專利名稱：觸覺傳感器用模塊及觸覺傳感器的安裝方法
技術領域：
本發明涉及觸覺傳感器，具體地涉及可向任意曲面安裝的觸覺傳感器。
技術背景在機器人、仿人型機器人領域中，全身分布的觸覺傳感器的需求在增加。 所謂全身分布的觸覺傳感器是能夠付與系統整體觸知覺的觸覺傳感器。觸覺 傳感器的研究大多是有關單一傳感器特性的研究。如何檢測出"光滑"或"粗 糙"等手的技巧必要的特征量成為研究的對象。另外，將觸覺作為計算機的 輸入接口的研究也在增多。現有眾多的觸覺傳感器的研究是重視所得到的特 征量的研究，但是，從觸覺傳感器實用化的觀點來看，需要能夠適用于曲面 的形狀、制造容易、能夠容易地調整安裝區域等的觸覺傳感器。觸覺傳感器除在機器人領域以外，在椅子或床的表面壓力分布的測定等、 醫療、健康、福利領域也需求。這是為了調整坐著的感覺等產品開發的利用、 或患者的監控、運動測量和醫療指導等。在這種情況下，可適用于曲面的形 狀的壓力分布傳感器也是有用的。為實現分布觸覺傳感器，需要能夠適用于曲面、能夠處理配線量的問題 的觸覺傳感器。另外，由于安裝區域的大小及形狀隨著安裝系統而改變，因 此，需要能夠進行安裝區域的調整。但是，在現有的觸覺傳感器中，不存在 同時全部滿足向曲面的應用、配線問題、安裝區域的調整、且充分考慮了制 造方法及成本的觸覺傳感器。在系統中安裝觸覺傳感器時，大多導入用于降低配線成本的撓性基板。 這時，在現有技術中，基板上的壓力檢測器的配置是固定的，不能進行密度 調整。另外，感壓橡膠等主要的壓力檢測器只能測量檢測器附近的壓力，因 此為了改變密度，必須通過改變壓力檢測器的大小擴大檢測范圍。因此，需 要為了密度調整的單獨的產品，導致成本增加。另外，由于對壓力檢測器分別進行配線時，配線量增大，因此通常使用用n+m根配線就能處理nxm個壓力檢測器的信號的矩陣式的配線方法。這6時，各檢測器共用縱向的n根和橫向的m根的配線，因此，整體成為由一塊區域構成的基板形狀。其結果是，即使使用撓性基板時，雖然可適用于圓筒 這樣的簡單的曲面，但也難以適用于機器人的肩、肘那樣的復雜曲面。目前，在機器人的肩、肘那樣的非定形的區域使用觸覺傳感器時，不得 不定購符合各自區域形狀的產品。主要原因是安裝觸覺傳感器的區域的大小 和形狀根據對象有較大不同。對此，在現有的觸覺傳感器中，完全沒有考慮 成為產品后的傳感器安裝區域的調整的觸覺傳感器。作為壓力檢測器，有感壓阻抗、靜電容量型感壓元件、壓電元件等各種 各樣。但是，采用這些壓力檢測器時，由于沒有可以根據兩個檢測量的比率 計算作用于兩個壓力檢測器間的壓力的性質即內插性，因此，為了提高分解 能力需要多個檢測器。對此，特許文獻1所示的壓力檢測方式是指，由發光 元件對使光進行散射/反射的光散射用彈性材料照射光、并由感光元件測量其 散射/反射的光的光量的檢測方式。這是基于以下的原理，即、對使光進行散 射/反射的光散射用彈性材料施加壓力時，由于變形，散射/反射的量發生變化， 因此，能夠測量壓力量這。下面，將其稱為光散射型壓力檢測方式。在對光 散射用彈性材料的某一點施加壓力時，變形的影響波及到從壓力點稍微離開 的點，因此，即使在處于從壓力點稍微離開的點的感光元件和發光元件的組 內也可以測量其壓力。離壓力點越遠，壓力變化的影響越小，因此對位于兩 組感光元件和發光元件進行測量的兩點之間的點施加壓力時，根據所測量的 兩點的壓力值的比，可知兩點間的哪一點已被加壓。另外，根據兩點的壓力 值的和、可推定其壓力值。根據以上原理可實現光散射型壓力檢測方式的內彈性材料、可容易地進行感度調整的特征。但是，采用特許文獻1所示的光 纖的安裝方法時，存在小型化、自動化制造困難的問題。即，在將撓性基板用于配線的現有的觸覺傳感器中，有以下問題。(1) 在需要不同的密度時，需要與配線基板、壓力檢測器不同的產品；(2) 沒有考慮安裝區域安裝產品后的調整；(3) 在需要不同的感光度時，需要根據感度而具備不同的檢測器的產品；(4) 配線基板只能適用于簡單的曲面。 特許文獻1: WO 99/04234 (特許第3653284號) 特許文獻2:特開昭64-16卯2號考慮將多個傳感器元件和通信功能模塊化、以節省配線的方式連接時， 需要作成模塊的種類少。這是因為模塊的種類越多越繁雜，制作成本也越高。 另一方面， 一般情況下，對應安裝分布觸覺的系統，需要的觸覺傳感器元件 的數量不同，甚至在同一系統中，需要的觸覺傳感器元件的安裝密度因安裝 部位不同而不同。從這種觀點來看，能夠變更觸覺傳感器元件的數量和安裝 密度的觸覺傳感器的模塊化成為課題。發明內容因此，本發明的目的是提供一種觸覺傳感器用模塊，盡管是一種模塊， 卻能夠容易地進行傳感器元件的密度調整、安裝區域的調整，對復雜曲面的 適應性高。本發明的另一目的是提供一種觸覺傳感器的安裝方法，其能夠進行傳感 器元件的密度和安裝區域的調整。本發明的另一目的是提供一種觸覺傳感器用^^莫塊，其容易進行感度調整、 具備適用于自動化制造的傳感器元件。為解決上述課題，本發明采用的觸覺傳感器用模塊包括撓性基板，其 具有一個或多個帶狀部；多個傳感器元件，其配置于構成撓性基板的一個或 多個帶狀部上； 一個以上的通信用端子，其設置于撓性基板上； 一個以上的 電子電路部，其設置于撓性基板上，利用延伸出撓性基板的配線與傳感器元 件及通信用端子電連接，接收由各傳感器元件取得的信息，具有將該信息發 送給通信用端子的通信功能，所述多個帶狀部的至少任一個具有可彎曲區域、 或/及可切斷區域。在本說明書中，傳感器元件是測定壓力、溫度、光、聲等 物理量的單一的測量裝置，包含壓力檢測器、溫度傳感器、光傳感器、聲音 傳感器等。在優選的方式中，所述可彎曲區域是所述多個傳感器元件內、位于任一 傳感器元件之間的一個或多個帶狀部、或/及一個或多個帶狀部的一個或多個 部分。經由帶狀部使相互分離的傳感器元件間的區域彎曲，由此，可以變更 該傳感器元件間的距離。另外，即使在這種情況下，也優選傳感器元件間以 外的部位，例如，通信用端子與傳感器元件之間的帶狀部具有可彎曲區域。 在經由通信用端子將多個觸覺傳感器用模塊彼此連接的情況下， 一個觸覺傳 感器用模塊的通信用端子與傳感器元件之間的帶狀部在作為由多個觸覺傳感器用模塊構成的觸覺傳感器來看時，成為位于傳感器元件之間的帶狀部。所述可彎曲區域是帶狀部只具有配線的區域。在一個優選的方式中，所述可彎曲區域是在構成撓性基板的帶狀部除去傳感器元件、電子電路部、通信用端子之外的區域。所述可切斷區域是通過切斷該區域而能保持一個或多個傳感器元件的傳感器信號的通信功能不變、將其它的 一個或多個傳感器元件從撓性基板上切斷的區域。在優選的方式中，所述傳感器元件設置于帶狀部的末端部位。安裝有傳 感器元件的帶狀部的末端部位，構成撓性基板的末端部位。另外，即使在這 種情況下，除在帶狀部的末端部位設置傳感器元件之外，也可以在帶狀部末 端部位以外的部位設置傳感器元件。另外，優選所述通信用端子設于帶狀部 的*3離。在本發明中，并不限定構成撓性基板的帶狀部的形狀及配置方式。作為 幾個優選的方式，可例示如下的方式。在第一方式中，所述撓性基板具有一個第一帶狀體和與第一帶狀體連結 的多個第二帶狀體，所述第一帶狀體由一個或多個帶狀部構成，至少具有一個電子電路，各第二帶狀體由一個或多個帶狀部構成，在末端部位至少具有 一個傳感器元件。優選所述第二帶狀體是除傳感器元件的安裝部位以外只具 有配線的可彎曲區域。優選至少一個第二帶狀體具有能保持其它的至少一個 第二帶狀體的傳感器元件的傳感器信號的通信功能不變、而將該第二帶狀體 的 一個以上的傳感器元件從撓性基板上切斷的區域。在第一方式中，也可以由多個帶狀部分支為分層的樹形結構構成所述第 二帶狀體，且在各分支帶狀部的末端部位設置一個以上的傳感器元件。在此， 所謂末端部位是位于樹形結構的末端枝的帶狀部。在這一例中，所述第二帶狀體包括基端側與第一帶狀體連結的基部、由與該基部的末端形成為一體 的四根分支帶狀部構成的H型帶狀體，在各分支帶狀部的末端部位設置有一 個以上的傳感器元件。優選構成第二帶狀體的各分支帶狀部具有能保持其它 的分支帶狀部的一個以上的傳感器元件的傳感器信號的通信功能不變、而將 該分支帶狀部的一個以上的傳感器元件從撓性基板上切斷的區域。在第一方式中，優選所述第一帶狀體在末端至少具有一個通信用端子。 優選在所述第一帶狀體上，除電子電路部、通信用端子之外的部位是只具有配線的可彎曲區域。優選所述第一帶狀體具有能保持至少一個傳感器元件的 傳感器信號的通信功能不變、而將設置于該第一帶狀體部分或/及與該第一帶 狀體的部分連結的一個或多個第二帶狀體的一個或多個傳感器元件從撓性基 板上切斷的區域。優選所述第一帶狀體由將基端側相互連結且以放射狀延伸 的多個帶狀部構成，在該連結部位配置有電子電路部。在第二方式中，所述撓性基板的至少一部分，由一個或多個帶狀部分支 為分層的樹形結構構成，在各帶狀部的末端部中的至少兩個末端部設置有一 個以上的傳感器元件。優選在各帶狀部的末端部的至少一個末端部設置有通 信用端子。撓性基板整體也可以由樹形結構構成。構成所述樹形結構的分支 帶狀部具有可彎曲區域、或/及可切斷區域。優選在多個分支帶狀部的末端部 位分別設置有一個以上的傳感器元件，在末端部位具有傳感器元件的各分支 帶狀部具有能保持其它的分支帶狀部的一個以上的傳感器元件的傳感器信號 的通信功能不變、而將該分支帶狀部的一個以上的傳感器元件從撓性基板上 切斷的區i或。在第三方式中，所述撓性基板由多個帶狀部在基端側連結的星形結構構 成，在至少一個帶狀部的末端設置有通信用端子，在其它的帶狀部的末端部 位設置有一個以上的傳感器元件，在多個帶狀部的基端側的連結部位設置有 電子電路部。構成所述星形結構的各帶狀部具有可彎曲區域、或/及可切斷區 域。在第四方式中，帶狀部由基部和與該基部的末端形成為 一體的寬幅部構 成，在寬幅部設置有一個或多個傳感器元件。所述帶狀基部具有可彎曲區域、或/及可切斷區域。優選所述通信用端子是串行通信用端子。而且，電子電路部與通信用端 子之間的配線是串行總線。在優選的方式中，電子電路部具備處理器單元，經由串行通信用端子能 與外部裝置進行串行通信，并能將由傳感器元件取得的信息向外部裝置發送。還具備模擬、數字變換裝置，處理器單元將由傳感器元件取得的模擬信息作為數字信息讀取。在優選的方式中，觸覺傳感器用模塊經由通信用端子能與其它的觸覺傳 感器用模塊連接。所謂連接是指在將觸覺傳感器用模塊的通信用端子與其它 的觸覺傳感器用模塊的通信用端子電連接時，可以利用通信功能在各自的觸覺傳感器用模塊與外部裝置之間進行信息的接受、發送的功能。在優選的方式中，所迷傳感器元件是壓力檢測器。所謂壓力檢測器是在 電路圖上對應壓力通過使電流量、電壓變化而能取出壓力信號的元件。作為 壓力檢測器例如有感壓電阻、靜電容量型感壓元件、壓電元件、應變儀、光電二極管、光電晶體管、反射型光遮斷器(7才卜,少夕，:/夕)等。一般情況下，由傳感器元件檢測到的觸知覺考慮為是否感觸到的二進制 信息、壓力分布信息、觸點的六軸力信息等，但是，在優選的方式中，觸知 覺限定于壓力分布信息。在更優選的方式中，所述壓力檢測器具備發光元件 和感光元件，所述觸覺傳感器用模塊還具有可以使光散射的光散射用彈性材 料，通過將該彈性材料以覆蓋該壓力檢測部的方式安裝于撓性基板上，使發 光元件發出的光在彈性材料內散射/反射，從而感光元件取得光的強度信號。 作為所述壓力檢測器的合適的例子，列舉有光學壓力檢測器。所謂光學壓力檢測器由發光元件和感光元件構成，包含由LED與光電二極管、LED與光電 晶體管、LED與光電二極管或光電晶體管構成的反射型光遮斷器等。另外， 優選所述彈性材料是發泡氨基甲酸乙酯。在優選的方式中，在由光學壓力檢測器進行的檢測中，進行以下定義的 分時控制。例如，以由LED與光電晶體管構成的反射型光遮斷器為例進行說 明。所謂分時控制是指對于N個反射型光遮斷器，通過比其少的n個模擬、 數字變換器獨立地取出這些全部的傳感器輸出的控制。準備m個同時將一個 最大為n個LED設定為ON的LED開關。LED開關是處理器控制的LED驅 動電^各。此時，mxn》N必須成立。通過m個LED開關i (i=l...m)控制 LED的ON、 OFF的反射型光遮斷器組Pi的光電晶體管的信號不共有模擬、 數字變換器，只有不同組的光電晶體管共有模擬、數字變換器。在該條件的 基礎上，可以將m個LED開關中LED開關i為ON時的模擬、數字變換器 的值，作為光電晶體管組Pi的傳感器的輸出而取出。這樣，以通常只有一組 成為ON的方式控制LED開關、從共有配線取出傳感器輸出的控制定義為分 時控制。本發明采用的其他的技術方法是使用所述觸覺傳感器用模塊的觸覺傳感 器的安裝方法，其特征在于，進行以下的工序，即、(a)通過將一個或多個 帶狀部彎曲，調整傳感器元件的位置；或/及(b)通過切斷一個或多個帶狀部， 減少傳感器元件的數量；(c)通過帶狀部的彎曲或/及切斷，進行傳感器元件的密度調整、或/及安裝區域的調整。在一種方式中，為了進行更大范圍的測 量，包含經由通信用端子連接多個觸覺傳感器用模塊的工序。在進行帶狀部 的彎曲、切斷兩種工序的情況下，不限定彎曲工序和切斷工序的順序。可以 先進行任一種工序，另外，也可以交互進行彎曲工序和切斷工序。另外，在 觸覺傳感器用模塊具有發泡氨基曱酸乙酯等光散射用彈性材料的情況下，不 限定帶狀部的彎曲工序或/及切斷工序、在觸覺傳感器用模塊上安裝光散射用 彈性材料的工序的順序。也可以在彎曲或/及切斷工序之前，在觸覺傳感器用 模塊上安裝光散射用彈性材料，也可以在彎曲或/及切斷工序之后，在觸覺傳 感器用模塊上安裝光散射用彈性材料。本發明的觸覺傳感器用模塊由可彎曲、或/及切斷的帶狀的撓性基板構 成，通過一個種類可以進行密度調整、安裝區域調整，并可適應任意的曲面， 另外，并導致觸覺傳感器的成本降低。現有的觸覺傳感器不能進行密度調整， 而且不適應任意曲面，因此需要單獨的撓性基板。這樣涉及到成本增大。本 發明的觸覺傳感器用模塊由于可以安裝在任意曲面，因此機器人的觸覺傳感 器、椅子或床的壓力分布計測等應用范圍廣。另外，通過連接多個觸覺傳感 器用模塊，可以容易地構成大面積的觸覺傳感器。通過采用具有內插性的光散射型壓力檢測方式，通過一個模塊可以在密 度調整、安裝區域調整、適用任意曲面的基礎上，實現感度調整的全部。在 采用不能進行感度調整的壓力檢測器的現有觸覺傳感器的情況下，需要對每 一個部位進行單獨地開發。另外，由于在構成壓力^f全測器的反射型光遮斷器 的控制上通過釆用分時控制，因此可實現節省配線。
圖1是表示本發明的觸覺傳感器用模塊的整體結構的圖；圖2是表示觸覺傳感器用模塊的配線及觸覺傳感器用模塊彼此相互之間連接的圖；圖3是可切斷具有傳感器元件的帶狀部的電路圖；圖4是可切斷具有傳感器元件的帶狀部的電路圖；圖5是可切斷具有傳感器元件的帶狀部的電路圖；圖6是表示由反射型光遮斷器與氨基甲酸乙酯構成的傳感器元件的圖；圖7是說明具有傳感器元件的帶狀部的彎曲的圖；圖8是說明具有傳感器元件的帶狀部的彎曲的圖；圖9是說明具有傳感器元件的H型帶狀部的彎曲的圖； 圖IO是表示具備具有傳感器元件的H型的帶狀部的觸覺傳感器用模塊的 整體結構的圖；圖ll是表示圖IO所示的觸覺傳感器用模塊的電路構成的圖； 圖12是可切斷具有傳感器元件的H型帶狀部的電路圖； 圖13是表示具有傳感器元件的H型帶狀部的切斷例的圖； 圖14是表示具有傳感器元件的H型帶狀部的切斷例的圖； 圖15是表示其它實施例的具有傳感器元件的帶狀部的圖； 圖16是由感壓電阻構成的傳感器元件的電路圖；圖17是表示具備由反射型光遮斷器與氨基甲酸乙酯構成的傳感器元件的 撓性基板的圖；圖18是說明由反射型光遮斷器與氨基甲酸乙酯構成的傳感器元件的內插 性的圖；圖19是表示由反射型光遮斷器和氨基曱酸乙酯構成的傳感器元件的內插 性的實驗的圖；圖20是光遮斷器的LED的控制中的分時控制的電路圖；圖21是剪貼安裝的概念圖；圖22是說明實驗例中的安裝的圖。附圖標記il明1、 觸覺用傳感器模塊2、 撓性基板3、 壓力檢測器30、反射型光遮斷器4、 電子電3各部5、 通信用端子具體實施方式
[A]觸覺傳感器用模塊的基本結構在本發明中，構成適于密度調整和曲面適應的形狀的撓性基板，在其上 安裝有將多個將壓力變換成電信號的壓力檢測器，構成一個觸覺傳感器用模13塊。撓性基板由多個帶狀部構成，壓力檢測器設置于帶狀部的末端部位，在 與設置壓力檢測器的末端部位不同的末端設置有串行通信用端子。在撓性基 板上設置有處理表示壓力量的電信號的端子電路部，各壓力檢測器與電子電 路部、電子電路部與通信用端子通過配線電連接。電子電路部經由通信用端 子能與外部裝置通信。利用壓力檢測器檢測的壓力信息通過裝載于撓性基板 上的端子電路部進行信息處理，通過串行通信化，經由設置于撓性基板的通 信用端子，向外部裝置輸出。多個觸覺傳感器用模塊經由通信用端子連接而 能大面積化。如圖1所示，觸覺傳感器用模塊1具有構成配線基板的薄板的撓性基板2、多個壓力檢測器3、電子電路部4、通信用端子5。撓性基板2由多個帶狀部 構成，構成帶狀基板2的帶狀部由第一帶狀體6和第二帶狀體7構成，該第 一帶狀體6在末端具備通信用端子5,該第二帶狀體7的基端部與第一帶狀體 6連結，在末端部位設置了一個壓力檢測器3。在圖1的例中，第一帶狀體6 由四根帶狀部6A構成，第二帶狀體7由一根帶狀部7A構成。電子電路部4 配置于第一帶狀體6的中途部位。將通信用端子5與電子電路部4電連接的 配線60通過第一帶狀體6后延伸出。通信用端子5是串行通信用端子，將通 信用端子5與電子電路部4電連接的配線60是串行總線。將壓力檢測器3與 電子電路部4電連接的配線70通過第二帶狀體7及第一帶狀體6后延伸出。 電子電路部4處理表示各壓力檢測器3的壓力量的電子信息，進行串行通信 化。觸覺傳感器用模塊1具備串行通信用端子5，與外部裝置(例如處理通 過觸覺傳感器取得的信息的信息處理裝置)或其它的模塊進行數據通信。對 應電子電路部4處理檢測器3的數量，決定帶狀部6A、 7A的配線量，即帶 狀部6A、 7A的寬度，因此，決定檢測器3的數量以使達到所希望的寬度。 在圖l的例中，第一帶狀體6的帶狀部6A與第二帶狀體7的帶狀部7A相比 形成寬幅。在圖l所示的例中，觸覺傳感器用模塊1作為整體由以下部件構 成，即、十字型的第一帶狀體6;八根第二帶狀體7，其相對十字型的在一個 方向伸出的帶狀部6A而被連結，且相對于該帶狀部6A以垂直狀伸出；壓力 檢測器3，其設置于各第二帶狀體7的末端部位；電子電路部4，其配置于第 一帶狀體6的交差部位；串行通信用端子5，其設置于第一帶狀體6的末端。 即，本發明的撓性基板2由于是由寬度窄的多個帶狀部6A、 7A構成的 形狀，與連接成一塊的形狀的現有撓性基板相比，更容易適應復雜的曲面。在第二帶狀體7上除在末端安裝壓力檢測器3以外不安裝其它零件，由此， 由于只作為細長的配線基板，因此，成為薄的、容易彎曲的結構。由于第一帶狀體6除設置有串行通信用端子5的末端部、以及十字型的第一帶狀體6 的交差部(電子電路部4)、與第二帶狀體7的交差部之外、是不安裝任何零 件的僅僅細長的配線基板，因此也成為薄的、容易彎曲的結構。各模塊1通過串行通信進行數據通信，因此，只通過將各模塊1的串行 通信端子5彼此之間連接，就可以容易地構成大面積的觸覺傳感器。如圖2 所示，各模塊l具備分別具有壓力檢測器3的多個帶狀部7A、電子電路4、 端子5、用于向電子電路輸送壓力檢測器3的信號的配線70、用于使電子電 路4與端子5進行串行通信的配線60,將各模塊1的串行通信端子5彼此之 間通過串行配線8連接，由此，可以擴大觸覺傳感器的安裝面積。[B]可彎曲區域撓性基板2為各帶狀部6A、 7A具有可彎曲的區域的基板結構。圖1的 斜線區域表示帶狀部6A、 7A的可彎曲的區域，斜線區域是除配線以外不存 在安裝零件的薄板的可彎曲區域。在構成撓性基板2的各帶狀部6A、 7A中， 帶狀部彼此之間的交差部位與端部之間的部位成為可彎曲的區域。在第一帶 狀體6中，第一帶狀體6彼此之間的交差部位(設置電子電路4的部位)、與 第二帶狀體7的交差部位、端子5之間的部位成為可彎曲的區域。在第二帶 狀體7中，與第一帶狀體6的交差部位與安裝有壓力檢測器3的末端部分之 間的部位成為可彎曲的區域。通過調整彎曲位置、變更各壓力檢測器3彼此 之間的相對位置，能夠調整壓力檢測器3的安裝區域、或能夠將壓力檢測器3 調整為任意的密度。基于圖7、圖8詳細說明通過彎曲撓性基板2對壓力檢測器3進行的密度 調整。首先，將說明中需要的用語進行定義。所謂撓性基板2的表面20是指 在制作時安裝壓力檢測器3的面。將其相對的面稱為背面21。存在有將一個 或多個壓力檢測器3在某折痕處向背面方向彎曲的一次折疊方法、和將一個 或多個壓力檢測器3在某折痕向表面方向彎曲的一次的折疊方法。通過該一 次彎曲，壓力檢測器3改變朝向面的方向。通過該折疊方法變更壓力檢測器3 的朝向面的方向，同時，可以進行壓力檢測器3之間的距離的變更。將該折 疊方法稱為兩次折疊。圖7例示兩次折疊。另 一疊和朝向背面的兩次折疊組合而成的折疊方法，因此，可方1"更地變更任意兩點間的距離。此時，壓力^r測器3不改變朝向面的方向。可使用于不同的兩 個壓力檢測器3之間的距離的變更、和多個壓力檢測器3的組之間的距離的 變更。圖8例示三次折疊的方法。另外，通過向斜方向彎曲，可以將壓力檢測器3配置于各種方向。在這 種情況下，可將壓力檢測器3配置于以彎曲部位為中心、以連結彎曲處與壓 力檢測器3的長度為半徑的圓的內側的大致任意的點。[C] 可切斷區域觸覺傳感器用模塊1具有第一帶狀體6的帶狀部6A、第二帶狀體7的帶 狀部7A至少可以部分地切斷的電路結構。通過切斷帶狀部6A、 7A,可進行 壓力檢測器3的數量減少的調整，因此，可進行安裝區域的調整、密度調整。 圖3、圖4、圖5表示可切斷電路的一例。對切斷可能性進行說明。 一般沒有將撓性基板2的任何部位都切斷的可 能。但是，在大多壓力檢測器3的原理中，存在可以將壓力檢測器3切斷的 部位。在此，將切斷可能性定義為"在電路圖上，在配線上的幾個點對配線 進行分割，使其之間的電阻值設定為無限大時，保持至少一個壓力檢測器3 的傳感器信號進行通信的功能不變，而能將一個或多個壓力檢測器3切斷"。 如上所述，作為只由可切斷的配線構成的配線基板能夠實現可切斷區域。[D] 剪貼安裝對本發明的觸覺傳感器用模塊的剪貼安裝進行說明。圖21表示其概念圖。感器信號的通信功能的觸覺傳感器用模塊為單位，將多枚這樣的模塊進行組 合而安裝于曲面"的安裝方法。各觸覺傳感器用模塊即使單體也可作為觸覺 傳感器發揮功能，而即使將它們多個進行貼合也可以發揮功能。通過將多個 觸覺傳感器用模塊進行連接可以控制安裝于系統的傳感器元件的數量。另夕卜， 觸覺傳感器用模塊通過切斷、或彎曲能夠改變傳感器元件的安裝密度。通過 這樣的剪貼安裝，可用 一種傳感器用模塊覆蓋系統全部。[E] 具備內插性的傳感器元件作為傳感器元件的優選方式，對具備內插性的傳感器元件進行說明。為 了去掉觸覺傳感器上的不敏感部位，在將多個傳感器元件排列時，是否具有 內插性就顯得極其重要。所謂內插性是根據兩個檢測量的比率可以計算作用于兩個壓力檢測器間的壓力的性質。通過使觸覺傳感器上具有該特性，可減 少不敏感部分。感壓電阻和靜電容量型感壓元件等力傳感器，通常由于不能 區別中心部的變化和周邊部的變化，因而不具有內插性。使用沒有內插性的 傳感器時，若不用傳感器元件無間隙地覆蓋全體，就不能去掉不敏感部分。 本說明書記載的具有內插性的傳感器元件是與由多個帶狀部構成的撓性基板 獨立且單獨成立的技術思想，也可以將具有內插性的傳感器元件應用于現有 的片狀的觸覺傳感器。在本發明優選的實施方式中，作為具有內插性的壓力檢測器3，導入使用 反射型光遮斷器的光散射型壓力檢測方式。在壓力檢測器3具有內插性的情況下，由于檢測壓力的范圍廣，即使變更壓力檢測器3的密度也不需要變換 壓力檢測器。如圖18所示，用彈性體的變形可以4企測傳感器元件上以外的點 的壓力。如圖19所示，用發泡氨基曱酸乙酯覆蓋反射型光遮斷器，在相鄰的 反射型光遮斷器的周圍以5mm間隔施加一定載荷時，可以確-〖人到施加載荷的 位置與反射型光遮斷器越接近，電壓越下降。即使在反射型光遮斷器的位置 以外得到對應載荷的電壓，也可確認到有內插性。具有內插性的傳感器元件是具有發光元件和感光元件組的光學壓力檢測 器(優選的例為反射型光遮斷器)，是通過相對于感光元件接受發光元件發出 的光的散射/反射光的方式構成的結構、通過利用光散射用彈性材料(優選的 例為發泡氨基曱酸乙酯)進行覆蓋以遮斷發光、如下所述對壓力進行檢測的 壓力檢測器。發光元件發出的光在光散射用彈性材料內散射/反射，在光散射 用彈性材料內構成以發光部為中心的光的強度分布。感光元件流過與所配置 的場所的光強度相關的光電流，因此可以將此作為信號讀出。通過向光散射 用彈性材料施加壓力，使光散射用彈性材料引起變形，光的強度分布發生變 化。由此，配置感光元件的場所的光強度變化。將此作為壓力信息取出。圖6是在具備反射型光遮斷器30的配線基板2的上面，裝載發泡氨基曱 酸乙酯31的結構。反射型光遮斷器30由發光部和光電晶體管等感光部構成， 該發光部由LED等構成，發光部的光在發泡氨基曱酸乙酯31中被散射/反射， 在感光部測定其反射光的強度。由于當承受壓力時產生發泡氨基曱酸乙酯31 的變形及密度的變化等，感光部的光量發生變化，可^^測壓力量。更詳細地 說，從反射型光遮斷器30的LED部分放射到發泡氨基曱酸乙酯31內的光在 發泡氨基曱酸乙酯內部擴散。這時在發泡氨基曱酸乙酯31上施加載荷時，才g據發泡氨基曱酸乙酯的特性光擴散區域發生變化，因此，到達反射型光遮斷 器30的感光部的光量發生變化。所謂發泡氨基曱酸乙酯的特性是發泡氨基曱 酸乙酯內的光擴散區域根據施加于發泡氨基曱酸乙酯表面的載荷而縮小的性 質。即，通過計測感光量，可求出施加于發泡氨基曱酸乙酯表面的載荷。在 此基礎上，由于使用稱為發泡氨基曱酸乙酯的彈性體，因此也具有內插性。 另外，通過選擇發泡氨基曱酸乙酯的材質，也可以變更傳感器特性。本發明 的觸覺傳感器是在撓性基板上配置超小型反射型光遮斷器，且自其上粘接發 泡氨基曱酸乙酯而構成，因此與光纖方式相比，可以容易地進行安裝。由于 超小型且可進行面安裝的反射型光遮斷器30可以以低價格獲得，因此，可以 實現在光纖方式中.困難的小型化和低成本化。
由于通過壓力使發泡氨基曱酸乙酯的散射/反射量根據發泡氨基曱酸乙酯
31的硬度和密度等而變化，因此通過交換發泡氨基曱酸乙酯，可以容易地進 行感度的調整。另外，由于具有內插性，可擴大壓力檢測器3的間隔，使密 度下降。另外，基板2的構造也不緊密，因此曲面的適應性進一步提高。另 外，由于整體的壓力檢測器3的總數減少，因此涉及到成本降低、可靠性的 提高。另外，如圖17所示，由于發泡氨基曱酸乙酯31覆蓋在撓性基板2上 面，所以也具有保護反射型光遮斷器30和電子電路4的功能。另外，面安裝 反射型光遮斷器30可自動安裝于撓性基板2上，因此可容易地自動化制造。
另外，使用反射型光遮斷器30時，作為電子電路4當導入特許文獻2公 示的分時控制時，可大幅度地降低模塊1內的配線數。這是根據如下所述的 原理。即，利用光電晶體管是電流輸出的作用，用一個配線共有多個光電晶 體管的輸出，使各LED分時發光，由此，可以對各個光電晶體管的輸出獨立 地進行計測。通過減少模塊1內的配線，可以使帶狀部6A、 7A的寬度進一 步減小。在特許文獻2中，對于將反射型光遮斷器的LED串聯、將光光電晶 體管并聯排列構成矩陣狀的情況，公示有采用了通過分時控制減少配線量的 反射型光遮斷器的觸覺傳感器。這里使用的分時控制相當于特許文獻2的分 時控制的上位概念。具體而言，相對于在特許文獻2中LED被限定于串聯驅 動，在此可以使LED并聯或串聯驅動。另外，在特許文獻2中，為在矩陣的 全部格柵點上配置了反射型光遮斷器的電路，但是，在此可以為在矩陣的局 部或全部格柵點上配置有反射型光遮斷器的電路。
實施例1
18[F] H型形狀的帶狀部觸覺傳感器用模塊的整體結構
主要根據圖9~圖14對實施例1進行說明。在實施例1中，壓力;f企測器 3設置于由帶狀體基部和與帶狀體基部的末端形成為 一體的多個分支帶狀部 構成的帶狀體上。具體而言，第二帶狀體7的末端部位是由分支的多個帶狀 部構成的H型的帶狀體9而構成。即，第二帶狀體7由構成帶狀體基部的帶 狀部7A、和與帶狀部7A的末端形成為一體的H型的帶狀體9構成，帶狀部 7A的基端部與第一帶狀體6的帶狀部6A連結，帶狀部7A的另一端部與H 型的帶狀體9連結。H型的帶狀體9由相對于連結該帶狀部7A的帶狀部6A 向垂直方向延伸出的兩根帶狀的傳感器元件安裝部90、 91、和在第一帶狀體 6的帶狀部6A以平行狀延伸出、連結兩根帶狀的傳感器元件安裝部90、 91 的長度方向中間部位的帶狀的連結部92構成。在帶狀的傳感器元件安裝部(分 支的帶狀部)90、 91的長度方向兩端部位(末端部位)，分別設置有壓力檢測 器3。本實施例的觸覺傳感器用模塊1采用所謂的光散射型壓力檢測方式，壓 力檢測裝置由作為壓力檢測器3的反射型光遮斷器30、和作為光散射用彈性 材料的發泡氨基曱酸乙酯31構成。
H型的帶狀體9由薄的撓性基板2以可彎曲的方式構成，在H型的帶狀 體9的四個角分別安裝一個壓力檢測器3。通過將壓力檢測器3設置于H型 的帶狀體9上，可調整四個壓力檢測器3間的間隔。將多個這樣的H型的壓 力檢測部分進行排列，構成一個觸覺傳感器用模塊1。
在圖10中表示將八個H型的帶狀體9排列且由32個壓力檢測器構成的 觸覺傳感器用模塊1的例子。圖10所示的觸覺傳感器用模塊1作為整體具有 十字型的第一帶狀體6、配置于第一帶狀體6的交差部位的電子電路部4、設 置于第一帶狀體6的末端的串行通信用端子5。相對于十字型的第一帶狀體6 的一個方向延伸出的帶狀部6A，連結有八個第二帶狀體7，在各第二帶狀體 7的構成帶狀體基部的帶狀部7A的末端一體地形成有H型的帶狀體9,在H 型的帶狀體9的四個角設置有四個壓力檢測器3。
反射型光遮斷器30的傳感器輸出使用電子電路部4的模擬、數字變換器 進行變換，并被送至構成電子電路部4的處理器單元。處理器單元將變換成 數字的傳感器值進行串行通信化，通過串行通信用端子，與外部裝置進行數 據通信。串行通信通過從處理器單元輸出的四個方向的信號線的任一個(可選擇多個)進行，在包含裝載有壓力檢測器3的H型的帶狀體9的第二帶狀
體7上不具有路徑。在交差的第 一帶狀體6上以十字狀延伸的配線60延伸出， 電子電路部4配置于中央交差部，并且串行通信用端子5安裝于末端。將多 個這樣構成的觸覺傳感器用模塊1經由串行通信用端子5進行連接，可使觸 覺傳感器的安裝區域大面積化。 [F-2]可彎曲區域
對撓性基板的結構及可彎曲區域進行說明。撓性基板在一種實施方式中 由保護層、基體、銅箔、鍍層、粘結劑構成，基體和保護層典型的是由聚酰 亞胺形成。作為撓性基板的結構有只在基板的單面具有配線部的單面配線基 板、和在基板的兩面具有配線部的兩面配線基板。撓性基板的厚度在一種方 式中為保護層+粘結劑12+15=27 jum、基體25jam、銅箔+鍍層12+10=22 jum,單面配線基板25+22+27=74 nm、兩面配線基板74+22+27=123 p m。根 據撓性基板的厚度和材質作為可彎曲區域，單面配線基板是有利的。另外， 優選保護層也僅在單側設置。不能彎曲的通孔和鍍層配置于可彎曲區域以外 的部位。另外，彎曲區域以外的部分(也包含傳感器元件安裝部等、安裝配 線以外的部分、通信端子和處理器單元等的安裝部分)可設計為兩面配線基 板。
在實施例1的觸覺傳感器用模塊中，安裝有電子元件(作為壓力檢測器 的反射型光遮斷器、構成電子電路部的處理器、電阻、電容器、通信端子等 安裝部件的全部)的部位以外的只有配線的部位是可彎曲區域。即，在實施 例1的觸覺傳感器用模塊中，第二帶狀體7 (構成帶狀體基部的帶狀部7A、 與帶狀部7A的末端形成為一體的H型帶狀體9 )除壓力檢測器3的安裝部位 以外是可彎曲區域。第一帶狀體6除電子電路部、通信用端子之外是可彎曲 區域。對于H型的帶狀體9，如圖9右圖所示能夠彎曲。即，在連結部92的 兩端，將兩根帶狀的傳感器元件安裝部90、 91從表面20向背面21折疊，進 而，將成為背面的傳感器元件裝載部90、 91的安裝有壓力檢測器3的長度方 向端部從表面20向背面21折疊，由此，能夠縮小各壓力檢測器3之間的距 離。另外，在可彎曲的區域通過3次折疊，可以變更壓力^^全測器3之間的相 對位置。即使對于第一帶狀體6和第二帶狀體7的基部7A,在電子元件安裝 部位以外的區域，也可以按照圖8的要領變更長度。 [F-3]可切斷區i或在帶狀部分以可切斷基板的方式制成電路。圖3表示采用反射型光遮斷
器30而進行壓力檢測時的電路圖的例子、和切斷時的切斷點。箭頭的左側表
示切斷前，右側表示切斷后。切斷后的傳感器輸出信號線的阻抗的變化可以
忽略，電壓值為0。此時，不對其它部位造成影響，就可以切斷壓力檢測器3 (反射型光遮斷器30)。通過如圖12所示構成H型的部分可構成可切斷的撓 性基板。另外，在圖11中也用虛線表示可切斷部分的例子。在圖11中表示 切斷第一帶狀體6的情況。圖13表示以切斷反射型光遮斷器單體的方式，切 斷H型帶狀體9的傳感器元件安裝部91的一部分的情況。圖14表示通過切 斷連結H型的帶狀體9和第一帶狀體6的第二帶狀體的帶狀部7A，將多個反 射型光遮斷器30 —起切斷的情況。 [F-4]光散射型壓力檢測方式
本實施例的觸覺傳感器用模塊1采用了所謂的光散射型壓力檢測方式， 壓力檢測裝置由反射型光遮斷器30和發泡氨基甲酸乙酯31構成。如圖17所 示，將反射型光遮斷器30在平面上以朝向法線方向的方式排列，只在其上粘 接發泡氨基曱酸乙酯31即可制作而成。粘接層32使用透明的環氧樹脂類的 粘接劑。來自反射型光遮斷器30的發光元件(LED部)的發光中，到達感光 元件(光電晶體管部或光電二極管部)的光的比例，利用載荷導致的變化的 原理而設計壓力檢測器。
特許文獻1記載了光散射型壓力檢測方式的基本原理，對于基本原理的 詳細內容，可參照特許文獻l。使用該原理時的特征為具有內插性。所謂內插 性是根據兩個檢測量的比率可以計算作用于兩個壓力檢測器間的壓力的性 質。本實施例的傳感器的特征在于，以安裝面的改善為目的不使用光纖的結 構。特許文獻1的壓力傳感器通過以下構成，即、準備發光用的光纖和探測 用的光纖，通過排列安裝，測定散射/反射光的密集度而構成。特許文獻l的 壓力傳感器因使用光纖而存在耐久性問題，且難以處理。由于光纖集中在連 接光纖的發光元件和感光元件上，因此也存在接口部分非常大的問題。在本 實施例中，由于沒有光纖，且變更成反射型光遮斷器，因此，制作、安裝變 得答易。
作為壓力檢測器3,通過利用反射型光遮斷器30可構成超小型的壓力檢 測器。實施例中采用的反射型光遮斷器(SHARP制GP2S60)大小為3.2mm x 1.7mmx l.lmm。另外，由于傳感器是利用發泡氨基曱酸乙酯的變形的傳感器，因此具有內插性。另外，發泡氨基曱酸乙酯是發泡材料，因此，與橡膠 等相比質量輕。反射型光遮斷器的重量每個在O.lg以下。
通過變更安裝于反射型光遮斷器上的發泡氨基曱酸乙酯的種類，可得到 各種各樣的應答特性。例如，可以得到具有對于初期載荷電壓大幅度下降、 而其后的變化減小的非線形性的應答特性。這樣的應答特性根據發泡氨基曱 酸乙酯的種類而不同。即，意味著可根據使用部位通過改變發泡氨基曱酸乙 酯的種類來調節感度和動態范圍。
使用反射型光遮斷器的傳感器存在消耗電流大之類的問題。為了減小流
過反射型光遮斷器的LED的電流量，通過后述的分時控制，用微控制器限制 流過電流的LED的數。由此，使整體的消耗電流減少。
對流過各個LED的電流量，可以進行PWM控制。通過控制流過LED的 電流量，可使傳感器的感度和動態范圍變化。另外，可減少傳感器元件之間 的偏差。于是，根據在流過電流的LED的數量的控制中使用的微控制器生成 PWM信號，由此，控制流過LED的電流量。分時控制
圖ll表示方塊電路圖。電源省略。H型部分合計有八處，分別用H1-H8表示。用數字輸出(Digital Output)可控制各個LED的ON、 OFF，信號 線通過LED開關1~LED開關8 ( LED SWITCH1 ~ LED SWITCH8 )表現。模 擬信號被HI ~ H8共有，且模擬信號線1 模擬信號線4 ( Analogl ~ Analog4 ) 與其連接對應。將所有的LED設定為非驅動時，流過光電晶體管的光電流僅 為暗電流，因此，模擬信號線1 模擬信號線4 ( Analogl ~ Analog4 )的所有 模擬信號線的電壓根據壓力而不變化。在圖20中僅表示LED的控制電路。
通過LED開關1 (LED SWITCHl )將HI的LED全部設定為ON時， 在H1的光電晶體管中流過光電流，因此，可讀出H1部的壓力變化。將LED 開關1 ( LED SWITCHl )設定為OFF、 LED開關2 ( LED SWITCH2 )設定 為ON時，只在H2的LED中流過電流，因此能從模擬信號線1 模擬信號線 4 (Analogl ~ Analog4 )的信號讀出的信號是僅施加于H2部的壓力。這樣， 通過對H型部分的LED進行分時控制，使用共同的模擬配線，可讀出各個傳 感器部的壓力變化。由此可知，相對于對來自光電晶體管的信號分別進行處 理時需要32根信號線的情況，在本方式中，使用12根即可。通信功能將利用壓力檢測器3得到的傳感器信號通過電子電路部在局部進行數字 化，并利用串行通信傳遞，由此，可以使配線分散、節省配線，從而安裝變得容易。在電子電路部的處理器單元使用小型的微計算機8051 (Silicon Laboratories )。該微計算機是4mm方形的小型封裝，具有發振器和AD變換 器、串行通信功能。在限制的空間內可實現通信功能。在串行通信中可使用 SMBus,在本實施例中也可以使用SMBus。觸覺傳感器用模塊作為具有全部5bit地址的副SMBus而構成。因此，在 一個SMBus中最多可連接32 ( 25 )個觸覺傳感器用模塊。這些觸覺傳感器用 模塊具有8ch的LED開關(LED SWITCH),用各自的通道可得到四個傳感 器信號，因此，可讀出32 (8x4)個傳感器信號。通過從主SMBus指定節點 ID5bit與LED SWITCH的通道3bit共合計8bit,可得到使四個傳感器進行 8bitAD轉換的值。[F-7]實施例對使用實施例1所示的反射型光遮斷器和氨基曱酸乙酯的小型觸覺傳感 器的實驗例進行說明。設計觸覺傳感器用模塊，并對傳感器功能、通信功能、 模塊間的連接功能進行了實驗。觸覺傳感器用模塊具有32個觸覺傳感器元 件、由微計算機8051 ( Silicon Laboratories )構成的電子電路部、可連接模塊 間的通信用端子。將它們全部安裝在一個撓性基板上，即使;漠塊單體，也可 以連接多個模塊而發揮功能。對于32個觸覺傳感器元件，準備四個AD變換 器，由各8ch的觸覺傳感器元件共有。在微控制器內實現四個AD變換器和 8ch的LED開關。這些是利用上述的分時控制的結果。可得到配線數的減少 及微控制器的通信口數量的減少及所謂小型化的顯著效果。模塊之間的連接 通過將通信用端子以ACF連接的方式連接而進行。在安裝于觸覺傳感器用模塊的反射型光遮斷器上連接INOAC社制的 POLYOLEFIN FOAMP E-LITE A-8 ，以測定光散射型壓力檢測方式的特性。 作為應答特性，可確認到輸出電壓根據載荷而減小。由于具有相對于初期載 荷電壓大幅度地下降，而其后變化減小這一非線形性，因此，可以使大的動 態范圍和高感度兩者并存。另外，由于使用發泡氨基曱酸乙酯，因此，可確 認到具有有滯后現象。這些特性可根據發泡氨基曱酸乙酯的種類進行調節。 即，利用使用部位的變化可使感度和動態范圍發生變化。另外，滯后的大小 也根據發泡氨基曱酸乙酯的種類而不同。將多個觸覺傳感器用模塊進行連接，并安裝于仿人型機器人的腳部。組裝后的觸覺傳感器具有128個觸點，重量為58g。重量內40g是觸覺傳感器用 模塊，18g是氨基曱酸乙酯。將觸覺傳感器用模塊以ACF連接方式連接。將 觸覺傳感器用模塊適當彎曲，或者，切斷傳感器用模塊的不需要的部分，并 且根據安裝部位變更傳感器的安裝密度，同時將其且貼附于仿人型機器人上。'對通信功能進行確i^。在由32個副SMBus構成的SMBus網絡中，測定 可能進行的通信速度為lMBps以下。所需通信時間和LED進行開關后直到 傳感器值穩定的時間之和約為0.2msec。以上，對本發明優選的一方式的實施例1進行了說明。實施例1是使用 了反射型光遮斷器和發泡氨基曱酸乙酯的小型的觸覺傳感器。該傳感器的特 征在于，結構簡單且制作容易。另外，可根據發泡氨基曱酸乙酯的種類控制 其特性。由于是小型，因此適宜在安裝大量的傳感器的情況下采用。另外， 由于具有內插性，因此可以減少傳感器元件的數量，可以減少不敏感部分。 另一方面，存在消耗電力的問題。對此，可以通過LED的開關減少消耗電流。 另外，提案有利用LED的開關，配線和AD變換器的共有及通過PMW對流 過LED的電流量進行的控制。使用撓性基板安裝多個傳感器元件和網絡功能， 從而制成觸覺傳感器用模塊，通過將它們連接而進行剪貼安裝。這時，對一 個或多個傳感器元件中的每一個，通過將撓性基板的帶狀部進行適當地切斷、 或者將其彎曲而使用，由此，通過調整傳感器元件的安裝密度和安裝區域， 進行向任意曲面的安裝。另外，通過連接多個觸覺傳感器用模塊，可以自由 變更安裝的傳感器元件的數量和安裝區域。另外，通過將基板彎曲可變更傳 感器的安裝密度。實施例2[G]傳感器元件的配置自由度高的撓性基板實施例2是表示實施例1中的將基板形狀進行變更的例子。實施例2的 撓性基板由多個帶狀部在基端側連結的星形結構而構成。如圖15 (a)所示， 在長方形的撓性基板上，縱向加入8個斷開處而構成IO個帶狀部，在中央設 置有電子電路部4、在下側的中央帶狀部IOA設置有通信用端子5、在其它的 9個帶狀部10的末端部位設置有光遮斷器30。各帶狀部10只在中途進行一 次彎曲、在以帶狀部IO的基端部(斷開處的根部)與帶狀部的末端部(光遮 斷器30)之間的尺寸為半徑的圓的內側區域內的、大致任意的位置可配置光遮斷器30。因此，如圖15 (b)、圖15 (c)所示，由一個撓性基板2可以構 成各種圖形的配置。在圖15 (c)中，將右側上部的帶狀部IO切斷，將光遮 斷器30的數量設定為八個，調整數量。另外，在圖15 (a)中，光遮斷器30 安裝于帶狀部10的里側，通過將帶狀部10彎曲，如圖15 (b) (c)所示變為 外側。實施例2的撓性基板只是在長方形的基板上加入斷開處的筒單的結構， 因此，能夠降低成本。 實施例3[H] 作為壓力檢測器的感壓電阻在實施例l中，由反射型光遮斷器30構成壓力檢測器3,但是也可以由 感壓電阻300構成壓力檢測器3。這時，由于不具有內插性，因此不適于安裝 密度的變更。如圖16所示，也可以進行與反射型光遮斷器同樣的分時控制。 在SW3及SW4上施加電源電壓，并且設定為高阻抗，由此，可以獨立地讀 出感壓電阻300的壓力信號。即使在使用了感壓電阻300的情況下，通過使用分時控制進行節省配線， 由此，也可以盡可能地將帶狀部的寬度變窄。另外，在帶狀部也可以切斷。 圖4、圖5表示使用感壓電阻300時的電路圖和切斷點。左圖表示切斷前的電 路圖，右圖表示切斷后的電路圖。在圖16中，可切斷的區域以在帶狀區域內 可實現的方式設定，由此可以實現可切斷的帶狀部。實施例4[I] 具有方形狀的寬幅部的帶狀部代替實施例1中的H型的帶狀部，方形狀的寬幅部900與第二帶狀體7 的構成帶狀體基部的帶狀部7A的末端側一體地形成，在方形狀寬幅部900 的四個角設置有反射型光遮斷器30。通過使第二帶狀體7的帶狀部7A彎曲， 可以對反射型光遮斷器30的密度進行調整。另外，通過切斷第二帶狀體7的 構成基部的帶狀部7A,可以將具有反射型光遮斷器的方形狀寬幅部切斷。兩 根SMBus的配線和兩根電源線向四個方向延伸，通過通信用端子的連接，將 多個觸覺用傳感器用模塊之間連接在一起。對于通信線，也可以沿不連接的 方向進4于切斷。圖22表示安裝方法。首先，連接多個傳感器用模塊l。其次，與安裝曲 面吻合而將傳感器的配線部分彎曲。這樣，通過將撓性基板2彎曲，或/及切 斷而使用，可以改變傳感器元件的安裝密度，可柔軟地安裝于曲面上。最后，在調整了安裝密度的撓性基板2上粘接發泡氨基曱酸乙酯31而進行安裝。另 外，第四實施例的觸覺傳感器用模塊，除第二帶狀體7的末端部位的形狀之外，與實施例1的觸覺傳感器用模塊相同，實施例4的觸覺傳感器用模塊的說明可以援用實施例1的記載。 產業上的可利用性本發明的觸覺傳感器可以作為在任意曲面上均可安裝的分布觸覺傳感器 而使用，可以用于機器人的觸覺接口、機器人觸覺傳感器、壓力分布測定器、 計算機的輸入接口等。本發明的觸覺傳感器可以安裝于任意的曲面，因此， 其應用范圍涉及機器人的觸覺傳感器、椅子和床的壓力分布計測等極廣的范圍。
權利要求
1、一種觸覺傳感器用模塊，其包括撓性基板，其具有一個或多個帶狀部；多個傳感器元件，其配置于構成撓性基板的一個或多個帶狀部上；一個以上的通信用端子，其設置于撓性基板上；一個以上的電子電路部，其設置于撓性基板上，利用延伸出撓性基板的配線與傳感器元件及通信用端子電連接，接收由各傳感器元件取得的信息，具有將該信息發送給通信用端子的通信功能，所述多個帶狀部的至少任一個具有可彎曲區域、或/及可切斷區域。
2、 如權利要求1所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述可彎曲區域是 所述多個傳感器元件內、位于任一傳感器元件之間的一個或多個帶狀部、或 /及一個或多個帶狀部的一個或多個部分。
3、 如權利要求1或2所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述可彎曲區 域是帶狀部上只具有配線的區域。
4、 如權利要求1~3中任一項所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述可 彎曲區域是在構成撓性基板的帶狀部中除傳感器元件、電子電路部、通信用 端子之外的區域。
5、 如權利要求1 4中任一項所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述可 切斷區域是通過切斷該區域而能保持一個或多個傳感器元件的傳感器信號 的通信功能不變、將其它的一個或多個傳感器元件從撓性基板上切斷的區 域。
6、 如權利要求1~5中任一項所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述傳 感器元件設置于帶狀部的末端部位。
7、 如權利要求1~6中任一項所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述通 信用端子設置于帶狀部的末端。
8、 如權利要求6所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述撓性基板具有 一個第一帶狀體和與第一帶狀體連結的多個第二帶狀體，所述第一帶狀體由一個或多個帶狀部構成，至少具有一個電子電路， 各第二帶狀體由一個或多個帶狀部構成，在末端部位至少具有一個傳感器元件。
9、 如權利要求8所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述第二帶狀體是除傳感器元件的安裝部位之外只具有配線的可彎曲區域。
10、 如權利要求8或9所述的觸覺傳感器用模塊，其中，至少一個第二 帶狀體具有能保持其它的至少一個第二帶狀體的傳感器元件的傳感器信號的通信功能不變、而將該第二帶狀體的一個以上的傳感器元件從撓性基板上 切斷的區域。
11、 如權利要求8~10中任一項所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述 第二帶狀體由多個帶狀部分支為分層的樹形結構構成，在各分支帶狀部的末端部位設置有一個以上的傳感器元件。
12、 如權利要求8 11中任一項所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述 第二帶狀體包括基端側與第一帶狀體連結的基部、由與該基部的末端形成為一體的四根分支帶狀部構成的H型帶狀體，在各分支帶狀部的末端部位設 置有一個以上的傳感器元件。
13、 如權利要求11或12所述的觸覺傳感器用模塊，其中，構成第二帶 狀體的各分支帶狀部具有能保持其它的分支帶狀部的一個以上的傳感器元 件的傳感器信號的通信功能不變、而將該分支帶狀部的一個以上的傳感器元 件從撓性基板上切斷的區域。
14、 如權利要求8 13中任一項所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述 第一帶狀體在末端至少具有一個通信用端子。
15、 如權利要求14所述的觸覺傳感器用模塊，其中，在所述第一帶狀 體上，除電子電路部、通信用端子之外的部位是只具有配線的可彎曲區域。
16、 如權利要求8 15中任一項所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述 第一帶狀體具有能保持至少一個傳感器元件的傳感器信號的通信功能不變、而將設置于該第一帶狀體部分或/及與該第一帶狀體部分連結的一個或多個 第二帶狀體的一個或多個傳感器元件從撓性基板上切斷的區域。
17、 如權利要求8 16中任一項所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述 第 一 帶狀體由將基端側相互連結且以放射狀延伸的多個帶狀部構成，在該連 結部位配置有電子電路部。
18、 如權利要求6所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述撓性基板的至 少一部分，由一個或多個帶狀部分支為分層的樹形結構構成，在各帶狀部的 末端部中的至少兩個末端部設置有一個以上的傳感器元件。
19、 如權利要求18所述的觸覺傳感器用模塊，其中，構成所述樹形結
20、 如權利要求19所述的觸覺傳感器用模塊，其中，在多個分支帶狀 部的末端部位分別設置有一個以上的傳感器元件，在末端部位具有傳感器元 件的各分支帶狀部具有能保持其它的分支帶狀部的一個以上的傳感器元件 的傳感器信號的通信功能不變、而將該分支帶狀部的一個以上的傳感器元件 從撓性基板上切斷的區域。
21、 如權利要求18所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述撓性基板由 多個帶狀部在基端側連結的星形結構構成，在至少一個帶狀部的末端設置有 通信用端子，在其它的帶狀部的末端部位設置有一個以上的傳感器元件，在 多個帶狀部的基端側的連結部位設置有電子電路部。
22、 如權利要求1~21中任一項所述的觸覺傳感器用模塊，其中，帶狀 部由帶狀部基部和與該基部的末端形成為一體的寬幅部構成，在寬幅部設置 有一個或多個傳感器元件。
23、 如權利要求22所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述基部具有可 彎曲區域或/及可切斷區域。
24、 如權利要求1~23中任一項所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述 通信用端子是串行通信用端子。
25、 如權利要求24所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述電子電路部 與通信用端子之間的配線是串行總線。
26、 如權利要求25所述的觸覺傳感器用模塊，其中，電子電路部具備 處理器單元，經由串行通信用端子能與外部裝置進行串行通信，并能將由傳 感器元件取得的信息向外部裝置發送。
27、 如權利要求26所述的觸覺傳感器用模塊，其中，電子電路部具備 模擬、數字變換裝置，處理器單元將由傳感器元件取得的模擬信息作為數字 信息讀取。
28、 如權利要求1~27中任一項所述的觸覺傳感器用模塊，其中，觸覺 傳感器用模塊經由通信用端子能與其它的觸覺傳感器用模塊連結。
29、 如權利要求1 28中任一項所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述 傳感器元件是壓力檢測器。
30、 如權利要求29所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述壓力檢測器具備發光元件和感光元件，所述觸覺傳感器用模塊還具有光散射用彈性材 料，通過將該彈性材料以覆蓋該壓力檢測部的方式裝載于撓性基板上，使從 發光元件發出的光在彈性材料內散射/反射，從而感光元件取得光的強度信，
31、 如權利要求30所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述彈性材料是 發泡氨基曱酸乙酯。
32、 如權利要求30或31所述的觸覺傳感器用模塊，其中，所述壓力檢 測器是反射型光遮斷器。
33、 如權利要求32所述的觸覺傳感器用模塊，其中，通過對反射型光 遮斷器的檢測進行分時控制，多個反射型光遮斷器共有用于取出檢測信號的 設置于模擬配線及電子電路部的模擬、數字變換裝置。
34、 一種觸覺傳感器的安裝方法，其使用權利要求1~33中任一項所述 的觸覺傳感器用模塊，其特征在于，(a) 通過將一個或多個帶狀部彎曲，調整傳感器元件的位置， 或/及(b) 通過切斷一個或多個帶狀部，減少傳感器元件的數量，(c) 通過帶狀部的彎曲或/及切斷，進行傳感器元件的密度調整、或/ 及安裝區域的調整。
35、 如權利要求34所述的觸覺傳感器的安裝方法，其中，包含經由通 信用端子連結多個觸覺傳感器用模塊的工序。
全文摘要
本發明提供一種觸覺傳感器用模塊，盡管是一種模塊，卻可以容易地進行傳感器元件的密度調整、安裝區域的調整，對復雜曲面的適應性高。觸覺傳感器用模塊具有設置有多個通信用端子、電子電路部的撓性基板，撓性基板由多個帶狀部構成。傳感器元件設置于帶狀部的末端部位，傳感器元件與電子電路部、電子電路部與端子經由延伸出帶狀部的配線而電連接，至少一個帶狀部具有可彎曲區域、或/及可切斷區域。
文檔編號G01L1/24GK101263373SQ200680033240
公開日2008年9月10日 申請日期2006年9月5日 優先權日2005年9月12日
發明者國吉康夫, 大村吉幸, 瀨田尚子, 長久保晶彥 申請人:國立大學法人東京大學;獨立行政法人產業技術總合研究所
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