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JP7119566B2 - Pressure sensor, pressure sensor module, and robot hand - Google Patents
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JP7119566B2 - Pressure sensor, pressure sensor module, and robot hand - Google Patents

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Description

本発明は、カーボンナノチューブを用いた圧力センサに関する。 The present invention relates to pressure sensors using carbon nanotubes.

従来、カーボンナノチューブの特性を利用して、カーボンナノチューブ(を含有する層)に印加された圧力を測定する、圧力センサが知られている。例えば、特許文献1には、絶縁用のポリ塩化ビニルのフィルムを黄銅試験片に取り付けたうえで、これにカーボンナノチューブフィルムを取り付けたものと、カーボンナノチューブフィルムを取り付けた黄銅試験片の反対側に金属歪みゲージを取り付けたものを用いて、加圧時のカーボンナノチューブフィルムの寸法変化から、圧力を測定する圧力センサが記載されている。 BACKGROUND ART Conventionally, a pressure sensor is known that uses the properties of carbon nanotubes to measure pressure applied to (a layer containing) carbon nanotubes. For example, in Patent Document 1, an insulating polyvinyl chloride film is attached to a brass test piece, and a carbon nanotube film is attached to it, and on the opposite side of the brass test piece to which the carbon nanotube film is attached A pressure sensor is described that measures pressure from the dimensional change of a carbon nanotube film under pressure using a metal strain gauge attached.

また、特許文献2には、耐熱性を有する被覆膜が形成されたカーボンナノチューブが電極間に垂直に配置されたセンサ素子体を収容する収容部材と、該収容部材の開口部にカーボンナノチューブの先端を覆う受圧部であるダイアフラムを有し、負荷が作用した状態で該ダイアフラムを介してカーボンナノチューブが歪むことで、抵抗値の変化を検出して圧力を測定する、圧力センサが記載されている。 Further, in Patent Document 2, a housing member housing a sensor element body in which a carbon nanotube having a heat-resistant coating film formed thereon is arranged vertically between electrodes, and a carbon nanotube in an opening of the housing member. A pressure sensor is described that has a diaphragm, which is a pressure receiving part that covers the tip, and measures the pressure by detecting a change in resistance value when the carbon nanotube is distorted via the diaphragm when a load is applied. .

また、特許文献3には、カーボンナノチューブ及び電気絶縁物質を含有する薄膜層と、これに当接する第1電極及び第2電極を備え、前記薄膜層に圧力が印加されると、前記電極間の電流量が増加する、感圧素子が記載されている。 Further, Patent Document 3 discloses a thin film layer containing carbon nanotubes and an electrical insulating material, and a first electrode and a second electrode in contact with the thin film layer. A pressure sensitive element is described in which the amount of current increases.

一方、近年は産業用ロボットの活用が進んでおり、特に、人の傍らで作業可能な協働ロボットの開発、活用が進められている。当該協働ロボットのハンド部は、ワークを把持するためのチャッキングユニットが設けられるが、このチャッキングユニットは、一般的に、いわゆるエアチャック方式が多く採用される。 On the other hand, in recent years, the utilization of industrial robots is progressing, and in particular, the development and utilization of collaborative robots that can work alongside humans are being promoted. A hand portion of the collaborative robot is provided with a chucking unit for gripping a work, and generally, a so-called air chuck system is often adopted for this chucking unit.

一般的なエアチャック式では、対象のワークの大きさ、形状、材質によって、独自のチャッキングユニットを設計する必要があり、ワークの種類が増えるとチャッキングユニット自体を交換する必要が生じ、協働ロボット本来の作業自由度を阻害するという問題がある。 In the general air chuck type, it is necessary to design a unique chucking unit according to the size, shape, and material of the target work. However, there is a problem that the working robot's original degree of freedom is hindered.

また、エアチャック式のチャッキングユニットでは、把持荷重の変動を捉えることができないため、協働ロボットが把持しているワークを滑らせて落下させる、協働ロボットの動作の自由度が限定的になる(例えば、把持の途中にワークを持ち替えるなどができないなど)、といった問題もある。 In addition, since the chucking unit of the air chuck type cannot grasp the fluctuation of the gripping load, the collaborative robot has a limited degree of freedom of movement, such as sliding and dropping the workpiece gripped by the collaborative robot. (For example, it is not possible to change the grip of the work while it is being gripped).

この点、ロボットハンドのマニピュレーターに圧力センサを配置することによって、把持荷重を常時計測し、また、把持荷重の変動を捉えるようにしたうえで、ワークの大きさ、形状、材質、或いはワークの把持状態に応じて、マニピュレーターの把持力を制御すれば、上記のような問題が解消されると考えられる。 In this regard, by arranging a pressure sensor on the manipulator of the robot hand, the gripping load can be constantly measured, and fluctuations in the gripping load can be detected. Controlling the gripping force of the manipulator according to the state would solve the above problems.

しかしながら、既存の圧力センサは上記の用途に適さないという実情がある。例えば、特許文献1に記載の技術のように、荷重によるカーボンナノチューブフィルムの寸法変化から圧力を測定する方法では、ロボットハンドの把持に用いるような数ミリ部位毎の圧力差異を検知することができない。 However, existing pressure sensors are not suitable for the above applications. For example, in the method of measuring pressure from the dimensional change of the carbon nanotube film due to the load, as in the technique described in Patent Document 1, it is not possible to detect the pressure difference at every several millimeters, which is used for grasping by a robot hand. .

また、特許文献2に記載の圧力センサは、ロボットハンドによるワークの把持状態の把
握に用いる場合、把持対象のワークとダイアフラムとの接触位置によって、ダイアフラムの撓み状態が変動する場合があり、適正な把持荷重を捉えることが困難となる。
In addition, when the pressure sensor described in Patent Document 2 is used for grasping the gripping state of a workpiece by a robot hand, the bending state of the diaphragm may vary depending on the contact position between the workpiece to be gripped and the diaphragm. It becomes difficult to grasp the grasping load.

また、特許文献3に記載のように、カーボンナノチューブを含有する樹脂を薄膜層とする感圧素子では、圧力センサとして使用するうちに、薄膜層内部でカーボンナノチューブ間の接触状態が変化し、圧力応答性にいわゆるヒステリシスが発生する。このため、ロボットハンドの把持システムに使用した場合、ワークの把持に支障をきたす。 Further, as described in Patent Document 3, in a pressure-sensitive element having a thin film layer made of a resin containing carbon nanotubes, the state of contact between the carbon nanotubes inside the thin film layer changes during use as a pressure sensor. So-called hysteresis occurs in responsiveness. For this reason, when used in a gripping system of a robot hand, gripping of a workpiece is hindered.

特表2006-521212号公報Japanese translation of PCT publication No. 2006-521212 特開2015-45544号公報JP 2015-45544 A 特開2013-134208号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2013-134208

上記のような実情に鑑みて、本発明は、圧力の変動を精度良く測定可能な圧力センサを提供することを目的の一つにする。また、本発明の他の目的は、対象ワークの把持荷重の変動を捉えることが可能な圧力センサを備えることによって、様々なワークに適用可能な動作自由度の高いロボットハンドを提供することにある。 In view of the circumstances as described above, it is an object of the present invention to provide a pressure sensor capable of accurately measuring pressure fluctuations. Another object of the present invention is to provide a robot hand with a high degree of freedom of motion that can be applied to various workpieces by providing a pressure sensor capable of detecting variations in the gripping load of the target workpiece. .

上記の課題を解決するため、本発明に係る圧力センサは、カーボンナノチューブからなる第1の導電膜、及び、カーボンナノチューブからなり、前記第1の導電膜に対向して配置される第2の導電膜と、前記第1の導電膜及び前記第2の導電膜が接触した際の電気抵抗を検出する抵抗検出手段と、を有しており、前記抵抗検出手段が検出した抵抗値に基づいて、前記導電膜に印加された圧力を測定する。 In order to solve the above problems, a pressure sensor according to the present invention includes a first conductive film made of carbon nanotubes, and a second conductive film made of carbon nanotubes and arranged opposite to the first conductive film. and a resistance detection means for detecting electrical resistance when the first conductive film and the second conductive film are in contact with each other, and based on the resistance value detected by the resistance detection means, A pressure applied to the conductive film is measured.

上記のような構成により、圧力センサに対する荷重(F)と抵抗(R)との関係(以下、F-R特性ともいう)に基づいて、計測される抵抗値から圧力が測定される。具体的には、例えば、「圧力=荷重/接触面積」の演算をして圧力を求めてもよい。上記のようにカーボンナノチューブからなる導電膜を複数用いて、該導電膜の接触によって抵抗を検出する構成であることにより、カーボンナノチューブの導電膜同士を接触させる荷重に応じて、抵抗値が数Ωから数kΩの変化幅を持つことができ、荷重に対して比較的リニア性を有する抵抗値の変化を得ることができる。 With the configuration as described above, the pressure is measured from the measured resistance value based on the relationship between the load (F) and the resistance (R) to the pressure sensor (hereinafter also referred to as FR characteristics). Specifically, for example, the pressure may be obtained by calculating "pressure=load/contact area". As described above, a plurality of conductive films made of carbon nanotubes are used, and the resistance is detected by the contact of the conductive films. can have a change width of several kΩ, and a change in the resistance value having relative linearity with respect to the load can be obtained.

なお、抵抗を検出する場合には、導電膜の接触部分を流れる電流値を測定して、測定された電流値で印加電圧を除することで検出してもよいことは当然である。また、上記構成においては荷重も当然に測定可能であるため、圧力センサは荷重センサとしてもよい。 When detecting the resistance, it is of course possible to measure the current value flowing through the contact portion of the conductive film and divide the applied voltage by the measured current value. Moreover, since the load can be measured naturally in the above configuration, the pressure sensor may be a load sensor.

また、カーボンナノチューブは、数μmから数百μmの多様な長さから選択することが可能であり、当該観点からは、一の導電膜内におけるカーボンナノチューブ間の接触状態を、所望のF-R特性に応じて設定することができる。 In addition, carbon nanotubes can be selected from various lengths ranging from several μm to several hundreds of μm. Can be set according to characteristics.

以上のことから、任意のF-R特性を有し、印加される圧力の変動を精度良く測定でき圧力センサを得ることが可能になる。 As described above, it is possible to obtain a pressure sensor that has an arbitrary FR characteristic and can accurately measure variations in applied pressure.

また、前記の各導電膜は、可撓性を有する板状の基材に設けられていてもよい。また、前記基材は樹脂製であってもよい。このような構成にすることで、基材上の導電膜の形状またはパターンを用途に応じて任意の数、形状に形成することができる。 Further, each of the conductive films may be provided on a flexible plate-shaped base material. Further, the substrate may be made of resin. With such a configuration, the shape or pattern of the conductive film on the substrate can be formed in any number and shape according to the application.

また、圧力が印加される前記基材の硬さは、JIS-Z2246に準じて計測されるショアA硬度が20以上、かつ、85以下であってもよい。基材の硬度の値が高すぎると、圧力センサとして微少な荷重応答性を得ることが難しくなり、一方、基材の硬度の値が低すぎると、無荷重の状態においてもカーボンナノチューブ導電膜同士の接触状態の誤検知が発生するおそれがある。このため、少なくとも圧力が印加される側の基材は上記の範囲内の硬度であることが望ましい。 Further, the hardness of the base material to which pressure is applied may be 20 or more and 85 or less Shore A hardness measured according to JIS-Z2246. If the hardness value of the base material is too high, it becomes difficult to obtain a minute load response as a pressure sensor. erroneous detection of the contact state may occur. For this reason, it is desirable that at least the substrate on the side to which pressure is applied has a hardness within the above range.

また、前記圧力センサは、前記第1の導電膜と前記第2の導電膜が形成されている面が対向するように、前記の各基材を支持する、支持体をさらに有していてもよい。任意の形状の支持体を用いることで、圧力センサの形状の自由度を高めることができる。 Further, the pressure sensor may further include a support for supporting each of the substrates so that the surfaces on which the first conductive film and the second conductive film are formed face each other. good. By using a support of arbitrary shape, the degree of freedom of the shape of the pressure sensor can be increased.

また、前記第1の導電膜と前記第2の導電膜との間に所定の空間が形成されるように、前記の各基材が支持されるようにしてもよい。このような構成により、無荷重の状態ではカーボンナノチューブ導電膜同士は接触しないことになるため、荷重のかかりはじめにおける抵抗の検出を精度良く行うことが可能になる。 Further, each base material may be supported so that a predetermined space is formed between the first conductive film and the second conductive film. With such a configuration, the carbon nanotube conductive films do not come into contact with each other in a no-load state, so it is possible to accurately detect the resistance at the beginning of the application of the load.

また、前記所定の空間には誘電体が設けられており、前記第1の導電膜と第2の導電膜との接触は、該誘電体を介して行われるようにしてもよい。例えば、電解液、誘電体ゲル、誘電体シートなどをカーボンナノチューブ導電膜の間に介在させることで、抵抗感度を調整することが可能になり、低荷重から高荷重の領域でF-R特性のリニア性を高めることが可能になる。また、カーボンナノチューブ導電膜間の復元性を補助することで、圧力センサのヒステリシスを低減することができる。 A dielectric may be provided in the predetermined space, and the first conductive film and the second conductive film may be brought into contact with each other through the dielectric. For example, by interposing an electrolytic solution, dielectric gel, dielectric sheet, etc. between the carbon nanotube conductive films, it is possible to adjust the resistance sensitivity, and the FR characteristics can be improved in the low to high load range. It becomes possible to improve the linearity. Also, by assisting the restorability between the carbon nanotube conductive films, the hysteresis of the pressure sensor can be reduced.

また、前記カーボンナノチューブの長さは、10μm以上、かつ、1000μm以下であってもよい。カーボンナノチューブ導電膜を形成する個々のカーボンナノチューブの長さは、導電膜内のカーボンナノチューブの接触抵抗、導電パターン内のカーボンナノチューブの特定方向への配向性などの観点から、長すぎても短すぎても望ましくない。F-R特性に基づいて、発生する抵抗を制御するのに、カーボンナノチューブは上記の範囲内の長さであることが好ましく、より好ましくは100μmから500μmの範囲内の長さである。 Moreover, the length of the carbon nanotube may be 10 μm or more and 1000 μm or less. The length of the individual carbon nanotubes forming the carbon nanotube conductive film is either too long or too short from the viewpoint of the contact resistance of the carbon nanotubes in the conductive film and the orientation of the carbon nanotubes in the conductive pattern in a specific direction. not desirable. Based on FR characteristics, the carbon nanotubes preferably have a length within the above ranges, more preferably from 100 μm to 500 μm, to control the resistance produced.

また、前記の各導電膜の導電率は10S/cm以上、かつ、1000S/cm以下であってもよい。導電率が10S/cmを下回ると、導電率が低いことで、所望するF-R特性が得難くなる。また、1000S/cmを上回るとカーボンナノチューブ導電膜の接触による抵抗変化が大きくなり過ぎ、所望するF-R特性が得難くなる。 Further, each conductive film may have a conductivity of 10 S/cm or more and 1000 S/cm or less. If the conductivity is less than 10 S/cm, the low conductivity makes it difficult to obtain the desired FR characteristics. On the other hand, if it exceeds 1000 S/cm, the resistance change due to the contact of the carbon nanotube conductive film becomes too large, making it difficult to obtain the desired FR characteristics.

また、前記の各圧力センサはロボットハンドのマニピュレーター部に配置され、該ロボットハンドが物体を把持する際の圧力を測定するものであってもよい。本発明に係る圧力センサの特徴に鑑みて、このような用途に適用することが好適である。 Further, each of the pressure sensors may be arranged in the manipulator section of the robot hand and measure the pressure when the robot hand grips the object. In view of the characteristics of the pressure sensor according to the present invention, it is suitable to apply it to such uses.

また、前記の課題を解決するため、前記の各圧力センサを複数配列させて、圧力センサモジュールとしてもよい。このような圧力センサモジュールを用いることで、圧力の印加及びその変動を計測する箇所の範囲を任意に設定することが可能になる。 In order to solve the above problems, a plurality of the above pressure sensors may be arranged to form a pressure sensor module. By using such a pressure sensor module, it is possible to arbitrarily set the range of locations where the pressure is applied and the variation thereof is measured.

また、前記の課題を解決するため、前記の圧力センサ、又は、圧力センサモジュールを、マニピュレーター部に備えたロボットハンドを構成してもよい。 Further, in order to solve the above problems, a robot hand may be configured in which the pressure sensor or the pressure sensor module is provided in the manipulator section.

なお、上記の手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。 The means described above can be freely combined and implemented as long as there is no technical contradiction.

本発明によれば、圧力の変動を精度良く測定可能な圧力センサを提供することができる。また、対象ワークの把持荷重の変動を捉えることが可能な圧力センサを備えることによって、様々なワークに適用可能な動作自由度の高いロボットハンドを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the pressure sensor which can measure a fluctuation|variation of a pressure with sufficient accuracy can be provided. In addition, by providing a pressure sensor capable of detecting variations in the gripping load of a target work, it is possible to provide a robot hand with a high degree of freedom of motion that can be applied to various works.

図1は、適用例に係る圧力センサの構成例を模式的に示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration example of a pressure sensor according to an application example. 図2Aは、適用例に係る圧力センサ素子の概略を示す斜視図である。図2Bは適用例に係る圧力センサ素子の概略を示す断面図である。FIG. 2A is a schematic perspective view of a pressure sensor element according to an application. FIG. 2B is a cross-sectional view schematically showing a pressure sensor element according to an application example. 図3は、適用例に係る圧力センサが荷重を受けた状態を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which the pressure sensor according to the application example receives a load. 図4は、適用例に係る圧力センサが受ける荷重と計測される抵抗値の関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the load applied to the pressure sensor and the measured resistance value according to the application example. 図5は、実施例に係るロボットハンドの構成例を模式的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration example of a robot hand according to the embodiment. 図6は、実施例に係る圧力センサモジュールにおける圧力センサの配列を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the arrangement of pressure sensors in the pressure sensor module according to the embodiment. 図7は、実施例に係るロボットハンドの把持動作の流れを示すフローチャートである。FIG. 7 is a flow chart showing the flow of the gripping operation of the robot hand according to the embodiment. 図8Aは、変形例に係る導電パターン形状の例を示す第1の図である。図8Bは、変形例に係る導電パターン形状の例を示す第2の図である。図8Cは、変形例に係る導電パターン形状の例を示す第3の図である。図8Dは、変形例に係る導電パターン形状の例を示す第4の図である。FIG. 8A is a first diagram showing an example of a conductive pattern shape according to a modification; FIG. 8B is a second diagram illustrating an example of a conductive pattern shape according to a modification; FIG. 8C is a third diagram illustrating an example of a conductive pattern shape according to a modification; FIG. 8D is a fourth diagram showing an example of a conductive pattern shape according to a modification; 図9Aは、変形例に係る基材の形状の例を示す第1の図である。図9Bは、変形例に係る基材の形状の例を示す第2の図である。FIG. 9A is a first diagram showing an example of the shape of a base material according to a modification. FIG. 9B is a second diagram showing an example of the shape of the base material according to the modification. 図10Aは、複数の導電膜により導電パターンが形成される変形例に係る第1の図である。図10Bは、複数の導電膜により導電パターンが形成される変形例に係る第2の図である。図10Cは、複数の導電膜により導電パターンが形成される変形例に係る第3の図である。FIG. 10A is a first diagram according to a modification in which a conductive pattern is formed by a plurality of conductive films; FIG. 10B is a second diagram according to a modification in which a conductive pattern is formed by a plurality of conductive films; FIG. 10C is a third diagram according to a modification in which a conductive pattern is formed by a plurality of conductive films; 図11Aは、異なる導電性を有する複数の導電膜を用いて導電パターンが形成される変形例の模式図である。図11Bは、変形例に係る圧力センサが受ける荷重と計測される抵抗値の関係を示すグラフである。FIG. 11A is a schematic diagram of a modification in which a conductive pattern is formed using a plurality of conductive films having different conductivities. FIG. 11B is a graph showing the relationship between the load received by the pressure sensor and the measured resistance value according to the modification. 図12Aは、圧力センサモジュールの配列パターンの変形例を示す第1の図である。図12Bは、圧力センサモジュールの配列パターンの変形例を示す第2の図である。図12Cは、圧力センサモジュールの配列パターンの変形例を示す第3の図である。FIG. 12A is a first diagram showing a modification of the arrangement pattern of pressure sensor modules. FIG. 12B is a second diagram showing a modification of the arrangement pattern of the pressure sensor modules. FIG. 12C is a third diagram showing a modification of the arrangement pattern of the pressure sensor modules.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例について説明する。 An example of an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

<適用例>
(適用例の構成)
本発明は例えば、図1に示すような圧力センサとして適用することができる。図1は本適用例に係る圧力センサ9の構成例を模式的に示すブロック図である。圧力センサ9は圧力センサ素子部91、抵抗計92、抵抗-圧力変換部93を有している。
<Application example>
(Configuration of application example)
The present invention can be applied, for example, as a pressure sensor as shown in FIG. FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration example of a pressure sensor 9 according to this application example. The pressure sensor 9 has a pressure sensor element section 91 , a resistance meter 92 and a resistance-pressure conversion section 93 .

図2A~図2Bは圧力センサ素子部91の概略を示す図であり、図2Aは圧力センサ素子部91の斜視図、図2Bは同断面図を示している。図2A、図2Bに示すように、圧力センサ素子部91は、導電膜911a、911bが設けられた2つの基材912a、91
2bが、支持体913a、913bによって、導電膜が設けられた面同士が対向するように支持される構成となっている。
2A and 2B are diagrams schematically showing the pressure sensor element portion 91, FIG. 2A being a perspective view of the pressure sensor element portion 91, and FIG. 2B being a sectional view thereof. As shown in FIGS. 2A and 2B, the pressure sensor element portion 91 includes two substrates 912a and 912 provided with conductive films 911a and 911b.
2b is supported by supports 913a and 913b so that the surfaces provided with the conductive films face each other.

導電膜911a、911bのそれぞれには、図示しない電線が接続されて端子が形成される。なお、本明細書においては端子とは、電気配線の接続部のことをいう。各電線の他端は抵抗計92に接続されている。これにより導電膜911a、911bが互いに接触すると電流が生じ抵抗を検出することができる。 An electric wire (not shown) is connected to each of the conductive films 911a and 911b to form a terminal. In this specification, a terminal means a connection part of electric wiring. The other end of each wire is connected to an ohmmeter 92 . Accordingly, when the conductive films 911a and 911b are in contact with each other, current is generated and resistance can be detected.

導電膜911a、911bは、多数のカーボンナノチューブが絡み合って形成されており、カーボンナノチューブからなるシートである。形状は特に限定されないが、例えば5mm角の正方形とすることができる。この他の多角形、円形、としてもよく、格子状に形成されたものであってもよい。 The conductive films 911a and 911b are formed by entangling a large number of carbon nanotubes, and are sheets made of carbon nanotubes. Although the shape is not particularly limited, it may be, for example, a 5 mm square. Other polygonal or circular shapes may be used, or a grid-like shape may be used.

なお、導電膜911a、911bを形成するカーボンナノチューブは金属型カーボンナノチューブであればよく、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブのいずれであってもよい。また、カーボンナノチューブの製造方法は、特に限定せず、例えば、CVD法、スーパーグロースCVD法、レーザーアブレーション法、DIPS法、HiPCO法、Combat法、アーク法などによって製造することができる。また、カーボンナノチューブ一本当たりの長さは、例えば、10μmから1000μmの間の長さとすることができ、100μmから500μmの間とすることが好ましい。 The carbon nanotubes forming the conductive films 911a and 911b may be metallic carbon nanotubes, and may be either single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes. Also, the method for producing carbon nanotubes is not particularly limited, and can be produced by, for example, the CVD method, the super-growth CVD method, the laser ablation method, the DIPS method, the HiPCO method, the Combat method, the arc method, and the like. Also, the length of one carbon nanotube can be, for example, between 10 μm and 1000 μm, preferably between 100 μm and 500 μm.

導電膜911a、911bの厚みは、例えば、3μmから100μmとすることができる。厚みが3μmを下回ると、導電膜の導電性が低下し、所望するF-R特性が得難くなる。また、厚みが100μmを上回ると導電膜の剛性が高くなり、低荷重の場合の応答性が損なわれ易くなるため、厚みは上記の範囲内とすることが望ましい。 The thickness of the conductive films 911a and 911b can be, for example, 3 μm to 100 μm. If the thickness is less than 3 μm, the conductivity of the conductive film is lowered, making it difficult to obtain desired FR characteristics. Moreover, if the thickness exceeds 100 μm, the rigidity of the conductive film increases, and the responsiveness to a low load tends to be impaired.

また、導電膜911a、911bの導電率は、例えば、10S/cmから1000S/cmとすることができる。導電率が10S/cmを下回ると、導電率が低いことで、所望するF-R特性が得難くなる。また、1000S/cmを上回るとカーボンナノチューブ導電膜の接触による抵抗変化が大きくなり過ぎ、所望するF-R特性が得難くなる。 Also, the conductivity of the conductive films 911a and 911b can be, for example, 10 S/cm to 1000 S/cm. If the conductivity is less than 10 S/cm, the low conductivity makes it difficult to obtain the desired FR characteristics. On the other hand, if it exceeds 1000 S/cm, the resistance change due to the contact of the carbon nanotube conductive film becomes too large, making it difficult to obtain the desired FR characteristics.

各導電膜は、例えば、カーボンナノチューブ分散液(例えば、カーボンナノチューブ含有量1wt%の水溶液)を、基材上に直接、或いは他の平坦な場所に、バーコート法、スピンコート法などの公知の手法で塗布し、これを乾燥させて作製することができる。この際、カーボンナノチューブ導電膜を設けない箇所には、マスキングするなどしてもよい。なお、導電膜作製時に、数Tの磁場を印加し、カーボンナノチューブを磁場配向させることで、導電率を調整してもよい。このように配向させることで、個体間のF-R特性のバラつきを小さくでき、かつ、圧力センサ自体のヒステリシスも小さくできる。また、同様の目的で、導電膜を形成する際に用いるカーボンナノチューブ分散液の粘度を高め、当該高粘度のカーボンナノチューブ分散液を塗布することで、せん断をかけて配向(いわゆるシェア配向)させてもよい。 Each conductive film is formed by, for example, applying a carbon nanotube dispersion (for example, an aqueous solution containing 1 wt% of carbon nanotubes) directly on the substrate or on another flat place, using a known method such as bar coating or spin coating. It can be prepared by coating with a method and drying it. At this time, areas where the carbon nanotube conductive film is not provided may be masked. Incidentally, the electrical conductivity may be adjusted by applying a magnetic field of several T to magnetically orient the carbon nanotubes during the production of the conductive film. Orientation in this way can reduce variations in FR characteristics between individuals, and can also reduce the hysteresis of the pressure sensor itself. Further, for the same purpose, the viscosity of the carbon nanotube dispersion used for forming the conductive film is increased, and the high-viscosity carbon nanotube dispersion is applied to cause orientation (so-called shear orientation) by shearing. good too.

基材912a、912bは、例えば矩形状に形成することができるが、この他の多角形、円形としてもよい。また、基材912a、912bは同一の形状のものを対向配置してもよいが、異なる材質、形状寸法のものを対向配置してもよい。圧力センサ9を用いる(設置する)箇所の材質、形状、ロボットハンドに用いる場合には把持対象物に対する適性など、に応じて、適宜組み合わせを選択することができる。 The base materials 912a and 912b can be formed in, for example, a rectangular shape, but may be formed in other polygonal or circular shapes. Further, the substrates 912a and 912b having the same shape may be arranged opposite to each other, but substrates having different materials and shapes may be arranged opposite to each other. An appropriate combination can be selected according to the material and shape of the location where the pressure sensor 9 is used (installed), and if it is used in a robot hand, suitability for a grasped object.

また、基材912a、912bの材質は、例えば、樹脂製とすることができ、ウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム、熱可塑性エラストマーなどであって
もよい。なお、少なくとも圧力が印加される側の基材はショアA硬度が20以上、かつ、85以下であることが望ましい。基材の硬度の値が高すぎると、圧力センサとして微少な荷重応答性を得ることが難しくなり、一方、基材の硬度の値が低すぎると、無荷重の状態においてもカーボンナノチューブ導電膜同士の接触状態の誤検知が発生するおそれがある。
Further, the material of the base materials 912a and 912b can be made of resin, for example, and may be urethane rubber, fluororubber, silicone rubber, nitrile rubber, thermoplastic elastomer, or the like. It is desirable that at least the substrate on the side to which the pressure is applied has a Shore A hardness of 20 or more and 85 or less. If the hardness value of the base material is too high, it becomes difficult to obtain a minute load response as a pressure sensor. erroneous detection of the contact state may occur.

また、基材912a、912bの厚みは、0.3mmから5.0mmとすることができる。0.3mmを下回ると、基材の剛性が不足したり、復元力が低下したりすることでF-R特性のバラつき、及びヒステリシスの増大が発生し易くなる。また、5.0mmを上回ると、F-R特性において、低荷重の場合の応答性が低下し易くなる。 Also, the thickness of the substrates 912a and 912b can be 0.3 mm to 5.0 mm. If it is less than 0.3 mm, the rigidity of the base material will be insufficient and the restoring force will be reduced, so that variations in FR characteristics and an increase in hysteresis are likely to occur. On the other hand, if it exceeds 5.0 mm, the FR characteristic tends to deteriorate in response to a low load.

支持体913a、913bは、導電膜911a、911b同士の間に空間が生じるようにして、基材912a、912bを支持する部材である。材質は、例えば、ウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム、熱可塑性エラストマーなどから選択することができる。支持体のショアA硬度は20から85の間で設定することができ、少なくとも圧力が印加される側の基材の硬度と同等かそれ以上が好ましい。なお、支持体913a、913bは、基材912a、912bと同様に、荷重に対して変形するが、その際、センサのF-R特性を毀損しないよう、支持体の断面二次モーメントが適正となるよう設計することが好ましい。 The supports 913a and 913b are members that support the substrates 912a and 912b such that spaces are created between the conductive films 911a and 911b. The material can be selected from, for example, urethane rubber, fluororubber, silicone rubber, nitrile rubber, thermoplastic elastomer, and the like. The Shore A hardness of the support can be set between 20 and 85, preferably at least equal to or higher than the hardness of the substrate on the side to which pressure is applied. The supports 913a and 913b are deformed by the load similarly to the base materials 912a and 912b. It is preferable to design

(圧力計測の方法)
次に、本適用例に係る圧力センサ9による、圧力の測定について説明する。図3は、圧力センサ素子部91が荷重を受けた状態を示す図であり、図4は、F-R特性を示すグラフである。図3に示すように、圧力センサ素子部91に対して荷重が印加されると、基材912aが撓み、導電膜911aが導電膜911bと接触する。この際、図示しない電源から電線を介して導電膜911a、911bに電圧が印加されていると、導電膜が接触することによって電流が流れ、抵抗が生じる。
(Pressure measurement method)
Next, pressure measurement by the pressure sensor 9 according to this application example will be described. FIG. 3 is a diagram showing a state in which the pressure sensor element portion 91 receives a load, and FIG. 4 is a graph showing FR characteristics. As shown in FIG. 3, when a load is applied to the pressure sensor element portion 91, the base material 912a bends and the conductive film 911a contacts the conductive film 911b. At this time, if a voltage is applied to the conductive films 911a and 911b from a power source (not shown) through electric wires, current flows due to the contact of the conductive films, and resistance is generated.

そして、当該抵抗が抵抗計92によって計測され、計測された抵抗値を抵抗-圧力変換部93によって、圧力値に変換する処理を行うことで、圧力センサ素子部91に印加された荷重に基づいて圧力が測定される。圧力値への変換処理は、例えば、「圧力=荷重/接触面積」の演算処理であってもよい。 Then, the resistance is measured by the ohmmeter 92, and the measured resistance value is converted into a pressure value by the resistance-pressure conversion unit 93, based on the load applied to the pressure sensor element unit 91. Pressure is measured. The conversion process to a pressure value may be, for example, a calculation process of "pressure=load/contact area".

ここで、圧力センサ素子部91に対する荷重が増加すると、導電膜911aはより強く導電膜911bに接触するため、導電膜911aと導電膜911bとの接触面積が増加するとともに、導電膜911aを形成するカーボンナノチューブと導電膜911bを形成するカーボンナノチューブとの接触箇所が増加し、計測される抵抗値が変化する(図4参照)。このように荷重に応じて変動する抵抗値を計測するため、荷重、ひいては圧力の変動を精度よく測定することができる。 Here, when the load on the pressure sensor element portion 91 increases, the conductive film 911a contacts the conductive film 911b more strongly, so the contact area between the conductive films 911a and 911b increases and the conductive film 911a is formed. The number of contact points between the carbon nanotubes and the carbon nanotubes forming the conductive film 911b increases, and the measured resistance value changes (see FIG. 4). Since the resistance value that varies according to the load is measured in this way, it is possible to accurately measure the variation of the load and, in turn, the pressure.

なお、抵抗-圧力変換部93によって、得られた抵抗値を圧力値に変換する処理は、試験などで予め得ていたF-R特性から得られる荷重に基づいて行うようにすればよい。予め得ていたF-R特性から荷重を求めるのには、例えば、抵抗-荷重検量線、抵抗-荷重変換テーブルなどを用いる事ができる。 Note that the process of converting the obtained resistance value into the pressure value by the resistance-pressure conversion unit 93 may be performed based on the load obtained from the FR characteristic obtained in advance by a test or the like. To obtain the load from the FR characteristics obtained in advance, for example, a resistance-load calibration curve, a resistance-load conversion table, or the like can be used.

なお、抵抗-圧力変換部93によって得られた圧力値は図示しない出力手段によって出力されるようにしてもよい。出力手段は、例えば、圧力値を表示する装置であってもよいし、他の機器、装置に値を送信する通信手段であってもよい。また、複数の出力方法を組み合わせたものであってもよい。 The pressure value obtained by the resistance-pressure conversion unit 93 may be output by output means (not shown). The output means may be, for example, a device that displays pressure values, or communication means that transmits values to other equipment or devices. Also, a combination of a plurality of output methods may be used.

本適用例によれば、一般的な導電性粒子を樹脂やゴムに分散させてなる感圧導電性素子と比べ、圧力センサのヒステリシスを大幅に低減させることができる。上記のような感圧導電性素子は、繰返しの荷重応答を与えると、導電粒子の分散状態が変化し、荷重に対する抵抗応答性が変動する(一般的には、ヒステリシスとして±30%から±50%程度変化する)。このレベルのヒステリシスは、F-R特性の感度低下を招き、ゼロ点補正だけではF-R特性の復帰が困難となる。一方で、本適用例の圧力センサによれば、上記のような分散状態の変化を起因とするヒステリシスは生じず、必要によりゼロ点補正を行うことで、F-R特性の復帰を容易に行うことができる。 According to this application example, the hysteresis of the pressure sensor can be greatly reduced compared to a pressure-sensitive conductive element in which general conductive particles are dispersed in resin or rubber. When the pressure-sensitive conductive element as described above is subjected to repeated load responses, the dispersed state of the conductive particles changes and the resistance response to the load fluctuates (generally, the hysteresis is ±30% to ±50%). % change). This level of hysteresis causes a reduction in the sensitivity of the FR characteristic, making it difficult to restore the FR characteristic only by correcting the zero point. On the other hand, according to the pressure sensor of this application example, the hysteresis caused by the change in the dispersion state as described above does not occur, and the FR characteristic can be easily restored by performing the zero point correction as necessary. be able to.

<実施例>
以下に、この発明を実施するための形態の他の一例を、さらに説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
<Example>
Another example of the mode for carrying out the present invention will be further described below. However, unless otherwise specified, the dimensions, materials, shapes, relative positions, etc. of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention.

(構成)
図5は、本実施例に係るロボットハンド1の構成例を模式的に示す図である。図5に示すように、本実施例に係るロボットハンド1は、いわゆる協働ロボットであり、主たる構成として、マニピュレーター部11とアーム部12と、制御部13とを有している。
(Constitution)
FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration example of the robot hand 1 according to this embodiment. As shown in FIG. 5, the robot hand 1 according to this embodiment is a so-called collaborative robot, and has a manipulator section 11, an arm section 12, and a control section 13 as main components.

マニピュレーター部11のワークWを把持する側には、複数の圧力センサが配列された圧力センサモジュール(図示せず)が配置されている。図6に圧力センサモジュールにおける圧力センサの配列の例を示す。本実施例では圧力センサモジュールは、15個の圧力センサが3×5のマトリクス状に配列されたものである。 A pressure sensor module (not shown) in which a plurality of pressure sensors are arranged is arranged on the side of the manipulator part 11 that grips the workpiece W. As shown in FIG. FIG. 6 shows an example of the arrangement of pressure sensors in the pressure sensor module. In this embodiment, the pressure sensor module has 15 pressure sensors arranged in a 3×5 matrix.

なお、圧力センサモジュールの各圧力センサの構成は、上述の適用例で説明した圧力センサ9と同様の構成であるため、構成についての詳細な説明は省略する。圧力センサで測定された圧力値は制御部13に入力される。 The configuration of each pressure sensor of the pressure sensor module is the same as the configuration of the pressure sensor 9 described in the above application example, so detailed description of the configuration will be omitted. A pressure value measured by the pressure sensor is input to the control unit 13 .

各圧力センサは、例えば次のような方法により作製される。まず、カーボンナノチューブ分散液を基材にバーコート、スピンコートなどの公知の手法で、5mm角の正方形が形成されるように塗布し、例えば常温で乾燥させる。この際、カーボンナノチューブ導電膜を設けない箇所には、マスキングするなどしてもよい。以下では、基材において導電膜が形成されている箇所を導電パターンとも表記する。なお、乾燥後の導電パターンのカーボンナノチューブ含有率は95wt%以上となるようにする。95wt%を下回ると、導電性が損なわれやすく、所望するF-R特性が得られない場合がある。 Each pressure sensor is produced, for example, by the following method. First, a carbon nanotube dispersion is applied to a base material by a known technique such as bar coating or spin coating so as to form a 5 mm square, and dried at room temperature, for example. At this time, areas where the carbon nanotube conductive film is not provided may be masked. Below, the part in which the conductive film is formed in a base material is also described as a conductive pattern. The content of carbon nanotubes in the conductive pattern after drying is set to 95 wt % or more. If it is less than 95 wt %, the electrical conductivity tends to be impaired, and the desired FR characteristics may not be obtained.

次に、上記のようにして形成した導電パターン部に端子を設ける。具体的には、導電ペースト、導電テープなどを用いてカーボンナノチューブと電線とを接続すればよい。次に導電パターンと端子が設けられた基材を圧力センサの所定の形状にサイジングする。本実施例では例えば7mm角の正方形とする。そして、サイジングした導電膜及び基材からなるシートを対面するように配置し、支持体に取り付ける。この際、対面するシートの空隙間隔は、1mm程度となるようにする。 Next, a terminal is provided on the conductive pattern portion formed as described above. Specifically, a conductive paste, a conductive tape, or the like may be used to connect the carbon nanotube and the electric wire. Next, the base material provided with the conductive pattern and the terminals is sized into the predetermined shape of the pressure sensor. In this embodiment, for example, it is a 7 mm square. Then, a sheet composed of the sized conductive film and the base material is arranged so as to face each other and attached to a support. At this time, the space between the facing sheets is set to about 1 mm.

マニピュレーター部11は、複数のサーボモーターなどのアクチュエーター(図示せず)によって開閉可能に構成されており、開状態から閉状態となることで、把持対象となるワークWを把持する。 The manipulator part 11 is configured to be openable and closable by actuators (not shown) such as a plurality of servo motors, and grips a workpiece W to be gripped by changing from an open state to a closed state.

アーム部12は、例えば複数の可動部121a~121dを有する構成であり、それぞれの可動部はアクチュエーター(図示せず)によって回動可能に構成されている。これによって、所定の稼働範囲内でマニピュレーター部11を移動させることができる。 The arm portion 12 has, for example, a plurality of movable portions 121a to 121d, each movable portion being rotatable by an actuator (not shown). Thereby, the manipulator section 11 can be moved within a predetermined operating range.

制御部13は、CPU(プロセッサ)、主記憶装置(メモリ)、補助記憶装置(ハードディスクなど)、入力装置(キーボード、マウス、コントローラ、タッチパネルなど)、出力装置(液晶ディスプレイ、スピーカーなど)などを具備する情報処理装置である。各種情報の入出力、演算処理などを行い、アクチュエーターなどを制御することにより、ロボットハンド全体を制御する。制御部13は汎用のコンピュータシステムにより構成されていてもよい。 The control unit 13 includes a CPU (processor), a main storage device (memory), an auxiliary storage device (hard disk, etc.), an input device (keyboard, mouse, controller, touch panel, etc.), an output device (liquid crystal display, speaker, etc.), and the like. It is an information processing device that It controls the entire robot hand by inputting/outputting various types of information, performing arithmetic processing, and controlling actuators. The control unit 13 may be configured by a general-purpose computer system.

制御部13は、記憶装置に記憶されているプログラムに従って、或いはユーザーからの入力を受け付けて、マニピュレーター部11及び、アーム部12を制御し、稼働範囲内においてワークWの把持、移動、開放などを実行させる。 The control unit 13 controls the manipulator unit 11 and the arm unit 12 according to a program stored in a storage device or by receiving an input from a user, and grips, moves, and releases the work W within the operating range. let it run.

(マニピュレーター部の把持動作)
マニピュレーター部11が、ワークWの性状に応じて適切に把持動作を行うためには、マニピュレーター部11の閉動作を適切に行わなければならない。即ち、マニピュレーター部11がワークWを把持する際の力(以下、把持力ともいう)が適切に制御される必要がある。このため、本実施例では、マニピュレーター部11に設置された圧力センサモジュールにより、当該把持力を測定し、これに基づいてマニピュレーター部11を開閉するアクチュエーターを制御することで、適切なワークWの把持を実現する。
(Gripping operation of the manipulator)
In order for the manipulator section 11 to properly perform the gripping operation according to the properties of the workpiece W, the manipulator section 11 must be properly closed. That is, it is necessary to appropriately control the force (hereinafter also referred to as gripping force) when the manipulator section 11 grips the workpiece W. FIG. For this reason, in the present embodiment, the gripping force is measured by a pressure sensor module installed in the manipulator section 11, and based on this, the actuator that opens and closes the manipulator section 11 is controlled, thereby appropriately gripping the workpiece W. Realize

把持力の測定は、圧力センサモジュールを構成する各圧力センサに直流電圧を印加し、個々の圧力センサに加わる荷重に応じて定まる抵抗値に基づいて圧力を算出して行う。また、マトリクス状に配列されている圧力センサ間において隣接する圧力センサの抵抗値の変動から、ワークWの把持時の荷重移動が検出できる。即ち、ワークWがすべった場合、その事実及び、すべり量を検出することができる。 The gripping force is measured by applying a DC voltage to each pressure sensor constituting the pressure sensor module and calculating the pressure based on the resistance value determined according to the load applied to each pressure sensor. In addition, load movement during gripping of the workpiece W can be detected from fluctuations in the resistance value of adjacent pressure sensors between the pressure sensors arranged in a matrix. That is, when the work W slips, the fact and the slip amount can be detected.

なお、各圧力センサに印加する電圧は直流に限らず、交流であってもよい。また、カーボンナノチューブ導電パターンをLCR回路と見立て、交流の共振周波数帯(例えば、100kHz近傍)で抵抗を計測した場合、インピーダンス(Z)≒抵抗(R)として得られる傾向があるため、インダクタンス(L)成分とキャパシタンス(C)成分の影響が極小化されると考えられる。このため、計測値のバラつき抑制の観点から、交流電圧を印加する場合には共振周波数帯で抵抗値を計測することが望ましい。 The voltage applied to each pressure sensor is not limited to direct current and may be alternating current. In addition, when the carbon nanotube conductive pattern is regarded as an LCR circuit and the resistance is measured in the AC resonance frequency band (for example, near 100 kHz), there is a tendency to obtain impedance (Z) ≒ resistance (R), so inductance (L ) and capacitance (C) components are minimized. Therefore, from the viewpoint of suppressing variations in measured values, it is desirable to measure the resistance value in the resonance frequency band when applying an AC voltage.

(ワークの把持及び圧力測定の流れ)
次に、図7に基づいて、本実施例におけるロボットハンド1がワークWを把持する際の、把持動作及び圧力測定の流れを説明する。図7は、ロボットハンドの把持動作の流れを示すフローチャートである。図7に示すように、ロボットハンド1の制御部13は、所定のプログラム或いはユーザーの入力に従い、マニピュレーター部11でワークWを把持する(ステップS101)。次に圧力センサモジュールの各圧力センサの抵抗値を取得し(ステップS102)、把持力及びワークWのすべり量を算出する(ステップS103)。把持力及びワークWのすべり量は、計測された圧力値と、予め計測されていたF-R特性に基づいて行われる。
(Work gripping and pressure measurement flow)
Next, based on FIG. 7, the flow of gripping operation and pressure measurement when the robot hand 1 grips the workpiece W in this embodiment will be described. FIG. 7 is a flow chart showing the flow of the gripping operation of the robot hand. As shown in FIG. 7, the control unit 13 of the robot hand 1 grips the workpiece W with the manipulator unit 11 according to a predetermined program or user's input (step S101). Next, the resistance value of each pressure sensor of the pressure sensor module is obtained (step S102), and the gripping force and the amount of slippage of the workpiece W are calculated (step S103). The gripping force and the amount of slippage of the workpiece W are determined based on the measured pressure value and the FR characteristics measured in advance.

続けて、ステップS103で算出された把持力及びワークWのすべり量から、ワークWの把持状態が適正か否かを判定する(ステップS104)。把持状態が適切であるか否かの判定は、予め設定した把持力及びすべり量の管理幅に基づいて行われる。具体的には、各値に閾値を設定しておくとよい。また、別途カメラでマニピュレーター部11を撮影するようにし、当該撮影画像から、把持しているワークWの変形(即ち、把持荷重が適正かどうか)、ワークWの位置(即ち、ワークWのすべりの有無、すべり量)の情報を取得し、複合的に判定するようにしてもよい。 Subsequently, it is determined whether or not the workpiece W is properly gripped based on the gripping force and the amount of slippage of the workpiece W calculated in step S103 (step S104). Whether or not the gripping state is appropriate is determined based on a preset gripping force and slip amount control range. Specifically, it is preferable to set a threshold for each value. In addition, the manipulator unit 11 is photographed by a separate camera, and from the photographed image, the deformation of the gripped work W (that is, whether the gripping load is appropriate), the position of the work W (that is, the slippage of the work W). Presence/absence, amount of slippage) may be acquired, and composite determination may be made.

ステップS104で、把持状態が適切でないと判定された場合には、制御部13はマニピュレーター部11の把持動作に係るアクチュエーターの出力を調整する(ステップS105)。そして、ステップS102に戻り、以後の処理を繰り返す。 When it is determined in step S104 that the gripping state is not appropriate, the control unit 13 adjusts the output of the actuator associated with the gripping operation of the manipulator unit 11 (step S105). Then, the process returns to step S102 and the subsequent processes are repeated.

一方、ステップS104で把持状態が適切であると判定された場合には、そのままの把持状態を維持する、或いは次の動作を実行し(ステップS106)、本ルーティンを一旦終了する。なお、本ルーティンは、停止の指示があるまで、常時繰り返されるようにしてもよい。 On the other hand, if it is determined in step S104 that the gripping state is appropriate, the gripping state is maintained as is, or the next operation is executed (step S106), and this routine is temporarily terminated. Note that this routine may be constantly repeated until an instruction to stop is given.

以上、説明したような本実施例に係るロボットハンド1によれば、多様な形状のワークWを把持することができ、また、把持時のすべりを検知することで、ワークWの落下防止や、ワークWの持ち替えなどの複雑な動作が可能なロボットハンドを得る事ができる。 As described above, according to the robot hand 1 according to the present embodiment, it is possible to grip workpieces W of various shapes, and by detecting slippage during gripping, the workpiece W can be prevented from falling, It is possible to obtain a robot hand capable of performing complicated actions such as changing the grip of the work W.

<変形例1>
なお、圧力センサモジュールを構成する各圧力センサについて、上記実施例以外の構成のものを用いることも可能である。例えば、上記実施例では、圧力センサの導電パターン及び基材はともに矩形状であったが、これ以外の形状とすることも可能である。図8A~図8Dは、矩形状の基材に設けられる導電パターンの他の形状の例を模式的に示す図である。図中のハッチング部分が導電パターンの形状を示している。導電パターンは、図8Aに示すように他の形状の多角形であってもよいし、図8Bに示すように円形であってもよい。また、図8Cに示すように格子状であってもよいし、図8Dに示すように櫛歯状であってもよい。また、この他の形状とすることも可能である。
<Modification 1>
It should be noted that it is also possible to use pressure sensors having configurations other than those of the above embodiments for each pressure sensor that constitutes the pressure sensor module. For example, in the above embodiment, both the conductive pattern and the substrate of the pressure sensor are rectangular, but other shapes are also possible. 8A to 8D are diagrams schematically showing examples of other shapes of conductive patterns provided on a rectangular base material. A hatched portion in the drawing indicates the shape of the conductive pattern. The conductive pattern may be polygonal in other shapes, as shown in FIG. 8A, or circular, as shown in FIG. 8B. Moreover, it may be in a lattice shape as shown in FIG. 8C, or may be in a comb shape as shown in FIG. 8D. Other shapes are also possible.

図9A~図9Bは、導電パターンが形成される基材の他の形状を模式的に示す図である。図8A~図8Dと同様に、導電パターンはハッチングで示されている。基材は、図9Aに示すように、他の形状の多角形であってもよいし、図9Bに示すように円形であってもよい。 9A and 9B are diagrams schematically showing other shapes of substrates on which conductive patterns are formed. As in FIGS. 8A-8D, the conductive patterns are indicated by hatching. The substrate may be polygonal in other shapes, as shown in FIG. 9A, or circular, as shown in FIG. 9B.

また、導電パターンと基材の形状は任意に組み合わせ可能であり、例えば、正八角形の基材に円形の導電パターンを形成することも可能である。圧力センサモジュールとした際の形状適合性、F-R応答性の最適化の観点、などに基づきそれぞれの形状を適宜選択できる。 Moreover, the shapes of the conductive pattern and the base material can be combined arbitrarily. For example, it is possible to form a circular conductive pattern on a regular octagonal base material. Each shape can be appropriately selected based on the shape adaptability when used as a pressure sensor module, the viewpoint of optimizing the FR response, and the like.

<変形例2>
また、上記の各例では、一つの基材に対して一つの導電膜によって導電パターンが形成されていたが、基材上の導電パターンは、複数の導電膜によって形成される構成であってもよい。図10A~図10Cに、複数の導電膜によって導電膜が形成される例を模式的に示す。図10A、図10B、図10Cに示すように、用いる導電膜の数、及び形状には特に制限がなく、任意の構成とすることが可能である。
<Modification 2>
Further, in each of the above examples, the conductive pattern was formed by one conductive film on one substrate, but the conductive pattern on the substrate may be formed by a plurality of conductive films. good. 10A to 10C schematically show examples in which a plurality of conductive films form a conductive film. As shown in FIGS. 10A, 10B, and 10C, the number and shape of the conductive films to be used are not particularly limited, and any configuration is possible.

把持圧力の検知分解能を向上させるために、センサモジュール構成する単位ユニットである圧力センサを小さくする方法もあるが、複数の導電膜によって導電パターンを形成すると、圧力センサのサイズはそのままで、荷重印加面を複数に分割することができ、検知分解能を向上させることが可能となる。 In order to improve the gripping pressure detection resolution, there is a method of reducing the size of the pressure sensor, which is a unit unit that constitutes the sensor module. The surface can be divided into a plurality of parts, and the detection resolution can be improved.

また、複数の導電膜によって一つの導電パターンを形成する場合には、それぞれ異なる導電性を有する導電膜を用いることも可能である。図11Aは、それぞれ異なる導電性を有する第1導電膜21と第2導電膜22を用いて導電パターンを形成した場合の、導電パターンの模式図を示している。また、図11Bは、当該導電パターンに対して印加される
圧力と、計測される抵抗の関係を示すグラフである。図11Bに示すように、異なる導電性の導電膜で計測された抵抗値を合成抵抗として観測することで、低荷重から高荷重の領域でF-R特性のリニア性を任意に調整することができる。
Moreover, when forming one conductive pattern with a plurality of conductive films, it is also possible to use conductive films having different conductivities. FIG. 11A is a schematic diagram of a conductive pattern formed using a first conductive film 21 and a second conductive film 22 having different conductivity. FIG. 11B is a graph showing the relationship between the pressure applied to the conductive pattern and the measured resistance. As shown in FIG. 11B, by observing the resistance value measured by the conductive film with different conductivity as a combined resistance, it is possible to arbitrarily adjust the linearity of the FR characteristics in the low load to high load range. can.

<変形例3>
また、上記の各例では、対向する導電パターン間は中空の空間(即ち、空気層)となっていたが、該空間に、電解液、誘電体ゲル、誘電体シートなどの誘電体を介在させてもよい。電解液、誘電体ゲルを用いる場合には、例えば支持体を密封構造に形成する。このように、誘電体を導電パターン間に介在させることで、導電パターンの抵抗感度を任意に調整することが可能となり、低荷重から高荷重の領域でF-R特性のリニア性を高めることができる。また、導電パターン間の復元性を補助することで、圧力センサのヒステリシスを低減することができる。
<Modification 3>
In each of the above examples, a hollow space (that is, an air layer) was formed between the opposing conductive patterns. may When using an electrolytic solution or a dielectric gel, for example, the support is formed into a hermetic structure. In this way, by interposing the dielectric between the conductive patterns, it is possible to arbitrarily adjust the resistance sensitivity of the conductive patterns, and it is possible to improve the linearity of the FR characteristics in the low load to high load range. can. Also, by assisting the resilience between the conductive patterns, the hysteresis of the pressure sensor can be reduced.

<変形例4>
また、上記実施例では、圧力センサモジュールは、3×5のマトリクスで圧力センサが配列されていたが、これ以外の配列パターンで圧力センサモジュールを構成することも可能である。また、圧力センサモジュールを構成する各圧力センサも矩形状に限られず、様々な形状の圧力センサによって配列パターンを構成可能である。さらに、異なる形状、異なるF-R特性の圧力センサを組み合わせて配列パターンを構成してもよい。
<Modification 4>
In the above embodiment, the pressure sensor module has pressure sensors arranged in a matrix of 3.times.5, but the pressure sensor module can also be configured with an arrangement pattern other than this. Moreover, each pressure sensor that constitutes the pressure sensor module is not limited to a rectangular shape, and an array pattern can be configured with pressure sensors of various shapes. Further, an arrangement pattern may be configured by combining pressure sensors with different shapes and different FR characteristics.

図12A~図12Cは、圧力センサモジュールの配列パターンの変形例を示す模式図であり、配列パターンを構成する各センサを図形によって略式に記載している。図12Aは、平面視で円形(例えば、直径7mm)の圧力センサを円形に配列した圧力センサモジュールを示す。また、図12Bは、平面視で六角形(5mm角相当面積)の圧力センサを、いわゆるハニカム構造で配列した圧力センサモジュールを示す。図12Cは、異なる形状の圧力センサを組み合わせて配列した圧力センサモジュールを示す。 12A to 12C are schematic diagrams showing modifications of the arrangement pattern of the pressure sensor modules, in which each sensor constituting the arrangement pattern is schematically described by a figure. FIG. 12A shows a pressure sensor module in which pressure sensors that are circular in plan view (eg, 7 mm in diameter) are arranged in a circle. FIG. 12B shows a pressure sensor module in which hexagonal (5 mm square equivalent area) pressure sensors in a plan view are arranged in a so-called honeycomb structure. FIG. 12C shows a pressure sensor module in which pressure sensors of different shapes are combined and arranged.

把持対象ワークの大きさ、形状、材質、把持途中の荷重変動、荷重移動の検知に関して、ターゲットがある程度限定される場合、これに最適化するようにして圧力センサの配列パターンを適宜調整すれば、最適な把持制御を実現することができる。 If the target is limited to some extent with respect to the size, shape, material, load fluctuation and load movement detection of the work to be gripped, the arrangement pattern of the pressure sensors can be adjusted appropriately so as to optimize it. Optimal grasping control can be realized.

<その他>
上記の実施例の説明は、本発明を例示的に説明するものに過ぎず、本発明は上記の具体的な形態には限定されない。本発明は、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記の各例では、圧力の測定は、得られた荷重に基づいて「圧力=荷重/接触面積」の演算を行うことによって求めることを例示したが、F-R特性の代わりに、予め圧力(P)-抵抗(R)特性を求めておき、これによって直接圧力値を求めるようにしてもよい。また、上記の各例では、圧力センサから出力される値は圧力値であったが、圧力値ではなく、荷重値を出力するようにしてもよい。即ち、本稿において圧力センサは荷重センサとも表記することができる。
<Others>
The above description of the embodiments merely exemplifies the present invention, and the present invention is not limited to the above specific forms. Various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. For example, in each of the above examples, the pressure measurement was exemplified by calculating "pressure = load / contact area" based on the obtained load, but instead of the FR characteristic, in advance A pressure (P)-resistance (R) characteristic may be obtained in advance to directly obtain a pressure value. Further, in each of the above examples, the value output from the pressure sensor is the pressure value, but the load value may be output instead of the pressure value. That is, the pressure sensor can also be referred to as a load sensor in this paper.

また、上記実施例では、一つのアーム及びマニピュレーターを有するロボットハンドを例示したが、複数のアームを有するロボットに本発明に係る圧力センサを適用することも当然に可能である。 Also, in the above embodiments, a robot hand having one arm and a manipulator was exemplified, but it is of course possible to apply the pressure sensor according to the present invention to a robot having a plurality of arms.

本発明の一の態様は、本発明に係る圧力センサ(9)は、カーボンナノチューブからなる第1の導電膜(911a)、及び、カーボンナノチューブからなり、前記第1の導電膜に対向して配置される第2の導電膜(911b)と、前記第1及び第2の導電膜が接触した際の電気抵抗を検出する抵抗検出手段(92)と、前記第1及び第2の各導電膜と前記抵抗検出手段とを電気的に接続する配線と、を有しており、前記抵抗検出手段が検出した
抵抗値に基づいて、前記導電膜に印加された圧力を測定する。
According to one aspect of the present invention, the pressure sensor (9) according to the present invention comprises a first conductive film (911a) made of carbon nanotubes, and a carbon nanotube, arranged to face the first conductive film. a second conductive film (911b), resistance detecting means (92) for detecting electrical resistance when the first and second conductive films are in contact with each other, and the first and second conductive films; and a wiring electrically connected to the resistance detection means, and measures the pressure applied to the conductive film based on the resistance value detected by the resistance detection means.

1・・・ロボットハンド
11・・・マニピュレーター部
12・・・アーム部
13・・・制御部
9・・・圧力センサ
911a、911b・・・導電膜
912a、912b・・・基材
913a、913b・・・支持体
W・・・ワーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Robot hand 11... Manipulator part 12... Arm part 13... Control part 9... Pressure sensor 911a, 911b... Conductive film 912a, 912b... Base material 913a, 913b. .. Support body W .. Work

Claims (7)

カーボンナノチューブからなる第1の導電膜、及び、カーボンナノチューブからなり、前記第1の導電膜に対向して配置される第2の導電膜と、
前記第1の導電膜及び前記第2の導電膜が接触した際の電気抵抗を検出する抵抗検出手段と、を有しており、前記抵抗検出手段が検出した抵抗値に基づいて、前記導電膜に印加された圧力を測定する、圧力センサであって、
前記の各導電膜は、可撓性の板状の基材に設けられており、
前記第1の導電膜と前記第2の導電膜が形成されている面が対向するように、かつ、前記第1の導電膜と前記第2の導電膜との間に密封され電解液が介在する所定の空間が形成されるように前記基材を支持する、支持体をさらに有し、
前記抵抗検出手段は、前記第1の導電膜及び前記第2の導電膜の表面同士の接触面積の変化に応じた前記電気抵抗の変化を検出する、
ことを特徴とする、圧力センサ。
a first conductive film made of carbon nanotubes, and a second conductive film made of carbon nanotubes and arranged to face the first conductive film;
resistance detection means for detecting an electric resistance when the first conductive film and the second conductive film are in contact with each other, and based on the resistance value detected by the resistance detection means, the conductive film A pressure sensor that measures the pressure applied to
Each of the conductive films is provided on a flexible plate-like base material,
A sealed electrolytic solution is interposed between the first conductive film and the second conductive film such that the surfaces on which the first conductive film and the second conductive film are formed face each other. further comprising a support that supports the base material so that a predetermined space is formed for
The resistance detection means detects a change in the electrical resistance according to a change in contact area between the surfaces of the first conductive film and the second conductive film.
A pressure sensor characterized by:
前記基材は樹脂製である
ことを特徴とする請求項に記載の圧力センサ。
The pressure sensor according to claim 1 , wherein the base material is made of resin.
圧力が印加される前記基材の硬さは、ショアA硬度が20以上、かつ、85以下である
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の圧力センサ。
The pressure sensor according to claim 1 or 2, wherein the hardness of the base material to which the pressure is applied has a Shore A hardness of 20 or more and 85 or less.
前記カーボンナノチューブの長さが、10μm以上、かつ、1000μm以下である
ことを特徴とする、請求項1からのいずれか一項に記載の圧力センサ。
The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3 , wherein the carbon nanotube has a length of 10 µm or more and 1000 µm or less.
前記の各導電膜の導電率は10S/cm以上、かつ、1000S/cm以下である
ことを特徴とする、請求項1からのいずれか一項に記載の圧力センサ。
The pressure sensor according to any one of claims 1 to 4 , wherein each conductive film has a conductivity of 10 S/cm or more and 1000 S/cm or less.
請求項1からのいずれか一項に記載の圧力センサを複数配列させてなる、圧力センサモジュール。 A pressure sensor module comprising a plurality of pressure sensors according to any one of claims 1 to 5 arranged. 請求項1からのいずれか一項に記載の圧力センサ、又は、請求項に記載の圧力センサモジュールを、マニピュレーター部に備えたロボットハンド。 A robot hand comprising the pressure sensor according to any one of claims 1 to 5 or the pressure sensor module according to claim 6 in a manipulator section.
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