JP2018063258A - 力検出装置、およびロボット - Google Patents
力検出装置、およびロボット Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018063258A JP2018063258A JP2017227574A JP2017227574A JP2018063258A JP 2018063258 A JP2018063258 A JP 2018063258A JP 2017227574 A JP2017227574 A JP 2017227574A JP 2017227574 A JP2017227574 A JP 2017227574A JP 2018063258 A JP2018063258 A JP 2018063258A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- base
- charge
- piezoelectric layer
- axis
- force detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
Description
特許文献1には、圧電素子と、圧電素子を収容する凹部を備えたセラミックパッケージと、セラミックパッケージの凹部内に圧電素子を収容した状態で、凹部の開口を塞ぐようにセラミックパッケージに接合されたリッドとを備えたセンサー素子が記載されている。また、センサー素子は、2つの与圧プレートで挟持されている。
また、このセンサー素子は、セラミックパッケージおよびリッドによって気密的に封止されており、外気から遮断されている。これにより、圧電素子から生じた電荷が水分等によって不本意に外部へ漏洩することが防止されている。
また、このような力検出装置では、製造時において、与圧プレートにてセンサー素子を挟持する際に、与圧プレートによる加圧の圧力によってセラミックパッケージが破損してしまうという問題もあった。
そこで、本発明の目的は、繰り返し外力が加わった場合でも、圧電素子を収容する収容部(パッケージ)が破損することを低減することができる力検出装置、およびロボットを提供することにある。
(適用例1)
本発明に係わる力検出装置は、第1基部と、
第2基部と、
前記第1基部と前記第2基部との間に設けられ、外力に応じて信号を出力する圧電素子を含む圧力検出部と、を備え、
前記圧力検出部は、前記第1基部と接する部分を有する第1部材と、前記第2基部と接する部分を有する第2部材と、前記第1部材と前記第2部材とを連結する第3部材とを有し、
前記第1部材の少なくとも一部の第1縦弾性係数が、前記第3部材の第3縦弾性係数よりも低く、
前記第2部材の少なくとも一部の第2縦弾性係数が、前記第3部材の第3縦弾性係数よりも低いことを特徴とする。
これにより、第1部材および第2部材は、第1基部や第2基部に繰り返して外力が加えられても、その外力に応じて変形することができる。このため、繰り返し外力が加わった場合でも、圧電素子を収容する収容部が破損することを低減することができる。
本発明に係わる力検出装置では、前記第1縦弾性係数と前記第2縦弾性係数との差は、前記第1縦弾性係数の10分の1以下であることが好ましい。
これにより、第1部材および第2部材のいずれか一方のみに応力が集中することを回避することができ、よって、圧電素子を収容する収容部が破損することをより確実に低減することができる。
本発明に係わる力検出装置では、前記第1部材の構成材料と前記第2部材の構成材料とは、同一であることが好ましい。
これにより、加えられる外力が第1部材および第2部材のいずれか一方に集中することが回避され、よって、圧電素子を収容する収容部が不本意に変形や破損することを特に効果的に低減することができる。
本発明に係わる力検出装置では、前記第3部材の構成材料は、セラミックを含むことが好ましい。
これにより、収容部全体としての機械的強度を十分に確保することができ、よって、繰り返し外力が加わっても、収容部の変形による損傷が生じにくくなり、内部に収容された圧電素子をより確実に保護することができる。
本発明に係わる力検出装置では、前記第1部材の縦弾性係数は、前記第1縦弾性係数であることが好ましい。
これにより、第1部材を単一の部材および単一の材料で構成することができ、第1部材の全体にわたって縦弾性係数(ヤング率)および機械的強度の均一化を図ることができる。そのため、第1部材が、加えられた外力によって破損することがより確実に低減されるとともに、第1部材を介して圧電素子により正確に外力を伝達することもできる。
本発明に係わる力検出装置では、前記第2部材の縦弾性係数は、前記第2縦弾性係数であることが好ましい。
これにより、第2部材を単一の部材および単一の材料で構成することができ、第2部材の全体にわたって縦弾性係数(ヤング率)および機械的強度の均一化を図ることができる。そのため、第2部材が、加えられた外力によって破損することがより確実に低減されるとともに、第2部材を介して圧電素子により正確に外力を伝達することもできる。
本発明に係わる力検出装置では、前記圧電素子は、水晶を含むことが好ましい。
これにより、力検出装置は、温度の変動による影響を受けにくい装置となり、よって、外力を正確に検出することができる。
本発明に係わる力検出装置では、前記圧電素子は、前記圧力検出部の内部に位置することが好ましい。
これにより、圧電素子が封止され、外気から遮断されることにより、出力された電荷が水分等によって不本意に漏洩されることを抑制することができる。
本発明に係わるロボットは、アームと、
前記アームに設けられたエンドエフェクターと、
前記アームと前記エンドエフェクターとの間に設けられ、前記エンドエフェクターに加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、第1基部と、第2基部と、前記第1基部と前記第2基部との間に設けられ、外力に応じて信号を出力する圧電素子を含む圧力検出部と、を備え、
前記収容部は、前記第1基部と接する部分を有する第1部材と、前記第2基部と接する部分を有する第2部材と、前記第1部材と前記第2部材とを連結する第3部材とを有し、
前記第1部材の少なくとも一部の第1縦弾性係数が、前記第3部材の第3縦弾性係数よりも低く、
前記第2部材の少なくとも一部の第2縦弾性係数が、前記第3部材の第3縦弾性係数よりも低いことを特徴とする。
これにより、ロボットは、圧力検出部に繰り返し外力が加わった場合でも、圧電素子を収容する収容部が破損することを低減することができる。したがって、このようなロボットによれば、外力が正確に検出され、エンドエフェクターによる作業を適正に行なうことができる。
1.力検出装置
図1は、本発明に係る力検出装置の第1実施形態を示す断面図であり、図2は、図1に示す力検出装置の平面図であり、図3は、図1に示す力検出装置を概略的に示す回路図であり、図4は、図1に示す力検出装置が備える電荷出力素子を概略的に示す断面図であり、図5は、図1に示す力検出装置の電荷出力素子で検出される力の作用状態を示す概略図であり、図6は、図5中の矢印D方向から見た図あり、図7は、図1に示す力検出装置の電荷出力素子付近の部分拡大詳細図である。
また、図2、図5には、互いに直交する3つの軸として、α軸、β軸およびγ軸が図示されている。また、図1、図4には、上記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」、γ(C)軸に平行な方向を「γ(C)軸方向」という。また、α軸とβ軸で規定される平面を「αβ平面」と言い、β軸とγ軸で規定される平面を「βγ平面」と言い、α軸とγ軸で規定される平面を「αγ平面」と言う。また、αA軸に平行な方向を「α方向」と言い、β軸に平行な方向を「β方向」と言い、γ軸に平行な方向を「γ方向」と言う。また、α方向、β方向およびγ方向において、矢印先端側を「+(正)側」、矢印基端側を「−(負)側」とする。
この力検出装置1は、第1基部(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(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5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(圧電素子)10および電荷出力素子10を収納するパッケージ(収容部)60を有する4つのセンサーデバイス(圧力検出部)6と、8つの与圧ボルト(固定部材)71と、を備えている。
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」、「センサーデバイス6D」という。
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)に対する取付面(第1取付面)として機能する。
この第1基部2は、底板22と、底板22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(第1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。
また、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側壁33とを有している。側壁33の内壁面(第2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、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、およ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、円形または角丸正方形の断面形状を有する。
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、図3に示すように、センサーデバイス6Aに接続されたアナログ回路基板4は、センサーデバイス6Aの電荷出力素子10から出力された電荷Qy1を電圧Vy1に変換する変換出力回路90aと、電荷出力素子10から出力された電荷Qz1を電圧Vz1に変換する変換出力回路90bと、電荷出力素子10から出力された電荷Qx1を電圧Vx1に変換する変換出力回路90cとを備えている。
また、第1基部2、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。
[センサーデバイス]
図1、図2に示すように、センサーデバイス6Aは、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。
また、図2に示すように、センサーデバイス6Aおよびセンサーデバイス6Bと、センサーデバイス6Cおよ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。
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。
[電荷出力素子]
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または第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する。
図4に示すように、センサーデバイス6が備える電荷出力素子10は、グランド電極層11と、第1のセンサー12と、第2のセンサー13と、第3のセンサー14とを有している。
また、電荷出力素子10の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、各側壁33の内壁面331に対して垂直な方向から見て、四角形をなしている。なお、各電荷出力素子10の他の外形形状としては、例えば、五角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。
グランド電極層11は、グランド(基準電位点)に接地された電極である。グランド電極層11を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄またはこれらを含む合金が好ましい。これらの中でも特に、鉄合金であるステンレスを用いるのが好ましい。ステンレスにより構成されたグランド電極層11は、優れた耐久性および耐食性を有する。
第1のセンサー12は、第1の圧電体層(第1検出板)121と、第1の圧電体層121と対向して設けられた第2の圧電体層(第1検出板)123と、第1の圧電体層121と第2の圧電体層123との間に設けられた出力電極層122を有する。
第1の圧電体層121は、Yカット水晶板で構成され、互いに直交する結晶軸であるx軸、y軸、z軸を有する。y軸は、第1の圧電体層121の厚さ方向に沿った軸であり、x軸は、図4中の紙面奥行き方向に沿った軸であり、z軸は、図4中の上下方向に沿った軸である。
水晶により構成された第1の圧電体層121は、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い対荷重性等の優れた特性を有する。また、Yカット水晶板は、その面方向に沿った外力(せん断力)に対して電荷を生ずる。
水晶により構成された第2の圧電体層123も第1の圧電体層121と同様に、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い対荷重性等の優れた特性を有し、Yカット水晶板であることにより、その面方向に沿った外力(せん断力)に対して電荷を生ずる。
第2のセンサー13は、第3の圧電体層(第3基板)131と、第3の圧電体層131と対向して設けられた第4の圧電体層(第3基板)133と、第3の圧電体層131と第4の圧電体層133との間に設けられた出力電極層132を有する。
そして、第3の圧電体層131の表面に対し、x軸に平行な圧縮力が加えられた場合、圧電効果により、第3の圧電体層131内に電荷が誘起される。その結果、第3の圧電体層131の出力電極層132側表面近傍には正電荷が集まり、第3の圧電体層131のグランド電極層11側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第3の圧電体層131の表面に対し、x軸に平行な引張力が加えられた場合、第3の圧電体層131の出力電極層132側表面近傍には負電荷が集まり、第3の圧電体層131のグランド電極層11側表面近傍には正電荷が集まる。
そして、第4の圧電体層133の表面に対し、x軸に平行な圧縮力が加えられた場合、圧電効果により、第4の圧電体層133内に電荷が誘起される。その結果、第4の圧電体層133の出力電極層132側表面近傍には正電荷が集まり、第4の圧電体層133のグランド電極層11側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第4の圧電体層133の表面に対し、x軸に平行な引張力が加えられた場合、第4の圧電体層133の出力電極層132側表面近傍には負電荷が集まり、第4の圧電体層133のグランド電極層11側表面近傍には正電荷が集まる。
第3のセンサー14は、第5の圧電体層(第2検出板)141と、第5の圧電体層141と対向して設けられた第6の圧電体層(第2検出板)143と、第5の圧電体層141と第6の圧電体層143との間に設けられた出力電極層142を有する。
水晶により構成された第5の圧電体層141は、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い対荷重性等の優れた特性を有する。また、Yカット水晶板は、その面方向に沿った外力(せん断力)に対して電荷を生ずる。
水晶により構成された第6の圧電体層143も第5の圧電体層141と同様に、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い対荷重性等の優れた特性を有し、Yカット水晶板であることにより、その面方向に沿った外力(せん断力)に対して電荷を生ずる。
なお、出力された電荷Qzは、例えば、与圧ボルト71による与圧の調整に用いられる。
また、前述したように、第1基部2、および第2基部3とは、与圧ボルト71によって固定されている。
[変換出力回路]
図3に示すように、各変換出力回路90cが、電荷Qx1〜Qx4のいずれか(電荷Qx)を電圧Vx1〜Vx4のいずれか(代表的に「電圧Vx」という)に変換し、各変換出力回路90bが、電荷Qz1〜Qz4のいずれか(電荷Qz)を電圧Vz1〜Vz4のいずれか(代表的に「電圧Vzy」という)に変換し、各変換出力回路90aが、電荷Qy1〜Qy4のいずれか(電荷Qy)を電圧Vy1〜Vy4のいずれか(代表的に「電圧Vy」という)に変換する。
図3に示すように、変換出力回路90cは、電荷出力素子10から出力された電荷Qxを電圧Vxに変換して電圧Vxを出力する機能を有する。変換出力回路90cは、オペアンプ91と、コンデンサー92と、スイッチング素子93とを有する。オペアンプ91の第1の入力端子(マイナス入力)は、電荷出力素子10の出力電極層122に接続され、オペアンプ91の第2の入力端子(プラス入力)は、グランド(基準電位点)に接地されている。また、オペアンプ91の出力端子は、外力検出回路40に接続されている。コンデンサー92は、オペアンプ91の第1の入力端子と出力端子との間に接続されている。スイッチング素子93は、オペアンプ91の第1の入力端子と出力端子との間に接続され、コンデンサー92と並列接続されている。また、スイッチング素子93は、駆動回路(図示せず)に接続されており、駆動回路からのオン/オフ信号に従い、スイッチング素子93はスイッチング動作を実行する。
[外力検出回路]
外力検出回路40は、各変換出力回路90aから出力される電圧Vy1、Vy2、Vy3、Vy4と、各変換出力回路90bから出力される電圧Vz1、Vz2、Vz3、Vz4と、各変換出力回路90cから出力される電圧Vx1、Vx2、Vx3、Vx4とに基づき、加えられた外力を検出する機能を有する。
この外力検出回路40は、変換出力回路(変換回路)90a、90b、90cに接続されたADコンバーター401と、ADコンバーター401に接続された演算部(演算回路)402とを有する。
演算部402は、デジタル変換された電圧Vx、Vy、Vzに対して、例えば、各変換出力回路90a、90b、90c間の感度の差をなくす補正等の各処理を行なう。そして、演算部402は、電荷出力素子10から出力される電荷Qx、Qy、Qzの蓄積量に比例する3つの信号を出力する。
前述したように、各電荷出力素子10は、積層方向LDと挟持方向SDとが第1基部2(底板22)に対して平行であり、かつ、上面321の法線NL2と直交するように設置された状態となっている(図1参照)。
そして、α軸方向の力FA、β軸方向の力FBおよびγ軸方向の力FCは、それぞれ、下記式(1)、(2)および(3)で表すことができる。式(1)〜(3)中の「fx1-1」は、センサーデバイス6Aの第1のセンサー12(第1検出板)のx軸方向に加わる力、すなわち、電荷Qx1(第1の出力)から求められた力であり、「fx1-2」は、第3のセンサー14(第2検出板)のx軸方向に加わる力、すなわち、電荷Qy1(第2の出力)から求められた力である。また、「fx2-1」は、センサーデバイス6Bの第1のセンサー12(第1検出板)のx軸方向に加わる力(第3の出力)、すなわち、電荷Qx2から求められた力であり、「fx2-2」は、第3のセンサー14(第2検出板)のx軸方向に加わる力、すなわち、電荷Qy2(第4の出力)から求められた力である。
−fx2-1・cosη・cosε+fx2-2・sinη・cosε・・・(1)
FB=−fx1-1・cosη・sinε+fx1-2・sinη・sinε
−fx2-1・cosη・sinε+fx2-2・sinη・sinε・・・(2)
FC=−fx1-1・sinη−fx1-2・cosη−fx2-1・sinη
−fx2-2・cosη・・・(3)
FA=fx1-1/√2−fx2-1/√2
FB=−fx1-1/√2−fx2-1/√2
FC=−fx1-2−fx2-2
となる。
なお、実施形態での力検出装置1全体の並進力FA〜FC、および回転力MA〜MCは、各電荷出力素子10からの電荷に基づいて算出される。また、本実施形態では、電荷出力素子10は4つ設けられているが、電荷出力素子10は少なくとも3つ設けられていれば、回転力MA〜MCを算出することが可能である。
図7は、センサーデバイス6の拡大縦断面図である。なお、図7では、アナログ回路基板4の図示を省略している。また、説明の都合上、図7中、上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。
図7に示すように、パッケージ60は、底板部材(第1部材)61と、底板部材61に対向配置された蓋部材(第2部材)62と、底板部材61と蓋部材62とを連結する側壁部材(第3部材)67とを有している。このようなパッケージ60によって、電荷出力素子10は、気密的に封止され、外気から遮断されることにより、出力された電荷が水分等によって不本意に漏洩されることが防止されている。
底板部材61は、平板状をなし、第1基部2の凸部23の頂面231と接するように設けられている。この底板部材61は、第1基部2に加えられた外力を電荷出力素子10に伝達する機能を有している。
なお、底板部材61の平面積は、図7に示すように、電荷出力素子10を内包する程度の大きさであるのが好ましいが、電荷出力素子10よりも小さくてもよく、同等の大きさであってもよい。
このような底板部材61の外縁部611には、四角形の筒状をなす側壁部材67が接合されている。この側壁部材67と底板部材61とにより凹部65が画成され、凹部65内に電荷出力素子10が、側壁部材67の内壁面から離間するようにして配置されている。
下側部671の内壁面には、その高さ方向の途中で貫通孔の横断面積が増大することにより形成された段差部673が設けられている。この段差部673に、底板部材61が、側壁部材67(下側部671)の内壁面から離間するようにして接合されている。
この蓋部材62は、第2基部3に当接して設けられており、第2基部3に加えられた外力を電荷出力素子10に伝達する機能を有している。
このような構成のパッケージ60では、底板部材61の少なくとも一部の縦弾性係数(第1縦弾性係数)および蓋部材62の少なくとも一部の縦弾性係数(第2縦弾性係数)が、それぞれ、側壁部材67の縦弾性係数(第3縦弾性係数)よりも低くなっている。
なお、第3縦弾性係数とは、複数の部材を含んでなる側壁部材67全体における縦弾性係数をいう。
ここで、本明細書において、同一の構成材料とは、組成比が完全に一致している材料のみならず、組成比が若干異なっていても、特性(縦弾性係数や熱膨張係数)がほぼ等しい材料も含む。
また、側壁部材67の構成材料としては、熱膨張係数が前記範囲内を満たすセラミックスを主成分とすることが好ましい。これにより、圧電体層121、123、131、133、141、143に、側壁部材67との熱変形の程度の差によって、圧縮応力または引張応力が生じることをより低減することができる。
次に、図8に基づき、本発明に係るロボットの実施形態である単腕ロボットを説明する。
図8は、本発明に係る力検出装置を用いた単腕ロボットの1例を示す図である。図8の単腕ロボット500は、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)およ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、移動可能な台車上などに固定される。
なお、エンドエフェクター530は、ここでは、ハンドであるが、本発明では、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、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。
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、本発明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発明の範囲内である。
次に、図9に基づき、本発明に係るロボットの実施形態である複腕ロボットを説明する。
図9は、本発明に係る力検出装置を用いた複腕ロボットの1例を示す図である。図9の複腕ロボット600は、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間および第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および第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)およ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、移動可能な台車上などに固定される。
なお、図示の構成では、アームは合計2本であるが、本発明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、本発明の範囲内である。
次に、図10、図11に基づき、本発明の力検出装置を備えた電子部品検査装置および電子部品搬送装置を説明する。
図10は、本発明に係る力検出装置を用いた電子部品検査装置および部品搬送装置の1例を示す図である。図11は、本発明に係る力検出装置を用いた電子部品搬送装置の1例を示す図である。
次に、図12に基づき、本発明の力検出装置を備えた部品加工装置の実施形態を説明する。
図12は、本発明に係る力検出装置を用いた部品加工装置の1例を示す図である。図12の部品加工装置800は、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。
以上、本発明の力検出装置、およ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、およ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、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。
Claims (9)
- 第1基部と、
第2基部と、
前記第1基部と前記第2基部との間に設けられ、外力に応じて信号を出力する圧電素子を含む圧力検出部と、を備え、
前記圧力検出部は、前記第1基部と接する部分を有する第1部材と、前記第2基部と接する部分を有する第2部材と、前記第1部材と前記第2部材とを連結する第3部材とを有し、
前記第1部材の少なくとも一部の第1縦弾性係数が、前記第3部材の第3縦弾性係数よりも低く、
前記第2部材の少なくとも一部の第2縦弾性係数が、前記第3部材の第3縦弾性係数よりも低いことを特徴とする力検出装置。 - 前記第1縦弾性係数と前記第2縦弾性係数との差は、前記第1縦弾性係数の10分の1以下である請求項1に記載の力検出装置。
- 前記第1部材の構成材料と前記第2部材の構成材料とは、同一である請求項1または2に記載の力検出装置。
- 前記第3部材の構成材料は、セラミックを含む請求項1ないし3のいずれか1項に記載の力検出装置。
- 前記第1部材の縦弾性係数は、前記第1縦弾性係数である請求項1ないし4のいずれか1項に記載の力検出装置。
- 前記第2部材の縦弾性係数は、前記第2縦弾性係数である請求項1ないし5のいずれか1項に記載の力検出装置。
- 前記圧電素子は、水晶を含む請求項1ないし6のいずれか1項に記載の力検出装置。
- 前記圧電素子は、前記圧力検出部の内部に位置する請求項1ないし7のいずれか1項に記載の力検出装置。
- アームと、
前記アームに設けられたエンドエフェクターと、
前記アームと前記エンドエフェクターとの間に設けられ、前記エンドエフェクターに加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、第1基部と、第2基部と、前記第1基部と前記第2基部との間に設けられ、外力に応じて信号を出力する圧電素子を含む圧力検出部と、を備え、
前記収容部は、前記第1基部と接する部分を有する第1部材と、前記第2基部と接する部分を有する第2部材と、前記第1部材と前記第2部材とを連結する第3部材とを有し、
前記第1部材の少なくとも一部の第1縦弾性係数が、前記第3部材の第3縦弾性係数よりも低く、
前記第2部材の少なくとも一部の第2縦弾性係数が、前記第3部材の第3縦弾性係数よりも低いことを特徴とするロボット。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017227574A JP6477843B2 (ja) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | 力検出装置、およびロボット |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017227574A JP6477843B2 (ja) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | 力検出装置、およびロボット |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014036417A Division JP6252241B2 (ja) | 2014-02-27 | 2014-02-27 | 力検出装置、およびロボット |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018063258A true JP2018063258A (ja) | 2018-04-19 |
JP6477843B2 JP6477843B2 (ja) | 2019-03-06 |
Family
ID=61966586
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017227574A Active JP6477843B2 (ja) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | 力検出装置、およびロボット |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6477843B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117470429A (zh) * | 2023-12-27 | 2024-01-30 | 武汉理工大学 | 一种六维力传感器、手术用钻铣机器人及其应用 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6996344B2 (ja) | 2018-02-28 | 2022-01-17 | セイコーエプソン株式会社 | センサーデバイス、力検出装置およびロボット |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60152947U (ja) * | 1984-03-19 | 1985-10-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 環状の圧力検出器 |
JPS61150381A (ja) * | 1984-12-25 | 1986-07-09 | Agency Of Ind Science & Technol | 触覚センサと基板との接続方法 |
JPS61184934U (ja) * | 1985-05-09 | 1986-11-18 | ||
JPH02275331A (ja) * | 1989-04-17 | 1990-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 重量センサ素子 |
JPH0350356U (ja) * | 1989-09-22 | 1991-05-16 | ||
US20060027031A1 (en) * | 2004-08-09 | 2006-02-09 | Ealey Mark A | Multi-axis transducer |
JP2012173079A (ja) * | 2011-02-21 | 2012-09-10 | Seiko Epson Corp | センサー素子、センサーデバイス、力検出装置およびロボット |
JP2012220462A (ja) * | 2011-04-14 | 2012-11-12 | Seiko Epson Corp | センサーデバイス、力検出装置およびロボット |
JP2013101020A (ja) * | 2011-11-08 | 2013-05-23 | Seiko Epson Corp | センサー素子、力検出装置およびロボット |
JP2013186030A (ja) * | 2012-03-09 | 2013-09-19 | Seiko Epson Corp | センサーモジュール、力検出装置及びロボット |
-
2017
- 2017-11-28 JP JP2017227574A patent/JP6477843B2/ja active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60152947U (ja) * | 1984-03-19 | 1985-10-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 環状の圧力検出器 |
JPS61150381A (ja) * | 1984-12-25 | 1986-07-09 | Agency Of Ind Science & Technol | 触覚センサと基板との接続方法 |
JPS61184934U (ja) * | 1985-05-09 | 1986-11-18 | ||
JPH02275331A (ja) * | 1989-04-17 | 1990-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 重量センサ素子 |
JPH0350356U (ja) * | 1989-09-22 | 1991-05-16 | ||
US20060027031A1 (en) * | 2004-08-09 | 2006-02-09 | Ealey Mark A | Multi-axis transducer |
JP2012173079A (ja) * | 2011-02-21 | 2012-09-10 | Seiko Epson Corp | センサー素子、センサーデバイス、力検出装置およびロボット |
JP2012220462A (ja) * | 2011-04-14 | 2012-11-12 | Seiko Epson Corp | センサーデバイス、力検出装置およびロボット |
JP2013101020A (ja) * | 2011-11-08 | 2013-05-23 | Seiko Epson Corp | センサー素子、力検出装置およびロボット |
JP2013186030A (ja) * | 2012-03-09 | 2013-09-19 | Seiko Epson Corp | センサーモジュール、力検出装置及びロボット |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117470429A (zh) * | 2023-12-27 | 2024-01-30 | 武汉理工大学 | 一种六维力传感器、手术用钻铣机器人及其应用 |
CN117470429B (zh) * | 2023-12-27 | 2024-04-05 | 武汉理工大学 | 一种六维力传感器、手术用钻铣机器人及其应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6477843B2 (ja) | 2019-03-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6252241B2 (ja) | 力検出装置、およびロボット | |
JP6163900B2 (ja) | 力検出装置およびロボット | |
CN104596681B (zh) | 传感器设备、力检测装置、机器人、电子部件输送装置、电子部件检查装置及部件加工装置 | |
JP2015087292A (ja) | センサー素子、力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置および部品加工装置 | |
JP6354894B2 (ja) | 力検出装置、およびロボット | |
JP6248709B2 (ja) | 力検出装置およびロボット | |
JP6477843B2 (ja) | 力検出装置、およびロボット | |
JP6183161B2 (ja) | センサー素子、力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置および部品加工装置 | |
JP6436261B2 (ja) | 力検出装置、およびロボット | |
JP6217320B2 (ja) | センサー素子、力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置および部品加工装置 | |
JP2015184007A (ja) | 力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置および電子部品検出装置 | |
JP6176059B2 (ja) | センサー素子、力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置および部品加工装置 | |
JP2015087290A (ja) | 力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、および部品加工装置 | |
JP6432647B2 (ja) | センサー素子、力検出装置およびロボット | |
JP2015090296A (ja) | 力検出装置、ロボットおよび電子部品搬送装置 | |
JP6384575B2 (ja) | センサーデバイス、力検出装置、およびロボット | |
JP6232942B2 (ja) | 力検出装置、ロボットおよび電子部品搬送装置 | |
JP6217321B2 (ja) | センサー素子、力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置および部品加工装置 | |
JP6183158B2 (ja) | センサーデバイス、力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置および部品加工装置 | |
JP2015087281A (ja) | 力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、および部品加工装置 | |
JP2014196921A (ja) | 力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および移動体 | |
JP6481735B2 (ja) | 力検出装置およびロボット | |
JP2015175811A (ja) | 力検出装置、およびロボット | |
JP2017022339A (ja) | 積層型圧電素子、力検出装置、及びロボット | |
JP2015087291A (ja) | 力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置および温度補償方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180828 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180829 |
|
RD05 | Notification of revocation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425 Effective date: 20180904 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181025 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20181107 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190108 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190121 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6477843 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |