(57)【要約】【課題】接触時の柔らかい感触を実現しつつ、接触に対する感度を確保することができ、且つ湾曲した面に対する設置を容易にすることができる感圧センサを提供することを課題とする。【解決手段】感圧センサ１０１は、弾性材からなり表面に沿った通路１１ａ及び１２ａを内部に有するシート部材１と、光の透過性を有し通路１１ａ及び１２ａに封入されて光導波路２１及び２２を形成する液体媒体の蛍光塗料２と、通路１１ａ及び１２ａに光を導入する光ファイバ５ａ及び５ｂと、光ファイバ５ａ及び５ｂにより導入されて通路１１ａ及び１２ａ内の蛍光塗料２を透過した光を検知する１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄとを備える。【選択図】図１
2010014512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性材からなり、導入部と導出部とを有し表面に沿って延びる通路を、内部に有するシート部材と、
光の透過性を有し、前記通路に封入されて光導波路を形成する液体媒体と、
前記通路の前記導入部に光を導入する光導入手段と、
前記光導入手段により前記通路の前記導入部に導入され、前記液体媒体を透過した光を、前記通路の前記導出部において検知する受光手段と
を備える光学式の感圧センサ。
【請求項２】
前記液体媒体は、蛍光色素を含み、
前記通路に導入される前記光は平行光である請求項１に記載の感圧センサ。
【請求項３】
前記通路は、交差する２つの方向に延びる通路からなる請求項１または２に記載の感圧センサ。
【請求項４】
前記受光手段は、受光した光の強度を電気信号に変換するラインセンサを有し、
前記ラインセンサは、前記通路の前記導出部に設けられる請求項１〜３のいずれか一項に記載の感圧センサ。
【請求項５】
前記通路の前記導出部と前記受光手段との間に光ファイバをさらに備え、
前記受光手段は、受光した光の強度を電気信号に変換するラインセンサを有し、
前記ラインセンサは、前記光導入手段により導入され前記液体媒体を透過した光を、前記光ファイバを介して検知する請求項１〜３のいずれか一項に記載の感圧センサ。
【請求項６】
前記光導入手段は、平行光を発する光源を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の感圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットのハンド及びアーム等に用いられる光学式の感圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ロボットのハンドやアーム等に用いられ、このハンドやアームが物体に接触した際、この接触を検出するためのセンサとして、光ファイバを採用した光学式のセンサが提案されている。このセンサは、ロボットのハンドやアーム等の表面に複数設けられた光ファイバが物体に接触し、光ファイバが加圧されることで生じる光ファイバ中の光強度の変化等を検出することにより、物体との接触を検出するものである。
例えば、特許文献１には、複数の光ファイバに複数の光ファイバを交差させて配置し、各光ファイバの一方端から光を入射させ、他方端に設けた光センサで光の強度を検出することにより、物体との接触位置を検出する光学式触覚センサが示されている。
この光学式触覚センサは、各光ファイバの交点を検出点としている。この検出点において交差し重なっている光ファイバには、物体と接触した際に変形が発生する。そこで、この光学式触覚センサは、この変形により生じる光の強度の減衰を光センサにより検出し、さらに変形した光ファイバを特定することにより、物体と接触している検出点を特定するものである。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１４９８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１における光学式触覚センサにおける光ファイバは比較的固い材質からなる。一方、人体と接触するロボットのハンドやアームに光学式触覚センサが使用される場合、光学式触覚センサには、その表面に柔らかい触感が求められる。このため、光ファイバの表面には軟質の保護材等を貼り付ける必要が生じる。さらに、ロボットのハンドやアームは、人体を保護する目的でその表面をシリコンラバー等の軟材によって覆われるが、この光学式触覚センサをロボットのハンドやアームに設置する際には、この軟材の表面に光ファイバを貼り付け、さらにその上に保護材を貼り付けることになる。
【０００５】
また、ロボットのハンドやアームは、その表面が円柱面や球面等の湾曲した面で構成されている。
そこで、腕曲した面に設けられた軟材に対して、変形を生じさせないように光ファイバを貼り付けることは非常に困難であり、工数の増大による生産性の低下とコストの上昇を招くという問題がある。
さらに、比較的固い材質からなる光ファイバの上に、保護材のような軟質な材質のものを貼り付けると、保護材が力を吸収するため光ファイバは加圧により変形しにくくなり、光学式触覚センサの感度が低下するという問題がある。
【０００６】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、接触時の柔らかい感触を実現しつつ、接触に対する感度を確保することができ、且つ湾曲した面に対する設置を容易にすることのできる光学式の感圧センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の問題点を解決するため、この発明に係る感圧センサは、弾性材からなり、導入部と導出部とを有し表面に沿って延びる通路を、内部に有するシート部材と、光の透過性を有し、通路に封入されて光導波路を形成する液体媒体と、通路の導入部に光を導入する光導入手段と、光導入手段により通路の導入部に導入され、液体媒体を透過した光を、通路の導出部において検知する受光手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このため、この感圧センサは、弾性材からなるシート部材の内部に液体媒体からなる光導波路を一体に形成した構成を有する。また、この感圧センサは、物体との接触時におけるシート部材を介した通路の変形、すなわち光導波路の変形による、光導波路を伝播する光の変化を検知するものである。そこで、弾性材からなるシート部材は湾曲した面に容易に設置することができる。また、シート部材の内部の通路に形成された液体媒体からなる光導波路はシート部材の湾曲等の変形に追随した形状を有することができ、設置時におけるシート部材の変形により光導波路の横断面に変形や閉塞等が発生しない。このため、シート部材の湾曲等の変形によって、光導波路を伝播する光は影響を受けず、受光手段による確実な光の検知を可能にする。さらに、弾性材からなるシート部材は、人体との接触時に柔らかい感触を実現しており、これにより、シート部材の表面に保護材等が必要なくなるため、感圧センサの感度を確保することができる。
【０００９】
液体媒体は、蛍光色素を含み、通路に導入される光は平行光であってもよい。蛍光色素を含む液体媒体を平行光が透過する際、平行光は非常に高い直進性を有するため、光の伝播損失、つまり減衰率を低く抑えることができる。このため、シート部材の湾曲等により通路に曲がりが生じていても、光導入手段により通路に導入された光は、通路を伝播した後、光の強度の減衰が抑えられた状態で受光手段によって確実に検知される。
通路は、交差する２つの方向に延びる通路からなっていてもよい。通路を伝播した光を検知して物体との接触により変形した通路を特定することにより、シート部材における物体と接触した位置を異なる２方向から特定することができる、すなわち２次元的に特定することができる。
受光手段は、受光した光の強度を電気信号に変換するラインセンサを有し、ラインセンサは、通路の導出部に設けられていてもよい。ラインセンサにより、通路を伝播した光の強度が検知される。
【００１０】
通路の導出部と受光手段との間に光ファイバをさらに備え、受光手段は、受光した光の強度を電気信号に変換するラインセンサを有し、ラインセンサは、光導入手段により導入され液体媒体を透過した光を、光ファイバを介して検知してもよい。ラインセンサにより、通路を伝播した光の強度が光ファイバを介して検知される。また、ラインセンサをシート部材から離れた位置に設けることができる。このため、物体との接触を有するシート部材には衝撃等が発生する可能性があるが、物体との接触部からラインセンサを離した配置することにより、衝撃によるラインセンサの破損等を防止することができる。さらに、ラインセンサを１箇所に集中して配置することにより、感圧センサを備えるロボット等の機械を感圧センサからの情報を基に制御する制御装置とラインセンサとの接続に関する回路が簡易になる。
光導入手段は、平行光を発する光源を有してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、光学式の感圧センサは、接触時の柔らかい感触を実現しつつ、接触に対する感度を確保することができ、且つ湾曲した面に対する設置を容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず、図１、図２及び図３を用いて、この発明の実施の形態１に係る光学式の感圧センサ１０１の構成を示す。
図１を参照すると、感圧センサ１０１は、矩形状をした軟質な弾性材からなるシート部材１を備える。
ここで、図２を参照すると、シート部材１は、２つの矩形状をした第１シート１１及び第２シート１２が互いの表面で接合されて形成されている。なお、第１シート１１及び第２シート１２は、シリコンラバー等からなり、第２シート１２における外周の４辺である端部付近において光の透過性を有している。
【００１３】
さらに、第１シート１１の表面には、この表面の長手方向（図１参照）に沿って、溝形状をした通路１１ａが平行に複数形成され、通路１１ａは第１シート１１の両端に及んでいる。なお、通路１１ａは、第１シート１１に対して、レーザー加工や化学エッチング等により形成される。
また、第２シート１２の表面には、第１シート１１と同様にして、この表面の短手方向（図１参照）に沿って、溝形状をした通路１２ａが平行に複数形成され、通路１２ａは第２シート１２の両端に及んでいる。さらに、第１シート１１及び第２シート１２は、通路１１ａ及び１２ａが形成された面同士を対向させて接合されている。このとき、通路１１ａの方向及び通路１２ａの方向は互いに直交しており、通路１１ａ及び１２ａは、シート部材１の内部において、シート部材１の表面１ｆに沿った直交する複数の通路をそれぞれ形成している。
【００１４】
次に、図１に戻り、シート部材１の通路１１ａ及び１２ａには、蛍光色素を含む液体媒体である蛍光塗料２がそれぞれ封入されている。蛍光塗料２は通路１１ａ及び１２ａのそれぞれの端部より注入される。そして、蛍光塗料２の通路１１ａ及び１２ａへの充填後、通路１１ａ及び１２ａの両端部はシート部材１の焼き付け等により閉じられ、蛍光塗料２がシート部材１の通路１１ａ及び１２ａ内に封入される。
なお、蛍光塗料２は、水やアルコール等の溶媒に対する溶解性を有する蛍光色素を、水やアルコール等に溶解させて生成されている。例えば、蛍光絵の具をアルコールに溶解させ、不純物を濾過して生成されるような溶液などでよい。この蛍光塗料２は、光の透過性を有する液体媒体であり、平行光を照射されると、その内部において、光の伝播損失（光の減衰）が抑えられた直進性の良好な光の伝播を行う。よって、蛍光塗料２が封入された通路１１ａ及び１２ａは、光の伝播損失（光の減衰）が抑制された光導波路２１及び２２をそれぞれ形成する。
【００１５】
また、シート部材１における外周の４辺には、コの字形状の断面を有する固定台３（図２及び図３参照）が設けられている。固定台３は、弾性材からなり、コの字形状断面の凹部においてシート部材１の４つの端部、第１端部１ａ，第２端部１ｂ，第３端部１ｃ，第４端部１ｄを狭持するように設けられている（図２及び図３参照）。さらにシート部材１、すなわち、第２シート１２における固定台３に狭持される部位は光の透過性を有している。また、固定台３は、シート部材１の４つの端部、第１端部１ａ，第２端部１ｂ，第３端部１ｃ，第４端部１ｄにそれぞれ対応した長さを有する４つの部材、第１部材３ａ、第２部材３ｂ、第３部材３ｃ及び第４部材３ｄにより構成されている。なお、固定台３の第１部材３ａ及び第２部材３ｂにおいて、例えば、図２に示す第１部材３ａの部位３ａ１のように、シート部材１の上方となる部位は光の透過性を有する材料から形成されている。また、シート部材１は、固定台３に狭持されて固定台３の設置面との間に僅かな隙間を形成しており、設置面に対して上下方向に撓むことができるようになっている（図２及び図３参照）。
【００１６】
また、固定台３における第１部材３ａ及び第２部材３ｂには、これらに沿って光ファイバ５ａ及び５ｂがそれぞれ設けられている。光ファイバ５ａ及び５ｂは、例えば、図２に示す第１部材３ａの部位３ａ１のように、第１部材３ａ及び第２部材３ｂにおけるシート部材１の上方となる部位に配置されており、光導入手段を構成している。なお、この光導入手段である光ファイバ５ａ及び５ｂは、ガラス管などであってもよく、内部に光を伝播させ、さらに内部の光を外部に透過させることができるものであればよい。
よって、図２を参照すると、光ファイバ５ａからその外部に透過した光は、シート部材１の第２シート１２を透過し、通路１１ａにおける光ファイバ５ａと対向する部位である導入部１１ａａにおいて通路１１ａに導入される。また、図３を参照すると、光ファイバ５ｂからその外部に透過した光は、通路１１ａと同様にして、第２シート１２を透過し、導入部１２ａａにおいて通路１２ａに導入される。
さらに、図１に戻り、固定台３における第１部材３ａ及び第２部材３ｂの交差部、すなわち光ファイバ５ａ及び５ｂの交差部には、平行光を発するＬＥＤ（発光ダイオード）４が光源として設けられている。ＬＥＤ４は光ファイバ５ａ及び５ｂと同じ高さに設けられており、ＬＥＤ４の発する光が光ファイバ５ａ及び５ｂの内部を進行するようになっている。なお、ＬＥＤ４は、この感圧センサ１０１が設置される図示しないロボット等の機械における制御装置７と電気的に接続され、制御装置７によってその電源のＯＮ−ＯＦＦが制御される。
【００１７】
また、固定台３において、シート部材１を挟んで第１部材３ａ及び第２部材３ｂにそれぞれ対向する第３部材３ｃ及び第４部材３ｄには、これらに沿って光の強度を検知する１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄがそれぞれ設けられている。１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄは、例えば、図２に示す第３部材３ｃの部位３ｃ１のように、第３部材３ｃ及び第４部材３ｄにおけるシート部材１の上方となる部位に配置されており、受光手段を構成している。なお、１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄは、多数の受光素子が一列に並べられたもので、受光した一列分の光の強度を電気信号に変換することができる撮像素子のことである。すなわち、１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄは、シート部材１の通路１１ａ及び１２ａのそれぞれの光の強度を検知し、この検知した光の強度を、受光しているか否かを示す１/０のデジタル信号に変換するものである。なお、光の強度の１/０のデジタル信号への変換は光の強度の所定の閾値を基準にして行われ、光の強度は、所定の閾値以上の場合に受光していることを示す信号値「１」に変換され、所定の閾値より小さい場合に受光していないことを示す信号値「０」に変換される。
よって、図２を参照すると、１次元ラインセンサ６ｃは、シート部材１の通路１１ａ内を透過した後、１次元ラインセンサ６ｃと対向する部位である導出部１１ａｂにおいて第２シート１２を透過した光を検知する。また、図３を参照すると、１次元ラインセンサ６ｄも、１次元ラインセンサ６ｃと同様にして、導出部１２ａｂにおいて第２シート１２を透過した通路１２ａの光を検知する。
【００１８】
さらに、図１に戻り、１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄは、制御装置７に電気的に接続されている。なお、制御装置７には、１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄから１/０のデジタル信号及びそれに対応する通路の情報が送られる。さらに、制御装置７は、送られた１/０のデジタル信号と、シート部材１の通路１１ａ及び１２ａのそれぞれの通路の位置とを対応づけ、その対応づけた結果に基づき図示しないロボット等の機械を制御する。なお、制御装置７による対応づけの詳細は後述にて示す。
【００１９】
次に、図１、図２及び図３を用いて、この発明の実施の形態１に係る感圧センサ１０１の動作を示す。
図１を参照すると、感圧センサ１０１が設けられる図示しないロボット等の機械が始動されると、制御装置７によりＬＥＤ４の電源がＯＮされる。なお、ＬＥＤ４は、この機械の作動中はＯＮ状態を維持する。
ＬＥＤ４から発せられる平行光は光ファイバ５ａ及び５ｂの内部を進行し、この光ファイバ５ａ及び５ｂから漏れ出た平行光のそれぞれが、シート部材１の第２シート１２（図２及び図３参照）を透過して、導入部１１ａａ及び１２ａａ（図２及び図３参照）において通路１１ａ及び１２ａに伝播する。通路１１ａ及び１２ａに伝播した平行光は、通路１１ａの蛍光塗料２及び通路１２ａの蛍光塗料２内をそれぞれ方向Ａ及びＢに進行する。
【００２０】
さらに、方向Ａ及びＢに進行する通路１１ａ及び１２ａ内の平行光は、シート部材１の第３端部１ｃに位置する通路１１ａの導出部１１ａｂ（図２参照）及び第４端部１ｄに位置する通路１２ａの導出部１２ａｂ（図３参照）において第２シート１２（図２及び図３参照）を透過して、１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄによってそれぞれ受光される。１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄは受光した光の強度を１/０のデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号とそれに対応する通路の情報とを制御装置７に送る。制御装置７は、以下に示すように、送られた１／０のデジタル信号とそれに対応する通路の位置とを対応づけ、さらに、対応づけた結果に基づき図示しないロボット等の機械を制御する。
また、説明の便宜上、通路１１ａに平行な方向Ａに向かう軸をＹ軸と規定し、Ｙ軸に対して垂直下方向の方向Ｂに向かう軸をＸ軸と規定する。
【００２１】
例えば、感圧センサ１０１が図示しない物体に接触し、点Ｐにおいてシート部材１が部分的に撓むか又は押しつぶされると、シート部材１内部の通路１１ａ及び１２ａのうち、点Ｐで交差する通路１１ａ１及び１２ａ１が変形を受けるか又は押しつぶされる。通路１１ａ１及び通路１２ａ１を伝播するそれぞれの光は、点Ｐにおける通路の変形により減衰が大きくなるため、１次元ラインセンサ６ｃにおいて検知される通路１１ａ１の光の強度、及び１次元ラインセンサ６ｄにおいて検知される通路１２ａ１の光の強度は減少し、所定の閾値より小さくなる。
【００２２】
そこで、１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄは、通路１１ａ１及び１２ａ１から受光した光の強度を、受光していないことを示す信号値「０」のデジタル信号にそれぞれ変換する。また、その他の通路から受光した光の強度については、所定の閾値以上であるため、受光していることを示す信号値「１」のデジタル信号にそれぞれ変換される。例えば、通路１１ａの通路１１ａ２及び通路１２ａの通路１２ａ２における信号値が「１」となる。
さらに、１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄは、通路１１ａ及び１２ａのそれぞれにおいて変換したデジタル信号値「０」或いは「１」を対応する通路の情報と共に、制御装置７に送る。
また、制御装置７には、シート部材１における通路１１ａ及び１２ａの位置情報とこれらの通路の各交点の位置情報とがＸ軸及びＹ軸に基づく２次元の座標により予め記憶されている。そこで、制御装置７は、通路１１ａにおける信号値及び通路１２ａにおける信号値から、通路１１ａ及び１２ａの各交点における光の強度の信号値を設定する。
【００２３】
例えば、信号値「０」を示す通路１１ａ１及び信号値「０」を示す通路１２ａ１の交点Ｐにおける光の強度の信号値を「００」とし、信号値「０」を示す通路１１ａ１及び信号値「１」を示す通路１２ａ２の交点Ｑにおける光の強度の信号値を「０１」とする。また、信号値「１」を示す通路１１ａ２及び信号値「０」を示す通路１２ａ１の交点Ｒにおける光の強度の信号値を「１０」とし、信号値「１」を示す通路１１ａ２及び信号値「１」を示す通路１２ａ２の交点Ｓにおける光の強度の信号値を「１１」とする。
これらの４点Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓにおいて、図示しない物体との接触によりシート部材１の変形を受けた点Ｐの光の強度の信号値が「００」であるように、通路１１ａ及び１２ａの各交点において、光の強度の信号値が「００」である交点がシート部材１の変形した点である。また、光の強度の信号値が「０１」，「１０」，「１１」である交点は、シート部材１に変形が生じていない点である。
【００２４】
よって、制御装置７は、通路１１ａ及び１２ａの各交点の座標と光の強度の信号値とを対応づけ、光の強度の信号値が「００」である交点、すなわち、物体との接触等によりシート部材１の変形を受けた点Ｐの２次元の位置を特定する。
従って、制御装置７は、通路１１ａにおいて信号値「０」を示す通路と通路１２ａにおいて信号値「０」を示す通路との交点において、物体との接触等によりシート部材１が変形していると判定し、これらの通路の交点の座標と判定結果とを対応づけて、シート部材１が変形している点を特定する。
また、制御装置７は、上述のようにして特定した物体との接触点を示す点Ｐの２次元の位置に基づき、図示しないロボット等の機械を制御する。
【００２５】
このように、実施の形態１に係る感圧センサ１０１は、弾性材からなり、導入部１１ａａ及び１２ａａ並びに導出部１１ａｂ及び１２ａｂを有し表面に沿って延びる通路１１ａ及び１２ａを、内部に有するシート部材１と、光の透過性を有し通路１１ａ及び１２ａに封入されて光導波路２１及び２２を形成する蛍光塗料２と、通路１１ａの導入部１１ａａ及び通路１２ａの導入部１２ａａに光を導入する光ファイバ５ａ及び５ｂと、光ファイバ５ａ及び５ｂにより導入部１１ａａ及び１２ａａに導入されて通路１１ａ及び１２ａ内の蛍光塗料２を透過した光を通路１１ａの導出部１１ａｂ及び通路１２ａの導出部１２ａｂにおいて検知する１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄとを備える。
【００２６】
これによって、感圧センサ１０１は、弾性材からなるシート部材１の内部に液体媒体の蛍光塗料２からなる光導波路２１及び２２を一体に形成した構成を有する。なお、弾性材からなるシート部材１は湾曲した面に容易に設置することができる。また、シート部材１の内部に形成され、蛍光塗料２が封入された通路１１ａ及び１２ａはシート部材１の湾曲等の変形に追随した形状を有することができ、設置時におけるシート部材１の変形により通路１１ａ及び１２ａの横断面に変形や閉塞等が発生しない。このため、シート部材１の湾曲等の変形によって、通路１１ａ及び１２ａを伝播する光は影響を受けず、１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄによる確実な光の検知を可能にする。さらに、弾性材からなるシート部材１は、人体との接触時に柔らかい感触を実現しており、これにより、シート部材１の表面に保護材等が必要なくなるため、感圧センサ１０１の感度を確保することができる。
【００２７】
また、蛍光色素を含む蛍光塗料２内をＬＥＤ４から発せられる平行光が透過する際、平行光は非常に高い直進性を有する。すなわち、蛍光塗料２は、内部を透過する平行光に対して、光の伝播損失、つまり減衰率を低く抑えることができる。よって、蛍光塗料２をシート部材１の通路１１ａ及び１２ａのそれぞれに封入して光導波路２１及び２２を形成することにより、シート部材１の湾曲等で通路１１ａ及び１２ａに曲がりが生じていても、光ファイバ５ａ及び５ｂにより通路１１ａ及び１２ａに導入された光は、通路１１ａ及び１２ａを伝播した後、光の強度の減衰が抑えられた状態で１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄによって確実に検知される。
また、通路１１ａ及び１２ａを互いに交差した直交する配置とし、物体との接触により変形した通路１１ａ１及び１２ａ１を特定することによって、物体との接触位置を２次元の座標により特定することができる。
【００２８】
また、感圧センサ１０１は、シート部材１に形成した通路１１ａ及び１２ａのそれぞれに蛍光塗料２を注入するだけで、シート部材１の内部に光導波路２１及び２２を形成することができる、従って、感圧センサ１０１の製造が簡単になるため、コストを低減することが可能になる。
また、感圧センサ１０１をロボットの指の円筒部に設置した例が、図５によって示される。感圧センサ１０１は、固定台３における第１部材３ａ及び第３部材３ｃをつき合わせるようにして円筒面の外周に巻き付けて設置することができる。
【００２９】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る光学式の感圧センサ１０２は、実施の形態１における１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄがシート部材１の通路１１ａ及び１２ａから光を直接受光して光の強度を検知していたものを、１次元ラインセンサがシート部材１の通路１１ａ及び１２ａから光を直接受光せずに光ファイバを介して間接的に受光するようにしたものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
まず、図４を用いて、この発明の実施の形態２に係る感圧センサ１０２の構成を示す。
感圧センサ１０２は、実施の形態１と同様にして、通路１１ａ及び１２ａを有するシート部材１を備え、通路１１ａ及び１２ａの内部には蛍光塗料２が封入されている。
【００３０】
さらに、シート部材１の端部における第１端部１ａ及び第２端部１ｂには、固定台３が設けられ、固定台３は第１部材３ａ及び第２部材３ｂにより構成されている。
また、固定台３の第１部材３ａ及び第２部材３ｂには、これらに沿って光ファイバ５ａ及び５ｂがそれぞれ設けられている。
さらに、固定台３において、光ファイバ５ａ及び５ｂの交差部には、ＬＥＤ４が設けられ、制御装置７と電気的に接続されている。
また、シート部材１において、固定台３の第１部材３ａ及び第２部材３ｂにそれぞれ対向するシート部材１の第３端部１ｃ及び第４端部１ｄには、光ファイバ９ａ及び９ｂが接続されている。
【００３１】
光ファイバ９ａは、一方の端部において、シート部材１の通路１１ａから光を受光するように配置されており、さらに、光ファイバ９ａの他方の端部は、１次元ラインセンサ６ｃに接続されている。
また、光ファイバ９ｂは、一方の端部において、シート部材１の通路１２ａから光を受光するように配置されており、さらに、光ファイバ９ｂの他方の端部は、１次元ラインセンサ６ｄに接続されている。
さらに、１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄは、制御装置７と電気的に接続されている。
よって、１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄは、光ファイバ９ａ及び９ｂの長さの分だけ、シート部材１から離れた位置に設けることができる。
また、この発明の実施の形態２に係る感圧センサ１０２のその他の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００３２】
次に、図４を用いて、この発明の実施の形態２に係る感圧センサ１０２の動作を示す。
感圧センサ１０２においてＬＥＤ４の電源がＯＮされると、実施の形態１と同様にして、ＬＥＤ４から発する平行光は、光ファイバ５ａ及び５ｂの内部を進行し、シート部材１の通路１１ａ及び１２ａにそれぞれ伝播する。伝播した平行光は、通路１１ａ及び１２ａの蛍光塗料２内をそれぞれ方向Ａ及びＢに進行し、さらには光ファイバ９ａ及び９ｂの内部に伝播する。この伝播した平行光は、光ファイバ９ａ及び９ｂ内をそれぞれ進行し、光ファイバ９ａ及び９ｂの末端に設けられた１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄによってその光の強度が検知される。１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄによって検知された光の強度は１／０のデジタル信号にそれぞれ変換された後、制御装置７に送られる。制御装置７は、実施の形態１と同様にして、送られた信号を演算処理し、図示しないロボット等の機械を制御する。
また、この発明の実施の形態２に係る感圧センサ１０２のその他の動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００３３】
このように、実施の形態２に係る感圧センサ１０２において、上記実施の形態１の感圧センサ１０１と同様な効果が得られる。
また、シート部材１の通路１１ａ及び１２ａのそれぞれを伝播した光を、１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄが光ファイバ９ａ及び９ｂを介して受光する構成とすることにより、１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄをシート部材１から離れた位置に設けることができる。よって、物体との接触によりシート部材１には衝撃が発生する可能性があるが、シート部材１から１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄは離れて配置されるため、接触の衝撃による１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄの破損等を防止することができる。さらに、１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄを１箇所に集中して配置することにより、制御装置７と１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄとの接続に関する回路を簡易にすることができる。
【００３４】
また、他の実施形態として、実施の形態１及び２においてシート部材１は２つの矩形状をした第１シート１１及び第２シート１２が接合されたものであったが、図５の感圧センサ１０３のように、２つの半球面状をしたシートを接合して、半球面状のシート部材を形成してもよい。このとき、半球面状のシート部材の円周状の縁部に固定台３の各部材３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが設けられる。これにより、ロボットの指の先端等の球面状をした部材への感圧センサ１０３の設置がさらに容易になる。
【００３５】
また、実施の形態１及び２において、シート部材１には、直交する通路１１ａ及び１２ａが形成されていたが、通路１１ａ及び１２ａは直交していなくてもよい。通路１１ａ及び１２ａが平行でなく交差する形態であれば、感圧センサに対する接触位置を２次元で特定することができる。
また、実施の形態１及び２において、シート部材１には、直交する通路１１ａ及び１２ａが形成されていたが、通路１１ａ及び１２ａは平行であってもよい。平行な通路１１ａ及び１２ａを有するシート部材は、感圧センサに対する接触のみを感知するだけでよい場合や接触位置の特定が１次元によるものでよい場合などにおいて、適用することができる。
【００３６】
また、実施の形態１及び２において、通路１１ａが第１シート１１に形成され、通路１２ａが第２シート１２に形成されていたが、通路１１ａ及び１２ａの両方を第１シート１１或いは第２シート１２に形成してもよい。
また、実施の形態１及び２において、通路１１ａが形成された第１シート１１及び通路１２ａが形成された第２シート１２を接合してシート部材１を形成していたが、１つのシートに対しその表面に沿った孔を内部に形成してシート部材としてもよい。
また、実施の形態１及び２において、１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄは受光した光の強度を１／０のデジタル信号に変換するものであったが、多階調のデジタル信号に変換するものであってもよい。このとき、制御装置７は、１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄから送られる多階調のデジタル信号に基づき、通路１１ａ及び１２ａのそれぞれにおける光の伝播の異常、すなわち通路１１ａ及び１２ａの変形を判別するようにすればよい。
また、実施の形態１及び２において、感圧センサ１０１及び１０２に、光ファイバ５ａ及び５ｂに光を導入するための光源としてＬＥＤ４を設けていたが、外部の光源から光を導入できるような状態であれば、光源を設けなくてもよい。
【００３７】
また、実施の形態１及び２において、感圧センサ１０１及び１０２に対する物体との接触位置のみを特定していたが、物体との接触位置において作用した力を求めるようにしてもよい。例えば、シート部材１の硬度を調節し、シート部材１に作用する力と力の作用による通路１１ａ及び１２ａの横断面の変形量との関係を特定することができる。さらに、通路１１ａ及び１２ａの横断面の変形量と、この変形量に対応した通路１１ａ及び１２ａを伝播する光の強度の減衰率との関係を特定することができる。これらにより、シート部材１に作用する力と力の作用する通路１１ａ及び１２ａを伝播する光の強度の減衰率との関係を特定することができる。さらに、１次元ラインセンサ６ｃ及び６ｄを受光する光の強度を多階調のデジタル信号に変換できるものにすることよって、通路１１ａ及び１２ａの各交点における光の強度を多階調のデジタル信号に変換し、変換した光の強度を示す信号に基づき、各交点における光の減衰率を特定することができる。よって、特定された光の減衰率から各交点において作用する力が求められる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る感圧センサの構成を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る感圧センサの構成を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る感圧センサの設置適用例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  シート部材、２  蛍光塗料（液体媒体）、４  ＬＥＤ（光源）、５ａ，５ｂ  光ファイバ（光導入手段）、６ｃ，６ｄ  １次元ラインセンサ（受光手段）、９ａ，９ｂ  光ファイバ、１１ａ，１１ａ１，１１ａ２，１２ａ，１２ａ１，１２ａ２  通路、２１，２２  光導波路、１１ａａ，１２ａａ  導入部、１１ａｂ，１２ａｂ  導出部、１０１，１０２，１０３  感圧センサ。
【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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