JP3727642B1 - 触覚センサ及び触覚センサ応用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 押圧の変化をリアルタイムに検出しようとする。また、構成が簡単で、かつ少ない配線で押圧の変化を検出可能にし、信頼性の向上と、コストの低減を図ることができて、正確に情報を入手できるようにする。
【解決手段】 シート面に沿うＸ方向及びＹ方向に抵抗を有するシートであって、シートの厚み方向と一致するＺ方向に抵抗を有すると共に厚み方向の押圧に対応してＺ方向の抵抗が変化する感圧抵抗シート４を備え、
この感圧抵抗シート４の周辺部に、前記Ｘ方向の抵抗又はＹ方向の抵抗の少なくとも一方に電流を流すための電極部９，１０，１１，１２が少なくとも一対設けられ、感圧抵抗シート４の表面に、前記Ｚ方向の抵抗に電流を流すための導電体５，６が少なくとも一対設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧力位置の入力情報検出及び制御に関し、接触座標、接触圧力及び接触長さを簡単な方法で検出する触覚センサ及びその触覚センサを使用した触覚センサ応用装置に関するものである。

従来の圧力位置検出センサは、圧力分布を検出するものがほとんどで、Ｘ，Ｙマトリッ
クス上に配置されたセンサもしくは、電極を走査して圧力分布を検出し、圧力の位置を算出していた（例えば特許文献１、特許文献２）。しかし、圧力のかかっているすべての位置をＸ，Ｙ走査するため、必要な情報である圧力の重心位置や圧力の面積、平均圧力を算
出するのに時間を有していた。たとえば、分解能１ｍｍの５０Ｘ５０ｍｍのセンサを１０
０ＭＨｚで走査しても１素子あたり２５μｓｅｃかかることになる。さらに、これらの走査線（５０Ｘ５０）に対する配線（２５００本）は、大きなセンサになればなるほど膨大
な配線となっていて、応用の妨げになっていた。

また、圧力センサとＸＹ座標検出手段を組み合わせて、よく似た機能を検出するものに
特許文献３〜８が提案されているが、２枚以上の機能材料の組み合わせによって、圧力位置情報を検出しているので、押圧の位置情報を正確に検出できたときは、その位置での圧力情報が正確に検出することができなかった。逆に圧力情報が正確に検出できたときは、その位置情報が不正確になり、圧力と圧力の重心座標の両方が同時に正確に検出できない欠点があった。

また、感圧導電性ゴムや圧電複合材料と抵抗体を組み合わせて、圧力座標を求めたものも提案されているが、どれも精度が出るものではなく、また圧力や、接触面積を求めたものではないため、圧力位置検出センサや触覚センサとしては不十分のものであった（例えば特許文献９〜１１）。
特開平１０−１７８６８８号公報 特公平７−５８２３３号公報 特開昭５９−１７８３０１号公報 特公昭６０−３５６０２号公報 特公昭６１−３２６０１号公報 特公昭６０−３７４０１号公報 特開昭６１−２０８５３３号公報 特開平０５−６１５９２号公報 特開昭５９−１１０５９５号公報 特開昭６０−７１１９４号公報 特開昭６１−４７５０１号公報

近年 ヒューマノイド型を初め、動物形状した数々のロボット装置が提供されているが、そのようなロボット装置には、外部からの接触による刺激入力により、リアルタイムに動作しなければならないものが多数ある。近年の２足歩行ロボットの歩行時の体のバランスをとるために足裏に圧力センサを取り付け、微妙なバランスの変化を事前にリアルタイムに検出し、制御することが行われている。また、手の指の触覚を検出するため、物を持ったときの圧力制御やもののすべり時の圧力変動の検出などリアルタイムの制御が必要とされていた。そのため、多数の圧力センサを配置して、並列処理で同時にセンサ情報を処理するなど行われているが、多数の圧力センサの配線が装置の邪魔になっていた。

また、介護用いすやベッドなど人体の圧力が過度に偏っていれば、人体に不具合を生じさせることがあるが、介護を必要とする人にとっては、自らその状況を回避できない場合があり、床ずれ等の原因になっている。また、安全性が求められる自動車のいすに座る人の位置がずれれば、事故時、エアーバックを人の中心に正確に開かせることが困難となる。
これらの用途では、圧力分布が正確にわからなくても、必要最低限の情報（圧力の重心位置、圧力接触面積、平均圧力量）をリアルタイムに検出でき、少ない配線で圧力位置検出できる触覚センサや圧力位置検出センサが求められている。

本発明は、上記問題点に鑑み、押圧の変化をリアルタイムに検出しようとするものである。また、構成が簡単で、かつ少ない配線で押圧の変化を検出可能にし、信頼性の向上と、コストの低減を図ることができて、正確に情報を入手できるようにしたものである。

この技術的課題を解決するための本発明の技術的手段は、シート面に沿うＸ方向及びＹ方向に抵抗を有するシートであって、シートの厚み方向と一致するＺ方向に抵抗を有すると共に厚み方向の押圧に対応してＺ方向の抵抗が変化する感圧抵抗シートを備え、
この感圧抵抗シートの周辺部に、前記Ｘ方向の抵抗又はＹ方向の抵抗の少なくとも一方に電流を流すための電極部が少なくとも一対設けられ、感圧抵抗シートの表面に、前記Ｚ方向の抵抗に電流を流すための導電体が少なくとも一対設けられている点にある。
また、本発明の他の技術的手段は、前記電極部及び導電体のいずれか１つから電流を流し、残りの電極部又は導電体から電流を取り出すときに、前記少なくとも一対の電極部の電圧と、前記少なくとも一対の導電体の電圧との組み合わせから、接触圧と、Ｘ方向の接触位置又はＹ方向の接触位置の少なくとも一方の接触位置とを求めるようにした点にある。

また、本発明の他の技術的手段は、前記電極部及び導電体のいずれか１つから電流を流し、残りの電極部又は導電体から電流を取り出すときに、前記少なくとも一対の電極部の電圧を触覚センサへの接触前と、触覚センサへの接触時との電圧差を、前記求めた接触圧と接触位置とに対応した値に補正して、Ｘ方向の接触長さ又はＹ方向の接触長さの少なくとも一方の接触長さを求めるようにした点にある。
なお、他の技術的手段として、前記感圧抵抗シートに、Ｘ方向に電流を流すための一対の第１電極部と、Ｙ方向に電流を流すための一対の第２電極部とが具備され、感圧抵抗シートの４隅部に、第１電極と第２電極と第３電極と第４電極とがそれぞれ設けられ、前記一対の第１電極部のうちの一方の第１電極部が、第１電極と第３電極とで構成され、他方の第１電極部が、第２電極と第４電極とで構成され、前記一対の第２電極部のうちの一方の第２電極部が、第１電極と第２電極とで構成され、他方の第２電極部が、第３電極と第４電極とで構成され、前記各電極は、前記感圧抵抗シートに所定の圧力以上で圧接されて取り付けられており、かつ 感圧抵抗シートの表面に、前記Ｚ方向の抵抗に電流を流すための導電体が、スペーサにより所定の間隔で保持されているようにしてもよい。

また、本発明の他の技術的手段は、シート面に沿う方向に抵抗を有するシートであって、シートの厚み方向に抵抗を有すると共に厚み方向の押圧に対応して厚み方向の抵抗が変化する感圧抵抗シートを備え、
感圧抵抗シートへの接触圧、接触位置、接触長さのうち少なくとも２つを求めるべく、感圧抵抗シートに電流を流すようにし、前記感圧抵抗シートは、数キロオームから数１０メガオームの表面抵抗をもったカーボン入りポリエチレンフィルムで構成されている点にある。この場合、例えば、感圧抵抗シートに、そのシート面に沿う方向及び／又は厚み方向に電流を流すようにすればよい。
また、本発明の他の技術的手段は、前記感圧抵抗シートは、数キロオームから数１０メガオームの表面抵抗をもったカーボン入りポリエチレンフィルムで構成されている点にある。

また、本発明の他の技術的手段は、触覚センサが装着された被制御装置と、前記感圧抵抗シートに電位勾配を発生させる電源と、前記電極部及び前記一対の導電体の出力電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器とを備え、
前記Ａ／Ｄ変換器からのデジタル信号を入力して、前記触覚センサへの接触圧、接触位置、Ｘ方向及び／又はＹ方向の接触長さのうち少なくとも２つを求め、この求めた接触圧、接触位置、接触長さに基づいて前記被制御装置１を制御する制御部を備える点にある。

本発明によれば、押圧に対する圧力分布を検出するのではなく、押圧の重心座標と圧力の値、及びその接触長さのみを検出することによって、押圧の変化をリアルタイムに検出することができる。
また、同一平面内でアナログ式座標検出装置とアナログ接触圧検出センサにより実現しているので、従来のデジタル的なＸ，Ｙマトリックスセンサに比較して、構成が簡単で、
かつ少ない配線で検出が可能になり、信頼性の向上とコストを低減することができる。また、従来のアナログ式のものに比べても、同一平面内で検出できるため、正確に情報を入手できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１及び図２は、本発明をロボット（被制御装置）１の足裏や手に応用した一実施の形態を示し、ユニット化した触覚センサ３を、ロボット１の骨格である足の裏や指または手のひらの関節に対応して装着している。本実施の形態では、図１に示すように、ロボット１の足の裏に触覚センサ３が２個装着され、図２に示すように、手の指に触覚センサ３が１４個装着されると共に、手のひらと手の裏とにそれぞれ１個ずつ装着されている。これら触覚センサ３は、手や足裏の関節にあわせて、配置されているので、関節は自由に動作させることができ、その圧力の大きさ、及びその面積と圧力の重心位置をミリメータ以下の精度で、リアルタイムに求めることができる。触覚センサ３を足裏に装着すれば、歩行時の圧力の変化を、また手の指に装着すれば、物をつかんだときの圧力の変化、すべり等を検出することは容易である。さらに後述するように、触覚センサ３から取り出される信号線２は１つの触覚センサ３に対して、４〜６本と少なく、取り出される配線が邪魔をして、ロボットハンドの握る、触る等の指の微妙な動作に支障を及ぼすことは少ない。

次に、触覚センサ３の構造について、詳細に説明する。図３は、図１及び図２で示した足裏や指または手のひらの１つに配置された触覚センサ３を展開したものである（図２では、これを指にあわせて巻いたものを使用した）。図４は触覚センサ３を上面図と側面図とで模式的に表示したものである。図３及び図４において、前記触覚センサ３は、感圧抵抗シート４と、感圧抵抗シート４をその厚み方向の両側から挟むように配置した一対の導電性フィルム（導電体）５，６とを備える。
感圧抵抗シート４は、シート面に沿うＸ方向及びＹ方向に抵抗を有するシートであって、シートの厚み方向と一致するＺ方向に抵抗を有すると共に、厚み方向に感圧性を有し、厚み方向の押圧に対応してＺ方向の抵抗が変化するようになっている。本実施の形態では、感圧抵抗シート４を、例えばポリエチレンにカーボンを混入させて１０の４乗から１０の８乗程度の表面抵抗を有するシートで構成している。

１０の４乗から１０の８乗程度の表面抵抗を有するシートは、通常市販されているカーボン入りの１００μｍの厚みのポリエチレンフィルムで半導体ＩＣや電子部品を搭載した基板を静電気から保護するための導電袋等に良く使われ、一般的に入手可能なものである。実施例では、１０の４乗から１０の８乗程度の表面抵抗を有するシートを使用したが、さまざまな用途で使われる感圧抵抗シートの形状は異なるから、電極間の抵抗も大きく異なる。実際の制御回路では、電極間の抵抗と感圧抵抗が制御手段やスイッチ手段の入力として、回路入力インピーダンスに影響しないよう最適に抵抗を設定することが望ましい。従って、さまざまな用途に合わせて、数キロオームから数十メガオームの表面抵抗まで使用することができる。しかし、これ以上の表面抵抗値では、Ｘ方向又はＹ方向の抵抗値が大きくなり、接触座標の検出が困難になり、また、これ以下の表面抵抗では、感圧特性が不十分で検出に支障がでる場合がある。

感圧抵抗シート４の周辺部に、Ｘ方向に電流を流すための一対の第１電極部９、１０と、Ｙ方向に電流を流すための一対の第２電極部１１，１２とが設けられ、例えば、一対の第１電極部９、１０は感圧抵抗シート４のＸ方向の抵抗に電流を流すための電極部とされ、一対の第２電極部９、１０は感圧抵抗シート４のＹ方向の抵抗に電流を流すための電極部とされている。
そして、感圧抵抗シート４は方形状に形成され、この感圧抵抗シート４の４隅部に、第１電極Ａと第２電極Ｂと第３電極Ｃと第４電極Ｄとがそれぞれ設けられ、前記一方の第１電極部９が、第１電極Ａと第３電極Ｃとで構成され、他方の第１電極部１０が、第２電極Ｂと第４電極Ｄとで構成され、前記一方の第２電極部１１が、第１電極Ａと第２電極Ｂとで構成され、他方の第２電極部１２が、第３電極Ｃと第４電極Ｄとで構成されている。前記第１電極Ａ、第２電極Ｂ、第３電極Ｃ及び第４電極Ｄは、例えば感圧抵抗シート４に銅箔を装着することにより構成されている。

前記一対の導電性フィルム５，６は、感圧抵抗シート４の厚み方向に対応する一対の各表面にそれぞれ設けられ、例えば、感圧抵抗シート４のＺ方向の抵抗に電流を流すための導電体（第３電極部）とされている。導電性フィルム５，６は、感圧抵抗シート４に向かっている面が導電性を有しているフィルムであり、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）表面にアルミが蒸着されたアルミＰＥＴで構成してもよいし、ＰＩ（Ｐｏｌｙ Ｉｍｉｄｅ）に導電膜を張ったＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）等で構成してもよい。この一対の導電性フィルム５，６は、感圧抵抗シート４に対応してそれぞれ方形状に形成され、導電性フィルム５，６は感圧抵抗シート４にＺ方向に電流を流すための一対の第３電極部とされている。なお、一対の導電性フィルム５，６を一対の第３電極部とする場合、一対の導電性フィルム５，６に電源等からの配線を直接接続するようにしてもよいし、一対の導電性フィルム５，６に例えば銅箔を装着してなる電極を設け、この電極に電源等からの配線を接続するようにしてもよい。

次に、感圧抵抗シート４を利用して、接触圧（感圧）検出と接触位置（位置座標）検出を行う原理について説明する。
感圧抵抗シート４は、厚み方向の押力に対して抵抗の変化を示し、たとえば、直径４ｍｍの面積に１Ｎ（ニュートン）の荷重を感圧抵抗シート４にかけると、数十キロオームの抵抗を有していたものが、１００Ｎの荷重では、数十オームの抵抗になる。これと同等の機能を有するものに、よく知られている感圧導電性ゴムがある。感圧導電性ゴムは、シリコーンゴムと金属またはカーボン粒子とを組み合わせた複合材料で、圧力の刺激に応じて絶縁状態から導電状態へと抵抗変化を示す加圧導電性ゴムであり、加圧することによって、内部の金属粒子が接触するために導電性を有するものであり、厚み方向の機能に関しては、上記カーボンを混入させた本発明に使われる感圧抵抗シート４と同様である。しかし、感圧導電性ゴムは、液晶ガラスパネル上の電極と外部に接続するＦＦＣケーブルを接続するために、シリコーンゴムフィルムの厚さ方向に金属粒子を配列させた異方導電性コネクタとしても使用されてきたように、絶縁性能の高いゴムと導電性の高い金属粒子により構成されているから、厚み方向への加圧に対しては、導電性を有するが、加圧周辺以外のＸ，Ｙ平面に対しては、高い絶縁性能があり、従来は、前述したようにＸＹ座標位置を検
出するために、他の部品と組み合わせて実施されてきた。

一方、本発明に使用されるカーボンを混入させたポリエチレンフィルム製の感圧抵抗シート４は、従来の感圧導電性ゴムに比較して、Ｘ，Ｙ平面でも所定の抵抗性を有するもの
である。従って、Ｘ，Ｙ平面でも所定の抵抗値が得られれば、感圧抵抗シート４としてゴ
ムを基材に使用することも、また他の感圧材料を使用することに問題はない。
感圧抵抗シート４は、２枚の導電性フィルム５，６の導電面を接してはさまれているが、その間には、スペーサを介しており、押圧がかからないとき、２枚の導電フィルム５，６間は絶縁、もしくは、感圧抵抗シート４の厚み方向（Ｚ方向）の抵抗値と比較して、２倍以上大きい抵抗を有するように設計することが望ましい。

スペーサとして、数ミクロンから数１０ミクロン厚のフィルムスペーサを左右両端に入れて間隙を作ってもよいし、タッチパネルや液晶のパネルに用いられる数ミクロンから数１０ミクロンの球状の樹脂ビーズのマイクロスペーサを用いて間隙をつくってもよい。導電性フイルム５，６を押すことによって、その押圧位置で導電性フィルム５，６の導電面と感圧抵抗シート４が接触するように作られている。マイクロスペーサによって間隙を確保するとき、マイクロスペーサの分布密度によって、押圧に対する圧力検知開始感度が変わる。密度が大きいと、押圧が大きくなければ、感圧抵抗シート４と接触しない。また、密度が小さいと、少しの押圧で検知することができるので、用途に応じてマイクロスペーサの密度を選ぶことができる。もちろんこれらは、導電性フィルム５，６の厚み、剛性によっても影響されるので、圧力検出開始感度は、これら導電性フィルム５，６とマイクロスペーサの条件で決定する必要がある。

さて、このように構成された触覚センサ３を使って、入力情報を検出する基本動作を説明すると、接触圧を検出する接触圧検出手段として、導電性フィルム５、感圧抵抗シート４、導電フィルム６を使う。導電性フィルム６の導電面と感圧抵抗シート４が接する面を触覚センサ領域とし、導電性フィルム５と導電性フィルム６が対峙した導電面と感圧抵抗シート４に接する面を触覚圧力センサ領域とする。従って、必ずしも導電性フィルム６の導電面積と導電性フィルム５の導電面積は同じものでなくてもよい。この一対の導電性フィルム５，６（一対の第３電極部）間に一定電流を流す。前述したように、導電性フィルム６を加圧することによって感圧抵抗シート４に圧力が加わり、Ｚ方向の抵抗値が変化する。よって、一対の導電性フィルム５，６に流れる電流を一定にすれば、導電性フィルム５，６（第３電極部）間の電圧Ｖｚから加圧力（接触圧）を求めることができる。即ち、導電性フィルム５から電流を流し、導電性フィルム６から電流を取り出すときに、導電性フィルム５の電圧Ｖ５と導電性フィルム６の電圧Ｖ６との差（組み合わせ）から接触圧を求めることができる。

次に、接触位置（接触によるＸ、Ｙ座標）を検出する検出手段について説明する。感圧
抵抗シート４の第１電極Ａ及び第３電極Ｃ（第１電極部９）に、電圧Ｖｘ０を加え、第２電極Ｂ及び第４電極Ｄ（第１電極部１０）をＧＮＤとする。図５は点接蝕した場合の感圧抵抗シート４の等価回路を示しており、図５に示すように、導電性フィルム６のある座標位置を押さえると、導電性フィルム６の導電面は、感圧抵抗シート４に接触する。接触位置を第２電極Ｂ及び第４電極Ｄ（第１電極部１０）の位置からＸ方向にＸ１の距離の点Ｓ
が接触されたとすれば、導電性フィルム６（第３電極部）の電圧Ｖｚｘは、
Ｖｚｘ＝Ｘ１／（Ｘ１＋Ｘ２）＊ Ｖｘ０
となる。

ここで、Ｘ２は、第１電極Ａ及び第３電極Ｃ（第１電極部９）の位置から接触点ＳまでのＸ方向の距離である。
従って、一対の第１電極部９，１０間に電圧Ｖｘ０を印加して感圧抵抗シート４にＸ方向の電流を流したときに、一方の第１電極部９と、一方の導電性フィルム６との間の電圧Ｖｚｘを検出し、この検出した電圧Ｖｚｘと前記印可電圧Ｖｘ０との関係からＸ方向の接触位置を求めることができる。即ち、第１電極部９から電流を流し、第１電極部１０から電流を取り出したときに、第１電極部９の電圧Ｖ９と、第１電極部１０の電圧Ｖ１０との差（組み合わせ）と、一方の第１電極部９の電圧Ｖ９と一方の導電性フィルム６の電圧Ｖ６との差（組み合わせ）とからＸ方向の接触位置を求めることができる。

同様に、第１電極Ａ及び第２電極Ｂ（第２電極部１１）に、電圧Ｖｙ０を加え、第３電極Ｃ及び第４電極Ｄ（第２電極部１２）をＧＮＤとすると、
Ｖｚｙ＝ Ｙ１／（Ｙ１＋Ｙ２）＊ Ｖｙ０
となる。
ここで、Ｙ１は、第３電極Ｃ及び第２電極Ｄ（第２電極部１２）の位置から接触点ＳまでのＹ方向の距離であり、Ｙ２は、第１電極Ａ及び第２電極Ｂ（第２電極部１１）の位置から接触点ＳまでのＹ方向の距離である。

従って、一対の第２電極部１１，１２間に電圧Ｖｙ０を印加して感圧抵抗シート４にＹ方向の電流を流したときに、一方の第２電極部１１と、一方の導電性フィルム６との間の電圧Ｖｚｙを検出し、この検出した電圧Ｖｚｙと前記印可電圧Ｖｙ０との関係からＹ方向の接触位置を求めることができる。即ち、第２電極部１１から電流を流し、第２電極部１２から電流を取り出したときに、第２電極部１１の電圧Ｖ１１と、第２電極部１２の電圧Ｖ１２との差（組み合わせ）と、一方の第２電極部１１の電圧Ｖ１１と一方の導電性フィルム６の電圧Ｖ６との差（組み合わせ）とからＹ方向の接触位置を求めることができる。

また、接触位置の導電フィルム６から感圧抵抗シート４の電極部に電流を流し、感圧抵抗シート４に配置された各電極部に流れる電流で検出するようにしても位置座標検出を求めることもできる。このとき、４隅に流れだす電流値は接触点との距離に反比例した電流が流れる。
図６〜図８は面接蝕した場合の等価回路で、図６は面接触時のＸ方向及びＹ方向の抵抗の等価回路を示し、図７は面接触時におけるＹ方向の抵抗を省略してＸ方向の抵抗のみを取り出した場合の等価回路を示し、図８は面接触時におけるＸ方向の抵抗を省略してＹ方向の抵抗のみを取り出した場合の等価回路を示している。図６〜図８に示すように、図５の場合と同様に接触座標はＶｚｘ／Ｖｘ０の比、Ｖｚｙ／Ｖｙ０の比で求めることができる。電圧Ｘｚｘは、感圧抵抗Ｒｘ４と感圧抵抗Ｒｘ５の比率に対応した電圧であり、電圧
Ｘｚｙは、感圧抵抗Ｒｙ４と感圧抵抗Ｒｙ５の比率に対応した電圧であるから、導電フィ
ルム６で検出される電圧Ｖ６は、接触面積の中心ではなく、押圧の圧力分布に比例した位置の電圧が出力されることになる。特に本発明では、同一平面内での位置座標と圧力情報を取り込むことができるので、正確に検出することができる。

通常、接触面に面積を持っているときは、接触圧力情報のない接触座標位置の検出には、誤差が生じる。従来（例えば特許第３０５５４４８号）では、その解決のために接触面の大小による変化から正確な接触座標を求めているが、接触圧の分布情報が取り込まれていないために、たとえば、接触面の一端で接触圧が大きい場合など圧力情報が取り込まれていない接触した面積で補正を行うと、逆に接触の中心位置の誤差が大きくなる可能性がある。本発明では、１枚の感圧抵抗シート４により、同一平面内で押圧の分布に応じた比率で接触位置のＸ，Ｙ座標を求めているので、より正確にＸ，Ｙ座標を求めることができ
る利点がある。

次に、接触周辺圧から接触長さを検出する手段として、感圧抵抗シート４、導電性フィルム６を使う。まず、接触加圧する前に感圧抵抗シート４の第１電極Ａ及び第３電極Ｃ（一方の第１電極部９）と、第２電極Ｂ及び第４電極Ｄ（他方の第１電極部１０）との間に、一定電流を加えて、一対の第１電極部９，１０間の電圧Ｖｘ０を検出し、次に感圧抵抗シート４の第１電極Ａ及び第２電極Ｂ（一方の第２電極部１１）と、第３電極Ｃ及び第４電極Ｄ（他方の第２電極部１２）との間に、一定電流を加えて、一対の第２電極部１１，１２間の電圧Ｖｙ０を検出する。導電フィルム６を介して感圧抵抗シート４のある位置にある面積を持って接触加圧すると、一対の第１電極部９，１０及び一対の第２電極部１１，１２間に流す一定電流は、接触面では感圧抵抗シート４から導電性フィルム５，６に流れ、一対の第１電極部９，１０間及び一対の第２電極部１１，１２間の電圧Ｘｘ，Ｖｙは
低下する。このＸ方向の変化量Ｖｘ０−Ｖｘと、Ｙ方向の変化量Ｖｙ０−Ｖｙとを接触圧
に対応した接触面積と定義できる。接触面が大きくなれば、導電性フィルム５，６を通過する電流は増加することになり、第１電極部９，１０間の電圧Ｖｘ及び第２電極部１１，１２間の電圧Ｖｙは低下する。

これを、図５〜図８の等価回路で説明すると、図５〜図８は、導電性フィルム６及び感圧抵抗シート４に加圧されたときの各部の抵抗を表したものである。図５は点接触した場合の等価回路であり、接触による一対の第１電極部９，１０間、または一対の第２電極部１１，１２間の抵抗の変化はない。
図６〜図８は面接触した場合の等価回路で、実際は、接触面の各位置とその位置での感圧抵抗シート４の抵抗の分布で表されるが、図６〜図８はそれを簡単モデル化した等価回路である。一対の第１電極部９，１０間の電流は、図６及び図７に示すように、接触面以外の位置では感圧抵抗シート４の抵抗Ｒｘ１を流れ、接触面では加圧力が大きい接触面のエッジ部の位置座標で感圧抵抗Ｒｘ４を通して導電フィルム６に、感圧抵抗Ｒｘ４０を通して導電フィルム５に流れ、加圧力が大きい接触面の他方のエッジ部の位置座標の感圧抵抗Ｒｘ５及び感圧抵抗Ｒｘ５０を介して流れる電流と感圧抵抗シート４の感圧抵抗Ｒｘ３に流れる電流との総和が、感圧抵抗シート４の感圧抵抗Ｒｘ２に流れることになる。これらは、接触面のエッジ部の位置座標で感圧抵抗Ｒｘ４、感圧抵抗Ｒｘ４０、感圧抵抗Ｒｘ５、感圧抵抗Ｒｘ５０を通して導電フィルム５，６に流れているのであるから、検出される電圧変化量Ｖ０ｘ−Ｖｘは、単純に接触面積に比例するのではなく、接触圧接触の外周辺の圧力によっても影響される。これは、接触面積を検出するときの閾値を決めるものとなり、電極間で最も抵抗が小さくなるように電流が流れることでその値は決定される。

また、図９は、接触位置が触覚センサ３の中心付近のときの電極Ａ，Ｃと接触位置との間の等価抵抗を示し、図１０は、接触位置が触覚センサ３の周辺付近のときの電極Ａ，Ｃと接触位置との間の等価抵抗を示しているが、電極間で最も抵抗が小さくなるように電流が流れるので、図９及び図１０に示すように、接触位置が電極を結ぶ最短距離から離れると、接触面積が同じでも、電極間の抵抗の変化が少なくなるので、接触座標により補正する必要がある。
また、上述の接触長さは、電極部９，１０，１１，１２で電流を流し、その変化を検出したが、導電体５、もしくは導電体６から電流を流し、電極部９，１０，１１，１２でその電圧の変化を検出し、すでに検出された接触圧、接触座標を求める電圧の組み合わせから、接触長さを算出してもよい。

本発明では、同一平面内で接触周辺の圧力を取り込むことができるので、検出される接触面積は精度の高い値を得ることができる。なお、接触面積が小さい場合は、図６〜図８に示す感圧抵抗Ｒｘ３、感圧抵抗Ｒｙ３が小さいので、導電フィルム５，６に回りこむ電流は少なくなり、接触面積はより小さく検出されるが、これらは、単純に補正をおこなって利用してもよいし、先に検出された圧力値と組み合わせて、接触面にかかる荷重を補正してもよい。
前述では、圧力検出や座標検出時の電極構成が同じで、かつ制御方法も同じ方式にして、制御部２７を共通に使って、スイッチ手段１６により切り替えて、圧力検出し、Ｘ方向
とＹ方向とを別々にして座標検出し、接触長さを求めてきたが、接触位置の導電フィルム６から感圧抵抗シート４の電極部９，１０，１１，１２（電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に電流を流し、導電体５から電流を取り出すことによって、圧力検出を、感圧抵抗シート４に配置された各電極部９，１０，１１，１２（電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に流れる電流で検出する制御方法で、一度にＸ方向、Ｙ方向の位置座標を検出することもできる。

また、前記実施の形態では、ＸＹ座標位置を求めるものであったが、用途によっては、
センサの電極構成を簡単にして、Ｘ座標のみ、Ｙ座標のみを求める構成であってもよい。
要するに、シート面に沿う方向に抵抗を有するシートであって、シートの厚み方向に抵抗を有すると共に厚み方向の押圧に対応して厚み方向の抵抗が変化する感圧抵抗シート４を備え、感圧抵抗シート４への接触圧、接触位置、接触長さのうち少なくとも２つを求めるべく、感圧抵抗シート４に、そのシート面に沿う方向及び／又は厚み方向に電流を流すようにすればよい。

次に、本発明の触覚センサの動作と触覚センサを使用したロボット１の制御について詳細に説明する。
図１１において、１５は定電流電源、１６はアナログのマルチプレクサを利用して構成したスイッチ手段で、切り替えスイッチＳＷ１と切り替えスイッチＳＷ２とを備え、図１又は図２にも示すように、スイッチ手段１６は、触覚センサ３と後述する制御手段２４との間に介在されている。切り替えスイッチＳＷ１は、互いに連動して動く一対の可動接点１８，１９を有し、定電流電源１５を導電性フィルム５，６側に接続するか電極Ａ，Ｄ側に接続するかを切り替えるようになっている。切り替えスイッチＳＷ２は、電極Ｂを電極Ｄ又は電極Ａに接続する可動接点２１と、電極Ｃを電極Ａ又は電極Ｄに接続する可動接点２２とを有し、電流を電極Ａ，Ｃ（第１電極部９）から電極Ｂ，Ｄ（第１電極部１０）に流すか、電流を電極Ａ，Ｂ（第２電極部１１）から電極Ｃ，Ｄ（第１電極部１２）へ流すかを切り替えるようになっている。

２３はスイッチ切り替え回路で、切り替えスイッチＳＷ１，ＳＷ２を連動して切り替え動作させる。２４は制御手段で、Ａ／Ｄ変換器２５と、ＣＰＵとメモリとを有する制御部２７と、モータ駆動回路２８とを有している。３０はＣＰＵ等により構成した外部制御器である。３１はロボット１の駆動モータで、図１に示すようにロボット１の足の膝部分や足首部分に取り付けられ、駆動モータ３１の駆動により、ロボット１の下脚部を前後揺動させたり、足を足首部分で前後揺動させるようになっている。また、駆動モータ３１は、図２に示すように、前記手の指に装着した各触覚センサ３に対応して、手の指の関節部分に組み込まれ、駆動モータ３１の駆動により手の指を関節部分で動かして、手を握ったり開いたりできるようになっている。

触覚センサ３の制御は、まず、切り替えスイッチＳＷ１の可動接点１８，１９を導電性フィルム５，６側に倒して、定電流電源１５から導電性フィルム５，６に電流が流れるように設定する。通常、触覚センサ３に接触していないとき、スペーサ等によって導電性フィルム５，６間は絶縁されているので、導電性フィルム５，６間に電流を流すと、導電性フィルム５，６間に定電流電源１５で設定される最大電圧Ｖｍａｘが発生する。そして、触覚センサ３に接触することによって、導電性フィルム５，６は感圧抵抗シート４を介して接続され、導電性フィルム５，６間に電圧Ｖｚが発生する。この電圧Ｖｚが所定の電圧以下になったときから、以下に述べる検出を開始する。
〔接触圧の検出〕
触覚センサ３への接触による押圧が増加するのに応じて、感圧抵抗シート４の抵抗が減少し、導電性フィルム５，６間の電圧Ｖｚは変化するから、電圧Ｖｚが所定の電圧Ｖｚ０以下になったときから、所定時間後、導電性フィルム６から電流を取り出すときに、導電性フィルム５の電圧Ｖ５と導電性フィルム６の電圧Ｖ６との差（組み合わせ）から接触圧を示す電圧Ｖｚを検出し、制御手段２４のＡ／Ｄ変換器２５で変換したデータを制御部２７に格納する。
〔接触座標の検出〕
次に、切り替えスイッチＳＷ１の可動接点１８，１９を電極Ａ，Ｄ側に倒して、電極Ａ，Ｄ側に定電流電源１５を接続する。この際、定電流電源１５から電極Ａ，Ｃ（第１電極部９）と電極Ｂ，Ｄ（第１電極部１０）との間に定電流を流すように、切り替えスイッチＳＷ２は、その可動接点２１が電極Ｄ側に倒れて電極Ｂと電極Ｄとを接続すると共に、可動接点２２が電極Ａ側に倒れて電極Ａと電極Ｃとを接続した状態になっており、第１電極部９から電流を流し、第１電極部１０から電流を取り出したときに、第１電極部９の電圧Ｖ９と、第１電極部１０の電圧Ｖ１０との差（組み合わせ）である、第１電極部９，１０間の電圧Ｖ０ｘを制御手段２４に入力し、ＡＤ変換器２５で変換してそのデータを制御部２７に格納する。

このとき、電流は感圧抵抗シート４をＸ方向に流れ、一方の第１電極部９の電圧Ｖ１０
と一方の導電性フィルム６の電圧Ｖ６との差（組み合わせ）とから、導電性フィルム５と電極Ｂ，Ｄ（第１電極部１０）との間の電圧Ｖｚxを検出して、同様に制御手段２４のＡＤ変換器２５で変換してそのデータを制御部２７に格納する。Ｘ方向の接触位置を示す接触位置のＸ座標はＶｚx／Ｖ０xであるから、制御部２７で計算し、Ｘ座標を求める。

次に、切り替えスイッチＳＷ２の可動接点２１を電極Ａ側に倒して電極Ａと電極Ｂとを接続すると共に、可動接点２２を電極Ｄ側に倒して電極Ｃと電極Ｄとを接続し、電極Ａ，Ｂ（第２電極部１１）と電極Ｃ，Ｄ（第２電極部１２）との間に電流を流せば、電流は感圧抵抗シート４をＹ方向に流れ、同様に接触位置のＹ座標も、第２電極部１１から電流を流し、第２電極部１２から電流を取り出したときに、第２電極部１１の電圧Ｖ１１と、第２電極部１２の電圧Ｖ１２との差（組み合わせ）と、一方の第２電極部１１の電圧Ｖ１１と一方の導電性フィルム６の電圧Ｖ６との差（組み合わせ）とから、Ｙ方向の接触位置を求すＶｚｙ／Ｖ０ｙを制御部２７で計算し、そのデータをメモリに格納する。
〔接触圧に対する接触面積の検出〕
あらかじめ触覚センサ３に接触していないときの電極Ａ，Ｃ（第１電極部９）と電極Ｂ，Ｄ（第１電極部１０）との間の電圧をＶ０ｘｍａｘ、電極Ａ，Ｂ（第２電極部１１）と電極Ｃ，Ｄ（第２電極部１２）との間の電圧Ｖ０ｍａｘを制御手段２４のＡ／Ｄ変換器２５でＡＤ変換し、そのデータを制御部２７に格納しておく。そして、Ｘ方向、Ｙ方向の接
触圧に対する接触面積をそれぞれＶ０ｍａｘ−Ｖ０ｘ，Ｖ０ｙｍａｘ−Ｖ０ｙで示すことができるから、これらデータを制御部２７で計算し、そのデータをメモリに格納する。
〔外部ＣＰＵへの転送とモータ制御〕
次に、制御部２７のメモリに格納されたデータは、外部制御器３０に転送されると同時に、外部制御器３０からモータ駆動の指示があるまで、制御部２７は、再度触覚センサ３の接触圧の検出、接触座標の検出、接触圧に対する接触長さ（面積）の検出の制御を実施するとともに、その変動が最小になるように各駆動モータ３１を駆動制御する。そして、一対の第１電極部９、１０間及び一対の第２電極部１１，１２間の電圧が所定の値以上になり、かつ一対の導電体５，６間の電圧が所定の値以上になったときに、前記制御部２７による求めたデータの値を保持する制御を停止する。
上記実施の形態によれば、触覚センサ３のＸＹ座標の位置にどれぐらい接触圧がかかっているかが、正確かつ迅速に検出でき、その入力情報に応じて、ロボット１の各指の駆動モータ３１を動作させて、精密にかつ正確に状況に応じてフィードバックすることができる。たとえば、ロボット１と握手するときには、子供とは弱く、かつやわらかく、また、強く意思表示を行う必要なときは強く、また指の先まで制御して意志を正確に伝えることも可能となる。そのほかにもこれを足裏の圧力検出にも応用すれば、２足歩行時、バランスを崩したような場合、足の一部分の接触圧の変化が検出できるため、細かな制御によりロボット１のバランスを保つ用途に利用することも可能となる。

図１２及び図１３は他の実施形態を示し、前記実施形態におけるスイッチ手段１６の切り替えスイッチＳＷ１，ＳＷ２に代えて、スッチ回路１６に第１スイッチＳＷ１１と第２スイッチＳＷ１２と第３スイッチＳＷ１３と第４スイッチＳＷ１４とを設けている。第１スイッチＳＷ１１は、可動接点３５を有し、定電圧電源１５の高圧側に対して導電性フィルム５を接続又は切断するように構成されている。第２スイッチＳＷ１２は、可動接点３６を有し、定電圧電源１５のＧＮＤ側に対して感圧抵抗シート４の第１電極Ａを接続又は切断するように構成されている。第３スイッチＳＷ１３は、可動接点３７を有し、定電圧電源１５のＧＮＤ側に対して導電性フィルム６を接続又は切断するように構成されている。第４スイッチＳＷ１４は、前記切り替えスイッチＳＷ２と同様に、電極Ｂを電極Ｄ又は電極Ａに接続する可動接点２１と、電極Ｃを電極Ａ又は電極Ｄに接続する可動接点２２とを有し、電流を電極Ａ，Ｃ（第１電極部９）から電極Ｂ，Ｄ（第１電極部１０）に流すか、電流を電極Ａ，Ｂ（第２電極部１１）から電極Ｃ，Ｄ（第１電極部１２）へ流すかを切り替えるようになっている。また、導電性フィルム５，６、感圧抵抗シート４の電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを制御手段２４のＡ／Ｄ変換器２５に接続し、導電性フィルム５，６、感圧抵抗シート４の電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからの信号（電圧）をＡ／Ｄ変換器２５に入力するようにしている。その他の点は前記実施の形態の場合と同様の構成である。

この実施の形態の場合、制御手段２４の制御部２７により、スイッチ切り替え回路２３を介して第１スイッチＳＷ１１〜第４スイッチＳＷ１４を図１３に示すように切り替える。即ち、図１３では、左端部に第１スイッチＳＷ１１〜第４スイッチＳＷ１４を切り替える順序が記載され、下側から順に１，２，３，４，５の順に切り替えられる。第１スイッチＳＷ１１の列の「１」は、定電圧電源１５の高圧側に対して導電性フィルム５を接続した状態を示し、「０」は、定電圧電源１５の高圧側に対して導電性フィルム５を切断した状態を示している。第２スイッチＳＷ１２の列の「１」は、定電圧電源１５のＧＮＤ側に対して感圧シート４の第１電極Ａを接続した状態を示し、「０」は、定電圧電源のＧＮＤ側に対して感圧シート４の第１電極Ａを切断した状態を示している。第３スイッチＳＷ１３の列の「１」は、定電圧電源１５のＧＮＤ側に対して導電性フィルム６を接続した状態を示し、「０」は、定電圧電源１５のＧＮＤ側に対して導電性フィルム６を切断した状態を示している。第４スイッチＳＷ１４の列の「１」は、電流を電極Ａ，Ｃ（第１電極部９）から電極Ｂ，Ｄ（第１電極部１０）に流すように切り替えた状態を示し、「０」は、電流を電極Ａ，Ｂ（第２電極部１１）から電極Ｃ，Ｄ（第１電極部１２）へ流すように切り替えた状態を示している。

制御部２７の制御によって、スイッチ切り替え回路２３を介して第１スイッチＳＷ１１〜第４スイッチＳＷ１４が切り替え動作される。まず、第１スイッチＳＷ１１〜第４スイッチＳＷ１４が、「１，１，１，１」の状態になって、前記実施の形態の場合と同様にＺ座標の押圧検出が行われ、次に第１スイッチＳＷ１１〜第４スイッチＳＷ１４が、「１，１，０，１」の状態に切り替わって、前記実施の形態の場合と同様に接触面積の検出が行われる。次に、第１スイッチＳＷ１１〜第４スイッチＳＷ１４が、「１，０，０，１」の状態に切り替わった後、さらに「１，０，０，１」の状態に切り替わり、前記実施の形態の場合と同様にＹ座標検出が行われ、最後に、第１スイッチＳＷ１１〜第４スイッチＳＷ１４が、「０，０，０，０」の状態に切り替わり、前記実施の形態の場合と同様にＸ座標検出が行われる。

従って、この実施の形態の場合も、前記実施の形態の場合と同様に、触覚センサ３のＸＹ座標の位置にどれぐらい接触圧がかかっているかが、正確かつ迅速に検出でき、その入力情報に応じて、ロボット１の各指の駆動モータ３１を動作させて、精密にかつ正確に状況に応じてフィードバックすることができる。
なお、前記実施の形態では、スイッチ手段１６により、導電フィルム５，６に電流を流し、圧力検出を行う場合と、電極部９，１０，１１，１２に電流を流し、接触座標を求める場合とで制御を切り替えてきたが、圧力検出及び接触座標を求める方法は、前記実施の形態の場合に限定されず、例えば、導電フィルム６に電源１５を接続して、図１４に示すように、導電フィルム６から電流を流し、感圧抵抗シート４の電極部９，１０，１１，１２と、接触位置の導電フィルム５とから電流を同時に取り出すことによって、導電フィルム５の電圧Ｖ５と導電フィルム６電圧Ｖ６とから圧力検出し、導電フィルム６の電圧Ｖ６及び電極Ａ，Ｃの電圧ＶＡ，ＶＣから、式〔（Ｖ６−ＶＡ）／（Ｖ６−ＶＣ）〕を用いて、Ｘ方向の接触位置を求めると共に、導電フィルム６の電圧Ｖ６及び電極Ｂ，Ｄの電圧ＶＢ，ＶＤから、式〔（Ｖ６−ＶＢ）／（Ｖ６−ＶＤ）〕を用いて、Ｙ方向の接触位置を求めるようにしてもよい。従って、各電極部９，１０，１１，１２（各電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の電圧と導電フィルム５，６の電圧を組み合わせることによって、スイッチ手段を必要とせず、圧力検出、位置座標検出、接触長さを求めることもできる。

また、前記実施の形態では、原理をわかりやすく説明するために直流の定電流源を印加しているが、定電圧源と抵抗を利用し、簡易な定電流源を実現してもよい。また所定の周波数成分の信号のみを取り出すことによってノイズ成分を低減する方法のために交流電源を用いることも可能である。
なお、前記実施の形態では、感圧抵抗シート４は方形状に形成されているが、感圧抵抗シート４の形状はこれに限定されず、円形その他の形状にすることも可能である。また、感圧抵抗シート４の形状に対応して、一対の導電性フィルム５，６を円形その他の形状にするようにしてもよい。また、感圧抵抗シート４の４隅部に、第１電極Ａと第２電極Ｂと第３電極Ｃと第４電極Ｄとをそれぞれ設け、これら電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄによって、第１電極部９と第１電極部１０と第２電極部１１と第２電極部１２とを構成する場合でも、感圧抵抗シート４は方形状限定されず、例えば感圧抵抗シート４の４辺が弓形に凹んだ四角形状や、４辺が弓形に膨出した形状その他の形状のものであってもよい。

また、前記実施に形態では、感圧抵抗シート４の表面に設けたＺ方向の抵抗に電流を流すための導電体として、感圧抵抗シート４を厚み方向の両側から挟むように配置した一対の導電性フィルム５，６を使用しているが、これに代え、感圧抵抗シート４を両側から挟む一対の導電体を、薄い銅板その他で構成するようにしてもよい。また、感圧抵抗シート４のＺ方向の抵抗に電流を流すための導電体を、感圧抵抗シート４の厚み方向両側の表面に３個以上設けるようにしてもよい。
また、前記実施の形態では、導電性フィルム５から電流を流し、導電性フィルム６から電流を取り出すときに、導電性フィルム５の電圧Ｖ５と導電性フィルム６の電圧Ｖ６との差（組み合わせ）から接触圧を求め、第１電極部９から電流を流し、第１電極部１０から電流を取り出したときに、第１電極部９の電圧Ｖ９と、第１電極部１０の電圧Ｖ１０との差（組み合わせ）と、一方の第１電極部９の電圧Ｖ９と一方の導電性フィルム６の電圧Ｖ６との差（組み合わせ）とからＸ方向の接触位置を求め、また、第２電極部１１から電流を流し、第２電極部１２から電流を取り出したときに、第２電極部１１の電圧Ｖ１１と、第２電極部１２の電圧Ｖ１２との差（組み合わせ）と、一方の第２電極部１１の電圧Ｖ１１と一方の導電性フィルム６の電圧Ｖ６との差（組み合わせ）とからＹ方向の接触位置を求めているが、接触圧、Ｘ方向の接触位置、Ｙ方向の接触位置の求め方はこれらに限定されず、例えば、前記実施の場合とは逆に、導電性フィルム６から電流を流し、導電性フィルム５から電流を取り出すときに、導電性フィルム６の電圧Ｖ６と導電性フィルム５の電圧Ｖ５との差（組み合わせ）から接触圧を求めるようにしてもよいことは勿論であるし、また、第１電極部１０から電流を流し、第１電極部９から電流を取り出したときに、第１電極部１０の電圧Ｖ１０と、第１電極部９の電圧Ｖ９との差（組み合わせ）と、第１電極部１０の電圧Ｖ１０と導電性フィルム５の電圧Ｖ５との差（組み合わせ）とからＸ方向の接触位置を求めるようにしてもよいことは勿論であるし、また、第２電極部１２から電流を流し、第２電極部１１から電流を取り出したときに、第２電極部１２の電圧Ｖ１２と、第２電極部１１の電圧Ｖ１１との差（組み合わせ）と、第２電極部１２の電圧Ｖ１２と導電性フィルム５の電圧Ｖ５との差（組み合わせ）とからＹ方向の接触位置を求めるようにしてもよいことは勿論である。また、図１４の実施の形態の場合、導電フィルム６から電流を流し、感圧抵抗シート４の電極部９，１０，１１，１２と、接触位置の導電フィルム５とから電流を同時に取り出すことによって、圧力検出し、接触座標位置を求めるようにしているが、これに代え、導電フィルム５から電流を流し、感圧抵抗シート４の電極部９，１０，１１，１２と、導電フィルム６とから電流を同時に取り出すことによって、圧力検出し、接触座標位置を求めるようにしてもよい。さらに、Ｘ方向の接触位置とＹ方向の接触位置との両方の接触位置を検出する必要は必ずしもなく、いずれか一方の接触位置を検出すればよいことから、接触圧、接触位置の求め方は、要するに、電極部９，１０，１１，１２及び導電体５，６のいずれか１つから電流を流し、残りの電極部９，１０，１１，１２又は導電体５，６から電流を取り出すときに、前記少なくとも一対の電極部９，１０，１１，１２の電圧Ｖ９，Ｖ１０，Ｖ１１，Ｖ１２と、前記少なくとも一対の導電体５，６の電圧Ｖ５，Ｖ６との組み合わせから、接触圧と、Ｘ方向の接触位置又はＹ方向の接触位置の少なくとも一方の接触位置とを求めるようにすればよい。

また、前記実施の形態では、接触圧を求める接触圧検出をなし、Ｘ方向の接触位置を求める接触位置検出をなし、Ｙ方向の接触位置を求める接触位置検出をなし、Ｘ方向の接触長さを求める接触長さ（面積）検出をなし、Ｙ方向の接触長さを求める接触長さ（面積）検出をなしているが、必ずしもこれらの５種類の検出を全部なす必要はなく、必要に応じて、１又は複数種の検出を省略することができ、例えば、接触圧を求める接触圧検出とＸ方向の接触位置を求める接触位置検出との２つをなすようにしてもよいし、接触圧を求める接触圧検出とＹ方向の接触位置を求める接触位置検出との２つをなすようにしてもよいし、接触圧を求める接触圧検出とＸ方向の接触長さを求める接触長さ（面積）検出との２つをなすようにしてもよいし、接触圧を求める接触圧検出とＹ方向の接触長さを求める接触長さ（面積）検出との２つをなすようにしてもよい。また、Ｘ方向の接触位置を求める接触位置検出とＸ方向の接触長さを求める接触長さ（面積）検出との２つをなすようにしてもよいし、Ｘ方向の接触位置を求める接触位置検出とＹ方向の接触長さを求める接触長さ（面積）検出との２つをなすようにしてもよいし、Ｙ方向の接触位置を求める接触位置検出とＸ方向の接触長さを求める接触長さ（面積）検出との２つをなし、又はＹ方向の接触位置を求める接触位置検出とＹ方向の接触長さを求める接触長さ（面積）検出との２つをなすようにしてもよい。

また、前記実施の形態では、感圧抵抗シート４の４隅部に、第１電極Ａと第２電極Ｂと第３電極Ｃと第４電極Ｄとをそれぞれ設け、これら電極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにより、感圧抵抗シート４にＸ方向に電流を流すための一対の第１電極部９，１０と、感圧抵抗シート４にＹ方向に電流を流すための一対の第２電極部１１，１２とを構成しているが、感圧抵抗シート４にＸ方向に電流を流すための一対の第１電極部９，１０及び感圧抵抗シート４にＹ方向に電流を流すための一対の第２電極部１１，１２はこのような構成のものに限定されず、例えば、一対の第１電極部９，１０又は一対の第２電極部１１，１２を、それぞれ１個又は３個以上のドット電極により構成するようにすることも可能である。また、前記実施の形態では、第１電極部９，１０及び第２電極部１１，１２の構造として、従来タッチパネルの検出方法に用いられる５線式制御方法と同様にしているが、電極構造を変えることにより、５線式以上の７線式、８線式の制御方法をとることもできる。

また、前記実施の形態における図１１又は図１２に示す触覚センサ応用装置では、説明の簡略化のため、ロボット（被制御装置）１に装着した複数枚の触覚センサ３のうち１枚の触覚センサ３の検出出力に基づいてロボット１のモータ駆動回路２８を駆動制御するようにしているが、これに代え、複数枚の触覚センサ３の検出出力に基づいてロボット１の１又は複数のモータ駆動回路２８等を駆動制御し、これにより、複数枚の触覚センサ３の複合した検出出力に基づいてロボット１を制御するようにしてもよい。また、逆に、ロボット（被制御装置）１に１枚の触覚センサ３のみを装着し、この１枚の触覚センサ３の検出出力に基づいてロボット１のモータ駆動回路２８を駆動制御するようにしてもよい。

また、前記実施の形態では、触覚センサ３を使用した触覚センサ応用装置として、ロボット１を駆動制御するようにしているが、触覚センサ３を使用した触覚センサ応用装置としては、ロボット１の駆動制御に限定されず、例えば、介護用いすやベッド或いはエアーバック装置等を被制御装置とし、これらを触覚センサ３の検出出力に基づいて制御するようにしてもよい。

ロボット用触覚センサ装置やいすやベッドにかかる圧力を検出して制御する装置として利用することができる。

本発明の一実施の形態を示すロボットの下脚部分の斜視図である。 同ロボットの手の部分の斜視図である。 同触覚センサの分解斜視図である。 同触覚センサの接触面積検出の一例を示す概念図である。 同触覚センサへの点接触時の感圧抵抗シートの等価回路である。 同触覚センサへの面接触時の感圧抵抗シートの等価回路である。 同触覚センサへの面接触時の感圧抵抗シートのＸ方向の等価回路である。 同触覚センサへの面接触時の感圧抵抗シートのＹ方向の等価回路である。 同触覚センサへの接触位置が中心付近の場合の等価回路である。 同触覚センサへの接触位置が周辺付近の場合の等価回路である。 同触覚センサ応用装置の回路図である。 他の実施形態を示す触覚センサ応用装置の回路図である。 同切り替えスイッチの切り替えの順序を示す図である。 圧力検出等の他の方法を示すための感圧抵抗シートの等価回路である。

符号の説明

１ ロボット（被制御装置）
３ 触覚センサ
４ 感圧抵抗シート
５ 導電性フィルム（導電体）
６ 導電性フィルム（導電体）
９ 第１電極部
１０ 第１電極部
１１ 第２電極部
１２ 第２電極部
２７ 制御部
３０ 外部の制御器

Claims (6)

1. シート面に沿うＸ方向及びＹ方向に抵抗を有するシートであって、シートの厚み方向と一致するＺ方向に抵抗を有すると共に厚み方向の押圧に対応してＺ方向の抵抗が変化する感圧抵抗シート（４）を備え、
   この感圧抵抗シート（４）の周辺部に、前記Ｘ方向の抵抗又はＹ方向の抵抗の少なくとも一方に電流を流すための電極部（９，１０，１１，１２）が少なくとも一対設けられ、感圧抵抗シート（４）の表面に、前記Ｚ方向の抵抗に電流を流すための導電体（５，６）が少なくとも一対設けられていることを特徴とする触覚センサ。
2. 前記電極部（９，１０，１１，１２）及び導電体（５，６）のいずれか１つから電流を流し、残りの電極部（９，１０，１１，１２）又は導電体（５，６）から電流を取り出すときに、前記少なくとも一対の電極部（９，１０，１１，１２）の電圧（Ｖ９，Ｖ１０，Ｖ１１，Ｖ１２）と、前記少なくとも一対の導電体（５，６）の電圧（Ｖ５，Ｖ６）との組み合わせから、接触圧と、Ｘ方向の接触位置又はＹ方向の接触位置の少なくとも一方の接触位置とを求めるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の触覚センサ。
3. 前記電極部（９，１０，１１，１２）及び導電体（５，６）のいずれか１つから電流を流し、残りの電極部（９，１０，１１，１２）又は導電体（５，６）から電流を取り出すときに、前記少なくとも一対の電極部（９，１０，１１，１２）の電圧（Ｖ９，Ｖ１０，Ｖ１１，Ｖ１２）を触覚センサへの接触前と、触覚センサへの接触時との電圧差を、前記求めた接触圧と接触位置とに対応した値に補正して、Ｘ方向の接触長さ又はＹ方向の接触長さの少なくとも一方の接触長さを求めるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の触覚センサ。
4. シート面に沿う方向に抵抗を有するシートであって、シートの厚み方向に抵抗を有すると共に厚み方向の押圧に対応して厚み方向の抵抗が変化する感圧抵抗シート（４）を備え、
   感圧抵抗シート（４）への接触圧、接触位置、接触長さのうち少なくとも２つを求めるべく、感圧抵抗シート（４）に電流を流すようにし、
   前記感圧抵抗シート（４）は、数キロオームから数１０メガオームの表面抵抗をもったカーボン入りポリエチレンフィルムで構成されていることを特徴とする触覚センサ。
5. 前記感圧抵抗シート（４）は、数キロオームから数１０メガオームの表面抵抗をもったカーボン入りポリエチレンフィルムで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の触覚センサ。
6. 請求項１に記載の触覚センサ（３）が装着された被制御装置（１）と、前記感圧抵抗シート（４）に電位勾配を発生させる電源（１５）と、前記電極部（９，１０，１１，１２）及び前記一対の導電体（５，６）の出力電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器（２５）とを備え、
   前記Ａ／Ｄ変換器（２５）からのデジタル信号を入力して、前記触覚センサ（３）への接触圧、接触位置、Ｘ方向及び／又はＹ方向の接触長さのうち少なくとも２つを求め、この求めた接触圧、接触位置、接触長さに基づいて前記被制御装置（１）を制御する制御部（２７）を備えることを特徴とする触覚センサ応用装置。

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