(57)【要約】【課題】圧力感知グローブ用のセンサー拡散スタック材料およびそれを組み込む方法。【解決手段】接触層のペアの間に配置された接触層のペアと拡散層のペアを持つセンサーを含む力を測定するための圧力感知グローブ。接触層のペアは、拡散層のペア全体でセンサーの外側面に沿って受けた力を分散する。センサーは、拡散層のペアの間に配置された感知層をさらに含む。拡散層のペアは、感知層を横断する接触層のペアから受けた力を正規化する。感知層は、センサーにかかる結果として生じる圧力を決定するために、感知層の表面積にわたる複数の位置で力を受ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触層のペアと、接触層のペアの間に配置された拡散層のペアであって、該接触層のペアは、該拡散層のペア全体で前記センサーの外側面に沿って受ける力を分散する、ペアと、
前記拡散層のペアの間に配置された感知層であって、該拡散層のペアは、前記感知層を横断する接触層の前記ペアから受信した前記力を正規化し、該感知層は、前記センサーに印加される結果として生じる圧力を決定するために、該感知層の表面積全体にわたり複数の位置で前記力を受ける、感知層と、
を含むセンサーを備える、力を測定するための圧力感知グローブ。
【請求項２】
前記センサーは、前記センサーに作用する圧力を電気信号に変換する前記圧力感知グローブに沿って印刷された３次元のロードセルである、請求項１に記載の圧力感知グローブ。
【請求項３】
前記電気信号の大きさは、前記センサーで受けた、結果として生じる力の量を含む、請求項２に記載の圧力感知グローブ。
【請求項４】
拡散層の前記ペアおよび接触層の前記ペアは、弾性を含む３次元印刷デジタル素材で形成されている、請求項１に記載の圧力感知グローブ。
【請求項５】
拡散層の前記ペアが、接触層の前記ペアに対して柔軟であるように、拡散層の前記ペアは、接触層の前記ペアよりも大きな弾性を含む、請求項４に記載の圧力感知グローブ。
【請求項６】
前記拡散層の前記ペアの前記弾性は、ショア硬度値の範囲が約２７Ａないし５０Ａである、請求項５に記載の圧力感知グローブ。
【請求項７】
前記接触層の前記ペアの前記弾性は、ショア硬度値の範囲が約７５Ａないし９５Ａである、請求項６に記載の圧力感知グローブ。
【請求項８】
拡散層の前記ペアは、接触層の前記ペアよりも厚い、請求項４に記載の圧力感知グローブ。
【請求項９】
前記拡散層の前記ペアの前記厚さは、約０．５ミリメートルであり、前記接触層の前記ペアの厚さは、約０．２ミリメートルである、請求項８に記載の圧力感知グローブ。
【請求項１０】
接触層の前記ペアの第１層は、前記圧力感知グローブの外側面に沿って伸び、接触層の前記ペアの第２層は、前記圧力感知グローブの内面に沿って伸びている、請求項１に記載の圧力感知グローブ。
【請求項１１】
前記接触層の前記ペアの第１層は、前記圧力感知グローブの前記外側面から前記力を受け、前記接触層の前記ペアの第２層は、前記外表面で前記力を受ける接触層の前記ペアの第１層に応じて、前記圧力感知グローブの前記内面で発生する垂直力を受ける、請求項１０に記載の圧力感知グローブ。
【請求項１２】
前記センサーは、接触層の前記ペア、拡散層の前記ペア、および、前記感知層を通して、垂直に延びるガイド機能をさらに含む、請求項１に記載の圧力感知グローブ。
【請求項１３】
前記ガイド機能は、接触層の前記ペア、拡散層の前記ペアおよび前記感知層のアライメントを維持し、これにより、前記センサーで受ける力の検出精度が向上する、請求項１２に記載の圧力感知グローブ。
【請求項１４】
センサーの外側接触層に沿った位置に該センサーを備えるグローブに加えられる力を受けるステップと、
前記位置から、前記外側接触層に沿って、前記外側接触層をわたる複数の位置まで、前記力を分散させるステップと、
前記センサーの外側拡散層の複数の位置において、前記外側接触層の前記複数の位置から前記力を受けるステップであって、前記外側拡散層は、その上で受けた前記力に対して前記外側接触層の下に配置される、ステップと、
前記外側拡散層をわたる前記複数の位置において、前記外側拡散層を通る前記力を正規化するステップと、前記センサーの感知層の表面をわたる力を受けるステップであって、該感知層は、その上で受ける前記力に対して前記外側接触層および前記外側拡散層の下に配置される、ステップと、
を含む方法。
【請求項１５】
前記力を受ける前記センサーの前記外側接触層に応じて、前記センサーの内部接触層に沿った位置で垂直力を受けるステップをさらに含む、請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記内部接触層に沿った前記位置から前記垂直力を、前記内部接触層をわたる複数の位置へ分散させるステップと、
前記センサーの内部拡散層の複数の位置で、前記内部接触層の前記複数の位置から前記垂直力を受けるステップであって、前記内部拡散層は、その上で受ける垂直力に対して前記内部接触層の上に配置される、ステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記内部拡散層を通る前記垂直力を、前記内部拡散層をわたる前記複数の位置で、正規化するステップと、
前記感知層の前記表面をわたる前記法線力を受けるステップであって、前記感知層は、その上に受ける垂直力に対して相対する前記内部接触層および前記内部拡散層の上に配置される、ステップと、
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記グローブ装置の表面に沿って配置された外層を含み、該グローブ装置の該表面から力を受けるように構成され、該外層はさらに該力を分散させ、それを介して該分散させた力を正規化するように構成される、センサーと、
外層に隣接して配置され、前記グローブ装置の前記表面で前記外層が前記力を受けることに応じて、垂直力を受けるように構成された内層であって、該内層は、さらに、内層と、垂直力を分散し、それを介して分散された垂直力を正規化するように構成されている、内層と、
前記外層と前記内層との間に配置された感知層であって、該感知層は、前記グローブ装置の前記表面から受ける前記力の結果として生じる大きさを検出するために、前記外層から前記正規化された力および前記内層からの前記正規化された垂直力を受けるように構成されている、感知層と、
を備える含むグローブ装置。
【請求項１９】
前記外層は、約７５Ａないし９５Ａの最初のショア硬度値を持つ第１厚さと、約２７Ａないし約５０Ａの第２ショア硬度値を有する第２厚さとを含む、請求項１８に記載のグローブ装置。
【請求項２０】
前記外層の前記第１厚さは、前記第２厚さに対する前記グローブ装置の前記表面に対して近接して配置され、前記外層の前記２厚さは、前記第１厚さに対する感知層に近接して配置される、請求項１９に記載のグローブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は一般に、センサーにかかる圧力を検出および測定するためのセンサーシステムおよびプロセスに関する。より具体的には、結果として生じる力を決定するために、センサー全体に加えられた力を伝達して、さまざまな密度の分散拡散材料（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）を組み込んだセンサースタック設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサーを使用して、それに適用される圧力測定値を収集することができる。例えば、力がかかったときに、オペレータの手に沿って経験する代表的な圧力測定値を収集するために、センサー技術を組み込んだグローブを使用できる。センサーによって検出される圧力測定の精度を向上させるために、グローブに沿って、および／またはグローブ内に配置されたセンサーのサイズ、位置および／または形状を、グローブのオペレータによって実行される所定のタスクに関連して決定することができる。事前に決められたタスクが、一般に、（例えば、オペレータの手（指や手のひらの表面を含む）の自然な湾曲によって）センサーに対してさまざまな角度で物理的な力に遭遇することを含み得る場合、それに加えられる物理的な力は、センサーの平面に対して非垂直方向に受けることがある。したがって、結果として生じる圧力測定の決定は、センサーで受ける力の角度による誤差が含まれる場合がある。センサーで検出された圧力を測定する際の潜在的な不正確さは、受けた力の大きさを特定する目的に有害である可能性がある。
【発明の概要】
【０００３】
一実施形態では、力を測定するための圧力感知グローブには、接触層のペアの間に配置される、接触層のペアと拡散層のペアを含むセンサーが含まれている。接触層のペアは、拡散層のペア全体でセンサーの外側面に沿って受ける力を分散する。センサーはさらに、拡散層のペアの間に配置された感知層を含む。拡散層のペアは、感知層を横断する接触層のペアから受信した力を正規化する。感知層は、センサーにかかる結果として生じる圧力を決定するために、感知層の表面積全体にわたって複数の位置で力を受ける。
【０００４】
別の実施形態では、方法は、センサーの外側接触層に沿った位置にセンサーを含むグローブに加えられる力を受けるステップと、その位置から、外側接触層に沿って、外側接触層をわたる複数の位置まで力を分散するステップと、を含む。この方法は、センサーの外側拡散層の複数の位置で外側接触層の複数の位置から力を受けることをさらに含む。外側拡散層は、その上で受ける力に対して外側接触層の下に配置される。この方法は、外側拡散層全体にわたる複数の位置で外側拡散層を通過する力を正規化するステップと、センサーの感知層の表面領域をわたる力を受けるステップと、をさらに含む。感知層は、外側接触層の下に配置され、外側拡散層が、その上で受ける力に対する。
【０００５】
別の実施形態では、グローブ装置は、グローブ装置の表面に沿って配置された外層を含むセンサーを含み、グローブ装置の表面から力を受けるように構成されており、外層はさらに力を分散するように構成されており、それを介して分散力を正規化する。グローブ装置は、外層に隣接して配置された内層を含み、グローブ装置の表面で外層が力を受けることに応じて、垂直力を受けるように構成されている。内層はさらに、垂直力を分散するように構成され、それを通る分散法線力を正規化する。グローブ装置は、外層と内層の間に配置された感知層をさらに含む。感知層は、外層から正規化された力、および、グローブ装置の表面から受け取った力の結果として生じる大きさを検出するために内層からの正規化された垂直力を受けるように構成されている。
【０００６】
本明細書に記載の実施形態により提供されるこれらおよび追加の特徴は、図面と併せて、以下の詳細な説明を考慮して、より完全に理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図面に記載されている実施形態は、本質的に例示および例示である。また、特許請求の範囲によって定義される主題を限定することを意図したものではない。例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面と併せて読むと、理解することができる。ここで、同様の構造は同様の参照番号で示されている。
【図１】図１は、本明細書に示され、説明される１つ以上の実施形態による、グローブの掌表面に沿った複数のセンサー領域を含む、例示的な感知グローブシステムを概略的に示す。
【図２】図２は、本明細書に示され、説明される１つ以上の実施形態による，グローブの手のひらの表面に沿って複数のセンサーを含む別の例示的な感知グローブシステムを概略的に示す。
【図３Ａ】図３Ａは、本明細書に示され、説明される１つ以上の実施形態による、グローブの指の表面に沿って延びる複数のセンサー領域を含む図１の感知グローブシステムを概略的に示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本明細書に示され、説明される１つ以上の実施形態による、指の曲面に沿って延びる複数のセンサー領域を含む図１の感知グローブシステムを概略的に示す。
【図４Ａ】図４Ａは、本明細書に示され、説明される１つ以上の実施形態による、グローブの指の表面に沿って延びる複数のセンサーを含む図３の感知グローブシステムを概略的に示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本明細書に示され、説明される１つ以上の実施形態による、指の曲面に沿って延びる複数のセンサーを含む図４の感知グローブシステムを概略的に示す。
【図５】図５は、本明細書に示され、説明される１つ以上の実施形態による、図１および図２の感知グローブシステムのセンサーの例示的なスタック設計を概略的に示す
【図６】図６は、本明細書に示され、説明される１つ以上の実施形態による、図１および図２の感知グローブシステムのセンサーのスタック設計全体にわたる例示的な力の分散を概略的に示す。
【図７】図７は、本明細書に示され説明される１つ以上の実施形態による、図１および図２の感知グローブシステムのセンサーをわたる力を分散する例示的な方法の流れ図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
グローブシステムは、グローブに沿って受けた力を集合的に検出するように設計されたセンサーセンブリの１つまたは複数のアレイ（領域など）を含むことができる。グローブのセンサーアレイに加えられる物理的な力を検出することにより、グローブのオペレータは、オペレータの手に沿ったさまざまな位置において、結果として生じる圧力を識別することができる。グローブのセンサーセンブリによって検出された圧力データを使用して、グローブシステムのオペレータは、タスク（例えば、物理的な位置、ジオメトリ、および／またはオペレータの手の向きの調整）の実行方法を調整できる。上記のデータの分析の結果として、オペレータの手に沿って耐える力を最小にして、それにより、負傷、不快、および／またはタスクを実行する際の不必要な苦痛の可能性を減らす。タスクを実行する適切な方法を決定するには、タスクの実行時にオペレータの手に加えられる力に基づいて、結果として生じる圧力を正確に測定することが望ましい。しかしながら、場合によっては、結果として生じる圧力測定は、手の掌表面および／またはセンサーセンブリの平面に沿って力を受けるさまざまな角度のためにオペレータの手に沿って受ける実際の力に対して変化する場合がある。力ベクトルの測定の不正確さは、オペレータの手に加えられた結果として生じる圧力を正確に測定する際に、また、オペレータの手でのタスクの実行において、適切な方法を決定する際に課題をもたらす可能性がある。
【０００９】
本開示は、概して、グローブシステムおよび方法に関する。これには、グローブに沿って受ける力を検出および測定するためのセンサー技術が含まれる。より具体的には、本開示は、センサーセンブリのコアセンサー層についてさまざまな材料の複数の層を配置することによりグローブのセンサーセンブリに沿って受け取った圧力の測定の精度を向上させるグローブシステムのセンサーセンブリおよび方法に関する。コアセンサー層の周りに配置された複数の層は、特に、センサーセンブリに沿って受ける力を分散して正規化するように構成される。コアセンサーアレイヤー全体に力を分散するセンシングシステムの提供は、それに加えられた力から計算された、結果として生じる圧力、特に、グローブの表面に対して角度のある向きを有する力を正確に測定するのに役立つ。グローブシステムは、受信したさまざまな力を検出および測定してタスクを実行する際の、正確な検出のために、グローブシステムの複数の層に力を分散および拡散させることにより、オペレータの手の掌表面に対して正確に、さまざまな角度でのオペレータの手における物理的な位置や方向など、適切な方法を決定するのに役立つ。
【００１０】
図面を参照すると、図１は、少なくとも１つの指表面領域１０２および掌表面領域（ｐａｌｍａｒ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｒｅｇｉｏｎ）１０４を含む、例示的なグローブシステム１００を示す。グローブシステム１００の掌表面領域１０４は、掌側中手部（ｐａｌｍａｒ  ｍｅｔａｃａｒｐａｌ  ｒｅｇｉｏｎ）１０６、掌側中央部（ｍｅｄｉａｎ  ｐａｌｍａｒ  ｒｅｇｉｏｎ）１０８、小指球部（ｈｙｐｏｔｈｅｎａｒ  ｒｅｇｉｏｎ）１１０、および母指球部１１２を含む、グローブシステム１００の掌表面領域１０４は、特に、掌側中手部１０６、掌側中央部１０８、小指球部１１０、および母指球部１１２の１つ以上に沿って、その上に配置された１つまたは複数のセンサーアレイ１２０を含む。この例では、手掌表面領域１０４は、掌側中手部１０６に沿って配置された３つのセンサーアレイ１２０と、小指球部１１０に沿って配置された１つのセンサーアレイ１２０と、母指球部１１２に沿って配置された１つのセンサーアレイ１２０とを含む。１つ以上のセンサーアレイ１２０は、様々な方法でグローブシステム１００に固定し、取り付けられることができる。その方法は、グローブシステム１００のファブリック上に１つまたは複数のセンサーアレイ１２０を印刷するもの、１つ以上のセンサーアレイ１２０をグローブシステム１００のファブリックに織り込むもの、１つ以上のセンサーアレイ１２０をグローブに接着固定するもの、および／または同様のもの、を含むが、それらに限られるものではない。追加のおよび／またはより少ないセンサーアレイ１２０は、本開示の範囲から逸脱することなく、ここに示され、描かれているもののほかにも手掌表面領域１０４の様々な解剖学的領域に沿って配置することができることが理解されるべきである。
【００１１】
グローブシステム１００の１つ以上のセンサーアレイ１２０は、その中に配置された複数の検知領域１２２を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上のセンサーアレイ１２０のそれぞれの複数の検知領域１２２は、グローブシステム１００で実行される予定のタスクに関連して、手のひらの表面領域１０４に沿ってサイズ、形状が定められ、配置されている。言い換えると、１つ以上のセンサーアレイ１２０の位置とプロファイル、および、グローブシステム１００の掌表面領域１０４に沿ってそこに含まれる複数の検知領域１２２は、グローブシステム１００の所定の使用に基づいて、決定することができる。したがって、１つまたは複数のセンサーアレイ１２０は、オペレータの手で所定のタスクを実行するとき一般的にその上に力の負荷を受け取る掌表面領域の１０４の対応する領域１０６１０８、１１０、１１２に沿って、サイズ設定および配置されている。本明細書でより詳細に説明するように、１つ以上のセンサーアレイ１２０は、例えば、所定のタスクを実行するときオペレータの手が一般的に力の負荷を受ける場合、グローブシステム１００の指表面領域１０２に沿って配置され得る。グローブシステム１００に沿って、静的な位置に配置された、１つ以上のセンサーアレイ１２０に加えて、所定のタスクの実行中にプッシュロード（ｐｕｓｈ  ｌｏａｄ）を受け取ることができ、１つ以上のセンサーアレイ１２０は、グローブシステム１００の部分に沿ってさらに配置することができ、特に手掌表面領域１０４において、オペレータの手に沿って間接的な力を生成する、横方向スライド可能な荷重を受け取ることができる。
【００１２】
引き続き図１を参照すると、１つ以上のセンサーアレイ１２０のそれぞれの複数の検知領域１２２は、さらに、オペレータの手の表面の曲率に関連して、掌表面領域１０４に沿って、サイズ、形状が定められ、配置される。言い換えると、１つ以上のセンサーアレイ１２０のプロファイル、および、グローブシステム１００の掌表面領域１０４に沿って、そこに含まれる複数の検知領域１２２は、オペレータの手の表面曲率に基づいて、センサーアレイ１２０が位置する掌表面領域１０４の特定の領域１０６、１０８、１１０、１１２に沿って、決定することができる。この例では、掌側中手部１０６に沿って位置するセンサーアレイ１２０の複数の検知領域１２２は、掌側中手部１０６の湾曲およびサイズに対してサイズおよび形状が決められている。したがって、掌側中手部１０６に沿って位置するセンサーアレイ１２０の複数の検知領域１２２は、掌側中手部１０６の対応する輪郭のため、比較的小さく円形である。
【００１３】
小指球部１１０および母指球部１１２に沿って配置されたセンサーアレイ１２０の複数の検知領域１２２は、小指球部１１０および母指球部１１２の曲率とサイズに関連するサイズと形状が、それぞれ定められる。したがって、小指球部１１０および母指球部１１２に沿って配置されたセンサーアレイ１２０の複数の検知領域１２２は、小指球部１１０および母指領域１１２の対応する輪郭のために比較的大きく細長い。個々のセンサーアレイ１２０内の複数の検知領域１２２は、相対的なサイズと形状が異なる場合があることが理解されるべきである。さらに、１つまたは複数のセンサーアレイ１２０の他のさまざまなサイズ、形状および位置、特に、手のひらの表面領域１０４に沿って、その中に配置された検知領域１２２は、ここに示され、描かれているものより、グローブシステム１００に含めることができることが理解されるべきである。本明細書でより詳細に説明するように、１つ以上のセンサーアレイ１２０内の複数の検知領域１２２を含むグローブシステム１００で、グローブシステム１００は、一般のオペレータの手の非離散的な解剖学的部分に沿って（すなわち、検知領域１２２に沿って）それに加えられる負荷力（ｆｏｒｃｅ  ｌｏａｄ）を感知するように構成される。１つ以上のセンサーアレイ１２０内に複数の検知領域１２２を含むことで、グローブシステム１００は、圧力がかかるグローブシステム１００に沿って位置の一般的な表示を提供することができることが理解されるべきである。本明細書でより詳細に説明するように、個々の個別のセンサーを含みことは、グローブシステムが圧力を受ける位置の特定の指示を提供することができる。
【００１４】
ここで図２を参照すると、別の例示的なグローブシステム２００が示されている。以下で説明されている場合を除き、グローブシステム２００は、同様の参照番号が同様のコンポーネントを識別するために使用されるように上記で記載されたグローブシステム１００とほぼ同じであることは理解されるべきである。しかしながら、グローブシステム２００は、手掌表面領域１０４に沿った１つまたは複数のセンサーアレイ２２０内にグローブシステム２００が複数のセンサー２２２を含むことにおいて、グローブシステム１００とは異なる。この例では、手掌表面領域１０４は、掌側中手部１０６に沿って配置された３つのセンサーアレイ２２０、小指球部１１０に沿って配置された１つのセンサーアレイ２２０、および、母指球部１１２に沿って配置された１つのセンサーアレイ２２０を含む。グローブシステム２００のセンサーアレイ２２０のそれぞれは、その中に配置された複数の個別のセンサー２２２を含み、１つ以上のセンサーアレイ２２０は、様々な方法でグローブシステム２００に固定し、取り付けることができる。この方法は、グローブシステム２００のファブリック上に１つ以上のセンサーアレイ２２０を印刷するもの、１つ以上のセンサーアレイ２２０をグローブシステム２００のファブリックに織り込むもの、１つ以上のセンサーアレイ２２０をグローブに接着固定するもの、および／または同様のものを含む。しかし、それらに限られるものではない。追加のおよび／またはより少ないセンサーアレイ２２０および／またはセンサー２２２が本開示の範囲から逸脱することなく、ここに示され、描かれているものより、手掌表面領域１０４の様々な解剖学的領域に沿って配置することができることが理解されるべきである。
【００１５】
いくつかの実施形態では、１つ以上のセンサーアレイ２２０のそれぞれの複数のセンサー２２２は、グローブシステム２００で実行される予定のタスクに関連する掌表面領域１０４に沿って形づくられ、配置されるサイズが決められている。言い換えると、１つ以上のセンサーアレイ２２０の位置およびプロファイル、および、グローブシステム２００の掌表面領域１０４に沿ってそこに含まれる複数のセンサー２２２は、グローブシステム２００の所定の使用に基づいて決定することができる。したがって、１つ以上のセンサーアレイ２２０は、サイズが決められ、オペレータの手で所定のタスクを実行するとき、一般に力の負荷を受ける掌表面領域１０４の対応する領域１０６、１０８、１１０、１１２に沿って配置されている。本明細書でより詳細に説明するように、１つ以上のセンサーアレイ２２０、特に複数のセンサー２２２は、例えば、オペレータの手が一般に、所定のタスクを実行するときに、その上に力の負荷がかかるグローブシステム２００の指表面領域１０２に沿って配置することができる。
【００１６】
引き続き図１を参照すると、１つ以上のセンサーアレイ２２０のそれぞれの複数のセンサー２２２は、さらに、オペレータの手の表面の曲率に関連して、掌表面領域１０４に沿って、サイズ、形状が決められ、配置される。言い換えると、グローブシステム２００の掌表面領域１０４に沿って、１つ以上のセンサーアレイ２２０およびそこに含まれる複数のセンサー２２２のプロファイルが、センサーアレイ２２０が位置する掌表面領域１０４の角度の特定の領域１０６、１０８、１１０、１１２に沿ったオペレータの手の表面曲率に基づいて、決定される。この例では、掌側中手部１０６に沿って位置するセンサーアレイ２２０の複数のセンサー２２２は、掌側中手部１０６の湾曲およびサイズに対してサイズおよび形状が決められている。したがって、掌側中手部１０６に沿って位置するセンサーアレイ２２０の複数のセンサー２２２は、掌側中手部１０６の対応する輪郭のため、比較的小さい。
【００１７】
小指球部１１０および母指球部１１２に沿って配置されたセンサーアレイ２２０の複数のセンサー２２２は、小指球部１１０および母指球部１１２の曲率とサイズに関連して、それぞれサイズと形状とが決められる。したがって、小指球部１１０および母指球部１１２に沿って配置されたセンサーアレイ２２０の複数のセンサー２２２は、球体領域１１０および母指球部１１２の対応する輪郭のために比較的大きい。個々のセンサーアレイ２２０内の複数のセンサー２２２は、互いに相対的なサイズと形状が異なる場合があることが理解されるべきである。さらに、他１つ以上のセンサーアレイ２２０、特にその中に配置されたセンサー２２２のさまざまなサイズ、形状および位置は、ここに示され、描かれているものより、手のひらの表面領域１０４に沿って、グローブシステム２００に含めることができることが理解されるべきである。本明細書でより詳細に説明するように、１つ以上のセンサーアレイ２２０内の複数のセンサー２２２を含むグローブシステム２００で、グローブシステム２００は、特に、オペレータの手の（すなわち、センサー２２２の上の）個別の解剖学的部分に沿ってそれに加えられる負荷力（ｆｏｒｃｅ  ｌｏａｄ）を感知するように構成される。１つ以上のセンサーアレイ２２０内の複数の個別センサー２２２で、グローブシステム２００は、圧力を受けるグローブシステム２００に沿って位置の特定の表示を提供することができることが理解されるべきである。
【００１８】
ここで図３Ａを参照すると、グローブシステム１００は、１つ以上の指表面領域１０２に沿って配置される１つまたは複数のセンサーアレイ１２０をさらに含むことができる。１つ以上のセンサーアレイ１２０は、グローブシステム１００および／または指表面領域１０２の表面湾曲の所定の使用に対応して比較的にサイズおよび形状が定められ、その中に配置された複数の検知領域１２２を含む。例えば、センサーアレイ１２０の複数の検知領域１２２は、遠位端１０１が一般的にその上に力荷重を受けるとき、オペレータの手で所定のタスクを実行するとき指表面領域１０２の遠位端１０１に延びて沿うことができる。追加または代替として、さらなる例として、センサーアレイ１２０の複数の検知領域１２２は、指の表面領域１０２でのオペレータの手の表面輪郭に対応して、指表面領域１０２に沿って湾曲していることができる。
【００１９】
図３Ｂを参照すると、この例では、複数の検知領域１２２は、指表面領域１０２の湾曲した解剖学的部分に沿って延び、平面的な解剖学的部分に加えて、これにより、センサーアレイ１２０の少なくとも１つの検知領域１２２を、通常、力の負荷がかかる指表面領域１０２の各解剖学的部分に沿って配置する。指表面領域１０２の湾曲部分に沿って配置されたセンサーアレイ１２０の検知領域１２２（例えば、解剖学的部分１、６、７、８、９、１０、１１、１２、および１３）は、オペレータの指の解剖学的形状の湾曲に形状適合する。ここで詳細に説明するように、指表面領域１０２に沿った１つまたは複数のセンサーアレイ１２０の材料組成は、掌表面領域１０４に沿って配置された１つまたは複数のセンサーアレイ１２０に対して変化し、指表面領域１０２に沿って、グローブシステム１００、２００に適切な指の触覚を保持することができる。特に、指表面領域１０２に沿ってセンサーアレイ１２０の剛性を下げる材料は、グローブシステム１００、２００のオペレータによって、指表面領域１０２の動きやすさを保つ。さらに、指の表面領域１０２に沿って１つまたは複数のセンサーアレイ１２０の材料厚は、掌表面領域１０４に沿って配置され、指表面領域１０２に沿ったグローブシステム１００、２００に対する十分な操作性を提供する、１つまたは複数のセンサーアレイ１２０に関連して変化し得る。
【００２０】
本例の指表面領域１０２上で、単一のセンサーアレイ１２０が示され説明されているが、本開示の範囲から逸脱することなく、指表面領域１０２の他の様々な解剖学的部分に沿って、追加および／またはより少ないセンサーアレイ１２０を配置することができることは理解されるべきである。さらに、個々のセンサーアレイ１２０内の複数の検知領域１２２は、互いに相対的なサイズと形状が異なる場合があり、指表面領域１０２に沿って、１つ以上のセンサーアレイ１２０および検知領域１２２の形状および位置は、本明細書に示され、描かれているものの他、グローブシステム１００に含まれることができることは理解されるべきである。
【００２１】
ここで図４Ａを参照すると、グローブシステム２００は、１つ以上の指表面領域１０２に沿って配置される１つ以上のセンサーアレイ２２０をさらに含むことができる。この１つ以上のセンサーアレイ２２０は、その中に配置された複数のセンサー２２２を含み、それらは、比較的サイズと形状がグローブシステム２００の所定の使用および／または指表面領域１０２の表面湾曲に対応している。例えば、センサーアレイ２２０の複数のセンサー２２２は、オペレータの手で所定のタスクを実行するとき、遠位端１０１が一般的にその上に力荷重を受けるとき指表面領域１０２の遠位端１０１まで、それに沿って延びることができる。追加または代替として、さらなる例として、センサーアレイ２２０の複数のセンサー２２２は、指表面領域１０２でのオペレータの手の角度の表面輪郭に対応する指表面領域１０２に沿って湾曲していることがあり得る。
【００２２】
図４Ｂを参照すると、この例では、複数のセンサー２２２は、指表面領域１０２の湾曲した解剖学的部分に沿って延び、平面的な解剖学的部分に加えて、これにより、センサーアレイ２２０の少なくとも１つのセンサー２２２を、通常、力の負荷がかかる指表面領域１０２の各解剖学的部分に沿って配置する。本例の指表面領域１０２上で、単一のセンサーアレイ２２０が示され、説明されているが、追加および／またはより少ないセンサーアレイ２２０を、本開示の範囲から逸脱することなく、指表面領域１０２の他の様々な解剖学的部分に沿って配置することができることは理解されるべきである。さらに、個々のセンサーアレイ２２０内の複数のセンサー２２２は、互いに相対的なサイズと形状においてが異なる場合があり、指表面領域１０２に沿った１つ以上のセンサーアレイ２２０およびセンサー２２２の種々の他のサイズ、形状および位置は、ここに示され、描かれているものよりも、グローブシステム２００に含まれることができることは理解されるべきである。
【００２３】
ここで図５を参照すると、検知領域１２２および／またはセンサー２２２の例示的なトランスデューサ３００が描かれている。特に、図５は、グローブシステム１００の検知領域１２２、および／またはトランスデューサ３００を含むグローブシステム２００のセンサー２２２の断面概略図を示す。したがって、グローブシステム１００の検知領域１２２、および／または上記のグローブシステム２００のセンサー２２２は、本明細書に示されるトランスデューサ３００を備えることができることを理解すべきである。トランスデューサ３００は、互いの上に配置された複数の層を含むことができ、グローブシステム１００、２００が、オペレータの手に沿って受け取った場合、比較的軽量であるように、一般に、薄い正規化構造を維持するように構成されている。トランスデューサ３００の複数の層は、感知領域１２２および／またはセンサー２２２がそれに沿って配置されるオペレータの手の表面特性に依存する様々な厚さ、材料組成、弾性を含むことができる。トランスデューサ３００の複数の層は、平面（つまり、フラット）プロファイルを有するものとして示されているが、グローブシステム１００、２００指表面領域１０２または掌表面領域１０４に沿って検知領域１２２および／またはセンサー２２２の解剖学的位置に依存して、トランスデューサ３００の層は、湾曲し、傾斜し、さまざまな厚である、および／または、類似のものであり得ることが理解されるべきである。
【００２４】
この例では、トランスデューサ３００は、感知層３０８がその中に配置されるように、外側拡散層３０６と内部拡散層３１０との間に配置された感知層３０８を含む。トランスデューサ３００は、拡散層３０６、３１０のペアが接触層３０４、３１２のペア内に配置されるように、外側接触層３０４と内部接触層３１２の間に配置された外側拡散層３０６および内部拡散層３１０をさらに含む。この場合には、外側接触層３０４と内側接触層３１２とは、残りの層３０６、３０８、３１０が、それらの間に配置されるように、トランスデューサ３００の外部境界を定義する。外側接触層３０４は、層３０６、３０８、３１０の反対側の外側表面３０２を画定し、そして、内側接触層３１２は、層３０６、３０８、３１０の反対側の内側表面３１４を画定する。トランスデューサ３００の外側面３０２は、外側面３０２が反対側を向くように、指表面領域１０２および／または掌表面領域１０４に沿って比較的上方に配置され、グローブシステム１００、２００内で受けたときのオペレータの手からオフセットされることが理解されるべきである。したがって、トランスデューサ３００の内面３１４は、指表面領域１０２に沿って比較的内側に、および／または、内側表面３１４が次を向くように掌表面領域１０４に配置され、グローブシステム１００、２００内で受けたときのオペレータの手に隣接する。
【００２５】
引き続き図５を参照すると、トランスデューサ３００は、複数の層３０４、３０６、３０８、３１０、３１２を貫通して接続する、１つ以上のガイド機能３１６をさらに含む。この例では、トランスデューサ３００は、接触層３０４、３１２のペアにおいて、拡散層３０６、３１０のペアおよび感知層３０８が延びる方向に対して垂直に配置されたガイド機能３１６のペアを含む。ガイド機構３１６のペアは、ガイド機構３１６が比較的ソフトで柔軟であるように、接触層３０４、３１２のペアおよび拡散層３０６、３１０のペアよりも比較的小さい厚さを含む。いくつかの実施形態では、ガイド機能のペア３１６には、ＶｅｒｏＷｈｉｔｅＰｌｕｓ、フォトポリマー、三次元印刷材料、デジタル素材、および／または同様のものを含む。ガイド機能３１６のペアは、それにより、検知領域１２２および／またはセンサー２２２に沿って受ける力の検出精度を向上させるために、接触層３０４、３１２のペア、拡散層３０６、３１０のペア、および、感知層３０８の整列を維持するように構成される。ガイド機構３１６のペアは、感知層３０８上の長手方向の負荷をさらに低減し得る。本明細書でより詳細に説明するように、検知領域１２２のトランスデューサ３００および／またはセンサー２２２は、本開示の範囲から逸脱することなく、ここに示され、説明されているものよりも追加および／または少数のレイヤーおよび／またはガイド機能を含めることができる。
【００２６】
例えば、検知領域１２２および／またはセンサー２２２のトランスデューサ３００に含まれる多数のガイド機能３１６は、感知領域１２２および／またはセンサー２２２がそれに沿って配置されることになる、オペレータの手の解剖学的領域の形状および／または輪郭に依存することができる。検知領域１２２および／またはセンサー２２２が、かなりの曲率を含むオペレータの手の解剖学的領域（例えば、指表面領域１０２の遠位端１０１、母指球部１１２など）に沿って配置されている場合、トランスデューサ３００の複数の層３０４３０６、３０８、３１０、３１２の適切なアライメントを維持するには、追加のガイド機能３１６が必要になり得る。対照的に、検知領域１２２および／またはセンサー２２２が、実質的な形状または輪郭を含まないオペレータの手の解剖学的領域（例えば、手掌中手領域１０６、掌側中央部１０８、小指球部１１０など）に沿って配置されるとき、必要なガイド機能３１６が少ない、または、ないことが要求され得る。
【００２７】
引き続き図５を参照すると、１つまたは複数のガイド機能３１６間の横方向距離は、感知領域１２２および／またはセンサー２２２がそれに沿って配置されることになるオペレータの手の形状および／または解剖学的領域の輪郭に応じて増減することができる。検知領域１２２および／またはセンサー２２２がオペレータの、かなりの曲率を含む手の解剖学的領域（例えば、指表面領域１０２の遠位端１０１、母指領域１１２など）に沿って配置されている場合、２つ以上のガイド機能３１６間のより小さい横方向距離が、曲率が小さい（例えば、手掌中手領域１０６、中手掌領域１０８、小指球部１１０、など）オペレータの手の解剖学的領域と比較したトランスデューサ３００の複数の層３０４３０６、３０８、３１０、３１２の適切な整列を維持するために必要とされ得る。対照的に、検知領域１２２および／またはセンサー２２２が、（例えば、指表面領域１０２の遠位端１０１、母指領域１１２など）オペレータの手の解剖学的領域と比較して、より湾曲している実質的な形状または輪郭を含まないオペレータの手の解剖学的領域（例えば、手掌中手領域１０６、中手掌領域１０８、小指球部１１０、など）に沿って配置されているとき、２つ以上のガイド機能３１６の間のより大きな横方向距離が適切であり得る。
【００２８】
その上で受ける、圧力（例えば、強制荷重）を、それに加えられる圧力の大きさを示す電気信号に変換するように構成された３次元ロードセルを含む、トランスデューサ３００の感知層３０８は圧力センサーである。いくつかの実施形態では、感知層３０８は、例えば、ピエゾ抵抗生地、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、などの印刷層である。感知層３０８は、比較的薄いこと、材料組成、および／または同様なことのため、接触層のペア３０４、３１２および拡散層のペア３０６、３１０に対して柔軟な層である。いくつかの実施形態では、感知層３０８は、１つ以上の中間層によって感知層３０８が拡散層のペア３０６、３１０によって分離されるように、感知層３０８の周りに配置された１つ以上の中間層を含むことができる。中間層は、フィルム、ファブリック、導電性インク、ポリマー、硬質プラスチック、および／または同様なコーティングを含んでもよい。他の実施形態では、トランスデューサ３００は、必要に応じて、感知層３０８を選択的に取り外して交換することができるように、その中および拡散層のペア３０６、３１０および接触層のペア３０４、３１２の間に感知層３０８を受け入れるためのセンサーポケットを含むことができる。
【００２９】
引き続き図５を参照すると、拡散層のペア３０６、３１０および接触層のペア３０４、３１２は、弾性を有する３次元印刷デジタル材料で形成されている。いくつかの実施形態では、接触層のペア３０４、３１２および／または拡散層のペア３０６、３１０は、「ＶｅｒｏＷｈｉｔｅＰｌｕｓ（商標）」、「Ｔａｎｋ  Ｂｌａｃｋ  Ｐｌｕｓ（商標）」、および／または同様のものである。一般的に、外側接触層３０４および外側拡散層３０６は、内側接触層３１２および内側拡散層３１０に対する非圧縮性、剛性特性を提供する材料組成を含み、それは、圧縮性、より柔らかい特性を提供する材料組成を含む。いくつかの実施形態では、拡散層のペア３０６、３１０は、拡散層のペア３０６、３１０は、接触層のペア３０４、３１２に対して柔軟であるように、接触層のペア３０４、３１２よりも大きな弾性を含む。この場合には、接触層のペア３０４、３１２は、感知領域１２２および／またはセンサー２２２のトランスデューサ３００の剛性の外側の構成を提供する。本明細書でより詳細に説明するように、拡散層のペア３０６、３１０の弾性の強化は、拡散層３０６、３１０のペアを可能にし、負荷（つまり、力）が、検知領域１２２および／またはセンサー２２２で受け取られて、負荷を、その間に配置された感知層３０８に向かってリダイレクトするときに、選択的に圧縮および／または変形する。
【００３０】
例えば、拡散層のペア３０６、３１０は、ショア硬度値が約２７Ａから約５０Ａの範囲の弾力性を含むことができ、接触層のペア３０４、３１２は、いくつかの実施形態ではショア硬度値が約７０Ａから９５Ａの範囲の、一部の実施形態では、１５Ｄから５０Ｄの、いくつかの実施形態では、約９５Ａから約８０Ｄの弾力性を含むことができる。グローブシステム２００のセンサーアレイ２２０が、その中に配置された複数のセンサー２２２を含む（例えば、図１、図４Ａ−４Ｂ参照）場合、複数のセンサー２２２の接触層のペア３０４、３１２および／または拡散層のペア３０６、３１０は、トランスデューサ３００の個々の個別センサー２２２の触覚をさらに高めるために、ショア硬度値が低い比較的柔らかい材料を含むことができることが理解されるべきである。例えば、複数のセンサー２２２のうちの接触層のペア３０４、３１２は、ショア硬度値が約６５Ａから約７０Ａの弾性（一部の実施形態では１５Ｄのショア硬度に対応する場合がある）、より具体的には約６０Ａから約７０Ａの弾性（一部の実施形態では１５Ｄのショア硬度に対応する場合がある）を持つ材料を含むことができる。さらなる例として、複数のセンサー２２２の拡散層のペアの３０６、３１０は、ショア硬度値が約２７Ａから３５Ａの弾性を持つ材料を含むことができる。
【００３１】
あるいは、グローブシステム１００、２００の検知領域１２２および／またはセンサー２２２が、ぴったりフィットするために、トランスデューサ３００の層を必要とする表面湾曲を含むオペレータの手の解剖学的部分に沿って配置されている場合、トランスデューサ３００の１つ以上の層は、感知領域１２２および／またはセンサー２２２に適切な剛性を提供するために、より大きなショア硬さ値を持つ材料を含むことができる。例えば、複数の検知領域１２２（例えば、図１、図３Ａ−３Ｂを参照）を有する１つ以上のセンサーアレイ１２０を含むグローブシステム１００を用いて、検知領域１２２の外側接触層３０４は、いくつかの実施形態では、約９５Ａから約１００Ａ、一部の実施形態では約５０Ｄから約６０Ｄのショア硬度値を含むことができ、そして、検知領域１２２の内側接触層３１２は、いくつかの実施形態では、約７０Ａから約８０Ａ、またはいくつかの実施形態では約１５Ｄから約３０Ｄのショア硬度値を含むことができ、さらに、複数のセンサー２２２（図２、４Ａ−４Ｂ）を有する１つ以上のセンサーアレイ２２０を含むグローブシステム２００を用いて、センサー２２２の外側接触層３０４は、いくつかの実施形態では、約８０Ａから約９５Ａ、または、いくつかの実施形態では約３０Ｄから約５０Ｄのショア硬度値を含むことができ、センサー２２２の内側接触層３１２は、約６０Ａから約７５Ａ（これは、いくつかの実施形態では約２０Ｄ）のショア硬度値を含めることができる。グローブシステム１００の検知領域１２２の接触層のペア３０４、３１２（例えば、図１、図３Ａ−３Ｂ参照）は、グローブシステム２００の接触層のペア３０４、３１２よりも比較的硬い材料組成を含み（例えば、図１、図２、４Ａ−４Ｂ参照）、個々の個別センサー２２２のローカライズ領域が、トランスデューサ３００のサイズ（例えば、表面積）が大きいために複数の検知領域１２２のトランスデューサ３００用に適切な強度を維持するために硬度を上げる必要があるように感知領域１２２の面積よりも比較的小さくてもよいからであることを理解すべきである。
【００３２】
引き続き図５を参照すると、いくつかの実施形態では、内部拡散層３１０および／または内側接触層３１２の弾性は、検知領域１２２のトランスデューサ３００および／またはセンサー２２２が、例えば、指表面領域１０２、母指領域１１２グローブシステム１００、２００などの強化された触覚と操縦性が望ましいオペレータの手の解剖学的部分に沿って配置されている場合、それぞれ、外側拡散層３０６および外側接触層３０４とは異なり得る。特に、内部拡散層３１０は、グローブシステム１００、２００内で受けたオペレータの手に十分な触覚を提供するために、外側拡散層３０６のショア硬度とは異なるショア硬度を含むことができる。内部拡散層３１０は、オペレータの手に当たる可能性があるトランスデューサ３００の内面３１４に対して比較的隣接して配置されているためである。例えば、内側拡散層３１０は、ショア硬度値が約２７Ａから約３５Ａである範囲の弾性を含むことができる。他の実施形態では、内側接触層３１２は、グローブシステム１００、２００内で受けたオペレータの手に強化された操縦性を提供するために、外側接触層３０４のショア硬度とは異なるショア硬度を含むことができる。内側接触層３１２は、オペレータの手に当接する可能性のあるトランスデューサ３００の内面３１４に比較的隣接して配置されるためである。例えば、内側接触層３１２は、ショア硬度値が約６０Ａから約７０Ａの範囲（これは、いくつかの実施形態では約１５Ｄのショア硬度値に対応する場合がある）の弾性を含むことができる。
【００３３】
トランスデューサ３００の拡散層のペア３０６、３１０は、接触層のペア３０４、３１２よりも、より厚い。例えば、拡散層のペア３０６、３１０は、約０．２５ミリメートルから約０．５ミリメートルの厚さを含むことができ、接触層のペア３０４、３１２は、約０．１ミリメートルから約０．２ミリメートルの厚さを含むことができる。グローブシステム２００のセンサーアレイ２２０が、その中に配置された複数のセンサー２２２を含み（例えば、図１、図４Ａ−４Ｂ）、接触層のペア３０４、３１２および／または拡散層のペア３０６、３１０が、トランスデューサ３００の個々の個別センサー２２２の触覚をさらに高めるために、より薄い厚さの比較的薄い材料を含むことができることが理解されるべきである。例えば、複数のセンサー２２２のうちの接触層のペア３０４、３１２は、約０．１５ミリメートルから約０．２ミリメートルの厚さを有する材料を含むことができる。さらなる例として、複数のセンサー２２２のうちの拡散層のペア３０６、３１０は、約０．３ミリメートルから約０．５ミリメートル、より具体的には０．１５ミリメートルから約０．２ミリメートルの厚さを有する材料を含むことができる。
【００３４】
あるいは、グローブシステム１００、２００の検知領域１２２および／またはセンサー２２２が、ぴったりフィットするトランスデューサ３００の層を必要とする表面湾曲を含むオペレータの手の解剖学的部分に沿って配置されている場合、トランスデューサ３００の１つ以上の層は、検知領域１２２および／またはセンサー２２２へ適切な剛性を提供するために、より薄い厚さの材料を含むことができる。例えば、複数の検知領域１２２および／またはセンサー２２２を有する１つ以上のセンサーアレイ１２０、２２０を含むグローブシステム１００、２００を使用すると（例えば、図１−図４参照）、内部拡散層３１０は、約０．１５ミリメートルから約０．２０ミリメートルの厚さを含むことができる。グローブシステム１００の検知領域１２２の内部拡散層３１０（例えば、図１、３Ａ−３Ｂ参照）およびグローブシステム２００の内部拡散層３１０（例えば、図２、４Ａ−４Ｂ）は、検知領域１２２および／またはセンサー２２２が位置する解剖学的部分が実質的な表面曲率を含む場合、同様の厚みを含むことができることが理解されるべきである。内部拡散層３１０をわたる適切な力の拡散が、最小材料厚が必要であるからである。しかしながら、内側拡散層３１０および／またはトランスデューサ３００の他の層の厚さは、グローブシステム１００、２００の感知領域１２２および／またはセンサー２２２が位置する解剖学的部分に沿ったオペレータの手の圧縮率によって異なることがあり得る。そのため、ここで説明する厚さと弾性はオペレータごとに異なる。
【００３５】
引き続き図５を参照すると、上記のように、いくつかの実施形態では、内部拡散層３１０の弾性および／または内側接触層３１２は、感知領域１２２および／またはセンサー２２２のトランスデューサ３００が、例えば、指表面領域１０２、母指領域１１２グローブシステム１００、２００などといった、強化された触覚と操縦性が望ましいオペレータの手の解剖学的部分に沿って配置されている場合、それぞれ、外側拡散層３０６および外側接触層３０４とは異なり得る。特に、内部拡散層３１０は、グローブシステム１００、２００内に収容されたオペレータの手に十分な触覚を提供するため、外側拡散層３０６の厚さとは異なる厚さを含むことができる。内部拡散層３１０は、オペレータの手に当たる可能性があるトランスデューサ３００の内面３１４に比較的隣接して配置されるからである。例えば、内側拡散層３１０は、約０．２５ミリメートルから約０．３５ミリメートル、より詳細には、０．１５ミリメートルから約０．２０ミリメートルの厚さを含む。他の実施形態では、内側接触層３１２は、オペレータの手に強化された操縦性を提供するために、外側接触層３０４の厚さと異なる厚さを含むことができる。内側接触層３１２は、外側接触層３０４に対して、トランスデューサ３００の内面３１４に隣接して配置されているためである。例えば、内側接触層３１２は、約０．１０ミリメートルから約０．２０ミリメートルの範囲の厚さを含み得る。
【００３６】
いくつかの実施形態では、グローブシステム１００、２００内で受けることになっているオペレータの手の生理学、グローブシステム１００、２００によって実行されるタスクなどに基づいてトランスデューサ３００の１つまたは複数の層を修正または省略してもよいことが理解されるべきである。あるいは、グローブシステム２００が、複数のセンサー２２２が配置されている１つ以上のセンサーアレイ２２０を含む場合、複数のセンサー２２２のトランスデューサ３００の１つまたは複数の層は、グローブシステム２００に圧力が加えられている特定の位置を検出するグローブシステム２００の能力を高めるために修正または省略することができる。例えば、グローブシステム１００、２００のセンサーアレイ１２０、２２０を、（例えば、手掌中手領域１０６、中手掌領域１０８など）本質的に硬い表面を含む手掌表面領域１０４の部分に沿って配置することができる実施形態では、トランスデューサ３００の１つ以上の層の厚さを減少させることができ、トランスデューサ３００の１つ以上の層の弾性が増加することができ、および／または、トランスデューサ３００の１つまたは複数の層を省略することができる。言い換えると、オペレータの手の特定の解剖学的部分の自然に硬い表面特性のために、検知領域１２２および／またはセンサー２２２のトランスデューサ３００は、堅い構成を含める必要はない。
【００３７】
さらなる例として、グローブシステム１００、２００のセンサーアレイ１２０、２２０が（例えば、小指球部１１０、母指領域１１２など）本質的に柔軟な表面を含む掌表面領域１０４の部分に沿って配置され得る実施形態では、トランスデューサ３００の１つ以上の層の厚さを増加させることができ、トランスデューサ３００の１つ以上の層の弾性が低下することがあり得、および／または、トランスデューサ３００の１つまたは複数の層を省略することができる。言い換えると、オペレータの手の特定の解剖学的部分の自然に柔らかい表面特性のために、検知領域１２２および／またはセンサー２２２のトランスデューサ３００は、堅い構成を含める必要があり得る。
【００３８】
引き続き図５を参照すると、内側拡散層３１０および／または内側接触層３１２は、例えば、グローブシステム２００のセンサーアレイ２２０がその中に複数のセンサー２２２を含むように、トランスデューサ３００から完全に省略することができる。この場合には、複数のセンサー２２２のうちの１つまたは複数は、少なくとも外側接触層３０４、外側拡散層３０６、および、感知層３０８を含むトランスデューサ３００を含むことができる。この実施形態では、１つ以上の内部拡散層３１０および／または内側接触層３１２が省略されており、トランスデューサ３００の残りの層の厚さおよび／または材料弾性は、この省略に対応するために変更できる。例えば、トランスデューサ３００の内側接触層３１２を省略することは、トランスデューサ３００に適切な剛性を提供して、適切な力配分（例えば、約０．２５ミリメートルから約０．３５ミリメートルの範囲）を実行するために、内部拡散層３１０の厚さを増加させることにより対応することができる。さらに、トランスデューサ３００の内部拡散層３１０の材料弾性は、内側接触層３１２の省略によるセンシング領域全体に適切な圧力の拡散を提供するために減少させることができる（例えば、約５０Ａから約６０Ａのショア硬さの範囲）。言い換えると、トランスデューサ３００の内部拡散層３１０の硬度および／または剛性は、このような内部拡散層３１０を通して、トランスデューサ３００の内面３１４に沿って受ける力荷重を適切に受け取り、分散し、正規化するために、内側接触層３１２の省略に対応するために増加させることができる。
【００３９】
他の実施形態では、外側接触層３０４および外側拡散層３０６は、感知層３０８上に配置された単一の外層（図示せず）については省略することができる。この実施形態では、外側接触層３０４および外側拡散層３０６の材料組成は、剛性、圧縮率、そして、外側接触層３０４および外側拡散層３０６に集合的に設けられた構造を適切に提供するために、単一の外層に集合的に提供されてもよい。この場合には、単一の外層がもともと、本明細書に記載の外側接触層３０４および外側拡散層３０６によって、それぞれ、実行された分散および拡散特性を実行するように構成および操作可能であるように感知層３０８の上に単一の層のみが印刷される。単一の外層は、ショア硬度約２７Ａから約９５Ａの弾性の範囲を含むことができる。特に、単一の外層には、層の横方向の厚さを通してさまざまな弾性（つまり、ショア硬度）が含まれる場合がある。それにより、それを通る力の分散と拡散の両方を促進する。言い換えると、本実施形態の単一の外層は、力を受け、その力を複数の力に分散し、そして、複数の正規化された力をそれに固定された感知層３０８に伝える前に、複数の力を正規化するように構成される。
【００４０】
内側接触層３１２および内側拡散層３１０は、単一の外層の代わりに、および／または単一の外層に加えて感知層３０８の上に配置された単一の内層（図示せず）についても同様に省略できることが理解されるべきである。特に、単一の内側層は、単一の外層の反対側の表面に沿って感知層３０８の上に配置することができる。内側接触層３１２および内部拡散層３１０の材料組成は、剛性、圧縮率、そして、内側接触層３１２および内部拡散層３１０に集合的に設けられた構造を適切に提供するために、単一の内層に集合的に提供することができる。この場合には、単一の内層が分散および、本明細書に記載されている、それぞれの、もともと内部接触層３１２と内部拡散層３１０とによって実行された拡散特性を実行するように構成され、動作するように、単一の外層を含む感知層３０８の表面の反対側の感知層３０８に沿って単一の層のみが印刷され、単一の内層には、層の側面の厚さを通して、さまざまな弾性（つまり、ショア硬度）を含むことができ、それにより、力の分散と拡散を容易にする。言い換えると、本実施形態の単一の内層は、力（例えば、法線力）を受けるように構成され、力を複数の力に分散し、そして、複数の正規化された力を、それに固定された感知層３０８に伝える前に複数の力を正規化する。
【００４１】
ここで、図７のフロー図とともに図６を参照すると、グローブシステム１００、２００に印加された力荷重を検出および測定する例示的な方法４００が、概略的に示されている。すなわち、グローブシステム１００、２００は、オペレータの手の平面に対してさまざまな角度の向きで、グローブシステム１００、２００の１つ以上のセンサーアレイ１２０、２２０に沿って受ける力の負荷から生成される結果として生じる圧力を測定するように動作可能である。図６−７および以下の付随する説明は、本明細書に記載の主題を限定すること、または、レイヤー間で力を分散する方法の正確な説明を表すことを意図していない、代わりに、本明細書に記載の層の一般的な力分散特性を示すために、簡単な回路図の概要を提供することを目的としている。
【００４２】
図６を参照すると、ステップ４０２において、力Ｆを、グローブシステム１００、２００の１つまたは複数のセンサーアレイ１２０、２２０のうちの少なくとも１つに沿って（図１−２）、特に、感知領域１２２および／またはセンサー２２２のトランスデューサ３００の外側接触層３０４に沿って受ける。この力Ｆは、トランスデューサ３００の外側表面３０２に対して横方向にある力ベクトルＦが外側接触層３０４に沿って受けられるように水平成分ＦＸと垂直成分ＦＹで構成される。言い換えると、力Ｆは、グローブシステム１００、２００の検知領域１２２および／またはセンサー２２２に沿って受け取られる大きさと方向の両方を含むベクトル量である。ステップ４１２において、力Ｆを受ける外側接触層３０４に応じて、トランスデューサ３００の外側面３０２に沿って、１つまたは複数の法線力ＦＲ１、ＦＲ２は、トランスデューサ３００の内面３１４に沿って内側接触層３１２で生成および受けられる。１つまたは複数の法線力ＦＲ１、ＦＲ２は、内面３１４に隣接してこれに当接して配置されたオペレータの手によってトランスデューサ３００に加えられる反力である。法線力ＦＲ１、ＦＲ２は、法線力ベクトルＦＲ１、ＦＲ２が、トランスデューサ３００の内面３１４に対して横方向にある内側接触層３１２に沿って受けられるように、水平成分ＦＲ１Ｘ、ＦＲ２Ｘ、および垂直コンポーネントＦＲ１Ｙ、ＦＲ２Ｙで構成され、
【００４３】
したがって、検知領域１２２および／またはセンサー２２２は、グローブシステム１００に係合する外部オブジェクトによって外側接触層３０４で少なくとも１つの力Ｆと、その中に配置されたオペレータの手によって内側接触層３１２における少なくとも１つの垂直力ＦＲとを受ける内部接触層３１２に沿って受ける垂直力ＦＲの量は、力Ｆがトランスデューサ３００に加えられるときトランスデューサ３００は、その上でオペレータの手を係合する内側接触層３１２に沿った多数の接触点に対応することができることが理解されるべきである。この例では、トランスデューサ３００は、法線力のペアＦＲ１、ＦＲ２が生成され、内側接触層３１２に適用されるような２つの位置において、内面３１４に沿ってオペレータの手と係合する。追加のおよび／またはより少ない力Ｆおよび／または垂直力ＦＲ１、ＦＲ２は、本開示の範囲から逸脱することなく、ここに示され、描かれているものよりもグローブシステム１００、２００の感知領域１２２および／またはセンサー２２２に適用することができることが理解されるべきである。
【００４４】
引き続き図６を参照すると、ステップ４０４において、外側接触層３０４は、トランスデューサ３００の外側面３０２に沿って、外側接触層３０４の領域を通して力Ｆが均等に分散されるように均等に受けた力Ｆを分散する。力ベクトルＦの大きさに依存して、力Ｆは、トランスデューサ３００で受けた初期力Ｆは、外側接触層３０４に、外側拡散層３０６に向かって均等に分散されるように、「Ｎ」回の、Ｆ／Ｎに分割されることが理解されるべきである。この例では、力Ｆは、外側接触層３０４を通じて、９つの等しい分散Ｆ／９に分散される。しかしながら、他の例では、力ベクトルＦは、力Ｆが様々な他の分散量に分散されるように、より大きなおよび／またはより小さな大きさを含むことができる。ステップ４１４において、内側接触層３１２は、法線力ＦＲ１、ＦＲ２（つまり、反力）が、内側接触層３１２の領域全体に均等に分散しているように、均等に、トランスデューサ３００の内面３１４に沿って受けた垂直力ＦＲ１、ＦＲ２を分散させる力ベクトルＦの大きさに依存して、法線力ＦＲ１、ＦＲ２は、トランスデューサ３００で受けた初期の法線力ＦＲ１、ＦＲ２が、外側接触層３０４に沿って、初期力ベクトルＦと実質的に同等の量で、内側接触層３１２を通して、そして内部拡散層３１０に向かって均等に分散するように、「Ｎ」回、ＦＲ／Ｎに分割されることが理解されるべきである。この例では、法線力ＦＲ１、ＦＲ２は、外側接触層３０４における力Ｆ／９の分散に対応して、内側接触層３１２を通して９つの等しい分散ＦＲ／９に分散される。
【００４５】
ステップ４０６において、１つ以上のフォースセグメントに、外側接触層３０４の領域全体に分散している力Ｆ／９で、分散された力Ｆ／９は、外側接触層３０４に隣接してこれと連絡して配置される外側拡散層３０６に伝達される。この場合には、外側拡散層３０６は、外側接触層３０４によって分散された１つまたは複数のセグメントＦ／９に対応するさまざまな位置で外側拡散層３０６の表面積全体にわたり分散力Ｆ／９を受ける。ステップ４０８において、外側拡散層３０６は、外側接触層３０４で最初に受ける力ベクトルＦの大きさに等しい累積大きさの力ベクトルＦ／９が安定し、スカラー力ＦＹ／９に移行するように外側接触層３０４から受けた分散力Ｆ／９を正規化する。ステップ４１６において、１つ以上の法線力セグメントＦＲ／９に、内側接触層３１２の領域全体に分散している法線力ＦＲ／９で、分散法線力ＦＲ／９は、内側接触層３１２に隣接して、それと連絡して配置された内部拡散層３１０に伝達される。この場合には、内部拡散層３１０は、内側接触層３１２により分散された１つ以上のセグメントＦＲ／９に対応するさまざまな位置において、内部拡散層３１０の表面積をわたる分散法線力ＦＲ／９を受ける。ステップ４１８において、内部拡散層３１０は、法線力ベクトルＦＲ／９が安定し、内側接触層３１２で受けた法線力ベクトルＦＲ１、ＦＲ２の元の大きさに相当する累積的な大きさのスカラー力ＦＲＹ／９に移行するように、内部接触層３１２から受信した分散法線力ＦＲ／９を正規化する。
【００４６】
引き続き図６を参照すると、ステップ４１０において、正規化され、外側拡散層３０６の領域全体に分散したスカラー力ＦＹ／９で、ＦＹ／９の正規化および分散された力は、外側拡散層３０６に隣接して、それと連絡して配置された感知層３０８に伝達される。この場合には、感知層３０８は、外側拡散層３０６によって分散された１つ以上のセグメントに対応する感知層３０８の外側面に沿って、様々な位置での感知層３０８の表面積全体にわたってＦＹ／９の正規化および分散された力を受ける。ステップ４２０において、内部拡散層３１０の正規化され、エリア全体に分散されたスカラー法線力ＦＲＹ／９で、正規化および分散された法線力ＦＲＹ／９は、内部拡散層３１０に隣接してこれと連絡して配置された感知層３０８に伝達される。この場合には、感知層３０８は、内部拡散層３１０により分散された１つ以上のセグメントに対応する感知層３０８の内面に沿って、様々な位置での感知層３０８の表面積全体にわたる正規化および分散された垂直力ＦＲＹ／９を受ける。
【００４７】
ステップ４２２において、感知層３０８は、感知層３０８の表面積をわたる複数の位置において、外層３０４、３０６（つまり、外側接触層３０４および外側拡散層３０６）からの正規化され分散された力ＦＹ／９、および、内側層３１０、３１２（つまり、内部拡散層３１０および内部接触層３１２）からの正規化され分散された垂直力ＦＲＹ／９を受け、感知する。この場合には、複数の力が均等に分散され、均一な分散と正規化された力ベクトルのために、より高い精度で、測定可能なスカラー量で感知層３０８に加えられる。ステップ４２４において、測定された初期力Ｆと法線力ＦＲ１、ＦＲ２の大きさで、感知層３０８は、グローブシステム１００、２００の検知領域１２２および／またはセンサー２２２に印加される、結果として生じる圧力を決定する。
【００４８】
上記のシステムには、１つ以上の非離散センシング領域を含む各センサーアレイ、および／または、検出のためにその中に配置された個別のセンサーを用いて、グローブのさまざまな解剖学的領域に沿って、配置され、そして、それに加えられる力を測定する複数のセンサーアレイを提供する圧力感知グローブシステムが含まれる。１つ以上の非離散センシング領域および／または離散センサーは、拡散層のペア内に配置されたセンサーを含むトランスデューサを含み、さらに、拡散層のペアを横切ってトランスデューサの外側面に沿って受けた力を分散する接触層のペア内に配置される。拡散層のペアは、それによって、接触層のペアから受けた力を正規化し、検出のため、およびセンサーに加えられる結果として生じる圧力を決定するために、その中に配置された感知層全体に正規化された力を分散する。
【００４９】
「実質的に」および「約」という用語は、定量的な比較、値、測定、または他の表現に起因する可能性がある不確実性の固有の程度を表すために、本明細書で利用され得ることに留意する。これらの用語は、本明細書で、問題の主題の基本機能に変更をもたらすことなく、定量的表現が、記載されている参考文献とは異なる場合がある程度を表すためにも使用される。
【００５０】
本明細書では特定の実施形態を例示し説明したが、請求された主題の主旨および範囲から逸脱することなく、他のさまざまな変更および修正が行われることがあり得ることは理解されるべきである。また、請求された主題の様々な態様が本明細書に記載されているが、そのような側面を組み合わせて利用する必要はない。したがって、添付の特許請求の範囲は、特許請求された主題の範囲内であるようなすべての変更および修正を対象とすることを意図している。
【図１】
2020169982.tif 000003
【図２】
2020169982.tif 000004
【図３Ａ】
2020169982.tif 000005
【図３Ｂ】
2020169982.tif 000006
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2020169982.tif 000008
【図５】
2020169982.tif 000009
【図６】
2020169982.tif 000010
【図７】
2020169982.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月28日(2020.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触層のペアと、接触層のペアの間に配置された拡散層のペアであって、該接触層のペアは、該拡散層のペア全体でセンサーの外側面に沿って受ける力を分散する、ペアと、
前記拡散層のペアの間に配置された感知層であって、該拡散層のペアは、前記感知層を横断する接触層の前記ペアから受信した前記力を正規化し、該感知層は、前記センサーに印加される結果として生じる圧力を決定するために、該感知層の表面積全体にわたり複数の位置で前記力を受ける、感知層と、
を含むセンサーを備える、力を測定するための圧力感知グローブ。
【請求項２】
前記センサーは、前記センサーに作用する圧力を電気信号に変換する前記圧力感知グローブに沿って印刷された３次元のロードセルである、請求項１に記載の圧力感知グローブ。
【請求項３】
拡散層の前記ペアが、接触層の前記ペアに対して柔軟であるように、拡散層の前記ペアは、接触層の前記ペアよりも大きな弾性を含む、請求項１または２に記載の圧力感知グローブ。
【請求項４】
前記拡散層の前記ペアの前記弾性は、ショア硬度値の範囲が約２７Ａないし５０Ａである、請求項３に記載の圧力感知グローブ。
【請求項５】
前記接触層の前記ペアの前記弾性は、ショア硬度値の範囲が約７５Ａないし９５Ａである、請求項３または４に記載の圧力感知グローブ。
【請求項６】
拡散層の前記ペアは、接触層の前記ペアよりも厚い、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧力感知グローブ。
【請求項７】
接触層の前記ペアの第１層は、前記圧力感知グローブの外側面に沿って伸び、接触層の前記ペアの第２層は、前記圧力感知グローブの内面に沿って伸びている、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧力感知グローブ。
【請求項８】
前記接触層の前記ペアの第１層は、前記圧力感知グローブの前記外側面から前記力を受け、前記接触層の前記ペアの第２層は、前記外側面で前記力を受ける接触層の前記ペアの第１層に応じて、前記圧力感知グローブの前記内面で発生する垂直力を受ける、請求項７に記載の圧力感知グローブ。
【請求項９】
前記センサーは、接触層の前記ペア、拡散層の前記ペア、および、前記感知層を通して、垂直に延びるガイド機能をさらに含む、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の圧力感知グローブ。
【請求項１０】
前記ガイド機能は、接触層の前記ペア、拡散層の前記ペアおよび前記感知層のアライメントを維持し、これにより、前記センサーで受ける力の検出精度が向上する、請求項９に記載の圧力感知グローブ。
【請求項１１】
センサーの外側接触層に沿った位置に該センサーを備えるグローブに加えられる力を受けるステップと、
前記位置から、前記外側接触層に沿って、前記外側接触層をわたる複数の位置まで、前記力を分散させるステップと、
前記センサーの外側拡散層の複数の位置において、前記外側接触層の前記複数の位置から前記力を受けるステップであって、前記外側拡散層は、その上で受けた前記力に対して前記外側接触層の下に配置される、ステップと、
前記外側拡散層をわたる前記複数の位置において、前記外側拡散層を通る前記力を正規化するステップと、前記センサーの感知層の表面をわたる力を受けるステップであって、該感知層は、その上で受ける前記力に対して前記外側接触層および前記外側拡散層の下に配置される、ステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
前記力を受ける前記センサーの前記外側接触層に応じて、前記センサーの内部接触層に沿った位置で垂直力を受けるステップをさらに含み、
前記内部接触層に沿った前記位置から前記垂直力を、前記内部接触層をわたる複数の位置へ分散させるステップと、
前記センサーの内部拡散層の複数の位置で、前記内部接触層の前記複数の位置から前記垂直力を受けるステップであって、前記内部拡散層は、その上で受ける垂直力に対して前記内部接触層の上に配置される、ステップと、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記内部拡散層を通る前記垂直力を、前記内部拡散層をわたる前記複数の位置で、正規化するステップと、
前記感知層の前記表面をわたる法線力を受けるステップであって、前記感知層は、その上に受ける垂直力に対して相対する前記内部接触層および前記内部拡散層の上に配置される、ステップと、
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
グローブ装置の表面に沿って配置された外層を含み、該グローブ装置の該表面から力を受けるように構成され、該外層はさらに該力を分散させ、それを介して該分散させた力を正規化するように構成される、センサーと、
外層に隣接して配置され、前記グローブ装置の前記表面で前記外層が前記力を受けることに応じて、垂直力を受けるように構成された内層であって、該内層は、さらに、内層と、垂直力を分散し、それを介して分散された垂直力を正規化するように構成されている、内層と、
前記外層と前記内層との間に配置された感知層であって、該感知層は、前記グローブ装置の前記表面から受ける前記力の結果として生じる大きさを検出するために、前記外層から前記正規化された力および前記内層からの前記正規化された垂直力を受けるように構成されている、感知層と、
を備える含むグローブ装置。
【請求項１５】
前記外層は、約７５Ａないし９５Ａの最初のショア硬度値を持つ第１厚さと、約２７Ａないし約５０Ａの第２ショア硬度値を有する第２厚さと、を含み、
前記外層の前記第１厚さは、前記第２厚さに対する前記グローブ装置の前記表面に対して近接して配置され、前記外層の前記第２厚さは、前記第１厚さに対する感知層に近接して配置される、請求項１４に記載のグローブ装置。
【外国語明細書】
2020169982000001.pdf