Top > Search of Japanese Patents > SHEET SENSOR SYSTEM AND SHEET SENSOR

SHEET SENSOR SYSTEM AND SHEET SENSOR

Patent code P140010947
File No. N13058
Posted date Aug 28, 2014
Application number P2014-044406
Publication number P2015-169532A
Patent number P6325289
Date of filing Mar 6, 2014
Date of publication of application Sep 28, 2015
Date of registration Apr 20, 2018
Inventor
  • (In Japanese)中山 昇
  • (In Japanese)田中 航平
  • (In Japanese)春日 翔平
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人信州大学
Title SHEET SENSOR SYSTEM AND SHEET SENSOR
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a sheet sensor system, capable of measuring a shear load acting in a direction parallel to a sensor pressure surface, which is inexpensive and has few wires and a high detection resolution.
SOLUTION: In a sheet sensor system 1, a common electrode 22 is placed in such a state as to include a sensor pressure surface 20, a sensor pressure surface 2a is divided into a plurality of detection sections 20(n), and an individual electrode 24 facing the common electrode 22 via a pressure-sensitive sheet 25 is placed in each of the detection sections 20(n). Each of the detection sections 20(n) includes two individual electrodes 24 arranged in an x direction parallel to the sensor pressure surface 2a. A shear load acting in the x direction in each of the detection sections 20(n) can be detected on the basis of the amount of a voltage change between the common electrode 22 and each of the individual electrodes 24.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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。

Field of industrial application (In Japanese)

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。

Scope of claims (In Japanese)
【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)の大きさを算出し、
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】
 
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2に記載のシートセンサシステム(1)。

【請求項4】
 
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3に記載のシートセンサシステム(1)。

【請求項5】
 
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4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6】
 
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】
 
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dV1~dV4の総和に基づき算出し、
【数1】
 
(省略)
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】
 
(省略)
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】
 
(省略)
により算出する、
請求項4に記載のシートセンサシステム(1)。

【請求項8】
 
請求項1ないし7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方向のそれぞれに沿って、複数の前記個別電極(24)が配列されていること特徴とするシートセンサ(2)。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

※Click image to enlarge.

JP2014044406thum.jpg
State of application right Registered
Please contact us by E-mail or facsimile if you have any interests on this patent.


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close