JPH038912B2 - - Google Patents
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- JPH038912B2 JPH038912B2 JP59120183A JP12018384A JPH038912B2 JP H038912 B2 JPH038912 B2 JP H038912B2 JP 59120183 A JP59120183 A JP 59120183A JP 12018384 A JP12018384 A JP 12018384A JP H038912 B2 JPH038912 B2 JP H038912B2
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Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Numerical Control (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
本発明はロボツトの触覚器として用いて好適な
触覚センサの構成に関する。
触覚センサの構成に関する。
物体を把握して移送する作業などを行なうロボ
ツトの把持機構部分には、物体の位置、形状を検
出するための触覚センサが使用されるが、従来の
触覚センサとしてはスプリング、バネなどの弾性
を応用した触針式のもの、導電性ゴムの接点を用
いたもの、感圧導電性ゴムを利用したもの等があ
り、これらは接触点の位置を求めるためには素子
をマトリスク状に組まなけれはならなかつた。
ツトの把持機構部分には、物体の位置、形状を検
出するための触覚センサが使用されるが、従来の
触覚センサとしてはスプリング、バネなどの弾性
を応用した触針式のもの、導電性ゴムの接点を用
いたもの、感圧導電性ゴムを利用したもの等があ
り、これらは接触点の位置を求めるためには素子
をマトリスク状に組まなけれはならなかつた。
このように従来の各種触覚センサでは、マトリ
スク状に組んだ多くの素子に対して電気配線が必
要となり、ロボツトの腕部に沿わせて多数の配線
を施したのではロボツトの円滑な動きを阻害する
ばかりでなく配線工事が大がかりとなる問題があ
つた。 さらに、この種従来のセンサは２次元の平面的
位置を検出し得るだけであつて、物体の立体的形
状については例えば曲率については全く検出する
ことができなかつた。 そこで、本発明はかかる従来の欠点の解消をは
かるべく成されるに至つたものであつて、高分子
圧電材料を要素とした柔軟性を持つ高分子圧電シ
ートにｘ方向、ｙ方向の２次元的配置の電極を組
合わせることによつて、検知対象物が高分子圧電
シートに接触したときの位置及びシートの変形の
状態で変化する各電極の電位を加減除算及び積分
演算して、接触点の２次元座標及び曲率を簡単に
検出できるようにし、もつて各種のロボツトに対
し広汎な適用を可能とすると共に、連絡配線の減
少をはからせて、しかも検出精度の向上を果させ
ることを本発明は目的とする。
スク状に組んだ多くの素子に対して電気配線が必
要となり、ロボツトの腕部に沿わせて多数の配線
を施したのではロボツトの円滑な動きを阻害する
ばかりでなく配線工事が大がかりとなる問題があ
つた。 さらに、この種従来のセンサは２次元の平面的
位置を検出し得るだけであつて、物体の立体的形
状については例えば曲率については全く検出する
ことができなかつた。 そこで、本発明はかかる従来の欠点の解消をは
かるべく成されるに至つたものであつて、高分子
圧電材料を要素とした柔軟性を持つ高分子圧電シ
ートにｘ方向、ｙ方向の２次元的配置の電極を組
合わせることによつて、検知対象物が高分子圧電
シートに接触したときの位置及びシートの変形の
状態で変化する各電極の電位を加減除算及び積分
演算して、接触点の２次元座標及び曲率を簡単に
検出できるようにし、もつて各種のロボツトに対
し広汎な適用を可能とすると共に、連絡配線の減
少をはからせて、しかも検出精度の向上を果させ
ることを本発明は目的とする。
しかして本発明は触覚センサを高分子圧電シー
トと、ｘ座標検出ラインと、ｙ座標検出ライン
と、曲率検出ラインとから構成したものであつ
て、高分子圧電シートは、高分子圧電材料からな
るシートを挾んで両面に、非接地体としてのカー
ボン含有高分子薄膜と接地体としての金属薄膜と
を夫々密着して有する積層体の単層構造又は２層
重合構造をなして加熱・加圧処理により一体成形
され、全体としてシート厚み方向に変形し得る柔
軟性を有すると共に、前記カーボン含有高分子抵
抗薄膜にはｘ方向で相対向する両端辺及び該ｘ方
向に直交するｙ方向で相対向する両端辺に電極が
夫々組をなし導電的に密着されて、さらに分極処
理が施されている。 一方、ｘ座標検出ライン及びｙ座標検出ライン
は、ｘ方向及びｙ方向に相対向する２個の各電極
に夫々接続した２個の非反転増幅器の両信号を差
算して、この値をそれ等両信号の和算値で除す演
算機能を持つものである。 また、曲率検出ラインは前述した４個の非は反
転増幅器の各信号の総和を求めて、この和算値を
積分することにより、検知対象物の曲率を検出す
る演算機能を持つものである。
トと、ｘ座標検出ラインと、ｙ座標検出ライン
と、曲率検出ラインとから構成したものであつ
て、高分子圧電シートは、高分子圧電材料からな
るシートを挾んで両面に、非接地体としてのカー
ボン含有高分子薄膜と接地体としての金属薄膜と
を夫々密着して有する積層体の単層構造又は２層
重合構造をなして加熱・加圧処理により一体成形
され、全体としてシート厚み方向に変形し得る柔
軟性を有すると共に、前記カーボン含有高分子抵
抗薄膜にはｘ方向で相対向する両端辺及び該ｘ方
向に直交するｙ方向で相対向する両端辺に電極が
夫々組をなし導電的に密着されて、さらに分極処
理が施されている。 一方、ｘ座標検出ライン及びｙ座標検出ライン
は、ｘ方向及びｙ方向に相対向する２個の各電極
に夫々接続した２個の非反転増幅器の両信号を差
算して、この値をそれ等両信号の和算値で除す演
算機能を持つものである。 また、曲率検出ラインは前述した４個の非は反
転増幅器の各信号の総和を求めて、この和算値を
積分することにより、検知対象物の曲率を検出す
る演算機能を持つものである。
かかる構成を有する本発明は、高分子圧電シー
トを例えばロボツトの指部に対し平面、曲面のい
ずれでも沿わせて装着可能であり、またｘ方向座
標、ｙ方向座標及び曲率を演算する装置との連絡
配線は最小限の４本にとどまり、かつ検出情報数
は４個であつて演算が容易に行えて、２次元座標
と合わせて検知対象物の接触面の曲率を同時に検
出する機能を有しているが、２次元座標及び曲率
を検出する原理は後述の実施中の説明によつて明
らかにする。
トを例えばロボツトの指部に対し平面、曲面のい
ずれでも沿わせて装着可能であり、またｘ方向座
標、ｙ方向座標及び曲率を演算する装置との連絡
配線は最小限の４本にとどまり、かつ検出情報数
は４個であつて演算が容易に行えて、２次元座標
と合わせて検知対象物の接触面の曲率を同時に検
出する機能を有しているが、２次元座標及び曲率
を検出する原理は後述の実施中の説明によつて明
らかにする。
以下、本発明の実施例を添付図面にもとづき詳
細説明する。 第１図は本発明の１例の構造を概要示する展開
図であり、また、第２図乃至第４図は第１図にお
ける高分子圧電シートの構造を示すものであつ
て、該高分子圧電シート１は高分子圧電材料例え
ばポリフツ化ビニリデン
細説明する。 第１図は本発明の１例の構造を概要示する展開
図であり、また、第２図乃至第４図は第１図にお
ける高分子圧電シートの構造を示すものであつ
て、該高分子圧電シート１は高分子圧電材料例え
ばポリフツ化ビニリデン
【PVDF】からなるシー
ト２を挾んで両面に、カーボン含有高分子抵抗薄
膜
ト２を挾んで両面に、カーボン含有高分子抵抗薄
膜
【以下抵抗膜と略称する】３と金属薄膜
【以下
金属膜と略称する】４とを夫々密着することによ
り形成される積層体を加熱・加圧処理
金属膜と略称する】４とを夫々密着することによ
り形成される積層体を加熱・加圧処理
【ホツトプ
レス】し一体構造となしている。 なお、高分子圧電材料としてはPVDFのほかに
圧電性を示す高分子材料であればいずれも適用可
能であり、一方、抵抗膜３はフツ素樹脂中にカー
ボン微粒子を均等に分散させて薄いシートに仕上
げたもの等が例として挙げられる。 かく構成した高分子圧電シート１は、抵抗膜３
のｘ方向
レス】し一体構造となしている。 なお、高分子圧電材料としてはPVDFのほかに
圧電性を示す高分子材料であればいずれも適用可
能であり、一方、抵抗膜３はフツ素樹脂中にカー
ボン微粒子を均等に分散させて薄いシートに仕上
げたもの等が例として挙げられる。 かく構成した高分子圧電シート１は、抵抗膜３
のｘ方向
【第１図の横方向】の両端辺に、帯状を
なす部分とこの中央部に連接して外側にシート２
に密着した単帯状をなす部分とからなる電極５
ｘ，５ｘを、アルミニウム蒸着等の手段により抵
抗膜３に導電的に密着して配設すると共に、ｘ方
向に直交するｙ方向
なす部分とこの中央部に連接して外側にシート２
に密着した単帯状をなす部分とからなる電極５
ｘ，５ｘを、アルミニウム蒸着等の手段により抵
抗膜３に導電的に密着して配設すると共に、ｘ方
向に直交するｙ方向
【第１図の縦方向】の両側辺
にも前記電極５ｘ，５ｘと同構造をなす電極５
ｙ，５ｙを配設せしめる。 上記電極５ｘ，５ｘと電極５ｙ，５ｙとは短絡
しないように離隔せしめることは言う迄もない。 上記構造となした高分子圧電シート１は加熱炉
に収納して、高温下において抵抗膜３と金属膜４
との間に適当値の直流電圧を印加し、そのまま室
温まで冷却することにより分極処理を施すが、こ
の分極処理により高分子材料は実質的に圧電性を
示すようになる。 そして分極処理が成された前記シート１は各電
極５ｘ，５ｘ，５ｙ，５ｙに各導線l1〜l4を接続
した後、弾性板例えばゴム板６の表面に貼りつけ
る
にも前記電極５ｘ，５ｘと同構造をなす電極５
ｙ，５ｙを配設せしめる。 上記電極５ｘ，５ｘと電極５ｙ，５ｙとは短絡
しないように離隔せしめることは言う迄もない。 上記構造となした高分子圧電シート１は加熱炉
に収納して、高温下において抵抗膜３と金属膜４
との間に適当値の直流電圧を印加し、そのまま室
温まで冷却することにより分極処理を施すが、こ
の分極処理により高分子材料は実質的に圧電性を
示すようになる。 そして分極処理が成された前記シート１は各電
極５ｘ，５ｘ，５ｙ，５ｙに各導線l1〜l4を接続
した後、弾性板例えばゴム板６の表面に貼りつけ
る
【第１図参照】。
さらに、高分子圧電シート１の各電極５ｘ，５
ｘ，５ｙ，５ｙに接続した導線l1〜l4に対して、
ｘ座標検出ライン７、ｙ座標検出ライン８及び曲
率検出ライン９を接続せしめるが、ｘ座標検出ラ
イン７とｙ座標検出ライン８とは同構造であるの
で、ｘ座標検出ライン７について説明すると、各
電極５ｘ，５ｘに接続してなる導線l1，l2の端部
に非反転増幅器１０ｘを夫々接続して、それらの
両出力端子に対して加算器１１ｘと減算器１２ｘ
とを並列的に接続し、さらに加算器１１ｘの出力
端子と減算器１２ｘの出力端子を割算器１３ｘの
各入力端子に接続していて、非反転増幅器１０
ｘ，１０ｘの両信号を減算器１２ｘで差算して、
この値を加算器１１ｘで演算した両信号の和算値
を除数として割算器１３ｘで除算するように形成
している。 一方、曲率検出ライン９は、ｘ座標検出ライン
７における加算器１１ｘの出力端子と、ｙ座標検
出ライン８における加算器１１ｙの出力端子とを
加算器１１Ａの各入力端子に接続すると共に、該
加算器１１Ａの出力端子を積分器１４の入力端子
に接続した回路となつていて、前記４個の非反転
増幅器１０ｘ，１０ｘ，１０ｙ，１０ｙの各信号
の総和を求めて、この和算値を積分するように形
成している。 これらの加算、減算、割算、積分の演算はアナ
ログ回路で実現できるが、非反転増幅器１０ｘ，
１０ｙの信号をＡ／Ｄ変換器でデイジタル信号に
変換し、マイクロコンピユータに取り込んでソフ
トウエアで演算処理してもよい。 なお、金属膜４は接地をとるようにするもので
ある。 次に上記センサによつて、方形状をなす抵抗膜
３に検知対象物ｗが押しつけられたときの
ｘ，５ｙ，５ｙに接続した導線l1〜l4に対して、
ｘ座標検出ライン７、ｙ座標検出ライン８及び曲
率検出ライン９を接続せしめるが、ｘ座標検出ラ
イン７とｙ座標検出ライン８とは同構造であるの
で、ｘ座標検出ライン７について説明すると、各
電極５ｘ，５ｘに接続してなる導線l1，l2の端部
に非反転増幅器１０ｘを夫々接続して、それらの
両出力端子に対して加算器１１ｘと減算器１２ｘ
とを並列的に接続し、さらに加算器１１ｘの出力
端子と減算器１２ｘの出力端子を割算器１３ｘの
各入力端子に接続していて、非反転増幅器１０
ｘ，１０ｘの両信号を減算器１２ｘで差算して、
この値を加算器１１ｘで演算した両信号の和算値
を除数として割算器１３ｘで除算するように形成
している。 一方、曲率検出ライン９は、ｘ座標検出ライン
７における加算器１１ｘの出力端子と、ｙ座標検
出ライン８における加算器１１ｙの出力端子とを
加算器１１Ａの各入力端子に接続すると共に、該
加算器１１Ａの出力端子を積分器１４の入力端子
に接続した回路となつていて、前記４個の非反転
増幅器１０ｘ，１０ｘ，１０ｙ，１０ｙの各信号
の総和を求めて、この和算値を積分するように形
成している。 これらの加算、減算、割算、積分の演算はアナ
ログ回路で実現できるが、非反転増幅器１０ｘ，
１０ｙの信号をＡ／Ｄ変換器でデイジタル信号に
変換し、マイクロコンピユータに取り込んでソフ
トウエアで演算処理してもよい。 なお、金属膜４は接地をとるようにするもので
ある。 次に上記センサによつて、方形状をなす抵抗膜
３に検知対象物ｗが押しつけられたときの
【第５
図参照】、該位置に対する抵抗膜３上でのｘ，ｙ
各座標ならびにひずみ形状の曲線を検出する原理
について以下説明する。 まずｘ軸、ｙ軸については同じ要領であるので
ｘ軸方向の１次元で考える。 圧電材料は第５図のように検知対象物ｗで押さ
れて形状ひずみが加わると、分極が生じ端子ａ，
ｂ間に電圧が生じる。 第６図は端子ａ，ｂ間に生じた電圧を縦軸に、
時間を横軸にとつて示したもので、この線図から
明らかなように、第５図々示状態を電気的等価回
路に置換すると、第７図の如くなる。 すなわち検知対象物
図参照】、該位置に対する抵抗膜３上でのｘ，ｙ
各座標ならびにひずみ形状の曲線を検出する原理
について以下説明する。 まずｘ軸、ｙ軸については同じ要領であるので
ｘ軸方向の１次元で考える。 圧電材料は第５図のように検知対象物ｗで押さ
れて形状ひずみが加わると、分極が生じ端子ａ，
ｂ間に電圧が生じる。 第６図は端子ａ，ｂ間に生じた電圧を縦軸に、
時間を横軸にとつて示したもので、この線図から
明らかなように、第５図々示状態を電気的等価回
路に置換すると、第７図の如くなる。 すなわち検知対象物
【以下ワークと称する】ｗ
で押された部分はｔ＝０で電荷Q0を持つコンデ
ンサで表現される。 抵抗膜３は方形面に対し抵抗が一様に分布して
いるので、ワークｗの接点の右側
で押された部分はｔ＝０で電荷Q0を持つコンデ
ンサで表現される。 抵抗膜３は方形面に対し抵抗が一様に分布して
いるので、ワークｗの接点の右側
【第５図上で】
の抵抗値はRR、左側の抵抗値はRLで夫々表現さ
れる。 今、第７図のように、センサの両端に検出回路
１６を夫々取りつけ、左右に生じる電位VL、VR
を計算する。 この場合、オペアンプ
の抵抗値はRR、左側の抵抗値はRLで夫々表現さ
れる。 今、第７図のように、センサの両端に検出回路
１６を夫々取りつけ、左右に生じる電位VL、VR
を計算する。 この場合、オペアンプ
【O.P】の端子は金属
膜４と同じように接地する。 VL（ｔ）＝−Ｒ／RLＶ（ｔ） …(イ) VR（ｔ）＝−Ｒ／RRＶ（ｔ） …(ロ) ワークｗの接触点を変数ｘとすると、RL、RR
は第８図のように等価的にスライド抵抗で表現さ
れる。 RL−RR＝2xR0 …(ハ) ここに 2R0＝RL＋RR …(ハ)′ より、 Ｘ＝RL−RR／2R0＝RL−RR／RL＋RR …(ニ) (イ)、(ロ)式を(ニ)式に代入すると、 ｘ＝１／VL(t)−１／VL(t)／１／VR(t)＋１／VR(t)＝VR
（ｔ）−VL（ｔ）／VL（ｔ）＋VR（ｔ）…(ホ) この(ホ)式よりある時間ｔ＝t0において接触点の
座標（ｘ）がVR
膜４と同じように接地する。 VL（ｔ）＝−Ｒ／RLＶ（ｔ） …(イ) VR（ｔ）＝−Ｒ／RRＶ（ｔ） …(ロ) ワークｗの接触点を変数ｘとすると、RL、RR
は第８図のように等価的にスライド抵抗で表現さ
れる。 RL−RR＝2xR0 …(ハ) ここに 2R0＝RL＋RR …(ハ)′ より、 Ｘ＝RL−RR／2R0＝RL−RR／RL＋RR …(ニ) (イ)、(ロ)式を(ニ)式に代入すると、 ｘ＝１／VL(t)−１／VL(t)／１／VR(t)＋１／VR(t)＝VR
（ｔ）−VL（ｔ）／VL（ｔ）＋VR（ｔ）…(ホ) この(ホ)式よりある時間ｔ＝t0において接触点の
座標（ｘ）がVR
【t0】、VL
【t0】より求められる。
次に曲率の検出について説明するが第７図の
RLを流れる電流をiL（ｔ）、RRを流れる電流をiL
（ｔ）とすると、第７図の等価回路より、 Ｑ（ｔ）＝CV（ｔ）＋∫t 0
RLを流れる電流をiL（ｔ）、RRを流れる電流をiL
（ｔ）とすると、第７図の等価回路より、 Ｑ（ｔ）＝CV（ｔ）＋∫t 0
【iR（ｔ）＋iL（ｔ）】
dt＝CV（ｔ）＋
dt＝CV（ｔ）＋
【１／RR＋１／RL】∫t 0Ｖ（ｔ）dt…(
ヘ) 但しＣは仮想コンデンサ容量 が導かれる。従つて(ヘ)式をラプラス変換すると、 Ｑ（Ｓ）＝CV（Ｓ）＋
ヘ) 但しＣは仮想コンデンサ容量 が導かれる。従つて(ヘ)式をラプラス変換すると、 Ｑ（Ｓ）＝CV（Ｓ）＋
【１／RR＋１／RL】１／ＳＶ（Ｓ
） となり、 ∴Ｖ（Ｓ）＝Ｓ／CS＋１／RR＋１／RLＱ（Ｓ） ＝RR・RL／RR＋RL・Ｓ／RR・RL・Ｃ／RR＋RL・Ｓ＋１
…(ト) Ｖ（Ｓ）を１／Ｓなる積分要素を通じてV′（Ｓ）とし て取り出すと、 V′（Ｓ）＝RR・RL／RR＋RL／RR・RL／RR＋RL・Ｃ・Ｓ
＋１…(チ) ここで曲率（γ）のワーク（ｗ）を押し当てたと
きに生じる電荷Ｑは実験を行つた結果より、 Ｑ＝Ｋ・ｄ・T2・γ …(リ) Ｋ；比例定数 ｄ；圧電率 Ｔ；高分子圧電材料の厚さ γ；ワーク（ｗ）の曲率 が得られている。 したがつて、一定曲率γ0のワーク（ｗ）を押し
あてたときの発生電荷Ｑ（Ｓ）は Ｑ（Ｓ）＝Q0／Ｓとなる。 ここで Q0＝Ｋ・ｄ・T2・γ0 …(ヌ) これを(チ)に代入すると、 V′（Ｓ）＝RR・RL／RR＋RL／RR・RL／RR＋RL・Ｃ・Ｓ
＋１・Q0／Ｓ…（ル） ラプラス変換の最終値定理より lim ｔ→∞V′（ｔ）＝ lim ｓ→∞V′（ｓ） ＝RR・RL／RR＋RLQ0となる。 ∴Q0＝RR＋RL／RR・RL lim ｔ→∞V′（ｔ） …（ヲ） RR・RL／RR＋RL＝１／４
） となり、 ∴Ｖ（Ｓ）＝Ｓ／CS＋１／RR＋１／RLＱ（Ｓ） ＝RR・RL／RR＋RL・Ｓ／RR・RL・Ｃ／RR＋RL・Ｓ＋１
…(ト) Ｖ（Ｓ）を１／Ｓなる積分要素を通じてV′（Ｓ）とし て取り出すと、 V′（Ｓ）＝RR・RL／RR＋RL／RR・RL／RR＋RL・Ｃ・Ｓ
＋１…(チ) ここで曲率（γ）のワーク（ｗ）を押し当てたと
きに生じる電荷Ｑは実験を行つた結果より、 Ｑ＝Ｋ・ｄ・T2・γ …(リ) Ｋ；比例定数 ｄ；圧電率 Ｔ；高分子圧電材料の厚さ γ；ワーク（ｗ）の曲率 が得られている。 したがつて、一定曲率γ0のワーク（ｗ）を押し
あてたときの発生電荷Ｑ（Ｓ）は Ｑ（Ｓ）＝Q0／Ｓとなる。 ここで Q0＝Ｋ・ｄ・T2・γ0 …(ヌ) これを(チ)に代入すると、 V′（Ｓ）＝RR・RL／RR＋RL／RR・RL／RR＋RL・Ｃ・Ｓ
＋１・Q0／Ｓ…（ル） ラプラス変換の最終値定理より lim ｔ→∞V′（ｔ）＝ lim ｓ→∞V′（ｓ） ＝RR・RL／RR＋RLQ0となる。 ∴Q0＝RR＋RL／RR・RL lim ｔ→∞V′（ｔ） …（ヲ） RR・RL／RR＋RL＝１／４
【RR＋RL】｛１
−
【RR−RL／RR＋RL】2｝ …（ワ）
これに(ハ)′式、(ニ)式を代入すると、
RR・RL／RR＋RL＝2R0／４
【１−x2】
∴Q0＝２／
【１−x2】R0
lim
ｔ→∞V′（ｔ） …（カ）
(ヌ)式より、
γ0＝１／Ｋ・ｄ・T2 ２／
【１−x2】R0
lim
ｔ→∞V′（ｔ）
…（ヨ）
(イ)、(ロ)式より、
１VR（ｔ）＋１／VL（ｔ）＝−RR＋RL／Ｒ・Ｖ（ｔ）
∴Ｖ（ｔ）＝−2R0／
【１／VR（ｔ）＋１／VL（ｔ）】
Ｒ ＝−VR（ｔ）・VL（ｔ）／VR（ｔ）＋VL（ｔ）2R0／
Ｒ…（タ） VR（ｔ）・VL（ｔ）／VR（ｔ）＋VL（ｔ）＝１／４
Ｒ ＝−VR（ｔ）・VL（ｔ）／VR（ｔ）＋VL（ｔ）2R0／
Ｒ…（タ） VR（ｔ）・VL（ｔ）／VR（ｔ）＋VL（ｔ）＝１／４
【VR（ｔ）＋VL（ｔ）】｛１−
【VR（ｔ）−VL（ｔ）／
VR（ｔ）＋VL（ｔ）】2｝ ＝１／４
VR（ｔ）＋VL（ｔ）】2｝ ＝１／４
【１−x2】…（レ
） （レ）式を（ヨ）式に代入すると、 γ0＝１／Ｋ・ｄ・T2 ２／
） （レ）式を（ヨ）式に代入すると、 γ0＝１／Ｋ・ｄ・T2 ２／
【１−x2】R0
lim
lim
ｔ→∞∫t 0V′（ｔ）dt＝−１／Ｋ・ｄ・T2 ２／
【１−
x2】R0 ∫∞ 0１／４
x2】R0 ∫∞ 0１／４
【１−x2】2R0
／Ｒdt＝−１／Ｋ・ｄ・T2・Ｒ∫∞ 0
／Ｒdt＝−１／Ｋ・ｄ・T2・Ｒ∫∞ 0
【VR（ｔ）＋VL（
ｔ）】dt…（ソ） となる。 以上の結果から、曲率γ0のワーク（ｗ）を高分
子圧電シート１に押し当てた場合、(ホ)式、（ソ）
式からVR（ｔ）、VL（ｔ）を求めることによつて接
触点ｘのｘ、ｙ座標ならびにワーク（ｗ）の曲率
（γ）を得ることができる。 すなわち、(ホ)式は対向電極５ｘ，５ｙにおける
各信号
ｔ）】dt…（ソ） となる。 以上の結果から、曲率γ0のワーク（ｗ）を高分
子圧電シート１に押し当てた場合、(ホ)式、（ソ）
式からVR（ｔ）、VL（ｔ）を求めることによつて接
触点ｘのｘ、ｙ座標ならびにワーク（ｗ）の曲率
（γ）を得ることができる。 すなわち、(ホ)式は対向電極５ｘ，５ｙにおける
各信号
【対向電極５ｙ，５ｙについても同様であ
る】の差を和算値で除すことによつてｘ座標
る】の差を和算値で除すことによつてｘ座標
【ｙ
座標】が抵抗膜３の中心点からの変位として得ら
れ、また、（ソ）式によつて対向電極５ｘ，５ｙ
の各信号の和算値をさらに積分することによつて
ｘ方向の曲率が得られることを明示しているので
あつて、従つてｘ方向、ｙ方向を平均した曲率を
求めるには、各電極５ｘ，５ｘ，５ｙ，５ｙの各
信号を和算してこれをさらに積分すればよいこと
は言うまでもない。 以上述べた構成及び検出機能を有する触覚セン
サの高分子圧電シート１は第１７図イ，ロに示す
如く、ロボツトハンド部Ｈのフインガーに実装す
ると、物体との接触位置、接触曲率の情報を出す
触覚センサとなることは言うまでもない。 この場合、前記シート１は薄くしかも柔軟性を
有しているので、第１７図ロのような人間の指に
似た曲面を持つフインガーにも簡単に装着でき
る。 なお、高分子圧電シート１の表面はワーク
（ｗ）との接触による外傷防止、また、金属製ワ
ーク（ｗ）に接触した際の電荷の漏洩を防止する
ために、絶縁被膜例えばフツ素樹脂薄膜を貼着す
ることが望ましい。 次に第１９図乃至第１１図は本発明の他の実施
例に係る高分子電圧シート１を示しており、該シ
ート１は、抵抗膜３、高分子圧電材料からなるシ
ート２、金属膜４、前記と同じシート２及び抵抗
膜３を順に重ねて加圧、加熱処理し一体に形成し
たものであつて前述例が積層体の単層構造であつ
たのに対して２層重合構造をなしている。 この例は片面例えば第１０図において上面の抵
抗膜３にｘ方向の対向電極５ｘ，５ｘを、下面の
抵抗膜３にｙ方向の対向電極５ｙ，５ｙを夫々導
電的に密着させることにより、ｘ座標系抵抗膜と
ｙ座標系抵抗膜とに夫々独立させた構造である点
が前述例と異なつているだけで各検出ライン７，
８，９との組合わせならびに検出機能に関しては
前述例と同じである。 たゞし、前述例
座標】が抵抗膜３の中心点からの変位として得ら
れ、また、（ソ）式によつて対向電極５ｘ，５ｙ
の各信号の和算値をさらに積分することによつて
ｘ方向の曲率が得られることを明示しているので
あつて、従つてｘ方向、ｙ方向を平均した曲率を
求めるには、各電極５ｘ，５ｘ，５ｙ，５ｙの各
信号を和算してこれをさらに積分すればよいこと
は言うまでもない。 以上述べた構成及び検出機能を有する触覚セン
サの高分子圧電シート１は第１７図イ，ロに示す
如く、ロボツトハンド部Ｈのフインガーに実装す
ると、物体との接触位置、接触曲率の情報を出す
触覚センサとなることは言うまでもない。 この場合、前記シート１は薄くしかも柔軟性を
有しているので、第１７図ロのような人間の指に
似た曲面を持つフインガーにも簡単に装着でき
る。 なお、高分子圧電シート１の表面はワーク
（ｗ）との接触による外傷防止、また、金属製ワ
ーク（ｗ）に接触した際の電荷の漏洩を防止する
ために、絶縁被膜例えばフツ素樹脂薄膜を貼着す
ることが望ましい。 次に第１９図乃至第１１図は本発明の他の実施
例に係る高分子電圧シート１を示しており、該シ
ート１は、抵抗膜３、高分子圧電材料からなるシ
ート２、金属膜４、前記と同じシート２及び抵抗
膜３を順に重ねて加圧、加熱処理し一体に形成し
たものであつて前述例が積層体の単層構造であつ
たのに対して２層重合構造をなしている。 この例は片面例えば第１０図において上面の抵
抗膜３にｘ方向の対向電極５ｘ，５ｘを、下面の
抵抗膜３にｙ方向の対向電極５ｙ，５ｙを夫々導
電的に密着させることにより、ｘ座標系抵抗膜と
ｙ座標系抵抗膜とに夫々独立させた構造である点
が前述例と異なつているだけで各検出ライン７，
８，９との組合わせならびに検出機能に関しては
前述例と同じである。 たゞし、前述例
【第１図乃至第３図に示した
例】の単層構造に較べると、製作面で稍々複雑で
コスト高につながるが、第１６図イ，ロに比較示
しているように、位置検出直線性についてひずみ
が少くて検出精度が僅かにすぐれていると考えら
れる。 また、単層構造に比して各対向電極から取り出
される信号レベルは倍加するのでSN比が高い利
点がある。 次に、第１２図乃至第１５図は本発明の実施例
に係る高分子圧電シート１を示したものであつて
これもまた２層重合構造であるが、抵抗膜３を中
心層となして、その両面に高分子圧電材料からな
るシート２を密着させ、さらにその両外面に接地
体としての金属膜４を密着させた構造であつて１
枚の抵抗膜３にｘ方向、ｙ方向の対向電極５ｘ，
５ｘ，５ｙ，５ｙを設けてなる点は単層構造の前
述例と同要領であつて検出特性に関しても全く同
じである。 たゞし、この例は両外面が端子４Ｔを介し接地
されてなる金属膜であつて、信号ピツクアツプを
行う中心層の抵抗膜３に対してシールド効果を奏
するので前記単層構造に比しSN比が強化される
し、特に絶縁被膜を設ける必要はなく、このまま
の状態でロボツトのフインガーに装着できる。
例】の単層構造に較べると、製作面で稍々複雑で
コスト高につながるが、第１６図イ，ロに比較示
しているように、位置検出直線性についてひずみ
が少くて検出精度が僅かにすぐれていると考えら
れる。 また、単層構造に比して各対向電極から取り出
される信号レベルは倍加するのでSN比が高い利
点がある。 次に、第１２図乃至第１５図は本発明の実施例
に係る高分子圧電シート１を示したものであつて
これもまた２層重合構造であるが、抵抗膜３を中
心層となして、その両面に高分子圧電材料からな
るシート２を密着させ、さらにその両外面に接地
体としての金属膜４を密着させた構造であつて１
枚の抵抗膜３にｘ方向、ｙ方向の対向電極５ｘ，
５ｘ，５ｙ，５ｙを設けてなる点は単層構造の前
述例と同要領であつて検出特性に関しても全く同
じである。 たゞし、この例は両外面が端子４Ｔを介し接地
されてなる金属膜であつて、信号ピツクアツプを
行う中心層の抵抗膜３に対してシールド効果を奏
するので前記単層構造に比しSN比が強化される
し、特に絶縁被膜を設ける必要はなく、このまま
の状態でロボツトのフインガーに装着できる。
本発明は柔軟性のある高分子圧電シート１を触
覚センサにおける検出体に用いているので、平面
部分はもとより曲面の部分にも容易に装着でき、
各種のロボツトに適用し得る汎用性を有してい
る。 さらに、検知対象物ｗの接触点のｘ座標、ｙ座
標を同時に求めることができ、かつ併せて検知対
象物ｗの接触部における曲率も検出できるので、
検知対象物ｗの立体構造に適応した把握動作をロ
ボツトのフインガーに行わせることができる。 また、ｘ座標、ｙ座標及び曲率の検出に際して
信号を伝達するための導線は４本
覚センサにおける検出体に用いているので、平面
部分はもとより曲面の部分にも容易に装着でき、
各種のロボツトに適用し得る汎用性を有してい
る。 さらに、検知対象物ｗの接触点のｘ座標、ｙ座
標を同時に求めることができ、かつ併せて検知対
象物ｗの接触部における曲率も検出できるので、
検知対象物ｗの立体構造に適応した把握動作をロ
ボツトのフインガーに行わせることができる。 また、ｘ座標、ｙ座標及び曲率の検出に際して
信号を伝達するための導線は４本
【接地線を含め
ると５本】と最少数で済むことから、ロボツト用
触覚センサに対する配線処理が頗る容易であると
共に、ハンドの周囲のおさまりが良くて円滑な動
きを助長するものであつて、実用価値に富むとこ
ろ多大である。
ると５本】と最少数で済むことから、ロボツト用
触覚センサに対する配線処理が頗る容易であると
共に、ハンドの周囲のおさまりが良くて円滑な動
きを助長するものであつて、実用価値に富むとこ
ろ多大である。
第１図は本発明の１例の構造を概要示する展開
図、第２図乃至第４図は第１図における高分子圧
電シートの平面図、第２図のＡ−Ａ線に沿う断面
図及び底面図、第５図乃至第８図は本発明の検出
性能の原理を示すための各説明図、第９図乃至第
１１図は本発明の１実施例に係る高分子圧電シー
トの平面図、第９図のＢ−Ｂ線に沿う断面図及び
底面図、第１２図乃至第１５図は本発明の他実施
例に係る高分子圧電シートの平面図、第１２図の
Ｃ−Ｃ線に沿う断面図、第１３図のＤ−Ｄ線に沿
う断面図及び底面図である。また第１６図は本発
明の各例に係る高分子圧電シートの位置直線性解
析図、第１７図イ，ロは本発明触覚センサをロボ
ツトハンド部のフインガーに実装した図である。 １……高分子圧電シート、２……シート、３…
…カーボン含有高分子抵抗薄膜、４……金属薄
膜、５ｘ……ｘ方向電極、５ｙ……ｙ方向電極、
７……ｘ座標検出ライン、８……ｙ座標検出ライ
ン、９……曲率検出ライン、１０ｘ，１０ｙ……
非反転増幅器、ｗ……検知対象物。
図、第２図乃至第４図は第１図における高分子圧
電シートの平面図、第２図のＡ−Ａ線に沿う断面
図及び底面図、第５図乃至第８図は本発明の検出
性能の原理を示すための各説明図、第９図乃至第
１１図は本発明の１実施例に係る高分子圧電シー
トの平面図、第９図のＢ−Ｂ線に沿う断面図及び
底面図、第１２図乃至第１５図は本発明の他実施
例に係る高分子圧電シートの平面図、第１２図の
Ｃ−Ｃ線に沿う断面図、第１３図のＤ−Ｄ線に沿
う断面図及び底面図である。また第１６図は本発
明の各例に係る高分子圧電シートの位置直線性解
析図、第１７図イ，ロは本発明触覚センサをロボ
ツトハンド部のフインガーに実装した図である。 １……高分子圧電シート、２……シート、３…
…カーボン含有高分子抵抗薄膜、４……金属薄
膜、５ｘ……ｘ方向電極、５ｙ……ｙ方向電極、
７……ｘ座標検出ライン、８……ｙ座標検出ライ
ン、９……曲率検出ライン、１０ｘ，１０ｙ……
非反転増幅器、ｗ……検知対象物。
Claims (1)
- １ 高分子圧電材料からなるシート２を挾んでそ
の両面に、非接地体としてのカーボン含有高分子
抵抗薄膜３と接地体としての金属薄膜４とを夫々
密着して有する積層体の単層構造または２層重合
構造をなして、加熱・加圧処理により一体に成形
され、全体としてシート厚み方向に変形し得る柔
軟性を持つと共に、前記カーボン含有高分子抵抗
薄膜３には、ｘ方向で相対向する両端辺及び該ｘ
方向に直交するｙ方向で相対向する両端辺に電極
５ｘ，５ｙが夫々組をなし導電的に密着されて、
さらに分極処理が施されてなる高分子圧電シート
１と、ｘ方向の各電極５ｘ，５ｘに夫々接続した
２個の非反転増幅器１０ｘ，１０ｘの両信号を差
算して、この値をそれ等両信号の和算値で除すこ
とにより、前記高分子圧電シート１に接触した検
知対象物ｗのｘ座標を出力し得るｘ座標検出ライ
ン７と、ｙ方向の各電極５ｙ，５ｙに夫々接続し
た２個の非反転増幅器１０ｙ，１０ｙの両信号を
差算して、この値をそれ等両信号の和算値で除す
ことにより、前記検知対象物ｗのｙ座標を出力し
得るｙ座標検出ライン８と、前記４個の非反転増
幅器１０ｘ，１０ｘ，１０ｙ，１０ｙの各信号の
総和を求めて、この和算値を積分することによ
り、前記検知対象物ｗの曲率を出力し得る曲率検
出ライン９とを備えていることを特徴とする触覚
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59120183A JPS60263690A (ja) | 1984-06-11 | 1984-06-11 | 触覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59120183A JPS60263690A (ja) | 1984-06-11 | 1984-06-11 | 触覚センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60263690A JPS60263690A (ja) | 1985-12-27 |
| JPH038912B2 true JPH038912B2 (ja) | 1991-02-07 |
Family
ID=14779964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59120183A Granted JPS60263690A (ja) | 1984-06-11 | 1984-06-11 | 触覚センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60263690A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63166390U (ja) * | 1987-04-15 | 1988-10-28 | ||
| EP2385518A3 (en) * | 2000-05-24 | 2012-02-15 | Immersion Medical, Inc. | Haptic devices using electroactive polymers |
| JP4427665B2 (ja) * | 2004-07-28 | 2010-03-10 | 国立大学法人広島大学 | 曲げ変形センサおよび変形測定装置 |
| JP5664849B2 (ja) * | 2010-08-02 | 2015-02-04 | ソニー株式会社 | 形状センサおよび情報入力装置 |
| JP7161393B2 (ja) * | 2018-12-21 | 2022-10-26 | デクセリアルズ株式会社 | 曲げセンサ、検知装置、物品および検知方法 |
-
1984
- 1984-06-11 JP JP59120183A patent/JPS60263690A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60263690A (ja) | 1985-12-27 |
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