JP2016211949A - Force detection device and robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、力検出装置及びロボットに関するものである。 The present invention relates to a force detection device and a robot.
力検出装置は、水晶などの単結晶の圧電効果を利用した力覚センサーに使用する装置であり、その結晶方位による圧電効果の異方性により加えられた力成分を分解して検出している。水晶式の力覚センサーは、感度の向上のために、力検出装置に予めある一定の与圧力を与え、検出する力の精度を上げている。 The force detection device is a device used for a force sensor that utilizes the piezoelectric effect of a single crystal such as quartz, and decomposes and detects the applied force component due to the anisotropy of the piezoelectric effect due to the crystal orientation. . In order to improve sensitivity, the quartz-type force sensor applies a certain applied pressure to the force detection device in advance to increase the accuracy of the detected force.
また、例えば圧電板を積層した力検出装置へケースを介して応力を加える構造において、前記応力が均一に加えられることを課題として、蓋に設けられた凸部と前記力検出装置のダミー基板に設けられた凹部とを嵌合させて位置合わせする技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, for example, in a structure in which stress is applied to a force detection device in which a piezoelectric plate is laminated through a case, the stress is applied uniformly, and a convex portion provided on a lid and a dummy substrate of the force detection device are applied. A technique for fitting and aligning a provided recess is disclosed (for example, see Patent Document 1).
通常、圧電板を積層した力検出装置へケースを介して応力を加える構造では、与圧板は平板で構成されているため、与圧する応力で与圧板自体が曲がり、圧電板が正確に垂直方向に押されない場合がある。その結果、実際に検出される力がばらつく原因となるおそれがある。しかしながら、特許文献1では与圧する部材の変形による圧力の不均一については記載されていない。
Normally, in a structure in which stress is applied to a force detection device in which piezoelectric plates are stacked via a case, the pressurizing plate is composed of a flat plate. It may not be pushed. As a result, the force actually detected may vary. However,
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]本適用例に係る力検出装置は、圧電素子と、前記圧電素子を収納した容器と、前記圧電素子を与圧する与圧板とを有する力検出装置であって、前記容器の蓋に当接する前記与圧板の当接部は、凸形状であることを特徴とする。 Application Example 1 A force detection device according to this application example is a force detection device that includes a piezoelectric element, a container that houses the piezoelectric element, and a pressurizing plate that pressurizes the piezoelectric element. The abutting portion of the pressurizing plate that abuts on the projection has a convex shape.
本適用例によれば、複数のねじ等で与圧する与圧板において、前記複数のねじの間で前記蓋と当接する面が凸形状である。これにより、凸形状の屈曲部において、応力によるストレスを均一に分散できる。その結果、圧電素子の出力のばらつきを低減できる。 According to this application example, in the pressurizing plate that pressurizes with a plurality of screws or the like, a surface that contacts the lid between the plurality of screws is convex. Thereby, stress due to stress can be evenly distributed in the convex bent portion. As a result, variations in the output of the piezoelectric element can be reduced.
[適用例2]上記適用例に記載の力検出装置において、前記与圧板に当接する前記容器の蓋の当接部は、凸形状であることが好ましい。 Application Example 2 In the force detection device according to the application example described above, it is preferable that the contact portion of the lid of the container that contacts the pressure plate has a convex shape.
本適用例によれば、凸形状の屈曲部において、応力によるストレスを均一に分散できる。 According to this application example, stress due to stress can be uniformly distributed in the convex bent portion.
[適用例3]本適用例に係るロボットは、上記に記載の力検出装置を有することを特徴とする。 Application Example 3 A robot according to this application example includes the force detection device described above.
本適用例によれば、信頼性の高いロボットを提供できる。 According to this application example, a highly reliable robot can be provided.
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. Note that the drawings to be used are appropriately enlarged or reduced so that the part to be described can be recognized.
(力検出装置の実施形態)
図1は、本実施形態に係る力検出装置1を示す斜視図である。図2及び図3は、本実施形態に係る力検出装置1を示す断面図である。なお、以下では、図2中の上側を「上」又は「上方」、下側を「下」又は「下方」という。
(Embodiment of force detection device)
FIG. 1 is a perspective view showing a
また、図3には、互いに直交する3つの軸として、α軸、β軸、及びγ軸が図示されている。また、図2には、3つの軸のうち、γ軸のみを図示している。 FIG. 3 shows an α axis, a β axis, and a γ axis as three axes orthogonal to each other. FIG. 2 shows only the γ-axis among the three axes.
本実施形態に係る力検出装置1は、図1に示すように、力検出装置1に加えられた外力、すなわち、6軸力(α、β、γ軸方向の並進力成分及びα、β、γ軸周りの回転力成分)を検出する機能を有している。
As shown in FIG. 1, the
力検出装置1は、図2に示すように、第1基部2と、第1基部2から所定の間隔を隔てて配置され、第1基部2に対向する第2基部3と、第1基部2及び第2基部3の外周部に設けられた側壁部16と、第1基部2と第2基部3との間に収納された(設けられた)4つのアナログ回路基板4と、第1基部2と第2基部3との間に収納され(設けられ)、各アナログ回路基板4と電気的に接続されたデジタル回路基板5と、各アナログ回路基板4に1つずつ搭載され、受けた外力に応じて信号(電荷)を出力する素子である電荷出力素子(圧電素子)10及び電荷出力素子10を収納するパッケージ(容器)60を有する4つのセンサーデバイス6と、8つの与圧ボルト71と、を備えている。
As shown in FIG. 2, the
以下に、力検出装置1の各部の構成について詳述する。
なお、以下の説明では、図3に示すように、4つのセンサーデバイス6のうち、右側に位置するセンサーデバイス6を「センサーデバイス6A」といい、以降反時計回りに順に「センサーデバイス6B」、「センサーデバイス6C」、「センサーデバイス6D」という。また、各センサーデバイス6A,6B,6C,6Dを区別しない場合は、それらを「センサーデバイス6」という。
Below, the structure of each part of the
In the following description, as shown in FIG. 3, among the four
第1基部2は、図2に示すように、板状をなす底板22と、底板22の端部の上面に設けられ、その上面から上方に向かって突出する4つの壁部24とを有している。底板22(第1基部2)の平面形状(厚さ方向から見た形状)は、円形をなしている。なお、底板22の平面形状は、図示のものに限定されず、例えば、正方形、長方形等の四角形、五角形、及び六角形等の多角形、楕円形等が挙げられる。
As shown in FIG. 2, the
力検出装置1を、ロボットのアームとエンドエフェクターとの間に設け、エンドエフェクターに加えられる外力を検出する力覚センサーとして用いる場合を例に挙げると、第1基部2の下面221は、当該ロボットのアームに対する取付け面として機能している。
For example, when the
また、各壁部24は、それぞれ、底板22に固定(結合)されている。この固定方法は、特に限定されないが、図示の構成では、各壁部24は、それぞれ、複数のネジ172で底板22に固定されている。
Each
また、各壁部24の外方に臨む面には、それぞれ、凸部23が突出形成されている。各凸部23の頂面231は、それぞれ、底板22に対して垂直な平面である。また、各壁部24には、それぞれ、後述する与圧ボルト71と螺合する2つの雌ネジ241が設けられている(図3参照)。
Further,
第2基部3は、図2に示すように、第1基部2に対し所定の間隔を隔てて対向するように配置されている。
As shown in FIG. 2, the
第2基部3は、板状をなす天板32と、天板32の端部の下面に設けられ、その下面から下方に向かって突出する4つの壁部(与圧板)33とを有している。天板32(第2基部3)の平面形状は、特に限定されないが、底板22(第1基部2)の平面形状に対応した形状であることが好ましく、本実施形態では、天板32の平面形状は、底板22の平面形状と同様に、円形をなしている。また、天板32は、底板22と同じ大きさ、又は、底板22を包含する程度の大きさであることが好ましい。
The
力検出装置1を前記ロボットの力覚センサーとして用いる場合を例に挙げると、第2基部3の上面321は、当該ロボットのアームに装着されるエンドエフェクターに対する取付け面として機能している。また、第2基部3の上面321と、前述した第1基部2の下面221とは、外力が付与していない自然状態では平行となっている。
Taking the case where the
また、各壁部33は、それぞれ、天板32に固定(結合)されている。この固定方法は、特に限定されないが、図示の構成では、各壁部33は、それぞれ、複数のネジ173で天板32に固定されている。
Each
各壁部33の内壁面331は、それぞれ、天板32に対して垂直な平面である。そして、各壁部24の頂面231と各壁部33の内壁面331との間には、それぞれ、センサーデバイス6が設けられている。
The
パッケージ60の蓋62(図4参照)に当接する壁部33の当接部34(図4参照)は、凸形状である。パッケージ60の蓋62に当接する壁部33の当接部34の形状は、凸形状である。パッケージ60の蓋62に当接する壁部33の当接部34は、パッケージ60の蓋62に向かって凸となる凸形状である。当接部34はパッケージ60の蓋62の方向に延びている凸形状である。壁部33の当接部34の凸形状のうちパッケージ60の蓋62に向かう方向における当接部34は、パッケージ60の蓋62の当接部64の凸形状のうち壁部33に向かう方向における当接部64に接触可能である。なお、本実施形態の当接部34の凸形状の先端は平坦であるが、湾曲していてもよい。
The contact portion 34 (see FIG. 4) of the
図4は、本実施形態に係る壁部33とセンサーデバイス6とを示す図である。図4(A)は壁部33を示す平面図であり、図4(B)は壁部33とセンサーデバイス6とを示す断面図である。図5は、本実施形態に係る壁部33の当接部34と蓋62の当接部64との与圧時の変形を示す断面図である。図5(A)は与圧しないときの蓋62の状態を示す断面図であり、図5(B)は与圧時の蓋62の変形状態と壁部33の湾曲状態とを示す断面図である。
本実施形態に係る壁部33のセンサーデバイス6に当たる当接部34は、図4(B)に示すように、凸形状である。これによれば、図5(B)に示すように、与圧時に蓋62が変形するので、蓋62の変形応力がパッケージ60に伝わりにくくなる。その結果、力検出装置1における電荷出力素子10の出力ばらつきを低減できる。
FIG. 4 is a diagram illustrating the
As shown in FIG. 4B, the
また、第1基部2と第2基部3とは、8つの与圧ボルト71により、接続、固定されている。すなわち、各壁部24と各壁部33とは、それぞれ、2つの与圧ボルト71により、接続、固定されている。この与圧ボルト71は、図3に示すように、8本(複数)あり、そのうちの2本ずつが各センサーデバイス6の両側に配置されている。なお、1つのセンサーデバイス6に対する与圧ボルト71の数は、2つに限定されず、例えば、3つ以上であってもよい。
The
また、与圧ボルト71の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料等を用いることができる。
Moreover, it does not specifically limit as a constituent material of the pressurization volt |
このように与圧ボルト71によって接続された第1基部2と第2基部3とで、センサーデバイス6A〜6D、アナログ回路基板4、及びデジタル回路基板5を収納する収納空間を形成している。この収納空間は、例えば、円形又は角丸正方形の断面形状を有している。
Thus, the
また、第1基部2及び第2基部3の外周部には、図2及び図3に示すように、側壁部16が設けられている。これにより、第1基部2及び第2基部3の外周部において、第1基部2と第2基部3との間の空間を封止することができ、その第1基部2と第2基部3との間の空間に、塵や埃等が侵入することを抑制することができる。
Moreover, as shown in FIG.2 and FIG.3, the
側壁部16は、筒状をなす筒状部161と、筒状部161の基端部(下端部)の内周側の側面に形成されたフランジ162とを有している。筒状部161の第1基部2及び第2基部3の厚さ方向から見た場合の内形形状及び外形形状は、それぞれ、第1基部2及び第2基部3の平面形状に対応した形状であり、図示の構成では、円形をなしている。
The
側壁部16は、その基端部、すなわちフランジ162が、第1基部2に固定されている。この固定方法は、特に限定されないが、図示の構成では、フランジ162は、複数のネジ171で第1基部2の底板22に固定されている。
The
また、第1基部2と第2基部3との間には、図2に示すように、センサーデバイス6に電気的に接続されたアナログ回路基板4が設けられている。
In addition, an analog circuit board 4 electrically connected to the
アナログ回路基板4のセンサーデバイス6(具体的には、電荷出力素子10)が配置されている部位には、第1基部2の各凸部23が挿入される孔41が形成されている。この孔41は、アナログ回路基板4を貫通する貫通孔である。
In the portion of the analog circuit board 4 where the sensor device 6 (specifically, the charge output element 10) is disposed, a
また、アナログ回路基板4には、図3に示すように、各与圧ボルト71が貫通する貫通孔が設けられており、アナログ回路基板4の与圧ボルト71が貫通する部分(貫通孔)には、樹脂材料等の絶縁材料で構成されたパイプ43が例えば嵌合により固定されている。
Further, as shown in FIG. 3, the analog circuit board 4 is provided with a through hole through which each pressurizing
また、第1基部2と第2基部3との間には、図2に示すように、第1基部2上の各アナログ回路基板4が設けられている位置とは異なる位置に、各アナログ回路基板4に電気的に接続されたデジタル回路基板5が設けられている。デジタル回路基板5は、第1基部2の底板22及び第2基部3の天板32と平行になるように配置されている。なお、デジタル回路基板5の第1基部2及び第2基部3の厚さ方向の位置は、第1基部2と第2基部3との間であれば特に限定されず、例えば、第1基部2の近傍でもよく、また、第2基部3の近傍でもよく、また、第1基部2と第2基部3との中間の位置(中央部)でもよい。また、デジタル回路基板5は、底板22に固定されている。この固定方法は、特に限定されないが、図示の構成では、デジタル回路基板5は、複数のネジ174で底板22に固定されている。
Further, as shown in FIG. 2, each analog circuit is located between the
なお、上述した第1基部2、第2基部3、アナログ回路基板4の各素子及び各配線以外の部位、デジタル回路基板5の各素子及び各配線以外の部位の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料等を用いることができる。
The components of the
また、第1基部2の底板22の中央部には、貫通孔20が形成されており、同様に、第2基部3の天板32の中央部には、貫通孔30が形成されており、同様に、デジタル回路基板5の中央部には、貫通孔50が形成されている。
In addition, a through
次に、センサーデバイス6について、説明する。
[センサーデバイス]
センサーデバイス6Aは、図2及び図3に示すように、第1基部2の4つの凸部23のうちの1つの凸部23の頂面231と、この頂面231に対向する内壁面331とによって挟持されている。このセンサーデバイス6Aと同様に、前記と異なる1つの凸部23の頂面231と、この頂面231に対向する内壁面331とによって、センサーデバイス6Bが挟持されている。また、前記と異なる1つの凸部23の頂面231と、この頂面231に対向する内壁面331とによって、センサーデバイス6Cが挟持されている。さらに、前記と異なる1つの凸部23の頂面231と、この頂面231に対向する内壁面331によって、センサーデバイス6Dが挟持されている。なお、センサーデバイス6A,6B,6C、及びセンサーデバイス6Dの各電荷出力素子10は、それぞれ、壁部24と壁部33とに結合されているともいうことができる。
Next, the
[Sensor device]
As shown in FIGS. 2 and 3, the
以下では、各センサーデバイス6A〜6Dが第1基部2及び第2基部3によって挟持されている方向を「挟持方向SD」という。また、各センサーデバイス6A〜6Dのうちセンサーデバイス6Aが挟持されている方向を第1挟持方向、センサーデバイス6Bが挟持されている方向を第2挟持方向、センサーデバイス6Cが挟持されている方向を第3挟持方向、センサーデバイス6Dが挟持されている方向を第4挟持方向ということもある。
Hereinafter, the direction in which the
なお、本実施形態に係るセンサーデバイス6は、図2に示すように、アナログ回路基板4の第2基部3(壁部33)側に設けられているが、センサーデバイス6は、アナログ回路基板4の第1基部2側に設けられていてもよい。
As shown in FIG. 2, the
また、センサーデバイス6A及びセンサーデバイス6Bと、センサーデバイス6C及びセンサーデバイス6Dとは、図3に示すように、第1基部2のβ軸に沿った中心軸271に関して対称的に配置されている。すなわち、センサーデバイス6A〜6Dは、第1基部2の中心272回りに等角度間隔に配置されている。このようにセンサーデバイス6A〜6Dを配置することより、外力を偏りなく検出することができる。
Further, the
なお、センサーデバイス6A〜6Dの配置は図示のものに限定されないが、センサーデバイス6A〜6Dは、第2基部3の上面321から見て、第2基部3の中心部(中心272)からできる限り離間した位置に配置されているのが好ましい。これにより、力検出装置1に加わる外力を安定して検出することができる。
The arrangement of the
このように配置されたセンサーデバイス6は、電荷出力素子10と、電荷出力素子10を収納するパッケージ60とを有している。壁部33に当接するパッケージ60の蓋62の当接部64は、凸形状である。これによれば、凸形状の当接部64において、応力によるストレスを均一に分散できる。また、本実施形態では、センサーデバイス6A〜6Dは、同様の構成である。なお、パッケージは、省略されていてもよい。なお、本実施形態の当接部64の凸形状の先端は平坦であるが、湾曲していてもよい。
The
電荷出力素子10は、力検出装置1に加わった外力、すなわち第1基部2又は第2基部3の少なくとも一方の基部に加えられた外力に応じて電荷を出力する機能を有している。
The
(実施例)
図6は、本実施形態に係る壁部33の与圧時の湾曲状態を示す図である。図6(A)は本実施形態の湾曲状態であり、図6(B)は従来技術の湾曲状態を示す図である。
本実施形態に係る力検出装置1は、図6(A)に示すように、パッケージ60の蓋62に当接する壁部33の当接部34の形状を凸形状にすることで、与圧ボルト71を締め上げても壁部33の当接部34の形状は湾曲せず、センサーデバイス6に対して正確に面で垂直に押すことができる。なお、図6(B)に示すように、従来技術である平板形状の壁部36の湾曲状態は、全体が湾曲しているため、パッケージ60の蓋62との当接状態が不安定になっている。
(Example)
FIG. 6 is a diagram illustrating a curved state of the
As shown in FIG. 6A, the
次に、本実施形態と従来技術との出力ばらつき比較を説明する。
図7は、本実施形態と従来技術との出力ばらつき比較の測定方法を示す図である。図7(A)は測定配置を示し、図7(B)はセンサーデバイス6の配置を示す図である。
先ず、図7(A)に示すように、力検出装置1をせん断方向に力が加わるように測定用治具80に取り付ける。
次に、力検出装置1の天板32側に測定用シャフト82を取り付ける。
次に、測定用シャフト82に50Nの錘86を吊り下げ、吊り位置を力検出装置1から遠ざけていき測定を行う。
次に、力検出装置1を45度ずつ回転させて上記測定を繰り返し行う。なお、力検出装置1は、図7(B)に示すように、センサーデバイス6A〜6Dが第1基部2の中心272回りに等角度間隔に配置されている。各位置の出力結果をプロットしたものが図8の結果になる。
Next, output variation comparison between the present embodiment and the prior art will be described.
FIG. 7 is a diagram illustrating a measurement method of output variation comparison between the present embodiment and the prior art. 7A shows the measurement arrangement, and FIG. 7B shows the arrangement of the
First, as shown in FIG. 7A, the
Next, the
Next, a
Next, the
図8は、本実施形態と従来技術との出力ばらつきを示す図である。図8(A)は本実施形態の出力ばらつきであり、図8(B)は従来技術の出力ばらつきを示す図である。なお、S0⇒S2の表記は、図7(B)に示すように、センサーデバイス6が配置され、S0からS2の方向に重力が作用する状態である。以下、図示しないが同様に、S1⇒S3の表記は、S1からS3の方向に重力が作用する状態である。S2⇒S0の表記は、S2からS0の方向に重力が作用する状態である。S3⇒S1の表記は、S3からS1の方向に重力が作用する状態である。また、S0S1⇒S2S3の表記は、S0とS1との間の中点からS2とS3との間の中点の方向に重力が作用する状態である。S1S2⇒S3S0の表記は、S1とS2との間の中点からS3とS0との間の中点の方向に重力が作用する状態である。S2S3⇒S0S1の表記は、S2とS3との間の中点からS0とS1との間の中点の方向に重力が作用する状態である。S3S0⇒S1S2の表記は、S3とS0との間の中点からS1とS2との間の中点の方向に重力が作用する状態である。
FIG. 8 is a diagram showing output variations between the present embodiment and the prior art. FIG. 8A shows the output variation of this embodiment, and FIG. 8B shows the output variation of the prior art. In addition, the notation of S0 => S2 is a state in which the
パッケージ60の蓋62に当接する壁部33の当接部34の形状が凸形状である場合と、従来技術である平板形状の壁部36の凸形状がない場合との出力特性は、図8に示すように、違いがある。力検出装置1のせん断方向に錘をつるし、その位置をずらしていったときの出力のばらつきは、本実施形態の構成では、図8(A)に示すように、併進合力のずれは2.8Nである。従来技術は、図8(B)に示すように、併進合力のずれは5.8Nである。
The output characteristics when the shape of the abutting
図9は、本実施形態に係る併進合力のずれを説明する図である。図9(A)は壁部36を示す平面図であり、図9(B)は壁部36とセンサーデバイス6とを示す断面図である。
次に、併進合力がずれるロジックを説明する(図8(B)の説明)。
壁部36は、図9(B)に示すように、壁部36が湾曲しているため、パッケージ60の蓋62との当接状態が不安定になる。壁部36とパッケージ60の蓋62とは、壁部36が湾曲しているため、全面で当たらず当接が不均一になる。壁部36とパッケージ60の蓋62とは、当接領域84で当たり当接が不均一になる。
FIG. 9 is a diagram for explaining the deviation of the translational force according to the present embodiment. FIG. 9A is a plan view showing the
Next, logic for shifting the translational force will be described (description of FIG. 8B).
As shown in FIG. 9B, the
本来、上記の測定を行うと、センサーデバイス6は電荷出力素子10の中心に回転しようとする力が発生している。ところが、当接が不均一では、図9(A)に示すように、センサーデバイス6の回転中心が電荷出力素子10の中心からずれる。その結果、従来技術の併進合力値と理想値(50N)とは誤差が発生することになる。
Originally, when the above measurement is performed, the
本実施形態によれば、複数の与圧ボルト71等で与圧する壁部33において、複数の与圧ボルト71の間で蓋62と当接する面が凸形状である。これにより、凸形状の当接部34において、応力によるストレスを均一に分散できる。その結果、電荷出力素子10の出力のばらつきを低減できる。また、コストアップせずに出力ばらつきを防止できる。
According to this embodiment, in the
(単腕ロボットの実施形態)
次に、本実施形態に係るロボットとしての単腕ロボットを説明する。以下、本実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略している。
(Embodiment of single-arm robot)
Next, a single-arm robot as a robot according to this embodiment will be described. Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and description of similar matters will be omitted.
図10は、本実施形態に係る力検出装置1を用いた単腕ロボット500の1例を示す図である。
単腕ロボット500は、図10に示すように、基台510と、アーム520と、アーム520の先端側に設けられたエンドエフェクター530と、アーム520とエンドエフェクター530との間に設けられた力検出装置1とを有している。なお、力検出装置1としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a
As shown in FIG. 10, the single-
基台510は、アーム520を回動させるための動力を発生させるアクチュエーター(図示せず)及びアクチュエーターを制御する制御部(図示せず)等を収納する機能を有している。また、基台510は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上などに固定される。
The
アーム520は、第1のアーム要素521、第2のアーム要素522、第3のアーム要素523、第4のアーム要素524、及び第5のアーム要素525を有しており、隣り合うアーム同士を回動自在に連結することにより構成されている。アーム520は、制御部の制御によって、各アーム要素の連結部を中心に複合的に回転又は屈曲することにより駆動している。
The
エンドエフェクター530は、対象物を把持する機能を有している。エンドエフェクター530は、第1の指531及び第2の指532を有している。アーム520の駆動によりエンドエフェクター530が所定の動作位置まで到達した後、第1の指531及び第2の指532の離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。
The
なお、エンドエフェクター530は、ここでは、ハンドであるが、本実施形態では、これに限定されるものではない。エンドエフェクターの他の例としては、例えば、部品検査用器具、部品搬送用器具、部品加工用器具、部品組立て用器具、測定器等が挙げられる。これは、他の実施形態におけるエンドエフェクターについても同様である。
Here, the
力検出装置1は、エンドエフェクター530に加えられる外力を検出する機能を有している。力検出装置1が検出する力を基台510の制御部にフィードバックすることにより、単腕ロボット500は、より精密な作業を実行することができる。また、力検出装置1が検出する力によって、単腕ロボット500は、エンドエフェクター530の障害物への接触等を検知することができる。そのため、従来の位置制御では困難だった障害物回避動作、対象物損傷回避動作等を容易に行うことができ、単腕ロボット500は、より安全に作業を実行することができる。
The
なお、図示の構成では、アーム520は、合計5本のアーム要素によって構成されているが、本実施形態はこれに限られない。アーム520が、1本のアーム要素によって構成されている場合、2〜4本のアーム要素によって構成されている場合、6本以上のアーム要素によって構成されている場合も本実施形態の範囲内である。
In the illustrated configuration, the
(複腕ロボットの実施形態)
次に、本実施形態に係るロボットとしての複腕ロボットを説明する。以下、本実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略している。
(Embodiment of double-arm robot)
Next, a multi-arm robot as a robot according to this embodiment will be described. Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and description of similar matters will be omitted.
図11は、本実施形態に係る力検出装置1を用いた複腕ロボット600の1例を示す図である。
複腕ロボット600は、図11に示すように、基台610と、第1のアーム620と、第2のアーム630と、第1のアーム620の先端側に設けられた第1のエンドエフェクター640aと、第2のアーム630の先端側に設けられた第2のエンドエフェクター640bと、第1のアーム620と第1のエンドエフェクター640a間及び第2のアーム630と第2のエンドエフェクター640bとの間に設けられた力検出装置1を有している。なお、力検出装置1としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a
As shown in FIG. 11, the
基台610は、第1のアーム620及び第2のアーム630を回動させるための動力を発生させるアクチュエーター(図示せず)及びアクチュエーターを制御する制御部(図示せず)等を収納する機能を有している。また、基台610は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上などに固定される。
The
第1のアーム620は、第1のアーム要素621及び第2のアーム要素622を回動自在に連結することにより構成されている。第2のアーム630は、第1のアーム要素631及び第2のアーム要素632を回動自在に連結することにより構成されている。第1のアーム620及び第2のアーム630は、制御部の制御によって、各アーム要素の連結部を中心に複合的に回転又は屈曲することにより駆動している。
The
第1、第2のエンドエフェクター640a,640bは、対象物を把持する機能を有している。第1のエンドエフェクター640aは、第1の指641a及び第2の指642aを有している。第2のエンドエフェクター640bは、第1の指641b及び第2の指642bを有している。第1のアーム620の駆動により第1のエンドエフェクター640aが所定の動作位置まで到達した後、第1の指641a及び第2の指642aの離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。同様に、第2のアーム630の駆動により第2のエンドエフェクター640bが所定の動作位置まで到達した後、第1の指641b及び第2の指642bの離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。
The first and
力検出装置1は、第1、第2のエンドエフェクター640a,640bに加えられる外力を検出する機能を有している。力検出装置1が検出する力を基台610の制御部にフィードバックすることにより、複腕ロボット600は、より精密に作業を実行することができる。また、力検出装置1が検出する力によって、複腕ロボット600は、第1、第2のエンドエフェクター640a,640bの障害物への接触等を検知することができる。そのため、従来の位置制御では困難だった障害物回避動作、対象物損傷回避動作等を容易に行うことができ、複腕ロボット600は、より安全に作業を実行することができる。
The
なお、図示の構成では、アームは合計2本であるが、本実施形態はこれに限られない。複腕ロボット600が3本以上のアームを有している場合も、本実施形態の範囲内である。
In the illustrated configuration, there are a total of two arms, but the present embodiment is not limited to this. The case where the
(電子部品検査装置及び電子部品搬送装置の実施形態)
次に、電子部品検査装置及び電子部品搬送装置の実施形態を説明する。以下、本実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略している。
(Embodiments of electronic component inspection apparatus and electronic component transport apparatus)
Next, an embodiment of an electronic component inspection device and an electronic component transport device will be described. Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and description of similar matters will be omitted.
図12は、本実施形態に係る力検出装置1を用いた電子部品検査装置700及び電子部品搬送装置740の1例を示す図である。
電子部品検査装置700は、図12に示すように、基台710と、基台710の側面に立設された支持台720とを有している。基台710の上面には、検査対象の電子部品711が載置されて搬送される上流側ステージ712uと、検査済みの電子部品711が載置されて搬送される下流側ステージ712dとが設けられている。また、上流側ステージ712uと下流側ステージ712dとの間には、電子部品711の姿勢を確認するための撮像装置713と、電気的特性を検査するために電子部品711がセットされる検査台714とが設けられている。なお、電子部品711の例として、半導体、半導体ウェハー、CLDやOLED等の表示デバイス、水晶デバイス、各種センサー、インクジェットヘッド、各種MEMSデバイス等などが挙げられる。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of an electronic
As shown in FIG. 12, the electronic
また、支持台720には、基台710の上流側ステージ712u及び下流側ステージ712dと平行な方向(Y方向)に移動可能にYステージ731が設けられており、Yステージ731からは、基台710に向かう方向(X方向)に腕部732が延設されている。また、腕部732の側面には、X方向に移動可能にXステージ733が設けられている。また、Xステージ733には、撮像カメラ734と、上下方向(Z方向)に移動可能なZステージを内蔵した電子部品搬送装置740が設けられている。また、電子部品搬送装置740の先端側には、電子部品711を把持する把持部741が設けられている。また、電子部品搬送装置740の先端と、把持部741との間には、力検出装置1が設けられている。さらに、基台710の前面側には、電子部品検査装置700の全体の動作を制御する制御装置750が設けられている。なお、力検出装置1としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
Further, the
電子部品検査装置700は、以下のようにして電子部品711の検査を行う。
最初に、検査対象の電子部品711は、上流側ステージ712uに載せられて、検査台714の近くまで移動する。
The electronic
First, the
次に、Yステージ731及びXステージ733を動かして、上流側ステージ712uに載置された電子部品711の真上の位置まで電子部品搬送装置740を移動させる。このとき、撮像カメラ734を用いて電子部品711の位置を確認することができる。そして、電子部品搬送装置740内に内蔵されたZステージを用いて電子部品搬送装置740を降下させ、把持部741で電子部品711を把持すると、そのまま電子部品搬送装置740を撮像装置713の上に移動させて、撮像装置713を用いて電子部品711の姿勢を確認する。
Next, the
次に、電子部品搬送装置740に内蔵されている微調整機構を用いて電子部品711の姿勢を調整する。そして、電子部品搬送装置740を検査台714の上まで移動させた後、電子部品搬送装置740に内蔵されたZステージを動かして電子部品711を検査台714の上にセットする。電子部品搬送装置740内の微調整機構を用いて電子部品711の姿勢が調整されているので、検査台714の正しい位置に電子部品711をセットすることができる。
Next, the attitude of the
次に、検査台714を用いて電子部品711の電気的特性検査が終了した後、今度は検査台714から電子部品711を取上げ、Yステージ731及びXステージ733を動かして、下流側ステージ712d上まで電子部品搬送装置740を移動させ、下流側ステージ712dに電子部品711を置く。
最後に、下流側ステージ712dを動かして、検査が終了した電子部品711を所定位置まで搬送する。
Next, after the electrical characteristic inspection of the
Finally, the
図13は、本実施形態に係る力検出装置1を用いた電子部品搬送装置740の1例を示す図である。
電子部品搬送装置740は、図13に示すように、把持部741と、把持部741に接続された力検出装置1と、力検出装置1を介して把持部741に接続された回転軸742と、回転軸742に回転可能に取り付けられた微調整プレート743を有している。また、微調整プレート743は、ガイド機構(図示せず)によってガイドされながら、X方向及びY方向に移動可能である。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an electronic
As shown in FIG. 13, the electronic
また、回転軸742の端面に向けて、回転方向用の圧電モーター744θが搭載されており、圧電モーター744θの駆動凸部(図示せず)が回転軸742の端面に押しつけられている。このため、圧電モーター744θを動作させることによって、回転軸742(及び把持部741)をθ方向に任意の角度だけ回転させることが可能である。また、微調整プレート743に向けて、X方向用の圧電モーター744xと、Y方向用の圧電モーター744yとが設けられており、それぞれの駆動凸部(図示せず)が微調整プレート743の表面に押しつけられている。このため、圧電モーター744xを動作させることによって、微調整プレート743(及び把持部741)をX方向に任意の距離だけ移動させることができ、同様に、圧電モーター744yを動作させることによって、微調整プレート743(及び把持部741)をY方向に任意の距離だけ移動させることが可能である。
Further, a piezoelectric motor 744θ for rotation direction is mounted toward the end surface of the
また、力検出装置1は、把持部741に加えられる外力を検出する機能を有している。力検出装置1が検出する力を制御装置750にフィードバックすることにより、電子部品搬送装置740及び電子部品検査装置700は、より精密に作業を実行することができる。また、力検出装置1が検出する力によって、把持部741の障害物への接触等を検知することができる。そのため、従来の位置制御では困難だった障害物回避動作、対象物損傷回避動作等を容易に行うことができ、電子部品搬送装置740及び電子部品検査装置700は、より安全な作業を実行可能である。
Further, the
(部品加工装置の実施形態)
次に、部品加工装置の実施形態を説明する。以下、本実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略している。
(Embodiment of component processing apparatus)
Next, an embodiment of a component processing apparatus will be described. Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and description of similar matters will be omitted.
図14は、本実施形態に係る力検出装置1を用いた部品加工装置800の1例を示す図である。
部品加工装置800は、図14に示すように、基台810と、基台810の上面に起立形成された支柱820と、支柱820の側面に設けられた送り機構830と、送り機構830に昇降可能に取り付けられた工具変位部840と、工具変位部840に接続された力検出装置1と、力検出装置1を介して工具変位部840に装着された工具850を有している。なお、力検出装置1としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a
As shown in FIG. 14, the
基台810は、被加工部品860を載置し、固定するための台である。支柱820は、送り機構830を固定するための柱である。送り機構830は、工具変位部840を昇降させる機能を有している。送り機構830は、送り用モーター831と、送り用モーター831からの出力に基づいて工具変位部840を昇降させるガイド832を有している。工具変位部840は、工具850に回転、振動等の変位を与える機能を有している。工具変位部840は、変位用モーター841と、変位用モーター841に連結された主軸(図示せず)の先端に設けられた工具取付け部843と、工具変位部840に取り付けられ主軸を保持する保持部842とを有している。工具850は、工具変位部840の工具取付け部843に、力検出装置1を介して取り付けられ、工具変位部840から与えられる変位に応じて被加工部品860を加工するために用いられる。工具850は、特に限定されないが、例えば、レンチ、プラスドライバー、マイナスドライバー、カッター、丸のこ、ニッパ、錐、ドリル、フライス等である。
The
力検出装置1は、工具850に加えられる外力を検出する機能を有している。力検出装置1が検出する外力を送り用モーター831や変位用モーター841にフィードバックすることにより、部品加工装置800は、より精密に部品加工作業を実行することができる。また、力検出装置1が検出する外力によって、工具850の障害物への接触等を検知することができる。そのため、工具850に障害物等が接触した場合に緊急停止することができ、部品加工装置800は、より安全な部品加工作業を実行可能である。
The
(移動体の実施形態)
次に、移動体の実施形態を説明する。以下、本実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略している。
(Embodiment of moving body)
Next, an embodiment of the moving body will be described. Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and description of similar matters will be omitted.
図15は、本実施形態に係る力検出装置1を用いた移動体900の1例を示す図である。
移動体900は、図15に示すように、与えられた動力により移動することができる。移動体900は、特に限定されないが、例えば、自動車、バイク、飛行機、船、電車等の乗り物、2足歩行ロボット、車輪移動ロボット等のロボット等である。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a moving
As shown in FIG. 15, the moving
移動体900は、本体910(例えば、乗り物の筐体、ロボットのメインボデー等)と、本体910を移動させるための動力を供給する動力部920と、本体910の移動により発生する外力を検出する本実施形態の力検出装置1と、制御部930を有している。なお、力検出装置1としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
The moving
動力部920から供給された動力によって本体910が移動すると、移動に伴い振動や加速度等が生じる。力検出装置1は、移動に伴い生じた振動や加速度等による外力を検出している。力検出装置1によって検出された外力は、制御部930に伝達される。制御部930は、力検出装置1から伝達された外力に応じて動力部920等を制御することにより、姿勢制御、振動制御及び加速制御等の制御を実行することができる。
When the
以上、本実施形態の力検出装置及びロボットを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本実施形態に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。 As mentioned above, although the force detection apparatus and robot of this embodiment were demonstrated based on embodiment of illustration, this embodiment is not limited to this, The structure of each part is arbitrary structures which have the same function Can be substituted. In addition, other arbitrary components may be added to the present embodiment.
また、本実施形態では、与圧ボルトに替えて、例えば、電荷出力素子(圧電素子)に与圧を加える機能を有してないものを用いてもよく、また、ボルト以外の固定方法を採用してもよい。 In this embodiment, instead of the pressurizing bolt, for example, a device that does not have a function of applying a pressurization to the charge output element (piezoelectric element) may be used, and a fixing method other than the bolt is adopted. May be.
また、本実施形態では、電荷出力素子の数は、4つであるが、本実施形態では、電荷出力素子の数は、1つ、2つ、3つ、又は、5つ以上でもよい。 In the present embodiment, the number of charge output elements is four. However, in the present embodiment, the number of charge output elements may be one, two, three, or five or more.
また、本実施形態のロボットは、アームを有していれば、アーム型ロボット(ロボットアーム)に限定されず、他の形式のロボット、例えば、スカラーロボット、脚式歩行(走行)ロボット等であってもよい。 In addition, the robot according to the present embodiment is not limited to an arm type robot (robot arm) as long as it has an arm, but may be another type of robot such as a scalar robot or a legged walking (running) robot. May be.
また、本実施形態の力検出装置は、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置、移動体に限らず、他の装置、例えば、他の搬送装置、他の検査装置、振動計、加速度計、重力計、動力計、地震計、傾斜計等の測定装置、入力装置等にも適用することができる。 Further, the force detection device of the present embodiment is not limited to a robot, an electronic component transport device, an electronic component inspection device, a component processing device, and a moving body, but other devices such as other transport devices, other inspection devices, and vibrations. It can also be applied to measuring devices such as gauges, accelerometers, gravimeters, dynamometers, seismometers, inclinometers, and input devices.
1…力検出装置 2…第1基部 3…第2基部 4…アナログ回路基板 5…デジタル回路基板 6,6A,6B,6C,6D…センサーデバイス 10…電荷出力素子(圧電素子) 16…側壁部 20…貫通孔 22…底板 23…凸部 24…壁部 30…貫通孔 32…天板 33…壁部(与圧板) 34…当接部 36…壁部 41…孔 43…パイプ 50…貫通孔 60…パッケージ(容器) 62…蓋 64…当接部 71…与圧ボルト 80…測定用治具 82…測定用シャフト 84…当接領域 86…錘 161…筒状部 162…フランジ 171,172,173,174…ネジ 221…下面 231…頂面 241…雌ネジ 271…中心軸 272…中心 321…上面 331…内壁面 500…単腕ロボット 510…基台 520…アーム 521…第1のアーム要素 522…第2のアーム要素 523…第3のアーム要素 524…第4のアーム要素 525…第5のアーム要素 530…エンドエフェクター 531…第1の指 532…第2の指 600…複腕ロボット 610…基台 620…第1のアーム 621…第1のアーム要素 622…第2のアーム要素 630…第2のアーム 631…第1のアーム要素 632…第2のアーム要素 640a…第1のエンドエフェクター 640b…第2のエンドエフェクター 641a…第1の指 641b…第1の指 642a…第2の指 642b…第2の指 700…電子部品検査装置 710…基台 711…電子部品 712d…下流側ステージ 712u…上流側ステージ 713…撮像装置 714…検査台 720…支持台 731…Yステージ 732…腕部 733…Xステージ 734…撮像カメラ 740…電子部品搬送装置 741…把持部 742…回転軸 743…微調整プレート 744x,744y,744θ…圧電モーター 750…制御装置 800…部品加工装置 810…基台 820…支柱 830…送り機構 831…送り用モーター 832…ガイド 840…工具変位部 841…変位用モーター 842…保持部 843…工具取付け部 850…工具 860…被加工部品 900…移動体 910…本体 920…動力部 930…制御部 SD…挟持方向。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記容器の蓋に当接する前記与圧板の当接部は、凸形状であることを特徴とする力検出装置。 A force detection device having a piezoelectric element, a container containing the piezoelectric element, and a pressurizing plate that pressurizes the piezoelectric element,
The force detection device according to claim 1, wherein a contact portion of the pressurizing plate that contacts the lid of the container has a convex shape.
前記与圧板に当接する前記容器の蓋の当接部は、凸形状であることを特徴とする力検出装置。 The force detection device according to claim 1,
The force detection device according to claim 1, wherein a contact portion of the lid of the container that contacts the pressure plate has a convex shape.
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