JP6191363B2 - Force detection device and robot - Google Patents
Force detection device and robot Download PDFInfo
- Publication number
- JP6191363B2 JP6191363B2 JP2013201043A JP2013201043A JP6191363B2 JP 6191363 B2 JP6191363 B2 JP 6191363B2 JP 2013201043 A JP2013201043 A JP 2013201043A JP 2013201043 A JP2013201043 A JP 2013201043A JP 6191363 B2 JP6191363 B2 JP 6191363B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- force detection
- pressure
- detection device
- elastic body
- force
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
本発明は、力検出装置及びロボットに関するものである。 The present invention relates to a force detection device and a robot.
近年、生産効率向上を目的として、工場等の生産施設への産業用ロボット導入が進められている。このような産業ロボットは、1軸又は複数軸方向に対して駆動可能なアームと、アーム先端側に取り付けられる、ハンド、部品検査用器具、又は部品搬送用器具等のエンドエフェクターとを備えており、部品の組み付け作業、部品加工作業等の部品製造作業、部品搬送作業、及び部品検査作業等を実行することができる。 In recent years, industrial robots have been introduced into production facilities such as factories for the purpose of improving production efficiency. Such an industrial robot includes an arm that can be driven in the direction of one axis or a plurality of axes, and an end effector such as a hand, a component inspection device, or a component transfer device that is attached to the distal end side of the arm. It is possible to perform parts manufacturing work such as part assembly work, part processing work, part transport work, part inspection work, and the like.
このような産業用ロボットにおいては、例えば、アームとエンドエフェクターとの間に、力検出装置が設けられている。産業用ロボットに用いられる力検出装置としては、例えば、特許文献1に開示されているような力検出装置が用いられる。特許文献1に記載の力検出装置は、基板と、基板上に設けられ、行列状に配置された多数の感圧素子と、感圧素子上に設けられ、半円球状をなす弾性体の部位を有する複数の接触子とを備えている。各接触子は、それぞれ、多数の感圧素子上に設けられている。また、接触子の横断面での面積は、感圧素子の反対側(上側)よりも感圧素子側(下側)の方が大きくなっている。このような構成を有することにより、特許文献1に記載の力検出装置は、加えられた力を検出することができる。
In such an industrial robot, for example, a force detection device is provided between the arm and the end effector. As a force detection device used for an industrial robot, for example, a force detection device disclosed in
しかしながら、特許文献1に記載の力検出装置では、接触子の横断面での面積が、感圧素子の反対側よりも感圧素子側の方が大きくなっているので、加えられる力を感圧素子に集中させることができず、感度が悪いという欠点がある。
本発明の目的は、力の検出において検出感度を向上させることができる力検出装置及びその力検出装置を用いたロボットを提供することにある。
However, in the force detection device described in
An object of the present invention is to provide a force detection device capable of improving detection sensitivity in force detection and a robot using the force detection device.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]本適用例に係る力検出装置は、板状をなした第1の部材と、前記第1の部材と対向配置され、板状をなした第2の部材と、前記第1の部材と前記第2の部材との間に設けられた複数の感圧素子と、前記第1の部材の前記感圧素子が設けられた面とは反対側の面に設けられた弾性体と、を含み、前記感圧素子は、前記第1の部材上に設けられた第1部材電極と、前記第2の部材上に設けられた第2部材電極と、前記第1部材電極と前記第2部材電極との間に設けられ、弾性を有する母材及び前記母材中に分散され、導電性を有する複数のフィラーを有する感圧部材と、を含み、前記感圧部材は、前記第2の部材の厚み方向で見た平面視で、前記第1部材電極及び前記第2部材電極とオーバーラップする第1の部分と、前記第1の部分を囲む第2の部分と、を含み、前記感圧部材に応力が付与された場合に、前記感圧部材の前記第1の部分には、第1の応力がかかり、前記第2の部分の前記第1部材電極及び前記第2部材電極とオーバーラップしない部分には、前記第1の応力よりも大きい第2の応力がかかることを特徴とする。 Application Example 1 A force detection device according to this application example includes a plate-shaped first member, a plate-shaped second member that is disposed to face the first member, and the first member. A plurality of pressure sensitive elements provided between the member and the second member, and an elastic body provided on a surface of the first member opposite to the surface on which the pressure sensitive element is provided; The pressure sensitive element includes a first member electrode provided on the first member, a second member electrode provided on the second member, the first member electrode, and the first member electrode. A pressure-sensitive member provided between the two-member electrode and having elasticity, and a pressure-sensitive member dispersed in the base material and having a plurality of conductive fillers. A first portion overlapping the first member electrode and the second member electrode in a plan view as viewed in the thickness direction of the member; and the first portion And when the stress is applied to the pressure-sensitive member, the first portion of the pressure-sensitive member is subjected to the first stress, and the second portion A portion of the first member electrode and the second member electrode that does not overlap is subjected to a second stress that is greater than the first stress.
本適用例によれば、応力が付与された場合に、感圧部材の第1の部分には、第1の応力がかかり、第2の部分の第1部材電極及び第2部材電極とオーバーラップしない部分には、第1の応力よりも大きい第2の応力がかかることで、押圧時の変形を第2の部分に逃がすことにより、部材上において部材電極以外の部分に感圧部材が接触しないことで、検出感度の低下を防ぎ、より高感度の力検出装置を得ることが可能となる。また、感圧部材の変形による力の分散(荷重分散)の影響を小さくし、正確に力を検出できる。 According to this application example, when stress is applied, the first portion of the pressure-sensitive member is subjected to the first stress, and overlaps the first member electrode and the second member electrode of the second portion. Since the second stress greater than the first stress is applied to the portion that is not subjected to the pressure, the pressure-sensitive member does not contact the portion other than the member electrode on the member by letting the deformation during pressing escape to the second portion. As a result, it is possible to prevent a reduction in detection sensitivity and to obtain a force detection device with higher sensitivity. In addition, the influence of force dispersion (load dispersion) due to deformation of the pressure-sensitive member can be reduced, and the force can be accurately detected.
[適用例2]上記適用例に記載の力検出装置において、前記感圧部材の前記第2の部分は、空孔を有する多孔質の部材で構成され、前記感圧部材の前記第2の部分の空孔密度は、前記第1の部分の空孔密度より小さいことを特徴とする。 Application Example 2 In the force detection device according to the application example described above, the second part of the pressure-sensitive member is formed of a porous member having pores, and the second part of the pressure-sensitive member. The vacancy density is less than the vacancy density of the first portion.
本適用例によれば、感圧部材の第2の部分は、空孔を有する多孔質部材で構成される。感圧部材の第2の部分の空孔密度は、第1の部分の空孔密度より小さいことにより、感圧部材の変形による力の分散の影響を小さくし、正確に力を検出することができる。 According to this application example, the second portion of the pressure-sensitive member is formed of a porous member having pores. Since the hole density of the second part of the pressure-sensitive member is smaller than the hole density of the first part, the influence of force dispersion due to deformation of the pressure-sensitive member can be reduced, and the force can be detected accurately. it can.
[適用例3]上記適用例に記載の力検出装置において、前記感圧部材の前記第2の部分の厚さは、前記第1の部分の厚さよりも薄いことを特徴とする。 Application Example 3 In the force detection device according to the application example described above, the thickness of the second portion of the pressure-sensitive member is smaller than the thickness of the first portion.
本適用例によれば、感圧部材の第2の部分の厚さは、第1の部分の厚さよりも薄いことにより、感圧部材の変形による力の分散の影響を受けずに、力を検出することができる。 According to this application example, since the thickness of the second portion of the pressure-sensitive member is thinner than the thickness of the first portion, the force is not affected by the force distribution due to the deformation of the pressure-sensitive member. Can be detected.
[適用例4]上記適用例に記載の力検出装置において、前記第2の部材の前記平面視で、前記感圧部材の前記第2の部分は、面方向に断続的に設けられた孔を有していることを特徴とする。 Application Example 4 In the force detection device according to the application example described above, the second portion of the pressure-sensitive member has holes provided intermittently in a surface direction in the plan view of the second member. It is characterized by having.
本適用例によれば、感圧部材の第2の部分は、面方向に断続的に設けられた孔を有していることにより、感圧部材の変形による力の分散の影響を受けずに、力を検出することができる。 According to this application example, the second part of the pressure-sensitive member has the holes intermittently provided in the surface direction, so that the second part of the pressure-sensitive member is not affected by force distribution due to deformation of the pressure-sensitive member. , The force can be detected.
[適用例5]上記適用例に記載の力検出装置において、前記孔は、前記感圧部材の表面から裏面まで貫通した貫通孔を含むことを特徴とする。 Application Example 5 In the force detection device according to the application example described above, the hole includes a through-hole penetrating from the front surface to the back surface of the pressure-sensitive member.
本適用例によれば、孔は、感圧部材の表面から裏面まで貫通した貫通孔を含むことにより、感圧部材の変形による力の分散の影響を受けずに、力を検出することができる。 According to this application example, since the hole includes a through-hole penetrating from the front surface to the back surface of the pressure-sensitive member, the force can be detected without being affected by the force dispersion due to the deformation of the pressure-sensitive member. .
[適用例6]上記適用例に記載の力検出装置において、前記第2の部材の前記平面視で、前記第2の部材上に基準点を設定した場合、前記基準点の回りに配置された前記弾性体を3つ以上有しており、前記第2の部材の前記平面視で、前記3つ以上の弾性体のそれぞれにおいて、前記第1の部材と前記第2の部材との間に設けられた2つの前記感圧素子は、前記基準点及び前記弾性体の中心を通る直線を想定したとき、前記直線を挟んで前記直線の両側に配置されていることを特徴とする。 Application Example 6 In the force detection device according to the application example described above, when a reference point is set on the second member in the plan view of the second member, the second member is arranged around the reference point. It has three or more of the elastic bodies, and is provided between the first member and the second member in each of the three or more elastic bodies in the plan view of the second member. The two pressure-sensitive elements obtained are arranged on both sides of the straight line across the straight line, assuming a straight line passing through the reference point and the center of the elastic body.
本適用例によれば、少ない数の感圧素子を用いて、互いに直交する3軸の回りのモーメント、互いに直交する2軸の方向のせん断力を検出することができる。 According to this application example, it is possible to detect a moment around three mutually perpendicular axes and a shear force in the two mutually perpendicular directions using a small number of pressure sensitive elements.
[適用例7]上記適用例に記載の力検出装置において、前記第2の部材の前記平面視で、前記第2の部材上に基準点を設定した場合、前記基準点の回りに配置された前記弾性体を4つ有しており、前記第2の部材の前記平面視で、前記4つの弾性体のそれぞれにおいて、前記第1の部材と前記第2の部材との間に設けられた2つの前記感圧素子は、前記基準点及び前記弾性体の中心を通る直線を想定したとき、前記直線を挟んで前記直線の両側に配置されていることを特徴とする。 Application Example 7 In the force detection device according to the application example described above, when a reference point is set on the second member in the plan view of the second member, the second member is arranged around the reference point. 2 which is provided between the first member and the second member in each of the four elastic bodies in the plan view of the second member. The two pressure-sensitive elements are arranged on both sides of the straight line across the straight line, assuming a straight line passing through the reference point and the center of the elastic body.
本適用例によれば、少ない数の感圧素子を用いて、互いに直交する3軸の回りのモーメント、互いに直交する2軸の方向のせん断力を検出することができる。 According to this application example, it is possible to detect a moment around three mutually perpendicular axes and a shear force in the two mutually perpendicular directions using a small number of pressure sensitive elements.
[適用例8]上記適用例に記載の力検出装置において、前記第2の部材の前記平面視で、前記2つの感圧素子は、前記直線に対して線対称に配置されていることを特徴とする。 Application Example 8 In the force detection device according to the application example, the two pressure-sensitive elements are arranged in line symmetry with respect to the straight line in the plan view of the second member. And
本適用例によれば、少ない数の感圧素子を用いて、互いに直交する3軸の回りのモーメント、互いに直交する2軸の方向のせん断力をより容易に検出することができる。 According to this application example, it is possible to more easily detect the moments around the three axes orthogonal to each other and the shear forces in the directions of the two axes orthogonal to each other using a small number of pressure sensitive elements.
[適用例9]上記適用例に記載の力検出装置において、前記第2の部材の前記平面視で、前記3つ以上の弾性体は、前記弾性体の中心と前記基準点との距離が等距離となり、かつ等角度間隔で配置されていることを特徴とする。 Application Example 9 In the force detection device according to the application example described above, in the planar view of the second member, the three or more elastic bodies have an equal distance between the center of the elastic body and the reference point. It is a distance and is arranged at equiangular intervals.
本適用例によれば、偏りなく応力を検出することができる。 According to this application example, the stress can be detected without deviation.
[適用例10]上記適用例に記載の力検出装置において、前記第2の部材の前記平面視で、前記弾性体の前記第1の部材側の面は、前記第1の部材と前記第2の部材との間に設けられた前記複数の感圧素子とオーバーラップしていることを特徴とする。 Application Example 10 In the force detection device according to the application example described above, in the plan view of the second member, the surface of the elastic body on the first member side is the first member and the second member. It overlaps with the said several pressure sensitive element provided between these members.
本適用例によれば、加わった応力を精度良く感圧素子に伝達することができる。 According to this application example, the applied stress can be accurately transmitted to the pressure sensitive element.
[適用例11]上記適用例に記載の力検出装置において、前記弾性体の前記第1の部材側の面の形状は、円形であり、前記第1部材電極の形状は、円形であることを特徴とする。 Application Example 11 In the force detection device according to the application example described above, the shape of the surface of the elastic body on the first member side is a circle, and the shape of the first member electrode is a circle. Features.
本適用例によれば、平面視で、加わる応力の方向による弾性体の変形量の依存性を抑制することができる。例えば、円形断面によって、せん断力に等方的に対応できる。 According to this application example, the dependency of the deformation amount of the elastic body due to the direction of the applied stress can be suppressed in plan view. For example, a circular cross section can be used for isotropic shear forces.
[適用例12]上記適用例に記載の力検出装置において、前記弾性体の前記第1の部材が設けられた面とは反対側の面の形状は、円形であることを特徴とする。 Application Example 12 In the force detection device according to the application example described above, the surface of the elastic body opposite to the surface on which the first member is provided is circular.
本適用例によれば、平面視で、加わる応力の方向による弾性体の変形量の依存性を抑制することができる。 According to this application example, the dependency of the deformation amount of the elastic body due to the direction of the applied stress can be suppressed in plan view.
[適用例13]上記適用例に記載の力検出装置において、前記弾性体の前記第1の部材が設けられた面とは反対側の面の面積S1と前記第1の部材が設けられた面側の面の面積S2との比S1/S2は、1.1以上、9以下であることを特徴とする。 Application Example 13 In the force detection device according to the application example described above, the area S1 of the surface opposite to the surface on which the first member of the elastic body is provided and the surface on which the first member is provided. The ratio S1 / S2 to the area S2 of the side surface is 1.1 or more and 9 or less.
本適用例によれば、より潰れ難くすることができ、また、加えられる応力を感圧素子に集中させることができる。 According to this application example, it can be made more difficult to be crushed, and the applied stress can be concentrated on the pressure-sensitive element.
[適用例14]上記適用例に記載の力検出装置において、前記第2部材電極の面積は、前記第1部材電極の面積の合計よりも大きいことを特徴とする。 Application Example 14 In the force detection device according to the application example described above, an area of the second member electrode is larger than a total area of the first member electrodes.
本適用例によれば、接触力によって変化しやすい領域まで部材電極でカバーすることにより、感圧部材の変形量を小さくすることができる。これによって厚さの差を小さくでき、薄型化できる。 According to this application example, the deformation amount of the pressure-sensitive member can be reduced by covering the region that is easily changed by the contact force with the member electrode. As a result, the difference in thickness can be reduced and the thickness can be reduced.
[適用例15]上記適用例に記載の力検出装置において、前記第1の部材と前記第2の部材との間に2つの前記感圧素子が配置されており、前記2つの感圧素子は、半円状をなし、前記2つの感圧素子の前記半円状の円弧の両端部を結ぶ直線部が対向配置されていることを特徴とする。 Application Example 15 In the force detection device according to the application example described above, two pressure-sensitive elements are disposed between the first member and the second member, and the two pressure-sensitive elements are A semicircular shape is formed, and linear portions connecting both end portions of the semicircular arcs of the two pressure-sensitive elements are arranged to face each other.
本適用例によれば、弾性体の第2の部材側の面が円形をなしている場合、その弾性体を安定して支持することができ、平面視で、加わる応力の方向による弾性体の変形量の依存性を抑制することができる。 According to this application example, when the surface on the second member side of the elastic body is circular, the elastic body can be stably supported, and the elastic body according to the direction of the applied stress is seen in plan view. The dependency of the deformation amount can be suppressed.
[適用例16]上記適用例に記載の力検出装置において、前記第1の部材の前記弾性体が設けられた面とは反対側の面に設けられ、可撓性を有する部材と、前記複数の感圧素子を囲うように設けられ、前記第1の部材と前記第2の部材とを接着する接着剤層と、を備えることを特徴とする。 Application Example 16 In the force detection device according to the application example described above, a flexible member provided on a surface of the first member opposite to the surface on which the elastic body is provided, and the plurality of members And an adhesive layer for adhering the first member and the second member. The adhesive layer is provided so as to surround the pressure-sensitive element.
本適用例によれば、簡易な構成で、応力を検出することができる。 According to this application example, the stress can be detected with a simple configuration.
[適用例17]本適用例に係るロボットは、アームを複数有し、複数の前記アームの隣り合う前記アーム同士を回動可能に連結してなる少なくとも1つのアーム連結体と、前記アーム連結体に設けられたエンドエフェクターと、前記アーム連結体と前記エンドエフェクターとの間に設けられ、前記エンドエフェクターに加えられる力を検出する上記のいずれか一項に記載の力検出装置と、を備えることを特徴とする。 Application Example 17 A robot according to this application example includes a plurality of arms, and at least one arm connection body formed by rotatably connecting the adjacent arms of the plurality of arms, and the arm connection body. An end effector provided on the arm, and the force detection device according to any one of the above, which is provided between the arm coupling body and the end effector and detects a force applied to the end effector. It is characterized by.
本適用例によれば、上記記載の力検出装置と同様の効果が得られる。そして、力検出装置が検出した応力をフィードバックし、より精密に作業を実行することができる。また、力検出装置が検出した応力によって、エンドエフェクターの障害物への接触等を検知することができる。そのため、従来の位置制御では困難だった障害物回避動作、対象物損傷回避動作等を容易に行うことができ、より安全に作業を実行することができる。 According to this application example, the same effects as those of the force detection device described above can be obtained. Then, the stress detected by the force detection device can be fed back to perform the operation more precisely. Further, the contact of the end effector with the obstacle can be detected by the stress detected by the force detection device. Therefore, an obstacle avoidance operation, an object damage avoidance operation, and the like, which are difficult with conventional position control, can be easily performed, and the work can be executed more safely.
以下、本発明の力検出装置及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。 Hereinafter, a force detection device and a robot according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<第1実施形態>
図1は、本実施形態に係る力検出装置1を示す模式平面図である。図2は、図1に示す力検出装置1のA−A´線に沿う模式断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図2中の上側を「上」又は「上方」、下側を「下」又は「下方」と言う。また、図1には、互いに直交するx軸、y軸、及びz軸を有する3次元座標を想定する。そして、平面視(第1の基板(第1の部材)4及び第2の基板(第2の部材)5の平面視)で、前記3次元座標の原点(第2の基板5上)に、基準点Pを設定する。また、各感圧素子3の出力値、すなわち、各感圧素子3から出力される電圧の値(電圧値)をそれぞれ図1に示すように、1a、1b、2a、2b、3a、3b、4a、及び4bとし、対応する感圧素子3に記載する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic plan view showing a
図1及び図2に示す力検出装置1は、力(応力)(モーメントを含む)を検出する機能を有する。この力検出装置1は、加えられた応力に応じて信号を出力する検出部2と、図示しない力検出回路と、弾性又は可撓性を有する接着剤層8とを備えている。
図1及び図2に示すように、検出部2は、互いに対向配置された第1の基板4及び第2の基板5と、加えられた応力に応じて信号を出力する8つの感圧素子3と、4つの弾性体6と、を有している。なお、第1の基板4と、第2の基板5とのいずれを力が加わる側の基板としてもよいが、本実施形態では、第1の基板4を力が加わる側の基板として説明する。また、感圧素子3の数、弾性体6の数は、それぞれ、前記の数に限定されるものではなく、感圧素子3の数は、例えば、2つでもよく、また、弾性体6の数は、例えば、1つでもよい。
The
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第1の基板4及び第2の基板5の形状は、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、正方形(四角形)をなしている。この第1の基板4と第2の基板5とは、所定距離を隔てて、互いに対向するように設置されている。第1の基板4と第2の基板5とは、接着剤層8により接着(固定)されている。この接着剤層8は、1対の感圧素子3の周囲に、その1対の感圧素子3を囲うように、1周に亘って形成されている。なお、接着剤層8は弾性又は可撓性を有しているので、弾性体6に加わった応力は、第1の基板4を介して、1対の感圧素子3に伝達される。なお、第1の基板4及び第2の基板5の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、各種の樹脂材料等を用いることができる。
各感圧素子3は、それぞれ、第1の基板4と第2の基板5との間に設けられている。各感圧素子3は、同様であるので、以下では、代表的に、1つの感圧素子3について説明する。なお、ここでは、感圧素子3の構造を中心に説明し、各感圧素子の配置や形状等については、後で述べる。
Although the shape of the 1st board |
Each pressure
感圧素子3は、互いに対向するように配置された1対の基板電極31,32と、その1対の基板電極31,32の間に設けられた感圧導電体層(感圧部材)33とを有している。第2基板電極32は、1つの弾性体6に対応するように設けられた1対の感圧素子3の共通電極であり、第2の基板5上に形成されている。また、第1基板電極31は、個別電極であり、第1の基板4上に形成されている。なお、第1基板電極31を共通電極とし、第2基板電極32を個別電極としてもよく、また、基板電極31,32をそれぞれ個別電極としてもよい。
The pressure-
基板電極31,32の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄、又はこれらを含む合金等が挙げられる。
感圧導電体層33は、弾性を有する層状の母材及びその母材中に分散され、導電性を有する複数のフィラーとを備えている。この感圧導電体層33は、加わった力に応じて変形し、接触し合うフィラーの量や面積が変化し、これにより、感圧素子3から、加わった力に応じた電圧(信号)が出力される。感圧導電体層33は、第2の基板5の厚み方向で見た平面視で、基板電極31,32とオーバーラップする第1の部分14と、第1の部分14を囲む第2の部分9と、を備えている。感圧導電体層33は、感圧導電体層33に応力が付与された場合に、感圧導電体層33の第1の部分14には、第1の応力がかかり、第2の部分9の基板電極31,32とオーバーラップしない部分には、第1の応力よりも大きい第2の応力がかかる。感圧導電体層33の第2の部分9の厚さは、第1の部分14の厚さよりも薄くなっている。これにより、感圧導電体層33の変形による力の分散の影響を受けずに、力を検出することができる。
The constituent materials of the
The pressure-
ここで、感圧導電体層33の変形による力の分散の影響を説明する。
図3は、本実施形態に係る感圧導電体層33の変形による力の分散の影響を説明する図である。(A)は本実施形態に係る力検出装置1を示す模式断面図、(B)は従来の力検出装置を示す模式断面図である。
Here, the influence of force dispersion due to deformation of the pressure-
FIG. 3 is a diagram for explaining the influence of force dispersion due to deformation of the pressure-
従来の力検出装置は、図3(B)の矢印Dに示すように、基板電極外で検出できない領域にも力が加わっていた。本実施形態に係る力検出装置1は、図3(A)の矢印Cに示すように、力はすべて基板電極に伝わるようになる。
In the conventional force detection device, as indicated by an arrow D in FIG. 3B, force is also applied to a region that cannot be detected outside the substrate electrode. In the
感圧導電体層33の母材の構成材料としては、絶縁性を有する弾性材料であれば特に限定されず、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムのような各種ゴム材料や、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマーが挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を混合して用いることができる。
The constituent material of the base material of the pressure-
また、感圧導電体層33のフィラーの構成材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されず、例えば、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄、又はこれらを含む合金、カーボン等が挙げられる。
図2に戻り、各弾性体6は、それぞれ、第1の基板4の1対の感圧素子3が設けられた面とは反対側の面に設けられている。すなわち、1対の感圧素子3に対して1つの弾性体6が設けられている。各弾性体6に加わった応力は、第1の基板4を介して、それぞれ、対応する1対の感圧素子3に伝達される。弾性体6の第1の基板4との接触面が円形であり、かつ第1基板電極の形状が円形である。これにより、平面視で、加わる応力の方向による弾性体6の変形量の依存性を抑制することができる。例えば、円形断面によって、せん断力に等方的に対応できる。各弾性体6は、同様であるので、以下では、代表的に、1つの弾性体6について説明する。
Further, the constituent material of the filler of the pressure-
Returning to FIG. 2, each
弾性体6は、第1の基板4と反対側から第1の基板4側に向って横断面での面積が漸減する部位を有しており、弾性体6の第1の基板4が設けられた面とは反対側の面、すなわち上面61の面積S1は、第1の基板4側の面、すなわち下面62の面積S2よりも大きい。具体的には、弾性体6は、円錐台状をなしている。すなわち、弾性体6の上面61及び下面62は、それぞれ、円形をなし、上面61の中心軸と下面62の中心軸とは一致しており、弾性体6の横断面での面積は、上面61から下面62まで漸減している。
弾性体6の上面61及び下面62が、それぞれ、円形をなすことにより、平面視で、各弾性体6に加わる応力の方向による弾性体6の変形量の依存性を抑制することができる。すなわち、平面視で、各弾性体6に加わるすべての方向の応力を適正(均一)に検出することができる。
The
By making the
また、弾性体6の第1の基板4が設けられた面とは反対側の面の面積は、第1の基板4側の面の面積よりも大きいので、検出部2の上面において、弾性体6のない部位が少なくなり、検出部2が潰れ難く、信頼性が高くなる。また、弾性体6の第1の基板4側の面の面積は、第1の基板4が設けられた面とは反対側の面の面積よりも小さいので、各弾性体6に加えられる応力を感圧素子3に集中させることができ、これにより、応力の検出において検出感度を向上させることができる。
Further, since the area of the surface of the
また、弾性体6の上面61の面積S1と下面62の面積S2との比S1/S2は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、1.1以上、9以下であることが好ましく、2以上、4以下であることがより好ましい。これにより、検出部2をより潰れ難くすることができ、また、各弾性体6に加えられる応力を感圧素子3に集中させることができる。
また、弾性体6の上面61の面積S1は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、5mm2以上、500mm2以下であることが好ましく、10mm2以上、100mm2以下であることがより好ましい。これにより、検出部2をより潰れ難くすることができる。
Further, the ratio S1 / S2 between the area S1 of the
Further, the area S1 of the
また、弾性体6の下面62の面積S2は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、0.5mm2以上、300mm2以下であることが好ましく、3mm2以上、30mm2以下であることがより好ましい。これにより、各弾性体6に加えられる応力を感圧素子3に集中させることができる。
また、弾性体6の図2中の上下方向(軸方向)の長さLは、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、0.5mm以上、10mm以下であることが好ましく、1mm以上、5mm以下であることがより好ましい。これにより、各弾性体6に加えられる応力を感圧素子3に伝達することができる。
The area S2 of the
Further, the length L in the vertical direction (axial direction) in FIG. 2 of the
各弾性体6は、図1に示すように、平面視で、基準点Pの回りに配置されている。この場合、各弾性体6は、平面視で、弾性体6の中心と基準点Pとの距離が等距離となり、かつ等角度間隔(図示の構成では、90°間隔)で配置されている。すなわち、各弾性体6は、平面視で、基準点Pを中心とする同一の円上に、等角度間隔で配置されている。また、2つの弾性体6の平面視での中心は、それぞれ、x軸(直線)上に位置し、また、残りの2つの弾性体6の平面視での中心は、それぞれ、y軸(直線)上に位置している。これにより、偏りなく応力を検出することができる。なお、x軸は、基準点P及び前記2つの弾性体6の中心を通る直線であり、y軸は、基準点P及び前記残りの2つの弾性体6の中心を通る直線である。
As shown in FIG. 1, each
なお、弾性体6の構成材料としては、弾性材料であれば特に限定されず、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムのような各種ゴム材料や、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマーが挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を混合して用いることができる。
The constituent material of the
以下では、各感圧素子3を区別しない場合は、「感圧素子3」と言い、区別する場合は、「感圧素子1A,1B,2A,2B,3A,3B,4A,4B」と言う。
各感圧素子1B,1A,2B,2A,3B,3A,4B,4Aは、図1中の時計回りに、この順序で配置されている。そして、1対の感圧素子1A,1Bは、共通の弾性体6の下方に配置されている。また、同様に、1対の感圧素子2A,2Bは、共通の弾性体6の下方に配置されている。また、同様に、1対の感圧素子3A,3Bは、共通の弾性体6の下方に配置されている。また、同様に、1対の感圧素子4A,4Bは、共通の弾性体6の下方に配置されている。
Hereinafter, when the pressure
The pressure
前述したように、1対の感圧素子1A,1B及びその上方に設置された弾性体6と、1対の感圧素子2A,2B及びその上方に設置された弾性体6と、1対の感圧素子3A,3B、及びその上方に設置された弾性体6と、1対の感圧素子4A,4B及びその上方に設置された弾性体6とは、同様であるので、以下では、代表的に、感圧素子1A,1B及びその上方に設置された弾性体6について説明する。
As described above, the pair of pressure-
まず、感圧素子1A,1Bは、それぞれ、平面視で、半円状をなしている。また、平面視で、感圧素子1Aと感圧素子1Bとは、y軸を挟んで、互いに離間するようにy軸の両側に配置されている。また、感圧素子1Aと感圧素子1Bとは、y軸に対して線対称に配置されている。1つの弾性体6に対応する各第2基板電極32は、y軸に対して線対称に配置されている。これにより、せん断力、回転モーメントを精度よく検出できる。また、平面視で、感圧素子1Aと感圧素子1Bとは、感圧素子1Aの半円状の円弧の両端部を結ぶ直線部と感圧素子1Bの半円状の円弧の両端部を結ぶ直線部とが対向配置されている。なお、半円状には、完全な半円のみならず、半円の一部が欠けているもの等も含まれる。
これにより、弾性体6を安定して支持することができ、平面視で、各弾性体6に加わる応力の方向による弾性体6の変形量の依存性を抑制することができる。すなわち、平面視で、各弾性体6に加わるすべての方向の応力を適正(均一)に検出することができる。
First, each of the pressure
Thereby, the
なお、平面視で、感圧素子3Aと感圧素子3Bとは、y軸に対して線対称に配置されており、感圧素子2Aと感圧素子2Bとは、x軸に対して線対称に配置されており、感圧素子4Aと感圧素子4Bとは、x軸に対して線対称に配置されている。
ここで、感圧素子1A,1Bの平面視で、弾性体6の第1の基板4側の面、すなわち、下面62は、感圧素子1A,1Bとオーバーラップしている。この場合、下面62の円は、感圧素子1A,1Bで形成される円よりも若干大きい。これにより、弾性体6の上面61に加わった応力を感圧素子1A,1Bに伝達することができる。
In plan view, the pressure
Here, in the plan view of the pressure
なお、感圧素子1A,1Bの平面視で、弾性体6の下面62が感圧素子1A,1Bとオーバーラップしていなくてもよく、また、弾性体6の上面61、下面62は、それぞれ、円形でなくてもよいことは、言うまでもない。弾性体6の上面61、下面62の他の形状としては、例えば、三角形、四角形、及び五角形等の多角形、楕円、半楕円、及び半円等が挙げられる。
また、感圧素子1A,1Bの形状は、それぞれ、平面視で、半円状に限らず、その他、例えば、三角形、四角形、及び五角形等の多角形、楕円、半楕円、及び円等が挙げられる。
なお、検出部2の各部の接合方法は、特に限定されず、例えば、接着剤による接着等が挙げられる。
Note that the
Further, the shape of each of the pressure
In addition, the joining method of each part of the
図4は、弾性体6の他の構成例を示す模式側面図である。なお、以下では、説明の都合上、図4中の上側を「上」又は「上方」、下側を「下」又は「下方」と言う。ここで、弾性体6の形状は、前述したものには限定されず、その上面61の面積が下面62の面積よりも大きいものであればいかなる形状であってもよい。以下、図4に基づいて、弾性体6の他の構成例を説明する。
図4(A)に示す弾性体6は、側面が湾曲凹面になっている。また、図4(B)に示す弾性体6は、側面が湾曲凸面になっている。また、図4(C)に示す弾性体6は、側面に段差が形成されている。また、図4(D)に示す弾性体6は、第1の基板4側から第2の基板5側に向って横断面での面積が漸減する部位の他、図中の上下方向の途中に、第1の基板4側から第2の基板5側に向って横断面での面積が漸増する部位を有している。
FIG. 4 is a schematic side view showing another configuration example of the
The
次に、力検出装置1の図示しない力検出回路について説明する。
検出部2で検出された信号(電圧)は、図示しない力検出回路に入力される。
力検出回路は、入力された信号を用いて、下記のように演算し、出力する機能を有する。すなわち、力検出回路は、下記のようにして、全ての弾性体6に加わる圧力Fa、x軸方向のせん断力Fx、y軸方向のせん断力Fy、x軸回りのモーメントMx、y軸回りのモーメントMy、及びz軸回りのモーメントMzを求め、出力する。
Next, a force detection circuit (not shown) of the
A signal (voltage) detected by the
The force detection circuit has a function of calculating and outputting as follows using the input signal. That is, the force detection circuit, as described below, applies pressure Fa applied to all
なお、例えば、x軸方向の正方向にせん断力が加わると、感圧素子1A,1B上の弾性体6は、x軸方向の正方向に向って倒れるように変形する。これにより、弾性体6の感圧素子1A側の部位は圧縮されて収縮し、感圧素子1B側の部位は相対的に伸長する。このため、x軸方向のせん断力Fxは、電圧値1aと電圧値1bとの差分に比例する。せん断力は、この原理を用いて算出している。
また、例えば、x軸回りのモーメントMxが加わると、感圧素子1A,3A上の弾性体6の一方は、圧縮されて収縮し、他方は、相対的に伸長する。このため、x軸回りのモーメントMxは、電圧値1aと電圧値3aとの差分に比例する。モーメントは、この原理を用いて算出している。
For example, when a shearing force is applied in the positive direction in the x-axis direction, the
For example, when a moment Mx about the x axis is applied, one of the
まず、全ての弾性体6に加わる圧力Faは、下記のようにして求める。
Fa=(1a+1b)+(2a+2b)+(3a+3b)+(4a+4b)
また、x軸方向のせん断力Fxは、下記のようにして求める。
Fx∝(1a−1b)+(3b−3a)
また、y軸方向のせん断力Fyは、下記のようにして求める。
Fy∝(4a−4b)+(2b−2a)
First, the pressure Fa applied to all the
Fa = (1a + 1b) + (2a + 2b) + (3a + 3b) + (4a + 4b)
Further, the shearing force Fx in the x-axis direction is obtained as follows.
Fx∝ (1a-1b) + (3b-3a)
Further, the shearing force Fy in the y-axis direction is obtained as follows.
Fy∝ (4a-4b) + (2b-2a)
また、x軸回りのモーメントMxは、下記のようにして求める。
Mx∝(3a+3b)−(1a+1b)
また、y軸回りのモーメントMyは、下記のようにして求める。
My∝(2a+2b)−(4a+4b)
また、z軸回りのモーメントMzは、下記のようにして求める。
Mz∝(1a−1b)+(2a−2b)+(3a−3b)+(4a−4b)
Further, the moment Mx about the x axis is obtained as follows.
Mx∝ (3a + 3b)-(1a + 1b)
Further, the moment My about the y-axis is obtained as follows.
My∝ (2a + 2b)-(4a + 4b)
Further, the moment Mz about the z axis is obtained as follows.
Mz∝ (1a-1b) + (2a-2b) + (3a-3b) + (4a-4b)
以上説明したように、この力検出装置1によれば、弾性体6の上面61の面積は、その下面62の面積よりも大きいので、潰れ難く、信頼性が高い。
また、弾性体6の下面62の面積は、その上面61の面積よりも小さいので、加えられる応力を感圧素子3に集中させることができ、これにより応力を検出することができる。
また、1つの弾性体6に対して1対の感圧素子3が設けられているので、せん断力を検出することができる。
As described above, according to the
Further, since the area of the
In addition, since the pair of pressure
また、1対の感圧素子3を4組有しているので、x軸回りのモーメント、y軸回りのモーメント、及びz軸回りのモーメントを検出することができる。また、せん断力についてもx軸方向のせん断力、y軸方向のせん断力を検出することができる。
このように、この力検出装置1では、比較的少ない感圧素子3を用いて、各応力を検出することができ、その検出感度を向上させることができる。
In addition, since the four pairs of pressure
Thus, in this
本実施形態によれば、応力が付与された場合に、感圧導電体層33の第1の部分14には、第1の応力がかかり、第2の部分9の基板電極31,32とオーバーラップしない部分には、第1の応力よりも大きい第2の応力がかかることで押圧時の変形を第2の部分9に逃がすことにより、基板上において基板電極31,32以外の部分に感圧導電体層33が接触しないことで、検出感度の低下を防ぎ、より高感度の力検出装置1を得ることが可能となる。また、感圧導電体層33の変形による力の分散(荷重分散)の影響を小さくし、正確に力を検出できる。
According to the present embodiment, when stress is applied, the
<第2実施形態>
図5は、本実施形態に係る力検出装置1を示す模式断面図である。図6は、図5に示す力検出装置1のB−B´線に沿う模式断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図6中の上側を「上」又は「上方」、下側を「下」又は「下方」と言う。
以下、本実施形態について、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。
Second Embodiment
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the
Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and description of similar matters will be omitted.
図5及び図6に示すように、本実施形態の力検出装置1の第2基板電極32の面積は、第1基板電極31の面積の合計よりも大きい。具体的には、第1基板電極31の形状が半円形であり、第2基板電極32の形状が長方形である。そして第2基板電極32の長方形の短辺が第1基板電極31の直径よりも大きい。また、1つの弾性体6に対応する各第1基板電極31は、y軸に対して線対称に配置されている。これにより、せん断力、回転モーメントを精度よく検出できる。なお、第2基板電極32は、第1基板電極31の外周よりも大きければ、形状は問わない。
As shown in FIGS. 5 and 6, the area of the
本実施形態によれば、接触力によって変化しやすい領域まで基板電極31,32でカバーすることにより、感圧導電体層33の変形量を小さくすることができる。これによって厚さの差を小さくでき、薄型化できる。
According to the present embodiment, the deformation amount of the pressure-
<第3実施形態>
図7は、本実施形態に係る力検出装置1を示す模式図である。(A)は模式平面図、(B)は模式断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図7(B)中の上側を「上」又は「上方」、下側を「下」又は「下方」と言う。
以下、本実施形態について、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。
<Third Embodiment>
FIG. 7 is a schematic diagram showing the
Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and description of similar matters will be omitted.
図7(A)及び(B)に示すように、本実施形態の力検出装置1の感圧導電体層33の第2の部分10は、空孔を有する多孔質の(ポーラス)部材で構成されている。感圧導電体層33の第2の部分10の空孔密度は、第1の部分14の空孔密度より小さい。
As shown in FIGS. 7A and 7B, the
本実施形態によれば、感圧導電体層33の第2の部分10は、空孔を有する多孔質部材で構成される。感圧導電体層33の第2の部分10の空孔密度は、第1の部分14の空孔密度より小さいことにより、感圧導電体層33の変形による力の分散の影響を小さくし、正確に力を検出することができる。
According to the present embodiment, the
<第4実施形態>
図8は、本実施形態に係る力検出装置1を示す模式図である。(A)は模式平面図、(B)は模式断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図8(B)中の上側を「上」又は「上方」、下側を「下」又は「下方」と言う。
以下、本実施形態について、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。
<Fourth embodiment>
FIG. 8 is a schematic diagram showing the
Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and description of similar matters will be omitted.
図8(A)及び(B)に示すように、本実施形態の力検出装置1の感圧導電体層33の第2の部分11は、第2の基板5の平面視で、面方向に断続的に設けられた孔12を有している。例えば、感圧導電体層33は、面方向にミシン目状に設けられた孔12を含んでいる。ミシン目状に設けられた孔12は、第2の部分11の第1基板電極31及び第2基板電極32とオーバーラップしない部分に設けられている。
As shown in FIGS. 8A and 8B, the
なお、孔12は、感圧導電体層33の表面から裏面まで貫通した貫通孔13を含んでいてもよい。これにより、孔12は、感圧導電体層33の表面から裏面まで貫通した貫通孔13を含むことにより、感圧導電体層33の変形による力の分散の影響を受けずに、力を検出することができる。
The
本実施形態によれば、感圧導電体層33の第2の部分11は、面方向に断続的に設けられた孔12を有していることにより、感圧導電体層33の変形による力の分散の影響を受けずに、力を検出することができる。
According to the present embodiment, the
<第5実施形態>
図9は、本実施形態に係る力検出装置1を示す模式平面図である。
なお、以下では、説明の都合上、図9には、互いに直交するx軸、y軸、及びz軸を有する3次元座標を想定し、平面視での前記3次元座標の原点を基準点Pとする。また、各感圧素子3の出力値、すなわち、各感圧素子3から出力される電圧の値(電圧値)をそれぞれ図1に示すように、1a、1b、2a、2b、3a、及び3bとし、対応する感圧素子3に記載する。また、各感圧素子3を区別しない場合は、「感圧素子3」と言い、区別する場合は、「感圧素子1A,1B,2A,2B,3A,3B」と言う。
<Fifth Embodiment>
FIG. 9 is a schematic plan view showing the
In the following, for convenience of explanation, FIG. 9 assumes three-dimensional coordinates having an x-axis, a y-axis, and a z-axis that are orthogonal to each other, and the origin of the three-dimensional coordinates in plan view is the reference point P. And Further, as shown in FIG. 1, the output value of each pressure-
以下、本実施形態について、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9に示すように、本実施形態の力検出装置1では、第1の基板4及び第2の基板5の形状は、それぞれ、円形をなしている。
また、弾性体6の数は、3つであり、感圧素子3の数は、6つである。すなわち、力検出装置1の検出部2は、1対の感圧素子3を3組有している。
Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and description of similar matters will be omitted.
As shown in FIG. 9, in the
The number of
各弾性体6は、平面視で、基準点Pの回りに配置されている。この場合、各弾性体6は、平面視で、弾性体6の中心と基準点Pとの距離が等距離となり、かつ等角度間隔(図示の構成では、120°間隔)で配置されている。すなわち、各弾性体6は、平面視で、基準点Pを中心とする同一の円上に、等角度間隔で配置されている。また、1つ目の弾性体6の平面視での中心は、y軸上に位置し、また、2つ目の弾性体6の平面視での中心は、x−y平面上でy軸から時計回りに120°回転した位置にある直線91上に位置し、また、3つ目の弾性体6の平面視での中心は、x−y平面上でy軸から時計回りに240°回転した位置にある直線92上に位置している。これにより、偏りなく応力を検出することができる。
Each
また、平面視で、感圧素子1Aと感圧素子1Bとは、y軸に対して線対称に配置されており、感圧素子2Aと感圧素子2Bとは、直線91に対して線対称に配置されており、感圧素子3Aと感圧素子3Bとは、直線92に対して線対称に配置されている。
また、力検出装置1の図示しない力検出回路は、入力された信号(電圧)を用いて、下記のように演算し、出力する機能を有する。すなわち、力検出回路は、下記のようにして、第1の基板4の全面に加わる圧力Fa、x軸方向のせん断力Fx、y軸方向のせん断力Fy、x軸回りのモーメントMx、y軸回りのモーメントMy、及びz軸回りのモーメントMzを求め、出力する。
Further, in a plan view, the pressure
The force detection circuit (not shown) of the
まず、第1の基板4の全面に加わる圧力Faは、下記のようにして求める。
Fa=(1a+1b)+(2a+2b)+(3a+3b)
また、x軸方向のせん断力Fxは、下記のようにして求める。
Fx∝(1a−1b)
また、y軸方向のせん断力Fyは、下記のようにして求める。
Fy∝(2b−2a)+(3a−3b)
First, the pressure Fa applied to the entire surface of the
Fa = (1a + 1b) + (2a + 2b) + (3a + 3b)
Further, the shearing force Fx in the x-axis direction is obtained as follows.
Fx∝ (1a-1b)
Further, the shearing force Fy in the y-axis direction is obtained as follows.
Fy∝ (2b-2a) + (3a-3b)
また、x軸回りのモーメントMxは、下記のようにして求める。
Mx∝[(2a+2b)+(3a+3b)]−2・(1a−1b)
また、y軸回りのモーメントMyは、下記のようにして求める。
My∝(2a+2b)−(3a+3b)
また、z軸回りのモーメントMzは、下記のようにして求める。
Mz∝(1a−1b)+(2a−2b)+(3a−3b)
この力検出装置1によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
そして、この力検出装置1では、第1実施形態よりも少ない数の感圧素子3で検出を行うことができる。
Further, the moment Mx about the x axis is obtained as follows.
Mx∝ [(2a + 2b) + (3a + 3b)] − 2 · (1a-1b)
Further, the moment My about the y-axis is obtained as follows.
My∝ (2a + 2b)-(3a + 3b)
Further, the moment Mz about the z axis is obtained as follows.
Mz∝ (1a-1b) + (2a-2b) + (3a-3b)
According to the
In this
<第6実施形態>
図10は、本実施形態に係る力検出装置1を示す模式断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図10中の上側を「上」又は「上方」、下側を「下」又は「下方」と言う。
以下、本実施形態について、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。
<Sixth Embodiment>
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the
Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and description of similar matters will be omitted.
図10に示すように、本実施形態の力検出装置1の検出部2は、第1の基板4、第2の基板5、感圧素子3、及び弾性体6の他に、さらに、弾性体6の第1の基板4が設けられた面とは反対側の面に設けられた可撓性を有する基板7とを有している。基板7に加わった応力は、弾性体6、第1の基板4を介して、1対の感圧素子3に伝達される。
この力検出装置1によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
なお、本実施形態は、第2〜第5実施形態にも適用することができる。
As shown in FIG. 10, the
According to the
The present embodiment can also be applied to the second to fifth embodiments.
<単腕ロボットの実施形態>
次に、図11に基づき、本実施形態のロボット500である単腕ロボットを説明する。以下、本実施形態について、前述した第1〜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11は、本実施形態に係る力検出装置100を用いた単腕ロボットの1例を示す図である。図11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に設けられたエンドエフェクター530と、アーム連結体520とエンドエフェクター530との間に設けられた力検出装置100とを有する。なお、力検出装置100としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
<Embodiment of single arm robot>
Next, a single-arm robot that is the
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a single-arm robot using the
基台510は、アーム連結体520を回動させるための動力を発生させるアクチュエーター(図示せず)及びアクチュエーターを制御する制御部(図示せず)等を収納する機能を有する。また、基台510は、例えば、床、壁、天井、及び移動可能な台車上などに固定される。
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、及び第5のアーム525を有しており、隣り合うアーム同士を回動可能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又は屈曲することにより駆動する。
The
The
エンドエフェクター530は、対象物を把持する機能を有する。エンドエフェクター530は、第1の指531及び第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ー530が所定の動作位置まで到達した後、第1の指531及び第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。
力検出装置100は、エンドエフェクター530に加えられる応力を検出する機能を有する。例えば、力検出装置100は、接触圧、せん断力(すべり力)、面内回転モーメントを検出することができる。力検出装置100が検出する力を基台510の制御部にフィードバックすることにより、単腕ロボット500は、より精密な作業を実行することができる。また、力検出装置100が検出する力によって、単腕ロボット500は、エンドエフェクター530の障害物への接触等を検知することができる。そのため、従来の位置制御では困難だった障害物回避動作、対象物損傷回避動作等を容易に行うことができ、単腕ロボット500は、より安全に作業を実行することができる。
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、本実施形態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。
The
The
In the illustrated configuration, the
<複腕ロボットの実施形態>
次に、図12に基づき、本実施形態のロボット600である複腕ロボットを説明する。以下、本実施形態について、前述した第1〜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、本実施形態に係る力検出装置100を用いた複腕ロボットの1例を示す図である。図12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に設けられたエンドエフェクター640aと、第2のアーム連結体630に設けられたエンドエフェクター640bと、第1のアーム連結体620とエンドエフェクター640aとの間及び第2のアーム連結体630とエンドエフェクター640bとの間に設けられた力検出装置100を有する。なお、力検出装置100としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
<Embodiment of double-arm robot>
Next, a multi-arm robot that is the
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a multi-arm robot using the
基台610は、第1のアーム連結体620及び第2のアーム連結体630を回動させるための動力を発生させるアクチュエーター(図示せず)及びアクチュエーターを制御する制御部(図示せず)等を収納する機能を有する。また、基台610は、例えば、床、壁、天井、及び移動可能な台車上などに固定される。
第1のアーム連結体620は、第1のアーム621及び第2のアーム622を回動可能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及び第2のアーム632を回動可能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及び第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又は屈曲することにより駆動する。
The
The 1st
エンドエフェクター640a,640bは、対象物を把持する機能を有する。エンドエフェクター640aは、第1の指641a及び第2の指642aを有している。エンドエフェクター640bは、第1の指641b及び第2の指642bを有している。第1のアーム連結体620の駆動によりエンドエフェクター640aが所定の動作位置まで到達した後、第1の指641a及び第2の指642a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。同様に、第2のアーム連結体630の駆動によりエンドエフェクター640bが所定の動作位置まで到達した後、第1の指641b及び第2の指642b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。
The
力検出装置100は、エンドエフェクター640a,640bに加えられる応力を検出する機能を有する。力検出装置100が検出する力を基台610の制御部にフィードバックすることにより、複腕ロボット600は、より精密に作業を実行することができる。また、力検出装置100が検出する力によって、複腕ロボット600は、エンドエフェクター640a,640bの障害物への接触等を検知することができる。そのため、従来の位置制御では困難だった障害物回避動作、及び対象物損傷回避動作等を容易に行うことができ、複腕ロボット600は、より安全に作業を実行することができる。
The
なお、図示の構成では、アーム連結体は合計2本であるが、本実施形態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、本実施形態の範囲内である。
以上、本実施形態の力検出装置及びロボットを、図示に基づいて説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本実施形態に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
In the configuration shown in the figure, there are a total of two arm connectors, but the present embodiment is not limited to this. The case where the
As mentioned above, although the force detection apparatus and robot of this embodiment were demonstrated based on illustration, this embodiment is not limited to this, The structure of each part is set to the thing of the arbitrary structures which have the same function. Can be replaced. In addition, other arbitrary components may be added to the present embodiment.
また、本実施形態は、前記実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
また、前記実施形態では、感圧素子として、感圧導電体を用いたものを使用しているが、本実施形態では、加えられる応力に応じて出力が変化するものであればこれに限定されず、その他、例えば、圧電体等を用いたものが挙げられる。
Further, the present embodiment may be a combination of any two or more configurations (features) of the above-described embodiments.
In the embodiment, the pressure-sensitive element using a pressure-sensitive conductor is used. However, in the present embodiment, the pressure-sensitive element is limited to this as long as the output changes according to the applied stress. In addition, for example, one using a piezoelectric body or the like can be used.
また、本実施形態のロボットでは、力検出装置は、アーム連結体とエンドエフェクターとの間に設置されているが、本実施形態では、これに限定されず、例えば、力検出装置の検出部をエンドエフェクターの指先等に設置し、力検出装置を触覚センサーとして用いてもよい。
また、本実施形態のロボットは、アーム型ロボット(ロボットアーム)に限定されず、他の形式のロボット、例えば、スカラーロボット、脚式歩行(走行)ロボット等であってもよい。
また、本実施形態の力検出装置は、ロボットに限らず、他の装置、例えば、電子部品搬送装置等の搬送装置、電子部品検査装置等の検査装置、切削(研削)装置等の加工装置、自動車等の移動体、振動計、加速度計、重力計、動力計、地震計、傾斜計等の測定装置、及び入力装置等にも適用することができる。例えば、ポインティングデバイスにも適用できる。これにより、指先をほとんど動かすことなくカーソル移動の移動や画面のスクロールといった操作を実施可能となる。
Further, in the robot of this embodiment, the force detection device is installed between the arm coupling body and the end effector, but in this embodiment, the present invention is not limited to this. The force detection device may be used as a tactile sensor by being installed on the fingertip of the end effector.
The robot of this embodiment is not limited to an arm type robot (robot arm), but may be another type of robot such as a scalar robot or a legged walking (running) robot.
The force detection device of the present embodiment is not limited to a robot, but other devices, for example, a transport device such as an electronic component transport device, an inspection device such as an electronic component inspection device, a processing device such as a cutting (grinding) device, The present invention can also be applied to a moving body such as an automobile, a vibration meter, an accelerometer, a gravimeter, a dynamometer, a seismometer, an inclinometer, an input device, and the like. For example, it can be applied to a pointing device. As a result, operations such as moving the cursor and scrolling the screen can be performed with little movement of the fingertip.
(変形例)
図13は、本変形例に係る力検出装置1を示す模式断面図である。(A)は第2の部分9が平面を示す図、(B)は第2の部分9が曲面を示す図である。図14は、本変形例に係る感圧導電体層33を示す模式平面図である。
(Modification)
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a
上記した第1実施形態において、第2の部分9の形状に限定されず、例えば、図13(A)及び(B)に示す形状でもよい。
In the first embodiment described above, the shape is not limited to the shape of the
第2の部分9の形状は、図13(A)に示すように、平面であってもよいし、図13(B)に示すように、曲面であってもよい。これにより、応力集中が起きにくく、破損しにくくなる。また、図14に示すように、感圧導電体層33の基板電極31,32周辺部に基板電極31,32に挟まれる領域より厚さの薄い領域を設ける場合、型で成型してもよいし、削ってもよい。
The shape of the
1…力検出装置 2…検出部 3,1A,1B,2A,2B,3A,3B,4A,4B…感圧素子 4…第1の基板(第1の部材) 5…第2の基板(第2の部材) 6…弾性体 7…基板(部材) 8…接着剤層 9,10,11…第2の部分 12…孔 13…貫通孔 14…第1の部分 31…第1基板電極(第1部材電極) 32…第2基板電極(第2部材電極) 33…感圧導電体層(感圧部材) 61…上面 62…下面 91,92…直線 100…力検出装置 500…単腕ロボット 510…基台 520…アーム連結体 521…第1のアーム 522…第2のアーム 523…第3のアーム 524…第4のアーム 525…第5のアーム 530…エンドエフェクター 531…第1の指 532…第2の指 600…複腕ロボット 610…基台 620…第1のアーム連結体 621…第1のアーム 622…第2のアーム 630…第2のアーム連結体 631…第1のアーム 632…第2のアーム 640a…エンドエフェクター 641a…第1の指 642a…第2の指 640b…エンドエフェクター 641b…第1の指 642b…第2の指。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記第1の部材と対向配置され、板状をなした第2の部材と、
前記第1の部材と前記第2の部材との間に設けられた複数の感圧素子と、
前記第1の部材の前記感圧素子が設けられた面とは反対側の面に設けられた弾性体と、
を含み、
前記感圧素子は、
前記第1の部材上に設けられた第1部材電極と、
前記第2の部材上に設けられた第2部材電極と、
前記第1部材電極と前記第2部材電極との間に設けられ、弾性と導電性を有する感圧部材と、
を含み、
前記感圧部材は、前記第2の部材の厚み方向で見た平面視で、前記第1部材電極及び前記第2部材電極とオーバーラップする第1の部分と、前記第1の部分を囲み、厚さが前記第1の部分よりも薄い第2の部分と、を含み、
前記弾性体の前記第1の部材側の面は、応力を受けていない状態で円形であり、前記第1の部材とは反対側の面よりも面積が小さいことを特徴とする力検出装置。 A plate-shaped first member;
A second member having a plate-like shape disposed opposite to the first member;
A plurality of pressure sensitive elements provided between the first member and the second member;
An elastic body provided on a surface of the first member opposite to the surface on which the pressure sensitive element is provided;
Including
The pressure sensitive element is:
A first member electrode provided on the first member;
A second member electrode provided on the second member;
A pressure-sensitive member provided between the first member electrode and the second member electrode and having elasticity and conductivity ;
Including
The pressure sensing member, before Symbol plan view seen in the thickness direction of the second member, enclose a first portion of the overlap and the first member electrode and the second member electrode, the first portion A second portion having a thickness smaller than that of the first portion ,
The surface of the elastic member on the first member side is circular in a state where it is not subjected to stress, and has a smaller area than the surface on the side opposite to the first member .
前記第2の部材の前記平面視で、前記第2の部材上に基準点を設定した場合、前記基準
点の回りに配置された前記弾性体を3つ以上有しており、
前記第2の部材の前記平面視で、前記3つ以上の弾性体のそれぞれにおいて、前記第1
の部材と前記第2の部材との間に設けられた2つの前記感圧素子は、前記基準点及び前記
弾性体の中心を通る直線を想定したとき、前記直線を挟んで前記直線の両側に配置されて
いることを特徴とする力検出装置。 The force detection device according to claim 1 ,
When a reference point is set on the second member in the plan view of the second member, the elastic member disposed at around the reference point has three or more elastic bodies,
In each of the three or more elastic bodies in the plan view of the second member, the first member
When the two pressure-sensitive elements provided between the member and the second member are assumed to be a straight line passing through the reference point and the center of the elastic body, the two pressure-sensitive elements are arranged on both sides of the straight line. A force detector characterized by being arranged.
前記第2の部材の前記平面視で、前記第2の部材上に基準点を設定した場合、前記基準
点の回りに配置された前記弾性体を4つ有しており、
前記第2の部材の前記平面視で、前記4つの弾性体のそれぞれにおいて、前記第1の部
材と前記第2の部材との間に設けられた2つの前記感圧素子は、前記基準点及び前記弾性
体の中心を通る直線を想定したとき、前記直線を挟んで前記直線の両側に配置されている
ことを特徴とする力検出装置。 In the force detection device according to claim 1 or 2 ,
When the reference point is set on the second member in the plan view of the second member, the elastic member disposed around the reference point has four elastic bodies,
The two pressure-sensitive elements provided between the first member and the second member in each of the four elastic bodies in the plan view of the second member include the reference point and When a straight line passing through the center of the elastic body is assumed, the force detection device is disposed on both sides of the straight line with the straight line interposed therebetween.
前記第2の部材の前記平面視で、前記2つの感圧素子は、前記直線に対して線対称に配
置されていることを特徴とする力検出装置。 In the force detection device according to claim 2 or 3 ,
The force detection device, wherein the two pressure sensitive elements are arranged symmetrically with respect to the straight line in the plan view of the second member.
前記第2の部材の前記平面視で、前記3つ以上の弾性体は、前記弾性体の中心と前記基
準点との距離が等距離となり、かつ等角度間隔で配置されていることを特徴とする力検出
装置。 In the force detection device according to any one of claims 2 to 4 ,
In the plan view of the second member, the three or more elastic bodies are arranged at equal angular intervals between the centers of the elastic bodies and the reference points, and are arranged at equal angular intervals. Force detection device.
前記第2の部材の前記平面視で、前記弾性体の前記第1の部材側の面は、前記第1の部
材と前記第2の部材との間に設けられた前記複数の感圧素子とオーバーラップしているこ
とを特徴とする力検出装置。 In the force detection device according to any one of claims 1 to 5 ,
In the plan view of the second member, the surface of the elastic body on the first member side includes the plurality of pressure sensitive elements provided between the first member and the second member. A force detection device characterized by overlapping.
前記第1部材電極の形状は、円形であることを特徴とする力検出装置。 In the force detection device according to any one of claims 1 to 6 ,
Before Symbol shape of the first member electrode, a force detector which is a circular shape.
前記弾性体の前記第1の部材が設けられた面とは反対側の面の形状は、円形であること
を特徴とする力検出装置。 In the force detection device according to any one of claims 1 to 7 ,
The shape of the surface of the said elastic body on the opposite side to the surface in which the said 1st member was provided is circular, The force detection apparatus characterized by the above-mentioned.
前記弾性体の前記第1の部材が設けられた面とは反対側の面の面積S1と前記第1の部
材が設けられた面側の面の面積S2との比S1/S2は、1.1以上、9以下であること
を特徴とする力検出装置。 In the force detection device according to any one of claims 1 to 8 ,
The ratio S1 / S2 of the area S1 of the surface opposite to the surface on which the first member of the elastic body is provided and the area S2 of the surface on the surface side on which the first member is provided is 1. 1 or more and 9 or less, The force detection apparatus characterized by the above-mentioned.
前記第2部材電極の面積は、前記第1部材電極の面積の合計よりも大きいことを特徴と
する力検出装置。 In the force detection device according to any one of claims 1 to 9 ,
The area of the said 2nd member electrode is larger than the sum total of the area of the said 1st member electrode, The force detection apparatus characterized by the above-mentioned.
前記第1の部材と前記第2の部材との間に2つの前記感圧素子が配置されており、
前記2つの感圧素子は、半円状をなし、前記2つの感圧素子の前記半円状の円弧の両端
部を結ぶ直線部が対向配置されていることを特徴とする力検出装置。 In the force detection device according to any one of claims 1 to 10 ,
The two pressure sensitive elements are disposed between the first member and the second member;
The two pressure-sensitive elements have a semicircular shape, and linear portions connecting both end portions of the semicircular arc of the two pressure-sensitive elements are arranged to face each other.
前記弾性体の前記第1の部材が設けられた面とは反対側の面に設けられ、可撓性を有す
る部材と、
前記複数の感圧素子を囲うように設けられ、前記第1の部材と前記第2の部材とを接着
する接着剤層と、
を備えることを特徴とする力検出装置。 In the force detection device according to any one of claims 1 to 11 ,
A flexible member provided on a surface opposite to the surface on which the first member of the elastic body is provided;
An adhesive layer provided so as to surround the plurality of pressure-sensitive elements, and bonding the first member and the second member;
A force detection device comprising:
なる少なくとも1つのアーム連結体と、
前記アーム連結体に設けられたエンドエフェクターと、
前記アーム連結体と前記エンドエフェクターとの間に設けられ、前記エンドエフェクタ
ーに加えられる力を検出する請求項1〜12のいずれか一項に記載の力検出装置と、
を備えることを特徴とするロボット。 A plurality of arms, and at least one arm connecting body formed by rotatably connecting the adjacent arms of the plurality of arms;
An end effector provided in the arm coupling body;
The force detection device according to any one of claims 1 to 12 , which is provided between the arm coupling body and the end effector, and detects a force applied to the end effector.
A robot characterized by comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013201043A JP6191363B2 (en) | 2013-09-27 | 2013-09-27 | Force detection device and robot |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013201043A JP6191363B2 (en) | 2013-09-27 | 2013-09-27 | Force detection device and robot |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015068662A JP2015068662A (en) | 2015-04-13 |
JP6191363B2 true JP6191363B2 (en) | 2017-09-06 |
Family
ID=52835481
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013201043A Expired - Fee Related JP6191363B2 (en) | 2013-09-27 | 2013-09-27 | Force detection device and robot |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6191363B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7183700B2 (en) * | 2018-10-29 | 2022-12-06 | セイコーエプソン株式会社 | pressure sensor and hand |
JP7331557B2 (en) * | 2019-08-28 | 2023-08-23 | 凸版印刷株式会社 | tactile sensor |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0617838B2 (en) * | 1986-06-18 | 1994-03-09 | 工業技術院長 | Rubber plate for pressure distribution measurement |
US7373843B2 (en) * | 2005-06-02 | 2008-05-20 | Fidelica Microsystems | Flexible imaging pressure sensor |
JP2008096229A (en) * | 2006-10-11 | 2008-04-24 | Nitta Ind Corp | Electrostatic capacitive sensor |
JP2013152129A (en) * | 2012-01-25 | 2013-08-08 | Seiko Epson Corp | Force detector, pressure detector, electronic apparatus and robot |
-
2013
- 2013-09-27 JP JP2013201043A patent/JP6191363B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015068662A (en) | 2015-04-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9205561B2 (en) | Force detector and robot | |
JP7053410B2 (en) | Sensor units, sensor systems, robot hands, robot arms, server devices, arithmetic methods, and programs | |
JP5497969B1 (en) | Force sensor | |
JP6163900B2 (en) | Force detection device and robot | |
JP6524971B2 (en) | Load fluctuation detection device | |
JP6344928B2 (en) | Load sensor system | |
JP2015184005A (en) | Force detection device and robot | |
JP6191363B2 (en) | Force detection device and robot | |
JP3168179U (en) | Force sensor and six-dimensional force detection device | |
JP2015087289A (en) | Sensor element, force detection device, robot, electronic component conveyance device, electronic component inspection device, and component processing device | |
JP2017167164A (en) | Force detection device and robot | |
JP2014196922A (en) | Force detection device, robot, electronic component transport device, electronic component inspection device, component processing device, and moving body | |
US10960551B2 (en) | Sensor system and robot hand | |
JP2015184007A (en) | Force detection device, robot, electronic component conveyance device, and electronic component detection device | |
JP6658228B2 (en) | Tactile sensor and shear force detecting method | |
JP6232943B2 (en) | Force detection device, robot, and electronic component transfer device | |
JP2013040869A (en) | Force detector | |
JP2014196924A (en) | Force detection device, robot, electronic component transport device, electronic component inspection device, component processing device, and moving body | |
US12092542B2 (en) | Torque sensor | |
JP6232942B2 (en) | Force detection device, robot, and electronic component transfer device | |
JP6210296B2 (en) | Force detection device, robot, electronic component transport device, electronic component inspection device, and component processing device | |
JP2015090295A5 (en) | ||
CN106932123B (en) | A kind of wrist sensor | |
JP6481735B2 (en) | Force detection device and robot | |
JP6339304B1 (en) | Force sensor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20150113 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20160616 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20160624 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160719 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170419 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170509 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170626 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170711 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170724 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6191363 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |