JP2017026337A - 力検出装置及びロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ひずみ量を抑制することができる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、力検出素子１０をパッケージに収納した力検出モジュール６と、力検出モジュール６を与圧する与圧部材３３と、力検出モジュール６と与圧部材３３とを収納する凹形状を備えた第１基部２と、凹形状を覆うように組み付ける第２基部３と、第２基部３の第１基部２と反対側に設けられ、第２基部３と反対側の面に凸部９４が形成された保持部材９６と、を有する。【選択図】図６

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。

従来、力検出装置の第２基部は平坦面となっており、平坦面が力検出装置の受圧面として機能している（図９参照）。前記面にハンドやアタッチメント等を直接取り付けて力検出装置は使用される。力検出装置の中心軸上に力の中心軸がある場合は、力検出装置に理想的な力が印加されて他軸出力が小さく問題なく力検出装置を使用できる。しかし、力検出素子に与圧がかかる与圧構造の関係で、力検出装置の中心軸外に力が加わったときに、回転モーメントの中心が力検出素子の中心からずれてしまう（図９参照）。そのため、力検出素子に過度な並進力が印加されてしまい、力検出装置にかかる力位置を離すと並進方向の力が増えていく傾向となる（図１０参照）。その結果、偏心ハンドなどを使って作業するときに本来かかっていない力が見かけ上印加されてしまうため、偏心なしハンドを使用するときと同じ作業を実施することが困難となるおそれがある。

特許文献１では、ロボットアームのエンドエフェクター付近に装着した力検出装置（力覚センサー）において、過負荷による故障を低減できる技術を開示している。

特開２０１５−７１２１４号公報

しかしながら、特許文献１では偏心ハンド等を装着したロボットアームにおける負荷の偏りによる測定中の精度低下については考慮されていない。

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、力検出素子をパッケージに収納した力検出モジュールと、前記力検出モジュールを与圧する与圧部材と、前記力検出モジュールと前記与圧部材とを収納する凹形状を備えた第１基部と、前記凹形状を覆うように組み付ける第２基部と、前記第２基部の前記第１基部と反対側に設けられ、前記第２基部と反対側の面に凸部が形成された保持部材と、を有することを特徴とする。

本適用例によれば、第２基部の回転ひずみが変化し、力検出素子にかかる回転中心も変化する。その結果、力検出装置の回転中心を理想に近づけ、力検出素子にかかる並進方向のひずみ量を抑制することができる。

［適用例２］上記適用例に記載の力検出装置において、前記凸部の面積は、前記与圧部材の配置を網羅する面積よりも小さく、前記力検出モジュールと前記与圧部材との当接個所の配置を網羅する面積よりも大きいことが好ましい。

本適用例によれば、第２基部の変形様子が変わり、力検出素子に伝わる並進方向ひずみを抑制することができる。また、組立ての位置精度が悪くても、確実に与圧力を加える面積を確保できる。

［適用例３］上記適用例に記載の力検出装置において、前記保持部材は、前記凸部と反対側の面に凹部が形成されていることが好ましい。

本適用例によれば、力検出素子にかかる並進方向のひずみ量をさらに抑制することができる。

［適用例４］上記適用例に記載の力検出装置において、前記第２基部と前記保持部材とは、一体であることが好ましい。

本適用例によれば、部品点数が少なくなり、力検出装置全体を薄くすることができる。

［適用例５］上記適用例に記載の力検出装置において、前記力検出素子は、圧電素子であることが好ましい。

本適用例によれば、特性の異なる素子を容易に製造することができる。

［適用例６］上記適用例に記載の力検出装置において、前記圧電素子の材質は、水晶であることが好ましい。

本適用例によれば、高精度で安定した検知を行うことができる。

［適用例７］本適用例に係るロボットは、上記のいずれか一項に記載の力検出装置と、前記力検出装置を設けたアーム部と、を有し、前記力検出装置は、前記アーム部に取り付けられた取付け部に前記凸部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。

第１実施形態に係る力検出装置の構造を示す断面図。 図１に示す力検出装置の断面図。 第１実施形態の力検出装置の出力値を示す図、（Ａ）は力検出装置とエンドエフェクターとの間に凸部が設けられた実施環境を示す図、（Ｂ）は平板押し込み力に対する並進力比率を示す図。 実施例１の凸部の径の影響を示す図、（Ａ）は第２基部を示す図、（Ｂ）は凸部の径の影響を示す図。 実施例２の凹部の径の影響を示す図、（Ａ）は第２基部を示す図、（Ｂ）は凹部の径の影響を示す図。 第２実施形態に係る力検出装置の構造を示す断面図。 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。 従来のセンサー面外に力印加時の期待値と実際の出力値の関係を示す図。 従来のセンサー面外に力印加時の期待値と実際の出力値の関係を示す図。

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。

１．力検出装置
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る力検出装置の構造を示す断面図である。図２は、図１に示す力検出装置の断面図である。

なお、以下では、図１中の上側を「上」又は「上方」、下側を「下」又は「下方」と言う。

また、図２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１には、上記の３つの軸のうち、γ軸のみを図示している。α（Ａ）軸に平行な方向を「α（Ａ）軸方向」、β（Ｂ）軸に平行な方向を「β（Ｂ）軸方向」、及びγ（Ｃ）軸に平行な方向を「γ（Ｃ）軸方向」という。また、α軸とβ軸とで規定される平面を「αβ平面」と言い、β軸とγ軸とで規定される平面を「βγ平面」と言い、及びα軸とγ軸とで規定される平面を「αγ平面」と言う。また、α方向、β方向、及びγ方向において、矢印先端側を「＋（正）側」及び矢印基端側を「−（負）側」とする。

図１に示す力検出装置１は、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する。

この力検出装置１は、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と第２基部３との間に収納された（設けられた）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）、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（図示せず）と、アナログ回路基板４に搭載され、外力に応じて信号を出力する電荷出力素子（力検出素子）１０及び電荷出力素子１０を収納するパッケージ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（図２参照）と、を備えている。

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２に示すように、４つのセンサーデバイス６のうち、図２中の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」、及び「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１に示すように、外形が板状をなし、その平面形状は、丸みを帯びた四角形をなす。なお、第１基部２の平面形状は、図示のものに限定されず、例えば円形や四角形外の多角形等であってもよい。

第１基部２の下面２２１は、力検出装置１が例えばロボットに固定されて使用されるときに、当該ロボット（測定対象）に対する取付け面として機能する。

この第１基部２は、底板２２と、底板２２とから上方に向かって立設した壁部２４とを有している。

壁部２４は、「Ｌ」字状をなし、外方に臨む２つの面にそれぞれ凸部２３が突出形成されている。各凸部２３の頂面２３１は、底板２２に対して垂直な平面である。また、凸部２３には、後述する与圧ボルト７１と螺合する雌ネジ２４１が設けられている（図２参照）。

第２基部３は、図１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も、第１基部２と同様に、その外形が板状をなしている。また、第２基部３の平面形状は、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、第２基部３の平面視形状は、第１基部２の平面視形状と同様に、角部が丸みを帯びた四角形をなしている。また、第２基部３は、第１基部２を包含する程度の大きさであるのが好ましい。

第２基部３は、天板３２と、天板３２の縁部に形成され、当該縁部から下方に向かって突出した壁部（与圧部材）３３と、天板３２の中央部に形成され、当該中央部から上方に向かって突出した凸部９０と、を有している。凸部９０は、受圧面として用いられる。凸部９０の径は、壁部３３の内壁面３３１配置径よりも小さい。凸部９０の縁部は、センサーデバイス６の位置よりも内側に設けられている。また、第２基部３は、凸部９０の反対側の面に凹部９２を有している。

第２基部３の凸部９０の上面３２１は、力検出装置１が例えばロボットに固定されて使用されるときに、当該ロボットに装着されるエンドエフェクター（測定対象）に対する取付け面として機能する。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、壁部３３の内壁面３３１は、天板３２に対して垂直な平面である。そして、第１基部２の頂面２３１と第２基部３の内壁面３３１との間には、センサーデバイス６が設けられている。

また、第１基部２と第２基部３とは、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２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を収納する収納空間を形成している。この収納空間は、円形又は角丸正方形の断面形状を有する。

また、第１基部２と第２基部３との間には、図１に示すように、センサーデバイス６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が挿入される孔が形成されている。この孔は、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２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。

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、各種樹脂材料及び各種金属材料等を用いることができる。

また、第１基部２及び第２基部３は、それぞれ、外形が板状をなす部材で構成されているが、これに限定されず、例えば、一方の基部が板状をなす部材で構成され、他方の基部がブロック状をなす部材で構成されていてもよい。

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１及び図２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，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１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、図２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。

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。

また、本実施形態では、センサーデバイス６Ａ〜６Ｄは、全て同じ方向を向いた状態に搭載されているが、センサーデバイス６Ａ〜６Ｄの向きは、それぞれ、異なっていてもよい。

このように配置されたセンサーデバイス６は、図１に示すように、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。電荷出力素子１０は、圧電素子であることが好ましい。これによれば、特性の異なる素子を容易に製造することができる。また、圧電素子の材質は、水晶であることが好ましい。これによれば、高精度で安定した検知を行うことができる。

図３は、本実施形態の力検出装置１の出力値を示す図である。図３（Ａ）は力検出装置１とエンドエフェクターとの間に凸部９０が設けられた実施環境を示す図である。図３（Ｂ）は平板押し込み力に対する並進力比率を示す図であり、横軸は凸部９０の径Φ１と第２基部３の径Φ３との比［％］、縦軸は並進力比率（Ｆｘｙ／Ｆｚ［％］）である。

図３（Ａ）に示すように、距離Ｌ離れたところにＦｚの力を加える。図３（Ｂ）より、第２基部３全面を受圧面（凸部）とする場合、第２基部３の変形がそのまま水晶ひずみに返還される。特に、壁部３３よりも受圧面が外側になる場合、第２基部３の変形が顕著になる。

本実施形態の第２基部３に凸部９０を設けることにより、第２基部３の変形の仕方を変化させることができる。その結果、壁部３３の回転ひずみが変化し、センサーデバイス６（電荷出力素子１０）にかかる回転中心も変化する。また、凸部９０があることで電荷出力素子１０にかかる並進方向のひずみ量を抑制することができる。

さらに、凸部９０の径の変化により、並進方向のひずみ量が変化し、ひずみ量が最も小さくなる凸部９０の径が存在する。これは、並進方向のひずみ量が最も小さくなる凸部９０の最適径が存在する。また、凸部９０の径の大きさにより第２基部３の変形の仕方が異なるためである。

本実施形態の凸部９０の面積は、壁部３３の配置を網羅する面積よりも小さいことが好ましい。これによれば、第２基部３の変形様子が変わり、電荷出力素子１０に伝わる並進方向ひずみを抑制することができる（図３（Ｂ）参照）。また、凸部９０の面積は電荷出力素子１０と壁部３３との当接個所の配置を網羅する面積よりも大きいことが好ましい。これによれば、組立ての位置精度が悪くても確実に与圧力を加える面積を確保できる。

（実施例１）
図４は、実施例１の凸部９０の径Φ１の影響を示す図である。図４（Ａ）は第２基部３を示す図である。図４（Ｂ）は凸部９０の径Φ１の影響を示す図であり、横軸は凸部９０の径Φ１と第２基部３の径Φ３との比［％］、縦軸は並進力比率（Ｆｘｙ／Ｆｚ［％］）である。

図４（Ａ）に示す第２基部３の場合、図４（Ｂ）に示すように、凸部９０の径Φ１が変化すると並進力比率（Ｆｘｙ／Ｆｚ［％］）に影響する。つまり、凸部９０の径Φ１を変化させることにより、Ｆｘｙ成分を抑制できる。

（実施例２）
図５は、実施例２の凹部９２の径Φ２の影響を示す図である。図５（Ａ）は第２基部３を示す図である。図５（Ｂ）は凹部９２の径Φ２の影響を示す図であり、横軸は凹部９２の径Φ２と第２基部３の径Φ３との比［％］、縦軸は並進力比率（Ｆｘｙ／Ｆｚ［％］）である。

図５（Ａ）に示す第２基部３の場合、図５（Ｂ）に示すように、凹部９２の径Φ２が変化すると並進力比率（Ｆｘｙ／Ｆｚ［％］）に影響する。つまり、凹部９２の径Φ２を変化させることにより、Ｆｘｙ成分を抑制できる。

本実施形態によれば、第２基部３に凸部９０があることで第２基部３の壁部３３にかかる並進方向への煽りが減少する。また、電荷出力素子１０の回転中心が電荷出力素子１０面内になるので、見かけ上の並進力が減少する。

（第２実施形態）
図６は、本実施形態に係る力検出装置の構造を示す断面図である。
本実施形態の力検出装置１００は、凸部９４が形成された保持部材９６を有する点が、第１実施形態と異なっている。以下、第１実施形態と同じ構成部材には同一符号を付し、ここではそれらの説明を省略又は簡略化する。

本実施形態の力検出装置１００は、図６に示すように、第２基部３の上面３２１に配置され、第２基部３と反対側の面に凸部９４が形成された保持部材９６を有している。保持部材９６の凸部９４は、力検出装置１００が例えばロボットに固定されて使用されるときに、当該ロボットに装着されるエンドエフェクター（測定対象）に対する取付け面として機能する。

保持部材９６は、凸部９４と反対側の面に凹部９８が形成されていることが好ましい。これによれば、電荷出力素子１０にかかる並進方向のひずみ量をさらに抑制することができる。

なお、第２基部３と保持部材９６とは、第１実施形態に示すように一体であってもよい。これによれば、部品点数が少なくなり、力検出装置１００全体を薄くすることができる。

２．単腕ロボット
次に、図７に基づき、本実施形態に係るロボットである単腕ロボットを説明する。

図７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の１例を示す図である。
単腕ロボット５００は、図７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とを有する。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する。また、基台５１０は、例えば、床、壁、天井、及び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する。

エンドエフェクター５３０は、対象物を把持する機能を有する。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、部品組立用器具、及び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、アーム５２０とエンドエフェクター５３０との少なくとも一方に取り付けられた取付け部に凸部９０を有する。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する。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及び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。

３．複腕ロボット
次に、図８に基づき、本実施形態に係るロボットである複腕ロボットを説明する。

図８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の１例を示す図である。
複腕ロボット６００は、図８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との間及び第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とを有する。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する。また、基台６１０は、例えば、床、壁、天井、及び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する。

第１及び第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する。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のアーム６２０と第１のエンドエフェクター６４０ａとの少なくとも一方に取り付けられた取付け部及び第２のアーム６３０と第２のエンドエフェクター６４０ｂとの少なくとも一方に取り付けられた取付け部に凸部９０を有する。力検出装置１は第１及び第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する。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及び第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及び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。また、上記実施形態では力検出装置１を用いて説明したが、力検出装置１００に置換するものであってもよい。

以上、本発明の力検出装置及びロボットを図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、力検出装置及びロボットを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

また、本発明の力検出装置では、第２基部３に凸部９０を設けたが、第１基部２の第２基部３と反対側の面に凸部が設けられていてもよい。

また、本発明の力検出装置及びロボットは、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

また、本発明の力検出装置では、電荷出力素子は、４つ設けられていたが、電荷出力素子の数は、これに限定されない。例えば、電荷出力素子は、１つであっても、２つであっても、３つであってもよく、また、５つ以上であってもよい。

また、本発明では、与圧ボルトに替えて、例えば、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。

また、本発明のロボットは、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、本発明の力検出装置は、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、及び部品加工装置に限らず、他の装置、例えば、他の搬送装置、他の検査装置、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移動体、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、及び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 ６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ…センサーデバイス １０…電荷出力素子（力検出素子） ２２…底板 ２３…凸部 ２４…壁部 ３２…天板 ３３…壁部（与圧部材） ４３…パイプ ６０…パッケージ ７１…与圧ボルト ９０…凸部 ９２…凹部 ９４…凸部 ９６…保持部材 ９８…凹部 １００…力検出装置 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（アーム部） 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（アーム部） ６４０ｂ…第２のエンドエフェクター（アーム部） ６４１ａ…第１の指 ６４１ｂ…第１の指 ６４２ａ…第２の指 ６４２ｂ…第２の指 ＳＤ…挟持方向。

Claims (7)

1. 力検出素子をパッケージに収納した力検出モジュールと、
   前記力検出モジュールを与圧する与圧部材と、
   前記力検出モジュールと前記与圧部材とを収納する凹形状を備えた第１基部と、
   前記凹形状を覆うように組み付ける第２基部と、
   前記第２基部の前記第１基部と反対側に設けられ、前記第２基部と反対側の面に凸部が形成された保持部材と、
   を有する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、
   前記凸部の面積は、前記与圧部材の配置を網羅する面積よりも小さく、
   前記力検出モジュールと前記与圧部材との当接個所の配置を網羅する面積よりも大きい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、
   前記保持部材は、前記凸部と反対側の面に凹部が形成されてい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において、
   前記第２基部と前記保持部材とは、一体であることを特徴とする力検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の力検出装置において、
   前記力検出素子は、圧電素子であることを特徴とする力検出装置。
6. 請求項５に記載の力検出装置において、
   前記圧電素子の材質は、水晶であることを特徴とする力検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の力検出装置と、
   前記力検出装置を設けたアーム部と、
   を有し、
   前記力検出装置は、前記アーム部に取り付けられた取付け部に前記凸部を有することを特徴とするロボット。

Images