皮膚を用いて行った、基礎的な実験データを示す。
【００４９】
図１２に示すように、シリコンゴム製の３０×３０×１５ｍｍの空洞に、１つのセンサチップを配置する。このシリコンゴムを１次元フィルムコイルアレイ上に載置すると、センシングコイルは、図１３に示すようなセンサ信号を検知した。人工皮膚に触れると、図１４に示すように、時間遅延が移動した。
【００５０】
図１５は、圧力感知の動的信号を示す。試験用人工皮膚に４回触れた時、５００Ｈｚでサンプリングしたインパルスの遅延Δｔをプロットしたものである。これらの結果は、フィルムコイルアレイの感知システムが試験用人工皮膚からの触覚信号を検出したことを示している。
【００５１】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００５２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、大面積の人工皮膚を有する触感検知システムを提供することができる。
【００５３】
また、誘導結合による無線伝送による触感を得る人工皮膚を有する触感検知システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す人工皮膚を有する触感検知システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例を示すコイルアレイを有する帯状フィルムの構造を示す図である。
【図３】本発明の実施例を示す柔軟体からなる人工皮膚に実装される無線触覚素子〔センシングエレメント：センサチップ（触覚センサ及びセンシング回路）〕の構造を示す図である。
【図４】本発明の実施例を示す人工皮膚のキャビティの空気圧測定エレメントを示す図である。
【図５】本発明の実施例を示すセンシング回路の全体構成図である。
【図６】本発明の実施例を示すセンサチップの動作原理図である。
【図７】本発明の実施例を示すセンシング回路の各部の動作フローチャートを示す図である。
【図８】本発明の実施例を示すコイルアレイを有する帯状フィルムの構成図である。
【図９】本発明の具体例を示すコイルとセンシングチップを有する帯状フィルムの写真を示す図である。
【図１０】本発明の具体例を示すセンサチップの写真を示す図である。
【図１１】本発明の具体例を示すセンサチップの電気回路を示す図である。
【図１２】本発明の具体例を示す人工皮膚の写真を示す図である。
【図１３】本発明の具体例を示すセンシングコイルによるセンサ信号を示す図である。
【図１４】本発明の具体例を示す人工皮膚のグランドセンシングコイルの出力信号を示す図である。
【図１５】本発明の具体例を示す人工皮膚の圧力感知の動的信号を示す図である。
【符号の説明】
１ロボットの骨格
１１コイルアレイを有する帯状フィルム
１２コイルアレイ
１２Ａコイルアレイの各サイト
１３電気入力コイル（電力供給用グランドコイル）
１４信号受信コイル（センシング用グランドコイル）
１５コイルドライバー
１６信号増幅器
２１人工皮膚
２２柔軟体
２３無線触覚素子（センサチップ）
２４空洞
２５人工皮膚表面
３１電力受信用コイル
３２，３３ダイオード
３４，３５，３９コンデンサ
３６抵抗
３７正論理インバータ（Ｇ１）
３８ＥＣＭ（電気コンデンサマイクロフォン）
４０正論理インバータ（Ｇ２）
４１ＮＡＮＤ回路（Ｇ３）
４２ＪＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）
４３信号送信コイル
５１ＰＬＤ（プログラマブル・ロジック・デバイス）処理回路
５２信号発生器
５３カウンタ
５４デジタルＩ／Ｏ
５５コンピュータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tactile sensation detection system having artificial skin.
[0002]
[Prior art]
In the past, the inventors of the present application have developed a technology that uses a tactile element that does not require electrical wiring and a tactile element for that purpose in order to realize a soft artificial skin with a large area (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 11). -245190).
[0003]
Moreover, the following are mentioned as a prior | preceding paper relevant to this invention.
[0004]
(1) M.M. Hakozaki, H .; Oasa and H.M. Shinoda: Telemetric Robot Skin, Proc. 1999 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 957-961, 1999.
(2) H. Shinoda and H.K. Oasa: Wireless Tactile Sensing Element Using Stress-Sensitive Resonator, IEEE / ASME Trans. on Mechatronics, Vol. 5, no. 3, pp. 258-265, 2000.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional technique, only the tactile element is shown, and it has not been reached until a tactile sensation detection system that actually obtains artificial skin with a large area is realized.
[0006]
In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a tactile sensation detection system having a large-area artificial skin.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] In the tactile sensation detection system, a power supply coil and a sensing coil wound around the skeleton are provided at each site of the coil array, and a belt-like film having a circuit and a belt-like film are attached to cover the belt-like film. , and a artificial skin made of a flexible material in which a plurality of wireless tactile element is embedded, the wireless tactile element to wirelessly transmit tactile Ri by the inductive coupling between the power supply and the sensing coil of the filmstrip It is characterized by.
[0008]
[2] The touch sensing system described in [1], characterized in that capture the radio tactile element erosion is the sense the pressure of air in the artificial skin inside the cavity.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0010]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a tactile sensation detection system having artificial skin according to an embodiment of the present invention.
[0011]
In this figure, 1 is a robot skeleton, 11 is a belt-like film having a coil array, and 21 is an artificial skin comprising a flexible body 22 in which a wireless tactile element (sensor chip) 23 mounted on the belt-like film 11 is embedded. .
[0012]
Therefore, a belt-like film 11 in which a coil array and a circuit are formed is wound around the skeleton 1 of the robot. Thereafter, an artificial skin 21 composed of a flexible body 22 in which a wireless tactile element (sensor chip) 23 is embedded is attached so as to cover the belt-like film 11.
[0013]
That is, the belt-like film 11 is firmly attached on the robot skeleton 1. The belt-like film 11 is electrically input to a wireless tactile element (sensor chip) 23 included in the artificial skin 21 and transmits / receives a signal to / from the wireless tactile element (sensor chip) 23 through inductive coupling. Since each site on the strip film 11 is driven independently, the strip films 11 are allowed to overlap. Thereby, the strip | belt-shaped film 11 can respond | correspond to the various shapes of the robot frame | skeleton 1 surface. Thereafter, the artificial skin 21 composed of the flexible body 22 in which the wireless tactile element (sensor chip) 23 is embedded on the belt-like film 11 is attached so as to cover it.
[0014]
FIG. 2 is a diagram showing the structure of a strip-shaped film having a coil array according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 (a) is a plan view of the strip-shaped film, and FIG. 2 (b) is a diagram of the coil array of the strip-shaped film. It is a schematic block diagram of a site.
[0015]
As shown in FIG. 2, each site 12A of the coil array 12 of the strip film 11 includes a power supply coil 13, a sensing ground coil (signal receiving coil) 14, a coil driver 15 that drives the power supply coil 13, and sensing. A signal amplifier 16 for amplifying the signal of the ground coil 14 and an integrated circuit for arbitrary access from the processing circuit. A computer (not shown) connected to the strip film 11 arbitrarily accesses each site, and reads a sensor signal existing in the vicinity of the accessed site.
[0016]
FIG. 3 is a diagram showing a structure of a wireless tactile element [sensing element: sensor chip (tactile sensor and sensing circuit)] mounted on artificial skin made of a flexible body according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 5 is an overall configuration diagram of the sensing circuit, and FIG. 6 is an operation principle diagram of the sensor chip.
[0017]
As shown in FIG. 3, a wireless tactile element 23 is mounted in artificial skin 21 made of a flexible body (plastic body) 22.
[0018]
As shown in FIG. 4, the mounting state is such that a belt-like coil 11 having a ground coil (13, 14) is mounted on a skeleton 1 of a robot, and a flexible body (plastic) having a cavity 24 so as to cover it. The artificial skin 21 consisting of the main body 22 is mounted. The ground coil includes a power supply ground coil 13 and a sensing ground coil 14. Reference numeral 25 denotes an artificial skin surface.
[0019]
Therefore, as shown in FIG. 5, the wireless tactile element 23 is connected to a power receiving coil 31 coupled to the power supply ground coil 13, diodes 32 and 33, a capacitor 34 connected to the diode 32, and a diode 33. A parallel circuit of a capacitor 35 and a resistor 36, a positive logic inverter (G ₁ ) 37, an ECM (electric capacitor microphone) 38, a capacitor 39, and a positive logic Schmitt inverter (G ₂ ) 40 connected to the load side of the parallel circuit. , A NAND circuit (G ₃ ) 41, a JFET (MOS field effect transistor) 42, and a signal transmission coil 43, and transmits the cavity internal pressure to the sensing ground coil 14 through inductive coupling with the power supply ground coil 13. .
[0020]
Next, the mechanism of impulse generation is shown below.
[0021]
After stopping the input, the output of G1 in FIG. 6 rises with a time delay t _R. The ECM 38 uses the JFET 42 to pneumatically control the current, and the current passing through the ECM 38 changes the time delay Δt for increasing the input of the G3. When G3 stops the MOS current, an impulse is generated. The voltage at A2 shown in FIG. 6 is shown as follows.
[0022]
V = (I _M / C) t (1)
Here, I _M is a current flowing through the ECM, α is an EMC constant, and P is an air pressure. Therefore, the delay time Δt is
Δt = CV _Th / I _M (2)
It is.
[0023]
Here, the impulse width is ignored, and V _Th is the positive threshold voltage of the Schmitt circuit inverter. The impulse is detected by the sensing coil at the accessed site and amplified at that site.
[0024]
The delay is then measured. A large number of chips are identified by giving different t _R for each chip.
[0025]
The sensor chip 23 transmits the air pressure of the artificial skin cavity 24 wirelessly. Electric input and signal transmission are performed via inductive coupling between the sensor chip 23 and the electric input coil on the strip film 11.
[0026]
The principle of tactile sensing is shown. First, the computer designates one site of the coil array on the band-shaped film 11 and operates the coil driver 15 of the band-shaped film 11 so that the sensor chip 23 existing in the vicinity of the site is electrically connected. input. When the capacitor on the sensor chip 23 has been charged, the input is stopped. Next, the sensor chip 23 generates an impulse having a certain time delay after the input is stopped. As shown in FIG. 6, since the time delay reflects the air pressure of the cavity, the air pressure of the cavity is obtained from this time delay.
[0027]
That is, as shown in FIG. 6, the current flowing on the ECM 38 on the sensor chip 23 varies with air pressure so as to show the waveforms at the input terminal A1, the intermediate terminal A2, and the output terminal A3. As a result, the pulse generation time Δt changes. This time delay becomes a tactile signal.
[0028]
Hereinafter, the operation will be described in detail.
[0029]
FIG. 7 is an operation flowchart of each part of the sensing circuit.
[0030]
First, as shown in FIG. 7A, the power input signal is stopped.
[0031]
Next, as shown in FIG. 7B, the voltage V _{R2 of the} resistor R is lowered.
[0032]
Next, as shown in FIG. 7C, the output of G ₁ rises after time t _R.
[0033]
Next, as shown in FIG. 7 (d), the input of the G ₂ rises to G ₂ threshold voltage V _th.
[0034]
Next, as shown in FIG. 7E, G ₂ falls.
[0035]
Next, as shown in FIG. 7 (f), G ₂ rises to turn on the MOSFET.
[0036]
Next, as shown in FIG. 7G, the FET drain current decreases.
[0037]
Next, as shown in FIG. 7H, when the coil circuit is stopped by the MOSFET, the impulse is detected by the ground sensing coil.
[0038]
Next, the configuration of the one-dimensional film coil will be described.
[0039]
FIG. 8 is a configuration diagram of a belt-like film having a coil array showing an embodiment of the present invention. FIG. 8 (a) is a layout view thereof, and FIG. 8 (b) is a block diagram thereof.
[0040]
In these figures, reference numeral 51 denotes a PLD (programmable logic device) processing circuit, which includes a signal generator 52 and a counter 53. 54 is a digital I / O, and 55 is a computer.
[0041]
As shown in this figure, one PLD processing circuit 51 is arranged at 8 sites. The PLD processing circuit 51 sends an excitation signal to the site designated by the computer 55 and sends the delay time Δt measured by the PLD processing circuit 51 to the computer 55. The clock of the PLD processing circuit 51 is 40 MHz, and Δt is measured with a resolution of 25 ns.
[0042]
In this manner, one PLD processing circuit 51 is arranged for eight coil sites, and the generation of the power supply signal, the count of the sensor output, and the adjustment with the computer 55 are performed.
[0043]
Hereinafter, specific examples of the tactile sensation detection system of the present invention will be described.
[0044]
A photograph of a strip-shaped film having a coil and a sensing chip is shown in FIG.
[0045]
The square print pattern on the right is a sensing site having an input coil, a coil driver, a sensing coil, and an amplifier. The input coil and the sensing coil have 10 turns and an outer size of 40 × 40 mm. The input voltage is 5 V at 1.5 MHz. The voltage of the sensing coil is amplified 50 times and sent to the PLD processing circuit.
[0046]
A photograph of the sensor chip is shown in FIG. The diameter, height, and number of turns of the electric receiving coil are 22 mm, 1 mm, and 50 times, respectively. Moreover, the parameter of the signal transmission coil with respect to this is 12 mm, 1 mm, and 30 times, respectively. An electric circuit of the sensor chip is shown in FIG.
[0047]
In FIG. 11, a power receiving coil 61 (50 turns) coupled to the power supply ground coil 13, diodes 62 and 63, a capacitor 64 (0.1 μm) connected to the diode 62, a constant voltage diode, and a diode 63 A parallel circuit of a capacitor 66 (100 pF) and a resistor 67 (100 kΩ) to be connected, a positive logic inverter (G1) 69, an ECM (electric capacitor microphone) 70, a diode 71, and a capacitor 72 connected to the load side of the parallel circuit. (2200 pF), a positive logic inverter (G2) 73, a NAND circuit (G3) 74 (25K680A), a JFET (MOS type field effect transistor) 75, and a signal transmission coil 76 (30 turns). For sensing the internal pressure of the cavity through inductive coupling with Transmit to the land coil 14.
[0048]
Fig. 3 shows basic experimental data performed using a test artificial skin containing one sensing cavity.
[0049]
As shown in FIG. 12, one sensor chip is arranged in a 30 × 30 × 15 mm cavity made of silicon rubber. When this silicon rubber was placed on the one-dimensional film coil array, the sensing coil detected a sensor signal as shown in FIG. Touching the artificial skin shifted the time delay as shown in FIG.
[0050]
FIG. 15 shows a dynamic signal for pressure sensing. It is a plot of impulse delay Δt sampled at 500 Hz when the test artificial skin is touched four times. These results indicate that the film coil array sensing system detected a tactile signal from the test artificial skin.
[0051]
In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible based on the meaning of this invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
[0052]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a tactile sensation detection system having a large-area artificial skin.
[0053]
Further, it is possible to construct a tactile sensation detection system having artificial skin that obtains a tactile sensation by wireless transmission using inductive coupling.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a tactile sensation detection system having artificial skin according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a structure of a strip film having a coil array according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the structure of a wireless tactile element [sensing element: sensor chip (tactile sensor and sensing circuit)] mounted on artificial skin made of a flexible body according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing an air pressure measuring element of a cavity of an artificial skin showing an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an overall configuration diagram of a sensing circuit showing an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an operation principle diagram of a sensor chip showing an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an operation flowchart of each part of the sensing circuit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of a strip film having a coil array according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a view showing a photograph of a strip-shaped film having a coil and a sensing chip according to a specific example of the present invention.
FIG. 10 is a view showing a photograph of a sensor chip showing a specific example of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing an electric circuit of a sensor chip showing a specific example of the present invention.
FIG. 12 is a view showing a photograph of artificial skin showing a specific example of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a sensor signal by a sensing coil showing a specific example of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing an output signal of a ground sensing coil for artificial skin showing a specific example of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a dynamic signal for pressure sensing of artificial skin according to a specific example of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot frame 11 Band-shaped film having coil array 12 Coil array 12A Each site of coil array 13 Electric input coil (ground coil for power supply)
14 Signal receiving coil (Ground coil for sensing)
15 Coil Driver 16 Signal Amplifier 21 Artificial Skin 22 Flexible Body 23 Wireless Tactile Element (Sensor Chip)
24 Cavity 25 Artificial skin surface 31 Coil for power reception 32, 33 Diode 34, 35, 39 Capacitor 36 Resistance 37 Positive logic inverter (G1)
38 ECM (electric condenser microphone)
40 Positive logic inverter (G2)
41 NAND circuit (G3)
42 JFET (MOS field effect transistor)
43 Signal Transmitting Coil 51 PLD (Programmable Logic Device) Processing Circuit 52 Signal Generator 53 Counter 54 Digital I / O
55 computers

Claims

（ａ）骨格に巻付けられる電力供給用コイルとセンシング用コイルとをコイルアレイの各サイトに備えるとともに、回路を有する帯状フィルムと、
（ｂ）該帯状フィルム上を被覆するように装着する、複数の無線触覚素子が埋め込まれた柔軟体からなる人工皮膚とを備え、
（ｃ）前記無線触覚素子は前記帯状フィルムの電力供給用及びセンシング用コイルとの誘導結合により触覚を無線伝送することを特徴とする触感検知システム。(A) A power supply coil and a sensing coil wound around the skeleton are provided at each site of the coil array, and a belt-like film having a circuit;
(B) comprising an artificial skin made of a flexible body in which a plurality of wireless tactile elements are embedded so as to cover the belt-like film;
(C) tactile sensing system wherein the wireless tactile element, characterized in that the wirelessly transmitting by Ri tactile the inductive coupling between the power supply and the sensing coil of the filmstrip.

請求項１記載の触感検知システムにおいて、前記無線触覚素子が前記触覚を前記人工皮膚内部の空洞の空気の圧力によって捉えることを特徴とする触感検知システム。In touch sensing system of claim 1, wherein, tactile sensing system, characterized in that capture the radio tactile elements touch the objective by the air pressure of the artificial skin inside the cavity.