JPS6166135A - 圧覚センサ - Google Patents
圧覚センサInfo
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- JPS6166135A JPS6166135A JP18807884A JP18807884A JPS6166135A JP S6166135 A JPS6166135 A JP S6166135A JP 18807884 A JP18807884 A JP 18807884A JP 18807884 A JP18807884 A JP 18807884A JP S6166135 A JPS6166135 A JP S6166135A
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- 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
- G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (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】
[発明の技術分野]
この発明は、面領域に加えられた圧力を多点検出する圧
覚センサに関する。
覚センサに関する。
[発明の技術的背景と問題点]
近年人間の手の代行を果たすメカニカルハンドの開発が
盛んである。ところで、このようなメカニカルハンドに
人間の手と同等の触覚機能を具備させるためには、その
指先等にかかる圧力の大小のみならず圧力分布パターン
やすべり等の検出をも適確に行なえる圧覚センサの開発
が重要な課題の一つと言える。
盛んである。ところで、このようなメカニカルハンドに
人間の手と同等の触覚機能を具備させるためには、その
指先等にかかる圧力の大小のみならず圧力分布パターン
やすべり等の検出をも適確に行なえる圧覚センサの開発
が重要な課題の一つと言える。
このような圧覚センサは、多数の圧力検出部を71−リ
ックス状に配列して構成されるもので、従来から多数の
開発例がみられ、特に加圧ツノに応じて抵抗値の変化す
る感圧導電ゴムを使用するものが一般的である。例えば
、薄い平板状の感圧導電ゴムの表裏両面に圧力検出部と
して当該導電ゴムを介して相互に対向する電極を複数配
置し、これらの対向電極間に夫々電圧を印加して前記導
電ゴムの抵抗変化に応じて生じる電流を検出するごとぎ
である。すなわち、これによれば、電極を多数密に配置
する程、面領域への加圧状況を多数の点での加圧力の集
合として検出することができるのである。
ックス状に配列して構成されるもので、従来から多数の
開発例がみられ、特に加圧ツノに応じて抵抗値の変化す
る感圧導電ゴムを使用するものが一般的である。例えば
、薄い平板状の感圧導電ゴムの表裏両面に圧力検出部と
して当該導電ゴムを介して相互に対向する電極を複数配
置し、これらの対向電極間に夫々電圧を印加して前記導
電ゴムの抵抗変化に応じて生じる電流を検出するごとぎ
である。すなわち、これによれば、電極を多数密に配置
する程、面領域への加圧状況を多数の点での加圧力の集
合として検出することができるのである。
Iノかしながら、従来の感圧導電ゴムを用いた圧覚セン
サには次のような問題がある。即ち、第1に、感圧導電
ゴムの加圧力に対する抵抗変化特性はヒステリシスが強
く直線姓に欠けるため、圧覚センサの圧力検出の精度を
高めることが困難である。第2に、圧力検出部を形成す
るために感圧導電ゴムの表衷両簡に電極を配置し、各電
極から検出信号を取り出すための信号線を引き出してい
るため、圧力検出部の数が多くなると感圧導電ゴム板の
両面から引き出される信号線の数が増大し、圧覚センサ
の形状が大型化づ−る傾向がある。第3に、小面積内に
圧力検出部を高密度に設けた場合には、電極の配同間隔
が狭まるため対向する電極間だけでなく隣接する電極間
にも電流が流れ誤検出が生じる恐れがある。
サには次のような問題がある。即ち、第1に、感圧導電
ゴムの加圧力に対する抵抗変化特性はヒステリシスが強
く直線姓に欠けるため、圧覚センサの圧力検出の精度を
高めることが困難である。第2に、圧力検出部を形成す
るために感圧導電ゴムの表衷両簡に電極を配置し、各電
極から検出信号を取り出すための信号線を引き出してい
るため、圧力検出部の数が多くなると感圧導電ゴム板の
両面から引き出される信号線の数が増大し、圧覚センサ
の形状が大型化づ−る傾向がある。第3に、小面積内に
圧力検出部を高密度に設けた場合には、電極の配同間隔
が狭まるため対向する電極間だけでなく隣接する電極間
にも電流が流れ誤検出が生じる恐れがある。
これらの点から、従来の圧覚センサでは精度の高い圧力
検出が望めずかつ多点化及び小形化に限弄があり、よっ
てメカニカルハンドの指先等に実装してこれに人間の手
に近い圧覚機能を具備させることは囚ケ11であった。
検出が望めずかつ多点化及び小形化に限弄があり、よっ
てメカニカルハンドの指先等に実装してこれに人間の手
に近い圧覚機能を具備させることは囚ケ11であった。
[発明の目的]
この発明は、上記に鑑みなされたもので、その目的は、
小型構成でしかも加圧状況を高密度かつ高精度に検出す
ることが可能である圧覚センサを提供することにある。
小型構成でしかも加圧状況を高密度かつ高精度に検出す
ることが可能である圧覚センサを提供することにある。
[発明の概要]
上記目的を達成するために、この発明は、面領域への加
圧状況を検出する圧覚センサにおいて、圧力を受ける受
圧部が一方の面に複数設けられた受圧層と、当該受圧層
の他方の面側に積層され、前記受圧部の夫々に対応して
設【プられ当該受圧部で受(Jた圧力を伝達する圧力伝
達部を有する圧力伝達層と、当該圧力伝達層に対し前記
受圧層とは反対側に積層され、前記圧力伝達部の夫々に
対応して設【プられ当該圧力伝達部によって伝達さた圧
力を検出する半導体素子で形成された圧力検出部を有す
る圧力検出層と、当該圧力検出層に対し前記圧力伝達層
とは反対側に積層され、前記圧力検出部から出力される
圧力検出信号を処理する信号処理部が設けられた信号処
理層とを右することを要旨とする。
圧状況を検出する圧覚センサにおいて、圧力を受ける受
圧部が一方の面に複数設けられた受圧層と、当該受圧層
の他方の面側に積層され、前記受圧部の夫々に対応して
設【プられ当該受圧部で受(Jた圧力を伝達する圧力伝
達部を有する圧力伝達層と、当該圧力伝達層に対し前記
受圧層とは反対側に積層され、前記圧力伝達部の夫々に
対応して設【プられ当該圧力伝達部によって伝達さた圧
力を検出する半導体素子で形成された圧力検出部を有す
る圧力検出層と、当該圧力検出層に対し前記圧力伝達層
とは反対側に積層され、前記圧力検出部から出力される
圧力検出信号を処理する信号処理部が設けられた信号処
理層とを右することを要旨とする。
[発明の効果]
この発明にJ:れば、圧力を受()る複数の受圧部から
成る受圧層と、前記各受圧部で受けた圧力を伝達層る圧
力伝達部から成る圧力伝32層と、前記各圧力伝達部に
よって伝達された圧力を検出する圧力検出部から成る圧
力検出層と、前記各圧力検出部から出力される圧力検出
信号を処理する信号処理部から成る信号処理層とを順に
積層した構成としているため、前記各圧力検出部と前記
信号処理部とを近接又は密接させて接続できるので圧覚
センサはコンパクトで小型の形状を有することになると
ともに、圧力検出部に半導体素子を用いたことにJ:り
圧力検出部を微小に形成して小面積内に多数高密度に設
【づることができ、しかも圧力検出部を多数説(Jても
各圧力検出部からの検出信号を信号処理部で処理して外
部へ出力しているので外部へ引き出す信号線の本数は少
数で済む。また、半導体素子を用いることによって精度
の高い圧力検出が望みうる。従って、小型構成でしかも
加圧状況を高密度かつへ精度に検出できる、メカニカル
ハンドの指先等への実装には好適な圧覚センサを提供す
ることができる。
成る受圧層と、前記各受圧部で受けた圧力を伝達層る圧
力伝達部から成る圧力伝32層と、前記各圧力伝達部に
よって伝達された圧力を検出する圧力検出部から成る圧
力検出層と、前記各圧力検出部から出力される圧力検出
信号を処理する信号処理部から成る信号処理層とを順に
積層した構成としているため、前記各圧力検出部と前記
信号処理部とを近接又は密接させて接続できるので圧覚
センサはコンパクトで小型の形状を有することになると
ともに、圧力検出部に半導体素子を用いたことにJ:り
圧力検出部を微小に形成して小面積内に多数高密度に設
【づることができ、しかも圧力検出部を多数説(Jても
各圧力検出部からの検出信号を信号処理部で処理して外
部へ出力しているので外部へ引き出す信号線の本数は少
数で済む。また、半導体素子を用いることによって精度
の高い圧力検出が望みうる。従って、小型構成でしかも
加圧状況を高密度かつへ精度に検出できる、メカニカル
ハンドの指先等への実装には好適な圧覚センサを提供す
ることができる。
[発明の実施例]
以下、図面に従ってこの発明の詳細な説明する。
第1図及び第2図はこの発明の一実施例にがかる圧覚セ
ンサのそれぞれ断面図及び斜視図である。
ンサのそれぞれ断面図及び斜視図である。
両図において、三つの層から成る平板状の受圧体1と、
この受圧体1に対向して配置された信号処理基板3とか
ら圧覚センサが構成されている。
この受圧体1に対向して配置された信号処理基板3とか
ら圧覚センサが構成されている。
前記受圧体1の図に向って最下方の層は、受圧部材であ
る薄板状のシリコンゴム5で形成されている。当該シリ
コンゴム5の下面は圧力を受りる受圧面5aであり、こ
の受圧面5a内に圧力を受は易いように周囲よりわずか
に突出させた受圧部7が71〜リツクス状に多数形成さ
れている。
る薄板状のシリコンゴム5で形成されている。当該シリ
コンゴム5の下面は圧力を受りる受圧面5aであり、こ
の受圧面5a内に圧力を受は易いように周囲よりわずか
に突出させた受圧部7が71〜リツクス状に多数形成さ
れている。
また、中間の層は、前記シリコンゴム5の上面に接合さ
れた強度メンバであるセラミック台座って形成されてい
る。当該セラミック台座9は、柔軟な前記シリコンゴム
5がその受圧面5aに圧力を受けた際に、これを背後か
ら支持してその形状を正常に保つ機能を有する。
れた強度メンバであるセラミック台座って形成されてい
る。当該セラミック台座9は、柔軟な前記シリコンゴム
5がその受圧面5aに圧力を受けた際に、これを背後か
ら支持してその形状を正常に保つ機能を有する。
また、最上方の肋は、前記セラミック台座9の上面に接
合されたシリコンウェハ11で形成されている。当該シ
リコンウェハ11の前記各受圧部7に夫々対向する部分
はその肉厚を薄くシてシリコンダイヤフラム13としで
ある。
合されたシリコンウェハ11で形成されている。当該シ
リコンウェハ11の前記各受圧部7に夫々対向する部分
はその肉厚を薄くシてシリコンダイヤフラム13としで
ある。
当該シリコンダイヤフラム13と前記受圧部7との間に
は、前記セラミック台座9を貫通してシリコンオイル1
5が封入されている。
は、前記セラミック台座9を貫通してシリコンオイル1
5が封入されている。
従って、前記受圧部7に加えられた圧力は前記シリコン
オイル15によって前記シリコンダイヤフラム13に伝
達され、当該シリコンダイヤフラム13に作用してこれ
を歪ませることになる。
オイル15によって前記シリコンダイヤフラム13に伝
達され、当該シリコンダイヤフラム13に作用してこれ
を歪ませることになる。
また、前記シリコンダイヤフラム13の上面に半導体技
術によってブリッジ回路を構成する拡散ゲージ17を形
成し、前記シリコンダイヤフラム13の周囲に前記拡散
ゲージ17に接続された電極19を形成して、圧力検出
部21を構成している。
術によってブリッジ回路を構成する拡散ゲージ17を形
成し、前記シリコンダイヤフラム13の周囲に前記拡散
ゲージ17に接続された電極19を形成して、圧力検出
部21を構成している。
即ち、前記受圧部7から伝達された圧力によって前記シ
リコンダイヤフラム13が歪むと、前記拡散ゲージ17
の抵抗値がピエゾ抵抗効果によって変化しブリッジの抵
抗バランスが崩れ、この崩れにより生じた信号が圧力検
出信号として前記電極19から出力されることになる。
リコンダイヤフラム13が歪むと、前記拡散ゲージ17
の抵抗値がピエゾ抵抗効果によって変化しブリッジの抵
抗バランスが崩れ、この崩れにより生じた信号が圧力検
出信号として前記電極19から出力されることになる。
ところで、上記拡散ゲージ17を形成したシリコンダイ
ヤフラム13を用いたいわゆる拡散形半導体方式といわ
れる圧力検出方法は、その出力特性にヒステリシスがほ
とんどなく直線性に優れているという特徴を有し、J:
って精度の高い圧力検出を行なうことができる。また、
前記拡散ゲージ17は極めて小さく形成することができ
るので、これに応じて前記圧力検出部21を微小に形成
すれば、これを小面積内に非常に高密度に配置づ−るこ
とかでき、例えば、人間の指先の皮膚の圧力点分解能に
匹敵する2mm程度の間隔で配置することは十分に可能
である。しかもこのように前記圧力検出部21を高密度
に配置しても各圧力検出部21は独立に動作覆るので従
来例のように誤検出が生じることはない。
ヤフラム13を用いたいわゆる拡散形半導体方式といわ
れる圧力検出方法は、その出力特性にヒステリシスがほ
とんどなく直線性に優れているという特徴を有し、J:
って精度の高い圧力検出を行なうことができる。また、
前記拡散ゲージ17は極めて小さく形成することができ
るので、これに応じて前記圧力検出部21を微小に形成
すれば、これを小面積内に非常に高密度に配置づ−るこ
とかでき、例えば、人間の指先の皮膚の圧力点分解能に
匹敵する2mm程度の間隔で配置することは十分に可能
である。しかもこのように前記圧力検出部21を高密度
に配置しても各圧力検出部21は独立に動作覆るので従
来例のように誤検出が生じることはない。
上記のごとき構成の受圧体1の上方に、前記各圧力検出
部21に近接かつ対向して信号処理基板3が配置されて
いる。当該信号処理回路3は、その前記圧力検出部21
のそれぞに対向する位買に孔23を有し、当該孔23の
周囲に電極25が配置されている。当該電極25は、前
記孔23内を通る金糸線27によって各圧力検出部21
の電極19に接続されている。また、前記基板3上には
信号処理回路(図示せず)が組まれており、前記電極2
5からプリント配線2つを引き回して前記信号処理回路
に結線している。
部21に近接かつ対向して信号処理基板3が配置されて
いる。当該信号処理回路3は、その前記圧力検出部21
のそれぞに対向する位買に孔23を有し、当該孔23の
周囲に電極25が配置されている。当該電極25は、前
記孔23内を通る金糸線27によって各圧力検出部21
の電極19に接続されている。また、前記基板3上には
信号処理回路(図示せず)が組まれており、前記電極2
5からプリント配線2つを引き回して前記信号処理回路
に結線している。
従って、前記各圧力検出部21の圧力検出信号は前記電
極19から引き出され、前記金糸線27、プリント配線
29を順に介して前記信号処理基板3上の信号処理回路
に入力されることになる。
極19から引き出され、前記金糸線27、プリント配線
29を順に介して前記信号処理基板3上の信号処理回路
に入力されることになる。
当該信号処理回路としては、例えば、調度補償回路、出
力補償回路、マルチプレクサ、プリアンプ、A−D変換
器等が挙げられ、前記各圧ツノ検出部21からの圧力検
出信号を処理して外部のマイクロコンピュータ等へ伝送
する機能を有する。このため、前記圧力検出部21の個
数を増加させても、前記信号処理回路での処理結果のみ
を外部出力すればよいので、外部へ引き出す信号線が増
加することはない。
力補償回路、マルチプレクサ、プリアンプ、A−D変換
器等が挙げられ、前記各圧ツノ検出部21からの圧力検
出信号を処理して外部のマイクロコンピュータ等へ伝送
する機能を有する。このため、前記圧力検出部21の個
数を増加させても、前記信号処理回路での処理結果のみ
を外部出力すればよいので、外部へ引き出す信号線が増
加することはない。
このように、この圧覚センサは、受圧体1と信号処理基
板3とがほぼ一体的に構成されたコンパクトな形状を有
し、かつ圧力検出部21を高密度に配置することができ
、しかも圧力検出部21の個数を多くしても外部へ引き
出す信号線の本数は少ないため、小型化及び高密度多点
化が図れることになる。
板3とがほぼ一体的に構成されたコンパクトな形状を有
し、かつ圧力検出部21を高密度に配置することができ
、しかも圧力検出部21の個数を多くしても外部へ引き
出す信号線の本数は少ないため、小型化及び高密度多点
化が図れることになる。
尚、前記信号処理基板3ど前記圧力検出部21とを密接
させてワイヤレスボンディングにより接続してもよく、
このようにすればより一層コンパり1−で小型の圧覚セ
ンサを提供することができる。
させてワイヤレスボンディングにより接続してもよく、
このようにすればより一層コンパり1−で小型の圧覚セ
ンサを提供することができる。
第1図及び第2図はこの発明の一実施例に係る圧覚セン
サの夫々断面図及び斜視図である。 3・・・信号処理基板 5・・・シリコンゴム 7・・・受圧部 11・・・シリコンウェハ 13・・・シリコンダイヤフラム 15・・・シリコンオイル 17・・・拡散ゲージ 21・・・圧力検出部 第1図 第2図
サの夫々断面図及び斜視図である。 3・・・信号処理基板 5・・・シリコンゴム 7・・・受圧部 11・・・シリコンウェハ 13・・・シリコンダイヤフラム 15・・・シリコンオイル 17・・・拡散ゲージ 21・・・圧力検出部 第1図 第2図
Claims (1)
- 面領域への加圧状況を検出する圧覚センサにおいて、圧
力を受ける受圧部が一方の面に複数設けられた受圧層と
、当該受圧層の他方の面側に積層され、前記受圧部の夫
々に対応して設けられ当該受圧部で受けた圧力を伝達す
る圧力伝達部を有する圧力伝達層と、当該圧力伝達層に
対し前記受圧層とは反対側に積層され、前記圧力伝達部
の夫々に対応して設けられ当該圧力伝達部によって伝達
さた圧力を検出する半導体素子で形成された圧力検出部
を有する圧力検出層と、当該圧力検出層に対し前記圧力
伝達層とは反対側に積層され、前記圧力検出部から出力
される圧力検出信号を処理する信号処理部が設けられた
信号処理層とを有することを特徴とす圧覚センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59188078A JPH0676928B2 (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | 圧覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59188078A JPH0676928B2 (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | 圧覚センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6166135A true JPS6166135A (ja) | 1986-04-04 |
JPH0676928B2 JPH0676928B2 (ja) | 1994-09-28 |
Family
ID=16217316
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59188078A Expired - Lifetime JPH0676928B2 (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | 圧覚センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0676928B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006055731A1 (en) * | 2004-11-17 | 2006-05-26 | The Regents Of The University Of California | Microelectromechanical systems contact stress sensor |
JP2007526990A (ja) * | 2003-07-09 | 2007-09-20 | アストン ユニバーシティ | 動的な力を感知および分析するシステムおよび方法 |
US8646335B2 (en) | 2004-11-17 | 2014-02-11 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Contact stress sensor |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5460954A (en) * | 1977-10-21 | 1979-05-16 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Physical quantity distribution indicator |
JPS57155449U (ja) * | 1981-03-26 | 1982-09-30 | ||
JPS58192790A (ja) * | 1982-03-01 | 1983-11-10 | ロ−ド・コ−ポレ−シヨン | 触覚装置 |
JPS6090696A (ja) * | 1983-10-25 | 1985-05-21 | オムロン株式会社 | 圧覚センサ |
-
1984
- 1984-09-10 JP JP59188078A patent/JPH0676928B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
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WO2006055731A1 (en) * | 2004-11-17 | 2006-05-26 | The Regents Of The University Of California | Microelectromechanical systems contact stress sensor |
US7311009B2 (en) | 2004-11-17 | 2007-12-25 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Microelectromechanical systems contact stress sensor |
US8646335B2 (en) | 2004-11-17 | 2014-02-11 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Contact stress sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0676928B2 (ja) | 1994-09-28 |
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