(57)【要約】  本発明は時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサ及びロボットに関し、該センサは複数のセンサユニットを備え、各ユニットが４つの多機能層に含まれる領域を含み、多機能層の内部に４つの平行板コンデンサが含まれており、多機能層がアナログスイッチの時分割切替及びバスの制御により領域に分けてシールドする機能を実現する。その有益な効果は、領域に分けて走査するとき、センサユニットを走査して操作を実行することにより、多機能層からなる平面コンデンサと類似したコンデンサが接触覚を実現する際に多機能層の外部クロストークを受けないだけでなく、その内部平行板コンデンサのクロストークも受けないようにし、更にシールド状態にある多機能層の内部平行板コンデンサが三次元力の変化を測定できるようにし、センサユニットをシールドする多機能層を同時にアースし、又はその内部平行板コンデンサの共通電極の励起信号に同時に接続し、内部平行板コンデンサの共通電極を対応する共通電極の励起信号に接続し、シールド状態にあるセンサユニットが三次元力の変化を検出できるようにするということである。
2021512329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサであって、
複数のセンサユニットを備え、各センサユニットが４つの多機能層に含まれる領域を含み、各多機能層の内部に平行板コンデンサが含まれており、前記多機能層がアナログスイッチによりプロセッサに接続され、前記プロセッサが外部回路に接続され、
前記多機能層がアナログスイッチの時分割切替及びバスの制御によりセンサを領域に分けてシールドし、各測定サイクルＴが２つのサブサイクルＴ１とＴ２とからなり、
Ｔ１の場合、第１多機能層が多機能層の励起信号に接続され、第３多機能層がアナログデジタル変換回路に接続され、第２多機能層と第４多機能層とが同時にアースされ、又は第２多機能層と第４多機能層とがその内部平行板コンデンサの共通電極の励起信号に同時に接続され、第１多機能層と第３多機能層の内部平行板コンデンサを制御するアナログスイッチを切断するとともに、第２多機能層と第４多機能層の内部平行板コンデンサを制御するアナログスイッチをその内部平行板コンデンサの共通電極の励起信号に接続し、
Ｔ２の場合、第２多機能層が多機能層の励起信号に接続され、第４多機能層がアナログデジタル変換回路に接続され、第１多機能層と第３多機能層とが同時にアースされ、又は第１多機能層と第３多機能層とがその内部平行板コンデンサの共通電極の励起信号に同時に接続され、第２多機能層と第４多機能層の内部平行板コンデンサを制御するアナログスイッチを切断するとともに、第１多機能層と第３多機能層の内部平行板コンデンサを制御するアナログスイッチをその内部平行板コンデンサの共通電極の励起信号に接続し、
次のＴ３サイクル内において、シールド状態にあるセンサユニットの４つの多機能層を同時にアースし、又はその内部平行板コンデンサの共通電極の励起信号に同時に接続して、４つの多機能層の内部平行板コンデンサの共通電極を対応する共通電極の励起信号に接続し、シールド状態にあるセンサユニットが三次元力の変化を検出できるようにし、Ｔ３＝Ｔとすることを特徴とする時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサ。
【請求項２】
前記測定サイクルＴが１〜２０ｍｓであって、Ｔ１＝Ｔ２＝０．５Ｔであることを特徴とする請求項１に記載の時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサ。
【請求項３】
各前記多機能層の内部にいずれも二層電極が設置され、上層が十字形共通電極であり、下層が上層十字型共通電極に対応する４つの独立電極であり、前記上層十字型共通電極と下層の４つの独立電極とが４つの平行板コンデンサを構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサ。
【請求項４】
各多機能層に含まれる領域は多機能層に対応する上部と底部を含み、上部が可撓性導電材料で構成され、可撓性導電材料の外部には可撓性絶縁材料からなる保護層が設置され、底部が多層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板を含み、ＰＣＢ板又はＦＰＣ板の下表面に可撓性絶縁層が設置され、可撓性絶縁層の下表面にはアナログスイッチにより制御されるアースシールド層が設置され、アナログスイッチにより制御されるアースシールド層の下表面に絶縁保護層が設置され、第１層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板には各多機能層に対応する環状電極が設置され、第２層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板に円形電極が設置され、円形電極に貫通孔が設置され、独立した導電領域を形成するように前記貫通孔を介して環状電極と円形電極とを接続し、前記上部と底部とが電気的に接続され、前記上層十字型共通電極が前記多機能層の内部に設置される中心導電性カラムにより前記第１層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板に電気的に接続され、下層独立電極が前記第１層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板に直接設置されることを特徴とする請求項３に記載の時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサ。
【請求項５】
前記可撓性導電材料が有機導電性接着剤材料であり、前記有機導電性接着剤材料と前記多機能層との間に導電性接着剤接着層が設置されることを特徴とする請求項４に記載の時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサ。
【請求項６】
前記アナログスイッチにより制御されるアースシールド層が有機シリコン導電性接着剤シールド層であり、前記絶縁保護層がＰＤＭＳ保護層であることを特徴とする請求項４に記載の時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサ。
【請求項７】
前記多機能層の上部と底部とが導電性ペーストで接着され又は圧着により電気的に接続され、導電性カラムが溶接、圧着又は導電性ペーストにより前記第１層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板に電気的に接続されることを特徴とする請求項４に記載の時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサ。
【請求項８】
第１多機能層と第３多機能層とは高さが同じであって対向設置され、第２多機能層と第４多機能層とは高さが同じであって対向設置され、第１多機能層と第３多機能層との中心距離がｄ１であり、第２多機能層と第４多機能層との中心距離がｄ２であり、ｄ１とｄ２の比が１．２〜５であり、第１多機能層と第３多機能層の高さがｈ１であり、第２多機能層と第４多機能層の高さがｈ２であり、ｈ１とｈ２の差値が１〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサを備えることを特徴とする電子皮膚。
【請求項１０】
請求項９に記載の電子皮膚を備えることを特徴とするロボット。
【請求項１１】
請求項９に記載の電子皮膚を備えることを特徴とする人工知能義肢。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサ、電子皮膚及びロボットに関し、人工知能の技術分野に適用される。
【背景技術】
【０００２】
近年、知能ロボットは工業分野において既に大規模実用段階に発展しており、知能ロボットと外部世界との対話作用は人間の様々な感覚器官機能を模倣する知能センサ、例えば、視覚センサ、聴覚センサ、触覚センサ及び嗅覚センサを必要とする。今日において、視覚センサと聴覚センサは既に成熟し、工業ロボット分野に広く応用されている。しかしながら、知能ロボットが人間活動の各分野、特に農業ロボット、ホームサービスロボット、医療サービスロボット及びホテル飲食業サービスロボット等の分野へ広がるとともに、ロボットがより柔軟で複雑な動作を行える必要があり、それと同時に、これらの分野におけるロボットが人間に緊密に接触する必要があるため、ロボットと人間との接触の安全性及び快適性を確保しなければならない。従って、人間の触覚機能に類似する高度に敏感な触覚センサを有することはますます重要になる。世界では、各国がいずれもバイオニック触覚センサについて広範な研究を進めている。
【０００３】
知能触覚センサは以下の基本的な機能を有すべきである。
【０００４】
接触覚：知能ロボットの肢体が外部物体に接触しようとするとき、または、外部物体に接触したばかりのとき、接触しようとする外部物体、または、接触したばかりの外部物体を大まかに分類して、接近しようとする外部物体の速度と距離を判断することができるべきである。例えば、サービスタイプのロボットは接触しようとする物体、または、接触したばかりの物体が人間の肢体又は他の物体であるかを識別できるべきであり、農業収穫ロボットは接触しようとする物体、または、接触したばかりの物体が果物、綿花又は植物の枝葉であるかを識別できるべきであるとともに、知能ロボットがその肢体を外部オブジェクトに接近又は接触させる初速度を適切に制御するよう、接近する速度と距離を判断できるべきであり、それにより接触しようとする人体を傷害し、又は接触しようとする物体を損傷することを回避する。
【０００５】
圧覚及び滑動覚：知能ロボットの肢体が外部物体に接触した後、知能ロボットが外部物体に与えた三次元圧力を適切な範囲に制御するよう、与えた三次元圧力の大きさと方向を感知できるべきである。例えば、サービスタイプのロボットが茶碗を手にするとき、壊さないとともに落ちないように茶碗に与えた三次元圧力を制御すべきである。また、知能ロボットが滑動の方向と速度を制御できるよう、知能ロボットの肢体が外部物体を滑動する際に滑動方向と滑動速度を感知できるべきである。例えば、マッサージサービスロボットはその手のひらが人体を滑動する速度と方向を適切な範囲に制御できるべきである。
【０００６】
温湿度覚：知能ロボットの肢体が外部物体に接近するとき、または、外部物体に接触するとき、知能ロボットが知能ロボットそのものの肢体を高温又は低温による損傷から保護するとともに、そのサービスオブジェクトを高温又は低温による傷害から保護するよう、外部環境と外部物体の温度を感知できるべきである。例えば、サービスロボットが高齢者又は患者にお茶を出すとき、お茶の温度が人間の飲用に適するかどうかを判断すべきであり、知能ロボットの肢体が火炎又は高温物体に接近するとき、自主的に回避できるべきである。また、知能ロボットの肢体が外部物体に接近するとき、または、外部物体に接触するとき、外部環境と外部物体の湿度を感知できるべきである。例えば、ホームサービスロボットが人間のため衣料を日干しするとき、衣料が乾燥されたかどうかを識別できるべきである。
【０００７】
上記基本的な機能を除き、バイオニックロボットのすべての肢体が大量のタッチセンサを有するバイオニック皮膚で大面積で覆われる必要があるため、知能タッチセンサは更に小型化、低消費電力、センサマトリックスを形成しやすい要件を満たす必要がある。
【０００８】
従来の知能タッチセンサ技術についての研究において、センシング原理に応じて、主に抵抗式、静電容量式、光電式、圧電式、インダクタンス式、マイクロメカトロニクス式及び複合式（２種類又は２種類以上の原理の複合）に分けられる。現在、多くが実験室の研究段階にあり、まだ実用段階に入っておらず、研究が進めるとともに、多くの研究チームが抵抗式、静電容量式及び抵抗静電容量複合式に注目しており、その製造プロセスが簡単で、コストが低く、量産しやすいという特徴を有するため、成熟段階へ進んでいる。
【０００９】
純抵抗式タッチセンサは可撓性圧抵抗可変材料（例えば、導電性ゴム）を利用し、圧力を受けると、その抵抗率が変化することで、反応が圧力の大きさの影響を受ける原理により実現される。その利点は、圧覚すなわち三次元力の感知を実現でき、製造プロセスが簡単で、コストが低く、干渉耐性がより高く、量産しやすいことであるが、その欠点は、ほとんど接触覚の要件を実現できず、接触する物体を分類識別できず、外部物体に接触しようとするとき、接近する速度と距離を判断できず、感度がより低く、製品の一致性を制御しにくいことである。接触覚及び感度への要件が低い応用分野では、市場の将来性がある。
【００１０】
静電容量式又は抵抗静電容量複合式タッチセンサは現在市場の将来があり、他のタイプのタッチセンサに比べて、静電容量式タッチセンサは接触覚の実現において独特な優位性を有し、静電容量式タッチセンサは電界理論を利用し、その電界線が接近する外部物体、または、接触する外部物体を通り抜けて、異なる物体が異なる誘電率を有する特性を利用して外部物体を分類識別することができ、特に外部物体が人体であるか、または、他の物体であるかを正確に識別することができる。圧覚及び滑動覚を実現する静電容量式触覚センサも感度が高く、一致性が高く、製造しやすく、コストが低く、マトリックスを実現しやすいという利点を有する。しかしながら、従来の静電容量式触覚センサ技術の欠点は以下のとおりである。
【００１１】
第１として、タッチセンサのすべての要件、すなわち外部物体の分類識別及び外部物体の接近程度の判別を含む接触覚、圧覚及び滑動覚すなわち三次元力の大きさ及び方向の測定、温度覚及び湿度覚への要件を実現できない。
【００１２】
第２として、干渉耐性がより低く、環境温度、湿度、電磁干渉の影響を受けやすく、三次元力を測定する際に一般的に差動方法を用いて環境温度、湿度の影響をなくし、且つ電磁シールド方法を用いて抗電磁干渉能力を向上させる。そして、電磁シールド措置を用いると、抗電磁干渉能力を効果的に向上させるが、外部物体の分類識別並びに接近速度及び距離の判断能力をなくし、つまり接触覚機能を実現できない。
【００１３】
第３として、センサマトリックスを形成する場合、隣接するセンサユニットの電界クロストークを回避できない。
【００１４】
近年、国内外の研究者は多くの論文と特許文献を発表したが、大まかに以下の２種類に分けられる。
【００１５】
圧覚及び／又は滑動覚機能のみを有し、つまり三次元力のみを測定できるセンサについては、シールドある措置及びシールドなし措置に分けられる。
【００１６】
例えば、特許出願第ＣＮ２０１４１０２４５０３０号に全可撓性静電容量式触覚センサが開示されており、該特許は平行板コンデンサの上極板をシールド層として直接アースするものであり、干渉耐性を向上させるが、シールド層の内部電界線がシールド層を通り抜けることが不可能であるため、外部物体の分類識別及び接近程度の判別機能をなくし、接触覚を実現できない。
【００１７】
特許公開第ＵＳ２００８／０１７４３２１Ａ１号には物体の接近及び滑動覚を同時に測定できるコンデンサセンサが開示されており、該センサは２つのモードで動作できる。該特許におけるコンデンサ電極は上下二層構造を用い、上層が２つの電極により平面コンデンサを構成し、接触覚による外部物体の分類識別機能を実現できるが、接触覚による外部物体の接近程度の測定を実現できず、その上層電極と下層電極とが平行板コンデンサを形成でき、圧覚による法線力の測定を実現できるが、接線力の測定を実現できず、該特許はシールド又は差動等のいかなる耐干渉措置を実現できない。マトリックスを形成する場合においても、いかなる耐クロストーク措置を実現できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は従来技術の欠点を解決し、時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサであって、
複数のセンサユニットを備え、各センサユニットが４つの多機能層に含まれる領域を含み、各多機能層の内部に平行板コンデンサが含まれており、前記多機能層がアナログスイッチによりプロセッサに接続され、前記プロセッサが外部回路に接続され、
多機能層がアナログスイッチの時分割切替及びバスの制御によりセンサを領域に分けてシールドし、
各測定サイクルＴが２つのサブサイクルＴ１とＴ２とからなり、
Ｔ１の場合、第１多機能層が多機能層の励起信号に接続され、第３多機能層がアナログデジタル変換回路に接続され、第２多機能層と第４多機能層とが同時にアースされ、又は第２多機能層と第４多機能層とがその内部平行板コンデンサの共通電極の励起信号に同時に接続され、第１多機能層と第３多機能層の内部平行板コンデンサを制御するアナログスイッチを切断するとともに、第２多機能層と第４多機能層の内部平行板コンデンサを制御するアナログスイッチをその内部平行板コンデンサの共通電極の励起信号に接続し、これにより、第１多機能層と第３多機能層とからなる平面コンデンサと類似したコンデンサＣ１が接触覚を実現する際に第２多機能層と第４多機能層の外部クロストークを受けないだけでなく、第１多機能層と第３多機能層の内部平行板コンデンサのクロストークも受けないようにするとともに、三次元力の変化を測定するよう、更に第２多機能層と第４多機能層とがシールド状態にある場合、その内部の平行板コンデンサが依然として動作状態にあるようにし、
Ｔ２の場合、第２多機能層が多機能層の励起信号に接続され、第４多機能層がアナログデジタル変換回路に接続され、第１多機能層と第３多機能層とが同時にアースされ、又は第１多機能層と第３多機能層とがその内部平行板コンデンサの共通電極の励起信号に同時に接続され、第２多機能層と第４多機能層の内部平行板コンデンサを制御するアナログスイッチを切断するとともに、第１多機能層と第３多機能層の内部平行板コンデンサを制御するアナログスイッチをその内部平行板コンデンサの共通電極の励起信号に接続し、これにより、第２多機能層と第４多機能層とからなる平面コンデンサと類似したコンデンサＣ２が接触覚を実現する際に第１多機能層と第３多機能層の外部クロストークを受けないだけでなく、第２多機能層と第４多機能層の内部平行板コンデンサのクロストークも受けないようにするとともに、三次元力の変化を測定するよう、更に第１多機能層と第３多機能層とがシールド状態にある場合、その内部の平行板コンデンサが依然として動作状態にあるようにし、
次のＴ３サイクル内において、シールド状態にあるセンサユニットの４つの多機能層を同時にアースし、又はその内部平行板コンデンサの共通電極の励起信号に同時に接続して、４つの多機能層の内部平行板コンデンサの共通電極を対応する共通電極の励起信号に接続し、シールド状態にあるセンサユニットが三次元力の変化を検出できるようにし、Ｔ３＝Ｔとすることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサは更に以下の付属の技術案を含む。
【００２１】
前記測定サイクルＴが１〜２０ｍｓであって、Ｔ１＝Ｔ２＝０．５Ｔである。
【００２２】
各前記多機能層の内部にいずれも二層電極が設置され、上層が十字形共通電極であり、下層が上層十字型共通電極に対応する４つの独立電極であり、前記上層十字型共通電極と下層の４つの独立電極とが４つの平行板コンデンサを構成する。
【００２３】
各多機能層に含まれる領域は多機能層に対応する上部と底部を含み、上部が可撓性導電材料で構成され、可撓性導電材料の外部には可撓性絶縁材料からなる保護層が設置され、底部が多層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板を含み、ＰＣＢ板又はＦＰＣ板の下表面に可撓性絶縁層が設置され、可撓性絶縁層の下表面にはアナログスイッチにより制御されるアースシールド層が設置され、アナログスイッチにより制御されるアースシールド層の下表面に絶縁保護層が設置され、第１層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板には各多機能層に対応する環状電極が設置され、第２層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板に円形電極が設置され、円形電極に貫通孔が設置され、独立した導電領域を形成するように前記貫通孔を介して環状電極と円形電極とを接続し、前記上部と底部とが電気的に接続され、前記上層十字型共通電極が前記多機能層の内部に設置される中心導電性カラムにより前記第１層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板に電気的に接続され、前記下層独立電極が前記第１層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板に直接設置される。
【００２４】
前記可撓性導電材料が有機導電性接着剤材料であり、前記有機導電性接着剤材料と前記多機能層との間に導電性接着剤接着層が設置される。
【００２５】
前記由アナログスイッチにより制御されるアースシールド層が有機シリコン導電性接着剤シールド層であり、前記絶縁保護層がＰＤＭＳ保護層である。
【００２６】
前記多機能層の上部と底部とが導電性ペーストで接着され又は圧着により電気的に接続される。
【００２７】
前記導電性カラムが溶接、圧着又は導電性ペーストにより前記第１層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板に電気的に接続される。
【００２８】
第１多機能層と第３多機能層とは高さが同じであって対向設置され、第２多機能層と第４多機能層とは高さが同じであって対向設置され、第１多機能層と第３多機能層との中心距離がｄ１であり、第２多機能層と第４多機能層との中心距離がｄ２であり、ｄ１とｄ２の比が１．２〜５であり、第１多機能層と第３多機能層の高さがｈ１であり、第２多機能層と第４多機能層の高さがｈ２であり、ｈ１とｈ２の差値が１〜３ｍｍである。
【００２９】
本発明は更に電子皮膚を提供し、該電子皮膚は上記いずれか１項に記載の時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサのタッチセンサを備えることを特徴とする。
【００３０】
本発明は更に知能ロボットを提供し、該知能ロボットは上記電子皮膚を備えることを特徴とする。
【００３１】
本発明は更に人工知能義肢を提供し、該人工知能義肢は上記電子皮膚を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の実施は以下の技術的効果を有する。
【００３３】
本発明の時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサは多機能層に寄与してタッチセンサのすべての機能的要件を完全に実現することができ、第１として、多機能層そのものが平面コンデンサと類似したコンデンサの電極を形成して接触覚の機能的要件を完全に実現することができ、第２として、多機能層がその内部に含まれる複数の平行板コンデンサの電磁シールド層とされてもよく、三次元力測定の干渉耐性を効果的に向上させる上で更に接触覚のすべての機能を実現することができ、第３として、センサマトリックスを形成する場合、多機能層が領域に分けて遮蔽的に走査することに用いられてもよく、隣接するセンサユニットのクロストーク問題を効果的に回避する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のセンサユニットの外観構造図である。
【図２】本発明の一態様の多機能層の配置図である。
【図３】本発明の他の態様の多機能層の配置図である。
【図４】本発明の別の態様の多機能層の配置図である。
【図５】本発明のセンサユニットの階層図である。
【図６】本発明の一実施例のセンサユニットの分解図である。
【図７】本発明の多機能層の電界線の分布図である。
【図８】本発明の外部物体が平面コンデンサと類似したコンデンサＣ１及びＣ２電界線分布領域に入っていないときの電界線の分布図である。
【図９】本発明の外部物体が平面コンデンサと類似したコンデンサＣ１電界線分布領域に入っているが、平面コンデンサと類似したコンデンサＣ２電界線分布領域に入っていないときの電界線の分布図である。
【図１０】本発明の外部物体が平面コンデンサと類似したコンデンサＣ１及びＣ２電界線分布領域に入っているときの電界線の分布図である。
【図１１】本発明の外部物体が平面コンデンサと類似したコンデンサＣ１に接触するが、平面コンデンサと類似したコンデンサＣ２に接触していないときの電界線の分布図である。
【図１２】本発明の外部物体が平面コンデンサと類似したコンデンサＣ１及びＣ２に同時に接触するときの電界線の分布図である。
【図１３】従来のセンサのマトリックス状走査図である。
【図１４】本発明の領域に分けてシールドするマトリックス状走査図である。
【図１５】本発明の一実施例の多機能領域の断面図である。
【図１６】本発明の一実施例の平行板コンデンサの構造図である。
【図１７】本発明の一実施例の平行板コンデンサが力を受けていないときの模式図である。
【図１８】本発明の一実施例の平行板コンデンサが法線力を受けたときの模式図である。
【図１９】本発明の一実施例の平行板コンデンサがせん断力を受けたときの模式図である。
【図２０】本発明の一実施例の平行板コンデンサが滑動力を受けたときの模式図である。
【図２１】本発明の一実施例の回路制御図である。
【図２２】本発明の一実施例のセンサユニットの等価回路図である。
【図２３】本発明の他の実施例の多機能層の断面図である。
【図２４】図２３の部分分解図である。
【図２５】本発明の他の実施例のバリスタが熱の影響を受けると膨張するときの模式図である。
【図２６】本発明の他の実施例のバリスタが冷えると収縮するときの模式図である。
【図２７】本発明の他の実施例のセンサユニットの等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、実施例及び図面を参照しながら本発明を詳しく説明する。指摘すべきことは、説明される実施例は本発明を理解するためのものであって、制限のためのものではない。
【００３６】
図１に示すように、本実施例に係る時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサであって、複数のセンサユニットを備え、各センサユニットが４つの多機能層に含まれる領域を含み、４つの多機能層が２つずつ対向設置され、２対の中心接続線の交点を円心として、いかなる角度で配置されてもよい。図２に示すように、４つの多機能層が直交して配置され、つまり９０度角で配置される。図３に示すように、４つの多機能層が水平に配置され、つまり０度角で配置される。図４に示すように、４つの多機能層が４５度角で配置される。
【００３７】
図５及び図６に示すように、各多機能層に含まれる対応する領域は多機能層に対応する上部１１と底部を含み、上部１１が可撓性導電材料で構成され、可撓性導電材料の外部には可撓性絶縁材料からなる保護層１２が設置され、底部が多層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板を含み、ＰＣＢ板又はＦＰＣ板の下表面に可撓性絶縁層１７が設置され、可撓性絶縁層１７の下表面にはアナログスイッチにより制御されるアースシールド層１８が設置され、アナログスイッチにより制御されるアースシールド層１８の下表面に絶縁保護層１９が設置され、第１層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板１４には各多機能層に対応する環状電極１４１が設置され、第２層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板１５に円形電極１５１が設置され、円形電極１５１に貫通孔１５２が設置され、独立した導電領域を形成するように貫通孔１５２が環状電極１４１と円形電極１５１とを接続することに用いられ、前記可撓性導電材料からなる上部１１と第２層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板１５とが完全な多機能層を形成し、単層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板の厚さが０．０２５ｍｍのみであるため、多機能層がシールド層としての機能的要件を完全に満たすことができる。タッチセンサユニットの電子デバイスが第３層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板１６の下表面１６２に配置され、第３層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板１６の上表面１６１と下表面１６２が電子回路の配線に用いられる。図６に示すように、各多機能層に対応する領域の内部に可撓性絶縁材料１３を充填し、前記可撓性絶縁材料１３が上下二層電極と多機能層とを互いに絶縁し、前記上層十字型共通電極６が前記多機能層の内部に設置される中心導電性カラム２０により前記第１層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板に電気的に接続され、前記下層独立電極７が前記第１層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板１４１に直接設置され、前記上層十字型共通電極と下層独立電極との距離が０．５〜３ｍｍである。
【００３８】
好ましくは、前記センサユニットの体積が１ｍｍ３〜１００ｍｍ３である。
【００３９】
好ましくは、前記アナログスイッチにより制御されるアースシールド層１８が有機シリコン導電性接着剤材料で製造され、前記絶縁保護層１９がＰＤＭＳ材料で製造される。
【００４０】
好ましくは、前記可撓性導電材料が有機導電性接着剤材料であり、前記有機導電性接着剤材料と前記多機能層とが導電性接着剤で接着される。
【００４１】
好ましくは、前記多機能層の上部１１と底部とが導電性ペーストで接着され又は圧着により電気的に接続され、前記導電性カラム２０が溶接、圧着又は導電性ペーストにより前記第１層ＰＣＢ板又はＦＰＣ板１４１に電気的に接続される。
【００４２】
説明しやすくするために、本実施例は水平配置を例とする。図７に示すように、本実施例の４つの多機能層のうち、第１多機能層１と第３多機能層３とがコンデンサＣ１を構成し、第２多機能層２と第４多機能層４とがコンデンサＣ２を構成し、図中の長点線がコンデンサＣ１の電界分布を示し、短点線がコンデンサＣ２の電界分布を示し、第１多機能層１と第３多機能層３が第２多機能層２と第４多機能層４より高く、且つ第１多機能層１と第３多機能層３との中心距離が第２多機能層２と第４多機能層４との中心距離より大きい。このように設置されることにより、コンデンサＣ１の電界線分布領域がコンデンサＣ２の電界線分布領域より高いようにする。図８に示すように、外部物体５がコンデンサＣ１とコンデンサＣ２の電界線分布領域に入っていない場合、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の電界線分布領域の媒質がいずれも空気であり、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２の容量値が環境温度及び湿度の変化につれて等比率で変化することとなり、この等比率で変化する特性がデジタル差動アルゴリズムにより環境温度、湿度の変化の影響をなくすことができる。図９に示すように、外部物体５がコンデンサＣ１の電界線分布領域に入っているが、コンデンサＣ２の電界線分布領域に入っていない場合、異なる材質の物体の誘電率が異なるため、コンデンサＣ１の電気容量が変化し、Ｃ１の電気容量の変化量が外部物体の誘電率に近似的に正比例し、Ｃ２の電気容量が変化しない。図１０に示すように、外部物体５がＣ１とＣ２の電界線分布領域に同時に入る場合、Ｃ１とＣ２の電気容量の変化量が物体の誘電率に同時に正比例し、Ｃ１とＣ２の変化量と変化時間との関係に応じて外部物体の誘電率及び接近距離、速度を算出することができ、それにより外部物体５の分類識別及び接近程度の判別機能を実現する。
【００４３】
説明されるように、本実施例では、各センサユニットの内部に設置される多機能層の底部がいずれも同じ平面に設置される。従って、本実施例に係るコンデンサが平面コンデンサと類似したコンデンサであると見なされてもよい。
【００４４】
図１１に示すように、外部物体５がセンサユニットのより高い第１多機能層１と第３多機能層３に接触したばかりであるが、より低い第２多機能層２と第４多機能層４に接触していない場合、第１多機能層１と第３多機能層３の内部の検出ユニットが力を受けたが、第２多機能層２と第４多機能層４の内部の検出ユニットが力を受けていないため、変化しない。図１２に示すように、外部物体５が更にセンサユニットに圧力を与える場合、第２多機能層２と第４多機能層４の内部の検出ユニットも圧力を受けて変化する。これに応じて、更に外部物体に接触する時刻を正確に判別して、外部物体タッチセンサの表面の速度を正確に計算することができる。本実施例に係る時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサは、複数のタッチセンサユニットがセンサマトリックスを形成する（知能バイオニック皮膚に使用される）場合、マトリックス状に走査する際に隣接するセンサユニットのクロストークを回避するよう、アナログスイッチ及びバスの同期制御により領域に分けてシールドするセンサのマトリックス状走査機能を実現することができる。
【００４５】
従来技術におけるコンデンサのマトリックス状走査方式は図１３に示されるとおりであり、行走査線がマルチスイッチにより励起信号に接続され、列走査線がマルチスイッチによりコンデンサの入力測定チャネルに接続される。ある行とある列、例えば、第２行と第２列を選択した場合、選択中の行における励起信号がすべての列のコンデンサの励起電極に同時に与えられ、選択中の列のコンデンサの入力段のみがコンデンサの測定チャネルに接続されるが、このとき、選択中の行における未選択の隣接する列におけるコンデンサの励起電極が選択中のコンデンサにクロストークすることとなる。なお、選択中の行における接続線における励起信号も選択中のコンデンサにクロストークすることとなる。
【００４６】
本実施例における領域に分けて遮蔽的に走査する方式は図１４に示されるとおりであり、ＳＰＩバスがアドレスビットにより測定状態にあるセンサユニットを選択してＯにマークし、未指定のアドレスビットのセンサユニットをＸアースシールドにマークする。従って、選択中のセンサユニットにクロストークすることがない。選択中のセンサユニットは、その４つの多機能層が２つの平面コンデンサと類似したコンデンサを形成し、触覚機能を実現することに用いられ、その励起信号が該センサユニットの内部からのものである。センサユニットがアースシールドユニットとされる場合、その４つの多機能層が同時にアースされ、シールド領域の大きさすなわちアースシールドされたユニットの数が実際のニーズに応じて選択されてもよい。センサユニットがアースシールドユニットとされる場合、その多機能層が接触覚機能を一時的になくすが、依然として圧覚及び滑動覚機能を有するように確保するよう、各多機能層内部の三次元力を測定するためのユニットが依然として正常動作状態にある。未選択のセンサユニットの４つの多機能層がいずれもアースされるため、隣接する選択中のユニットにクロストークすることがない。
【００４７】
実施例１
本実施例では、多機能層内部の三次元力を検出するための検出ユニットが平行板コンデンサである。
【００４８】
各センサユニットにおける４つの多機能層の内部平行板コンデンサの構造は同じである。説明しやすくするために、第１多機能層１の内部構造を例として説明する。
【００４９】
図１５、図１６、図２１、図２２に示すように、第１多機能層１の上層十字形共通電極６がそれぞれ下層に対応設置される４つの矩形独立電極７とともに４つの平行板コンデンサＣ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６を形成し、第２多機能層２の上層十字形共通電極６がそれぞれ下層に対応設置される４つの矩形独立電極７とともに４つの平行板コンデンサＣ７、Ｃ８、Ｃ９、Ｃ１０を形成し、第３多機能層３の上層十字形共通電極６がそれぞれ下層に対応設置される４つの矩形独立電極７とともに４つの平行板コンデンサＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４を形成し、第４多機能層４の上層十字形共通電極６がそれぞれ下層４つの矩形独立電極７とともに４つの平行板コンデンサＣ１５、Ｃ１６、Ｃ１７、Ｃ１８を形成し、共通電極６が励起信号に接続され、矩形電極７がそれぞれ４つのコンデンサのアナログデジタル変換チャネルに接続される。
【００５０】
説明しやすくするために、上層十字形共通電極６と下層矩形電極７とからなる平行板コンデンサＣ４、Ｃ５のみを例として説明する。
【００５１】
図１７に示すように、外力を受けていない場合、平行板コンデンサＣ４の２つの極板間の間隔がａ１であり、２つの極板間の正対面積がｓ１であり、平行板コンデンサＣ５の２つの極板間の間隔がａ２であり、２つの極板間の正対面積がｓ２であり、ａ１＝ａ２、ｓ１＝ｓ２である。従って、平行板コンデンサＣ４と平行板コンデンサＣ５の容量値も等しい。外部物体５の法線圧力を受けた場合、図１８に示すように、平行板コンデンサＣ４の２つの極板間の間隔ａ１と平行板コンデンサＣ５の２つの極板間の間隔ａ２がいずれも変化し、それにより平行板コンデンサＣ４と平行板コンデンサＣ５の容量値をすべて変化させる。これに応じて、受けた法線力の大きさと方向を測定することができる。外部物体５の接線力を受けた場合、図１９に示すように、平行板コンデンサＣ４の２つの極板間の正対面積ｓ１と平行板コンデンサＣ５の２つの極板間の正対面積ｓ２がいずれも変化し、それにより平行板コンデンサＣ４と平行板コンデンサＣ５の容量値をすべて変化させる。これに応じて、受けた接線力の大きさを測定することができる。且つ、平行板コンデンサＣ４と平行板コンデンサＣ５の容量値の変化値の相違に応じて受けた接線力の方向を判断することができ、具体的に、図１９における矢印で示される方向の接線力を受けた場合、平行板コンデンサＣ４の容量値の変化値の絶対値が平行板コンデンサＣ５の容量値の変化値の絶対値より大きい。図１９における矢印で示される方向と逆方向の接線力を受けた場合、平行板コンデンサＣ４の容量値の変化値の絶対値が平行板コンデンサＣ５の容量値の変化値の絶対値より小さい。以上によれば、本実施例における平行板コンデンサＣ４と平行板コンデンサＣ５の容量値の変化値の相違に応じてセンサの受けた接線力の方向を判断することができる。滑動力を受けた場合、図２０に示すように、平行板コンデンサＣ４と平行板コンデンサＣ５の受けた法線力と接線力が振動し、平行板コンデンサＣ４の２つの極板間の間隔ａ１と平行板コンデンサＣ５の２つの極板間の間隔ａ２及び平行板コンデンサＣ４の２つの極板間の正対面積ｓ１と平行板コンデンサＣ５の２つの極板間の正対面積ｓ２をすべて変化させ、それにより平行板コンデンサＣ４と平行板コンデンサＣ５の電気容量が波動する。これに応じて、滑動の速度と方向を測定することができる。
【００５２】
本実施例では、前記多機能層が前記上層十字型共通電極と下層独立電極の外部に覆われており、前記多機能層の形状が凹溝形であり、前記多機能層の形状が半球形又は楕円形等であってもよく、
多機能層はその内部の平行板コンデンサに対して電磁シールド機能を実現することに用いられ、電磁シールドの実現方式はアースシールド及び等電位シールドの２種類があり、
外部電磁信号に対するアースシールドを実現するよう、多機能層のアナログスイッチをアース位置に切り替えると、多機能層をアースすることができ、外部電磁信号に対する等電位シールドを実現するよう、多機能層のアナログスイッチを対応する平行板コンデンサの共通電極に接続される励起信号に切り替えて、多機能層と平行板コンデンサの共通電極とが等電位を形成するようにする。
【００５３】
具体的に、本実施例の前記多機能層がアナログスイッチによりプロセッサに接続され、前記プロセッサがバスにより外部回路に接続され、
前記多機能層はアナログスイッチの時分割切替及びバスの制御によりセンサを領域に分けてシールドする機能を実現することができ、領域に分けて走査するとき、
図２１に示すように、走査状態にあるセンサユニットに下記Ｔサイクル操作を実行させ、１つの測定サイクルＴが２つのサブサイクルＴ１とＴ２とからなる。
【００５４】
Ｔ１の場合、第１多機能層１のアナログスイッチＫ１が多機能層の励起信号Ｓ１に接続され、第３多機能層３のアナログスイッチＫ３がアナログデジタル変換回路Ｍ１に接続され、第２多機能層２のアナログスイッチＫ２と第４多機能層４のアナログスイッチＫ４とが同時にアースされ、又は第２多機能層２のアナログスイッチＫ２がその内部平行板コンデンサの共通電極６の励起信号Ｓ２−１に接続され、第４多機能層４のアナログスイッチＫ４がその内部平行板コンデンサの共通電極６の励起信号Ｓ４−１に接続され、第１多機能層１の内部平行板コンデンサのアナログスイッチＫ１−１と第３多機能層３の内部平行板コンデンサのアナログスイッチＫ３−１とがいずれも切断され、これにより、平面コンデンサと類似したコンデンサＣ１が接触覚を実現する際に第２多機能層２と第４多機能層４の外部クロストークを受けないだけでなく、第１多機能層１と第３多機能層３の内部平行板コンデンサのクロストークも受けないようにするとともに、第２多機能層２の内部平行板コンデンサを制御するアナログスイッチＫ２−１をその内部平行板コンデンサの共通電極６の励起信号Ｓ２−１に接続し、第４多機能層４の内部平行板コンデンサを制御するアナログスイッチＫ４−１をその内部平行板コンデンサの共通電極６の励起信号Ｓ４−１に接続し、これにより、三次元力の変化を測定するよう、第２多機能層２と第４多機能層４とがシールド状態にある場合、その内部の平行板コンデンサが依然として動作状態にあるようにする。
【００５５】
Ｔ２の場合、第２多機能層２のアナログスイッチＫ２が多機能層の励起信号Ｓ２に接続され、第４多機能層４のアナログスイッチＫ４がアナログデジタル変換回路Ｍ２に接続され、第１多機能層１のアナログスイッチＫ１と第３多機能層３のアナログスイッチＫ３とが同時にアースされ、又は第１多機能層１のアナログスイッチＫ１がその平行板コンデンサの共通電極６の励起信号Ｓ１−１に接続され、第３多機能層３のアナログスイッチＫ３がその内部平行板コンデンサの共通電極６の励起信号Ｓ３−１に接続され、第２多機能層の内部平行板コンデンサのアナログスイッチＫ２−１と第４多機能層の内部平行板コンデンサのアナログスイッチＫ４−１とがいずれも切断され、これにより、平面コンデンサと類似したコンデンサＣ２が接触覚を実現する際に第１多機能層１と第３多機能層３の外部クロストークを受けないだけでなく、第２多機能層２と第４多機能層４の内部平行板コンデンサのクロストークも受けないようにするとともに、第１多機能層１の内部平行板コンデンサを制御するアナログスイッチＫ１−１をその内部平行板コンデンサの共通電極６の励起信号Ｓ１−１に接続し、第３多機能層３の内部平行板コンデンサを制御するアナログスイッチＫ３−１をその内部平行板コンデンサの共通電極６の励起信号Ｓ３−１に接続し、これにより、三次元力の変化を測定するよう、第１多機能層１と第３多機能層３とがシールド状態にある場合、その内部の平行板コンデンサが依然として動作状態にあるようにする。
【００５６】
シールド状態にあるセンサユニットに下記Ｔ３サイクル操作を実行させ、Ｔ３＝Ｔとする。
【００５７】
Ｔ３の場合、シールド状態にあるセンサユニットの４つの多機能層のアナログスイッチＫ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４を同時にアースし、又は４つの多機能層のアナログスイッチＫ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４をその内部平行板コンデンサの共通電極６の励起信号Ｓ１−１、Ｓ２−１、Ｓ３−１、Ｓ４−１に同時に接続して、４つの多機能層の内部平行板コンデンサの共通電極を制御するアナログスイッチＫ１−１、Ｋ２−１、Ｋ３−１、Ｋ４−１を対応する平行板コンデンサの共通電極６の励起信号Ｓ１−１、Ｓ２−１、Ｓ３−１、Ｓ４−１に同時に接続し、シールド状態にあるセンサユニットが三次元力の変化を測定できるようにする。
【００５８】
図２２に示すように、本実施例の電気容量測定はａｄ１社の７１５０チップを用い、プロセッサはＡＲＭ−ｍ０コアの３２ビットプロセッサを用い、外部通信はＳＰＩバスを用いる。
【００５９】
好ましくは、前記測定サイクルＴが１〜２０ｍｓであって、Ｔ１＝Ｔ２＝０．５Ｔである。
【００６０】
好ましくは、前記多機能層と前記平行板コンデンサとの組み合わせにより温覚機能を実現できる。実際に、三次元力を測定するための平行板コンデンサを直接利用して温度を測定してもよく、環境温度の変化により平行板コンデンサ間の媒質が膨張又は収縮し、それにより平行板コンデンサの間隔を変化させ、電気容量を変化させる。しかしながら、従来のタッチセンサは多機能層を有しないため、電気容量の変化が外部物体の圧力によるものであるか、または、温度の変化によるものであるかを判断できず、このため、平行板コンデンサを直接利用してタッチセンサの温覚を実現できない。本実施例は多機能層を利用してタッチセンサに接触する外部物体があるかどうかを正確に判定することができ、タッチセンサに接触する外部物体がない場合、多機能層の電磁シールド作用により、内部平行板コンデンサの変化を引き起こす唯一の要素が温度に限定される。図８及び図２５に示すように、環境温度が上昇する場合、平行板コンデンサ間の可撓性絶縁物質が膨張し、平行板コンデンサ間の間隔が大きくなり、これにより、それに応じて４つの平行板コンデンサの容量値が小さくなる。逆に、図２６に示すように、環境温度が降下する場合、平行板コンデンサ間の可撓性絶縁物質が収縮し、平行板コンデンサ間の間隔が小さくなり、これにより、それに応じて４つの平行板コンデンサの容量値が大きくなる。従って、コンデンサの変化量に応じて温度の変化量を推定することができる。
【００６１】
図１１に示すように、外部物体５がタッチセンサに接触する場合、２対の多機能層の高さに相違があるため、より高い第１多機能層１と第３多機能層３が先に圧力を受けたが、より低い第２多機能層２と第４多機能層４が圧力を受けていない。図２５に示すように、外部物体５の温度が環境温度より高い場合、温度センサの作用により、圧力を受けていない第２多機能層２と第４多機能層４の内部平行板コンデンサの極板間の可撓性絶縁物質が熱の影響を受けると膨張し、これにより、それに応じてその電気容量が減少する。逆に、図２６に示すように、外部物体５の温度が環境温度より低い場合、温度センサの作用により、圧力を受けていない第２多機能層と第４多機能層の内部平行板コンデンサの極板間の可撓性絶縁物質が収縮し、それに応じてその電気容量が増加する。これにより、第２多機能層２と第４多機能層内の平行板コンデンサの電気容量の変化に応じて外部物体に接触する温度を推定することができる。
【００６２】
好ましくは、前記平行板コンデンサの測定範囲が０．００１ｐｆ〜１００ｐｆである。
【００６３】
好ましくは、第１多機能層１と第３多機能層３との中心距離がｄ１であり、第２多機能層２と第４多機能層４との中心距離がｄ２であり、ｄ１とｄ２の比が１．２〜５であり、第１多機能層１と第３多機能層３の高さがｈ１であり、第２多機能層２と第４多機能層４の高さがｈ２であり、ｈ１とｈ２の差値が１〜３ｍｍである。
【００６４】
実施例２
本実施例では、多機能層内部の三次元力を検出するための検出ユニットがバリスタである。
【００６５】
図２３〜図２６に示すように、多機能層の構造と作用は実施例１における多機能層と同様である。しかしながら、多機能層が三次元力を測定するための原理は平行板コンデンサからバリスタになり、多機能層の内部電極構造を変化しないが、上層十字型共通電極６と下層矩形独立電極７との間に４つの矩形可撓性バリスタ２１を追加し、上層十字型共通電極６と下層の４つの矩形独立電極をバリスタ２１の二極とし、法線力を受けた場合、４つのバリスタ２１が同様の変形圧力を受け、接線力と滑動力を受けた場合、４つのバリスタ２１が異なる変形圧力を受け、４つの抵抗の変化に応じて三次元力の変化を測定することができる。
【００６６】
本実施例では、前記多機能層が前記上層十字型共通電極、バリスタ及び下層独立電極の外部に覆われており、前記多機能層の形状が凹溝形であり、前記多機能層の形状が半球形又は楕円形等であってもよい。
【００６７】
好ましくは、前記多機能層と前記バリスタ２１との組み合わせも温覚機能を実現できる。温度が変化する場合、多機能層内部の三次元力を測定するための４つのバリスタも温度変化の影響を受けて抵抗を変化させ、それにより温覚機能も実現でき、その測定原理は平行板コンデンサが温度を測定する原理と類似するため、ここで詳細な説明は省略する。具体的に、前記バリスタ２１が導電性ゴム圧抵抗材料で製造され、感圧導電性ゴム圧抵抗材料が特定のプロセスにより炭素又は他の高導電性粒子を絶縁性の可撓性ポリマーマトリックス材料に均一に分布させて製造した高分子材料であり、圧抵抗材料の導電能力が内部導電粒子の密度により決定される。圧抵抗材料が圧力を受けて変形する場合、その内部の導電粒子の密度も変化し、それによりセンサ両端の抵抗を変化させるが、抵抗の変化に応じて、多機能層内部の三次元力の変化を測定することができる。
【００６８】
図２７に示すように、前記多機能層がアナログスイッチによりプロセッサに接続され、前記プロセッサがバスにより外部回路に接続され、アナログスイッチにより制御される多機能層と多機能層の内部バリスタの機能が周期的時分割切替であり、測定サイクルＴが２つのサブサイクルＴ１とＴ２とからなる。
Ｔ１サイクルの場合、第１多機能層１のアナログスイッチＫ１が第１多機能層１と多機能層の励起信号Ｓ１とを接続し、第３多機能層３のアナログスイッチＫ３が第３多機能層３とコンデンサのアナログデジタル変換回路ｍ１とを接続し、第１多機能層１と第３多機能層３とが１つの平面コンデンサと類似したコンデンサＣ１を形成するようにし、第２多機能層２のアナログスイッチＫ２と第４多機能層４のアナログスイッチＫ４とが同時にアースされるが、第１多機能層１の内部バリスタ２１を制御するアナログスイッチＫ１−１と第３多機能層３の内部バリスタ２１を制御するアナログスイッチＫ３−１とを同時に開路し、平面コンデンサと類似したコンデンサＣ１が接触覚を実現する際に第２多機能層２と第４多機能層４の外部クロストークを受けないだけでなく、第１多機能層１と第３多機能層３の内部クロストークも受けないようにするとともに、第２多機能層２の内部バリスタ２１を制御するアナログスイッチＫ２−１と第４多機能層４の内部バリスタ２１を制御するアナログスイッチＫ４−１とその内部バリスタ２１の共通電極６とを接続し、第２多機能層２と第４多機能層４とがシールド状態にある場合、その内部バリスタが依然として動作状態にあり、依然として三次元力の変化を測定できるようにする。
【００６９】
Ｔ２サイクルの場合、第２多機能層２のアナログスイッチＫ２が第２多機能層２と多機能層励起信号Ｓ２とを接続し、第４多機能層４のアナログスイッチＫ４が第４多機能層４とコンデンサのアナログデジタル変換回路ｍ２とを接続し、第２多機能層２と第４多機能層４とが１つの平面コンデンサと類似したコンデンサＣ２を形成するようにし、第１多機能層１のアナログスイッチＫ１と第３多機能層３のアナログスイッチＫ３とが同時にアースされるが、第２多機能層２の内部バリスタ２１を制御するアナログスイッチＫ２−１と第４多機能層４の内部バリスタ２１を制御するアナログスイッチＫ４−１とを同時に開路し、平面コンデンサと類似したコンデンサＣ２が接触覚を実現する際に第１多機能層１と第３多機能層３の外部クロストークを受けないだけでなく、第２多機能層２と第４多機能層４の内部クロストークも受けないようにするとともに、第１多機能層１の内部バリスタ２１を制御するアナログスイッチＫ１−１と第３多機能層３の内部バリスタ２１を制御するアナログスイッチＫ３−１とその内部バリスタ２１の共通電極６とを接続し、第１多機能層と第３多機能層とがシールド状態にある場合、その内部バリスタが動作状態にあり、依然として三次元力の変化を測定できるようにする。
【００７０】
測定サイクルＴの時間を１〜２０ｍｓに制御すべきであり、Ｔ１＝Ｔ２＝１／２Ｔとする。
【００７１】
領域に分けてマトリックス状に走査する場合、選択中の測定状態にあるセンサユニットが上記Ｔサイクルを実行し、選択中のシールド領域としてのセンサユニットが特別なサイクルＴ３を実行する。
【００７２】
シールド状態にあるセンサユニットの４つの多機能層のアナログスイッチＫ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４をアースするとともに、４つの多機能層の内部バリスタ２１を制御するアナログスイッチＫ１−１、Ｋ２−１、Ｋ３−１、Ｋ４−１をその内部バリスタ２１の十字型共通電極６に接続し、シールド状態にあるセンサユニットが三次元力の変化を測定できるようにする。
【００７３】
図２７に示すように、本実施例の電気容量測定はａｄ１社の７１５０チップを用い、プロセッサはＡＲＭ−ｍ０コアの３２ビットプロセッサを用い、外部通信はＳＰＩバスを用いる。
【００７４】
好ましくは、前記測定サイクルＴが１〜２０ｍｓであって、Ｔ１＝Ｔ２＝０．５Ｔである。
【００７５】
本出願の他の態様は更に上記時間に分けてシールドしかつ領域に分けてシールドする機能を有するセンサを備える電子皮膚に関し、改良点は人工皮膚におけるセンサのみに関するため、他の部材がいずれも従来技術におけるより成熟した技術を用いてもよい。従って、本出願は電子皮膚の他の部材を説明しない。
【００７６】
本出願の他の態様は更に上記電子皮膚を備えるロボットに関し、改良点は電子皮膚におけるタッチセンサのみに関するため、他の部材がいずれも従来技術におけるより成熟した技術を用いてもよい。従って、本出願は知能ロボットの他の部材を説明しない。
【００７７】
本出願の別の態様は更に上記電子皮膚を備える人工知能義肢に関し、改良点は人工皮膚におけるタッチセンサのみに関するため、他の部材がいずれも従来技術におけるより成熟した技術を用いてもよい。従って、本出願は人工知能義肢の他の部材を説明しない。
【００７８】
最後に説明されるように、以上の実施例は本発明の技術案を説明するためのものであって、本発明の保護範囲を制限するためのものではなく、好適な実施例を参照して本発明を詳しく説明したが、当業者であれば理解されるべきのように、本発明の技術案の本質及び範囲を逸脱せずに、本発明の技術案に対して修正や等価置換を行うことができる。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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