JP7637375B2

JP7637375B2 - 触感検出装置

Info

Publication number: JP7637375B2
Application number: JP2020200702A
Authority: JP
Inventors: 和美纐纈
Original assignee: Tec Gihan Co Ltd
Current assignee: Tec Gihan Co Ltd
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2025-02-28
Anticipated expiration: 2040-12-03
Also published as: JP2022088729A

Description

本発明は、人間の指による触感を検出できるようにした触感検出装置に関するものである。

従来、人間の指で物を触った際の感触を検知する装置として、下記の特許文献に記載されるような装置が提案されている。

例えば、下記の特許文献には、人間の指先を両側から挟み込むように装着されるものであって、図６に示すように、下向きコの字状に開口する開口部を有する基部８１と、この基部８１の開口部から下方に延出するように設けられ、両側に人間の指を挟み込んだ際に弾性変形する第一検出片８２および第二検出片８３と、これらの第一検出片８２および第二検出片８３のそれぞれに取り付けられた歪センサー８４とを備えて構成された装置が提案されている。

そして、このような装置を用いて人間の指による触感を検出する場合、指で物を触った際に生ずる指の左右幅の増加量を、第一検出片８２や第二検出片８３の弾性変形による歪量として検出し、これを荷重の値に変換して、物を触った際の触感として検出できるようにしている。

特開２０１１－２３２１６５号公報特開２０１１－１３３３９５号公報

しかしながら、このような装置では、次のような問題がある。

すなわち、上記特許文献に示す装置では、下向きコの字状に開口する開口部に、弾性体で構成された第一検出片８２や第二検出片８３を延出させるようにしているが、指の太さは人によって異なるため、開口部に太い指を挟み込ませると、第一検出片８２や第二検出片８３が左右に大きく広がってしまい、塑性変形してしまう。このため、あらかじめ人の指の太さに対応した開口幅を有する装置を複数用意しておかなければならず、コストが高くつくという問題がある。

また、上記特許文献に記載される装置では、第一検出片８２と第二検出片８３のそれぞれに歪センター８４を取り付けるようにしているが、左右両側の第一検出片８２や第二検出片８３に歪センサー８４を取り付けると、製造工程が多くなるばかりでなく、コストが高くつくといった問題があった。

そこで、本発明は上記課題を解決するために、種々の太さの指に対応できるようにするとともに、コストを低減させることができるようにした触感検出装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の指の触感検出装置は、上記課題を解決するために、人間の指の先端上部に装着され、コの字形状の開口部を有する基部と、当該開口部の内側に設けられた回動部を中心に回動し、当該回動部の下方側で人間の指を挟持する挟持片と、前記回動部から水平方向に設けられる回動片とを備えてＬ字状に構成された第一検出片および第二検出片と、前記第一検出片と第二検出片の回動片の隙間に設けられた弾性プレートに貼り付けられた歪センサーによって、人間の指で物を押し付けた際に、前記第一検出片と第二検出片の挟持片の広がりに基づく前記回動片の隙間幅の変化量を検出するセンサーとを備えるようにしたものである。

このように構成すれば、第一検出片や第二検出片を回動させて変化量を検出するため、太い指に装着した場合であっても、第一検出片や第二検出片が塑性変形することがなく、指による触感を検出することができるようになる。

また、このような発明において、前記第一検出片または／および第二検出片に、当該第一検出片と第二検出片の隙間を調整するスペーサーを着脱可能に取り付けられるようにする。

このように構成すれば、細い指に装着して使用する場合であっても、スペーサーを取り付けるだけで触感を検出することができるようになる。

本発明によれば、太い指に装着した場合であっても、第一検出片や第二検出片が塑性変形することがなく、指による触感を検出することができるようになる。

本発明の一実施の形態における触感検出装置の概略図同形態における指の幅が広がった状態を示す触感検出装置を示す図同形態におけるスペーサーを取り付けた状態を示す図同形態におけるスペーサーの取り付け状態を示す図他の実施の形態における触感検出装置を示す図従来例を示す図

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

この実施の形態における触感検出装置１は、図１に示すように、人間の手の指先に装着して使用されるものであって、指の上から被せるように装着される基部２と、この基部２の左右両側に設けられた回動部２２を中心として回動するＬ字状の第一検出片３および第二検出片４と、この第一検出片３と第二検出片４の間に架橋するように設けられた弾性プレート５と、この弾性プレート５の歪による変形を検出するセンサー６とを備えて構成されたものである。そして、このように構成することによって、人間の指で物を触った際に生ずる指の左右幅の増加量をセンサー６で検出し、これを指の荷重として出力できるようにしたものである。以下、本実施の形態における指の触感検出装置１について詳細に説明する。

まず、基部２は、人間の指の上から装着できるようようにしたものであって、コの字形状に開口した開口部２０を有するように設けられる。この開口部２０の内側には、後述するＬ字状の第一検出片３や第二検出片４を取り付けるための溝２１が形成されており、また、前面および後面を有するように半割されたパーツの対向する溝２１に、第一検出片３や第二検出片４を回動可能に取り付けるためのピン２２ｐや穴部２２ａが設けられている。

一方、この基部２に取り付けられる第一検出片３や第二検出片４は、左右対称となるように取り付けられるものであって、略Ｌ字形状をなす硬質の部材で構成される。この硬質の部材としては、例えば、セラミック、硬質樹脂、金属などで構成され、指に装着した際に、撓みを生じないような素材が用いられる。この第一検出片３や第二検出片４のうち、回動部２２の下方に設けられる挟持片３１、４１には、指の側面に当接するための当接部３１ａ、４１ａが設けられており、この当接部３１ａ、４１ａを基部２の開口部２０から内側に表出させて、指を挟み込めるようにしている。また、この当接部３１ａ、４１ａには、指を挟み込ませる際の左右幅を調整できるようにした穴部３２、４２が設けられており、この穴部３２に種々の大きさのスペーサー７を取り付けられるようにしている。このスペーサー７を取り付ける場合、図５に示すように、スペーサー７に設けられた突起７１を穴部３２に嵌合させて、着脱可能に取り付けるようにする。なお、このようなスペーサー７を取り付けていない初期状態においては、左右の当接部３１ａ、４１ａの隙間を、平均的な指の太さよりも若干広くしておき（隙間幅ｗ）、太い指を挟み込めるようにしておく。

一方、この第一検出片３や第二検出片４における回動部２２から水平方向に設けられる回動片３４、４４は、当接部３１ａ、４１ａによる指の挟み込みによって、上下方向に揺動できるようにしたものであって、対向する回動片３４、４４の先端に所定の隙間を空けて設けられる。このとき、この回動片３４、４４は、指を挟み込んでいない初期状態において、回動片３４、４４の先端側の上面を上向きに傾斜させるようにしておき、その回動片３４、４４の上面に弾性プレート５を湾曲させた状態で取り付けるようにしている。

これらの第一検出片３や第二検出片４を回動可能に支持する回動部２２を構成するピン２２ｐは、第一検出片３や第二検出片４のコーナー近傍に設けられた穴部３３、４３と、基部２に設けられた穴部２２ａとの間に設けられるものであって、回動中心を固定した状態で第一検出片３や第二検出片４を回動させるようにしている。

なお、図１から図３においては、ヒンジを構成するピン２２ｐによって回動中心を固定できるようにしているが、図４に示すように、Ｌ字状に屈曲する第一検出片３や第二検出片４の外側コーナー部分や内側コーナー部分を、基部２の溝２１のコーナー部２４に当接させ、このコーナー部２４を中心に第一検出片３や第二検出片４を回動させるようにしてもよい。

このように基部２に取り付けられた第一検出片３や第二検出片４の回動片３４、４４の隙間には、薄板状の弾性プレート５が取り付けられる。この弾性プレート５は、第一検出片３や第二検出片４の回動による撓み量を大きく確保できるように、傾斜する回動片３４、４４の上面に貼り付けられており、また、傾斜する回動片３４、４４から円弧状に湾曲するように取り付けられている。これにより、回動部２２の回動中心から弾性プレート５までの回転半径を大きくし、回動片３４、４４を回動させた際における弾性プレート５の撓み量を大きく確保できるようにしている。

このように取り付けられた弾性プレート５には、その弾性プレート５の撓み量を検出するためのセンサー６が設けられる。このセンサー６としては、撓み量を検出できるものであれば、どのようなものでも良いが、この実施の形態では、指先の左右幅に収まる大きさを有し、かつ、弾性プレート５の変形量を検出できるものとして、歪ゲージ（歪センサー）が用いられる。この歪ゲージで構成されたセンサー６は、弾性プレート５の撓みに基づく電圧の変化を検出できるようにしたものであって、歪に基づいた抵抗値を変化させ、これをブリッジ回路による電圧の変化として検出できるようにしたものである。このセンサー６は、弾性プレート５の上面と下面の両側に貼り付けられており、これによって、小さな歪量を大きな電圧値として出力できるようにしている。

この歪量に基づく電圧値は、荷重の値に変換されて出力される。この電圧の値を荷重に変換する場合、この触感検出装置１を装着した指で荷重計を押圧し、その押圧によって生じた荷重と電圧値とを対応させて記憶させる。そして、これらの値が線形に変化するとみなして、電圧の変化量から荷重を検出して出力させるようにする。

次に、このように構成された指の触感検出装置１の使用方法について説明する。

まず、この触感検出装置１を使用するに際して、およその指の太さを計測し、その太さに応じた開口幅を有するかどうかをチェックする。このとき、指が開口幅に対して細い場合は、第一検出片３と第二検出片４の穴部３１ａ、４１ａに対応した大きさのスペーサー７を取り付け、左右の開口幅を狭くしておく（図３参照）。一方、指の太さが開口幅に対して適正である場合は、スペーサー７を取り付けることなく、そのまま指先に装着する（図２参照）。

このように触感検出装置１を装着すると、基部２の開口部２０の上面が爪の上部に接触した状態となり、また、左右の挟持片が指の側面に当たった状態となる。

このように指が当たると、第一検出片３と第二検出片４の挟持片３１、４１は、左右に広がり、回動部２２を中心に第一検出片３と第二検出片４が下方に移動する。

このように第一検出片３と第二検出片４の回動片３４、４４が下方に移動すると、第一検出片３や第二検出片４の間に架橋して設けられた弾性プレート５が下向きに湾曲していく。

すると、この弾性プレート５の両面に貼り付けられたセンサー６の抵抗値が変化し、これによって、初期の電圧値が出力される。このとき、この初期の電圧値を初期値として記憶させておく。

次に、このように初期値を設定した状態で、その指で物を押し付けるように触ると、その接触によって、図２に示すように、指先の左右幅が増加し、これに伴って、第一検出片３や第二検出片４の挟持片３１、４１が左右に広がる。

すると、回動部２２を中心に回動片３４、４４の先端部分が下方に向けて移動し、弾性プレート５が下向きに大きく湾曲する。

このように弾性プレート５が湾曲すると、その弾性プレート５に貼り付けられたセンサー６からの電圧値が変化し、これと初期状態の電圧値の差分をとることによって、その電圧の差を荷重として変換して出力する。

このように上記実施の形態によれば、人間の指の先端上部に装着され、コの字形状の開口部２０を有する基部２と、当該開口部２０の内側に設けられた回動部２２を中心に回動し、当該回動部２２の下方側で人間の指を挟持する挟持片３１と、前記回動部２２から水平方向に設けられる回動片３４とを備えてＬ字状に構成された第一検出片３および第二検出片３と、前記第一検出片３と第二検出片４の回動片３４の隙間に設けられた弾性プレート５に貼り付けられた歪センサーによって、人間の指で物を押し付けた際に、前記第一検出片と第二検出片の挟持片の広がりに基づく前記回動片の隙間幅の変化量を検出するセンサー６とを備えて構成するようにしたので、太い指に装着した場合であっても、第一検出片３や第二検出片４を塑性変形させるようなことがなくなり、指による触感を検出することができるようになる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。

例えば、上記実施の形態では、指先に装着して指先の左右幅の変位を検出するようにしたが、左右幅の変位する位置は、指先や第一関節付近では非常に小さくなり、正確な変位を検出することができなくなる。このため、指先の変位幅が大きくなる位置に挟持片３１、４１を位置させるように、例えば、指先（もしくは爪先）に当接する位置決め部などを設けておき、この位置決め部で指先の装着位置を決めた状態で、挟持片３１、４１を最も変位しやすい場所に位置させてもよい。

また、上記実施の形態では、触感としての値を、荷重として出力するようにしたが、電圧や歪量など、他のパラメータで出力するようにしてもよい。

１・・・触感検出装置
２・・・基部
２０・・・開口部
２１・・・溝
２２・・・回動部
２２ａ・・・穴部
２２ｐ・・・ピン
２３・・・コーナー
３・・・第一検出片
３１・・・挟持片
３１ａ・・・当接部
３２・・・穴部
３３・・・穴部
３４・・・回動片
４・・・第二検出片
４１・・・挟持片
４１ａ・・・当接部
４２・・・穴部
４３・・・穴部
４４・・・回動片
５・・・弾性プレート
６・・・センサー
７・・・スペーサー
７１・・・突起

Claims

人間の指の先端上部に装着され、コの字形状の開口部を有する基部と、
当該開口部の内側に設けられた回動部を中心に回動し、当該回動部の下方側で人間の指を挟持する挟持片と、前記回動部から水平方向に設けられる回動片とを備えてＬ字状に構成された第一検出片および第二検出片と、
前記第一検出片と第二検出片の回動片の隙間に設けられた弾性プレートに貼り付けられた歪センサーによって、人間の指で物を押し付けた際に、前記第一検出片と第二検出片の挟持片の広がりに基づく前記回動片の隙間幅の変化量を検出するセンサーと、
を備えたことを特徴とする触感検出装置。
前記第一検出片または／および第二検出片に、当該第一検出片と第二検出片の隙間を調整するスペーサーを着脱可能に取り付けられるようにした請求項１に記載の触感検出装置。