JPWO2021106037A1 - 力覚センサ - Google Patents
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Abstract
Description
検出対象となる力またはモーメントの作用を受ける受力体と、
第1方向において前記受力体の一側に配置され、前記受力体を支持する支持体と、
前記受力体と前記支持体とを接続し、前記受力体が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形する検出部を有する検出起歪体と、
前記検出部に生じた弾性変形を検出する検出素子と、
前記検出素子の検出結果に基づいて、前記検出起歪体に作用した力またはモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、
前記受力体と前記支持体とを接続し、前記受力体が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形する補助起歪体と、を備えた、力覚センサ、
を提供する。
前記補助起歪体は、第1方向に直交する第2方向に延びる傾動体と、前記受力体と前記傾動体とを接続する第1接続体であって、前記受力体が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形可能な第1接続体と、前記傾動体と前記支持体とを接続する第2接続体であって、前記受力体が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形可能な第2接続体と、を有している、
ようにしてもよい。
前記第1接続体と前記第2接続体は、前記第2方向において互いに異なる位置に配置されている、
ようにしてもよい。
前記受力体と前記支持体とは、前記第1方向で見たときに、前記検出起歪体の周囲に配置された複数の前記補助起歪体で接続されており、
複数の前記補助起歪体は、前記検出起歪体の周囲において互いに隣り合う第1補助起歪体および第2補助起歪体を有し、
前記第1補助起歪体の前記第1接続体は、前記第1補助起歪体の前記第2接続体よりも前記第2補助起歪体の側に配置され、
前記第2補助起歪体の前記第1接続体は、前記第2補助起歪体の前記第2接続体よりも前記第1補助起歪体の側に配置されている、
ようにしてもよい。
前記受力体と前記支持体とは、前記第1方向で見たときに、前記検出起歪体の周囲に配置された複数の前記補助起歪体で接続されており、
複数の前記補助起歪体は、前記検出起歪体の周囲において互いに隣り合う第1補助起歪体および第2補助起歪体を有し、
前記第1補助起歪体の前記第1接続体は、前記第1補助起歪体の前記第2接続体よりも前記第2補助起歪体の側に配置され、
前記第2補助起歪体の前記第2接続体は、前記第2補助起歪体の前記第1接続体よりも前記第1補助起歪体の側に配置されている、
ようにしてもよい。
前記第1接続体は、前記傾動体における前記受力体の側の端部に接続され、前記第2接続体は、前記傾動体における前記支持体の側の端部に接続されている、
ようにしてもよい。
前記第1接続体は、前記傾動体における前記支持体の側の端部に接続され、前記第2接続体は、前記傾動体における前記受力体の側の端部に接続されている、
ようにしてもよい。
前記第1接続体および前記第2接続体は、前記第1方向に延びている、
ようにしてもよい。
前記第1接続体および前記第2接続体は、前記第1方向に対して傾斜する方向に延びている、
ようにしてもよい。
前記第1接続体および前記第2接続体は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向で見たときに湾曲している、
ようにしてもよい。
前記第1接続体と前記第2接続体は、前記第1方向で見たときに、互いに重なる位置に配置され、
前記傾動体は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向で見たときに、前記第2方向に延び、前記傾動体の一側の端部において開口するスリットを含んでいる、
ようにしてもよい。
前記第1接続体と前記第2接続体は、前記第1方向で見たときに、互いに重なる位置に配置され、
前記傾動体は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向で見たときに、前記第2方向に延びる、閉じた形状を有するスリットを含んでいる、
ようにしてもよい。
前記傾動体は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向で見たときに、前記第1接続体および前記第2接続体を中心として前記第2方向において左右対称に形成されている、
ようにしてもよい。
前記第1方向および前記第2方向に直交する方向で見たときに、前記第1接続体の輪郭および前記第2接続体の輪郭のうちの少なくとも一方と前記傾動体の輪郭とがR輪郭部を介して接続されている、
ようにしてもよい。
前記傾動体は、前記第1方向で見たときに、前記第2方向に延びる、前記傾動体の一側の端部において開口するスリットを含み、
前記第1接続体は、前記傾動体のうち前記スリットに対して一側の部分に接続され、
前記第2接続体は、前記傾動体のうち前記スリットに対して他側の部分に接続されている、
ようにしてもよい。
前記傾動体は、前記第1方向で見たときに、前記第2方向に延びる、閉じた形状を有するスリットを含み、
前記第1接続体は、前記傾動体のうち前記スリットに対して一側の部分に接続され、
前記第2接続体は、前記傾動体のうち前記スリットに対して他側の部分に接続されている、
ようにしてもよい。
前記傾動体は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向で見たときに、前記第1接続体および前記第2接続体を中心として前記第2方向において左右対称に形成されている、
ようにしてもよい。
前記第1接続体と前記受力体との接続位置と、前記第2接続体と前記支持体との接続位置は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向において互いに異なる位置に配置されている、
ようにしてもよい。
前記第1接続体と前記受力体との接続位置と、前記第2接続体と前記支持体との接続位置は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向において同じ位置に配置されている、
ようにしてもよい。
前記第1接続体は、第1台座を介して前記受力体に接続されている、
ようにしてもよい。
前記第2接続体は、第2台座を介して前記支持体に接続されている、
ようにしてもよい。
前記補助起歪体は、前記受力体から前記支持体に延びる、前記受力体が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形可能な接続体を有し、
前記接続体は、前記第1方向に対して傾斜している、
ようにしてもよい。
前記接続体は、第1台座を介して前記受力体に接続されるとともに、第2台座を介して前記支持体に接続されている、
ようにしてもよい。
前記補助起歪体は、前記受力体に第1台座を介して接続されるとともに前記第1方向に直交する第2方向に延びる第1傾動体と、前記支持体に第2台座を介して接続されるとともに前記第2方向に延びる第2傾動体と、前記第1傾動体と前記第2傾動体とを接続する、前記検出部が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形可能な接続体と、を有している、
ようにしてもよい。
前記第2方向における一側の端部において、前記第1傾動体が前記受力体に接続されるとともに前記第2傾動体が前記支持体に接続され、
前記第2方向における他側の端部において、前記第1傾動体および前記第2傾動体が前記接続体に接続されている、
ようにしてもよい。
前記第2方向における両側の端部において、前記第1傾動体および前記第2傾動体が前記接続体に接続され、
前記第2方向における一対の前記接続体の間の位置で、前記第1傾動体が前記受力体に接続されるとともに前記第2傾動体が前記支持体に接続されている、
ようにしてもよい。
前記第1傾動体および前記第2傾動体は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向で見たときに、前記第1台座および前記第2台座を中心として前記第2方向において左右対称に形成されている、
ようにしてもよい。
前記第1傾動体および前記第2傾動体は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向において互いに異なる位置に配置され、
前記第1台座と前記受力体との接続位置と、前記第2台座と前記支持体との接続位置は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向において互いに異なる位置に配置されている、
ようにしてもよい。
前記第1傾動体および前記第2傾動体は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向において互いに異なる位置に配置され、
前記第1台座と前記受力体との接続位置と、前記第2台座と前記支持体との接続位置は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向において同じ位置に配置されている、
ようにしてもよい。
前記接続体は、前記第1方向に沿う長手方向を有している、
ようにしてもよい。
前記第1方向で見たときに、前記補助起歪体を外側から覆う外装体を更に備えた、
ようにしてもよい。
前記外装体は、前記支持体に固定され、前記受力体から離間している、
ようにしてもよい。
前記外装体と前記受力体との間に緩衝部材が介在されている、
ようにしてもよい。
前記検出素子は、前記受力体または前記支持体に設けられた固定電極と、前記検出起歪体に設けられ、前記固定電極に対向する変位電極と、を有している、
ようにしてもよい。
前記検出部は、前記検出起歪体に設けられた歪みゲージを有している、
ようにしてもよい。
なお、上述した本実施の形態においては、補助起歪体60Aの第1接続体62が、傾動体61の上端部61aに接続され、第2接続体63が、傾動体61の下端部61bに接続されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、図10に示すように、第1接続体62は、傾動体61の下端部61bに接続され、第2接続体63が、傾動体61の上端部61aに接続されていてもよい。図10は、補助起歪体60Aの第1の変形例を示す正面図である。
また、上述した本実施の形態においては、補助起歪体60Aの第1接続体62および第2接続体63が、Z軸方向に延びている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、図11に示すように、第1接続体62および第2接続体63は、Z軸方向に対して傾斜する方向に延びていてもよい。図11は、補助起歪体60Aの第2の変形例を示す正面図である。
また、上述した本実施の形態においては、補助起歪体60Aの第1接続体62および第2接続体63が、Z軸方向に延びている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、図12に示すように、補助起歪体60Aの第1接続体62および第2接続体63は、X軸方向(第1方向および第2方向に直交する方向)で見たときに湾曲していてもよい。図12は、補助起歪体60Aの第3の変形例を示す正面図である。
また、上述した本実施の形態においては、補助起歪体60Aの第1接続体62および第2接続体63が、Y軸方向において互いに異なる位置に配置されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、図13Aに示すように、第1接続体62および第2接続体63は、Z軸方向で見たときに互いに重なる位置に配置されていてもよい。図13Aは、補助起歪体60Aの第4の変形例を示す正面図である。
また、上述した本実施の形態においては、補助起歪体60Aの第1接続体62と第2接続体63が、X軸方向において同じ位置に配置されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、図14Aおよび図14Bに示すように、補助起歪体60Aの第1接続体62と受力体10との接続位置と、第2接続体63と支持体20との接続位置は、X軸方向において互いに異なる位置に配置されていてもよい。第1接続体62および第2接続体63は、Y軸方向において同じ位置に配置されてもよい。図14Aは、補助起歪体60Aの第5の変形例を示す正面図であり、図14Bは、図14AのC−C線断面図である。
また、上述した本実施の形態においては、補助起歪体60Aが、傾動体61と、傾動体61と受力体10とを接続する第1接続体62と、傾動体61と支持体20とを接続する第2接続体63と、を有している例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、図15に示すように、補助起歪体60Aが、受力体10から支持体20に延びる接続体71を有していてもよく、接続体71は、受力体10が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形する。接続体71は、Z軸方向に対して傾斜していてもよい。図15は、補助起歪体60Aの第6の変形例を示す正面図である。
また、上述した本実施の形態においては、補助起歪体60Aが、傾動体61と、傾動体61と受力体10とを接続する第1接続体62と、傾動体61と支持体20とを接続する第2接続体63と、を有している例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、図16Aおよび図16Bに示すように、補助起歪体60Aは、受力体10に接続されるY軸方向に延びる第1傾動体72と、支持体20に接続されるY軸方向に延びる第2傾動体73と、第1傾動体72と第2傾動体73とを接続する接続体74と、を有していてもよい。第1傾動体72と第2傾動体73とは、X軸方向において互いに異なる位置に離間して配置されており、図16Bにおいては、第1傾動体72が、第2傾動体73よりもX軸方向正側に配置されている。接続体74は、受力体10が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形可能になっていてもよい。図16Aは、補助起歪体60Aの第7の変形例を示す正面図であり、図16Bは、図16AのE−E線断面図である。
また、上述した本実施の形態においては、力覚センサ1が静電容量方式である例について説明した。すなわち、検出素子40が容量素子として構成されて、固定電極Efと、固定電極Efに対向する共通変位電極Edと、を有している例について説明した。しかしながら、力覚センサ1による力またはモーメントの検出方式はこれに限られることはない。例えば、力覚センサ1は、歪みゲージ方式であってもよい。すなわち、図17Aおよび図17Bに示すように、検出素子40は、検出起歪体90に設けられた歪みゲージ101を有していてもよい。図17Aは、第8の変形例における力覚センサ1を示す平面図であり、図17Bは、図17AのG−G線断面図である。
10 受力体
20 支持体
30 検出起歪体
40 検出素子
50 検出回路
60A〜60D 補助起歪体
61 傾動体
61a 上端部
61b 下端部
61p 輪郭
62 第1接続体
62p 輪郭
63 第2接続体
63p 輪郭
64 スリット
65 スリット
66 第1台座
66p 輪郭
67 第2台座
67p 輪郭
68 R輪郭部
69a、69b スリット
70a、70b スリット
71 接続体
72 第1傾動体
73 第2傾動体
74 接続体
80 外装体
81 緩衝部材
90 検出起歪体
91 外側リング部
92 内側リング部
93 梁部
94 接続リング部
95 支持リング部
100 検出素子
101 歪みゲージ
1000 産業用ロボット
1100 ロボット本体
1200 エンドエフェクタ
1300 電気ケーブル
1400 制御部
Claims (35)
- 検出対象となる力またはモーメントの作用を受ける受力体と、
第1方向において前記受力体の一側に配置され、前記受力体を支持する支持体と、
前記受力体と前記支持体とを接続し、前記受力体が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形する検出部を有する検出起歪体と、
前記検出部に生じた弾性変形を検出する検出素子と、
前記検出素子の検出結果に基づいて、前記検出起歪体に作用した力またはモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、
前記受力体と前記支持体とを接続し、前記受力体が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形する補助起歪体と、を備えた、力覚センサ。 - 前記補助起歪体は、第1方向に直交する第2方向に延びる傾動体と、前記受力体と前記傾動体とを接続する第1接続体であって、前記受力体が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形可能な第1接続体と、前記傾動体と前記支持体とを接続する第2接続体であって、前記受力体が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形可能な第2接続体と、を有している、請求項1に記載の力覚センサ。
- 前記第1接続体と前記第2接続体は、前記第2方向において互いに異なる位置に配置されている、請求項2に記載の力覚センサ。
- 前記受力体と前記支持体とは、前記第1方向で見たときに、前記検出起歪体の周囲に配置された複数の前記補助起歪体で接続されており、
複数の前記補助起歪体は、前記検出起歪体の周囲において互いに隣り合う第1補助起歪体および第2補助起歪体を有し、
前記第1補助起歪体の前記第1接続体は、前記第1補助起歪体の前記第2接続体よりも前記第2補助起歪体の側に配置され、
前記第2補助起歪体の前記第1接続体は、前記第2補助起歪体の前記第2接続体よりも前記第1補助起歪体の側に配置されている、請求項3に記載の力覚センサ。 - 前記受力体と前記支持体とは、前記第1方向で見たときに、前記検出起歪体の周囲に配置された複数の前記補助起歪体で接続されており、
複数の前記補助起歪体は、前記検出起歪体の周囲において互いに隣り合う第1補助起歪体および第2補助起歪体を有し、
前記第1補助起歪体の前記第1接続体は、前記第1補助起歪体の前記第2接続体よりも前記第2補助起歪体の側に配置され、
前記第2補助起歪体の前記第2接続体は、前記第2補助起歪体の前記第1接続体よりも前記第1補助起歪体の側に配置されている、請求項3に記載の力覚センサ。 - 前記第1接続体は、前記傾動体における前記受力体の側の端部に接続され、前記第2接続体は、前記傾動体における前記支持体の側の端部に接続されている、請求項3〜5のいずれか一項に記載の力覚センサ。
- 前記第1接続体は、前記傾動体における前記支持体の側の端部に接続され、前記第2接続体は、前記傾動体における前記受力体の側の端部に接続されている、請求項3〜5のいずれか一項に記載の力覚センサ。
- 前記第1接続体および前記第2接続体は、前記第1方向に延びている、請求項3〜7のいずれか一項に記載の力覚センサ。
- 前記第1接続体および前記第2接続体は、前記第1方向に対して傾斜する方向に延びている、請求項3〜7のいずれか一項に記載の力覚センサ。
- 前記第1接続体および前記第2接続体は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向で見たときに湾曲している、請求項3〜7のいずれか一項に記載の力覚センサ。
- 前記第1接続体と前記第2接続体は、前記第1方向で見たときに、互いに重なる位置に配置され、
前記傾動体は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向で見たときに、前記第2方向に延びる、前記傾動体の一側の端部において開口するスリットを含んでいる、請求項2に記載の力覚センサ。 - 前記第1接続体と前記第2接続体は、前記第1方向で見たときに、互いに重なる位置に配置され、
前記傾動体は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向で見たときに、前記第2方向に延びる、閉じた形状を有するスリットを含んでいる、請求項2に記載の力覚センサ。 - 前記傾動体は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向で見たときに、前記第1接続体および前記第2接続体を中心として前記第2方向において左右対称に形成されている、請求項12に記載の力覚センサ。
- 前記第1方向および前記第2方向に直交する方向で見たときに、前記第1接続体の輪郭および前記第2接続体の輪郭のうちの少なくとも一方と前記傾動体の輪郭とがR輪郭部を介して接続されている、請求項2〜13のいずれか一項に記載の力覚センサ。
- 前記傾動体は、前記第1方向で見たときに、前記第2方向に延びる、前記傾動体の一側の端部において開口するスリットを含み、
前記第1接続体は、前記傾動体のうち前記スリットに対して一側の部分に接続され、
前記第2接続体は、前記傾動体のうち前記スリットに対して他側の部分に接続されている、請求項2に記載の力覚センサ。 - 前記傾動体は、前記第1方向で見たときに、前記第2方向に延びる、閉じた形状を有するスリットを含み、
前記第1接続体は、前記傾動体のうち前記スリットに対して一側の部分に接続され、
前記第2接続体は、前記傾動体のうち前記スリットに対して他側の部分に接続されている、請求項2に記載の力覚センサ。 - 前記傾動体は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向で見たときに、前記第1接続体および前記第2接続体を中心として前記第2方向において左右対称に形成されている、請求項16に記載の力覚センサ。
- 前記第1接続体と前記受力体との接続位置と、前記第2接続体と前記支持体との接続位置は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向において互いに異なる位置に配置されている、請求項15〜17のいずれか一項に記載の力覚センサ。
- 前記第1接続体と前記受力体との接続位置と、前記第2接続体と前記支持体との接続位置は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向において同じ位置に配置されている、請求項15〜17のいずれか一項に記載の力覚センサ。
- 前記第1接続体は、第1台座を介して前記受力体に接続されている、請求項2〜19のいずれか一項に記載の力覚センサ。
- 前記第2接続体は、第2台座を介して前記支持体に接続されている、請求項2〜20のいずれか一項に記載の力覚センサ。
- 前記補助起歪体は、前記受力体から前記支持体に延びる、前記受力体が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形可能な接続体を有し、
前記接続体は、前記第1方向に対して傾斜している、請求項1に記載の力覚センサ。 - 前記接続体は、第1台座を介して前記受力体に接続されるとともに、第2台座を介して前記支持体に接続されている、請求項22に記載の力覚センサ。
- 前記補助起歪体は、前記受力体に第1台座を介して接続されるとともに前記第1方向に直交する第2方向に延びる第1傾動体と、前記支持体に第2台座を介して接続されるとともに前記第2方向に延びる第2傾動体と、前記第1傾動体と前記第2傾動体とを接続する、前記検出部が受けた力またはモーメントの作用により弾性変形可能な接続体と、を有している、請求項1に記載の力覚センサ。
- 前記第2方向における一側の端部において、前記第1傾動体が前記受力体に接続されるとともに前記第2傾動体が前記支持体に接続され、
前記第2方向における他側の端部において、前記第1傾動体および前記第2傾動体が前記接続体に接続されている、請求項24に記載の力覚センサ。 - 前記第2方向における両側の端部において、前記第1傾動体および前記第2傾動体が前記接続体に接続され、
前記第2方向における一対の前記接続体の間の位置で、前記第1傾動体が前記受力体に接続されるとともに前記第2傾動体が前記支持体に接続されている、請求項24に記載の力覚センサ。 - 前記第1傾動体および前記第2傾動体は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向で見たときに、前記第1台座および前記第2台座を中心として前記第2方向において左右対称に形成されている、請求項26に記載の力覚センサ。
- 前記第1傾動体および前記第2傾動体は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向において互いに異なる位置に配置され、
前記第1台座と前記受力体との接続位置と、前記第2台座と前記支持体との接続位置は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向において互いに異なる位置に配置されている、請求項24〜27のいずれか一項に記載の力覚センサ。 - 前記第1傾動体および前記第2傾動体は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向において互いに異なる位置に配置され、
前記第1台座と前記受力体との接続位置と、前記第2台座と前記支持体との接続位置は、前記第1方向および前記第2方向に直交する方向において同じ位置に配置されている、請求項24〜27のいずれか一項に記載の力覚センサ。 - 前記接続体は、前記第1方向に沿う長手方向を有している、請求項24〜29のいずれか一項に記載の力覚センサ。
- 前記第1方向で見たときに、前記補助起歪体を外側から覆う外装体を更に備えた、請求項1〜30のいずれか一項に記載の力覚センサ。
- 前記外装体は、前記支持体に固定され、前記受力体から離間している、請求項31に記載の力覚センサ。
- 前記外装体と前記受力体との間に緩衝部材が介在されている、請求項32に記載の力覚センサ。
- 前記検出素子は、前記受力体または前記支持体に設けられた固定電極と、前記検出起歪体に設けられ、前記固定電極に対向する変位電極と、を有している、請求項1〜33のいずれか一項に記載の力覚センサ。
- 前記検出部は、前記検出起歪体に設けられた歪みゲージを有している、請求項1〜33のいずれか一項に記載の力覚センサ。
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