JP2019078561A5

JP2019078561A5 - 力覚センサ及び装置

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Publication number: JP2019078561A5
Application number: JP2017203692A
Authority: JP
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2020-11-19
Anticipated expiration: 2037-10-20

Description

本発明は、外部から作用した力を検出する力覚センサ及び装置に関する。

本発明に係る力覚センサは、支持部と、外力の作用により前記支持部に対して変位する受力部と、前記支持部と前記受力部とを連結する弾性連結部と、前記弾性連結部に配置された複数の検出対象体と、前記複数の検出対象体と１対１で対向するように前記支持部に配置され、前記検出対象体の移動を検出する複数の変位検出素子と、を備え、前記弾性連結部は、前記支持部に対する前記受力部の第１の方向の変位によって該第１の方向と交差する方向に変位する変位部を有し、前記変位部に前記検出対象体が配置され、前記複数の変位検出素子の受光面が略同一平面上に配置されていることを特徴とする。

力覚センサ１００では、４つの弾性連結部５が支持部２０と受力部４との間にＺ方向から見たときに略十字型となるように設けられている。換言すれば、弾性連結部５は、中心軸Ｌを中心とし、ＸＹ面内において９０度間隔で放射状に、４カ所に配置されている。検出対象体であるスケール８ａ〜８ｄが、Ｚ方向において略同じ高さとなるように（つまり、略同一平面上に位置するように）、４つの弾性連結部５にそれぞれ１つずつ配置されている。また、センサ基板７には、スケール８ａ〜８ｄと１対１でＺ方向において対向するように、変位検出素子９ａ〜９ｄが実装されている。スケール８ａ〜８ｄはＺ方向において略同じ高さとなるように配置され、且つ、センサ基板７における部品の実装面はＸＹ面と略平行であるため、各スケール８ａ〜８ｄとこれらに対応する各変位検出素子９ａ〜９ｄとの間の距離は略同一となる。変位検出素子９ａ〜９ｄはそれぞれ、例えば、フォトダイオードなどの受光素子である。なお、弾性連結部は４つではなく３つとして１２０度間隔で設けるなど、個数に応じて中心軸Ｌを中心にして略等間隔で放射状に配置する構成も可能である。

４つの弾性連結部５Ａの配置形態は、第１実施形態に係る力覚センサ１００での４つの弾性連結部５の配置形態と同じである。４つの弾性連結部５Ａはそれぞれ、Ｚ方向に下に凸となる略Ｕ字形状を有しており、略Ｕ字形状の外側底面においてセンサ基板７と対向する位置に検出対象体であるスケール８Ａａ〜８Ａｄが配置されている。また、受力部４においてＺ方向から見たときに４つの弾性連結部５Ａによって分けられる４つの象限のうち中心軸Ｌについて対称な２つの象限に対応する領域には、センサ基板７へ向けて突出する突起部１１ｅ〜１１ｈが設けられている。なお、ＸＹ面において、突起部１１ｅと突起部１１ｇは中心軸Ｌについて点対称となる位置に設けられており、突起部１１ｆと突起部１１ｈは中心軸Ｌについて点対称となる位置に設けられている。

弾性連結部５Ａは、変位方向変換機能を有する。すなわち、弾性連結部５Ａの略Ｕ字形状の底部は、受力部４のＺ方向（第１の方向）の変位によって支持部２０に対して交差するＸ方向又はＹ方向（第２の方向）に変位する変位部となっている。具体的には、受力部４を押圧し、受力部４に−Ｚ方向の外力Ｆｚが入力されると、円筒部材６と弾性連結部５Ａの境界を支点に弾性連結部５Ａが沈み込むため、略Ｕ字形状の部位が上記支点に対して弧を描き、すなわち−Ｚ方向とともに＋Ｙ方向へ変位する。したがって、弾性連結部５Ａに設置されたスケール８Ａａは＋Ｙ方向へ、スケール８Ａｂは＋Ｘ方向へ、スケール８Ａｃは−Ｙ方向へ、スケール８Ａｄは−Ｘ方向へそれぞれ変位する。受力部４にモーメントＭｘが入力された場合、スケール８Ａａ，８ＡｃはともにＹ方向に変位し、その際、＋Ｙ方向への変位か−Ｙ方向への変位かはモーメントＭｘの向きによって決まる。受力部４にモーメントＭｙが入力された場合、スケール８Ａｂ，８ＡｄはＸ方向に変位し、その際、＋Ｘ方向への変位か−Ｘ方向への変位かはモーメントＭｙの向きによって決まる。また、受力部４に外力Ｆｘが入力された場合、スケール８Ａｅ〜８ＡｈはＸ方向を外力Ｆｘと同じ向きに変位する。受力部４に外力Ｆｙが入力された場合、スケール８Ａｅ〜８ＡｈはＹ方向を外力Ｆｙと同じ向きに変位する。受力部４にモーメントＭｚが入力された場合、スケール８Ａｅ，８Ａｆは実質的にＸ方向に、スケール８Ａｆ，８Ａｈは実質的にＹ方向に変位を生じ、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの正方向への変位か負方向への変位かはモーメントＭｚの向きによって決まる。

図６（ａ）と同様の断面図で示す図６（ｂ）〜（ｈ）の弾性連結部５Ｃ〜５Ｉは、第３実施形態に係る力覚センサの第２の例から第８の例を示している。なお、図６（ｂ）〜（ｇ）は、図４（ａ）に対応するＺＸ断面で示されている。図６（ｈ）は、右側の図がＸ方向又はＹ方向から見た図であり、左側の図が右側の図に示す矢視Ｃ−Ｃの断面図である。弾性連結部の断面形状は、弾性連結部５Ｃ〜５Ｉに示した例のように、受力部が受けた外力に対して変形することでスケールに所定の方向の変位量が生じるものであればよい。よって、図６（ａ）〜（ｈ）に示した弾性連結部５Ｂ〜５Ｉの形状は一例であって、弾性連結部の断面形状はこれらに限定されるものではない。

Claims

支持部と、
外力の作用により前記支持部に対して変位する受力部と、
前記支持部と前記受力部とを連結する弾性連結部と、
前記弾性連結部に配置された複数の検出対象体と、
前記複数の検出対象体と１対１で対向するように前記支持部に配置され、前記検出対象体の移動を検出する複数の変位検出素子と、を備え、
前記弾性連結部は、前記支持部に対する前記受力部の第１の方向の変位によって該第１の方向と交差する方向に変位する変位部を有し、
前記変位部に前記検出対象体が配置され、
前記複数の変位検出素子の受光面が略同一平面上に配置されていることを特徴とする力覚センサ。
前記弾性連結部は、少なくとも１つの凸形状部を有しており、
前記凸形状部の先端面に前記検出対象体が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の力覚センサ。
前記弾性連結部は、前記受力部を中心にして略同一平面上に位置するように等間隔で放射状に配置されており、
前記弾性連結部のそれぞれに１つの前記検出対象体が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の力覚センサ。
前記変位検出素子は、前記検出対象体の変位を光学的に検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の力覚センサ。
前記変位検出素子は、前記検出対象体との間の静電容量の変化を検出することにより前記検出対象体の変位を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の力覚センサ。
前記変位検出素子は、磁場の変化を検出することにより前記検出対象体の変位を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の力覚センサ。
前記受力部は、円板部と、該円板部の一方の平面の中心部から突出する円柱部を有し、
前記支持部は、円筒部材を有し、
前記円柱部が前記弾性連結部を介して前記円筒部材と連結されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の力覚センサ。
前記力覚センサは、前記検出対象体と前記変位検出素子とが対向する方向と平行な、前記受力部の中心軸について対称な構造を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の力覚センサ。
支持部と、
外力の作用により前記支持部に対して変位する受力部と、
前記支持部と前記受力部とを連結する弾性連結部と、
前記弾性連結部に配置された複数の検出対象体と、
前記複数の検出対象体と１対１で対向するように前記支持部に配置され、前記検出対象体の移動を検出する複数の変位検出素子と、を備え、
前記弾性連結部は、前記支持部に対する前記受力部の第１の方向の変位によって該第１の方向と交差する方向に変位する変位部を有し、
前記変位部に前記検出対象体が配置され、
前記弾性連結部は、前記受力部を中心にして略同一平面上に位置するように等間隔で放射状に配置されており、
前記弾性連結部のそれぞれに１つの前記検出対象体が設けられていることを特徴とする力覚センサ。
支持部と、
外力の作用により前記支持部に対して変位する受力部と、
前記支持部と前記受力部とを連結する弾性連結部と、
前記弾性連結部に配置された複数の検出対象体と、
前記複数の検出対象体と１対１で対向するように前記支持部に配置され、前記検出対象体の移動を検出する複数の変位検出素子と、を備え、
前記弾性連結部は、前記支持部に対する前記受力部の第１の方向の変位によって該第１の方向と交差する方向に変位する変位部を有し、
前記変位部に前記検出対象体が配置され、
前記受力部は、円板部と、該円板部の一方の平面の中心部から突出する円柱部を有し、
前記支持部は、円筒部材を有し、
前記円柱部が前記弾性連結部を介して前記円筒部材と連結されていることを特徴とする力覚センサ。
支持部と、
外力の作用により前記支持部に対して変位する受力部と、
前記支持部と前記受力部とを連結する弾性連結部と、
前記弾性連結部に配置された複数の検出対象体と、
前記複数の検出対象体と１対１で対向するように前記支持部に配置され、前記検出対象体の移動を検出する複数の変位検出素子と、を備え、
前記弾性連結部は、前記支持部に対する前記受力部の第１の方向の変位によって該第１の方向と交差する方向に変位する変位部を有し、
前記変位部に前記検出対象体が配置され、
前記検出対象体と前記変位検出素子とが対向する方向と平行な、前記受力部の中心軸について対称な構造を有することを特徴とする力覚センサ。
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の力覚センサと、
前記力覚センサを備えた基部と、を備えることを特徴とする装置。