專利名稱：觸覺(jué)傳感器和觸覺(jué)傳感器應(yīng)用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種涉及壓力位置的輸入信息檢測(cè)及控制，利用簡(jiǎn)單方法檢測(cè)接觸坐標(biāo)、接觸壓力及接觸長(zhǎng)度的觸覺(jué)傳感器及使用該觸覺(jué)傳感器的觸覺(jué)傳感器應(yīng)用裝置。

背景技術(shù)：
現(xiàn)有的壓力位置檢測(cè)傳感器大部分可檢測(cè)壓力分布，掃描配置在X、Y矩陣上的傳感器或者掃描電極，檢測(cè)壓力分布，算出壓力的位置(例如，專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2)。但是，因?yàn)閄、Y掃描施加壓力的全部位置，所以算出作為必要信息的壓力的重心位置、壓力的面積、平均壓力需要時(shí)間。例如，即使分辨率為1mm的50×50mm的傳感器以100MHz掃描，每1個(gè)元件也需25μsec。并且，傳感器越大，則對(duì)這些掃描線(50×50)的布線(2500條)越龐大，妨礙應(yīng)用。
并且，關(guān)于組合壓力傳感器和XY坐標(biāo)檢測(cè)部件、檢測(cè)更相似的功能的方案，提出了專利文獻(xiàn)3～8，但由于利用2個(gè)以上功能材料的組合來(lái)檢測(cè)壓力位置信息，所以在正確地檢測(cè)按壓的位置信息時(shí)，不能正確地檢測(cè)該位置的壓力信息。相反，在可正確地檢測(cè)壓力信息時(shí)，存在該位置信息不正確，不能同時(shí)正確地檢測(cè)壓力和壓力的重心坐標(biāo)兩者的缺點(diǎn)。
并且，還提議組合感壓導(dǎo)電性橡膠或壓電復(fù)合材料和電阻體，求出壓力坐標(biāo)，但由于均無(wú)法實(shí)現(xiàn)精度，且不能求出壓力和接觸面積，所以不足以作為壓力位置檢測(cè)傳感器或觸覺(jué)傳感器(例如，專利文獻(xiàn)9～11)。
專利文獻(xiàn)1日本專利特開(kāi)平10-178688號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2日本專利特公平7-58233號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)3日本專利特開(kāi)昭59-178301號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)4日本專利特公昭60-35602號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)5日本專利特公昭61-32601號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)6日本專利特公昭60-37401號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)7日本專利特開(kāi)昭61-208533號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)8日本專利特開(kāi)平05-61592號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)9日本專利特開(kāi)昭59-110595號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)10日本專利特開(kāi)昭60-71194號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)11日本專利特開(kāi)昭61-47501號(hào)公報(bào) 近年來(lái)，提供以有人的特點(diǎn)的(humanoid)類型為基礎(chǔ)的、具有動(dòng)物形狀的各種機(jī)器人裝置，但在這種機(jī)器人裝置中，多數(shù)因來(lái)自外部的接觸產(chǎn)生的刺激輸入，必須實(shí)時(shí)地動(dòng)作。近年為取得雙腳步行機(jī)器人步行時(shí)身體的平衡，在腳底安裝壓力傳感器，事先實(shí)時(shí)檢測(cè)微妙的平衡變化，并進(jìn)行控制。并且，為了檢測(cè)手指的觸覺(jué)，需要持物時(shí)的壓力控制或物體滑動(dòng)時(shí)的壓力變動(dòng)檢測(cè)等實(shí)時(shí)的控制。因此，配置多個(gè)壓力傳感器，在并列處理中同時(shí)處理傳感器信息等，但多個(gè)壓力傳感器的布線成為裝置的麻煩。
并且，人體的壓力若過(guò)度偏離，則護(hù)理用椅子或床等使人體產(chǎn)生不適，但對(duì)于需要護(hù)理的人而言，有時(shí)自身不能避免該狀況，成為床偏移等的原因。并且，坐在要求安全性的汽車座椅上的人的位置如果偏移，則事故發(fā)生時(shí)，難以在人的中心正確地打開(kāi)氣囊。
在這些用途中，要求即使未正確地了解壓力分布，也可實(shí)時(shí)地檢測(cè)所需最低限度的信息(壓力的重心位置、壓力接觸面積、平均壓力量)，可以以少量布線進(jìn)行壓力位置檢測(cè)的觸覺(jué)傳感器或壓力位置檢測(cè)傳感器。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題作出，是要實(shí)時(shí)地檢測(cè)按壓變化。并且，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且以少量布線可檢測(cè)按壓的變化，可謀求可靠性的提高和成本的降低，可正確地得到信息。
為了解決該技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案具備壓敏電阻板，該壓敏電阻板是在沿板面的X方向及Y方向具有電阻的板，在與板的厚度方向一致的Z方向具有電阻，同時(shí)Z方向的電阻對(duì)應(yīng)厚度方向的按壓變化而變化，在該壓敏電阻板的周圍部，至少設(shè)置一對(duì)使電流流過(guò)所述X方向的電阻或Y方向的電阻中的至少一者的電極部，在壓敏電阻板的表面，至少設(shè)置一對(duì)使電流流過(guò)所述Z方向的電阻的導(dǎo)電體。
并且，本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于，從所述電極部及導(dǎo)電體之一流出電流，從剩下的電極部或?qū)щ婓w取出電流時(shí)，根據(jù)所述至少一對(duì)電極部的電壓和所述至少一對(duì)導(dǎo)電體的電壓的組合，求出接觸壓和X方向的接觸位置或Y方向的接觸位置中的至少一者的接觸位置。
并且，本發(fā)明的另一技術(shù)方案在從所述電極部及導(dǎo)電體之一流出電流、從剩下的電極部或?qū)щ婓w中取出電流時(shí)，將所述至少一對(duì)電極部的電壓在與觸覺(jué)傳感器接觸前和與觸覺(jué)傳感器接觸時(shí)的電壓差修正成對(duì)應(yīng)于所述求出的接觸壓和接觸位置的值，求出X方向的接觸長(zhǎng)度或Y方向的接觸長(zhǎng)度中的至少一者的接觸長(zhǎng)度。
另外，作為另一技術(shù)方案，在所述壓敏電阻板上具備使電流沿X方向流的一對(duì)第1電極部、和使電流沿Y方向流的一對(duì)第2電極部，在壓敏電阻板的4個(gè)角部分別設(shè)置第1電極、第2電極、第3電極和第4電極，所述一對(duì)第1電極部中的一個(gè)第1電極部由第1電極和第3電極構(gòu)成，另一個(gè)第1電極部由第2電極和第4電極構(gòu)成，所述一對(duì)第2電極部中的一個(gè)第2電極部由第1電極和第2電極構(gòu)成，另一個(gè)第2電極部由第3電極和第4電極構(gòu)成，所述各電極也可用規(guī)定壓力以上壓接安裝在所述壓敏電阻板上，且在壓敏電阻板的表面上利用間隔物(spacer)以規(guī)定間隔保持使電流流過(guò)所述Z方向的電阻的導(dǎo)電體。
并且，本發(fā)明的另一技術(shù)方案具備壓敏電阻板，該壓敏電阻板是在沿板面的方向具有電阻的板，沿板的厚度方向具有電阻，同時(shí)厚度方向的電阻對(duì)應(yīng)厚度方向的按壓變化而變化，為了求出對(duì)壓敏電阻板的接觸壓、接觸位置、接觸長(zhǎng)度中的至少兩個(gè)，使電流流過(guò)壓敏電阻板，所述壓敏電阻板由具有幾千歐姆至幾十兆歐姆的表面電阻的膜構(gòu)成。在這種情況下，可以使電流向例如沿壓敏電阻板的板面的方向和/或厚度方向流動(dòng)。
并且，本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于，所述壓敏電阻板由具有幾千歐姆至幾十兆歐姆的表面電阻的膜構(gòu)成。
并且，本發(fā)明的另一技術(shù)方案具備安裝了觸覺(jué)傳感器的被控制裝置；使所述壓敏電阻板產(chǎn)生電位梯度的電源；和將所述電極部及所述一對(duì)導(dǎo)電體的輸出電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值的A/D轉(zhuǎn)換器，并且具備控制部，輸入來(lái)自所述A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)，求出對(duì)所述觸覺(jué)傳感器的接觸壓、接觸位置、X方向及/或Y方向的接觸長(zhǎng)度中的至少兩個(gè)，根據(jù)該求出的接觸壓、接觸位置、接觸長(zhǎng)度，控制所述被控制裝置1。
根據(jù)本發(fā)明，不是檢測(cè)對(duì)按壓的壓力分布，而是可通過(guò)僅檢測(cè)按壓的重心坐標(biāo)和壓力值、及其接觸長(zhǎng)度，實(shí)時(shí)地檢測(cè)按壓的變化。
并且，由于在同一平面內(nèi)利用模擬式坐標(biāo)檢測(cè)裝置和模擬接觸壓檢測(cè)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以與現(xiàn)有的數(shù)字的X、Y矩陣傳感器相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且可用少量布線進(jìn)行檢測(cè)，可提高可靠性和降低成本。并且，即使與現(xiàn)有的模擬式裝置相比，由于可在同一平面內(nèi)檢測(cè)，所以可正確地得到信息。



圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施方式的機(jī)器人的下肢部分的斜視圖。
圖2是同一機(jī)器人的手的部分的斜視圖。
圖3是同一觸覺(jué)傳感器的分解斜視圖。
圖4是表示同一觸覺(jué)傳感器的接觸面積檢測(cè)之一實(shí)例的原理圖。
圖5是對(duì)同一觸覺(jué)傳感器點(diǎn)接觸時(shí)的壓敏電阻板的等效電路。
圖6是對(duì)同一觸覺(jué)傳感器面接觸時(shí)的壓敏電阻板的等效電路。
圖7是對(duì)同一觸覺(jué)傳感器面接觸時(shí)的壓敏電阻板的X方向的等效電路。
圖8是對(duì)同一觸覺(jué)傳感器面接觸時(shí)的壓敏電阻板的Y方向的等效電路。
圖9是對(duì)同一觸覺(jué)傳感器的接觸位置為中心附近時(shí)的等效電路。
圖10是對(duì)同一觸覺(jué)傳感器的接觸位置為周圍附近時(shí)的等效電路。
圖11是同一觸覺(jué)傳感器應(yīng)用裝置的電路圖。
圖12是表示另一實(shí)施方式的觸覺(jué)傳感器應(yīng)用裝置的電路圖。
圖13是表示同一切換開(kāi)關(guān)的切換順序圖。
圖14是用于表示壓力檢測(cè)等其他方法的壓敏電阻板的等效電路。
符號(hào)說(shuō)明 1、機(jī)器人(被控制裝置) 3、觸覺(jué)傳感器 4、壓敏電阻板 5、導(dǎo)電性膜(導(dǎo)電體) 6、導(dǎo)電性膜(導(dǎo)電體) 9、第1電極部 10、第1電極部 11、第2電極部 12、第2電極部 27、控制部 30、外部的控制器
具體實(shí)施例方式 下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1及圖2表示將本發(fā)明應(yīng)用于機(jī)器人(被控制裝置)1的腳底或手的一實(shí)施方式，對(duì)應(yīng)于作為機(jī)器人1骨骼的腳底和手指或手掌的關(guān)節(jié)安裝單元化的觸覺(jué)傳感器3。在本實(shí)施方式中，如圖1所示，在機(jī)器人1的腳底安裝2個(gè)觸覺(jué)傳感器3，如圖2所示，在手指上安裝14個(gè)觸覺(jué)傳感器3，同時(shí)分別在手掌和手心各安裝1個(gè)。由于與手或腳底的關(guān)節(jié)相符地配置這些觸覺(jué)傳感器3，所以關(guān)節(jié)可自由動(dòng)作，可以毫米以下的精度實(shí)時(shí)地求出其壓力的大小、及其面積和壓力的重心位置。如果在腳底安裝觸覺(jué)傳感器3，則容易檢測(cè)步行時(shí)的壓力變化，如果在手指安裝，則容易檢測(cè)抓取物體時(shí)的壓力變化、滑動(dòng)等。并且，如后所述，從觸覺(jué)傳感器3取出的信號(hào)線2對(duì)1個(gè)觸覺(jué)傳感器3減少為4～6根，取出的布線產(chǎn)生麻煩、妨礙機(jī)器人手掌的握、觸等手指的微妙動(dòng)作的情況減少。
下面，詳細(xì)說(shuō)明觸覺(jué)傳感器3的結(jié)構(gòu)。圖3展開(kāi)配置在圖1及圖2中示出的腳底和手指或手掌之一的觸覺(jué)傳感器3(在圖2中，使用使其與手指一致彎曲的觸覺(jué)傳感器)。圖4利用俯視圖和側(cè)面圖模式地表示觸覺(jué)傳感器3。在圖3及圖4中，所述觸覺(jué)傳感器3具備壓敏電阻板4、配置成從其厚度方向的兩側(cè)夾持壓敏電阻板4的一對(duì)導(dǎo)電性膜(導(dǎo)電體)5、6。
壓敏電阻板4是在沿板面的X方向及Y方向具有電阻的板，在與板的厚度方向一致的Z方向具有電阻，同時(shí)在厚度方向具有感壓性，Z方向的電阻對(duì)應(yīng)厚度方向的按壓變化而變化。在本實(shí)施方式中，例如由在聚乙烯中混入碳而具有10的4次方～10的8次方左右的表面電阻的板構(gòu)成壓敏電阻板4。
具有10的4次方～10的8次方左右的表面電阻的板經(jīng)常使用于利用通常市場(chǎng)銷售的加碳的100μm厚度的聚乙烯膜保護(hù)搭載了半導(dǎo)體IC或電子部件的基板不受靜電影響用的導(dǎo)電袋等，一般可得到。在實(shí)施例中，雖然使用具有10的4次方～10的8次方左右的表面電阻，但由于各種用途中使用的壓敏電阻板的形狀不同，所以電極間的電阻也大不相同。在實(shí)際的控制電路中，電極間的電阻和壓敏電阻作為控制部件或開(kāi)關(guān)部件的輸入，希望不影響電路輸入阻抗地最佳設(shè)定電阻。因此，與各種用途相匹配，可使用幾千歐姆至幾十兆歐姆的表面電阻。但是，存在如下情況即利用其以上的表面電阻值，X方向或Y方向的電阻值變大，難以檢測(cè)接觸坐標(biāo)，并且利用其以下的表面電阻，感壓特性不充分，檢測(cè)時(shí)產(chǎn)生故障。
在壓敏電阻板4的周圍設(shè)置使電流沿X方向流動(dòng)的一對(duì)第1電極部9、10，和使電流沿Y方向流動(dòng)的一對(duì)第2電極部11、12，例如，將一對(duì)第1電極部9、10設(shè)為使電流流過(guò)壓敏電阻板4的X方向電阻的電極部，將一對(duì)第2電極部9、10設(shè)為使電流流過(guò)壓敏電阻板4的Y方向電阻的電極部。
而且，壓敏電阻板4形成為方形形狀，在該壓敏電阻板4的4個(gè)角部分別設(shè)置第1電極A、第2電極B、第3電極C和第4電極D，所述一個(gè)第1電極部9由第1電極A和第3電極C構(gòu)成，另一個(gè)第1電極部10由第2電極B和第4電極D構(gòu)成，所述一個(gè)第2電極部11由第1電極A和第2電極B構(gòu)成，另一個(gè)第2電極部12由第3電極C和第4電極D構(gòu)成。所述第1電極A、第2電極B、第3電極C及第4電極D例如通過(guò)在壓敏電阻板4上安裝銅箔構(gòu)成。
所述一對(duì)導(dǎo)電性膜5、6分別設(shè)置在對(duì)應(yīng)于壓敏電阻板4之厚度方向的一對(duì)的各表面上，例如，設(shè)為用于使電流流過(guò)壓敏電阻板4的Z方向電阻的導(dǎo)電體(第3電極部)。導(dǎo)電性膜5、6是面向壓敏電阻板4的面具有導(dǎo)電性的膜，也可由在PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二酯)表面蒸鍍了鋁的鋁PET構(gòu)成，也可由在PI(聚酰亞胺)上鋪上了導(dǎo)電膜的FPC(撓性印刷基板)等構(gòu)成。該一對(duì)導(dǎo)電性膜5、6對(duì)應(yīng)于壓敏電阻膜4分別形成為方形狀，導(dǎo)電性膜5、6被設(shè)為用于使電流沿Z方向流過(guò)壓敏電阻板4的一對(duì)第3電極部。另外，在將一對(duì)導(dǎo)電性膜5、6設(shè)為一對(duì)第3電極部時(shí)，也可將來(lái)自電源等的布線直接連接于一對(duì)導(dǎo)電性膜5、6，也可在一對(duì)導(dǎo)電性膜5、6上例如設(shè)置安裝了銅箔的電極，將來(lái)自電源等的布線連接于該電極。
接著，說(shuō)明利用壓敏電阻板4，進(jìn)行接觸壓(感壓)檢測(cè)和接觸位置(位置坐標(biāo))檢測(cè)的原理。
壓敏電阻板4示出電阻相對(duì)厚度方向的壓力的變化，例如，若在直徑4mm的面積上對(duì)壓敏電阻板4施加1N(牛頓)的負(fù)載，則具有幾幾歐姆的電阻，但在100N的負(fù)載下，變?yōu)閹资畾W姆的電阻。在具有與其同等功能的部件中，具有周知的感壓導(dǎo)電性橡膠。感壓導(dǎo)電性橡膠是組合了硅橡膠和金屬或碳粒子的復(fù)合材料，是表示對(duì)應(yīng)于壓力的刺激、電阻從絕緣狀態(tài)變化至導(dǎo)電狀態(tài)的加壓導(dǎo)電性橡膠，通過(guò)加壓，由于內(nèi)部的金屬粒子接觸，所以具有導(dǎo)電性，關(guān)于厚度方向的功能，與上述混入了碳的、本發(fā)明中使用的壓敏電阻板4相同。但是，感壓導(dǎo)電性橡膠為了連接液晶玻璃面板上的電極和連接于外部的FFC電纜，由絕緣性能高的橡膠和導(dǎo)電性高的金屬粒子構(gòu)成，使其也用作在硅橡膠膜的厚度方向排列了金屬粒子的各向異性導(dǎo)電性連接器，所以對(duì)于對(duì)厚度方向的加壓，具有導(dǎo)電性，但對(duì)加壓周圍以外的X、Y平面，具有高絕緣性能，以前如上所述，為檢測(cè)XY坐標(biāo)位置，與其他部件組合實(shí)施。
另外，本發(fā)明中使用的、混入了碳的聚乙烯膜制的壓敏電阻板4與現(xiàn)有的感壓導(dǎo)電性橡膠相比，即使是X、Y平面也具有規(guī)定的電阻特性。因此，如果即使是X、Y平面也得到規(guī)定的電阻值，則作為壓敏電阻板4，在基材中使用橡膠或使用其他的感壓材料也沒(méi)有問(wèn)題。
壓敏電阻板4連接2個(gè)導(dǎo)電性膜5、6的導(dǎo)電面并被夾住，但在其之間，希望設(shè)計(jì)成在經(jīng)間隔物未施加按壓時(shí)，2個(gè)導(dǎo)電膜5、6間絕緣，或者，與壓敏電阻板4的厚度方向(Z方向)的電阻值相比，具有大于2倍以上的電阻。
作為間隔物，也可在左右兩端放入幾毫米至幾十毫米厚的膜間隔物，形成間隙，也可使用觸摸面板或液晶面板中使用的幾毫米至幾十毫米的球狀樹(shù)脂珠的微小間隔物來(lái)形成間隙。通過(guò)按壓導(dǎo)電性膜5、6，形成為在該按壓位置導(dǎo)電性膜5、6的導(dǎo)電面和壓敏電阻板4接觸。在利用微間隔物確保間隙時(shí)，因微小間隔物的分布密度不同，對(duì)按壓的壓力檢測(cè)開(kāi)始靈敏度變化。若密度大，則只要按壓未變大，就不與壓敏電阻板4接觸。并且，由于若密度小，則可通過(guò)稍微按壓來(lái)檢測(cè)，所以可對(duì)應(yīng)于用途選擇微小間隔物的密度。當(dāng)然，由于它們受導(dǎo)電性膜5、6的厚度、剛性影響，所以壓力檢測(cè)開(kāi)始靈敏度必需由該導(dǎo)電性膜5、6和微小間隔物的條件來(lái)決定。
并且，使用這樣構(gòu)成的觸覺(jué)傳感器3來(lái)說(shuō)明檢測(cè)輸入信息的基本動(dòng)作，作為檢測(cè)接觸壓的接觸壓檢測(cè)部件，使用導(dǎo)電性膜5、壓敏電阻板4、導(dǎo)電膜6。設(shè)導(dǎo)電性膜6的導(dǎo)電面和壓敏電阻板4連接的面為觸覺(jué)傳感器區(qū)域，導(dǎo)電性膜5和導(dǎo)電性膜6對(duì)峙的導(dǎo)電面與壓敏電阻板4連接的面為觸覺(jué)壓力傳感器區(qū)域。因此，導(dǎo)電性膜6的導(dǎo)電面積與導(dǎo)電性膜5的導(dǎo)電面積不一定相同也可。在該一對(duì)導(dǎo)電性膜5、6(一對(duì)第3電極部)間流過(guò)恒電流。如上所述，通過(guò)加壓導(dǎo)電性膜6，對(duì)壓敏電阻板4施加壓力，Z方向的電阻值變化。因此，如果使流過(guò)一對(duì)導(dǎo)電性膜5、6的電流成為恒定，則可根據(jù)導(dǎo)電性膜5、6(第3電極部)間的電壓Vz求出加壓力(接觸壓)。即，在使電流從導(dǎo)電性膜5流過(guò)，從導(dǎo)電性膜6中取出電流時(shí)，可根據(jù)導(dǎo)電性膜5的電壓V5和導(dǎo)電性膜6的電壓V6的差(組合)求出接觸壓。
下面，說(shuō)明檢測(cè)接觸位置(接觸形成的X、Y坐標(biāo))的檢測(cè)部件。對(duì)壓敏電阻板4的第1電極A及第3電極C(第1電極部9)施加電壓Vx0，設(shè)第2電極B及第4電極D(第1電極部10)為GND。圖5表示點(diǎn)接觸時(shí)的壓敏電阻板4的等效電路，如圖5所示，若按壓導(dǎo)電性膜6的某個(gè)坐標(biāo)位置，則導(dǎo)電性膜6的導(dǎo)電面與壓敏電阻板4接觸。如果在接觸位置接觸沿X方向距第2電極B及第4電極D(第1電極部10)的位置X1距離的點(diǎn)S1，則導(dǎo)電性膜6(第3電極部)的電壓Vzx為 Vzx＝X1/(X1+X2)＊Vx0。
這里，X2是從第1電極A及第3電極C(第1電極部9)的位置至接觸點(diǎn)S的X方向的距離。
因此，在一對(duì)第1電極部9、10間施加電壓Vx0、使X方向的電流流過(guò)壓敏電阻板4時(shí)，可檢測(cè)一個(gè)第1電極部9和一個(gè)導(dǎo)電性膜6之間的電壓Vzx，根據(jù)該檢測(cè)出的電壓Vzx和所述施加電壓Vx0的關(guān)系，求出X方向的接觸位置。即，在從第1電極部9中流過(guò)電流，從第1電極部10中取出電流時(shí)，可根據(jù)第1電極部9的電壓V9與第1電極部10的電壓V10的差(組合)、和一個(gè)第1電極部9的電壓V9與一個(gè)導(dǎo)電性膜6的電壓V6的差(組合)，求出X方向的接觸位置。
同樣地，對(duì)第1電極A及第2電極B(第2電極部11)施加電壓Vy0，設(shè)第3電極C及第4電極D(第2電極部12)為GND，則為 Vzy＝Y(jié)1/(Y1+Y2)＊Vy0。
這里，Y1是從第3電極C及第2電極D(第2電極部12)的位置至接觸點(diǎn)S的Y方向的距離，Y2是從第1電極A及第2電極B(第2電極部11)的位置至接觸點(diǎn)S的Y方向的距離。
因此，在一對(duì)第2電極部11、12間施加電壓Vy0、使Y方向的電流流過(guò)壓敏電阻板4時(shí)，可檢測(cè)一個(gè)第2電極部11和一個(gè)導(dǎo)電性膜6之間的電壓Vzy，根據(jù)該檢測(cè)出的電壓Vzy和所述施加電壓Vy0的關(guān)系，求出Y方向的接觸位置。即，在電流從第2電極部11中流過(guò)，從第2電極部12取出電流時(shí)，可根據(jù)第2電極部11的電壓V11與第2電極部12的電壓V12的差(組合)、和一個(gè)第2電極部11的電壓V11與一個(gè)導(dǎo)電性膜6的電壓V6的差(組合)，求出Y方向的接觸位置。
并且，也可使電流從接觸位置的導(dǎo)電膜6流至壓敏電阻板4的電極部，利用配置于壓敏電阻板4的各電極部中流動(dòng)的電流進(jìn)行檢測(cè)，求出位置坐標(biāo)檢測(cè)。此時(shí)，流過(guò)4個(gè)角流出的電流值與和接觸點(diǎn)的距離成反比的電流。
圖6～圖8是面接觸時(shí)的等效電路，圖6表示面接觸時(shí)X方向及Y方向的電阻的等效電路，圖7表示在面接觸時(shí)省略Y方向的電阻，僅取出X方向的電阻時(shí)的等效電路，圖8表示在面接觸時(shí)省略X方向的電阻，僅取出Y方向的電阻時(shí)的等效電路。如圖6～圖8所示，與圖5的情況相同，接觸坐標(biāo)可由Vzx/Vx0之比、Vzy/Vy0之比求出。由于電壓Vzx是對(duì)應(yīng)于壓敏電阻Rx4與壓敏電阻Rx5之比率的電壓，電壓Vzy是對(duì)應(yīng)于壓敏電阻Ry4與壓敏電阻Ry5之比率的電壓，所以導(dǎo)電膜6檢測(cè)的電壓V6輸出與按壓的壓力分布成正比的位置、而非接觸面積的中心的電壓。尤其是在本發(fā)明中，由于可取入同一平面內(nèi)的位置坐標(biāo)和壓力信息，所以可正確地檢測(cè)。
通常，在接觸面具有面積時(shí)，在不是接觸壓力信息的接觸坐標(biāo)位置的檢測(cè)中產(chǎn)生誤差。以前(例如，日本專利第3055448號(hào))，為了解決該問(wèn)題，根據(jù)接觸面的大小引起的變化，求出正確的接觸坐標(biāo)，但由于不取入接觸壓的分布信息，所以若例如在接觸面的一端的接觸壓大的情況等，由未取入壓力信息的接觸面積進(jìn)行修正，則接觸中心位置的誤差相反有可能變大。在本發(fā)明中，由于利用1個(gè)壓敏電阻板4，通過(guò)在同一平面內(nèi)對(duì)應(yīng)于按壓分布的比率求出接觸位置的X、Y坐標(biāo)，所以具有可更正確地求出X、Y坐標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)。
下面，作為從接觸周圍壓檢測(cè)接觸長(zhǎng)度的部件，使用壓敏電阻板4、導(dǎo)電性膜6。首先，在接觸加壓前，在壓敏電阻板4的第1電極A及第3電極C(一個(gè)第1電極部9)、和第2電極B及第4電極D(另一個(gè)第1電極部10)之間施加恒電流，檢測(cè)一對(duì)第1電極部9、10間的電壓Vx0，接著，在壓敏電阻板4的第1電極A及第2電極B(一個(gè)第2電極部11)、和第3電極C及第4電極D(另一個(gè)第2電極部12)之間施加恒電流，檢測(cè)一對(duì)第2電極部11、12間的電壓Vy0。若經(jīng)隔著導(dǎo)電膜6，在壓敏電阻板4的某個(gè)位置的一定面積上接觸加壓，則一對(duì)第1電極部9、10及一對(duì)第2電極部11、12間流過(guò)的恒電流在接觸面從壓敏電阻板4流至導(dǎo)電性膜5、6，一對(duì)第1電極部9、10間及一對(duì)第2電極部11、12間的電壓Vx、Vy下降?？蓪⒃揦方向的變化量Vx0-Vx和Y方向的變化量Vy0-Vy定義為對(duì)應(yīng)于接觸壓的接觸面積。若接觸面變大，則通過(guò)導(dǎo)電性膜5、6的電流增加，第1電極部9、10間的電壓Vx及第2電極部11、12間的電壓Vy下降。
用圖5～圖8的等效電路來(lái)對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明，圖5～圖8表示對(duì)導(dǎo)電性膜6及壓敏電阻板4加壓時(shí)的各部分電阻。圖5是點(diǎn)接觸時(shí)的等效電路，無(wú)接觸引起的一對(duì)第1電極部9、10間或一對(duì)第2電極部11、12間的電阻的變化。
圖6～圖8是面接觸時(shí)的等效電路，實(shí)際上用接觸面的各位置和該位置的壓敏電阻板4的電阻分布來(lái)表示，但圖6～圖8是將其簡(jiǎn)單模塊化的等效電路。一對(duì)第1電極部9、10間的電流如圖6及圖7所示，在接觸面以外的位置流過(guò)壓敏電阻板4的電阻Rx1，在接觸面，在加壓力大的接觸面之邊緣部的位置坐標(biāo)通過(guò)壓敏電阻Rx4流至導(dǎo)電膜6，通過(guò)壓敏電阻Rx40流至導(dǎo)電膜5，經(jīng)加壓力大的接觸面之另一邊緣部的位置坐標(biāo)的壓敏電阻Rx5及壓敏電阻Rx50流動(dòng)的電流和在壓敏電阻板4的壓敏電阻Rx3中流動(dòng)的電流之總和在壓敏電阻板4的壓敏電阻Rx2中流動(dòng)。這些電流由于在接觸面邊緣部的位置坐標(biāo)，通過(guò)壓敏電阻Rx4、壓敏電阻Rx40、壓敏電阻Rx5、壓敏電阻Rx50流至導(dǎo)電膜5、6，所以檢測(cè)的電壓變化量V0x-Vx不是單純地與接觸面積成正比，而是還受接觸壓接觸的外周邊的壓力影響。這決定檢測(cè)接觸面積時(shí)的閾值，通過(guò)流過(guò)電流以使電極間電阻最小來(lái)確定該值。
并且，圖9表示接觸位置在觸覺(jué)傳感器3的中心附近時(shí)電極A、C與接觸位置之間的等效電阻，圖10表示接觸位置在觸覺(jué)傳感器3的周圍附近時(shí)電極A、C與接觸位置之間的等效電阻，但由于流過(guò)電流以使電極間電阻最小，所以如圖9及圖10所示，若接觸位置離開(kāi)連結(jié)電極的最短距離，則即使接觸面積相同，由于電極間的電阻變化減少，也必需根據(jù)接觸坐標(biāo)來(lái)修正。
并且，上述的接觸長(zhǎng)度使電流在電極部9、10、11、12中流過(guò)，檢測(cè)其變化，但也可使電流從導(dǎo)電體5或?qū)щ婓w6中流出，在電極部9、10、11、12中檢測(cè)該電壓的變化，根據(jù)已檢測(cè)出的接觸壓、求接觸坐標(biāo)的電壓的組合，算出接觸長(zhǎng)度。
在本發(fā)明中，由于在同一平面內(nèi)可取入接觸周圍的壓力，所以檢測(cè)的接觸面積可得到精度高的值。另外，在接觸面積小時(shí)，圖6～圖8示出的壓敏電阻Rx3、壓敏電阻Ry3小，所以返回導(dǎo)電膜5、6的電流變少，接觸面積檢測(cè)得更小，但這也可單純地進(jìn)行修正后利用，也可與先檢測(cè)出的壓力值組合，修正接觸面的負(fù)載。
在上述中，形成壓力檢測(cè)和坐標(biāo)檢測(cè)時(shí)的電極結(jié)構(gòu)相同，且控制方法也相同的方式，共同使用控制部27，由開(kāi)關(guān)部件16切換，進(jìn)行壓力檢測(cè)，并分別在X方向和Y方向上坐標(biāo)檢測(cè)，求出接觸長(zhǎng)度，但是通過(guò)使電流從接觸位置的導(dǎo)電膜6流至壓敏電阻板4的電極部9、10、11、12(電極A、B、C、D)，從導(dǎo)電體5中取出電流，用配置在壓敏電阻板4上的各電極部9、10、11、12(電極A、B、C、D)中流動(dòng)的電流檢測(cè)壓力檢測(cè)的控制方法，也可一次檢測(cè)X方向、Y方向的位置坐標(biāo)。
并且，在所述實(shí)施方式中，求出XY坐標(biāo)位置，但也可是根據(jù)用途，簡(jiǎn)化傳感器的電極結(jié)構(gòu)，僅求X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)的結(jié)構(gòu)?？傊?，具備壓敏電阻板4，該壓敏電阻板是在沿板面的方向具有電阻的板，在板的厚度方向具有電阻的同時(shí)，厚度方向的電阻對(duì)應(yīng)厚度方向的按壓變化而變化，為了求出對(duì)壓敏電阻板4的接觸壓、接觸位置、接觸長(zhǎng)度中至少2個(gè)，只要使電流在沿該板面的方向及/或厚度方向流過(guò)壓敏電阻板4即可。
下面，詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的觸覺(jué)傳感器的動(dòng)作和使用了觸覺(jué)傳感器的機(jī)器人1的控制。
在圖11中，15是恒流電源，16是利用模擬多路復(fù)用器構(gòu)成的開(kāi)關(guān)部件，具備切換開(kāi)關(guān)SW1和切換開(kāi)關(guān)SW2，如圖1或圖2所示，開(kāi)關(guān)部件16介于觸覺(jué)傳感器3和后述的控制部件24之間。切換開(kāi)關(guān)SW1具有互相聯(lián)動(dòng)動(dòng)作的一對(duì)可動(dòng)觸點(diǎn)18、19，切換將恒流電源15連接于導(dǎo)電性膜5、6側(cè)或電極A、D側(cè)。切換開(kāi)關(guān)SW2具有將電極B連接于電極D或電極A的可動(dòng)觸點(diǎn)21、和將電極C連接于電極A或電極D的可動(dòng)觸點(diǎn)22，切換使電流從電極A、C(第1電極部9)流至電極B、D(第1電極部10)，或使電流從電極A、B(第2電極部11)流向電極C、D(第1電極部12)。
23是開(kāi)關(guān)切換電路，使切換開(kāi)關(guān)SW1、SW2聯(lián)動(dòng)切換動(dòng)作。24是控制部件，具有A/D轉(zhuǎn)換器25、具有CPU和存儲(chǔ)器的控制部27和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路28。30是由CPU等構(gòu)成的外部控制器，31是機(jī)器人1的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，如圖1所示，安裝在機(jī)器人1的腿的膝蓋部分或腳踝部分，通過(guò)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)31的驅(qū)動(dòng)，或使機(jī)器人1的下肢部前后搖動(dòng)，或使腳在腳踝部分前后搖動(dòng)。并且，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)31如圖2所示，對(duì)應(yīng)安裝在所述手指上的各觸覺(jué)傳感器3，組裝在手指的關(guān)節(jié)部分，通過(guò)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)31的驅(qū)動(dòng)，可在關(guān)節(jié)部分轉(zhuǎn)動(dòng)手指，可握緊或張開(kāi)手。
觸覺(jué)傳感器3的控制首先設(shè)定成將切換開(kāi)關(guān)SW1的可動(dòng)觸點(diǎn)18、19倒向?qū)щ娦阅?、6側(cè)，使電流從恒流電源15流至導(dǎo)電性膜5、6。通常，由于在未接觸觸覺(jué)傳感器3時(shí)，由間隔物等絕緣導(dǎo)電性膜5、6間，所以若使電流流過(guò)導(dǎo)電性膜5、6間，則在導(dǎo)電性膜5、6間產(chǎn)生由恒流電源15設(shè)定的最大電壓Vmax。而且，通過(guò)與觸覺(jué)傳感器3接觸，導(dǎo)電性膜5、6經(jīng)壓敏電阻板4連接，在導(dǎo)電性膜5、6間產(chǎn)生電壓Vz。從該電壓Vz為規(guī)定電壓以下時(shí)起，開(kāi)始下述的檢測(cè)。
〔接觸壓的檢測(cè)〕 由于對(duì)應(yīng)于接觸觸覺(jué)傳感器3產(chǎn)生的按壓增加，壓敏電阻板4的電阻減少，導(dǎo)電性膜5、6間的電壓Vz變化，所以從電壓Vz為規(guī)定電壓Vz0以下時(shí)起，規(guī)定時(shí)間后，在從導(dǎo)電性膜6取出電流時(shí)，根據(jù)導(dǎo)電性膜5的電壓V5和導(dǎo)電性膜6的電V6的差(組合)，檢測(cè)表示接觸壓的電壓Vz，將由控制部件24的A/D轉(zhuǎn)換器25轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在控制部27中。
〔接觸坐標(biāo)檢測(cè)〕 接著，將切換開(kāi)關(guān)SW1的可動(dòng)觸點(diǎn)18、19倒向電極A、D側(cè)，將恒流電源15連接于電極A、D側(cè)。這時(shí)，切換開(kāi)關(guān)SW2變成在將該可動(dòng)觸點(diǎn)21倒向電極D側(cè)而連接電極B和電極D的同時(shí)，將可動(dòng)觸點(diǎn)22倒向電極A側(cè)而連接電極A、電極C的狀態(tài)，以使恒電流從恒流電源15流過(guò)電極A、C(第1電極部9)和電極B、D(第1電極部10)之間，在使電流從第1電極部9流過(guò)、從第1電極部10取出電流時(shí)，將作為第1電極部9的電壓V9和第1電極部10的電壓V10的差(組合)的、第1電極部9、10間的電壓V0x輸入控制部件24，由AD轉(zhuǎn)換器25轉(zhuǎn)換，將該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在控制部27中。
這時(shí)，電流沿X方向流過(guò)壓敏電阻板4，根據(jù)一個(gè)第1電極部9的電壓V10和一個(gè)導(dǎo)電性膜6的電壓V6的差(組合)，檢測(cè)導(dǎo)電性膜5和電極B、D(第1電極部10)之間的電壓Vzx，同樣地，由控制部件24的AD轉(zhuǎn)換器25轉(zhuǎn)換，將該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在控制部27中。由于表示X方向接觸位置的接觸位置的X坐標(biāo)為Vzx/V0x，所以由控制部27計(jì)算，求出X坐標(biāo)。
接著，如果在將切換開(kāi)關(guān)SW2的可動(dòng)觸點(diǎn)21倒向電極A側(cè)、連接電極A和電極B的同時(shí)，將可動(dòng)觸點(diǎn)22倒向電極D側(cè)、連接電極C和電極D，并使電流流過(guò)電極A、B(第2電極部11)和電極C、D(第2電極部12)之間，電流沿Y方向流過(guò)壓敏電阻板4，同樣地，接觸位置的Y坐標(biāo)也在使電流從第2電極部11流過(guò)、從第2電極部12取出電流時(shí)，根據(jù)第2電極部11的電壓V11與第2電極部12的電壓V12的差(組合)、和一個(gè)第2電極部11的電壓V11與一個(gè)導(dǎo)電性膜6的電壓V6的差(組合)，由控制部27計(jì)算求Y方向接觸位置的Vzy/V0y，將該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
〔檢測(cè)對(duì)接觸壓的接觸面積〕 預(yù)先設(shè)未接觸觸覺(jué)傳感器3時(shí)的電極A、C(第1電極部9)和電極B、D(第1電極部10)之間電壓為V0max，由控制部件24的A/D轉(zhuǎn)換器25AD轉(zhuǎn)換電極A、B(第2電極部11)和電極C、D(第2電極部12)之間的電壓V0max，并將該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在控制部27中。而且，由于可分別用V0max-V0x、V0ymax-V0y表示對(duì)X方向、Y方向接觸壓的接觸面積，所以由控制部27計(jì)算這些數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
〔至外部CPU的傳輸和馬達(dá)控制〕 接著，存儲(chǔ)在控制部27的存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)在傳輸?shù)酵獠靠刂破?0的同時(shí)，在從外部控制器30指示馬達(dá)驅(qū)動(dòng)之前，控制部27再次實(shí)施觸覺(jué)傳感器3的接觸壓檢測(cè)、接觸坐標(biāo)檢測(cè)、對(duì)接觸壓的接觸長(zhǎng)度(面積)檢測(cè)的控制，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制各驅(qū)動(dòng)馬達(dá)31以使其變動(dòng)最小。而且，在一對(duì)第1電極部9、10間及一對(duì)第2電極部11、12間的電壓為規(guī)定值以上，且一對(duì)導(dǎo)電體5、6間的電壓為規(guī)定值以上時(shí)，停止所述控制部27執(zhí)行的保持求出的數(shù)據(jù)之值的控制。
根據(jù)上述實(shí)施方式，可正確且迅速地檢測(cè)在觸覺(jué)傳感器3的XY坐標(biāo)的位置施加有多少接觸壓，可對(duì)應(yīng)于該輸入信息，使機(jī)器人1各手指的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)31動(dòng)作，精密且正確地對(duì)應(yīng)狀況進(jìn)行反饋。例如，在與機(jī)器人1握手時(shí)，與孩子則弱且柔和，并且，在必需強(qiáng)烈進(jìn)行意思表示時(shí)則強(qiáng)，并且還可控制到指尖部分以正確傳達(dá)意志。之外，如果還將其應(yīng)用于腳底的壓力檢測(cè)，則由于在雙腳步行時(shí)使平衡破壞的情況下，可檢測(cè)腳的一部分的接觸壓的變化，所以還可利用于通過(guò)細(xì)微控制保持機(jī)器人1的平衡的用途。
圖12及圖13表示另一實(shí)施方式，在開(kāi)關(guān)電路16中設(shè)置第1開(kāi)關(guān)SW11、第2開(kāi)關(guān)SW12、第3開(kāi)關(guān)SW13和第4開(kāi)關(guān)SW14，替代所述實(shí)施方式中的開(kāi)關(guān)部件16的切換開(kāi)關(guān)SW1、SW2。第1開(kāi)關(guān)SW11構(gòu)成為具有可動(dòng)觸點(diǎn)35，對(duì)恒壓電源15的高壓側(cè)連接或切斷導(dǎo)電性膜5。第2開(kāi)關(guān)SW12構(gòu)成為具有可動(dòng)觸點(diǎn)36，對(duì)恒壓電源15的GND側(cè)連接或切斷壓敏電阻板4的第1電極A。第3開(kāi)關(guān)SW13構(gòu)成為具有可動(dòng)觸點(diǎn)37，對(duì)恒壓電源15的GND側(cè)連接或切斷導(dǎo)電性膜6。第4開(kāi)關(guān)SW14與所述切換開(kāi)關(guān)SW2相同，具有將電極B連接于電極D或電極A的可動(dòng)觸點(diǎn)21、和將電極C連接于電極A或電極D的可動(dòng)觸點(diǎn)22，切換使電流從電極A、C(第1電極部9)流至電極B、D(第1電極部10)，或使電流從電極A、B(第2電極部11)流向電極C、D(第1電極部12)。并且，將導(dǎo)電性膜5、6、壓敏電阻板4的電極A、B、C、D連接于控制部件24的A/D轉(zhuǎn)換器25，將來(lái)自導(dǎo)電性膜5、6、壓敏電阻板4的電極A、B、C、D的信號(hào)(電壓)輸入A/D轉(zhuǎn)換器25。其他的方面是與所述實(shí)施方式的情況相同的結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施方式的情況下，如圖13所示，利用控制部件24的控制部27，經(jīng)開(kāi)關(guān)切換電路23切換第1開(kāi)關(guān)SW11～第4開(kāi)關(guān)SW14。。即，在圖13中，在左端部記載切換第1開(kāi)關(guān)SW11～第4開(kāi)關(guān)SW14的順序，從下側(cè)至上側(cè)依次按1、2、3、4、5的順序切換。第1開(kāi)關(guān)SW11列的“1”表示對(duì)恒壓電源15的高壓側(cè)連接導(dǎo)電性膜5的狀態(tài)，“0”表示對(duì)恒壓電源15的高壓側(cè)切斷導(dǎo)電性膜5的狀態(tài)。第2開(kāi)關(guān)SW12列的“1”表示對(duì)恒壓電源15的GND側(cè)連接感壓板4的第1電極A的狀態(tài)，“0”表示對(duì)恒壓電源的GND側(cè)切斷感壓板4的第1電極A的狀態(tài)。第3開(kāi)關(guān)SW13列的“1”表示對(duì)恒壓電源15的GND側(cè)連接導(dǎo)電性膜6的狀態(tài)，“0”表示對(duì)恒壓電源15的GND側(cè)切斷導(dǎo)電性膜6的狀態(tài)。第4開(kāi)關(guān)SW14列的“1”表示切換成使電流從電極A、C(第1電極部9)流至電極B、D(第1電極部10)的狀態(tài)，“0”表示切換成使電流從電極A、B(第2電極部11)流向電極C、D(第2電極部12的狀態(tài)。
通過(guò)控制部27的控制，經(jīng)開(kāi)關(guān)切換電路23切換動(dòng)作第1開(kāi)關(guān)SW11～第4開(kāi)關(guān)SW14。首先，第1開(kāi)關(guān)SW11～第4開(kāi)關(guān)SW14為“1，1，1，1”的狀態(tài)，與所述實(shí)施方式相同，執(zhí)行Z坐標(biāo)的按壓檢測(cè)，接著，將第1開(kāi)關(guān)SW11～第4開(kāi)關(guān)SW14切換成“1，1，0，1”的狀態(tài)，與所述實(shí)施方式的情況相同，執(zhí)行接觸面積的檢測(cè)。接著，在將第1開(kāi)關(guān)SW11～第4開(kāi)關(guān)SW14切換成“1，0，0，1”的狀態(tài)后，還切換成“1，0，0，1”的狀態(tài)，與所述實(shí)施方式的情況相同，執(zhí)行Y坐標(biāo)檢測(cè)，最后，將第1開(kāi)關(guān)SW11～第4開(kāi)關(guān)SW14切換成“0，0，0，0”的狀態(tài)，與所述實(shí)施方式的情況相同，執(zhí)行X坐標(biāo)檢測(cè)。
因此，該實(shí)施方式的情況也與所述實(shí)施方式的情況相同，可正確且迅速地檢測(cè)在觸覺(jué)傳感器3的XY坐標(biāo)的位置施加有多少接觸壓，可對(duì)應(yīng)于該輸入信息，使機(jī)器人1的各手指的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)31動(dòng)作，精密且正確地對(duì)應(yīng)情況進(jìn)行反饋。
另外，在所述實(shí)施方式中，利用開(kāi)關(guān)部件16，可以在使電流流過(guò)導(dǎo)電膜5、6執(zhí)行壓力檢測(cè)的情況和使電流流至電極部9、10、11、12求出接觸坐標(biāo)的情況下切換控制，但求壓力檢測(cè)及接觸坐標(biāo)的方法不限于所述實(shí)施方式的情況，例如，也可以將電源15連接于導(dǎo)電膜6，如圖14所示，通過(guò)使電流從導(dǎo)電膜6中流過(guò)，從壓敏電阻板4的電極部9、10、11、12和接觸位置的導(dǎo)電膜5同時(shí)取出電流，根據(jù)導(dǎo)電膜5的電壓V5和導(dǎo)電膜6的電壓V6進(jìn)行壓力檢測(cè)，根據(jù)導(dǎo)電膜6的電壓V6及電極A、C的電壓VA、VC，使用公式〔(V6～VA)/(V6～VC)〕，求出X方向的接觸位置，同時(shí)，根據(jù)導(dǎo)電膜6的電壓V6及電極B、D的電壓VB、VD，使用公式〔(V6～VB)/(V6～VD)〕，求出Y方向的接觸位置。因此，通過(guò)組合各電極部9、10、11、12(各電極A、B、C、D)的電壓和導(dǎo)電膜5、6的電壓，不需要開(kāi)關(guān)部件，也可進(jìn)行壓力檢測(cè)、位置坐標(biāo)檢測(cè)、求出接觸長(zhǎng)度。
并且，在所述實(shí)施方式中，為了容易理解地說(shuō)明原理，施加直流的恒流源，但也可利用恒壓源和電阻實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易的恒流源。并且，通過(guò)僅取出規(guī)定頻率分量的信號(hào)來(lái)減少噪聲分量的方法，也可使用交流電源。
另外，在所述實(shí)施方式中，壓敏電阻板4形成為方形形狀，但壓敏電阻板4的形狀不限于此，也可成為圓形等形狀。并且，對(duì)應(yīng)于壓敏電阻板4的形狀，也可使一對(duì)導(dǎo)電性膜5、6成為圓形等形狀。并且，在壓敏電阻板4的4個(gè)角部，分別設(shè)置第1電極A、第2電極B、第3電極C和第4電極D，即使在由這些電極A、B、C、D構(gòu)成第1電極部9、第1電極部10、第2電極部11和第2電極部12時(shí)，壓敏電阻板4也不限于方形狀，例如，也可是壓敏電阻板4的4邊凹陷成弓形的四邊形狀、或4邊膨脹成弓形的形狀等其他形狀。
并且，在所述實(shí)施方式中，作為用于使電流流過(guò)設(shè)置在壓敏電阻板4表面的Z方向電阻的導(dǎo)電體，使用配置成從厚度方向的兩側(cè)夾持壓敏電阻板4的一對(duì)導(dǎo)電性膜5、6，但替代其，也可用薄銅板等構(gòu)成從兩側(cè)夾持壓敏電阻板4的一對(duì)導(dǎo)電體。并且，也可在壓敏電阻板4的厚度方向兩側(cè)的表面上設(shè)置3個(gè)以上用于使電流流過(guò)壓敏電阻板4的Z方向電阻的導(dǎo)電體。
并且，在所述實(shí)施方式中，在使電流從導(dǎo)電性膜5流過(guò)、從導(dǎo)電性膜6取出電流時(shí)，根據(jù)導(dǎo)電性膜5的電壓V5和導(dǎo)電性膜6的電壓V6的差(組合)求出接觸壓，在使電流從第1電極部9流過(guò)，從第1電極部10取出電流時(shí)，根據(jù)第1電極部9的電壓V9與第1電極部10的電壓V10的差(組合)、和一個(gè)第1電極部9的電壓V9與一個(gè)導(dǎo)電性膜6的電壓V6的差(組合)，求出X方向的接觸位置，并且，在使電流從第2電極部11流過(guò)，從第2電極部12取出電流時(shí)，根據(jù)第2電極部11的電壓V11與第2電極部12的電壓V12的差(組合)、和一個(gè)第2電極部11的電壓V11與一個(gè)導(dǎo)電性膜6的電壓V6的差(組合)，求出Y方向的接觸位置，但接觸壓、X方向的接觸位置、Y方向的接觸位置的求出方法不限于此，例如，與所述實(shí)施情況相反，在使電流從導(dǎo)電性膜6流過(guò)、從導(dǎo)電性膜5取出電流時(shí)，不用說(shuō)也可根據(jù)導(dǎo)電性膜6的電壓V6與導(dǎo)電性膜5的電壓V5的差(組合)求出接觸壓，并且，在使電流從第1電極部10流過(guò)、從第1電極部9取出電流時(shí)，不用說(shuō)也可根據(jù)第1電極部10的電壓V10與第1電極部9的電壓V9的差(組合)、和第1電極部10的電壓V10與導(dǎo)電性膜5的電壓V5的差(組合)，求出X方向的接觸位置，并且，在使電流從第2電極部12流過(guò)、從第2電極部11取出電流時(shí)，不用說(shuō)也可根據(jù)第2電極部12的電壓V12與第2電極部11的電壓V11的差(組合)、和第2電極部12的電壓V12與導(dǎo)電性膜5的電壓V5的差(組合)，求出Y方向的接觸位置。并且，在圖14的實(shí)施方式的情況下，通過(guò)使電流流過(guò)導(dǎo)電膜6，從壓敏電阻板4的電極部9、10、11、12和接觸位置的導(dǎo)電膜5同時(shí)取出電流，進(jìn)行壓力檢測(cè)，求出接觸坐標(biāo)位置，但替代其，也可通過(guò)使電流從導(dǎo)電膜5流過(guò)，從壓敏電阻板4的電極部9、10、11、12和導(dǎo)電膜6同時(shí)取出電流，進(jìn)行壓力檢測(cè)，求出接觸坐標(biāo)位置。并且，由于不一定必需檢測(cè)X方向的接觸位置和Y方向的接觸位置兩者的接觸位置，只要檢測(cè)任一個(gè)接觸位置即可，所以接觸壓、接觸位置的求出方法總之只要在使電流從電極部9、10、11、12及導(dǎo)電體5、6中的任一個(gè)流過(guò)，從剩下的電極部9、10、11、12或?qū)щ婓w5、6取出電流時(shí)，根據(jù)所述至少一對(duì)電極部9、10、11、12的電壓V9、V10、V11、V12和所述至少一對(duì)導(dǎo)電體5、6的電壓V5、V6的組合，求出接觸壓、X方向的接觸位置或Y方向的接觸位置中至少一個(gè)接觸位置即可。
并且，在所述實(shí)施方式中，執(zhí)行求接觸壓的接觸壓檢測(cè)，執(zhí)行求X方向接觸位置的接觸位置檢測(cè)，執(zhí)行求Y方向接觸位置的接觸位置檢測(cè)，執(zhí)行求X方向接觸長(zhǎng)度的接觸長(zhǎng)度(面積)檢測(cè)，執(zhí)行求Y方向接觸長(zhǎng)度的接觸長(zhǎng)度(面積)檢測(cè)，但不一定必需全部執(zhí)行該5種檢測(cè)，必要時(shí)，可省略一種或多種檢測(cè)，例如，也可執(zhí)行求接觸壓的接觸壓檢測(cè)和求X方向接觸位置的接觸位置檢測(cè)2種，也可執(zhí)行求接觸壓的接觸壓檢測(cè)和求Y方向接觸位置的接觸位置檢測(cè)2種，也可執(zhí)行求接觸壓的接觸壓檢測(cè)和求X方向接觸長(zhǎng)度的接觸長(zhǎng)度(面積)檢測(cè)2種，也可執(zhí)行求接觸壓的接觸壓檢測(cè)和求Y方向接觸長(zhǎng)度的接觸長(zhǎng)度(面積)檢測(cè)2種。并且，也可執(zhí)行求X方向接觸位置的接觸位置檢測(cè)和求X方向接觸長(zhǎng)度的接觸長(zhǎng)度(面積)檢測(cè)2種，也可執(zhí)行求X方向接觸位置的接觸位置檢測(cè)和求Y方向接觸長(zhǎng)度的接觸長(zhǎng)度(面積)檢測(cè)2種，也可執(zhí)行求Y方向接觸位置的接觸位置檢測(cè)和求X方向接觸長(zhǎng)度的接觸長(zhǎng)度(面積)檢測(cè)2種，或求Y方向接觸位置的接觸位置檢測(cè)和求Y方向接觸長(zhǎng)度的接觸長(zhǎng)度(面積)檢測(cè)2種。
并且，在所述實(shí)施方式中，在壓敏電阻板4的4個(gè)角部分別設(shè)置第1電極A、第2電極B、第3電極C和第4電極D，利用這些電極A、B、C、D，構(gòu)成用于使電流沿X方向流過(guò)壓敏電阻板4的一對(duì)第1電極部9、10和用于使電流沿Y方向流過(guò)壓敏電阻板4的一對(duì)第2電極部11、12，但用于使電流沿X方向流過(guò)壓敏電阻板4的一對(duì)第1電極部9、10和用于使電流沿Y方向流過(guò)壓敏電阻板4的一對(duì)第2電極部11、12不限于這種結(jié)構(gòu)，例如，也可分別利用1個(gè)或3個(gè)以上的點(diǎn)電極構(gòu)成一對(duì)第1電極部9、10或一對(duì)第2電極部11、12。并且，在所述實(shí)施方式中，作為第1電極部9、10及第2電極部11、12的結(jié)構(gòu)，與用于現(xiàn)有觸摸面板檢測(cè)方法中的5線式控制方法相同，但也可通過(guò)改變電極結(jié)構(gòu)，采取5線式以上的7線式、8線式的控制方法。
并且，在所述實(shí)施方式中的圖11或圖12示出的觸覺(jué)傳感器應(yīng)用裝置中，為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，根據(jù)安裝在機(jī)器人(被控制裝置)1上的多個(gè)觸覺(jué)傳感器3中1個(gè)觸覺(jué)傳感器3的檢測(cè)輸出，驅(qū)動(dòng)控制機(jī)器人1的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路28，但替代其，也可根據(jù)多個(gè)觸覺(jué)傳感器3的檢測(cè)輸出，驅(qū)動(dòng)控制機(jī)器人1或多個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路28等，由此，也可根據(jù)多個(gè)觸覺(jué)傳感器3合成后的檢測(cè)輸出來(lái)控制機(jī)器人1。并且，相反，也可在機(jī)器人(被控制裝置)1上僅安裝1個(gè)觸覺(jué)傳感器3，根據(jù)該1個(gè)觸覺(jué)傳感器3的檢測(cè)輸出，驅(qū)動(dòng)控制機(jī)器人1的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路28。
并且，在所述實(shí)施方式中，作為使用了觸覺(jué)傳感器3的觸覺(jué)傳感器應(yīng)用裝置，驅(qū)動(dòng)控制機(jī)器人1，但作為使用了觸覺(jué)傳感器3的觸覺(jué)傳感器應(yīng)用裝置，不限于機(jī)器人1的驅(qū)動(dòng)控制，例如，也可設(shè)護(hù)理用椅子或床或者氣囊裝置等為被控制裝置，根據(jù)觸覺(jué)傳感器3的檢測(cè)輸出來(lái)控制。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性 可用作機(jī)器人用觸覺(jué)傳感器裝置、或檢測(cè)并控制施加于椅子或床上的壓力的裝置。
權(quán)利要求
1、一種觸覺(jué)傳感器，其特征在于具備壓敏電阻板(4)，該壓敏電阻板是在沿板面的X方向及Y方向具有電阻的板，在與板的厚度方向一致的Z方向具有電阻，同時(shí)Z方向的電阻對(duì)應(yīng)厚度方向的按壓變化而變化，
在該壓敏電阻板(4)的周圍部，至少設(shè)有一對(duì)使電流流過(guò)所述X方向的電阻或Y方向的電阻中的至少一者用的電極部(9、10、11、12)，在壓敏電阻板(4)的表面，至少設(shè)有一對(duì)使電流流過(guò)所述Z方向的電阻用的導(dǎo)電體(5、6)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)傳感器，其特征在于
在使電流從所述電極部(9、10、11、12)及導(dǎo)電體(5、6)中的任一個(gè)中流過(guò)，從剩下的電極部(9、10、11、12)或?qū)щ婓w(5、6)中取出電流時(shí)，根據(jù)所述至少一對(duì)電極部(9、10、11、12)的電壓(V9、V10、V11、V12)、和所述至少一對(duì)導(dǎo)電體(5、6)的電壓(V5、V6)的組合，求出接觸壓和X方向的接觸位置或Y方向的接觸位置中的至少一個(gè)接觸位置。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的觸覺(jué)傳感器，其特征在于
在使電流從所述電極部(9、10、11、12)及導(dǎo)電體(5、6)中的任一個(gè)中流過(guò)，從剩下的電極部(9、10、11、12)或?qū)щ婓w(5、6)中取出電流時(shí)，將所述至少一對(duì)電極部(9、10、11、12)的電壓(V9、V10、V11、V12)與觸覺(jué)傳感器接觸前和與觸覺(jué)傳感器接觸時(shí)的電壓差修正成對(duì)應(yīng)于所述求出的接觸壓和接觸位置的值，求出X方向的接觸長(zhǎng)度或Y方向的接觸長(zhǎng)度中的至少一個(gè)接觸長(zhǎng)度。
4、一種觸覺(jué)傳感器，其特征在于，具備壓敏電阻板(4)，該壓敏電阻板是在沿板面的方向具有電阻的板，在板的厚度方向具有電阻，同時(shí)厚度方向的電阻對(duì)應(yīng)厚度方向的按壓變化而變化，
為了求出對(duì)壓敏電阻板(4)的接觸壓、接觸位置、接觸長(zhǎng)度中的至少兩個(gè)，使電流流過(guò)壓敏電阻板(4)，
所述壓敏電阻板(4)由具有幾千歐姆至幾十兆歐姆的表面電阻的膜構(gòu)成。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)傳感器，其特征在于
所述壓敏電阻板(4)由具有幾千歐姆至幾十兆歐姆的表面電阻的膜構(gòu)成。
6、一種觸覺(jué)傳感器應(yīng)用裝置，其特征在于
具備安裝了權(quán)利要求1所述的觸覺(jué)傳感器(3)的被控制裝置(1)；使所述壓敏電阻板(4)產(chǎn)生電位梯度的電源(15)；以及將所述電極部(9、10、11、12)及所述一對(duì)導(dǎo)電體(5、6)的輸出電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值的A/D轉(zhuǎn)換器(25)，
具備控制部(27)，輸入來(lái)自所述A/D轉(zhuǎn)換器(25)的數(shù)字信號(hào)，求出對(duì)所述觸覺(jué)傳感器(3)的接觸壓、接觸位置、X方向及/或Y方向的接觸長(zhǎng)度中的至少兩個(gè)，根據(jù)該求出的接觸壓、接觸位置、接觸長(zhǎng)度，控制所述被控制裝置(1)。
全文摘要
提供一種觸覺(jué)傳感器和觸覺(jué)傳感器應(yīng)用裝置，要實(shí)時(shí)地檢測(cè)按壓的變化。并且，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且用少量布線可檢測(cè)按壓的變化，可謀求可靠性的提高和成本的降低，可正確地得到信息。具備壓敏電阻板(4)，是在沿板面的X方向及Y方向具有電阻的板，在與板的厚度方向一致的Z方向具有電阻，同時(shí)Z方向的電阻對(duì)應(yīng)于厚度方向的按壓變化而變化，在該壓敏電阻板(4)的周圍部，至少設(shè)置一對(duì)用于使電流流過(guò)所述X方向的電阻或Y方向的電阻中的至少一者的電極部(9、10、11、12)，在壓敏電阻板4的表面，至少設(shè)置一對(duì)用于使電流流過(guò)所述Z方向的電阻的導(dǎo)電體(5、6)。
文檔編號(hào)G01L1/20GK101258389SQ200580051489
公開(kāi)日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2005年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月5日
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