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シートセンサシステムおよびシートセンサ コモンズ

国内特許コード P140010947
整理番号 N13058
掲載日 2014年8月28日
出願番号 特願2014-044406
公開番号 特開2015-169532
出願日 平成26年3月6日(2014.3.6)
公開日 平成27年9月28日(2015.9.28)
発明者
  • 中山 昇
  • 田中 航平
  • 春日 翔平
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 シートセンサシステムおよびシートセンサ コモンズ
発明の概要 【課題】センサ受圧面に沿った方向に作用するせん断荷重を測定可能な、廉価で、配線数が少なく、検出分解能の高いシートセンサシステムを実現すること。
【解決手段】シートセンサシステム1では、センサ受圧面20を包含する状態に共通電極22を配置し、センサ受圧面2aを複数の検出区画20(n)に分割し、共通電極22に対して感圧シート25を介して対峙している個別電極24を各検出区画20(n)にそれぞれ配置してある。各検出区画20(n)には、センサ受圧面2aに沿ったx方向に配列した2つの個別電極24が含まれている。共通電極22と、個別電極24のそれぞれの間の電圧変化量に基づき、各検出区画20(n)においてx方向に作用するせん断荷重を検出できる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


例えば、生産現場では、作業効率、安全性向上のために、ロボットハンドによる作業の自動化が期待されている。ロボットの表面は金属または硬質な樹脂で覆われているので、人間と接触すると危害を加える可能性がある。したがって、ロボット表面に柔軟で且つ荷重を測定できるセンサを配置することが望まれる。



現在開発されている柔軟なセンサとして、画像処理を用いて接触状態を測定するセンサが挙げられるが、情報量が多い、小型化が難しいという問題がある。また、感圧導電性ゴムを用いたセンサでは、垂直荷重のみ測定可能であり、せん断荷重等を測定できない。このような問題を解消するために、本発明者等は、特許文献1、2において、垂直荷重およびせん断荷重を測定可能な柔軟型三軸荷重測定センサ、四軸荷重測定センサを提案している。

産業上の利用分野


本発明は、検出対象物の表面に作用する荷重を検出するシートセンサシステムに関し、特に、検出対象物の表面の各部において、当該表面に沿った方向に作用するせん断荷重の分布状態を検出可能なシートセンサシステム、当該シートセンサシステムに用いるシートセンサに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
予め定めたセンサ受圧面(20)を包含する範囲に配置された感圧導電性材料からなる感圧シート(25)と、
前記感圧シート(25)の一方の側において、前記センサ受圧面(20)を包含する範囲に配置した共通電極(22)と、
前記感圧シート(25)を挟み、前記共通電極(22)に対向配置されている複数の個別電極(24)と、
前記共通電極(22)と前記個別電極(24)のそれぞれとの間に生ずる電圧変化量に基づき前記センサ受圧面(20)の各部に作用する荷重を算出する演算部(51)と、
を有し、
前記センサ受圧面(20)は複数の検出区画(20(n))に分割され、
前記センサ受圧面(20)に沿った一つ方向をx方向とすると、前記検出区画(20(n))のそれぞれには、x方向に沿って複数の個別電極が配列され、
前記演算部(51)は、前記共通電極(22)と各検出区画(20(n))の複数の前記個別電極(24)のそれぞれとの間の電圧変化量(dVm)に基づき、各検出区画(20(n))に作用するx方向のせん断荷重(Pt)の大きさを算出することを特徴とするシートセンサシステム(1)。

【請求項2】
x方向に直交する前記センサ受圧面(20)に沿った方向をy方向とすると、
前記検出区画(20(n))のそれぞれには、x方向およびy方向のそれぞれに沿って複数の前記個別電極(24)が配列され、
前記演算部(51)は、前記共通電極(22)と各検出区画(20(n))の複数の前記個別電極(24)のそれぞれとの間の電圧変化量(dVm)に基づき、各検出区画(20(n))に作用する前記センサ受圧面(20)に沿った任意方向のせん断荷重(Pt)の大きさ、及び方向(φ)を算出する、
請求項1に記載のシートセンサシステム(1)。

【請求項3】
隣り合う一対の前記検出区画を、第1検出区画(20(1))および第2検出区画(20(2))とすると、
前記第1検出区画(20(1))に属するx方向に沿って配列されている前記個別電極の少なくとも一つ(24(1.2))が、前記第2検出区画(20(2))に属するx方向に沿って配列されている前記個別電極に含まれるように、前記センサ受圧面(20)が複数の前記検出区画(20(n))に分割されている、
請求項1または2に記載のシートセンサシステム(1)。

【請求項4】
前記第1検出区画(20(1))に属するy方向に沿って配列されている前記個別電極の少なくとも一つ(24(2.2))が、前記第2検出区画(20(2))に属するy方向に沿って配列されている前記個別電極に含まれるように、前記センサ受圧面(20)が複数の前記検出区画(20(n))に分割されている、
請求項3に記載のシートセンサシステム(1)。

【請求項5】
前記個別電極(24)はx方向およびy方向のそれぞれに所定のピッチで格子状に配列され、
前記検出区画(20(n))のそれぞれには4個の前記個別電極(24)が含まれている、
請求項4に記載のシートセンサシステム(1)。

【請求項6】
前記演算部(51)は、前記共通電極(22)と前記個別電極(24)のそれぞれとの間の電圧変化量(dVm)に基づき、前記検出区画(20(n))のそれぞれに作用する
垂直荷重(Pn)、および、前記個別電極(24)のそれぞれの部分に作用する垂直荷重のうちの少なくとも一方を算出する、
請求項1ないし5のうちのいずれか一つの項に記載のシートセンサシステム(1)。

【請求項7】
前記共通電極(22)を覆う状態に積層した弾性シート(26)、あるいは、前記感圧シート(25)および前記個別電極(24)を覆う状態に積層した弾性シート(26)を有し、
前記弾性シート(26)のシート表面によって前記センサ受圧面(20)が規定されている、
請求項1ないし6のうちのいずれか一つの項に記載のシートセンサシステム(1)。

【請求項8】
各検出区画(20(n))に加わる任意荷重のx、y方向および、これらに直交するz方向の成分をPx、Py、Pzとすると、前記演算部(51)は、
各検出区画(20(n))に作用する垂直荷重Pn(=Pz)を、次の式で示すように、当該検出区画に属する4つの前記個別電極の電圧変化量dV~dVの総和に基づき算出し、
【数1】


各検出区画に作用するせん断荷重Ptを、次の式で示すように、各検出区画に属する4つの前記個別電極の電圧変化量ΔVに基づき算出し、
【数2】


各検出区画に作用する前記せん断荷重Ptの方向を、z方向の軸線を中心としたx方向から反時計回りの角度φで表すと、
【数3】


により算出する、
請求項5に記載のシートセンサシステム(1)。

【請求項9】
請求項1ないし8のうちのいずれか一つの項に記載のシートセンサシステム(1)に用いるシートセンサ(2)であって、
予め定めたセンサ受圧面(20)を包含する範囲に配置された感圧導電性材料からなる感圧シート(25)と、
前記感圧シート(25)の一方の側において、前記センサ受圧面(20)を包含する範囲に配置した共通電極(22)と、
前記感圧シート(25)を挟み、前記共通電極(22)に対向配置されている複数の個別電極(24)と、
を有し、
前記センサ受圧面(20)は複数の検出区画(20(n))に分割され、
前記センサ受圧面(20)に沿った直交する二つの方向をx方向およびY方向とすると、前記検出区画(20(n))のそれぞれには、x方向およびy方向のそれぞれ沿って、複数の前記個別電極(24)が配列されている、
ことをと特徴とするシートセンサ(2)。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014044406thum.jpg
出願権利状態 公開
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