JPH04204026A - 触覚センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は触覚センサに関し、詳しくは、ロボットハンド
等に装着して、装着面に加えられる力の分布を検出する
ことが可能な触覚センサに関する。

［従来の技術］ 従来、ロボットハンド等に取付けられて、その表面上に
加えられる力の分布を検出する触覚センサとして、導電
性ゴムまたは半導体シリコンを用　・いたものが知られ
ている。第３図は導電性ゴムを加わると、導電性ゴム条
３０１と３０２との接触部分の面積が増加し抵抗が変化
する。したがって、例えば第４図に示すように導電性ゴ
ム条３０２に接続された電圧端子３０３に例えば５ｖの
電圧を１０００Ωの抵抗３０４を介して印加し、出力点
３０５の電圧を測定することにより加えられた力の大き
さを知ることができる。

第５図は半導体シリコン基板を用いた他の例で、荷重を
受ける受圧部１０２を有し、更に不図示の半導体ストレ
ンゲージが形成された複数のセンサセル１０１が弾性体
１０７の上に配設されており、これら複数のセンサセル
１０１をプリント回路基板（フレキシブル基板）１０３
と電気的に接続させて構成したものである。更にまた、
第８図は第５図のように構成された触覚センサに対し、
それらの受圧部１０２上に被覆用の樹脂シート１０５を
用いたものである。

］発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来技術の第１の例（第３図）にみられ
る触覚センサでは、加えられた力に比例して導電性ゴム
条同士の接触部分の面積が変化するとは限らず、接触部
分の抵抗値変化が力に対して比例せずにセンサ出力が非
線形になること、および電源端子、グランド端子、出力
端子をそれぞれの導電性ゴム条３０１，３０２に接続し
なければならないため、力の分布を高密度に検出しよう
とすると、配線数が多（なってしまう等の欠点がある。

また、従来技術の第２の例（第５図）にみられる触覚セ
ンサでは、上述の第１の例における、センサ出力の非線
形や配線数が多い等の課題は解決しているが、第６図に
示すように、外部から物体５０１が受圧部１０２に接触
して矢印のように荷重４０１が加えられた場合、衝撃に
弱いシリコンのセンサセル１０１が破損する可能性があ
り、信頼性の低下につながる。また、第７図に示すよう
に、受圧部１０２の端縁部１１２と物体５０１との間に
剪断力４０２が作用し、その結果として、受圧部１０２
がセンサセル１０１から剥離し、触覚センサとしての機
能が損われる。

更にまた、従来技術の第３の例（第８図）にみられる触
覚センサは、第２の例の場合に受圧部、１０２に生じた
剪断応力を小さ（するために、受圧部１０２上部に樹脂
−ト１０５を被覆したものである。しかし、この例でも
荷重４０１が比較的大きい場合には、第２の例と同様、
衝撃に弱いセンサセルｌｏｔが破損する慣れがあり、い
まひとつ信頼性がない。また、樹脂シート１０５自体と
物体５０１との間の摩擦力は比較的抑制されるものの、
そのために物体５０１が把持しに（いという問題点が生
じる。一方、受圧部１０２の端縁部１１２と樹脂シート
１０５の摩擦力の大きさには変りがないため、第９図に
示すように、樹脂シート１０５の方が破損し、結果とし
て物体５０１が受圧部１０２の端縁部１１２に直接に接
触することになり、受圧部１０２に大きい剪断力４０２
が作用する。そのために、受圧部１０２がシリコン素子
１０１から剥離し、触覚センサの機能が損われる。

なお、受圧部１０２の端縁部１１２に丸みをつけること
が考えられるが、このように、多数の受圧部１０２の上
面側の端縁部１１２のみに丸みを形成するには、それぞ
れの受圧部１０２を個別に加工しなければならず、著し
いコスト増を招き、経済的でない。

本発明の目的は、上述した従来の問題点に看目し、その
解決を図るべく、センサセルに半導体シリコン基板を用
いた触覚センサの長所を生かしつつ、ロボットハンド等
に装着して物体を把持させる場合、受圧部やセンサセル
自体を十分に保護することのできる触覚センサを提供す
ることにある。

］課題を解決するための手段１ かかる目的を達成するために、本発明は、荷重を受ける
ために穿設された受圧部と、該受圧部を介して加えられ
た荷重を検出するための複数の半導体ストレンゲージと
を具えた複数のセンサセルにフレキシブル基板を電気的
に接続してなる触覚センサにおいて、前記複数のセンサ
セルに跨って前記受圧部な被覆するゴムの表皮部材を設
けたことを特徴とするものである。

本発明の別の形態は、荷重を受けるために穿設された受
圧部と、該受圧部を介して加えられた荷重を検出するた
めの複数の半導体ストレンゲージとを具えた複数のセン
サセルにフレキシブル基板を電気的に接続してなる触覚
センサにおいて、前記受圧部と前記表皮部材との間に柔
軟性のある金属箔と、該金属箔を介して前記受圧部を被
覆する単層若しくは複層の樹脂シートとを設け、該樹脂
、シート上にシリコングリスを塗布した上に前記ゴムの
表皮部材を設けるようにしたことを特徴とするものであ
る。

［作　用１ 本発明によれば受圧部の上部よりゴムの表皮部材で被覆
することにより、物体との間の摩擦力を増大させ、セン
サセルへの衝撃が柔けられる。また、受圧部上に柔軟性
のある金属箔を配置することで、受圧部の端縁部を金属
箔でくるむ形とすることができ、金属箔によって双方内
に発生する剪断力を柔げることかでき、破損が抑制され
る。また、金属箔の上に樹脂シートを被覆し、さらに、
樹脂シートと表皮部材との間にシリコングリスを塗布す
ることにより、その間の摩擦係数を減少させ、荷重によ
って生じる受圧部や樹脂シートの破損を防止することが
できる。

［実施例１ 以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す。ここで、ｌは受圧部
２を有するセンサセル、３はこのような複数のセンサセ
ル１が電気的に接続されるフレキシブル基板、４は複数
のセンサセル１が配置、保持される弾性体、５は受圧部
２上から全体を被覆している樹脂シートである。しかし
て、本実施例では更にこのような樹脂シート５と受圧部
２との間に剪断に対して強く、かつ、比較的に柔軟性の
ある金属で形成した金属箔６を介装し、このような金属
箔６によって受圧部２の周縁部２Ａが樹脂シート５に直
接接触しないようにする。すなわち、金属箔６が受圧部
２の端縁部２Ａに倣って滑らかに変形し、これをくるむ
形とすることにより、樹脂シート５と端縁部２Ａとの間
に急激な段差のある変形が起らないようにする。

７は上述のようにして受圧部２上を被覆する樹脂シート
５に対し、受圧部２の上部にあたる部分に塗布されたシ
リコングリス、８はシリコングリス７の塗布された上か
ら樹脂シート５上を更に覆うようにして設けられた衝撃
保護用のゴムの表皮部材であり、ゴムの表皮部材８は滑
りや摩擦の点で皮膚的な感触を有するものである。

そこで、このように構成した触覚センサにおいては、ロ
ボットハンド等に取付けて物体を把持させたときに、ゴ
ムの表皮部材８により物体との間の摩擦力が強められる
と共に、ゴムの表皮部材８がセンサセル１およびその受
圧部２への衝撃を緩衝させる役割をする。しかも、シリ
コングリス７によりゴムの表皮部材８と樹脂シート５と
の間には滑りが得られる上、金属箔６が介在することに
よって樹脂シート５が受圧部２の端縁部２Ａに直接当接
するのを防止できるため、樹脂シート５が端縁部２Ａの
ために破損したり、受圧部２自体がセンサセル１か６剥
離したりするのを十分に抑制することができる。

本発明者等は、第２図に示すように荷重試験機′２１に
ロードセル２２と６軸力覚センサ２３とが取り付けられ
、加振機２４に平行スライダ２５を設置した摩耗実験装
置により本発明の触覚センサにかかわる実験を行い、そ
の効果を確認した。

まず、実験用のサンプルの触覚センサ１１０としては金
属箔６の上に２枚の樹脂シート５を重ね合わせて設けた
もの（以下でサンプルＡという）と金属箔６の上に２枚
の樹脂シート５と更にその上にシリコングリス７を塗布
してゴム表皮部材８を配置したもの（以下でサンプルＢ
という）とを用意して確認実験をおこなった。実験条件
は、垂直荷重１１を約３ｋｇｆとし、加振機２４による
強制変位を０．５ｍ■で振動させたときに発生する摩擦
力１２を測定した。その結果、サンプルＡの場合は、繰
り返し回数２００回の時点で樹脂シート５の１枚目が破
れ、３００回の時点で樹脂シート５の２枚目が破け、更
にその１ｉｌ１００回で金属箔６が破断したが、その後
も受圧部２の剥離までには至らなかった。

サンプルＢの場合は、繰り返し回数が２４００回でも摩
擦力１２は０．３ｋｇｆ以下で、受圧部２の剥離や破損
は勿論のこと、樹脂シート５の破断さえ認められなかっ
た。

【発明の効果１ 以上説明してきたように、本発明によれば、受圧部をゴ
ムの表皮部材で被覆することにより、物体との間の摩擦
力を増大させ、物体を把持し易くすると共に、センサセ
ルへの衝撃を柔げ、センサセルの破損を防止する効果が
得られる。また、受圧部上に金属箔を設置することで、
荷重によって作用する剪断力を金属箔に担持させて受圧
部への影響を柔げることができる。更にまた、金属箔の
上を樹脂シートで覆い、更にその上にシリコングリスを
塗布してゴムの表皮部材で被覆することにより、受圧部
とゴムの表皮部材との間に生じる剪断力を更に一層柔げ
る効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す断面図、 第２図は本発明の触覚センサのサンプルによる摩耗実験
装置の説明図、 第３図は第１従来例の構成を示す斜視図、第４図は第１
従来例による荷重検出回路の説明図、 第５図および第８図は第２および第３従来例の構成を示
す断面図、 第６図および第７図は第２従来例による不都合な検出状
態の説明図、 第９図および第１０図は第３従来例による不都合な検出
状態の説明図である。 １・・・センサセル、 ２・・・受圧部、 ２Ａ・・・端縁部、 ３・・・フレキシブル基板、 ５・・・樹脂シート、 ６・・・金属箔、 ７・・・シリコングリス、 ８・・・ゴムの表皮部材。 特許出願人　工業技術院長　　杉浦　　賢本管明０−Ｘ
犯例Ｏ洟べｔ作１耐伽図 第１図 ント、ｉｓ−轡へ’Ｌｔン”ｊ　ｒ＋”ｒｐ７・ルｒ＝
ｓ　６．ｌ＊）’、！ａｉ４ｍ　７第２図 ８１暖米州１区ｔｙ、１針覗図 第３図 ’Ｍ／　Ｂ９Ｆ’ｌｔ−ζ（シフ０１Ｅオ嘴：＊Ｕロ５
シｌｉｅ翫斬呼号℃駈ゴ第４図 Ｍ２α苓テｌ＋をンう可′１しべ午ｒｔＷま１生に實り
の獣日目りわ第６図 ＄２ＬＸ、４ｆｌＩＩ（ｓ６１−１シ４ミｒ、ＩＩｔ４
Ｅｉｌ、ａＦＩＬ　目呵’ｒｉｂ第７図 躬３吸爪例ｆ１檎瓜ｕ４窮ｉ回 紫３り（１−伜い−よう２ト（トイ〉１４２噌ヒ″ｂ己
ｔぐ廼しｎ９１日目Ｕ巴第９図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）荷重を受けるために穿設された受圧部と、該受圧部
   を介して加えられた荷重を検出するための複数の半導体
   ストレンゲージとを具えた複数のセンサセルにフレキシ
   ブル基板を電気的に接続してなる触覚センサにおいて、 前記複数のセンサセルに跨って前記受圧部を被覆するゴ
   ムの表皮部材を設けたことを特徴とする触覚センサ。 ２）前記受圧部と前記表皮部材との間に柔軟性のある金
   属箔と、該金属箔を介して前記受圧部を被覆する単層若
   しくは複層の樹脂シートとを設け、該樹脂シート上にシ
   リコングリスを塗布した上に前記ゴムの表皮部材を設け
   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。