CN111376282B - 力检测装置以及机器人 - Google Patents

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Abstract

一种力检测装置，以正交的第一轴线和第二轴线中的所述第一轴线为力的检测轴，其具有：层叠体，依次层叠有第一电极、第一石英板、第二电极、第二石英板、第三电极、第三石英板、第四电极、第四石英板、以及第五电极；以及力检测电路，基于从第二电极输出的电荷和从第四电极输出的电荷，检测第一轴线方向的力，第一石英板的+X方向与第二石英板的+X方向朝向相反方向，第三石英板的+X方向与第四石英板的+X方向朝向相反方向，第二石英板的+X方向与第一轴线的一方向所成的角不同于第四石英板的+X方向与第一轴线的一方向所成的角，第二石英板的+X方向与第二轴线的一方向所成的角等于第四石英板的+X方向与第二轴线的一方向所成的角。

Description

力检测装置以及机器人
技术领域
本发明涉及力检测装置以及机器人。
背景技术
作为检测所受到的力的力检测装置，已知有专利文献1中记载的力传感器。专利文献1所记载的力传感器具备：传感器基部；前端部，通过四角锥状的面与该传感器基部连结；保持部，将该前端部预先以一定的力按压并保持在传感器基部；四个接触压传感器，设于传感器基部与前端部的四角锥状的面之间；以及运算处理部，处理来自接触压传感器的信号。上述的力传感器能够检测施加于前端部的垂直方向的力和水平方向的力这两者。
专利文献1：日本特开昭61-122539号公报
另一方面，在专利文献1中，对接触压传感器的方式没有特别地记载，但近年来，由于具有优异的特性，有时使用了采用了石英压电元件的石英压电传感器。
但是，在石英压电元件中，由于从石英输出的电荷较微弱，因此，无法忽视将电荷转换成电压的切换电路的泄漏电流引起的输出漂移的影响。为了减少该输出漂移，例如已知有在石英压电传感器彼此之间计算输出信号的差量的结构。根据该结构，能够抵消输出漂移，从而能够提高力传感器的检测精度。
然而，在设有多个石英压电传感器的情况下，存在无法避免力传感器的大型化的问题。特别是在不需要检测多轴的力的情况下，期望实现低成本化的单轴力传感器。对于这种单轴力传感器，虽然对小型化的要求特别地强烈，但在具备多个石英压电传感器的情况下，无法实现充分地小型化。因此，寻求一种检测精度高且能小型化的力检测装置。
发明内容
一种力检测装置，其特征在于，以正交的第一轴线和第二轴线中的所述第一轴线为力的检测轴，所述力检测装置具有：层叠体，依次层叠有第一电极、作为Y切割石英板的第一石英板、第二电极、作为Y切割石英板的第二石英板、第三电极、作为Y切割石英板的第三石英板、第四电极、作为Y切割石英板的第四石英板、以及第五电极；以及力检测电路，基于从所述第二电极输出的电荷和从所述第四电极输出的电荷，检测所述第一轴线方向的力，在将所述Y切割石英板的电轴作为X轴时，所述第一石英板的+X方向与所述第二石英板的+X方向朝向相反方向，所述第三石英板的+X方向与所述第四石英板的+X方向朝向相反方向，所述第二石英板的+X方向与所述第一轴线的一方向所成的角不同于所述第四石英板的+X方向与所述第一轴线的一方向所成的角，所述第二石英板的+X方向与所述第二轴线的一方向所成的角等于所述第四石英板的+X方向与所述第二轴线的一方向所成的角。
一种机器人，其特征在于，具备以正交的第一轴线和第二轴线中的所述第一轴线为力的检测轴的力检测装置，所述力检测装置具有：层叠体，依次层叠有第一电极、作为Y切割石英板的第一石英板、第二电极、作为Y切割石英板的第二石英板、第三电极、作为Y切割石英板的第三石英板、第四电极、作为Y切割石英板的第四石英板、以及第五电极；以及在所述Y切割石英板的电轴作为X轴时，所述第一石英板的+X方向与所述第二石英板的+X方向朝向相反方向，所述第三石英板的+X方向与所述第四石英板的+X方向朝向相反方向，所述第二石英板的+X方向与所述第一轴线的一方向所成的角不同于所述第四石英板的+X方向与所述第一轴线的一方向所成的角，所述第二石英板的+X方向与所述第二轴线的一方向所成的角等于所述第四石英板的+X方向与所述第二轴线的一方向所成的角。
附图说明
图1是示出第一实施方式所涉及的力检测装置的纵剖视图。
图2是图1所示的力检测装置的侧视图。
图3是示出具有图1所示的力检测装置的压电传感器部的剖视图。
图4是示出具有图3所示的压电传感器部的压电传感器元件的剖视图。
图5是图4所示的压电传感器元件的分解立体图。
图6是图5所示的压电传感器元件的示意图。
图7是示出图1所示的力检测装置的电路系统的电路图。
图8是示出在对图7所示的检测装置施加以规定的波形变化的外力F时，从第一传感器输出的电荷Q1的变化、转换输出电路中的输出漂移qc1的变化及从转换输出电路输出的电压V1的变化、以及从第二传感器输出的电荷Q2的变化、转换输出电路中的输出漂移qc2的变化及从转换输出电路输出的电压V2的变化的图。
图9是用于说明图7所示的运算部中的运算例的图。
图10是用于说明图7所示的运算部中的运算例的图。
图11是示出第二实施方式所涉及的力检测装置所具有的压电传感器元件的示意图。
图12是图11所示的压电传感器元件的剖视图。
图13是示出在对图11所示的压电传感器元件施加了γ轴方向的外力F时，将外力F分解成第二石英板的+X方向上的分量f1的状态的图。
图14是示出在对图11所示的压电传感器元件施加了γ轴方向的外力F时，将外力F分解成第四石英板的+X方向上的分量f2的状态的图。
图15是示出第三实施方式涉及的机器人的立体图。
图16是图15所示的机器人的局部放大剖视图。
图17是示出第四实施方式涉及的机器人的侧视图。
附图标记说明
1…力检测装置；2…第一基部；3…第二基部；4…模拟电路基板；5…数字电路基板；6…压电传感器部；7…压电传感器元件；8…封装；9…预压螺栓；23…底板；24…壁部；25…内表面；26…凸部；33…顶板；34…壁部；41…运算放大器；42…电容器；43…转换器元件；50…力检测电路；51…AD变流器；52…运算部；71…第一传感器；72…第二传感器；81…基座；82…罩；90…主体部；91…螺丝部；92…头部；100…机器人；110…基座；120…臂；121…第一臂；122…第二臂；123…第三臂；124…第四臂；125…第五臂；126…第6臂；140…机器人控制部；190…末端执行器；200…机器人；210…基台；220…第一臂；230…第二臂；231…下表面；240…作业头；241…花键轴；242…螺母部；250…布线引回部；260…机器人控制部；261…顶面；290…末端执行器；331…上表面；341…内表面；401…转换输出电路；402…转换输出电路；701…第一电极；703…第三电极；705…第五电极；711…第一石英板；712…第二电极；713…第二石英板；721…第三石英板；722…第四电极；723…第四石英板；811…凹部；813…端子；814…连接部；821…中央部；822…外边缘部；823…连接部；A1…轴线；A2…轴线；A3…轴线；D1…力检测方向；D2…力检测方向；F…外力；GND…大型；J1…第一轴线；J2…第二轴线；LD…层叠方向；O…中心；Q1…电荷；Q2…电荷；S1…收纳空间；SD…保持方向；V1…电压；V2…电压；W…宽度；f1…分量；f2…分量。
具体实施方式
以下，基于附图所示的优选的实施方式，对本发明的力检测装置以及机器人进行详细地说明。
第一实施方式
图1是示出第一实施方式所涉及的力检测装置的纵剖视图。图2是图1所示的力检测装置的侧视图。图3是示出具有图1所示的力检测装置的压电传感器部的剖视图。图4是示出具有图3所示的压电传感器部的压电传感器元件的剖视图。图5是图4所示的压电传感器元件的分解立体图。图6是图5所示的压电传感器元件的示意图。图7是示出图1所示的力检测装置的电路系统的电路图。需要指出，以下将图1和图2中的上侧称为“上”，将下侧称为“下”。另外，如图1、图2以及图3所示，将互相正交的三个轴为α轴、β轴以及γ轴，另外，也将与α轴平行的方向称为“α轴方向”，也将与β轴平行的方向称为“β轴方向”，也将与γ轴平行的方向称为“γ轴方向”。
图1所示的力检测装置1是能够检测γ轴方向的平行力分量的单轴力检测装置。
如图1所示，力检测装置1具有：第一基部2，作为基板而发挥作用；第二基部3，与第一基部2隔开规定间隔配置并作为与第一基部2相对的盖板而发挥作用；模拟电路基板4，配置于第一基部2与第二基部3之间；数字电路基板5，配置于第一基部2与第二基部3之间并与模拟电路基板4电连接；压电传感器部6，搭载于模拟电路基板4并根据施加的外力输出信号；以及作为固定部件的两个预压螺栓9。
第一基部2具有：板状的底板23；以及壁部24，从底板23上方即朝向底板23的法线方向立设。如后所述，在将力检测装置1固定于机器人100而使用时，底板23的下表面231成为相对于机器人100的安装面。另外，底板23的俯视形状没有特别地限定，例如，除了圆形、四边形之外，也可以是四边形以外的多边形等。
需要指出，以下，将穿过下表面231的中心并与下表面231的法线平行的轴作为“第一轴线J1”。该第一轴线J1也与上述的γ轴平行。另外，在本实施方式中，将第一轴线J1的延伸方向设为第一轴线J1方向，将图2的上方作为第一轴线J1的“+J1方向”，将图2的下方作为第一轴线J1的“－J1方向”。
壁部24配置于底板23的边缘部，并配置成从该边缘部朝向上方突出。另外，从α轴方向观察时，壁部24具有四边形的外形形状，并且呈具有以α轴为法线的两个主面的板状。并且，在两个主面当中面向于第二基部3一侧的内表面25，配置有在其法线方向突出的凸部26。凸部26的顶面261由与底板23的下表面231垂直的平面构成。但是，顶面261的朝向没有特别地限定，也可以为相对于与下表面231垂直的平面倾斜。
第二基部3具有：板状的顶板33；以及壁部34，从顶板33朝向下方即顶板33的法线方向立设。如后所述，在将力检测装置1固定于机器人100而使用时，顶板33的上表面331成为对于机器人100的安装面。另外，顶板33的上表面331在未施加外力的自然状态下，与底板23的下表面231平行。但是，上表面331和下表面231也可以在自然状态下不平行。另外，顶板33的俯视形状与底板23的俯视形状大致相同。但是，顶板33的俯视形状没有特别地限定，例如，除了圆形、四边形之外，也可以是四边形以外的多边形等。另外，顶板33的俯视形状也可以与底板23的俯视形状不同。
壁部34配置于顶板33的边缘部，配置成从该边缘部朝向下方突出。另外，壁部34配置成与凸部26成对并相对。并且，从α轴方向观察时，壁部34呈具有四边形的外形形状且具有以α轴为法线的两个主面的板状。并且，两个主面当中面向第一基部2侧的内表面341与凸部26的顶面261平行。并且，在壁部34的内表面341与凸部26的顶面261之间保持压电传感器部6。以下，也将保持压电传感器部6的方向即内表面341和顶面261排列的方向也称为“保持方向SD”。
另外，从α轴方向观察时，如图2所示，第一轴线J1穿过压电传感器部6的中心O。进而，将在与内表面341或顶面261平行的面内在中心O处与第一轴线J1正交的轴线设为“第二轴线J2”。该第二轴线J2与前述的β轴平行。另外，在本实施方式中，将第二轴线J2的延伸方向设为第二轴线J2方向，将图2的右方设为第二轴线J2的“+J2方向”，将图2的左方设为第二轴线J2的“－J2方向”。
以上，对第一基部2以及第二基部3进行了说明，但第一基部2以及第二基部3的构成材料没有特地限定，但优选为硬质材料。作为这种材料，例如可列举：铁、镍、钴、金、铂、银、铜、锰、铝、镁、锌、铅、锡、钛、钨等各种金属、或者包含它们中的至少一种的合金或金属间化合物、以及它们的金属的氧化物、氮化物、碳化物等。
接着，对压电传感器部6进行说明。压电传感器部6具有根据沿第一轴线J1即γ轴施加的外力而输出两种电荷Q1、Q2的功能。如图3所示，压电传感器部6具有压电传感器元件7和收纳压电传感器元件7的封装8。
如图4所示，压电传感器元件7具有：第一电极701，连接于接地GND(电线接地端)；第三电极703和第五电极705；第一传感器71，根据与γ轴平行的外力即γ轴方向的剪切力而输出电荷Q1；以及第二传感器72，同样根据γ轴方向的剪切力输出电荷Q2。并且，在层叠方向LD上依次层叠有第一电极701、第一传感器71、第三电极703、第二传感器72以及第五电极705。
第一传感器71构成为根据γ轴方向的外力而输出正电荷或负电荷。具体而言，第一传感器71具有：第一石英板711；第二石英板713，与第一石英板711相对配置；以及第二电极712，设于第一石英板711与第二石英板713之间。
第一石英板711是Y切割石英板，具有彼此正交的结晶轴即X轴、Y轴和Z轴。X轴、Y轴、Z轴分别是石英的电轴、机械轴、光学轴。其中，Y轴是沿第一石英板711的厚度方向的轴，X轴是沿图4中的上下方向的轴，Z轴是沿图4中的纸面进深方向的轴。另外，在图4所示的结构中，关于X轴，将图4中的下侧设为+X方向，而将其相反侧设为－X方向。关于Y轴，将图4中的右侧设为+Y方向，而将其相反侧设为－Y方向。关于Z轴，将图4中的纸面进深侧设为+Z方向，而将其相反侧设为－Z方向。
由石英构成的第一石英板711具有宽的动态范围、高刚性、高固有振动频率、高耐负荷性等优异的特性。
需要指出，Y切割石英板与JISC6704：2009所记载的一致，是具有与石英的Y轴(机械轴)垂直的面的石英板，Y轴为厚度方向。但是，在本实施方式所涉及的“Y切割石英板”中，除了厚度方向与Y轴一致的情况之外，还包括Y轴相对于厚度方向稍微倾斜例如小于10°左右的情况。另外，在本实施方式中，在Y切割石英板的Y切割面配置有电极。
Y切割石英板相对于沿其面方向的外力，即剪切力产生电荷。并且，在对第一石英板711的表面施加了+X方向的外力时，由于压电效应，在第一石英板711内诱导出电荷。其结果是，在第一石英板711的第二电极712侧的表面附近聚集正电荷，在第一石英板711的第一电极701侧的表面附近聚集负电荷。同样地，在对第一石英板711的表面施加了－X方向的外力时，在第一石英板711的第二电极712侧的表面附近聚集负电荷，在第一石英板711的第一电极701侧的表面附近聚集正电荷。
第二石英板713也是Y切割石英板，具有彼此正交的结晶轴的X轴、Y轴和Z轴。X轴、Y轴、Z轴分别是石英的电轴、机械轴、光学轴。其中的Y轴是沿第二石英板713的厚度方向的轴，X轴是沿图4中的上下方向的轴，Z轴是沿图4中的纸面进深方向的轴。另外，在图4所示的结构中，关于X轴，将图4中的上侧设为+X方向，将其相反侧设为－X方向。关于Y轴，将图4中的左侧设为+Y方向，将其相反侧设为－Y方向。关于Z轴，将图4中的纸面进深侧设为+Z方向，而将其相反侧设为－Z方向。
由石英构成的第二石英板713也具有宽的动态范围、高刚性、高固有振动频率、以及高耐负荷性等优异的特性。
在对第二石英板713的表面施加+X方向的外力时，由于压电效应，在第二石英板713内诱导出电荷。其结果是，在第二石英板713的第二电极712侧的表面附近聚集正电荷，在第二石英板713的第三电极703侧的表面附近聚集负电荷。同样地，在对第二石英板713的表面施加－X方向的外力时，在第二石英板713的第二电极712侧的表面附近聚集负电荷，在第二石英板713的第三电极703侧的表面附近聚集正电荷。
另外，第一传感器71是具有第一石英板711和第二石英板713的结构，与仅具有任一个石英板的结构相比，能够使聚集在第二电极712附近的正电荷或负电荷增加。其结果是，能够使从第二电极712输出的电荷Q1增加。
第二电极712具有将在第一石英板711内及第二石英板713内产生的正电荷或负电荷作为电荷Q1进行输出的功能。如上所述，在向第一石英板711的表面或者第二石英板713的表面施加+X方向的外力的情况下，在第二电极712附近聚集正电荷。其结果是，从第二电极712输出正的电荷Q1。另一方面，在向第一石英板711的表面或者第二石英板713的表面施加－X方向的外力的情况下，在第二电极712附近聚集负电荷。其结果是，从第二电极712输出负的电荷Q1。因此，第一传感器71在第一轴线J1的+J1方向上具有力检测方向D1。
另外，第二传感器72构成为根据γ轴方向的外力输出正电荷或负电荷。具体而言，第二传感器72具有：第三石英板721；第四石英板723，与第二石英板713相对配置；以及第四电极722，设于第三石英板721与第四石英板723之间。
第三石英板721是Y切割石英板，并具有互相正交的结晶轴即X轴、Y轴和Z轴。X轴、Y轴、Z轴分别是石英的电轴、机械轴、光学轴。其中，Y轴是沿第三石英板721的厚度方向的轴，X轴是沿图4中的上下方向的轴，Z轴是沿图4中的纸面进深方向的轴。另外，在图4所示的结构中，关于X轴，将图4中的上侧设为+X方向，而将其相反侧设为－X方向。关于Y轴，将图4中的左侧设为+Y方向，而将其相反侧设为－Y方向。关于Z轴，将图4中的纸面进深侧设为+Z方向，将其相反侧设为－Z方向。
由石英构成的第三石英板721具有宽的动态范围、高刚性、高固有振动频率、以及高耐负荷性等优异的特性。
Y切割石英板对于沿其面方向的外力即剪切力产生电荷。然后，在对第三石英板721的表面施加+X方向的外力时，通过压电效应，在第三石英板721内诱导出电荷。其结果是，在第三石英板721的第四电极722侧的表面附近聚集负电荷，在第三石英板721的第三电极703侧的表面附近聚集正电荷。同样地，在对第三石英板721的表面施加－X方向的外力时，在第三石英板721的第四电极722侧的表面附近聚集正电荷，在第三石英板721的第三电极703侧的表面附近聚集负电荷。
第四石英板723也是Y切割石英板，具有彼此正交的结晶轴即X轴、Y轴和Z轴。其中的Y轴是沿第四石英板723的厚度方向的轴，X轴是沿图4中的上下方向的轴，Z轴是沿图4中的纸面进深方向的轴。另外，在图4所示的结构中，关于X轴，将图4中的下侧设为+X方向而将其相反侧设为－X方向。关于Y轴，将图4中的右侧设为+Y方向而将其相反侧设为－Y方向。关于Z轴，将图4中的纸面进深侧设为+Z方向而将其相反侧设为－Z方向。
由石英构成的第四石英板723也具有宽的动态范围、高刚性、高固有振动频率、以及高耐负荷性等优异的特性。
在对第四石英板723的表面施加+X方向的外力时，通过压电效应，在第四石英板723内诱导出电荷。其结果是，在第四石英板723的第四电极722侧的表面附近聚集负电荷，在第四石英板723的第五电极705侧的表面附近聚集正电荷。同样地，在对第四石英板723的表面施加－X方向的外力时，在第四石英板723的第四电极722侧的表面附近聚集正电荷，在第四石英板723的第五电极705侧的表面附近聚集负电荷。
另外，第二传感器72成为具有第三石英板721和第四石英板723的结构，与仅具有任意一个石英板的结构相比，能够使聚集在第四电极722附近的正电荷或负电荷增加。其结果是，能够使从第四电极722输出的电荷Q2增加。
第四电极722具有将在第三石英板721内以及第四石英板723内产生的正电荷或负电荷作为电荷Q2输出的功能。如上所述，当向第二石英板713的表面或者第四石英板723的表面施加+X方向的外力时，在第四电极722附近聚集负电荷。其结果是，从第四电极722输出负的电荷Q2。另一方面，当对第三石英板721的表面或者第四石英板723的表面施加了－X方向的外力时，在第四电极722附近聚集正电荷。其结果是，从第四电极722输出正的电荷Q2。因此，第二传感器72在第一轴线J1的－J1方向上具有力检测方向D2。
在力检测装置1中，基于从压电传感器元件7输出的电荷Q1、Q2，能够检测γ轴方向即第一轴线J1方向的平行力分量。
如图3所示，封装8具有：基座81，具有凹部811；以及罩82，以覆盖凹部811的开口的方式与基座81接合并作为盖而发挥作用。另外，在封装8的内侧形成有气密性的收纳空间S1，并将压电传感器元件7收纳于该收纳空间S1中。作为收纳空间S1的气氛没有特别地限定，例如可以填充氮、氩、氦等非活性气体。由此，收纳空间S1中的气氛稳定，能抑制电极的劣化、腐蚀等。需要指出，收纳空间S1也可以例如为真空状态，即压力比大气压低的状态。
作为基座81的构成材料没有特别地限定，但例如可以使用氧化铝(矾土)、氧化锆(二氧化锆)等各种陶瓷。需要指出，例如，基座81的底部即载置有压电传感器元件7的部分、与基座81的侧壁部即从底部的外边缘部立设的部分可以由不同的材料构成。这种情况下，例如，底部可以由不锈钢、可伐合金(Kovar)、铜、铁、碳素钢等各种金属材料构成，侧壁部可以由各种陶瓷构成。例如，作为底部的构成材料，优选为热膨胀系数与陶瓷相近的可伐合金等合金。由此，封装8难以发生热失真，能够减少对压电传感器元件7施加不必要的应力，即除了预压和检测的力以外的外力。
另外，如图3所示，在基座81上设有连接收纳空间S1内外的端子813。并且，通过连接部814，端子813与压电传感器元件7电连接。需要指出，作为连接部814没有特别地限定，可以使用例如Ag糊剂、Cu糊剂以及Au糊剂等导电性糊剂。
如图3所示，罩82具有：中央部821，位于中央部并与压电传感器元件7接触；外边缘部822，位于外边缘部并与基座81接合；以及锥状连接部823，位于中央部821与外边缘部822之间并将它们连接。另外，中央部821被设为从外边缘部822突出。
作为罩82的构成材料没有特别地限定，但只要是与基座81的构成材料的线膨胀系数近似的部件即可。例如，在基座81的构成材料设为上述那样的陶瓷时，优选将罩82的构成材料设为金属材料。由此，在封装8中难以发生热失真，能够减少在压电传感器元件7上施加的不必要的应力，即除了预压以及检测的力以外的外力。因此，成为力检测精度更高的力检测装置1。
以上，对压电传感器部6进行了说明，但压电传感器部6的结构没有特别地限定，例如也可以是省略了封装8的结构。
如上所述，这样的压电传感器部6配置于成对的壁部34与凸部26之间。另外，压电传感器部6被配置成使基座81的底面朝向凸部26一侧，并使罩82朝向壁部34一侧，而被夹入壁部34与凸部26之间。因此，压电传感器部6中的第一传感器71以及第二传感器72等的层叠方向LD与保持方向SD平行。但是，作为层叠方向LD也可以相对于保持方向SD略有倾斜。
另外，如图1所示，第一基部2和第二基部3由预压螺栓9连接并固定。另外，通过该预压螺栓9，压电传感器元件7以在保持方向SD以及层叠方向LD上被压缩的方式被预压。这样一来，通过预压压电传感器元件7，被施加外力时的输出稳定，能够更精确地检测所施加的外力。
具体而言，各预压螺栓9具有：棒状的主体部90；头部92，配置于主体部90的基端；以及螺丝部91，配置于主体部90，头部92与第二基部3的壁部34卡合，且螺丝部91与第一基部2的壁部24螺合。因此，通过拧入预压螺栓9，能够以对位于壁部24、34之间的压电传感器元件7进行压缩的方式进行预压。即，螺丝部91也可以称为紧固壁部24和壁部34的紧固部。
需要指出，预压螺栓9的“固定”在容许两个固定对象物间互相移动规定量的同时进行。即，在通过预压螺栓9而固定的状态下，第一基部2和第二基部3中的至少一个能够相对于另一个在规定范围内进行位移。由此，能够将所受的外力更可靠地传递到压电传感器元件7。
另外，在图1所示的结构中，由两个预压螺栓9承担压电传感器部6的预压。另外，两个预压螺栓9以位于相对的压电传感器部6之间的方式配置于压电传感器部6的两侧。由此，能够从γ轴方向的两侧平衡性良好地对压电传感器部6进行预压。
特别是，在本实施方式中，如图2所示，与压电传感器部6对应的两个预压螺栓9沿着第一轴线J1的方向进行排列配置。由此，力检测装置1的宽度W，即第二轴线J2方向的长度变小。因此，得到抑制了平面的扩展的小型力检测装置1。需要指出，在本实施方式中，与压电传感器部6对应的两个预压螺栓9沿着第一轴线J1的方向进行排列配置，但是不限定于此，也可以沿着与第一轴线J1交叉的任意方向进行排列配置。
如图1所示，第一基部2的壁部24设有与各预压螺栓9的螺丝部91螺合的螺母部242。并且，各预压螺栓9在第一基部2与第二基部3之间配置了压电传感器部6的状态下，从第二基部3侧插入第一基部2。另外，各预压螺栓9的螺丝部91与螺母部242螺合，相对于压电传感器元件7，在保持方向SD上施加规定大小的压力，即预压。由此，当剪切力作用于压电传感器元件7时，在压电传感器元件7具有的压电基板彼此之间产生摩擦力，更可靠地从压电传感器元件7输出电荷。需要指出，通过调整预压螺栓9的拧紧量，能够调整预压的大小。作为预压螺栓9的构成材料没有特别地限定，例如，可以使用各种金属材料、各种树脂材料等。
需要指出，在本实施方式中，作为紧固部示出了螺丝部91的结构，但紧固部只要是为了缩小壁部24与壁部34的距离而可以施加力即可，因此，不限于螺丝部91，也可以是铆钉、钳、弹簧、树脂等弹性体等。
接着，对模拟电路基板4以及数字电路基板5进行说明。如图1所示，模拟电路基板4和数字电路基板5分别配置于第一基部2与第二基部3之间。具体而言，模拟电路基板4配置于压电传感器部6的封装8的底面。另外，模拟电路基板4以不阻碍凸部26与封装8的接触、预压螺栓9与螺母部242的螺合的方式形成贯通孔等，并且避开它们配置。另外，数字电路基板5配置于第一基部2的壁部24与第二基部3的顶板33之间。但是，作为模拟电路基板4以及数字电路基板5的配置没有特别地限定，可以配置于第一基部2以及第二基部3的外侧。另外，也可以省略模拟电路基板4以及数字电路基板5。在这种情况下，也可以是例如，连接力检测装置1的外部装置具有电路部即可，其中，所述电路部具有相同的功能。
如图7所示，模拟电路基板4具备：转换输出电路401，将从压电传感器元件7输出的电荷Q1转换为电压V1；以及转换输出电路402，将从压电传感器元件7输出的电荷Q2转换为电压V2。还有，转换输出电路401、402分别具有运算放大器41、电容器42、以及转换器元件43。
另外，数字电路基板5具备检测被施加的外力的力检测电路50。力检测电路50具有基于从转换输出电路401输出的电压V1与从转换输出电路402输出的电压V2来检测所施加的外力的功能。如图7所示，该力检测电路50具有连接于转换输出电路401、402的AD变流器51、以及与AD变流器51连接的运算部52。
AD变流器51具有将电压V1、V2从模拟信号转换为数字信号的功能。然后，通过AD变流器51将进行数字转换的电压V1、V2输入运算部52。运算部52基于进行了数字转换后的电压V1、V2来检测γ轴方向的平行力分量。
需要指出，预压螺栓9的数量没有特别地限定，可以为一个也可以为三个以上。三个以上的情况下的配置也没有特别地限定，但优选所有的预压螺栓9沿第一轴线J1排列配置。
另外，在本实施方式中，压电传感器部6的中心O位于两个预压螺栓9的连线上，但压电传感器部6的中心O的位置不限定于此，也可以从两个预压螺栓9的连线上偏离。
在此，从理想的模拟电路基板4输出的电压V1、V2与从压电传感器元件7输出的电荷Q1、Q2的蓄积量成正比。然而，在实际的模拟电路基板4中，例如产生从转换器元件43流入电容器42的泄露电流。这样的泄露电流成为电压V1、V2中包含的输出漂移。输出漂移成为测定结果中的误差，从而成为因泄露电流而降低力检测装置1的检测精度的原因。除此之外，该泄露电流是转换器元件的固有值，并根据温度、湿度等使用环境而变化，所以难以在事先进行补偿。
因此，在本实施方式的力检测装置1中，基于从压电传感器元件7输出的电荷Q1、Q2，实现了降低泄露电流的影响即输出漂移。
如上所述，在压电传感器元件7中，沿保持方向SD依次层叠有第一电极701、第一传感器71、第三电极703、第二传感器72、第五电极705。在图5中，仅图示出该压电传感器元件7所具备的四个石英板，即第一石英板711、第二石英板713、第三石英板721及第四石英板723。并且，用箭头图示了各石英板的+X方向。需要指出，在图5、图6、图11、图13以及图14中，特别是，将第一石英板711的+X方向设为“+X(1)方向”，第二石英板713的+X方向设为“+X(2)方向”，第三石英板721的+X方向设为“+X(3)方向”，第四石英板723的+X方向设为“+X(4)方向”。
如图5和图6所示，在本实施方式所涉及的压电传感器元件7中，依次层叠有第一石英板711、第二石英板713、第三石英板721以及第四石英板723。并且，如上所述，第一石英板711的+X(1)方向与第二石英板713的+X(2)方向彼此朝向相反方向。另外，如上所述，第三石英板721的+X(3)方向与第四石英板723的+X(4)方向彼此朝向相反方向。需要指出，“彼此朝向相反方向”是指方向彼此所成的角度为180°的状态。但是，对于该角度容许一些误差，其误差例如为±5°的程度。
另外，在本实施方式所涉及的压电传感器元件7中，第二石英板713的+X(2)方向和第一轴线J1的+J1方向所成的角θ21、与第四石英板723的+X(4)方向和第一轴线J1的+J1方向所成的角θ41不相同。即，在图6中，在+X(2)方向和+J1方向所成的角θ21、与+X(4)方向和+J1方向所成的角θ41之间，θ21≠θ41的关系成立。需要指出，在图6中，为了便于图示，第一轴线J1与表示+X方向的箭头不重合并形成偏移而图示。
进一步地，在本实施方式所涉及的压电传感器元件7中，第二石英板713的+X(2)方向和第二轴线J2的+J2方向所成的角θ22、与第四石英板723的+X(4)方向与第二轴线J2的+J2方向所成的角θ42相等。即，在图6中，+X(2)方向和+J2方向所成的角θ22、与+X(4)方向和+J2方向所成的角θ42之间，θ22＝θ42的关系成立。
根据这样的关系成立的力检测装置1，能够使将电荷Q1转换为电压V1的转换输出电路401中的转换灵敏度、与将电荷Q2转换为电压V2的转换输出电路402中的转换灵敏度相等。这是因为前述的第一传感器71的力检测方向D1以及前述的第二传感器72的力检测方向D2满足以所谓第二轴线J2为对称轴的线对称关系。如果转换灵敏度像这样相等，那么叠加于电压V1的输出漂移(零点漂移)与叠加于电压V2的输出漂移(零点漂移)变得相等。因此，在运算部52中，通过求出电压V1与电压V2之间的差，能够抵消输出漂移。也就是说，力检测装置1具有补偿输出漂移的功能。其结果是，能够基于去除输出漂移的电压信号，以高检测精度检测γ轴方向的平行力分量。
特别是，在本实施方式中，θ21＝0°及θ41＝180°。根据该压电传感器元件7，上述第一传感器71的力检测方向D1以及上述的第二传感器72的力检测方向D2在第一轴线J1上彼此朝向相反方向。因此，在对力检测装置1施加γ轴方向的外力时，从第一传感器71输出的电荷Q1的符号与从第二传感器72输出的电荷Q2的符号不相同。其结果是，通过模拟电路基板4转换的电压V1、V2的符号也互不相同。因此，在运算部52中，通过求出电压V1与电压V2之间的差，可以对电压V1，V2的变化进行增幅。换句话说，电压V1和电压V2互为不同符号的电压，但由于波形大致相等，通过求出差而能产生波形增幅。其结果是，能够基于增幅的电压信号，以高检测精度检测γ轴方向的平行力分量。
另外，在本实施方式中，θ22＝θ42＝90°。即第二石英板713的+X(2)方向与第二轴线J2的+J2方向所成的角θ22、以及第四石英板723的+X(4)方向与第二轴线J2的+J2方向所成的角θ42是分别90°。根据上述压电传感器元件7，前述的第一传感器71的力检测方向D1以及前述的第二传感器72的力检测方向D2均与第一轴线J1平行。因此，当要检测与第一轴线J1平行方向的力时，可以不将该力分解成与力的方向不同的分量，而在第一传感器71及第二传感器72中进行检测。因此，不会产生伴随分解而降低检测精度的情况，从而力检测能变得精度更高。但是，对该角度容许一些误差，该误差例如为±5°左右。也就是说，在伴随有该误差范围内的偏移的情况下，也能够作为在θ22＝θ42的概念的范围内。
另外，在力检测装置1中，如上所述，第一传感器71与第二传感器72在α轴方向上层叠。因此，相比于第一传感器71与第二传感器72分离的情况，能够实现压电传感器元件7的小型化，进而能够实现力检测装置1的小型化。
另外，由于在第一传感器71与第二传感器72之间几乎没有物理距离，因此在第一传感器71和第二传感器72产生的剪切力的大小也彼此大致相等。其结果是，可以进一步提高力检测装置1的检测精度。
进一步地，通过缩小第一传感器71与第二传感器72之间的物理距离，能够将转换输出电路401和转换输出电路402形成于同一IC等元件内。由此，能够使转换输出电路401的转换灵敏度和转换输出电路402的转换灵敏度特别相等。其结果是，可以更准确地抵消输出漂移。
另外，能够使第一传感器71与转换输出电路401之间的布线长度度及布线路径、与第二传感器72与转换输出电路402之间的布线长度度及布线路径互相接近。由此，叠加于各布线的噪声互为同等程度，因此通过运算部52的运算也能够容易地抵消噪声。
另外，在力检测装置1中，虽然对压电传感器元件7施加了保持方向SD的预压，但第一传感器71的力检测方向D1以及第二传感器72的力检测方向D2分别与保持方向SD正交。因此，从第一传感器71输出的电荷Q1及从第二传感器72输出的电荷Q2不会受到例如伴随温度变化等的预压力的变化的影响。因此，力检测装置1难以受到环境变化的影响，所以能够实现高的检测精度。
如上所述，力检测装置1是将彼此正交的第一轴线J1以及第二轴线J2中的第一轴线J1设为力的检测轴的力检测装置，并具有：层叠体，依次层叠有第一电极701、Y切割石英板作为第一石英板711、第二电极712、Y切割石英板作为第二石英板713、第三电极703、Y切割石英板作为第三石英板721、第四电极722、Y切割石英板作为第四石英板723以及第五电极705；以及力检测电路50，基于从第二电极712输出的电荷Q1和从第四电极722输出的电荷Q2来检测第一轴线J1的方向的力。并且，在将Y切割石英板的电轴设为X轴时，第一石英板711的+X(1)方向与第二石英板713的+X(2)方向朝向相反方向，第三石英板721的+X(3)方向与第四石英板723的+X(4)方向朝向相反方向。另外，第二石英板713的+X(2)方向与第一轴线J1的一方向作为+J1方向所成的角θ21不同于第四石英板723的+X(4)方向与第一轴线J1的一方向作为+J1方向所成的角θ41。进一步地，第二石英板713的+X(2)方向与第二轴线J2的一方向作为+J2方向所成的角θ22等于第四石英板723的+X(4)方向与第二轴线J2的一方向作为+J2方向所成的角θ42。
根据这样的力检测装置1，通过补偿输出漂移的功能，能够实现高的检测精度并容易实现小型化。
需要指出，本说明书中的“一方向”是指在互相垂直的第一轴线J1以及第二轴线J2中，从彼此的交点出发在互相的相反方向上无限延伸的各轴线上的任一方向的意思。因此，在上述说明中，+J1方向或+J2方向设为各轴线的“一方向”，因此－J1方向或－J2方向称为“－方向”。
在此，参照图8以及图9，对力检测装置1的输出漂移的补偿功能进行说明。
图8是示出对图7所示的力检测装置1施加规定波形变化的外力F时，从第一传感器71输出的电荷Q1的变化、转换输出电路401中的输出漂移qc1的变化、从转换输出电路401输出的电压V1的变化、以及从第二传感器72输出的电荷Q2的变化、转换输出电路402中的输出漂移qc2的变化以及从转换输出电路402输出的电压V2的变化的图。
如图8所示，力检测装置1被施以随时间t的经过而呈矩形波状变化的外力F。
此时，从第一传感器71根据外力F输出随时间变化呈矩形波状的波形的电荷Q1。另外，在转换输出电路401产生随时间经过而渐增的直线状的波形的输出漂移qc1。其结果是，从转换输出电路401输出的电压V1的波形成为直线状的波形叠加于矩形波状的波形的波形。
另一方面，从第二传感器72根据外力F输出随时间变化成矩形波状的波形的电荷Q2。另外，在转换输出电路402中，产生随着时间经过而渐增的直线状波形的输出漂移qc2。其结果是，从转换输出电路402输出的电压V2的波性也变为直线状的波形叠加于矩形波状的波形的波形。
图9和图10分别是用于说明图7所示的运算部52中的运算例的图。
如上所述，运算部52进行求出从转换输出电路401输出的电压V1与从转换输出电路402输出的电压V2之间的差V的运算。虽然电压V1以及电压V2的符号互不相同，但波形大致相同。因此，如图9所示，通过运算部52求出电压V1与电压V2之间的差，使波形的振幅的绝对值增加，能够以更高精度检测外力F。
另外，在图10中，对在运算部52中求出电压V1与电压V2之和的运算进行了图示。如上所述，虽然电压V1以及电压V2的符号互不相同，但波形大致相同，因此可以通过求出两者的和来抵消基于电荷Q1、Q2的分量。其结果是，求出基于与电压V1叠加的输出漂移qc1的分量和基于与电压V2叠加的输出漂移qc2的分量的和e的时间变化。该和e的时间变化的波形通常是如图10所示的直线状的波形。因此，这样的波形证明力检测装置1在正常地发挥作用。另一方面，在和e的时间变化波形是直线状以外的波形的情况下，表示在力检测装置1中的某部位发生异常。因此，在运算部52中，也可以基于这样的和e的时间变化的波形，来进行判定力检测装置1是否发生异常的异常判定处理。
即，力检测电路50具有基于从第二电极712输出的电荷Q1的时间变化以及从第四电极722输出的电荷Q2的时间变化而判断力检测装置1有无异常的功能。由此，例如在第一传感器71或第二传感器72中任一个发生异常，电荷Q1或电荷Q2中的任一个值偏离本来的值的情况下，即使在如图10所示的运算中求出和e也不能抵消基于电荷Q1、Q2的分量。也就是说，基于电荷Q1的电压V1与基于电荷Q2的电压V2本来绝对值应该大致相等，但在发生了某些异常时，绝对值产生偏差，因此在求出和e的情况下，双方无法抵消。因此，如上所述，在和e仅是基于输出漂移qc1的分量与基于输出漂移qc2的分量的和的情况下，具体而言，在为如图10所示的直线状的波形的情况下，判断为“正常”，但在除此以外的波形的情况下，判断为“异常”。
力检测电路50具有这样的功能，从而例如在发生异常的情况下，能够使力检测装置1停止工作或者向使用者报知异常，从而能够提高力检测装置1的可靠性。
第二实施方式
接着，对第二实施方式所涉及的力检测装置进行说明。
图11是示出第二实施方式所涉及的力检测装置具有的压电传感器元件的示意图。图12是图11所示的压电传感器元件的剖视图。需要指出，图12的剖视图是以图11所示的+X(4)方向作为法线方向的平面将图11所示的压电传感器元件切断时的剖视图。
以下，以与前述的第一实施方式的区别为要点，对第二实施方式所涉及的力检测装置1进行说明，并对同样的事项省略其说明。需要指出，对与前述的实施方式相同的结构标记相同的附图标记。
除了第一传感器71与第二传感器72的相互的配置方向不同以外，本实施方式与第一实施方式相同。具体而言，第一实施方式中的θ21＝0°以及θ41＝180°，与此相对，如图11所示，在本实施方式中，θ21＝45°以及θ41＝135°，因此θ21≠θ41的关系成立。并且，在第一实施方式中，θ22＝θ42＝90°，而在本实施方式中，θ22＝θ42＝45°，θ22＝θ42关系仍然成立。
即，在本实施方式中，第二石英板713的+X(2)方向和第二轴线J2的+J2方向所成的角θ22、与第四石英板723的+X(4)方向和第二轴线J2的+J2方向所成的角θ42分别为45°。根据这样的压电传感器元件7，例如在要检测与第一轴线J1平行方向的力时，通过将该力分解成+X(2)方向和+X(4)方向的力，能够在第一传感器71以及第二传感器72中检测。但对该角度容许一些误差，其误差例如为±5°左右。
另外，在本实施方式中，第一传感器71的力检测方向D1和第二传感器72的力检测方向D2也满足以第二轴线J2为对称轴的线对称的关系。由此，能够使得将电荷Q1转换成电压V1的转换输出电路401中的转换灵敏度与将电荷Q2转换为电压V2的转换输出电路402中的转换灵敏度相等。如果转换灵敏度像这样相等，那么与电压V1叠加的输出漂移(零点漂移)和与电压V2叠加的输出漂移(零点漂移)相等。因此，在运算部52中，通过求出电压V1与电压V2之间的差，能够抵消输出漂移。其结果是，能够基于消除输出漂移的电压信号，以高检测精度检测γ轴方向的平行力分量。
另外，图13是示出在对图11所示的压电传感器元件施加γ轴方向的外力F时，将外力F分解成+X(2)方向的分量即力检测方向D1的分量f1的状态的图。图14是示出在对图11所示的压电传感器元件施加γ轴方向的外力F时，外力F分解成+X(4)方向即力检测方向D2的分量f2的状态的图。
如图13及图14所示，在本实施方式中，当施加外力F时，可以将外力F分解成分量f1和分量f2。由此，在施加了外力F时，从被施加了作为外力F的分力的分量f1的第一传感器71输出正电荷Q1，并从施加了作为外力F的分力的分量f2的第二传感器72输出负电荷Q2，其结果是，由模拟电路基板4转换的电压V1、V2的符号也互不相同。因此，在运算部52中，通过求出电压V1与电压V2之间的差，从而可以对电压V1、V2的变化进行增幅。换句话说，虽然电压V1以及电压V2互相符号不相同，但波形大致相同，因此通过求出差就能够产生波形的增幅。其结果是，能够基于增幅后的电压信号以高检测精度检测γ轴方向的平行力分量。
另外，在力检测装置1中，如上所述，第一传感器71与第二传感器72在α轴方向上层叠。因此，与第一传感器71和第二传感器72分离的情况相比，能够实现压电传感器元件7的小型化，从而能够实现力检测装置1的小型化。
另外，由于在第一传感器71与第二传感器72之间几乎没有物理距离，所以在第一传感器71以及第二传感器72产生的剪切力的大小也互为大致相等。其结果时，能进一步提高力检测装置1的检测精度。
进一步地，通过缩小第一传感器71与第二传感器72之间物理上的距离，能够将转换输出电路401和转换输出电路402形成于同一IC等元件内。由此，能够使转换输出电路401的转换灵敏度和转换输出电路402的转换灵敏度特别相等。其结果是，能够更准确地抵消输出漂移。
另外，能够使第一传感器71与转换输出电路401之间的布线长度及布线路径和第二传感器72与转换输出电路402之间的布线长度及布线路径互相接近。由此，叠加于各布线上的噪声也互为同等程度，因此通过运算部52的运算，也可以容易地抵消噪声。
通过上述第二实施方式，也能够得到与上述第一实施方式相同的效果。
第三实施方式
图15是示出第三实施方式所涉及的机器人的立体图。图16是图15所示的机器人的局部放大剖视图。
图15所示的机器人100例如是能够在制造精密机器等工业制品的制造工序中使用的机器人。如该图所示，机器人100具有：作为基部的基座110，例如固定于地板或天花板；臂120，能够相对于基座110转动；末端执行器190，设置于臂120的前端；以及机器人控制部140，控制驱臂120和末端执行器190。
另外，臂120具有：转动自如地连结于基座110的第一臂121、转动自如地连结于第一臂121的第二臂122、转动自如地连结于第二臂122的第三臂123、转动自如地连结于第三臂123的第四臂124、转动自如地连结于第四臂124的第五臂125、以及转动自如地连结于第五臂125的第六臂126。并且，第六臂126上设有手连接部，且末端执行器190装配于手连接部。
另外，在该机器人100中，设有上述的力检测装置1来作为检测施加于末端执行器190的外力的传感器。需要指出，力检测装置1例如可以使用上述的第一实施方式或第二实施方式中的任一个。
具体而言，如图16所示，力检测装置1以第一基部2位于臂120的基端侧、且第二基部3位于臂120的前端侧的方式固定于臂120。在本实施方式中，力检测装置1位于第五臂125与第六臂126之间，第一基部2连接于第五臂125、第二基部3连结于第六臂126。
但是，力检测装置1的配置没有特别地限定。例如，力检测装置1也可以位于第六臂126与末端执行器190之间。另外，力检测装置1也可以配置为第一基部2位于臂120的前端侧、且第二基部3位于臂120的基端侧。
通过将力检测装置1所检测的力反馈给机器人控制部140，机器人100可以执行更精密的作业。另外，通过力检测装置1所检测的力，机器人100能够检测末端执行器190对作业对象物、障碍物的接触等。因此，能够更恰当地进行末端执行器190对作业对象物的保持、移动等动作，还能够容易地进行在以往的位置控制中困难的障碍物回避动作、对象物损伤回避动作等，机器人100能够更加恰当且安全地执行作业。
如上所述，机器人100具有力检测装置1。
如上所述，该力检测装置1是将彼此正交的第一轴线J1及第二轴线J2中的第一轴线J1作为力的检测轴的力检测装置，其具有：层叠体，依次层叠有第一电极701、作为Y切割石英板的第一石英板711、第二电极712、作为Y切割石英板的第二石英板713、第三电极703、作为Y切割石英板的第三石英板721、第四电极722、作为Y切割石英板的第四石英板723以及第五电极705；以及力检测电路50，基于从第二电极712输出的电荷Q1和从第四电极722输出的电荷Q2来检测第一轴线J1的方向的力。并且，在将Y切割石英板的电轴作为X轴时，第一石英板711的+X(1)方向与第二石英板713的+X(2)方向朝向相反方向，第三石英板721的+X(3)方向与第四石英板723的+X(4)方向朝向相反方向。另外，第二石英板713的+X(2)方向和作为第一轴线J1的一方向的+J1方向所成的角θ21、与第四石英板723的+X(4)方向和作为第一轴线J1的一方向的+J1方向所成的角θ41不相同。进一步地，第二石英板713的+X(2)方向和作为第二轴线J2的一方向的+J2方向所成的角θ22、与第四石英板723的+X(4)方向和作为第二轴线J2的一方向的+J2方向所成的角θ42相等。
根据这样的力检测装置1，由于输出漂移的补偿功能，能够实现高检测精度并容易谋求小型化。其结果是，由于机器人100能够享有外力检测装置1的效果，因此具有优异的可靠性并容易实现小型化。
需要指出，作为机器人100的结构没有特别地限定，例如，臂的数量也可以不同于本实施方式。
第四实施方式
图17是示出第四实施方式所涉及的机器人的侧视图。
图17所示的机器人200是所谓的水平多关节机器人(SCARA机器人)，例如，在制造精密机器等的制造工序等中使用，能够进行精密设备或部件等的保持或搬送等。机器人200具有基台210、第一臂220、第二臂230、作业头240、布线引回部250、以及机器人控制部260。
基台210例如通过螺栓等固定于未图示的地面。在基台210的上端部连结有第一臂220。第一臂220能够相对于基台210绕沿着铅垂方向的轴线A1转动。另外，在第一臂220的前端部连结第二臂230。第二臂230相对于第一臂220绕沿铅垂方向的轴线A2转动。
另外，在第二臂230的前端部配置作业头240。作业头240具有花键轴241，该花键轴241插通在第二臂230的前端部同轴地配置的花键螺母及滚珠丝杠螺母。花键轴241相对于第二臂230能够绕沿铅垂方向的轴线A3旋转，并且能够沿上下方向移动。并且，在花键轴241的前端部连结有末端执行器290。
另外，在机器人200中，设置有上述的力检测装置1，作为检测施加于末端执行器290的外力的传感器。需要指出，作为力检测装置1，例如可以使用上述第一实施方式或第二实施方式中的任一个。
具体而言，力检测装置1设置于花键轴241与末端执行器290之间。另外，力检测装置1被固定成第一基部2位于花键轴241侧、且第二基部3位于末端执行器290侧的状态。但是，力检测装置1的配置没有特别地限定。例如，力检测装置1也可以配置成第一基部2位于末端执行器290侧、且第二基部3位于花键轴241侧。
如上所述，机器人200具有力检测装置1。
如上所述，该力检测装置1是将彼此正交的第一轴线J1以及第二轴线J2中的第一轴线J1作为力的检测轴的力检测装置，并具有：层叠体，依次层叠有第一电极701、作为Y切割石英板的第一石英板711、第二电极712、作为Y切割石英板的第二石英板713、第三电极703、作为Y切割石英板的第三石英板721、第四电极722、作为Y切割石英板的第四石英板723以及第五电极705；以及力检测电路50，基于从第二电极712输出的电荷Q1和从第四电极722输出的电荷Q2，检测第一轴线J1的方向的力。并且，在将Y切割石英板的电轴作为X轴时，第一石英板711的+X(1)方向与第二石英板713的+X(2)方向互相朝向相反方向，第三石英板721的+X(3)方向与第四石英板723的+X(4)方向互相朝向相反方向。另外，第二石英板713的+X(2)方向与作为第一轴线J1的一方向的+J1方向所成的角θ21不同于第四石英板723的+X(4)方向与作为第一轴线J1的一方向的+J1方向所成的角θ41。进一步地，第二石英板713的+X(2)方向与作为第二轴线J2的一方向的+J2方向所成的角θ22等于第四石英板723的+X(4)方向与作为第二轴线J2的一方向的+J2方向所成的角θ42。
根据这样的力检测装置1，由于输出漂移的补偿功能，能够实现高的检测精度并容易谋求小型化。其结果是，由于机器人200能够享有外力检测装置1的效果，因此具有优异的可靠性并容易谋求小型化。
以上，基于图示的实施方式，对本发明的力检测装置以及机器人进行了说明，但是本发明不限定于此，各部的结构可以替换成具有同样功能的任意的结构。另外，也可以在本发明中附加其它任意的构成物。另外，各实施方式也可以进行适当地组合。

Claims (5)

1.一种力检测装置，其特征在于，以正交的第一轴线和第二轴线中的所述第一轴线为力的检测轴，
所述力检测装置具有：
层叠体，依次层叠有第一电极、作为Y切割石英板的第一石英板、第二电极、作为Y切割石英板的第二石英板、第三电极、作为Y切割石英板的第三石英板、第四电极、作为Y切割石英板的第四石英板、以及第五电极；以及
力检测电路，基于从所述第二电极输出的电荷和从所述第四电极输出的电荷，检测所述第一轴线方向的力，
在将所述Y切割石英板的电轴作为X轴时，所述第一石英板的+X方向与所述第二石英板的+X方向朝向相反方向，所述第三石英板的+X方向与所述第四石英板的+X方向朝向相反方向，所述第二石英板的+X方向与所述第一轴线的一方向所成的角不同于所述第四石英板的+X方向与所述第一轴线的一方向所成的角，所述第二石英板的+X方向与所述第二轴线的一方向所成的角等于所述第四石英板的+X方向与所述第二轴线的一方向所成的角。
2.根据权利要求1所述的力检测装置，其特征在于，
所述第二石英板的+X方向与所述第二轴线的一方向所成的角、以及所述第四石英板的+X方向与所述第二轴线的一方向所成的角是90°。
3.根据权利要求1所述的力检测装置，其特征在于，
所述第二石英板的+X方向与所述第二轴线的一方向所成的角，以及所述第四石英板的+X方向与所述第二轴线的一方向所成的角是45°。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的力检测装置，其特征在于，
所述力检测电路具有基于从所述第二电极输出的电荷的时间变化及从所述第四电极输出的电荷的时间变化来判定所述力检测装置是否异常的功能。
5.一种机器人，其特征在于，具备以正交的第一轴线和第二轴线中的所述第一轴线为力的检测轴的力检测装置，
所述力检测装置具有：
层叠体，依次层叠有第一电极、作为Y切割石英板的第一石英板、第二电极、作为Y切割石英板的第二石英板、第三电极、作为Y切割石英板的第三石英板、第四电极、作为Y切割石英板的第四石英板、以及第五电极；以及
力检测电路，基于从所述第二电极输出的电荷和从所述第四电极输出的电荷，检测所述第一轴线方向的力，
在所述Y切割石英板的电轴作为X轴时，所述第一石英板的+X方向与所述第二石英板的+X方向朝向相反方向，所述第三石英板的+X方向与所述第四石英板的+X方向朝向相反方向，所述第二石英板的+X方向与所述第一轴线的一方向所成的角不同于所述第四石英板的+X方向与所述第一轴线的一方向所成的角，所述第二石英板的+X方向与所述第二轴线的一方向所成的角等于所述第四石英板的+X方向与所述第二轴线的一方向所成的角。
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