CN111357190A - 传感器装置和感测方法 - Google Patents

Abstract

[问题]为了提供能够检测甚至非常小的外力的传感器装置和感测方法。[解决方案]该传感器装置设置有：反向电流防止单元，其设置在从电源单元向马达单元提供电流的电路的中部；电位检测单元，其检测反向电流防止单元的上游和下游的各电位；以及外力检测单元，其基于反向电流防止单元的上游和下游的电位来检测对连接至马达单元的构件施加的外力。

Description

传感器装置和感测方法

技术领域

本公开内容涉及传感器装置和感测方法。

背景技术

近年来，机械装置(所谓的机器人装置)已经变得普遍，其使用电或磁作用来进行类似于人类移动的运动。例如，在工业领域中，已广泛使用使生产作业自动化的诸如机械手和搬运机器人的工业机器人。此外，在日常生活领域，已经使用了支持用户的日常活动的生活连接式支持机器人。

在这种机械装置中，连接至接合部的多个连杆(link)由彼此合作的马达驱动以实现复杂的运动。

例如，下述专利文献1公开了以下履带装置，其包括一对左右第一履带(环形轨道)、从第一履带的前端向前方线性地延伸的第二履带以及使第二履带相对于第一履带摆动的摆动马达。这种履带装置通过确定第二履带与地平面的接触，并使第二履带相对于第一履带自由旋转，从而可以自由地上下楼梯、台阶等。

此外，专利文献1公开了通过利用编码器来检测在第二履带的侧表面上设置的接触检测履带在其横向方向上的旋转，可以在不使用姿态传感器或图像处理的情况下确定第二履带与地平面之间的接触。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开第2014-4985号

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在上述专利文献1中描述的技术难以检测不改变编码器输出的平缓接触。此外，为了确定编码器输出的变化是否是由于接触引起的，需要计算编码器输出的变化的加速度，但是在计算加速度的过程中S/N比降低，使得检测灵敏度降低。因此，难以利用上述专利文献1中描述的技术来检测平缓接触。

因此，需要能够检测由平缓接触产生的甚至小的外力的传感器装置和感测方法。

问题的解决方案

根据本公开内容，提供了一种传感器装置，其包括：逆流防止单元，其设置在从电源单元向马达单元提供电流的电路的中部；电位检测单元，其被配置成检测逆流防止单元的前级和后级处的电位中的每一个；以及外力检测单元，其被配置成基于逆流防止单元的前级和后级处的电位来检测对连接至马达单元的构件施加的外力。

此外，根据本公开内容，提供了一种感测方法，其包括：检测设置在从电源单元向马达单元提供电流的电路的中部的逆流防止单元的前级和后级处的电位中的每一个；以及基于逆流防止单元的前级和后级处的电位来检测对连接至马达单元的构件施加的外力。

根据本公开内容，通过将由外力产生的马达的反电动势转换成逆流防止单元的前级与后级之间的电位差，可以检测该反电动势。因为逆流防止单元的前级与后级之间的电位差是由马达的反电动势产生的电流的时间积分值，所以可以检测甚至由小的外力产生的小的反电动势引起的电流。

本发明的效果

如上所述，根据本公开内容，提供了一种能够检测甚至小的外力的传感器装置和感测方法。

注意，上述效果并不一定是限定的，并且可以与上述效果一起或者代替上述效果来实现本说明书中所示的任何效果、或者可以从本说明书得知的其他效果。

附图说明

图1是示出可以应用根据本公开内容的实施方式的传感器装置的机器人装置的示例的示意图。

图2A是示出在通过机器人装置的行走使腿部接触地面的情况下如何施加外力的示意图。

图2B是示出在机器人装置与用户碰撞的情况下如何施加外力的示意图。

图3是示出包括根据实施方式的传感器装置的接合部的内部配置的示例的框图。

图4是示出包括根据实施方式的传感器装置的接合部的更具体配置的示例的说明图。

图5是示出根据实施方式的传感器装置的第一控制示例的流程图。

图6是示出根据实施方式的传感器装置的第二控制示例的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开内容的优选实施方式。注意，在本说明书和附图中，相同的附图标记被添加到具有基本相同的功能配置的部件，并且将省略对其的重复描述。

注意，将按以下顺序给出描述。

1.概述

2.配置的示例

3.具体示例

4.控制示例

4.1第一控制示例

4.2第二控制示例

5.应用的示例

<1.概述>

首先，将参照图1描述根据本公开内容的实施方式的传感器装置的概述。图1是示出可以应用根据本实施方式的传感器装置的机器人装置的示例的示意图。

如图1所示，例如，机器人装置1包括躯干部10以及连接至躯干部10的臂部11和腿部12。

臂部11配置有例如多个连杆和连接每个连杆的接合部。臂部11包括各自由马达驱动的接合部100C和100D，并且臂部11通过接合部100C可旋转地连接至躯干部10。腿部12配置有例如多个连杆和连接每个连杆的接合部。腿部12包括各自由马达驱动的接合部100A和100B，并且腿部12通过接合部100A可旋转地连接至躯干部10。机器人装置1可以通过利用从每个马达输出的转矩控制接合部100A、100B、100C和100D中的每一个的旋转来执行由用户指示的运动。

这里，为了适当地控制机器人装置1的运动，重要的是检测机器人装置1与诸如由臂部11作用的对象或由腿部12接触的地平面的外部环境之间存在或不存在接触。特别是在支持用户的日常活动的生活连接式支持机器人中，在用户的生活环境变化时，发生许多不稳定的运动。在这种情况下，特别重要的是减少机器人装置1与外部环境之间的意外接触或碰撞的发生，以便减少对外部环境的影响或机器人装置1的故障的发生。

例如，作为检测机器人装置1中的臂部11或腿部12与外部环境之间存在或不存在接触的方法的示例，可以想到的是，检测接触或碰撞的力传感器被安装在臂部11或腿部12的末端处。

然而，在这种情况下，因为可能被施加过大外力的力传感器被设置在坚固的结构中，所以力传感器的尺寸和质量增加，这导致放大的力传感器。因此，设置有力传感器的臂部11或腿部12也被放大，使得存在以下可能性：臂部11或腿部12的驱动范围和性能降低，并且功耗增加。此外，在考虑到施加过大外力的可能性而使用具有大容许负荷上限的力传感器的情况下，力传感器的分辨率降低，并且因此，对于小的外力的检测精度降低。

此外，作为检测机器人装置1中的臂部11或腿部12与外部环境之间的接触的存在或不存在的方法的另一示例，可以想到的是，检测旋转位置的编码器被设置到驱动臂部11或腿部12的接合部的马达。

然而，在这种情况下，为了从编码器的输出检测臂部11或腿部12与外部环境之间的接触，需要通过编码器输出的二阶微分来计算马达旋转的加速度。因为这样计算的马达旋转的加速度包括由二阶微分增加的噪声，所以难以从编码器输出检测到容易被掩盖在噪声中的加速度的小变化。此外，因为存在与外部环境的平缓接触不会作为编码器输出的变化而出现的可能性，该编码器输出的变化是由诸如间隙的机械接合吸收的结果，所以难以从编码器输出检测到臂部11或腿部12与外部环境之间的这种平缓接触。

此外，作为检测机器人装置1中的臂部11或腿部12与外部环境之间存在或不存在接触的方法的另一示例，可以想到，检测使接合部旋转的马达的电流值，该电流值随着由接触引起的负荷的增大而增大。

但是，在这种情况下，需要高精度的电流传感器来检测由于平缓接触而引起的电流值的小的增加。另一方面，因为马达使用大电流，所以还要求电流传感器具有可以耐受大电流的宽动态范围。实现具有宽动态范围并且能够检测小电流的这种电流传感器是极其困难的。

此外，由于接触引起的负荷而导致的马达的电流值的增大在臂部11或腿部12被位置控制的情况下发生，而在臂部11或腿部12被转矩控制的情况下不发生。这是因为在臂部11或腿部12被转矩控制的情况下，根据转矩控制要提供给使接合部旋转的马达的电流的值。因此，难以通过检测使转矩控制的臂部11或腿部12的接合部旋转的马达的电流值来检测接触。特别是在支持用户的日常活动的生活连接式支持机器人中，为了提高对用户和外部环境的安全性，经常使用可以控制由臂部11或腿部12施加的力的转矩控制。因此，在这种支持用户的日常活动的生活连接式支持机器人中，强烈需要用于检测待转矩控制的臂部11或腿部12与外部环境之间的接触的装置。

本发明人考虑了上述情况，并得出根据本公开内容的技术。根据本公开内容的实施方式的传感器装置是以下传感器装置：其通过在将电流从电源提供到马达的电路的中部设置逆流防止单元并且检测逆流防止单元的前级和后级处的电位中的每一个，来检测对机器人装置1的臂部11或腿部12施加的外力。

具体地，在对臂部11或腿部12施加外力的情况下，在驱动臂部11或腿部12的接合部的马达中，通过由外力旋转的马达产生反电动势，并且所产生的反电动势变为流向电源以被再生的电流。根据本实施方式的传感器装置包括逆流防止单元，该逆流防止单元在电源与马达之间的电路中阻断从马达流向电源的电流，由此阻断由反电动势产生的电流，并且执行到逆流防止单元的前级与后级之间的电位差的变换。因此，通过检测逆流防止单元的前级和后级处的电位中的每一个，传感器装置可以检测在马达中产生的反电动势，并且可以检测对臂部11或腿部12施加的外力。

注意，在本说明书中，基于当驱动马达时流动的电流的方向来定义前级和后级。具体地，当驱动马达时从电源流向马达的电流的上游侧被称为前级，并且其下游侧被称为后级。

这里，参照图2A和图2B，将更具体地描述根据本实施方式的传感器装置的外力检测的流程。图2A是示出在通过机器人装置的行走使腿部接触地面的情况下如何施加外力的示意图，并且图2B是示出在机器人装置与用户碰撞的情况下如何施加外力的示意图。

例如，如图2A所示，在图1所示的机器人装置1通过交替地驱动腿部12而行走的情况下，与机器人装置1的重量相对应的反作用力从地平面作用于机器人装置1的腿部12上。因此，在机器人装置1行走的情况下，除了驱动腿部12行走的转矩A之外，由来自地平面的反作用力产生的与转矩A相反方向的转矩B被施加到连接腿部12与躯干部10的接合部100。

这里，在转矩B的大小Tb大于转矩A的大小Ta的情况下，接合部100中包括的马达用作发电机并产生反电动势。通过由马达与电源之间的逆流防止单元阻断由马达中产生的反电动势引起的电流，根据本实施方式的传感器装置可以将反电动势转换成逆流防止单元的马达侧(后级)的电位的上升。因此，根据本实施方式的传感器装置通过检测逆流防止单元的后级处的电位上升，可以检测来自地平面的外力(也就是说，连接至接合部100的脚部12与地平面之间的接触)。

此外，例如，如图2B所示，在图1所示的机器人装置1与用户2碰撞的情况下，由碰撞产生的外力作用在机器人装置1的躯干部10、臂部11和腿部12中的每一个上。此外，由碰撞的外力引起的转矩被施加到连接机器人装置1的躯干部10、臂部11和腿部12的各个接合部。例如，转矩C被施加到连接躯干部10与腿部12的接合部100。

此时，包括在通过外力由转矩C旋转的接合部100中的马达用作发电机并产生反电动势。根据本实施方式的传感器装置，通过由马达与电源之间的逆流防止单元来阻断由马达中产生的反电动势引起的电流，可以将反电动势转换成逆流防止单元的马达侧(后级)的电位的上升。因此，根据本实施方式的传感器装置可以通过检测在逆流防止单元的后级处的电位的上升来检测对机器人装置1施加的外力(也就是说，机器人装置1与用户或外部环境之间的碰撞)。

在根据本实施方式的传感器装置中，将对连接至接合部的连杆等施加的外力转换成马达中的反电动势，并且可以将转换后的反电动势检测为逆流防止单元的前级与后级之间的电位差。因此，传感器装置可以将因平缓接触而产生的小的外力检测为对由反电动势引起的电流进行时间积分而得到的电位差，并且因此可以提高对接触的检测灵敏度。

<2.配置的示例>

接下来，将参照图3描述包括根据本实施方式的传感器装置的接合部的配置的示例。图3是示出包括根据本实施方式的传感器装置的接合部的内部配置的示例的框图。

如图3所示，接合部100包括，例如，电源单元130、马达单元110、逆流防止单元120、电位检测单元140、外力检测单元150和控制单元160。根据本实施方式的传感器装置可以包括例如逆流防止单元120、电位检测单元140和外力检测单元150。

电源单元130向驱动接合部100的马达单元110提供电力。具体地，电源单元130包括提供电力的电源和用于控制电源的控制电路。例如，电源单元130可以包括可存储的直流电源，以便再生在马达单元110中产生的反电动势，或者电源单元130可以包括电池或电容器。因此，电源单元130可以再生在马达单元110中产生的反电动势，并且可以使用再生的反电动势作为要被提供到马达单元110的电力的一部分。

注意，除了可存储直流电源之外，电源单元130中还可以包括另一电源(例如，交流电源等)。此外，除了可存储直流电源之外，电源单元130还可以包括从外部电源获得电力的接口(例如，插座插头等)。例如，电源单元130可以包括接口，该接口从设置在机器人装置1内部或外部的电源获得要提供到马达单元110的电力。

马达单元110将从电源单元130提供的电能转换成机械能。具体地，马达单元110包括将提供的电力转换成动力的马达和控制马达的控制电路。例如，马达单元110可以包括使用磁场与电流之间的相互作用(也就是说，洛伦兹力)将电力转换成旋转运动的电动马达。注意，在通过从外部提供的转矩旋转马达单元110的情况下，马达单元110用作将提供的动力反向转换成电力的引擎。例如，马达单元110可以包括直流马达或交流马达。具体地，马达单元110可以包括三相交流马达。三相交流马达被广泛使用，并且其各种类型可以容易地获得。因此，马达单元110可以包括马达，该马达根据连接至接合部100的连杆等的尺寸输出适当转矩。

逆流防止单元120设置在从电源单元130向马达单元110提供电流的电路的中部，并且防止电流从马达单元110流向电源单元130。具体地，逆流防止单元120是包括具有仅在一个方向流动电流的作用(也称为整流作用)的元件的电路。例如，逆流防止单元120可以是包括诸如各种二极管、晶闸管或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的具有整流作用的元件的电路。逆流防止单元120通过在电路的中部阻断由通过外力旋转马达单元110产生的反电动势引起的电流，在逆流防止单元120的前级与后级之间产生电位差。也就是说，逆流防止单元120可以通过在马达单元110中产生的反电动势来增加逆流防止单元120的后级处的电位。

此外，逆流防止单元120可以被设置成能够控制整流作用的存在或不存在。具体地，逆流防止单元120可以设置成能够通过包括用于切换电路的开关或控制端子来执行整流作用的存在和不存在之间的切换。由于马达单元110中的反电动势的蓄积，逆流防止单元120的后级处的电位持续上升，所以，如果逆流防止单元120的前级与后级之间的电位差变得过大，则有可能超过击穿电压并且逆流防止单元120击穿。因此，通过控制以取消逆流防止单元120的整流作用，可以在预定的定时处消除逆流防止单元120的前级与后级之间的电位差。因此，逆流防止单元120的整流作用的解除使被逆流防止单元120阻断的电流流向电源单元130，使得可以在电源单元130中再生在马达单元110中产生的反电动势。

电位检测单元140检测逆流防止单元120的前级和后级处的电位中的每一个。具体地，电位检测单元140可以包括检测逆流防止单元120的前级与后级处的电路的每个电位的电压计，或者可以包括使用逆流防止单元120的前级处的电位为基准来检测逆流防止单元120的前级与后级之间的电位差的电位计。因此，电位检测单元140可以检测由通过逆流防止单元120阻断的电流引起的逆流防止单元120的后级处的电位上升。

注意，电位检测单元140可以通过在预定间隔处检测逆流防止单元120的前级和后级处的电位中的每一个来检测逆流防止单元120的后级处的电位的上升速度。在这种情况下，后级处的外力检测单元150通过考虑逆流防止单元120的后级处的电位的上升速度和马达单元110输出的转矩的大小，可以推断施加的外力的大小。

外力检测单元150基于逆流防止单元120的前级和后级处的检测电位来检测对连接至接合部100的连杆施加的外力。具体地，外力检测单元150通过检测逆流防止单元120的前级与后级的检测电位之间的差，来检测对连接至接合部100的连杆的外力。例如，外力检测单元150可以是运算装置，例如中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)或控制集成电路(IC)。

例如，外力检测单元150可以在逆流防止单元120的后级处的电位比逆流防止单元120的前级处的电位高出阈值或更多的情况下，确定已经对连接至接合部100的连杆施加了外力。注意，为了防止外力检测单元150将噪声误检测为外力，考虑到由于噪声等而导致逆流防止单元120的后级处的电位高于逆流防止单元120的前级处的电位的可能性，设置阈值。因此，阈值可以被设置为任何值，但是可以不必根据电路配置来设置。

此外，外力检测单元150可基于逆流防止单元120的后级处的电位的上升速度和从马达单元110输出的转矩来确定施加的外力的大小。具体地，对连接至接合部100的连杆施加的外力越大，则在马达单元110中产生的反电动势越大，并且逆流防止单元120的后级处的电位的上升速度越快。因此，外力检测单元150通过计算逆流防止单元120的后级处的电位的上升速度，并且将其与关于从马达单元110输出的转矩的信息进行组合，可以估计对连接至接合部100的连杆施加的外力的大小。

控制单元160基于来自设置有接合部100的机器人装置1的控制装置等的命令来驱动马达单元110。例如，外力检测单元150可以是运算装置，例如中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)或控制集成电路(IC)。具体地，控制单元160可以基于来自机器人装置1的控制装置等的命令来控制由马达单元110产生的转矩。也就是说，控制单元160可以通过所谓的转矩控制来驱动马达单元110。然而，不言而喻，控制单元160可以通过位置控制来驱动马达单元110，在该位置控制中，连接至接合部100的连杆移动到指示位置。

例如，在机器人装置1是支持用户的日常活动的生活连接式支持机器人的情况下，可以限制机器人装置1所运用的力的大小，以便不损害用户或外部环境。因此，可以通过转矩控制来驱动这种生活连接式机器人装置1，在该转矩控制中，容易控制要运用的力的大小。根据本实施方式的传感器装置可以检测外力的施加，而不管控制驱动接合部100的马达的方法如何，并且因此也可以应用于这种转矩控制的生活连接式机器人装置1。

如上所述，根据本实施方式的传感器装置可以将通过对连接至接合部100的连杆等施加的外力而在马达单元110中产生的反电动势检测为逆流防止单元120的前级与后级之间的电位差。根据本实施方式的传感器装置可以在不使用诸如力传感器或接触传感器的传感器的情况下检测外力，使得机器人装置1的结构可以被简化并且制造成本可以被降低。此外，在根据本实施方式的传感器装置中，由小的外力产生的小的电流值可以通过时间积分被转换成可容易检测的电位差，并且因此，可以提高对外力的检测灵敏度。

<3.具体示例>

随后，将参照图4描述包括根据本实施方式的传感器装置的接合部的具体示例。图4是示出包括根据本实施方式的传感器装置的接合部的更具体配置的示例的说明图。

如图4所示，接合部100包括电池131、电容器132、马达111、逆变器电路112、驱动器113、逆流防止单元120、电位检测单元140、外力检测单元150和控制单元160。注意，逆流防止单元120、电位检测单元140、外力检测单元150和控制单元160具有与参照图3描述的配置基本类似的配置，因此这里将省略对其的描述。

电池131是可以提供直流电流的直流电源，并且可以是例如锂离子二次电池。然而，电池131可以是除了上述之外的二次电池或一次电池。电池131存储比电容器132更大量的电力，并且用作用于驱动马达111的主电源。

电容器132是能够借助于电容来存储和释放电力的无源元件。电容器132可以是例如电解电容器或双电层电容器，其能够实现相对大的存储容量。电容器132比电池131更容易对电力进行存储和释放，并且因此用作存储马达111中产生的反电动势的蓄电装置。

电池131和电容器132例如通过彼此并联连接而构成电源单元130。因此，电源单元130可以将在马达111中产生的反电动势存储在电容器132中，并且可以使用存储在电容器132中的电力以及电池131中的电力来驱动马达111。

马达111将电能转换成旋转的机械能。马达111可以是例如三相交流马达，其向三个线圈提供三相交流电，从而产生旋转磁场并使连接至旋转轴的转子旋转。三相交流马达具有高通用性，并且因此可以被应用为用于各种接合部100的马达111。然而，根据应用接合部100的装置或接合部100的使用，马达111可以是另一交流马达或直流马达。

逆变器电路112是将直流电转换成交流电的电路。具体地，逆变器电路112是针对每相使用两组开关元件的电路，并且将从电源单元130提供的直流电转换成可以提供给马达111的三相交流电。逆变器电路112是为了将由电源单元130提供的电流的特性转换成可以向马达111提供的电流的特性而设置的。因此，根据电源单元130和马达111的类型，可以以其他电路配置设置逆变器电路112，或者可以不设置逆变器电路112。

驱动器113基于由控制单元160指示的转矩命令通过驱动逆变器电路112来使马达111产生期望的转矩。具体地，驱动器113基于由控制单元160指示的转矩命令来控制逆变器电路112的每个开关元件，以产生具有任何电压和频率的三相交流电，从而使马达111产生期望的转矩。驱动器113可以是例如设置在马达111和逆变器电路112中的控制IC。

马达111、逆变器电路112和驱动器113构成马达单元110。这里，逆流防止单元120设置在逆变器电路112的前级，并且电位检测单元140检测逆流防止单元120与逆变器电路112之间的电位作为逆流防止单元120的后级处的电位。然而，可以根据应用接合部100的装置或接合部100的使用而适当地改变马达111和逆变器电路112的配置。

<4.控制示例>

此外，将参照图5和6描述根据本实施方式的传感器装置的控制示例。图5是示出根据本实施方式的传感器装置的第一控制示例的流程图。图6是示出根据本实施方式的传感器装置的第二控制示例的流程图。

(4.1第一控制示例)

根据本实施方式的传感器装置的第一控制示例是基于逆流防止单元120的前级和后级处的电位中的每一个来检测外力的控制示例。

如图5所示，首先，对马达单元110通电(S101)，并且，启用逆流防止单元120的整流作用(S103)。此后，由控制单元160指示要由马达单元110输出的转矩(S105)，并且开始驱动马达单元110以产生所指示的转矩(S107)。

此时，电位检测单元140在预定的定时处检测逆流防止单元120的前级和后级处的电位中的每一个(S109)。这里，外力检测单元150基于检测出的电位来确定逆流防止单元120的后级处的电位是否高于通过将阈值加到逆流防止单元120的前级处的电位而获得的值(S111)。如果逆流防止单元120的后级处的电位等于或小于通过将阈值加到逆流防止单元120的前级处的电位而获得的值(S111/否)，那么外力检测单元150继续使电位检测单元140检测逆流防止单元120的前级和后级处的电位(S109)。

另一方面，如果逆流防止单元120的后级处的电位大于通过将阈值加到逆流防止单元120的前级处的电位而获得的值(S111/是)，那么外力检测单元150输出指示已经检测到外力的信号(S113)。基于上述内容，控制单元160执行被设置为当检测到外力时被执行的处理(S115)。例如，控制单元160可以执行使机器人装置1的姿态稳定的处理、减小马达单元110中的过大转矩的处理等。

此后，控制单元160禁止逆流防止单元120的整流动作(S117)。因此，逆流防止单元120的前级和后级处的电位被复位为相同电位，并且在电源单元130中再生被逆流防止单元120阻断的反电动势(S119)。此外，控制单元160启用逆流防止单元120的整流动作(S103)，从而继续使外力检测单元150能够检测外力。

通过上述控制，根据本实施方式的传感器装置可以检测对连接至接合部100的连杆等施加的外力。具体地，根据本实施方式的传感器装置可以将使马达单元110产生反电动势的外力检测为逆流防止单元120的前级与后级之间的电位差。

(4.2第二控制示例)

根据本实施方式的传感器装置的第二控制示例是基于逆流防止单元120的后级处的电位的上升速度和从马达单元110输出的转矩来确定外力的大小的控制示例。

如图6所示，首先，对马达单元110通电(S201)，并且启用逆流防止单元120的整流作用(S203)。此后，由控制单元160指示要由马达单元110输出的转矩(S205)，并且开始驱动马达单元110以产生所指示的转矩(S207)。

此时，电位检测单元140在预定的定时处检测逆流防止单元120的前级和后级处的电位中的每一个(S209)。这里，外力检测单元150基于检测出的电位来确定逆流防止单元120的后级处的电位是否高于通过将阈值加到逆流防止单元120的前级处的电位而获得的值(S211)。如果逆流防止单元120的后级处的电位等于或小于通过将阈值加到逆流防止单元120的前级处的电位而获得的值(S211/否)，那么外力检测单元150继续使电位检测单元140检测逆流防止单元120的前级和后级处的电位(S209)。

另一方面，如果逆流防止单元120的后级处的电位大于通过将阈值加到逆流防止单元120的前级处的电位而获得的值(S211/是)，那么外力检测单元150计算逆流防止单元120的后级处的电位的上升速度(S221)。接着，外力检测单元150基于逆流防止单元120的后级处的电位的上升速度和从马达单元110输出的转矩来计算外力的大小(S223)。接着，外力检测单元150输出包括计算出的外力的大小的信息(S213)。基于上述内容，控制单元160执行被设置为当检测到外力时被执行的处理(S215)。例如，控制单元160可以执行使机器人装置1的姿态稳定的处理、减小马达单元110中的过大转矩的处理等。

此后，控制单元160禁止逆流防止单元120的整流动作(S217)。因此，逆流防止单元120的前级和后级处的电位被复位为相同电位，并且在电源单元130中再生被逆流防止单元120阻断的反电动势(S219)。此外，控制单元160启用逆流防止单元120的整流动作(S203)，从而继续使外力检测单元150能够检测外力。

通过上述控制，根据本实施方式的传感器装置可以检测对连接至接合部100的连杆等施加的外力，并且可以计算检测到的外力的大小。具体地，根据本实施方式的传感器装置可以将使马达单元110产生反电动势的外力的大小检测为逆流防止单元120的后级处的电位的上升速度。

<5.应用的示例>

以下，将描述根据本实施方式的传感器装置的应用的示例。

例如，如在上述第二控制示例中所述，根据本实施方式的传感器装置可以计算对连接至接合部100的连杆等施加的外力的大小。也就是说，根据本实施方式的传感器装置可以用作力传感器。具体地，使马达单元110旋转的外力越大，马达单元110中产生的反电动势越大，并且逆流防止单元120的后级处的电位的上升速度越快。因此，根据本实施方式的传感器装置可以通过根据逆流防止单元120的后级处的检测电位计算该电位的上升速度来计算检测外力的大小。

此外，例如，根据本实施方式的传感器装置可以应用于要装载行李等的机器人装置1，并且可以用于确定是否装载了行李。具体地，关于机器人装置1(通过使控制接合部100的每个马达单元110产生转矩来使其姿势稳定)，在机器人装置1的臂部等装载有行李的情况下，在与装载位置对应的马达单元110中产生反电动势。这里，可以通过利用根据本实施方式的传感器装置检测由行李的装载产生的反电动势来确定机器人装置1是否装载了行李。此外，在根据本实施方式的传感器装置也计算上述外力的大小的情况下，传感器装置也可以计算装载在机器人装置1上的行李的重量。

此外，例如，根据本实施方式的传感器装置可以通过参考行动计划来确定是否发生了意外碰撞等。具体地，在机器人装置1生成行动计划的情况下，外力检测单元150可以通过参考行动计划来预测按照行动计划发生的外力或接触的定时。因此，在行动计划未预见的定时处检测到接触或外力的情况下，外力检测单元150可以确定针对机器人装置1的一部分或整体已经发生了未预见的碰撞等。

已经参照附图详细描述了本公开内容的优选实施方式。然而，本公开内容的技术范围不限于上述示例。在本公开内容的技术领域中具有普通知识的人员可以在所附权利要求中描述的技术思想的范围内明显地发现各种改变和修改，并且应当理解，其将自然地落入本公开内容的技术范围内。

此外，本说明书中描述的效果是说明性的或示例性的，而不是限制性的。也就是说，根据本公开内容的技术，除了上述效果之外或者代替上述效果，还可以实现根据本说明书的记载对本领域技术人员明显的其他效果。

注意，以下配置也属于本公开内容的技术范围。

(1)

一种传感器装置，包括：

逆流防止单元，其设置在从电源单元向马达单元提供电流的电路的中部；

电位检测单元，其被配置成检测所述逆流防止单元的前级和后级处的电位中的每一个；以及

外力检测单元，其被配置成基于所述逆流防止单元的前级和后级处的电位来检测对连接至所述马达单元的构件施加的外力。

(2)

根据上述(1)所述的传感器装置，其中，所述外力检测单元通过将所述逆流防止单元的前级处的电位与所述逆流防止单元的后级处的电位进行比较来检测所述外力。

(3)

根据上述(2)所述的传感器装置，其中，在所述逆流防止单元的后级处的电位比所述逆流防止单元的前级处的电位高出阈值或更多的情况下，所述外力检测单元检测到所述外力。

(4)

根据上述(1)至(3)中任一项所述的传感器装置，其中，所述逆流防止单元防止电流从所述马达单元流向所述电源单元。

(5)

根据上述(4)所述的传感器装置，其中，通过由所述外力引起的所述马达单元中的反电动势产生从所述马达单元流向所述电源单元的电流。

(6)

根据上述(4)或(5)所述的传感器装置，其中，所述逆流防止单元被设置成能够控制是否防止电流从所述马达单元流向所述电源单元。

(7)

根据上述(6)所述传感器装置，其中，在所述外力检测单元检测到所述外力的情况下，所述逆流防止单元允许电流从所述马达单元流向所述电源单元。

(8)

根据上述(1)至(7)中任一项所述的传感器装置，其中，所述外力检测单元还计算所述逆流防止单元的后级处的电位的上升速度，并且基于所述上升速度和所述马达单元的输出转矩来计算所述外力的大小。

(9)

根据上述(1)至(8)中任一项所述的传感器装置，其中，通过转矩控制来控制所述马达单元的旋转。

(10)

根据上述(1)至(9)中任一项所述的传感器装置，其中，所述马达单元包括三相交流马达。

(11)

根据上述(1)至(10)中任一项所述的传感器装置，其中，所述电源单元包括直流电源。

(12)

根据上述(1)至(11)中任一项所述的传感器装置，其中，所述电源单元包括电池或电容器中的至少任意一个。

(13)

根据上述(10)所述的传感器装置，其中，在从所述电源单元向所述三相交流马达提供电流的电路的中部还设置有逆变器电路，并且

所述逆流防止单元设置在所述逆变器电路的前级处。

(14)

根据上述(1)至(13)中任一项所述的传感器装置，其中，所述马达单元使机器人装置的接合部旋转。

(15)

根据上述(14)所述的传感器装置，其中，所述接合部被设置到所述机器人装置的臂部或腿部。

(16)

一种感测方法，包括：

检测逆流防止单元的前级和后级处的电位中的每一个，所述逆流防止单元设置在从电源单元向马达单元提供电流的电路的中部；以及

基于所述逆流防止单元的前级和后级处的电位来检测对连接至所述马达单元的构件施加的外力。

附图标记列表

1：机器人装置

10：躯干部

11：臂部

12：腿部

100：接合部

110：马达单元

111：马达

112：逆变器电路

113：驱动器

120：逆流防止单元

130：电源单元

131：电池

132：电容器

140：电位检测单元

150：外力检测单元

160：控制单元

Claims (16)

1.一种传感器装置，包括：

逆流防止单元，其设置在从电源单元向马达单元提供电流的电路的中部；

电位检测单元，其被配置成检测所述逆流防止单元的前级和后级处的电位中的每一个；以及

外力检测单元，其被配置成基于所述逆流防止单元的前级和后级处的电位来检测对连接至所述马达单元的构件施加的外力。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述外力检测单元通过将所述逆流防止单元的前级处的电位与所述逆流防止单元的后级处的电位进行比较来检测所述外力。

3.根据权利要求2所述的传感器装置，其中，在所述逆流防止单元的后级处的电位比所述逆流防止单元的前级处的电位高出阈值或更多的情况下，所述外力检测单元检测到所述外力。

4.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述逆流防止单元防止电流从所述马达单元流向所述电源单元。

5.根据权利要求4所述的传感器装置，其中，通过由所述外力引起的所述马达单元中的反电动势产生从所述马达单元流向所述电源单元的电流。

6.根据权利要求4所述的传感器装置，其中，所述逆流防止单元被设置成能够控制是否防止电流从所述马达单元流向所述电源单元。

7.根据权利要求6所述的传感器装置，其中，在所述外力检测单元检测到所述外力的情况下，所述逆流防止单元允许电流从所述马达单元流向所述电源单元。

8.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述外力检测单元还计算所述逆流防止单元的后级处的电位的上升速度，并且基于所述上升速度和所述马达单元的输出转矩来计算所述外力的大小。

9.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，通过转矩控制来控制所述马达单元的旋转。

10.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述马达单元包括三相交流马达。

11.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述电源单元包括直流电源。

12.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述电源单元包括电池或电容器中的至少任意一个。

13.根据权利要求10所述的传感器装置，

其中，在从所述电源单元向所述三相交流马达提供电流的电路的中部还设置有逆变器电路，并且

所述逆流防止单元设置在所述逆变器电路的前级处。

14.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述马达单元使机器人装置的接合部旋转。

15.根据权利要求14所述的传感器装置，其中，所述接合部被设置到所述机器人装置的臂部或腿部。

16.一种感测方法，包括：

检测逆流防止单元的前级和后级处的电位中的每一个，所述逆流防止单元设置在从电源单元向马达单元提供电流的电路的中部；以及

基于所述逆流防止单元的前级和后级处的电位来检测对连接至所述马达单元的构件施加的外力。

Images