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JP2013113760A - Detection device, electronic apparatus, and robot - Google Patents

Detection device, electronic apparatus, and robot Download PDF

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JP2013113760A
JP2013113760A JP2011261489A JP2011261489A JP2013113760A JP 2013113760 A JP2013113760 A JP 2013113760A JP 2011261489 A JP2011261489 A JP 2011261489A JP 2011261489 A JP2011261489 A JP 2011261489A JP 2013113760 A JP2013113760 A JP 2013113760A
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JP
Japan
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substrate
external force
pressure
detection device
detection
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Application number
JP2011261489A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryusuke Amano
隆祐 天野
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】外力を高い精度で検出する検出装置を提供する事。
【解決手段】外力を検出する検出装置1は、基準点Pの周りに圧力センサー12を複数個配置した第一基板10と、突起22を有する第二基板20と、を備える。第一基板10は可撓性を有する。突起は22、基準点Pと重なる位置に重心Gが位置し、先端部が圧力センサー12に当接する様に配置されている。第一基板10が外力に応じて変形するので、外力の大きさと方向とを高い精度で検出する検出装置1を提供する事ができる。
【選択図】図1
To provide a detection device for detecting an external force with high accuracy.
A detection device for detecting an external force includes a first substrate having a plurality of pressure sensors arranged around a reference point and a second substrate having protrusions. The first substrate 10 has flexibility. The protrusions 22 are arranged so that the center of gravity G is located at a position overlapping with the reference point P, and the tip is in contact with the pressure sensor 12. Since the 1st board | substrate 10 deform | transforms according to external force, the detection apparatus 1 which detects the magnitude | size and direction of external force with high precision can be provided.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、検出装置、電子機器及びロボットに関する。   The present invention relates to a detection device, an electronic device, and a robot.

外力を検出する検出装置として、特許文献1及び2に記載の検出装置が知られている。このような検出装置は、タッチパネルやロボットの触覚センサー等への応用が検討されている。特許文献1の検出装置は、裏面に錘状突起が略均一に配置された受圧シートを用い、その突起の変形量から圧力分布を検出する構成となっている。特許文献2の検出装置は、受圧シートの表面に複数の柱状突起を格子状に配置し、これら表面突起の周辺部を等分した箇所の裏面に円錐状の突起を設けた構成となっている。   As a detection device for detecting an external force, detection devices described in Patent Documents 1 and 2 are known. Application of such a detection apparatus to a touch panel, a tactile sensor of a robot, or the like is being studied. The detection device of Patent Document 1 is configured to detect a pressure distribution from a deformation amount of a protrusion using a pressure-receiving sheet in which weight-like protrusions are substantially uniformly arranged on the back surface. The detection device of Patent Document 2 has a configuration in which a plurality of columnar protrusions are arranged in a grid pattern on the surface of a pressure-receiving sheet, and a conical protrusion is provided on the back surface of a portion obtained by equally dividing the periphery of these surface protrusions. .

特開昭60−135834号公報Japanese Patent Laid-Open No. 60-135834 特開平7−128163号公報JP-A-7-128163

しかしながら、特許文献1の検出装置では、測定面にかかる外力の面内方向の力(滑り力)を測定できないという課題があった。又、特許文献2の検出装置では、外力を三次元の力ベクトルとして検出する事は可能であるが、突起の変形の度合いで外力の検出限界が制限されていた。以上の様に、特許文献1及び2の検出装置では、いずれも外力の大きさと方向とを高い精度で検出する事ができないという課題があった。
更に、特許文献1の検出装置では錘状突起が壊れ易く、特許文献2の検出装置では柱状突起が壊れ易かった。即ち、従来の検出装置では突起が破壊され易く、検出装置の寿命が短く、耐久性が低いという課題があった。
However, the detection device of Patent Document 1 has a problem in that it cannot measure the in-plane force (sliding force) of the external force applied to the measurement surface. In the detection device of Patent Document 2, it is possible to detect an external force as a three-dimensional force vector, but the detection limit of the external force is limited by the degree of deformation of the protrusion. As described above, the detection devices of Patent Documents 1 and 2 have a problem that the magnitude and direction of the external force cannot be detected with high accuracy.
Further, in the detection device of Patent Document 1, the spindle-shaped protrusions are easily broken, and in the detection device of Patent Document 2, the columnar protrusions are easily broken. That is, the conventional detection device has a problem that the protrusion is easily broken, the life of the detection device is short, and the durability is low.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決する為になされたものであり、以下の形態又は適用例として実現する事が可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

(適用例1) 本適用例に係わる検出装置は、外力を検出する検出装置であって、基準点の周りに圧力センサーを複数個配置した第一基板と、突起を有する第二基板と、を備え、第一基板は可撓性を有し、突起は、基準点と重なる位置に重心が位置し、先端部が圧力センサーに当接する様に配置されている事を特徴とする。
この構成によれば、突起に当接する第一基板(複数の圧力センサー)が、外力に応じて変位したり変形したりする事が可能であるので、特許文献1や特許文献2の検出装置に比べて、外力の大きさと方向との検出精度を高める事ができる。具体的には、外力の作用方向に突起が存在する圧力センサーでは、強い圧力値が検出され、外力の作用方向に突起が存在しない圧力センサーでは、弱い圧力値が検出される。この結果、各圧力センサーで異なる値の圧力値が検出され、これらの検出値から滑り力(第一基板に平行に作用する外力の成分)を含む外力の大きさと方向とを高精度に計測する事ができる。
(Application Example 1) A detection device according to this application example is a detection device that detects an external force, and includes a first substrate having a plurality of pressure sensors arranged around a reference point, and a second substrate having a protrusion. The first substrate is flexible, and the protrusion is arranged such that the center of gravity is located at a position overlapping the reference point and the tip is in contact with the pressure sensor.
According to this configuration, the first substrate (a plurality of pressure sensors) that abuts the protrusion can be displaced or deformed according to the external force. In comparison, the detection accuracy of the magnitude and direction of the external force can be increased. Specifically, a strong pressure value is detected by a pressure sensor having protrusions in the direction of external force action, and a weak pressure value is detected by a pressure sensor having no protrusions in the direction of action of external force. As a result, different pressure values are detected by the respective pressure sensors, and the magnitude and direction of the external force including the sliding force (the component of the external force acting in parallel with the first substrate) are measured with high accuracy from these detected values. I can do things.

(適用例2) 上記適用例に係わる検出装置において、外力が作用する面は、第一基板に設けられている事が好ましい。
この構成によれば、第一基板をなす一面から外力が加えられるので、突起を有する第二基板を固定させ、第一基板の変位や変形から外力を計測する事ができる。
Application Example 2 In the detection device according to the application example described above, it is preferable that the surface on which the external force acts is provided on the first substrate.
According to this configuration, since an external force is applied from one surface forming the first substrate, it is possible to fix the second substrate having the protrusion and measure the external force from the displacement or deformation of the first substrate.

(適用例3) 上記適用例に係わる検出装置において、突起は硬質体で形成される事が好ましい。
この構成によれば、突起を丈夫な硬質体としているので、検出装置に外力が加えられても突起の変形や変位は非常に小さく、その為に外力を正確に計測する事ができる。又、検出装置の使用途上で突起が破損される可能性を低くできる。従って、検出装置の耐久性を高め、その寿命を延ばす事ができる。
Application Example 3 In the detection device according to the application example, it is preferable that the protrusion is formed of a hard body.
According to this configuration, since the projection is a strong hard body, even if an external force is applied to the detection device, the deformation and displacement of the projection are very small, and therefore the external force can be accurately measured. Further, it is possible to reduce the possibility that the protrusion is damaged during the use of the detection device. Therefore, it is possible to increase the durability of the detection device and extend its life.

(適用例4) 上記適用例に係わる検出装置において、第一基板と第二基板とは、弾性体を介して接続されている事が好ましい。
この構成によれば、外力の作用に応じて第一基板の変位や変形が容易となるので、検出感度を高める事ができる。
Application Example 4 In the detection device according to the application example, it is preferable that the first substrate and the second substrate are connected via an elastic body.
According to this configuration, the first substrate can be easily displaced and deformed according to the action of external force, so that the detection sensitivity can be increased.

(適用例5) 上記適用例に係わる検出装置において、圧力センサーは、基準点に対して点対称に配置されている事が好ましい。
この構成によれば、基準点から各圧力センサーへの距離が、点対称の関係にある圧力センサー同士で等しくなるので、第一基板の変形量と各圧力センサーで検出される圧力値との関係が、点対称の関係にある圧力センサー同士で等しくなる。これがもし、圧力センサーが基準点からそれぞれに異なる距離に配置されていると、突起の変形量が同じであっても、各圧力センサーで検出される圧力値は皆異なった値となる。この為、検出値を用いて各種の演算する際に、各圧力センサーの配置位置に応じた補正係数が必要となる。一方、この構成によれば、第一基板の変形量と各圧力センサーが検出する圧力値との関係が、点対称の関係にある圧力センサー同士で等しくなるので、これらの圧力センサー同士では補正係数が不要となる。従って、各圧力センサーで検出された圧力値から外力の方向と大きさを演算する事が容易となり、外力を効率よく検出する事ができる。
Application Example 5 In the detection device according to the application example described above, it is preferable that the pressure sensor is arranged point-symmetrically with respect to the reference point.
According to this configuration, the distance from the reference point to each pressure sensor is equal between the pressure sensors in a point-symmetric relationship, so the relationship between the deformation amount of the first substrate and the pressure value detected by each pressure sensor However, the pressure sensors having a point-symmetrical relationship are equal to each other. If the pressure sensors are arranged at different distances from the reference point, the pressure values detected by the pressure sensors are all different even if the deformation amount of the protrusion is the same. For this reason, when various calculations are performed using the detected value, a correction coefficient corresponding to the arrangement position of each pressure sensor is required. On the other hand, according to this configuration, the relationship between the deformation amount of the first substrate and the pressure value detected by each pressure sensor is equal between the pressure sensors that are point-symmetrical, and therefore the correction coefficient between these pressure sensors. Is no longer necessary. Therefore, it becomes easy to calculate the direction and magnitude of the external force from the pressure value detected by each pressure sensor, and the external force can be detected efficiently.

(適用例6) 上記適用例に係わる検出装置において、圧力センサーは、互いに直交する二方向に行列状に配置されている事が好ましい。
この構成によれば、外力が作用する第一基板の一面に対して、行方向又は列方向をX軸又はY軸と定義でき、外力のX軸成分とY軸成分とを分離して計測する事が容易にできる。即ち、滑り力を面内の二方向成分に分解する事が容易となる。
Application Example 6 In the detection device according to the application example, it is preferable that the pressure sensors are arranged in a matrix in two directions orthogonal to each other.
According to this configuration, the row direction or the column direction can be defined as the X axis or the Y axis with respect to one surface of the first substrate on which the external force acts, and the X axis component and the Y axis component of the external force are separately measured. Things can be done easily. That is, it becomes easy to decompose the sliding force into two in-plane components.

(適用例7) 上記適用例に係わる検出装置において、圧力センサーは、互いに直交する二方向に少なくとも4行4列に配置されている事が好ましい。
この構成によれば、配置される圧力センサーの数が多くなるので、多数の圧力センサーで検出される多くの圧力値に基づいて、外力の作用する方向と大きさとを求める事ができる。即ち、外力を高い精度で検出する事ができる。
Application Example 7 In the detection device according to the application example, it is preferable that the pressure sensors are arranged in at least 4 rows and 4 columns in two directions orthogonal to each other.
According to this configuration, since the number of pressure sensors to be arranged increases, it is possible to obtain the direction and magnitude in which an external force acts based on many pressure values detected by a large number of pressure sensors. That is, the external force can be detected with high accuracy.

(適用例8) 上記適用例に係わる検出装置において、突起は第二基板に複数個形成されており、突起は、互いに離間して配置されている事が好ましい。
検出装置では、複数の圧力センサーに対して一つの突起を以て単位検出領域としている。従って、この構成によれば、検出装置が複数個の単位検出領域を有している場合に、単位検出領域同士を互いに離間して配置する事ができる。従って、第一基板が弾性変形した際に、第一基板の一面に平行な方向への第一基板の変形量を或る程度許容する事ができる。即ち、第一の突起に対応する圧力センサーが、第一基板の変形の結果、第一の突起の隣に位置する第二の突起に当接して誤動作する事態を抑制できる。この為、複数の突起が互いに接触して配置されている場合に比べて、外力をより正確に検出する事ができる。
Application Example 8 In the detection device according to the application example described above, it is preferable that a plurality of protrusions are formed on the second substrate, and the protrusions are arranged apart from each other.
In the detection apparatus, a single protrusion is used as a unit detection region for a plurality of pressure sensors. Therefore, according to this configuration, when the detection apparatus has a plurality of unit detection areas, the unit detection areas can be arranged apart from each other. Therefore, when the first substrate is elastically deformed, a certain amount of deformation of the first substrate in a direction parallel to one surface of the first substrate can be allowed. That is, it is possible to suppress a situation in which the pressure sensor corresponding to the first protrusion contacts the second protrusion located next to the first protrusion and malfunctions as a result of the deformation of the first substrate. For this reason, it is possible to detect the external force more accurately than when a plurality of protrusions are arranged in contact with each other.

(適用例9) 上記適用例に係わる検出装置において、圧力センサーで検出された圧力値と、基準点に対する圧力センサーの位置と、を変数とする関数の値を計算すると共に、値を用いて所定の演算を行う演算装置を備える事が好ましい。
この構成によれば、大規模な演算装置を用いずとも、小規模の簡単な演算装置にて比較的正確に外力の大きさと方向とを計測する事ができる。
Application Example 9 In the detection device according to the application example described above, a function value is calculated using the pressure value detected by the pressure sensor and the position of the pressure sensor with respect to the reference point as variables, and a predetermined value is used using the value. It is preferable to provide an arithmetic device that performs the above operations.
According to this configuration, the magnitude and direction of the external force can be measured relatively accurately with a small simple arithmetic device without using a large arithmetic device.

(適用例10) 本適用例に係わる電子機器は、上記適用例に係わる検出装置を備える事を特徴とする。
この構成によれば、上述した検出装置を備えているので、外力の方向と大きさとを高い精度で検出する事が可能な電子機器を提供する事ができる。
Application Example 10 An electronic apparatus according to this application example includes the detection device according to the application example.
According to this configuration, since the above-described detection device is provided, an electronic device capable of detecting the direction and magnitude of the external force with high accuracy can be provided.

(適用例11) 上記適用例に係わる電子機器において、筐体を備え、第二基板は筐体の一部をなしている事が好ましい。
この構成によれば、電子機器の製造が容易となると共に、検出装置が故障した際に第一基板を取り替えるだけで、容易に検出装置の故障を修理する事ができる。
Application Example 11 In the electronic device according to the application example described above, it is preferable that the electronic device includes a housing, and the second substrate forms a part of the housing.
According to this configuration, the electronic device can be easily manufactured, and the failure of the detection device can be easily repaired only by replacing the first substrate when the detection device fails.

(適用例12) 本適用例に係わるロボットは、上記適用例に係わる検出装置を備える事を特徴とする。
この構成によれば、上述した検出装置を備えているので、外力の方向と大きさとを高い精度で検出する事が可能なロボットを提供する事ができる。
Application Example 12 A robot according to this application example includes the detection device according to the application example.
According to this configuration, since the above-described detection device is provided, a robot capable of detecting the direction and magnitude of the external force with high accuracy can be provided.

(適用例13) 上記適用例に係わるロボットにおいて、把持部を備え、第二基板は把持部の一部をなしている事が好ましい。
この構成によれば、ロボットの製造が容易となると共に、検出装置が故障した際に第一基板を取り替えるだけで、容易に検出装置の故障を修理する事ができる。
Application Example 13 In the robot according to the application example described above, it is preferable that the robot has a gripping portion, and the second substrate forms a part of the gripping portion.
According to this configuration, the robot can be easily manufactured, and the failure of the detection device can be easily repaired by simply replacing the first substrate when the detection device fails.

実施形態1に係わる検出装置の概略構成を示す図。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a detection device according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係わる第一基板の概略構成を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of a first substrate according to the first embodiment. 単位検出領域に作用する外力を検出する方法を説明する図。The figure explaining the method to detect the external force which acts on a unit detection area. 実施形態1に係わる単位検出領域Sの座標系を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a coordinate system of a unit detection region S according to the first embodiment. 実施形態1に係わる圧力センサーによる垂直方向の圧力分布を示す図。FIG. 3 is a view showing a pressure distribution in the vertical direction by the pressure sensor according to the first embodiment. 実施形態1に係わる圧力センサーによる滑り方向の計算例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a calculation example of a slip direction by the pressure sensor according to the first embodiment. 実施形態2に係わる検出装置の概略構成を示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of a detection apparatus according to a second embodiment. 実施形態2に係わる単位検出領域の座標系を示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating a coordinate system of a unit detection area according to the second embodiment. 変形例1に係わる第一基板の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the 1st board | substrate concerning the modification 1. FIG. 携帯電話機の概略構成を示す模式図。The schematic diagram which shows schematic structure of a mobile telephone. 携帯情報端末の概略構成を示す模式図。The schematic diagram which shows schematic structure of a portable information terminal. ロボットハンドの概略構成を示す模式図。The schematic diagram which shows schematic structure of a robot hand.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内にて任意に変更可能である。又、以下の各図においては、各構成を判り易くする為に、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。以下の説明においては、図1中に示されたXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材について説明する。XYZ直交座標系は、外力が作用していない状態で、X軸及びY軸が第一基板10に対して平行な方向に設定され、XY平面(z=0)を検出面(図1(a)の第一基板本体11の表面)と称す。又、Z軸が第一基板10に対して直交する方向(検出面の法線方向)に設定されている。尚、外力が検出面に作用した場合、第一基板10は変位や変形を起こすが、XYZ直交座標系はここに記述した方向と変わらず、不変である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Such an embodiment shows one aspect of the present invention, and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. In the following drawings, the scale of each layer and each member is made different from the actual scale in order to make each configuration easy to understand. In the following description, the XYZ rectangular coordinate system shown in FIG. 1 is set, and each member will be described with reference to this XYZ rectangular coordinate system. In the XYZ orthogonal coordinate system, the X axis and the Y axis are set in a direction parallel to the first substrate 10 in the state where no external force is applied, and the XY plane (z = 0) is set as the detection surface (FIG. ) Of the first substrate body 11). Further, the Z axis is set in a direction perpendicular to the first substrate 10 (normal direction of the detection surface). When an external force is applied to the detection surface, the first substrate 10 is displaced or deformed, but the XYZ orthogonal coordinate system is not changed from the direction described here and is unchanged.

(実施形態1)
図1は、実施形態1に係わる検出装置の概略構成を示す図であり、(a)は断面図で、(b)は平面図である。検出装置1は外力を検出し、図1(a)に示す様に、第一基板10と第二基板20と弾性体30とを備えている。前述の如く、第一基板10の表面が検出面となっており、検出面に作用した外力が、検出装置1に依って検出される。尚、第一基板10も第二基板20も基板の一面を表面と称し、表面に反対の他面を裏面と称している。本明細書では、Z軸の正の方向(図1(a)の上向き)に面する方を表面と称し、Z軸の負の方向(図1(a)の下向き)に面する方を裏面と称する。
(Embodiment 1)
1A and 1B are diagrams illustrating a schematic configuration of a detection apparatus according to Embodiment 1, in which FIG. 1A is a cross-sectional view and FIG. 1B is a plan view. The detection device 1 detects an external force and includes a first substrate 10, a second substrate 20, and an elastic body 30, as shown in FIG. As described above, the surface of the first substrate 10 serves as a detection surface, and the external force acting on the detection surface is detected by the detection device 1. In both the first substrate 10 and the second substrate 20, one surface of the substrate is referred to as a front surface, and the other surface opposite to the front surface is referred to as a back surface. In this specification, the direction facing the positive direction of the Z axis (upward in FIG. 1A) is referred to as the front surface, and the direction facing the negative direction of the Z axis (downward in FIG. 1A) is the back surface. Called.

第一基板10には基準点Pが定められ、基準点Pの周りに圧力センサー12が複数個配置されている。第一基板10は第一基板本体11と圧力センサー12とを含み、圧力センサー12は薄膜状又は薄板状で第一基板本体11の裏面に設けられている。一方、第二基板20は第二基板本体21と突起22とを含み、突起22は第二基板本体21の表面に設けられている。突起22は、第二基板本体21の表面(底部)にてその幅(平面視で突起形状が円形の場合には直径)がもっとも広く、先端部に近づく程幅が狭くなっている。先端部における突起22の接平面は第一基板10にほぼ平行で、突起22の先端部は圧力センサー12に当接している。突起22の重心Gは基準点Pに重なっている。即ち、重心Gの(X、Y)座標と基準点Pの(X、Y)座標とはほぼ等しい。換言すると、基準点Pとは、第一基板10が変形や変位をしていない時に、突起22の中心と一致する場所である。第一基板10と第二基板20とは、両基板の外周部に配置された弾性体30を介して結合されている。   A reference point P is defined on the first substrate 10, and a plurality of pressure sensors 12 are arranged around the reference point P. The first substrate 10 includes a first substrate body 11 and a pressure sensor 12, and the pressure sensor 12 is formed in a thin film shape or a thin plate shape and is provided on the back surface of the first substrate body 11. On the other hand, the second substrate 20 includes a second substrate body 21 and a protrusion 22, and the protrusion 22 is provided on the surface of the second substrate body 21. The protrusion 22 has the largest width (or diameter when the protrusion shape is circular in plan view) on the surface (bottom) of the second substrate body 21, and the width becomes narrower toward the tip. The tangent plane of the protrusion 22 at the distal end is substantially parallel to the first substrate 10, and the distal end of the protrusion 22 is in contact with the pressure sensor 12. The center of gravity G of the protrusion 22 overlaps the reference point P. That is, the (X, Y) coordinates of the center of gravity G and the (X, Y) coordinates of the reference point P are substantially equal. In other words, the reference point P is a place that coincides with the center of the protrusion 22 when the first substrate 10 is not deformed or displaced. The 1st board | substrate 10 and the 2nd board | substrate 20 are couple | bonded via the elastic body 30 arrange | positioned at the outer peripheral part of both board | substrates.

図1(b)に示す様に、検出装置1には1個以上の突起22が設けられ、各突起22に対応して単位検出領域Sが定められる。一台の検出装置1に設けられる単位検出領域Sの数は1個でも良いが、複数個設けた方が外力の大きさと方向とを検出する感度が向上する。本実施形態では、一台の検出装置1に4個の突起22が設けられており、4個の単位検出領域Sが存在する。尚、一つの単位検出領域Sに一つの突起22が対応していれば良く、一台の検出装置1に設けられる突起22の数と単位検出領域Sの数とは異なっていても良い。即ち、一台の検出装置1に設けられる突起22の数が単位検出領域Sの数よりも多くても良い。   As shown in FIG. 1B, the detection apparatus 1 is provided with one or more protrusions 22, and a unit detection region S is determined corresponding to each protrusion 22. Although the number of unit detection regions S provided in one detection device 1 may be one, the sensitivity of detecting the magnitude and direction of the external force is improved by providing a plurality of unit detection regions S. In the present embodiment, four projections 22 are provided in one detection device 1, and four unit detection regions S exist. Note that it is only necessary that one protrusion 22 corresponds to one unit detection region S, and the number of protrusions 22 provided in one detection device 1 may be different from the number of unit detection regions S. That is, the number of protrusions 22 provided in one detection device 1 may be larger than the number of unit detection regions S.

単位検出領域Sの中心に重心Gが定められ、外力が加えられない状態でこの重心Gに平面視で一致する様に基準点Pが定められる。基準点Pの回りには圧力センサー12が複数個配置されている。1個の単位検出領域Sに配置される圧力センサー12の数は2個以上が好ましい。圧力センサー12の数が2個で有れば、これら2個の圧力センサー12を結ぶ直線方向の滑り力を検出できる。圧力センサー12の数が3個で有れば、滑り力をX成分とY成分とに分離できる。図1(b)に示される様に、圧力センサー12の数が4個で有れば、滑り力のX成分とY成分との分離が容易となる。これらに関しては後に詳述する。   A center of gravity G is determined at the center of the unit detection region S, and a reference point P is determined so as to coincide with the center of gravity G in a plan view when no external force is applied. A plurality of pressure sensors 12 are arranged around the reference point P. The number of pressure sensors 12 arranged in one unit detection region S is preferably two or more. If the number of the pressure sensors 12 is two, it is possible to detect a sliding force in a linear direction connecting the two pressure sensors 12. If the number of pressure sensors 12 is three, the sliding force can be separated into an X component and a Y component. As shown in FIG. 1B, if the number of the pressure sensors 12 is four, it is easy to separate the X component and the Y component of the sliding force. These will be described in detail later.

圧力センサー12は、基準点Pに対して点対称になる様に複数個が配置されている。図1(b)では圧力センサー12が、互いに直交する二方向(X方向及びY方向)に行列状に配置されている。具体的には、圧力センサー12は、単位検出領域S当たり縦2行横2列に合計4個配置されて、4個の圧力センサー12の中心(単位検出領域Sの中心)が基準点Pとなっている。これにより、基準点Pから各圧力センサー12への距離が、4個の圧力センサー12で総て等しくなるので、第一基板10の変形量と各圧力センサー12で検出される圧力値との関係が、4個の圧力センサー12で皆等しくなる。従って、各圧力センサー12で検出された圧力値から外力の方向と大きさとを演算する事が容易となり、外力を効率よく検出する事ができる。尚、検出された圧力値を用いた演算方法については後述する。   A plurality of pressure sensors 12 are arranged so as to be point-symmetric with respect to the reference point P. In FIG. 1B, the pressure sensors 12 are arranged in a matrix in two directions (X direction and Y direction) orthogonal to each other. Specifically, a total of four pressure sensors 12 are arranged in two rows and two columns per unit detection area S, and the center of the four pressure sensors 12 (the center of the unit detection area S) is the reference point P. It has become. As a result, the distance from the reference point P to each pressure sensor 12 is the same for all four pressure sensors 12, so the relationship between the deformation amount of the first substrate 10 and the pressure value detected by each pressure sensor 12. However, the four pressure sensors 12 are all equal. Therefore, it becomes easy to calculate the direction and magnitude of the external force from the pressure value detected by each pressure sensor 12, and the external force can be detected efficiently. A calculation method using the detected pressure value will be described later.

単位検出領域Sの大きさ(平面視のサイズ)は、縦2.8mm×横2.8mm程度になっている。また、4つの圧力センサー12の各面積がほぼ等しくなっている。単位検出領域S内で隣り合う圧力センサー12の間隔は、0.1mm程度になっている。この為、外乱や静電気等の影響により隣り合う位置の圧力センサー12で検出される圧力値にノイズがのらない様になっている。   The size of the unit detection region S (size in plan view) is about 2.8 mm long × 2.8 mm wide. Further, the areas of the four pressure sensors 12 are substantially equal. The interval between adjacent pressure sensors 12 in the unit detection region S is about 0.1 mm. For this reason, noise is not applied to the pressure value detected by the adjacent pressure sensor 12 due to the influence of disturbance, static electricity, or the like.

第二基板20は、矩形板状の第二基板本体21と、第二基板本体21に配置された複数の突起22と、を具備して構成されている。第二基板本体21は、検出装置1の全体を支える部分であり、丈夫な硬質体で形成される事が好ましい。又、突起22も丈夫な硬質体で形成される事が好ましい。こうする事で突起22の耐久性を高め、検出装置1の製品寿命を長くできるからである。第二基板本体21や突起22に用いられる硬質体としては、じん性に優れた強固なプラスチックや金属等の材料が用いられ、突起22が高い耐衝撃性と耐久性とを備える様にする。本実施形態では、第二基板本体21及び突起22の形成材料として、ABS樹脂(アクリロニトリルとブタジエン、及びスチレンの共重合合成樹脂)が用いられ、第二基板本体21及び突起22を、金型を用いて一体形成してある。尚、硬質体とは、外力が作用しても、外力の検出に影響する様な変形や変位を殆ど生じない材質で、第一基板本体11よりも硬い物体である。   The second substrate 20 includes a rectangular plate-shaped second substrate main body 21 and a plurality of protrusions 22 arranged on the second substrate main body 21. The second substrate body 21 is a part that supports the entire detection apparatus 1 and is preferably formed of a strong hard body. Further, it is preferable that the protrusion 22 is also formed of a strong hard body. This is because the durability of the protrusion 22 can be increased and the product life of the detection device 1 can be extended. As the hard body used for the second substrate main body 21 and the protrusions 22, a material such as a strong plastic or metal having excellent toughness is used so that the protrusions 22 have high impact resistance and durability. In the present embodiment, an ABS resin (a copolymer synthetic resin of acrylonitrile, butadiene, and styrene) is used as a material for forming the second substrate main body 21 and the protrusions 22. It is integrally formed using. The hard body is a material that hardly deforms or displaces even when an external force is applied, which affects the detection of the external force, and is an object harder than the first substrate body 11.

突起22のサイズは任意に設定する事ができるが、複数の突起22は、互いに離間して配置される。この為、第一基板10が変位や変形を生じた時に、XY平面に平行な方向の変形を許容する事ができる。尚、ここでは、突起22の基部の径(突起22が第二基板20に接する部分の直径)は1.8mm程度になっている。突起22の高さ(突起22のZ方向の距離)は2mm程度になっている。隣り合う突起22の離間間隔は1mm程度になっている。   The size of the protrusions 22 can be arbitrarily set, but the plurality of protrusions 22 are arranged apart from each other. For this reason, when the first substrate 10 is displaced or deformed, the deformation in the direction parallel to the XY plane can be allowed. Here, the diameter of the base of the protrusion 22 (the diameter of the portion where the protrusion 22 contacts the second substrate 20) is about 1.8 mm. The height of the protrusion 22 (the distance in the Z direction of the protrusion 22) is about 2 mm. The spacing between adjacent protrusions 22 is about 1 mm.

更に、検出装置1は、不図示の演算装置を備えている。演算装置は、各圧力センサー12で検出された圧力値と、基準点Pに対するその圧力センサー12の位置と、を変数とする関数の値を計算すると共に、その関数にて計算された値を用いて所定の演算を行って、外力の大きさと方向とを特定する。   Furthermore, the detection apparatus 1 includes an arithmetic device (not shown). The arithmetic unit calculates a value of a function having the pressure value detected by each pressure sensor 12 and the position of the pressure sensor 12 with respect to the reference point P as variables, and uses the value calculated by the function. Then, a predetermined calculation is performed to specify the magnitude and direction of the external force.

図2は、実施形態1に係わる第一基板の概略構成を示す図であり、(a)は断面図で、(b)は平面図である。次に図2を参照して、第一基板10を説明する。図2(a)に示す様に、第一基板10は第一基板本体11と対向基板13と感圧材料14とを備える。本実施形態では、感圧材料14は感圧導電性弾性体である。感圧材料14は第一基板本体11の裏面と対向基板13の表面とで挟持され、第一基板本体11の表面が検出面である。検出装置はこの検出面に加えられた力を検出する。又、対向基板13の裏面には突起22が当接する。尚、第一基板10としては、上述の構造を反対にしても良い。即ち、感圧材料14を対向基板13の裏面と第一基板本体11の表面とで挟持し、対向基板13の表面を検出面とし、第一基板本体11の裏面に突起22が当接する様に配置しても良い。   2A and 2B are diagrams illustrating a schematic configuration of a first substrate according to the first embodiment, in which FIG. 2A is a cross-sectional view and FIG. 2B is a plan view. Next, the first substrate 10 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2A, the first substrate 10 includes a first substrate body 11, a counter substrate 13, and a pressure sensitive material 14. In the present embodiment, the pressure sensitive material 14 is a pressure sensitive conductive elastic body. The pressure sensitive material 14 is sandwiched between the back surface of the first substrate body 11 and the surface of the counter substrate 13, and the surface of the first substrate body 11 is a detection surface. The detection device detects a force applied to the detection surface. Further, the protrusion 22 contacts the back surface of the counter substrate 13. The first substrate 10 may have the above-described structure reversed. That is, the pressure-sensitive material 14 is sandwiched between the back surface of the counter substrate 13 and the surface of the first substrate body 11 so that the surface of the counter substrate 13 is the detection surface, and the protrusions 22 are in contact with the back surface of the first substrate body 11. It may be arranged.

第一基板10は更に第一電極配線211と第二電極配線212とを備え、第一電極配線211は第一基板本体11の裏面に形成され、第二電極配線212は対向基板13の表面に形成されている。従って、第一電極配線211と第二電極配線212との間に感圧材料14としての感圧導電性弾性体が備えられている。圧力センサー12は第一電極配線211と第二電極配線212と感圧材料14とを含んで構成され、本実施形態では感圧抵抗方式となっている。一方、平面視においては、図2(b)に示される様に、第一電極配線211と第二電極配線212とは、帯状で、互いに交差される様に配置される。第一電極配線211と第二電極配線212との交点に形成された四角の重なり部が一つの圧力センサー12となる。圧力センサー12は、検出面に外力が作用した時に外力を電気信号に変換する。但し、圧力センサー12の方式については特に限定される事なく、この他に例えば、静電容量方式等を用いる事ができる。   The first substrate 10 further includes a first electrode wiring 211 and a second electrode wiring 212, the first electrode wiring 211 is formed on the back surface of the first substrate body 11, and the second electrode wiring 212 is formed on the surface of the counter substrate 13. Is formed. Therefore, a pressure-sensitive conductive elastic body as the pressure-sensitive material 14 is provided between the first electrode wiring 211 and the second electrode wiring 212. The pressure sensor 12 includes a first electrode wiring 211, a second electrode wiring 212, and a pressure-sensitive material 14, and is a pressure-sensitive resistance system in this embodiment. On the other hand, in plan view, as shown in FIG. 2B, the first electrode wiring 211 and the second electrode wiring 212 are in a band shape and are arranged so as to intersect each other. A square overlap portion formed at the intersection of the first electrode wiring 211 and the second electrode wiring 212 becomes one pressure sensor 12. The pressure sensor 12 converts the external force into an electric signal when the external force is applied to the detection surface. However, the method of the pressure sensor 12 is not particularly limited, and for example, a capacitance method or the like can be used.

第一基板本体11と対向基板13は可撓性物質から成り、感圧材料14も可撓性を有する弾性物質であるので、第一基板10は可撓性を有する。第一基板本体11と対向基板13はポリイミドフィルムやポリエステルフィルムなどの各種プラスチックフィルムが用いられる。感圧材料14は、可撓性を有する誘電体物質でも構わず、この場合、第一電極配線211と第二電極配線212との間に誘電体物質が備えられて、圧力センサー12は静電容量方式となる。   Since the first substrate body 11 and the counter substrate 13 are made of a flexible material, and the pressure-sensitive material 14 is also an elastic material having flexibility, the first substrate 10 has flexibility. Various plastic films such as a polyimide film and a polyester film are used for the first substrate body 11 and the counter substrate 13. The pressure sensitive material 14 may be a dielectric material having flexibility. In this case, a dielectric material is provided between the first electrode wiring 211 and the second electrode wiring 212, and the pressure sensor 12 is electrostatically charged. It becomes a capacity method.

検出装置1では電気的な機能素子(圧力センサー12)や回路(圧力センサー12を結ぶ配線や圧力センサー12の選択回路等)が第一基板10に形成されており、第二基板20は硬質な突起22を備えているだけで、機能素子などは設けられていない。通常、検出装置1の故障はこうした機能素子や回路に生ずる。従って、検出装置1が故障した際には、第一基板10の交換で故障を直す事が可能となり、低コストで検出装置1を修理する事ができる。   In the detection device 1, electrical functional elements (pressure sensor 12) and circuits (wiring connecting the pressure sensor 12, selection circuit for the pressure sensor 12, etc.) are formed on the first substrate 10, and the second substrate 20 is rigid. Only the protrusion 22 is provided, and no functional element or the like is provided. Usually, the failure of the detection apparatus 1 occurs in such functional elements and circuits. Therefore, when the detection device 1 fails, the failure can be corrected by replacing the first substrate 10, and the detection device 1 can be repaired at a low cost.

図3は、単位検出領域Sに作用する外力の方向と大きさとを検出する方法を説明する図である。図3(a)は第一基板10の表面に外力が付加される前の状態(外力の作用がない時)を示している。図3(b)は第一基板10の表面に垂直方向(滑り力がない状態)の外力Fが付加された状態を示している。図3(c)は第一基板10の表面に斜め方向(滑り力がある状態)の外力Fが付加された状態を示している。尚、説明を判り易くする為に、4個の圧力センサー12の内で、圧力センサーS1(12)と圧力センサーS2(12)の2個を描いてある。   FIG. 3 is a diagram for explaining a method for detecting the direction and magnitude of the external force acting on the unit detection region S. FIG. 3A shows a state before an external force is applied to the surface of the first substrate 10 (when no external force is applied). FIG. 3B shows a state in which an external force F in the vertical direction (in the absence of sliding force) is applied to the surface of the first substrate 10. FIG. 3C shows a state in which an external force F in an oblique direction (with a sliding force) is applied to the surface of the first substrate 10. For ease of explanation, two pressure sensors S1 (12) and S2 (12) are drawn out of the four pressure sensors 12.

図3(a)に示す様に、第一基板10の表面に外力が付加される前においては、第一基板10は変形しない。これにより、第一基板10と第二基板20との間の距離は一定に保たれる。この時、基準点Pは突起22の重心Gと重なる位置に配置されている。この時の各圧力センサー12の圧力値は図示略のメモリーに記憶されている。メモリーに記憶された各圧力センサー12の圧力値を基準として外力の作用する方向や大きさが求められる。   As shown in FIG. 3A, before the external force is applied to the surface of the first substrate 10, the first substrate 10 is not deformed. Thereby, the distance between the first substrate 10 and the second substrate 20 is kept constant. At this time, the reference point P is arranged at a position overlapping the center of gravity G of the protrusion 22. The pressure value of each pressure sensor 12 at this time is stored in a memory (not shown). The direction and magnitude of the external force acting are obtained based on the pressure value of each pressure sensor 12 stored in the memory.

図3(b)に示す様に、第一基板10の表面に垂直方向の外力Fが付加された時には、複数の圧力センサー12は突起22の先端部に等しく押圧され、第一基板10はZ軸の負の方向に撓む。従って、この時の圧力センサー12の圧力値は、外力の作用がない時に比べて大きくなる。但し、その変化量は4個の圧力センサー12で、皆、略同じ値となる。   As shown in FIG. 3B, when a vertical external force F is applied to the surface of the first substrate 10, the plurality of pressure sensors 12 are equally pressed against the tips of the protrusions 22, and the first substrate 10 is Deflection in the negative direction of the shaft. Therefore, the pressure value of the pressure sensor 12 at this time becomes larger than when there is no external force. However, the amount of change is almost the same for all the four pressure sensors 12.

図3(c)に示す様に、第一基板10の表面に斜め方向の外力が付加された時には、第一基板10は変位や変形を起こす。この際に、圧力センサーS1(12)の様に、突起22に強く押圧された圧力センサー12からは大きな圧力値が検出され、反対に圧力センサーS2(12)の様に、突起22に弱く押圧されたり、或いは押圧されなかったりする圧力センサー12からは小さな圧力値が検出される。即ち、第一基板10の変位や変形によって、各圧力センサー12で異なる値の圧力値が検出される。そして、後述する演算方法に基づいて外力の大きさと方向とが求められる。   As shown in FIG. 3C, when an external force in an oblique direction is applied to the surface of the first substrate 10, the first substrate 10 is displaced or deformed. At this time, a large pressure value is detected from the pressure sensor 12 that is strongly pressed against the protrusion 22 as in the pressure sensor S1 (12), and conversely, the pressure is weakly pressed against the protrusion 22 as in the pressure sensor S2 (12). A small pressure value is detected from the pressure sensor 12 that is pressed or not pressed. That is, different pressure values are detected by the pressure sensors 12 due to the displacement and deformation of the first substrate 10. And the magnitude | size and direction of external force are calculated | required based on the calculation method mentioned later.

図4は、実施形態1に係わる単位検出領域Sの座標系を示す図である。図5は、実施形態1に係わる圧力センサーによる垂直方向の圧力分布を示す図である。図6は、実施形態1に係わる圧力センサーによる滑り方向の計算例を示す図である。次に各圧力センサー12にて計測された圧力値から外力の大きさと方向とを求める演算方法を説明する。   FIG. 4 is a diagram illustrating a coordinate system of the unit detection area S according to the first embodiment. FIG. 5 is a diagram illustrating a vertical pressure distribution by the pressure sensor according to the first embodiment. FIG. 6 is a diagram illustrating a calculation example of the slip direction by the pressure sensor according to the first embodiment. Next, a calculation method for obtaining the magnitude and direction of the external force from the pressure value measured by each pressure sensor 12 will be described.

外力Fの大きさと方向とを求めるには、一つの圧力センサー12で検出された圧力値と、基準点Pに対するその圧力センサー12の位置と、を変数とする関数の値を計算すると共に、得られた値を用いて所定の演算を行う。図4に示す様に、複数の圧力センサーS1(12)〜S4(12)は、単位検出領域S当たり縦2行横2列に計4つ配置されている。ここで、各圧力センサーS1(12)〜S4(12)が検出する圧力値(検出値)をそれぞれPS1、PS2、PS3、PS4とし、各圧力センサー12の面積をAとすると、外力のX方向成分Fx(外力の面内方向成分のうちX方向に作用する分力)は以下の式(1)で表される。 In order to obtain the magnitude and direction of the external force F, a value of a function having the pressure value detected by one pressure sensor 12 and the position of the pressure sensor 12 with respect to the reference point P as variables is calculated and obtained. A predetermined calculation is performed using the obtained value. As shown in FIG. 4, a plurality of pressure sensors S1 (12) to S4 (12) are arranged in a total of four in a row of two rows and two columns per unit detection region S. Here, when the pressure values (detected values) detected by the pressure sensors S1 (12) to S4 (12) are P S1 , P S2 , P S3 , and P S4 , respectively, and the area of each pressure sensor 12 is A, The X direction component Fx of the external force (a component force acting in the X direction among the in-plane direction components of the external force) is expressed by the following equation (1).

Figure 2013113760
Figure 2013113760

また、外力のY方向成分Fy(外力の面内方向成分のうちY方向に作用する分力)は以下の式(2)で表される。   Further, the Y direction component Fy of the external force (the component force acting in the Y direction among the in-plane direction components of the external force) is expressed by the following equation (2).

Figure 2013113760
Figure 2013113760

尚、式(1)及び式(2)のfは検出装置1に固有な比例定数で力の単位を有する。また、外力のZ方向成分Fz(外力の垂直方向成分)は以下の式(3)で表される。   Note that f in the equations (1) and (2) is a proportionality constant inherent to the detection device 1 and has a unit of force. The Z direction component Fz of the external force (vertical direction component of the external force) is expressed by the following formula (3).

Figure 2013113760
Figure 2013113760

本実施形態では、外力の成分を検出する際に法線成分Fzに関しては式(3)を用い、滑り力に関しては式(1)及び式(2)を用いる。滑り力に関しては、次の手順を踏む。まず、検出面上で第一軸(例えばX軸)と第二軸(例えばY軸)とを定める。第一軸に沿った滑り力の成分を検出するには、圧力値と圧力センサー12の位置とを変数とする関数として、基準点Pより第一軸の正の方向に位置する圧力センサー12(例えばS2(12)とS4(12))に関しては、+1を検出された圧力値に乗じ、第一軸の負の方向に位置する圧力センサー12(例えばS1(12)とS3(12))に関しては、−1を検出された圧力値に乗じ、これらの総和を取るものとする。次に、得られた数値(一軸差分と称する)を用いて所定の演算をする事で、第一軸に沿った滑り力の成分を求める。同様に、第二軸に沿った滑り力の成分を検出するには、基準点Pより第二軸の正の方向に位置する圧力センサー12(例えばS1(12)とS2(12))に関しては、+1を検出された圧力値に乗じ、第二軸の負の方向に位置する圧力センサー12(例えばS3(12)とS4(12))に関しては、−1を検出された圧力値に乗じ、これらの総和を取るものとする。次に、得られた数値(二軸差分と称する)を用いて所定の演算をする事で、第二軸に沿った滑り力の成分を求める。所定の演算の一例としては、先の数値(一軸差分や二軸差分)を、総ての圧力センサー12(例えばS1(12)〜S4(12))で検出された圧力値の総和にて除し、検出装置1に固有な比例定数fを乗ずる。   In this embodiment, when detecting the component of the external force, the equation (3) is used for the normal component Fz, and the equations (1) and (2) are used for the sliding force. The following steps are taken for the sliding force. First, a first axis (for example, X axis) and a second axis (for example, Y axis) are defined on the detection surface. In order to detect the component of the sliding force along the first axis, the pressure sensor 12 (positioned in the positive direction of the first axis from the reference point P as a function having the pressure value and the position of the pressure sensor 12 as variables). For example, for S2 (12) and S4 (12), +1 is multiplied by the detected pressure value and pressure sensor 12 (eg, S1 (12) and S3 (12)) located in the negative direction of the first axis. Is multiplied by the detected pressure value and the sum of these values is taken. Next, a predetermined calculation is performed using the obtained numerical value (referred to as a uniaxial difference) to obtain a component of the sliding force along the first axis. Similarly, in order to detect the component of the sliding force along the second axis, with respect to the pressure sensor 12 (for example, S1 (12) and S2 (12)) positioned in the positive direction of the second axis from the reference point P, +1 is multiplied by the detected pressure value, and for the pressure sensor 12 (eg, S3 (12) and S4 (12)) located in the negative direction of the second axis, -1 is multiplied by the detected pressure value, The sum of these shall be taken. Next, the component of the sliding force along the second axis is obtained by performing a predetermined calculation using the obtained numerical value (referred to as a biaxial difference). As an example of the predetermined calculation, the previous numerical value (uniaxial difference or biaxial difference) is divided by the sum of the pressure values detected by all the pressure sensors 12 (for example, S1 (12) to S4 (12)). Then, a proportional constant f unique to the detection apparatus 1 is multiplied.

式(1)に示す様に、外力のX方向成分Fxにおいては、4つの圧力センサーS1(12)〜S4(12)で検出された圧力値のうち+X方向に配置された圧力センサーS2(12)及びS4(12)で検出された値が組み合わされると共に、−X方向に配置された圧力センサーS1(12)及びS3(12)で検出された値が組み合わされる。この様に、+X方向に配置された圧力センサーS2(12)及びS4(12)の組み合わせによる圧力値と−X方向に配置された圧力センサーS1(12)及びS3(12)の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外力のX方向成分が求められる。   As shown in the equation (1), in the X direction component Fx of the external force, the pressure sensor S2 (12 arranged in the + X direction among the pressure values detected by the four pressure sensors S1 (12) to S4 (12). ) And S4 (12) are combined, and the values detected by the pressure sensors S1 (12) and S3 (12) arranged in the −X direction are combined. As described above, the pressure value obtained by combining the pressure sensors S2 (12) and S4 (12) arranged in the + X direction and the pressure value obtained by combining the pressure sensors S1 (12) and S3 (12) arranged in the -X direction. The X-direction component of the external force is obtained based on the difference between.

式(2)に示す様に、外力のY方向成分Fyにおいては、4つの圧力センサーS1(12)〜S4(12)で検出された圧力値のうち+Y方向に配置された圧力センサーS1(12)及びS2(12)で検出された値が組み合わされると共に、−Y方向に配置された圧力センサーS3(12)及びS4(12)で検出された値が組み合わされる。この様に、+Y方向に配置された圧力センサーS1(12)及びS2(12)の組み合わせによる圧力値と−Y方向に配置された圧力センサーS3(12)及びS4(12)の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外力のY方向成分が求められる。   As shown in Expression (2), in the Y direction component Fy of the external force, the pressure sensor S1 (12) arranged in the + Y direction among the pressure values detected by the four pressure sensors S1 (12) to S4 (12). ) And S2 (12) are combined, and the values detected by the pressure sensors S3 (12) and S4 (12) arranged in the -Y direction are combined. As described above, the pressure value obtained by combining the pressure sensors S1 (12) and S2 (12) arranged in the + Y direction and the pressure value obtained by combining the pressure sensors S3 (12) and S4 (12) arranged in the -Y direction. The Y-direction component of the external force is obtained based on the difference between.

式(3)に示す様に、外力のZ方向成分Fzにおいては、4つの圧力センサーS1(12)〜S4(12)の圧力値を足し合わせた合力で求められる。但し、外力のZ方向成分Fzは、外力のX方向成分Fx及び外力のY方向成分Fy(分力)に比べて検出値が大きく検出される傾向がある。例えば、第一基板本体11の材質として硬いものを用いたり、或いは突起22の先端部の形状を先鋭にしたりすると、外力のZ方向成分Fzの検出感度が高くなる。具体的には、第一基板10の材質として硬いものを用いると、第一基板10の変位や変形が生じにくくなり、外力の面内方向の検出値が小さくなってしまう。又、突起22の先端部の形状を先鋭にすると接触面を指で触った時のタッチ感に強い感度(違和感)を与える場合がある。この為、外力のZ方向成分Fzの検出値を、外力のX方向成分Fx及び外力のY方向成分Fyの検出値の感度と揃えるには、第一基板10に用いられて居る各構成基材の材質や突起22や形状によって決定される補正係数で検出値を適宜補正する必要がある。実際には、こうした影響を正しく補正する様に検出装置1に固有な比例定数fが定められる。   As shown in Expression (3), the Z direction component Fz of the external force is obtained by a resultant force obtained by adding the pressure values of the four pressure sensors S1 (12) to S4 (12). However, the Z direction component Fz of the external force tends to be detected with a larger detection value than the X direction component Fx of the external force and the Y direction component Fy (component force) of the external force. For example, when a hard material is used as the material of the first substrate body 11 or the shape of the tip of the protrusion 22 is sharpened, the detection sensitivity of the Z-direction component Fz of the external force increases. Specifically, if a hard material is used as the material of the first substrate 10, the displacement or deformation of the first substrate 10 is difficult to occur, and the detected value of the external force in the in-plane direction becomes small. Further, if the shape of the tip of the protrusion 22 is sharpened, a strong sensitivity (uncomfortable feeling) may be given to the touch feeling when the contact surface is touched with a finger. For this reason, in order to align the detection value of the Z direction component Fz of the external force with the sensitivity of the detection value of the X direction component Fx of the external force and the Y direction component Fy of the external force, each constituent substrate used for the first substrate 10 It is necessary to appropriately correct the detection value with a correction coefficient determined by the material, the protrusion 22 and the shape. Actually, a proportionality constant f unique to the detection apparatus 1 is determined so as to correct such an influence correctly.

図5は、検出装置1を15行15列の行列状(合計225個)に並べて、タッチパッドとした例で、各検出装置1は、単位検出領域Sに圧力センサーS1(12)〜S4(12)を縦2行横2列の合計4個配置している。図5では、タッチパッドの検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押している。この時、外力の垂直方向の圧力は、外力が作用した部分の中心部が最も大きくなっている(圧力センサー12の出力電圧90〜120mV程度)。また、外力の垂直方向の圧力は、中心部に次いでその周辺部(60〜90mV程度)、最外周部(30〜60mV程度)の順に小さくなっている。また、指で押されていない領域は、圧力センサー12の出力電圧が0〜30mV程度となっている。   FIG. 5 shows an example in which the detection devices 1 are arranged in a matrix of 15 rows and 15 columns (total of 225) to form a touch pad. Each detection device 1 has pressure sensors S1 (12) to S4 (in the unit detection region S). 12) are arranged in a total of four in two rows and two columns. In FIG. 5, the position on the upper left side of the center of the detection surface of the touchpad is pushed diagonally with a finger. At this time, the pressure in the vertical direction of the external force is greatest at the center of the portion where the external force is applied (the output voltage of the pressure sensor 12 is about 90 to 120 mV). Further, the vertical pressure of the external force decreases in the order of the peripheral portion (about 60 to 90 mV) and the outermost peripheral portion (about 30 to 60 mV) next to the central portion. Moreover, the output voltage of the pressure sensor 12 is about 0 to 30 mV in the region not pressed by the finger.

図5に示すタッチパッドの検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合に外力の面内方向成分(滑り方向)の算出方法を考える。図6は、外力を算出する一例を示している。図6の例では、指の押圧力(外力)は、縦15行×横15列に配置された検出装置1の内の縦3行×横3列に配置された部分に作用している。外力の垂直方向の圧力は、図5と同様に、外力が作用した3行3列の中心部がもっとも大きくなっている(110mV)。各検出装置1は、それぞれ4つの圧力センサーS1(12)〜S4(12)を有しており、4つの圧力センサーS1(12)〜S4(12)からの出力の和が外力の法線成分となる(上述の式(3))。例えば、先の中央部の検出装置1では各圧力センサー12からの和は54mV+28mV+18mV+10mV=110mVとなっている。   Consider a method for calculating the in-plane direction component (sliding direction) of the external force when the upper left position of the touch pad detection surface shown in FIG. FIG. 6 shows an example of calculating the external force. In the example of FIG. 6, the pressing force (external force) of the finger acts on a portion arranged in 3 rows × 3 columns in the detection device 1 arranged in 15 rows × 15 columns. The pressure in the vertical direction of the external force is the largest (110 mV) at the center of 3 rows and 3 columns where the external force is applied, as in FIG. Each detection device 1 has four pressure sensors S1 (12) to S4 (12), respectively, and the sum of outputs from the four pressure sensors S1 (12) to S4 (12) is a normal component of the external force. (Equation (3) above). For example, the sum from the pressure sensors 12 is 54 mV + 28 mV + 18 mV + 10 mV = 110 mV in the detection device 1 at the center.

一方、各圧力センサーS1(12)〜S4(12)で検出された圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサー12で検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が加えられた方向(滑り力の方向)が演算される。つまり、各検出装置1にて、上述した式(1)及び式(2)に基づいて外力のX方向成分Fx及び外力のY方向成分Fyが算出される。例えば、中心部の検出装置1ではFx=(28+10−54−18)/110f=−0.31f、Fy=(54+28−18−10)/110f=0.49fとなっている。従ってtanθ=−0.49/0.31=−1.58となり、滑り力の方向はθ=122°である。この様に9個の検出装置1にて検出された滑り力の方向の平均を取ると、+X方向を基準として反時計回りに約123°の方向に外力が作用している事が分かる。尚、外力の作用する方向の算出にあっては、ここで行われた様に複数の検出装置1から算出された結果の平均値で求める方法の他に、例えば、複数の検出装置1から算出された結果の最大値を採用する方法や、所定の閾値よりも大きい検出値を採用する方法等を用いる事ができる。   On the other hand, the difference between the pressure values detected by the pressure sensors 12 arbitrarily combined among the pressure values detected by the pressure sensors S1 (12) to S4 (12) is calculated, and the external force is calculated based on the difference. The applied direction (the direction of the sliding force) is calculated. That is, in each detection device 1, the X-direction component Fx of the external force and the Y-direction component Fy of the external force are calculated based on the above formulas (1) and (2). For example, in the detection device 1 at the center, Fx = (28 + 10−54−18) /110f=−0.31f and Fy = (54 + 28−18−10) /110f=0.49f. Therefore, tan θ = −0.49 / 0.31 = −1.58, and the direction of the sliding force is θ = 122 °. Thus, when taking the average of the direction of the sliding force detected by the nine detection devices 1, it can be seen that an external force acts in a direction of about 123 ° counterclockwise with respect to the + X direction. In calculating the direction in which the external force acts, in addition to the method of obtaining the average value of the results calculated from the plurality of detection devices 1 as performed here, for example, calculation from the plurality of detection devices 1 is performed. It is possible to use a method that employs the maximum value of the obtained results, a method that employs a detection value larger than a predetermined threshold, or the like.

本実施形態の検出装置1によれば、突起22に当接する第一基板10が、外力Fに応じて変位したり変形したりする事が可能であるので、特許文献1や特許文献2の検出装置に比べて、外力の大きさと方向との検出精度を高める事ができる。具体的には、外力の作用方向に突起22が存在する圧力センサー12では、強い圧力値が検出され、外力の作用方向に突起22が存在しない圧力センサー12では、弱い圧力値が検出される。この結果、各圧力センサー12で異なる値の圧力値が検出され、これらの検出値から滑り力を含む外力の大きさと方向とを高精度に計測する事ができる。又、第一基板10をなす一面から外力が加えられるので、突起22を有する第二基板20を固定させる事ができる。更に、突起を丈夫な硬質体としているので、計測精度が向上すると共に、検出装置の使用途上で突起が破損される可能性を低くでき、検出装置の耐久性を高め、その寿命を延ばす事ができる。   According to the detection device 1 of the present embodiment, the first substrate 10 in contact with the protrusion 22 can be displaced or deformed according to the external force F. Therefore, the detection in Patent Document 1 and Patent Document 2 is possible. Compared with the device, the detection accuracy of the magnitude and direction of the external force can be increased. Specifically, a strong pressure value is detected by the pressure sensor 12 in which the protrusion 22 is present in the direction in which the external force is applied, and a weak pressure value is detected in the pressure sensor 12 in which the protrusion 22 is not present in the direction in which the external force is applied. As a result, different pressure values are detected by each pressure sensor 12, and the magnitude and direction of the external force including the sliding force can be measured with high accuracy from these detected values. Further, since an external force is applied from one surface forming the first substrate 10, the second substrate 20 having the protrusions 22 can be fixed. Furthermore, since the projection is made of a hard rigid body, the measurement accuracy is improved, the possibility of the projection being damaged during the use of the detection device can be reduced, and the durability of the detection device can be improved and its life can be extended. it can.

又、複数の圧力センサー12が基準点Pに対して点対称に配置されているので、基準点Pと各圧力センサー12との間の距離が互いに等しくなる。この為、各圧力センサーS1(12)〜S4(12)の位置と圧力値から外力の方向と大きさを演算する事が容易となり、外力を効率よく検出する事ができる。   Further, since the plurality of pressure sensors 12 are arranged symmetrically with respect to the reference point P, the distances between the reference point P and each pressure sensor 12 are equal to each other. For this reason, it becomes easy to calculate the direction and magnitude of the external force from the position and pressure value of each of the pressure sensors S1 (12) to S4 (12), and the external force can be detected efficiently.

又、複数の圧力センサー12が互いに直交する二方向に行列状に配置されているので、各圧力センサーS1(12)〜S4(12)で検出された圧力値から外力の方向と大きさを演算する事が容易となる。換言すれば、外力を効率よく検出する事ができる。   Since the plurality of pressure sensors 12 are arranged in a matrix in two directions orthogonal to each other, the direction and magnitude of the external force are calculated from the pressure values detected by the pressure sensors S1 (12) to S4 (12). It becomes easy to do. In other words, the external force can be detected efficiently.

又、複数の突起22が互いに離間して配置されているので、第一基板10が変位や変形した時の検出面に平行な方向の変形を許容する事ができる。この結果、外力の方向と大きさを高い精度で検出する事ができる。   Further, since the plurality of protrusions 22 are arranged apart from each other, it is possible to allow deformation in a direction parallel to the detection surface when the first substrate 10 is displaced or deformed. As a result, the direction and magnitude of the external force can be detected with high accuracy.

(実施形態2)
図7は、実施形態2に係わる検出装置の概略構成を示す図であり、(a)は断面図で、(b)は平面図である。以下、本実施形態に係わる検出装置2について説明する。尚、実施形態1と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
(Embodiment 2)
7A and 7B are diagrams illustrating a schematic configuration of a detection apparatus according to the second embodiment, in which FIG. 7A is a cross-sectional view and FIG. 7B is a plan view. Hereinafter, the detection apparatus 2 according to the present embodiment will be described. In addition, about the component same as Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.

本実施形態の検出装置2は、複数の圧力センサー12が互いに直交する二方向に少なくとも縦4行横4列に配置されている点で、上述の実施形態1で説明した検出装置1と異なる。尚、図7においては、便宜上、複数の圧力センサー12が単位検出領域S当たり縦4行横4列に配置されているが、実際には図8に示す様に複数の圧力センサー12が単位検出領域S当たり縦4行横4列以上に配置されていても良い。   The detection device 2 of the present embodiment is different from the detection device 1 described in the above-described first embodiment in that a plurality of pressure sensors 12 are arranged in at least four rows and four columns in two directions orthogonal to each other. In FIG. 7, for the sake of convenience, a plurality of pressure sensors 12 are arranged in four rows and four columns per unit detection area S. Actually, as shown in FIG. The area S may be arranged in four rows and four columns or more.

図7(a)に示す様に、検出装置2は、基準点Pの回りに複数個配置された圧力センサー12を有する第一基板10と、先端部が第一基板10に当接している突起22が形成された第二基板20と、を備えている。又、図7(b)に示す様に、複数の圧力センサー12は、互いに直交する二方向(X方向及びY方向)に縦4行横4列に計16個配置されている。これら16個の圧力センサー12の中心(単位検出領域Sの中心)が基準点Pとなっており、基準点Pの(X、Y)座標は重心Gの(X、Y)座標にほぼ一致している。   As shown in FIG. 7A, the detection device 2 includes a first substrate 10 having a plurality of pressure sensors 12 arranged around the reference point P, and a protrusion whose tip is in contact with the first substrate 10. And a second substrate 20 having 22 formed thereon. Further, as shown in FIG. 7B, a plurality of pressure sensors 12 are arranged in a total of 16 in 4 rows and 4 columns in two directions (X direction and Y direction) orthogonal to each other. The center of these 16 pressure sensors 12 (the center of the unit detection region S) is a reference point P, and the (X, Y) coordinates of the reference point P substantially coincide with the (X, Y) coordinates of the center of gravity G. ing.

図8は、図4に対応した、実施形態2に係わる単位検出領域Sの座標系を示す図である。尚、図8において、複数の圧力センサーSi(12)(100個)が行列状に配置されており、このうちの25の圧力センサーSi(12)がそれぞれ−X方向及び+Y方向に区画された領域、+X方向及び+Y方向に区画された領域、−X方向及び−Y方向に区画された領域、+X方向及び−Y方向に区画された領域に配置されている。また、図8においては、便宜上、100個の圧力センサーSi(12)を図示しているが、圧力センサーSi(12)の配置数はこれに限らず任意に変更する事ができる。   FIG. 8 is a diagram illustrating a coordinate system of the unit detection region S according to the second embodiment corresponding to FIG. In FIG. 8, a plurality of pressure sensors Si (12) (100) are arranged in a matrix, and 25 of these pressure sensors Si (12) are partitioned in the −X direction and the + Y direction, respectively. It is arranged in a region, a region partitioned in the + X direction and the + Y direction, a region partitioned in the −X direction and the −Y direction, and a region partitioned in the + X direction and the −Y direction. Further, in FIG. 8, for convenience, 100 pressure sensors Si (12) are illustrated, but the number of pressure sensors Si (12) is not limited to this and can be arbitrarily changed.

図8に示す様に、複数の圧力センサーSi(12)は、単位検出領域S当たり縦10行横10列に計100個配置されている。ここで、各圧力センサーSi(12)が検出する圧力値(検出値)をそれぞれPi(i=1〜100)、基準点Pと各圧力センサーSi(12)との間の距離の面内方向成分をri(i=1〜100)とする。また、面内方向成分のうちX方向成分をrxi(i=1〜100)、面内方向成分のうちY方向成分をryi(i=1〜100)とすると、外力のX方向成分Fx(外力の面内方向成分のうちX方向に作用する分力)は以下の式(4)で表される。   As shown in FIG. 8, a plurality of pressure sensors Si (12) are arranged in a total of 100 per unit detection area S in 10 rows and 10 columns. Here, the pressure value (detection value) detected by each pressure sensor Si (12) is Pi (i = 1 to 100), and the in-plane direction of the distance between the reference point P and each pressure sensor Si (12) Let the component be ri (i = 1 to 100). Further, when the X direction component of the in-plane direction component is rxi (i = 1 to 100) and the Y direction component of the in-plane direction component is ryi (i = 1 to 100), the X direction component Fx (external force) of the external force Of the in-plane direction component) is expressed by the following formula (4).

Figure 2013113760
Figure 2013113760

また、外力のY方向成分Fy(外力の面内方向成分のうちY方向に作用する分力)は以下の式(5)で表される。   Further, the Y direction component Fy of the external force (a component force acting in the Y direction among the in-plane direction components of the external force) is expressed by the following equation (5).

Figure 2013113760
Figure 2013113760

尚、式(4)及び式(5)のgは検出装置2に固有な比例定数で力/長さの単位を有する。また、外力のZ方向成分Fz(外力の垂直方向成分)は以下の式(6)で表される。式(6)のAは、一つの圧力センサー12の面積である。   In the equations (4) and (5), g is a proportionality constant inherent to the detection device 2 and has a unit of force / length. Further, the Z direction component Fz of the external force (vertical direction component of the external force) is expressed by the following formula (6). A in Expression (6) is the area of one pressure sensor 12.

Figure 2013113760
Figure 2013113760

本実施形態では、外力の成分を検出する際に法線成分Fzに関しては式(6)を用い、滑り力に関しては式(4)及び式(5)を用いる。滑り力の検出に関しては、次の手順を踏む。まず、検出面上で第一軸(例えばX軸)と第二軸(例えばY軸)とを定める。第一軸に沿った滑り力の成分を検出するには、各圧力センサー12で検出された圧力値を距離の第一軸成分で重み付けし、これら重み付けされた圧力値(第一モーメントと称する)の総和を用いて所定の演算をする事で求める。同様に、第二軸に沿った滑り力の成分を検出するには、各圧力センサー12で検出された圧力値を距離の第二軸成分で重み付けし、これら重み付けされた圧力値(第二モーメントと称する)の総和を用いて所定の演算をする事で求める。所定の演算の一例としては、重み付けされた圧力値の総和(第一モーメントの総和や第二モーメントの総和)を、総ての圧力センサー12で検出された圧力値の総和にて除し、検出装置2に固有な比例定数gを乗ずる。   In this embodiment, when detecting the component of the external force, the equation (6) is used for the normal component Fz, and the equations (4) and (5) are used for the sliding force. The following steps are taken to detect slip force. First, a first axis (for example, X axis) and a second axis (for example, Y axis) are defined on the detection surface. In order to detect the component of the sliding force along the first axis, the pressure value detected by each pressure sensor 12 is weighted by the first axis component of the distance, and these weighted pressure values (referred to as first moments). It is obtained by performing a predetermined calculation using the sum of. Similarly, in order to detect the component of the sliding force along the second axis, the pressure value detected by each pressure sensor 12 is weighted by the second axis component of the distance, and these weighted pressure values (second moments) are detected. It is obtained by performing a predetermined calculation using the sum of As an example of the predetermined calculation, the sum of the weighted pressure values (the sum of the first moments and the sum of the second moments) is divided by the sum of the pressure values detected by all the pressure sensors 12 and detected. Multiply by a proportionality constant g specific to the device 2.

式(4)に示す様に、第一軸をX軸とし、外力のX方向成分Fxを求めるには、100個の圧力センサーSi(12)で検出された圧力値を用いて100個の第一モーメントを求めて和を取り、これを総ての圧力センサー12で検出された圧力値の総和にて除し、検出装置2に固有な比例定数gを乗ずる。   As shown in the equation (4), in order to obtain the X-direction component Fx of the external force with the first axis as the X axis, 100 pressure values detected by the 100 pressure sensors Si (12) are used. One moment is obtained and summed, and this sum is divided by the sum of the pressure values detected by all the pressure sensors 12 and multiplied by a proportional constant g unique to the detection device 2.

同様に、式(5)に示す様に、第二軸をY軸とし、外力のY方向成分Fyを求めるには、100個の圧力センサーSi(12)の圧力値を用いて100個の第二モーメントを求めて和を取り、これを総ての圧力センサー12で検出された圧力値の総和にて除し、検出装置2に固有な比例定数gを乗ずる。   Similarly, as shown in Expression (5), in order to obtain the Y-direction component Fy of the external force with the second axis as the Y-axis, 100 pressure sensors Si (12) are used to calculate the 100th The two moments are obtained and summed, and the sum is divided by the sum of the pressure values detected by all the pressure sensors 12 and multiplied by a proportional constant g unique to the detection device 2.

式(6)に示す様に、外力のZ方向成分Fzを求めるには、100個の圧力センサーSi(12)で検出された圧力値を足し合わせ、これに一つの圧力センサー12の面積Aを乗ずる。但し、外力のZ方向成分Fzは、外力のX方向成分Fx及び外力のY方向成分Fyに比べて検出値が大きく検出される傾向がある。この為、外力のZ方向成分Fzの検出値を、外力のX方向成分Fx及び外力のY方向成分Fyの検出値の感度と揃えるには、第一基板10の材質や突起22や形状によって決定される補正係数で検出値を適宜補正する必要がある。具体的には、こうした影響を正しく補正する様に検出装置2に固有な比例定数gが定められる。   As shown in the equation (6), in order to obtain the Z direction component Fz of the external force, the pressure values detected by the 100 pressure sensors Si (12) are added, and the area A of one pressure sensor 12 is added thereto. Take a ride. However, the detected value of the Z direction component Fz of the external force tends to be detected larger than the X direction component Fx of the external force and the Y direction component Fy of the external force. For this reason, in order to align the detected value of the Z direction component Fz of the external force with the sensitivity of the detected values of the X direction component Fx of the external force and the Y direction component Fy of the external force, it is determined by the material of the first substrate 10, the protrusion 22 and the shape. It is necessary to appropriately correct the detected value with the correction coefficient. Specifically, a proportionality constant g unique to the detection apparatus 2 is determined so as to correct such an influence correctly.

本実施形態の検出装置2によれば、複数の圧力センサー12が互いに直交する二方向に少なくとも縦4行横4列に配置されているので、配置される圧力センサー12の数が多くなる。この為、多数の圧力センサー12で検出された圧力値に基づいて、外力の作用する方向と大きさとをより正確に求める事ができる。   According to the detection device 2 of the present embodiment, since the plurality of pressure sensors 12 are arranged in at least 4 rows and 4 columns in two directions orthogonal to each other, the number of pressure sensors 12 to be arranged increases. For this reason, based on the pressure values detected by the large number of pressure sensors 12, the direction and magnitude of the external force can be obtained more accurately.

尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加える事が可能である。変形例を以下に述べる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and improvements can be added to the above-described embodiment. A modification will be described below.

(変形例1)
図9は、変形例1に係わる第一基板の概略構成を示す図であり、(a)は断面図で、(b)は平面図である。次に図9を参照して、変形例1に係わる第一基板10を説明する。図2に示す実施形態1では、対向基板13が設けられていたが、これは必須ではなく、本変形例では対向基板13を省いている。図9(a)に示す様に、第一基板10は第一基板本体11と感圧材料14とを備える。感圧材料14は第一基板本体11の裏面に接着され、第一基板本体11の表面が検出面である。突起22は直に感圧材料14に当接する。実施形態1と同様に、第一基板本体11と感圧材料14とは可撓性を有する物質であるので、第一基板10は可撓性を有する。尚、第一基板10としては、上述の構造を反対にしても良い。即ち、感圧材料14を第一基板本体11の表面に接着し、感圧材料14の表面を検出面とし、第一基板本体11の裏面に突起22が当接する様に配置しても良い。
(Modification 1)
FIG. 9 is a diagram illustrating a schematic configuration of a first substrate according to the first modification, where (a) is a cross-sectional view and (b) is a plan view. Next, with reference to FIG. 9, the 1st board | substrate 10 concerning the modification 1 is demonstrated. In the first embodiment shown in FIG. 2, the counter substrate 13 is provided. However, this is not essential, and the counter substrate 13 is omitted in this modification. As shown in FIG. 9A, the first substrate 10 includes a first substrate body 11 and a pressure sensitive material 14. The pressure sensitive material 14 is bonded to the back surface of the first substrate body 11, and the surface of the first substrate body 11 is a detection surface. The protrusion 22 directly contacts the pressure sensitive material 14. As in the first embodiment, the first substrate body 11 and the pressure-sensitive material 14 are flexible materials, so the first substrate 10 has flexibility. The first substrate 10 may have the above-described structure reversed. That is, the pressure-sensitive material 14 may be adhered to the surface of the first substrate body 11, the surface of the pressure-sensitive material 14 may be used as a detection surface, and the protrusion 22 may be in contact with the back surface of the first substrate body 11.

第一基板10は第一電極配線211と第二電極配線212とを備え、第一電極配線211も第二電極配線212も第一基板本体11の裏面に形成される。従って、第一基板10の水平方向(XY平面に平行な方向)に関する感圧材料14の電気特性が検出される。一方、平面視においては、図9(b)に示される様に、第一電極配線211と第二電極配線212とは、帯状で、ほぼ平行となる様に配置される。第一電極配線211と第二電極配線212とに挟まれた四角形が一つの圧力センサー12となる。本変形例では感圧材料14として、感圧導電性弾性体が用いられているので、圧力センサー12は、水平方向の電気抵抗Rを計測する。但し、圧力センサー12の方式については特に限定される事なく、この他に例えば、静電容量方式等を用いる事ができる。検出感度を高めるには、隣り合う圧力センサー12で、同極性となる電極配線が隣接するように配置するのが好ましい。即ち、第一電極配線211も第二電極配線212もY軸に平行なので、圧力センサーS1(12)とS3(12)では、圧力センサー12の内で第一電極配線211が右側(X軸の正の側)に設けられ、第二電極配線212が左側(X軸の負の側)に設けられている。これに対して、圧力センサーS2(12)とS4(12)では、圧力センサー12の内で第一電極配線211が左側(X軸の負の側)に設けられ、第二電極配線212が右側(X軸の正の側)に設けられている。尚、圧力センサー12の数が増えた際には、第一電極配線211や第二電極配線212と、外部の演算装置とを結ぶ配線を圧力センサー12間の隙間や第一基板本体11の外周部に設ける事ができる。   The first substrate 10 includes a first electrode wiring 211 and a second electrode wiring 212, and both the first electrode wiring 211 and the second electrode wiring 212 are formed on the back surface of the first substrate body 11. Therefore, the electrical characteristics of the pressure-sensitive material 14 in the horizontal direction (direction parallel to the XY plane) of the first substrate 10 are detected. On the other hand, in the plan view, as shown in FIG. 9B, the first electrode wiring 211 and the second electrode wiring 212 are strip-shaped and arranged so as to be substantially parallel. A square sandwiched between the first electrode wiring 211 and the second electrode wiring 212 is one pressure sensor 12. In this modification, a pressure-sensitive conductive elastic body is used as the pressure-sensitive material 14, so the pressure sensor 12 measures the horizontal electric resistance R. However, the method of the pressure sensor 12 is not particularly limited, and for example, a capacitance method or the like can be used. In order to increase the detection sensitivity, it is preferable that the adjacent pressure sensors 12 are arranged so that electrode wirings having the same polarity are adjacent to each other. That is, since both the first electrode wiring 211 and the second electrode wiring 212 are parallel to the Y-axis, the first electrode wiring 211 is on the right side (X-axis of the pressure sensor 12 in the pressure sensors S1 (12) and S3 (12). The second electrode wiring 212 is provided on the left side (the negative side of the X axis). On the other hand, in the pressure sensors S2 (12) and S4 (12), the first electrode wiring 211 is provided on the left side (negative side of the X axis) in the pressure sensor 12, and the second electrode wiring 212 is on the right side. (On the positive side of the X axis). When the number of pressure sensors 12 increases, the wiring connecting the first electrode wiring 211 or the second electrode wiring 212 and an external arithmetic unit is connected to the gap between the pressure sensors 12 or the outer periphery of the first substrate body 11. Can be provided in the part.

本変形例に示す様に、対向基板13は省略できるので、容易に第一基板10を製造することが出来る。   As shown in this modification, the counter substrate 13 can be omitted, so that the first substrate 10 can be easily manufactured.

(電子機器)
検出装置1乃至2は、検出面に加えられた外力の大きさと方向とを検出するタッチパッド等に使用され、例えば、ノートパソコン等の電子機器においてマウスの代わりのポインティングデバイスとして用いられる。この際に、電子機器は筐体を備え、第二基板20は筐体の一部をなしている事が好ましい。即ち、筐体が第二基板本体21を兼用しており、筐体に直に突起22が設けられていても良い。こうする事で検出装置1乃至2が故障した際に、第一基板10を交換する事で、容易に修理が完了するからである。
(Electronics)
The detection devices 1 and 2 are used as a touch pad or the like that detects the magnitude and direction of an external force applied to the detection surface, and are used as a pointing device instead of a mouse in an electronic device such as a notebook computer. At this time, it is preferable that the electronic device includes a housing, and the second substrate 20 forms a part of the housing. That is, the housing may also serve as the second substrate body 21, and the protrusion 22 may be provided directly on the housing. This is because the repair can be easily completed by replacing the first substrate 10 when the detection devices 1 and 2 fail.

図10は、上記実施形態に係わる検出装置1乃至2、又は、上記変形例に記述された第一基板10を用いた検出装置1乃至2、を適用した携帯電話機の概略構成を示す模式図である。携帯電話機1000は、複数の操作ボタン1003及びスクロール装置1002、並びに表示部としての液晶パネル1001、を備えている。検出装置1は平面状のスクロール装置1002に用いられ、スクロール装置1002を操作する事によって、液晶パネル1001に表示される画面がスクロールされる。液晶パネル1001にはメニューアイコン(図示略)が表示される。例えば、スクロール装置1002を操作して、電話帳のメニューアイコンを選択すると、液晶パネル1001に電話帳が表示されたりする。   FIG. 10 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a mobile phone to which the detection devices 1 and 2 according to the embodiment or the detection devices 1 and 2 using the first substrate 10 described in the modification are applied. is there. The cellular phone 1000 includes a plurality of operation buttons 1003, a scroll device 1002, and a liquid crystal panel 1001 as a display unit. The detection device 1 is used in a planar scroll device 1002, and the screen displayed on the liquid crystal panel 1001 is scrolled by operating the scroll device 1002. A menu icon (not shown) is displayed on the liquid crystal panel 1001. For example, when the scroll device 1002 is operated to select a phone book menu icon, the phone book is displayed on the liquid crystal panel 1001.

図11は、上記実施形態に係わる検出装置1乃至2、又は、上記変形例に記述された第一基板10を用いた検出装置1乃至2、を適用した携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assistants)の概略構成を示す模式図である。携帯情報端末2000は、複数の操作ボタン2002及びタッチパッド2003、並びに表示部として液晶パネル2001を備えている。検出装置1はタッチパッド2003に用いられ、タッチパッド2003を操作する事によって、液晶パネル1001に表示されるポインターが移動されたり、或いはメニューが選択されたりする。例えば、タッチパッド2003を介してポインターを住所録メニューアイコン(図示略)に移動させ、そこで選択動作を施す事に依り、住所録が表示される。   FIG. 11 shows a personal digital assistant (PDA) to which the detection devices 1 and 2 according to the above embodiment or the detection devices 1 and 2 using the first substrate 10 described in the modification are applied. It is a schematic diagram which shows schematic structure of these. The portable information terminal 2000 includes a plurality of operation buttons 2002, a touch pad 2003, and a liquid crystal panel 2001 as a display unit. The detection device 1 is used for a touch pad 2003, and by operating the touch pad 2003, a pointer displayed on the liquid crystal panel 1001 is moved or a menu is selected. For example, the address book is displayed by moving the pointer to the address book menu icon (not shown) via the touch pad 2003 and performing a selection operation there.

このような電子機器によれば、上述した検出装置1乃至2を備えているので、外力の方向と大きさを高い精度で検出する電子機器を提供する事ができる。又、検出装置1乃至2が故障した際には、容易に修理を施す事ができる。   According to such an electronic device, since the above-described detection devices 1 and 2 are provided, an electronic device that detects the direction and magnitude of the external force with high accuracy can be provided. In addition, when the detection devices 1 and 2 are out of order, repair can be easily performed.

尚、電子機器としては、この他にも、例えばパーソナルコンピューター、ビデオカメラのモニター、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、デジタルスチルカメラ、タッチパネルを備えた機器等が挙げられる。これらの電子機器に対しても、本発明に係わる検出装置1乃至2を適用させる事ができる。   Other electronic devices include personal computers, video camera monitors, car navigation devices, pagers, electronic notebooks, calculators, word processors, workstations, videophones, POS terminals, digital still cameras, and touch panels. Equipment and the like. The detection devices 1 and 2 according to the present invention can also be applied to these electronic devices.

(ロボット)
図12は、上記実施形態に係わる検出装置1乃至2、又は、上記変形例に記述された第一基板10を用いた検出装置1乃至2、を適用したロボットの概略構成を示す模式図である。図12(a)に示す様に、ロボット3000は、本体部3003及び一対のアーム部3002、並びに検出装置1乃至2を適用した把持部3001を備えている。例えば、リモコン等の制御装置によりアーム部3002に駆動信号を送信すると、一対のアーム部3002が開閉動作する。ここで、第二基板20が把持部3001の一部をなしていても良い。即ち、把持部3001が第二基板本体21を兼用しており、把持部3001に直に突起22が設けられていても良い。こうする事で検出装置1乃至2が故障した際に、第一基板10を交換する事で、容易に修理が完了するからである。
(robot)
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a robot to which the detection devices 1 and 2 according to the above embodiment or the detection devices 1 and 2 using the first substrate 10 described in the modification are applied. . As shown in FIG. 12A, the robot 3000 includes a main body 3003, a pair of arms 3002, and a grip 3001 to which the detection devices 1 and 2 are applied. For example, when a drive signal is transmitted to the arm unit 3002 by a control device such as a remote controller, the pair of arm units 3002 open and close. Here, the second substrate 20 may form a part of the grip portion 3001. That is, the grip portion 3001 may also be used as the second substrate body 21, and the protrusion 22 may be provided directly on the grip portion 3001. This is because the repair can be easily completed by replacing the first substrate 10 when the detection devices 1 and 2 fail.

図12(b)に示す様に、ロボット3000でコップ等の対象物3010を把持する場合を考える。この時、対象物3010に作用する把持力は把持部3001で圧力として検出される。ロボット3000は、把持部3001として上述した検出装置1乃至2を備えているので、対象物3010の表面(接触面)に垂直な方向の力と併せて重力Mgですべる方向の力(滑り力)を検出する事が可能である。例えば、柔らかい物体を変形させたり滑り易い物体を落としたりしない様に、対象物3010の質感に応じて力を加減しながら把持する事ができる。   As shown in FIG. 12B, consider a case where the robot 3000 holds an object 3010 such as a cup. At this time, the gripping force acting on the object 3010 is detected as a pressure by the gripping unit 3001. Since the robot 3000 includes the detection devices 1 and 2 described above as the gripping unit 3001, a force (sliding force) in a direction sliding with gravity Mg in addition to a force perpendicular to the surface (contact surface) of the object 3010. Can be detected. For example, the object 3010 can be gripped with increasing or decreasing force so as not to deform a soft object or drop a slippery object.

このロボットによれば、上述した検出装置1乃至2を備えているので、把持力の方向と大きさを高い精度で検出する事が可能なロボットを提供する事ができる。   According to this robot, since the above-described detection devices 1 and 2 are provided, it is possible to provide a robot capable of detecting the direction and magnitude of the gripping force with high accuracy.

1…検出装置、2…検出装置、10…第一基板、11…第一基板本体、12…圧力センサー、13…対向基板、14…感圧材料、20…第二基板、21…第二基板本体、22…突起、30…弾性体、211…第一電極配線、212…第二電極配線、1000…携帯電話機、1002…スクロール装置、2000…携帯情報端末、2003…タッチバッド、3000…ロボット、3001…把持部、3010…対象物。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Detection apparatus, 2 ... Detection apparatus, 10 ... 1st board | substrate, 11 ... 1st board | substrate body, 12 ... Pressure sensor, 13 ... Opposite board | substrate, 14 ... Pressure sensitive material, 20 ... 2nd board | substrate, 21 ... 2nd board | substrate Main body, 22 ... projection, 30 ... elastic body, 211 ... first electrode wiring, 212 ... second electrode wiring, 1000 ... mobile phone, 1002 ... scroll device, 2000 ... mobile information terminal, 2003 ... touch pad, 3000 ... robot, 3001 ... Grasping part, 3010 ... Object.

Claims (13)

外力を検出する検出装置であって、
基準点の周りに圧力センサーを複数個配置した第一基板と、
突起を有する第二基板と、を備え、
前記第一基板は可撓性を有し、
前記突起は、前記基準点と重なる位置に重心が位置し、先端部が前記圧力センサーに当接する様に配置されている事を特徴とする検出装置。
A detection device for detecting an external force,
A first substrate having a plurality of pressure sensors arranged around a reference point;
A second substrate having a protrusion,
The first substrate has flexibility;
The detection device, wherein the protrusion is arranged such that a center of gravity is located at a position overlapping with the reference point, and a tip portion is in contact with the pressure sensor.
前記外力が作用する面は、前記第一基板に設けられている事を特徴とする請求項1に記載の検出装置。   The detection apparatus according to claim 1, wherein the surface on which the external force acts is provided on the first substrate. 前記突起は、硬質体で形成されている事を特徴とする請求項1又は2に記載の検出装置。   The detection device according to claim 1, wherein the protrusion is formed of a hard body. 前記第一基板と前記第二基板とは、弾性体を介して接続されている事を特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の検出装置。   4. The detection apparatus according to claim 1, wherein the first substrate and the second substrate are connected via an elastic body. 5. 前記圧力センサーは、前記基準点に対して点対称に配置されている事を特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の検出装置。   The detection device according to claim 1, wherein the pressure sensor is arranged point-symmetrically with respect to the reference point. 前記圧力センサーは、互いに直交する二方向に行列状に配置されている事を特徴とする請求項5に記載の検出装置。   The detection device according to claim 5, wherein the pressure sensors are arranged in a matrix in two directions orthogonal to each other. 前記圧力センサーは、互いに直交する二方向に少なくとも4行4列に配置されている事を特徴とする請求項6に記載の検出装置。   The detection device according to claim 6, wherein the pressure sensors are arranged in at least 4 rows and 4 columns in two directions orthogonal to each other. 前記突起は前記第二基板に複数個形成されており、
前記突起は、互いに離間して配置されている事を特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の検出装置。
A plurality of the protrusions are formed on the second substrate;
The detection device according to claim 1, wherein the protrusions are arranged apart from each other.
前記圧力センサーで検出された圧力値と、前記基準点に対する前記圧力センサーの位置と、を変数とする関数の値を計算すると共に、
前記値を用いて所定の演算を行う演算装置を備える事を特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の検出装置。
Calculating a value of a function having the pressure value detected by the pressure sensor and the position of the pressure sensor with respect to the reference point as variables;
The detection device according to claim 1, further comprising an arithmetic device that performs a predetermined operation using the value.
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の検出装置を備える事を特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the detection device according to claim 1. 筐体を備え、前記第二基板は前記筐体の一部をなしている事を特徴とする請求項10に記載の電子機器。   The electronic apparatus according to claim 10, further comprising a housing, wherein the second substrate forms a part of the housing. 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の検出装置を備える事を特徴とするロボット。   A robot comprising the detection device according to claim 1. 把持部を備え、前記第二基板は前記把持部の一部をなしている事を特徴とする請求項12に記載のロボット。   The robot according to claim 12, further comprising a grip part, wherein the second substrate forms a part of the grip part.
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