JPH0267936A - 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〕 本発明は、触覚センサに関する。

〔従来の技術〕

英国特許第２，１３６，９６６号による触覚センサは、
Ｘ軸方向に伸展する導電Ｒ上に位置する第一〇板を備え
、前記導電片はその一端部を、導電片に対し鉛直に伸展
する抵抗片に付着する。導電材料から成る中心板が、こ
れらと間隔を開けて設置される。該中心板から離れて第
二の板が設置されるが、これは第一の板と同じ方法で構
築されかつ第一の板に関し９０’回転しており、そのた
め導電片はＹ軸方向に伸展する。中心板は基準電位に置
かれ、また２個の導電片の各々の一端部も基準電位に置
かれる。各導電片の他端部において電位が検出される。

センサに圧力が加われば、中心板は第−及び第二の板の
導電片に接触するようになり、そして圧力がセンサに作
用する位置は、抵抗片の他端部の電位を検出することに
よって探知できる。

従って上記の触覚センサは、第一の板の第一導電経路と
第二の板の第二導電経路と中心板の導電材料とからそれ
ぞれが成る多数の感圧測定小区画を備える。

上記の触覚センサでは、圧力が作用する位置を探知する
ことが可能であるが、しかしながら圧力の量を探知する
ことはできない。

圧力の量及び圧力の位置の探知を可能にするため、圧力
量によって電気抵抗が変化する材料から成る仮が使用さ
れる。この型の触覚センサは例えば米国特許第４，２０
８，６４８号の論題である。この触覚センサは、導電体
がＸ軸方向に配置される第一の板と、上記の材料から成
る中心板と、導電体がＹ軸方向に伸展する第二の板とか
ら成る。この触覚センサの欠点は、圧力の量及び位置が
やや不正確にしか測定できないことである。さらに中心
板の圧力抵抗比率は、多くの要因、例えば周囲の温度等
によって左右される。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、上記型の触覚センサを、簡単な構造で
しかも圧力位置に加えさらに圧力量をも高い精度で測定
できるような方法をもって改良することである。

〔課題を解決するための手段〕

少な（とも２個の平行板から成り、原板のうち少なくと
も１個は弾性体であり、そして該平行板は多数の感圧測
定小区画を持ち、かつ各小区画は一方の仮の第一導体経
路と他方の板の第二導体経路とを備え、さらに２個の導
体経路のうち一方は良導電材料から成る触覚センサにお
いて、上記の目的は以下の特徴をもつセンサによって解
決される。すなわち、各小区画の２個の導体経路は同じ
意図で伸展すること、他方の導体経路は電気抵抗材料か
ら成ること、導体経路のうち少な（とも１個は一様に湾
曲した表面によって形成されること、圧力によって作用
する小区画の２個の導体経路は圧力が加わる際に弾性的
に作られた板の弾性材料の変形によって互いに密に接触
すること、密な接触の長さはこの場合圧力に比例して生
じること、そして他方の導体経路の抵抗値が測定される
ことを特徴とする触覚センサによる。また有利な実施例
が各請求項から得られる。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に関してより詳細に説明する。

抵抗材料から成る薄片で帯状の３個の導体経路２Ａ、２
Ｂ、２Ｃは、非導電材料から成る薄片状基部１の上に設
置される。導体経路２Ａ、２Ｂ、２Ｃは互いに間隔を開
けて平行に配置され、よって互いに電気的に絶縁されて
いる。３個の導体経路２　（２Ａ。

２Ｂ、２Ｃ）ｌｋれぞれ左側で電気的に相互接続してお
り、よって共通の接続部０を持つ。独立した電気接続部
Ａ　１．　Ａ２．　Ａ３は各導体経路用に右側に設けら
れる。一方の接続部Ｏと他方の接続部Ａｔ、　Ａ２゜Ａ
３との間の電圧降下を測定することにより、あるいはま
た接続部Ａｔ、Ａ２．Ａ３を通過する電流を測定するこ
とにより、導体経路２のそれぞれの電気抵抗を検出する
ことができる。圧力センサに圧力が作用しなければ、導
体経路２Ａ、２Ｂ、２Ｃの電気抵抗は等しい。

３個の平らな導電体経路３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、互いに間
隔を開けて配置され以って互いに電気的に絶縁されてい
るが、これらは導体経路２＾、２Ｂ、２Ｃを覆うように
、かつこれらの導体経路２に直角に交差して伸展する。

各導体経路３　（３Ａ、　３８．３Ｃ）は接続部ａ、　
ｂ、　ｃに接続している。これらの導体経路３は、平ら
な付加非導電薄片４に設置される。

導体経路３は良導電材料から成り、それは例えば付加薄
片４に蒸着される。

導体経路２Ａ、２Ｂ、２Ｃと導体経路３Ａ、３Ｂ、３Ｃ
との各交差地点において、弾性薄片から成る導体経路２
Ａ、２Ｂ、２Ｇは各導体経路３Ａ、３Ｂ、３Ｃの方へ向
けて凸面状に湾曲する。さらに付加薄片４は前記の交差
地点のそれぞれにニップル５を備え、かつ該ニップル５
は凸面状湾曲面７の各々の対応する凹部にはまり込む。

導体経路３は各ニップルの区域に空洞を持つ。第２図及
び第３図に示すように、ニップル５は導体経路３を導体
経路２の表面から少し離して保持する。

圧力が例えばピン８によって圧力センサ上に及ぼされれ
ば、その結果例えば第４図のような状態が生じる。この
場合金属から成る導体経路３Ｂは、抵抗材料から成る導
体経路２Ａに水平に接触し、以ってＸの長さに亙って導
体経路２Ａを橋絡する。

接続部０と接続部Ａ１との間で測定される導体経路２Ａ
のオーム抵抗は、従って長さＸを引いた経路２Ａの全長
によって探知される。さらに導体経路３Ｂは、接続部０
と接続部Ａ１との間の電位差の２分の１に相当して接続
部すに発生する電位を呈する。接続部すに発生する電位
により、また接続部０と接続部Ａ１との間の抵抗降下に
より、あるいはまた接続部ＡＩを通過する電流増加によ
り、ビン８がセンサに作用する位置が、すなわち導体経
路３Ｂと導体経路２Ａとが交差する小区画１０が探知で
きる。これは第１図の上部中央の小区画である。

ピン８によって及ぼされる圧力の量により、各小区画Ｉ
Ｏにおける導体経路２の凸湾曲区域の変形が決まる。こ
の変形は圧力に比例し、従って導体経路２及び３が互い
に接触する部分の長さＸに比例する。その結果、長さＸ
によって生じる導体経路２の抵抗降下は、そこに加わる
圧力の量を規定する。

第５図から第９図までの図による実施例において、二次
元もしくは三次元に凸湾曲した円形導体２Ｄは、基部１
に設置される（第８図参照）、そして該導体２０は抵抗
材料から成り、かつ良導電材料から成る導体要素１１に
よりて直角方向に相互接続される。これらの導体２Ｄは
凸湾曲面７を持つ。この堅固な導体２Ｄの上方には弾性
薄片１２が伸展し、また該薄片は良導電材料から成る円
形導体３０を、導体２Ｄに対向するその下側の面に持ち
（第９図参照）、そして円形導体３Ｄは例えば薄片１２
に蒸着される。

導体２Ｅは、強度に凸湾曲した導体２Ｄに対向して薄片
４に設置される。そして該導体２Ｅは同様に抵抗材料か
ら成り、かつ導体要素９によって水平方向に相互接続さ
れる（第６図参照）。これらの導体２Ｅは凹湾曲面１Ａ
を持つ。薄片１２の上面にはこれらの導体に対向して、
各々２個の（さび形状を備える導体３Ｅが設置される。

この導体３Ｂは互いに電気的に絶縁しかつ良導電材料か
ら成り、またその先端は水平に互いの方向に向けられる
。薄片１２は薄片ｌ及び４にリベットによって保持され
る。導体２Ｄは導体要素１１と共に、垂直に伸展する導
体経路を形成する。それに対して導体２Ｅは導体要素９
と共に、水平に伸展する導体経路を形成する。これらの
導体経路は各々本質的に抵抗材料から成り、かつその抵
抗値が検出される。

弾性薄片４に圧力がかかれば、すぐに弾性薄片１２は圧
力に比例して面７及び７Ａに密着する。

それによって導体経路３Ｄ及び３Ｅは、抵抗材料から成
る導体２Ｄ及び２Ｅの橋絡を生じさせる。

これによって起こる抵抗変化は、圧力の位置と量に関す
る検出を可能にする。

第５図から第９図までの図による実施例において、導体
２Ｄ及び２Ｅは各々一列に並んで設置される。そしてこ
れらの導体は各々直列に接続し、そのため圧力のかかる
位置と量は、水平方向及び垂直方向に直列接続した抵抗
の測定によって探知できる。

第１０図から第１２図までによる実施例においては、こ
れは第５図から第９図までの実施例に本質的に一致する
が、小区画１０の接続は導体２Ｄのそれぞれのために設
けられる。その結果もちろん接続の数は増えるが、各個
別の小区画において圧力の量が直ちに探知できる。第１
０図によれば、個々の導体２Ｅは水平方向に設けられは
しないが、その代わりこれらは一個の連続片としてもは
や導体要素９が必要でないように設計される。

第１３図による実施例において、抵抗材料から成る導体
２Ｄはやはり堅固な構造である。良導電材料から成る導
体３Ｄは、弾性薄片２２に設置される。この導体３０は
、点Ｙから点Ｚまで圧力Ｐによって凸湾曲面７に密着し
、その結果導体３Ｄは導体２０を長さＸだけ電気的に橋
絡する。この型のセンサは、−座標軸方向での圧力の位
置と量を探知することができる。この座標軸に対し直角
に伸展する第二座標軸における探知のために、第二の同
構造のセンサが前記のセンサに関して９０″回転した状
態で使用される。第１３図に例示するセンサはやはり可
変抵抗器として適合しており、以って経路センサとして
使用できる。

第１４図から第１６図までの図による実施例においては
、これは第１０図から第１２図までの実施例の構造に本
質的に一致するが、測定条片１６が各小区画１０の薄片
１２上に設けられる。この小区画は各々接続部１７を持
ち、そして各小区画１０に作用する圧力を測定すること
ができる。

第１７図から第２１図までによる実施例において、薄片
１は、２層から成り、その上面に抵抗材料から成る導体
経路２Ｆを持ち、そして基部１３に設置される。導体経
路２Ｆはいずれも小区画１０の一部を成す。いずれの導
体経路２Ｆも、４個の直線状の導体要素１８を持ち、従
って隣接する導体要素１８は互いに直角に伸展する。各
導体経路２Ｆの２個の端部は、接続部１９に電気的に接
続される。この接続部は、薄片１の２層間に伸展し、か
つ良導電材料から成る。

弾性薄片３２は薄片１の上に置かれる。直線の導体要素
１８の区域では、この弾性薄片３２は凸湾曲面７を持つ
。凸湾曲面７の上にはそれぞれ、良導電材料から成る導
体経路３Ｆによって層が形成されている。凸面区域７は
円形の外形を持つ。

間隔保持片２０は凸面区域７の中間に設けられる。

各導体経路２Ｆの中心では、薄片１及び基部１３に穴２
１が設置される。弾性薄片２２のニップル２３は、太く
なった先端を持ち、前記の穴２１にはまり込む。このよ
うにして、薄片２２と基部１３との間の接続が形成され
る。導体経路２Ｆはそれぞれ４個の凸面区域７に接触し
、この凸面区域上にはそれぞれ導体経路３Ｆが割りあて
られている。こうして導体経路２Ｆは、それぞれ小区画
１０を定義する。

圧力が弾性薄片２２上に加われば、直ちに凸面区域７は
薄片ｌに密着する。それによって導体経路３Ｆは、導体
経路２Ｆの導体要素１８を圧力に比例して橋絡し、以っ
て接続部１９で測定される各小区画１０の抵抗値を変化
（すなわち低下）させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は触覚センサの第一実施例の一部分を第２図にお
ける線Ａ−Ａで切った断面図であり、第２図は第１図の
線Ｂによる断面図であり、第３図は第１図の線Ｃによる
断面図であり、第４図は第２図に一致する断面図で圧力
がセンサの第一実施例に作用している状態を示す。第５
図はセンサの第二実施例の断面図で、第６図は第５図の
線＾−Ａによる断面図で、第７図は第５図の線Ｂ−８に
よる断面図で、第８図は第５図の線Ｃ−Ｃによる断面図
で、第９図は第５図のセンサの第二実施例の線Ｄ−Ｄに
よる断面図である。第１０図はセンサの第三実施例の縦
断面図で、第１１図は第１０図の線Ｅ−Ｅによる断面図
で、第１２図は第１０図の線Ｆ−Ｆによる断面図である
。第１３図はセンサの第四実施例の縦断面図でる。第１
４図はセンサの第五実施例の縦断面図で、第１５図は第
１４図の線１−Ｈによる断面図で、第１６図は第１４図
の線Ｇ−Ｇによる断面図である。第１７図は第六実施例
における抵抗経路を持つ仮の平面図で、第１８図は第１
７図の線Ａ−Ａによる断面図で、第１９図は第六実施例
における導体経路を持つ板の平面図で、第２０図は第１
９図の線Ｂ−Ｂによる断面図で、第２１図は第六実施例
によるセンサの縦断面図である。 ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ，２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ・・・導体経路（
抵抗性）、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ，３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ・・・
導体経路（良導電性）１、４．１２．２２．３２・・・
薄片、７・・・凸湾曲面、　　　７＾・・・凹湾曲面、
０、　ＡＬＡ２ｔＡ３．　ａ、　ｂ、　Ｃ１ｔ４．１９
”’接続部、１０・・・小区画、　　　　　１８・・・
導体要素、２３・・・ニップル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも２個の平行板から成り、該板のうち少な
   くとも１個は弾性体であり、そして該平行板は多数の感
   圧測定小区画を持ち、かつ各小区画は一方の板の第一導
   体経路と他方の板の第二導体経路とを備え、さらに２個
   の導体経路のうち一方は良導電材料から成る触覚センサ
   において、各小区画（１０）の２個の導体経路（２，３
   ）は同じ意図で伸展することと、他方の導体経路（２）
   は電気抵抗材料から成ることと、導体経路（２，３）の
   うち少なくとも１個は一様に湾曲した面によって形成さ
   れることと、圧力によって作用する小区画（１０）の２
   個の導体経路（２，３）は圧力が加わる際に弾性を持つ
   板（導体経路２、薄片１２，２２，３２）を形成する弾
   性材料の変形によって相互に密に接触することと、密な
   接触の長さ（Ｘ）はこの場合圧力に比例して生じること
   と、そして他方の導体経路（２）の抵抗値が測定される
   こととを特徴とする触覚センサ。 ２、様に湾曲する面（７）は凸面であることを特徴とす
   る、請求項１に記載の触覚センサ。 ３、各々の小区画（１０）は、凸湾曲導体経路（２Ａ〜
   ２Ｄ，３Ｆ）と平面導体経路（３Ａ〜３Ｄ，２Ｆ）とか
   ら形成され、かつ少なくとも１個の導体経路（２Ａ〜２
   Ｄ，２Ｆ，３Ａ〜３Ｄ，３Ｆ）は、弾性薄片上に設置さ
   れるかあるいは弾性薄片から成ることを特徴とする、請
   求項１または２に記載の触覚センサ。 ４、凸湾曲導体経路（２Ａ〜２Ｃ）は弾性抵抗材料から
   成り、かつ平面導体経路（３Ａ〜３Ｃ）は弾性薄片（４
   ）に設置されることを特徴とする、請求項３に記載の触
   覚センサ。 ５、凸湾曲導体経路（２Ｄ）は剛性抵抗材料から成り、
   かつ平面導体経路（３Ｄ）は弾性薄片（１２，２２）上
   に設置されることを特徴とする、請求項３に記載の触覚
   センサ。 ６、凸湾曲導体経路（３Ｆ）は弾性良導電材料から成り
   、かつ弾性薄片（３２）の凸湾曲面（７）上に設置され
   ることを特徴とする、請求項３に記載の触覚センサ。 ７、弾性薄片（２２）は変形可能なゴム材料から成るこ
   とを特徴とする、請求項５に記載の触覚センサ。 ８、凹湾曲導体経路（２Ｅ）は、薄片（１２）の、凸湾
   曲導体経路（２Ｄ）の反対側の面上に設置され、かつ前
   記の薄片（１２）は前記の面に２個のくさび形状を持つ
   導体経路（３Ｅ）を備えることを特徴とする、請求項５
   に記載の触覚センサ。 ９、隣接する小区画（１０）の、抵抗材料から成る導体
   経路は、一列に並んで電気接続していることを特徴とす
   る、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の
   触覚センサ。 １０、小区画（１０）の、抵抗材料から成る導体経路は
   、相互に独立する接続部（１４，１９）に接続されるこ
   とを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか
   一項に記載の触覚センサ。 １１、薄片（１２）は、凸湾曲導体経路（２Ｄ）と凹湾
   曲導体経路（２Ｅ）との間に抵抗線ひずみ計（１６）を
   備えることを特徴とする、請求項８に記載の触覚センサ
   。 １２、弾性抵抗材料から成る数個の導体経路（２Ａ，２
   Ｂ，２Ｃ）は、各小区画（１０）内で凸湾曲する帯の形
   状をもって互いに隣接して設置され、そして隣接する導
   体経路（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）の小区画（１０）は、良導
   電材料から成りかつ弾性薄片（４）に設置される帯状の
   導体経路（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）と交差することを特徴と
   する、請求項４または請求項９に記載の触覚センサ。 １３、薄片（１２）は、平面導体経路（３Ｄ）の上に広
   がって保持されることを特徴とする、請求項５または請
   求項８に記載の触覚センサ。 １４、良導電材料から成る導体経路（３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ
   ）は、互いに電気的に絶縁していることを特徴とする、
   請求項３から請求項６までのいずれか一項に記載の触覚
   センサ。 １５、小区画（１０）の、抵抗材料から成る平面導体経
   路（２Ｆ）は、弾性薄片（３２）の凸湾曲面（７）に各
   々割りあてられる数個の直線導体要素（１８）を備え、
   そして良導電材料から成る導体経路（３Ｆ）は前記凸湾
   曲面（７）上に設置されることを特徴とする、請求項６
   または請求項１０に記載の触覚センサ。 １６、隣接する導体要素（１８）は互いに直角方向に伸
   展し、そして弾性薄片（３２）は凸湾曲面（７）を取り
   巻く間隔保持片（２０）を備え、該間隔保持片（２０）
   は平面導体経路（２Ｆ）を備える薄片（１）の表面に接
   することを特徴とする、請求項１５に記載の触覚センサ
   。 １７、平面導体経路（２Ｆ）を備える基部（１３）の穴
   （２１）に嵌入するニップル（２３）は、各小区画（１
   ０）の４個の凸湾曲面（７）の各々に関し中央に位置し
   て弾性薄片（３２）上に設置されることを特徴とする、
   請求項１６に記載の触覚センサ。