DE102018009247B4 - Sechsachsiger Kraftsensor mit Wegerfassung - Google Patents

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Abstract

Sechsachsiger Kraftsensor (10; 40; 70; 80; 90), umfassend:einen ersten Endabschnitt (12);einen zweiten Endabschnitt (14);einen Zwischenabschnitt (16) zwischen dem ersten Endabschnitt (12) und dem zweiten Endabschnitt (14);einen ersten Verbindungsabschnitt (18), der den ersten Endabschnitt (12) mit dem Zwischenabschnitt (16) mit ersten drei Freiheitsgraden elastisch verbindet;einen zweiten Verbindungsabschnitt (20), der den zweiten Endabschnitt (14) mit dem Zwischenabschnitt (16) mit zweiten drei Freiheitsgraden elastisch verbindet;einen ersten Erfassungsteil (22), der eine relative Verschiebung zwischen dem ersten Endabschnitt (12) und dem Zwischenabschnitt (16) einhergehend mit einer elastischen Verformung des ersten Verbindungsabschnitts (18) erfasst und basierend auf der relativen Verschiebung einen ersten Erfassungswert (D1) ausgibt, der zum Erfassen einer ersten Kraftkomponente in einer Richtung einer ersten Achse, einer zweiten Kraftkomponente in einer Richtung einer zur ersten Achse orthogonalen zweiten Achse und einer dritten Momentenkomponente um eine dritte Achse, die sowohl zu der ersten Achse als auch der zweiten Achse orthogonal ist, einer auf den ersten Endabschnitt (12) oder den zweiten Endabschnitt (14) ausgeübten Kraft verwendet wird; undeinen zweiten Erfassungsteil (24), der eine relative Verschiebung zwischen dem zweiten Endabschnitt (14) und dem Zwischenabschnitt (16) einhergehend mit einer elastischen Verformung des zweiten Verbindungsabschnitts (20) erfasst und basierend auf der relativen Verschiebung einen zweiten Erfassungswert (D2) ausgibt, der zum Erfassen einer ersten Momentenkomponente um die erste Achse, einer zweiten Momentenkomponente um die zweite Achse und einer dritten Kraftkomponente in einer Richtung der dritten Achse der Kraft verwendet wird;wobei der Zwischenabschnitt (16), der erste Verbindungsabschnitt (18) und der zweite Verbindungsabschnitt (20) so angeordnet sind, dass die Kraft sowohl auf den ersten Verbindungsabschnitt (18) als auch auf den zweiten Verbindungsabschnitt (20) ausgeübt wird, ohne sich durch den Zwischenabschnitt (16) zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt (18) und dem zweiten Verbindungsabschnitt (20) auszubreiten.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen sechsachsigen Kraftsensor mit Wegerfassung.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Ein Kraftsensor mit Wegerfassung ist dazu konfiguriert, beim Aufbringen einer Kraft (oder Last) auf einen Sensorkörper eine Verschiebung des Sensorkörpers zu erfassen, die mit der durch die aufgebrachte Kraft verursachte Verformung des Sensorkörpers einhergeht, und dadurch die Kraft basierend auf dem erfassten Verschiebungsbetrag zu erfassen. So offenbart beispielsweise die ungeprüfte Japanische Patentschrift Nr. 2004-301731 ( JP 2004 - 301 731 A ) einen Kraftsensor, der einen Verschiebungsbetrag zu erfassen. So offenbart beispielsweise die ungeprüfte Japanische Patentschrift Nr. 2004-301731 ( JP 2004-301731 A ) einen Kraftsensor, der einen Verschiebungsbetrag erfasst, indem eine Kapazitätsänderung an einer vorbestimmten Position auf einem Sensorkörper erfasst wird. Der Kraftsensor umfasst eine äußere kastenförmige Struktur und eine innere kastenförmige Struktur. Die Seitenflächen und Oberseiten der äußeren kastenförmigen Struktur liegen den Seitenflächen beziehungsweise Oberseiten der inneren kastenförmigen Struktur gegenüber, und zwischen diesen ist ein Spalt so ausgebildet, dass er sich durchgehend über den Sensorkörper erstreckt. Eine Mehrzahl von Elektrodenpaaren ist jeweils an bestimmten Stellen in dem Spalt so angeordnet, dass die Elektroden von jedem Paar in Richtung einer beliebigen Achse eines dreiachsigen rechtwinkligen Koordinatensystems einander gegenüberliegen, um so eine Kapazität zwischen den gegenüberliegenden Elektroden jedes Paares zu bilden (d.h. einen Kondensator zu bilden). Wenn die äußere kastenförmige Struktur durch eine Kraft (oder Last) verformt wird, ändern sich Form und Abmessungen des Spaltes entsprechend, und die Kapazität zwischen den jeweils gegenüberliegenden Elektroden ändert sich. Der Kraftsensor ist dazu konfiguriert, aus der Kapazitätsänderung einen Verschiebungsbetrag der äußeren kastenförmigen Struktur relativ zu der inneren kastenförmigen Struktur zu berechnen und basierend auf dem berechneten Verschiebungsbetrag eine Kraftkomponente in einer Richtung jeder Achse und eine Momentenkomponente um jede Achse der auf die äußere kastenförmige Struktur ausgeübten Kraft zu erfassen.
  • Andererseits offenbart die ungeprüfte Japanische Patentschrift Nr. 2016-070824 ( JP 2016-070824 A ) einen sechsachsigen Kraftsensor mit Wegerfassung, der dazu konfiguriert ist, in einem dreiachsigen rechtwinkligen Koordinatensystem eine Kraftkomponente in einer Richtung jeder Achse und eine Momentkomponente um jede Achse zu erfassen, wobei ein erster Erfassungsteil und ein zweiter Erfassungsteil die Kraft- und Momentenkomponenten gemeinsam erfassen, wobei der erste Erfassungsteil drei Achsen zugeordnet ist und der zweite Erkennungsteil den anderen drei Achsen zugeordnet ist.
  • DE 10 2015 116 028 A1 offenbart einen sechsachsigen Kraftsensor, der drei Kraftkomponenten und drei Momentkomponenten erfasst. Der Kraftsensor verfügt über einen feststehenden Teil, einen relativ zum feststehenden Teil bewegbaren ersten beweglichen Teil, und einen relativ zum ersten beweglichen Teil bewegbaren zweiten Teil sowie über entsprechende Detektionsabschnitte zur Erkennung von Relativbewegungen.
  • Aus EP 2 278 291 A1 ist ein Kraftsensor bekannt, der eine Vorrichtung zum Abpuffern externer Kräfte aufweist. Die Vorrichtung zum Abpuffern externer Kräfte umfasst eine Aufnahme für einen Kraftsensorchip, einen Krafteingangsabschnitt, und eine Dämpfungseinheit, die eine auf die Krafteingangseinheit einwirkende Kraft abdämpft, ehe diese auf den Kraftsensorchip übertragen wird.
  • Ferner offenbart US 2014/0331787 A1 einen sechsachsigen Kraftsensor, der über eine Tragstruktur und eine mittels Federn an dieser befestigte bewegbare Struktur umfasst. An der bewegbaren Struktur sind geeignete Elektroden angebracht, die mit den Federn zusammenwirken. Ein durch die Federn hergestellter Spalt zwischen den Strukturen gestattet eine relative Bewegung und Verkippung derselben zueinander, wobei entsprechend auf die Strukturen einwirkende Kräfte detektiert werden können.
  • Außerdem ist aus US 2010/0175487 A1 ein sechsachsiger magnetischer Kraftsensor bekannt, der über einen Betätigungsabschnitt und einen Rahmen mit flexibler Struktur verfügt, der den Betätigungsabschnitt trägt, sodass dieser in Reaktion auf eine einwirkende Kraft bewegbar ist. Eine Detektionseinheit verwendet eine Magnetflussquelle und magnetoelektrische Transducer, um Kraftkomponenten und Momentkomponenten zu bestimmen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Bei einem sechsachsigen Kraftsensor mit Wegerfassung besteht die Anforderung, eine Kraftkomponente in Richtung jeder Achse und eine Momentenkomponente um jede Achse exakt zu erfassen, während gleichzeitig ein Einfluss zwischen den Achsen eliminiert wird, und dadurch die Größe und Richtung einer auf den Sensor ausgeübten Kraft mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt einen sechsachsigen Kraftsensor bereit, umfassend einen ersten Endabschnitt; einen zweiten Endabschnitt; einen Zwischenabschnitt zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt; einen ersten Verbindungsabschnitt, der den ersten Endabschnitt mit dem Zwischenabschnitt mit ersten drei Freiheitsgraden elastisch verbindet; einen zweiten Verbindungsabschnitt, der den zweiten Endabschnitt mit dem Zwischenabschnitt mit zweiten drei Freiheitsgraden elastisch verbindet; einen ersten Erfassungsteil, der eine relative Verschiebung zwischen dem ersten Endabschnitt und dem Zwischenabschnitt einhergehend mit einer elastischen Verformung des ersten Verbindungsabschnitts erfasst und basierend auf der relativen Verschiebung einen ersten Erfassungswert ausgibt, der zum Erfassen einer ersten Kraftkomponente in einer Richtung einer ersten Achse, einer zweiten Kraftkomponente in einer Richtung einer zur ersten Achse orthogonalen zweiten Achse und einer dritten Momentenkomponente um eine dritte Achse, die sowohl zu der ersten Achse als auch der zweiten Achse orthogonal ist, einer auf den ersten Endabschnitt oder den zweiten Endabschnitt ausgeübten Kraft verwendet wird; und einen zweiten Erfassungsteil, der eine relative Verschiebung zwischen dem zweiten Endabschnitt und dem Zwischenabschnitt einhergehend mit einer elastischen Verformung des zweiten Verbindungsabschnitts erfasst und basierend auf der relativen Verschiebung einen zweiten Erfassungswert ausgibt, der zum Erfassen einer ersten Momentenkomponente um die erste Achse, einer zweiten Momentenkomponente um die zweite Achse und einer dritten Kraftkomponente in Richtung der dritten Achse der Kraft verwendet wird; wobei der Zwischenabschnitt, der erste Verbindungsabschnitt und der zweite Verbindungsabschnitt so angeordnet sind, dass die Kraft sowohl auf den ersten Verbindungsabschnitt als auch auf den zweiten Verbindungsabschnitt ausgeübt wird, ohne sich durch den Zwischenabschnitt zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt auszubreiten.
  • Gemäß dem sechsachsigen Kraftsensor des obigen Aspekts können der erste Erfassungsteil beziehungsweise der zweite Erfassungsteil den ersten Erfassungswert basierend auf der relativen Verschiebung in den ersten drei Freiheitsgraden zwischen dem ersten Endteil und dem Zwischenteil und den zweiten Erfassungswert basierend auf der relativen Verschiebung in den zweiten drei Freiheitsgraden zwischen dem zweiten Endteil und dem Zwischenteil gemeinsam ausgeben, und dadurch ist es möglich, die Genauigkeit des ersten Erfassungswertes und des zweiten Erfassungswertes, die zum Erfassen der sechsachsigen Kraft- und Momentenkomponenten verwendet werden, zu verbessern. Insbesondere weist der sechsachsige Kraftsensor eine Konfiguration auf, bei der die auf den ersten Endabschnitt oder den zweiten Endabschnitt ausgeübte Kraft sowohl auf den ersten Verbindungsabschnitt als auch auf den zweiten Verbindungsabschnitt ausgeübt wird, ohne sich durch den Zwischenabschnitt zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt auszubreiten, sodass es möglich ist, den Einfluss einer aufgrund der Verschiebung des ersten Endabschnitts oder des zweiten Endabschnitts auf den Zwischenabschnitt ausgeübten Last zu eliminieren und dadurch den ersten Erfassungswert und den zweiten Erfassungswert mit hoher Genauigkeit auszugeben.
  • Figurenliste
  • Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher, wobei:
    • 1 eine Vorderansicht ist, die konzeptionell und schematisch eine Konfiguration eines sechsachsigen Kraftsensors darstellt;
    • 2A ist eine Darstellung ist, die einen Betriebsvorgang eines ersten Erfassungsteils des sechsachsigen Kraftsensors darstellt;
    • 2B eine Darstellung ist, die den Betriebsvorgang des ersten Erfassungsteils des sechsachsigen Kraftsensors darstellt;
    • 2C eine Darstellung ist, die den Betriebsvorgang des ersten Erfassungsteils des sechsachsigen Kraftsensors zeigt;
    • 3A eine Darstellung ist, die einen Betriebsvorgang eines zweiten Erfassungsteils des sechsachsigen Kraftsensors zeigt;
    • 3B eine Darstellung ist, die den Betriebsvorgang des zweiten Erfassungsteils des sechsachsigen Kraftsensors zeigt;
    • 3C ist eine Darstellung ist, die die den Betriebsvorgang des zweiten Erfassungsteils des sechsachsigen Kraftsensors darstellt;
    • 4 eine perspektivische Ansicht ist, die eine gesamte Konfiguration eines sechsachsigen Kraftsensors gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
    • 5 eine perspektivische Ausschnittsansicht entlang der Linie V-V in 4 ist;
    • 6 eine perspektivische Ansicht ist, die eine gesamte Konfiguration eines sechsachsigen Kraftsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
    • 7A eine perspektivische Ausschnittsansicht entlang der Linie VIIa-VIIa in 6 ist;
    • 7B eine Schnittansicht entlang der Linie VIIb-VIIb in 6 ist;
    • 8 eine perspektivische Ansicht ist, die eine gesamte Konfiguration eines sechsachsigen Kraftsensors gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt;
    • 9 eine perspektivische Ausschnittsansicht entlang der Linie IX-IX in 8 ist;
    • 10 eine Darstellung ist, die eine Funktion des sechsachsigen Kraftsensors von 8 darstellt;
    • 11 eine perspektivische Ansicht ist, die eine gesamte Konfiguration eines sechsachsigen Kraftsensors gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt;
    • 12A ist eine perspektivische Ausschnittsansicht entlang der Linie XIIa-XIIa in 11 ist; und
    • 12B ist eine perspektivische Ausschnittsansicht entlang der Linie XIIb-XIIb in 11 ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Gleiche Bezugsziffern kennzeichnen entsprechende Bauteile in den Zeichnungen.
  • 1 stellt konzeptionell und schematisch eine Konfiguration eines sechsachsigen Kraftsensors 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Der sechsachsige Kraftsensor 10 umfasst einen ersten Endabschnitt 12; einen zweiten Endabschnitt 14; einen Zwischenabschnitt 16 zwischen dem ersten Endabschnitt 12 und dem zweiten Endabschnitt 14; einen ersten Verbindungsabschnitt 18, der den ersten Endabschnitt 12 mit dem Zwischenabschnitt 16 mit ersten drei Freiheitsgraden elastisch verbindet; einen zweiten Verbindungsabschnitt 20, der den zweiten Endabschnitt 14 mit dem Zwischenabschnitt 16 mit zweiten drei Freiheitsgraden elastisch verbindet; einen ersten Erfassungsteil 22, der eine relative Verschiebung zwischen dem ersten Endabschnitt 12 und dem Zwischenabschnitt 16 erfasst, wobei die relative Verschiebung mit der elastischen Verformung des ersten Verbindungsabschnitts 18 einhergeht; und einen zweiten Erfassungsteil 24, der eine relative Verschiebung zwischen dem zweiten Endabschnitt 14 und dem Zwischenabschnitt 16 erfasst, wobei die relative Verschiebung mit der elastischen Verformung des zweiten Verbindungsabschnitts 20 einhergeht.
  • Der erste Endabschnitte 12 und der zweite Endabschnitt 14 können jeweils als ein Basiselement konfiguriert werden, das direkt oder indirekt an einer Maschine oder Struktur, wie einem Roboterarm (nicht dargestellt; im Folgenden als Maschinenanlage bezeichnet), befestigt ist, wenn der Kraftsensor 10 an der Maschinenanlage montiert ist. Der erste Endabschnitt 12 und der zweite Endabschnitt 14 können jeweils auch als Kraftaufnahmeelement konfiguriert werden, das an einem Objekt, wie einer Roboterhand (nicht dargestellt; im Folgenden als Krafterzeuger bezeichnet) befestigt ist, das eine von dem Kraftsensor 10 zu erfassende Kraft (oder Last) erzeugt und die zu erfassende Kraft aufnimmt. Der Kraftsensor 10 kann derart verwendet werden, dass einer von dem ersten Endabschnitt 12 und dem zweiten Endabschnitt 14 als das Basiselement und der andere als das Kraftaufnahmeelement angeordnet ist.
  • In einem Fall, in dem beispielsweise der erste Endabschnitt 12 als das Basiselement und der zweite Endabschnitt 14 als das Kraftaufnahmeelement verwendet wird, wird die vom Krafterzeuger auf den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft (oder Last) dann vom zweiten Endabschnitt 14 auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 aufgebracht. Die ausgeübte Kraft verformt den zweiten Verbindungsabschnitt 20 elastisch und bewirkt gleichzeitig, dass der zweite Endabschnitt 14 gegenüber dem Zwischenabschnitt 16 elastisch in eine Richtung verschoben wird, die als die zweiten drei Freiheitsgrade definiert wird. Außerdem wird die vom zweiten Endabschnitt 14 auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 ausgeübte Kraft (oder Last) dann vom zweiten Verbindungsabschnitt 20 auf den ersten Verbindungsabschnitt 18 ausgeübt. Die ausgeübte Kraft verformt den ersten Verbindungsabschnitt 18 elastisch und bewirkt gleichzeitig, dass der Zwischenabschnitt 16 gegenüber dem ersten Endabschnitt 12 elastisch in eine Richtung verschoben wird, die als die ersten drei Freiheitsgrade definiert wird. Somit sind in dem sechsachsigen Kraftsensor 10 der Zwischenabschnitt 16, der erste Verbindungsabschnitt 18 und der zweite Verbindungsabschnitt 20 so angeordnet, dass die auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft dann sowohl auf den ersten Verbindungsabschnitt 18 als auch den zweiten Verbindungsabschnitt 20 ausgeübt wird, ohne sich durch den Zwischenabschnitt 16 zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 18 und dem zweiten Verbindungsabschnitt 20 auszubreiten.
  • So sind beispielsweise in einer Konfiguration, in der ein dreiachsiges rechtwinkliges Koordinatensystem (X-Y-Z) im Raum definiert ist, wie in den mehreren Zeichnungen dargestellt, der erste Endabschnitt 12 und der Zwischenabschnitt 16 so konfiguriert, dass sie sich relativ in einer Richtung entlang einer ersten Achse (oder X-Achse) bewegen können, relativ in einer Richtung entlang einer zweiten Achse (oder Y-Achse) bewegen können und sich relativ um eine Mittelachse entlang einer dritten Achse (oder Z-Achse) drehen können, während gleichzeitig die elastische Verformung des ersten Verbindungsabschnitts 18 damit einhergeht. In dieser Konfiguration werden die ersten drei Freiheitsgrade durch eine Bewegung in der Richtung entlang jeweils der ersten (X) und zweiten (Y) Achse und eine Drehung um die Mittelachse entlang der dritten (Z) Achse definiert. Der erste Endabschnitt 12 und der Zwischenabschnitt 16 können relativ zueinander in jeder Richtung oder abhängig von der auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübten Kraft in einer Kombination von zwei oder mehr Richtungen aus den drei vorgenannten Richtungen verschoben werden.
  • Gleichermaßen sind in einer Konfiguration, in der ein dreiachsiges rechtwinkliges Koordinatensystem (X-Y-Z) im Raum definiert ist, der zweite Endabschnitt 14 und der Zwischenabschnitt 16 so konfiguriert, dass sie sich relativ um eine Mittelachse entlang einer ersten Achse (oder X-Achse) drehen können, relativ um eine Mittelachse entlang einer zweiten Achse (oder Y-Achse) drehen können und sich relativ in eine Richtung entlang einer dritten Achse (oder Z-Achse) bewegen können, während gleichzeitig die elastische Verformung des zweiten Verbindungsabschnitts 20 damit einhergeht. In dieser Konfiguration werden die zweiten drei Freiheitsgrade durch eine Drehung um die Mittelachse entlang jeweils der ersten (X) und der zweiten (Y) Achse und eine Bewegung in der Richtung entlang der dritten (Z) Achse definiert. Der zweite Endabschnitt 14 und der Zwischenabschnitt 16 können in einer beliebigen Richtung oder abhängig von der auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübten Kraft in einer Kombination von zwei oder mehr Richtungen aus den obigen drei Richtungen relativ zueinander verschoben werden.
  • Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Offenbarung der Ausdruck „entlang...“ ein Begriff ist, um eine ungefähre Ausrichtung unter Verwendung einer der Achsen eines Koordinatensystems darzustellen, und eine Konfiguration, die parallel zu einer Achse ist, eine Konfiguration, die leicht von der parallelen Konfiguration abweicht (d.h. im Wesentlichen parallel zu einer Achse ist), und eine Konfiguration umfasst, die eine Achse in einem Winkel von, z.B., 45 Grad oder weniger schneidet.
  • Der erste Erfassungsteil 22 erfasst eine Relativverschiebung (oder einen Verschiebungsbetrag aufgrund einer Relativbewegung) zwischen dem ersten Endabschnitt 12 und dem Zwischenabschnitt 16 in Verbindung mit den vorgenannten drei Richtungen. Der erste Erfassungsteil 22 gibt basierend auf der erfassten Relativverschiebung in drei Richtungen einen ersten Erfassungswert D1 aus, der zum Erfassen einer ersten Kraftkomponente in Richtung einer ersten Achse (X-Achse, in der Zeichnung), einer zweiten Kraftkomponente in Richtung einer zur ersten Achse orthogonalen zweiten Achse (Y-Achse, in der Zeichnung) und einer dritten Momentenkomponente um eine dritte Achse (Z-Achse, in der Zeichnung), die sowohl zur ersten Achse als auch zur zweiten Achse orthogonal ist, der auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübt Kraft verwendet wird.
  • Der zweite Erfassungsteil 24 erfasst eine Relatiwerschiebung (oder einen Verschiebungsbetrag aufgrund einer Relativbewegung) zwischen dem zweiten Endabschnitt 14 und dem Zwischenabschnitt 16 in Verbindung mit den vorgenannten drei Richtungen. Der zweite Erfassungsteil 24 gibt basierend auf der erfassten Relativverschiebung in drei Richtungen einen zweiten Erfassungswert D2 aus, der zum Erfassen einer ersten Momentenkomponente um eine erste Achse (X-Achse, in der Zeichnung), einer zweiten Momentenkomponente um eine zur ersten Achse orthogonalen zweiten Achse (Y-Achse, in der Zeichnung) und einer dritten Kraftkomponente in Richtung einer dritten Achse (Z-Achse, in der Zeichnung), die sowohl zur ersten Achse als auch zur zweiten Achse orthogonal ist, der auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübten Kraft verwendet wird.
  • 2A bis 2C stellen schematisch ein Beispiel für die Konfiguration und den Betrieb des ersten Erfassungsteils 22 dar. In dem dargestellten Beispiel umfasst der erste Endabschnitt 12 eine erste Fläche 26, der Zwischenabschnitt 16 umfasst eine der ersten Fläche 26 gegenüberliegende erste Zwischenfläche 28 und zwischen der ersten Fläche 26 und der ersten Zwischenfläche 28 ist ein erster Spalt 30 gebildet, wobei der erste Spalt 30 eine Abmessung aufweist, die sich entsprechend der relativen Verschiebung zwischen dem ersten Endabschnitt 12 und dem Zwischenabschnitt 16 ändert. Der erste Erfassungsteil 22 erfasst eine Maßänderung des ersten Spaltes 30 und gibt den ersten Erfassungswert D1 aus. Wie beispielsweise in 2C dargestellt kann der erste Erfassungsteil 22 zwei erste Spalte 30(x) zum Erfassen einer Relativbewegung in der Richtung entlang der ersten Achse (X-Achse) und einen ersten Spalt 30(y) zum Erfassen einer Relativbewegung in der Richtung entlang der zweiten Achse (Y-Achse) umfassen (2A und 2B stellen nur den ersten Spalt 30 entlang der ersten Achse dar).
  • Wenn sich der erste Endabschnitt 12 und der Zwischenabschnitt 16 relativ in der Richtung entlang der ersten Achse (X-Achse) bewegen, ändert sich das Maß des ersten Spaltes 30(x) entsprechend dem Weg der Relativbewegung (2A und 2B). Gleichermaßen ändert sich, wenn sich der erste Endabschnitt 12 und der Zwischenabschnitt 16 relativ in der Richtung entlang der zweiten Achse (Y-Achse) bewegen, die Abmessung des ersten Spaltes 30(y) entsprechend dem Weg der Relativbewegung (nicht dargestellt). Wenn sich andererseits der erste Endabschnitt 12 und der Zwischenabschnitt 16 relativ um eine Mittelachse entlang der dritten Achse (Z-Achse) drehen (im dargestellten Beispiel eine Mittelachse 121 des ersten Endabschnitts 12 mit rechtwinkliger Form in der Draufsicht), ändern sich die Abmessungen des ersten Spalte 30(x) und 30(y) entsprechend dem Winkel der relativen Drehung (2C). Während der Relativbewegung oder relativen Drehung verformen sich der erste Endabschnitt 12 und der Zwischenabschnitt 16 nicht, und nur der erste Verbindungsabschnitt 18 verformt sich elastisch.
  • Der erste Spalt 30 kann eine elektrostatische Kapazität (im Folgenden als Kapazität bezeichnet) als ein Beispiel für einen Bestandteil aufweisen, um die Maßänderung des ersten Spaltes 30 um eine numerische Größe darzustellen. Um in dieser Konfiguration die Relativverschiebung in Verbindung mit den vorgenannten drei Richtungen zu erfassen, kann der erste Erfassungsteil 22 für den ersten Spalt 30 mit mindestens drei kapazitätsbildenden Teilen (d.h. Elektrodenpaaren), die elektrisch unabhängig voneinander sind, versehen werden. In dem Beispiel von 2C umfasst jeder der drei ersten Spalte 30 ein einziges kapazitätsbildendes Teil. Der erste Erfassungsteil 22 erfasst eine Kapazitätsänderung in jedem der kapazitätsbildenden Teile und gibt dabei den ersten Erfassungswert D1 aus.
  • 3A bis 3C stellen schematisch ein Beispiel für die Konfiguration und den Betrieb des zweiten Erfassungsteils 24 dar. In dem dargestellten Beispiel umfasst der zweite Endabschnitt 14 eine zweite Fläche 32, der Zwischenabschnitt 16 umfasst eine der zweiten Fläche 32 gegenüberliegende zweite Zwischenfläche 34 und ein zweiter Spalt 36 ist zwischen der zweiten Fläche 32 und der zweiten Zwischenfläche 34 ausgebildet, wobei der zweite Spalt 36 eine Abmessung aufweist, die sich entsprechend der relativen Verschiebung zwischen dem zweiten Endabschnitt 14 und dem Zwischenabschnitt 16 ändert. Der zweite Erfassungsteil 24 erfasst eine Maßänderung des zweiten Spalts 36 und gibt den zweiten Erfassungswert D2 aus.
  • Wenn sich der zweite Endabschnitt 14 und der Zwischenabschnitt 16 relativ in Richtung der dritten Achse (Z-Achse) bewegen, ändert sich die Abmessung des zweiten Spaltes 36 entsprechend dem Weg der Relativbewegung (3A und 3B). Wenn sich andererseits der zweite Endabschnitt 14 und der Zwischenabschnitt 16 relativ um eine Mittelachse entlang der zweiten Achse (Y-Achse) drehen (im dargestellten Beispiel eine Mittelachse 141 in einem rechtwinkligen vertikalen Abschnitt des zweiten Endabschnitts 14 mit der Form eines rechteckigen Parallelepipeds), ändert sich die Abmessung des zweiten Spaltes 36 entsprechend dem Winkel der relativen Drehung (3C). Gleichermaßen ändert sich, wenn sich der zweite Endabschnitt 14 und der Zwischenabschnitt 16 relativ um eine Mittelachse entlang der ersten Achse (X-Achse) drehen, die Abmessung des zweiten Spaltes 36 entsprechend dem Winkel der relativen Drehung (nicht dargestellt). Während der relativen Bewegung oder Drehung verformen sich der zweite Endabschnitt 14 und der Zwischenabschnitt 16 nicht, und nur der zweite Verbindungsabschnitt 20 verformt sich elastisch.
  • Der zweite Spalt 36 kann als ein Beispiel für ein Bestandteil eine Kapazität aufweisen, um die Maßänderung des zweiten Spaltes 36 durch eine numerische Größe darzustellen. Um die Relatiwerschiebung in Verbindung mit den vorgenannten drei Richtungen zu erfassen, kann in dieser Konfiguration der zweite Erfassungsteil 24 für den zweiten Spalt 36 mit mindestens drei kapazitätsbildenden Teilen (d.h. Elektrodenpaaren), die elektrisch unabhängig voneinander sind, vorgesehen werden. Der zweite Erfassungsteil 24 erfasst eine Kapazitätsänderung in jedem der kapazitätsbildenden Teile und gibt damit den zweiten Erfassungswert D2 aus.
  • In dem sechsachsigen Kraftsensor 10 ist ein Bestandteil zur Darstellung der Maßänderung des ersten Spaltes 30 und des zweiten Spaltes 36 durch eine numerische Größe (d.h. ein Verschiebungserfassungselement) nicht auf die Kapazität beschränkt. So kann beispielsweise die Maßänderung durch elektromagnetische Permeanz, Lichtmenge, Luftstrom usw. in dem ersten Spalt 30 oder in dem zweiten Spalt 36 dargestellt werden. Der erste Erfassungsteil 22 kann mit mindestens drei voneinander unabhängigen erfassungselementbildenden Teilen versehen sein, und ist dazu konfiguriert, den ersten Erfassungswert D1 durch Erfassen einer Änderung eines Verschiebungserfassungselements in jedem der erfassungselementbildenden Teile auszugeben. Gleichermaßen kann der zweite Erfassungssteil 24 mit mindestens drei voneinander unabhängigen erfassungselementbildenden Teilen versehen sein und ist dazu konfiguriert, den zweiten Erfassungswert D2 durch Erfassen einer Änderung eines Verschiebungserfassungselements in jedem der erfassungselementbildenden Teile auszugeben.
  • 4 und 5 stellen einen sechsachsigen Kraftsensor 40 gemäß einer ersten Ausführungsform dar. Die charakteristische Konfiguration des sechsachsigen Kraftsensors 10 oder 40 der vorliegenden Offenbarung wird nachfolgend mit Bezug auf die 1 bis 5 näher beschrieben. Es ist zu beachten, dass der sechsachsige Kraftsensor 40 analog die Grundkonfiguration des vorgenannten sechsachsigen Kraftsensors 10 umfasst und die entsprechenden Bestandteile durch gemeinsame Bezugsziffern gekennzeichnet sind, um eine wiederholte Beschreibung derselben zu vermeiden. In der folgenden Beschreibung wird für den sechsachsigen Kraftsensor 10, 40 ein rechtwinkliges dreiachsiges Koordinatensystem (X-Y-Z) definiert und zum besseren Verständnis werden Ausdrücke wie „oben“, „unten“ usw. verwendet, die in den Zeichnungen auf eine Ausrichtung hinweisen. Diese Ausdrücke schränken jedoch keine Ausrichtung zum Zeitpunkt der Verwendung des sechsachsigen Kraftsensors 10, 40 ein.
  • Der sechsachsige Kraftsensor 40 umfasst einen ersten Endabschnitt 12, einen zweiten Endabschnitt 14, einen Zwischenabschnitt 16, einen ersten Verbindungsabschnitt 18, einen zweiten Verbindungsabschnitt 20, einen ersten Erfassungsteil 22 und einen zweiten Erfassungsteil 24. Der erste Endabschnitt 12 ist wie eine flache Platte mit einem in der Draufsicht im Wesentlichen quadratischen Profil geformt. Der erste Endabschnitt 12 umfasst eine ebene Oberseite 12a, die sich entlang einer virtuellen Ebene (X-Y-Ebene) erstreckt, die durch die erste Achse (X-Achse) und die zweite Achse (Y-Achse) definiert wird. Ein erster elastischer Träger 42, der eine säulenförmigen Form aufweist und sich in einer Richtung entlang der dritten Achse (Z-Achse) erstreckt, ist an jeder der vier Ecken der Oberseite 12a so vorgesehen, dass er von der Oberseite 12a nach oben ragt. Der erste Verbindungsabschnitt 18 besteht aus vier ersten elastischen Trägern 42.
  • Der Zwischenabschnitt 16 ist wie eine flache Platte mit einem in der Draufsicht im Wesentlichen quadratischen Profil geformt, die der Form des ersten Endabschnitts 12 entspricht. Der Zwischenabschnitt 16 umfasst eine ebene Unterseite 16a, die der Oberseite 12a des ersten Endabschnitts 12 gegenüberliegt. Jeder der vier ersten elastischen Träger 42 des ersten Verbindungsabschnitts 18 ist am oberen Ende desselben an dem Zwischenabschnitt 16 an jeder von vier Ecken der Unterseite 16a befestigt. Der erste Endabschnitt 12 und der Zwischenabschnitt 16 weisen eine Steifigkeit auf, die in der Lage ist, ihre eigenen Formen gegen eine auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft beizubehalten.
  • In dieser Ausführungsform ist das rechtwinklige Koordinatensystem so definiert, dass in einem Gleichgewichtszustand frei von elastischer Verformung des ersten Verbindungsabschnitts 18 die erste Achse (X-Achse) und die zweite Achse (Y-Achse) parallel zu den vier Seiten der im Wesentlichen quadratischen Ober- und Unterseite 12a und 16a angeordnet sind und die dritte Achse (Z-Achse) parallel zu einer Achse angeordnet ist, die durch die Mittelpunkte der Ober- und Unterseite 12a und 16a verläuft. Es ist zu beachten, dass die Formen des ersten Endabschnitts 12 und des Zwischenabschnitts 16 nicht auf die dargestellte rechtwinklige flache Platte beschränkt sind und beispielsweise eine kreisförmige Scheibe oder ein anderes Polygon sein können.
  • Jeder der vier ersten elastischen Träger 42 ist so konstruiert, dass er durch eine Kraft in einer Richtung parallel zur dritten Achse (Z-Achse) nicht leicht verformt (d.h. verlängert oder zusammengezogen) werden kann, aber durch eine Kraft in einer Richtung parallel zur ersten Achse (X-Achse), eine Kraft in einer Richtung parallel zur zweiten Achse (Y-Achse) oder eine Kraft in einer Drehrichtung um die dritte Achse (Z-Achse) elastisch so gebogen wird, wie wenn sich eine Säule neigt. Wenn eine Kraft auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübt wird, weisen vier erste elastische Träger 42 aufgrund der Steifigkeit des ersten Endabschnitts 12 und des Zwischenabschnitts 16 ausschließlich die oben genannte elastische Verformung auf. Wenn sich die ersten elastischen Träger 42 durch Aufnehmen der vorgenannten Kraft elastisch verformen, verursachen der erste Endabschnitt 12 und der Zwischenabschnitt 16 eine Relativbewegung in einer Richtung entlang einer virtuellen Ebene (X-Y-Ebene), die die erste Achse (X-Achse) und die zweite Achse (Y-Achse) umfasst, oder eine relative Drehung um eine Mittelachse entlang der dritten Achse (Z-Achse).
  • Jeder erste elastische Träger 42 kann, wie dargestellt, eine rechtwinklige säulenförmige Form oder verschiedene andere Formen aufweisen, wie beispielsweise eine runde Säule oder andere polygonale Säulen. Insbesondere kann jeder erste elastische Träger 42, wie dargestellt, eine völlig gleichmäßige Dicke aufweisen, oder kann eine dünnere oder dickere Mittellänge oder eine dünnere oder dickere Endlänge oder kombinierte gebogene Außenflächen aufweisen. Vier erste elastische Träger 42 können, wie dargestellt, eine gleiche Länge aufweisen oder voneinander unterschiedliche Längen aufweisen. In dem Fall, in dem vier erste elastische Träger 42 eine gleiche Länge aufweisen, sind die Oberseite 12a des ersten Endabschnitts 12 und die Unterseite 16a des Zwischenabschnitts 16 parallel angeordnet.
  • Die Positionen der ersten elastischen Träger 42 sind nicht auf die vier Ecken der Oberseite 12a des ersten Endabschnitts 12 beschränkt und können beispielsweise an beliebigen Stellen entlang der vier Seiten der Oberseite 12a angeordnet werden. Die Anzahl der ersten elastischen Träger 42 ist nicht auf vier beschränkt und kann drei oder fünf oder mehr betragen. Der erste Verbindungsabschnitt 18 muss dabei lediglich die Verschiebung zwischen dem ersten Endabschnitt 12 und dem Zwischenabschnitt 16 in den vorgenannten drei Freiheitsgraden ermöglichen, und basierend auf dieser Voraussetzung kann eine gewünschte Anzahl von ersten elastischen Trägern 42 an gewünschten Positionen vorgesehen werden.
  • Der Zwischenabschnitt 16 umfasst eine ebene Oberseite 16b auf der der Unterseite 16a gegenüberliegenden Seite. Eine aufrechte starre Säule 44, die sich in einer Richtung entlang der dritten Achse (Z-Achse) erstreckt, ist an jeder der vier Ecken der Oberseite 16b vorgesehen. Jede der vier starren Säulen 44 ist so angeordnet, dass sie linear mit jedem der vier ersten elastischen Träger 42 in Richtung der dritten Achse (Z-Achse) ausgerichtet ist.
  • Der zweite Endabschnitt 14 ist wie ein rechtwinkliges Parallelepiped mit einem in der Draufsicht im Wesentlichen quadratischen Profil geformt. Der zweite Endabschnitt 14 umfasst vier ebene Seitenflächen 14a, die sich entlang einer durch die erste Achse (X-Achse) und die dritte Achse (Z-Achse) definierten virtuellen Ebene (X-Z-Ebene) und eine durch die zweite Achse (Y-Achse) und die dritte Achse (Z-Achse) definierte virtuelle Ebene (Y-Z-Ebene) erstrecken. Ein zweiter elastischer Träger 46, der eine Stabform aufweist und sich in einer Richtung entlang der ersten Achse (X-Achse) oder der zweiten Achse (Y-Achse) erstreckt, ist an einem im Wesentlichen mittigen Punkt jeder der Seitenflächen 14a so vorgesehen, dass er seitlich von der Seitenfläche 14a vorsteht. Der zweite Verbindungsabschnitt 20 besteht aus vier zweiten elastischen Trägern 46. Es ist zu beachten, dass die Form des zweiten Endabschnitts 14 nicht auf das dargestellte rechtwinklige Parallelepiped beschränkt ist und beispielsweise eine kreisförmige Scheibe oder ein anderes Polygon sein kann.
  • Vier zweite elastische Träger 46 sind an ihren dem zweiten Endabschnitt 14 gegenüberliegenden distalen Enden mit einem starren Rahmen 48 verbunden. Der starre Rahmen 48 weist in der Draufsicht ein im Wesentlichen quadratisches Profil auf, das dem des Zwischenabschnitts 16 entspricht. Die distalen Enden der zweiten elastischen Träger 46 sind an dem starren Rahmen an Positionen befestigt, die den Mitten der vier Seiten des Profils entsprechen. Der starre Rahmen 48 ist an seinen vier Ecken an den oberen Enden von vier starren Säulen 44 befestigt. Die Befestigung zwischen dem starren Rahmen 48 und den starren Säulen 44 kann beispielsweise zusammen mit der Befestigung zwischen dem Zwischenabschnitt 16 und den ersten elastischen Trägern 42 durch Schrauben (nicht dargestellt) erfolgen, die üblicherweise für beide Befestigungen verwendet werden. Der starre Rahmen 48 kann auch unter Verwendung von Schrauben (nicht dargestellt) an den zweiten elastischen Trägern 46 befestigt werden. Der zweite Endabschnitt 14, die starren Säulen 44 und der starre Rahmen 48 weisen eine Steifigkeit auf, die in der Lage ist, deren eigene Formen gegen eine auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft beizubehalten. Es ist zu beachten, dass das Profil des starren Rahmens 48 nicht auf das dargestellte im Wesentlichen quadratische Profil beschränkt ist und beispielsweise eine kreisförmige Scheibe oder ein anderes Polygon sein kann, das der Form des Zwischenabschnitts 16 entspricht.
  • Unter den vier zweiten elastischen Trägern 46 ist jeder von zwei elastischen Trägern 46, die sich in Richtung entlang der ersten Achse (X-Achse) erstrecken, so konstruiert, dass er durch eine Kraft in einer Richtung parallel zur ersten Achse (X-Achse) nicht leicht verformt (d.h. verlängert oder zusammengezogen) wird, aber durch eine Kraft in einer Richtung parallel zur dritten Achse (Z-Achse), eine Kraft in einer Drehrichtung um die erste Achse (X-Achse) oder eine Kraft in einer Drehrichtung um die zweite Achse (Y-Achse) elastisch so gebogen wird, wie wenn sich eine Säule neigt. Gleichermaßen ist jeder von zwei elastischen Trägern 46, die sich in der Richtung entlang der zweiten Achse (Y-Achse) erstrecken, so konstruiert, dass er durch eine Kraft in einer Richtung parallel zur zweiten Achse (Y-Achse) nicht leicht verformt (d.h. verlängert oder zusammengezogen) wird, aber durch eine Kraft in einer Richtung parallel zur dritten Achse (Z-Achse), eine Kraft in einer Drehrichtung um die erste Achse (X-Achse) oder eine Kraft in einer Drehrichtung um die zweite Achse (Y-Achse) elastisch so gebogen wird, wie wenn sich eine Säule neigt. Wenn eine Kraft auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübt wird, weisen vier zweite elastische Träger 46 aufgrund der Steifigkeit des zweiten Endabschnitts 14, der starren Säulen 44, des starren Rahmens 48 und des Zwischenabschnitts 16 ausschließlich die oben genannte elastische Verformung auf. Die zweiten elastischen Träger 46 verformen sich elastisch durch Aufnehmen der vorgenannten Kraft, und dadurch verursachen der zweite Endabschnitt 14 und der Zwischenabschnitt 16 eine Relativbewegung in einer Richtung entlang der dritten Achse (Z-Achse) oder eine Relativdrehung um eine Mittelachse entlang einer virtuellen Ebene (X-Y-Ebene), die die erste Achse (X-Achse) und die zweite Achse (Y-Achse) umfasst.
  • Jeder zweite elastische Träger 46 kann, wie dargestellt, eine rechtwinklige säulenförmige Form aufweisen oder kann verschiedene andere Formen, wie beispielsweise eine kreisförmige Säule oder andere polygonale Säulen aufweisen. Insbesondere kann jeder zweite elastische Träger 46, wie dargestellt, eine vollkommen gleichmäßige Dicke aufweisen, eine dünnere oder dickere Mittellänge oder eine dünnere oder dickere Endlänge aufweisen oder kombinierte gekrümmte Außenflächen aufweisen. Vier zweite elastische Träger 46 können, wie dargestellt, eine gleiche Länge aufweisen oder voneinander unterschiedliche Längen aufweisen. Außerdem können sich vier zweite elastische Träger 46, wie dargestellt, in zueinander senkrechten Richtungen erstrecken, oder sich in Richtungen erstrecken, die sich unter anderen Winkeln als dem rechten Winkel kreuzen.
  • Die Positionen der zweiten elastischen Träger 46 sind nicht auf die im Wesentlichen mittigen Punkte der jeweiligen Seitenflächen 14a des zweiten Endabschnitts 14a beschränkt und können an geeigneten Stellen auf den Seitenflächen 14a angeordnet sein. Die Anzahl der zweiten elastischen Träger 46 ist nicht auf vier begrenzt und kann drei, fünf oder mehr betragen. So können beispielsweise die zweiten elastischen Träger 46 auf drei von vier Seitenflächen 14a des zweiten Endabschnitts 14 vorgesehen werden. Der zweite Verbindungsabschnitt 20 muss nur die Verschiebung zwischen dem zweiten Endabschnitt 14 und dem Zwischenabschnitt 16 in den vorgenannten drei Freiheitsgraden ermöglichen, und basierend auf dieser Voraussetzung kann eine gewünschte Anzahl von zweiten elastischen Trägern 46 an gewünschten Positionen vorgesehen werden.
  • In dem sechsachsigen Kraftsensor 40 wird aufgrund der vorgenannten Konfiguration des ersten Endabschnitts 12, des zweiten Endabschnitts 14, des Zwischenabschnitts 16, des ersten Verbindungsabschnitts 18 (erste elastische Träger 42), der starren Säulen 44, des zweiten Verbindungsabschnitts 20 (zweite elastische Träger 46) und des starren Rahmens 48 die auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft dann sowohl auf den ersten Verbindungsabschnitt 18 als auch auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 ausgeübt, ohne sich durch den Zwischenabschnitt 16 zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 18 und dem zweiten Verbindungsabschnitt 20 auszubreiten. So wird beispielsweise in dem Fall, in dem der erste Endabschnitt 12 als ein Basiselement und der zweite Endabschnitt 14 als ein Kraftaufnahmeelement verwendet wird, die von einem Krafterzeuger auf den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft (oder Last) dann von dem zweiten Endabschnitt 14 auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 ausgeübt, um abhängig von der Richtung der Kraft den zweiten Verbindungsabschnitt 20 in einer durch die vorgenannten zweiten drei Freiheitsgrade definierten Richtung elastisch zu verformen. Die auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 ausgeübte Kraft wird auf den starren Rahmen 48 und die starren Säulen 44 übertragen und wird dann auf den ersten Verbindungsabschnitt 18 ausgeübt, ohne den starren Rahmen 48 und die starren Säulen 44 zu verformen und ohne sich durch den Zwischenabschnitt 16 auszubreiten, um so den ersten Verbindungsabschnitt 18 abhängig von der Richtung der Kraft in einer durch die vorgenannten ersten drei Freiheitsgrade definierten Richtung elastisch zu verformen.
  • In dem sechsachsigen Kraftsensor 40 wird zwischen dem ersten Endabschnitt 12 und dem Zwischenabschnitt 16 ein eine Kapazität aufweisender erster Spalt 30 gebildet. Der erste Erfassungsteil 22 erfasst eine Kapazitätsänderung in dem ersten Spalt 30 und erfasst dadurch eine relative Verschiebung zwischen dem ersten Endabschnitt 12 und dem Zwischenabschnitt 16. Ferner wird in dem sechsachsigen Kraftsensor 40 zwischen dem zweiten Endabschnitt 14 und dem Zwischenabschnitt 16 ein eine Kapazität aufweisender zweiter Spalt 36 gebildet. Der zweite Erfassungsteil 24 erfasst eine Kapazitätsänderung in dem zweiten Spalt 36 und erfasst dadurch eine relative Verschiebung zwischen dem zweiten Endabschnitt 14 und dem Zwischenabschnitt 16.
  • Die Konfiguration des ersten Erfassungsteils 22 des sechsachsigen Kraftsensors 40 wird mit Bezug auf die 4 und 5 sowie der 2A bis 2C beschrieben. Der erste Endabschnitt 12 ist mit drei ersten Blöcken 50 versehen, die jeweils von der Oberseite 12a in einer Richtung entlang der dritten Achse (Z-Achse) hervorragen. Jeder erste Block 50 ist wie ein rechtwinkliges Parallelepiped geformt und an einer vorbestimmten Position auf der Oberseite 12a angeordnet. Ein erster Block 50 umfasst eine erste Fläche 26, die sich entlang einer virtuellen Ebene (X-Z-Ebene) erstreckt, die durch die erste Achse (X-Achse) und die dritte Achse (Z-Achse) definiert wird. Jeder der beiden anderen ersten Blöcke 50 umfasst eine erste Fläche 26, die sich entlang einer virtuellen Ebene (Y-Z-Ebene) erstreckt, die durch die zweite Achse (Y-Achse) und die dritte Achse (Z-Achse) definiert wird.
  • Der Zwischenabschnitt 16 ist mit drei ersten Zwischenblöcken 52 versehen, die jeweils von der Unterseite 16a in eine Richtung entlang der dritten Achse (Z-Achse) hervorragen. Jeder erste Zwischenblock 52 ist wie ein rechtwinkliges Parallelepiped geformt und an einer vorbestimmten Position auf der Unterseite 16a angeordnet, die der Position jedes ersten Blocks 50 entspricht. Ein erster Zwischenblock 52 umfasst eine erste Zwischenfläche 28, die sich entlang einer virtuellen Ebene (X-Z-Ebene) erstreckt, die durch die erste Achse (X-Achse) und die dritte Achse (Z-Achse) definiert wird. Jeder der beiden anderen ersten Zwischenblöcke 52 umfasst eine erste Zwischenfläche 28, die sich entlang einer virtuellen Ebene (Y-Z-Ebene) erstreckt, die durch die zweite Achse (Y-Achse) und die dritte Achse (Z-Achse) definiert wird.
  • Die erste Fläche 26 und die erste Zwischenfläche 28, die sich entlang derselben virtuellen Ebene an einer einander entsprechenden Position erstrecken, sind so angeordnet, dass sie sich im Wesentlichen parallel zueinander in einem Zustand gegenüberliegen, in dem der erste Verbindungsabschnitt 18 nicht elastisch verformt ist. In jedem von drei Paaren der einander gegenüberliegenden ersten Fläche 26 und ersten Zwischenfläche 28 wird der erste Spalt 30 zwischen den Flächen 26 und 28 gebildet. In dem Zustand, in dem sich der erste Verbindungsabschnitt 18 nicht elastisch verformt, können drei erste Spalte 30 miteinander identische Formen und Abmessungen aufweisen.
  • Der erste Erfassungsteil 22 umfasst drei oder mehr kapazitätsbildende Teile, die elektrisch unabhängig voneinander sind und in drei ersten Spalten 30 vorgesehen sind. Jeder kapazitätsbildende Teil besteht aus einer Elektrode 54 (2C), die auf der ersten Fläche 26 eines ersten Blocks 50 ausgebildet ist, und einer Elektrode 56 (2C), die auf der ersten Zwischenfläche 28 von einem gegenüberliegenden ersten Zwischenblock 52 ausgebildet ist. Der erste Spalt 30 sorgt für eine elektrische Isolierung zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden 54 und 56 (d.h. einem Elektrodenpaar), und durch die Elektroden 54 und 56 wird eine vorbestimmte Kapazität in dem ersten Spalt 30 gebildet.
  • Wenn sich in dem sechsachsigen Kraftsensor 40 der erste Endabschnitt 12 und der Zwischenabschnitt 16 relativ zueinander in einer Richtung entlang der ersten Achse (X-Achse) bewegen, werden die erste Fläche 26 und die erste Zwischenfläche 28, die sich in einer Richtung der ersten Achse (X-Achse) gegenüberliegen, in einer Richtung aufeinander zu oder voneinander weg relativ zueinander verschoben (oder führen eine Translationsbewegung oder parallele Verschiebung aus), um den ersten Spalt 30 gleichmäßig zu verkleinern oder zu vergrößern (2A und 2B). Dadurch ändern sich die Kapazitäten, die jeweils in zwei Paaren von sich in Richtung der ersten Achse (X-Achse) gegenüberliegenden Elektroden 54 und 56 vorgesehen sind, in einem einander entsprechenden Modus. Der erste Erfassungsteil 22 erfasst die Änderungen im entsprechenden Modus in den Kapazitäten und gibt basierend auf den erfassten Änderungen einen Erfassungswert (d.h. den ersten Erfassungswert D1) aus, der die Relativbewegung zwischen dem ersten Endabschnitt 12 und dem Zwischenabschnitt 16 in Richtung entlang der ersten Achse (X-Achse) darstellt. Gleichermaßen werden, wenn sich der erste Endabschnitt 12 und der Zwischenabschnitt 16 relativ zueinander in einer Richtung entlang der zweiten Achse (Y-Achse) bewegen, die erste Fläche 26 und die erste Zwischenfläche 28, die sich in einer Richtung der zweiten Achse (Y-Achse) gegenüberliegen, in einer Richtung aufeinander zu oder voneinander weg relativ zueinander verschoben (oder führen eine Translationsbewegung oder parallele Verschiebung aus), um den ersten Spalt 30 gleichmäßig zu verkleinern oder zu vergrößern (nicht dargestellt). Dadurch ändert sich die Kapazität, die in dem einzelnen Paar von einander in Richtung der zweiten Achse (Y-Achse) gegenüberliegenden Elektroden 54 und 56 bereitgestellt wird. Der erste Erfassungsteil 22 erfasst die Änderung der Kapazität und gibt basierend auf der erfassten Änderung einen Erfassungswert (d.h. den ersten Erfassungswert D1) aus, der die Relativbewegung zwischen dem ersten Endabschnitt 12 und dem Zwischenabschnitt 16 in der Richtung entlang der zweiten Achse (Y-Achse) darstellt.
  • Wenn sich der erste Endabschnitt 12 und der Zwischenabschnitt 16 relativ zueinander um eine Mittelachse 121 (2C) entlang der dritten Achse (Z-Achse) drehen, werden die erste Fläche 26 und die erste Zwischenfläche 28, die sich in einer Richtung der ersten Achse (X-Achse) gegenüberliegen, relativ zueinander geneigt, und die erste Fläche 26 und die erste Zwischenfläche 28, die sich in einer Richtung der zweiten Achse (Y-Achse) gegenüberliegen, werden relativ zueinander geneigt, so dass jeder erste Spalt 30 an einem Endbereich verkleinert und am anderen Endbereich in dem Elektrodenpaar vergrößert wird (2C). Dadurch ändern sich die Kapazitäten, die jeweils in zwei Paaren von einander in Richtung der ersten Achse (X-Achse) zugewandten Elektroden 54 und 56 bereitgestellt werden, in einem einander entsprechenden Modus, während sich die Kapazität, die in dem einzelnen Paar von einander in Richtung der zweiten Achse (Y-Achse) zugewandten Elektroden 54 und 56 bereitgestellt wird, in einem anderen Modus als dem Modus in Richtung der X-Achse ändert. Der erste Erkennungsteil 22 erkennt die Änderungen in den verschiedenen Modi der Kapazitäten und gibt basierend auf den erfassten Änderungen einen Erfassungswert (d.h. den ersten Erfassungswert D1) aus, der die relative Drehung zwischen dem ersten Endabschnitt 12 und dem Zwischenabschnitt 16 um die Mittelachse 121 entlang der dritten Achse (Z-Achse) darstellt.
  • Wenn der erste Endabschnitt 12 und der Zwischenabschnitt 16 relativ zueinander in einer synthetischen Richtung, die eine Zusammensetzung aus zwei oder mehr Richtungen aus der Richtung entlang der ersten Achse (X-Achse), der Richtung entlang der zweiten Achse (Y-Achse) und der Richtung um eine Mittelachse entlang der dritten Achse (Z-Achse) ist, verschoben werden, kann der erste Erfassungsteil 22 die Änderungen der Kapazitäten in zwei Paaren von Elektroden 54 und 56, die einander in Richtung der ersten Achse (X-Achse) zugewandt sind, und die Änderung der Kapazität in einem Paar von Elektroden 54 und 56, die einander in Richtung der zweiten Achse (Y-Achse) zugewandt sind, ebenfalls erfassen, und basierend auf den erfassten Änderungen den ersten Erfassungswert D1 ausgeben, der eine Komponente in der Richtung entlang der ersten Achse (X-Achse), eine Komponente in der Richtung entlang der zweiten Achse (Y-Achse) und eine Komponente um die Mittelachse entlang der dritten Achse (Z-Achse) einer relativen Verschiebung zwischen dem ersten Endabschnitt 12 und dem Zwischenabschnitt 16 darstellt.
  • Als Nächstes wird die Konfiguration des zweiten Erfassungsteils 24 des sechsachsigen Kraftsensors 40 mit Bezug auf die 4 und 5 sowie die 3A bis 3C beschrieben. Der zweite Endabschnitt 14 umfasst in seiner Unterseite 14b gegenüber dem Zwischenabschnitt 16 eine zweite Fläche 32, die sich entlang einer durch die erste Achse (X-Achse) und die zweite Achse (Y-Achse) definierten virtuellen Ebene (X-Y-Ebene) erstreckt. Der Zwischenabschnitt 16 ist mit einem einzigen zweiten Block 58 versehen, der von der Oberseite 16b in eine Richtung entlang der dritten Achse (Z-Achse) hervorragt. Der zweite Block 58 ist wie ein rechteckiges Parallelepiped geformt und auf der Oberseite 16b an einer vorbestimmten Position angeordnet, die der Position des zweiten Endabschnitts 14 entspricht. Der zweite Block 58 umfasst eine zweite Zwischenfläche 34, die sich entlang einer virtuellen Ebene (X-Y-Ebene) erstreckt, die durch die erste Achse (X-Achse) und die zweite Achse (Y-Achse) definiert wird. Die zweite Fläche 32 und die zweite Zwischenfläche 34 sind so angeordnet, dass sie im Wesentlichen parallel zueinander in einem Zustand gegenüberliegen, in dem der zweite Verbindungsabschnitt 20 nicht elastisch verformt ist. Der zweite Spalt 36 ist zwischen der zweiten Zwischenfläche 34 und der zweiten Fläche 32, die einander gegenüberliegen, gebildet.
  • Der zweite Erfassungsteil 24 umfasst drei oder mehr kapazitätsbildende Teile, die elektrisch unabhängig voneinander sind und in dem zweiten Spalt 36 vorgesehen sind. Jeder kapazitätsbildende Teil besteht aus einer Elektrode 60 (3C), die auf der zweiten Fläche 32 ausgebildet ist, und einer Elektrode 62 (3C), die auf der zweiten Zwischenfläche 34 ausgebildet ist. Der zweite Spalt 36 sorgt für eine elektrische Isolierung zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden 60 und 62 (d.h. einem Elektrodenpaar), und im zweiten Spalt 36 wird durch die Elektroden 60 und 62 eine vorbestimmte Kapazität gebildet. Obwohl nicht dargestellt, sind in dieser Ausführungsform drei Elektroden 60, die jeweils ein fächerförmiges Profil aufweisen und in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind, auf der zweiten Fläche 32 ausgebildet, und drei Elektroden 62, die jeweils ein fächerförmiges Profil aufweisen und in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind, sind auf der zweiten Zwischenfläche 34 ausgebildet. In jedem der drei Paare von Elektroden 60 und 62, die sich in Richtung der dritten Achse (Z-Achse) gegenüberliegen, sind die Elektroden 60 und 62 an Positionen angeordnet, an denen ihre Profile in Richtung der dritten Achse gesehen miteinander registriert sind. Somit werden in dem zweiten Spalt 36 drei Kapazitäten durch drei Elektrodenpaare 60 und 62 gebildet.
  • Wenn sich in dem sechsachsigen Kraftsensor 40 der zweite Endabschnitt 14 und der Zwischenabschnitt 16 relativ zueinander in einer Richtung entlang der dritten Achse (Z-Achse) bewegen, werden die zweite Fläche 32 und die zweite Zwischenfläche 34, die sich in einer Richtung der dritten Achse (Z-Achse) gegenüberliegen, in einer Richtung aufeinander zu oder voneinander weg verschoben (oder parallel verschoben), um so den zweiten Spalt 36 gleichmäßig zu verkleinern oder zu vergrößern (3A und 3B). Infolgedessen ändern sich die in drei Paaren von sich in Richtung der dritten Achse (Z-Achse) gegenüberliegenden Elektroden 60 und 62 jeweils vorhandenen Kapazitäten in einem einander entsprechenden Modus. Der zweite Erfassungsteil 24 erfasst die Änderungen des entsprechenden Modus in den Kapazitäten und gibt basierend auf den erfassten Änderungen einen Erfassungswert (d.h. den zweiten Erfassungswert D2) aus, der die Relativbewegung zwischen dem zweiten Endabschnitt 14 und dem Zwischenabschnitt 16 in der Richtung entlang der dritten Achse (Z-Achse) darstellt.
  • Wenn sich der zweite Endabschnitt 14 und der Zwischenabschnitt 16 um eine Mittelachse 141 (3C) entlang der zweiten Achse (Y-Achse) relativ zueinander drehen, werden die zweite Fläche 32 und die zweite Zwischenfläche 34 relativ zueinander geneigt, so dass der zweite Spalt 36 an einem Endbereich verkleinert und am anderen Endbereich in den Elektrodenpaaren vergrößert wird (3C). Infolgedessen ändern sich die Kapazitäten, die jeweils in drei Paaren von sich in Richtung der dritten Achse (Z-Achse) gegenüberliegenden Elektroden 60 und 62 vorhanden sind, in einem voneinander unterschiedlichen Modus. Der zweite Erfassungsteil 24 erfasst die Änderungen der verschiedenen Modi der Kapazitäten und gibt basierend auf den erfassten Änderungen einen Erfassungswert (d.h. den zweiten Erfassungswert D2) aus, der die relative Drehung zwischen dem zweiten Endabschnitt 14 und dem Zwischenabschnitt 16 um die Mittelachse 141 entlang der zweiten Achse (Y-Achse) darstellt. Gleichermaßen werden, wenn sich der zweite Endabschnitt 14 und der Zwischenabschnitt 16 um eine Mittelachse (nicht dargestellt) entlang der ersten Achse (X-Achse) relativ zueinander drehen, die zweite Fläche 32 und die zweite Zwischenfläche 34 relativ zueinander geneigt, sodass der zweite Spalt 36 an einem Endbereich verkleinert und an dem anderen Endbereich (nicht dargestellt) in den Elektrodenpaaren vergrößert wird. Infolgedessen ändern sich die Kapazitäten, die jeweils in drei Paaren von sich in Richtung der dritten Achse (Z-Achse) gegenüberliegenden Elektroden 60 und 62 vorhanden sind, in einem voneinander unterschiedlichen Modus. Der zweite Erfassungsteil 24 erfasst die Änderungen in den unterschiedlichen Modi der Kapazitäten und gibt basierend auf den erfassten Änderungen einen Erfassungswert (d.h. den zweiten Erfassungswert D2) aus, der die relative Drehung zwischen dem zweiten Endabschnitt 14 und dem Zwischenabschnitt 16 um die Mittelachse entlang der ersten Achse (X-Achse) darstellt.
  • Wenn der zweite Endabschnitt 14 und der Zwischenabschnitt 16 in einer synthetischen Richtung, die eine Zusammensetzung aus zwei oder mehr Richtungen aus der Richtung um eine Mittelachse entlang der ersten Achse (X-Achse), der Richtung um eine Mittelachse entlang der zweiten Achse (Y-Achse) und der Richtung entlang der dritten Achse (Z-Achse) ist, relativ zueinander verschoben werden, kann der zweite Erfassungsteil 24 gleichermaßen die Änderungen der Kapazitäten in drei Paaren von einander in Richtung der dritten Achse (Z-Achse) gegenüberliegenden Elektroden 60 und 62 erfassen und basierend auf den erfassten Änderungen den zweiten Erfassungswert D2 ausgeben, der eine Komponente in Richtung um die Mittelachse entlang der ersten Achse (X-Achse), eine Komponente in Richtung um die Mittelachse entlang der zweiten Achse (Y-Achse) und eine Komponente entlang der dritten Achse (Z-Achse) einer relativen Verschiebung zwischen dem zweiten Endabschnitt 14 und dem Zwischenabschnitt 16 darstellt.
  • Wie vorstehend beschrieben, weist der sechsachsige Kraftsensor 10, 40 eine Konfiguration auf, bei der der erste Endabschnitt 12 und der Zwischenabschnitt 16 durch den ersten Verbindungsabschnitt 18 mit den ersten drei Freiheitsgraden miteinander verbunden sind und der zweite Endabschnitt 14 und der Zwischenabschnitt 16 durch den zweiten Verbindungsabschnitt 20 mit den von den ersten drei Freiheitsgraden unterschiedlichen zweiten drei Freiheitsgraden miteinander verbunden sind, und wobei der erste Erfassungsteil 22 die relative Verschiebung zwischen dem ersten Endabschnitt 12 und dem Zwischenabschnitt 16 in den ersten drei Freiheitsgraden erfasst und der sich von dem ersten Erfassungsteil 22 unterscheidende zweite Erfassungsteil 24 die relative Verschiebung zwischen dem zweiten Endabschnitt 14 und dem Zwischenabschnitt 16 in den zweiten drei Freiheitsgraden erfasst. Dementsprechend können der erste Erfassungsteil 22 und der zweite Erfassungsteil 24 die relative Verschiebung zwischen dem ersten Endabschnitt 12 und dem zweiten Endabschnitt 14 in sechs Freiheitsgraden gemeinsam erfassen, wobei der erste Erfassungsteil 22 drei Freiheitsgraden und der zweite Erfassungsteil 24 den anderen drei Freiheitsgraden zugeordnet ist. Da der erste Erfassungsteil 22 und der zweite Erfassungsteil 24 jeweils den ersten Erfassungswert D1 basierend auf der relativen Verschiebung in den ersten drei Freiheitsgraden und den zweiten Erfassungswert D2 basierend auf der relativen Verschiebung in den zweiten drei Freiheitsgraden gemeinsam ausgeben können, ist es möglich, die Genauigkeit des ersten Erfassungswerts D1 und des zweiten Erfassungswerts D2, die zum Erfassen von dreiachsigen Kraftkomponenten und dreiachsigen Momentenkomponenten verwendet werden, zu verbessern.
  • Insbesondere weist der sechsachsige Kraftsensor 10, 40 die vorstehend genannte Konfiguration auf, bei der die auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft dann sowohl auf den ersten Verbindungsabschnitt 18 als auch auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 ausgeübt wird, ohne sich durch den Zwischenabschnitt 16 zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 18 und dem zweiten Verbindungsabschnitt 20 auszubreiten. Dementsprechend werden beispielsweise in dem Fall, in dem der erste Endabschnitt 12 als ein Basiselement und der zweite Endabschnitt 14 als Kraftaufnahmeelement verwendet wird, während einer Periode, in der eine von einem Krafterzeuger auf den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübt Kraft (oder Last) den zweiten Verbindungsabschnitt 20 elastisch in eine Richtung verformt, die durch die vorgenannten zweiten drei Freiheitsgrade definiert wird (d.h, die Drehung um eine Mittelachse entlang der ersten Achse, die Drehung um eine Mittelachse entlang der zweiten Achse und die Verschiebung entlang der dritten Achse), Komponenten der aufgebrachten Kraft in andere Richtungen auf den ersten Verbindungsabschnitt 18 aufgebracht, ohne sich durch den Zwischenabschnitt 16 auszubreiten, um den ersten Verbindungsabschnitt 18 in einer durch die vorgenannten ersten drei Freiheitsgrade (d.h. die Verschiebung entlang der ersten Achse, die Verschiebung entlang der zweiten Achse und die Drehung um eine Mittelachse entlang der dritten Achse) definierten Richtung elastisch zu verformen. Somit verformen die Komponenten der auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 ausgeübten Kraft, die den zweiten Verbindungsabschnitt 20 nicht verformen (d.h. die Kraft- und Momentenkomponenten in den ersten drei Freiheitsgraden), den ersten Verbindungsabschnitt 18, ohne sich durch den Zwischenabschnitt 16 auszubreiten. Folglich ist es selbst dann, wenn eine Last, die die Steifigkeit des Zwischenabschnitts 16 übersteigt, während einer Zeit auftritt, in der der zweite Endabschnitt 14 relativ zu dem Zwischenabschnitt 16 verschoben wird, möglich zu verhindern, dass der Zwischenabschnitt 16 aufgrund der übermäßigen Belastung unbeabsichtigt verformt wird. Dadurch entspricht die Relativverschiebung zwischen dem zweiten Endabschnitt 14 und dem Zwischenabschnitt 16 und die Relativverschiebung zwischen dem ersten Endabschnitt 12 und dem Zwischenabschnitt 16 genau den mit den jeweiligen drei Freiheitsgraden geteilten jeweiligen Kraft- und Momentenkomponenten der auf den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübten Kraft. Auf diese Weise ist es in dem sechsachsigen Kraftsensor 10, 40 möglich, den Einfluss einer durch die Verschiebung des ersten Endabschnitts 12 oder des zweiten Endabschnitts 14 auf den Zwischenabschnitt 16 ausgeübten Last zu eliminieren und dadurch den ersten Erfassungswert D1 und den zweiten Erfassungswert D2 mit hoher Genauigkeit auszugeben.
  • 6 bis 7B stellen einen sechsachsigen Kraftsensor 70 gemäß einer zweiten Ausführungsform dar. Der sechsachsige Kraftsensor 70 weist eine Konfiguration analog zu der des vorgenannten sechsachsigen Kraftsensors 40 auf, mit Ausnahme einer strukturellen Beziehung zwischen einem Zwischenabschnitt 16, einem ersten Verbindungsabschnitt 18 und einem zweiten Verbindungsabschnitt 20. Daher werden entsprechende Bestandteile durch gemeinsame Bezugsziffern gekennzeichnet, um eine wiederholte Beschreibung derselben zu vermeiden. Es ist zu beachten, dass ein erster Erfassungsteil 22 und ein zweiter Erfassungsteil 24 in den 6 bis 7B nicht dargestellt sind.
  • Der sechsachsige Kraftsensor 70 umfasst einen ersten Endabschnitt 12, einen zweiten Endabschnitt 14, einen Zwischenabschnitt 16, einen ersten Verbindungsabschnitt 18, einen zweiten Verbindungsabschnitt 20, einen ersten Erfassungsteil 22 (4) und einen zweiten Erfassungsteil 24 (4). Der erste Endabschnitt 12 ist wie eine flache Platte mit einem in der Draufsicht im Wesentlichen quadratischen Profil geformt. Erste elastische Träger 42, die jeweils eine säulenförmige Form aufweisen und die den ersten Verbindungsabschnitt 18 bilden, sind jeweils an vier Ecken der Oberseite 12a des ersten Endabschnitts 12 so vorgesehen, dass sie von der Oberseite 12a nach oben ragen. Die ersten elastischen Träger 42 sind jeweils am ihrem oberen Ende an jeder der vier Ecken eines starren Rahmens 48 befestigt. In dem sechsachsigen Kraftsensor 70 sind die starren Säulen 44 des vorgenannten sechsachsigen Kraftsensors 40 eliminiert.
  • Der Zwischenabschnitt 16 ist wie eine flache Platte mit einem in der Draufsicht im Wesentlichen quadratischen Profil geformt, das kleiner als der erste Endabschnitt 12 ist, aber dem Profil des ersten Endabschnitts 12 entspricht. Im Gegensatz zu dem vorgenannten sechsachsigen Kraftsensor 40 ist der Zwischenabschnitt 16 nicht direkt mit vier ersten elastischen Trägern 42 des ersten Verbindungsabschnitts 18 verbunden. Stattdessen ist der Zwischenabschnitt 16 an vier Ecken des starren Rahmens 48 in der Nähe der jeweiligen ersten elastischen Träger 42 beispielsweise mit Schrauben 72 befestigt.
  • Der zweite Endabschnitt 14 ist wie ein rechteckiges Parallelepiped mit einem in der Draufsicht im Wesentlichen quadratischen Profil geformt. Zweite elastische Träger 46, die jeweils eine Stabform aufweisen und den zweiten Verbindungsabschnitt 20 bilden, sind jeweils auf vier Seitenflächen 14a des zweiten Endabschnitts 14 so vorgesehen, dass sie seitlich von den Seitenflächen 14a vorstehen. Jeder der zweiten elastischen Träger 46 ist mit dem starren Rahmen 48 an dessen dem zweiten Endabschnitt 14 gegenüberliegenden distalen Ende verbunden. Der erste Endabschnitt 12, der zweite Endabschnitt 14, der Zwischenabschnitt 16 und der starre Rahmen 48 weisen eine Steifigkeit auf, die in der Lage ist, deren eigene Formen gegen eine auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft beizubehalten.
  • Analog zu dem sechsachsigen Kraftsensor 40 weist der sechsachsige Kraftsensor 70 eine Konfiguration auf, bei der eine auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft dann sowohl auf den ersten Verbindungsabschnitt 18 (oder die ersten elastischen Träger 42) als auch auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 (oder die zweiten elastischen Träger 46) ausgeübt wird, ohne sich durch den Zwischenabschnitt 16 zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 18 und dem zweiten Verbindungsabschnitt 20 auszubreiten. So wird beispielsweise in dem Fall, in dem der erste Endabschnitt 12 als ein Basiselement und der zweite Endabschnitt 14 als ein Kraftaufnahmeelement verwendet wird, eine von einem Krafterzeuger auf den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft (oder Last) dann von dem zweiten Endabschnitt 14 auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 ausgeübt, um den zweiten Verbindungsabschnitt 20 in Abhängigkeit von der Richtung der Kraft in einer Richtung elastisch zu verformen, die durch zweite drei Freiheitsgrade (d.h, eine Drehung um eine Mittelachse entlang einer ersten Achse (X-Achse), eine Drehung um eine Mittelachse entlang einer zweiten Achse (Y-Achse) und eine Verschiebung entlang einer dritten Achse (Z-Achse)) definiert wird. Die auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 ausgeübte Kraft wird auf den starren Rahmen 48 übertragen und dann auf den ersten Verbindungsabschnitt 18 ausgeübt, ohne den starren Rahmen 48 zu verformen und ohne sich durch den Zwischenabschnitt 16 auszubreiten, um so den ersten Verbindungsabschnitt 18 abhängig von der Richtung der Kraft in einer Richtung elastisch zu verformen, die durch die ersten drei Freiheitsgrade (d.h. eine Verschiebung entlang der ersten Achse (X-Achse), eine Verschiebung entlang der zweiten Achse (Y-Achse) und eine Drehung um eine Mittelachse entlang der dritten Achse (Z-Achse)) definiert wird.
  • Obwohl nicht dargestellt, weisen der erste Erfassungsteil 22 und der zweite Erfassungsteil 24 des sechsachsigen Kraftsensors 70 Konfigurationen auf, die denen des ersten Erfassungsteils 22 und des zweiten Erfassungsteils 24 des zuvor erwähnten sechsachsigen Kraftsensors 40 entsprechen. Es ist jedoch zu beachten, dass der sechsachsige Kraftsensor 70 nicht den zweiten Block 58 umfasst, der auf der Oberseite 16b des Zwischenabschnitts 16 in dem Kraftsensor 40 vorgesehen ist, und ein zweiter Spalt 36 zwischen der Unterseite 14b (d.h. einer zweiten Fläche 32) des zweiten Endabschnitts 14 und der Oberseite 16b (d.h. einer zweiten Zwischenfläche 34) des Zwischenabschnitts 16 (7B) ausgebildet ist. Ein Teil (z.B. Schraube 72), das den Zwischenabschnitt 16 an dem starren Rahmen 48 befestigt, kann mit einem Abstandshalter 74 (7B) versehen werden, der zwischen dem Zwischenabschnitt 16 und dem starren Rahmen 48 angeordnet ist. Die Abmessung des zweiten Spaltes 36 kann mit dem Abstandshalter 74 eingestellt werden.
  • Analog zu dem sechsachsigen Kraftsensor 10 oder 40 weist der sechsachsige Kraftsensor 70 eine Konfiguration auf, bei der der erste Erfassungsteil 22 und der zweite Erfassungsteil 24 jeweils gemeinsam einen ersten Erfassungswert D1 basierend auf der relativen Verschiebung in den ersten drei Freiheitsgraden und einen zweiten Erfassungswert D2 basierend auf der relativen Verschiebung in den zweiten drei Freiheitsgraden ausgeben können, sodass es möglich ist, die Genauigkeit des ersten Erfassungswertes D1 und des zweiten Erfassungswertes D2, die zum Erfassen von dreiachsigen Kraftkomponenten und dreiachsigen Momentenkomponenten verwendet werden, zu verbessern. Ferner weist der sechsachsige Kraftsensor 70 analog zu dem sechsachsigen Kraftsensor 10 oder 40 eine Konfiguration auf, bei der eine auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft sowohl auf den ersten Verbindungsabschnitt 18 als auch auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 ausgeübt wird, ohne sich durch den Zwischenabschnitt 16 zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 18 und dem zweiten Verbindungsabschnitt 20 auszubreiten, sodass es möglich ist, den Einfluss einer durch die Verschiebung des ersten Endabschnitts 12 oder des zweiten Endabschnitts 14 auf den Zwischenabschnitt 16 ausgeübten Last zu eliminieren und dadurch den ersten Erfassungswert D1 und den zweiten Erfassungswert D2 mit hoher Genauigkeit auszugeben.
  • Die 8 bis 10 stellen einen sechsachsigen Kraftsensor 80 gemäß einer dritten Ausführungsform dar. Der sechsachsige Kraftsensor 80 weist eine Konfiguration analog zu der des vorgenannten sechsachsigen Kraftsensors 40 oder 70 auf, mit Ausnahme einer strukturellen Beziehung zwischen einem Zwischenabschnitt 16, einem ersten Verbindungsabschnitt 18 und einem zweiten Verbindungsabschnitt 20. Daher werden entsprechende Bestandteile durch gemeinsame Bezugsziffern gekennzeichnet, um eine wiederholte Beschreibung derselben zu vermeiden.
  • Der sechsachsige Kraftsensor 80 umfasst einen ersten Endabschnitt 12, einen zweiten Endabschnitt 14, einen Zwischenabschnitt 16, einen ersten Verbindungsabschnitt 18, einen zweiten Verbindungsabschnitt 20, einen ersten Erfassungsteil 22 und einen zweiten Erfassungsteil 24. Der erste Endabschnitt 12 ist wie eine flache Platte mit einem in der Draufsicht im Wesentlichen quadratischen Profil geformt. Erste elastische Träger 42, die jeweils eine säulenförmige Form aufweisen und die den ersten Verbindungsabschnitt 18 bilden, sind jeweils an vier Ecken der Oberseite 12a des ersten Endabschnitts 12 so vorgesehen, dass sie von der Oberseite 12a nach oben ragen. Jeder der ersten elastischen Träger 42 ist an seinem oberen Ende an jeder der vier Ecken eines starren Rahmens 48 befestigt. In dem sechsachsigen Kraftsensor 80 sind die starren Säulen 44 des vorgenannten sechsachsigen Kraftsensors 40 eliminiert.
  • Der Zwischenabschnitt 16 ist wie eine flache Platte mit einem in der Draufsicht im Wesentlichen quadratischen Profil geformt, das kleiner als der erste Endabschnitt 12 ist, aber dem Profil des ersten Endabschnitts 12 entspricht. Im Gegensatz zu dem vorgenannten sechsachsigen Kraftsensor 40 ist der Zwischenabschnitt 16 nicht direkt mit vier ersten elastischen Trägern 42 des ersten Verbindungsabschnitts 18 verbunden. Stattdessen ist der Zwischenabschnitt 16 über einen Hilfsverbindungsabschnitt 82 in der Nähe der jeweils ersten elastischen Träger 42 mit vier Ecken des starren Rahmens 48 verbunden.
  • Der Hilfsverbindungsabschnitt 82 ist zwischen dem Zwischenabschnitt 16 und dem ersten Anschlussabschnitt 18 angeordnet. Wenn der zweite Verbindungsabschnitt 20 durch eine auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft elastisch verformt wird, verformt sich der Hilfsverbindungsabschnitt 82 abhängig von der elastischen Verformung des zweiten Verbindungsabschnitts 20 elastisch. In der dargestellten Ausführungsform sind dritte elastische Träger 84, die jeweils eine säulenförmigen Form aufweisen und sich in einer Richtung entlang einer dritten Achse (Z-Achse) erstrecken, jeweils an vier Ecken der Oberseite 16b des Zwischenabschnitts 16b so vorgesehen, dass sie von der Oberseite 16b nach oben vorstehen. Der Hilfsverbindungsabschnitt 82 besteht aus den dritten elastischen Trägern 84. Jeder der dritten elastischen Träger 84 ist an seinem oberen Ende an jeder der vier Ecken des starren Rahmens 48 an einer von dem ersten elastischen Träger 42 beabstandeten Stelle befestigt.
  • Der zweite Endabschnitt 14 ist wie ein rechtwinkliges Parallelepiped mit einem in der Draufsicht im Wesentlichen quadratischen Profil geformt. Zweite elastische Träger 46, die jeweils eine Stabform aufweisen und den zweiten Verbindungsabschnitt 20 bilden, sind jeweils auf vier Seitenflächen 14a des zweiten Endabschnitts 14a so vorgesehen, dass sie seitlich von den Seitenflächen 14a vorstehen. Jeder der zweiten elastischen Träger 46 ist mit dem starren Rahmen 48 an seinem dem zweiten Endabschnitt 14 gegenüberliegenden distalen Ende verbunden. Der erste Endabschnitt 12, der zweite Endabschnitt 14, der Zwischenabschnitt 16 und der starre Rahmen 48 weisen eine Steifigkeit auf, die in der Lage ist, deren eigenen Formen gegen eine auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft beizubehalten.
  • Analog zu dem sechsachsigen Kraftsensor 40 oder 70 weist der sechsachsige Kraftsensor 80 eine Konfiguration auf, bei der eine auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft dann sowohl auf den ersten Verbindungsabschnitt 18 (oder die ersten elastischen Träger 42) als auch auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 (oder die zweiten elastischen Träger 46) ausgeübt wird, ohne sich durch den Zwischenabschnitt 16 zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 18 und dem zweiten Verbindungsabschnitt 20 auszubreiten. So wird beispielsweise in dem Fall, in dem der erste Endabschnitt 12 als ein Basiselement und der zweite Endabschnitt 14 als ein Kraftempfangselement verwendet wird, eine von einem Krafterzeuger auf den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft (oder Last) dann von dem zweiten Endabschnitt 14 auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 ausgeübt, um abhängig von der Richtung der Kraft den zweiten Verbindungsabschnitt 20 elastisch in einer Richtung zu verformen, die durch zweite drei Freiheitsgrade (d.h, eine Drehung um eine Mittelachse entlang einer ersten Achse (X-Achse), eine Drehung um eine Mittelachse entlang einer zweiten Achse (Y-Achse) und eine Verschiebung entlang einer dritten Achse (Z-Achse)) definiert wird. Die auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 ausgeübte Kraft wird auf den starren Rahmen 48 übertragen und dann auf den ersten Verbindungsabschnitt 18 aufgebracht, ohne den starren Rahmen 48 zu verformen und ohne sich durch den Zwischenabschnitt 16 auszubreiten, sodass abhängig von der Richtung der Kraft der erste Verbindungsabschnitt 18 in eine durch die ersten drei Freiheitsgrade (d.h. eine Verschiebung entlang der ersten Achse (X-Achse), eine Verschiebung entlang der zweiten Achse (Y-Achse) und eine Drehung um eine Mittelachse entlang der dritten Achse (Z-Achse)) definierte Richtung elastisch verformt wird.
  • Wenn in dem obigen Beispiel die auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 ausgeübte Kraft auf den starren Rahmen 48 übertragen wird, kann der starre Rahmen 48 abhängig von der Größe der Kraft leicht verformt werden. Wenn der starre Rahmen 48 verformt wird, wird befürchtet, dass eine Last von dem starren Rahmen 48 auf den Zwischenabschnitt 16 ausgeübt wird und eine unbeabsichtigte Verformung im Zwischenabschnitt 16 auftritt. Wenn der Zwischenabschnitt 16 verformt wird, wird eine Verschlechterung der Genauigkeit in einem ersten Erfassungswert D1 des ersten Erfassungsteils 22 und einem zweiten Erfassungswert D2 des zweiten Erfassungsteils 24 befürchtet. Wenn in dem sechsachsigen Kraftsensor 80 eine solche unbeabsichtigte Belastung gemäß der elastischen Verformung des zweiten Verbindungsabschnitts 20 auftritt, verformt sich der Hilfsverbindungsabschnitt 82 (oder die dritten elastischen Träger 84) abhängig von der Belastung elastisch und verhindert dadurch, dass die Last von dem starren Rahmen 48 auf den Zwischenabschnitt 16 aufgebracht wird (10).
  • Der erste Erfassungsteil 22 und der zweite Erfassungsteil 24 des sechsachsigen Kraftsensors 80 weisen Konfigurationen auf, die analog zu denen des ersten Erfassungsteils 22 und des zweiten Erfassungsteils 24 des vorgenannten sechsachsigen Kraftsensors 40 sind. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass erste Spalte 30 jeweils zwischen drei ersten Blöcken 50, die auf der Oberseite 12a des ersten Endabschnitts 12 vorgesehen sind, und drei ersten Zwischenblöcken 52, die auf der Unterseite 16a des Zwischenabschnitts 16 vorgesehen sind, ausgebildet sind. Der erste Erfassungsteil 22 erfasst eine Maßänderung jedes ersten Spaltes 30 basierend auf einer Kapazität usw. und gibt damit den ersten Erfassungswert D1 aus. Außerdem wird ein zweiter Spalt 36 zwischen der Unterseite 14b des zweiten Endabschnitts 14 und einem auf der Oberseite 16b des Zwischenabschnitts 16 vorgesehen zweiten Block 58 gebildet. Der zweite Erfassungsteil 24 erfasst eine Maßänderung des zweiten Spaltes 36 basierend auf einer Kapazität usw. und gibt damit den zweiten Erfassungswert D2 aus.
  • Analog zu dem sechsachsigen Kraftsensor 10, 40 oder 70 weist der sechsachsige Kraftsensor 80 eine Konfiguration auf, bei der der erste Erfassungsteil 22 und der zweite Erfassungsteil 24 jeweils den ersten Erfassungswert D1 basierend auf der relativen Verschiebung in den ersten drei Freiheitsgraden und den zweiten Erfassungswert D2 basierend auf der relativen Verschiebung in den zweiten drei Freiheitsgraden gemeinsam ausgeben können, sodass es möglich ist, die Genauigkeit des ersten Erfassungswertes D1 und des zweiten Erfassungswertes D2, die zum Erfassen von dreiachsigen Kraftkomponenten und dreiachsigen Momentenkomponenten verwendet werden, zu verbessern. Zudem weist der sechsachsige Kraftsensor 80 analog zu dem sechsachsigen Kraftsensor 10, 40 oder 70 eine Konfiguration auf, bei der eine auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft sowohl auf den ersten Verbindungsabschnitt 18 als auch auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 ausgeübt wird, ohne sich durch den Zwischenabschnitt 16 zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 18 und dem zweiten Verbindungsabschnitt 20 auszubreiten, sodass es möglich ist, den Einfluss einer durch die Verschiebung des ersten Endabschnitts 12 oder des zweiten Endabschnitts 14 auf den Zwischenabschnitt 16 ausgeübten Last zu eliminieren und damit den ersten Erfassungswert D1 und den zweiten Erfassungswert D2 mit hoher Genauigkeit auszugeben.
  • 11 bis 12B stellen einen sechsachsigen Kraftsensor 90 gemäß einer vierten Ausführungsform dar. Der sechsachsige Kraftsensor 90 weist eine Konfiguration analog zu der des vorgenannten sechsachsigen Kraftsensors 40, 70 oder 80 auf, mit Ausnahme einer strukturellen Beziehung zwischen einem Zwischenabschnitt 16, einem ersten Verbindungsabschnitt 18 und einem zweiten Verbindungsabschnitt 20. Daher werden entsprechende Bestandteile durch gemeinsame Bezugsziffern gekennzeichnet, um eine wiederholte Beschreibung derselben zu vermeiden.
  • Der sechsachsige Kraftsensor 90 umfasst einen ersten Endabschnitt 12, einen zweiten Endabschnitt 14, einen Zwischenabschnitt 16, einen ersten Verbindungsabschnitt 18, einen zweiten Verbindungsabschnitt 20, einen ersten Erfassungsteil 22 und einen zweiten Erfassungsteil 24. Der erste Endabschnitt 12 ist wie eine flache Platte mit einem in der Draufsicht im Wesentlichen quadratischen Profil geformt. Erste elastische Träger 42, die jeweils eine säulenförmige Form aufweisen und den ersten Verbindungsabschnitt 18 bilden, sind jeweils an vier Ecken der Oberseite 12a des ersten Endabschnitts 12 so vorgesehen, dass sie von der Oberseite 12a nach oben vorstehen. Jeder der ersten elastischen Träger 42 ist an seinem oberen Ende an jeder der vier Ecken eines starren Rahmens 48 befestigt. In dem sechsachsigen Kraftsensor 90 sind die starren Säulen 44 des vorgenannten sechsachsigen Kraftsensors 40 eliminiert.
  • Der Zwischenabschnitt 16 ist wie eine flache Platte mit einem in der Draufsicht im Wesentlichen quadratischen Profil geformt, das kleiner als der erste Endabschnitt 12 ist, aber dem Profil des ersten Endabschnitts 12 entspricht. Im Gegensatz zu dem vorgenannten sechsachsigen Kraftsensor 40 ist der Zwischenabschnitt 16 nicht direkt mit vier ersten elastischen Trägern 42 des ersten Verbindungsabschnitts 18 verbunden. Stattdessen ist der Zwischenabschnitt 16 mit vier Ecken des starren Rahmens 48 über einen Hilfsverbindungsabschnitt 92 in der Nähe der jeweiligen ersten elastischen Träger 42 verbunden.
  • Der Hilfsverbindungsabschnitt 92 ist zwischen dem Zwischenabschnitt 16 und dem ersten Verbindungsabschnitt 18 angeordnet. Wenn der zweite Verbindungsabschnitt 20 durch eine auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft elastisch verformt wird, verformt sich der Hilfsverbindungsabschnitt 92 abhängig von der elastischen Verformung des zweiten Verbindungsabschnitts 20 elastisch. In der dargestellten Ausführungsform sind vierte elastische Träger 94, die jeweils eine Federfunktion aufweisen und sich mäanderförmig in eine Richtung entlang einer virtuellen Ebene (X-Y-Ebene) erstrecken, die eine erste Achse (X-Achse) und eine zweite Achse (Y-Achse) umfasst, jeweils an vier Ecken des Zwischenabschnitts 16 so vorgesehen, dass sie seitlich aus den vier Ecken vorstehen. Der Hilfsverbindungsabschnitt 92 besteht aus den vierten elastischen Trägern 94. Jeder der vierten elastischen Träger 94 ist an seinem dem Zwischenabschnitt 16 gegenüberliegenden distalen Ende an jeder der vier Ecken des starren Rahmens 48 an einer von dem ersten elastischen Träger 42 beabstandeten Stelle befestigt.
  • Der zweite Endabschnitt 14 ist wie ein rechtwinkliges Parallelepiped mit einem in der Draufsicht im Wesentlichen quadratischen Profil geformt. Zweite elastische Träger 46, die jeweils eine Stabform aufweisen und den zweiten Verbindungsabschnitt 20 bilden, sind jeweils auf vier Seitenflächen 14a des zweiten Endabschnitts 14a so vorgesehen, dass sie seitlich von den Seitenflächen 14a vorstehen. Jeder der zweiten elastischen Träger 46 ist mit dem starren Rahmen 48 an dessen dem zweiten Endabschnitt 14 gegenüberliegenden distalen Ende verbunden. Der erste Endabschnitt 12, der zweite Endabschnitt 14, der Zwischenabschnitt 16 und der starre Rahmen 48 weisen eine Steifigkeit auf, die in der Lage ist, deren eigenen Formen gegen eine auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft beizubehalten.
  • Analog zu dem sechsachsigen Kraftsensor 40, 70 oder 80 weist der sechsachsige Kraftsensor 90 eine Konfiguration auf, bei der eine auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft dann sowohl auf den ersten Verbindungsabschnitt 18 (oder die ersten elastischen Träger 42) als auch auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 (oder die zweiten elastischen Träger 46) ausgeübt wird, ohne sich durch den Zwischenabschnitt 16 zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 18 und dem zweiten Verbindungsabschnitt 20 auszubreiten. So wird beispielsweise in dem Fall, in dem der erste Endabschnitt 12 als ein Basiselement und der zweite Endabschnitt 14 als ein Kraftaufnahmeelement verwendet wird, eine von einem Krafterzeuger auf den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft (oder Last) dann von dem zweiten Endabschnitt 14 auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 ausgeübt, um den zweiten Verbindungsabschnitt 20 abhängig von der Richtung der Kraft in einer Richtung elastisch zu verformen, die durch zweite drei Freiheitsgrade (d.h, eine Drehung um eine Mittelachse entlang einer ersten Achse (X-Achse), eine Drehung um eine Mittelachse entlang einer zweiten Achse (Y-Achse) und eine Verschiebung entlang einer dritten Achse (Z-Achse)) definiert wird. Die auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 ausgeübte Kraft wird auf den starren Rahmen 48 übertragen und dann auf den ersten Verbindungsabschnitt 18 ausgeübt, ohne den starren Rahmen 48 zu verformen und ohne sich durch den Zwischenabschnitt 16 auszubreiten, um den ersten Verbindungsabschnitt 18 abhängig von der Richtung der Kraft in eine durch die ersten drei Freiheitsgrade (d.h. eine Verschiebung entlang der ersten Achse (X-Achse), eine Verschiebung entlang der zweiten Achse (Y-Achse) und eine Drehung um eine Mittelachse entlang der dritten Achse (Z-Achse)) definierte Richtung elastisch zu verformen.
  • Wenn in dem obigen Beispiel die auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 ausgeübte Kraft auf den starren Rahmen 48 übertragen wird, kann der starre Rahmen 48 abhängig von der Größe der Kraft etwas verformt werden. Wenn der starre Rahmen 48 verformt wird, wird befürchtet, dass eine Last von dem starren Rahmen 48 auf den Zwischenabschnitt 16 ausgeübt wird und eine unbeabsichtigte Verformung in dem Zwischenabschnitt 16 auftritt. Wenn der Zwischenabschnitt 16 verformt wird, wird eine Verschlechterung der Genauigkeit eines ersten Erfassungswerts D1 des ersten Erfassungsteils 22 und eines zweiten Erfassungswerts D2 des zweiten Erfassungsteils 24 befürchtet. Wenn in dem sechsachsigen Kraftsensor 90 eine solche unbeabsichtigte Belastung gemäß der elastischen Verformung des zweiten Verbindungsabschnitts 20 auftritt, verformt sich der Hilfsverbindungsabschnitt 92 (oder die vierten elastischen Träger 94) abhängig von der Belastung elastisch und verhindert dadurch, dass, analog zu dem sechsachsigen Kraftsensor 80, die Last von dem starren Rahmen 48 auf den Zwischenabschnitt 16 aufgebracht wird.
  • Der erste Erfassungsteil 22 und der zweite Erfassungsteil 24 des sechsachsigen Kraftsensors 90 weisen Konfigurationen auf, die analog denen des ersten Erfassungsteils 22 und des zweiten Erfassungsteils 24 des vorgenannten sechsachsigen Kraftsensors 40 sind. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass erste Spalte 30 jeweils zwischen drei ersten Blöcken 50, die auf der Oberseite 12a des ersten Endabschnitts 12 vorgesehen sind, und drei ersten Zwischenblöcken 52, die auf der Unterseite 16a des Zwischenabschnitts 16 vorgesehen sind, ausgebildet sind. Der erste Erfassungsteil 22 erfasst eine Maßänderung jedes ersten Spaltes 30 basierend auf einer Kapazität usw. und gibt dabei den ersten Erfassungswert D1 aus. Zudem wird ein zweiter Spalt 36 zwischen der Unterseite 14b des zweiten Endabschnitts 14 und der Oberseite 16b des Zwischenabschnitts 16 ausgebildet. Der zweite Erfassungsteil 24 erfasst eine Maßänderung des zweiten Spaltes 36 basierend auf einer Kapazität usw. und gibt dabei den zweiten Erfassungswert D2 aus.
  • Analog zu dem sechsachsigen Kraftsensor 10, 40, 70 oder 80 weist der sechsachsige Kraftsensor 90 eine Konfiguration auf, bei der der erste Erfassungsteil 22 und der zweite Erfassungsteil 24 jeweils den ersten Erfassungswert D1 basierend auf der relativen Verschiebung in den ersten drei Freiheitsgraden und den zweiten Erfassungswert D2 basierend auf der relativen Verschiebung in den zweiten drei Freiheitsgraden gemeinsam ausgeben können, sodass es möglich ist, die Genauigkeit des ersten Erfassungswertes D1 und des zweiten Erfassungswertes D2, die zum Erfassen von dreiachsigen Kraftkomponenten und dreiachsigen Momentenkomponenten verwendet werden, zu verbessern. Zudem weist der sechsachsige Kraftsensor 90 analog zu den sechsachsigen Kraftsensoren 10, 40, 70 oder 80 eine Konfiguration auf, bei der eine auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübte Kraft sowohl auf den ersten Verbindungsabschnitt 18 als auch auf den zweiten Verbindungsabschnitt 20 aufgebracht wird, ohne sich durch den Zwischenabschnitt 16 zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 18 und dem zweiten Verbindungsabschnitt 20 auszubreiten, sodass es möglich ist, den Einfluss einer durch die Verschiebung des ersten Endabschnitts 12 oder des zweiten Endabschnitts 14 auf den Zwischenabschnitt 16 ausgeübten Last zu eliminieren und dabei den ersten Erfassungswert D1 und den zweiten Erfassungswert D2 mit hoher Genauigkeit auszugeben.
  • Der sechsachsige Kraftsensor 10, 40, 70, 80 oder 90 ist dazu konfiguriert, eine Erfassung der vorgenannten ersten Kraftkomponente, zweiten Kraftkomponente, dritten Kraftkomponente, ersten Momentenkomponente, zweiten Momentenkomponente und dritten Momentenkomponente einer auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübten Kraft basierend auf dem ersten Erfassungswert D1, der durch den ersten Erfassungsteil 22 erhalten wird, und dem zweiten Erfassungswert D2, der durch den zweiten Erfassungsteil 24 erhalten wird, zu ermöglichen. Die Erfassung der Kraft- und Momentenkomponenten kann durch eine Rechenvorrichtung verwirklicht werden, die separat von dem sechsachsigen Kraftsensor 10, 40, 70, 80, 90 vorgesehen wird. Alternativ, wie in 1 dargestellt, kann der sechsachsige Kraftsensor 10, 40, 70, 80, 90 selbst mit einem Berechnungsteil 100 versehen werden, der die erste Kraftkomponente, die zweite Kraftkomponente, die dritte Kraftkomponente, die erste Momentenkomponente, die zweite Momentenkomponente und die dritte Momentenkomponente einer auf den ersten Endabschnitt 12 oder den zweiten Endabschnitt 14 ausgeübten Kraft berechnet, indem der erste Erfassungswert D1, der vom ersten Erfassungsteil 22 erfasst wird, und der zweite Erfassungswert D2, der vom zweiten Erfassungsteil 24 erfasst wird, verwendet wird.
  • Die Berechnung zum Berechnen der Kraft- und Momentenkomponenten aus dem ersten Erfassungswert D1 und dem zweiten Erfassungswert D2 kann beispielsweise durch ein Verfahren zum Durchführen einer Matrixberechnung zwischen den Erfassungswerten D1, D2 und einer im Voraus erhaltenen Transformationskoeffizientenmatrix durchgeführt werden. Die Transformationskoeffizientenmatrix kann erhalten werden, indem eine bekannte Last auf den sechsachsigen Kraftsensor 10, 40, 70, 80, 90 in verschiedene Richtungen aufgebracht wird, Verschiebungsdaten gesammelt werden, die den Kraft- und Momentenkomponenten der aufgebrachten Last entlang der sechs Achsen entsprechen, und ein bekanntes mathematisches Verfahren in Bezug auf die gesammelten Verschiebungsdaten ausgeführt wird. In der vorgenannten Konfiguration, bei der eine Kapazität für eine Verschiebungserkennung verwendet wird, ist die Kapazität umgekehrt proportional zur Abmessung eines jeden ersten Spalts 30 und zweiten Spalts 36, sodass der erste Erfassungsteil 22 und der zweite Erfassungsteil 24 aus einer inversen Zahl von erfassten Änderungen der Kapazität einen Verschiebungsbetrag erhalten können und den ersten Erfassungswert D1 und den zweiten Erfassungswert D2 basierend auf dem erhaltenen Verschiebungsbetrag ausgeben können. Alternativ kann beispielsweise der Berechnungsteil 100 unter Verwendung eines bekannten mathematischen Verfahrens die Kraft- und Momentenkomponenten basierend auf den Rohdaten der vom ersten Erfassungsteil 22 und dem zweiten Erfassungsteil 24 erfassten Kapazitätsänderung (d.h. dem Erfassungswert der Kapazität) direkt erhalten. In diesem Fall geben der erste Erfassungsteil 22 und der zweite Erfassungsteil 24 die erfassten Änderungen der jeweiligen Kapazitäten als ersten Erfassungswert D1 und zweiten Erfassungswert D2 aus.
  • In dem sechsachsigen Kraftsensor 10, 40, 70, 80 oder 90 entsprechen die Richtungen der ersten drei Freiheitsgrade, die durch den ersten Verbindungsabschnitt 18 erreicht werden, und die Richtungen der zweiten drei Freiheitsgrade, die durch den zweiten Verbindungsabschnitt 20 erreicht werden, nicht unbedingt genau der X-Achse, Y-Achse und Z-Achse eines rechteckigen Koordinatensystems. So kann beispielsweise in den ersten drei Freiheitsgraden, die die relative Verschiebung zwischen dem ersten Endabschnitt 12 und dem Zwischenabschnitt 16 definieren, der Fall, in dem die Bewegungsrichtung entlang der ersten Achse (X-Achse) und die Bewegungsrichtung entlang der zweiten Achse (Y-Achse) nicht orthogonal sind, einen Übersprechausdruck in einem Datenberechnungsprozess verursachen. Allerdings kann in diesem Fall beispielsweise der Berechnungsteil 100 den Verschiebungsbetrag entlang der ersten Achse (X-Achse) und den Verschiebungsbetrag entlang der zweiten Achse (Y-Achse) unabhängig voneinander erfassen, indem er einen zwischen den Bewegungsrichtungen definierten Winkel verwendet. Zudem kann der Fall, in dem die Mittelachse entlang der dritten Achse (Z-Achse) relativ zu der die erste Achse (X-Achse) und die zweite Achse (Y-Achse) umfassenden virtuellen Ebene (X-Y-Ebene) nicht orthogonal ist, dazu führen, dass der erste Erfassungswert D1 und der zweite Erfassungswert D2 nicht unabhängig voneinander sind. Allerdings kann in diesem Fall beispielsweise der Berechnungsteil 100 unter Verwendung eines Winkels zwischen der virtuellen Ebene und der Mittelachse die Erfassungswerte D1 und D2 korrigieren.
  • Darüber hinaus kann es, wie in Verbindung mit den sechsachsigen Kraftsensoren 80 und 90 beschrieben, in dem Fall, in dem beispielsweise durch die Verformung des starren Rahmens 48 eine Last auf den Zwischenabschnitt 16 ausgeübt wird, möglich sein, die Genauigkeit des ersten Erfassungswerts D1 und des zweiten Erfassungswerts D2 durch beispielsweise einen Berechnungsprozess im Berechnungsteil 100 anstelle einer baulichen Maßnahme, wie dem Hilfsverbindungsabschnitt 82, 92, aufrechtzuerhalten. In dieser Konfiguration kann beispielsweise der Berechnungsteil 100 einen Korrekturwert, der unter Verwendung des von dem zweiten Erfassungsteil 24 ausgegebenen zweiten Erfassungswertes D2 berechnet wird, auf den von dem ersten Erfassungsteil 22 ausgegebenen ersten Erfassungswert D1 anwenden und die Kraft- und Momentenkomponenten basierend auf dem korrigierten ersten Erfassungswert D1 berechnen. Die Berechnung des Korrekturwertes kann beispielsweise durch eine digitale Berechnung des A/D-umgewandelten zweiten Erfassungswertes D2 ausgeführt.
  • Obwohl die Ausführungsformen der Offenbarung beschrieben wurden, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen oder Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche abzuweichen.

Claims (7)

  1. Sechsachsiger Kraftsensor (10; 40; 70; 80; 90), umfassend: einen ersten Endabschnitt (12); einen zweiten Endabschnitt (14); einen Zwischenabschnitt (16) zwischen dem ersten Endabschnitt (12) und dem zweiten Endabschnitt (14); einen ersten Verbindungsabschnitt (18), der den ersten Endabschnitt (12) mit dem Zwischenabschnitt (16) mit ersten drei Freiheitsgraden elastisch verbindet; einen zweiten Verbindungsabschnitt (20), der den zweiten Endabschnitt (14) mit dem Zwischenabschnitt (16) mit zweiten drei Freiheitsgraden elastisch verbindet; einen ersten Erfassungsteil (22), der eine relative Verschiebung zwischen dem ersten Endabschnitt (12) und dem Zwischenabschnitt (16) einhergehend mit einer elastischen Verformung des ersten Verbindungsabschnitts (18) erfasst und basierend auf der relativen Verschiebung einen ersten Erfassungswert (D1) ausgibt, der zum Erfassen einer ersten Kraftkomponente in einer Richtung einer ersten Achse, einer zweiten Kraftkomponente in einer Richtung einer zur ersten Achse orthogonalen zweiten Achse und einer dritten Momentenkomponente um eine dritte Achse, die sowohl zu der ersten Achse als auch der zweiten Achse orthogonal ist, einer auf den ersten Endabschnitt (12) oder den zweiten Endabschnitt (14) ausgeübten Kraft verwendet wird; und einen zweiten Erfassungsteil (24), der eine relative Verschiebung zwischen dem zweiten Endabschnitt (14) und dem Zwischenabschnitt (16) einhergehend mit einer elastischen Verformung des zweiten Verbindungsabschnitts (20) erfasst und basierend auf der relativen Verschiebung einen zweiten Erfassungswert (D2) ausgibt, der zum Erfassen einer ersten Momentenkomponente um die erste Achse, einer zweiten Momentenkomponente um die zweite Achse und einer dritten Kraftkomponente in einer Richtung der dritten Achse der Kraft verwendet wird; wobei der Zwischenabschnitt (16), der erste Verbindungsabschnitt (18) und der zweite Verbindungsabschnitt (20) so angeordnet sind, dass die Kraft sowohl auf den ersten Verbindungsabschnitt (18) als auch auf den zweiten Verbindungsabschnitt (20) ausgeübt wird, ohne sich durch den Zwischenabschnitt (16) zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt (18) und dem zweiten Verbindungsabschnitt (20) auszubreiten.
  2. Sechsachsiger Kraftsensor (10; 40; 80; 90) nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Berechnungsteil (100), der die erste Kraftkomponente, die zweite Kraftkomponente, die dritte Kraftkomponente, die erste Momentenkomponente, die zweite Momentenkomponente und die dritte Momentenkomponente unter Verwendung des ersten Erfassungswertes (D1) und des zweiten Erfassungswertes (D2) berechnet.
  3. Sechsachsiger Kraftsensor (10; 40; 70; 80; 90) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Endabschnitt (12) eine erste Fläche (26) umfasst, der Zwischenabschnitt (16) eine der ersten Fläche (26) gegenüberliegende erste Zwischenfläche (28) umfasst und ein erster Spalt (30) mit einer Kapazität zwischen der ersten Fläche (26) und der ersten Zwischenfläche (28) ausgebildet ist; und wobei der erste Erfassungsteil (22) eine Änderung der Kapazität des ersten Spalts (30) erfasst und dabei den ersten Erfassungswert (D1) ausgibt.
  4. Sechsachsiger Kraftsensor (10; 40; 70; 80; 90) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Endabschnitt (14) eine zweite Fläche (32) umfasst, der Zwischenabschnitt (16) eine der zweiten Fläche (32) gegenüberliegende zweite Zwischenfläche (34) umfasst und ein zweiter Spalt (36) mit einer Kapazität zwischen der zweiten Fläche (32) und der zweiten Zwischenfläche (34) ausgebildet ist; und wobei der zweite Erfassungsteil (24) eine Änderung der Kapazität des zweiten Spaltes (36) erfasst und dabei den zweiten Erfassungswert (D2) ausgibt.
  5. Sechsachsiger Kraftsensor (10; 40; 70; 80; 90) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Verbindungsabschnitt (18) eine Mehrzahl von ersten elastischen Trägern (42) umfasst, die sich in einer Richtung entlang der dritten Achse zwischen dem ersten Endabschnitt (12) und dem Zwischenabschnitt (16) erstrecken; und wobei sich jeder der ersten elastischen Träger (42) aufgrund der darauf ausgeübten Kraft elastisch derart verformt, dass der erste Endabschnitt (12) und der Zwischenabschnitt (16) eine Relativbewegung in einer Richtung entlang einer die erste Achse und die zweite Achse umfassenden virtuellen Ebene oder eine Relativdrehung um eine Mittelachse entlang der dritten Achse verursachen.
  6. Sechsachsiger Kraftsensor (10; 40; 70; 80; 90) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der zweite Verbindungsabschnitt (20) eine Mehrzahl von zweiten elastischen Trägern (46) umfasst, die sich in einer Richtung entlang der ersten Achse oder der zweiten Achse zwischen dem zweiten Endabschnitt (14) und dem Zwischenabschnitt (16) erstrecken; und wobei sich jeder der zweiten elastischen Träger (46) aufgrund der darauf ausgeübten Kraft elastisch derart verformt, dass der zweite Endabschnitt (14) und der Zwischenabschnitt (16) eine Relativbewegung in einer Richtung entlang der dritten Achse oder eine Relativdrehung um eine Mittelachse entlang einer die erste Achse und die zweite Achse umfassenden virtuellen Ebene verursachen.
  7. Sechsachsiger Kraftsensor (80; 90) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend einen Hilfsverbindungsabschnitt (82; 92), der zwischen dem Zwischenabschnitt (16) und dem ersten Verbindungsabschnitt (18) angeordnet ist, wobei sich der Hilfsverbindungsabschnitt (82; 92) gemäß der aufgrund der Kraft verursachten elastischen Verformung des zweiten Verbindungsabschnitts (20) elastisch verformt.
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