JPS60152973A - 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／ＸＸトド取付けられて
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。

［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１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ｌＯ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、このような従来用術により、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り、また
圧力検出部１に常に電力を供給しなければならないので
、消費電力が大きいという欠点もあった。

［発明の目的］ この発明は、圧力分布を低消費電力で、かつ経済的に測
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
部の電源を縦軸アドレスで掃引して低消費電力化を図る
と同時に、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、低消
費電力で、かつ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１、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
８毎に接続してこれらの出力を縦軸（列方向）毎に開閉
する縦軸アナログスイッチ部１９、縦軸アナログスイッ
チ部１９への制御電圧によりオン（導通）して圧力検出
部１と温度検出素子１８の電源ライン４５を開閉する縦
軸電源アナログスイッチ４４．および縦軸アナログスイ
ッチ部１８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
グスイッチ部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の出力と接続している。

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幅部であり、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１６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２６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２日
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ボート３２
、全体の制御を行うｃｐｕ　（中央演算処理装置）３３
、およびＣＰｔ１３３が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、
３６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…力用データバ
ス、３８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１６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１９のゲートと縦軸電源アナログスイッチ４４のゲ
ートとに接続する縦軸ライン群であり、縦軸電源アナロ
グスイッチ４４は圧力検出部ｌと温度検出素子１８への
電源ライン４５に介装される。

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と縦軸電源アナログスイ
ッチ４４および横軸アナログスイッチ部２ｏだけをオン
（導通）状態にさせる。

これにより、指定された縦軸アドレスの圧力検出部ｌと
温度検出素子１８の一群のみが通電され、ＣＰＵ３３に
より指定された圧力検出部アドレスの特定の圧力検出部
１とこの圧力検出部ｌ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１６
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、ざらに
ＣＰＵ３３．乗算用コプロセッサ２８および除算用コプ
ロセッサ２９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２８と除算用
コプロセッサ２８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１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、 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ｌの絶対温度 Ｐ：圧力検出部１への印加圧力 ａＯ＋ａｌ　＋＆２　＋ｂＯ＋ｔ’ｌ　＋ｂ２　：圧力
検出部１の個々に定まる既知の定数 また、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１Ｂが例えばサーミスタの場合に近似的
に ＶＱ、＝Ｃ０＋Ｃ１Ｔ 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、 ｖ０□：アナログ信号切換部２５に入力される温度信号 Ｃ０，Ｃ，：温度検出素子１８ごとに定まる既知の定数 Ｔ：温度検出素子１日の絶対温度 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の圧力信号がマ
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ＲＡ
Ｍ３１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ｌ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１Ｂ
は圧力検出部１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
０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とスパン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。さらに、電源に関しては、この発明は縦軸電源
アナログスイッチを用いて縦軸デコーダにより指定され
た電源ラインだけを導通状態にするようにしたので、圧
力検出ブロックの消費電力を少なくすることができる。

すなわち、この発明は指定されたアドレスの圧力検出部
と温度検出素子にだけ電力を供給し、他の圧力検出部と
温度検出素子には電力を供給しないように構成している
ので、マイクロコンピュータ部のＣＰＵが圧力検出部と
温度検出素子の出力を順次アドレスして指定していくと
きに、結果として圧力検出部と温度検出素子の全てを掃
引するのに低消費電力ですむという利益が得られる。

【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、 １２・・・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、 ２９・・・除算用コプロセッサ、 ３０・・・Ｒ，ＯＭ、 ３１・・・補正後データ記憶用ＲＡＭ、３２・・・信号
出力用ポート、 ３３・・・ＣＰＵ　、 ３４・・・アドレス出力用ポート、 ３５・・・内部データバス。 ３８・・・アドレスバス、 ３７・・・信号出力用データバス、 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、 ４４・・・縦軸電源アナログスイッチ、４５・・・電源
ライン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）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、 前記上位アドレス単位で該上位アドレスに属する前記圧
   力検出部と前記温度検出部へ供給される電源を導通また
   は非導通させる電源スィッチ、 前記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アナログスイツチと前記電源スィッチと
   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。