PVDFフィルムの圧電効果および焦電効果を融合した多機能触覚センシング

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平成19年度は,平成18年度に作成した触覚センサを用いて,さらに接触面積を取得する方法について検討を行い,シミュレーション実験により,その検証を行った.本研究では,両側に電極フィルムが施されたPVDFフィルムと銅板電極でスポンジを挟む構造で,面積1cm^2を1面とする4面構成の触覚センサを考える.本センサは,銅板電極とPVDFフィルムの表面側電極に10kHzの正弦波電圧を印加することで,接触圧によるスポンジの静電容量変化をPVDFフィルム両端の電圧変化として取得する.また,対象物とセンサの温度差をPVDFフィルムの焦電効果によって発生する電圧変化として取得する.これら二つの電圧変化信号をB.P.FとL.P.Fで分離して取り出すことにより,接触圧と温度差情報を取得することが可能である.センサには同じ接触力でも,接触面積が異なると接触圧が異なることから,スポンジの変形を利用して接触力を取得しているセンサ信号は,接触面積によっても変化する.したがって,これまでの接触力に対応する一つのセンサ信号だけでは,接触力と接触面積の割合の二つ情報は得られない.そこで,固い平板を対象とし,それに触れてから,一定量の押し込み動作を行わせることによって,押し込み前と後のセンサ信号の変化分を利用する手法を検討した.ここでは,2mmの厚さのスポンジを1mm押し込むことにより,接触面積の割合(接触面数)に応じてセンサ信号の変化をシミュレーションした.その結果,接触面積の割合とセンサ信号の変化率が比例関係となり,センサ信号の変化率より接独力に関係なく接触面積の割合が取得できることがわかった.最終的には,二つの電庄変化信号の押し込み前と後のデータを用いる2段階センシングを行うことにより,接触力,接触面積の割合,対象物とセンサの温度差の3種類の触覚情報の取得が可能であることが示された.