JP2011053115A

JP2011053115A - Ring type sensor

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Publication number: JP2011053115A
Application number: JP2009203027A
Authority: JP
Inventors: Makoto Shimojo; 誠下条; Kazutaka Terada; 一貴寺田
Original assignee: University of Electro Communications NUC
Current assignee: University of Electro Communications NUC
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2029-09-02
Also published as: JP5517039B2

Abstract

【課題】有用で新規なセンサを提供すること。
【解決手段】本発明のリング型センサは、複数のノードペア、第１抵抗ネットワーク、第２抵抗ネットワーク、及びセンサ素子を備える。各ノードペアは、第１ノードと第２ノードとを含む。第１抵抗ネットワークは第１ノード同士を網目状に電気的に接続し、第２抵抗ネットワークは第２ノード同士を網目状に電気的に接続する。センサ素子は、周囲の環境に応じた検出電流を生成する。複数のノードペアは、第１ノードと第２ノードとの間にセンサ素子が電気的に接続されるセンサノードペアと、センサ素子が設けられない非センサノードペアとを含む。センサノードペアは、抵抗ネットワーク上で閉ループを形成するようにリング状に配置されている。一方、非センサノードペアは、抵抗ネットワーク上で閉ループの内側に配置されている。
【選択図】図２A useful and novel sensor is provided.
A ring sensor according to the present invention includes a plurality of node pairs, a first resistance network, a second resistance network, and a sensor element. Each node pair includes a first node and a second node. The first resistance network electrically connects the first nodes in a mesh pattern, and the second resistance network electrically connects the second nodes in a mesh pattern. The sensor element generates a detection current corresponding to the surrounding environment. The plurality of node pairs include a sensor node pair in which the sensor element is electrically connected between the first node and the second node, and a non-sensor node pair in which the sensor element is not provided. The sensor node pairs are arranged in a ring shape so as to form a closed loop on the resistor network. On the other hand, the non-sensor node pair is arranged inside the closed loop on the resistance network.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、周囲の環境に応じた電気信号を生成するセンサに関する。特に、本発明は、リング型のセンサに関する。 The present invention relates to a sensor that generates an electrical signal corresponding to an ambient environment. In particular, the present invention relates to a ring type sensor.

人間とロボット、工作機械、自動車などの自動機械とが共存する環境においては、センサを用いてより安全に自動機械を動作させることが重要である。自動機械が周囲の環境を認識するために用いるそのようなセンサとしては、視覚センサ（vision sensor）、近接覚センサ（proximity sensor）、触覚センサ（tactile sensor）、力覚センサ（force sensor）などがあり、盛んに研究が行われている。 In an environment where humans and robots, machine tools, automobiles and other automatic machines coexist, it is important to operate the automatic machines more safely using sensors. Such sensors used by automatic machines to recognize the surrounding environment include vision sensors, proximity sensors, tactile sensors, force sensors, etc. There is a lot of research.

特許文献１には、３次元自由曲面に装着可能な面状の荷重センサ（力覚センサ）が開示されている。図１は、その面状の荷重センサ１００を概略的に示している。図１に示されるように、この荷重センサ１００は、感圧素子（pressure-sensitive element）１３０が２層のレイヤＬａｙｅｒＡ、ＬａｙｅｒＢに挟まれた構造を有している。 Patent Document 1 discloses a planar load sensor (force sensor) that can be mounted on a three-dimensional free-form surface. FIG. 1 schematically shows the planar load sensor 100. As shown in FIG. 1, the load sensor 100 has a structure in which a pressure-sensitive element 130 is sandwiched between two layers LayerA and LayerB.

より詳細には、第１レイヤ（ＬａｙｅｒＡ）は、マトリックス状に配置された複数の第１電極１１１と、それら第１電極１１１を網目状に接続する抵抗ネットワークを備える。第２レイヤ（ＬａｙｅｒＢ）は、マトリックス状に配置された複数の第２電極１１２と、それら第２電極１１２を網目状に接続する抵抗ネットワークを備える。そして、第１電極１１１と第２電極１１２の全ての組み合わせに関して、第１電極１１１と第２電極１１２の間に感圧素子（検出エレメント）１３０が接続されている。感圧素子１３０は、例えば、圧力に応じて抵抗値が変わる感圧導電性ゴム（pressure sensitive conductive rubber）である。 More specifically, the first layer (Layer A) includes a plurality of first electrodes 111 arranged in a matrix and a resistance network that connects the first electrodes 111 in a mesh pattern. The second layer (Layer B) includes a plurality of second electrodes 112 arranged in a matrix and a resistance network that connects the second electrodes 112 in a mesh pattern. For all combinations of the first electrode 111 and the second electrode 112, a pressure sensitive element (detection element) 130 is connected between the first electrode 111 and the second electrode 112. The pressure sensitive element 130 is, for example, a pressure sensitive conductive rubber whose resistance value changes according to pressure.

更に、第１レイヤの対向する２辺は、それぞれ出力端子１４１、１４２に接続されている。また、第２レイヤの対向する２辺は、それぞれ出力端子１４３、１４４に接続されている。出力端子１４１、１４２は、抵抗を介して電源端子１４５に接続されている。出力端子１４３、１４４は、抵抗を介して電源端子１４６に接続されている。電源端子１４５、１４６にはそれぞれ電圧＋Ｖ０及び電圧−Ｖ０が供給される。 Furthermore, two opposing sides of the first layer are connected to output terminals 141 and 142, respectively. In addition, two opposite sides of the second layer are connected to output terminals 143 and 144, respectively. The output terminals 141 and 142 are connected to the power supply terminal 145 through a resistor. The output terminals 143 and 144 are connected to the power supply terminal 146 through resistors. The power supply terminals 145 and 146 are supplied with a voltage + V0 and a voltage −V0, respectively.

このような回路構成を有する荷重センサ１００において、２層のレイヤ（ＬａｙｅｒＡ，ＬａｙｅｒＢ）は変形可能な網目状に形成されている。従って、この荷重センサ１００を３次元自由曲面に装着することができる。そして、その荷重センサ１００に外部物体が接触すると、その接触面に圧力分布（荷重分布）が生じる。その圧力分布に応じて、接触面近傍の感圧素子１３０の抵抗値が変化する。結果として、その圧力分布に応じた電流分布が発生する。その電流分布の中心位置及び総電流量は、出力端子１４１〜１４４のそれぞれの電圧に基づいて算出可能である。そのようにして算出された中心位置及び総電流量が、圧力分布（荷重分布）の中心位置及び荷重のそれぞれに相当する。 In the load sensor 100 having such a circuit configuration, the two layers (Layer A, Layer B) are formed in a deformable mesh shape. Therefore, this load sensor 100 can be mounted on a three-dimensional free-form surface. When an external object comes into contact with the load sensor 100, a pressure distribution (load distribution) is generated on the contact surface. The resistance value of the pressure sensitive element 130 in the vicinity of the contact surface changes according to the pressure distribution. As a result, a current distribution corresponding to the pressure distribution is generated. The center position of the current distribution and the total amount of current can be calculated based on the respective voltages of the output terminals 141 to 144. The center position and the total current amount thus calculated correspond to the center position and load of the pressure distribution (load distribution).

非特許文献１には、装着型デバイスを用いて指関節角度を推定する技術が開示されている。当該技術によれば、指関節角度と相関を有する手首凹凸形状がまず計測される。具体的には、多数のフォトリフレクタが円周上に一列に配置されたバンドが用いられる。そのバンドが手首に巻きつけられた後、それらフォトリフレクタが１個ずつ順番に走査される。これにより、バンドと手首との隙間を計測し、その結果、手首凹凸形状を得ることができる。この手首凹凸形状の変化に基づいて、指動作の推定が行われる。 Non-Patent Document 1 discloses a technique for estimating a finger joint angle using a wearable device. According to this technique, a wrist uneven shape having a correlation with a finger joint angle is first measured. Specifically, a band in which a large number of photo reflectors are arranged in a line on the circumference is used. After the band is wrapped around the wrist, the photo reflectors are scanned one by one. Thereby, the clearance gap between a band and a wrist is measured, As a result, a wrist concavo-convex shape can be obtained. The finger movement is estimated based on the change in the uneven shape of the wrist.

国際公開ＷＯ２００７／０６９４１２号公報International Publication No. WO2007 / 069412

Ｔ．Ｓａｔｏｅｔａｌ．， “ＦｉｎｇｅｒＡｎｇｌｅＥｓｔｉｍａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＷｒｉｓｔＣｏｎｔｏｕｒＳｈａｐｅ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ２００８ＪＳＭＥＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ，１Ａ１−Ｉ１０（１）−（４），２００８．T.A. Sato et al. , “Finger Angle Estimated based on Wrist Control Shape”, Proceedings of the 2008 JSME Conference on Robotics and Mechatronics, 1A1-I10 (1) -8 (1) -8.

本発明の１つの目的は、有用で新規なセンサを提供することにある。 One object of the present invention is to provide a useful and novel sensor.

本発明の１つの観点において、リング型センサが提供される。そのリング型センサは、複数のノードペアと、第１抵抗ネットワークと、第２抵抗ネットワークと、センサ素子とを備える。複数のノードペアの各々は、第１ノードと第２ノードとを含む。第１抵抗ネットワークは、複数のノードペアの第１ノード同士を網目状に電気的に接続する。第２抵抗ネットワークは、複数のノードペアの第２ノード同士を網目状に電気的に接続する。センサ素子は、周囲の環境に応じた検出電流を生成する。 In one aspect of the present invention, a ring sensor is provided. The ring-type sensor includes a plurality of node pairs, a first resistance network, a second resistance network, and a sensor element. Each of the plurality of node pairs includes a first node and a second node. The first resistance network electrically connects first nodes of a plurality of node pairs in a mesh pattern. The second resistance network electrically connects the second nodes of the plurality of node pairs in a mesh shape. The sensor element generates a detection current corresponding to the surrounding environment.

複数のノードペアは、センサノードペアと非センサノードペアを含む。センサノードペアでは、第１ノードと第２ノードとの間にセンサ素子が電気的に接続され、第１ノードと第２ノードとの間に検出電流が流れる。このセンサノードペアは、第１抵抗ネットワーク及び第２抵抗ネットワーク上で閉ループを形成するようにリング状に配置されている。一方、非センサノードペアでは、第１ノードと第２ノードとの間にセンサ素子が接続されない。非センサノードペアは、第１抵抗ネットワーク及び第２抵抗ネットワーク上で閉ループの内側に配置されている。 The plurality of node pairs include a sensor node pair and a non-sensor node pair. In the sensor node pair, the sensor element is electrically connected between the first node and the second node, and a detection current flows between the first node and the second node. The sensor node pair is arranged in a ring shape so as to form a closed loop on the first resistance network and the second resistance network. On the other hand, in the non-sensor node pair, the sensor element is not connected between the first node and the second node. The non-sensor node pair is disposed inside the closed loop on the first resistance network and the second resistance network.

センサノードペアの第１ノードと第２ノードとの間には、２以上のセンサ素子が並列に接続されてもよい。センサ素子は、例えば、近接覚センサ素子である。 Two or more sensor elements may be connected in parallel between the first node and the second node of the sensor node pair. The sensor element is, for example, a proximity sensor element.

本発明によれば、有用で新規なリング型センサが実現される。 According to the present invention, a useful and novel ring type sensor is realized.

図１は、関連技術に記載されている荷重センサを示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing a load sensor described in the related art. 図２は、本発明の実施の形態に係るリング型センサの等価回路を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the ring type sensor according to the embodiment of the present invention. 図３は、本発明の実施の形態に係る第１抵抗ネットワークの等価回路を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the first resistance network according to the embodiment of the present invention. 図４は、本発明の実施の形態に係る第２抵抗ネットワークの等価回路を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the second resistance network according to the embodiment of the present invention. 図５Ａは、本発明の実施の形態に係るセンサノードペアとセンサ素子を示している。FIG. 5A shows a sensor node pair and a sensor element according to the embodiment of the present invention. 図５Ｂは、本発明の実施の形態に係る非センサノードペアを示している。FIG. 5B shows a non-sensor node pair according to an embodiment of the present invention. 図６は、本発明の実施の形態に係るセンサノードペアの配置の変形例を示している。FIG. 6 shows a modification of the arrangement of sensor node pairs according to the embodiment of the present invention. 図７は、本発明の実施の形態に係るセンサノードペアの配置の他の変形例を示している。FIG. 7 shows another modification of the arrangement of sensor node pairs according to the embodiment of the present invention. 図８は、本発明の実施の形態に係るセンサシステムの構成を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the sensor system according to the embodiment of the present invention. 図９は、本発明の実施の形態における中心位置の算出の一例を示す概念図である。FIG. 9 is a conceptual diagram showing an example of the calculation of the center position in the embodiment of the present invention. 図１０は、本発明の実施の形態における中心位置の算出の他の例を示す概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram showing another example of the calculation of the center position in the embodiment of the present invention. 図１１は、フォトリフレクタを示す概略図である。FIG. 11 is a schematic view showing a photo reflector. 図１２は、本発明の実施の形態におけるセンサノードペアとフォトリフレクタとの接続の第１の例を示している。FIG. 12 shows a first example of connection between the sensor node pair and the photo reflector in the embodiment of the present invention. 図１３は、図１２の場合のリング型センサの使用例を示している。FIG. 13 shows a usage example of the ring type sensor in the case of FIG. 図１４は、図１３の場合のＬＥＤ点灯制御方式の一例を説明するための回路図である。FIG. 14 is a circuit diagram for explaining an example of the LED lighting control method in the case of FIG. 図１５は、図１３の場合のＬＥＤ点灯制御方式の他の例を説明するための回路図である。FIG. 15 is a circuit diagram for explaining another example of the LED lighting control method in the case of FIG. 図１６は、本発明の実施の形態におけるセンサノードペアとフォトリフレクタとの接続の第２の例を示している。FIG. 16 shows a second example of the connection between the sensor node pair and the photo reflector in the embodiment of the present invention. 図１７は、図１６の場合のリング型センサの使用例を示している。FIG. 17 shows a usage example of the ring type sensor in the case of FIG. 図１８は、図１７の場合のＬＥＤ点灯制御方式の一例を説明するための回路図である。FIG. 18 is a circuit diagram for explaining an example of the LED lighting control method in the case of FIG. 図１９は、図１７の場合のＬＥＤ点灯制御方式の他の例を説明するための回路図である。FIG. 19 is a circuit diagram for explaining another example of the LED lighting control method in the case of FIG. 図２０は、図１７の場合のＬＥＤ点灯制御方式の更に他の例を説明するための回路図である。FIG. 20 is a circuit diagram for explaining still another example of the LED lighting control method in the case of FIG. 図２１は、図１７の場合のＬＥＤ点灯制御方式の更に他の例を説明するための回路図である。FIG. 21 is a circuit diagram for explaining still another example of the LED lighting control method in the case of FIG. 図２２は、比較例を示している。FIG. 22 shows a comparative example. 図２３は、比較例を示している。FIG. 23 shows a comparative example. 図２４は、感圧素子を示す断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view showing a pressure sensitive element.

添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係るリング型センサを説明する。 A ring sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

１．回路構成
図２は、本実施の形態に係るリング型センサ１の等価回路を示す回路図である。リング型センサ１は、複数のノードペア１０、抵抗ネットワーク２０、及び複数のセンサ素子３０を備えている。複数のノードペア１０の各々は、第１ノード１１と第２ノード１２を含んでいる。 1. Circuit Configuration FIG. 2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the ring sensor 1 according to the present embodiment. The ring type sensor 1 includes a plurality of node pairs 10, a resistance network 20, and a plurality of sensor elements 30. Each of the plurality of node pairs 10 includes a first node 11 and a second node 12.

抵抗ネットワーク２０は、複数のノードペア１０同士を網目状に接続している。より詳細には、抵抗ネットワーク２０は、第１抵抗ネットワーク２１と第２抵抗ネットワーク２２を含んでいる。第１抵抗ネットワーク２１は、複数の第１ノード１１同士を網目状（ネット状）に電気的に接続している。一方、第２抵抗ネットワーク２２は、複数の第２ノード１２同士を網目状（ネット状）に電気的に接続している。ノード間の接続には、接続構造２５が用いられる。この接続構造２５は、所定の抵抗値（ｒ）を有しており、例えば抵抗素子とケーブルで形成される。尚、接続構造２５の長さや形状は任意であり、ノードペア１０の配置に応じて自由に設計されればよい。 The resistance network 20 connects a plurality of node pairs 10 in a mesh pattern. More specifically, the resistance network 20 includes a first resistance network 21 and a second resistance network 22. The first resistance network 21 electrically connects the plurality of first nodes 11 to each other in a mesh shape (net shape). On the other hand, the second resistance network 22 electrically connects a plurality of second nodes 12 in a mesh shape (net shape). A connection structure 25 is used for connection between nodes. The connection structure 25 has a predetermined resistance value (r), and is formed of, for example, a resistance element and a cable. The length and shape of the connection structure 25 are arbitrary and may be designed freely according to the arrangement of the node pairs 10.

図３及び図４は、それぞれ、第１抵抗ネットワーク２１及び第２抵抗ネットワーク２２の等価回路の例を示している。図３及び図４で示される例において、複数のノードペア１０は、Ｍ行×Ｎ列のマトリックス状に配置されている。ここで、Ｍは２以上の整数であり、Ｎは２以上の整数である。以下の説明において、添え字“−（ｍ，ｎ）”は、第ｍ行第ｎ列を意味する。尚、図３及び図４に示されているマトリックスはあくまで等価回路であり、実使用時の形状とは限らないことに留意されたい。 3 and 4 show examples of equivalent circuits of the first resistance network 21 and the second resistance network 22, respectively. In the example shown in FIGS. 3 and 4, the plurality of node pairs 10 are arranged in a matrix of M rows × N columns. Here, M is an integer of 2 or more, and N is an integer of 2 or more. In the following description, the subscript “-(m, n)” means the m-th row and the n-th column. It should be noted that the matrices shown in FIGS. 3 and 4 are merely equivalent circuits and are not necessarily in the shape of actual use.

図３に示されるように、第１抵抗ネットワーク２１は、第１ノード１１−（１，１）〜１１−（Ｍ，Ｎ）を網目状に電気的に接続している。つまり、第１ノード１１−（ｉ，ｊ）と第１ノード１１−（ｉ＋１，ｊ）とは、接続構造２５を介して互いに電気的に接続されている。ここで、ｉは１〜Ｍ−１の範囲の整数であり、ｊは１〜Ｎの範囲の整数である。また、第１ノード１１−（ｋ，ｌ）と第１ノード１１−（ｋ，ｌ＋１）とは、接続構造２５を介して互いに電気的に接続されている。ここで、ｋは１〜Ｍの範囲の整数であり、ｌは１〜Ｎ−１の範囲の整数である。 As shown in FIG. 3, the first resistance network 21 electrically connects the first nodes 11- (1, 1) to 11- (M, N) in a mesh shape. That is, the first node 11-(i, j) and the first node 11-(i + 1, j) are electrically connected to each other via the connection structure 25. Here, i is an integer in the range of 1 to M-1, and j is an integer in the range of 1 to N. Further, the first node 11-(k, l) and the first node 11-(k, l + 1) are electrically connected to each other through the connection structure 25. Here, k is an integer in the range of 1 to M, and l is an integer in the range of 1 to N-1.

更に、第１抵抗ネットワーク２１は、出力端子４１、４２を有している。出力端子４１は第１ノード１１−（１，１）〜１１−（Ｍ，１）に接続されており、出力端子４２は第１ノード１１−（１，Ｎ）〜１１−（Ｍ，Ｎ）に接続されている。すなわち、出力端子４１、４２は、第１ノード１１のマトリックスを第１の方向（ｘ方向）から挟むように対称的に設けられている。これら出力端子４１、４２の各々は、抵抗（抵抗値：Ｒ０）を介して電源端子４５に接続されている。電源端子４５には、電圧＋Ｖ０が供給される。出力端子４１、４２の電圧はそれぞれＶ１、Ｖ２である。 Further, the first resistance network 21 has output terminals 41 and 42. The output terminal 41 is connected to the first nodes 11- (1,1) to 11- (M, 1), and the output terminal 42 is connected to the first nodes 11- (1, N) to 11- (M, N). It is connected to the. That is, the output terminals 41 and 42 are provided symmetrically so as to sandwich the matrix of the first nodes 11 from the first direction (x direction). Each of these output terminals 41 and 42 is connected to a power supply terminal 45 via a resistor (resistance value: R0). The power supply terminal 45 is supplied with a voltage + V0. The voltages at the output terminals 41 and 42 are V1 and V2, respectively.

図４に示されるように、第２抵抗ネットワーク２２は、第２ノード１２−（１，１）〜１２−（Ｍ，Ｎ）を網目状に電気的に接続している。つまり、第２ノード１２−（ｉ，ｊ）と第２ノード１２−（ｉ＋１，ｊ）とは、接続構造２５を介して互いに電気的に接続されている。ここで、ｉは１〜Ｍ−１の範囲の整数であり、ｊは１〜Ｎの範囲の整数である。また、第２ノード１２−（ｋ，ｌ）と第２ノード１２−（ｋ，ｌ＋１）とは、接続構造２５を介して互いに電気的に接続されている。ここで、ｋは１〜Ｍの範囲の整数であり、ｌは１〜Ｎ−１の範囲の整数である。 As shown in FIG. 4, the second resistance network 22 electrically connects the second nodes 12- (1, 1) to 12- (M, N) in a mesh shape. That is, the second node 12-(i, j) and the second node 12-(i + 1, j) are electrically connected to each other via the connection structure 25. Here, i is an integer in the range of 1 to M-1, and j is an integer in the range of 1 to N. Further, the second node 12-(k, l) and the second node 12-(k, l + 1) are electrically connected to each other through the connection structure 25. Here, k is an integer in the range of 1 to M, and l is an integer in the range of 1 to N-1.

更に、第２抵抗ネットワーク２２は、出力端子４３、４４を有している。出力端子４３は第２ノード１２−（１，１）〜１２−（１，Ｎ）に接続されており、出力端子４４は第２ノード１２−（Ｍ，１）〜１２−（Ｍ，Ｎ）に接続されている。すなわち、出力端子４３、４４は、第２ノード１２のマトリックスを第２の方向（ｙ方向）から挟むように対称的に設けられている。第２の方向は、上述の第１の方向と交差する方向である。これら出力端子４３、４４の各々は、抵抗（抵抗値：Ｒ０）を介して電源端子４６に接続されている。電源端子４６には、電圧−Ｖ０が供給される。出力端子４３、４４の電圧はそれぞれＶ３、Ｖ４である。 Further, the second resistance network 22 has output terminals 43 and 44. The output terminal 43 is connected to the second nodes 12- (1,1) to 12- (1, N), and the output terminal 44 is connected to the second nodes 12- (M, 1) to 12- (M, N). It is connected to the. That is, the output terminals 43 and 44 are provided symmetrically so as to sandwich the matrix of the second nodes 12 from the second direction (y direction). The second direction is a direction that intersects the first direction described above. Each of these output terminals 43 and 44 is connected to a power supply terminal 46 via a resistor (resistance value: R0). The power supply terminal 46 is supplied with a voltage −V0. The voltages at the output terminals 43 and 44 are V3 and V4, respectively.

センサ素子３０は、周囲の環境に応じた電流（検出電流）を生成する。センサ素子３０としては、近接覚センサ素子、光センサ素子、感圧素子等が例示される。このセンサ素子３０は、ノードペア１０の第１ノード１１と第２ノード１２との間に接続される。但し、本実施の形態では、全てのノードペア１０に対してセンサ素子３０が設けられるわけではい。本実施の形態では、センサ素子３０は、いくつかのノードペア１０に対して選択的に設けられる。センサ素子３０が配置されるノードペア１０は、以下「センサノードペア１０Ａ」と参照される。一方、センサ素子３０が配置されないノードペア１０は、以下「非センサノードペア１０Ｂ」と参照される。 The sensor element 30 generates a current (detection current) corresponding to the surrounding environment. Examples of the sensor element 30 include a proximity sensor element, an optical sensor element, and a pressure sensitive element. The sensor element 30 is connected between the first node 11 and the second node 12 of the node pair 10. However, in the present embodiment, sensor elements 30 are not provided for all node pairs 10. In the present embodiment, the sensor elements 30 are selectively provided for several node pairs 10. The node pair 10 in which the sensor element 30 is disposed is hereinafter referred to as “sensor node pair 10A”. On the other hand, the node pair 10 in which the sensor element 30 is not arranged is hereinafter referred to as “non-sensor node pair 10B”.

図５Ａは、センサノードペア１０Ａとセンサ素子３０を示している。センサノードペア１０Ａは、第１ノード１１Ａと第２ノード１２Ａを有している。センサ素子３０は、センサノードペア１０Ａの第１ノード１１Ａと第２ノード１２Ａとの間に電気的に接続されており、周囲の環境に応じた検出電流が第１ノード１１Ａと第２ノード１２Ａとの間に流れる。 FIG. 5A shows the sensor node pair 10 A and the sensor element 30. The sensor node pair 10A has a first node 11A and a second node 12A. The sensor element 30 is electrically connected between the first node 11A and the second node 12A of the sensor node pair 10A, and a detection current corresponding to the surrounding environment is generated between the first node 11A and the second node 12A. Flowing in between.

図５Ｂは、非センサノードペア１０Ｂを示している。非センサノードペア１０Ｂは、第１ノード１１Ｂと第２ノード１２Ｂを有している。非センサノードペア１０Ｂの第１ノード１１Ｂと第２ノード１２Ｂとの間には、センサ素子３０は接続されない。第１ノード１１Ｂと第２ノード１２Ｂは、周りのセンサノードペア１０Ａを介して電気的に接続されるが、直接的には接続されなくてよい。これは、第１ノード１１Ｂと第２ノード１２Ｂとの間に、抵抗値が無限大の抵抗が接続されている状態に相当する。あるいは、第１ノード１１Ｂと第２ノード１２Ｂとの間に抵抗素子が介在していてもよい。いずれにせよ、非センサノードペア１０Ｂにはセンサ素子３０は配置されない。 FIG. 5B shows a non-sensor node pair 10B. The non-sensor node pair 10B has a first node 11B and a second node 12B. The sensor element 30 is not connected between the first node 11B and the second node 12B of the non-sensor node pair 10B. The first node 11B and the second node 12B are electrically connected via the surrounding sensor node pair 10A, but may not be directly connected. This corresponds to a state in which a resistance having an infinite resistance value is connected between the first node 11B and the second node 12B. Alternatively, a resistance element may be interposed between the first node 11B and the second node 12B. In any case, the sensor element 30 is not arranged in the non-sensor node pair 10B.

本実施の形態によれば、センサノードペア１０Ａは、抵抗ネットワーク２０上で閉ループを形成するように“リング状（ループ状）”に配置される。例えば図２〜図４では、センサノードペア１０Ａが黒丸で表され、非センサノードペア１０Ｂが白丸で表されている。図３及び図４で示される例では、ノードペア１０−（１，１）〜１０〜（１，Ｎ）、ノードペア１０−（１，１）〜１０−（Ｍ，１）、ノードペア１０−（１，Ｎ）〜１０−（Ｍ、Ｎ）、ノードペア１０−（Ｍ，１）〜１０−（Ｍ，Ｎ）が、センサノードペア１０Ａである。その結果、抵抗ネットワーク２０上において、センサノードペア１０Ａの配置がリング状となり、それらセンサノードペア１０Ａによって閉ループＬＯＯＰが形成される。一方、非センサノードペア１０Ｂは、抵抗ネットワーク２０上で閉ループＬＯＯＰの内側に配置される。 According to the present embodiment, the sensor node pair 10 A is arranged in a “ring shape (loop shape)” so as to form a closed loop on the resistance network 20. For example, in FIGS. 2 to 4, the sensor node pair 10 A is represented by a black circle, and the non-sensor node pair 10 B is represented by a white circle. In the example shown in FIGS. 3 and 4, the node pair 10- (1,1) to 10 to (1, N), the node pair 10- (1,1) to 10- (M, 1), and the node pair 10- (1 , N) to 10- (M, N) and the node pair 10- (M, 1) to 10- (M, N) are the sensor node pair 10A. As a result, the sensor node pair 10A is arranged in a ring shape on the resistance network 20, and a closed loop LOOP is formed by the sensor node pair 10A. On the other hand, the non-sensor node pair 10 B is arranged inside the closed loop LOOP on the resistance network 20.

センサノードペア１０Ａの配置は上記のものに限られない。例えば図６では、ノードペア１０−（２，２）〜１０〜（２，Ｎ−１）、ノードペア１０−（２，２）〜１０−（Ｍ−１，２）、ノードペア１０−（２，Ｎ−１）〜１０−（Ｍ−１、Ｎ−１）、ノードペア１０−（Ｍ−１，２）〜１０−（Ｍ−１，Ｎ−１）が、センサノードペア１０Ａである。この場合でも、抵抗ネットワーク２０上において、センサノードペア１０Ａの配置がリング状となり、それらセンサノードペア１０Ａによって閉ループＬＯＯＰが形成される。非センサノードペア１０Ｂは、少なくとも、抵抗ネットワーク２０上で閉ループＬＯＯＰの内側に配置される。また、図７で示されるようなひし形の配置も可能である。 The arrangement of the sensor node pair 10A is not limited to the above. For example, in FIG. 6, node pairs 10- (2,2) to 10 to (2, N-1), node pairs 10- (2,2) to 10- (M-1,2), node pairs 10- (2, N -1) to 10- (M-1, N-1) and the node pair 10- (M-1, 2) to 10- (M-1, N-1) are the sensor node pair 10A. Even in this case, the sensor node pair 10A is arranged in a ring shape on the resistance network 20, and a closed loop LOOP is formed by the sensor node pair 10A. The non-sensor node pair 10 B is disposed at least inside the closed loop LOOP on the resistance network 20. A rhombus arrangement as shown in FIG. 7 is also possible.

尚、上記例で示されたように、センサノードペア１０Ａの閉ループＬＯＯＰは、抵抗ネットワーク２０上において対称的なレイアウトを有していることが好ましい。 As shown in the above example, the closed loop LOOP of the sensor node pair 10A preferably has a symmetric layout on the resistor network 20.

２．原理
本実施の形態に係るリング型センサ１の網目状の第１抵抗ネットワーク２１及び第２抵抗ネットワーク２２は、図１で示された第１レイヤ（ＬａｙｅｒＡ）及び第２レイヤ（ＬａｙｅｒＢ）と同等である。従って、リング型センサ１の抵抗ネットワーク２０の電流分布の中心位置及び総電流量は、特許文献１（国際公開ＷＯ２００７／０６９４１２号公報）に開示された手法と同じ手法で算出可能である。詳細には次の通りである。 2. Principle The mesh-like first resistor network 21 and second resistor network 22 of the ring sensor 1 according to the present embodiment are equivalent to the first layer (Layer A) and the second layer (Layer B) shown in FIG. is there. Therefore, the center position of the current distribution of the resistance network 20 of the ring sensor 1 and the total amount of current can be calculated by the same method as that disclosed in Patent Document 1 (International Publication WO2007 / 069412). Details are as follows.

図８は、本実施の形態に係るセンサシステムの構成を示すブロック図である。センサシステムは、リング型センサ１と制御回路５０を備えている。リング型センサ１の出力端子４１〜４４のそれぞれは、配線６１〜６４を介して制御回路５０に接続されている。制御回路５０は、出力端子４１〜４４のそれぞれの電圧Ｖ１〜Ｖ４に基づいて、電流分布の中心位置及び総電流量を算出する。総電流Ｉａｌｌは、次の式（１）で表される。 FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of the sensor system according to the present embodiment. The sensor system includes a ring sensor 1 and a control circuit 50. Each of the output terminals 41 to 44 of the ring sensor 1 is connected to the control circuit 50 via wirings 61 to 64. The control circuit 50 calculates the center position of the current distribution and the total current amount based on the voltages V1 to V4 of the output terminals 41 to 44, respectively. The total current Iall is expressed by the following formula (1).

電流分布のｘ軸まわりの一次モーメントに相当する値はＩｘであり、電流分布のｙ軸まわりの一次モーメントに相当する値はＩｙである。定数ａと定数λを用いることにより、値Ｉｘ及び値Ｉｙは、それぞれ次の式（２）、（３）で表される。定数λはＭ／Ｎで与えられる。 A value corresponding to the primary moment around the x-axis of the current distribution is Ix, and a value corresponding to the primary moment around the y-axis of the current distribution is Iy. By using the constant a and the constant λ, the value Ix and the value Iy are expressed by the following expressions (2) and (3), respectively. The constant λ is given by M / N.

制御回路５０は、値Ｉｘを総電流Ｉａｌｌで割ることによって、電流分布の中心位置のｘ座標を算出する。また、制御回路５０は、値Ｉｙを総電流Ｉａｌｌで割ることによって、電流分布の中心位置のｙ座標を算出する。このようにして、制御回路５０は、電流分布の中心位置及び総電流Ｉａｌｌを算出する。尚、以上の計算は全てアナログ回路で実現され得る。 The control circuit 50 calculates the x coordinate of the center position of the current distribution by dividing the value Ix by the total current Iall. In addition, the control circuit 50 calculates the y coordinate of the center position of the current distribution by dividing the value Iy by the total current Iall. In this way, the control circuit 50 calculates the center position of the current distribution and the total current Iall. All of the above calculations can be realized by an analog circuit.

センサ素子３０が特許文献１と同様に感圧素子であれば、算出された中心位置及び総電流量は、圧力分布（荷重分布）の中心位置及び荷重のそれぞれに相当する。センサ素子３０が近接覚センサ素子であれば、算出された中心位置及び総電流量は、物体の近接方向及び近接距離のそれぞれに相当する。制御回路５０は、それら算出結果を表示部に表示してもよいし、自動機械の動作にフィードバックしてもよい。 If the sensor element 30 is a pressure-sensitive element as in Patent Document 1, the calculated center position and total current amount correspond to the center position and load of the pressure distribution (load distribution), respectively. If the sensor element 30 is a proximity sensor element, the calculated center position and total amount of current correspond to the proximity direction and proximity distance of the object. The control circuit 50 may display the calculation results on the display unit or may feed back to the operation of the automatic machine.

図９及び図１０は、計算結果の例を示している。図９及び図１０において、ｘ軸及びｙ軸は、ノードペア１０のマトリックスの列方向及び行方向に対応しており、座標原点は当該マトリックスの中央に対応している。また、代表として、閉ループＬＯＯＰ上の８個のセンサ素子３０−１〜３０−８のそれぞれの座標が示されている。 9 and 10 show examples of calculation results. 9 and 10, the x axis and the y axis correspond to the column direction and the row direction of the matrix of the node pair 10, and the coordinate origin corresponds to the center of the matrix. Further, as a representative, the coordinates of each of the eight sensor elements 30-1 to 30-8 on the closed loop LOOP are shown.

図９は、アクティブセンサが１つだけである場合の計算結果を示している。例として、センサ素子３０−１だけがアクティブになっている。この場合、アクティブとなったセンサ素子３０−１の座標（ｘ１，ｙ１）が、電流分布の中心位置として算出される。つまり、電流分布の中心位置として算出される座標は、閉ループＬＯＯＰに対応した軌跡上にのる。 FIG. 9 shows a calculation result when there is only one active sensor. As an example, only the sensor element 30-1 is active. In this case, the coordinates (x1, y1) of the active sensor element 30-1 are calculated as the center position of the current distribution. That is, the coordinates calculated as the center position of the current distribution are on a locus corresponding to the closed loop LOOP.

図１０は、アクティブセンサが複数ある場合の計算結果を示している。例として、２つのセンサ素子３０−１、３０−４がアクティブになっている。この場合、電流分布の中心位置として算出される座標（ｘａ，ｙａ）は、センサ素子３０−１の座標でもなく、センサ素子３０−４の座標でもない。算出座標（ｘａ，ｙａ）は、アクティブとなったセンサ素子３０−１、３０−４の重心位置である。すなわち、アクティブセンサが複数ある場合、算出座標は、閉ループＬＯＯＰに対応した軌跡よりも原点側にずれる可能性が高い。このことは、算出座標と閉ループＬＯＯＰに対応した軌跡とを比較することによって、アクティブセンサ数が１個だけか２個以上かを判定可能であることを意味する。これは、網目状の抵抗ネットワーク２０上でセンサノードペア１０Ａがリング状に配置されたリング型センサ１ならではの効果であると言える。 FIG. 10 shows a calculation result when there are a plurality of active sensors. As an example, two sensor elements 30-1 and 30-4 are active. In this case, the coordinates (xa, ya) calculated as the center position of the current distribution are neither the coordinates of the sensor element 30-1 nor the coordinates of the sensor element 30-4. The calculated coordinates (xa, ya) are the barycentric positions of the sensor elements 30-1 and 30-4 that are activated. That is, when there are a plurality of active sensors, there is a high possibility that the calculated coordinates are shifted to the origin side from the locus corresponding to the closed loop LOOP. This means that it is possible to determine whether the number of active sensors is only one or two or more by comparing the calculated coordinates with the locus corresponding to the closed loop LOOP. This can be said to be an effect unique to the ring-type sensor 1 in which the sensor node pairs 10A are arranged in a ring shape on the mesh-like resistance network 20.

また、本実施の形態では、電流の積分値（モーメント量）に基づいて、中心位置が算出されている。従って、高いノイズ耐性が得られる。 In the present embodiment, the center position is calculated based on the integrated value (moment amount) of the current. Therefore, high noise resistance can be obtained.

更に、本実施の形態に係るリング型センサ１は、基本的にアナログ回路で実現され得る。従って、センサ素子数や配置面積にかかわらず、非常に高い計算スピードが実現される。リング型センサ１が適用される自動機械では、センサ出力が当該自動機械の動作にフィードバックされ、高速応答が実現される。 Furthermore, the ring-type sensor 1 according to the present embodiment can be basically realized by an analog circuit. Therefore, a very high calculation speed is realized regardless of the number of sensor elements and the arrangement area. In an automatic machine to which the ring type sensor 1 is applied, the sensor output is fed back to the operation of the automatic machine, and a high-speed response is realized.

３．近接覚センサ
本実施の形態に係るリング型センサ１を、近接覚センサ（proximity sensor）に応用することを考える。この場合、センサ素子３０は、近接覚センサ素子である。近接覚センサ素子は、例えば、発光素子と受光素子のペアを有する光センサ素子により実現される。 3. Proximity sensor Consider applying the ring sensor 1 according to the present embodiment to a proximity sensor. In this case, the sensor element 30 is a proximity sensor element. The proximity sensor element is realized by, for example, an optical sensor element having a pair of a light emitting element and a light receiving element.

図１１は、光センサ素子の一例としてのフォトリフレクタ７０を示している。フォトリフレクタ７０は、発光素子としての発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）７１、及び受光素子としてのフォトトランジスタ７２のペアを備えている。フォトリフレクタ７０に物体が近づくと、ＬＥＤ７１から放射された光がその物体で反射され、当該物体からの反射光がフォトトランジスタ７２に入射する。そして、フォトトランジスタ７２には、その反射光の強度に依存する電流（検出電流）が流れる。 FIG. 11 shows a photo reflector 70 as an example of an optical sensor element. The photo reflector 70 includes a pair of a light emitting diode (LED) 71 as a light emitting element and a phototransistor 72 as a light receiving element. When an object approaches the photoreflector 70, the light emitted from the LED 71 is reflected by the object, and the reflected light from the object enters the phototransistor 72. A current (detection current) that depends on the intensity of the reflected light flows through the phototransistor 72.

近接覚センサの場合、算出された電流分布の中心位置及び総電流量は、物体の近接方向及び近接距離のそれぞれに相当する。尚、電流量から近接距離を求める技術は周知である（例えば、特開昭６０−６２４９６号公報を参照）。 In the case of a proximity sensor, the calculated center position and total amount of current distribution correspond to the proximity direction and proximity distance of the object. A technique for obtaining the proximity distance from the amount of current is well known (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-62496).

３−１．第１の例（１段配置）
図１２は、センサノードペア１０Ａとフォトリフレクタ７０との接続の第１の例を示している。本例では、１つのセンサノードペア１０Ａの第１ノード１１Ａと第２ノード１２Ａとの間に、１つのフォトリフレクタ７０が接続される。より詳細には、そのフォトリフレクタ７０のフォトトランジスタ７２が、第１ノード１１Ａと第２ノード１２Ａとの間に電気的に接続される。ＬＥＤ７１が発光すると、近接物体からの反射光の強度に応じた検出電流が第１ノード１１Ａと第２ノード１２Ａとの間に流れる。 3-1. First example (one-stage arrangement)
FIG. 12 shows a first example of connection between the sensor node pair 10 A and the photo reflector 70. In this example, one photo reflector 70 is connected between the first node 11A and the second node 12A of one sensor node pair 10A. More specifically, the phototransistor 72 of the photoreflector 70 is electrically connected between the first node 11A and the second node 12A. When the LED 71 emits light, a detection current corresponding to the intensity of reflected light from a nearby object flows between the first node 11A and the second node 12A.

図１３は、リング型センサ１の使用例を示している。図１３で示される例では、閉ループＬＯＯＰが円柱（円筒）の側曲面を一周するように形成されており、その閉ループＬＯＯＰ上の複数のフォトリフレクタ７０が円柱の側周上に均等に配置されている。つまり、円柱の側周に沿った１段のセンサ列が構成される。円柱は、例えば、ロボットアームである。尚、図２等で示されたマトリックスはあくまで等価回路であり、実使用時の形状ではないことに留意されたい。複数のフォトリフレクタ７０（センサ素子３０）が図１３で示されたように配置され、且つ、上記等価回路が得られるように配線接続が適宜なされていればよい。 FIG. 13 shows an example of use of the ring type sensor 1. In the example shown in FIG. 13, the closed loop LOOP is formed so as to go around the side curved surface of a cylinder (cylinder), and a plurality of photo reflectors 70 on the closed loop LOOP are evenly arranged on the side circumference of the cylinder. Yes. That is, a one-stage sensor array is formed along the side periphery of the cylinder. The cylinder is, for example, a robot arm. It should be noted that the matrix shown in FIG. 2 and the like is merely an equivalent circuit and is not a shape in actual use. A plurality of photo reflectors 70 (sensor elements 30) may be arranged as shown in FIG. 13, and wiring connections may be appropriately made so as to obtain the equivalent circuit.

図１３に示されるように、円柱の長手方向はＺ方向であり、方位角方向（円周方向）はθ方向である。本例では、Ｐ個（Ｐは２以上の整数）のフォトリフレクタ７０が、θ方向に等間隔で配置されるとする。物体がこの円柱に接近すると、その接近方向（当該物体の方位角θ）に位置するフォトリフレクタ７０がアクティブセンサとなる。そして、上述の通り、抵抗ネットワーク２０における電流分布の中心位置及び総電流量といった情報が算出される。但し、算出された情報の意味は、ＬＥＤ７１の点灯制御方式に依存して異なり得る。 As shown in FIG. 13, the longitudinal direction of the cylinder is the Z direction, and the azimuth direction (circumferential direction) is the θ direction. In this example, it is assumed that P photo reflectors 70 (P is an integer of 2 or more) are arranged at equal intervals in the θ direction. When an object approaches the cylinder, the photo reflector 70 located in the approaching direction (azimuth angle θ of the object) becomes an active sensor. Then, as described above, information such as the center position of the current distribution in the resistance network 20 and the total current amount is calculated. However, the meaning of the calculated information may be different depending on the lighting control method of the LED 71.

図１４は、ＬＥＤ点灯制御方式の一例を示している。θ方向に配置されたＰ個のフォトリフレクタ７０は、それぞれＬＥＤ７１−１〜７１−Ｐを有している。これらＰ個のＬＥＤ７１−１〜７１−Ｐの点灯を制御するための回路構成は、上述の抵抗ネットワーク２０とは別に設けられる。具体的には、ＬＥＤの点灯制御を行うＬＥＤコントローラ８０が設けられる。ＬＥＤコントローラ８０は、上述の制御回路５０に含まれていてもよい。このＬＥＤコントローラ８０は、電源配線８１、８２を通してＬＥＤ７１−１〜７１−Ｐに電力を供給し、ＬＥＤ７１−１〜７１−Ｐを発光させる。図１４の例では、更に、ＬＥＤ７１毎にＯＮ／ＯＦＦ制御するためのθセレクタ８３が設けられている。ＬＥＤコントローラ８０は、θ選択信号ＳＥＬＴをθセレクタ８３に出力することによって、所望のＬＥＤ７１だけを選択的に点灯（発光）させることができる。 FIG. 14 shows an example of the LED lighting control method. The P photo reflectors 70 arranged in the θ direction have LEDs 71-1 to 71-P, respectively. A circuit configuration for controlling lighting of these P LEDs 71-1 to 71-P is provided separately from the above-described resistance network 20. Specifically, an LED controller 80 that performs LED lighting control is provided. The LED controller 80 may be included in the control circuit 50 described above. The LED controller 80 supplies power to the LEDs 71-1 to 71-P through the power supply wires 81 and 82, and causes the LEDs 71-1 to 71-P to emit light. In the example of FIG. 14, a θ selector 83 for ON / OFF control for each LED 71 is further provided. The LED controller 80 can selectively light (emit light) only the desired LED 71 by outputting the θ selection signal SELT to the θ selector 83.

このような回路構成によって、ＬＥＤ７１−１〜７１−Ｐを１個ずつ順番に点灯させることが可能である。そのような方式は、以下「θスキャン方式」と参照される。θスキャン方式の場合、あるタイミングで点灯した１つのＬＥＤ７１に物体が近接していれば、当該近接物体の方位角θと近接距離が算出される。複数の物体が同時に近接している場合であっても、それぞれの物体の方位角θと近接距離が別々に算出される。すなわち、θ方向に沿った近接距離分布を把握することが可能である。 With such a circuit configuration, the LEDs 71-1 to 71-P can be turned on one by one in order. Such a method is hereinafter referred to as a “θ scan method”. In the case of the θ scan method, if an object is close to one LED 71 that is lit at a certain timing, the azimuth angle θ and the proximity distance of the adjacent object are calculated. Even when a plurality of objects are close to each other at the same time, the azimuth angle θ and the proximity distance of each object are calculated separately. That is, it is possible to grasp the proximity distance distribution along the θ direction.

図１５は、ＬＥＤ点灯制御方式の他の例を示している。図１４で示された回路構成と比較して、θセレクタ８３が除かれている。つまり、ＬＥＤコントローラ８０は、全てのＬＥＤ７１−１〜７１−Ｐを同時に点灯させる。このような方式は、以下「全灯方式」と参照される。全灯方式の場合、近接物体の数が１個だけであれば、当該１個の近接物体の方位角θと近接距離が算出される（図９参照）。 FIG. 15 shows another example of the LED lighting control method. Compared with the circuit configuration shown in FIG. 14, the θ selector 83 is omitted. That is, the LED controller 80 lights all the LEDs 71-1 to 71-P simultaneously. Such a method is hereinafter referred to as an “all-light method”. In the case of the all-lamp method, if the number of adjacent objects is only one, the azimuth angle θ and the proximity distance of the one adjacent object are calculated (see FIG. 9).

しかしながら、複数の物体が同時に近接していると、それら複数の物体のそれぞれの方位角θの重み付き平均が算出されてしまう（図１０参照）。すなわち、近接物体の正確な方向を把握することはできない。但し、図１０で説明されたように、算出座標と閉ループＬＯＯＰに対応した軌跡とを比較することによって、近接物体の数が１個か２個以上かを判別することは可能である。また、たいていの場合、近接物体は１個だけであり、実用上問題無いと考えられる。 However, if a plurality of objects are close to each other at the same time, a weighted average of the azimuth angles θ of the plurality of objects is calculated (see FIG. 10). In other words, it is impossible to grasp the exact direction of the proximity object. However, as described with reference to FIG. 10, it is possible to determine whether the number of adjacent objects is one or two or more by comparing the calculated coordinates with the locus corresponding to the closed loop LOOP. In most cases, there is only one proximity object, and it is considered that there is no practical problem.

全灯方式の場合、θセレクタ８３及びθ選択信号ＳＥＬＴが不要であるため、θスキャン方式と比較して、配線本数及び回路面積が削減される。また、順次点灯のためのスイッチングが行われないため、θスキャン方式と比較して、動作速度が向上する。すなわち、全灯方式は高速動作を実現することができ、自動機械の高速制御にとって特に有効である。 In the case of the all-lamp method, the θ selector 83 and the θ selection signal SELT are unnecessary, so that the number of wires and the circuit area are reduced as compared with the θ scan method. Further, since switching for sequential lighting is not performed, the operation speed is improved as compared with the θ scan method. In other words, the all-lamp method can realize high-speed operation, and is particularly effective for high-speed control of an automatic machine.

ＬＥＤ点灯制御方式は、θスキャン方式と全灯方式との間で切り替え可能であってもよい。例えば、図１４で示されたθセレクタ８３を含む回路構成が採用され、通常時は全灯方式が実施される。そして、２個以上の近接物体が検出された場合に、方式がθスキャン方式に切り替えられ、詳細な解析が実施される。これにより、高速動作と検出精度の両立が図れる。 The LED lighting control method may be switchable between the θ scan method and the all-light method. For example, the circuit configuration including the θ selector 83 shown in FIG. 14 is adopted, and the all-lamp system is implemented in the normal time. Then, when two or more close objects are detected, the method is switched to the θ scan method, and a detailed analysis is performed. Thereby, both high-speed operation and detection accuracy can be achieved.

３−２．第２の例（多段配置）
上記第１の例では、Ｚ方向（円筒の長手方向）に不感領域が存在する。この問題は、フォトリフレクタ７０（センサ素子３０）を多段に配置することによって解消され得る。第２の例では、フォトリフレクタ７０が多段に配置される形態を説明する。尚、第１の例と重複する説明は適宜省略される。 3-2. Second example (multistage arrangement)
In the first example, there is a dead area in the Z direction (longitudinal direction of the cylinder). This problem can be solved by arranging the photo reflectors 70 (sensor elements 30) in multiple stages. In the second example, a mode in which the photo reflectors 70 are arranged in multiple stages will be described. In addition, the description which overlaps with a 1st example is abbreviate | omitted suitably.

図１６は、本例におけるセンサノードペア１０Ａとフォトリフレクタ７０との接続を示している。本例では、１つのセンサノードペア１０Ａの第１ノード１１Ａと第２ノード１２Ａとの間に、複数のフォトリフレクタ７０が並列に接続されている。より詳細には、複数のフォトリフレクタ７０のそれぞれのフォトトランジスタ７２が、第１ノード１１Ａと第２ノード１２Ａとの間に並列に接続されている。例えば図１６において、３つのフォトリフレクタ７０−１〜７０−３のそれぞれのフォトトランジスタ７２が、第１ノード１１Ａと第２ノード１２Ａとの間に並列に接続されている。 FIG. 16 shows the connection between the sensor node pair 10A and the photo reflector 70 in this example. In this example, a plurality of photo reflectors 70 are connected in parallel between the first node 11A and the second node 12A of one sensor node pair 10A. More specifically, the phototransistors 72 of the plurality of photoreflectors 70 are connected in parallel between the first node 11A and the second node 12A. For example, in FIG. 16, the phototransistors 72 of the three photo reflectors 70-1 to 70-3 are connected in parallel between the first node 11A and the second node 12A.

図１７は、リング型センサ１の使用例を示している。θ方向の配置は、図１３で示された第１の例と同様である。更に、各センサノードペア１０Ａに接続された複数のフォトリフレクタ７０−１〜７０−３が、Ｚ方向に均等に配置されている。つまり、円柱の側周に沿った“多段”のセンサ列が構成されている。円柱は、例えば、ロボットアームである。本例では、Ｐ個（Ｐは２以上の整数）のフォトリフレクタ７０が、θ方向に等間隔で配置され、Ｑ個（Ｑは２以上の整数）のフォトリフレクタ７０が、Ｚ方向に等間隔で配置されるとする。物体がこの円柱に接近すると、その接近方向に位置するフォトリフレクタ７０がアクティブセンサとなる。 FIG. 17 shows a usage example of the ring type sensor 1. The arrangement in the θ direction is the same as that in the first example shown in FIG. Further, a plurality of photo reflectors 70-1 to 70-3 connected to each sensor node pair 10A are equally arranged in the Z direction. That is, a “multi-stage” sensor array is formed along the side periphery of the cylinder. The cylinder is, for example, a robot arm. In this example, P (P is an integer of 2 or more) photo reflectors 70 are arranged at equal intervals in the θ direction, and Q (Q is an integer of 2 or more) photo reflectors 70 are equally spaced in the Z direction. Suppose that When an object approaches this cylinder, the photo reflector 70 located in the approach direction becomes an active sensor.

図１８は、ＬＥＤ点灯制御方式の一例を示している。θ方向に配置されたＰ個のフォトリフレクタ７０は、それぞれＬＥＤ７１−１ｑ〜７１−Ｐｑを有している（ｑ＝１〜Ｑ）。Ｚ方向に配置されたＱ個のフォトリフレクタ７０は、それぞれＬＥＤ７１−ｐ１〜７１−ｐＱを有している（ｐ＝１〜Ｐ）。ＬＥＤコントローラ８０は、電源配線８１、８２を通してＬＥＤ７１−１１〜７１−ＰＱに電力を供給し、ＬＥＤ７１−１１〜７１−ＰＱを発光させる。図１８の例では、更に、ＬＥＤ７１毎にＯＮ／ＯＦＦ制御するためのθセレクタ８３及びＺセレクタ８４が設けられている。ＬＥＤコントローラ８０は、θ選択信号ＳＥＬＴをθセレクタ８３に出力することによって、θ方向の所望のＬＥＤ７１だけを選択的に点灯（発光）させることができる。また、ＬＥＤコントローラ８０は、Ｚ選択信号ＳＥＬＺをＺセレクタ８４に出力することによって、Ｚ方向の所望のＬＥＤ７１だけを選択的に点灯（発光）させることができる。 FIG. 18 shows an example of the LED lighting control method. The P photo reflectors 70 arranged in the θ direction have LEDs 71-1q to 71-Pq, respectively (q = 1 to Q). The Q photo reflectors 70 arranged in the Z direction have LEDs 71-p1 to 71-pQ, respectively (p = 1 to P). The LED controller 80 supplies power to the LEDs 71-11 to 71-PQ through the power supply wires 81 and 82, and causes the LEDs 71-11 to 71-PQ to emit light. In the example of FIG. 18, a θ selector 83 and a Z selector 84 for ON / OFF control for each LED 71 are further provided. The LED controller 80 can selectively light (emit) only the desired LED 71 in the θ direction by outputting the θ selection signal SELT to the θ selector 83. Further, the LED controller 80 can selectively light (emit light) only the desired LED 71 in the Z direction by outputting the Z selection signal SELZ to the Z selector 84.

このような回路構成によって、ＬＥＤ７１−１１〜７１−ＰＱを１個ずつ順番に点灯させることが可能である。そのような方式は、以下「全スキャン方式」と参照される。全スキャン方式の場合、あるタイミングで点灯した１つのＬＥＤ７１に物体が近接していれば、当該近接物体の方位角θと近接距離が算出される。また、そのタイミングから、当該近接物体のＺ方向位置も識別可能である。複数の物体が同時に近接している場合であっても、それぞれの物体の方向（方位角θ、Ｚ方向位置）と近接距離が別々に得られる。すなわち、θ方向及びＺ方向に沿った近接距離分布を把握することが可能である。 With such a circuit configuration, it is possible to turn on the LEDs 71-11 to 71-PQ one by one in order. Such a method is hereinafter referred to as an “all scan method”. In the case of the full scan method, if an object is close to one LED 71 that is lit at a certain timing, the azimuth angle θ and the proximity distance of the adjacent object are calculated. Further, the Z-direction position of the adjacent object can be identified from the timing. Even when a plurality of objects are close to each other at the same time, the direction (azimuth angle θ, Z-direction position) and proximity distance of each object can be obtained separately. That is, it is possible to grasp the proximity distance distribution along the θ direction and the Z direction.

図１９は、ＬＥＤ点灯制御方式の他の例を示している。図１８で示された回路構成と比較して、Ｚセレクタ８４が除かれている。つまり、Ｚ方向に配置されたＱ個のＬＥＤ７１−ｐ１〜７１−ｐＱ（ｐ＝１〜Ｐ）は同時に点灯し、スキャンはθ方向にだけ行われる。この方式は、以下「θスキャン方式」と参照される。θスキャン方式の場合、近接物体の方位角θは識別可能であるが、そのＺ方向位置は識別不可能である。すなわち、θ方向に沿った近接距離分布だけを把握することが可能である。θスキャン方式の場合、全スキャン方式と比較して、配線本数及び回路面積が削減され、また、動作速度が向上する。 FIG. 19 shows another example of the LED lighting control method. Compared with the circuit configuration shown in FIG. 18, the Z selector 84 is omitted. That is, the Q LEDs 71-p1 to 71-pQ (p = 1 to P) arranged in the Z direction are turned on simultaneously, and scanning is performed only in the θ direction. This method is hereinafter referred to as “θ scan method”. In the case of the θ scan method, the azimuth angle θ of the proximity object can be identified, but the Z direction position cannot be identified. That is, it is possible to grasp only the proximity distance distribution along the θ direction. In the θ scan method, the number of wires and the circuit area are reduced and the operation speed is improved as compared with the full scan method.

図２０は、ＬＥＤ点灯制御方式の更に他の例を示している。図１８で示された回路構成と比較して、θセレクタ８３が除かれている。つまり、θ方向に配置されたＰ個のＬＥＤ７１−１ｑ〜７１−Ｐｑ（ｑ＝１〜Ｑ）は同時に点灯し、スキャンはＺ方向にだけ行われる。この方式は、以下「Ｚスキャン方式」と参照される。Ｚスキャン方式の場合、近接物体のＺ方向位置は識別可能である。一方、近接物体の方位角θが識別可能か否かは、その近接物体の個数に依存する。θ方向において近接物体の数が１個だけであれば、当該１個の近接物体の方位角θと近接距離が算出される（図９参照）。しかしながら、θ方向において複数の物体が同時に近接していると、それら複数の物体のそれぞれの方位角θの重み付き平均が算出されてしまう（図１０参照）。但し、算出座標と閉ループＬＯＯＰに対応した軌跡とを比較することによって、θ方向における近接物体の数が１個か２個以上かを判別することは可能である。Ｚスキャン方式の場合、全スキャン方式と比較して、配線本数及び回路面積が削減され、また、動作速度が向上する。 FIG. 20 shows still another example of the LED lighting control method. Compared with the circuit configuration shown in FIG. 18, the θ selector 83 is omitted. That is, P LEDs 71-1q to 71-Pq (q = 1 to Q) arranged in the θ direction are turned on simultaneously, and scanning is performed only in the Z direction. This method is hereinafter referred to as a “Z scan method”. In the case of the Z scan method, the position of the proximity object in the Z direction can be identified. On the other hand, whether or not the azimuth angle θ of the proximity object can be identified depends on the number of the proximity objects. If the number of adjacent objects is only one in the θ direction, the azimuth angle θ and the proximity distance of the one adjacent object are calculated (see FIG. 9). However, when a plurality of objects are close together in the θ direction, a weighted average of the azimuth angles θ of the plurality of objects is calculated (see FIG. 10). However, it is possible to determine whether the number of adjacent objects in the θ direction is one or two or more by comparing the calculated coordinates with the locus corresponding to the closed loop LOOP. In the case of the Z scan method, the number of wirings and the circuit area are reduced and the operation speed is improved as compared with the full scan method.

図２１は、ＬＥＤ点灯制御方式の更に他の例を示している。図１８で示された回路構成と比較して、θセレクタ８３及びＺセレクタ８４が除かれている。つまり、ＬＥＤコントローラ８０は、全てのＬＥＤ７１−１１〜７１−ＰＱを同時に点灯させる。このような方式は、以下「全灯方式」と参照される。全灯方式の場合、近接物体の数が１個だけであれば、当該１個の近接物体の方位角θと近接距離が算出される（図９参照）。しかしながら、複数の物体が同時に近接していると、それら複数の物体のそれぞれの方位角θの重み付き平均が算出されてしまう（図１０参照）。すなわち、近接物体の正確な方向を把握することはできない。但し、算出座標と閉ループＬＯＯＰに対応した軌跡とを比較することによって、近接物体の数が１個か２個以上かを判別することは可能である。全灯方式の場合、配線本数及び回路面積が最も削減され、また、動作速度も最も向上する。 FIG. 21 shows still another example of the LED lighting control method. Compared with the circuit configuration shown in FIG. 18, the θ selector 83 and the Z selector 84 are omitted. That is, the LED controller 80 lights all the LEDs 71-11 to 71-PQ simultaneously. Such a method is hereinafter referred to as an “all-light method”. In the case of the all-lamp method, if the number of adjacent objects is only one, the azimuth angle θ and the proximity distance of the one adjacent object are calculated (see FIG. 9). However, if a plurality of objects are close to each other at the same time, a weighted average of the azimuth angles θ of the plurality of objects is calculated (see FIG. 10). In other words, it is impossible to grasp the exact direction of the proximity object. However, it is possible to determine whether the number of adjacent objects is one or two or more by comparing the calculated coordinates with the locus corresponding to the closed loop LOOP. In the all-lamp method, the number of wirings and the circuit area are reduced most, and the operation speed is also improved most.

ＬＥＤ点灯制御方式は切り替え可能であってもよい。例えば、図１８で示されたθセレクタ８３及びＺセレクタ８４を含む回路構成が採用され、通常時は全灯方式が実施される。そして、２個以上の近接物体が検出された場合に、方式がいずれかのスキャン方式に切り替えられ、詳細な解析が実施される。これにより、高速動作と検出精度の両立が図れる。 The LED lighting control method may be switchable. For example, the circuit configuration including the θ selector 83 and the Z selector 84 shown in FIG. 18 is adopted, and the all-lamp system is implemented in the normal state. Then, when two or more close objects are detected, the method is switched to one of the scan methods, and a detailed analysis is performed. Thereby, both high-speed operation and detection accuracy can be achieved.

３−３．効果
本実施の形態によれば、ノイズに強く、高速動作可能な近接覚センサが実現される。更に、本実施の形態によれば、全方位対応の近接覚センサが実現される。 3-3. Effect According to the present embodiment, a proximity sensor that is resistant to noise and capable of operating at high speed is realized. Furthermore, according to this embodiment, an omnidirectional proximity sensor is realized.

比較例として、図２２で示される場合を考える。この比較例では、図１で示されたような面状の近接覚センサが円柱の周囲に巻きつけられている。この場合、ある方向にどうしても“継ぎ目”が生じてしまう。図２３に示されるように、この継ぎ目が存在する方向から物体が近づいた場合、その継ぎ目を挟む端部のセンサがアクティブとなる。その結果、電流分布の中心位置は、端部のアクティブセンサの中間位置、つまり、センサ面の中央と算出されてしまう。言い換えれば、近接物体の方向が、継ぎ目とは逆の方向、つまり、実際の近接方向とは反対方向と算出されてしまう。これは、「ロボットが近接物体から逃げようとして、逆に近接物体に突進する」といった誤動作の原因となる。このように、面状の近接覚センサが円柱の周囲に巻きつけられる場合は、継ぎ目が発生し、その継ぎ目が近接物体検出の“特異点”となる。 As a comparative example, consider the case shown in FIG. In this comparative example, a planar proximity sensor as shown in FIG. 1 is wound around a cylinder. In this case, a “seam” is inevitably generated in a certain direction. As shown in FIG. 23, when an object approaches from the direction in which the seam exists, the sensor at the end sandwiching the seam becomes active. As a result, the center position of the current distribution is calculated as an intermediate position of the end active sensor, that is, the center of the sensor surface. In other words, the direction of the proximity object is calculated as a direction opposite to the joint, that is, a direction opposite to the actual proximity direction. This causes a malfunction such as “the robot tries to escape from the proximity object and rushes to the proximity object”. Thus, when a planar proximity sensor is wound around a cylinder, a seam is generated, and the seam becomes a “singular point” for proximity object detection.

一方、本実施の形態に係るリング型センサ１では、センサ素子３０（センサノードペア１０Ａ)が、網目状の抵抗ネットワーク２０上で閉ループを形成するようにリング状に配置されている。従って、図２２、図２３で示されたような“継ぎ目”は存在せず、近接物体検出の“特異点”も存在しない。その結果、全方位対応の近接覚センサが実現される。 On the other hand, in the ring-type sensor 1 according to the present embodiment, the sensor elements 30 (sensor node pair 10A) are arranged in a ring shape so as to form a closed loop on the mesh-like resistance network 20. Accordingly, there is no “seam” as shown in FIGS. 22 and 23, and there is no “singular point” for detecting the proximity object. As a result, an omnidirectional proximity sensor is realized.

本実施の形態に係る近接覚センサ１は、例えば、ロボットや自動車といった自動機械に適用され、接触回避、衝突回避、安全確保などに有用である。 The proximity sensor 1 according to the present embodiment is applied to, for example, an automatic machine such as a robot or an automobile, and is useful for contact avoidance, collision avoidance, safety ensuring, and the like.

例えば、本実施の形態に係る近接覚センサ１は、ロボットアームに搭載することができる（図１３、図１７参照）。例えば、人間型の介護用ロボットのアームの手先近辺に、この近接覚センサ１を取り付ける場合を考える。この場合、ロボットの被介護者は、近接覚センサ１の近傍に手をかざすだけで、直接触れずともロボットを制御することができ、また、衝突事故等を防ぐことも可能となる。 For example, the proximity sensor 1 according to the present embodiment can be mounted on a robot arm (see FIGS. 13 and 17). For example, consider a case in which the proximity sensor 1 is attached near the hand of an arm of a humanoid nursing robot. In this case, the cared person of the robot can control the robot without touching it by simply holding his hand near the proximity sensor 1, and can also prevent a collision accident or the like.

４．その他の実施例
本実施の形態に係るセンサ素子３０は、近接覚センサ素子に限られない。例えば、センサ素子３０は、特許文献１の場合と同様な感圧素子（pressure-sensitive element）であってもよい。 4). Other Examples The sensor element 30 according to the present embodiment is not limited to a proximity sensor element. For example, the sensor element 30 may be a pressure-sensitive element similar to that in Patent Document 1.

図２４は、感圧素子９０の一例を示している。感圧素子９０は、第１電極９１、第２電極９２、感圧素材９３、絶縁体９４、及び接続端子９５を有している。感圧素材９３は、第１電極９１と第２電極９２とに挟まれている。感圧素材９３は、例えば、圧力に応じて抵抗値が変わる感圧導電性ゴム（pressure sensitive conductive rubber）である。第１電極９１と第２電極９２とにより圧縮されると、感圧素材９３の電気抵抗は小さくなる。第１電極９１は、第１ノード１１Ａに相当する、あるいは、接続端子９５を介して第１ノード１１Ａに接続される。第２電極９２は、第２ノード１２Ａに相当する、あるいは、接続端子９５を介して第２ノード１２Ａに接続される。このような感圧素子９０を利用することによって、リング型の荷重センサが実現される。 FIG. 24 shows an example of the pressure sensitive element 90. The pressure sensitive element 90 includes a first electrode 91, a second electrode 92, a pressure sensitive material 93, an insulator 94, and a connection terminal 95. The pressure sensitive material 93 is sandwiched between the first electrode 91 and the second electrode 92. The pressure sensitive material 93 is, for example, a pressure sensitive conductive rubber whose resistance value changes according to pressure. When compressed by the first electrode 91 and the second electrode 92, the electric resistance of the pressure-sensitive material 93 is reduced. The first electrode 91 corresponds to the first node 11A or is connected to the first node 11A through the connection terminal 95. The second electrode 92 corresponds to the second node 12A or is connected to the second node 12A via the connection terminal 95. By using such a pressure-sensitive element 90, a ring-type load sensor is realized.

以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

１リング型センサ
１０ノードペア
１０Ａセンサノードペア
１０Ｂ非センサノードペア
１１、１１Ａ、１１Ｂ第１ノード
１２、１２Ａ、１２Ｂ第２ノード
２０抵抗ネットワーク
２１第１抵抗ネットワーク
２２第２抵抗ネットワーク
２５接続構造
３０センサ素子
４１〜４４出力端子
４５、４６電源端子
５０制御回路
６１〜６４配線
７０フォトリフレクタ
７１ＬＥＤ
７２フォトトランジスタ
８０ＬＥＤコントローラ
８１、８２電源配線
８３ θセレクタ
８４Ｚセレクタ
９０感圧素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ring type sensor 10 Node pair 10A Sensor node pair 10B Non-sensor node pair 11, 11A, 11B 1st node 12, 12A, 12B 2nd node 20 Resistance network 21 1st resistance network 22 2nd resistance network 25 Connection structure 30 Sensor element 41- 44 Output terminal 45, 46 Power supply terminal 50 Control circuit 61-64 Wiring 70 Photo reflector 71 LED
72 Phototransistor 80 LED controller 81, 82 Power supply wiring 83 θ selector 84 Z selector 90 Pressure sensitive element

Claims

A plurality of node pairs each including a first node and a second node;
A first resistance network that electrically connects the first nodes of the plurality of node pairs in a mesh form;
A second resistor network that electrically connects the second nodes of the plurality of node pairs in a mesh pattern;
And a sensor element that generates a detection current according to the surrounding environment,
The plurality of node pairs are:
A sensor node pair in which the sensor element is electrically connected between the first node and the second node, and the detection current flows between the first node and the second node;
A non-sensor node pair to which the sensor element is not connected between the first node and the second node;
The sensor node pair is arranged in a ring shape so as to form a closed loop on the first resistance network and the second resistance network,
The non-sensor node pair is disposed inside the closed loop on the first resistance network and the second resistance network.

The ring-type sensor according to claim 1,
Two or more sensor elements are connected in parallel between the first node and the second node of the sensor node pair.

The ring-type sensor according to claim 1 or 2,
The sensor element is a proximity sensor element.

The ring type sensor according to claim 3,
The proximity sensor element includes a light emitting element and a light receiving element,
Reflected light from an object of light emitted from the light emitting element is incident on the light receiving element,
A ring-type sensor in which the light receiving element is electrically connected between the first node and the second node of the sensor node pair, and the detection current according to the intensity of the reflected light flows.

The ring-type sensor according to claim 1 or 2,
The sensor element is a pressure-sensitive element.

A ring type sensor according to any one of claims 1 to 5,
The plurality of node pairs are arranged in a matrix of M rows × N columns,
M is an integer greater than or equal to 2, N is an integer greater than or equal to 2,
The first resistor network electrically connects the first node in the i-th row and the j-th column and the first node in the (i + 1) -th row and the j-th column, and the first resistor in the k-th row and the l-th column. Electrically connecting the node and the first node in the kth row (l + 1) column;
The second resistance network electrically connects the second node in the i-th row and the j-th column and the second node in the (i + 1) -th row and the j-th column, and the second resistor network in the k-th row and the l-th column. Electrically connecting the node and the second node in the kth row (l + 1) column;
i is an integer in the range of 1 to (M-1), j is an integer in the range of 1 to N, k is an integer in the range of 1 to M, and l is 1 to (N-1). A ring sensor that is an integer in the range.

The ring type sensor according to claim 6,
The sensor node pair includes m1 row, n1 column to m1 row, n2 column, m1 row, n1 column, m2 row, n1 column, m1 row, n2 column, m2 row, n2 column, and m2. Arranged in row n1 column to m2 row n2 column,
m1 is any integer from 1 to (M-1), m2 is any integer greater than m1 and less than M, and n1 is any integer from 1 to (N-1) , N2 is any integer greater than n1 and less than or equal to N. Ring-type sensor.

The ring-type sensor according to claim 6 or 7,
The first resistance network is:
A first output terminal connected to the first node of the first column;
A second output terminal connected to the first node of the Nth column,
The second resistance network is
A third output terminal connected to the second node of the first row;
A ring-type sensor having a fourth output terminal connected to the second node of the M-th row.

The ring-type sensor according to claim 1,
A plurality of photosensor elements are connected in parallel between the first node and the second node of the sensor node pair,
Each of the plurality of photosensor elements as the sensor element includes a light emitting element and a light receiving element,
Reflected light from an object of light emitted from the light emitting element is incident on the light receiving element,
Between the first node and the second node of the sensor node pair, the light receiving element is electrically connected, and the detection current according to the intensity of the reflected light flows.
The light emitting element of each of the optical sensor elements is a ring type sensor that is ON / OFF controlled according to a predetermined control method.