JPH0560631A - 指用複合知覚センサ - Google Patents
指用複合知覚センサInfo
- Publication number
- JPH0560631A JPH0560631A JP3225894A JP22589491A JPH0560631A JP H0560631 A JPH0560631 A JP H0560631A JP 3225894 A JP3225894 A JP 3225894A JP 22589491 A JP22589491 A JP 22589491A JP H0560631 A JPH0560631 A JP H0560631A
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- JP
- Japan
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- pressure
- temperature
- sensitive
- sensitive element
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- Radiation Pyrometers (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ロボットの指に必要な圧感と温冷感の両方を
実現するための指用複合知覚センサに関するもので、焦
電形有機フィルムにより耐久性が高く小型化が容易な複
合センサの実現を目的とする。 【構成】 焦電形有機フィルム１の感温冷部２は対象物
との接触面より凹んだ部分に設定し、接触による圧力を
受けないで、対象物体からの赤外放射を非接触で検出す
る構成にし、温度情報のみを計測できるようにし、信号
読み出しは感圧部５の信号により制御し、把持状態の時
のみ温冷情報を得るようにして、耐久性が高くかつ小型
化が容易な指用複合知覚センサを得る。
実現するための指用複合知覚センサに関するもので、焦
電形有機フィルムにより耐久性が高く小型化が容易な複
合センサの実現を目的とする。 【構成】 焦電形有機フィルム１の感温冷部２は対象物
との接触面より凹んだ部分に設定し、接触による圧力を
受けないで、対象物体からの赤外放射を非接触で検出す
る構成にし、温度情報のみを計測できるようにし、信号
読み出しは感圧部５の信号により制御し、把持状態の時
のみ温冷情報を得るようにして、耐久性が高くかつ小型
化が容易な指用複合知覚センサを得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロロボットの指に
必要な圧感と温冷感の両方の機能を有し、把持作業等に
十分耐えて、小型化が可能な指用複合知覚センサに関す
るものである。
必要な圧感と温冷感の両方の機能を有し、把持作業等に
十分耐えて、小型化が可能な指用複合知覚センサに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】ロボットの指に必要な触覚センサは種々
検討されているが同一素子材料で温冷感も実現する複合
センサ材として焦電材料が注目されている。特に人間の
指と同じような柔らかさを有し薄膜化の容易な有機フィ
ルム材料としてポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）
及びビニリデンフロライド（ＶＤＦ）とテトラフロロエ
チレン（ＴＦＥ）との共重合物質が検討されている。
検討されているが同一素子材料で温冷感も実現する複合
センサ材として焦電材料が注目されている。特に人間の
指と同じような柔らかさを有し薄膜化の容易な有機フィ
ルム材料としてポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）
及びビニリデンフロライド（ＶＤＦ）とテトラフロロエ
チレン（ＴＦＥ）との共重合物質が検討されている。
【０００３】焦電特性を有する材料は必然的に圧電特性
も有し、圧力と温度変化の両方に応答して電気信号を発
生するので、複合センサを実現することが可能である。
ただし、両方の信号を区別して測定する工夫が必要で、
「アイ・イ−・イ−・イ−スペクトラム」（IEEE SPECT
RUM PP46〜52August,1985 ）には次のような方法が提案
されている。
も有し、圧力と温度変化の両方に応答して電気信号を発
生するので、複合センサを実現することが可能である。
ただし、両方の信号を区別して測定する工夫が必要で、
「アイ・イ−・イ−・イ−スペクトラム」（IEEE SPECT
RUM PP46〜52August,1985 ）には次のような方法が提案
されている。
【０００４】その１として接触面に熱伝導性の低い層を
挿入して温度変化を約１秒遅らせて、圧力センサ信号を
区別する方法、その２として焦電素子を表面と表面から
離れた深部の２ヶ所に設定して両者の信号を用いて、圧
力と温度変化の識別をする方法である。
挿入して温度変化を約１秒遅らせて、圧力センサ信号を
区別する方法、その２として焦電素子を表面と表面から
離れた深部の２ヶ所に設定して両者の信号を用いて、圧
力と温度変化の識別をする方法である。
【０００５】いずれも、温度計測の手段として対象物と
接触し、熱伝導で素子部の温度を変化させる方式に頼っ
ている。
接触し、熱伝導で素子部の温度を変化させる方式に頼っ
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の方
式では、ひとつの素子で圧力と温度変化の両情報を含み
明確な識別が困難で、両信号の分離方式の確立が解決す
べき課題として残されており、かつ、温度信号が対象物
を把持していなくても出力されるというまぎらわしさが
あり、信号管理の点でも解決すべき課題として残されて
いた。
式では、ひとつの素子で圧力と温度変化の両情報を含み
明確な識別が困難で、両信号の分離方式の確立が解決す
べき課題として残されており、かつ、温度信号が対象物
を把持していなくても出力されるというまぎらわしさが
あり、信号管理の点でも解決すべき課題として残されて
いた。
【０００７】本発明は、上記従来技術の課題を解決する
もので、温冷感と圧感を明確に識別して、かつ実用上の
耐久性を損わず、小型化が可能な複合知覚センサを提供
することを目的とするものである。
もので、温冷感と圧感を明確に識別して、かつ実用上の
耐久性を損わず、小型化が可能な複合知覚センサを提供
することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、感温冷部を対象物に接触させず、しかも剛
性の高い支持基板に設置して、対象物からの放射赤外線
を受けるようにし、かつ、感圧部からの信号を受け感温
冷部の信号の読み出しを制御するような構成とした。
に本発明は、感温冷部を対象物に接触させず、しかも剛
性の高い支持基板に設置して、対象物からの放射赤外線
を受けるようにし、かつ、感圧部からの信号を受け感温
冷部の信号の読み出しを制御するような構成とした。
【０００９】
【作用】本発明は上記構成によって、感温冷部は対象物
に接触しないので圧力を受けず、感圧部の変形の影響も
受けないで、対象物の温度情報のみを放射伝達で受ける
ことができ、圧力情報を含まず、しかも、感圧部が対象
物に接触した時だけ対象物の温度を検出できる。
に接触しないので圧力を受けず、感圧部の変形の影響も
受けないで、対象物の温度情報のみを放射伝達で受ける
ことができ、圧力情報を含まず、しかも、感圧部が対象
物に接触した時だけ対象物の温度を検出できる。
【００１０】
（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について図面
を参照しながら説明する。
を参照しながら説明する。
【００１１】図１は本発明の第１の実施例におけるマイ
クロロボットの指用複合知覚センサの断面図と信号読み
出し制御部を示す図である。図１において、１は焦電形
有機フィルム、２は該フィルムの感温冷部、３は感温冷
部の信号取出電極層、４は赤外吸収兼共通電極層、５は
焦電形有機フィルムの感圧部、６は感圧部の信号取出電
極層、７は共通電極層、８は保護膜、９は支持基板、１
０は信号読み出し制御部である。
クロロボットの指用複合知覚センサの断面図と信号読み
出し制御部を示す図である。図１において、１は焦電形
有機フィルム、２は該フィルムの感温冷部、３は感温冷
部の信号取出電極層、４は赤外吸収兼共通電極層、５は
焦電形有機フィルムの感圧部、６は感圧部の信号取出電
極層、７は共通電極層、８は保護膜、９は支持基板、１
０は信号読み出し制御部である。
【００１２】以上のように構成された指用複合知覚セン
サについて、その動作を説明する。まず、感温冷部２は
基板の凹部に設定されているので、対象物には接触しな
い。しかも、支持基板９には剛性の高い絶縁体を用いて
いるので、接触による圧力歪の影響は受けない。対象物
を把持していない時の感温冷部温度は周囲の温度と同じ
であるが、周囲温度より高温の対象物を把持した時感温
冷部２は対象物からの赤外放射を受け、わずか昇温す
る。また、周囲温度より低温の対象物を把持した場合
は、逆に感温冷部２から対象物に赤外線を放射しわずか
冷える。この温度変化により、焦電形有機フィルム１は
正又は負のパルス状の電気信号を出力する。応答速度は
感温冷センサの熱時定数と電気時定数で決まり、前者に
ついては、支持基板に密着させた構造なので１ｍｓ以下
になる。また後者は入力抵抗及び電気信号処理回路の定
数を選択することにより、１μｓから１ｓの範囲で自由
に設定できる。本実施例では、Ｓ／Ｎを考慮して、１ｓ
とした。このような条件では通常のロボットの作業速度
に十分な応答速度が確保できる。ここで、温度計測精度
について吟味しておく。感温冷部２は対象物及び周囲か
らの赤外放射を受け、ほぼ入出射赤外エネルギに対応し
た温度変化をして電気信号を出力するが、必ず誤差成分
があり、それが積算されると測定精度に影響を与える。
そこで、指が対象物に接触した時だけ信号を取り出し、
把持解除後はリセット状態にしておく。これにより温度
計測誤差の累積は解消できる。
サについて、その動作を説明する。まず、感温冷部２は
基板の凹部に設定されているので、対象物には接触しな
い。しかも、支持基板９には剛性の高い絶縁体を用いて
いるので、接触による圧力歪の影響は受けない。対象物
を把持していない時の感温冷部温度は周囲の温度と同じ
であるが、周囲温度より高温の対象物を把持した時感温
冷部２は対象物からの赤外放射を受け、わずか昇温す
る。また、周囲温度より低温の対象物を把持した場合
は、逆に感温冷部２から対象物に赤外線を放射しわずか
冷える。この温度変化により、焦電形有機フィルム１は
正又は負のパルス状の電気信号を出力する。応答速度は
感温冷センサの熱時定数と電気時定数で決まり、前者に
ついては、支持基板に密着させた構造なので１ｍｓ以下
になる。また後者は入力抵抗及び電気信号処理回路の定
数を選択することにより、１μｓから１ｓの範囲で自由
に設定できる。本実施例では、Ｓ／Ｎを考慮して、１ｓ
とした。このような条件では通常のロボットの作業速度
に十分な応答速度が確保できる。ここで、温度計測精度
について吟味しておく。感温冷部２は対象物及び周囲か
らの赤外放射を受け、ほぼ入出射赤外エネルギに対応し
た温度変化をして電気信号を出力するが、必ず誤差成分
があり、それが積算されると測定精度に影響を与える。
そこで、指が対象物に接触した時だけ信号を取り出し、
把持解除後はリセット状態にしておく。これにより温度
計測誤差の累積は解消できる。
【００１３】次に感圧素子５は、有機保護膜８を介して
対象物に接触し、その接触圧により電気信号を発生す
る。対象物からの放射赤外線は共通電極７の表面が金蒸
着膜で反射率が高いので吸収されず、対象物が低温で
も、該表面から放射しないので何ら影響を受けない。と
ころが、接触による熱伝導があり、その影響は無視でき
ない。ただし、保護膜８の熱伝導率が低いのでその影響
は直接接触の場合より大巾に低減し、電気信号出力の遅
れが伴う。従って、低周波数成分を除去することによっ
てその影響はわずかなものとなる。しかも、わずかに残
った温冷情報は、感温冷部の信号により補正可能であ
る。
対象物に接触し、その接触圧により電気信号を発生す
る。対象物からの放射赤外線は共通電極７の表面が金蒸
着膜で反射率が高いので吸収されず、対象物が低温で
も、該表面から放射しないので何ら影響を受けない。と
ころが、接触による熱伝導があり、その影響は無視でき
ない。ただし、保護膜８の熱伝導率が低いのでその影響
は直接接触の場合より大巾に低減し、電気信号出力の遅
れが伴う。従って、低周波数成分を除去することによっ
てその影響はわずかなものとなる。しかも、わずかに残
った温冷情報は、感温冷部の信号により補正可能であ
る。
【００１４】このように、本実施例による指用複合知覚
センサは、温冷感と圧感を明確に識別することができ、
しかも、圧力と温度変化の両方に感じて電気信号を発生
し人間の皮膚に近似した柔らかさを有する焦電形有機フ
ィルムを用いているので、マイクロロボットの指先に設
定できる大きさに組上げ、組込むことが可能である。具
体的に述べれば、１素子の有感部の大きさは１mm2 ×0.
1mm 厚さである。従って、複数の素子を組込むことがで
きる。
センサは、温冷感と圧感を明確に識別することができ、
しかも、圧力と温度変化の両方に感じて電気信号を発生
し人間の皮膚に近似した柔らかさを有する焦電形有機フ
ィルムを用いているので、マイクロロボットの指先に設
定できる大きさに組上げ、組込むことが可能である。具
体的に述べれば、１素子の有感部の大きさは１mm2 ×0.
1mm 厚さである。従って、複数の素子を組込むことがで
きる。
【００１５】また、感温冷部２は対象物に接触せず、感
圧部５は保護膜８をかぶせてあるので、ロボットの作業
環境においても十分耐久性を有している。
圧部５は保護膜８をかぶせてあるので、ロボットの作業
環境においても十分耐久性を有している。
【００１６】以上のように本実施例によれば、支持基板
９上に感温冷素子２と感圧素子５を焦電形有機フィルム
材料で形成し、感温冷素子９を対象物との接触面より凹
んだ部分で、剛性を有する支持基板９に、信号取出し電
極層３をはさんで設定し、対象物に対面する表面には赤
外吸収層と共通電極を兼ねた金属薄膜４を設け、感圧素
子５は熱伝導度の低い有機保護膜を介して対象物と接触
し、両者間には赤外線を反射する金属共通電極層７を設
け、支持基板９と感圧素子５間には信号取出し電極層６
を設けることにより、温冷感と圧感を明確に識別して検
出でき、しかも、感圧素子からの信号で接触時のみ感温
冷素子の信号を読み出す制御部を設けて温冷情報の計測
精度を高めかつ把持状態の時だけに限定して温冷情報を
読み出すという信号管理の機能も有し、小型で耐久性の
ある指用複合知覚センサを実現することができる。
９上に感温冷素子２と感圧素子５を焦電形有機フィルム
材料で形成し、感温冷素子９を対象物との接触面より凹
んだ部分で、剛性を有する支持基板９に、信号取出し電
極層３をはさんで設定し、対象物に対面する表面には赤
外吸収層と共通電極を兼ねた金属薄膜４を設け、感圧素
子５は熱伝導度の低い有機保護膜を介して対象物と接触
し、両者間には赤外線を反射する金属共通電極層７を設
け、支持基板９と感圧素子５間には信号取出し電極層６
を設けることにより、温冷感と圧感を明確に識別して検
出でき、しかも、感圧素子からの信号で接触時のみ感温
冷素子の信号を読み出す制御部を設けて温冷情報の計測
精度を高めかつ把持状態の時だけに限定して温冷情報を
読み出すという信号管理の機能も有し、小型で耐久性の
ある指用複合知覚センサを実現することができる。
【００１７】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について図面を参照しながら説明する。
について図面を参照しながら説明する。
【００１８】図２は本発明の一実施例における指用複合
知覚センサを示す断面図である。図２において、１は焦
電形有機フィルム、２は感温冷部で、以下１０までは図
１の構成と同様なものである。図１の構成と異るのは、
感温冷部と感圧部を支持基板の同一平面上に配置し、感
圧部５は複数設置し対象物と接触する突起部１１が形成
され、感温冷部２は感圧部５の間に設置されている点で
ある。また、感温冷部信号の読み取り制御部１０は、全
ての感圧部の信号を受け取るようにしている点も異る点
である。
知覚センサを示す断面図である。図２において、１は焦
電形有機フィルム、２は感温冷部で、以下１０までは図
１の構成と同様なものである。図１の構成と異るのは、
感温冷部と感圧部を支持基板の同一平面上に配置し、感
圧部５は複数設置し対象物と接触する突起部１１が形成
され、感温冷部２は感圧部５の間に設置されている点で
ある。また、感温冷部信号の読み取り制御部１０は、全
ての感圧部の信号を受け取るようにしている点も異る点
である。
【００１９】上記のように構成された指用複合知覚セン
サについて、以下その動作を説明する。まず、感温冷部
２は複数の感圧部５の間に設置され、しかも各感圧部５
には対象物との接触用の突起があるので、対象物には接
触しない。しかも、支持基板９は剛性の高い絶縁体を用
いているので、接触による圧力歪みの影響は受けない。
従って実施例１と同様に感温冷部２は対象物の温度情報
のみを検出し電気信号として出力できる。感圧部５につ
いては複数あるので受けた圧力の分布情報を検出でき
る。なお、温度変化の影響はその近傍の感温冷部２の信
号で消去することになる。また、感温冷部信号の読み出
しは、感圧部５のいずれかひとつが接触信号を出した時
に実行されるようにする。
サについて、以下その動作を説明する。まず、感温冷部
２は複数の感圧部５の間に設置され、しかも各感圧部５
には対象物との接触用の突起があるので、対象物には接
触しない。しかも、支持基板９は剛性の高い絶縁体を用
いているので、接触による圧力歪みの影響は受けない。
従って実施例１と同様に感温冷部２は対象物の温度情報
のみを検出し電気信号として出力できる。感圧部５につ
いては複数あるので受けた圧力の分布情報を検出でき
る。なお、温度変化の影響はその近傍の感温冷部２の信
号で消去することになる。また、感温冷部信号の読み出
しは、感圧部５のいずれかひとつが接触信号を出した時
に実行されるようにする。
【００２０】以上のように、各感圧素子に対象物と接触
する突起部を形成し、感温冷素子２は複数の感温冷素子
２の間に設置し、支持基板９の同一面上に該素子が設置
されていても感温冷素子２は対象物には接触しない配置
にすることにより、温冷感と圧感を明確に識別して検出
でき、しかも圧力分布を計測でき、かつ、温冷情報計測
の精度が高い小型で耐久性のある指用複合知覚センサを
実現できる。
する突起部を形成し、感温冷素子２は複数の感温冷素子
２の間に設置し、支持基板９の同一面上に該素子が設置
されていても感温冷素子２は対象物には接触しない配置
にすることにより、温冷感と圧感を明確に識別して検出
でき、しかも圧力分布を計測でき、かつ、温冷情報計測
の精度が高い小型で耐久性のある指用複合知覚センサを
実現できる。
【００２１】
【発明の効果】以上のように本発明は、対象物との接触
面より凹んだ部分に感温冷部を設定し、焦電形有機フィ
ルムで感圧部と感温冷部の両方を形成し、少くとも感温
冷部の支持基板は剛性の高い材料で構成することによ
り、温冷感と圧感を明確に識別して検出でき、かつ、感
圧部の信号により感温冷部信号の読み出し制御をして、
温冷情報計測精度の高く、かつ把持状態の時のみ温冷情
報を読み出す信号管理機能を有する小型で耐久性のある
優れた指用複合知覚センサを実現できるものである。
面より凹んだ部分に感温冷部を設定し、焦電形有機フィ
ルムで感圧部と感温冷部の両方を形成し、少くとも感温
冷部の支持基板は剛性の高い材料で構成することによ
り、温冷感と圧感を明確に識別して検出でき、かつ、感
圧部の信号により感温冷部信号の読み出し制御をして、
温冷情報計測精度の高く、かつ把持状態の時のみ温冷情
報を読み出す信号管理機能を有する小型で耐久性のある
優れた指用複合知覚センサを実現できるものである。
【図１】本発明の第１の実施例における指用複合知覚セ
ンサの断面図
ンサの断面図
【図２】本発明の第２の実施例における指用複合知覚セ
ンサの断面図
ンサの断面図
１ 焦電形有機フィルム ２ 感温冷部 ３ 感温冷部の信号取出電極 ４ 感温冷部の赤外吸収兼共通電極層 ５ 感圧部 ６ 感圧部の信号取出電極 ７ 感圧部の共通電極層 ８ 保護膜 ９ 支持基板 10 信号読み出し制御部 11 感圧部接触用突起部
Claims (2)
- 【請求項１】 支持基板上の焦電形有機フィルム材料で
なる感温冷素子と感圧素子を主要構成とし、該感温冷素
子を対象物との接触面より凹んだ部分で、剛性を有する
支持基板に、信号取出し電極層をはさんで設定し、対象
物に対面する表面には赤外吸収層と共通電極を兼ねた金
属薄膜を設定し、感圧素子には熱伝導度の低い有機保護
膜を被覆し、両者間には赤外線を反射する金属共通電極
層を設置し、支持基板と感圧素子間には信号取出し電極
層を設定し、感圧素子からの出力を受けて感温冷素子の
出力信号の読み出しを制御する制御部を含んでいること
を特徴とする指用複合知覚センサ。 - 【請求項２】 請求項１記載の感圧素子を複数設置し、
各感圧素子間に対象物と接触する突起部を形成し、感温
冷素子は複数の感圧素子の間に設置し、支持基板の同一
面上に該素子を設定していても感温冷素子は対象物に接
触しない配置になっており、制御部は複数の感圧素子の
いづれからも信号を受けて感温素子の読み出しを制御す
ることを特徴とする指用複合知覚センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3225894A JPH0560631A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 指用複合知覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3225894A JPH0560631A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 指用複合知覚センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0560631A true JPH0560631A (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=16836549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3225894A Pending JPH0560631A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 指用複合知覚センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0560631A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007333522A (ja) * | 2006-06-14 | 2007-12-27 | Toyobo Co Ltd | 手触り感計測装置および手触り感計測方法 |
| WO2009144767A1 (ja) * | 2008-05-29 | 2009-12-03 | 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ | 複合型センサおよびロボットハンド |
-
1991
- 1991-09-05 JP JP3225894A patent/JPH0560631A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007333522A (ja) * | 2006-06-14 | 2007-12-27 | Toyobo Co Ltd | 手触り感計測装置および手触り感計測方法 |
| WO2009144767A1 (ja) * | 2008-05-29 | 2009-12-03 | 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ | 複合型センサおよびロボットハンド |
| JP5089774B2 (ja) * | 2008-05-29 | 2012-12-05 | 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ | 複合型センサおよびロボットハンド |
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