JPS63217241A - Contact tactile sensor - Google Patents
Contact tactile sensorInfo
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- JPS63217241A JPS63217241A JP62049996A JP4999687A JPS63217241A JP S63217241 A JPS63217241 A JP S63217241A JP 62049996 A JP62049996 A JP 62049996A JP 4999687 A JP4999687 A JP 4999687A JP S63217241 A JPS63217241 A JP S63217241A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(a業上の利用分野)
本発明は例えばロボットのハンドに装着して、把握物か
ら受ける力を検出する接触覚センサに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Use) The present invention relates to a contact sensor that is attached to, for example, a robot's hand and detects force received from an object to be grasped.
近年、産業用ロボットの技術進歩にはめざましいものが
ある。特にロボットのハンドに接触覚センサをとりつけ
てロボットを知能化する傾向が益々強まりつつある。In recent years, technological advances in industrial robots have been remarkable. In particular, there is a growing trend to make robots more intelligent by attaching touch sensors to their hands.
接触覚センサに要求される性能・条件には次のものがあ
る。The performance and conditions required for contact sensors include the following:
■高感度二角を検出する感度が高いこと。一つの素子で
数グラムを検出できることが望ましい。■High sensitivity High sensitivity for detecting two corners. It is desirable to be able to detect several grams with one element.
■高分解能:センサの素子は小型で、密度の高いものが
望まれる。■High resolution: Sensor elements are desired to be small and highly dense.
■広いダイナミック・レンジ:できるだけ動作範囲が広
くとれること。■Wide dynamic range: The operating range should be as wide as possible.
■高信頼性・高耐久性:過酷な環境、長時間の使用に耐
えること。■High reliability and durability: Can withstand harsh environments and long-term use.
■直線性とヒステリシス:圧力と出力が比例し、ヒステ
リシスがないこと。■Linearity and hysteresis: Pressure and output should be proportional and there should be no hysteresis.
■応答速度:物を把握した時、その信号が制御部へ早く
伝わること。■Response speed: When an object is grasped, the signal is quickly transmitted to the control unit.
■柔軟性:人間の手の皮膚のように軟かいことが好まし
い。■Flexibility: It is preferable that the material be as soft as the skin of a human hand.
■すべり感覚:圧力だけでなく、すべりも検出すること
。■Slip sensation: Detect not only pressure but also slip.
■小型・安価:薄くて小型で安価なこと。■Small and inexpensive: Thin, small, and inexpensive.
これらのいくつかを満足する接触覚センサがいくつか提
案ないし開発されてきた。たとえば第15図は押ボタン
方式のセンサである。1は金属製押ボタン、2は絶縁板
、3はばねコイル、4.5は電極である。金属製押ボタ
ン1を押していない時には電極4と5の間にばねコイル
3を通して電気的導通があるが、ハンドが物をつかんた
時、押ボタン1がへこむので、導通がなくなり、物をつ
かんだことを検出する方式である。しかし、この方式は
ONとOFFの状態しか分からず、連続的には力を検出
できない欠点がある。Several contact sensors that satisfy some of these requirements have been proposed or developed. For example, FIG. 15 shows a push button type sensor. 1 is a metal push button, 2 is an insulating plate, 3 is a spring coil, and 4.5 is an electrode. When the metal pushbutton 1 is not pressed, there is electrical continuity between the electrodes 4 and 5 through the spring coil 3, but when the hand grasps an object, the pushbutton 1 is recessed, so there is no continuity and the object is grasped. This is a method to detect that However, this method only knows the ON and OFF states, and has the drawback that it cannot continuously detect force.
第16図は導電ゴムを利用したもので、6は把握物、7
は電極、8は導電ゴムである6把握物6により力が加わ
った所の導電率(抵抗)が変化するので、この変化から
把握の状態を知ることができる。しかしこの方式には力
と導電率との間に非直素子11をマトリックス状に配列
させた基板12を設置する。13は光源である。今把握
物14がシリコンゴム9を押すと突起がへこみ、アクリ
ル板lO内で均一に反射していた光がこのへこみの部分
で乱反射を起し、受光素子11の感度が変化するので、
これから接触覚を知る。しかしこの方式には、構造が複
雑であること、非直線性やヒステリシスが生じること、
などの欠点がある。Figure 16 shows one using conductive rubber, with 6 being something to grasp and 7 being something to grasp.
8 is an electrode, and 8 is a conductive rubber. 6 The conductivity (resistance) at the location where force is applied by the grasping object 6 changes, so the state of grasping can be known from this change. However, in this method, a substrate 12 on which non-linear elements 11 are arranged in a matrix is installed between the force and the conductivity. 13 is a light source. When the grasped object 14 presses the silicone rubber 9, the protrusion dents, and the light that was uniformly reflected within the acrylic plate 1O becomes diffusely reflected at this dent, changing the sensitivity of the light receiving element 11.
From now on, we will learn about the sense of touch. However, this method has a complex structure, nonlinearity and hysteresis, and
There are drawbacks such as.
これら3例以外に提案されている接触覚センサはそれぞ
れ一長一短があり、十分満足されていないばかりか、圧
力の方向がいずれも一方向すなわち接触面に垂直な方向
の力のみを感するものである、面に平行な力をも検出す
るものは皆無に近いのが現状である。Contact sensors that have been proposed other than these three examples each have their own merits and demerits, and not only are they not fully satisfactory, but all of them sense pressure in only one direction, that is, in the direction perpendicular to the contact surface. At present, there are almost no devices that can even detect forces parallel to a plane.
最近3分力を検出できる接触覚センサが開発される傾向
にあるが、先に述べた性能・条件をすべて満足するもの
ではなく、特に薄型で、3分力を測れるものは皆無であ
る。面に垂直な方向だけでなく、面に平行な方向の力を
検出できることは、すべりを高感度に検出する上では必
須の要件であり、今後の技術開発に期待が寄せられてい
る。Recently, there has been a trend towards the development of contact sensors capable of detecting three component forces, but none of them satisfy all of the performance and conditions mentioned above, and there are none that are particularly thin and capable of measuring three component forces. The ability to detect forces not only perpendicular to the surface but also parallel to the surface is an essential requirement for detecting slip with high sensitivity, and expectations are high for future technological development.
本発明は上述した従来の欠点を解消し、薄型構造でしか
も3方向の力を検出する接触覚センサを提供することを
目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned conventional drawbacks and provide a contact sensor that has a thin structure and can detect forces in three directions.
かかる目的を達成するために、本発明においては、3方
向の力に対応して3組の歪ゲージが配設されているセン
サセルと、セルの上部に固着されている受圧板と、セン
サセルを載置し、かつ複数の接続端子を介して3組の歪
ゲージと電気的に接続されている配線基板とからなるこ
とを特徴とするものである。In order to achieve this object, the present invention includes a sensor cell in which three sets of strain gauges are arranged corresponding to forces in three directions, a pressure receiving plate fixed to the upper part of the cell, and a sensor cell mounted thereon. The device is characterized by comprising a wiring board which is placed on the ground and is electrically connected to three sets of strain gauges via a plurality of connection terminals.
(作用)
本発明によれば、接触覚センサセル内に3分力Fx、
Fy%Fzに対応させて歪ゲージを簡単な構造で配置し
たので、小型で薄く、さらに安価な構成で3分力を検出
できる。(Function) According to the present invention, a 3-component force Fx,
Since the strain gauges are arranged in a simple structure corresponding to Fy%Fz, three component forces can be detected with a small, thin, and inexpensive structure.
以下、実施例によって本発明の詳細な説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples.
第1図(A) 、(B)は本発明による接触覚センサの
基本構造を説明する図であり、同図(A)は上面図、(
B)は断面図である。シリコンからなるセンサセル21
には接続端子(こぶ状のはんだ)22及びで形成される
。セルの歪ゲージを設ける部分は薄内部としておく。セ
ラミック製受圧板25の中央凹部は受圧部24の凸部に
はめこまれ、接着剤26で接合される。受圧部の凸部は
そのまわりをエツチングして作る。配線基板27は強度
と耐熱性が要求されるので、セラミック多゛層配線基板
が望ましい。FIGS. 1(A) and 1(B) are diagrams explaining the basic structure of the contact sensor according to the present invention, and FIG. 1(A) is a top view;
B) is a cross-sectional view. Sensor cell 21 made of silicon
is formed with a connecting terminal (knob-shaped solder) 22. The part of the cell where the strain gauge is installed is made thin inside. The central concave portion of the ceramic pressure receiving plate 25 is fitted into the convex portion of the pressure receiving portion 24 and bonded with an adhesive 26. The convex part of the pressure receiving part is made by etching around it. Since the wiring board 27 is required to have strength and heat resistance, a ceramic multilayer wiring board is desirable.
この配線基板27の上部にも、セルの端子の位置に合わ
せて、端子28が設けられ、端子22.28を介して歪
ゲージ23は配線基板27の配線と接続される。Terminals 28 are also provided on the upper part of this wiring board 27 in accordance with the positions of the terminals of the cells, and the strain gauge 23 is connected to the wiring of the wiring board 27 via the terminals 22.28.
第2図は歪センサの斜視図である。このセンサは歪ゲー
ジが設けられている面と平行で、かつ互いに直交する力
FxとFMおよび面に垂直方向の力Fzを検出する。FIG. 2 is a perspective view of the strain sensor. This sensor detects forces Fx and FM that are parallel to the plane on which the strain gauge is provided and perpendicular to each other, and a force Fz that is perpendicular to the plane.
第3図に3方向の力Fx、 Fy%Fzを検出するため
の歪ゲージの配列を示す。xl、×2はX方向の力Fx
を検出するための歪ゲージで、セル薄肉部の同一直径上
にあり、それぞれ長手方向を半径方向に揃えである。Y
l、Ylは力Fyを検出するための歪ゲージで、ゲージ
×1、×2と直交する方向に配設される。zl、zlは
垂直方向の力Fzを検出するための歪ゲージで、×1、
xl、Yl、Ylとそれぞれ45°の方向に配設される
。Figure 3 shows an arrangement of strain gauges for detecting forces Fx and Fy%Fz in three directions. xl, ×2 is the force Fx in the X direction
These strain gauges are located on the same diameter of the cell thin section, and their longitudinal directions are aligned with the radial direction. Y
1 and Yl are strain gauges for detecting the force Fy, and are arranged in a direction perpendicular to the gauges x1 and x2. zl, zl are strain gauges for detecting the vertical force Fz, ×1,
xl, Yl, and Yl are arranged in directions of 45°, respectively.
第4図(八) 、(B) 、 (C)および第5図によ
ってられている。厚肉部には温度補償用の歪ゲージ(ダ
ミーゲージ) 23G 、 230が、ゲージ23A1
23Bの配列の延長上に、長手方向をそれぞれ23A
、 23Bと直角方向にして設けられている。第4図(
B)に矢印して示す荷重が受圧部24に作用した時、歪
ゲージ23Aには圧縮応力−〇、歪ゲージ23Bに引張
り応力十〇が働く。第4図(C)に応力分布を示す。歪
ゲージ23C、23Dの長手方向には応力はほとんど作
用しない。従って歪ゲージ23A 、 23Bの抵抗は
変化し、23G 、 23Dの抵抗はほとんど変化しな
い。第5図は、歪ゲージ23A123B 、 23C、
23Dで構成したホイートストンブリッジを示し、抵抗
R1、R2、R3、R4はそれぞれ歪ゲージ23A 、
23B 、 23fl: 、 23Dに対応する。第
4図CB) 、 (C) に示したような力が作用す
ると、R1、R2が変化するので、電圧Eを入力すると
、電圧変化■が力に応じて出力されるので、力の大きさ
を検出することができる。4(8), (B), (C) and FIG. 5. Strain gauges (dummy gauges) 23G and 230 for temperature compensation are installed in the thick part, and gauge 23A1
23A in the longitudinal direction on the extension of the 23B array.
, 23B. Figure 4 (
When the load indicated by the arrow B) acts on the pressure receiving part 24, a compressive stress of -0 acts on the strain gauge 23A, and a tensile stress of 10 acts on the strain gauge 23B. FIG. 4(C) shows the stress distribution. Almost no stress acts on the strain gauges 23C and 23D in the longitudinal direction. Therefore, the resistances of the strain gauges 23A and 23B change, while the resistances of the strain gauges 23G and 23D hardly change. Figure 5 shows strain gauges 23A123B, 23C,
23D, resistors R1, R2, R3, and R4 are strain gauges 23A and 23A, respectively.
23B, 23fl: corresponds to 23D. When the forces shown in Figure 4 CB) and (C) act, R1 and R2 change, so when voltage E is input, a voltage change ■ is output according to the force, so the magnitude of the force is can be detected.
第6図(A) 、 (B) 、(C)はX方向の力Fx
の検出を説明する図である。同図(A)は第3図に示し
たRx2は歪ゲージ×1、×2の抵抗である。歪ゲージ
×1と×2はハーフブリッジをなしている。第6図(C
)は、同図(A)に示す力Fxが受圧部24に作用した
時、各歪ゲージの長手方向に加わる応力を示す。Figure 6 (A), (B), and (C) show the force Fx in the X direction.
It is a figure explaining the detection. In the same figure (A), Rx2 shown in FIG. 3 is a resistance of strain gauge x1 and x2. Strain gauges x1 and x2 form a half bridge. Figure 6 (C
) indicates the stress applied to each strain gauge in the longitudinal direction when the force Fx shown in FIG.
第7図(A) 、(B) 、(C)はY方向の力Fyの
検出を説明する図で、同図(A)は歪ゲージY1%Y2
の配線、同図CB)はゲージY1%Y2で構成されるハ
ーフブリッジの等価回路を、同図(C)は力Fyが受圧
部24に作用した時に各歪ゲージに作用する応力を示す
6図において、35は出力端子、RYI 、RY2はそ
れぞれ歪ゲージY1、Ylの抵抗、vyは出力電圧であ
る。Figures 7 (A), (B), and (C) are diagrams explaining the detection of the force Fy in the Y direction, and (A) shows the strain gauge Y1%Y2.
Figure 6 (CB) shows the equivalent circuit of a half-bridge composed of gauges Y1%Y2, and Figure 6 (C) shows the stress that acts on each strain gauge when force Fy acts on the pressure receiving part 24. , 35 is an output terminal, RYI and RY2 are resistances of strain gauges Y1 and Yl, respectively, and vy is an output voltage.
第8図(八)、 (B) 、(C)は受圧部24の表
面に垂直(歪ゲージ設置面に垂O1りな力Fzの検出を
説明する図である。同図(八)は歪ゲージの配皿と結線
を示し、第3図で説明した歪ゲージz1、zlの他に、
円周方向に長手方向をもつダミーゲージz3、z4が配
設され、各ゲージ21〜z4で同図(B) に示すよう
にブリッジを構成している。36は出力端子、第6図に
もどり、受圧部24にFxの力が加わると、歪ゲージX
Iは圧縮力(−〇)を受け、その抵抗値は小さくなる。Figures 8 (8), (B), and (C) are diagrams for explaining the detection of a force Fz perpendicular to the surface of the pressure receiving part 24 (perpendicular to the strain gauge installation surface). In addition to the strain gauges z1 and zl explained in Fig. 3,
Dummy gauges z3 and z4 having their longitudinal directions in the circumferential direction are arranged, and each of the gauges 21 to z4 constitutes a bridge as shown in FIG. 3(B). 36 is an output terminal, and returning to FIG. 6, when the force Fx is applied to the pressure receiving part 24, the strain gauge
I receives a compressive force (-〇), and its resistance value decreases.
一方歪ゲージ×2は引張力(十〇)を受け、その抵抗値
は大きくなる。他の4つの歪ゲージYl、 Yl、zl
、zlニも第6図(c) ニ示すように少し応力を生ず
る。当然ながら、ブリッジの出力Vxは大で、Vzは小
さく、vyは無視できる。出力Vzは、Fxの力によっ
て生じたものであるから、これは補正されねばならない
。このみかけの出力VzはFxにすなわち、Vxに近似
的に比例するからVzの補正式は
Vz −a−Vx (1)となる。ここ
にaは比例定数である。On the other hand, the strain gauge x2 receives a tensile force (10), and its resistance value increases. Other four strain gauges Yl, Yl, zl
, zl d also generate a little stress as shown in FIG. 6(c) d. Naturally, the bridge output Vx is large, Vz is small, and vy is negligible. Since the output Vz is caused by the force of Fx, this must be corrected. Since this apparent output Vz is approximately proportional to Fx, that is, Vx, the correction formula for Vz is Vz -a-Vx (1). Here a is a proportionality constant.
第7図において、F31が矢印の方向に加わると、歪ゲ
ージY1には圧縮力<−0>が、歪ゲージY2には引張
力(十〇)が働らく、そしてハーフブリッジにはvyが
出力される。歪ゲージの応力は第7図(C)に示すとお
りで、各ブリッジの出力はvyが最大、Vzは小さく、
Vxは無視できる。みかけの出力Vzは近似的にvyに
比例するから、Vzは次式で補正働らくから、同図(B
) に赤すブリッジにはVzが出力される。歪ゲージ
z3と74での応力は小さいから、Vzに寄与しない。In Fig. 7, when F31 is applied in the direction of the arrow, compressive force <-0> acts on strain gauge Y1, tensile force (10〇) acts on strain gauge Y2, and vy is output to the half bridge. be done. The stress of the strain gauge is as shown in Figure 7 (C), and the output of each bridge is maximum at vy, small at Vz,
Vx can be ignored. Since the apparent output Vz is approximately proportional to vy, Vz is corrected by the following formula, so the figure (B
), Vz is output to the red bridge. Since the stress at strain gauges z3 and 74 is small, it does not contribute to Vz.
歪ゲージ×1と×2およびYlとYlの抵抗変化量は同
符号でそれぞれ等しいので、出力Vxおよびvyは発生
しない、したがってFzによる影響はv×とvyでは考
慮する必要がない。Since the resistance changes of strain gauges x1 and x2 and Yl and Yl have the same sign and are equal, outputs Vx and vy are not generated, so there is no need to consider the influence of Fz on vx and vy.
第9図に力FxとFyとが同時に加わりた時の、各ゲー
ジの長手方向に作用する応力を示す。歪ゲージXiおよ
びYlにはそれぞれ力FxおよびFyによる圧縮応力が
、歪ゲージ×2およびYlにはそれぞれ力Fxおよびp
yによる引張応力が作用する。歪ゲージXI、 X2は
力pyにはほとんど影響されず、また歪ゲージYl、
Ylは力Fxにはほとんど影響されない。FIG. 9 shows the stress acting in the longitudinal direction of each gauge when forces Fx and Fy are applied simultaneously. Strain gauges Xi and Yl have compressive stress due to forces Fx and Fy, respectively, and strain gauges x2 and Yl have compressive stress due to forces Fx and p, respectively.
A tensile stress due to y acts. Strain gauges XI, X2 are hardly affected by force py, and strain gauges Yl,
Yl is almost unaffected by force Fx.
力FxおよびFMによって歪ゲージL1は圧縮応力を受
け、歪ゲージz2は引張応力を受ける。その結果各ブリ
ッジには出力が生ずる。出力VZ’ は力F×とF31
とによる見かけの出力であり、真の出力VZは次式で補
正して得られる。Due to the forces Fx and FM, strain gauge L1 receives compressive stress, and strain gauge z2 receives tensile stress. As a result, each bridge has an output. Output VZ' is force F× and F31
The true output VZ is obtained by correcting the following equation.
Vz −Vz’ −a−Vx −b−Vy
(3)第1O図に力FyとFZとが同時に加った時の、
各歪より歪ゲージY1とZlに圧縮応力が、歪ゲージY
2とによって出力Vxおよびvyは生じない、従ってカ
FYとFzとが同時に作用した時に各ブリッジに生ずる
1こ圧は、力F3/にょる出カシyと、カFYおよびF
zによる出力VZ’である。真の出力Vzはみかけの出
力VZ’ を次式によって補正して得られる。Vz -Vz' -a-Vx -b-Vy
(3) When forces Fy and FZ are applied simultaneously to Figure 1O,
Compressive stress is applied to strain gauges Y1 and Zl from each strain, and strain gauge Y
2, the outputs Vx and vy are not produced.Therefore, when the forces FY and Fz act simultaneously, the pressure generated on each bridge is equal to the force F3/force y and the forces FY and F.
z is the output VZ'. The true output Vz is obtained by correcting the apparent output VZ' using the following equation.
Vz = Vz’ −b−Vy (
4)第11図に力FzとFxとが同時に加った時の各歪
ゲージに作用する応力を示す。事情はカFyとFzとが
同時に作用した場合と全く同様で、各ブリッジには、力
Fxにょる出力Vzと、カFxとFzとによる出力Vz
’ とが生ずる。この場合、真の出力Vzは見がけの出
力VZ’ を次式にょフて補正して得られνz −V
z’ −a−Vx (5)第12図に力F
x、 FyおよびFzが同時は加わった時の各歪ゲージ
に作用する応力を示す。2方向の力が同時に働いた時の
説明から明らかなように、各ブリッジには力F×による
出力v×、力ryによる出力vyおよび力Fx、 Fy
およびFzによる見かけの出カシの出力と力の大きさと
の関係を求めておくことは容易である。また上述した補
正係aaおよびbを求めるのも容易である。従つぞあら
かじめこれらの関係および係数を求めておけば、任意の
力、Fx、 FyおよびFzが加わフた時、その大きさ
は、セルのブリッジの出力Vx%vy%VZを読みとれ
ば、VxとVはそのままの値から、Vzは(6)式から
補正演算して求めることができる。また任意の方向の力
が加わった時も、その3方向の分力を知ることができる
。Vz = Vz'-b-Vy (
4) Figure 11 shows the stress acting on each strain gauge when forces Fz and Fx are applied simultaneously. The situation is exactly the same as when the forces Fy and Fz act simultaneously, and each bridge has an output Vz due to the force Fx and an output Vz due to the forces Fx and Fz.
' will occur. In this case, the true output Vz can be obtained by correcting the apparent output VZ' using the following formula: νz −V
z' -a-Vx (5) Figure 12 shows the force F
It shows the stress acting on each strain gauge when x, Fy and Fz are applied simultaneously. As is clear from the explanation when forces in two directions act simultaneously, each bridge has an output vx due to force Fx, an output vy due to force ry, and forces Fx and Fy.
It is easy to find the relationship between the apparent force output and the force due to Fz. Further, it is easy to obtain the above-mentioned correction coefficients aa and b. Therefore, by finding these relationships and coefficients in advance, when arbitrary forces Fx, Fy, and Fz are applied, their magnitude can be determined as Vx by reading the cell bridge output Vx%vy%VZ. and V can be determined from their unchanged values, and Vz can be determined by performing a correction calculation from equation (6). Also, when force is applied in any direction, you can know the component forces in the three directions.
第13図は、1つのセンサセル内に、3方向の力Fx、
Fy、 FZに対応する歪ゲージと配線及び端子の。FIG. 13 shows that within one sensor cell, forces Fx in three directions,
Strain gauges, wiring and terminals compatible with Fy and FZ.
構成を表わしたものである。各端子の信号は、図示しな
い下部の配線基板に内蔵された多層配線に伝えられるこ
とはいうまでもなく、この製作は公知の方法で容易に達
成できる。第14図は第13図の構成の等価回路である
。第13図、第14図における各参照番号は既出の例と
同一なので説明を省略した。また第13図の構成例の動
作も先に説明したとおりである。This shows the configuration. It goes without saying that signals from each terminal are transmitted to multilayer wiring built into a lower wiring board (not shown), and this manufacturing can be easily achieved by a known method. FIG. 14 is an equivalent circuit of the configuration shown in FIG. 13. Since each reference number in FIG. 13 and FIG. 14 is the same as in the previous example, the explanation is omitted. Further, the operation of the configuration example shown in FIG. 13 is also as described above.
以上説明したように本発明によれば、接触覚センサセル
内に3分力Fx%Fy%Fzに対応させて歪ゲージを簡
単な構造で配置したので、小型で薄く、高密度化でき、
安価な構成で3分力を検出できる。このためにこの接触
覚センサをロボットのハンドにとりつければ、ロボット
の知能化を図る上で極めて有効である。As explained above, according to the present invention, the strain gauge is arranged in a simple structure in correspondence with the 3-component force Fx%Fy%Fz within the contact sensor cell, so it can be made smaller, thinner, and more dense.
Three component forces can be detected with an inexpensive configuration. For this reason, attaching this contact sensor to a robot's hand would be extremely effective in making the robot more intelligent.
第1図(A)および(B)はそれぞれ本発明の接触覚セ
ンサの基本構造を示す上面図および断面図、
第2図はセンサの斜視図、
第3図は歪ゲージの配置図、
第4図(A) 、(B) 、(C)は本発明の動作の基
本を説明するための図で、同図(A)および(B)はそ
れぞれ歪ゲージの配置を示す上面図および断面図、同図
(C)は歪ゲージの応力分布を示す図、第5図は歪ゲー
ジで構成したホイートストンブリッジ回路図、
第6図(^) 、 (B) 、(C)はX方向の力の検
出、第7図(^) 、(B) 、(C)はY方向の力の
検出、第8図(^) 、(B) 、 (C)はZ方向の
力の検出を説明する図であり、第6図(A)、第7図(
A)および第8図(A)は歪ゲージの配置と結線を示す
図、第6図(B)、第7図(B)および第8図(B)は
歪ゲージで構成したホイートストンブリッジ回路図、第
6図(C)、第7図(C)および第8図(C)は各歪ゲ
ージの応力を示す図、
第9図、第10図、第11図および第12図はそれぞれ
X方向とY方向、Y方向とZ方向、Z方向とX方向およ
びX方向、Y方向およびZ方向の力が加わった時の各歪
ゲージの応力を示す図、第13図はセル内における歪ゲ
ージの配置と結線を示す図、
第14図は第13図の構成の等価回路図、第15図ない
し第17図はそれぞれ従来の接触覚センサの構造を示す
断面図である。
1 ・・・ 金属押ボタン、
2 ・・・ 絶縁板、
3 ・・・ ばねコイル、
4.5 ・・・ 電極、
6 ・・・ 把握物、
7 ・・・ 電極、
8 ・・・ 導電ゴム、
9 ・・・ シリコンゴム、
lO・・・ アクリル板、
11 ・・・ 受光素子、
12 ・・・ 基板、
13 ・・・ 光源、
14 ・・・ 把握物、
21 ・・・ センサセル、
22 ・・・ 接続端子、
23 ・・・ 歪ゲージ、
24 ・・・ 受圧部、
25 ・・・ 受圧板、
26 ・・・ 接着剤、
27 ・・・ 配線基板、
28 ・・・ 端子、
31 ・・・ 配線、
32 ・・・ 入力電圧端子、
33 ・・・ アース端子、
34.35.36 ・・・ 出力端子、×1、×2
・・・ X方向の力用歪ゲージ、Yl、Yl
・・・ Y方向の力用歪ゲージ、Zl、 Z2
・・・ Z方向の力用歪ゲージ、z3、z4
・・・ ダミーゲージ、E ・・・ 入力電
圧、
Vx、 Vy、 Vz ・・・ 出力電圧。
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寸
へ
疼
鵜
叫
亦
(A) (B)第6図
(A)
(C)
第7図
(A) (B)(C)
第8図
第10図
第11図
第12図
第13図
第14図
3+を勾コイル
第15図
第16図1A and 1B are a top view and a cross-sectional view showing the basic structure of the contact sensor of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of the sensor, FIG. 3 is a layout diagram of strain gauges, and FIG. Figures (A), (B), and (C) are diagrams for explaining the basics of the operation of the present invention, and Figures (A) and (B) are a top view and a cross-sectional view showing the arrangement of strain gauges, respectively. Figure 5 (C) shows the stress distribution of the strain gauge, Figure 5 is a Wheatstone bridge circuit diagram composed of strain gauges, Figure 6 (^), (B), and (C) shows the detection of force in the X direction. , Figures 7 (^), (B), and (C) are diagrams explaining the detection of force in the Y direction, and Figures 8 (^), (B), and (C) are diagrams explaining the detection of force in the Z direction. , Figure 6 (A), Figure 7 (
A) and FIG. 8(A) are diagrams showing the arrangement and wiring of strain gauges, and FIG. 6(B), FIG. 7(B), and FIG. 8(B) are Wheatstone bridge circuit diagrams configured with strain gauges. , Fig. 6(C), Fig. 7(C) and Fig. 8(C) are diagrams showing the stress of each strain gauge, Fig. 9, Fig. 10, Fig. 11 and Fig. 12 are respectively in the X direction. and Y direction, Y direction and Z direction, Z direction and X direction, and the stress of each strain gauge when force is applied in X direction, Y direction, and Z direction. Figure 13 shows the stress of strain gauge in cell. FIG. 14 is an equivalent circuit diagram of the configuration shown in FIG. 13, and FIGS. 15 to 17 are cross-sectional views showing the structure of a conventional contact sensor. 1... Metal push button, 2... Insulating plate, 3... Spring coil, 4.5... Electrode, 6... Gripping object, 7... Electrode, 8... Conductive rubber, 9... silicone rubber, lO... acrylic plate, 11... light receiving element, 12... substrate, 13... light source, 14... grasping object, 21... sensor cell, 22... Connection terminal, 23... Strain gauge, 24... Pressure receiving part, 25... Pressure receiving plate, 26... Adhesive, 27... Wiring board, 28... Terminal, 31... Wiring, 32... Input voltage terminal, 33... Earth terminal, 34.35.36... Output terminal, ×1, ×2
... Strain gauge for force in the X direction, Yl, Yl
... Strain gauge for force in the Y direction, Zl, Z2
... Strain gauge for force in Z direction, z3, z4
... Dummy gauge, E ... Input voltage, Vx, Vy, Vz ... Output voltage. Takekosen's Ajin Kogyo Rijutsu - Jisuke's Old House Koni 24th History and Ichiukou Shouting to Nasun (A) (B) Figure 6 (A) (C) Figure 7 (A) (B) (C) Figure 8 Figure 10 Figure 11 Figure 12 Figure 13 Figure 14 3+ is a gradient coil Figure 15 Figure 16
Claims (1)
いるセンサセルと、 該セルの上部に固着されている受圧板と、 前記センサセルを載置し、かつ複数の接続端子を介して
前記3組の歪ゲージと電気的に接続されている配線基板
とからなることを特徴とする接触覚センサ。 2)前記センサセルがシリコンからなり、前記3組の歪
ゲージがそれぞれ高抵抗シリコン層からなることを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の接触覚センサ。 3)前記3方向の力のうちの少なくとも一つは他の方向
の力の一次式によって補正されることを特徴とする特許
請求の範囲第1項または第2項記載の接触覚センサ。[Scope of Claims] 1) A sensor cell in which three sets of strain gauges are arranged corresponding to forces in three directions, a pressure receiving plate fixed to the top of the cell, and the sensor cell placed therein; A contact sensor comprising a wiring board electrically connected to the three sets of strain gauges via a plurality of connection terminals. 2) The contact sensor according to claim 1, wherein the sensor cell is made of silicon, and each of the three sets of strain gauges is made of a high-resistance silicon layer. 3) The contact sensor according to claim 1 or 2, wherein at least one of the forces in the three directions is corrected by a linear expression of forces in other directions.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62049996A JPH0663893B2 (en) | 1987-03-06 | 1987-03-06 | Touch sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62049996A JPH0663893B2 (en) | 1987-03-06 | 1987-03-06 | Touch sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63217241A true JPS63217241A (en) | 1988-09-09 |
JPH0663893B2 JPH0663893B2 (en) | 1994-08-22 |
Family
ID=12846617
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62049996A Expired - Lifetime JPH0663893B2 (en) | 1987-03-06 | 1987-03-06 | Touch sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0663893B2 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03113334A (en) * | 1989-09-28 | 1991-05-14 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | touch sensor |
US5261266A (en) * | 1990-01-24 | 1993-11-16 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Sensor tip for a robotic gripper and method of manufacture |
JP2008116319A (en) * | 2006-11-03 | 2008-05-22 | Minebea Co Ltd | 3-axis force sensor |
JP2008175644A (en) * | 2007-01-17 | 2008-07-31 | Ntn Corp | Bearing for wheel with sensor |
JP4987162B1 (en) * | 2011-12-15 | 2012-07-25 | 株式会社トライフォース・マネジメント | Force sensor |
JPWO2011065250A1 (en) * | 2009-11-25 | 2013-04-11 | アルプス電気株式会社 | Force sensor |
Citations (1)
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-
1987
- 1987-03-06 JP JP62049996A patent/JPH0663893B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0663893B2 (en) | 1994-08-22 |
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