JP2023151155A - 力覚センサ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】力覚センサ装置を被固定部に取り付ける際に生じる応力に起因するセンサチップの出力変動を低減する。
【解決手段】力覚センサ装置は、センサチップと、センサチップ実装部と、センサチップ実装部からセンサチップ実装部を中心とする仮想円の径方向に延びる第1梁と、第1梁に連結された第1固定部と、を有する第1部材と、センサチップと接触する第2接触部と、第2接触部を支持する支持部と、支持部から径方向に延びる第2梁と、第2梁に連結された第2固定部と、を有する第2部材と、を備え、第1梁は、センサチップ実装部から径方向に張り出す第1部分と、径方向と交差する方向に延びる第2部分と、を含み、第2梁は、支持部から径方向に張り出す第1部分と、径方向と交差する方向に延びる第2部分と、を含み、第2梁の第1部分は、第1梁の第1部分に重なる位置に配置され、第2梁の第2部分は、第1梁の第2部分に重なる位置に配置されている。
【選択図】図6
【解決手段】力覚センサ装置は、センサチップと、センサチップ実装部と、センサチップ実装部からセンサチップ実装部を中心とする仮想円の径方向に延びる第1梁と、第1梁に連結された第1固定部と、を有する第1部材と、センサチップと接触する第2接触部と、第2接触部を支持する支持部と、支持部から径方向に延びる第2梁と、第2梁に連結された第2固定部と、を有する第2部材と、を備え、第1梁は、センサチップ実装部から径方向に張り出す第1部分と、径方向と交差する方向に延びる第2部分と、を含み、第2梁は、支持部から径方向に張り出す第1部分と、径方向と交差する方向に延びる第2部分と、を含み、第2梁の第1部分は、第1梁の第1部分に重なる位置に配置され、第2梁の第2部分は、第1梁の第2部分に重なる位置に配置されている。
【選択図】図6
Description
本発明は、力覚センサ装置に関する。
従来より、金属からなる起歪体に複数の歪ゲージを貼り付け、外力が印加された際の歪みを電気信号に変換することで多軸の力を検出する力覚センサ装置が知られている。しかし、この力覚センサ装置は、歪ゲージを1枚ずつ手作業によって貼り付ける必要から、精度や生産性に問題があり、構造上小型化することが困難であった。
一方、歪ゲージを歪み検出用のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)のセンサチップに置き換えることで、貼り合わせ精度の問題を解消し、かつ小型化を実現する力覚センサ装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
力覚センサ装置は、例えばねじを用いて接続相手の部品に取り付けられる。力覚センサ装置の取付面及び接続相手の部品の取付面を完全に平坦にすることは難しく、力覚センサ装置と接続相手の部品との間にギャップが生じる。ねじの締め付けの際に生じる応力によって起歪体が変形すると、その変形がセンサチップに伝達される。そのため、センサチップの出力に変動(オフセット)が生じることが課題となっていた。
本発明は、力覚センサ装置の取り付けの際に生じる応力に起因するオフセットを低減できる力覚センサ装置を提供する。
本発明に係る力覚センサ装置は、
複数の軸方向の少なくともひとつの方向の変位を検知するセンサチップと、
前記センサチップと接触する第1接触部を含み前記センサチップが実装されるセンサチップ実装部と、前記センサチップ実装部から前記センサチップ実装部を中心とする仮想円の径方向に延びる第1梁と、前記第1梁に連結された第1固定部と、を有する第1部材と、
前記センサチップと接触する第2接触部と、前記第2接触部を支持する支持部と、前記支持部から前記径方向に延びる第2梁と、前記第2梁に連結された第2固定部と、を有する第2部材と、を備え、
平面視において、
前記第1梁は、
前記センサチップ実装部から前記径方向に張り出す第1部分と、
前記径方向と交差する方向に延びる第2部分と、を含み、
前記第2梁は、
前記支持部から前記径方向に張り出す第1部分と、
前記径方向と交差する方向に延びる第2部分と、を含み、
前記第2梁の前記第1部分は、前記第1梁の前記第1部分に重なる位置に配置され、
前記第2梁の前記第2部分は、前記第1梁の前記第2部分に重なる位置に配置されていることを特徴とする。
複数の軸方向の少なくともひとつの方向の変位を検知するセンサチップと、
前記センサチップと接触する第1接触部を含み前記センサチップが実装されるセンサチップ実装部と、前記センサチップ実装部から前記センサチップ実装部を中心とする仮想円の径方向に延びる第1梁と、前記第1梁に連結された第1固定部と、を有する第1部材と、
前記センサチップと接触する第2接触部と、前記第2接触部を支持する支持部と、前記支持部から前記径方向に延びる第2梁と、前記第2梁に連結された第2固定部と、を有する第2部材と、を備え、
平面視において、
前記第1梁は、
前記センサチップ実装部から前記径方向に張り出す第1部分と、
前記径方向と交差する方向に延びる第2部分と、を含み、
前記第2梁は、
前記支持部から前記径方向に張り出す第1部分と、
前記径方向と交差する方向に延びる第2部分と、を含み、
前記第2梁の前記第1部分は、前記第1梁の前記第1部分に重なる位置に配置され、
前記第2梁の前記第2部分は、前記第1梁の前記第2部分に重なる位置に配置されていることを特徴とする。
本発明は、力覚センサ装置の取り付けの際に生じる応力に起因するオフセットを低減できる。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
(ロボットアーム)
はじめに、図1及び図2を参照して、実施形態に係る力覚センサ装置1を備えるロボットアーム2について説明する。図1は、実施形態に係る力覚センサ装置が取り付けられたロボットアームを示す側面図である。図2は、アーム本体の先端部に取り付けられたアタッチメント及び力覚センサ装置を示す断面図である。
はじめに、図1及び図2を参照して、実施形態に係る力覚センサ装置1を備えるロボットアーム2について説明する。図1は、実施形態に係る力覚センサ装置が取り付けられたロボットアームを示す側面図である。図2は、アーム本体の先端部に取り付けられたアタッチメント及び力覚センサ装置を示す断面図である。
ロボットアーム2は、例えば産業用のロボットアームである。産業用のロボットアームは、工作機械等のロボットのアームでもよい。ロボットアーム2は、複数のアーム本体3,4を備える。複数のアーム本体3,4は、関節を介して各々接続されている。複数のアーム本体3,4は、関節の回転軸回りに揺動可能である。関節は、回転軸を回転させるアクチュエータを有する。また、アーム本体3,4は、その長手方向に延在する軸回りに回転してもよい。
アーム本体4の先端部には、アタッチメント5を介して、力覚センサ装置1が取り付けられている。アタッチメント5は、例えば円盤状を成し、所定の厚さを有する。アタッチメント5には、アタッチメント5をアーム本体4に取り付けるためのネジ穴が形成されている。また、アタッチメント5には、力覚センサ装置1を取り付けるための雌ネジ5aが設けられている。力覚センサ装置1は、複数のボルト6を用いてアタッチメント5に取り付けることができる。
(軸、軸方向の力、及び軸周りのモーメント)
次に、図3を参照しながら、軸、軸方向の力、及び軸周りのモーメントについて説明する。図3は、X軸、Y軸、Z軸、X軸に沿う力Fx、Y軸に沿う力Fy、Z軸に沿う力Fz、X軸周りのモーメントMx、Y軸周りのモーメントMy、及びZ軸周りのモーメントMzの向きを示す図である。図3に示されるように、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向は、互いに交差する。
次に、図3を参照しながら、軸、軸方向の力、及び軸周りのモーメントについて説明する。図3は、X軸、Y軸、Z軸、X軸に沿う力Fx、Y軸に沿う力Fy、Z軸に沿う力Fz、X軸周りのモーメントMx、Y軸周りのモーメントMy、及びZ軸周りのモーメントMzの向きを示す図である。図3に示されるように、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向は、互いに交差する。
力覚センサ装置1は、X軸方向の力Fx、Y軸方向の力Fy、及びZ軸方向の力Fzを検出できる。各軸周りのモーメントは、X軸を軸として回転させるモーメントMx、Y軸を軸として回転させるモーメントMy、及びZ軸を軸として回転させるモーメントMzを検出できる。X軸方向の力Fxは、X軸方向の変位の一例である。Y軸方向の力Fyは、Y軸方向の変位の一例である。Z軸方向の力Fzは、Z軸方向の変位の一例である。
なお、各図においてX軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向が矢印で図示されている場合がある。X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向は、力覚センサ装置1を基準とする。例えば、図1に示されるロボットアーム2において、ロボットアーム2が変位して、力覚センサ装置1の向きが変化した場合には、力覚センサ装置1の向きに応じてX軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向の向きも変化する。
(力覚センサ装置の概略構成)
次に、図2、図4~図8を参照して、力覚センサ装置1の概略構成について説明する。図4は、力覚センサ装置を上方から示す斜視図である。図5は、力覚センサ装置を示す平面図である。図6は、力覚センサ装置を示す断面斜視図であり、X軸及びY軸に交差する切断面を示す図である。図7は、力覚センサ装置を示す断面斜視図であり、Y軸及びZ軸に沿う切断面を示す図である。図8は、力覚センサ装置を示す断面図であり、Y軸及びZ軸に沿う切断面を示す図である。力覚センサ装置1は、センサチップ110と、起歪体20と、を備える。
次に、図2、図4~図8を参照して、力覚センサ装置1の概略構成について説明する。図4は、力覚センサ装置を上方から示す斜視図である。図5は、力覚センサ装置を示す平面図である。図6は、力覚センサ装置を示す断面斜視図であり、X軸及びY軸に交差する切断面を示す図である。図7は、力覚センサ装置を示す断面斜視図であり、Y軸及びZ軸に沿う切断面を示す図である。図8は、力覚センサ装置を示す断面図であり、Y軸及びZ軸に沿う切断面を示す図である。力覚センサ装置1は、センサチップ110と、起歪体20と、を備える。
センサチップ110は、6軸の変位センサとして機能する。センサチップ110は、例えばMEMSでもよい。センサチップ110は、複数の軸方向の少なくともひとつの方向の変位を検知するものでもよい。軸の方向の変位とは、例えば、X軸方向の変位、Y軸方向の変位、及びZ軸方向の変位でもよい。軸方向の変位は、例えば、X軸周りの変位、Y軸周りの変位、及びZ軸周りの変位でもよい。
起歪体20は、第1部材200と、第2部材400と、トッププレート21を備える。起歪体20は、2部品構成の起歪体20である。第2部材400は、第1部材200内に収容されている。起歪体20の内部には、センサチップ110が実装されるセンサチップ実装部220が形成されている。トッププレート21は、センサチップ実装部220を覆うように配置される。トッププレート21は、Z軸方向において、アタッチメント5に近い位置に配置される。なお、図4~図8では、トッププレート21が外された状態を示す。
(第1部材の概略構成)
次に、第1部材200の概略構成について説明する。図9は、力覚センサ装置の第1部材を示す断面斜視図である。図10は、力覚センサ装置の第1部材を示す平面図である。図11は、力覚センサ装置を下方から示す斜視図である。第1部材200は、受力部240と、センサチップ実装部220と、複数の第1梁252,254と、複数の第1固定部262,264と、筒部300と、を備える。
次に、第1部材200の概略構成について説明する。図9は、力覚センサ装置の第1部材を示す断面斜視図である。図10は、力覚センサ装置の第1部材を示す平面図である。図11は、力覚センサ装置を下方から示す斜視図である。第1部材200は、受力部240と、センサチップ実装部220と、複数の第1梁252,254と、複数の第1固定部262,264と、筒部300と、を備える。
(受力部)
図2、図6~図9、及び図11に示されるように、受力部240は、例えば円盤状を成している。受力部240の厚さ方向は、Z軸方向に沿う。受力部240の外径は、例えばセンサチップ実装部220の外径よりも大きい。受力部240には、ロボットアームのエンドエフェクタを取り付けることができる。受力部240には、厚さ方向に貫通するボルト穴が設けられている。
図2、図6~図9、及び図11に示されるように、受力部240は、例えば円盤状を成している。受力部240の厚さ方向は、Z軸方向に沿う。受力部240の外径は、例えばセンサチップ実装部220の外径よりも大きい。受力部240には、ロボットアームのエンドエフェクタを取り付けることができる。受力部240には、厚さ方向に貫通するボルト穴が設けられている。
(センサチップ実装部)
図12は、力覚センサ装置の第1部材のセンサチップ実装部を拡大して示す平面図である。図13は、力覚センサ装置の第1部材のセンサチップ実装部を示す斜視図である。図9、図12及び図13に示されるように、センサチップ実装部220は、底部222及び筒部224を有する。底部222は、受力部240に対して取り付けられる。底部222は、Z軸方向において、受力部240に近い位置に配置され、筒部224は、底部222よりも受力部240から遠い位置に配置されている。底部222は、例えば板状を成す。底部222の板厚方向は、Z軸方向に沿う。受力部240の外径は、底部222の外径より大きい。底部222は、Z軸方向において、受力部240のエンドエフェクタが取り付けられる面とは反対側の面に取り付けられる。底部222には、センサチップ110に接触する複数の第1接触部212,214,216が設けられている。
図12は、力覚センサ装置の第1部材のセンサチップ実装部を拡大して示す平面図である。図13は、力覚センサ装置の第1部材のセンサチップ実装部を示す斜視図である。図9、図12及び図13に示されるように、センサチップ実装部220は、底部222及び筒部224を有する。底部222は、受力部240に対して取り付けられる。底部222は、Z軸方向において、受力部240に近い位置に配置され、筒部224は、底部222よりも受力部240から遠い位置に配置されている。底部222は、例えば板状を成す。底部222の板厚方向は、Z軸方向に沿う。受力部240の外径は、底部222の外径より大きい。底部222は、Z軸方向において、受力部240のエンドエフェクタが取り付けられる面とは反対側の面に取り付けられる。底部222には、センサチップ110に接触する複数の第1接触部212,214,216が設けられている。
複数の第1接触部212,214,216は、Z軸方向において、受力部240とは反対側に突出する。複数の第1接触部212は、Z軸方向に見て(平面視において)底部222の中央に配置された第1接触部212と、第1接触部212の周囲に配置された複数の第1接触部214,216を有する。なお、本明細書において、「径方向」との用語を使用する場合がある。径方向は、例えばZ軸方向に底部222を見た場合に、第1接触部212を中心とする仮想円の半径方向に沿う方向とする。径方向は、X軸方向及びY軸方向を含み。径方向は、Z軸方向に底部222を見た場合に、第1接触部212から離れる方向を含む。
筒部224は、Z軸方向において底部222から受力部240とは反対側に張り出す。複数の第1接触部212,214,216は、径方向において、筒部224の内側に配置されている。筒部224は、Z軸方向に見て複数の第1接触部212,214,216を囲むように形成されている。筒部224及び底部222によって囲まれる空間は、凹部を形成する。センサチップ110は、筒部224及び底部222によって形成された凹部内に配置される。
(第1梁)
次に、図9、図10、及び図14を参照して、第1梁252,254について説明する。図14は、力覚センサ装置の第1部材の第1梁を示す平面図である。図14では、第1梁254を図示している。第1梁252は、第1梁254と位置が異なるだけで、形状は同じである。複数の第1梁252,254は、径方向においてセンサチップ実装部220の外側に張り出すように形成されている。複数の第1梁252は、径方向において互いに対向するように配置されている。複数の第1梁254は、径方向において互いに対向するように配置されている。Z軸方向に見た場合に、複数の第1梁252が対向する方向と、複数の第1梁254が対向する方向とは互いに異なる方向である。
次に、図9、図10、及び図14を参照して、第1梁252,254について説明する。図14は、力覚センサ装置の第1部材の第1梁を示す平面図である。図14では、第1梁254を図示している。第1梁252は、第1梁254と位置が異なるだけで、形状は同じである。複数の第1梁252,254は、径方向においてセンサチップ実装部220の外側に張り出すように形成されている。複数の第1梁252は、径方向において互いに対向するように配置されている。複数の第1梁254は、径方向において互いに対向するように配置されている。Z軸方向に見た場合に、複数の第1梁252が対向する方向と、複数の第1梁254が対向する方向とは互いに異なる方向である。
第1梁252,254は、Z軸方向に見てT字を成すように形成されている。第1梁252は、筒部224から径方向外側に張り出す第1部分252aと、第1部分252aと交差する第2部分252bと、を有する。第1梁254は、筒部224から径方向外側に張り出す第1部分254aと、第1部分254aと交差する第2部分254bと、を有する。なお、第1梁252,254は、T字状を成すものに限定されず、例えばY字状に形成されたものでもよく、その他の形状に形成されたものでもよい。
(第1固定部)
次に図7~図10を参照して、第1固定部262,264について説明する。複数の第1固定部262,264は、Z軸方向に見て、仮想の四角形の全ての角部C1,C2に対応する位置にそれぞれ配置されている。複数の第1固定部262,264は、第2部材400が固定される部分である。仮想の四角形は、例えば筒部300の外形に沿う四角形でもよい。複数の角部C1は、例えばX軸方向に対向するように配置されている。複数の角部C2は、例えばY軸方向に対向するように配置されている。複数の第1固定部262は、X軸方向に対向して配置されている。複数の第1固定部264は、Y軸方向に対向して配置されている。
次に図7~図10を参照して、第1固定部262,264について説明する。複数の第1固定部262,264は、Z軸方向に見て、仮想の四角形の全ての角部C1,C2に対応する位置にそれぞれ配置されている。複数の第1固定部262,264は、第2部材400が固定される部分である。仮想の四角形は、例えば筒部300の外形に沿う四角形でもよい。複数の角部C1は、例えばX軸方向に対向するように配置されている。複数の角部C2は、例えばY軸方向に対向するように配置されている。複数の第1固定部262は、X軸方向に対向して配置されている。複数の第1固定部264は、Y軸方向に対向して配置されている。
複数の第1固定部262,264は、力覚センサ装置1において相対的に変位が最も少ない位置でもよい。複数の第1固定部262,264は、複数の第1梁252,254及び筒部300に連結されている。例えば複数の第1固定部262,264は、当該第1固定部262,264に連結される複数の第1梁252,254及び筒部300と比較して、剛性が高く、相対的に変形しにくい。第1固定部262,264は、筒部300の角部C1,C2に対応する位置に配置されているので、相対的に位置変化しにくい。
図10に示されるように、第1固定部262,264は、固定面262a,264aを含む。固定面262a,264aは、Z軸方向に交差する面を含む。固定面262a,264aは、Z軸方向に見て、例えば台形状を成している。
第1固定部262,264のZ軸方向に沿う厚さは、第1梁252,254のZ軸方向に沿う厚さよりも厚い。固定面262aは、Z軸方向において、第1梁252,254よりも、受力部240から離れた位置に配置されている。第1固定部262,264は、Z軸方向において、第1梁252,254よりも受力部240とは反対側に張り出している。
筒部300は、Z軸方向において、第1固定部262,264よりも受力部240とは反対側に張り出している。筒部300は、Z軸方向に見て、複数の第1固定部262,264、複数の第1梁252,254、及びセンサチップ実装部220を囲むように形成されている。筒部300は、Z軸方向に見て全周にわたって連続するように形成されている。
(第1部材の筒部)
次に、図4~図11、及び図15を参照して、第1部材の筒部300について説明する。図15は、力覚センサ装置の第1部材の筒部を示す断面図である。図15は、筒部のX-Yに沿う切断面を下方から示す断面図である。筒部300は、複数の外壁302,304、及び複数の内壁312,314,316,318を有する。複数の外壁302,304は、径方向において、外側の面を含む。複数の内壁312,314,316,318は、径方向において、内側の面を含む。複数の内壁312,314,316,318は、径方向において、複数の外壁302,304よりも内側に配置されている。
次に、図4~図11、及び図15を参照して、第1部材の筒部300について説明する。図15は、力覚センサ装置の第1部材の筒部を示す断面図である。図15は、筒部のX-Yに沿う切断面を下方から示す断面図である。筒部300は、複数の外壁302,304、及び複数の内壁312,314,316,318を有する。複数の外壁302,304は、径方向において、外側の面を含む。複数の内壁312,314,316,318は、径方向において、内側の面を含む。複数の内壁312,314,316,318は、径方向において、複数の外壁302,304よりも内側に配置されている。
外壁302,304は、Z軸方向に見て、複数の角部C1,C2を頂点とする四角形を成すように配置されている。複数の外壁302,304は、径方向と交差する面を含む。複数の外壁302は、Z軸方向に見て、第1梁252と対向するように配置されている。図10に示されるように、外壁302は、第1梁252の第1部分252aと交差するように配置されている。外壁304は、第1梁254の第1部分254aと交差するように配置されている。
内壁312,314,316,318は、Z軸方向に見て、八角形を成すように配置されている。複数の内壁312は、X軸方向に交差するYZ面を含む。複数の内壁312は、X軸方向において互いに対向している。複数の内壁314は、Y軸方向に交差するXZ面を含む。複数の内壁314は、Y軸方向において互いに対向している。複数の内壁316は、外壁302に対向する面を含む。複数の内壁318は、外壁304に対向する面を含む。
固定面262aは、Z軸方向に見て、内壁312から径方向内側に張り出すように形成されている。固定面264aは、Z軸方向に見て、内壁314から径方向内側に張り出すように形成されている。第1固定部262は、内壁312よりも径方向内側に張り出す部分を含む。第1固定部264は、内壁314よりも径方向内側に張り出す部分を含む。筒部300は、複数の第1固定部262,264間に配置され、複数の第1固定部262,264を連結する部分を含む。
Z軸方向において、複数の第1固定部262,264より張り出す筒部300の長さは、複数の第1固定部262,264のZ軸方向に沿う厚さよりも長くてもよい。筒部300は、Z軸方向において所定の長さを有する。
(第1部材の溝)
図10及び図11に示されるように、第1部材200には、複数の溝282,284が形成されている。複数の溝282,284は、Z軸方向に第1部材200を貫通している。複数の溝282は、Z軸方向に見て、第1梁252と内壁316との間に形成されている。複数の溝282は、第1梁252の第2部分252bの長手方向に沿って伸びている。複数の溝284は、Z軸方向に見て、第1梁254と内壁318との間に形成されている。複数の溝284は、第1梁254の第2部分254bの長手方向に沿って伸びている。複数の溝282,284は、Z軸方向に貫通していない構成でもよい。
図10及び図11に示されるように、第1部材200には、複数の溝282,284が形成されている。複数の溝282,284は、Z軸方向に第1部材200を貫通している。複数の溝282は、Z軸方向に見て、第1梁252と内壁316との間に形成されている。複数の溝282は、第1梁252の第2部分252bの長手方向に沿って伸びている。複数の溝284は、Z軸方向に見て、第1梁254と内壁318との間に形成されている。複数の溝284は、第1梁254の第2部分254bの長手方向に沿って伸びている。複数の溝282,284は、Z軸方向に貫通していない構成でもよい。
(第2部材の概略構成)
次に、第2部材400の概略構成について説明する。図16は、力覚センサ装置の第2部材を示す平面図である。図17は、力覚センサ装置の第2部材を示す断面斜視図である。図18は、力覚センサ装置の第2部材のリング、アーム、及び第2接触部を拡大して示す平面図である。図19は、力覚センサ装置のセンサチップ実装部及びアームを断面斜視図である。第2部材400は、複数の第2接触部412,414と、支持部420と、複数の第2梁432,434と、複数の第2固定部442,444とを備える。
次に、第2部材400の概略構成について説明する。図16は、力覚センサ装置の第2部材を示す平面図である。図17は、力覚センサ装置の第2部材を示す断面斜視図である。図18は、力覚センサ装置の第2部材のリング、アーム、及び第2接触部を拡大して示す平面図である。図19は、力覚センサ装置のセンサチップ実装部及びアームを断面斜視図である。第2部材400は、複数の第2接触部412,414と、支持部420と、複数の第2梁432,434と、複数の第2固定部442,444とを備える。
(第2接触部及び支持部)
支持部420は、複数の第2接触部412,414を支持する。複数の第2接触部412は、X軸方向に離間する。複数の第2接触部414は、Y軸方向に離間する。支持部420は、リング422と、複数のアーム462,464とを有する。リング422は、Z軸を中心とする円周に沿うように形成される。リング422は板状を成す。リング422の板厚方向は、Z軸方向に沿う。
支持部420は、複数の第2接触部412,414を支持する。複数の第2接触部412は、X軸方向に離間する。複数の第2接触部414は、Y軸方向に離間する。支持部420は、リング422と、複数のアーム462,464とを有する。リング422は、Z軸を中心とする円周に沿うように形成される。リング422は板状を成す。リング422の板厚方向は、Z軸方向に沿う。
(第2部材のアーム)
複数のアーム462は、X軸方向に対向する。複数のアーム462は、第1部分462a及び第2部分462bを有する。第1部分462aは、Z軸方向に延在し、リング422から第1部材200の底部222に向かって伸びる。第2部分462bは、Z軸方向において、リング422と離間する。第2部分462bは、第1部分462aのZ軸方向の端部から屈曲され、X軸方向に延びる。複数の第2部分462bは、X軸方向において互いに接近するように形成されている。
複数のアーム462は、X軸方向に対向する。複数のアーム462は、第1部分462a及び第2部分462bを有する。第1部分462aは、Z軸方向に延在し、リング422から第1部材200の底部222に向かって伸びる。第2部分462bは、Z軸方向において、リング422と離間する。第2部分462bは、第1部分462aのZ軸方向の端部から屈曲され、X軸方向に延びる。複数の第2部分462bは、X軸方向において互いに接近するように形成されている。
複数のアーム464は、Y軸方向に対向する。複数のアーム464は、第1部分464a及び第2部分464bを有する。第1部分464aは、Z軸方向に延在し、リング424から第1部材200の底部222に向かって伸びる。第2部分464bは、Z軸方向において、リング422と離間する。第2部分464bは、第1部分464aのZ軸方向の端部から屈曲され、Y軸方向に延びる。複数の第2部分464bは、Y軸方向において互いに接近するように形成されている。
複数のアーム462,464の先端部は互いに連結されている。アーム462の先端部は、第2部分462bのうち、第1部分462aから離れている部分である。アーム464の先端部は、第2部分464bのうち、第1部分464aから離れている部分である。
複数の第2部分462b,464bは、径方向の中心で互いに交差し、連結されている。複数の第2部分462b,464bが交差する部分には、Z軸方向に貫通する穴468が形成されている。第1接触部212は、この穴468に挿通される。穴468及び第1接触部212は、複数の第2接触部412,414の中心に配置されている。複数の第2接触部412は、第2部分462bからZ軸方向に突出する。複数の第2接触部414は、第2部分464bからZ軸方向に突出する。
(第2梁)
次に、図16、図17、及び図20を参照して、第2梁432,434について説明する。図20は、力覚センサ装置の第2部材の第2梁を示す平面図である。図20では、第2梁434を図示している。第2梁432は、第2梁434と位置が異なるだけで、形状は同じである。複数の第2梁432,434は、径方向においてリング422の外側に張り出すように形成されている。複数の第2梁432は、径方向において互いに対向するように配置されている。複数の第2梁434は、径方向において互いに対向するように配置されている。Z軸方向に見た場合に、複数の第2梁432が対向する方向と、複数の第2梁434が対向する方向とは互いに異なる方向である。
次に、図16、図17、及び図20を参照して、第2梁432,434について説明する。図20は、力覚センサ装置の第2部材の第2梁を示す平面図である。図20では、第2梁434を図示している。第2梁432は、第2梁434と位置が異なるだけで、形状は同じである。複数の第2梁432,434は、径方向においてリング422の外側に張り出すように形成されている。複数の第2梁432は、径方向において互いに対向するように配置されている。複数の第2梁434は、径方向において互いに対向するように配置されている。Z軸方向に見た場合に、複数の第2梁432が対向する方向と、複数の第2梁434が対向する方向とは互いに異なる方向である。
第2梁432,434は、Z軸方向に見てT字を成すように形成されている。第2梁432は、リング422から径方向外側に張り出す第1部分432aと、第1部分432aと交差する第2部分432bと、を有する。第2梁434は、リング424から径方向外側に張り出す第1部分434aと、第1部分434aと交差する第2部分434bと、を有する。なお、第2梁432,434は、T字状を成すものに限定されず、例えばY字状に形成されたものでもよく、その他の形状に形成されたものでもよい。
(第2固定部)
図16、図17、及び図20に示される複数の第2固定部442,444は、複数の第1固定部262,264に固定される部分である。複数の第2固定部442は、リング422の外側に配置され、X軸方向に互いに対向している。複数の第2固定部444は、リング422の外側に配置され、Y軸方向に互いに対向している。
図16、図17、及び図20に示される複数の第2固定部442,444は、複数の第1固定部262,264に固定される部分である。複数の第2固定部442は、リング422の外側に配置され、X軸方向に互いに対向している。複数の第2固定部444は、リング422の外側に配置され、Y軸方向に互いに対向している。
(第2固定部の第1固定部に対する固定)
図21は、力覚センサ装置の第1部材に設けられた筒部、フランジ、及び第1固定部を示す断面図である。図22は、第1固定部上の第2固定部を示す斜視図である。図7、図8、図21及び図22に示されるように、複数の第2固定部442,444は、複数の第1固定部に262,264に固定されている。具体的には、第2固定部442は、第1固定部262上に配置されて、第1固定部262に対して固定される。第2固定部444は、第1固定部264上に配置されて、第1固定部264に対して固定される。第2固定部442,444は、Z軸方向において、第1固定部262,264に対して、受力部240とは反対側に配置されている。第2固定部442,444は、例えば、溶接により第1固定部262,264に接合されている。
図21は、力覚センサ装置の第1部材に設けられた筒部、フランジ、及び第1固定部を示す断面図である。図22は、第1固定部上の第2固定部を示す斜視図である。図7、図8、図21及び図22に示されるように、複数の第2固定部442,444は、複数の第1固定部に262,264に固定されている。具体的には、第2固定部442は、第1固定部262上に配置されて、第1固定部262に対して固定される。第2固定部444は、第1固定部264上に配置されて、第1固定部264に対して固定される。第2固定部442,444は、Z軸方向において、第1固定部262,264に対して、受力部240とは反対側に配置されている。第2固定部442,444は、例えば、溶接により第1固定部262,264に接合されている。
(第1部材のフランジ)
次に、図2、図4~図11、図21、及び図23を参照して、第1部材200に設けられたフランジ332,334について説明する。フランジ332,334は、Z軸方向に見て、筒部300から径方向外側に張り出す。フランジ332,334は、Z軸方向に所定の厚さを有する。フランジ332には、Z軸方向に貫通するボルト穴336が形成されている。複数のボルト穴336は、仮想の四角形の角部C1,C2に対応する位置に設けられている。なお、フランジ332,334に設けられるボルト穴336は、タップ加工されていてもよい。
次に、図2、図4~図11、図21、及び図23を参照して、第1部材200に設けられたフランジ332,334について説明する。フランジ332,334は、Z軸方向に見て、筒部300から径方向外側に張り出す。フランジ332,334は、Z軸方向に所定の厚さを有する。フランジ332には、Z軸方向に貫通するボルト穴336が形成されている。複数のボルト穴336は、仮想の四角形の角部C1,C2に対応する位置に設けられている。なお、フランジ332,334に設けられるボルト穴336は、タップ加工されていてもよい。
フランジ332,334は、Z軸方向において、筒部300の端面300aよりも受力部240とは反対側に張り出す当接面332a,334aを有する。当接面332a,334aは、フランジ332,334の受力部240とは反対側の面に形成されている。当接面332a,334aは、図2に示されるアタッチメント5に当接可能な面である。
Z軸方向に見て、当接面332a,334aは、ボルト穴336の周囲に形成されている。例えば、当接面332a,334aは、ボルト穴336を囲むように全周に設けられている。
(受力部のリング状の溝)
次に、図2、図6、図8、及び図11を参照して、受力部240の底面240aに設けられたリング状の溝242について説明する。受力部240の底面240aには、リング状の溝242が形成されている。受力部240の底面240aは、Z軸方向において、センサチップ実装部220とは反対側の面である。リング状の溝242は、受力部240の中心を通るZ軸を中心とする円周状に形成されている。
次に、図2、図6、図8、及び図11を参照して、受力部240の底面240aに設けられたリング状の溝242について説明する。受力部240の底面240aには、リング状の溝242が形成されている。受力部240の底面240aは、Z軸方向において、センサチップ実装部220とは反対側の面である。リング状の溝242は、受力部240の中心を通るZ軸を中心とする円周状に形成されている。
(センサチップ、第1接触部、及び第2接触部)
次に、図12、図13、図18、及び、図24~図26を参照しながら、センサチップ110に対する第1接触部212,214,216及び第2接触部412,414の配置について説明する。図24は、力覚センサ装置の第1接触部及び第2接触部を拡大して示す平面図である。図25は、力覚センサ装置のセンサチップ実装部を示す断面図であり、Y軸及びZ軸に沿う切断面を示す図である。図26は、力覚センサ装置のセンサチップ実装部を示す断面図であり、W軸及びZ軸に沿う切断面を示す図である。なお、図24では、Z軸方向に見て、互いに交差するV軸及びW軸が示されている。V軸は、X軸をZ軸周りに45度傾斜した位置を通り、W軸は、Y軸をZ軸周りに45度傾斜した位置を通る。
次に、図12、図13、図18、及び、図24~図26を参照しながら、センサチップ110に対する第1接触部212,214,216及び第2接触部412,414の配置について説明する。図24は、力覚センサ装置の第1接触部及び第2接触部を拡大して示す平面図である。図25は、力覚センサ装置のセンサチップ実装部を示す断面図であり、Y軸及びZ軸に沿う切断面を示す図である。図26は、力覚センサ装置のセンサチップ実装部を示す断面図であり、W軸及びZ軸に沿う切断面を示す図である。なお、図24では、Z軸方向に見て、互いに交差するV軸及びW軸が示されている。V軸は、X軸をZ軸周りに45度傾斜した位置を通り、W軸は、Y軸をZ軸周りに45度傾斜した位置を通る。
上述したように、複数の第1接触部212,214,216は、第1部材200の底部222に形成さえている。Z軸方向に見て、X軸及びY軸に沿う対角線上に、複数の第1接触部214,216が配置され、これらの第1接触部214,216の中心に第1接触部212が配置されている。図12及び図13は、第2部材400の複数の第2接触部412,414が配置される前の、センサチップ実装部220を示す。
図18に示される複数の第2接触部412,414は、上述したように、複数のアーム462,464によって支持されている。図24に示されるように、第1部材200に対して、第2部材400が固定された状態において、複数の第2接触部412,414は、複数の第1接触部214,216間に配置される。第2接触部412は、Y軸方向において、第1接触部214,216間に配置される。X軸方向において、第2接触部412は、中心の第1接触部212の両側に配置される。第2接触部414は、X軸方向において、第1接触部214,216間に配置される。第2接触部414は、Y軸方向において、中心の第1接触部212の両側に配置される。
図25及び図26に示されるように、複数の第1接触部212,214,216及び第2接触部412,414は、X軸方向及びY軸方向に所定の間隔を置いて、センサチップ110の底面110aに接触する。
第2部材400の複数の第2接触部412,414は、センサチップ110に対して変位しない固定点とみなすことができる。第1部材200の複数の第1接触部212,214,216は、センサチップ110に対して相対的に変位する入力点とみなすことができる。
力覚センサ装置1では、受力部240が力を受けると、その力が受力部240からセンサチップ実装部220の底部222に伝達される。底部222は、受力部240から力を受けて、僅かに変形する。力の向き及び大きさによって、複数の第1接触部212,214,216の変位が異なる。センサチップ110は、第2接触部412,414に対する複数の第1接触部212,214,216の変位を検知することで、X軸方向の力Fx、Y軸方向の力Fy、Z軸方向の力Fz、X軸周りのモーメントMx、Y軸周りのモーメントMy、及びZ軸周りのモーメントMzを検出できる。
(先行技術の課題)
次に、先行技術の課題について説明する。力覚センサ装置は、ネジ締結によって、接続相手である産業用ロボットに対して、直接、又は、アダプターを介して間接的に、取り付けられる。力覚センサ装置の取り付け面、及び、相手側の取り付け面を完全に平坦とすることは難しく、2つの取り付け面間にギャップが発生する。そのため、ネジの締結力によって、このギャップがなくなるような変形が、力覚センサ装置及び相手側の部品に発生する。このような場合、力覚センサ装置の起歪体に歪が生じることによって、取り付けオフセットが発生する。換言すると、ゼロ点出力に変動が発生する。
次に、先行技術の課題について説明する。力覚センサ装置は、ネジ締結によって、接続相手である産業用ロボットに対して、直接、又は、アダプターを介して間接的に、取り付けられる。力覚センサ装置の取り付け面、及び、相手側の取り付け面を完全に平坦とすることは難しく、2つの取り付け面間にギャップが発生する。そのため、ネジの締結力によって、このギャップがなくなるような変形が、力覚センサ装置及び相手側の部品に発生する。このような場合、力覚センサ装置の起歪体に歪が生じることによって、取り付けオフセットが発生する。換言すると、ゼロ点出力に変動が発生する。
取り付けオフセットが発生すると、力覚センサ装置において適用可能なダイナミックレンジが小さくなるという問題が発生する。また、取り付けオフセットが発生すると、繰り返し使用した際に、ゼロ点の再現性が悪くなるとい問題が発生する。また、力覚センサ装置及び/又はロボットアームの温度変化によって、出力変動が大きくなり、ゼロ点出力の温度特性が大きくなるといった問題が発生する。例えば、力覚センサ装置を取り付けるためのネジが緩んだ際に、ネジの軸力が変化することで、取り付けオフセットによる影響が大きくなる。
(力覚センサ装置1の作用効果)
本実施形態に係る力覚センサ装置1では、複数の第1梁252,254は、センサチップ実装部220から径方向に張り出す第1部分252a,254aと、Z軸方向に見て、径方向とは交差する方向に延びる第2部分252b,254bと、を含む。複数の第2梁432は、支持部に含まれるリング422から径方向に張り出す第1部分432a,434aと、Z軸方向に見て、径方向とは交差する方向に延びる第2部分432b,434bと、を含む。複数の第2梁432,434の第1部分432a,434aは、Z軸方向に見て、複数の第1梁252の第1部分252a,254aにそれぞれ重なる位置に配置されている。複数の第2梁432,434の第2部分432b,434bは、Z軸方向に見て、複数の第1梁252,254の第2部分252b,254bにそれぞれ重なる位置に配置されている。
本実施形態に係る力覚センサ装置1では、複数の第1梁252,254は、センサチップ実装部220から径方向に張り出す第1部分252a,254aと、Z軸方向に見て、径方向とは交差する方向に延びる第2部分252b,254bと、を含む。複数の第2梁432は、支持部に含まれるリング422から径方向に張り出す第1部分432a,434aと、Z軸方向に見て、径方向とは交差する方向に延びる第2部分432b,434bと、を含む。複数の第2梁432,434の第1部分432a,434aは、Z軸方向に見て、複数の第1梁252の第1部分252a,254aにそれぞれ重なる位置に配置されている。複数の第2梁432,434の第2部分432b,434bは、Z軸方向に見て、複数の第1梁252,254の第2部分252b,254bにそれぞれ重なる位置に配置されている。
このような構成の力覚センサ装置1によれば、第1部材200の第1梁252,254と、第2部材400の第2梁432,434とが重なるように配置されているので、第1梁252,254に作用する力の向きと、第2部材400の第2梁432,434に作用する力の向きを合わせることができる。具体的には、第1梁252,254の第1部分252a,254aに作用する力の向きと、第2梁432,434の第1部分432a,434aに作用する力の向きを合わせることができ、第1梁252,254の第2部分252b,254bに作用する力の向きと、第2梁432,434の第2部分432b,434bに作用する力の向きを合わせることができる。このため、力覚センサ装置1を接続相手の部品に取り付けた際に、力覚センサ装置1に変形が生じた場合であっても、第1梁252,254に接続された第1接触部212,214,216と、第2梁432,434に接続された第2接触部412,414との相対変位のずれを抑制できる。この結果、力覚センサ装置1の取り付けの際に生じる応力に起因するオフセットを低減できる。
また、本実施形態に係る力覚センサ装置1では、複数の第1梁252,254及び複数の第2梁432,434は、Z軸方向に見て、互いに相似する形状であり、それぞれ重なるように配置されている。第1梁252,254及び第2梁432,434は、同じT字状を成すように形成され、互いに重なるように配置されている。なお、相似する形状は、同一の形状を含む。
このような構成の力覚センサ装置1によれば、第1梁252,254に作用する力の向きと、第2部材400の第2梁432,434に作用する力の向きを合わせることができる。このため、力覚センサ装置1を接続相手の部品に取り付けた際に、力覚センサ装置1に変形が生じた場合であっても、第1梁252,254に接続された第1接触部212,214,216と、第2梁432,434に接続された第2接触部412,414との相対変位のずれを抑制できる。この結果、力覚センサ装置1の取り付けの際に生じる応力に起因するオフセットを低減できる。
また、第1部材200の複数の第1固定部262,264は、X軸方向に互いに離間し、Y軸方向に延びる一対の第1固定部262と、Y軸方向に互いに離間し、X軸方向に延びる一対の第1固定部264と、を含む。第2部材400の複数の第2固定部442,444は、X軸方向に互いに離間し、Y軸方向に延びる一対の第2固定部442と、Y軸方向に互いに離間し、X軸方向に延びる一対の第2固定部444と、を含む。Y軸方向に延びる一対の第2固定部442は、Z軸方向に見て、Y軸方向に延びる一対の第1固定部262と重なるように配置されている。X軸方向に延びる一対の第2固定部444は、Z軸方向に見て、X軸方向に延びる一対の第1固定部264と重なるように配置されている。
このような構成の力覚センサ装置1では、第1梁252,254に連結されている第1固定部262,264と、第2梁432,434に連結される第2固定部442,444とが、Z軸方向に見て、重なるように配置されているので、第1固定部262,264に作用する力の向きと、第2固定部442,444に作用する力の向きとを合わせることができる。これにより、第1梁252,254に伝達される力の向きと、第2梁432,434に伝達される力の向きとを合わせることができ、力覚センサ装置1の取り付けの際に生じる応力に起因するオフセットを低減できる。
また、力覚センサ装置1では、複数の第1梁252,254が連結されるセンサチップ実装部220の筒部224と、複数の第2梁432,434が連結されるリング422とが、Z軸方向に見て重なるように配置されている。
このような構成の力覚センサ装置1では、筒部224に作用する力の向きと、リング422に作用する力の向きとを合わせやすくすることができる。力覚センサ装置1では、第1梁252,254から筒部224に伝達される力の向きと、第2梁432,434からリング422に伝達される力の向きとを合わせることができる。この結果、力覚センサ装置1の取り付けの際に生じる応力に起因するオフセットを低減できる。
また、力覚センサ装置1では、第2梁432,434とリング422とが連結される位置は、リング422の周方向において、アーム462,464とリング422とが連結される複数の位置の中間位置である。アーム462とリング422とが連結される位置は、アーム462の第1部分462aがリング422に連結される位置である。アーム464とリング422とが連結される父は、アーム464の第1部分464aがリング422に連結される位置である。第2梁432,434とリングとが連結される位置は、リング422の周方向において、第1部分462aと第1部分464aとの中間位置である。
このような構成の力覚センサ装置1によれば、第2梁432,434から伝達される力を、リング422の周方向に分散させて、複数のアーム462,464に伝達することができる。これにより、複数のアーム462,464に伝達される力のばらつきを軽減できる。第2部材400における変形を抑制できる。
(変形例1)
次に変形例1に係る力覚センサ装置1の第1梁252B及び第2梁432Bについて説明する。図27は、変形例1に係る力覚センサ装置の第1部材の第1梁を示す平面図である。図28は、変形例1に係る力覚センサ装置の第2部材の第2梁を示す平面図である。
次に変形例1に係る力覚センサ装置1の第1梁252B及び第2梁432Bについて説明する。図27は、変形例1に係る力覚センサ装置の第1部材の第1梁を示す平面図である。図28は、変形例1に係る力覚センサ装置の第2部材の第2梁を示す平面図である。
図27に示されるように、第1梁252Bは、Z軸方向に見て、Y字状を成している。このように、第1部材の複数の第1梁252Bは、T字状のものに限定されず、Y字状に形成されているものでもよく、その他の形状のものでもよい。
図28に示されるように、第2梁432Bは、Z軸方向に見て、Y字状を成している。このように、第2部材の複数の第2梁432Bは、T字状のものに限定されず、Y字状に形成されているものでもよく、その他の形状のものでもよい。
このような変形例1に係る力覚センサ装置1においても、上記の実施形態の力覚センサ装置1と同様の作用効果を奏する。第1梁252B及び第2梁432Bは、Z軸方向に見て、同じ形状を成し、重なるように配置されている。
(変形例2)
次に変形例2に係る力覚センサ装置1の第1梁及び第2梁について説明する。図29は、変形例2に係る力覚センサ装置の第1部材の第1梁を示す平面図である。図30は、変形例2に係る力覚センサ装置の第2部材の第2梁を示す平面図である。
次に変形例2に係る力覚センサ装置1の第1梁及び第2梁について説明する。図29は、変形例2に係る力覚センサ装置の第1部材の第1梁を示す平面図である。図30は、変形例2に係る力覚センサ装置の第2部材の第2梁を示す平面図である。
図29に示されるように、第1梁252Cは、Z軸方向に見て、例えばV字状を成している。このように、第1部材の複数の第1梁252Cは、V字状に形成されているものでよい。第1梁252Cは、Z軸方向に見て、センサチップ実装部220の筒部224から異なる方向に分かれて延びるように形成されていてもよい。
図30に示されるように、第2梁432Cは、Z軸方向に見て、例えばV字状を成している。このように、第2部材の複数の第2梁432Cは、V字状に形成されているものでよい。第2梁432Cは、Z軸方向に見て、リング422から異なる方向に分かれて延びるように形成されていてもよい。
(比較例1)
次に、比較例1について説明する。図31は、比較例1に係る力覚センサ装置を示す断面斜視図であり、X軸及びY軸に交差する切断面を示す図である。比較例1に係る力覚センサ装置501は、ボトムプレート502と、ストラクチャ503と、リング504とを備える。ボトムプレート502、ストラクチャ503、及びリング504は、Z軸方向に見て、円形を成している。ボトムプレート502、ストラクチャ503、及びリング504は、Z軸方向に見て重なるように配置されている。ボトムプレート502、ストラクチャ503、及びリング504には、ボルトが挿通されるボルト穴が形成されている。ストラクチャ503には、複数の第1接触部が設けられ、リング504には、複数の第2接触部が設けられている。
次に、比較例1について説明する。図31は、比較例1に係る力覚センサ装置を示す断面斜視図であり、X軸及びY軸に交差する切断面を示す図である。比較例1に係る力覚センサ装置501は、ボトムプレート502と、ストラクチャ503と、リング504とを備える。ボトムプレート502、ストラクチャ503、及びリング504は、Z軸方向に見て、円形を成している。ボトムプレート502、ストラクチャ503、及びリング504は、Z軸方向に見て重なるように配置されている。ボトムプレート502、ストラクチャ503、及びリング504には、ボルトが挿通されるボルト穴が形成されている。ストラクチャ503には、複数の第1接触部が設けられ、リング504には、複数の第2接触部が設けられている。
ストラクチャ503は、リング504が固定される固定部からZ軸方向に張り出す筒部を備えていない。ストラクチャ503には、力覚センサ装置501の接続相手となる部品に取り付け可能なフランジは設けられていない。力覚センサ装置501は、リング504を覆う円盤状のトッププレートを有する。
(検証)
次に、実施例1及び比較例1に係る力覚センサ装置について、検証試験を行った結果について説明する。図32は、実施例1及び比較例1に係る力覚センサ装置について検証試験を行った結果を示すグラフである。実施例1は、上記の実施形態に係る力覚センサ装置1である。
次に、実施例1及び比較例1に係る力覚センサ装置について、検証試験を行った結果について説明する。図32は、実施例1及び比較例1に係る力覚センサ装置について検証試験を行った結果を示すグラフである。実施例1は、上記の実施形態に係る力覚センサ装置1である。
検証試験では、隙間ゲージを用いて、50μmのギャップを作成して、接続相手の部品に対して、力覚センサ装置を取り付けた場合の力覚センサ装置の変形をシミュレーションした。検証試験では、力覚センサ装置を、ネジ締結によって接続相手の部品に取り付けた場合について、シミュレーションした。ここでは、接続相手の部品として、アタッチメント5又はアーム本体を想定している。検証試験の結果を、図32に示す。
図32では、縦軸にオフセット変動量[%FS]を示す。「取り付けオフセット変動量」とは、力覚センサ装置を接続相手の部品に取り付けた場合のゼロ点の変動の大きさの比率を示す。オフセット変動が100%FSである場合には、センサチップ実装部220にセンサ定格相当の変位が入力されている状態と等しいことを示す。
ここで、図25を参照してオフセット変動がプラスである場合及びマイナスである場合について説明する。オフセットは、第1接触部212と第2接触部414の相対的な位置関係で発生する。プラスの場合とマイナスの場合は、互いに逆向きに移動したことを示す。Fxがプラスである場合には、第1接触部212が第2接触部414に対してX軸方向に沿って紙面手前から奥に向かって移動した状態を示す。Fxがマイナスである場合には、第1接触部212が第2接触部414に対してX軸方向に沿って紙面奥から手前に向かって移動した状態を示す。Fyがプラスである場合には、第1接触部212が第2接触部414に対してY軸方向に沿って、Y(+)の矢印で示す向きに移動した状態を示す。Fyがマイナスである場合には、第1接触部212が第2接触部414に対してY軸方向に沿って、Y(-)の矢印で示す向きに移動した状態を示す。Fzがプラスである場合には、第1接触部212が第2接触部414に対してZ軸方向に沿って、Z(+)の矢印で示す向きに移動した状態を示す。Fzがマイナスである場合には、第1接触部212が第2接触部414に対してZ軸方向に沿って、Z(-)の矢印で示す向きに移動した状態を示す。
図32では、実施例1の結果を実線で示し、比較例1の結果を破線で示す。「Fx」は、X軸方向におけるオフセット変動の最大値を示す。「Fy」は、Y軸方向におけるオフセット変動の最大値を示す。「Fz」は、Z軸方向におけるオフセット変動の最大値を示す。(なお、センサチップ110に入力される変動量は、第1接触部212,214,216と第2接触部412,414との相対的な変位差によって生じる。そのため、オフセット変動量は、第2接触部412,414の変動量の場合もありえる。)
実施例1では、Fx,Fy,Fzともに、比較例1と比較して、小さい値となった。実施例1のFx,Fyは、0に近い値となった。実施例1では、第1接触部212,214,216の変位が小さくなり、オフセット出力が低減することが分かった。
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
1 力覚センサ装置、2 ロボットアーム、4 アーム本体、5 アタッチメント、20 起歪体、20B 起歪体、110 センサチップ、200 第1部材、212 第1接触部、214 第1接触部、216 第1接触部、220 センサチップ実装部、222 底部、224 筒部、240 受力部、242 リング状の溝、300 筒部(第1連結部)、332 フランジ、332a 当接面、334 フランジ、334a 当接面、400 第2部材、412 複数の第2接触部、414 複数の第2接触部、C1 角部(X軸方向に対向する角部)、C2 角部(Y軸方向に対向する角部)。
Claims (7)
- 複数の軸方向の少なくともひとつの方向の変位を検知するセンサチップと、
前記センサチップと接触する第1接触部を含み前記センサチップが実装されるセンサチップ実装部と、前記センサチップ実装部から前記センサチップ実装部を中心とする仮想円の径方向に延びる第1梁と、前記第1梁に連結された第1固定部と、を有する第1部材と、
前記センサチップと接触する第2接触部と、前記第2接触部を支持する支持部と、前記支持部から前記径方向に延びる第2梁と、前記第2梁に連結された第2固定部と、を有する第2部材と、を備え、
平面視において、
前記第1梁は、
前記センサチップ実装部から前記径方向に張り出す第1部分と、
前記径方向と交差する方向に延びる第2部分と、を含み、
前記第2梁は、
前記支持部から前記径方向に張り出す第1部分と、
前記径方向と交差する方向に延びる第2部分と、を含み、
前記第2梁の前記第1部分は、前記第1梁の前記第1部分に重なる位置に配置され、
前記第2梁の前記第2部分は、前記第1梁の前記第2部分に重なる位置に配置されていることを特徴とする力覚センサ装置。 - 複数の軸方向の少なくともひとつの方向の変位を検知するセンサチップと、
前記センサチップと接触する第1接触部を含み前記センサチップが実装されるセンサチップ実装部と、前記センサチップ実装部から前記センサチップ実装部を中心とする仮想円の径方向に延びる第1梁と、前記第1梁に連結された第1固定部と、を有する第1部材と、
前記センサチップと接触する第2接触部と、前記第2接触部を支持する支持部と、前記支持部から前記径方向に延びる第2梁と、前記第2梁に連結された第2固定部と、を有する第2部材と、を備え、
平面視において、
前記第1梁及び前記第2梁は、互いに相似する形状であり、それぞれ重なるように配置されていることを特徴とする力覚センサ装置。 - 前記第1梁及び前記第2梁は、T字状を成すように形成さ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装置。
- 前記仮想円の周方向において、複数の前記第1梁は、複数の前記第1固定部間に配置され、
前記複数の第1梁は、前記仮想円の周方向に隣り合う複数の第1固定部を連結し、
前記仮想円の周方向において、複数の前記第2梁は、複数の前記第2固定部間に配置され、
前記複数の第2梁は、前記仮想円の周方向に隣り合う複数の第2固定部を連結することを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の力覚センサ装置。 - 前記複数の軸方向は、互いに交差する3軸のX軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向であって、
前記複数の第1固定部は、
前記X軸方向に互いに離間し、前記Y軸方向に延びる一対の第1固定部と、
前記Y軸方向に互いに離間し、前記X軸方向に延びる一対の第1固定部と、を含み、
前記複数の第2固定部は、
前記X軸方向に互いに離間し、前記Y軸方向に延びる一対の第2固定部と、
前記Y軸方向に互いに離間し、前記X軸方向に延びる一対の第2固定部と、を含み、
前記Y軸方向に延びる一対の第2固定部は、前記Z軸方向に見て、前記Y軸方向に延びる一対の第1固定部と重なるように配置され、
前記X軸方向に延びる一対の第2固定部は、前記Z軸方向に見て、前記X軸方向に延びる一対の第1固定部と重なるように配置されていることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の力覚センサ装置。 - 前記センサチップ実装部は、
前記センサチップとは反対側に連結された受力部に近い位置に配置された底部と、
前記底部から前記受力部とは反対側に張り出す筒部とを有し、
前記複数の第1接触部は、前記底部に設けられ、
前記センサチップは、前記底部及び前記筒部によって囲まれた凹部内に収容され、
前記支持部は、
前記複数の第2梁と連結されるリングと、
前記リングから延びて前記径方向の内側に屈曲され前記複数の第2接触部を支持する複数のアームと、を有し、
平面視において、
前記リングは、前記筒部と重なるように配置されていることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の力覚センサ装置。 - 前記複数の第2梁と前記リングとが連結される位置は、前記仮想円の周方向において、前記複数のアームと前記リングとが連結される複数の位置の中間位置であることを特徴する請求項6に力覚センサ装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2022060608A JP2023151155A (ja) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 力覚センサ装置 |
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JP2022060608A JP2023151155A (ja) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 力覚センサ装置 |
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