JP2018189385A - 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 PDF

Info

Publication number
JP2018189385A
JP2018189385A JP2017089385A JP2017089385A JP2018189385A JP 2018189385 A JP2018189385 A JP 2018189385A JP 2017089385 A JP2017089385 A JP 2017089385A JP 2017089385 A JP2017089385 A JP 2017089385A JP 2018189385 A JP2018189385 A JP 2018189385A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric sensor
axis
detection device
force detection
base
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.)
Pending
Application number
JP2017089385A
Other languages
English (en)
Inventor
神谷 俊幸
Toshiyuki Kamiya
俊幸 神谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2017089385A priority Critical patent/JP2018189385A/ja
Priority to US15/964,709 priority patent/US10520375B2/en
Priority to CN201810398043.8A priority patent/CN108801508A/zh
Publication of JP2018189385A publication Critical patent/JP2018189385A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00Controls for manipulators
    • B25J13/08Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/085Force or torque sensors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J18/00Arms
    • B25J18/02Arms extensible
    • B25J18/04Arms extensible rotatable
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02Sensing devices
    • B25J19/028Piezoresistive or piezoelectric sensing devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • G01L1/144Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors with associated circuitry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0061Force sensors associated with industrial machines or actuators
    • G01L5/0076Force sensors associated with manufacturing machines
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0061Force sensors associated with industrial machines or actuators
    • G01L5/0076Force sensors associated with manufacturing machines
    • G01L5/009Force sensors associated with material gripping devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/167Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using piezoelectric means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

【課題】装置の幅を小さくすることのできる力検出装置およびロボットを提供する。
【解決手段】力検出装置は、第1軸まわりに配置されている複数の圧電センサー部と、各前記圧電センサー部に対応して設けられ、対応する前記圧電センサー部に予圧を与えている2つの締結部と、を有し、前記2つの締結部は、前記圧電センサー部を間に挟むように、かつ、前記第1軸に沿って配置されている。また、前記圧電センサー部は、前記第1軸まわりに4つ設けられている。また、前記複数の圧電センサー部は、それぞれ、複数の圧電基板を有している。
【選択図】図1

Description

本発明は、力検出装置およびロボットに関するものである。
例えば、受けた力を検出する力検出装置として、特許文献1に記載の力検出装置が知られている。特許文献1に記載の力検出装置は、取付け板と、取付けブロックと、これらの間に挟まれた測定セルと、取付け板と取付けブロックとを通り、測定セルに予荷重を与える2本の予荷重ねじと、を有している。また、特許文献1に記載の力検出装置では、2本の予荷重ねじが装置の幅方向に並んで配置されており、装置の低背化が図られている。
特開平10−68665号公報
しかしながら、このような力検出装置では、予荷重ねじが装置の幅方向に並んで配置されているため、装置の幅を小さくすることが困難である。
本発明の目的は、装置の幅を小さくすることの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。
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の力検出装置は、第1軸まわりに配置されている複数の圧電センサー部と、
各前記圧電センサー部に対応して設けられ、対応する前記圧電センサー部に予圧を与えている2つの締結部と、を有し、
前記2つの締結部は、前記圧電センサー部が間に位置するように、かつ、前記第1軸の方向に沿って配置されていることを特徴とする。
これにより、従来と比較して幅(第1軸に直交する方向の長さ)の小さい力検出装置が得られる。
本発明の力検出装置は、第1軸まわりに配置されている複数の圧電センサー部と、
各前記圧電センサー部に対応して設けられ、対応する前記圧電センサー部に予圧を与えている2つの締結部と、を有し、
前記2つの締結部は、前記圧電センサー部が間に位置するように、かつ、前記第1軸および前記第1軸に直交する第2軸のそれぞれに対して傾斜した第3軸の方向に沿って配置されていることを特徴とする。
これにより、従来と比較して幅(第1軸に直交する方向の長さ)の小さい力検出装置が得られる。
本発明の力検出装置では、前記圧電センサー部は、前記第1軸まわりに4つ設けられていることが好ましい。
これにより、各圧電センサー部からの出力に基づいて、力検出装置が受けた力を精度よく検出することができる。また、圧電センサー部を過不足なく配置でき、装置の大型化を抑制することもできる。
本発明の力検出装置では、前記複数の圧電センサー部は、それぞれ、複数の圧電基板を有していることが好ましい。
これにより、力検出装置は、異なる軸方向の力を検出することができるようになる。
本発明の力検出装置では、前記複数の圧電基板は、前記第1軸に交差する方向に積層されていることが好ましい。
これにより、例えば、複数の圧電基板を第1軸に沿う方向に積層した場合と比べて、力検出装置の小型化、特に低背化を図ることができる。
本発明の力検出装置では、前記複数の圧電基板には、Yカット水晶板が含まれていることが好ましい。
これにより、受けた力をより確実に検出することができる。
本発明の力検出装置は、第1部材に接続可能な第1基部と、
第2部材に接続可能な第2基部と、
前記第1基部と前記第2基部との間に配置されている圧電センサー部と、
前記圧電センサー部に予圧を与えている2つの締結部と、を有し、
前記2つの締結部は、前記圧電センサー部が間に位置するように、かつ、前記第1基部と前記第2基部とが並ぶ方向に沿って配置されていることを特徴とする。
これにより、従来と比較して幅(第1基部と第2基部とが並ぶ方向の長さ)の小さい力検出装置が得られる。
本発明の力検出装置は、第1部材に接続可能な第1基部と、
第2部材に接続可能な第2基部と、
前記第1基部と前記第2基部との間に配置されている圧電センサー部と、
前記圧電センサー部に予圧を与えている2つの締結部と、を有し、
前記2つの締結部は、前記圧電センサー部が間に位置するように、かつ、前記第1基部と前記第2基部とが並ぶ方向および前記並ぶ方向に直交する方向のそれぞれに対して傾斜した方向に沿って配置されていることを特徴とする。
これにより、従来と比較して幅(第1基部と第2基部とが並ぶ方向の長さ)の小さい力検出装置が得られる。
本発明のロボットは、本発明の力検出装置を有することを特徴とする。
これにより、本発明の力検出装置の効果を享受でき、小型なロボットが得られる。
本発明の第1実施形態に係る力検出装置を示す縦断面図である。 図1に示す力検出装置の横断面図である。 図1に示す力検出装置が有する圧電センサー部を示す断面図である。 図3に示す圧電センサー部が有する圧電センサー素子を示す断面図である。 図1に示す力検出装置の側面図である。 図1に示す力検出装置の回路系を示す回路図である。 本発明の第2実施形態に係る力検出装置の側面図である。 本発明の第3実施形態に係る力検出装置の縦断面図である。 図8に示す力検出装置の側面図である。 本発明の第4実施形態に係る力検出装置の側面図である。 本発明の第5実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 図11に示すロボットの部分拡大断面図である。 本発明の第6実施形態に係るロボットを示す側面図である。 図13に示すロボットの作業状態を示す断面図である。
以下、本発明の力検出装置およびロボットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る力検出装置を示す縦断面図である。図2は、図1に示す力検出装置の横断面図である。図3は、図1に示す力検出装置が有する圧電センサー部を示す断面図である。図4は、図3に示す圧電センサー部が有する圧電センサー素子を示す断面図である。図5は、図1に示す力検出装置の側面図である。図6は、図1に示す力検出装置の回路系を示す回路図である。以下では、説明の便宜上、図1および図5中の上側を「上」とも言い、下側を「下」とも言う。また、図1、図2、図3および図5に示すように、以下では、互いに直交する3軸をα軸、β軸およびγ軸とし、また、α軸に平行な方向を「α軸方向」、β軸に平行な方向を「β軸方向」、γ軸に平行な方向を「γ軸方向」ともいう。
図1に示す力検出装置1は、α軸方向の並進力成分、β軸方向の並進力成分、γ軸方向の並進力成分、α軸まわりの回転力成分、β軸まわりの回転力成分、γ軸まわりの回転力成分をそれぞれ検出することができる。
図1に示すように、力検出装置1は、ベースプレートとして機能する第1基部2(第1接続部)と、第1基部2から所定間隔を隔てて配置され、第1基部2に対向するカバープレートとして機能する第2基部3(第2接続部)と、第1基部2と第2基部3との間に配置された4枚のアナログ回路基板4と、第1基部2と第2基部3との間に配置され、アナログ回路基板4と電気的に接続された1枚のデジタル回路基板5と、各アナログ回路基板4に搭載され、加えられた外力に応じて信号を出力する4つの圧電センサー部6と、固定部材としての8本の予圧ボルト9と、を有している。
第1基部2は、板状の底板23と、底板23から上方(すなわち底板23の法線方向)に向けて立設した壁部24と、を有している。底板23の下面231は、後述する第5実施形態で説明するように、力検出装置1をロボット100(第1部材)に固定して使用する際に、ロボット100に対する取付面(第1取付面)となる。また、底板23の平面視形状は、角部が丸みを帯びた四角形である。ただし、底板23の平面視形状は、特に限定されず、例えば、円形、四角形以外の多角形等であってもよい。
なお、以下では、下面231(力検出装置1)の中心を通り、下面231の法線(γ軸)に沿う軸を「中心軸J1(第1軸)」とする。
壁部24は、筒状をなし、内部に空間を有している。また、図2に示すように、壁部24は、平面視で略正方形の外形形状を有し、外方に臨む4つの面25を有している。これら4つの面25のうちの2つの面25は、α軸を法線とし、残りの2つの面25は、β軸を法線としている。また、各面25には、それらの面の法線方向に突出する凸部26が配置されている。また、各凸部26の頂面261は、底板23に対して垂直な平面で構成されている。ただし、各凸部26の頂面261の向きは、特に限定されず、底板23に対して垂直な平面に対して傾斜していてもよい。
また、図1に示すように、第2基部3は、板状の天板33と、天板33の外縁部から下方に向けて立設した4つの壁部34と、を有している。天板33の上面331は、後述する第5実施形態で説明するように、力検出装置1をロボット100(第2部材)に固定して使用する際に、ロボット100に対する取付面(第2取付面)となる。また、天板33の上面331(第2取付面)は、外力が加わっていない自然状態において、底板23の下面231(第1取付面)と平行となっている。ただし、上面331と下面231とは、自然状態において非平行であってもよい。また、天板33の平面視形状は、底板23の平面視形状とほぼ同じとなっており、角部が丸みを帯びた四角形である。ただし、天板33の平面視形状は、特に限定されず、例えば、円形、四角形以外の多角形等であってもよいし、底板23の平面視形状と異なっていてもよい。
4つの壁部34は、天板33の縁部に配置され、当該縁部から下方に向けて突出して配置されている。また、4つの壁部34は、4つの凸部26と対をなすように対向して配置されている。また、壁部34の内面341は、対応する凸部26の頂面261と平行となっている。そして、各壁部34の内面341と、それと対応する凸部26の頂面261との間で圧電センサー部6を保持している。以下では、圧電センサー部6を保持している方向(内面341、圧電センサー部6および頂面261の並ぶ方向)を「保持方向SD」とも言う。
以上、第1基部2および第2基部3について説明した。第1基部2および第2基部3の構成材料としては、特に限定されないが、硬質な材料であることが好ましい。このような材料としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、金、白金、銀、銅、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、鉛、錫、チタン、タングステン等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも1種を含む合金または金属間化合物、さらには、これらの金属の酸化物、窒化物、炭化物等が挙げられる。
次に、4つの圧電センサー部6について説明する。4つの圧電センサー部6は、中心軸J1まわりに等間隔(90°)間隔で配置されている。これら各圧電センサー部6は、互いに直交する3軸(a軸、b軸およびc軸)に沿って加えられた外力のそれぞれに応じて3つの電荷Qa、Qb、Qcを出力する機能を有している。図3に示すように、各圧電センサー部6は、圧電センサー素子7と、圧電センサー素子7を収納するパッケージ8と、を有している。
図4に示すように、圧電センサー素子7は、グランドGNDに接地された4つのグランド電極層71と、a軸に平行な外力(せん断力)に応じて電荷Qaを出力する第1センサー72と、c軸に平行な外力(圧縮/引張力)に応じて電荷Qcを出力する第2センサー73と、b軸に平行な外力(せん断力)に応じて電荷Qbを出力する第3センサー74と、を有している。そして、グランド電極層71と各センサー72、73、74が交互に積層されている。
第1センサー72は、a軸の負方向に配向した第1結晶軸CA1を有する第1圧電基板721と、a軸の正方向に配向した第2結晶軸CA2を有する第2圧電基板723と、第1圧電基板721と第2圧電基板723との間に設けられ、電荷Qaを出力する出力電極層722と、を有している。なお、第1圧電基板721および第2圧電基板723は、例えば、Yカット水晶板で構成することができる。なお、Yカット水晶板とは、JIS C 6704(2009年度版)に記載されているとおり、水晶のY軸(機械軸)に垂直な面を有する水晶板であり、Y軸が厚さ方向となる。ただし、本実施形態の「Yカット水晶板」には、厚さ方向とY軸とが一致する場合の他にも、厚さ方向に対してY軸が若干(例えば10°未満程度)傾斜している場合も含まれる。また本実施形態では、Yカット水晶板のYカット面に電極(グランド電極層71および出力電極層722)が配置されている。後述する第5圧電基板741および第6圧電基板743についても同様である。
第2センサー73は、c軸の正方向に配向した第3結晶軸CA3を有する第3圧電基板731と、c軸の負方向に配向した第4結晶軸CA4を有する第4圧電基板733と、第3圧電基板731と第4圧電基板733との間に設けられ、電荷Qcを出力する出力電極層732と、を有している。なお、第3圧電基板731および第4圧電基板733は、例えば、Xカット水晶板で構成することができる。なお、Xカット水晶板とは、JIS C 6704(2009年度版)に記載されているとおり、水晶のX軸(電気軸)に垂直な面を有する水晶板であり、X軸が厚さ方向となる。ただし、本実施形態の「Xカット水晶板」には、厚さ方向とX軸とが一致する場合の他にも、厚さ方向に対してX軸が若干(例えば10°未満程度)傾斜している場合も含まれる。また本実施形態では、Xカット水晶板のXカット面に電極(グランド電極層71および出力電極層732)が配置されている。
第3センサー74は、b軸の負方向に配向した第5結晶軸CA5を有する第5圧電基板741と、b軸の正方向に配向した第6結晶軸CA6を有する第6圧電基板743と、第5圧電基板741と第6圧電基板743との間に設けられ、電荷Qbを出力する出力電極層742と、を有している。なお、第5圧電基板741および第6圧電基板743は、例えば、Yカット水晶板で構成することができる。なお、センサー72、73、74の積層方向から見たとき、第1圧電基板721および第2圧電基板723の各X軸と、第5圧電基板741および第6圧電基板743の各X軸と、が交差(本実施形態では直交)している。
力検出装置1では、4つの圧電センサー素子7から出力された電荷Qa、Qb、Qcに基づいて、X軸方向の並進力成分、Y軸方向の並進力成分、Z軸方向の並進力成分、X軸まわりの回転力成分、Y軸まわりの回転力成分、Z軸まわりの回転力成分を検出することができる。
なお、本実施形態では、各圧電センサー素子7がc軸方向の力に応じた電荷Qcを出力する第2センサー73を有しているが、第2センサー73を省略してもよい。これは、第2センサー73からの出力(電荷Qc)を用いなくても、すなわち、各圧電センサー素子7の第1センサー72からの出力(電荷Qa)および第3センサー74からの出力(電荷Qb)から、力検出装置1に加わるX軸方向の並進力成分、Y軸方向の並進力成分、Z軸方向の並進力成分、X軸まわりの回転力成分、Y軸まわりの回転力成分、Z軸まわりの回転力成分の全てを検出することができるためである。このように、各圧電センサー素子7から第2センサー73を省略することで、圧電センサー素子7の小型化(薄型化)を図ることができる。
以上、圧電センサー素子7について説明した。前述したように、圧電センサー素子7は、圧電体としての圧電基板721、723、731、733、741、743を有している。そのため、圧電センサー部6は、精度よく、受けた力を検出することができる。特に、本実施形態では、圧電体(圧電基板721、723、731、733、741、743)の構成材料は、水晶である。これにより、圧電センサー部6は、他の圧電体を用いた場合と比較して、良好な温度特性、高い機械的強度(剛性、耐荷重性)、高いダイナミックレンジを発揮することができる。そのため、受けた力をより広い範囲でかつより高精度に検出することができる。よって、より優れた検出特性を発揮することのできる圧電センサー部6となる。
なお、圧電体(圧電基板721、723、731、733、741、743)の構成材料としては、水晶に限定されず、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、タンタル酸リチウム(LiTaO)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、四ホウ酸リチウム(Li)、ランガサイト(LaGaSiO14)、ニオブ酸カリウム(KNbO)、リン酸ガリウム(GaPO)、ガリウム砒素(GaAs)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化亜鉛(ZnO、Zn)、チタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸鉛(PbPO)、ニオブ酸ナトリウムカリウム((K,Na)NbO)、ビスマスフェライト(BiFeO)、ニオブ酸ナトリウム(NaNbO)、チタン酸ビスマス(BiTi12)、チタン酸ビスマスナトリウム(Na0.5Bi0.5TiO)等の、水晶以外の材料を用いてもよい。
図3に示すように、パッケージ8は、凹部811を有するベース81と、凹部811の開口を覆うようにベース81に接合されて蓋として機能するリッド82と、を有している。また、パッケージ8の内側には気密な収納空間S1が形成されており、この収納空間S1に圧電センサー素子7が収納されている。収納空間S1の雰囲気としては、特に限定されず、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを充填することができる。これにより、収納空間S1の雰囲気が安定し、電極の劣化、腐食等を抑制することができる。なお、収納空間S1は、例えば、真空状態(大気圧より低い圧力状態)となっていてもよい。
ベース81の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化ジルコニウム(ジルコニア)等の各種セラミックスを用いることができる。なお、例えば、ベース81の底部(圧電センサー素子7が載置されている部分)と、ベース81の側壁部(底部の外縁部から立設された部分)と、を異なる材料で構成してもよい。この場合、例えば、底部をステンレス鋼、コバール、銅、鉄、炭素鋼等の各種金属材料で構成し、側壁部を各種セラミックスで構成することができる。例えば、底部の構成材料としては、セラミックスと熱膨張係数の近いコバール等の合金とするのが好ましい。これにより、パッケージ8に熱歪みが発生し難くなり、圧電センサー素子7に不要な応力(予圧および検出すべき力以外の外力)が加わることを低減することができる。
また、図3に示すように、ベース81には、収納空間S1の内外を繋ぐ端子813が設けられている。そして、接続部814を介して端子813と圧電センサー素子7とが電気的に接続されている。なお、接続部814としては、特に限定されず、例えば、Agペースト、Cuペースト、Auペースト等の導電性ペーストを用いることができる。
図3に示すように、リッド82は、中央部に位置し、圧電センサー素子7と接している中央部821と、外縁部に位置し、ベース81と接合している外縁部822と、中央部821と外縁部822との間に位置し、これらを接続するテーパー状の接続部823と、を有している。また、中央部821は、外縁部822から突出して設けられている。
リッド82の構成材料としては、特に限定されないが、ベース81の構成材料と線膨張係数が近似する部材であると良い。例えば、ベース81の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、リッド82の構成材料を金属材料(例えばコバール等の合金)とするのが好ましい。これにより、パッケージ8に熱歪みが発生し難くなり、圧電センサー素子7に不要な応力(予圧および検出すべき力以外の外力)が加わることを低減することができる。そのため、より力検出精度の高い力検出装置1となる。
以上、圧電センサー部6について説明した。なお、圧電センサー部6の構成は、特に限定されず、例えば、パッケージ8を省略してもよい。
このような圧電センサー部6は、前述したように、対をなす壁部34と凸部26との間に1つずつ配置されている。また、各圧電センサー部6は、ベース81の底面を凸部26側に向けると共に、リッド82を壁部34側に向けて、壁部34と凸部26との間に挟み込まれるように配置されている。そのため、センサー72、73、74の積層方向を「積層方向LD」としたとき、積層方向LDが保持方向SDと一致している(平行である)。ただし、積層方向LDとしては、特に限定されず、保持方向SDに対して傾斜していてもよいし、保持方向SDに対して直交していてもよい。
また、図1に示すように、第1基部2と第2基部3とは、予圧ボルト9により接続、固定されている。また、この予圧ボルト9によって、各圧電センサー素子7が保持方向SD(積層方向LD)に圧縮されるように予圧されている。このように、圧電センサー素子7を予圧することで、外力が加わった際の出力が安定し、加わった外力を精度よく検出することができる。
具体的には、各予圧ボルト9は、棒状の本体部90と、本体部90の基端に配置されている頭部92と、本体部90に配置されているねじ部91と、を有し、頭部90が第2基部3の壁部34と係合し、ねじ部91が第1基部2の壁部24と螺号している。そのため、与圧ボルト9を締め込むことで、壁部24、34の間に位置する圧電センサー素子7を圧縮するように予圧することができる。すなわち、ねじ部91は壁部24と壁部34とを締結する締結部ともいえる。
なお、予圧ボルト9による「固定」は、2つの固定対象物の互いの所定量の移動を許容しつつ行われる。すなわち、予圧ボルト9により固定された状態で、第1基部2と第2基部3とは、少なくとも一方が他方に対して所定範囲内で変位することができる。これにより、受けた外力をより確実に圧電センサー素子7に伝達することができる。
また、予圧ボルト9は、合計で8本(複数)あり、図1に示すように、1つの圧電センサー部6に対して2本の予圧ボルト9でその圧電センサー部6の予圧を担っている。また、所定の圧電センサー部6に対応する2本の予圧ボルト9は、対応する圧電センサー部6が間に位置するように、圧電センサー部6の両側に配置されている。これにより、圧電センサー部6をγ軸方向の両側からバランスよく予圧することができる。
特に、本実施形態では、図5に示すように、所定の圧電センサー部6に対応する2本の予圧ボルト9(ねじ部91)は、中心軸J1の方向(中心軸Jと平行な方向)に沿って配置されている。これにより、従来のように、2本の予圧ボルト9が中心軸J1に直交する方向に沿って配置されている構成と比べて、力検出装置1の幅W(中心軸J1に直交する方向の長さ)が小さくなる。そのため、平面的な広がりが抑えられた小型な力検出装置1が得られる。なお、本実施形態では、各圧電センサー部6について、対応する2本の予圧ボルト9が中心軸J1の方向に沿って配置されているが、これに限定されず、少なくとも1つの圧電センサー部6について、対応する2本の予圧ボルト9が中心軸J1の方向に沿って配置されていればよい。
図1に示すように、第1基部2の壁部24には、各予圧ボルト9のねじ部91と螺合する雌ねじ部242が設けられている。そして、各予圧ボルト9は、第1基部2と第2基部3との間に各圧電センサー部6を配置した状態で、第2基部3側から第1基部2に差し込まれている。また、各予圧ボルト9のねじ部91は、雌ねじ部242に螺合しており、各圧電センサー素子7に対して保持方向SDに所定の大きさの圧力、すなわち予圧が加えられている。これにより、圧電センサー素子7に剪断力が作用したとき、圧電センサー素子7が有する圧電基板同士の間での摩擦力が生じ、より確実に、圧電センサー素子7から電荷が出力される。なお、予圧ボルト9の締め込み量を調整することで、予圧の大きさを調整することができる。予圧ボルト9の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種金属材料、各種樹脂材料等を用いることができる。以上、予圧ボルト9について説明した。
なお、本実施形態では、締結部としてねじ部91(与圧ボルト9)の構成を示したが、締結部は、壁部24と壁部34との距離が小さくなるように力が加えられればよいので、ねじ部91に限らず、リベット、クランプ、ばね、樹脂などの弾性体等であってもよい。
次に、4枚のアナログ回路基板4および1枚のデジタル回路基板5について説明する。図1に示すように、アナログ回路基板4およびデジタル回路基板5は、それぞれ、第1基部2と第2基部3との間に配置(収納)されている。具体的には、4枚のアナログ回路基板4は、各圧電センサー部6のパッケージ8の底面に配置されている。また、各アナログ回路基板4は、凸部26とパッケージ8との接触や予圧ボルト9と雌ねじ部242との螺合を阻害しないように、貫通孔を形成するなどして、これらを避けて配置されている。また、1枚のデジタル回路基板5は、第1基部2の壁部24と第2基部3の天板33との間に配置されている。ただし、各アナログ回路基板4およびデジタル回路基板5の配置としては、特に限定されず、第1基部2および第2基部3の外側に配置されていてもよい。また、各アナログ回路基板4およびデジタル回路基板5は、省略してもよい。この場合は、例えば、力検出装置1が接続される外部装置が同様の機能を有する回路部を有していればよい。
図6に示すように、各アナログ回路基板4は、対応する圧電センサー素子7から出力された電荷Qaを電圧Vaに変換する変換出力回路40aと、対応する圧電センサー素子7から出力された電荷Qbを電圧Vbに変換する変換出力回路40bと、対応する圧電センサー素子7から出力された電荷Qcを電圧Vcに変換する変換出力回路40cと、を備えている。さらに、変換出力回路40a、40b、40cは、それぞれ、オペアンプ41と、コンデンサー42と、スイッチング素子43と、を有している。
また、デジタル回路基板5は、加えられた外力を検出する外力検出回路50を備えている。外力検出回路50は、各変換出力回路40aから出力される電圧Vaと、各変換出力回路40bから出力される電圧Vbと、各変換出力回路40cから出力される電圧Vcと、に基づき、加えられた外力を検出する機能を有する。図6に示すように、このような外力検出回路50は、変換出力回路40a、40b、40cに接続されたADコンバーター51と、ADコンバーター51に接続された演算部52(演算回路)と、を有している。
ADコンバーター51は、電圧Va、Vb、Vcをアナログ信号からデジタル信号へ変換する機能を有する。そして、ADコンバーター51によってデジタル変換された電圧Va、Vb、Vcは、演算部52に入力される。演算部52は、デジタル変換された電圧Va、Vb、Vcに基づいて、α軸方向の並進力成分、β軸方向の並進力成分、γ軸方向の並進力成分、α軸まわりの回転力成分、β軸まわりの回転力成分、γ軸まわりの回転力成分をそれぞれ検出する。
以上、力検出装置1の構成について詳細に説明した。このような力検出装置1は、前述したように、中心軸J1(第1軸)まわりに配置されている複数の圧電センサー部6と、各圧電センサー部6に対応して設けられ、対応する圧電センサー部6に予圧を与えている2つのねじ部91(予圧ボルト9)と、を有している。そして、2つのねじ部91は、圧電センサー部6が間に位置するように、かつ、中心軸J1の方向に沿って配置されている。これにより、従来のように、2つのねじ部91が中心軸J1に直交する方向に沿って配置されている構成と比べて、力検出装置1の幅Wが小さくなる(図5参照)。そのため、平面的な広がりが抑えられた小型な力検出装置1が得られる。なお、「圧電センサー部6が間に位置するように」とは、予圧ボルト9の軸方向から見た平面視で、2本の予圧ボルト9の本体部90の間に圧電センサー部6が位置することを意味する。
なお、本実施形態では、1つの圧電センサー部6に対して2本の予圧ボルト9(ねじ部91)が配置されているが、1つの圧電センサー部6に対して配置される予圧ボルト9の数としては、2つ以上であれば、特に限定されず、3つ以上であってもよい。この場合には、特に、全ての予圧ボルト9が中心軸J1に沿って配置されていることが好ましい。
また、本実施形態では、2本の予圧ボルト9を結ぶ線分上に圧電センサー部6の中心が位置しているが、圧電センサー部6の中心の位置は、これに限定されず、2本の予圧ボルト9を結ぶ線分からずれていてもよい。
また、前述したように、力検出装置1では、圧電センサー部6は、中心軸J1まわりに4つ設けられている。これにより、各圧電センサー部6からの出力に基づいて、力検出装置1が受けた力(具体的には、α軸方向の並進力成分、β軸方向の並進力成分、γ軸方向の並進力成分、α軸まわりの回転力成分、β軸まわりの回転力成分、γ軸まわりの回転力成分)をそれぞれ精度よく検出することができる。また、圧電センサー部6を過不足なく配置でき、装置の大型化を抑制することもできる。
なお、力検出装置1が有する圧電センサー部6の数としては、特に限定されず、例えば、1つ、2つ、3つであってもよいし、5つ以上であってもよい。また、本実施形態では、4つの圧電センサー部6が中心軸J1まわりに等間隔で配置されているが、これに限定されず、異なる間隔で配置されていてもよい。また、本実施形態では、対向する2つの圧電センサー部6がα軸に沿って配置され、残りの2つの圧電センサー部6がβ軸に沿って配置されているが、これに限定されず、対向する2つの圧電センサー部6が並ぶ方向がα軸およびβ軸に対して傾斜していてもよい。
また、前述したように、力検出装置1では、複数の圧電センサー部6は、それぞれ、複数の圧電基板を有している。特に、本実施形態の各圧電センサー部6は、6枚の圧電基板721、723、731、733、741、743を有している。このように、複数の圧電基板を有すると、例えば、各圧電基板721、723、731、733、741、743の配向方向を異ならせることで、力検出装置1は、異なる軸方向の力を検出することができるようになる。特に、本実施形態では、α軸方向の並進力成分、β軸方向の並進力成分、γ軸方向の並進力成分、α軸まわりの回転力成分、β軸まわりの回転力成分、γ軸まわりの回転力成分が検出可能となっている。また、例えば、圧電基板721、723のように、2枚の圧電基板の配向方向を反対向きとすることで出力(電荷)を増大させることもできる。そのため、優れた力検出特性を発揮することのできる力検出装置1となる。
また、前述したように、力検出装置1では、複数の圧電基板721、723、731、733、741、743は、中心軸J1に交差する方向(保持方向SD)に積層されている。これにより、例えば、複数の圧電基板721、723、731、733、741、743を中心軸J1に沿う方向に積層した場合と比べて、力検出装置1の小型化、特に低背化を図ることができる。特に、本実施形態では、複数の圧電基板721、723、731、733、741、743の積層方向LDが中心軸J1と直交しているため、上述の効果がより顕著となる。
ただし、複数の圧電基板721、723、731、733、741、743の積層方向LDは、特に限定されず、中心軸J1に沿っていてもよいし、中心軸J1に沿う方向および中心軸J1に直交する方向のいずれに対しても傾斜した方向に沿っていてもよい。
また、前述したように、力検出装置1では、複数の圧電基板には、Yカット水晶板が含まれている。具体的には、複数の圧電センサー部6は、それぞれ、Yカット水晶板である圧電基板721、723、741、743を有している。このように、圧電基板に、Yカット水晶板が含まれていることで、圧電センサー部6が受けた外力のせん断力成分(保持方向SDに対して垂直方向の力成分)を精度よく検出することができる。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る力検出装置について説明する。
図7は、本発明の第2実施形態に係る力検出装置の側面図である。
本実施形態に係る力検出装置1は、予圧ボルト9の配置が異なること以外は、前述した第1実施形態の力検出装置1とほぼ同様である。
以下、第2実施形態の力検出装置1について、前述した第1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、その説明を省略する。なお、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
本実施形態の力検出装置1では、図7に示すように、所定の圧電センサー部6に対応する2本の予圧ボルト9は、保持方向SD(内面341、圧電センサー部6および頂面261の並ぶ方向)からの平面視で、中心軸J1および中心軸J1に直交する第2軸J2の両軸に対して傾斜した第3軸J3の方向に沿って配置されている。このような構成によっても、従来のように、2本の予圧ボルト9が中心軸J1に直交する方向に沿って配置されている構成と比べて、力検出装置1の幅Wを小さくすることができる。そのため、平面的な広がりが抑えられた小型な力検出装置1が得られる。
ここで、対をなす2本の予圧ボルト9はそれぞれ、対応する圧電センサー部6を中心軸J1方向に仮想的に延長した領域SSと、少なくとも一部が重なるように配置されていることが好ましい。言い換えると、対をなす2本の予圧ボルト9はそれぞれ、その少なくとも一部が中心軸J1方向において圧電センサー部6と対向するように配置されていることが好ましい。これにより、前述した効果をより確実に発揮することができる。
また、保持方向SDからの平面視で、中心軸J1に対する第3軸J3の傾斜角θとしては、特に限定されないが、±45°以下(ただし、0°を除く。以下同じ。)であることが好ましく、±30°以下であることがより好ましく、±15°以下であることがさらに好ましい。これにより、力検出装置1の幅Wをより小さくすることができる。なお、傾斜角θは、4つの圧電センサー部6で同一であってもよいし、少なくとも1つがその他と異なっていてもよい。
以上、本実施形態の力検出装置1について説明した。このような力検出装置1は、中心軸J1(第1軸)まわりに配置されている複数の圧電センサー部6と、各圧電センサー部6に対応して設けられ、対応する圧電センサー部6に予圧を与えている2つのねじ部91(予圧ボルト9)と、を有している。そして、2つのねじ部91は、圧電センサー部6が間に位置するように、かつ、中心軸J1および中心軸J1に直交する第2軸J2のそれぞれに対して傾斜した第3軸J3の方向に沿って配置されている。これにより、従来のように、2本の予圧ボルト9が中心軸J1に直交する方向に沿って配置されている構成と比べて、力検出装置1の幅Wを小さくすることができる。そのため、平面的な広がりが抑えられた小型な力検出装置1が得られる。
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る力検出装置について説明する。
図8は、本発明の第3実施形態に係る力検出装置の縦断面図である。図9は、図8に示す力検出装置の側面図である。
本実施形態に係る力検出装置1は、圧電センサー部6の数が異なることと、それに合わせて第1基部2および第2基部3の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態の力検出装置1とほぼ同様である。
以下、第3実施形態の力検出装置1について、前述した第1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、その説明を省略する。なお、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
図8および図9に示すように、本実施形態の力検出装置1は、1つの圧電センサー部6を有している。また、これに対応して、力検出装置1は、2本の予圧ボルト9(ねじ部91)を有している。そして、2本の予圧ボルト9は、圧電センサー部6を間に挟むようにして、かつ、中心軸J1に沿って配置されている。
このような力検出装置1は、第1部材(例えば、後述する第5アーム125)に接続可能な第1基部2と、第2部材(例えば、後述する第6アーム126)に接続可能な第2基部3と、第1基部2と第2基部3との間に配置されている圧電センサー部6と、圧電センサー部6に予圧を与えている2つのねじ部91と、を有している。そして、2つのねじ部91は、圧電センサー部6が間に位置するように、かつ、第1基部2と第2基部3とが並ぶ方向(すなわち、中心軸J1の方向)に沿って配置されている。このような構成によれば、従来のように、2本の予圧ボルト9が中心軸J1に直交する方向に沿って配置されている構成と比べて、力検出装置1の幅Wを小さくすることができる。そのため、平面的な広がりが抑えられた小型な力検出装置1が得られる。
なお、本実施形態では、1つの圧電センサー部6に対して2本の予圧ボルト9(ねじ部91)が配置されているが、1つの圧電センサー部6に対して配置される予圧ボルト9の数としては、2つ以上であれば、特に限定されず、3つ以上であってもよい。この場合には、特に、全ての予圧ボルト9が中心軸J1に沿って配置されていることが好ましい。
このような第3実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係る力検出装置について説明する。
図10は、本発明の第4実施形態に係る力検出装置の側面図である。
本実施形態に係る力検出装置1は、予圧ボルト9の配置が異なること以外は、前述した第3実施形態の力検出装置1とほぼ同様である。
以下、第4実施形態の力検出装置1について、前述した第3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、その説明を省略する。なお、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
本実施形態の力検出装置1では、図10に示すように、2本の予圧ボルト9(ねじ部91)は、中心軸J1および中心軸J1に直交する第2軸J2の両軸に対して傾斜した第3軸J3の方向に沿って配置されている。このような構成によっても、従来のように、2本の予圧ボルト9が中心軸J1に直交する方向に沿って配置されている構成と比べて、力検出装置1の幅Wを小さくすることができる。そのため、平面的な広がりが抑えられた小型な力検出装置1が得られる。
ここで、2本の予圧ボルト9は、それぞれ、その少なくとも一部が対応する圧電センサー部6を中心軸J1方向に仮想的に延長した領域SSと重なるように配置されていることが好ましい。言い換えると、対をなす2本の予圧ボルト9は、それぞれ、その少なくとも一部が中心軸J1方向において圧電センサー部6と対向するように配置されていることが好ましい。これにより、前述した効果をより確実に発揮することができる。
また、中心軸J1に対する第3軸J3の傾斜角θとしては、特に限定されないが、例えば、±45°以下(ただし、0°を除く。以下同じ。)であることが好ましく、±30°以下であることがより好ましく、±15°以下であることがさらに好ましい。これにより、力検出装置1の幅Wをより小さくすることができる。
以上、本実施形態の力検出装置1について説明した。このような力検出装置1は、第1部材に接続可能な第1基部2と、第2部材に接続可能な第2基部3と、第1基部2と第2基部3との間に配置されている圧電センサー部6と、圧電センサー部6に予圧を与えている2つのねじ部91と、を有している。そして、2つのねじ部91は、圧電センサー部6を間に挟むように、かつ、第1基部2と第2基部3とが並ぶ方向(中心軸J1の方向)および前記並ぶ方向に直交する方向(第2軸J2の方向)のそれぞれに対して傾斜した方向(第3軸J3の方向)に沿って配置されている。これにより、従来のように、2本の予圧ボルト9が中心軸J1に直交する方向に沿って配置されている構成と比べて、力検出装置1の幅Wを小さくすることができる。そのため、平面的な広がりが抑えられた小型な力検出装置1が得られる。
このような第4実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第5実施形態>
図11は、本発明の第5実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図12は、図11に示すロボットの部分拡大断面図である。
図11に示すロボット100は、例えば、精密機器等の工業製品を製造する製造工程で用いることのできるロボットである。同図に示すように、ロボット100は、例えば床や天井に固定される基部としてのベース110と、ベース110に対して回動可能なアーム120と、アーム120の先端に設けられたエンドエフェクター190(ハンド)と、アーム120およびエンドエフェクター190の駆動を制御するロボット制御部140とを有している。
また、アーム120は、ベース110に回動自在に連結された第1アーム121と、第1アーム121に回動自在に連結された第2アーム122と、第2アーム122に回動自在に連結された第3アーム123と、第3アーム123に回動自在に連結された第4アーム124と、第4アーム124に回動自在に連結された第5アーム125と、第5アーム125に回動自在に連結された第6アーム126と、を有している。そして、第6アーム126にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にエンドエフェクター190が装着されている。
また、このようなロボット100には、エンドエフェクター190に加えられる外力を検出するセンサーとして前述した力検出装置1が設けられている。なお、力検出装置1としては、例えば、前述した第1実施形態ないし第4実施形態のいずれかのものを用いることができる。ただし、本実施形態では、前述した第1実施形態の力検出装置1を用いている。
具体的には、図12に示すように、力検出装置1は、第1基部2がアーム120の基端側に位置し、第2基部3がアーム120の先端側に位置するようにアーム120に固定されている。本実施形態では、力検出装置1は、第5アーム125と第6アーム126との間に位置し、第1基部2が第5アーム125に接続(固定)され、第2基部3が第6アーム126に連結(固定)されている。
ただし、力検出装置1の配置は、特に限定されない。例えば、力検出装置1は、第6アーム126とエンドエフェクター190との間に位置していてもよい。また、力検出装置1は、第1基部2がアーム120の先端側に位置し、第2基部3がアーム120の基端側に位置するように配置されていてもよい。
力検出装置1が検出する力をロボット制御部140にフィードバックすることで、ロボット100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、ロボット100は、エンドエフェクター190の作業対象物や障害物への接触等を検知することができる。そのため、エンドエフェクター190による作業対象物の把持や移動等の動作をより適正に行うことができ、また、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、ロボット100は、より適正かつ安全に作業を実行することができる。
このように、ロボット100は、力検出装置1を有している。そのため、前述した力検出装置1の効果を享受でき、優れた信頼性および検出特性を発揮することができる。また、ロボット100全体の小型化を図ることもできる。
特に、力検出装置1は、従来の構成と比べて幅Wが小さく抑えられているため、図12に示すように、第5アーム125および第6アーム126からの力検出装置1の突出を抑えることができる。そのため、ロボット100は、周囲と接触し難くなる。ロボット100が小型になるに連れて、この効果が顕著となる。また、例えば、力検出装置1は、2本の予圧ボルト9が中心軸J1(高さ方向)に沿って配置されていることから、従来の構成と比べて高さが大きくなり易い。そのため、例えば、エンドエフェクター190と第5アーム125との離間距離が大きくなり、その分、エンドエフェクター190で対象物を把持した際に第5アーム125に加わるモーメントが大きくなる。よって、例えば、第5アーム125の関節部分にトルクセンサーが内蔵されている場合には、そのトルクセンサーによって、第5アーム125に加わるモーメントを精度よく検出することができる。
なお、ロボット100の構成としては特に限定されず、例えば、アームの数が本実施形態と異なっていてもよい。
<第6実施形態>
図13は、本発明の第6実施形態に係るロボットを示す側面図である。図14は、図13に示すロボットの作業状態を示す断面図である。
図13に示すロボット200は、いわゆる水平多関節ロボット(スカラロボット)であり、例えば、精密機器等を製造する製造工程等で用いられ、精密機器や部品等の把持や搬送等を行うことができる。ロボット200は、基台210と、第1アーム220と、第2アーム230と、作業ヘッド240と、配線引き回し部250と、ロボット制御部260と、を有している。
基台210は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台210の上端部には、第1アーム220が連結されている。第1アーム220は、基台210に対して鉛直方向に沿う軸A1まわりに回動可能となっている。また、第1アーム220の先端部には、第2アーム230が連結されている。第2アーム230は、第1アーム220に対して鉛直方向に沿う軸A2まわりに回動可能となっている。
また、第2アーム230の先端部には、作業ヘッド240が配置されている。作業ヘッド240は、第2アーム230の先端部に同軸的に配置されたスプラインナットおよびボールねじナット(ともに図示せず)に挿通されたスプラインシャフト241を有している。スプラインシャフト241は、第2アーム230に対して、鉛直方向に沿う軸A3まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動(昇降)可能となっている。そして、スプラインシャフト241の先端部には、エンドエフェクター290(ハンド)が連結されている。
また、ロボット200には、エンドエフェクター290に加えられる外力を検出するセンサーとして前述した力検出装置1が設けられている。なお、力検出装置1としては、例えば、前述した第1実施形態ないし第4実施形態のいずれかのものを用いることができる。ただし、本実施形態では、前述した第1実施形態の力検出装置1を用いている。
具体的には、力検出装置1は、スプラインシャフト241とエンドエフェクター290との間に設けられている。また、力検出装置1は、第1基部2がスプラインシャフト241側に位置し、第2基部3がエンドエフェクター290側に位置するように固定されている。ただし、力検出装置1の配置は、特に限定されない。例えば、力検出装置1は、第1基部2がエンドエフェクター290側に位置し、第2基部3がスプラインシャフト241側に位置するように配置されていてもよい。
このように、ロボット200は、力検出装置1を有している。そのため、前述した力検出装置1の効果を享受でき、優れた信頼性および検出特性を発揮することができる。また、ロボット200全体の小型化を図ることもできる。
特に、力検出装置1は、従来の構成と比べて幅Wが小さく抑えられているため、図13に示すように、スプラインシャフト241およびエンドエフェクター290からの力検出装置1の突出を抑えることができる。そのため、例えば、図14に示すように、比較的細い穴の中にも力検出装置1がエンドエフェクター290と共に入り込めるため、力検出装置1によるロボット200の作業性の低下を抑制することができる。
以上、本発明の力検出装置およびロボットについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、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、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
1…力検出装置、2…第1基部、23…底板、231…下面、24…壁部、242…雌ねじ部、25…面、26…凸部、261…頂面、3…第2基部、33…天板、331…上面、34…壁部、341…内面、4…アナログ回路基板、40a、40b、40c…変換出力回路、41…オペアンプ、42…コンデンサー、43…スイッチング素子、5…デジタル回路基板、50…外力検出回路、51…ADコンバーター、52…演算部、6…圧電センサー部、7…圧電センサー素子、71…グランド電極層、72…第1センサー、721…第1圧電基板、722…出力電極層、723…第2圧電基板、73…第2センサー、731…第3圧電基板、732…出力電極層、733…第4圧電基板、74…第3センサー、741…第5圧電基板、742…出力電極層、743…第6圧電基板、8…パッケージ、81…ベース、811…凹部、813…端子、814…接続部、82…リッド、821…中央部、822…外縁部、823…接続部、9…予圧ボルト、91…ねじ部(締結部)、100…ロボット、110…ベース、120…アーム、121…第1アーム、122…第2アーム、123…第3アーム、124…第4アーム、125…第5アーム、126…第6アーム、140…ロボット制御部、190…エンドエフェクター、200…ロボット、210…基台、220…第1アーム、230…第2アーム、240…作業ヘッド、241…スプラインシャフト、250…配線引き回し部、260…ロボット制御部、290…エンドエフェクター、A1、A2、A3…軸、CA1…第1結晶軸、CA2…第2結晶軸、CA3…第3結晶軸、CA4…第4結晶軸、CA5…第5結晶軸、CA6…第6結晶軸、GND…グランド、J1…中心軸、J2…第2軸、J3…第3軸、LD…積層方向、Qa、Qb、Qc…電荷、S1…収納空間、SD…保持方向、SS…領域、Va、Vb、Vc…電圧、W…幅、θ…傾斜角

Claims (9)

  1. 第1軸まわりに配置されている複数の圧電センサー部と、
    各前記圧電センサー部に対応して設けられ、対応する前記圧電センサー部に予圧を与えている2つの締結部と、を有し、
    前記2つの締結部は、前記圧電センサー部が間に位置するように、かつ、前記第1軸の方向に沿って配置されていることを特徴とする力検出装置。
  2. 第1軸まわりに配置されている複数の圧電センサー部と、
    各前記圧電センサー部に対応して設けられ、対応する前記圧電センサー部に予圧を与えている2つの締結部と、を有し、
    前記2つの締結部は、前記圧電センサー部が間に位置するように、かつ、前記第1軸および前記第1軸に直交する第2軸のそれぞれに対して傾斜した第3軸の方向に沿って配置されていることを特徴とする力検出装置。
  3. 前記圧電センサー部は、前記第1軸まわりに4つ設けられている請求項1または2に記載の力検出装置。
  4. 前記複数の圧電センサー部は、それぞれ、複数の圧電基板を有している請求項1ないし3のいずれか1項に記載の力検出装置。
  5. 前記複数の圧電基板は、前記第1軸に交差する方向に積層されている請求項4に記載の力検出装置。
  6. 前記複数の圧電基板には、Yカット水晶板が含まれている請求項4または5に記載の力検出装置。
  7. 第1部材に接続可能な第1基部と、
    第2部材に接続可能な第2基部と、
    前記第1基部と前記第2基部との間に配置されている圧電センサー部と、
    前記圧電センサー部に予圧を与えている2つの締結部と、を有し、
    前記2つの締結部は、前記圧電センサー部が間に位置するように、かつ、前記第1基部と前記第2基部とが並ぶ方向に沿って配置されていることを特徴とする力検出装置。
  8. 第1部材に接続可能な第1基部と、
    第2部材に接続可能な第2基部と、
    前記第1基部と前記第2基部との間に配置されている圧電センサー部と、
    前記圧電センサー部に予圧を与えている2つの締結部と、を有し、
    前記2つの締結部は、前記圧電センサー部が間に位置するように、かつ、前記第1基部と前記第2基部とが並ぶ方向および前記並ぶ方向に直交する方向のそれぞれに対して傾斜した方向に沿って配置されていることを特徴とする力検出装置。
  9. 請求項1ないし8のいずれか1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。
JP2017089385A 2017-04-28 2017-04-28 力検出装置およびロボット Pending JP2018189385A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017089385A JP2018189385A (ja) 2017-04-28 2017-04-28 力検出装置およびロボット
US15/964,709 US10520375B2 (en) 2017-04-28 2018-04-27 Force detection apparatus and robot
CN201810398043.8A CN108801508A (zh) 2017-04-28 2018-04-27 力检测装置以及机器人

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017089385A JP2018189385A (ja) 2017-04-28 2017-04-28 力検出装置およびロボット

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018189385A true JP2018189385A (ja) 2018-11-29

Family

ID=63915602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017089385A Pending JP2018189385A (ja) 2017-04-28 2017-04-28 力検出装置およびロボット

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10520375B2 (ja)
JP (1) JP2018189385A (ja)
CN (1) CN108801508A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10983015B2 (en) 2018-12-26 2021-04-20 Seiko Epson Corporation Force detecting device and robot

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018189385A (ja) * 2017-04-28 2018-11-29 セイコーエプソン株式会社 力検出装置およびロボット
JP2020163548A (ja) * 2019-03-29 2020-10-08 セイコーエプソン株式会社 水平多関節ロボットおよびロボットシステム
JP7207094B2 (ja) * 2019-03-29 2023-01-18 セイコーエプソン株式会社 水平多関節ロボット
JP7306454B2 (ja) * 2019-06-06 2023-07-11 オムロン株式会社 触覚センサ、ロボットハンド、及びロボット

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH690865A5 (de) 1996-05-09 2001-02-15 Kk Holding Ag Kraft- und Momentmessanordnung.
JP5588392B2 (ja) * 2011-04-27 2014-09-10 株式会社日立製作所 マニプレータ装置
JP5383760B2 (ja) * 2011-09-09 2014-01-08 ファナック株式会社 ワーク質量測定機能を備えたロボット
JP5811785B2 (ja) * 2011-11-08 2015-11-11 セイコーエプソン株式会社 センサー素子、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
JP5895615B2 (ja) 2012-03-09 2016-03-30 セイコーエプソン株式会社 センサーモジュール、力検出装置及びロボット
US8726740B1 (en) * 2012-12-13 2014-05-20 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Multi-axis dynamometer
JP6163900B2 (ja) 2013-06-13 2017-07-19 セイコーエプソン株式会社 力検出装置およびロボット
CN104596675B (zh) * 2013-10-31 2019-05-14 精工爱普生株式会社 传感器元件、力检测装置、机器人、电子部件输送装置
JP6232942B2 (ja) 2013-11-05 2017-11-22 セイコーエプソン株式会社 力検出装置、ロボットおよび電子部品搬送装置
CN104614118B (zh) * 2013-11-05 2019-01-11 精工爱普生株式会社 力检测装置、机器人以及电子部件输送装置
JP6232943B2 (ja) 2013-11-05 2017-11-22 セイコーエプソン株式会社 力検出装置、ロボットおよび電子部品搬送装置
JP6252241B2 (ja) * 2014-02-27 2017-12-27 セイコーエプソン株式会社 力検出装置、およびロボット
CN105865670B (zh) * 2015-02-09 2020-09-25 精工爱普生株式会社 力检测装置以及机器人
JP6034895B2 (ja) * 2015-02-20 2016-11-30 ファナック株式会社 外力に応じてロボットを退避動作させる人間協調ロボットシステム
JP2018189385A (ja) * 2017-04-28 2018-11-29 セイコーエプソン株式会社 力検出装置およびロボット
JP6874513B2 (ja) * 2017-04-28 2021-05-19 セイコーエプソン株式会社 力検出装置およびロボット

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10983015B2 (en) 2018-12-26 2021-04-20 Seiko Epson Corporation Force detecting device and robot

Also Published As

Publication number Publication date
US10520375B2 (en) 2019-12-31
US20180313705A1 (en) 2018-11-01
CN108801508A (zh) 2018-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10520375B2 (en) Force detection apparatus and robot
JP6252241B2 (ja) 力検出装置、およびロボット
JP2015001384A (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
US10661456B2 (en) Force detection apparatus and robot
JP6874513B2 (ja) 力検出装置およびロボット
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
JP2019027920A (ja) 力検出装置およびロボット
JP6354894B2 (ja) 力検出装置、およびロボット
JP2015166706A (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
CN110208575B (zh) 传感器设备、力检测装置及机器人
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
JP7052417B2 (ja) センサーデバイス、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
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
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
JP6436261B2 (ja) 力検出装置、およびロボット
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
JP2018087780A (ja) 力検出装置およびロボット
JP6432647B2 (ja) センサー素子、力検出装置およびロボット
US11417823B2 (en) Sensor element, sensor device, force detection apparatus, and robot
JP7127534B2 (ja) 力検出装置およびロボット
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
JP2019152462A (ja) センサーデバイス、力検出装置およびロボット
JP2017022338A (ja) 回路基板、力検出装置、及びロボット

Legal Events

Date Code Title Description
RD05 Notification of revocation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425

Effective date: 20180910

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20190402