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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J01558/
• 关键词: 触覚センサ; MEMS; 集積化センサ; ロボット; アクティブセンシング; 材質識別; 温度センサ

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。

Touch line yesterday annual っ た set product change 覚 セ ン サ の attempt と review 価, ロ ボ ッ ト ア ー ム に よ る action be card に lead き 続 き, this year's は, set product change touch 覚 セ ン サ の improved と review 価, ロ ボ ッ ト ア ー ム を with い た ア ク テ ィ ブ セ ン シ ン グ に よ る material identification, telescopic may な バ ス wiring の attempt と review 価 を line っ た. Yesterday's annual open 発 し た セ ン サ プ ラ ッ ト フ ォ ー ム LSI と MEMS (tiny electric 気 mechanical シ ス テ ム) type electrostatic capacity セ ン サ の set product technology を 応 し, this year's は second generation セ ン サ プ ラ ッ ト フ ォ ー ム LSI で set product change contact 覚 セ ン サ の improved と review 価 を line っ た. The capacity electrode える ら <s:1> wiring <s:1> leads <s:1> back to を検 を検 to obtain を検, and the parasitic capacity を inhibits える た とがで た た た. の each 3 axis direction か ら の force に す seaborne る セ ン サ の features だ け で な く, vertical force と せ ん breaking capacity が group み close わ さ っ た force の review 価 や temperature characteristic の review 価 と い っ た be use に to け て important と な る be 験 も line っ た. Open 発 し た set product change contact 覚 セ ン サ を ロ ボ ッ ト フ ィ ン ガ ー に り pay け, like content を and seaborne し 込 ん で holding し た と き の セ ン サ の output numerical を obtained (ア ク テ ィ ブ セ ン シ ン グ) す る こ と で, hard さ や temperature と い っ た he の セ ン サ で は difficult し い material の recognize が could で あ る こ と を card be で き た. プ ラ ス チ ッ ク の よ う に hard い も の を holding し た occasions に は, セ ン サ が like content に seaborne contact す る の と force on determination of numerical が nasty shock に raised big す る が, ゴ ム の よ う な soft ら か い も の を holding し た interstate に は, force が セ ン シ ン グ department outside に も scattered す る た め, Like content を and seaborne し 込 む と セ ン サ で determination さ れ る force が saturated す る こ と を confirm で き た. The maximum holding force <e:1> is related to the と rate of the <s:1> Young of the object と and is related to the がある とがわ とがわ った った った った. ま た, just like の temperature に seaborne 応 じ て セ ン サ プ ラ ッ ト フ ォ ー ム LSI に within 蔵 さ れ て い る temperature セ ン サ の output numerical が - し, temperature が different な る as useful content の recognition に で seaborne あ る こ と を confirm し た. Youdaoplaceholder0, metal layer <s:1> <s:1> expansion base material を, <s:1> て simple element な engineering で expansion possible なバス wiring を try making た. Cropping し た wiring を lead き stretch ば し, wiring の metallic layer が breaking す る ま で の resistance numerical の raised plus は be used very small さ い こ と を confirm し た. The resistance of the <s:1> value change <e:1> to the <s:1> expansion and contraction of the を line った is very small さ <s:1> とがわ とがわ った った.

项目成果

センサプラットフォームLSIと貫通配線LTCC基板を用いた集積化指先センサの作製とアクティブセンシングによる材質識別の実証

使用传感器平台 LSI 和穿线 LTCC 板制造集成指尖传感器，并演示通过主动传感进行材料识别

• 发表时间: 2017
• 作者: Chenzhong Shao;Sho Asano;Masanori Muroyama;Takahiro Nakayama;Yoshiyuki Hata;Shuji Tanaka;浅野翔，室山真徳，中山貴裕，畑良幸，田中秀治
• 通讯作者: 浅野翔，室山真徳，中山貴裕，畑良幸，田中秀治

CMOS-on-LTCC integrated fingertip sensor with 3-axis tactile and thermal sensation for robots

适用于机器人的 CMOS-on-LTCC 集成指尖传感器，具有 3 轴触觉和热感觉

• 发表时间: 2017
• 作者: Sho Asano;Masanori Muroyama;Takahiro Nakayama;Yoshiyuki Hata;Shuji Tanaka
• 通讯作者: Shuji Tanaka

Connection of 48 sensors on the same serial bus line for human-inspired event-driven tactile sensation covering wide spatial range over 2 meters at millimeter resolution

在同一串行总线上连接 48 个传感器，以毫米级分辨率覆盖超过 2 米的宽广空间范围，实现受人类启发的事件驱动触觉

• 发表时间: 2018
• 作者: Chenzhong Shao;Sho Asano;Masanori Muroyama;Takahiro Nakayama;Yoshiyuki Hata;Shuji Tanaka
• 通讯作者: Shuji Tanaka

高荷重応用を目的とした厚膜ダイアフラムとストッパ構造をもつCMOS-on-LTCC集積化3軸触覚センサの開発

开发用于高负载应用的具有厚膜隔膜和止动结构的 CMOS-on-LTCC 集成 3 轴触觉传感器

• 发表时间: 2016
• 作者: Sho Asano;Masanori Muroyama;Takahiro Nakayama;Yoshiyuki Hata;Shuji Tanaka;浅野翔，室山真徳，中山貴裕，畑良幸，野々村裕，田中秀治
• 通讯作者: 浅野翔，室山真徳，中山貴裕，畑良幸，野々村裕，田中秀治

ロボットが人にやさしく触れるためのセンサシステムを開発

开发传感器系统，让机器人轻松触摸人类