JPS60152972A - 圧覚センサ出力信号前処理装置 - 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】 ［発明の属する技術分野］ この発明は、例えばロボットのハンドに取付けられてそ
の把持部の圧力分布を測定することにより、物をつかむ
、はなす、すべる等の把持状態を検知する圧覚センサの
出力信号を、計算機処理し易くするための圧覚センサ出
力信号前処理装置に関する。

し従来技術とその問題点］ この種の圧覚センサ出力信号前処理装置は現在のところ
見当らないが、本発明に近い従来技術としては、第１図
に示すようなものがある。半導体ストレンゲージのよう
な半導体のブリッジで構成された圧力検出部ｌの出力は
、温度補償回路２で温度による影響が除去される。すな
わち、この温度補償回路２では、圧力検出部１からの信
号がアナログ集積回路３およびアナログ集積回路４で受
信され、これらの集積回路とスパン調整抵抗５およびオ
フセット調整抵抗６とで信号のスパンおよびオフセット
が調整され、また零点調整抵抗７とアナログ集積回路８
とで信号の零点が調整される。さらに、零点温度特性補
償抵抗９とアナログ集積回路８およびスパン温度特性補
償抵抗１０とアナログ集積回路１１とにより圧力信号の
温度補償が行われた後、信号出力端子１２から出力信号
が出力される。　１３は電源端子、１４はアナログ用ア
ース端子である。

ところが、このような従来技術により、前述のような面
状に分布する圧力の圧力分布を測定しようとすると例え
ば第２図に示すように圧力検出部１を多数並列に並べる
と同時に、これに合せて温度補償回路２も多数並列に並
べなければならないので、はなはだ不経済であった。

［発明の目的］ この発明は、圧力分布を経済的に測定できる圧覚センサ
出力信号前処理装置を提供することを目的とする。

［発明の要点］ この発明は、マトリックス状に配置した多数の圧力検出
部の出力を縦軸アドレスと横軸アドレスとで掃引して取
り出し、個々の圧力検出部ごとのオフセット、スパンな
どの温度補償を温度センサの出力とマイクロコンピュー
タとを用いて行うことにより、経済的に圧力分布の測定
を行うようにするものである。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

第３図は、この発明の実施例を示すもので、圧力検出ブ
ロック１５．増幅部１６およびマイクロコンピュータ部
１７とからなる。圧力検出ブロック１５は、例えば半導
体ストレンゲージのような半導体からなりマトリックス
状に配置された複数の圧力検出部ｌ、各圧力検出部ｌに
それぞれ並列に接続した例えばサーミスタ等からなる温
度検出素子１８．１組の圧力検出部１と温度検出素子１
日毎に接続してこれらの出方を縦軸（列方向）毎に開閉
する縦軸アナログスイッチ部１９、および縦軸アナログ
スイッチ部１９の後段に接続して圧力検出部１と温度検
出素子１８の出力を横軸（行方向）毎に開閉する横軸ア
ナログスイッチ剖２０などから構成される。縦軸アナロ
グスイッチ部１８および横軸アナログスイッチ部２０は
、いずれも制御電圧で同時に開閉する３個のアナログス
イッチ２１からできていて、圧力検出部１の出力および
温度検出素子１８の出力とｖｃ＃８１ｉ！している。

増幅部１６は全ての横軸アナログスイッチ部２０の出力
と接続する単一の増＠部であり、圧力信号増幅用の３個
のアナログ集積回路３および４と１１と、温度信号増幅
用のアナログ集積回路２２とから構成されている。

マイクロコンピュータ部１７は後述の横軸アドレスに応
じて該当の横軸の全横軸アナログスイッチ部２０へ制御
電圧を印加しその開閉制御をする横軸デコーダ２３、後
述の縦軸アドレスに応じて該当の縦軸の縦軸アナログス
イッチ部１９へ制御電圧を印加しその開閉制御をする縦
軸デコーダ２４、増幅部１８の出力と接続して増幅され
たアナログの圧力信号と温度信号とを交互に切換て出力
するアナログ信号切換部２５、アナログ信号切換部２５
の出力をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換するＡ／Ｄ
変換器２θと、Ａ／Ｄ変換器２８のデジタル出力信号を
一時記憶する一時記憶用ＲＡＭ　（ランダムアクセスメ
モリ）２７、Ａ／Ｄ変換器２６でデジタル化したデータ
を温度補償のための演算をする乗算用コプロセッサ２８
と除算用コプロセッサ２９、演算式や定数または制御プ
ログラム等をあらかじめ格納したＲＯＭ　（リードオン
リメモリ）３０、演算により温度補償された検出データ
を記憶する補正後データ記憶用ＲＡＭ３１、温度補償ず
みの検出データを外部に出力する信号出力用ポート３２
、全体の制御を行うｃｐｕ　（中央演算処理装置）３３
、およびＣＰＩＪ３３からの圧力検出部アドレスを横軸
デコーダ２３および縦軸デコーダ２４へ出力するアドレ
ス出力用ポート３４とから成っている。

３５はマイクロコンピュータ部１７の内部データバス、
３８はマイクロコンピュータ部１７のアドレスバス、３
７はマイクロコンピュータ部１７の信号出力用データバ
ス、３日はマイクロコンピュータ部１７のデジタル用ア
ース端子、３９はマイクロコンピュータ部１７のデジタ
ル用電源端子、４０は増幅部１８のオペアンプ用負電源
端子、４１は増幅部１６のオペアンプ用正電源端子、４
２は横軸デコーダ２３から出て各横軸アナログスイッチ
部２０のゲートに接続する横軸ライン群、および４３は
縦軸゛デコーダ２４から出て縦軸毎に縦軸アナログスイ
ッチ部１８のゲートに接続する縦軸ライン群である。

ＣＰＵ３３により複数の圧力検出部１のうち、どの圧力
検出部１の出力を信号出力用データバス３７に出力させ
るかが決定されると、＋　ＣＰＵ３３はその圧力検出部
のアドレスをアドレス出力用ポート３４を経由して、横
軸デコーダ２３と縦軸デコーダ２４に出力する。ここで
、圧力検出部のアドレスは圧力検出部毎に与えられた特
定アドレスで、例えば縦軸アドレスと横軸アドレスとか
らなるものとする。それぞれのデコーダ２３と２４はそ
の入力したアドレスを解読し、そのアドレスに対応した
縦軸および横軸のラインを縦軸ライン群４３および横軸
ライン群４２の中から選び、これらのラインに接続され
ている縦軸アナログスイッチ部１９と横軸アナログスイ
ッチ部２０だけをオン（導通）状態にさせる。

これにより、ＣＰＵ３３により指定されたアドレスの特
定の圧力検出部１とこの圧力検出部１の温度を測定する
ための温度検出素子１８とが選択され、これらの出力信
号が増幅部ＩＢで増幅される。すなわち、圧力検出部１
の圧力信号はアナログ集積回路３．アナログ集積回路４
および１１で増幅され、また温度検出素子１８の温度信
号はアナログ集積回路２２で増幅される。増幅された圧
力信号と温度信号とはアナログ信号切換部２５で切換え
られて交互にＡ／Ｄ変換器２６で順次Ａ／Ｄ変換される
。　Ａ／Ｄ変換されたデジタルの圧力信号と温度信号と
は内部データバス３５を介して一時記憶用ＲＡＭ２？に
記憶され、さらにＣＰＵ３３．乗算用コプロセッサ２８
および除算用コプロセッサ２８とにより圧力信号の温度
補償のための演算が行われる。ここで、乗算用コプロセ
ッサ２日と除算用コプロセッサ２９とは上述の補償演算
の速度を早めるために用いられる。

かかる補償演算は以下のように行う。まず、アナログ信
号切換部２５に入力される圧力信号は、圧力検出部ｌに
圧力が印加されないときに発生するオフセットと、スパ
ンを決定する比例定数とを使って近似的に、 オフセット　比例定数 と表わすことができるので、圧力Ｐは次の０式からめる
ことができる。

ただし、 Ｖｏｐ　：アナログ信号切換部２５に入力される圧力信
号 Ｔ：圧力検出部１の絶対温度 Ｐ：圧力検出部ｌへの印加圧力 ａｏ　＋ａｌ　＋ａ２　＋ｂＯ、ｂｌ　、ｂ２　’圧力
検出部１の個々に定まる既知の定数 才た、アナログ信号切換部２５に入力される温度信号は
、温度検出素子１８が例えばサーミスタの場合に近似的
に Ｖｏ、＝Ｃ０＋Ｃ，Ｔ と表わすことができるので、温度Ｔは次の０式からめる
ことができる。

ただし、 Ｖ６Ｔ　：アナログ信号切換部２５に入力される温度信
号 Ｃ０，ＣＩ：温度検出素子１８ごとに定まる既知の定数 ｌ工：温度検出素子１８の絶対温度 従って、温度検出素子１８の温度が圧力検出部１の温度
と考えられるほど、温度検出素子１８と圧力検出部１と
を十分に近いところに設置しておけば、上述の０式によ
り算出した温度Ｔを用いて、上述の０式から温度の影響
を除去した正確な圧力値を算出できることになる。この
ようにして、算出された圧力データは信号出力用ポート
３２を経由して、外部に出力されると同時に、補正後デ
ータ記憶用ＲＡＭ３１に記憶され、いつでも必要なとき
に出力できるようになっている。

以上のように、ある特定の圧力検出部１の圧力４８　号
がマイクロコンピュータ部１７で演算処理され、信号出
力用データバス３７に出力される。同様にして他の圧力
検出部１の圧力も順次縦軸デコーダ２４および横軸デコ
ーダ２３とを経由してアドレス指定されることにより、
マイクロコンピュータ部１７で演算処理され、信号出力
用データバス３７に出力される。複数の圧力検出部１を
全部このようにして掃引し終−ると、補正後データ記憶
用ＲＡＭ３１には圧力分布のデータファイルが完成する
こととなる。

なお、圧力検出部１は印加圧力を互いに直行する３分力
に分解して検出する３分力検知感圧モジュールの半導体
ブリッジ回路にも好適である。また、温度検出素子１８
は圧力検出部ｌと対にして用いる必要はなく例えば３個
の圧力検出部１につき１個の温度検出素子１８を用いて
温度を測定し０式と０式により温度補償を行ってもよい
し圧力検出ブロック１５に１個の温度検出素子１８を用
いて温度を測定し同じように温度補償を行ってもよいこ
とは自明である。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によればマトリックス状
に配置した多数の圧力検出部の出力を前述したように縦
軸アドレスと横軸アドレスとを用いて掃引し、個々の圧
力検出部ごとのオフセット、スパンなどの温度補償をマ
イクロコンピュータを用いて行っているので、第２図の
ように複数の圧力検出部の出力を掃引せずに、個々の圧
力検出部の出力に温度補償回路を別々に設ける必要はな
く、全体として圧力分布の測定を廉価に経済的に行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の圧力センサの温度補償回路を示す回路図
、 第２図は従来の圧力センサとその温度補償回路を用いて
圧力分布を測定する場合のシステム構成例を示すブロッ
ク図、 第３図はこの発明の実施例を示す回路図である。 １・・・圧力検出部、 ２・・・温度補償回路。 ３・・・アナログ集積回路、 ４・・・アナログ集積回路、 ５・・・スパン調整抵抗、 ６・・・オフセット調整抵抗、 ７・・・零点調整抵抗、 ８・・・アナログ集積回路、 ９・・・零点温度特性補償抵抗、 １０・・・スパン温度特性補償抵抗、 １１・・・アナログ集積回路、 Ｘ２・・・信号出力端子、 １３・・・電源端子、 １４・・・アナログ用アース端子、 １５・・・圧力検出ブロック。 １６・・・増幅部、 １７・・・マイクロコンピュータ部、 １８・・・温度検出素子、 １８・・・縦軸アナログスイッチ部、　”２０・・・横
軸アナログスイッチ部、 ２１・・・アナログスイッチ、 ２２・・・アナログ集積回路、 ２３・・・横軸デコーダ、 ２４・・・縦軸デコーダ、 ２５・・・アナログ信号切換部、 ２６・・・Ａ／Ｄ変換器、 ２７・・・一時記憶用ＲＡＭ、 ２８・・・乗算用コプロセッサ、 ２８・・・除算用コプロセッサ、 ３０・・・ＲＯＭ、 ３１・・・補正後データ記憶用ＲＡＭ、３２・・・信号
出力用ボート、 ３３・・・ＣＰＵ、 ３４・・・アドレス出力用ポート、 ３５・・・内部データバス、 ３６・・・アドレスバス、 ３７・・・信号出力用データ／＜ス、 ３８・・・デジタル用アース端子、 ３９・・・デジタル用電源端子、 ４０・・・オペアンプ用負電源端子、 ４１・・・オペアンプ用正電源端子、 ４２・・・横軸ライン群、 ４３・・・縦軸ライン群。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　上位アドレスと下位アドレスとからなる固有のア
   ドレスを有する複数の圧力検出部、該圧力検出部の温度
   を検出する温度検出部、 前記圧力検出部と前記温度検出部に接続して該再検出部
   の出力をオンオフし、該圧力検出部の前記下位アドレス
   に属する信号線に前記出力を送出する第１アナログスイ
   ツチ、前記信号線毎に接続して該信号線をオンオフする
   第２アナログスイツチ。 前記圧力検出部の前記上位アドレスと前記下位アドレス
   を順次発生するアドレス発生部。 該アドレス発生部から供給された前記上位アドレスに属
   する前記第１アナログスイツチを開閉にする第１スイッ
   チ駆動部、 前記アドレス発生部から供給された前記下位アドレスに
   属する前記第２アナログスイツチを開閉にする第２スイ
   ッチ駆動部、 前記アドレス発生部によりアドレス指定された前記圧力
   検出部と前記温度検出部から前記第１アナログスイツチ
   および前記第２アナログスイツチを通って出力された圧
   力信号と温度検出信号とをアナログデジタル変換するア
   ナログデジタル変換部、 および該アナログデジタル変換部によりデジタル化され
   た前記圧力信号と温度検出信号とを用いて所定の演算式
   により演算することにより前記圧力信号の温度補償を行
   うマイクロコンピュータ部とを具備したことを特徴とす
   る圧覚センサ出力信号前処理装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記圧
   力検出部により印加圧力を互いに直交する３方向の分力
   に分解して検出する３分力検知感圧モジュールが構成さ
   れていることを特徴とする圧覚センサ出力信号前処理装
   置。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項のいずれかの項
   に記載の装置において、前記第１アナログスイツチの駆
   動用制御線と該制御線と交叉する前記信号線とからなる
   マトリックス配線の交点にそれぞれ前記圧力検出部が配
   置されていることを特徴とする圧覚センサ出力信号前処
   理装置。 ４）特許請求の範囲第１項から第３項のいずれかの項に
   記載の装置において、前記アドレス発生部と、前記第１
   スイッチ駆動部と、前記第２スイッチ駆動部と、アナロ
   グデジタル変換部とは、前記マイクロコンピュータ部に
   包含されることを特徴とする圧覚センサ出力信号前処理
   装置。 （以下、余白）