专利名称：滑动检测装置和滑动检测方法
技术领域：
本发明涉及一种滑动检测装置和滑动检测方法，尤其涉及一种用于确保检测到与滑动检测面相接触的静止物体的滑动开始动作的处理。
背景技术：
传统上已提出了如下的触觉传感器，该触觉传感器使用压敏导电传感器来检测从与滑动检测面相接触的物体所施加的压缩方向的压力的分布，由此识别对与滑动检测面相接触的物体的运动的感知(参见专利文献1)。此外，所提出的压敏导电传感器被设计为检测由导电粒子分散至非导电弹性体或合成橡胶所制成的可变形导电材料上的压力变化，作为电阻抗值的变化(参见专利文献 2)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2008-U8940专利文献2 日本特开2000-29901
发明内容
顺便提及，如果可以通过使用小、轻且薄的结构以高精度检测物体在滑动检测面上开始滑动的运动作为对滑动检测面的感知，则与例如机器人的手那样，可以实现对与物体的接触面积小的小手指在其正接触该物体时的感知。结果，可以认为能够实现用于以 (不太强也不太弱的)适当把持力来把持物体的保持部件。本发明是考虑到上述各方面而作出的。本发明的目的是提供能够利用小、轻且薄的结构来检测滑动开始状态的滑动检测装置和滑动检测方法。为解决上述问题，本发明提供了 包括压敏导电片3A的滑动检测构件3，所述压敏导电片3A设置在用于承受与接触构件5的接触的接触承受构件2上；滑动检测信号形成电路31，用于在将所述接触构件5隔着所述压敏导电片3A推向所述接触承受构件2时，响应于从所述压敏导电片3A发送来的检测信号Si，基于所述感压导电薄片3A的阻抗值变化形成包括高频波形成分VpX的滑动检测信号Vp，其中，所述高频波形成分VpX紧挨在所述接触构件5发生滑移之前出现；以及滑动检测计算部36，用于在紧挨在发生所述滑移之前所生成的高频波形成分VpX超过预定阈值时发送表示发生了初始滑动的滑动确认信号S2，其中，所述初始滑动的发生紧挨在发生所述滑移之前。根据本发明，当接触构件经由压敏导电片与接触承受构件相接触时，基于压敏导电片的阻抗值变化并且响应于从压敏导电片发送来的检测信号，如果紧挨在接触构件发生滑移之前所生成的高频波形成分超过预定阈值，则确认发生了紧接着将发生滑移的初始滑动。因此，可以实现滑动检测部更小、更轻且更薄的滑动检测装置。
图1是示出根据本发明的一个实施例的滑动检测装置的整体结构的示意框图。图2是示出图1的接触检测部的结构的示意图。图3是示出图2的压敏导电片的示意图。图4是示出图2的电极板片的详细结构的示意平面图。图5是示出图1的滑动检测信号形成电路的详细结构的示意连接关系图。图6是示出图5的滑动检测信号形成电路的等效电路的连接关系图。图7是示出图1的滑动检测构件3的操作的信号波形图。图8是示出图1的滑动检测计算部36的操作的流程图。图9是示出图8的步骤SP3的离散小波变换处理的信号波形图。图10是示出图1的滑动检测构件3的另一实施例的示意图。图11是示出接触构件5使用不锈材料时的小波变换处理的信号波形图。图12是示出接触构件5使用织物材料时的小波变换处理的信号波形图。图13是示出接触构件5使用纸质材料时的小波变换处理的信号波形图。图14是示出接触构件5使用木质材料时的小波变换处理的信号波形图。图15是示出接触构件5使用丙烯酸类材料且初始负荷为2[N]以及滑动速度为 10[mm/s]时的小波变换处理的信号波形图。图16是示出与图15相对应的、初始负荷为4[N]且滑动速度为10[mm/s]时的小波变换处理的信号波形图。图17是示出与图15相对应的、初始负荷为3[N]且滑动速度为1 [mm/s]时的小波变换处理的信号波形图。图18是示出与图15相对应的、初始负荷为3[N]且滑动速度为5[mm/s]时的小波变换处理的信号波形图。
具体实施例方式在下文，将参考附图详细说明本发明的各实施例。(1)第一实施例在图1，附图标记1表示滑动检测装置这个整体。将片状的滑动检测构件3安装并固定至(例如为机器人手的食指的)接触承受构件2的表面。结果，形成接触检测部7。接触承受构件2被设计为当由丙烯酸类材料制成的接触构件5以正对接触承受构件2的方式开始借助于(例如为机器人手的大拇指的)按压操作构件4进行夹持操作时， 在正对接触构件5的表面上经由滑动检测构件3进行夹持/保持操作。如图2所示，滑动检测构件3被构成为具有被一体化配置并固定在压敏导电片3A 的一个表面上的电极板片3B。电极板片:3B与接触承受构件2接合。因此，滑动检测构件3 设置在接触承受构件2上。在上述情况下，当接触构件5与压敏导电片3A的上表面相接触时，从接触构件5 施加至压敏导电片3A的上表面的法向力而在厚度方向上压迫压敏导电片3A。施加至压敏导电片3A的表面的另一力是使接触构件5在压敏导电片3A的面方向上进行滑动的切向力 Ft。
如图3所示，压敏导电片3A由可变形导电材料制成，其中，该可变形导电材料是通过使导电粒子12分散至诸如非导电弹性体或合成橡胶等的挠性层主体11而构成的。结果，如图3的㈧所示，当向接触构件5施加法向力而时，压敏导电片3A在接触构件5和电极板片:3B之间进行压缩操作，从而使得分散于挠性层主体11中的导电粒子中在法向上相接触的粒子增加。因而，在压敏导电片3A的厚度方向中，创建大量的导电通路13，从而使压敏导电片3A的内部阻抗降低。在上述情况下，由于接触构件5因被施加了切向力Ft而开始滑动，如图3的(B) 所示，在挠性层主体11中，以彼此远离的方式进行移动的导电粒子12增加，从而导致压敏导电片3A的内部阻抗增大。根据本实施例，如图4所示，电极板片:3B被构成为具有安装至绝缘基板21的表面上的导电图案层22。在导电图案层22的中央位置处，设置了具有以方形螺旋方式形成的两个电极图案23A和23B的电极图案区域M。电极图案23A和2 分别与设置在电极图案区域M外部的两个端子图案25A和25B相连接。以使电极图案23A和23B与压敏导电片3A的下表面电连接的方式使压敏导电片 3A与电极图案区域M接合。因而，可以在端子图案25A和25B之间导出压敏导电片3A在与电极图案23A和2 相连接的部分之间的区域的电阻抗值。结果，在端子图案25A和25B之间，当接触构件5使压敏导电片3A变形时，将压敏导电片3A中发生的阻抗变化作为端子图案25A和25B之间的电阻抗变化经由连接至端子图案25A和25B的检测信号导出线26A和26B从滑动检测构件3导出至外部，作为检测信号Si。将检测信号Sl供给至滑动检测信号形成电路31 (图1)的检测信号输入端32A和 32B。根据本实施例，检测信号输入端32A连接至驱动直流电源33的负极侧，而检测信号输入端32B经由基准电阻器34连接至驱动直流电源33的正极侧端子。结果，连接至滑动检测构件3的滑动检测信号形成电路31形成如图6所示的等效电路。在如图6所示的等效电路中，由基准电阻器34和滑动检测构件3组成的可变电阻器3C的串联电路连接至滑动检测信号形成电路31的驱动直流电源33的两端。因而，将可变电阻器3C的两端所获得的分压电压作为滑动检测信号形成电路31的滑动检测信号Vp 输出至从检测信号输入端32A和32B导出的滑动检测信号输出端35A和35B。因此，滑动检测构件3的压敏导电片3A的阻抗值根据从接触构件5所施加的法向力而和切向力Ft而改变。结果，作为驱动直流电源33的分压电压的滑动检测信号Vp的值表示法向力而和切向力Ft的变化。在实验中，在从接触构件5向压敏导电片3A在法向上施加的法向力1 如图7的 (C)的特性曲线Kl所示随着时间t的经过而恒定的情况下，如特性曲线K2所示，在切向力 Ft维持Ft = 0的时段t0 tl之后，切向力Ft在时段tl t2内逐渐增大。结果，如图7 的⑶中的曲线K3的曲线K32所示，接触构件5在时段t = t2 t3内滑动并产生移位。当接触构件5在t = t2开始相对于滑动检测构件3滑动时，基于滑动检测构件3在该时刻的检测信号Si，在滑动检测信号形成电路31的输出端35A和35B间所获得的滑动检测信号Vp的值发生特定电气变化。包括微计算机的滑动检测计算部36通过进行计算处理来确认滑动检测信号Vp的特定电气变化。因此，当已获得滑动确认信号S2时，滑动检测计算部36将滑动确认信号S2供给至计算结果输出部37，从而向用户通知已发生滑动这一事实。利用上述结构，滑动检测计算部36基于图7的(A)所示的表示滑动检测构件3的运动的滑动检测信号Vp，根据信号计算处理来确认滑动检测信号Vp的电气变化的特异性。基于接触构件5相对于滑动检测构件3的滑动运动的实验结果，可以检测到图7 所示的滑动检测构件3的运动的特征。在图7的(C)中，如特性曲线Kl所示，在接触构件5向滑动检测构件3的压敏导电片3A施加恒定的法向力1 的情况下，当在切向力Ft = 0的时段t = t0 tl之后的时段t = tl t2内切向力Ft逐渐增大时，如图7的⑶中的特性曲线K3所示，接触构件5 在时刻t = t2开始滑动，并且在t = t3停止滑移。对于接触构件5的上述滑移，基于滑动检测构件3的电极板片;3B的检测信号导出线26A和^B的检测信号Si，在滑动检测信号形成电路31的输出端35A和35B间所获得的滑动检测信号Vp在紧挨在时刻t = t2前后的时间段内生成特定的高频信号波形成分，如图7的(A)中的特性曲线K4所示。也就是说，在时段t = t0 tl期间，如图7的(C)中的特性曲线Kll和K21所示， 仅施加法向力1 ，并且如图7的(B)中的特性曲线K31所示，滑移为0。在上述时段内，如图7的㈧中的特性曲线K41所示，滑动检测信号Vp维持在基于法向力1 的恒定值。然后，在时段tl t2期间，随着切向力Ft如特性曲线K22所示逐渐增大，即使当滑移如特性曲线K31所示维持0的状态时，滑动检测信号Vp的值也急剧增大。此外，在滑动开始时刻t = t2附近，滑动检测信号Vp的值剧烈地上下波动。然后，滑动检测信号Vp 的值以在时刻t = t2处形成峰值波形的方式进行变化。在滑动时刻t = t2之后，如特性曲线K32所示，接触构件5大致成直线滑动并产生移位。然后，如特性曲线K33所示，滑移在时刻t = t3停止。在滑移有变化的t = t2 t3期间，如特性曲线K43所示，滑动检测信号Vp从峰值急剧下降。同时，该下降曲线上的波动成分变得极小。在滑移在t = t3停止之后，如特性曲线K44所示，波动成分大部分消失。基于实验结果，当高频成分叠加在滑动检测信号Vp上并且当滑动检测信号Vp的上下波动的范围超过预定阈值时，滑动检测计算部36判断为即将发生接触构件5的滑移的状态。根据本实施例，滑动检测计算部36对滑动检测信号Vp进行离散小波变换处理，以检测即将发生滑移的状态。滑动检测计算部36经由图8所示的滑动检测处理过程RTl，根据滑动检测信号Vp 形成滑动确认信号S2。在进入滑动检测处理过程RTl之后，在步骤SP1，滑动检测计算部36的中央处理单元(CPU)等待来自用户的处理开始指令。接着，在步骤SP2，滑动检测计算部36的CPU执行离散小波变换处理。
在步骤SP2，滑动检测计算部36的CPU在进入步骤SP3之前，以频率50 [Hz]计数滑动检测信号Vp的50个样本，其中，在步骤SP3，使用以下等式对这50个样本进行离散小波变换处理。
权利要求
1.一种滑动检测装置，其特征在于，包括滑动检测构件，其包括设置在用于承受与接触构件的接触的接触承受构件上的压敏导电片；滑动检测信号形成电路，用于在所述接触构件隔着所述压敏导电片按压所述接触承受构件时，响应于从所述压敏导电片发送来的检测信号，基于所述压敏导电片的阻抗值变化形成包括高频波形成分的滑动检测信号，其中，所述高频波形成分紧挨在所述接触构件发生滑移之前出现；以及滑动检测计算部，用于在紧挨在发生所述滑移之前所生成的高频波形成分超过预定阈值时发送表示发生了初始滑动的滑动确认信号，其中，所述初始滑动的发生紧挨在发生所述滑移之前。
2.根据权利要求1所述的滑动检测装置，其特征在于，所述滑动检测构件配置有位于所述压敏导电片的一侧或两侧上的电极板片，由此从所述电极板片发送表示所述压敏导电片的阻抗值变化的检测信号。
3.根据权利要求1所述的滑动检测装置，其特征在于，所述滑动检测计算部包括用于对所述滑动检测信号进行离散小波变换处理的离散小波变换部件。
4.一种滑动检测方法，其特征在于，包括以下步骤在接触构件隔着滑动检测构件的设置在接触承受构件上的压敏导电片按压所述接触承受构件时，响应于从所述压敏导电片发送来的检测信号，基于所述压敏导电片的阻抗值变化，在滑动检测信号形成电路中形成包括高频波形成分的滑动检测信号，其中，所述接触承受构件承受与所述接触构件的接触，所述高频波形成分紧挨在所述接触构件发生滑移之前出现；以及在紧挨在发生所述滑移之前所生成的高频波形成分超过预定阈值时发送表示发生了初始滑动的滑动确认信号，其中，所述初始滑动的发生紧挨在发生所述滑移之前。
全文摘要
提出了结构简单的初始滑动检测部件。在接触构件(5)经由压敏导电片(3A)与接触承受构件(2)相接触时，从压敏导电片(3A)发出检测信号(S1)；当紧挨在接触构件(5)发生滑移之前所生成的高频波形成分(VpX)超过预定阈值时，基于所述压敏导电片(3A)的阻抗值变化，给出表示确认紧挨在发生所述滑移之前发生了初始滑动的信号。因此，可以实现滑动检测部更小、更轻且更薄的滑动检测装置。
文档编号G01L5/00GK102483364SQ20108003304
公开日2012年5月30日 申请日期2010年5月14日 优先权日2009年5月22日
发明者下条诚, 勅使河原诚一 申请人:伊纳巴橡胶株式会社, 国立大学法人电气通信大学
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