JPH06507010A - 力センサ - Google Patents
力センサInfo
- Publication number
- JPH06507010A JPH06507010A JP3516670A JP51667091A JPH06507010A JP H06507010 A JPH06507010 A JP H06507010A JP 3516670 A JP3516670 A JP 3516670A JP 51667091 A JP51667091 A JP 51667091A JP H06507010 A JPH06507010 A JP H06507010A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- force sensor
- force
- receiving area
- signal receiving
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 96
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 64
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 13
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 13
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 2
- 230000009131 signaling function Effects 0.000 claims 4
- 230000003796 beauty Effects 0.000 claims 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 123
- 239000000463 material Substances 0.000 description 23
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 6
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 5
- YVIMHTIMVIIXBQ-UHFFFAOYSA-N [SnH3][Al] Chemical compound [SnH3][Al] YVIMHTIMVIIXBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920003223 poly(pyromellitimide-1,4-diphenyl ether) Polymers 0.000 description 4
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 3
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 244000043261 Hevea brasiliensis Species 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920006311 Urethane elastomer Polymers 0.000 description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 2
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229920003052 natural elastomer Polymers 0.000 description 2
- 229920001194 natural rubber Polymers 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 229920002620 polyvinyl fluoride Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000025978 Athletic injury Diseases 0.000 description 1
- 229920001651 Cyanoacrylate Polymers 0.000 description 1
- 208000032131 Diabetic Neuropathies Diseases 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 208000014770 Foot disease Diseases 0.000 description 1
- ZGEYCCHDTIDZAE-BYPYZUCNSA-N L-glutamic acid 5-methyl ester Chemical compound COC(=O)CC[C@H](N)C(O)=O ZGEYCCHDTIDZAE-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 1
- MWCLLHOVUTZFKS-UHFFFAOYSA-N Methyl cyanoacrylate Chemical compound COC(=O)C(=C)C#N MWCLLHOVUTZFKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005041 Mylar™ Substances 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000000386 athletic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000012858 resilient material Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 210000002784 stomach Anatomy 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/247—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet using distributed sensing elements, e.g. microcapsules
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/25—Measuring force or stress, in general using wave or particle radiation, e.g. X-rays, microwaves, neutrons
- G01L1/255—Measuring force or stress, in general using wave or particle radiation, e.g. X-rays, microwaves, neutrons using acoustic waves, or acoustic emission
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
- G01L5/166—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using photoelectric means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
- G01L5/167—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using piezoelectric means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
- G01L5/173—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using acoustic means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
- G01L5/226—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping
- G01L5/228—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping using tactile array force sensors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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】
力センサ
発明の背景
本発明は、アメリカ合衆国エネルギ省fDepart■ent ofEnerg
yl によって認可された5BIRフ工−ズ■契約番号[IE−ACO2−11
5ER80291及びアメリカ合衆国空電fUnitedStates Air
Forcel によって認可された5BIRフ工−ズI契約番号F41622
−89−C−1027の下での政府援助を得て達成されたものである。アメリカ
合衆国政府は、本発明について幾らかの権利を持つものである。
多くの産業上、医療上、科学上及びその他のアプリケーションにおいては、様々
な要求タスクを達成するために、十分で、多様性があり、信頼性が高く、しかも
低コストのセンサシステムを持つことが必要である0例えば、力センサ(for
ce 5ensorlは足の力の分布の測定における用途を持つ1足の力の分布
は、運動競技の訓練、スポーツによる負傷、糖尿病性神経病に起因する高圧ポイ
ント、足の疾病等における分野での進展の分析に使用することができる。椅子、
車のシート及びマツトレスの人間工学的設計においては、力センサが不愉快な原
因となる大きな力の位置及び規模を示すのに使用できる。
機械ハンドによる器用な操作(dext、erous manipula−ti
onlの科学的研究の分野においては、指及び車上の力センサがコンタクト力の
位置及び大きさを示すために必須である。i械ハンド上の力の分布を示すために
使用される力センサは、通常、触覚センサftactile 5ensors)
と呼ばれる。産業ロボットエ字の分野においては、触覚センサによって提供され
る力情報に適切に応答できるロボットの設計を可能とする技術が既に存在する。
しか、触覚センサはしばしば信頼性の低い測定値を提供し、また頑丈さに欠ける
という問題もある6触覚センサはロボットハンドと握られる物体との間にコンタ
クトが起きたときロボットを制御することによって他のロボットシステムを補完
する。信頼性及び多様性を持つ触覚センサは、ロボットが、人間が物体に対して
感じるのと匹敵する方法で機能することを可能にする。これはロボットにパーツ
を特定の位置に置かせるようなタスクを遂行させることを可能にする。
1つのタイプの力センサは、力成分を決定するために超音波トランスジューサを
可変形媒体(deformablemediuml と共に使用する。これに関
しては、 199[1年IO月23日付の発明の名称「センサ(Sensorl
Jについての合衆国特許第4.964.302号を参照されたい、信号の送信
及び検出の両方を行なう超音波トランスジューサが信号を可変形媒体を通過する
ように送り、この可変形媒体の表面からのこの信号のエコーを検出するために使
用される。
この可変形媒体に力が加えられると、信号が伝わるべき距離が変化することにな
る。信号の生成とエコーの検出との間の差分1differential)が加
えられた力を決定するために使用される。
もう1つのタイプの力センサは、力トルク成分を決定するために超音波トランス
ジューサを可変形媒体と共に使用する。これに関しては、1987年11月IO
日付の発明の名称[多重成分力トルクセンサ(Multicos+ponent
ForceTorque 5ensorlJについての合衆国特許第4.70
4.909号を参照されたい、複数の信号生成手段が、可変形媒体を通過して伝
送される複数の信号を生成し、ロード手段floadable■eanslの表
面からのこれら信号のエコーが複数の信号受信手段によって検出される。これら
信号の生成とこれら信号の検出との間の時間の差分が複数の力トルク成分を決定
するために使用される。
上述の発明の名称[センサ(Sensorl Jについての合衆国特許第4.9
64.302号は、第1図(3×37レイを示す)に示されるように、センサの
表面に対して垂直に加えられる力を決定し、量子化するためにクロスポイントス
イッチング(cross−point switching)を使用する。クロ
スポイントスイッチングにおいては、1つの超音波トランスジューサが信号の送
信及び検出の両方を行なう。
従来の力センサアレイはセンサアセンブリを出るために各センシング要素に対し
て1つのワイヤを要求する。センシング要素の数が多くなればなるほど、より多
くのワイヤが必要となる。クロスポイントスイッチングは外部ワイヤの数を減ら
すことを可能にする。N個のロウ(rowl及びM個のカラムfcolumnl
に配列されたセンシング要素を持つクロスポイントスイッチングを使用するアレ
イは各センシング要素に対して1つのワイヤ(つまり、NxM個のワイヤ)に対
比してN+M個のワイヤを持つ、しかし、実際にはクロスポイントスイッチング
は少数のロウ及びカラムを持つアレイに対してのみ実用的であることが知られて
いる。第1図において、ロウ選択手段80は複数のロウか61つのロウを選択し
、カラム選択手段81は複数のカラム84から1つのカラムを選択する。
隣接するロウと隣接するカラムとの間のキャパシタンス、及びセンサエレクトロ
ニクスを通じてのグラウンドへのキャパシタンスは励起電圧の選択された以上の
センシング要素へのスプリアス結合(spurious couplinglを
起こす、このようなスプリアス結合は選択されたセンシング要素からのより小さ
な規模の信号及び選択されないセンシング要素からの誤った信号の生成を起こす
。
同様に、エコー信号も1つ以上のセンシング要素に誤ってスプリアスに結合され
る。+!!択されたセンシング要素の信号及び誤ってスプリアスに結合された信
号が生成された後に、これらは触覚センサの表面から反射して戻される。これら
エラー信号は選択されたセンシング要素のより小さなエコーを隠す大きなエコー
を生成する。
要求されるエコーを抽出するためは、個々のセンシング要素の信号のコストのか
かる数学的な処理がこれをそれと隣接するものの影響から隔離するために必要と
なる。
この悪影響はロウ及びカラムの数が増加すると一層重大になる。
本発明は、第2図に示されるようなりロフィールドスイッチングを使用する装置
及びプロセスに関する。クロスフィールドスイッチングにおいては、信号生成(
励起)手段と信号受信手段が電気的に隔離される。クロスフィールドスイッチン
グはまた外部ワイヤの数を低減できる。N個のロウ及びM個のカラムに配列され
たセンシング要素を持つクロスフィールドスイッチングを使用するアレイは各セ
ンシング要素に対して1つのワイア(つまり、NXM例のワイヤ)に対比してN
+M個のワイヤを持つ、第2図において、ロウ選択手段85は複数のロウ87か
61つのロウを選択し、カラム選択手段86は複数のカラム88から1つのカラ
ムを選択する。
本発明は、クロスポイントスイッチングではなくクロスフィールドスイッチング
を使用する。クロスフィールドスイッチングはロウ−カラムセンシング要素を使
用する。信号生成手段及び信号受信手段は1例えば、電気的に隔離された超音波
トランスジューサであり得る。信号生成手段の特定のロウを起動し、また信号受
信手段の1つの特定のカラムからの信号を受信することによって、重なり合う信
号生成領域と信号レセプション領域に共通なりロスフィールド交差の直上の物体
からの信号のみが受信される。このクロスフィールドスイッチングは伝送された
信号にて追加のセンシング要素を寄生的に励起する問題を回避する。これに加え
て、クロスフィールドスイッチングはセンシング要素間での受信された信号のス
プリアス結合の問題を回避する。
クロスフィールドスイッチングの励起及びレセプションエレクトロニクスは、第
2図に示されるように隔離されるために、エコーがより速く検出でき、従って、
より薄い可変形媒体の使用が可能となる。信号の別個の生成及びレセプションは
受信手段が信号生成手段の起動の最中にオーバロードされないために、より迅速
な応答時間を可能にする。本発明のその他の目的及び特徴は、以下の説明から更
に明らかになるものである。
免豆皇貞1
本発明の力センサは、力が加えられるコンタクト表面を持つ可変形(defor
■able)媒体を持つ、この可変形媒体は既知の機械的及び音速特性を持つべ
きである。可変形媒体は弾性材料、例えばゴムであり得る。好ましくは、この可
変形材料は、エラストメリックな弾性材料、例えばウレタンゴム、天然ゴム、シ
リコンゴム、その他とされる。力が加えられると、この可変形媒体は厚さを変え
る。この可変形材料はまた可変形媒体と加えられた力との間に位置するコンタク
ト表面として機能する金属層を持つ、この可変形媒体はセンサが用いられるアプ
リケーションに適当な任意のサイズ又は寸法とされる。
この力センサは、更に信号生成器を含む、信号生成器は1つ又は複数の信号生成
領域を持つ。複数の信号生成領域が好ましい。信号生成領域は可変形媒体を通じ
て伝わり、コンタクト表面によって信号レセプション領域に反射される信号を生
成するための任意の手段であり得る。好ましくは、信号生成領域は音響信号を生
成する能力を持つ超音波トランスジューサとされる。
複数の信号生成母層fsignal generation 5tratalを
持つことが可能である。信号生成母層は積み重ね及び/又は織り成すことができ
る。各信号生成母層は少なくとも1つの信号生成領域、好ましくは、複数の信号
生成領域を持つ、1つの母層内の信号生成領域は他の信号生成母層内の各々の信
号生成領域と重なり合うべきである。これら重なり合う信号生成領域は、好まし
くは、追加のトランスジューサ材料がよりパワーの強い音響信号を生成するよう
に音響的に直列にされるべきである。
力センサは更に信号レセプタを含む。この信号レセプタは1つ又は複数の信号受
信領域を持つ、複数の信号受信領域が好ましい、信号受信領域は信号生成領域に
よって生成された信号を受信し、これに応答して検出信号を生成するための任意
の手段であり得る。好ましくは、信号受信領域は音響信号を受信し、この音響信
号を検出信号として機能する電気信号に変換する能力を持つ超音波トランスジュ
ーサであり得る。
複数の信号受信母層(signal reception 5tratal を
持つことが可能である。信号受信母層は積み重ね及び/又は織り成すことができ
る。各信号受信母層は少なくとも1つの信号受信領域、好ましくは、複数の信号
受信領域を持つ、1つの母層の信号受信領域は他の各信号受信母層の信号受信領
域と重なり合うべきである。これら重なり合う信号受信領域は、好ましくは、追
加のトランスジューサ材料がよりセンシティブな1つのレセプタを形成するよう
に音響的に直列にされるべきである。
信号生成領域と信号受信領域の重なりがクロスフィールド交差を定義する。信号
生成領域と信号受信領域は文字通りには交差しないが、本願における開示及び請
求の範囲の目的に対しては、この重なりは、クロスフィールド交差と呼ばれる。
好ましくは、この信号生成領域はクロスフィールド交差を形成するように信号受
信領域と垂直に重なり合う。
信号生成領域と信号受信領域はクロスフィールド交差の様々なパターンを形成す
るように重なり合うことができる。信号を生成するために信号生成領域を起動し
、信号受信領域のところでこの信号を受信することによって、クロスフィールド
交差が使用され、クロスポイントスイッチングのスプリアス結合の問題が回避で
きる。信号の別個の生成及び受信は、受信手段が受信が起こる前に回復されるこ
とを必要としないために、より迅速な応答時間を可能にする。
好ましくは、この力センサは可変形媒体、信号生成器及び信号レセプタをサポー
トするための任意の手段であり得る基板を含む、この基板は直接のサポートを提
供するために硬直材料(例えば、セラミック、スチール、アルミニウム等)又は
フレキシブル材料(例えば、カプトン[aptonl )であり得る。
この力センサは更に信号生成領域を選択及び起動するための生成制御手段を含む
、好ましくは、単一のパルス生成器がスイッチによって要求される信号生成領域
に接続される。いったん接続されると、このパルス生成器は選択された信号生成
領域を起動する電気パルスを生成するようにトリガされる。別の実施例において
は、各信号生成領域は別個のパルス生成器に接続される。要求される信号生成領
域を付勢するために、対応するパルス生成器がトリガされる。これらスイッチ及
びパルス生成器のために従来のアナログ及びデジタル回路を使用することができ
る。
この力センサは更に信号受信領域を選択し、この信号受信領域によって生成され
た検出信号を検出するための受信制御手段を含む。この受信制御手段はどの信号
受信領域が選択され、そこからの検出信号が受信されるべきかを1号するスイッ
チとして機能する。好ましくは、単一の信号検出器がスイッチによって要求され
る信号受信領域に接続される6別の実施例においては、別個の信号検出器が各信
号受信領域に接続される。要求される信号受信領域からの信号を検出するために
、対応する信号検出器の出力が選択される。従来のアナログ回路がこれらスイッ
チ及び検出器のために使用できる。検出は従来の振幅検出器又は位相検出回路に
よって達成することができる。
この力センサは力成分を決定するための力決定手段を含む。信号生成領域によっ
て生成され、コンタクト表面からの反射によって信号受信領域に伝送される信号
のトランジット時間は従来の電子タイマによって測定することができる。信号生
成領域が生成制御手段によって起動されると、力決定手段内のタイマがカウント
を開始する。受信制御手段による検出信号の検出によってカウンタが停止される
。タイマによって測定された時間間隔は音響信号のトランジット時間に等しい。
これは生成制御手段による起動と受信制御手段による検出のタイミングによって
力決定手段がいかに信号トランジット時間を測定することができるかの一例であ
る。起動及び検出のタイミングのための他の方法も本発明の範囲内に入るもので
ある。更に、本発明の別の実施例においては、従来の位相検出回路が音響信号の
信号トランジット時間に比例する検出信号の位相を測定するために使用される。
これら及びその他の信号トランジット時間の測定を構成し、これと等価であるも
のとみなされる代替も本発明の範囲に入るものである。
信号のトランジット時間は信号が信号生成領域から可変形媒体のコンタクト表面
に進み、ここから信号受信領域に反射されて進むまでの距離に比例する。可変形
媒体に加えられた力によってこの距離が変化すると、結果として信号のトランジ
ット時間が変化する。
力決定手段は信号のトランジットを測定するための任意の手段であり得る。力決
定手段の重要な要素はこのトランジット時間を測定するための手段である。多く
の場合においては、加えられた力成分はこのトランジット時間の変化に単純に比
例し、従って、トランジット時間の変化からの力への変換は、これが定数に乗数
を掛けることによって計算できるために非常に簡単である。力決定手段はまた、
オプションとしである選択されたクロスフィールド交差(つまり、信号生成領域
と信号受信領域と任意の交差)に対する力成分を決定するための手段を含む。加
えられた力によって生成される信号トランジット時間の変化は、力決定手段によ
って力成分Fを計算するために使用することができる。このセンサは可変形媒体
のコンタクト表面に力が加えられてないときの各クロスフィールド交差に対する
信号トランジット時間を測定及び格納することによって調整(校正)することが
できる。音響信号の場合は、特定のクロスフィールド交差に対する力成分Fは以
下により詳細に説明されるように、F ” 1/2 kc It+ −tilに
よって与えられる。
生成制御手段は信号生成領域を起動し、信号生成領域が信号を生成するようにす
る。この信号は、可変形媒体を通過し、可変形媒体のコンタクト表面から反射さ
れ、信号受信領域に戻る。信号受信領域は反射された信号に反応して受信制御手
段に対する検出信号を生成する。受信制御手段は信号受信領域を選択し、この検
出信号を検出する。
この可変形媒体のコンタクト表面がより低い音響インピーダンスを持つ媒体(例
えば、空気)とコンタクトする場合は、伝送された信号は表面のところでの反射
において180度の位相シフトを起こす、可変形媒体のコンタクト表面がより高
い音響インピーダンスを持つ媒体(例えば、金属)とコンタクトする場合は、信
号は位相の反転なしに反射される。
起動のために特定の信号生成領域を選択し、また特定の信号受信領域を選択する
ことによって、この重なり合う信号生成領域及び信号受信領域に共通するクロス
フィールド交差の直上の対象からの信号のみが受信される。このクロスフィール
ドスイッチングは伝送される信号にて追加のセンシング要素が寄生的に励起され
る問題を回避する。これに加えて、このクロスフィールドスイッチングは追加の
要素間での受信された信号のスプリアス結合の問題を回避する。
いったん検出信号が受信制御手段によって検出されると、信号の信号生成領域か
ら選択された信号受信領域までのトランジット時間が従来の時間測定又は位相検
出電子回路を使用して測定される。信号のトランジット時間は信号が信号生成領
域から可変形媒体のコンタクト表面に進み、ここから信号受信領域に進むまでに
必要とされる距離に比例する。
加えられた力によって可変形媒体が変化すると、結果としであるクロスフィール
ド交差に対する信号のトランジット時間が変化する。各クロスフィールド交差に
対する信号トランジット時間を測定することによって、ある物体によってこの力
センサの表面に加えられた垂直の力の成分を決定することができる。可変形媒体
に加えられた力は可変形媒体のコンタクト表面上の力成分の分布として表わすこ
とができる。従って、力成分は、クロスフィールド交差に加えられる力である。
クロスフィールド交差がコンタクト表面上の複数の力成分を決定するために順番
に選択される。これによってコンタクト表面を通しての力成分の分布のピクチャ
が得られる0時間を通じて、ある与えられたクロスフィールド交差に加えられる
力成分が変化することがある1時間を通じての力成分の変化を決定するためには
、個々の(つまり、任意の)クロスフィールド交差が反復的に選択され、これに
対する力成分が反復的に決定される。
の簡単な説明
M1図はクロスポイントスイッチングの概念図を示し、
第2図はクロスフィールドスイッチングの概念図を示し、
第3図は力センサを示し、
第4図は信号生成母層を示し、
第5図は信号生成領域を示し、
第6図は折り畳まれた信号生成シートを示し。
第7図は信号受信母層を示し、
第8図は信号受信領域を示し、
第9図は折り畳まれた信号受信シートを示し、第10図はクロスフィールド交差
を示し。
第11図は折り畳まれた信号受信シート上に積み重ねられ接合された折り畳まれ
た信号生成シートを示し、第12図は織り成された信号生成母層及び信号受信母
層を示し、
第13図は力が加えられてない状態の力センサの3つのクロスフィールド交差の
断面図を示し。
第14図は可変形媒体のコンタクト表面上に力が加えられた状態の力センサの3
つのクロスフィールド交差の断面図を示し、
第15図は信号受信領域とクロスフィールド交差を形成する信号生成領域を持っ
力センサアレイを示し、第16図は第15図のアレイを使用するロボットフィン
ガを示し、
第17図はくさび状信号生成領域を示し、そして第18図は円形信号受信領域を
示す。
尚、図面を見易くするため、また表現上の便宜より図面中の相対的な寸法は歪め
られていることに注意すべきである。
′な 施 の詳細な1明
本発明の力センサ10は第3図に示されるようにコンタクト表面8を持つ可変形
媒体(deformable medium )IOを含む、コンタクト表面8
はこれに対して力が加えられる表面である。これに加えて、このセンサは音響信
号を生成する信号生成母層12の形式での信号生成器を含む0本発明の他の実現
においては音響信号の代わりに他のタイプの信号(例えば、光学信号など)が使
用される。信号生成器12は第3図に示されるように生成制御手段18からの電
子パルスによって起動される。信号生成器12によって生成された音響信号は可
変形媒体IOを通過し、コンタクト表面8から反射される。
このセンサは更に反射された音響信号を受信する信号受信母@L4の形式での信
号レセプタを含む、信号受信母層I4は反射された音響信号を検出信号(det
ectionsignall として機能する電気信号に変換する。信号受信0
層14は、第3図に示されるように受信制御手段20によって制御される。力決
定手段(force detervination■eansl 22は加えら
れた力を音響信号のトランジット時間Dransit timelを測定し、こ
れに基づいて力の成分を計算することによって決定する。
基板16は、第3図に示されるように、可変形媒体10、信号生成器12及び信
号レセプタ14をサポートする。
可変形媒体1.0は第3図に示されるように既知の機械的及び音速特性を持たな
ければならない、好ましくは、可変形媒体IOはウレタンゴム(又は他の伸縮自
在で弾力性のある材料、例えば天然ゴム、エラストマ、シリコンゴムなど)のシ
ートとされる。本実施例における可変形媒体の厚さは、通常は約(1,040イ
ンチ又はそれ以下から約 10インチ又はそれ以上までの範囲とされる。サイズ
は約0.020インチX O,020インチ又はそれ以下から約3フイート×3
フイート又はそれ以上までの範囲とされる。可変形媒体10はこのセンサが使用
されるアプリケーションに適当な任意の形状、サイズ又は寸法であってよい。
可変形媒体10の片側はコンタクト表面8であり、これに対して力が加えられる
。可変形媒体の反対側はカプトン(にaptonlテープ(又は他のテープ、例
えば、マイラ(&1ylarl テープ)にてコートされる。信号生成器母層1
2もカプトンテープ(又は他のテープ、例えば、マイラテープ)にてコートされ
る。可変形媒体10のテープでコートされた側は信号生成器母層12のテープで
コートされた側とウレタン粘着剤(又は粘着性を持つ他の材料2例えばエポキシ
等)で接合される。可変形媒体10は信号生成器母層12にこのようにして又は
他の手段によって接合される。可変形媒体10は、別の方法として、信号生成器
12と信号レセプタ10の位置が反転している場合は、信号受信母層14に接合
することもできる。
信号生成器12は、第4図及び第5図に示されるように、信号生成器t136を
含む。本実施例においては、この信号生成器vi36は互いに接合された分離し
たユニット、デバイス等ではなく、これらは単一の統合された信号生成母層の部
分である。他の実施例においては、信号生成領域は、母層を形成するように配列
又は位置された信号を生成するための別個のユニット、デバイス、又は他の手段
であり得る6第4図は3つの信号生成器t!!36を示すが、支障の使用におい
ては、信号生成領域の数はセンサが使用されるアプリケーションに依存する1か
ら80又はそれ以上の数とされる。信号生成領域はコンタクト表面8からの反射
によって(後に説明される)信号受信領域の少なくとも1つに伝送される信号を
生成するための任意の手段であり得る。好ましくは、信号生成領域36は超音波
1−ランスジユーザとされる。1:の超音波トランスジューサは第4図及び第5
図に示されるような構造及び形式を持つ。
信号生成領域36の1つの母層28はポリフッ化ビニリデンfpolyviny
lidene fluoride、P V D F ) (又は他の圧電材料、
例λば、ポリ−ガンマ−メチル−■、−グルタメート(po Iy−gamma
−setyl−L−glutamate)、ポリアクリロ二1−リルfpoly
acrylonitrilel 、ポリフッ化ビニルfpolyvinyl f
luoridel、チタン酸−ジルコニウム酸鉛(lead titanate
−zirconatel 、メタニオブ酸鉛(leadwetaniobate
l、チタン酸バリウ−h (barium titanatel等であり得る。
圧電層28は第5図に示されるように電極24と隔離層26との間に位置される
。圧電層28がPVDFである場合は、この厚さは1通常は6から1000ミク
ロンまでの範囲とされる。好ましくは、PVDFの厚さは9〜52ミクロンの厚
さとされる。圧電層のサイズは、通常は約0020インチ× 0.020インチ
又はそれ以下から約3フイート×3フイート又はそれ以上までの範囲とされる。
これの形状、サイズ及び寸法は意図されるアプリケーションに適当に合わせるこ
とができる。
信号生成器領域36の電極24は圧電層28の上にアルミニウムースズ(又は電
極の機能を果たす能力を有する他の材料、例えばニッケル、金等)の薄い膜を真
空堆積し、従来のフォトエツチング技法を使用して基板から不要なアルミニウム
ースズを取り除くことによって形成することができる。この除去によって@陽2
4の必要とされるパターンが残される。これを形成するための任意の他の適当な
方法、例えば、導電性インクのスクリーニングを使用することもできる。電極2
4は、第4図に示されるようにワイヤ32に接続される。電極24が生成制御手
段18からの電気パルスによって起動されると。
電極24は電w124と隔離層26との間の圧電層28の一部分を励起し、音響
信号を生成する。
隔離層26は金属化されたアルミニウムースズ層(又は導電の能力を持つ任意の
他の材料、例えばニッケル、金等)であり得る。隔離層26は、第4図及び第5
図に示されるように、ワイヤ34によって生成制御手段18の電極に接続された
電帰層である。この実施例においては、ワイヤ34はグラウンドに終端し、従っ
て、隔離層26はグラウンドシートである。隔離層26は信号生成母層12及び
信号受信母層14を電気的に電気的干渉から遮蔽する0本発明の別の実施例にお
いては、隔離層は信号生成器@36と信号受信領域52を電気的に隔離する任意
の層であり得る。
第3図において、信号生成器12は単一の信号生成母層12である。但し、好ま
しくは信号生成器12は複数の信号生成母層を持ち、各々の母層が少なくとも1
つの信号生成領域、好ましくは、複数の信号生成領域を持つ。フレキシブル圧電
材料に対してこれを達成する1つの方法は、第6図に示されるように、ポイント
38において信号生成シート37を自身の上に折り重ねる方法である。いったん
折り重ねられると、第6図のシート37は個々の母層が複数の信号生成領域36
を持つ3つの信号生成母層を提供する。この例においては、信号生成器12は上
部母層、下部母層及び中間母層を持つ、これら母層が互いに折り重なる。
多くの折り重ね及び多くの重複する中間信号生成母層が存在し得る。いったん折
り重ねられると、この信号生成母層は1つの信号生成領域の電極が別の信号生成
領域の電極と短絡しないように整合されるべきである。この重ねられた信号生成
領域は音響的に直列になるべきである。こうして、追加のトランスジューサ材料
はより強力な音響信号を生成する。
この力センサは第7図に示されるように信号受信母層14を含む、信号受信母層
14は、第7図及び第8図に示されるように、信号受信領域52を含む0本実施
例においては、この信号受信領域52は互いに接合された分離したユニット、デ
バイス等ではなく、これらは単一の統合された信号受信母層の部分である。他の
実施例においては、信号受信領域は、母層を形成するように配列又は位置された
信号を生成するための別個のユニット、デバイス又は他の手段であり得る。第7
図は3つの信号受信領@52を示すが、実際の使用においては、信号受信領域の
数はセンサが使用されるアプリケーションに依存する1〜80又はそれ以上の数
とされる。信号受信領域は信号生成領域36の少な(とも1つによって生成及び
これから伝送され、コンタクト表面8から反射された信号を受信するため及びこ
の反射された信号の受信に応答して検出信号を生成するための任意の手段であり
得る。好ましくは、信号受信領域52は超音波トランスジューサとされる。この
超音波トランスジューサは第7図及び第8図に示されるような構造及び形式を持
つ。
信号受信領域52の1つの層44は、ポリフッ化ビニリデンfpolyviny
lidene fluoride、 P V D F ) (又は他の圧電材料
、例えば、ポリ−ガンマ−メチル−L−グルタメ−ト(poly−gai*sa
−metyl−L−gluta+5aLel、ポリアクリロニトリル[poly
acrylonitrilel 、ポリフッ化ビニル(polyvinyl f
luoridel、チタン酸−ジルコニウム酸鉛(lead titanate
−zirconate) 、メタニオブ酸鉛fleadmetaniobate
l、チタン酸バリウム(barium titanatel等)であり得る。圧
電層44が第8図に示されるように電極40と隔離層42との間に位置される。
圧電層がPVDFである場合は、この厚さは、通常は6〜1000ミクロンの範
囲とされる。好ましくは、PVDFの厚さは9〜52ミクロンの厚さとされる。
圧電層のサイズは、通常は約0020インチX O,020インチ又はそれ以下
から約3フイート×3フイート又はそれ以上のまで範囲とされる。これの形状、
サイズ及び寸法は意図されるアプリケーションに適当に合わせることができる。
信号受信領域52の電極40は圧電N44の上にアルミニウムースズ(又は電極
の機能を果たす能力を持つ他の材料、例えばニッケル、金等)の薄い膜を真空堆
積し、従来のフォトエツチング技法を使用して基板から不要なアルミニウムース
ズを取り除くことによって形成することができる。この除去によって電極40の
必要とされるパターンが残される。これを形成するための任意の他の適当な方法
1例えば、導電性インクのスクリーニングを使用することもできる。電極40は
、第7図に示されるように、ワイヤ48に接続される。信号受信領域52が信号
生成領域36から音響信号を受信すると第8図に示されるように、電極40と隔
離層42との間の圧電層44の部分が音響信号によって起動され、電極40上に
電気信号(検出信号)が生成される。この方法により、信号受信領域52は信号
を受信し、この受信された信号に応答して検出信号を生成する。[注二本願明細
書及び請求の範囲においては、検出信号が信号生成領域によって生成された信号
(この実施例においては、音響信号)と混同して考えられるべきではない、この
混同を回避するために、検出信号は常に1R且Mと示される。単に“信号−と記
述されている場合は、信号生成領域によって生成された信号を意味するものと理
解されるべきである。1
隔離層42は金属化されたアルミニウムースズ層(又は導電の能力を持つ任意の
他の材料、例えばニッケル、金等)であり得る。隔離層42は、第7図及び第8
図に示されるように、ワイヤ504によって受信制御手段20の電極に接続され
た電極層である。この実施例においては、ワイヤ50はグラウンドに終端し、従
って、隔離層42はグラウンドシートである。隔離層42は信号生成母層12と
信号受信母層14を電気的に電気的干渉源から退蔵する。他の実施例においては
、隔離層は信号受信領域52と信号生成領域36を電気的に隔離する任意の層で
あり得る。
第3図において、信号レセプタ14は単一の信号受信母層12である。但し、好
ましくは、信号レセプタ14は複数の信号受信母層を持ち、各々の母層が少なく
とも1つの信号受信領域、好ましくは、複数の信号受信領域を持つ、フレキシブ
ル圧電材料に対してこれを達成する1つの方法は、第9図に示されるように、ポ
イント38において信号受信シート39を自身の上に折り重ねる方法である。い
ったん折り重ねられると、第9図のシート39は個々の母層が複数の信号受信5
2を持つ3つの信号受信母層を提供する。この例においては、信号レセプタは上
部母層、下部母層及び中間母層を持つ、これら母層が互いに折り重なる。
多くの折り重ね及び多くの重複する中間信号受信母層が存在し得る。いったん折
り重ねられると、この信号受信母層は1つの信号受信領域の電極が別の信号生成
受信領域の電極と短絡しないように整合されるべきである。
この重ねられた信号受信領域は音響的に直列になるべきである。こうして、追加
のトランスジューサ材料はよりセンシティブな音響信号レセプタを形成する。
第10図に示されるように、電極40のパターンは電極24のパターンに対して
直角の方位を持つ0本実施例においては、信号生成領域36はロウ電極24を持
ち、信号受信領域52はカラム電極40を持つ、これはロウの形式での信号生成
領域及びカラムの形式での受信領域が構成される1つの方法である。構成の別の
方法も本発明の範囲内に入るものである。本実施例においては、ロウはカラムに
対して垂直に方位する。第1O図では、信号生成領域のロウ36と信号受信領域
のカラム52は互いに直交するように重なり合うにの信号生成領域ロウの信号受
信カラムに対する垂直の重なり方位は好ましいものである。但し、本発明の他の
実施例においては、これらロウ及びカラムは直交でない方法にて(つまり、ロウ
がカラムに対して垂直でないように)重なり合う、信号生成領域ロウ及び信号受
信カラムは好ましい方法ではあるが、本発明の実現においては他の重複パターン
を使用することもできる。他の実施例においては、電極の別の重複パターンが使
用される0例えば、第15図及び第16図は信号生成領域36がテーバされてい
るために信号受信領域52に線型的に直角でない信号生成領域36を示す、信号
受信領域52に重なるテーバされた信号生成類@36のこの配列は、例えば、第
16図に示されるようにロボット指90の部分として使用することができる。第
17図及び第18図はさくび状の信号生成領域36及び円形の信号受信領域52
を示す、第17図のくさび状の信号生成領域36を第18図の円形信号受信52
と重ねることにより本発明のもう1つの実施例のクロスフィールド交差(cro
ss−field 1ntersectionsl を形成することができる。
第10図に示されるように、信号生成領域36及び信号受信52はクロスフィー
ルド交差53を定義又は形成する。信号生成領域と信号受信領域は文字通りには
交差しないが、本開示及び付属の請求項の目的に対しては、この重なりはクロス
フィールド交差を定義するものと見なされる。第1O図においては、トップ領域
は信号生成類tfi36である。別の方法として、信号受信領域52と信号生成
領域36の位置を交換することもできる。
本実施例においては、信号生成ロウ36及び信号受信カラム52が重なり合って
複数のクロスフィールド交差を形成する。信号生成領域ロウ36を反射によって
選択された信号受信領域カラム52に伝送される信号が生成されように起動し、
各クロスフィールド交差53に対して信号受信領域カラム52からの検出信号を
受信することによって、クロスポイントスイッチングのスプリアス結合の聞届を
回避することができる。
第6図の折り重ねられた信号生成シート37と第9図の折り重ねられた信号受信
シート39は第11図に示されるように互いに接合することができる。この例で
は、信号生成シート37及び信号受信シート39は各々2回折り重ねられ、エポ
キシ粘着剤(又は粘着能力を持つ他の任意の材料、例えば、ウレタン、シアノア
クリレート等)によって互いに接合される。信号生成シート37内の折り重ねの
数は、信号受信シート39内の折り重ねの数と異なることがある。従って、信号
生成母層の数は信号受信母層の数と異なることがある。クロスフィールド交差は
、1つ又はそれ以上の信号生成領域(例えば、24a)を1つ又はそれ以上の信
号受信領域(例えば、40a)と重ねることによって形成(又は定義)されるが
、但し、この重複は、ここでは複数の母層を通じて続く、第11図においては、
各信号生成母層が3つの信号生成領域を持つことが観察される。ある任意の信号
生成母層内において、電極24aが圧電層28及び隔離層26と一体となって1
つの1つの信号生成領域を生成する。この母層内の他の2つの信号生成領域は同
様にして電極24b及び24cによってこの母層内の圧電層28及び隔離層26
と一体となって形成される。各信号生成母層はセットの電極24a、24b、2
4c及び圧電層28及び隔離層26を持つ、同様に、各信号受信母層は3つの信
号受信領域を持つことが観察される。任意の信−号受信母層内において、1つの
電極40aが圧電層44′及び分離層42と一体となって1つの信号受信領域を
形成する。この母層内の他の2つの信号受信領域は同様にして電極40b及び4
0cによってこの母層内の圧電層44及び隔離層42と一体となって形成される
。各信号受信母層はセットの電極40a、40b及び40c及び圧電層44及び
隔離層42を持つ。
別の実施例においては、信号生成母層と信号受信母層がインタリーブfinte
rleavelされる。インタリーピングは、例えば以下のステップによって達
成される。つまり、l)信号生成シートが一度折り畳まれ、2)信号受信シート
が一度折り畳まれ、3)折り畳まれた信号生成シートが折り畳まれた信号受信シ
ートにエポキシ粘着剤(又は粘着力を持つ任意の他の材料、例えばウレタン、シ
アノアクリレート等)によって接合され、そして4)ステップl)からステップ
3)を複数のインクリーブされた母層に対して反復することによって達成される
。インクリーブされた母層の数は1から20又はそれ以上のレンジであり得る。
好ましくは、3から6のインタリーブされた母層が使用されるが、但し、個々の
ケースにおいて使用される数は意図されるアプリケーション及び本発明の実施者
の好みによって変動する。折り畳みの他の方法を使用することもできるが5但し
、信号生成母層と信号受信母層の電極がグラウンド又は他の電極と短絡しないよ
うにすべきである。
第12図はインタリーブされた信号生成母層及び信号受信母層を示す、信号生成
母層は、折り重ねられた電極24a、24b、及び24cを形成する。換言すれ
ば、電極24aと電極24aによって定義される信号生成領域ロウが重なり合う
、同一のことが電極24b(及びこれによって定義されるロウ)及び電極24c
(及びこれによって定義されロウ)にも適用する。電極24aは生成制御手段1
8への共通ソースを持つ(つまり、生成制御手段からの電気パルスは電極24a
を起動できる)。
電極24bは生成制御手段18への共通ソースを持ち、を極24cも生成制御手
段への共通ソースを持つ、これら′I4極24a、24b、及び24c、圧電層
28及び隔離層26又は56が信号生成領域を定義する。
信号受信母層は折り畳まれた電極40a、40b及び40cを形成する。換言す
れば、電極40aと40aによって定義される信号受信領域カラムは重なり合う
、同一のことが電極40c (及びこれによって定義されるカラム)及び電ff
140c(及びこれによって定義されるカラム)についても適用する。電極40
aは受信制御手段20への共通ソースを持つ、電極40bは受信制御手段20へ
の共通ソースを持つ、電極40cも受信制御手段20への共通ソースを持つ、電
極40a、40b及び40c、圧電層44及び隔離層42又は56は信号受信領
域を形成する。折り畳まれた母層が接合されている場合、重なり合う隔離層56
は、より厚いがこの共通の終端のために単一の隔離層として機能する。隔離層5
6は隔離層26及び42によって形成される。
こうして折り畳まれ、インクリーブされた信号生成母層はより大きな規模の信号
を生成することができる。こうして折り量まれ、インクリーブされた信号受信母
層内での音響信号の受信はよりセンシティブである。クロスフィールド交差は(
電極24a、24b及び24cとして定義される)信号生成領域と(電極40a
、40b及び40cとして定義される)信号受信領域の重ね合わせによって定義
(つまり、形成)される、但し、この重ね合わせは、ここでは複数のインクリー
ブされた母層を通じて連続する。信号受信母層と信号生成母層を反転してトップ
の信号受信母層が可変形媒体lOに接合されるようにすることもできる。
第12図においては、各信号生成母層がセットの電極24a、24b及び24c
、圧電層28及び隔離層56又は26を持つことが観察される。同様に、各信号
受信母層はセットの電極24a、24b及び24c、圧電層44及び隔離層56
又は42を持つことが観察される。
好ましくは、この方センサは、第3図及び第13図に示されるように、可変形媒
体lOをサポートするために任意の手段であり得る基板16、信号生成器12及
び信号レセプタ14を含む。本実施例においては、基板はセラミック(又は任意
の他の硬直材料、例えばスチール、アルミニウム等)であり、信号生成器及び信
号レセプタに対する直接のサポートを提供する0本発明の他の実施例においては
、フレキシブル材料、例えば、カプトンIKaptonlが使用される。
この力センサは、更に第3図に示されるように信号生成領域を選択及び起動する
ための生成制御手段18を含む、生成制御手段18は異なる様々な構成を持つこ
とができる。1つの構成においては、単一のパルス生成器がスイッチによって信
号生成領域に接続される。いったん接続されると、パルス生成器は選択された信
号生成領域を起動する電気パルスを生成するようにトリガされる。
別の構成においては、各信号生成領域が別個のパルス生成器に接続される。要求
される信号生成領域を選択及び起動するためには、対応するパルス生成器がトリ
ガされる、従来のアナログ及びデジタル回路をこれらスイッチ及びパルス生成器
として使用することができる。
この力センサは信号受信領域を選択するため及び選択された信号受信領域からの
検出信号を検出するための第3図の受信制御手段を含む、この受信制御手段も異
なる構成を持つことができる。1つの構成においては、単一の検出信号検出器が
スイッチによって要求される信号受信領域に接続される。もう1つの構成におい
ては、別個の検出信号検出器が各信号受信領域に接続される9選択された信号受
信領域からの検出信号を検出するためには、対応する検出信号検出器の出力が選
択される。検出は振幅検出又は位相検出回路によって達成される。これらスイッ
チ及び検出器のために従来のアナログ回路を使用することができる。
この力センサは力成分を決定するための第3図に示される力決定手段を含む、信
号生成領域から信号受信領域までの信号のトランジット時間は起動と検出のタイ
ミングによって測定することができる。従来の電子タイマ又はその他の手段をこ
の目的に使用することができる。信号生成領域が生成制御手段18によって起動
されると、力決定手段22内のタイマがカウントを開始する。信号はコンタクト
表面8からの反射によって信号受信領域に伝送される。信号受信領域はこの信号
を受信し、これに応答して検出信号を生成する。受信制御手段20による検出信
号の検出はカウンタタイマを停止させる。タイマによって測定された時間間隔は
この信号(この実施例においては音響信号)のトランジット時間に等しい、別の
実施例においては、従来の位相検出回路が信号(つまり、信号生成領域によって
生成された信号)のトランジット時間と関連する検出信号の位相を測定するため
に使用される。力決定手段は単に信号のトランジット時間を決定できるのみであ
る。このトランジット時間は実際の力成分に比例し、従って、力成分の相対測定
値を提供する。更に、与えられた時間期間を通じてのトランジット時間計算値の
変化はこれと同一期間を通じての力成分計算値の変化に比例する。必要であれば
、力決定手段はオプションとして更に力成分を計算するための手段を含むことが
できる。
生成制御手段18、受信制御手段20及び力決定手段22のために、従来の構成
2回路及びプログラミング論理を修正して使用できることに注意する。この開示
を読んだ場合、当業者においては、本発明を実現するための構成、回路及びプロ
グラミング論理を簡単に選択、組み立て及び展開できるものである。ここに必要
とされる知識及び経験は周知であり、本発明の本質を表わすものではない。
信号のトランジット時間は、第13図に示されるように、信号が信号生成領域3
6から可変形媒体10のコンタクト表面8に進み、次に信号受信領域52a、5
2b笈び52cに進むまでに必要な距離に比例する。可変形媒体に加えられた力
62によってこの距離に変動が起こると、第1第4図に示されるように、信号(
60及び60°)が信号受信領域52bに進むまでのトランジット時間が変動す
る。
第13図及び第14図は、信号受信領域52a、52b、及び52c上に位置さ
れる信号生成領域36の交差によって形成される3つのクロスフィールド交差を
示す、第14図に示されるように力62が加えられることによって生成される信
号トランジット時間の変化は、力決定手段によって選択されたクロスフィールド
交差に対する力成分Fを計算するために使用される。(他の実施例においては、
力決定手段は単に信号トランジット時間のみを測定するが、多(のアプリケーシ
ョンにおいてはこの測定値で十分であり、力成分の実際の決定は必要とされない
ことに注意する。)センサが第13図に示されるように可変形媒体のコンタクト
表面8に力が加えられてないときの各クロスフィールド交差についての信号58
の信号トランジット時間を測定及び格納することによって調節(校正)される、
ある選択されたクロスフィールド交差に対する力成分Fは以下によって決定され
る。
F =1 / 2 k c (t + t * )係数k及びCは既知の定数で
ある0時間1+は信号が信号生成領域から力が加えられてない状態の可変形媒体
を通って信号受信領域に到達するまでの時間である。可変形媒体内での音の速度
C及び媒体の弾性には参考書に示されており、或は実験によって測定することも
できる。第14図内の信号60及び60°に対する時間t1は力決定手段によっ
て測定することができる。この測定は繰り返して行なうことができる。力成分F
がセンサの調節の際に格納されたt、の対応する値及びt、の測定値を使用して
各クロスフィールド交差に対して計算される。tiが測定されたときクロスフィ
ールド交差に力が加えられてない場合は、ti=j+であり、従ってF=0であ
る。
力センサが動作中である場合、生成制御手段18は信号生成器12の信号生成領
域(この寅施例においては、信号生成ロウ36)を選択する。生成制御手段18
からの電気パルスは選択された信号生成領域(ロウ36)の電極を起動する。付
勢された電極は第14図に示されるように、圧電層に音響信号60を生成させる
。この信号は可変形媒体10を通過し、コンタクト表面8から反射される0反射
された信号60°は、可変形媒体lOを通過して第14図に示されるように反射
された信号60゛を受信するように位置された信号受信領域52a。
52b、及び52cの部分に戻る。
受信制御手段20は信号レセプタ14から1つの受信領域(カラム)1例えば5
2bを選択し、選択された信号生成領域36と一体となって、それに対して力成
分が計算されるべき1つのクロスフィールド交差を定義する。信号が第14図に
示されるように可変形媒体10のコンタクト表面8から反射されると、これは信
号受信領域カラム52a、52b及び52cの個々によって受信される。信号受
信領域内の圧電層は反射された音響信号60゛を電極40a、40b及び40c
によって運ばれる電気信号に変換する。この電気信号が検出信号である0選択さ
れた信号受信領域52bの電極40bによって運ばれた検出信号は受信制御手段
20によって検出される。検出信号が検出されると、信号の選択された信号生成
領域36から選択された信号受信領域までのトランジット時間が起動及び検出の
タイミングによって力決定手段によって測定される。可変形媒体に加えられた力
62によるこの距離の変化は信号のトランジット時間を変化させる。力決定手段
は、次に、トランジット時間t2を使用して上に説明されたように選択されたク
ロスフィールド交差に対して力成分を計算することができる。
この方法によって各クロスフィールド交差が順番に選択され、各選択されたクロ
スフィールド交差に対する力成分を決定する(計算する)ことによって、コンタ
クト表面上に加えられた複数の力成分、或は力成分のパターンを決定することが
できる。この決定は、コンタクト表面8を通じての力成分の分布の指標を与える
。1インチの1/8の厚さの典型的なゴム製の可変形媒体lOに対しては音響信
号のトランジット時間は約4〜6マイクロ秒である。現在の電子技術を使用する
と、力の測定値が256のクロスフィールド交差を持つセンサでは力センサのク
ロスフィールド交差の各々から1秒間に数100回得6れる。このため、コンタ
クト表面8上に加えられた力成分を各クロスフィールド交差に対する力成分を反
復して決定することによって反復して決定することができる。従って、個々のク
ロスフィールド交差を反復して選択し、これに対する力成分を決定することによ
り、時間を通じての力成分の変化を測定することが可能となる。
こうして、力センサに対して加えられた力成分パターンの時間シーケンスをモニ
タ又は記録することが可能となる。加えられた力成分のパターンのこの時間シー
ケンスは、例えば、人が歩くときに足の底に掛かる力の分布の変動を示すため又
はロボットの腕から握られた物体がスリップするところを示すために使用するこ
とが可能となる。
上述の説明及び図面は本発明の一般的特徴並びに新規性及び及び長所を十分に示
すものであるが、本発明はこの一般的な概念から逸脱することなく他人によって
様々なアプリケーションに簡単に修正及び適応できるものであり、従って、これ
ら修正及び適応としてのバージョンもここに付属される出願人によって出願人の
発明であると見なされるべき主題を定義する請求項及びこれに相当するものの意
味及び範囲に入るものと理解されるべきである。
FIG、I
FIG、2
FIG、3
FIG、4
FIG、5
FIG、7
FIG、10
FIG、I+
FIG、13
FIG、18
国際調査報告
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT、BE、CH,DE。
DK、 ES、 FR,GB、 GR,IT、 LU、 NL、SE)、0A(
BF、BJ、CF、CG、CI、CM、GA、GN、ML、MR,SN、TD、
TG)、AU、BB、 BG、 BR,CA、 FI、 HU、JP、 KP、
KR。
LK、 MC,MG、 MN、 MW、 No、 PL、 RO,SD、SU
Claims (46)
- 1.力センサであって、 (a)コンタクト表面に加えられた力に応答して変形可能な可変形媒体、 (b)複数の信号生成領域を含む信号生成器、(c)前記の信号生成領域を選択 及び起動するための生成制御手段、 (d)複数の信号受信領域を含む信号レセプタ、(e)前記信号受信領域を選択 し、選択された信号受信領域からの検出信号を検出するための受信制御手段、及 び (f)力決定手段を含む力センサであって、(i)信号生成領域が前記コンタク ト表面からの反射によって前記信号受信領域の少なくとも1つに伝送される信号 を生成するための手段であり、(ii)信号受信領域が前記信号生成領域によっ て生成及び伝送され、前記コンタクト表面から反射される信号を受信するため、 及び前記反射された信号の受信に応答して検出信号を生成するための手段であり 、 (iii)(c)によって選択された信号生成領域の(c)による起動によって 前記起動された信号生成領域が(i)内に提供される信号の生成を起こし、(i v)(a)、(b)及び(d)が前記可変形媒体のコンタクト表面に加えられた 力が少なくとも1つの前記信号生成領域から少なくとも1つの前記信号受信領域 に信号が伝わる距離を変化させ、従って信号のトランジット時間を変化させるよ うに互いに設計及び配置され、 (v)前記信号生成領域が前記信号受信領域と複数のクロスフィールド交差を形 成するように重ね合わされ、 (vi)(c)による信号生成領域の選択及び起動及び(e)による信号受信領 域の選択が1つの選択されたクロスフィールド交差を定義し、そして(vii) 前記力決定手段が(c)による起動及び(e)による検出のタイミングによって 信号のトランジット時間を測定するための手段であることを特徴とする力センサ 。
- 2.前記力決定手段が更にある選択されたクロスフィールド交差に対する力成分 を決定するための手段を含むことを特徴とする請求項1に記載の力センサ。
- 3.(viii)前記信号生成領域が超音波トランスジューサであることを特徴 とする請求項1に記載の力センサ。
- 4.(ix)前記信号受信領域が超音波トランスジューサであることを特徴とす る請求項3に記載の力センサ。
- 5.(viii)前記信号受信領域が超音波トランスジューサであることを特徴 とする請求項1に記載の力センサ。
- 6.(viii)(i)、(ii)及び(iii)において言及される信号が音 響信号であることを特徴とする請求項1に記載の力センサ。
- 7.(ix)前記の検出信号を生成するための信号生成領域手段が(ii)の受 信された音響信号を電気信号に変換するための手段であり、 (x)前記の電気信号が前記の検出信号として機能し、そして (xi)検出信号を検出するための前記の受信制御手段が前記の電気信号を検出 するための手段であることを特徴とする請求項6に記載の力センサ。
- 8.(viii)(i)、(ii)及び(iii)において言及される信号が光 学信号であることを特徴とする請求項1に記載の力センサ。
- 9.(ix)検出信号を生成するための前記の信号受信領域手段が(ii)の受 信された光学信号を電気信号に変換するための手段であり、 (x)前記の電気信号が前記の検出信号として機能し、そして (xi)検出信号を検出するための前記の受信制御手段が前記の電気信号を検出 するための手段であることを特徴とする請求項8に記載の力センサ。
- 10.(viii)前記の信号生成領域が実質的に互いに平行なロウの形式を持 ち、そして (ix)前記の信号受信領域が実質的に互いに平行なカラムの形式を持つことを 特徴とする請求項1に記載に記載の力センサ。
- 11.(x)前記のロウが前記のカラムに対して実質的に垂直であることを特徴 とする請求項10に記載の力センサ。
- 12.(viii)信号生成領域が電極と隔離層との間に位置された圧電層から 構成される超音波トランスジューサであることを特徴とする請求項1に記載に記 載の力センサ。
- 13.(ix)信号受信領域が電極と隔離層との間に位置された圧電層から構成 される超音波トランスジューサであることを特徴とする請求項12に記載の力セ ンサ。
- 14.(viii)信号受信領域が電極と隔離層との間に位置された圧電層から 構成される超音波トランスジューサであることを特徴とする請求項1に記記載に 記載の力センサ。
- 15.前記の信号生成器が各々が少なくとも1つの前記信号生成領域を含む複数 の信号生成傾城母層から構成されることを特徴とする請求項1に記載に記載の力 センサ。
- 16.前記の信号レセプタが各々が少なくとも1つの前記信号生成領域を含む複 数の信号受信母層から構成されることを特徴とする請求項1に記載に記載の力セ ンサ。
- 17.クロスフィールド交差が前記コンタクト表面上の複数の力成分を決定する ために順番に選択できることを特徴とする請求項1に記載に記載の力センサ。
- 18.個々のクロスフィールド交差が反復的に選択でき、それにかかる力成分が 時間を通じての力の成分の変化が測定できるように反復的に決定できることを特 徴とする請求項1に記載に記載の力センサ。
- 19.(viii)前記の信号生成領域が超音波トランスジューサであり、 (ix)前記信号受信領域が超音波トランスジューサであり、 (x)(i)、(ii)及び(iii)において言及される信号が音響信号であ り、 (xi)検出信号を生成するための前記信号受信領域手段が(ii)の受信され た音響信号を電気信号に変換するための手段であり、 (xii)前記電気信号が前記検出信号として機能し、 (xiii)検出信号を検出するための前記受信制御手段が前記電気信号を検出 するための手段であり、(xiv)前記信号生成領域が互いに実質的に平行なロ ウの形式を持ち、 (xv)前記信号受信領域が互いに実質的に平行なカラムの形式を持つことを特 徴とする請求項1に記載に記載の力センサ。
- 20.(xvi)クロスフィールド交差が前記コンタクト表面上の複数の力成分 を決定するために順番に選択でき、 (xvii)時間を通じての力成分の変化が測定できるように個々のクロスフィ ールド交差が反復して選択でき、これにかかる力成分が反復的に決定できること を特徴とする請求項19に記載の力センサ。
- 21.(xvii)信号生成領域が電極と隔離層間に位置された圧電層からなる 超音波トランスジューサであり、 (xix)信号受信領域が電極と隔離層間に位置された圧電層からなる超音波ト ランスジューサであることを特徴とする請求項20に記載の力センサ。
- 22.力センサであって、 (a)コンタクト表面に加えられた力に応答して変形可能な可変形媒体、 (b)少なくとも1つの信号生成領域を含む重なり合う信号生成母層から構成さ れる信号生成器、(c)前記の信号生成母層の信号生成領域を選択及び起動する ための生成制御手段、 (d)少なくとも1つの信号受信領域を含む信号受信母層から構成される信号レ セプタ、 (e)前記信号受信母層の信号受信領域を選択し、選択された信号受信領域から の検出信号を検出するための受信制御手段、及び (f)力決定手段を含む力センサであって、(i)信号生成領域が前記コンタク ト表面からの反射によって前記信号受信領域の少なくとも1つに伝送される信号 を生成するための手段であり、(ii)信号受信領域が前記信号生成領域によっ て生成及び伝送され、前記コンタクト表面から反射される信号を受信するため、 及び前記反射された信号の受信に応答して検出信号を生成するための手段であり 、 (iii)(c)によって選択された信号生成領域の(c)による起動によって 前記起動された信号生成領域が(i)内に提供される信号の生成を起こし、(i v)(a)、(b〕及び(d)が前記可変形媒体のコンタクト表面に加えられた 力が少なくとも1つの前記信号生成領域から少なくとも1つの前記信号レセプシ ョン領域に信号が伝わる距離を変化させ、従って、信号のトランジット時間を変 化させるように互いに設計及び配置され、 (v)前記信号生成領域が前記信号受信領域と複数のクロスフィールド交差を形 成するように重ね合わされ、 (vi)(c)による信号生成領域の選択及び起動及び(e)による信号受信領 域の選択が1つの選択されたクロスフィールド交差を定義し、そして(vii) 前記力決定手段が(c)による起動及び(e)による検出のタイミングによって 信号のトランジット時間を測定するための手段であることを特徴とする力センサ 。
- 23.前記力決定手段が更にある選択されたクロスフィールド交差に対する力成 分を決定するための手段を含むことを特徴とする請求項22に記載の力センサ。
- 24.(viii)重なり合う信号生成領域が音響的に直列にあることを特徴と する請求項22に記載の力センサ。
- 25.(viii)重なり合う信号受信領域が音響的に直列にあることを特徴と する請求項22に記載の力センサ。
- 26.(viii)前記信号生成領域が超音波トランスジューサであり、 (ix)前記信号受信領域が超音波トランスジューサであることを特徴とする請 求項22に記載の力センサ。
- 27.(x)(i)、(ii)及び(iii)において言及される信号が音響信 号であることを特徴とする請求項26に記載の力センサ。
- 28.(xi)前記の検出信号を生成するための信号生成領域手段が(ii)の 受信された音響信号を電気信号に変換するための手段であり、 (xii)前記の電気信号が前記の検出信号として機能し、そして (xiii)検出信号を検出するための前記の受信制御手段が前記の電気信号を 検出するための手段であることを特徴とする請求項26に記載の力センサ。
- 29.(xiv)前記の信号生成領域が実質的に互いに平行なロウ(row)の 形式を持ち、そして(xv)前記の信号受信領域が実質的に互いに平行なカラム の形式を持つことを特徴とする請求項28に記載の力センサ。
- 30.(xvi)前記のロウが前記のカラムに対して実質的に垂直であることを 特徴とする請求項29に記載の力センサ。
- 31.(xvi)信号生成領域が電極と隔離層との間に位置された圧電層から構 成され、そして (xv)信号受信領域が電極と隔離層との間に位置された圧電層から構成される 超音波トランスジューサであることを特徴とする請求項28に記載の力センサ。
- 32.クロスフィールド交差が前記コンタクト表面上の複数の力成分を決定する ために順番に選択できることを特徴とする請求項22に記載の力センサ。
- 33.個々のクロスフィールド交差が反復的に選択でき、それにかかる力成分が 時間を通じての力の成分の変化が測定できるように反復的に決定できることを特 徴とする請求項32に記載の力センサ。
- 34.力センサにおいて、 (a)コンタクト表面に加えられた力に応答して変形可能な可変形媒体、 (b)少なくとも1つの信号生成領域を含む信号生成器、 (c)前記の少なくとも1つの信号生成領域を選択及び起動するための生成制御 手段、 (d)少なくとも1つの信号受信領域を含む信号レセプタ、 (e)前記の少なくとも1つの信号受信領域を選択し、選択された信号受信領域 からの検出信号を検出するための受信制御手段、及び (f)力決定手段を含む力センサであって、(i)信号生成領域が前記コンタク ト表面からの反射によって前記の少なくとも1つの信号受信領域に伝送される信 号を生成するための手段であり、(ii)信号受信領域が前記の少なくとも1つ の信号生成領域によって生成及び伝送され、前記のコンタクト表面から反射され る信号を受信するため、及び前記反射された信号の受信に応答して検出信号を生 成するための手段であり、 (iii)(c)によって選択された前記少なくとも1つの信号生成領域の(c )による起動によって前記起動された信号生成領域が(i)内に提供される信号 の生成を起こし、 (iv)(a)、(b)及び(d)が前記可変形媒体の前記のコンタクト表面に 加えられた力が前記の少なくとも1つの信号生成領域から前記の少なくとも1つ の信号受信領域に信号が伝わる距離を変化させ、従って、信号のトランジット時 間を変化させるように互いに設計及び配置され、 (v)前記の少なくとも1つの信号生成領域が前記の少なくとも1つの信号受信 領域と少なくとも1つのクロスフィールド交差を形成するように重ね合わされ、 (vi)(c)による前記の少なくとも1つの信号生成領域の選択及び起動及び (e)による前記の少なくとも1つの信号受信領域の選択が1つの選択されたク ロスフィールド交差を定義し、そして(vii)前記力決定手段が(c)による 起動及び(e)による検出のタイミングによって信号のトランジット時間を測定 するための手段であることを特徴とする力センサ。
- 35.前記力決定手段が更にある選択されたクロスフィールド交差に対する力成 分を決定するための手段を含むことを特徴とする請求項34に記載の力センサ。
- 36.(viii)前記の少なくとも1つの信号生成領域が音響信号を生成する 超音波トランスジューサであり、 (ix)前記の少なくとも1つの信号受信領域が前記音響信号を受信し、これに 応答して検出信号を生成する超音波トランスジューサであることを特徴とする請 求項34に記載の力センサ。
- 37.(viii)前記の少なくとも1つの信号生成領域がロウの形式を持ち、 そして (ix)前記の少なくとも1つの信号受信領域がカラムの形式を持つことを特徴 とする請求項34に記載の力センサ。
- 38.前記の少なくとも1つのクロスフィールド交差が反復的に選択でき、それ にかかる力成分が時間を通じての力の成分の変化が測定できるように反復的に決 定できることを特徴とする請求項34に記載の力センサ。
- 39.前記の少なくとも1つの信号生成領域がテーパされていることを特徴とす る請求項34に記載の力センサ。
- 40.前記の少なくとも1つの信号生成領域がくさび形状を持つことを特徴とす る請求項34に記載の力センサ。
- 41.前記の少なくとも1つの信号受信領域が円形であることを特徴とする請求 項34に記載の力センサ。
- 42.前記の少なくとも1つの信号生成領域が円形であることを特徴とする請求 項34に記載の力センサ。
- 43.可変形媒体のコンタクト表面に加えられた力の力成分を決定するための方 法であって、この方法が、 (a)生成制御手段による信号生成領域の選択、及び受信制御手段による信号受 信領域の選択を行ない、これによって1つの選択されたクロスフィールド交差を 定義するステップ、 (b)前記生成制御手段による前記選択された生成制御手段の起動によって信号 を生成するステップ、(c)前記信号生成領域からの前記信号をコンタクト表面 からの反射によって前記信号受信領域に伝送し、これによって前記信号受信領域 が前記信号を受信するステップ、 (d)前記信号受信領域による(b)内で生成された前記信号の受信に応答して 前記信号受信領域が検出信号を生成するステップ、 (e)前記受信制御手段によって前記検出信号を検出するステップ、及び (f)(b)における起動及び(e)における検出のタイミングによって前記信 号のトランジット時間を決定するステップを含むことを特徴とする方法。
- 44.(g)前記トランジット時間に基づいて前記選択されたクロスフィールド 交差に対する力成分を決定するステップが更に含まれることを特徴とする請求項 43に記載の方法。
- 45.前記コンタクト表面上の複数の力成分を決定するためにステップ(a)か らステップ(g)が複数の異なるクロスフィールド交差に対して反復されること を特徴とする請求項44に記載の方法。
- 46.時間を通じての力成分の変化を測定するためにステップ(a)からステッ プ(g)が個々のクロスフィールド交差に対して反復されることを特徴とする請 求項44に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/638,044 US5209126A (en) | 1991-01-04 | 1991-01-04 | Force sensor |
US638,044 | 1991-01-04 | ||
PCT/US1991/006213 WO1992012407A1 (en) | 1991-01-04 | 1991-08-29 | Force sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06507010A true JPH06507010A (ja) | 1994-08-04 |
JP3083844B2 JP3083844B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=24558411
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03516670A Expired - Fee Related JP3083844B2 (ja) | 1991-01-04 | 1991-08-29 | 力センサ |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5209126A (ja) |
EP (1) | EP0565527B1 (ja) |
JP (1) | JP3083844B2 (ja) |
AU (1) | AU8718091A (ja) |
CA (1) | CA2099673C (ja) |
DE (1) | DE69126540T2 (ja) |
WO (1) | WO1992012407A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009531709A (ja) * | 2006-03-29 | 2009-09-03 | テクスキャン インコーポレイテッド | 感圧センサアレイの制御回路及び関連する方法 |
Families Citing this family (64)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4233867C2 (de) * | 1992-10-08 | 1996-03-21 | Heidelberger Druckmasch Ag | Vorrichtung zum Messen des Auflagedruckes einer Greifereinrichtung in einer Bogenrotationsdruckmaschine |
US5341687A (en) * | 1992-11-16 | 1994-08-30 | The Goodyear Tire & Rubber Company | 3-dimensional pressure sensor |
JP2840728B2 (ja) * | 1993-10-06 | 1998-12-24 | 工業技術院長 | 構造用材料のクラック検知方法 |
JP2557796B2 (ja) * | 1993-10-19 | 1996-11-27 | 株式会社エニックス | 圧電型面圧入力パネル |
US5571973A (en) * | 1994-06-06 | 1996-11-05 | Taylot; Geoffrey L. | Multi-directional piezoresistive shear and normal force sensors for hospital mattresses and seat cushions |
US5604314A (en) * | 1994-10-26 | 1997-02-18 | Bonneville Scientific Incorporated | Triaxial normal and shear force sensor |
US5553500A (en) * | 1994-10-26 | 1996-09-10 | Bonneville Scientific Incorporated | Triaxial normal and shear force sensor |
US5644204A (en) * | 1994-11-03 | 1997-07-01 | Nagle; John | Anti-slip control for a legged robot and realisitc simulation of a legged creature |
US5821633A (en) * | 1997-01-08 | 1998-10-13 | Trustees Of Boston University | Center of weight sensor |
US6546813B2 (en) | 1997-01-08 | 2003-04-15 | The Trustees Of Boston University | Patient monitoring system employing array of force sensors on a bedsheet or similar substrate |
US6360597B1 (en) | 1997-01-08 | 2002-03-26 | The Trustees Of Boston University | In-shoe remote telemetry gait analysis system |
US7663607B2 (en) | 2004-05-06 | 2010-02-16 | Apple Inc. | Multipoint touchscreen |
US6252512B1 (en) | 1999-03-05 | 2001-06-26 | Hill-Rom, Inc. | Monitoring system and method |
US6492762B1 (en) | 1999-03-22 | 2002-12-10 | Transurgical, Inc. | Ultrasonic transducer, transducer array, and fabrication method |
US7332850B2 (en) * | 2003-02-10 | 2008-02-19 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Microfabricated ultrasonic transducers with curvature and method for making the same |
US20050012434A1 (en) * | 2003-03-26 | 2005-01-20 | Continuum Photonics, Inc. | Robust piezoelectric power generation module |
ES2221577B1 (es) * | 2003-06-05 | 2006-02-16 | Juan Carlos Chasco Perez De Arenaza | Superficie presora laminada inteligente. |
US20050076715A1 (en) * | 2003-10-13 | 2005-04-14 | Kuklis Matthew M. | Shear sensor apparatus |
DE102004020745A1 (de) * | 2004-04-27 | 2005-11-24 | Werner & Pfleiderer Lebensmitteltechnik Gmbh | Backofen |
DE202004006799U1 (de) * | 2004-04-28 | 2004-07-22 | Senstronic Deutschland Gmbh | Optisches Meßgerät |
DE102004026307B4 (de) * | 2004-05-31 | 2016-02-11 | Novineon Healthcare Technology Partners Gmbh | Taktiles Instrument |
US7253366B2 (en) * | 2004-08-09 | 2007-08-07 | Hill-Rom Services, Inc. | Exit alarm for a hospital bed triggered by individual load cell weight readings exceeding a predetermined threshold |
DE102005009851A1 (de) * | 2005-03-03 | 2006-09-07 | Siemens Ag | Verfahren und Einrichtung zum Messen einer Kraft oder eines Druckes |
US8090478B2 (en) | 2005-06-10 | 2012-01-03 | Hill-Rom Services, Inc. | Control for pressurized bladder in a patient support apparatus |
GB2432671A (en) * | 2005-11-29 | 2007-05-30 | Dolphiscan As | Ultrasonic transducer with transmitter layer and receiver layer each having elongated electrodes |
US7658119B2 (en) * | 2006-03-28 | 2010-02-09 | University Of Southern California | Biomimetic tactile sensor |
US7878075B2 (en) | 2007-05-18 | 2011-02-01 | University Of Southern California | Biomimetic tactile sensor for control of grip |
US8181540B2 (en) * | 2006-03-28 | 2012-05-22 | University Of Southern California | Measurement of sliding friction-induced vibrations for biomimetic tactile sensing |
KR100809285B1 (ko) * | 2006-05-03 | 2008-03-04 | 전자부품연구원 | 다축 감지용 촉각센서 및 그 제조방법 |
IL176025A0 (en) * | 2006-05-30 | 2007-08-19 | Nexense Ltd | Force or displacement sensor |
KR101295943B1 (ko) | 2006-06-09 | 2013-08-13 | 애플 인크. | 터치 스크린 액정 디스플레이 |
JP5013507B2 (ja) * | 2006-06-29 | 2012-08-29 | 国立大学法人東北大学 | 反射像を用いた触覚センサ |
US9710095B2 (en) | 2007-01-05 | 2017-07-18 | Apple Inc. | Touch screen stack-ups |
US8272278B2 (en) * | 2007-03-28 | 2012-09-25 | University Of Southern California | Enhancements to improve the function of a biomimetic tactile sensor |
US8161826B1 (en) | 2009-03-05 | 2012-04-24 | Stryker Corporation | Elastically stretchable fabric force sensor arrays and methods of making |
US8533879B1 (en) | 2008-03-15 | 2013-09-17 | Stryker Corporation | Adaptive cushion method and apparatus for minimizing force concentrations on a human body |
US7765880B2 (en) * | 2008-05-19 | 2010-08-03 | Hong Kong Polytechnic University | Flexible piezoresistive interfacial shear and normal force sensor and sensor array |
US8421311B2 (en) * | 2010-04-30 | 2013-04-16 | Southern Taiwan University Of Technology | Flexible piezoelectric tactile sensor |
US8717181B2 (en) | 2010-07-29 | 2014-05-06 | Hill-Rom Services, Inc. | Bed exit alert silence with automatic re-enable |
US8804056B2 (en) | 2010-12-22 | 2014-08-12 | Apple Inc. | Integrated touch screens |
US8966997B2 (en) * | 2011-10-12 | 2015-03-03 | Stryker Corporation | Pressure sensing mat |
WO2014018121A1 (en) | 2012-07-26 | 2014-01-30 | Changello Enterprise Llc | Fingerprint-assisted force estimation |
WO2014018116A1 (en) | 2012-07-26 | 2014-01-30 | Changello Enterprise Llc | Ultrasound-based force sensing and touch sensing |
WO2014018119A1 (en) * | 2012-07-26 | 2014-01-30 | Changello Enterprise Llc | Ultrasound-based force and touch sensing |
WO2014018115A1 (en) | 2012-07-26 | 2014-01-30 | Changello Enterprise Llc | Ultrasound-based force sensing of inputs |
WO2014035479A2 (en) | 2012-08-30 | 2014-03-06 | Changello Enterprise Llc | Auto-baseline determination for force sensing |
US9046468B2 (en) * | 2012-09-26 | 2015-06-02 | Academy Of Armored Forces Engineering | Smart coating and method for manufacturing the same |
US8904876B2 (en) | 2012-09-29 | 2014-12-09 | Stryker Corporation | Flexible piezocapacitive and piezoresistive force and pressure sensors |
US8997588B2 (en) | 2012-09-29 | 2015-04-07 | Stryker Corporation | Force detecting mat with multiple sensor types |
US10292605B2 (en) | 2012-11-15 | 2019-05-21 | Hill-Rom Services, Inc. | Bed load cell based physiological sensing systems and methods |
US9625333B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-04-18 | President And Fellows Of Harvard College | Tactile sensor |
CN106289596A (zh) * | 2015-05-29 | 2017-01-04 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 压力感测器 |
US10347815B1 (en) | 2015-12-22 | 2019-07-09 | X Development Llc | Piezoelectric strands for tactile sensing |
CN105843446B (zh) * | 2016-03-18 | 2019-10-25 | 京东方科技集团股份有限公司 | 检测组件、触控显示装置、触摸定位方法及压力检测方法 |
FR3052256B1 (fr) * | 2016-06-01 | 2019-04-12 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Capteur d'efforts resonant multidimensionnel |
JP2018173344A (ja) * | 2017-03-31 | 2018-11-08 | セイコーエプソン株式会社 | センサーデバイス、力検出装置およびロボット |
US10488279B2 (en) * | 2017-08-02 | 2019-11-26 | General Electric Company | Components configured to autonomously detect and accommodate structural changes |
WO2019060870A1 (en) * | 2017-09-25 | 2019-03-28 | Kent State University | APPARATUS FOR MEASURING THE PROFILE OF A NORMAL STRESS AND SHEARING OF A SURFACE |
AU2019239015A1 (en) | 2018-03-20 | 2020-11-12 | Auckland Uniservices Limited | Flexible switches, sensors and circuits |
EP3787807B1 (en) * | 2018-04-30 | 2023-07-26 | Vermon S.A. | Ultrasound transducer |
WO2021089646A1 (en) * | 2019-11-04 | 2021-05-14 | F&P Robotics Ag | Tactile sensor |
CN115003997A (zh) * | 2020-01-27 | 2022-09-02 | 松下知识产权经营株式会社 | 载荷传感器 |
CN112504518A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-03-16 | 杭州电子科技大学 | 一种柔性电容式压力传感器及其制备方法 |
KR20220076131A (ko) * | 2020-11-30 | 2022-06-08 | 현대자동차주식회사 | 힘 측정 센서 및 그 센서를 포함하는 로봇 |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1207974A (en) * | 1966-11-17 | 1970-10-07 | Clevite Corp | Frequency selective apparatus including a piezoelectric device |
US3487239A (en) * | 1968-12-10 | 1969-12-30 | Motorola Inc | Piezoelectric transformer |
US3904274A (en) * | 1973-08-27 | 1975-09-09 | Itek Corp | Monolithic piezoelectric wavefront phase modulator |
US4547668A (en) * | 1983-09-14 | 1985-10-15 | Siemens Corporate Research & Support, Inc. | Two-dimensional pressure sensor using retro-reflective tape and semi-transparent medium |
JPH0627675B2 (ja) * | 1984-02-13 | 1994-04-13 | 沖電気工業株式会社 | 二次元感圧センサ |
US4555953A (en) * | 1984-04-16 | 1985-12-03 | Paolo Dario | Composite, multifunctional tactile sensor |
US4964302A (en) * | 1984-09-25 | 1990-10-23 | Grahn Allen R | Tactile sensor |
JPS61144565A (ja) * | 1984-12-18 | 1986-07-02 | Toshiba Corp | 高分子圧電型超音波探触子 |
US4634917A (en) * | 1984-12-26 | 1987-01-06 | Battelle Memorial Institute | Active multi-layer piezoelectric tactile sensor apparatus and method |
US4704909A (en) * | 1985-07-22 | 1987-11-10 | Grahn Allen R | Multicomponent force-torque sensor |
NL8502475A (nl) * | 1985-09-11 | 1987-04-01 | Oce Nederland Bv | Stelsel voor het bepalen van de druk in de kneep tussen twee rollen. |
US4839512A (en) * | 1987-01-27 | 1989-06-13 | Tactilitics, Inc. | Tactile sensing method and apparatus having grids as a means to detect a physical parameter |
-
1991
- 1991-01-04 US US07/638,044 patent/US5209126A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-08-29 WO PCT/US1991/006213 patent/WO1992012407A1/en active IP Right Grant
- 1991-08-29 CA CA002099673A patent/CA2099673C/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-08-29 AU AU87180/91A patent/AU8718091A/en not_active Abandoned
- 1991-08-29 EP EP91917992A patent/EP0565527B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-08-29 DE DE69126540T patent/DE69126540T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-08-29 JP JP03516670A patent/JP3083844B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009531709A (ja) * | 2006-03-29 | 2009-09-03 | テクスキャン インコーポレイテッド | 感圧センサアレイの制御回路及び関連する方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE69126540T2 (de) | 1998-01-29 |
US5209126A (en) | 1993-05-11 |
EP0565527B1 (en) | 1997-06-11 |
EP0565527A4 (en) | 1993-12-22 |
EP0565527A1 (en) | 1993-10-20 |
AU8718091A (en) | 1992-08-17 |
CA2099673A1 (en) | 1992-07-05 |
WO1992012407A1 (en) | 1992-07-23 |
DE69126540D1 (de) | 1997-07-17 |
CA2099673C (en) | 2002-05-28 |
JP3083844B2 (ja) | 2000-09-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH06507010A (ja) | 力センサ | |
US4964302A (en) | Tactile sensor | |
EP3687707B1 (en) | System and method for ultrasonic sensing | |
Fu et al. | Robotics: control, sensing, vision, and intelligence | |
EP0212695B1 (en) | Sensor | |
KR101665144B1 (ko) | 공진 검출 시스템 및 방법 | |
US4491760A (en) | Force sensing polymer piezoelectric transducer array | |
JPH0580971B2 (ja) | ||
CN104809431B (zh) | 超声波感测装置 | |
Hutchings et al. | Multiple-layer cross-field ultrasonic tactile sensor | |
EP0112889A1 (en) | Data input device | |
JPH0192632A (ja) | 容量性圧力検出方法及び装置 | |
US20050212775A1 (en) | Apparatus for detecting touched-position using surface acoustic wave | |
US20120161950A1 (en) | Sensory output apparatus, system and method | |
Ahmad et al. | Design and characterization piezoelectric acoustic transducer for sonar application | |
Grahn | Force sensor | |
US10055841B2 (en) | Ultrasonic image apparatus, control device for ultrasonic image apparatus, and ultrasonic image forming method | |
GB1592416A (en) | Piezoelectric device for converting mechanical energy to electrical energy | |
SU862115A1 (ru) | Устройство дл управлени адаптивным роботом | |
JPS581371B2 (ja) | レベル検知器 | |
JPH1145148A (ja) | 超音波タッチパネル | |
Liu et al. | Thin shell tactile sensing by acoustic wave diffraction patterns | |
JPH1145147A (ja) | 超音波タッチパネル | |
JPS63136125A (ja) | 座標入力装置 | |
JPH07318413A (ja) | 絶縁固体中の音速測定法と音速測定装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |