JPS60164367A - 触覚センサ - Google Patents
触覚センサInfo
- Publication number
- JPS60164367A JPS60164367A JP59020293A JP2029384A JPS60164367A JP S60164367 A JPS60164367 A JP S60164367A JP 59020293 A JP59020293 A JP 59020293A JP 2029384 A JP2029384 A JP 2029384A JP S60164367 A JPS60164367 A JP S60164367A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- field effect
- effect transistor
- insulated gate
- tactile sensor
- 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.)
- Pending
Links
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)
- Manipulator (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、触覚センサに関し、特にロボットのハンドに
取シ付けて用いる触覚センサに関するものである。
取シ付けて用いる触覚センサに関するものである。
（従来技術とその問題点）
従来、ロボットのハンドに取シ付けられる触覚センサと
して、一般に感圧導電性ゴムを使用した触覚センサが知
られている。これは感圧導電性ゴムが圧力を受けた時に
その抵抗が減少するという性質を利用し圧力−電気変換
を行うセンサである。
して、一般に感圧導電性ゴムを使用した触覚センサが知
られている。これは感圧導電性ゴムが圧力を受けた時に
その抵抗が減少するという性質を利用し圧力−電気変換
を行うセンサである。
しかし、この感圧導電性ゴムを使用した触覚センサは次
の様な欠点を持っていた。その欠点の一つは、抵抗の減
少率すなわち導電率の変化が圧力変化に対し＠線的でな
いことである。このため感、圧導電性ゴムを使用した触
覚センサは、ロボットのハンドが対象物を押える力を精
度良く検出できなかった。さらに感圧導電性ゴムの欠点
は微小化が困難であることで、対象物と接する導電性ゴ
ムの面積内圧力分布を詳しく測定することは不可能であ
った。
の様な欠点を持っていた。その欠点の一つは、抵抗の減
少率すなわち導電率の変化が圧力変化に対し＠線的でな
いことである。このため感、圧導電性ゴムを使用した触
覚センサは、ロボットのハンドが対象物を押える力を精
度良く検出できなかった。さらに感圧導電性ゴムの欠点
は微小化が困難であることで、対象物と接する導電性ゴ
ムの面積内圧力分布を詳しく測定することは不可能であ
った。
一方、微小化が容易で、かつ圧力に比例した信号を発生
できるセンサに、圧電体と絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタとを組み合せ、圧電体の表面に生ずる分極電圧を
絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極に印加
して圧力−電気変換を行う超音波センサが知られている
。たとえば、Ｒｏｂｅｒｔ Ｇ、 Ｓｗａｒｔｚ ａｎ
ｄ Ｊａｍｅｓ Ｄ、 Ｐｌｕｍｍｅｒ ＊” Ｉｎｔ
ｅｇｒａｔｅｄ ５ｉｌｉｃｏｎ−ＰＶＦ２ Ａｃｏｕ
ｓｔｉｃＴｒａｎｄｕｃｅｒ Ａｒｒａｙｓ”、 ＩＥ
ＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎ
Ｄｅｖｉｃｅｓ 、 Ｖｏｌ 、 ＥＤ−２６、ｎｏ
、 １２ 。
できるセンサに、圧電体と絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタとを組み合せ、圧電体の表面に生ずる分極電圧を
絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極に印加
して圧力−電気変換を行う超音波センサが知られている
。たとえば、Ｒｏｂｅｒｔ Ｇ、 Ｓｗａｒｔｚ ａｎ
ｄ Ｊａｍｅｓ Ｄ、 Ｐｌｕｍｍｅｒ ＊” Ｉｎｔ
ｅｇｒａｔｅｄ ５ｉｌｉｃｏｎ−ＰＶＦ２ Ａｃｏｕ
ｓｔｉｃＴｒａｎｄｕｃｅｒ Ａｒｒａｙｓ”、 ＩＥ
ＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎ
Ｄｅｖｉｃｅｓ 、 Ｖｏｌ 、 ＥＤ−２６、ｎｏ
、 １２ 。
Ｐ、１９．２１．’１９７９年１２月には圧電体として
ポリフッ化ビニリデンを用いた超音波センサが開示され
ている。
ポリフッ化ビニリデンを用いた超音波センサが開示され
ている。
しかし、上記超音波センサをロボットのハンドに取シ付
けて用いる触覚センサに適用した場合、次のような動作
上の欠点が生じた。すなわち、ポリフッ化ビニリデンや
酸化亜鉛のような圧電体は、材料自身がわずかなか′ら
も導電性を持つため圧電体表面に発生した分極電圧が電
流リークによシ時間とともに減少するため、ＳＩい周波
数の圧力変化を検出する超音波センサとは異なシ、低い
周波数の圧力変化あるいは一定の圧力を検出する必要の
あるロボット・ハンド用の触覚センサには使用でき々か
りた。たとえば、第２図に示すように時刻０で一定の圧
力を印加しても、出力のドレイン電流は数秒から数１０
秒で減少してしまい、圧力を精度よく検出することは不
可能であった。
けて用いる触覚センサに適用した場合、次のような動作
上の欠点が生じた。すなわち、ポリフッ化ビニリデンや
酸化亜鉛のような圧電体は、材料自身がわずかなか′ら
も導電性を持つため圧電体表面に発生した分極電圧が電
流リークによシ時間とともに減少するため、ＳＩい周波
数の圧力変化を検出する超音波センサとは異なシ、低い
周波数の圧力変化あるいは一定の圧力を検出する必要の
あるロボット・ハンド用の触覚センサには使用でき々か
りた。たとえば、第２図に示すように時刻０で一定の圧
力を印加しても、出力のドレイン電流は数秒から数１０
秒で減少してしまい、圧力を精度よく検出することは不
可能であった。
（発明の目的）
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去し、低い
周波数の圧力変化や一定の圧力をその接）独面内分布と
ともに精度よく測定できるロボット・ハンド用の触覚セ
ンサを提供することにある。
周波数の圧力変化や一定の圧力をその接）独面内分布と
ともに精度よく測定できるロボット・ハンド用の触覚セ
ンサを提供することにある。
（発明の構成）
本発明によれば絶縁ゲート型電界効果トランジスタ及び
これと同一表面上に設けられた圧電体がらなシ、この圧
電体の表面に圧力を加えることによシ生ずる分極電圧を
前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極に
印加して圧力−電気変換を行うセンサにおいて、前記圧
電体及び絶縁ゲート型電界効果トランジスタがこれらの
表面に垂直方向に振動する台に取９付けられていること
を特徴とする触覚センサが得られる。
これと同一表面上に設けられた圧電体がらなシ、この圧
電体の表面に圧力を加えることによシ生ずる分極電圧を
前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電極に
印加して圧力−電気変換を行うセンサにおいて、前記圧
電体及び絶縁ゲート型電界効果トランジスタがこれらの
表面に垂直方向に振動する台に取９付けられていること
を特徴とする触覚センサが得られる。
（実施例）
以下本発明について実施例を示す図面を参照して説明す
る。第１図は本発明の一実施例を示す断面図で同図にお
いて、ｌは振動台、２はｐ型シリコン基板、３は高濃度
ｎ型シリコンソース領域。
る。第１図は本発明の一実施例を示す断面図で同図にお
いて、ｌは振動台、２はｐ型シリコン基板、３は高濃度
ｎ型シリコンソース領域。
４は高濃度ｎ型シリコンドレイン領域、５は絶縁体、６
はソース電極、７はゲート絶縁膜、８はトレイン電極、
９はゲート電極、１０は圧電体。
はソース電極、７はゲート絶縁膜、８はトレイン電極、
９はゲート電極、１０は圧電体。
１１は圧電体電極である。ゲート電極９は圧電体以外と
は電気的に絶縁されている。従来ある圧電体と絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタからなる超音波センサを触覚
センサとして、ロボットのハンドに取９付けた場合、対
象物に接触した際の応答特性は、第２図に示すように出
力が時間とともに急減に減少し圧力に比例しないのに対
し、本発明による触覚センサは、センサ自身が振動する
ため対象物による圧力が交流的に変化する。不発間圧よ
るセンサの振動周期を圧電体の分極の減衰時間よシ十分
短くすることによシ、絶縁ゲート電界効果トランジスタ
のドレイン電流の交流娠幅が圧力に精度良く比例するこ
とが発明者による実験で確認された。
は電気的に絶縁されている。従来ある圧電体と絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタからなる超音波センサを触覚
センサとして、ロボットのハンドに取９付けた場合、対
象物に接触した際の応答特性は、第２図に示すように出
力が時間とともに急減に減少し圧力に比例しないのに対
し、本発明による触覚センサは、センサ自身が振動する
ため対象物による圧力が交流的に変化する。不発間圧よ
るセンサの振動周期を圧電体の分極の減衰時間よシ十分
短くすることによシ、絶縁ゲート電界効果トランジスタ
のドレイン電流の交流娠幅が圧力に精度良く比例するこ
とが発明者による実験で確認された。
（発明の効果）
本発明において、振動台１は機械的な振動装置によ＃）
振動させることができる他、撮動台１自身を圧電振動子
あるいは磁歪据動子で形成し電気的に振動させることも
可能である。
振動させることができる他、撮動台１自身を圧電振動子
あるいは磁歪据動子で形成し電気的に振動させることも
可能である。
また、複数の圧電体と複数の絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタを１つのチップ上に形成し、振動台上に設ける
ことによシ、センサ面内での圧力分布をｍ＋ｊ定できる
触覚センサとすることが可能であることは明らかであシ
、かかる構成も本発明に含まれる。
ンジスタを１つのチップ上に形成し、振動台上に設ける
ことによシ、センサ面内での圧力分布をｍ＋ｊ定できる
触覚センサとすることが可能であることは明らかであシ
、かかる構成も本発明に含まれる。
さらに、本発明による触覚センサは、従来問題であった
圧電体が一般に加熱によシ分極し、にせ信号を発生する
という欠点も防げることが発明者による実験で確認され
た。すなわち、センサが温度差のある物体と接触した場
合、圧電体内の温度分布変化によシ分極が生じるが、触
覚センサの振動速度を熱伝導速度より速くし、センサの
振動に同期した信号成分を周知の同期検波技術を用いて
測定することによシ、圧力を温度と分離して測定できた
。
圧電体が一般に加熱によシ分極し、にせ信号を発生する
という欠点も防げることが発明者による実験で確認され
た。すなわち、センサが温度差のある物体と接触した場
合、圧電体内の温度分布変化によシ分極が生じるが、触
覚センサの振動速度を熱伝導速度より速くし、センサの
振動に同期した信号成分を周知の同期検波技術を用いて
測定することによシ、圧力を温度と分離して測定できた
。
本発明は、一実施例に示したバルクＳｉに形成されるｎ
チャネル形絶縁ゲート電界効果トランジスタに限らず、
ｐチャネル形絶縁ゲート翫界効果トランジスタあるいは
コンプリメンタリ−構成を持つ絶縁ゲート電界効果トラ
ンジスタを用いることも、可能で、さらに絶縁基板上に
設けられたＳｔ薄膜を使用して形成される絶縁ゲート電
界効果トランジスタを使用することもできる。本発明に
よる触覚センサ用圧電体材料として、ポリフッ化ビニリ
デンや酸化亜鉛の他にＰＺＴ（ジルコンチタン酸鉛）Ａ
ｔＮ（Ｍ化アルミニウム）など−散に知られている圧電
材料を用いることができることは゛ぎ９までもなく、ま
たその形成法もスパッタ、蒸着、薄膜の接着など種々の
方法を採用することができる。
チャネル形絶縁ゲート電界効果トランジスタに限らず、
ｐチャネル形絶縁ゲート翫界効果トランジスタあるいは
コンプリメンタリ−構成を持つ絶縁ゲート電界効果トラ
ンジスタを用いることも、可能で、さらに絶縁基板上に
設けられたＳｔ薄膜を使用して形成される絶縁ゲート電
界効果トランジスタを使用することもできる。本発明に
よる触覚センサ用圧電体材料として、ポリフッ化ビニリ
デンや酸化亜鉛の他にＰＺＴ（ジルコンチタン酸鉛）Ａ
ｔＮ（Ｍ化アルミニウム）など−散に知られている圧電
材料を用いることができることは゛ぎ９までもなく、ま
たその形成法もスパッタ、蒸着、薄膜の接着など種々の
方法を採用することができる。
また、圧電体ｌＯとゲート絶縁膜７０間にゲート電＆９
を設けない構造とすることも可能で、この場合、圧電体
１０の分極は直接ゲート絶縁膜７に印加される。
を設けない構造とすることも可能で、この場合、圧電体
１０の分極は直接ゲート絶縁膜７に印加される。
第１図は本発明による一実施例の断面図、第２図は従来
の圧電体を用いた触覚センサの出力信号。 第３図は本発明による触覚センサの出力信号の一例であ
る。 図において、１は振動台、２はｐ型シリコン基板、３は
高濃度ｎ型シリコンンー人領域、４は高濃度ｎ型シリコ
ンドレイン領域、５は絶縁体、６はソース電極、７はゲ
ート絶縁膜、８はドレイン電極、９はゲート電極、１０
は圧電体、１１は圧ゝ＜４．−
の圧電体を用いた触覚センサの出力信号。 第３図は本発明による触覚センサの出力信号の一例であ
る。 図において、１は振動台、２はｐ型シリコン基板、３は
高濃度ｎ型シリコンンー人領域、４は高濃度ｎ型シリコ
ンドレイン領域、５は絶縁体、６はソース電極、７はゲ
ート絶縁膜、８はドレイン電極、９はゲート電極、１０
は圧電体、１１は圧ゝ＜４．−
Claims (1)
- 絶縁ゲート型電界効果トランジスタ及びこれと同一表面
上に設けられた圧電体からなシ、この圧電体の表面に圧
力を加える仁とによシ生ずる分極電圧を前記絶縁ゲート
型電界効果トランジスタのゲート電極に印加して圧力−
電気変換を行うセンサにおいて、前記圧電体及び絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタがこれらの表面に垂直方向
に振動する台に取シ付けられていることを特徴とする触
覚センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59020293A JPS60164367A (ja) | 1984-02-07 | 1984-02-07 | 触覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59020293A JPS60164367A (ja) | 1984-02-07 | 1984-02-07 | 触覚センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60164367A true JPS60164367A (ja) | 1985-08-27 |
Family
ID=12023113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59020293A Pending JPS60164367A (ja) | 1984-02-07 | 1984-02-07 | 触覚センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60164367A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1764192A1 (en) * | 2005-09-16 | 2007-03-21 | Abb Ab | An industrial robot with sensor means in the region of a tool flange |
| JP2015173682A (ja) * | 2014-03-13 | 2015-10-05 | コニカミノルタ株式会社 | 音響センサー、超音波探触子及び超音波診断装置 |
| JP2015173680A (ja) * | 2014-03-13 | 2015-10-05 | コニカミノルタ株式会社 | 音響センサー、及び、超音波探触子 |
| JP2024003919A (ja) * | 2022-06-28 | 2024-01-16 | シリコン アンド システム カンパニー、リミテッド | 音響素子 |
-
1984
- 1984-02-07 JP JP59020293A patent/JPS60164367A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1764192A1 (en) * | 2005-09-16 | 2007-03-21 | Abb Ab | An industrial robot with sensor means in the region of a tool flange |
| WO2007031514A1 (en) * | 2005-09-16 | 2007-03-22 | Abb Ab | An industrial robot |
| US7707893B2 (en) | 2005-09-16 | 2010-05-04 | Abb Ab | Industrial robot |
| JP2015173682A (ja) * | 2014-03-13 | 2015-10-05 | コニカミノルタ株式会社 | 音響センサー、超音波探触子及び超音波診断装置 |
| JP2015173680A (ja) * | 2014-03-13 | 2015-10-05 | コニカミノルタ株式会社 | 音響センサー、及び、超音波探触子 |
| JP2024003919A (ja) * | 2022-06-28 | 2024-01-16 | シリコン アンド システム カンパニー、リミテッド | 音響素子 |
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