WO2022038937A1 - 触覚センサ - Google Patents

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WO2022038937A1
WO2022038937A1 PCT/JP2021/026660 JP2021026660W WO2022038937A1 WO 2022038937 A1 WO2022038937 A1 WO 2022038937A1 JP 2021026660 W JP2021026660 W JP 2021026660W WO 2022038937 A1 WO2022038937 A1 WO 2022038937A1
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electrode
tactile sensor
layer
view
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PCT/JP2021/026660
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French (fr)
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実里 鍋藤
博史 北島
寛規 古賀
小也香 土肥
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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    • G—PHYSICS
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    • G01L5/165—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in capacitance
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    • G01L5/226—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping
    • G01L5/228—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping using tactile array force sensors

Definitions

  • the technology disclosed in this application relates to a tactile sensor.
  • tactile sensors capable of detecting the pressure distribution and shear force of the contact surface in contact with an object.
  • the tactile sensor described in Patent Document 1 includes a support substrate, a first insulator, a second insulator, a plurality of electrodes, a plurality of first band-shaped electrodes, and a plurality of second band-shaped electrodes. ..
  • the support substrate, the second insulator, and the first insulator are laminated side by side in order from the side opposite to the side where the pressure is input to the tactile sensor.
  • a plurality of electrodes are provided so as to be completely spread between the second insulator and the support substrate.
  • the plurality of first band-shaped electrodes are provided so as to extend in the first direction on the side opposite to the second insulator of the first insulator.
  • the plurality of first band-shaped electrodes extend between the electrodes adjacent to each other in the direction intersecting the first direction among the plurality of electrodes, and thus overlap only a part of each of the adjacent electrodes in a plan view.
  • the plurality of second band-shaped electrodes are provided extending in the second direction intersecting the first direction between the first insulator and the second insulator.
  • the plurality of second band-shaped electrodes extend between the electrodes adjacent to each other in the direction intersecting the second direction among the plurality of electrodes, and thus overlap only a part of each of the adjacent electrodes in a plan view.
  • the tactile sensor is connected to the capacitance measurement circuit.
  • the capacitance measuring circuit can detect the capacitance generated between the electrode and the first band-shaped electrode overlapping the electrode in a plan view. Further, the capacitance measuring circuit can detect the capacitance generated between the electrode and the second band-shaped electrode overlapping the electrode in a plan view.
  • the tactile sensor described in Patent Document 2 includes a first substrate, a second substrate, and a dielectric.
  • the first substrate includes a plurality of first electrodes.
  • the second substrate includes a plurality of second electrodes corresponding to each of the plurality of first electrodes.
  • the dielectric is provided between the first substrate and the second substrate.
  • the second electrode corresponding to any one of the plurality of first electrodes is arranged so as to be offset in one direction in the second substrate with respect to any one of the first electrodes.
  • the other second electrode corresponding to the other first electrode adjacent to any one first electrode is arranged so as to be offset in the other direction in the second substrate with respect to the other first electrode.
  • the plurality of first electrodes are matched one-to-one with the plurality of second electrodes.
  • the plurality of first electrodes are arranged apart from each other, and the plurality of second electrodes are arranged apart from each other.
  • the counter electrode facing the plurality of electrodes has a two-layer structure of a plurality of first band-shaped electrodes and a plurality of second band-shaped electrodes. Therefore, the structure of the tactile sensor becomes complicated, and the manufacturing process of the tactile sensor also becomes complicated.
  • a plurality of first electrodes are matched one-to-one with a plurality of second electrodes. Further, in order to detect the shearing force, a plurality of first electrodes are arranged apart from each other, and a plurality of second electrodes are also arranged apart from each other. Therefore, since the distance between the plurality of first electrodes is widened and the distance between the plurality of second electrodes is widened, the number of the plurality of first electrodes and the number of the plurality of second electrodes cannot be increased. The resolution of the pressure distribution is reduced.
  • One aspect of the technology disclosed in the present application is to obtain a tactile sensor that can detect shear force even with a simple structure and manufacturing process and can secure the resolution of pressure distribution.
  • the first electrode layer and the first electrode layer located on both sides of the elastic layer and the elastic layer are provided while having a contact surface with the object.
  • the first electrode layer includes a capacitive sensor unit having a laminated structure in which two electrode layers are laminated in the normal direction of the contact surface, and the first electrode layer has a plurality of first electrodes and the second electrode.
  • the layer is composed of one or a plurality of second electrodes which are a single layer, and two or more of the plurality of first electrodes are a plurality of portions which partially overlap the second electrode when viewed in the normal direction.
  • the number of overlapping electrodes, one or more openings formed in one of the second electrodes, or the number of one or more islands formed by one or more of the second electrodes is the plurality of. Tactile sensors are provided, which is less than the number of first electrodes.
  • the shearing force can be detected even with a simple structure and a manufacturing process, and the resolution of the pressure distribution can be ensured.
  • FIG. 3 is a plan view showing a state in which the second electrode, the elastic layer, and the substrate of FIG. 3 are overlapped with each other. It is a bottom view of the substrate of FIG. It is a figure explaining an example of the manufacturing method of the tactile sensor of FIG. It is a top view explaining an example of the displacement ⁇ x and the displacement ⁇ y in the tactile sensor of FIG.
  • FIG. 3 is a plan view showing a state in which the second electrode, the elastic layer, and the substrate of FIG. 12 are overlapped with each other. It is a vertical sectional view of the tactile sensor which concerns on 3rd Embodiment. It is a top view of the 2nd electrode layer of FIG. FIG.
  • FIG. 3 is a plan view showing a state in which the second electrode, the elastic layer, and the substrate of FIG. 15 are overlapped with each other. It is a vertical sectional view of the tactile sensor which concerns on 4th Embodiment. It is a top view of the 2nd electrode layer of FIG. FIG. 3 is a plan view showing a state in which the second electrode, the elastic layer, and the substrate of FIG. 18 are overlapped with each other.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of the robot system 100.
  • the robot system 100 includes a robot 102 and a controller 104.
  • the robot 102 is, for example, an articulated robot, and includes a robot arm 106 and a robot hand 108.
  • the robot arm 106 includes a plurality of joints 110.
  • the robot hand 108 is provided at the tip of the robot arm 106.
  • the robot hand 108 is connected to the tip of the robot arm 106 via the wrist joint portion 112.
  • the robot hand 108 is provided with a pair of grip portions 114.
  • the pair of grips 114 are arranged so as to face each other.
  • the pair of grips 114 are brought into contact with each other in directions facing each other by driving a drive unit (not shown).
  • a drive unit not shown.
  • the controller 104 controls the robot 102 and is electrically connected to the robot 102.
  • the controller 104 is connected to the robot 102 by wire, but the controller 104 may be wirelessly connected to the robot 102.
  • the robot system 100 is equipped with a tactile sensing system 1.
  • the tactile sensing system 1 includes a pair of tactile sensors 10 and an output unit 12.
  • the pair of tactile sensors 10 are provided on the facing surfaces 114A of the pair of grip portions 114, respectively.
  • the pair of tactile sensors 10 are provided at a position where the work W is in contact with the work W when the work W is gripped by the pair of grip portions 114, that is,, for example, at a portion of the tips of the pair of grip portions 114 facing each other. There is.
  • the output unit 12 is electrically connected to the pair of tactile sensors 10.
  • the output unit 12 may be connected to the pair of tactile sensors 10 by wire, or may be connected to the pair of tactile sensors 10 wirelessly.
  • the output unit 12 has a function of performing various processes based on the data output from the pair of tactile sensors 10 and outputting the data based on the result of this process to the controller 104.
  • the output unit 12 is provided on the wrist joint portion 112 as an example.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of the pair of tactile sensors 10 of FIG.
  • the pair of tactile sensors 10 are plane-symmetrical in the directions facing each other.
  • the X-axis direction corresponds to the first direction orthogonal to the direction in which the pair of tactile sensors 10 face each other
  • the Y-axis direction corresponds to the second direction orthogonal to the direction in which the pair of tactile sensors 10 face each other, and the Z-axis direction.
  • the direction corresponds to the direction in which the pair of tactile sensors 10 face each other.
  • the X-axis direction is orthogonal to the Y-axis direction.
  • the X-axis direction corresponds to the vertical direction of the tactile sensor 10
  • the Y-axis direction corresponds to the horizontal direction of the tactile sensor 10.
  • the tactile sensor 10 includes a support plate 14, a substrate 16, and a sensor unit 18.
  • the support plate 14 is configured separately from the grip portion 114 (see FIG. 1) described above, and is fixed to the grip portion 114.
  • the support plate 14 may be integrally configured with the grip portion 114.
  • the substrate 16 is fixed to the support plate 14, and the sensor unit 18 is provided on the substrate 16. The details of the sensor unit 18 will be described in detail later.
  • FIG. 3 is a vertical sectional view of the tactile sensor 10 according to the first embodiment.
  • the tactile sensor 10 according to the first embodiment includes a sensor unit 18 and a substrate 16.
  • the sensor unit 18 is of a capacitance type. More specifically, the sensor unit 18 is a self-capacity method and has a laminated structure in which a plurality of layers are laminated. That is, the sensor unit 18 has an insulating layer 20, an elastic layer 22, a first electrode layer 24, and a second electrode layer 26 as a plurality of layers. The first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 are located on both sides of the elastic layer 22.
  • the insulating layer 20 is located on the opposite side of the elastic layer 22 with respect to the second electrode layer 26.
  • the insulating layer 20 forms a surface layer portion of the sensor portion 18.
  • the surface of the insulating layer 20 is formed as a contact surface 28 with the work W (see FIG. 1).
  • the insulating layer 20 may be omitted. When the insulating layer 20 is omitted, the surface of the surface layer formed on the second electrode layer 26 and the second electrode layer 26 is referred to as the contact surface 28.
  • the elastic layer 22 is a dielectric.
  • the elastic layer 22 has flexibility and elasticity.
  • the elastic layer 22 is formed by, for example, a gel.
  • the insulating layer 20, the elastic layer 22, the first electrode layer 24, and the second electrode layer 26 are laminated in the Z-axis direction.
  • the Z-axis direction corresponds to the normal direction of the contact surface 28.
  • the insulating layer 20, the elastic layer 22, the first electrode layer 24, and the second electrode layer 26 are adhered to each other by, for example, an adhesive.
  • the insulating layer 20 preferably has a size that covers the entire surface of the second electrode layer 26 in order to increase the adhesive strength of the entire sensor portion 18.
  • the first electrode layer 24 has a plurality of first electrodes 34.
  • the plurality of first electrodes 34 are formed on the first surface 16A on the sensor portion 18 side of the substrate 16.
  • a plurality of capacitance detection ICs (Integrated Circuits) 44 are mounted on the second surface 16B on the side opposite to the sensor unit 18 of the substrate 16.
  • the plurality of first electrodes 34 and the plurality of capacitance detection ICs 44 are connected by a through-hole via 46 extending in the plate thickness direction of the substrate 16.
  • FIG. 4 is a plan view of the substrate 16 of FIG.
  • the plurality of first electrodes 34 formed on the first surface 16A of the substrate 16 are arranged in a matrix along the XY plane. That is, the plurality of first electrodes 34 are arranged with the X-axis direction as the vertical direction and the Y-axis direction as the horizontal direction.
  • the XY plane is a plane parallel to the above-mentioned contact surface 28 (see FIG. 2).
  • the plurality of first electrodes 34 are independent of each other.
  • the plurality of first electrodes 34 have the same shape.
  • the plurality of first electrodes 34 are formed in a square shape in a plan view. Plane view corresponds to viewing in the Z-axis direction.
  • the plurality of first electrodes 34 are arranged six by six in the X-axis direction and six by six in the Y-axis direction. That is, the number of the plurality of first electrodes 34 is 36.
  • the plurality of first electrodes 34 are arranged at equal intervals in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively.
  • FIG. 5 is a plan view of the second electrode layer 26 of FIG.
  • the second electrode layer 26 is composed of a plurality of second electrodes 36 which are single layers.
  • the plurality of second electrodes 36 are formed of, for example, conductive rubber.
  • the plurality of second electrodes 36 are each formed in a flat plate shape.
  • the plurality of second electrodes 36 may be connected to the ground of the substrate 16 or may float with respect to the ground.
  • the plurality of second electrodes 36 form a plurality of islands independent of each other.
  • the plurality of second electrodes 36 are arranged in a matrix along the XY plane. That is, the plurality of second electrodes 36 are arranged with the X-axis direction as the vertical direction and the Y-axis direction as the horizontal direction.
  • the plurality of second electrodes 36 have the same shape.
  • the plurality of second electrodes 36 are each formed into a square in a plan view.
  • the number of the plurality of second electrodes 36 is smaller than the number of the plurality of first electrodes 34 (see FIG. 4) described above.
  • the plurality of second electrodes 36 are arranged three by three in the X-axis direction and three by three in the Y-axis direction. That is, the number of the plurality of second electrodes 36 is nine.
  • the plurality of second electrodes 36 are arranged at equal intervals in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively.
  • FIG. 6 is a plan view showing a state in which the plurality of second electrodes 36 of FIG. 3, the elastic layer 22 and the substrate 16 are overlapped with each other.
  • the plurality of second electrodes 36 are arranged so as to overlap all of the plurality of first electrodes 34 in a plan view.
  • Each of the plurality of second electrodes 36 is formed so as to partially overlap each of the four first electrodes 34 adjacent to each other in the X-axis direction and the Y-axis direction among the plurality of first electrodes 34 in a plan view. There is.
  • Each second electrode 36 is located at the center of the four first electrodes 34 in a plan view and partially overlaps with the four first electrodes 34.
  • all of the plurality of first electrodes 34 partially overlap with the plurality of second electrodes 36.
  • all of the plurality of first electrodes 34 correspond to an example of "a plurality of partially overlapping electrodes partially overlapping the plurality of second electrodes", and are output from the plurality of first electrodes 34.
  • the plurality of signals correspond to an example of "plurality of partially overlapping electrode signals”.
  • all of the plurality of first electrodes 34 correspond to an example of "a plurality of partially overlapping electrodes partially overlapping the second electrode", and a plurality of signals output from the plurality of first electrodes 34.
  • the capacitance C [F] between the first electrode 34 and the second electrode 36 is obtained by the following equation.
  • C ⁇ ⁇ A / d ⁇ is the dielectric constant [Fm -1 ] of the elastic layer 22
  • A is the area where the first electrode 34 and the second electrode 36 overlap in a plan view [m 2 ]
  • d is the first along the Z-axis direction.
  • the capacitance C changes according to the change in the distance d. Further, in the sensor unit 18, when a shearing force is applied to the contact surface 28 and the overlapping area A of the first electrode 34 and the second electrode 36 changes, the capacitance C changes according to the change in the area A.
  • the pressure applied to the contact surface 28 corresponds to the force applied to the contact surface 28 along the Z-axis direction.
  • the shearing force applied to the contact surface 28 corresponds to a force applied to the contact surface 28 along a direction orthogonal to the Z-axis direction.
  • the direction orthogonal to the Z-axis direction includes an X-axis direction, a Y-axis direction, and a direction in which the X-axis direction and the Y-axis direction are combined.
  • the plurality of first electrodes 34 are driven by the capacitance detection IC 44 (see FIGS. 3 and 7) described later, and output a signal corresponding to the capacitance C between the first electrode 34 and the second electrode 36. That is, the sensor unit 18 outputs a plurality of signals corresponding to each of the plurality of first electrodes 34.
  • the plurality of signals are analog signals.
  • FIG. 7 is a bottom view of the substrate 16 of FIG.
  • the plurality of capacitance detection ICs 44 are arranged in a matrix along the XY plane. That is, the plurality of capacitance detection ICs 44 are arranged with the X-axis direction as the vertical direction and the Y-axis direction as the horizontal direction.
  • the plurality of capacitance detection ICs 44 have the same configuration. As an example, the plurality of capacitance detection ICs 44 are arranged three by three in the X-axis direction and three by three in the Y-axis direction. That is, the number of the plurality of capacitance detection ICs 44 is nine.
  • Each capacitance detection IC 44 is connected to four first electrodes 34 that overlap with the capacitance detection IC in a plan view.
  • Each capacitance detection IC 44 has a configuration capable of driving four first electrodes 34 and outputting data corresponding to the signals output from the four first electrodes 34.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing the tactile sensor 10 of FIG.
  • the tactile sensor 10 is manufactured, for example, as follows. That is, a plurality of capacitance detection ICs 44 are mounted on the second surface 16B of the substrate 16 in which the plurality of first electrodes 34 are formed on the first surface 16A by the pattern. A plurality of through-hole vias 46 are formed on the substrate 16, and the plurality of capacitance detection ICs 44 are connected to the plurality of first electrodes 34 via the plurality of through-hole vias 46.
  • the elastic layer 22 is laminated on the first electrode layer 24 having the plurality of first electrodes 34.
  • a second electrode layer 26 composed of a plurality of second electrodes 36 (see FIG. 5) is laminated on the elastic layer 22, and an insulating layer 20 is further laminated on the second electrode layer 26.
  • the insulating layer 20, the elastic layer 22, the first electrode layer 24, and the second electrode layer 26 are adhered to each other by, for example, an adhesive.
  • the tactile sensor 10 is manufactured in the above manner.
  • examples of the processing method for forming a plurality of openings 38 in the second electrode 36 include punching, cutting, casting, and die press molding.
  • FIG. 9 is a plan view illustrating an example of the displacement ⁇ x and the displacement ⁇ y in the tactile sensor 10 of FIG.
  • the capacitances C 00 to C 55 between each of the plurality of first electrodes 34 and the second electrode 36 are shown corresponding to each of the plurality of first electrodes 34.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of displacement ⁇ x and displacement ⁇ z in the tactile sensor 10 of FIG. 10 shows the cases of (A) without vertical load Fz', (B) with vertical load Fz', (C) with shear force Fx, and (D) with vertical load Fz'+ with shear force Fx, respectively. ing.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of displacement ⁇ y and displacement ⁇ z in the tactile sensor 10 of FIG.
  • FIG. 11 shows the cases of (A) without vertical load Fz', (B) with vertical load Fz', (C) with shear force Fy, and (D) with vertical load Fz' + with shear force Fy, respectively. ing.
  • the displacement ⁇ x corresponds to the distance that the second electrode 36 moves along the X-axis direction due to the action of the shear force Fx.
  • the displacement ⁇ y corresponds to the distance that the second electrode 36 has moved along the Y-axis direction due to the action of the shearing force Fy.
  • the distance Z 0 corresponds to the distance along the Z-axis direction between the first electrode 34 and the second electrode 36 when the vertical load Fz'is not applied. ..
  • the displacement ⁇ z corresponds to the distance that the second electrode 36 moves toward the first electrode 34 along the Z-axis direction due to the action of the vertical load Fz'.
  • Equation 1 holds.
  • C 01_0 K2 / Z 0
  • C 00_0 and C 01_0 are the capacitances between the adjacent first electrode 34 and the second electrode 36 when the vertical load Fz'is not acting, and K1 and K2 are constants.
  • the same equation as in Equation 1 holds for the capacitance between the other adjacent first electrodes 34 and the second electrode 36.
  • C 00_z K1 / (Z 0 - ⁇ z)
  • C 01_z K2 / (Z 0 - ⁇ z)
  • C 00_z and C 01_z are the capacitances between the adjacent first electrode 34 and the second electrode 36 when only the vertical load Fz'is applied.
  • Equation 1 the following can be obtained for the displacement ⁇ z of the second electrode 36 with respect to one of the first electrodes 34.
  • Z 0 K1 / C 00_0
  • ⁇ z K1 (1 / C 00_0 -1 / C 00_z )
  • ⁇ z K2 (1 / C 01_0 -1 / C 01_z )
  • the displacement ⁇ z of the second electrode 36 with respect to the other first electrode 34 can also be obtained in the same manner as described above.
  • C 00_x K1 / Z 0 + ⁇ x ⁇ Kp / Z 0
  • C 01_x K2 / Z 0 - ⁇ x ⁇ Kp / Z 0
  • C 00_x and C 01_x are the capacitances between the first electrode 34 and the second electrode 36 adjacent to each other in the x direction when only the shear force Fx is acting, and Kp is a constant.
  • ⁇ x Z 0 / Kp ⁇ (C 01_0 -C 01_x )
  • the displacement ⁇ x of the second electrode 36 with respect to the other first electrode 34 can also be obtained in the same manner as described above.
  • C 00_zx K1 / (Z 0 - ⁇ z) + ⁇ x ⁇ Kp / (Z 0 - ⁇ z)
  • C 01_zx K2 / (Z 0 - ⁇ z) + ⁇ x ⁇ Kp / (Z 0 - ⁇ z)
  • C 00_zx and C 01_zx are the capacitances between the first electrode 34 and the second electrode 36 when only the vertical load Fz'and the shearing force Fx are acting.
  • the displacements ⁇ z and ⁇ x of the second electrode 36 with respect to the other first electrodes 34 can also be obtained in the same manner as described above.
  • the displacements ⁇ x, ⁇ y and ⁇ z of the second electrode 36 with respect to the first electrode 34 can be obtained as follows. In the range of the four first electrodes 34 that partially overlap the one second electrode 36, the values of the displacement ⁇ z in each first electrode 34 are often close to each other, so that the values of the displacement ⁇ z are common. Suppose. In that case, the magnitude (capacitance value) of the signal corresponding to each first electrode 34 is proportional to the overlapping area of each first electrode 34 with the second electrode 36.
  • Equation 6 the sum of the four overlapping areas is 4a 2 , which is a constant. Therefore, from the sum 4a 2 of the four overlapping areas and the equation 5, the overlapping areas S 00 , S 01 , S 10 and S 11 are known values. From the above, unknown displacements ⁇ x and ⁇ y can be calculated by the simultaneous equations of Equation 6.
  • the displacements ⁇ z assumed to be common values may be corrected to the individual displacements ⁇ z in each first electrode 34 by using them as known values.
  • This correction is performed by, for example, acquiring the correlation between the displacements ⁇ x and ⁇ y and the four displacements ⁇ z in advance in an environment where the true values of the four displacements ⁇ z can be measured by another means and using it. It can be carried out. The acquisition of this correlation may be performed by machine learning.
  • the displacement ⁇ z in the four first electrodes 34 may be calculated individually by the method described.
  • the displacements ⁇ x and ⁇ y mainly change while the displacement ⁇ z does not change so much. Therefore, it is possible to treat the displacement ⁇ z as a known value and obtain the displacements ⁇ x and ⁇ y more accurately. can.
  • calculating the pressure value of each of the plurality of pressure detection positions is calculated when it is assumed that the displacement ⁇ z at the plurality of pressure detection positions such as the four first electrodes 34 is common. It includes treating the pressure value based on the common displacement ⁇ z as the pressure value at each pressure detection position. Further, “calculating the aggregated pressure value by calculating the representative value for each pressure value of the plurality of pressure detection positions” means that the displacement ⁇ z at the plurality of pressure detection positions such as the four first electrodes 34 is determined. This includes calculating the aggregated pressure value using the pressure value based on the calculated common displacement ⁇ z as a representative value when it is assumed to be common.
  • the output unit 12 has a plurality of first electrodes 34 including at least one partially overlapping electrode which is a first electrode 34 whose shear force Fx and Fy values partially overlap with the second electrode 36. Based on the plurality of signals corresponding to each of the above, the calculation is made so as to eliminate the influence of the pressure on the plurality of signals.
  • the second electrode layer 26 is composed of a plurality of second electrodes 36 which are single layers. Therefore, the structure and manufacturing process of the tactile sensor 10 can be simplified.
  • the pressure can be detected at each position of the plurality of first electrodes 34. Further, since each second electrode 36 partially overlaps with each of the four first electrodes 34 adjacent to each other in the X-axis direction and the Y-axis direction, the four first electrodes 34 and the second electrode 36 By detecting the capacitance that changes according to the overlapping area of the two electrodes, the shearing force can also be detected at the position of each second electrode 36.
  • the plurality of first electrodes 34 are matched against one second electrode 36, so that, for example, a plurality of first electrodes 34 are matched.
  • the distance between the plurality of first electrodes 34 can be narrowed as compared with the case where the first electrode 34 of the above is matched one-to-one with the plurality of second electrodes 36.
  • the number of the plurality of first electrodes 34 can be secured, so that the resolution of the pressure distribution can be secured.
  • the shearing force can be detected even with a simple structure and a manufacturing process, and the resolution of the pressure distribution can be ensured.
  • the tactile sensor 10 has 36 first electrodes 34, but the number of the plurality of first electrodes 34 may be any number.
  • the number of the plurality of second electrodes 36 may be any number as long as it is smaller than the number of the plurality of first electrodes 34.
  • the plurality of first electrodes 34 are preferably arranged in a matrix along the contact surface 28, but are arranged in a mode other than the matrix if a desired pressure distribution can be obtained in the contact surface 28. You may.
  • FIG. 12 is a vertical sectional view of the tactile sensor 10 according to the second embodiment.
  • the configuration of the second electrode layer 26 is changed as follows with respect to the tactile sensor 10 (see FIGS. 3 to 6) according to the first embodiment described above.
  • FIG. 13 is a plan view of the second electrode layer 26 of FIG.
  • the second electrode layer 26 is composed of one second electrode 36, which is a single layer. That is, the second electrode 36 forms one island portion.
  • the second electrode 36 is formed of, for example, conductive rubber.
  • the second electrode 36 is formed in a flat plate shape.
  • the second electrode 36 may be connected to the ground of the substrate 16 or may be floating with respect to the ground.
  • FIG. 14 is a plan view showing a state in which the second electrode 36 of FIG. 12, the elastic layer 22 and the substrate 16 are overlapped with each other.
  • the number of the plurality of first electrodes 34 is 36, whereas the second electrode 36 forms one island portion. Therefore, in the second embodiment, the island formed by the second electrode 36 is formed. The number of parts is smaller than the number of the plurality of first electrodes 34.
  • the second electrode 36 is formed in a square smaller than the contact surface 28 (see FIG. 12).
  • the second electrode 36 has a size that overlaps with all of the plurality of first electrodes 34 in a plan view.
  • the second electrode 36 has a size in which the outer peripheral portion of the first electrode 34 and the outer peripheral portion of the second electrode 36, which are arranged along the outer peripheral portion of the second electrode 36, overlap with each other in a plan view among the plurality of first electrodes 34. have.
  • the first electrode 34 arranged along the outer peripheral portion of the second electrode 36 partially overlaps with the second electrode 36 in a plan view, and the outer peripheral portion of the second electrode 36 out of the plurality of first electrodes 34.
  • the first electrode 34 located inside the second electrode 36 overlaps with the second electrode 36 as a whole.
  • the first electrode 34 that partially overlaps the second electrode 36 among the plurality of first electrodes 34 corresponds to an example of "a plurality of partially overlapping electrodes that partially overlap the second electrode”.
  • the plurality of signals output from the first electrode 34 that partially overlaps with the second electrode 36 correspond to an example of the “plurality of partially overlapping electrode signals”.
  • the tactile sensor 10 having such a configuration is manufactured in the same manner as the tactile sensor 10 (see FIGS. 3 to 6) according to the first embodiment described above.
  • the displacements ⁇ x, ⁇ y, and ⁇ z are calculated based on the same concept as in the case of the first embodiment.
  • the second electrode layer 26 is composed of the second electrode 36 of 1, which is a single layer. Therefore, the structure and manufacturing process of the tactile sensor 10 can be simplified.
  • the pressure can be detected at each position of the plurality of first electrodes 34.
  • a part of the plurality of first electrodes 34 that is, the first electrodes 34 arranged along the outer peripheral portion of the second electrode 36 partially overlaps with the second electrode 36 in a plan view, and thus the first electrode 34 is present.
  • the shearing force can also be detected at the position of the first electrode 34 arranged along the outer peripheral portion of the second electrode 36.
  • the number of the second electrodes 36 is 1, which is smaller than the number of the plurality of first electrodes 34, the plurality of first electrodes 34 are matched against one second electrode 36, for example.
  • the distance between the plurality of first electrodes 34 can be narrowed as compared with the case where the plurality of first electrodes 34 are matched one-to-one with the plurality of second electrodes 36.
  • the number of the plurality of first electrodes 34 can be secured, so that the resolution of the pressure distribution can be secured.
  • the shearing force can be detected even with a simple structure and a manufacturing process, and the resolution of the pressure distribution can be ensured.
  • the second electrode 36 has a single configuration, for example, the manufacturing efficiency can be improved and the number of parts can be reduced as compared with the case where the second electrode 36 is composed of a plurality of members. can do.
  • the tactile sensor 10 has 36 first electrodes 34, but the number of the plurality of first electrodes 34 may be any number.
  • the number of the second electrodes 36 is 1, but the number of the second electrodes 36 may be any number as long as it is smaller than the number of the plurality of first electrodes 34.
  • the plurality of first electrodes 34 are preferably arranged in a matrix along the contact surface 28, but are arranged in a mode other than the matrix if a desired pressure distribution can be obtained in the contact surface 28. You may.
  • FIG. 15 is a vertical sectional view of the tactile sensor 10 according to the third embodiment.
  • the configuration of the second electrode layer 26 is changed as follows with respect to the tactile sensor 10 (see FIGS. 3 to 6) according to the first embodiment described above.
  • FIG. 16 is a plan view of the second electrode layer 26 of FIG.
  • the second electrode layer 26 is composed of one second electrode 36, which is a single layer.
  • the second electrode 36 is formed of, for example, conductive rubber.
  • the second electrode 36 is formed in a flat plate shape. As an example, the second electrode 36 is formed in a square shape in a plan view.
  • the second electrode 36 may be connected to the ground of the substrate 16 (see FIG. 3) or may be floating with respect to the ground.
  • a plurality of openings 38 are formed in the second electrode 36.
  • the plurality of openings 38 penetrate the second electrode 36 in the plate thickness direction, that is, in the Z-axis direction.
  • the plurality of openings 38 are arranged in a matrix along the XY plane. That is, the plurality of openings 38 are arranged with the X-axis direction as the vertical direction and the Y-axis direction as the horizontal direction.
  • the plurality of openings 38 have the same shape.
  • the plurality of openings 38 are formed in a square shape in a plan view.
  • the number of the plurality of openings 38 is smaller than the number of the plurality of first electrodes 34 (see FIG. 4) described above.
  • the plurality of openings 38 are arranged three by three in the X-axis direction and three by three in the Y-axis direction. That is, the number of the plurality of openings 38 is nine.
  • the plurality of openings 38 are arranged at equal intervals in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively.
  • FIG. 17 is a plan view showing a state in which the second electrode 36 of FIG. 15, the elastic layer 22 and the substrate 16 are overlapped with each other.
  • the second electrode 36 has a size that overlaps with all of the plurality of first electrodes 34 in a plan view.
  • the second electrode 36 has a size in which all of the plurality of first electrodes 34 are accommodated inside the outer peripheral portion of the second electrode 36 in a plan view.
  • Each of the plurality of openings 38 is formed so as to partially overlap each of the four first electrodes 34 adjacent to each other in the X-axis direction and the Y-axis direction among the plurality of first electrodes 34 in a plan view. Specifically, each opening 38 is located at the center of the four first electrodes 34 in a plan view, and partially overlaps the four first electrodes 34.
  • all of the plurality of first electrodes 34 are housed inside the outer shape portion of the second electrode 36 in a plan view, and all of the plurality of first electrodes 34 have an opening 38. It partially overlaps. The fact that all of the plurality of first electrodes 34 partially overlap with the opening 38 corresponds to the fact that all of the plurality of first electrodes 34 partially overlap with the second electrode 36.
  • all of the plurality of first electrodes 34 correspond to an example of "a plurality of partially overlapping electrodes partially overlapping the second electrode", and a plurality of signals output from the plurality of first electrodes 34.
  • the tactile sensor 10 having such a configuration is manufactured in the same manner as the tactile sensor 10 (see FIGS. 3 to 6) according to the first embodiment described above.
  • the displacements ⁇ x, ⁇ y, and ⁇ z are calculated based on the same concept as in the case of the first embodiment.
  • the second electrode layer 26 is composed of the second electrode 36 of 1, which is a single layer. Therefore, the structure and manufacturing process of the tactile sensor 10 can be simplified.
  • the pressure can be detected at each position of the plurality of first electrodes 34. Further, since each opening 38 partially overlaps with each of the four first electrodes 34 adjacent to each other in the X-axis direction and the Y-axis direction, the four first electrodes 34 and the plurality of openings 38 overlap each other. By detecting the capacitance that changes according to the area, the shearing force can also be detected at the position of each opening 38.
  • the plurality of first electrodes 34 are matched to one opening 38, for example.
  • the distance between the plurality of first electrodes 34 can be narrowed as compared with the case where the plurality of first electrodes 34 are matched one-to-one with the plurality of openings 38.
  • the number of the plurality of first electrodes 34 can be secured, so that the resolution of the pressure distribution can be secured.
  • the shearing force can be detected even with a simple structure and a manufacturing process, and the resolution of the pressure distribution can be ensured.
  • the second electrode 36 has a single configuration having a plurality of openings 38, the manufacturing efficiency can be improved as compared with the case where the second electrode 36 is composed of a plurality of members, for example. At the same time, the number of parts can be reduced.
  • the tactile sensor 10 has 36 first electrodes 34, but the number of the plurality of first electrodes 34 may be any number.
  • the number of the plurality of second electrodes 36 may be any number as long as it is smaller than the number of the plurality of first electrodes 34.
  • the plurality of first electrodes 34 are preferably arranged in a matrix along the contact surface 28, but are arranged in a mode other than the matrix if a desired pressure distribution can be obtained in the contact surface 28. You may.
  • FIG. 18 is a vertical sectional view of the tactile sensor 10 according to the fourth embodiment.
  • the configuration of the second electrode layer 26 is changed as follows with respect to the tactile sensor 10 (see FIGS. 3 to 6) according to the first embodiment described above.
  • FIG. 19 is a plan view of the second electrode layer 26 of FIG.
  • the second electrode layer 26 is composed of one second electrode 36, which is a single layer.
  • the second electrode 36 is formed in a flat plate shape.
  • the second electrode 36 may be connected to the ground of the substrate 16 or may float with respect to the ground.
  • the second electrode 36 is formed of, for example, conductive rubber.
  • One opening 38 is formed in the second electrode 36.
  • the opening 38 is formed in the central portion of the second electrode 36 as an example.
  • the second electrode 36 is formed in a square shape in a plan view, and the opening 38 is also formed in a square shape in a plan view.
  • FIG. 20 is a plan view showing a state in which the second electrode 36 of FIG. 18, the elastic layer 22 and the substrate 16 are overlapped with each other.
  • the number of the plurality of first electrodes 34 is 36, whereas one opening 38 is formed in the second electrode 36. Therefore, in the fourth embodiment, the second electrode 36 is formed. The number of openings 38 made is less than the number of plurality of first electrodes 34.
  • the second electrode 36 has a size that overlaps with all of the plurality of first electrodes 34 in a plan view. Specifically, the second electrode 36 has a size in which all of the plurality of first electrodes 34 are accommodated inside the outer peripheral portion of the second electrode 36 in a plan view.
  • the opening 38 is formed in a square smaller than the smallest square that accommodates all of the four central first electrodes 34 adjacent in the X-axis direction and the Y-axis direction in a plan view.
  • the opening 38 is located at the center of the four central first electrodes 34 in a plan view, and partially overlaps the four first electrodes 34.
  • the four first electrodes 34 in the center of the plurality of first electrodes 34 partially overlap the second electrode 36 in a plan view, and the four central ones of the plurality of first electrodes 34
  • the first electrode 34 other than the first electrode 34 overlaps with the second electrode 36 as a whole.
  • the four first electrodes 34 in the center of the plurality of first electrodes 34 correspond to an example of "a plurality of partially overlapping electrodes partially overlapping the second electrode", and the four in the center thereof.
  • the plurality of signals output from the first electrodes correspond to an example of "plurality of partially overlapping electrode signals”.
  • the tactile sensor 10 having such a configuration is manufactured in the same manner as the tactile sensor 10 (see FIGS. 3 to 6) according to the first embodiment described above.
  • the displacements ⁇ x, ⁇ y, and ⁇ z are calculated based on the same concept as in the case of the first embodiment.
  • the second electrode layer 26 is composed of the second electrode 36 of 1, which is a single layer. Therefore, the structure and manufacturing process of the tactile sensor 10 can be simplified.
  • the pressure can be detected at each position of the plurality of first electrodes 34. Further, since the four first electrodes 34 in the center of the plurality of first electrodes 34 partially overlap the opening 38 formed in the center of the second electrode 36 in a plan view, the four first electrodes 34 By detecting the capacitance that changes according to the overlapping area of the one electrode 34 and the second electrode 36, the shearing force can also be detected at the position of the opening 38.
  • the number of openings 38 formed in the second electrode 36 is 1, which is smaller than the number of the plurality of first electrodes 34, the plurality of first electrodes 34 are matched with respect to one opening 38. Therefore, for example, the distance between the plurality of first electrodes 34 can be narrowed as compared with the case where the plurality of first electrodes 34 are matched one-to-one with the plurality of openings 38. As a result, the number of the plurality of first electrodes 34 can be secured, so that the resolution of the pressure distribution can be secured.
  • the shearing force can be detected even with a simple structure and a manufacturing process, and the resolution of the pressure distribution can be ensured.
  • the second electrode 36 has a single configuration, for example, the manufacturing efficiency can be improved and the number of parts can be reduced as compared with the case where the second electrode 36 is composed of a plurality of members. can do.
  • the tactile sensor 10 has 36 first electrodes 34, but the number of the plurality of first electrodes 34 may be any number.
  • One opening 38 is formed in the second electrode 36, but the number of openings 38 may be any number as long as the number of openings 38 is smaller than the number of the plurality of first electrodes 34.
  • the plurality of first electrodes 34 are preferably arranged in a matrix along the contact surface 28, but are arranged in a mode other than the matrix if a desired pressure distribution can be obtained in the contact surface 28. You may.

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Abstract

触覚センサは、第一電極層、弾力層、及び第二電極層が積層された積層構造を有する静電容量方式のセンサ部を備える。第一電極層は、複数の第一電極を有し、第二電極層は、単層である１又は複数の第二電極によって構成される。複数の第一電極のうちの２以上は、センサ部の接触面の法線方向に見て第二電極と部分的に重なる部分重複電極であり、１の第二電極に形成された１又は複数の開口の数、若しくは、１又は複数の第二電極によって形成される１又は複数の島部の数は、複数の第一電極の数よりも少ない。

Description

触覚センサ
　本願の開示する技術は、触覚センサに関する。
　対象物と接触する接触面の圧力分布及びせん断力を検出可能な触覚センサとしては、例えば、以下の技術が知られている。
　すなわち、特許文献１に記載の触覚センサは、支持基板と、第１絶縁体と、第２絶縁体と、複数の電極と、複数の第１帯状電極と、複数の第２帯状電極とを備える。支持基板と、第２絶縁体と、第１絶縁体とは、触覚センサに圧力が入力される側と反対側から順番に並んで積層されている。
　複数の電極は、第２絶縁体と支持基板との間に全面的に敷き詰められるように設けられている。複数の第１帯状電極は、第１絶縁体の第２絶縁体と反対側において第１方向に延びて設けられている。複数の第１帯状電極は、複数の電極のうち第１方向と交差する方向に隣接する電極同士の間に延びることで、該隣接する電極のそれぞれの一部にのみ平面視で重なっている。
　複数の第２帯状電極は、第１絶縁体と第２絶縁体との間において第１方向に交差する第２方向に延びて設けられている。複数の第２帯状電極は、複数の電極のうち第２方向と交差する方向に隣接する電極同士の間に延びることで、該隣接する電極のそれぞれの一部にのみ平面視で重なっている。
　触覚センサは、静電容量測定回路と接続されている。静電容量測定回路は、電極と当該電極に平面視で重なっている第１帯状電極との間で発生する静電容量を検出可能である。また、静電容量測定回路は、電極と当該電極に平面視で重なっている第２帯状電極との間で発生する静電容量を検出可能である。
　特許文献２に記載の触覚センサは、第１基板と、第２基板と、誘電体とを備える。第１基板は、複数の第１電極を備える。第２基板は、複数の第１電極それぞれに対応する複数の第２電極を備える。誘電体は、第１基板と第２基板との間に提供されている。
　複数の第１電極のいずれか１つの第１電極に対応する第２電極は、いずれか１つの第１電極に対して第２基板内で一方向にずれて配置されている。いずれか１つの第１電極に隣接する他の第１電極に対応する他の第２電極は、他の第１電極に対して第２基板内で他方向にずれて配置されている。
　複数の第１電極は、複数の第２電極に１対１にマッチングされている。複数の第１電極は互いに離隔配置されており、複数の第２電極は互いに離隔配置されている。
特許第６２８０５７９号公報 特開第６４８８４１４号公報
　特許文献１に記載の触覚センサでは、複数の電極と対向する対向電極が、複数の第１帯状電極と複数の第２帯状電極の２層構造となっている。このため、触覚センサの構造が複雑になり、触覚センサの製造工程も複雑になる。
　特許文献２に記載の触覚センサでは、複数の第１電極が、複数の第２電極と１対１にマッチングされている。また、せん断力を検出するために、複数の第１電極が互いに離隔配置されると共に、複数の第２電極も互いに離隔配置されている。したがって、複数の第１電極の互いの間隔が広くなると共に、複数の第２電極の互いの間隔が広くなるため、複数の第１電極及び複数の第２電極の数を増やすことができず、圧力分布の分解能が低下する。
　よって、簡素な構造及び製造工程でもせん断力を検出できると共に、圧力分布の分解能を確保できるようにするためには、改良の余地がある。
　本願の開示する技術は、一つの側面として、簡素な構造及び製造工程でもせん断力を検出できると共に、圧力分布の分解能を確保できる触覚センサを得ることを目的とする。
　上記目的を達成するために、本願の開示する技術の一観点によれば、対象物との接触面を有すると共に、弾力層と、前記弾力層を挟んだ両側に位置する第一電極層及び第二電極層とが前記接触面の法線方向に積層された積層構造を有する静電容量方式のセンサ部を備え、前記第一電極層は、複数の第一電極を有し、前記第二電極層は、単層である１又は複数の第二電極によって構成され、前記複数の第一電極のうちの２以上は、前記法線方向に見て前記第二電極と部分的に重なる複数の部分重複電極であり、１の前記第二電極に形成された１又は複数の開口の数、若しくは、１又は複数の前記第二電極によって形成される１又は複数の島部の数は、前記複数の第一電極の数よりも少ない、触覚センサが提供される。
　本願の開示する技術の一観点に係る触覚センサによれば、簡素な構造及び製造工程でもせん断力を検出できると共に、圧力分布の分解能を確保できる。
ロボットシステムの一例を示す斜視図である。 図１の一対の触覚センサの一例を示す斜視図である。 第一実施形態に係る触覚センサの縦断面図である。 図３の基板の平面図である。 図３の第二電極層の平面図である。 図３の第二電極と弾力層と基板とを重ねた状態を示す平面図である。 図３の基板の底面図である。 図３の触覚センサの製造方法の一例を説明する図である。 図３の触覚センサにおける変位Δｘと変位Δｙの一例を説明する平面図である。 図３の触覚センサにおける変位Δｘと変位Δｚの一例を説明する図である。 図３の触覚センサにおける変位Δｙと変位Δｚの一例を説明する図である。 第二実施形態に係る触覚センサの縦断面図である。 図１２の第二電極層の平面図である。 図１２の第二電極と弾力層と基板とを重ねた状態を示す平面図である。 第三実施形態に係る触覚センサの縦断面図である。 図１５の第二電極層の平面図である。 図１５の第二電極と弾力層と基板とを重ねた状態を示す平面図である。 第四実施形態に係る触覚センサの縦断面図である。 図１８の第二電極層の平面図である。 図１８の第二電極と弾力層と基板とを重ねた状態を示す平面図である。
　以下、添付図面を参照しながら、本願の開示する技術の一実施形態について詳細に説明する。
　（ロボットシステム１００の一例）
　はじめに、ロボットシステム１００の一例の概略を説明する。
　図１は、ロボットシステム１００の一例を示す斜視図である。ロボットシステム１００は、ロボット１０２と、コントローラ１０４とを備える。ロボット１０２は、例えば、多関節ロボットであり、ロボットアーム１０６と、ロボットハンド１０８とを備える。ロボットアーム１０６は、複数の関節部１１０を備える。ロボットハンド１０８は、ロボットアーム１０６の先端部に設けられている。ロボットハンド１０８は、手首関節部１１２を介してロボットアーム１０６の先端部に接続されている。
　ロボットハンド１０８には、一対の把持部１１４が設けられている。一対の把持部１１４は、互いに対向して配置されている。この一対の把持部１１４は、図示しない駆動部の駆動によって、互いに対向する方向に接離する。一対の把持部１１４の間にワークＷが配置された状態で、一対の把持部１１４が互いに接近する方向に移動すると、一対の把持部１１４でワークＷが把持される。
　コントローラ１０４は、ロボット１０２を制御するものであり、ロボット１０２と電気的に接続されている。図１では、一例として、コントローラ１０４が有線によりロボット１０２と接続されているが、コントローラ１０４が無線によりロボット１０２と接続されてもよい。
　（触覚センシングシステム１の一例）
　続いて、触覚センシングシステム１の一例の概略を説明する。
　ロボットシステム１００には、触覚センシングシステム１が搭載されている。触覚センシングシステム１は、一対の触覚センサ１０と、出力部１２とを備える。一対の触覚センサ１０は、一対の把持部１１４における互いの対向面１１４Ａにそれぞれ設けられている。一対の触覚センサ１０は、一対の把持部１１４でワークＷが把持された状態においてワークＷと接触する位置、すなわち、一例として、一対の把持部１１４の先端部の互いに対向する部分に設けられている。
　出力部１２は、一対の触覚センサ１０と電気的に接続されている。出力部１２は、有線により一対の触覚センサ１０と接続されてもよく、無線により一対の触覚センサ１０と接続されてもよい。この出力部１２は、後に詳述する通り、一対の触覚センサ１０から出力されたデータに基づいて各種処理を行い、この処理の結果に基づくデータをコントローラ１０４に出力する機能を有する。出力部１２は、一例として、手首関節部１１２に設けられている。
　図２は、図１の一対の触覚センサ１０の一例を示す斜視図である。一対の触覚センサ１０は、一例として、互いに対向する方向に面対称である。Ｘ軸方向は、一対の触覚センサ１０が対向する方向と直交する第一方向に相当し、Ｙ軸方向は、一対の触覚センサ１０が対向する方向と直交する第二方向に相当し、Ｚ軸方向は、一対の触覚センサ１０が対向する方向に相当する。Ｘ軸方向は、Ｙ軸方向と直交している。一例として、Ｘ軸方向は、触覚センサ１０の縦方向に相当し、Ｙ軸方向は、触覚センサ１０の横方向に相当する。
　触覚センサ１０は、支持プレート１４と、基板１６と、センサ部１８とを備える。支持プレート１４は、上述の把持部１１４（図１参照）と別体に構成されており、把持部１１４に固定される。支持プレート１４は、把持部１１４と一体に構成されていてもよい。基板１６は、支持プレート１４に固定されており、センサ部１８は、基板１６上に設けられている。センサ部１８の詳細については、後に詳述する。
　続いて、触覚センシングシステム１の第一乃至第四実施形態を説明する。
　［第一実施形態］
　はじめに、第一実施形態を説明する。
　（触覚センサ１０の構成）
　図３は、第一実施形態に係る触覚センサ１０の縦断面図である。第一実施形態に係る触覚センサ１０は、センサ部１８と、基板１６とを備える。
　センサ部１８は、静電容量方式である。このセンサ部１８は、より具体的には、自己容量方式であり、複数の層が積層された積層構造を有する。すなわち、センサ部１８は、複数の層として、絶縁層２０と、弾力層２２と、第一電極層２４と、第二電極層２６とを有する。第一電極層２４及び第二電極層２６は、弾力層２２を挟んだ両側に位置する。
　絶縁層２０は、第二電極層２６に対する弾力層２２と反対側に位置する。絶縁層２０は、センサ部１８の表層部を形成している。この絶縁層２０の表面は、ワークＷ（図１参照）との接触面２８として形成されている。なお、絶縁層２０は省略されてもよい。絶縁層２０が省略された場合には、第二電極層２６や第二電極層２６の上に形成された表層の表面が接触面２８とされる。
　弾力層２２は、誘電体である。弾力層２２は、柔軟性及び弾力性を有している。この弾力層２２は、例えば、ゲルによって形成される。絶縁層２０、弾力層２２、第一電極層２４及び第二電極層２６は、Ｚ軸方向に積層されている。Ｚ軸方向は、接触面２８の法線方向に相当する。絶縁層２０、弾力層２２、第一電極層２４及び第二電極層２６は、例えば、接着剤等により互いに接着されている。絶縁層２０は、センサ部１８の全体の接着強度を高めるために、第二電極層２６の全面を覆う大きさを有することが好ましい。
　第一電極層２４は、複数の第一電極３４を有する。複数の第一電極３４は、基板１６のセンサ部１８側の第一面１６Ａに形成されている。基板１６のセンサ部１８と反対側の第二面１６Ｂには、複数の静電容量検出ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）４４が実装されている。複数の第一電極３４と複数の静電容量検出ＩＣ４４とは、基板１６の板厚方向に延びるスルーホールビア４６によって接続されている。
　図４は、図３の基板１６の平面図である。基板１６の第一面１６Ａに形成された複数の第一電極３４は、Ｘ－Ｙ平面に沿って行列状に配列されている。つまり、複数の第一電極３４は、Ｘ軸方向を縦方向とし、Ｙ軸方向を横方向として配列されている。Ｘ－Ｙ平面は、上述の接触面２８（図２参照）と平行な面である。
　複数の第一電極３４は、互いに独立している。この複数の第一電極３４は、同一の形状である。複数の第一電極３４は、一例として、平面視で正方形に形成されている。平面視とはＺ軸方向に見ることに相当する。複数の第一電極３４は、一例として、Ｘ軸方向に６個ずつ、Ｙ軸方向に６個ずつ配列されている。つまり、複数の第一電極３４の数は３６個である。この複数の第一電極３４は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ等間隔に配列されている。
　図５は、図３の第二電極層２６の平面図である。第二電極層２６は、単層である複数の第二電極３６によって構成されている。複数の第二電極３６は、例えば、導電ゴムによって形成される。この複数の第二電極３６は、それぞれ平板状に形成されている。複数の第二電極３６は、基板１６のグランドに接続されていてもよく、グランドに対して浮いていてもよい。
　複数の第二電極３６は、互いに独立した複数の島部を形成している。この複数の第二電極３６は、Ｘ－Ｙ平面に沿って行列状に配列されている。つまり、複数の第二電極３６は、Ｘ軸方向を縦方向とし、Ｙ軸方向を横方向として配列されている。
　複数の第二電極３６は、同一の形状である。複数の第二電極３６は、一例として、それぞれ平面視で正方形に形成されている。複数の第二電極３６の数は、上述の複数の第一電極３４（図４参照）の数よりも少ない。この複数の第二電極３６は、一例として、Ｘ軸方向に３個ずつ、Ｙ軸方向に３個ずつ配列されている。つまり、複数の第二電極３６の数は９個である。この複数の第二電極３６は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ等間隔に配列されている。
　図６は、図３の複数の第二電極３６と弾力層２２と基板１６とを重ねた状態を示す平面図である。複数の第二電極３６は、平面視で複数の第一電極３４の全てと重なるように配置されている。複数の第二電極３６のそれぞれは、平面視で複数の第一電極３４のうちＸ軸方向及びＹ軸方向に隣接する４個の第一電極３４のそれぞれと部分的に重なるように形成されている。各第二電極３６は、平面視で４個の第一電極３４の中心部に位置し、この４個の第一電極３４と部分的に重なっている。
　このように、第一実施形態では、複数の第一電極３４の全てが複数の第二電極３６と部分的に重なっている。この第一実施形態では、複数の第一電極３４の全てが、「複数の第二電極と部分的に重なる複数の部分重複電極」の一例に相当し、複数の第一電極３４から出力される複数の信号は、「複数の部分重複電極信号」の一例に相当する。
　第一実施形態では、複数の第一電極３４の全てが、「第二電極と部分的に重なる複数の部分重複電極」の一例に相当し、複数の第一電極３４から出力される複数の信号は、「複数の部分重複電極信号」の一例に相当する。
　第一電極３４と第二電極３６との間の静電容量Ｃ［Ｆ］は、次式によって求められる。
　Ｃ＝ε×Ａ／ｄ
　εは弾力層２２の誘電定数［Ｆｍ－１］であり、Ａは第一電極３４と第二電極３６の平面視で重なり合う面積［ｍ２］であり、ｄはＺ軸方向に沿った第一電極３４と第二電極３６との間の距離［ｍ］である。
　このセンサ部１８では、接触面２８に圧力が加わり、各第一電極３４と第二電極３６との間の距離ｄが変化すると、この距離ｄの変化に応じて静電容量Ｃが変化する。また、センサ部１８では、接触面２８にせん断力が加わり、各第一電極３４と第二電極３６の重なり合う面積Ａが変化すると、この面積Ａの変化に応じて静電容量Ｃが変化する。
　なお、後に詳述するが、接触面２８に加わる圧力とは、Ｚ軸方向に沿って接触面２８に加わる力に相当する。また、接触面２８に加わるせん断力とは、Ｚ軸方向と直交する方向に沿って接触面２８に加わる力に相当する。Ｚ軸方向と直交する方向には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及び、Ｘ軸方向とＹ軸方向とを組み合わせた方向がある。
　複数の第一電極３４は、後述する静電容量検出ＩＣ４４（図３、図７参照）によって駆動され、第二電極３６との間の静電容量Ｃに応じた信号をそれぞれ出力する。つまり、センサ部１８は、複数の第一電極３４のそれぞれに対応する複数の信号を出力する。この複数の信号は、アナログ信号である。
　図７は、図３の基板１６の底面図である。複数の静電容量検出ＩＣ４４は、Ｘ－Ｙ平面に沿って行列状に配列されている。つまり、複数の静電容量検出ＩＣ４４は、Ｘ軸方向を縦方向とし、Ｙ軸方向を横方向として配列されている。複数の静電容量検出ＩＣ４４は、同一の構成である。複数の静電容量検出ＩＣ４４は、一例として、Ｘ軸方向に３個ずつ、Ｙ軸方向に３個ずつ配列されている。つまり、複数の静電容量検出ＩＣ４４の数は９個である。
　各静電容量検出ＩＣ４４には、この静電容量検出ＩＣと平面視で重なる４個の第一電極３４が接続されている。各静電容量検出ＩＣ４４は、４個の第一電極３４を駆動し、この４個の第一電極３４から出力された信号に応じたデータを出力可能な構成である。
　（触覚センサ１０の製造方法）
　図８は、図３の触覚センサ１０の製造方法の一例を説明する図である。触覚センサ１０は、例えば、次の要領で製造される。すなわち、複数の第一電極３４がパターンによって第一面１６Ａに形成された基板１６の第二面１６Ｂに複数の静電容量検出ＩＣ４４が実装される。基板１６には、複数のスルーホールビア４６が形成されており、複数の静電容量検出ＩＣ４４は、複数のスルーホールビア４６を介して複数の第一電極３４と接続される。
　続いて、複数の第一電極３４を有する第一電極層２４の上に弾力層２２が積層される。また、弾力層２２の上に、複数の第二電極３６（図５参照）によって構成された第二電極層２６が積層され、さらに、この第二電極層２６の上に、絶縁層２０が積層される。絶縁層２０、弾力層２２、第一電極層２４及び第二電極層２６は、例えば、接着剤等により互いに接着される。以上の要領で、触覚センサ１０は製造される。
　なお、図５に示されるように、第二電極３６に複数の開口３８を形成する加工方法としては、抜き加工、切削加工、注型成形及び金型プレス成形等が挙げられる。
　（変位Δｘ、Δｙ、Δｚの説明）
　図９は、図３の触覚センサ１０における変位Δｘと変位Δｙの一例を説明する平面図である。なお、図９では、複数の第一電極３４のそれぞれと第二電極３６との間の静電容量Ｃ００～Ｃ５５が複数の第一電極３４のそれぞれに対応して示されている。
　図１０は、図３の触覚センサ１０における変位Δｘと変位Δｚの一例を説明する図である。図１０には、（Ａ）垂直荷重Ｆｚ’なし、（Ｂ）垂直荷重Ｆｚ’あり、（Ｃ）せん断力Ｆｘあり、（Ｄ）垂直荷重Ｆｚ’あり＋せん断力Ｆｘありの場合がそれぞれ示されている。
　図１１は、図３の触覚センサ１０における変位Δｙと変位Δｚの一例を説明する図である。図１１には、（Ａ）垂直荷重Ｆｚ’なし、（Ｂ）垂直荷重Ｆｚ’あり、（Ｃ）せん断力Ｆｙあり、（Ｄ）垂直荷重Ｆｚ’あり＋せん断力Ｆｙありの場合がそれぞれ示されている。
　図９、図１０に示されるように、変位Δｘは、せん断力Ｆｘが作用することに伴って第二電極３６がＸ軸方向に沿って移動した距離に相当する。同様に、図９、図１１に示されるように、変位Δｙは、せん断力Ｆｙが作用することに伴って第二電極３６がＹ軸方向に沿って移動した距離に相当する。
　図１０、図１１に示されるように、距離Ｚ０は、垂直荷重Ｆｚ’が作用していないときの第一電極３４と第二電極３６との間のＺ軸方向に沿った距離に相当する。変位Δｚは、垂直荷重Ｆｚ’が作用することに伴って第二電極３６がＺ軸方向に沿って第一電極３４側に移動した距離に相当する。
　以下、１つの第二電極３６と部分的に重なる隣り合わせの第一電極３４を例に変位Δｘ、Δｙ、Δｚの計算例を説明する。
　（垂直荷重Ｆｚ’が作用していないとき：Δｘ、Δｙ、Δｚ＝０）
　図１０（Ａ）、図１１（Ａ）に示されるように、垂直荷重Ｆｚ’が作用していないときには、Δｘ、Δｙ、Δｚ＝０であり、第二電極３６と部分的に重なる隣り合わせの第一電極３４については、式１が成立する。
[式１]
　Ｃ００＿０＝Ｋ１／Ｚ０
　Ｃ０１＿０＝Ｋ２／Ｚ０
　Ｃ００＿０、Ｃ０１＿０は垂直荷重Ｆｚ’が作用していないときの隣り合わせの第一電極３４と第二電極３６との間の静電容量であり、Ｋ１、Ｋ２は定数である。
　他の隣り合わせの第一電極３４と第二電極３６との間の静電容量についても、式１と同様の式が成立する。
　（垂直荷重Ｆｚ’のみが作用しているとき：Δｘ、Δｙ＝０、Δｚ≠０）
　図１０（Ｂ）、図１１（Ｂ）に示されるように、垂直荷重Ｆｚ’のみが作用しているときには、Δｘ、Δｙ＝０、Δｚ≠０であり、第二電極３６と部分的に重なる隣り合わせの第一電極３４については、式２が成立する。
［式２］
　Ｃ００＿ｚ＝Ｋ１／（Ｚ０－Δｚ）
　Ｃ０１＿ｚ＝Ｋ２／（Ｚ０－Δｚ）
　Ｃ００＿ｚ、Ｃ０１＿ｚは垂直荷重Ｆｚ’のみが作用しているときの隣り合わせの第一電極３４と第二電極３６との間の静電容量である。
　式２より、以下が求まる。
　Ｃ００＿ｚ／Ｋ１＝１／（Ｚ０－Δｚ）
　Ｚ０－Δｚ＝Ｋ１／Ｃ００＿ｚ
　Δｚ＝Ｚ０－Ｋ１／Ｃ００＿ｚ
　式１より、一方の第一電極３４に対する第二電極３６の変位Δｚについて以下が求まる。
　Ｚ０＝Ｋ１／Ｃ００＿０
∴Δz＝Ｋ１（１／Ｃ００＿０－１／Ｃ００＿ｚ)
　同様に、他方の第一電極３４に対する第二電極３６の変位Δｚについて以下が求まる。
　Δz＝Ｋ２（１／Ｃ０１＿０－１／Ｃ０１＿ｚ)
　他の第一電極３４に対する第二電極３６の変位Δｚについても、上記と同様に求まる。
　（せん断力Ｆｘのみが作用しているとき：Δｙ、Δｚ＝０、Δｘ≠０）
　図１０（Ｃ）に示されるように、せん断力Ｆｘのみが作用しているときには、Δｙ、Δｚ＝０、Δｘ≠０であり、第二電極３６と部分的に重なる隣り合わせの第一電極３４については、式３が成立する。
［式３］
　Ｃ００＿ｘ＝Ｋ１／Ｚ０＋Δｘ・Ｋｐ／Ｚ０
　Ｃ０１＿ｘ＝Ｋ２／Ｚ０－Δｘ・Ｋｐ／Ｚ０
　Ｃ００＿ｘ、Ｃ０１＿ｘはせん断力Ｆｘのみが作用しているときのｘ方向に隣り合わせの第一電極３４と第二電極３６との間の静電容量であり、Ｋｐは定数である。
　式３より、以下が求まる。
　Δｘ・Ｋｐ／Ｚ０＝Ｃ００＿ｘ－Ｋ１／Ｚ０
　Δｘ・Ｋｐ＝Ｚ０・Ｃ００＿ｘ－Ｋ１
　Δｘ＝（Ｚ０・Ｃ００＿ｘ－Ｋ１）／Ｋｐ
　式１より、Ｋ１＝Ｚ０×Ｃ００＿０であるため、一方の第一電極３４に対する第二電極３６の変位Δｘについて以下が求まる。
　Δｘ＝（Ｚ０・Ｃ００＿ｘ－Ｚ０×Ｃ００＿０）／Ｋｐ
　Δｘ＝Ｚ０／Ｋｐ×（Ｃ００＿ｘ－Ｃ００＿０）
　同様に、他方の第一電極３４に対する第二電極３６の変位Δｘについて以下が求まる。
　Δｘ＝Ｚ０／Ｋｐ×（Ｃ０１＿０－Ｃ０１＿ｘ）
　他の第一電極３４に対する第二電極３６の変位Δｘについても、上記と同様に求まる。
　（せん断力Ｆｙのみが作用しているとき：Δｘ、Δｚ＝０、Δｙ≠０）
　図１１（Ｃ）に示されるように、せん断力Ｆｙのみが作用しているときには、せん断力Ｆｘのみが作用しているときと同様の計算により、第一電極３４に対する第二電極３６の変位Δｙが求まる。
　（垂直荷重Ｆｚ’及びせん断力Ｆｘのみが作用しているとき：Δｙ＝０、Δｘ、Δｚ≠０）
　図１０（Ｄ）に示されるように、垂直荷重Ｆｚ’及びせん断力Ｆｘのみが作用しているときには、Δｙ＝０、Δｘ、Δｚ≠０であり、第二電極３６と部分的に重なる隣り合わせの第一電極３４については、式４が成立する。
［式４］
　Ｃ００＿ｚｘ＝Ｋ１／（Ｚ０－Δｚ）＋Δｘ・Ｋｐ／（Ｚ０－Δｚ）
　Ｃ０１＿ｚｘ＝Ｋ２／（Ｚ０－Δｚ）＋Δｘ・Ｋｐ／（Ｚ０－Δｚ）
　Ｃ００＿ｚｘ、Ｃ０１＿ｚｘは垂直荷重Ｆｚ’及びせん断力Ｆｘのみが作用しているときの第一電極３４と第二電極３６との間の静電容量である。
　式４より、第一電極３４に対する第二電極３６の変位Δｚ、Δｘについて以下が求まる。
　Δｚ＝（Ｋ１＋Ｋ２）｛１／（Ｃ００＿０＋Ｃ０１＿０）－１／（Ｃ００＿ｚｘ＋Ｃ０１＿ｚｘ）｝
　Δｘ＝（Ｋ１＋Ｋ２）／２Ｋｐ・（Ｃ００＿ｚｘ－Ｃ０１＿ｚｘ）／（Ｃ００＿ｚｘ＋Ｃ０１＿ｚｘ）
　他の第一電極３４に対する第二電極３６の変位Δｚ、Δｘについても、上記と同様に求まる。
　（垂直荷重Ｆｚ’及びせん断力Ｆｙのみが作用しているとき：Δｘ＝０、Δｙ、Δｚ≠０）
　図１１（Ｄ）に示されるように、垂直荷重Ｆｚ’及びせん断力Ｆｙのみが作用しているときには、垂直荷重Ｆｚ’及びせん断力Ｆｘのみが作用しているときと同様の計算により、隣り合わせの第一電極３４に対する第二電極３６の変位Δｚ、Δｙが求まる。
　（垂直荷重Ｆｚ’及びせん断力Ｆｘ、Ｆｙが作用しているとき：Δｘ、Δｙ、Δｚ≠０）
　垂直荷重Ｆｚ’及びせん断力Ｆｘ、Ｆｙが作用しているときには、第一電極３４に対する第二電極３６の変位Δｘ、Δｙ、Δｚを次のようにして求めることができる。１つの第二電極３６と部分的に重なる４つの第一電極３４の範囲では、各第一電極３４における変位Δｚの値は互いに近似している場合が多いので、変位Δｚの値は共通であると仮定する。その場合、各第一電極３４に対応する信号の大きさ（静電容量値）は、各第一電極３４の第二電極３６との重なり面積に比例する。よって、静電容量値Ｃ００、Ｃ０１、Ｃ１０、Ｃ１１の比は、重なり面積Ｓ００、Ｓ０１、Ｓ１０、Ｓ１１の比と等しい。すなわち、式５が成立する。
［式５］
Ｃ００：Ｃ０１：Ｃ１０：Ｃ１１＝Ｓ００：Ｓ０１：Ｓ１０：Ｓ１１
　重なり面積Ｓ００、Ｓ０１、Ｓ１０、Ｓ１１は、無負荷状態での重なり面積の平方根をａとすると、式６で表される。
［式６］
Ｓ００=(ａ-Δｘ)×(ａ-Δｙ)、Ｓ０１=(ａ-Δｘ)×(ａ+Δｙ)、Ｓ１０=(ａ+Δｘ)×(ａ-Δｙ)、Ｓ１１=(ａ+Δｘ)×(ａ+Δｙ)
　式６より、４つの重なり面積の和は、４ａ２となり定数である。したがって、４つの重なり面積の和４ａ２と式５から重なり面積Ｓ００、Ｓ０１、Ｓ１０、Ｓ１１が既知の値となる。以上より、式６の連立方程式により、未知の変位Δｘ、Δｙが算出可能である。
　変位Δｘ、Δｙを算出したら、それらを既知の値として、共通の値であると仮定した変位Δｚを各第一電極３４における個別の変位Δｚに補正してもよい。この補正は、例えば別の手段で４つの変位Δｚの真値が測定できる環境で事前に変位Δｘ、Δｙと４つの変位Δｚとの間の相関関係を取得しておいてそれを利用することにより行うことができる。この相関関係の取得を機械学習により行ってもよい。
　各第一電極３４に対応する４つの静電容量値がほぼ等しく、すなわち変位Δｘ及び変位Δｙがゼロに近いことが分かった場合には、上記のΔｘ、Δｙ＝０、Δｚ≠０の場合について説明した方法により、４つの第一電極３４における変位Δｚを個別に算出してもよい。Δｘ、Δｙ＝０、Δｚ≠０の場合というのは、例えば台に置かれた状態のワークＷを把持していて接触面２８にワークＷの重量がかかっていない場合である。この状態からワークＷを台から持ち上げると、変位Δｚはあまり変化しないまま、変位Δｘ、Δｙが主に変化するので、変位Δｚを既知の値と扱って変位Δｘ、Δｙをより正確に求めることができる。
　本明細書において、「複数の圧力検出位置のそれぞれの圧力値を算出する」ことは、４つの第一電極３４のような複数の圧力検出位置における変位Δｚが共通と仮定した場合に、算出した共通の変位Δｚに基づく圧力値をそれぞれの圧力検出位置における圧力値として扱うことを含む。また、「複数の圧力検出位置のそれぞれの圧力値について代表値の算出を行うことで集約圧力値を算出する」ことは、４つの第一電極３４のような複数の圧力検出位置における変位Δｚが共通と仮定した場合に、算出した共通の変位Δｚに基づく圧力値を代表値として集約圧力値を算出することを含む。
　以上説明したように、出力部１２は、それぞれのせん断力Ｆｘ、Ｆｙ値を、第二電極３６と部分的に重なる第一電極３４である少なくとも１つの部分重複電極を含む複数の第一電極３４のそれぞれに対応する複数の信号に基づいて、圧力が複数の信号に及ぼす影響を除去するようにして算出する。
　次に、第一実施形態の作用及び効果について説明する。
　触覚センサ１０（図３～図７参照）において、第二電極層２６は、単層である複数の第二電極３６によって構成されている。したがって、触覚センサ１０の構造及び製造工程を簡素化することができる。
　また、第一電極３４と第二電極３６との間の距離に応じて変化する静電容量を検出することにより、複数の第一電極３４のそれぞれの位置で圧力を検出できる。さらに、各第二電極３６は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に隣接する４個の第一電極３４のそれぞれと部分的に重なっているので、この４個の第一電極３４と第二電極３６の重なり合う面積に応じて変化する静電容量を検出することにより、各第二電極３６の位置でせん断力も検出できる。
　しかも、複数の第二電極３６の数が、複数の第一電極３４の数よりも少ないことにより、１つの第二電極３６に対して複数の第一電極３４がマッチングされるので、例えば、複数の第一電極３４が複数の第二電極３６と１対１にマッチングされる場合に比して、複数の第一電極３４の互いの間隔を狭めることができる。これにより、複数の第一電極３４の数を確保できるので、圧力分布の分解能を確保できる。
　このように、第一実施形態に係る触覚センサ１０によれば、簡素な構造及び製造工程でもせん断力を検出できると共に、圧力分布の分解能を確保できる。
　次に、第一実施形態の変形例について説明する。
　触覚センサ１０は、３６個の第一電極３４を有するが、複数の第一電極３４の数は、いくつでもよい。
　複数の第二電極３６の数は、複数の第一電極３４の数よりも少なければ、いくつでもよい。
　複数の第一電極３４は、好ましくは、接触面２８に沿って行列状に配列されるが、接触面２８内で所望の圧力分布が得られるのであれば、行列状以外の態様で配置されていてもよい。
　［第二実施形態］
　次に、第二実施形態を説明する。
　（触覚センサ１０の構成）
　図１２は、第二実施形態に係る触覚センサ１０の縦断面図である。第二実施形態に係る触覚センサ１０は、上述の第一実施形態に係る触覚センサ１０（図３～図６参照）に対し、第二電極層２６の構成が次のように変更されている。
　図１３は、図１２の第二電極層２６の平面図である。第二電極層２６は、単層である１の第二電極３６によって構成されている。つまり、第二電極３６は、１つの島部を形成している。第二電極３６は、例えば、導電ゴムによって形成される。この第二電極３６は、平板状に形成されている。第二電極３６は、基板１６のグランドに接続されていてもよく、グランドに対して浮いていてもよい。
　図１４は、図１２の第二電極３６と弾力層２２と基板１６とを重ねた状態を示す平面図である。一例として、複数の第一電極３４の数は３６個であるのに対し、第二電極３６は、１つの島部を形成するので、第二実施形態では、第二電極３６によって形成される島部の数が複数の第一電極３４の数よりも少ない。
　第二電極３６は、一例として、接触面２８（図１２参照）よりも小さい正方形に形成されている。この第二電極３６は、平面視で複数の第一電極３４の全てと重なる大きさを有している。具体的には、第二電極３６は、複数の第一電極３４のうち第二電極３６の外周部に沿って並ぶ第一電極３４と第二電極３６の外周部とが平面視で重なる大きさを有している。これにより、第二電極３６の外周部に沿って並ぶ第一電極３４は、平面視で第二電極３６と部分的に重なっており、複数の第一電極３４のうち第二電極３６の外周部の内側に位置する第一電極３４は、第二電極３６と全体的に重なっている。
　第二実施形態では、複数の第一電極３４のうち第二電極３６と部分的に重なる第一電極３４が、「第二電極と部分的に重なる複数の部分重複電極」の一例に相当し、この第二電極３６と部分的に重なる第一電極３４から出力される複数の信号は、「複数の部分重複電極信号」の一例に相当する。
　図１２に示される触覚センサ１０のセンサ部１８では、接触面２８に圧力が加わり、各第一電極３４と第二電極３６との間の距離ｄが変化すると、この距離ｄの変化に応じて静電容量Ｃが変化する。また、センサ部１８では、接触面２８にせん断力が加わり、第二電極３６と部分的に重なる第一電極３４（図１４参照）と第二電極３６の重なり合う面積Ａが変化すると、この面積Ａの変化に応じて静電容量Ｃが変化する。
　このような構成の触覚センサ１０は、上述の第一実施形態に係る触覚センサ１０（図３～図６参照）と同様に製造される。
　また、第二実施形態において、変位Δｘ、Δｙ、Δｚの計算は、第一実施形態の場合と同様の考え方に基づいて行う。
　次に、第二実施形態の作用及び効果について説明する。
　触覚センサ１０（図１２～図１４参照）において、第二電極層２６は、単層である１の第二電極３６によって構成されている。したがって、触覚センサ１０の構造及び製造工程を簡素化することができる。
　また、第一電極３４と第二電極３６との間の距離に応じて変化する静電容量を検出することにより、複数の第一電極３４のそれぞれの位置で圧力を検出できる。さらに、複数の第一電極３４の一部、すなわち、第二電極３６の外周部に沿って並ぶ第一電極３４は、平面視で第二電極３６と部分的に重なっているので、この第一電極３４と第二電極３６の重なり合う面積に応じて変化する静電容量を検出することにより、第二電極３６の外周部に沿って並ぶ第一電極３４の位置でせん断力も検出できる。
　しかも、第二電極３６の数が、１であり、複数の第一電極３４の数よりも少ないことにより、１つの第二電極３６に対して複数の第一電極３４がマッチングされるので、例えば、複数の第一電極３４が複数の第二電極３６と１対１にマッチングされる場合に比して、複数の第一電極３４の互いの間隔を狭めることができる。これにより、複数の第一電極３４の数を確保できるので、圧力分布の分解能を確保できる。
　このように、第二実施形態に係る触覚センサ１０によれば、簡素な構造及び製造工程でもせん断力を検出できると共に、圧力分布の分解能を確保できる。
　また、第二電極３６は、単一の構成であるので、例えば、第二電極３６が複数の部材によって構成される場合に比して、製造効率を向上させることができると共に、部品点数を削減することができる。
　次に、第二実施形態の変形例について説明する。
　触覚センサ１０は、３６個の第一電極３４を有するが、複数の第一電極３４の数は、いくつでもよい。
　第二電極３６の数は、１であるが、複数の第一電極３４の数よりも少なければ、第二電極３６の数は、いくつでもよい。
　複数の第一電極３４は、好ましくは、接触面２８に沿って行列状に配列されるが、接触面２８内で所望の圧力分布が得られるのであれば、行列状以外の態様で配置されていてもよい。
　［第三実施形態］
　次に、第三実施形態を説明する。
　（触覚センサ１０の構成）
　図１５は、第三実施形態に係る触覚センサ１０の縦断面図である。第三実施形態に係る触覚センサ１０は、上述の第一実施形態に係る触覚センサ１０（図３～図６参照）に対し、第二電極層２６の構成が次のように変更されている。
　図１６は、図１５の第二電極層２６の平面図である。第二電極層２６は、単層である１の第二電極３６によって構成されている。第二電極３６は、例えば、導電ゴムによって形成される。この第二電極３６は、平板状に形成されている。第二電極３６は、一例として、平面視で正方形に形成されている。第二電極３６は、基板１６（図３参照）のグランドに接続されていてもよく、グランドに対して浮いていてもよい。
　第二電極３６には、複数の開口３８が形成されている。複数の開口３８は、第二電極３６の板厚方向、すなわち、Ｚ軸方向に貫通している。この複数の開口３８は、Ｘ－Ｙ平面に沿って行列状に配列されている。つまり、複数の開口３８は、Ｘ軸方向を縦方向とし、Ｙ軸方向を横方向として配列されている。
　複数の開口３８は、同一の形状である。複数の開口３８は、一例として、平面視で正方形に形成されている。複数の開口３８の数は、上述の複数の第一電極３４（図４参照）の数よりも少ない。複数の開口３８は、一例として、Ｘ軸方向に３個ずつ、Ｙ軸方向に３個ずつ配列されている。つまり、複数の開口３８の数は９個である。この複数の開口３８は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ等間隔に配列されている。
　図１７は、図１５の第二電極３６と弾力層２２と基板１６とを重ねた状態を示す平面図である。第二電極３６は、平面視で複数の第一電極３４の全てと重なる大きさを有している。具体的には、第二電極３６は、平面視で第二電極３６の外形部の内側に複数の第一電極３４の全てが収まる大きさを有している。
　複数の開口３８のそれぞれは、平面視で複数の第一電極３４のうちＸ軸方向及びＹ軸方向に隣接する４個の第一電極３４のそれぞれと部分的に重なるように形成されている。具体的には、各開口３８は、平面視で４個の第一電極３４の中心部に位置し、この４個の第一電極３４と部分的に重なっている。
　このように、第三実施形態では、複数の第一電極３４の全てが平面視で第二電極３６の外形部の内側に収まっており、また、複数の第一電極３４の全てが開口３８と部分的に重なっている。複数の第一電極３４の全てが開口３８と部分的に重なることは、複数の第一電極３４の全てが第二電極３６と部分的に重なることに相当する。
　第三実施形態では、複数の第一電極３４の全てが、「第二電極と部分的に重なる複数の部分重複電極」の一例に相当し、複数の第一電極３４から出力される複数の信号は、「複数の部分重複電極信号」の一例に相当する。
　図１５に示される触覚センサ１０のセンサ部１８では、接触面２８に圧力が加わり、各第一電極３４と第二電極３６との間の距離ｄが変化すると、この距離ｄの変化に応じて静電容量Ｃが変化する。また、センサ部１８では、接触面２８にせん断力が加わり、各第一電極３４と第二電極３６の重なり合う面積Ａが変化すると、この面積Ａの変化に応じて静電容量Ｃが変化する。
　このような構成の触覚センサ１０は、上述の第一実施形態に係る触覚センサ１０（図３～図６参照）と同様に製造される。
　また、第三実施形態において、変位Δｘ、Δｙ、Δｚの計算は、第一実施形態の場合と同様の考え方に基づいて行う。
　次に、第三実施形態の作用及び効果について説明する。
　触覚センサ１０（図１５～図１７参照）において、第二電極層２６は、単層である１の第二電極３６によって構成されている。したがって、触覚センサ１０の構造及び製造工程を簡素化することができる。
　また、第一電極３４と開口３８との間の距離に応じて変化する静電容量を検出することにより、複数の第一電極３４のそれぞれの位置で圧力を検出できる。さらに、各開口３８は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に隣接する４個の第一電極３４のそれぞれと部分的に重なっているので、この４個の第一電極３４と複数の開口３８の重なり合う面積に応じて変化する静電容量を検出することにより、各開口３８の位置でせん断力も検出できる。
　しかも、第二電極３６に形成された開口３８の数が、複数の第一電極３４の数よりも少ないことにより、１つの開口３８に対して複数の第一電極３４がマッチングされるので、例えば、複数の第一電極３４が複数の開口３８と１対１にマッチングされる場合に比して、複数の第一電極３４の互いの間隔を狭めることができる。これにより、複数の第一電極３４の数を確保できるので、圧力分布の分解能を確保できる。
　このように、第三実施形態に係る触覚センサ１０によれば、簡素な構造及び製造工程でもせん断力を検出できると共に、圧力分布の分解能を確保できる。
　また、第二電極３６は、複数の開口３８を有する単一の構成であるので、例えば、第二電極３６が複数の部材によって構成される場合に比して、製造効率を向上させることができると共に、部品点数を削減することができる。
　触覚センサ１０は、３６個の第一電極３４を有するが、複数の第一電極３４の数は、いくつでもよい。
　複数の第二電極３６の数は、複数の第一電極３４の数よりも少なければ、いくつでもよい。
　複数の第一電極３４は、好ましくは、接触面２８に沿って行列状に配列されるが、接触面２８内で所望の圧力分布が得られるのであれば、行列状以外の態様で配置されていてもよい。
　［第四実施形態］
　次に、第四実施形態を説明する。
　（触覚センサ１０の構成）
　図１８は、第四実施形態に係る触覚センサ１０の縦断面図である。第四実施形態に係る触覚センサ１０は、上述の第一実施形態に係る触覚センサ１０（図３～図６参照）に対し、第二電極層２６の構成が次のように変更されている。
　図１９は、図１８の第二電極層２６の平面図である。第二電極層２６は、単層である１の第二電極３６によって構成されている。第二電極３６は、平板状に形成されている。この第二電極３６は、基板１６のグランドに接続されていてもよく、グランドに対して浮いていてもよい。第二電極３６は、例えば、導電ゴムによって形成される。
　第二電極３６には、１つの開口３８が形成されている。開口３８は、一例として、第二電極３６の中央部に形成されている。第二電極３６は、平面視で正方形に形成されており、開口３８も、平面視で正方形に形成されている。
　図２０は、図１８の第二電極３６と弾力層２２と基板１６とを重ねた状態を示す平面図である。一例として、複数の第一電極３４の数は３６個であるのに対し、第二電極３６には、１つの開口３８が形成されているので、第四実施形態では、第二電極３６に形成された開口３８の数が複数の第一電極３４の数よりも少ない。
　第二電極３６は、平面視で複数の第一電極３４の全てと重なる大きさを有している。具体的には、第二電極３６は、平面視で第二電極３６の外形部の内側に複数の第一電極３４の全てが収まる大きさを有している。
　開口３８は、一例として、平面視でＸ軸方向及びＹ軸方向に隣接する中央の４個の第一電極３４の全てを収める最小の正方形よりも小さい正方形に形成されている。開口３８は、平面視で中央の４個の第一電極３４の中心部に位置し、この４個の第一電極３４と部分的に重なっている。これにより、複数の第一電極３４のうち中央の４個の第一電極３４は、平面視で第二電極３６と部分的に重なっており、複数の第一電極３４のうち中央の４個の第一電極３４以外の第一電極３４は、第二電極３６と全体的に重なっている。
　第二実施形態では、複数の第一電極３４のうち中央の４個の第一電極３４が、「第二電極と部分的に重なる複数の部分重複電極」の一例に相当し、この中央の４個の第一電極から出力される複数の信号は、「複数の部分重複電極信号」の一例に相当する。
　このような構成の触覚センサ１０は、上述の第一実施形態に係る触覚センサ１０（図３～図６参照）と同様に製造される。
　第四実施形態において、変位Δｘ、Δｙ、Δｚの計算は、第一実施形態の場合と同様の考え方に基づいて行う。
　次に、第四実施形態の作用及び効果について説明する。
　触覚センサ１０（図１８～図２０参照）において、第二電極層２６は、単層である１の第二電極３６によって構成されている。したがって、触覚センサ１０の構造及び製造工程を簡素化することができる。
　また、第一電極３４と第二電極３６との間の距離に応じて変化する静電容量を検出することにより、複数の第一電極３４のそれぞれの位置で圧力を検出できる。さらに、複数の第一電極３４のうち中央の４個の第一電極３４は、平面視で第二電極３６の中央に形成された開口３８と部分的に重なっているので、この４個の第一電極３４と第二電極３６の重なり合う面積に応じて変化する静電容量を検出することにより、開口３８の位置でせん断力も検出できる。
　しかも、第二電極３６に形成された開口３８の数が、１であり、複数の第一電極３４の数よりも少ないことにより、１つの開口３８に対して複数の第一電極３４がマッチングされるので、例えば、複数の第一電極３４が複数の開口３８と１対１にマッチングされる場合に比して、複数の第一電極３４の互いの間隔を狭めることができる。これにより、複数の第一電極３４の数を確保できるので、圧力分布の分解能を確保できる。
　このように、第四実施形態に係る触覚センサ１０によれば、簡素な構造及び製造工程でもせん断力を検出できると共に、圧力分布の分解能を確保できる。
　また、第二電極３６は、単一の構成であるので、例えば、第二電極３６が複数の部材によって構成される場合に比して、製造効率を向上させることができると共に、部品点数を削減することができる。
　次に、第四実施形態の変形例について説明する。
　触覚センサ１０は、３６個の第一電極３４を有するが、複数の第一電極３４の数は、いくつでもよい。
　第二電極３６には、１つの開口３８が形成されているが、開口３８の数が、複数の第一電極３４の数よりも少なければ、開口３８の数は、いくつでもよい。
　複数の第一電極３４は、好ましくは、接触面２８に沿って行列状に配列されるが、接触面２８内で所望の圧力分布が得られるのであれば、行列状以外の態様で配置されていてもよい。
　以上、本願の開示する技術の第一乃至第四実施形態について説明したが、本願の開示する技術は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
　なお、日本国特許特願２０２０－１４０３９５の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
　また、本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (5)

  1. 　対象物との接触面を有すると共に、弾力層と、前記弾力層を挟んだ両側に位置する第一電極層及び第二電極層とが前記接触面の法線方向に積層された積層構造を有する静電容量方式のセンサ部を備え、
    　前記第一電極層は、複数の第一電極を有し、
    　前記第二電極層は、単層である１又は複数の第二電極によって構成され、
    　前記複数の第一電極のうちの２以上は、前記法線方向に見て前記第二電極と部分的に重なる部分重複電極であり、
    　１の前記第二電極に形成された１又は複数の開口の数、若しくは、１又は複数の前記第二電極によって形成される１又は複数の島部の数は、前記複数の第一電極の数よりも少ない、
    　触覚センサ。
  2. 　前記第二電極層は、複数の前記島部を形成する複数の前記第二電極によって構成され、
    　複数の前記第二電極のそれぞれは、前記法線方向に見て前記複数の第一電極のうち隣接する第一電極のそれぞれと部分的に重なるように形成されている、
    　請求項１に記載の触覚センサ。
  3. 　前記第二電極層は、複数の前記開口が形成された１の前記第二電極によって構成され、
    　複数の前記開口のそれぞれは、前記法線方向に見て前記複数の第一電極のうち隣接する第一電極のそれぞれと部分的に重なるように形成されている、
    　請求項１に記載の触覚センサ。
  4. 　前記第二電極層は、１の前記島部を形成する１の前記第二電極によって構成され、
    　前記複数の部分重複電極のそれぞれは、前記法線方向に見て１の前記第二電極と部分的に重なるように形成されている、
    　請求項１に記載の触覚センサ。
  5. 　前記第二電極層は、１の前記開口が形成された１の前記第二電極によって構成され、
    　前記複数の部分重複電極のそれぞれは、前記法線方向に見て１の前記開口と部分的に重なるように形成されている、
    　請求項１に記載の触覚センサ。
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