CN113375841A - 力觉传感器 - Google Patents

Abstract

本发明的力觉传感器(1)的应变体具有：配置于受力体与支撑体之间的倾动结构体；连接受力体与倾动结构体的受力体侧变形体；以及连接倾动结构体与支撑体的支撑体侧变形体。倾动结构体包括沿着与第一方向正交的第二方向延伸并能够在第一方向的力的作用下弹性变形的第一倾动体。

Description

力觉传感器

技术领域

本发明涉及力觉传感器。

背景技术

目前，已知有将作用于规定的轴向的力及作用于规定的旋转轴周围的 力矩(或者转矩)作为电信号输出的力觉传感器(例如参照日本专利第 6257017号公报)。该力觉传感器以工业用机器人为代表，被广泛利用于协 作机器人、生活辅助机器人、医疗用机器人以及服务机器人等各种机器人 的力控制等中。因此，要求提高安全性和性能。

例如，在一般的力觉传感器中，当被输入力或力矩时，构成力觉传感 器的应变体发生弹性变形而产生应变，从而发生位移。通过以电信号的形 式检测该位移的大小，能够得到被输入的力或力矩的大小。作为检测方式， 存在静电电容方式、应变片方式等各种方式。

在应变体发生弹性变形的期间，对应变体施加应力。在施加的应力引 起的应变体的弹性变形小的情况下，位移变小。该情况下，力或力矩的检 测灵敏度可能降低。若检测灵敏度降低，则检测精度可能降低。

发明内容

本发明是考虑这一点而提出的，其目的在于提供一种能够提高检测精 度的力觉传感器。

本发明提供的力觉传感器具备：

受力体，受到作为检测对象的力或力矩的作用；

支撑体，在第一方向上配置于所述受力体的一侧，支撑所述受力体；

应变体，连接所述受力体与所述支撑体，并在所述受力体受到的力或 力矩的作用下弹性变形；

检测元件，检测通过所述应变体中产生的弹性变形而产生的位移；以 及

检测电路，根据所述检测元件的检测结果，输出表示作用于所述应变 体的力或力矩的电信号，

所述应变体具有：

倾动结构体，配置于所述受力体与所述支撑体之间；

受力体侧变形体，连接所述受力体与所述倾动结构体，并能够在所述 受力体受到的力或力矩的作用下弹性变形；以及

支撑体侧变形体，连接所述倾动结构体与所述支撑体，并能够在所述 受力体受到的力或力矩的作用下弹性变形，

所述倾动结构体包括第一倾动体，所述第一倾动体配置于包含所述第 一方向和与所述第一方向正交的第二方向的平面内，并沿与所述第一方向 不同的方向延伸，而且能够在所述第一方向的力的作用下弹性变形。

此外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述受力体侧变形体沿所 述第一方向延伸。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述支撑体侧变形体沿所 述第一方向延伸。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述第一倾动体沿所述第 二方向延伸。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述第一倾动体包括：与 所述受力体侧变形体连接并与所述受力体对置的第一受力体侧对置面、和 在所述第二方向上配置于所述第一受力体侧对置面的两侧并与所述受力 体对置的第二受力体侧对置面；

所述第一受力体侧对置面位于比所述第二受力体侧对置面更靠所述 支撑体侧的位置处。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述第一倾动体的所述第 二方向上的中央部位于比所述第二方向上的两个端部更靠所述支撑体侧 的位置处。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述第一倾动体的所述第 二方向上的中央部位于比所述第二方向上的两个端部更靠所述受力体侧 的位置处。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为：所述倾动结构体还包括 第二倾动体和一对连接体，所述第二倾动体配置于所述第一倾动体与所述 支撑体之间，并配置于包含所述第一方向和所述第二方向的平面内，且沿 着与所述第一方向不同的方向延伸，而且能够在所述第一方向的力的作用 下弹性变形；所述一对连接体连接所述第一倾动体的所述第二方向上的两 个端部中的一个端部与所述第二倾动体的所述第二方向上的两个端部中的对应端部；

所述受力体侧变形体与所述第一倾动体连接；

所述支撑体侧变形体与所述第二倾动体连接。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述受力体侧变形体在所 述第二方向上位于所述第一倾动体的两个端部之间。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述支撑体侧变形体在所 述第二方向上位于所述第二倾动体的两个端部之间。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述受力体侧变形体和所 述支撑体侧变形体配置于从所述第一方向观察时相互重叠的位置处。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述倾动结构体在所述第 二方向上相对于所述受力体侧变形体和所述支撑体侧变形体对称地形成。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述第二倾动体相对于所 述第一方向的作用力的弹簧常数与所述第一倾动体相对于所述第一方向 的作用力的弹簧常数不同。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述第二倾动体沿所述第 二方向延伸。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述第二倾动体包括：与 所述支撑体侧变形体连接并与所述支撑体对置的第一支撑体侧对置面、和 在所述第二方向上配置于所述第一支撑体侧对置面的两侧并与所述支撑 体对置的第二支撑体侧对置面；

所述第一支撑体侧对置面位于比所述第二支撑体侧对置面更靠所述 受力体侧的位置处。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述第二倾动体的所述第 二方向上的中央部位于比所述第二方向上的两个端部更靠所述受力体侧 的位置处。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述第二倾动体的所述第 二方向上的中央部位于比所述第二方向上的两个端部更靠所述支撑体侧 的位置处。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述受力体和所述第一倾 动体通过两个所述受力体侧变形体连接；

所述支撑体侧变形体连接所述第一倾动体和所述支撑体。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为两个所述受力体侧变形体 位于所述第一倾动体的所述第二方向上的两个端部。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述支撑体侧变形体在所 述第二方向上位于两个所述受力体侧变形体之间。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述应变体在所述第二方 向上相对于所述支撑体侧变形体对称地形成。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述第一倾动体沿所述第 二方向延伸。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述第一倾动体包括：与 所述支撑体侧变形体连接并与所述支撑体对置的第一支撑体侧对置面、和 在所述第二方向上配置于所述第一支撑体侧对置面的两侧并与所述支撑 体对置的第二支撑体侧对置面；

所述第一支撑体侧对置面位于比所述第二支撑体侧对置面更靠所述 受力体侧的位置处。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述第一倾动体的所述第 二方向上的中央部位于比所述第二方向上的两个端部更靠所述受力体侧 的位置处。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述受力体侧变形体经由 受力体侧台座与所述受力体连接；

所述支撑体侧变形体经由支撑体侧台座与所述支撑体连接。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述检测元件具有：设置 于所述受力体或所述支撑体上的固定电极基板、和与所述固定电极基板对 置并设置于所述倾动结构体上的位移电极基板；

所述位移电极基板配置于所述倾动结构体的所述第二方向上的两个 端部。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述位移电极基板经由柱 状部件设置于所述倾动结构体上。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述位移电极基板经由加 强基板设置于所述柱状部件上。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述检测元件具有设置于 所述应变体中的应变片。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述受力体与所述支撑体 通过四个所述应变体连接；

四个所述应变体包括第一应变体、第二应变体、第三应变体以及第四 应变体；

将所述第一方向设为XYZ三维坐标系中的Z轴方向；

所述第一应变体相对于所述受力体的中心配置于Y轴方向负侧，所述 第二应变体相对于所述受力体的中心配置于X轴方向正侧，所述第三应变 体相对于所述受力体的中心配置于Y轴方向正侧，第四应变体相对于所述 受力体的中心配置于X轴方向负侧；

将所述第一应变体和所述第三应变体的所述第二方向设为X轴方向；

将所述第二应变体和所述第四应变体的所述第二方向设为Y轴方向。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述受力体的平面形状及 所述支撑体的平面形状中的至少一方为圆形。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述受力体的平面形状及 所述支撑体的平面形状中的至少一方为矩形。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述应变体的所述倾动结 构体在从所述第一方向观察时沿所述第二方向形成为直线状。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述应变体的所述倾动结 构体在从所述第一方向观察时形成为弯曲状。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为还具备从所述第一方向观 察时将所述应变体从外侧覆盖的外装体。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为外装体固定于所述支撑体 上并与所述受力体分离。

另外，在上述力觉传感器中，也可以形成为所述外装体与所述受力体 之间存在缓冲部件。

根据本发明，能够提高检测精度。

附图说明

图1是表示应用了第一实施方式中的力觉传感器的机器人的一例的立 体图。

图2是表示第一实施方式中的力觉传感器的剖视图，且是相当于后述 图3的A-A线剖面的图。

图3是表示图2的力觉传感器的俯视图。

图4是表示图2的应变体的主视图。

图5是将图3所示的力觉传感器的应变体平面展开的图。

图6是示意性地表示图4的应变体受到X轴方向正侧的力时的应变体 的变形状态的主视图。

图7A是示意性地表示图4的应变体受到Z轴方向正侧的力时的应变 体的变形状态的主视图。

图7B是示意性地表示图4的应变体受到Z轴方向负侧的力时的应变 体的变形状态的主视图。

图8是表示图4的应变体中的各电容元件的静电电容值的变化的表。

图9是表示图5的力觉传感器中的各电容元件的静电电容值的变化的 表。

图10是表示基于图9的静电电容值的变化的主轴灵敏度及其他轴灵 敏度的表。

图11是表示图4的应变体的变形例的主视图。

图12是表示图4的应变体的另一变形例的俯视图。

图13是表示图4的应变体的另一变形例的俯视图。

图14是表示图4的应变体的另一变形例的局部放大主视图。

图15是表示图4的应变体的另一变形例的局部放大主视图。

图16是表示图4的应变体的另一变形例的主视图。

图17是表示图4的应变体的另一变形例的主视图。

图18是表示图4的应变体的另一变形例的主视图。

图19是表示图3的力觉传感器的另一变形例的俯视图。

图20是表示图3的力觉传感器的另一变形例的俯视图。

图21A是表示图4的检测元件的变形例的应变体的主视图。

图21B是表示图21A的检测元件的俯视图。

图21C是表示图21B的变形例的俯视图。

图22A是表示设置于图21A所示的第一倾动体的检测元件用的惠斯登 电桥电路的图。

图22B是表示设置于图21A所示的第二倾动体的检测元件用的惠斯登 电桥电路的图。

图23A是表示图21A的应变体受到X轴方向正侧的力时的应变体的变 形状态的概略图。

图23B是表示图21A的应变体受到Z轴方向正侧的力时的应变体的变 形状态的概略图。

图24是表示第二实施方式中的力觉传感器的应变体的主视图。

图25是示意性地表示图24的应变体受到X轴方向正侧的力时的应变 体的变形状态的主视图。

图26A是示意性地表示图24的应变体受到Z轴方向正侧的力时的应 变体的变形状态的主视图。

图26B是示意性地表示图24的应变体受到Z轴方向负侧的力时的应 变体的变形状态的主视图。

图27是表示图24的应变体的变形例的俯视图。

图28是表示图24的应变体的另一变形例的俯视图。

图29是表示图24的应变体的另一变形例的俯视图。

图30是表示图24的应变体的另一变形例的俯视图。

图31是表示图24的应变体的另一变形例的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在本说明书所 附的附图中，为了便于图示和理解，适当地将比例尺及纵横的尺寸比等相 比实物进行了变更和夸张。

此外，本说明书中使用的用于确定形状、几何学条件以及物理特性以 及它们的程度的例如“平行”、“正交”、“相等”等用语、尺寸、物理 特性的值等，不受严格的意义束缚，应解释为包含有望实现同样功能的程 度的范围。

(第一实施方式)

首先，使用图1至图23B，对本发明的第一实施方式中的力觉传感器 进行说明。

在对本实施方式涉及的力觉传感器进行说明之前，参照图1对该力觉 传感器在机器人中的应用例进行说明。图1是表示应用了本实施方式中的 力觉传感器的机器人的一例的图。

如图1所示，工业用机器人1000具有机器人主体1100、末端执行器 1200、电缆1300、控制部1400以及力觉传感器1。机器人主体1100包括 机器人的臂部。机器人主体1100与末端执行器1200之间设置有力觉传感 器1。

电缆1300在机器人主体1100的内部延伸设置。该电缆1300与力觉 传感器1的连接器(未图示)连接。

此外，在图1中，控制部1400配置于机器人主体1100的内部，但也 可以配置于其他场所(例如机器人外部的控制盘)。另外，力觉传感器1 在机器人中的安装方式并不限于图1所示的方式。

力觉传感器1检测作用于作为夹具发挥功能的末端执行器1200的力 或力矩。表示检测出的力或力矩的电信号经由电缆1300发送至工业用机 器人1000的控制部1400。控制部1400根据接收到的电信号来控制机器人 主体1100和末端执行器1200的动作。

此外，力觉传感器1并不限于工业用机器人，能够应用于协作机器人、 生活辅助机器人、医疗用机器人以及服务机器人等的各种机器人。

以下，参照图2至图5对本发明的实施方式涉及的力觉传感器进行说 明。图2是表示第一实施方式中的力觉传感器的剖视图，且是相当于图3 的A-A线剖面的图。图3是表示图2的力觉传感器的俯视图。图4是表示 图2的应变体的主视图。图5是将图3所示的力觉传感器的应变体平面展 开的图。

在以下的说明中，定义了XYZ三维坐标系，将Z轴方向(相当于第一 方向)设为上下方向，并以受力体10配置于上侧，支撑体20配置于下侧 的方式配置力觉传感器1的状态进行说明。因此，本实施方式中的力觉传 感器1并不限于以将Z轴方向为上下方向的姿势使用。另外，将受力体10 和支撑体20中的哪一方配置于上侧或下侧是任意的。

力觉传感器1具有将沿规定的轴向作用的力以及绕规定的旋转轴作用 的力矩(或者转矩)作为电信号输出的功能。但是，并不限定于此，也可 以构成为仅将力及力矩中的一方作为电信号输出，进而，也可以构成为将 力或者力矩中的至少一个轴成分作为电信号输出。

如图2及图3所示，力觉传感器1具备受力体10、支撑体20、应变 体30A～30D、检测元件50、检测电路60以及外装体80。以下，对各构成 要素进行更详细的说明。

受力体10承受作为检测对象的力或力矩的作用。通过承受该作用， 受力体10相对于支撑体20相对移动。就上述图1的例子而言，受力体10 通过螺栓等固定于末端执行器1200上，并从末端执行器1200受到力或力 矩。受力体10上连接有应变体30A～30D。

如图3所示，在本实施方式中，受力体10的平面形状为圆形。另外， 受力体10也可以形成为平板状。

如图2所示，支撑体20支撑受力体10。支撑体20在Z轴方向上配置 于受力体10的负侧。受力体10和支撑体20在Z轴方向上配置于互不相 同的位置，支撑体20与受力体10分离。就图1的例子而言，支撑体20 通过螺栓等固定于机器人主体1100(或臂部)的前端，被支撑于机器人主 体1100上。支撑体20上连接有应变体30A～30D。

如图3所示，在本实施方式中，支撑体20的平面形状与受力体10同 样为圆形。另外，支撑体20也可以形成为平板状。此外，也可以是受力 体10的平面形状及支撑体20的平面形状中的至少一方为圆形。该情况下， 也可以是受力体10的平面形状及支撑体20的平面形状中的一方为圆形， 而另一方为圆形以外的形状。

如图2及图3所示，应变体30A～30D连接受力体10与支撑体20。更 为具体而言，应变体30A～30D配置于受力体10与支撑体20之间，应变 体30A～30D与受力体10连接并与支撑体20连接。受力体10经由这些应 变体30A～30D而被支撑于支撑体20上。

在本实施方式中，受力体10与支撑体20通过四个应变体30A～30D 连接。四个应变体30A～30D包括第一应变体30A、第二应变体30B、第三 应变体30C以及第四应变体30D。如图3所示，从Z轴方向观察时，第一 应变体30A相对于受力体10的中心O配置于Y轴方向负侧。同样，从Z 轴方向观察时，第二应变体30B相对于受力体10的中心O配置于X轴方 向正侧，第三应变体30C相对于受力体10的中心O配置于Y轴方向正侧。 第四应变体30D相对于受力体10的中心O配置于X轴方向负侧。换言之， 在第一应变体30A与第三应变体30C之间配置有受力体10的中心O，在第 二应变体30B与第四应变体30D之间配置有受力体10的中心O。此外，连 接受力体10与支撑体20的应变体的个数并不限于四个，而为任意数量， 既可以是两个或三个，也可以是五个以上。另外，受力体10与支撑体20 也可以仅通过一个应变体连接，该情况下，当如图4所示由两个电容元件 构成检测元件50时，能够检测力的双轴分量。检测元件50也可以仅由一 个电容元件构成，检测力的单轴分量。

如图3所示，本实施方式中的四个应变体30A～30D的倾动结构体31 (后述)呈环状配置。即，如上所述，受力体10及支撑体20在从Z轴方 向观察时形成为圆形形状，四个应变体30A～30D的倾动结构体31以呈矩 形环状的方式配置。各应变体30A～30D的倾动结构体31在从Z轴方向观 察时沿着第二方向形成为直线状。即，第一应变体30A的第二方向及第三应变体30C的第二方向相当于X轴方向。第一应变体30A的倾动结构体31 和第三应变体30C的倾动结构体31沿着X轴方向形成为直线状。第二应 变体30B的第二方向及第四应变体30D的第二方向相当于Y轴方向。第二 应变体30B的倾动结构体31和第四应变体30D的倾动结构体31沿着Y轴 方向形成为直线状。此外，四个应变体30A～30D的配置并不限定于环状 配置，也可以分别不规则地配置于任意位置。

接着，对本实施方式涉及的应变体30A～30D更具体地进行说明。本 实施方式涉及的应变体30A～30D被构成为：在受力体10受到的力或力矩 的作用下发生弹性变形而产生应变，从而发生位移。在此，以上述四个应 变体30A～30D中以X轴方向为第二方向的第一应变体30A为例进行说明。 关于第二应变体30B、第三应变体30C以及第四应变体30D，由于具有同 样的结构，因而在此省略详细的说明。

如图2及图4所示，第一应变体30A具有：配置于受力体10与支撑 体20之间的倾动结构体31；连接受力体10与倾动结构体31的受力体侧 变形体33；以及连接倾动结构体31与支撑体20的支撑体侧变形体34。

倾动结构体31包括配置于包含Z轴方向和与Z轴方向正交的X轴方 向(相当于第一应变体30A的第二方向)的平面(相当于XZ平面)并向 与Z轴方向不同的方向延伸的第一倾动体35。本实施方式的第一倾动体 35沿X轴方向(相当于第一应变体30A的第二方向)延伸。第一倾动体 35配置于受力体10与支撑体20之间，与受力体10分离并与支撑体20 分离。在本实施方式中，第一倾动体35沿X轴方向延伸。更为具体而言， 如图4所示，从第一倾动体35的X轴方向上的一个端部35a到另一个端 部35b呈直线状延伸，第一倾动体35的X轴方向上的中央部35c与两个 端部35a、35b在Z轴方向上位于相同的位置。而且，第一倾动体35的受力体10侧的面整体形成为平坦状。

在本实施方式中，如图2及图4所示，倾动结构体31还包括配置于 第一倾动体35与支撑体20之间的第二倾动体36、和连接第一倾动体35 与第二倾动体36的一对连接体37、38。

倾动结构体31包括配置于包含Z轴方向和与Z轴方向正交的X轴方 向(相当于第一应变体30A的第二方向)的平面(相当于XZ平面)并向 与Z轴方向不同的方向延伸的第二倾动体36。本实施方式的第二倾动体 36沿X轴方向延伸。第二倾动体36在Z轴方向上与第一倾动体35分离， 并且与支撑体20分离。在本实施方式中，第二倾动体36沿X轴方向延伸。 更为具体而言，如图4所示，从第二倾动体36的X轴方向上的一个端部 35a到另一个端部36b呈直线状延伸，第二倾动体36的X轴方向上的中央 部36c与两个端部35a、35b在Z轴方向上位于相同的位置。而且，第二 倾动体36的受力体10侧的面整体形成为平坦状。

一对连接体37、38连接第一倾动体35的X轴方向上的两个端部35a、 35b中的一方端部与第二倾动体36的X轴方向上的两个端部36a、36b中 的对应端部。更为具体而言，如图4所示，配置于X轴方向负侧的连接体 37连接第一倾动体35的X轴方向负侧的端部35a与第二倾动体36的X 轴方向负侧的端部36a。配置于X轴方向正侧的连接体38连接第一倾动体35的X轴方向正侧的端部35b与第二倾动体36的X轴方向正侧的端部36b 接。各连接体37、38沿Z轴方向延伸。

这样，如图4所示，本实施方式的倾动结构体31在从Y轴方向(相 当于与Z轴方向及X轴方向正交的方向)观察时形成为矩形框状。

第一倾动体35能够在Z轴方向的力的作用下弹性变形。第二倾动体 36能够在Z轴方向的力的作用下弹性变形。第一倾动体35相对于Z轴方 向的作用力的弹簧常数也可以与第二倾动体36相对于Z轴方向的作用力 的弹簧常数相等。弹簧常数主要能够根据部件的Z轴方向的尺寸或者所使 用的材料的种类来调整。例如，也可以如后述图11所示的第一变形例那 样调整弹簧常数。

受力体侧变形体33沿Z轴方向延伸，并与倾动结构体31的第一倾动 体35连接。更为具体而言，受力体侧变形体33的上端与受力体10连接， 下端与第一倾动体35连接。由此，受力体10与第一倾动体35被一个受 力体侧变形体33连接。在本实施方式中，受力体侧变形体33在X轴方向 上位于第一倾动体35的两个端部35a、35b之间。即，受力体侧变形体33 位于一对连接体37、38之间。更为具体而言，受力体侧变形体33位于第 一倾动体35的X轴方向上的中心，与第一倾动体35的中央部35c连接。

支撑体侧变形体34沿Z轴方向延伸，并与倾动结构体31的第二倾动 体36连接。更为具体而言，支撑体侧变形体34的下端与支撑体20连接， 上端与第二倾动体36连接。由此，支撑体20和第一倾动体36被一个支 撑体侧变形体34连接。在本实施方式中，支撑体侧变形体34在X轴方向 上位于第二倾动体36的两个端部36a、36b之间。即，支撑体侧变形体34 位于一对连接体37、38之间。更为具体而言，支撑体侧变形体34位于第 二倾动体36的X轴方向上的中心，并与第二倾动体36的中央部36c连接。

受力体侧变形体33及支撑体侧变形体34配置于从Z轴方向观察时相 互重叠的位置处。即，受力体侧变形体33和支撑体侧变形体34在X轴方 向上配置于相同位置。在本实施方式中，受力体侧变形体33及支撑体侧 变形体34在X轴方向上配置于倾动结构体31的中心。这样，倾动结构体 31在X轴方向上相对于受力体侧变形体33及支撑体侧变形体34对称地形 成。

受力体侧变形体33能够在受力体10受到的力或力矩的作用下弹性变 形。受力体侧变形体33也可以主要能够相对于作用于X轴方向上的力弹 性变形。受力体侧变形体33相对于X轴方向的作用力的弹簧常数也可以 比连接体37、38相对于X轴方向的作用力的弹簧常数小。

支撑体侧变形体34能够在受力体10受到的力或力矩的作用下弹性变 形。支撑体侧变形体34也可以主要能够相对于作用于X轴方向上的力弹 性变形。支撑体侧变形体34相对于X轴方向的作用力的弹簧常数也可以 小于连接体37、38相对于X轴方向的作用力的弹簧常数。支撑体侧变形 体34相对于X轴方向的作用力的弹簧常数也可以与受力体侧变形体33相 对于X轴方向的作用力的弹簧常数相等。

这样构成的第一应变体30A可以通过机械加工从由铝合金、铁合金等 金属材料制作的板材形成，或者也可以通过铸造加工形成。在通过机械加 工形成的情况下，倾动结构体31、受力体侧变形体33以及支撑体侧变形 体34以Y轴方向为厚度方向的方式形成为板状，且呈一体地由连续状的 板材形成。由此，能够容易地制作第一应变体30A。这样形成的第一应变 体30A也可以通过螺栓或粘接剂等分别固定于受力体10及支撑体20上。 或者，受力体10、支撑体20以及应变体30A～30D既可以通过机械加工(例 如切削加工)呈一体地由连续状的块材形成，或者也可以通过铸造加工形 成。

检测元件50构成为检测通过上述第一应变体30A中产生的弹性变形 而产生的位移。本实施方式的检测元件50构成为检测静电电容的元件。 如图4所示，检测元件50具有设置于支撑体20或受力体10上的固定电 极基板和设置于倾动结构体31上的位移电极基板。在图4所示的例子中， 检测元件50具有两个固定电极基板Ef1、Ef2和两个位移电极基板Ed1、 Ed2作为第一应变体30A用的电极。

两个固定电极基板Ef1、Ef2包括配置于X轴方向负侧的第一固定电 极基板Ef1和配置于X轴方向正侧的第二固定电极基板Ef2。在本实施方 式中，固定电极基板Ef1、Ef2设置于支撑体20的受力体10侧的面上。 固定电极基板Ef1、Ef2可以利用粘接剂接合于支撑体20的受力体10侧 的面上，或者也可以用螺栓等固定于支撑体20的受力体10侧的面上。固定电极基板Ef1、Ef2包括与对应的位移电极基板Ed1、Ed2对置的固定电 极Ef和介于固定电极Ef与支撑体20之间的绝缘体IBf(参照图4)。此 外，固定电极基板Ef1、Ef2也可以设置于受力体10的支撑体20侧的面 上。

两个位移电极基板Ed1、Ed2包括配置于X轴方向负侧的第一位移电 极基板Ed1和配置于X轴方向正侧的第二位移电极基板Ed2。在本实施方 式中，位移电极基板Ed1、Ed2设置于倾动结构体31的第一倾动体36中 的支撑体20侧的面上。位移电极基板Ed1、Ed2可以利用粘接剂接合于第 二倾动体36中的支撑体20侧的面上，或者也可以通过螺栓等固定第二倾 动体36中的支撑体20侧的面上。位移电极基板Ed1、Ed2包含与对应的 固定电极基板Ef1、Ef2对置的位移电极Ed和介于位移电极Ed与第二倾 动体36之间的绝缘体IBd(参照图4)。此外，在固定电极基板Ef1、Ef2 设置于受力体10的支撑体20侧的面上的情况下，位移电极基板Ed1、Ed2 也可以设置于倾动结构体31的第一倾动体35的受力体10侧的面上。

第一固定电极基板Ef1与第一位移电极基板Ed1对置，第二固定电极 基板Ef2与第二位移电极基板Ed2对置。由第一固定电极基板Ef1和第一 位移电极基板Ed1构成第一电容元件C1，由第二固定电极基板Ef2和第二 位移电极基板Ed2构成第二电容元件C2。第一电容元件C1和第二电容元 件C2构成为第一应变体30A用的检测元件50。

第一位移电极基板Ed1及第二位移电极基板Ed2在X轴方向上配置于 互不相同的位置处。在本实施方式中，第一位移电极基板Ed1配置于比支 撑体侧变形体34更靠X轴方向负侧的位置处，第二位移电极基板Ed2配 置于比支撑体侧变形体34更靠X轴方向正侧的位置处。在将倾动结构体 31(或者第二倾动体36)的X轴方向的尺寸设为L时，也可以在从倾动结 构体31的X轴方向的中心起L/4以上且L/2以下的范围内配置位移电极 基板Ed1、Ed2。

在本实施方式中，位移电极基板Ed1、Ed2配置于倾动结构体31的X 轴方向的两端部。更为具体而言，第一位移电极基板Ed1配置于第二倾动 体36的X轴方向负侧的端部36a，第二位移电极基板Ed2配置于倾动结构 体31的第二倾动体36的X轴方向正侧的端部36b。

第一固定电极基板Ef1配置于与第一位移电极基板Ed1对置的位置 处，并配置于第一位移电极基板Ed1的下方。第二固定电极基板Ef2配置 于与第二位移电极基板Ed2对置的位置处，并配置于第二位移电极基板 Ed2的下方。

第一电容元件C1及第二电容元件C2在Y轴方向上配置于相同位置处。 即，第一位移电极基板Ed1及第二位移电极基板Ed2在Y轴方向上配置于 相同位置处，并且，第一固定电极基板Ef1及第二固定电极基板Ef2也在 Y轴方向上配置于相同位置处。

在本实施方式中，固定电极基板Ef1、Ef2的平面形状为矩形。位移 电极基板Ed1、Ed2的平面形状也成为矩形。但是，固定电极基板Ef1、Ef2 及位移电极基板Ed1、Ed2的平面形状并不限于矩形，也可以是圆形、多 边形、椭圆形等其他形状。

在从Z轴方向观察时，第一固定电极基板Ef1也可以比第一位移电极 基板Ed1大。例如，第一固定电极基板Ef1的平面形状也可以比第一位移 电极基板Ed1的平面形状大。而且，也可以是即使在第一位移电极基板Ed1 在X轴方向、Y轴方向或Z轴方向上发生了位移的情况下，在从Z轴方向 观察时第一位移电极基板Ed1也整体与第一固定电极基板Ef1重叠。换言 之，也可以将位移电极Ed的大小和固定电极Ef的大小设定为：即使在第 一位移电极基板Ed1在X轴方向、Y轴方向或Z轴方向上发生了位移的情 况下，构成第一电容元件C1的位移电极Ed和固定电极Ef也重叠。这样， 即使在第一位移电极基板Ed1发生了位移的情况下，也能够防止位移电极Ed和固定电极Ef的对置面积变化，从而能够防止对置面积的变化对静电 电容值的变化造成影响。因此，能够根据位移电极Ed和固定电极Ef的距 离的变化而使静电电容值变化。在此，所谓的对置面积是指从Z轴方向观 察时位移电极Ed与固定电极Ef重叠的面积。在倾动结构体31发生了倾 动的情况下，比固定电极Ef小的位移电极Ed倾斜，而对置面积可能变动， 但此时的位移电极Ed的倾斜角度小。由此，在静电电容值的变化中，位 移电极Ed与固定电极Ef的距离为主导。因此，在本说明书中，不考虑由 位移电极Ed的倾斜引起的对置面积的变动，认为静电电容值的变化是由 位移电极Ed与固定电极Ef的距离的变化引起的。此外，在后述图6等中， 为了使附图清楚，夸大了倾动结构体31的倾斜。另外，并不限于第一固 定电极基板Ef1的平面形状比第一位移电极基板Ed1的平面形状大，第一 位移电极基板Ed1的平面形状也可以比第一固定电极基板Ef1的平面形状 大。

同样，在从Z轴方向观察时，第二固定电极基板Ef2的平面形状也可 以比第二位移电极基板Ed2的平面形状大。此外，第二位移电极基板Ed2 的平面形状也可以比第二固定电极基板Ef2的平面形状大。

固定电极基板Ef1、Ef2的固定电极Ef的平面形状和绝缘体IBf的平 面形状也可以是相同的大小。然而，并不限定于此，固定电极Ef的平面 形状和绝缘体IBf的平面形状也可以是互不相同的大小。位移电极基板 Ed1、Ed2的位移电极Ed的平面形状和绝缘体IBd的平面形状也相同。

如图4所示，第一固定电极基板Ef1和第二固定电极基板Ef2也可以 分体形成并相互分离。但是，并不限于此，第一固定电极基板Ef1和第二 固定电极基板Ef2也可以一体化，由一个通用的固定电极基板构成。或者， 在第一固定电极基板Ef1和第二固定电极基板Ef2分体形成的情况下，第 一位移电极基板Ed1和第二位移电极基板Ed2也可以一体化，由一个通用 的位移电极基板构成。

上述第一应变体30A和与其对应的检测元件50的结构能够同样地应 用于第二应变体30B、第三应变体30C以及第四应变体30D。

即，如图5所示，检测元件50还具有设置于支撑体20上的两个固定 电极基板Ef3、EW4、和设置于倾动结构体31的第二倾动体36上的两个位 移电极基板Ed3、Ed4作为第二应变体30B用的电极。两个固定电极基板 Ef3、Ef4包括第三固定电极基板Ef3和第四固定电极基板Ef4。两个位移 电极基板Ed3、Ed4包括第三位移电极基板Ed3和第四位移电极基板Ed4。第三固定电极基板Ef3与第三位移电极基板Ed3对置，第四固定电极基板 Ef4与第四位移电极基板Ed4对置。由第三固定电极基板Ef3和第三位移 电极基板Ed3构成第三电容元件C3，由第四固定电极基板Ef4和第四位移 电极基板Ed4构成第四电容元件C4。

第三位移电极基板Ed3及第三固定电极基板Ef3配置于比支撑体侧变 形体34更靠Y轴方向负侧的位置处。第四位移电极基板Ed4及第四固定 电极基板Ef4配置于比支撑体侧变形体34更靠Y轴方向正侧的位置处。 第三电容元件C3及第四电容元件C4在X轴方向上配置于相同位置处。固 定电极基板Ef3、Ef4具有与上述固定电极基板Ef1、Ef2相同的结构。位移电极基板Ed3、Ed4具有与上述位移电极基板Ed1、Ed2相同的结构。

另外，检测元件50还具有设置于支撑体20上的两个固定电极基板 Ef5、Ef6和设置于倾动结构体31的第二倾动体36上的两个位移电极基板 Ed5、Ed6作为第三应变体30C用的电极。两个固定电极基板Ef5、Ef6包 括第五固定电极基板Ef5和第六固定电极基板Ef6。两个位移电极基板 Ed3、Ed4包括第五位移电极基板Ed5和第六位移电极基板Ed6。第五固定电极基板Ef5与第五位移电极基板Ed5对置，第六固定电极基板Ef6与第 六位移电极基板Ed6对置。由第五固定电极基板Ef5和第五位移电极基板 Ed5构成第五电容元件C5，由第六固定电极基板Ef6和第六位移电极基板 Ed6构成第六电容元件C6。

第五位移电极基板Ed5及第五固定电极基板Ef5配置于比支撑体侧变 形体34更靠X轴方向正侧的位置处。第六位移电极基板Ed6及第六固定 电极基板Ef6配置于比支撑体侧变形体34更靠X轴方向负侧的位置处。 第五电容元件C5及第六电容元件C6在Y轴方向上配置于相同位置处。固 定电极基板Ef5、Ef6具有与上述固定电极基板Ef1、Ef2相同的结构。位移电极基板Ed5、Ed6具有与上述位移电极基板Ed1、Ed2相同的结构。

另外，检测元件50还具有设置于支撑体20上的两个固定电极基板 Ef7、Ef8和设置于倾动结构体31的第二倾动体36上的两个位移电极基板 Ed7、Ed8作为第四应变体30D用的电极。两个固定电极基板Ef7、Ef8包 括第七固定电极基板Ef7和第八固定电极基板Ef8。两个位移电极基板 Ed7、Ed8包括第七位移电极基板Ed7和第八位移电极基板Ed8。第七固定电极基板Ef7与第七位移电极基板Ed7对置，第八固定电极基板Ef8与第 八位移电极基板Ed8对置。由第七固定电极基板Ef7和第七位移电极基板 Ed7构成第七电容元件C3，由第八固定电极基板Ef8和第八位移电极基板 Ed8构成第八电容元件C8。

第七位移电极基板Ed7及第七固定电极基板Ef7配置于比支撑体侧变 形体34更靠Y轴方向正侧的位置处。第八位移电极基板Ed8及第八固定 电极基板Ef8配置于比支撑体侧变形体34更靠Y轴方向负侧的位置处。 第七电容元件C7及第八电容元件C8在X轴方向上配置于相同位置处。固 定电极基板Ef7、Ef8具有与上述固定电极基板Ef1、Ef2相同的结构。位移电极基板Ed7、Ed8具有与上述位移电极基板Ed1、Ed2相同的结构。

上述各固定电极基板Ef1～Ef8也可以由层叠电极材料而成的陶瓷基 板、玻璃环氧基板或者FPC基板(或者柔性印刷电路基板)构成。FPC基 板是形成为薄膜状且具有柔性的印刷基板，也可以整体地接合于支撑体 20。各固定电极基板Ef1～Ef8也可以利用粘接剂粘接于支撑体20上。对 于各位移电极基板Ed1～Ed8也是同样的。各位移电极基板Ed1～Ed8也可 以利用粘接剂粘接于第二倾动体36上。

此外，检测元件50并不限于构成为检测静电电容的电容元件。例如， 检测元件50也可以由检测在受力体10受到的力或力矩的作用下产生的应 变的应变片构成。另外，检测元件50也可以由在产生了应变时产生电荷 的压电元件构成。进而，检测元件50也可以由利用光的反射来检测位移 的光学传感器构成，或者也可以由利用涡电流来检测位移的传感器、或者 利用霍尔效应来检测位移的传感器构成。尤其是利用光的反射的光学传感 器、利用涡电流的传感器以及利用霍尔效应的传感器与静电电容的检测原 理相似，因而能够容易地与检测静电电容的电容元件进行替换。作为一例， 之后对检测元件50由应变片构成的例子进行叙述。

如图2所示，检测电路60根据检测元件50的检测结果，输出表示作 用于应变体30A～30D上的力或力矩的电信号。该检测电路60例如也可以 具有由微处理器构成的运算功能。另外，检测电路60也可以具有将从上 述检测元件50接收到的模拟信号转换为数字信号的A/D转换功能、放大 信号的功能。检测电路60也可以包括输出电信号的端子，从该端子经由 电缆1300(参照图1)向上述控制部1400发送电信号。

如图2及图3所示，外装体80被构成为：从Z轴方向观察时，将四 个应变体30A～30D从外侧覆盖。外装体80是构成力觉传感器1的筒状的 框体。应变体30A～30D收纳于外装体80中。在本实施方式中，外装体80 的平面截面形状(相当于沿XY平面的截面中的形状)为圆形框形状。

如图2所示，外装体80固定于支撑体20上，并与受力体10分离。 外装体80的一个开口部(相当于图2中上侧的开口部)中配置有受力体 10，另一个开口部(相当于图2中下侧的开口部)中配置有支撑体20。

更为具体而言，支撑体20以将外装体80的下侧的开口部封闭的方式 固定于外装体80上。外装体80也可以与支撑体20呈一体地制成。另一 方面，在受力体10与外装体80之间设置有间隙，受力体10能够根据从 末端执行器1200受到的力或力矩的作用而位移。此外，为了确保防水性、 防尘性，也可以在受力体10与外装体80之间的间隙中存在缓冲部件81。 缓冲部件81例如也可以由橡胶或者海绵等能够弹性变形的柔软的材料形 成。此外，外装体80也可以与受力体10呈一体地制成，而非支撑体20。 该情况下，也可以在外装体80与支撑体20之间设置间隙。或者，也可以 将外装体80的受力体10侧的部分与受力体10呈一体地制成，将外装体 80的支撑体20侧的部分与支撑体20呈一体地制成。该情况下，外装体 80由受力体10侧的部分和支撑体20侧的部分分体地构成。也可以在受力 体10侧的部分与支撑体20侧的部分之间设置间隙。

接着，参照图6至图7B，对于向如此构成的本实施方式中的力觉传感 器1作用力或力矩，并检测该力或力矩的方法进行说明。图6是示意性地 表示图4的应变体受到X轴方向正侧的力时的应变体的变形状态的主视 图。图7A是示意性地表示图4的应变体受到Z轴方向正侧的力时的应变 体的变形状态的主视图。图7B是示意性地表示图4的应变体受到Z轴方 向负侧的力时的应变体的变形状态的主视图。

当受力体10受到力或力矩的作用时，该力或力矩传递至第一应变体 30A～第四应变体30D。更为具体而言，该力或者力矩传递至受力体侧变形 体33、倾动结构体31以及支撑体侧变形体34，在受力体侧变形体33或 支撑体侧变形体34、倾动结构体31中产生弹性变形。由此，倾动结构体 31产生位移。因此，检测元件50的各固定电极基板Ef1～Ef8与对应的位 移电极基板Ed1～Ed8之间的距离发生变化，各电容元件C1～C8的静电电 容值发生变化。该静电电容值的变化被检测元件50作为应变体30A～30D 中产生的位移而检测出。该情况下，各电容元件C1～C8的静电电容值的 变化可能不同。因此，检测电路60能够根据由检测元件50检测出的各电 容元件C1～C8的静电电容值的变化，检测作用于受力体10的力或力矩的 朝向和大小。

在此，首先以第一应变体30A为例，对作用有X轴方向的力Fx、Y轴 方向的力Fy、Z轴方向的力Fz时的第一电容元件C1及第二电容元件C2 的静电电容值的变化进行说明。

(作用有+Fx时)

在朝向X轴方向正侧对第一应变体30A作用有力Fx的情况下，如图6 所示，第一应变体30A的受力体侧变形体33及支撑体侧变形体34在X轴 方向上弹性变形。本实施方式的倾动结构体31经由一个受力体侧变形体 33与受力体10连接，并且经由一个支撑体侧变形体34与支撑体20连接， 因此，受力体侧变形体33和支撑体侧变形体34能够相同程度地弹性变形。 另外，本实施方式的倾动结构体31的第一倾动体35和第二倾动体36经 由沿Z轴方向延伸的两个连接体37、38连接，因此，受力体侧变形体33 和支撑体侧变形体34能够比连接体37、38更大幅地弹性变形。更为具体 而言，受力体侧变形体33的上端比下端更加朝向X轴方向正侧位移。由 此，受力体侧变形体33在弹性变形的同时以朝向X轴方向正侧倾倒的方式相对于Z轴方向倾斜。另外，支撑体侧变形体34的上端比下端更加朝 向X轴方向正侧位移。由此，支撑体侧变形体34在弹性变形的同时以朝 向X轴方向正侧倾倒的方式相对于Z轴方向倾斜。因此，如图6所示，(包 括第一倾动体35、第二倾动体36以及连接体37、38的)倾动结构体31 能够整体地倾动。该情况下，倾动结构体31在朝向Y轴方向正侧观察时 (朝向图6的纸面观察时)绕Y轴顺时针转动，并相对于Z轴方向倾斜。 这样，能够通过X轴方向正侧的力Fx使第一应变体30A的受力体侧变形 体33及支撑体侧变形体34弹性变形。倾动结构体31中可能产生微小的 弹性变形，但不会产生受力体侧变形体33及支撑体侧变形体34的弹性变 形那样大的弹性变形。该情况下，第二倾动体36的X轴方向负侧的端部 36a上升，X轴方向正侧的端部36b下降。

如图6所示，当第一应变体30A的倾动结构体31顺时针转动时，第 一位移电极基板Ed1远离第一固定电极基板Ef1。由此，第一位移电极基 板Ed1与第一固定电极基板Ef1的电极间距离(相当于Z轴方向的距离) 增大，第一电容元件C1的静电电容值减小。另一方面，第二位移电极基 板Ed2靠近第二固定电极基板Ef2。由此，第二位移电极基板Ed2与第二 固定电极基板Ef2的电极间距离减小，第二电容元件C2的静电电容值增 大。

(作用有-Fx时)

在朝向X轴方向负侧对第一应变体30A作用有力Fx的情况下，虽未 图示，但产生与图6所示的情况相反的现象。即，第一电容元件C1的静 电电容值增大，第二电容元件C2的静电电容值减小。

(作用有+Fy时)

在朝向Y轴方向正侧对第一应变体30A作用有力Fy的情况下(未图 示)，第一应变体30A绕X轴(相当于朝向X轴方向正侧逆时针方向)转 动。由此，第一应变体30A以朝向Y轴方向正侧倾倒而相对于Z轴方向倾 斜的方式弹性变形。因此，第一应变体30A以在厚度方向上挠曲的方式弹 性变形。然而，如上所述，第一电容元件C1及第二电容元件C2在Y轴方 向上配置于相同位置处。因此，即使第一应变体30A绕X轴转动，也是在 第一电容元件C1中的一部分区域中静电电容值增加，而在另一部分区域 中静电电容值减小。因此，从第一电容元件C1整体来看，不会出现静电 电容值的变化。同样地，从第二电容元件C2整体来看，不会出现静电电 容值的变化。

(作用有-Fy时)

在朝向Y轴方向负侧对第一应变体30A作用有力Fy的情况下也是同 样的，从第一电容元件C1整体及第二电容元件C2整体来看，不会出现静 电电容值的变化。

(作用有+Fz时)

另外，在朝向Z轴方向正侧对第一应变体30A作用有力Fz的情况下， 如图7A所示，倾动结构体31的第一倾动体35及第二倾动体36弹性变形。 更为具体而言，在第一倾动体35弹性变形的同时，受力体侧变形体33朝 向Z轴方向正侧被拉起。由此，如图7A所示，第一倾动体35在其X轴方 向上的中央部35c处被受力体侧变形体33拉起。此时，第一倾动体35在以向上凸起(例如倒V字状)的方式弹性变形的同时，将连接体37、38 朝向Z轴方向正侧拉起。因此，如图7A所示，第二倾动体36在其X轴方 向的两端部36a、36b处被拉起。此时，第二倾动体36以向下凸起(例如 V字状)的方式弹性变形。

如图7A所示，当第一倾动体35和第二倾动体36弹性变形时，第一 位移电极基板Ed1远离第一固定电极基板Ef1。因此，第一电容元件C1 的静电电容值减小。另外，第二位移电极基板Ed2远离第二固定电极基板 Ef2。因此，第二电容元件C2的静电电容值减小。

(作用有-Fz时)

在朝向Z轴方向负侧向第一应变体30A作用有力Fz的情况下，如图 7B所示，倾动结构体31的第一倾动体35及第二倾动体36弹性变形。更 为具体而言，在第一倾动体35弹性变形的同时，受力体侧变形体33朝向 Z轴方向负侧被下压。由此，如图7B所示，第一倾动体35在其X轴方向 上的中央部35c处被受力体侧变形体33下压。此时，第一倾动体35在以 向下凸起(例如V字状)的方式弹性变形的同时，将连接体37、38朝向Z 轴方向负侧下压。因此，如图7B所示，第二倾动体36在其X轴方向的两 端部36a、36b被下压。此时，第二倾动体36以向上凸起(例如倒V字状) 的方式弹性变形。

如图7B所示，当第一倾动体35及第二倾动体36发生弹性变形时， 第一位移电极基板Ed1靠近第一固定电极基板Ef1。因此，第一电容元件 C1的静电电容值增大。另外，第二位移电极基板Ed2靠近第二固定电极基 板Ef2。因此，第二电容元件C2的静电电容值增大。

在此，图8示出设置于图4所示的第一应变体30A上的各电容元件C1、 C2的静电电容值的变化。图8是表示图4的第一应变体30A中的各电容元 件C1、C2的静电电容值的变化的表。

在图8中，示出了针对X轴方向的力Fx、Y轴方向的力Fy以及Z轴 方向的力Fz的电容元件C1、C2的静电电容值的变化。在图8中，用“- (负)”表示静电电容值减小的情况，用“+(正)”表示静电电容值增 大的情况。例如，图8所示的表中的Fx的行的C1中示为“-”，这表示在如上述那样作用有+Fx的力时第一电容元件C1的静电电容值减小。另一 方面，图8所示的表中的Fx的行的C2中示为了“+”，这表示在如上述 那样作用有+Fx的力时第二电容元件C2的静电电容值增大。在图8中，“0 (零)”这一数值表示电容元件C1、C2的静电电容值未发生变化。

根据图8所示的表，在受力体10与支撑体20仅由第一应变体30A连 接的力觉传感器1中，作用于受力体10上的力Fx、Fz可以通过以下的式 子算出。此外，在以下的式中，为了方便，用“＝”连结力或力矩与静电 电容值的变化量。然而，力或力矩与静电电容值是互不相同的物理量，因 而实际上通过对静电电容值的变化量进行转换而算出力。以下的式中的C1、C2表示各电容元件中的静电电容值的变化量。

[式1]

Fx＝-C1+C2

[式2]

Fz＝-C1-C2

接着，参照图9及图10对在图5所示的力觉传感器1中作用有X轴 方向的力Fx、Y轴方向的力Fy、Z轴方向的力Fz、绕X轴的力矩Mx、绕Y 轴的力矩My、绕Z轴的力矩Mz时各电容元件C1～C8的静电电容值的变化 进行说明。图9是表示图5的力觉传感器中的各电容元件的静电电容值的 变化的表。图10是表示基于图9的静电电容值的变化的主轴灵敏度及其 他轴灵敏度的表。

(作用有+Fx时)

首先，对朝向X轴方向正侧对受力体10作用有力Fx的情况进行说明。

该情况下，第一应变体30A与图6所示的第一应变体30A同样地弹性 变形，第一电容元件C1的静电电容值减小，并且，第二电容元件C2的静 电电容值增大。该情况在图9所示的表中的Fx的行的C1中示为“-(负)”， 在C2中示为“+(正)”。

第二应变体30B绕Y轴(相当于朝向Y轴方向正侧顺时针方向)转动。 然而，如上所述，第三电容元件C3及第四电容元件C4在X轴方向上配置 于相同位置处。因此，与上述作用有Y轴方向的力Fy时的第一应变体30A 同样地，第三电容元件C3整体及第四电容元件C4整体未出现静电电容值 的变化。该情况在图9所示的表中的Fx的行的C3、C4中示为“0(零)”。

第三应变体30C与图6所示的第一应变体30A同样地弹性变形。因此， 第五电容元件C5的静电电容值增大，并且，第六电容元件C6的静电电容 值减小。该情况在图9所示的表中的Fx的行的C5示为“+”，在C6中示 为“-”。

第四应变体30D与第二应变体30B同样地绕Y轴转动。然而，如上所 述，第七电容元件C7及第八电容元件C8在X轴方向上配置于相同位置处。 因此，第七电容元件C7整体及第八电容元件C8整体未出现静电电容值的 变化。该情况在图9所示的表中的Fx的行的C7、C8中示为“0(零)”。

(作用有+Fy时)

接着，对朝向Y轴方向正侧对受力体10作用有力Fy的情况进行说明。 在以下的说明中，也根据静电电容值的变化，如上述那样规定图9的表中 的符号。

该情况下，第一应变体30A绕X轴(相当于朝向X轴方向正侧逆时针 方向)转动。然而，如上所述，第一电容元件C1及第二电容元件C2在Y 轴方向上配置于相同位置处。因此，第一电容元件C1整体及第二电容元 件C2整体未出现静电电容值的变化。

第二应变体30B与图6所示的第一应变体30A同样地弹性变形，第三 电容元件C3的静电电容值减小，并且，第四电容元件C4的静电电容值增 大。

第三应变体30C与第一应变体30A同样地绕X轴转动。然而，第五电 容元件C5及第六电容元件C6在Y轴方向上配置于相同位置处。因此，第 五电容元件C5整体及第六电容元件C6整体未出现静电电容值的变化。

第四应变体30D与图6所示的第一应变体30A同样地弹性变形，第七 电容元件C7的静电电容值增大，并且，第八电容元件C8的静电电容值减 小。

(作用有+Fz时)

接着，对朝向Z轴方向正侧对受力体10作用有力Fz的情况进行说明。 在以下的说明中，也根据静电电容值的变化，如上述那样规定图9的表中 的符号。

该情况下，各应变体30A～30D与图7A所示的第一应变体30A同样地 弹性变形。由此，各电容元件C1～C8的静电电容值分别减小。

(作用有+Mx时)

接着，对于向受力体10作用有绕X轴(相当于朝向X轴方向正侧顺 时针方向)的力矩Mx(参照图5)的情况进行说明。在以下的说明中，也 根据静电电容值的变化，如上述那样规定图9的表中的符号。

该情况下，第一应变体30A与图7B所示的第一应变体30A同样地弹 性变形，第一电容元件C1的静电电容值增大，并且，第二电容元件C2的 静电电容值增大。

在第二应变体30B中，由于受力体侧变形体33在Y轴方向上位于受 力体10的中心O处，因此，第二应变体30B的弹性变形比第一应变体30A 及第三应变体30C小。在此，为了简化说明，认为第二应变体30B未发生 弹性变形。因此，第三电容元件C3的静电电容值未变化，第四电容元件 C4的静电电容值也未变化。

第三应变体30C与图7A所示的第一应变体30A同样地弹性变形，第 五电容元件C5的静电电容值减小，并且，第六电容元件C6的静电电容值 减小。

在第四应变体30D中，由于受力体侧变形体33在Y轴方向上位于受 力体10的中心O处，因此，第四应变体30D的弹性变形比第一应变体30A 及第三应变体30C小。在此，为了简化说明，认为第四应变体30D未发生 弹性变形。因此，第七电容元件C7的静电电容值未变化，第八电容元件 C8的静电电容值也未变化。

(作用有+My时)

接着，对于向受力体10作用有绕Y轴(相当于朝向Y轴方向正侧顺 时针方向)的力矩My(参照图5)的情况进行说明。在以下的说明中，也 根据静电电容值的变化，如上述那样规定图9的表中的符号。

该情况下，在第一应变体30A中，由于受力体侧变形体33在X轴方 向上位于受力体10的中心O处，因此，第一应变体30A的弹性变形比第 二应变体30B及第四应变体30D小。在此，为了简化说明，认为第一应变 体30A未发生弹性变形。因此，第一电容元件C1的静电电容值未变化， 第二电容元件C2的静电电容值也未变化。

第二应变体30B与图7B所示的第一应变体30A同样地弹性变形，第 三电容元件C3的静电电容值增大，并且，第四电容元件C4的静电电容值 增大。

在第三应变体30C中，由于受力体侧变形体33在X轴方向上位于受 力体10的中心O处，因此，第三应变体30C的弹性变形比第二应变体30B 及第四应变体30D小。在此，为了简化说明，认为第三应变体30C未发生 弹性变形。因此，第五电容元件C5的静电电容值未变化，第六电容元件 C6的静电电容值也未变化。

第四应变体30D与图7A所示的第一应变体30A同样地弹性变形，第 七电容元件C7的静电电容值减小，并且，第八电容元件C8的静电电容值 减小。

(作用有+Mz时)

接着，对于向受力体10作用有绕Z轴(相当于朝向Z轴方向正侧顺 时针方向)的力矩Mz(参照图5)的情况进行说明。在以下的说明中，也 根据静电电容值的变化，如上述那样规定图9的表中的符号。

该情况下，第一应变体30A与作用有X轴方向正侧的力Fx时同样地 弹性变形。由此，第一应变体30A与图6所示的第一应变体30A同样地弹 性变形，第一电容元件C1的静电电容值减小，并且，第二电容元件C2的 静电电容值增大。

第二应变体30B与作用有Y轴方向正侧的力Fy时同样地弹性变形。 由此，第二应变体30B与图6所示的第一应变体30A同样地弹性变形，第 三电容元件C3的静电电容值减小，并且，第四电容元件C4的静电电容值 增大。

第三应变体30C与作用有X轴方向负侧的力Fx时同样地弹性变形。 由此，第五电容元件C5的静电电容值减小，第六电容元件C6的静电电容 值增大。

第四应变体30D与作用有Y轴方向负侧的力Fy时同样地弹性变形。 由此，第七电容元件C7的静电电容值减小，第八电容元件C8的静电电容 值增大。

这样，当检测出各电容元件C1～C8的静电电容值的变化时，检测出 作用于受力体10上的力或力矩的方向和大小。并且，如图9所示，各电 容元件C1～C8的静电电容值发生变化。

根据图9所示的表，作用于受力体10的力Fx、Fy、Fz以及力矩Mx、 My、Mz可以通过以下的式子算出。由此，可以检测力的六轴分量。此外， 在以下的式中，为了方便，用“＝”连结力或力矩与静电电容值的变化量。 然而，力或力矩与静电电容值是互不相同的物理量，因而实际上通过对静 电电容值的变化量进行转换而算出力或力矩。以下的式中的C1～C8表示 各电容元件中的静电电容值的变化量。

[式3]

Fx＝-C1+C2+C5-C6

[式4]

Fy＝-C3+C4+C7-C8

[式5]

Fz＝-C1-C2-C3-C4-C5-C6-C7-C8

[式6]

Mx＝+C1+C2-C5-C6

[式7]

My＝+C3+C4-C7-C8

[式8]

Mz＝-C1+C2-C3+C4-C5+C6-C7+C8

如上所述，图5所示的力觉传感器1可以如上述[式3]～[式8]所示 那样检测力Fx、Fy、Fz以及力矩Mx、My、Mz，因而能够检测力的六轴分 量。但是，力觉传感器1可检测的力的轴分量并不限于六个，可检测的轴 分量根据应变体的个数、结构、形状是任意的。例如，在仅利用图4所示 的第一应变体30A连接受力体10与支撑体20的情况下，如上述[式1]及 [式2]所示，能够检测力Fx及Fz，因而能够检测力的双轴分量。

若将图9所示的各电容元件C1～C8的静电电容值的变化应用于上述 [式3]～[式8]，则得到图10的表示主轴灵敏度及其他轴灵敏度的表。图 10所示的VFx是作用有X轴方向的力Fx时的输出，VFy是作用有Y轴方 向的力Fy时的输出，VFz是作用有Z轴方向的力Fz时的输出。另外，VMx 是作用有绕X轴的力矩Mx时的输出，VMy是作用有绕Y轴的力矩My时的 输出，VMz是作用有绕Z轴的力矩Mz时的输出。

图10的表中所示的数值是对于图9的表中记载的各力Fx、Fy、Fz以 及各力矩Mx、My、Mz，将带“+”的符号的电容元件设为“+1”，将带“-” 的符号的电容元件设为“-1”，并代入上述[式3]～[式8]的右边而得到 的数值。例如，Fx的列与VFx的行相交的方格中记载的“4”这一数值是 在表示Fx的[式3]中，根据图9的Fx的行，对C2及C5代入“+1”，对 C1及C6代入“-1”而得到的数值。另外，Fx的列与VFy的行相交的方格 中记载的“0”这一数值是在表示Fx的[式3]中，根据图9的Fy的行向 C1、C2、C5以及C6代入0而得到的数值。

如图10所示，关于力Fx，VFx变为“4”这一数值，但VFy、VFz、VMx、 VMy、VMz变为“0”这一数值。由此，关于力Fx，没有其他轴灵敏度，仅 可以检测主轴灵敏度。关于力Fy、Fz以及力矩Mx、My、Mz，也同样地没 有其他轴灵敏度，分别仅可以检测主轴灵敏度。即，能够得到可抑制其他 轴灵敏度的产生的力觉传感器1。

此外，也考虑了产生其他轴灵敏度的情况。例如，在朝向Z轴方向正 侧向第一应变体30A作用有力Fz的情况下，有时第一电容元件C1的静电 电容值的变化量与第二电容元件C2的静电电容值的变化量不同。该情况 下，相对于力Fz可能产生其他轴灵敏度。另外，在向受力体10作用有力 Fz、力矩Mx、My的情况下，第一应变体30A在Z轴方向上位移，因此， 在图9所示的表中的Fz的行、Mx的行、My的行中，即使标注有相同的符 号，静电电容值的变化量有时也不同。该情况下，可能相对于力Fz、力矩 Mx、My产生其他轴灵敏度。对于力Fx、Fy、力矩Mz也同样可能产生其他 轴灵敏度。例如，在向受力体10作用有力矩Mx的情况下，如图9所示， 在第三电容元件C3、第四电容元件C4、第七电容元件C7以及第八电容元 件C8中，静电电容值未变化，因而记载了“0”这一数值，但有时静电电 容值发生变化，从而产生其他轴灵敏度。关于力矩My、Mz也是同样的。 另外，关于在力Fx、Fy的行中记载有“0”这一数值的电容元件，有时静 电电容值也会发生变化，从而产生其他轴灵敏度。

然而，即使在产生了其他轴灵敏度的情况下，也可以通过求出其他轴 灵敏度的矩阵(与图10所示的表对应的6行6列的矩阵，也被称为特性 矩阵)的逆矩阵，并将该逆矩阵与力觉传感器的输出(或者特性矩阵)相 乘，从而进行校正运算。由此，能够降低其他轴灵敏度，能够抑制其他轴 灵敏度的产生。

这样，根据本实施方式，连接受力体10与支撑体20的应变体30A～ 30D具有与受力体侧变形体33和支撑体侧变形体34连接的倾动结构体31， 倾动结构体31包括配置于包含Z轴方向和与Z轴方向正交的X轴方向的 平面并朝向与Z轴方向不同的方向延伸的第一倾动体35。该第一倾动体 35能够在Z轴方向的力的作用下弹性变形。由此，可以通过Z轴方向的力 的作用，容易地使倾动结构体31弹性变形。因此，能够增大位移电极基 板Ed1～Ed8的位移，从而能够提高力或者力矩的检测灵敏度。由此，能 够提高力觉传感器1的检测精度。

另外，根据本实施方式，能够简化应变体30A～30D的结构。另外， 仅将至少三个应变体与受力体10和支撑体20连接，就能够检测六轴分量。 因此，能够降低力觉传感器1的价格。

另外，根据本实施方式，受力体侧变形体33沿Z轴方向延伸。由此， 在向受力体10作用有力或者力矩的情况下，能够使受力体侧变形体33更 进一步弹性变形。因此，能够容易地使应变体30A～30D更进一步弹性变 形，能够增大设置于应变体30A～30D上的位移电极基板Ed1～Ed8的位移。 因此，能够更进一步提高力或者力矩的检测灵敏度，从而能够更进一步提 高力觉传感器1的检测精度。

另外，根据本实施方式，支撑体侧变形体34沿Z轴方向延伸。由此， 在向受力体10作用有力或者力矩的情况下，能够使支撑体侧变形体34更 进一步弹性变形。因此，能够容易地使应变体30A～30D更进一步弹性变 形，能够增大设置于应变体30A～30D上的位移电极基板Ed1～Ed8的位移。 因此，能够更进一步提高力或者力矩的检测灵敏度，从而能够更进一步提 高力觉传感器1的检测精度。

另外，根据本实施方式，应变体30A～30D的第一倾动体35在第二方 向上延伸。即，应变体30A及30C的第一倾动体35沿X轴方向延伸，应 变体30B及30D的第一倾动体35沿Y轴方向延伸。由此，当受到Z轴方 向的力的作用时，可以容易地使第一倾动体35更进一步弹性变形。因此， 能够更进一步增大位移电极基板Ed1～Ed8的位移，从而能够更进一步提 高力或者力矩的检测灵敏度。

另外，根据本实施方式，受力体侧变形体33与第一倾动体35连接， 经由连接体37、38与第一倾动体35连接的第二倾动体36上连接有支撑 体侧变形体34。第二倾动体36能够在X轴方向的力的作用下弹性变形。 由此，可以通过Z轴方向的力的作用，容易地使倾动结构体31更进一步 弹性变形。因此，能够更进一步增大位移电极基板Ed1～Ed8的位移，从 而能够更进一步提高力或者力矩的检测灵敏度。由此，能够更进一步提高 力觉传感器1的检测精度。

另外，根据本实施方式，受力体侧变形体33在X轴方向上位于第一 倾动体35的两个端部35a、35b之间。由此，可以通过Z轴方向的力的作 用，容易地使第一倾动体35弹性变形。因此，能够容易地增大位移电极 基板Ed1～Ed8的位移，从而能够提高力或者力矩的检测灵敏度。

另外，根据本实施方式，支撑体侧变形体34在X轴方向上位于第二 倾动体36的两端部36a、36b之间。由此，可以通过Z轴方向的力的作用， 容易地使第二倾动体36弹性变形。因此，能够容易地增大位移电极基板 Ed1～Ed8的位移，从而能够提高力或者力矩的检测灵敏度。

另外，根据本实施方式，受力体侧变形体33及支撑体侧变形体34从 Z轴方向观察时配置于相互重叠的位置处。由此，能够将受力体侧变形体 33及支撑体侧变形体34在第二方向上配置于相同位置处。因此，在向受 力体10作用有Z轴方向的力Fz的情况下，能够抑制受力体10向与Z轴 方向正交的方向(相当于X轴方向或Y轴方向)位移，从而能够使受力体10沿Z轴方向位移。该情况下，能够抑制产生上述其他轴灵敏度。

另外，根据本实施方式，倾动结构体31在第二方向上相对于受力体 侧变形体33及支撑体侧变形体34对称地形成。由此，能够增大倾动结构 体31的倾斜。因此，能够更进一步增大位移电极基板Ed1～Ed8的位移， 从而能够更进一步提高力或者力矩的检测灵敏度。另外，在作用有Z轴方 向的力时，能够使第一位移电极基板Ed1的位移与第二位移电极基板Ed2 的位移相等。因此，能够使力或力矩的计算变得容易。

另外，根据本实施方式，检测元件50的位移电极基板Ed1～Ed8配置 于倾动结构体31的第二方向上的两端部。由此，能够更进一步增大位移 电极基板Ed1～Ed8的位移，从而能够更进一步提高力或者力矩的检测灵 敏度。

另外，根据本实施方式，相对于受力体10的中心O而在Y轴方向负 侧配置有第一应变体30A，在X轴方向正侧配置有第二应变体30B，在Y 轴方向正侧配置有第三应变体30C，在X轴方向负侧配置有第四应变体 30D。而且，将第一应变体30A及第三应变体30C的第二方向设为X轴方 向，将第二应变体30B及第四应变体30D的第二方向设为Y轴方向。由此， 在从Z轴方向观察时，能够将第一应变体30A～第四应变体30D相对于受 力体10的中心O配置成环状。另外，能够将第一应变体30A～第四应变体 30D均等地配置于受力体10的中心O的周围。因此，能够提高任意方向的 力或力矩的检测精度，能够抑制力或力矩的检测精度因方向而降低。

另外，根据本实施方式，受力体10的平面形状及支撑体20的平面形 状为圆形。由此，能够根据机器人主体1100的臂部、末端执行器1200的 形状形成受力体10及支撑体20。

另外，根据本实施方式，各应变体30A～30D的倾动结构体31在从Z 轴方向观察时沿第二方向形成为直线状。由此，能够将倾动结构体31形 成为板状。例如，能够容易地从板材制作倾动结构体31。

(第一变形例)

此外，在上述本实施方式中，对于第一倾动体35相对于Z轴方向的 作用力的弹簧常数与第二倾动体36相对于Z轴方向的作用力的弹簧常数 相等的例子进行了说明。然而，并不限定于此，例如，如图11所示，第 二倾动体36相对于Z轴方向的作用力的弹簧常数也可以与第一倾动体35 相对于Z轴方向的作用力的弹簧常数不同。例如，第二倾动体36相对于Z轴方向的作用力的弹簧常数也可以比第一倾动体35相对于Z轴方向的作 用力的弹簧常数小。图11是表示图4的应变体的变形例的主视图。

根据图11所示的第一变形例，在向倾动结构体31作用有Z轴方向的 力的情况下，能够抑制第一倾动体35的弹性变形，并能够增大第二倾动 体36的弹性变形。因此，第二倾动体36在其X轴方向上的两端部36a、 36b被大幅提升，从而能够增大设置于第二倾动体36上的位移电极基板 Ed1、Ed2的位移。因此，能够更进一步提高力或力矩的检测灵敏度。

在图11中，示出了为了增大第一倾动体35的上述弹簧常数而使第一 倾动体35的Z轴方向的尺寸增大的例子，但增大第一倾动体35的弹簧常 数的方法是任意的。另外，也可以减小第二倾动体36的上述弹簧常数。 此外，第二倾动体36相对于Z轴方向的作用力的弹簧常数也可以比第一 倾动体35相对于Z轴方向的作用力的弹簧常数大。该情况下，也可以是 固定电极基板Ef1、Ef2设置于受力体10的支撑体20侧的面上，并且， 位移电极基板Ed1、Ed2设置于倾动结构体31的第一倾动体35中的受力 体10侧的面上。

(第二变形例)

另外，在上述本实施方式中，对第一应变体30A的第一倾动体35的 受力体10侧的面整体形成为平坦状，并且第二倾动体36的支撑体20侧 的面整体形成为平坦状的例子进行了说明。然而，并不限于此。例如，如 图12所示，第一倾动体35的受力体10侧的面也可以在受力体侧变形体 33的周围形成为凹状。另外，第二倾动体36的支撑体20侧的面也可以在支撑体侧变形体34的周围形成为凹状。图12是表示图4的应变体的另一 变形例的俯视图。

更为具体而言，如图12所示，第一倾动体35也可以包括与受力体10 对置的第一受力体侧对置面41和第二受力体侧对置面42。第一受力体侧 对置面41上连接有受力体侧变形体33。第二受力体侧对置面42在X轴方 向上配置于第一受力体侧对置面41的两侧。第一受力体侧对置面41位于 比第二受力体侧对置面42更靠支撑体20侧的位置处。在受力体侧变形体 33的周围形成有第一受力体侧对置面41。第一受力体侧对置面41比第二 受力体侧对置面42距离受力体10更远。这样，第一倾动体35的受力体 10侧的面形成为凹状，形成为凹状的部分与受力体侧变形体33连接。第 一受力体侧对置面41遍布形成于第一倾动体35的中央部35c及其附近的 部分，在受力体侧变形体33的周围(图12所示的例子中相当于X轴方向 上的两侧)形成有槽部G。第一受力体侧对置面41及第二受力体侧对置面 42也可以分别形成为平坦状。此外，在图12所示的例子中，受力体侧变 形体33和倾动结构体31的第一倾动体35呈一体地形成为连续状，第一 受力体侧对置面41示于受力体侧变形体33的两侧。

这样，根据第二变形例，第一倾动体35包括位于比第二受力体侧对 置面42更靠支撑体20侧的位置的第一受力体侧对置面41，第一受力体侧 对置面41与受力体侧变形体33连接。由此，能够增长受力体侧变形体33 的Z轴方向的尺寸。因此，即使不减小受力体侧变形体33的Z轴方向的 尺寸，也能够降低力觉传感器1的高度，从而能够实现紧凑化。

此外，在第一倾动体35包括位于比第二受力体侧对置面42更靠支撑 体20侧的位置的第一受力体侧对置面41的情况下，虽未图示，但第二倾 动体36的支撑体20侧的面也可以整体形成为平坦状。

同样地，第二倾动体36也可以包括与支撑体20对置的第一支撑体侧 对置面43及第二支撑体侧对置面44。第一支撑体侧对置面43上连接有支 撑体侧变形体34。第二支撑体侧对置面44在X轴方向上配置于第一支撑 体侧对置面43的两侧。第一支撑体侧对置面43位于比第二支撑体侧对置 面44更靠受力体10侧的位置。在支撑体侧变形体34的周围形成有第一 支撑体侧对置面43。第一支撑体侧对置面43比第二支撑体侧对置面44 距离支撑体20更远。这样，第二倾动体36的支撑体20侧的面形成为凹 状，形成为凹状的部分与支撑体侧变形体34连接。第一支撑体侧对置面 43遍布形成于第二倾动体36的中央部36c及其附近的部分，在支撑体侧 变形体34的周围(图12所示的例子中相当于X轴方向上的两侧)形成有槽部G。第一支撑体侧对置面43及第二支撑体侧对置面44也可以分别形 成为平坦状。此外，在图12所示的例子中，支撑体侧变形体34和倾动结 构体31的第二倾动体36呈一体地形成为连续状，第一支撑体侧对置面43 示于支撑体侧变形体34的两侧。

这样，根据第二变形例，第二倾动体36包括位于比第二支撑体侧对 置面44更靠受力体10侧的位置的第一支撑体侧对置面43，第一支撑体侧 对置面43与支撑体侧变形体34连接。由此，能够增长支撑体侧变形体34 的Z轴方向的尺寸。因此，即使不缩短支撑体侧变形体34的Z轴方向的 尺寸，也能够降低力觉传感器1的高度，从而能够实现紧凑化。

此外，在第二倾动体36包括位于比第二支撑体侧对置面44更靠受力 体10侧的位置的第一支撑体侧对置面43的情况下，如图13所示，第一 倾动体35的受力体10侧的面也可以整体形成为平坦状。在图13所示的 例子中，第一倾动体35不包括上述第一受力体侧对置面41，并在受力体 侧变形体33的周围未形成槽部G。槽部G在第二倾动体36的支撑体20 侧的面上形成于支撑体侧变形体34的周围。图13是表示图4的应变体的 另一变形例的俯视图。

(第三变形例)

另外，在上述本实施方式中，对于第一应变体30A的位移电极基板 Ed1、Ed2设置于倾动结构体31的第二倾动体36中的支撑体20侧的面上 的例子进行了说明。然而，并不限于此。例如，如图14所示，位移电极 基板Ed1、Ed2也可以经由柱状部件45设置于第二倾动体36中的支撑体 20侧的面上。图14是表示图4的应变体的另一变形例的局部放大主视图。

在图14所示的例子中，柱状部件45的平面形状也可以比位移电极基 板Ed1、Ed2的平面形状小。柱状部件45的平面形状是任意的，既可以是 矩形，或者也可以是圆形。柱状部件45可以通过粘接剂与第二倾动体36 接合，或者也可以利用螺栓等固定于第二倾动体36上。位移电极基板Ed1、 Ed2可以通过粘接剂与柱状部件45接合，或者也可以通过螺栓等固定于柱 状部件45上。

这样，根据第三变形例，位移电极基板Ed1、Ed2经由柱状部件45设 置于第二倾动体36上。由此，能够使位移的检测变稳定。即，在向第一 应变体30A作用有力的情况下，倾动结构体31的第二倾动体36弹性变形， 在第二倾动体36中的位移电极基板Ed1、Ed2附近的部分可能产生应力。 若产生这样的应力，则会导致滞后现象、零点电压(相当于未施加载荷时的输出电压)的漂移。相对于此，如图14所示，通过将位移电极基板Ed1、 Ed2经由柱状部件45设置于第二倾动体36上，能够减少第二倾动体36 中产生的应力对位移电极基板Ed1、Ed2的影响。因此，能够使位移的检 测变稳定。

(第四变形例)

另外，如图15所示，位移电极基板Ed1、Ed2也可以经由加强基板46 设置于上述柱状部件45上。图15是表示图4的应变体的另一变形例的局 部放大主视图。

在图15所示的例子中，加强基板46的平面形状也可以与位移电极基 板Ed1、Ed2的平面形状相等。加强基板46可以通过粘接剂与柱状部件45 接合，或者也可以用螺栓等固定于柱状部件45上。该情况下，位移电极 基板Ed1、Ed2也可以通过粘接剂与加强基板46接合。加强基板46相对 于Z轴方向的作用力的弹簧常数也可以比位移电极基板Ed1、Ed2相对于Z轴方向的作用力的弹簧常数大。由此，能够抑制位移电极基板Ed1、Ed2 的变形。加强基板46也可以由金属材料构成，例如，为了抑制因为温度 变化引起变形，也可以是与受力体10、支撑体20、应变体30A～30D相同 的材料。该情况下，加强基板46也可以由铝合金或铁合金构成。加强基 板46也可以与上述柱状部件45呈一体地制成。通过使用这样的加强基板 46，能够抑制位移电极基板Ed1、Ed2的变形。例如，即使在位移电极基 板Ed1、Ed2使用FPC基板的情况下，也能够有效地抑制位移电极基板Ed1、 Ed2的变形。

(第五变形例)

另外，在上述本实施方式中，对于第一倾动体35和第二倾动体36沿 X轴方向(相当于应变体30A的第二方向)呈直线状延伸的例子进行了说 明。然而，并不限定于此，只要第一倾动体35及第二倾动体36配置于包 含Z轴方向(相当于第一方向)和X轴方向的平面上并朝向与Z轴方向不 同的方向延伸，便可以形成为任意的形状。例如，也可以形成为图16所示的形状。在此，图16是表示图4的应变体的另一变形例的主视图。此 外，图16所示的第一应变体30A呈与如图7B所示受到Z轴方向负侧的力 Fz时的第一应变体30A相同的形状，但在图16中，图示为未受到力或力 矩的作用的状态的第一应变体30A。

在图16所示的第一应变体30A中，第一倾动体35的X轴方向上的中 央部35c位于比X轴方向上的两个端部35a、35b更靠支撑体20侧(或者 第二倾动体36侧)的位置。更为具体而言，第一倾动体35包括配置于比 中央部35c更靠X轴方向负侧的位置的第一倾动体负侧部分35d、和配置 于比中央部35c更靠X轴方向正侧的位置的第一倾动体正侧部分35e。第一倾动体负侧部分35d是连接负侧的端部35a与中央部35c的部分，并以 朝向X轴方向正侧而向Z轴方向负侧前进的方式倾斜。第一倾动体负侧部 分35d在XZ平面中朝向相对于Z轴方向倾斜的方向(相当于与Z轴方向 不同的方向)延伸。第一倾动体正侧部分35e是连接正侧的端部35b与中 央部35c的部分，并以朝向X轴方向正侧而向Z轴方向正侧前进的方式倾斜。第一倾动体正侧部分35e在XZ平面中朝向相对于Z轴方向倾斜的方 向(相当于与Z轴方向不同的方向)延伸。这样，图16所示的变形例中 的第一倾动体35大致形成为V字状。

第二倾动体36的X轴方向上的中央部36c位于比X轴方向上的两端 部36a、36b更靠受力体10侧(或者第一倾动体35侧)的位置。更为具 体而言，第二倾动体36包括：配置于比中央部36c更靠X轴方向负侧的 位置的第二倾动体负侧部分36d、和配置于比中央部36c更靠X轴方向正 侧的位置的第二倾动体正侧部分36e。第二倾动体负侧部分36d是连接负 侧的端部36a与中央部36c的部分，并以朝向X轴方向正侧而向Z轴方向 正侧前进的方式倾斜。第二倾动体负侧部分36d在XZ平面中朝向相对于Z 轴方向倾斜的方向(相当于与Z轴方向不同的方向)延伸。第二倾动体正 侧部分36e是连接正侧的端部36b与中央部36c的部分，并以朝向X轴方 向正侧而向Z轴方向负侧前进的方式倾斜。第二倾动体正侧部分36e在XZ 平面中朝向相对于Z轴方向倾斜的方向(相当于与Z轴方向不同的方向) 延伸。这样，图16所示的变形例中的第二倾动体36大致形成为倒V字状。

这样，根据图16所示的变形例，第一倾动体35的X轴方向上的中央 部35c位于比X轴方向上的两个端部35a、35b更靠支撑体20侧的位置。 由此，能够使第一倾动体35的X轴方向上的中央部35c远离受力体10， 从而能够增长受力体侧变形体33的Z轴方向的尺寸。因此，即使不减小 受力体侧变形体33的Z轴方向的尺寸，也能够降低力觉传感器1的高度， 从而能够实现紧凑化。

另外，根据图16所示的变形例，第二倾动体36的X轴方向上的中央 部36c位于比X轴方向上的两端部36a、36b更靠受力体10侧的位置。由 此，能够使第二倾动体36的X轴方向上的中央部36c远离支撑体20，从 而能够增长支撑体侧变形体34的Z轴方向的尺寸。因此，即使不减小支 撑体侧变形体34的Z轴方向的尺寸，也能够降低力觉传感器1的高度， 从而能够实现紧凑化。

(第六变形例)

另外，在上述本实施方式中，对于第一倾动体35和第二倾动体36沿 X轴方向(相当于应变体30A的第二方向)呈直线状延伸的例子进行了说 明。然而，并不限定于此，只要第一倾动体35及第二倾动体36配置于包 含Z轴方向(相当于第一方向)和X轴方向的平面上并朝向与Z轴方向不 同的方向延伸，便可以形成为任意的形状。例如，也可以形成为图17所示的形状。在此，图17是表示图4的应变体的另一变形例的主视图。此 外，图17所示的第一应变体30A呈与如图7A所示受到Z轴方向正侧的力 Fz时的第一应变体30A相同的形状，但在图17中，图示为未受到力或力 矩的作用的状态的第一应变体30A。

在图17所示的第一应变体30A中，第一倾动体35的X轴方向上的中 央部35c位于比X轴方向上的两个端部35a、35b更靠受力体10侧(或者 第二倾动体36的相反侧)的位置处。更为具体而言，第一倾动体35的上 述第一倾动体负侧部分35d以朝向X轴方向正侧而向Z轴方向正侧前进的 方式倾斜。第一倾动体正侧部分35e以朝向X轴方向正侧而向Z轴方向负侧前进的方式倾斜。这样，图17所示的变形例中的第一倾动体35大致形 成为倒V字状。

第二倾动体36的X轴方向上的中央部36c位于比X轴方向上的两端 部36a、36b更靠支撑体20侧(或者第一倾动体35的相反侧)的位置处。 更为具体而言，第二倾动体36的上述第二倾动体负侧部分36d以朝向X 轴方向正侧而向Z轴方向负侧前进的方式倾斜。第二倾动体正侧部分36e 以朝向X轴方向正侧而向Z轴方向正侧前进的方式倾斜。这样，图17所 示的变形例中的第二倾动体36大致形成为V字状。

这样，根据图17所示的变形例，第一倾动体35的X轴方向上的中央 部35c位于比X轴方向上的两个端部35a、35b更靠受力体10侧的位置。 由此，即使不增大受力体侧变形体33的Z轴方向的尺寸，也能够增大力 觉传感器1的高度。

另外，根据图17所示的变形例，第二倾动体36的X轴方向上的中央 部36c位于比X轴方向上的两端部36a、36b更靠支撑体20侧的位置。由 此，即使不增大支撑体侧变形体34的Z轴方向的尺寸，也能够增大力觉 传感器1的高度。

(第七变形例)

另外，在上述本实施方式中，对于受力体侧变形体33的上端与受力 体10连接的例子进行了说明。然而，并不限定于此，例如，如图18所示， 受力体侧变形体33也可以经由受力体侧台座39与受力体10连接。由此， 能够通过受力体侧台座39将受力体侧变形体33稳定地安装于受力体10 上。例如，受力体侧台座39、受力体侧变形体33以及第一倾动体35也可以呈一体地形成，该情况下，受力体侧台座39也可以通过螺栓或者粘接 剂等固定于受力体10上。或者，受力体侧台座39和受力体侧变形体33 也可以分体形成，并用螺栓或粘接剂等相互固定。

同样地，支撑体侧变形体34的下端并不限于与支撑体20连接，例如， 如图18所示，支撑体侧变形体34也可以经由支撑体侧台座40与支撑体 20连接。由此，能够利用支撑体侧台座40将支撑体侧变形体34稳定地安 装于支撑体20上。例如，支撑体侧台座40、支撑体侧变形体34以及第二 倾动体36也可以呈一体地形成，该情况下，支撑体侧台座40也可以通过螺栓或者粘接剂等固定于支撑体20上。或者，支撑体侧台座40和支撑体 侧变形体34也可以分体形成，并通过螺栓或粘接剂等相互固定。

进而，也可以将受力体侧台座39、受力体侧变形体33、倾动结构体 31、支撑体侧变形体34以及支撑体侧台座40呈一体地形成。该情况下， 受力体侧台座39也可以通过螺栓或粘接剂等固定于受力体10，支撑体侧 台座40也可以通过螺栓或粘接剂等固定于支撑体20。

此外，受力体侧台座39及支撑体侧台座40并不限于应用于图18所 示的第一应变体30A，也能够应用于图11所示的第一应变体30A等其他的 应变体30A～30D中。

(第八变形例)

在上述本实施方式中，对于受力体10的平面形状为圆形，并且，倾 动结构体31在从Z轴方向观察时沿第二方向形成为直线状的例子进行了 说明。然而，并不限于此。

例如，如图19所示，倾动结构体31也可以在从Z轴方向观察时形成 为弯曲状。图19是表示图3的力觉传感器的另一变形例的俯视图。该情 况下，倾动结构体31也可以形成为与受力体10呈同心状的弯曲状。即， 四个应变体30A～30D的倾动结构体31也可以呈圆形环状地配置。此外， 在各应变体30A～30D的倾动结构体31形成为弯曲状的情况下，受力体10的平面形状也可以如后述图20所示为矩形。该情况下，支撑体20的平面 形状也可以为矩形。

另外，例如，如图20所示，受力体10的平面形状也可以为矩形。该 情况下，支撑体20的平面形状也可以为矩形。由此，能够根据应变体30A～ 30D的配置形成受力体10及支撑体20，从而能够得到空间效率高的力觉 传感器1。另外，外装体80的平面截面形状也可以为矩形框的形状。即， 受力体10的平面形状及支撑体20的平面形状中的至少一方也可以为矩形。该情况下，也可以是受力体10的平面形状及支撑体20的平面形状中 的一方为矩形，而另一方为矩形以外的形状。此外，受力体10的平面形 状除了矩形以外，也可以为多边形、椭圆形等其他形状。对于支撑体20 也是同样的。外装体80的平面截面形状也可以与受力体10的平面形状及 支撑体20的平面形状对应而为多边形框、椭圆形框等其他形状。

(第九变形例)

另外，在上述本实施方式中，对于检测元件50构成为检测静电电容 的元件的例子进行了说明。然而，并不限于此，检测元件50也可以由检 测在受力体10受到的力或力矩的作用下产生的应变的应变片构成。例如， 如图21A所示，检测元件50也可以具有设置于第一应变体30A的应变片。 图21A是表示图4的检测元件的变形例的应变体的主视图。图21B是表示 图21A的检测元件的俯视图。图21C是表示图21B的变形例的俯视图。图 22A是表示设置于图21A所示的第一倾动体的检测元件用的惠斯登电桥电 路的图。图22B是表示设置于图21A所示的第二倾动体的检测元件用的惠 斯登电桥电路的图。图23A是表示图21A的应变体受到X轴方向正侧的力 时的应变体的变形状态的概略图。图23B是表示图21A的应变体受到Z轴 方向正侧的力时的应变体的变形状态的概略图。

如图21A所示，应变片R1～R8也可以设置于倾动结构体31中。此外， 如图23A及图23B所示，本实施方式的倾动结构体31的连接体37、38的 X轴方向的尺寸也可以比图4中的倾动结构体31的连接体37、38的X轴 方向的尺寸大。换言之，本实施方式的连接体37、38相对于X轴方向的 作用力的弹簧常数也可以比图4中的连接体37、38相对于X轴方向的作 用力的弹簧常数大。

更为具体而言，应变片R1～R4也可以安装于倾动结构体31的第一倾 动体35的受力体10侧的面。例如，也可以在第一倾动体35的第一倾动 体负侧部分35d的上表面安装有两个应变片R1、R2，在第一倾动体正侧部 分35e的上表面安装有两个应变片R3、R4。在第一倾动体负侧部分35d 中，也可以是一个应变片R1位于处于X轴方向负侧的端部35a侧(或者连接体37侧)，另一个应变片R2位于中央部35c侧(或者受力体侧变形 体33侧)。在第一倾动体正侧部分35e中，也可以是一个应变片R3位于 中央部35c侧(或者受力体侧变形体33侧)，另一个应变片R4位于处于X 轴方向正侧的端部35b侧(或者连接体38侧)。如图21B所示，设置于第 一倾动体35中的四个应变片R1～R4也可以在Y轴方向上位于第一倾动体 35的中央。

另外，如图22A所示，检测电路60也可以具有根据安装于第一倾动 体35的四个应变片R1～R4的检测结果输出电信号的惠斯登电桥电路61。 该惠斯登电桥电路61构成为：通过从电桥电压源E1施加规定的电压，在 输出端子T11、T12之间产生作为与各应变片R1～R4检测出的应变对应的 电信号的电桥电压。在惠斯登电桥电路61中，应变片R1与应变片R3对置，并且，应变片R2与应变片R4对置。由此，如后所述，能够检测X轴 方向的力Fx，从而能够防止Z轴方向的力Fz对力Fx的检测造成影响。即， 能够检测作为主轴灵敏度的力Fx，从而能够防止产生其他轴灵敏度。

另外，如图21A所示，应变片R5～R8也可以安装于倾动结构体31的 第二倾动体36的支撑体20侧的面。例如，也可以在第二倾动体36的第 二倾动体负侧部分36d的下表面安装两个应变片R5、R6，在第二倾动体正 侧部分36e的下表面安装两个应变片R7、R8。在第二倾动体负侧部分36d 中，也可以是一个应变片R5位于处于X轴方向负侧的端部36a侧(或者连接体37侧)，另一个应变片R6位于中央部36c侧(或者支撑体侧变形 体34侧)。在第二倾动体正侧部分36e中，也可以是一个应变片R7位于 中央部36c侧(或者支撑体侧变形体34侧)，另一个应变片R8位于处于X 轴方向正侧的端部36b侧(或者连接体38侧)。设置于第二倾动体36的 应变片R5～R8也可以与图21B所示的设置于第一倾动体35的应变片R1～ R4同样地配置。

另外，如图22B所示，检测电路60也可以还具有根据安装于第二倾 动体36的四个应变片R5～R8的检测结果输出电信号的惠斯登电桥电路 62。该惠斯登电桥电路62构成为：通过从电桥电压源E2施加规定的电压， 在输出端子T21、T22之间产生作为与各应变片R5～R8检测出的应变对应 的电信号的电桥电压。在惠斯登电桥电路62中，应变片R5与应变片R8对置，并且，应变片R6与应变片R7对置。由此，如后所述，能够检测Z 轴方向的力Fz，能够防止X轴方向的力Fx对力Fz的检测造成影响。即， 能够检测作为主轴灵敏度的力Fz，能够防止产生其他轴灵敏度。

此外，设置于第二倾动体36的应变片R5～R8也可以设置于第一倾动 体35。即，也可以在第一倾动体35上设置八个应变片R1～R8。该情况下， 如图21C所示，也可以在第一倾动体35的受力体10侧的面上，形成两列 沿着X轴方向的应变片。由此，不需要在第二倾动体36的支撑体20侧的 面上进行八个应变片R1～R8的安装，可以仅在第一倾动体35的受力体10 侧的面进行安装，从而能够实现制造作业的高效化。或者，也可以将八个 应变片R1～R8设置于第二倾动体36的支撑体20侧的面，该情况下，不 需要在第一倾动体35的受力体10侧的面上进行安装，可以仅在第二倾动 体36的支撑体20侧的面上进行安装，从而能够实现制造作业的高效化。

通过这样的结构，当受力体10受到力或力矩的作用时，主要是倾动 结构体31和支撑体侧变形体34弹性变形，但倾动结构体31的第一倾动 体35和第二倾动体36也发生弹性变形。当第一倾动体35发生弹性变形 时，第一倾动体35产生应变，该应变由设置于第一倾动体35的应变片R1～ R4检测。

例如，在朝向X轴方向正侧作用有力Fx的情况下，如图6所示，倾 动结构体31的受力体侧变形体33及支撑体侧变形体34相对于Z轴方向 倾斜，倾动结构体31能够整体倾动。更为详细进行说明，如图23A所示， 第一倾动体35及第二倾动体36以弯曲的方式弹性变形。在第一倾动体负 侧部分35d中位于X轴方向负侧的端部35a侧的部分产生压缩应力，在位于该部分的应变片R1中，与压缩应变相应地电阻值减小。在第一倾动体 负侧部分35d中的中央部35c侧的部分产生拉伸应力，在位于该部分的应 变片R2中，与拉伸应变相应地电阻值增大。另外，在第一倾动体正侧部 分35e中的中央部35c侧的部分产生压缩应力，在位于该部分的应变片R3 中，与压缩应变相应地电阻值减小。在第一倾动体正侧部分35e中的X轴方向正侧的端部35b侧的部分产生拉伸应力，在位于该部分的应变片R4 中，与拉伸应变相应地电阻值增大。

这样，应变片R1～R4中电阻值发生变化，从图22A所示的惠斯登电 桥电路61的输出端子T11、T12输出表示作用于第一应变体30A上的X轴 方向的力Fx的电信号。

在设置于第二倾动体36的应变片R5～R8中，分别产生与设置于第一 倾动体35的应变片R1～R4反方向的应力，且电阻值发生变化。但是，不 从图22B所示的惠斯登电桥电路62的输出端子T21、T22输出电信号。

另外，例如在朝向Z轴方向正侧作用有力Fz的情况下，如图7A所示， 倾动结构体31的第一倾动体35及第二倾动体36弹性变形。更为详细进 行说明，如图23B所示，第一倾动体35及第二倾动体36以弯曲的方式弹 性变形。在第二倾动体负侧部分36d中位于X轴方向负侧的端部36a侧的 部分产生压缩应力，在位于该部分的应变片R5中，与压缩应变相应地电阻值减小。在第二倾动体负侧部分36d中的中央部36c侧的部分产生拉伸 应力，在位于该部分的应变片R6中，与拉伸应变相应地电阻值增大。另 外，在第二倾动体正侧部分36e中的中央部36c侧的部分产生拉伸应力， 在位于该部分的应变片R7中，与拉伸应变相应地电阻值增大。在第二倾 动体正侧部分36e中位于X轴方向正侧的端部36b侧的部分产生压缩应力，在位于该部分的应变片R8中，与压缩应变相应地电阻值减小。

这样，应变片R5～R8中电阻值发生变化，从图22B所示的惠斯登电 桥电路62的输出端子T21、T22输出表示作用于第一应变体30A上的Z轴 方向的力Fz的电信号。

在设置于第一倾动体35的应变片R1～R4中，分别产生与设置于第二 倾动体36的应变片R5～R8相同方向的应力，且电阻值发生变化。但是， 不从图22A所示的惠斯登电桥电路61的输出端子T11、T12输出电信号。

通过使用设置于图21A所示的第一应变体30A中的应变片R1～R8，能 够检测X轴方向的力Fx和Z轴方向的力Fz，从而能够检测力的双轴分量。 另外，例如，通过在图5所示的各应变体30A～30D中设置应变片，能够 检测力Fx、Fy、Fz以及力矩Mx、My、Mz，从而能够检测力的六轴分量。

此外，在图21A、图23A以及图23B中，对应变片R1～R4安装于第一 倾动体35的受力体10侧的面的例子进行了说明。然而，并不限于此，如 图23A及图23B中虚线所示，应变片R1～R4也可以安装于第一倾动体35 的支撑体20侧的面(或者第二倾动体36侧的面)。该情况下，应变片R1～ R4的压缩与拉伸的关系相反，但同样能够检测Z轴方向的力Fz。另外， 对应变片R5～R8安装于第二倾动体36的支撑体20侧的面的例子进行了 说明。然而，并不限于此，如图23A及图23B中虚线所示，应变片R5～R8 也可以安装于第二倾动体36的受力体10侧的面(或者第一倾动体35侧 的面)。该情况下，应变片R5～R8的压缩与拉伸的关系相反，但同样能够 检测X轴方向的力Fx。

另外，在图21A至图23B所示的例子中，对于利用安装于第一倾动体 35的四个应变片R1～R4构成图22A所示的惠斯登电桥电路61，从而检测 X轴方向的力Fx的例子进行了说明。但是，并不限于此，也可以利用四个 应变片R1～R4来检测Z轴方向的力Fz。该情况下，例如，在图22A所示 的惠斯登电桥电路61中，也可以将应变片R3与应变片R4调换。同样地， 在图21A至图23B所示的例子中，对于利用安装于第二倾动体36的四个 应变片R5～R8构成图22B所示的惠斯登电桥电路62，从而检测Z轴方向 的力Fz的例子进行了说明。然而，并不限于此，也可以利用四个应变片 R5～R8来检测X轴方向的力Fx。该情况下，例如，在图22B所示的惠斯 登电桥电路62中，也可以将应变片R7与应变片R8调换。

(第二实施方式)

接着，使用图24至图23B对本发明的第二实施方式中的力觉传感器 进行说明。

在图24至图28所示的第二实施方式中，主要在受力体和第一倾动体 通过两个受力体侧变形体连接，支撑体侧变形体连接第一倾动体与支撑体 这一点上不同，其他构成与图1至图23B所示的第一实施方式大致相同。 此外，在图24至图28中，对与图1至图23B所示的第一实施方式相同的 部分标注相同的附图标记，并省略详细的说明。

首先，参照图24对本实施方式的力觉传感器1进行说明。图24是表 示第二实施方式中的力觉传感器的应变体的主视图。

在本实施方式的力觉传感器1中，如图24所示，第一应变体30A的 倾动结构体31由一个第一倾动体35构成。本实施方式的倾动结构体31 不具有如图4所示那样的第二倾动体36、连接体37、38。在本实施方式 中，第一倾动体35沿X轴方向延伸。更为具体而言，从第一倾动体35的 X轴方向上的一个端部35a到另一个端部35b呈直线状延伸，第一倾动体 35的X轴方向上的中央部35c与两个端部35a、35b在Z轴方向上位于相 同的位置。而且，第一倾动体35的受力体10侧的面整体形成为平坦状。 另外，第一倾动体35的受力体20侧的面整体形成为平坦状。

受力体10和第一倾动体35通过沿Z轴方向延伸的两个受力体侧变形 体33连接。两个受力体侧变形体33在X轴方向上配置于互不相同的位置 处。在图24所示的例子中，两个受力体侧变形体33位于第一倾动体35 的X轴方向的两个端部35a、35b。更为具体而言，各受力体侧变形体33 的上端与受力体10连接，下端与第一倾动体35连接。

支撑体侧变形体34在X轴方向上位于两个受力体侧变形体33之间。 更为具体而言，支撑体侧变形体34在X轴方向上位于第一倾动体35的中 心，与第一倾动体35的中央部35c连接。更为具体而言，支撑体侧变形 体34的下端与支撑体20连接，上端与第一倾动体35连接。

这样，第一应变体30A在X轴方向上相对于支撑体侧变形体34对称 地形成。

接着，参照图25至图26B对由这样构成的本实施方式中的力觉传感 器1作用力或力矩，并检测该力或力矩的方法进行说明。图25是示意性 地表示图24的应变体受到X轴方向正侧的力时的应变体的变形状态的主 视图。图26A是示意性地表示图24的应变体受到Z轴方向正侧的力时的 应变体的变形状态的主视图。图26B是示意性地表示图24的应变体受到Z 轴方向负侧的力时的应变体的变形状态的主视图。

在此，以第一应变体30A为例，对作用有X轴方向的力Fx、Y轴方向 的力Fy、Z轴方向的力Fz时的第一电容元件C1及第二电容元件C2的静 电电容值的变化进行说明。

(作用有+Fx时)

在朝向X轴方向正侧对第一应变体30A作用有力Fx的情况下，如图 25所示，第一应变体30A的两个受力体侧变形体33及支撑体侧变形体34 在X轴方向上弹性变形。本实施方式的倾动结构体31的第一倾动体35经 由两个受力体侧变形体33与受力体10连接，并且经由一个支撑体侧变形 体34与支撑体20连接，因此，与受力体侧变形体33相比支撑体侧变形体34能够更大幅度地弹性变形。更为具体而言，支撑体侧变形体34的上 端比下端朝向X轴方向正侧较大幅度地位移。由此，如图25所示，两个 受力体侧变形体33和第一倾动体35能够与受力体10一起整体倾动。此 时，虽然在图25中未示出，但各受力体侧变形体33也弹性变形，各受力 体侧变形体33的上端能够比下端更向X轴方向正侧位移。这样，能够通 过X轴方向正侧的力Fx，主要使第一应变体30A的支撑体侧变形体34弹 性变形。该情况下，第一倾动体35的X轴方向负侧的端部35a上升，X 轴方向正侧的端部35b下降。

由此，第一位移电极基板Ed1远离第一固定电极基板Ef1，第一电容 元件C1的静电电容值减小。另外，第二位移电极基板Ed2靠近第二固定 电极基板Ef2，第二电容元件C2的静电电容值增大。

(作用有-Fx时)

在朝向X轴方向负侧对第一应变体30A作用有力Fx的情况下，虽未 图示，但产生与图25所示的情况相反的现象。即，第一电容元件C1的静 电电容值增大，第二电容元件C2的静电电容值减小。

(作用有+Fy时)

在朝向Y轴方向正侧对第一应变体30A作用有力Fy的情况下(未图 示)，第一应变体30A绕X轴(相当于朝向X轴方向正侧逆时针方向)转 动。如上所述，第一电容元件C1和第二电容元件C2在Y轴方向上配置于 相同位置处。因此，即使第一应变体30A绕X轴转动，也是在第一电容元 件C1中的一部分区域中静电电容值增加，而在另一部分区域中静电电容 值减小。因此，从第一电容元件C1整体来看，不会出现静电电容值的变 化。同样地，从第二电容元件C2整体来看，不会出现静电电容值的变化。

(作用有-Fy时)

在朝向Y轴方向负侧对第一应变体30A作用有力Fy的情况下也是同 样的，从第一电容元件C1整体及第二电容元件C2整体来看，不会出现静 电电容值的变化。

(作用有+Fz时)

另外，在朝向Z轴方向正侧对第一应变体30A作用有力Fz的情况下， 如图26A所示，倾动结构体31的第一倾动体35弹性变形。更为具体而言， 在第一倾动体35弹性变形的同时，两个受力体侧变形体33朝向Z轴方向 正侧被拉起。由此，如图26A所示，第一倾动体35在其X轴方向的两个 端部35a、35b处被受力体侧变形体33拉起。另一方面，第一倾动体35 的X轴方向的中央部35c与支撑体侧变形体34连接，因而实质上不会被 拉起。因此，第一倾动体35以向下凸起(例如V字状)的方式弹性变形。

如图26A所示，当第一倾动体35弹性变形时，第一位移电极基板Ed1 远离第一固定电极基板Ef1。因此，第一电容元件C1的静电电容值减小。 另外，第二位移电极基板Ed2远离第二固定电极基板Ef2。因此，第二电 容元件C2的静电电容值减小。

(作用有-Fz时)

在朝向Z轴方向负侧对第一应变体30A作用有力Fz的情况下，如图 26B所示，倾动结构体31的第一倾动体35弹性变形。更为具体而言，在 第一倾动体35弹性变形的同时，受力体侧变形体33朝向Z轴方向负侧被 下压。由此，如图26B所示，第一倾动体35在其X轴方向的两个端部35a、 35b被受力体侧变形体33下压。另一方面，第一倾动体35的X轴方向的 中央部35c与支撑体侧变形体34连接，因而实质上不会被下压。因此， 第一倾动体35以向上凸起(例如倒V字状)的方式弹性变形。

如图26B所示，当第一倾动体35发生弹性变形时，第一位移电极基 板Ed1靠近第一固定电极基板Ef1。因此，第一电容元件C1的静电电容值 增大。另外，第二位移电极基板Ed2靠近第二固定电极基板Ef2。因此， 第二电容元件C2的静电电容值增大。

这样，根据本实施方式，受力体10和第一倾动体35通过两个受力体 侧变形体33连接，支撑体侧变形体34连接第一倾动体35与支撑体20。 由此，能够减小倾动结构体31的Z轴方向的尺寸。因此，能够降低力觉 传感器1的高度，从而能够实现紧凑化。

另外，根据本实施方式，第一应变体30A的两个受力体侧变形体33 位于第一倾动体35的X轴方向的两个端部35a、35b。由此，可以通过Z 轴方向的力的作用，容易地使第一倾动体35弹性变形。因此，能够容易 地增大位移电极基板Ed1～Ed8的位移，从而能够提高力或者力矩的检测 灵敏度。

另外，根据本实施方式，第一应变体30A的支撑体侧变形体34在X 轴方向上位于两个受力体侧变形体33之间。由此，可以通过Z轴方向的 力的作用，容易地使第一倾动体35弹性变形。因此，能够容易地增大位 移电极基板Ed1～Ed8的位移，从而能够提高力或者力矩的检测灵敏度。

另外，根据本实施方式，应变体30A～30D在第二方向上相对于支撑 体侧变形体34对称地形成。由此，在作用有Z轴方向的力时，能够使第 一位移电极基板Ed1的位移与第二位移电极基板Ed2的位移相等。因此， 能够使力或力矩的计算变得容易。

(第十变形例)

另外，在上述本实施方式中，对于第一应变体30A的第一倾动体35 的支撑体20侧的面整体形成为平坦状的例子进行了说明。然而，并不限 于此。例如，如图27所示，第一倾动体35的支撑体20侧的面也可以在 支撑体侧变形体34的周围形成为凹状。图27是表示图24的应变体的变 形例的俯视图。

更为具体而言，第二倾动体35也可以包括与支撑体20对置的第一支 撑体侧对置面47和第二支撑体侧对置面48。第一支撑体侧对置面47上连 接有支撑体侧变形体34。第二支撑体侧对置面48在X轴方向上配置于第 一支撑体侧对置面47的两侧。第一支撑体侧对置面47位于比第二支撑体 侧对置面48更靠受力体10侧的位置。在支撑体侧变形体34的周围形成 有第一支撑体侧对置面47。第一支撑体侧对置面47比第二支撑体侧对置 面48距离支撑体20更远。这样，第一倾动体35的支撑体20侧的面形成 为凹状，形成为凹状的部分与支撑体侧变形体34连接。第一支撑体侧对 置面47遍布形成于第一倾动体35的中央部35c及其附近的部分，在支撑 体侧变形体34的周围(图27所示的例子中相当于X轴方向的两侧)形成有槽部G。第一支撑体侧对置面47及第二支撑体侧对置面48也可以分别 形成为平坦状。此外，在图27所示的例子中，支撑体侧变形体34和倾动 结构体31的第一倾动体35呈一体地形成为连续状，第一支撑体侧对置面 47示于支撑体侧变形体34的两侧。

这样，根据第十变形例，第一倾动体35包括位于比第二支撑体侧对 置面48更靠受力体10侧的位置的第一支撑体侧对置面47，第一支撑体侧 对置面47与支撑体侧变形体34连接。由此，能够增长支撑体侧变形体34 的Z轴方向的尺寸。因此，即使不缩短支撑体侧变形体34的Z轴方向的 尺寸，也能够降低力觉传感器1的高度，从而能够实现紧凑化。

(第十一变形例)

另外，在上述本实施方式中，对于第一倾动体35沿X轴方向(相当 于应变体30A的第二方向)呈直线状延伸的例子进行了说明。然而，并不 限定于此，只要第一倾动体35及第二倾动体36配置于包含Z轴方向(相 当于第一方向)和X轴方向的平面上并朝向与Z轴方向不同的方向延伸， 便可以形成为任意的形状。例如，也可以形成为图28所示的形状。在此，图28是表示图24的应变体的另一变形例的主视图。此外，图28所示的 应变体30A呈如图26B所示受到Z轴方向负侧的力Fz时的应变体相同的 形状，但在图28中，图示为未受到力或力矩的作用的状态的应变体30A。

在图28所示的应变体30A中，第一倾动体35的X轴方向上的中央部 35c位于比X轴方向上的两个端部35a、35b更靠受力体10侧的位置处。 更为具体而言，第一倾动体35包括配置于X轴方向负侧的第一倾动体负 侧部分35d、和配置于X轴方向正侧的第一倾动体正侧部分35e。第一倾 动体负侧部分35d是连接负侧的端部35a与中央部35c的部分，并以朝向 X轴方向正侧而向Z轴方向正侧前进的方式倾斜。第一倾动体负侧部分35d 在XZ平面中朝向相对于Z轴方向倾斜的方向(相当于与Z轴方向不同的 方向)延伸。第一倾动体正侧部分35e是连接正侧的端部35b与中央部35c 的部分，并以朝向X轴方向正侧而向Z轴方向负侧前进的方式倾斜。第一 倾动体正侧部分35e在XZ平面中朝向相对于Z轴方向倾斜的方向(相当于与Z轴方向不同的方向)延伸。这样，图28所示的变形例中的第一倾 动体35大致形成为倒V字状。

这样，根据图28所示的变形例，第一倾动体35的X轴方向上的两个 端部35a、35b位于比X轴方向上的中央部35c更靠支撑体20侧的位置处。 由此，能够使第一倾动体35的X轴方向上的两个端部35a、35b远离受力 体10，从而能够增长受力体侧变形体33的Z轴方向的尺寸。因此，即使 不减小受力体侧变形体33的Z轴方向的尺寸，也能够降低力觉传感器1 的高度，从而能够实现紧凑化。

另外，根据图28所示的变形例，第一倾动体35的X轴方向上的中央 部35c位于比X轴方向上的两个端部35a、35b更靠受力体10侧的位置处。 由此，能够使第一倾动体35的X轴方向上的中央部35c远离支撑体20， 从而能够增长支撑体侧变形体34的Z轴方向的尺寸。因此，即使不减小 支撑体侧变形体34的Z轴方向的尺寸，也能够降低力觉传感器1的高度， 从而能够实现紧凑化。

此外，第一倾动体35的形态并不限于图28所示的例子，例如，虽未 图示，但也可以使第一倾动体35的X轴方向上的中央部35c位于比X轴 方向上的两个端部35a、35b更靠支撑体20侧的位置处。该情况下，第一 倾动体35大致形成为V字状。这样，即使不增大受力体侧变形体33的Z 轴方向的尺寸或支撑体侧变形体34的Z轴方向的尺寸，也能够增大力觉 传感器1的高度。

(第十二变形例)

另外，在上述本实施方式中，对于受力体侧变形体33沿Z轴方向延 伸的例子进行了说明。然而，并不限于此。例如，如图29及图30所示， 也可以使受力体侧变形体33在从Y轴方向观察时相对于Z轴方向倾斜。 图29是表示图24的应变体的另一变形例的俯视图。图30是表示图24的 应变体的另一变形例的俯视图。

在图29所示的变形例中，两个受力体侧变形体33以朝向受力体10 而相互远离的方式分别相对于Z轴方向倾斜。更为具体而言，位于X轴方 向负侧的受力体侧变形体33以上端位于比下端更靠X轴方向负侧的方式 相对于Z轴方向倾斜。另一方面，位于X轴方向正侧的受力体侧变形体33 以上端位于比下端更靠X轴方向正侧的方式相对于Z轴方向倾斜。这样， 受力体10、两个受力体侧变形体33以及第一倾动体35在从Y轴方向观察 时配置为倒梯形形状。

这样，根据图29所示的变形例，即使不减小受力体侧变形体33的长 度方向的尺寸，也能够降低力觉传感器1的高度，从而能够实现紧凑化。

在图30所示的变形例中，两个受力体侧变形体33以朝向受力体10 而相互靠近的方式分别相对于Z轴方向倾斜。更为具体而言，位于X轴方 向负侧的受力体侧变形体33以上端位于比下端更靠X轴方向正侧的方式 相对于Z轴方向倾斜。另一方面，位于X轴方向正侧的受力体侧变形体33 以上端位于比下端更靠X轴方向负侧的方式相对于Z轴方向倾斜。这样， 受力体10、两个受力体侧变形体33以及第一倾动体35在从Y轴方向观察 时配置为梯形。

这样，根据图30所示的变形例，即使不减小受力体侧变形体33的长 度方向的尺寸，也能够降低力觉传感器1的高度，从而能够实现紧凑化。

(第十三变形例)

另外，在上述本实施方式中，对于各受力体侧变形体33的上端与受 力体10连接的例子进行了说明。然而，并不限于此，例如，如图31所示， 各受力体侧变形体33也可以经由受力体侧台座39与受力体10连接。由 此，能够通过受力体侧台座39将各受力体侧变形体33稳定地安装于受力 体10上。例如，受力体侧台座39、受力体侧变形体33以及第一倾动体 35也可以呈一体地形成，该情况下，各受力体侧台座39也可以通过螺栓 或者粘接剂等固定于受力体10上。或者，受力体侧台座39和受力体侧变 形体33也可以分体形成，并用螺栓或粘接剂等相互固定。

同样地，支撑体侧变形体34的下端并不限于与支撑体20连接，例如， 如图31所示，支撑体侧变形体34也可以经由支撑体侧台座40与支撑体 20连接。由此，能够利用支撑体侧台座40将支撑体侧变形体34稳定地安 装于支撑体20上。例如，支撑体侧台座40、支撑体侧变形体34以及第一 倾动体35也可以呈一体地形成，该情况下，支撑体侧台座40也可以通过螺栓或者粘接剂等固定于支撑体20上。或者，支撑体侧台座40和支撑体 侧变形体34也可以分体形成，并通过螺栓或粘接剂等相互固定。

进而，也可以将受力体侧台座39、受力体侧变形体33、倾动结构体 31、支撑体侧变形体34以及支撑体侧台座40呈一体地形成。该情况下， 受力体侧台座39也可以通过螺栓或粘接剂等固定于受力体10上，支撑体 侧台座40也可以通过螺栓或粘接剂等固定于支撑体20。

此外，受力体侧台座和支撑体侧台座并不限于应用于图31所示的第 一应变体30A中，也能够应用于图24所示的第一应变体30A等其他的应 变体30A～30D中。

(第十四变形例)

另外，在上述本实施方式中，对于检测元件50构成为检测静电电容 的元件的例子进行了说明。然而，并不限于此，检测元件50也可以由检 测在受力体10受到的力或力矩的作用下产生的应变的应变片(参照图21A 至图23B)构成。例如，也可以是应变片R1～R4安装于倾动结构体31的 第一倾动体35的受力体10侧的面上，并且，应变片R5～R8安装于第一倾动体35的支撑体20侧的面上。该情况下，应变片R1～R4以及应变片 R5～R8也可以如图21B所示那样配置。另外，例如，应变片R1～R8也可 以安装于第一倾动体35的受力体10侧的面或者支撑体20侧的面，并如 图21C所示那样配置。

本发明并不限于上述实施方式以及变形例，在实施阶段能够在不脱离 其主旨的范围内对构成要素进行变形并使其具体化。另外，通过上述实施 方式及变形例中公开的多个构成要素的适当组合，能够形成各种发明。也 可以从实施方式及变形例所示的全部构成要素中删除几个构成要素。进 而，也可以适当组合不同的实施方式及变形例中的结构要素。

Claims (20)

1.一种力觉传感器，其特征在于，具备：

受力体，受到作为检测对象的力或力矩的作用；

支撑体，在第一方向上配置于所述受力体的一侧，支撑所述受力体；

应变体，连接所述受力体与所述支撑体，并在所述受力体受到的力或力矩的作用下弹性变形；

检测元件，检测通过所述应变体中产生的弹性变形而产生的位移；以及

检测电路，根据所述检测元件的检测结果，输出表示作用于所述应变体的力或力矩的电信号，

所述应变体具有：

倾动结构体，配置于所述受力体与所述支撑体之间；

受力体侧变形体，连接所述受力体与所述倾动结构体，并能够在所述受力体受到的力或力矩的作用下弹性变形；以及

支撑体侧变形体，连接所述倾动结构体与所述支撑体，并能够在所述受力体受到的力或力矩的作用下弹性变形，

所述倾动结构体包括第一倾动体，

所述第一倾动体配置于包含所述第一方向和与所述第一方向正交的第二方向的平面内，并沿与所述第一方向不同的方向延伸，而且能够在所述第一方向的力的作用下弹性变形。

2.根据权利要求1所述的力觉传感器，其特征在于，

所述受力体侧变形体沿所述第一方向延伸。

3.根据权利要求1或2所述的力觉传感器，其特征在于，

所述支撑体侧变形体沿所述第一方向延伸。

4.根据权利要求1或2所述的力觉传感器，其特征在于，

所述第一倾动体沿所述第二方向延伸。

5.根据权利要求4所述的力觉传感器，其特征在于，

所述第一倾动体包括：

与所述受力体侧变形体连接并与所述受力体对置的第一受力体侧对置面；和

在所述第二方向上配置于所述第一受力体侧对置面的两侧并与所述受力体对置的第二受力体侧对置面，

所述第一受力体侧对置面位于比所述第二受力体侧对置面更靠所述支撑体侧的位置。

6.根据权利要求1或2所述的力觉传感器，其特征在于，

所述倾动结构体还包括第二倾动体和一对连接体，

所述第二倾动体配置于所述第一倾动体与所述支撑体之间，并配置于包含所述第一方向和所述第二方向的平面内，且沿着与所述第一方向不同的方向延伸，而且能够在所述第一方向的力的作用下弹性变形，

所述一对连接体连接所述第一倾动体的所述第二方向上的两个端部中的一个端部与所述第二倾动体的所述第二方向上的两个端部中的对应端部，

所述受力体侧变形体与所述第一倾动体连接，

所述支撑体侧变形体与所述第二倾动体连接。

7.根据权利要求6所述的力觉传感器，其特征在于，

所述受力体侧变形体在所述第二方向上位于所述第一倾动体的两个端部之间。

8.根据权利要求6所述的力觉传感器，其特征在于，

所述支撑体侧变形体在所述第二方向上位于所述第二倾动体的两个端部之间。

9.根据权利要求6所述的力觉传感器，其特征在于，

所述第二倾动体沿所述第二方向延伸，

所述第二倾动体包括：

与所述支撑体侧变形体连接并与所述支撑体对置的第一支撑体侧对置面；和

在所述第二方向上配置于所述第一支撑体侧对置面的两侧并与所述支撑体对置的第二支撑体侧对置面，

所述第一支撑体侧对置面位于比所述第二支撑体侧对置面更靠所述受力体侧的位置处。

10.根据权利要求1或2所述的力觉传感器，其特征在于，

所述受力体和所述第一倾动体通过两个所述受力体侧变形体连接,

所述支撑体侧变形体连接所述第一倾动体与所述支撑体。

11.根据权利要求10所述的力觉传感器，其特征在于，

两个所述受力体侧变形体位于所述第一倾动体的所述第二方向上的两个端部,

所述支撑体侧变形体在所述第二方向上位于两个所述受力体侧变形体之间。

12.根据权利要求10所述的力觉传感器，其特征在于，

所述第一倾动体沿着所述第二方向延伸,

所述第一倾动体包括：

与所述支撑体侧变形体连接并与所述支撑体对置的第一支撑体侧对置面；和

在所述第二方向上配置于所述第一支撑体侧对置面的两侧并与所述支撑体对置的第二支撑体侧对置面，

所述第一支撑体侧对置面位于比所述第二支撑体侧对置面更靠所述受力体侧的位置处。

13.根据权利要求10所述的力觉传感器，其特征在于，

所述第一倾动体的所述第二方向上的中央部位于比所述第二方向上的两个端部更靠所述受力体侧的位置处。

14.根据权利要求1或2所述的力觉传感器，其特征在于，

所述受力体侧变形体经由受力体侧台座与所述受力体连接，

所述支撑体侧变形体经由支撑体侧台座与所述支撑体连接。

15.根据权利要求1或2所述的力觉传感器，其特征在于，

所述检测元件具有：

设置于所述受力体或所述支撑体上的固定电极基板；和

与所述固定电极基板对置并设置于所述倾动结构体的位移电极基板，

所述位移电极基板配置于所述倾动结构体的所述第二方向上的两个端部。

16.根据权利要求15所述的力觉传感器，其特征在于，

所述位移电极基板经由柱状部件设置于所述倾动结构体。

17.根据权利要求16所述的力觉传感器，其特征在于，

所述位移电极基板经由加强基板设置于所述柱状部件。

18.根据权利要求1或2所述的力觉传感器，其特征在于，

所述检测元件具有设置于所述应变体的应变片。

19.根据权利要求1或2所述的力觉传感器，其特征在于，

所述受力体与所述支撑体通过四个所述应变体连接，

四个所述应变体包括第一应变体、第二应变体、第三应变体以及第四应变体，

将所述第一方向设为XYZ三维坐标系中的Z轴方向，

所述第一应变体相对于所述受力体的中心配置于Y轴方向负侧，所述第二应变体相对于所述受力体的中心配置于X轴方向正侧，所述第三应变体相对于所述受力体的中心配置于Y轴方向正侧，第四应变体相对于所述受力体的中心配置于X轴方向负侧，

将所述第一应变体和所述第三应变体的所述第二方向设为X轴方向，

将所述第二应变体和所述第四应变体的所述第二方向设为Y轴方向。

20.根据权利要求19所述的力觉传感器，其特征在于，

所述受力体的平面形状及所述支撑体的平面形状中的至少一方为圆形或矩形，

所述应变体的所述倾动结构体在从所述第一方向观察时形成为弯曲状。

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