JPS60195431A - 複合触覚センサ - Google Patents
複合触覚センサInfo
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- JPS60195431A JPS60195431A JP59051054A JP5105484A JPS60195431A JP S60195431 A JPS60195431 A JP S60195431A JP 59051054 A JP59051054 A JP 59051054A JP 5105484 A JP5105484 A JP 5105484A JP S60195431 A JPS60195431 A JP S60195431A
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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
- 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
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
- H03K17/965—Switches controlled by moving an element forming part of the switch
- H03K17/968—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using opto-electronic devices
- H03K17/969—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using opto-electronic devices having a plurality of control members, e.g. keyboard
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- Analytical Chemistry (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(技術分野)
この発明は、接触覚と圧覚とを同時に検出可能な複合触
覚センサに関する。
覚センサに関する。
(背景技術)
従来より、触覚センサとしてはマイクロスイッチをマト
リクス状に並べ、物体の接触によりバネが縮んで電気的
導通を切断あるいは接続する形式のものが知られている
。また圧覚センサとしては、感圧導電性ゴムを利用して
圧力を抵抗値の変化として検出するものや、コイルバネ
をマトリクス状に配して力の変化をコイルバネの変形量
として検出するものが提案されている。
リクス状に並べ、物体の接触によりバネが縮んで電気的
導通を切断あるいは接続する形式のものが知られている
。また圧覚センサとしては、感圧導電性ゴムを利用して
圧力を抵抗値の変化として検出するものや、コイルバネ
をマトリクス状に配して力の変化をコイルバネの変形量
として検出するものが提案されている。
しかしながら、コイルバネをマトリクス状に並べたもの
では素子感度を高めることは困難であり、感圧導電性ゴ
ムを利用したものでは不感域があり、かつ圧力に対する
抵抗変化が非直線的であるなどの欠点があった。また、
微小圧力に感じる接触覚センサと広い圧力範囲を検出す
る圧覚センサを同一素子で実現するのは困難であった。
では素子感度を高めることは困難であり、感圧導電性ゴ
ムを利用したものでは不感域があり、かつ圧力に対する
抵抗変化が非直線的であるなどの欠点があった。また、
微小圧力に感じる接触覚センサと広い圧力範囲を検出す
る圧覚センサを同一素子で実現するのは困難であった。
(発明の目的)
この発明の目的は、感度に優れた接触覚センサと検出圧
力範囲が広くかつ線形性に優れた圧覚センサの両機能を
もつ複合接触センサを提供することにある。
力範囲が広くかつ線形性に優れた圧覚センサの両機能を
もつ複合接触センサを提供することにある。
(発明の概要)
この目的の達成を図るため、本発明においては、多数の
光源の光源配列を有する光K)基板と、これら光源の光
を通過させると共に眩光の通過領域の周囲に夫々配列し
た受光素r−を有するセンサ基板と、反射膜を有する受
L(:部とを、この順序で、これら光源からの光がこの
反則膜で反q1してこれら受光素r−の方向に向うよう
に、配置した構成において、特に受圧部として断面積の
大きな多数の柱状突起部と、該突起部に比べ、断面積が
小さく、高さが僅かに高い多数の41状突起部とを1重
行に林(rさせたゴJ、状弾性体から成る柔軟部と、前
記の高さの高い方の本1状突起部1−面にて固着され、
その結果低い力の柱状突起部先端との間に隙まを生じる
ように配された反射膜とから成ることを特徴としている
。
光源の光源配列を有する光K)基板と、これら光源の光
を通過させると共に眩光の通過領域の周囲に夫々配列し
た受光素r−を有するセンサ基板と、反射膜を有する受
L(:部とを、この順序で、これら光源からの光がこの
反則膜で反q1してこれら受光素r−の方向に向うよう
に、配置した構成において、特に受圧部として断面積の
大きな多数の柱状突起部と、該突起部に比べ、断面積が
小さく、高さが僅かに高い多数の41状突起部とを1重
行に林(rさせたゴJ、状弾性体から成る柔軟部と、前
記の高さの高い方の本1状突起部1−面にて固着され、
その結果低い力の柱状突起部先端との間に隙まを生じる
ように配された反射膜とから成ることを特徴としている
。
(発明の構成および作用)
第1図はこの発明による複合接触センサの−・実施例の
構造を示す縦断面図(第2図におけるA−^線断面図)
、及び第2図はこの実施例における受圧部の横断面図(
第1図におけるB−B線断面図)である。これら図にお
いて、1は光源基板であって、多数の光源2を例えばマ
トリックス状または他の所望のパターンに従って、この
基板11−に配列するかまたは基板l中に埋設して配列
する。3はこの光源基板1に対向配設されるセンサ基板
で、光源2から放射される光に対して透明であっても不
透明であっても良い、4はこのセンサ基板31−にまた
はこの基&3中に埋設して光源2と等ピッチで設けた受
光素子であって、これら受光素子−4は、この基板3が
透明である場合には光の通過(この場合には透過)領域
の周囲に、また不透11の場合(図示する場合)には各
光源に夫々対向するようにしてセンサ基板3に設けた光
通過用の孔5の周囲に、夫々設ける。この場合、受光素
子4を任意の形状の受光素子とし、各光源に対しjIJ
e!のこれらの素子を設けることがii[能であるが、
巾−のリング状半導体受光素子とするのが好適である。
構造を示す縦断面図(第2図におけるA−^線断面図)
、及び第2図はこの実施例における受圧部の横断面図(
第1図におけるB−B線断面図)である。これら図にお
いて、1は光源基板であって、多数の光源2を例えばマ
トリックス状または他の所望のパターンに従って、この
基板11−に配列するかまたは基板l中に埋設して配列
する。3はこの光源基板1に対向配設されるセンサ基板
で、光源2から放射される光に対して透明であっても不
透明であっても良い、4はこのセンサ基板31−にまた
はこの基&3中に埋設して光源2と等ピッチで設けた受
光素子であって、これら受光素子−4は、この基板3が
透明である場合には光の通過(この場合には透過)領域
の周囲に、また不透11の場合(図示する場合)には各
光源に夫々対向するようにしてセンサ基板3に設けた光
通過用の孔5の周囲に、夫々設ける。この場合、受光素
子4を任意の形状の受光素子とし、各光源に対しjIJ
e!のこれらの素子を設けることがii[能であるが、
巾−のリング状半導体受光素子とするのが好適である。
6は受圧部であり、これは柔軟部7と光反射膜8とで構
成されている。柔軟部7は、断面積が大なる多数の柱状
突起8119と該柱状突起1119に比べ断面積がきわ
だって小さく、高さが僅かに高い多数の柱状突起部lO
を右し、かつ前記受光素7−4と同一・ピッチで受光素
子の外径よりも大きな穴部11を有した弾性対、例えば
シリコーンゴム等で出来ている。光反射膜8は前記した
高さが高い方の柱状突起部lOの1−面にて接着等によ
り固定されている。またlit記柔軟柔軟部けられた穴
部11は光源2からの放射光12を受光素子4に入射さ
ぜるためにあり、柔軟部材料として発光素子の光を透過
させるものを使用ずれば穴部11は無くてもよい。
成されている。柔軟部7は、断面積が大なる多数の柱状
突起8119と該柱状突起1119に比べ断面積がきわ
だって小さく、高さが僅かに高い多数の柱状突起部lO
を右し、かつ前記受光素7−4と同一・ピッチで受光素
子の外径よりも大きな穴部11を有した弾性対、例えば
シリコーンゴム等で出来ている。光反射膜8は前記した
高さが高い方の柱状突起部lOの1−面にて接着等によ
り固定されている。またlit記柔軟柔軟部けられた穴
部11は光源2からの放射光12を受光素子4に入射さ
ぜるためにあり、柔軟部材料として発光素子の光を透過
させるものを使用ずれば穴部11は無くてもよい。
次に本発明による複合接触センサの動作について説明す
る。柔軟部7はゴム状弾性体でできており、時間的弾性
時P1の変化を無視すれば、柱状突起部に加わる力とそ
の変形績は概略フックの法則に従うと見なすことができ
る。
る。柔軟部7はゴム状弾性体でできており、時間的弾性
時P1の変化を無視すれば、柱状突起部に加わる力とそ
の変形績は概略フックの法則に従うと見なすことができ
る。
突起部lOの断面積を8重、高さをhl、突起部9の断
面積をS?、高さをh2としたとき、S 7 >> S
1. h 1 > h 2なる関係とする。弾性体の
バネ定数は弾性体の弾面積に比例し、その長さに反比例
するため、突起部10のバネ定数をにト突起部9のバネ
定数をに2とするとに?>>klとなるのは明らかであ
る。
面積をS?、高さをh2としたとき、S 7 >> S
1. h 1 > h 2なる関係とする。弾性体の
バネ定数は弾性体の弾面積に比例し、その長さに反比例
するため、突起部10のバネ定数をにト突起部9のバネ
定数をに2とするとに?>>klとなるのは明らかであ
る。
受圧部に力が加えられた場合、初めのうちは細い突起部
lOのみが変形し、更に力を増すとやがて太い突起部9
の−に面で反射膜が接し、この位置から変形の度合は低
下する。つまり、力Fと変形lxとの関係は、h、−h
?=Δhとすると、F=J 拳x 、 x≦Δhの場合 F=に、ax+に2 (x−Δh)。
lOのみが変形し、更に力を増すとやがて太い突起部9
の−に面で反射膜が接し、この位置から変形の度合は低
下する。つまり、力Fと変形lxとの関係は、h、−h
?=Δhとすると、F=J 拳x 、 x≦Δhの場合 F=に、ax+に2 (x−Δh)。
X〉Δhの場合
となり、第3図に示す如く、Δhを境に傾斜が変わる。
また光源2から出た放射光にはセンサ基板3の光通過領
域5を通り、光反射膜8で反射されて受光素子4に入射
し、ここで光電変換されて電気信号−となる、光反射膜
8と受光素子4との距離に対する受光素子4の出力信号
特性は第4図に示す通りである。図中、dlは外部から
の力が加わらず反射膜の変位が無い場合の位置であり、
第1図矢印Nの方向からの外部力により細い突起部lO
が変形し、反射膜8が太い突起部9に接した位置がd2
、更に力が加わり細い突起部10と」(に、太い突起部
9が変形した位lがd3である。
域5を通り、光反射膜8で反射されて受光素子4に入射
し、ここで光電変換されて電気信号−となる、光反射膜
8と受光素子4との距離に対する受光素子4の出力信号
特性は第4図に示す通りである。図中、dlは外部から
の力が加わらず反射膜の変位が無い場合の位置であり、
第1図矢印Nの方向からの外部力により細い突起部lO
が変形し、反射膜8が太い突起部9に接した位置がd2
、更に力が加わり細い突起部10と」(に、太い突起部
9が変形した位lがd3である。
第3図、第4図より受圧部に圧力を加えていくにつれ、
受光未了出力は第5図に小才ようになる。第4図のd、
、d、、d、、の位置における受光素子の出力がOl
+ 07 + 03である。
受光未了出力は第5図に小才ようになる。第4図のd、
、d、、d、、の位置における受光素子の出力がOl
+ 07 + 03である。
領域(A)は接触覚領域であり、物体の接触による僅か
な圧力による受圧部変形の1■合が大きいため出力の傾
斜が急となっている。領域(ロ)は圧覚領域であり、加
圧力に応じて出力がゆるやかに増加していく。
な圧力による受圧部変形の1■合が大きいため出力の傾
斜が急となっている。領域(ロ)は圧覚領域であり、加
圧力に応じて出力がゆるやかに増加していく。
受圧部として、第6図に示すように、柔軟部と反射膜を
一体に形成してもよい、ここで受圧部6′は光反射部8
′、断面積の大なる多数の柱状突起部9′、該突起部9
に比べ断面積がかなり小さく、長さが長い多数の柱状突
起部10′を一体的に形成したシリコーンゴム等の弾性
体でできており、細い柱状突起部10の下面で、センサ
基板3に固定されている。この実施例では、構成部品が
減る利点がある反面、受圧部全体の虫酸を細い突起部1
0′でささえる必要がある。
一体に形成してもよい、ここで受圧部6′は光反射部8
′、断面積の大なる多数の柱状突起部9′、該突起部9
に比べ断面積がかなり小さく、長さが長い多数の柱状突
起部10′を一体的に形成したシリコーンゴム等の弾性
体でできており、細い柱状突起部10の下面で、センサ
基板3に固定されている。この実施例では、構成部品が
減る利点がある反面、受圧部全体の虫酸を細い突起部1
0′でささえる必要がある。
(発明の効果)
光反射方式センサ7の受圧部は、物体接触による僅かな
圧力に対して容易に圧縮される断面積が小さく高さの高
い柱状突起部と、更に物体からの圧力が加わった場合に
、圧力に応じて徐々に圧縮される断面積が大なる突起部
とを有しており、同一のセンサにおいて、物体の接触と
物体による圧力を面情報として検出できるので、これを
ロボットハンドの触覚センサ等に利用することができる
。
圧力に対して容易に圧縮される断面積が小さく高さの高
い柱状突起部と、更に物体からの圧力が加わった場合に
、圧力に応じて徐々に圧縮される断面積が大なる突起部
とを有しており、同一のセンサにおいて、物体の接触と
物体による圧力を面情報として検出できるので、これを
ロボットハンドの触覚センサ等に利用することができる
。
尚、受光素子から得られる信号なA/D変換器を経て中
央処理装置に供給し、そこで所望の処理を行えば、接触
物体の接触位とおよび形状の判断がii)能となり、ま
た圧力分布の検知により、ロボットハンドの把力制御な
ども11「能となる。
央処理装置に供給し、そこで所望の処理を行えば、接触
物体の接触位とおよび形状の判断がii)能となり、ま
た圧力分布の検知により、ロボットハンドの把力制御な
ども11「能となる。
第1図はこの発明による複合接触センサの一実施例の縦
断面図、第2図1」この実施例における受圧部の横断面
図、第3図は柔軟部の圧縮方向の力に対する変形1.1
特性を示す図、第4図は第1図に示す実施例における光
反射膜と受光素子との距離に対する受光素子出力特性図
、第5図は外部力による圧力に対する受光素子出力特性
図、第6図は本発明の他の実施例の縦断面図である。 1−−一光源基扱、 2−m−光源、 3−m−センタ基板、 4−m−受光素r、5−m−光
通過用の孔、6一−−受圧部。 7一−−柔軟部、 8−m−光反射膜、9、10−一一
打状突起部、 11−m−穴部、N−一一列部力。 dl 、d2 + d3−−一鉗離、 01 + 02 .0:l−−一受光素r−の出力。 葬、/閉 211D 葬、3閏 本i 図 基5国 鳥6図 手続補正書(自発) 昭和59年6月14日 特許庁長官 志 賀 学 殿 1、事件の表示 昭和59年 特許願第51054号 2、発明の名称 複合触覚センサ 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 名 称 (029)沖電気工業株式会社4゜代理人 〒105 住 所 東京都港区西新橋1丁目5番12号タンパビル
1話−1580−657In5、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄、及び図面の簡単な説明
の欄、並びに図面 6、補正の内容 +11 明細書第5頁第7行の「弾性対」を1弾性体」
と補正する。 (2)同第6頁第3行の「弾面積」を「断面積」と補正
する。 (3)同第7頁第11行の[o、、 01!+ O8J
を「θ0.θ2゜θ3」と補正する。 (4) 同第7頁第加行の「突起部9」を「突起部q」
と補正する。 (5) 同第8頁第8行の「7」を削除する。 (6)同第9頁第6行ないし同頁第7行の1第1・・・
おける」を削除する。 (7)図面の第1図及び第2図を別紙のとおり補正する
。 以 上
断面図、第2図1」この実施例における受圧部の横断面
図、第3図は柔軟部の圧縮方向の力に対する変形1.1
特性を示す図、第4図は第1図に示す実施例における光
反射膜と受光素子との距離に対する受光素子出力特性図
、第5図は外部力による圧力に対する受光素子出力特性
図、第6図は本発明の他の実施例の縦断面図である。 1−−一光源基扱、 2−m−光源、 3−m−センタ基板、 4−m−受光素r、5−m−光
通過用の孔、6一−−受圧部。 7一−−柔軟部、 8−m−光反射膜、9、10−一一
打状突起部、 11−m−穴部、N−一一列部力。 dl 、d2 + d3−−一鉗離、 01 + 02 .0:l−−一受光素r−の出力。 葬、/閉 211D 葬、3閏 本i 図 基5国 鳥6図 手続補正書(自発) 昭和59年6月14日 特許庁長官 志 賀 学 殿 1、事件の表示 昭和59年 特許願第51054号 2、発明の名称 複合触覚センサ 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 名 称 (029)沖電気工業株式会社4゜代理人 〒105 住 所 東京都港区西新橋1丁目5番12号タンパビル
1話−1580−657In5、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄、及び図面の簡単な説明
の欄、並びに図面 6、補正の内容 +11 明細書第5頁第7行の「弾性対」を1弾性体」
と補正する。 (2)同第6頁第3行の「弾面積」を「断面積」と補正
する。 (3)同第7頁第11行の[o、、 01!+ O8J
を「θ0.θ2゜θ3」と補正する。 (4) 同第7頁第加行の「突起部9」を「突起部q」
と補正する。 (5) 同第8頁第8行の「7」を削除する。 (6)同第9頁第6行ないし同頁第7行の1第1・・・
おける」を削除する。 (7)図面の第1図及び第2図を別紙のとおり補正する
。 以 上
Claims (1)
- 多数の光源を配した光源基板と、該光源の光を通過させ
ると共に眩光の通過領域の近傍に夫々配列された受光素
子を有するセンサノ、(板と、柔軟部と光反射膜とから
なる受圧部とを順に積層し、前記光源からの光が前記光
反射膜で反射され前記受光素子に入射するように配Ft
シた構成において、前記受圧部は第1の断面積の小さな
複数の柱状突起と、第2の、前記突起に比べ断面積が大
きく高さの低い複数の柱状突起の配列を有する弾性体と
、そのH面に第1の柱状突起に接して配置される光反射
膜とを有することを特徴とする複合触覚センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59051054A JPS60195431A (ja) | 1984-03-19 | 1984-03-19 | 複合触覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59051054A JPS60195431A (ja) | 1984-03-19 | 1984-03-19 | 複合触覚センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60195431A true JPS60195431A (ja) | 1985-10-03 |
Family
ID=12876088
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59051054A Pending JPS60195431A (ja) | 1984-03-19 | 1984-03-19 | 複合触覚センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60195431A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007023706A (ja) * | 2005-07-21 | 2007-02-01 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 吹付けコンクリート製造装置、それを用いた吹付けコンクリートの製造方法、及びその吹付けコンクリート |
JP2007023707A (ja) * | 2005-07-21 | 2007-02-01 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 吹付けコンクリート製造装置、それを用いた吹付けコンクリートの製造方法、及びその吹付けコンクリート |
WO2009013599A1 (en) * | 2007-07-23 | 2009-01-29 | Scuola Superiore Di Studi Universitari S. Anna | Conformant and flexible tactile sensor and method therefor |
EP2392904A2 (en) | 2010-06-04 | 2011-12-07 | Seconda Università degli Studi di Napoli | Sensor for measuring an external force applied to said sensor |
-
1984
- 1984-03-19 JP JP59051054A patent/JPS60195431A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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