DE112017004442T5

DE112017004442T5 - Kraft-Detektor

Info

Publication number: DE112017004442T5
Application number: DE112017004442.1T
Authority: DE
Inventors: Minoru Taniguchi; Chisato Tawara; Masao Shimizu; Tsuyoshi Hamaguchi; Sadao Kawamura; Hye Jong Kim; Yuki Sugano
Original assignee: Omron Corp; Ritsumeikan Trust; Omron Healthcare Co Ltd; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp; Ritsumeikan Trust; Omron Healthcare Co Ltd
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2017-08-07
Publication date: 2019-06-13
Also published as: US20190195704A1; JP6654161B2; JP2018040783A; US10816417B2; CN109642832A; CN109642832B

Abstract

Ein Kraft-Detektor (11) beinhaltet eine Stütze (6), Fluidbälge (B1, B2), einen Fluid (BS), Drucksensoren (S1, S2) und eine Berechnungseinheit (C). Der Fluidbalg (BS) ist gegenüber zu der Seite angeordnet, auf welcher die Fluidbälge (B1, B2) in Berührung mit der Stütze (6) sind, und wird bereitgestellt, um benachbart zu beiden Fluidbälgen (B1, B2) zu sein. Die Berechnungseinheit (C) erhält Information bezüglich der Innendrücke der Fluidbälge (B2, B2) von den Drucksensoren (S1, S2). Bei dem Aufbringen einer externen Kraft an dem Fluidbalg (BS) von einem Objekt berechnet die Berechnungseinheit (C) eine Kraft, welche in einer tangentialen Richtung auf eine Berühroberfläche (CS) zwischen dem Objekt und dem Fluidbalg (BS) wirkt, basierend auf einer Differenz zwischen dem Innendruck des Fluidbalges (B1) und dem Innendruck des Fluidbalges (B2). Ein Kraft-Detektor, welcher in der Lage ist, eine Kraft zu berechnen, welche auf die Berühroberfläche (CS) in der tangentialen Richtung wirkt, kann erhalten werden.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft Kraft-Detektoren.
HINTERGRUND DES STANDES DER TECHNIK
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 04-304988 (PTL 1) offenbart die Erfindung, welche auf Roboterhände bezogen ist, und beschreibt Silikonkautschuk bzw. Silikongummi als Beispielsmaterial für ein Glied (elastische Kappe), welches Fingerspitzen der Roboterhand bilden. Darüber hinaus wurden in den letzten Jahren Roboterhände mit aufblasbarer Struktur entwickelt. Ein Kunststofftuch wird benutzt, um ein Fluidbalg zu bilden, und dieser Fluidbalg wird mit einem Fluid, wie z. B. Luft, gefüllt.
Der aufblasbare Roboter benutzt einen derartigen Fluidbalg als ein Strukturelement oder einen Aktuator. Der aufblasbare Roboter, welcher den Fluidbalg beinhaltet, kann durch Luftdruck betrieben werden und kann Charakteristika aufweisen, dass er leichtgewichtig und flexibel ist, verglichen mit einem herkömmlichen Roboter, welcher aus einem metallischen Material gebildet ist, und entsprechend wird von ihm erwartet, dass er im Medizingerätebereich, im Krankenpflegebereich und in einem jeglichen anderen Bereich benutzt wird.
In den Bereichen der Medizingeräte und der Krankenpflegegeräte arbeiten häufig ein Roboter und ein Mensch mechanisch miteinander, was zu Anforderungen für das genaue Steuern einer Kraft führt, die auf den Menschen durch den aufblasbaren Roboter ausgeübt wird. Zum Beispiel, wenn der aufblasbare Roboter physikalische Daten erhält oder den menschlichen Körper massiert, ist ein genauer mechanischer Kontakt zwischen dem Roboter und dem menschlichen Körper erforderlich.
Allgemeine Industrieroboter haben Kraftsensoren (Kraftdetektoren), wie z. B. Lastzellen oder Drehmomentsensoren, für das Kraftsteuern benutzt. Diese Kraftsensoren werden aus einem festen Körper gebildet und haben eine bestimmte Masse. Diese Kraftsensoren, wenn sie in aufblasbaren Robotern benutzt werden, können nicht in der Lage sein, die Charakteristika aufzuweisen, leichtgewichtig und flexibel zu sein, welche zu einer Aufblasstruktur gehören.
Die Roboterhand, welche in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 04-304988 (PTL 1) offenbart ist, besitzt Fingerspitzen, welche jeweils eine elastische Kappe mit einem Hohlraum besitzen, und ist konfiguriert, den Innendruck des Hohlraumes zu detektieren, um eine Berührkraft zu bestimmen, welche zwischen der Fingerspitze und einem Objekt erzeugt ist. Diese Technik kann von der Berührkraft, welche zwischen der Fingerspitze und dem Objekt erzeugt ist, eine Kraft berechnen, welche in einer Normalrichtung auf eine Kontaktoberfläche zwischen dem Objekt und der Fingerspitze wirkt, kann jedoch keine Kraft berechnen, welche auf eine Berühroberfläche in einer tangentialen Richtung wirkt.
ZITATLISTE
PATENTLITERATUR
PTL 1: Offengelegtes japanisches Patent Nr. 04-304988
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Umstände durchgeführt und hat die Aufgabe, einen Kraft-Detektor bereitzustellen, welcher in der Lage ist, eine Kraft zu berechnen, welche auf eine Kontaktoberfläche in einer tangentialen Richtung wirkt.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Ein Kraft-Detektor entsprechend zu einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine erste Stütze, einen ersten Fluidbehälter, einen zweiten Fluidbehälter, einen Berührteilbereich, eine Detektiereinheit und eine Berechnungseinheit. Der erste Fluidbehälter und der zweite Fluidbehälter werden durch die Stütze unterstützt, besitzen eine Balgform, welche durch ein tuchgeformtes Element gebildet ist, und sie sind benachbart zueinander angeordnet. Der Berührteilbereich ist gegenüber zu einer Seite angeordnet, auf welcher der erste Fluidbehälter und der zweite Fluidbehälter in Berührung mit der Stütze sind, und ist bereitgestellt, um sowohl benachbart zu dem ersten Fluidbehälter als auch dem zweiten Fluidbehälter zu sein. Die Detektiereinheit ist konfiguriert, um einen Innendruck des ersten Fluidbehälters und einen Innendruck des zweiten Fluidbehälters zu detektieren. Die Berechnungseinheit ist konfiguriert, um Information bezüglich des Innendruckes des ersten Fluidbehälters und des Innendruckes des zweiten Fluidbehälters aus der Detektiereinheit zu erhalten, und bei dem Anwenden einer externen Kraft auf den Berührteilbereich von einem Objekt, eine Kraft zu berechnen, welche in einer tangentialen Richtung auf eine Berühroberfläche zwischen dem Objekt und dem Berührteilbereich wirkt. Bei dem Anwenden der externen Kraft auf den Teilbereich von dem Objekt wird die externe Kraft, welche an dem Berührteilbereich von dem Objekt angelegt ist, sowohl auf den ersten Fluidbehälter als auch den zweiten Fluidbehälter durch den Berührteilbereich ausgeübt bzw. übertragen. Bei dem Anwenden bzw. Anlegen der externen Kraft auf den Berührteilbereich von dem Objekt, berechnet die Berechnungseinheit die Kraft, welche auf die Berühroberfläche in der tangentialen Richtung wirkt, basierend auf einer Differenz zwischen dem Innendruck des ersten Fluidbehälters und dem Innendruck des zweiten Fluidbehälters.
In dem Kraft-Detektor wird der Berührteilbereich vorzugsweise von einem Fluidbalg mit einem darin enthaltenen Fluid gebildet.
In dem Kraft-Detektor wird vorzugsweise jeder von dem ersten Fluidbehälter und dem zweiten Fluidbehälter aus einem Fluidbalg mit einem Fluid, welches darin enthalten ist, gebildet, und der Fluidbalg, welcher den ersten Fluidbehälter bildet, der Fluidbalg, welcher den zweiten Fluidbehälter bildet, und der Fluidbalg, welcher den Berührteilbereich bildet, sind aneinander gebondet bzw. miteinander verbunden.
In dem Kraft-Detektor beinhalten vorzugsweise jeweils der Fluidbalg, welcher den ersten Fluidbehälter bildet, der Fluidbalg, welcher den zweiten Fluidbehälter bildet, und der Fluidbalg, welcher dem Berührteilbereich bildet, einen Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereich und einen äußeren peripheren Teilbereich, welcher auf einer äußeren Peripherie des Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereichs platziert ist, und das Teil des äußeren peripheren Teilbereichs des Fluidbalges, welcher den Berührteilbereich bildet, und das Teil des Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereichs des Fluidbalges, welcher jeden von dem ersten Fluidbehälter und dem zweiten Fluidbehälter bildet, sind aneinander gebondet bzw. miteinander verbunden.
In dem Kraft-Detektor besitzt vorzugsweise jeder von dem Fluidbalg, welcher den ersten Fluidbehälter bildet, und dem Fluidbalg, welcher den zweiten Fluidbehälter bildet, eine Balgform, welche durch die äußeren peripheren Teilbereiche der zwei von den tuchgebildeten Elementen gebildet sind, welche miteinander verbunden sind, und jeder von den Fluidbälgen besitzt eine polygone bzw. vieleckige äußere Form, während sie in der Draufsicht zusammengezogen bzw. geschrumpft sind.
In dem Kraft-Detektor besitzt vorzugsweise jeder von dem Fluidbalg, welcher den ersten Fluidbehälter bildet, und dem Fluidbalg, welcher den zweiten Fluidbehälter bildet, eine rechteckige äußere Form, während er in der Draufsicht zusammengezogen ist.
In dem Kraft-Detektor ist vorzugsweise ein Teilbereich, bei welchem die äußeren peripheren Teilbereiche der zwei tuchförmigen Elemente miteinander verbunden sind, mit einem verstärkenden Teilbereich ausgestattet, um die Festigkeit des Teilbereiches zu erhöhen.
Ein Kraft-Detektor entsprechend zu einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Stütze, einen ersten Fluidbehälter, einen zweiten Fluidbehälter, einen dritten Fluidbehälter, einen vierten Fluidbehälter, einen Berühr-Teilbereich, eine Detektiereinheit und eine Berechnungseinheit. Der erste Fluidbehälter, der zweite Fluidbehälter, der dritte Fluidbehälter und der vierte Fluidbehälter werden durch die Stütze gestützt, welche eine Balgform besitzt, welche durch ein tuchförmiges Glied gebildet ist, und sind benachbart zueinander angeordnet. Der Berührteilbereich ist gegenüber einer Seite angeordnet, auf welcher der erste Fluidbehälter, der zweite Fluidbehälter, der dritte Fluidbehälter und der vierte Fluidbehälter in Berührung mit der Stütze sind, und ist benachbart zu jedem von dem ersten Fluidbehälter, dem zweiten Fluidbehälter, dem dritten Fluidbehälter und dem vierten Fluidbehälter bereitgestellt. Die Detektiereinheit ist konfiguriert, um einen Innendruck des ersten Fluidbehälters, einen Innendruck des zweiten Fluidbehälters, einen Innendruck des dritten Fluidbehälters und einen Innendruck des vierten Fluidbehälters zu detektieren. Die Berechnungseinheit ist konfiguriert, um Information bezüglich des Innendrucks des ersten Fluidbehälters, des Innendrucks des zweiten Fluidbehälters, des Innendrucks des dritten Fluidbehälters und des Innendruckes des vierten Fluidbehälters von der Detektiereinheit zu erhalten, bei dem Anlegen einer externen Kraft an dem Berührteilbereich von einem Objekt, die Kraft zu berechnen, welche in einer Tangentialrichtung auf eine Kontaktoberfläche zwischen dem Objekt und dem Berührteilbereich wirkt. Bei der Anwendung der externen Kraft an dem Berührteilbereich von dem Objekt wird die externe Kraft, welche an dem Berührteilbereich von dem Objekt angelegt ist, auf alle von dem ersten Fluidbehälter, dem zweiten Fluidbehälter, dem dritten Fluidbehälter und dem vierten Fluidbehälter durch den Berührteilbereich ausgeübt bzw. übertragen. Wenn eine Summe der Innendrücke der zwei Fluidbehälter des ersten Fluidbehälters, des zweiten Fluidbehälters, des dritten Fluidbehälters und des vierten Fluidbehälters als ein erster Innendruck definiert ist, und eine Summe der Innendrücke der anderen beiden Fluidbehälter des ersten Fluidbehälters, des zweiten Fluidbehälters, des dritten Fluidbehälters und des vierten Fluidbehälters als ein zweiter Innendruck definiert ist, berechnet beim Anlegen der externen Kraft an den Berührteilbereich von dem Objekt, die Berechnungseinheit die Kraft, welche auf die Berühroberfläche in der Tangentialrichtung ausgeübt wird basierend auf einer Differenz zwischen dem ersten Innendruck und dem zweiten Innendruck.
In dem Kraft-Detektor wird der Berührteilbereich vorzugsweise von einem Fluidbalg mit einem darin enthaltenen Fluid gebildet.
In dem Kraft-Detektor ist jeder von dem ersten Fluidbehälter, dem zweiten Fluidbehälter, dem dritten Fluidbehälter und dem vierten Fluidbehälter aus einem Fluidbalg mit einem darin enthaltenen Fluid gebildet, und der Fluidbalg, welcher den ersten Fluidbalg bildet, der Fluidbalg, welcher den zweiten Fluidbalg bildet, der Fluidbalg, welcher den dritten Fluidbalg bildet, der Fluidbalg, welcher den vierten Fluidbalg bildet und der Fluidbalg, welcher den Berührteilbereich bildet, sind aneinander gebondet bzw. miteinander verbunden.
In dem Kraft-Detektor, beinhaltet vorzugsweise der Fluidbalg, welcher den ersten Fluidbalg bildet, der Fluidbalg, welcher den zweiten Fluidbalg bildet, der Fluidbalg, welcher den dritten Fluidbalg bildet, der Fluidbalg, welcher den vierten Fluidbalg bildet und der Fluidbalg, welcher den Berührteilbereich bildet, jeder einen Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereich und ein Teil des äußeren peripheren Teilbereichs des Fluidbalgs, welcher den Berührteilbereich bildet, und ein Teil des Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereiches, welcher jeden von dem ersten Fluidbehälter, dem zweiten Fluidbehälter, dem dritten Fluidbehälter und dem vierten Fluidbehälter bildet, sind aneinander gebondet bzw. miteinander verbunden.
In dem Kraft-Detektor, besitzt vorzugsweise jeder von dem Fluidbalg, welcher den ersten Fluidbehälter bildet, dem Fluidbalg, welcher den zweiten Fluidbehälter bildet, dem Fluidbalg, welcher den dritten Fluidbehälter bildet, und dem Fluidbalg, welcher den vierten Fluidbehälter bildet, eine Balgform, welche durch äußere periphere Teilbereiche von zwei der tuchförmigen Elemente gebildet ist, welche miteinander verbunden sind, und jeder der Fluidbälge besitzt eine polygone bzw. vieleckige äußere Form, während er in der Draufsicht zusammengezogen ist.
In dem Kraft-Detektor, besitzt vorzugsweise jeder von dem Fluidbalg, welcher den ersten Fluidbehälter bildet, dem Fluidbalg, welcher den zweiten Fluidbehälter bildet, dem Fluidbalg, welcher den dritten Fluidbehälter bildet, und dem Fluidbalg, welcher den vierten Fluidbehälter bildet, eine rechteckige äußere Form, während er in der Draufsicht zusammengezogen ist.
In dem Kraft-Detektor ist vorzugsweise ein Teilbereich, bei welchem die äußeren peripheren Teilbereiche der zwei tuchförmigen Glieder miteinander verbunden sind, mit einem verstärkenden Teilbereich für das Erhöhen der Festigkeit des Teilbereiches bereitgestellt bzw. ausgestattet.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Der obige Kraft-Detektor beinhaltet eine Vielzahl von Fluidbehältern, und entsprechend kann er bei der Anwendung bzw. dem Aufbringen einer externen Kraft an dem Berührteilbereich von einem Objekt eine Kraft berechnen, welche auf die Berühroberfläche in der Tangentialrichtung wirkt, basierend auf einer Differenz in dem Innendruck, welcher zwischen der Vielzahl der Fluidbehälter erzeugt wird.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht eines Kraft-Detektors 10 in einem Bezug zum Stand der Technik.
2 ist eine Schnittansicht des Kraft-Detektors 10 und Ähnliches in dem Bezug zum Stand der Technik.
3 ist ein Blockdiagramm, welches eine Funktionskonfiguration des Kraft-Detektors 10 und von Ähnlichem in dem Bezug zum Stand der Technik zeigt.
4 ist ein Graph, welcher eine Änderung in dem Innendruck eines Fluidbalges BS für das Nachweisexperiment 1 in dem Bezug zum Stand der Technik zeigt.
5 ist ein Graph, welcher Änderungen in den Berührkräften Fx, Fy und Fz (die alle Polynome sind) zeigt, welche auf eine Berühroberfläche CS wirken, für die Verifizierung des Experimentes 1 in dem Bezug zum Stand der Technik.
6 ist ein Graph für das Verifizieren des Experimentes 2 in dem Bezug zum Stand der Technik.
7 ist eine Draufsicht eines Kraft-Detektors 11 in Ausführungsform 1.
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Fluidbalges BS, B1 und B2 des Kraft-Detektors 11 in Ausführungsform 1.
9 ist eine Schnittansicht des Kraft-Detektors 11 und von Ähnlichem in Ausführungsform 1.
10 ist ein Graph, welcher eine Funktion mit Bezug durch eine Berechnungseinheit C in Ausführungsform 1 darstellt.
11 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welche während der vorher festgelegten Operation für eine Z-Achse-Richtung im Verifizierungsexperiment 1 einer Ausführungsform erhalten wird.
12 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welche während einer vorher festgelegten Operation für eine Y-Achse-Richtung in dem Verifizierungsexperiment 1 der Ausführungsform erhalten wird.
13 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welche während einer vorher festgelegten Operation der Z-Achse-Richtung in dem Verifizierungsexperiment 2 der Ausführungsform erhalten wird.
14 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welche während einer vorher festgelegten Operation für die Y-Achse-Richtung in dem Verifizierungsexperiment 2 der Ausführungsform erhalten wird.
15 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welche während einer vorher festgelegten Operation für das Verifizierungsexperiment 3 (beide Enden sind fixiert) der Ausführungsform zeigt.
16 ist ein weiterer Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welche während einer vorher festgelegten Operation für das Verifizierungsexperiment 3 (beide Enden sind fixiert) der Ausführungsform erhalten wird.
17 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welche während einer vorher festgelegten Operation für das Verifizierungsexperiment 3 (Zentrum ist fixiert) der Ausführungsform erhalten wird.
18 ist ein weiterer Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welche während einer vorher festgelegten Operation für das Verifizierungsexperiment 3 (Zentrum ist fixiert) der Ausführungsform erhalten wird.
19 ist eine Schnittansicht eines Kraft-Detektors 12 in Ausführungsform 2.
20 ist eine Schnittansicht eines Kraft-Detektors 13 in Ausführungsform 3.
21 ist ein Graph für das Darstellen der Funktion und der Wirkung des Kraft-Detektors 13 in Ausführungsform 3.
22 ist eine Schnittansicht eines Kraft-Detektors 14 in Ausführungsform 4.
23 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Druck und Kraft zeigt, wenn ein Innendruck auf 7,5 kPa für das Verifizierungsexperiment 4 der Ausführungsform eingestellt ist.
24 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Druck und Kraft zeigt, wenn ein Anfangsdruck auf 3,0 kPa für das Verifizierungsexperiment 4 der Ausführungsform eingestellt ist.
25 ist eine Draufsicht eines Kraft-Detektors 15 in Ausführungsform 5.
26 ist eine Schnittansicht des Kraft-Detektors 15 und Ähnliches in Ausführungsform 5.
27 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welche während einer vorher festgelegten Operation für eine X-Achse-Richtung in dem Verifizierungsexperiment 5 der Ausführungsform erhalten wird.
28 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welche während einer vorher festgelegten Operation für die X-Achse-Richtung in dem Verifizierungsexperiment 5 der Ausführungsform erhalten wird.
29 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welche während einer vorher festgelegten Operation für die Z-Achse-Richtung in dem Verifizierungsexperiment 5 der Ausführungsform erhalten wird.
30 zeigt experimentelle Bedingungen des Verifizierungsexperiments 6 der Ausführungsform.
31 ist eine Draufsicht eines rechteckigen Fluidbalges, welcher in dem Verifizierungsexperiment 6 der Ausführungsform benutzt ist.
32 ist eine Draufsicht eines Fluidbalges, welcher eine gleichseitige dreieckige Form besitzt, welche in dem Verifizierungsexperiment 6 der Ausführungsform benutzt ist.
33 ist eine Draufsicht eines Fluidbalges, welcher eine quadratische Form besitzt, welche in dem Verifizierungsexperiment 6 der ausführungsform benutzt ist.
34 ist eine Draufsicht eines Fluidbalges, welcher eine regelmäßige Fünfeckform besitzt, welche in dem Verifizierungsexperiment 6 der Ausführungsform benutzt ist.
35 zeigt eine Beziehung zwischen einem Versatz bzw. einer Veschiebung in einem Haupt-Vorderfront-Teilbereich eines Fluidbalges und eine Änderung in dem Innendruck des Fluidbalges für die Ergebnisse des Verifizierungsexperimentes 6 der Ausführungsform.
36 zeigt eine Beziehung zwischen einer externen Kraft, welche auf den Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereich des Fluidbalges eingeleitet ist, und eine Änderung in dem Innendruck des Fluidbalges für die Ergebnisse des Verifizierungsexperimentes 6 der Ausführungsform.
37 zeigt eine Beziehung zwischen einem Versetzen des Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereiches des Fluidbalges und einer externen Kraft, welche auf den Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereich des Fluidbalges eingeleitet ist, für die Ergebnisse des Verifizierungsexperimentes 6 der Ausführungsform

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSORMEN
[Bezug auf Stand der Technik]
[Kraft-Detektor 10]
Vor der Beschreibung der Ausführungsformen wird ein Kraft-Detektor 10 in einem Bezug zum Stand der Technik mit Bezug auf 1 bis 6 beschrieben. 1 ist eine Draufsicht eines Kraft-Detektors 10, 2 ist eine Schnittansicht des Kraft-Detektors 10 und Ähnliches, und 3 ist ein Blockdiagramm, welches eine funktionelle Konfiguration eines Kraft-Detektors 10 und Ähnliches zeigt. 2 und 3 zeigen auch eine Verifizierungseinrichtung 20 für das Verifizieren der Leistungsfähigkeit des Kraft-Detektors 10 zusätzlich zu dem Kraft-Detektor 10.
Wie in 1 bis 3 gezeigt wird, beinhaltet der Kraft-Detektor 10 eine Steuereinheit 1, eine Anzeige 2 (3), einen Druckregler 3 (3), einen Fluidbalg BS, eine Stütze 6 (1 und 2), und einen Drucksensor S. Die Steuereinheit 1 beinhaltet eine Berechnungseinheit 10 und empfängt zum Beispiel ein externes Eingangssignal, um den Betrieb des Druckreglers 3 zu steuern und die Anzeige 2 zu veranlassen, einen Wert anzuzeigen, welcher durch die Berechnungseinheit C berechnet ist. Die Steuereinheit 1 und die Anzeige 2 können zum Beispiel durch einen Mikrocomputer oder PC konfiguriert sein.
Der Fluidbalg BS ist aus tuchförmigen Elementen 4 und 5 gebildet (1 und 2), welche miteinander verbunden sind. Die tuchartigen Elemente 4 und 5 besitzen die gleiche Form. In einem Beispiel ist eine Breite W 100 mm, eine Länge D 100 mm, und ein Material für die tuchförmigen Elemente ist Kunststoff, wie z. B. Polyethylen.
Jedes der tuchförmigen Elemente 4 und 5 besitzt einen Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereich M und einen äußeren peripheren Teilbereich N, welcher auf der äußeren Peripherie des Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereiches M platziert ist. Der Fluidbalg BS besitzt eine Balgform, welche durch äußere periphere Teilbereiche N der tuchförmigen Elemente 4 und 5 gebildet ist, welche miteinander verbunden sind. Ein geschweißter Raum TS wird innerhalb des Fluidbalges BS definiert, und ein Raum TS wird mit einem Fluid (typischerweise Gas, wie z. B. Luft) durch den Druckregler 3 gefüllt.
Der Drucksensor S ist in dem Fluidbalg BS untergebracht. Der Drucksensor S detektiert den Innendruck des Fluidbalges BS (Raum TS). Der Drucksensor S kann ein absoluter Drucksensor „2SMPB-01 (Druckmessbereich: 30 kPa bis 110 kPa)“ sein, welcher von OMRON Corporation erhältlich ist. Ein Anschluss BP ist in einem Teil der Peripherie des Fluidbalges BS bereitgestellt, und der Drucksensor S und die Steuereinheit 1 sind zueinander durch den Anschluss BP anschließbar.
Der Raum TS in dem Fluidbalg BS und der Druckregler 3 sind konfiguriert, um aneinander durch den Anschluss BP anschließbar zu sein. Der Drucksensor S, welcher in 1 und 2 gezeigt wird, ist innerhalb des Fluidbalges BS angeordnet und ist unabhängig von dem Druckregler 3 konfiguriert. Der Drucksensor S kann außerhalb des Fluidbalges BS angebracht werden, solange er den Innendruck des Fluidbalges BS (Raum TS) detektieren kann, und kann in dem Druckregler 3 als Teil der Funktion des Druckreglers 3 eingebaut sein.
Der Fluidbalg BS ist auf der Stütze 6 so angebracht, dass das tuchförmige Element 5 in Berührung mit der Stütze 6 ist. Die Stütze 6 ist z. B. ein Strukturelement, welches den Rahmen eines aufblasbaren Roboters bildet. Um den Fluidbalg BS (tuchförmiges Element 5) an dem Gleiten auf der Oberfläche der Stütze 6 zu hindern, wenn der Fluidbalg BS (tuchförmiges Element 4) eine externe Kraft empfängt, kann eine Silikonfolie, ein Klebstoff oder Ähnliches zwischen dem Fluidbalg BS (tuchförmiges Element) und der Stütze 6 bereitgestellt sein.
Eine Konfiguration kann ohne eine Silikonfolie, einen Klebstoff oder Ähnliches, welche zwischen dem Fluidbalg BS (tuchförmiges Element 5) und der Stütze 6 bereitgestellt ist, hergestellt werden, wenn die Reibkraft zwischen dem Fluidbalg BS (tuchförmiges Element 5) und der Stütze 6 ausreichend groß ist oder wenn die Position des Fluidbalges BS durch irgendein Fixierelement fixiert ist, um den Fluidbalg BS (tuchförmiges Element 5) daran zu hindern, auf der Oberfläche der Stütze 6 zu gleiten, sogar wenn der Fluidbalg BS (tuchförmiges Element 4) eine externe Kraft empfängt.
[Verifizierungsexperiment 1]
Ein Experiment zum Verifizieren der Leistungsfähigkeit des Kraft-Detektors 10, welcher wie oben beschrieben konfiguriert ist, wird nun beschrieben. Die Verifizierungseinrichtung 20 (2 und 3), welche in dem Experiment benutzt wird, beinhaltet eine Steuereinheit 21, eine Anzeige 22, Stützstäbe 23 und 24, eine Schiene 25, ein Gleitelement 26 und einen Kraftsensor P.
Die Stützstäbe 23 und 24 sind an der Stütze 6 fixiert bzw. befestigt. Die Schiene 25 ist zwischen den Stützstäben 23 und 24 aufgehängt und ist konfiguriert, in einer Richtung (positive Z-Achse-Richtung), in welcher sich die Schiene 25 dem Fluidbalg BS auf der Stütze 6 nähert, und einer Richtung (negative Z-Achse-Richtung), in welcher die Schiene 25 den Fluidbalg BS verlässt, bewegbar zu sein. Das Gleitelement 26 ist auf einer Schiene 25 (dem unteren Teilbereich der Schiene 25) bereitgestellt und ist konfiguriert, in einer Y-Achse-Richtung (Y1-Richtung und Y2-Richtung) orthogonal zu der Z-Achse-Richtung beweglich zu sein.
Der Kraftsensor P hat eine nahezu zylindrische Form und ist an der unteren Oberfläche des Gleitelementes 26 gesichert. Der Kraftsensor P kann ein kapazitiver Sechs-Achse-Kraftsensor „WDF-6M200-3: abgestufte Belastungen von 200 N (Fx, Fy, Fz) und 3 Nm (Mx, My, Mz)“, erhältlich von WACHO-TECH Inc., sein. Der Kraftsensor P ist relativ zu dem Fluidbalg BS auf der Stütze 6 durch die Schiene 25 beweglich, welche sich in der Z-Achse-Richtung bewegt, oder dem Gleiter 26, welcher sich in der Y-Achse-Richtung bewegt.
Die Verifizierungseinrichtung 20 betrachtet den Kraftsensor P als ein externes Objekt (welcher die Kraft zu dem Kraft-Detektor 10 einleitet bzw. übermittelt). Eine Berühroberfläche CS (2) ist zwischen dem Kraftsensor P und einem tuchförmigen Element 4 des Fluidbalges BS gebildet. Die Z-Achse-Richtung entspricht der Richtung normal zu der Berühroberfläche CS zwischen dem Kraftsensor P und dem Fluidbalg BA, und die Y-Achse-Richtung entspricht der Richtung tangential zur Berühroberfläche CS.
Das Bewegen der Schiene 25 und des Gleitelementes 26 bewirkt die Kräfte in Normalrichtung und tangentialer Richtung zum Fluidbalg BS. Zu dieser Zeit wird der Innendruck des Fluidbalges BS durch den Drucksensor S in dem Fluidbalg BS detektiert, und die Berührkraft (die die Kraft in der Normalrichtung und die Kraft in der Tangentialrichtung beinhaltet), welche auf die Berühroberfläche CS wirkt, wird durch den Kraftsensor P detektiert.
Speziell wird (1) ein Innendruck auf den Fluidbalg BS eingeleitet und wartet für 5 [s] ab seinem Beginn, (2) als Nächstes wird der Kraftsensor P in der positiven Z-Achse-Richtung durch die Bewegung der Schiene 25 bewegt, um eine Kraft auf den Fluidbalg BS auszuüben, und (3) in dem Zustand von (2) oben wird der Kraftsensor P in der positiven Y-Achse-Richtung bewegt, durch das Bewegen des Gleitelementes, um eine Kraft (eine Kraft in tangentialer Richtung) an dem Fluidbalg BS anzulegen.
4 zeigt Ausgangswerte, welche von dem Drucksensor S in dem Fluidbalg BS während der obigen Operationen von (1) bis (3) erhalten werden, welche Veränderungen in dem Innendruck des Fluidbalges BS zeigen. 5 zeigt Ausgangwerte, welche von dem Kraftsensor P während der obigen Operationen (1) bis (3) erhalten werden, welche Veränderungen in den Berührkräften Fx, Fy und Fz (von welchen alle Polynome sind) zeigen, welche auf die Berühroberfläche CS wirken. Die Daten, welche in 4 gezeigt werden, und die Daten, welche in 5 gezeigt werden, sind tatsächlich die Ergebnisse, welche erhalten werden, wenn die Operationen von (2) und (3) manuell durchgeführt werden (wenn der Kraftsensor P und der Fluidbalg BS relativ zueinander bewegt werden).
Es wird festgestellt, wie in 4 und 5 gezeigt wird, dass sich die Ausgangswerte des Kraftsensors P in der Z-Achse-Richtung und der Y-Achse-Richtung von ungefähr 5 [s] ändern, bei welcher das Anlegen der Kraft in der positiven Z-Achse-Richtung von dem Fluidbalg BS gestartet wird (siehe 5). Zusammen damit (siehe 4) ändert sich auch der Ausgangswert des Drucksensors S. Es ist demnach vorstellbar, dass die Kraft Fy in der Tangentialrichtung und die Kraft Fz in der Normalrichtung den Fluidbalg BS mit dem Drucksensor S, welcher darin bereitgestellt ist, deformiert haben kann, und die Deformation des Fluidbalges BS kann den Innendruck des Fluidbalges BS verändert haben. Es ist aus den Ergebnissen, welche in 4 und 5 gezeigt werden, entsprechend verständlich, dass der Kraft-Detektor 10 nur einen Drucksensor S beinhaltet, und entsprechend können substanziell die beiden Kräfte in den zwei Richtungen (Kraft Fy in der Tangentialrichtung und Kraft Fz in der Normalrichtung) nicht berechnet oder geschätzt werden.
[Verifizierungsexperiment 2]
Mit Bezug auf 6 wurde ein anderes Verifizierungsexperiment durchgeführt, wobei eine Einrichtung benutzt wird, ähnlich zu jeder Einrichtung, welche in 2 und 3 gezeigt ist. Hierin wird die Beziehung innerhalb einer externen Kraft F, einem Innendruck P und einem Anfangsdruck Ps in dem Fluidbalg BS (100 mm × 100 mm) gegeben, welcher eine aufblasbare Struktur besitzt, wie sie durch einen Ausdruck (A) nachfolgend repräsentiert wird. $F = α (Ps) P + β (Ps)$
In dem obigen Ausdruck (A) sind α und β Funktionen, welche durch den Anfangsdruck Ps in dem Fluidbalg BS bestimmt sind.
Ein Druckmesssensor „2SMPP-02“, erhältlich von OMRON Corporation, wurde als Drucksensor S benutzt. Dieser Sensor war an den Fluidbalg BS von 100 mm × 100 mm durch einen Schlauch angeschlossen. Der Wert der Ausgansspannung aufgrund einer Änderung in dem Innendruck des Fluidbalges BS wurde als Spannungsdaten erhalten, wobei eine Verstärkerschaltung oder ein A/D-Wandler benutzt wurde.
Ein Sechs-Achsen-Kraftsensor „PFS080YA“, erhältlich von Leptrino Co. Ltd., wurde als Kraftsensor P für das Messen der externen Kraft benutzt. Hierbei wurde eine Silikon-GummiFolie zwischen dem Fluidbalg BS und dem Kraftsensor P und zwischen dem Fluidbalg BS und der Stütze 6 angeordnet, um ein Gleiten dazwischen zu reduzieren oder zu verhindern.
Wie in 6 gezeigt ist, wurde der Kraftsensor P ab 5 [s] in der positiven Z-Achse-Richtung relativ zu dem Fluidbalg BS bewegt, beaufschlagt mit einem Anfangsdruck, und die Position davon ist fixiert, wobei damit eine bestimmte Kraft auf den Fluidbalg BS in der Normalrichtung eingeleitet wird. In diesem Zustand wurde der Kraftsensor P horizontal in der Y-Achse-Richtung ab 10 [s] bewegt, wobei dadurch eine Kraft in der tangentialen Richtung eingeleitet wird. Die Kraft in der tangentialen Richtung, welche in diesem Experiment eingeleitet wird, beträgt 9,8 N, und ein Versatz in der Y-Achse-Richtung beträgt ± 10 mm.
Wie in 6 gezeigt wird, zeigt für die Z-Achse-Richtung ein Wert des obigen Ausdruckes (A), d. h. ein Wert (äquivalent), welcher basierend auf dem Innendruck des Fluidbalges (F (BS)) berechnet ist, eine Wellenform nahe zu der eines Ausgangswertes des Kraftsensors P in der Z-Achse-Richtung an. Im Gegensatz dazu wird festgestellt, dass für die Y-Achse-Richtung ein Wert (äquivalent), welcher basierend auf dem Innendruck des Fluidbalges (F (BS)) berechnet ist, für den Ausgangswert des Kraftsensors P in der Y-Achse-Richtung nicht relevant ist, und entsprechend schlug die Messung der Kraft in der Tangentialrichtung fehl. Es ist deshalb auch aus den Ergebnissen, welche in 6 gezeigt werden, begreiflich, dass der Kraft-Detektor 10 nur einen Drucksensor S beinhaltet, und entsprechend können die beiden Kräfte in den zwei Richtungen (die Kraft Fy in der Tangentialrichtung und die Kraft Fz in der Normalrichtung) weder berechnet noch geschätzt werden.
[Ausführungsformen]
Ausführungsformen werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die gleichen oder entsprechenden Teile werden mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und eine wiederholte Beschreibung kann weggelassen werden.
[Ausführungsform 1]
[Kraft-Detektor 11]
Ein Kraft-Detektor 11 in Ausführungsform 1 wird mit Bezug auf die 7 bis 9 beschrieben. 7 ist eine Draufsicht eines Kraft-Detektors 11, 8 ist eine perspektivische Ansicht der Fluidbälge BS, B1 und B2 des Kraft-Detektors 11, und 9 ist eine Schnittansicht des Kraft-Detektors 11 und Ähnliches. 9 zeigt auch eine Verifizierungseinrichtung 20 für das Verifizieren der Leistungsfähigkeit des Kraftdetektors 11, zusätzlich zu dem Kraft-Detektor 11.
Wie in 7 bis 9 gezeigt wird, beinhaltet der Kraft-Detektor 11 eine Steuereinheit 1, Fluidbälge BS, B1 und B2, eine Stütze 6 (7 und 9) und Drucksensoren S1 und S2. Obwohl eine detaillierte Konfiguration nachfolgend beschrieben wird, entspricht der Fluidbalg BS einem „Berührteilbereich“, Fluidbalg B1 entspricht einem „ersten Fluidbehälter“ und der Fluidbalg B2 entspricht einem „zweiten Fluidbehälter“. Drucksensoren S1 und S2 entsprechen einer „Detektiereinheit, welche konfiguriert ist, einen Innendruck des ersten Fluidbehälters und einen Innendruck des zweiten Fluidbehälters zu detektieren“.
[Steuereinheit 1 · Berechnungseinheit C]
Die Steuereinheit 1 (7 und 9) beinhaltet eine Berechnungseinheit C und empfängt zum Beispiel ein externes Eingangssignal, um den Betrieb eines Druckreglers (nicht gezeigt) zu steuern, und veranlasst eine Anzeige (nicht gezeigt), einen Wert anzuzeigen, welcher durch die Berechnungseinheit C berechnet ist. Die Steuereinheit 1 und die Anzeige (nicht gezeigt) kann durch einen Mikrocomputer oder PC konfiguriert sein.
[Fluidbälge BS, B1 und B2]
Die Fluidbälge BS, B1 und B2 besitzen eine Konfiguration ähnlich zu der des Fluidbalges BS in dem Bezug zum Stand der Technik, welcher oben beschrieben ist. Jeder der Fluidbälge BS, B1 und B2 ist aus tuchförmigen Elementen 4 und 5 gebildet, welche miteinander verbunden sind. Die tuchförmigen Elemente 4 und 5 besitzen die gleiche Größe und Form 100 mm × 100 mm, und das Material dafür ist Kunststoff, wie z. B. Polyethylen.
Jedes der tuchförmigen Elemente 4 und 5 besitzt einen Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereich M und einen äußeren peripheren Teilbereich N, welcher auf der äußeren Peripherie des Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereiches M platziert ist. Jeder der Fluidbälge BS, B1 und B2 besitzt eine Balgform, welche durch äußere periphere Teilbereiche N der tuchförmigen Elemente 4 und 5 gebildet ist, welche miteinander verbunden sind. Geschweißte Räume TS, T1 und T2 (9) sind jeweils innerhalb der Fluidbälge BS, B1 und B2 gebildet, und die Räume TS, T1 und T2 sind mit einem Fluid (typischerweise Gas, wie z. B. Luft) durch den Druckregler gefüllt.
Die Fluidbälge B1 und B2 sind benachbart zueinander in der Y-Achse-Richtung angeordnet. Die Fluidbälge B1 und B2 sind auf der Stütze 6 so angeordnet, dass das tuchförmige Element 5 jedes der Fluidbälge B1 und B2 in Berührung mit der Stütze 6 ist. Die Stütze 6 ist z. B. ein Strukturelement, welches einen Rahmen eines aufblasbaren Roboters bildet. Es genügt, dass eine Silikonfolie, ein Klebstoff oder Ähnliches zwischen den Fluidbälgen B1 und B2 (tuchförmigen Elementen 5) und der Stütze 6 bereitgestellt ist, um zu verhindern, dass die Fluidbälge B1 und B2 (tuchförmige Elemente 5) auf der Oberfläche der Stütze 6 gleiten, wenn die Fluidbälge B1 und B2 (tuchförmigen Elemente 4) eine externe Kraft aufnehmen.
Eine Konfiguration kann ohne eine Silikonfolie, einen Klebstoff oder Ähnliches, welcher zwischen den Fluidbälgen B1 und B2 (tuchförmiges Element 5) und der Stütze 6 bereitgestellt ist, hergestellt werden, wenn eine Reibkraft zwischen den Fluidbälgen B1 und B2 (tuchförmiges Element) und der Stütze 6 ausreichend groß ist oder wenn die Positionen der Fluidbälge B1 und B2 durch irgendein Fixierelement festgelegt sind, um zu verhindern, dass die Fluidbälge B1 und B2 (tuchförmiges Element 5) auf der Oberfläche der Stütze 6 gleiten, sogar wenn die Fluidbälge B1 und B2 (tuchförmiges Element 5) eine externe Kraft aufnehmen.
Der äußere periphere Teilbereich N des Fluidbalges B1, welcher in der negativen Y-Achse-Richtung (auf der negativen Seite in der Y-Achse-Richtung) platziert ist, und der äußere periphere Teilbereich N des Fluidbalges B2, welcher in der positiven Y-Achse-Richtung (auf der positiven Seite in der Y-Achse-Richtung) platziert ist, sind miteinander verbunden, wobei Verbindungselemente, wie z. B. Schweißen oder ein Klebstoff, verwendet werden. Ein verbindender Teilbereich W12, welcher geformt ist, um linear zu verlaufen, ist zwischen den äußeren peripheren Teilbereichen N gebildet.
Der Verbindungsteilbereich W12, welcher in 8 und 9 gezeigt ist, ist zwischen den Enden der tuchförmigen Elemente 4 und 5 in der Y-Achse-Richtung platziert. In Wirklichkeit kann der Verbindungsteilbereich W12 leicht durch Teile der äußeren peripheren Teilbereiche N der Fluidbalge B1 und B2 gebildet werden, welche in Z-Achse-Richtung geschichtet sind, und dann miteinander verbunden werden.
Wie oben beschrieben, entspricht der Fluidbalg B1 dem „ersten Fluidbehälter“, und der Fluidbalg B2 entspricht dem „zweiten Fluidbehälter“. Der erste Fluidbehälter und der zweite Fluidbehälter sind in der vorliegenden Ausführungsform jeweils aus zwei Fluidbälgen B1 und B2 unabhängig voneinander gebildet. Die Fluidbälge B1 und B2 sind miteinander verbunden und sind so angeordnet, dass sie benachbart zueinander in der Y-Achse-Richtung angeordnet sind. Der erste Fluidbehälter und der zweite Fluidbehälter können benachbart zueinander (siehe 19) gebildet sein, und zwar durch das Aufteilen des Innenraumes eines Fluidbalges oder einer oder mehrerer Fluidbälge, was nachfolgend mit Bezug auf 19 beschrieben werden wird.
Der Fluidbalg BS ist gegenüber zu der Seite angeordnet, auf welcher die Fluidbälge B1 und B2 in Berührung mit der Stütze 6 (d. h. gegenüber zu der Seite, auf welcher die Stütze 6 platziert ist, wenn dies von den Fluidbälgen B1 und B2 aus betrachtet wird) sind, und ist benachbart sowohl zu dem Fluidbalg B1 als auch B2 bereitgestellt. Der Fluidbalg BS ist auf den Fluidbälgen B1 und B2 angeordnet, so dass das tuchförmige Element 5 des Fluidbalges BS in Berührung mit den tuchförmigen Elementen 4 der Fluidbälge B1 und B2 ist. Wie oben beschrieben, entspricht der Fluidbalg BS dem „Berührteilbereich“.
Ein Teil des äußeren peripheren Teilbereiches N des Fluidbalges BS, welcher den Berührteilbereich bildet, speziell ein Teil des äußeren peripheren Teilbereiches N, welcher in der positiven Y-Achse-Richtung (auf der positiven Seite in der Y-Achse-Richtung) platziert ist, und ein Teil des Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereiches M des tuchförmigen Elementes 4, welches den Fluidbalg B1 bildet, sind miteinander verbunden, wobei Verbindungselemente, wie z. B. Schweißen oder ein Klebstoff verwendet werden. Ein Verbindungsteilbereich W1, welcher so geformt ist, dass er linear verläuft, ist dazwischen gebildet.
Ein Teil des äußeren peripheren Teilbereiches N des Fluidbalges BS, welcher den Berührteilbereich bildet, speziell ein Teil des äußeren peripheren Teilbereiches N, welcher in der negativen Y-Achse-Richtung (auf der negativen Seite in der Y-Achse-Richtung) platziert ist, und ein Teil des Haupt-Vorderfläche-Teilbereiches M des tuchförmigen Elements 4, welches den Fluidbalg B2 bildet, sind miteinander verbunden, wobei Verbindungselemente, wie z. B. Schweißen oder ein Klebstoff, verwendet werden. Ein Verbindungsteilbereich W2, welcher geformt ist, um linear zu verlaufen, ist dazwischen gebildet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Fluidbalg BS als der Berührteilbereich aus einem Fluidbalg BS verbunden, unabhängig von den Fluidbälgen B1 und B2. Der Fluidbakg BS ist mit den Fluidbälgen B1 und B2 verbunden, und ist angeordnet, dass er benachbart zu den Fluidbälgen B1 und B2 ist. Der Berührteilbereich kann auch konfiguriert sein, um zu den ersten und zweiten Fluidbehältern, durch das Aufteilen des Innenraumes des einen Fluidbalgs oder des einen oder mehrerer Fluidbälge, benachbart zu sein (siehe 19), was nachfolgend mit Bezug auf 19 beschrieben werden wird.
Wie oben beschrieben, entspricht der Fluidbalg BS dem „Berührteilbereich“. Der Berührteilbereich in der vorliegenden Ausführungsform ist aus dem Fluidbalg BS mit einem darin enthaltenen Fluid gebildet. Es ist nicht notwendigerweise erforderlich, dass der Berührteilbereich aus dem Fluidbalg BS gebildet ist, was nachfolgend mit Bezug auf 19, 20 und 22 beschrieben wird. Der Berührteilbereich kann aus z. B. einem plattenförmigen Element gebildet sein.
[Drucksensoren S1 und S2]
Die Drucksensoren S1 und S2 sind in den Fluidbälgen B1 und B2 jeweils untergebracht. Die Drucksensoren S1 und S2 detektieren jeweils die Innendrücke der Fluidbälge B1 und B2 (Räume T1 und T2). Die Drucksensoren S1 und S2 können ein absoluter Drucksensor „2SMPB-02 (Druckmessbereich: 30 kPa bis 110 kPa)“, erhältlich von OMRON Corporation, sein.
Die Drucksensoren S1 und S2 sind innerhalb der Fluidbälge B1 und B2 angeordnet und sind unabhängig von dem Druckregler konfiguriert. Die Drucksensoren S1 und S2 können außerhalb der Fluidbälge B1 und B2 angeordnet werden, solange sie die Innendrücke der Fluidbälge B1 und B2 (Räume T1 und T2) detektieren können, und können in dem Druckregler als Teil der Funktion des Druckreglers eingebaut sein.
Wie oben beschrieben, entsprechen die Drucksensoren S1 und S2 der „Detektiereinheit, welche konfiguriert ist, einen Innendruck des ersten Fluidbehälters (hier, Fluidbehälter B1) und einen Innendruck des zweiten Fluidbehälters (hier Fluidbalg B2) zu detektieren“. Obwohl zwei unabhängige Drucksensoren S1 und S2 benutzt werden, um die Innendrücke der Fluidbälge B1 und B2 in der vorliegenden Ausführungsform zu detektieren, kann die „Detektiereinheit“ aus einem Drucksensor gebildet sein, welcher die Innendrücke der Fluidbälge B1 und B2 detektieren kann.
[Berechnungseinheit C]
Wie oben beschrieben, ist der Verbindungsteilbereich W12 zwischen den Fluidbälgen B1 und B2 gebildet, der Verbindungsteilbereich W1 ist zwischen den Fluidbälgen BS und B1 gebildet, und der Verbindungsteilbereich W2 ist zwischen den Fluidbälgen BS und B2 gebildet, so dass die Fluidbälge BS, B1 und B2 gegenseitig zurückgehalten sind. Wenn eine externe Kraft an dem Fluidbalg BS (Berührteilbereich) von einem Objekt angelegt wird, wird die externe Kraft, welche an den Fluidbalg BS (Berührteilbereich) von dem Objekt angelegt wird, in den Fluidbalg B1 (ersten Fluidbehälter) und den Fluidbalg B2 (zweiten Fluidbehälter) durch den Fluidbalg BS (Berührteilbereich) eingeleitet. Wenn eine Scherkraft durch das Anwenden der Kraft in der Y-Achse-Richtung von oberhalb des Fluidbalges BS erzeugt wird, wird eine der Berührungskraft (Scherkraft) zwischen den Fluidbälgen BS und B1 und die Berührkraft (Scherkraft) zwischen den Fluidbälgen BS und B2 höher, und die andere Berührkraft wird niedriger, was eine Differenz in dem Innendruck zwischen den Fluidbälgen B1 und B2 verursacht.
Die Berechnungseinheit C, welche in der Steuereinheit 1 beinhaltet ist, erhält Information bezüglich des Innendruckes des Fluidbalges B1 und des Innendruckes des Fluidbalges B2 von der Detektiereinheit (Drucksensoren S1 und S2), und berechnet eine Kraft, welche in der Tangentialrichtung auf die Berühroberfläche CS zwischen dem Objekt und dem Kontaktteilbereich ausgeübt wird, wenn eine externe Kraft an dem Berührteilbereich (Fluidbalg BS) von dem Objekt angelegt wird. Ein spezielles Berechnungsverfahren wird nachfolgend beschrieben.
[Berechnungsverfahren]
Mit Bezug auf 10, wie für den obigen Ausdruck (A) [F=α(Ps)P+β(Ps)] wird der Innendruck des Fluidbalges B1 justiert, um einen geeigneten Anfangsdruck bereitzustellen, und das Anwenden bzw. Anlegen einer Last an den Fluidbalg B1 in der Richtung, in welcher der Fluidbalg B1 aufgeblasen ist, wird gestartet, so dass die Last, welche an dem Fluidbalg B1 angelegt ist, und der interne Druck des Fluidbalges B1 eine lineare Beziehung zeigen. Diese Beziehung besteht bei jedem geeigneten Anfangsdruck (z. B. Linien L1 bis L6, welche in 10 gezeigt sind), und das Gleiche gilt für den Fluidbalg B2.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Kraft in der normalen Richtung, welche auf die Berühroberfläche CS zwischen dem Fluidbalg BS und dem Kraftsensor P wirkt, durch Fn repräsentiert, und die Kraft, welche auf die Berührfläche CS in der Tangentialrichtung wirkt, wird durch Ft ausgedrückt. Unter der Annahme, dass die Innendrücke der Fluidbälge B1 und B2 P1 und P2 jeweils sind, und die Anfangsdrücke der Fluidbälge B1 und B2 Ps1 und Ps2 jeweils sind, gelten die Ausdrücke (B) und (C) wie nachfolgend. $Fn = {α (Ps1) P1 + β (Ps1)} + {α (Ps2) P2 + β (Ps2)}$
$Ft = {α (Ps1) P1 + β (Ps1)} - {α (Ps2) P2 + β (Ps2)}$
In den obigen Ausdrücken (B) und (C) sind α und β Funktionen, welche durch die Anfangsdrücke Ps1 und Ps2 in den Fluidbälgen B1 und B2 bestimmt sind, und können zum Beispiel durch ein vorbereitendes Experiment vorbereitet werden.
Das heißt, die Kraft, welche auf die Berühroberfläche CS in der Tangentialrichtung wirkt, kann basierend auf der Summe des Innendruckes des Fluidbalges B1 und des Innendruckes des Fluidbalges B2 berechnet werden. Die Kraft, welche auf die Kontaktoberfläche CS in der Tangentialrichtung wirkt, kann basierend auf der Differenz zwischen dem Innendruck des Fluidbalges B1 und des Innendruckes des Fluidbalges B2 berechnet werden.
Die Berechnungseinheit C der Steuereinheit 1, welche in dem Kraft-Detektor 11 beinhaltet ist, benutzt wenigstens den obigen Ausdruck (C), um die Kraft zu berechnen, welche auf die Berühroberfläche CS in der Tangentialrichtung wirkt, basierend auf der Differenz zwischen dem Innendruck des Fluidbalges B1 und des Innendruckes des Fluidbalges B2. In einer zu bevorzugenden Weise benutzt die Berechnungseinheit C den obigen Ausdruck (B), um die Kraft in der Tangentialrichtung zu berechnen, ebenso wie die Kraft, welche auf die Berührfläche CS in der Normalrichtung wirkt, basierend auf der Summe des Innendruckes des Fluidbalges B1 und des Innendruckes des Fluidbalges B2.
[Verifizierungsexperiment 1]
Ein Experiment für das Verifizieren der Leistungsfähigkeit des Kraft-Detektors 11, welcher wie oben beschrieben konfiguriert ist, wird nun beschrieben. Die Verifizierungseinrichtung 20 (9), welche in dem Experiment benutzt wird, besitzt eine Konfiguration ähnlich zu der in dem Bezug auf den Stand der Technik, welcher oben beschrieben ist. Der Drucksensor S, welcher in dem Fluidbalg BS untergebracht ist, ist ein Aufbauelement der Verifizierungseinrichtung 20 und ist nicht als ein Aufbauelement des Kraft-Detektors 11 beinhaltet.
Die sich bewegende Schiene 25 und das Gleitelement 26 legen eine Kraft in der Normalrichtung und eine Kraft in der Tangentialrichtung an den Fluidbalg BS an. Zu dieser Zeit wird der Drucksensor S in dem Fluidbalg BS benutzt, um den Innendruck des Fluidbalges BS zu detektieren, der Drucksensor S1 in dem Fluidbalg B1 wird benutzt, um den Innendruck des Fluidbalgs B1 zu detektieren, der Drucksensor S2 in dem Fluidbalg B2 wird benutzt, um den Innendruck des Fluidbalges B2 zu detektieren, und der Kraftsensor P wird benutzt, um die Berührkraft (welche eine Kraft in der Normalrichtung und eine Kraft in der Tangentialrichtung beinhaltet) zu detektieren, welche auf die Berühroberfläche CS wirkt.
Speziell (1) nach dem Verstreichen von einiger Zeit von der Anwendung eines Anfangsdruckes an den Fluidbälgen BS, B1 und B2 wird die Schiene 25, welche den Kraftsensor P und das
Gleitelement 26 hält, in die positive Z-Achse-Richtung bewegt und wird mit einer bestimmten Kraft, welche auf den Fluidbalg BS eingeleitet ist, fixiert, (2) dann, wenn eine bestimmte Zeitperiode in dem obigen Zustand (1) verstrichen ist, wird der Kraftsensor P um 1 cm in der positiven Y-Achse-Richtung (Y1-Richtung) durch das Bewegen der Schiene 25 bewegt, und (3) dann, nachdem eine gewisse Zeitperiode in dem obigen Zustand (2) verstrichen ist, wird der Kraftsensor P um 1 cm in der negativen Y-Achse-Richtung (Y2-Richtung) durch das Bewegen der Schiene 25 bewegt.
11 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welche während der obigen Operationen von (1) bis (3) für die Z-Achse-Richtung in dem Verifizierungsexperiment 1 der Ausführungsform erhalten wird. Fz ist ein Ausgangswert in der Z-Achse-Richtung, welcher von dem Kraftsensor P während der obigen Operationen von (1) bis (3) erhalten wird, RF (B1, B2) ist ein Wert, welcher basierend auf der Summe der Innendrücke der Fluidbälge B1 und B2 (obiger Ausdruck (B)), berechnet wird, und F (BS) ist ein Wert, welcher basierend auf dem Innendruck des Fluidbalges BS (Wert, welcher durch den Drucksensor S detektiert ist) berechnet wird. Es wird herausgefunden, wie in 11 gezeigt wird, dass in der Z-Achse-Richtung der Wert, welcher basierend auf der Summe der Innendrücke der Fluidbälge B1 und B2 berechnet ist, eine Wellenform nahe zu der des Ausgangswertes des Kraftsensors P in der Z-Achse-Richtung besitzt.
12 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welcher während der obigen Operationen von (1) bis (3) für die Y-Achse-Richtung in dem Verifizierungsexperiment 1 der Ausführungsform erhalten wird. Fy ist ein Ausgangswert in der Y-Achse-Richtung, welcher von dem Kraftsensor P während der obigen Operationen von (1) bis (3) erhalten wird, und DF (B1, B2) ist ein Wert, welcher basierend auf der Differenz in dem Innendruck zwischen den Fluidbälgen B1 und B2 (obiger Ausdruck (C)) berechnet ist. Es wird festgestellt, wie in 12 gezeigt wird, dass in der Y-Achse-Richtung de Wert, welcher basierend auf der Differenz in dem Innendruck zwischen den Fluidbälgen B1 und B2 berechnet ist, eine Wellenform nahe zu der des Ausgangswertes des Kraftsensors P in der Y-Achse-Richtung besitzt.
[Verifizierungsexperiment 2]
Wie in 12 gezeigt ist, wird für die Y-Achse-Richtung ein bestimmter Grad an Abweichung zwischen dem berechneten Wert basierend auf der Differenz in dem Innendruck zwischen den Fluidbälgen B1 und B2 und dem Ausgangswert des Kraftsensors P verursacht. Zum Beispiel ist der Ausgangswert (Fy) des Kraftsensors P null ab ungefähr 65 [s], wohingegen er ungefähr
-4 [N] bei DF (B1, B2) ist.
Es wurde vermutet, dass eine Abweichung in der Y-Achse-Richtung, welche oben beschrieben ist, durch ein Gleiten verursacht wurde, welches zwischen dem Kraftsensor P und dem Fluidbalg BS erzeugt ist, wenn der Kraftsensor P in die Y-Achse-Richtung bewegt wurde. Deshalb wurde ein doppelseitiges Klebeband an der oberen Oberfläche (der Oberfläche, welche die Berühroberfläche CS bildet) des Fluidbalges BS angelegt, um ein Gleiten zu verhindern, und dann wurde ein Experiment, wie oben beschrieben, durchgeführt wird. 13 und 14 zeigen die Ergebnisse davon.
13 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welche während der obigen Operationen von (1) bis (3) für die Z-Achse-Richtung in dem Verifizierungsexperiment 2 der Ausführungsform erhalten wurde. Es wurde festgestellt, wie in 13 gezeigt, dass in der Z-Achse-Richtung der Wert, welcher basierend auf der Summe der Innendrücke der Fluidbälge B1 und B2 berechnet wurde, eine Wellenform nahe zu der des Ausgangswertes des Kraftsensors P in der Z-Achse-Richtung besitzt.
14 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welche während der obigen Operationen von (1) bis (3) für die Y-Achse-Richtung in dem Verifizierungsexperiment 2 der Ausführungsform erhalten wird. Es wird festgestellt, wie in 14 gezeigt wird, dass auch in der Y-Achse-Richtung der Wert, welcher basierend auf der Differenz in dem Innendruck zwischen den Fluidbälgen B1 und B2 berechnet wurde, eine Wellenform nahe zu der des Ausgangswertes des Kraftsensors P in der Y-Achse-Richtung besitzt.
Das Eliminieren eines Gleitens erzeugt eine Abweichung des stationären Zustands in der Y-Achse-Richtung, welche kleiner in dem Fall der 14 ist als in dem Fall der 12. Es wurde demnach herausgefunden, dass der Fluidbalg BS (Berührungshauptteil), welcher die Berühroberfläche CS bildet, vorzugsweise so gebildet ist, dass die Oberfläche des Fluidbalges BS das Merkmal besitzt, gegenüber dem Gleiten gegen das Berührziel (Objekt) resistent zu sein, soweit möglich.
[Verifizierungsexperiment 3]
Wie die Teilbereiche, bei welchen die Fluidbälge B1, B2 und BS miteinander verbunden sind, die Kraftdetektierergebnisse beeinflussen, ist verifiziert worden.
In Ausführungsform 1, welche oben beschrieben ist, sind ein Teil des äußeren peripheren Teilbereiches N des Fluidbalges BS, welcher in der positiven Y-Achse-Richtung platziert ist, und ein Teil des Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereiches M des Fluidbalges B1 (tuchgeformtes Element 4) miteinander verbunden, so dass damit ein Verbindungsteilbereich W1 gebildet wird, welcher geformt ist, linear dazwischen zu verlaufen. In ähnlicher Weise sind ein Teil des äußeren peripheren Teilbereiches N des Fluidbalges BS, welcher in der negativen Y-Achse-Richtung platziert ist, und ein Teil des Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereiches M des Fluidbalges B2 (tuchgeformtes Element 4) miteinander verbunden, so dass damit ein Verbindungsteilbereich W2 gebildet wird, welcher geformt ist, linear dazwischen zu verlaufen. Das heißt, die gegenüberliegenden Enden in der Y-Richtung des Fluidbalges BS sind jeweils mit den zentralen Teilbereichen der Fluidbälge B1 und B2 verbunden.
Die Anfangsdrücke der Fluidbälge B1 und B2 sind in dieser Konfiguration (hier nachfolgend auch als „beide Enden fixiert“) jeweils auf 5,26 kPa und 5,74 kPa eingestellt, und ein Verifizierungsexperiment ähnlich zu dem, welches oben beschrieben ist, wurde durchgeführt. Das heißt, eine Kraft (9,8 N) in der Normalrichtung wurde auf die Berühroberfläche CS durch den Kraftsensor P ab 5 [s] hingeleitet, eine Kraft in der Tangentialrichtung wurde auf die Berühroberfläche CS ab 13 [s] (ein Bewegungsbetrag: ± 10 mm) eingeleitet. 15 und 16 zeigen die experimentellen Ergebnisse.
Indessen wurde als eine weitere Konfiguration (hier nachfolgend auch als „Zentrum fixiert“ bezeichnet) der zentrale Teilbereich des Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereiches M des Balges BS mit dem Teilbereich (Verbindungsteilbereich W12) verbunden, bei welchem der Fluidbalg B1 und der Fluidbalg B2 miteinander verbunden sind. Die Anfangsdrücke der Fluidbälge B1 und B2 werden jeweils auf 5,04 kPa und 5,28 kPa in der obigen Konfiguration eingestellt, und ein Verifizierungsexperiment ähnlich zu dem oben beschriebenen wurde durchgeführt. Das heißt, eine Kraft (9,8 N) in der Normalrichtung wurde auf die Berühroberfläche CWS durch den Kraftsensor P ab 5 [a] eingeleitet, und eine Kraft in der Tangentialrichtung wurde auf die Berühroberfläche CS ab 13 [s] (ein Bewegungsbetrag: ± 10 mm) eingeleitet. 17 und 19 zeigen die experimentellen Ergebnisse. Das Vergleichen der 15 bis 18 zeigt, dass ein Wert, welcher basierend auf dem Innendruck berechnet ist, eine Wellenform näher zu der des Ausgangswertes des Kraftsensors P in beiden Enden besitzt, als wenn sie im Zentrum fixiert sind. Der Grund dafür ist verständlich, dass Wirkungen einer Verdrehung und einer Abweichung kleiner sind, und im Einzelnen, wenn eine Kraft in der Normalrichtung ausgeübt wird, ist eine Abweichung weniger leicht in der Berührung des Fluidbalges BS mit Fluidbälgen B1 und B2, welche in beiden Enden fixiert sind, verursacht, als wenn sie in dem Zentrum fixiert sind (siehe 16 und 18). Es kann demnach gesagt werden, dass das Annehmen von beiden Enden, welche fixiert sind, mehr vorzuziehen ist, als wenn sie im Zentrum fixiert sind, um eine höhere Detektiergenauigkeit zu erhalten.
[Ausführungsform 2]
[Kraft-Detektor 12]
19 ist eine Schnittansicht eines Kraft-Detektors 12 in Ausführungsform 2. 19 entspricht der 9 in Ausführungsform 1.
Wie auch in Ausführungsform 1 beschrieben, können der „Berührteilbereich“, der „erste Fluidbehälter“ und der „zweite Fluidbehälter“ konfiguriert sein, dass sie benachbart zueinander sind, und zwar durch das Aufteilen des Innenraumes eines Fluidbalges oder eines oder mehrerer Fluidbälge. Wie in 19 gezeigt ist, benutzt der Kraft-Detektor 12 große tuchgeformte Elemente 4 und 5, verglichen zu der Ausführungsform 1. Das Anordnen der tuchförmigen Elemente 4a und 5a darin bildet drei Räume TS, T1 und T2, im Wesentlichen wie in Ausführungsform 1.
In der vorliegenden Ausführungsform entsprechen die Teilbereiche der tuchförmigen Elemente 4 und 4a, welche den Raum TS aufteilen, dem „Berührteilbereich“, die Teilbereiche der tuchförmigen Elemente 4, 4a, 5 und 5a, welche den Raum T1 aufteilen, entsprechen dem „ersten Fluidbehälter“, und die Teilbereiche der tuchförmigen Elemente 4, 4a, 5 und 5a, welche den Raum T2 aufteilen, entsprechen dem „zweiten Fluidbehälter“. Diese Konfiguration kann auch die Kraft detektieren, welche auf die Berühroberfläche CS in der tangentialen Richtung wirkt, im Wesentlichen wie in Ausführungsform 1.
[Ausführungsform 3]
[Kraft-Detektor 13]
20 ist eine Schnittansicht eines Kraft-Detektors 13 in Ausführungsform 3. 20 entspricht der 9 in Ausführungsform 1.
Wie auch in Ausführungsform 1 beschrieben, ist es nicht notwendigerweise erforderlich, dass der „Berührteilbereich“ aus einem Fluidbalg S gebildet ist. Der Berührteilbereich in Ausführungsform 3 ist aus einem plattenförmigen Element 7 gebildet, welches eine flache Plattenform besitzt. Eine Vorderoberfläche 7a und eine hintere Oberfläche 7b des plattenförmigen Elementes 7 besitzt jeweils eine flache Form, und die hintere Oberfläche 7b des plattenförmigen Elementes 7 ist an dem plattenförmigen Element 4 jedes der Fluidbälge B1 und B2 angeschlossen.
Die Anfangsdrücke der Fluidbälge B1 und B2 werden jeweils auf 5,72 kPa und 5,52 kPa in dem Kraft-Detektor 13 eingestellt, welcher die obige Konfiguration besitzt, und ein Verifizierungsexperiment, ähnlich zu dem, welches oben beschrieben ist, wurde durchgeführt. Das heißt, eine Kraft (9,8 N) in der Normalrichtung wurde auf die Berühroberfläche CS durch den Kraftsensor P ab 5 [s] eingeleitet, und eine Kraft in der Tangentialrichtung wurde auf die Berühroberfläche CS ab 13 [s] (ein Bewegungsbetrag: ± 10 mm) eingeleitet. 21 zeigt die experimentellen Ergebnisse.
Es wurde, wie in 21 gezeigt, festgestellt, dass für die Normalrichtung (Z-Achse-Richtung) der Wert, welcher basierend auf der Summe der Innendrücke der Fluidbälge B1 und B2 (obiger Ausdruck (B)) berechnet wurde, eine Wellenform besitzt, nahe zu dem des Ausgangswertes des Kraftsensors P in der Z-Achse-Richtung. Es hat sich herausgestellt, dass für die Normalrichtung (Y-Achse-Richtung), obwohl eine Genauigkeit höher als die der Ergebnisse, welche in Ausführungsform 1 beschrieben und gezeigt sind, nicht erhalten werden kann, der Wert, welcher basierend auf der Differenz in dem Innendruck zwischen den Fluidbälgen B1 und B2 (obiger Ausdruck (C)) berechnet ist, eine Wellenform besitzt, welche irgendwie relevant zu dem des Ausgangswertes des Kraftsensors P in der Y-Achse-Richtung ist. Es kann damit festgestellt werden, dass das Gebrauchen des Fluidbalges BS mehr vorzuziehen ist, als das des plattenförmigen Elementes 7 als der Berührteilbereich, um eine höhere Detektiergenauigkeit zu erhalten.
[Ausführungsform 4]
[Kraft-Detektor 14]
22 ist eine Schnittansicht eines Kraft-Detektors 14 in Ausführungsform 4. 22 entspricht der 9 in Ausführungsform 1
Wenn ein plattenförmiges Element 7, wie in Ausführungsform 3 beschrieben, als der Berührteilbereich benutzt wird, kann die hintere Oberfläche 7b des plattenförmigen Elementes 7 in einer gekrümmten Oberfläche geformt sein, um in Richtung der Fluidbälge B1 und B2 herauszuragen. Diese Konfiguration kann wahrscheinlicher einen Unterschied in dem Innendruck zwischen den Fluidbälgen B1 und B2 verursachen, und zwar aufgrund der hinteren Oberfläche 7b, welche eine gekrümmte Oberflächenform besitzt, wenn eine Kraft in der tangentialen Richtung erzeugt wird, und entsprechend wird eine Verbesserung in der Kraft-Detektiergenauigkeit erwartet.
[Verifizierungsexperiment 4]
Das Material für das Element der Fluidbälge BS, B1 und B2 wurde von Polyethylen in Gummi (Gummiballon) geändert, und eine Druck-Kraft-Beziehung wurde verifiziert. 23 ist ein Graph, welcher eine Druck-Kraft-Beziehung zeigt, wenn der Anfangsdruck auf 7,5 kPa eingestellt wurde. 24 ist ein Graph, welcher eine Druck-Kraft-Beziehung zeigt, wenn der Anfangsdruck auf 3,0 kPa eingestellt wurde.
Die Ergebnisse, welche in 23 und 24 gezeigt werden, zeigen an, dass, wenn das Element der Fluidbälge BS, B1 und B2 ein flexibles Material ist (z. B. Gummi), wobei das Ansteigen des internen Druckes des Fluidbalges den Fluidbalg (Ballon) aufbläst, was es schwierig macht, einen Hochdruckzustand beizubehalten. Es kann damit festgestellt werden, dass hartes Polyethylen geeigneter als flexibler Gummi für das Bilden einer ausreichenden Differenz zwischen den Innendrücken der Bälge BS, B1 und B2 ist.
Wenn das Element der Fluidbälge BS, B1 und B2 ein flexibles Material (z.B. Gummi) ist, ist es schwierig, einen Ausgleich zwischen der kontraktilen Kraft und dem Innendruck zu erreichen. Demnach ist hartes Polyethylen geeigneter als flexibler Gummi für das Verbessern, zum Beispiel der Robustheit durch das Einstellen eines Zieldruckes für die Innendrücke der Fluidbälge BS, B1 und B2 und das temporäre Regulieren der Druckwerte davon innerhalb eines bestimmten Bereichs.
Wenn das Element der Fluidbälge BS, B1 und B2 ein flexibles material (z. B. Gummi) ist, besitzt der Fluidbalg eine kleinere Dicke bei dem Aufblasen des Fluidbalges, welche leicht die Veränderung des Innendrucks variiert. Es kann daher festgestellt werden, dass hartes Polyethylen geeigneter als flexibler Gummi für das Reduzieren der Variationen in der Änderung des Innendrucks der Fluidbälge BS, B1 und B2 ist, um die Detektiergenauigkeit zu verbessein.
[Ausführungsform 5]
[Kraft-Detektor 15]
Ein Kraft-Detektor 15 in Ausführungsform 5 wird mit Bezug auf die 25 bis 29 beschrieben. 25 ist eine Draufsicht des Kraft-Detektors 15. 26 ist eine Schnittansicht des Kraft-Detektors 15 und Ähnliches, wobei ein Querschnitt, welcher entlang der Linie XXVI-XXVI in 25 aufgenommen ist, gezeigt wird. 26 zeigt die Verifizierungseinrichtung 20 für das Verifizieren der Leistungsfähigkeit des Kraft-Detektors 15 zusätzlich zu dem Kraft-Detektor 15.
Wie in 25 und 26 gezeigt wird, beinhaltet der Kraft-Detektor 15 die Steuereinheit 1, die Fluidbälge BS, B1, B2, B3 und B4, die Stütze 6 und die Drucksensoren S1, S2, S3 und S4. Der Fluidbalg BS entspricht dem „Berührteilbereich“, der Fluidbalg B1 entspricht dem „ersten Fluidbehälter“, der Fluidbalg B2 entspricht dem „zweiten Fluidbehälter“, der Fluidbalg B3 entspricht dem „dritten Fluidbehälter“ und der Fluidbalg B4 entspricht dem „vierten Fluidbehälter“. Die Drucksensoren S1, S2, S3 und S4 entsprechen einer „Detektiereinheit, welche konfiguriert ist, um zu detektieren: einen Innendruck des ersten Fluidbehälters, einen Innendruck des zweiten Fluidbehälters, einen Innendruck des dritten Fluidbehälters und einen Innendruck des vierten Fluidbehälters“.
[Fluidbälge B1, B2, B3, B4 und BS]
Die Fluidbälge B1, B2, B3 und B4 besitzen eine Konfiguration ähnlich zu der der Fluidbälge BS, B1 und B2 in jeder der obigen Ausführungsformen. Im Gegensatz dazu besitzt der Fluidbalg BS eine oktogonale Form in der Draufsicht und besitzt einen Oberflächenbereich, welcher geringfügig größer als der jedes der Fluidbälge B1, B2, B3 und B4 ist.
Die Fluidbälge B1 und B4 sind angeordnet, um benachbart zueinander in der Y-Achse-Richtung zu sein, und auch sind die Fluidbälge B2 und B3 so angeordnet, um benachbart zueinander in der Y-Achse-Richtung zu sein. Im Gegensatz dazu sind die Fluidbälge B1 und B2 angeordnet, um benachbart zueinander in der X-Achse-Richtung zu sein, und auch die Fluidbälge B3 und B4 sind angeordnet, um benachbart zueinander in der X-Achse-Richtung zu sein.
Die äußeren peripheren Teilbereiche N der Fluidbälge B1, B2, B3 und B4 sind miteinander verbunden, wobei Verbindungseinrichtungen, wie z. B. Schweißen oder ein Klebstoff, benutzt werden. Die Verbindungsteilbereiche W12, W23, W34 und W41, welche geformt sind, um linear zu verlaufen, sind zwischen den äußeren peripheren Teilbereichen N gebildet. Die ersten bis vierten Fluidbehälter und die Berührteilbereiche können konfiguriert sein, um benachbart zueinander durch Aufteilen des Innenraums eines Fluidbalges oder einer oder mehrerer Fluidbälge zu sein, wie in Ausführungsform 2 oben beschrieben.
Der Fluidbalg BS ist gegenüber der Seite angeordnet, auf welcher die Fluidbälge B1, B2, B3 und B4 in Berührung mit der Stütze 6 sind, und er ist bereitgestellt, um benachbart zu all den Fluidbälgen B1, B2, B3und B4 zu sein. Der Berührteilbereich kann aus dem plattenförmigen Element 7 gebildet sein, wie in Ausführungsform 3 oben beschrieben.
Ein Teil des äußeren peripheren Teilbereiches N des Fluidbalges BS, welcher den Berührteilbereich bildet, speziell vier Ecken K des äußeren peripheren Teilbereiches N, und Teile der Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereiche M der tuchförmigen Elemente 4, welche die Fluidbälge B1, B2, B3 und B4 bilden, sind miteinander verbunden, wobei eine Schweißeinrichtung, wie z.B. ein Schweißen oder ein Klebstoff, benutzt wird. Die Verbindungsteilbereiche W1, W2, W3 und W4, welche geformt sind, um linear zu verlaufen, sind jeweils dazwischen gebildet.
[Drucksensoren S1, S2, S3 und S4]
Die Drucksensoren S1, S2, S3 und S4 sind in den Fluidbälgen B1, B2, B3 und B4 jeweils untergebracht. Die Drucksensoren S1, S2, S3 und S4 detektieren jeweils die Innendrücke der Fluidbälge B1, B2, B3 und B4 (Räume T1, T2, T3 (nicht gezeigt), T4). Die Drucksensoren S1, S2, S3 und S4 können ein absoluter Drucksensor „2SMPB-01 (Druckmessbereich: 30 kPa bis 110 kPa)“ erhältlich von OMRON Corporation, sein.
[Berechnungseinheit C]
Das Bilden der Verbindungsteilbereiche W1, W2, W3, W4, W12, W23, W34 und W41 hält die Fluidbälge BS, B1, B2, B3 und B4 gegenseitig zurück. Wenn eine externe Kraft an dem Fluidbalg BS (Berührteilbereich) von einem Objekt angelegt wird, wird die externe Kraft, welche an dem Fluidbalg BS (Berührteilbereich) von dem Objekt angelegt ist, auf alle Fluidbälge B1 bis B4 (erster bis vierter Fluidbehälter) durch den Fluidbalg BS (Berührteilbereich) eingeleitet.
Wenn eine Scherkraft aufgrund des Aufbringen einer Kraft in der Y-Achse-Richtung von oberhalb des Fluidbalges BS erzeugt wird, nimmt eine von der Berührkraft (Scherkraft) zwischen den Fluidbälgen BS und B1 und der Berührkraft (Scherkraft) zwischen den Fluidbälgen BS und B4 zu, und die äußere Berührkraft nimmt ab, wobei eine Differenz im Innendruck zwischen den Fluidbälgen B1 und B4 verursacht wird. Alternativ, wenn eine Scherkraft aufgrund des Anwendens der Kraft in der Y-Achse-Richtung von oberhalb des Fluidbalgs BS erzeugt wird, nimmt eine von der Berührkraft (Scherkraft) zwischen den Fluidbälgen BS und B2 und der Berührkraft (Scherkraft) zwischen den Fluidbälgen BS und B3 zu, und die andere Berührkraft nimmt ab, was eine Differenz im Innendruck zwischen den Fluidbälgen B2 und B3 verursacht.
Wenn eine Scherkraft aufgrund des Aufbringens der Kraft in der X-Achse-Richtung von oberhalb des Fluidbalges BS erzeugt wird, nimmt eine von der Berührkraft (Scherkraft) zwischen den Fluidbälgen BS und B1 und der Berührkraft (Scherkraft) zwischen den Fluidbälgen BS und B2 zu und die andere Berührkraft nimmt ab, wobei eine Differenz im Innendruck zwischen Fluidbälgen B1 und B2 verursacht wird. Alternativ, wenn eine Scherkraft aufgrund des Aufbringens der Kraft in der X-Achse-Richtung von oberhalb des Fluidbalges BS erzeugt wird, nimmt eine der Berührkraft (Scherkraft) zwischen den Fluidbälgen BS und B3 und der Berührkraft (Scherkraft) zwischen den Fluidbälgen BS und B4 zu, und die andere Berührkraft nimmt ab, wobei eine Differenz im Innendruck zwischen den Fluidbälgen B3 und B4 verursacht wird.
Die Berechnungseinheit C der Steuereinheit 1 erhält Information bezüglich der Innendrücke der Fluidbälge B1 bis B4 von der Detektiereinheit (Drucksensoren S1 bis S4) und, wenn eine externe Kraft an dem Berührteilbereich (Fluidbalg BS) von dem Objekt aufgebracht wird, berechnet sie die Kraft, welche auf die Berühroberfläche CS zwischen dem Objekt und dem Berührteilbereich in der Tangentialrichtung (X-Achse-Richtung und Y-Achse-Richtung) wirkt.
Das heißt, die Konfiguration, welche den Fluidbalg BS und vier Fluidbälge B1 bis B4 besitzt, wie z. B. den Kraft-Detektor 15, kann jeweils die Kräfte Fx, Ry und Fz in den X-, Y- und Z-Achse-Richtungen erhalten, wobei die Innendrücke P1 bis P4 der Fluidbälge B1 bis B4 aus den Ausdrücken (D), (E) und (F) nachfolgend benutzt werden. $Fx: (P1 + P4) - (P2 + P3)$
$Fy: (P1 + P2) - (P3 + P4)$
$Fz:P1 + P2 + P3 + P4$
In dem obigen Ausdruck (D) entspricht (P1 + P4) einem „ersten Innendruck“, und (P2 + P3) entspricht einem „zweiten Innendruck“. In dem obigen Ausdruck (E) entspricht (P1 + P2) dem „ersten Innendruck“, und (P3 + Ö4) entspricht dem „zweiten Innendruck“. Wenn eine externe Kraft an dem Berührteilbereich (Fluidbalg BS) von dem Objekt angelegt ist, berechnet die Berechnungseinheit C die Kraft, welche auf die Berühroberfläche CS in der tangentialen Richtung einwirkt, basierend auf der Differenz zwischen dem ersten Innendruck und dem zweiten Innendruck.
[Verifizierungsexperiment 5]
Ein Experiment für das Verifizieren der Leistungsfähigkeit des Kraft-Detektors 15, welcher oben beschrieben ist, wird nun beschrieben. Die Verifizierungseinrichtung 20 (26), welche in dem Experiment benutzt ist, besitzt eine Konfiguration ähnlich zu der jeder der obigen Ausführungsformen. Eine Silikon-folie ist zwischen dem Fluidbalg BS und dem Kraftsensor P angeordnet, um ein Gleiten dazwischen zu verhindern, und es ist auch eine Silikonfolie zwischen den Fluidbälgen B1 bis B4 und der Stütze 6 angeordnet, um ein Gleiten dazwischen zu verhindern.
27 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welche während einer vorher festgelegten Operation für die X-Achse-Richtung in dem Verifizierungsexperiment 5 der Ausführungsform erhalten wird. Fx ist ein Ausgabewert in der X-Achse-Richtung, welcher von dem Kraftsensor P während der vorher festgelegten Operation erhalten wird, und DF (B1, B4-B2, B3) ist ein Wert, welcher basierend auf ((Summe der Innendrücke der Fluidbälge B1 und B4)-(Summer der Innendrücke der Fluidbälge B2 und B3)) berechnet wird. Es wird festgestellt, wie in 27 gezeigt ist, dass in der X-Achse-Richtung der Wert, welcher basierend auf ((Summe der Innendrücke der Fluidbälge B1 und B4)-(Summe der Innendrücke der Fluidbälge B2 und B3)) berechnet ist, eine Wellenform nahe zu der des Ausgangswertes des Kraftsensors P in der X-Achse-Richtung besitzt.
28 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welche während einer vorher festgelegten Operation für die Y-Achse-Richtung in dem Verifizierungsexperiment 5 der Ausführungsform erhalten wird. Fy ist ein Ausgangswert in der Y-Achse-Richtung, welcher von dem Kraftsensor P während einer vorher festgelegten Operation erhalten wird, und DF (B1, B2-B3, B4) ist ein Wert, welcher basierend auf ((Summe der Innendrücke der Fluidbälge B1 und B2)-(Summe der Innendrücke der Fluidbälge B3 und B4)) berechnet wird. Es wird herausgefunden, wie in 28 gezeigt ist, dass auch in der Y-Achse-Richtung der Wert, welcher basierend auf ((Summe der Innendrücke der Fluidbälge B1 und B2)-(Summe der Innendrücke der Fluidbälge B3 und B4)) berechnet ist, eine Wellenform nahe zu der des Ausgangswertes des Kraftsensors P in der Y-Achse-Richtung besitzt.
29 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen Zeit und Kraft zeigt, welche während eines vorher festgelegten Betriebs für die Z-Achse-Richtung in dem Verifizierungsexperiment 5 der Ausführungsform erhalten wird. Fz ist ein Ausgangswert in der Z-Achse-Richtung, welcher von dem Kraftsensor P während einer vorher festgelegten Operation erhalten wird, und RF (B1, B2, B3, B4) ist ein Wert, welcher basierend auf den Fluidbälgen (B1, B2, B3, B4) berechnet ist. Es wird herausgefunden, wie in 29 gezeigt ist, dass in der Z-Achse-Richtung ein Wert, welcher basierend auf den Fluidbälgen (B21, B2, B3, B4) berechnet ist, eine Wellenform nahe zu der des Ausgangswertes des Kraftsensors P in der Z-Achse-Richtung besitzt.
[Verifizierungsexperiment 6]
Jeder von dem Fluidbalg B1 (erster Fluidbehälter) und dem Fluidbalg B2 (zweiter Fluidbehälter), welcher in den Experimenten und den Verifizierungsexperimenten benutzt wird, welche oben beschrieben sind, besitzt eine Balgform, welche durch die äußeren peripheren Teilbereiche der zwei tuchförmigen Elemente 4 und 5 gebildet ist, welche miteinander verbunden sind. Die tuchförmigen Elemente 4 und 5 besitzen die gleiche Abmessung und Form, 100 mm × 100 mm, und das Material dafür ist Kunststoff, wie z. B. Polyethylen. In der Draufsicht jedes der Fluidbälge B1 und B2, während sie zusammengezogen werden, besitzen die Fluidbälge B1 und B2 ein Quadrat als äußere Form (siehe 7).
In der Draufsicht des Fluidbalges B1 (erster Fluidbehälter), des Fluidbalges B2 (zweiter Fluidbehälter), des Fluidbalges B3 (dritter Fluidbehälter) und des Fluidbalges B4 (vierter Fluidbehälter), welche in Ausführungsform 5 benutzt werden, welche oben beschrieben sind, während sie zusammengezogen sind, besitzt jeder der Fluidbälge B1 bis B4 eine quadratische äußere Form (siehe 25).
Mit Bezug auf 30 ist vorstellbar, dass die Form eines Fluidbalges in großem Maße die Sensorcharakteristika in der Herstellung eines Fluidbalges beeinträchtigen kann, welcher als Hauptbestandteil des Kraft-Detektors dient. Im Speziellen wird von den Parametern, wie z. B. der Form und der Abmessung, erwartet, dass sie z. B. einen Betrag der Kontraktion eines Fluidbalges bei der Druckaufbringung eines Fluidbalges und einen Grad einer Falte, welcher in dem Fluidbalg verursacht ist (Einknicken des äußeren peripheren Teilbereiches des Fluidbalges), beeinflussen, um die Sensorcharakteristika zu verändern.
Das Verifizierungsexperiment 6 hat verifiziert, wie die äußere Form eines Fluidbalges die Charakteristika eines Fluidbalg-Sensors aus der Beziehung zwischen dem Innendruck des Fluidbalges und der externen Kraft, welche auf den Fluidbalg eingebracht ist, beeinflusst. Die äußeren Formen in der Draufsicht des Fluidbalges, welcher in dem Experiment benutzt wird, sind rechteckig (31), gleichseitig dreieckig (32), quadratisch (33) und gleichmäßig fünfeckig (34). Alle diese Fluidbälge wurden aus Polyethylenmaterial (LEPE) hergestellt, der Anfangsdruck des Fluidbalges wurde auf 20 [kPa] eingestellt, und eine Abtastperiode der verschiedenen Daten wurde auf 5,0 [ms] eingestellt.
Die Basislängen L [mm] und die Höhen H [mm] dieser Fluidbälge werden in 30 gezeigt. Die Werte der Länge L und Höhe H jedes Fluidbalges wurden so eingestellt, dass die Oberflächenfläche ungefähr identisch in den Fluidbälgen ist, welche die jeweiligen äußeren Formen besitzen. Mit Bezug auf 31 bis 34 wurde eine unelastische Folie in einen Balg verarbeitet, wobei Wärmeschweißen benutzt wurde. Wenn die erhaltenen Fluidbälge druckbeaufschlagt werden (hier bei 20 kPa), wird der Zentralteilbereich des Fluidbalges aufgeblasen, wobei eine Dicke T [mm] des Fluidbalges zunimmt. Zusammen damit wird der geschweißte Teilbereich, welcher auf der Peripherie des Fluidbalges bereitgestellt ist, nach innen gezogen (siehe die ge-strichelten Linien in 31 bis 34).
Der Vergleich des gleichseitigen Dreiecks (32), des Quadrates (33) und des gleichmäßigen Fünfecks (34) zeigt, dass eine Falte (Einknicken), welches auf jeder Seite verursacht ist, mit einer zunehmenden Anzahl der Ecken eines Fluidbalges zunimmt, um die Dicke T zu erhöhen (30). Im Gegensatz dazu wird für ein Rechteck (31) eine Falte hauptsächlich auf den kurzen Seiten eines Rechtecks verursacht, und nahezu keine Falte wird auf den langen Seiten des Rechtsecks verursacht, wie dies in 31 gezeigt ist. Das heißt, es zeigt sich, dass sich ein Betrag an Kontraktion des geschweißten Teilbereiches und die Tiefe einer Falte abhängig von einer Balgform unterscheiden. Das folgende Messexperiment wurde durchgeführt, um die Wirkungen auf Veränderungen im Innendruck zu prüfen, wenn eine externe Kraft auf die Fluidbälge eingeleitet wird, welche unterschiedliche äußere Formen besitzen.
35 zeigt eine Beziehung zwischen einer Verschiebung des Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereiches eines Fluidbalges und einer Änderung im Innendruck des Fluidbalges. Die Beziehung zwischen der Verschiebung und der Druckänderung zeigt, dass ein Fluidbalg, welcher eine rechteckige äußere Form besitzt, Druckänderungen relativ zu Änderungen in der Verschiebung bei hoher Empfindlichkeit besitzt, verglichen mit einem anderen Fluidbalg.
36 zeigt eine Beziehung zwischen einer externen Kraft, welche auf einen Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereich eines Fluidbalges eingeleitet ist, und einer Änderung im Innendruck des Fluidbalges. Die Beziehung zwischen der externen Kraft und der Druckänderung zeigt, dass ein Fluidbalg, welcher eine rechteckige äußere Form besitzt, Druckänderungen relativ zu Änderungen in der externen Kraft bei niedriger Empfindlichkeit zeigt, verglichen mit einem anderen Fluidbalg.
37 zeigt eine Beziehung zwischen einer Verschiebung eines Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereiches eines Fluidbalges und einer externen Kraft, welche auf den Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereich des Fluidbalges eingeleitet ist. Der Vergleich innerhalb eines gleichseitigen Dreieckes, eines Quadrates und eines gleichmäßigen Fünfeckes zeigt, dass eine größere Anzahl von Ecken zu einer niedrigeren Festigkeit führt (d. h. zeigt, dass eine größere Anzahl von Ecken zu einer größeren Verschiebung des Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereiches des Fluidbalges führt, durch das Eingeben einer kleinere Kraft), wie in 37 gezeigt ist.
Wie oben beschrieben, führt eine größere Anzahl von Ecken zu einer tieferen Falte. Ein Fluidbalg mit einer größeren Anzahl von Ecken neigt wahrscheinlicher dazu, zu deformieren, um horizontal um einen Betrag einer tieferen Falte aufzublasen (deformieren, um einen faltenfreien Zustand wiederherzustellen). Es ist demnach vorstellbar, dass für einen Fluidbalg mit einer größeren Anzahl von Ecken eine externe Kraft durch eine Deformation einer Falte für das Wiederherstellen ausgelöscht werden kann, sogar wenn die externe Kraft auf sie angelegt wird, und eine aktuelle Volumenänderung, welche innerhalb des Fluidbalges verursacht ist, nimmt ab, wobei eine Druckänderung entsprechend reduziert wird (35).
Im Gegensatz dazu wird für ein Rechteck eine Falte hauptsächlich auf den kürzeren Seiten eines Fluidbalges verursacht, und nahezu keine Falte wird auf den langen Seiten des Fluidbalges verursacht (siehe 31). Demnach füllt sich, wenn eine externe Kraft an einem Fluidbalg angelegt wird, ein rechteckiger Fluidbalg horizontal geringfügig, was zu großen Druckänderungen führt, verglichen mit irgendeiner anderen vieleckigen Form. Darüber hinaus besitzt der rechteckige Fluidbalg einen Teilbereich, der sich länger longitudinal als ein Fluidbalg erstreckt, welcher irgendeine andere vieleckige Form besitzt, und entsprechend besitzt er eine längere Berührfläche von dem Anfangszeitpunkt des Aufbringens der externen Kraft. Es wird damit gezeigt, dass die Festigkeit zunimmt (d. h. der Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereich des Fluidbalges deformiert sich geringer durch eine Eingabe mit der gleichen externen Kraft).
Indem man zusammenfassend die obigen Ergebnisse betrachtet, ist es vorstellbar, dass ein rechteckiger Fluidbalg geeigneter als irgendein anderer Fluidbalg sein kann, um eine hohe Festigkeit für eine Sensoroberfläche bereitzustellen. Zum Beispiel kann bei dem Gebrauch eines Kraft-Detektors wie bei einer Massagemaschine oder Ähnlichem eine hohe Festigkeit benutzt werden. Die Massagemaschine kann niedrige Festigkeit besitzen. Indessen zeigt der Vergleich zwischen einem gleichmäßig vieleckigen Fluidbalg und einem rechteckigen Fluidbalg, dass bei dem gleichen Anfangsvolumen der gleichmäßig vieleckige Fluidbalg gegenüber dem rechteckigen Fluidbalg in der Kraftauflöse-Leistung überlegen ist. Es zeigt sich auch, dass nahezu kein Unterschied in der Leistungsauflöseleistung innerhalb eines gleichseitigen Dreiecks, eines Quadrates und eines gleichmäßigen Fünfeckes gefunden wird.
Es zeigt sich, dass ein gleichmäßig vieleckiger Fluidbalg besser als ein rechteckiger Fluidbalg ist, wenn eine höhere Priorität auf die Kraftauflöseleistung gelegt wird. Indem man die Herstellungsbequemlichkeit betrachtet, ist ein Quadrat innerhalb der gleichmäßigen Vielecke speziell bezüglich z. B. der Herstellungsbequemlichkeit steuerbar.
Wie oben beschrieben, ist es mehr wahrscheinlich, dass sich ein Fluidbalg, welcher eine große Anzahl von Ecken besitzt, deformiert, um horizontal aufgeblasen zu werden (deformiert, um einen faltenfreien Zustand wiederherzustellen), und zwar durch einen Betrag einer tieferen Falte, wenn der Fluidbalg mit Druck versorgt wird. Um eine Falte zu reduzieren oder zu verhindern, welche in dem äußeren peripheren Teilbereich eines Fluidbalges verursacht ist, kann ein Verstärkungsteilbereich für das Zunehmen der Festigkeit dieses Teilbereichs an dem Teilbereich bereitgestellt werden, bei welchem die äußeren peripheren Teilbereiche der tuchförmigen Elemente 4 und 5 miteinander verbunden sind.
Der Verstärkungsteilbereich kann z. B. durch Anwenden eines anderen Harzes (z. B. eines Klebstoffes), wie z. B. eines Epoxids, an den äußeren peripheren Teilbereichen der tuchartigen Elemente 4 und 5 erhalten werden, um die Festigkeit des äußeren peripheren Teilbereiches durch das ausgehärtete Epoxid (verstärkenden Teilbereichs) zu erhöhen. Der verstärkende Teilbereich kann ein rahmenförmiges Klemmelement sein, welches den peripheren Teilbereich des Fluidbalges klammert. Das Befestigen des rahmenförmigen Klemmelementes an dem Fluidbalg, um so den äußeren peripheren Teilbereich des Fluidbalges abzudichten, erhöht die Festigkeit des äußeren peripheren Teilbereiches des Fluidbalges, wodurch das Erzeugen einer Falte reduziert oder verhindert wird.
Das Verstärkungselement kann auch durch Nach-innen-Zurückfalten der äußeren peripheren Teilbereiche der zwei tuchförmigen Elemente 4 und 5 erhalten werden, wobei die Festigkeit des äußeren peripheren Teilbereiches des Fluidbalges zunimmt, welches das Erzeugen einer Falte reduziert oder verhindert. Von dem Gesichtspunkt des Reduzierens oder Verhinderns des Erzeugens einer Falte können die Dicken der tuchförmigen Elemente 4 und 5, welche einen Fluidbalg bilden, erhöht werden, oder der Innendruck des Fluidbalges kann auf einen kleinen Wert eingestellt werden.
Obwohl das Obige die Ausführungsformen und die Verifizierungsexperimente beschrieben hat, wird die Offenbarung hier anhand der Illustration in allen Gesichtspunkten gegeben, und nicht anhand einer Eingrenzung. Der technische Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Ansprüche definiert, und umfasst alle Modifikationen und Variationen, welche äquivalent in ihrer Bedeutung und im Umfang zu den Ansprüchen sind.
Bezugszeichenliste

1, 21: Steuereinheit
2, 22: Anzeige
3: Druckregler
4, 4a, 5, 5a: tuchförmiges Element
6: Stütze
7: plattenförmiges Element
7a: vordere Oberfläche
7b: hintere Oberfläche
10, 11, 12, 13, 14, 15: Kraft-Detektor
20: Verifizierungseinrichtung
23, 24: Stützstab
25: Schiene
26: Gleitelement
B1: Fluidbalg (erster Fluidbehälter)
B2: Fluidbalg (zweiter Fluidbehälter)
B3: Fluidbalg (dritter Fluidbehälter)
B4: Fluidbalg (vierter Fluidbehälter)
BS: Fluidbalg (Berührteilbereich)
BP: Anschluss
C: Berechnungseinheit
CS: Kontaktoberfläche
D: Länge
F: externe Kraft
Fx, Fy, Fz: Berührkraft (Kraft)
K: Ecke
M: Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereich
N: äußerer peripherer Teilbereich
P: Kraftsensor
S, S1, S2, S3, S4: Drucksensor (Detektiereinheit)
T1, T2, T3, TS: Raum
W: Breite
W1, W2, W3, W4, W12, W23, W34, W41: Verbindungsteilbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4304988 [0002, 0006, 0007]

Claims

Kraft-Detektor, welcher aufweist: eine Stütze; einen ersten Fluidbehälter und einen zweiten Fluidbehälter, welche durch die Stütze gestützt sind, welche eine Balgform besitzen, welche durch ein tuchförmiges Element gebildet ist, und welche benachbart zueinander angeordnet sind; einen Berührteilbereich, welcher gegenüber einer Seite angeordnet ist, auf welcher der erste Fluidbehälter und der zweite Fluidbehälter in Berührung mit der Stütze sind, wobei der Berührteilbereich benachbart sowohl zu dem ersten Fluidbehälter als auch dem zweiten Fluidbehälter bereitgestellt ist; eine Detektiereinheit, welche konfiguriert ist, einen Innendruck des ersten Fluidbehälters und einen Innendruck des zweiten Fluidbehälters zu detektieren; und eine Berechnungseinheit, welche konfiguriert ist, Information bezüglich des Innendruckes des ersten Fluidbehälters und des Innendruckes des zweiten Fluidbehälters von der Detektiereinheit zu erhalten, und beim Aufbringen einer externen Kraft an dem Berührteilbereich von einem Objekt, eine Kraft zu berechnen, welche in einer tangentialen Richtung auf eine Berühroberfläche zwischen dem Objekt und dem Kontakteilbereich wirkt, wobei beim Anlegen der externen Kraft an dem Berührteilbereich von dem Objekt die externe Kraft, welche an dem Berührteilbereich von dem Objekt angelegt ist, sowohl auf den ersten Fluidbehälter als auch den zweiten Fluidbehälter durch den Berührteilbereich eingeleitet wird, und bei dem Aufbringen der externen Kraft an dem Berührteilbereich von dem Objekt die Berechnungseinheit die Kraft berechnet, welche auf die Berühroberfläche in der Tangentialrichtung wirkt, basierend auf einer Differenz zwischen dem Innendruck des ersten Fluidbehälters und dem Innendruck des zweiten Fluidbehälters.
Kraft-Detektor nach Anspruch 1, wobei der Berührteilbereich aus einem Fluidbalg mit einem Fluid, welches darin enthalten ist, gebildet ist.
Kraft-Detektor nach Anspruch 2, wobei jeder von dem ersten Fluidbehälter und dem zweiten Fluidbehälter aus einem Fluidbalg mit einem Fluid, welches darin enthalten ist, gebildet ist, und der Fluidbalg, welcher den ersten Fluidbehälter bildet, der Fluidbalg, welcher den zweiten Fluidbehälter bildet, und der Fluidbalg, welcher den Berührteilbereich bildet, miteinander zusammengefügt bzw. verbunden sind.
Kraft-Detektor nach Anspruch 3, wobei der Fluidbalg, welcher den ersten Fluidbehälter bildet, der Fluidbalg, welcher den zweiten Fluidbehälter bildet, und der Fluidbalg, welcher den Berührteilbereich bildet, jeweils einen Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereich und einen äußeren peripheren Teilbereich bildet, welcher auf einer äußeren Peripherie des Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereiches platziert ist, und ein Teil des äußeren peripheren Teilbereiches des Fluidbalges, welcher den Berührteilbereich bildet, und ein Teil des Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereiches des Fluidbalges, welcher jeweils den ersten Fluidbehälter und den zweiten Fluidbehälter bildet, miteinander zusammengefügt bzw. verbunden sind.
Kraft-Detektor nach Anspruch 3 oder 4, wobei jeder von dem Fluidbalg, welcher den ersten Fluidbehälter bildet, und dem Fluidbalg, welcher den zweiten Fluidbehälter bildet, eine Balgform besitzt, welche durch die äußeren peripheren Teilbereiche von zwei der tuchförmigen Elemente gebildet sind, welche miteinander verbunden sind, und jeder der Fluidbälge eine vieleckige äußere Form besitzt, während sie in der Draufsicht zusammengezogen sind.
Kraft-Detektor nach Anspruch 5, wobei jeder von dem Fluidbalg, welcher den ersten Fluidbehälter bildet, und dem Fluidbalg, welcher den zweiten Fluidbehälter bildet, eine rechteckige äußere Form besitzt, während er in der Draufsicht zusammengezogen ist.
Kraft-Detektor nach Anspruch 5 oder 6, wobei ein Teilbereich, bei welchem die äußeren peripheren Teilbereiche der zwei tuchförmigen Elemente miteinander verbunden sind, mit einem Verstärkungsteilbereich bereitgestellt ist, um die Festigkeit des Teilbereiches zu erhöhen.
Kraft-Detektor, welcher aufweist: eine Stütze; einen ersten Fluidbehälter, einen zweiten Fluidbehälter, einen dritten Fluidbehälter und einen vierten Fluidbehälter, welche durch die Stütze gestützt sind, welche eine Balgform besitzen, welche durch ein tuchförmiges Element gebildet ist, und welche benachbart zueinander angeordnet sind; einen Berührteilbereich, welcher gegenüber zu einer Seite angeordnet ist, auf welcher der erste Fluidbehälter, der zweite Fluidbehälter, der dritte Fluidbehälter und der vierte Fluidbehälter in Berührung mit der Stütze sind und bereitgestellt sind, benachbart zu jedem von dem ersten Fluidbehälter, dem zweiten Fluidbehälter, dem dritten Fluidbehälter und dem vierten Fluidbehälter bereitgestellt zu sein; eine Detektiereinheit, welche konfiguriert ist, einen Innendruck des ersten Fluidbehälters, einen Innendruck des zweiten Fluidbehälters, einen Innendruck des dritten Fluidbehälters und einen Innendruck des vierten Fluidbehälters zu detektieren; und eine Berechnungseinheit, welche konfiguriert ist, Information bezüglich des Innendruckes des ersten Fluidbehälters, des Innendruckes des zweiten Fluidbehälters, des Innendruckes des dritten Fluidbehälters und des Innendruckes des vierten Fluidbehälters von der Detektiereinheit zu erhalten, und, bei dem Aufbringen bzw. Anlegen einer externen Kraft an den Berührteilbereich von einem Objekt, eine Kraft zu berechnen, welche in einer Tangentialrichtung auf eine Berühroberfläche zwischen dem Objekt und dem Berührteilbereich wirkt, wobei bei dem Aufbringen der externen Kraft an dem Berührteilbereich von dem Objekt die externe Kraft, welche an dem Berührteilbereich von dem Objekt angelegt ist, zu jedem von dem ersten Fluidbehälter, dem zweiten Fluidbehälter, dem dritten Fluidbehälter und dem vierten Fluidbehälter durch den Berührteilbereich eingeleitet wird, und wenn eine Summe der Innendrücke der zwei Fluidbehälter des ersten Fluidbehälters, des zweiten Fluidbehälters, des dritten Fluidbehälters und des vierten Fluidbehälters als ein erster Innendruck definiert ist, und eine Summe der Innendrücke der anderen beiden Fluidbehälter des ersten Fluidbehälters, des zweiten Fluidbehälters, des dritten Fluidbehälters und des vierten Fluidbehälters als ein zweiter Innendruck definiert ist, beim Aufbringen der externen Kraft an den Berührteilbereich von dem Objekt, die Berechnungseinheit die Kraft berechnet, welche auf die Berühroberfläche in der tangentialen Richtung wirkt, basierend auf einer Differenz zwischen dem ersten Innendruck und dem zweiten Innendruck.
Kraft-Detektor nach Anspruch 8, wobei der Berührteilbereich aus einem Fluidbalg mit einem Fluid, welches darin enthalten ist, gebildet ist.
Kraft-Detektor nach Anspruch 9, wobei jeder von dem ersten Fluidbehälter, dem zweiten Fluidbehälter, dem dritten Fluidbehälter und dem vierten Fluidbehälter aus einem Fluidbalg mit einem Fluid, welches darin enthalten ist, gebildet ist, und der Fluidbalg, welcher den ersten Fluidbehälter bildet, der Fluidbalg, welcher den zweiten Fluidbehälter bildet, der Fluidbalg, welcher den dritten Fluidbehälter bildet, der Fluidbalg, welcher den vierten Fluidbehälter bildet und der Fluidbalg, welcher den Berührteilbereich bildet, miteinander zusammengefügt bzw. verbunden sind.
Kraft-Detektor nach Anspruch 10, wobei der Fluidbalg, welcher den ersten Fluidbehälter bildet, der Fluidbalg, welcher den zweiten Fluidbehälter bildet, der Fluidbalg, welcher den dritten Fluidbehälter bildet, der Fluidbalg, welcher den vierten Fluidbehälter bildet und der Fluidbalg, welcher den Berührteilbereich bildet, jeweils einen Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereich und einen äußeren peripheren Teilbereich bildet, welcher auf einer äußeren Peripherie des Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereiches platziert ist, und ein Teil des äußeren peripheren Teilbereichs des Fluidbereichs, welcher den Berührteilbereich bildet, und ein Teil des Haupt-Vorderoberfläche-Teilbereiches des Fluidbalges, welcher jeweils den ersten Fluidbehälter, den zweiten Fluidbehälter, den dritten Fluidbehälter und den vierten Fluidbehälter bildet, miteinander zusammengefügt bzw. verbunden sind.
Kraft-Detektor nach Anspruch 10 oder 11, wobei jeder von dem Fluidbalg, welcher den ersten Fluidbehälter bildet, dem Fluidbalg, welcher den zweiten Fluidbehälter bildet, dem Fluidbalg, welcher den dritten Fluidbehälter bildet, und dem Fluidbalg, welcher den vierten Fluidbehälter bildet, eine Balgform besitzt, welche durch die äußeren peripheren Teilbereiche der zwei tuchförmigen Elemente gebildet sind, welche miteinander zusammengefügt bzw. verbunden sind, und jeder der Fluidbälge eine vieleckige äußere Form besitzt, während er in der Draufsicht zusammengezogen ist.
Kraft-Detektor nach Anspruch 12, wobei jeder von dem Fluidbalg, welcher den ersten Fluidbehälter bildet, dem Fluidbalg, welcher den zweiten Fluidbehälter bildet, dem Fluidbalg, welcher den dritten Fluidbehälter bildet, und dem Fluidbalg, welcher den vierten Fluidbehälter bildet, eine rechteckige äußere Form besitzt, während er in der Draufsicht zusammengezogen ist.
Kraft-Detektor nach Anspruch 12 oder 13, wobei ein Teilbereich, bei welchem die äußeren peripheren Teilbereiche der zwei tuchförmigen Elemente miteinander zusammengefügt sind, mit einem Verstärkungsteilbereich bereitgestellt wird, um die Festigkeit des Teilbereiches zu erhöhen.