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JP2025131433A - Sensor - Google Patents

Sensor

Info

Publication number
JP2025131433A
JP2025131433A JP2024029178A JP2024029178A JP2025131433A JP 2025131433 A JP2025131433 A JP 2025131433A JP 2024029178 A JP2024029178 A JP 2024029178A JP 2024029178 A JP2024029178 A JP 2024029178A JP 2025131433 A JP2025131433 A JP 2025131433A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
value
cloth
detection
sheet member
electrode
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.)
Pending
Application number
JP2024029178A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
智紀 原
Tomonori Hara
敬仁 上宇都
Takahito Kamiuto
孔策 野崎
Kosaku Nozaki
彰宏 九郎丸
Teruhiro Kuromaru
一人 秋葉
Kazuto AKIBA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
I Pex Co Ltd
Original Assignee
I Pex Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by I Pex Co Ltd filed Critical I Pex Co Ltd
Priority to JP2024029178A priority Critical patent/JP2025131433A/en
Priority to PCT/JP2025/003525 priority patent/WO2025182480A1/en
Priority to TW114104658A priority patent/TW202538293A/en
Publication of JP2025131433A publication Critical patent/JP2025131433A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02Sensing devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)

Abstract

To provide a sensor that can suppress the variation in detection accuracy.SOLUTION: A proximity sensor 1 as a sensor includes a sheet member 2, and a detection substrate 3 that detects an object H that approaches the sheet member 2. The sheet member 2 includes a detection electrode 11 with conductivity, an active guard electrode 12 with conductivity that is electrically connected to the detection electrode 11 so as to have the same potential as the detection electrode 11, a guard electrode 13 with conductivity that is grounded, a first insulating film 21 that is formed of an insulator, in which a front surface adheres to a back surface of the detection electrode 11 and a back surface adheres to a front surface of the active guard electrode 12, and a second insulating film 22 that is formed of the insulator, in which a front surface adheres to a back surface of the active guard electrode 12 and a back surface adheres to a front surface of the guard electrode 13. The detection substrate 3 detects the change in electrostatic capacitance generated between the detection electrode 11 and the object H.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、センサに関する。 The present invention relates to a sensor.

特許文献1には、導電性の第1布および絶縁性の第2布を重ね合わせて構成される布と、第1布に電気的に接続された静電容量センサICとを備える近接センサが開示されている。近接センサは、第1布に接近する物体との間に発生する静電容量の変化によって物体の近接を検知する。 Patent Document 1 discloses a proximity sensor that includes a cloth made by overlapping a conductive first cloth and an insulating second cloth, and a capacitance sensor IC electrically connected to the first cloth. The proximity sensor detects the proximity of an object by detecting changes in capacitance that occur between the first cloth and the object approaching.

特開2021-135169号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-135169

上述の近接センサは、第1布と近接する物体以外のものとの間に発生する静電容量の影響を受けることにより、近接する物体を検知する精度にばらつきが生じるという不都合があった。 The above-mentioned proximity sensor has the disadvantage that it is affected by the capacitance that occurs between the first fabric and anything other than the nearby object, resulting in variations in the accuracy of detecting nearby objects.

本発明は、上記実情の下になされたものであり、検出精度のばらつきを抑制することができるセンサを提供することを目的とする。 The present invention was made in light of the above situation, and aims to provide a sensor that can reduce variation in detection accuracy.

上記目的を達成するために、本発明に係るセンサは、
シート部材と、
前記シート部材に近接する物体を検出する検出部と、を備え、
前記シート部材は、
導電性を有する第1布と、
導電性を有し、前記第1布と同電位となるように前記第1布に電気的に接続された第2布と、
導電性を有し、接地された第3布と、
絶縁体で構成され、前記第1布の裏面に表面が密着するとともに前記第2布の表面に裏面が密着する第1絶縁膜と、
絶縁体で構成され、前記第2布の裏面に表面が密着するとともに前記第3布の表面に裏面が密着する第2絶縁膜と、を備え、
前記検出部は、前記第1布と前記物体との間に生じる静電容量の変化を検出する。
In order to achieve the above object, the sensor according to the present invention comprises:
A sheet member;
a detection unit that detects an object approaching the sheet member,
The sheet member is
a first fabric having electrical conductivity;
a second fabric that is conductive and electrically connected to the first fabric so as to have the same potential as the first fabric;
a third fabric that is electrically conductive and grounded;
a first insulating film made of an insulator, the front surface of which is in close contact with the rear surface of the first fabric and the rear surface of which is in close contact with the front surface of the second fabric;
a second insulating film made of an insulator, the surface of which is in close contact with the back surface of the second fabric and the surface of which is in close contact with the front surface of the third fabric;
The detection unit detects a change in capacitance occurring between the first cloth and the object.

本発明に係るセンサによれば、検出精度のばらつきを抑制することができる。 The sensor according to the present invention can reduce variations in detection accuracy.

本発明の実施の形態に係る近接センサの構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a proximity sensor according to an embodiment of the present invention. 図1のシート部材の一部が折り返された様子を示す模式図である。2 is a schematic diagram showing a state in which a part of the sheet member in FIG. 1 is folded back. FIG. (A)は、積層された検出電極、アクティブガード電極及びガード電極の一部を示す図である。(B)及び(C)は、検出電極、アクティブガード電極及びガード電極が検出基板に接続された状態を示す図である。1A is a diagram showing a part of a stacked detection electrode, an active guard electrode, and a guard electrode, while FIGS. 1B and 1C are diagrams showing the detection electrode, the active guard electrode, and the guard electrode connected to a detection substrate. (A)は、物体が近接していない状態でシート部材により形成される電場を示す模式図である。(B)は、物体が近接する状態でシート部材により形成される電場を示す模式図である。1A is a schematic diagram showing an electric field formed by a sheet member when no object is nearby, and FIG. 1B is a schematic diagram showing an electric field formed by a sheet member when an object is nearby. (A)は、物体が近接していない状態でアクティブガード電極を備えないシート部材により形成される電場を示す模式図である。(B)は、物体が近接する状態でアクティブガード電極を備えないシート部材により形成される電場を示す模式図である。1A and 1B are schematic diagrams showing the electric field formed by a sheet member not including an active guard electrode when no object is nearby, respectively, and the electric field formed by a sheet member not including an active guard electrode when an object is nearby. シート部材の各層の面積の大きさの違いを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the difference in area of each layer of a sheet member. フィルタリング処理のフローチャートである。10 is a flowchart of a filtering process. 差分の絶対値と検出値との関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the absolute value of the difference and the detection value. (A)及び(B)は、人協働ロボットを示す斜視図である。1A and 1B are perspective views showing a human-collaborative robot. 垂直多関節ロボットを示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a vertical articulated robot. スカラロボットを示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a SCARA robot. 移動ロボットを示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a mobile robot. (A)及び(B)は、多関節ロボットのエンドエフェクタのカバーにセンサが用いられる例を示す斜視図である。10A and 10B are perspective views showing an example in which a sensor is used in a cover of an end effector of an articulated robot.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。各図面においては、同一又は同等の部分に同一の符号を付す。なお、下記の実施の形態において、“有する”、“含む”又は“含有する”といった表現は、“からなる”又は“から構成される”という意味も包含する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In each drawing, the same or equivalent parts are designated by the same reference numerals. Note that in the following embodiments, the terms "have," "include," and "contain" also include the meanings of "consisting of" and "consisting of."

図1に示すように、本実施の形態に係る近接センサ1は、保護対象Gを覆うとともに、保護対象Gに近接する物体Hを検出する。近接センサ1は、シート部材2と、検出部としての検出基板3と、を備える。シート部材2と検出基板3とは、電気的に接続されている。 As shown in FIG. 1, the proximity sensor 1 according to this embodiment covers the object to be protected G and detects an object H approaching the object to be protected G. The proximity sensor 1 includes a sheet member 2 and a detection board 3 as a detection unit. The sheet member 2 and the detection board 3 are electrically connected.

[シート部材]
シート部材2は、シート状の部材である。シート部材2は、第1布としての検出電極11と、第2布としてのアクティブガード電極12と、第3布としてのガード電極13と、を備える。検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13は、導電性を有する。シート部材2は、さらに第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22を備える。第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22は、絶縁体で構成される。図1では、シート部材2の構成を図示するために、検出電極11、アクティブガード電極12、ガード電極13、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22の一部のみが示されている。
[Sheet member]
The sheet member 2 is a sheet-like member. The sheet member 2 includes a detection electrode 11 as a first fabric, an active guard electrode 12 as a second fabric, and a guard electrode 13 as a third fabric. The detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 are conductive. The sheet member 2 further includes a first insulating film 21 and a second insulating film 22. The first insulating film 21 and the second insulating film 22 are made of an insulator. In FIG. 1 , only a portion of the detection electrode 11, the active guard electrode 12, the guard electrode 13, the first insulating film 21, and the second insulating film 22 are shown in order to illustrate the configuration of the sheet member 2.

[検出電極、アクティブガード電極及びガード電極]
検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13は、繊維状の素材を平行に引き揃えた糸か、撚られた糸により形成される。導電性を有する糸同士を結合させるか、絡め合わせて、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13が構成される。検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13は、導電性を有する糸の織物又は編物であってもよい。また、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13は、不織布(フェルトを含む)であってもよい。
[Detection electrode, active guard electrode and guard electrode]
The detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 are formed from yarns made by drawing fibrous materials in parallel or twisted yarns. The detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 are formed by bonding or intertwining conductive yarns. The detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 may be woven or knitted fabrics made from conductive yarns. The detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 may also be nonwoven fabrics (including felt).

検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13を構成する糸としては、繊維状の樹脂に金属メッキを施したものを用いることができる。より具体的には、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13を構成する糸として、例えばナイロン製で銀メッキが施されたものを用いることができる。検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13を構成する糸として、導電性の繊維(例えば、繊維状の金属)から形成されたものを用いるようにしてもよい。この糸は、規則的又は不規則に結合するか絡み合って互いに導通して、1枚の電極布を形成する。 The threads that make up the detection electrode 11, active guard electrode 12, and guard electrode 13 can be made of fibrous resin plated with metal. More specifically, the threads that make up the detection electrode 11, active guard electrode 12, and guard electrode 13 can be made of, for example, nylon plated with silver. The threads that make up the detection electrode 11, active guard electrode 12, and guard electrode 13 can also be made of conductive fibers (for example, fibrous metal). These threads are regularly or irregularly bonded or entangled to conduct electricity with each other and form a single sheet of electrode cloth.

検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13は、折り畳み可能な柔らかさ、薄さを有している。検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13は、隙間を作らずに折り返し可能である。検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13では、糸が折れ曲がって糸と糸との間の隙間が変形することにより、その折り返しが可能となる。 The detection electrode 11, active guard electrode 12, and guard electrode 13 are soft and thin enough to be foldable. The detection electrode 11, active guard electrode 12, and guard electrode 13 can be folded back without leaving any gaps. The detection electrode 11, active guard electrode 12, and guard electrode 13 are able to fold back when the yarn bends, deforming the gaps between the yarns.

[第1絶縁膜及び第2絶縁膜]
第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22は、可撓性及び伸縮性を有する軟らかい素材で構成される。第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22は、隙間を作らずに(折り返し点前後の面が接触するように)折り返し可能な薄さを有する膜状の部材である。第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22は、可撓性を有し、折り畳み可能、すなわち隙間を作らずに折り返し可能な絶縁性素材で構成される。第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22は、膜厚が均一に構成されている。
[First insulating film and second insulating film]
The first insulating film 21 and the second insulating film 22 are made of a soft material that is flexible and stretchable. The first insulating film 21 and the second insulating film 22 are thin film-like members that can be folded back without leaving a gap (so that the surfaces before and after the folding point contact each other). The first insulating film 21 and the second insulating film 22 are made of an insulating material that is flexible and foldable, i.e., can be folded back without leaving a gap. The first insulating film 21 and the second insulating film 22 are made to have a uniform thickness.

第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22としては、樹脂、ゴム又はそれら以外のエラストマで形成されたフィルム状の部材とすることができる。これらの素材を用いた場合、シート部材2に、各電極間の水等の浸透を防止する防水性を付加することができる。本実施の形態では、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22は、絶縁性を有する糸同士を結合させるか、絡め合わせて構成された絶縁布であるものとする。第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22を構成する糸は、樹脂製、例えばナイロン製である。この糸が、互いに規則的又は不規則に結合するか絡み合って、1枚の絶縁布を形成する。第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22では、糸が曲がって糸と糸との間の隙間が変形することにより、その折り返しが可能となる。 The first insulating film 21 and the second insulating film 22 can be film-like members made of resin, rubber, or other elastomers. Using these materials can impart waterproofing to the sheet member 2, preventing the penetration of water and other substances between the electrodes. In this embodiment, the first insulating film 21 and the second insulating film 22 are insulating cloths made by bonding or intertwining insulating threads. The threads making up the first insulating film 21 and the second insulating film 22 are made of resin, for example, nylon. These threads are bonded or intertwined with each other in a regular or irregular manner to form a single piece of insulating cloth. The first insulating film 21 and the second insulating film 22 can be folded back when the threads bend and the gaps between the threads deform.

図1では、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22の膜厚は、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13の膜厚と同じであるものとして示されている。しかし、これには限定されない。第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22の膜厚は、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13の膜厚と同じである必要はない。 In FIG. 1, the film thicknesses of the first insulating film 21 and the second insulating film 22 are shown as being the same as the film thicknesses of the detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13. However, this is not limited to this. The film thicknesses of the first insulating film 21 and the second insulating film 22 do not need to be the same as the film thicknesses of the detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13.

図1に示すように、シート部材2において、物体Hに対向する上側の面を表面とし、保護対象Gに対向する下側の面を裏面とする。また、検出電極11、アクティブガード電極12、ガード電極13、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22について、図1の上側の面を表面とし、図1の下側の面を裏面とする。検出電極11の表面が、シート部材2の表面を構成し、ガード電極13の裏面が、シート部材2の裏面を構成する。シート部材2は、図1の上から、検出電極11、第1絶縁膜21、アクティブガード電極12、第2絶縁膜22、ガード電極13の順に積層されて構成される。検出電極11の裏面に第1絶縁膜21の表面が密着するとともに第1絶縁膜21の裏面にアクティブガード電極12の表面が密着する。アクティブガード電極12の裏面に第2絶縁膜22の表面が密着するとともに第2絶縁膜22の裏面にガード電極13の表面が密着する。 As shown in FIG. 1, the upper surface of the sheet member 2 facing the object H is referred to as the front surface, and the lower surface facing the object to be protected G is referred to as the back surface. The upper surfaces of the detection electrode 11, active guard electrode 12, guard electrode 13, first insulating film 21, and second insulating film 22 in FIG. 1 are referred to as the front surface, and the lower surfaces thereof are referred to as the back surfaces. The front surface of the detection electrode 11 constitutes the front surface of the sheet member 2, and the back surface of the guard electrode 13 constitutes the back surface of the sheet member 2. The sheet member 2 is formed by laminating the detection electrode 11, first insulating film 21, active guard electrode 12, second insulating film 22, and guard electrode 13 in this order from top to bottom in FIG. 1. The front surface of the first insulating film 21 is in close contact with the back surface of the detection electrode 11, and the front surface of the active guard electrode 12 is in close contact with the back surface of the first insulating film 21. The front surface of the second insulating film 22 is in close contact with the back surface of the active guard electrode 12, and the front surface of the guard electrode 13 is in close contact with the back surface of the second insulating film 22.

本実施の形態では、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22は、接着剤により検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13と接着される。接着剤としては絶縁性を有するものが用いられてもよいし、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13との絶縁が保たれる場合は、導電性を有するものが用いられてもよい。好適には、接着剤として、熱により融解して接着するホットメルト接着剤を用いることができるが、他のタイプの接着剤が用いられてもよい。また、接着剤に限らず両面テープでもよい。 In this embodiment, the first insulating film 21 and the second insulating film 22 are adhered to the detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 with an adhesive. An insulating adhesive may be used, or a conductive adhesive may be used as long as insulation between the detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 is maintained. Preferably, the adhesive is a hot-melt adhesive that melts and adheres when heated, but other types of adhesives may also be used. Furthermore, double-sided tape may also be used instead of an adhesive.

なお、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13は、第1絶縁膜21又は第2絶縁膜22に縫い合わされているようにしてもよい。この場合、シート部材2を折り畳んでも、検出電極11、第1絶縁膜21、アクティブガード電極12、第2絶縁膜22、ガード電極13では、対向する面同士に隙間ができないように、細かく縫い合わせる必要がある。 The detection electrode 11, active guard electrode 12, and guard electrode 13 may be sewn to the first insulating film 21 or the second insulating film 22. In this case, the detection electrode 11, first insulating film 21, active guard electrode 12, second insulating film 22, and guard electrode 13 must be sewn together closely so that no gaps are left between the opposing surfaces, even when the sheet member 2 is folded.

図2に示すように、シート部材2は、折り畳み可能に構成されている。折り畳み可能に構成されるとは、折り返し可能に構成されていることを意味する。本実施の形態のように、シート部材2を、隙間を作らずに折り返し可能とするようにしてもよいし、折り返した場合に隙間ができるものとしてもよい。言い換えれば、シート部材2は、折り畳みできるような柔らかさと厚みとを有する。検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13と、第1絶縁膜21、第2絶縁膜22との間は接着剤で接着されているので、シート部材2を折り返した場合でも、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13と第1絶縁膜21、第2絶縁膜22との密着性が保たれている。これは、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13が、糸同士を結合させるか、絡め合わせて構成され、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22が弾性部材で構成されているためである。この構成により、シート部材2は、その一部が折り返された場合、折り返された部分の糸同士の隙間が変形することによって、内部に応力を発生させることなく、変形できる。 As shown in FIG. 2 , the sheet member 2 is configured to be foldable. Being foldable means being configured to be foldable. As in the present embodiment, the sheet member 2 may be configured to be foldable without leaving any gaps, or it may be configured to leave gaps when folded. In other words, the sheet member 2 has sufficient flexibility and thickness to be foldable. The detection electrodes 11, active guard electrodes 12, and guard electrodes 13 are bonded to the first insulating film 21 and second insulating film 22 with an adhesive. Therefore, even when the sheet member 2 is folded, the adhesion between the detection electrodes 11, active guard electrodes 12, and guard electrodes 13 and the first insulating film 21 and second insulating film 22 is maintained. This is because the detection electrodes 11, active guard electrodes 12, and guard electrodes 13 are configured by bonding or intertwining threads, and the first insulating film 21 and second insulating film 22 are configured from an elastic material. With this configuration, when a portion of the sheet member 2 is folded back, the gaps between the threads in the folded back portion deform, allowing the sheet member 2 to deform without generating internal stress.

[検出基板]
図1に示すように、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13それぞれは、検出基板3に電気的に接続される。図3(A)では、シート部材2を構成する検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13の一部が、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22を除いた状態で示されている。図3(A)に示すように、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13は、外縁から延出する延出部11a、12a、13aをそれぞれ備える。延出部11a、12a、13aには、先端に貫通孔2aが設けられている。図3(B)及び図3(B)のIIIC-IIIC線断面図である図3(C)に示すように、この貫通孔にボルト5が挿入され、ボルト5とナット6とが締結されることにより、ケース7の下部に配置された検出基板3の各接続端子3aと、延出部11a、12a、13aとがそれぞれ接続される。これにより、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13は、検出基板3に電気的に接続される。このように、シート部材2を構成する検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13は、その一部である延出部11a、12a、13aによって検出基板3に接続することができる。よって、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13と、検出基板3とを接続するケーブルが不要となる。なお、図3(C)では、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22は、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13を内包する1つの絶縁層23として示されている。
[Detection board]
As shown in FIG. 1 , the detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 are each electrically connected to the detection substrate 3. FIG. 3A shows a portion of the detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 that constitute the sheet member 2, with the first insulating film 21 and the second insulating film 22 removed. As shown in FIG. 3A , the detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 each include an extension portion 11a, 12a, and 13a extending from the outer edge. A through hole 2a is formed at the tip of the extension portion 11a, 12a, and 13a. As shown in FIG. 3B and FIG. 3C , a cross-sectional view taken along line IIIC-IIIC in FIG. 3B , a bolt 5 is inserted into the through hole, and the bolt 5 is fastened to a nut 6, thereby connecting each connection terminal 3a of the detection substrate 3 disposed below the case 7 to the extension portion 11a, 12a, and 13a, respectively. As a result, the detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 are electrically connected to the detection board 3. In this manner, the detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 that constitute the sheet member 2 can be connected to the detection board 3 by the extensions 11a, 12a, and 13a that are parts of the sheet member 2. This eliminates the need for cables that connect the detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 to the detection board 3. In FIG. 3C , the first insulating film 21 and the second insulating film 22 are shown as a single insulating layer 23 that contains the detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13.

図1に戻り、検出基板3は、シート部材2の静電容量の変化に基づいて、保護対象Gに物体Hが近接するのを検出する。検出基板3では、アクティブガード電極12は、検出電極11と同電位となるように検出電極11に電気的に接続されている。なお、本実施の形態では、アクティブガード電極12の電位は、検出電極11の電位からバッファリングされた電位となっている。さらに、ガード電極13は、検出基板3を介して接地されている。 Returning to Figure 1, the detection board 3 detects the approach of an object H to the protection target G based on changes in the electrostatic capacitance of the sheet member 2. In the detection board 3, the active guard electrode 12 is electrically connected to the detection electrode 11 so that it has the same potential as the detection electrode 11. In this embodiment, the potential of the active guard electrode 12 is buffered from the potential of the detection electrode 11. Furthermore, the guard electrode 13 is grounded via the detection board 3.

検出基板3は、シート部材2の静電容量を検出する検出回路4を備える。検出電極11及びアクティブガード電極12は、検出回路4に接続される。検出電極11に物体Hが近接すると、検出電極11と物体Hとの間の間隔が狭くなって静電容量が増加し、検出電極11から検出回路4に入力される電圧の位相や周波数が変化する。検出回路4は、この電圧の位相や周波数の変化を、静電容量の変化に変換し、静電容量の変化が閾値を超えた場合に、物体Hが近接していることを検出する。図1では、近接する物体Hとして人の手が示されている。しかし、近接する物体Hは、人の手には限定されない。 The detection board 3 is equipped with a detection circuit 4 that detects the capacitance of the sheet member 2. The detection electrode 11 and active guard electrode 12 are connected to the detection circuit 4. When an object H approaches the detection electrode 11, the gap between the detection electrode 11 and the object H narrows, increasing the capacitance and changing the phase and frequency of the voltage input from the detection electrode 11 to the detection circuit 4. The detection circuit 4 converts this change in voltage phase and frequency into a change in capacitance, and detects the approach of the object H when the change in capacitance exceeds a threshold. In Figure 1, a human hand is shown as the approaching object H. However, the approaching object H is not limited to a human hand.

[近接する物体の検出原理]
図4(A)に示すように、物体Hがシート部材2に近接していない状態では、検出電極11と大地との間にコンデンサが形成される。このとき、検出電極11とアクティブガード電極12とは同電位となるため、検出電極11とアクティブガード電極12との間に静電容量は発生してしない。これにより、検出回路4で検出される静電容量は、検出電極11と大地との間で発生する静電容量C1となる。
[Detection principle of nearby objects]
4A, when the object H is not close to the sheet member 2, a capacitor is formed between the detection electrode 11 and the ground. At this time, the detection electrode 11 and the active guard electrode 12 have the same potential, so no capacitance is generated between the detection electrode 11 and the active guard electrode 12. As a result, the capacitance detected by the detection circuit 4 is the capacitance C1 generated between the detection electrode 11 and the ground.

図4(B)に示すように、検出電極11に物体Hが近接すると、検出電極11と物体Hとの間で静電容量が発生する。検出電極11と物体Hとの間に発生する静電容量C1は、検出電極11と大地との間に発生する静電容量C1よりも十分に大きいため、検出回路4で検出される静電容量は大きく変化する。この変化により、検出電極11に物体Hが近接していることを検出回路4で検出することができる。 As shown in Figure 4 (B), when an object H approaches the detection electrode 11, a capacitance is generated between the detection electrode 11 and the object H. The capacitance C1 generated between the detection electrode 11 and the object H is much larger than the capacitance C1 generated between the detection electrode 11 and the ground, so the capacitance detected by the detection circuit 4 changes significantly. This change allows the detection circuit 4 to detect that the object H is approaching the detection electrode 11.

図5(A)及び図5(B)に示すように、シート部材2が、仮に、アクティブガード電極12を備えず、検出電極11及びガード電極13と、その間に第1絶縁膜21のみを備える場合について考える。この場合、検出電極11と大地との間に発生する静電容量C1の他に、検出電極11とガード電極13との間にも静電容量C2が発生する。この場合、後者が前者よりも間隔が狭いため、後者の静電容量C2の方が、前者の静電容量C1よりも支配的となる。そのため、検出電極11とガード電極13との間の静電容量C2の成分が、物体Hの近接を検出する際のノイズとなるうえ、検出電極11とガード電極13との間に発生する静電容量C2は、保護対象Gとシート部材2との電気的な結合関係によって大きく変化する。よって、アクティブガード電極12を備えず、検出電極11及びガード電極13と、その間に第1絶縁膜21のみを備える仮のシート部材2では、検出電極11で検出される静電容量の検出精度にばらつきが出る。 As shown in Figures 5(A) and 5(B), consider a hypothetical case where the sheet member 2 does not include an active guard electrode 12, but instead includes only the detection electrode 11 and guard electrode 13 with the first insulating film 21 between them. In this case, in addition to the capacitance C1 generated between the detection electrode 11 and the ground, a capacitance C2 also generates between the detection electrode 11 and the guard electrode 13. In this case, because the latter electrode is closer to the former electrode than the latter, the latter capacitance C2 becomes more dominant than the former capacitance C1. Therefore, the component of the capacitance C2 between the detection electrode 11 and the guard electrode 13 becomes noise when detecting the proximity of an object H, and the capacitance C2 generated between the detection electrode 11 and the guard electrode 13 varies significantly depending on the electrical coupling relationship between the protected object G and the sheet member 2. Therefore, in a hypothetical sheet member 2 that does not include an active guard electrode 12 and includes only the detection electrode 11 and guard electrode 13 with the first insulating film 21 between them, the detection accuracy of the capacitance detected by the detection electrode 11 varies.

そこで、本実施の形態に係るシート部材2では、図3(A)に示すように、検出電極11とガード電極13との間に、検出電極11と同電位のアクティブガード電極12を挟んで、検出電極11とアクティブガード電極12との間に静電容量C2を発生させないようにしている。これにより、検出回路4で検出される静電容量を、検出電極11と大地との間又は物体Hとの間に発生する静電容量C1によるものとすることができる。よって、本実施の形態に係るシート部材2では、物体Hの近接の検出精度のばらつきを抑制することができる。 In the sheet member 2 according to this embodiment, as shown in FIG. 3(A), an active guard electrode 12 having the same potential as the detection electrode 11 is sandwiched between the detection electrode 11 and the guard electrode 13, preventing the generation of capacitance C2 between the detection electrode 11 and the active guard electrode 12. This allows the capacitance detected by the detection circuit 4 to be determined as being due to capacitance C1 generated between the detection electrode 11 and the ground or between the detection electrode 11 and the object H. Therefore, with the sheet member 2 according to this embodiment, variation in the detection accuracy of the approach of object H can be reduced.

アクティブガード電極12は、検出電極11に及ぼされる電気的影響を軽減する電極として機能する。このようにすれば、例えば、シート部材2が折り曲げられて一部にシワがより、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22が圧縮され、各電極間の距離が変わったとしても、検出回路4は、その影響を受けずに、物体Hの近接を精度良く検出することができる。 The active guard electrode 12 functions as an electrode that reduces the electrical influence on the detection electrode 11. In this way, even if, for example, the sheet member 2 is folded and partially wrinkled, the first insulating film 21 and the second insulating film 22 are compressed, and the distance between the electrodes changes, the detection circuit 4 is not affected and can accurately detect the approach of the object H.

図6に示すように、検出電極11、アクティブガード電極12、ガード電極13、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22の大きさには違いがある。第1絶縁膜21の膜面の面積S21及び第2絶縁膜22の膜面の面積S22は、検出電極11の布面の面積S11と、アクティブガード電極12の布面の面積S12と、ガード電極13の布面の面積S13よりも大きい。シート部材2の積層方向から見ると、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13は、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22に包含された状態となっている。このようにすれば、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13が短絡するのを、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22により、防ぐことができる。検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13が短絡しなくなるので、検出回路4の誤作動や故障を抑制することができる。検出回路4で検出される静電容量におけるノイズ成分である静電容量C2の低減は、アクティブガード電極12によりもたらされるものである。検出電極11から発せられた電気力線がガード電極13へ到達するためには、アクティブガード電極12を迂回する必要が生じるので、静電容量C2の発生を抑制することができる。 As shown in FIG. 6 , the detection electrode 11, active guard electrode 12, guard electrode 13, first insulating film 21, and second insulating film 22 are different in size. The surface area S21 of the first insulating film 21 and the surface area S22 of the second insulating film 22 are larger than the fabric surface area S11 of the detection electrode 11, the fabric surface area S12 of the active guard electrode 12, and the fabric surface area S13 of the guard electrode 13. When viewed from the stacking direction of the sheet member 2, the detection electrode 11, active guard electrode 12, and guard electrode 13 are enclosed within the first insulating film 21 and second insulating film 22. In this way, the first insulating film 21 and second insulating film 22 can prevent short-circuiting between the detection electrode 11, active guard electrode 12, and guard electrode 13. Since the detection electrode 11, active guard electrode 12, and guard electrode 13 are no longer short-circuited, malfunctions and failures of the detection circuit 4 can be suppressed. The reduction of capacitance C2, which is a noise component in the capacitance detected by the detection circuit 4, is brought about by the active guard electrode 12. In order for the electric field lines emitted from the detection electrode 11 to reach the guard electrode 13, they must bypass the active guard electrode 12, which suppresses the generation of capacitance C2.

また、アクティブガード電極12は、検出電極11とアクティブガード電極12との間に静電容量を発生させないようにするためのものである。よって、アクティブガード電極12の布面の面積S12が検出電極11の布面の面積S11及びガード電極13の布面の面積S13よりも大きくなるように、検出電極11及びアクティブガード電極12が形成されている。さらに、ガード電極13は、検出電極11に発生する静電容量に保護対象Gが影響を与えないように設けられるものである。よって、ガード電極13の布面の面積S13が検出電極11の布面の面積S11以上となるように、検出電極11及びガード電極13が形成されている。 The active guard electrode 12 is also intended to prevent the generation of electrostatic capacitance between the detection electrode 11 and the active guard electrode 12. Therefore, the detection electrode 11 and the active guard electrode 12 are formed so that the area S12 of the cloth surface of the active guard electrode 12 is larger than the area S11 of the cloth surface of the detection electrode 11 and the area S13 of the cloth surface of the guard electrode 13. Furthermore, the guard electrode 13 is provided so that the protected object G does not affect the electrostatic capacitance generated in the detection electrode 11. Therefore, the detection electrode 11 and the guard electrode 13 are formed so that the area S13 of the cloth surface of the guard electrode 13 is larger than the area S11 of the cloth surface of the detection electrode 11.

[フィルタリング処理]
検出回路4は、物体Hの近接を検出する検出値に対するフィルタリング処理を行う。このフィルタリング処理について説明する。検出回路4は、所定のサンプリング間隔でシート部材2から得られる電気信号に対応するサンプリング毎の検出値に基づいて補正演算を行って演算結果の出力値を出力するフィルタリング処理を行うフィルタリング手段を備える。検出回路4は、フィルタリング手段から出力される出力値に基づいて、物体Hの近接を検出する。
[Filtering process]
The detection circuit 4 performs a filtering process on the detection value that detects the approach of the object H. This filtering process will be described. The detection circuit 4 includes a filtering means that performs a filtering process that performs a correction calculation based on the detection value for each sampling that corresponds to the electrical signal obtained from the sheet member 2 at a predetermined sampling interval, and outputs an output value of the calculation result. The detection circuit 4 detects the approach of the object H based on the output value output from the filtering means.

以下では、検出タイミング毎にサンプリングされる検出値をX(nは、1、2、3、・・・の自然数)とする。検出回路4は、自然数nをカウントするカウンタを有している。また、検出回路4のフィルタリング手段は、サンプリングされた最新の検出値を今回の検出値Xとし、1サンプリング前にフィルタリング処理を経てフィルタリング手段から出力された値を前回の出力値X’n-1とし、今回の検出値Xに応じてフィルタリング処理される出力値を今回の出力値X’とする。 In the following, the detection value sampled at each detection timing is designated X n (n is a natural number such as 1, 2, 3, ...). The detection circuit 4 has a counter that counts the natural number n. The filtering means of the detection circuit 4 designates the most recently sampled detection value as the current detection value X n , the value output from the filtering means after undergoing filtering processing one sampling ago as the previous output value X' n-1 , and the output value filtered in accordance with the current detection value X n as the current output value X' n .

図7に示すように、フィルタリング処理において、まず、検出回路4のフィルタリング手段は、カウンタ値nを0に初期化し(ステップS1)、検出値X(ここではX)及び出力値X’(ここではX’)を初期値(例えば0)に設定する(ステップS2)。 As shown in FIG. 7, in the filtering process, first, the filtering means of the detection circuit 4 initializes the counter value n to 0 (step S1), and sets the detection value X n (here, X 0 ) and the output value X′ n (here, X′ 0 ) to initial values (e.g., 0) (step S2).

続いて、フィルタリング手段は、検出タイミングとなるまで待つ(ステップS3;No)。検出タイミングになると(ステップS3;Yes)、フィルタリング手段は、カウンタ値nを1インクリメントし(ステップS4)、今回の検出値Xを取得する(ステップS5)。 Next, the filtering means waits until the detection timing arrives (Step S3; No). When the detection timing arrives (Step S3; Yes), the filtering means increments the counter value n by 1 (Step S4) and obtains the current detection value Xn (Step S5).

続いて、フィルタリング手段は、今回の検出値Xが、1サンプリング前にフィルタリング処理を経て出力された前回の出力値X’n-1よりも大きいか否かを判定する(ステップS6)。X>X’n-1である場合(ステップS6;Yes)、フィルタリング手段は、今回の検出値Xから前回の出力値X’n-1を差し引いた差分の絶対値Dを算出する(ステップS7)。一方、X>X’n-1でない場合(ステップS6;No)、フィルタリング手段は、今回の検出値Xが、前回の出力値X’n-1よりも小さいか否かを判定する(ステップS8)。X<X’n-1である場合(ステップS8;Yes)、フィルタリング手段は、今回の検出値Xから前回の出力値X’n-1を差し引いた差分の絶対値Dを算出する(ステップS9)。 Next, the filtering means determines whether the current detection value Xn is greater than the previous output value X'n -1 that was filtered and output one sampling ago (step S6). If Xn >X'n-1 (step S6; Yes), the filtering means calculates the absolute value Dn of the difference obtained by subtracting the previous output value X'n -1 from the current detection value Xn (step S7). On the other hand, if Xn >X'n - 1 is not true (step S6; No), the filtering means determines whether the current detection value Xn is smaller than the previous output value X'n -1 (step S8). If Xn <X'n -1 (step S8; Yes), the filtering means calculates the absolute value Dn of the difference obtained by subtracting the previous output value X'n -1 from the current detection value Xn (step S9).

(X=X’n-1の場合)
一方、X<X’n-1でない場合(ステップS8;No)、X=X’n-1となるので、フィルタリング手段は、C=D(=0)とし(ステップS15)、前回の出力値X’n-1にC(=0)を加算して今回の出力値X’を算出し(ステップS16)、今回の出力値X’を出力する(ステップS20)。すなわちこの場合、今回の出力値X’は、前回の出力値X’n-1と同じ値になる。
(When X n =X' n-1 )
On the other hand, if X n <X' n-1 is not true (step S8; No), X n = X' n-1 , so the filtering means sets C n = D n (= 0) (step S15), adds C n (= 0) to the previous output value X' n-1 to calculate the current output value X' n (step S16), and outputs the current output value X' n (step S20). That is, in this case, the current output value X' n will be the same as the previous output value X' n-1 .

(数値範囲の判定)
図8に示すように、本実施の形態では、0~Tの数値範囲を0~d1、d1~d2、d2~Tの3つの数値範囲A1、A2、A3に分け、差分の絶対値Dがどの数値範囲に入っているかにより、補正方法を変更する。このため、差分の絶対値Dを算出(ステップS7、S9)した後、フィルタリング手段は、差分の絶対値Dが3つの数値範囲A1、A2、A3のいずれの数値範囲に存在するか否かを判定する判定処理を行う(ステップS10A~S10C、ステップS11A~S11D、ステップ13A~13C、ステップS14A~S14D)。
(Determination of Numerical Range)
8, in this embodiment, the numerical range of 0 to T is divided into three numerical ranges A1, A2, and A3: 0 to d1, d1 to d2, and d2 to T, and the correction method is changed depending on which numerical range the absolute value of the difference Dn falls into. Therefore, after calculating the absolute value of the difference Dn (steps S7 and S9), the filtering means performs a determination process to determine in which of the three numerical ranges A1, A2, and A3 the absolute value of the difference Dn falls (steps S10A to S10C, steps S11A to S11D, steps S13A to 13C, and steps S14A to S14D).

図8に示すグラフは、今回の検出値Xと前回の出力値X’n-1との差分の絶対値D(|X-X’n-1|)を横軸に示し、この差分の絶対値Dに対応させて、差分の絶対値Dを縦軸に示している。これは、差分の絶対値Dと数値範囲A1、A2、A3との関係を明らかにするためである。差分の絶対値Dに対応させた差分の絶対値Dは、一次関数を示し、1点鎖線で示されている。また、図8に示すグラフは、横軸に示される差分の絶対値Dに対応させて、縦軸に、今回の出力値X’と前回の出力値X’n-1との差分Cの絶対値(|X’-X’n-1|)を示している。この差分Cの絶対値は太線で示されている。図8に示すように、今回の出力値X’への補正は、差分の絶対値Dによって異なる。フィルタリング手段は、横軸において、0以上閾値T未満の数値範囲を3つの数値範囲A1、A2、A3に分け、差分の絶対値Dが数値範囲A1、A2、A3のいずれの数値範囲に含まれるかに応じて、今回の出力値X’を以下のように補正する。なお、数値範囲の分割数は3つに限られず、任意でよい。
(A)差分の絶対値Dが数値範囲A1に含まれる場合:フィルタリング手段は、前回の出力値X’n-1と同じ値を、今回の出力値X’として出力する。
(B)差分の絶対値Dが数値範囲A2に含まれる場合:フィルタリング手段は、今回の検出値Xから一定の中間値d1だけ近づいた値を今回の出力値X’として出力する。中間値d1は、数値範囲A1と数値範囲A2との境界における差の絶対値Dの値である。
(C)差分の絶対値Dが数値範囲A3に含まれる場合:フィルタリング手段は、差分の絶対値Dが閾値Tに近づくにつれて、今回の検出値Xとの差が小さくなる関係を示す値を今回の出力値X’として出力する。具体的には、閾値Tから差分の絶対値Dを差し引いた値だけ、今回の検出値Xから前回の出力値X’nー1に近づいた値が、今回の出力値X’として算出される。以下、今回の出力値X’を決定する処理の流れについて説明する。
The graph shown in FIG. 8 plots the absolute value D n (|X n -X' n-1 |) of the difference between the current detection value X n and the previous output value X' n -1 on the horizontal axis, and the absolute value D n corresponding to this absolute value D n is plotted on the vertical axis. This is to clarify the relationship between the absolute value D n of the difference and the numerical ranges A1, A2, and A3. The absolute value D n corresponding to the absolute value D n of the difference represents a linear function and is shown by a dashed dotted line. Furthermore, the graph shown in FIG. 8 plots the absolute value C n (|X' n -X' n-1 |) of the difference C n between the current output value X' n and the previous output value X' n-1 on the vertical axis, corresponding to the absolute value D n of the difference shown on the horizontal axis. The absolute value of this difference C n is shown by a bold line. As shown in FIG. 8, the correction to the current output value X' n differs depending on the absolute value D n of the difference. The filtering means divides the numerical range on the horizontal axis from 0 to less than the threshold T into three numerical ranges A1, A2, and A3, and corrects the current output value X'n as follows depending on which of the numerical ranges A1, A2, and A3 the absolute value of the difference Dn falls into. Note that the number of divisions into the numerical ranges is not limited to three and may be any number.
(A) When the absolute value D n of the difference is included in the numerical range A1: the filtering means outputs the same value as the previous output value X' n-1 as the current output value X' n .
(B) When the absolute value of the difference Dn is included in the numerical range A2, the filtering means outputs the current output value X'n , which is closer to the current detected value Xn by a certain intermediate value d1 . The intermediate value d1 is the value of the absolute value of the difference Dn at the boundary between the numerical range A1 and the numerical range A2.
(C) When the absolute value of the difference Dn is within the numerical range A3: the filtering means outputs as the current output value X'n a value indicating that the difference between the current detection value Xn and the absolute value of the difference Dn becomes smaller as the absolute value of the difference Dn approaches the threshold value T. Specifically, the current output value X'n is calculated as the value obtained by subtracting the absolute value of the difference Dn from the threshold T, which is the value obtained by subtracting the absolute value of the difference Dn from the threshold T. The flow of the process for determining the current output value X'n will be described below.

(X>X’n-1の場合)
図7に戻り、ステップS7実行後、D≦d1の場合(ステップS10A;Yes)、フィルタリング手段は、図8に示すグラフを用いて、差分の絶対値Dに対応するCを0とする(ステップS11A)。また、d1<D<d2の場合(ステップS10B;Yes)、フィルタリング手段は、図8に示すグラフを用いて、D-d1を計算してCに代入する(ステップS11B)。また、d2≦D≦Tの場合(ステップS10C;Yes)、フィルタリング手段は、図8に示すグラフを用いて、D-(T-D)を計算して、Cに代入する(ステップS11C)。d2≦D≦Tでない場合(ステップS10C;No)、フィルタリング手段は、差分の絶対値DをCに代入する(ステップS11D)。
(When X n >X' n-1 )
Returning to Fig. 7, after executing step S7, if Dn ≦ d1 (step S10A; Yes), the filtering means uses the graph shown in Fig. 8 to set Cn corresponding to the absolute value of the difference Dn to 0 (step S11A). Also, if d1 < Dn < d2 (step S10B; Yes), the filtering means uses the graph shown in Fig. 8 to calculate Dn - d1 and substitutes it for Cn (step S11B). Also, if d2 ≦ Dn ≦ T (step S10C; Yes), the filtering means uses the graph shown in Fig. 8 to calculate Dn - (T - Dn ) and substitutes it for Cn (step S11C). If d2 ≦ Dn ≦ T is not true (step S10C; No), the filtering means substitutes the absolute value of the difference Dn for Cn (step S11D).

(X<X’n-1の場合)
ステップS9実行後、D≦d1の場合(ステップS13A;Yes)、フィルタリング手段は、図8に示すグラフを用いて、差分の絶対値Dに対応するCを0とする(ステップS14A)。また、d1<D<d2の場合(ステップS13B;Yes)、フィルタリング手段は、図8に示すグラフを用いて、d1-Dを計算してCに代入する(ステップS14B)。また、d2≦D≦Tの場合(ステップS13C;Yes)、フィルタリング手段は、図8に示すグラフを用いて、(T-D)-Dを計算してCに代入する(ステップS14C)。d2≦D≦Tでない場合(ステップS13C;No)、フィルタリング手段は、図8に示すグラフを用いて、-DをCに代入する(ステップS14D)。
(When X n <X′ n−1 )
After executing step S9, if D n ≦d1 (step S13A; Yes), the filtering means uses the graph shown in FIG. 8 to set C n corresponding to the absolute value D n of the difference to 0 (step S14A). Also, if d1<D n <d2 (step S13B; Yes), the filtering means uses the graph shown in FIG. 8 to calculate d1−D n and substitutes it for C n (step S14B). Also, if d2≦D n ≦T (step S13C; Yes), the filtering means uses the graph shown in FIG. 8 to calculate (T−D n )−D n and substitutes it for C n (step S14C). If d2≦D n ≦T is not satisfied (step S13C; No), the filtering means uses the graph shown in FIG. 8 to calculate −D n and substitutes it for C n (step S14D).

ステップS11A~S11D、ステップS14A~S14D終了後、フィルタリング手段は、1サンプリング前にフィルタリング処理を経て出力された前回の出力値X’n-1にCを加算して、今回の出力値X’を最新の出力値として更新する(ステップS16)。フィルタリング手段は、更新した今回の出力値X’を今回のフィルタリング後の出力値として出力する(ステップS20)。 After steps S11A to S11D and steps S14A to S14D are completed, the filtering means adds Cn to the previous output value X'n -1 , which was output after filtering processing one sampling before, to update the current output value X'n as the latest output value (step S16).The filtering means outputs the updated current output value X'n as the current output value after filtering (step S20).

今回の出力値X’の出力(ステップS20)後、フィルタリング手段は、検出タイミング待ちとなる(ステップS3;No)。以降、検出タイミングになると(ステップS3;Yes)、フィルタリング手段は、ステップS4~S20を実行して、nを1インクリメントして、差分の絶対値Dが閾値Tより小さい場合、上述のフィルタリング処理の流れで次の出力値X’を求める。 After outputting the current output value X'n (step S20), the filtering means waits for the detection timing (step S3; No). Thereafter, when the detection timing arrives (step S3; Yes), the filtering means executes steps S4 to S20, increments n by 1, and if the absolute value Dn of the difference is smaller than the threshold T, finds the next output value X'n in the above-described filtering process flow.

上述のように、フィルタリング手段は、所定のサンプリング間隔でシート部材2の静電容量C1を検出する。フィルタリング手段は、今回の検出値Xと前回の出力値X’nー1との差分の絶対値Dが0より大きく閾値Tより小さい場合、今回の検出値Xよりも前回の出力値X’n-1に近い値を、今回の出力値X’として出力するフィルタリング処理を行う。 As described above, the filtering means detects the capacitance C1 of the sheet member 2 at predetermined sampling intervals. If the absolute value Dn of the difference between the current detection value Xn and the previous output value X'n -1 is greater than 0 and smaller than the threshold value T, the filtering means performs a filtering process to output, as the current output value X'n , a value closer to the previous output value X'n -1 than the current detection value Xn .

また、フィルタリング手段は、差分の絶対値Dが0から閾値Tに近づくにつれて、今回の出力値X’が今回の検出値Xに近づく関係を示すフィルタリング処理を行う。具体的には、差分の絶対値Dが、0より大きく閾値Tより小さい数値範囲A1、A2、A3のうち、少なくとも一部の数値範囲A1(0より大きくかつd1より小さい数値範囲)にある場合、フィルタリング手段は、前回の出力値X’n-1と同じ値を、今回の出力値X’として出力する。フィルタリング手段は、差分の絶対値Dが、0より大きく閾値Tより小さい数値範囲A1、A2、A3のうち、少なくとも一部の数値範囲A2(d1以上かつd2より小さい数値範囲)にある場合、今回の検出値Xから一定の中間値d1だけ前回の出力値X’n-1に近づいた値を、今回の出力値X’として出力する。さらに、フィルタリング手段は、差分の絶対値Dが、0より大きく閾値Tより小さい数値範囲A1、A2、A3のうち、少なくとも一部の数値範囲A3(d2以上かつ閾値Tより小さい数値範囲)にある場合、差分の絶対値Dが閾値Tに近づくにつれて、今回の検出値Xとの差が小さくなるような値を今回の出力値X’として出力する。 The filtering means also performs filtering processing that exhibits a relationship in which the current output value X' n approaches the current detected value X' n as the absolute value D n of the difference approaches the threshold value T from 0. Specifically, when the absolute value D n of the difference is within at least a part of the numerical range A1 (a numerical range greater than 0 and smaller than d1) of the numerical ranges A1, A2, A3 greater than 0 and smaller than the threshold value T, the filtering means outputs the same value as the previous output value X' n-1 as the current output value X' n . When the absolute value D n of the difference is within at least a part of the numerical range A2 (a numerical range equal to or greater than d1 and smaller than d2) of the numerical ranges A1, A2, A3 greater than 0 and smaller than the threshold value T, the filtering means outputs a value that is closer to the previous output value X' n-1 from the current detected value X n by a certain intermediate value d1 as the current output value X' n . Furthermore, when the absolute value Dn of the difference is in at least a part of the numerical range A3 (a numerical range equal to or greater than d2 and smaller than the threshold value T) among the numerical ranges A1, A2, A3 greater than 0 and smaller than the threshold value T, the filtering means outputs as the current output value X'n a value whose difference from the current detected value Xn becomes smaller as the absolute value Dn of the difference approaches the threshold value T.

しかしながら、今回の出力値X’は、上述したものに限られない。差分の絶対値Dが閾値Tより小さい数値範囲を、差分の絶対値Dが大きくなるにつれて補正値Cが大きくなる数値範囲と、小さくなる数値範囲との2つに分けるようにしてもよいし、全区間を数値範囲A1としてもよい。前回の出力値X’nー1に近づく関係を示すように今回の出力値X’をどのように補正するかは、適宜調整することが可能である。 However, the current output value X'n is not limited to the above. The numerical range in which the absolute value of the difference Dn is smaller than the threshold value T may be divided into two numerical ranges: one in which the correction value Cn increases as the absolute value of the difference Dn increases, and another in which the correction value Cn decreases as the absolute value of the difference Dn increases, or the entire range may be defined as the numerical range A1. How the current output value X'n is corrected so as to approach the previous output value X'n -1 can be adjusted as appropriate.

[使用例]
シート部材2は、検出電極11を外側とし、ガード電極13を保護対象Gに対向させ(ガード電極13を内側として)、その保護対象Gの少なくとも一部を覆うカバーとして機能する。例えば、図9(A)及び図9(B)、図10及び図11に示すように、シート部材2を、多関節のロボットのカバーとして用いることができる。
[Example of use]
The sheet member 2 has the detection electrodes 11 on the outside and the guard electrodes 13 facing the protection target G (with the guard electrodes 13 on the inside), and functions as a cover that covers at least a part of the protection target G. For example, as shown in Figures 9(A) and 9(B), 10 and 11, the sheet member 2 can be used as a cover for an articulated robot.

図9(A)に示すように、本実施の形態に係るシート部材2を、人協働ロボット30のカバーとして用いることができる。人協働ロボット30は、安全のために柵で隔離する必要がなく、人と同じスペースを共有しながら一緒に作業できるよう設計されているロボットである。人と同じスペースを共有するため、人と接触するのを避けるべく、シート部材2を人協働ロボット30のカバーとして、人との近接を検出できるようにする。 As shown in Figure 9 (A), the sheet member 2 according to this embodiment can be used as a cover for the human-collaborative robot 30. The human-collaborative robot 30 is a robot designed to be able to work together with humans while sharing the same space, without the need for safety fences. Because it shares the same space as humans, the sheet member 2 can be used as a cover for the human-collaborative robot 30 to avoid contact with humans, allowing it to detect proximity to a human.

図9(A)では、シート部材2が透明であるものとしている。図9(A)に示すように、人協働ロボット30は、ベース部30aと、複数の関節部30b~30eと、アーム部31a~31dと、ハンド部(エンドエフェクタ)32と、を備える。ベース部30a、関節部30a~30eには、それぞれモータが内蔵されており、モータが駆動することにより、連結するアーム部31a~31d(第1アーム、第2アーム)及び先端のハンド部32の位置及び姿勢が変更するように構成されている。まとめると、人協働ロボット30は、ベース部30aと、アーム部31a~31dと、アーム部31aとアーム部31bとを連結する関節部30bと、アーム部31bとアーム31cとを連結する関節部30cと、アーム部31cとアーム部31dとを連結する関節部30dと、アーム部31dに間節部30eを介して接続されるハンド部32と、を有するロボットアームである。 In Figure 9(A), the sheet member 2 is assumed to be transparent. As shown in Figure 9(A), the collaborative robot 30 comprises a base unit 30a, multiple joint units 30b to 30e, arm units 31a to 31d, and a hand unit (end effector) 32. The base unit 30a and joint units 30a to 30e each have a built-in motor, and when driven by the motor, the position and posture of the connected arm units 31a to 31d (first arm, second arm) and the hand unit 32 at the tip can be changed. In summary, the human-collaborative robot 30 is a robot arm having a base unit 30a, arm units 31a to 31d, a joint unit 30b connecting arm unit 31a and arm unit 31b, a joint unit 30c connecting arm unit 31b and arm unit 31c, a joint unit 30d connecting arm unit 31c and arm unit 31d, and a hand unit 32 connected to arm unit 31d via joint unit 30e.

図9(B)に示すように、シート部材2は、人協働ロボット30のハンド部32以外の部分を覆っている。シート部材2では貫通孔2aが設けられており、その貫通孔2aをハンド部32が貫通して外部に突出しているので、ハンド部32は作業が可能となっている。シート部材2は、人協働ロボット30に対して、ある程度余裕を持った大きさとなっている。人協働ロボット30が変形しても、シート部材2は、人協働ロボット30に合わせて変形する。この変形中においても、アクティブガード電極12が検出電極11と同電位になる電極として機能し、保護対象Gに対して検出電極11をガードしている。そのため、他の物体H(図1参照、例えば人)が近接しなければ、検出回路4で検出される静電容量は大きく変化することはない。そして、物体Hが近接すると、検出回路4で検出される静電容量が大きく変化する。これにより、検出回路4は、物体Hが近接したことを検出することが可能である。 As shown in Figure 9 (B), the sheet member 2 covers the entire human-collaborative robot 30 except for the hand unit 32. The sheet member 2 has a through-hole 2a through which the hand unit 32 passes and protrudes, allowing the hand unit 32 to perform tasks. The sheet member 2 is sized to allow a certain amount of room for the human-collaborative robot 30. Even when the human-collaborative robot 30 deforms, the sheet member 2 deforms to match the human-collaborative robot 30. Even during this deformation, the active guard electrode 12 functions as an electrode with the same potential as the detection electrode 11, guarding the detection electrode 11 from the protected object G. Therefore, unless another object H (see Figure 1, e.g., a person) approaches, the capacitance detected by the detection circuit 4 does not change significantly. However, when the object H approaches, the capacitance detected by the detection circuit 4 changes significantly. This allows the detection circuit 4 to detect the approach of the object H.

その他、図10に示す垂直多関節ロボット33、図11に示すスカラロボット35のカバーとしても、シート部材2を用いることができる。図10及び図11では、いずれもカバー(シート部材2)が透明であるものとして図示している。図10に示すように、垂直多関節ロボット33は、ベース部33a、アーム部33b、33c、ハンド部34を有しており、ベース部33aとアーム部33bとの間、アーム部33bとアーム部33cとの間、アーム部33cとハンド部34との間に、モータを内蔵する関節部が設けられている。図11に示すように、スカラロボット35は、ベース部35a、アーム部35b、35c、ハンド部36を有しており、ベース部35aとアーム部35bとの間、アーム部35bとアーム部35cとの間、アーム部35cとハンド部36との間に、モータを内蔵する関節部が設けられている。 The sheet member 2 can also be used as a cover for the vertical articulated robot 33 shown in FIG. 10 and the SCARA robot 35 shown in FIG. 11. In both FIGS. 10 and 11, the cover (sheet member 2) is illustrated as being transparent. As shown in FIG. 10, the vertical articulated robot 33 has a base 33a, arms 33b and 33c, and a hand 34. Joints with built-in motors are provided between the base 33a and arm 33b, between arm 33b and arm 33c, and between arm 33c and hand 34. As shown in FIG. 11, the SCARA robot 35 has a base 35a, arms 35b and 35c, and a hand 36. Joints with built-in motors are provided between the base 35a and arm 35b, between arm 35b and arm 35c, and between arm 35c and hand 36.

図10及び図11に示すように、シート部材2は、垂直多関節ロボット33、スカラロボット35に対して余裕を持った大きさとなっており、それぞれのハンド部34、36を、貫通孔2aを介して外部に突出させた状態で、垂直多関節ロボット33、スカラロボット35を覆っている。したがって、垂直多関節ロボット33、スカラロボット35の関節が回転しても、シート部材2は、ロボットの形状に合わせて変形する。この変形中においても、他の物体H(図1参照、例えば人)が近接しなければ、検出回路4で検出される静電容量が大きく変化することはない。 As shown in Figures 10 and 11, the sheet member 2 is sized to allow ample space for the vertical articulated robot 33 and the SCARA robot 35, and covers the vertical articulated robot 33 and the SCARA robot 35 with their respective hand units 34, 36 protruding outward through the through-holes 2a. Therefore, even when the joints of the vertical articulated robot 33 and the SCARA robot 35 rotate, the sheet member 2 deforms to fit the shape of the robot. Even during this deformation, the capacitance detected by the detection circuit 4 does not change significantly unless another object H (see Figure 1, for example, a person) is present nearby.

図12に示すような移動ロボット37のカバーとしても、シート部材2を用いることができる。移動ロボット37は、ロボット本体37aと、移動用の車輪37bと、を備える。ロボット本体37aには、車輪37bを回転させる駆動部が設けられており、車輪37bの駆動により、移動する。移動ロボット37は、周囲の監視、床面の清掃又は配膳など、その用途に合わせた機能を有している。シート部材2は、このロボット本体37aの少なくとも一部、例えば側面に貼り付けられている。検出される静電容量の変化により、検出回路4は、ロボット本体37aへの物体H(図1参照)の近接を検出可能である。 The sheet member 2 can also be used as a cover for a mobile robot 37 as shown in Figure 12. The mobile robot 37 comprises a robot body 37a and wheels 37b for movement. The robot body 37a is provided with a drive unit that rotates the wheels 37b, and the robot moves by driving the wheels 37b. The mobile robot 37 has functions suited to its use, such as monitoring the surroundings, cleaning the floor, or serving food. The sheet member 2 is attached to at least a portion of the robot body 37a, for example, to the side. The detection circuit 4 can detect the approach of an object H (see Figure 1) to the robot body 37a based on the change in detected capacitance.

図13(A)及び図13(B)に示すように、シート部材2は、多関節ロボット40の一部を保護対象Gとするようにしてもよい。シート部材2は、多関節ロボット40を構成するアーム部41及びハンド部42のうち、ハンド部42を保護対象Gとする。シート部材2は、円筒状に縫合され、ハンド部42がワークを保持する吸着部又は指部を露出するようにして、ハンド部42の側面に巻回される。なお、シート部材2は、マジックテープ(登録商標)で円筒状に形成するようにしてもよい。ハンド部42は、多関節ロボット40の部位の中で、可動範囲が最も大きい部位であり、他の物体と干渉し易い部位であるうえ、安全装置(接触検知装置、近接検知装置)が設けられていない。ハンド部42にシート部材2を装着することで、例えば人と接触するリスクを低減することができる。 As shown in Figures 13(A) and 13(B), the sheet member 2 may protect a portion of the articulated robot 40 as the protected object G. Of the arm unit 41 and hand unit 42 that make up the articulated robot 40, the sheet member 2 protects the hand unit 42 as the protected object G. The sheet member 2 is sewn into a cylindrical shape and wrapped around the side of the hand unit 42 so that the suction portion or finger portion that holds the workpiece is exposed. The sheet member 2 may also be formed into a cylindrical shape using Velcro (registered trademark). The hand unit 42 has the largest range of motion of all the parts of the articulated robot 40 and is prone to interference with other objects. In addition, it is not equipped with a safety device (contact detection device, proximity detection device). Attaching the sheet member 2 to the hand unit 42 can reduce the risk of contact with a person, for example.

なお、上記実施の形態では、導電性の糸で形成された検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13と、絶縁性の糸で形成された第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22を、それぞれ接着材に貼り付けてシート部材2を構成している。しかしながら、これには限られない。導電性の糸と絶縁性の糸とを組み合わせて編むか、織ることにより、導電性の糸から成る2つの層の間に、絶縁性の糸から成る層が形成されるようにして、シート部材2を形成するようにしてもよい。 In the above embodiment, the sheet member 2 is constructed by attaching the detection electrode 11, active guard electrode 12, and guard electrode 13, which are made of conductive thread, and the first insulating film 21 and second insulating film 22, which are made of insulating thread, to an adhesive material. However, this is not limited to this. The sheet member 2 may also be formed by knitting or weaving a combination of conductive and insulating threads, so that a layer of insulating thread is formed between two layers of conductive thread.

また、保護対象Gが大きい場合には、複数のシート部材2を連結することにより、全体のカバーを構成するようにしてもよい。この場合、それぞれのシート部材2に、検出回路4が接続される。この場合、シート部材2同士を接着剤で連結するようにしてもよいし、縫い合わせて連結するようにしてもよい。 Also, if the object G to be protected is large, multiple sheet members 2 may be joined together to form an overall cover. In this case, a detection circuit 4 is connected to each sheet member 2. In this case, the sheet members 2 may be joined together with adhesive or by sewing them together.

[まとめ]
(1)以上詳細に説明したように、本実施の形態に係る近接センサ1は、シート部材2と、シート部材2に近接する物体Hを検出する検出基板3と、を備える。シート部材2は、導電性を有する検出電極11と、導電性を有し、検出電極11と同電位となるように検出電極11に電気的に接続されたアクティブガ-ド電極12と、導電性を有し、接地されたガード電極13と、を備える。さらに、シート部材2は、絶縁体で構成され、検出電極11の裏面に表面が密着するとともにアクティブガード電極12の表面に裏面が密着する第1絶縁膜21と、絶縁体で構成され、アクティブガード電極12の裏面に表面が密着するとともにガード電極13の表面に裏面が密着する第2絶縁膜22と、を備える。検出基板3は、検出電極11と物体Hとの間に生じる静電容量の変化を検出する。検出電極11とアクティブガード電極12とは同電位となっているため、これらの間に静電容量は生じない。このため、検出電極11で検出される静電容量を、検出電極11と物体Hとの間の静電容量に絞り込むことができるので、検出精度のばらつきを抑制することができる。
[summary]
(1) As described above in detail, the proximity sensor 1 according to this embodiment includes a sheet member 2 and a detection substrate 3 that detects an object H approaching the sheet member 2. The sheet member 2 includes a conductive detection electrode 11, a conductive active guard electrode 12 that is electrically connected to the detection electrode 11 so as to have the same potential as the detection electrode 11, and a conductive grounded guard electrode 13. The sheet member 2 further includes a first insulating film 21 made of an insulator and having a front surface in close contact with the rear surface of the detection electrode 11 and a rear surface in close contact with the front surface of the active guard electrode 12, and a second insulating film 22 made of an insulator and having a front surface in close contact with the rear surface of the active guard electrode 12 and a rear surface in close contact with the front surface of the guard electrode 13. The detection substrate 3 detects changes in capacitance occurring between the detection electrode 11 and the object H. Because the detection electrode 11 and the active guard electrode 12 are at the same potential, no capacitance occurs between them. Therefore, the capacitance detected by the detection electrode 11 can be narrowed down to the capacitance between the detection electrode 11 and the object H, thereby suppressing variations in detection accuracy.

(2)本実施の形態に係る近接センサ1において、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13は、外縁から延出して検出基板3に接続する延出部11a、12a、13aをそれぞれ備える。検出基板3は、延出部11a、12a、13aを介して伝わる電気信号に基づいて、物体Hの近接を検出する。これにより、シート部材2と検出基板3とを接続するケーブルが不要となる。 (2) In the proximity sensor 1 according to this embodiment, the detection electrode 11, active guard electrode 12, and guard electrode 13 each have an extension 11a, 12a, and 13a that extend from the outer edge and connect to the detection board 3. The detection board 3 detects the proximity of the object H based on the electrical signal transmitted via the extension 11a, 12a, and 13a. This eliminates the need for a cable connecting the sheet member 2 and the detection board 3.

(3)本実施の形態に係る近接センサ1において、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22の膜面の面積は、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13の布面の面積よりも大きい。アクティブガード電極12の布面の面積は、検出電極11及びガード電極13の布面の面積よりも大きい。また、ガード電極13の布面の面積は、検出電極11の布面の面積以上である。これにより、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13が短絡しないようにすることができる。検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13の短絡が防止されるので、検出回路4の誤作動や故障を抑制することができる。このようにすれば、検出電極11で検出される静電容量を、検出電極11と物体Hとの間の静電容量に絞り込むことができるので、検出精度のばらつきを抑制することができる。 (3) In the proximity sensor 1 according to this embodiment, the film surface areas of the first insulating film 21 and the second insulating film 22 are larger than the cloth surface areas of the detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13. The cloth surface area of the active guard electrode 12 is larger than the cloth surface areas of the detection electrode 11 and the guard electrode 13. Furthermore, the cloth surface area of the guard electrode 13 is equal to or larger than the cloth surface area of the detection electrode 11. This prevents the detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 from shorting out. Preventing shorting out of the detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 can suppress malfunctions and failures of the detection circuit 4. In this way, the capacitance detected by the detection electrode 11 can be narrowed down to the capacitance between the detection electrode 11 and the object H, thereby suppressing variations in detection accuracy.

(4)本実施の形態に係る近接センサ1では、検出基板3(検出回路4)は、所定のサンプリング間隔で、シート部材2から得られる電気信号に対応するサンプリング毎の検出値Xに基づいてフィルタリング処理を行って演算結果の出力値を出力するフィルタリング手段を備え、フィルタリング手段から出力される出力値X’に基づいて、物体Hの近接を検出し、フィルタリング手段は、今回の検出値Xと前回の出力値X’n-1との差分の絶対値Dが0より大きく閾値Tより小さい場合、今回の検出値Xよりも前回の出力値X’n-1に近い値を、今回の出力値X’として出力するフィルタリング処理を行う。これにより、検出値Xに含まれる微小なノイズを低減することができる。 (4) In the proximity sensor 1 according to this embodiment, the detection board 3 (detection circuit 4) includes filtering means that performs filtering processing based on the detection value Xn for each sampling corresponding to the electrical signal obtained from the sheet member 2 at a predetermined sampling interval and outputs an output value of the calculation result, and detects the proximity of the object H based on the output value X'n output from the filtering means, and when the absolute value Dn of the difference between the current detection value Xn and the previous output value X'n -1 is greater than 0 and less than the threshold value T, the filtering means performs filtering processing to output, as the current output value X'n , a value closer to the previous output value X'n -1 than the current detection value Xn. This makes it possible to reduce minute noise contained in the detection value Xn .

(5)本実施の形態に係る近接センサ1において、フィルタリング手段は、差分の絶対値Dが0から閾値Tに近づくにつれて、今回の出力値X’が今回の検出値Xに近づく関係を示すフィルタリング処理を行う。このようにすれば、今回の出力値X’が閾値T付近で変動する場合であっても、今回の出力値X’を滑らかに変動させることができる。 (5) In the proximity sensor 1 according to this embodiment, the filtering means performs filtering processing that indicates a relationship in which the current output value X' n approaches the current detection value X' n as the absolute value D n of the difference approaches the threshold value T from 0. In this way, even if the current output value X' n fluctuates around the threshold value T, the current output value X' n can be made to fluctuate smoothly.

(6)本実施の形態に係る近接センサ1において、フィルタリング手段は、差分の絶対値Dが、0より大きく閾値Tより小さい数値範囲A1、A2、A3のうち、少なくとも一部の数値範囲A1にある場合、前回の出力値X’n-1と同じ値を、今回の出力値X’として出力する。これにより、検出値Xの微小な変化についてはその変化をノイズ成分とみなして、不感とすることができるので、検出値Xに含まれる微小なノイズを低減することができる。 (6) In the proximity sensor 1 according to the present embodiment, when the absolute value Dn of the difference is in at least a part of the numerical range A1 among the numerical ranges A1, A2, and A3 that are greater than 0 and less than the threshold value T, the filtering means outputs the same value as the previous output value X'n -1 as the current output value X'n . This allows minute changes in the detection value Xn to be regarded as noise components and made insensitive, thereby reducing minute noise contained in the detection value Xn .

(7)本実施の形態に係る近接センサ1において、フィルタリング手段は、差分の絶対値Dが、0より大きく閾値Tより小さい数値範囲A1、A2、A3のうち、少なくとも一部の数値範囲A2にある場合、今回の検出値Xから一定の中間値d1だけ前回の出力値X’n-1に近づいた値を、今回の出力値X’として出力する。これにより、検出値Xの微小な変化についてはその変化をノイズ成分とみなして、その変化を一定の小さい値とすることができるので、検出値Xに含まれる微小なノイズを低減することができる。 (7) In proximity sensor 1 according to the present embodiment, when the absolute value Dn of the difference is in at least a part of the numerical range A2 among the numerical ranges A1, A2, and A3 that are greater than 0 and less than the threshold value T, the filtering means outputs as the current output value X'n a value that is closer to the previous output value X'n -1 from the current detection value Xn by a certain intermediate value d1. This allows minute changes in detection value Xn to be regarded as noise components and set to a certain small value, thereby reducing minute noise contained in detection value Xn .

(8)本実施の形態に係る近接センサ1において、フィルタリング手段は、差分の絶対値Dが、0より大きく閾値Tより小さい数値範囲A1,A2,A3のうち、少なくとも一部の数値範囲A3にある場合、差分の絶対値Dが閾値Tに近づくにつれて、今回の検出値Xとの差が0に近づく関係を示す値を今回の出力値X’として出力する。これにより、検出値Xの微小な変化についてはその変化をノイズ成分とみなして、その変化を小さくすることができるので、検出値Xに含まれる微小なノイズを抑圧することができる。 (8) In the proximity sensor 1 according to the present embodiment, when the absolute value of the difference Dn is in at least a part of the numerical range A3 among the numerical ranges A1, A2, and A3 that are greater than 0 and less than the threshold value T, the filtering means outputs as the current output value X'n a value that indicates a relationship in which the difference from the current detection value Xn approaches 0 as the absolute value of the difference Dn approaches the threshold value T. This allows minute changes in the detection value Xn to be regarded as noise components and reduced, thereby making it possible to suppress minute noise contained in the detection value Xn .

(9)本実施の形態に係る近接センサ1において、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13の少なくとも1枚は、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22に接着される。このようにすれば、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13と、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22とを密着させたまま、シート部材2を変形することができる。 (9) In the proximity sensor 1 according to this embodiment, at least one of the detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 is adhered to the first insulating film 21 and the second insulating film 22. In this way, the sheet member 2 can be deformed while the detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 are kept in close contact with the first insulating film 21 and the second insulating film 22.

(10)本実施の形態に係る近接センサ1において、検出電極11、アクティブガード電極12及びガード電極13の少なくとも1枚は、第1絶縁膜21及び第2絶縁膜22に縫い合わされている。これらを縫い合わせるようにすれば、接着剤の使用が望ましくない環境で用いられる場合にも、シート部材2を用いることができる。 (10) In the proximity sensor 1 according to this embodiment, at least one of the detection electrode 11, the active guard electrode 12, and the guard electrode 13 is sewn to the first insulating film 21 and the second insulating film 22. By sewing these together, the sheet member 2 can be used even in environments where the use of adhesives is undesirable.

(11)本実施の形態に係るシート部材2では、ガード電極13を保護対象Gに対向させ(ガード電極13を内側として)、その保護対象Gの少なくとも一部を覆うカバーとして機能する。すなわち、シート部材2を、保護対象Gを保護するカバーとして用いることができる。 (11) In the sheet member 2 according to this embodiment, the guard electrode 13 faces the object to be protected G (with the guard electrode 13 facing inward), and functions as a cover that covers at least a portion of the object to be protected G. In other words, the sheet member 2 can be used as a cover that protects the object to be protected G.

(12)図9(A)、図9(B)、図10及び図11に示すように、シート部材2は、第1アーム、第2アーム及び第1アームと第2アームとを連結する関節部を有するロボットアームを保護対象Gとして覆う。近接センサ1によれば、保護対象Gが変形する場合にも、対応することができる。 (12) As shown in Figures 9(A), 9(B), 10, and 11, the sheet member 2 covers a robot arm having a first arm, a second arm, and a joint connecting the first arm and the second arm as the object to be protected G. The proximity sensor 1 can also respond to deformation of the object to be protected G.

(13)図13(A)及び図13(B)に示すように、本実施の形態に係る近接センサ1において、シート部材2は、多関節ロボット40のハンド部42を保護対象Gとして覆う。ハンド部42は、他の物体Hと接触する可能性の高い部位であるため、この部位をシート部材2で覆うようにすれば、ロボット操作の際の安全性を高めることができる。 (13) As shown in Figures 13(A) and 13(B), in the proximity sensor 1 according to this embodiment, the sheet member 2 covers the hand unit 42 of the articulated robot 40 as the object to be protected G. Because the hand unit 42 is a part that is likely to come into contact with other objects H, covering this part with the sheet member 2 can increase safety when operating the robot.

(14)本実施の形態に係る移動ロボット37は、移動ロボット37のロボット本体37aと、ロボット本体37aの少なくとも一部を保護対象Gとして覆うシート部材2と、シート部材2の静電容量の変化に基づいて、ロボット本体37aに物体Hが近接するのを検出する検出基板3と、を備えるものとすることができる。 (14) The mobile robot 37 according to this embodiment may include a robot body 37a of the mobile robot 37, a sheet member 2 that covers at least a portion of the robot body 37a as a protection target G, and a detection board 3 that detects the approach of an object H to the robot body 37a based on a change in the electrostatic capacitance of the sheet member 2.

(15)本実施の形態に係る人協働ロボット30は、アーム部31a、アーム部31b及びアーム部31aとアーム部31bとを連結する関節部30bを有するロボットアーム(30a~30e、31a~31d、32)と、ロボットアーム(30a~30e、31a~31d、32)を保護対象として覆うシート部材2と、シート部材2の静電容量の変化に基づいて、ロボットアーム(30a~30e、31a~31d、32)に物体Hが近接するのを検出する検出回路4と、を備えるものとすることができる。 (15) The human-collaborative robot 30 according to this embodiment can include robot arms (30a-30e, 31a-31d, 32) having arm portions 31a, 31b, and a joint portion 30b connecting arm portions 31a and 31b; a sheet member 2 that covers the robot arms (30a-30e, 31a-31d, 32) as protective objects; and a detection circuit 4 that detects the approach of an object H to the robot arms (30a-30e, 31a-31d, 32) based on a change in the capacitance of the sheet member 2.

(16)本実施の形態に係る近接検知システムは、保護対象Gと、保護対象Gの少なくとも一部を覆うシート部材2と、シート部材2の静電容量の変化に基づいて、保護対象Gに物体Hが近接するのを検出する検出基板3と、を備える。このように、保護対象Gは、ロボットに限られず、車両、ドローン等の移動体、静止物等あらゆる保護対象Gに適用可能である。 (16) The proximity detection system according to this embodiment includes a protection target G, a sheet member 2 that covers at least a portion of the protection target G, and a detection board 3 that detects the proximity of an object H to the protection target G based on a change in the electrostatic capacitance of the sheet member 2. In this way, the protection target G is not limited to robots, and the system can be applied to any protection target G, including moving objects such as vehicles and drones, and stationary objects.

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。 This invention allows for various embodiments and modifications without departing from the broad spirit and scope of the invention. Furthermore, the above-described embodiments are intended to explain the invention and do not limit the scope of the invention. In other words, the scope of the invention is defined by the claims, not the embodiments. Various modifications made within the scope of the claims and the meaning of the invention equivalent thereto are deemed to be within the scope of the invention.

本発明は、近接する物体を検知するのに適用することができる。 This invention can be applied to detecting nearby objects.

1 近接センサ(センサ)、2 シート部材、2a 貫通孔、3 検出基板(検出部)、3a 接続端子、4 検出回路、5 ボルト、6 ナット、7 ケース、11 検出電極(第1布)、11a 延出部、12 アクティブガード電極(第2布)、12a 延出部、13 ガード電極(第3布)、13a 延出部、21 第1絶縁膜、22 第2絶縁膜、23 絶縁層、30 人協働ロボット、30a ベース部、30b、30c、30d、30e 関節部、31a、31b、31c、31d アーム部(第1アーム、第2アーム)、32 ハンド部、33 垂直多関節ロボット、33a ベース部、33b、33c アーム部、34 ハンド部、35 スカラロボット、35a ベース部、35b、35c アーム部、36 ハンド部、37 移動ロボット、37a ロボット本体、37b 車輪、40 多関節ロボット、41 アーム部、42 ハンド部、G 保護対象、H 物体 1 proximity sensor (sensor), 2 sheet member, 2a through hole, 3 detection board (detection unit), 3a connection terminal, 4 detection circuit, 5 bolt, 6 nut, 7 case, 11 detection electrode (first fabric), 11a extension, 12 active guard electrode (second fabric), 12a extension, 13 guard electrode (third fabric), 13a extension, 21 first insulating film, 22 second insulating film, 23 insulating layer, 30 human collaborative robot, 30a base portion, 30b, 30c, 30d, 30e joint portion, 31a, 31b, 31c, 31d arm portion (first arm, second arm), 32 hand portion, 33 vertical articulated robot, 33a base portion, 33b, 33c arm portion, 34 hand portion, 35 SCARA robot, 35a base portion, 35b, 35c arm portion, 36 Hand unit, 37 Mobile robot, 37a Robot body, 37b Wheel, 40 Articulated robot, 41 Arm unit, 42 Hand unit, G Protected object, H Object

Claims (12)

シート部材と、
前記シート部材に近接する物体を検出する検出部と、を備え、
前記シート部材は、
導電性を有する第1布と、
導電性を有し、前記第1布と同電位となるように前記第1布に電気的に接続された第2布と、
導電性を有し、接地された第3布と、
絶縁体で構成され、前記第1布の裏面に表面が密着するとともに前記第2布の表面に裏面が密着する第1絶縁膜と、
絶縁体で構成され、前記第2布の裏面に表面が密着するとともに前記第3布の表面に裏面が密着する第2絶縁膜と、を備え、
前記検出部は、前記第1布と前記物体との間に生じる静電容量の変化を検出するセンサ。
A sheet member;
a detection unit that detects an object approaching the sheet member,
The sheet member is
a first fabric having electrical conductivity;
a second fabric that is conductive and electrically connected to the first fabric so as to have the same potential as the first fabric;
a third fabric that is electrically conductive and grounded;
a first insulating film made of an insulator, the front surface of which is in close contact with the rear surface of the first fabric and the rear surface of which is in close contact with the front surface of the second fabric;
a second insulating film made of an insulator, the surface of which is in close contact with the back surface of the second fabric and the surface of which is in close contact with the front surface of the third fabric;
The detection unit is a sensor that detects a change in capacitance occurring between the first cloth and the object.
前記第1布、前記第2布及び前記第3布は、外縁から延出して前記検出部に接続する延出部をそれぞれ備え、
前記検出部は、前記延出部を介して伝わる電気信号に基づいて、前記物体の近接を検出する、
請求項1に記載のセンサ。
the first cloth, the second cloth, and the third cloth each include an extension portion extending from an outer edge and connected to the detection portion,
the detection unit detects the proximity of the object based on an electrical signal transmitted via the extension unit.
The sensor of claim 1 .
前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜の膜面の面積は、前記第1布、前記第2布及び前記第3布の布面の面積よりも大きく、
前記第2布の布面の面積は、前記第1布及び前記第3布の布面の面積よりも大きく、
前記第3布の布面の面積は、前記第1布の布面の面積以上である、
請求項1に記載のセンサ。
the areas of the film surfaces of the first insulating film and the second insulating film are larger than the areas of the cloth surfaces of the first cloth, the second cloth, and the third cloth;
The area of the cloth surface of the second cloth is larger than the areas of the cloth surfaces of the first cloth and the third cloth,
The area of the cloth surface of the third cloth is equal to or greater than the area of the cloth surface of the first cloth.
The sensor of claim 1 .
前記検出部は、
所定のサンプリング間隔で、前記シート部材から得られる電気信号に対応するサンプリング毎の検出値に基づいてフィルタリング処理を行って演算結果の出力値を出力するフィルタリング手段を備え、
前記フィルタリング手段から出力される出力値に基づいて、前記物体の近接を検出し、
前記フィルタリング手段は、
今回の検出値と前回の出力値との差分の絶対値が0より大きく閾値より小さい場合、今回の検出値よりも前回の出力値に近い値を、今回の出力値として出力するフィルタリング処理を行う、
請求項1から3のいずれか一項に記載のセンサ。
The detection unit
a filtering means for performing filtering processing based on a detection value for each sampling corresponding to an electrical signal obtained from the sheet member at a predetermined sampling interval and outputting an output value of the calculation result;
detecting the proximity of the object based on the output value output from the filtering means;
The filtering means
If the absolute value of the difference between the current detection value and the previous output value is greater than 0 and smaller than the threshold, a filtering process is performed to output a value closer to the previous output value than the current detection value as the current output value.
A sensor according to any one of claims 1 to 3.
前記フィルタリング手段は、
前記差分の絶対値が0から前記閾値に近づくにつれて、今回の出力値が今回の検出値に近づく関係を示すフィルタリング処理を行う、
請求項4に記載のセンサ。
The filtering means
performing a filtering process that indicates a relationship in which the current output value approaches the current detection value as the absolute value of the difference approaches the threshold value from 0;
The sensor of claim 4.
前記フィルタリング手段は、
前記差分の絶対値が、0より大きく前記閾値より小さい数値範囲のうち、少なくとも一部の数値範囲にある場合、前回の出力値と同じ値を、今回の出力値として出力する、
請求項4に記載のセンサ。
The filtering means
If the absolute value of the difference is within at least a part of a range of values greater than 0 and less than the threshold value, the same value as the previous output value is output as the current output value.
The sensor of claim 4.
前記フィルタリング手段は、
前記差分の絶対値が、0より大きく前記閾値より小さい数値範囲のうち、少なくとも一部の数値範囲にある場合、今回の検出値から一定の中間値だけ前回の出力値に近づいた値を、今回の出力値として出力する、
請求項4に記載のセンサ。
The filtering means
When the absolute value of the difference is within at least a part of a range of values greater than 0 and less than the threshold value, a value that is closer to the previous output value by a certain intermediate value from the current detection value is output as the current output value.
The sensor of claim 4.
前記フィルタリング手段は、
前記差分の絶対値が、0より大きく前記閾値より小さい数値範囲のうち、少なくとも一部の数値範囲にある場合、前記差分の絶対値が閾値に近づくにつれて、今回の検出値との差が0に近づく関係を示す値を今回の出力値として出力する、
請求項4に記載のセンサ。
The filtering means
When the absolute value of the difference is in at least a part of a range of values greater than 0 and less than the threshold value, a value indicating a relationship in which the difference from the current detection value approaches 0 as the absolute value of the difference approaches the threshold value is output as the current output value.
The sensor of claim 4.
前記第1布、前記第2布及び前記第3布の少なくとも1枚は、前記絶縁膜に接着される、
請求項1に記載のセンサ。
At least one of the first cloth, the second cloth, and the third cloth is adhered to the insulating film.
The sensor of claim 1 .
前記第1布、前記第2布及び前記第3布の少なくとも1枚は、前記絶縁膜に縫い合わされている、
請求項1に記載のセンサ。
At least one of the first cloth, the second cloth, and the third cloth is sewn to the insulating film.
The sensor of claim 1 .
前記シート部材は、第1アーム、第2アーム及び前記第1アームと前記第2アームとを連結する関節部を有するロボットアームを保護対象として覆う、
請求項1に記載のセンサ。
the sheet member covers, as a protected object, a robot arm having a first arm, a second arm, and a joint portion connecting the first arm and the second arm;
The sensor of claim 1 .
前記シート部材は、ロボットのエンドエフェクタを保護対象として覆う、
請求項1に記載のセンサ。
The sheet member covers the end effector of the robot as a protective object.
The sensor of claim 1 .
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