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JP7720038B2 - tactile sensor - Google Patents
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JP7720038B2 - tactile sensor - Google Patents

tactile sensor

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JP7720038B2
JP7720038B2 JP2020175274A JP2020175274A JP7720038B2 JP 7720038 B2 JP7720038 B2 JP 7720038B2 JP 2020175274 A JP2020175274 A JP 2020175274A JP 2020175274 A JP2020175274 A JP 2020175274A JP 7720038 B2 JP7720038 B2 JP 7720038B2
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朝香 河田
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Description

本発明は、触覚センサに関し、より詳細には、光学式の接触センサに関する。 The present invention relates to tactile sensors, and more particularly to optical contact sensors.

特許文献1には、従来の触覚センサ(特許文献1では光学式触覚センサ)が記載されている。特許文献1記載の光学式触覚センサは、凸状曲面状にマーカー部が形成された触覚部と、触覚部の後面を撮像する撮像手段と、を備える。撮像手段は、触覚部に物体が接触し、触覚部が変形した際の触覚部の後面を撮像することで、マーカー部の挙動を画像情報(画像データ)に変換することができる。 Patent Document 1 describes a conventional tactile sensor (an optical tactile sensor in this document). The optical tactile sensor described in Patent Document 1 includes a tactile section with a marker section formed in a convex curved surface, and an imaging means for imaging the rear surface of the tactile section. The imaging means captures an image of the rear surface of the tactile section when an object comes into contact with the tactile section and the tactile section is deformed, thereby converting the behavior of the marker section into image information (image data).

マーカー部の画像情報は、制御部に取り込まれる。制御部は、取得した画像情報に対して画像処理を実行することで、触覚部に生じた摩擦係数、法線力、接線力及びトルクを測定することができる。 Image information from the marker unit is captured by the control unit. The control unit performs image processing on the acquired image information to measure the coefficient of friction, normal force, tangential force, and torque generated in the tactile unit.

特開2005-257343号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-257343

ところで、特許文献1記載の光学式触覚センサは、ロボットハンドに設置することで、測定した摩擦係数、法線力、接線力及びトルクに基づいてフィードバック制御を実行し、ロボットハンドによる把持力を適切な力とすることができる。これにより、できる限り人に近い触覚機能を持つロボットハンドを実現しようとするものである。 By installing the optical tactile sensor described in Patent Document 1 on a robot hand, feedback control can be performed based on the measured friction coefficient, normal force, tangential force, and torque, allowing the gripping force of the robot hand to be adjusted to an appropriate force. This aims to realize a robot hand with tactile functions as close as possible to those of a human.

しかしながら、人は物体を把持する際、物体の温度を感じているため、人の触覚機能に匹敵する触覚センサを実現するには情報量が不足している。 However, because humans sense the temperature of an object when grasping it, the amount of information available is insufficient to create a tactile sensor that rivals the human sense of touch.

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、力学量の測定と同時に、接触対象物の温度も測定可能な触覚センサを提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a tactile sensor that can measure the temperature of a contact object at the same time as measuring mechanical quantities.

本発明に係る一態様の触覚センサは、筐体と、前記筐体の一面から前方に突出した凸状の接触面を含む透光性弾性材を有し、前記接触面にマーカー部が形成された接触体と、前記筐体内に配置され、前記接触面に物体が接触した際の前記接触面を前記接触体の後面を通して撮像する撮像素子と、を備え、前記接触体は、前記接触面が前記物体に接触すると、前記接触面が前記物体の温度に応じた色を呈するように構成されている。 One aspect of the tactile sensor according to the present invention comprises a housing, a contact body made of a translucent elastic material including a convex contact surface protruding forward from one side of the housing, with a marker portion formed on the contact surface, and an imaging element disposed within the housing that captures an image of the contact surface through the rear surface of the contact body when an object comes into contact with the contact surface, and the contact body is configured so that when the contact surface comes into contact with the object, the contact surface exhibits a color corresponding to the temperature of the object.

本発明に係る上記態様の触覚センサは、力学量の測定と同時に、接触対象物の温度も測定可能な触覚センサを提供することができる、という利点がある。 The tactile sensor of the above aspect of the present invention has the advantage of being able to provide a tactile sensor that can measure the temperature of a contact object in addition to measuring a mechanical quantity.

図1は、本発明の一実施形態に係る触覚センサの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a tactile sensor according to an embodiment of the present invention. 図2(A)は、同上の触覚センサの接触体の斜視図である。図2(B)は、接触体の平面図である。図2(C)は、図2(B)のX1-X1線断面図である。Fig. 2(A) is a perspective view of a contact piece of the tactile sensor, Fig. 2(B) is a plan view of the contact piece, and Fig. 2(C) is a cross-sectional view taken along line X1-X1 of Fig. 2(B). 図3は、同上の触覚センサと制御装置とのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of the tactile sensor and the control device. 図4(A)は、撮像素子によって撮像された接触面の画像を示す図である。図4(B)は、接触面に接触対象物が接触した際の図である。Fig. 4A is a diagram showing an image of the contact surface captured by the imaging element, and Fig. 4B is a diagram showing the state when a contact object comes into contact with the contact surface.

<実施形態>
(1)全体構成
本実施形態に係る触覚センサ1は、光学式の触覚センサ1である。触覚センサ1は、物体(「接触対象物」という場合がある)に接触した際に生じる力学量と、物体の温度とを、電気信号に変換することができる。したがって、本実施形態に係る触覚センサ1を用いることで、物体に接触した際に生じる力学量と物体の温度とを同時に測定することができる。
<Embodiment>
(1) Overall Configuration The tactile sensor 1 according to this embodiment is an optical tactile sensor 1. The tactile sensor 1 can convert the mechanical quantity that occurs when the sensor comes into contact with an object (sometimes referred to as a "contact object") and the temperature of the object into electrical signals. Therefore, by using the tactile sensor 1 according to this embodiment, it is possible to simultaneously measure the mechanical quantity that occurs when the sensor comes into contact with the object and the temperature of the object.

ここで、本明細書にいう「力学量」とは、せん断力、法線力、接線力、摩擦係数及びトルクのうちの少なくとも一つを意味する。本実施形態に係る触覚センサ1は、力学量として、せん断力、法線力、接線力、摩擦係数及びトルクの全てを測定することができる。また、本明細書にいう「法線力」とは、触覚センサ1によって物体を押した際、当該物体の接触面32に対して直交する方向に作用する力を意味する。また、本明細書にいう「接線力」とは、触覚センサ1によって物体を押した際、当該物体の接触面32に対して平行に作用する力を意味する。 As used herein, "mechanical quantity" refers to at least one of shear force, normal force, tangential force, coefficient of friction, and torque. The tactile sensor 1 according to this embodiment is capable of measuring all of the following mechanical quantities: shear force, normal force, tangential force, coefficient of friction, and torque. Furthermore, as used herein, "normal force" refers to the force that acts in a direction perpendicular to the contact surface 32 of an object when the tactile sensor 1 is used to press the object. Furthermore, as used herein, "tangential force" refers to the force that acts parallel to the contact surface 32 of the object when the tactile sensor 1 is used to press the object.

本実施形態に係る触覚センサ1によれば、物体に接触した際に生じる力学量と同時に、物体の温度を測定することができるため、触覚センサ1をロボットハンドの手指に設置することで、例えば、次のような用途に適切に使用することができる。 The tactile sensor 1 according to this embodiment can measure the temperature of an object at the same time as the mechanical quantities that occur when the object is touched. Therefore, by installing the tactile sensor 1 on the fingers of a robot hand, it can be used appropriately for the following purposes, for example:

例えば、冷凍食品をハンドリングするロボットハンドに用いられる。これによれば、触覚センサ1による電気信号を用いて、フィードバック制御を行うことで、ロボットハンドが冷凍食品に対して適切な力で把持できるように制御される。その際、冷凍食品の温度をハンドリング中に測定することができる。このため、製造ラインでの特定の時間(場所)における温度を管理することができ、この結果、製造ラインでの冷凍食品の温度を測定する工程を設ける必要がないため、タクトタイムの短縮を図ることができる。 For example, it can be used in a robot hand that handles frozen foods. By using the electrical signal from the tactile sensor 1 to perform feedback control, the robot hand is controlled so that it can grip the frozen food with an appropriate force. At the same time, the temperature of the frozen food can be measured while it is being handled. This makes it possible to manage the temperature at a specific time (location) on the production line, and as a result, there is no need to set up a process for measuring the temperature of frozen foods on the production line, thereby shortening the takt time.

ロボットハンドの把持対象物(接触対象物)としては、冷凍食品に限らず、例えば、適切な力で把持する必要があり、かつ温度を測定する必要がある物体であれば、特に制限はない。把持対象物としては、食品のほか、例えば、工業製品、食器、織物、布製品、紙製品等が挙げられる。また、触覚センサ1としては、ロボットハンドに限らず、例えば、製造装置、自動車、航空機、搬送機等に用いられてもよい。 The object to be grasped (contact object) by the robot hand is not limited to frozen food, and can be any object that needs to be grasped with an appropriate force and whose temperature needs to be measured. In addition to food, examples of objects to be grasped include industrial products, tableware, textiles, fabric products, and paper products. Furthermore, the tactile sensor 1 is not limited to robot hands; it may also be used in, for example, manufacturing equipment, automobiles, aircraft, and conveyors.

触覚センサ1は、図1に示すように、筐体2と、接触体3と、ハーフミラー6と、撮像素子51を有するカメラ5と、発光体4とを備える。触覚センサ1は、接触対象物に接触することで生じた電気信号を制御装置7に出力する。触覚センサ1と制御装置7とで、センシングシステムを構成する。センシングシステムによって、上述の通り、例えばロボットハンドを制御することができる。 As shown in FIG. 1, the tactile sensor 1 comprises a housing 2, a contact body 3, a half mirror 6, a camera 5 with an image sensor 51, and a light emitter 4. The tactile sensor 1 outputs an electrical signal generated by contact with a contact object to a control device 7. The tactile sensor 1 and control device 7 constitute a sensing system. As described above, the sensing system can be used to control, for example, a robot hand.

(2)筐体
筐体2は、接触体3の一部、ハーフミラー6、発光体4及びカメラ5を収める中空体である。筐体2は、本実施形態では、直方体状の箱体であるが、本発明では、形状には特に制限はない。筐体2としては、例えば、円筒状、角筒状、球状等であってもよい。ロボットハンドに対して触覚センサ1を設置する場合、筐体2は手指の形状に形成されてもよい。
(2) Housing The housing 2 is a hollow body that houses a part of the contact body 3, the half mirror 6, the light emitter 4, and the camera 5. In this embodiment, the housing 2 is a rectangular box, but the shape is not particularly limited in the present invention. The housing 2 may be, for example, cylindrical, rectangular, spherical, or the like. When the tactile sensor 1 is installed on a robot hand, the housing 2 may be formed in the shape of a finger.

筐体2の一面21には、接触体3が設けられている。ここでは、筐体2において、接触体3が設けられた一面21に直交する方向を「前後方向」として定義し、前後方向において、一面21の反対側の面から当該一面21に向かう方向を「前方向」とし、その反対方向を「後ろ方向」として定義する。また、前後方向に直交し、かつ筐体2の長手方向に沿う方向を「左右方向」として定義する。ただし、これらの方向の定義は、説明の便宜上、定義するに過ぎず、触覚センサ1の使用用途を特定する趣旨ではない。 A contact body 3 is provided on one surface 21 of the housing 2. Here, the direction perpendicular to the surface 21 on which the contact body 3 is provided on the housing 2 is defined as the "front-rear direction," the direction from the surface opposite the surface 21 toward the surface 21 in question in the front-rear direction is defined as the "front direction," and the opposite direction is defined as the "rear direction." Additionally, the direction perpendicular to the front-rear direction and along the longitudinal direction of the housing 2 is defined as the "left-right direction." However, these definitions of directions are provided merely for the convenience of explanation and are not intended to specify the intended use of the tactile sensor 1.

筐体2は、遮光性を有しており、筐体2の外部から筐体2の内部に向かう光を遮断する。筐体2の材料としては、特に制限はなく、例えば、合成樹脂、金属、木、紙、カーボン、布等が挙げられる。本実施形態に係る筐体2は、黒色のABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)樹脂で構成されている。 The housing 2 has light-blocking properties and blocks light traveling from the outside of the housing 2 to the inside of the housing 2. There are no particular restrictions on the material of the housing 2, and examples include synthetic resin, metal, wood, paper, carbon, and cloth. The housing 2 in this embodiment is made of black ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) resin.

本実施形態に係る筐体2は、接触体3、ハーフミラー6、発光体4及びカメラ5を収容し、制御装置7については収容していないが、筐体2の内部に制御装置7を配置してもよい。 The housing 2 in this embodiment houses the contact body 3, half mirror 6, light emitter 4, and camera 5, but does not house the control device 7, although the control device 7 may be disposed inside the housing 2.

(3)接触体
接触体3は、触覚センサ1において、接触対象物に接触する部分をもつ部材である。接触体3は、接触対象物に接触した結果、接触対象物に接触した部分が、変形すると共に接触対象物の温度に応じた色を呈する。接触体3は、図2(A)に示すように、接触面32を有する透光性弾性材31と、接触体3の後面を構成する押さえ板37と、を備える。
(3) Contact Body The contact body 3 is a member of the tactile sensor 1 that has a portion that comes into contact with the contact object. When the contact body 3 comes into contact with the contact object, the portion that comes into contact with the contact object deforms and exhibits a color that corresponds to the temperature of the contact object. As shown in Figure 2(A) , the contact body 3 includes a translucent elastic material 31 that has a contact surface 32, and a presser plate 37 that forms the rear surface of the contact body 3.

透光性弾性材31は、一定量以上の光量を通す弾性材であり、筐体2の一面21から前方に突出した凸状の接触面32を有する。透光性弾性材31は、図2(A)に示すように、半球状に形成されており、したがって、接触面32は凸状曲面によって構成されている。接触面32に対して接触対象物が接触することで、接触面32は、弾性変形し、かつ接触対象物の温度に応じた色を呈する。 The translucent elastic material 31 is an elastic material that allows more than a certain amount of light to pass through, and has a convex contact surface 32 that protrudes forward from one surface 21 of the housing 2. As shown in Figure 2 (A), the translucent elastic material 31 is formed in a hemispherical shape, and therefore the contact surface 32 is composed of a convex curved surface. When a contact object comes into contact with the contact surface 32, the contact surface 32 elastically deforms and assumes a color that corresponds to the temperature of the contact object.

透光性弾性材31は、本実施形態では半球状に形成されているが、本発明では、半球状に限らず、筐体2の一面21から突出していれば、例えば、円柱状、角柱状、シート状等に形成されてもよい。また、接触面32は、球面に限らず、緩やかな曲面や平面であってもよい。 In this embodiment, the translucent elastic material 31 is formed in a hemispherical shape, but the present invention is not limited to this. It may be formed in a cylindrical, prismatic, sheet-like shape, or other shape, as long as it protrudes from one surface 21 of the housing 2. Furthermore, the contact surface 32 is not limited to a spherical surface, and may also be a gently curved surface or a flat surface.

接触面32には、マーカー部33が形成されている。マーカー部33は、接触面32に形成された印である。マーカー部33は、接触対象物が接触面32に接触すると、接触面32の変形に従って変形する。マーカー部33としては、例えば、格子状、ドット状、ストライプ状等が挙げられる。本実施形態では、マーカー部33として、図2(B)に示すような格子状(グリッドパターン)が採用されている。 Marker portions 33 are formed on the contact surface 32. The marker portions 33 are marks formed on the contact surface 32. When a contact object comes into contact with the contact surface 32, the marker portions 33 deform in accordance with the deformation of the contact surface 32. Examples of marker portions 33 include a grid pattern, a dot pattern, and a stripe pattern. In this embodiment, a grid pattern (as shown in Figure 2(B)) is used as the marker portion 33.

マーカー部33は、接触面32に対して、例えば、溝、突条、突起、窪み、切り込み、印刷、塗布、色紙を貼着すること等により形成される。マーカー部33は、接触面32上に形成されてもよいし、接触面32のすぐ下に埋められてもよい。したがって、本明細書でいう「接触面32にマーカー部33が形成される」とは、接触面32の変形に伴ってマーカー部33が変形するような態様で、接触面32にマーカー部33があることを意味する。 The marker portion 33 is formed on the contact surface 32 by, for example, forming grooves, ridges, protrusions, depressions, notches, printing, painting, or attaching colored paper. The marker portion 33 may be formed on the contact surface 32 or buried immediately below the contact surface 32. Therefore, in this specification, "the marker portion 33 is formed on the contact surface 32" means that the marker portion 33 is present on the contact surface 32 in such a manner that it deforms in response to deformation of the contact surface 32.

透光性弾性材31は、マトリックス材料と、遮光性顔料と、示温性顔料とを含むエラストマ(「示温エラストマ」という場合がある)によって構成されており、接触した接触対象物の温度に応じた色を呈する。透光性弾性材31としては、マトリックス材料に対して、遮光性顔料と示温性顔料とを含んだ一層構造で構成されてもよいが、本実施形態では、図2(C)に示すように、遮光層34と、示温層35と、を含む多層構造で構成されている。 The translucent elastic material 31 is composed of an elastomer (sometimes called a "thermochromic elastomer") containing a matrix material, a light-blocking pigment, and a thermochromic pigment, and exhibits a color that corresponds to the temperature of the object it comes into contact with. The translucent elastic material 31 may be composed of a single layer structure containing a matrix material, a light-blocking pigment, and a thermochromic pigment, but in this embodiment, as shown in Figure 2(C), it is composed of a multilayer structure including a light-blocking layer 34 and a thermochromic layer 35.

ここで、透光性弾性材31において、遮光性顔料の濃度が大き過ぎると、接触対象物の温度に応じた色の変化が分かりにくくなる一方、遮光性顔料の濃度が小さ過ぎると、接触対象物の色の影響を受けやすくなる傾向にある。透光性弾性材31を遮光性顔料と示温性顔料とを含んだ一層構造とする場合、部分的に濃度の偏りが生じやすくなるが、2層構造にすると、遮光性顔料の濃度の部分的な偏りが抑制できるというメリットがある。 Here, if the concentration of the light-blocking pigment in the translucent elastic material 31 is too high, it will be difficult to see the color change in response to the temperature of the object it comes into contact with, while if the concentration of the light-blocking pigment is too low, it will tend to be more susceptible to the color of the object it comes into contact with. If the light-blocking elastic material 31 has a single-layer structure containing a light-blocking pigment and a thermochromic pigment, localized concentration imbalances are likely to occur, but a two-layer structure has the advantage of suppressing localized imbalances in the concentration of the light-blocking pigment.

遮光層34は、一定の遮光性を有する層であり、示温層35の色及びマーカー部33をカメラ5で撮像する際に、外部から透光性弾性材31を通る光を抑制する。これによって、カメラ5による撮像した画像に対して画像処理を行う際に、画像認識の精度を高くすることができる。 The light-shielding layer 34 is a layer with a certain degree of light-shielding properties, and when the color of the temperature-indicating layer 35 and the marker portion 33 are captured by the camera 5, it prevents external light from passing through the light-transmitting elastic material 31. This increases the accuracy of image recognition when image processing is performed on the image captured by the camera 5.

遮光層34は、マトリックス材料に遮光性顔料を混ぜることで構成されている。マトリックス材料としては、シリコーンゴム、ポリウレタン樹脂、熱可塑性エラストマから選ばれるいずれか1種又は2種以上の材料で構成されている。熱可塑性エラストマとしては、例えば、スチレン系、ポリアミド系、ポリエステル系、ハロゲン系が挙げられる。遮光性顔料は、無機顔料が使用できる。また、色調によっては、有機顔料を混合してもよい。無機顔料としては、例えば、炭酸カルシウム、酸化亜鉛、酸化チタンから選ばれるいずれか1種又は2種以上の顔料が挙げられる。有機顔料としては、例えば、アゾ系、フタロシニアン系から選ばれるいずれか1種又は2種以上の顔料が挙げられる。 The light-blocking layer 34 is formed by mixing a light-blocking pigment into a matrix material. The matrix material is formed from one or more materials selected from silicone rubber, polyurethane resin, and thermoplastic elastomer. Examples of thermoplastic elastomers include styrene-based, polyamide-based, polyester-based, and halogen-based elastomers. Inorganic pigments can be used as the light-blocking pigment. Depending on the color tone, organic pigments may also be mixed in. Examples of inorganic pigments include one or more pigments selected from calcium carbonate, zinc oxide, and titanium oxide. Examples of organic pigments include one or more pigments selected from azo-based and phthalocyanine-based pigments.

遮光層34の色は、透光性弾性材31のベースの色となる。遮光層34の色としては、示温層35が呈する色と区別できる色に設定することが好ましい。また、本実施形態に係る遮光層34には、マーカー部33が形成されているが、透光性弾性材31を後面から撮像することから、遮光層34は、マーカー部33の変形の態様を識別可能な色味である必要がある。 The color of the light-shielding layer 34 is the base color of the light-transmitting elastic material 31. It is preferable that the color of the light-shielding layer 34 be set to a color that is distinguishable from the color of the temperature-indicating layer 35. Furthermore, the light-shielding layer 34 of this embodiment is formed with a marker portion 33, but because the light-transmitting elastic material 31 is imaged from the rear, the light-shielding layer 34 needs to have a color that allows the deformation of the marker portion 33 to be distinguished.

示温層35は、接触面32に対して接触対象物が接触すると、接触対象物の温度に応じた色を呈する層である。示温層35は、遮光層34に対し、厚さ方向の内側(前後方向の後面側)に積層されている。示温層35と遮光層34とは、別々にシート状に形成した後、互いに重ねるようにして構成されてもよいし、示温層35と遮光層34とのうちの一方を形成し、それに重ねるように他方を形成してもよいし、一方を形成した後、他方をコーティングしたり、塗装したりしてもよい。また、透明な基材の一面に示温層35をコーティングし、他面に遮光層34をコーティングして積層してもよい。 The temperature-indicating layer 35 is a layer that changes color according to the temperature of an object that comes into contact with the contact surface 32. The temperature-indicating layer 35 is laminated on the inner side in the thickness direction (the rear side in the front-to-rear direction) of the light-shielding layer 34. The temperature-indicating layer 35 and the light-shielding layer 34 may be formed as separate sheets and then layered on top of each other, or one of the temperature-indicating layer 35 and the light-shielding layer 34 may be formed first and then the other layer may be formed on top of it, or one may be formed and then the other may be coated or painted. Alternatively, the temperature-indicating layer 35 may be coated on one side of a transparent substrate and the light-shielding layer 34 may be coated on the other side and then layered.

示温層35は、マトリックス材料に、熱によって変色する感熱変色性色素成分を含んで構成されている。マトリックス材料としては、シリコーンゴム、ポリウレタン樹脂、熱可塑性エラストマから選ばれるいずれか1種又は2種以上の材料で構成されている。示温層35のマトリックス材料は、遮光層34のマトリックス材料と同じであってもよいし、異なる材料で構成されてもよい。 The temperature-indicating layer 35 is composed of a matrix material containing a thermochromic pigment component that changes color when exposed to heat. The matrix material is composed of one or more materials selected from silicone rubber, polyurethane resin, and thermoplastic elastomer. The matrix material of the temperature-indicating layer 35 may be the same as the matrix material of the light-shielding layer 34, or it may be composed of a different material.

感熱変色性色素成分は、ロイコ染料を内包してマイクロカプセル化した顔料、酸化バナジウム、酸化ビスマスから選ばれるいずれか1種又は2種以上の成分が挙げられる。この中でもロイコ染料を内包してマイクロカプセル化した顔料が好ましい。ロイコ染料としては、例えば、ラクトン環化合物、顕色剤、及び感熱温度で溶融する減感剤の組み合わせが挙げられる。示温層35は、所定温度以下の場合、マイクロカプセル内で顕色剤が酸として働き、ラクトン環化合物を開環してカルボン酸体へ構造変化することで発色する。一方、示温層35の温度が上昇すると、減感剤が溶融することにより、減感剤に含まれる塩基成分が顕色剤と結合することで、閉環してラクトン環に戻ることで、示温層35の色が消えてゆく(透明度が増してゆく)。 The thermochromic dye component may be one or more components selected from a microencapsulated pigment containing a leuco dye, vanadium oxide, and bismuth oxide. Among these, a microencapsulated pigment containing a leuco dye is preferred. Examples of leuco dyes include a combination of a lactone ring compound, a color developer, and a desensitizer that melts at the thermosensitive temperature. When the temperature of the thermochromic layer 35 is below a predetermined temperature, the color developer acts as an acid in the microcapsules, opening the lactone ring compound and changing its structure to a carboxylic acid, thereby producing color. Meanwhile, as the temperature of the thermochromic layer 35 increases, the desensitizer melts, causing the base component contained in the desensitizer to bond with the color developer, resulting in ring closure and a return to the lactone ring, causing the color of the thermochromic layer 35 to fade (increasing transparency).

ラクトン環化合物としては、例えば、クリスタルバイオレットラクトン、スピロラクトン類等から選ばれる1種又は2種以上の顔料が挙げられる。この中でも、クリスタルバイオレットラクトンが好ましい。顕色剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール、モノフェノール類、ジフェノール類、トリフェノール類等のフェノール性水酸基を有する化合物が挙げられる。減感剤としては、例えば、高級炭化水素類、脂肪族系高級アルコール類、脂肪族系高級脂肪酸類、脂肪族系高級脂肪酸エステル類等が挙げられる。減感剤に含まれる塩基成分としては、例えば、高級脂肪酸、第4級アンモニウムの塩等が挙げられる。 Examples of lactone ring compounds include one or more pigments selected from crystal violet lactone, spirolactones, and the like. Of these, crystal violet lactone is preferred. Examples of color developers include compounds with a phenolic hydroxyl group, such as benzotriazole, monophenols, diphenols, and triphenols. Examples of phlegmizers include higher hydrocarbons, aliphatic higher alcohols, aliphatic higher fatty acids, and aliphatic higher fatty acid esters. Examples of base components contained in phlegmizers include higher fatty acids and quaternary ammonium salts.

透光性弾性材31は、図2(C)に示すように、遮光層34と示温層35とで形成された半球体の内部にある中心層36を有する。中心層36としては、例えば、シリコーンゴム等の弾性体、一定の粘性を有するジェル、空気層等が挙げられる。中心層36は、示温層35の色及びマーカー部33を撮像するために、透光性を有する必要がある。ここでは、透明であることが好ましい。 As shown in Figure 2(C), the translucent elastic material 31 has a central layer 36 located inside a hemisphere formed by the light-shielding layer 34 and the temperature-indicating layer 35. Examples of the central layer 36 include an elastic material such as silicone rubber, a gel with a certain viscosity, or an air layer. The central layer 36 must be translucent in order to capture an image of the color of the temperature-indicating layer 35 and the marker portion 33. In this case, transparency is preferred.

透光性弾性材31は、接触対象物に接触して変形し、接触対象物が離れると弾性的に復元する。このため、次のような物性値を有することが好ましい。 The translucent elastic material 31 deforms when it comes into contact with an object, and elastically returns to its original shape when the object is released. For this reason, it is preferable that the material have the following physical properties:

JIS K 6251に準拠した切断時伸びが、200%以上が好ましく、より好ましくは300%以上である。切断時伸びが200%未満であると、触覚センサ1として必要な疲労に対する耐久性が得られない可能性がある。 The elongation at break in accordance with JIS K 6251 is preferably 200% or more, and more preferably 300% or more. If the elongation at break is less than 200%, the fatigue durability required for the tactile sensor 1 may not be achieved.

JIS K 6251に準拠した引張り強さが、6.0MPa以上であることが好ましく、より好ましくは8.0MPa以上である。引張り強さが6.0MPa未満であると、触覚センサ1として必要な強度が得られない可能性がある。 The tensile strength in accordance with JIS K 6251 is preferably 6.0 MPa or more, and more preferably 8.0 MPa or more. If the tensile strength is less than 6.0 MPa, the strength required for the tactile sensor 1 may not be achieved.

JIS K 6253-2に準拠したデュロメータ硬さ(タイプA)が、A20以上A60以下であることが好ましく、より好ましくはA30以上A50以下である。デュロメータ硬さがA20未満又はA60超であると、触覚センサ1として必要な柔軟性が得られない可能性がある。 The durometer hardness (Type A) according to JIS K 6253-2 is preferably A20 or more and A60 or less, and more preferably A30 or more and A50 or less. If the durometer hardness is less than A20 or more than A60, the flexibility required for the tactile sensor 1 may not be achieved.

押さえ板37は、透光性弾性材31の後面に取り付けられ、接触体3の後面を構成する。押さえ板37は、透光性弾性材31よりも硬い。押さえ板37に対する透光性弾性材31の取付けは、例えば、接着、圧着、溶着等により実現される。押さえ板37は、透明板により構成されている。押さえ板37としては、例えば、アクリル板、ガラス板、ポリカーボネート板等が挙げられる。押さえ板37が筐体2に対して固定されることで、接触体3は、接触面32が筐体2の一面21から突き出すようにして、筐体2に対して取り付けられる。 The retaining plate 37 is attached to the rear surface of the translucent elastic material 31 and forms the rear surface of the contact body 3. The retaining plate 37 is harder than the translucent elastic material 31. The translucent elastic material 31 is attached to the retaining plate 37 by, for example, adhesive bonding, crimping, welding, etc. The retaining plate 37 is made of a transparent plate. Examples of the retaining plate 37 include an acrylic plate, a glass plate, and a polycarbonate plate. By fixing the retaining plate 37 to the housing 2, the contact body 3 is attached to the housing 2 so that the contact surface 32 protrudes from one surface 21 of the housing 2.

(4)発光体
発光体4は、筐体2の内部に配置されており、発光することで筐体2の内部を照らす。発光体4から光が放射されることで、カメラ5は、接触体3の示温層35の色と、マーカー部33の変化の態様を撮像することができる。
(4) Light-Emitting Body The light-emitting body 4 is disposed inside the housing 2 and emits light to illuminate the inside of the housing 2. The light emitted from the light-emitting body 4 allows the camera 5 to capture images of the color of the thermosensitive layer 35 of the contact body 3 and the manner in which the marker portion 33 changes.

発光体4は、例えば、白色LEDランプにより構成されるが、LEDランプに特に制限されない。また、発光体4は、本実施形態では、筐体2の後面に沿って配置されているが、光が必要な部位の明るさに応じて、配置位置を適宜変更することができる。 The light emitter 4 is, for example, a white LED lamp, but is not limited to an LED lamp. In this embodiment, the light emitter 4 is arranged along the rear surface of the housing 2, but its position can be changed as appropriate depending on the brightness of the area where light is required.

本実施形態に係る発光体4は、平板状に形成されているが、例えば、棒状であってもよいし、リング状であってもよい。 The light emitter 4 in this embodiment is formed in a flat plate shape, but it may also be rod-shaped or ring-shaped, for example.

(5)カメラ
カメラ5は、撮像素子51を有している。撮像素子51は、接触体3の後面を通して、接触面32を撮像する。接触面32に物体が接触した際の接触面32を撮像することで、透光性弾性材31の色とマーカー部33の態様とを撮像し、電気信号に変換することができる。撮像素子51としては、例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)、CCD(Charge Coupled Device)等が挙げられる。
(5) Camera The camera 5 has an imaging element 51. The imaging element 51 images the contact surface 32 through the rear surface of the contact body 3. By imaging the contact surface 32 when an object comes into contact with the contact surface 32, the color of the translucent elastic material 31 and the state of the marker portion 33 can be imaged and converted into an electrical signal. Examples of the imaging element 51 include a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) and a CCD (Charge Coupled Device).

カメラ5は、筐体2内に配置される。カメラ5は、接触体3において、接触面32よりも後方側に配置されている。カメラ5は、接触体3に接触対象物が接触した際のマーカー部33の挙動(変位、歪み)を撮像するため、カメラ5の焦点は、マーカー部33に合っている。 The camera 5 is disposed within the housing 2. The camera 5 is disposed on the contact body 3, behind the contact surface 32. The camera 5 captures the behavior (displacement, distortion) of the marker portion 33 when a contact object comes into contact with the contact body 3, so the focus of the camera 5 is on the marker portion 33.

カメラ5は、図1に示すように、ハーフミラー6を介して、接触面32を撮像する。カメラ5は、カメラ5とハーフミラー6との間の光軸L1と、ハーフミラー6と接触体3との間の光軸L2とが直交するように配置される。ただし、本発明では、カメラ5は、光軸が直線状となるように、接触体3の後方に配置されてもよい。 As shown in Figure 1, the camera 5 captures an image of the contact surface 32 via the half mirror 6. The camera 5 is positioned so that the optical axis L1 between the camera 5 and the half mirror 6 and the optical axis L2 between the half mirror 6 and the contact body 3 are perpendicular to each other. However, in the present invention, the camera 5 may also be positioned behind the contact body 3 so that the optical axis is linear.

(6)制御装置
制御装置7は、撮像素子51からの電気信号を受け取り、制御対象物である、例えばロボットハンドを制御する制御部を有する。制御装置7は、図3に示すように、CPU71と、ROM72と、RAM73と、入出力ポート74と、を備える。CPU71には、ROM72、RAM73及び入出力ポート74が接続されている。
(6) Control Device The control device 7 has a control unit that receives an electrical signal from the imaging element 51 and controls an object to be controlled, such as a robot hand. As shown in Fig. 3, the control device 7 includes a CPU 71, a ROM 72, a RAM 73, and an input/output port 74. The ROM 72, the RAM 73, and the input/output port 74 are connected to the CPU 71.

CPU71は、センシングシステム全体を制御するための各種処理を実行し、その処理結果を制御信号として出力する。ROM72には、センシングシステムを制御するための制御プログラムなどが記憶されている。RAM73には、センシングシステムの動作に必要な各種の情報が一時的に記憶される。入出力ポート74には、カメラ5及び発光体4が接続されている。 The CPU 71 executes various processes to control the entire sensing system and outputs the results of these processes as control signals. The ROM 72 stores control programs for controlling the sensing system. The RAM 73 temporarily stores various information necessary for the operation of the sensing system. The input/output port 74 is connected to the camera 5 and light emitter 4.

CPU71には、撮像素子51によって、マーカー部33の挙動及び接触面32の色を撮像することで生成された電気信号が、入出力ポート74を介して入力される。この電気信号は、画像データを含む。CPU71は、発光体4を点灯させるための電気信号を、入出力ポート74を介して、発光体4に出力する。 An electrical signal generated by capturing an image of the behavior of the marker unit 33 and the color of the contact surface 32 using the imaging element 51 is input to the CPU 71 via the input/output port 74. This electrical signal includes image data. The CPU 71 outputs an electrical signal to the light emitter 4 via the input/output port 74 to light the light emitter 4.

CPU71には、一定時間ごと(例えば、33msごと)に撮像された画像データが入力される。変形前の接触体3のマーカー部33についての画像データがCPU71に入力されると、CPU71は画像処理を行い、基準となるマーカー部33の模様を認識する。ここでは、図4(A)に示すように、CPU71は、マーカー部33を格子状の模様として認識する。 Image data captured at regular intervals (e.g., every 33 ms) is input to the CPU 71. When image data for the marker portion 33 of the contact body 3 before deformation is input to the CPU 71, the CPU 71 performs image processing and recognizes the pattern of the reference marker portion 33. Here, as shown in Figure 4(A), the CPU 71 recognizes the marker portion 33 as a grid-like pattern.

なお、一定時間ごとに取得した画像データは、RAM73の記憶領域に一定期間記憶されるが、古いものから順次消去される。画像処理を実行するソフトウェアとしては、特に制限はなく、例えば、HALCON(MVTec社製)が用いられる。 Image data acquired at regular intervals is stored in a memory area of RAM 73 for a set period of time, with the oldest data being deleted sequentially. There are no particular restrictions on the software used to perform image processing; for example, HALCON (manufactured by MVTec) is used.

接触体3の接触面32に対して接触対象物が接触し、接触面32が変形すると、変形後の画像データがCPU71に入力される。CPU71は、入力された変形後の画像データから、接触領域T1を判定し、接触領域T1のうち、固着領域T11と滑り領域T12とを判定する(図4(B)参照)。 When a contact object comes into contact with the contact surface 32 of the contact body 3 and the contact surface 32 is deformed, image data of the deformed surface is input to the CPU 71. The CPU 71 determines the contact area T1 from the input image data of the deformed surface, and within the contact area T1, determines the stuck area T11 and the slipping area T12 (see Figure 4 (B)).

ここでいう「接触領域T1」とは、接触面32のうち接触対象物が接触した領域を意味する。接触面32に対して接触対象物が接触した状態を撮像素子51によって撮像した画像(図4(B))では、マーカー部33が、格子状の模様として認識されると共に接触対象物が接触した部分が、非接触の部分に対して、明度が異なって見える(具体的には、接触部分が、非接触部分よりも明度が高い)。したがって、CPU71は、画像データのマーカー部33において、接触領域T1を抽出することができる。しかも、本実施形態に係る触覚センサ1では、発光体4が白色光を放射するため、接触領域T1と非接触領域T1との明度の差が明確にわかる。これにより、CPU71は、接触領域T1をより正確に判断することができる。特に、本実施形態では、接触体3が接触対象物の温度に応じた色を呈するため、接触対象物が接触した部分は温度が変化する。このため、接触領域T1の抽出精度が向上する。 The "contact area T1" here refers to the area of the contact surface 32 that is in contact with the contact object. In an image ( FIG. 4(B) ) captured by the image sensor 51 of the state in which the contact object is in contact with the contact surface 32, the marker portion 33 is recognized as a grid-like pattern, and the area in contact with the contact object appears to have a different brightness than the non-contact area (specifically, the contact area is brighter than the non-contact area). Therefore, the CPU 71 can extract the contact area T1 from the marker portion 33 of the image data. Moreover, in the tactile sensor 1 according to this embodiment, the light-emitting body 4 emits white light, so the difference in brightness between the contact area T1 and the non-contact area T1 is clearly visible. This allows the CPU 71 to more accurately determine the contact area T1. In particular, in this embodiment, the contact body 3 exhibits a color that corresponds to the temperature of the contact object, so the temperature of the area in contact with the contact object changes. This improves the accuracy of extracting the contact area T1.

「固着領域T11」とは、画像データのうち、接触面32に対して接触対象物が接触した状態で、マーカー部33が動かない領域を意味する。また、「滑り領域T12」とは、接触面32に接触対象物が接触した状態でマーカー部33が動き得る領域を意味する。 The "fixed region T11" refers to the region of the image data where the marker part 33 does not move when a contact object is in contact with the contact surface 32. The "slip region T12" refers to the region where the marker part 33 can move when a contact object is in contact with the contact surface 32.

CPU71は、接触領域T1、固着領域T11、滑り領域T12を判定すると、せん断力、法線力、接線力、摩擦係数及びトルクを割り出すことができる。これらの力学量を割り出す具体的な方法は、既知の技術(例えば、特開2005-257343号公報に記載)を利用することができるため、ここでは説明を省略する。 Once the CPU 71 determines the contact area T1, adhesion area T11, and slippage area T12, it can calculate the shear force, normal force, tangential force, friction coefficient, and torque. Specific methods for calculating these mechanical quantities can use known techniques (for example, those described in JP 2005-257343 A), so a detailed description will be omitted here.

CPU71は、画像データから接触面32の色から、接触対象物の温度を割り出すことができる。CPU71は、接触面32の色からRGB値を抽出する。ROM72には、RGB値と、接触対象物の温度を、が関連付けられて記憶されている。CPU71は、RGB値を参照し、ROM72から接触対象物の温度を読み出すことができる。 The CPU 71 can determine the temperature of the contact object from the color of the contact surface 32 in the image data. The CPU 71 extracts RGB values from the color of the contact surface 32. The ROM 72 stores the RGB values in association with the temperature of the contact object. The CPU 71 can reference the RGB values and read the temperature of the contact object from the ROM 72.

制御装置7は、せん断力、法線力、接線力、摩擦係数、トルク及び接触対象物の温度を割り出すと、これに基づいて、図示しないアクチュエータ(例えば、ロボットハンド)を制御するための制御信号を出力することができる。 The control device 7 calculates the shear force, normal force, tangential force, friction coefficient, torque, and temperature of the contact object, and based on this, can output a control signal for controlling an actuator (e.g., a robot hand) not shown.

<変形例>
上記実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下、実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
<Modification>
The above embodiment is merely one of various embodiments of the present invention. The embodiment can be modified in various ways depending on the design, etc., as long as the object of the present invention can be achieved. Modifications of the embodiment are listed below. The modifications described below can be applied in appropriate combinations.

上記実施形態に係る触覚センサ1では、接触体3の後面が押さえ板37によって構成されたが、本発明では、押さえ板37はなくてもよい。 In the tactile sensor 1 according to the above embodiment, the rear surface of the contact body 3 is formed by a retaining plate 37, but in the present invention, the retaining plate 37 may be omitted.

上記実施形態に係る接触センサでは、接触面32が凸状曲面で構成されたが、接触面32が平面状であっても、少なくともせん断力は測定可能である。したがって、本発明に係る接触センサでは、力学量として、せん断力、法線力、接線力、摩擦係数及びトルクのうちの少なくとも一つが測定できればよい。 In the contact sensor according to the above embodiment, the contact surface 32 is configured as a convex curved surface, but even if the contact surface 32 is flat, it is still possible to measure at least shear force. Therefore, the contact sensor according to the present invention only needs to be able to measure at least one of the following mechanical quantities: shear force, normal force, tangential force, coefficient of friction, and torque.

上記実施形態に係る接触センサは、ハーフミラー6を有したが、本発明では、ハーフミラー6は設けられなくてもよい。また、ハーフミラー6は、ミラーであってもよい。 The contact sensor in the above embodiment has a half mirror 6, but in the present invention, the half mirror 6 does not have to be provided. Furthermore, the half mirror 6 may also be a mirror.

上記実施形態に係る接触センサでは、接触体3の接触面32が突出する筐体2の一面21は平面であったが、一面21は、曲面であってもよく、平面でなくてもよい。 In the contact sensor according to the above embodiment, the surface 21 of the housing 2 from which the contact surface 32 of the contact body 3 protrudes is flat, but the surface 21 may be curved or may not be flat.

上記実施形態に係る接触体3は、示温層35と遮光層34とが積層されていたが、本発明では、一のマトリックス材料に、示温性顔料と遮光性顔料とが含有されていてもよい。 In the above embodiment, the contact body 3 has a laminated temperature-indicating layer 35 and a light-blocking layer 34. However, in the present invention, a single matrix material may contain both a temperature-indicating pigment and a light-blocking pigment.

<まとめ>
以上説明したように、第1の態様に係る触覚センサ1は、筐体2と、筐体2の一面21から前方に突出した凸状の接触面32を含む透光性弾性材31を有し、接触面32にマーカー部33が形成された接触体3と、筐体2内に配置され、接触面32に物体が接触した際の接触面32を接触体3の後面を通して撮像する撮像素子51と、を備える。接触体3は、接触面32が物体に接触すると、接触面32が物体の温度に応じた色を呈するように構成されている。
<Summary>
As described above, the tactile sensor 1 according to the first aspect includes the housing 2, the contactor 3 having a light-transmitting elastic material 31 including a convex contact surface 32 that protrudes forward from one surface 21 of the housing 2 and on which a marker portion 33 is formed, and the imaging element 51 that is disposed within the housing 2 and that captures an image of the contact surface 32 through the rear surface of the contactor 3 when an object comes into contact with the contact surface 32. The contactor 3 is configured so that when the contact surface 32 comes into contact with an object, the contact surface 32 exhibits a color that corresponds to the temperature of the object.

この態様によれば、物体に接触した際に生じる力学量と物体の温度とを同時に測定可能な触覚センサ1を提供することができる。 This aspect provides a tactile sensor 1 that can simultaneously measure the mechanical quantity generated when contacting an object and the temperature of the object.

第2の態様に係る触覚センサ1では、第1の態様において、接触面32は、前方に向かって突出する凸状曲面である。 In the tactile sensor 1 according to the second aspect, the contact surface 32 is a convex curved surface that protrudes forward in the first aspect.

この態様によれば、物体の温度と同時に、物体に接触した際に生じる、せん断力、法線力、接線力、摩擦係数及びトルクを測定可能なセンサを提供することができる。 This aspect provides a sensor that can measure the temperature of an object as well as the shear force, normal force, tangential force, friction coefficient, and torque that occur when coming into contact with the object.

第3の態様に係る触覚センサ1では、第1又は第2の態様において、透光性弾性材31は、マトリックス材料に遮光性顔料を含む遮光層34と、遮光層34に積層され、マトリックス材料に示温性顔料を含む示温層35と、を有する。 In the tactile sensor 1 according to the third aspect, in the first or second aspect, the light-transmitting elastic material 31 has a light-shielding layer 34 containing a light-shielding pigment in a matrix material, and a thermochromic layer 35 laminated on the light-shielding layer 34 and containing a thermochromic pigment in a matrix material.

この態様によれば、遮光性顔料の濃度の部分的な偏りが抑制できる。この結果、物体に接触した際に、透光性弾性材31の色の変化が画像処理によって認識しやすく、触覚センサ1により測定される物体の温度の精度を向上することができる。 This embodiment can suppress localized variations in the concentration of the light-blocking pigment. As a result, when an object is contacted, the color change of the light-transmitting elastic material 31 can be easily recognized through image processing, improving the accuracy of the object temperature measured by the tactile sensor 1.

第4の態様に係る触覚センサ1では、第3の態様において、遮光性顔料が、無機顔料、又は無機顔料に有機顔料を混合したものである。無機顔料は、炭酸カルシウム、酸化亜鉛、酸化チタンから選ばれるいずれか1種又は2種以上の顔料である、有機顔料は、アゾ系、フタロシニアン系から選ばれるいずれか1種又は2種以上の顔料である。 In the tactile sensor 1 of the fourth aspect, the light-blocking pigment is an inorganic pigment or a mixture of an inorganic pigment and an organic pigment. The inorganic pigment is one or more pigments selected from calcium carbonate, zinc oxide, and titanium oxide, and the organic pigment is one or more pigments selected from azo pigments and phthalocyanine pigments.

この態様によれば、画像処理によって、示温層35の色を適切に認識可能な信号を出力する触覚センサ1とすることができる。 According to this aspect, the tactile sensor 1 can be made to output a signal that allows the color of the thermometric layer 35 to be appropriately recognized through image processing.

第5の態様に係る触覚センサ1では、第3又は請求項4の態様において、示温性顔料が、ロイコ染料を内包してマイクロカプセル化した顔料、酸化バナジウム、酸化ビスマスから選ばれるいずれか1種又は2種以上の顔料である。 In the tactile sensor 1 according to the fifth aspect, in the third or fourth aspect, the thermochromic pigment is one or more pigments selected from a microencapsulated pigment containing a leuco dye, vanadium oxide, and bismuth oxide.

この態様によれば、示温層35が物体の温度に応じて適切に色を変えることができるため、画像処理によって、示温層35の色を適切に認識可能な信号を出力する触覚センサ1とすることができる。 In this embodiment, the thermosensitive layer 35 can change color appropriately depending on the temperature of the object, allowing the tactile sensor 1 to output a signal that allows the color of the thermosensitive layer 35 to be appropriately recognized through image processing.

第6の態様に係る触覚センサ1では、第3~5のいずれか1つの態様において、マトリックス材料が、シリコーンゴム、ポリウレタン樹脂、熱可塑性エラストマから選ばれるいずれか1種又は2種以上の材料である。 In the tactile sensor 1 according to the sixth aspect, in any one of the third to fifth aspects, the matrix material is one or more materials selected from silicone rubber, polyurethane resin, and thermoplastic elastomer.

この態様によれば、力学量を測定するに当たり、適切な弾性変形が可能な接触体3を構成することができる。 This aspect allows for the construction of a contact body 3 that is capable of appropriate elastic deformation when measuring mechanical quantities.

第7の態様に係る触覚センサ1では、第1~6のいずれか1つの態様において、透光性弾性材31の切断時伸びが、200%以上である。 In the tactile sensor 1 according to the seventh aspect, in any one of the first to sixth aspects, the elongation at break of the translucent elastic material 31 is 200% or more.

この態様によれば、物体に接触した際に、物体の温度に応じた色を呈しながらも、変形に耐え得る接触体3をもつ触覚センサ1を提供することができる。 This aspect makes it possible to provide a tactile sensor 1 that has a contact body 3 that can withstand deformation while exhibiting a color that corresponds to the temperature of an object when it comes into contact with the object.

第8の態様に係る触覚センサ1では、第1~7のいずれか1つの態様において、透光性弾性材31の引張強さが、6.0MPa以上である。 In the tactile sensor 1 according to the eighth aspect, in any one of the first to seventh aspects, the tensile strength of the translucent elastic material 31 is 6.0 MPa or more.

この態様によれば、物体の温度に応じた色を呈しながらも、変形に耐え得る接触体3をもつ触覚センサ1を提供することができる。 This embodiment makes it possible to provide a tactile sensor 1 that has a contact body 3 that can withstand deformation while exhibiting a color that corresponds to the temperature of an object.

第9の態様に係る触覚センサ1では、第1~8のいずれか1つの態様において、透光性弾性材31のデュロメータ硬さが、A20以上A60以下である。 In the tactile sensor 1 according to the ninth aspect, in any one of the first to eighth aspects, the durometer hardness of the translucent elastic material 31 is A20 or more and A60 or less.

この態様によれば、物体の温度に応じた色を呈しながらも、変形に耐え得る接触体3をもつ触覚センサ1を提供することができる。 This embodiment makes it possible to provide a tactile sensor 1 that has a contact body 3 that can withstand deformation while exhibiting a color that corresponds to the temperature of an object.

1 触覚センサ
2 筐体
21 一面
3 接触体
31 透光性弾性材
32 接触面
33 マーカー部
34 遮光層
35 示温層
51 撮像素子
REFERENCE SIGNS LIST 1 tactile sensor 2 housing 21 one surface 3 contact body 31 light-transmitting elastic material 32 contact surface 33 marker portion 34 light-shielding layer 35 temperature-indicating layer 51 imaging element

Claims (7)

筐体と、
前記筐体の一面から前方に突出した凸状の接触面を含む透光性弾性材を有し、前記接触面にマーカー部が形成された接触体と、
前記筐体内に配置され、前記接触面に物体が接触した際の前記接触面を前記接触体の後面を通して撮像する撮像素子と、
を備え、
前記接触体は、前記接触面が前記物体に接触すると、前記接触面が前記物体の温度に応じた色を呈するように構成されており、
前記透光性弾性材は、
マトリックス材料に遮光性顔料を含む遮光層と、
前記遮光層に積層され、マトリックス材料に示温性顔料を含む示温層と、
を有する、
触覚センサ。
The housing and
a contact body having a light-transmitting elastic material including a convex contact surface protruding forward from one surface of the housing, the contact body having a marker portion formed on the contact surface;
an imaging element disposed within the housing, which captures an image of the contact surface through a rear surface of the contact body when an object comes into contact with the contact surface;
Equipped with
the contact body is configured so that when the contact surface comes into contact with the object, the contact surface exhibits a color corresponding to a temperature of the object;
The translucent elastic material is
a light-shielding layer containing a light-shielding pigment in a matrix material;
a thermochromic layer laminated on the light-shielding layer and containing a thermochromic pigment in a matrix material;
having
Tactile sensor.
前記接触面は、前方に向かって突出する凸状曲面である、
請求項1記載の触覚センサ。
The contact surface is a convex curved surface that protrudes forward.
The tactile sensor according to claim 1 .
前記示温性顔料が、ロイコ染料を内包してマイクロカプセル化した顔料、酸化バナジウム、酸化ビスマスから選ばれるいずれか1種又は2種以上の顔料である、
請求項に記載の触覚センサ。
the thermochromic pigment is one or more pigments selected from the group consisting of a microencapsulated pigment containing a leuco dye, vanadium oxide, and bismuth oxide;
The tactile sensor according to claim 1 .
前記マトリックス材料が、シリコーンゴム、ポリウレタン樹脂、熱可塑性エラストマから選ばれるいずれか1種又は2種以上の材料である、
請求項1又は請求項に記載の触覚センサ。
the matrix material is one or more materials selected from silicone rubber, polyurethane resin, and thermoplastic elastomer;
The tactile sensor according to claim 1 or 3 .
前記透光性弾性材の切断時伸びが、200%以上である、
請求項1~のいずれか一項に記載の触覚センサ。
The translucent elastic material has an elongation at break of 200% or more.
The tactile sensor according to any one of claims 1 to 4 .
前記透光性弾性材の引張強さが、6.0MPa以上である、
請求項1~のいずれか一項に記載の触覚センサ。
The tensile strength of the translucent elastic material is 6.0 MPa or more.
The tactile sensor according to any one of claims 1 to 5 .
前記透光性弾性材のデュロメータ硬さが、A20以上A60以下である、
請求項1~のいずれか一項に記載の触覚センサ。
The durometer hardness of the translucent elastic material is A20 or more and A60 or less.
The tactile sensor according to any one of claims 1 to 6 .
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030178556A1 (en) 2000-08-31 2003-09-25 Susumu Tachi Optical tactile sensor
US20070040107A1 (en) 2003-09-16 2007-02-22 Terukazu Mizota Optical tactile sensor and method of reconstructing force vector distribution using the sensor
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030178556A1 (en) 2000-08-31 2003-09-25 Susumu Tachi Optical tactile sensor
US20070040107A1 (en) 2003-09-16 2007-02-22 Terukazu Mizota Optical tactile sensor and method of reconstructing force vector distribution using the sensor
CN109015763A (en) 2018-08-30 2018-12-18 清华大学 A kind of multi-modal tactile sensor based on heat discoloration ink material
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