JP6248709B2 - Force detection device and robot - Google Patents
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Description
本発明は、力検出装置およびロボットに関する。
The present invention relates to a force sensor and robotic.
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軸また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、部品検査用器具または部品搬送用器具等のエンドエフェクタとを備えており、部品の組み付け作業、部品加工作業等の部品製造作業、部品搬送作業およ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, which is attached to the tip of the arm. Parts manufacturing work such as parts assembly work, parts processing work, parts transport work, parts inspection work, etc. can be executed.
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は、例えば、1対の基板と、その1対の基板の間に設けられた、力変換器とを備えている。また、力変換器には、与圧ボルトにより与圧が加えられている。前記基板に外力が加わると、1対の基板が相対的に変位し、力変換器により、1対の基板間に働く力が検出される。なお、力変換器に与圧が加えられていることにより、力検出装置に、1対の基板が互いに接近する方向の外力が加わった場合のみならず、1対の基板が互いに離間する方向の外力が加わった場合でも、その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. A force detection device used for an industrial robot includes, for example, a pair of substrates and a force transducer provided between the pair of substrates. In addition, a pressure is applied to the force transducer by a pressure bolt. When an external force is applied to the substrate, the pair of substrates are relatively displaced, and the force acting between the pair of substrates is detected by the force transducer. In addition, by applying a pressure to the force transducer, not only when an external force in a direction in which the pair of substrates approach each other is applied to the force detection device, but also in a direction in which the pair of substrates separate from each other. Even when an external force is applied, the force can be detected.
しかしながら、従来の力検出装置では、例えば、外部のモーター等の発熱源からの熱により、1対の基板、与圧ボルト等が加熱され、熱膨張し、基板と与圧ボルトの熱膨張差等により、与圧ボルトにより加えられている与圧が変動し、力変換器の出力が変化してしまう。このため、外力を正確に測定することができない。
このような課題に対して、特許文献1に記載の力検出装置は、その図5、図7に示すように、プラットフォーム(取付け板)と、そのプラットフォームの両端に設けられた2つの力測定セルと、与圧を加える予荷重ねじとを有している。そして、2つの力測定セルの配置等の構成が、予荷重ねじ等の熱膨張等により生じる予圧変化による出力信号が相殺されるようになっている。
However, in the conventional force detection device, for example, a pair of substrates, pressurizing bolts, etc. are heated and thermally expanded by heat from a heat source such as an external motor, and the difference in thermal expansion between the substrate and the pressurizing bolts. Thus, the pressurization applied by the pressurization bolt varies, and the output of the force transducer changes. For this reason, the external force cannot be accurately measured.
To solve such a problem, the force detection device described in
しかしながら、特許文献1に記載の力検出装置では、力測定セルの受圧面に対して、その受圧面から外れた位置からプラットフォームを介して外力を伝達するため、プラットフォームの剛性が高くないと、力検出装置に作用する外力により、プラットフォームが撓んでしまう。また、逆に、プラットフォームの剛性を高くするため、プラットフォームの厚さを厚くすると、プラットフォームが厚くなり過ぎ、重量が重くなってしまう。また、力測定セルにバランス良く与圧を加えることも困難である。
本発明の目的は、第1の素子にバランス良く圧力を加えることができ、熱膨張による測定誤差を抑制することができる、または、装置の小型化を図りつつ、熱膨張による測定誤差を抑制することができる力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置および部品加工装置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 apply pressure in a balanced manner to the first element, to suppress measurement errors due to thermal expansion, or to suppress measurement errors due to thermal expansion while reducing the size of the apparatus. An object of the present invention is to provide a force detection device, a robot, an electronic component transport device, an electronic component inspection device, and a component processing 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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
(適用例1)
本発明に係わる力検出装置は、第1の基板と、
第2の基板と、
外力に応じて信号を出力する第1の素子と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられた前記第1の素子を挟持して、前記第1の素子に圧力を加える固定部材と、
前記第1の基板と前記固定部材との間に設けられ、前記固定部材により前記第1の素子に加えられる圧力の方向と同じ方向の外力成分に応じて信号を出力する第2の素子と、を備え、
前記第1の基板の厚み方向からの視認において前記第1の素子に対して少なくとも1対の前記固定部材が配置されていることを特徴とする。
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.
(Application example 1)
A force detection device according to the present invention includes a first substrate,
A second substrate;
A first element that outputs a signal in response to an external force;
A fixing member that sandwiches the first element provided between the first substrate and the second substrate and applies pressure to the first element;
A second element that is provided between the first substrate and the fixing member, and outputs a signal according to an external force component in the same direction as the direction of pressure applied to the first element by the fixing member; With
In the visual recognition from the thickness direction of the first substrate, at least one pair of the fixing members is arranged with respect to the first element.
これにより、第1の素子から出力される信号に基づいて外力を検出するにあたり、その第1の素子から出力される信号を第2の素子から出力される信号に基づいて補正することにより、前記第1の素子から出力される信号に含まれる熱膨張により生じたノイズ成分を除去または減少させることができる。これによって、測定精度を向上させることができる。
また、第1の素子を間にして少なくとも1対の固定部材が配置されているので、第1の基板と第2の基板とをバランス良く固定することができ、また、第1の素子にバランス良く圧力を加えることができる。
Thereby, in detecting the external force based on the signal output from the first element, by correcting the signal output from the first element based on the signal output from the second element, A noise component generated by thermal expansion included in the signal output from the first element can be removed or reduced. Thereby, measurement accuracy can be improved.
In addition, since at least one pair of fixing members is disposed with the first element interposed therebetween, the first substrate and the second substrate can be fixed in a balanced manner, and the first element is balanced. Pressure can be applied well.
(適用例2)
本発明に係わる力検出装置では、前記第1の基板の厚み方向において、前記第1の素子の中心は前記第2の素子の中心と異なることが好ましい。
これにより、第1の基板の平面視で、第1の基板の外力が加わる部位と、第2の基板の外力が加わる部位と、第1の素子とを重ねることができ、これにより、第1の基板、第2の基板の厚さを薄くしてもその第1の基板、第2の基板が外力で撓んでしまうことを抑制することができ、これによって、装置の厚さを薄くすることができ、小型化、軽量化を図ることができる。
(Application example 2)
In the force detection apparatus according to the present invention, it is preferable that the center of the first element is different from the center of the second element in the thickness direction of the first substrate.
Thereby, in a plan view of the first substrate, the portion to which the external force of the first substrate is applied, the portion to which the external force of the second substrate is applied, and the first element can be overlapped. Even if the thickness of the first substrate and the second substrate is reduced, it is possible to suppress the first substrate and the second substrate from being bent by an external force, thereby reducing the thickness of the device. Can be reduced in size and weight.
(適用例3)
本発明に係わる力検出装置は、第1の基板と、
第2の基板と、
外力に応じて信号を出力する第1の素子と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられた前記第1の素子を挟持して、前記第1の素子に圧力を加える固定部材と、
前記第1の基板と前記固定部材との間に設けられ、前記固定部材により前記第1の素子に加えられる圧力の方向と同じ方向の外力成分に応じて信号を出力する第2の素子と、を備え、
前記第1の基板の厚み方向において、前記第1の素子の中心は前記第2の素子の中心と異なることを特徴とする。
(Application example 3)
A force detection device according to the present invention includes a first substrate,
A second substrate;
A first element that outputs a signal in response to an external force;
A fixing member that sandwiches the first element provided between the first substrate and the second substrate and applies pressure to the first element;
A second element that is provided between the first substrate and the fixing member, and outputs a signal according to an external force component in the same direction as the direction of pressure applied to the first element by the fixing member; With
The center of the first element is different from the center of the second element in the thickness direction of the first substrate.
これにより、第1の素子から出力される信号に基づいて外力を検出するにあたり、その第1の素子から出力される信号を第2の素子から出力される信号に基づいて補正することにより、前記第1の素子から出力される信号に含まれる熱膨張により生じたノイズ成分を除去または減少させることができる。これによって、測定精度を向上させることができる。 Thereby, in detecting the external force based on the signal output from the first element, by correcting the signal output from the first element based on the signal output from the second element, A noise component generated by thermal expansion included in the signal output from the first element can be removed or reduced. Thereby, measurement accuracy can be improved.
また、第1の素子の中心軸と第2の素子の中心軸とが異なるので、第1の基板の平面視で、第1の基板の外力が加わる部位と、第2の基板の外力が加わる部位と、第1の素子とを重ねることができ、これにより、第1の基板、第2の基板の厚さを薄くしてもその第1の基板、第2の基板が外力で撓んでしまうことを抑制することができ、これによって、装置の厚さを薄くすることができ、小型化、軽量化を図ることができる。 In addition, since the central axis of the first element is different from the central axis of the second element, the portion to which the external force of the first substrate is applied and the external force of the second substrate are applied in plan view of the first substrate. The first element and the first element can be overlapped, so that even if the thickness of the first substrate and the second substrate is reduced, the first substrate and the second substrate are bent by an external force. This can be suppressed, whereby the thickness of the device can be reduced, and miniaturization and weight reduction can be achieved.
(適用例4)
本発明に係わる力検出装置では、前記固定部材により前記第1の素子に加わる圧力の方向と前記第2の素子に加わる圧力の方向とが同じであり、
前記第1の基板に、前記固定部材により前記第1の素子に加わる圧力の方向と同じ方向の外力が加わったとき、前記第1の素子と前記第2の素子とは、前記外力を互いに逆方向の力として検出することが好ましい。
これにより、第1の素子の出力と第2の素子の出力との差分を取ることにより、第1の基板と直交する方向の外力は、第2の素子を設けない場合よりも大きな値として検出される。一方、第1の素子の出力と第2の素子の出力との差分を取ることにより、固定部材が加える圧力の変動分を補償することができる。
(Application example 4)
In the force detection device according to the present invention, the direction of the pressure applied to the first element by the fixing member and the direction of the pressure applied to the second element are the same,
When an external force in the same direction as the pressure applied to the first element by the fixing member is applied to the first substrate, the first element and the second element reverse the external forces to each other. It is preferable to detect it as a directional force.
As a result, by taking the difference between the output of the first element and the output of the second element, the external force in the direction orthogonal to the first substrate is detected as a larger value than when the second element is not provided. Is done. On the other hand, by taking the difference between the output of the first element and the output of the second element, it is possible to compensate for the pressure fluctuation applied by the fixing member.
(適用例5)
本発明に係わる力検出装置では、前記第1の基板は、前記第1の基板を第1の対象物に取り付ける第1の取付部を有し、
前記第2の基板は、前記第2の基板を第2の対象物に取り付ける第2の取付部を有し、
前記第1の基板の厚み方向からの投影像において、前記第1の取付部の影と、前記第2の取付部の影と、前記第1の素子の影とが重なっていることが好ましい。
(Application example 5)
In the force detection device according to the present invention, the first substrate has a first attachment portion for attaching the first substrate to a first object,
The second substrate has a second attachment portion for attaching the second substrate to a second object,
In the projected image from the thickness direction of the first substrate, it is preferable that the shadow of the first mounting portion, the shadow of the second mounting portion, and the shadow of the first element overlap.
外力は、第1の取付部、第2の取付部に加わるので、これにより、その外力を第1の素子で確実に検出することができる。
また、第1の基板、第2の基板の厚さを薄くしてもその第1の基板、第2の基板が外力で撓んでしまうことを抑制することができ、これにより、装置の厚さを薄くすることができ、小型化、軽量化を図ることができる。
Since the external force is applied to the first mounting portion and the second mounting portion, the external force can be reliably detected by the first element.
Further, even if the thickness of the first substrate and the second substrate is reduced, it is possible to suppress the first substrate and the second substrate from being bent by an external force. It is possible to reduce the thickness, and to achieve a reduction in size and weight.
(適用例6)
本発明に係わる力検出装置では、前記固定部材は、頭部を有するネジであり、
前記第2の素子は、前記第1の基板と前記頭部との間に設けられていることが好ましい。
これにより、第1の基板と固定部材とで第2の素子を確実に挟持することができる。
(Application example 6)
In the force detection device according to the present invention, the fixing member is a screw having a head,
The second element is preferably provided between the first substrate and the head.
Thereby, a 2nd element can be reliably clamped with a 1st board | substrate and a fixing member.
(適用例7)
本発明に係わる力検出装置では、前記第1の素子から出力される信号および前記第2の素子から出力される信号に基づいて、補正した外力を検出する検出部を有することが好ましい。
これにより、測定精度を向上させることができる。
(Application example 7)
In the force detection device according to the present invention, it is preferable to have a detection unit that detects a corrected external force based on a signal output from the first element and a signal output from the second element.
Thereby, measurement accuracy can be improved.
(適用例8)
本発明に係わる力検出装置では、前記検出部は、前記第1の素子から出力される信号に基づいて求めた電圧と、前記第2の素子から出力される信号に基づいて求めた電圧との差分を取ることにより、補正した外力を検出することが好ましい。
これにより、測定精度を向上させることができる。
(Application example 8)
In the force detection device according to the present invention, the detection unit includes a voltage obtained based on a signal output from the first element and a voltage obtained based on a signal output from the second element. It is preferable to detect the corrected external force by taking the difference.
Thereby, measurement accuracy can be improved.
(適用例9)
本発明に係わる力検出装置では、複数の前記第1の素子を有し、
前記各第1の素子は、前記第1の基板または前記第2の基板の周方向に、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、より精度の高い力検出を行うことができる。そして、3つ以上の第1の素子を有することにより、6軸力、すなわち、x、y、z軸方向の並進力成分(せん断力)およびx、y、z軸周りの回転力成分(モーメント)を検出することができる。
(Application example 9)
The force detection device according to the present invention has a plurality of the first elements,
The first elements are preferably arranged at equiangular intervals in the circumferential direction of the first substrate or the second substrate.
Thereby, an external force can be detected without deviation, and a more accurate force detection can be performed. By having three or more first elements, six-axis forces, that is, translational force components (shearing forces) in the x, y, and z axis directions and rotational force components (moments) around the x, y, and z axes are provided. ) Can be detected.
(適用例10)
本発明に係わるロボットは、アームと、
前記アームに設けられたエンドエフェクタと、
前記アーム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、第1の基板と、
第2の基板と、
外力に応じて信号を出力する第1の素子と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられた前記第1の素子を挟持し、前記第1の素子に圧力を加える固定部材と、
前記第1の基板と前記固定部材との間に設けられ、前記固定部材により前記第1の素子に加えられる圧力の方向と同じ方向の外力成分に応じて信号を出力する第2の素子と、を備え、
前記第1の基板の厚み方向からの視認において、前記第1の素子に対して少なくとも1対の前記固定部材が配置されていることを特徴とする。
(Application example 10)
A robot according to the present invention includes an arm,
An end effector provided on the arm;
A force detection device that is provided between the arm and the end effector and detects an external force applied to the end effector;
The force detection device includes a first substrate,
A second substrate;
A first element that outputs a signal in response to an external force;
A fixing member that sandwiches the first element provided between the first substrate and the second substrate and applies pressure to the first element;
A second element that is provided between the first substrate and the fixing member, and outputs a signal according to an external force component in the same direction as the direction of pressure applied to the first element by the fixing member; With
In visual recognition from the thickness direction of the first substrate, at least one pair of the fixing members is disposed with respect to the first element.
これにより、前記本発明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外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外力によって、エンドエフェクタ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。 Thereby, the same effect as the force detection device of the present invention can be obtained. Then, the external force 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 external force 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.
(適用例11)
本発明に係わるロボットは、アームと、
前記アームに設けられたエンドエフェクタと、
前記アーム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、第1の基板と、
第2の基板と、
外力に応じて信号を出力する第1の素子と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられた前記第1の素子を挟持し、前記第1の素子に圧力を加える固定部材と、
前記第1の基板と前記固定部材との間に設けられ、前記固定部材により前記第1の素子に加えられる圧力の方向と同じ方向の外力成分に応じて信号を出力する第2の素子と、を備え、
前記第1の基板の厚み方向において、前記第1の素子の中心は前記第2の素子の中心と異なることを特徴とする。
(Application Example 11)
A robot according to the present invention includes an arm,
An end effector provided on the arm;
A force detection device that is provided between the arm and the end effector and detects an external force applied to the end effector;
The force detection device includes a first substrate,
A second substrate;
A first element that outputs a signal in response to an external force;
A fixing member that sandwiches the first element provided between the first substrate and the second substrate and applies pressure to the first element;
A second element that is provided between the first substrate and the fixing member, and outputs a signal according to an external force component in the same direction as the direction of pressure applied to the first element by the fixing member; With
The center of the first element is different from the center of the second element in the thickness direction of the first substrate.
これにより、前記本発明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外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外力によって、エンドエフェクタ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。 Thereby, the same effect as the force detection device of the present invention can be obtained. Then, the external force 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 external force 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.
(適用例12)
本発明に係わる電子部品搬送装置は、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、第1の基板と、
第2の基板と、
外力に応じて信号を出力する第1の素子と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられた前記第1の素子を挟持し、前記第1の素子に圧力を加える固定部材と、
前記第1の基板と前記固定部材との間に設けられ、前記固定部材により前記第1の素子に加えられる圧力の方向と同じ方向の外力成分に応じて信号を出力する第2の素子と、を備え、
前記第1の基板の厚み方向からの視認において、前記第1の素子に対して少なくとも1対の前記固定部材が配置されていることを特徴とする。
(Application Example 12)
An electronic component conveying apparatus according to the present invention includes a gripping unit that grips an electronic component,
A force detection device for detecting an external force applied to the gripping part,
The force detection device includes a first substrate,
A second substrate;
A first element that outputs a signal in response to an external force;
A fixing member that sandwiches the first element provided between the first substrate and the second substrate and applies pressure to the first element;
A second element that is provided between the first substrate and the fixing member, and outputs a signal according to an external force component in the same direction as the direction of pressure applied to the first element by the fixing member; With
In visual recognition from the thickness direction of the first substrate, at least one pair of the fixing members is disposed with respect to the first element.
これにより、前記本発明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外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外力によって、把持部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、より安全に電子部品搬送作業を実行することができる。 Thereby, the same effect as the force detection device of the present invention can be obtained. Then, the external force detected by the force detection device can be fed back to perform the operation more precisely. In addition, contact of the grip portion with an obstacle can be detected by the external force 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 electronic component transport operation can be executed more safely.
(適用例13)
本発明に係わる電子部品搬送装置は、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、第1の基板と、
第2の基板と、
外力に応じて信号を出力する第1の素子と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられた前記第1の素子を挟持し、前記第1の素子に圧力を加える固定部材と、
前記第1の基板と前記固定部材との間に設けられ、前記固定部材により前記第1の素子に加えられる圧力の方向と同じ方向の外力成分に応じて信号を出力する第2の素子と、を備え、
前記第1の基板の厚み方向において、前記第1の素子の中心は前記第2の素子の中心と異なることを特徴とする。
(Application Example 13)
An electronic component conveying apparatus according to the present invention includes a gripping unit that grips an electronic component,
A force detection device for detecting an external force applied to the gripping part,
The force detection device includes a first substrate,
A second substrate;
A first element that outputs a signal in response to an external force;
A fixing member that sandwiches the first element provided between the first substrate and the second substrate and applies pressure to the first element;
A second element that is provided between the first substrate and the fixing member, and outputs a signal according to an external force component in the same direction as the direction of pressure applied to the first element by the fixing member; With
The center of the first element is different from the center of the second element in the thickness direction of the first substrate.
これにより、前記本発明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外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外力によって、把持部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、より安全に電子部品搬送作業を実行することができる。 Thereby, the same effect as the force detection device of the present invention can be obtained. Then, the external force detected by the force detection device can be fed back to perform the operation more precisely. In addition, contact of the grip portion with an obstacle can be detected by the external force 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 electronic component transport operation can be executed more safely.
(適用例14)
本発明に係わる電子部品検査装置は、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、第1の基板と、
第2の基板と、
外力に応じて信号を出力する第1の素子と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられた前記第1の素子を挟持し、前記第1の素子に圧力を加える固定部材と、
前記第1の基板と前記固定部材との間に設けられ、前記固定部材により前記第1の素子に加えられる圧力の方向と同じ方向の外力成分に応じて信号を出力する第2の素子と、を備え、
前記第1の基板の厚み方向からの視認において前記第1の素子に対して少なくとも1対の前記固定部材が配置されていることを特徴とする。
(Application Example 14)
An electronic component inspection apparatus according to the present invention includes a gripping unit for gripping an electronic component,
An inspection unit for inspecting the electronic component;
A force detection device for detecting an external force applied to the gripping part,
The force detection device includes a first substrate,
A second substrate;
A first element that outputs a signal in response to an external force;
A fixing member that sandwiches the first element provided between the first substrate and the second substrate and applies pressure to the first element;
A second element that is provided between the first substrate and the fixing member, and outputs a signal according to an external force component in the same direction as the direction of pressure applied to the first element by the fixing member; With
In the visual recognition from the thickness direction of the first substrate, at least one pair of the fixing members is arranged with respect to the first element.
これにより、前記本発明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外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外力によって、把持部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、より安全に電子部品検査作業を実行することができる。 Thereby, the same effect as the force detection device of the present invention can be obtained. Then, the external force detected by the force detection device can be fed back to perform the operation more precisely. In addition, contact of the grip portion with an obstacle can be detected by the external force detected by the force detection device. Therefore, an obstacle avoidance operation, an object damage avoidance operation, and the like that are difficult with conventional position control can be easily performed, and an electronic component inspection operation can be performed more safely.
(適用例15)
本発明に係わる電子部品検査装置は、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、第1の基板と、
第2の基板と、
外力に応じて信号を出力する第1の素子と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられた前記第1の素子を挟持し、前記第1の素子に圧力を加える固定部材と、
前記第1の基板と前記固定部材との間に設けられ、前記固定部材により前記第1の素子に加えられる圧力の方向と同じ方向の外力成分に応じて信号を出力する第2の素子と、を備え、
前記第1の基板の厚み方向において、前記第1の素子の中心は前記第2の素子の中心と異なることを特徴とする。
(Application Example 15)
An electronic component inspection apparatus according to the present invention includes a gripping unit for gripping an electronic component,
An inspection unit for inspecting the electronic component;
A force detection device for detecting an external force applied to the gripping part,
The force detection device includes a first substrate,
A second substrate;
A first element that outputs a signal in response to an external force;
A fixing member that sandwiches the first element provided between the first substrate and the second substrate and applies pressure to the first element;
A second element that is provided between the first substrate and the fixing member, and outputs a signal according to an external force component in the same direction as the direction of pressure applied to the first element by the fixing member; With
The center of the first element is different from the center of the second element in the thickness direction of the first substrate.
これにより、前記本発明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外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外力によって、把持部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、より安全に電子部品検査作業を実行することができる。 Thereby, the same effect as the force detection device of the present invention can be obtained. Then, the external force detected by the force detection device can be fed back to perform the operation more precisely. In addition, contact of the grip portion with an obstacle can be detected by the external force detected by the force detection device. Therefore, an obstacle avoidance operation, an object damage avoidance operation, and the like that are difficult with conventional position control can be easily performed, and an electronic component inspection operation can be performed more safely.
(適用例16)
本発明に係わる部品加工装置は、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、第1の基板と、
第2の基板と、
外力に応じて信号を出力する第1の素子と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられた前記第1の素子を挟持し、前記第1の素子に圧力を加える固定部材と、
前記第1の基板と前記固定部材との間に設けられ、前記固定部材により前記第1の素子に加えられる圧力の方向と同じ方向の外力成分に応じて信号を出力する第2の素子と、を備え、
前記第1の厚み方向からの視認において、前記第1の素子に対して少なくとも1対の前記固定部材が配置されていることを特徴とする。
(Application Example 16)
A component processing apparatus according to the present invention is provided with a tool displacing unit for mounting a tool and displacing the tool,
A force detection device for detecting an external force applied to the tool,
The force detection device includes a first substrate,
A second substrate;
A first element that outputs a signal in response to an external force;
A fixing member that sandwiches the first element provided between the first substrate and the second substrate and applies pressure to the first element;
A second element that is provided between the first substrate and the fixing member, and outputs a signal according to an external force component in the same direction as the direction of pressure applied to the first element by the fixing member; With
In visual recognition from the first thickness direction, at least one pair of the fixing members is arranged with respect to the first element.
これにより、前記本発明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外力をフィードバックすることにより、部品加工装置は、より精密に部品加工作業を実行することができる。また、力検出装置が検出する外力によって、工具の障害物への接触等を検知することができる。そのため、工具に障害物等が接触した場合に緊急停止することができ、部品加工装置は、より安全な部品加工作業を実行可能である。 Thereby, the same effect as the force detection device of the present invention can be obtained. Then, by feeding back the external force detected by the force detection device, the component processing device can execute the component processing operation more precisely. Further, contact of the tool with an obstacle can be detected by an external force detected by the force detection device. Therefore, an emergency stop can be performed when an obstacle or the like comes into contact with the tool, and the component processing apparatus can execute a safer component processing operation.
(適用例17)
本発明に係わる部品加工装置は、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、第1の基板と、
第2の基板と、
外力に応じて信号を出力する第1の素子と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられた前記第1の素子を挟持し、前記第1の素子に圧力を加える固定部材と、
前記第1の基板と前記固定部材との間に設けられ、前記固定部材により前記第1の素子に加えられる圧力の方向と同じ方向の外力成分に応じて信号を出力する第2の素子と、を備え、
前記第1の基板の厚み方向において、前記第1の素子の中心は前記第2の素子の中心と異なることを特徴とする。
(Application Example 17)
A component processing apparatus according to the present invention is provided with a tool displacing unit for mounting a tool and displacing the tool,
A force detection device for detecting an external force applied to the tool,
The force detection device includes a first substrate,
A second substrate;
A first element that outputs a signal in response to an external force;
A fixing member that sandwiches the first element provided between the first substrate and the second substrate and applies pressure to the first element;
A second element that is provided between the first substrate and the fixing member, and outputs a signal according to an external force component in the same direction as the direction of pressure applied to the first element by the fixing member; With
The center of the first element is different from the center of the second element in the thickness direction of the first substrate.
これにより、前記本発明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外力をフィードバックすることにより、部品加工装置は、より精密に部品加工作業を実行することができる。また、力検出装置が検出する外力によって、工具の障害物への接触等を検知することができる。そのため、工具に障害物等が接触した場合に緊急停止することができ、部品加工装置は、より安全な部品加工作業を実行可能である。 Thereby, the same effect as the force detection device of the present invention can be obtained. Then, by feeding back the external force detected by the force detection device, the component processing device can execute the component processing operation more precisely. Further, contact of the tool with an obstacle can be detected by an external force detected by the force detection device. Therefore, an emergency stop can be performed when an obstacle or the like comes into contact with the tool, and the component processing apparatus can execute a safer component processing operation.
以下、本発明の力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置および部品加工装置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。
<第1実施形態>
図1は、本発明の力検出装置の第1実施形態を示す断面図である。図2は、図1に示す力検出装置の平面図である。図3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4は、図1に示す力検出装置の第1の素子を概略的に示す断面図である。図5は、図1に示す力検出装置の第2の素子を概略的に示す断面図である。
Hereinafter, a force detection device, a robot, an electronic component conveyance device, an electronic component inspection device, and a component processing device according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the force detection device of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the force detection device shown in FIG. FIG. 3 is a circuit diagram schematically showing the force detection device shown in FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a first element of the force detection device shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a second element of the force detection device shown in FIG.
なお、以下では、説明の都合上、図1中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。
図1および図2に示す力検出装置1は、外力(モーメントを含む)を検出する機能、すなわち、互いに直交する3軸(α(X)軸、β(Y)軸、γ(Z)軸)に沿って加えられた外力を検出する機能を有する。
In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 1 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side is referred to as “lower” or “lower”.
1 and 2 has a function of detecting an external force (including a moment), that is, three axes (α (X) axis, β (Y) axis, γ (Z) axis) orthogonal to each other. Has a function of detecting an external force applied along the line.
力検出装置1は、第1の基板2と、第1の基板2から所定の間隔を隔てて配置され、第1の基板2に対向する第2の基板3と、第1の基板2と第2の基板3とを固定する固定部材である2つの与圧ボルト(ネジ)71と、第1の基板2と第2の基板3との間に設けられ、加えられた外力に応じて信号を出力する電荷出力素子(第1の素子)10と、第1の基板2と各与圧ボルト71との間に設けられ、加えられた外力に応じて信号を出力する1対の電荷出力素子(第2の素子)10a、10bとを備えている。
The
第1の基板2、第2の基板3の形状は、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、第1の基板2、第2の基板3の平面視(厚み方向からの視認において)、すなわち、第1の基板2、第2の基板3に対して垂直な方向から見て、その外形形状は、長方形(四角形)をなしている。第1の基板2、第2の基板3の平面視での前記の他の外形形状としては、例えば、五角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。また、第1の基板2、第2の基板3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、各種の金属材料等を用いることができる。なお、第1の基板2と、第2の基板3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2を力が加わる側の基板として説明する。
The shapes of the
また、電荷出力素子10の第1の基板2、第2の基板3における位置は、特に限定されないが、本実施形態では、第1の基板2の平面視で、電荷出力素子10は、第1の基板2、第2の基板3の中央部に配置されている。
また、第1の基板2の平面視での中央部には、その第1の基板2を第1の対象物に取り付ける締結部(第1の取付部)23が設けられている。同様に、第2の基板3の平面視での中央部には、その第2の基板3を第2の対象物に取り付ける締結部(第2の取付部)33が設けられている。第1の対象物、第2の対象物の具体例としては、例えば、ロボットのアームとエンドエフェクタとの間に力検出装置1を設置する場合、前記アームとエンドエフェクタとの一方が前記第1の対象物であり、他方が前記第2の対象物である。外力は、第1の対象物、第2の対象物から、締結部23、33を中心として第1の基板2、第2の基板3に加わる。なお、各締結部23、33としては、特に限定されず、例えば、雌ネジ等が挙げられ、この場合、雄ネジを前記雌ネジに螺合して、第1の基板2、第2の基板3をそれぞれ第1の対象物、第2の対象物に取り付ける。このように、力検出装置1を第1の対象物、第2の対象物に取り付ける際は、第1の基板2、第2の基板3に対して特別な加工を施すことなく、容易かつ迅速に、その取り付け作業を行うことができる。
Further, the position of the
Further, a fastening portion (first attachment portion) 23 for attaching the
また、第1の基板2と、第2の基板3とは、2つの与圧ボルト71により、固定されているが、この与圧ボルト71による「固定」は、2つの固定対象物の互いの所定量の移動を許容しつつ行われる。具体的には、第1の基板2と、第2の基板3とは、2つの与圧ボルト71により、互いの所定量の第1の基板2の面方向の移動が許容されつつ固定される。なお、これは、他の実施形態においても同様である。
また、各与圧ボルト71は、それぞれ、基端部に頭部715を有し、先端部の外周部に雄ネジ716を有している。そして、第1の基板2には、2つの与圧ボルト71が挿入される2つの孔25が形成され、第2の基板3には、2つの与圧ボルト71の雄ネジ716と螺合する2つの雌ネジ35が形成されている。
In addition, the
Each pressurizing
各与圧ボルト71は、それぞれ、その頭部715が第1の基板2側となるように配置され、第1の基板2に形成された孔25から挿入され、その雄ネジ716が第2の基板3に形成された雌ネジ35に螺合している。また、各与圧ボルト71の頭部715は、第1の基板2の表面よりも第2の基板3側に位置している、すなわち、孔25内に沈み込んでいる。そして、各与圧ボルト71により、第1の基板2と第2の基板3とを介して電荷出力素子10に、所定の大きさのZ軸方向(図4参照)の圧力、すなわち、与圧が加えられる。これにより、Z軸方向の正逆両方向の力を検出することができる。なお、前記与圧の大きさは、特に限定されず、適宜設定される。
Each pressurizing
また、各与圧ボルト71の位置は、特に限定されないが、本実施形態では、各与圧ボルト71は、第1の基板2の平面視で(厚み方向からの視認において)、電荷出力素子10を間にして対向するように配置されている。これにより、第1の基板2と第2の基板3とをバランス良く固定することができ、また、電荷出力素子10にバランス良く与圧を加えることができる。なお、与圧ボルト71の数は、2つに限定されず、例えば、3つ以上であってもよい。
各与圧ボルト71の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種の樹脂材料、各種の金属材料等を用いることができる。
Further, the position of each pressurizing
The constituent material of each pressurizing
以上のように、電荷出力素子10は、第1の基板2と第2の基板3とでその中央部において挟持されている。この電荷出力素子10の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、第1の基板2の平面視で、電荷出力素子10の外形形状は、正方形(四角形)をなしている。電荷出力素子10の平面視での前記の他の外形形状としては、例えば、五角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。
As described above, the
また、電荷出力素子10a、10bの形状は、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、第1の基板2の平面視で、電荷出力素子10a、10bの外形形状は、与圧ボルト71の頭部715に対応した形状、すなわち、円形をなしている。具体的には、電荷出力素子10a、10bは、第1の基板2の平面視で、円環状をなしている。電荷出力素子10a、10bの平面視での前記の他の外形形状としては、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等が挙げられる。
In addition, the shape of the
そして、各電荷出力素子10a、10bは、第1の基板2と各与圧ボルト71の頭部715との間に配置され、第1の基板2と与圧ボルト71とで挟持されている。これにより、電荷出力素子10と同じ大きさのZ軸方向の与圧が、各与圧ボルト71により、各電荷出力素子10a、10bに、分配されて加えられる。すなわち、与圧ボルト71により電荷出力素子10に加わる与圧の方向と、電荷出力素子10a、10bに加わる与圧の方向とが同一となり、かつ、その大きさも同一となる。
Each of the
また、外力については、第1の基板2に、第1の基板2と直交する方向の外力、すなわち、Z軸方向の外力が加わったとき(第1の基板2に、与圧ボルト71により電荷出力素子10に加わる圧力の方向と同じ方向の外力が加わったとき)、電荷出力素子10と、電荷出力素子10a、10bとは、その外力を互いに逆方向の力として検出する。
これにより、電荷出力素子10の出力と、電荷出力素子10a、10bの出力との差分を取ることにより、Z軸方向の外力は、電荷出力素子10a、10bを設けない場合の約2倍の値として検出される。一方、電荷出力素子10の出力と、電荷出力素子10a、10bの出力との差分を取ることにより、各与圧ボルト71、第1の基板2、第2の基板3等が熱膨張したとき等の与圧ボルト71が加える与圧の変動分を補償することができる。
As for the external force, when an external force in a direction orthogonal to the
As a result, by taking the difference between the output of the
ここで、第1の基板2の厚み方向において、電荷出力素子10の中心は電荷出力素子10a、10bの中心と異なる。すなわち、電荷出力素子10a、10bの第1の基板2と直交する方向の中心軸と、電荷出力素子10の第1の基板2と直交する方向の中心軸とは、異なっている。具体的には、電荷出力素子10a、10bは、第1の基板2の平面視で、電荷出力素子10を間にして対向するように配置されている。
Here, in the thickness direction of the
また、第1の基板2の平面視で、締結部23と、締結部33と、電荷出力素子10とが重なっている。すなわち、第1の基板2の厚み方向からの投影像において、締結部23の影と、締結部33の影と、電荷出力素子10の影とが重なっている。具体的には、締結部23の第1の基板2と直交する方向の中心軸と、締結部33の第1の基板2と直交する方向の中心軸と、電荷出力素子10の第1の基板2と直交する方向の中心軸とが一致している。
In addition, the
これにより、第1の基板2、第2の基板3の厚さを薄くしてもその第1の基板2、第2の基板3が外力で撓んでしまうことを抑制することができ、これによって、装置の厚さを薄くすることができ、小型化、軽量化を図ることができる。
なお、本実施形態のように、電荷出力素子10a、10bを電荷出力素子10の近傍に配置することより、各与圧ボルト71が電荷出力素子10に加える与圧の前記熱膨張等による変動と、各与圧ボルト71が電荷出力素子10a、10bに加える与圧の前記熱膨張等により変動とを近似させることができる。
Thereby, even if the thickness of the 1st board |
As in the present embodiment, by arranging the
また、図3に示すように、力検出装置1は、電荷出力素子10から出力された電荷Qx1を電圧Vx1に変換する変換出力回路90aと、電荷Qz1を電圧Vz1に変換する変換出力回路90bと、電荷Qy1を電圧Vy1に変換する変換出力回路90cとを備えている。また、力検出装置1は、電荷出力素子10aから出力された電荷Qz11を電圧Vz11に変換する変換出力回路90bと、電荷出力素子10bから出力された電荷Qz12を電圧Vz12に変換する変換出力回路90bとを備えている。また、力検出装置1は、加えられた外力を検出する外力検出回路40を備えている。これらの各回路は、例えば、第1の基板2、第1の基板2の外側に設けられていてもよく、また、第1の基板2と第1の基板2との間に設けられていてもよい。
3, the
<電荷出力素子(第1の素子、第2の素子)>
まず、電荷出力素子(第1の素子)10について説明する。
電荷出力素子10は、互いに直交する3軸(α(X)軸、β(Y)軸、γ(Z)軸)に沿って加えられた(受けた)外力のそれぞれに応じて3つの電荷Qx、Qy、Qzを出力する機能を有する。
<Charge output element (first element, second element)>
First, the charge output element (first element) 10 will be described.
The
図4に示すように、電荷出力素子10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11と、β軸に平行な外力(せん断力)に応じて電荷Qyを出力する第1のセンサー12と、γ軸に平行な外力(圧縮/引張力)に応じて電荷Qzを出力する第2のセンサー13と、α軸に平行な外力(せん断力)に応じて電荷Qxを出力する第3のセンサー14とを有し、グランド電極層11と各センサー12、13、14は交互に積層されている。なお、図4において、グランド電極層11およびセンサー12、13、14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。
図示の構成では、図4中の下側から、第1のセンサー12、第2のセンサー13、第3のセンサー14の順で積層されているが、本発明はこれに限られない。センサー12、13、14の積層順は任意である。
As shown in FIG. 4, the
In the illustrated configuration, the
グランド電極層11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11を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、金、チタニウム、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、鉄またはこれらを含む合金が好ましい。これらの中でも特に、鉄合金であるステンレスを用いるのが好ましい。ステンレスにより構成されたグランド電極層11は、優れた耐久性および耐食性を有する。
The
第1のセンサー12は、β軸に沿って加えられた(受けた)外力(せん断力)に応じて電荷Qyを出力する機能を有する。第1のセンサー12は、β軸の正方向に沿って加えられた外力に応じて正電荷を出力し、β軸の負方向に沿って加えられた外力に応じて負電荷を出力するよう構成されている。
第1のセンサー12は、第1の結晶軸CA1を有する第1の圧電体層121と、第1の圧電体層121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123と、第1の圧電体層121と第2の圧電体層123との間に設けられ、電荷Qを出力する出力電極層122を有する。
The
The
第1の圧電体層121はβ軸の負方向に配向した第1の結晶軸CA1を有する圧電体によって構成されている。第1の圧電体層121の表面に対し、β軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、圧電効果により、第1の圧電体層121内に電荷が誘起される。その結果、第1の圧電体層121の出力電極層122側表面近傍には正電荷が集まり、第1の圧電体層121のグランド電極層11側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第1の圧電体層121の表面に対し、β軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第1の圧電体層121の出力電極層122側表面近傍には負電荷が集まり、第1の圧電体層121のグランド電極層11側表面近傍には正電荷が集まる。
The first
第2の圧電体層123は、β軸の正方向に配向した第2の結晶軸CA2を有する圧電体によって構成されている。第2の圧電体層123の表面に対し、β軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、圧電効果により、第2の圧電体層123内に電荷が誘起される。その結果、第2の圧電体層123の出力電極層122側表面近傍には正電荷が集まり、第2の圧電体層123のグランド電極層11側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第2の圧電体層123の表面に対し、β軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第2の圧電体層123の出力電極層122側表面近傍には負電荷が集まり、第2の圧電体層123のグランド電極層11側表面近傍には正電荷が集まる。
The second
このように、第1の圧電体層121の第1の結晶軸CA1は、第2の圧電体層123の第2の結晶軸CA2の方向と反対方向を向いている。これにより、第1の圧電体層121または第2の圧電体層123のいずれか一方のみと、出力電極層122によって第1のセンサー12を構成する場合と比較して、出力電極層122近傍に集まる正電荷または負電荷を増加させることができる。その結果、出力電極層122から出力される電荷Qを増加させることができる。
Thus, the first crystal axis CA1 of the first
なお、第1の圧電体層121および第2の圧電体層123の構成材料としては、水晶、トパーズ、ランガサイト(La3Ga5SiO14)、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O3)、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等が挙げられる。これらの中でも特に、水晶が好ましい。水晶により構成された圧電体層は、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ためである。また、第1の圧電体層121および第2の圧電体層123のように、層の面方向に沿った外力(せん断力)に対して電荷を生ずる圧電体層は、Yカット水晶により構成することができる。
The constituent materials of the first
出力電極層122は、第1の圧電体層121内および第2の圧電体層123内に生じた正電荷または負電荷を電荷Qyとして出力する機能を有する。前述のように、第1の圧電体層121の表面または第2の圧電体層123の表面にβ軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層122近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層122からは、正の電荷Qyが出力される。一方、第1の圧電体層121の表面または第2の圧電体層123の表面にβ軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層122近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層122からは、負の電荷Qyが出力される。
The
また、出力電極層122の幅は、第1の圧電体層121および第2の圧電体層123の幅以上であることが好ましい。出力電極層122の幅が、第1の圧電体層121または第2の圧電体層123よりも狭い場合、第1の圧電体層121または第2の圧電体層123の一部は出力電極層122と接しない。そのため、第1の圧電体層121または第2の圧電体層123に生じた電荷の一部を出力電極層122から出力できない場合がある。その結果、出力電極層122から出力される電荷Qyが減少してしまう。なお、後述する出力電極層132、142についても同様である。
The width of the
第2のセンサー13は、γ軸に沿って加えられた(受けた)外力(圧縮/引張力)に応じて電荷Qzを出力する機能を有する。第2のセンサー13は、γ軸に平行な圧縮力に応じて正電荷を出力し、γ軸に平行な引張力に応じて負電荷を出力するよう構成されている。
第2のセンサー13は、第3の結晶軸CA3を有する第3の圧電体層131と、第3の圧電体層131と対向して設けられ、第4の結晶軸CA4を有する第4の圧電体層133と、第3の圧電体層131と第4の圧電体層133との間に設けられ、電荷Qzを出力する出力電極層132を有する。
The
The
第3の圧電体層131は、γ軸の正方向に配向した第3の結晶軸CA3を有する圧電体によって構成されている。第3の圧電体層131の表面に対し、γ軸に平行な圧縮力が加えられた場合、圧電効果により、第3の圧電体層131内に電荷が誘起される。その結果、第3の圧電体層131の出力電極層132側表面近傍には正電荷が集まり、第3の圧電体層131のグランド電極層11側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第3の圧電体層131の表面に対し、γ軸に平行な引張力が加えられた場合、第3の圧電体層131の出力電極層132側表面近傍には負電荷が集まり、第3の圧電体層131のグランド電極層11側表面近傍には正電荷が集まる。
The third
第4の圧電体層133は、γ軸の負方向に配向した第4の結晶軸CA4を有する圧電体によって構成されている。第4の圧電体層133の表面に対し、γ軸に平行な圧縮力が加えられた場合、圧電効果により、第4の圧電体層133内に電荷が誘起される。その結果、第4の圧電体層133の出力電極層132側表面近傍には正電荷が集まり、第4の圧電体層133のグランド電極層11側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第4の圧電体層133の表面に対し、γ軸に平行な引張力が加えられた場合、第4の圧電体層133の出力電極層132側表面近傍には負電荷が集まり、第4の圧電体層133のグランド電極層11側表面近傍には正電荷が集まる。
The fourth
第3の圧電体層131および第4の圧電体層133の構成材料としては、第1の圧電体層121および第2の圧電体層123と同様の構成材料を用いることができる。また、第3の圧電体層131および第4の圧電体層133のように、層の面方向に垂直な外力(圧縮/引張力)に対して電荷を生ずる圧電体層は、Xカット水晶により構成することができる。
As the constituent material of the third
出力電極層132は、第3の圧電体層131内および第4の圧電体層133内に生じた正電荷または負電荷を電荷Qzとして出力する機能を有する。前述のように、第3の圧電体層131の表面または第4の圧電体層133の表面にγ軸に平行な圧縮力が加えられた場合、出力電極層132近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層132からは、正の電荷Qzが出力される。一方、第3の圧電体層131の表面または第4の圧電体層133の表面にγ軸に平行な引張力が加えられた場合、出力電極層132近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層132からは、負の電荷Qzが出力される。
The
第3のセンサー14は、α軸に沿って加えられた(受けた)外力(せん断力)に応じて電荷Qxを出力する機能を有する。第3のセンサー14は、α軸の正方向に沿って加えられた外力に応じて正電荷を出力し、α軸の負方向に沿って加えられた外力に応じて負電荷を出力するよう構成されている。
第3のセンサー14は、第5の結晶軸CA5を有する第5の圧電体層141と、第5の圧電体層141と対向して設けられ、第6の結晶軸CA6を有する第6の圧電体層143と、第5の圧電体層141と第6の圧電体層143との間に設けられ、電荷Qxを出力する出力電極層142を有する。
The
The
第5の圧電体層141は、α軸の負方向に配向した第5の結晶軸CA5を有する圧電体によって構成されている。第5の圧電体層141の表面に対し、α軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、圧電効果により、第5の圧電体層141内に電荷が誘起される。その結果、第5の圧電体層141の出力電極層142側表面近傍には正電荷が集まり、第5の圧電体層141のグランド電極層11側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第5の圧電体層141の表面に対し、α軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第5の圧電体層141の出力電極層142側表面近傍には負電荷が集まり、第5の圧電体層141のグランド電極層11側表面近傍には正電荷が集まる。
The fifth
第6の圧電体層143は、α軸の正方向に配向した第6の結晶軸CA6を有する圧電体によって構成されている。第6の圧電体層143の表面に対し、α軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、圧電効果により、第6の圧電体層143内に電荷が誘起される。その結果、第6の圧電体層143の出力電極層142側表面近傍には正電荷が集まり、第6の圧電体層143のグランド電極層11側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第6の圧電体層143の表面に対し、α軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、第6の圧電体層143の出力電極層142側表面近傍には負電荷が集まり、第6の圧電体層143のグランド電極層11側表面近傍には正電荷が集まる。
The sixth
第5の圧電体層141および第6の圧電体層143の構成材料としては、第1の圧電体層121および第2の圧電体層123と同様の構成材料を用いることができる。また、第5の圧電体層141および第6の圧電体層143のように、層の面方向に沿った外力(せん断力)に対して電荷を生ずる圧電体層は、第1の圧電体層121および第2の圧電体層123と同様に、Yカット水晶により構成することができる。
As the constituent materials of the fifth
出力電極層142は、第5の圧電体層141内および第6の圧電体層143内に生じた正電荷または負電荷を電荷Qxとして出力する機能を有する。前述のように、第5の圧電体層141の表面または第6の圧電体層143の表面にα軸の正方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層142近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層142からは、正の電荷Qxが出力される。一方、第5の圧電体層141の表面または第6の圧電体層143の表面にα軸の負方向に沿った外力が加えられた場合、出力電極層142近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層142からは、負の電荷Qxが出力される。
The
このように、第1のセンサー12、第2のセンサー13、および第3のセンサー14は、各センサーの力検出方向が互いに直交するように積層されている。これにより、各センサーは、それぞれ、互いに直交する力成分に応じて電荷を誘起することができる。そのため、電荷出力素子10は、3軸(α(X)軸、β(Y)軸、γ(Z)軸)に沿った外力のそれぞれに応じて3つの電荷Qx、Qy、Qzを出力することができる。
Thus, the
次に、電荷出力素子(第2の素子)10a、10bについて説明する。
電荷出力素子(第2の素子)10aと電荷出力素子(第2の素子)10bとは、同様のものである。そして、図5に示すように、電荷出力素子10a、10bは、それぞれ、前記電荷出力素子10において、第1のセンサー12および第3のセンサー14を省略した構造をなしている。この電荷出力素子10a、10bは、互いに直交する3軸のうちのγ(Z)軸に沿って加えられた外力、すなわち、与圧ボルト71により電荷出力素子10、10a、10bに加えられる与圧の方向と同じ方向の外力に応じて電荷Qzを出力する機能を有する。
なお、電荷出力素子10a、10bとして、前記電荷出力素子10と同様のものを用いてもよい。
Next, the charge output elements (second elements) 10a and 10b will be described.
The charge output element (second element) 10a and the charge output element (second element) 10b are the same. As shown in FIG. 5, the
The
<変換出力回路>
電荷出力素子10には、変換出力回路90a、90b、90cが接続されている。変換出力回路90aは、電荷出力素子10から出力された電荷Qx1を電圧Vx1に変換する機能を有する。変換出力回路90bは、電荷出力素子10から出力された電荷Qz1を電圧Vz1に変換する機能を有する。変換出力回路90cは、電荷出力素子10から出力された電荷Qy1を電圧Vy1に変換する機能を有する。変換出力回路90a、90b、90cは、同様であるので、以下では、代表的に、変換出力回路90cについて説明する。
<Conversion output circuit>
変換出力回路90cは、電荷出力素子10から出力された電荷Qy1を電圧Vy1に変換して電圧Vy1を出力する機能を有する。変換出力回路90cは、オペアンプ91と、コンデンサー92と、スイッチング素子93とを有する。オペアンプ91の第1の入力端子(マイナス入力)は、電荷出力素子10の出力電極層122に接続され、オペアンプ91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91の出力端子は、外力検出回路40に接続されている。コンデンサー92は、オペアンプ91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93は、オペアンプ91の第1の入力端子と出力端子との間に接続され、コンデンサー92と並列接続されている。また、スイッチング素子93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、スイッチング素子93はスイッチング動作を実行する。
The
スイッチング素子93がオフの場合、電荷出力素子10から出力された電荷Qy1は、静電容量C1を有するコンデンサー92に蓄えられ、電圧Vy1として外力検出回路40に出力される。次に、スイッチング素子93がオンになった場合、コンデンサー92の両端子間が短絡される。その結果、コンデンサー92に蓄えられた電荷Qy1は、放電されて0クーロンとなり、外力検出回路40に出力される電圧Vは、0ボルトとなる。スイッチング素子93がオンとなることを、変換出力回路90cをリセットするという。なお、理想的な変換出力回路90cから出力される電圧Vy1は、電荷出力素子10から出力される電荷Qy1の蓄積量に比例する。
When the switching
スイッチング素子93は、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の半導体スイッチング素子である。半導体スイッチング素子は、機械式スイッチと比べて小型および軽量であるので、力検出装置1の小型化および軽量化に有利である。以下、代表例として、スイッチング素子93としてMOSFETを用いた場合を説明する。
The switching
スイッチング素子93は、ドレイン電極、ソース電極、およびゲート電極を有している。スイッチング素子93のドレイン電極またはソース電極の一方がオペアンプ91の第1の入力端子に接続され、ドレイン電極またはソース電極の他方がオペアンプ91の出力端子に接続されている。また、スイッチング素子93のゲート電極は、駆動回路(図示せず)に接続されている。
The switching
各変換出力回路90a、90b、90cのスイッチング素子93には、同一の駆動回路が接続されていてもよいし、それぞれ異なる駆動回路が接続されていてもよい。各スイッチング素子93には、駆動回路から、全て同期したオン/オフ信号が入力される。これにより、各変換出力回路90a、90b、90cのスイッチング素子93の動作が同期する。すなわち、各変換出力回路90a、90b、90cのスイッチング素子93のオン/オフタイミングは一致する。
The same drive circuit may be connected to the switching
また、電荷出力素子10a、10bには、それぞれ、変換出力回路90bが接続されている。電荷出力素子10aに接続された変換出力回路90bは、電荷出力素子10aから出力された電荷Qz11を電圧Vz11に変換する機能を有する。電荷出力素子10bに接続された変換出力回路90bは、電荷出力素子10bから出力された電荷Qz12を電圧Vz12に変換する機能を有する。なお、各変換出力回路90bについては、前述したので、その説明は省略する。
Further, a
<外力検出回路>
外力検出回路40は、電荷出力素子10に接続された変換出力回路90aから出力される電圧Vx1と、変換出力回路90bから出力される電圧Vz1と、変換出力回路90cから出力される電圧Vy1と、電荷出力素子10aに接続された変換出力回路90bから出力される電圧Vz11と、電荷出力素子10bに接続された変換出力回路90bから出力される電圧Vz12とに基づき、加えられた外力を検出する機能を有する。外力検出回路40は、電荷出力素子10に対する変換出力回路90a、90b、90c、電荷出力素子10aに対する変換出力回路90b、電荷出力素子10bに対する変換出力回路90bに接続されたADコンバーター401と、ADコンバーター401に接続された演算部(検出部)402とを有する。
<External force detection circuit>
The external
ADコンバーター401は、電圧Vx1、Vy1、Vz1、Vz11、Vz12をアナログ信号からデジタル信号へ変換する機能を有する。ADコンバーター401によってデジタル変換された電圧Vx1、Vy1、Vz1、Vz11、Vz12は、演算部402に入力される。
すなわち、第1の基板2および第2の基板3の相対位置が互いにα(X)軸方向にずれる外力が加えられた場合、ADコンバーター401は、電圧Vx1を出力する。同様に、第1の基板2および第2の基板3の相対位置が互いにβ(Y)軸方向にずれる外力が加えられた場合、ADコンバーター401は、電圧Vy1を出力する。また、第1の基板2および第2の基板3の相対位置が互いにγ(Z)軸方向にずれる外力が加えられた場合、ADコンバーター401は、電圧Vz1、Vz11、Vz12を出力する。
演算部402は、デジタル変換された電圧Vx1、Vy1、Vz1、Vz11、Vz12に基づき、補正を行って、x軸方向の並進力成分Fx、y軸方向の並進力成分Fy、z軸方向の並進力成分Fz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。
The
That is, when an external force is applied in which the relative positions of the
The
Fx=Vx1
Fy=Vy1
Fz=Vz1−(Vz11+Vz12)
このように、力検出装置1は、3軸力を検出することができる。
前記のように、Fzを求める際は、電圧Vz1と、電圧(Vz11+Vz12)との差分を取ることにより、補正を行う(補償する)。すなわち補正した外力を検出する。これにより、電圧Vz1に含まれる熱膨張に起因する誤差成分の全部または一部が電圧Vz1から除去される。なお、補正には、誤差成分を完全に除去する場合に限らず、誤差成分を低減する場合も含まれる。
Fx = Vx1
Fy = Vy1
Fz = Vz1- (Vz11 + Vz12)
Thus, the
As described above, when obtaining Fz, correction is performed (compensated) by taking the difference between the voltage Vz1 and the voltage (Vz11 + Vz12). That is, the corrected external force is detected. As a result, all or part of the error component due to thermal expansion included in the voltage Vz1 is removed from the voltage Vz1. The correction includes not only the case where the error component is completely removed but also the case where the error component is reduced.
以上説明したように、この力検出装置1によれば、電荷出力素子10から出力される信号に基づいて外力を検出するにあたり、その電荷出力素子10から出力される信号を電荷出力素子10aから出力される信号に基づいて補正することにより、電荷出力素子10から出力される信号に含まれる熱膨張により生じた誤差成分を除去または減少させることができる。これによって、測定精度を向上させることができる。
As described above, according to the
また、電荷出力素子10を間にして少なくとも1対の与圧ボルト71が配置されているので、第1の基板2と第2の基板3とをバランス良く固定することができ、また、電荷出力素子10にバランス良く圧力を加えることができる。
また、第1の基板2の平面視で、締結部23と、締結部33と、電荷出力素子10とが重なっているので、第1の基板2、第2の基板3に作用する外力により、第1の基板2、第2の基板3が撓んでしまうことを抑制することができ、これにより、第1の基板2、第2の基板3の厚さを薄くすることができ、装置の小型化、軽量化を図ることができる。
In addition, since at least one pair of pressurizing
Moreover, since the
<第2実施形態>
図6は、本発明の力検出装置の第2実施形態を示す分解斜視図である。図7は、図6に示す力検出装置を概略的に示す回路図である。
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。
Second Embodiment
FIG. 6 is an exploded perspective view showing a second embodiment of the force detection device of the present invention. FIG. 7 is a circuit diagram schematically showing the force detection device shown in FIG.
Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment described above, and the description of the same matters will be omitted.
図6に示す第2実施形態の力検出装置1は、外力(モーメントを含む)を検出する機能、すなわち、6軸力(x、y、z軸方向の並進力成分(せん断力)およびx、y、z軸周りの回転力成分(モーメント))を検出する機能を有する。
図6に示すように、力検出装置1は、電荷出力素子10を4つ、1対の電荷出力素子10a、10bを4組、与圧ボルト71を8つ有している。各電荷出力素子10の位置は、特に限定されないが、本実施形態では、各電荷出力素子10は、第1の基板2、第2の基板3の外周部に、その第1の基板2、第2の基板3の周方向に沿って、等角度間隔(90°間隔)に配置されている。これにより、偏りなく外力を検出することができる。そして、6軸力を検出することができる。また、本実施形態では、各電荷出力素子10は、全て同じ方向を向いているが、これに限定されるものではない。
The
As shown in FIG. 6, the
また、各与圧ボルト71の位置は、特に限定されないが、本実施形態では、各与圧ボルト71は、第1の基板2、第2の基板3の外周部に、第1の基板2、第2の基板3の周方向に沿って配置されている。また、各与圧ボルト71は、第1の基板2の平面視で、対応する電荷出力素子10を間にして対向するように配置されている。したがって、第1の基板2の平面視で、1つの電荷出力素子10に対し、1対の電荷出力素子10a、10bは、その電荷出力素子10を間にして対向するように配置されている。
Further, the position of each pressurizing
また、力検出装置1は、第1の基板2と第2の基板3との間に設けられた回路基板4を有しており、各電荷出力素子10は、回路基板4に搭載されている。また、電荷出力素子10a、10bは、図示しない配線により、回路基板に電気的に接続されている。なお、回路基板4には、8つの与圧ボルト71が挿通する8つの孔41が形成されている。
また、各電荷出力素子10は、回路基板4の第1の基板2側の面に配置されている。なお、各電荷出力素子10は、回路基板4の第2の基板3側の面に配置されていてもよい。
The
Each
また、第1の基板2、第2の基板3、回路基板4の形状は、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、第1の基板2、第2の基板3、回路基板4の平面視で、その外形形状は、円形をなしている。なお、第1の基板2、第2の基板3、回路基板4の平面視での前記の他の外形形状としては、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等が挙げられる。また、回路基板4の各素子および各配線以外の部位の構成材料としては、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。
In addition, the shapes of the
また、図7に示すように、回路基板4は、対応する電荷出力素子10から出力された電荷Qx1を電圧Vx1に変換する変換出力回路90aと、電荷Qz1を電圧Vz1に変換する変換出力回路90bと、電荷Qy1を電圧Vy1に変換する変換出力回路90cと、電荷Qx2を電圧Vx2に変換する変換出力回路90aと、電荷Qz2を電圧Vz2に変換する変換出力回路90bと、電荷Qy2を電圧Vy2に変換する変換出力回路90cと、電荷Qx3を電圧Vx3に変換する変換出力回路90aと、電荷Qz3を電圧Vz3に変換する変換出力回路90bと、電荷Qy3を電圧Vy3に変換する変換出力回路90cと、電荷Qx4を電圧Vx4に変換する変換出力回路90aと、電荷Qz4を電圧Vz4に変換する変換出力回路90bと、電荷Qy4を電圧Vy4に変換する変換出力回路90cとを備えている。
7, the circuit board 4 includes a
また、回路基板4は、対応する電荷出力素子10aから出力された電荷Qz11を電圧Vz11に変換する変換出力回路90bと、電荷Qz21を電圧Vz21に変換する変換出力回路90bと、電荷Qz31を電圧Vz31に変換する変換出力回路90bと、電荷Qz41を電圧Vz41に変換する変換出力回路90bとを備えている。
また、回路基板4は、対応する電荷出力素子10bから出力された電荷Qz12を電圧Vz12に変換する変換出力回路90bと、電荷Qz22を電圧Vz22に変換する変換出力回路90bと、電荷Qz32を電圧Vz32に変換する変換出力回路90bと、電荷Qz42を電圧Vz42に変換する変換出力回路90bとを備えている。
また、回路基板4は、加えられた外力を検出する外力検出回路40を備えている。
Further, the circuit board 4 includes a
The circuit board 4 also includes a
The circuit board 4 includes an external
なお、電荷出力素子10の数は、前記4つに限定されるものではなく、例えば、2つ、3つ、または5つ以上でもよい。但し、電荷出力素子10の数は、複数であることが好ましく、3つ以上であることがより好ましい。なお、力検出装置1は、少なくとも3つの電荷出力素子10を有していれば、6軸力を検出可能である。電荷出力素子10が3つの場合、電荷出力素子10の数が少ないので、力検出装置1を軽量化することができる。また、電荷出力素子10が図示のように4つの場合、後述する非常に単純な演算によって6軸力を求めることができるので、演算部402を簡略化することができる。
Note that the number of
<変換出力回路>
図7に示すように、各電荷出力素子10には、それぞれ、変換出力回路90a、90b、90cが接続されている。また、各電荷出力素子10a、10bには、それぞれ、変換出力回路90bが接続されている。各変換出力回路90a、90b、90cは、前述した第1実施形態の変換出力回路90a、90b、90cと同様であるので、その説明は省略する。
<Conversion output circuit>
As shown in FIG. 7,
<外力検出回路>
外力検出回路40は、各変換出力回路90aから出力される電圧Vx1、Vx2、Vx3、Vx4と、各変換出力回路90bから出力される電圧Vz1、Vz2、Vz3、Vz4、Vz11、Vz12、Vz21、Vz22、Vz31、Vz32、Vz41、Vz42と、各変換出力回路90cから出力される電圧Vy1、Vy2、Vy3、Vy4とに基づき、加えられた外力を検出する機能を有する。なお、各電荷出力素子10、各電荷出力素子10a、各電荷出力素子10bに対応する前記電圧を図6中、括弧書きで示す。
<External force detection circuit>
The external
ADコンバーター401は、電圧Vx1、Vy1、Vz1、Vx2、Vy2、Vz2、Vx3、Vy3、Vz3、Vx4、Vy4、Vz4、Vz11、Vz12、Vz21、Vz22、Vz31、Vz32、Vz41、Vz42をアナログ信号からデジタル信号へ変換する機能を有する。ADコンバーター401によってデジタル変換された電圧Vx1、Vy1、Vz1、Vx2、Vy2、Vz2、Vx3、Vy3、Vz3、Vx4、Vy4、Vz4、Vz11、Vz12、Vz21、Vz22、Vz31、Vz32、Vz41、Vz42は、演算部402に入力される。
The
すなわち、第1の基板2および第2の基板3の相対位置が互いにα(X)軸方向にずれる外力が加えられた場合、ADコンバーター401は、電圧Vx1、Vx2、Vx3、Vx4を出力する。同様に、第1の基板2および第2の基板3の相対位置が互いにβ(Y)軸方向にずれる外力が加えられた場合、ADコンバーター401は、電圧Vy1、Vy2、Vy3、Vy4を出力する。また、第1の基板2および第2の基板3の相対位置が互いにγ(Z)軸方向にずれる外力が加えられた場合、ADコンバーター401は、電圧Vz1、Vz2、Vz3、Vz4、Vz11、Vz12、Vz21、Vz22、Vz31、Vz32、Vz41、Vz42を出力する。
That is, when an external force is applied in which the relative positions of the
また、第1の基板2および第2の基板3は、互いにx軸周りに回転する相対変位、y軸周りに回転する相対変位、およびz軸周りに回転する相対変位が可能であり、各回転に伴う外力を電荷出力素子10、10a、10bに伝達することが可能である。
演算部402は、デジタル変換された電圧Vx1、Vy1、Vz1、Vx2、Vy2、Vz2、Vx3、Vy3、Vz3、Vx4、Vy4、Vz4、Vz11、Vz12、Vz21、Vz22、Vz31、Vz32、Vz41、Vz42に基づき、補正を行って、x軸方向の並進力成分Fx、y軸方向の並進力成分Fy、z軸方向の並進力成分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。
The
The
Fx=Vx1+Vx2+Vx3+Vx4
Fy=Vy1+Vy2+Vy3+Vy4
Fz=Vz1−(Vz11+Vz12)+Vz2−(Vz21+Vz22)+Vz3−(Vz31+Vz32)+Vz4−(Vz41+Vz42)
Mx=[−{Vz2−(Vz21+Vz22)}+{Vz4−(Vz41+Vz42)}]×R
My=[−{Vz1−(Vz11+Vz12)}+{Vz3−(Vz31+Vz32)}]×R
Mz=(Vx2−Vx4+Vy1−Vy3)×R
ここで、Rは定数である。
このように、力検出装置1は、6軸力を検出することができる。
Fx = Vx1 + Vx2 + Vx3 + Vx4
Fy = Vy1 + Vy2 + Vy3 + Vy4
Fz = Vz1- (Vz11 + Vz12) + Vz2- (Vz21 + Vz22) + Vz3- (Vz31 + Vz32) + Vz4- (Vz41 + Vz42)
Mx = [− {Vz2− (Vz21 + Vz22)} + {Vz4− (Vz41 + Vz42)}] × R
My = [− {Vz1− (Vz11 + Vz12)} + {Vz3− (Vz31 + Vz32)}] × R
Mz = (Vx2-Vx4 + Vy1-Vy3) * R
Here, R is a constant.
Thus, the
前記のように、Fzを求める際は、電圧Vz1と電圧(Vz11+Vz12)との差分、電圧Vz2と電圧(Vz21+Vz22)との差分、電圧Vz3と電圧(Vz31+Vz32)との差分、電圧Vz4と電圧(Vz41+Vz42)との差分をそれぞれ取ることにより、補正を行う(補償する)。すなわち補正した外力を検出する。これにより、電圧Vz1、電圧Vz2、電圧Vz3、電圧Vz4に含まれる熱膨張に起因する誤差成分の全部または一部が電圧Vz1、電圧Vz2、電圧Vz3、電圧Vz4から除去される。 As described above, when obtaining Fz, the difference between the voltage Vz1 and the voltage (Vz11 + Vz12), the difference between the voltage Vz2 and the voltage (Vz21 + Vz22), the difference between the voltage Vz3 and the voltage (Vz31 + Vz32), the voltage Vz4 and the voltage (Vz41 + Vz42). Correction is performed (compensated) by taking the difference from each other. That is, the corrected external force is detected. As a result, all or a part of error components due to thermal expansion included in the voltage Vz1, the voltage Vz2, the voltage Vz3, and the voltage Vz4 are removed from the voltage Vz1, the voltage Vz2, the voltage Vz3, and the voltage Vz4.
同様に、Mxを求める際は、電圧Vz2と電圧(Vz21+Vz22)との差分、電圧Vz4と電圧(Vz41+Vz42)との差分をそれぞれ取ることにより、補正を行う(補償する)。同様に、Myを求める際は、電圧Vz1と電圧(Vz11+Vz12)との差分、電圧Vz3と電圧(Vz31+Vz32)との差分をそれぞれ取ることにより、補正を行う(補償する)。これにより、電圧Vz1、電圧Vz3に含まれる熱膨張に起因する誤差成分の全部または一部が電圧Vz1、電圧Vz3から除去される。
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。
Similarly, when obtaining Mx, correction is performed (compensated) by taking the difference between the voltage Vz2 and the voltage (Vz21 + Vz22) and the difference between the voltage Vz4 and the voltage (Vz41 + Vz42), respectively. Similarly, when obtaining My, correction is performed (compensated) by taking the difference between the voltage Vz1 and the voltage (Vz11 + Vz12) and the difference between the voltage Vz3 and the voltage (Vz31 + Vz32), respectively. As a result, all or part of the error components due to thermal expansion included in the voltages Vz1 and Vz3 are removed from the voltages Vz1 and Vz3.
According to the
<第3実施形態>
図8は、本発明の力検出装置の第3実施形態を示す平面図である。
以下、第3実施形態について、前述した第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8に示すように、第3実施形態の力検出装置1は、4つの電荷出力素子(第1の素子)10と、1つの電荷出力素子(第2の素子)10aとを有しており、その1つの電荷出力素子10aの検出結果を用いて補正を行う。これにより、部品点数を削減することができ、また、構成を簡素化することができる。
<Third Embodiment>
FIG. 8 is a plan view showing a third embodiment of the force detection device of the present invention.
Hereinafter, the third embodiment will be described with a focus on differences from the second embodiment described above, and description of similar matters will be omitted.
As shown in FIG. 8, the
また、各力成分は、以下の式により求めることができる。
Fx=Vx1+Vx2+Vx3+Vx4
Fy=Vy1+Vy2+Vy3+Vy4
Fz=Vz1+Vz2+Vz3)+Vz4−(Vz11×N)
Mx=[−{Vz2−(Vz11×2)}+{Vz4−(Vz11×2)}]×R
My=[−{Vz1−(Vz11×2)}+{Vz3−(Vz11×2)}]×R
Mz=(Vx2−Vx4+Vy1−Vy3)×R
ここで、Rは定数である。
また、Nは、与圧ボルトの本数であり、図示の構成では、「8」である。
この力検出装置1によれば、前述した第2実施形態と同様の効果が得られる。
Moreover, each force component can be calculated | required with the following formula | equation.
Fx = Vx1 + Vx2 + Vx3 + Vx4
Fy = Vy1 + Vy2 + Vy3 + Vy4
Fz = Vz1 + Vz2 + Vz3) + Vz4- (Vz11 × N)
Mx = [− {Vz2− (Vz11 × 2)} + {Vz4− (Vz11 × 2)}] × R
My = [− {Vz1− (Vz11 × 2)} + {Vz3− (Vz11 × 2)}] × R
Mz = (Vx2-Vx4 + Vy1-Vy3) * R
Here, R is a constant.
N is the number of pressurizing bolts, and is “8” in the illustrated configuration.
According to the
<第4実施形態>
図9は、本発明の力検出装置の第4実施形態を示す平面図である。
以下、第4実施形態について、前述した第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9に示すように、第4実施形態の力検出装置1では、1つの電荷出力素子10に対し、1つの電荷出力素子10aのみが設けられている。これにより、第2実施形態に比べ、部品点数を削減することができ、また、構成を簡素化することができる。また、第3実施形態に比べ、測定精度を高めることができる。
<Fourth embodiment>
FIG. 9 is a plan view showing a fourth embodiment of the force detection device of the present invention.
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with a focus on differences from the second embodiment described above, and description of similar matters will be omitted.
As shown in FIG. 9, in the
また、各力成分は、以下の式により求めることができる。
Fx=Vx1+Vx2+Vx3+Vx4
Fy=Vy1+Vy2+Vy3+Vy4
Fz=Vz1−(Vz11×2)+Vz2−(Vz21×2)+Vz3−(Vz31×2)+Vz4−(Vz41×2)
Mx=[−{Vz2−(Vz21×2)}+{Vz4−(Vz41×2)}]×R
My=[−{Vz1−(Vz11×2)}+{Vz3−(Vz31×2)}]×R
Mz=(Vx2−Vx4+Vy1−Vy3)×R
ここで、Rは定数である。
この力検出装置1によれば、前述した第2実施形態と同様の効果が得られる。
Moreover, each force component can be calculated | required with the following formula | equation.
Fx = Vx1 + Vx2 + Vx3 + Vx4
Fy = Vy1 + Vy2 + Vy3 + Vy4
Fz = Vz1− (Vz11 × 2) + Vz2− (Vz21 × 2) + Vz3− (Vz31 × 2) + Vz4− (Vz41 × 2)
Mx = [-{Vz2- (Vz21 * 2)} + {Vz4- (Vz41 * 2)}] * R
My = [-{Vz1- (Vz11 * 2)} + {Vz3- (Vz31 * 2)}] * R
Mz = (Vx2-Vx4 + Vy1-Vy3) * R
Here, R is a constant.
According to the
<単腕ロボットの実施形態>
次に、図10に基づき、本発明のロボットの実施形態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、前述した各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10は、本発明の力検出装置を用いた単腕ロボットの1例を示す図である。図10の単腕ロボット500は、基台510と、アーム520と、アーム520の先端側に設けられたエンドエフェクタ530と、アーム520とエンドエフェクタ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, based on FIG. 10, a single-arm robot which is an embodiment of the robot of the present invention will be described. Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and description of similar matters will be omitted.
FIG. 10 is a diagram showing an example of a single-arm robot using the force detection device of the present invention. 10 includes a
基台510は、アーム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)およ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、移動可能な台車上などに固定される。
アーム520は、第1のアーム要素521、第2のアーム要素522、第3のアーム要素523、第4のアーム要素524および第5のアーム要素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520は、制御部の制御によって、各アーム要素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。
The
The
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、エンドエフェクタ530は、ここでは、ハンドであるが、本発明では、これに限定されるものではない。エンドエフェクタの他の例としては、例えば、部品検査用器具、部品搬送用器具、部品加工用器具、部品組立用器具、測定器等が挙げられる。これは、他の実施形態におけるエンドエフェクタについても同様である。
The
The
力検出装置100は、エンドエフェクタ530に加えられる外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520は、合計5本のアーム要素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520が、1本のアーム要素に構成されている場合、2〜4本のアーム要素によって構成されている場合、6本以上のアーム要素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
In the illustrated configuration, the
<複腕ロボットの実施形態>
次に、図11に基づき、本発明のロボットの実施形態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、前述した各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を用いた複腕ロボットの1例を示す図である。図11の複腕ロボット600は、基台610と、第1のアーム620と、第2のアーム630と、第1のアーム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620と第1のエンドエフェクタ640a間および第2のアーム630と第2のエンドエフェクタ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, based on FIG. 11, a multi-arm robot which is an embodiment of the robot of the present invention will be described. Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and description of similar matters will be omitted.
FIG. 11 is a diagram showing an example of a multi-arm robot using the force detection device of the present invention. The
基台610は、第1のアーム620および第2のアーム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)およ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、移動可能な台車上などに固定される。
第1のアーム620は、第1のアーム要素621および第2のアーム要素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630は、第1のアーム要素631および第2のアーム要素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620および第2のアーム630は、制御部の制御によって、各アーム要素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。
The
The
第1、第2のエンドエフェクタ640a、640bは、対象物を把持する機能を有する。第1のエンドエフェクタ640aは、第1の指641aおよび第2の指642aを有している。第2のエンドエフェクタ640bは、第1の指641bおよび第2の指642bを有している。第1のアーム620の駆動により第1のエンドエフェクタ640aが所定の動作位置まで到達した後、第1の指641aおよび第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630の駆動により第2のエンドエフェクタ640bが所定の動作位置まで到達した後、第1の指641bおよび第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 first and
力検出装置100は第1、第2のエンドエフェクタ640a、640bに加えられる外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、第1、第2のエンドエフェクタ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、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。
なお、図示の構成では、アームは合計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本以上のアームを有している場合も、本発明の範囲内である。
The
In the illustrated configuration, there are a total of two arms, but the present invention is not limited to this. The case where the
<電子部品検査装置および電子部品搬送装置の実施形態>
次に、図12、図13に基づき、本発明の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、本実施形態について、前述した各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13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。
<Embodiments of Electronic Component Inspection Device and Electronic Component Transfer Device>
Next, based on FIG. 12 and FIG. 13, an electronic component inspection apparatus and an electronic component transport apparatus that are embodiments of the present invention will be described. Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and description of similar matters will be omitted.
FIG. 12 is a diagram showing an example of an electronic component inspection device and an electronic component transport device using the force detection device of the present invention. FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an electronic component transport apparatus using the force detection device of the present invention.
図12の電子部品検査装置700は、基台710と、基台710の側面に立設された支持台720とを有する。基台710の上面には、検査対象の電子部品711が載置されて搬送される上流側ステージ712uと、検査済みの電子部品711が載置されて搬送される下流側ステージ712dとが設けられている。また、上流側ステージ712uと下流側ステージ712dとの間には、電子部品711の姿勢を確認するための撮像装置713と、電気的特性を検査するために電子部品711がセットされる検査台714とが設けられている。なお、電子部品711の例として、半導体、半導体ウェハー、CLDやOLED等の表示デバイス、水晶デバイス、各種センサー、インクジェットヘッド、各種MEMSデバイス等などが挙げられる。
An electronic
また、支持台720には、基台710の上流側ステージ712uおよび下流側ステージ712dと平行な方向(Y方向)に移動可能にYステージ731が設けられており、Yステージ731からは、基台710に向かう方向(X方向)に腕部732が延設されている。また、腕部732の側面には、X方向に移動可能にXステージ733が設けられている。また、Xステージ733には、撮像カメラ734と、上下方向(Z方向)に移動可能なZステージを内蔵した電子部品搬送装置740が設けられている。また、電子部品搬送装置740の先端側には、電子部品711を把持する把持部741が設けられている。また、電子部品搬送装置740の先端と、把持部741との間には、力検出装置100が設けられている。更に、基台710の前面側には、電子部品検査装置700の全体の動作を制御する制御装置750が設けられている。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。
Further, the
電子部品検査装置700は、以下のようにして電子部品711の検査を行う。最初に、検査対象の電子部品711は、上流側ステージ712uに載せられて、検査台714の近くまで移動する。次に、Yステージ731およびXステージ733を動かして、上流側ステージ712uに載置された電子部品711の真上の位置まで電子部品搬送装置740を移動させる。このとき、撮像カメラ734を用いて電子部品711の位置を確認することができる。そして、電子部品搬送装置740内に内蔵されたZステージを用いて電子部品搬送装置740を降下させ、把持部741で電子部品711を把持すると、そのまま電子部品搬送装置740を撮像装置713の上に移動させて、撮像装置713を用いて電子部品711の姿勢を確認する。次に、電子部品搬送装置740に内蔵されている微調整機構を用いて電子部品711の姿勢を調整する。そして、電子部品搬送装置740を検査台714の上まで移動させた後、電子部品搬送装置740に内蔵されたZステージを動かして電子部品711を検査台714の上にセットする。電子部品搬送装置740内の微調整機構を用いて電子部品711の姿勢が調整されているので、検査台714の正しい位置に電子部品711をセットすることができる。次に、検査台714を用いて電子部品711の電気的特性検査が終了した後、今度は検査台714から電子部品711を取り上げ、Yステージ731およびXステージ733を動かして、下流側ステージ712d上まで電子部品搬送装置740を移動させ、下流側ステージ712dに電子部品711を置く。最後に、下流側ステージ712dを動かして、検査が終了した電子部品711を所定位置まで搬送する。
The electronic
図13は、力検出装置100を含む電子部品搬送装置740を示す図である。電子部品搬送装置740は、把持部741と、把持部741に接続された6軸力検出装置100と、6軸力検出装置100を介して把持部741に接続された回転軸742と、回転軸742に回転可能に取り付けられた微調整プレート743を有する。また、微調整プレート743は、ガイド機構(図示せず)によってガイドされながら、X方向およびY方向に移動可能である。
FIG. 13 is a diagram illustrating an electronic
また、回転軸742の端面に向けて、回転方向用の圧電モーター744θが搭載されており、圧電モーター744θの駆動凸部(図示せず)が回転軸742の端面に押しつけられている。このため、圧電モーター744θを動作させることによって、回転軸742(および把持部741)をθ方向に任意の角度だけ回転させることが可能である。また、微調整プレート743に向けて、X方向用の圧電モーター744xと、Y方向用の圧電モーター744yとが設けられており、それぞれの駆動凸部(図示せず)が微調整プレート743の表面に押しつけられている。このため、圧電モーター744xを動作させることによって、微調整プレート743(および把持部741)をX方向に任意の距離だけ移動させることができ、同様に、圧電モーター744yを動作させることによって、微調整プレート743(および把持部741)をY方向に任意の距離だけ移動させることが可能である。
Further, a piezoelectric motor 744θ for rotation direction is mounted toward the end surface of the
また、力検出装置100は、把持部741に加えられる外力を検出する機能を有する。力検出装置100が検出する力を制御装置750にフィードバックすることにより、電子部品搬送装置740および電子部品検査装置700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、把持部741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、電子部品搬送装置740および電子部品検査装置700は、より安全な作業を実行可能である。
Further, the
<部品加工装置の実施形態>
次に、図14に基づき、本発明の部品加工装置の実施形態を説明する。以下、本実施形態について、前述した各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14は、本発明の力検出装置を用いた部品加工装置の1例を示す図である。図14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に接続された力検出装置100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。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 component processing apparatus>
Next, an embodiment of the component processing apparatus of the present invention will be described based on FIG. Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and description of similar matters will be omitted.
FIG. 14 is a diagram showing an example of a component processing apparatus using the force detection device of the present invention. The
基台810は、被加工部品860を載置し、固定するための台である。支柱820は、送り機構830を固定するための柱である。送り機構830は、工具変位部840を昇降させる機能を有する。送り機構830は、送り用モーター831と、送り用モーター831からの出力に基づいて工具変位部840を昇降させるガイド832を有する。工具変位部840は、工具850に回転、振動等の変位を与える機能を有する。工具変位部840は、変位用モーター841と、変位用モーター841に連結された主軸(図示せず)の先端に設けられた工具取付け部843と、工具変位部840に取り付けられ主軸を保持する保持部842とを有する。工具850は、工具変位部840の工具取付け部843に、力検出装置1を介して取り付けられ、工具変位部840から与えられる変位に応じて被加工部品860を加工するために用いられる。工具850は、特に限定されないが、例えば、レンチ、プラスドライバー、マイナスドライバー、カッター、丸のこ、ニッパ、錐、ドリル、フライス等である。
The
力検出装置100は、工具850に加えられる外力を検出する機能を有する。力検出装置1が検出する外力を送り用モーター831や変位用モーター841にフィードバックすることにより、部品加工装置800は、より精密に部品加工作業を実行することができる。また、力検出装置100が検出する外力によって、工具850の障害物への接触等を検知することができる。そのため、工具850に障害物等が接触した場合に緊急停止することができ、部品加工装置800は、より安全な部品加工作業を実行可能である。
The
<移動体の実施形態>
次に、図15に基づき、本発明の移動体の実施形態を説明する。以下、本実施形態について、前述した各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15は、本発明の力検出装置を用いた移動体の1例を示す図である。図15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。
<Embodiment of moving body>
Next, an embodiment of the moving body of the present invention will be described based on FIG. Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and description of similar matters will be omitted.
FIG. 15 is a diagram showing an example of a moving object using the force detection device of the present invention. The moving
移動体900は、本体910(例えば、乗り物の筐体、ロボットのメインボディ等)と、本体910を移動させるための動力を供給する動力部920と、本体910の移動により発生する外力を検出する本発明の力検出装置100と、制御部930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。
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100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100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100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。
以上、本発明の力検出装置、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置および部品加工装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明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、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
The moving
When the
As described above, the force detection device, the robot, the electronic component transport device, the electronic component inspection device, and the component processing device according to the present invention have been described based on the illustrated embodiment, but the present invention is not limited to this, and each unit The configuration of can be replaced with any configuration having the same function. In addition, any other component may be added to the present invention.
また、本発明は、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、固定部材として、与圧ボルト(ネジ)を用いたが、本発明では、これに限定されない。
また、前記実施形態では、外力に応じて信号を出力する素子として、圧電体を用いたものを使用しているが、本発明では、加えられる外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、感圧導電体等を用いたものが挙げられる。
In addition, the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the embodiment.
Moreover, in the said embodiment, although the pressurization volt | bolt (screw) was used as a fixing member, in this invention, it is not limited to this.
In the above embodiment, a device using a piezoelectric body is used as an element for outputting a signal in accordance with an external force. However, in the present invention, if the output changes depending on the applied external force, this element may be used. In addition, the thing using a pressure sensitive conductor etc. is mentioned, for example.
また、本発明のロボットは、アームを有していれば、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、本発明の力検出装置は、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置および部品加工装置に限らず、他の装置、例えば、他の搬送装置、他の検査装置、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、入力装置等にも適用することができる。
In addition, the robot of the present invention is not limited to an arm type robot (robot arm) as long as it has an arm, but is another type of robot such as a scalar robot, a legged walking (running) robot, or the like. Also good.
In addition, the force detection device of the present invention is not limited to a robot, an electronic component transfer device, an electronic component inspection device, and a component processing device, but other devices such as other transfer devices, other inspection devices, vibrometers, and accelerometers. It can also be applied to measuring devices such as gravimeters, dynamometers, seismometers, inclinometers, and input devices.
1、100…力検出装置 2…第1の基板 23…締結部 25…孔 3…第2の基板 33…締結部 35…雌ネジ 4…回路基板 40…外力検出回路 401…ADコンバーター 402…演算部 41…孔 71…与圧ボルト 715…頭部 716…雄ネジ 90a、90b、90c…変換出力回路 91…オペアンプ 92…コンデンサー 93…スイッチング素子 10、10a、10b…電荷出力素子(素子) 11…グランド電極層 12…第1のセンサー 121…第1の圧電体層 122…出力電極層 123…第2の圧電体層 13…第2のセンサー 131…第3の圧電体層 132…出力電極層 133…第4の圧電体層 14…第3のセンサー 141…第5の圧電体層 142…出力電極層 143…第6の圧電体層 500…単腕ロボット 510…基台 520…アーム 521…第1のアーム要素 522…第2のアーム要素 523…第3のアーム要素 524…第4のアーム要素 525…第5のアーム要素 530…エンドエフェクタ 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 621…第1のアーム要素 622…第2のアーム要素 630…第2のアーム 631…第1のアーム要素 632…第2のアーム要素 640a…第1のエンドエフェクタ 641a…第1の指 642a…第2の指 640b…第2のエンドエフェクタ 641b…第1の指 642b…第2の指 700…電子部品検査装置 710…基台 711…電子部品 712u…上流側ステージ 712d…下流側ステージ 713…撮像装置 714…検査台 720…支持台 731…Yステージ 732…腕部 733…Xステージ 734…撮像カメラ 740…電子部品搬送装置 741…把持部 742…回転軸 743…微調整プレート 744x、744y、744θ…圧電モーター 750…制御装置 800…部品加工装置 810…基台 820…支柱 830…送り機構 831…送り用モーター 832…ガイド 840…工具変位部 841…変位用モーター 842…保持部 843…工具取付け部 850…工具 860…被加工部品 900…移動体 910…本体 920…動力部 930…制御部 CA1…第1の結晶軸 CA2…第2の結晶軸 CA3…第3の結晶軸 CA4…第4の結晶軸 CA5…第5の結晶軸 CA6…第6の結晶軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 ...
Claims (9)
第2の基板と、
外力に応じて信号を出力する第1の素子と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられた前記第1の素子を挟持して、前記第1の素子に圧力を加える固定部材と、
前記第1の基板と前記固定部材との間に設けられ、前記固定部材により前記第1の素子に加えられる圧力の方向と同じ方向の外力成分に応じて信号を出力する第2の素子と、を備え、
前記第1の基板の厚み方向からの視認において前記第1の素子に対して少なくとも1対の前記固定部材が配置されていることを特徴とする力検出装置。 A first substrate;
A second substrate;
A first element that outputs a signal in response to an external force;
A fixing member that sandwiches the first element provided between the first substrate and the second substrate and applies pressure to the first element;
A second element that is provided between the first substrate and the fixing member, and outputs a signal according to an external force component in the same direction as the direction of pressure applied to the first element by the fixing member; With
The force detection device according to claim 1, wherein at least one pair of the fixing members are arranged with respect to the first element when viewed from the thickness direction of the first substrate.
前記第1の基板に、前記固定部材により前記第1の素子に加わる圧力の方向と同じ方向の外力が加わったとき、前記第1の素子と前記第2の素子とは、前記外力を互いに逆方向の力として検出する請求項1または2に記載の力検出装置。 The direction of pressure applied to the first element by the fixing member and the direction of pressure applied to the second element are the same;
When an external force in the same direction as the pressure applied to the first element by the fixing member is applied to the first substrate, the first element and the second element reverse the external forces to each other. force detection apparatus according to claim 1 or 2 for detecting the direction of the force.
前記第2の基板は、前記第2の基板を第2の対象物に取り付ける第2の取付部を有し、
前記第1の基板の厚み方向からの投影像において、前記第1の取付部の影と、前記第2の取付部の影と、前記第1の素子の影とが重なっている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の力検出装置。 The first substrate has a first attachment portion for attaching the first substrate to a first object,
The second substrate has a second attachment portion for attaching the second substrate to a second object,
The shadow of the first mounting portion, the shadow of the second mounting portion, and the shadow of the first element overlap in a projected image from the thickness direction of the first substrate. force detection device according to any one of 3.
前記第2の素子は、前記第1の基板と前記頭部との間に設けられている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の力検出装置。 The fixing member is a screw having a head;
The second element, the force detecting apparatus according to any one of claims 1 provided 4 between the first substrate and the head.
前記各第1の素子は、前記第1の基板または前記第2の基板の周方向に、等角度間隔に配置されている請求項1ないし7のいずれか1項に記載の力検出装置。 A plurality of the first elements;
Wherein each of the first element, the first substrate or the circumferential direction of the second substrate, the force detecting apparatus according to any one of claims 1 to 7 are arranged at equal angular intervals.
前記アームに設けられたエンドエフェクタと、
前記アーム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、第1の基板と、
第2の基板と、
外力に応じて信号を出力する第1の素子と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられた前記第1の素子を挟持し、前記第1の素子に圧力を加える固定部材と、
前記第1の基板と前記固定部材との間に設けられ、前記固定部材により前記第1の素子に加えられる圧力の方向と同じ方向の外力成分に応じて信号を出力する第2の素子と、を備え、
前記第1の基板の厚み方向からの視認において、前記第1の素子に対して少なくとも1対の前記固定部材が配置されていることを特徴とするロボット。 Arm,
An end effector provided on the arm;
A force detection device that is provided between the arm and the end effector and detects an external force applied to the end effector;
The force detection device includes a first substrate,
A second substrate;
A first element that outputs a signal in response to an external force;
A fixing member that sandwiches the first element provided between the first substrate and the second substrate and applies pressure to the first element;
A second element that is provided between the first substrate and the fixing member, and outputs a signal according to an external force component in the same direction as the direction of pressure applied to the first element by the fixing member; With
A robot characterized in that at least one pair of the fixing members is arranged with respect to the first element when viewed from the thickness direction of the first substrate.
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