JPH0794119B2 - 接触センサの信号処理回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種ロボットあるいはその他の操作装置等に
取付けられる接触センサからの信号を処理して接触情報
を検知する接触センサの信号処理回路に関する。

〔従来の技術〕

一般に、ロボットあるいはその他の操作装置等は、所定
の領域内にて移動しながら所定の作業を行なう場合が多
い。このような場合、領域内の設置物との異常接触が生
じることがある。このような事態を効率よく回避し、装
置の安全性をはかる手段として、装置の周囲に近接セン
サなどの接触センサを装備する手段が最も一般的であ
る。この場合、その機能を最大限に発揮させるために
は、多数の接触センサを多数箇所にかつ種々の姿勢で装
着することが肝要である。

接触センサとしては超音波方式，静電方式，光ビーム方
式等、種々の方式のものがあるが、これらは、いずれも
小型，軽量かつ堅牢で信頼性の高いセンサであるとは言
いがたい。このような条件を満たす接触センサとして、
ヒゲ状の触子を有するウィスカセンサ（Whisker−Senso
r）がある。

第３図はウィスカセンサの基本構成を示す概略図であ
る。第３図において、11は基体であり、12は上記基体11
に植設された弾性金属ワイヤ等からなるウィスカであ
り、13a,13bは上記ウィスカ２の付値部分に対向配設さ
れた一対の電極であり、14は上記電極部分を覆うシール
部材であり、15は前記ウィスカ12の基端部と接続された
電圧印加端子であり、16a,16bは前記電極13a,13bとそれ
ぞれ接続された出力端子である。

上記ウィスカセンサにおいては、ウィスカ12が障害物と
接触し、矢印の如く押圧力を受けて変形すると、ウィス
カ12と電極13bとが接触し、電圧印加端子15に印加され
た電圧が出力端子15bに取出される。かくして、障害物
との接触を電気的に検出し得るものとなっている。この
ウィスカセンサは、リード線により中央処理装置に接続
される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記構成のものでは、各接触センサからの信号を中央処
理装置に伝送するために、各接触センサと中央の処理装
置との間をリード線により1:1の関係で接続する必要が
ある。このためリード線量が膨大となり、多数の接触セ
ンサ群を用いることの有用性がほとんど相殺されてしま
うという不具合がある。

かかる不具合を解消する手段としてラダー結線法による
回路を設けることが考えられる。ラダー結線法による回
路は、多数の抵抗の直列結線により構成される抵抗ライ
ンと電源ラインとの間に、接触センサを梯子状に設け、
抵抗ラインの両端での電圧を検出してそれらの比をとる
ことにより、ON状態のセンサ位置を検知する如く構成さ
れたものである。このラダー結線法による回路を用いれ
ば、リード線量を著しく減少でき、かつ抵抗という受動
素子のみで構成できることから堅牢で安価なものとな
る。しかしながら、二つ以上の接触センサが同時にONに
なると、センサ位置の正確な検知ができなくなる欠点が
ある。

そこで本発明は、ロボットなどに装着された多数の接触
センサと中央処理装置との間を接続するリード線量が僅
少ですみ、しかも、たとえ二つ以上の接触センサがほと
んど同時にON状態になった場合でも、センサ位置を正確
に検知できる接触センサの信号処理回路を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決し目的を達成するために、次
のような手段を講じたことを特徴としている。

（１）１本の電源ラインと２本の抵抗ラインとの間に、
接触センサからのON・OFF信号を微分して立上り信号と
立下り信号とを得る微分回路を梯子状に接続し、各抵抗
ラインに上記立上り信号と立下り信号とに対応する電圧
信号をそれぞれ生じさせる第１の手段を設ける。

（２）この第１の手段により前記各抵抗ラインに生じた
電圧信号をそれぞれ伝送する信号ライン，アースライ
ン，電源ラインとからなる伝送系を設ける。

（３）この伝送系により伝送された信号を演算処理する
ことにより、前記ON・OFF信号を生じさせた接触センサ
の取付け位置を判定する第２の手段を設ける。

つまり、センサ信号の微分操作を行ない、センサ信号の
立上り時と立下り時とにおけるパルス信号を得、ラダー
結線法と同様の回路により上記パルス信号に応じた電圧
信号を取出し、その電圧信号を演算処理することにより
作動センサ位置の判定を行なうようにしたものである。

〔作用〕

このような手段を講じたことにより、伝送系は接触セン
サの数に関係なく、４本の信号ラインと電源ラインとア
ースラインの計６本あればよく、しかも複数の接触セン
サが並列的に作動する場合でも、その作動開始時点また
は作動終了時点のいずれかが時間的にずれていれば、作
動センサの位置を判別可能となる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。第１図に示すように本回路は、第１の手段を含む第
１ブロックと、第２の手段の一部を含む第２ブロック
と、第１ブロックと第２ブロックとの間を結ぶ伝送線路
と、第２の手段の他の一部を含む中央処理装置とからな
っている。第１のブロックには、１本の電源ラインＡと
２本の抵抗ラインB1,B2が設けられている。抵抗ラインB
1と抵抗ラインB2とは、複数の抵抗Ｒを直列接続したも
のとなっており、各両端は大地Ｅにアースされている。
抵抗ラインB1と抵抗ラインB2の対応する各抵抗相互間に
は、一対のダイオードを逆極性に直列接続したダイオー
ド回路が複数組接続されている。そして電源ラインＡと
上記ダイオード回路におけるダイオード同士の接続点と
の間に、ウィスカセンサ１と、コンデンサ２および抵抗
３からなる微分回路とを直列的に接続したセンサ信号検
出回路が梯子状に接続されている。かくしてセンサ１か
らのON・OFF信号をコンデンサ２と抵抗３とからなる微
分回路により微分して立上り信号と立下り信号とを得、
これを抵抗ラインB1,B2とダイオード回路からなる電圧
信号取出し回路４に供給することにより、各抵抗ライン
B1,B2に上記立上り信号と立下り信号とに対応する電圧
信号をそれぞれ生じさせるのとなっている。

第１のブロックの各抵抗ラインB1,B2の両端近傍からは
４本の信号ラインS1〜S4が引出され、第２ブロックに入
っている。なお図示はしてないが、第１ブロックと第２
ブロックとの間には、電源ラインおよびアースラインの
２本の線路が上記信号ラインと共に設けられている。

第２ブロックには、上記信号ラインS1〜S4を介して伝送
されてくる電圧信号を、立上り信号と立下り信号とに分
けて演算処理するON処理系およびOFF処理系の回路が設
けられている。すなわち、非反転増幅器5a,5bと割算器
６は、立上り信号の演算処理を行なうON処理系回路であ
り、この回路に前記信号ラインS1,S2が接続されてい
る。またボルテージフォロワ7a,7bと反転増幅器8a,8bと
割算器９とは、立下り信号を演算処理するOFF処理系の
回路であり、この回路に前記信号ラインS3とS4とが接続
されている。

上記第２ブロックの割算器６および９は、 A/D変換器10および11をそれぞれ介して中央処理装置12
に接続されている。

次に、このように構成された本回路の動作を、第２図に
示すタイミング図を適時参照して説明する。第２図の
のように時点t1にてセンサ１がONすると、電圧がアース
レベルから瞬間的に電源レベルへ上がる。そうすると、
コンデンサ２および抵抗３からなる微分回路によってそ
の立上り部分が微分されて、第２図ののようになパル
ス信号が発生し、これがダイオード回路に加わる。上記
パルス信号は正信号なので、順方向ダイオードD_iを通
り、抵抗ラインB1にて分圧される。かくして第２図の
，′のような信号が取出され、これが信号ラインS
1,S2を介して非反転増幅器5a,5bに入力する。なお上記
，′の信号は、抵抗ラインB1に接続されている他の
ダイオードD1₁〜D_nがすべて逆向きの関係になっている
ので、他のセンサ信号に影響を与えない。

センサ１がOFFするときも同様な現象が生じるが、時点t
2にて微分されたパルス信号が負の信号なので、逆向き
のダイオードD_i′を通り、抵抗ラインB2にて分圧され
る。かくして第２図の，′のような信号が取出さ
れ、これが信号ラインS3,S4を介してボルテージフォロ
ワ7a,7bに入力する。上記，′の信号も、抵抗ライ
ンB2に接続されている他のダイオードD₁′〜D_n′がすべ
て逆向きの関係になっているので、他のセンサ信号に影
響を与えない。

，′の信号は非反転増幅器5a,5bにより増幅され、
割算器６により割算を行なわれる。割算の結果は、抵抗
ラインB1の分圧比に応じたものとなるので、各センサ位
置に固有の値となる。

，′の信号も、ボルテージフォロワ7a,7bを介して
反転増幅器8a,8bに入力し、ここで増幅されたのち割算
器９により割算を行なわれる。割算の結果は、抵抗ライ
ンB2の分圧比に応じたものとなるので、前記同様に各セ
ンサ位置に固有の値となる。

上記各抵抗ラインB1,B2による分圧比は相等しいので、
あるセンサがONしたときのON処理系の割算器６から出力
される第２図のに示すアナログ値と、OFF処理系の割
算器９から出力される第２図のに示すアナログ値とは
同じレベルになる。上記各アナログ値は、A/D変換器10
および11によりそれぞれディジタル信号に変換されて中
央処理装置12に入力する。かくしてこの中央処理装置12
により、どのセンサからの信号かを判定される。この場
合、信号の発生タイミングについての比較判定が行なわ
れることにより、全てのセンサのON・OFF状態がリアル
タイムで適確に検知される。

なお本発明は前記一実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であ
るのは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、センサ信号の微分操作を行ない、セン
サ信号の立上り時と立下り時とにおけるパルス信号を
得、ラダー結線法と同様の回路により上記パルス信号に
応じた電圧信号を取出し、その電圧信号を演算処理する
ことにより作動センサ位置の判定を行なうように構成さ
れているので、ロボットなどに装着された多数の接触セ
ンサと中央処理装置との間を接続するリード線量が僅少
ですみ、しかも、たとえ二つ以上の接触センサがほとん
ど同時にON状態になった場合でも各センサ位置を正確に
検知でき、さらに二つ以上の接触センサがほとんど同時
にOFF状態になった場合にも各センサ位置を正確に検知
できる接触センサの信号処理回路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例を示す図で、第
１図は全体の構成を示す回路図、第２図は第１図の回路
の動作タイミングを示す図である。第３図は従来技術の
問題点を説明するために示したウィスカセンサの断面図
である。 １……ウィスカセンサ、２……コンデンサ、３……抵
抗、5a,5b……非反転増幅器、6,9……割算器、7a,7b…
…ボルテージフォロワ、8a,8b……反転増幅器、11,12…
…A/D変換器、12……中央処理装置、Ａ……電源ライ
ン、B1,B2……抵抗ライン、S1〜S4……信号ライン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１本の電源ラインと２本の抵抗ラインとの
   間に、接触センサからのON・OFF信号を微分して立上り
   信号と立下り信号とを得る微分回路を梯子状に接続し、
   各抵抗ラインに上記立上り信号と立下り信号とに対応す
   る電圧信号をそれぞれ生じさせる第１の手段と、この第
   １の手段により前記各抵抗ラインに生じた電圧信号をそ
   れぞれ伝送する信号ライン，アースライン，電源ライン
   とからなる伝送系と、この伝送系により伝送された信号
   を演算処理することにより前記ON・OFF信号を生じさせ
   た接触センサの取付け位置を判定する第２の手段と、を
   備えたことを特徴とする接触センサの信号処理回路。