JP2022090231A - Force detection device and robot - Google Patents

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pressurization
force
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純一 黒川
Junichi Kurokawa
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Abstract

To provide a reliable force detection device and a robot.SOLUTION: A force detection device includes: sensor devices each including a piezoelectric element that outputs a signal according to received external force; preload blocks each composed of at least one member configured to sandwich the sensor device in a first direction; preload members that are each fixed to the preload block so that a degree of preload to the sensor device can be adjusted and preloads the sensor device in a direction along the first direction. When viewed from the first direction, the sensor device and the preload member overlap each other.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、力検出装置およびロボットに関する。 The present invention relates to a force detector and a robot.

従来から、エンドエフェクターが取り付けられたロボットアームを有するロボットにおいて、エンドエフェクターに加わる力を検出する力検出装置が用いられている。このような力検出装置の一例として、例えば、複数の圧電体を有し、その圧電体の圧電効果を利用した装置が知られている。 Conventionally, in a robot having a robot arm to which an end effector is attached, a force detecting device for detecting a force applied to the end effector has been used. As an example of such a force detecting device, for example, a device having a plurality of piezoelectric bodies and utilizing the piezoelectric effect of the piezoelectric bodies is known.

例えば、特許文献１に記載の力検出装置は、複数の圧電体と複数の電極とを有するセンサー素子を備えるセンサーデバイスと、センサーデバイスを挟持する板状の第１の基板および第２の基板と、第１の基板および第２の基板を接続する２本の与圧ボルトと、を有する力検出装置が開示されている。この力検出装置では、第１の基板および第２の基板が重なる方向から見た平面視で、各与圧ボルトがセンサーデバイスの外側に配置されている。各与圧ボルトの締結の程度をそれぞれ適宜調整することで、センサーデバイスに所定の与圧を付加することができる。 For example, the force detection device described in Patent Document 1 includes a sensor device including a sensor element having a plurality of piezoelectric bodies and a plurality of electrodes, and a plate-shaped first substrate and a second substrate that sandwich the sensor device. , A force detection device comprising two pressure bolts connecting a first substrate and a second substrate is disclosed. In this force detection device, each pressurization bolt is arranged outside the sensor device in a plan view seen from the direction in which the first substrate and the second substrate overlap. A predetermined pressurization can be applied to the sensor device by appropriately adjusting the degree of fastening of each pressurization bolt.

特開２０１５－８７２８５号公報JP-A-2015-87285

しかしながら、特許文献１に記載されている力検出装置では、例えば、２本の与圧ボルトの締結の程度が異なっていた場合、図８に示すように、第１の基板および第２の基板が歪むような力が第１の基板および第２の基板にかかってしまう。その結果、場合によっては、第１の基板および第２の基板が割れてしまったり、センサーデバイスに不本意な方向の力がかかってしまう。その結果、力検出装置の信頼性が低下してしまう。 However, in the force detecting device described in Patent Document 1, for example, when the degree of fastening of the two pressurizing bolts is different, as shown in FIG. 8, the first substrate and the second substrate are used. A distorting force is applied to the first substrate and the second substrate. As a result, in some cases, the first substrate and the second substrate may be cracked, or a force in an undesired direction may be applied to the sensor device. As a result, the reliability of the force detector is reduced.

本発明の力検出装置は、受けた外力に応じて信号を出力する圧電素子を含むセンサーデバイスと、
前記センサーデバイスを第１方向に挟むように構成される少なくとも１つの部材で構成される与圧ブロックと、
前記与圧ブロックに、前記センサーデバイスへの与圧の程度を調整可能に固定され、前記第１方向に沿った方向に前記センサーデバイスを与圧する与圧部材と、を備え、
前記第１方向から見たとき、前記センサーデバイスと前記与圧部材とは、重なっていることを特徴とする。 The force detection device of the present invention includes a sensor device including a piezoelectric element that outputs a signal according to an external force received.
A pressurization block composed of at least one member configured to sandwich the sensor device in the first direction, and a pressurization block.
The pressurization block is provided with a pressurization member that is fixed in an adjustable manner to the degree of pressurization to the sensor device and pressurizes the sensor device in a direction along the first direction.
When viewed from the first direction, the sensor device and the pressurizing member are characterized in that they overlap each other.

本発明のロボットは、ロボットアームと、前記ロボットアームに加わる力を検出する力検出装置と、を備え、
前記力検出装置は、
受けた外力に応じて信号を出力する圧電素子を含むセンサーデバイスと、
前記センサーデバイスを第１方向に挟むように構成される少なくとも１つの部材で構成される与圧ブロックと、
前記与圧ブロックに、前記センサーデバイスへの与圧の程度を調整可能に固定され、前記第１方向に沿った方向に前記センサーデバイスを与圧する与圧部材と、を備え、
前記第１方向から見たとき、前記センサーデバイスと前記与圧部材とは、重なっていることを特徴とする。 The robot of the present invention includes a robot arm and a force detecting device for detecting a force applied to the robot arm.
The force detector is
A sensor device including a piezoelectric element that outputs a signal according to the received external force,
A pressurization block composed of at least one member configured to sandwich the sensor device in the first direction, and a pressurization block.
The pressurization block is provided with a pressurization member that is fixed in an adjustable manner to the degree of pressurization to the sensor device and pressurizes the sensor device in a direction along the first direction.
When viewed from the first direction, the sensor device and the pressurizing member are characterized in that they overlap each other.

図１は、本発明のロボットを備えるロボットシステムの全体構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a robot system including the robot of the present invention. 図２は、図２に示す力検出装置の力検出装置の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the force detecting device of the force detecting device shown in FIG. 図３は、図２に示す力検出装置の縦断面図である。FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of the force detecting device shown in FIG. 図４は、図２に示す力検出装置の横断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the force detecting device shown in FIG. 図５は、図２に示す力検出装置が備えるセンサーデバイスの縦断面図である。FIG. 5 is a vertical sectional view of a sensor device included in the force detection device shown in FIG. 図６は、図２に示す力検出装置が備えるセンサーデバイスおよび与圧ブロックの斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a sensor device and a pressurization block included in the force detection device shown in FIG. 図７は、図２に示す力検出装置が備えるセンサーデバイスおよび与圧ブロックの縦断面図である。FIG. 7 is a vertical cross-sectional view of a sensor device and a pressurization block included in the force detection device shown in FIG. 図８は、従来の力検出装置が備えるセンサーデバイスおよびその周辺の縦断面図である。FIG. 8 is a vertical sectional view of a sensor device included in a conventional force detection device and its surroundings.

＜実施形態＞
図１は、本発明のロボットを備えるロボットシステムの全体構成を示す図である。図２は、図２に示す力検出装置の力検出装置の斜視図である。図３は、図２に示す力検出装置の縦断面図である。図４は、図２に示す力検出装置の横断面図である。図５は、図２に示す力検出装置が備えるセンサーデバイスの縦断面図である。図６は、図２に示す力検出装置が備えるセンサーデバイスおよび与圧ブロックの斜視図である。図７は、図２に示す力検出装置が備えるセンサーデバイスおよび与圧ブロックの縦断面図である。図８は、従来の力検出装置が備えるセンサーデバイスおよびその周辺の縦断面図である。 <Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a robot system including the robot of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the force detecting device of the force detecting device shown in FIG. FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of the force detecting device shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the force detecting device shown in FIG. FIG. 5 is a vertical sectional view of a sensor device included in the force detection device shown in FIG. FIG. 6 is a perspective view of a sensor device and a pressurization block included in the force detection device shown in FIG. FIG. 7 is a vertical cross-sectional view of a sensor device and a pressurization block included in the force detection device shown in FIG. FIG. 8 is a vertical sectional view of a sensor device included in a conventional force detection device and its surroundings.

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。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の＋Ｚ軸方向、すなわち、上側を「上」、－Ｚ軸方向、すなわち、下側を「下」とも言う。また、ロボットアームについては、図１中の基台１１側を「基端」、その反対側、すなわち、エンドエフェクター２０側を「先端」とも言う。また、図１中のＺ軸方向、すなわち、上下方向を「鉛直方向」とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向、すなわち、左右方向を「水平方向」とする。 Hereinafter, the force detecting device and the robot of the present invention will be described in detail based on the preferred embodiments shown in the accompanying drawings. In the following, for convenience of explanation, the + Z axis direction in FIG. 1, that is, the upper side is referred to as “upper”, and the −Z axis direction, that is, the lower side is also referred to as “lower”. Further, regarding the robot arm, the base 11 side in FIG. 1 is also referred to as a “base end”, and the opposite side, that is, the end effector 20 side is also referred to as a “tip”. Further, the Z-axis direction in FIG. 1, that is, the vertical direction is defined as the "vertical direction", and the X-axis direction and the Y-axis direction, that is, the left-right direction is defined as the "horizontal direction".

図１に示すように、ロボットシステム１００は、本発明の力検出装置１９を有するロボット１と、ロボット１を制御する制御装置５と、教示装置６と、を備える。 As shown in FIG. 1, the robot system 100 includes a robot 1 having the force detecting device 19 of the present invention, a control device 5 for controlling the robot 1, and a teaching device 6.

まず、ロボット１について説明する。
図１に示すロボット１は、本実施形態では単腕の６軸垂直多関節ロボットであり、基台１１と、ロボットアーム１０と、を有する。また、ロボットアーム１０の先端部にエンドエフェクター２０を装着することができる。エンドエフェクター２０は、ロボット１の構成要件であってもよく、ロボット１の構成要件でなくてもよい。 First, the robot 1 will be described.
The robot 1 shown in FIG. 1 is a single-armed 6-axis vertical articulated robot in the present embodiment, and has a base 11 and a robot arm 10. Further, the end effector 20 can be attached to the tip of the robot arm 10. The end effector 20 may be a constituent requirement of the robot 1 or may not be a constituent requirement of the robot 1.

なお、ロボット１は、図示の構成に限定されず、例えば、双腕型の多関節ロボットであってもよい。また、ロボット１は、水平多関節ロボットであってもよい。 The robot 1 is not limited to the illustrated configuration, and may be, for example, a double-armed articulated robot. Further, the robot 1 may be a horizontal articulated robot.

基台１１は、ロボットアーム１０を下側から駆動可能に支持する支持体であり、例えば工場内の床等に固定されている。ロボット１は、基台１１が中継ケーブル１８を介して制御装置５と電気的に接続されている。なお、ロボット１と制御装置５との接続は、図１に示す構成のように有線による接続に限定されず、例えば、無線による接続であってもよく、さらには、インターネットのようなネットワークを介して接続されていてもよい。 The base 11 is a support that supports the robot arm 10 so as to be driveable from below, and is fixed to, for example, a floor in a factory. In the robot 1, the base 11 is electrically connected to the control device 5 via a relay cable 18. The connection between the robot 1 and the control device 5 is not limited to the wired connection as shown in FIG. 1, and may be, for example, a wireless connection, and further, via a network such as the Internet. May be connected.

本実施形態では、ロボットアーム１０は、第１アーム１２と、第２アーム１３と、第３アーム１４と、第４アーム１５と、第５アーム１６と、第６アーム１７とを有し、これらのアームが基台１１側からこの順に連結されている。なお、ロボットアーム１０が有するアームの数は、６つに限定されず、例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つまたは７つ以上であってもよい。また、各アームの全長等の大きさは、それぞれ、特に限定されず、適宜設定可能である。 In the present embodiment, the robot arm 10 has a first arm 12, a second arm 13, a third arm 14, a fourth arm 15, a fifth arm 16, and a sixth arm 17. Arms are connected in this order from the base 11 side. The number of arms possessed by the robot arm 10 is not limited to six, and may be, for example, one, two, three, four, five, or seven or more. Further, the size such as the total length of each arm is not particularly limited and can be appropriately set.

基台１１と第１アーム１２とは、関節１７１を介して連結されている。そして、第１アーム１２は、基台１１に対し、鉛直方向と平行な第１回動軸を回動中心とし、その第１回動軸回りに回動可能となっている。第１回動軸は、基台１１が固定される床の法線と一致している。 The base 11 and the first arm 12 are connected to each other via a joint 171. The first arm 12 is rotatable around the first rotation axis with the first rotation axis parallel to the vertical direction as the rotation center with respect to the base 11. The first axis of rotation coincides with the normal of the floor to which the base 11 is fixed.

第１アーム１２と第２アーム１３とは、関節１７２を介して連結されている。そして、第２アーム１３は、第１アーム１２に対し、水平方向と平行な第２回動軸を回動中心として回動可能となっている。第２回動軸は、第１回動軸に直交する軸と平行である。 The first arm 12 and the second arm 13 are connected to each other via a joint 172. The second arm 13 can rotate about the second rotation axis parallel to the horizontal direction with respect to the first arm 12. The second rotation axis is parallel to the axis orthogonal to the first rotation axis.

第２アーム１３と第３アーム１４とは、関節１７３を介して連結されている。そして、第３アーム１４は、第２アーム１３に対し、水平方向と平行な第３回動軸を回動中心として回動可能となっている。第３回動軸は、第２回動軸と平行である。 The second arm 13 and the third arm 14 are connected to each other via a joint 173. The third arm 14 can rotate about the third rotation axis parallel to the horizontal direction with respect to the second arm 13. The third rotation axis is parallel to the second rotation axis.

第３アーム１４と第４アーム１５とは、関節１７４を介して連結されている。そして、第４アーム１５は、第３アーム１４に対し、第３アーム１４の中心軸方向と平行な第４回動軸を回動中心として回動可能となっている。第４回動軸は、第３回動軸と直交している。 The third arm 14 and the fourth arm 15 are connected to each other via a joint 174. The fourth arm 15 is rotatable with respect to the third arm 14 with the fourth rotation axis parallel to the central axis direction of the third arm 14 as the rotation center. The fourth rotation axis is orthogonal to the third rotation axis.

第４アーム１５と第５アーム１６とは、関節１７５を介して連結されている。そして、第５アーム１６は、第４アーム１５に対し、第５回動軸を回動中心として回動可能となっている。第５回動軸は、第４回動軸と直交している。 The fourth arm 15 and the fifth arm 16 are connected via a joint 175. The fifth arm 16 is rotatable with respect to the fourth arm 15 with the fifth rotation axis as the rotation center. The fifth rotation axis is orthogonal to the fourth rotation axis.

第５アーム１６と第６アーム１７とは、関節１７６を介して連結されている。そして、第６アーム１７は、第５アーム１６に対し、第６回動軸を回動中心として回動可能となっている。第６回動軸は、第５回動軸と直交している。 The fifth arm 16 and the sixth arm 17 are connected to each other via a joint 176. The sixth arm 17 is rotatable with respect to the fifth arm 16 with the sixth rotation axis as the rotation center. The sixth rotation axis is orthogonal to the fifth rotation axis.

また、第６アーム１７は、ロボットアーム１０の中で最も先端側に位置するロボット先端部となっている。この第６アーム１７は、ロボットアーム１０の駆動により、エンドエフェクター２０ごと回動することができる。 Further, the sixth arm 17 is a robot tip portion located on the most tip side of the robot arm 10. The sixth arm 17 can be rotated together with the end effector 20 by driving the robot arm 10.

ロボット１は、駆動部としてのモーターＭ１、モーターＭ２、モーターＭ３、モーターＭ４、モーターＭ５およびモーターＭ６と、エンコーダーＥ１、エンコーダーＥ２、エンコーダーＥ３、エンコーダーＥ４、エンコーダーＥ５およびエンコーダーＥ６とを備える。モーターＭ１は、関節１７１に内蔵され、基台１１と第１アーム１２とを相対的に回転させる。モーターＭ２は、関節１７２に内蔵され、第１アーム１２と第２アーム１３とを相対的に回転させる。モーターＭ３は、関節１７３に内蔵され、第２アーム１３と第３アーム１４とを相対的に回転させる。モーターＭ４は、関節１７４に内蔵され、第３アーム１４と第４アーム１５とを相対的に回転させる。モーターＭ５は、関節１７５に内蔵され、第４アーム１５と第５アーム１６とを相対的に回転させる。モーターＭ６は、関節１７６に内蔵され、第５アーム１６と第６アーム１７とを相対的に回転させる。 The robot 1 includes a motor M1, a motor M2, a motor M3, a motor M4, a motor M5 and a motor M6 as drive units, and an encoder E1, an encoder E2, an encoder E3, an encoder E4, an encoder E5 and an encoder E6. The motor M1 is built in the joint 171 and relatively rotates the base 11 and the first arm 12. The motor M2 is built in the joint 172 and relatively rotates the first arm 12 and the second arm 13. The motor M3 is built in the joint 173 and rotates the second arm 13 and the third arm 14 relatively. The motor M4 is built in the joint 174 and rotates the third arm 14 and the fourth arm 15 relatively. The motor M5 is built in the joint 175 and rotates the fourth arm 15 and the fifth arm 16 relatively. The motor M6 is built in the joint 176 and rotates the fifth arm 16 and the sixth arm 17 relatively.

また、エンコーダーＥ１は、関節１７１に内蔵され、モーターＭ１の位置を検出する。エンコーダーＥ２は、関節１７２に内蔵され、モーターＭ２の位置を検出する。エンコーダーＥ３は、関節１７３に内蔵され、モーターＭ３の位置を検出する。エンコーダーＥ４は、関節１７４に内蔵され、モーターＭ４の位置を検出する。エンコーダーＥ５は、関節１７５に内蔵され、モーターＭ５の位置を検出する。エンコーダーＥ６は、関節１７６に内蔵され、モーターＭ６の位置を検出する。 Further, the encoder E1 is built in the joint 171 and detects the position of the motor M1. The encoder E2 is built in the joint 172 and detects the position of the motor M2. The encoder E3 is built in the joint 173 and detects the position of the motor M3. The encoder E4 is built in the joint 174 and detects the position of the motor M4. The encoder E5 is built in the joint 175 and detects the position of the motor M5. The encoder E6 is built in the joint 176 and detects the position of the motor M6.

エンコーダーＥ１～エンコーダーＥ６は、制御装置５と電気的に接続されており、モーターＭ１～モーターＭ６の位置情報、すなわち、回転量が制御装置５に電気信号として送信される。そして、この情報に基づいて、制御装置５は、モーターＭ１～モーターＭ６を、図示しないモータードライバーを介してそれぞれ駆動させる。すなわち、ロボットアーム１０を制御するということは、モーターＭ１～モーターＭ６を制御することである。 The encoders E1 to E6 are electrically connected to the control device 5, and the position information of the motors M1 to M6, that is, the rotation amount is transmitted to the control device 5 as an electric signal. Then, based on this information, the control device 5 drives the motors M1 to M6, respectively, via a motor driver (not shown). That is, controlling the robot arm 10 means controlling the motors M1 to M6.

また、ロボット１では、ロボットアーム１０に、力を検出する力検出装置１９が着脱自在に設置される。そして、ロボットアーム１０は、力検出装置１９が設置された状態で駆動することができる。力検出装置１９は、本実施形態では、６軸力覚センサーである。力検出装置１９は、互いに直交する３個の検出軸上の力の大きさと、当該３個の検出軸回りのトルクの大きさとを検出する。力検出装置１９の構成については、後に詳述する。 Further, in the robot 1, a force detecting device 19 for detecting a force is detachably installed on the robot arm 10. Then, the robot arm 10 can be driven with the force detecting device 19 installed. The force detection device 19 is a 6-axis force sensor in this embodiment. The force detecting device 19 detects the magnitude of the force on the three detection axes orthogonal to each other and the magnitude of the torque around the three detection axes. The configuration of the force detecting device 19 will be described in detail later.

本実施形態では、力検出装置１９は、第６アーム１７に設置されている。なお、力検出装置１９の設置箇所としては、第６アーム１７、すなわち、最も先端側に位置するアームに限定されず、例えば、他のアームや、隣り合うアーム同士の間や、基台１１と設置面との間であってもよい。 In this embodiment, the force detecting device 19 is installed on the sixth arm 17. The installation location of the force detecting device 19 is not limited to the sixth arm 17, that is, the arm located on the most advanced side, and is, for example, between other arms, adjacent arms, or with the base 11. It may be between the installation surface and the installation surface.

力検出装置１９には、エンドエフェクター２０を着脱可能に装着することができる。エンドエフェクター２０は、図示の構成では、２本の爪でワークを挟持するハンドである。ただし、これに限定されず、エンドエフェクター２０は、吸引によりワークを把持するハンドであってもよく、研磨機、研削機、切削機等や、ドライバー、レンチ等の工具であってもよい。 The end effector 20 can be detachably attached to the force detecting device 19. In the illustrated configuration, the end effector 20 is a hand that holds the work between two claws. However, the end effector 20 may be a hand that grips the work by suction, or may be a tool such as a grinding machine, a grinding machine, a cutting machine, or a screwdriver or a wrench.

次に、制御装置５および教示装置６について説明する。
図１に示すように、制御装置５は、本実施形態では、ロボット１と離れた位置に設置されている。ただし、この構成に限定されず、基台１１に内蔵されていてもよい。また、制御装置５は、ロボット１の駆動を制御する機能を有し、前述したロボット１の各部と電気的に接続されている。制御装置５は、プロセッサー５１と、記憶部５２と、通信部５３と、を有する。これらの各部は、例えばバスを介して相互に通信可能に接続されている。 Next, the control device 5 and the teaching device 6 will be described.
As shown in FIG. 1, the control device 5 is installed at a position away from the robot 1 in the present embodiment. However, the present invention is not limited to this configuration, and may be built in the base 11. Further, the control device 5 has a function of controlling the drive of the robot 1 and is electrically connected to each part of the robot 1 described above. The control device 5 includes a processor 51, a storage unit 52, and a communication unit 53. Each of these parts is communicably connected to each other via, for example, a bus.

プロセッサー５１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成され、記憶部５２に記憶されている各種プログラム等を読み出し、実行する。プロセッサー５１で生成された指令信号は、通信部５３を介してロボット１に送信される。これにより、ロボットアーム１０が所定の作業を実行することができる。 The processor 51 is composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit), and reads and executes various programs and the like stored in the storage unit 52. The command signal generated by the processor 51 is transmitted to the robot 1 via the communication unit 53. As a result, the robot arm 10 can perform a predetermined work.

記憶部５２は、プロセッサー５１が実行可能な各種プログラム等を保存する。記憶部５２としては、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリー、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等が挙げられる。 The storage unit 52 stores various programs and the like that can be executed by the processor 51. Examples of the storage unit 52 include a volatile memory such as a RAM (Random Access Memory), a non-volatile memory such as a ROM (Read Only Memory), a detachable external storage device, and the like.

通信部５３は、例えば有線ＬＡＮ（Local Area Network）、無線ＬＡＮ等の外部インターフェースを用いてロボット１の各部および教示装置６との間でそれぞれ信号の送受信を行う。 The communication unit 53 transmits and receives signals to and from each unit of the robot 1 and the teaching device 6 by using an external interface such as a wired LAN (Local Area Network) or a wireless LAN.

次に、教示装置６について説明する。
図１に示すように、教示装置６は、ロボットアーム１０に対して動作プログラムを作成、入力したりする機能を有する。教示装置６は、プロセッサー６１と、記憶部６２と、通信部６３と、を有する。教示装置６としては、特に限定されず、例えば、タブレット、パソコン、スマートフォン、ティーチングペンダント等が挙げられる。 Next, the teaching device 6 will be described.
As shown in FIG. 1, the teaching device 6 has a function of creating and inputting an operation program to the robot arm 10. The teaching device 6 includes a processor 61, a storage unit 62, and a communication unit 63. The teaching device 6 is not particularly limited, and examples thereof include a tablet, a personal computer, a smartphone, a teaching pendant, and the like.

プロセッサー６１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成され、記憶部６２に記憶されている教示プログラム等の各種プログラムを読み出し、実行する。なお、教示プログラムは、教示装置６で生成されたものであってもよく、例えばＣＤ－ＲＯＭ等の外部記録媒体から記憶されたものであってもよく、ネットワーク等を介して記憶されたものであってもよい。 The processor 61 is composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit), and reads and executes various programs such as a teaching program stored in the storage unit 62. The teaching program may be generated by the teaching device 6, may be stored from an external recording medium such as a CD-ROM, or may be stored via a network or the like. There may be.

プロセッサー６１で生成された信号は、通信部６３を介してロボット１の制御装置５に送信される。これにより、ロボットアーム１０が所定の作業を所定の条件で実行したりすることができる。 The signal generated by the processor 61 is transmitted to the control device 5 of the robot 1 via the communication unit 63. As a result, the robot arm 10 can perform a predetermined work under a predetermined condition.

記憶部６２は、プロセッサー６１が実行可能な各種プログラム等を保存する。記憶部６２としては、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリー、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等が挙げられる。 The storage unit 62 stores various programs and the like that can be executed by the processor 61. Examples of the storage unit 62 include a volatile memory such as a RAM (Random Access Memory), a non-volatile memory such as a ROM (Read Only Memory), a detachable external storage device, and the like.

通信部６３は、例えば有線ＬＡＮ（Local Area Network）、無線ＬＡＮ等の外部インターフェースを用いて制御装置５との間で信号の送受信を行う。
以上、ロボットシステム１００について説明した。 The communication unit 63 transmits / receives a signal to / from the control device 5 by using an external interface such as a wired LAN (Local Area Network) or a wireless LAN.
The robot system 100 has been described above.

次に、力検出装置１９について詳細に説明する。
図２～図７に示すように、力検出装置１９は、外力の６軸成分を検出可能な６軸力覚センサーを用いている。なお、６軸成分は、互いに直交する３軸であるα軸、β軸およびγ軸のそれぞれの方向の並進力成分と、これら３軸のそれぞれの軸まわりの回転力成分と、からなる。 Next, the force detecting device 19 will be described in detail.
As shown in FIGS. 2 to 7, the force detecting device 19 uses a 6-axis force sensor capable of detecting a 6-axis component of an external force. The 6-axis component is composed of a translational force component in each direction of the α-axis, β-axis, and γ-axis, which are three axes orthogonal to each other, and a rotational force component around each of these three axes.

図２～図４に示すように、力検出装置１９は、その中心軸Ｏまわりに等間隔に配置された４つのセンサーデバイス３と、各センサーデバイス３をそれぞれ保持する４つの与圧ブロック７と、４つの与圧部材８と、を有する。このような力検出装置１９では、各センサーデバイス３が受けた外力に応じた検出信号を出力し、それらの検出信号を処理することにより、力検出装置１９に加えられた外力の６軸成分を検出することができ、検出した６軸成分から振動を検出することができる。 As shown in FIGS. 2 to 4, the force detection device 19 includes four sensor devices 3 arranged at equal intervals around the central axis O, and four pressurization blocks 7 holding each sensor device 3. It has four pressurizing members 8. In such a force detection device 19, a detection signal corresponding to the external force received by each sensor device 3 is output, and the detection signals are processed to obtain a 6-axis component of the external force applied to the force detection device 19. It can be detected, and vibration can be detected from the detected 6-axis component.

ケース４は、センサーデバイス３と、与圧ブロック７と、与圧部材８と、を収容しており、第１ケース部材４１と、第１ケース部材４１に対して間隔を隔てて配置されている第２ケース部材４２と、第１ケース部材４１および第２ケース部材４２の外周部に設けられた側壁部４３と、を有する。第１ケース部材４１、第２ケース部材４２および側壁部４３の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料、セラミックス等を用いることができる。 The case 4 houses the sensor device 3, the pressurization block 7, and the pressurization member 8, and is arranged at a distance from the first case member 41 and the first case member 41. It has a second case member 42, and a side wall portion 43 provided on the outer peripheral portion of the first case member 41 and the second case member 42. The constituent materials of the first case member 41, the second case member 42, and the side wall portion 43 are not particularly limited, and for example, metal materials such as aluminum and stainless steel, ceramics, and the like can be used.

図３に示すように、４つのセンサーデバイス３は、それぞれ、与圧ブロック７によって保持されている。また、与圧ブロック７は、固定ボルト７０Ａによって第１ケース部材４１に固定され、固定ボルト７０Ｂによって第２ケース部材４２に固定されている。 As shown in FIG. 3, each of the four sensor devices 3 is held by the pressurization block 7. Further, the pressurization block 7 is fixed to the first case member 41 by the fixing bolt 70A, and is fixed to the second case member 42 by the fixing bolt 70B.

図５に示すように、各センサーデバイス３は、パッケージ３１と、パッケージ３１に収納された力検出素子３２と、を有する。パッケージ３１は、基体３１１と、基体３１１に接合された蓋体３１２と、を有する。パッケージ３１の内側には気密な収納空間が形成され、収納空間に力検出素子３２が収納されている。 As shown in FIG. 5, each sensor device 3 has a package 31 and a force detection element 32 housed in the package 31. The package 31 has a substrate 311 and a lid 312 joined to the substrate 311. An airtight storage space is formed inside the package 31, and the force detecting element 32 is stored in the storage space.

力検出素子３２は、力検出素子３２に加えられた外力のＡ軸方向の成分に応じた電荷Ｑａおよび力検出素子３２に加えられた外力のＡ軸方向および与圧方向に直交するＢ軸方向の成分に応じた電荷Ｑｂを出力する機能を有する。力検出素子３２は、図５に示すように、Ａ軸方向のせん断力に応じて電荷Ｑａを出力する第１圧電素子３２１と、Ｂ軸方向のせん断力に応じて電荷Ｑｂを出力する第２圧電素子３２２と、一対の支持基板３２３および支持基板３２４と、を有する。 The force detection element 32 has a charge Qa corresponding to the component of the external force applied to the force detection element 32 in the A-axis direction and a B-axis direction orthogonal to the A-axis direction and the pressure direction of the external force applied to the force detection element 32. It has a function of outputting the electric charge Qb according to the component of. As shown in FIG. 5, the force detecting element 32 has a first piezoelectric element 321 that outputs a charge Qa according to a shearing force in the A-axis direction and a second piezoelectric element 32 that outputs a charge Qb according to a shearing force in the B-axis direction. It has a piezoelectric element 322, a pair of support substrates 323, and a support substrate 324.

また、第１圧電素子３２１は、図５中の右側から、グランド電極層３２１ａ、圧電体層３２１ｂ、出力電極層３２１ｃ、圧電体層３２１ｄ、グランド電極層３２１ｅ、圧電体層３２１ｆ、出力電極層３２１ｇ、圧電体層３２１ｈ、グランド電極層３２１ｉが順に積層した構成となっている。このような構成の第１圧電素子３２１は、出力電極層３２１ｃ、３２１ｇからＡ軸方向のせん断力に応じた電荷Ｑａを出力する。一方、第２圧電素子３２２は、第１圧電素子３２１に積層されており、図中の右側から、グランド電極層３２２ａ、圧電体層３２２ｂ、出力電極層３２２ｃ、圧電体層３２２ｄ、グランド電極層３２２ｅ、圧電体層３２２ｆ、出力電極層３２２ｇ、圧電体層３２２ｈ、グランド電極層３２２ｉが順に積層した構成となっている。このような構成の第２圧電素子３２２は、出力電極層３２２ｃ、３２２ｇからＢ軸方向のせん断力に応じた電荷Ｑｂを出力する。なお、本実施形態では、グランド電極層３２１ｉおよびグランド電極層３２２ａが共通化されている。 Further, from the right side in FIG. 5, the first piezoelectric element 321 has a ground electrode layer 321a, a piezoelectric layer 321b, an output electrode layer 321c, a piezoelectric layer 321d, a ground electrode layer 321e, a piezoelectric layer 321f, and an output electrode layer 321g. , The piezoelectric layer 321h and the ground electrode layer 321i are laminated in this order. The first piezoelectric element 321 having such a configuration outputs a charge Qa corresponding to the shearing force in the A-axis direction from the output electrode layers 321c and 321 g. On the other hand, the second piezoelectric element 322 is laminated on the first piezoelectric element 321, and from the right side in the drawing, the ground electrode layer 322a, the piezoelectric layer 322b, the output electrode layer 322c, the piezoelectric layer 322d, and the ground electrode layer 322e. , Piezoelectric layer 322f, output electrode layer 322g, piezoelectric layer 322h, and ground electrode layer 322i are laminated in this order. The second piezoelectric element 322 having such a configuration outputs a charge Qb corresponding to the shearing force in the B-axis direction from the output electrode layer 322c and 322g. In this embodiment, the ground electrode layer 321i and the ground electrode layer 322a are shared.

また、圧電体層３２１ｂ、圧電体層３２１ｄ、圧電体層３２１ｆ、圧電体層３２１ｈ、圧電体層３２２ｂ、圧電体層３２２ｄ、圧電体層３２２ｆおよび圧電体層３２２ｈは、それぞれ、水晶で構成されている。すなわち、圧電素子である第１圧電素子３２１および第２圧電素子３２２は、水晶で構成されている。これにより、高感度、広いダイナミックレンジ、高い剛性等の優れた特性を有する力検出素子３２を得ることができる。 Further, the piezoelectric layer 321b, the piezoelectric layer 321d, the piezoelectric layer 321f, the piezoelectric layer 321h, the piezoelectric layer 322b, the piezoelectric layer 322d, the piezoelectric layer 322f and the piezoelectric layer 322h are each composed of quartz. There is. That is, the first piezoelectric element 321 and the second piezoelectric element 322, which are piezoelectric elements, are made of quartz. This makes it possible to obtain a force detecting element 32 having excellent characteristics such as high sensitivity, wide dynamic range, and high rigidity.

また、圧電体層３２１ｂ、圧電体層３２１ｄ、圧電体層３２１ｆ、圧電体層３２１ｈ、圧電体層３２２ｂ、圧電体層３２２ｄ、圧電体層３２２ｆおよび圧電体層３２２ｈは、それぞれ、水晶の機械軸であるＹ軸を厚さ方向とするＹカット水晶板で構成され、電気軸であるＸ軸が矢印の方向を向いている。なお、圧電体層３２１ｂ、圧電体層３２１ｄ、圧電体層３２１ｆ、圧電体層３２１ｈ、圧電体層３２２ｂ、圧電体層３２２ｄ、圧電体層３２２ｆおよび圧電体層３２２ｈは、水晶以外の圧電材料を用いた構成であってもよい。水晶以外の圧電材料としては、例えば、トパーズ、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等が挙げられる。 Further, the piezoelectric layer 321b, the piezoelectric layer 321d, the piezoelectric layer 321f, the piezoelectric layer 321h, the piezoelectric layer 322b, the piezoelectric layer 322d, the piezoelectric layer 322f and the piezoelectric layer 322h are each formed by a crystal mechanical shaft. It is composed of a Y-cut crystal plate whose thickness direction is a certain Y-axis, and the X-axis, which is an electric axis, points in the direction of the arrow. The piezoelectric layer 321b, the piezoelectric layer 321d, the piezoelectric layer 321f, the piezoelectric layer 321h, the piezoelectric layer 322b, the piezoelectric layer 322d, the piezoelectric layer 322f, and the piezoelectric layer 322h use a piezoelectric material other than quartz. It may be the configuration that was used. Examples of the piezoelectric material other than the crystal include topaz, barium titanate, lead titanate, lead zirconate titanate (PZT), lithium niobate, lithium tantalate, and the like.

このような力検出装置１９は、図示しない外力検出回路を有し、外力検出回路は、各センサーデバイス３から出力される電荷Ｑａ、Ｑｂに基づいて、α軸方向の並進力成分Ｆα、β軸方向の並進力成分Ｆβ、γ軸方向の並進力成分Ｆγ、α軸周りの回転力成分Ｍα、β軸周りの回転力成分Ｍβ、γ軸周りの回転力成分Ｍγを演算することができる。 Such a force detecting device 19 has an external force detecting circuit (not shown), and the external force detecting circuit has translational force components Fα and β axes in the α-axis direction based on the charges Qa and Qb output from each sensor device 3. It is possible to calculate the translational force component Fβ in the direction, the translational force component Fγ in the γ-axis direction, the rotational force component Mα around the α-axis, the rotational force component Mβ around the β-axis, and the rotational force component Mγ around the γ-axis.

さて、従来では、図８に示すように、図８中矢印方向から見たとき、センサーデバイス３とは異なる位置に、２本の与圧ボルトが設けられている。各与圧ボルトの締結を調整することにより、センサーデバイス３に対し、所望の方向の与圧を与えることができる。しかしながら、各与圧ボルトの締結の程度が異なっていた場合、場合によっては、第１の基板７１’および第２の基板７２’が割れてしまったり、センサーデバイスに不本意な方向の力がかかってしまう。その結果、力検出装置の信頼性が低下してしまう。 By the way, conventionally, as shown in FIG. 8, two pressurizing bolts are provided at positions different from those of the sensor device 3 when viewed from the direction of the arrow in FIG. By adjusting the fastening of each pressurization bolt, pressurization in a desired direction can be applied to the sensor device 3. However, if the degree of fastening of each pressurization bolt is different, in some cases, the first substrate 71'and the second substrate 72'are cracked, or a force in an undesired direction is applied to the sensor device. Will end up. As a result, the reliability of the force detector is reduced.

そこで、本発明の力検出装置１９では、以下の構成とすることにより、上記課題を解決した。
図６および図７に示すように、与圧ブロック７は、センサーデバイス３を第１方向、すなわち、力検出素子３２の積層方向に挟むように構成される部材である。つまり、第１方向とはＣ軸方向、すなわち、グランド電極層３２１ａ、圧電体層３２１ｂ、出力電極層３２１ｃ、圧電体層３２１ｄ、グランド電極層３２１ｅ、圧電体層３２１ｆ、出力電極層３２１ｇ、圧電体層３２１ｈ、グランド電極層３２１ｉの積層方向のことである。 Therefore, the force detecting device 19 of the present invention solves the above-mentioned problems by adopting the following configuration.
As shown in FIGS. 6 and 7, the pressurization block 7 is a member configured to sandwich the sensor device 3 in the first direction, that is, in the stacking direction of the force detection elements 32. That is, the first direction is the C-axis direction, that is, the ground electrode layer 321a, the piezoelectric layer 321b, the output electrode layer 321c, the piezoelectric layer 321d, the ground electrode layer 321e, the piezoelectric layer 321f, the output electrode layer 321g, and the piezoelectric body. This is the stacking direction of the layer 321h and the ground electrode layer 321i.

また、与圧ブロック７は、少なくとも１つの部材、本実施形態では、１つの部材で構成されている。すなわち、与圧ブロック７は、センサーデバイス３を支持する第１部分７１と、与圧部材８を挿通する孔７２１を有する第２部分７２と、第１部分７１と第２部分７２とを接続する第３部分７３と、を有し、第１部分７１、第２部分７２および第３部分７３が、一体的に成形されたものである。 Further, the pressurization block 7 is composed of at least one member, and in the present embodiment, one member. That is, the pressurization block 7 connects the first portion 71 that supports the sensor device 3, the second portion 72 that has the hole 721 through which the pressurization member 8 is inserted, and the first portion 71 and the second portion 72. It has a third portion 73, and the first portion 71, the second portion 72, and the third portion 73 are integrally molded.

図３に示すように、第１部分７１は、第２ケース部材４２に固定される部分である。図６に示すように、第１部分７１は、板状部７１１と、板状部７１１から突出して設けられた一対の突出部７１２と、を有する。板状部７１１は、図７に示すように、センサーデバイス３を支持する部分であり、第２部分７２側に向かって突出し、センサーデバイス３が載置される載置部７１３を有する。載置部７１３を有することにより、センサーデバイス３を第２部分７２側に近づけることができ、与圧部材８の長さを短くすることができる。 As shown in FIG. 3, the first portion 71 is a portion fixed to the second case member 42. As shown in FIG. 6, the first portion 71 has a plate-shaped portion 711 and a pair of protruding portions 712 protruding from the plate-shaped portion 711. As shown in FIG. 7, the plate-shaped portion 711 is a portion that supports the sensor device 3, and has a mounting portion 713 that projects toward the second portion 72 side and on which the sensor device 3 is mounted. By having the mounting portion 713, the sensor device 3 can be brought closer to the second portion 72 side, and the length of the pressurizing member 8 can be shortened.

突出部７１２には、固定ボルト７０Ｂが挿入される挿入孔７１４が形成されている。挿入孔７１４は、Ｂ軸方向に沿って形成された貫通孔である。すなわち、挿入孔７１４は、その中心軸が板状部７１１の面方向に沿った向きで形成された貫通孔である。 The protrusion 712 is formed with an insertion hole 714 into which the fixing bolt 70B is inserted. The insertion hole 714 is a through hole formed along the B-axis direction. That is, the insertion hole 714 is a through hole whose central axis is formed in the direction along the surface direction of the plate-shaped portion 711.

また、図示はしないが、固定ボルト７０Ｂの外周部には、雄ネジ部が形成されており、挿入孔７１４の内周部には、固定ボルト７０Ｂの雄ネジ部と螺合する雌ネジ部が形成されている。これにより、ケース４と与圧ブロック７とを強固に固定することができるとともに、着脱を容易に行うことができる。 Although not shown, a male screw portion is formed on the outer peripheral portion of the fixing bolt 70B, and a female screw portion screwed with the male screw portion of the fixing bolt 70B is formed on the inner peripheral portion of the insertion hole 714. It is formed. As a result, the case 4 and the pressurization block 7 can be firmly fixed and can be easily attached and detached.

第２部分７２は、図３に示すように、第１ケース部材４１に固定される部分である。図６および図７に示すように、第２部分７２は、センサーデバイス３を介して第１部分７１の板状部７１１と対向する位置に設けられている。第２部分７２は、与圧部材８を挿通する孔７２１と、固定ボルト７０Ａが挿入される一対の挿入孔７２２と、を有する。 As shown in FIG. 3, the second portion 72 is a portion fixed to the first case member 41. As shown in FIGS. 6 and 7, the second portion 72 is provided at a position facing the plate-shaped portion 711 of the first portion 71 via the sensor device 3. The second portion 72 has a hole 721 through which the pressurizing member 8 is inserted and a pair of insertion holes 722 into which the fixing bolt 70A is inserted.

孔７２１は、第１方向、すなわち、力検出素子３２の積層方向積層方向に沿って延在する貫通孔である。つまり、第１方向とはＣ軸方向、すなわち、グランド電極層３２１ａ、圧電体層３２１ｂ、出力電極層３２１ｃ、圧電体層３２１ｄ、グランド電極層３２１ｅ、圧電体層３２１ｆ、出力電極層３２１ｇ、圧電体層３２１ｈ、グランド電極層３２１ｉの積層方向のことである。 The hole 721 is a through hole extending in the first direction, that is, along the stacking direction of the force detecting element 32. That is, the first direction is the C-axis direction, that is, the ground electrode layer 321a, the piezoelectric layer 321b, the output electrode layer 321c, the piezoelectric layer 321d, the ground electrode layer 321e, the piezoelectric layer 321f, the output electrode layer 321g, and the piezoelectric body. This is the stacking direction of the layer 321h and the ground electrode layer 321i.

孔７２１には、与圧部材８が挿入されている。与圧部材８は、図示の構成では、ボルトで構成されており、与圧ブロック７に、センサーデバイス３への与圧の程度を調整可能に固定されている。この与圧部材８は、第１方向に沿った方向にセンサーデバイス３を与圧する部材である。また、与圧部材８の先端は、板状部材９と当接している。与圧部材８の先端は、湾曲面で構成されていてもよく、平面で構成されていてもよい。 A pressurization member 8 is inserted into the hole 721. In the illustrated configuration, the pressurization member 8 is composed of bolts, and is fixed to the pressurization block 7 so that the degree of pressurization to the sensor device 3 can be adjusted. The pressurizing member 8 is a member that pressurizes the sensor device 3 in a direction along the first direction. Further, the tip of the pressurizing member 8 is in contact with the plate-shaped member 9. The tip of the pressurizing member 8 may be formed of a curved surface or may be formed of a flat surface.

また、図示はしないが、与圧部材８の外周部には、雄ネジ部が形成されており、孔７２１の内周部には、与圧部材８の雄ネジ部と螺合する雌ネジ部が形成されている。これにより、与圧部材８を回転させるという簡単な方法により、与圧部材８をセンサーデバイス３に接近または離間する方向に移動させることができ、与圧の程度を簡単かつ正確に調整することができる。 Although not shown, a male screw portion is formed on the outer peripheral portion of the pressurizing member 8, and a female screw portion screwed with the male screw portion of the pressurizing member 8 is formed on the inner peripheral portion of the hole 721. Is formed. Thereby, the pressurization member 8 can be moved in the direction of approaching or separating from the sensor device 3 by a simple method of rotating the pressurization member 8, and the degree of pressurization can be easily and accurately adjusted. can.

挿入孔７２２は、Ｂ軸方向に沿って延在する貫通孔である。各挿入孔７２２は、孔７２１を介して互いに離間して配置されている。 The insertion hole 722 is a through hole extending along the B-axis direction. The insertion holes 722 are arranged apart from each other via the holes 721.

また、図示はしないが、固定ボルト７０Ａの外周部には、雄ネジ部が形成されており、挿入孔７２２の内周部には、固定ボルト７０Ａの雄ネジ部と螺合する雌ネジ部が形成されている。これにより、ケース４と与圧ブロック７とを強固に固定することができるとともに、着脱を容易に行うことができる。 Although not shown, a male screw portion is formed on the outer peripheral portion of the fixing bolt 70A, and a female screw portion screwed with the male screw portion of the fixing bolt 70A is formed on the inner peripheral portion of the insertion hole 722. It is formed. As a result, the case 4 and the pressurization block 7 can be firmly fixed and can be easily attached and detached.

ここで、第１部分７１および第２部分７２が重なっている方向から見たとき、すなわち、第１方向から見たとき、センサーデバイス３と与圧部材８とは、重なっている。このため、与圧部材８は、従来の構成に比べて、センサーデバイス３をより直接的に与圧することができる。よって、与圧の程度をより正確に調整することができる。特に、１本の与圧部材８で、センサーデバイス３と重なる位置から与圧するため、図８に示すような現象が生じるのを防止することができる。よって、与圧ブロック７が割れてしまったり、センサーデバイス３に不本意な方向の力がかかってしまうのを防止することができる。その結果、力検出装置１９の信頼性を高めることができる。 Here, when viewed from the direction in which the first portion 71 and the second portion 72 overlap, that is, when viewed from the first direction, the sensor device 3 and the pressurizing member 8 overlap each other. Therefore, the pressurizing member 8 can pressurize the sensor device 3 more directly as compared with the conventional configuration. Therefore, the degree of pressurization can be adjusted more accurately. In particular, since one pressurizing member 8 pressurizes from a position overlapping with the sensor device 3, it is possible to prevent the phenomenon as shown in FIG. 8 from occurring. Therefore, it is possible to prevent the pressurization block 7 from being cracked or the sensor device 3 from being subjected to an undesired force in the direction. As a result, the reliability of the force detecting device 19 can be improved.

また、第１部分７１および第２部分７２が重なっている方向から見たとき、すなわち、第１方向から見たとき、センサーデバイス３と与圧部材８とは、センサーデバイス３の中央部で重なっている。これにより、与圧部材８がセンサーデバイス３に対してより均等に与圧することができる。 Further, when viewed from the direction in which the first portion 71 and the second portion 72 overlap, that is, when viewed from the first direction, the sensor device 3 and the pressurizing member 8 overlap at the central portion of the sensor device 3. ing. As a result, the pressurizing member 8 can pressurize the sensor device 3 more evenly.

また、前述したように、与圧ブロック７は、センサーデバイス３を支持する第１部分７１と、与圧部材８を挿通する孔７２１を有する第２部分７２と、第１部分７１と第２部分７２とを接続する第３部分７３と、を有し、第１部分７１、第２部分７２および第３部分７３が、一体的に成形されたものである。これにより、与圧ブロック７に対して不本意な方向の外力が加わったとしても、与圧ブロック７の破損を防止または抑制することができる。さらに、組立による与圧ブロック７の寸法精度の低下を抑制することができる。 Further, as described above, the pressurization block 7 includes a first portion 71 that supports the sensor device 3, a second portion 72 having a hole 721 through which the pressurization member 8 is inserted, and a first portion 71 and a second portion. It has a third portion 73 that connects to the 72, and the first portion 71, the second portion 72, and the third portion 73 are integrally molded. As a result, even if an external force in an undesired direction is applied to the pressurization block 7, damage to the pressurization block 7 can be prevented or suppressed. Further, it is possible to suppress a decrease in dimensional accuracy of the pressurized block 7 due to assembly.

なお、上記構成に限定されず、与圧ブロック７は、第１部分７１、第２部分７２および第３部分７３のうちの少なくとも一部が別体で構成されていてもよい。例えば、第３部分７３を別体で構成し、第１部分７１および第２部分７２に対してボルトを用いて固定してもよく、接着剤を用いた接着によって固定してもよい。 The pressurization block 7 is not limited to the above configuration, and at least a part of the first portion 71, the second portion 72, and the third portion 73 may be configured as a separate body. For example, the third portion 73 may be formed as a separate body and may be fixed to the first portion 71 and the second portion 72 with bolts, or may be fixed by adhesion using an adhesive.

また、与圧ブロック７は、与圧ブロック７をケース４に固定する固定ボルト７０Ａが挿入される一対の挿入孔７２２を有する。これにより、与圧ブロック７を第１ケース部材４１に安定的に固定することができる。 Further, the pressurization block 7 has a pair of insertion holes 722 into which fixing bolts 70A for fixing the pressurization block 7 to the case 4 are inserted. As a result, the pressurization block 7 can be stably fixed to the first case member 41.

また、図３および図６に示すように、与圧部材８は、ボルトであり、与圧部材８が延在する方向と、挿入孔７２２に挿入された固定ボルト７０Ａが延在する方向とは、交わっている。従来のように、２本の与圧ボルトで与圧を行う場合、与圧ボルトを挿入する孔の形成位置は、挿入孔７２２の位置を避ける必要があり、その結果、与圧ブロックの寸法が大きくなってしまう。これに対し、本発明の力検出装置１９では、前述したように、１本の与圧部材８で与圧を行う構成であるため、孔７２１の形成位置を挿入孔７２２から避ける必要がない。このため、必要以上に与圧ブロック７の寸法が大きくなってしまうのを防止または抑制することができる。 Further, as shown in FIGS. 3 and 6, the pressurization member 8 is a bolt, and the direction in which the pressurization member 8 extends and the direction in which the fixing bolt 70A inserted into the insertion hole 722 extends. , Crossing. When pressurization is performed with two pressurization bolts as in the conventional case, it is necessary to avoid the position of the insertion hole 722 in the formation position of the hole for inserting the pressurization bolt, and as a result, the dimension of the pressurization block becomes large. It gets bigger. On the other hand, in the force detecting device 19 of the present invention, as described above, since the pressurization is performed by one pressurizing member 8, it is not necessary to avoid the formation position of the hole 721 from the insertion hole 722. Therefore, it is possible to prevent or suppress the size of the pressurization block 7 from becoming larger than necessary.

また、与圧部材８は、一対の挿入孔７２２の間に位置している。これにより、必要以上に与圧ブロック７の寸法が大きくなってしまうのを防止または抑制することができる。 Further, the pressurization member 8 is located between the pair of insertion holes 722. This makes it possible to prevent or suppress the size of the pressurization block 7 from becoming larger than necessary.

また、与圧部材８の第２部分７２とセンサーデバイス３との間には、板状部材９が設けられている。これにより、先端の面積が比較的小さい与圧部材８が、直接センサーデバイス３と接触するのを防止することができる。よって、センサーデバイス３を保護することができる。 Further, a plate-shaped member 9 is provided between the second portion 72 of the pressurization member 8 and the sensor device 3. This makes it possible to prevent the pressurizing member 8 having a relatively small tip area from coming into direct contact with the sensor device 3. Therefore, the sensor device 3 can be protected.

また、板状部材９を有することにより、与圧部材８を回転させて与圧を調整する際、与圧部材８の回転力をセンサーデバイス３に伝達しにくくすることができる。よって、センサーデバイス３が与圧の調整の際に回転してしまうのを防止することができる。 Further, by having the plate-shaped member 9, when the pressurization member 8 is rotated to adjust the pressurization, it is possible to make it difficult to transmit the rotational force of the pressurization member 8 to the sensor device 3. Therefore, it is possible to prevent the sensor device 3 from rotating when the pressurization is adjusted.

板状部材９の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料、セラミックス、各種硬質樹脂材料等を用いることができる。 The constituent material of the plate-shaped member 9 is not particularly limited, and for example, metal materials such as aluminum and stainless steel, ceramics, and various hard resin materials can be used.

また、板状部材９の表面粗さＲａは、特に限定されないが、０．５μｍ以上１００μｍ以下であるのが好ましく、１μｍ以上５０μｍ以下であるのがより好ましい。これにより、与圧部材８を回転させて与圧を調整する際、与圧部材８の回転力を板状部材９およびセンサーデバイス３に伝達しにくくすることができる。 The surface roughness Ra of the plate-shaped member 9 is not particularly limited, but is preferably 0.5 μm or more and 100 μm or less, and more preferably 1 μm or more and 50 μm or less. As a result, when the pressurization member 8 is rotated to adjust the pressurization, it is possible to make it difficult to transmit the rotational force of the pressurization member 8 to the plate-shaped member 9 and the sensor device 3.

また、板状部材９は、板状部材９の平面視で、センサーデバイス３を包含する程度の大きさを有する。これにより、センサーデバイス３の平面視での全域にわたって与圧を行うことができる。よって、より均等に与圧を行うことができる。 Further, the plate-shaped member 9 has a size enough to include the sensor device 3 in a plan view of the plate-shaped member 9. As a result, pressurization can be performed over the entire area of the sensor device 3 in a plan view. Therefore, pressurization can be performed more evenly.

以上説明したように、力検出装置１９は、受けた外力に応じて信号を出力する第１圧電素子３２１および第２圧電素子３２２を含むセンサーデバイス３と、センサーデバイス３を第１方向に挟むように構成される少なくとも１つの部材で構成される与圧ブロック７と、与圧ブロック７に、センサーデバイス３への与圧の程度を調整可能に固定され、第１方向であるＣ軸方向に沿った方向にセンサーデバイス３を与圧する与圧部材８と、を備え、第１方向から見たとき、センサーデバイス３と与圧部材８とは、重なっている。これにより、従来の構成に比べて、センサーデバイス３をより直接的に与圧することができる。よって、与圧の程度をより正確に調整することができる。特に、与圧部材８によってセンサーデバイス３と重なる位置から与圧するため、よって、与圧ブロック７が割れてしまったり、センサーデバイス３に不本意な方向の力がかかってしまうのを防止することができる。その結果、力検出装置１９の信頼性を高めることができる。 As described above, the force detecting device 19 sandwiches the sensor device 3 including the first piezoelectric element 321 and the second piezoelectric element 322 that output a signal according to the received external force in the first direction. The pressure block 7 is composed of at least one member, and the pressure block 7 is fixed to the pressure block 7 so that the degree of pressure applied to the sensor device 3 can be adjusted and is fixed along the C-axis direction, which is the first direction. A pressure member 8 that pressurizes the sensor device 3 in the vertical direction is provided, and the sensor device 3 and the pressure member 8 overlap each other when viewed from the first direction. As a result, the sensor device 3 can be pressurized more directly than in the conventional configuration. Therefore, the degree of pressurization can be adjusted more accurately. In particular, since the pressurizing member 8 pressurizes from the position where it overlaps with the sensor device 3, it is possible to prevent the pressurization block 7 from cracking or applying a force in an undesired direction to the sensor device 3. can. As a result, the reliability of the force detecting device 19 can be improved.

また、ロボット１は、ロボットアーム１０と、ロボットアーム１０に加わる力を検出する力検出装置１９と、を備える。そして、力検出装置１９は、受けた外力に応じて信号を出力する第１圧電素子３２１および第２圧電素子３２２を含むセンサーデバイス３と、センサーデバイス３を第１方向に挟むように構成される少なくとも１つの部材で構成される与圧ブロック７と、与圧ブロック７に、センサーデバイス３への与圧の程度を調整可能に固定され、第１方向に沿った方向にセンサーデバイス３を与圧する与圧部材８と、を備え、第１方向から見たとき、センサーデバイス３と与圧部材８とは、重なっている。これにより、従来の構成に比べて、センサーデバイス３をより直接的に与圧することができる。よって、与圧の程度をより正確に調整することができる。特に、与圧部材８によってセンサーデバイス３と重なる位置から与圧するため、よって、与圧ブロック７が割れてしまったり、センサーデバイス３に不本意な方向の力がかかってしまうのを防止することができる。その結果、力検出装置１９の信頼性を高めることができる。 Further, the robot 1 includes a robot arm 10 and a force detecting device 19 for detecting a force applied to the robot arm 10. The force detection device 19 is configured to sandwich the sensor device 3 including the first piezoelectric element 321 and the second piezoelectric element 322 that output a signal according to the received external force in the first direction. The pressure block 7 composed of at least one member and the pressure block 7 are fixed to the pressure block 7 so that the degree of pressure applied to the sensor device 3 can be adjusted, and the sensor device 3 is pressed in a direction along the first direction. The pressure member 8 is provided, and the sensor device 3 and the pressure member 8 overlap each other when viewed from the first direction. As a result, the sensor device 3 can be pressurized more directly than in the conventional configuration. Therefore, the degree of pressurization can be adjusted more accurately. In particular, since the pressurizing member 8 pressurizes from the position where it overlaps with the sensor device 3, it is possible to prevent the pressurization block 7 from cracking or applying a force in an undesired direction to the sensor device 3. can. As a result, the reliability of the force detecting device 19 can be improved.

なお、本実施形態では、与圧部材８は、ボルトである構成について説明したが、本発明ではこれに限定されず、例えば、圧入ピンや圧縮バネ等であってもよい。 In the present embodiment, the pressurization member 8 has been described as being a bolt, but the present invention is not limited to this, and may be, for example, a press-fit pin, a compression spring, or the like.

また、与圧ブロック７の第１部分７１の載置部７１３には、センサーデバイス３および与圧ブロック７を組み立てる際の、センサーデバイス３の位置を決めるマーカーや、突出部が設けられていてもよい。 Further, even if the mounting portion 713 of the first portion 71 of the pressurized block 7 is provided with a marker for determining the position of the sensor device 3 and a protruding portion when assembling the sensor device 3 and the pressurized block 7. good.

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い。また、力検出装置およびロボットの各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構造物と置換することができる。また、任意の構造物が付加されていてもよい。 Although the force detection device and the robot of the present invention have been described above with respect to the illustrated embodiment, the present invention is not limited thereto. Further, each part of the force detecting device and the robot can be replaced with any structure capable of exhibiting the same function. Further, any structure may be added.

１…ロボット、３…センサーデバイス、４…ケース、５…制御装置、６…教示装置、７…与圧ブロック、８…与圧部材、９…板状部材、１０…ロボットアーム、１１…基台、１２…第１アーム、１３…第２アーム、１４…第３アーム、１５…第４アーム、１６…第５アーム、１７…第６アーム、１８…中継ケーブル、１９…力検出装置、２０…エンドエフェクター、３１…パッケージ、３２…力検出素子、４１…第１ケース部材、４２…第２ケース部材、４３…側壁部、５１…プロセッサー、５２…記憶部、５３…通信部、６１…プロセッサー、６２…記憶部、６３…通信部、７０Ａ…固定ボルト、７０Ｂ…固定ボルト、７１…第１部分、７１’…第１の基板、７２…第２部分、７２’…第２の基板、７３…第３部分、１００…ロボットシステム、１７１…関節、１７２…関節、１７３…関節、１７４…関節、１７５…関節、１７６…関節、２００…ワーク、３１１…基体、３１２…蓋体、３２１…第１圧電素子、３２１ａ…グランド電極層、３２１ｂ…圧電体層、３２１ｃ…出力電極層、３２１ｄ…圧電体層、３２１ｅ…グランド電極層、３２１ｆ…圧電体層、３２１ｇ…出力電極層、３２１ｈ…圧電体層、３２１ｉ…グランド電極層、３２２…第２圧電素子、３２２ａ…グランド電極層、３２２ｂ…圧電体層、３２２ｃ…出力電極層、３２２ｄ…圧電体層、３２２ｅ…グランド電極層、３２２ｆ…圧電体層、３２２ｇ…出力電極層、３２２ｈ…圧電体層、３２２ｉ…グランド電極層、３２３…支持基板、３２４…支持基板、７１１…板状部、７１２…突出部、７１３…載置部、７１４…挿入孔、７２１…孔、７２２…挿入孔、Ｅ１…エンコーダー、Ｅ２…エンコーダー、Ｅ３…エンコーダー、Ｅ４…エンコーダー、Ｅ５…エンコーダー、Ｅ６…エンコーダー、Ｆα…並進力成分、Ｆβ…並進力成分、Ｆγ…並進力成分、Ｍ１…モーター、Ｍ２…モーター、Ｍ３…モーター、Ｍ４…モーター、Ｍ５…モーター、Ｍ６…モーター、Ｏ…中心軸、Ｑａ…電荷、Ｑｂ…電荷 1 ... Robot, 3 ... Sensor device, 4 ... Case, 5 ... Control device, 6 ... Teaching device, 7 ... Piezoelectric block, 8 ... Piezoelectric member, 9 ... Plate-shaped member, 10 ... Robot arm, 11 ... Base , 12 ... 1st arm, 13 ... 2nd arm, 14 ... 3rd arm, 15 ... 4th arm, 16 ... 5th arm, 17 ... 6th arm, 18 ... relay cable, 19 ... force detector, 20 ... End effector, 31 ... Package, 32 ... Force detection element, 41 ... First case member, 42 ... Second case member, 43 ... Side wall, 51 ... Processor, 52 ... Storage, 53 ... Communication, 61 ... Processor, 62 ... storage unit, 63 ... communication unit, 70A ... fixing bolt, 70B ... fixing bolt, 71 ... first part, 71'... first board, 72 ... second part, 72'... second board, 73 ... Third part, 100 ... robot system, 171 ... joint, 172 ... joint, 173 ... joint, 174 ... joint, 175 ... joint, 176 ... joint, 200 ... work, 311 ... substrate, 312 ... lid, 321 ... first Piezoelectric element, 321a ... ground electrode layer, 321b ... piezoelectric layer, 321c ... output electrode layer, 321d ... piezoelectric layer, 321e ... ground electrode layer, 321f ... piezoelectric layer, 321g ... output electrode layer, 321h ... piezoelectric layer , 321i ... ground electrode layer, 322 ... second piezoelectric element, 322a ... ground electrode layer, 322b ... piezoelectric layer, 322c ... output electrode layer, 322d ... piezoelectric layer, 322e ... ground electrode layer, 322f ... piezoelectric layer, 322g ... Output electrode layer, 322h ... Piezoelectric layer, 322i ... Ground electrode layer, 323 ... Support substrate, 324 ... Support substrate, 711 ... Plate-shaped part, 712 ... Protruding part, 713 ... Mounting part, 714 ... Insert hole, 721 ... hole, 722 ... insertion hole, E1 ... encoder, E2 ... encoder, E3 ... encoder, E4 ... encoder, E5 ... encoder, E6 ... encoder, Fα ... translational force component, Fβ ... translational force component, Fγ ... translational force component , M1 ... motor, M2 ... motor, M3 ... motor, M4 ... motor, M5 ... motor, M6 ... motor, O ... central axis, Qa ... charge, Qb ... charge

Claims (9)

受けた外力に応じて信号を出力する圧電素子を含むセンサーデバイスと、
前記センサーデバイスを第１方向に挟むように構成される少なくとも１つの部材で構成される与圧ブロックと、
前記与圧ブロックに、前記センサーデバイスへの与圧の程度を調整可能に固定され、前記第１方向に沿った方向に前記センサーデバイスを与圧する与圧部材と、を備え、
前記第１方向から見たとき、前記センサーデバイスと前記与圧部材とは、重なっていることを特徴とする力検出装置。 A sensor device including a piezoelectric element that outputs a signal according to the received external force,
A pressurization block composed of at least one member configured to sandwich the sensor device in the first direction, and a pressurization block.
The pressurization block is provided with a pressurization member that is fixed in an adjustable manner to the degree of pressurization to the sensor device and pressurizes the sensor device in a direction along the first direction.
A force detection device characterized in that the sensor device and the pressurizing member overlap each other when viewed from the first direction. 前記第１方向から見たとき、前記センサーデバイスと前記与圧部材とは、前記センサーデバイスの中央部で重なっている請求項１に記載の力検出装置。 The force detecting device according to claim 1, wherein the sensor device and the pressurizing member overlap each other in the central portion of the sensor device when viewed from the first direction. 前記与圧ブロックは、前記センサーデバイスを支持する第１部分と、前記与圧部材を挿通する孔を有する第２部分と、前記第１部分と前記第２部分とを接続する第３部分と、を有し、前記第１部分、前記第２部分および前記第３部分が、一体的に成形されたものである請求項１または２に記載の力検出装置。 The pressurization block includes a first portion that supports the sensor device, a second portion that has a hole through which the pressurization member is inserted, and a third portion that connects the first portion and the second portion. The force detecting device according to claim 1 or 2, wherein the first portion, the second portion, and the third portion are integrally molded. 前記与圧部材と前記センサーデバイスとの間には、板状部材が設けられている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の力検出装置。 The force detecting device according to any one of claims 1 to 3, wherein a plate-shaped member is provided between the pressurizing member and the sensor device. 前記板状部材は、前記板状部材の平面視で、前記センサーデバイスを包含している請求項４に記載の力検出装置。 The force detection device according to claim 4, wherein the plate-shaped member includes the sensor device in a plan view of the plate-shaped member. 前記センサーデバイスと、前記与圧ブロックと、前記与圧部材と、を収容するケースを備え、
前記与圧ブロックは、前記与圧ブロックを前記ケースに固定する固定ボルトが挿入される一対の挿入孔を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の力検出装置。 A case for accommodating the sensor device, the pressurization block, and the pressurization member is provided.
The force detecting device according to any one of claims 1 to 5, wherein the pressurization block has a pair of insertion holes into which a fixing bolt for fixing the pressurization block to the case is inserted. 前記与圧部材は、一対の前記挿入孔の間に位置している請求項６に記載の力検出装置。 The force detecting device according to claim 6, wherein the pressurizing member is located between the pair of insertion holes. 前記圧電素子は、水晶で構成されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の力検出装置。 The force detection device according to any one of claims 1 to 7, wherein the piezoelectric element is made of quartz. ロボットアームと、前記ロボットアームに加わる力を検出する力検出装置と、を備え、
前記力検出装置は、
受けた外力に応じて信号を出力する圧電素子を含むセンサーデバイスと、
前記センサーデバイスを第１方向に挟むように構成される少なくとも１つの部材で構成される与圧ブロックと、
前記与圧ブロックに、前記センサーデバイスへの与圧の程度を調整可能に固定され、前記第１方向に沿った方向に前記センサーデバイスを与圧する与圧部材と、を備え、
前記第１方向から見たとき、前記センサーデバイスと前記与圧部材とは、重なっていることを特徴とするロボット。 A robot arm and a force detecting device for detecting a force applied to the robot arm are provided.
The force detector is
A sensor device including a piezoelectric element that outputs a signal according to the received external force,
A pressurization block composed of at least one member configured to sandwich the sensor device in the first direction, and a pressurization block.
The pressurization block is provided with a pressurization member that is fixed in an adjustable manner to the degree of pressurization to the sensor device and pressurizes the sensor device in a direction along the first direction.
A robot characterized in that the sensor device and the pressurizing member overlap each other when viewed from the first direction.
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