(57)【要約】【課題】より小型化を図ることができる静止摩擦係数を検出するためのセンサ、測定装置、及びそれらを用いた歩行ロボットを提供する。【解決手段】センサチップ２５は、弾性体内に埋め込まれている。センサチップ２５には、弾性体のＸ方向の変位を検出する一対のＸセンサ素子３１、３２と、Ｙ方向の変位を検出する一対のＹセンサ素子３３、３４と、Ｚ方向の変位を検出するＺセンサ素子３５とが設けられている。各センサ素子３１〜３５は、検出する変位の方向に可撓性を有する第１梁４１ａ〜４１ｅと第２梁４２ａ〜４２ｅを有し、各梁は、その撓みにより抵抗値が変化するピエゾ抵抗層が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触面に接触する弾性体と、
基板の表面と略同一の面内に設けられるとともに前記弾性体に内包された垂直センサ素子及び一対のせん断センサ素子を有し、前記せん断センサ素子が前記基板の表面に所定の配列方向に並べて配されたセンサチップと
を備え、
前記垂直センサ素子は、少なくとも一端が前記基板に支持され、前記基板の表面に沿って延びて前記基板の表面の垂直方向に可撓性を有し、前記垂直方向に変形したときに伸張又は圧縮される面に伸張又は圧縮によって抵抗値が増減する第１の抵抗層が設けられた垂直センサ梁を有し、
前記せん断センサ素子のそれぞれは、少なくとも一端が前記基板に支持され、前記基板の表面に沿って前記配列方向に直交する方向に延びて前記配列方向に可撓性を有し、前記配列方向に変形したときに伸張又は圧縮される面に伸張又は圧縮によって抵抗値が増減する第２の抵抗層が設けられたせん断センサ梁を有する
ことを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記垂直センサ素子は、同方向に変形したときに互いに抵抗の増減が逆になる第１の前記垂直センサ梁と第２の前記垂直センサ梁とを有し、
前記せん断センサ素子は、同方向に変形したときに互いに抵抗の増減が逆になる第１の前記せん断センサ梁と第２の前記せん断センサ梁とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記センサチップは、
第１の前記配列方向に並ぶ一対の第１の前記せん断センサ素子と、
前記第１の配列方向と直交する第２の配列方向に並ぶ一対の第２の前記せん断センサ素子と
が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ。
【請求項４】
一対の前記第１のせん断センサ素子の間であり一対の前記第２のせん断センサ素子の間となる位置に前記垂直センサ素子が配され、
前記弾性体は、中心を前記垂直センサ素子の中心に一致させて設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載のセンサ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のセンサと、
前記弾性体が前記接触面に接触して変形した際の前記垂直センサ素子から得られる抵抗値の変化と、前記配列方向に並ぶ一対の前記せん断センサ素子から得られる各抵抗値の変化とから、当該配列方向についての前記弾性体と前記接触面との間の静止摩擦係数に対応した静止摩擦係数検出値を算出する算出部と
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のセンサと、
一対の脚体にそれぞれ足部が設けられるとともに、少なくとも一方の前記足部の底面に前記センサが設けられ、一対の前記足部の底面を前記接触面に接触させて歩行するロボット本体と、
前記弾性体が前記接触面に接触して変形した際の前記垂直センサ素子から得られる抵抗値の変化と、前記配列方向に並ぶ一対の前記せん断センサ素子から得られる各抵抗値の変化とから、当該配列方向についての前記弾性体と前記接触面との間の静止摩擦係数に対応した静止摩擦係数検出値を算出する算出部と
を備えることを特徴とする歩行ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ、測定装置、及び歩行ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
脚体を有する歩行ロボットは、不意な転倒を防ぐため、床面との間で生じる滑りを防止する必要がある。また、ロボットハンドでは、把持した物品が滑り落ちないようにする必要がある。このような滑りを防止するには、脚体やロボットハンドとそれらが接触する床面や物品の接触面との間の静止摩擦係数を知ることが重要である。
【０００３】
接触面に対して脚体やロボットハンド等の滑る前に静止摩擦係数を検出する手法が知られている（非特許文献１、２を参照）。非特許文献１、２では、脚体やロボットハンドに設けた弾性体が接触面に接触したときに生じる弾性体の局所的な滑りを、アコースティックトランスミッタ及びレシーバを用いてロボットハンド内部の空間の共振周波数を測定し、あるいは歪みゲージを用いて測定することによって静止摩擦係数を検出している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】K. Nakamura and H. Shinoda,"A Tactile Sensor Instantaneously Evaluating Friction Coefficients," Proc. TRANSDUCERS 2001, pp. 143O-1433, 2OO1.
【非特許文献２】T. Maeno, T. Kawamura and S. C. Cheng,"Friction Estimation by Pressing an Elastic Finger-Shaped Sensor Against a Surface," IEEE Trans. Robot. Autom, vol. 2O, pp. 222-228, 2OO4.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１、２のように歪みゲージや、アコースティックトランスミッタ及びレシーバをセンサとして用いる構成では、センサそのものが大型化してしまう。例えばロボットの脚体と床面との間の静止摩擦係数や、ロボットハンドとそれが把持する物品との間の静止摩擦係数を検出するには、より小型なセンサが要望されている。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、より小型化を図ることができる静止摩擦係数を検出するためのセンサ、測定装置、及びそれらを用いた歩行ロボット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】
本発明のセンサは、接触面に接触する弾性体と、基板の表面と略同一の面内に設けられるとともに前記弾性体に内包された垂直センサ素子及び一対のせん断センサ素子を有し、前記せん断センサ素子が前記基板の表面に所定の配列方向に並べて配されたセンサチップとを備え、前記垂直センサ素子は、少なくとも一端が前記基板に支持され、前記基板の表面に沿って延びて前記基板の表面の垂直方向に可撓性を有し、前記垂直方向に変形したときに伸張又は圧縮される面に伸張又は圧縮によって抵抗値が増減する第１の抵抗層が設けられた垂直センサ梁を有し、前記せん断センサ素子のそれぞれは、少なくとも一端が前記基板に支持され、前記基板の表面に沿って前記配列方向に直交する方向に延びて前記配列方向に可撓性を有し、前記配列方向に変形したときに伸張又は圧縮される面に伸張又は圧縮によって抵抗値が増減する第２の抵抗層が設けられたせん断センサ梁を有するものである。
【０００８】
本発明の測定装置は、上記センサと、前記弾性体が前記接触面に接触して変形した際の前記垂直センサ素子から得られる抵抗値の変化と、前記配列方向に並ぶ一対の前記せん断センサ素子から得られる各抵抗値の変化とから、当該配列方向についての前記弾性体と前記接触面との間の静止摩擦係数に対応した静止摩擦係数検出値を算出する算出部とを備えるものである。
【０００９】
本発明の歩行ロボットは、上記センサと、一対の脚体にそれぞれ足部が設けられるとともに、少なくとも一方の前記足部の底面に前記センサが設けられ、一対の前記足部の底面を前記接触面に接触させて歩行するロボット本体と、前記弾性体が前記接触面に接触して変形した際の前記垂直センサ素子から得られる抵抗値の変化と、前記配列方向に並ぶ一対の前記せん断センサ素子から得られる各抵抗値の変化とから、当該配列方向についての前記弾性体と前記接触面との間の静止摩擦係数に対応した静止摩擦係数検出値を算出する算出部とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、接触面と接触して接触面からの垂直抗力と、せん断力とで変形する弾性体の変位を、弾性体の変形に倣って撓むことで抵抗値が変化する梁をそれぞれ有する垂直センサ素子と一対のせん断センサ素子とを設けたセンサチップで検出するようにしたので、静止摩擦係数を検出するセンサをより小型なものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係るセンサの概略を示す側面図である。
【図２】第１実施形態のセンサに内蔵されたセンサチップを示す斜視図である。
【図３】Ｘセンサ素子の第１梁及び第２梁を示す斜視図である。
【図４】Ｚセンサ素子の第１梁及び第２梁を示す斜視図である。
【図５】検出回路と算出部とを示すブロック図である。
【図６】弾性体を接触面に接触させてＺ方向に加重をかけた状態を示す説明図である。
【図７】弾性体を接触面に接触させてＸ方向のせん断力を与えた状態を示す説明図である。
【図８】弾性体と接触面との間に局所的な滑りが生じた状態を示す説明図である。
【図９】センサを評価した実験装置を示す説明図である。
【図１０】垂直抗力を変化させた際のＸ方向のせん断力の検出結果と垂直抗力の検出結果を示すグラフである。
【図１１】Ｘ方向のせん断力を変化させた際のＸ方向のせん断力の検出結果と垂直抗力の検出結果を示すグラフである。
【図１２】Ｚセンサ素子の抵抗値変化率の変化に対する一対のＸセンサ素子の抵抗値変化率の差の変化を示すグラフである。
【図１３】実際の静止摩擦係数と測定で得られた静止摩擦係数検出値との関係を示すグラフである。
【図１４】第２実施形態に係る歩行ロボットの構成を示す模式図である。
【図１５】センサを設けた歩行ロボットの足部の底面を示す斜視図である。
【図１６】歩行ロボットを足踏みさせたときの一対のＸセンサ素子の抵抗値変化率の差の変化を示すグラフである。
【図１７】歩行ロボットを足踏みさせたときのＺセンサ素子の抵抗値変化率の変化を示すグラフである。
【図１８】歩行ロボットを足踏みさせたときの静止摩擦係数検出値の変化を示すグラフである。
【図１９】歩行ロボットの重心の移動の様子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１実施形態］
図１において、第１実施形態のセンサ２０は、接触面との間の静止摩擦係数を検出できるように構成したものである。センサ２０は、弾性体２３と、支持基板２４と、センサチップ２５とから構成されている。センサチップ２５は、支持基板２４の表面に固定されている。弾性体２３は、支持基板２４上に所定の厚みで形成されており、センサチップ２５が埋め込まれている。支持基板２４としては、変形し難い材質で作製されている。弾性体２３は、例えばシリコーンで形成されている。弾性体２３としては、接触面に接触して加重された際に弾性変形するものであれば他の材料で作製したものであってもよい。弾性体２３は、接触面に接触する表面２３ａが平坦にされている。この例では、弾性体２３の表面２３ａは、センサチップ２５の表面に平行な平坦である。
【００１３】
図２に示すように、センサチップ２５は、基板３０の表面をＸＹ平面としたときに、Ｘ方向（第１の配列方向）に並べた一対（２個）のＸセンサ素子３１、３２と、Ｘ方向と直交するＹ方向（第２の配列方向）に並べた一対のＹセンサ素子３３、３４と、センサチップ２５中央に設けられたＺセンサ素子３５を有している。これらＸセンサ素子３１、３２、Ｙセンサ素子３３、３４、Ｚセンサ素子３５は、基板３０の略同一面内に設けられている。この例では、Ｘセンサ素子３１、３２が一対の第１のせん断センサ素子であり、Ｙセンサ素子３３、３４が一対の第２のせん断センサ素子である。また、Ｚセンサ素子３５が垂直センサ素子である。
【００１４】
Ｘセンサ素子３１、３２は、弾性体２３のＸ方向の変位を、Ｙセンサ素子３３、３４は、弾性体２３のＹ方向の変位を、Ｚセンサ素子３５は、基板３０の表面に垂直なＺ方向について弾性体２３の変位をそれぞれ検出する。この例では、Ｘセンサ素子３１、３２との間及びＹセンサ素子３３、３４の間となる位置にＺセンサ素子３５が配されている。また、基板３０には、Ｘセンサ素子３１、３２、Ｙセンサ素子３３、３４、Ｚセンサ素子３５に対応した接続電極が設けられている。
【００１５】
Ｘセンサ素子３１は、Ｙ方向に延びた第１梁４１ａと第２梁４２ａとを有し、Ｘセンサ素子３２は、Ｙ方向に延びた第１梁４１ｂと第２梁４２ｂとを有する。また、Ｙセンサ素子３３は、Ｘ方向に延びた第１梁４１ｃと第２梁４２ｃとを有し、Ｙセンサ素子３４は、Ｘ方向に延びた第１梁４１ｄと第２梁４２ｄとを有する。さらに、Ｚセンサ素子３５は、基板３０の表面上でＺ方向に直交する方向、この例ではＹ方向に延びた第１梁４１ｅと第２梁４２ｅと有する。なお、Ｘセンサ素子３１、３２、Ｙセンサ素子３３、３４の各第１梁４１ａ〜４１ｄが第１のせん断センサ梁であり、各第２梁４２ａ〜４２ｄが第２のせん断センサ梁である。また、Ｚセンサ素子３５の第１梁４１ｅが第１の垂直センサ梁であり、第２梁４２ｅが第２の垂直センサ梁である。
【００１６】
この例では、Ｚセンサ素子３５の位置を対称中心にして、Ｘセンサ素子３１の第１梁４１ａ、第２梁４２ａとＸセンサ素子３２の第１梁４１ｂ、第２梁４２ｂとが点対称に配されるとともに、Ｙセンサ素子３３の第１梁４１ｃ、第２梁４２ｃとＹセンサ素子３４の第１梁４１ｄ、第２梁４２ｄとが配されている。より厳密には、Ｚセンサ素子３５を通り、センサチップ２５の表面に垂直な平面に対して、Ｘセンサ素子３１の第１梁４１ａ、第２梁４２ａとＸセンサ素子３２の第１梁４１ｂ、第２梁４２ｂとが、またＹセンサ素子３３の第１梁４１ｃ、第２梁４２ｃとＹセンサ素子３４の第１梁４１ｄ、第２梁４２ｄとがそれぞれ鏡対称に配置されている。なお、各センサ素子の配置は、これに限定されるものではないが、対となっているＸセンサ素子同士、Ｙセンサ素子同士をＺセンサ素子３５の位置を中心に対称配置することによって、算出部６０（図５参照）での算出処理を簡略なものとすることができる。なお、この例では、センサチップ２５の表面の中心を対称中心として、Ｚセンサ素子３５の第１梁４１ｅと第２梁４２ｅとが点対称に配されセンサチップ２５の中心と弾性体２３のＺ方向に垂直な断面の中心とが一致するようにしてある。
【００１７】
図３において、Ｘセンサ素子３１の第１梁４１ａと第２梁４２ａとは、Ｙ方向に長い直方体形状にシリコンで形成され、それぞれの両端が基板３０に支持されたいわゆる両持ち梁構造になっている。第１梁４１ａ及び第２梁４２ａは、両持ち梁構造とすることで、Ｘセンサ素子３１が測定する弾性体２３の変位の方向であるＸ方向に可撓性を有する。第１梁４１ａ及び第２梁４２ａは、ほぼ同じ長さに形成されている。なお、図３中の符号３０ａは、基板３０のシリコン層であり、符号３０ｂはＢＯＸ層である。
【００１８】
上記第１梁４１ａと第２梁４２ａには、互いに対向する面にピエゾ抵抗層４５ａ、４５ｂがそれぞれ形成されている。ピエゾ抵抗層４５ａ、４５ｂは、例えばシリコンの表面をドープすることで形成され、伸縮により抵抗値が変化する。なお、この例のピエゾ抵抗層４５ａ、４５ｂは、第１梁４１ａと第２梁４２ａの各上面にも形成されている。
【００１９】
第１梁４１ａの両端の上面に、導電膜４６ａが形成されており、各導電膜４６ａはピエゾ抵抗層４５ａと導通している。第１梁４１ａの一端側に設けた導電膜４６ａは、接続電極Ｃ１ａと一体に形成され、他端側に設けた導電膜４６ａは、接続電極Ｃ１ｃと一体に形成されており、それぞれ電気的に導通している。これにより、接続電極Ｃ１ａと接続電極Ｃ１ｃとから第１梁４１ａの抵抗値を検出できる。
【００２０】
第１梁４１ａと同様に、第２梁４２ａの両端の上面に、ピエゾ抵抗層４５ｂと導通した導電膜４６ｂがそれぞれ形成されている。第２梁４２ａの一端側に設けた導電膜４６ｂは、接続電極Ｃ１ｂと一体に形成され、他端側に設けた導電膜４６ｂは、接続電極Ｃ１ｃと一体に形成されており、それぞれ電気的に導通している。これにより、接続電極Ｃ１ｂと接続電極Ｃ１ｃとから第２梁４２ａの抵抗値を検出できる。
【００２１】
第１梁４１ａの抵抗値は、一対の導電膜４６ａ間のピエゾ抵抗層４５ａの抵抗値であり、第２梁４２ａの抵抗値は、一対の導電膜４６ｂ間のピエゾ抵抗層４５ｂの抵抗値である。
【００２２】
第２の抵抗層としてのピエゾ抵抗層４５ａ、４５ｂは、第１梁４１ａ及び第２梁４２ａの互いに対向する面に設けられているので、第１梁４１ａと第２梁４２ａとがＸ方向で同じ向きに変形する（撓む）場合には、一方が伸張し他方が圧縮される。これにより、第１梁４１ａと第２梁４２ａとは、同じ向きに変形した際には、それらの抵抗値の増減が互いに逆になる。例えば、第１梁４１ａと第２梁４２ａとが＋Ｘ方向（図中矢印Ｘ方向）に変形した場合には、ピエゾ抵抗層４５ａが伸張され、ピエゾ抵抗層４５ｂが圧縮されるので、ピエゾ抵抗層４５ａとピエゾ抵抗層４５ｂの一方の抵抗値が増大し他方の抵抗値が減少し、これらが逆向きに変形する場合は、一方の抵抗値が減少し他方の抵抗値が増大する。
【００２３】
上記第１梁４１ａと第２梁４２ａは、それらが変形していない状態におけるそれらの抵抗値は同じになるようにしてある。また、弾性体２３の変形に倣って第１梁４１ａと第２梁４２ａが変形する場合、すなわち第１梁４１ａと第２梁４２ａの変位が同じ場合では、第１梁４１ａと第２梁４２ａとの抵抗値の増大分と減少分の大きさはほぼ同じになるようにしてある。
【００２４】
上記第１梁４１ａ及び第２梁４２ａは、基板３０に形成された貫通穴４９内に設けられている。弾性体２３は、基板３０の表面を覆うとともに、貫通穴４９の内部にも充填される。これにより、第１梁４１ａ及び第２梁４２ａは、弾性体２３に密着した状態で内包され、弾性体２３がＸ方向に弾性変形すると、それらの周囲の弾性体２３のＸ方向の変形に倣ってＸ方向に変形し、弾性体２３が変形していない状態に戻れば第１梁４１ａと第２梁４２ａも元の位置に戻る。第１梁４１ａ及び第２梁４２ａの変位は、第１梁４１ａ及び第２梁４２ａの周囲の弾性体２３の方向の変位と同じになる。
【００２５】
Ｘセンサ素子３２は、Ｘセンサ素子３１と配置が異なるだけで構成は同じである。また、Ｙセンサ素子３３、３４の構成は、Ｘセンサ素子３１と配置される向きが９０度異なるだけで構成は同じである。このため、Ｘセンサ素子３２、Ｙセンサ素子３３、３４についての詳細な説明を省略する。
【００２６】
図４において、Ｚセンサ素子３５の第１梁４１ｅと第２梁４２ｅは、Ｙ方向に長い直方体形状にシリコンで形成され、それぞれの両端が基板３０に支持された両持ち梁構造になっている。これら第１梁４１ｅと第２梁４２ｅは、Ｚセンサ素子３５が測定する弾性体２３の変位の変位方向であるＺ方向、すなわち基板３０の表面に対して垂直方向に可撓性を有する。この例では、第１梁４１ｅ、第２梁４２ｅは、第１梁４１ａ、第２梁４２ａよりも幅（Ｘ方向の長さ）を広くしてあり、Ｘ方向及びＹ方向に撓み難くしてある。また、第１梁４１ｅと第２梁４２ｅは、ほぼ同じ長さに形成されている。
【００２７】
なお、第１梁４１ｅと第２梁４２ｅは、Ｚ方向に変形する（撓む）ことで、弾性体２３のＺ方向の変位を測定するものであるから、Ｚ方向に可撓性を有すればよく、ＸＹ平面上でＺ方向に直交するいずれの方向に延びていてもよい。
【００２８】
第１梁４１ｅは、上面にピエゾ抵抗層５３ａ形成されており、その中央部の上面にピエゾ抵抗層５３ａと導通した導電膜５４ａが形成されている。また、ピエゾ抵抗層５３ａは両端で接続電極Ｃ５ａ、Ｃ５ｃに電気的に導通している。これにより、接続電極Ｃ１ａと接続電極Ｃ５ｃとから第１梁４１ｅの抵抗値を検出できる。
【００２９】
第２梁４２ｅは、上面にピエゾ抵抗層５３ｂが形成されている。この第２梁４２ｅの両端の上面に、ピエゾ抵抗層５３ｂと導通した導電膜５４ｂがそれぞれ形成され、第２梁４２ｅの一端側の導電膜５４ｂは、接続電極Ｃ５ｂと一体に形成され、他端側に設けた導電膜５４ｂは、接続電極Ｃ５ｃと一体に形成されており、それぞれ電気的に導通している。これにより、接続電極Ｃ５ｂと接続電極Ｃ５ｃとから第２梁４２ｅの抵抗値を検出できる。
【００３０】
第１梁４１ｅの抵抗値は、ピエゾ抵抗層５３ａの接続電極Ｃ５ａと導電膜５４ａとの間の部分と接続電極Ｃ５ｃと導電膜５４ａとの間の部分との抵抗値の合計であり、第２梁４２ｅの抵抗値は、一対の導電膜５４ｂ間のピエゾ抵抗層５３ｂの抵抗値である。
【００３１】
第１の抵抗層としてのピエゾ抵抗層５３ａ、５３ｂは、ピエゾ抵抗層４５ａ、４５ｂと同様に伸縮により抵抗値が変化する。第１梁４１ｅでは、電気的な抵抗として有効なピエゾ抵抗層５３ａは、第１梁４１ｅの両端の部分であり、第２梁４２ｅでは、電気的な抵抗として有効なピエゾ抵抗層５３ｂは、第２梁４２ｅの中央の部分である。また、第１梁４１ｅと第２梁４２ｅがＺ方向の同じ向きに変形した場合には、第１梁４１ｅの両端部分と第２梁４２ｅの中央部分とのいずれか一方が伸張し他方が圧縮される。これにより、第１梁４１ｅと第２梁４２ｅとは、Ｚ方向の同じ向きに変形した際には、それらの電気的な抵抗値の増減が互いに逆になる。
【００３２】
上記第１梁４１ｅと第２梁４２ｅは、それらが変形していない状態における抵抗値は同じになるようにしてある。また、弾性体２３の変形に倣って第１梁４１ｅと第２梁４２ｅとが変形する場合、すなわち第１梁４１ｅと第２梁４２ｅが同程度に変形する場合では、第１梁４１ｅと第２梁４２ｅとの抵抗値の増大分と減少分の大きさはほぼ同じになるようにしてある。
【００３３】
上記第１梁４１ｅと第２梁４２ｅは、基板３０に形成された貫通穴５９内に設けられている。弾性体２３は、貫通穴５９の内部にも充填される。これにより、第１梁４１ｅと第２梁４２ｅは、弾性体２３に密着した状態で内包され、弾性体２３がＺ方向に弾性変形すると、それらの周囲の弾性体２３のＺ方向の変形に倣ってＺ方向に変形し、弾性体２３が変形していない状態に戻れば第１梁４１ｅと第２梁４２ｅも元の位置に戻る。第１梁４１ｅと第２梁４２ｅの変位は、それらの周囲の弾性体２３のＺ方向の変位と同じになる。
【００３４】
上記センサチップ２５は、例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いて作製することができる。この場合には、まずＳＯＩ基板のシリコン層をエッチングして、各Ｘセンサ素子３１、３２、Ｙセンサ素子３３、３４の第１梁４１ａ〜４１ｄ、第２梁４２ａ〜４２ｄの側面となる部分にピエゾ抵抗層を形成するため、第１梁４１ａと第２梁４２ａ、第１梁４１ｂと第２梁４２ｂとなる各部分の間、第１梁４１ｃと第２梁４２ｃとなる各部分の間、第１梁４１ｄと第２梁４２ｄとなる各部分の間にそれぞれトレンチを形成する。続いて、例えば熱拡散法でリンイオンをドープする。これにより、第１梁４１ａ〜４１ｄと第２梁４２ａ〜４２ｄの対向する面となるトレンチの側面を含めシリコン層の表面にピエゾ抵抗層が形成される。次に、リフトオフプロセスによって導電膜、各電極をピエゾ抵抗層の表面にパターニングする。導電膜、各電極としては、例えば金（Ａｕ）が用いられる。この後に、所定形状にパターニングしたレジストをマスクにしてシリコン層をエッチングして、ビーム構造を形成する。さらに、領域のハンドル層とＢＯＸ層とを順次にエッチングして各梁が配される貫通穴４９、５９を形成する。
【００３５】
図５において、上記のように構成されるセンサチップ２５のＸセンサ素子３１、３２、Ｙセンサ素子３３、３４、Ｚセンサ素子３５は、算出部６０に検出回路６１を介して接続される。センサ２０と算出部６０と検出回路６１とによって測定装置が構成される。検出回路６１は、Ｘセンサ素子３１、３２、Ｙセンサ素子３３、３４、Ｚセンサ素子３５にそれぞれ対応して設けられたブリッジ回路６２ａ〜６２ｅ及びアンプ６３ａ〜６３ｅを有している。
【００３６】
Ｘセンサ素子３１が接続されたブリッジ回路６２ａは、電源電圧Ｖｓの供給端とグランドとの間に、抵抗としての第１梁４１ａと第２梁４２ａとの直列回路と、可変抵抗６５ａと固定抵抗６６ａとの直列回路とが並列に接続されている。第１梁４１ａと第２梁４２ａとの接続点（接続電極Ｃ１ｃ）と、可変抵抗６５ａと固定抵抗６６ａとの接続点との間の電圧が検出電圧としてアンプ６３ａに入力される。
【００３７】
可変抵抗６５ａは、例えば第１梁４１ａと第２梁４２ａとが変形していない状態で、検出電圧が０Ｖとなるように調整される。アンプ６３ａは、検出電圧を増幅して、算出部６０に入力する。このように第１梁４１ａと第２梁４２ａとを用いて検出電圧を得ているため、温度変化や、他方向、この場合はＺ方向、Ｙ方向の弾性体２３の変位による影響をキャンセルした検出電圧が得られる。この例では、アンプ６３ａとして、インスツルメンテーションアンプ（計装アンプ）を用いている。
【００３８】
Ｘセンサ素子３２が接続されたブリッジ回路６２ｂ、Ｙセンサ素子３３、３４が接続されたブリッジ回路６２ｃ、６２ｄ、Ｚセンサ素子３５が接続されたブリッジ回路６２ｅ及びそれらブリッジ回路６２ｂ〜６２ｅが接続されたアンプ６３ｂ〜６３ｅについても、Ｘセンサ素子３１が接続されたブリッジ回路６２ａとアンプ６３ｅと同様であるので、符号のみを付してその説明を省略する。なお、ブリッジ回路６２ｂ〜６２ｅでは、符号６５ｂ〜６５ｅが可変抵抗であり、符号６６ｂ〜６６ｅが固定抵抗である。
【００３９】
算出部６０は、各アンプ６３ａ〜６３ｅからの検出電圧に基づいて、垂直抗力検出値、せん断力検出値、静止摩擦係数検出値を算出する。垂直抗力検出値は、弾性体２３に接触面からかかる垂直抗力を検出した値であり、せん断力検出値は弾性体２３にかかるせん断力を検出した値である。また、静止摩擦係数検出値は、弾性体２３と接触面との間の静止摩擦係数を検出した値である。せん断力検出値、静止摩擦係数検出値は、Ｘ方向、Ｙ方向についてそれぞれ算出される。この例では、いずれの検出値も垂直抗力、せん断力、静止摩擦係数そのものではないが、その検出値に対する定数の乗算や、検出値と実際の垂直抗力、せん断力、静止摩擦係数の値との相関性に基づく所定の演算で静止摩擦係数に変換できる値である。なお、算出部６０で、各検出値として垂直抗力、せん断力、静止摩擦係数そのものの値を算出するようにしてもよい。
【００４０】
以下、算出部６０による垂直抗力検出値、せん断力検出値、静止摩擦係数検出値の算出について説明する。せん断力検出値、静止摩擦係数検出値の算出は、それぞれＸ方向についてはＸセンサ素子３１、３２の抵抗値の変化を用いるのに対して、Ｙ方向についてはＹセンサ素子３３、３４の抵抗値の変化を用いる点が異なるだけである。このため、以下の説明では、Ｘ方向についてのみ説明し、Ｙ方向についてはその詳細な説明を省略する。
【００４１】
ここで、Ｘセンサ素子３１の第１梁４１ａと第２梁４２ａが変形していない状態での抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２（＝Ｒ１）とし、またそれらが同方向に同じ変位で変形している状態での抵抗値をそれぞれＲ１＋ΔＲ１、Ｒ２＋ΔＲ２とする。但し、同方向に第１梁４１ａと第２梁４２ａとが変形する場合、それらの抵抗値の増減が互いに逆になるから、ΔＲ１＝−ΔＲ２である。Ｘセンサ素子３１を上記のようにブリッジ回路６２ａに接続しているので、Ｘセンサ素子３１の抵抗値をＲａ、第１梁４１ａと第２梁４２ａとが弾性体２３の変形によって変形したときのＸセンサ素子３１の抵抗値をＲａ＋ΔＲａ、但し「Ｒａ＝（Ｒ１＋Ｒ２）／２」、「ΔＲａ＝（ΔＲ１−ΔＲ２）／２」とする。
【００４２】
Ｘセンサ素子３１と同様に、Ｘセンサ素子３２の第１梁４１ｂと第２梁４２ｂが変形していない状態での抵抗値をＲｂ、変形した状態での抵抗値をＲｂ＋ΔＲｂとし、Ｚセンサ素子３５の第１梁４１ｅと第２梁４２ｅが変形していない状態での抵抗値をＲｅ、変形した状態での抵抗値をＲｅ＋ΔＲｅとする。
【００４３】
算出部６０は、検出回路６１から出力されるＸセンサ素子３１、３２、及びＺセンサ素子３５に対応した各検出電圧からＸセンサ素子３１の抵抗値変化率ΔＲａ／Ｒａ、Ｘセンサ素子３２の抵抗値変化率ΔＲｂ／Ｒｂ、及びＺセンサ素子３５の抵抗値変化率ΔＲｅ／Ｒｅをそれぞれ算出する。
【００４４】
算出部６０は、次の式（１）〜式（３）で、垂直抗力検出値α１、Ｘ方向についてのせん断力検出値α２、Ｘ方向の静止摩擦係数検出値α３をそれぞれ求める。
α１＝ΔＲｅ／Ｒｅ    ・・・（１）
α２＝ΔＲａ／Ｒａ＋ΔＲｂ／Ｒｂ    ・・・（２）
α３＝（ΔＲａ／Ｒａ―ΔＲｂ／Ｒｂ）／（ΔＲｅ／Ｒｅ）    ・・・（３）
【００４５】
なお、上記式（１）〜（３）は、弾性体２３が接触面に接触した際に、ＸＹＺの各方向の力が弾性体２３の表面２３ａの全面に均一にかかることを想定している。
【００４６】
図６に示すように、弾性体２３を接触面Ｇに接触させてセンサ２０にＺ方向に加重を与えた場合、弾性体２３は、接触面Ｇからの垂直抗力によってＺ方向に変形する。そして、Ｚセンサ素子３５は、その周囲が弾性体２３で埋められているため、その周囲の弾性体２３とともに第１梁４１ｅと第２梁４２ｅとがＺ方向に変形する。このときの第１梁４１ｅと第２梁４２ｅとのＺ方向の変位の大きさは、接触面Ｇからの垂直抗力に依存する。なお、弾性体２３は、＋Ｚ方向（接触面Ｇからセンサ２０に向かう方向）に変形するから、Ｚセンサ素子３５の第１梁４１ｅと第２梁４２ｅとは＋Ｚ方向にそれぞれ変形する。
【００４７】
上記のようにＺセンサ素子３５の第１梁４１ｅと第２梁４２ｅとが変形することにより、ブリッジ回路６２ｅ、アンプ６３ｅを介して得られる検出電圧が変化する。そして、その検出電圧から、弾性体２３のＺ方向の変位（ＵＺ）に比例したＺセンサ素子３５の抵抗値変化率ΔＲｅ／Ｒｅが得られる。そして、弾性体２３のＺ方向の変位は、Ｚ方向の垂直抗力に応じた大きさとなるので、上記式（１）により垂直抗力検出値α１を得ることができる。なお、実際の垂直抗力は、この得られる垂直抗力検出値α１に、予め実施したキャリブレーション作業から得られる垂直抗力用の係数を乗算することで求めることができる。キャリブレーション作業では、センサ２０に既知の垂直抗力を加え、その時の垂直抗力とセンサ２０の出力から得られる垂直抗力検出値α１とから垂直抗力用の係数を算出すればよい。
【００４８】
なお、上記のように弾性体２３を接触面Ｇに接触させた場合、弾性体２３は、垂直抗力とともに、Ｘ方向、Ｙ方向のせん断力が作用することよってＸ方向、Ｙ方向にも変形する。そして、Ｘ方向については、Ｘセンサ素子３１、３２は、それらの周囲が弾性体２３で埋められているため、弾性体２３のＸ方向の変形に倣って、第１梁４１ａ、４１ｂ及び第２梁４２ａ、４２ｂがそれぞれＸ方向に変形する。このとき、弾性体２３は、その中心から＋Ｘ方向（図６中右方向）、−Ｘ方向（図６中左方向）に伸びるように変形するから、Ｘセンサ素子３１の第１梁４１ａと第２梁４２ａとは＋Ｘ方向にそれぞれ変形し、Ｘセンサ素子３２の第１梁４１ｂと第２梁４２ｂとは−Ｘ方向にそれぞれ変形する。
【００４９】
また、図７に示すように、弾性体２３が接触面Ｇに接触した状態でセンサ２０にＸ方向、例えば＋Ｘ方向の力を加えた場合、弾性体２３には＋Ｘ方向のせん断力が作用し、そのせん断力により弾性体２３が変形するとともに、その変位の大きさは、せん断力垂直抗力に依存する。そして、Ｘセンサ素子３１、３２は、それらの周囲が弾性体２３で埋められているため、弾性体２３のＸ方向の変形に倣ってＸ方向に変形する。
【００５０】
ここで、Ｘセンサ素子３１の第１梁４１ａと第２梁４２ａのＸ方向の変位は、せん断力とポアソン比による弾性体２３の伸張とによって生じる2つのＸ方向の変位の合計である。一方、Ｘセンサ素子３２の第１梁４１ｂと第２梁４２ｂのＸ方向の変位は、弾性体２３の伸張の方向とせん断力の向きが逆であるため、せん断力と弾性体２３のポアソン比による伸張とによって生じる2つのＸ方向の変位の差である。
【００５１】
したがって、Ｘセンサ素子３１の抵抗値変化率ΔＲａ／ＲａとＸセンサ素子３２の抵抗値変化率ΔＲｂ／Ｒｂとの和「ΔＲａ／Ｒａ＋ΔＲｂ／Ｒｂ」が弾性体２３のＸ方向の変位（ＵＸ）に比例する値となる。弾性体２３のＸ方向の変位は、せん断力に応じた大きさになるので、上記式（２）により、Ｘ方向についてのせん断力検出値α２を得ることができる。
【００５２】
なお、実際のせん断力は、垂直抗力の場合と同様に、キャリブレーションで得られるせん断力用の係数をせん断力検出値α２に乗算することで求めることができる。キャリブレーションでは、センサ２０に既知のせん断力を加え、その時のせん断力とセンサ２０の出力から得られるせん断力検出値α２とからせん断力用の係数を算出すればよい。また、Ｘセンサ素子３１とＸセンサ素子３２の感度が異なる場合は、式（２）の右辺の第１項または第２項にキャリブレーション作業で得られる感度補正用の係数を乗じることによって、せん断力検出値α２から正確な実際のせん断力が得られるように、補正することができる。この場合、キャリブレーションでは、垂直抗力を加えた際に、Ｘセンサ素子３１とＸセンサ素子３２から得られる各抵抗値変化率を補正によって互いに等しい値にする係数を感度補正用の係数として求める。
【００５３】
さらに、図８に示すように、弾性体２３が接触面Ｇに押し付けられると、弾性体２３を含めセンサ２０は、巨視的には移動しないが、微視的には接触面Ｇと接した弾性体２３の表面２３ａの周縁で局所的な滑りが生じ、弾性体２３が接触面Ｇに沿って伸びる。滑りの大きさ、すなわち滑りが生じる領域Ｄの大きさは、静止摩擦係数に応じたものとなる。すなわち、静止摩擦係数が高いときは、領域Ｄの面積が小さいが、静止摩擦係数が小さいときは、領域Ｄの面積が大きくなる。
【００５４】
発明者らは、局所的な滑り量が変化したときの弾性体２３の伸びをシミュレーションした結果から、同じ大きさの垂直抗力の下で、Ｘ方向について、接触面Ｇと接触している弾性体２３の表面２３ａの滑りが生じない領域のサイズの変化とともに、センサチップ２５の表面の中心の位置における弾性体２３の変位（ＵＸ）の導関数（∂ＵＸ／∂Ｘ）が変化することを見いだした。すなわち、垂直抗力に対する弾性体２３のＸ方向の変位の導関数の比を計算することによって、静止摩擦係数を求めることができる。
【００５５】
上記のようにＸセンサ素子３１、３２から得られる抵抗値変化率ΔＲａ／Ｒａと抵抗値変化率ΔＲｂ／Ｒｂの差は、センサチップ２５の中心における弾性体２３のＸ方向の変位の導関数（∂ＵＸ／∂Ｘ）に比例しているとみなせる。このため、Ｘセンサ素子３１、３２から得られる抵抗値変化率ΔＲａ／Ｒａ、ΔＲｂ／Ｒｂと、Ｚセンサ素子３５から得られる抵抗値変化率ΔＲｅ／Ｒｅを用いた上記式（３）からＸ方向についての静止摩擦係数検出値α３を求めることができる。
【００５６】
なお、実際の静止摩擦係数は、垂直抗力の場合と同様に、キャリブレーション作業で得られる静止摩擦係数用の係数を静止摩擦係数検出値α３に乗算することで求めることができる。キャリブレーション作業では、既知の実際の静止摩擦係数の接触面にセンサ２０の弾性体２３の表面２３ａを接触させ、その時の実際の静止摩擦係数とセンサ２０の出力から得られる静止摩擦係数検出値α３とから静止摩擦係数用の係数を算出すればよい。また 、Ｘセンサ素子３１とＸセンサ素子３２の感度が異なる場合は、式（２）の場合と同様に、式（３）の右辺の分子の第１項または第２項に感度補正用の係数を乗じることによって感度補正を行えばよい。
【００５７】
図９に示す実験装置を用いて、実際に作製したセンサ２０を評価した。実験装置では、弾性体２３を上向きにした姿勢でセンサ２０をＸＹＺ方向に移動自在なステージ７１上に固定し、ステージ７１の上方にテスト板７２を配した。ステージ７１を上昇させて弾性体２３の表面２３ａをテスト板７２の表面７２ａに接触させた状態にして、垂直抗力検出値α１、Ｘ方向についてのせん断力検出値α２、Ｘ方向の静止摩擦係数検出値α３をそれぞれ求めた。テスト板７２としては、弾性体２３との静止摩擦係数が異なる複数のものを用意し、これらに対して各検出値を求めるべくそれぞれ測定を行った。テスト板７２としては、アクリル板、表面にシリコーンオイル、タルカンパウダー、水を塗った各アクリル板を用いた。センサ２０に対してかかかる垂直抗力ＦＺと、Ｘ方向のせん断力ＦＸとは、ステージ７１に設けたロードセル（SI-130-10, ATI Industrial Automation社製）を用いて検出した。
【００５８】
センサチップ２５のサイズは、２ｍｍ×２ｍｍ×０．３ｍｍに作製し、支持基板２４上に固定した。Ｘセンサ素子３１、３２及びＹセンサ素子３３、３４の第１梁４１ａ〜４１ｄ、第２梁４２ａ〜４２ｄの長さは１８０μｍ、幅は１５μｍであった。またＺセンサ素子３５の第１梁４１ｅ、第２梁４２ｅの長さは１８０μｍ、幅は１５μｍであった。第１梁４１ａ〜４１ｅ及び第２梁４２ａ〜４２ｅの厚みはいずれも２０μｍであった。各センサ素子３１〜３５における第１梁と第２梁との間隔は３０μｍであった。さらに、Ｚセンサ素子３５中心から他の各センサ素子３１〜３４の中心までの距離は６００μｍであった。弾性体２３としては、シリコーンの一種であるＰＤＭＳ(Polydimethyl- siloxane)を用い、センサチップ２５の周囲に１０ｍｍ×１０ｍｍ×１．５ｍｍに形成した。なお、ＰＤＭＳと硬化剤の混合率は１０：１とした。
【００５９】
図１０のグラフは、垂直抗力ＦＺを変化させたときの、垂直抗力検出値α１（ΔＲｅ／Ｒｅ）とせん断力検出値α２との変化をそれぞれ示している。また、図１１に示すグラフは、垂直抗力ＦＺを一定（１５Ｎ）にした状態で、Ｘ方向のせん断力ＦＸを変化させたときの、垂直抗力検出値α１とせん断力検出値α２との変化をそれぞれ示している。なお、図１１では、初期荷重（Ｆｚ＝１５Ｎ）を与えており、そのときの状態を基準（α１＝０、α２＝０）とした相対的な各検出値α１、α２の変化を示している。また、図１０、図１１では、せん断力検出値α２を「ΔＲａ／Ｒａ＋０．２６・ΔＲｂ／Ｒｂ」として、Ｘセンサ素子３２の抵抗値変化率ΔＲｂ／Ｒｂに係数「０．２６」を乗じている。これは作製したセンサ２０のＸセンサ素子３２の感度がＸセンサ素子３１の感度よりも高かったため、せん断力検出値α２から正確なせん断力を算出することができるように、キャリブレーションの結果に基づいて感度に応じた補正を行っているためである。
【００６０】
図１０のグラフより、垂直抗力ＦＺの変化に対して垂直抗力検出値α１が比例的に変化していることがわかる。また、図１１のグラフより、せん断力ＦＸが変化しても垂直抗力検出値α１がほとんど変化しない。これらの結果から、接触面Ｇとの間の静止摩擦係数にかかわらず、センサ２０に与えられるせん断力ＦＸの影響を受けることなく、垂直抗力ＦＺに比例した垂直抗力検出値α１が得られることがわかる。
【００６１】
一方、図１１より、Ｘ方向のせん断力ＦＸの変化に対してせん断力検出値α２が比例的に変化していることがわかる。また図１０のグラフより、垂直抗力ＦＺが変化してもせん断力検出値α２がほとんど変化しないことがわかる。これらの結果から、接触面Ｇとの間の静止摩擦係数にかかわらず、センサ２０に与えられる垂直抗力ＦＺの影響を受けることなく、せん断力ＦＸに比例したせん断力検出値α２が得られることがわかる。
【００６２】
図１２のグラフは、静止摩擦係数μが「０．２」、「０．４」、「０．８」、「１．１」となる各テスト板７２について、垂直抗力ＦＺを変化させた際のＺセンサ素子３５から得られる抵抗値変化率ΔＲｅ／Ｒｅの変化に対する、Ｘセンサ素子３１、３２から得られる各抵抗値変化率の差「ΔＲａ／Ｒａ−ΔＲｂ／Ｒｂ」の変化を示している。このグラフより、静止摩擦係数μごとに、抵抗値変化率ΔＲｅ／Ｒｅの増加に対して抵抗値変化率の差「ΔＲａ／Ｒａ−ΔＲｂ／Ｒｂ」が比例的に増加していることがわかり、垂直抗力ＦＺによらず、実際の静止摩擦係数μに応じた静止摩擦係数検出値α３が得られることがわかる。
【００６３】
また、図１３に実際の静止摩擦係数μと静止摩擦係数検出値α３との関係を示すように、実際の静止摩擦係数μと静止摩擦係数検出値α３との間にほぼ相関性があるので、静止摩擦係数検出値α３が有用であり、静止摩擦係数検出値α３を所定の演算で実際の静止摩擦係数μに変換できることもわかる。
【００６４】
［第２実施形態］
第２実施形態は、歩行ロボットに第１実施形態のセンサを適用したものである。なお、センサを含め測定装置は第１実施形態と同じであるから、それらについては第１実施形態と同じ符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。
【００６５】
図１４において、歩行ロボット８０は、ロボット本体８１と測定装置とを備える。ロボット本体８１は、頭部８１ａ、胴体部８１ｂ、腕部８１ｃ等とともに、胴体部８１ｂに連結された２本の脚体８２ａ、８２ｂを備える。脚体８２ａ、８２ｂには、その下端に足部８３ａ、８３ｂがそれぞれ設けられている。このロボット本体８１は、それに内蔵した制御部８４の制御によって、接触面としての床面Ｇａ上を自律歩行する。
【００６６】
測定装置を構成するセンサ２０は、足部８３ａに設けられ、算出部６０と検出回路６１とは制御部８４に内蔵されている。なお、この例では、一方の足部８３ａにセンサ２０を設けているが、他方の足部８３ｂにセンサ２０を設けてもよく、足部８３ａ、８３ｂにそれぞれセンサ２０を設けてもよい。
【００６７】
図１５において、足部８３ａは、硬質なプラスチックや金属で形成されており、その底面８７が変形しないようにされている。底面８７の先端側と後端側には、それぞれ所定の厚みのパッド（ソール）８５、８６が設けられている。パッド８５、８６の間の底面８７上にセンサ２０が固定されている。センサ２０は、その支持基板２４（図１参照）が底面８７に固着され、弾性体２３が床面Ｇａに接触する姿勢で固定される。
【００６８】
この例では、パッド８５、８６よりも、弾性体２３が僅かに下方（図１５中の上方）に突出するようにしてある。これにより、パッド８５、８６が床面Ｇａに接触する際に、パッド８５、８６より先に弾性体２３が床面Ｇａに接触し、足部８３ａに加重したときに弾性体２３が確実に弾性変形するようにしている。弾性体２３を介して過度な加重がセンサチップ２５にかからないように、パッド８５、８６からの弾性体２３の下方への突出量を調整することが好ましい。
【００６９】
算出部６０で算出された垂直抗力検出値、Ｘ方向及びＹ方向のせん断力検出値と静止摩擦係数検出値とに基づき、制御部８４は、歩行ロボット８０の各部を制御する。例えば、歩行ロボット８０の足部８３ａ、８３ｂと床面Ｇａとの間で滑りが生じないように、歩行ロボット８０の重心の移動や脚体８２ａ、８２ｂの動作が制御される。
【００７０】
なお、この例でパッド８５、８６よりも、弾性体２３が僅かに下方に突出するようにしてあるが、足部８３ａに加重したときに、弾性体２３が床面Ｇａに接触しかつ加重されて弾性変形するのであればよい。したがって、パッド８５、８６が加重されたときにそれらの厚みが減少するように弾性変形する場合であれば、弾性体２３の高さをパッド８５、８６と同じにしたり、パッド８５、８６よりも低くしたりしてもかまわない。また、弾性体２３を介して過度な加重がセンサチップ２５にかからないように、弾性体２３やパッド８５、８６の厚みを調整することが好ましい。
【００７１】
また、例えば、底面８７を覆うようにパッドを配し、このパッドの一部に設けた穴内にセンサ２０を配してもよい。また、弾性材料で作製されたパッドを弾性体２３として、このパッドにセンサチップ２５を埋め込んでもよい。なお、弾性体２３の変位から精度良くせん断力検出値α２、静止摩擦係数検出値α３を取得する観点からは、センサ２０を構成する弾性体２３は小サイズであることが好ましく、底面８７を覆うパッドとセンサ２０の弾性体２３とを分離することが好ましい。さらに、センサ２０から得られる静止摩擦係数検出値を用いて、歩行ロボット８０が床面Ｇａ上で滑らないように制御する場合、パッド８５、８６と床面Ｇａとの静止摩擦係数が、センサ２０の弾性体２３と床面Ｇａとの静止摩擦係数と同じかそれよりも大きくすることが好ましい。
【００７２】
図１６、図１７は、床面Ｇａとの間の静止摩擦係数が小さい場合（オイル上）と大きい場合（オイルなし）の場合のそれぞれで、歩行ロボット８０を足踏みさせたときのＸセンサ素子３１、３２から得られる各抵抗値変化率の差「ΔＲａ／Ｒａ−ΔＲｂ／Ｒｂ」の変化と、Ｚセンサ素子３５から得られる抵抗値変化率ΔＲｅ／Ｒｅの変化とを示している。また、図１８は、この歩行ロボット８０を足踏みさせたときの静止摩擦係数検出値α３（＝（ΔＲａ／Ｒａ―ΔＲｂ／Ｒｂ）／（ΔＲｅ／Ｒｅ））の変化を示している。図１８では、グラフの縦軸を静止摩擦係数検出値α３の逆正接関数の値としている。なお、静止摩擦係数が小さい場合は、オイルを塗った床面Ｇａ上で歩行ロボット８０を足踏みさせ、静止摩擦係数が大きい場合は、オイルを塗らず床面Ｇａ自体の上で歩行ロボット８０を足踏みさせた。
【００７３】
歩行ロボット８０の足踏みは、図１９に示すように、まず各足部８３ａを床面Ｇａに付けた状態で右側の足部８３ｂに大きく加重されるように、右方向に重心をずらした状態（図１９（Ａ））から、左側の足部８３ａに大きく加重されるように重心を左方向にずらし、その後に右側の足部８３ｂを床面Ｇａから離すようにしている。その後、左右を逆にした動作を行ってから再び図１９（Ａ）の状態に戻る動作を行う。そして、このような動作を繰り返し行った。
【００７４】
図１８より、静止摩擦係数が小さい場合の静止摩擦係数検出値α３は、静止摩擦係数が大きい場合の静止摩擦係数検出値α３よりも常に大きくなっており、静止摩擦係数が小さい場合において、より大きな滑りが歩行ロボット８０の足部８３ａの底面８７に生じていることが検出できていることがわかる。
【００７５】
上記各実施形態では、各センサ素子を２本の梁から構成しているが、各センサ素子を１本梁で構成してもよい。また、Ｘ方向とＹ方向と各静止摩擦係数を検出するために、一対のＸセンサ素子と、一対のＹセンサ素子とを設けているが、一方向の静止摩擦係数を検出する場合には、その方向に並べた一対のセンサ素子を設ければよく、３以上の方向についてそれぞれ一対のセンサ素子を並べて設ければ、それらの各方向についての静止摩擦係数を検出できる。
【００７６】
さらに、上記各実施形態では、各センサ素子の梁を両持ち梁構造としているが、各センサ素子の梁は、その一端だけを基板に支持させた片持ち梁構造であってもよい。また、各方向のセンサ素子として、３個以上のセンサ素子を設けてもよい。例えば、Ｘ方向に３個以上のＸセンサ素子を設けてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
２０  センサ
２３  弾性体
２５  センサチップ
３１、３２  Ｘセンサ素子
３３、３４  Ｙセンサ素子
３５  Ｚセンサ素子
４１ａ〜４１ｅ  第１梁
４２ａ〜４２ｅ  第２梁
４５ａ、４５ｂ、５３ａ、５３ｂ  ピエゾ抵抗層
６０  算出部
８０  歩行ロボット
８１  ロボット本体
８２ａ、８２ｂ  脚体
８３ａ、８３ｂ  足部
【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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