JP4882077B2 - 二次元分布荷重中心位置検出センサおよび二次元分布荷重中心位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次元分布荷重中心位置検出センサおよび二次元分布荷重中心位置検出装置に関し、特に、物体の表面に作用する荷重とその荷重の中心位置とを算出するときに利用される二次元分布荷重中心位置検出センサおよび二次元分布荷重中心位置検出装置に関する。

シート状のセンサに作用する荷重とその荷重の中心位置とを算出する二次元分布荷重中心位置検出装置が望まれている。このような二次元分布荷重中心位置検出装置は、たとえば、そのセンサがロボットの足の裏を被覆し、その足の裏に作用する荷重とその荷重の重心位置とを測定することに適用される。または、このような二次元分布荷重中心位置検出装置は、そのセンサがロボットの指先を被覆し、そのロボットがその指先で物を摘むときに作用する荷重とその荷重の中心位置とを測定することに適用される。このような二次元分布荷重中心位置検出装置は、その荷重とその中心位置とを測定する分解能が小さいことが望まれ、かつ、そのセンサは、その荷重とその中心位置とを示す信号を出力する端子の個数が少ないことが望まれている。このようなセンサは、さらに、容易に製造されることが望まれ、様々な形状の物体を被覆することが望まれている。

特許１３０８３２１号公報には、極めて簡単な装置により面圧力の総和及びその重心位置を容易に検出可能とした面圧力データの検出方法が開示されている。その面圧力の検出方法は、伝導性の高い可撓性物質からなる第１装の面状抵抗体と、圧力の作用でコンダクタンスが略線形に変化する第２層の感圧板と、導電性の高い第３層の面状抵抗体とによって構成した圧力検出器を用い、上記圧力検出器における周辺の相対向する二対の対辺に分割区画し、第１層の面状抵抗体における相対向する一対の対辺に設けた電極及び第３層の面状抵抗体における他の相対向する一対の体辺に設けた電極にそれぞれ抵抗を介して電圧＋ａ及び−ａを加え、上記電圧及び第１または第２の面状抵抗体における一対の電極の電圧Ｖ_Ａ，Ｖ_Ｂ、またはＶ_Ｃ，Ｖ_Ｄに基づき、圧力検出器に作用する面圧力の総和Ｗを、次式：
Ｗ＝ｋ_０（２ａ−Ｖ_Ａ−Ｖ_Ｂ）＝ｋ_０（２ａ＋Ｖ_Ｃ＋Ｖ_Ｄ）
（但し、ｋ_０は定数）
によって求めることを特徴としている。

特許１８７５４９８号公報には、簡易な手段によって対象物体表面上における機器の作業端の位置を直接に検出することができ、位置決め装置と対象物との相対的な位置や方向の誤差に対しても適応性があり、死角の処理の必要もない面圧力センサによる対象物表面への位置決め方法が開示されている。その面圧力センサによる対象物表面への位置決め方法は、機器の作業端を対象物表面上へ位置決めするに際し、接触位置と接触力とを同時に検出する可撓性の面圧力センサを対象物に貼付し、制御器の制御指令によって駆動制御される駆動装置で上記作業端ヘの対象物表面への接触点を移動させ、上記作業端の接触に伴って面圧力センサから出力される接触位置と、目標となる位置を設定した目標接触位置設定器から出力される目標位置とを、位置比較器において比較すると共に、上記作業端の接触に伴って面圧力センサから出力される接触力と、目標となる接触力を設定した目標接触力設定器から出力される目標接触力とを、接触力比較器において比較し、上記位置比較器及び上記接触力比較器の比較出力を上記制御器の入力として、接触点の位置及び接触力を目標値に近付けるための駆動装置の制御を行い、対象物表面上の目標位置に目標接触力で接触点の位置決めを行うことを特徴としている。

特許１９２８００６号公報には、すべりの存在を検出するための簡単な構成のすべり覚センサが開示されている。そのすべり覚センサは、導電性の高い可撓性物質からなる一対の導電性シート間に、それらのシートを部分的に直接対向させる多数の孔を備えた弾性変形可能な絶縁材を挟むことによって検出器を構成し、一方の導電性シートにおける１対の対辺、及び他方の導電性シートにおける他の１対の対辺に設けた電極に、両導電性シート間における電流密度の重心位置と求める重心位置検出回路を介して、上記重心位置の時間的変化から検出器と物体との間のすべりを検出する変動検出回路を接続したことを特徴としている。

本発明の課題は、製造がより容易である二次元分布荷重中心位置検出センサおよび二次元分布荷重中心位置検出装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、自由曲面に加わる荷重を検出する二次元分布荷重中心位置検出センサおよび二次元分布荷重中心位置検出装置を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、大きい自由曲面に加わる荷重を検出する二次元分布荷重中心位置検出センサおよび二次元分布荷重中心位置検出装置を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、自由曲面に加わる荷重をより確実に検出する二次元分布荷重中心位置検出センサおよび二次元分布荷重中心位置検出装置を提供することにある。

本発明による二次元分布荷重中心位置検出センサは、荷重が負荷されると第１電極から第２電極までの電気抵抗が変化する複数の検出エレメントと、複数の検出エレメントのうちの隣り合う隣接検出エレメントを接合する複数のケーブルとを備えている。複数のケーブルは、さらに、隣接検出エレメントのうちの第１検出エレメントの第１電極を隣接検出エレメントのうちの第２検出エレメントの第１電極に第１抵抗器を介して電気的に接続し、第１検出エレメントの第２電極を第２検出エレメントの第２電極に第２抵抗器を介して電気的に接続している。

このような二次元分布荷重中心位置検出センサは、複数の検出エレメントのうちのｘ軸方向の両端にある検出エレメントの第１電極をそれぞれ２つの端子に接続して複数の検出エレメントのうちのｙ軸方向の両端にある検出エレメントの第２電極をそれぞれ２つの端子に接続することにより、特許１３０８３２１号公報または特許１８７５４９８号公報に記載される圧力検出器と概ね等価となる。本発明による二次元分布荷重中心位置検出センサは、素材の組成と厚さとが一様である面状抵抗体を備える必要がなく、その面状抵抗体を備える二次元分布荷重中心位置検出センサより容易に製造することができる。

ケーブルは、変形可能である。このような二次元分布荷重中心位置検出センサは、様々な曲面に変形することができる。

複数の検出エレメントは、格子状に配置される。すなわち、ケーブルのうちの適当な４つのケーブルは、検出エレメントのうちの４つの検出エレメントを頂点とする四角形の辺を形成している。このとき、二次元分布荷重中心位置検出センサは、その四角形の内角が変化することにより、様々な曲面に変形することができ、様々な形状の物体の表面を被覆することができる。

検出エレメントの電気抵抗は、負荷される荷重に概ね反比例する。このとき、二次元分布荷重中心位置検出センサが適用される二次元分布荷重中心位置検出装置は、二次元分布荷重中心位置検出センサに作用する荷重をより容易に算出することができる。

本発明による二次元分布荷重中心位置検出装置は、本発明による二次元分布荷重中心位置検出センサと、制御装置とを備えている。このとき、二次元分布荷重中心位置検出センサは、複数の検出エレメントのうちの第１方向の端に配置される検出エレメントの第１電極に電気的に接続される第１端子と、複数の検出エレメントのうちの第１方向の反対方向の端に配置される検出エレメントの第１電極に電気的に接続される第２端子と、複数の検出エレメントのうちの第１方向と異なる第２方向の端に配置される検出エレメントの第２電極に電気的に接続される第３端子と、複数の検出エレメントのうちの第２方向の反対方向の端に配置される検出エレメントの第２電極に電気的に接続される第４端子とを備えている。制御装置は、二次元分布荷重中心位置検出センサに電流が流れるように第１端子と第２端子と第３端子と第４端子との間に電圧を印加し、第１端子を流れる電流と第２端子を流れる電流と第３端子を流れる電流と第４端子を流れる電流とに基づいて二次元分布荷重中心位置検出センサに作用する荷重の位置を算出する。

制御装置は、第１端子を流れる電流と第２端子を流れる電流と第３端子を流れる電流と第４端子を流れる電流とに基づいて二次元分布荷重中心位置検出センサに作用する荷重を算出する。

複数の検出エレメントの各々は、第１電極と第２電極とが表面に配置される基板と、第１電極と第２電極との両方に電気的に接続される感圧素材とを備えている。このとき、第１電極と第２電極とは、基板と感圧素材とに挟まれている。このような二次元分布荷重中心位置検出センサは、製造しやすく、好ましい。

本発明による二次元分布荷重中心位置検出センサは、弾性体から形成されるエラストマ層をさらに備えている。エラストマ層は、複数の検出エレメントと複数のケーブルとから形成される層を被覆している。このとき、二次元分布荷重中心位置検出センサは、複数の検出エレメントのうちの隣接する２つの検出エレメントとの間に、その２つの検出エレメントに接触しないくらい細いものが、そのエラストマ層を介して接触したときに、その接触を検出することができる。その結果、二次元分布荷重中心位置検出センサは、荷重をより確実に検出することができる。

本発明による二次元分布荷重中心位置検出センサおよび二次元分布荷重中心位置検出装置は、より容易に製造することができる。

図１は、本発明による二次元分布荷重中心位置検出装置の実施の形態を示すブロック図である。 図２は、本発明による二次元分布荷重中心位置検出センサの実施の形態を示す平面図である。 図３は、検出エレメントを示す平面図である。 図４は、検出エレメントを示す断面図である。 図５は、検出エレメントの１つの部品を示す斜視図である。 図６は、検出エレメントの製造方法を示す斜視図である。 図７は、検出エレメントに等価である回路素子を示す電気回路図である。 図８は、制御装置を示す回路図である。 図９は、本発明による二次元分布荷重中心位置検出装置の実施の他の形態を示すブロック図である。 図１０は、二次元分布荷重中心位置検出センサを示す断面図である。 図１１は、センサ層を示す平面図である。 図１２は、検出エレメントを示す平面図である。 図１３は、検出エレメントを示す立面図である。 図１４は、検出エレメントに等価である回路素子を示す電気回路図である。 図１５は、二次元分布荷重中心位置検出センサの使用状態を示す斜視図である。 図１６は、二次元分布荷重中心位置検出センサに等価である回路と、制御装置が備える回路とを示す回路図である。 図１７は、二次元分布荷重中心位置検出センサに加わる圧力の分布を示すグラフである。 図１８は、センサ層に加わる圧力の分布を示し、検出エレメントにより計測される圧力の分布を示すグラフである。

図面を参照して、本発明による二次元分布荷重中心位置検出装置の実施の形態を記載する。その二次元分布荷重中心位置検出装置１は、図１に示されているように、二次元分布荷重中心位置検出センサ２と制御装置３とを備えている。二次元分布荷重中心位置検出センサ２は、端子５−ａ１と端子５−ａ２と端子５−ｂ１と端子５−ｂ２とを備えている。端子５−ａ１は、配線６−ａ１を介して制御装置３に接続されている。端子５−ａ２は、配線６−ａ２を介して制御装置３に接続されている。端子５−ｂ１は、配線６−ｂ１を介して制御装置３に接続されている。端子５−ｂ２は、配線６−ｂ２を介して制御装置３に接続されている。

図２は、二次元分布荷重中心位置検出センサ２を示している。二次元分布荷重中心位置検出センサ２は、複数の検出エレメント１１−（１，１）〜１１−（ｍ，ｎ）（ｍ＝２，３，４，…；ｎ＝２，３，４，…）と複数のケーブル１２と配線１４〜１７とを備えている。複数の検出エレメント１１−（１，１）〜１１−（ｍ，ｎ）は、格子状に配置されている。すなわち、複数の検出エレメント１１−（１，１）〜１１−（ｍ，ｎ）は、それぞれ、平面に配置されるｍ本の平行線とその平面に配置されるｎ本の平行線との交点に配置されている。すなわち、二次元分布荷重中心位置検出センサ２は、（ｍ×ｎ）個の検出エレメント１１−（１，１）〜１１−（ｍ，ｎ）を備えている。そのｍ本の平行線は、そのｎ本の平行線に垂直である。そのｍ本の平行線のうちの隣り合う２本の平行線の距離は、互いに等しい。そのｎ本の平行線のうちの隣り合う２本の平行線の距離は、互いに等しく、そのｍ本の平行線のうちの隣り合う２本の平行線の距離に等しい。

ケーブル１２は、それぞれ、２つの導線と外被とを備えている。２つの導線は、互いに絶縁されて束ねられている。その外被は、その２つの導線を被覆している。ケーブル１２は、それぞれ、変形することが可能である。ケーブル１２は、それぞれ、長さが互いに等しく、両端が複数の検出エレメント１１−（１，１）〜１１−（ｍ，ｎ）のうちの隣り合う２つの検出エレメントに接合されている。すなわち、ケーブル１２は、それぞれ、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）（ｉ＝１，２，３，…，ｍ−１；ｊ＝１，２，３，…，ｎ−１）を検出エレメント１１−（ｉ＋１，ｊ）に接合し、または、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）を検出エレメント１１−（ｉ，ｊ＋１）に接合している。このとき、ケーブル１２のうちの適当な４つのケーブルは、検出エレメント１１−（１，１）〜１１−（ｍ，ｎ）のうちの４つの検出エレメントを頂点とする正方形の辺を形成している。その正方形は、ケーブル１２が変形することにより、菱形に変形することができる。二次元分布荷重中心位置検出センサ２は、ケーブル１２により形成される正方形が菱形に変形することにより、様々な曲面に変形することができ、みかんのネットのように様々な形状の物体の表面にぴったり密着するように変形することができる。

配線１４〜１７は、それぞれ、複数の導線から形成されている。配線１４は、検出エレメント１１−（１，１）〜１１−（１，ｎ）を端子５−ａ１に接合し、検出エレメント１１−（１，１）〜１１−（１，ｎ）が備える複数の端子のうちの１つの端子を端子５−ａ１に電気的に接続している。配線１５は、検出エレメント１１−（ｍ，１）〜１１−（ｍ，ｎ）を端子５−ａ２に接合し、検出エレメント１１−（ｍ，１）〜１１−（ｍ，ｎ）が備える複数の端子のうちの１つの端子を端子５−ａ２に電気的に接続している。配線１６は、検出エレメント１１−（１，１）〜１１−（ｍ，１）を端子５−ｂ１に接合し、検出エレメント１１−（１，１）〜１１−（ｍ，１）が備える複数の端子のうちの１つの端子を端子５−ｂ１に電気的に接続している。配線１７は、検出エレメント１１−（１，ｎ）〜１１−（ｍ，ｎ）を端子５−ｂ２に接合し、検出エレメント１１−（１，ｎ）〜１１−（ｍ，ｎ）が備える複数の端子のうちの１つの端子を端子５−ｂ２に電気的に接続している。

図３は、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）（ｉ＝１，２，３，…，ｍ；ｊ＝１，２，３，…，ｎ）を示している。検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）は、Ａ層面電極２１とＢ層面電極２２と感圧素材２３とを備えている。Ａ層面電極２１は、導体から形成され、板状部分２４と突起部分２５とから形成されている。その導体としては、金属が例示される。板状部分２４は、正方形の板状に形成されている。突起部分２５は、板状部分２４の正方形の中央に板状部分２４の片面に一体に接合されている。Ｂ層面電極２２は、導体から形成され、板状部分２６と突起部分２７とから形成されている。板状部分２６は、正方形の板状に形成されている。その導体としては、金属が例示される。突起部分２７は、板状部分２６の正方形の中央に板状部分２６の片面に一体に接合されている。

感圧素材２３は、電気が伝導することができる弾性体から形成され、正方形の板状に形成されている。感圧素材２３は、弾性変形することにより抵抗が変化する。感圧素材２３は、片面がＡ層面電極２１の板状部分２４の突起部分２５が接合されていない側の面に接触し、反対側の面がＢ層面電極２２の板状部分２６の突起部分２７が接合されていない側の面に接触している。感圧素材２３のＡ層面電極２１が接合される面からＢ層面電極２２が接合される面までの抵抗ｒ_ｐは、感圧素材２３の厚さ方向に加わる圧力ｐと適当な正の定数ｃとを用いて、次式：
ｒ_ｐ∝ｐ^−ｃ
により表現される。すなわち、感圧素材２３は、Ａ層面電極２１とＢ層面電極２２とにより圧縮されると、その電気抵抗が小さくなる。

検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）は、さらに、複数の接続端子３１と複数の抵抗器３２と絶縁体３３とを備えている。複数の接続端子３１は、それぞれ、導体から形成され、棒状に形成されている。その導体としては、金属が例示される。複数の抵抗器３２は、それぞれ、接続端子３１とＡ層面電極２１の突起部分２７との間に介設され、または、接続端子３１とＡ層面電極２１の突起部分２７との間に介設されている。絶縁体３３は、絶縁体から形成されている。絶縁体３３は、Ａ層面電極２１の板状部分２４の突起部分２５が接合されている側の面に接合され、Ａ層面電極２１と接続端子３１とを絶縁している。または、絶縁体３３は、Ｂ層面電極２２の板状部分２６の突起部分２７が接合されている側の面に接合され、Ｂ層面電極２２と接続端子３１とを絶縁している。

複数の接続端子３１は、図４に示されているように、接続端子３１−１〜３１−４を含んでいる。接続端子３１−１〜３１−４は、それぞれ、Ａ層面電極２１の板状部分２４が形成する正方形の各辺に沿って配置されている。複数の抵抗器３２は、抵抗器３２−１〜３２−４を含んでいる。各抵抗器３２−ｋ（ｋ＝１，２，３，４）は、接続端子３１−ｋとＡ層面電極２１の突起部分２５との間に介設され、Ａ層面電極２１の突起部分２５との間に電気抵抗を与えている。

複数の接続端子３１は、さらに、接続端子３１−５〜３１−８を含んでいる。接続端子３１−５〜３１−８は、それぞれ、Ｂ層面電極２２の板状部分２６が形成する正方形の各辺に沿って配置されている。複数の抵抗器３２は、さらに、抵抗器３２−５〜３２−８を含んでいる。各抵抗器３２−ｋ’（ｋ’＝５，６，７，８）は、接続端子３１−ｋ’とＢ層面電極２２の突起部分２７との間に介設され、Ｂ層面電極２２の突起部分２７との間に電気抵抗を与えている。

すなわち、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）は、８つの接続端子３１を備えている。抵抗器３２−１〜３２−８は、それぞれ、電気抵抗が互いに等しい。その電気抵抗は、ケーブル１２が備える２つの導線の電気抵抗に比較して十分に大きく、ケーブル１２が変形するときにその導線の電気抵抗が変化する変化量に比較して十分に大きい。

このような検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）は、Ａ層面電極２１の突起部分２５とＢ層面電極２２の突起部分２５とが圧縮されると、接続端子３１−１〜３１−４と接続端子３１−５〜３１−８との間の電気抵抗が小さくなる。その電気抵抗は、その圧縮される力の関数であり、その力に対して単純に減少する。

検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）が備える接続端子３１−１は、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）と検出エレメント１１−（ｉ，ｊ＋１）とを接合するケーブル１２が備える１つの導線を介して検出エレメント１１−（ｉ，ｊ＋１）が備える接続端子３１−３に電気的に接続され、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）が備える接続端子３１−５は、そのケーブル１２が備える導線の他の１つを介して検出エレメント１１−（ｉ，ｊ＋１）が備える接続端子３１−７に電気的に接続されている。

検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の接続端子３１−２は、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）と検出エレメント１１−（ｉ＋１，ｊ）とを接合するケーブル１２の１つの導線を介して検出エレメント１１−（ｉ＋１，ｊ）の接続端子３１−４に電気的に接続され、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の接続端子３１−６は、そのケーブル１２の他の導線を介して検出エレメント１１−（ｉ＋１，ｊ）の接続端子３１−８に電気的に接続されている。

検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の接続端子３１−３は、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）と検出エレメント１１−（ｉ，ｊ−１）とを接合するケーブル１２の１つの導線を介して検出エレメント１１−（ｉ，ｊ−１）の接続端子３１−１に電気的に接続され、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の接続端子３１−７は、そのケーブル１２の他の導線を介して検出エレメント１１−（ｉ，ｊ−１）の接続端子３１−５に電気的に接続されている。

検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の接続端子３１−４は、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）と検出エレメント１１−（ｉ−１，ｊ）とを接合するケーブル１２の１つの導線を介して検出エレメント１１−（ｉ−１，ｊ）の接続端子３１−２に電気的に接続され、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の接続端子３１−８は、そのケーブル１２の他の導線を介して検出エレメント１１−（ｉ−１，ｊ）の接続端子３１−６に電気的に接続されている。

検出エレメント１１−（ｉ，１）が備える接続端子３１−３は、すなわち、検出エレメント１１−（１，１）〜１１−（ｍ，１）が備える接続端子３１−３は、配線１４を介して端子５−ａ１に電気的に接続されている。検出エレメント１１−（ｉ，１）が備える接続端子３１−７は、開放端であり、どこにも接続されない。検出エレメント１１−（ｉ，ｎ）が備える接続端子３１−１は、すなわち、検出エレメント１１−（１，ｎ）〜１１−（ｍ，ｎ）が備える接続端子３１−１は、配線１５を介して端子５−ａ２に電気的に接続されている。検出エレメント１１−（ｉ，ｎ）が備える接続端子３１−５は、開放端であり、どこにも接続されない。検出エレメント１１−（１，ｊ）が備える接続端子３１−８は、すなわち、検出エレメント１１−（１，１）〜１１−（１，ｎ）が備える接続端子３１−８は、配線１６を介して端子５−ｂ１に電気的に接続されている。検出エレメント１１−（１，ｊ）が備える接続端子３１−４は、開放端であり、どこにも接続されない。検出エレメント１１−（ｍ，ｊ）が備える接続端子３１−６は、すなわち、検出エレメント１１−（ｍ，１）〜１１−（ｍ，ｎ）が備える接続端子３１−６は、配線１７を介して端子５−ｂ２に電気的に接続されている。検出エレメント１１−（ｍ，ｊ）が備える接続端子３１−２は、開放端であり、どこにも接続されない。

図５は、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の１つの部品を示している。その部品８０は、正方形状の板に形成され、その正方形の中央に円形の孔７５が形成されている。部品８０は、端子７１−１〜７１−４と抵抗器７２−１〜７２−４と絶縁体７３−１〜７３−４とを備えている。端子７１−１〜７１−４は、金属から形成され、それぞれ、その正方形の４つの辺に沿って配置されている。抵抗器７２−１は、端子７１−１と孔７５との間に配置されている。抵抗器７２−２は、端子７１−２と孔７５との間に配置されている。抵抗器７２−３は、端子７１−３と孔７５との間に配置されている。抵抗器７２−４は、端子７１−４と孔７５との間に配置されている。絶縁体７３−１〜７３−４は、それぞれ、その正方形の４つの頂点から孔７５までの間に沿って配置されている。すなわち、絶縁体７３−１は、端子７１−１と端子７１−２とを絶縁し、抵抗器７２−１と抵抗器７２−２とを絶縁している。絶縁体７３−２は、端子７１−２と端子７１−３とを絶縁し、抵抗器７２−２と抵抗器７２−３とを絶縁している。絶縁体７３−３は、端子７１−３と端子７１−４とを絶縁し、抵抗器７２−３と抵抗器７２−４とを絶縁している。絶縁体７３−４は、端子７１−４と端子７１−１とを絶縁し、抵抗器７２−４と抵抗器７２−１とを絶縁している。

すなわち、端子７１−１は、接続端子３１−１または接続端子３１−５に対応している。端子７１−２は、接続端子３１−２または接続端子３１−６に対応している。端子７１−３は、接続端子３１−３または接続端子３１−７に対応している。端子７１−４は、接続端子３１−４または接続端子３１−８に対応している。抵抗器７２−１は、抵抗器３２−１または抵抗器３２−５に対応している。抵抗器７２−２は、抵抗器３２−２または抵抗器３２−６に対応している。抵抗器７２−３は、抵抗器３２−３または抵抗器３２−７に対応している。抵抗器７２−４は、抵抗器３２−４または抵抗器３２−８に対応している。絶縁体７３−１〜７３−４は、絶縁体３３に対応している。

図６は、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の製造方法を示している。検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）は、部品８０と部品８０’と部品８１と部品８１’と部品８２と部品８２’と部品８３とを備えている。部品８０’は、部品８０と同様に形成されている。部品８１は、絶縁体から形成され、部品８０の正方形と合同な正方形の板に形成され、中央に孔７５と合同な孔８４が形成されている。部品８１’は、部品８１と同様に形成されている。部品８２は、金属から形成され、部品８０の正方形と合同な正方形の板に形成され、一方の面８５の中央に突起８６が形成されている。突起８６は、円柱状に形成されている。その円柱の底面は、孔７５を形成する円と合同である。その円柱の高さは、部品８０の厚さと部品８１の厚さとの和に等しい。部品８２’は、部品８２と同様に形成されている。部品８３は、弾性変形することにより抵抗が変化する感圧素材から形成され、部品８０の正方形と合同な正方形の板に形成されている。

部品８３は、一方の面が部品８２の面８５の反対側の面に接合されて、部品８２に電気的に接続される。部品８３は、さらに、他方の面が部品８２’の面８５の反対側の面に接合されて、部品８２’に電気的に接続される。部品８１は、突起８６が孔８４の中に配置されるように、部品８２に接合される。部品８１’は、突起８６が孔８４の中に配置されるように、部品８２’に接合される。部品８０は、突起８６が孔７５の中に配置され、抵抗器７２−１〜７２−４が突起８６に電気的に接合され、部品８１により端子７１−１〜７１−４が部品８２に電気的に絶縁するように、部品８１に接合される。部品８０’は、突起８６が孔７５の中に配置され、抵抗器７２−１〜７２−４が突起８６に電気的に接合され、部品８１’により端子７１−１〜７１−４が部品８２’に電気的に絶縁するように、部品８１’に接合される。

すなわち、部品８１は、絶縁体３３に対応している。部品８１’は、絶縁体３３に対応している。部品８２は、Ａ層面電極２１に対応している。部品８２’は、Ｂ層面電極２２に対応している。部品８３は、感圧素材２３に対応している。

図７は、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）に等価である回路素子を示している。その回路素子は、ノード４１，４２と可変抵抗器４３と抵抗器４４〜５１とを備えている。ノード４１は、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）のＡ層面電極２１に対応している。ノード４２は、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）のＢ層面電極２２に対応している。可変抵抗器４３は、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の感圧素材２３に対応している。抵抗器４４は、ケーブル１２の導線を介して検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の抵抗器３２−１と検出エレメント１１−（ｉ，ｊ＋１）の抵抗器３２−３とが直列つなぎされた回路素子に対応している。抵抗器４５は、ケーブル１２の導線を介して検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の抵抗器３２−２と検出エレメント１１−（ｉ＋１，ｊ）の抵抗器３２−４とが直列つなぎされた回路素子に対応している。抵抗器４６は、ケーブル１２の導線を介して検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の抵抗器３２−３と検出エレメント１１−（ｉ，ｊ−１）の抵抗器３２−１とが直列つなぎされた回路素子に対応している。抵抗器４７は、ケーブル１２の導線を介して検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の抵抗器３２−４と検出エレメント１１−（ｉ−１，ｊ）の抵抗器３２−２とが直列つなぎされた回路素子に対応している。抵抗器４８は、ケーブル１２の導線を介して検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の抵抗器３２−５と検出エレメント１１−（ｉ，ｊ＋１）の抵抗器３２−７とが直列つなぎされた回路素子に対応している。抵抗器４９は、ケーブル１２の導線を介して検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の抵抗器３２−６と検出エレメント１１−（ｉ＋１，ｊ）の抵抗器３２−８とが直列つなぎされた回路素子に対応している。抵抗器５０は、ケーブル１２の導線を介して検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の抵抗器３２−７と検出エレメント１１−（ｉ，ｊ−１）の抵抗器３２−５とが直列つなぎされた回路素子に対応している。抵抗器５１は、ケーブル１２の導線を介して検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の抵抗器３２−８と検出エレメント１１−（ｉ−１，ｊ）の抵抗器３２−６とが直列つなぎされた回路素子に対応している。

可変抵抗器４３は、ノード４１とノード４２との間に介設されている。抵抗器４４は、ノード４１と検出エレメント１１−（ｉ，ｊ＋１）のノード４１との間に介設されている。抵抗器４５は、ノード４１と検出エレメント１１−（ｉ＋１，ｊ）のノード４１との間に介設されている。抵抗器４６は、ノード４１と検出エレメント１１−（ｉ，ｊ−１）のノード４１との間に介設されている。抵抗器４７は、ノード４１と検出エレメント１１−（ｉ−１，ｊ）のノード４１との間に介設されている。抵抗器４８は、ノード４２と検出エレメント１１−（ｉ，ｊ＋１）のノード４２との間に介設されている。抵抗器４９は、ノード４２と検出エレメント１１−（ｉ＋１，ｊ）のノード４２との間に介設されている。抵抗器５０は、ノード４２と検出エレメント１１−（ｉ，ｊ−１）のノード４２との間に介設されている。抵抗器５１は、ノード４２と検出エレメント１１−（ｉ−１，ｊ）のノード４２との間に介設されている。

このような二次元分布荷重中心位置検出センサ２は、特許１３０８３２１号公報または特許１８７５４９８号公報に記載される圧力検出器と概ね等価である。その圧力検出器は、面状抵抗体を備えている。その面状抵抗体は、素材の組成と厚さとを均一にする必要があり、面積が大きい物ほど製造することが困難になる。二次元分布荷重中心位置検出センサ２は、このような面状抵抗体を備える必要がなく、その面状抵抗体を備える圧力検出器より容易に製造することができる。

その圧力検出器は、シート状に形成され、１つの方向に曲がる曲面を被覆することができるが、それ以外の曲面（たとえば、球面の一部分）を被覆することが困難である。二次元分布荷重中心位置検出センサ２は、ケーブル１２により形成される正方形が菱形に変形することにより、様々な形状の物体の表面を被覆することができ、使い勝手がよい。

図８は、制御装置３を示している。制御装置３は、複数のノード６１〜６６と複数の抵抗器６７〜７０とを備えている。ノード６３は、配線６−ａ１を介して二次元分布荷重中心位置検出センサ２の端子５−ａ１に電気的に接続されている。ノード６４は、配線６−ａ２を介して二次元分布荷重中心位置検出センサ２の端子５−ａ２に電気的に接続されている。ノード６５は、配線６−ｂ１を介して二次元分布荷重中心位置検出センサ２の端子５−ｂ１に電気的に接続されている。ノード６６は、配線６−ｂ２を介して二次元分布荷重中心位置検出センサ２の端子５−ｂ２に電気的に接続されている。抵抗器６７は、ノード６１とノード６３との間に介設されている。抵抗器６８は、ノード６１とノード６４との間に介設されている。抵抗器６９は、ノード６２とノード６５との間に介設されている。抵抗器７０は、ノード６２とノード６６との間に介設されている。複数の抵抗器６７〜７０は、電気抵抗が互いに等しい。

制御装置３は、さらに、図示されていない電源装置と複数の電位計とディスプレイとコンピューターとを備えている。その電源装置は、ノード６１とノード６２との間に一定の電圧を印加する。その電位計は、それぞれ、ノード６１〜６６の電位を測定する。なお、その複数の電位計は、複数の電圧計に置換することもできる。その電圧計は、ノード６１とノード６３との電位差を測定し、ノード６１とノード６４との電位差を測定し、ノード６３とノード６４との電位差を測定し、ノード６５とノード６６との電位差を測定する。そのディスプレイは、そのコンピューターにより制御されて、そのコンピューターにより生成される画面を表示する。

そのコンピューターは、ノード６１とノード６２との間に電圧が印加されているときのノード６１〜６６の電位とに基づいて、二次元分布荷重中心位置検出センサ２に作用する荷重とその荷重の中心位置とを算出する。すなわち、そのコンピューターは、ノード６１〜６６の電位に基づいて、二次元分布荷重中心位置検出センサ２の端子５−ａ１または端子５−ａ２から端子５−ｂ１または端子５−ｂ２に流れる全電流とその全電流の電流密度分布のＸ軸まわりの一次モーメントに相当する値とその電流密度分布のＹ軸まわりの一次モーメントに相当する値とを算出する。

その全電流Ｉ_ａｌｌは、ノード６１の電位＋Ｖ_０とノード６２の電位−Ｖ_０とノード６３の電位Ｖ_ａ１とノード６４の電位Ｖ_ａ２とノード６５の電位Ｖ_ｂ１とノード６６の電位Ｖ_ｂ２と抵抗器６７〜７０の電気抵抗Ｒ_０とを用いて、次式：

により表現される。その電流密度分布のＸ軸まわりの一次モーメントに相当する値Ｉ_ｘは、適当な定数ａと定数ｒと定数λとを用いて、次式：

により表現される。ここで、定数λは、次式：
λ＝ｍ÷ｎ
により表現される。その電流密度分布のＹ軸まわりの一次モーメントに相当する値Ｉ_ｙは、次式：

により表現される。そのコンピューターは、全電流Ｉ_ａｌｌに基づいてその荷重を算出し、値Ｉ_ｘを全電流Ｉ_ａｌｌで除算することによりその中心位置のｘ座標を算出し、値Ｉ_ｙを全電流Ｉ_ａｌｌで除算することによりその中心位置のｙ座標を算出する。

そのコンピューターは、さらに、その荷重とその中心位置との時間に対する変化に基づいて、すべり覚を算出する。そのすべり覚は、二次元分布荷重中心位置検出センサ２が被覆される物体とその物体が二次元分布荷重中心位置検出センサ２を介して接触する物体との間にすべりが存在するかどうかを示している。そのすべり覚の算出方法は、公知であり、たとえば、特公平６−５８２３９号公報に記載されている。

そのコンピューターは、さらに、その荷重とその中心位置とそのすべり覚とを示す画面を生成し、その画面をそのディスプレイに表示する。

二次元分布荷重中心位置検出装置１は、二次元分布荷重中心位置検出センサ２が対象の表面を被覆して使用される。その表面としては、ロボットの表面（ロボットの足の裏、ロボットの指の腹）、建造物の床面が例示される。二次元分布荷重中心位置検出センサ２は、ノード６１とノード６２との間に一定の電圧が印加されているときに、二次元分布荷重中心位置検出センサ２に荷重が加わると、ノード６３〜６６の電位が変化する。すなわち、二次元分布荷重中心位置検出センサ２は、荷重が加わると、二次元分布荷重中心位置検出センサ２の検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）に荷重Ｌ（ｉ，ｊ）が負荷される。検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）の接続端子３１−１〜３１−４から接続端子３１−５〜３１−８に流れる電流Ｉ（ｉ，ｊ）は、荷重Ｌ（ｉ，ｊ）がｒ_ｐであるときに、検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）のＡ層面電極２１の電位Ｖａ（ｉ，ｊ）と検出エレメント１１−（ｉ，ｊ）のＢ層面電極２２の電位Ｖｂ（ｉ，ｊ）と適当な定数ｋ_０と適当な関数ｆ_ｚ ^ｃとを用いて、次式：

により表現される。ここで、全電流Ｉ_ａｌｌは、荷重Ｌ（ｉ，ｊ）の総和の関数により表現される。値Ｉ_ｘと値Ｉ_ｙとは、変数ｉの関数ｘ_ｉと変数ｊの関数ｙ_ｊとを用いて、次式：

により表現される。

制御装置３は、特許１３０８３２１号公報または特許１８７５４９８号公報に記載される技術と同様にして、二次元分布荷重中心位置検出センサ２に作用する荷重とその荷重の中心位置とを算出する。すなわち、制御装置３は、ノード６１〜６６の電位を測定する。制御装置３は、ノード６１〜６６の電位に基づいて、二次元分布荷重中心位置検出センサ２の端子５−ａ１または端子５−ａ２から端子５−ｂ１または端子５−ｂ２に流れる全電流Ｉ_ａｌｌと全電流Ｉ_ａｌｌの電流密度分布のＸ軸まわりの一次モーメントに相当する値とその電流密度分布のＹ軸まわりの一次モーメントに相当する値とを算出する。そのコンピューターは、全電流Ｉ_ａｌｌに基づいてその荷重を算出し、値Ｉ_ｘを全電流Ｉ_ａｌｌで除算することによりその中心位置のｘ座標を算出し、値Ｉ_ｙを全電流Ｉ_ａｌｌで除算することによりその中心位置のｙ座標を算出する。制御装置３は、は、さらに、その荷重とその中心位置との時間に対する変化に基づいて、すべり覚を算出する。制御装置３は、さらに、その荷重とその中心位置とそのすべり覚とを示す画面を生成し、その画面をそのディスプレイに表示する。

なお、制御装置３の電源装置は、二次元分布荷重中心位置検出センサ２に一定の電流が流れるようにノード６１とノード６２との間に一定の電圧を印加することもできる。このとき、そのコンピューターは、二次元分布荷重中心位置検出センサ２に印加される電圧に基づいてその荷重を算出し、値Ｉ_ｘによりその中心位置のｘ座標を算出し、値Ｉ_ｙによりその中心位置のｙ座標を算出することができる。

すなわち、二次元分布荷重中心位置検出装置１は、二次元分布荷重中心位置検出センサ２を特許１３０８３２１号公報または特許１８７５４９８号公報に記載される圧力検出器と同様に用いて、二次元分布荷重中心位置検出センサ２に作用する荷重とその荷重の中心位置とを算出することができる。

本発明による二次元分布荷重中心位置検出センサの実施の他の形態は、既述の実施の形態における検出エレメント１１−（１，１）〜１１−（ｍ，ｎ）が他の検出エレメントに置換されている。その検出エレメントは、荷重が負荷されるときにＡ層面電極２１とＢ層面電極２２とを電気的に接続させ、荷重が負荷されないときにＡ層面電極２１とＢ層面電極２２とを電気的に切断する。このような二次元分布荷重中心位置検出センサを備える二次元分布荷重中心位置検出装置は、その二次元分布荷重中心位置検出センサに作用する荷重とその荷重の中心位置とを算出することができないが、その二次元分布荷重中心位置検出センサに荷重が負荷される領域の中心位置を算出することができる。

本発明による二次元分布荷重中心位置検出センサの実施のさらに他の形態は、既述の実施の形態におけるケーブル１２が他のケーブルに置換されている。そのケーブルは、それぞれ、２つの抵抗器と外被とを備えている。２つの抵抗器は、互いに絶縁されて束ねられている。その外被は、その２つの抵抗器を被覆している。その抵抗器の電気抵抗は、そのケーブルが変形するときにその抵抗器の電気抵抗が変化する変化量に比較して十分に大きい。このような二次元分布荷重中心位置検出センサを備える二次元分布荷重中心位置検出装置は、既述の実施の形態における二次元分布荷重中心位置検出装置１と同様にして、その二次元分布荷重中心位置検出センサに作用する荷重とその荷重の中心位置とを算出することができる。このような二次元分布荷重中心位置検出センサによれば、検出エレメント１１−（１，１）〜１１−（ｍ，ｎ）は、抵抗器３２を備える必要がなく、より容易に製造されることができる。

本発明による二次元分布荷重中心位置検出センサの実施のさらに他の形態は、既述の実施の形態におけるケーブル１２が他のケーブルに置換されている。そのケーブルは、長さが異なるケーブルを含んでいる。このような二次元分布荷重中心位置検出センサを備える二次元分布荷重中心位置検出装置は、既述の実施の形態における二次元分布荷重中心位置検出装置１と同様にして、その二次元分布荷重中心位置検出センサに作用する荷重とその荷重の中心位置とを算出することができる。このような二次元分布荷重中心位置検出センサによれば、その荷重とその中心位置とを測定する分解能を位置により変えることができ好ましい。

本発明による二次元分布荷重中心位置検出センサの実施のさらに他の形態は、既述の実施の形態におけるケーブル１２が他のケーブルに置換されている。そのケーブルは、伸縮可能に形成されている。このような二次元分布荷重中心位置検出センサを備える二次元分布荷重中心位置検出装置は、既述の実施の形態における二次元分布荷重中心位置検出装置１と同様にして、その二次元分布荷重中心位置検出センサに作用する荷重とその荷重の中心位置とを算出することができる。このような二次元分布荷重中心位置検出センサは、より様々な曲面に変形することができ、好ましい。

本発明による二次元分布荷重中心位置検出センサの実施のさらに他の形態は、既述の実施の形態における複数の検出エレメント１１−（１，１）〜１１−（ｍ，ｎ）が他の複数の検出エレメントに置換されている。その検出エレメントは、格子状以外の形状に配置されている。その形状としては、その検出エレメントを接合するケーブルが３つの検出エレメントを頂点とする三角形の辺を形成するもの、そのケーブルが６つの検出エレメントを頂点とする六角形の辺を形成するもの、そのケーブルが４つの検出エレメントを頂点とする長方形の辺を形成するものが例示される。このような二次元分布荷重中心位置検出センサを備える二次元分布荷重中心位置検出装置は、既述の実施の形態における二次元分布荷重中心位置検出装置１と同様にして、その二次元分布荷重中心位置検出センサに作用する荷重とその荷重の中心位置とを算出することができる。このような二次元分布荷重中心位置検出センサは、そのケーブルが形成する図形が三角形以外の図形を含むときに、既述の二次元分布荷重中心位置検出センサ２と同様にして、その部位が様々な曲面に変形することができる。このような二次元分布荷重中心位置検出センサは、そのケーブルの全部が三角形の辺を形成しているときに、様々な曲面に変形することができないが、面状抵抗体を備える圧力検出器より容易に製造することができる。

図９は、本発明による二次元分布荷重中心位置検出装置の実施のさらに他の形態を示している。その二次元分布荷重中心位置検出装置１０１は、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２と制御装置１０３とを備えている。二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２は、端子１０５−ａ１と端子１０５−ａ２と端子１０５−ｂ１と端子１０５−ｂ２とを備えている。端子１０５−ａ１は、配線１０６−ａ１を介して制御装置１０３に接続されている。端子１０５−ａ２は、配線１０６−ａ２を介して制御装置１０３に接続されている。端子１０５−ｂ１は、配線１０６−ｂ１を介して制御装置１０３に接続されている。端子１０５−ｂ２は、配線１０６−ｂ２を介して制御装置１０３に接続されている。

図１０は、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２を示している。二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２は、対象１１０の表面を被覆して使用される。二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２は、エラストマ層１０７とセンサ層１０８とから形成されている。エラストマ層１０７は、弾性体から形成されているシートから形成されている。その弾性体としては、ゴム、ビニールが例示される。センサ層１０８は、複数の検出エレメント１１１と複数のケーブル１１２とを備えている。センサ層１０８は、対象１１０とエラストマ層１０７との間に配置される。

図１１は、センサ層１０８を示している。検出エレメント１１１は、複数の検出エレメント１１１−（１，１）〜１１１−（ｍ，ｎ）（ｍ＝２，３，４，…；ｎ＝２，３，４，…）から形成されている。複数の検出エレメント１１１−（１，１）〜１１１−（ｍ，ｎ）は、格子状に配置されている。すなわち、複数の検出エレメント１１１−（１，１）〜１１１−（ｍ，ｎ）は、それぞれ、平面に配置されるｍ本の平行線とその平面に配置されるｎ本の平行線との交点に配置されている。すなわち、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２は、（ｍ×ｎ）個の検出エレメント１１１−（１，１）〜１１１−（ｍ，ｎ）を備えている。そのｍ本の平行線は、そのｎ本の平行線に垂直である。そのｍ本の平行線のうちの隣り合う２本の平行線の距離は、互いに等しい。そのｎ本の平行線のうちの隣り合う２本の平行線の距離は、互いに等しく、そのｍ本の平行線のうちの隣り合う２本の平行線の距離に等しい。

ケーブル１１２は、それぞれ、２つの導線と外被とを備えている。２つの導線は、互いに絶縁されて束ねられている。その外被は、絶縁体から形成され、その２つの導線を被覆し、その２つの導線を互いに電気的に絶縁している。ケーブル１１２は、それぞれ、変形することが可能である。ケーブル１１２は、それぞれ、長さが互いに等しく、両端が複数の検出エレメント１１１−（１，１）〜１１１−（ｍ，ｎ）のうちの隣り合う２つの検出エレメントに接合されている。すなわち、ケーブル１１２は、それぞれ、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）（ｉ＝１，２，３，…，ｍ；ｊ＝１，２，３，…，ｎ）を検出エレメント１１１−（ｉ＋１，ｊ）に接合し、または、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）を検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ＋１）に接合している。このとき、ケーブル１１２のうちの適当な４つのケーブルは、検出エレメント１１１−（１，１）〜１１１−（ｍ，ｎ）のうちの４つの検出エレメント（たとえば、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）と検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ＋１）と検出エレメント１１１−（ｉ＋１，ｊ）と検出エレメント１１１−（ｉ＋１，ｊ＋１）と）を頂点とする正方形の辺を形成している。その正方形は、ケーブル１１２が変形することにより、正方形と異なる四角形に変形することができ、さらに、その４つの頂点が四面体の頂点に配置される立体に変形することができる。二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２は、ケーブル１１２により形成される正方形がその四角形または立体に変形することにより、様々な曲面に変形することができ、みかんのネットのように様々な形状の物体の表面にぴったり密着するように変形することができる。

図１２は、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）を示している。検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）は、基板１２１と複数の端子１２２〜１２９と複数の抵抗器１３１〜１３４とＡ層面電極１３５とＢ層面電極１３６と配線１３７〜１３８と感圧素材１３９とを備えている。基板１２１は、絶縁体から形成され、正方形状の板に形成されている。複数の端子１２２〜１２９は、それぞれ、基板１２１の表面にプリントされた金属から形成され、基板１２１の縁に配置されている。複数の抵抗器１３１〜１３４は、２つの端子を備え、抵抗器１３１〜１３４の抵抗は、互いに等しい。抵抗器１３１は、一端が端子１２２に電気的に接続され、他端が端子１２３に電気的に接続されている。抵抗器１３２は、一端が端子１２４に電気的に接続され、他端が端子１２５に電気的に接続されている。抵抗器１３３は、一端が端子１２６に電気的に接続され、他端が端子１２７に電気的に接続されている。抵抗器１３４は、一端が端子１２８に電気的に接続され、他端が端子１２９に電気的に接続されている。Ａ層面電極１３５は、基板１２１の表面にプリントされた金属から形成され、基板１２１の中央に配置されている。Ｂ層面電極１３６は、基板１２１の表面にプリントされた金属から形成され、基板１２１の中央に配置されている。配線１３７は、基板１２１の表面にプリントされた金属から形成され、端子１２３とＡ層面電極１３５とを電気的に接続し、端子１２４とＡ層面電極１３５とを電気的に接続している。配線１３８は、基板１２１の表面にプリントされた金属から形成され、端子１２７とＢ層面電極１３６とを電気的に接続し、端子１２８とＢ層面電極１３６とを電気的に接続している。

感圧素材１３９は、弾性変形することにより抵抗が変化する弾性体から形成され、正方形の板状に形成されている。感圧素材１３９は、図１３に示されているように、基板１２１の中央に配置され、Ａ層面電極１３５とＢ層面電極１３６とに電気的に接続されている。感圧素材１３９のＡ層面電極１３５からＢ層面電極１３６までの抵抗ｒ_ｐは、感圧素材１３９の厚さ方向に加わる圧力ｐと適当な正の定数ｃとを用いて、次式：
ｒ_ｐ∝ｐ^−ｃ
により表現される。すなわち、感圧素材１３９は、厚さ方向に圧縮されると、その電気抵抗が小さくなる。

端子１２２は、ケーブル１１２により、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ−１）の端子１２４に接続されている。端子１２３は、ケーブル１１２により、検出エレメント１１１−（ｉ−１，ｊ）の端子１２５に接続されている。端子１２４は、ケーブル１１２により、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ＋１）の端子１２２に接続されている。端子１２５は、ケーブル１１２により、検出エレメント１１１−（ｉ＋１，ｊ）の端子１２３に接続されている。端子１２６は、ケーブル１１２により、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ＋１）の端子１２８に接続されている。端子１２７は、ケーブル１１２により、検出エレメント１１１−（ｉ＋１，ｊ）の端子１２９に接続されている。端子１２８は、ケーブル１１２により、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ−１）の端子１２６に接続されている。端子１２９は、ケーブル１１２により、検出エレメント１１１−（ｉ−１，ｊ）の端子１２７に接続されている。

図１４は、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）に等価である回路素子を示している。その回路素子は、ノード１４１〜１４６と可変抵抗器１４７と抵抗器１５１〜１５４とを備えている。可変抵抗器１４７は、ノード１４１とノード１４２との間に介設されている。抵抗器１５１は、ノード１４１とノード１４３との間に介設されている。抵抗器１５２は、ノード１４１とノード１４４との間に介設されている。抵抗器１５３は、ノード１４２とノード１４５との間に介設されている。抵抗器１５４は、ノード１４２とノード１４６との間に介設されている。

ノード１４１は、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）の端子１２３と端子１２４とに対応している。ノード１４２は、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）の端子１２７と端子１２８とに対応している。ノード１４３は、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）の端子１２２に対応している。ノード１４４は、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）の端子１２５に対応している。ノード１４５は、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）の端子１２９に対応している。ノード１４６は、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）の端子１２６に対応している。可変抵抗器１４７は、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）のＡ層面電極１３５とＢ層面電極１３６と感圧素材１３９とに対応している。抵抗器１５１は、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）の抵抗器１３１に対応している。抵抗器１５２は、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）の抵抗器１３２に対応している。抵抗器１５３は、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）の抵抗器１３４に対応している。抵抗器１５４は、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）の抵抗器１３３に対応している。

このとき、ノード１４１は、さらに、検出エレメント１１１−（ｉ−１，ｊ）の端子１２５に対応し、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ＋１）の端子１２２に対応している。ノード１４２は、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ−１）の端子１２６に対応し、検出エレメント１１１−（ｉ＋１，ｊ）の端子１２９に対応している。ノード１４３は、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ−１）の端子１２４に対応している。ノード１４４は、検出エレメント１１１−（ｉ＋１，ｊ）の端子１２３に対応している。ノード１４５は、検出エレメント１１１−（ｉ−１，ｊ）の端子１２７に対応している。ノード１４６は、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ＋１）の端子１２８に対応している。

このような二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２は、特許１３０８３２１号公報または特許１８７５４９８号公報に記載される圧力検出器と概ね等価である。その圧力検出器は、面状抵抗体を備えている。その面状抵抗体は、素材の組成と厚さとを均一にする必要があり、面積が大きい物ほど製造することが困難になる。二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２は、このような面状抵抗体を備える必要がなく、その面状抵抗体を備える圧力検出器より容易に製造することができる。

その圧力検出器は、シート状に形成され、１つの方向に曲がる曲面を被覆することができるが、それ以外の曲面（たとえば、球面の一部分）を被覆することが困難である。二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２は、図１５に示されているように、ケーブル１１２により形成される正方形が正方形以外の四角形または立体に変形し、エラストマ層１０７が弾性変形することにより、様々な形状の物体の表面を被覆することができ、使い勝手がよい。たとえば、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２は、図１５に示されているように、ロボットの肘を被覆することができる。

二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２は、図１６に示されているように、検出エレメント１１１−（１，１）〜１１１−（ｍ，１）の端子１２２がそれぞれ端子１０５−ａ１に電気的に接続されている。検出エレメント１１１−（１，ｎ）〜１１１−（ｍ，ｎ）の端子１２４は、それぞれ、抵抗器１５６を介して端子１０５−ａ２に電気的に接続されている。検出エレメント１１１−（１，１）〜１１１−（１，ｎ）の端子１２９は、それぞれ、端子１０５−ｂ１に電気的に接続されている。検出エレメント１１１−（ｍ，１）〜１１１−（ｍ，ｎ）の端子１２７は、それぞれ、抵抗器１５７を介して端子１０５−ｂ２に電気的に接続されている。抵抗器１５７の抵抗は、抵抗器１５６の抵抗に等しく、抵抗器１３１〜１３４の抵抗に等しい。

制御装置１０３は、図１６に示されているように、複数のノード１６１〜１６６と複数の抵抗器１６７〜１７０とを備えている。ノード１６３は、配線１０６−ａ１を介して二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２の端子１０５−ａ１に電気的に接続されている。ノード１６４は、配線１０６−ａ２を介して二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２の端子１０５−ａ２に電気的に接続されている。ノード１６５は、配線１０６−ｂ１を介して二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２の端子１０５−ｂ１に電気的に接続されている。ノード１６６は、配線１０６−ｂ２を介して二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２の端子１０５−ｂ２に電気的に接続されている。抵抗器１６７は、ノード１６１とノード１６３との間に介設されている。抵抗器１６８は、ノード１６１とノード１６４との間に介設されている。抵抗器１６９は、ノード１６２とノード１６５との間に介設されている。抵抗器１７０は、ノード１６２とノード１６６との間に介設されている。複数の抵抗器１６７〜１７０は、電気抵抗が互いに等しい。

制御装置１０３は、さらに、図示されていない電源装置と複数の電位計とディスプレイとコンピューターとを備えている。その電源装置は、ノード１６１とノード１６２との間に一定の電圧を印加する。その電位計は、それぞれ、ノード１６１〜１６６の電位を測定する。なお、その複数の電位計は、複数の電圧計に置換することもできる。その電圧計は、ノード１６１とノード１６３との電位差を測定し、ノード１６１とノード１６４との電位差を測定し、ノード１６３とノード１６４との電位差を測定し、ノード１６５とノード１６６との電位差を測定する。そのディスプレイは、そのコンピューターにより制御されて、そのコンピューターにより生成される画面を表示する。

そのコンピューターは、ノード１６１とノード１６２との間に電圧が印加されているときのノード１６１〜１６６の電位とに基づいて、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２に作用する荷重とその荷重の中心位置とを算出する。すなわち、そのコンピューターは、ノード１６１〜１６６の電位に基づいて、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２の端子１０５−ａ１または端子１０５−ａ２から端子１０５−ｂ１または端子１０５−ｂ２に流れる全電流とその全電流の電流密度分布のＸ軸まわりの一次モーメントに相当する値とその電流密度分布のＹ軸まわりの一次モーメントに相当する値とを算出する。

その全電流Ｉ_ａｌｌは、ノード１６１の電位＋Ｖ_０とノード１６２の電位−Ｖ_０とノード１６３の電位Ｖ_ａ１とノード１６４の電位Ｖ_ａ２とノード１６５の電位Ｖ_ｂ１とノード１６６の電位Ｖ_ｂ２と抵抗器１６７〜１７０の電気抵抗Ｒ_０とを用いて、次式：

により表現される。その電流密度分布のＸ軸まわりの一次モーメントに相当する値Ｉ_ｘは、適当な定数ａと定数ｒと定数λとを用いて、次式：

により表現される。ここで、定数λは、次式：
λ＝ｍ÷ｎ
により表現される。その電流密度分布のＹ軸まわりの一次モーメントに相当する値Ｉ_ｙは、次式：

により表現される。そのコンピューターは、全電流Ｉ_ａｌｌに基づいてその荷重を算出し、値Ｉ_ｘを全電流Ｉ_ａｌｌで除算することによりその中心位置のｘ座標を算出し、値Ｉ_ｙを全電流Ｉ_ａｌｌで除算することによりその中心位置のｙ座標を算出する。

そのコンピューターは、さらに、その荷重とその中心位置との時間に対する変化に基づいて、すべり覚を算出する。そのすべり覚は、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２が被覆される物体とその物体が二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２を介して接触する物体との間にすべりが存在するかどうかを示している。そのすべり覚の算出方法は、公知であり、たとえば、特公平６−５８２３９号公報に記載されている。

そのコンピューターは、さらに、その荷重とその中心位置とそのすべり覚とを示す画面を生成し、その画面をそのディスプレイに表示する。

二次元分布荷重中心位置検出装置１０１は、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２が対象の表面を被覆して使用される。その表面としては、ロボットの表面（ロボットの足の裏、ロボットの指の腹）、建造物の床面が例示される。二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２は、ノード１６１とノード１６２との間に一定の電圧が印加されているときに、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２に荷重が加わると、ノード１６３〜１６６の電位が変化する。すなわち、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２は、荷重が加わると、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２の検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）に荷重Ｌ（ｉ，ｊ）が負荷される。検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）の感圧素材１３９を介してＡ層面電極１３５からＢ層面電極１３６にに流れる電流Ｉ（ｉ，ｊ）は、荷重Ｌ（ｉ，ｊ）がｒ_ｐであるときに、検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）のＡ層面電極１３５の電位Ｖａ（ｉ，ｊ）と検出エレメント１１１−（ｉ，ｊ）のＢ層面電極１３６の電位Ｖｂ（ｉ，ｊ）と適当な定数ｋ_０と適当な関数ｆ_ｚ ^ｃ（ｉ，ｊ）とを用いて、次式：

により表現される。ここで、全電流Ｉ_ａｌｌは、荷重Ｌ（ｉ，ｊ）の総和の関数により表現される。値Ｉ_ｘと値Ｉ_ｙとは、変数ｉの関数ｘ_ｉと変数ｊの関数ｙ_ｊとを用いて、次式：

により表現される。

図１７は、複数の検出エレメント１１１−（１，１）〜１１１−（ｍ，ｎ）のうちの隣接する２つの検出エレメントとの間に、その２つの検出エレメントの両方に接触しないくらい細いものが、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２に接触したときに、エラストマ層１０７にかかる圧力分布の例を示している。その圧力分布１８１は、検出エレメント１１１−（１，１）〜１１１−（ｍ，ｎ）が配置される位置の範囲１８２に与えられる圧力が０を示し、その２つの検出エレメントの間に与えられる圧力が正の値を示すことを示している。

図１８は、圧力分布１８１がエラストマ層１０７に与えられたときに、センサ層１０８に与えられる圧力分布を示している。その圧力分布１８３は、圧力が正の値を示す範囲が、圧力分布１８１で圧力が正の値を示す範囲より広いことを示している。その範囲は、検出エレメント１１１−（１，１）〜１１１−（ｍ，ｎ）が配置される位置の範囲１８２を複数含んでいる。図１８は、さらに、圧力分布１８３がセンサ層１０８に与えられたときに、検出エレメント１１１−（１，１）〜１１１−（ｍ，ｎ）に与えられる圧力を示している。ここで、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２は、エラストマ層１０７を備えていない場合で、圧力分布１８１が与えられたときに、検出エレメント１１１−（１，１）〜１１１−（ｍ，ｎ）に圧力が与えられない。しかしながら、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２は、エラストマ層１０７を備えている場合で、圧力分布１８１が与えられたときに、検出エレメントに圧力が与えられる。このことから、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２は、隣接する２つの検出エレメントの間隔より小さいものの接触をより確実に検出することができる。

制御装置１０３は、特許１３０８３２１号公報または特許１８７５４９８号公報に記載される技術と同様にして、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２に作用する荷重の中心位置を算出する。すなわち、制御装置１０３は、ノード１６１〜１６６の電位を測定する。制御装置１０３は、ノード１６１〜１６６の電位に基づいて、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２の端子１０５−ａ１または端子１０５−ａ２から端子１０５−ｂ１または端子１０５−ｂ２に流れる全電流Ｉ_ａｌｌと全電流Ｉ_ａｌｌの電流密度分布のＸ軸まわりの一次モーメントに相当する値とその電流密度分布のＹ軸まわりの一次モーメントに相当する値とを算出する。そのコンピューターは、全電流Ｉ_ａｌｌに基づいてその荷重を算出し、値Ｉ_ｘを全電流Ｉ_ａｌｌで除算することによりその中心位置のｘ座標を算出し、値Ｉ_ｙを全電流Ｉ_ａｌｌで除算することによりその中心位置のｙ座標を算出する。制御装置１０３は、は、さらに、その荷重とその中心位置との時間に対する変化に基づいて、すべり覚を算出する。制御装置１０３は、さらに、その荷重とその中心位置とそのすべり覚とを示す画面を生成し、その画面をそのディスプレイに表示する。

なお、制御装置１０３の電源装置は、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２に一定の電流が流れるようにノード１６１とノード１６２との間に一定の電圧を印加することもできる。このとき、そのコンピューターは、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２に印加される電圧に基づいてその荷重を算出し、値Ｉ_ｘによりその中心位置のｘ座標を算出し、値Ｉ_ｙによりその中心位置のｙ座標を算出することができる。

すなわち、二次元分布荷重中心位置検出装置１０１は、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２を特許１３０８３２１号公報または特許１８７５４９８号公報に記載される圧力検出器と同様に用いて、二次元分布荷重中心位置検出センサ１０２に作用する荷重とその荷重の中心位置とを算出することができる。

Claims (8)

1. 荷重が負荷されると第１電極から第２電極までの電気抵抗が変化する複数の検出エレメントと、
   前記複数の検出エレメントのうちの隣り合う隣接検出エレメントを接合し、前記隣接検出エレメントのうちの第１検出エレメントの第１電極を前記隣接検出エレメントのうちの第２検出エレメントの第１電極に第１抵抗器を介して電気的に接続し、前記第１検出エレメントの第２電極を前記第２検出エレメントの第２電極に第２抵抗器を介して電気的に接続する複数のケーブル
   とを具備する二次元分布荷重中心位置検出センサ。
2. 請求の範囲１において、
   前記ケーブルは、変形可能である
   二次元分布荷重中心位置検出センサ。
3. 請求の範囲２において、
   前記複数の検出エレメントは、格子状に配置される
   二次元分布荷重中心位置検出センサ。
4. 請求の範囲１〜請求の範囲３のいずれかにおいて、
   前記電気抵抗は、前記荷重に概ね反比例する
   二次元分布荷重中心位置検出センサ。
5. 請求の範囲１〜請求の範囲４のいずれかに記載される二次元分布荷重中心位置検出センサと、
   制御装置とを具備し、
   前記二次元分布荷重中心位置検出センサは、
   前記複数の検出エレメントのうちの第１方向の端に配置される検出エレメントの第１電極に電気的に接続される第１端子と、
   前記複数の検出エレメントのうちの前記第１方向の反対方向の端に配置される検出エレメントの第１電極に電気的に接続される第２端子と、
   前記複数の検出エレメントのうちの前記第１方向と異なる第２方向の端に配置される検出エレメントの第２電極に電気的に接続される第３端子と、
   前記複数の検出エレメントのうちの前記第２方向の反対方向の端に配置される検出エレメントの第２電極に電気的に接続される第４端子とを備え、
   前記制御装置は、前記二次元分布荷重中心位置検出センサに電流が流れるように前記第１端子と前記第２端子と前記第３端子と前記第４端子との間に電圧を印加し、前記第１端子を流れる電流と前記第２端子を流れる電流と前記第３端子を流れる電流と前記第４端子を流れる電流とに基づいて前記二次元分布荷重中心位置検出センサに作用する荷重の位置を算出する
   二次元分布荷重中心位置検出装置。
6. 請求の範囲５において、
   前記制御装置は、更に、前記第１端子を流れる電流と前記第２端子を流れる電流と前記第３端子を流れる電流と前記第４端子を流れる電流とに基づいて前記荷重を算出する
   二次元分布荷重中心位置検出装置。
7. 請求の範囲１〜請求の範囲４のいずれかにおいて、
   前記複数の検出エレメントの各々は、
   前記第１電極と前記第２電極とが表面に配置される基板と、
   前記第１電極と前記第２電極との両方に電気的に接続される感圧素材とを備え、
   前記第１電極と前記第２電極とは、前記基板と前記感圧素材とに挟まれる
   二次元分布荷重中心位置検出センサ。
8. 請求の範囲１と請求の範囲２と請求の範囲３と請求の範囲４と請求の範囲７とのうちのいずれかにおいて、
   弾性体から形成されるエラストマ層を更に具備し、
   前記エラストマ層は、前記複数の検出エレメントと前記複数のケーブルとから形成される層を被覆する
   二次元分布荷重中心位置検出センサ。

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