JP6339304B1 - 力覚センサ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】楕円形断面を有した筒状又は棒状の構造体であって、長さ方向の一方の端部Aが固定され反対側の端部Bが外力を受けて変位する長尺変形体12を検出対象物とする。端部Aの周囲に所定の位置A1〜A4を定義し、位置A1〜A4の中の少なくとも1箇所に、当該位置と長尺変形体12の外周面12bとの離間距離の変化を検出する端部Aセンサが設置される。端部Bの周囲に所定の位置B1〜B4を定義し、位置B1〜B4の中の少なくとも1箇所に、当該位置と長尺変形体12の外周面12aとの離間距離の変化を検出する端部Bセンサが設置される。端部Aセンサと端部Bセンサの出力に基づいて、長尺変形体12に加わった外力を検出する。
【選択図】図1
Description
前記長尺変形体の中心軸上に配置されたZ軸と、前記長尺変形体の楕円形断面の長軸上に配置されてZ軸と直交するX軸と、前記長尺変形体の楕円形断面の短軸上に配置されてZ軸と直交するY軸とを有したXYZ三次元直交座標系を定義し、
前記端部Aの外周面に対向する位置A1〜A4を、前記長尺変形体をZ軸方向に投影した時に、前記位置A1とA2の配置及び前記位置A3とA4の配置がそれぞれX軸を間に挟んで互いに線対称になるように、且つ前記位置A1とA4の配置及び前記位置A2とA3の配置がそれぞれY軸を挟んで互いに線対称になるように定義し、
前記端部Bの外周面に対向する位置B1〜B4を、前記長尺変形体をZ軸方向に投影した時に、前記位置B1,B2,B3,B4の配置がそれぞれ前記位置A1,A2,A3,A4と重なるように定義し、
前記位置A1〜A4の中の少なくとも1箇所に、当該位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出する端部Aセンサが設置され、前記位置B1〜B4の中の少なくとも1箇所に、当該位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出する端部Bセンサが設置され、前記端部Aセンサと前記端部Bセンサの出力に基づいて、前記長尺変形体に加わった外力のZ軸周りのモーメントMzを検出する力覚センサ装置である。
前記長尺変形体の中心軸上に配置されたZ軸と、Z軸に直交するX軸と、Z軸とX軸の双方と直交するY軸とを有したXYZ三次元直交座標系を定義し、
前記長尺変形体の中心軸方向の一方の端部Aの外周面に対向する位置A1〜A4を、前記長尺変形体をZ軸方向に投影した時に、前記位置A1とA2の配置及び前記位置A3とA4の配置がそれぞれX軸を間に挟んで互いに線対称になるように、且つ前記位置A1とA4の配置及び前記位置A2とA3の配置がそれぞれY軸を挟んで互いに線対称になるように、且つ前記位置A1〜A4を順に結ぶと正方形が描かれるように定義し、
前記長尺変形体の、前記端部Aと反対側の端部Bの外周面に対向する位置B1〜B4を、前記長尺変形体をZ軸方向に投影した時に、前記位置B1,B2,B3,B4の配置がそれぞれ前記位置A1,A2,A3,A4と重なるように定義し、
前記位置A1〜A4の4箇所に、当該位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出する端部Aセンサが各々設置され、前記位置B1〜B4の4箇所に、当該位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出する端部Bセンサが各々設置され、前記端部Aセンサと前記端部Bセンサの出力に基づいて、前記長尺変形体に加わった外力のZ軸周りのモーメントMz、X軸方向の力Fx及びY軸方向の力Fyの力の中の少なくと も一つを検出する力覚センサ装置である。
前記長尺変形体の中心軸上に配置されたZ軸と、前記長尺変形体の楕円形断面の長軸上に配置されて前記Z軸と直交するX軸と、前記長尺変形体の楕円形断面の短軸上に配置されて前記Z軸と直交するY軸とを有したXYZ三次元直交座標系を定義し、
前記端部Aの外周面に対向する位置A1〜A4を、前記長尺変形体をZ軸方向に投影した時に、前記位置A1とA2の配置及び前記位置A3とA4の配置がそれぞれX軸を間に挟んで互いに線対称になるように、且つ前記位置A1とA4の配置及び前記位置A2とA3の配置がそれぞれY軸を挟んで互いに線対称になるように定義し、
前記端部Bの外周面に対向する位置B1〜B4を、前記長尺変形体をZ軸方向に投影した時に、前記位置B1,B2,B3,B4の配置がそれぞれ前記位置A1,A2,A3,A4と重なるように定義し、
前記長尺変形体の外周面は導電性を有しており、前記位置A1〜A4の中の、Z軸を間に挟んで対向する2箇所にZ軸用端部A電極が各々配置され、2つの前記Z軸用端部A電極の間の静電容量の変化に基づいて、当該各位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出するZ軸用端部Aセンサが形成され、前記位置B1〜B4の中の、Z軸を間に挟んで対向する2箇所にZ軸用端部B電極が各々配置され、2つの前記Z軸用端部B電極の間の静電容量の変化に基づいて、当該各位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出するZ軸用端部Bセンサが形成され、前記Z軸用端部Aセンサと前記Z軸用端部Bセンサの出力に基づいて、前記長尺変形体に加わった外力のZ軸周りのモーメントMzを検出する力覚センサ装置である。
前記長尺変形体の中心軸上に配置されたZ軸と、前記Z軸に直交するX軸と、前記Z軸と前記X軸の双方と直交するY軸とを有したXYZ三次元直交座標系を定義し、
前記長尺変形体の中心軸方向の一方の端部Aの外周面に対向する位置A1〜A4を、前記長尺変形体をZ軸方向に投影した時に、前記位置A1とA2の配置及び前記位置A3とA4の配置がそれぞれX軸を間に挟んで互いに線対称になるように、且つ前記位置A1とA4の配置及び前記位置A2とA3の配置がそれぞれY軸を挟んで互いに線対称になるように、且つ前記位置A1〜A4を順に結ぶと正方形が描かれるように定義し、
前記長尺変形体の、前記端部Aと反対側の端部Bの外周面に対向する位置B1〜B4を、前記長尺変形体をZ軸方向に投影した時に、前記位置B1,B2,B3,B4の配置がそれぞれ前記位置A1,A2,A3,A4と重なるように定義し、
前記長尺変形体の外周面は導電性を有しており、前記位置A1〜A4の4箇所に、Z軸用端部A電極が各々配置され、4つの前記Z軸用端部A電極は、Z軸を間に挟んで対角に位置する2つを一対にして2組のZ軸用端部Aセンサを形成し、前記Z軸用端部Aセンサは、一対にした2つの前記Z軸用端部A電極の間の静電容量の変化に基づいて、当該各位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出し、前記位置B1〜B4の4箇所に、Z軸用端部B電極が各々配置され、4つの前記Z軸用端部B電極は、Z軸を間に挟んで対角に位置する2つを一対にして2組のZ軸用端部Bセンサを形成し、前記Z軸用端部Bセンサは、一対にした2つの前記Z軸用端部B電極の間の静電容量の変化に基づいて、当該各位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出し、前記Z軸用端部Aセンサと前記Z軸用端部Bセンサの出力に基づいて、前記長尺変形体に加わった外力のZ軸周りのモーメントMzを検出する力覚センサ装置である。
以下、本発明の力覚センサ装置の第一の実施形態について、図1〜図3に基づいて説明する。この実施形態の力覚センサ装置10の検出対象物は、楕円形断面を有した筒状又は棒状の長尺変形体12であり、図1(a)に示すように、長さ方向の一方の端部Aが基板14に固定され、反対側の端部Bが外力を受けて変位することができる。
Mz=−ka・[S(B1)−S(A1)] (1)
式(1)の中のS(A1),S(B1)は、各センサの出力を表しており、kaは、比例定数(ka>0)である。例えば、反時計回りのモーメントMzが加わった時は、Mz<0となる。また、モーメントMzと同時に後述する力FxやFyが加わっていたとしても、それらの成分は式(1)によって相殺されるので、Mzの算出には影響しない。
Mz=+ka・[S(B2)−S(A1)] (2)
式(2)の中のS(A1),S(B2)は、各センサの出力を表しており、kaは、比例定数(ka>0)である。例えば、反時計回りのモーメントMzが加わった時は、Mz<0となる。また、モーメントMzと同時に後述する力FxやFyが加わっていたとしても、それらの成分は式(2)によって相殺されるので、Mzの算出には影響しない。
次に、本発明の力覚センサ装置の第二の実施形態について、図4、図5に基づいて説明する。ここで、上記実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態の力覚センサ装置16は、上記力覚センサ装置10を改良したものであり、図1(a)に示す長尺変形体12に外力が加わって発生するZ軸周りのモーメントMz(長尺変形体12に捻れの歪みを発生させるモーメント)に加え、X軸方向の力FxとY軸方向の力Fy(長尺変形体12に歪みを発生させる力)を検出する。
Fx=kb・{[S(B3)+S(B4)]−[S(B1)+S(B2)]} (3)
式(3)の中のS(B1)〜S(B4)は、各センサの出力を表しており、kbは、比例定数(kb>0)である。例えば、X軸負方向の力Fxが加わった時は、Fx<0となる。また、力Fxと同時にモーメントMzや後述する力Fyが加わっていたとしても、それらの成分は式(3)によって相殺されるので、Fxの算出には影響しない。
Fy=kb・{[S(B1)+S(B4)]−[S(B2)+S(B3)]} (4)
式(4)の中のS(B1)〜S(B4)は、各センサの出力を表しており、kbは、比例定数(kb>0)である。例えば、Y軸負方向の力Fyが加わった時は、Fy<0となる。また、力yと同時にモーメントMzや力Fxが加わっていたとしても、それらの成分は式(4)によって相殺されるので、Fyの算出には影響しない。
次に、本発明の力覚センサ装置の第三の実施形態について、図6〜図10に基づいて説明する。この実施形態の力覚センサ装置18の検出対象物は、図6(a)に示すように、楕円形断面を有した筒状又は棒状の構造体であって、外力を受けて自己の中心軸12a周りに回転する長尺変形体12である。長尺変形体12は、例えば特許文献1の減速機の部材であり、端部Aと端部Bが変位可能であるが、中心軸12aの位置はほぼ一定に保持される。
ΔS1=S(B1)−S(A1)
ΔS2=S(B2)−S(A2)
ΔS3=S(B3)−S(A3)
ΔS4=S(B4)−S(A4)
Mz=kc・[(ΔS2+ΔS4)−(ΔS1+ΔS3)] (5)
式(5)の中のS(A1)〜S(A4),S(B1)〜S(B4)は、各センサの出力を表しており、kcは、比例定数(kc>0)である。例えば、反時計回りのモーメントMzが加わった時は、Mz<0となる。また、モーメントMzと同時に後述する力FxやFyが加わっていたとしても、それらの成分は式(5)によって相殺されるので、Mzの算出には影響しない。
ΔS1=S(B1)−S(A1)
ΔS2=S(B2)−S(A2)
ΔS3=S(B3)−S(A3)
ΔS4=S(B4)−S(A4)
Fx=kd・[(ΔS3+ΔS4)−(ΔS1+ΔS2)] (6)
式(6)の中のS(A1)〜S(A4),S(B1)〜S(B4)は、各センサの出力を表しており、kdは、比例定数(kd>0)である。例えば、X軸負方向の力Fxが加わった時は、Fx<0となる。また、力Fxと同時にモーメントMzや後述するFyが加わっていたとしても、それらの成分は式(6)によって相殺されるので、Fxの算出には影響しない。
ΔS1=S(B1)−S(A1)
ΔS2=S(B2)−S(A2)
ΔS3=S(B3)−S(A3)
ΔS4=S(B4)−S(A4)
Fy=kd・[(ΔS1+ΔS4)−(ΔS3+ΔS3)] (7)
式(7)の中のS(A1)〜S(A4),S(B1)〜S(B4)は、各センサの出力を表しており、kdは、比例定数(kd>0)である。例えば、Y軸負方向の力Fyが加わった時は、Fy<0となる。また、力Fyと同時にモーメントMzや力Fxが加わっていたとしても、それらの成分は式(7)によって相殺されるので、Fyの算出には影響しない。
本発明の力覚センサ装置の第四の実施形態について、図11、図12に基づいて説明する。この実施形態の力覚センサ装置20の検出対象物は、楕円形断面を有した筒状又は棒状の長尺変形体12であり、図1(a)に示すように、長さ方向の一方の端部Aが基板14に固定され、反対側の端部Bが外力を受けて変位することができる。また、この長尺変形体12の場合、外周面12bが導電性を有している。
Mz=−ke・[Sz(B13)−Sz(A13)] (8)
式(8)の中のSz(A13),Sz(B13)は、各センサの出力を表しており、keは、比例定数(ke>0)である。例えば、反時計回りのモーメントMzが加わった時は、Mz<0となる。また、モーメントMzと同時に後述する力FxやFyが加わっていたとしても、それらの成分は式(8)によって相殺されるので、Mzの算出には影響しない。
Mz=+ke・[Sz(B24)−Sz(A13)] (9)
式(9)の中のSz(A13),Sz(B24)は、各センサの出力を表しており、keは、比例定数(ke>0)である。例えば、反時計回りのモーメントMzが加わった時は、Mz<0となる。また、モーメントMzと同時に後述する力FxやFyが加わっていたとしても、それらの成分は式(9)によって相殺されるので、Mzの算出には影響しない。
次に、本発明の力覚センサ装置の第五の実施形態について、図13、図14に基づいて説明する。ここで、上記実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態の力覚センサ装置22は、上記力覚センサ装置20を改良したものであり、図1(a)に示す長尺変形体12に外力が加わって発生するZ軸周りのモーメントMz(長尺変形体12に捻れの歪みを発生させるモーメント)に加え、X軸方向の力FxとY軸方向の力Fy(長尺変形体12に歪みを発生させる力)を検出する。
Fx=kf・[Sx(B34)−Sx(B12)] (10)
式(10)の中のSx(B12),Sx(B34)は、各センサの出力を表しており、kfは、比例定数(kf>0)である。例えば、X軸負方向の力Fxが加わった時は、Fx<0となる。また、力Fxと同時にモーメントMzや後述するFyが加わっていたとしても、それらの成分は式(10)によって相殺されるので、Fxの算出には影響しない。
Fy=kf・[Sy(B14)−Sy(B23)] (11)
式(11)の中のSy(B14),Sy(B23)は、各センサの出力を表しており、kfは、比例定数(kf>0)である。例えば、Y軸負方向の力Fyが加わった時は、Fy<0となる。また、力Fyと同時にモーメントMzや力Fxが加わっていたとしても、それらの成分は式(11)によって相殺されるので、Fyの算出には影響しない。
次に、本発明の力覚センサ装置の第六の実施形態について、図15〜図18に基づいて説明する。この実施形態の力覚センサ装置24の検出対象物は、図6(a)に示すように、楕円形断面を有した筒状又は棒状の構造体であって、外力を受けて自己の中心軸12a周りに回転する長尺変形体12である。長尺変形体12は、例えば特許文献1の減速機のような部材であり、端部Aと端部Bが変位可能であるが、中心軸12aの位置はほぼ一定に保持される。また、この長尺変形体12の場合、外周面12bが導電性を有している。
ΔSz13=Sz(B13)−Sz(A13)
ΔSz24=Sz(B24)−Sz(B24)
Mz=kg・(ΔSz24−ΔSz13) (12)
式(12)の中のSz(AB13),Sz(A24),Sz(B13),Sz(B24)は、各センサの出力を表しており、kgは、比例定数(kg>0)である。例えば、反時計回りのモーメントMzが加わった時は、Mz<0となる。また、モーメントMzと同時に後述する力FxやFyが加わっていたとしても、それらの成分は式(12)によって相殺されるので、Mzの算出には影響しない。
ΔSx12=Sx(B12)−Sx(A12)
ΔSx34=Sx(B34)−Sx(A34)
Fx=kh・(ΔSx34−ΔSx12) (13)
式(13)の中のSx(A12),Sx(A34),Sx(B12),Sx(B34)は、各センサの出力を表しており、khは、比例定数(kh>0)である。例えば、X軸負方向の力Fxが加わった時は、Fx<0となる。また、力Fxと同時にモーメントMzや後述する力Fyが加わっていたとしても、それらの成分は式(13)によって相殺されるので、Fxの算出には影響しない。
ΔSy14=Sy(B14)−Sy(A14)
ΔSy23=Sy(B23)−Sy(A23)
Fy=kh・(ΔSy14−ΔSy23) (14)
式(14)の中のSy(A14),Sy(A23),Sy(B14),Sy(B23)は、各センサの出力を表しており、khは、比例定数(kh>0)である。例えば、Y軸負方向の力Fyが加わった時は、Fy<0となる。また、力Fyと同時にモーメントMzや力Fxが加わっていたとしても、それらの成分は式(14)によって相殺されるので、Fyの算出には影響しない。
12 楕円形断面を有した長尺変形体
12a 中心軸
12b 外周面
14 基板
A 長尺変形体の一方の端部
B 長尺変形体の他方の端部
A1〜A4,B1〜B4 位置
Dx(A1)〜Dx(A4) X軸用端部A電極
Dx(B1)〜Dx(B4) X軸用端部B電極
Dy(A1)〜Dy(A4) Y軸用端部A電極
Dx(B1)〜Dx(B4) Y軸用端部B電極
Dz(A1)〜Dz(A4) Z軸用端部A電極
Dz(B1)〜Dz(B4) Z軸用端部B電極
Sx(A12),Sx(A34) X軸用端部Aセンサ
Sx(B12),Sx(B34) X軸用端部Bセンサ
Sy(A14),Sy(A23) Y軸用端部Aセンサ
Sy(B14),Sy(B23) Y軸用端部Bセンサ
Sz(A13),Sy(A24) Z軸用端部Aセンサ
Sz(B13),Sy(B24) Z軸用端部Bセンサ
S(A1)〜S(A4) 端部Aセンサ
S(B1)〜S(B4) 端部Bセンサ
Fx X軸方向の力
Fy Y軸方向の力
Mz Z軸周りのモーメント
Claims (10)
- 楕円形断面を有した筒状又は棒状の構造体であって、長さ方向の一方の端部Aが固定され反対側の端部Bが外力を受けて変位する長尺変形体を検出対象物とする力覚センサ装置であって、
前記長尺変形体の中心軸上に配置されたZ軸と、前記長尺変形体の楕円形断面の長軸上に配置されてZ軸と直交するX軸と、前記長尺変形体の楕円形断面の短軸上に配置されてZ軸と直交するY軸とを有したXYZ三次元直交座標系を定義し、
前記端部Aの外周面に対向する位置A1〜A4を、前記長尺変形体をZ軸方向に投影した時に、前記位置A1とA2の配置及び前記位置A3とA4の配置がそれぞれX軸を間に挟んで互いに線対称になるように、且つ前記位置A1とA4の配置及び前記位置A2とA3の配置がそれぞれY軸を挟んで互いに線対称になるように定義し、
前記端部Bの外周面に対向する位置B1〜B4を、前記長尺変形体をZ軸方向に投影した時に、前記位置B1,B2,B3,B4の配置がそれぞれ前記位置A1,A2,A3,A4と重なるように定義し、
前記位置A1〜A4の中の少なくとも1箇所に、当該位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出する端部Aセンサが設置され、
前記位置B1〜B4の中の少なくとも1箇所に、当該位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出する端部Bセンサが設置され、
前記端部Aセンサと前記端部Bセンサの出力に基づいて、前記長尺変形体に加わった外力のZ軸周りのモーメントMz、X軸方向の力Fx、及びY軸方向の力Fyの中の少なくとも一つを検出することを特徴とする力覚センサ装置。 - 楕円形断面を有した筒状又は棒状の構造体であって、外力を受けて自己の中心軸周りに回転する長尺変形体を検出対象物とする力覚センサ装置であって、
前記長尺変形体の中心軸上に配置されたZ軸と、Z軸に直交するX軸と、Z軸とX軸の双方と直交するY軸とを有したXYZ三次元直交座標系を定義し、
前記長尺変形体の中心軸方向の一方の端部Aの外周面に対向する位置A1〜A4を、前記長尺変形体をZ軸方向に投影した時に、前記位置A1とA2の配置及び前記位置A3とA4の配置がそれぞれX軸を間に挟んで互いに線対称になるように、且つ前記位置A1とA4の配置及び前記位置A2とA3の配置がそれぞれY軸を挟んで互いに線対称になるように、且つ前記位置A1〜A4を順に結ぶと正方形が描かれるように定義し、
前記長尺変形体の、前記端部Aと反対側の端部Bの外周面に対向する位置B1〜B4を、前記長尺変形体をZ軸方向に投影した時に、前記位置B1,B2,B3,B4の配置がそれぞれ前記位置A1,A2,A3,A4と重なるように定義し、
前記位置A1〜A4の4箇所に、当該位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出する端部Aセンサが各々設置され、
前記位置B1〜B4の4箇所に、当該位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出する端部Bセンサが各々設置され、
前記端部Aセンサと前記端部Bセンサの出力に基づいて、前記長尺変形体に加わった外力のZ軸周りのモーメントMz、X軸方向の力Fx及びY軸方向の力Fyの力の中の少なくとも一つを検出することを特徴とする力覚センサ装置。 - 楕円形断面を有した筒状又は棒状の構造体であって、長さ方向の一方の端部Aが固定され反対側の端部Bが外力を受けて変位する長尺変形体を検出対象物とする力覚センサ装置であって、
前記長尺変形体の中心軸上に配置されたZ軸と、前記長尺変形体の楕円形断面の長軸上に配置されて前記Z軸と直交するX軸と、前記長尺変形体の楕円形断面の短軸上に配置されて前記Z軸と直交するY軸とを有したXYZ三次元直交座標系を定義し、
前記端部Aの外周面に対向する位置A1〜A4を、前記長尺変形体をZ軸方向に投影した時に、前記位置A1とA2の配置及び前記位置A3とA4の配置がそれぞれX軸を間に挟んで互いに線対称になるように、且つ前記位置A1とA4の配置及び前記位置A2とA3の配置がそれぞれY軸を挟んで互いに線対称になるように定義し、
前記端部Bの外周面に対向する位置B1〜B4を、前記長尺変形体をZ軸方向に投影した時に、前記位置B1,B2,B3,B4の配置がそれぞれ前記位置A1,A2,A3,A4と重なるように定義し、
前記長尺変形体の外周面は導電性を有しており、
前記位置A1〜A4の中の、Z軸を間に挟んで対向する2箇所にZ軸用端部A電極が各々配置され、2つの前記Z軸用端部A電極の間の静電容量の変化に基づいて、当該各位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出するZ軸用端部Aセンサが形成され、
前記位置B1〜B4の中の、Z軸を間に挟んで対向する2箇所にZ軸用端部B電極が各々配置され、2つの前記Z軸用端部B電極の間の静電容量の変化に基づいて、当該各位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出するZ軸用端部Bセンサが形成され、
前記Z軸用端部Aセンサと前記Z軸用端部Bセンサの出力に基づいて、前記長尺変形体に加わった外力のZ軸周りのモーメントMzを検出することを特徴とする力覚センサ装置。 - 前記前記Z軸用端部B電極とは別に、前記位置B1〜B4の4箇所にX軸用端部B電極が各々並設され、4つの前記X軸用端部B電極は、X軸を間に挟んでY軸と平行に配置された2つを一対にして2組のX軸用端部Bセンサを形成し、
前記X軸用端部Bセンサは、一対にした2つの前記X軸用端部B電極の間の静電容量の変化に基づいて、当該各位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出し、
前記X軸端部Bセンサの出力に基づいて、前記長尺変形体に加わった外力のX軸方向の力Fxを検出する請求項3記載の力覚センサ装置。 - 前記Z軸用端部B電極とは別に、前記位置B1〜B4の4箇所にY軸用端部B電極が各々並設され、4つの前記Y軸用端部B電極は、Y軸を間に挟んでX軸と平行に配置された2つを一対にして2組のY軸用端部Bセンサを形成し、
前記Y軸用端部Bセンサは、一対にした2つの前記Y軸用端部B電極の間の静電容量の変化に基づいて、当該各位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出し、
前記Y軸端部Bセンサの出力に基づいて、前記長尺変形体に加わった外力のY軸方向の力Fyを検出する請求項3又は4記載の力覚センサ装置。 - 楕円形断面を有した筒状又は棒状の構造体であって、外力を受けて自己の中心軸周りに回転する長尺変形体を検出対象物とする力覚センサ装置であって、
前記長尺変形体の中心軸上に配置されたZ軸と、前記Z軸に直交するX軸と、前記Z軸と前記X軸の双方と直交するY軸とを有したXYZ三次元直交座標系を定義し、
前記長尺変形体の中心軸方向の一方の端部Aの外周面に対向する位置A1〜A4を、前記長尺変形体をZ軸方向に投影した時に、前記位置A1とA2の配置及び前記位置A3とA4の配置がそれぞれX軸を間に挟んで互いに線対称になるように、且つ前記位置A1とA4の配置及び前記位置A2とA3の配置がそれぞれY軸を挟んで互いに線対称になるように、且つ前記位置A1〜A4を順に結ぶと正方形が描かれるように定義し、
前記長尺変形体の、前記端部Aと反対側の端部Bの外周面に対向する位置B1〜B4を、前記長尺変形体をZ軸方向に投影した時に、前記位置B1,B2,B3,B4の配置がそれぞれ前記位置A1,A2,A3,A4と重なるように定義し、
前記長尺変形体の外周面は導電性を有しており、
前記位置A1〜A4の4箇所に、Z軸用端部A電極が各々配置され、4つの前記Z軸用端部A電極は、Z軸を間に挟んで対角に位置する2つを一対にして2組のZ軸用端部Aセンサを形成し、
前記Z軸用端部Aセンサは、一対にした2つの前記Z軸用端部A電極の間の静電容量の変化に基づいて、当該各位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出し、
前記位置B1〜B4の4箇所に、Z軸用端部B電極が各々配置され、4つの前記Z軸用端部B電極は、Z軸を間に挟んで対角に位置する2つを一対にして2組のZ軸用端部Bセンサを形成し、
前記Z軸用端部Bセンサは、一対にした2つの前記Z軸用端部B電極の間の静電容量の変化に基づいて、当該各位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出し、
前記Z軸用端部Aセンサと前記Z軸用端部Bセンサの出力に基づいて、前記長尺変形体に加わった外力のZ軸周りのモーメントMzを検出することを特徴とする力覚センサ装置。 - 前記Z軸用端部A電極とは別に、前記位置A1〜A4の4箇所にX軸用端部A電極が各々並設され、4つの前記X軸用端部A電極は、X軸を間に挟んでY軸と平行に配置された2つを一対にして2組のX軸用端部Aセンサを形成し、
前記X軸用端部Aセンサは、一対にした2つの前記X軸用端部A電極の間の静電容量の変化に基づいて、当該各位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出し、
前記Z軸用端部A電極とは別に、前記位置B1〜B4の4箇所にX軸用端部B電極が各々並設され、4つの前記X軸用端部B電極は、X軸を間に挟んでY軸と平行に配置された2つを一対にして2組のX軸用端部Bセンサを形成し、
前記X軸用端部Bセンサは、一対にした2つの前記X軸用端部B電極の間の静電容量の変化に基づいて、当該各位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出し、
前記X軸用端部Aセンサと前記X軸用端部Bセンサの出力に基づいて、前記長尺変形体に加わった外力のX軸方向の力Fxを検出する請求項6記載の力覚センサ装置。 - 前記Z軸用端部A電極とは別に、前記位置A1〜A4の4箇所にY軸用端部A電極が各々並設され、4つの前記Y軸用端部A電極は、Y軸を間に挟んで前記X軸と平行に配置された2つを一対にして2組のY軸用端部Aセンサを形成し、
前記Y軸用端部Aセンサは、一対にした2つの前記Y軸用端部A電極の間の静電容量の変化に基づいて、当該各位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出し、
前記Z軸用端部B電極とは別に、前記位置B1〜B4の4箇所にY軸用端部B電極が各々並設され、4つの前記Y軸用端部B電極は、Y軸を間に挟んでX軸と平行に配置された2つを一対にして2組のY軸用端部Bセンサを形成し、
前記Y軸用端部Bセンサは、一対にした2つの前記Y軸用端部B電極の間の静電容量の変化に基づいて、当該各位置と前記長尺変形体の外周面との離間距離の変化を検出し、
前記Y軸用端部Aセンサと前記Y軸用端部Bセンサの出力に基づいて、前記長尺変形体に加わった外力のY軸方向の力Fyを検出する請求項6又は7記載の力覚センサ装置。 - 前記各センサが2セットずつ設けられ、対応する前記センサ同士の出力の差が基準値を超えると異常と判断する請求項1乃至8のいずれか記載の力覚センサ装置。
- 前記端部Aセンサ及び前記端部Bセンサは、近接センサ又は光センサである請求項1乃至9のいずれか記載の力覚センサ装置。
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