CN104931161A - 力检测装置和机器人 - Google Patents

力检测装置和机器人 Download PDF

Info

Publication number
CN104931161A
CN104931161A CN201510106563.3A CN201510106563A CN104931161A CN 104931161 A CN104931161 A CN 104931161A CN 201510106563 A CN201510106563 A CN 201510106563A CN 104931161 A CN104931161 A CN 104931161A
Authority
CN
China
Prior art keywords
base portion
checking device
piezoelectric body
body layer
force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510106563.3A
Other languages
English (en)
Inventor
荒川丰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of CN104931161A publication Critical patent/CN104931161A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1694—Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1633—Programme controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0061—Force sensors associated with industrial machines or actuators
    • G01L5/0076—Force sensors associated with manufacturing machines
    • G01L5/009—Force sensors associated with material gripping devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/167—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using piezoelectric means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39322—Force and position control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39529—Force, torque sensor in wrist, end effector
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S901/00—Robots
    • Y10S901/46—Sensing device

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

本发明涉及力检测装置以及机器人。力检测装置的特征在于，具备第1基部；第2基部，其相对于上述第1基部沿着第1方向被配置；密封部件，从与上述第1方向正交的第2方向观察，该密封部件被设置在上述第1基部与上述第2基部重叠的部分，并与上述第1基部和上述第2基部一起形成密闭空间；以及压电元件，其被设置在上述密闭空间内，上述密封部件的纵弹性系数比上述第1基部的纵弹性系数以及上述第2基部的纵弹性系数高。

Description

力检测装置和机器人
技术领域
本发明涉及力检测装置以及机器人。
背景技术
近年来，以生产效率提高为目的，正在推进在工厂等生产设施导入工业用机器人。作为这种工业机器人，对铝板等母材实施机械加工的工作机械为代表。在该工作机械中内置有实施机械加工时检测对母材的力的力检测装置。
作为这种力检测装置的一个例子，专利文献1对检测所施加的压力的力检测装置(压力传感器)进行了记载。该力检测装置具备第1外壳、与第1外壳对置配置的第2外壳、对第1外壳与第2外壳的缝隙进行密封的由氟树脂等构成的密封部件(封固部件)、以及设置在被第1外壳、第2外壳和封固部件划分出的压力检测室内的检测元件。而且，记载了通过设置密封部件，能够提高压力检测室的气密性，并能够防止异物的侵入。
专利文献1：日本特开2013－2945号公报
然而，在专利文献1所记载的力检测装置中，密封部件在力检测装置的压缩方向上被配置在第1外壳与第2外壳之间。因此，起因于密封部件的热膨胀，对输出漂移的影响变大。结果存在即使在未受到外力的情况下，因使用力检测装置的外部环境的温度变化，输出由密封部件的热膨胀所引起的无用信号，检测精度降低这样的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种减少密封部件对温度漂移的影响，并具有优异的检测精度的力检测装置以及机器人。
这种的通过下述的本发明来实现。
应用例1
本发明所涉及的力检测装置具备第1基部；第2基部，其相对于上述第1基部沿着第1方向被配置；密封部件，其从与上述第1方向正交的第2方向观察，被设置在上述第1基部与上述第2基部重叠的部分，并与上述第1基部和上述第2基部一起形成密闭空间；以及压电元件，其被设置在上述密闭空间内，上述密封部件的纵弹性系数比上述第1基部的纵弹性系数以及上述第2基部的纵弹性系数高。
由此，能够提供一种减少密封部件对温度漂移的影响，并具有优异的检测精度的力检测装置。
应用例2
在本发明所涉及的力检测装置中，上述密封部件与上述第1基部接触的面积比与上述第2基部接触的面积小。
由此，能够容易地组装第1基部和第2基部，并能够通过密封部件更可靠地密封第1基部与第2基部的缝隙。 
应用例3
在本发明所涉及的力检测装置中优选，上述密封部件具有第1部位、和与上述第1部位相比沿着上述第1方向的长度较短的第2部位。
由此，能够容易地组装第1基部和第2基部，并能够通过密封部件更可靠地密封第1基部与第2基部的缝隙。 
应用例4
在本发明所涉及的力检测装置中优选，从上述第2方向观察，上述第1基部的一部分遍及上述第2基部的整周而与上述第2基部的一部分重叠。
由此，能够通过密封部件可靠地密封第1基部与第2基部的缝隙。 
应用例5
在本发明所涉及的力检测装置中优选，上述密封部件为环状。
由此，能够通过密封部件可靠地密封第1基部与第2基部的缝隙并且，能够防止检测由密封部件的热膨胀所引起的不必要的应力。
应用例6
在本发明所涉及的力检测装置中优选，上述压电元件包括水晶。
由此，力检测装置难以受到温度的变动所带来的影响，因此，能够正确地检测外力。
应用例7
在本发明所涉及的力检测装置中优选，具备多个上述压电元件。
由此，能够检测施加于力检测装置的外力，即，6轴力(α、β，γ轴方向的平移力成分以及绕α、β、γ轴的旋转力成分)。
应用例8
本发明所涉及的机器人的特征在于，具备手臂；末端执行器，其被设置在上述手臂上；以及力检测装置，其被设置在上述手臂与上述末端执行器之间，对施加于上述末端执行器的外力进行检测，上述力检测装置具备：第1基部；第2基部，其相对于上述第1基部沿着第1方向被配置；密封部件，其从与上述第1方向正交的第2方向观察，被设置在上述第1基部与上述第2基部重叠的部分，并与上述第1基部和上述第2基部一起形成密封空间；以及压电元件，其被设置在上述密闭空间内，上述密封部件的纵弹性系数比上述第1基部的纵弹性系数以及上述第2基部的纵弹性系数高。
由此，由于机器人具备的力检测装置减少温度漂移的影响，并具有优异的检测精度，所以根据这样的机器人，能够准确地检测外力，并适当地进行末端执行器的作业。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的力检测装置的第1实施方式的剖视图。
图2是图1所示的力检测装置的俯视图。
图3是示意性地表示图1所示的力检测装置的电路图。
图4是示意性地表示图1所示的力检测装置具备的电荷输出元件的剖视图。
图5是表示由图1所示的力检测装置的电荷输出元件检测的力的作用状态的示意图。
图6是从图5中的箭头A方向观察的图。
图7是被图1中的点划线围起的区域[A]的放大详细图。
图8是使用于研究密封部件的热膨胀对γ轴方向上的检测灵敏度带来的影响的力检测装置的放大剖视图。
图9是表示本发明所涉及的力检测装置具备的密封部件的其它例子的剖视图。
图10是表示本发明所涉及的力检测装置的第2实施方式的剖视图。
图11是表示使用了本发明所涉及的力检测装置的单臂机器人的1例的图。
具体实施方式
以下，详细地对本发明的优选实施方式进行说明。
1.力检测装置 
第1实施方式
图1是表示本发明所涉及的力检测装置的第1实施方式的剖视图，图2是图1所示的力检测装置的俯视图，图3是示意性地表示图1所示的力检测装置的电路图，图4是示意性地表示图1所示的力检测装置具备的电荷输出元件的剖视图，图5是表示由图1所示的力检测装置的电荷输出元件检测的力的作用状态的示意图，图6是从图5中的箭头A方向观察的图，图7是被图1中的点划线围起的区域[A]的放大详细图， 图8是使用于研究密封部件的热膨胀对γ轴方向上的检测灵敏度带来的影响的力检测装置的放大剖视图，图9是表示本发明所涉及的力检测装置具备的密封部件的其它例子的剖视图。
此外，以下，将图1中的上侧称为“上”或者“上方”，将下侧称为“下”或者“下方”。
另外，图1、图2、图4、图5中，作为相互正交的3个轴，图示出α轴、β轴以及γ轴。将与α(A)轴平行的方向称为“α(A)轴方向”，将与β(B)轴平行的方向称为“β(B)轴方向”，将与γ(C)轴平行的方向称为“γ(C)轴方向”。另外，将由α轴和β轴规定的平面称为“αβ平面”，将由β轴和γ轴规定的平面称为“βγ平面”，将由α轴和γ轴规定的平面称为“αγ平面”。另外，在α方向、β方向以及γ方向上，将箭头前端侧作为“+(正)侧”，将箭头基端侧作为“－(负)侧”。
图1所示的力检测装置1具有检测施加于力检测装置1的外力，即，6轴力(α、β、γ轴方向的平移力成分以及绕α、β、γ轴的旋转力成分)的功能。
该力检测装置1具备第1基部(基部)2；第2基部(基部)3，其从第1基部2隔开规定的间隔被配置，并与第1基部2对置；模拟电路基板4，其被收纳(设置)在第1基部2与第2基部3之间；数字电路基板5，其被收纳(设置)在第1基部2与第2基部3之间，并与模拟电路基板4电连接；4个传感器设备6，其被搭载于模拟电路基板4上，并具有根据外力输出信号的电荷输出元件(压电元件)10以及收纳电荷输出元件10的封装(收容部)60；以及8个加压螺栓(固定部件)71。
以下，对力检测装置1的各部的构成进行详述。
此外，在以下的说明中，如图2所示，将4个传感器设备6中位于图2中的右侧的传感器设备6称为“传感器设备6A”，以下逆时针方向按顺序称为“传感器设备6B”、“传感器设备6C”、“传感器设备6D”。
如图1所示，第1基部(底板)2外形呈板状，其平面形状呈发圆的四边形。此外，第1基部2的平面形状并不限于图示的形状，例如也 可以是圆形、四边形外的多边形等。
第1基部2的下表面221在力检测装置1例如被固定于机器人而使用时，作为对该机器人(测定对象)的安装面(第1安装面)发挥作用。
第1基部2具有底板22、和从底板22朝向上方竖立设置的壁部24。
壁部24呈“L”字状，在面向外侧的2个面分别突出形成有凸部23。各凸部23的顶面231是与底板22垂直的平面。另外，在凸部23设置有与后述的加压螺栓71旋合的阴螺纹241(参照图2)。
如图1所示，以与第1基部2隔开规定的间隔并对置的方式配置有第2基部(盖板)3。
第2基部3也与第1基部2同样，其外形呈板状。另外，第2基部3的平面形状优选是与第1基部2的平面形状对应的形状，在本实施方式中，第2基部3的俯视形状与第1基部2的俯视形状同样地呈角部发圆的四边形。另外，第2基部3优选是包含第1基部2的程度的大小。
第2基部3的上表面321在力检测装置1例如被固定于机器人而使用时，作为对被安装于该机器人的末端执行器(测定对象)的安装面(第2安装面)发挥作用。另外，第2基部3的上表面321、和前述的第1基部2的下表面221在不赋予外力的自然状态下平行。
另外，第2基部3具有顶板32、和形成于顶板32的边缘部并从该边缘部朝向下方突出的侧壁33。侧壁33的内壁面331是与顶板32垂直的平面。而且，在第1基部2的顶面231与第2基部3的内壁面331之间设置有传感器设备6。
另外，第1基部2和第2基部3通过加压螺栓71被连接、固定。
该加压螺栓71如图2所示，有8个(多个)，其中的各2个被配置在各传感器设备6的两侧。此外，针对一个传感器设备6的加压螺栓71的数量并不限于2个，例如也可以是3个以上。
另外，作为加压螺栓71的构成材料，并未特别限定，例如能够使用各种树脂材料、各种金属材料等。
这样在通过加压螺栓71连接的第1基部2和第2基部3形成有收纳传感器设备6A～6D、模拟电路基板4以及数字电路基板5的收纳空间。该收纳空间具有圆形或者圆角正方形的剖面形状。
另外，如图1所示，在第1基部2与第2基部3之间设置有与传感器设备6连接的模拟电路基板4。
在配置有模拟电路基板4的传感器设备6(具体而言，电荷输出元件10)的部位形成有供第1基部2的各凸部23插入的孔41。该孔41是贯通模拟电路基板4的贯通孔。 
另外，如图2所示，在模拟电路基板4上设置有各加压螺栓71贯通的贯通孔，在模拟电路基板4的加压螺栓71贯通的部分(贯通孔)例如通过嵌合固定有由树脂材料等绝缘材料构成的管43。
另外，如图3所示，与传感器设备6A连接的模拟电路基板4具备变换输出电路90a，其将从传感器设备6A的电荷输出元件10输出的电荷Qy1变换为电压Vy1；变换输出电路90b，其将从电荷输出元件10输出的电荷Qz1变换为电压Vz1；以及变换输出电路90c，其将从电荷输出元件10输出的电荷Qx1变换为电压Vx1。
与传感器设备6B连接的模拟电路基板4具备变换输出电路90a，其将从传感器设备6B的电荷输出元件10输出的电荷Qy2变换为电压Vy2；变换输出电路90b，其将从电荷输出元件10输出的电荷Qz2变换为电压Vz2；以及变换输出电路90c，其将从电荷输出元件10输出的电荷Qx2变换为电压Vx2。
与传感器设备6C连接的模拟电路基板4具备变换输出电路90a，其将从传感器设备6C的电荷输出元件10输出的电荷Qy3变换为电压Vy3；变换输出电路90b，其将从电荷输出元件10输出的电荷Qz3变换为电压Vz3；以及变换输出电路90c，其将从电荷输出元件10输出的电荷Qx3变换为电压Vx3。
与传感器设备6D连接的模拟电路基板4具备变换输出电路90a，其将从传感器设备6D的电荷输出元件10输出的电荷Qy4变换为电压Vy4；变换输出电路90b，其将从电荷输出元件10输出的电荷Qz4变换 为电压Vz4；以及变换输出电路90c，其将从电荷输出元件10输出的电荷Qx4变换为电压Vx4。
另外，如图1所示，在第1基部2与第2基部3之间，在与设置有第1基部2上的模拟电路基板4的位置不同的位置上设置有与模拟电路基板4连接的被支承的数字电路基板5。如图3所示，数字电路基板5具备外力检测电路40，该外力检测电路40具有与变换输出电路(变换电路)90a、90b、90c连接的AD转换器401、和与AD转换器401连接的运算部(运算电路)402。
此外，作为上述的第1基部2、第2基部3、模拟电路基板4的各元件以及各布线以外的部位、数字电路基板5的各元件以及各布线以外的部位的构成材料分别并未特别限定，例如能够使用各种树脂材料、各种金属材料等。
另外，第1基部2、第2基部3分别由外形呈板状的部件构成，但并不局限于此，例如可以由一方的基部呈板状的部件构成，也可以由另一方的基部呈块状的部件构成。
接下来，详细地对传感器设备6进行说明。 
传感器设备 
如图1、图2所示，传感器设备6A被第1基部2的4个凸部23中的一个凸部23的顶面231和与该顶面231对置的内壁面331夹持。与该传感器设备6A同样地，通过与上述不同的一个凸部23的顶面231和与该顶面231对置的内壁面331夹持传感器设备6B。另外，通过与上述不同的一个凸部23的顶面231和与该顶面231对置的内壁面331夹持传感器设备6C。并且，通过与上述不同的一个凸部23的顶面231和与该顶面231对置的内壁面331夹持传感器设备6D。
此外，以下，将各传感器设备6A～6D被第1基部2以及第2基部3夹持的方向称为“夹持方向SD”。另外，有时也将夹持各传感器设备6A～6D中传感器设备6A的方向称为第1夹持方向，将夹持传感器设备6B的方向称为第2夹持方向，将夹持传感器设备6C的方向称为第3夹持方向，将夹持传感器设备6D的方向称为第4夹持方向。
此外，在本实施方式中，如图1所示，传感器设备6被设置在模拟电路基板4的第2基部3(侧壁33)侧，但传感器设备6也可以设置在模拟电路基板4的第1基部两侧。 
另外，如图2所示，传感器设备6A以及传感器设备6B、和传感器设备6C以及传感器设备6D相对于沿着第1基部2的β轴的中心轴271对称地配置。即，传感器设备6A～6D绕第1基部2的中心272等角度间隔地配置。这样通过配置传感器设备6A～6D，能够无偏差地检测外力。
此外，传感器设备6A～6D的配置并不限于图示的例子，传感器设备6A～6D优选被配置在从第2基部3的上表面321观察，尽量与第2基部3的中心部(中心272)分离的位置。由此，能够稳定检测施加于力检测装置1的外力。
另外，在本实施方式中，传感器设备6A～6D以朝向全部相同的方向的状态被搭载，但传感器设备6A～6D的朝向可以分别不同。
这样配置的传感器设备6如图1所示，具有电荷输出元件10、和收纳电荷输出元件10的封装60。另外，在本实施方式中，传感器设备6A～6D是同样的构成。
封装
如图2所示，封装60的形状并未特别限定，在本实施方式中，平面形状呈四边形。此外，作为封装60的他的形状，例如例举五边形等其它多边形、圆形、椭圆形等。另外，在封装60的形状为多边形的情况下，例如，其角部可以发圆，另外也可以斜切割。
另外，如图1所示，封装60具备具有凹部的凹状部件61、和与其凹状部件61卡合的盖体62。
在凹状部件61的凹部设置有电荷输出元件10，其凹部由盖体62密封。由此，能够利用凹状部件61和盖体62保护电荷输出元件10，并能够提供可靠性较高的力检测装置1。此外，电荷输出元件10的上表面与盖体62接触。
另外，凹状部件61被配置在第1基部2侧，盖体62被配置在第2基部3侧。而且，第1基部2以及第2基部3通过加压螺栓71被固定，从而凹状部件61和盖体62被第1基部2的顶面231和第2基部3的内壁面331在夹持方向SD上夹持、被加压。并且，通过凹状部件61和盖体62，电荷输出元件10也在夹持方向SD上被夹持、加压。即，电荷输出元件10经由封装60在一个凸部23的顶面231与第2基部3的内壁面331之间被夹持、加压。
另外，凹状部件61其底面是平坦的面，与第1基部2的顶面231抵接，并且被固定在模拟电路基板4上。另外，在凹状部件61的底面的端部设置有与电荷输出元件10电连接的多个端子(未图示)。该各端子分别与模拟电路基板4电连接，由此，使电荷输出元件10与模拟电路基板4电连接。
另外，盖体62在本实施方式中呈板状，其中央部625与外周部626之间的部位弯曲，由此中央部625朝向第2基部3突出。该中央部625与第2基部3的内壁面331抵接。另外，中央部625的形状并未特别限定，但在本实施方式中，是与电荷输出元件10相同的形状，即，呈四边形。此外，各传感器设备6的上表面65以及下表面均是平坦的面。
此外，作为凹状部件61的构成材料，并未特别限定，例如能够使用陶瓷等绝缘性材料等。另外，作为盖体62的构成材料，并未特别限定，例如能够使用不锈钢钢等各种金属材料等。此外，凹状部件61的构成材料和盖体62的构成材料可以相同，还可以不同。
电荷输出元件 
电荷输出元件10具有根据施加于力检测装置1的外力，即施加于第1基部2或者第2基部3的至少一方的基部的外力输出电荷的功能。此外，也可以将第1基部2或者第2基部3中的任意一方的基部作为施加外力的基部，但在本实施方式中，将第2基部3作为施加外力的基部进行说明。
此外，由于传感器设备6A～6D具备的各电荷输出元件10是相同的构成，所以以一个电荷输出元件10为中心进行说明。
如图4所示，传感器设备6具备的电荷输出元件10具有接地电极层11、第1传感器12、第2传感器13、和第3传感器14。
第1传感器12具有根据外力(剪切力)输出电荷Qx(电荷Qx1、Qx2、Qx3、Qx4中的任意一个)的功能。第2传感器13具有根据外力(压缩/拉伸力)输出电荷Qz(电荷Qz1、Qz2、Qz3、Qz4)的功能。第3传感器14根据外力(剪切力)输出电荷Qy(电荷Qy1、Qy2、Qy3、Qy4)。
另外，在传感器设备6具备的电荷输出元件10中，接地电极层11和各传感器12、13、14交替地平行层叠。以下，将该层叠的方向称为“层叠方向LD”。该层叠方向LD为与上表面321的法线NL2(或者下表面221的法线NL1)正交的方向。另外，层叠方向LD与夹持方向SD平行。
另外，电荷输出元件10的形状并未特别限定，但在本实施方式中，从与各侧壁33的内壁面331垂直的方向观察，呈四边形。此外，作为各电荷输出元件10的其它外形形状，例如例举五边形等其它多边形、圆形、椭圆形等。
以下，对接地电极层11、第1传感器12、第2传感器13以及第3传感器14进行详述。 
接地电极层11是与地线(基准电位点)接地的电极。构成接地电极层11的材料并未特别限定，但优选例如是金、钛、铝、铜、铁或者包含这些的合金。这些中特别优选使用铁合金的不锈钢。由不锈钢构成的接地电极层11具有优异的耐久性以及耐腐蚀性。
第1传感器12具有根据与层叠方向LD(第1夹持方向)正交，即，与法线NL2(法线NL1)的方向相同的方向的第1检测方向的外力(剪切力)输出电荷Qx的功能。即，第1传感器12构成为根据外力输出正电荷或者负电荷。
第1传感器12具有第1压电体层(第1检测板)121、与第1压电体层121对置设置的第2压电体层(第1检测板)123、以及设置在第1压电体层121与第2压电体层123之间的输出电极层122。
第1压电体层121由Y切割水晶板构成，具有相互正交的晶轴的x轴、y轴、z轴。y轴是沿着第1压电体层121的厚度方向的轴，x轴是沿着图4中的纸面纵深方向的轴，z轴是沿着图4中的上下方向的轴。
以下，将这些图示出的各箭头的前端侧作为“+(正)”、将基端侧作为“－(负)”进行说明。另外，将与x轴平行的方向称为“x轴方向”、将与y轴平行的方向称为“y轴方向”、将与z轴平行的方向称为“z轴方向”。此外，后述的第2压电体层123、第3压电体层131、第4压电体层133、第5压电体层141以及第6的压电体层143也同样。
由水晶构成的第1压电体层121具有宽动态范围、高刚性、高固有振动频率、高耐负载性等优异的特性。另外，Y切割水晶板针对沿着其面方向的外力(剪切力)产生电荷。
而且，在对第1压电体层121的表面施加沿着x轴的正方向的外力(剪切力)的情况下，因压电效果，在第1压电体层121内感应出电荷。结果在第1压电体层121的输出电极层122侧表面附近聚集正电荷，在第1压电体层121的接地电极层11侧表面附近聚集负电荷。同样地，在对第1压电体层121的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下，在第1压电体层121的输出电极层122侧表面附近聚集负电荷，在第1压电体层121的接地电极层11侧表面附近聚集正电荷。
第2压电体层123也由Y切割水晶板构成，具有相互正交的晶轴的x轴、y轴、z轴。y轴是沿着第2压电体层123的厚度方向的轴，x轴是沿着图4中的纸面纵深方向的轴，z轴是沿着图4中的上下方向的轴。
由水晶构成的第2压电体层123也与第1压电体层121同样地具有宽动态范围、高刚性、高固有振动频率、高耐负载性等优异的特性，由于是Y切割水晶板，所以针对沿着其面方向的外力(剪切力)产生电荷。
而且，在对第2压电体层123的表面施加沿着x轴的正方向的外力(剪切力)的情况下，因压电效果，在第2压电体层123内感应出电荷。结果在第2压电体层123的输出电极层122侧表面附近聚集正电荷，在第2压电体层123的接地电极层11侧表面附近聚集负电荷。同样地，在对第2压电体层123的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下， 在第2压电体层123的输出电极层122侧表面附近聚集负电荷，在第2压电体层123的接地电极层11侧表面附近聚集正电荷。
输出电极层122具有将第1压电体层121内以及第2压电体层123内所产生的正电荷或者负电荷作为电荷Qx输出的功能。如前述，在对第1压电体层121的表面或者第2压电体层123的表面施加沿着x轴的正方向的外力的情况下，在输出电极层122附近聚集正电荷。结果从输出电极层122输出正的电荷Qx。另一方面，在对第1压电体层121的表面或者第2压电体层123的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下，在输出电极层122附近聚集负电荷。结果从输出电极层122输出负的电荷Qx。
另外，第1传感器12成为具有第1压电体层121和第2压电体层123的构成与由仅第1压电体层121以及第2压电体层123中的一方和输出电极层122构成的情况下相比较，能够使聚集在输出电极层122附近的正电荷或者负电荷增加。结果能够使从输出电极层122输出的电荷Qx增加。此外，后述的第2传感器13、第3传感器14也同样。
另外，输出电极层122的大小优选是第1压电体层121以及第2压电体层123的大小以上。在输出电极层122比第1压电体层121或者第2压电体层123小的情况下，第1压电体层121或者第2压电体层123的一部分不与输出电极层122接触。因此，存在无法从输出电极层122输出第1压电体层121或者第2压电体层123所产生的电荷的一部分的情况。结果从输出电极层122输出的电荷Qx减少了。此外，后述的输出电极层132、142也同样。
第2传感器13具有根据外力(压缩/拉伸力)输出电荷Qz的功能。即，第2传感器13构成为根据压缩力输出正电荷，根据拉伸力输出负电荷。
第2传感器13具有第3压电体层(第3基板)131、与第3压电体层131对置设置的第4压电体层(第1检测板)133、以及设置在第3压电体层131与第4压电体层133之间的输出电极层132。
第3压电体层131由X切割水晶板构成，具有相互正交的x轴、y 轴、z轴。x轴是沿着第3压电体层131的厚度方向的轴，y轴是沿着图4中的上下方向的轴，z轴是沿着图4中的纸面纵深方向的轴。
而且，在对第3压电体层131的表面施加与x轴平行的压缩力的情况下，因压电效果，在第3压电体层131内感应出电荷。结果在第3压电体层131的输出电极层132侧表面附近聚集正电荷，在第3压电体层131的接地电极层11侧表面附近聚集负电荷。同样地，在对第3压电体层131的表面施加与x轴平行的拉伸力的情况下，在第3压电体层131的输出电极层132侧表面附近聚集负电荷，在第3压电体层131的接地电极层11侧表面附近聚集正电荷。
第4压电体层133也由X切割水晶板构成，具有相互正交的x轴、y轴、z轴。x轴是沿着第4压电体层133的厚度方向的轴，y轴是沿着图4中的上下方向的轴，z轴是沿着图4中的纸面纵深方向的轴。
而且，在对第4压电体层133的表面施加与x轴平行的压缩力的情况下，因压电效果，在第4压电体层133内感应出电荷。结果在第4压电体层133的输出电极层132侧表面附近聚集正电荷，在第4压电体层133的接地电极层11侧表面附近聚集负电荷。同样地，在对第4压电体层133的表面施加与x轴平行的拉伸力的情况下，在第4压电体层133的输出电极层132侧表面附近聚集负电荷，在第4压电体层133的接地电极层11侧表面附近聚集正电荷。
输出电极层132具有将第3压电体层131内以及第4压电体层133内所产生的正电荷或者负电荷作为电荷Qz输出的功能。如前述，在对第3压电体层131的表面或者第4压电体层133的表面施加与x轴平行的压缩力的情况下，在输出电极层132附近聚集正电荷。结果从输出电极层132输出正的电荷Qz。另一方面，在对第3压电体层131的表面或者第4压电体层133的表面施加与x轴平行的拉伸力的情况下，在输出电极层132附近聚集负电荷。结果从输出电极层132输出负的电荷Qz。
第3传感器14具有根据与层叠方向LD(第2夹持方向)正交、且与在第1传感器12输出电荷Qx时作用的外力的第1检测方向交叉的第2检测方向的外力(剪切力)输出电荷Qx的功能。即，第3传感器14 构成为根据外力输出正电荷或者负电荷。
第3传感器14具有第5压电体层(第2检测板)141、与第5压电体层141对置设置的第6的压电体层(第2检测板)143、以及设置在第5压电体层141与第6的压电体层143之间的输出电极层142。
第5压电体层141由Y切割水晶板构成，具有相互正交的晶轴的x轴、y轴、z轴。y轴是沿着第5压电体层141的厚度方向的轴，x轴是沿着图4中的上下方向的轴，z轴是沿着图4中的纸面纵深方向的轴。
由水晶构成的第5压电体层141具有宽动态范围、高刚性、高固有振动频率、高耐负载性等优异的特性。另外，Y切割水晶板针对沿着其面方向的外力(剪切力)产生电荷。
而且，在对第5压电体层141的表面施加沿着x轴的正方向的外力的情况下，因压电效果，在第5压电体层141内感应出电荷。结果在第5压电体层141的输出电极层142侧表面附近聚集正电荷，在第5压电体层141的接地电极层11侧表面附近聚集负电荷。同样地，在对第5压电体层141的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下，在第5压电体层141的输出电极层142侧表面附近聚集负电荷，在第5压电体层141的接地电极层11侧表面附近聚集正电荷。
第6的压电体层143也由Y切割水晶板构成，具有相互正交的晶轴的x轴、y轴、z轴。y轴是沿着第6的压电体层143的厚度方向的轴，x轴是沿着图4中的上下方向的轴，z轴是沿着图4中的纸面纵深方向的轴。
由水晶构成的第6的压电体层143也与第5压电体层141同样地具有宽动态范围、高刚性、高固有振动频率、高耐负载性等优异的特性，由于是Y切割水晶板，所以针对沿着其面方向的外力(剪切力)产生电荷。
而且，在对第6的压电体层143的表面施加沿着x轴的正方向的外力的情况下，因压电效果，在第6的压电体层143内感应出电荷。结果在第6的压电体层143的输出电极层142侧表面附近聚集正电荷，在第6的压电体层143的接地电极层11侧表面附近聚集负电荷。同样地，在 对第6的压电体层143的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下，在第6的压电体层143的输出电极层142侧表面附近聚集负电荷，在第6的压电体层143的接地电极层11侧表面附近聚集正电荷。
在电荷输出元件10中，从层叠方向LD观察时，第1压电体层121以及第2压电体层123的各x轴、和第5压电体层141以及第6的压电体层143的各x轴交叉。另外，在从层叠方向LD观察时，第1压电体层121以及第2压电体层123的各z轴、和第5压电体层141以及第6的压电体层143的各z轴交叉。
输出电极层142具有将第5压电体层141内以及第6的压电体层143内所产生的正电荷或者负电荷作为电荷Qy输出的功能。如前述，在对第5压电体层141的表面或者第6的压电体层143的表面施加沿着x轴的正方向的外力的情况下，在输出电极层142附近聚集正电荷。结果从输出电极层142输出正的电荷Qy。另一方面，在对第5压电体层141的表面或者第6的压电体层143的表面施加沿着x轴的负方向的外力的情况下，在输出电极层142附近聚集负电荷。结果从输出电极层142输出负的电荷Qy。
这样，在电荷输出元件10中，第1传感器12、第2传感器13以及第3传感器14被层叠为各传感器的力检测方向相互正交。由此，各传感器能够分别根据相互正交的力成分感应出电荷。因此，电荷输出元件10能够分别根据沿着x轴、y轴以及z轴的各外力输出3个电荷Qx、Qy、Qz。
另外，电荷输出元件10如上述，能够输出电荷Qz，但在力检测装置1中，在求出各外力时，优选不使用电荷Qz。即，力检测装置1优选不检测压缩、拉伸力，而作为检测剪切力的装置使用。由此，能够减少由力检测装置1的温度变化所引起的噪声成分。
此处，作为优选外力检测时不使用电荷Qz的理由，例举在将力检测装置1使用于具有安装有末端执行器的手臂的工业用机器人的情况下的例子进行说明。该情况下，因来自设置在手臂、末端执行器上的马达等发热源的热传递，第1基部2或者第2基部3被加热而热膨胀、变 形。因该变形，对电荷输出元件10的加压从规定的值发生变化。是因为对该电荷输出元件10的加压变化作为由力检测装置1的温度变化所引起的噪声成分，包含在对电荷Qz带来显著的影响的程度。
从该情况可知，电荷输出元件10通过不使用施加压缩、拉伸力所产生的电荷Qz，而仅检测施加剪切力所产生的电荷Qx、Qy，能够更难以受到温度的变动所带来的影响。
此外，输出的电荷Qz例如被使用于加压螺栓71的加压的调整。
另外，在本实施方式中，前述的各压电体层(第1压电体层121、第2压电体层123、第3压电体层131、第4压电体层133、第5压电体层141以及第6的压电体层143)全部成为使用水晶的构成，但各压电体层也可以是使用水晶以外的压电材料的构成。作为水晶以外的压电材料，例如例举黄玉、钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅(PZT：Pb(Zr，Ti)O3)、铌酸锂、钽酸锂等。然而，各压电体层优选是使用水晶的构成。是因为由水晶构成的压电体层具有宽动态范围、高刚性、高固有振动频率、高耐负载性等优异的特性。
另外，如前述，第1基部2以及第2基部3通过加压螺栓71被固定。
对于通过该加压螺栓71的固定而言，在顶面231与内壁面331之间配置有各传感器设备6的状态下，从第2基部3的侧壁33侧朝向第1基部2的凸部23插入加压螺栓71，并使加压螺栓71的阳螺纹(未图示)与形成在第1基部2上的阴螺纹241旋合。这样，电荷输出元件10连同收纳该电荷输出元件10的每个封装60通过第1基部2和第2基部3被施加规定的大小的压力，即，施以加压。
此外，第1基部2和第2基部3被固定为能够通过2个加压螺栓71相互进行规定量的位移(移动)。第1基部2和第2基部3被固定为能够相互进行规定量的位移，从而因对力检测装置1施加外力(剪切力)而对电荷输出元件10作用剪切力时，可靠地产生构成电荷输出元件10的层彼此间的摩擦力，因而能够可靠地检测电荷。另外，各加压螺栓71的加压方向为与层叠方向LD平行的方向。
如图5所示，这样的构成的电荷输出元件10其层叠方向LD相对于α轴以倾斜角度ε倾斜。具体而言，第1传感器12的x轴以及第3传感器14的z轴相对于α轴以倾斜角度ε倾斜。因此，在本实施方式中，α轴成为将传感器设备6A的电荷输出元件10与传感器设备6B的电荷输出元件10所成的角二等分的二等分线。
另外，如图6所示，对于各电荷输出元件10而言，在将第1传感器12的x轴与第1基部2的底板22所成的角度设为η时，允许角度η倾斜至满足0°≤η＜90°的程度。此外，图6是从图5中的箭头D方向观察的图，用假想线(双点划线)图示出相对于α轴(底板22的下表面221)以角度η倾斜的情况下的电荷输出元件10。
接下来，对各模拟电路基板4具备的变换输出电路90a、变换输出电路90b以及变换输出电路90c进行详述。 
变换输出电路 
如图3所示，各变换输出电路90c将电荷Qx1～Qx4中的任意一个(电荷Qx)变换为电压Vx1～Vx4中的任意一个(代表性地称为“电压Vx”)，各变换输出电路90b将电荷Qz1～Qz4中的任意一个(电荷Qz)变换为电压Vz1～Vz4中的任意一个(代表性地称为“电压Vz”)，各变换输出电路90a将电荷Qy1～Qy4中的任意一个(电荷Qy)变换为电压Vy1～Vy4中的任意一个(代表性地称为“电压Vy”)。
以下，对变换输出电路90a、90b、90c的构成等进行详述，但各变换输出电路90a、90b、90c是相同的构成，所以以下，仅代表性地对变换输出电路90c进行说明。
如图3所示，变换输出电路90c具有将从电荷输出元件10输出的电荷Qx变换为电压Vx并输出电压Vx的功能。变换输出电路90c具有运算放大器91、电容器92、和开关元件93。运算放大器91的第1输入端子(负输入)与电荷输出元件10的输出电极层122连接，运算放大器91的第2输入端子(正输入)与地线(基准电位点)连接。另外，运算放大器91的输出端子与外力检测电路40连接。电容器92连接在运算放大器91的第1输入端子与输出端子之间。开关元件93连接在运 算放大器91的第1输入端子与输出端子之间，并与电容器92并联连接。另外，开关元件93与驱动电路(未图示)连接，按照来自驱动电路的接通/断开信号，开关元件93执行开关动作。
在开关元件93断开的情况下，从电荷输出元件10输出的电荷Qx被蓄积于具有静电电容C1的电容器92，并作为电压Vx输出给外力检测电路40。接下来，在开关元件93接通的情况下，电容器92的两端子间被短路。结果蓄积在电容器92中的电荷Qx被放电而成为0库伦，输出给外力检测电路40的电压V成为0伏特。将开关元件93接通称为使变换输出电路90c复位。
此外，从理想的变换输出电路90c输出的电压Vx与从电荷输出元件10输出的电荷Qx的积蓄量成比例。
开关元件93例如是MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金氧半场效晶体管)、此外半导体开关或者MEMS开关等。这种开关与机械式开关(机械开关)相比小型以及轻型，所以有利于力检测装置1的小型化以及轻型化。以下，作为代表例，对使用MOSFET作为开关元件93的情况进行说明。此外，如图3所示，这种开关被安装于变换输出电路90c、变换输出电路90a、90b，但此外也能够安装于AD转换器401。
开关元件93具有漏电极、源电极以及栅电极。开关元件93的漏电极或者源电极的一方与运算放大器91的第1输入端子连接，漏电极或者源电极的另一方与运算放大器91的输出端子连接。另外，开关元件93的栅电极与驱动电路(未图示)连接。
可以在各变换输出电路90a、90b、90c的开关元件93连接同一驱动电路，也可以分别连接不同的驱动电路。从驱动电路向各开关元件93输入全部同步的接通/断开信号。由此，各变换输出电路90a、90b、90c的开关元件93的动作同步。即，各变换输出电路90a、90b、90c的开关元件93的接通/断开时刻一致。
接下来，对数字电路基板5具备的外力检测电路40进行详述。 
外力检测电路 
外力检测电路40具有基于从各变换输出电路90a输出的电压Vy1、Vy2、Vy3、Vy4、从各变换输出电路90b输出的电压Vz1、Vz2、Vz3、Vz4、和从各变换输出电路90c输出的电压Vx1、Vx2、Vx3、Vx4来检测被施加的外力的功能。
该外力检测电路40具有与变换输出电路(变换电路)90a、90b、90c连接的AD转换器401、和与AD转换器401连接的运算部(运算电路)402。
AD转换器401具有将电压Vx1、Vy1、Vz1、Vx2、Vy2、Vz2、Vx3、Vy3、Vz3、Vx4、Vy4、Vz4从模拟信号变换为数字信号的功能。将通过AD转换器401经过数字变换的电压Vx1、Vy1、Vz1、Vx2、Vy2、Vz2、Vx3、Vy3、Vz3、Vx4、Vy4、Vz4输出给运算部402。
运算部402对经过数字变换的电压Vx、Vy、Vz进行例如使各变换输出电路90a、90b、90c间的灵敏度之差消除的修正等各处理。而且，运算部402输出与从电荷输出元件10输出的电荷Qx、Qy、Qz的积蓄量成比例的3个信号。
α轴、β轴以及γ轴方向的力检测(力检测方法)
如前述，各电荷输出元件10成为被设置成层叠方向LD和夹持方向SD与第1基部2(底板22)平行、且与上表面321的法线NL2正交的状态(参照图1)。
而且，α轴方向的力FA、β轴方向的力FB以及γ轴方向的力FC分别能够利用下述式子(1)、(2)以及(3)表示。式子(1)～(3)中的“fx1－1”是在传感器设备6A的第1传感器12(第1检测板)的x轴方向上施加的力，即，是根据电荷Qx1(第1输出)求出的力，“fx1－2”是在第3传感器14(第2检测板)的x轴方向上施加的力，即，是根据电荷Qy1(第2输出)求出的力。另外，“fx2－1”是在传感器设备6B的第1传感器12(第1检测板)的x轴方向上施加的力，即，是根据电荷Qx2(第3输出)求出的力，“fx2－2”是在第3传感器14(第2检测板)的x轴方向上施加的力，即，是根据电荷Qy2(第4输出)求出的力。
FA＝fx1－1·cosη·cosε－fx1－2·sinη·cosε－fx2－1·cosη·cosε+fx2－2·sinη·cosε…(1)
FB＝－fx1－1·cosη·sinε+fx1－2·sinη·sinε－fx2－1·cosη·sinε+fx2－2·sinη·sinε…(2)
FC＝－fx1－1·sinη－fx1－2·cosη－fx2－1·sinη－fx2－2·cosη…(3)
例如，在为图1、图2所示的构成的力检测装置1的情况下，ε为45°，η为0°。若向式子(1)～(3)的ε代入45°，向η代入0°，则力FA～FC分别成为：
FA＝fx1－1/√2－fx2－1/√2
FB＝－fx1－1/√2－fx2－1/√2
FC＝－fx1－2－fx2－2。
这样在力检测装置1中，在检测力FA～FC时，难以受到温度的变动所带来的影响，即，不使用易附着噪声的第2传感器13(电荷Qz)，而能够进行该检测。因此，力检测装置1成为难以受到温度的变动所带来的影响，而例如减少到以往的力检测装置的1/20以下的装置。由此，即使力检测装置1在温度变化激烈的环境下，也能够准确、稳定地检测力FA～F
此外，基于来自各电荷输出元件10的电荷来计算实施方式中的力检测装置1整体的平移力FA～FC、以及旋转力MA～MC。另外，在本实施方式中，电荷输出元件10设置4个，但如果电荷输出元件10至少设置3个，则能够计算旋转力MA～MC。
另外，这种构成的力检测装置1总重量比1kg轻。由此，能够减少安装力检测装置1的重量的手腕所受的负荷，能够减小驱动手腕的致动器的容量，所以能够将手腕设计成小型。并且，该力检测装置1的重量比机器人手臂能够搬运的最大能力的20％轻。由此，能够使安装有力检测装置1的重量的机器人手臂的控制变得容易。
以上说明的那样的力检测装置1还在第1基部2与第2基部3之 间具备与它们接触(紧密接触)而设置的密封环(环状的密封部件)9。通过该密封环9，前述的收纳空间被气密(液密)地密封，能够防止粉尘、水分等异物侵入力检测装置1的内部，因此，能够防止从各传感器设备6输出的电荷泄漏。
如图1以及图7所示，第1基部2具有从底板22朝向上方竖立设置的周壁25。该周壁25沿着底板22的外边缘部设置，呈四边形的筒状。
另一方面，第2基部3具有从侧壁33向下方突出的突出部35。该突出部35沿着侧壁33的内边缘部设置，呈四边形的筒状。
在组装了力检测装置1的状态(以下，称为“力检测装置1的组装状态”。)下，突出部35如图7所示，位于第1基部2的周壁25的内侧。另外，突出部35的外形(由外周边规定的区域)的尺寸被设定成比周壁25的内形(由内周缘规定的区域)的尺寸小。由此，突出部35(第2基部3的一部分)和周壁25(第1基部2的一部分)从力检测装置1的侧方(与γ轴正交的方向)观察，遍及它们的整周上相互重叠，并且在突出部35与周壁25之间形成有缝隙29。
在该突出部35与周壁25重叠的部分，在面向突出部35的周壁25的内面(第1对置面)251的面(第2对置面)351上沿着其周方向形成有槽37。
此外，槽37的纵剖面形状在图示的构成中是长方形(矩形)状，但并不局限于此，例如可以是长方形以外的多边形状、半圆形状等。
由在该槽37内具有弹性的环状部件构成的密封环9例如通过嵌合设置。该密封环9具有沿着γ轴方向延伸的筒状的第1部位91、和从第1部位91的γ轴方向的中途朝向外侧突出的肋状的第2部位92，其纵剖面形状大致呈T字状。
另外，密封环9的纵弹性系数是比突出部35(第2基部3)的纵弹性系数以及周壁25(第1基部2)的纵弹性系数高对部件。作为该密封环9的构成材料，并未特别限定，例举聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等聚酯系树脂、聚氨基甲酸乙酯系树脂等各种树脂材料、聚氨基甲酸乙酯系热塑性弹性体、聚酯系热塑性弹性体、硅酮 橡胶、胶乳橡胶等各种弹性体等，能够组合这些中的1种或者2种以上来使用。
第1部位91在槽37内与突出部35(第2基部3)接触，第2部位92在与第1部位91相反的一侧的端部中与周壁25(第1基部2)的第1对置面251接触。
所述的构成的密封环9与周壁25(第1基部)接触的面积比与突出部35(第2基部)接触的面积小。因此，密封环9与周壁25的接触面积比较小，所以能够防止在密封环9与周壁25之间所产生的摩擦力变大为必要以上。另一方面，由于密封环9与突出部35的接触面积充分大，所以它们之间产生较高的摩擦力(包括嵌合力)。
另外，如图7所示，密封环9的第2部位92的厚度(沿着γ轴方向的长度)比第1部位91的厚度小(短)。由此，第2部位92具有充分高的弹性。
并且，在本实施方式中，从第2部位92的槽37突出的部分的长度被设定为在力检测装置1的组装状态下，比形成在突出部35与周壁25之间的缝隙29的宽度(沿着αβ平面的方向的长度)大。
从该情况可知，在组装第1基部2以及第2基部3时，因密封环9的第2部位92与周壁25接触，而变形为朝向上方折弯，所以能够可靠地将突出部35插入周壁25的内侧，即，能够可靠地使力检测装置1成为组装状态。此外，此时，由于第2部位92与周壁25之间的摩擦力充分低，所以能够容易地将突出部35插入周壁25的内侧。另一方面，由于第1部位91与突出部35之间的摩擦力(包括嵌合力)充分高，所以在组装第1基部2以及第2基部3时，能够可靠地防止密封环9从槽37脱离。
另外，在组装了第1基部2和第2基部3的状态下，密封环9通过该弹力，在槽37中第1部位91紧贴(紧密接触)突出部35，第2部位92紧贴周壁25的第1对置面251。因此，在力检测装置1的组装状态下，收纳空间通过密封环9可靠地被密封。
此外，密封环9在自然状态(被压缩前的状态)下，第2部位92 与第1部位91几乎正交，但在力检测装置1的组装状态下，通过与周壁25的第1对置面251的摩擦力，第2部位92的与第1部位91相反的一侧的端部以与第1部位91侧的端部相比位于上侧的方式弯曲少许。
根据所述的构成获得如下的效果。首先，由于密封环9呈环状，所以即使因热膨胀而变形，其变形(热膨胀)在周方向上几乎均匀(即，具有对称性)。因此，由αβ平面方向上的密封环9的热膨胀所引起的来自各传感器设备6的输出被抵消，不会对力检测装置1的检测灵敏度带来较大的影响。另外，密封环9在几乎与γ轴方向垂直的方向(第2方向)上，被设置在第1基部2与第2基部3之间。换言之，密封环9在γ轴方向上，并没有被设置在第1基部2与第2基部3之间。因此，即使密封环9因热膨胀而变形，也较难产生向第1基部2和第2基部分离的方向的应力。结果难以对力检测装置1的γ轴方向(第1方向)上的检测灵敏度带来较大的影响。
另一方面，在将密封环9在γ轴方向上设置在第1基部2与第2基部3之间(例如，图7中缝隙28)的力检测装置(即，相当于以往的力检测装置)中，根据与上述同样的理由，由αβ平面方向上的密封环9的热膨胀所引起的来自各传感器设备6的输出被抵消，不会对检测灵敏度带来较大的影响，但在γ轴方向上产生使第1基部2与第2基部3分离的方向的应力，作为不必要的应力被检测了。
如上述那样，基于发明者所进行的研究结果，对密封环9的热膨胀对力检测装置1的γ轴方向上的检测灵敏度带来的影响进行说明。
如图8所示，在本研究中，准备在γ轴方向上第1基部2与第2基部3之间配置有密封环9的情况下的力检测装置1A(参照图8(a))、和在几乎与γ轴方向垂直的方向上在第1基部2与第2基部3之间配置有密封环9的情况下的力检测装置1B(参照图8(b))。此外，在本研究中，使用了纵剖面形状为四边形的密封环9。而且，分别检测了使外部环境的温度从25℃变化为26℃时的力检测装置1A以及力检测装置1B的γ轴方向的输出。
结果，在力检测装置1A中，γ轴方向的输出为3.4kg/℃。与此相对，在力检测装置1B中，γ轴方向的输出为－71.8kg/℃。从该情况 明白力检测装置1A的γ轴方向的输出与力检测装置1B的γ轴方向的输出相比小21倍左右。由此，明白如本实施方式那样，通过在几乎与γ轴方向垂直的方向上在第1基部2与第2基部3之间设置密封环9，能够减少对γ轴方向上的检测灵敏度的影响。
此外，αβ平面方向上的检测灵敏度在力检测装置1A和力检测装置1B之间没有较大的差。
此外，上述那样的密封环9是第1部位91和第2部位92一体形成的部件，但也可以独立形成第1部位91和第2部位92，并将它们通过粘合剂的粘合、熔融而得到。然而，从能够提高第1部位91与第2部位92的边界部的机械强度这个观点来看，优选第1部位91与第2部位92一体形成。
另外，如前述，密封环9在力检测装置1的组装状态下，在周壁25和侧壁33被压缩，该压缩的力(缠绕(lap)力)的程度并未特别限定。根据密封环9的弹力、其形状、力检测装置1的组装状态下形成于突出部35与周壁25之间的缝隙29的宽度的大小等来设定所述的缠绕力。
另外，在本实施方式中，密封环9被设置成第1部位91与突出部35接触，第2部位92与周壁25接触，但也可以设置为第1部位91与周壁25接触，第2部位92与突出部35接触。
另外，在本实施方式中，在突出部35中设置有槽37，但也可以不在突出部35设置槽37。即，突出部35的第2对置面351也可以遍及其整周上，由平坦面构成。另外，在使第1部位91以与周壁25接触的方式设置的情况下，也可以在周壁25的第1对置面251设置例如与槽37同样的槽。
另外，在本实施方式中，密封环9被设置成其宽度方向(从外缘以及内缘的一方朝向另一方的方向)几乎与γ轴方向垂直，但也可以设置为相对于γ轴方向倾斜(不与γ轴方向平行)。根据所述的构成，能够产生与上述同样的效果。该密封环9的宽度方向与γ轴方向所成的角度优选是15～90°，更优选是30～90°，进而优选是45～90°。
此外，密封环9的形状并不限于上述的形状，也能够为其它例如图9所示的形状。
图9(a)所示的密封环9具有筒状的第1部位91、和从第1部位91的γ轴方向的下端部朝向外侧突出的肋状的第2部位92，其纵剖面形状大致呈L字状。
图9(b)所示的密封环9具有筒状的第1部位91、从第1部位91的γ轴方向的下端部朝向外侧突出的肋状的第2部位92、和从第1部位91的γ轴方向的上端部朝向外侧突出的肋状的第3部位93，其纵剖面形状大致呈”コ”字型。
另外，图9(c)所示的密封环9具有位于突出部35侧的筒状的第1部位91、位于周壁25侧的筒状的第3部位93、和将它们的下端部彼此连接起来的肋状的第2部位92，其纵剖面形状大致呈U字状。
第2实施方式
图10是表示本发明所涉及的力检测装置的第2实施方式的剖视图。此外，图10示出第2实施方式的力检测装置具备的密封部件和其周边的部分的放大图。
以下，参照这些图对本发明的第2实施方式进行说明，但以与前述的实施方式不同的点为中心进行说明，同样的事项省略其说明。
在本实施方式中，密封环(密封部件)的构成不同以外都与上述第1实施方式相同。
具体而言，图10所示的密封环9在其纵剖面形状上，呈角部具有圆的长方形(大致椭圆状)。根据所述的构成的密封环9，产生与图7所示的密封环9同样的作用、效果。
此外，在图10所示的构成的密封环9中，在其纵剖面的γ轴方向上没有急剧的形状变化。因此，密封环9即使反复热变形，也较难破损。
另外，若是图10所示的构成的密封环9，则密封环9整体能够保持弹性，并能够可靠地利用密封环9密封收纳空间。
此外，密封环9的形状并不限于上述的形状，也可以是其它其纵剖面形状为长圆形、正圆等圆形状、三角形、四边形、菱形等多边形状等。
2.单臂机器人 
接下来，基于图11，对作为本发明所涉及的机器人的实施方式的单臂机器人进行说明。
图11是表示使用了本发明所涉及的力检测装置的单臂机器人的1例的图。图11的单臂机器人500具有基台510、手臂520、设置在手臂520的前端侧的末端执行器530、和设置在手臂520与末端执行器530之间的力检测装置1。此外，作为力检测装置1，使用与前述的各实施方式同样的装置。
基台510具有对产生用于使手臂520转动的动力的致动器(未图示)以及控制致动器的控制部(未图示)等进行收纳的功能。另外，基台510例如被固定于地板、墙、天花板、可移动的台车上等。
手臂520具有第1手臂元件521、第2手臂元件522、第3手臂元件523、第4手臂元件524以及第5手臂元件525，通过使相邻的手臂元件彼此能够转动地连结而构成。手臂520根据控制部的控制，通过以各手臂元件的连结部为中心复合地旋转或者弯曲来驱动。
末端执行器530具有把持对象物的功能。末端执行器530具有第1手指531以及第2手指。通过手臂520的驱动而末端执行器530到达规定的动作位置后，调整第1手指531以及第2手指的分离距离，能够把持对象物。
此外，末端执行器530此处为手部，但在本发明中并不限于此。作为末端执行器的其它子，例如例举部件检查用器具、部件搬运用器具、部件加工用器具、部件组装用器具、测量器等。这对于其它实施方式中的末端执行器也同样。
力检测装置1具有检测施加于末端执行器530的外力的功能。通过将力检测装置1检测出的力反馈给基台510的控制部，单臂机器人500 能够执行更精密的作业。另外，根据力检测装置1检测出的力，单臂机器人500变更检测末端执行器530对障碍物的接触等。因此，能够容易地进行在以往的位置控制中较困难的障碍物避免动作、对象物损伤避免动作等，单臂机器人500能够更安全地执行作业。
此外，在图示的构成中，手臂520由合计5个手臂元件构成，但本发明并不限于此。在手臂520由1个手臂元件构成的情况下，由2～4个手臂元件构成的情况下，由6个以上的手臂元件构成的情况下也在本发明的范围内。
3.多臂机器人 
对作为本发明所涉及的机器人的实施方式的多臂机器人进行说明。
该多臂机器人具有2个手臂、和在各手臂与末端执行器之间的力检测装置。此外，作为力检测装置，使用与前述的各实施方式同样的装置。
另外，手臂合计为2个，但本发明并不限于此。在多臂机器人具有3个以上的手臂的情况下也在本发明的范围内。
4.电子部件检查装置以及电子部件搬运装置
对具备本发明的力检测装置的电子部件检查装置(电子部件检测装置)以及电子部件搬运装置进行说明。
电子部件搬运装置具备把持电子部件的把持部、和检测施加于把持部的力的力检测装置。此外，作为力检测装置，使用与前述的各实施方式同样的装置。
而且，电子部件检查装置内置电子部件搬运装置，并具备对由电子部件搬运装置搬运的电子部件进行检查的检查部。
5.部件加工装置 
对部件加工装置的实施方式进行说明。
部件加工装置具备使工具位移的工具位移部、和与工具位移部连 接的力检测装置1。此外，作为力检测装置，使用与前述的各实施方式同样的装置。
以上，对图示本发明的力检测装置以及机器人的实施方式进行了说明，但本发明并不限于此，力检测装置、以及构成机器人的各部能够置换为可发挥同样的功能任意的构成。另外，也可以附加任意的构成物。
另外，本发明的力检测装置以及机器人也可以组合上述各实施方式中的任意2个以上的构成(特征)。
另外，在本发明的力检测装置中，电荷输出元件设置4个，但电荷输出元件的数量并不限于此。例如，电荷输出元件可以是一个，可以是2个，也可以是3个，还可以是5个以上。
另外，在本发明中，也可以代替加压螺栓，例如使用不具有对元件施以加压的功能的部件，另外，也可以采用螺栓以外的固定方法。
另外，本发明的机器人如果具有手臂，则不限于手臂型机器人(机器人手臂)，也可以是其它形式的机器人，例如SCARA机器人、腿式行走(行驶)机器人等。
另外，本发明的力检测装置并不限于机器人、电子部件搬运装置、电子部件检查装置、部件加工装置以及移动体，也能够应用于其它装置，例如其它搬运装置、其它检查装置、振动计、加速度计、重力计、动力计、地震仪、倾斜仪等测量装置、输入装置等。
符号说明
1、1A、1B…力检测装置；2…第1基部；22…底板；23…凸部；221…下表面；231…顶面；24…壁部；241…阴螺纹；271…中心轴；272…中心；25…周壁；28、29…缝隙；251…第1对置面(内面)；3…第2基部；32…顶板；33…侧壁；321……上表面；331…内壁面；35…突出部；37…槽；351…第2对置面；4…模拟电路基板；40…外力检测电路；401…AD转换器；402…运算部；41…孔；43…管；5…数字电路基板；6、6A、6B、6C、6D…传感器设备；60…封装(收容部)；61…凹状部件；62…盖体；625…中央部；626…外周部；71…加压螺栓；9…密 封环(密封部件)；91…第1部位；92…第2部位；93…第3部位；90a、90b、90c…变换输出电路；91…运算放大器；92…电容器；93…开关元件；10…电荷输出元件(压电元件)；11…接地电极层；12…第1传感器；121…第1压电体层(压电体层)；122…输出电极层；123…第2压电体层(压电体层)；13…第2传感器；131…第3压电体层(压电体层)；132…输出电极层；133…第4压电体层(压电体层)；14…第3传感器；141…第5压电体层(压电体层)；142…输出电极层；143…第6的压电体层(压电体层)；500…单臂机器人；510…基台；520…手臂；521…第1手臂元件；522…第2手臂元件；523…第3手臂元件；524…第4手臂元件；525…第5手臂元件；530…末端执行器；531…第1手手指；532…第2手指；LD…层叠方向；SD…夹持方向；NL1、NL2…法线；Qx、Qy、Qz、Qx1、Qy1、Qz1，Qx2、Qy2、Qz2、Qx3、Qy3、Qz3、Qx4、Qy4、Qz4…电荷；Vx、Vy、Vz、Vx1、Vy1、Vz1、Vx2、Vy2、Vz2、Vx3、Vy3、Vz3、Vx4、Vy4、Vz4…电压。

Claims (8)

1.一种力检测装置，其特征在于，具备：
第1基部；
第2基部，其相对于所述第1基部沿着第1方向被配置；
密封部件，从与所述第1方向正交的第2方向观察，该密封部件被设置在所述第1基部与所述第2基部重叠的部分，并与所述第1基部和所述第2基部一起形成密闭空间；以及
压电元件，其被设置在所述密闭空间内，
所述密封部件的纵弹性系数比所述第1基部的纵弹性系数以及所述第2基部的纵弹性系数高。
2.根据权利要求1所述的力检测装置，其特征在于，
所述密封部件与所述第1基部接触的面积比与所述第2基部接触的面积小。
3.根据权利要求1或者2所述的力检测装置，其特征在于，
所述密封部件具有第1部位、和与所述第1部位相比沿着所述第1方向的长度短的第2部位。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的力检测装置，其特征在于，
从所述第2方向观察，所述第1基部的一部分遍及所述第2基部的整周地与所述第2基部的一部分重叠。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的力检测装置，其特征在于，
所述密封部件为环状。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的力检测装置，其特征在于，
所述压电元件包括水晶。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的力检测装置，其特征在于，
具备多个所述压电元件。
8.一种机器人，其特征在于，具备：
手臂；
末端执行器，其被设置于所述手臂；以及
力检测装置，其被设置在所述手臂与所述末端执行器之间，对施加于所述末端执行器的外力进行检测，
所述力检测装置具备：
第1基部；
第2基部，其相对于所述第1基部沿着第1方向被配置；
密封部件，从与所述第1方向正交的第2方向观察，该密封部件被设置在所述第1基部与所述第2基部重叠的部分，并与所述第1基部和所述第2基部一起形成密封空间；以及
压电元件，其被设置在所述密闭空间内，
所述密封部件的纵弹性系数比所述第1基部的纵弹性系数以及所述第2基部的纵弹性系数高。
CN201510106563.3A 2014-03-20 2015-03-11 力检测装置和机器人 Pending CN104931161A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014057663A JP2015184005A (ja) 2014-03-20 2014-03-20 力検出装置、およびロボット
JP2014-057663 2014-03-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104931161A true CN104931161A (zh) 2015-09-23

Family

ID=54118435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510106563.3A Pending CN104931161A (zh) 2014-03-20 2015-03-11 力检测装置和机器人

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20150266184A1 (zh)
JP (1) JP2015184005A (zh)
CN (1) CN104931161A (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITTO20120890A1 (it) * 2012-10-11 2014-04-12 Fond Istituto Italiano Di Tecnologia Unita' elettronica di misura per un dispositivo polimorfico per la misura di forze, e dispositivo polimorfico includente la medesima
JP6163900B2 (ja) * 2013-06-13 2017-07-19 セイコーエプソン株式会社 力検出装置およびロボット
JP5980877B2 (ja) * 2014-10-23 2016-08-31 ファナック株式会社 ロボットに掛かる荷重を検知するためのシステム、ロボット、およびロボットシステム
US10408670B2 (en) * 2014-12-17 2019-09-10 Norgren Automation Solutions, Llc Apparatus and method for detecting multiple workpieces
US9505140B1 (en) 2015-06-02 2016-11-29 Irobot Corporation Contact sensors for a mobile robot
CN107436204A (zh) * 2016-05-28 2017-12-05 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 感测装置
JP2018119923A (ja) * 2017-01-27 2018-08-02 セイコーエプソン株式会社 力検出装置およびロボット
JP6746517B2 (ja) * 2017-03-08 2020-08-26 日本電産コパル電子株式会社 力覚センサ
IT201800020959A1 (it) * 2018-12-21 2020-06-21 Safecertifiedstructure Tecnologia S P A Dispositivo sensore per il monitoraggio di elementi strutturali, sistema di aggraffaggio, unità di indagine e metodo di produzione associato

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0743226A (ja) * 1993-07-29 1995-02-14 Kazuhiro Okada 圧電素子を用いた力・加速度・磁気のセンサ
US20110291528A1 (en) * 2010-05-28 2011-12-01 Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. Piezoelectric devices exhibiting enhanced resistance to physical impacts and moisture incursion
JP2011256885A (ja) * 2010-06-04 2011-12-22 Mitsubishi Cable Ind Ltd 固定密封構造
CN102645292A (zh) * 2011-02-15 2012-08-22 佳能株式会社 压电振动型力传感器和机器人装置
US20130340537A1 (en) * 2012-06-14 2013-12-26 Tecsis Gmbh Force sensor including sensor plate with local differences in stiffness

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01157610A (ja) * 1987-12-15 1989-06-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 振動発生素子を有する封止部品の製造方法
WO2007091417A1 (ja) * 2006-02-10 2007-08-16 Murata Manufacturing Co., Ltd. 振動子モジュール
JP5934572B2 (ja) * 2012-05-09 2016-06-15 日本発條株式会社 ディスク装置用サスペンションと、その製造方法
JP6051678B2 (ja) * 2012-08-22 2016-12-27 セイコーエプソン株式会社 センサーデバイス、センサーモジュール、力検出装置およびロボット

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0743226A (ja) * 1993-07-29 1995-02-14 Kazuhiro Okada 圧電素子を用いた力・加速度・磁気のセンサ
US20110291528A1 (en) * 2010-05-28 2011-12-01 Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. Piezoelectric devices exhibiting enhanced resistance to physical impacts and moisture incursion
JP2011256885A (ja) * 2010-06-04 2011-12-22 Mitsubishi Cable Ind Ltd 固定密封構造
CN102645292A (zh) * 2011-02-15 2012-08-22 佳能株式会社 压电振动型力传感器和机器人装置
US20130340537A1 (en) * 2012-06-14 2013-12-26 Tecsis Gmbh Force sensor including sensor plate with local differences in stiffness

Also Published As

Publication number Publication date
US20150266184A1 (en) 2015-09-24
JP2015184005A (ja) 2015-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104931161A (zh) 力检测装置和机器人
Almassri et al. Pressure sensor: State of the art, design, and application for robotic hand
JP6252241B2 (ja) 力検出装置、およびロボット
JP5742415B2 (ja) センサーデバイス、力検出装置およびロボット
CN103994845B (zh) 力检测装置、机械手、以及移动体
US20160229067A1 (en) Force detection device and robot
CN103091004B (zh) 传感器元件、力检测装置以及机械臂
JP2015001384A (ja) 力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および移動体
EP3486661B1 (en) Microelectromechanical systems (mems) inertial sensors with energy harvesters and related methods
CN109211441A (zh) 力检测装置及机器人
WO2021031497A1 (zh) 一种振动感测装置
CN109211442A (zh) 力检测装置以及机器人
JP5459890B1 (ja) 力覚センサ
CN111006795A (zh) 一种摩擦电式三维柔性触觉传感器及传感单元
CN106574828A (zh) 压电传感器以及检测装置
CN108731854A (zh) 力检测装置以及机器人
CN103105261A (zh) 物理量检测器
JP6354894B2 (ja) 力検出装置、およびロボット
JP2015184007A (ja) 力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置および電子部品検出装置
CN206140521U (zh) 机器人
WO2009007047A2 (en) Piezoelectric device for detecting or generating forces and torques in multiple directions
CN110208575B (zh) 传感器设备、力检测装置及机器人
JP6477843B2 (ja) 力検出装置、およびロボット
JP2016161310A (ja) 力検出装置およびロボット
TWI634733B (zh) 可撓式電子裝置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150923

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication