JPH0474643B2

JPH0474643B2 -

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Publication number: JPH0474643B2
Application number: JP17207287A
Authority: JP
Priority date: 1987-07-11
Filing date: 1987-07-11
Publication date: 1992-11-26
Also published as: JPS6416902A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は光センサを用いた触覚センサに係り、
特に、組立作業用知能ロボツトのフインガに装着
するのに有用な触覚センサに関する。

＜従来の技術＞触覚センサとして光センサを高密度アレイ化し
たものが有望視されている。

従来、光センサを高密度アレイ化する方法とし
て、シリコン基板上にIC製造技術により一体化
して製造する方法があるが、現在は平板状のもの
しかできず、人間の指のような円筒状のものがで
きない。一方、可撓性プリント基板上に発光ダイ
オードとフオトトランジスタがペアになつた光セ
ンサをアレイ化する場合には、信号線の本数が多
く、高密度化を妨げていた。

＜発明が解決しようとする問題点＞単位センサを多数個アレイ化した触覚センサで
は、信号線本数の低減が課題の一つである。

単位センサとして一対の発光素子と受光素子を
用いた光センサの場合には、第５図に示すように
光センサ２は４端子になる。即ち発光素子（発光
ダイオード）２１が２端子、受光素子２２が２端
子である。そのため単純には［４本×使用単位セ
ンサ数］本の信号線がアレイ部分に必要となる。
シリコン基板上にアレイセンサ化する場合は、４
端子になつてもマスタパターンの作り方によりア
レイ化も容易である。しかし、センサアレイを曲
面にしたい場合には、曲面のシリコン基板が必要
となるが、現状の技術では不可能である。

本発明は、４端子の光センサにおいてもわずか
な信号線しか必要とせず、高密度化を可能とする
フレキシブルな光センサ型触覚センサを提供す
る。

＜問題点を解決するための手段＞本発明による触覚センサは、可撓性プリント基
板上に発光素子と受光素子の対からなる光センサ
をＭ行、Ｎ列に配置すると共に行方向の受光素子
を並列に接続し、列方向の発光素子を直列に接続
し、更に前記可撓性プリント基板上に光センサ間
を隔離する障壁と、光センサ上に空間をあけて位
置する弾性部材と、各行の受光素子に接続したア
ナログマルチプレクサと、アナログマルチプレク
サの入力を指定する行デコーダと、アナログマル
チプレクサの出力を増幅する出力アンプと、各列
の発光素子を点灯させるドライバと、ドライバを
指定する列デコーダとを具備するものである。

＜作用＞上記構成において、ベースとなるプリント基板
が可撓性をもち、光センサ上の部材が弾性部材で
あるので、触覚センサがフレキシブルになり、曲
面形状にして使うことができ、ロボツトの円筒状
指に適用できる。

また、行方向の受光素子が並列接続で、列方向
の発光素子が直接接続なので、アレイ部からは
［行数＋列数＋１］本の信号線しか必要とせず、
結果的に高密度化が可能となる。

更に、アナログマルチプレクサ、行及び列デコ
ーダ、ドライバ、出力アンプといつたスキヤニン
グ回路があるので、信号ケーブルが一層減少す
る。

＜実施例＞第１図〜第１０図に基づいて本発明の一実施例
を説明する。

第１図、第２図に光センサ２をアレイ化配列し
た触覚センサの構成例を示す。１はその上に回路
パターンが作られた可撓性のフイルム状プリント
基板である。可撓性プリント基板１上に触覚セン
サの単位要素である光センサ２がＭ行、Ｎ列でア
レイ化配置されている。光センサ２はその中に第
５図の如く発光素子２１とフオトトランジスタ等
の受光素子２２が１対入つている。ここで、発光
素子２１として発光ダイオードで説明する。また
受光素子２２としてフオトトランジスタで説明す
るが、フオトダイオードでも差つかえない。可撓
性プリント基板１の上で、外力が加わらない位置
に、光センサ２をスキヤンするエレクトロニクス
部品３〜７が配置される。このエレクトロニクス
部品には、発光ダイオード列を選択するための列
デコーダ３と、フオトトランジスタ行を選択する
ための行デコーダ４と、発光ダイオード列を点灯
するためのオープンコレクタタイプのドライバ５
と、フオトトランジスタ行の出力チヤンネルを選
択するアナログマルチプレクサ６と、出力アンプ
７とがある。８はケーブルであり、電源線、選択
信号、出力を外部の触覚センサコントロール９と
触覚センサとの間で結ぶ。

第３図に可撓性プリント基板１上の回路構成を
示す。第３図では４行、４列のアレイについて説
明するが、Ｍ行、Ｎ列に拡張しても何ら問題はな
い。

第３図中、アレイ化された４×４＝16個の光セ
ンサ２の接続パターンは次のようになつている。

光センサ２内の発光ダイオードは列単位で直
列接続されている。図ではアノードコモンにし
ているが、ドライバ５の回路構成との兼ね合い
でカソードコモンにしてもよい。

光センサ２内のフオトトランジスタは行単位
で並列接続してある。

列デコーダ３は、触覚センサコントローラ９
より列選択コードを受けると当該列の選択信号
を出し、これをドライバ５が受けて指定の列の
発光ダイオード列を点灯する。

行デコーダ４は、触覚センサコントローラ９
より行選択コードを受けとると当該行の選択信
号を出し、これを４チヤンネルのアナログマル
チプレクサ６に入れる。アナログマルチプレク
サ６は４チヤンネルの入力のうち行デコーダ４
による指定の行（チヤンネル）のフオトトラン
ジスタの出力をオンにする。行デコーダ４は、
アナログマルチプレクサ６がデコーダ内蔵の場
合は不要である。

出力アンプ７は、オンされた行のフオトトラ
ンジスタから出力された光電流出力の和を増幅
する。

フオトトランジスタを行方向に並列接続してい
るため、出力アンプ７は行内での総和の出力を得
ることになるが、実際には、列選択コードで指定
された特定の列の発光ダイオードしか点灯されて
いないため、アナログマルチプレクサ６のオンさ
れた行（チヤンネル）より得られる光電流出力
は、ほとんどその行の中の点灯された列の光セン
サ内フオトトランジスタによるものである。非点
灯列の光センサ内フオトトランジスタからの暗電
流は誤差要因になるが、あらかじめ全ての発光ダ
イオード列を点灯せずに各行の出力を測定してお
けば、暗電流出力が明らかになりこの値を測定中
のデータから引くことにより容易に誤差を補正で
きる。

以上のように、一行内のフオトトランジスタは
並列接続されているものの、列の選択により、マ
トリクス内の特定位置の光センサの出力を得るこ
とが可能となる。

また、列デコーダ３と行デコーダ４の作用で列
のスキヤンと行のスキヤンを行なうことにより、
Ｍ行・Ｎ列アレイ部の全部の光センサ２の出力を
順次検出できる。

第４図に可撓性フイルム状プリント基板のパタ
ーンのうち、光センサアレイ部分のパターンを示
す。４端子の光センサ２に対し、第４図のよう
に、フオトトランジスタのコレクタとエミツタの
電極Ｃ，Ｅの間に２本の信号パターン１４，１５
を行方向に引き、発光ダイオードは信号パターン
１６で直列に継げばよいので光センサ２を密に実
装することができる。１７は電源用パターンであ
る。

また第２図、第４図に示すように光センサのア
レイ部は電源線１本と［Ｍ＋Ｎ］本の信号線で動
作でき、可撓性プリント基板１は片面電極パター
ンから構成できるので高密度かつ低信号線本数の
触覚センサが可能となる。

また可撓性プリント基板１上に実装したエレク
トロニクス部品３〜７により、更に信号本数は低
減される。つまり電源：１本（但し電源は単一電源とし
て）グランド：１本出力：１本行コード：log₂M以上の整数（Ｍ＝４の時２本）列コード：log₂N以上の整数（Ｎ＝４の時２本）あわせて７本である。

Ｍ，Ｎの数字が増えた時、例えば８×８にアレ
イ化した時には９本の信号線でよい。

以上のように本発明の触覚センサは、端子数の
多い光センサ２を用いながら、信号線本数を低減
した高密度化アレイ化が可能となる。

次に第６図、第７図にロボツトの指への装着例
を示す。本発明では可撓性プリント基板１の上に
触覚センサが構成されており、人間の指に類似し
た円筒形に巻装することができる。図において、
ロボツト等の指の構造部１０に対して巻かれた可
撓性プリント基板１の表面には、外部から加わる
力によつて変形する弾性部材１１が取付けられ
る。弾性部材１１は、変形により光センサ２の出
力を変化せしめる他に、光センサ２自体を保護す
る機能も果す。なお、アナログマルチプレクサの
ようなエレクトロニクス部品３〜７は巻装するこ
とにより指の背側にくるようにし、信号ケーブル
８はロボツトの手の甲側でひきまわし、ロボツト
の手指の動作を妨げないようにする。このように
円筒形対象物の外周に光センサ２がアレイ化され
るので、従来の単純な作業しか行なわない平行や
平板のグリツプから、人間の指や手のような高度
で複雑な機能を可能とする触覚付きフインガを実
現できる。

次に、弾性部材１１の構造についてのべる。
（第８図〜第１０図参照）光センサ２は反射型光
センサと呼ばれる発光面と受光面が同一の方向を
向いたものとする。第８図の如く弾性部材１１が
反射面となり、光センサ２から反射面の距離ｌと
光センサ２の出力との特性は第９図に示すように
なる。第９図において、ｌ＝０では出力が０で、
ｌが増すに従い反射光量が増えて出力も上昇して
ｌ＝Ｌのところでピークとなり、これ以上距離ｌ
が増すと逆に出力が減少する。

第１０図に光センサ２と弾性部材１１の構造関
係を示す。１２は外部物体であり、触覚を生じせ
しめるものである。第１０図では、弾性部材１１
は白色のものを用い、これを光センサ２の表面か
ら前述の距離Ｌだけ空間を設けて離した位置にセ
ツトしてある。このため、光センサ２と弾性部材
１１の間には距離Ｌの分だけ突出した薄い障壁１
３を設けてある。障壁１３は空間確保の他に、ア
レイ化した光センサ２相互の光のもれによるクロ
ストークを低減する。なお、障壁１３は、弾性部
材１１と同一材質のものでもよく、また一体成形
により弾性部材１１と一体のものとしてもよい。
アレイ配置の行と列を入替えても同一の効果を有
することは明らかである。又、巻装する方向に行
方向を合わせるか、列方向を合わせるかの制約は
ない。

＜発明の効果＞本発明の触覚センサによれば、可撓性プリント
基板上に発光素子と受光素子からなる光センサを
アレイ化して配置したので、人間の指のような円
筒形のフインガに簡単に装着することができる。

また、行方向の受光素子が並列接続で、列方向
の発光素子が直列接続なので、アレイ部からの信
号線本数が低減し、結果的に高密度化が可能とな
る。

更にスキヤニング回路を有するので、信号ケー
ブルが一層減少する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１０図は本発明の触覚センサの一実
施例に関し、第１図は可撓性プリント基板の部品
実施例を示す平面図、第２図はその側面図、第３
図は回路図、第４図は電極パターン回路の構成
図、第５図は光センサの構造説明図、第６図はロ
ボツトの指に巻装した例を示す概略外観図、第７
図はその断面図、第８図は光センサの動作説明
図、第９図は光センサの特性図、第１０図は触覚
センサの光センサアレイ部分の断面図である。図面中、１は可撓性プリント基板、２は光セン
サ、３は列デコーダ、４は行デコーダ、５はドラ
イバ、６はアナログマルチプレクサ、７は出力ア
ンプ、８はケーブル、９は触覚センサコントロー
ラ、１０は指の構造部、１１は弾性部材、１２は
外部物体、１３は障壁、１４，１５，１６，１７
はパターン、２１は発光素子、２２は受光素子で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

１可撓性プリント基板上に発光素子と受光素子
の対からなる光センサをＭ行、Ｎ列に配置すると
共に行方向の受光素子を並列に接続し、列方向の
発光素子を直列に接続し、更に前記可撓性プリン
ト基板上に光センサ間を隔離する障壁と、光セン
サ上に空間をあけて位置する弾性部材と、各行の
受光素子に接続したアナログマルチプレクサと、
アナログマルチプレクサの入力を指定する行デコ
ーダと、アナログマルチプレクサの出力を増幅す
る出力アンプと、各列の発光素子を点灯させるド
ライバと、ドライバを指定する列デコーダとを具
備する触覚センサ。