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JP7517676B2 - Cloth-type sensor, clothing-type sensor, and robot equipped with clothing-type sensor - Google Patents

Cloth-type sensor, clothing-type sensor, and robot equipped with clothing-type sensor Download PDF

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JP7517676B2
JP7517676B2 JP2020031563A JP2020031563A JP7517676B2 JP 7517676 B2 JP7517676 B2 JP 7517676B2 JP 2020031563 A JP2020031563 A JP 2020031563A JP 2020031563 A JP2020031563 A JP 2020031563A JP 7517676 B2 JP7517676 B2 JP 7517676B2
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clothing
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正秀 松本
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Description

この発明は、布型センサ、服型センサおよび服型センサを装着したロボットに関し、特にたとえば、柔軟な検出部を有する、布型センサ、服型センサおよび服型センサを装着したロボットに関する。 This invention relates to a cloth-type sensor, a clothing-type sensor, and a robot equipped with a clothing-type sensor, and in particular to a cloth-type sensor, a clothing-type sensor, and a robot equipped with a clothing-type sensor, for example, having a flexible detection unit.

この種の従来のロボット一例が特許文献1に開示されている。特許文献1に開示されるロボットは、体表面に対するユーザの接触を検出するための面上のタッチセンサが設置される。より具体的には、ロボットの樹脂材からなる 本体フレームの曲面状に沿って、第2層タッチセンサが設置され、この第2層タッチセンサは、本体フレームとウレタンゴム製の外皮の間に挟まれる。外皮の表面には布製の表皮が貼り付けられ、外被と表皮の間に、外皮の曲面形状に沿って、第1層タッチセンサが設置される。 One example of this type of conventional robot is disclosed in Patent Document 1. The robot disclosed in Patent Document 1 is equipped with a surface touch sensor for detecting a user's contact with the body surface. More specifically, a second layer touch sensor is installed along the curved shape of the robot's resin body frame, and this second layer touch sensor is sandwiched between the body frame and an outer skin made of urethane rubber. A cloth skin is attached to the surface of the outer skin, and a first layer touch sensor is installed between the outer skin and the skin, along the curved shape of the outer skin.

特開2019-72495Patent Publication No. 2019-72495

上記の特許文献1に開示されるロボットでは、ロボット内部の硬い本体フレームにフィルム状の第2層タッチセンサが貼り付けられ、その上に柔らかい外皮が貼り付けられる。このため、人間に酷似した姿形を有するアンドロイドロボットのように、より複雑な構成を有するロボットでは、タッチセンサを内部フレームに貼り付けるのは困難である。また、特許文献1に開示されるロボットでは、タッチセンサが損傷(または、故障)した場合、表皮または/および外皮を剥がして修理を行う必要があり、手間がかかってしまう。さらに、フィルム状のタッチセンサを用いるため、ロボットは、硬い本体フレームを有している必要があり、ぬいぐるみのようなフレームの無い本体を有するロボットには利用することができない。 In the robot disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, a film-like second-layer touch sensor is attached to a hard body frame inside the robot, and a soft outer skin is attached on top of that. For this reason, in a robot with a more complicated configuration, such as an android robot that has an appearance that closely resembles a human, it is difficult to attach a touch sensor to the internal frame. Also, in the robot disclosed in Patent Document 1, if the touch sensor is damaged (or breaks down), it is necessary to peel off the skin and/or outer skin to repair it, which is time-consuming. Furthermore, since a film-like touch sensor is used, the robot must have a hard body frame, and it cannot be used in robots that have a body without a frame, such as stuffed toys.

また、特許文献1に開示されるロボットでは、人間(または、ユーザ)が少なくとも表皮に触れた場合に、タッチされたこと、つつかれたこと、マッサージされたこと、または、叩かれたことを認識するため、人間がロボットに接触する前においては、タッチセンサの出力に基づいて人間がロボットに接近していることを検出することができなかった。このため、特許文献1に開示されるロボットには、カメラ、集音マイクおよび温度センサなどが設けられ、このような他のセンサで検出される画像、音および温度などから人間がロボットに接近していることを検出していた。つまり、人間が接近していることを検出する場合には、複数のセンサを設ける必要があり、コスト高になってしまっていた。 In addition, the robot disclosed in Patent Document 1 recognizes that it has been touched, poked, massaged, or hit when a human (or user) touches at least the epidermis, so it cannot detect that a human is approaching the robot based on the output of the touch sensor before the human touches the robot. For this reason, the robot disclosed in Patent Document 1 is equipped with a camera, a sound-collecting microphone, a temperature sensor, etc., and detects that a human is approaching the robot from the images, sounds, and temperatures detected by these other sensors. In other words, in order to detect that a human is approaching, multiple sensors must be installed, which increases costs.

それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、布型センサ、服型センサおよび服型センサを装着したロボットを提供することである。 Therefore, the primary objective of this invention is to provide a novel cloth-type sensor, clothing-type sensor, and robot equipped with a clothing-type sensor.

また、この発明の他の目的は、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる、布型センサ、服型センサおよび服型センサを装着したロボットを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a cloth-type sensor, a clothing-type sensor, and a robot equipped with a clothing-type sensor that can function as a proximity sensor and a pressure sensor.

第1の発明は、導電性の糸で第1布を編むとともに絶縁性の糸で第2布を編みながら、当該第1布と当該第2布の間を絶縁性の糸で編むことにより、当該第1布と当該第2布が接結され、当該第1布と当該第2布の間に当該絶縁性の糸の層を有する3層構造の導電性布と、第1布と同じ大きさを有し、当該第1布に重ねて貼り付けた絶縁シートと、第1布と電気的に接続された静電容量センサICを備える、布型センサである。 The first invention is a cloth-type sensor comprising a three-layer conductive cloth in which a first cloth is knitted with conductive thread and a second cloth is knitted with insulating thread, and the first cloth and the second cloth are joined together by knitting the space between them with insulating thread, and which has a layer of insulating thread between the first cloth and the second cloth, an insulating sheet having the same size as the first cloth and layered and attached to the first cloth, and a capacitance sensor IC electrically connected to the first cloth.

第2の発明は、第1の発明に従属し、導電性布は、伸縮性を有する。 The second invention is dependent on the first invention, and the conductive cloth has elasticity.

第3の発明は、第1または第2の発明に従属し、絶縁シートが貼り付けられた前記導電性布に所定のパターンの切り込みを入れた。 The third invention is dependent on the first or second invention, and cuts are made in a predetermined pattern into the conductive cloth to which the insulating sheet is attached.

第4の発明は、静電容量センサICと、導電性の糸で第1布を編むとともに絶縁性の糸で第2布を編みながら、当該第1布と当該第2布の間を絶縁性の糸で編むことにより、当該第1布と当該第2布が接結された導電性布と、第1布と同じ大きさを有し、当該第1布に重ねて貼り付けた絶縁シートを備え、絶縁シートが貼り付けられた複数の導電性布を、伸縮性を有する第3布を用いて面状に繋ぎ合わせるとともに服に固定し、複数の導電性布のそれぞれを構成する第1布のそれぞれを、2本1組で逆位相となるように波線状の形状で重ねて第3布に縫い付けられた電線を用いて静電容量センサICに個別に接続した、服型センサである。 A fourth invention is a clothing-type sensor comprising a capacitance sensor IC, a conductive cloth formed by knitting a first cloth with conductive thread and a second cloth with insulating thread while knitting the first cloth and the second cloth with insulating thread to bond the first cloth and the second cloth together, and an insulating sheet having the same size as the first cloth and overlapping and affixed to the first cloth, wherein the multiple conductive cloths with the insulating sheets attached are connected together in a planar shape using a stretchable third cloth and fixed to the clothing , and each of the first cloths constituting the multiple conductive cloths is individually connected to the capacitance sensor IC using electric wires sewn to the third cloth that are overlapped in a wavy line shape so that pairs of first cloths are in opposite phase .

第5の発明は、第4の発明に従属し、導電性布は、伸縮性を有する。 The fifth invention is dependent on the fourth invention, and the conductive cloth has elasticity.

第6の発明は、第4または第5の発明に記載の服型センサを装着した、ロボットである。 The sixth invention is a robot equipped with the clothing-type sensor described in the fourth or fifth invention.

この発明によれば、導電面側の布と非導電面側の布を接結した導電性布の導電面側の布に絶縁テープを貼り付け、導電面側の布と接地電位の導電体の間に発生する静電容量の大きさで、導電体の有無、導電体の接近、導電体の接触および導電体から受ける圧力を検出するので、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる。 According to this invention, insulating tape is affixed to the conductive side of a conductive cloth made by bonding the conductive side and non-conductive side of the cloth, and the presence or absence of a conductor, the approach of a conductor, contact of a conductor, and pressure from a conductor are detected by the magnitude of the electrostatic capacitance generated between the conductive side of the cloth and a conductor at ground potential, so that the device can function as both a proximity sensor and a pressure sensor.

この発明の上述の目的、その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。 The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the embodiments with reference to the drawings.

図1はこの発明の一実施例の布型センサを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a cloth-type sensor according to an embodiment of the present invention. 図2は図1に示す布型センサの検出部の構成の概略を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the outline of the configuration of the detection section of the cloth-type sensor shown in FIG. 図3(A)は図1および図2に示す布型センサの検出部を構成する導電性布の導電面側の布の一部拡大図であり、図3(B)は図1および図2に示す布型センサの検出部を構成する導電性布の非導電面側の布の一部拡大図である。3(A) is a partial enlarged view of the conductive surface side of the conductive cloth that constitutes the detection unit of the cloth-type sensor shown in FIG. 1 and FIG. 2, and FIG. 3(B) is a partial enlarged view of the non-conductive surface side of the conductive cloth that constitutes the detection unit of the cloth-type sensor shown in FIG. 1 and FIG. 2. 図4は図1および図2に示す布型センサの検出部を構成する導電性布の一部拡大図である。FIG. 4 is a partial enlarged view of the conductive cloth constituting the detection portion of the cloth-type sensor shown in FIGS. 図5(A)は図1に示す布型センサが近接センサとして機能する場合の一例を示す図であり、図5(B)は図1に示す布型センサが近接センサとして機能する場合の他の例を示す図であり、図5(C)は図1に示す布型センサが圧力センサとして機能する場合の一例を示す図である。Figure 5 (A) is a diagram showing an example of when the cloth sensor shown in Figure 1 functions as a proximity sensor, Figure 5 (B) is a diagram showing another example of when the cloth sensor shown in Figure 1 functions as a proximity sensor, and Figure 5 (C) is a diagram showing an example of when the cloth sensor shown in Figure 1 functions as a pressure sensor. 図6は図1に示す検出部を複数備える服型センサの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a clothing-type sensor including a plurality of the detection units shown in FIG. 図7(A)は服型センサの前面側の複数の検出部の配置を示す図であり、図7(B)は服型センサの背面側の複数の検出部の配置を示す図である。FIG. 7(A) is a diagram showing the arrangement of multiple detection units on the front side of the clothing-type sensor, and FIG. 7(B) is a diagram showing the arrangement of multiple detection units on the back side of the clothing-type sensor. 図8は図6に示す服型センサを構成する複数の検出部を結合するためのワイヤ付き布の一部拡大図である。FIG. 8 is a partially enlarged view of a cloth with wires for connecting a plurality of detection units that constitute the clothing-type sensor shown in FIG. 図9は図6に示す服型センサを構成する複数の検出部を結合する方法を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a method of connecting a plurality of detection units that constitute the clothing-type sensor shown in FIG. 図10(A)は図6に示す服型センサを装着するアンドロイドロボットの瞼および眼球を動かすアクチュエータを説明するための図であり、図10(B)はアンドロイドロボットの額、眉間および口角を動かすアクチュエータを説明するための図であり、図10(C)はアンドロイドロボットの唇を動かすアクチュエータを説明するための図である。FIG. 10(A) is a diagram for explaining actuators that move the eyelids and eyeballs of an android robot wearing the clothing-type sensor shown in FIG. 6, FIG. 10(B) is a diagram for explaining actuators that move the forehead, eyebrows, and corners of the mouth of the android robot, and FIG. 10(C) is a diagram for explaining actuators that move the lips of the android robot. 図11はアンドロイドロボットの頭部、肩、腰を動かすアクチュエータを説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining actuators that move the head, shoulders, and waist of an android robot. 図12(A)は水を排水することによりに収縮されたチャンバに装着された布型センサの一例を示す図であり、図12(B)は水を給水することにより膨張されたチャンバに装着された布型センサの一例を示す図である。FIG. 12(A) shows an example of a cloth-type sensor attached to a chamber that has been contracted by draining water, and FIG. 12(B) shows an example of a cloth-type sensor attached to a chamber that has been expanded by supplying water. 図13(A)は第1実施例の布型センサにおいて第1パターンの切り込みを入れた検出部を示す図であり、図13(B)は第1実施例の布型センサにおいて第2パターンの切り込みを入れた検出部を示す図であり、図13(C)は第1実施例の布型センサにおいて第3パターン(複合パターン)の切り込みを入れた検出部を示す図である。FIG. 13(A) is a diagram showing a detection portion in the cloth type sensor of the first embodiment with a first pattern cut, FIG. 13(B) is a diagram showing a detection portion in the cloth type sensor of the first embodiment with a second pattern cut, and FIG. 13(C) is a diagram showing a detection portion in the cloth type sensor of the first embodiment with a third pattern (composite pattern) cut.

<第1実施例>
図1を参照して、この第1実施例の布型センサ10は、検出部12およびコントローラ14を含み、検出部12とコントローラ14が電気的に接続される。
First Example
Referring to FIG. 1, a cloth-type sensor 10 of the first embodiment includes a detection unit 12 and a controller 14, and the detection unit 12 and the controller 14 are electrically connected to each other.

図2は図1に示す検出部12の構造の概略を示す図である。図2に示すように、検出部12は、層構造を有しており、導電性布20および絶縁テープ22を含む。さらに、導電性布20は、導電面側の布20a(「第1布」に相当する)と非導電面側の布20b(「第2布」に相当する)を接結して構成される。絶縁テープ22は、導電面側の布20aに貼り付けられる。図示は省略するが、図1に示したコントローラ14は、検出部12のうちの導電面側の布20aに電線で接続される。 Figure 2 is a diagram showing an outline of the structure of the detection unit 12 shown in Figure 1. As shown in Figure 2, the detection unit 12 has a layered structure and includes a conductive cloth 20 and an insulating tape 22. Furthermore, the conductive cloth 20 is formed by bonding together a conductive surface side cloth 20a (corresponding to the "first cloth") and a non-conductive surface side cloth 20b (corresponding to the "second cloth"). The insulating tape 22 is attached to the conductive surface side cloth 20a. Although not shown, the controller 14 shown in Figure 1 is connected to the conductive surface side cloth 20a of the detection unit 12 by an electric wire.

図3(A)は導電面側の布20aの一部拡大図であり、図3(B)は非導電面側の布20bの一部拡大図である。また、図4は布型センサ10の検出部12を構成する導電性布20の一部拡大図である。図3(A)、図3(B)および図4を参照しながら、この第1実施例の導電面側の布20a、非導電面側の布20bおよび導電性布20について具体的に説明する。ただし、図3(A)、図3(B)および図4では、導電面側の布20aと非導電面側の布20bを分かり易く示すために、非導電面側の布20bを白抜きの線で示してある。また、図4では、絶縁性の糸20cを点線で示してある。 Figure 3(A) is a partial enlarged view of the conductive surface side cloth 20a, and Figure 3(B) is a partial enlarged view of the non-conductive surface side cloth 20b. Also, Figure 4 is a partial enlarged view of the conductive cloth 20 constituting the detection unit 12 of the cloth-type sensor 10. With reference to Figures 3(A), 3(B) and 4, the conductive surface side cloth 20a, the non-conductive surface side cloth 20b and the conductive cloth 20 of this first embodiment will be specifically described. However, in Figures 3(A), 3(B) and 4, in order to easily show the conductive surface side cloth 20a and the non-conductive surface side cloth 20b, the non-conductive surface side cloth 20b is shown with a hollow line. Also, in Figure 4, the insulating thread 20c is shown with a dotted line.

導電面側の布20aは、導電性の糸を丸編みすることにより作られる。この第1実施例では、導電性の糸は、ナイロン銀メッキ糸である。非導電面側の布20bは、絶縁性の糸を丸編みすることにより作られる。この第1実施例では、絶縁性の糸は、ポリエステル糸である。 The conductive side cloth 20a is made by circular knitting conductive yarn. In this first embodiment, the conductive yarn is silver-plated nylon yarn. The non-conductive side cloth 20b is made by circular knitting insulating yarn. In this first embodiment, the insulating yarn is polyester yarn.

図4に示すように、導電性布20は、接結天竺編みすることにより作られる。つまり、導電性布20は、導電面側の布20aと非導電面側の布20bを編みながら、それらの間をポリエステル糸のような絶縁性の糸20cで編むことにより、導電面側の布20aと非導電面側の布20bが接結される。したがって、導電性布20は、導電面側の布20aと非導電面側の布20bとその間の絶縁性の糸20cの三層構造になっている。ただし、図2では、導電面側の布20aと非導電面側の布20bを接結するための絶縁性の糸20cの層については省略してある。 As shown in FIG. 4, the conductive cloth 20 is made by knitting the conductive side cloth 20a and the non-conductive side cloth 20b with an insulating thread 20c such as polyester thread between them, so that the conductive side cloth 20a and the non-conductive side cloth 20b are knitted together. Therefore, the conductive cloth 20 has a three-layer structure consisting of the conductive side cloth 20a, the non-conductive side cloth 20b, and the insulating thread 20c between them. However, in FIG. 2, the layer of insulating thread 20c for knitting the conductive side cloth 20a and the non-conductive side cloth 20b is omitted.

なお、この第1実施例では、接結天竺編みにより導電性布20を作るようにしてあるが、導電面側の布20aと非導電面側の布20bの2枚の布を別々に作り、それらを面で合わせるように絶縁性の糸20cでくっつけるようにしてもよい。 In this first embodiment, the conductive cloth 20 is made by bonded jersey knitting, but it is also possible to make two pieces of cloth, the conductive side cloth 20a and the non-conductive side cloth 20b, separately and then attach them together with insulating thread 20c so that their surfaces meet.

また、この第1実施例では、導電性布20に伸縮性を持たせるために、導電面側の布20aおよび非導電面側の布20bを丸編みで作るようにしたが、これに限定される必要はない。導電面側の布20aおよび非導電面側の布20bは、緯(ヨコ)編みまたは経(タテ)編みで作るようにしてもよい。かかる場合にも、導電性布20に伸縮性を持たせることができる。 In addition, in this first embodiment, in order to give the conductive cloth 20 elasticity, the conductive surface side cloth 20a and the non-conductive surface side cloth 20b are made by circular knitting, but this does not have to be limited to this. The conductive surface side cloth 20a and the non-conductive surface side cloth 20b may also be made by weft knitting or warp knitting. In such cases, the conductive cloth 20 can also be made elastic.

絶縁テープ22は、絶縁性のシートの片面に粘着剤を塗布したものである。絶縁性のシートは、ナイロンで形成される。絶縁テープ22としては、一例として、KAWAGUCHI社製の「ナイロン用 補修シート シールタイプ」を使用することができる。 The insulating tape 22 is an insulating sheet with an adhesive applied to one side. The insulating sheet is made of nylon. As an example of the insulating tape 22, "Nylon Repair Sheet Seal Type" manufactured by KAWAGUCHI Corporation can be used.

コントローラ14は、静電容量センサICとも呼ばれ、導電面側の布20aと接地電位の導電性の物体の間に発生する静電容量を検出する。コントローラ14には、電源から直流電圧が供給され、これを用いて静電容量を検出する。簡単に説明すると、コントローラ14は、所定期間(たとえば、5秒)毎に静電容量を検出し、この所定期間のうちの先の期間(たとえば、2.5秒)において、導電面側の布20aに所定値の直流電圧を印加し、その所定期間のうちの残りの期間において、導電面側の布20aが放電するときの電圧値を検出することにより、静電容量を算出する。静電容量を算出する機能を有するコントローラ14としては、一例として、マイクロチップ・テクノロジー・ジャパン株式会社製のマイクロコントローラ(型番:PIC16F1847)を使用することができる。 The controller 14 is also called a capacitance sensor IC, and detects the capacitance generated between the conductive surface side cloth 20a and a conductive object at ground potential. A DC voltage is supplied to the controller 14 from a power source, and the controller 14 uses this voltage to detect the capacitance. In simple terms, the controller 14 detects the capacitance every predetermined period (e.g., 5 seconds), applies a predetermined DC voltage to the conductive surface side cloth 20a during the first period (e.g., 2.5 seconds) of the predetermined period, and calculates the capacitance by detecting the voltage value when the conductive surface side cloth 20a discharges during the remaining period of the predetermined period. As an example of the controller 14 having the function of calculating the capacitance, a microcontroller (model number: PIC16F1847) manufactured by Microchip Technology Japan Co., Ltd. can be used.

上記のような構成の布型センサ10は、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる。図5(A)は近接センサとして機能する場合の一例を示し、図5(B)近接センサとして機能する場合の他の例を示し、図5(C)は圧力センサとして機能する場合の一例を示す。ただし、図5(A)-図5(C)では、コントローラ14を省略してある。 The cloth sensor 10 configured as described above can function as a proximity sensor and a pressure sensor. Figure 5(A) shows an example of when it functions as a proximity sensor, Figure 5(B) shows another example of when it functions as a proximity sensor, and Figure 5(C) shows an example of when it functions as a pressure sensor. However, the controller 14 is omitted in Figures 5(A) to 5(C).

図5(A)に示すように、接地電位の人間(図では、人間の手または指)が検出部12の絶縁テープ22に近づくと、導電面側の布20a(検出部12)と人間の間に静電容量Cが発生する。検出部12の面積Sは5cm×10cmであり、実験では、検出部12と人間の手の距離Dが約50cmのときに、静電容量Cが発生することが確認された。 As shown in FIG. 5(A), when a human (in the figure, a human hand or finger) at ground potential approaches the insulating tape 22 of the detection unit 12, a capacitance C is generated between the conductive surface side of the cloth 20a (detection unit 12) and the human. The area S of the detection unit 12 is 5 cm x 10 cm, and experiments have confirmed that capacitance C is generated when the distance D between the detection unit 12 and the human hand is approximately 50 cm.

人間が検出部12に近づくと、静電容量Cは大きくなり、図5(B)に示すように、人間が検出部12に触れたときに、静電容量Cは最大値Cmaxとなる。このことは、静電容量Cを求める数式(数1)からも明らかである。ただし、εは誘電率であり、第1実施例では、空気と絶縁テープ22の材料によって決定される。 When a person approaches the detection unit 12, the capacitance C increases, and as shown in Fig. 5B, when the person touches the detection unit 12, the capacitance C reaches a maximum value Cmax . This is also clear from the formula (Formula 1) for calculating the capacitance C, where ε is the dielectric constant, which is determined by the air and the material of the insulating tape 22 in the first embodiment.

[数1]
C=ε×S/D
このように、静電容量Cが発生すると、人間などの導電体が検出部12の近くの所定範囲内に存在することが検出され、静電容量Cが大きくなるにつれて、導電体との距離Dが短くなっている(接近している)ことが検出される。つまり、布型センサ10は近接センサとして機能する。さらに、静電容量Cが最大値Cmaxになったときに、人間が検出部12に接触したことが検出される。つまり、布型センサ10は接触センサとしても機能する。
[Equation 1]
C = ε × S/D
In this way, when capacitance C occurs, it is detected that a conductor such as a human is present within a predetermined range near the detection unit 12, and as capacitance C increases, it is detected that the distance D to the conductor is shortening (approaching). That is, the cloth sensor 10 functions as a proximity sensor. Furthermore, when capacitance C reaches a maximum value Cmax , it is detected that a human has come into contact with the detection unit 12. That is, the cloth sensor 10 also functions as a contact sensor.

ただし、静電容量Cが最大値Cmaxになった場合であっても、上記のとおり、検出部12は絶縁テープ22を有しているため、人間と導電面側の布20aとの距離Dは0ではない。したがって、図5(C)に示すように、人間が検出部12を押圧すると、絶縁テープ22の厚みが多少変化し、つまり、距離Dがさらに小さくなる。このため、人間が検出部12に接触している場合には、さらに静電容量Cが変化することによって、人間が検出部12に与える圧力が検出される。つまり、布型センサ10は圧力センサとしても機能する。したがって、後述するように、ロボット100に服型センサ50を装着した場合には、人間がロボット100を叩いたり、ロボット100の腕などを掴んだりしたときの力の強さを知ることができる。 However, even when the capacitance C reaches the maximum value Cmax , the distance D between the human and the conductive surface side cloth 20a is not 0 because the detection unit 12 has the insulating tape 22 as described above. Therefore, as shown in FIG. 5C, when the human presses the detection unit 12, the thickness of the insulating tape 22 changes slightly, that is, the distance D becomes even smaller. Therefore, when the human is in contact with the detection unit 12, the capacitance C changes further, and the pressure applied by the human to the detection unit 12 is detected. In other words, the cloth sensor 10 also functions as a pressure sensor. Therefore, when the clothing sensor 50 is attached to the robot 100 as described later, it is possible to know the strength of the force when the human hits the robot 100 or grabs the arm of the robot 100.

なお、上記の最大値Cmaxは、布型センサ10が近接センサとして機能する場合の最大値であって、布型センサ10を圧力センサとして機能する場合の最大値は最大値Cmaxよりも大きい。 The above maximum value Cmax is the maximum value when the cloth sensor 10 functions as a proximity sensor, and the maximum value when the cloth sensor 10 functions as a pressure sensor is greater than the maximum value Cmax .

この第1実施例の布型センサ10は、単体で使用することも可能であるが、複数用いることにより、服型センサ50を作ることができる。 The cloth sensor 10 of this first embodiment can be used alone, but by using multiple sensors, a clothing sensor 50 can be created.

図6(A)は服型センサ50を前面側から見た概略図の一例であり、図6(Bは服型センサ50を背面側から見た概略図の一例である。図6(A)および図6(B)では、複数の検出部12を服(ここでは、長袖の上着)の外側(表側)に記載してあるが、実際には、デザインを損なわないために、服の内側(裏側)に設けられる。また、検出部12は、服の内側に収まるように配置される。ただし、複数の検出部12は、服の外側に設けられてもよい。また、複数の検出部12は、服の外側と内側の生地の間に設けられてもよい。 Figure 6(A) is an example of a schematic diagram of the clothing-type sensor 50 viewed from the front side, and Figure 6(B) is an example of a schematic diagram of the clothing-type sensor 50 viewed from the back side. In Figures 6(A) and 6(B), the multiple detection units 12 are shown on the outside (front side) of the clothing (here, a long-sleeved jacket), but in reality, they are provided on the inside (back side) of the clothing so as not to spoil the design. Also, the detection units 12 are positioned so as to fit inside the clothing. However, the multiple detection units 12 may be provided on the outside of the clothing. Also, the multiple detection units 12 may be provided between the outer and inner fabrics of the clothing.

図6(A)および図6(B)に示すように、第1実施例では、服型センサ50は、長袖の上着の各腕の部分に9個(または、チャネル)、その上着の胴体の前面側に33個およびその上着の胴体の背面側に29個の計80個の布型センサ10を備えている。ただし、第1実施例で使用するマイクロコントローラには、最大で9個の検出部12を接続することができるため、服型センサ50は、80個の検出部12と9個のコントローラ14で構成される。なお、80個以上の検出部12を接続可能なマイクロコントローラを使用すれば、コントローラ14は1個でもよい。 As shown in Figures 6(A) and 6(B), in the first embodiment, the clothing sensor 50 has a total of 80 cloth sensors 10, including 9 sensors (or channels) on each arm of a long-sleeved jacket, 33 sensors on the front side of the torso of the jacket, and 29 sensors on the back side of the torso of the jacket. However, since a maximum of nine detection units 12 can be connected to the microcontroller used in the first embodiment, the clothing sensor 50 is composed of 80 detection units 12 and nine controllers 14. Note that if a microcontroller capable of connecting 80 or more detection units 12 is used, only one controller 14 may be required.

この第1実施例では、処理負荷を軽減するために、同じ大きさの検出部12を用いるようにしてあるが、検出部12の大きさまたは/および形状は適宜変更することもできる。 In this first embodiment, in order to reduce the processing load, the same size detection units 12 are used, but the size and/or shape of the detection units 12 can be changed as appropriate.

左腕の部分および右腕の部分は、それぞれ、9個の検出部12が一列に並べて連結される。胴体の前面側では、胸部と腹部に相当する部分において、27個の検出部12が長方形の面を形成するように連結され、鎖骨と肩に相当する部分の6個の検出部12がその長方形の面の上部に連結される。胴体の背面側ででは、背中に相当する部分において、27個の検出部12が長方形の面を形成するように連結され、その長方形の面の上部に2個の検出部12が横に並べて連結される。 Nine detection units 12 are connected in a row in each of the left and right arm sections. On the front side of the torso, in the area corresponding to the chest and abdomen, 27 detection units 12 are connected to form a rectangular surface, and six detection units 12 in the area corresponding to the collarbone and shoulders are connected to the top of that rectangular surface. On the rear side of the torso, in the area corresponding to the back, 27 detection units 12 are connected to form a rectangular surface, and two detection units 12 are connected side by side to the top of the rectangular surface.

図6(A)および図6(B)では省略するが、隣接する検出部12の間には、伸縮性を有する帯状の布60(「第3布」に相当する)が設けられ、この帯状の布60を介して隣接する検出部12が面状に(または、並べて)繋ぎ合わ(または、結合)され、布状の検出部12群が作られる。ただし、両腕のそれぞれと、胴体の前側と、胴体の後側の布状の検出部12群は個別に上着の服の内側に貼り付けたり、縫い付けたりすることにより、固定される。また、複数の検出部12は、絶縁テープ22が外側を向き、非導電性の布20bが内側を向くように、服に固定される。さらに、帯状の布60は絶縁性の布である。 Although not shown in Figures 6(A) and 6(B), a stretchable strip of cloth 60 (corresponding to the "third cloth") is provided between adjacent detection units 12, and adjacent detection units 12 are connected (or joined) in a planar shape (or lined up) via this strip of cloth 60 to create a group of cloth-like detection units 12. However, the groups of cloth-like detection units 12 on each of the arms, the front side of the torso, and the back side of the torso are fixed individually by attaching or sewing them to the inside of the jacket. In addition, the multiple detection units 12 are fixed to the clothing so that the insulating tape 22 faces outward and the non-conductive cloth 20b faces inward. Furthermore, the strip of cloth 60 is an insulating cloth.

図1に示したように、検出部12は、コントローラ14に電線で接続される。したがって、上記の帯状の布60のうち、一部の布60には、電線62が縫い付けられている。 As shown in FIG. 1, the detection unit 12 is connected to the controller 14 by an electric wire. Therefore, electric wires 62 are sewn onto a portion of the strip of cloth 60.

図7は電線62が縫い付けられた帯状の布60の一例を示す図である。図7に示すように、布60には、それぞれ波線状の形状にされた4本の電線62が縫い付けられている。ただし、図7では、黒の点線は電線62を布60に縫い付けている糸64である。 Figure 7 shows an example of a strip of cloth 60 with electric wires 62 sewn onto it. As shown in Figure 7, four electric wires 62, each shaped like a wavy line, are sewn onto the cloth 60. However, in Figure 7, the black dotted lines indicate threads 64 that sew the electric wires 62 onto the cloth 60.

また、図7に示すように、4本の電線62は2本ずつの2組に分けられ、各組において、2本の電線62が逆位相の波の形状で重ねて配置され、帯状の布60を縦長に見た場合に、2列に並んでいる。4本の電線62は、それぞれ、ポリ塩化ビニルなどの絶縁性の樹脂で被覆されており、電気的に独立している。 As shown in FIG. 7, the four electric wires 62 are divided into two sets of two, and in each set, two electric wires 62 are arranged overlapping each other in the shape of waves of opposite phases, and are arranged in two rows when the belt-shaped cloth 60 is viewed vertically. Each of the four electric wires 62 is coated with an insulating resin such as polyvinyl chloride, and is electrically independent.

図8は電線62が縫い付けられた帯状の布60で各検出部12が連結されている状態の一例を示す。図8では、検出部12と帯状の布60を区別するために、検出部12に斜線を付している。また、各電線62を区別するために線の種類を変えて示している。なお、図8では、電線62を縫い付けている糸64は省略してある。 Figure 8 shows an example of a state in which each detection unit 12 is connected by a strip of cloth 60 with electric wires 62 sewn onto it. In Figure 8, the detection unit 12 is shaded to distinguish it from the strip of cloth 60. Also, different types of lines are used to distinguish each electric wire 62. Note that the thread 64 with which the electric wires 62 are sewn onto it has been omitted from Figure 8.

図8に示すように、帯状の布60に縫い付けられた4本の電線62は、それぞれ、適宜の長さで切断され、その一方端は、一本ずつ異なる検出部12(導電性面の布20a)に接続される。図8に示す例では、帯状の布60の左側に並ぶ複数(図8では4つ)の検出部12に、当該帯状の布60に縫い付けられた電線62を個別に接続してある。4本の電線62のうち、左側の列の2本の電線62が上から2つ目と3つ目の検出部12にそれぞれ接続され、右側の列の2本の電線62のうちの一本が上から1つ目の検出部12に接続され、図示は省略するが、右側の列の2本の電線62のうちの他方の一本はさらに上の検出部12に接続される。 As shown in FIG. 8, the four electric wires 62 sewn to the strip of cloth 60 are cut to an appropriate length, and one end of each is connected to a different detection unit 12 (conductive cloth 20a). In the example shown in FIG. 8, the electric wires 62 sewn to the strip of cloth 60 are individually connected to a plurality of detection units 12 (four in FIG. 8) lined up on the left side of the strip of cloth 60. Of the four electric wires 62, two electric wires 62 in the left column are connected to the second and third detection units 12 from the top, respectively, one of the two electric wires 62 in the right column is connected to the first detection unit 12 from the top, and the other one of the two electric wires 62 in the right column is connected to an even higher detection unit 12, although this is not shown.

また、図示は省略するが、各電線62の他方端は、コントローラ14に接続される。ただし、電線62(または、検出部12)毎に接続されるコントローラ14のポートは異なる。したがって、服型センサ50では、各検出部12と接地電位の導電体の間に発生する静電容量が個別に検出される。 Although not shown, the other end of each electric wire 62 is connected to the controller 14. However, each electric wire 62 (or each detection unit 12) is connected to a different port of the controller 14. Therefore, in the clothing sensor 50, the capacitance generated between each detection unit 12 and the conductor at ground potential is detected individually.

図8に示す電線62の接続方法は一例であり、限定される必要ない。この第1実施例では、上記のように、縦方向に並ぶように9個の検出部12を連結したため、その列に沿って伸びる帯状の布60に縫い付けられた電線62を接続するようにしただけである。 The method of connecting the electric wires 62 shown in FIG. 8 is one example and does not need to be limited to this. In this first embodiment, as described above, nine detection units 12 are connected in a vertical line, and the electric wires 62 are simply connected to the strip-shaped cloth 60 that extends along the line.

また、図8には、簡単のため、4個の検出部12に4本の電線62を接続する場合について示してあるが、検出部12の数に応じて、電線62が縫い付けられた帯状の布60は隣接する検出部12の間に複数枚並べられる場合もある。 For simplicity, FIG. 8 shows four electric wires 62 connected to four detection units 12, but depending on the number of detection units 12, multiple strips of cloth 60 with electric wires 62 sewn onto them may be arranged between adjacent detection units 12.

このような服型センサ50は、物理空間(または、現実空間)に存在するエージェントの一例であるアンドロイドロボット(以下、単に「ロボット」という)100に装着することができる。ロボット100は、人間に酷似した姿形(外観など)を有する人型ロボットであり(図9(A)、(B)、(C)および図10参照)、人間に酷似した動作(振り、振る舞い、発話)を行う。 Such a clothing-type sensor 50 can be attached to an android robot (hereinafter, simply referred to as "robot") 100, which is an example of an agent that exists in physical space (or real space). The robot 100 is a humanoid robot that has a shape (appearance, etc.) that closely resembles a human (see Figures 9(A), (B), (C) and 10), and performs actions (shakes, behavior, speech) that closely resemble those of a human.

このロボット100の一例として、出願人が開発等を行うエリカ(登録商標)を用いることができる。以下、ロボット100について簡単に説明する。ただし、従来の触覚センサに代えて、本願の服型センサ50が設けられる。 As an example of this robot 100, Erica (registered trademark) which is being developed by the applicant can be used. Below, a brief description of the robot 100 will be given. However, instead of a conventional tactile sensor, the clothing-type sensor 50 of the present application is provided.

図9(A)、図9(B)、図9(C)および図10はロボット100の外観および構成の一例を示す。具体的には、図9(A)はロボット100の瞼(128a、128b)および眼球を動かすアクチュエータA1、A2、A3、A4、A5を説明するための図であり、図9(B)はロボット100の額、眉間および口角130を動かすアクチュエータA6、A7、A8、A9を説明するための図であり、図9(C)はロボット100の唇を動かすアクチュエータA10、A11、A13を説明するための図である。また、図10はロボット100の頭部126、肩132、腰134を動かすアクチュエータA14、A15、A16、A17、A18、A19を説明するための図である。以下、図9(A)~図9(C)および図10を用いて、ロボット100の外観および構成について簡単に説明する。 9(A), 9(B), 9(C) and 10 show an example of the appearance and configuration of the robot 100. Specifically, FIG. 9(A) is a diagram for explaining actuators A1, A2, A3, A4 and A5 that move the eyelids (128a, 128b) and eyeballs of the robot 100, FIG. 9(B) is a diagram for explaining actuators A6, A7, A8 and A9 that move the forehead, eyebrows and corners of the mouth 130 of the robot 100, and FIG. 9(C) is a diagram for explaining actuators A10, A11 and A13 that move the lips of the robot 100. Also, FIG. 10 is a diagram for explaining actuators A14, A15, A16, A17, A18 and A19 that move the head 126, shoulders 132 and waist 134 of the robot 100. Below, the appearance and configuration of the robot 100 will be briefly described using FIG. 9(A) to FIG. 9(C) and FIG. 10.

なお、図9(A)~図9(C)および図10に示すロボット100は一例であり、他の外観、構成を持つ任意のアンドロイドロボットが利用可能である。また、ロボット100は、アンドロイドロボットに限定される必要は無く、人間に似た外観を有するロボットであれば他のロボットを使用することもできる。一例として、身体動作または/および音声で、コミュニケーション対象である人間または他のロボットとコミュニケーションを取ることができるコミュニケーションロボットを使用することができる。具体的には、出願人が開発等を行うコミュニケーションロボットの一例であるロボビー(登録商標)を使用することができる。このロボビーは、人間とは異なり、車輪で移動可能に構成されるが、頭部、胴体、両腕を有し、人間と似た外観を有している。このロボビーでは、本願の服型センサ50を装着することにより、接触(触覚)センサを省略することができる。 The robot 100 shown in Figs. 9(A) to 9(C) and 10 is an example, and any android robot having a different appearance and configuration can be used. The robot 100 does not need to be limited to an android robot, and other robots can be used as long as they have a human-like appearance. As an example, a communication robot that can communicate with a human or other robots by body movements and/or voice can be used. Specifically, Robobee (registered trademark), an example of a communication robot developed by the applicant, can be used. Unlike humans, Robobee is configured to move on wheels, but has a head, torso, and both arms and an appearance similar to a human. In Robobee, the contact (tactile) sensor can be omitted by wearing the clothing-type sensor 50 of the present application.

ロボット100は、胴体部124およびその胴体部124の上に設けられた頭部126を含む。頭部126には、目(眼球)の上下に、上瞼128aおよび下瞼128bが形成され、それらの上瞼128aおよび下瞼128bの上下動を制御することによって、目を開けたり閉じたりする動作が可能となる。頭部126にはさらに口唇が形成され、それの両端が口角130となる。口角130も同様に上下動可能である。 The robot 100 includes a torso 124 and a head 126 mounted on the torso 124. The head 126 is formed with upper eyelids 128a and lower eyelids 128b above and below the eyes (eyeballs), and by controlling the up and down movement of the upper eyelids 128a and lower eyelids 128b, the eyes can be opened and closed. The head 126 is further formed with lips, both ends of which become the corners of the mouth 130. The corners of the mouth 130 can also move up and down in a similar manner.

胴体部124の上端(頭部の下方)が肩132であり、胴体部124の中ほどが腰134である。肩132は上下動可能であり、腰134は左右にひねる(回動する)ことができ、また、前屈および後傾が可能である。 The upper end of the torso 124 (below the head) is the shoulder 132, and the middle of the torso 124 is the waist 134. The shoulders 132 can move up and down, and the waist 134 can twist (rotate) left and right, and can also bend forward and backward.

ロボット100の上述の各部分を動かすための以下に説明するアクチュエータは、この第1実施例では、いずれもパルス電力によって駆動されるステッピングモータであり、ステッピングモータの回転量はパルス数で決まる。パルス数が指令値として与えられる。なお、各対象部位は、平常状態において、アクチュエータに初期値が与えられ、変位させる場合に、その方向と大きさに応じたパルス数の指令値が該当するアクチュエータに与えられる。この第1実施例では、各アクチュエータは、「0-255」の指令値で動作され、「0-255」のいずれかの値が初期値として与えられる。 In this first embodiment, the actuators described below for moving the above-mentioned parts of the robot 100 are all stepping motors driven by pulsed power, and the amount of rotation of the stepping motor is determined by the number of pulses. The number of pulses is given as a command value. Note that in the normal state, an initial value is given to the actuator for each target part, and when it is to be displaced, a command value with the number of pulses according to the direction and magnitude is given to the corresponding actuator. In this first embodiment, each actuator is operated with a command value of "0-255", and one of the values "0-255" is given as the initial value.

アクチュエータA1は、上瞼128aの上下動を制御するための制御するためのアクチュエータである。アクチュエータA2、A3およびA4は眼球を左右上下に動かすためのアクチュエータである。アクチュエータA5は、下瞼128bの上下動を制御するアクチュエータである。したがって、アクチュエータA1およびA5によって、目が開閉される。 Actuator A1 is an actuator for controlling the up and down movement of the upper eyelid 128a. Actuators A2, A3, and A4 are actuators for moving the eyeball left and right and up and down. Actuator A5 is an actuator for controlling the up and down movement of the lower eyelid 128b. Thus, the eyes are opened and closed by actuators A1 and A5.

アクチュエータA6は額を動かすためのアクチュエータであり、アクチュエータA7は眉間を動かすためのアクチュエータである。 Actuator A6 is an actuator for moving the forehead, and actuator A7 is an actuator for moving the space between the eyebrows.

アクチュエータA8は、口角130を上げるためのアクチュエータである。アクチュエータA9は舌を上下方に動かすためのアクチュエータである。アクチュエータA10は口唇を左右に広げるアクチュエータであり、アクチュエータA11は口唇を前に突き出すためのアクチュエータである。 Actuator A8 is an actuator for raising the corners of the mouth 130. Actuator A9 is an actuator for moving the tongue up and down. Actuator A10 is an actuator for spreading the lips left and right, and actuator A11 is an actuator for pushing the lips forward.

アクチュエータA13は顎を突き出したり引いたりするためのアクチュエータである。このアクチュエータA13によって、口が開閉される。 Actuator A13 is an actuator for pushing out and retracting the jaw. This actuator A13 opens and closes the mouth.

アクチュエータA14は頭部126を左右に傾動させるためのアクチュエータであり、アクチュエータA15は頭部126を俯仰させるためのアクチュエータであり、そして、アクチュエータA16は頭部を左右に回動させるためのアクチュエータである。 Actuator A14 is an actuator for tilting the head 126 left and right, actuator A15 is an actuator for tilting the head 126 up and down, and actuator A16 is an actuator for rotating the head left and right.

アクチュエータA17は肩132を上下動するためのアクチュエータである。アクチュエータA18は腰134を前屈させまたは後傾させるためのアクチュエータであり、アクチュエータA19は腰134を左右に回動(ひねる)ためのアクチュエータである。 Actuator A17 is an actuator for moving shoulder 132 up and down. Actuator A18 is an actuator for bending waist 134 forward or backward, and actuator A19 is an actuator for rotating (twisting) waist 134 left and right.

ロボット100は、図11に示すように、ロボット100の全体制御を司るプロセッサ(この第1実施例では、CPU)150を備える。CPU150は、バス152を通して通信モジュール156に接続され、したがって、CPU150は通信モジュール156を介して、ネットワークに、有線で、または無線で、通信可能に接続される。 As shown in FIG. 11, the robot 100 includes a processor (CPU in this first embodiment) 150 that controls the overall operation of the robot 100. The CPU 150 is connected to a communication module 156 via a bus 152, and thus the CPU 150 is communicatively connected to a network, either wired or wirelessly, via the communication module 156.

CPU150はまた、バス152を通してRAM154にアクセスでき、このRAM154に記憶されているプログラムやデータに従って、バス152を通してアクチュエータ制御回路158に指令値を与え、各アクチュエータA1-Anの動作を制御する。 The CPU 150 can also access the RAM 154 via the bus 152, and according to the programs and data stored in the RAM 154, it issues command values to the actuator control circuit 158 via the bus 152 to control the operation of each actuator A1-An.

RAM154は、CPU150のバッファ領域およびワーク領域として用いられる。ただし、RAM154に代えて、HDDを用いることもできる。アクチュエータ制御回路158は、CPU150から与えられる指令値に応じた数のパルス電力を生成し、それを該当するステッピングモータに与えることによって、各アクチュエータA1-Anを駆動する。 RAM 154 is used as a buffer area and a work area for CPU 150. However, a HDD can be used instead of RAM 154. Actuator control circuit 158 generates a number of pulse powers according to the command value given by CPU 150, and provides them to the corresponding stepping motors to drive each of actuators A1-An.

ただし、アクチュエータとしてはこのようなステッピングモータを用いるものの他、サーボモータを用いるアクチュエータ、流体アクチュエータなど任意のアクチュエータが利用可能である。 However, in addition to actuators that use stepping motors, any actuator can be used, such as actuators that use servo motors or fluid actuators.

センサI/F(インタフェース)162は、バス152を介して、CPU150に接続され、服型センサ50および眼カメラ166からのそれぞれの出力を受ける。 The sensor I/F (interface) 162 is connected to the CPU 150 via the bus 152 and receives the outputs from the clothing-type sensor 50 and the eye camera 166.

服型センサ50(第1実施例では、9個のコントローラ14)からの出力(検出データ)は、センサI/F160を介してCPU150に与えられる。服型センサ50は、上述したように、各検出部12とコントローラ14が近接センサおよび圧力センサとして機能するため、各検出部12の配置位置を予め記憶しておくことにより、人間や他の導電性の物体等に触れられた場所(部位)または/および触れられた強さを知ることができる。つまり、服型センサ50は、ロボット100の触覚の一部を構成する。 The output (detection data) from the clothing sensor 50 (nine controllers 14 in the first embodiment) is given to the CPU 150 via the sensor I/F 160. As described above, the clothing sensor 50 has each detection unit 12 and controller 14 functioning as a proximity sensor and a pressure sensor, and by storing the position of each detection unit 12 in advance, it is possible to know the location (part) touched by a human or other conductive object and/or the strength of the touch. In other words, the clothing sensor 50 constitutes part of the robot 100's sense of touch.

なお、ロボット100に服型センサ50を装着する場合には、服型センサ50を装着したロボット100を構成する部品と各検出部12の間に静電容量Cが発生することがある。この場合、人間がロボット100に接近したり、人間100が服型センサ50に触れたりすることにより、静電容量Cは大きくなる。したがって、人間が、服型センサ50を装着したロボット100に接近したり触れたりしていることを検出することができる。また、人間が、服型センサ50を装着したロボット100に触れるまたは叩く強さを検出することもできる。 When the clothing-type sensor 50 is attached to the robot 100, capacitance C may occur between the components constituting the robot 100 equipped with the clothing-type sensor 50 and each detection unit 12. In this case, capacitance C increases when a human approaches the robot 100 or touches the clothing-type sensor 50. Therefore, it is possible to detect when a human approaches or touches the robot 100 equipped with the clothing-type sensor 50. It is also possible to detect the strength with which a human touches or hits the robot 100 equipped with the clothing-type sensor 50.

眼カメラ166は、イメージセンサであり、ロボット100の視覚の一部を構成する。つまり、眼カメラ166は、ロボット100の眼から見た映像ないし画像を検出するために用いられる。この第1実施例では、眼カメラ66の撮影映像(動画ないし静止画)に対応するデータ(画像データ)は、センサI/F160を介してCPU150に与えられる。CPU150は、その画像データを、RAM154に記憶したり、通信モジュール156およびネットワークを介して外部のコンピュータに送信したりする。 The eye camera 166 is an image sensor and constitutes part of the robot 100's vision. In other words, the eye camera 166 is used to detect images or videos seen by the eyes of the robot 100. In this first embodiment, data (image data) corresponding to the images (video or still images) captured by the eye camera 66 is provided to the CPU 150 via the sensor I/F 160. The CPU 150 stores the image data in the RAM 154 or transmits it to an external computer via the communication module 156 and the network.

また、スピーカ168およびマイク170は、入出力I/F162に接続される。スピーカ168は、ロボット100が発話を行う際に音声を出力する。マイク170は、音センサであり、ロボット100の聴覚の一部を構成する。このマイク170は、指向性を有し、主として、ロボット100と対話(コミュニケーション)するコミュニケーション対象である人間の音声を検出するために用いられる。 The speaker 168 and microphone 170 are also connected to the input/output I/F 162. The speaker 168 outputs sound when the robot 100 speaks. The microphone 170 is a sound sensor, and constitutes part of the robot 100's hearing. This microphone 170 has directionality, and is primarily used to detect the voice of a human who is the communication target in a dialogue (communication) with the robot 100.

なお、図9-図11に示すロボット100は、肘関節および手指は動かない構成であるが、肘関節および手指にもアクチュエータを設けて、それらを動かすようにしてよい。 Note that the robot 100 shown in Figures 9-11 is configured so that the elbow joint and fingers do not move, but actuators may be provided in the elbow joint and fingers to move them.

なお、この第1実施例では、服型センサ50をロボット100に装着するようにしたが、人間が装着(着用)してもよい。この場合、服型センサ50を装着した人間と各検出部12の間に静電容量Cが発生しているが、他者が服型センサ50を装着した人間に接近したり、他者が服型センサ50に触れたりすることにより、静電容量Cは大きくなる。したがって、他者が、服型センサ50を装着した人間に接近したり触れたりしていることを検出することができる。また、他者が、服型センサ50を装着した人間に触れるまたは叩く強さを検出することもできる。 In the first embodiment, the clothing sensor 50 is attached to the robot 100, but it may also be attached (worn) by a human. In this case, a capacitance C is generated between the human wearing the clothing sensor 50 and each detection unit 12, and the capacitance C increases when another person approaches the human wearing the clothing sensor 50 or touches the clothing sensor 50. Therefore, it is possible to detect when another person approaches or touches the human wearing the clothing sensor 50. It is also possible to detect the strength with which another person touches or hits the human wearing the clothing sensor 50.

この第1実施例によれば、導電面側の布と非導電面側の布を接結した導電性布の導電面側の布に絶縁テープを貼り付け、導電面側の布と接地電位の導電体の間に発生する静電容量の大きさで、導電体の有無、導電体の接近、導電体の接触および導電体から受ける圧力を検出するので、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる。 In this first embodiment, insulating tape is affixed to the conductive side of the conductive cloth, which is made by bonding the conductive side and non-conductive side of the cloth together, and the presence or absence of a conductor, the approach of a conductor, contact of a conductor, and pressure from a conductor are detected by the magnitude of the electrostatic capacitance generated between the conductive side of the cloth and a conductor at ground potential, so that the device can function as both a proximity sensor and a pressure sensor.

また、第1実施例によれば、検出部は導電性布と絶縁テープで構成されるため、センサの製造が簡単である。また、導電性布は接結天竺編みで作られるため、耐久性に優れている。 In addition, according to the first embodiment, the sensor is easy to manufacture because the detection section is made of conductive cloth and insulating tape. In addition, the conductive cloth is made of bonded jersey knit, so it is highly durable.

さらに、第1実施例によれば、複数の布型センサを服に固定することにより、近接センサおよび圧力センサとして機能する服型センサを作ることができる。 Furthermore, according to the first embodiment, by fixing multiple cloth sensors to clothing, a clothing sensor that functions as both a proximity sensor and a pressure sensor can be created.

さらにまた、第1実施例によれば、服型センサは布で形成されるため、ロボットの外観(立体表面)の自由度を上げることができる。また、ロボットの動きにも追従して柔軟に変形することができる。さらに、導電性布を構成する導電面側の布および非導電面側の布はいずれも丸編みで作られているため、伸縮性が高く、したがって、ロボットの屈折部分に設けることも可能である。さらには、外皮(または外被)に固定するだけで、フレームの無い本体を有するぬいぐるみ型のロボットにも適用することができる。 Furthermore, according to the first embodiment, the clothing-type sensor is made of cloth, which increases the degree of freedom of the robot's appearance (three-dimensional surface). It can also flexibly deform to follow the robot's movements. Furthermore, both the cloth on the conductive surface side and the cloth on the non-conductive surface side that make up the conductive cloth are made by circular knitting, which makes them highly elastic and therefore allows them to be installed at bending parts of the robot. Furthermore, by simply fixing it to the outer skin (or outer covering), it can also be applied to stuffed animal-type robots that have a body without a frame.

なお、この第1実施例では、導電性布20を3層構造にしたが、近接センサおよび圧力センサとして機能することだけに着目した場合には、非導電面側の布20bは省略することができる。したがって、検出部12は、導電面側の布20aに絶縁テープ22を貼り付けたものでもよい。また、同様の理由により、絶縁テープ22を用いずに、導電性布20だけを使用し、非導電性側の布20b側に接近および接触する導電体を検出したり、その導電体による圧力を検出したりすることもできる。 In this first embodiment, the conductive cloth 20 has a three-layer structure, but if the focus is only on functioning as a proximity sensor and a pressure sensor, the cloth 20b on the non-conductive side can be omitted. Therefore, the detection unit 12 may be formed by attaching insulating tape 22 to the cloth 20a on the conductive side. For the same reason, it is also possible to use only the conductive cloth 20 without using insulating tape 22, and to detect a conductor approaching or contacting the non-conductive cloth 20b side, and to detect pressure caused by that conductor.

また、この第1実施例では、服型センサ50は、腕の全体、胸部および腹部の全体、および背中の全体を覆うように、複数の検出部12を設けるようにしたが、これに限定される必要はない。一部の検出部12については省略することもできる。 In addition, in this first embodiment, the clothing-type sensor 50 is provided with multiple detection units 12 so as to cover the entire arms, the entire chest and abdomen, and the entire back, but this is not limited to this. Some of the detection units 12 may be omitted.

また、この第1実施例では、複数の布型センサ10(検出部12)を用いて長袖の上着の服型センサ50を構成したが、ズボン(または、パンツ)の服型センサを構成するようにしてもよい。また、服に限定される必要はなく、靴下、サポータ、または、腹巻に複数の布型センサ10を配置したセンサを構成することも可能である。 In addition, in this first embodiment, a clothing sensor 50 made of a long-sleeved jacket is constructed using multiple cloth sensors 10 (detection units 12), but a clothing sensor made of trousers (or pants) may also be constructed. Also, it is not necessary to be limited to clothing, and it is also possible to construct a sensor in which multiple cloth sensors 10 are arranged in socks, a supporter, or a belly band.

<第2実施例>
第2実施例の布型センサ10aは、検出部12を細長い帯状の形状にするようにした以外は第1実施例の布型センサ10と同じである。
Second Example
The cloth sensor 10a of the second embodiment is the same as the cloth sensor 10 of the first embodiment, except that the detection portion 12 is formed in a long and narrow strip shape.

第2実施例の布型センサ10aは、一例として、水駆動柔軟(ソフト)ロボットに適用することができる。水駆動ソフトロボットの詳細については、参考文献1A(濱地 京太郎,田熊 隆史:「水圧駆動ロボットによる大変形を伴う移動の実現」、平成29年度計測自動制御学会関西支部・システム制御情報学会若手研究発表会講演論文集,C2-4, pp.102-106, 2017)に開示されるため、詳細な説明は省略する。 The cloth-type sensor 10a of the second embodiment can be applied to, for example, a water-driven flexible (soft) robot. Details of the water-driven soft robot are disclosed in Reference 1A (Kyotaro Hamachi, Takashi Takuma: "Realization of movement involving large deformation by a water-driven robot," Proceedings of the 2017 Kansai Branch of the Society of Instrument and Control Engineers/SICE Young Researchers' Conference, C2-4, pp.102-106, 2017), so a detailed explanation will be omitted.

簡単に説明すると、参考文献1に開示される水駆動ソフトロボットは、進行方向の前後に2つのチャンバ(水風船)を備え、2つのチャンバ内の水の量を制御することにより、つまり、水を使った重量分布の変更により、進行方向およびその逆の方向に移動する。この水駆動ソフトロボットは、隙間(または、障害物)の潜り抜けが可能である。また、チャンバ内の水圧を検出することにより、チャンバが障害物に接触しているかどうかを検出することも可能である。 Briefly, the water-driven soft robot disclosed in Reference 1 has two chambers (water balloons) at the front and rear of the moving direction, and moves in the moving direction and the reverse direction by controlling the amount of water in the two chambers, that is, by changing the weight distribution using water. This water-driven soft robot can slip through gaps (or obstacles). It is also possible to detect whether the chamber is in contact with an obstacle by detecting the water pressure in the chamber.

図12(A)は水を排水することによりに収縮されたチャンバに装着された布型センサ10aの一例を示す図であり、図12(B)は水を給水することにより膨張されたチャンバに装着された布型センサ10aの一例を示す図である。ただし、図12(A)および図12(B)では、検出部12のみを示し、コントローラ14は省略してある。 Figure 12(A) shows an example of a cloth sensor 10a attached to a chamber that has been contracted by draining water, and Figure 12(B) shows an example of a cloth sensor 10a attached to a chamber that has been expanded by supplying water. However, Figures 12(A) and 12(B) show only the detection unit 12, and the controller 14 is omitted.

図面では分からないが、検出部12は、導電性布20の非導電面の布20bがチャンバ側になるように、チャンバの周囲にリング状に貼り付けられる。 Although it is not clear from the drawing, the detection unit 12 is attached in a ring shape around the chamber so that the non-conductive surface 20b of the conductive cloth 20 faces the chamber.

布型センサ10aは伸縮可能であるため、図12(A)および図12(B)に示すように、チャンバが収縮および膨張した場合であっても、その形状の変化に追従し、チャンバから剥がれてしまうなどの不都合は生じない。 Because the cloth-type sensor 10a is stretchable, even if the chamber contracts and expands as shown in Figures 12(A) and 12(B), it follows the change in shape and does not peel off from the chamber.

布型センサ10aは、少なくとも、チャンバが障害物に接触したことをその圧力の変化で検出することができる。この第2実施例では、チャンバに供給する水に導電性の物質が混入されており、この水がチャンバに給水され、チャンバが膨張している場合に、チャンバが障害物に接触したことを圧力(水圧)の変化で検出することができる。つまり、チャンバが障害物に接触していない状態において布型センサ10aで検出される圧力が、チャンバが障害物に接触することにより大きくなる。この場合、非導電面の布20bを挟んでチャンバ内の導電性の水と導電面の布20aの間に発生する静電容量Cが変化される。 The cloth sensor 10a can at least detect the contact of the chamber with an obstacle by a change in pressure. In this second embodiment, a conductive substance is mixed into the water supplied to the chamber, and when this water is supplied to the chamber and the chamber expands, the contact of the chamber with an obstacle can be detected by a change in pressure (water pressure). In other words, the pressure detected by the cloth sensor 10a when the chamber is not in contact with an obstacle increases when the chamber comes into contact with an obstacle. In this case, the capacitance C generated between the conductive water in the chamber and the conductive cloth 20a with the non-conductive cloth 20b in between is changed.

ただし、障害物が接地電位の導電体である場合には、布型センサ10aは近接センサとしても機能するため、当該障害物の存在、当該障害物の接近および当該障害物の接触も検出することができる。 However, if the obstacle is a conductor at ground potential, the cloth sensor 10a also functions as a proximity sensor, and can detect the presence, approach, and contact of the obstacle.

第2実施例においても、第1実施例と同様に、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる。 In the second embodiment, like the first embodiment, it can function as a proximity sensor and a pressure sensor.

<第3実施例>
第3実施例の布型センサ10bは、検出部12に所定のパターンの切り込みを入れた以外は第1実施例の布型センサ10と同じであるため、重複した説明は省略する。
<Third Example>
The cloth sensor 10b of the third embodiment is the same as the cloth sensor 10 of the first embodiment except that a detection portion 12 has cuts in a predetermined pattern, so a duplicated description will be omitted.

図13(A)は第1パターンの切り込みを有する検出部12を示す図であり、図13(B)は第2パターンの切り込みを有する検出部12を示す図であり、図13(C)は第3パターンの切り込みを有する検出部12を示す図である。ただし、図13(A)-図13(C)では、検出部12を黒色で示し、切り込みを白色で示してある。また、図13(A)-図13(C)では、コントローラ14を省略してある。 Figure 13(A) is a diagram showing a detection unit 12 having a first pattern of cuts, Figure 13(B) is a diagram showing a detection unit 12 having a second pattern of cuts, and Figure 13(C) is a diagram showing a detection unit 12 having a third pattern of cuts. However, in Figures 13(A) to 13(C), the detection unit 12 is shown in black, and the cuts are shown in white. Also, in Figures 13(A) to 13(C), the controller 14 is omitted.

図13(A)に示す第1パターンの切り込みは、長辺方向に所定間隔で並ぶ切り込みの列が短辺方向に3列並んでおり、真ん中の列は、上下の列とずらした位置に切り込みが形成される。上下の列の切り込みの長さは、短辺の長さの3分の1の長さであり、真ん中の列の切り込みの長さは、短辺の長さの3分の1の長さよりも少し長い。したがって、図13(A)に示す検出部12は、長手方向に引っ張ると網目状に形状が変化する。 The first pattern of cuts shown in Figure 13(A) has three rows of cuts arranged at a predetermined interval along the long side, with the middle row having cuts offset from the upper and lower rows. The length of the cuts in the upper and lower rows is one-third the length of the short side, and the length of the cuts in the middle row is slightly longer than one-third the length of the short side. Therefore, when the detection unit 12 shown in Figure 13(A) is pulled in the longitudinal direction, its shape changes to a mesh-like shape.

図13(B)に示す第2パターンの切り込みは、一方の長辺から他方の長辺に向けて入れた切り込みと、他方の長辺から一方の長辺に向けて入れた切り込みが長辺方向に並んで交互に形成される。いずれの切り込みも端部を少し残すように入れられる。したがって、図13(B)に示す検出部12は、両端(図13(B)では、左上の角部と右上の角部)を互いに相反する方向に引っ張ると細長い帯状に形状が変化する。 The second pattern of cuts shown in FIG. 13(B) is formed by alternating cuts made from one long side toward the other long side and cuts made from the other long side toward the first long side in the long side direction. All cuts are made so that a small portion of the end remains. Therefore, the shape of the detection unit 12 shown in FIG. 13(B) changes to a long, thin band when both ends (the upper left corner and the upper right corner in FIG. 13(B)) are pulled in opposite directions.

図13(C)に示す第3パターンの切り込みは、第1パターンの切り込みと第2パターンの切り込みを合成したパターンである。具体的には、検出部12の長手方向において、両端の部分に第1パターンの切り込みが入れられ、中央の部分に第2パターンの切り込みが入れられる。したがって、図13(C)に示す検出部12は、長手方向に引っ張ると、その両端部分が網目状に形状が変化し、その中央部分が細長い帯状に形状が変化する。 The third pattern of cuts shown in FIG. 13(C) is a combination of the first and second pattern cuts. Specifically, in the longitudinal direction of the detection unit 12, the first pattern cuts are made at both ends, and the second pattern cuts are made at the center. Therefore, when the detection unit 12 shown in FIG. 13(C) is pulled in the longitudinal direction, the shape of both ends changes to a mesh-like shape, and the center changes to a long, thin band-like shape.

図13(A)-図13(C)に示すいずれのパターンの切り込みを入れた検出部12であっても、検出部12自体が形状の変化によって延びるため、形状の変化が大きい対象物に装着して(貼り付けて)使用することができる。一例として、第3実施例の検出部12(布型センサ10)は、第2実施例に示した水駆動ソフトロボットのチャンバに装着することができる。 Regardless of which of the patterns of cuts shown in Figures 13(A) to 13(C) the detection unit 12 has, the detection unit 12 itself expands due to changes in shape, so it can be attached (attached) to an object that undergoes large changes in shape and used. As an example, the detection unit 12 (cloth-type sensor 10) of the third embodiment can be attached to the chamber of the water-driven soft robot shown in the second embodiment.

また、検出部12は、導電性布20と絶縁テープ22で作られているため、はさみで切込みを入れるだけで、図13(A)-図13(C)に示すような検出部12を簡単に作ることができる。 In addition, since the detection unit 12 is made of conductive cloth 20 and insulating tape 22, it is easy to create a detection unit 12 like the ones shown in Figures 13(A)-13(C) by simply making cuts with scissors.

この第3実施例によれば、検出部自体が変化するとともに、近接センサおよび圧力センサとして機能することができる。 According to this third embodiment, the detection unit itself changes and can function as both a proximity sensor and a pressure sensor.

なお、上述の実施例で示した具体的な数値は単なる例示であり、限定される必要は無く、実際の製品および製品が適用される環境などに応じて適宜変更可能である。 The specific numerical values shown in the above examples are merely examples and are not necessarily limiting, but can be changed as appropriate depending on the actual product and the environment in which the product is applied.

10 …布型センサ
12 …検出部
14 …コントローラ
20 …導電性布
20a …導電面側の布
20b …非導電面側の布
22 …絶縁テープ
50 …服型センサ
60 …布
62 …電線
100 …ロボット
126 …頭部
128a …上瞼
128b …下瞼
130 …口角
132 …肩
134 …腰
150 …CPU
154 …RAM
156 …通信モジュール
164 …触角センサ
166 …眼カメラ
168 …スピーカ
170 …マイク
REFERENCE SIGNS LIST 10 cloth-type sensor 12 detection unit 14 controller 20 conductive cloth 20a cloth on conductive side 20b cloth on non-conductive side 22 insulating tape 50 clothing-type sensor 60 cloth 62 electric wire 100 robot 126 head 128a upper eyelid 128b lower eyelid 130 corner of mouth 132 shoulder 134 waist 150 CPU
154...RAM
156 ... communication module 164 ... tactile sensor 166 ... eye camera 168 ... speaker 170 ... microphone

Claims (6)

導電性の糸で第1布を編むとともに絶縁性の糸で第2布を編みながら、当該第1布と当該第2布の間を絶縁性の糸で編むことにより、当該第1布と当該第2布とが接結され、当該第1布と当該第2布の間に当該絶縁性の糸の層を有する3層構造の導電性布と、
前記第1布と同じ大きさを有し、当該第1布に重ねて貼り付けた絶縁シートと、
前記第1布と電気的に接続された静電容量センサICを備える、布型センサ。
a three-layer conductive cloth in which a first cloth is knitted with conductive thread and a second cloth is knitted with insulating thread, and the first cloth and the second cloth are joined together by knitting the insulating thread between them, and a layer of the insulating thread is provided between the first cloth and the second cloth ;
an insulating sheet having the same size as the first fabric and attached to the first fabric;
A cloth-type sensor comprising a capacitive sensor IC electrically connected to the first cloth.
前記導電性布は、伸縮性を有する、請求項1記載の布型センサ。 The cloth sensor according to claim 1, wherein the conductive cloth is stretchable. 前記絶縁シートが貼り付けられた前記導電性布に所定のパターンの切り込みを入れた、請求項1または2記載の布型センサ。 The cloth sensor according to claim 1 or 2, in which the conductive cloth to which the insulating sheet is attached has cuts in a predetermined pattern. 静電容量センサICと、
導電性の糸で第1布を編むとともに絶縁性の糸で第2布を編みながら、当該第1布と当該第2布の間を絶縁性の糸で編むことにより、当該第1布と当該第2布が接結された導電性布と、
前記第1布と同じ大きさを有し、当該第1布に重ねて貼り付けた絶縁シートを備え、
前記絶縁シートが貼り付けられた複数の前記導電性布を、伸縮性を有する第3布を用いて面状に繋ぎ合わせるとともに服に固定し、前記複数の導電性布のそれぞれを構成する前記第1布のそれぞれを、2本1組で逆位相となるように波線状の形状で重ねて前記第3布に縫い付けられた電線を用いて前記静電容量センサICに個別に接続した、服型センサ。
A capacitance sensor IC;
a conductive cloth in which a first cloth is knitted with a conductive thread and a second cloth is knitted with an insulating thread, and an insulating thread is knitted between the first cloth and the second cloth, thereby bonding the first cloth and the second cloth together;
an insulating sheet having the same size as the first fabric and attached to the first fabric;
A clothing-type sensor in which a plurality of the conductive cloths with the insulating sheets attached are connected together in a flat shape using a third cloth having elasticity and fixed to clothing, and each of the first cloths constituting each of the plurality of conductive cloths is individually connected to the capacitance sensor IC using electric wires sewn to the third cloth that are overlapped in a wavy line shape so that two pairs of first cloths are in opposite phase .
前記導電性布は、伸縮性を有する、請求項4記載の服型センサ。 The clothing-type sensor according to claim 4, wherein the conductive cloth is stretchable. 請求項4または5に記載の服型センサを装着した、ロボット。 A robot equipped with the clothing-type sensor according to claim 4 or 5.
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