JP2016211950A - 力検出装置及びロボット - Google Patents

Abstract

【課題】出力精度が良好な力検出装置及びロボットを提供する。【解決手段】力検出装置は、圧電板を含む検出素子６と、検出素子６を与圧する与圧部と、を有する力検出装置であって、与圧部は、時計方向の回転によって締め付け力を生じる右ネジ７１ａと、反時計方向の回転によって締め付け力を生じる左ネジ７１ｂと、を含む。【選択図】図４

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。

通常、力覚センサーの与圧部の締め付け手段は、ネジ（右に回すと締まる）によるが、その場合与圧する反力で与圧部自体が下プレートに対し傾いてしまうおそれがある。その結果、与圧された与圧部に上プレートを付ける際に応力が発生し、実際に検出される力がばらつく原因となっている。

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。

また、例えば複数の与圧調整ネジが開示されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、力検出装置の取付け治具に用いた複数のネジが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６４−３５３３４号公報 実公平３−５３１４４号公報

しかしながら、特許文献１及び２では、部材の取付け、又は与圧するネジによる回動力については記載されていない。

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。

［適用例１］本適用例に係る力検出装置は、圧電板を含む検出素子と、前記検出素子を与圧する与圧部と、を有する力検出装置であって、前記与圧部は、時計方向の回転によって締め付け力を生じる右ネジと、反時計方向の回転によって締め付け力を生じる左ネジと、を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、複数のネジ等で与圧する与圧部において、前記複数のネジが右ネジ又は左ネジの対となるように配置できる。これにより、与圧部締め付けネジのどちらか一方を逆ネジにすると、与圧部自体が傾きが発生せず、出力のばらつきが抑えられる。その結果、出力精度が良好な力検出装置を提供できる。

［適用例２］上記適用例に記載の力検出装置において、前記検出素子は複数設けられ、前記与圧部は、前記検出素子のそれぞれにおいて、前記検出素子のそれぞれを与圧することが好ましい。

本適用例によれば、複数の検出素子に対して、与圧部自体の傾きが発生せず、出力のばらつきが抑えられる。

［適用例３］上記適用例に記載の力検出装置において、前記検出素子の中心線は、前記右ネジと前記左ネジとの間の中点を通ることが好ましい。

本適用例によれば、検出素子の左右にかかる与圧が均等になり、さらに与圧部自体の傾きが発生せず、出力のばらつきが抑えられる。

［適用例４］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。

本適用例によれば、信頼性の高いロボットを提供できる。

本実施形態に係る力検出装置を示す斜視図。 本実施形態に係る力検出装置を示す断面図。 本実施形態に係る力検出装置を示す断面図。 本実施形態に係る壁部と与圧ボルトとセンサーデバイスとを示す図、（Ａ）は壁部と与圧ボルトとを示す平面図であり、（Ｂ）は壁部とセンサーデバイスとを示す断面図。 本実施形態に係る力検出装置を示す断面図。 本実施形態に係る力検出装置の製造方法を説明する図。 本実施形態に係る力検出装置の製造方法を説明するフローチャート。 本実施形態に係る与圧時のセンサーデバイスの出力を示す図。 従来技術の壁部の傾きを示す図。 本実施形態と従来技術との壁部の傾き比較を示す図。 本実施形態に係る力検出装置を用いた単腕ロボットの１例を示す図。 本実施形態に係る力検出装置を用いた複腕ロボットの１例を示す図。 本実施形態に係る力検出装置を用いた電子部品検査装置及び電子部品搬送装置の１例を示す図。 本実施形態に係る力検出装置を用いた電子部品搬送装置の１例を示す図。 本実施形態に係る力検出装置を用いた部品加工装置の１例を示す図。 本実施形態に係る力検出装置を用いた移動体の１例を示す図。

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。

（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。

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。

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。

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（検出素子）６と、８つの与圧ボルト（与圧部）７１と、を備えている。電荷出力素子１０は圧電板を積層した構造である。電荷出力素子１０はパッケージ６０を介して応力が加える構造である。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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（与圧部）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。

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。

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。

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。

図４は、本実施形態に係る壁部３３と与圧ボルト７１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と与圧ボルト７１と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。
本実施形態に係る力検出装置１は、壁部３３を介してセンサーデバイス６に与圧を与える一対の与圧ボルト７１を含んでいる。与圧ボルト７１は、時計方向の回転によって締め付け力を生じる右ネジ７１ａと、反時計方向の回転によって締め付け力を生じる左ネジ７１ｂと、で構成されている。

与圧ボルト７１は、センサーデバイス６のそれぞれにおいて、センサーデバイス６のそれぞれを与圧するのが好ましい。これによれば、複数のセンサーデバイス６に対して、壁部３３自体の傾きが発生せず、出力のばらつきが抑えられる。

センサーデバイス６の中心線Ｌ１は、右ネジ７１ａと左ネジ７１ｂとの間の中点を通ることが好ましい。これによれば、センサーデバイス６の左右にかかる与圧が均等になり、さらに壁部３３自体の傾きが発生せず、出力のばらつきが抑えられる。また、センサーデバイス６の中心線は中心線Ｌ２であってもよい。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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。

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。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。

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。

（実施例）
本実施形態に係る力検出装置１の製造方法を説明する。
図５は、本実施形態に係る力検出装置１を示す断面図である。図６は、本実施形態に係る力検出装置１の製造方法を説明する図である。図７は、本実施形態に係る力検出装置１の製造方法を説明するフローチャートである。図８は、本実施形態に係る与圧時のセンサーデバイス６の出力を示す図である。なお、横軸は時間（ｓｅｃ）、縦軸はセンサーデバイス６の出力（ＬＳＢ）を示している。また、目標値は例えば８００００ＬＳＢである。

本実施形態に係る力検出装置１は、図５及び図６に示すように、位置決めピン７２を備えている。
先ず、図７に示すように、ステップＳ１０において、位置決めピン７２の８本（１個のセンサーデバイス６で２本）で、仮止めする。与圧ボルト７１を当たりがあるまで軽く力を入れて締める。

次に、ステップＳ２０において、与圧ボルト７１をトルクレンチで０．１Ｎｍから０．１Ｎｍステップで、Ｓ０（右側の左ネジ７１ｂ→左側の右ネジ７１ａ）→Ｓ１（右側の左ネジ７１ｂ→左側の右ネジ７１ａ）→Ｓ２（右側の左ネジ７１ｂ→左側の右ネジ７１ａ）→Ｓ３（右側の左ネジ７１ｂ→左側の右ネジ７１ａ）→トルクアップして、同順序で締める。０．５Ｎｍまで繰り返す。

次に、ステップＳ３０において、０．５Ｎｍまでかけたら、位置決めピン７２を抜く。

次に、ステップＳ４０において、引き続き０．６Ｎｍから０．１Ｎｍステップで、図８に示すように、センサーデバイス６の出力値が目標８００００ＬＳＢになるまで、トルクアップして与圧を締める。なお、目標出力値の許容誤差は±５％以内である。また、ＬＳＢ：最下位ビット、センサーデバイス６の出力の単位として使用する。

図９は、従来技術の壁部３３の傾きを示す図である。
従来技術の両方右ネジを用いた場合は、組立て時に差す位置決めＰＩＮに作用する反力により、壁部３３が傾いている。その状態の壁部３３と、壁部３３に締結される第１基部２とは、お互いに応力（ひずみ）を発生させ、その影響で出力がばらつくようになる（図１０参照）。

図１０は、本実施形態と従来技術との壁部３３の傾き比較を示す図である。
壁部３３の上面左側を基準とした壁部３３の上面右側の傾き量を示している。右側の与圧ボルトを逆ネジ（右ネジ→左ネジ）に変更すると壁部３３の傾きが１２μｍから６μｍに減少している。

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が右ネジ又は左ネジの対となるように配置できる。これにより、壁部３３締め付け与圧ボルト７１のどちらか一方を逆ネジにすると、壁部３３自体が傾きが発生せず、出力のばらつきが抑えられる。その結果、出力精度が良好な力検出装置１を提供できる。

（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。

図１１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１１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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

図１２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１２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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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１３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。

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。

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。

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。

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。

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。

図１４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１４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。

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。

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。

（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。

図１５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１５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。

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。

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。

（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。

図１６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１６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。

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。

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する。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。

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。

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（圧電板）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。

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。

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。

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。

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（検出素子） １０…電荷出力素子 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（与圧部） ４１…孔 ４３…パイプ ５０…貫通孔 ６０…パッケージ（容器） ７１…与圧ボルト（与圧部） ７１ａ…右ネジ ７１ｂ…左ネジ ７２…位置決めピン 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。

Claims (4)

1. 圧電板を含む検出素子と、前記検出素子を与圧する与圧部と、を有する力検出装置であって、
   前記与圧部は、
   時計方向の回転によって締め付け力を生じる右ネジと、
   反時計方向の回転によって締め付け力を生じる左ネジと、
   を含むことを特徴とする力検出装置。
2. 請求項１に記載の力検出装置において、
   前記検出素子は複数設けられ、
   前記与圧部は、前記検出素子のそれぞれにおいて、前記検出素子のそれぞれを与圧することを特徴とする力検出装置。
3. 請求項１又は２に記載の力検出装置において、
   前記検出素子の中心線は、前記右ネジと前記左ネジとの間の中点を通ることを特徴とする力検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の力検出装置を有することを特徴とするロボット。

Images