介護福祉用人間共生ロボットのためのヘテロ集積化３軸触覚センサとその実装技術の開発

异质集成三轴触觉传感器开发及其用于护理福利的人体共生机器人的实现技术

基本信息

批准号：
16J01558
负责人：
浅野翔
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度行った集積化触覚センサの試作と評価，ロボットアームによる動作実証に引き続き，本年度は，集積化触覚センサの改良と評価，ロボットアームを用いたアクティブセンシングによる材質識別，伸縮可能なバス配線の試作と評価を行った。昨年度開発したセンサプラットフォームLSIとMEMS（微小電気機械システム）静電容量型センサの集積化技術を応用し，本年度は第2世代センサプラットフォームLSIで集積化触覚センサの改良と評価を行った。容量電極からの配線の引き回しを検討し，寄生容量を抑えることができた。3軸の各方向からの力に対するセンサの特性だけでなく，垂直力とせん断力が組み合わさった力の評価や温度特性の評価といった実用に向けて重要となる実験も行った。開発した集積化触覚センサをロボットフィンガーに取り付け，対象物を押し込んで把持したときのセンサの出力値を取得（アクティブセンシング）することで，硬さや温度といった他のセンサでは難しい材質の識別が可能であることを実証できた。プラスチックのように硬いものを把持した場合には，センサが対象物に接触すると力の測定値が急激に増大するが，ゴムのような軟らかいものを把持した際には，力がセンシング部以外にも分散するため，対象物を押し込むとセンサで測定される力が飽和することを確認できた。このときの最大把持力は，対象物のYoung率と相関があることがわかった。また，把持対象物の温度に応じてセンサプラットフォームLSIに内蔵されている温度センサの出力値が変化し，温度が異なる対象物の識別に有用であることを確認した。また，金属層つきの伸縮基材を用いて簡素な工程で伸縮可能なバス配線を試作した。作製した配線を引き伸ばし，配線部の金属層が破断するまでの抵抗値の増加は実用上十分小さいことを確認した。繰り返しの伸縮を行った際も抵抗値の変化は十分小さいことがわかった。

继去年集成触觉传感器的原型制作和评估以及使用机械臂的操作演示之后，今年我们将继续改进和评估集成触觉传感器，通过使用机械臂的主动传感来识别材料，以及原型可扩展总线接线并进行评估。应用去年开发的传感器平台LSI和MEMS（微机电系统）电容传感器集成技术，今年我们使用第二代传感器平台LSI改进和评估了集成触觉传感器。通过检查从电容器电极开始的布线，我们能够抑制寄生电容。除了评估传感器对三个轴各力的响应特性之外，我们还进行了对实际使用很重要的实验，例如评估法向力和剪切力的组合力以及评估温度特性。通过将开发的集成触觉传感器安装到机器人手指上，并获取物体被推入并抓住时传感器的输出值（主动传感），可以识别硬度和温度等材料，这是其他传感器难以做到的我能够证明一些事情。当握持塑料等硬质物体时，当传感器与物体接触时，测得的力值会迅速增加，但当握持橡胶等软质物体时，力会施加到传感部分以外的区域。当物体被推入时，传感器测量到的力变得饱和，因为力也被分散。发现此时的最大夹持力与物体的杨氏模量相关。还确认了传感器平台LSI中内置的温度传感器的输出值会根据要抓取的物体的温度而变化，这对于识别不同温度的物体很有用。我们还使用带有金属层的可扩展基材，通过简单的工艺制作了可扩展总线布线原型。当拉伸所制作的配线时，确认到配线部的金属层断裂为止的电阻的增加对于实用而言足够小。发现即使在反复膨胀和收缩之后，电阻值的变化也足够小。