JP4399545B2 - 触覚センサおよび多点型触覚センサ - Google Patents
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Description
これらの歪ゲージを四辺とするブリッジ回路の前記各抵抗値の変化にもとづく出力電圧の変化から、Z方向の力を検出することができる。
これらの歪ゲージを四辺とするブリッジ回路ごとの、前記各抵抗値の増減にもとづく出力電圧の変化から、X方向の力を検出することができる。第2ないし第5の起歪部が受ける水平(Y)方向の力も、同様にして検出できる。
この場合には、第1の起歪部には歪はほとんど生じないので、ダイアフラム状の歪ゲージの抵抗値変化はほとんど無く、したがってブリッジ回路出力はほとんど発生しない。
これにより、歪ゲージ、ゲージ端子およびこれらを接続する配線形成の工程が簡略化される。
ウレタン樹脂等の柔軟性がある樹脂は、起歪体による歪検出を阻害しない柔軟性を持ちながら、起歪体への湿気、塵埃、油の付着などを防止する。
従って、歪ゲージの出力特性の非直線性、Z方向およびX、Y方向の力を検知するそれぞれの歪ゲージによる出力の相互干渉を増加させることなく、信頼性の高い触圧検出を行うことができる。
複数の触覚センサを回路基板上に搭載することで、装着面の触覚点を増やせるので、様々な形状、大きさの対象物に対し力の検知が可能になる。
さらに、接着剤で回路基板との接着を行うことにより、不用意に大きな外力を受けても、触覚センサが装着部から外れるのを回避することができる。
図1(a)は本発明の実施の形態に係る触覚センサの模式的な構造を示す断面図である。図1(b)は同図(a)に示す触覚センサの下面図である。図2は起歪体に着設する歪ゲージの模式図、図3は起歪体を示す斜視図である。
板状の起歪部2a,2b,3a,3b上の歪ゲージ4a,4b,4c,4d,5a,…は、起歪部1周縁から足部12a,12b,13a,13bに向かう方向の各板における曲げなどの変形に対して歪を検知するように、その方向にゲージ軸方向が平行となるように着設される。
これにより、触覚センサとしての高さをあまり高くすることなく板状の起歪部2a,2b,3a,3bの面積を確保できる。また、短軸の各歪ゲージ4a,4b,4c,4d、5a,5b,5c,5dおよびダイアフラム状の歪ゲージ8a,8b,8c,8dと、これらのすべてのリード線が同一抵抗体により一括形成されている。
従って、起歪部1にZ方向の力Fzが加えられると、出力端子O1、O2の各接続パッド間に電圧が発生する。この電圧の検出により、Z方向の力が検出(測定)できる。この力による出力電圧は、第1の起歪部1の弾性限界内ではFzに比例する。
歪ゲージ8a,8b,8c,8dからなるブリッジ回路の出力端子O1,O2の各接続パッド間には、出力電圧が発生する。
従って、触覚センサ起歪体にX方向の力Fxが加えられると、端子O3とO4との間に出力電圧が発生する。
この電圧の検出により、X方向の力Fxを検出できる。この力による出力電圧は第1の起歪部1の弾性限界内ではFxによく比例する。この説明は、Y方向の力Fyが加えられた場合についても同様である。
これにより、方向が異なる応力の相互干渉を軽減して、精度よく小さな力から3分力(X方向、Y方向、Z方向)を検知することができる。
板圧が0、1mmのばね用リン青銅板を、図7に示すように、十字形にプレスで打ち抜き、中央平面部を残したまま折り曲げ加工して、図3に示すような起歪体を作った。起歪体の高さは1.0mmとした。歪ゲージは、厚さが12.5μmのポリイミドフィルム上に厚さ2.5μmのNi‐Cr抵抗箔を接着し、フォトリソグラフィーで、図2に示す歪ゲージパターンを形成した。
この結果、ブリッジ入力電圧が5Vで、出力電圧は1.3mVないし1.5mV、非直線性は±4%以内、Fx検知とFy検知との干渉は15%以内であった。
例えば、この回路基板Pを指先や手のひらに装着して、これらの面に加わる3分力を分力ごとに積算して、全3分力を求めることができる。図8の場合、5個の触覚センサSからなっているが、これを最小単位としてひずみセンサをより多く装着させることもできる。
モールド後の特性は、モールド前の特性に比べて、出力電圧はおよそ15%低下したが、非直線性が±5%、相互干渉は20%以内という結果で、モールドによる性能面への影響は、少なかった。
Claims (5)
- 円板状の第1の起歪部と、
前記第1の起歪部の周縁をほぼ等角度で4分割する位置より板状に延設され、前記第1の起歪部の脚となって前記第1の起歪部を支持するとともに、第1の起歪部に対し90度ないし130度をなす構造の第2ないし第5の起歪部と、
前記第2ないし第5の起歪部のそれぞれより前記第1の起歪部とは異なる側に延設された第1ないし第4の足部と、
前記第1の起歪部の円板面上に配設されたダイアフラム状の歪ゲージと、
前記第2ないし第5の起歪部の板面上にそれぞれ配設された歪ゲージと、
前記第1ないし第4の足部に配設されたゲージ端子とを具備する触覚センサであって、
前記第2ないし第5の起歪部の片面に2個ずつの前記歪ゲージを配設し、第2ないし第5の起歪部上に歪ゲージを配設する面と、第1ないし第4の足部にゲージ端子を配設する面は、第1の起歪部にダイアフラム状の歪ゲージを配設する面に対し、それぞれ同じ側の面であることを特徴とする触覚センサ。 - 前記第1の起歪部の円板面上に配設されたダイアフラム状の歪ゲージと、前記第2ないし第5の起歪部の片面に2個ずつ配設された歪ゲージと、前記第1ないし第4の足部に配設されたゲージ端子とは、同一抵抗体により一括形成されていることを特徴とする請求項1記載の触覚センサ。
- 歪ゲージが配設された起歪体全体が、縦弾性係数が0.2〜4.0MPaの樹脂によって覆われていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の触覚センサ。
- 請求項1記載の触覚センサを、回路基板上に複数配列し、前記第1ないし第4の足部に配設されたゲージ端子と回路基板上に設置した配線ランドとをはんだ接続し、前記足部と回路基板との接続部周辺を接着剤で固定したことを特徴とする多点型触覚センサ。
- 請求項1記載の触覚センサを、回路基板上に複数配列し、前記第1ないし第4の足部に配設されたゲージ端子と回路基板上に設置した配線ランドとを導電性樹脂で接合し、前記足部と回路基板との接続部周辺を接着剤で固定したことを特徴とする多点型触覚センサ。
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