JPH073374B2 - 圧覚センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧覚センサに関し、詳しくは、複数のセンサ
セルを共同のフレキシブルな弾性床にマトリックス状に
配列させ、個々のセンサセルに加えられた力の検出が可
能なロボットハンド等に装着して使用される圧覚センサ
に関する。

［従来の技術］ 従来のロボットは、シーケンス制御あるいは開ループ制
御によって駆動されることが多く、特定の限られた環境
において作業が行われるために、その作業内容やロボッ
トとしての能力に限界があり、例えば、ピックアンドプ
レースロボットの場合は、流れ作業において部品の装着
を行うもので、特定の部品の把持など一連の定まった動
作に限られていて、異種の部品を選択して把持するよう
な機能は有していない。

しかし、最近ではロボットの知能化が進むにつれて人間
の感覚に相当する視覚や圧覚を具えたセンサが開発さ
れ、様々な環境に対応して動作可能なロボットが実用化
しつつある。かかる知能的ロボット用の圧覚センサとし
て開発されたものに分布型圧覚センサがあり、このよう
なセンサのうちにはロボットハンド等に装着され、ロボ
ットハンドが物体を把持した場合、センサから得られる
信号を検出し、フィードバック制御することによって物
体の把持力を制御したり、硬さを認識することができる
ものがある。

第３図は、このような従来の圧覚センサの一例を示す。
本例は互いに直角方向に交わる細い導電性ゴム条Ａおよ
びＢを２層にして組合わせ、ゴム条の配列面に対して垂
直方向に加えられた力に対し、そのゴム条同士の接触部
分の面積が増加し、抵抗が変化するのを検出して加えら
れた力の大きさを知るようにしたものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の圧覚センサでは、加え
られた力に比例した出力が得られず、出力が非線形とな
り、また力の分布を高密度に検出するには適していない
欠点を有していた。

そこで、上述したような欠点を解決すべく第４〜６図に
示すような圧覚センサが提案されている。

第４図および第５図において、１は検出素子として構成
されたセンサセル、２はセンサセル１上の受圧部、11A
〜11Dはセンサセル１の受圧部２周囲に配設され、セン
サセル１に発生するひずみを検出するための半導体スト
レンゲージ、３は同じくセンサセル１上に配設されたバ
ンプ電極、10はセンサセル１を保持し、弾性体として作
用する弾性床、９はセンサセル１上に配置され、バンプ
電極３と電気的に接続されるフレキシブルプリント配線
基板（以下で単に配線基板という）である。

ここで、半導体ストレンゲージ11A〜11Dは第６図に示す
ようなホイートストンブリッジ回路に組込まれており、
半導体ストレンゲージ11A〜11Dにおける抵抗変化を対角
位置の端子から取り出すことにより、センサセル１に加
えられた力をひずみの値として検出するもので、ブリッ
ジ回路への電源供給および半導体ストレンゲージ11A〜1
1Dからの出力信号をバンプ電極３および配線基板９を介
して外部に取り出すことができる。

ところで、上述した形態の圧覚センサは、弾性床10、セ
ンサセル１と配線基板９およびセンサセルの受圧部２上
に設けられる表皮等で構成されており、例えば把持物を
把持したときに受圧部２を介してセンサセル１に伝達さ
れる外力を高密度で精度良く検出できるが、その伝達方
法に問題となることがあった。

すなわち、第７図は圧覚センサにより把持物を把持した
ときの状態を示し、ここで6Aは弾性体の表皮、13は把持
物、９は配線基板であるが、このように、把持物13が２
個の受圧部２の中間で把持された場合、配線基板９が表
皮6Aを介して押圧され、そのために配線基板９の下面に
設けられた電極3Aとセンサセル１上に設けられたバンプ
電極３とを接合しているはんだ付けがはずれてしまうこ
とがあり、センサ機能を損なわれるばかりか、ロボット
の誤操作を招くおそれがあった。

また、第８図は上述のセンサセル１を１個取り出して拡
大したもので、センサセル１と弾性床10とは接着剤12で
接合されている。

このために圧覚センサ組立時において接着剤12を加熱硬
化させなければならず、その分作業性も悪かった。

本発明の目的は、上述したような課題に着目し、その解
決を図るべく、外力を広い範囲で安定してセンサセルに
正確に伝達することができ、以て把持力の検出が可能な
信頼性の高い圧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］ 上述の目的を達成するために、本発明は、一方の面に半
導体ストレンゲージを有し、他方の面側から加えられた
力を半導体ストレンゲージからの出力に基づいて検出可
能な複数のセンサセルと、センサセルの一方の面の中央
部から突設され、力に対して当該センサセルを支承する
受圧支部と、マトリックス状に配設され受圧支部を個々
に嵌合させて支承する有底孔を有し、センサセルの一方
の面との間に所定の間隔を保つ対向面に複数のセンサセ
ルに接続される信号処理回路が形成された弾性床と、複
数のセンサセルの他方の面を共通に覆蓋する柔軟性のあ
る表皮部材とを具え、弾性床および表皮部材の隣接する
センサセル同士間のすき間に対応する格子状部分を薄肉
に形成し、表皮部材を介してその外側から複数のセンサ
セルに加えられた力を検出するようにしたことを特徴と
するものである。

［作用］ 本発明によれば、表皮部材の上面側から把持物等によっ
て加えられる力を受圧支部によって弾性床に支承される
複数のセンサセルに無理なく伝達することができ、セン
サセル上のストレンゲージを介して上述の力に対応した
正確な出力信号を得ることができると共に、更に信号処
理回路を弾性床上に一体に形成したことによって、圧覚
センサ組立時の作業性の向上を図ることができる。

［実施例］ 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。なおここで、センサ
セル１に周知の半導体プロセスにより形成されるバンプ
電極３や不図示の配線パターンおよび半導体ストレンゲ
ージ11A〜11D等については第４図に示した例と変るとこ
ろはない。2Aはこのように構成したセンサセル１の中央
に設けられ、センサセル１に加えられる力を支える役目
をなす受圧支柱としての受圧支部であり、センサセル１
にはんだ接合して取付けられ、フレキシブルな弾性床５
の上面にマトリックス状に穿設した有底孔5Aに各センサ
セル１の受圧支部2Aを嵌め合せることによって第２図に
示すようにこれらのセンサセル１を弾性床５上に所定の
すき間を保って保持している。また、弾性床５上には導
体パターン4Aが形成されていて、各センサセル１のパン
プ電極３をそれぞれ導体パターン4Aのはんだランド４に
はんだ付けすることによってセンサセル１からの出力信
号が導体パターン4Aを介して、信号処理される。更にま
た、弾性床５の下面には、センサセル１同士のすき間に
対応した位置に格子状の溝７による薄肉部5Bが形成され
ていて、これらの薄肉部5Bにより圧覚センサを球面部に
も取付が容易にできるようにしてあり、弾性床５が曲げ
られることによってセンサセル１に悪影響を及ぼすこと
をなくし、各センサセル１に把持力が有効に伝達される
ようにしてある。６は表皮部材であり、上述の弾性床５
下面に設けた格子状の溝７と対応した位置に格子状の薄
肉部6Bを形成した上、このような表皮部材６をセンサセ
ル１上に覆蓋する。

このように構成した圧覚センサにおいては、把持力Ｐが
矢印方向で示すように表皮部材６を介してセンサセル１
の裏面側から加えられることにより、従来より広い受圧
面積で物体を把持でき、圧覚センサとしての検出範囲の
拡大を図ることができる。さらにまた、本実施例によれ
ば、第５図に示した形態の圧覚センサに対し、その弾性
床10とフレキシブル配線基板９との一体化を図ることに
より圧覚センサの組立工程が簡素化される。第２図に以
上のようにして構成した圧覚センサアレイの全容を分解
して示す。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によれば、フレキシブ
ルな弾性床上に個々のセンサセルの支承用受圧支部が嵌
め合される有底孔をマトリックス状に設け、これらの有
底孔に嵌め合された受圧支部を介してセンサセルの半導
体ストレンゲージ形成面が弾性床から所定の間隔を保っ
て支持されるようになし、更に、センサセルの裏面側を
上部から表皮部材によって覆蓋するようにしたので、従
来のように小さな把持物のために配線基板とセンサセル
との間の電気的接続部が外れたりすることがなくなり、
信頼性が高められ、また、弾性床とセンサセルの接着工
程を省くことができる。

さらには、配線基板と弾性床とが一体化されたことによ
って圧覚センサの厚さをこれまでのものよりも薄くする
ことができ、柔軟で正確に把持力を検出することのでき
る信頼性のある圧覚センサの提供が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明圧覚センサの構成の一例を示す断面図、 第２図は本発明による圧覚センサのアレイを示す斜視
図、 第３図は従来の分布型圧覚センサの一例を示す斜視図、 第４図は本発明の適用が可能なセンサセルの平面図、 第５図は第４図に示す形態の圧覚センサの断面図、 第６図は、センサセル上のひずみゲージ間に構成される
ブリッジ回路の構成図、 第７図は従来の圧覚センサにより把持物を把持したとき
の断面図、 第８図は従来の圧覚センサ素子の接着剤による接合状態
を示す斜視図である。 １……センサセル、２……受圧部、2A……受圧支部、３
……バンプ電極、3A……電極、４……はんだランド、4A
……導体パターン、５……弾性床、5A……有底孔、5B…
…薄肉部、６……表皮部材、6A……表皮、6B……薄肉
部、７……溝、８……有底孔、９……配線基板、10……
弾性床、11A〜11D……半導体ストレンゲージ、12……接
着剤、13……把持物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方の面に半導体ストレンゲージを有し、
   他方の面側から加えられた力を前記半導体ストレンゲー
   ジからの出力に基づいて検出可能な複数のセンサセル
   と、 該センサセルの一方の面の中央部から突設され、前記力
   に対して当該センサセルを支承する受圧支部と、 マトリックス状に配設され、前記受圧支部を個々に嵌合
   させて支承する有底孔を有し、前記センサセルの一方の
   面との間に所定の間隔を保つ対向面に前記複数のセンサ
   セルに接続される信号処理回路が形成された弾性床と、 前記複数のセンサセルの他方の面を共通に覆蓋する柔軟
   性のある表皮部材と を具え、前記弾性床および前記表皮部材の隣接する前記
   センサセル同士間のすき間に対応する格子状部分を薄肉
   に形成し、 前記表皮部材を介してその外側から前記複数のセンサセ
   ルに加えられた力を検出するようにしたことを特徴とす
   る圧覚センサ。