CN116893026A - 力觉传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明的力觉传感器装置，具备：传感器芯片；第一部件，具有：传感器芯片安装部；第一梁，从传感器芯片安装部沿以传感器芯片安装部为中心的假想圆的径向延伸；及第一固定部，与第一梁连结；以及第二部件，具有：第二接触部，与传感器芯片接触；支撑部，支撑第二接触部；第二梁，从支撑部沿径向延伸；及第二固定部，与第二梁连结，第一梁包括：第一部分，从传感器芯片安装部向径向伸出；及第二部分，沿与径向交叉的方向延伸，第二梁包括：第一部分，从支撑部沿径向伸出；及第二部分，沿与径向交叉的方向延伸，第二梁的第一部分配置于与第一梁的第一部分重叠的位置，第二梁的第二部分配置于与第一梁的第二部分重叠的位置。

Description

力觉传感器装置

技术领域

本发明涉及一种力觉传感器装置。

背景技术

以往，已知有在由金属构成的应变体上粘贴多个应变计，通过将施加外力时的应变转换为电信号来检测多轴的力的力觉传感器装置。但是，此力觉传感器装置需要通过手动作业各粘贴1片应变计，因此在精度、生产率方面存在问题，在构造上难以小型化。

另一方面，提出了一种通过将应变计替换为应变检测用的MEMS(Micro ElectroMechanical Systems：微机电系统)的传感器芯片来消除贴合精度的问题且实现小型化的力觉传感器装置(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4011345号公报

发明内容

发明所要解决的课题

力觉传感器装置，例如使用螺钉安装于连接对象的零件。难以使力觉传感器装置的安装面及连接对象的零件的安装面完全平坦，在力觉传感器装置与连接对象的零件之间产生间隙。若应变体因螺钉紧固时产生的应力而变形，则此变形传递至传感器芯片。因此，传感器芯片的输出产生变化(偏移)成为课题。

本发明提供一种能够降低由力觉传感器装置的安装时产生的应力引起的偏移的力觉传感器装置。

用于解决课题的手段

根据本发明的力觉传感器装置，其特征在于，具备：

传感器芯片，其检知多个轴向的至少一个方向的位移；

第一部件，其具有：传感器芯片安装部，其包括与所述传感器芯片接触的第一接触部，并安装有所述传感器芯片；第一梁，其从所述传感器芯片安装部沿以所述传感器芯片安装部为中心的假想圆的径向延伸；以及第一固定部，其与所述第一梁连结；以及

第二部件，其具有：第二接触部，其与所述传感器芯片接触；支撑部，其支撑所述第二接触部；第二梁，其从所述支撑部沿所述径向延伸；以及第二固定部，其与所述第二梁连结，

在俯视时，

所述第一梁包括：第一部分，其从所述传感器芯片安装部向所述径向伸出；以及第二部分，其沿与所述径向交叉的方向延伸，

所述第二梁包括：第一部分，其从所述支撑部沿所述径向伸出；以及第二部分，其沿与所述径向交叉的方向延伸，

所述第二梁的所述第一部分配置于与所述第一梁的所述第一部分重叠的位置，

所述第二梁的所述第二部分配置于与所述第一梁的所述第二部分重叠的位置。

发明的效果

本发明能够降低由力觉传感器装置的安装时产生的应力引起的偏移。

附图说明

图1是表示安装有根据实施方式的力觉传感器装置的机械臂的侧视图。

图2是表示安装在臂主体的前端部的配件及力觉传感器装置的剖视图。

图3是表示X轴、Y轴、Z轴、沿着X轴的力Fx、沿着Y轴的力Fy、沿着Z轴的力Fz、绕X轴的力矩Mx、绕Y轴的力矩My、以及绕Z轴的力矩Mz的朝向的图。

图4是从上方表示力觉传感器装置的立体图。

图5是表示力觉传感器装置的俯视图。

图6是表示力觉传感器装置的剖面立体图，是表示与X轴以及Y轴交叉的切断面的图。

图7是表示力觉传感器装置的剖面立体图，是表示沿着Y轴以及Z轴的切断面的图。

图8是表示力觉传感器装置的剖视图，是表示沿着Y轴以及Z轴的切断面的图。

图9是表示力觉传感器装置的第一部件的剖视立体图。

图10是表示力觉传感器装置的第一部件的俯视图。

图11是从下方表示力觉传感器装置的立体图。

图12是放大表示力觉传感器装置的第一部件的传感器芯片安装部的俯视图。

图13是表示力觉传感器装置的第一部件的传感器芯片安装部的立体图。

图14是表示力觉传感器装置的第一部件的第一梁的俯视图。

图15是表示力觉传感器装置的第一部件的筒部的剖视图。

图16是表示力觉传感器装置的第二部件的俯视图。

图17是表示力觉传感器装置的第二部件的剖视立体图。

图18是放大表示力觉传感器装置的第二部件的环、臂以及第二接触部的俯视图。

图19是力觉传感器装置的传感器芯片安装部及臂的剖面立体图。

图20是表示力觉传感器装置的第二部件的第二梁的俯视图。

图21是表示设置于力觉传感器装置的第一部件的筒部、凸缘及第一固定部的剖视图。

图22是表示第一固定部上的第二固定部的立体图。

图23是表示设置于力觉传感器装置的第一部件的凸缘的立体图。

图24是放大表示力觉传感器装置的第一接触部和第二接触部的俯视图。

图25是表示力觉传感器装置的传感器芯片安装部的剖视图，是表示沿着Y轴以及Z轴的切断面的图。

图26是表示力觉传感器装置的传感器芯片安装部的剖视图，是表示沿着W轴及Z轴的切断面的图。

图27是表示根据变形例1的力觉传感器装置的第一部件的第一梁的俯视图。

图28是表示根据变形例1的力觉传感器装置的第二部件的第二梁的俯视图。

图29是表示根据变形例2的力觉传感器装置的第一部件的第一梁的俯视图。

图30是表示根据变形例2的力觉传感器装置的第二部件的第二梁的俯视图。

图31是表示根据比较例1的力觉传感器装置的剖面立体图，是表示与X轴以及Y轴交叉的切断面的图。

图32是表示对根据实施例1及比较例1的力觉传感器装置进行验证试验的结果的图表。

图中：1：力觉传感器装置；2：机械臂；4：臂主体；5：配件；20：应变体；20B：应变体；110：传感器芯片；200：第一部件；212：第一接触部；214：第一接触部；216：第一接触部；220：传感器芯片安装部；222：底部；224：筒部；240：受力部；242：环状的槽；300：筒部(第一连结部)；332：凸缘；332a：抵接面；334：凸缘；334a：抵接面；400：第二部件；412：多个第二接触部；414：多个第二接触部；C1：角部(在X轴方向对置的角部)；C2：角部(在Y轴方向对置的角部)。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施发明的方式进行说明。在各附图中，对相同的构成部分标注相同的附图标记，有时省略重复的说明。

(机械臂)

首先，参照图1及图2，对具备根据实施方式的力觉传感器装置1的机械臂2进行说明。图1是表示安装有根据实施方式的力觉传感器装置的机械臂的侧视图。图2是表示安装在臂主体的前端部的配件及力觉传感器装置的剖视图。

机械臂2例如是工业用的机械臂。工业用的机械臂也可以是机床等机器人的臂。机械臂2具备多个臂主体3、4。多个臂主体3、4经由关节分别连接。多个臂主体3、4能够绕关节的旋转轴摆动。关节具有使旋转轴旋转的致动器。另外，臂主体3、4也可以绕沿其长度方向延伸的轴旋转。

在臂主体4的前端部经由配件5安装有力觉传感器装置1。配件5例如呈圆盘状，具有规定的厚度。在配件5形成有用于将配件5安装于臂主体4的螺纹孔。另外，在配件5设置有用于安装力觉传感器装置1的内螺纹5a。力觉传感器装置1能够使用多个螺栓6安装于配件5。

(轴、轴向的力以及绕轴的力矩)

接下来，参照图3，对轴、轴向的力以及绕轴的力矩进行说明。图3是表示X轴、Y轴、Z轴、沿着X轴的力Fx、沿着Y轴的力Fy、沿着Z轴的力Fz、绕X轴的力矩Mx、绕Y轴的力矩My、以及绕Z轴的力矩Mz的朝向的图。如图3所示，X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向相互交叉。

力觉传感器装置1能够检测X轴方向的力Fx、Y轴方向的力Fy以及Z轴方向的力Fz。绕各轴的力矩能够检测以X轴为轴旋转的力矩Mx、以Y轴为轴旋转的力矩My、以及以Z轴为轴旋转的力矩Mz。X轴方向的力Fx是X轴方向的位移的一例。Y轴方向的力Fy是Y轴方向的位移的一例。Z轴方向的力Fz是Z轴方向的位移的一例。

另外，在各图中，有时用箭头图示X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向。X轴方向、Y轴方向及Z轴方向以力觉传感器装置1为基准。例如，在图1所示的机械臂2中，在机械臂2位移而力觉传感器装置1的朝向变化的情况下，X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的朝向也根据力觉传感器装置1的朝向而变化。

(力觉传感器装置的概略结构)

接着，参照图2、图4～图8，对力觉传感器装置1的概略结构进行说明。图4是从上方表示力觉传感器装置的立体图。图5是表示力觉传感器装置的俯视图。图6是表示力觉传感器装置的剖面立体图，是表示与X轴以及Y轴交叉的切断面的图。图7是表示力觉传感器装置的剖面立体图，是表示沿着Y轴以及Z轴的切断面的图。图8是表示力觉传感器装置的剖视图，是表示沿着Y轴以及Z轴的切断面的图。力觉传感器装置1具备传感器芯片110和应变体20。

传感器芯片110作为6轴的位移传感器发挥功能。传感器芯片110例如也可以是MEMS。传感器芯片110也可以检知多个轴向的至少一个方向的位移。轴的方向上的位移例如也可以为X轴方向上的位移、Y轴方向上的位移以及Z轴方向上的位移。轴向的位移例如也可以是绕X轴的位移、绕Y轴的位移以及绕Z轴的位移。

应变体20具备第一部件200、第二部件400以及顶板21。应变体20是2个零件构成的应变体20。第二部件400收容于第一部件200内。在应变体20的内部形成有安装传感器芯片110的传感器芯片安装部220。顶板21以覆盖传感器芯片安装部220的方式配置。顶板21在Z轴方向配置于靠近配件5的位置。另外，在图4～图8中，表示顶板21被拆下的状态。

(第一部件的概略结构)

接着，对第一部件200的概略结构进行说明。图9是表示力觉传感器装置的第一部件的剖视立体图。图10是表示力觉传感器装置的第一部件的俯视图。图11是从下方表示力觉传感器装置的立体图。第一部件200具备受力部240、传感器芯片安装部220、多个第一梁252、254、多个第一固定部262、264以及筒部300。

(受力部)

如图2、图6～图9以及图11所示，受力部240例如呈圆盘状。受力部240的厚度方向沿着Z轴方向。受力部240的外径例如比传感器芯片安装部220的外径大。在受力部240能够安装机械臂的末端执行器。在受力部240设置有沿厚度方向贯通的螺栓孔。

(传感器芯片安装部)

图12是放大表示力觉传感器装置的第一部件的传感器芯片安装部的俯视图。图13是表示力觉传感器装置的第一部件的传感器芯片安装部的立体图。如图9、图12以及图13所示，传感器芯片安装部220具有底部222以及筒部224。底部222相对于受力部240安装。底部222在Z轴方向配置于靠近受力部240的位置，筒部224配置于比底部222远离受力部240的位置。底部222例如呈板状。底部222的板厚方向沿着Z轴方向。受力部240的外径比底部222的外径大。底部222在Z轴方向上安装于受力部240的与安装有末端执行器的面相反的一侧的面。在底部222设置有与传感器芯片110接触的多个第一接触部212、214、216。

多个第一接触部212、214、216在Z轴方向向受力部240的相反侧突出。多个第一接触部212具有在Z轴方向观察(俯视时)配置于底部222的中央的第一接触部212和配置于第一接触部212的周围的多个第一接触部214、216。另外，在本说明书中，有时使用“径向”这一术语。例如在Z轴方向观察底部222的情况下，径向是沿着以第一接触部212为中心的假想圆的半径方向的方向。径向包括X轴方向和Y轴方向。在沿Z轴方向观察底部222的情况下，径向包括远离第一接触部212的方向。

筒部224在Z轴方向从底部222向受力部240的相反侧伸出。多个第一接触部212、214、216在径向配置于筒部224的内侧。筒部224以在Z轴方向观察时包围多个第一接触部212、214、216的方式形成。由筒部224和底部222包围的空间形成凹部。传感器芯片110配置在由筒部224和底部222形成的凹部内。

(第一梁)

接下来，参照图9、图10以及图14，对第一梁252、254进行说明。图14是表示力觉传感器装置的第一部件的第一梁的俯视图。在图14中，图示了第一梁254。第一梁252与第一梁254仅位置不同，形状相同。多个第一梁252、254形成为在径向上向传感器芯片安装部220的外侧伸出。多个第一梁252以在径向相互对置的方式配置。多个第一梁254以在径向相互对置的方式配置。在沿Z轴方向观察的情况下，多个第一梁252对置的方向与多个第一梁254对置的方向是相互不同的方向。

第一梁252、254形成为在Z轴方向观察时呈T字。第一梁252具有从筒部224向径向外侧伸出的第一部分252a和与第一部分252a交叉的第二部分252b。第一梁254具有从筒部224向径向外侧伸出的第一部分254a和与第一部分254a交叉的第二部分254b。此外，第一梁252、254并不限定于呈T字状，例如也可以形成为Y字状，还可以形成为其他形状。

(第一固定部)

接着，参照图7～图10，对第一固定部262、264进行说明。在Z轴方向上观察，多个第一固定部262、264分别配置在与假想的四边形的所有角部C1、C2对应的位置。多个第一固定部262、264是固定第二部件400的部分。假想的四边形例如也可以是沿着筒部300的外形的四边形。多个角部C1例如以在X轴方向对置的方式配置。多个角部C2例如以在Y轴方向对置的方式配置。多个第一固定部262在X轴方向对置配置。多个第一固定部264在Y轴方向对置配置。

多个第一固定部262、264也可以是在力觉传感器装置1中位移相对最少的位置。多个第一固定部262、264与多个第一梁252、254及筒部300连结。例如多个第一固定部262、264与连结于该第一固定部262、264的多个第一梁252、254及筒部300相比，刚性高，相对难以变形。第一固定部262、264配置于与筒部300的角部C1、C2对应的位置，因此相对地位置难以变化。

如图10所示，第一固定部262、264包括固定面262a、264a。固定面262a、264a包括与Z轴方向交叉的面。固定面262a、264a在沿Z轴方向观察时例如呈梯形。

第一固定部262、264的沿着Z轴方向的厚度比第一梁252、254的沿着Z轴方向的厚度厚。固定面262a在Z轴方向上配置于比第一梁252、254更远离受力部240的位置。第一固定部262、264在Z轴方向比第一梁252、254更向受力部240的相反侧伸出。

筒部300在Z轴方向比第一固定部262、264更向受力部240的相反侧伸出。在Z轴方向上观察，筒部300以包围多个第一固定部262、264、多个第一梁252、254以及传感器芯片安装部220的方式形成。筒部300形成为在Z轴方向上观察时遍及整周地连续。

(第一部件的筒部)

接下来，参照图4～图11以及图15，对第一部件的筒部300进行说明。图15是表示力觉传感器装置的第一部件的筒部的剖视图。图15是从下方表示筒部的沿着X-Y的切断面的剖视图。筒部300具有多个外壁302、304以及多个内壁312、314、316、318。多个外壁302、304在径向包括外侧的面。多个内壁312、314、316、318在径向包括内侧的面。多个内壁312、314、316、318在径向配置于比多个外壁302、304靠内侧的位置。

外壁302、304以在Z轴方向观察时呈以多个角部C1、C2为顶点的四边形的方式配置。多个外壁302、304包括与径向交叉的面。从Z轴方向观察，多个外壁302以与第一梁252对置的方式配置。如图10所示，外壁302以与第一梁252的第一部分252a交叉的方式配置。外壁304以与第一梁254的第一部分254a交叉的方式配置。

内壁312、314、316、318以在Z轴方向观察时呈八边形的方式配置。多个内壁312包括与X轴方向交叉的YZ面。多个内壁312在X轴方向相互对置。多个内壁314包括与Y轴方向交叉的XZ面。多个内壁314在Y轴方向相互对置。多个内壁316包括与外壁302对置的面。多个内壁318包括与外壁304对置的面。

沿Z轴方向观察，固定面262a形成为从内壁312向径向内侧伸出。沿Z轴方向观察，固定面264a形成为从内壁314向径向内侧伸出。第一固定部262包括比内壁312向径向内侧伸出的部分。第一固定部264包括比内壁314向径向内侧伸出的部分。筒部300包括配置在多个第一固定部262、264之间，连结多个第一固定部262、264的部分。

在Z轴方向，从多个第一固定部262、264伸出的筒部300的长度也可以比多个第一固定部262、264的沿着Z轴方向的厚度长。筒部300在Z轴方向具有规定的长度。

(第一部件的槽)

如图10以及图11所示，在第一部件200形成有多个槽282、284。多个槽282、284在Z轴方向贯通第一部件200。沿Z轴方向观察，多个槽282形成于第一梁252与内壁316之间。多个槽282沿着第一梁252的第二部分252b的长度方向延伸。沿Z轴方向观察，多个槽284形成于第一梁254与内壁318之间。多个槽284沿着第一梁254的第二部分254b的长度方向延伸。多个槽282、284也可以是在Z轴方向不贯通的结构。

(第二部件的概略结构)

接着，对第二部件400的概略结构进行说明。图16是表示力觉传感器装置的第二部件的俯视图。图17是表示力觉传感器装置的第二部件的剖视立体图。图18是放大表示力觉传感器装置的第二部件的环、臂以及第二接触部的俯视图。图19是力觉传感器装置的传感器芯片安装部及臂的剖面立体图。第二部件400具备多个第二接触部412、414、支撑部420、多个第二梁432、434以及多个第二固定部442、444。

(第二接触部以及支撑部)

支撑部420支撑多个第二接触部412、414。多个第二接触部412在X轴方向分离。多个第二接触部414在Y轴方向分离。支撑部420具有环422和多个臂462、464。环422形成为沿着以Z轴为中心的圆周。环422呈板状。环422的板厚方向沿着Z轴方向。

(第二部件的臂)

多个臂462在X轴方向对置。多个臂462具有第一部分462a以及第二部分462b。第一部分462a在Z轴方向延伸，从环422朝向第一部件200的底部222延伸。第二部分462b在Z轴方向与环422分离。第二部分462b从第一部分462a的Z轴方向的端部弯曲，并沿X轴方向延伸。多个第二部分462b形成为在X轴方向相互接近。

多个臂464在Y轴方向对置。多个臂464具有第一部分464a及第二部分464b。第一部分464a在Z轴方向延伸，从环424朝向第一部件200的底部222延伸。第二部分464b在Z轴方向与环422分离。第二部分464b从第一部分464a的Z轴方向的端部弯曲，并沿Y轴方向延伸。多个第二部分464b以在Y轴方向相互接近的方式形成。

多个臂462、464的前端部相互连结。臂462的前端部是第二部分462b中的远离第一部分462a的部分。臂464的前端部是第二部分464b中的远离第一部分464a的部分。

多个第二部分462b、464b在径向的中心处相互交叉并连结。在多个第二部分462b、464b交叉的部分形成有沿Z轴方向贯通的孔468。第一接触部212插通于此孔468。孔468以及第一接触部212配置于多个第二接触部412、414的中心。多个第二接触部412从第二部分462b沿Z轴方向突出。多个第二接触部414从第二部分464b沿Z轴方向突出。

(第二梁)

接下来，参照图16、图17以及图20，对第二梁432、434进行说明。图20是表示力觉传感器装置的第二部件的第二梁的俯视图。在图20中，图示了第二梁434。第二梁432与第二梁434仅位置不同，形状相同。多个第二梁432、434形成为在径向向环422的外侧伸出。多个第二梁432以在径向相互对置的方式配置。多个第二梁434以在径向相互对置的方式配置。在沿Z轴方向观察的情况下，多个第二梁432对置的方向与多个第二梁434对置的方向是相互不同的方向。

第二梁432、434形成为在Z轴方向观察呈T字。第二梁432具有从环422向径向外侧伸出的第一部分432a和与第一部分432a交叉的第二部分432b。第二梁434具有从环424向径向外侧伸出的第一部分434a和与第一部分434a交叉的第二部分434b。此外，第二梁432、434并不限定于呈T字状，例如也可以形成为Y字状，还可以形成为其他形状。

(第二固定部)

图16、图17以及图20所示的多个第二固定部442、444是固定于多个第一固定部262、264的部分。多个第二固定部442配置于环422的外侧，在X轴方向相互对置。多个第二固定部444配置于环422的外侧，在Y轴方向相互对置。

(第二固定部相对于第一固定部的固定)

图21是表示设置于力觉传感器装置的第一部件的筒部、凸缘及第一固定部的剖视图。图22是表示第一固定部上的第二固定部的立体图。如图7、图8、图21以及图22所示，多个第二固定部442、444固定于多个第一固定部262、264。具体而言，第二固定部442配置在第一固定部262，相对于第一固定部262固定。第二固定部444配置在第一固定部264，相对于第一固定部264固定。第二固定部442、444在Z轴方向相对于第一固定部262、264配置于受力部240的相反侧。第二固定部442、444例如通过焊接与第一固定部262、264接合。

(第一部件的凸缘)

接下来，参照图2、图4～图11、图21以及图23，对设置于第一部件200的凸缘332、334进行说明。从Z轴方向观察，凸缘332、334从筒部300向径向外侧伸出。凸缘332、334在Z轴方向具有规定的厚度。在凸缘332形成有沿Z轴方向贯通的螺栓孔336。多个螺栓孔336设置在与假想的四边形的角部C1、C2对应的位置。此外，设置于凸缘332、334的螺栓孔336也可以被攻丝加工。

凸缘332、334具有在Z轴方向相比于筒部300的端面300a向受力部240的相反侧伸出的抵接面332a、334a。抵接面332a、334a形成于凸缘332、334的与受力部240相反的一侧的面。抵接面332a、334a是能够与图2所示的配件5抵接的面。

沿Z轴方向观察，抵接面332a、334a形成于螺栓孔336的周围。例如，抵接面332a、334a以包围螺栓孔336的方式设置于整周。

(受力部的环状的槽)

接下来，参照图2、图6、图8以及图11，对设置于受力部240的底面240a的环状的槽242进行说明。在受力部240的底面240a形成有环状的槽242。受力部240的底面240a是在Z轴方向与传感器芯片安装部220相反的一侧的面。环状的槽242形成为以通过受力部240的中心的Z轴为中心的圆周状。

(传感器芯片、第一接触部以及第二接触部)

接下来，参照图12、图13、图18以及图24～图26，对第一接触部212、214、216以及第二接触部412、414相对于传感器芯片110的配置进行说明。图24是放大表示力觉传感器装置的第一接触部和第二接触部的俯视图。图25是表示力觉传感器装置的传感器芯片安装部的剖视图，是表示沿着Y轴以及Z轴的切断面的图。图26是表示力觉传感器装置的传感器芯片安装部的剖视图，是表示沿着W轴及Z轴的切断面的图。另外，在图24中，示出了在Z轴方向观察时相互交叉的V轴以及W轴。V轴通过使X轴绕Z轴倾斜45度的位置，W轴通过使Y轴绕Z轴倾斜45度的位置。

如上所述，多个第一接触部212、214、216形成于第一部件200的底部222。在Z轴方向观察，在沿着X轴及Y轴的对角线配置有多个第一接触部214、216，在这些第一接触部214、216的中心配置有第一接触部212。图12以及图13表示配置第二部件400的多个第二接触部412、414之前的传感器芯片安装部220。

如上所述，图18所示的多个第二接触部412、414由多个臂462、464支撑。如图24所示，在第二部件400相对于第一部件200固定的状态下，多个第二接触部412、414配置于多个第一接触部214、216之间。第二接触部412在Y轴方向配置于第一接触部214、216之间。在X轴方向，第二接触部412配置于中心的第一接触部212的两侧。第二接触部414在X轴方向配置于第一接触部214、216之间。第二接触部414在Y轴方向配置于中心的第一接触部212的两侧。

如图25以及图26所示，多个第一接触部212、214、216以及第二接触部412、414在X轴方向以及Y轴方向隔开规定的间隔地与传感器芯片110的底面110a接触。

第二部件400的多个第二接触部412、414能够视为相对于传感器芯片110不位移的固定点。第一部件200的多个第一接触部212、214、216能够视为相对于传感器芯片110相对位移的输入点。

在力觉传感器装置1中，当受力部240受力时，此力从受力部240传递到传感器芯片安装部220的底部222。底部222从受力部240受力而稍微变形。根据力的朝向以及大小，多个第一接触部212、214、216的位移不同。传感器芯片110通过检知多个第一接触部212、214、216相对于第二接触部412、414的位移，能够检测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以及绕Z轴的力矩Mz。

(现有技术的课题)

接着，对现有技术的课题进行说明。力觉传感器装置通过螺纹紧固而直接或经由适配器间接地安装于作为连接对象的工业用机器人。难以使力觉传感器装置的安装面以及对方侧的安装面完全平坦，在两个安装面之间会产生间隙。因此，由于螺纹的紧固力，在力觉传感器装置以及对方侧的零件产生此间隙消失那样的变形。在这样的情况下，力觉传感器装置的应变体产生应变，由此产生安装偏移。换言之，零点输出发生变化。

若产生安装偏移，则产生在力觉传感器装置中能够应用的动态范围变小的问题。另外，若产生安装偏移，则在反复使用时，会产生零点的再现性变差的问题。另外，由于力觉传感器装置和/或机械臂的温度变化，产生输出变化变大、零点输出的温度特性变大的问题。例如，在用于安装力觉传感器装置的螺纹松动时，螺纹的轴向力变化，由此安装偏移的影响变大。

(力觉传感器装置1的作用效果)

在根据本实施方式的力觉传感器装置1中，多个第一梁252、254包括从传感器芯片安装部220沿径向伸出的第一部分252a、254a以及沿Z轴方向观察时沿与径向交叉的方向延伸的第二部分252b、254b。多个第二梁432包括从支撑部所包含的环422沿径向伸出的第一部分432a、434a、以及沿Z轴方向观察时沿与径向交叉的方向延伸的第二部分432b、434b。从Z轴方向观察，多个第二梁432、434的第一部分432a、434a配置于与多个第一梁252的第一部分252a、254a分别重叠的位置。从Z轴方向观察，多个第二梁432、434的第二部分432b、434b配置于与多个第一梁252、254的第二部分252b、254b分别重叠的位置。

根据这样的结构的力觉传感器装置1，第一部件200的第一梁252、254与第二部件400的第二梁432、434以重叠的方式配置，因此能够使作用于第一梁252、254的力的朝向与作用于第二部件400的第二梁432、434的力的朝向一致。具体而言，能够使作用于第一梁252、254的第一部分252a、254a的力的朝向与作用于第二梁432、434的第一部分432a、434a的力的朝向一致，能够使作用于第一梁252、254的第二部分252b、254b的力的朝向与作用于第二梁432、434的第二部分432b、434b的力的朝向一致。因此，在将力觉传感器装置1安装于连接对象的零件时，即使在力觉传感器装置1产生了变形的情况下，也能够抑制与第一梁252、254连接的第一接触部212、214、216和与第二梁432、434连接的第二接触部412、414的相对位移的偏移。其结果，能够降低由力觉传感器装置的安装时产生的应力引起的偏移。

另外，在根据本实施方式的力觉传感器装置1中，多个第一梁252、254及多个第二梁432、434在Z轴方向观察时为相互相似的形状，且以分别重叠的方式配置。第一梁252、254及第二梁432、434形成为相同的T字状，且以相互重叠的方式配置。另外，相似的形状包含相同的形状。

根据这样的结构的力觉传感器装置1，能够使作用于第一梁252、254的力的朝向与作用于第二部件400的第二梁432、434的力的朝向一致。因此，在将力觉传感器装置1安装于连接对象的零件时，即使在力觉传感器装置1产生了变形的情况下，也能够抑制与第一梁252、254连接的第一接触部212、214、216和与第二梁432、434连接的第二接触部412、414的相对位移的偏移。其结果，能够降低由力觉传感器装置的安装时产生的应力引起的偏移。

另外，第一部件200的多个第一固定部262、264包括：在X轴方向相互分离，沿Y轴方向延伸的一对第一固定部262；以及在Y轴方向相互分离，沿X轴方向延伸的一对第一固定部264。第二部件400的多个第二固定部442、444包括：在X轴方向相互分离，沿Y轴方向延伸的一对第二固定部442；以及在Y轴方向相互分离，沿X轴方向延伸的一对第二固定部444。沿Y轴方向延伸的一对第二固定部442配置为，从Z轴方向观察，与沿Y轴方向延伸的一对第一固定部262重叠。沿X轴方向延伸的一对第二固定部444配置为，从Z轴方向观察，与沿X轴方向延伸的一对第一固定部264重叠。

在这样的结构的力觉传感器装置1中，与第一梁252、254连结的第一固定部262、264以及与第二梁432、434连结的第二固定部442、444配置为从Z轴方向观察时重叠，因此能够使作用于第一固定部262、264的力的朝向与作用于第二固定部442、444的力的朝向一致。由此，能够使向第一梁252、254传递的力的朝向与向第二梁432、434传递的力的朝向一致，能够减少由力觉传感器装置1的安装时产生的应力引起的偏移。

另外，在力觉传感器装置1中，连结有多个第一梁252、254的传感器芯片安装部220的筒部224与连结有多个第二梁432、434的环422以在Z轴方向观察时重叠的方式配置。

在这样的结构的力觉传感器装置1中，能够容易使作用于筒部224的力的朝向与作用于环422的力的朝向一致。在力觉传感器装置1中，能够使从第一梁252、254向筒部224传递的力的朝向与从第二梁432、434向环422传递的力的朝向一致。其结果，能够降低由力觉传感器装置的安装时产生的应力引起的偏移。

另外，在力觉传感器装置1中，第二梁432、434与环422连结的位置是在环422的周向，臂462、464与环422连结的多个位置的中间位置。臂462与环422连结的位置是臂462的第一部分462a与环422连结的位置。臂464与环422连结的位置是臂464的第一部分464a与环422连结的位置。第二梁432、434与环连结的位置是在环422的周向第一部分462a与第一部分464a的中间位置。

根据这样的结构的力觉传感器装置1，能够使从第二梁432、434传递的力沿环422的周向分散，并向多个臂462、464传递。由此，能够减轻向多个臂462、464传递的力的偏差。能够抑制第二部件400的变形。

(变形例1)

接着，对根据变形例1的力觉传感器装置1的第一梁252B及第二梁432B进行说明。图27是表示根据变形例1的力觉传感器装置的第一部件的第一梁的俯视图。图28是表示根据变形例1的力觉传感器装置的第二部件的第二梁的俯视图。

如图27所示，第一梁252B在沿Z轴方向观察时呈Y字状。由此，第一部件的多个第一梁252B并不限定于呈T字状，也可以形成为Y字状，还可以形成为其他形状。

如图28所示，第二梁432B在沿Z轴方向观察时呈Y字状。这样，第二部件的多个第二梁432B并不限定于呈T字状，也可以形成为Y字状，还可以形成为其他形状。

在这样的根据变形例1的力觉传感器装置1中，也起到与上述实施方式的力觉传感器装置1同样的作用效果。第一梁252B及第二梁432B在Z轴方向观察时呈相同的形状，且以重叠的方式配置。

(变形例2)

接着，对根据变形例2的力觉传感器装置1的第一梁及第二梁进行说明。

图29是表示根据变形例2的力觉传感器装置的第一部件的第一梁的俯视图。

图30是表示根据变形例2的力觉传感器装置的第二部件的第二梁的俯视图。

如图29所示，从Z轴方向观察，第一梁252C例如呈V字状。这样，第一部件的多个第一梁252C可以形成为V字状。第一梁252C也可以形成为沿Z轴方向观察时从传感器芯片安装部220的筒部224向不同的方向分开延伸。

如图30所示，沿Z轴方向观察，第二梁432C例如呈V字状。这样，第二部件的多个第二梁432C可以形成为V字状。第二梁432C也可以形成为沿Z轴方向观察时从环422向不同的方向分开延伸。

(比较例1)

接着，对比较例1进行说明。图31是表示根据比较例1的力觉传感器装置的剖面立体图，是表示与X轴以及Y轴交叉的切断面的图。根据比较例1的力觉传感器装置501具备底板502、构架503和环504。底板502、构架503及环504在Z轴方向观察时呈圆形。底板502、构架503及环504以在Z轴方向观察时重叠的方式配置。在底板502、构架503及环504形成有供螺栓插通的螺栓孔。在构架503设置有多个第一接触部，在环504设置有多个第二接触部。

构架503不具备从固定有环504的固定部向Z轴方向伸出的筒部。在构架503未设置能够安装在成为力觉传感器装置501的连接对象的零件的凸缘。力觉传感器装置501具有覆盖环504的圆盘状的顶板。

(验证)

接着，说明对根据实施例1及比较例1的力觉传感器装置进行验证试验的结果。图32是表示对根据实施例1及比较例1的力觉传感器装置进行验证试验的结果的图表。实施例1是根据上述实施方式的力觉传感器装置1。

在验证试验中，使用间隙规制作50μm的间隙，对相对于连接对象的零件安装了力觉传感器装置的情况下的力觉传感器装置的变形进行了模拟。在验证试验中，对通过螺纹紧固将力觉传感器装置安装于连接对象的零件的情况进行了模拟。在此，作为连接对象的零件，假定配件5或臂主体。将验证试验的结果示于图32。

在图32中，纵轴表示偏移变化量[％FS]。“安装偏移变化量”表示将力觉传感器装置安装于连接对象的零件的情况下的零点的变化的大小的比率。在偏移变化为100％FS的情况下，表示与向传感器芯片安装部220输入相当于传感器额定的位移的状态相等。

在此，参照图25对偏移变化为正的情况以及为负的情况进行说明。偏移是因第一接触部212与第二接触部414的相对位置关系而产生。正的情况和负的情况表示相互反向地移动。在Fx为正的情况下，表示第一接触部212相对于第二接触部414沿着X轴方向从纸面近前朝向里侧移动的状态。在Fx为负的情况下，表示第一接触部212相对于第二接触部414沿着X轴方向从纸面里侧朝向近前移动的状态。在Fy为正的情况下，表示第一接触部212相对于第二接触部414沿着Y轴方向向Y(+)的箭头所示的方向移动的状态。在Fy为负的情况下，表示第一接触部212相对于第二接触部414沿着Y轴方向向Y(-)的箭头所示的方向移动的状态。在Fz为正的情况下，表示第一接触部212相对于第二接触部414沿着Z轴方向向Z(+)的箭头所示的方向移动的状态。在Fz为负的情况下，表示第一接触部212相对于第二接触部414沿着Z轴方向向Z(-)的箭头所示的方向移动的状态。

在图32中，用实线表示实施例1的结果，用虚线表示比较例1的结果。“Fx”表示X轴方向的偏移变化的最大值。“Fy”表示Y轴方向的偏移变化的最大值。“Fz”表示Z轴方向的偏移变化的最大值。(另外，输入到传感器芯片110的变化量因第一接触部212、214、216与第二接触部412、414的相对位移差而产生。因此，偏移变化量也可能是第二接触部412、414的变化量。

在实施例1中，Fx、Fy、Fz均为比比较例1小的值。实施例1的Fx、Fy为接近0的值。在实施例1中，可知第一接触部212、214、216的位移变小，偏移输出降低。

以上，对优选的实施方式进行了详细说明，但并不限定于上述的实施方式，在不脱离技术方案所记载的范围的情况下，能够对上述的实施方式施加各种变形以及置换。

Claims (8)

1.一种力觉传感器装置，其特征在于，具备：

传感器芯片，其检知多个轴向的至少一个方向的位移；

第一部件，其具有：传感器芯片安装部，其包括与所述传感器芯片接触的第一接触部，并安装有所述传感器芯片；第一梁，其从所述传感器芯片安装部沿以所述传感器芯片安装部为中心的假想圆的径向延伸；以及第一固定部，其与所述第一梁连结；以及

第二部件，其具有：第二接触部，其与所述传感器芯片接触；支撑部，其支撑所述第二接触部；第二梁，其从所述支撑部沿所述径向延伸；以及第二固定部，其与所述第二梁连结，

在俯视时，

所述第一梁包括：第一部分，其从所述传感器芯片安装部向所述径向伸出；以及第二部分，其沿与所述径向交叉的方向延伸，

所述第二梁包括：第一部分，其从所述支撑部沿所述径向伸出；以及第二部分，其沿与所述径向交叉的方向延伸，

所述第二梁的所述第一部分配置于与所述第一梁的所述第一部分重叠的位置，

所述第二梁的所述第二部分配置于与所述第一梁的所述第二部分重叠的位置。

2.一种力觉传感器装置，其特征在于，具备：

传感器芯片，其检知多个轴向的至少一个方向的位移；

第一部件，其具有：传感器芯片安装部，其包括与所述传感器芯片接触的第一接触部，并安装有所述传感器芯片；第一梁，其从所述传感器芯片安装部沿以所述传感器芯片安装部为中心的假想圆的径向延伸；及第一固定部，其与所述第一梁连结；以及

第二部件，其具有：第二接触部，其与所述传感器芯片接触；支撑部，其支撑所述第二接触部；第二梁，其从所述支撑部沿所述径向延伸；及第二固定部，其与所述第二梁连结，

在俯视时，

所述第一梁及所述第二梁为相互相似的形状，且以分别重叠的方式配置。

3.根据权利要求1所述的力觉传感器装置，其特征在于，

所述第一梁及所述第二梁以呈T字状的方式形成。

4.根据权利要求2所述的力觉传感器装置，其特征在于，

所述第一梁及所述第二梁以呈T字状的方式形成。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的力觉传感器装置，其特征在于，

在所述假想圆的周向，多个所述第一梁配置于多个所述第一固定部之间，多个所述第一梁对在所述假想圆的周向相邻的多个第一固定部进行连结，

在所述假想圆的周向，多个所述第二梁配置于多个所述第二固定部之间，多个所述第二梁对在所述假想圆的周向相邻的多个第二固定部进行连结。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的力觉传感器装置，其特征在于，

所述多个轴向是相互交叉的3个轴的X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向，

多个所述第一固定部包括：

在所述Y轴方向延伸的一对第一固定部，其在所述X轴方向相互分离；以及

在所述X轴方向延伸的一对第一固定部，其在所述Y轴方向相互分离，

多个所述第二固定部包括：

在所述Y轴方向延伸的一对第二固定部，其在所述X轴方向相互分离；以及

在所述X轴方向延伸的一对第二固定部，其在所述Y轴方向相互分离，

在所述Y轴方向延伸的一对第二固定部配置为，在所述Z轴方向观察时，与在所述Y轴方向延伸的一对第一固定部重叠，

在所述X轴方向延伸的一对第二固定部配置为，在所述Z轴方向观察时，与在所述X轴方向延伸的一对第一固定部重叠。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的力觉传感器装置，其特征在于，

所述传感器芯片安装部具有：

底部，其配置在靠近与所述传感器芯片的相反侧所连结的受力部的位置；以及

筒部，其从所述底部向与所述受力部相反的一侧伸出，

多个所述第一接触部设置于所述底部，

所述传感器芯片收容于由所述底部以及所述筒部包围的凹部内，

所述支撑部具有：

与多个所述第二梁连结的环；以及

从所述环延伸并向所述径向的内侧弯曲且支撑多个所述第二接触部的多个臂，

在俯视时，

所述环以与所述筒部重叠的方式配置。

8.根据权利要求7所述的力觉传感器装置，其特征在于，

多个所述第二梁与所述环连结的位置，是在所述假想圆的周向所述多个臂与所述环连结的多个位置的中间位置。