WO2021106037A1 - 力覚センサ - Google Patents

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WO2021106037A1
WO2021106037A1 PCT/JP2019/045971 JP2019045971W WO2021106037A1 WO 2021106037 A1 WO2021106037 A1 WO 2021106037A1 JP 2019045971 W JP2019045971 W JP 2019045971W WO 2021106037 A1 WO2021106037 A1 WO 2021106037A1
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WO
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tilting
auxiliary
force sensor
connecting body
force
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/045971
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English (en)
French (fr)
Inventor
岡田 和廣
美穂 関根
Original Assignee
株式会社 トライフォース・マネジメント
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Filing date
Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02Sensing devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force

Definitions

  • the present invention relates to a force sensor.
  • a force sensor that outputs a force acting in a predetermined axial direction and a moment (torque) acting around a predetermined rotating axis as an electric signal has been known.
  • This force sensor is widely used for force control of various robots such as industrial robots, collaborative robots, life support robots, medical robots, and service robots. Therefore, it is required to improve the performance as well as the safety.
  • the strain-causing body constituting the force sensor when a force or moment is input, the strain-causing body constituting the force sensor is elastically deformed to cause distortion and displacement. By detecting the magnitude of the displacement as an electric signal, the magnitude of the input force or moment can be obtained.
  • detection methods include a capacitance method, a strain gauge method, a piezoelectric method, and an optical method.
  • a rated load and a rated moment are set in the force sensor based on the relationship between the stress applied to the strain-causing body and the material strength of the strain-causing body. In order to increase the rated load and the rated moment, it is required to improve the strength of the force sensor.
  • the present invention has been made in consideration of such a point, and an object of the present invention is to provide a force sensor capable of improving the strength.
  • the present invention A receiving body that is affected by the force or moment to be detected, A support that is arranged on one side of the receiving body in the first direction and supports the receiving body, A detection strain generating body that connects the receiving body and the supporting body and has a detecting portion that elastically deforms due to the action of a force or moment received by the receiving body.
  • a detection element that detects elastic deformation generated in the detection unit, and A detection circuit that outputs an electric signal indicating a force or moment acting on the detection strain generator based on the detection result of the detection element, and a detection circuit.
  • a force sensor comprising an auxiliary straining body that connects the receiving body and the supporting body and elastically deforms due to the action of a force or moment received by the receiving body. I will provide a.
  • the auxiliary straining body is a tilting body extending in a second direction orthogonal to the first direction, and a first connecting body connecting the receiving body and the tilting body, and the force received by the receiving body.
  • it is a first connecting body that can be elastically deformed by the action of a moment and a second connecting body that connects the tilting body and the support, and can be elastically deformed by the action of the force or moment received by the receiving body.
  • a second connector You may do so.
  • the first connector and the second connector are arranged at different positions in the second direction. You may do so.
  • the receiving body and the supporting body are connected by a plurality of the auxiliary straining bodies arranged around the detected strain generating body when viewed in the first direction.
  • the plurality of auxiliary straining bodies have a first auxiliary straining body and a second auxiliary straining body adjacent to each other around the detected straining body.
  • the first connecting body of the first auxiliary straining body is arranged closer to the second auxiliary straining body than the second connecting body of the first auxiliary straining body.
  • the first connecting body of the second auxiliary straining body is arranged closer to the first auxiliary straining body than the second connecting body of the second auxiliary straining body. You may do so.
  • the receiving body and the supporting body are connected by a plurality of the auxiliary straining bodies arranged around the detected strain generating body when viewed in the first direction.
  • the plurality of auxiliary straining bodies have a first auxiliary straining body and a second auxiliary straining body adjacent to each other around the detected straining body.
  • the first connecting body of the first auxiliary straining body is arranged closer to the second auxiliary straining body than the second connecting body of the first auxiliary straining body.
  • the second connecting body of the second auxiliary straining body is arranged closer to the first auxiliary straining body than the first connecting body of the second auxiliary straining body. You may do so.
  • the first connecting body is connected to the end of the tilting body on the side of the receiving body
  • the second connecting body is connected to the end of the tilting body on the side of the supporting body. You may do so.
  • the first connecting body is connected to the end of the tilting body on the side of the support, and the second connecting body is connected to the end of the tilting body on the side of the receiving body. You may do so.
  • the first connector and the second connector extend in the first direction. You may do so.
  • the first connecting body and the second connecting body extend in a direction inclined with respect to the first direction. You may do so.
  • the first connecting body and the second connecting body are curved when viewed in the directions orthogonal to the first direction and the second direction. You may do so.
  • the first connecting body and the second connecting body are arranged at positions where they overlap each other when viewed in the first direction.
  • the tilting body includes a slit that extends in the second direction and opens at one end of the tilting body when viewed in a direction orthogonal to the first direction and the second direction. You may do so.
  • the first connecting body and the second connecting body are arranged at positions where they overlap each other when viewed in the first direction.
  • the tilting body includes a slit having a closed shape extending in the second direction when viewed in a direction orthogonal to the first direction and the second direction. You may do so.
  • the tilting body is formed symmetrically in the second direction with the first connecting body and the second connecting body as a center when viewed in a direction orthogonal to the first direction and the second direction. , You may do so.
  • At least one of the contour of the first connecting body and the contour of the second connecting body and the contour of the tilting body are R contour portions. Connected via, You may do so.
  • the tilting body includes a slit that extends in the second direction and opens at one end of the tilting body when viewed in the first direction.
  • the first connecting body is connected to a portion of the tilting body on one side with respect to the slit.
  • the second connecting body is connected to a portion of the tilting body on the other side with respect to the slit. You may do so.
  • the tilting body includes a slit having a closed shape extending in the second direction when viewed in the first direction.
  • the first connecting body is connected to a portion of the tilting body on one side with respect to the slit.
  • the second connecting body is connected to a portion of the tilting body on the other side with respect to the slit. You may do so.
  • the tilting body is formed symmetrically in the second direction with the first connecting body and the second connecting body as a center when viewed in a direction orthogonal to the first direction and the second direction. , You may do so.
  • connection positions of the first connecting body and the receiving body and the connecting positions of the second connecting body and the support are arranged at different positions in the directions orthogonal to the first direction and the second direction. Has been You may do so.
  • connection position between the first connecting body and the receiving body and the connecting position between the second connecting body and the support are arranged at the same positions in the directions orthogonal to the first direction and the second direction. ing, You may do so.
  • the first connecting body is connected to the receiving body via the first pedestal. You may do so.
  • the second connecting body is connected to the supporting body via a second pedestal. You may do so.
  • the auxiliary straining body has a connecting body that extends from the receiving body to the supporting body and is elastically deformable by the action of a force or moment received by the receiving body.
  • the connector is inclined with respect to the first direction. You may do so.
  • the connecting body is connected to the receiving body via the first pedestal and is connected to the supporting body via the second pedestal. You may do so.
  • the auxiliary straining body is connected to the receiving body via the first pedestal and extends in the second direction orthogonal to the first direction, and to the support via the second pedestal.
  • a connecting body that is elastically deformable by the action of a force or moment received by the detection unit, which connects the second tilting body that is connected and extends in the second direction, and the first tilting body and the second tilting body. And have, You may do so.
  • the first tilting body is connected to the receiving body and the second tilting body is connected to the support.
  • the first tilting body and the second tilting body are connected to the connecting body. You may do so.
  • the first tilting body and the second tilting body are connected to the connecting body.
  • the first tilting body is connected to the receiving body and the second tilting body is connected to the support at a position between the pair of connecting bodies in the second direction. You may do so.
  • the first tilting body and the second tilting body are left and right in the second direction centered on the first pedestal and the second pedestal when viewed in the directions orthogonal to the first direction and the second direction. Formed symmetrically, You may do so.
  • the first tilting body and the second tilting body are arranged at different positions in the directions orthogonal to the first direction and the second direction.
  • the connection position between the first pedestal and the receiving body and the connection position between the second pedestal and the support are arranged at different positions in the directions orthogonal to the first direction and the second direction. Yes, You may do so.
  • the first tilting body and the second tilting body are arranged at different positions in the directions orthogonal to the first direction and the second direction.
  • the connection position between the first pedestal and the receiving body and the connection position between the second pedestal and the support are arranged at the same positions in the directions orthogonal to the first direction and the second direction. , You may do so.
  • the connector has a longitudinal direction along the first direction. You may do so.
  • the exterior body is fixed to the support body and separated from the receiving body. You may do so.
  • a cushioning member is interposed between the exterior body and the receiving body. You may do so.
  • the detection element has a fixed electrode provided on the receiving body or the support, and a displacement electrode provided on the detection strain generating body and facing the fixed electrode. You may do so.
  • the detection unit has a strain gauge provided on the detection strain generator. You may do so.
  • the strength can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a robot to which a force sensor according to the present embodiment is applied.
  • FIG. 2 is a plan view of the force sensor according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of the force sensor of FIG.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line BB of the force sensor of FIG.
  • FIG. 5 is a plan view showing an example of a fixed electrode of the detection strain generator of FIG.
  • FIG. 6 is a front view showing the auxiliary strain-causing body of FIG.
  • FIG. 7 is a partial perspective view of the force sensor of FIG.
  • FIG. 8 is a front view showing a deformed state of the auxiliary strain generating body when the force sensor of FIG.
  • FIG. 9 is a front view showing a deformed state of the auxiliary strain-generating body when the force sensor of FIG. 2 receives a force on the negative side in the Z-axis direction.
  • FIG. 10 is a front view showing the auxiliary strain-causing body of the force sensor in the first modification.
  • FIG. 11 is a front view showing the auxiliary strain-causing body of the force sensor in the second modification.
  • FIG. 12 is a front view showing the auxiliary strain-causing body of the force sensor in the third modification.
  • FIG. 13A is a front view showing the auxiliary strain-causing body of the force sensor in the fourth modification.
  • FIG. 10 is a front view showing the auxiliary strain-causing body of the force sensor in the first modification.
  • FIG. 11 is a front view showing the auxiliary strain-causing body of the force sensor in the second modification.
  • FIG. 12 is a front view showing the auxiliary strain-causing body of the force sensor in the third modification.
  • FIG. 13A is a front view showing the auxiliary strain-
  • FIG. 13B is a front view showing an auxiliary strain-causing body of a force sensor in a further modification of FIG. 13A.
  • FIG. 14A is a front view showing the auxiliary strain-causing body of the force sensor in the fifth modification.
  • 14B is a sectional view taken along line CC of FIG. 14A.
  • FIG. 14C is a front view showing an auxiliary strain-causing body of a force sensor in a further modification of FIG. 14A.
  • 14D is a sectional view taken along line DD of FIG. 14C.
  • 14E is a side view showing a modified example of the auxiliary straining body of FIGS. 14A and 14C.
  • FIG. 15 is a front view showing the auxiliary strain-causing body of the force sensor in the sixth modification.
  • FIG. 14A is a front view showing the auxiliary strain-causing body of the force sensor in the fifth modification.
  • 14B is a sectional view taken along line CC of FIG. 14A.
  • FIG. 14C is a
  • FIG. 16A is a front view showing the auxiliary strain-causing body of the force sensor in the seventh modification.
  • 16B is a sectional view taken along line EE of FIG. 16A.
  • FIG. 16C is a front view showing an auxiliary strain-causing body of a force sensor in a further modification of FIG. 16A.
  • 16D is a sectional view taken along line FF of FIG. 16C.
  • 16E is a side view showing a modified example of the auxiliary straining body of FIGS. 16A and 16C.
  • FIG. 17A is a plan view showing the detected strain-causing body in the eighth modification.
  • FIG. 17B is a cross-sectional view of the force sensor corresponding to the cross section taken along the line GG of FIG. 17A.
  • FIG. 18 is a table showing the maximum stress and displacement generated in the detected strain-causing body of the force sensor not provided with the auxiliary strain-causing body as a comparative example in this embodiment.
  • FIG. 19 is a table showing the maximum stress and displacement generated in the detected strain generated by the force sensor provided with the auxiliary strain generated in this embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a robot to which a force sensor according to the present embodiment is applied.
  • the industrial robot 1000 has a robot main body 1100, an end effector 1200, an electric cable 1300, a control unit 1400, and a force sensor 1.
  • the robot body 1100 includes an arm portion of the robot.
  • a force sensor 1 is provided between the robot body 1100 and the end effector 1200.
  • the electric cable 1300 extends inside the robot body 1100.
  • the electric cable 1300 is connected to a connector (not shown) of the force sensor 1.
  • control unit 1400 is arranged inside the robot main body 1100 in FIG. 1, it may be arranged in another place (for example, a control panel outside the robot). Further, the mounting mode of the force sensor 1 on the robot is not limited to that shown in FIG.
  • the force sensor 1 detects the force or moment acting on the end effector 1200 that functions as a gripper. An electric signal indicating the detected force or moment is transmitted to the control unit 1400 of the industrial robot 1000 via the electric cable 1300.
  • the control unit 1400 controls the operations of the robot body 1100 and the end effector 1200 based on the received electric signal.
  • the force sensor 1 is not limited to industrial robots, but can be applied to various robots such as collaborative robots, life support robots, medical robots, and service robots.
  • FIG. 2 is a plan view of the force sensor according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 5 is a plan view showing a fixed electrode
  • FIG. 6 is a front view showing an auxiliary strain generating body
  • FIG. 7 is a partial perspective view of a force sensor.
  • the XYZ coordinate system is defined
  • the Z-axis direction (first direction) is the vertical direction
  • the force receiving body 10 is arranged on the upper side
  • the support body 20 is arranged on the lower side.
  • the force sensor in the present embodiment is not limited to being used in a posture in which the Z-axis direction is the vertical direction. Further, it is arbitrary whether the receiving body 10 or the support 20 is arranged on the upper side or the lower side.
  • the force sensor 1 has a function of outputting a force acting in a predetermined axial direction and a moment (torque) acting around a predetermined rotating axis as an electric signal.
  • the force sensor 1 includes a receiving body 10, a support 20, a detection strain generator 30, a detection element 40, a detection circuit 50, and an auxiliary strain generator 60A to. It includes 60D and an exterior body 80.
  • a receiving body 10 As shown in FIGS. 2 to 4, the force sensor 1 includes a receiving body 10, a support 20, a detection strain generator 30, a detection element 40, a detection circuit 50, and an auxiliary strain generator 60A to. It includes 60D and an exterior body 80.
  • each component will be described in more detail.
  • the receiving body 10 is affected by the force or moment to be detected. By receiving this action, the receiving body 10 moves relative to the support 20.
  • the receiving body 10 is fixed to the end effector 1200 with a bolt or the like, and receives a force or a moment from the end effector 1200.
  • the detection straining body 30 and the auxiliary straining bodies 60A to 60D are connected to the receiving body 10, and the receiving body 10 is the force receiving body of the detected straining body 30 and the auxiliary straining bodies 60A to 60D. It is also used as a receiving body.
  • the receiving body of the detected strain generating body 30 and the receiving body of the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D may be configured separately. In this case, each receiving body may be fixed by a separate member.
  • the planar shape of the receiving body 10 is a rectangular flat plate.
  • the planar shape of the receiving body 10 is not limited to a rectangle, and may be another shape such as a circle, a polygon, or an ellipse.
  • the support body 20 supports the receiving body 10.
  • the receiving body 10 and the supporting body 20 are arranged at different positions in the Z-axis direction, and the supporting body 20 is separated from the receiving body 10.
  • the support 20 is fixed to the tip of the robot body 1100 (arm portion) with bolts or the like, and is supported by the robot body 1100.
  • the detection strain 30 and the auxiliary strains 60A to 60D are connected to the support 20, and the support 20 is a support of the detection strain 30 and a support of the auxiliary strains 60A to 60D. It is also used as.
  • the planar shape of the support 20 is a rectangular flat plate like the receiving body 10.
  • the planar shape of the support 20 is not limited to a rectangle, and may be another shape such as a circle, a polygon, or an ellipse.
  • the detection straining body 30 connects the receiving body 10 and the support body 20. More specifically, the detected strain generating body 30 is arranged between the receiving body 10 and the support body 20, and the detected strain generating body 30 is connected to the receiving body 10 and is connected to the support body 20. It is connected. The receiving body 10 is supported by the support 20 via the detected strain generating body 30.
  • the detection strain generator 30 may have an arbitrary configuration, but for example, the detection strain generator of the force detection device shown in Patent Document 1 may be applied.
  • the detection strain body of this force detection device is applied to the detection strain generator 30 according to the present embodiment will be outlined.
  • FIG. 3 in order to clarify the drawing, the detailed illustration of the detection strain element 30 is omitted.
  • the detection straining body 30 has an intermediate body 31 fixed to the support 20 and a detection unit D connecting the intermediate body 31 and the receiving body 10.
  • the detection unit D is configured to be elastically deformed by the action of a force or moment received by the receiving body 10 to cause distortion and displacement. By detecting the magnitude of this displacement, the force or moment is detected by the detection element 40.
  • the planar shape of the intermediate body 31 is a rectangular flat plate like the receiving body 10 and the support 20.
  • the planar shape of the intermediate 31 is not limited to a rectangle, and may be another shape such as a circle, a polygon, or an ellipse.
  • the detection unit D includes a diaphragm 32 that connects the receiving body 10 and the intermediate body 31.
  • the diaphragm 32 is formed between an annular groove 33 formed on the upper surface of the intermediate 31 and a thin columnar groove 34 formed on the lower surface of the intermediate 31.
  • the diaphragm 32 is formed to be thin.
  • the diaphragm 32 has flexibility and functions as a leaf spring.
  • the diaphragm 32 has conductivity and functions as a common displacement electrode Ed constituting a capacitive element described later.
  • the diaphragm 32 and the receiving body 10 are connected by a force transmitting unit 35.
  • the force transmitting portion 35 includes a first cylindrical protrusion 36 extending upward from the diaphragm 32 and a second cylindrical protrusion 37 extending downward from the receiving body 10.
  • the lower end of the first cylindrical protrusion 36 is connected to the diaphragm 32.
  • the lower end of the second cylindrical protrusion 37 is connected to the upper end of the first cylindrical protrusion 36.
  • An annular groove 38 is formed on the lower surface of the receiving body 10, and a thin portion 39 is formed above the groove 38.
  • the upper end of the second cylindrical protrusion 37 is connected to the thin portion 39.
  • the thin portion 39 has flexibility and functions as a leaf spring.
  • the receiving body 10 and the intermediate body 31 are connected by two force transmitting units 35.
  • the number is not limited to this, and the number of force transmitting units 35 connecting the receiving body 10 and the intermediate body 31 is arbitrary.
  • the detection element 40 is configured to detect the displacement generated in the detection unit D.
  • the detection element 40 is configured as a capacitive element, and includes a fixed electrode Ef provided on the receiving body 10 or the support 20 and a common displacement electrode Ed provided on the detection strain generating body 30. ,have.
  • the common displacement electrode Ed and the fixed electrode Ef face each other.
  • the common displacement electrode Ed is composed of the diaphragm 32 described above.
  • a plurality of fixed electrodes Ef are provided in the groove 34 of the intermediate body 31. Each fixed electrode Ef is fixed to the upper surface of the support 20 and faces the diaphragm 32.
  • five fixed electrodes Ef may be provided in the groove 34 of the intermediate 31.
  • the fixed electrodes Ef may be arranged on both outer sides in the X-axis direction and on both outer sides in the Y-axis direction with respect to the central fixed electrode Ef.
  • Each fixed electrode Ef and a common displacement electrode Ed each form a capacitive element. Therefore, a plurality of capacitive elements are formed for one diaphragm.
  • the detection circuit 50 outputs an electric signal indicating a force or moment acting on the detection strain generating body 30 based on the detection result of the detection element 40.
  • the detection circuit 50 may have an arithmetic function configured by, for example, a microprocessor. Further, the detection circuit 50 may have an A / D conversion function for converting an analog signal received from the detection element 40 described above into a digital signal, and a function for amplifying the signal.
  • the detection circuit 50 may include a terminal for outputting an electric signal, and the electric signal is transmitted from this terminal to the control unit 1400 described above via the electric cable 1300 (see FIG. 1).
  • the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D are affected by the force or moment received by the receiving body 10. That is, the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D are arranged between the receiving body 10 and the supporting body 20, and are connected to the receiving body 10 and the support body 20. As a result, when the receiving body 10 is subjected to the action of a force or a moment, not only the above-mentioned detection straining body 30 but also the auxiliary straining bodies 60A to 60D are elastically deformed due to the action, and strain is generated and displaced. It is configured to do. In the present embodiment, the magnitude of the displacement of the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D is not detected by the detection element 40 described above.
  • the force or moment received by the receiving body 10 is detected by the detecting element 40 not from the magnitude of the displacement of the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D but from the magnitude of the displacement of the detection unit D of the detecting strain generating body 30. Will be done.
  • a plurality of auxiliary strain generating bodies 60A to 60D are connected to the receiving body 10 and the support body 20.
  • the action of the force or moment received by the receiving body 10 is received by the plurality of auxiliary straining bodies 60A to 60D, and each of the auxiliary straining bodies 60A to 60D is elastically deformed to cause strain. It will be displaced.
  • the plurality of auxiliary strain generating bodies 60A to 60D are arranged around the detected strain generating body 30 when viewed in the Z-axis direction, and may be arranged outside the detected strain generating body 30.
  • the plurality of auxiliary strain generating bodies 60A to 60D may be evenly arranged around the detected strain generating body 30 when viewed in the Z-axis direction.
  • auxiliary strain generating bodies 60A to 60D are connected to the receiving body 10 and the support body 20.
  • the four auxiliary strain generating bodies 60A to 60D are arranged around the detected strain generating body 30 when viewed in the Z-axis direction, and are evenly arranged at intervals of 90 °. More specifically, the auxiliary straining body 60A is arranged on the positive side in the X-axis direction with respect to the detected straining body 30, and the auxiliary straining body 60B is arranged on the positive side in the Y-axis direction. Further, the auxiliary straining body 60C is arranged on the negative side in the X-axis direction with respect to the detected straining body 30, and the auxiliary straining body 60D is arranged on the negative side in the Y-axis direction.
  • auxiliary strain generating bodies 60A to 60D connecting the receiving body 10 and the support body 20 is not limited to four, and may be three or less, and may be five or more. It may be optional. Even in this case, the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D may be evenly arranged around the detected strain generating body 30 when viewed in the Z-axis direction.
  • the four auxiliary strain generating bodies 60A to 60D are arranged so that the tilting bodies 61, which will be described later, extend in different directions (second direction). That is, the second direction of the tilting body 61 of the auxiliary straining bodies 60A and 60C faces the Y-axis direction, and the second direction of the tilting body 61 of the auxiliary straining bodies 60B and 60D faces the X-axis direction.
  • the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D have the same structure. Therefore, in the following, the auxiliary straining body 60A will be described in more detail by taking as an example.
  • the auxiliary straining body 60A is a first connecting body that connects a tilting body 61 arranged between the receiving body 10 and the supporting body 20 and the receiving body 10 and the tilting body 61. It has a 62 and a second connecting body 63 that connects the support body 20 and the tilting body 61.
  • the tilting body 61 is separated from the receiving body 10 and separated from the support 20 in the Z-axis direction.
  • the tilting body 61 of the auxiliary straining body 60A extends with the Y-axis direction as the second direction.
  • the tilting body 61 is formed in a rectangular shape when viewed in the X-axis direction orthogonal to the Z-axis direction and the Y-axis direction (when viewed as shown in FIG. 6).
  • the tilting body 61 is formed so that the dimension in the Y-axis direction is larger than the dimension in the Z-axis direction and is less flexible than the first connecting body 62 and the second connecting body 63. ..
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 are elastically deformable by the action of the force or moment received by the receiving body 10.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 extend in the Z-axis direction.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 are formed so that the dimension of the auxiliary strain generating body 60A in the Y-axis direction is smaller than the dimension in the Z-axis direction, and the flexibility is higher than that of the tilting body 61. It is formed to be. Therefore, the first connecting body 62 and the second connecting body 63 can effectively function as leaf springs.
  • the upper end of the first connecting body 62 is connected to the receiving body 10, and the lower end is connected to the end (upper end 61a) of the tilting body 61 on the side of the receiving body 10.
  • the lower end of the second connecting body 63 is connected to the support body 20, and the upper end is connected to the end portion (lower end portion 61b) of the tilting body 61 on the side of the support body 20.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 are arranged at different positions in the Y-axis direction.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 are arranged at the same position in the X-axis direction.
  • the auxiliary strain generating body 60A may be formed by machining from a plate material made of a metal material such as an aluminum alloy or an iron alloy.
  • the tilting body 61, the first connecting body 62, and the second connecting body 63 are formed in a plate shape so that the X-axis direction is the thickness direction, and are integrally formed of a continuous plate material.
  • the auxiliary strain generating body 60A formed in this way may be fixed to the receiving body 10 and the supporting body 20 with bolts or the like, respectively.
  • the auxiliary straining body 60A and the auxiliary straining body 60B are adjacent to each other around the detected strain generating body 30 when viewed in the Z-axis direction.
  • the auxiliary straining body 60A and the auxiliary straining body 60B are arranged so that the first connecting bodies 62 are close to each other. That is, the first connecting body 62 of the auxiliary straining body 60A (corresponding to the first auxiliary straining body) is the auxiliary straining body 60B (second auxiliary straining body) than the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60A. Is located on the side of).
  • the first connecting body 62 of the auxiliary straining body 60B is arranged closer to the auxiliary straining body 60A than the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60B.
  • the auxiliary straining body 60C and the auxiliary straining body 60D are adjacent to each other around the detected strain generating body 30 when viewed in the Z-axis direction.
  • the auxiliary strain generating body 60C and the auxiliary strain generating body 60D are arranged so that the first connecting bodies 62 are close to each other. That is, the first connecting body 62 of the auxiliary straining body 60C (corresponding to the first auxiliary straining body) is the auxiliary straining body 60D (second auxiliary straining body) than the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60C. Is located on the side of).
  • the first connecting body 62 of the auxiliary straining body 60D is arranged closer to the auxiliary straining body 60C than the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60D.
  • the auxiliary straining body 60B and the auxiliary straining body 60C are adjacent to each other around the detected strain generating body 30 when viewed in the Z-axis direction.
  • the auxiliary straining body 60B and the auxiliary straining body 60C are arranged so that the second connecting bodies 63 are close to each other. That is, the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60B is arranged closer to the auxiliary straining body 60C than the first connecting body 62 of the auxiliary straining body 60B.
  • the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60C is arranged closer to the auxiliary straining body 60B than the first connecting body 62 of the auxiliary straining body 60C.
  • the auxiliary straining body 60D and the auxiliary straining body 60A are adjacent to each other around the detected strain generating body 30 when viewed in the Z-axis direction.
  • the auxiliary straining body 60D and the auxiliary straining body 60A are arranged so that the second connecting bodies 63 are close to each other. That is, the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60D is arranged closer to the auxiliary straining body 60A than the first connecting body 62 of the auxiliary straining body 60D.
  • the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60A is arranged closer to the auxiliary straining body 60D than the first connecting body 62 of the auxiliary straining body 60A.
  • the exterior body 80 is configured to cover the detected strain generating body 30 and the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D from the outside when viewed in the Z-axis direction.
  • the exterior body 80 is a tubular housing that constitutes the force sensor 1.
  • the detected strain generating body 30 and the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D are housed in the exterior body 80.
  • the plane cross-sectional shape (shape in the cross section along the XY plane) of the exterior body 80 is a rectangular frame shape, but the present invention is not limited to this, and a circular frame shape, a polygonal frame shape, an elliptical frame shape, etc. It may be in the shape of.
  • the exterior body 80 is fixed to the support body 20 and separated from the receiving body 10.
  • the receiving body 10 is arranged in one opening (upper opening in FIGS. 3 and 4) of the exterior body 80, and the support 20 is placed in the other opening (lower opening in FIGS. 3 and 4). Is placed.
  • the support 20 is fixed to the exterior body 80 so as to close the opening on the lower side of the exterior body 80.
  • the exterior body 80 may be integrally configured with the support 20.
  • a gap is provided between the receiving body 10 and the exterior body 80, and the receiving body 10 can be displaced according to the action of a force or a moment received from the robot.
  • a cushioning member 81 such as rubber may be interposed in the gap between the receiving body 10 and the exterior body 80.
  • the receiving body 10 When the receiving body 10 is subjected to the action of a force or a moment, the force or the moment is transmitted to the thin portion 39, the second cylindrical protrusion 37, and the first cylindrical protrusion 36 of the receiving body 10, and the flexibility is increased.
  • the diaphragm 32 to be held is elastically deformed to cause distortion and displacement.
  • the distance between the diaphragm 32 that functions as the common displacement electrode Ed of the detection element 40 and each fixed electrode Ef changes, and the capacitance value between the diaphragm 32 and each fixed electrode Ef changes. This change in capacitance value is detected by the detection element 40 as a displacement generated in the detection unit D (that is, the diaphragm 32).
  • the capacitance value between each fixed electrode Ef and the diaphragm 32 may differ for each fixed electrode Ef, except when subjected to the action of a force in the Z-axis direction. Therefore, the detection circuit 50 can detect the direction and magnitude of the force or moment acting on the receiving body 10 based on the change in the capacitance value detected by the detecting element 40.
  • each of the auxiliary straining bodies 60A to 60D connecting the receiving body 10 and the support 20 also exerts the action of the force or the moment received by the receiving body 10. receive. More specifically, the force or moment is transmitted to the first connecting body 62, the tilting body 61 and the second connecting body 63 of each auxiliary strain generating body 60A to 60D, and the first connecting body 62 having flexibility and The second connecting body 63 is elastically deformed to cause distortion and displacement.
  • FIG. 8 is a diagram showing a deformed state of the auxiliary straining body 60A when a force on the positive side in the Y-axis direction is received
  • FIG. 9 is a diagram showing an auxiliary straining body when a force on the negative side in the Z-axis direction is received. It is a figure which shows the deformed state of 60A.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 of the auxiliary strain generating body 60A are in the Y-axis direction. Elastically deforms to. More specifically, the first connecting body 62 of the auxiliary strain generating body 60A is arranged on the positive side in the Y-axis direction with respect to the second connecting body 63, and the upper end of the first connecting body 62 is Y more than the lower end. It is displaced to the positive side in the axial direction, and the first connecting body 62 is inclined with respect to the Z-axis direction so as to tilt to the positive side in the Y-axis direction.
  • the upper end of the second connecting body 63 is displaced from the lower end to the positive side in the Y-axis direction, and the second connecting body 63 is inclined with respect to the Z-axis direction so as to tilt to the positive side in the Y-axis direction.
  • the force Fy acting on the receiving body 10 also acts on the auxiliary straining body 60A, and the auxiliary straining body 60A is distorted and displaced.
  • the first connecting body 62 of the auxiliary straining body 60C is arranged on the negative side in the Y-axis direction with respect to the second connecting body 63, the first connection is made in the direction opposite to the auxiliary straining body 60A shown in FIG.
  • the body 62 and the second connecting body 63 are elastically deformed so as to be tilted to cause distortion and displacement.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60B and the auxiliary straining body 60D are arranged so that the Y-axis direction is the thickness direction, the force Fy on the positive side in the Y-axis direction is applied. On the other hand, it is elastically deformed so as to bend in the thickness direction, causing strain and displacement.
  • the first connecting body 62, the second connecting body 63, and the tilting body 61 are inclined with respect to the Z-axis direction so as to be tilted to the positive side in the Y-axis direction.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60B and the auxiliary straining body 60D fall in the X-axis direction. It is elastically deformed so as to be inclined with respect to the Z-axis direction.
  • the auxiliary straining body 60A and the auxiliary straining body 60C are elastically deformed so as to bend in the thickness direction to cause strain and displace.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 extend in the Z-axis direction, as shown in FIG.
  • the tilting body 61 of the auxiliary straining body 60A is elastically deformed. More specifically, the tilting body 61 receives a downward force from the first connecting body 62, and the end portion of the tilting body 61 on the positive side in the Y-axis direction is displaced downward.
  • the second connecting body 63 is supported by the support body 20, the end portion of the tilting body 61 on the negative side in the Y-axis direction is prevented from being displaced downward.
  • the tilting body 61 is tilted as shown in FIG.
  • the force Fz acting on the receiving body 10 also acts on the auxiliary straining body 60A, and the auxiliary straining body 60A is distorted and displaced.
  • the auxiliary straining body 60B, the auxiliary straining body 60C, and the auxiliary straining body 60D are also elastically deformed to generate strain and displace.
  • each of the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D is elastically deformed to cause strain and displacement. To do.
  • the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D when used, the action of the force or moment received by the receiving body 10 is simply received by the detected strain generating body 30 to cause distortion. However, even the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D can receive and cause distortion. Therefore, the stress generated in the detection strain generating body 30 can be reduced, and the strength of the force sensor 1 can be improved.
  • the auxiliary strain elements 60A to 60D according to the present embodiment are easily deformed with respect to the force Fy in the Y-axis direction.
  • the auxiliary strain elements 60A to 60D according to the present embodiment are easily deformed even with respect to the force Fx in the X-axis direction.
  • the auxiliary strain elements 60A to 60D according to the present embodiment are easily deformed even with respect to the moment Mz around the Z axis.
  • the auxiliary strain elements 60A to 60D according to the present embodiment are less likely to be deformed with respect to the force Fz in the Z-axis direction.
  • the auxiliary strain elements 60A to 60D according to the present embodiment are less likely to be deformed with respect to the moment Mx around the X-axis and the moment My around the Y-axis. Therefore, when the auxiliary straining bodies 60A to 60D according to the present embodiment are used, the detection straining body 30 is detected with respect to the force Fz in the Z-axis direction, the moment Mx around the X-axis, and the moment My around the Y-axis. The displacement of the part D can be suppressed. In this case, the stress generated inside the detected strain 30 due to the action of the force Fz, the moment Mx, and My can be reduced, and the strength of the force sensor 1 can be improved.
  • auxiliary strain generating bodies 60A to 60D By providing the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D in this way, the balance of strength with respect to each force (Fx, Fy, Fz) and each moment (Mx, My, Mz) can be improved, and each force and each force can be improved.
  • the sensitivity and rated value of the moment can be made uniform. That is, even when the strength of the detected straining body 30 with respect to each force and each moment is out of balance, each force and each moment can be adjusted by adjusting the shapes and arrangement directions of the auxiliary straining bodies 60A to 60D. It is possible to improve the balance of strength against.
  • the receiving body 10 and the support 20 are connected by the auxiliary straining bodies 60A to 60D, and the auxiliary straining bodies 60A to 60D are the forces received by the receiving body 10 or It is elastically deformed by the action of a moment.
  • the stress generated in the detection strain generating body 30 can be reduced, and the strength of the force sensor 1 can be improved. In this case, damage to the force sensor 1 can be prevented.
  • the balance of strength with respect to each force (Fx, Fy, Fz) and each moment (Mx, My, Mz) can be improved. The balance of sensitivity of each force and each moment and the balance of rated values can be improved.
  • the tilting bodies 61 of the auxiliary straining bodies 60A to 60D are connected to the receiving body 10 via the first connecting body 62 and supported via the second connecting body 63. It is connected to the body 20, and the first connecting body 62 and the second connecting body 63 are elastically deformed by the action of the force or moment received by the receiving body 10. As a result, the first connecting body 62 and the second connecting body 63 are elastically deformed by the action of the force or moment received by the receiving body 10, causing distortion and displacement. Therefore, the stress generated in the detection strain generating body 30 can be reduced, and the strength of the force sensor 1 can be improved.
  • the tilting body 61 between the first connecting body 62 and the second connecting body 63, the flexibility of the design of the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D can be improved. That is, not only the dimensions of the first connecting body 62 and the dimensions of the second connecting body 63 but also the dimensions of the tilting body 61 can be added to the design parameters, and the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D can be easily designed. , The balance of strength for each force and each moment can be easily improved.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 of the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D are arranged at different positions in the X-axis direction or the Y-axis direction.
  • the first connecting body 62 of the auxiliary straining body 60A is arranged closer to the auxiliary straining body 60B than the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60A, and the auxiliary straining body 60A is arranged.
  • the first connecting body 62 of the body 60B is arranged closer to the auxiliary straining body 60A than the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60B.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 of the above can regulate the displacement of the receiving body 10 in the Z-axis direction. Further, the first connecting body 62 of the auxiliary straining body 60C is arranged closer to the auxiliary straining body 60D than the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60C, and the first connecting body 62 of the auxiliary straining body 60D is arranged. Is arranged closer to the auxiliary straining body 60C than the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60D.
  • the receiving body 10 is displaced in the Z-axis direction while rotating. Can be regulated.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 are alternately arranged around the detected strain generating body 30. You may do so. That is, the first connecting body 62 of the auxiliary straining body 60A is arranged closer to the auxiliary straining body 60B than the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60A, and the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60B is arranged. May be arranged closer to the auxiliary straining body 60A than the first connecting body 62 of the auxiliary straining body 60B. The same applies to other auxiliary straining bodies.
  • the first connecting body 62 of the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D is connected to the upper end portion 61a of the tilting body 61, and the second connecting body 63 is the lower end portion 61b of the tilting body 61. It is connected to the.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 of the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D extend in the Z-axis direction. This makes it difficult for the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D to be deformed in the Z-axis direction. Therefore, the displacement of the detection unit D with respect to the force Fz in the Z-axis direction, the moment Mx around the X-axis, and the moment My around the Y-axis can be suppressed, and the strength of the force sensor 1 can be further improved. it can.
  • auxiliary straining body 60A and the auxiliary straining body 60C having the tilting body 61 extending in the Y-axis direction with respect to the force Fy in the Y-axis direction can be done.
  • the magnitude of the displacement of the auxiliary strain elements 60A and 60C with respect to the force Fy on the positive side in the Y-axis direction and the magnitude of the displacement of the auxiliary strain elements 60A and 60C with respect to the force Fy on the negative side in the Y-axis direction are different. Can be suppressed.
  • auxiliary straining bodies 60B and 60D having the tilting body 61 extending in the X-axis direction with respect to the force Fx in the X-axis direction. Therefore, even when the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D are used, it is possible to suppress a decrease in the detection accuracy of the force or moment by the detection strain generating body 30.
  • auxiliary straining body 60A will be described as an example, but the modified example can be similarly applied to the auxiliary straining bodies 60B to 60D.
  • the first connecting body 62 of the auxiliary straining body 60A is connected to the upper end portion 61a of the tilting body 61, and the second connecting body 63 is connected to the lower end portion 61b of the tilting body 61.
  • An example of being connected has been described.
  • the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 10, the first connecting body 62 is connected to the lower end portion 61b of the tilting body 61, and the second connecting body 63 is connected to the upper end portion 61a of the tilting body 61. It may be connected to.
  • FIG. 10 is a front view showing a first modification of the auxiliary strain generating body 60A.
  • the receiving body 10 and the receiving body 10 are secured while ensuring the length (or line length) of the first connecting body 62 and the length (or line length) of the second connecting body 63.
  • the dimension between the support 20 and the support 20 can be reduced.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 may be formed in an L shape.
  • a slit 64 is formed between the portion of the first connecting body 62 extending in the Z-axis direction and the tilting body 61.
  • the length of the first connecting body 62 from the receiving body 10 to the tilting body 61 can be secured, and the first connecting body 62 can be easily elastically deformed in the Y-axis direction.
  • a slit 65 is formed between the portion of the second connecting body 63 extending in the Z-axis direction and the tilting body 61.
  • the length of the second connecting body 63 from the support 20 to the tilting body 61 can be secured, and the second connecting body 63 can be easily elastically deformed in the Y-axis direction.
  • FIG. 11 is a front view showing a second modification of the auxiliary strain generating body 60A.
  • the auxiliary strain generating body 60A can be easily deformed in the Z-axis direction. Therefore, the displacement of the detection unit D of the detection straining body 30 can be increased with respect to the force Fz in the Z-axis direction, the moment Mx around the X-axis, and the moment My around the Y-axis, and the force in the Z-axis direction can be increased. The detection accuracy can be improved.
  • the tilting body 61 shown in FIG. 11 may be formed in a parallel quadrilateral shape along the first connecting body 62 and the second connecting body 63 when viewed in the X-axis direction.
  • two auxiliary strain generating bodies 60A shown in FIG. 11 may be arranged side by side in the same direction.
  • two auxiliary strain generating bodies 60A in which the tilting body 61 extends in the Y direction are arranged on the positive side in the X-axis direction with respect to the detected strain generating body 30, and the first connecting body 62 of these two auxiliary strain generating bodies 60A. They may be arranged so that they are close to each other.
  • the first connecting body 62 of one auxiliary straining body 60A is arranged closer to the other auxiliary straining body 60B than the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60A, and the other auxiliary straining body 60B
  • the first connecting body 62 may be arranged on the side of one auxiliary straining body 60A with respect to the second connecting body 63 of the other auxiliary straining body 60B.
  • the connection body 63 can be arranged in an inverted V shape.
  • one of the two auxiliary strain generating bodies 60A has the receiving body 10 in the Z-axis direction. It is possible to regulate the displacement to.
  • FIG. 12 is a front view showing a third modification of the auxiliary strain generating body 60A.
  • the first connection body 62 and the second connection body 63 can be easily elastically deformed.
  • the contour 62p of the first connecting body 62 and the contour 61p of the tilting body 61 when viewed in the X-axis direction may be connected via the R contour portion 68a.
  • stress can be relaxed at the connection portion between the first connecting body 62 and the tilting body 61, and stress concentration can be suppressed. Therefore, the reliability of the force sensor 1 can be improved.
  • the contour 63p of the second connecting body 63 and the contour 61p of the tilting body 61 may be connected via the R contour portion 68a. As a result, stress can be relaxed at the connection portion between the second connecting body 63 and the tilting body 61, and stress concentration can be suppressed.
  • both the contour 62p of the first connecting body 62 and the contour 63p of the second connecting body 63 may be connected to the contour 61p of the tilting body 61 via the R contour portion 68a, and the contour of the first connecting body 62 may be connected.
  • One of the contour 62p and the contour 63p of the second connecting body 63 may be connected to the contour 61p of the tilting body 61 via the R contour portion 68a.
  • the R dimension of the R contour portion 68a may be, for example, 2 mm to 5 mm. The same applies to the R contour portion 68b described later.
  • the R contour portion 68a is not limited to being applied to the auxiliary straining body 60A shown in FIG. 12, and can be applied to other auxiliary straining bodies 60A shown in FIG. 6 and the like.
  • the first connecting body 62 may be connected to the receiving body 10 via the first pedestal 66.
  • the second connecting body 63 may be connected to the support 20 via the second pedestal 67.
  • the first pedestal 66, the first connecting body 62, the tilting body 61, the second connecting body 63, and the second pedestal 67 may be integrally formed of a continuous plate material, and in this case, the first pedestal.
  • first pedestal 66 and the second pedestal 67 are not limited to being applied to the auxiliary straining body 60A shown in FIG. 12, but are also applied to the other auxiliary straining body 60A shown in FIG. 6 and the like. be able to.
  • the contour 62p of the first connecting body 62 of the auxiliary straining body 60A and the contour 66p of the first pedestal 66 when viewed in the X-axis direction are connected via the R contour portion 68b. It may have been done. As a result, stress can be relaxed at the connection portion between the first connecting body 62 and the first pedestal 66, and stress concentration can be suppressed. Further, the contour 63p of the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60A and the contour 67p of the second pedestal 67 may be connected via the R contour portion 68b. As a result, stress can be relaxed and stress concentration can be suppressed even at the connection portion between the second connecting body 63 and the second pedestal 67. Therefore, the reliability of the force sensor 1 can be improved.
  • FIG. 13A is a front view showing a fourth modification of the auxiliary strain generating body 60A.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 are arranged at the same position in the X-axis direction and at the same position in the Y-axis direction.
  • the displacement of the detection unit D with respect to the force Fz in the Z-axis direction, the moment Mx around the X-axis, and the moment My around the Y-axis can be suppressed, and the strength of the force sensor 1 can be further improved.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 of the auxiliary strain generating body 60A can be arranged in a straight line when viewed in the X-axis direction, and machining can be facilitated.
  • the tilting body 61 may include a slit 69a extending in the Y-axis direction when viewed in the X-axis direction.
  • the slit 69a extends in an elongated shape in the Y-axis direction so as to have a longitudinal direction in the Y-axis direction, but is opened on the negative side in the Y-axis direction at the end of the tilting body 61 on the negative side in the Y-axis direction. .. Then, the slit 69a may penetrate the tilting body 61 in the X-axis direction.
  • the tilting body 61 can be elastically deformed to cause distortion and displacement.
  • the portions of the tilting body 61 on both sides of the slit 69a in the Z-axis direction are likely to be elastically deformed. Therefore, the detection unit D of the detection strain element 30 can be displaced with respect to the force Fz in the Z-axis direction, and the detection accuracy of the force in the Z-axis direction can be improved.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60A are connected to the end portion of the tilting body 61 on the negative side in the Y-axis direction.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 may be connected to an arbitrary position of the tilting body 61 in the Y-axis direction.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 are formed in the tilting body 61. It may be connected to the end on the positive side in the X-axis direction.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 may be arranged at different positions in the Y-axis direction.
  • the auxiliary straining body 60A may be configured as shown in FIG. 13B.
  • FIG. 13B is a front view showing a further modified example of the auxiliary strain generating body 60A shown in FIG. 13A.
  • the tilting body 61 of the auxiliary straining body 60A may include a slit 69b extending in the Y-axis direction when viewed in the X-axis direction.
  • the slit 69b extends in an elongated shape in the Y-axis direction so as to have a longitudinal direction in the Y-axis direction, but either the end on the negative side in the Y-axis direction or the end on the positive side in the Y-axis direction of the tilting body 61. It is not open even in. That is, the slit 69b has a closed shape when viewed in the X-axis direction.
  • the slit 69b may penetrate the tilting body 61 in the X-axis direction.
  • a force in the Z-axis direction is provided.
  • the tilting body 61 can be elastically deformed to cause distortion and displacement.
  • the portions of the tilting body 61 on both sides of the slit 69b in the Z-axis direction are likely to be elastically deformed. Therefore, the detection unit D of the detection strain element 30 can be displaced with respect to the force Fz in the Z-axis direction, and the detection accuracy of the force in the Z-axis direction can be improved.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60A are connected to the central portion of the tilting body 61 in the Y-axis direction. More specifically, in the tilting body 61 of the auxiliary straining body 60A shown in FIG. 13B, two tilting bodies 61 shown in FIG. 13A are arranged side by side and integrated so as to be line-symmetric with respect to the Y axis. It has a shape.
  • the tilting body 61 and the slit 69b shown in FIG. 13B are formed symmetrically in the Y-axis direction with the first connecting body 62 and the second connecting body 63 as the centers when viewed in the X-axis direction.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 may be connected to an arbitrary position of the tilting body 61 in the Y-axis direction. Further, the first connecting body 62 and the second connecting body 63 may be arranged at different positions in the Y-axis direction.
  • FIGS. 14A and 14B the connection position between the first connecting body 62 and the receiving body 10 of the auxiliary strain generating body 60A, and the support between the second connecting body 63 and the support body 63.
  • the connection positions with the body 20 may be arranged at different positions in the X-axis direction.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 may be arranged at the same position in the Y-axis direction.
  • 14A is a front view showing a fifth modification of the auxiliary strain generating body 60A
  • FIG. 14B is a sectional view taken along line CC of FIG. 14A.
  • the tilting body 61 may include a slit 70a extending in the Y-axis direction when viewed in the Z-axis direction.
  • the slit 70a extends in an elongated shape in the Y-axis direction so as to have a longitudinal direction in the Y-axis direction, but is opened on the negative side in the Y-axis direction at the end of the tilting body 61 on the negative side in the Y-axis direction. .. Then, the slit 70a may penetrate the tilting body 61 in the Z-axis direction.
  • the first connecting body 62 is connected to the portion of the tilting body 61 on the positive side in the X-axis direction with respect to the slit 70a.
  • the first connecting body 62 extends in the Z-axis direction and is arranged on the positive side in the X-axis direction (upper side in FIG. 14B) with respect to the slit 70a.
  • the second connecting body 63 is connected to the portion of the tilting body 61 on the negative side in the X-axis direction with respect to the slit 70a.
  • FIG. 14A the first connecting body 62 extends in the Z-axis direction and is arranged on the positive side in the X-axis direction (upper side in FIG. 14B) with respect to the slit 70a.
  • the second connecting body 63 is connected to the portion of the tilting body 61 on the negative side in the X-axis direction with respect to the slit 70a.
  • the second connecting body 63 extends in the Z-axis direction and is arranged on the negative side in the X-axis direction (lower side in FIG. 14B) with respect to the slit 70a.
  • the connection position between the first connecting body 62 and the receiving body 10 (the upper end of the first connecting body 62) and the connecting position between the second connecting body 63 and the support 20 (the second connecting body 63). The lower end) are different from each other in the X-axis direction.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 are arranged at different positions in the X-axis direction.
  • the tilting body is subjected to the action of the force Fz in the Z-axis direction.
  • the 61 can be elastically deformed to cause distortion and displacement.
  • the portions of the tilting body 61 on both sides of the slit 70a in the X-axis direction are likely to be elastically deformed. Therefore, the detection unit D of the detection strain element 30 can be displaced with respect to the force Fz in the Z-axis direction, and the detection accuracy of the force in the Z-axis direction can be improved.
  • the tilting body 61 extending in the Y-axis direction is elastically deformed to cause distortion with respect to the force Fz in the Z-axis direction
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 62 are connected.
  • the length of the body 63 in the Z-axis direction can be reduced. Therefore, the dimension between the receiving body 10 and the support 20 (the height dimension of the force sensor 1) can be reduced.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60A can be easily displaced to.
  • the displacement can be made easier by the action of the force Fy in the Y-axis direction than the action of the force Fz in the Z-axis direction, and the rigidity with respect to the force Fy can be weakened. Therefore, the same performance as that of the auxiliary straining body 60A shown in FIG. 13A can be obtained.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60A are connected to the end portion of the tilting body 61 on the negative side in the Y-axis direction.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 may be connected to an arbitrary position of the tilting body 61 in the Y-axis direction.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 are formed in the tilting body 61. It may be connected to the end on the positive side in the Y-axis direction.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 may be arranged at different positions in the Y-axis direction.
  • the auxiliary straining body 60A may be configured as shown in FIGS. 14C and 14D.
  • 14C is a front view showing a further modification of the auxiliary strain generating body 60A shown in FIG. 14A
  • FIG. 14D is a sectional view taken along line DD of FIG. 14C.
  • a slit 70b extending in the Y-axis direction may be included when viewed in the Z-axis direction.
  • the slit 70b extends in an elongated shape in the Y-axis direction so as to have a longitudinal direction in the Y-axis direction, but either the end on the negative side in the Y-axis direction or the end on the positive side in the Y-axis direction of the tilting body 61. It is not open even in. That is, the slit 70b has a closed shape when viewed in the Z-axis direction.
  • the slit 70b may penetrate the tilting body 61 in the Z-axis direction.
  • the first connecting body 62 is connected to the portion of the tilting body 61 on the positive side in the X-axis direction with respect to the slit 70b.
  • the first connecting body 62 extends in the Z-axis direction and is arranged on the positive side in the X-axis direction (upper side in FIG. 14D) with respect to the slit 70b.
  • the second connecting body 63 is connected to the portion of the tilting body 61 on the negative side in the X-axis direction with respect to the slit 70b.
  • FIG. 14C the first connecting body 62 extends in the Z-axis direction and is arranged on the positive side in the X-axis direction (upper side in FIG. 14D) with respect to the slit 70b.
  • the second connecting body 63 is connected to the portion of the tilting body 61 on the negative side in the X-axis direction with respect to the slit 70b.
  • the second connecting body 63 extends in the Z-axis direction and is arranged on the negative side in the X-axis direction (lower side in FIG. 14D) with respect to the slit 70b. In this way, the connection position between the first connecting body 62 and the receiving body 10 and the connecting position between the second connecting body 63 and the support body 20 are different from each other in the X-axis direction.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 are arranged at different positions in the X-axis direction.
  • the tilting body is subjected to the action of the force Fz in the Z-axis direction.
  • the 61 can be elastically deformed to cause distortion and displacement.
  • the portions of the tilting body 61 on both sides of the slit 70b in the X-axis direction are likely to be elastically deformed. Therefore, the detection unit D of the detection strain element 30 can be displaced with respect to the force Fz in the Z-axis direction, and the detection accuracy of the force in the Z-axis direction can be improved.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 of the auxiliary straining body 60A are connected to the central portion of the tilting body 61 in the Y-axis direction. More specifically, the tilting body 61 of the auxiliary straining body 60A shown in FIGS. 14C and 14D causes the tilting body 61 shown in FIGS. 14A and 14B to be line-symmetrical with respect to the Y-axis. It has a shape that is integrated side by side. The tilting body 61 and the slit 70b shown in FIGS.
  • first connecting body 62 and the second connecting body 63 are formed symmetrically in the Y-axis direction with the first connecting body 62 and the second connecting body 63 as the center when viewed in the X-axis direction.
  • the first connecting body 62 and the second connecting body 63 may be connected to an arbitrary position of the tilting body 61 in the Y-axis direction. Further, the first connecting body 62 and the second connecting body 63 may be arranged at different positions in the Y-axis direction.
  • connection position between the first connecting body 62 and the receiving body 10 of the auxiliary strain generating body 60A and the connecting position between the second connecting body 63 and the support body 20 Shown an example in which they are arranged at different positions in the X-axis direction. However, it is not limited to this.
  • the connection position between the first connecting body 62 and the receiving body 10 and the connecting position between the second connecting body 63 and the support 20 are arranged at the same position in the X-axis direction. You may be.
  • 14E is a side view of the auxiliary straining body 60A shown in FIGS. 14A and 14C, and is a view seen from the positive side in the Y-axis direction (right side of FIGS. 14A and 14C) in FIGS. 14A and 14C.
  • the first connecting body 62 is formed in a crank shape when viewed in the Y-axis direction.
  • the first connecting body 62 shown in FIG. 14E connects the first portion 62a connected to the receiving body 10, the second portion 62b connected to the tilting body 61, and the first portion 62a and the second portion 62b.
  • the first portion 62a and the second portion 62b extend in the Z-axis direction
  • the third portion 62c extends in the X-axis direction.
  • the connection position between the first connecting body 62 and the receiving body 10 can be shifted to the negative side in the X-axis direction (left side in FIG. 14E). It can. That is, the connection position between the first connecting body 62 and the tilting body 61 (the lower end of the first connecting body 62, the lower end of the second portion 62b) and the connecting position between the second connecting body 63 and the tilting body 61 (second connection).
  • the upper end of the body 63) is arranged at different positions in the X-axis direction.
  • connection position between the first connecting body 62 (first portion 62a) and the receiving body 10 and the second The connection positions of the connecting body 63 and the support 20 can be arranged at the same position in the X-axis direction.
  • the first connecting body 62 is not limited to being formed in a crank shape, and the second connecting body 63 is formed in a crank shape to determine the connection position between the first connecting body 62 and the receiving body 10.
  • the connection position between the second connecting body 63 and the support 20 may be arranged at the same position in the X-axis direction.
  • both the first connecting body 62 and the second connecting body 63 are formed in a crank shape when viewed in the Y-axis direction, and the connection position between the first connecting body 62 and the receiving body 10 and the first 2
  • the connection positions of the connection body 63 and the support 20 may be arranged at the same position in the X-axis direction.
  • the first connecting body The 62 or the second connecting body 63 is not limited to being formed in a crank shape.
  • the auxiliary straining body 60A includes a tilting body 61, a first connecting body 62 connecting the tilting body 61 and the receiving body 10, and the tilting body 61 and the support 20.
  • a second connecting body 63 and a second connecting body 63 for connecting the above-mentioned parts has been described.
  • the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 15, the auxiliary straining body 60A may have a connecting body 71 extending from the receiving body 10 to the supporting body 20, and the connecting body 71 may have a connecting body 71.
  • the receiving body 10 is elastically deformed by the action of the force or moment received.
  • the connecting body 71 may be inclined with respect to the Z-axis direction.
  • FIG. 15 is a front view showing a sixth modification of the auxiliary strain generating body 60A.
  • the length (line length) of the connecting body 71 can be increased. Therefore, the connecting body 71 can be easily elastically deformed. Therefore, the displacement of the detection unit D can be increased, and the detection accuracy can be improved. Further, the structure and shape of the auxiliary strain generating body 60A can be simplified.
  • the connecting body 71 When the inclination angle of the connecting body 71 with respect to the Y-axis direction is ⁇ , by increasing the inclination angle ⁇ (approaching 90 °), the force Fz in the Z-axis direction, the moment Mx around the X-axis, and the Y-axis
  • the connecting body 71 can be made difficult to be deformed with respect to the surrounding moment My, and the connecting body 71 can be easily deformed with respect to the force Fx in the X-axis direction, the force Fy in the Y-axis direction, and the moment Mz around the Z-axis. be able to.
  • the connector 71 can be easily deformed with respect to the force Fz in the Z-axis direction, the moment Mx around the X-axis, and the moment My around the Y-axis. It is possible to make the connector 71 less likely to be deformed with respect to the force Fx in the X-axis direction, the force Fy in the Y-axis direction, and the moment Mz around the Z-axis.
  • the connecting body 71 may be connected to the receiving body 10 via the first pedestal 66. As a result, even the inclined connecting body 71 can be stably attached to the receiving body 10 by the first pedestal 66. Further, the connecting body 71 may be connected to the support 20 via the second pedestal 67. As a result, even the inclined connecting body 71 can be stably attached to the support 20 by the second pedestal 67.
  • the first pedestal 66, the connecting body 71, and the second pedestal 67 may be integrally formed of a continuous plate material. In this case, the first pedestal 66 is fixed to the receiving body 10 with bolts or the like. The second pedestal 67 may be fixed to the support 20 with bolts or the like.
  • first pedestal 66, the connecting body 71, and the second pedestal 67 may be formed of different members, and in this case, the connecting body 71 and the first pedestal 66 are fixed with bolts or the like. Alternatively, the connecting body 71 and the second pedestal 67 may be fixed with bolts or the like.
  • the auxiliary straining body 60A includes a tilting body 61, a first connecting body 62 connecting the tilting body 61 and the receiving body 10, and the tilting body 61 and the support 20.
  • a second connecting body 63 and a second connecting body 63 for connecting the above-mentioned parts has been described.
  • the present invention is not limited to this, and as shown in FIGS. 16A and 16B, the auxiliary strain generating body 60A includes a first tilting body 72 connected to the receiving body 10 and extending in the Y-axis direction, and a support.
  • the connecting body 74 may be elastically deformable by the action of the force or moment received by the receiving body 10.
  • 16A is a front view showing a seventh modification of the auxiliary straining body 60A
  • FIG. 16B is a sectional view taken along line EE of FIG. 16A.
  • the connecting body 74 when the receiving body 10 receives a force or a moment, the connecting body 74 can be elastically deformed to cause distortion and displacement.
  • the first tilting body 72 may be connected to the receiving body 10 via the first pedestal 66.
  • the first pedestal 66 can secure a space for the first tilting body 72 to be elastically deformed between the first tilting body 72 and the receiving body 10.
  • the second tilting body 73 may be connected to the support 20 via the second pedestal 67.
  • the second pedestal 67 can secure a space for elastic deformation of the second tilting body 73 between the second tilting body 73 and the support 20.
  • the connection position between the first pedestal 66 and the receiving body 10 and the connection position between the second pedestal 67 and the support body 20 are arranged at different positions in the X-axis direction.
  • the first pedestal 66 and the second pedestal 67 may be arranged at the same position in the Y-axis direction.
  • the first tilting body 72 of the auxiliary straining body 60A may be connected to the receiving body 10 and the connecting body 74 at different positions in the Y-axis direction.
  • the second tilting body 73 of the auxiliary straining body 60A may be connected to the support 20 and the connecting body 74 at different positions in the Y-axis direction. More specifically, at the negative end in the Y-axis direction, the first tilting body 72 is connected to the receiving body 10 via the first pedestal 66, and the second tilting body 73 is connected to the second pedestal 67. It is connected to the support 20 via.
  • the first tilting body 72 and the second tilting body 73 are connected to the connecting body 74.
  • the present invention is not limited to this, and the first tilting body 72 may be connected to the receiving body 10 at an arbitrary position in the Y-axis direction, and the second tilting body 73 may be connected to the receiving body 10 at an arbitrary position in the Y-axis direction. May be connected to the support 20 with.
  • the first tilting body 72 is connected to the receiving body 10 via the first pedestal 66, and the second tilting body 73 is supported via the second pedestal 67. It may be connected to the body 20.
  • the first tilting body 72 and the second tilting body 73 may be connected to the connecting body 74 at the end on the negative side in the Y-axis direction.
  • the connecting body 74 may have a longitudinal direction along the Z-axis direction.
  • the connecting body 74 when the force Fy in the Y-axis direction is applied, the connecting body 74 can be elastically deformed to cause distortion and displacement. Therefore, the detection unit D of the detection strain element 30 can be displaced with respect to the force Fy in the Y-axis direction, and the detection accuracy of the force in the Y-axis direction can be improved.
  • the connecting body 74 has a longitudinal direction in the direction along the Z-axis direction, the dimension in the Z-axis direction is long and the dimension in the Y-axis direction is short in the cross section of the connecting body 74.
  • the connecting body 74 is less likely to be elastically deformed with respect to the force Fz in the Z-axis direction, and the displacement with respect to the force Fz can be suppressed.
  • the force Fy in the Y-axis direction can be easily elastically deformed as described above.
  • the auxiliary straining body 60A may be configured as shown in FIGS. 16C and 16D.
  • 16C is a front view showing a further modification of the auxiliary strain generating body 60A shown in FIG. 16A
  • FIG. 16D is a sectional view taken along line FF of FIG. 16C.
  • the first tilting body 72 and the second tilting body 73 may be connected to the connecting body 74 at each of the ends on both sides in the Y-axis direction.
  • the first tilting body 72 is connected to the receiving body 10 via the first pedestal 66 at a position between the pair of connecting bodies 74 in the Y-axis direction
  • the second tilting body 73 is connected to the second pedestal. It may be connected to the support 20 via 67.
  • the first pedestal 66 may be connected to the central portion of the first tilting body 72 in the Y-axis direction.
  • the second pedestal 67 may be connected to the central portion of the second tilting body 73 in the Y-axis direction.
  • first tilting body 72, the second tilting body 73 and the connecting body 74 shown in FIGS. 16C and 16D are connected to the first tilting body 72 and the second tilting body 73 shown in FIGS. 16A and 16B.
  • the body 74 has a shape in which two bodies 74 are arranged side by side so as to be line-symmetrical with respect to the Y axis and integrated.
  • the first tilting body 72, the second tilting body 73, and the connecting body 74 shown in FIGS. 16C and 16D are left and right in the Y-axis direction about the first pedestal 66 and the second pedestal 67 when viewed in the X-axis direction. It is formed symmetrically.
  • the first tilting body 72, the second tilting body 73, and the connecting body 74 are formed in a rectangular frame shape when viewed in the Z-axis direction.
  • the first tilting body 72 may be connected to the receiving body 10 at an arbitrary position in the Y-axis direction
  • the second tilting body 73 may be connected to the support 20 at an arbitrary position in the Y-axis direction. You may be.
  • the position where the first tilting body 72 is connected to the receiving body 10 and the position where the second tilting body 73 is connected to the support body 20 may be different positions in the Y-axis direction.
  • connection positions of the first pedestal 66 and the receiving body 10 and the connection positions of the second pedestal 67 and the support 20 are different from each other in the X-axis direction.
  • An example of being placed in is shown. However, it is not limited to this.
  • the connection position between the first pedestal 66 and the receiving body 10 and the connection position between the second pedestal 67 and the support 20 are arranged at the same position in the X-axis direction. May be good.
  • 16E is a side view of the auxiliary straining body 60A shown in FIGS. 16A and 16C, and is a view seen from the positive side in the Y-axis direction (right side of FIGS. 16A and 16C) in FIGS. 16A and 16C.
  • the first pedestal 66 is formed in a crank shape when viewed in the Y-axis direction.
  • the first pedestal 66 shown in FIG. 16E includes a first portion 66a connected to the receiving body 10, a second portion 66b connected to the first tilting body 72, and a first portion 66a and a second portion 66b. Includes a third portion 66c to be connected.
  • the first portion 66a and the second portion 66b extend in the Z-axis direction, and the third portion 66c extends in the X-axis direction.
  • the connection position between the first pedestal 66 and the receiving body 10 can be shifted to the negative side in the X-axis direction (left side in FIG. 16E). That is, the connection position between the first pedestal 66 and the first tilting body 72 (lower end of the first pedestal 66, the lower end of the second portion 66b) and the connection position between the second pedestal 67 and the second tilting body 73 (second).
  • the upper end of the pedestal 67) is arranged at different positions in the X-axis direction.
  • the connection position between the first pedestal 66 (first portion 66a) and the receiving body 10 and the second pedestal 67 The connection position between the support and the support 20 can be arranged at the same position in the X-axis direction.
  • the first pedestal 66 is not limited to being formed in a crank shape
  • the second pedestal 67 is formed in a crank shape
  • the connection position between the pedestal 67 and the support 20 may be arranged at the same position in the X-axis direction.
  • both the first pedestal 66 and the second pedestal 67 are formed in a crank shape when viewed in the Y-axis direction, and the connection position between the first pedestal 66 and the receiving body 10 and the second pedestal 67
  • the connection position between the support 20 and the support 20 may be arranged at the same position in the X-axis direction.
  • connection position between the first pedestal 66 and the receiving body 10 and the connection position between the second pedestal 67 and the support 20 can be arranged at the same position in the X-axis direction, the first pedestal 66 or the first pedestal 66 or the first The two pedestals 67 are not limited to being formed in a crank shape.
  • the force sensor 1 is of the capacitance type. That is, an example in which the detection element 40 is configured as a capacitive element and has a fixed electrode Ef and a common displacement electrode Ed facing the fixed electrode Ef has been described.
  • the force or moment detection method by the force sensor 1 is not limited to this.
  • the force sensor 1 may be of a strain gauge type. That is, as shown in FIGS. 17A and 17B, the detection element 40 may have a strain gauge 101 provided on the detection strain generator 90.
  • FIG. 17A is a plan view showing the force sensor 1 in the eighth modification
  • FIG. 17B is a sectional view taken along line GG of FIG. 17A.
  • the strain gauge type force sensor 1 will be described.
  • the receiving body 10 and the support 20 are connected by a detected strain generating body 90, and the detected strain generating body 90 is a force received by the receiving body 10 or.
  • It has a detection unit D that elastically deforms due to the action of a moment.
  • the elastic deformation generated in the detection unit D is detected by the corresponding detection element 100, and the detection circuit 50 outputs an electric signal indicating a force or moment.
  • the detection strain generating body 90 has an outer ring portion 91, an inner ring portion 92 provided concentrically with the outer ring portion 91, and a plurality of (here, four) beam portions 93. ..
  • the beam portion 93 constitutes the detection portion D, and has a rectangular cross section.
  • An annular connecting ring portion 94 is fixed to the outer ring portion 91.
  • the connection ring portion 94 is fixed to the receiving body 10.
  • An annular support ring portion 95 is fixed to the inner ring portion 92.
  • the support ring portion 95 is fixed to the support 20.
  • Each detection element 100 has a strain gauge 101 provided on the corresponding beam portion 93. More specifically, two strain gauges 101 are provided at each end of both side surfaces (planes extending in the Z direction) of the beam portion 93. Two strain gauges 101 are also provided on the upper surface of the beam portion 93. As shown in FIG. 17A, the strain gauge 101 is provided at both ends of the beam portion 93 (that is, the connection portion between the outer ring portion 91 and the beam portion 93 and the connection portion between the inner ring portion 92 and the beam portion 93). Has been done.
  • the detection portions D are provided on each beam portion 93, and are evenly arranged in the circumferential direction of the outer ring portion 91 and the inner ring portion 92 when viewed in the Z-axis direction.
  • the number of beam portions 93 is not limited to four and is arbitrary.
  • the strain gauge 101 provided on each beam portion 93 determines the direction and magnitude of the force or moment acting on the receiving body 10. Can be detected.
  • the auxiliary straining bodies 60A to 60D are arranged between the receiving body 10 and the support body 20 as in the above-described embodiment.
  • the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D connect the outer ring portion 91 and the support 20.
  • the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D are arranged around the detected strain generating body 90 when viewed in the Z-axis direction, and are arranged outside the detected strain generating body 90. Since the auxiliary straining bodies 60A to 60D in the present embodiment and each modification described above can be applied to the auxiliary straining bodies 60A to 60D shown in FIGS. 17A and 17B, detailed description thereof will be omitted here. To do.
  • the auxiliary straining bodies 60A to connect the receiving body 10 and the support 20 are formed.
  • the 60D is also elastically deformed to cause distortion.
  • the force sensor 1 shown in FIGS. 17A and 17B shows an example in which the planar shapes of the receiving body 10 and the support 20 are circular, but the present invention is not limited to this. Further, although an example in which the exterior body 80 is not provided is shown, the present invention is not limited to this.
  • the force sensor 1 does not have to be a strain gauge type, and may be, for example, a piezoelectric type.
  • a piezoelectric element (not shown) may be provided on the beam portion 93 instead of the strain gauge 101 shown in FIG. 17A.
  • the force sensor 1 may be, for example, an optical system.
  • a light emitting / receiving element (not shown) is attached to the fixing member (for example, the support 20 shown in FIG. 4), and the displacement member (for example, the diaphragm 32 shown in FIG. 4) is displaced by the action of a force.
  • a reflective surface is formed so as to face the light emitting element.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment and modification as it is, and at the implementation stage, the components can be modified and embodied without departing from the gist thereof.
  • various inventions can be formed by appropriately combining the plurality of components disclosed in the above-described embodiments and modifications. Some components may be removed from all the components shown in the embodiments and modifications. In addition, components spanning different embodiments and variants may be combined as appropriate.
  • FIG. 18 shows the results of FEM analysis of the maximum stress acting on the detected strain generator and the displacement at the location where the maximum stress was generated, using a capacitance type force sensor without an auxiliary strain generator as a model. Is.
  • the maximum stress and displacement shown in the table of FIG. 18 are approximate values of the values obtained in the analysis results.
  • Fx indicates the maximum stress and displacement when 100N is applied as a force in the X-axis direction
  • Fy indicates the maximum stress and displacement when 100N is applied as a force in the Y-axis direction
  • Fz indicates the maximum stress and displacement when 100 N is applied as a force in the Z-axis direction.
  • Mx indicates the maximum stress and displacement when 2 N ⁇ m is applied as the moment around the X axis
  • My indicates the maximum stress and displacement when 2 N ⁇ m is applied as the moment around the Y axis
  • Mz indicates the maximum stress and displacement when 2 Nm is applied as a moment around the Z axis.
  • the moment of 2 Nm is the value of the moment generated when the length between the force sensor and the end effector 1200 (see FIG. 1) is 0.02 m and the rated force of 100 N is applied.
  • FIG. 19 shows the maximum stress and displacement when four auxiliary strain generating bodies 60A to 60D are provided in the capacitance type force sensor modeled in FIG.
  • the auxiliary strain generating bodies 60A to 60D shown in FIG. 6 are adopted.
  • FIG. 19 shows the maximum stress and displacement when a force of 100 N is applied as Fx, Fy, and Fz, but when a moment of 10 N ⁇ m is applied as Mx, My, and Mz, respectively. It shows the maximum stress and displacement.
  • the moment of 10 N ⁇ m is the value of the moment generated when the length between the force sensor 1 and the end effector 1200 (see FIG. 1) is 0.1 m and the rated force of 100 N is applied.
  • the maximum stress shown in FIG. 19 is smaller than the maximum stress shown in FIG. From this, it was confirmed that the stress generated in the detected strain generating body 30 can be reduced and the strength of the force sensor 1 can be improved by providing the auxiliary strain generating body.
  • the displacement when the forces Fx, Fy, and Fz shown in FIG. 19 act is also smaller than the displacement shown in FIG. However, if there is a displacement of about 5 ⁇ m, it is considered that the force or moment can be detected with high accuracy.
  • the rated load is set to 100 N and the rated moment is set to 2 Nm.
  • the rated load can be set to 100 N and the rated moment can be set to 10 N ⁇ m. Therefore, the performance of the force sensor 1 can be improved, and the rated load and the rated moment can be increased. As a result, it is possible to obtain a force sensor 1 that is easy to use.

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Abstract

本発明による力覚センサは、受力体と、受力体を支持する支持体と、受力体と支持体と接続し、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、検出部に生じた弾性変形を検出する検出素子と、を備えている。検出素子の検出結果に基づいて、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が、検出回路により出力される。受力体と支持体とは補助起歪体で接続され、補助起歪体は、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。

Description

力覚センサ
 本発明は、力覚センサに関する。
 従来より、所定の軸方向に作用した力および所定の回転軸まわりに作用したモーメント(トルク)を電気信号として出力する力覚センサが知られている。この力覚センサは、産業用ロボットを初めとして、協働ロボット、生活支援ロボット、医療用ロボットおよびサービスロボット等、各種ロボットの力制御等に幅広く利用されている。このため、安全性とともに性能の向上が求められている。
 例えば、一般的な力覚センサでは、力またはモーメントが入力されると、力覚センサを構成する起歪体が弾性変形して歪みが生じ、変位する。その変位の大きさを、電気信号として検出することにより、入力された力またはモーメントの大きさが得られる。検出方式としては種々の方式が存在しており、例えば、静電容量方式や歪みゲージ方式、圧電方式、光学方式などが挙げられる。
 起歪体が弾性変形している間、起歪体には応力が負荷される。起歪体に負荷される応力と起歪体の材料強度との関係で、力覚センサには定格荷重および定格モーメントが設定される。この定格荷重および定格モーメントを高めるためには、力覚センサとしての強度を向上させることが求められる。
特許第4907050号公報
 本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、強度を向上させることができる力覚センサを提供することを目的とする。
 本発明は、
 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。
 なお、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 また、上述した力覚センサにおいて、
 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。
 本発明によれば、強度を向上させることができる。
図1は、本実施の形態における力覚センサを適用したロボットの一例を示す図である。 図2は、本実施の形態における力覚センサの平面図である。 図3は、図2の力覚センサのA-A線断面図である。 図4は、図2の力覚センサのB-B線断面図である。 図5は、図2の検出起歪体の固定電極の例を示す平面図である。 図6は、図3の補助起歪体を示す正面図である。 図7は、図2の力覚センサの部分斜視図である。 図8は、図2の力覚センサがY軸方向正側の力を受けた場合の補助起歪体の変形状態を示す正面図である。 図9は、図2の力覚センサがZ軸方向負側の力を受けた場合の補助起歪体の変形状態を示す正面図である。 図10は、第1の変形例における力覚センサの補助起歪体を示す正面図である。 図11は、第2の変形例における力覚センサの補助起歪体を示す正面図である。 図12は、第3の変形例における力覚センサの補助起歪体を示す正面図である。 図13Aは、第4の変形例における力覚センサの補助起歪体を示す正面図である。 図13Bは、図13Aの更なる変形例における力覚センサの補助起歪体を示す正面図である。 図14Aは、第5の変形例における力覚センサの補助起歪体を示す正面図である。 図14Bは、図14AのC-C線断面図である。 図14Cは、図14Aの更なる変形例における力覚センサの補助起歪体を示す正面図である。 図14Dは、図14CのD-D線断面図である。 図14Eは、図14Aおよび図14Cの補助起歪体の変形例を示す側面図である。 図15は、第6の変形例における力覚センサの補助起歪体を示す正面図である。 図16Aは、第7の変形例における力覚センサの補助起歪体を示す正面図である。 図16Bは、図16AのE-E線断面図である。 図16Cは、図16Aの更なる変形例における力覚センサの補助起歪体を示す正面図である。 図16Dは、図16CのF-F線断面図である。 図16Eは、図16Aおよび図16Cの補助起歪体の変形例を示す側面図である。 図17Aは、第8の変形例における検出起歪体を示す平面図である。 図17Bは、図17AのG-G線断面に相当する力覚センサの断面図である。 図18は、本実施例における比較例として、補助起歪体を備えていない力覚センサの検出起歪体に生じる最大応力と変位を示す表である。 図19は、本実施例において、補助起歪体を備えた力覚センサの検出起歪体に生じる最大応力と変位を示す表である。
 以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺及び縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
 なお、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件および物理的特性並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「等しい」等の用語や寸法、物理的特性の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
 本実施の形態に係る力覚センサについて説明する前に、当該力覚センサのロボットへの適用例について図1を参照して説明する。図1は、本実施の形態における力覚センサを適用したロボットの一例を示す図である。
 図1に示すように、産業用ロボット1000は、ロボット本体1100と、エンドエフェクタ1200と、電気ケーブル1300と、制御部1400と、力覚センサ1と、を有している。ロボット本体1100は、ロボットのアーム部を含んでいる。ロボット本体1100とエンドエフェクタ1200の間には、力覚センサ1が設けられている。
 電気ケーブル1300は、ロボット本体1100の内部に延設されている。この電気ケーブル1300は、力覚センサ1のコネクタ(図示せず)に接続されている。
 なお、図1では、制御部1400はロボット本体1100の内部に配置されているが、他の場所(例えばロボット外部の制御盤)に配置されてもよい。また、力覚センサ1のロボットへの装着態様は図1に示すものに限られない。
 力覚センサ1は、グリッパーとして機能するエンドエフェクタ1200に作用する力またはモーメントを検出する。検出された力またはモーメントを示す電気信号は、電気ケーブル1300を介して産業用ロボット1000の制御部1400に送信される。制御部1400は、受信した電気信号に基づいてロボット本体1100およびエンドエフェクタ1200の動作を制御する。
 なお、力覚センサ1は、産業用ロボットに限られず、協働ロボット、生活支援ロボット、医療用ロボットおよびサービスロボット等の各種ロボットに適用可能である。
 以下、図2~図7を参照して本発明の実施の形態に係る力覚センサについて説明する。図2は、本実施の形態における力覚センサの平面図である。図3は、図2のA-A線断面図であり、図4は、図2のB-B線断面図である。図5は、固定電極を示す平面図であり、図6は、補助起歪体を示す正面図であり、図7は、力覚センサの部分斜視図である。以下の説明では、XYZ座標系を定義し、Z軸方向(第1方向)を上下方向とし、受力体10が上側に配置され、支持体20が下側に配置されるように力覚センサを配置した状態で説明を行う。このため、本実施の形態における力覚センサは、Z軸方向を上下方向とした姿勢で使用されることに限られることはない。また、受力体10と支持体20のどちらを上側または下側に配置するかは任意である。
 力覚センサ1は、所定の軸方向に作用した力および所定の回転軸まわりに作用したモーメント(トルク)を電気信号として出力する機能を有する。
 力覚センサ1は、図2~図4に示すように、受力体10と、支持体20と、検出起歪体30と、検出素子40と、検出回路50と、補助起歪体60A~60Dと、外装体80と、を備えている。以下、各構成要素についてより詳細に説明する。
 受力体10は、検出対象となる力またはモーメントの作用を受ける。この作用を受けることにより、受力体10は支持体20に対して相対移動する。上述した図1の例で言えば、受力体10はエンドエフェクタ1200にボルト等で固定されており、エンドエフェクタ1200から力またはモーメントを受ける。受力体10には、検出起歪体30と補助起歪体60A~60Dとが接続されており、受力体10は、検出起歪体30の受力体と補助起歪体60A~60Dの受力体とを兼用している。しかしながら、検出起歪体30の受力体と補助起歪体60A~60Dの受力体とは、別々に構成されていてもよい。この場合、それぞれの受力体を、別部材で固定してもよい。
 本実施の形態では、受力体10の平面形状は、矩形平板状である。なお、受力体10の平面形状は、矩形に限られることはなく、円形、多角形、楕円形等の他の形状であってもよい。
 支持体20は、受力体10を支持している。受力体10と支持体20は、Z軸方向において互いに異なる位置に配置されており、支持体20は、受力体10に離間している。図1の例で言えば、支持体20はロボット本体1100(アーム部)の先端にボルト等で固定されており、ロボット本体1100に支持される。支持体20には、検出起歪体30と補助起歪体60A~60Dとが接続されており、支持体20は、検出起歪体30の支持体と補助起歪体60A~60Dの支持体とを兼用している。
 本実施の形態では、支持体20の平面形状は、受力体10と同様に矩形平板状である。なお、支持体20の平面形状は、矩形に限られることはなく、円形、多角形、楕円形等の他の形状であってもよい。
 検出起歪体30は、受力体10と支持体20とを接続している。より具体的には、検出起歪体30は、受力体10と支持体20との間に配置されており、検出起歪体30は、受力体10に接続されるとともに支持体20に接続されている。この検出起歪体30を介して受力体10は支持体20に支持されている。検出起歪体30は、任意の構成とすることができるが、例えば、特許文献1に示す力検出装置の検出起歪体を適用してもよい。以下では、この力検出装置の検出起歪体を本実施の形態による検出起歪体30に適用する例について概略説明する。なお、図3においては、図面を明瞭にするために、検出起歪体30の詳細な図示は省略している。
 図4に示すように、検出起歪体30は、支持体20に固定された中間体31と、中間体31と受力体10とを接続する検出部Dとを有している。検出部D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し、歪みが生じて、変位するように構成されている。この変位の大きさを検出することによって、力またはモーメントが検出素子40によって検出される。
 図2に示すように、中間体31の平面形状は、受力体10および支持体20と同様に矩形平板状である。なお、中間体31の平面形状は、矩形に限られることはなく、円形、多角形、楕円形等の他の形状であってもよい。
 図4に示すように、検出部Dは、受力体10と中間体31とを接続するダイアフラム32を含んでいる。このダイアフラム32は、中間体31の上面に形成された円環状の溝部33と、中間体31の下面に形成された薄い円柱状の溝部34との間に形成されている。ダイアフラム32の厚みは薄く形成されている。これにより、ダイアフラム32は可撓性を有しており、板ばねとして機能している。また、ダイアフラム32は、導電性を有しており、後述する容量素子を構成する共通変位電極Edとして機能している。
 ダイアフラム32と受力体10とは、力伝達部35によって接続されている。力伝達部35は、ダイアフラム32から上方に延びる第1円柱突起部36と、受力体10から下方に延びる第2円柱突起部37と、を含んでいる。第1円柱突起部36の下端は、ダイアフラム32に接続されている。第1円柱突起部36の上端に、第2円柱突起部37の下端が接続されている。受力体10の下面に、円環状の溝部38が形成されており、溝部38の上方に、肉薄部39が形成されている。第2円柱突起部37の上端は、肉薄部39に接続されている。肉薄部39は、可撓性を有しており、板ばねとして機能している。
 図2~図4に示す例では、受力体10と中間体31とは、2つの力伝達部35によって接続されている。しかしながら、これに限られることはなく、受力体10と中間体31とを接続する力伝達部35の個数は、任意である。
 検出素子40は、検出部Dに生じた変位を検出するように構成されている。本実施の形態では、検出素子40は、容量素子として構成されており、受力体10または支持体20に設けられた固定電極Efと、検出起歪体30に設けられた共通変位電極Edと、を有している。共通変位電極Edと固定電極Efとは互いに対向している。
 本実施の形態では、共通変位電極Edは、上述したダイアフラム32によって構成されている。固定電極Efは、中間体31の溝部34内に、複数設けられている。各固定電極Efは、支持体20の上面に固定されており、ダイアフラム32に対向している。
 例えば、図5に示すように、5つの固定電極Efが、中間体31の溝部34内に設けられていてもよい。この場合、中央の固定電極Efに対してX軸方向における両外側と、Y軸方向における両外側にそれぞれ固定電極Efが配置されていてもよい。各固定電極Efと共通変位電極Edとが、それぞれ容量素子を構成している。このため、1つのダイアフラムに対して、複数の容量素子が形成されている。
 検出回路50は、検出素子40の検出結果に基づいて、検出起歪体30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。この検出回路50は、例えばマイクロプロセッサにより構成された演算機能を有していてもよい。また、検出回路50は、上述した検出素子40から受信したアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換機能や、信号を増幅する機能を有してもよい。検出回路50は、電気信号を出力する端子を含んでいてもよく、この端子から電気ケーブル1300(図1参照)を介して上述した制御部1400に電気信号が送信される。
 次に、補助起歪体60A~60Dの構成についてより詳細に説明する。
 図3および図4に示すように、補助起歪体60A~60Dは、受力体10が受けた力またはモーメントの作用を受ける。すなわち、補助起歪体60A~60Dは、受力体10と支持体20との間に配置されて、受力体10に接続されているとともに支持体20に接続されている。これにより、受力体10が力またはモーメントの作用を受けると、上述した検出起歪体30だけでなく、補助起歪体60A~60Dでもその作用を受けて弾性変形し、歪みが生じて変位するように構成されている。なお、本実施の形態においては、補助起歪体60A~60Dの変位の大きさは、上述した検出素子40によって検出されるようにはなっていない。このため、受力体10が受けた力またはモーメントは、補助起歪体60A~60Dの変位の大きさではなく、検出起歪体30の検出部Dの変位の大きさから検出素子40によって検出される。
 本実施の形態においては、複数の補助起歪体60A~60Dが、受力体10および支持体20に接続されている。このことにより、受力体10が受けた力またはモーメントの作用が、複数の補助起歪体60A~60Dで受けられて、各補助起歪体60A~60Dが弾性変形して歪みを生じさせ、変位するようになる。複数の補助起歪体60A~60Dは、Z軸方向で見たときに、検出起歪体30の周囲に配置されており、検出起歪体30よりも外側に配置されていてもよい。複数の補助起歪体60A~60Dは、Z軸方向で見たときに検出起歪体30の周囲に均等に配置されていてもよい。
 本実施の形態では、図2に示すように、4つの補助起歪体60A~60Dが、受力体10と支持体20とに接続されている。4つの補助起歪体60A~60Dは、Z軸方向で見たときに、検出起歪体30の周囲に配置されており、90°間隔で均等に配置されている。より具体的には、検出起歪体30に対してX軸方向における正側に補助起歪体60Aが配置され、Y軸方向における正側に補助起歪体60Bが配置されている。また、検出起歪体30に対してX軸方向における負側に補助起歪体60Cが配置され、Y軸方向における負側に補助起歪体60Dが配置されている。
 なお、受力体10と支持体20とを接続する補助起歪体60A~60Dの個数は4つであることに限られることはなく、3つ以下であってもよく、5つ以上であってもよく、任意である。この場合においても、補助起歪体60A~60Dは、Z軸方向で見たときの検出起歪体30の周囲に均等に配置されていてもよい。
 4つの補助起歪体60A~60Dは、後述する傾動体61が延びる方向(第2方向)が異なる方向を向くように配置されている。すなわち、補助起歪体60Aおよび60Cの傾動体61の第2方向が、Y軸方向を向いており、補助起歪体60Bおよび60Dの傾動体61の第2方向が、X軸方向を向いている。しかしながら、各補助起歪体60A~60Dは、同一構造を有している。このため、以下では、補助起歪体60Aを例にとって、より詳細に説明する。
 補助起歪体60Aは、図6に示すように、受力体10と支持体20との間に配置された傾動体61と、受力体10と傾動体61とを接続する第1接続体62と、支持体20と傾動体61とを接続する第2接続体63と、を有している。
 傾動体61は、Z軸方向において、受力体10に離間するとともに支持体20に離間している。補助起歪体60Aの傾動体61は、Y軸方向を第2方向として延びている。本実施の形態では、傾動体61は、Z軸方向およびY軸方向に直交するX軸方向で見たときに(図6のように見たときに)矩形状に形成されている。傾動体61は、Y軸方向における寸法が、Z軸方向における寸法よりも大きく形成されており、第1接続体62および第2接続体63よりも可撓性が低くなるように形成されている。
 第1接続体62および第2接続体63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る。本実施の形態では、第1接続体62および第2接続体63は、Z軸方向に延びている。第1接続体62および第2接続体63は、補助起歪体60AのうちY軸方向における寸法が、Z軸方向における寸法よりも小さく形成されており、傾動体61よりも可撓性が高くなるように形成されている。このため、第1接続体62および第2接続体63は、板ばねとして効果的に機能することができるようになっている。
 第1接続体62の上端は、受力体10に接続され、下端は、傾動体61における受力体10の側の端部(上端部61a)に接続されている。第2接続体63の下端は、支持体20に接続され、上端は、傾動体61における支持体20の側の端部(下端部61b)に接続されている。第1接続体62と第2接続体63は、Y軸方向において互いに異なる位置に配置されている。第1接続体62と第2接続体63は、X軸方向において同じ位置に配置されている。
 補助起歪体60Aは、アルミ合金や鉄合金などの金属材料で作製された板材から機械加工で形成されていてもよい。この場合、傾動体61、第1接続体62および第2接続体63は、X軸方向が厚み方向となるように板状に形成され、一体に連続状の板材で形成される。このことにより、補助起歪体60Aを容易に作製することができる。このように形成された補助起歪体60Aは、受力体10および支持体20にボルト等でそれぞれ固定されていてもよい。
 ところで、図2および図7に示すように、補助起歪体60Aと補助起歪体60Bは、Z軸方向で見たときの検出起歪体30の周囲において互いに隣り合っている。補助起歪体60Aと、補助起歪体60Bとは、第1接続体62同士が互いに近づくように配置されている。すなわち、補助起歪体60A(第1補助起歪体に相当)の第1接続体62は、補助起歪体60Aの第2接続体63よりも補助起歪体60B(第2補助起歪体に相当)の側に配置されている。補助起歪体60Bの第1接続体62は、補助起歪体60Bの第2接続体63よりも補助起歪体60Aの側に配置されている。
 同様に、図2に示すように、補助起歪体60Cと補助起歪体60Dは、Z軸方向で見たときの検出起歪体30の周囲において互いに隣り合っている。補助起歪体60Cと、補助起歪体60Dとは、第1接続体62同士が互いに近づくように配置されている。すなわち、補助起歪体60C(第1補助起歪体に相当)の第1接続体62は、補助起歪体60Cの第2接続体63よりも補助起歪体60D(第2補助起歪体に相当)の側に配置されている。補助起歪体60Dの第1接続体62は、補助起歪体60Dの第2接続体63よりも補助起歪体60Cの側に配置されている。
 一方、図2に示すように、補助起歪体60Bと補助起歪体60Cは、Z軸方向で見たときの検出起歪体30の周囲において互いに隣り合っている。補助起歪体60Bと補助起歪体60Cとは、第2接続体63同士が互いに近づくように配置されている。すなわち、補助起歪体60Bの第2接続体63は、補助起歪体60Bの第1接続体62よりも補助起歪体60Cの側に配置されている。補助起歪体60Cの第2接続体63は、補助起歪体60Cの第1接続体62よりも補助起歪体60Bの側に配置されている。
 同様に、図2に示すように、補助起歪体60Dと補助起歪体60Aは、Z軸方向で見たときの検出起歪体30の周囲において互いに隣り合っている。補助起歪体60Dと補助起歪体60Aとは、第2接続体63同士が互いに近づくように配置されている。すなわち、補助起歪体60Dの第2接続体63は、補助起歪体60Dの第1接続体62よりも補助起歪体60Aの側に配置されている。補助起歪体60Aの第2接続体63は、補助起歪体60Aの第1接続体62よりも補助起歪体60Dの側に配置されている。
 図2~図4に示すように、外装体80は、Z軸方向で見たときに、検出起歪体30および補助起歪体60A~60Dを外側から覆うように構成されている。外装体80は、力覚センサ1を構成する筒状の筐体である。検出起歪体30および補助起歪体60A~60Dは、外装体80に収容されている。本実施の形態では外装体80の平面断面形状(XY平面に沿う断面における形状)は矩形枠形状であるが、これに限られず、円形枠形状、多角形枠形状、楕円形枠形状等、他の形状であってもよい。
 図3および図4に示すように、外装体80は、支持体20に固定され、受力体10から離間している。外装体80の一方の開口部(図3および図4では上側の開口部)に受力体10が配置され、他方の開口部(図3および図4では下側の開口部)に支持体20が配置されている。
 より具体的には、支持体20は外装体80の下側の開口部を閉塞するように外装体80に固定されている。外装体80は、支持体20と一体的に構成されていてもよい。一方、受力体10と外装体80との間には隙間が設けられており、受力体10は、ロボットから受けた力またはモーメントの作用に応じて変位可能になっている。なお、防水性や防塵性を確保するために、受力体10と外装体80との間の隙間にゴム等の緩衝部材81が介在されていてもよい。
 次に、このような構成からなる本実施の形態における力覚センサ1に力またはモーメントが作用した場合について説明する。
 受力体10が力またはモーメントの作用を受けると、その力またはモーメントが、受力体10の肉薄部39、第2円柱突起部37、および第1円柱突起部36に伝わり、可撓性を有するダイアフラム32が弾性変形して歪みが生じ、変位する。このことにより、検出素子40の共通変位電極Edとして機能するダイアフラム32と各固定電極Efとの間の距離が変化し、ダイアフラム32と各固定電極Efとの間の静電容量値が変化する。この静電容量値の変化が、検出部D(すなわち、ダイアフラム32)に生じた変位として検出素子40で検出される。この場合、Z軸方向の力の作用を受ける場合を除き、各固定電極Efとダイアフラム32との間の静電容量値は、固定電極Ef毎に異なり得る。このため、検出回路50は、検出素子40で検出された静電容量値の変化に基づいて、受力体10に作用した力またはモーメントの向きと大きさを検出することができる。
 受力体10が力またはモーメントの作用を受けた際、受力体10と支持体20とを接続する各補助起歪体60A~60Dも、受力体10が受けた力またはモーメントの作用を受ける。より具体的には、その力またはモーメントが、各補助起歪体60A~60Dの第1接続体62、傾動体61および第2接続体63に伝わり、可撓性を有する第1接続体62および第2接続体63が弾性変形して歪みを生じさせ、変位する。このことについて、図8および図9を用いて、より具体的に説明する。図8は、Y軸方向正側の力を受けた場合の補助起歪体60Aの変形状態を示す図であり、図9は、Z軸方向負側の力を受けた場合の補助起歪体60Aの変形状態を示す図である。
 例えば、受力体10にY軸方向正側に力Fyが作用した場合には、図8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がY軸方向に弾性変形する。より具体的には、補助起歪体60Aの第1接続体62は、第2接続体63よりもY軸方向正側に配置されており、第1接続体62の上端が、下端よりもY軸方向正側に変位し、第1接続体62が、Y軸方向正側に倒れるようにZ軸方向に対して傾斜する。同様に、第2接続体63の上端が、下端よりもY軸方向正側に変位し、第2接続体63がY軸方向正側に倒れるようにZ軸方向に対して傾斜する。このようにして、受力体10に作用した力Fyが補助起歪体60Aにも作用し、補助起歪体60Aに歪みが生じ、変位する。受力体10にY軸方向負側に力Fyが作用した場合にも同様である。
 なお、補助起歪体60Cの第1接続体62は第2接続体63よりもY軸方向負側に配置されているため、図8に示す補助起歪体60Aとは反対方向に第1接続体62および第2接続体63が傾斜するように弾性変形して歪みを生じさせ、変位する。
 補助起歪体60Bおよび補助起歪体60Dの第1接続体62および第2接続体63は、Y軸方向が厚み方向となるように配置されているため、Y軸方向正側の力Fyに対しては、厚み方向に撓むように弾性変形して歪みを生じさせ、変位する。この場合、第1接続体62、第2接続体63および傾動体61は、Y軸方向正側に倒れるようにZ軸方向に対して傾斜するようになる。
 受力体10にX軸方向の力Fxが作用した場合においても同様に、補助起歪体60Bおよび補助起歪体60Dの第1接続体62および第2接続体63が、X軸方向に倒れるようにZ軸方向に対して傾斜するように弾性変形する。補助起歪体60Aおよび補助起歪体60Cは、厚み方向に撓むように弾性変形して歪みを生じさせ、変位する。
 また、例えば、受力体10にZ軸方向負側に力Fzが作用した場合には、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ため、図9に示すように、補助起歪体60Aの傾動体61が弾性変形する。より具体的には、傾動体61は、第1接続体62から下方向の力を受けて、傾動体61のY軸方向正側の端部が下方に変位する。一方、第2接続体63は、支持体20に支持されているため、傾動体61のY軸方向負側の端部は、下方への変位が防止される。このため、傾動体61は、図9に示すように傾斜する。このようにして、受力体10に作用した力Fzが補助起歪体60Aにも作用し、補助起歪体60Aに歪みが生じ、変位する。補助起歪体60B、補助起歪体60Cおよび補助起歪体60Dも同様に弾性変形して歪みを生じさせ、変位する。
 図示しないが、その他の方向を向く力や、各軸周りのモーメントが受力体10に作用した場合であっても、各補助起歪体60A~60Dは弾性変形して歪みを生じさせ、変位する。
 このため、本実施の形態による補助起歪体60A~60Dを用いた場合には、受力体10が受けた力またはモーメントの作用を、検出起歪体30で受けて歪みを生じさせるだけでなく、補助起歪体60A~60Dでも受けて歪みを生じさせることができる。このため、検出起歪体30に生じる応力を低減することができ、力覚センサ1の強度を向上させることができる。
 また、Y軸方向の力Fyに対しては、本実施の形態による補助起歪体60A~60Dは変形しやすくなっている。この場合、X軸方向の力Fxに対しても、本実施の形態による補助起歪体60A~60Dは変形しやすくなっている。このことにより、Z軸周りのモーメントMzに対しても、本実施の形態による補助起歪体60A~60Dは変形しやすくなっている。一方、Z軸方向の力Fzに対しては、本実施の形態による補助起歪体60A~60Dは変形し難くなっている。この場合、X軸周りのモーメントMxおよびY軸周りのモーメントMyに対しても、本実施の形態による補助起歪体60A~60Dは変形し難くなっている。このため、本実施の形態による補助起歪体60A~60Dを用いた場合には、Z軸方向の力Fz、X軸周りのモーメントMxおよびY軸周りのモーメントMyに対する検出起歪体30の検出部Dの変位を抑制することができる。この場合、力Fz、モーメントMx、Myの作用により検出起歪体30の内部に生じる応力を低減することができ、力覚センサ1の強度を向上させることができる。このように、補助起歪体60A~60Dを設けることにより、各力(Fx、Fy、Fz)および各モーメント(Mx、My、Mz)に対する強度のバランスを向上させることができ、各力と各モーメントの感度および定格値を揃えることができる。すなわち、各力および各モーメントに対する検出起歪体30の強度のバランスが崩れている場合であっても、補助起歪体60A~60Dの形状や配置向きを調整することにより、各力および各モーメントに対する強度のバランスを向上させることができる。
 このように本実施の形態によれば、受力体10と支持体20とが補助起歪体60A~60Dによって接続され、補助起歪体60A~60Dが、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。このことにより、検出起歪体30に生じる応力を低減することができ、力覚センサ1の強度を向上させることができる。この場合、力覚センサ1の破損を防止することができる。また、補助起歪体60A~60Dの形状や配置向きを調整することにより、各力(Fx、Fy、Fz)および各モーメント(Mx、My、Mz)に対する強度のバランスを向上させることができ、各力および各モーメントの感度のバランスおよび定格値のバランスを向上させることができる。
 また、本実施の形態によれば、補助起歪体60A~60Dの傾動体61は、第1接続体62を介して受力体10に接続されるとともに、第2接続体63を介して支持体20に接続されており、第1接続体62および第2接続体63が、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。このことにより、受力体10が受けた力またはモーメントの作用により第1接続体62および第2接続体63が弾性変形して歪みを生じさせ、変位させることができる。このため、検出起歪体30に生じる応力を低減することができ、力覚センサ1の強度を向上させることができる。また、第1接続体62と第2接続体63との間に傾動体61を設けることにより、補助起歪体60A~60Dの設計の融通性を向上させることができる。すなわち、第1接続体62の寸法および第2接続体63の寸法だけでなく傾動体61の寸法などを設計パラメータに加えることができ、補助起歪体60A~60Dを容易に設計することができ、各力および各モーメントに対する強度のバランスを容易に向上させることができる。
 また、本実施の形態によれば、補助起歪体60A~60Dの第1接続体62と第2接続体63が、X軸方向またはY軸方向において互いに異なる位置に配置されている。このことにより、Z軸方向に直交する方向(例えば、X軸方向またはY軸方向)の力に対して補助起歪体60A~60Dを変位しやすくすることができる。このため、当該方向の力に対して検出起歪体30の検出部D(ダイアフラム32)の変位を大きくすることができ、当該方向の力の検出精度を向上させることができる。
 また、本実施の形態によれば、補助起歪体60Aの第1接続体62が、補助起歪体60Aの第2接続体63よりも補助起歪体60Bの側に配置され、補助起歪体60Bの第1接続体62が、補助起歪体60Bの第2接続体63よりも補助起歪体60Aの側に配置されている。このことにより、X軸方向の力Fx、Y軸方向の力FyまたはZ軸周りのモーメントMzが作用した場合に、補助起歪体60Aおよび補助起歪体60Bのうちの一方の補助起歪体の第1接続体62および第2接続体63が、受力体10がZ軸方向に変位することを規制することができる。また、補助起歪体60Cの第1接続体62が、補助起歪体60Cの第2接続体63よりも補助起歪体60Dの側に配置され、補助起歪体60Dの第1接続体62は、補助起歪体60Dの第2接続体63よりも補助起歪体60Cの側に配置されている。このことにより、同様にして、X軸方向の力Fx、Y軸方向の力FyまたはZ軸周りのモーメントMzが作用した場合に、受力体10が回転しながらZ軸方向に変位することを規制することができる。
 なお、受力体10が回転しながらZ軸方向に変位することを許容できる場合には、第1接続体62と第2接続体63とが検出起歪体30の周囲において交互に配置されるようにしてもよい。すなわち、補助起歪体60Aの第1接続体62が、補助起歪体60Aの第2接続体63よりも補助起歪体60Bの側に配置され、補助起歪体60Bの第2接続体63が、補助起歪体60Bの第1接続体62よりも補助起歪体60Aの側に配置されていてもよい。他の補助起歪体についても同様である。
 また、本実施の形態によれば、補助起歪体60A~60D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。このことにより、補助起歪体60A~60Dの形状を簡素化することができる。この場合、補助起歪体60A~60Dを機械加工で容易に作製することができる。
 また、本実施の形態によれば、補助起歪体60A~60D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。このことにより、補助起歪体60A~60DをZ軸方向に変形し難くすることができる。このため、Z軸方向の力Fz、X軸周りのモーメントMxおよびY軸周りのモーメントMyに対する検出部Dの変位を抑制することができるとともに、力覚センサ1の強度をより一層向上させることができる。また、Y軸方向の力Fyに対して、Y軸方向に延びる傾動体61を有する補助起歪体60Aおよび補助起歪体60Cの弾性変形のしやすさに指向性が生じることを抑制することができる。例えば、Y軸方向正側の力Fyに対する補助起歪体60A、60Cの変位の大きさと、Y軸方向負側の力Fyに対する補助起歪体60A、60Cの変位の大きさとが、相違することを抑制できる。X軸方向の力Fxに対して、X軸方向に延びる傾動体61を有する補助起歪体60B、60Dについても同様である。このため、補助起歪体60A~60Dを用いた場合であっても、検出起歪体30による力またはモーメントの検出精度が低下することを抑制することができる。
 以下、上述した本実施の形態に対する変形例について説明する。ここでは、代表的に、補助起歪体60Aを例にとって説明するが、補助起歪体60B~60Dにも同様にその変形例を適用することができる。
(第1の変形例)
 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。
 図10に示す第1の変形例によれば、第1接続体62の長さ(または線路長)および第2接続体63の長さ(または線路長)を確保しつつ、受力体10と支持体20との間の寸法(力覚センサ1の高さ寸法)を低減することができる。この場合、図10に示すように、第1接続体62および第2接続体63は、L字状に形成されていてもよい。第1接続体62のうちZ軸方向に延びる部分と傾動体61との間には、スリット64が形成される。このことにより、受力体10から傾動体61までの第1接続体62の長さを確保することができ、第1接続体62をY軸方向に弾性変形しやすくすることができる。同様に、第2接続体63のうちZ軸方向に延びる部分と傾動体61との間には、スリット65が形成される。このことにより、支持体20から傾動体61までの第2接続体63の長さを確保することができ、第2接続体63をY軸方向に弾性変形しやすくすることができる。
(第2の変形例)
 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。
 図11に示す第2の変形例によれば、補助起歪体60AをZ軸方向に変形しやすくすることができる。このため、Z軸方向の力Fz、X軸周りのモーメントMxおよびY軸周りのモーメントMyに対して検出起歪体30の検出部Dの変位を大きくすることができ、Z軸方向の力の検出精度を向上させることができる。なお、図11に示す傾動体61は、X軸方向で見たときに、第1接続体62および第2接続体63に沿うように平行四辺形状に形成されていてもよい。
 また、図11に示す補助起歪体60Aを、同じ向きで2つ並べてもよい。例えば、検出起歪体30に対してX軸方向正側に、傾動体61がY方向に延びる2つの補助起歪体60Aが配置され、これら2つの補助起歪体60Aの第1接続体62同士が互いに近づくように配置されていてもよい。一方の補助起歪体60Aの第1接続体62は、当該補助起歪体60Aの第2接続体63よりも他方の補助起歪体60Bの側に配置され、他方の補助起歪体60Bの第1接続体62は、他方の補助起歪体60Bの第2接続体63よりも一方の補助起歪体60Aの側に配置されていてもよい。このことにより、X軸方向で見たときに、一方の補助起歪体60Aの第1接続体62および第2接続体63と、他方の補助起歪体60Bの第1接続体62および第2接続体63を、逆V字状に配置することができる。このため、X軸方向の力Fx、Y軸方向の力FyまたはZ軸周りのモーメントMzが作用した場合に、2つの補助起歪体60Aのうちの一方が、受力体10がZ軸方向に変位することを規制することができる。
(第3の変形例)
 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。
 図12に示す第3の変形例によれば、第1接続体62および第2接続体63を弾性変形しやすくすることができる。
 また、図12に示すように、X軸方向で見たときの第1接続体62の輪郭62pと傾動体61の輪郭61pとが、R輪郭部68aを介して接続されていてもよい。このことにより、第1接続体62と傾動体61との接続部において、応力を緩和させることができ、応力集中を抑制できる。このため、力覚センサ1の信頼性を向上させることができる。また、第2接続体63の輪郭63pと傾動体61の輪郭61pとが、R輪郭部68aを介して接続されていてもよい。このことにより、第2接続体63と傾動体61との接続部において、応力を緩和させることができ、応力集中を抑制できる。このため、力覚センサ1の信頼性を向上させることができる。すなわち、第1接続体62の輪郭62pおよび第2接続体63の輪郭63pの両方が、傾動体61の輪郭61pとR輪郭部68aを介して接続されていてもよく、第1接続体62の輪郭62pおよび第2接続体63の輪郭63pの一方が、傾動体61の輪郭61pとR輪郭部68aを介して接続されていてもよい。R輪郭部68aのR寸法は、例えば、2mm~5mmであってもよい。後述するR輪郭部68bについても同様である。なお、このR輪郭部68aは、図12に示す補助起歪体60Aに適用されることに限られることはなく、図6等に示す他の補助起歪体60Aにも適用することができる。
 また、図12に示すように、第1接続体62は、第1台座66を介して受力体10に接続されていてもよい。このことにより、湾曲した第1接続体62であっても、第1台座66によって受力体10に安定して取り付けることができる。一方、第2接続体63は、第2台座67を介して支持体20に接続されていてもよい。このことにより、湾曲した第2接続体63であっても、第2台座67によって支持体20に安定して取り付けることができる。例えば、第1台座66、第1接続体62、傾動体61、第2接続体63および第2台座67を、一体に連続状の板材で形成されてもよく、この場合には、第1台座66はボルト等で受力体10に固定されてもよく、第2台座67はボルト等で支持体20に固定されてもよい。なお、第1台座66および第2台座67は、図12に示す補助起歪体60Aに適用されることに限られることはなく、図6等に示す他の補助起歪体60Aにも適用することができる。
 また、図12に示すように、X軸方向で見たときの補助起歪体60Aの第1接続体62の輪郭62pと第1台座66の輪郭66pとが、R輪郭部68bを介して接続されていてもよい。このことにより、第1接続体62と第1台座66との接続部において、応力を緩和させることができ、応力集中を抑制できる。また、補助起歪体60Aの第2接続体63の輪郭63pと第2台座67の輪郭67pとが、R輪郭部68bを介して接続されていてもよい。このことにより、第2接続体63と第2台座67との接続部においても、応力を緩和させることができ、応力集中を抑制できる。このため、力覚センサ1の信頼性を向上させることができる。
(第4の変形例)
 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。
 図13Aに示す第4の変形例によれば、第1接続体62および第2接続体63は、X軸方向において同じ位置に配置されるとともにY軸方向において同じ位置に配置されている。このことにより、Z軸方向の力Fz、X軸周りのモーメントMxおよびY軸周りのモーメントMyに対する検出部Dの変位を抑制することができるとともに、力覚センサ1の強度をより一層向上させることができる。この場合、X軸方向で見たときに補助起歪体60Aの第1接続体62と第2接続体63を一直線上に配置することができ、機械加工を容易化させることができる。
 また、図13Aに示すように、傾動体61は、X軸方向で見たときに、Y軸方向に延びるスリット69aを含んでいてもよい。このスリット69aは、Y軸方向に長手方向を有するようにY軸方向に細長状に延びているが、傾動体61のY軸方向負側の端部においてY軸方向負側に開口している。そして、スリット69aは、X軸方向に傾動体61を貫通していてもよい。このようなスリット69aを設けることにより、補助起歪体60Aの第1接続体62および第2接続体63がZ軸方向に一直線上に配置されている場合であっても、Z軸方向の力Fzの作用を受けたときに傾動体61を弾性変形させて歪みを生じさせ、変位させることができる。この際、傾動体61のうちスリット69aのZ軸方向両側の部分が弾性変形しやすくなる。このため、Z軸方向の力Fzに対して検出起歪体30の検出部Dを変位させることができ、Z軸方向の力の検出精度を向上させることができる。
 図13Aに示す例においては、補助起歪体60Aの第1接続体62および第2接続体63は、傾動体61のY軸方向負側の端部に接続されている。なお、第1接続体62および第2接続体63は、Y軸方向における傾動体61の任意の位置に接続されていてもよい。また、スリット69aが、傾動体61のY軸方向正側の端部においてY軸方向正側に開口している場合には、第1接続体62および第2接続体63は、傾動体61においてX軸方向正側の端部に接続されていてもよい。また、第1接続体62および第2接続体63は、Y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。
 なお、図13Aに示す補助起歪体60Aの更なる変形例として、図13Bに示すように補助起歪体60Aを構成してもよい。図13Bは、図13Aに示す補助起歪体60Aの更なる変形例を示す正面図である。
 図13Bに示すように、補助起歪体60Aの傾動体61は、X軸方向で見たときに、Y軸方向に延びるスリット69bを含んでいてもよい。このスリット69bは、Y軸方向に長手方向を有するようにY軸方向に細長状に延びているが、傾動体61のY軸方向負側の端部およびY軸方向正側の端部のいずれにおいても開口していない。すなわち、スリット69bは、X軸方向で見たときに閉じた形状を有している。スリット69bは、X軸方向に傾動体61を貫通していてもよい。このようなスリット69bを設けることにより、補助起歪体60Aの第1接続体62および第2接続体63がZ軸方向に一直線上に配置されている場合であっても、Z軸方向の力Fzの作用を受けたときに傾動体61を弾性変形させて歪みを生じさせ、変位させることができる。この際、図13Aに示す例と同様に、傾動体61のうちスリット69bのZ軸方向両側の部分が弾性変形しやすくなる。このため、Z軸方向の力Fzに対して検出起歪体30の検出部Dを変位させることができ、Z軸方向の力の検出精度を向上させることができる。
 図13Bに示す例においては、補助起歪体60Aの第1接続体62および第2接続体63は、傾動体61のY軸方向の中央部に接続されている。より具体的には、図13Bに示す補助起歪体60Aの傾動体61は、図13Aに示す傾動体61を、Y軸に対して線対称となるように左右に2つ並べて一体化させた形状を有している。図13Bに示す傾動体61およびスリット69bは、X軸方向で見たときに、第1接続体62および第2接続体63を中心としてY軸方向において左右対称に形成されている。なお、第1接続体62および第2接続体63は、Y軸方向における傾動体61の任意の位置に接続されていてもよい。また、第1接続体62および第2接続体63は、Y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5の変形例)
 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、図14Bに示すように、傾動体61は、Z軸方向で見たときに、Y軸方向に延びるスリット70aを含んでいてもよい。このスリット70aは、Y軸方向に長手方向を有するようにY軸方向に細長状に延びているが、傾動体61のY軸方向負側の端部においてY軸方向負側に開口している。そして、スリット70aは、Z軸方向に傾動体61を貫通していてもよい。
 第1接続体62は、傾動体61のうちスリット70aに対してX軸方向正側の部分に接続されている。図14Aに示す例では、第1接続体62は、Z軸方向に延びており、スリット70aに対してX軸方向正側(図14Bにおける上側)に配置されている。一方、第2接続体63は、傾動体61のうちスリット70aに対してX軸方向負側の部分に接続されている。図14Aに示す例では、第2接続体63は、Z軸方向に延びており、スリット70aに対してX軸方向負側(図14Bにおける下側)に配置されている。このようにして、第1接続体62と受力体10との接続位置(第1接続体62の上端)と、第2接続体63と支持体20との接続位置(第2接続体63の下端)とは、X軸方向において互いに異なっている。そして、第1接続体62と第2接続体63とは、X軸方向において互いに異なる位置に配置されている。
 このようなスリット70aを設けることにより、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場合であっても、Z軸方向の力Fzの作用を受けたときに傾動体61を弾性変形させて歪みを生じさせ、変位させることができる。この際、傾動体61のうちスリット70aのX軸方向両側の部分が弾性変形しやすくなる。このため、Z軸方向の力Fzに対して検出起歪体30の検出部Dを変位させることができ、Z軸方向の力の検出精度を向上させることができる。図14Aおよび図14Bに示す例では、Z軸方向の力Fzに対してはY軸方向に延びる傾動体61を弾性変形させて歪みを生じさせているため、第1接続体62および第2接続体63のZ軸方向の長さを低減することができる。このため、受力体10と支持体20との間の寸法(力覚センサ1の高さ寸法)を低減することができる。
 図14Aおよび図14Bに示す第5の変形例によれば、補助起歪体60Aの第1接続体62および第2接続体63は、受力体10にY軸方向の力Fyが作用したときに変位しやすくすることができる。例えば、Z軸方向の力Fzの作用よりも、Y軸方向の力Fyの作用によって変位しやすくすることができ、力Fyに対する剛性を弱めることができる。このため、図13Aに示す補助起歪体60Aと同じ性能を得ることができる。
 図14Aおよび図14Bに示す例においては、補助起歪体60Aの第1接続体62および第2接続体63は、傾動体61のY軸方向負側の端部に接続されている。なお、第1接続体62および第2接続体63は、Y軸方向における傾動体61の任意の位置に接続されていてもよい。また、スリット70aが、傾動体61のY軸方向正側の端部においてY軸方向正側に開口している場合には、第1接続体62および第2接続体63は、傾動体61においてY軸方向正側の端部に接続されていてもよい。また、第1接続体62および第2接続体63は、Y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。
 なお、図14Aおよび図14Bに示す補助起歪体60Aの更なる変形例として、図14Cおよび図14Dに示すように補助起歪体60Aを構成してもよい。図14Cは、図14Aに示す補助起歪体60Aの更なる変形例を示す正面図であり、図14Dは、図14CのD-D線断面図である。
 図14Cのおよび図14Dに示すように、Z軸方向で見たときに、Y軸方向に延びるスリット70bを含んでいてもよい。このスリット70bは、Y軸方向に長手方向を有するようにY軸方向に細長状に延びているが、傾動体61のY軸方向負側の端部およびY軸方向正側の端部のいずれにおいても開口していない。すなわち、スリット70bは、Z軸方向で見たときに閉じた形状を有している。スリット70bは、Z軸方向に傾動体61を貫通していてもよい。
 第1接続体62は、傾動体61のうちスリット70bに対してX軸方向正側の部分に接続されている。図14Cに示す例では、第1接続体62は、Z軸方向に延びており、スリット70bに対してX軸方向正側(図14Dにおける上側)に配置されている。一方、第2接続体63は、傾動体61のうちスリット70bに対してX軸方向負側の部分に接続されている。図14Cに示す例では、第2接続体63は、Z軸方向に延びており、スリット70bに対してX軸方向負側(図14Dにおける下側)に配置されている。このようにして、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との接続位置とは、X軸方向において互いに異なっている。そして、第1接続体62と第2接続体63とは、X軸方向において互いに異なる位置に配置されている。
 このようなスリット70bを設けることにより、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場合であっても、Z軸方向の力Fzの作用を受けたときに傾動体61を弾性変形させて歪みを生じさせ、変位させることができる。この際、図14Aおよび図14Bに示す例と同様に、傾動体61のうちスリット70bのX軸方向両側の部分が弾性変形しやすくなる。このため、Z軸方向の力Fzに対して検出起歪体30の検出部Dを変位させることができ、Z軸方向の力の検出精度を向上させることができる。
 図14Cおよび図14Dに示す例においては、補助起歪体60Aの第1接続体62および第2接続体63は、傾動体61のY軸方向の中央部に接続されている。より具体的には、図14Cおよび図14Dに示す補助起歪体60Aの傾動体61は、図14Aおよび図14Bに示す傾動体61を、Y軸に対して線対称となるように左右に2つ並べて一体化させた形状を有している。図14Cおよび図14Dに示す傾動体61およびスリット70bは、X軸方向で見たときに、第1接続体62および第2接続体63を中心としてY軸方向において左右対称に形成されている。なお、第1接続体62および第2接続体63は、Y軸方向における傾動体61の任意の位置に接続されていてもよい。また、第1接続体62および第2接続体63は、Y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。
 また、上述した図14A~図14Dに示す例では、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との接続位置とが、X軸方向において互いに異なる位置に配置されている例を示した。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、図14Eに示すように、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との接続位置とは、X軸方向において同じ位置に配置されていてもよい。図14Eは、図14Aおよび図14Cに示す補助起歪体60Aの側面図であって、図14Aおよび図14CにおいてY軸方向正側(図14Aおよび図14Cの右側)から見た図である。
 例えば、図14Eに示すように、第1接続体62が、Y軸方向で見たときに、クランク状に形成されている。図14Eに示す第1接続体62は、受力体10に接続された第1部分62aと、傾動体61に接続された第2部分62bと、第1部分62aと第2部分62bとを接続する第3部分62cと、を含んでいる。第1部分62aおよび第2部分62bは、Z軸方向に延び、第3部分62cは、X軸方向に延びている。
 このように第1接続体62がクランク状に形成されていることにより、第1接続体62と受力体10との接続位置を、X軸方向負側(図14Eにおける左側)にずらすことができる。すなわち、第1接続体62と傾動体61との接続位置(第1接続体62の下端、第2部分62bの下端)と、第2接続体63と傾動体61との接続位置(第2接続体63の上端)は、X軸方向に異なる位置に配置されている。しかしながら、第1接続体62が、Y軸方向で見たときにクランク状に形成されているため、第1接続体62(第1部分62a)と受力体10との接続位置と、第2接続体63と支持体20との接続位置を、X軸方向において同じ位置に配置することができる。
 なお、第1接続体62がクランク状に形成されることに限られることはなく、第2接続体63がクランク状に形成されて、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との接続位置を、X軸方向において同じ位置に配置してもよい。また、第1接続体62および第2接続体63のいずれもが、Y軸方向で見たときにクランク状に形成されて、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との接続位置とが、X軸方向において同じ位置に配置されるようにしてもよい。更に、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との接続位置を、X軸方向において同じ位置に配置することができれば、第1接続体62または第2接続体63がクランク状に形成されていることに限られることはない。
(第6の変形例)
 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。
 図15に示す第6の変形例によれば、接続体71の長さ(線路長)を長くすることができる。このため、接続体71を弾性変形しやすくすることができる。このため、検出部Dの変位を大きくすることができ、検出精度を向上させることができる。また、補助起歪体60Aの構造および形状を簡素化することができる。なお、Y軸方向に対する接続体71の傾斜角をθとした場合、この傾斜角θを大きくする(90°に近づける)ことにより、Z軸方向の力Fz、X軸周りのモーメントMxおよびY軸周りのモーメントMyに対して接続体71を変形し難くすることができ、X軸方向の力Fx、Y軸方向の力FyおよびZ軸周りのモーメントMzに対して接続体71を変形しやすくすることができる。一方、傾斜角θを小さくする(0°に近づける)ことにより、Z軸方向の力Fz、X軸周りのモーメントMxおよびY軸周りのモーメントMyに対して接続体71を変形しやすくすることができ、X軸方向の力Fx、Y軸方向の力FyおよびZ軸周りのモーメントMzに対して接続体71を変形し難くすることができる。
 また、図15に示すように、接続体71は、第1台座66を介して受力体10に接続されていてもよい。このことにより、傾斜した接続体71であっても、第1台座66によって受力体10に安定して取り付けることができる。また、接続体71は、第2台座67を介して支持体20に接続されていてもよい。このことにより、傾斜した接続体71であっても、第2台座67によって支持体20に安定して取り付けることができる。例えば、第1台座66、接続体71および第2台座67を、一体に連続状の板材で形成されてもよく、この場合には、第1台座66はボルト等で受力体10に固定されてもよく、第2台座67はボルト等で支持体20に固定されてもよい。また、第1台座66と、接続体71と、第2台座67とは、それぞれ別部材で形成されていてもよく、この場合には、接続体71と第1台座66とをボルト等で固定してもよく、接続体71と第2台座67とをボルト等で固定してもよい。
(第7の変形例)
 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。
 図16Aおよび図16Bに示す第7の変形例によれば、受力体10が力又はモーメントを受けたときに、接続体74を弾性変形させて歪みを生じさせ、変位させることができる。
 また、図16Aに示すように、第1傾動体72は、第1台座66を介して受力体10に接続されていてもよい。第1台座66によって、第1傾動体72が弾性変形するためのスペースを、第1傾動体72と受力体10との間に確保することができる。第2傾動体73は、第2台座67を介して支持体20に接続されていてもよい。第2台座67によって、第2傾動体73が弾性変形するためのスペースを、第2傾動体73と支持体20との間に確保することができる。第1台座66と受力体10との接続位置と、第2台座67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る。第1台座66および第2台座67は、Y軸方向において同じ位置に配置されていてもよい。
 また、図16Aおよび図16Bに示すように、補助起歪体60Aの第1傾動体72は、Y軸方向において互いに異なる位置で受力体10および接続体74に接続されていてもよい。補助起歪体60Aの第2傾動体73は、Y軸方向において互いに異なる位置で支持体20および接続体74に接続されていてもよい。より具体的には、Y軸方向における負側の端部において、第1傾動体72が第1台座66を介して受力体10に接続されるとともに、第2傾動体73が第2台座67を介して支持体20に接続されている。また、Y軸方向における正側の端部において、第1傾動体72および第2傾動体73が接続体74に接続されている。しかしながら、このことに限られることはなく、第1傾動体72はY軸方向における任意の位置で受力体10に接続されていてもよく、第2傾動体73はY軸方向における任意の位置で支持体20に接続されていてもよい。例えば、Y軸方向における正側の端部において、第1傾動体72が第1台座66を介して受力体10に接続されるとともに、第2傾動体73が第2台座67を介して支持体20に接続されてもよい。この場合、Y軸方向における負側の端部において、第1傾動体72および第2傾動体73が接続体74に接続されていてもよい。
 また、図16Aに示すように、接続体74は、Z軸方向に沿う長手方向を有していてもよい。この場合、Y軸方向の力Fyの作用を受けたときに、接続体74を弾性変形させて歪みを生じさせ、変位させることができる。このため、Y軸方向の力Fyに対して検出起歪体30の検出部Dをそれぞれ変位させることができ、Y軸方向の力の検出精度をそれぞれ向上させることができる。また、接続体74が、Z軸方向に沿う方向に長手方向を有している場合、接続体74の断面においてZ軸方向の寸法が長く、Y軸方向の寸法が短くなる。このことにより、Z軸方向の力Fzに対しては、接続体74は弾性変形し難くなり、力Fzに対する変位を抑制することができる。一方、Y軸方向の力Fyに対しては、上述したように弾性変形しやすくすることができる。
 なお、図16Aおよび図16Bに示す補助起歪体60Aの更なる変形例として、図16Cおよび図16Dに示すように補助起歪体60Aを構成してもよい。図16Cは、図16Aに示す補助起歪体60Aの更なる変形例を示す正面図であり、図16Dは、図16CのF-F線断面図である。
 図16Cおよび図16Dに示すように、Y軸方向における両側の端部のそれぞれにおいて、第1傾動体72および第2傾動体73が接続体74に接続されていてもよい。この場合、Y軸方向における一対の接続体74の間の位置で、第1傾動体72が第1台座66を介して受力体10に接続されるとともに、第2傾動体73が第2台座67を介して支持体20に接続されていてもよい。例えば、第1台座66は、第1傾動体72のY軸方向の中央部に接続されていてもよい。第2台座67は、第2傾動体73のY軸方向の中央部に接続されていてもよい。より具体的には、図16Cおよび図16Dに示す第1傾動体72、第2傾動体73および接続体74は、図16Aおよび図16Bに示す第1傾動体72、第2傾動体73および接続体74を、Y軸に対して線対称となるように左右に2つ並べて一体化させた形状を有している。図16Cおよび図16Dに示す第1傾動体72、第2傾動体73および接続体74は、X軸方向で見たときに、第1台座66および第2台座67を中心としてY軸方向において左右対称に形成されている。この場合、第1傾動体72、第2傾動体73および接続体74は、Z軸方向で見たときに矩形枠状に形成されるようになる。なお、第1傾動体72は、Y軸方向における任意の位置で受力体10に接続されていてもよく、第2傾動体73は、Y軸方向における任意の位置で支持体20に接続されていてもよい。また、第1傾動体72が受力体10に接続される位置と、第2傾動体73が支持体20に接続される位置とは、Y軸方向において互いに異なる位置であってもよい。
 また、上述した図16A~図16Dに示す例では、第1台座66と受力体10との接続位置と、第2台座67と支持体20との接続位置が、X軸方向において互いに異なる位置に配置されている例を示した。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、図16Eに示すように、第1台座66と受力体10との接続位置と、第2台座67と支持体20との接続位置とは、X軸方向において同じ位置に配置されていてもよい。図16Eは、図16Aおよび図16Cに示す補助起歪体60Aの側面図であって、図16Aおよび図16CにおいてY軸方向正側(図16Aおよび図16Cの右側)から見た図である。
 例えば、図16Eに示すように、第1台座66が、Y軸方向で見たときに、クランク状に形成されている。図16Eに示す第1台座66は、受力体10に接続された第1部分66aと、第1傾動体72に接続された第2部分66bと、第1部分66aと第2部分66bとを接続する第3部分66cと、を含んでいる。第1部分66aおよび第2部分66bは、Z軸方向に延び、第3部分66cは、X軸方向に延びている。
 このように第1台座66がクランク状に形成されていることにより、第1台座66と受力体10との接続位置を、X軸方向負側(図16Eにおける左側)にずらすことができる。すなわち、第1台座66と第1傾動体72との接続位置(第1台座66の下端、第2部分66bの下端)と、第2台座67と第2傾動体73との接続位置(第2台座67の上端)は、X軸方向に異なる位置に配置されている。しかしながら、第1台座66が、Y軸方向で見たときにクランク状に形成されているため、第1台座66(第1部分66a)と受力体10との接続位置と、第2台座67と支持体20との接続位置を、X軸方向において同じ位置に配置することができる。
 なお、第1台座66がクランク状に形成されることに限られることはなく、第2台座67がクランク状に形成されて、第1台座66と受力体10との接続位置と、第2台座67と支持体20との接続位置を、X軸方向において同じ位置に配置してもよい。また、第1台座66および第2台座67のいずれもが、Y軸方向で見たときにクランク状に形成されて、第1台座66と受力体10との接続位置と、第2台座67と支持体20との接続位置とが、X軸方向において同じ位置に配置されるようにしてもよい。更に、第1台座66と受力体10との接続位置と、第2台座67と支持体20との接続位置を、X軸方向において同じ位置に配置することができれば、第1台座66または第2台座67がクランク状に形成されていることに限られることはない。
(第8の変形例)
 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。
 次に、歪みゲージ方式の力覚センサ1について説明する。図17A、図17Bに示す力覚センサ1においては、受力体10と支持体20とが検出起歪体90で接続され、この検出起歪体90が、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検出部Dを有している。この検出部Dに生じた弾性変形が、対応する検出素子100で検出され、検出回路50で、力またはモーメントを示す電気信号が出力される。
 検出起歪体90は、外側リング部91と、外側リング部91と同芯状に設けられた内側リング部92と、複数の(ここでは、4つの)梁部93と、を有している。梁部93は、検出部Dを構成しており、断面が矩形状に形成されている。外側リング部91には円環状の接続リング部94が固定されている。この接続リング部94は受力体10に固定されている。また、内側リング部92には円環状の支持リング部95が固定されている。この支持リング部95は支持体20に固定されている。
 各検出素子100は、対応する梁部93に設けられた歪みゲージ101を有している。より具体的には、梁部93の両側面(Z方向に延びる面)のうちの各端部にそれぞれ2個の歪みゲージ101が設けられている。梁部93の上面にも2個の歪みゲージ101が設けられている。図17Aに示すように、歪みゲージ101は、梁部93の両端部(すなわち、外側リング部91と梁部93との接続部分、および内側リング部92と梁部93との接続部分)に設けられている。検出部Dは、各梁部93に設けられており、Z軸方向で見たときに外側リング部91および内側リング部92の周方向において均等に配置されている。なお、梁部93の個数は4つに限られることはなく、任意である。
 このような構成により、受力体10が力またはモーメントの作用を受けた際、各梁部93に設けられた歪みゲージ101により、受力体10に作用した力またはモーメントの向きと大きさを検出することができる。
 図17Aおよび図17Bに示す力覚センサ1においても、上述した本実施の形態と同様に、受力体10と支持体20との間に補助起歪体60A~60Dが配置されている。補助起歪体60A~60Dは、外側リング部91と支持体20とを接続している。補助起歪体60A~60Dは、Z軸方向で見たときに、検出起歪体90の周囲に配置されており、検出起歪体90の外側に配置されている。図17Aおよび図17Bに示す補助起歪体60A~60Dには、上述した本実施の形態および各変形例における補助起歪体60A~60Dを適用することができるため、ここでは詳細な説明は省略する。
 図17Aおよび図17Bに示す第8の変形例によれば、受力体10が力またはモーメントの作用を受けた際、受力体10と支持体20とを接続する各補助起歪体60A~60Dも、弾性変形して歪みを生じさせる。このことにより、歪みゲージ方式の力覚センサ1であっても、検出起歪体90に生じる応力を低減することができ、力覚センサ1の強度を向上させることができる。この場合、力覚センサ1の破損を防止することができる。
 ここで、図17Aに示すように、外側リング部91と内側リング部92とは、XY平面内に配置された4本の梁部93で接続されているため、X軸周りのモーメントMxおよびY軸周りのモーメントMyに対しては、梁部93は弾性変形しやすく、変位しやすくなっている。これに対して、X軸方向の力FxおよびY軸方向の力Fyに対しては、梁部93に引っ張る方向または圧縮する方向の力が作用するため、梁部93は弾性変形し難く、変位し難くなっている。このため、図17Aに示す歪みゲージ型力覚センサ1では、力Fx、Fyに対しては変位し難いが、モーメントMx、Myに対しては、変位しやすいという傾向にある。一方、上述した補助起歪体60A~60Dは、力Fx、Fyに対しては変位しやすく、Z軸方向の力が作用するモーメントMx、Myに対しては、変位し難いという傾向にある。このため、図17Aに示す歪みゲージ型力覚センサ1の検出起歪体90と、補助起歪体60A~60Dとを組み合わせることにより、各力(Fx、Fy、Fz)および各モーメント(Mx、My、Mz)に対する強度のバランスを向上させることができる。この結果、各力と各モーメントの感度および定格値を揃えることができ、最適な力覚センサを構成することができる。
 なお、図17Aおよび図17Bに示す力覚センサ1においては、受力体10および支持体20の平面形状が、円形状である例を示しているが、これに限られることはない。また、外装体80が設けられていない例を示しているが、これに限られることはない。
 また、力覚センサ1は、歪みゲージ方式でなくてもよく、例えば、圧電方式であってもよい。この場合、図17Aに示す歪みゲージ101の代わりに圧電素子(図示せず)を梁部93に設けてもよい。このことにより、受力体10が力またはモーメントの作用を受けて各梁部93が弾性変形して歪みが生じると、圧電素子が電荷を発生する。この電荷を取り出すことにより、検出部Dに生じた弾性変形を検出することができる。このため、検出回路50によって、受力体10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ことができる。
 また、力覚センサ1は、例えば、光学方式であってもよい。この場合、固定部材(例えば、図4に示す支持体20)に受発光素子(図示せず)が取り付けられ、力の作用によって変位する変位部材(例えば、図4に示すダイアフラム32)に、受発光素子に対向するように反射面が形成される。このことにより、受力体10が力またはモーメントの作用を受けて変位部材が変位すると、受発光素子から発せられて反射面で反射した光が受発光素子に到達する位置が、光が発せられた位置からずれる。この位置の変化量を受発光素子が検出することにより、変位部材に生じた変位を検出することができる。このため、検出回路50によって、受力体10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ことができる。
 本発明は上記実施の形態および変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態および変形例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。実施の形態および変形例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態および変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
 次に、図18および図19を用いて、本発明による実施例について説明する。図18は、補助起歪体を備えていない静電容量方式の力覚センサをモデルとして、検出起歪体に作用する最大応力と、最大応力が発生した箇所における変位をFEM解析で求めた結果である。図18の表中に示す最大応力と変位は、解析結果で得られた値の概算値となっている。Fxは、X軸方向の力として100Nを作用させた場合の最大応力と変位を示しており、Fyは、Y軸方向の力として100Nを作用させた場合の最大応力と変位を示しており、Fzは、Z軸方向の力として100Nを作用させた場合の最大応力と変位を示している。Mxは、X軸周りのモーメントとして2N・mを作用させた場合の最大応力と変位を示し、Myは、Y軸周りのモーメントとして2N・mを作用させた場合の最大応力と変位を示しており、Mzは、Z軸周りのモーメントとして2N・mを作用させた場合の最大応力と変位を示している。ここで、2N・mというモーメントは、力覚センサとエンドエフェクタ1200(図1参照)までの長さを0.02mとし、定格の力100Nが作用したときに生じるモーメントの値である。
 図18に示すように、このモデルの力覚センサでは、Mx、Myを作用させた場合の最大応力が比較的大きくなっている。このため、このモデルの力覚センサでは、Mx、Myとして作用するモーメントが大きくなると、強度限界に近づく可能性がある。
 一方、図19には、図18のモデルとなった静電容量方式の力覚センサに4つの補助起歪体60A~60Dを設けた場合の最大応力と変位を示している。ここでは、図6に示す補助起歪体60A~60Dを採用している。図19では、Fx、Fy、Fzとして、100Nの力を作用させた場合の最大応力と変位を示しているが、Mx、My、Mzとしては、10N・mのモーメントをそれぞれ作用させた場合の最大応力と変位を示している。ここで、10N・mというモーメントは、力覚センサ1とエンドエフェクタ1200(図1参照)までの長さを0.1mとし、定格の力100Nが作用したときに生じるモーメントの値である。
 図18に示す解析の条件よりも作用させるモーメントMx、My、Mzを大きくしているが、図19に示す最大応力は、図18に示す最大応力よりも小さくなっている。このことから、補助起歪体が設けられることにより、検出起歪体30に生じる応力を低減することができ、力覚センサ1の強度を向上させることができることが確認できた。なお、図19に示す力Fx、Fy、Fzが作用した場合の変位も、図18に示す変位よりも小さくなっている。しかしながら、5μm程度の変位があれば、力またはモーメントの検出は精度良く行うことができると考えられる。
 また、図18に示す補助起歪体を備えていない静電容量型の力覚センサでは、定格荷重が100N、定格モーメントが2N・mに設定される。一方、図19に示す補助起歪体を備えた静電容量型の力覚センサでは、定格荷重が100N、定格モーメントが10N・mに設定することができる。このため、力覚センサ1の性能を向上させて、定格荷重および定格モーメントを高めることができる。この結果、使い勝手が良い力覚センサ1を得ることができる。
1   力覚センサ
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)

  1.  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。
  2.  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。
  3.  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。
  4.  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。
  5.  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。
  6.  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。
  7.  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。
  8.  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。
  9.  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。
  10.  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。
  11.  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。
  12.  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。
  13.  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。
  14.  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。
  15.  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。
  16.  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。
  17.  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。
  18.  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。
  19.  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。
  20.  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。
  21.  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。
  22.  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。
  23.  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。
  24.  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。
  25.  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。
  26.  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。
  27.  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。
  28.  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。
  29.  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。
  30.  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。
  31.  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。
  32.  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。
  33.  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。
  34.  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。
  35.  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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