(57)【要約】【課題】容積構成体の物理的変化量を検出するセンサが物理的変化量の検出誤差を少なくでき、かつ、センサの応答性を良くすること。【解決手段】特定の形成された基材１と、基材１を被覆する発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料を特定の複数の平面形状に形成してなる発泡体１０と、基材１及び／または発泡体１０から空気が外気に漏れ難くし、対向する基材１と発泡体１０に形成された所定の容積構成体４と、容積構成体４に加えられた外部からの押圧力の変化を、容積構成体４で形成した物理的変化量として検出するセンサＳＥＮとを具備し、基材１及び／または発泡体１０に形成された所定の容積構成体４は、何れも均一な体積とし、センサＳＥＮを割り当てて異常を判断すること。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の形状に形成された基材と、
前記基材を被覆する発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料を特定の複数の平面形状に形成してなる発泡体と、
前記基材及び／または前記発泡体から空気が外気に漏れ難くし、対向する前記基材と前記発泡体に形成された所定の容積構成体と、
前記容積構成体に加えられた外部からの押圧力の変化を、前記容積構成体で形成した物理的変化量として検出するセンサとを具備し、
前記基材及び／または前記発泡体に形成された所定の容積構成体は、前記容積構成体を均一な体積としてセンサを割り当てて異常を判断することを特徴とする接触検出装置。
【請求項２】
特定の形状に形成された基材と、
前記基材を被覆する発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料を特定の複数の平面形状に形成してなる発泡体と、
前記基材及び／または前記発泡体から空気が外気に漏れ難くし、対向する前記基材と前記発泡体に形成された所定の容積構成体と、
前記容積構成体に加えられた外部からの押圧力の変化を、前記容積構成体で形成した物理的変化量として検出するセンサとを具備し、
前記基材及び／または前記発泡体に形成された所定の容積構成体は、前記容積構成体を均一な体積としてセンサを割り当て、かつ、前記センサの動作時には、前記センサの正常な動作及び前記センサの異常動作を判断することを特徴とする接触検出装置。
【請求項３】
請求項３の発明の接触検出装置の前記容積構成体に加えられた外力の変化は、空気流が停止した前後の前記センサの検出信号をサンプリングし、前記空気流が停止して流れが変化する前後の履歴を比較することを特徴とする請求項２に記載の接触検出装置。
【請求項４】
請求項４の発明の接触検出装置の前記基材を被覆する発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料を特定の形状に形成してなる発泡体は、少なくとも意匠面側の稜線を５〜３０φ（直径ｍｍ）で面取りするものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の形状に形成された基材と、発泡合成樹脂で特定の形状とした発泡体からなり、前記基材と前記発泡体との間の片側または両側に容積構成体を形成し、その容積構成体の物理量の変化をセンサによって検出する接触検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、特許文献１及び特許文献２では、発泡合成樹脂成型体とクッションシートとの接着力を強くする技術を開示している。ところが、形式的に試作品を形成する原材料として発泡性合成樹脂が使用されているものの、少量生産品にこの技術は実現されていない。例えば、発泡ポリスチレンのような発泡合成樹脂成型体は、脆く、表面を削って所定の形状に仕上げ、かつ、表面を見栄え良く平滑化することができなかった。
そして、発泡性合成樹脂にベントホールと呼ばれる穴が存在すると、当該ベントホールを穴埋めするには、残余の発泡性合成樹脂の厚みによって左右されるが熟練者でないと効率良く成型できない。また、ベントホールを穴埋めすると発泡合成樹脂成型体の重量バランスに微妙な違いが出て、使途によっては、その重量バランスの調整が必要な場合がでてくる。
【０００３】
更に、特許文献３及び特許文献４は、上記問題点を解消し、基材として発泡合成樹脂材料を用いて、特定の形状を削り出して弾性に富む成型体として、塗装面の厚みを厚くすることなく、見栄えの良い、廉価な発泡合成樹脂成型体を得ている。しかし、特許文献３及び特許文献４が接触センサを用いるとなると、表面に金属電極、導電性塗料等を塗布する必要性があり、相手が導電体のものに使用が限られる。
また、市販の感圧スイッチを用いると、押圧力を受けている部位の感圧スイッチ自身は作動するが、他の感圧スイッチが配設されていない箇所の圧力検出ができなかった。また、感圧スイッチはその絶縁基板（シート）の変形が自在にならないので立体的に形成することができなかった。
しかし、接触センサ、感圧スイッチ等の量産化されている普及型センサは廉価であるが、量産化されていないセンサは高価である。例えば、静電容量の変化または歪ゲージを使用した圧力センサ等は廉価に供給されている。
【０００４】
そこで、本発明者らは特許文献５に掲載の接触検出装置を発明した。
即ち、特定の形状に形成された基材と、前記基材を被覆する１枚の発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料、または発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料を特定の形状に形成してなる発泡体と、対向する前記基材と前記発泡体の片側または両側に形成された所定の容積構成体と、前記容積構成体内に配設された連続気泡構造を有している空間維持材と、前記容積構成体内及び前記空間維持材の圧縮された空気が、前記基材及び／または前記発泡体から外気に漏れ難くした前記容積構成体を形成した補強層と、前記基材と前記発泡体の片側または両側に加えられた外部からの押圧力を、前記補強層で形成した前記容積構成体及び前記空間維持材の物理的変化量として検出するセンサと、前記センサからのオン・オフ出力のオン時間またはオフ時間の長さをもって検出出力とし、前記特定の形状に形成された基材と、前記基材を被覆する１枚の発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料、または発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料を特定の形状に形成してなる前記発泡体が形成するコーナに埋設してなる出力回路を具備するものである。
これによって、広範な範囲に加えられた圧力を検出することができ、二次元的な平面的構成であっても、三次元的な立体的構成であっても施工でき、所定以上の外部からの圧力を検出できる接触検出装置となった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１２５７３６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３６２２０号公報
【特許文献３】特許第５５４７３１３号
【特許文献４】特許第５７１８４０１号
【特許文献５】特許第６０８３７２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記容積構成体及び物理的変化量として検出するセンサは、前記容積構成体の体積が大きくなると、それに応じて異常検出信号が緩慢になる。したがって、前記容積構成体は分割する必要がでる。故に、前記容積構成体の体積が大きくなると、センサの検出誤差が大きくなる。単一のロボットに接触センサを取り付けた場合、ロボットが大型化、複雑化すると異常信号を検出し難くなり、外力を加える位置に死角が発生する可能性がある。また、センサの応答性を均一にするとなると、前記容積構成体の体積を均一にする必要があり、効率の良い取り付けができないという問題点があった。
【０００７】
そこで、上記従来の問題点を解消すべく、第１の発明は、ロボット等の接触検出装置（システム）に加えられた外力を、容積構成体の物理的変化量として検出し、しかも、センサが検出する物理的変化量の検出誤差を少なくでき、かつ、センサの応答性を良くするものである。また、第２の発明は、センサの動作の初期と、空気の流れが停止した後のゼロクロス点前後の動作を比較することによって、センサ自体の正常・異常を判別できる接触検出装置の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明の接触検出装置は、特定の形状に形成された基材を被覆する平面形状に形成してなる発泡体と、それら基材及び／または発泡体が形成される容積構成体から空気が漏れ難くして形成され、前記容積構成体に加えられた外力（押圧力）の変化を、前記容積構成体で形成した物理的変化量として検出する外気に導かれる風量センサ等のセンサとを具備し、前記基材及び／または前記発泡体に形成された所定の容積構成体は、前記容積構成体を均一な体積としてセンサにより異常を判断するものである。
ここで、上記特定の形状に形成された基材は、人形のロボットを含むロボットの被覆、各種機器のハウジングの被覆で、アルミニウム板、ステンレス板、鉄板、銅板等で形成されるのが一般的である。合成樹脂の場合には発泡合成樹脂も使用されているものの、主に、射出成型等で形成されている。この射出成型で形成した基材の殆どは、１ブロックの熱可塑性樹脂材料から構成される。例えば、熱可塑性樹脂材料を接着した熱可塑性樹脂材料を特定の形状に形成したものであればよい。また、熱可塑性樹脂材料は、ソリッドタイプの樹脂としても、発泡体としてもよく、前記容積構成体の容積変化が出現する硬度を有するものであればよい。この基材は、例えば、ロボット等の自走する自動生産装置に被覆し、その基材に対して前記発泡体を設けフェイルセーフ対応とするものである。
【０００９】
上記発泡体として使用する発泡合成樹脂材料は、存在する内部気泡同士が繋がっていない独立気泡体、存在する内部気泡同士が繋がっている連続気泡体の何れであってもよい。何れにせよ、前記閉じられた容積構成体の空気が外気に漏れ難く形成したものであればよい。
また、上記発泡体は、前記基材を発泡合成樹脂材料の１枚または複数枚接着したもので被覆し、特定の形状に形成するものである。通常、前記発泡体は前記発泡体を外部から被う構成となる。
【００１０】
そして、上記容積構成体は、前記基材及び前記発泡体との間の片側または両側に補強層を形成してもよい。この補強層は、前記基材及び／または前記発泡体から空気が外気に漏れ難くするものである。そのためには、補強層によって空気が通り抜け難くされている。射出成型金型で形成する金型によって冷やされるスキン層または別の材料で形成した空気の漏れを少なくするフィルム層、コーティング層もこの補強層の１つである。
前記容積構成体内の空気が外部からの圧力（外圧）により圧縮されたとき、その圧縮空気の一部が、前記容積構成体から漏れ出さないように補強層を設けるのが望ましい。この補強層としては、目止め剤、穴埋め剤、下塗り剤、上塗り剤、仕上げ剤のうちの幾つかを組み合わせて選択できる。また、前記発泡体を形成する金型で形成したスキン層を、前記基材を被覆する１枚の発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料、または複数枚を積層接着した特定の形状に形成してなる発泡体とすることもできる。
勿論、上記容積構成体は、その中が空洞であってもよいし、前記補強層で形成した前記発泡体からなる弾性体で構成してもよい。
【００１１】
更に、前述した補強層の形成は、二次元的な表面的なものでも、三次元的（立体的）な処理でもよい。特に、三次元的な補強層は、前記補強層のみの強度というよりも、前記容積構成体の強度及び緻密化が可能になる。前記補強は合成樹脂シートとすることもできる。
ここで、空気が漏れ難く形成した容積構成体とは、空気が全く漏れない状態を意味するのではなく、空気が漏れても、それが前記センサの特性を変化する程度には至らないことを意味する。この補強層は、全く空気のリークがないものに限定されるものではなく、多少のリークが生じるものでもよい。また、完全にリークのないものを製造し、そこに特定径のリーク路を形成してもよい。
特に本発明においては、容積構成体に加えられた外部からの押圧力及びその回復の特性が必要である。
【００１２】
更にまた、上記空気が漏れ難く形成した容積構成体の物理的変化量として検出するセンサとしては、接触圧、気圧、圧力等の変化を歪量または静電容量の変化等として物理的の変量を空気圧、空気の流れ、空気の流速、空気量の変化等として検出する物理的変化量を計測するものである。また、このセンサには、「ＭＥＭＳフローセンサ」、「ＭＥＭＳ風量センサ」、「流速センサ」と呼ばれている空気の流れを生じさせる市販のマイクロフローセンサ（Ｄ６Ｆ−Ｖ０３Ａ１；オムロン製）を使用することができる。原理的には、本発明を実施する場合には、「ＭＥＭＳフローセンサ」、「ＭＥＭＳ風量センサ」、「流速センサ」等と呼ばれている市販のセンサであれば使用可能であるが、本発明者らは、小型化が必要であったことから、Ｄ６Ｆ−Ｖ０３Ａ１（オムロン製）を使用した。また、市販のフローセンサとして、オムロン製品の他に（株）キーエンス、愛知時計電機（株）、（株）山武、ＡＳＫ（株）の製品も実施したが、原理的には、何れでも実施できることが確認された。
【００１３】
加えて、前記基材と前記発泡体に形成された所定の容積構成体には、２個以上の平面的な容積構成体に対して１個または２個以上のセンサを割り当て、それらのセンサの信号を比較して異常を判断するものである。
ここで、上記２個以上の平面的な容積構成体に対してセンサを割り当てて異常を判断するのは、前記容積構成体に加えられた外力を、前記容積構成体の物理的変化量として空気圧、空気の流れ、空気の流速、空気量の変化等として検出するセンサを含み、具体的には、前記容積構成体に加えられた外部からの押圧力を前記容積構成体の物理的変化量として検出し、複数の履歴と比較して、その信号検出出力として正常・異常の２値信号を得る。例えば、外力によって空気が外に出た後、元に戻ってくる両積分値は一定である。それらを比較して一致しないときには、何らかの異常があると判断される。
【００１４】
請求項２の発明の接触検出装置は、特定の形状に形成された基材を被覆する平面形状に形成してなる発泡体と、それら基材または発泡体が形成される容積構成体から空気が漏れ難くして形成され、前記容積構成体に加えられた外部からの押圧力の変化を、前記容積構成体で形成した物理的変化量として検出する外気に導かれるセンサとを具備し、前記基材及び／または前記発泡体に形成された所定の容積構成体は、前記容積構成体を均一な体積としてセンサを割り当て、かつ、前記センサの動作時には、前記センサの正常な動作及び前記センサの異常動作を判断するものである。
ここで、上記特定の形状に形成された基材は、人形ロボット等のロボットの被覆、各種機器のハウジングの被覆で、アルミニウム板、ステンレス板、鉄板、銅板等で形成されるのが一般的である。合成樹脂の場合には発泡合成樹脂も使用されているものの、主に、射出成型等で形成されている。この射出成型で形成した基材１の殆どは、１ブロックの熱可塑性樹脂材料から構成される。例えば、熱可塑性樹脂材料を接着した熱可塑性樹脂材料を特定の形状に形成したものであればよい。また、熱可塑性樹脂材料は、ソリッドタイプの樹脂としても、発泡体としてもよく、前記容積構成体の容積変化が出現する硬度を有するものであればよい。この基材は、例えば、ロボット等の自走する自動生産装置に被覆し、その基材に対して前記発泡体を設けフェイルセーフ対応とするものである。
【００１５】
上記発泡体として使用する発泡合成樹脂材料は、存在する内部気泡同士が繋がっていない独立気泡体、存在する内部気泡同士が繋がっている連続気泡体の何れであってもよい。何れにせよ、前記容積構成体の空気が外気に漏れ難く形成したものであればよい。
また、上記発泡体は、前記基材を発泡合成樹脂材料の１枚または複数枚接着したもので被覆し、特定の形状に形成するものである。通常、前記発泡体は前記発泡体を外部から被う構成となる。基材は、例えば、ロボット等の自走する自動生産装置に被覆し、その基材に対して前記発泡体を設けフェイルセーフ対応とするものである。
【００１６】
そして、上記容積構成体は、前記基材及び前記発泡体との間の片側または両側に補強層を形成してもよい。この補強層は、前記基材及び／または前記発泡体から空気が外気に漏れ難くするものである。そのためには、補強層によって空気が通り抜け難くされている。射出成型金型で形成する金型によって冷やされるスキン層または別の材料で形成した空気の漏れを少なくするフィルム層、コーティング層もこの補強層の１つである。
上記容積構成体内の空気が外部からの圧力（外圧）により圧縮されたとき、その圧縮空気の一部が、前記容積構成体から漏れ出さないように補強層を設けるのが望ましい。この補強層としては、目止め剤、穴埋め剤、下塗り剤、上塗り剤、仕上げ剤のうちの幾つかを組み合わせて選択できる。また、前記発泡体を形成する金型で形成したスキン層を、前記基材を被覆する１枚の発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料、または複数枚を積層接着した特定の形状に形成してなる発泡体とすることもできる。
勿論、上記容積構成体は、その中が空洞であってもよいし、前記補強層で形成した前記発泡体からなる弾性体で構成してもよい。
【００１７】
更に、前述した補強層の形成は、二次元的な表面的なものでも、三次元的（立体的）な処理でもよい。特に、三次元的な補強層は、前記補強層のみの強度というよりも、前記容積構成体の強度及び緻密化が可能になる。前記補強は合成樹脂シートとすることもできる。
ここで、空気が漏れ難く形成した容積構成体とは、空気が全く漏れない状態を意味するのではなく、空気が漏れても、それが前記センサの特性を変化する程度には至らないことを意味する。この補強層は、全く空気のリークがないものに限定されるものではなく、多少のリークが生じるものでもよい。また、完全にリークのないものを製造し、そこに特定径のリーク路を形成してもよい。
特に本発明においては、容積構成体に加えられた外部からの押圧力及びその回復の特性が必要である。
【００１８】
更にまた、上記空気が外気に漏れ難く形成した容積構成体の物理的変化量として検出するセンサとしては、接触圧、気圧、圧力等の変化を歪量または静電容量の変化等として物理的の変量を空気圧、空気の流れ、空気の流速、空気量の変化等として検出する物理的変化量を計測するものである。また、このセンサには、「ＭＥＭＳフローセンサ」、「ＭＥＭＳ風量センサ」、「流速センサ」と呼ばれている空気の流れを生じさせる市販のマイクロフローセンサを使用することもできる。原理的には、本発明を実施する場合には、「ＭＥＭＳフローセンサ」、「ＭＥＭＳ風量センサ」、「流速センサ」等と呼ばれている市販のセンサであれば使用可能である。
【００１９】
加えて、前記基材と前記発泡体に形成された所定の容積構成体には、２個以上の平面的な容積構成体に対してセンサを割り当て、かつ、電源投入時または所定の日時に１回センサの信号を比較して異常を判断するものである。
ここで、上記２個以上の平面的な容積構成体に対してセンサを割り当てて異常を判断するのは、前記容積構成体に加えられた外部からの押圧力を、前記容積構成体の物理的変化量として空気圧、空気の流れ、空気の流速、空気量の変化等として検出するセンサを含み、具体的には、前記容積構成体に加えられた外部からの押圧力を前記容積構成体の物理的変化量として検出し、複数の履歴と比較して、その信号検出出力として正常・異常の２値信号を得る。例えば、サンプリングによって２次関数曲線であることを確認する方法でもよい。また、外力によって空気が外に出た後、元に戻ってくる両積分値は一定である。それらを比較して一致しないときには、何らかの異常があると判断される。
【００２０】
請求項３の発明の接触検出装置の前記容積構成体に加えられた外力の変化は、空気流が停止したゼロクロス点前後の前記センサの検出信号を積分し、前記空気流が停止して流れが変化する前後の履歴を比較するものである。
ここで、外力を前記容積構成体に加え、その押圧力の変化は空気流の変化とするものであり、特に、前記空気流が停止して流れが変化するゼロクロス点の前後の履歴は、両者の積分値が原理的には一致することから、接触検出装置の異常の検知と、接触検出装置を構成するセンサの異常の検知とを行うものである。
しかし、接触検出装置としてのシステム異常は早期に検出して、装置を停止される必要性から、空気の移動量等の振幅に閾値を置き、また、センサの異常は積分値によって検出するものである。センサの検出信号をサンプリングホールドする時間とし、その前後の履歴を比較するものであるから、初回、１回目の空気の排出とその後の吸入によってその積分値は略一定になるから、一定でないときには、前記容積構成体にリークが存在していることであり、このとき、極性を考慮してセンサが何個であっても、その和によって正常、異常の判断を行うことができる。
前記空気流が停止して流れが変化するゼロクロス点の前後の履歴を比較しているから、漏れ等の異常の場合には、最初のセンサ動作により異常を検出し、他の異常については、空気流が停止した後に検出するものである。なお、接触検出装置のシステム異常は、前記センサの検出信号の異常振幅が所定の閾値以上であるかによって行い、前記センサの異常は、ゼロクロス点から所定の時間の積分によって算出される。
【００２１】
請求項４の発明の接触検出装置は、前記基材を被覆する発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料を特定の形状に形成してなる発泡体は、少なくとも意匠面側の稜線を５〜３０φ（直径ｍｍ）で面取りするものである。意匠面側の５〜３０φの稜線は、５φよりも小さいとの稜線は抗力を示し、稜線が３０φを超えると意匠性を維持できなくなる。
したがって、発泡体の意匠面側の稜線を５〜３０φで面取りすることは、前記容積構成体であっても、前記容積構成体内に発泡体を入れたものであっても、外力に対して稜線が反発しないから、外力が小さくても検出ができる。また、外力に対して、誤差のばらつきが少なくなり、特性が安定化する。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１の発明の接触検出装置は、特定の形状に形成された基材と、前記基材を被覆する発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料を特定の形状に形成してなる発泡体と、前記基材及び／または前記発泡体から空気が外気に漏れ難くし、対向する前記基材と前記発泡体に形成された所定の容積構成体と、前記容積構成体に加えられた外部からの押圧力の変化を、前記容積構成体で形成した物理的変化量として検出するセンサとを具備し、前記基材及び／または前記発泡体に形成された所定の容積構成体は、前記容積構成体を略均一な体積としてセンサを割り当てて異常を判断するものである。
したがって、前記基材及び／または前記発泡体に形成された所定の容積構成体は、前記容積構成体を略均一な体積としてセンサを割り当てて異常を判断するものであるから、各容積構成体が均一な体積であるから、各異常出力として得られるセンサ出力は略均一となる。故に、固定抵抗またはＩＣ回路によって均一なものを製造することができる。
【００２３】
このように、前記基材及び／または前記発泡体から物理的変化量として、漏れ難くした容積構成体内の物理的変量を検出するものであるから、広範な範囲に加えられた圧力を検出することができ、二次元的な平面的構成であっても、三次元的な立体的構成であっても施工でき、外部から所定の圧力を検出できる。
また、前記容積構成体の物理的変化として検出するセンサは、前記容積構成体に加えられた外力を、前記容積構成体の物理的変化量として前記センサで検出し、通常の前記容積構成体に加えられた接触圧等として検出する。しかし、容積構成体が２個以上の平面的な容積構成体として形成されているから、センサの出力に大きな差異がないことから、なだらかに立ち上がったり、立ち下がったりする外力と、短時間に急激に加わる外力とを区別して監視し、短時間に接触を判別することができる。
即ち、本願発明の容積構成体の物理的変化量を検出するセンサが、略均一な容積構成体に取り付けられているので、その物理的変化量の検出に向けて、センサ自体の正常・異常を判別でき、殊に、次回の起動時に対して、何時発生するか分からない接触直前のタイミングに風量センサ異常が発生していないかを判別できる。
【００２４】
請求項２の接触検出装置は、特定の形状に形成された基材と、前記基材を被覆する発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料を特定の複数形状に形成してなる発泡体と、前記基材及び／または前記発泡体から空気が外気に漏れ難くし、対向する前記基材と前記発泡体に形成された所定の容積構成体と、前記容積構成体に加えられた外部からの押圧力の変化を、前記容積構成体で形成した物理的変化量として検出するセンサとを具備し、前記基材及び／または前記発泡体に形成された所定の容積構成体は、前記容積構成体を均一な体積としてセンサを割り当て、かつ、前記センサの動作時には、接触検出装置の正常な動作及び接触検出装置を構成する前記センサの異常動作を判断するものである。
【００２５】
このように、前記基材及び／または前記発泡体から物理的変化量として、漏れ難くした容積構成体内の物理的変量を検出するものであるから、広範な範囲に加えられた圧力を検出することができ、二次元的な平面的構成であっても、三次元的な立体的構成であっても施工でき、外部から所定の圧力を検出できる。
また、前記容積構成体の物理的変化として検出するセンサは、前記容積構成体に加えられた外部からの押圧力を、前記容積構成体の物理的変化量として前記センサで検出し、通常の前記容積構成体に加えられた接触圧等として検出する。しかし、容積構成体が２個以上の平面的な容積構成体として形成されているから、センサの出力に大きな差異がないことから、なだらかに立ち上がったり、立ち下がったりする外力と、短時間に急激に加わる外力とを区別して監視し、短時間に接触を判別することができる。
即ち、本願発明の容積構成体の物理的変化量を検出するセンサが、略均一な容積構成体に取り付けられているので、その物理的変化量の検出に向けて、センサ自体の正常・異常を判別でき、殊に、次回の起動時に対して、何時発生するか分からない接触直前のタイミングに風量センサ異常が発生していないかを判別できる。
【００２６】
請求項３の発明の接触検出装置の前記容積構成体に加えられた外力の変化は、空気流が停止したゼロクロス点前の前記センサの検出信号を積分し、前記空気流が停止して流れが変化する前後の履歴を比較するものであるから、請求項２に記載の効果に加えて、空気流が停止までの時間にそのセンサ出力に異常値が出れば、それを接触検出装置の異常とし、前記空気流が停止して流れが変化するゼロクロス点の前後の履歴は、両者の積分値が異なるときに、空気流の空気流が停止するまでの時間の積分値が異なるときには、前記センサ側の異常として判断するものである。
したがって、接触検出装置の１回の動作で接触検出装置としての接触検出装置（システム）の異常検出と、接触検出装置を構成するセンサの異常検出を行うことができる。
特に、前記空気流が停止して流れが変化するゼロクロス点の前後の履歴は、両者の積分値が原理的には一致することから、接触検出装置の異常の検知と、接触検出装置を構成するセンサの異常の検知とを行うものである。
しかし、接触検出装置としてのシステム異常は早期に検出して、停止されることを必要とするから、振幅に閾値を置き、また、センサの異常は積分によって検出するものである。
【００２７】
請求項４の発明の接触検出装置は、前記基材を被覆する発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料を特定の形状に形成してなる発泡体は、少なくとも意匠面側の稜線を５〜３０φで面取りするものである。ここで、発泡体の意匠面側の稜線を５〜３０φで面取りすることは、前記容積構成体であっても、前記容積構成体内に発泡体を入れたものであっても、外力に対して稜線が変形自在であり、部分的に反発しないから、外力が小さくても検出ができる。また、外力を検出した検出値に対して、誤差のばらつきが少なくなり、特性が安定化する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は本発明の実施の形態１における接触検出装置の特定の形状に形成した基材の例示の斜視図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１における接触検出装置の基材と発泡体を装着した状態の断面の説明図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態１における接触検出装置の構造を説明する断面説明図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態２における接触検出装置で使用する空間維持材の事例の説明図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態３における接触検出装置で使用する空間維持材の事例の説明図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は風量センサの概念図の斜視図、（ｃ）は意匠面側の稜線の斜視図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態３における接触検出装置で使用する空間維持材の事例の説明図で、（ａ）は平面から見た概念図、（ｂ）は平面から見た他の概念図、（ｃ）は平面から見た容積構成体の概念図である。
【図７】図７は本発明の実施の形態の履歴を比較する比較の扱いを示す接触検出装置の回路図である。
【図８】図８は本発明の実施の形態における接触検出装置を取り付ける人形のロボットのフローチャートである。
【図９】図９は本発明の実施の形態における接触検出装置を取り付ける人形のロボットの全体斜視図である。
【図１０】図１０は本発明の実施の形態における接触検出装置を取り付ける人形のロボットの胸部の内部全体斜視図である。
【図１１】図１１は本発明の実施の形態における接触検出装置を人形のロボットの胸部の外側を押圧した場合の要部斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態において、図示の同一記号及び同一符号は、同一または相当する機能部分であるから、ここではその重複する説明を省略する。
【００３０】
［実施の形態］
図１乃至図３において、本発明の実施の形態の接触検出装置で使用する基材１は、図９に示す人形（ひとがた）ロボット、産業用ロボットを含むロボット４０の外装側に使用されているプロテクタ、ロボット４０自体の外皮に相当する。この実施例の基材１は、例えば、ソリッドタイプまたは発泡性の熱可塑性樹脂材料から構成されている。この基材１の切削加工前は、接着のために確保しているフランジ部２のサイズで略蒲鉾型に形成されている。即ち、基材１の露出している基材側補強面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは対向する発泡体１０からすれば、片側のみに切削加工が行われた容積構成体４を形成している。勿論、切削加工で形成された容積構成体４は、基材１または発泡体１０側の一方のみ、或いは基材１及び発泡体１０の両方で形成することができる。
【００３１】
なお、基材１のフランジ部２と発泡体１０の内表面の発泡側補強面１０ｅ，１０ｆ，１０ｇとの間は、接着剤で接合し、基材側補強面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ及び内表面の発泡側補強面１０ｅ，１０ｆ，１０ｇによるシール性を確保している。または、基材１の基材側補強面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのフランジ部２と発泡体１０の発泡側補強面１０ｅ，１０ｆ，１０ｇにコーティング膜、即ち、目止め剤、穴埋め剤、下塗り剤、上塗り剤、仕上げ剤のうちの幾つかを組み合わせて選択される補強層（高密度層）を形成している。この補強層は、容積構成体４内の空気が漏れないように処理するものである。
また、具体的には、本実施の形態の補強層は、発泡体を形成する金型で形成したスキン層もその例であり、基材１を被覆する１枚の発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料、または複数枚を積層接着した特定の形状に形成してなる発泡体１０とすることもでき、容積構成体４内の空気を漏れることのないように高密度処理を施してもよい。または、基材１の開口及び発泡体１０の開口の接合に従って接合してもよい。または、表面にコーティング膜を塗布してもよい。
【００３２】
本実施の形態１では、基材１を特定の形状に形成した合成樹脂材料としているが、本発明を実施する場合には、アルミニウム板、ステンレス板、鉄板、銅板等として、ソリッドタイプの合成樹脂、発泡合成樹脂材料として形成することもできる。
発泡側補強面１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０d1，１０d2と対抗する基材側補強面１ａ，１ｂ，１ｃ，１d1，１d2は対向する発泡体１０からみれば、片側のみに切削加工が行われた容積構成体４を形成している。しかし、本発明を実施する場合は、発泡体１０側を切削してもよいし、基材１と発泡体１０の両側を切削してもよい。何れにせよ、容積構成体４は対向する基材１と発泡体１０の片側または両側に容積構成体４が形成されればよい。容積構成体４の厚みは、通常、３〜２０ｍｍ程度である。なお、意匠面とは、露出側の面のみを云う。
【００３３】
基材１と発泡体１０との間に形成された容積構成体４は、容積構成体４自体が閉じられた空間となっている。したがって、外部から発泡体１０に圧力を加えると、その加えた圧力に応じて窪みが生じ、容積構成体４の体積変化が生じ、圧力変化が生じる。容積構成体４の体積変化は空気圧となってセンサＳＥＮに入るから、センサＳＥＮは発泡体１０に加えた圧力（外力）の検出となる。
なお、センサＳＥＮとして、市販のマイクロフローセンサ（Ｄ６Ｆ−Ｖ０３Ａ１；オムロン製）を使用する場合には、センサＳＥＮに空気の流れを形成する必要がある。したがって、容積構成体４の体積変化が生じるように、補助空間２０から外部に空気の流れを発生させる。また、基材１と発泡体１０との間に形成された容積構成体４に付与する外力を解放すると、容積構成体４の復元力で、センサＳＥＮにはその検出値のゼロクロスポイントを過ぎると逆方向の空気の流れとなる。容積構成体４に付与する外力はセンサＳＥＮで付与するものではないが、爾後、センサＳＥＮ自体のみの説明とする場合もある。
【００３４】
本実施の形態の接触検出装置で使用する発泡体１０は、容積構成体４の容積変化が出現する硬度を有するものであり、特に、発泡体１０は、存在する内部気泡同士が繋がっていない独立気泡体、存在する内部気泡同士が繋がっている連続気泡体の何れであってもよい。しかし、空気の漏れを少なくするには、極めて柔らかく、復元性がある独立気泡体が好ましく、これら発泡体１０の発泡倍率は１０〜４０倍程度である。スポンジ硬度は１０〜４０（ＪＩＳ−ｋ−６２４３）の範囲内が好ましく、通常、スポンジ硬度は１５〜４５がより好適であり、構造によっては多少変化する。
【００３５】
発泡体１０を複数枚接合する場合には、ゴム系の接着剤として、ゴム糊（ノントルエン缶入り（丸末油業））またはゴム糊であるボンド(ＧＳＥＮ０Ｘ７(コニシ（株））を接着する両面に薄く塗り、そして乾燥させ、接着面を対向させて圧縮し接着するとよい。ゴム系の接着剤はボンド(ＧＳＥＮ０Ｘ７(コニシ（株）)であり、シクロヘキサン、ｎ−ヘプタン、アセトンが主成分である。
ここで、接着剤の厚みは、その存在が視認できない程度に可能な限り薄くし、接着機能のみが維持できればよい。ここで使用するゴム糊は、基材１と同じポリエチレン等の合成樹脂からなる接着剤も使用できる。
【００３６】
次に、本発明の実施の形態における発泡体１０について詳述する。
本発明を実施する場合の基材１は、ロボット４０の被覆、各種機器のハウジングの被覆は、アルミニウム板、ステンレス板、鉄板、銅板等で形成されるのが一般的である。合成樹脂の場合には発泡合成樹脂も使用されているものの、主に、射出成型等で形成されている。この射出成型で形成した基材１の殆どは、１ブロックの熱可塑性樹脂材料から構成したものであるが、本実施の形態の接触検出装置では、射出成型等で形成された１ブロックの基材１の事例で説明する。
勿論、発泡合成樹脂材料を特定の形状に形成した基材１も、１個のソリッドタイプの合成樹脂材料または複数枚のソリッドタイプの合成樹脂板を特定の形状に形成してなる基材１も、基本的構成は射出成型等で形成されたものと同じである。
【００３７】
本実施の形態で使用する発泡合成樹脂材料としては、ポリウレタン(ＰＵＲ)、ポリスチレン(ＰＳ)、ポリオレフィン（主に、ポリエチレン(ＰＥ)やポリプロピレン(ＰＰ)）、また、フェノール樹脂(ＰＦ)、ポリ塩化ビニル(ＰＶＣ)、ユリア樹脂(ＵＦ)、シリコーン(ＳＩ)、ポリイミド(ＰＩ)、メラミン樹脂(ＭＦ)等の発泡化した樹脂が使用でき、内部気泡同士が繋がっている連続気泡体または内部気泡同士が繋がっていない独立気泡体の利用が可能である。しかし、発泡体１０及び基材１から空気が外気に漏れ難い容積構成体４を形成するには、内部気泡同士が繋がっていない独立気泡体の使用が好ましい。
【００３８】
本実施の形態では、図３に示すように、基材１は発泡体１０と同一材料で、また、それらの対する箱型の内枠６として同一処理をしたものである。基材１の周囲は切削して、基材側補強面１ａ，１ｂ，１ｃ，１d1，１d2を形成している。発泡体１０の発泡側補強面１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０d1，１０d2と内表面の発泡側補強面１０ｅ，１０ｆ，１０ｇには、後述する箱型の内枠６が立体的構成として形成されている。また、基材１の基材側補強面１ａ，１ｂ，１ｃ，１d1，１d2と内表面の発泡側補強面１ｅ，１ｆ，１ｇにも、後述する箱型の内枠６が立体的に構成されている。勿論、発泡体１０の発泡側補強面１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０d1，１０d2とその内表面の発泡側補強面１０ｅ，１０ｆ，１０ｇには、基材１の基材側補強面１ａ，１ｂ，１ｃ，１d1，１d2と基材側補強面１ｅ，１ｆ，１ｇにも、後述する箱型の内枠６は二次元的構成として形成してもよい。
なお、箱型の内枠６は基材１の基材側補強面１ａの裏内面側にセンサＳＥＮを接合する０．５〜２ｍｍ厚の円板または正方形のベース板とすることができる。
【００３９】
箱型の内枠６は、射出成型で形成した箱であり、安定した据え付け位置によりセンサＳＥＮの流入口に案内路５を介して空気圧を導くもので、容積構成体４の容積変化、圧力変化がセンサＳＥＮに正確に伝わるようにしている。内枠６が四角枠の箱状になっているのは、水平方向及び垂直方向に内枠６が移動しないようにし、外力が加わったときの変化を得やすくしている。内枠６の開口側には発泡合成樹脂材料の連続気泡体からなる平板封止板（スポンジ）８が配設されている。内枠６と平板封止板８で形成された空間は補助空間２０となっている。この補助空間２０は、一時的に容積構成体４の容積変化、圧力変化を吸収させてもよいし、全く独立の空間としてもよい。通常、容積構成体４の圧力は変化するが補助空間２０は大気圧となるように空気流が形成される。
したがって、補助空間２０は容積構成体４に汚れた空気を導入しないので、センサＳＥＮを汚すことがない。なお、四角の箱状になっている内枠６は、金属板または金属を金型加工することもできる。
【００４０】
即ち、補助空間２０は発泡合成樹脂材料の連続気泡体からなる平板封止板８で形成されているから、容積構成体４から押圧された空気は案内路５を介してセンサＳＥＮの流入口に流れる。このとき、補助空間２０の略空気圧は大気圧を維持する。しかし、このとき、補助空間２０は大気圧と外部圧力の歪を受けているから、原理的には、外気よりも高い圧力となっているので、連続気泡体からなる平板封止板８を通して、センサＳＥＮの流入口の空気を漏らすことができる。また、容積構成体４の押圧力を解除すると容積構成体４は不足空気量を案内路５及びセンサＳＥＮを介して外気を導入する。このとき、平板封止板８の全面がフィルタになるから、部分的に外部から塵埃を導入したり、目詰まりしたりすることが極端に少なくなる。
なお、念のため記載するが、平板封止板８から形成された補助空間２０は、発泡合成樹脂材料の連続気泡体からなり、大気圧に等しくなるように形成されている。ここでは、センサＳＥＮは、後述する風量センサを使用している。
圧力センサであっても、空気の流れを検出する市販のマイクロフローセンサ（Ｄ６Ｆ−Ｖ０３Ａ１；オムロン製）でも使用方法は同じである。このときには、容積構成体４から補助空間２０に空気が流れるように構成する必要がある。
【００４１】
ここで使用したセンサＳＥＮは、図示しない補強層によって空気が外気に漏れ難く形成した容積構成体４の圧力を検出している。このセンサＳＥＮは、市販の歪ケージを内蔵するセンサ、ダイヤフラムを介して検出するセンサＳＥＮ、ピエゾ効果素子を使用したセンサ、静電容量型のセンサであれば使用可能である。
本実施の形態で使用したセンサＳＥＮは、「ＳＭＣ小形空気圧用圧力センサＰＳＥ４４０Ａ」を使用した。入力の圧力と出力電圧Ｖとの関係は略比例関係で感度の良いものである。なお、センサＳＥＮの出力は電源線２本、出力信号線ＯＵＴ１本の計３本からなり、本実施の形態では、ロボット４０の危険信号として急停止させる信号として使用している。
【００４２】
発泡体１０は、発泡させた熱可塑性樹脂であり、主な合成樹脂原料は、ポリウレタン(ＰＵＲ)、ポリスチレン(ＰＳ)、ポリオレフィン（主に、ポリエチレン(ＰＥ)やポリプロピレン(ＰＰ)）であり、他にも、フェノール樹脂(ＰＦ)、ポリ塩化ビニル(ＰＶＣ)、ユリア樹脂(ＵＦ)、シリコーン(ＳＩ)、ポリイミド(ＰＩ)、メラミン樹脂(ＭＦ)等も発泡化して用いることができる。しかし、発泡体１０の表面を加熱することにより硬化させることを前提とすると、８０〜２００℃の範囲内の温度で変形する合成樹脂材料の使用が望ましい。また、本発明を実施する場合には、発泡率を問うものではないが、使途によっては弾性を維持するものの、硬く仕上げるために発泡率の制限を受けるものもある。
【００４３】
基材１の内表面の基材側補強面１ｅには、箱型の内枠６が接着剤で接合して配設されている。この内枠６は、出力が外力に比例する特性のセンサＳＥＮを接合するもので、容積構成体４から空気を導く案内路５の流入口に容積構成体４の圧力を加えている。このとき、容積構成体４の圧力をセンサＳＥＮの案内路５の流入口に導くものであるから、補助空間２０は大気圧であることが望ましい。センサＳＥＮの出力は、リード線Ｌを介して、必要に応じてコネクタ等を介してマイクロプロセッサ３０に入力される。
【００４４】
上記実施の形態の接触検出装置は、１個の補助空間２０にセンサＳＥＮを２個以上配設することもできる。
特定の平面形状に形成された基材１と、その基材１を被覆する発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料を１以上の平面形状に形成してなる発泡体１０と、基材１及び／または発泡体１０から空気が外気に漏れ難くするコーティング膜を塗布し、対向する基材１と発泡体１０に形成された所定の容積構成体４と、容積構成体４に加えられた外部からの押圧力の変化を、容積構成体４で形成した物理的変化量として検出する風量（リットル／秒）センサＳＥＮとを具備し、基材１と発泡体１０に形成された所定の容積構成体４は、２個以上の平面的な容積構成体４に対してセンサＳＥＮを割り当てて異常を判断することができる。
【００４５】
ここで、基材１を被覆する発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料を１以上の平面形状に形成してなる発泡体１０は、基材１及び／または発泡体１０から空気が外気に漏れ難くするために、空気の漏れを防止するコーティング膜を塗布して、または薄いフィルムを接合して密封性を出してもよい。
対向する基材１と発泡体１０に形成された所定の容積構成体４を構成している。
即ち、容積構成体４は完全な空間で形成することを必要とするものではなく、基材１及び／または発泡体１０が内部に入っていてもよい。センサＳＥＮは発泡体１０によって発泡体１０が面積を変えるとき、その変化を検出するものである。
【００４６】
詳しくは、図４乃至図６において、本実施の形態の基材１は、ロボット４０に使用されている人体等のプロテクタ、外皮であり、図４に示すように、それらの意匠面に空気の漏れを防止する密度の高い発泡側補強面１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０d1，１０d2及び発泡側補強面１０ｅ，１０ｆ，１０ｇを施した発泡体１０、基材１の開口を閉じる平板封止板８が両面テープ等で配設されている。
補強層４ｄにはセンサＳＥＮに空気を導く案内路５を設けてあり、外力が発泡体１０を変形されると、案内路５はセンサＳＥＮに空気を通し、図５に示す排出路５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの何れかから排出される。
したがって、「ＭＥＭＳフローセンサ」、「ＭＥＭＳ風量センサ」、「流速センサ」と呼ばれている空気の流れを生じさせる市販のマイクロフローセンサ（Ｄ６Ｆ−Ｖ０３Ａ１；オムロン製）を使用することもできる。原理的には、本発明を実施する場合には、「ＭＥＭＳフローセンサ」、「ＭＥＭＳ風量センサ」、「流速センサ」等と呼ばれている市販のセンサであれば使用可能であるが、本発明者らは、小型化が必要であったことから、Ｄ６Ｆ−Ｖ０３Ａ１（オムロン製）を使用した。なお、リード線Ｌは、センサＳＥＮの電源線２本と、出力信号線ＯＵＴ１本の計３本からなり、この電源及び直接図示しないコンピュータに接続される。信号線は、図７のように処理される。
【００４７】
また、図１乃至図３は、図４の実施の形態に示すように構成することもできる。
図４の実施の形態の接触検出装置において、基材１は略コ字状で、その開口側がロボット４０側になっている。また、基材１は容易に変形しない構造となっている。
その外周に容積構成体４に充填した発泡体１０を有している。発泡体１０が容積構成体４とするために、意匠面から空気の漏れを防止する外側の発泡側補強面１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０d1，１０d2、内側の発泡側補強面１０ｅ，１０ｆ，１０ｇを形成した発泡体１０が形成されている。
この発泡体１０も、外側の発泡側補強面１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０d1，１０d2に外力を与えると、所定の容積構成体４内の空気が排出される。しかし、その外力を停止すると、容積構成体４内の空気の排出が停止され、そして、外力を開放すると、内の空気が希薄になり、外部から空気が案内路５に導入される。センサＳＥＮを１台のみ使用した場合、平衡が取れているから、圧力ロスがないと相当すれば、外力を加えるときから外力が停止になるときの積分値は、外力が停止になってから外力が解放されるまでの積分値と一定である。
【００４８】
このように、特定の形状に形成された基材１と、基材１を被覆する発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料を特定の複数の平面形状に形成してなる発泡体１０と、基材１及び／または発泡体から空気が外気に漏れ難くし、対向する基材１と発泡体１０に形成された所定の容積構成体４と、容積構成体４に加えられた外部からの押圧力の変化を、容積構成体４で形成した物理的変化量として検出する風量（リットル／秒）センサＳＥＮとを具備するものである。特に、容積構成体４は外側の発泡側補強面１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０d1，１０d2、内側の発泡側補強面１０ｅ，１０ｆ，１０ｇで囲んでいるので、発泡体１０から空気が外気に漏れ難くなり安定した特性を示す。
なお、基材１の発泡体１０の内側の発泡側補強面１０ｅ，１０ｆ，１０ｇは、基材１と接合することにより、発泡体１０から空気が外気に漏れ難くなり安定したものとなり、必ずしも、必要とするものではない。
【００４９】
更に、図５の実施の形態のように発泡体１０の外表面を密度の高い皮膜として形成することもできる。
図５の実施の形態における接触検出装置において、基材１は略直方体の意匠面側は容易に変形しない構造とし、ロボット４０側になっている。その外周に容積構成体４に格納された発泡体１０を有している。発泡体１０が容積構成体４に収容されると、意匠面から空気の漏れを防止する発泡側補強面１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０d1，１０d2を形成した発泡体１０が形成されている。また、必要に応じて発泡側補強面１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０d1，１０d2には、意匠的な塗料の塗膜である化粧層１５を図３乃至図６の実施例に設けてもよい。
この発泡体１０も、コーティング膜またはコーティングフイルム等からなる発泡側補強面１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０d1，１０d2に外力を与えると、所定の容積構成体４内の空気が排出される。しかし、その外力を停止すると、容積構成体４内の空気の排出が停止され、そして、外力を開放すると、内の空気が希薄になり、外部から空気が案内路５に導入される。センサＳＥＮを１台のみ使用した場合、平衡が取れているから、圧力ロスがないと相当すれば、外力を加えるときから外力が停止になるときの積分値は、外力が停止になってから外力が解放されるまでの積分値が一定である。
【００５０】
特定の形状に形成された基材１と、基材１を被覆する発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料を特定の複数の平面形状に形成してなる発泡体１０と、基材１及び／または発泡体から空気が外気に漏れ難くし、対向する基材１と発泡体１０に形成された所定の容積構成体４と、容積構成体４に加えられた外部からの押圧力の変化を、容積構成体４で形成した物理的変化量として検出する風量（リットル／秒）センサＳＥＮとを具備するものである。
特に、容積構成体４は発泡側補強面１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０d1，１０d2及び発泡側補強面１０ｅ，１０ｆ，１０ｇで囲んでいるので、発泡体１０から空気が外気に漏れ難くなり安定した特性を示す。なお、空気が導入される案内路５は、図４に示すガイド孔１４に合わせるように、組み当てるのが望ましい。
【００５１】
このとき、センサＳＥＮの出力の大小は、容積構成体４の容積に左右されることになる。したがって、ロボット４０の平面に対して複数配設した容積構成体４は、容積構成体４-1，４-2，４-3と分割してもよい。しかし、ロボット４０に対して互いに均一の容積構成体４の配設は、センサＳＥＮとして同一特性を選択し、図６（ａ）のように、各容積構成体４-1，４-2，４-3の配設は同一体積とするのが望ましい。
センサＳＥＮを容積構成体４-1，４-2，４-3と３個に分割し、１個の容積構成体４-1，４-2，４-3に２個のセンサＳＥＮ２１，ＳＥＮ２４または２個のセンサＳＥＮ２２，ＳＥＮ２５、２個のセンサＳＥＮ２３，ＳＥＮ２６を設けると、両者の２個のセンサＳＥＮ２１，ＳＥＮ２４の積分値の和、２個のセンサＳＥＮ２２，ＳＥＮ２５の積分値の和、２個のセンサＳＥＮ２３，ＳＥＮ２６積分値の和となって出力される。
【００５２】
１個の容積構成体４-1，４-2，４-3の何れかに２個以上のセンサＳＥＮを用いた場合には、各１個の容積構成体４-1または容積構成体４-2、または容積構成体４-3は、２個以上のセンサＳＥＮを用いた場合、各センサＳＥＮの総和が外力を加えるときから外力が停止になるときの積分値の和、外力が停止になってから外力が解放されるまでの積分値の和と同じである。
なお、外力が停止になってから外力が解放されるまでの時間は平衡点までの時間であると非常に長くなるので、通常、変化が少なくなった時に積分を終了している。または外力が検出されて外力が停止になる時間に設定される。
したがって、ロボット４０の異常検出はセンサＳＥＮの積分値の総和が所定の値になったとき、または、ロボット４０の異常検出はセンサＳＥＮの出力が所定の振幅に到達としたとき、ロボット４０のシステムの異常として検出する。
また、センサＳＥＮ自体の異常は、一旦、センサＳＥＮの積分値の和の変化が停止した後に、逆極性になってからセンサＳＥＮの積分値の和が所定の値になったとき、センサＳＥＮ自体の異常を判別することによって得られる。
【００５３】
容積構成体４-1，４-2，４-3は、それぞれ１個のセンサＳＥＮ１１,ＳＥＮ１２，ＳＥＮ１３を配設した場合、または、それぞれ２個以上のＳＥＮ２１,ＳＥＮ２２，ＳＥＮ２３，ＳＥＮ２４,ＳＥＮ２５，ＳＥＮ２６を配設した場合がある。何れも、容積構成体４-1，４-2，４-3に大小があると、それらの出力をポテンショメータまたは固定抵抗で修正する必要が出てくる。
したがって、容積構成体４-1，４-2，４-3は同一材料で同一容積に構成されるのが望ましい。勿論、利得の調整はできるが、それは最小限度とし、固定抵抗によって回路を構成するのが望ましい。よって、各容積構成体４-1，４-2，４-3の容積が均一であれば、利得の調整は一義的に決定される。
ところが、容積構成体４-1，４-2，４-3の容量が均一になっても、発泡側補強面１０ａと発泡側補強面１０ａとが２面連続するとき、その発泡側補強面１０ａと発泡側補強面１０ａとが形成する稜線１０ｈは、上からの垂直下方外力が加わっても容易に、発泡体１０の変形が生じない。
【００５４】
例えば、図９乃至図１１において、本発明の実施の形態における接触検出装置を取り付けたロボット４０は、内部に汎用のハードウェア及びソフトウェアを搭載している。また、図９の要部斜視図でロボット４０の胸部４１及び肩部４２の外観を示している。図１０のコーナ（角）４５は、二次元的または三次元的に空間を形成し、そこに、センサＳＥＮから離れた位置に配置したマイクロプロセッサ３０を取り付けてもよい。また、必要に応じてそこに電池を配設してもよい。平板封止板８（図示しない）の上に可撓性のフィルムを接合させたもので、基材１（ロボット４０）とそれを被覆する発泡体１０を構成している。
【００５５】
本実施の形態では、センサＳＥＮはソリッドタイプの板に孔を設けた板状体４６に接着させている。特に、本実施の形態のロボット４０は、胸部４１の内側に、図示しない連続気泡体の発泡合成樹脂材料板で体積を確保し、基材１（ロボット４０）を被覆する発泡体１０との間に容積構成体４を形成し、更に、容積構成体４を閉じる空気を通過させない、かつ、センサＳＥＮのみに圧力が加わるようにしている。結果的に、基材１（ロボット４０）が金属であるから、センサＳＥＮが固定される。なお、リード線止め３９は、リード線Ｌの配線用止めである。
【００５６】
ここで、図１１のように、ロボット４０の胸部４１外側のコーナを押圧すると、コーナのみが指と接触しており、そこが窪むように見受けられるが、この窪みによる歪が、容積構成体４を形成した機械的強度の弱い部分に集中し、容積構成体４が体積変化を生じ、それをセンサＳＥＮで検出することができる。
しかし、発明者らの実験によれば、少なくとも意匠面側の稜線１０ｈを５〜３０φ（直径ｍｍ）で面取りすることにより、５φよりも小さい稜線１０ｈは抗力を示し、稜線１０ｈが３０φを超えると意匠性を維持できなくなる。したがって、発泡体の意匠面側の稜線１０ｈを５〜３０φで面取りすることは、容積構成体４であっても、前記容積構成体４内に発泡体を入れたものであっても、外力に対して稜線１０ｈが反発しないから、外力が小さくても検出ができる。また、外力に対して、誤差のばらつきが少なくなり、特性が安定化する。
【００５７】
結果的には、ロボット４０の胸部４１に付与する外力が検出できる。本実施の形態のロボット４０には、肩部４２の接触を検出していないが、図１０に示すように、全体に設けなくても、一部にストレス（歪）が入ると、動作することが判明した。
したがって、基材１及び発泡体１０との間の片側または両側に、基材１及び発泡体１０から空気が外気に漏れ難い容積構成体４を形成し、センサＳＥＮの出力によって容積構成体４にどれだけの外力が加わったかを判断することにより、基材１及び発泡体１０の何れかに押圧力が加わり、容積構成体４の体積が変化した要因の存在を把握し、基材１及び発泡体１０との間の片側または両側に人体等が接触したことを判断するものである。
【００５８】
特定の形状に形成された基材１は、１枚の発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料、または複数枚を積層接着した発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料としたものである。または、本実施の形態のように、ロボット４０の一部とすることができる。
したがって、基材１と発泡体１０が同じ特性の材料とすることができるので、対向する基材１と発泡体１０が同一材料となり軽量化及び加工が容易となる。また、伸縮が自在でない、即ち、伸縮しないシートを使用することもでき、これによって、基材１の用途を広げることができる。
【００５９】
また、容積構成体４には、その内面に通気性のある発泡合成樹脂材料板で格子状、４角形状、鮫小紋、円形の水玉、市松を打ち抜き形成し、または交互に打ち抜いて形成した弾性体を収容したものである。
したがって、容積構成体４は、内面に弾性及び通気性のある発泡合成樹脂材料板で格子状、４角形状、鮫小紋、円形の水玉状、市松状の何れかを打ち抜き形成し、または交互に打ち抜いて形成したものであるから、容積構成体４に何も入らない空間ではなく、自己保持する弾性力等を保持させることができ、容積構成体４の容積変化を得ればよいことから、複雑な三次元空間であっても検出が可能となる。
【００６０】
そして、センサＳＥＮは、流入口に空気の圧力を導入するものである。したがって、案内路５を介して流入口に空気を通し、その体積変化をマイクロプロセッサ３０のセンサＳＥＮの異常振幅検出回路部３１によって振幅が所定の閾値Ｖｔ以上であるか検出する。即ち、異常振幅検出回路部３１によって所定の閾値Ｖｔ以上の振幅が検出されると、ゼロクロス点前の積分回路部３２で積分を開始する。異常振幅検出回路部３１の入力は、ゼロクロス点検出回路部３３で振幅がゼロになるのを待って積分回路部３２の積分を停止する。なお、異常振幅検出回路部３１の出力は、ロボット４０の停止信号となる。
ここでゼロクロス点は、外力とする容積構成体４の平衡を意味する。ゼロクロス点の検出を終えると、所定の時間の積分値を所定の間の積分回路部３４で積分する。
【００６１】
次に、ゼロクロス点前の積分回路部３２で積分した値と、ゼロクロス点の検出後の所定時間の積分値を求めた積分回路部３４の値を比較回路部３５で比較して、所定時間の積分回路部３４が積分回路部３２の値よりも小さいときには、センサＳＥＮの異常と判断する。また、異常振幅検出回路部３１が所定の値よりも大きいと振幅が所定の閾値よりも大なとき、ロボットのシステムの異常と判断する。ＬＥＤ１６は異常振幅検出回路部３１の出力でシステムの異常と点灯表示する。ＬＥＤ１７は比較回路部３５の出力でセンサＳＥＮの異常と点灯表示する。
即ち、マイクロプロセッサ３０のセンサＳＥＮの異常振幅検出回路部３１によって所定の閾値Ｖｔ以上の振幅が検出されると、その振幅のピーク値の検出を行うとともに、ゼロクロス点前の積分回路部３２で積分を同時に開始させる。その後、異常振幅検出回路部３１の入力は、ゼロクロス点検出回路部３３で振幅がゼロになるのを待って積分回路部３２の積分を停止させる。同時に、ゼロクロス点前の積分回路部３２の積分開始とし、ゼロクロス点の検出を終えると、所定の時間の積分値を所定の間の積分回路部３４で積分する。
ゼロクロス点前の積分回路部３２で積分した値と、ゼロクロス点の検出後の所定時間の積分値を求めた積分回路部３４の値を比較回路部３５で比較して、所定時間の積分回路部３４が積分回路部３２の値よりも小さいときには、センサＳＥＮの異常と判断する。また、異常振幅検出回路部３１が所定の値よりも大きいと振幅が所定の閾値よりも大なとき、ロボットのシステムの異常と判断する。
【００６２】
詳しくは、図８に示すフローチャートで説明するが、このフローチャートは、外力を加える場合の積分値は、外力を開放する場合の積分値に等しいことによる論理をプログラム化したものである。このままでは、本実施の形態の接触検出装置の応答性がよくないから、外力を加える場合の積分値を信号の大きさにしている。
まず、このルーチンは、目的のロボット４０等の電源投入またはその電源投入以前に別電源を投入し、繰り返し動作させるものである。まず、マイクロプロセッサ３０の電源投入の後、ステップＳ１で初期設定を行う。ステップＳ２でセンサＳＥＮの出力が、閾値Ｖｔ以上であるか判断し、閾値Ｖｔ以上でないとき、ステップＳ１乃至ステップＳ２を繰り返し実行する。センサＳＥＮの出力が、閾値Ｖｔ以上のとき、ステップＳ３でロボット４０のシステム異常を出力する。勿論、その出力によって、機械装置を停止させる場合もある。ステップＳ４でセンサＳＥＮの検出したロボット４０のシステム異常を表示し、その回数をステップＳ５のカウンタＤに「１」インクリメントし、システム異常のカウンタＤの値に「＋１」を加算し、それを記録表示する。
【００６３】
ステップＳ６とステップＳ７でゼロクロス点の通過を検出するまで、ステップＳ６で振幅が異常値と設定された値以上になると、ロボットの異常出力とし、積分∫ｆ(ｘ)ｄｘの計算を開始し、ステップＳ７で所定時間経過するまで、積分∫ｆ(ｘ)ｄｘを繰返し計算する。ステップＳ７でゼロクロス点の通過に見合う所定時間の経過を検出すると、ステップＳ８で積分∫ｆ(ｙ)ｄｙの計算を開始し、ステップＳ９で所定時間経過するまで、積分∫∫ｆ(ｙ)ｄｙを繰返し計算する。
ステップＳ１０で積分値∫ｆ(ｘ)ｄｘと積分値∫ｆ(ｙ)ｄｙとを比較し、所定の閾値よりもその差が大なとき、センサＳＥＮ動作が非可逆的であるから、センサＳＥＮの異常と判断し、ステップＳ１１でセンサＳＥＮの異常と判断する。ステップＳ１２でカウンタＣに記録すべく「１」インクリメントし、それを記録表示する。
【００６４】
このように、本実施の形態の接触検出装置は、特定の形状に形成された基材１と、基材１を被覆する発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料を特定の形状に形成してなる発泡体１０と、対向する基材１と発泡体１０に形成された所定の容積構成体４と、容積構成体４に加えられた外部からの押圧力を物理的変化量として検出するセンサＳＥＮとを具備し、基材１及び／または発泡体１０に形成された所定の容積構成体４は、容積構成体４を均一な体積としてセンサを割り当てて異常を判断するものである。
【００６５】
本実施の形態の接触検出装置は、対向する特定の形状に形成された基材１と、特定の形状に形成された基材１を被覆する特定の容積構成体４と、容積構成体４に加えられた外部からの押圧力を、容積構成体４で形成した容積構成体４の物理的変化量として検出するセンサＳＥＮとを具備し、基材１及び／または発泡体１０に形成された所定の容積構成体４は、容積構成体４を均一な体積としてセンサＳＥＮを割り当て、かつ、センサＳＥＮの動作時には、ＳＥＮの正常な動作及びセンサＳＥＮの異常動作を判断するものである。
【００６６】
本実施の形態の接触検出装置は、特定の平面形状に形成された基材１と、基材１を被覆する発泡合成樹脂材料または発泡ゴム材料を特定の複数の平面形状に形成してなる発泡体１０と、基材１及び／または発泡体１０から空気が外気に漏れ難くし、対向する基材１と発泡体１０に形成された所定の容積構成体４と、容積構成体４に加えられた外部からの押圧力の変化を、容積構成体４で形成した物理的変化量として検出するセンサＳＥＮとを具備し、基材１及び／または発泡体１０に形成された所定の容積構成体４は、容積構成体４を略均一な体積としてセンサＳＥＮを割り当てて異常を判断するものである。
したがって、基材１及び／または発泡体１０に形成された所定の容積構成体４は、容積構成体４を略均一な体積としてセンサＳＥＮを割り当てて異常を判断するものであるから、各容積構成体４が均一な容積であるから、各異常出力として得られるセンサ出力は略均一となる。故に、固定抵抗またはＩＣ回路によって均一なものを製造することができる。
【００６７】
このように、基材１及び／または発泡体１０から物理的変化量として、漏れ難くした容積構成体４内の物理的変量を検出するものであるから、広範な範囲に加えられた圧力を検出することができ、二次元的な平面的構成であっても、三次元的な立体的構成であっても施工でき、外部から所定の圧力を検出できる。
また、容積構成体４の物理的変化として検出するセンサＳＥＮは、容積構成体４に加えられた外力を、容積構成体４の物理的変化量としてセンサＳＥＮで検出し、通常の容積構成体４に加えられた接触圧等として検出する。しかし、容積構成体４が２個以上の平面的な容積構成体４として形成されているから、センサＳＥＮの出力に大きな差異がないことから、なだらかに立ち上がったり、立ち下がったりする外力と、短時間に急激に加わる外力とを区別して監視し、短時間に接触を判別することができる。
即ち、本願発明の容積構成体４の物理的変化量を検出するセンサＳＥＮが、略均一な容積構成体４に取り付けられているので、その物理的変化量の検出に向けて、センサ自体の正常・異常を判別でき、殊に、次回の起動時に対して、何時発生するか分からない接触直前のタイミングにセンサ異常が発生していないかを判別できる。
【００６８】
容積構成体４に加えられた外部からの押圧力の変化は、空気流が停止した前後のセンサＳＥＮの検出信号をサンプリングホールドし、前記空気流が停止して流れが変化する前後の履歴を比較するものであるから、空気流が停止までの時間にそのセンサ出力に異常値が出れば、それを接触検出装置出力の異常とし、前記空気流が停止して流れが変化するゼロクロス点の前後の履歴は、両者の積分値が異なるときに、空気流の空気流が停止するまでの時間の積分値が異なるときには、前記センサ側の異常として判断するものである。
したがって、接触検出装置の１回の動作でシステムの異常検出とセンサＳＥＮの異常検出を行うことができる。
【００６９】
容積構成体４相互は、容積構成体４相互の接合面積を最小とすべく、容積構成体４の立ち上がりを平行としたものであるから、意匠面側に起伏がないから、外力を意匠面に垂直な入力として検出できるから、外力を効率よく処理ができる。
したがって、容積構成体４に加えられた外部からの押圧力の変化は、空気流が停止した前後のセンサＳＥＮの検出信号をサンプリングホールドする時間とし、その前後の履歴を比較するものであるから、１回目の空気の排出とその後の吸入によってその積分値は略一定になるから、一定でないときには、前記容積構成体にリークが存在していることであり、このとき、極性を考慮してセンサが何個であっても、その和によって正常、異常の判断を行うことができる。前記空気流が停止して流れが変化するゼロクロス点の前後の履歴を比較しているから、漏れ等の異常の場合には、最初のセンサ動作により異常を検出し、他の異常については、空気流が停止した後に検出するものである。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明を実施する場合には、容積構成体４に別構成のファンを配設し、容積構成体４を所定の物理的変量を空気圧、空気の流れ、空気の流速、空気量の変化等として物理的変化量を計測することができる。しかし、図示しないファンを取り付けると部品点数が増加し、ファンの風量等の管理が必要になる。ところが、本実施の形態では、部品点数が増加しなくなる。しかし、ファンによる容積構成体４の物理的変量を空気圧、空気の流れ、空気の流速、空気量の変化等を閾値として設定することもできる。
【符号の説明】
【００７１】
１      基材
１ａ，１ｂ，１ｃ，１d1，１d2，１ｅ，１ｆ，１ｇ        基材側補強面
４      容積構成体
１０    発泡体
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０d1，１０d2，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ  発泡側補強面
３０    マイクロプロセッサ
３１    異常振幅検出回路部
３２    ゼロクロス点前の積分回路部
３３    ゼロクロス点検出回路部
３４    所定時間の積分回路部
３５    比較回路部
４０    ロボット
ＳＥＮ  センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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