JPS62235535A - 圧覚センサ - 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］ 本発明は圧覚センサに関し、詳しくは、受圧板に作用す
る荷重を互いに直行する３方向の分力に分解して検出可
能な３方向分力検知感圧モジュールの単位がアレイ状に
配置して構成された圧覚センサに関する。

［従来技術とその問題点コ この種の圧覚センサはロボットハンドなどにおいて、そ
の圧覚検知により把持力の強さや、面圧分布等の情報を
得ようとする目的で開発が進められてきた。第７図はこ
のような圧覚センサの１例を示し、ＩＡおよびＩＢは基
板２の溝３に鉛直に保持された圧覚セルである。圧覚セ
ルＩＡおよびＩＢの上面には双方にまたがって受圧板４
が設けられていて、これらにより、１単位としての圧覚
センサモジュール５が構成されている。

また、圧覚セルＩＡおよびＩＢにはそれぞれ第８図に示
すように複数のストレンゲ−シロが形成され、個々の受
圧板４に作用する荷重をＦｘ、Ｆ。

およびＦ２の３方向に分解させて検出することができる
。すなわち、これらのストレンゲ−シロは、それぞれ４
個ずつのＦＸ検出用ストレンゲ−シロ１、　Ｆ、検出用
ストレンゲ−シロ２）およびＦＺ検出用ストレンゲ−シ
ロ３によって構成されており、これらの４個ずつあるス
トレンゲージ間にはホイートストンブリッジ回路（以下
ブリッジ回路）が適切に組まれていて、検出方向の分力
に対してのみ比例した電圧を出力し、他方向分力に対し
ては出力しない、という特性が得られるようにしである
。

よってこのような２つのセルＩＡおよびＩＢのブリッジ
回路からの出力電圧を組合わせることにより、受圧板４
に作用する荷重を３方向分力に分解して検出することが
できるもので、なお、２つの圧覚セルの形状としては、
第７図に示すような８角形状に限らず、リング形状や第
９図に示すよ了ｉ″′Ｉ″４形ａｏｂｏ＊−＋−ｔｏ　
イ１“ｏ＊；ａｏｂ。

は、強度的な点について問題があり、受圧板４への垂直
な方向の分力ＦＺに対しては、比較的高い破壊強度を有
するものの受圧板４に沿った水平分力Ｆｘ、Ｆ、に対す
る破壊強度が低く、いきおい受圧板４に加えられる許容
負荷荷重を小さく設定する必要があった。

更にまた、この種の圧覚センサは垂直方向の分力Ｆ２に
対する荷重検出感度が水平分力ＦｘおよびＦ、に対する
それに比べて低く、単純に圧覚セルＩＡおよびＩＢの厚
さを増すことにより破壊強度を上げようとすると、分力
ＦＺに対する荷重検出感度がさらに小さくなり、その上
Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）の悪化やダイナミックレンジ
の狭止という問題を招く。

そこで、圧覚センサをロボットの圧覚検知部に装着する
場合、必然的に使用条件が限定され、ロボットに要求さ
れる様々な作業への対応が困難となる、という問題点を
含んでいた。

［発明の目的］ 本発明は、従来の上述の様な問題点を排除し、ロボット
に要求される様々な作業に対して柔軟に対応することが
でき、圧覚情報を供給することができる圧覚センサを提
供することを目的とする。

［発明の要点］ 圧板上に加えられた分布荷重を圧覚セルを介して互いに
直行する３方向の分力にそれぞれ分解して検出可能なよ
うに配列した圧覚センサにおいて、２つの圧覚セルの間
に補強体を並列に配置し、当該補強体を、３方向の分力
によって発生する歪が吸収可能な接着層を介して、２つ
の圧覚セルに接着したことを特徴とするものである。

［発明の実施例コ 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図および第２図は本発明の一実施例を示し、ここで
、５０は圧覚センサモジュールである。圧覚センサモジ
エール５０はユニット基板２の溝３によって保持されて
おり、並列に立設された圧覚セルＩＡおよびＩＢと、こ
れらのセルＩＡ、ＩＢ間に並列に介装された補強体７と
、補強体７をこの状態に保つための接着層８と、更にこ
れらの補強体７および接着層８との間にすき間９が保持
されるようにして、セルＩＡおよびＩＢの頂部に固定さ
れた受圧板４とによって構成され接着層８はセルＩＡお
よびＩＢと補強体７とのいずれよりも弾性率が十分低く
、かつセルＩＡおよびＩＢの水平方向の変形に対して、
適切にその応力の吸収が可能なだけの厚さを備えたもの
とすることによって、補強体７の作用と相俟って荷重検
出時のセンサモジュール５０の破損防止を可能とするも
のである。

次にこの様に構成した圧覚センサによりいかにしてその
荷重検出時に垂直分力Ｆ２に対する荷重検出感度を損な
うことなく受圧板４に沿った水平分力Ｆｘ、Ｆ、に対し
ての破壊強度が向上し、゛適正な検出動作が得られるか
について説明する。

第３図および第４図は、圧覚センサモジュール５０の水
平分力ＦｘおよびＦ、による変形をそれぞれ示す。本例
のように圧覚センサモジュール５０は補強体７と圧覚セ
ルＩＡおよびＩＢとの間にそれぞれ弾性率の十分低い接
着層８を有するものの、圧覚セルＩＡ、ＩＢが荷重の水
平分力ＦＸおよびＦ、によって補強体７もまた接着層８
を介して変形させられる。そこで、水平分力垂直分力Ｆ
ｚが負荷された場合、圧覚センサモジュール５０は第５
図のように変形するが、すき間９が介在するために受圧
板４に負荷された垂直分力Ｆｚは補強体７に直接伝わら
ず、圧覚セルＩＡおよびＩＢが分力Ｆ２により圧縮変形
させられ、これにより接着Ｊｉ１８に剪断応力が生じる
。かくして、接着層８を介して補強体７にも力が伝わる
が、垂直分力Ｆ２による圧覚セルＩＡ、ＩＢの変形量が
非常にわずかであることと、更に接着層Ｂの弾性率が圧
覚セルＩＡ′およびＩＢに比し十分小さいことから、前
記剪断応力は極めて小さく、垂直分力Ｆ２は補強体７に
はほとんど伝達されず、従って垂直分力Ｆ２によって圧
覚セルＩＡおよびＩＢに生ずる歪は補強体７によって大
男影響されることがない、よって垂直分力Ｆ２に対して
は従来通りの荷重検出感度を維持することができる。

上述したように、圧覚センサモジュール５０を構成する
ことにより、垂直分力Ｆ２に対する荷重検出感度を損な
うことなく、水平分力ＦＸ、ＦＭの重点を置いた補強体
形状とするなど、様々なものが考えられる。

更にまた、すき間９は第５図のように補強体７および接
着層８の上面と受圧板４との間に限る必要はなく、補強
体７とユニット基板２の溝面との間またはその双方、す
なわち補強体７の上下に形成してもよいことはいうまで
もない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、２つの゛圧覚セ
ルの間にこれらと並列に補強板を配置し、更にこの補強
板と圧覚セルとをそれぞれ３方向の荷重分力によって発
生する歪の吸収が可能な接着層によって保持させるよう
になして、更に、補強体と受圧板との間および、または
補強板とユニット基板との間にすき間を持たせるように
したので、圧覚センサの垂直分力Ｆ２に対する荷重検出
感度を損なうことなく、水平分力ＦＸ、Ｆ、に対する破
壊強度を高め、これによりロボットに要求される様々な
作業に対応できる破壊強度および荷

【図面の簡単な説明】

第３図、第４図および第５図は本発明圧覚センサモジュ
ールの分力Ｆｘ、Ｆ、およびＦＺによる変形例をそれぞ
れ模式に示す側面図、 第６図は本発明の他の実施例としての補強体形状の一例
を示す斜視図、 第７図は従来の圧覚センサの一例を示す斜視図、 第８図はその圧覚セルにおける３方向分力検出用ストレ
ンゲージの配置の一例を示す斜視図、第９図は形状が異
なる圧覚セルを有する従来の圧覚センサの一例を示す斜
視図である。 ＩＡ、ＩＢ・・・圧覚セル、 ２・・・ユニット基板、 ３・・・溝、 ４・・・受圧板、 ５．５０・・・圧覚センサモジュール、６・・・ストレ
ンゲージ、 ７・・・補強体、 ８・・・接着層、 ９・・・すき間、 ６１・・・ＦＸＸ検出スストレンゲージ６２・・・Ｆｙ
検検出スストレンゲージ６３・・・Ｆｚ検検出スストレ
ンゲージ工２１粗浣コ箒々力　　達 第２図 ！−−−−− Ｆｙ　−ｍ−◆ 第４図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ユニット基板と受圧板との間に２つの圧覚セルを並
   列に配置して圧覚センサモジュールを構成し、該圧覚セ
   ンサモジュールを複数個、前記受圧板上に加えられた分
   布荷重を前記圧覚セルを介して互いに直行する３方向の
   分力にそれぞれ分解して検出可能なように配列した圧覚
   センサにおいて、 前記２つの圧覚セルの間に補強体を並列に配置し、当該
   補強体を、前記３方向の分力によって発生する歪が吸収
   可能な接着層を介して、前記２つの圧覚セルに接着した
   ことを特徴とする圧覚センサ。 ２）特許請求の範囲第１項に記載の圧覚センサにおいて
   、前記接着層は前記圧覚セルおよび前記補強体より十分
   に低い弾性率と前記歪の吸収が可能な厚さを有すること
   を特徴とする圧覚センサ。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載の圧覚セ
   ンサにおいて、前記補強体および前記接着層と少なくと
   も前記受圧板または前記ユニット基板のいずれかとの間
   にすき間を設けたことを特徴とする圧覚センサ。