JPH0446463B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0446463B2 JPH0446463B2 JP59011588A JP1158884A JPH0446463B2 JP H0446463 B2 JPH0446463 B2 JP H0446463B2 JP 59011588 A JP59011588 A JP 59011588A JP 1158884 A JP1158884 A JP 1158884A JP H0446463 B2 JPH0446463 B2 JP H0446463B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- sensitive structure
- strain gauge
- analog switch
- unit cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/50—Devices controlled by mechanical forces, e.g. pressure
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は半導体単結晶からなり一導電形の表面
層に逆導電形の複数のストレンゲージ領域が形成
された感圧構造体の複数個が上にアレイ状に配置
され、各感圧構造体に力が加わつた時にストレン
ゲージからなるブリツジに生ずる出力電圧により
感圧構造体に加わる力の３成分の大きさの面分布
を検出する圧覚センサに関する。[Detailed description of the invention] [Technical field to which the invention pertains] The present invention relates to a pressure-sensitive structure made of a semiconductor single crystal and having a plurality of strain gauge regions of opposite conductivity type formed on a surface layer of one conductivity type. Pressure sensors are arranged in an array on the top and detect the surface distribution of the magnitudes of the three components of the force applied to the pressure-sensitive structure based on the output voltage generated in the bridge made of strain gauges when force is applied to each pressure-sensitive structure. Regarding.
各種物体を取り扱うロボツトハンドにおいて、
物体の種類に応じた適正な把持力で物体を扱うた
めには、把持力すなわちロボツトハンドのフイン
ガに掛かる荷重の大きさとその分布を精密に検出
して把持力を制御しなければならない。そのよう
な目的で第１図に示すような小形の圧覚センサ単
位セルが提案され、面状分布の検出にはこの単位
セルあるいは２個の単位セルからなる感圧モジユ
ールをアレイ状に配列して圧覚センサを構成す
る。この単位セルは、例えばＮ形シリコン単結晶
からなるリング状感圧構造体１の受圧面１１に垂
直の面の表面から拡散により12個のＰ形ストレン
ゲージ領域２１，２２，２３を形成し受圧面１１
に対向する底面１３により支持体に固定したもの
である。ストレンゲージ２１で構成されるブリツ
ジの出力電圧により受圧面１１に加わる力の受圧
面に垂直方向成分Fz、ストレンゲージ２２で構
成されるブリツジの出力電圧により受圧面１１に
平行な方向の１成分Fx、ストレンゲージ２３で
構成されるブリツジの出力電圧により残りの１成
分Fyを検出する。このようなブリツジの出力信
号は増幅部に入力されるが、各単位セルあるいは
感圧モジユールからの出力信号の取り出し、およ
びそれらへの入力の供給のための配線を少なくす
るために入力の供給および出力信号の取り出しを
単位セルあるいはモジユールごとにスキヤンニン
グできるようにすることが望ましい。
In the robot hand that handles various objects,
In order to handle an object with an appropriate gripping force depending on the type of object, it is necessary to control the gripping force by precisely detecting the magnitude and distribution of the gripping force, that is, the load applied to the fingers of the robot hand. For such a purpose, a small pressure sensor unit cell as shown in Fig. 1 has been proposed, and in order to detect the planar distribution, this unit cell or a pressure sensor module consisting of two unit cells are arranged in an array. Configure a pressure sensor. This unit cell is formed by forming 12 P-type strain gauge regions 21, 22, 23 by diffusion from the surface perpendicular to the pressure-receiving surface 11 of a ring-shaped pressure-sensitive structure 1 made of, for example, N-type silicon single crystal. Face 11
It is fixed to the support body by the bottom surface 13 facing to the bottom surface 13. The output voltage of the bridge made up of the strain gauge 21 causes a component Fz of the force applied to the pressure receiving surface 11 in a direction perpendicular to the pressure receiving surface, and the output voltage of the bridge made up of the strain gauge 22 causes a component Fx in the direction parallel to the pressure receiving surface 11. , the remaining one component Fy is detected by the output voltage of the bridge constituted by the strain gauge 23. The output signal of such a bridge is input to the amplification section, but the input supply and It is desirable to be able to scan output signals for each unit cell or module.
本発明の目的はそのようなスキヤンニングを容
易にでき配線を少なくした圧覚センサを提供する
ことを目的とする。
An object of the present invention is to provide a pressure sensor that facilitates such scanning and reduces wiring.
〔発明の要点〕
本発明によれば、圧覚センサの単位セルの感圧
構造体にアナログスイツチが集積され、入出力配
線中に接続されることによつて上記の目的が達せ
られる。アナログスイツチとしてはMOSトラン
ジスタを形成することが有利である。[Summary of the Invention] According to the present invention, the above object is achieved by integrating an analog switch in the pressure sensitive structure of a unit cell of a pressure sensor and connecting it to the input/output wiring. It is advantageous to form a MOS transistor as the analog switch.
第２図，第３図は本発明の実施例を示し、この
場合は単結晶半導体として基板の両面に異なる導
電形のエピタキシヤル層を備えたシリコン板を用
い、一方の面のエピタキシヤル層にFz検出用ブ
リツジを、他方の面のエピタキシヤル層にFxお
よびFy検出用のブリツジを形成したものである。
第２図に示した感圧構造体の表面１２にはストレ
ンゲージ領域２１のほかにその中間の歪の小さい
領域に出力端子Ｚに接続されるアナログスイツチ
３１，３２、入力端子Ｖに接続されるアナログス
イツチ３３が形成されている。このアナログスイ
ツチは第４図に示したようにMOSトランジスタ
として形成されている。すなわちＰ形シリコン基
板４１上に設けられたＮ形エピタキシヤル層４２
中にＰ形拡散層４３が形成され、さらにその中に
N+形のソース、ドレイン層４４が形成されてい
る。シリコン板表面は酸化膜４５で覆われ、その
上にゲート電極４６が設けられ、Ｎチヤネル
MOSトランジスタ３が構成される。一方、スト
レンゲージ領域はＰ形拡散層４７により形成さ
れ、これとの接続は金属薄膜配線５により接続さ
れている。接地配線として利用される基板４１へ
の接続はＰ形拡散層４８で行われる。この接地部
は第２図，第３図では小円６で表わされている。
第３図は離面１４を示し、出力端子Ｘ，Ｙに接続
されるアナログスイツチ３４〜３７および入力端
子Ｖに接続されるアナログスイツチ３８が表面と
同様に歪の小さい左右中間部に形成されている。
2 and 3 show an embodiment of the present invention. In this case, a silicon plate is used as a single crystal semiconductor and has epitaxial layers of different conductivity types on both sides of the substrate. A bridge for Fz detection is formed on the epitaxial layer on the other side, and bridges for Fx and Fy detection are formed on the epitaxial layer on the other side.
In addition to the strain gauge region 21 on the surface 12 of the pressure sensitive structure shown in FIG. An analog switch 33 is formed. This analog switch is formed as a MOS transistor as shown in FIG. That is, an N-type epitaxial layer 42 provided on a P-type silicon substrate 41
A P-type diffusion layer 43 is formed therein, and a P-type diffusion layer 43 is formed therein.
N + type source and drain layers 44 are formed. The surface of the silicon plate is covered with an oxide film 45, on which a gate electrode 46 is provided, and an N-channel
A MOS transistor 3 is configured. On the other hand, the strain gauge region is formed by a P-type diffusion layer 47, and is connected to this by a metal thin film wiring 5. Connection to the substrate 41, which is used as a ground wiring, is made through a P-type diffusion layer 48. This grounding portion is represented by a small circle 6 in FIGS. 2 and 3.
FIG. 3 shows the separation surface 14, in which analog switches 34 to 37 connected to the output terminals X and Y and an analog switch 38 connected to the input terminal V are formed at the left and right intermediate portions where distortion is small, similar to the surface. There is.
第４図に示すMOSトランジスタ３はゲート電
極４に正の電圧を印加した場合に導通するが、第
５図に示すようにエピタキシヤル層４２に直接
P+拡散層４９によりソース、ドレイン層を形成
した場合は、ゲート電極４６に印加される電圧が
零あるいは負の場合に導通する。 The MOS transistor 3 shown in FIG. 4 becomes conductive when a positive voltage is applied to the gate electrode 4, but as shown in FIG.
When the source and drain layers are formed using the P + diffusion layer 49, conduction occurs when the voltage applied to the gate electrode 46 is zero or negative.
第６図は配線密度の小いFz検出用ブリツジ形
成面にアナログスイツチ３１〜３３および３９の
ほかに温度センサ７およびそれに直列接続の薄膜
抵抗８を形成した実施例である。第７図は本発明
に基づく単位セルを用いた場合の圧覚センサの回
路構成の一例を示し、図中に記入された符号は本
発明の実施例を示した図に記入した符号の部分に
対応する。入力配線５１，５２、出力配線５３，
５４，５５に挿入されたアナログスイツチ３を制
御部１０よりの信号により順次オン、オフするこ
とによりスキヤンニングして、各単位セルのFx，
Fy，Fz検出用の各ブリツジからの出力信号を順
次増幅部２０に取り出す。 FIG. 6 shows an embodiment in which, in addition to analog switches 31 to 33 and 39, a temperature sensor 7 and a thin film resistor 8 connected in series thereto are formed on the Fz detection bridge formation surface with low wiring density. FIG. 7 shows an example of the circuit configuration of a pressure sensor using a unit cell based on the present invention, and the symbols written in the figure correspond to the parts written in the figures showing the embodiments of the present invention. do. Input wiring 51, 52, output wiring 53,
Scanning is performed by sequentially turning on and off the analog switches 3 inserted in 54 and 55 according to signals from the control unit 10, and the Fx,
Output signals from each bridge for Fy and Fz detection are sequentially taken out to the amplification section 20.
本発明は圧覚センサ単位セルの感圧構造体にア
ナログスイツチを配設したもので、単位セルある
いは感圧モジユールへの入力の給供および出力信
号の取り出しがスキヤンニング可能となり、単位
セルのストレンゲージ部と信号処理部との間の配
線数が大幅に減少するので、多数のセルを内蔵す
るアレイ状圧覚センサの構成が極めて容易にな
る。
The present invention has an analog switch disposed in the pressure-sensitive structure of a pressure-sensor unit cell, and it is possible to supply input to the unit cell or pressure-sensitive module and take out an output signal by scanning, and the strain gauge of the unit cell can be scanned. Since the number of wires between the signal processing section and the signal processing section is greatly reduced, it becomes extremely easy to construct an array pressure sensor incorporating a large number of cells.
第１図は圧覚センサ単位セルの感圧構造体の斜
視図、第２図は本発明の一実施例の感圧構造体表
面の平面図、第３図は同じく裏面の平面図、第４
図は本発明によるアナログスイツチの一実施例を
示す感圧構造体要部断面図、第５図はアナログス
イツチの別の実施例を示す感圧構造体の要部断面
図、第６図は本発明の異なる実施例の感圧構造体
表面の平面図、第７図は本発明の実施例の圧覚セ
ンサの回路図である。
１…感圧構造体、２１，２２，２３…ストレン
ゲージ領域、３，３１，３２，３３，３４，３
５，３６，３７，３８，３９…アナログスイツ
チ、５…配線。
FIG. 1 is a perspective view of a pressure sensitive structure of a pressure sensor unit cell, FIG. 2 is a plan view of the surface of the pressure sensitive structure according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a plan view of the back side, and FIG.
The figure is a cross-sectional view of a main part of a pressure-sensitive structure showing one embodiment of an analog switch according to the present invention, FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of a pressure-sensitive structure showing another embodiment of an analog switch, and FIG. FIG. 7 is a plan view of the surface of a pressure sensitive structure according to a different embodiment of the invention, and is a circuit diagram of a pressure sensor according to an embodiment of the invention. 1... Pressure sensitive structure, 21, 22, 23... Strain gauge region, 3, 31, 32, 33, 34, 3
5, 36, 37, 38, 39...analog switch, 5...wiring.
Claims (1)
導電形の複数のストレンゲージ領域が形成された
感圧構造体の複数個がアレイ状に配置され、各感
圧構造体に力が加わつた時にストレンゲージから
なるブリツジに生ずる出力電圧により加わつた力
の３成分の大きさの面分布を検出するものにおい
て、感圧構造体にアナログスイツチが集積され、
入出力配線中に接続されたことを特徴とする圧覚
センサ。1. A plurality of pressure-sensitive structures made of semiconductor single crystal, each having a surface layer of one conductivity type and a plurality of strain gauge regions of opposite conductivity type, are arranged in an array, and a force is applied to each pressure-sensitive structure. In a device that detects the surface distribution of the magnitude of the three components of the force applied by the output voltage sometimes generated on a bridge consisting of a strain gauge, an analog switch is integrated in the pressure-sensitive structure,
A pressure sensor characterized by being connected during input/output wiring.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59011588A JPS60154678A (en) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | Sense of pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59011588A JPS60154678A (en) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | Sense of pressure sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60154678A JPS60154678A (en) | 1985-08-14 |
| JPH0446463B2 true JPH0446463B2 (en) | 1992-07-30 |
Family
ID=11782058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59011588A Granted JPS60154678A (en) | 1984-01-25 | 1984-01-25 | Sense of pressure sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60154678A (en) |
-
1984
- 1984-01-25 JP JP59011588A patent/JPS60154678A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60154678A (en) | 1985-08-14 |
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