CN105723198B

CN105723198B - 力觉传感器

Info

Publication number: CN105723198B
Application number: CN201480059251.5A
Authority: CN
Inventors: 勅使河原诚一; 飞田和辉; 桑原昌树
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2019-11-05
Anticipated expiration: 2034-11-04
Also published as: US20160252410A1; EP3067679A1; WO2015068700A1; JP2015129740A; JP6413652B2; US9989427B2; EP3067679B1; JP6402719B2; JPWO2015068700A1; CN105723198A; EP3067679A4

Abstract

力觉传感器包括：基部；第一活动部，其与基部对置配置；第二活动部，其与第一活动部对置配置；支承体，其设置于基部，以使第一活动部以及第二活动部能够摆动的方式来支承第一活动部以及第二活动部；关节，其设置于支承体，以使第二活动部能够旋转的方式来支承第二活动部；以及第一检测部和第二检测部，在第一活动部以及第二活动部中的至少一方被施加外力的情况下，第一检测部能够检测使第一活动部以及第二活动部摆动的分力，第二检测部能够检测使第二活动部旋转的分力。

Description

力觉传感器

技术领域

本发明涉及能够检测外力的力觉传感器。

背景技术

已知一种力觉传感器，通过用传感器来检测结构体由于外力而产生的位移，并对传感器的检测结果进行运算处理，来检测施加给结构体的外力。特别地，专利文献1、专利文献2以及专利文献3公开了一种利用光学传感器来检测结构体由于外力而产生的位移的力觉传感器。

专利文献1：日本特开2010-281635号公报

专利文献2：日本特开2007-127501号公报

专利文献3：日本特开2010-210558号公报

发明内容

专利文献1、专利文献2以及专利文献3所公开的技术中，具备：活动部，其在被施加外力时产生位移；以及固定部，其即便被施加外力也不会产生位移，其中，利用光学传感器来测定固定部以及活动部的相对位移量。然而，在专利文献1、专利文献2以及专利文献3中，在从固定部以及活动部的相对位移量的信息中分离并检测出多个方向的外力时，需要复杂的运算处理。因此，存在力觉传感器的响应性降低的可能性。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种力觉传感器，通过使检测外力所需的运算处理变得容易，能够提高检测的响应性。

为了实现上述目的，本发明涉及的力觉传感器包括：基部；第一活动部，其与上述基部对置配置；第二活动部，其与上述第一活动部对置配置；支承体，其设置于上述基部，以使上述第一活动部以及上述第二活动部能够摆动的方式来支承上述第一活动部以及上述第二活动部；关节，其设置于上述支承体，以使上述第二活动部能够旋转的方式来支承上述第二活动部；以及第一检测部和第二检测部，在上述第一活动部以及上述第二活动部中的至少一方被施加外力的情况下，上述第一检测部能够检测使上述第一活动部以及上述第二活动部摆动的分力，上述第二检测部能够检测使上述第二活动部旋转的分力。

由此，当力觉传感器被施加外力时，第一检测部处理与使第一活动部以及第二活动部摆动的分力有关的信息。第二检测部处理与使第二活动部旋转的分力有关的信息。这样，第一检测部和第二检测部处理与同一外力所包含的多个方向的分力中相互不同方向的分力有关的信息。因此，与现有技术相比，第一检测部以及第二检测部各自处理的与分力的方向有关的信息较少。因此，力觉传感器通过使检测外力所需的运算处理变得容易，能够提高检测的响应性。

此外，作为本发明的优选方式，上述第一活动部以及上述第二活动部被配置在上述基部的铅垂方向上侧。由此，施加于支承第二活动部的关节的荷载主要为第二活动部的重量以及外力。因此，与第一活动部以及第二活动部被配置在基部的铅垂方向下侧的情况相比较，施加于支承第二活动部的关节的荷载较小。因此，本发明涉及的力觉传感器通过减小施加于支承第二活动部的关节的荷载，能够抑制关节有可能发生的破损。

此外，作为本发明的优选方式，上述第一检测部包括三个以上的传感器，上述传感器能够发出光并且能够检测该光的反射光。由此，传感器能够对粘贴于第一活动部的反射板照射光，并检测该光的反射光强度。第一检测部朝向具有较大面积的平坦部的反射板照射光。因此，本发明涉及的力觉传感器无需进行如发光部和受光部相独立且将它们对置配置的情况下所需要的高精度的定位。因此，本发明涉及的力觉传感器能够抑制因传感器的配置而导致的检测精度的降低。

此外，作为本发明的优选方式，上述第一检测部包括四个传感器，上述四个传感器中的两个传感器被配置在同一直线上，其余的两个传感器被配置在与该直线正交的同一直线上。由此，本发明涉及的力觉传感器能够基于在同一直线上配置的两个传感器的传感器输出来检测绕一个轴的力矩，基于在与该直线正交的同一直线上配置的两个传感器的传感器输出来检测绕不同轴的力矩。因此，力觉传感器能够进一步使用于检测外力的运算处理变得容易。

此外，作为本发明的优选方式，上述支承体具有：第一固定件，其由上述基部支承；板状的板簧部，其隔着隔离件由上述第一固定件支承，并且能够发生弹性变形；以及第二固定件，其隔着隔离件由上述板簧部支承，上述板簧部具有板状的基本部；以及多个突出部，其在与上述基本部同一平面上从上述基本部突出，并且上述隔离件与其表面接触，在上述第一活动部被施加外力的情况下，上述突出部根据上述第一活动部的位移，相对于上述隔离件所接触的位置靠上述基本部侧的部分发生变形。由此，施加于活动部的外力经由隔离件传递到板簧部，使突出部发生弹性变形。这样，本发明涉及的力觉传感器能够抑制在活动部被施加外力的情况下使活动部摆动而在该外力消除的情况下使活动部回到原来的位置这样的动作中产生晃动。因此，本发明涉及的力觉传感器能够抑制由于晃动的产生而导致的外力检测精度的降低。

此外，作为本发明的优选方式，上述支承体具有以相互隔开间隙而对置的方式连结的多个上述板簧部。由此，在本发明涉及的力觉传感器被施加使活动部朝向基部平行移动的外力的情况下，各个板簧部能够发生变形。因此，板簧部的数量越多，活动部朝向基部能够平行移动的量就越大。因此，本发明涉及的力觉传感器能够调节，在施加使活动部朝向基部平行移动的外力的情况下，活动部的移动量。此外，本发明涉及的力觉传感器有可能被人即操作员直接施加外力而被操作。因此，本发明涉及的力觉传感器在操作员施加使活动部朝向基部平行移动的外力的情况下，使操作员易于感觉到活动部的移动，从而能够提高操作性。

此外，作为本发明的优选方式，上述第一检测部包括在上述基部的上表面设置的三个以上的传感器，上述传感器能够发出光，并且能够通过检测该光的反射光来获取距检测对象的距离，利用上述传感器的位置和距检测对象的距离来检测上述第一活动部的倾斜角度。由此，传感器能够对粘贴于第一活动部的反射板照射光，并检测该光的反射光强度。第一检测部朝向具有较大面积的平坦部的反射板照射光。因此，本发明涉及的力觉传感器无需进行如发光部和受光部相独立且将它们对置配置的情况下所需的高精度的定位。因此，本发明涉及的力觉传感器能够抑制因传感器的配置而导致的检测精度的降低。

此外，作为本发明的优选方式，上述第一检测部包括三个传感器，其在上述基部的上表面沿周向以120°的等间隔配置。由此，传感器彼此的间隔较长。因此，力觉传感器能够提高第一活动部的倾斜角度的检测精度。

此外，作为本发明的优选方式，上述第一检测部包括四个以上的传感器，将其中三个传感器设为第一组，利用上述三个传感器的位置和距检测对象的距离来检测上述第一活动部的倾斜角度，将与上述第一组至少有一个传感器不同的三个传感器设为第二组，来检测上述第一活动部的倾斜角度，并对多个检测结果进行平均来求出上述第一活动部的倾斜角度。由此，力觉传感器通过对两个结果进行平均，能够求出更为准确的角度。此外，力觉传感器即便在一个组发生故障的情况下也能够继续使用。

此外，作为本发明的优选方式，本发明的力觉传感器具有：第一止动件，其限制上述第一活动部以及上述第二活动部的摆动角度；第二止动件，其限制上述第一活动部以及上述第二活动部向拉伸上述支承体的方向进行位移时的位移量；以及第三止动件，其限制上述第二活动部的绕中心轴的旋转角度。由此，力觉传感器即便在过大的外力作用于力觉传感器的情况下，也能够防止支承体等的破损。

此外，作为本发明的优选方式，上述第一止动件是从上述基部向上述第一活动部突出的部分，在上述支承体的绕中心轴的周向上等间隔地设置在三个位置以上，其从上述基部的高度设为，在超过上述支承体能够发生弹性变形的荷载的荷载施加于力觉传感器时其前端与上述第一活动部接触。由此，即便在使第一活动部以及第二活动部摆动的过大外力施加于力觉传感器的情况下，力觉传感器也能够抑制支承体产生永久变形。

此外，作为本发明的优选方式，上述第二止动件是设置在以覆盖力觉传感器的周围的方式配置的框体的上端部并且朝向中心的方向突出的凸缘状部分，其高度设为，在超过上述支承体能够发生弹性变形的荷载的荷载施加于力觉传感器时其下侧端面与上述第二活动部接触。由此，第二活动部在发生一定量的位移时，与第二止动件的下侧端面接触而不再位移。因此，力觉传感器能够抑制支承体产生永久变形。

此外，作为本发明的优选方式，上述第三止动件是在上述第一活动部和上述第二活动部的相互对置的表面上设置的永磁铁，在上述第一活动部设置的上述永磁铁从上述第一活动部的表面朝向上述第二活动部突出，在上述第二活动部设置的上述永磁铁从上述第二活动部的表面向上述第一活动部突出，并且设置于在周向上夹着在上述第一活动部设置的上述永磁铁的位置。由此，在第二活动部由于外力而旋转的情况下，多个第三止动件相互的距离变近而造成斥力增大，产生相对于外力的反作用力。因此，力觉传感器能够抑制关节等的破损。

此外，作为本发明的优选方式，上述关节具备贯通上述第二活动部的轴，贯通上述基部的第一内部通路、贯通上述支承体的第二内部通路以及贯通上述轴的第三内部通路被配置在同一直线上。由此，设置在力觉传感器的布线或者配管通过第一内部通路、第二内部通路以及第三内部通路，能够从基部到达第二活动部。因此，与布线或者配管通过各部件外侧的情况相比，力觉传感器能够使装置整体小型化。

根据本发明，能够提供一种力觉传感器，通过使检测外力所需的运算处理变得容易，能够提高检测的响应性。

附图说明

图1是表示本实施方式涉及的力觉传感器的示意图。

图2是表示本实施方式涉及的基部、支承体以及第二活动部的示意图。

图3是表示本实施方式涉及的支承体以及第一活动部的俯视图。

图4是表示本实施方式涉及的轴以及第二活动部的俯视图。

图5表示图4的A向视图。

图6是表示对本实施方式涉及的力觉传感器施加绕Y轴的力矩的状态的示意图。

图7是表示本实施方式涉及的第二传感器以及反射板的示意图。

图8表示图7的B向视图。

图9是表示对本实施方式涉及的力觉传感器施加绕Z轴的力矩的状态的示意图。

图10表示图9的C向视图。

图11是表示本实施方式涉及的第一检测部以及第二检测部的结构的示意图。

图12是本实施方式涉及的运算处理部的结构图。

图13是表示变形例1涉及的力觉传感器的示意图。

图14是表示变形例2涉及的支承体的结构的立体图。

图15是表示对变形例2涉及的力觉传感器施加绕Y轴的力矩的情况的示意图。

图16是表示变形例3涉及的力觉传感器的示意图。

图17是表示图16的D-D剖面的示意图。

图18是表示图16的E-E剖面的示意图。

图19是表示变形例4涉及的力觉传感器的示意图。

图20是表示变形例5涉及的力觉传感器的示意图。

图21是表示变形例5涉及的力觉传感器被施加过大力矩的状态的示意图。

图22是表示变形例5涉及的力觉传感器被施加Z轴方向的过大外力的状态的示意图。

图23是表示变形例6涉及的力觉传感器的示意图。

图24是以包含中心轴的平面剖开变形例6涉及的力觉传感器而得到的剖面图。

图25是表示变形例6涉及的盘状部件的一个示例的俯视图。

图26是表示变形例6涉及的盘状部件的一个示例的俯视图。

符号说明

1、1A、1B、1C、1D 力觉传感器

10 基部

10h 第一内部通路

11 轴

11h 第三内部通路

12 推力滚子轴承

15 第一传感器

15b 传感器台

16 反射板

19、20 止动件

2 关节

20a 下侧端面

21 第一活动部

21c 螺栓

21p 第一活动部片

22 第二活动部

22h 贯通孔

24、25 永磁铁

24b、25b 基台

26、27 止动件

28 第二传感器

29 反射板

29b 低反射率区域

29l 边界线

29w 高反射率区域

30 支承体

30h 第二内部通路

31 下部固定件

31h 贯通孔

32 上部固定件

321、322 端面

32c 螺栓

32h 贯通孔

32s 切口

33 盘状部件

33A 板簧部

33a、33b、33c、33d 突出部

33h 贯通孔

33x 基本部

35 深槽滚珠轴承

36、37 隔离件

41 控制部

42 运算处理部

51、52 AD变换部

61 距离运算部

62 角度运算部

71、72 力运算部

91 第一检测部

92 第二检测部

CS1、CS2、CS3、CS4 虚拟剖面

Fz 轴向力

Mx、My、Mz 力矩

P1、P2 外力数据

S11、S12、S13、S14、S2 传感器输出

具体实施方式

下面参照附图详细地说明用于实施本发明的方式(实施方式)。本发明不局限于下面实施方式记载的内容。此外，下面记载的结构要素中包含本领域技术人员容易想到的结构要素、实质相同的结构要素。并且，在下面记载的结构要素能够适当地组合。

实施方式

图1是表示本实施方式涉及的力觉传感器的示意图。力觉传感器1是能够检测被施加的外力的装置。力觉传感器1例如连接到用于限制机器人的动作的电机等旋转机械。力觉传感器1能够检测被施加的外力的大小以及方向并发送与被施加的外力的大小以及方向对应的控制信号，该控制信号发送给控制该电机等的控制部。

力觉传感器1具有基部10、第一活动部21以及第二活动部22。例如，基部10是被固定于圆筒状的框体100的底面的圆盘状部件，具备支承体30。另外，基部10也可以与框体100的底面形成为一体。在下面的说明中，采用由与基部10的中心轴Zr平行的Z轴、与Z轴正交的X轴、以及与Z轴及X轴正交的Y轴构成的正交坐标系。支承体30支承第一活动部21以及第二活动部22以使其能够摆动。支承体30例如是盘式联轴节(disc coupling)，被固定于基部10的表面的中央部分。

图2是表示本实施方式涉及的基部、支承体以及第二活动部的示意图。图3是表示本实施方式涉及的支承体以及第一活动部的俯视图。图4是表示本实施方式涉及的轴以及第二活动部的俯视图。如图2所示，支承体30具有下部固定件31、上部固定件32以及盘状部件33。下部固定件31是例如由铝等金属形成的圆筒状部件，以端面与Z轴垂直的方式固定于基部10。上部固定件32是例如由铝等金属形成的圆筒状部件，以端面与Z轴垂直的方式借助盘状部件33固定于下部固定件31。盘状部件33例如是板簧。盘状部件33在未被施加外力的情况下，在以中心轴Zr为中心的周向上，Z轴方向上的高度恒定。与此相对，在施加外力的情况下，盘状部件33由于发生变形而相对于中心轴Zr一侧的Z轴方向的高度变高，另一侧的Z轴方向的高度变低。因此，在施加外力的情况下，上部固定件32能够根据盘状部件33的变形而倾斜。

此外，如图3所示，上部固定件32具有在Z轴方向贯通的贯通孔32h和作为与Z轴正交方向的开口部的切口32s。因此，上部固定件32从Z轴方向观察呈C字形状。此外，上部固定件32具有螺栓32c，其连接隔着狭缝32s对置的端面321以及端面322。如果拧紧螺栓32c，则从端面321到端面322的距离变小。其结果，贯通孔32h的直径变小。由此，螺栓32c能够调节贯通孔32h的直径。

第二活动部22通过关节2以能够绕Z轴旋转的方式被支承于支承体30。关节2例如具有深槽滚珠轴承35、轴11以及推力滚子轴承12。如图2所示，在上部固定件32的贯通孔32h中嵌入有深槽滚珠轴承35。深槽滚珠轴承35在松开螺栓32c的状态下被插入贯通孔32h后，通过拧紧螺栓32c来减小贯通孔32h的直径而被固定。例如，在深槽滚珠轴承35的内圈的内侧，通过压入圆柱状的轴11来使其固定。轴11的一侧端部位于贯通孔32h的内侧，另一侧端部从上部固定件32的端面沿Z轴方向突出。如果对上部固定件32以及轴11施加外力，则上部固定件32以及轴11将下部固定件31作为支点以轴11的中心轴相对于基部10的中心轴Zr形成角度的方式摆动。在下面的说明中，“摆动”表示将下部固定件31作为支点以轴11的中心轴相对于基部10的中心轴Zr形成角度的方式摆动的情形。另外，在基部10不是圆盘状的情况下，“摆动”是指将下部固定件31作为支点以轴11的中心轴相对于与基部10的表面垂直的直线形成角度的方式摆动的情形。

第二活动部22被固定于轴11的从上部固定件32突出的部分。第二活动部22例如是具有在Z轴方向贯通的贯通孔22h的圆盘状刚体。通过对贯通孔22h压入轴11来固定第二活动部22，以使其与基部10平行。此外，例如，推力滚子轴承12被配置在上部固定件32与第二活动部22之间。第二活动部22通过深槽滚珠轴承35以及轴11以能够绕Z轴旋转的方式来支承于支承体30，而且借助于推力滚子轴承12被支承成能够进一步平滑地旋转。另一方面，在第二活动部22绕Z轴旋转时，第一活动部21以及基部10并不绕Z轴旋转。另外，关节2也可以不具有推力滚子轴承12。

如图3所示，第一活动部21整体是圆筒状部件，以包围上部固定件32的外周的方式固定。而且，第一活动部21以与第二活动部22平行的方式固定。例如，第一活动部21包含两个作为半圆筒状刚体的第一活动部片21p，通过螺栓21c连结以夹着上部固定件32的方式配置的两个第一活动部片21p，来固定于上部固定件32。另外，固定第一活动部21的方法不限于上述方法。

根据以上结构，如图1所示，第一活动部21与基部10对置配置，第二活动部22与第一活动部21对置配置。在力觉传感器1未被施加外力的状态下，基部10、第一活动部21以及第二活动部22保持互平行的状态。此外，第一活动部21以及第二活动部22由具有盘状部件33的支承体30以能够摆动的方式支承。此外，第二活动部22由关节2以能够绕Z轴旋转的方式支承。此外，在本实施方式中，第一活动部21以及第二活动部22配置在基部10的铅垂方向上侧。

如图1所示，基部10具有第一传感器15。第一传感器15例如是反射式光电传感器(photoreflector)，通过传感器台15b固定在基部10的表面上。第一传感器15例如在支承体30的外侧，在以中心轴Zr为中心的周向上等间隔地配置有四个。此外，四个第一传感器15中的两个第一传感器15被配置在与X轴平行的直线上，其余的两个第一传感器15被配置在与Y轴平行的直线上。

如图1所示，基部10具有止动件19。止动件19是与第一传感器15相比向Z轴方向突出的突出部。例如，止动件19在第一传感器15的外侧，在以Z轴为中心的周向上等间隔地配置有四个。另外，止动件19也可以配置在第一传感器15的内侧。例如，止动件19的Z轴方向的高度调节成，在超过支承体30能够发生弹性变形的荷载的荷载施加于力觉传感器1的情况下其前端与第一活动部21接触。因此，在使第一活动部21以及第二活动部22摆动的过大外力施加于力觉传感器1的情况下，止动件19能够抑制支承体30产生永久变形。

此外，如图1所示，第一活动部21在与第二活动部22对置的表面具有永磁铁24，第二活动部22在与第一活动部21对置的表面具有两个永磁铁25。永磁铁24从第一活动部21的表面向第二活动部22突出，永磁铁25从第二活动部22的表面向第一活动部21突出。此外，从Z轴方向观察，永磁铁24以及两个永磁铁25被配置在以中心轴Zr为中心的同一圆周上。两个永磁铁25在永磁铁24的两侧在周向上与其等间隔地配置。

图5表示图4的A向视图。永磁铁24例如利用粘接剂通过基台24b固定于第一活动部21。永磁铁24配置成沿Z轴方向排列其N极以及S极。永磁铁25例如利用粘接剂通过基台25b固定于第二活动部22。永磁铁25配置成沿Z轴方向排列其N极以及S极。此外，永磁铁24以及永磁铁25被配置成相互的S极以及相互的N极在周向对置。由此，在力觉传感器1未被施加外力的情况下，由于永磁铁24以及永磁铁25的斥力平衡，从而第二活动部22相对于第一活动部21的绕Z轴的相对旋转角度被固定。此外，在第二活动部22因外力而绕Z轴旋转的情况下，永磁铁24以及永磁铁25由于相互的距离变近而造成斥力增大，产生相对于外力的反作用力。由此，力觉传感器1能够抑制关节2等的破损。而且，如果取消外力，则第二活动部22相对于第一活动部21的绕Z轴的相对旋转角度回到未施加外力时的角度。另外，由永磁铁24以及永磁铁25产生的斥力能够通过永磁铁24以及永磁铁25的磁力调节、基台24b以及基台25b的Z轴方向的高度调节等来进行调节。

此外，如图1所示，第一活动部21在与第二活动部22对置的表面具有止动件26，第二活动部22在与第一活动部21对置的表面具有止动件27。止动件26从第一活动部21的表面向第二活动部22突出。止动件27从第二活动部22的表面向第一活动部21突出。此外，从Z轴方向观察，止动件26以及止动件27被配置在以中心轴Zr为中心的同一圆周上。止动件26与止动件27的周向的距离Dl小于永磁铁24与永磁铁25的周向的距离Dm。由此，在第二活动部22因外力而绕Z轴旋转的情况下，在永磁铁24与永磁铁25接触前，止动件26与止动件27接触。因此，止动件26以及止动件27能够抑制永磁铁24和永磁铁25相碰撞而发生破损。

如图1所示，第一活动部21在与基部10对置的表面具有反射板16。反射板16被配置在与四个第一传感器15分别对置的位置。例如，反射板16的表面对光的反射率是均一的，且四个反射板16的反射率互相是相同的。作为反射式光电传感器的第一传感器15具有受光部和发光部，能够发出光并且能够检测该光的反射光强度。第一传感器15被固定成受光部和发光部朝向第一活动部21的方向。第一传感器15的发光部发出的光在反射板16反射而入射到第一传感器15的受光部。第一传感器15根据检测到的反射光强度的大小，来改变传感器输出。

第一传感器15检测的反射光强度根据从第一传感器15到反射板16的距离以及反射板16的反射率而变化。在力觉传感器1未被施加外力的情况下，基部10、第一活动部21以及第二活动部22相互平行，因此四个第一传感器15和与各个第一传感器15对置的反射板16之间的距离为相互相等的距离Dz。四个反射板16的反射率相互相等，因此在力觉传感器1未被施加外力的情况下，四个第一传感器15检测到的反射光强度相互相等。

图6是表示本实施方式涉及的力觉传感器被施加绕Y轴的力矩的情况的示意图。另外，为了在附图上易于理解变形，在图6中，省略止动件19的记载。绕Y轴的力矩My是使第一活动部21以及第二活动部22摆动的第一分力。在力觉传感器1被施加绕Y轴的力矩My的情况下，支承体30的盘状部件33的变形，由此第一活动部21以及第二活动部22摆动，相对于YZ平面倾斜规定的角度θ。因此，第一活动部21相对于XY平面倾斜角度θ。第一活动部21与第二活动部22一起摆动，因此第一活动部21与第二活动部22保持平行的状态。此外，第一活动部21相对于基部10倾斜。其结果，从配置在与X轴平行的直线上的两个第一传感器15中的一个第一传感器15到与该第一传感器15对置的反射板16之间的距离Dz1变得大于距离Dz。从配置在与X轴平行的直线上的两个第一传感器15中的另一个第一传感器15到与该第一传感器15对置的反射板16之间的距离Dz2变得小于距离Dz。具体而言，利用从中心轴Zr到各第一传感器15的距离Ds，距离Dz1比距离Dz增大了Ds×tanθ，距离Dz2比距离Dz减小了Ds×tanθ。由此，配置在与X轴平行的直线上的两个第一传感器15检测到的反射光强度产生差异。力觉传感器1根据该反射光强度的差，来检测施加的绕Y轴的力矩My的大小以及方向。

在力觉传感器1被施加绕X轴的力矩的情况下，力觉传感器1根据在与Y轴平行的直线上配置的两个第一传感器15检测到的反射光强度的差，来检测所施加的绕X轴的力矩的大小以及方向。第一传感器15与反射板16的距离的说明与力觉传感器1被施加绕Y轴的力矩My的情况相同，因此省略。

如图1所示，第一活动部21在与第二活动部22对置的表面具有第二传感器28，第二活动部22在与第一活动部21对置的表面具有反射板29。第二传感器28例如是反射式光电传感器，其被固定成发光部以及受光部朝向第二活动部22的方向。反射板29被配置在与第二传感器28对置的位置。

图7是表示本实施方式涉及的第二传感器以及反射板的示意图。反射板29例如是纸制的板状部件，具有高反射率区域29w以及与高反射率区域29w相比光的反射率较小的低反射率区域29b。高反射率区域29w是例如被涂装成白色的扇形区域。低反射率区域29b例如是涂装成黒色的扇形区域。高反射率区域29w以及低反射率区域29b以与径向平行的边界线29l分界。例如，第二传感器28被配置成与高反射率区域29w以及低反射率区域29b这两方对置。此外，例如，第二传感器28的发光部从Z轴方向观察，被配置成与边界线29l重叠。

图8表示图7的B向视图。如图8中的双点划线所示，第二传感器28的发光部朝向反射板29发出放射状的光。在力觉传感器1未被施加外力的情况下，第二传感器28的发光部对高反射率区域29w以及低反射率区域29b分别等面积地照射光。即，如图8所示，高反射率区域29w中的被照射光的区域Aw1与低反射率区域29b中的被照射光的区域Ab1相等。

图9是表示本实施方式涉及的力觉传感器被施加绕Z轴的力矩的情况的示意图。图10表示图9的C向视图。绕Z轴的力矩Mz是使第二活动部22旋转的第二分力。在力觉传感器1被施加绕Z轴的力矩Mz的情况下，第二活动部22绕Z轴旋转。根据第二活动部22绕Z轴旋转，反射板29相对于第二传感器28的相对位置发生变化。因此，如图10所示，高反射率区域29w中被照射光的区域Aw2大于低反射率区域29b中被照射光的区域Ab2。高反射率区域29w与低反射率区域29b相比光的反射率较大，因此第二传感器28的受光部检测到的反射光强度变大。力觉传感器1根据该反射光强度的变化，来检测所施加的绕Z轴的力矩Mz的大小以及方向。

另外，在与上述说明反方向的绕Z轴的力矩施加于力觉传感器1的情况下，高反射率区域29w中被照射光的区域小于低反射率区域29b中被照射光的区域。低反射率区域29b与高反射率区域29w相比光的反射率小，因此第二传感器28的受光部检测到的反射光强度变小。

图11是表示本实施方式涉及的第一检测部以及第二检测部的结构的示意图。力觉传感器1具有第一检测部91和第二检测部92。第一检测部91以及第二检测部92与电机等旋转机械的控制部41连接。第一检测部91以及第二检测部92将作为施加于力觉传感器1的外力的信息的外力数据P1、P2输出到控制部41。第一检测部91具有第一传感器15、AD变换部51、距离运算部61以及力运算部71。第二检测部92具有第二传感器28、AD变换部52、角度运算部62以及力运算部72。四个第一传感器15根据各自检测到的反射光强度，将传感器输出S11、S12、S13、S14发送给AD变换部51。第二传感器28根据检测到的反射光强度将传感器输出S2发送给AD变换部52。AD变换部51、52、距离运算部61、角度运算部62以及力运算部71，72被配置在例如一个运算处理部42中。另外，也可以是，AD变换部51、距离运算部61以及力运算部71被配置在一个运算处理部中，而AD变换部52、角度运算部62以及力运算部72被配置在不同运算处理部中。

图12是本实施方式涉及的运算处理部的结构图。运算处理部42是微型计算机(微机)等的计算机，包括输入接口42a、输出接口42b、CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)42c、ROM(Read Only Memory，只读存储器)42d、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)42e以及内部存储装置42f。输入接口42a、输出接口42b、CPU42c、ROM42d、RAM42e以及内部存储装置42f与内部总线连接。

输入接口42a接收来自第一传感器15的传感器输出S11、S12、S13、S14以及来自第二传感器28的传感器输出S2，并将其输出给CPU42c。输出接口42b从CPU42c接收外力数据P1、P2，并将其输出给控制部41。

在ROM42d中，存储有BIOS(Basic Input/Output System，基本输入输出系统)等程序。内部存储装置42f是例如HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)、闪存等，存储有操作系统程序、应用程序。CPU42c将RAM42e用作工作区域而执行在ROM42d、内部存储装置42f中存储的程序，来实现各种功能。

内部存储装置42f存储有将四个传感器输出S11、S12、S13、S14与从四个第一传感器15到反射板16的距离相关联的距离数据库、以及将传感器输出S2与第二活动部22相对于第一活动部21的相对旋转角度相关联的角度数据库。此外，内部存储装置42f存储有将从四个第一传感器15到反射板16的距离与第一分力的大小以及方向相关联的第一分力数据库、以及将第二活动部22相对于第一活动部21的相对旋转角度与第二分力的大小以及方向相关联的第二分力数据库。

AD变换部51、52利用输入接口42a将作为模拟数据的传感器输出S11、S12、S13、S14、S2变换成数字数据。在距离运算部61，CPU42c将RAM42e用作临时存储的工作区域，进行对存储于内部存储装置42f的距离数据库提供传感器输出S11、S12、S13、S14来导出从四个第一传感器15到反射板16的距离的运算处理。在角度运算部62，CPU42c将RAM42e用作临时存储的工作区域，进行对存储于内部存储装置42f的角度数据库提供传感器输出S2来导出第二活动部22相对于第一活动部21的相对旋转角度的运算处理。在力运算部71，CPU42c将RAM42e用作临时存储的工作区域，进行对存储于内部存储装置42f的第一分力数据库提供距离运算部61的输出来导出第一分力的大小以及方向的运算处理。在力运算部72，CPU42c将RAM42e用作临时存储的工作区域，进行对存储于内部存储装置42f的第二分力数据库提供角度运算部62的输出来导出第二分力的大小以及方向的运算处理。此外，力运算部71、72经由输出接口42b向控制部41输出外力数据P1、P2。外力数据P1是使第一活动部21以及第二活动部22摆动的外力的大小以及方向的数据。外力数据P2是使第二活动部22旋转的外力的大小以及方向的数据。

力觉传感器1利用第一检测部91，能够检测使第一活动部21以及第二活动部22摆动的第一分力即图6所示的力矩My。当力觉传感器1被施加力矩My时，由图6所示的距离Dz1变得大于距离Dz，因此与力觉传感器1未被施加外力的情况相比较，与反射板16间隔距离Dz1的第一传感器15检测到的反射光强度较小。因此，该第一传感器15的传感器输出S11变小。另一方面，由图6所示的距离Dz2变得小于距离Dz，因此与力觉传感器1未被施加外力的情况相比较，与反射板16分开距离Dz2的第一传感器15检测到的反射光强度较大。因此，该第一传感器15输出的传感器输出S12变大。而且，从在与X轴平行的直线上配置的两个第一传感器15向AD变换部51发送两个传感器输出S11、S12。

作为模拟数据的两个传感器输出S11、S12由AD变换部51变换成数字数据，并发送给距离运算部61。距离运算部61将经过数字变换的两个传感器输出S11、S12提供给距离数据库，在得到距离Dz1、Dz2的数据之后，将距离Dz1、Dz2的数据发送给力运算部71。力运算部71对将距离Dz1与距离Dz2的差和力矩My的大小以及方向相关联的第一分力数据库提供距离Dz1、Dz2的数据，在得到力矩My的数据之后，将力矩My的大小以及方向的数据作为外力数据P1发送给控制部41。通过以上的方法，力觉传感器1通过第一检测部91，能够检测力矩My。另外，在力觉传感器1被施加绕X轴的力矩的情况下，基于在与Y轴平行的直线上配置的两个第一传感器15的传感器输出S13、S14，能够以同样的方法检测。

力觉传感器1利用第二检测部92，能够检测使第二活动部22旋转的第二分力即图9所示的力矩Mz。在力觉传感器1被施加力矩Mz的情况下，根据第二活动部22的绕Z轴的旋转，反射板29相对于第二传感器28的相对位置发生变化。由此，第二传感器28的受光部检测到的反射光强度发生变化。因此，第二传感器28的传感器输出S2发生变化。该传感器输出S2被发送给AD变换部52。

作为模拟数据的传感器输出S2由AD变换部52变换成数字数据，并发送给角度运算部62。角度运算部62将经过数字变换的传感器输出S2提供给角度数据库，在得到第二活动部22相对于第一活动部21的相对旋转角度的数据之后，将该相对旋转角度的数据发送给力运算部72。力运算部72对将第二活动部22相对于第一活动部21的相对旋转角度与力矩Mz的大小以及方向相关联的第二分力数据库提供该相对旋转角度的数据，在得到力矩Mz的数据之后，将力矩Mz的数据作为外力数据P2发送给控制部41。通过以上的方法，力觉传感器1通过第二检测部92，能够检测力矩Mz。

由此，在施加了使第一活动部21以及第二活动部22摆动的第一分力的情况下，力觉传感器1利用进行基于第一活动部21以及第二活动部22相对于基部10的相对位移的运算的第一检测部91，能够检测第一分力。此外，在施加使第二活动部22旋转的第二分力的情况下，力觉传感器1利用进行基于第二活动部22相对于第一活动部21的相对位移的运算的第二检测部92，能够检测第二分力。即，力觉传感器1利用第一检测部91，能够检测绕X轴的力矩以及绕Y轴的力矩，利用第二检测部92，能够检测绕Z轴的力矩。

当力觉传感器1被施加外力时，传感器输出S11、S12、S13、S14具有与使第一活动部21以及第二活动部22摆动的第一分力有关的信息。另一方面，传感器输出S2具有与使第二活动部22旋转的第二分力有关的信息。这样，传感器输出S11、S12、S13、S14与传感器输出S2具有与相同外力所包含的多个方向的分力中相互不同方向的分力有关的信息。因此，与现有技术相比，传感器输出S11、S12、S13、S14以及传感器输出S2各自所具有的与分力的方向有关的信息较少。力觉传感器1通过分别独立地运算具有与相互不同方向的分力有关的信息的传感器输出S11、S12、S13、S14以及传感器输出S2，来检测相互不同方向的分力即第一分力和第二分力。因此，力觉传感器1通过使检测外力所需的运算处理变得容易，能够提高检测的响应性。

如上所述，本实施方式涉及的力觉传感器1包括：基部10；第一活动部21，其与基部10对置配置；支承体30，其设置于基部10，以使第一活动部21能够摆动的方式来支承第一活动部21；以及第一检测部91，在第一活动部21被施加外力的情况下，能够分别检测使第一活动部21摆动的两个方向的分力。

由此，在力觉传感器1被施加外力时，第一检测部91分别处理与外力所包含的多个方向的分力中的两个方向的分力有关的信息。因此，与现有技术相比，第一检测部91处理的与分力的方向有关的信息较少。因此，力觉传感器1通过使检测外力所需的运算处理变得容易，能够提高检测的响应性。

进一步，本实施方式涉及的力觉传感器1包括：基部10；第一活动部21，其与基部10对置配置；第二活动部22，其与第一活动部21对置配置；支承体30，其设置于基部10，以使第一活动部21以及第二活动部22能够摆动的方式来支承第一活动部21以及第二活动部22；以及关节2，其设置于支承体30，以使第二活动部22能够旋转的方式来支承第二活动部22。此外，力觉传感器1包括：第一检测部91和第二检测部92，在第一活动部21以及第二活动部22中的至少一方被施加外力的情况下，第一检测部91能够检测使第一活动部21以及第二活动部22摆动的外力，第二检测部92能够检测使第二活动部22旋转的外力。

由此，在力觉传感器1被施加外力时，第一检测部91处理与使第一活动部21以及第二活动部22摆动的第一分力有关的信息。第二检测部92处理与使第二活动部22旋转的方向的第二分力有关的信息。这样，第一检测部91和第二检测部92处理与相同外力所包含的多个方向的分力中相互不同的方向的分力有关的信息。因此，与现有技术相比，第一检测部91以及第二检测部92各自处理的与分力的方向有关的信息较少。这样，力觉传感器1具有对相互不同方向的分力的信息进行处理的第一检测部91以及第二检测部92，由此检测作为相互不同方向的分力的第一分力和第二分力。因此，力觉传感器1通过使检测外力所需的运算处理变得容易，能够提高检测的响应性。

此外，在本实施方式涉及的力觉传感器1中，第一活动部21以及第二活动部22配置在基部10的铅垂方向上侧。由此，施加于支承第二活动部22的关节2的荷载主要是第二活动部22的重量以及外力。因此，与第一活动部21以及第二活动部22配置在基部10的铅垂方向下侧的情况相比较，施加于支承第二活动部22的关节2的荷载较小。因此，本实施方式涉及的力觉传感器1通过减小施加于支承第二活动部22的关节2的荷载，能够抑制关节2有可能发生的破损。

此外，在本实施方式涉及的力觉传感器1中，第一检测部91包括三个以上的第一传感器15，第一传感器15能够发出光并且能够检测该光的反射光。由此，第一传感器15能够对第一活动部21照射光，并检测该光的反射光强度。因此，力觉传感器1无需如发光部和受光部对置配置的情况所需要那样的高精度的定位。因此，力觉传感器1能够抑制因第一传感器15的配置而导致的检测精度的降低。

此外，在本实施方式涉及的力觉传感器1中，第一检测部91包括四个第一传感器15，四个第一传感器15中的两个第一传感器15被配置在与X轴平行的同一直线上，其余的两个第一传感器15被配置在与Y轴平行的同一直线上。由此，力觉传感器1能够基于被配置在与X轴平行的同一直线上的两个第一传感器15的传感器输出S11、S12，来检测绕Y轴的力矩，基于配置在与Y轴平行的同一直线上的两个第一传感器15的传感器输出S13、S14来检测绕X轴的力矩。因此力觉传感器1能够进一步使检测外力所需的运算处理变得容易。

此外，在本实施方式涉及的力觉传感器1中，第一检测部91包括在基部10的上表面设置的三个以上的第一传感器15，第一传感器15能够发出光，并且能够通过检测该光的反射光来获取距检测对象的距离，利用第一传感器15的位置和距检测对象的距离来检测第一活动部21的倾斜角度。由此，第一传感器15能够对粘贴于第一活动部21的反射板16照射光，并检测光的反射光强度。第一检测部91朝向具有较大面积的平坦部的反射板16照射光。因此，本实施方式涉及的力觉传感器1无需进行如发光部和受光部相独立且将它们对置配置的情况下所需那样的高精度的定位。因此，本实施方式涉及的力觉传感器1能够抑制因第一传感器15的配置而导致的检测精度的降低。

另外，力觉传感器1可以具有螺旋弹簧等弹性体以取代永磁铁24、25。例如，在力觉传感器1具有螺旋弹簧的情况下，螺旋弹簧的一个端部固定于第一活动部21，另一个端部固定于第二活动部22即可。由此，当第二活动部22相对于第一活动部21的相对旋转角度发生变化时，螺旋弹簧伸缩而产生弹性力，因此限制该相对旋转角度。

此外，反射板16对光的反射率均一即可，材质、表面性状、颜色等没有限制。此外，在第一活动部21的基部10侧的表面的反射率均一的情况下，也可以没有反射板16。

此外，反射板29也可以具有使光向多个方向漫射的漫射区域以及使光按照入射方向反射的逆反射(retroreflection)区域，以取代高反射率区域29w以及低反射率区域29b。逆反射区域的光反射率大于漫射区域的光反射率，因此在力觉传感器1被施加绕Z轴的力矩的情况下，第二传感器28检测到的反射光强度会发生变化。此外，反射板29也可以具有反射率在相对于Z轴的周向上阶段性变化的渐变区域，以取代高反射率区域29w以及低反射率区域29b。

此外，第二活动部22也可以具有使第一活动部21一侧的表面的一部分阶段性地突出或者阶段性地凹陷而形成的倾斜面，以取代反射板29。这样的情况下，在力觉传感器1被施加绕Z轴的力矩时，第二传感器28和该倾斜面的距离发生变化，因此第二传感器28检测到的反射光强度发生变化。

此外，第一传感器15能够检测从第一传感器15到反射板16的距离即可，可以不一定是反射式光电传感器。例如，第一传感器15也可以是超音波传感器、静电电容传感器。此外，第一传感器15也可以是固定于基部10以及第一活动部21的加速度传感器。这样的情况下，第一检测部91根据固定于基部10的加速度传感器与固定于第一活动部21的加速度传感器的输出的差，来运算第一活动部21相对于基部10的倾斜角度，基于该倾斜角度，来检测从第一传感器15到反射板16的距离即可。此外，力觉传感器1例如也可以具有组合反射式光电传感器和加速度传感器而成的第一传感器15。

此外，在本实施方式中，第一检测部91无需一定要具有四个第一传感器15。第一检测部91具有至少三个以上的第一传感器15即可。

本实施方式涉及能够检测外力的力觉传感器1中的传感器的配置。

专利文献1以及专利文献2所记载的发明，由于发光元件和受光元件对置配置，因此需要进行这两个元件的准确定位。此外，上述现有技术中，由于结构体是高刚性，所以因外力而产生的位移非常小(最大为100μm左右)。为了准确地检测该微小位移，需要提高传感器输出的S/N比，需要充分探讨复杂的滤波处理和放大电路设计。

与此相对，根据本实施方式涉及的力觉传感器1，对具有较大平面部的反射板16直接照射用于位移测定的光，并检测其反射光来测定活动部的位移量，因此发光元件和受光元件的定位较为容易。此外，在本结构体中活动部会产生最大数mm左右的位移，因此在对其进行检测的情况下，与通常相比能够得到较大的传感器输出，由此与通常相比，构建的滤波电路、放大电路的规模较小，却能实现良好的S/N比。

本实施方式涉及将能够检测外力的力觉传感器1的行程进行限制的止动件。

在专利文献1、专利文献2以及专利文献3中，并没有记载在施加过大外力的情况下保护力觉传感器的方法或构造。因此，在假如过大外力作用于力觉传感器的情况下，传感器有可能发生破损。

与此相对，本实施方式具备即便过大的外力作用于力觉传感器1的情况下也防止传感器的破损的止动件。

本实施方式涉及的力觉传感器1具有限制第一活动部21以及第二活动部22的活动范围的止动件。限制第一活动部21的活动范围的止动件19以从基部10向Z轴方向突出的方式，在以Z轴为中心的周向上等间隔地配置有三个或者四个。止动件19具有在第一活动部21过度倾斜时与其接触的长度，即便在过大的力矩作用于力觉传感器1的情况下也能够防止传感器的破损。

并且，限制第二活动部22的活动范围的止动件26、27分别设置在第一活动部21和第二活动部22的相互对置的面上，安装成在第二活动部22过度移动时止动件26、27彼此相碰撞。

根据本实施方式，能够提供一种力觉传感器1，其通过使检测外力所需的运算处理变得容易，能够提高检测的响应性。此外，即便在较大的外力作用的情况下也能够防止第一活动部21以及第二活动部22的过度活动，防止力觉传感器1的破坏。

变形例1

图13是表示变形例1涉及的力觉传感器的示意图。变形例1涉及的力觉传感器1能够检测使第一活动部21朝向基部10平行移动的外力。使第一活动部21朝向基部10平行移动的外力是图13中所示的与Z轴平行的轴向力Fz。另外，对与在上述实施方式中已说明的相同的结构要素标注相同符号来省略重复说明。

在对力觉传感器1施加与Z轴平行的轴向力Fz的情况下，配置于支承体30的板簧的盘状部件33整体在Z轴方向同样地收缩而变形。因此，固定于支承体30的上部固定件32的第一活动部21保持与基部10平行的状态沿着Z轴方向移动，即，其整体在Z轴方向同样地移动。其结果，四个第一传感器15和与各个第一传感器15对置的反射板16的距离变得小于图1所示的距离Dz。即，如图13所示，在与X轴平行的直线上配置的两个第一传感器15和与各个第一传感器15对置的反射板16的距离Dz5、Dz6均变得小于距离Dz。此外，将在与Y轴平行的直线上配置的两个第一传感器15和与各个第一传感器15对置的反射板16的距离分别设为距离Dz7、Dz8时，距离Dz7、Dz8均变得小于距离Dz。

如上述那样，第一传感器15检测的反射光强度根据从第一传感器15到反射板16的距离以及反射板16的反射率而变化。此外，反射板16的反射率固定。因此，在力觉传感器1被施加与Z轴平行的轴向力Fz的情况下，四个第一传感器15检测到的反射光强度等量变大。基于变形例1涉及的力觉传感器1的第一检测部91根据四个第一传感器15检测的反射光强度等量变大这种变化，判断为施加了与Z轴平行的轴向力Fz，并且例如根据距离Dz5、Dz6、Dz7、Dz8的平均值，能够检测轴向力Fz的大小。

变形例1涉及的距离运算部61基于四个第一传感器15的传感器输出S11、S12、S13、S14来运算四个输出。此外，变形例1涉及的内部存储装置42f存储有将距离Dz5、Dz6、Dz7、Dz8的平均值和轴向力Fz的大小相关联的轴向力数据库。在距离运算部61作为距离输出的四个输出均小于距离Dz的情况下，变形例1涉及的力运算部71进行对在内部存储装置42f中存储的轴向力数据库提供距离运算部61的输出的平均值，来导出轴向力Fz的大小的运算处理。而且，力运算部71将外力数据P1输出到控制部41，作为与Z轴平行的轴向力。由此，变形例1涉及的力觉传感器1能够检测施加于力觉传感器1的轴向力Fz。

变形例2

图14是表示变形例2涉及的支承体的结构的立体图。图15是表示变形例2涉及的力觉传感器被施加绕Y轴的力矩的情况的示意图。变形例2涉及的支承体30A具有下部固定件31、上部固定件32以及板簧部33A。另外，对与在上述实施方式中已说明的相同的结构要素标注相同符号来省略重复说明。

如图14所示，板簧部33A例如是从Z轴方向观察的形状为十字形，且与下部固定件31以及上部固定件32平行的板状部件。板簧部33A具有基本部33x和从基本部33x突出的突出部33a、33b、33c、33d。突出部33a、33b从基本部33x朝向X轴方向突出，突出部33c、33d从基本部33x朝向Y轴方向突出。突出部33a、33b的上部固定件32侧的表面，与隔离件37分别接触。隔离件37是为了在上部固定件32与板簧部33A之间产生间隙而设置的部件，是在上部固定件32产生位移的情况下能够与上部固定件32一起移动的部件。突出部33c、33d的下部固定件31侧的表面，与隔离件36分别接触。隔离件36是为了在下部固定件31与板簧部33A之间产生间隙而设置的部件。由此，板簧部33A隔着两个隔离件36由下部固定件31支承，上部固定件32隔着两个隔离件37由板簧部33A支承。另外，基本部33x和突出部33a、33b、33c、33d可以是一体形成的，也可以是分开形成的部件。此外，板簧部33A可以是多个，在突出部33a、33b、33c、33d的表面分别配置的隔离件36、37也可以是多个。

在上部固定件32未被施加外力的情况下，板簧部33A与下部固定件31以及上部固定件32平行，因此从下部固定件31到突出部33a的距离331与从下部固定件31到突出部33b的距离332相等，从突出部33c到上部固定件32的距离333与从突出部33d到上部固定件32的距离334相等。与此相对，在上部固定件32被施加外力的情况下，突出部33a、33b、33c、33d根据上部固定件32的位移，相对于隔离件36或者隔离件37接触的位置靠基本部33x侧的部分发生弹性变形。具体而言，在绕Y轴的力矩My施加于上部固定件32的情况下，相对于突出部33a的根部处的虚拟剖面CS1靠隔离件37侧的部分沿Z轴方向下降地变形，相对于突出部33b的根部处的虚拟剖面CS2靠隔离件37侧的部分沿Z轴方向上升地变形。由此，突出部33a、33b相对于下部固定件31倾斜，因此距离331变得小于距离332。其结果，上部固定件32倾斜。此外，在绕X轴的力矩Mx施加于板簧部33A的情况下，突出部33c以其根部处的虚拟剖面CS3沿Z轴方向下降的方式发生变形，并且突出部33d以其根部处的虚拟剖面CS4沿Z轴方向上升的方式发生变形。由此，突出部33c、33d相对于下部固定件31倾斜。其结果，由于上部固定件32倾斜，距离333变得小于距离334。这样，在力觉传感器1A被施加外力的情况下，上部固定件32能够根据板簧部33A的变形产生倾斜。

另外，对力觉传感器1A，如变形例1中所示那样被施加使第一活动部21朝向基部10平行移动的外力的情况下，突出部33a、33b同样地沿Z轴方向降低而变形。因此，在支承体30A的上部固定件32固定的第一活动部21保持与基部10平行的状态不变地在Z轴方向移动。

如上述那样，在变形例2涉及的力觉传感器1A中，支承体30A具有：下部固定件31，其由基部10支承；板状的板簧部33A，其隔着隔离件36由下部固定件31支承，并且能够发生弹性变形；以及上部固定件32，其隔着隔离件37由板簧部33A支承。板簧部33A具有：板状的基本部33x；以及多个突出部33a、33b、33c、33d，其在与基本部33x同一平面上从基本部33x突出，并且隔离件36、37与其表面接触。在第一活动部21被施加外力的情况下，突出部33a、33b、33c、33d根据第一活动部21的位移，相对于隔离件36，37接触的位置靠基本部33x侧的部分发生变形。由此，施加于第一活动部21的外力经由隔离件37传递到板簧部33A，使突出部33a、33b、33c、33d发生弹性变形。这样，力觉传感器1A能够抑制在第一活动部21被施加外力的情况下使第一活动部21摆动而在该外力消除的情况下使第一活动部21返回原来的位置这样的动作中产生晃动。由此，力觉传感器1A能够抑制由于晃动的产生而导致的外力检测精度的降低。

此外，在变形例2涉及的力觉传感器1A中，支承体30A具有以相互隔开间隙而对置的方式连结的多个板簧部33A。例如，多个板簧部33A隔着在各板簧部33A中的突出部33a以及突出部33b或者突出部33c以及突出部33d配置的隔离件在Z轴方向重叠，由此连结成相互隔开间隙地对置。由此，在如变形例1所示那样力觉传感器1A被施加使第一活动部21朝向基部10平行移动的外力的情况下，各个板簧部33A能够变形。因此，板簧部33A的数量越多，第一活动部21朝向基部10能够平行移动的量越大。因此，力觉传感器1A能够调节在施加使第一活动部21基部10朝向平行移动的外力的情况下第一活动部21的移动量。此外，力觉传感器1A有可能存在人亦即操作员直接施加外力而被操作。因此，力觉传感器1A在操作员施加使第一活动部21朝向基部10平行移动的外力的情况下，使操作员易于感觉到第一活动部21的移动，从而能够提高操作性。

变形例3

图16是表示变形例3涉及的力觉传感器的示意图。图17是表示图16的D-D剖面的示意图。图18是表示图16的E-E剖面的示意图。另外，对与在上述实施方式中已说明的相同的结构要素标注相同符号来省略重复说明。

在变形例3涉及的力觉传感器1B中，第一检测部91具备至少三个以上的第一传感器15即可。图16至图18表示使三个第一传感器15沿着圆周向大致等间隔地配置的变形例3涉及的力觉传感器1B。如果第一传感器15设有三个以上，则力觉传感器1B能够确定第一活动部21的倾斜角度。

如图18所示，将三个第一传感器15分别设为第一传感器151、152、153，将X-Y平面上的坐标分别设为(x151，y151)、(x152，y152)以及(x153，y153)。在力觉传感器1B未被施加外力的状态下，将三个第一传感器151、152、153的输出都取为0，则如图17所示第一活动部21的第一传感器15所测定的点PA、PB、PC的X-Y-Z坐标系的坐标分别成为(x151，y151，0)(x152，y152，0)(x153，y153，0)。

若力觉传感器1B被施加外力，则第一活动部21发生倾斜，三个第一传感器151、152、153的输出发生变化。其结果，点PA、点PB以及点PC的坐标分别变成(x151，y151，z151)，(x152，y152，z152)，(x153，y153，z153)。在此，下述式(1)所示的点PA到点PB的矢量成为下述式(2)。此外，下述式(3)所示的点PA到点PC的矢量成为下述式(4)。因此，包含第一活动部21的点PA、点PB以及点PC的平面的法线矢量H能够表示成两个矢量的外积即下述式(5)。将法线矢量H的(x，y，z)成分分别记述为(hx，hy，hz)，第一活动部21的绕X轴的斜率θx、绕Y轴的斜率θy分别能够表示为下述式(6)以及下述式(7)。

三个第一传感器151、152、153无需一定沿周向等间隔地配置，位置固定即可。但是，为了提高斜率θx、θy的检测精度，优选尽可能地将三个第一传感器151、152、153各自的间隔设大。因此，最优选三个第一传感器151、152、153在周向上各错开120°地配置。

如上述那样，在变形例3涉及的力觉传感器1B中，第一检测部91包括三个第一传感器151、152、153，在基部10的上表面沿周向以120°的等间隔地配置。由此，第一传感器151、152、153彼此的间隔较大。因此，力觉传感器1B能够提高第一活动部21的倾斜角度的检测精度。

变形例4

图19是表示变形例4涉及的力觉传感器的示意图。图19表示设置有六个第一传感器的示例。六个第一传感器151～156配置在与正六边形的顶点对应的位置。将第一传感器151、152、153作为第一组而利用变形例3中记载的方法，来求出第一活动部21的倾斜角度，同样地，将第一传感器154、155、156作为第二组，来求出第一活动部21的倾斜角度。通过对两个结果进行平均，能够求出更加准确的角度。此外，即使在一个组发生了故障的情况下，也能够继续使用力觉传感器1B。另外，在使用该方法上，第一传感器并非必须有六个，有四个以上即可。从四个以上的第一传感器选择特定的三个传感器，组成第一组以及第二组，通过上述方法来求出第一活动部21的倾斜角度。同一第一传感器可以包含在多个组中。

如上述那样，第一检测部91包括六个第一传感器151～156，将其中的三个第一传感器151、152、153作为第一组，利用三个第一传感器151、152、153的位置和距检测对象的距离，来检测第一活动部21的倾斜角度，并且将与第一组不同的三个第一传感器154、155、156作为第二组，检测第一活动部21的倾斜角度，对多个检测结果进行平均来求出第一活动部21的倾斜角度。由此，力觉传感器1B通过对两个结果进行平均，能够求出更加准确的角度。此外，力觉传感器1B即便在一个组发生了故障的情况下，也能够继续使用。

变形例5

图20是表示变形例5涉及的力觉传感器的示意图。图21是表示变形例5涉及的力觉传感器被施加过大力矩的状态的示意图。图22是表示变形例5涉及的力觉传感器被施加Z轴方向的过大外力的状态的示意图。另外，对与在上述实施方式中已说明的相同的结构要素标注相同符号来省略重复说明。

如图21所示，止动件19的Z轴方向的高度被调节成，在超过支承体30能够发生弹性变形的荷载的荷载施加于力觉传感器1C的情况下其前端与第一活动部21接触。因此，在使第一活动部21以及第二活动部22摆动的过大外力施加于力觉传感器1C的情况下，止动件19能够抑制支承体30产生永久变形的事态。

为了即便在将与Z轴平行的轴向力Fz为负的大小、即，将第一活动部21以及第二活动部22向上方(Z轴的正方向)牵拉的外力作用于力觉传感器1C的情况下，也不使支承体30产生过大的伸长变形，变形例5涉及的力觉传感器1C具备止动件20。止动件20是设置在框体100的上端，是朝向中心凸缘状地突出的部分。止动件20可以设置在框体100的整周，或者也可以在周向上宽度较窄的突出部设置在多个位置。止动件20的下侧端面20a与第二活动部22的间隔被设定成小于使支承体30向拉伸方向变形时的弹性变形限度内的距离。

在力觉传感器1C被施加Z轴正方向的外力的情况下，第一活动部21以及第二活动部22朝向上方位移，并且支承体30被拉伸。在外力过大的情况下，存在支承体30大幅拉伸而产生永久变形的可能性。然而，如图22所示，在变形例5涉及的力觉传感器1C中，如果第二活动部22向Z轴的正向位移一定量，则会与止动件20的下侧端面20a接触而不再位移，因此支承体30不会产生永久变形。

如上述那样，变形例5涉及的力觉传感器1C具有：止动件19(第一止动件)，其限制第一活动部21以及第二活动部22的摆动角度；止动件20(第二止动件)，其限制第一活动部21以及第二活动部22向拉伸支承体30的方向进行位移时的位移量；以及永磁铁24、25(第三止动件)，其限制第二活动部22的绕中心轴Zr的旋转角度。由此，即便在过大的外力作用于力觉传感器1C的情况下，力觉传感器1C也能够防止支承体30等的破损。

此外，在变形例5涉及的力觉传感器1C中，止动件19(第一止动件)是从基部10向第一活动部21突出的部分，在支承体30的绕中心轴Zr的周向上等间隔地设置在三个位置以上，其从基部10的高度设为在超过支承体30能够发生弹性变形的荷载的荷载施加于力觉传感器1C时其前端与第一活动部21接触。由此，即便在使第一活动部21以及第二活动部22摆动的过大外力施加于力觉传感器1C的情况下，力觉传感器1C也能够抑制支承体30产生永久变形。

此外，在变形例5涉及的力觉传感器1C中，止动件20(第二止动件)设置在以覆盖力觉传感器1C的周围的方式配置的框体100的上端部，是朝向中心的方向突出的凸缘状部分，具高度设为在超过支承体30能够发生弹性变形的荷载的荷载施加于力觉传感器1C时其下侧端面20a与第二活动部22接触。由此，在第二活动部22位移一定量时，与止动件20的下侧端面20a接触而不再位移。因此，力觉传感器1C能够抑制支承体30产生永久变形。

此外，在变形例5涉及的力觉传感器1C中，永磁铁24、25(第三止动件)是在第一活动部21与第二活动部22的相互对置的表面上设置的永磁铁，在第一活动部21设置的永磁铁24从第一活动部21的表面向第二活动部22突出，在第二活动部22设置的永磁铁25从第二活动部22的表面向第一活动部21突出，并且设置于在周向上夹着在第一活动部21设置的永磁铁24的位置。由此，在第二活动部22由于外力而旋转的情况下，多个永磁铁24、25(第三止动件)相互的距离接近而造成斥力增大，产生相对于外力的反作用力。因此，力觉传感器1C能够抑制关节2等的破损。

变形例6

图23是表示变形例6涉及的力觉传感器的示意图。图24是以包含中心轴的平面剖开变形例6涉及的力觉传感器所得到的剖面图。图25是表示变形例6涉及的盘状部件的一个示例的俯视图。图26是表示变形例6涉及的盘状部件的一个示例的俯视图。另外，对与在上述实施方式中已说明的相同的结构要素标注相同符号来省略重复说明。

如图23所示，变形例6涉及的力觉传感器1D具备基部10D、支承体30D以及轴11D。例如，基部10D是圆盘状部件，具备在Z轴方向贯通的贯通孔即第一内部通路10h。此外，基部10D具备在与第一活动部21对置的表面的中央部在Z轴方向突出的突出部101。第一内部通路10h贯通突出部101。因此，突出部101为筒状。

支承体30D具有下部固定件31D、上部固定件32D以及盘状部件33D。下部固定件31D例如由铝等金属形成。下部固定件31D是在其中央部具备在Z轴方向贯通的贯通孔31h的圆筒状部件，以端面与Z轴垂直的方式固定于基部10D。例如，基部10D的突出部101被压入贯通孔31h，由此支承体30D固定于基部10D。上部固定件32D例如由铝等金属形成。上部固定件32D是在其中央部具备在Z轴方向贯通的贯通孔32h的圆筒状部件，以使端面与Z轴垂直的方式隔着盘状部件33D固定于下部固定件31D。盘状部件33D例如是板簧。盘状部件33D具备在Z轴方向贯通的贯通孔33h。如图25所示，贯通孔33h贯通圆盘状的盘状部件33D的中央部。贯通孔31h、贯通孔33h以及贯通孔32h被配置成在Z轴方向观察重叠。由此，贯通孔31h、贯通孔33h以及贯通孔32h形成在Z轴方向贯通的第二内部通路30h。第二内部通路30h在Z轴方向观察与第一内部通路10h重叠。即，第一内部通路10h以及第二内部通路30h在同一直线上排列配置。

第二活动部22通过关节2D以能够绕Z轴旋转的方式支承于支承体30D。变形例6涉及的关节2D具有深槽滚珠轴承35、轴11D以及推力滚子轴承12。如图24所示，轴11D通过压入固定在深槽滚珠轴承35的内圈的内侧。轴11D的一端位于贯通孔32h的内侧。更具体而言，轴11D的一端的Z轴方向上的位置与上部固定件32D的盘状部件33D侧的端面平齐。轴11D的另一端从第二活动部22沿Z轴方向突出。轴11D具备在Z轴方向贯通的贯通孔即第三内部通路11h。第三内部通路11h在Z轴方向观察与第一内部通路10h以及第二内部通路30h重叠。即，第一内部通路10h、第二内部通路30h以及第三内部通路11h在同一直线上排列配置。

另外，在以上述变形例2所示的板簧部33A中设置贯通孔33h的情况下，如图26所示，贯通孔33h被设置成例如贯通基本部33x的中央部。贯通孔33h的面积小于基本部33x的面积。

如上述那样，在变形例6涉及的力觉传感器1D中，关节2D具备贯通第二活动部22的轴11D。贯通基部10D的第一内部通路10h、贯通支承体30D的第二内部通路30h以及贯通轴11D的第三内部通路11h在同一直线上排列配置。

在力觉传感器1D中，设有从基部10D至第二活动部22的布线或者配管。在变形例6涉及的力觉传感器1D中，布线或者配管能够通过第一内部通路10h、第二内部通路30h以及第三内部通路11h，从基部10D到达第二活动部22。因此，与布线或者配管通过各部件的外侧的情况相比，力觉传感器1D能够使装置整体小型化。

Claims

1.一种力觉传感器，其特征在于，包括：

基部；

第一活动部，其与所述基部对置配置；

第二活动部，其与所述第一活动部对置配置；

支承体，其设置于所述基部，以使所述第一活动部以及所述第二活动部能够摆动的方式来支承所述第一活动部以及所述第二活动部，以使所述第一活动部相对于所述基部倾斜；

关节，其设置于所述支承体，以使所述第二活动部能够旋转的方式来支承所述第二活动部；以及

第一检测部和第二检测部，在所述第一活动部以及所述第二活动部中的至少一方被施加外力的情况下，所述第一检测部能够检测使所述第一活动部以及所述第二活动部摆动的分力，所述第二检测部能够检测使所述第二活动部旋转的分力，

所述第一活动部与所述第二活动部以平行状态一起摆动。

2.根据权利要求1所述的力觉传感器，其特征在于：

所述第一活动部以及所述第二活动部被配置在所述基部的铅垂方向上侧。

3.根据权利要求1所述的力觉传感器，其特征在于：

所述第一检测部包括三个以上的传感器，

所述传感器能够发出光并且能够检测该光的反射光。

4.根据权利要求1所述的力觉传感器，其特征在于：

所述第一检测部包括四个传感器，

所述四个传感器中的两个传感器被配置在同一直线上，其余的两个传感器被配置在与该直线正交的同一直线上。

5.根据权利要求1所述的力觉传感器，其特征在于：

所述支承体具有：第一固定件，其由所述基部支承；板状的板簧部，其隔着隔离件由所述第一固定件支承，并且能够发生弹性变形；以及第二固定件，其隔着隔离件由所述板簧部支承，

所述板簧部具有：板状的基本部；以及多个突出部，其在与所述基本部同一个平面上从所述基本部突出，并且所述隔离件与其表面接触，

在所述第一活动部被施加外力的情况下，所述突出部根据所述第一活动部的位移，相对于所述隔离件所接触的位置靠所述基本部侧的部分发生变形。

6.根据权利要求5所述的力觉传感器，其特征在于：

所述支承体具有以相互隔开间隙而对置的方式连结的多个所述板簧部。

7.根据权利要求1所述的力觉传感器，其特征在于：

所述第一检测部包括在所述基部的上表面设置的三个以上的传感器，所述传感器能够发出光，并且能够通过检测该光的反射光来获取距检测对象的距离，利用所述传感器的位置和距检测对象的距离来检测所述第一活动部的倾斜角度。

8.根据权利要求7所述的力觉传感器，其特征在于：

所述第一检测部包括三个传感器，其在所述基部的上表面沿周向以120°的等间隔配置。

9.根据权利要求7所述的力觉传感器，其特征在于：

所述第一检测部包括四个以上的传感器，将其中三个传感器设为第一组，利用所述三个传感器的位置和距检测对象的距离来检测所述第一活动部的倾斜角度，将与所述第一组至少有一个传感器不同的三个传感器设为第二组来检测所述第一活动部的倾斜角度，并对多个检测结果进行平均来求出所述第一活动部的倾斜角度。

10.根据权利要求1所述的力觉传感器，其特征在于，具有：

第一止动件，其限制所述第一活动部以及所述第二活动部的摆动角度；

第二止动件，其限制所述第一活动部以及所述第二活动部向拉伸所述支承体的方向进行位移时的位移量；以及

第三止动件，其限制所述第二活动部的绕中心轴的旋转角度。

11.根据权利要求10所述的力觉传感器，其特征在于：

所述第一止动件是从所述基部向所述第一活动部突出的部分，在所述支承体的绕中心轴的周向上等间隔地设置在三个位置以上，其从所述基部的高度设为，在超过所述支承体能够发生弹性变形的荷载的荷载施加于力觉传感器时其前端与所述第一活动部接触。

12.根据权利要求10所述的力觉传感器，其特征在于：

所述第二止动件是设置在以覆盖力觉传感器的周围的方式配置的框体的上端部并且朝向中心的方向突出的凸缘状部分，其高度设为，在超过所述支承体能够发生弹性变形的荷载的荷载施加于力觉传感器时其下侧端面与所述第二活动部接触。

13.根据权利要求10所述的力觉传感器，其特征在于：

所述第三止动件是在所述第一活动部与所述第二活动部的相互对置的表面上设置的永磁铁，在所述第一活动部设置的所述永磁铁从所述第一活动部的表面朝向所述第二活动部突出，在所述第二活动部设置的所述永磁铁从所述第二活动部的表面向所述第一活动部突出，并且设置于在周向上夹着在所述第一活动部设置的所述永磁铁的位置。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的力觉传感器，其特征在于：

所述关节具备贯通所述第二活动部的轴，

贯通所述基部的第一内部通路、贯通所述支承体的第二内部通路以及贯通所述轴的第三内部通路配置在同一直线上。