JP6102341B2 - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
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このような力検出装置として、圧電素子として水晶を用いた水晶式圧電センサが広く用いられている。水晶式圧電センサは、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い対荷重性等の優れた特性を有することから、産業用ロボットに広く用いられている。
しかしながら、特許文献1の水晶式圧電センサのように、逆バイアス回路を用いる場合、ダイオード等の追加部品が必要になり、実装面積が拡大するので、小型化が困難である。また、所望の補正電流を供給するための部品精度管理が必要となるという問題があった。
本発明の力検出装置は、外力に応じて電圧を出力する第1の素子および第2の素子と、前記第1の素子および前記第2の素子から出力された前記電圧に基づき、前記外力を検出する外力検出回路とを備え、
前記第1の素子および前記第2の素子は、
分極軸を有し、前記分極軸に沿った前記外力に応じて電荷を出力するセンサと、前記センサから出力された前記電荷を前記電圧に変換する変換回路とを有し、
前記第1の素子および前記第2の素子は、前記第1の素子の前記センサが有する前記分極軸の方向と、前記第2の素子の前記センサが有する前記分極軸の方向とが互いに反対方向を向くよう配置されていることを特徴とする。
これにより、出力ドリフトに起因する検出誤差を低減することができる。
本発明の力検出装置では、前記第1の素子および前記第2の素子は、前記第1の素子の前記センサの前記分極軸の方向と、前記第2の素子の前記センサの前記分極軸の方向とが、同一軸上に互いに対向することが好ましい。
これにより、出力ドリフトをさらに低減しつつ、外力を検出することができる。
グランドに接地された複数のグランド電極層と、3つの前記センサとを積層することにより構成され、前記各センサの前記分極軸は、互いに直交していることが好ましい。
これにより、力検出装置は、6軸力(x、y、z軸方向の並進力成分およびx、y、z軸周りの回転力成分)を検出することができる。
前記センサの1つは、前記α軸方向に沿った前記外力に応じて前記電荷を出力するα軸用センサであり、
前記センサの1つは、前記β軸方向に沿った前記外力に応じて前記電荷を出力するβ軸用センサであり、
前記センサの1つは、前記γ軸方向に沿った前記外力に応じて前記電荷を出力するγ軸用センサであることが好ましい。
これにより、センサは3軸力(x、y、z軸方向の並進力成分)に応じて電荷を出力することができる。
一方の前記第1の素子および一方の前記第2の素子の前記α軸用センサの前記分極軸の方向が、他方の前記第1の素子および他方の前記第2の素子の前記α軸用センサの前記分極軸の方向と反対方向を向き、
前記一方の第1の素子および前記一方の第2の素子の前記γ軸用センサの前記分極軸の方向が、前記他方の第1の素子および前記他方の第2の素子の前記γ軸用センサの前記分極軸の方向と反対方向を向いていることが好ましい。
これにより、第1の素子および第2の素子から出力された電圧に基づき、出力ドリフトを低減しつつ、6軸力を検出することができる。
前記第1の圧電体層の前記第1の結晶軸の方向は、前記第2の圧電体層の前記第2の結晶軸の方向と反対方向を向いていることが好ましい。
これにより、出力電極層から出力される電荷を増加させることができる。
本発明の力検出装置では、前記第1の圧電体層および前記第2の圧電体層は、水晶で構成されていることが好ましい。
これにより、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い対荷重性等の優れた特性を有する圧電体層を構成することができる。
これにより、ベースプレートまたはカバープレートに加えられる外力を検出することができる。
本発明の力検出装置では、前記各素子は、前記ベースプレートまたは前記カバープレートの周方向に沿って、等角度間隔に配置されていることが好ましい。
これにより、偏りなく外力を検出することができる。
前記力検出装置は、前記外力に応じて電圧を出力する第1の素子および第2の素子と、前記第1の素子および前記第2の素子から出力された前記電圧に基づき、前記外力を検出する外力検出回路とを備え、
前記第1の素子および前記第2の素子は、
分極軸を有し、前記分極軸に沿った前記外力に応じて電荷を出力するセンサと、前記センサから出力された前記電荷を前記電圧に変換する変換回路とを有し、
前記第1の素子および前記第2の素子は、前記第1の素子の前記センサが有する前記分極軸の方向と、前記第2の素子の前記センサが有する前記分極軸の方向とが互いに反対方向を向くよう配置されていることを特徴とする。
前記力検出装置は、前記外力に応じて電圧を出力する第1の素子および第2の素子と、前記第1の素子および前記第2の素子から出力された前記電圧に基づき、前記外力を検出する外力検出回路とを備え、
前記第1の素子および前記第2の素子は、
分極軸を有し、前記分極軸に沿った前記外力に応じて電荷を出力するセンサと、前記センサから出力された前記電荷を前記電圧に変換する変換回路とを有し、
前記第1の素子および前記第2の素子は、前記第1の素子の前記センサが有する前記分極軸の方向と、前記第2の素子の前記センサが有する前記分極軸の方向とが互いに反対方向を向くよう配置されていることを特徴とする。
前記力検出装置は、前記外力に応じて電圧を出力する第1の素子および第2の素子と、前記第1の素子および前記第2の素子から出力された前記電圧に基づき、前記外力を検出する外力検出回路とを備え、
前記第1の素子および前記第2の素子は、
分極軸を有し、前記分極軸に沿った前記外力に応じて電荷を出力するセンサと、前記センサから出力された前記電荷を前記電圧に変換する変換回路とを有し、
前記第1の素子および前記第2の素子は、前記第1の素子の前記センサが有する前記分極軸の方向と、前記第2の素子の前記センサが有する前記分極軸の方向とが互いに反対方向を向くよう配置されていることを特徴とする。
前記力検出装置は、前記外力に応じて電圧を出力する第1の素子および第2の素子と、前記第1の素子および前記第2の素子から出力された前記電圧に基づき、前記外力を検出する外力検出回路とを備え、
前記第1の素子および前記第2の素子は、
分極軸を有し、前記分極軸に沿った前記外力に応じて電荷を出力するセンサと、前記センサから出力された前記電荷を前記電圧に変換する変換回路とを有し、
前記第1の素子および前記第2の素子は、前記第1の素子の前記センサが有する前記分極軸の方向と、前記第2の素子の前記センサが有する前記分極軸の方向とが互いに反対方向を向くよう配置されていることを特徴とする。
前記力検出装置は、前記外力に応じて電圧を出力する第1の素子および第2の素子と、前記第1の素子および前記第2の素子から出力された前記電圧に基づき、前記外力を検出する外力検出回路とを備え、
前記第1の素子および前記第2の素子は、
分極軸を有し、前記分極軸に沿った前記外力に応じて電荷を出力するセンサと、前記センサから出力された前記電荷を前記電圧に変換する変換回路とを有し、
前記第1の素子および前記第2の素子は、前記第1の素子の前記センサが有する前記分極軸の方向と、前記第2の素子の前記センサが有する前記分極軸の方向とが互いに反対方向を向くよう配置されていることを特徴とする。
これにより、力検出装置は、移動に伴い生じた振動や加速度等による外力を検出でき、移動体は、姿勢制御、振動制御および加速制御等の制御を実行することができる。さらに、逆バイアス回路のような出力ドリフトを低減するための回路が不要なので、力検出装置を小型化できる。そのため、移動体を小型化することができる。
<第1実施形態>
図1(a)は、本発明の力検出装置の第1実施形態を概略的に示す斜視図である。図1(b)は、本発明の力検出装置の第1実施形態を概略的に示す平面図である。なお、図1(b)においては、説明のため一部構成要素が省略されている。図2は、図1に示す力検出装置を概略的に示す回路図である。図3は、図1に示す力検出装置の電荷出力素子を概略的に示す断面図である。
図1に示す力検出素子3a、3bは、加えられたせん断力(図1中のx軸、y軸に沿った外力)に応じて電圧Vを出力する機能を有する。
図2に示すように、力検出素子3a、3bは、加えられたせん断力に応じて電荷Qを出力する電荷出力素子31と、電荷出力素子31から出力された電荷Qを電圧Vに変換する変換回路32とを有する。
図3に示す電荷出力素子31は、図3中のβ軸に平行な外力(せん断力)に応じて電荷Qを出力する機能を有する。電荷出力素子31は、2つのグランド電極層310と、2つのグランド電極層310との間に設けられたβ軸用センサ320を有する。なお、図3において、グランド電極層310およびβ軸用センサ320の積層方向をγ軸方向とし、γ軸方向に直交し且つ互いに直交する方向をそれぞれα軸方向、β軸方向としている。
グランド電極層310は、グランド(基準電位点)に接地された電極である。グランド電極層310を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、金、クロム、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄またはこれらを含む合金が好ましい。
β軸用センサ320は、第1の結晶軸CA1を有する第1の圧電体層321と、第1の圧電体層321と対向して設けられ、第2の結晶軸CA2を有する第2の圧電体層323と、第1の圧電体層321と第2の圧電体層323との間に設けられ、電荷Qを出力する出力電極層322を有する。また、β軸用センサ320を構成する各層の積層順は、図3中の下側から、第1の圧電体層321、出力電極層322、第2の圧電体層323の順である。
このように、電荷出力素子31は、上述したグランド電極層310と、β軸用センサ320を有することにより、図3中のβ軸に平行な外力(せん断力)に応じて電荷Qを出力することができる。
変換回路32は、電荷出力素子31から出力された電荷Qを電圧Vに変換する機能を有する。変換回路32は、オペアンプ33と、コンデンサ34と、スイッチング素子35とを有する。オペアンプ33の第1の入力端子(マイナス入力)は、電荷出力素子31の出力電極層322に接続され、オペアンプ33の第2の入力端子(プラス入力)は、グランド(基準電位点)に接地されている。また、オペアンプ33の出力端子は、外力検出回路5に接続されている。コンデンサ34は、オペアンプ33の第1の入力端子と出力端子との間に接続されている。スイッチング素子35は、オペアンプ33の第1の入力端子と出力端子との間に接続され、コンデンサ34と並列接続されている。また、スイッチング素子35は、駆動回路(図示せず)に接続されており、駆動回路からのオン/オフ信号に従い、スイッチング動作を実行する。
このようなリーク電流は、ゲート絶縁膜の絶縁性の不足、プロセスルールの微細化、半導体中の不純物濃度のバラツキ等の半導体構造および温度、湿度等の使用環境に起因する。半導体構造起因のリーク電流は、スイッチング素子毎に固有の値となるので、予め半導体構造起因のリーク電流を測定しておくことにより、比較的容易に補償できる。しかしながら、使用環境起因のリーク電流は、使用環境(状況)に応じて変動するので、補償が困難である。本発明の力検出装置1aは、素子対をなす力検出素子(素子)3a、3bと、力検出素子3a、3bのそれぞれから出力された電圧V1、V2に基づき、外力を検出する外力検出回路5を用いて、リーク電流による影響(出力ドリフトD)を低減させることができる。
力検出素子3aは、上述したβ軸に沿った分極軸Pβ1を有し、β軸に沿った外力(せん断力)に応じて電圧V1を出力する。同様に、力検出素子3bは、上述したβ軸に沿った分極軸Pβ2を有し、β軸に沿った外力(せん断力)に応じて電圧V2を出力する。
力検出素子3a、3bは、ベースプレート2とカバープレート4との間に設けられ(挟持され)ている。力検出素子3aの分極軸Pβ1は、角度θ1を有している。同様に、力検出素子3bの分極軸Pβ2は、角度θ2を有している。なお、角度θ1、θ2は、図1(b)の基準座標系(x軸、y軸)のx軸からの角度である。
また、力検出素子3aの分極軸Pβ1の方向と、力検出素子3bの分極軸Pβ2の方向とが互いに反対方向を向くよう配置されていれば、力検出素子3a、3bの配置は特に限定されないが、図1(b)に示すように、力検出素子3aと、力検出素子3bが同一軸上に配置されていることが好ましい。これにより、ベースプレート2またはカバープレート4に加えられたせん断力(図中のx軸、y軸に沿った外力)を偏りなく検出することができる。
力検出素子3aの電荷出力素子31から出力される電荷Q1の蓄積量に比例する電圧成分(真の値)をVt1とし、力検出素子3bの電荷出力素子31から出力される電荷Q2の蓄積量に比例する電圧成分(真の値)をVt2とすると、力検出素子3aから出力される電圧V1および力検出素子3bから出力される電圧V2は、以下のようになる。
外力検出回路5は、力検出素子3aから出力される電圧V1と、力検出素子3bから出力される電圧V2の差分を取ることにより、力検出装置1aに加えられたせん断力(図中のx軸、y軸に沿った外力)を検出する機能を有する。
外力検出回路5は、以下のように電圧V1、V2の差分を取ることにより、力検出装置1aに加えられたせん断力Fx、Fyを検出することができる。
さらに、角度θ1、θ2がθ1=θ2を満たす場合、すなわち、力検出素子3a、3bが、分極軸Pβ1の方向と分極軸Pβ2の方向が対向するように配置されている場合は、上記Fx、Fyの算出式は単純化され、以下のようになる。
このように、本発明の力検出装置1aは、力検出素子3aの分極軸Pβ1の方向と、力検出素子3bの分極軸Pβ2の方向とが互いに反対方向を向くように配置された力検出素子3a、3bと、力検出素子3aから出力される電圧V1と、力検出素子3bから出力される電圧V2の差分を取ることにより、力検出装置1aに加えられたせん断力を検出する外力検出回路5を有しているので、変換回路32のスイッチング素子35のリーク電流に起因する出力ドリフトDを低減することができる。その結果、力検出装置1aの検出精度および検出分解能を向上させることができる。また、上述した出力ドリフトDの低減方法は、測定時間が長くなった場合であっても有効なので、力検出装置1aの測定時間を長くすることができる。さらに、本発明の力検出装置1aでは、逆バイアス回路のような出力ドリフトDを低減するための回路が不要なので、力検出装置1aを小型化できる。
なお、本実施形態の力検出装置1aは、1対の力検出素子3a、3bを有しているが、本発明はこれに限られない。力検出装置1aは、複数対の力検出素子3a、3bを有していてもよく、そのような場合もまた本発明の範囲内である。
次に図4、図5および図6に基づき本発明の第2実施形態を説明する。以下、第2実施形態について、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。
図4(a)は、本発明の力検出装置の第2実施形態を概略的に示す斜視図である。図4(b)は、本発明の力検出装置の第2実施形態を概略的に示す平面図である。図5は、図4に示す力検出装置を概略的に示す回路図である。図6(a)は、図4に示す第1の力検出装置の電荷出力素子を概略的に示す断面図である。図6(b)は、図4に示す第2の力検出装置の電荷出力素子を概略的に示す断面図である。
力検出素子30a、30b、30c、30dは、互いに直交する3軸(α軸、β軸、γ軸)に沿った外力のそれぞれに応じて電圧Vα、Vβ、Vγを出力する機能を有する。また、力検出素子30a、30cは、第1の素子対を構成し、力検出素子30b、30dは、第2の素子対を構成する。第1の素子対に属する力検出素子30a、30cは、互いに同様の構成を有する。第2の素子対に属する力検出素子30b、30dは、互いに同様の構成を有する。
図6(a)に示す第1の電荷出力素子301aは、図6中の互いに直交する3軸(α軸、β軸、γ軸)に沿った外力のそれぞれに応じて電荷Qα、Qβ、Qγを出力する機能を有する。図6(a)に示すように、第1の電荷出力素子301aは、グランド(基準電位点)に接地された4つのグランド電極層310と、β軸に平行な外力(せん断力)に応じて電荷Qβを出力するβ軸用センサ320と、γ軸に平行な外力(圧縮/引張力)に応じて電荷Qγを出力する第1のγ軸用センサ330と、α軸に平行な外力(せん断力)に応じて電荷Qαを出力する第1のα軸用センサ340とを有し、グランド電極層310と各センサ320、330、340は交互に積層されている。なお、図6において、グランド電極層310および各センサ320、330、340の積層方向をγ軸方向とし、γ軸方向に直交し且つ互いに直交する方向をそれぞれα軸方向、β軸方向としている。
β軸用センサ320は、β軸に平行な外力(せん断力)に応じて電荷Qβを出力する機能を有する。β軸用センサ320は、上述した第1実施形態のβ軸用センサ320と同様の構造および機能を有している。
図示の構成では、図6中の下側から、β軸用センサ320、第2のγ軸用センサ350、第2のα軸用センサ360の順で積層されているが、本発明はこれに限られない。各センサ320、350、360の積層順は任意である。
変換回路32a、32cは、第1実施形態の変換回路32と同様の構成を有している。変換回路32bは、コンデンサ34の静電容量を除き、第1実施形態の変換回路32と同様の構成を有している。変換回路32aは、第1の電荷出力素子301aまたは第2の電荷出力素子301bから出力された電荷Qαを電圧Vαに変換する機能を有する。変換回路32bは、第1の電荷出力素子301aまたは第2の電荷出力素子301bから出力された電荷Qγを電圧Vγに変換する機能を有する。変換回路32cは、第1の電荷出力素子301aまたは第2の電荷出力素子301bから出力された電荷Qβを電圧Vβに変換する機能を有する。
また、各変換回路32a、32b、32cのスイッチング素子35は互いに同等の半導体スイッチング素子であり、各スイッチング素子35のリーク電流は実質的に等しい。したがって、各スイッチング素子35の出力ドリフトDも実質的に等しい。
また、第1の素子対を構成する力検出素子30a、30cは、分極軸Pβ1の方向と分極軸Pβ3の方向が対向するよう、すなわち、θ1=θ3の関係を満たすよう配置されることが好ましい。同様に、第2の素子対を構成する力検出素子30b、30dは、分極軸Pβ2の方向と分極軸Pβ4の方向が対向するよう、すなわち、θ2=θ4の関係を満たすよう配置されることが好ましい。これにより、後述する外力検出回路50は、出力ドリフトDを低減しつつ、6軸力を検出することができる。
外力検出回路50は、力検出素子30a、30b、30c、30dのそれぞれから出力された電圧Vα、Vβ、Vγの差分を取ることにより、x軸方向の並進力成分(せん断力)Fx、y軸方向の並進力成分(せん断力)Fy、z軸方向の並進力成分(圧縮/引張力)Fz、x軸周りの回転力成分Mx、y軸周りの回転力成分My、z軸周りの回転力成分Mzの6軸力を演算する機能を有する。各力成分は、以下の式により求めることができる。なお、式の単純化のため、力検出素子30a、30b、30c、30dは、図4(b)に示すように、ベースプレート2またはカバープレート4の中心点を中心とした半径Lの同心円状に配置されているものとするが、本発明はこれに限られない。
このように、各力検出素子30a、30b、30c、30dから出力された各電圧Vα、Vβ、Vγの差分を取ることにより、コンデンサ34に蓄積される電荷量に比例する電圧成分(真の値)Vαt、Vβt、Vγtの差分の絶対値は減少させず、出力ドリフトDの絶対値は減少させることができる。その結果、出力ドリフトDを低減することができ、力検出装置1bの検出精度および検出分解能を向上させることができる。また、上述した出力ドリフトDの低減方法は、測定時間が長くなった場合であっても有効なので、力検出装置1bの測定時間を長くすることができる。
さらに、角度θ1、θ2、θ3、θ4がθ1=θ3、θ2=θ4を満たす場合、上記算出式は単純化され、以下のようになる。
さらに、角度θ1、θ2、θ3、θ4がθ1=θ3=π/2、θ2=θ4=0を満たす場合、上記算出式はさらに単純化され、以下のようになる。
次に、次に、図7に基づき、本発明の第3実施形態である単腕ロボットを説明する。以下、第3実施形態について、前述した第1および第2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。
図7は、本発明の力検出装置1(1aまたは1b)を用いた単腕ロボットの1例を示す図である。図7の単腕ロボット500は、基台510と、アーム連結体520と、アーム連結体520の先端側に設けられたエンドエフェクタ530と、アーム連結体520とエンドエフェクタ530との間に設けられた本発明の力検出装置1(1aまたは1b)とを有する。
アーム連結体520は、第1のアーム521、第2のアーム522、第3のアーム523、第4のアーム524および第5のアーム525を有しており、隣り合うアーム同士を回動自在に連結することにより構成されている。アーム連結体520は、制御部の制御によって、各アームの連結部を中心に複合的に回転または屈曲することにより駆動する。
エンドエフェクタ530は、対象物を把持する機能を有する。エンドエフェクタ530は、第1の指531および第2の指532を有している。アーム連結体520の駆動によりエンドエフェクタ530が所定の動作位置まで到達した後、第1の指531および第2の指532の離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。
なお、図示の構成では、アーム連結体520は、合計5本のアームによって構成されているが、本発明はこれに限られない。アーム連結体520が、1本のアームに構成されている場合、2〜4本のアームによって構成されている場合、6本以上のアームによって構成されている場合も本発明の範囲内である。
次に、図8に基づき、本発明の第4実施形態である複腕ロボットを説明する。以下、第5実施形態について、前述した第1、第2および第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。
図8は、本発明の力検出装置1(1aまたは1b)を用いた複腕ロボットの1例を示す図である。図8の複腕ロボット600は、基台610と、第1のアーム連結体620と、第2のアーム連結体630と、第1のアーム連結体620の先端側に設けられた第1のエンドエフェクタ640aと、第2のアーム連結体630の先端側に設けられた第2のエンドエフェクタ640bと、第1のアーム連結体620と第1のエンドエフェクタ640a間および第2のアーム連結体630と第2のエンドエフェクタ640bとの間に設けられた本発明の力検出装置1(1aまたは1b)を有する。
第1のアーム連結体620は、第1のアーム621および第2のアーム622を回動自在に連結することにより構成されている。第2のアーム連結体630は、第1のアーム631および第2のアーム632を回動自在に連結することにより構成されている。第1のアーム連結体620および第2のアーム連結体630は、制御部の制御によって、各アームの連結部を中心に複合的に回転または屈曲することにより駆動する。
なお、図示の構成では、アーム連結体は合計2本であるが、本発明はこれに限られない。複腕ロボット600が3本以上のアーム連結体を有している場合も、本発明の範囲内である。
次に、図9、10に基づき、本発明の第5実施形態である電子部品検査装置および電子部品搬送装置を説明する。以下、第5実施形態について、前述した第1、第2、第3および第4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。
図9は、本発明の力検出装置1(1aまたは1b)を用いた電子部品検査装置および電子部品搬送装置の1例を示す図である。図10は、本発明の力検出装置を用いた電子部品搬送装置の1例を示す図である。
次に、図11に基づき、本発明の第6実施形態である部品加工装置を説明する。以下、第6実施形態について、前述した第1、第2、第3、第4および第5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。
図11は、本発明の力検出装置1(1aまたは1b)を用いた部品加工装置の1例を示す図である。図11の部品加工装置800は、基台810と、基台810の上面に起立形成された支柱820と、支柱820の側面に設けられた送り機構830と、送り機構830に昇降可能に取り付けられた工具変位部840と、工具変位部840に接続された本発明の力検出装置1(1aまたは1b)と、力検出装置1を介して工具変位部840に装着された工具850を有する。
次に、図12に基づき、本発明の第7実施形態である移動体を説明する。以下、第7実施形態について、前述した第1、第2、第3、第4、第5および第6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。
図12は、本発明の力検出装置1(1aまたは1b)を用いた移動体の1例を示す図である。図12の移動体900は、与えられた動力により移動することができる。移動体900は、特に限定されないが、例えば、自動車、バイク、飛行機、船、電車等の乗り物、2足歩行ロボット、車輪移動ロボット等のロボット等である。
動力部920から供給された動力によって本体910が移動すると、移動に伴い振動や加速度等が生じる。力検出装置1は、移動に伴い生じた振動や加速度等による外力を検出する。力検出装置1によって検出された外力は、制御部930に伝達される。制御部930は、力検出装置1から伝達された外力に応じて動力部920等を制御することにより、姿勢制御、振動制御および加速制御等の制御を実行することができる。さらに、本発明の力検出装置1では、逆バイアス回路のような出力ドリフトを低減するための回路が不要なので、力検出装置1を小型化できる。そのため、移動体900を小型化することができる。
また、本発明の力検出装置1(1a、1b)は、振動計、加速度計、重力計、動力計、地震計または傾斜計等の各種測定機器にも適用可能であり、本発明の力検出装置1を用いた各種測定機器も本発明の範囲内である。
Claims (15)
- 外力に応じて電圧を出力する第1の素子および第2の素子と、
前記第1の素子および前記第2の素子から出力された前記電圧に基づき、前記外力を検出する外力検出回路とを備え、
前記第1の素子は、
第1方向への前記外力に対して正電荷を第1電極により出力し、前記第1方向と反対方向である第2方向への前記外力に対して負電荷を前記第1電極により出力する第1のセンサと、
第1のスイッチング素子が設けられ、前記第1のセンサから出力された前記正電荷、および前記負電荷を前記電圧に変換する第1の変換回路と、を有し、
前記第2の素子は、
前記第1方向への前記外力に対して前記負電荷を第2電極により出力し、前記第2方向への前記外力に対して前記正電荷を前記第2電極により出力する第2のセンサと、
第2のスイッチング素子が設けられ、前記第2のセンサから出力された前記負電荷、および正電荷を前記電圧に変換する第2の変換回路とを有し、
前記第1の素子および前記第2の素子は、同一直線上に配置されていることを特徴とする力検出装置。 - 前記外力検出部は、前記第1の素子および前記第2の素子から出力された前記電圧の差分を取ることにより、前記力検出装置に加えられた前記外力を検出する請求項1に記載の力検出装置。
- 前記第1方向と前記第2方向とが、前記同一直線上にある請求項1または2に記載の力検出装置。
- 前記第1の素子は、
グランドに接地された複数の第1グランド電極層、前記第1のセンサ、第3方向への前記外力に対して前記正電荷を出力し、前記第3方向と反対方向である第4方向への前記外力に対して前記負電荷を出力する第3のセンサ、および前記第5方向への前記外力に対して前記正電荷を出力し、前記第5方向と反対方向である第6方向への前記外力に対して前記負電荷を出力する第5のセンサ、を積層することにより構成され、
前記第2の素子は、
前記グランドに接地された複数の第2グランド電極層、前記第2のセンサ、前記第3方向への前記外力に対して前記負電荷を出力し、前記第4方向への前記外力に対して前記正電荷を出力する第4のセンサ、および前記第5方向への前記外力に対して前記負電荷を出力し、前記第6方向への前記外力に対して前記正電荷を出力する第6のセンサ、を積層することにより構成され、
前記第1方向、前記第3方向、および前記第5方向は、互いに直交している請求項1ないし3のいずれか1項に記載の力検出装置。 - 前記第1のセンサ、前記第3のセンサ、および前記第5のセンサの積層方向をγ軸方向とし、前記γ軸方向に直交し且つ互いに直交する方向をそれぞれα軸方向、β軸方向とした場合、
前記第1のセンサ、前記第3のセンサ、および前記第5のセンサのいずれか1つは、前記α軸方向に沿った前記外力に応じて前記正電荷、および前記負電荷を出力するα軸用センサであり、
前記第1のセンサ、前記第3のセンサ、および前記第5のセンサのいずれか1つは、前記β軸方向に沿った前記外力に応じて前記正電荷、および前記負電荷を出力するβ軸用センサであり、
前記第1のセンサ、前記第3のセンサ、および前記第5のセンサのいずれか1つは、前記γ軸方向に沿った前記外力に応じて前記正電荷、および前記負電荷を出力するγ軸用センサである請求項4に記載の力検出装置。 - 前記力検出装置は、
外力に応じて電圧を出力する第3の素子および第4の素子を備え、
前記第3の素子は、
前記第3方向への前記外力に対して前記正電荷を第3電極により出力し、前記第4方向への前記外力に対して前記負電荷を前記第3電極により出力する第7のセンサと、
第3のスイッチング素子が設けられ、前記第7のセンサから出力された前記正電荷、および前記負電荷を前記電圧に変換する第3の変換回路と、を有し、
前記第4の素子は、
前記第3方向への前記外力に対して前記負電荷を第4電極により出力し、前記第4方向への前記外力に対して前記正電荷を前記第4電極により出力する第8のセンサと、
第4のスイッチング素子が設けられ、前記第8のセンサから出力された前記負電荷、および正電荷を前記電圧に変換する第4の変換回路と、を有し、
前記第3の素子と前記第4の素子は、前記第1の素子と前記第2の素子の配置される前記同一線と交差する直線上に配置されている請求項5に記載の力検出装置。 - 前記第1のセンサは、
第1の結晶軸を有する第1の圧電体層と、
前記第1の圧電体層に対向して設けられ、第2の結晶軸を有する第2の圧電体層と、
前記第1の圧電体層と前記第2の圧電体層との間に設けられた前記第1電極とを有し、
前記第1の圧電体層の前記第1の結晶軸の方向は、前記第2の圧電体層の前記第2の結晶軸の方向と反対方向を向いている請求項1ないし6のいずれか1項に記載の力検出装置。 - 前記第1の圧電体層および前記第2の圧電体層は、水晶で構成されている請求項7に記載の力検出装置。
- 前記力検出装置は、ベースプレートと、前記ベースプレートと対向するカバープレートとをさらに備え、
前記各素子は、前記ベースプレートと前記カバープレートとの間に設けられている請求項1ないし8のいずれか1項に記載の力検出装置。 - 前記各素子は、前記ベースプレートまたは前記カバープレートの周方向に沿って、等角度間隔に配置されている請求項9に記載の力検出装置。
- アームを複数有し、前記複数のアームの隣り合う前記アーム同士を回動自在に連結してなる少なくとも1つのアーム連結体と、
前記アーム連結体の先端側に設けられたエンドエフェクタと、
前記アーム連結体と前記エンドエフェクタの間に設けられ、前記エンドエフェクタに加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、
前記外力に応じて電圧を出力する第1の素子および第2の素子と、
前記第1の素子および前記第2の素子から出力された前記電圧に基づき、前記外力を検出する外力検出回路とを備え、
前記第1の素子は、
第1方向への前記外力に対して正電荷を第1電極により出力し、前記第1方向と反対である第2方向への前記外力に対して負電荷を前記第1電極により出力する第1のセンサと、
第1のスイッチング素子が設けられ、前記第1のセンサから出力された前記正電荷、および前記負電荷を前記電圧に変換する第1の変換回路とを有し、
前記第2の素子は、
前記第1方向への前記外力に対して前記負電荷を第2電極により出力し、前記第2方向への前記外力に対して前記正電荷を前記第2電極により出力する第2のセンサと、
第2のスイッチング素子が設けられ、前記第2のセンサから出力された前記負電荷、および正電荷を前記電圧に変換する第2の変換回路とを有し、
前記第1の素子および前記第2の素子は、同一直線上に配置されていることを特徴とするロボット。 - 電子部品を把持する把持部と、
前記把持部に加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、
前記外力に応じて電圧を出力する第1の素子および第2の素子と、
前記第1の素子および前記第2の素子から出力された前記電圧に基づき、前記外力を検出する外力検出回路とを備え、
前記第1の素子は、
第1方向への前記外力に対して正電荷を第1電極により出力し、前記第1方向と反対である第2方向への前記外力に対して負電荷を前記第1電極により出力する第1のセンサと、
第1のスイッチング素子が設けられ、前記第1のセンサから出力された前記正電荷、および前記負電荷を前記電圧に変換する第1の変換回路とを有し、
前記第2の素子は、
前記第1方向への前記外力に対して前記負電荷を第2電極により出力し、前記第2方向への前記外力に対して前記正電荷を前記第2電極により出力する第2のセンサと、
第2のスイッチング素子が設けられ、前記第2のセンサから出力された前記負電荷、および正電荷を前記電圧に変換する第2の変換回路とを有し、
前記第1の素子および前記第2の素子は、同一直線上に配置されていることを特徴とする電子部品搬送装置。 - 電子部品を把持する把持部と、
前記電子部品を検査する検査部と、
前記把持部に加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、
前記外力に応じて電圧を出力する第1の素子および第2の素子と、
前記第1の素子および前記第2の素子から出力された前記電圧に基づき、前記外力を検
出する外力検出回路とを備え、
前記第1の素子は、
第1方向への前記外力に対して正電荷を第1電極により出力し、前記第1方向と反対である第2方向への前記外力に対して負電荷を前記第1電極により出力する第1のセンサと、
第1のスイッチング素子が設けられ、前記第1のセンサから出力された前記正電荷、および前記負電荷を前記電圧に変換する第1の変換回路とを有し、
前記第2の素子は、
前記第1方向への前記外力に対して前記負電荷を第2電極により出力し、前記第2方向への前記外力に対して前記正電荷を前記第2電極により出力する第2のセンサと、
第2のスイッチング素子が設けられ、前記第2のセンサから出力された前記負電荷、および正電荷を前記電圧に変換する第2の変換回路とを有し、
前記第1の素子および前記第2の素子は、同一直線上に配置されていることを特徴とする電子部品検査装置。 - 工具を装着し、前記工具を変位させる工具変位部と、
前記工具に加えられる外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、
前記外力に応じて電圧を出力する第1の素子および第2の素子と、
前記第1の素子および前記第2の素子から出力された前記電圧に基づき、前記外力を検
出する外力検出回路とを備え、
前記第1の素子は、
第1方向への前記外力に対して正電荷を第1電極により出力し、前記第1方向と反対である第2方向への前記外力に対して負電荷を前記第1電極により出力する第1のセンサと、
第1のスイッチング素子が設けられ、前記第1のセンサから出力された前記正電荷、および前記負電荷を前記電圧に変換する第1の変換回路とを有し、
前記第2の素子は、
前記第1方向への前記外力に対して前記負電荷を第2電極により出力し、前記第2方向への前記外力に対して前記正電荷を前記第2電極により出力する第2のセンサと、
第2のスイッチング素子が設けられ、前記第2のセンサから出力された前記負電荷、および正電荷を前記電圧に変換する第2の変換回路と、を有し、
前記第1の素子および前記第2の素子は、同一直線上に配置されていることを特徴とする部品加工装置。 - 移動のための動力を供給する動力部と、
前記移動により発生する外力を検出する力検出装置とを備え、
前記力検出装置は、
前記外力に応じて電圧を出力する第1の素子および第2の素子と、
前記第1の素子および前記第2の素子から出力された前記電圧に基づき、前記外力を検
出する外力検出回路とを備え、
前記第1の素子は、
第1方向への前記外力に対して正電荷を第1電極により出力し、前記第1方向と反対方向である第2方向への前記外力に対して負電荷を前記第1電極により出力する第1のセンサと、
第1のスイッチング素子が設けられ、前記第1のセンサから出力された前記正電荷、および前記負電荷を前記電圧に変換する第1の変換回路とを有し、
前記第2の素子は、
前記第1方向への前記外力に対して前記負電荷を第2電極により出力し、前記第2方向への前記外力に対して前記正電荷を前記第2電極により出力する第2のセンサと、
第2のスイッチング素子が設けられ、前記第2のセンサから出力された前記負電荷、および正電荷を前記電圧に変換する第2の変換回路と、を有し、
前記第1の素子および前記第2の素子は、同一直線上に配置されていることを特徴とする移動体。
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