WO1993014386A1 - Distribution-type touch sensor - Google Patents

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WO1993014386A1
WO1993014386A1 PCT/JP1988/001122 JP8801122W WO9314386A1 WO 1993014386 A1 WO1993014386 A1 WO 1993014386A1 JP 8801122 W JP8801122 W JP 8801122W WO 9314386 A1 WO9314386 A1 WO 9314386A1
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WO
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electrodes
electrode
sensor
pressure
tactile
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PCT/JP1988/001122
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Inventor
Kikuo Kanaya
Katsuhiko Kanamori
Ryosuke Masuda
Original Assignee
Kikuo Kanaya
Katsuhiko Kanamori
Ryosuke Masuda
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Priority claimed from JP741988A external-priority patent/JPH01184431A/ja
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
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    • G01L1/205—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using distributed sensing elements
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    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B21/00—Teaching, or communicating with, the blind, deaf or mute
    • G09B21/001—Teaching or communicating with blind persons

Definitions

  • the present invention relates to a device for detecting a contact pressure distributed and acting on a certain area by using a pressure-sensitive conductive rubber whose electric resistance changes according to a compressive force, and displaying the detected contact pressure as a graphic on a display device. It is.
  • the present inventors have proposed a rubber (hereinafter referred to as a pressure-sensitive conductive rubber) whose sensor element is usually an insulator, but whose electric resistance changes according to the amount of deformation when force is applied. Invented a distributed tactile sensor that can measure the force applied to each part of the sensor when it comes into contact with an object. Patent application for Japanese Patent Application No. 60-219245.
  • a pair of electrodes are arranged at the pressing force measuring points of a thin sheet of pressure-sensitive conductive rubber, and the force applied to the measuring points is determined as a change in the resistance value of the conductive rubber at that portion.
  • the sensor is a sensor that detects tactile sensation by attaching it to a robot gripping surface, etc.
  • the number of the electrodes may be any number as long as it is necessary to grip an object. The number is about 25.
  • the above-mentioned invention of the present application has a function close to a human hand by eliminating the necessity of disposing a sensor at each measurement point by combining a thin layer of a flexible pressure-sensitive conductive rubber and an electrode wire. It is possible to handle the strength, weight, shape, etc. of the object to be handled, other than controlling the gripping force according to the purpose, identifying the shape by touch, detecting slip, etc. Can be widely used.
  • An object of the present invention is to provide a distributed tactile sensor in which a large number of, for example, 400 or more small tactile electrodes are arranged to detect the contact pressure of a contacting object and display the shape graphically,
  • An object of the present invention is to provide a detection circuit capable of detecting each tactile signal with higher accuracy and higher speed, and further reducing the number of wires and reducing power consumption.
  • Another object of the present invention is to provide an image display system for displaying a figure using a distributed tactile sensor using the detection circuit.
  • Still another object of the present invention is to provide various tactile detectors in which a sensor surface for detecting a tactile sense is formed on a sensor suitable for the purpose of measurement.
  • the distributed tactile sensor of the present invention comprises an electrode paired with each of a plurality of pressing force measurement points acting on a pressure-sensitive conductive rubber sheet whose resistance changes according to the pressing force. Place and front through the rubber sheet A rectifying element for rectifying the current flowing between the pair of electrodes is provided for each electrode, and divided into a plurality of groups such that the electrodes arranged in a line form one group for each polarity of the plurality of electrodes. A detection circuit is used, wherein the electrodes in each group are connected in parallel with each other by electrode wires, and the directions of division of the groups divided for each polarity cross each other at each of the measurement points. .
  • An image system can be provided by processing a tactile detection signal output from a distributed tactile sensor using the detection circuit by a computer and displaying the processed signal on a display device such as a brown tube.
  • the electrode is a means for attaching a noble metal foil, an aluminum foil, a metal foil whose surface is protected to a rubber surface, or a printed wiring on a flexible and high-strength insulating synthetic resin film such as polyethylene terephthalate. It can be attached by means of overlaying the surface coated with a gold metal or other rubber, graphite, etc. on the pressure-sensitive conductive rubber.
  • the pressure-sensitive conductive rubber is, for example, a so-called pressure-sensitive conductive rubber in which conductive particles such as carbon particles are dispersed in a rubber elastic body such as silicone rubber.
  • the pressure-sensitive conductive rubber is usually used after being molded into a sheet and cut into a predetermined size.However, it is preferable to use a paint-like rubber which is applied and solidified on an electrode, for example. Can also.
  • the distributed tactile imaging system can be used, for example, for detecting or weighing the weight of the sole to provide guidance or diagnosis for rehabilitation of persons with physical injuries, or for sports shoes or other shoes. Ergonomic design, such as finding the relationship between posture, walking style, etc. and the load distribution applied to each part, such as shoes and chairs, as design data for design, software, office chairs, etc. * Used for research It can also be used for various purposes, such as using it as an industrial mouth bot that automatically separates parts that have characteristic shapes.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a detection circuit of a prior art distributed tactile sensor used for a robot hand
  • Fig. 2 is a detection circuit of a prior art distributed tactile sensor used for image display.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the electrodes used in FIG. 1
  • FIG. 4 is a circuit diagram illustrating the problems of the circuit in FIG. 1, and
  • FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the reason why a sneak current is generated
  • FIG. 6 is a partial perspective view for exploding and explaining the configuration of a detection unit of the distributed tactile sensor of the present invention
  • FIG. FIG. 6 is a longitudinal sectional view
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the reason why the detection unit in FIG. 6 does not generate a sneak current
  • FIG. 9 is used for a distributed tactile sensor according to another embodiment of the present invention.
  • Fig. 10 shows a partially broken distributed tactile sensor incorporating the electrodes shown in Fig. 9.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line XI—XI of FIG. 9,
  • FIG. 12 is a switch circuit of the tactile detection circuit, and
  • FIG. 13 is a view of FIG. Sectional view of the main part
  • Fig. 14 is the image system configuration diagram
  • Fig. 15 is the block diagram of the imaging device in Fig. 14
  • Fig. 16 is the device in Fig. 14.
  • Fig. 17 is a block diagram of a control system applied to a robot hand
  • Fig. 18 is a plate-like sensor suitable for placing a human body or other object on it.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line XI—XI of FIG. 9
  • FIG. 12 is a switch circuit of the tactile detection circuit
  • FIG. 13 is a view of FIG
  • FIG. 19 is a plan view showing an electrode pattern used in the distributed tactile sensor shown in FIG. 18, and FIG. 20 is a distributed tactile sensor applicable to a curved surface.
  • FIG. 21 is a perspective view of the unit sensor used in the distribution type tactile sensor shown in FIG. 20, partially cut away, and FIG. 22 is a distribution diagram of FIG. Type
  • FIG. 23 is a perspective view showing an example of use of a haptic sensor, FIG. 23 is a partial plan view showing an example of electrode wires of the distributed tactile sensor of FIG. 20, and FIG. 24 is an electrode wire of FIG.
  • FIG. 25 is a sensor part of the modified example of FIG. 1, FIG. 26 is a connector part of FIG. 25, and FIG. 27 is another modified example of FIG. Fig.
  • FIG. 28 is a perspective view of the unit sensor and electrode wire broken away
  • Fig. 28 is a cross-sectional view taken along the line II XXX-II XXX in Fig. 27,
  • Fig. 29 is a distribution type tactile sensor incorporated in shoes.
  • FIG. 30 is a perspective view in which a unit sensor used for the tactile sensor of FIG. 29 is partially cut away.
  • Fig. 31 is an enlarged plan view of the main part of Fig. 30.
  • Fig. 32 is a cross-sectional view taken along the line XXX-XXX ⁇ in Fig. 31.
  • Fig. 33 is a cross-section of the adapter for increasing the tactile density.
  • FIG. 34 is a cross-sectional view of the adapter for detecting the state of protrusions and recesses at the back position.
  • a tactile detection circuit of the distributed tactile sensor of the present invention (hereinafter simply referred to as a tactile sensor when there is no risk of misunderstanding), an image system using a tactile sensor based on the tactile sensor, The specific structure of the tactile sensor and the method of use will be described in order.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a circuit of an electrode portion used in the invention of Japanese Patent Application No. 60-219245.
  • E in the following
  • four electrode wires 2 for output. 4 to 3 3 in parallel placed on the front side of the sheet-shaped pressure-sensitive conductive rubber 3
  • the power supply side electrode Ep (not shown) attached to the back side at the position corresponding to the electrode Eo 4 power supply electrode wires 4.
  • ⁇ 4 3 conductor 2. Are those attached to so that you cross and to 2 3.
  • the number of measuring points generally does not need to be so large, but in order to detect the shape with the tactile sensor that Ishikawa et al. There is.
  • a comb-shaped electrode Ep and an electrode Eo are separated from each other by a predetermined distance. It is a square that is approximately 5 thighs on each side.
  • the electrode E p means an electrode connected to the power supply side, and the electrode E o means an electrode connected to the output side.
  • the pressure-sensitive conductive rubber 3 is disposed on the electrode E: (on the load side). Although the pressure-sensitive conductive rubber 3 has the same size as the electrodes in the figure, the individual electrodes E ij are usually attached to a sheet-like material.
  • the tactile sensor 1 requires that about 4000 switches be mounted on a sensor board of approximately 32 cm square, and the electrode wire 4 that connects the power supply to each electrode Ep is placed on top of that. Since they are connected, there is a problem that the work efficiency of wiring these is extremely poor. Therefore, in the conventional example shown in FIG. 1, a switch element is used to reduce the size of the switch and incorporate it into the tactile sensor 1 to facilitate wiring work and to make the device compact.
  • the switch circuit using FETs is integrated into one switch board as a hybrid IC with 1 ⁇ 8 cells and pin pitches as 1.26 cells. It is located behind tactile sensor 1.
  • FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the tactile sensor portion, and each resistance R in the figure represents an equivalent resistance due to a current flowing through the shortest distance in the pressure-sensitive conductive rubber.
  • the electrode wires in Fig. 1 are assumed to be the pressure receiving side 4 4 2 and the back side 2 2 2, and the measurement points PH, Piz, Pzi, Q, which are the intersections, will be simplified . Now, it is assumed that each point of the symbol P touches the object and each force is applied, and the point Q does not touch the object. The case where the resistance value of the Q point is measured will be described.
  • the current does not flow to the R 22, through sneak circuit of a resistor R 21 ⁇ R ⁇ R 12
  • the sneak current I ⁇ E / (R z, + R .1 + R 12 ) ⁇ flows, resulting in a false judgment that a force is applied to point Q.
  • the problem is that an actual tactile sensor has a large number of measurement points, for example, 8 x 8 or more, so that it is not possible to detect an accurate resistance value due to the influence of this sneak current. is there.
  • a conventional sensor can provide a tactile sensor with higher resolution and higher performance, even if the interval between the measurement points is sufficiently large, or it can function sufficiently as a tactile sensor under lower measurement conditions. Can not.
  • FIG. 6 is an exploded partial perspective view showing the outline of the configuration of the distribution type tactile sensor 1 having the 8 ⁇ 8 matrix arrangement of the present embodiment.
  • a printed wiring base plate 6 in which the electrode wire 4 and the power supply side electrode Ep are printed and wired is superimposed on the pressing surface side of the pressure-sensitive conductive rubber sheet 3.
  • the fact that the electrode wire 4 is indicated by a dotted line indicates that the electrode wire 4 is printed on the side facing the pressure-sensitive conductive rubber sheet 3.
  • the part that becomes the electrode of electrode wire 4 is carbon black, An electrode EP coated with a conductive paint using graphite or the like is provided, and the surface has a corrosion-resistant finish.
  • Electrode wires 2 printed on the back side of the output side electrode E 0 printed with electrodes 8 ⁇ 8 matrix on the back side of the pressure-sensitive conductive rubber sheet 3
  • the base plates 8 are overlapped, and the electrode wires 2 and the electrode wires 4 are arranged so as to cross each other (in this case, orthogonal).
  • the electrode E o and the electrode wire 2 are connected by a diode D. The current flowing here is rectified.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a cross-sectional view to make it easier to understand the wiring between the diode D and the electrode.
  • the electrode E o and the electrode wire 2 are arranged on the front and back of the same printed wiring base plate 8.
  • the tactile sensor used in this example has only 8 ⁇ 8 measurement points, which are divided into eight groups for each polarity, and each group has eight measurement points.
  • Eight electrodes E o or Ep are connected to each of the electrode wires 2 and 4 in a linear and parallel manner.
  • FIG. 8 explains that the tactile sensor 1 of FIGS. 6 and 7 eliminates the sneak current described above and dramatically improves detection accuracy.
  • FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 5 (conventional example).
  • diode D of tactile sensor 1 is As can be understood from a comparison between FIG. 8 and FIG. 5, since the sneak current flowing through the circuit is cut off, the above-mentioned R i —R—R 12 H] acts so as not to be formed. Therefore, for example, contact pressure Ri Kuwawa the RR ⁇ ⁇ > R 21, if they are not subjected to R 22 are the voltage applied to the electrode wire 4 2, when taking out the current from the electrode line 2 Z conventional Unlike the example, the output current can be reduced to zero. That is, Fig. 6, 1
  • FIG. 9 is a perspective view of an electrode used in a tactile sensor according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view of a tactile sensor using the electrode of FIG. 9, and
  • FIG. 10 is a sectional view taken along line XI-XI in FIG.
  • the electrode in FIG. 9 uses a square comb-shaped electrode as in FIG. 3 (conventional example), and the electrode is arranged only on one surface of the pressure-sensitive conductive rubber.
  • the electrodes E 0 and E p and the electrode wires 2 and 4 are printed on a printed wiring board (not shown) (17 in FIG. 10 and 11 in FIG. 11), respectively.
  • the parts are gold plated.
  • the electrodes Eo and Ep are arranged in a comb-like shape, with a predetermined gap g therebetween and the tally aligned. Ep is formed integrally with electrode wire 4.
  • the electrode Ep is connected to the electrode wire 2 printed on the surface on the opposite side of the printed wiring base plate 6 via the diode D constituting the rectifying element of the present invention.
  • the solder between the electrode t and the tap t, which is short-circuited through the through-hole h opened in the base plate 6, is connected to the pin 10 of the commercially available flat diode D, respectively. 1 Connect with 2.
  • the electrode wires 2 in FIG. 11 are arranged at right angles to the paper surface.
  • b in FIG. 11 is, for example, a backup sheet made of polyurethane, which flattens irregularities made of a diode D or the like on the back surface of the tactile sensor 1.
  • a sheet-shaped pressure-sensitive conductive rubber 3 is placed on the electrodes Eo and Ep as shown in Fig. 10, and a tactile surface (surface material) 14 corresponding to the skin is superimposed on it.
  • the tactile surface 14 is composed of a sheet in which a flexible foam sheet and a cloth are laminated so that the surface is in close contact with the object, and a conductive film 16 is laminated thereunder.
  • the electrodes Eij (a pair of Eo and Ep pairs) are arranged in a grid-like or grid-like manner, with about 496 (64 x 6 4) grids arranged in approximately 32 cm x 32 cm. .
  • FIG. 12 shows an output circuit of a tactile system according to an embodiment using a CM ⁇ S-IC as an output switch.
  • the output circuit of Fig. 12 can be applied to any of the tactile sensors in Figs. 6 to 7 and Figs. 9 to 11.
  • the number of electrodes E ij is 64
  • the multiplexer 18 that drives 64 output switches S i composed of FETs shown in Fig. 12 and Fig. 13 is used.
  • Each of these elements is a 3-to-8 decoder that decodes one of eight output lines depending on the conditions of the three-select input and the three-enable input.
  • the time for driving the output switch S i of the tactile sensor 1 The circuit is connected between the 64 i-th output pins of the multiplexer 18 and the gate of the FET of the switch Si by a coupling capacitor C, and a 13-volt bias as shown in the figure. Therefore it applied to the voltage divider circuit comprising a voltage from resistor R z and R 3.
  • the voltage for operating the switch S i needs only to have a current capacity sufficient to create the open / closed level of FET. Therefore, in addition to the FET gate, 1
  • the RC oscillation circuit is oscillated by 5 V supplied from pins 24 and 25 of the output terminal of the control device (not shown), and the negative voltage of the obtained AC voltage is converted to a transistor and a constant voltage. It is composed of a diode.-It is supplied from the constant voltage circuit I2 that obtains 3 volts.
  • One of the features of the sensor circuit of the present embodiment is that the bias voltage of the FET gate_3 V can be entirely covered by a single power supply.
  • the power supply multiplexer 20 of each electrode Eij is connected to the power switch Sj from the first to 16th and 19th pins (for enable input) of the terminal 22 of the control device.
  • the output multiplexer 18 is supplied with a running address signal of the output switch Si from the 1st to 6th pins and the 9th pin (for enable input). That each signal is then trimmed the result actuation signal to the receiver circuit 2 4 and 2 6, the decoder M, ⁇ M B, N, applied to A to C pin ⁇ N 8, wherein the decoders M, ⁇ M 8, a signal for operating each ⁇ N 8 is deco - da M 9 and M,. Give to A ⁇ C pins.
  • Decoder M 9, - M, the 0 respectively decoders M, ⁇ MB, ⁇ signal to activate any one of N 8 are sequentially supplied to the decoders, decoder M became due connexion operating state to the signal, ,..., Or M 8 , N,..., Or N 8 , by sequentially outputting the high signal to open the switches S j, S i to be operated, the voltage is sequentially applied to the individual electrodes E ij. Is applied, and at that time, a current corresponding to the pressing force is taken out from the output terminal 28.
  • the output switch S i of the present invention can be implemented by, for example, a switch circuit S ij shown in FIG. 2 other than the drive circuit C i shown in FIG.
  • the features of the first-half switch circuit S i in comparison with the conventional switch circuit S ij will be described below.
  • the gate section is opened and closed by H in the TTL open collector in Fig. 2, so the impedance of the gate must be reduced to reduce the resistance.
  • R t eg 1 k ⁇
  • the time to output the high signal to open the gate is 1-6 of the total time (electrode wire i is Since there are 6 4), and the output during the later 6 3/6 4 is L, for example, about 10 mA of power will flow through the 1 k ⁇ resistor. This is the same for the other sixty-three bottles, so that the total calorific value is about sixty-four.
  • the output switch circuit S i in FIG. 1 can reduce the operating current to the order of amperes, so that the overall current capacity can be greatly reduced. Therefore, the amount of heat generated is also reduced, so that the size of the sensor circuit can be reduced.
  • the output switch was reduced from 496 to 604, and the sensor circuit was driven by a single +5 volt power supply. Therefore, the number of parts used is reduced, the circuit can be simplified, the current flowing through the output switch drive circuit is reduced, and the tactile sensor and the sensor circuit are mounted on a single sensor board. By assembling, it was possible to reduce the size, weight and strength.
  • 64 electrodes E o and Ep are connected in parallel to each of the 64 electrode wires 2 and 4 of the tactile sensor 1. Has been done. With this configuration, it is possible to reduce the number of high-speed switching elements that previously required 496 to 128, thereby reducing costs and simplifying the sensor peripheral circuit configuration. This is now possible.
  • the pressing force (tactile) detection signal of each of the measurement points of the distributed tactile sensor 1 of the present invention described above is supplied to the imaging device 30 and becomes an image-processed signal. It is given to the personal computer 34 through 32, where it is subjected to predetermined arithmetic processing, and the image display device 36 displays the tactile content of the object detected by the tactile image sensor 1 as an image. can do.
  • the image display device 36 uses two monitors, a monochrome (white and black) brown tube and an RGB three primary color brown tube.
  • the input screen of the image input device 32 used in the present embodiment has a pseudo-force through function of a shape that changes with time, a 64-level gray scale display function, a 4-screen display function as a still image, and , No. Personal Computer 34 is NEC-PC9801, 640KB, main menus are image freeze, pseudo color, image processing, enlargement Z reduction, inter-screen calculation, histogram processing, and image separation.
  • main menus are image freeze, pseudo color, image processing, enlargement Z reduction, inter-screen calculation, histogram processing, and image separation.
  • We used software equipped with software that can perform each type of processing will be described with reference to FIG. The figure shows a device in which the planar shape of the object touching the tactile sensor 1 is displayed on the display device 36 as it is.
  • the tactile sensor 1 scans each of the electrode wires 2 and 4 by the imaging device 20 and sequentially applies a voltage to the electrodes at the measurement points.
  • Pulse signals are output from the (vertical) side synchronization generation circuit 37 and the electrode wire 4 (horizontal) side synchronization generation circuit 38, and the timing is adjusted by the timing controllers 39 and 40, respectively.
  • a pulse signal is supplied to the multiplexers 1 & and 20 through the counters 1> 42 and the decoders 43 and 44, and scans the electrode lines 2 and 4 to sequentially drive switches (not shown).
  • a voltage for resistance detection is applied to the measurement point. The current at this time is supplied from the multiplexer 18 to the haptic signal separation circuit 45.
  • the signal corresponding to the tactile sensation is selected here, and the tactile signal is passed through the retrace signal holding circuit 46 and the selection circuit 47 to the synchro-nization mixer 48 to be transmitted to the image display device. After synchronizing and amplifying by the video amplifier 49, this signal is supplied to the image input device 32, and the arithmetic processing selected from the menu in accordance with the command input from the input device 50 in advance is analyzed. The result is displayed on the display 36 of the personal computer.
  • the tactile image sensor 1 of the embodiment described above can greatly reduce the use of the high-speed switching element, the tactile image sensor having many measurement points can be processed at a high speed by a personal computer.
  • the cost can be significantly reduced, and the cost reduction of more than 10 million yen in combination with the conventional large-scale computer has been greatly reduced. It became possible to use a type system. Oh, no.
  • the use of a single-sound computer makes it easy to change the program, so that a flexible imaging system that can respond to various requirements can be achieved. I cannot help but stop.
  • Fig. 16 shows the state of use. That is, when the palm 53 is pressed against the tactile image sensor 1, the pressing force (tactile sensation) at each measurement point is detected and processed in the process (in the figure, the devices 30 to 34 are collectively combined).
  • the palm 53 is displayed as a graphic on the screen of the image display device 36.
  • This display method is, for example, as a real-time image or a still image, the brightness or color tone corresponding to the intensity of each part of the palm, the contour, and the palm, the contour figure, and the pressing strength on the measurement point diagram. It can be arbitrarily selected such as display in the histogram.
  • the tactile sensor used in this example is an 8 x 8 matrix arrangement for contact pressure detection, and each of the power supply and output switches (eight each) performs analog control. I did it.
  • the mouth bottom hand 55 is controlled by the control device 56 based on the detection signal of the tactile sensor 1.
  • the control device 56 is a one-chip micro computer 57, an input / output device. 8, the A / D converter 59 that converts the current signal according to the contact pressure to a digital value and the D / A converter 60 that converts the gripping force control signal to an analog value to the robot hand 55 Configured.
  • Reference numeral 61 in the figure denotes a logic circuit in which the input / output device 58 is provided between the analog multiplexers 18 and 20.
  • the distributed tactile sensor of the present invention can be applied as a contact pressure control means having a simple configuration and high control accuracy even for controlling the gripping force of a robot.
  • a plate-like sensor suitable for detecting a figure in which a person mainly rides on the sole and touches the sensor will be described.
  • the electrode pattern used in this planar sensor is a swastika type as shown in Fig. 19. However, it is acceptable to use the knot type shown in Fig. 3.
  • FIG. 18 is a perspective view showing a part of the tactile sensor 1 of the present embodiment cut out and partially cut away.
  • a tactile sensor 1 has an electrode and one electrode wire integrated and printed in a strip shape, and the surface of a print substrate 1 ⁇ ⁇ on which an electrode E ij is provided is similar to the electrode E ij.
  • a band-shaped pressure-sensitive conductive rubber sheet 3 is overlaid on top, a urethane rubber cover 62 (with a thickness of 0.5 «) is provided on top of it, and a predetermined pattern is printed on its surface.
  • Surface material made of paper (Tactile surface) 14 is arranged, and the surroundings of the surface material (Tactile surface) 14 and cover 62 are fixed. Then, a separator 63 made of a polyester filament was arranged between the belt-shaped pressure-sensitive conductive rubbers 3.
  • the printed circuit board 17 has the swastika electrode E p (second
  • a conductive through hole h is provided in the center of the figure, and two diodes D for preventing wraparound are soldered to the mini-molded member 6 in the shape of a capsule, and the printed wiring is not shown. It connects electronic components such as ICs and diodes (not shown) that are required for the system.
  • the other electrode E p (Fig. 19) is a strip-shaped electrode with a hole cut out of the electrode E o. In FIG. 18, illustration of the swastika electrode is omitted.
  • a knock-up material b made of a urethane material in the form of a belt, which is thicker (using a sheet having a thickness of 2 «).
  • a sandwich structure 65 composed of a honeycomb structure made of rubber is arranged, and these are integrated.
  • the sandwich structure 65 has a honeycomb member 67 sandwiched between two force plates 66, and the sandwich structure 65 is set on a floor (not shown). ing.
  • the sandwich structure 65 can be manufactured to have a simple structure, be thin and robust, and be a sensor that can withstand a high concentrated load, for example, 300.
  • the surface material (tactile surface) 14 and the cover 62 below the surface material (tactile surface) have a structure that makes it difficult for the lateral force to be transmitted by members on the lower side.
  • unit sensor 1 of tactile sensor 1 A distributed tactile sensor applied to a curved surface and its use will be described with reference to FIGS.
  • Consists of pressure-sensitive conductive rubber 3 and electrodes Eo and Ep, and each unit sensor 1. Are connected by the output-side electrode wire 2 and the power-supply-side electrode wire 4 to form a contact pressure detection circuit.
  • the power supply side electrode line 4 is connected to the multiplexer 20, and the output side electrode line 2 is connected to the multiplexer 18.
  • Each electrode line 4 is sequentially connected to a power supply (+ B) by a switch composed of a transistor Tr that is turned on and off by the signal of the multiplexer 20.
  • each electrode line 2 is connected to the output line OP in sequence. Therefore, by scanning the electrode wires 2 and 4, the unit sensor 1 is formed. Each resistance is detected sequentially by one output line OP can do.
  • FIG. 21 shows the unit sensor 1 shown in FIG. FIG. 2 is a perspective view showing a part of the device as broken away.
  • the electrode EP in contact with the electrode wire 4 is an electrode printed on the substrate 17, the pressure-sensitive conductive rubber 3 is arranged thereon, and the other electrode E is further placed thereon. o is arranged, and the entire area is covered with a cover 62 made of a sealing material such as a deformable urethane rubber. Therefore, in this embodiment, the surface on the side of the electrode E o is a pressure receiving surface (tactile surface) 14.
  • the terminal 72 is connected to the electrode EP via the conductor 74 filled in the through hole h opened in the substrate 17 and the diode D connected thereto, and is connected to the electrode wire 4 at both ends.
  • the terminal 73 is connected to the electrode E o by a conductor 75, and is connected to the electrode wire 2 at both ends. Therefore, the power supply is connected so that the electrode Ep becomes a positive pole by the diode D.
  • the terminals 72 and 73 and the electrode wires 2 and 4 can be brought into close contact with each other by means such as fixing, inserting, and caulking.
  • 76 is the unit sensor 1 for the measured object. It is an adhesive sheet for attaching.
  • FIG. 22 is a perspective view showing a state where the tactile sensor for curved surface 1 of the present embodiment is attached to a chair.
  • the chair The unit sensor 1 shown in Fig. 21 is attached to the backrest 79, which forms the curved surface of the child 78.
  • the electrode wires 2 and 4 are connected to a terminal box 80 for accommodating the multiplexers 18 and 20 shown in FIG.
  • the contact pressure signal is displayed by an imaging device 30 and a display device 36 controlled by a personal computer 34, for example, by numerical data, a contour map, or the like. In this way, the relationship between the shape of the chair and the physique and posture of the sitting person can be obtained as dynamic characteristic data.
  • FIGS. 23 and 24 show the convenience of handling the tactile sensor 1 shown in FIG. 20 by fixing the electrode wires 2, 4-in a meandering shape to the rib-shaped member 82, which can be extended and contracted, respectively. It is measured. Mounting interval is large and unit sensor 1. When the gap is extended, the electrode wires 2 and 4 are extended together with the member 82, and when the measurement is completed, the electrode wires 2 and 4 return to their original shapes, so that the electrode wires 2 and 4 are not entangled and handling becomes easy.
  • a unit sensor 1 for mounting on a robot or a rod. And the unit sensor 1. Is divided into a sensor section 84 and a connector section 85 so that the sensor section 84 can be exchanged and the unit sensor 1.
  • the sensor section is mechanically connected to each other so that no excessive force is applied to the sensor section.
  • the size of the combined sensor section 84 and connector section 85 is approximately 5 x 5 x 5 (* B).
  • the rising electrode E p E o is a so-called comb-shaped electrode formed by printed wiring, and the gap g between the electrodes E o and E p is filled with insulating material and short-circuited. Current is prevented from flowing.
  • a pressure-sensitive conductive rubber 3 'formed by applying a pressure-sensitive conductive paint is disposed on the electrodes Ep and Eo, and a conductive layer 16' formed by the conductive paint is provided thereon.
  • On the lower side of the sensor part 84 there are a conductive pin 86 connected to the diode D, a conductive pin 87 connected to the electrode Eo via the conductor 74, and merely a mechanical connector 2
  • a pin 88 (one is hidden behind the sensor section 84 and not shown) is provided, and the sensor section 84 is fixed to the connector 85 by these four pins 86 to 88.
  • the resin connector 85 has sockets 86 ', 87' and 88 '(two pieces) into which the pins are inserted, and the socket 86' is connected to the connection pin 9 provided on the electrode wire 4. It is in contact with the terminal 72 that is connected to 0 and the conductor ⁇ 4, and makes the electrode Ep and the electrode wire 4 conductive. Similarly, the socket 87 'makes the electrode Eo and the electrode wire 2 conductive. At the same time, the four pins 86-88 mechanically connect the sensor 84 and the connector section 85 detachably.
  • Reference numeral 91 denotes a conductor connecting the two terminals 72 and 72 and 73 and 73 respectively.
  • Each connector part 85 (only one is shown) is vertically and horizontally connected to each other by a connecting cord 93 inserted through the through hole 92.
  • the detection unit of the tactile sensor for curved surfaces shown in FIG. 20 is configured.
  • Unit sensor 1 shown in Fig. 25 and Fig. 26. Is suitable for mounting on non-planar parts, including the mouth bot hand.
  • FIG. 27 is a sectional view taken along the line II-XX of FIG. 27, and FIG. 28 illustrates another modified example of FIG. 21.
  • Unit sensor 1 The electrode Ep (or Eo) is attached to one surface of a spacer 95 made of an insulator provided with a through hole in which the pressure-sensitive conductive rubber 3 is fitted in the center, and the pressure-sensitive conductor A pressure receiving plate 96 made of a resin plate or the like is attached to the portion of the electric rubber 3.
  • the flexible electrodes Eo, Ep and the electrode wires 2 (or 4) are formed by etching a flexible wiring board or by attaching electrodes and electrodes to a flexible film such as a polyester film. A line pattern can be used. And electrode E. It is preferable to prevent the occurrence of contact resistance on the Ep surface by using gold plating or ironing treatment.
  • the conductive layers on one flexible printed wiring board 17 are etched to form the electrodes Eo, Ep and the electrode wire 2. Then, the spacer 95 was sandwiched and bent to form an electrode in a sandwich shape. Further, the pressure receiving plate 96 reliably transmits the pressure applied to the portion to the pressure-sensitive conductive rubber 3.
  • a rubber having a diameter slightly smaller than the diameter of the pressure-sensitive conductive rubber 3 is used.
  • a small piece having a smaller diameter than that described above is placed near the center of the electrode, a flexible pressure receiving sheet is disposed thereon, and the contact pressure applied to the pressure receiving sheet is reduced at the central portion. It can be carried out with appropriate modification such as transmitting to pressure-sensitive conductive rubber.
  • the sneak current preventing diode D has an electrode EP side elongated and elongated as shown in FIG. 27, and the diode D is in contact with the electrode EP side. Soldering the electrode wires 4 formed on the printed wiring board 1 ⁇ , and removing the conductive layer of the board 17 from the Eo side flexible printed wiring board 17 Then, a pressure receiving tube 96 of the same shape as above was attached.
  • the tactile sensor for curved surfaces 1 shown in Fig. 27 to Fig. 28 has a simple structure, is easy to manufacture and handle, and has an excellent sensor function. An example in which the tactile sensor of the present invention for obtaining shoe design data is incorporated in a shoe sole will be described with reference to FIGS.
  • the tactile sensor 1 of this embodiment is a flexible sensor in which a heel sensor 99 and a front sensor 100 attached to the bottom of a shoe 98 are formed of rubber for a shoe sole.
  • the unit sensor 1 used for the sensors 99, 100 For example, as shown in FIG. 30, for example, electrodes Eo and Ep are formed in parallel on a printed wiring board 17 and a through hole h is formed. The two lead wires 101 connected to the respective electrodes E o and Ep by soldering are attached to the back side of the substrate 17, and the pressure-sensitive conductive rubber 3 is placed on the lead wires 101. Lum 16 is arranged on the opposite side of electrodes E o and E p.
  • the rubber block 102 enclosing the block has a shape in which a convex block 102 is formed for each unit sensor.
  • the unit sensor 1 has a length in the front-rear direction of about 6 mm and a length in the lateral direction of about 8 mm. Is approximately 35 m square.
  • the electrodes E o and Ep are arranged in a rectangular shape in parallel, but may be formed in other shapes such as a comb shape.
  • Each of the convex blocks 102 is a unit sensor 1. There are provided recesses 103 for accommodating one by one, and the unit sensor 1 here. After being placed, the lead wire 101 was sealed with a filler 104 such as rubber while the lead wire 101 was projected outside.
  • the pressure receiving portion 105 of the concave portion 103 has a structure thicker than its surroundings as shown in the figure, and the load is concentrated on the unit sensor 1.
  • the block 102 shown in FIG. 29 is arranged as an example in the lateral direction, and a valley 108 is provided in the front-rear direction to attach a die node D for sneak current interruption. The sensor was placed on the entire surface of 99, 100. Block 102 shown in FIG. 29 is shown in FIG. 32. As shown in FIG.
  • the block 102 and the valley 108 are formed integrally to form the unit sensor 1. After sealing as described above, it may be bonded to a substrate made of shoe sole material such as rubber (not shown).
  • the lead line 101 from the block 102 and the electrode lines 2 and 4 shown by dotted lines in FIG. 31 are respectively connected to the lead line 101 so as to form a detection circuit shown in FIG. 0 Connected to 1.
  • the diode D may be mounted on either side of the electrode ⁇ or ⁇ as long as the connection direction is correct, but the figure is mounted on the ⁇ side. After the connection of each electric wire was completed, the sensor 99, 100 was attached to the shoe sole of the shoe 98. Note that 107 in the figure is a wire harness composed of the electrode wires 2 and 4.
  • the difference between the tactile sensor 1 of FIG. 29 and each of the tactile sensors 1 described above is that the number of electrodes attached to the same electrode wires 2 and 4 differs depending on the location.
  • the arrangement of the electrodes does not need to be a giant grid, and the intervals between the electrodes do not need to be uniform.
  • the adapter 110 shown in FIG. 33 has several pins 1 and bin holder 1 1 1 2
  • the pin 1 i 1 has a detection end 113 that comes into contact with the target object, and a tactile transmission end 114 attached with a pressing piece that presses the tactile sensor 1. 5 is provided so that the stroke of the detecting end 1 13 can enter and exit larger than the deformed opening of the pressure-sensitive conductive rubber 3.
  • a tube-shaped guide 116 made of a soft spring or the like and having a pin 111 inserted therein was used. This guide 1 16 can be effectively used even when the pin 1 11 is curved and mounted.
  • the detection end 113 of the pin 111 can use a means such as covering with a synthetic resin cap for the purpose of bringing the object into contact with the object.
  • the holder 111 includes a plate-shaped holding part on the detection end 113 side and a plate-shaped holding part 117 on the tactile sensor 1 side holding the above-mentioned components 111, 116. Things.
  • the holding section 1 17 is provided with a through hole 1 18 for the pin 1 1 1 at the position where the detection end 1 1 3 is arranged in a predetermined matrix.
  • the holding section 1 1 7 has a tactile sensor. Open the through hole 1 1 9 for the pin 1 1 1 to place the tactile transmission section 1 1 in the predetermined position 1, and do not let the pin 1 1 1 protrude outward by the stop 1 2 0 I am doing it.
  • a lead wire connected to the tactile transmission section 1 1 4 1 2 1 Is electrically connected to the pin 1 1 1 through a rubbing section 1 2 2, which is formed by winding a linear elastic body into a coil shape, so that it also serves as a member for urging the pin 1 1 1 outward.
  • the holder 1 1 and 2 are fitted into the tactile sensor 1 at a predetermined mounting position and screwed. Naturally, it can be detached by other attachment means. ⁇ Accordingly, the range of use can be expanded by preparing various types of holders 111 having different resolutions. In addition, if the holes 1 18 and 1 19 are arranged reversely, it can be applied to a wider portion.
  • FIG. 34 is an explanatory view of another embodiment showing a configuration for detecting unevenness at the bottom of a narrow hole.
  • the figure shows a case where the uneven portion 125 at the bottom of the hole 124 shown in the sectional view is detected by the pin 111.
  • Adapter shown partially broken Pin 110 of pin 110 is separated from the space required for tactile transmission part 114 by holding parts 117, 123 and multiple intermediate holding parts 126 provided on pin holder 112.
  • the pins 111 are arranged with the pins 111 narrowed to the intervals required for the detecting ends 113.
  • the figure shows a state in which the detection end 113 contacts the four convex portions 125 at the bottom of the hole 124 to transmit tactile sensation to the electrode portion.
  • the pin 11 1 has a spring 1 15, a stono, a '1 20
  • the wings 1 and 2 are provided, making it possible to detect ⁇ convexity in a narrow hole.
  • One of the inspection items is an inspection to determine whether a predetermined component is arranged at a predetermined position. As mentioned above, it is difficult to perform this inspection by visual inspection because small parts are arranged in a grid. Inspection is performed by pressing the wire against the wired base plate and detecting unevenness with a tactile sensor. By outputting the image with a predetermined image, the accuracy and efficiency of the inspection can be improved.
  • the tactile transmitting end 114 is an electrode of one of the poles.
  • the electrode may be provided separately and only have a function of transmitting the tactile sensation.
  • the distributed tactile sensor of the present invention can obtain the following effects. That is,
  • the configuration of the tactile detection control circuit can be simplified relative to the number of detections, and the measurement speed can be increased. This makes it possible to display images that require a large number of tactile detections in real time. Also, the number of parts used can be reduced, and the tactile detection circuit can be surface-mounted on the sensor board on which the electrodes are arranged.
  • the tactile detection circuit can be mounted on the sensor board surface, the sensor can be easily supported, the sensor can be made thinner, and a high-load sensor can be made. is there.
  • unit sensors can be two-dimensionally arranged and a sensor connected between them by flexible electrode wires can be used. An applicable curved surface sensor can be made.
  • the size of the tactile detection unit is limited by the size of the electrodes, but the unit area of the tactile detection can be further reduced by installing an adapter.

Description

明 細
分 布 型 触 覚 セ ン サ
技 術 分 野
本発明は、 一定の領域に分布して作用する接触圧を 圧縮力に応じて電気抵抗の変わる感圧導電ゴムを使用 して検出し、 表示装置上に図形と して表示する装置に 関する ものである。
北
冃 景 _技—術
ロボッ ト等に物体をハン ドリ ングさせる際には、 そ の対象物である物体を適度の力で把持したり、 触覚に より形状を認識するために口ボッ トハ ン ド と物体との 接触面には触覚に相当するセ ンサを設ける こ とが行わ れている。 従来、 このセ ンサ用の素子には半導体、 セ ラ ミ ッ ク ス、 有機材料、 光ファ イ バ—等が知られてい るが、 これらを用いた測定システムは、 柔軟性に問題 があったり 、 コ ンパク ト とする こ とが困難であったり 分布する各力の分解能力が不足したり、 経済性が得ら れなかったり して十分に満足できる ものが得られてい ない現状にある。
そこで本発明者らは、 前記のセ ンサ用素子と して通 常は絶縁体であるが、 力が加わり変形する とその変形 量に応じて電気抵抗値が変化するゴム （以下感圧導電 ゴムという） を用い、 物に接触したときセ ンサの各部 に掛るカを測定できる分布型触覚セ ンサを発明し、 特 願昭 60 -219245号として特許出願した。
この触覚センサは、 薄いシ一 ト状とした感圧導電ゴ ムの押圧力測定点に、 それぞれ対を成す電極を配置し 前記測定点に加わる力をその部分の導電ゴムの抵抗値 の変化として検出するものであって、 ロボッ ト把持面 等に取付けて触覚を検出するセンサとするものである , 前記電極の数は、 物体を把持する際に必要とする数が あればよ く 1 6 〜 2 5 ケ程度の数としている。
このような前記の出願発明は、 柔軟な感圧導電ゴム の薄層と電極線とを組み合せることにより、 前記測定 点毎にセンサを配置する等の必要をなく し、 人間の手 に近い機能のセンサとすることを可能としたもので、 ハンド ング対象物の強度、 重量、 形状等ハン ドリ ン グ対象、 目的に応じた把持力の制御の外、 触覚による 形状の識別、 滑りの検出など広く利用することができ る。
- そこで、 触覚検出点を縦横に密に且つ多数配列した センサ （以下分布型触覚センサという） を用いれば、 センサに接した物体の形状、 接触圧力の分布状態を図 形として表示することが可能である。 かかる試みが、 計測自動制御学会 · 第 2 8回自動制御連合講演会 （昭 和 6 0年（1985) 1 1月 5 日〜 7 日） において、 製品科 学研究所、 石 Jiiらによって ife 4 0 1 6 「ビデオ ft号を 持つ圧力分布セ ンサ」 として発表された。 この発明は、 物体がセンサに触れる接触圧によって 物体の形状を把握するために数多 く の電極を配置する 必要から、 4 0 9 6個の電極を縦 · 横それぞれ 6 4例 に配置し、 各電極上の感圧導電ゴムの抵抗を検出する 回路によってセ ンサに乗せた掌の画像をブラウ ン管上 に表示した技術の概要を報告したものである。
発 明 の 開 示
本発明の目的は、 接触する物体の接触圧を検出して 形状を図型表示させるために多数、 例えば 4 0 0 0個 以上の小さな触覚用電極を配置した分布型触覚セ ンサ において、 各電極毎の触覚信号をより精度よ く且つよ り高速で検出でき、 しかも配線数をより少な く し、 ま た小消費電力とすることのできる検出回路を提供する こ とである。
本発明の別の目的は、 前記検出回路を用いた分布型 触覚セ ンサを用い、 図型を表示させる画像表示システ ムを提供するこ とである。
更に別の本発明の目的は、 触覚を検出するセ ンサ面 を、 測定目的に適合したセ ンサに形成した各種の触覚 検出部を提供するこ とにある。
そして前記目的を達成するための本発明の分布型触 覚セ ンサは、 押圧力に応じて抵抗が変化する感圧導電 ゴムシー トに作用する複数の押圧力測定点のそれぞれ に対を成す電極を配置し、 前記ゴムシー トを介して前 記対.の電極間に流れる電流を整流する整流素子を電極 毎に設け、 前記複数の電極の各極性毎に、 線状に配列 する前記電極が一つの群を成す如き複数の群に分割し 各群内の電極を電極線により互いに並列接続すると共 に、 極性毎に分けた前記群の分割方向が前記各測定点 で互いに交叉する如く したことを特徴とする検出回路 を使用する ものである。
そして前記検出回路を用いた分布型触覚セ ンサから 出力される触覚検岀信号をコ ンピュータにより処理し て、 ブラウ ン管等の表示装置に表示させることにより、 画像システムを提供することができる。
前記電極は、 ゴム表面に貴金属箔、 アルミ箔、 表面 を防鐯処理した金属箔等を貼り付ける手段、 ポリェチ レンテレフタ レー ト のような柔軟で高い強度の絶縁性 の合成樹脂フィルムにプリ ン ト配線し表面を金メ ッキ その他力一ボンブラ ック， グラフアイ ト等でコ一ティ ングしたものを感圧導電ゴムに重ねる手段等によつて 取付けることができる。
前記感圧導電ゴムは、 例えばカ ーボン粒子などの導 電性粒子をシリ コー ンゴムなどのゴム弾性体に分散し た所謂感圧導電ゴムなどである。 該感圧導電ゴムは、 通常はシー ト状に成形したものを所定の大きさに切分 けて使用するが、 塗料状としたものを例えば電極上に 塗布 · 固化させたものを使用することもできる。 前記分布型触覚画像システムは、 例えば、 足裏に掛 る体重分布を検出することにより、 身体傷害者のリハ ビリ テー シ ョ ンの指導ないし診断に用いたり、 スポ― ッシュ ーズその他の靴の設計やソ フ ァ 、 事務用椅子な どの設計資料として、 姿勢、 歩き方などと靴、 椅子な どの各部に加わる荷重分布との関係を求めるなどの人 間工学上の設計 * 研究用として使用したり、 それぞれ 形状に特徴のある部品の分別を自動的に行なう工業口 ボッ トとして使用するなど、 各種の用途に適用するこ とができる。
図 面 の 簡単 な 説 明
第 1図は、 ロボッ トハ ン ドに使用した先行技術によ る分布型触覚セ ンサの検出回路説明図、 第 2図は、 画 像表示に使用した先行技術による分布型触覚セ ンサの 検出回路の概要を説明する図、 第 3図は、 第 1 図に使 用した電極を示す斜視図、 第 4図は、 第 1図の回路の 問題点を説明する回路図、 第 5図は、 第 4図の回り込 み電流の生ずる理由を説明する図、 第 6図は、 本発明 の分布型触覚セ ンサの検出部の構成を分解して説明す る部分斜視図、 第 7図は、 第 6図の縦断面図、 第 8図 は、 第 6図の検出部が回り込み電流を生じない理由を 説明する図、 第 9図は、 本発明の別の実施態様による 分布型触覚セ ンサに使用する電極説明図、 第 1 0図は、 第 9図の電極を組み込んだ分布型触覚セ ンサを一部破 断して示した斜視図、 第 1 1図は、 第 9図の X I— X I線 断面図、 第 1 2図は、 触覚検出回路のスィ ツチ回路、 第 1 3図は、 第 1 2図の要部断面図、 第 1 4図は、 画 像システム構成図、 第 1 5図は、 第 1 4図の画像化装 置のブロ ッ ク図、 第 1 6図は、 第 1 4図の装置を使用 している様子の説明図、 第 1 7図は、 ロボッ トハン ド に応用した場合の制御システムのブロ ッ ク図、 第 1 8 図は、 人体その他物体を乗せるに適した板状センサを 一部破断して示した部分斜視図、 第 1 9図は、 第 1 8 図の分布型触覚センサに使用した電極パターンを示す 平面図、 第 2 0図は、 曲面適用可能の分布型触覚セン サの検出回路の概略図、 第 2 1図は、 第 2 0図の分布 型触覚センサに使用する単位センサを一部破断して示 す斜視図、 第 2 2図は、 第 2 0図の分布型触覚セ ンサ の使用例を示す斜視図、 第 2 3図は、 第 2 0図の分布 型触覚センサの電極線の一例を示す部分平面図、 第 2 4図は、 第 2 3図の電極線を伸ばした図、 第 2 5図は 第 1図の変形例のセンサ部、 第 2 6図ば、 第 2 5図 のコネクタ部、 第 2 7図は、 第 2 1図の別の変形例に よる単位センサおよび電極線を 1部破断して示す斜視 図、 第 2 8図は、 第 2 7図の I I XXX- I I XXX 線断面図、 第 2 9図は、 分布型触覚センサを靴に組み込んだ場合 の斜視図、 第 3 0図ば、 第 2 9図の触覚センサに使用 する単位センサを一部破断して示した斜視図である、 第 3 1 図は、 第 3 0図の要部部分拡大平面図、 第 3 2 図は、 第 3 1図の XXX Π — XXX Π線断面図、 第 3 3図は 触覚密度増大用アダプタ の断面図、 第 3 4図は、 奥ま つた位置の凹凸状態検出用アダプタの断面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の分布型触覚セ ンサ （以下誤解.のおそ れのない場合は、 単に触覚セ ンサ という） の触覚検出 回路、 該回路に基づく触覚セ ンサを用いた画像システ ム、 それぞれの目的に応じた触覚セ ンサの具体的構造 および使用方法について順次説明する。
第 1図は、 前記特願昭 60— 219245号の発明で使用し た電極部分の回路の説明図である。 図において、 図示 しない 口ボ ッ トハ ン ドに取り付けた分布型触覚セ ンサ (触覚セ ンサ） 1 は、 1 6 ケ の電極 E ij (i, j = 0〜 4 ) のアウ トプッ ト側の電極 （以下 E。 で表わす） を 4本のァゥ トプッ ト用電極線 2 。 〜 33 にそれぞれ 4 ケずつ並列に取り付け、 シー ト状の感圧導電ゴム 3 の 表側に配置し、 その裏側に、 電極 Eo に対応する位置 に電源側電極 Ep (図示せず） を取り付けた 4本の電源 供給用電極線 4 。 〜 4 3 を、 導線 2 。 〜 2 3 と交叉す るように取付けたものである。
いま触覚セ ンサ 1 を持ったロボッ トハ ン ドを把持す る物体に押し付けると、 感圧導電ゴム 3 に接触圧が加 わり、 電気抵抗が低下し、 対応する電流が電極 E ijを 通じて流れる、 したがって、 例えば電極線 4。 を電源 に接続し、 電極線 2。 〜 23 のそれぞれから、 順次電 流を取出すことによって 1 6 ケの電極 Eijを配置した 部分の接触圧を検出することができる。 したがって口 ボッ トハン ドが物体を把持した際の各部に加わる力を 一定値にコ ン トロールすることが可能となり、 例えば 卵など、 強い力を加えられない物体を安全に把持する ことができる。
ところで前記のような目的では、 一般に測定点の数 は、 それほど多数とする必要ばないが、 前記石川らの 試みた触覚センサで形状を検出するためには、 測定点 を飛躍的に多くする必要がある。
以下前記石川らの発表した先行技術による分布型触 覚センサの概要を第 2図、 第 3図によって説明する。 第 2図においてこの分布型触覚センサ 1 は、 図示し ない前記感圧導電ゴムの裏側に配置した一対の電極 ϋ i i ( i = 0〜8m〜8m + 6 3 j = 0〜 n - 1、 n n +1〜 6 3 ： 全数- 4 0 9 6個） のそれぞれに、 F E T、 抵抗、 ダイオードから成るスィ ッチ S ij ( i = 0 〜8m〜8m+ 7〜 6 3、 j = 0〜！ i-l、 n、 n+l〜 6 3 ： 全数 = 4 0 9 6個） を電極線 2により接続したもの である。
前記電極 Eijば、 第 2図に示すように櫛形に形成し た電極 Ep と電極 Eo とを互いに所定の間隔を開けて 契合的に組み合せ、 一辺がほぼ 5 腿の大き さの四角形 をしたものである。 なお前記電極 E p は電源側に接続 する電極を、 また電極 E o はァゥ トプッ ト側に接続す る電極をそれぞれ意味している。 そして、 この電極 E : の上 （荷重側） に感圧導電ゴム 3 を配置したものであ る。 図では感圧導電ゴム 3 は電極と同じ大き さ と して いるが、 通常はシ一 ト状と したものに個々の電極 E i j を貼り付けるよう にしている。
前記のとおり触覚セ ンサ 1 はほぼ 3 2 cm角の大きさ のセ ンサボー ドに 4千余個のスィ ツチを取付ける必要 があり、 その上に各電極 E p に電源を接続する電極線 4 を接続する のでこれらを配線する作業能率が極めて 悪いという問題がある。 そこで第 1図に示す従来例で は、 ス ィ ツ チを小型化して触覚セ ンサ 1 に組み込み配 線作業を容易にし、 且つ装置をコ ンパク ト とするため に、 ス ィ ッ チ素子と して F E Tを使用したスィ ッ チ回 路を 1 X 8 セル、 ピン ピ ッ チを 1 . 2 6讓と したハイ ブ リ ッ ド I C と して 1 枚のスィ ツチ用ボー ドに纏め、 前 記触覚セ ンサ 1 の背後に配置している。
しかしながらかかる従来の方法は、 第 2図のセ ンサ 回路の場合、 個々 の電極 E i jを配設したセ ンサボー ド とスィ ツチ S i jを配設したス ィ ツチボー ドとを接続す る導線 2 をほぼ 5 mm間隔で 4 0 9 6本配線する必要が あり、 その上に電極線 4 (第 2図） を接続する必要が ある.ので配線作業、 及び装置組付け作業能率が極めて 悪いという問題がある。
しかも前記のとおり多数の導線 2が林立した状態で 触覚センサ 1 の裏に配置するために、 該触覚セ ンサ 1 を裏から保持する手段がな く 、 強度を増すためには、 センサボード自体を頑丈に製造する必要があり、 薄型- 軽量とすることが困難であるという問題がある。
第 2図に示した先行技術の検出回路に、 第 1図の回 路を適用すれば、 電極毎のァゥ トプッ ト用導線の数を 減少させることができる。 ただし、 第 1図の面路は、 以降に説明するように、 補償回路を設けないと、 物体 の形状を表示させることはできない。 その理由を第 4 図及び第 5図によって説明する。 なお、 第 5図は触覚 センサ部分の等価回路図であり、 図の各抵抗 Rは感圧 導電ゴム内の最短距離を電流が流れることによる等価 抵抗を表している。
図は説明を簡略化するために第 1図の電極線を受圧 側 4 い 4 2 、 裏側 2 2 2 とし、 その交点となる測定 点 P H , P i z , P z i , Qと単純化して説明する。 いま、 記号 Pの各点が物体に触れてそれぞれの力が加わつて おり、 Q点は物体に触れていないとし、 その Q点の抵 抗値を測定する場合によって説明する。
このときは電極線 2 , の交叉点間の抵抗をそれぞ れ R n , R 1 2 , R 2 , , R 2 2 = 00 (∞はゴムの抵抗が絶 緣体の抵抗値であることを示す） で表す。 いま、 第 5 図に示すように電極線 2 z と 4 2 との間に電圧 Eを加 えると、 電流は、 R 22には流れないが、 抵抗 R 21→R → R 12の回り込み回路を通じて回り込み電流 I { = E / (R z, + R .1 + R 12) } が流れ、 Q点に力が掛つて いるという誤った判断をする結果となる。
実際の触覚セ ンサは、 例えば 8 X 8又はそれ以上の ように多数の測定点を持つので こ の回り込み電流によ る影響のために正確な抵抗値を検出することはできな いと云う問題がある。
したがって、 従来のセ ンサは、 各測定点の間隔が十 分大きい場合か、 より低い測定条件の触覚セ ンサとし ては十分に機能しても、 より分解能が高く性能のよい 触覚センサを得ることはできない。
以下第 6図および第 7図によって本発明の分布型触 覚セ ンサのセ ンサ部の概要を説明する。
第 6図は本実施例の 8 X 8 マ ト リ クス配置とした分 布型触覚センサ 1 の構成の概要を分解して示す部分斜 視図である。 図において感圧導電ゴムシー ト 3 の押圧 面側には電極線 4及び電源側電極 Ep をプリ ン ト配線 した印刷配線基版 6が重ね合されている。 前記電極線 4を点線によって示したのは、 前記感圧導電ゴムシー ト 3に面した側に印刷されていることを示している。 電極線 4 の電極となる部分には、 カーボンブラ ック， グラフアイ ト等を用いた導電性塗料をコーティ ングし た電極 E P を設け表面を耐蝕性仕上げとしている。 感圧導電ゴム シー ト 3 の裏側には電極を 8 X 8マ ト リ クス配置としたァゥ トプッ ト側電極 E 0 をプリ ン ト した裏側に電極線 2がプリ ン ト配線された印刷配線基 版 8が重ね合されており、 電極線 2 と前記電極線 4 と は互いに交叉した配置 （この場合は直交） となってい る。 電極 E o と電極線 2 とはダイォ— ド Dで接続され. ここを流れる電流を整流する。
第 7図は、 このダイオー ド Dと電極との配線を分り 易くするために断面図によつて示した説明図である。 実際ば電極 E o と電極線 2 とは同じ印刷配線基版 8 の 表裏に配置されているものであることは前記したとお りである。
以上の説明で理解されるように、 本実施例に使用す る触覚センサの測定点群は 8 X 8だけあり、 これをそ れぞれの極性について 8つの群に分割し、 それぞれ 8 本の電極線 2及び 4の各 1本ずつにそれぞれ 8個の電 極 E o 又は E p が線状、 且つ並列に接続されている。 前記第 6図、 第 7図の触覚センサ 1 ば、 前記説明の 回り込み電流が排除され検出精度が飛躍的に向上する ことを第 8図によって說明する。 第 8図は第 5図 （従 来例） に対応する図である。
第 8図において触覚セ ンサ 1 のダイオー ド Dは、 第 8図と第 5図との比較から理解されるように、 を 流れる回り込み電流を遮断するので前記 R i — R ― R 12H]り込み回路が構成されないように作用する。 し たがって、 例えば接触圧力が R R ι ζ > R 21に加わ り、 R 22には加わっていない場合には、 電極線 42 に 電圧を加え、 電極線 2 Z から電流を取り出す場合には 従来例と異なり、 アウ トプッ ト電流をゼ口にすること ができる。 即ち、 第 6図、 1
3第 7図の回路を使用するこ とによって電源に接続した電極線 4 と電流を取り出す 電極線 2 との交点の電極 Eijを流れる電流を正確に検 出することができる。
第 9図は、 本発明の別の実施態様の触覚センサに使 用の電極の斜視図であり、 第 1 0図は、 第 9図の電極 を用いた触覚セ ンサの斜視、 第 1 1図は第 9図の XI— XI線断面図である。
第 9図の電極は、 第 3図 （従来例） と同様に正方形 状の櫛形電極を用い、 感圧導電ゴムの一方の面にだけ 電極を配置したものである。
図において、 電極 E 0 及び E p 、 電極線 2及び 4 は、 それぞれ図示しない印刷配線基版 （第 1 0図， 第 1 1 匿の 1 7.) にプリ ン トされたものであり、 電極部分は 金メ ッキしたものである。 そして電極 Eo と Ep とは、 それぞれ櫛目状の形状をして互いに所定のギヤ ップ g を開けて割符を合わせるように配置されており、 電極 Ep は電極線 4 と一体的に形成したものである。
電極 Ep は、 印刷配線基版 6の反対側の面にプリ ン トされた電極線 2 と本発明の前記整流素子を構成する ダイォ— ド Dを介して接続されるものであり、 その接 続は、 第 1 1図に示すように同基版 6に開けたスルー ホール hを通じて短絡するタ ツプ t と電極線 1 との間 を平板状の市販ダイオー ド Dのピン 1 0 とそれぞれハ ンダ 1 2で接続する。 第 1 1図の電極線 2 は紙面に対 し直角に配置されている。 なお、 第 1 1図の b は、 例 えばポリゥ レタン製のバックァ ップ用シー トであり、 触覚セ ンサ 1 の裏面にダイオー ド D等でできた凹凸を 平坦にするものである。
そして電極 Eo , Ep の上には第 1 0図に示すよう にシー ト状の感圧導電ゴム 3を配置し、 その上に皮膚 に相当する触覚面 （表面材） 1 4が重ね合されている。 この触覚面 1 4 は、 表面に対象物に密着するように軟 質発泡体シ一 卜と布とをラ ミネ一 ト したシー トから成 り、 その下に導電性フ イ ルム 1 6が積層されている。 前記電極 Eij ( 1対の Eo , Ep の組） はほぼ 3 2 cm x 3 2 cmの中に 4 0 9 6個（ 6 4 x 6 4 ) を焼網状な いし碁盤目状に配置している。
次に第 1 2図および第 1 3図によって以上に説明し た触覚検出回路から、 触覚データを出力する出力回路 を説明する。 第 1 2図は、 出力用スィ ツ チに C M◦ S - I Cを使 用した一実施例による触覚システムの出力回路を示す ものである。 第 1 2図の出力回路は第 6図〜第 7図、 第 9図〜第 1 1図のいずれの触覚セ ンサにも適用でき る。 なお図は電極 E ijの数は、 縦横それぞれ 6 4個
(計 4 0 9 6個） 使用した場合について記載している , 第 1 2図， 第 1 3図に示す F E Tから成る 6 4個の 出力スィ ツ チ S i を駆動する マルチプレク サ 1 8 には 型番が 7 4 H C 2 3 8 のハイ信号出力の C M O S - I C (表面実装用 ： 日本電気㈱製、 以下同じ） M ,〜M8 を使用し、 電源用スィ ツチ S j を駆動するマルチプレ クサ 2 0 には、 型番が 7 4 H C 1 3 8 の口一信号出力 の C M O S — I C , N！ 〜 N S を使用した。 これらは いずれ ©素子も 3 セ レク ト入力、 3 ィ ネーブル入力の 条件によって 8出力ラ イ ンの 1 つをデコ ー ドする 3 — to— 8デコーダである。
したがって、 それぞれ 6 4個のスィ ッチ S i , S j を開閉するためには、 それぞれ 7 4 H C 1 3 8及び 2 3 8を 8個使用する必要がある。 したがって 8個の I Cを制御するためのデコーダとしてマルチプレクサ 1 8 , 2 0 のそれぞれに前記 7 4 11 0 1 3 8 ]^9 , MI 0 を使用した。 なお本図の電源用スィ ツチ S j には、 通 常のディデタル ト ラ ンジスタ （ D T B ) を使用した。
さて触覚セ ンサ 1 の出力スィ ッ チ S i を駆動する回 路 は、 マルチプレクサ 1 8 の 6 4個の i番目の出 力ピンとスィ ツチ S i の F E Tのゲー 卜との間を結合 コ ンデンサ Cで接続し、 図に示すよう に一 3 ボル トの バイ アス電圧を抵抗 R z 及び R 3 から成る分圧回路に よって印加した。
スィ ツチ S i を作動させる電圧は、 単に F E Tの開 閉レベルを作るだけの電流容量があればよい。 したが つて F E Tのゲー トに加え 1
6る電圧 （— 3 ボル ト） は、 触覚センサ 1を作動させる 5 ボルト電源から得た。 即 ち、 図示しない制御装置の出力端子の 2 4 , 2 5番ピ ンから供給される 5 Vによって R C発振回路を発振さ せ、 得られた交流電圧の負の電圧を ト ラ ンジスタ及び 定電圧ダイォ一ドで構成する - 3 ボル トを得る定電圧 回路 I 2から供給するようにした。
本実施例のセ ンサ回路の特徴の一つは、 このように F E Tのゲー トのバイ アス電圧 _ 3 Vも舍め単一電源 によってすべてを賄う こ とができる点にある。
次に本実施例の勖作を説明する。 各電極 E i jの電源 用マルチプレクサ 2 0には、 制御装置の端子 2 2の第 1 1〜 1 6 ピン及び第 1 9 ピン （イ ネイ ブルイ ンプッ ト用） から電源用スィ ツチ S j の走查用ァ ドレス信号 が与えられ、 また出力用マルチプレクサ 1 8には第 1 〜 6 ピン及び第 9 ピン （イ ネィ ブルイ ンプッ ト用） か ら出力スィ ツチ S i の走查用ァ ドレス信号が与えられ る、 それぞれの信号は、 レシーバ回路 2 4及び 2 6 に よって作動信号を整えたのち、 デコーダ M, 〜MB 、 N , 〜 N 8 の A〜 Cピンに与え、 前記各デコーダ M , 〜 M 8 、 , 〜 N 8 をそれぞれ操作する信号は、 デコ —ダ M9 及び M,。の A〜 Cピンに与える。
デコーダ M 9 、- M , 0ではそれぞれデコーダ M ,〜 M B , 〜 N8 のいずれか一つを作動させる信号が当該デ コーダに順次与えられ、 この信号によつて作動状態と なったデコーダ M , ,…， 又は M 8 、 N ,, ···, 又は N 8 から順次作動させるスィ ッチ S j , S i を開く ハイ信 号を出力するこ とによって、 順次個々 の電極 E i jに電 圧が印加され、 その際に押圧力に応じた電流が出力端 子 2 8から取り出される。
本発明の出力用スィ ッチ S i は、 第 1 2図に示した 駆動回路 C i 以外に、 例えば前記第 2図に示したスィ ツチ回路 S ijによって実施することもできる。 以下に 従来例によるスィ ツチ回路 S i jに対し第 1 2翻のスィ ツチ回路 S i の特徴を説明する。
即ち、 出力用スィ ツチ素子に F E Tを使用する場合、 第 2図ではゲー ト部の開閉を T T Lのオープンコ レク タの Hによるために、 ゲ一 トのィ ンピ一ダンスを引き 下げる必要から抵抗 R t (例えば 1 k Ω ) でブルア ップ する必要がある。 この場合ゲー トを開く ためのハイ信 号を出力する時間は、 全時間の 1 ノ 6 4 (電極線 i は 6 4本あるから） であり、 後の 6 3 / 6 4の時間の出 力ば Lであるので、 1 k Ωの抵抗に例えば 1 0 mA程度 の電力が流れることになる。 これは他の 6 3本につい ても同様であるから、 全体として 6 4 0 となりかな り の発熱量となる。
これに対し第 1図の出力スィ ッチ回路 S i は、 作動 電流を ア ンペアオーダ一に低下させることができる ので、 全体の電流容量を大幅に低減させることができ- 電源電力容量を小さ く し、 したがって発熱量も小さ く するのでセンサ回路の小型化を可能とすることができ る。
更に第 1 2図のセ ンサ回路を使用した場合には、 F E Tを開閉する電流は前記のとおり極めて小さい容量 でよいので、 F E Tのゲー トに与えるバイアス電圧
( - 3 V ) は、 センサ回路に使用する 5 Vの電源電圧 から作ることができる。 従来使用されていた出力スィ ツチ回路 （例えば第 2図） は、 + 5 ボル ト と— 5 ボル トとの 2電源を必要とした。 これに対して第 1 2図の 回路は消費電流を低減させ、 また単一電源とすること ができるので回路を簡素化しコ ンパク トな装置とする ことができるという特徴もある。
以上説明した実施例のセ ンサ回路の利点を要約する と、 従来 4 0 9 6個必要とした出力スィ ツチ 6 4個に 低減し、 + 5 ボルトの単一電源で該センサ回路を駆動 する こ とができ、 したがって使用部品点数が減少し、 回路の単純化が可能となり、 出力スィ ツチ駆動回路に 流れる電流値が低減し、 1 枚のセ ンサボー ドに触覚セ ンサ及びセ ンサ回路を組付けて小型、 軽量化と強度増 強が可能とする こ とができた。
以上の説明で理解されるよう に、 本実施例に触覚セ ンサ 1 のそれぞれ 6 4本の電極線 2、 4 の各 1 本には それぞれ 6 4個の電極 E o および E p が並列に接続さ れている。 このよう に構成する こ とにより、 従来 4 0 9 6個必要であった高速スィ ツチング素子を 1 2 8個 に減らすこ とが可能となり、 コ ス ト低下とセ ンサ周辺 回路構成を簡略化する こ とが可能となった。
<画像システム >
次に第 1 4図によ って本発明の画像システムの構成 を一実施例により説明する。 以上に説明した本発明の 分布型触覚セ ンサ 1 の各測定点毎の押圧力 （触覚） 検 出信号は画像化装置 3 0 に与えられこ こで画像処理さ れた信号となり、 画像入力装置 3 2 を通じてパ—ソナ ルコ ンピュータ 3 4に与えられ、 こ こで所定の演算処 理されて画像表示装置 3 6 によつて触覚画像セ ンサ 1 が感知した物体の触覚内容を映像と して表示する こと ができる。 前記画像表示装置 3 6 はモノ ク ロ ーム （白 黒） ブラ ウ ン管と R G B 3原色カ ラーブラウ ン管との 2 つのモニタを使用している。 本実施例に使用した、 前記画像入力装置 3 2 の入力 画面は時間と共に変化する形状の擬似力ラ ースルー機 能、 6 4 レベル濃淡階調表示機能、 静止画像として 4 画面表示機能を持ち、 又、 ノ^ーソナルコ ンピュータ 3 4は NEC- PC9801、 640KB 、 主なメ ニューとして画像フ リ ーズ、 擬似カ ラ ー、 画像処理、 拡大 Z縮小、 画面間 演算、 ヒス トグラム処理、 画像セ一プノロ ー ドの各処 理のでき る ソ フ トウエアを装備したものを使用した。 次に第 1 5図によつて画像化装置 3 0 の回路ブロ ッ ク図の一例について説明する。 図は触覚センサ 1 に接 触する物体の平面形状を、 そのまま表示装置 3 6に表 示される装置である。
図において、 触覚センサ 1 は画像化装置 2 0によつ て電極線 2及び 4のそれぞれをスキャ ン し、 順次測定 点の電極に電圧を印加されるものであり、 その制御は それぞれ電極線 2 (垂直） 側同期発生回路 3 7 と電極 線 4 (水平） 側同期発生回路 3 8 とからのパルス信号 が出力され、 それぞれタイ ミ ングコ ン ト ローラ 3 9 、 4 0 でタイ ミ ングを調整したパルス信号が、 カウ ンタ 1 > 4 2、 デコーダ 4 3 , 4 4を通じてマルチプレ クサ 1 &及び 2 0 に与えられ、 電極線 2及び 4をスキ ャニングし順次スィ ッ チ （図示せず） を駆動して測定 点に抵抗検出用の電圧が印加される。 このときの電流 は、 マルチプレクサ 1 8 から触覚信号分離回路 4 5 に 与えられ、 こ こで触覚 （押圧力） に対応する信号が選 別され、 帰線信号保持回路 4 6 、 選別回路 4 7 を経て シ ンク ロナイ ズミ キサ 4 8で前記触覚信号を画像表示 装置と同期させビデオアンプ 4 9 で増幅したのち、 こ の信号を画像入力装置 3 2 に与え、 予め入力装置 5 0 から入力されたコマ ン ドに応じ、 前記メ ニューから選 択された演算処理をパー ソ ナルコ ン ピュ ータ 3 4力、 '行 い表示装置 3 6 に結果を表示させる。
以上に説明した本実施例の画像システムの応用分野 と して、 最近子供達に増えている といわれる偏平足の 研究や、 快適な椅子の研究、 寝た切り老人の床ずれの 研究等医学や人間工学の研究分野に大いに役立たせる こ とができ、 又、 教育分野でも例えば、 触診、 指圧等 の指導 · 教育に従来の手探りで教えていたものから、 画像や数値に置き代える こ とを可能にする こ とができ る。
以上説明した実施例の触覚画像セ ンサ 1 は高速ス ィ ツチング素子の使用を大幅に減少させる こ とができる ので、 測定点の多い触覚画像セ ンサをパー ソ ナルコ ン ピュータで高速画像処理する こ とが可能となり、 コ ス トを著し く 低下させる ことができ、 従来大型コ ンビュ ータ との組合せにより 1 千万円以上のコ ス トを要した ものを大幅なコ ス トダウ ンした普及型システムとする こ とが可能となった。 た、 ノ、。一ソナルコ ンピュータを使用しているため にプログラム変更が容易であるので、 各種の要求に応 じうる柔軟性の高い画像システムとすることができる, 但し、 要求によっては高速性が犠牲となるのは止むを 得ない。
第 1 6図によって使用状態を示す。 即ち、 触覚画像 センサ 1 に掌 5 3を押し当てる と、 前記プ口セスで各 測定点の押圧力 （触覚） が検出 · 処理 （図には前記 3 0 〜 3 4の各装置を一括して画像処理装置 5 2 として 記載してある） されて画像表示装置 3 6の画面に掌 5 3が図形として表示される。 この表示の方法は、 例え ば、 リ アルタイ ム画像又は静止画像として、 明暗、 輪 郭、 掌の各部の当る強さに応じた明るさないし色調、 等高線図形、 測定点図上に押圧強さのヒス トグラムで 表示等任意に選択することができる。
次に本発明の分布型触覚センサをロボッ トハン ドの 把持力制御に適用した場合の制御システムの概要を第 1 7図によって説明する。 本実施例に使用した触覚セ ンサは接触圧検出に 8 X 8 マ ト リ クス配置としたもの を使用し、 電源、 出力の各スィ ッチ （各 8 ケ） はいず れもアナログ制御を行なうようにした。 図において、 口ボッ トハン ド 5 5 は、 触覚センサ 1 の検出信号に基 づいて制御装置 5 6 により制御される。 制御装置 5 6 は、 ワ ンチップマイ ク ロコ ンピュータ 5 7、 出入力装 置 8、 接触圧に応じた電流信号をディ ジタル値に変換 する A / D変換器 5 9及びロボッ トハン ド 5 5 に把持 力の制御信号をアナログ値に変換する Dノ A変換器 6 0によって構成した。 なお、 図の 6 1 は入出力装置 5 8をアナログマルチプレクサ 1 8 、 2 0 との間に設け た論理回路である。
以上説明したように本発明の分布型触覚セ ンサは、 ロボッ トの把持力などの制御用と しても簡単な構成で しかも制御精度の高い接触圧制御手段として適用する こ とができ る。
次に第 1 8図によって、 主として人が乗り足裏がセ ンサに接触する図形を検出するに適した板状セ ンサの 構造について説明する。 なお本平面状セ ンサに使用し た電極パター ンは第 1 9図に示すような卍型のもので ある。 但し、 第 3図に示した節型のものを使用しても なんら差支えない。
第 1 8図は本実施例の触覚セ ンサ 1 の一部を切出し て一部を破断して示した斜視図である。 図において触 覚セ ンサ 1 は、 電極と一方の電極線とを一体的、 且つ 帯状にプリ ン ト し電極 E i jを設けたプリ ン ト基板 1 Ί の表面には、 該電極 E i jと同様に帯状とした感圧導電 ゴムシー ト 3 を重ね合せ、 その上にウ レタ ンゴムから なるカバー 6 2 (厚さ 0. 5 «を使用） を設け、 その表 面に所定のパター ンを印刷した上質紙からなる表面材 (触覚面） 1 4を配置し、 表面材 （触覚面） 1 4およ びカバー 6 2の周囲を固定したものである。 そして、 帯状の感圧導電ゴム 3の間にはポリ エステルフィ ラメ ン トから成るセパレータ 6 3を配置した。
前記プリ ン ト基板 1 7 には、 前記卍型電極 E p (第 2
0 ) 図の中心に導電性スルーホール hを設け、 これに 回り込み防止用のダイォー ド Dを 2個ずつをカ プセル 状としたミニモールド部材 6 にハンダ付けをし、 図 示しないプリ ン ト配線に必要とする図示しない I C、 ダイオー ドなどの電子部品を接続している。 もう一方 の電極 E p (第 1 9図） は電極 E o を切抜いた穴を有す る帯状の電極である。 なお第 1 8図には卍型電極の図 示を省略した。
前記ミニモール ド部材 6 4の間には、 これより厚い ( 2 «厚さのシー トを使用した） 帯状のウ レタ ン材か らなるノ ッ クァ ップ材 bを設け、 その下にアルミユウ ム製のハニカム構造体から成るサン ドィ ツチ構造体 6 5を配置し、 これらを一体としている。 該サン ドイ ツ チ構造体 6 5 は、 2枚の力板 6 6でハニカム材 6 7を 挟んだものであり、 このサン ドイ ツチ構造体 6 5を図 示しない床の上に設置するようにしている。
前記サン ドィ ッチ構造体 6 5 は、 簡単な構造で薄型、 且つ堅牢に製作することができ、 しかも高い集中荷重、 例えば 3 0 0 に耐えるセンサとすることができる。 そして、 前記感圧導電ゴム 3を帯状とし、 間にセパレ —タ 6 3を配置する構造は、 人が乗り降りする際に触 覚面を横方法にずらす力に対して変形の及ぶ範囲を限 定させるこ とができる。 また前記表面材 （触覚面） 1 4およびその下のカバー 6 2 は、 前記の横方向の力を 下側にある各部材により伝達させに く い構造にしてい る。
第 2 0図〜第 2 2図によって曲面に適用する場合の 分布型触覚セ ンサおよびその使用態様を説明する。 図において触覚セ ンサ 1 の単位セ ンサ 1 。 は、 感圧 導電ゴム 3 と電極 Eo , Ep から成り、 各単位セ ンサ 1 。 の間を出力側電極線 2および電源側電極線 4 によ つて接続し、 接触圧力検出回路を構成した。 各単位セ ンサ 1 。 の電源側電極線 4 はマルチプレクサ 2 0 に接 続し、 出力側電極線 2 はマルチプレク サ 1 8 に接続し ている。
マルチプレクサ 2 0 の信号によるオ ンオフ動作する ト ラ ンジスタ Tr から成るスィ ツチによつて各電極線 4を順次電源 （+ B) に接続する。
マクチプレクサ 1 8からの信号によってオ ンオフす る F E Tから成るスィ ツチによって構成し、 各電極線 2を順次出力線 O.P.に接続する。 したがって、 前記電 極線 2 , 4をスキャニングすることにより、 単位セ ン サ 1 。 毎の抵抗を一本の出力線 O.P.によって順次検出 することができる。
第 2 1図は、 前記第 2 0図に示した単位セ ンサ 1 。 の一部を破断して示した斜視図である。 第 2 1図では 電極線 4に接繞する電極 E P は基板 1 7の上にプリ ン ト した電極であり、 その上に感圧導電ゴム 3を配置し、 更にその上にもう一方の電極 E o を配置し、 周囲を変 性ウレタンゴムなどの封止材料から成るカバー 6 2で 全体を覆っている。 したがって、 本実施例では電極 E o 側表面を受圧面 （触覚面） 1 4 としている。
基板 1 7の下側にば互いに導通しないター ミ ナル 7
2 , 7 3を配置している。 ターミナル 7 2 は、 基板 1 7に明けたスルーホール hに充塡した導体 7 4及びこ れと接続するダイオー ド Dを介して電極 E P と接続し、 両端でそれぞれ電極線 4 と接続している。 またターミ ナル 7 3 は、 導体 7 5 により電極 E o と接続し、 両端 でそれぞれ電極線 2に接続している。 したがって、 前 記ダイオー ド Dによって電極 E p をプラス極とするよ うに電源を接続する。
ター ミ ナル 7 2 , 7 3 と電極線 2 , 4 とは、 蠟付け、 差し込み、 かしめなどの手段により接繞することがで きる。 図の 7 6 は、 被測定対象に単位センサ 1。 を取 付ける粘着シ— トである。
第 2 2図は、 本実施例の曲面用触覚セ ンサ 1を椅子 に取付けた様子を示す斜視図である。 図において、 椅 子 7 8 の曲面を成す背もたれ 7 9 には、 第 2 1 図で示 す単位セ ンサ 1 。 を碁盤目状に取付け、 第 2 0図に示 したマルチプレクサ 1 8 , 2 0を収納するタ ー ミ ナル ボッ クス 8 0 に各電極線 2 , 4を接続している。 接触 圧信号はパー ソ ナルコ ンピュ ータ 3 4 によ って制御す る画像化装置 3 0 、 表示装置 3 6 によ って、 例えば数 値データ、 等高線図などによ って表示する。 このよう にして椅子の形状と坐る人の体格、 姿勢などとの関係 を動特性データ と して得る こ とができる。
第 2 3図及び第 2 4図は、 電極線 2 , 4 -をそれぞれ 伸縮自在と した リ ボン状部材 8 2 に蛇行状に固定して 第 2 0図の触覚セ ンサ 1 の取扱いの便宜を計ったもの である。 取付け間隔が大き く 単位セ ンサ 1 。 間を伸長 させる と、 部材 8 2 と共に電極線 2 , 4 も伸長し、 測 定が終り取り外すと元の形状に戻るので電極線 2 , 4 がもつれる こ とがな く 取扱が容易となる。
第 2 5及び第 2 6 に示す斜視図によつて、 ロボッ ト ノ、ン ドに取付けるための単位セ ンサ 1 。 であり、 単位 セ ンサ 1 。 をセ ンサ部 8 4 と コ ネク タ部 8 5 とに分割 し、 セ ンサ部 8 4を交換可能にする と共に、 単位セ ン サ 1 。 を互いに機械的に連結する部材によってセ ンサ 部に無理な力が作用しないよう にしたものであり、 セ ンサ部 8 4 とコネクタ部 8 5 とを結合した大きさは、 ほぼ 5 x 5 x 5 ( *B ) の大きさである。 罔の電極 E p = E o はプリ ン ト配線によって形成し たいわゆる櫛形電極であり、 両電極の E o , E p の間 のギヤ 'ンプ部 gには絶緣材を充塡して短絡的電流が流 れないようにしている。 電極 E p , E o の上には感圧 導電塗料を塗布して形成した感圧導電ゴム 3 ' を配置 し、 その上に導電性塗料により形成した導電層 1 6 ' を設けている。 セ ンサ部 8 4の下側にはダイオー ド D に接続する導電性ピン 8 6、 電極 E o に導体 7 4を介 して接続する導電性ピン 8 7及び単に機械的な接続子 である 2本のピン 8 8 ( 1本はセンサ部 8 4に隠れて 図示していない） を設け、 これら 4本のピン 8 6 〜 8 8 によってセ ンサ部 8 4をコネクタ 8 5 に固定する。 樹脂製のコネクタ 8 5には、 前記ピンを差込むソケ ッ ト 8 6 ' , 8 7 ' , 8 8 ' ( 2個） があり、 ソケッ ト 8 6 ' は電極線 4 に設けた接続ピン 9 0 と結合するタ一ミナ ル 7 2 と導体 Ί 4によつて接繞しており、 電極 E p と 電極線 4 とを導通させている。 同様にソケッ ト 8 7 ' は電極 E o と電極線 2 とを導通させている。 同時に前 記 4本のピン 8 6 〜 8 8 はセンサ 8 4 とコネクタ部 8 5 とを着脱自在に機械的に接続している。 なお、 9 1 は、 それぞれ 2つのターミナル 7 2 と 7 2及び 7 3 と 7 3 とをそれぞれ接続する導体である。
各コネクタ部 8 5 ( 1個のみ示している） は、 貫通 孔 9 2を挿通した連結紐 9 3 によって互いに縦横に連 結して第 2 0図に示す曲面用触覚セ ンサの検出部を構 成する。 第 2 5図、 第 2 6図に示す単位セ ンサ 1 。 は 口ボッ トハン ドの物を摑む非平面部分に取付けるに適 する。
第 2 7図およびその I I XX X— Ι ΠΧΧ 線断面図である 第 2 8図によって第 2 1 図の別の変形例を説明する。 単位セ ンサ 1 。 は、 中央に感圧導電ゴム 3 を嵌装する 貫通孔を設けた絶縁体から成るスぺーサ 9 5 の一方の 面に電極 E p (又は E o)を貼り付け、 その外側の感圧導 電ゴム 3 の部分に樹脂板などから成る受圧板 9 6を貼 り付けたものである。
前記可撓性電極 E o , E p 及び電極線 2 (又は 4 ) は、 可撓性配線基板をエ ッ チ ングしたもの、 又はポリ エステルフ ィ ルムなどの可撓性フ ィ ルムに電極および 電極線バタ — ンを印刷したものなどを使用する こ とが できる。 そして電極 E。 ， E p 面は、 金メ ツキ， 力 一 ボン処理などによ り接触抵抗の発生防止する こ とが好 ま しい。
本実施例では、 第 2 8図に示すよう に、 1 枚の可撓 性のプリ ン ト配線基板 1 7上の導電層をエ ッチングし て電極 E o ， E p 及び電極線 2を形成し、 スぺーサ 9 5 を挟んで折り曲げ、 サ ン ドイ ツチ状に電極を形成し た。 また前記受圧板 9 6 は、 該部分に掛つた圧力を確 実に感圧導電ゴム 3 に伝達するよう にしたものであり、 本例では感圧導電ゴム 3 の直径より僅かに小さ く した ものを使用している。 その他の手段としては、 例えば 前記より更に小さい直径の小片を電極の中央付近に置 き、 その上から可撓性の受圧シ— トを配置し、 該受圧 シー トに掛る接触圧を中央部分で感圧導電ゴムに伝達 するようにするなど、 適宜変形して実施することがで き る。
回り込み電流防止用ダイォー ド Dは、 電極 E P 側を 第 2 7図に示すように細長く延長し、 これに前記ダイ オー ド Dを接繞し、 該ダイオー ド Dの反対側端子を可 撓性プリ ン ト配線基板 1 Ί に形成した電極線 4 にハ ン ダ付けし、 該基板 1 7 の導電層を取り除いた部分を E o 側可撓性プリ ン ト配線基板 1 7 に接触し、 その表面に、 前記と同じ形の受圧扳 9 6を取付けた。 第 2 7図〜第 2 8図に示した曲面用触覚セ ンサ 1 は、 構造が簡単で 製作、 取扱が簡単であり、 セ ンサ機能が優れていた。 第 2 9図〜第 3 2図によって靴の設計資料を得るた めの本発明の触覚センサを靴底に組み込んだ例を説明 する。 本実施例の触覚センサ 1 は、 靴 9 8の底に貼り 付けたかかと用セ ンサ 9 9 と前部セ ンサ 1 0 0を靴底 用ゴムによって形成した可撓性のセ ンサである。
前記セ ンサ 9 9 , 1 0 0 に用いた単位セ ンサ 1。 は、 第 3 0図に示すように例えばプリ ン ト配線基板 1 7上 に電極 E o , E p を並列的に形成しスルーホール hを 通じて各電極 E o ， E p にそれぞれハンダ付けにより 接続した 2本の引出し線 1 0 1 を前記基板 1 7 の裏側 に取付け、 その上に感圧導電ゴム 3を配置し、 導電性 フ ィ ルム 1 6を電極 E o , E p の反対側に配置したも のである。
この単位セ ンサ 1 。 を封入するゴム性ブロ ッ ク 1 0 2 は、 それぞれ単位セ ンサ毎に凸状のブロ ック 1 0 2 を成した形状をしている。 該ブロ ックの大きさの一例 を示すと、 前後方向の長さがほぼ 6 «、 横方向の長さ がほぼ 8 «であり 、 前記単位セ ンサ 1 。 はほぼ 3 5 m角としたものである。 前記電極 E o , E p は、 矩形 状のものを並列配置としてが、 櫛型などの他の形状と してもよい。
凸状のブロ ック 1 0 2 は、 それぞれ単位セ ンサ 1 。 を 1個ずつ収納する凹部 1 0 3を設けており、 こ こに 単位セ ンサ 1 。 を配置した後、 引出し線 1 0 1 を外部 に突出させた状態でゴムなどの充塡材 1 0 4 で封入し た。 前記凹部 1 0 3 の'受圧部 1 0 5 は、 図に示すよう に周囲より厚い構造として荷重が集中的に単位センサ 1。 に加わるようにしている。 第 2 9図に示すブロ ッ ク 1 0 2 は、 横方向に一例に配置し、 前後方向には回 り込み電流遮断用のダイ才— ド Dを取付ける谷部 1 0 8を設けて、 セ ンサ 9 9 , 1 0 0全面に配置した。 第 2 9図に示すブロ ッ ク 1 0 2 は、 第 3 2図に示す ように 1個ずつ作り、 第 3 1図に示すように横方向に は密着させて、 また前後方向には谷部 1 0 8を形成し ながら図示ない基板上に接着させたものである。 別な 手段として、 ブロ ック 1 0 2及び谷部 1 0 8を一体的 に形成し、 単位センサ 1。 を前記のとおり封止後、 図 示しないゴムなどの靴底材から成る基板に接着しても よい。
前記ブロ ック 1 0 2からの引き出し線 1 0 1 と、 第 3 1図に点線で示した電極線 2 , 4は、 それぞれ第 2 0図に示す検出回路を形成するように前記引き出し線 1 0 1 と接続した。 なお、 ダイオー ド Dは接続方向を 正し く接繞すれば、 電極 Ε ο , Ε ρ いずれの側に取付 けてもよいが、 図は Ε ο 側に取付けた。 各電線の接続 が終了した後に靴 9 8の靴底に前記センサ 9 9 , 1 0 0を貼り付けた。 なお図の 1 0 7 は電極線 2 , 4から 成るワイ ャハーネスである。
第 2 9図の触覚センサ 1が、 既に説明した各触覚セ ンサ 1 と異なる点は、 同じ電極線 2及び 4に取付ける 電極数が場所により異なる点である。 このように本発 明の触覚センサ 1 は、 電極の配置は碁盤巨状である必 要もなく、 また相互の間隔も均一である必要はない。 次に第 3 3図〜第 3 4図によって、 触覚密度を適当 変更可能としたアダプタについて説明する。
第 3 3図に示すアダプタ 1 1 0 は、 複数のピン 1 1 1 と ビンホルダ一 1 1 2 で構成されている。 ピ ン 1 i 1 は、 対象物体に接触する検出端 1 1 3 と、 触覚セ ン サ 1 を押圧する押圧片を取付けた触覚伝達端部 1 1 4 とを有し、 途中にスプリ ング 1 1 5 を設けて、 検出端 1 1 3 のス ト ロークが感圧導電ゴム 3 の変形ス ト 口 — クより大き く 出入りできるよう にしている。 なお、 本 実施例では、 力の伝達をより円滑にするために、 例え ば柔らかいスプリ ングなどで作ったチューブ状ガィ ド 1 1 6 に ピン 1 1 1 を挿通したものを使用した。 こ の ガイ ド 1 1 6 は、 ピ ン 1 1 1 をカーブして取付ける場 合にも有効に利用する こ とができる。 又、 ピ ン 1 1 1 の検出端 1 1 3 は、 対象物体とソ フ ト に接触させるな どの目的で合成樹脂のキ ヤ ップを被せるなどの手段を 用いる こ とができ る。
ホルダー 1 1 2 は、 検出端 1 1 3側の板状の保持部 と触覚セ ンサ 1 側の板状の保持部 1 1 7 とで前記各部 材 1 1 1 , 1 1 6 を保持して成る ものである。 保持部 1 1 7 には、 検出端 1 1 3 を所定のマ ト リ クス配置す る位置にピン 1 1 1 の揷通孔 1 1 8 を設け、 保持部 1 1 7 には、 触覚セ ンサ 1 の所定の位置に触覚伝達部 1 1 を配置するためのピン 1 1 1 の揷通孔 1 1 9 を開 け、 ス ト ッ ノ 1 2 0 により ピン 1 1 1 が外方に飛び出 さないよ う に している。
なお、 触覚伝達部 1 1 4 に接続する リ — ド線 1 2 1 は、.線状の弾性体をコィル状に捲回したラ ッ ビング部 1 2 2を通じてピン 1 1 1 に電気的に接続し、 ピン 1 1 1を外方に付勢する部材を兼ねるようにしている。 図示を省略したが、 ホルダー 1 1 2は触覚セ ンサ 1 の所定の取付け位置に嵌め込み、 ねじ止めする。 当然 他の取付け手段によつて着脱自在とすることもできる < したがって、 分解能の異なるホルダー 1 1 2を各種用 意することにより利用範囲を拡大することができる。 なお、 孔 1 1 8 と 1 1 9 とを逆配置とすれば、 より広 い部分に適用する こ とができる。
第 3 3図では、 ピン 1 1 1 の方向が互いに傾斜して いるので、 ピン 1 1 1 が出入りする と各検出端 1 1 3 の相互間隔が変化するという問題がある。 したがって、 この変化をなくすためには、 保持板 1 1 7 の揷通孔 1 1 8を十分長く したり、 同じ配置の揷通孔を設けた保 持板 1 1 7をもう 1つ用意して、 検出端 1 1 3側のピ ン 1 1 1が平行配置となるようにすることにより ピン 1 1 1 の相互の間隔を一定にすることができる。 触覚 伝達部 1 1 4側も前記と同様とすることによって触覚 センサ 1 に直角方向から力を加えるようにできる。
第 3 4図は狭い穴底の凹凸を検出する場合の構成を 示す別の実施例の説明図である。 図は断面図によって 示す穴 1 2 4の底の凹凸部 1 2 5をピン 1 1 1で検出 する場合を示している。 一部破断して示したアダプタ 1 1 0 のピン 1 1 1 は、 ピンホルダー 1 1 2 に設けた 保持部 1 1 7 , 1 2 3及び複数の中間保持部 1 2 6 に よって触覚伝達部 1 1 4に要求される間隔から、 検出 端 1 1 3に要求される間隔までピン 1 1 1 を狭めて配 置されている。
図は、 該検出端 1 1 3が穴 1 2 4の底に有る四凸部 1 2 5 に当接して、 触覚を電極部に伝える様子を示し ている。 なお、 図には省略しているが、 第 3 4図と同 様にピン 1 1 1 にはスプリ ング 1 1 5 、 ス ト ッノ、 ' 1 2 0、 リ ー ド線 1 2 1及びラ フ ピ ング部 1 2 2を設けて おり、 狭い穴内の囬凸を検出することを可能にしてい る。 又本実施例のピンホルダ— 1 1 2を屈曲自在に製 作することにより見えない部分の凹凸を検出すること もできる。
近時電子機器の市場では益々小型化が要求される傾 向にある力 、 それに伴いプリ ン ト基版上にプリ ン 卜す る配線の高密度化を行う ことを余儀な く され、 これに 取付けるチップ部品など、 各種の部品も小型化され、 しかも相互の間隔も狭められている。
このような配線が正しく行われているかを検査する 必要があるが、 その一つの検査項目に所定の位置に所 定の部品が配置されているかの検査がある。 前記のと おり小さな部品がギッ シリ配置されているので、 この 検査を目で行う ことは困難であり、 現在は多数のピン を配線した基版に押しあて、 凹凸を触覚セ ンサによつ て検知することによつて検査することが行われている 前記第 3 3図のアダプタを使用することにより、 C R Tなどの画面上に所定の映像によって出力させること により検査の正確さと能率の向上をさせることができ る。
第 3 3図、 第 3 4図の実施例では触覚伝達端 1 1 4 を一方の極の電極としたが、 電極は別に設け、 単に触 覚を伝達する機能だけにすることもできる。
以上説明したとおり、 本発明の分布型触覚セ ンサは 次の効果を得ることができる。 即ち、
(1) 触覚検出数は、 それぞれの極性の電極を群訳け した電極線数の乗数とすることができるので、 検出数 に対し触覚検出制御回路構成を簡単化でき、 測定の高 速化が可能になり、 多数の触覚検出数を要する画像の リ アルタイ ム表示が可能となる。 また使用部品点数を 少なくすることができ、 触覚検出回路を電極を配置し たセンサボー ドに表面実装することができる。
(2) 回り込み電流を遮断できるので、 高い精度で触 覚を検出することができる。
(3) 触覚検出回路のセンサボー ドへの表面実装を可 能としたため、 セ ンサの支持が容易になり、 セ ンサを 薄型とすることが可能となり、 また高荷重用センサを 作ることが可能である。 (4) 触覚検出回路構成を簡単にでき るために、 単位 セ ンサを 2次元的に配置し、 その間を可撓性電極線で 接続したセ ンサとする こ とができるので、 任意の曲面 に適用できる曲面用セ ンサを作る こ とができる。
(5) 触覚検出部の大き さは電極の大き さにより限定 されるが、 アダプタを取付ける こ とにより、 触覚検出 単位面積を更に小さ く する こ とが可能である。
(6) 以上によって、 人間工学的設計資料収集ないし 研究、 身体障害者のリ バビリ テー シヨ ンなどの医療上 の研究 ' 利用、 ロボッ トハン ドなどの産業上の利用な ど多方面への応用が可能となった。

Claims

請 求 の 範面
1 . 押圧力に応じて抵抗が変化する感圧導電ゴムシ 一トに複数の対を成す複数の電極を押圧力測定点に配 置し、 前記ゴムシ一トを介じて前記対の電極間に流れ る電流を整流する整流素子を電極毎に設け、 前記複数 の電極の各極性毎に、 線状に配列した複数の電極群に 分割し、 各群内の電極を電極線により互いに並列接続 すると共に、 極性毎に分けた前記群の分割方向が前記 各測定点で互いに交叉する如く した分布型触覚セ ンサ,
2 . 対を成す電極が、 感圧導電ゴム シー トの片側面 に、 互いに所定の間隔を開けて近接して設けられてい る請求の範西 1 に記載の分布型触覚センサ。
3 . 対を成す電極が、 感圧導電ゴム シ— トの表裏両 面に、 互いに対峙して設けられていることを特徴とす る請求の範囲 1 に記載の分布型触覚センサ。
i . 一方の電極群毎に設けた電極線のそれぞれにス ィ ッチ素子から成る電源スィ ツチを取付け、 もう一方 の電極群毎に設けた電極線のそれぞれにスィ ッチ素子 から成る出力スィ ツチを取付けた請求の範囲 1 , 2又 は 3に記載の分布型触覚センサ。
5 . 感圧導電ゴム シー トを介して対を成す電極を分 布させて配置した複数の電極のそれぞれの極性の電極 を、 互いに交叉するように群分けし、 各群内の電極は 互いに電極線で接続し、 一方の極性の電極群に順次電 源を接続し、 もう一方の電極群から順次信号電流を取 出し、 該信号電流を画像処理するパ— ソナルコ ン ピュ —タと、 前記画像処理結果から各測定点に作用する押 圧力に基づく データを図形的に表示する表示手段とを 設けた請求の範囲 1 , 2 , 3又は 4に記載の分布型触 覚セ ンサ。
6 . 対を成す電極を碁盤目状に配置したセ ンサボ— ドの前記電極の上に、 帯状と した感圧導電ゴムシー ト を互いに並列状、 且つ互いに離間して配置し、 その表 面に比較的摩擦抵抗が少な く 、 且つ可撓性材料から成 るカバ—を配置し、 更にその上に可撓性の表面材を配 置して周囲を固定し、 前記対の電極のそれぞれの極性 の電極を直交的群分けした請求の範囲 1 , 2 ， 3 , 4 又は 5 に記載の分布型触覚セ ンサ。
7 . セ ンサボー ドの裏側に電極毎に設ける電子部材 及び配線を設け、 その下側に両面に表面材を設けたサ ン ドィ ッチ状の複合材から成る支持部材を設けた請求 の範囲 6に記載の分布型触覚セ ンサ。
8 . 感圧導電ゴム シー ト に接して対を成す電極を取 付けた複数の単位センサを 2次元的に配置し、 前記電 極のそれぞれの極性の電極を互いに交叉する群に分け、 同じ群内の前記各極性の電極を電極線で連結すると共 に、 相隣る前記単位セ ンサの間隔を変更可能に連結し た請求の範囲 1 , 2 , 3 , 4又は 5 に記載の分布型触 覚セ ンサ。
9 . 先端を物体に接する凹凸検出端とし、 反対側端 部を触覚伝達端とした複数のピンを、 前記検$端を所 定の位置に配置すると共に、 前記伝達端を、 対を成す 電極を取付けた部位に感圧導電ゴムシ— トに押圧力を 伝達するごと く配置し、 且つ保持するピンホルダとを 有するアダプタを取付けた請求の範囲 1 ' 2 ' 3 , 4 又は 5 に記載の分布型触覚セ ンサ。
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