WO2021230173A1

WO2021230173A1 - 力覚センサ装置

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Publication number: WO2021230173A1
Application number: PCT/JP2021/017587
Authority: WO
Inventors: 隆中井; 和徳中野
Original assignee: アルプスアルパイン株式会社
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2021-11-18
Also published as: US20230013439A1; JP7345647B2; CN115552208A; JPWO2021230173A1

Abstract

力覚センサ装置は、回転の駆動力を伝達する或いは駆動力が伝達される部分に固定される第１固定部と、駆動力を伝達する或いは駆動力が伝達される部分に固定される第２固定部と、該第１固定部と該第２固定部とを連結する連結部と、を有する起歪体と、該起歪体の連結部における歪みを検知する歪検知センサと、を備え、第１固定部が連結部を挟んで第２固定部の内側に配設されている力覚センサ装置であって、第１固定部と第２固定部のいずれか一方に固定される基部を備えた支持部材を有し、該支持部材には、該基部から延設された規制部を有し、該規制部は、基部が第１固定部と第２固定部のいずれか一方に固定された際に、起歪体の回転動作を許容し該回転動作以外の動きを規制する。

Description

力覚センサ装置

　本発明は、力覚センサ装置に関する。

　近年、円盤状の起歪体と歪ゲージとを備えたトルクセンサが、ロボットの関節部分などで用いられている。起歪体として、環状の外側固定部と、外側固定部の内側に配置されたｂ内側固定部と、外側固定部及び内側固定部を連結する連結部と、を有するものが知られている。このようなトルクセンサでは、起歪体を回転軸と垂直に配置し、外側固定部及び内側固定部にそれぞれ回転体（回転軸やロボットアームなど）を固定し、回転体の回転により生じた連結部の歪みを歪ゲージにより検出することにより、起歪体に加わったトルクを検出する。このようなトルクセンサとしては、環状の第１領域部と環状の第２領域部とを梁で繋ぎ、梁の部分に歪ゲージを配置する。全体を、金属で一体に形成されたものが開示されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０１９－１５８４１９号公報

　しかしながら、特許文献１に記載されている力覚センサ装置は、金属により一体に形成されているため、重くて、軽量化の要求に応えられなかった。更に、特許文献１に記載されている力覚センサ装置は、トルクを受けた際の感度が低く、低トルクに対する精度を充分に得ることができなかった。一方、特許文献１に記載されている力覚センサ装置は、基材を合成樹脂の素材に変えたり、厚みを薄くしたりする方法で軽量化や低トルクに対応することができるが、この場合、トルクに対する全体の強度が充分に得られなくなってしまう。

　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、充分な強度を確保しつつ、低トルクに対応した力覚センサ装置を提供することを目的とする。

　一実施形態に係る力覚センサ装置は、回転の駆動力を伝達する或いは駆動力が伝達される部分に固定される第１固定部と、駆動力を伝達する或いは駆動力が伝達される部分に固定される第２固定部と、該第１固定部と該第２固定部とを連結する連結部と、を有する起歪体と、該起歪体の連結部における歪みを検知する歪検知センサと、を備え、第１固定部が連結部を挟んで第２固定部の外側に配設されている力覚センサ装置であって、第１固定部と第２固定部のいずれか一方に固定される基部を備えた支持部材を有し、該支持部材には、該基部から延設された規制部を有し、該規制部は、基部が第１固定部と第２固定部のいずれか一方に固定された際に、起歪体の回転動作を許容し該回転動作以外の動きを規制する。

　一実施形態によれば充分な強度を確保しつつ、低トルクに対応した力覚センサ装置を提供することができる。

一実施形態に係る力覚センサ装置の外観斜視図一実施形態に係る力覚センサ装置の平面図一実施形態に係る力覚センサ装置の分解斜視図一実施形態に係る力覚センサ装置の断面図一実施形態に係る起歪体の平面図一実施形態に係る起歪体の一部拡大図一実施形態に係る力覚センサ装置の一部拡大断面図

　以下、本発明の各実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に関して、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重畳した説明を省略する。

　（力覚センサ装置１００の構成）
　図１は、一実施形態に係る力覚センサ装置１００の外観斜視図である。図２は、一実施形態に係る力覚センサ装置１００の平面図である。図３は、一実施形態に係る力覚センサ装置１００の分解斜視図である。図４は、一実施形態に係る力覚センサ装置１００の断面図である。

　なお、以降の説明では、便宜上、回転軸ＡＸ方向を上下方向（Ｚ軸方向）とする。また、回転軸ＡＸと直交する方向を、Ｘ軸方向およびＹ軸方向とする。なお、Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、互いに直交する。

　図１～図４に示す力覚センサ装置１００は、トルクを検出する円盤状のセンサである。力覚センサ装置１００は、ロボットの関節部分などに、回転軸ＡＸに対して垂直に搭載される。力覚センサ装置１００は、歪検知センサ１２１を利用して起歪体１１０の歪みを検出することにより、起歪体１１０に加えられた回転トルクを検出する。

　図１～図４に示すように、力覚センサ装置１００は、起歪体１１０、フレキシブル基板１２０、支持部材１３０、および回路基板１４０を備えて構成されている。

　起歪体１１０は、回転体の回転によりトルクが加えられる、円盤状の部材である。起歪体１１０は、ＰＰＥ（Poly Phenylene Ether）等の樹脂材料が用いられて形成される。起歪体１１０は、第１固定部１１１、第２固定部１１２、および連結部１１３を有する。

　第１固定部１１１は、回転軸ＡＸを中心とし、且つ、起歪体１１０の外側に位置する円環状の部分である。第１固定部１１１は、複数（本例では８個）の支持部１１１Ａが、同一円周上に形成されている。支持部１１１Ａは、部分的に高くなっている部分である。複数（本例では８個）の支持部１１１Ａの各々には、当該支持部１１１Ａを上下方向に貫通する貫通孔１１１Ｂが形成されている。すなわち、第１固定部１１１は、当該第１固定部１１１を上下方向に貫通する複数（本例では８個）の貫通孔１１１Ｂが、同一円周上に形成されている。第１固定部１１１は、複数の貫通孔１１１Ｂを貫通する複数のボルトによって、回転駆動力を伝達する伝達部材、および、回転駆動力が伝達される被伝達部材のいずれか一方に固定される。

　また、複数の支持部１１１Ａの各々には、半径方向における内側の面から、半径方向における外側に向かって一定の上下幅を有して切り欠かれた溝部１１１Ｃが形成されている。溝部１１１Ｃには、支持部材１３０の外周縁部に設けられた規制部１３３の突出部１３３Ｂが差し込まれる。

溝部１１１Ｃは、回転方向に開口しており、支持部材１３０を回転させることにより、当該開口から規制部１３３の突出部１３３Ｂを差し込むことが可能となっている。溝部１１１Ｃの上下幅は、規制部１３３の突出部１３３Ｂの上下幅と同寸法である。これにより、溝部１１１Ｃは、規制部１３３の突出部１３３Ｂの上下方向への移動を規制しつつ、規制部１３３の突出部１３３Ｂを保持する。

　第２固定部１１２は、回転軸ＡＸを中心とし、且つ、起歪体１１０の内側に位置する円環状の部分である。第２固定部１１２の外径は、第１固定部１１１の内径よりも小さい。第２固定部１１２は、当該第２固定部１１２を上下方向に貫通する複数（本例では８個）の貫通孔１１２Ａが、同一円周上に形成されている。第２固定部１１２は、複数の貫通孔１１２Ａを貫通する複数のボルトによって、回転駆動力を伝達する伝達部材、および、回転駆動力が伝達される被伝達部材のいずれか他方に固定される。また、第２固定部１１２は、中央に円形の貫通孔１１２Ｂを有している。貫通孔１１２Ｂは、配線を挿通可能となっている。

　連結部１１３は、回転軸ＡＸを中心とし、且つ、第１固定部１１１と第２固定部１１２とを連結する（すなわち、第１固定部１１１の内径と第２固定部１１２の外径との間に設けられた）、円環状の部分である。連結部１１３は、第１固定部１１１及び第２固定部１１２より薄い。また、連結部１１３は、第１固定部１１１及び第２固定部１１２より剛性が低い。連結部１１３は、第１固定部１１１または第２固定部１１２に固定された駆動部材の回転によって、力覚センサ装置１００に対してトルクが加えられた際に、歪みが生じる部分である。力覚センサ装置１００は、連結部１１３の歪みを検出することによって、回転駆動トルクを検出することができる。連結部１１３の詳細な構成については、図５および図６を参照して後述する。

　支持部材１３０は、フレキシブル基板１２０を間に挟んで、起歪体１１０の上面に重ねて設けられる、円盤状の部材である。支持部材１３０は、金属素材、または、起歪体１１０よりも合成が高い樹脂素材が用いられて形成される。支持部材１３０は、樹脂製の起歪体１１０の他軸強度（曲げモーメント、軸方向荷重、および径方向荷重に対する強度）を高める。支持部材１３０は、基部１３１と、規制部１３３とを有する。

　基部１３１は、支持部材１３０の中央に設けられ、回転軸ＡＸを中心とする円環状の部分である。基部１３１は、同一円周上に複数の円形の貫通孔１３１Ａが形成されている。貫通孔１３１Ａは、起歪体１１０の第２固定部１１２を貫通するボルトを貫通させるために設けられている。基部１３１は、貫通孔１３１Ａを貫通するボルトによって、起歪体１１０の第２固定部１１２とともに、回転駆動力を伝達する伝達部材、または、回転駆動力が伝達される被伝達部材に固定される。また、基部１３１は、中央に円形の貫通孔１３１Ｂを有している。貫通孔１３１Ｂは、配線を挿通可能となっている。

　規制部１３３は、平板部１３３Ａおよび複数の突出部１３３Ｂを有する。平板部１３３Ａは、基部１３１を取り囲み、回転軸ＡＸを中心とする円環状の部分である。平板部１３３Ａは、起歪体１１０の連結部１１３と、連結部１１３上に貼り付けられたフレキシブル基板１２０とを覆うように配置される。図４に示すように、平板部１３３Ａは、連結部１１３と平行であり、且つ、連結部１１３と間に隙間を有する。

　規制部１３３の外周縁部には、複数の突出部１３３Ｂが設けられている。突出部１３３Ｂは、支持部材１３０の外周縁部から半径方向における外側に突出して設けられた、一定の厚さを有する平板状の部分である。突出部１３３Ｂは、支持部材１３０を回転させて円周方向にスライドすることによって、起歪体１１０の第１固定部１１１に設けられた支持部１１１Ａに形成された溝部１１１Ｃ内に挿し込まれる。なお、本実施形態では、支持部材１３０の外周縁部には、８個の突出部１３３Ｂが等間隔（すなわち、４５°間隔）で設けられている。これに応じて、本実施形態では、起歪体１１０の第１固定部１１１に、８個の支持部１１１Ａが等間隔（すなわち、４５°間隔）で設けられている。

　図４に示すように、溝部１１１Ｃの上下幅は、突出部１３３Ｂの上下幅と同寸法である。これにより、突出部１３３Ｂは、溝部１１１Ｃ内における上下方向の移動が規制され、起歪体１１０に加わる曲げモーメント、軸方向荷重、または径方向荷重によって生じる、起歪体１１０の上下方向の歪み（すなわち、検出されるべきではない歪み）を抑制する。一方、突出部１３３Ｂは、溝部１１１Ｃ内における回転方向の移動が規制されないことにより、起歪体１１０の回転方向の歪み（すなわち、検出されるべき歪み）を許容する。

　このように、本実施形態の力覚センサ装置１００は、起歪体１１０に樹脂材料を用いているため、射出成型等によって、起歪体１１０を容易に形成することができる。また、本実施形態の力覚センサ装置１００は、樹脂材料を用いたことによる起歪体１１０の強度の低下を、支持部材１３０を設けることによって補うことができる。さらに、本実施形態の力覚センサ装置１００は、支持部材１３０に設けられた突出部１３３Ｂにより、起歪体１１０の上下方向の歪みを抑制しつつ、起歪体１１０の回転方向の歪みを許容することができる。したがって、本実施形態の力覚センサ装置１００によれば、充分な強度を確保しつつ、低トルクに対応した力覚センサ装置を提供することができる。

　フレキシブル基板１２０は、起歪体１１０の連結部１１３の上面に設置される、薄いフィルム状の部材である。フレキシブル基板１２０は、連結部１１３と略同形状である円環状を有する。フレキシブル基板１２０は、絶縁性を有する素材（例えば、ポリイミド）から形成される。フレキシブル基板１２０は、任意の接着手段（例えば、接着剤等）によって、起歪体１１０の連結部１１３の上面に貼り付けられる。フレキシブル基板１２０は、複数の歪検知センサ１２１と、複数の歪検知センサ１２１と回路基板１４０を接続するための複数の配線（図示省略）とが実装されている。フレキシブル基板１２０において、複数の歪検知センサ１２１の各々は、起歪体１１０の連結部１１３の梁部１１４ａ，１１４ｂ（図５および図６参照）に対応する位置に設けられている。フレキシブル基板１２０は、外周縁部から外側に引き出された引き出し部１２２を有する。引き出し部１２２は、複数の歪検知センサ１２１に繋がる複数の配線を、回路基板１４０に接続するための部分である。引き出し部１２２は、下方に直角に折り曲げられた後、内側に直角に折り曲げられ、さらに、回路基板１４０に接続される。本実施形態では、フレキシブル基板１２０は、回転軸ＡＸを間に挟んで互いに対向する一対の引き出し部１２２を有する。

　歪検知センサ１２１は、変形（収縮および伸張）することによって抵抗値が変化し、抵抗値の変化により歪みを検出するセンサである。歪検知センサ１２１は、フレキシブル基板１２０において、起歪体１１０の連結部１１３の梁部１１４ａ，１１４ｂ（図５および図６参照）に対応する位置に実装される。これにより、歪検知センサ１２１は、梁部１１４ａ，１１４ｂの歪みを検出する。これにより、回路基板１４０には、フレキシブル基板１２０を介して、梁部１１４ａ，１１４ｂの歪み量（すなわち、歪検知センサ１２１の変形量）に応じた電圧値が出力される。なお、図３では、便宜上、歪検知センサ１２１を、フレキシブル基板１２０ではなく、当該歪検知センサ１２１の設置位置である、起歪体１１０の連結部１１３の梁部１１４ａ，１１４ｂに示している。本実施形態では、フレキシブル基板１２０に対して、複数の歪検知センサ１２１をカーボン印刷によって一括形成している。

　回路基板１４０は、起歪体１１０の底面に固定的に設置される平板状且つ円環状の部材である。回路基板１４０は、その底面にＩＣ１４１（図４参照）等の電子部品を有する。ＩＣ１４１は、フレキシブル基板１２０を介して、複数の歪検知センサ１２１の各々の出力値を取得する。そして、ＩＣ１４１は、複数の歪検知センサ１２１の各々の出力値に基づいて、起歪体１１０に加えられた回転トルクを算出する。例えば、ＩＣ１４１は、複数の梁部１１４（図５および図６参照）の各々について、当該梁部１１４が有する梁部１１４ａに設けられた歪検知センサ１２１の出力電圧値Ｖａと、当該梁部１１４が有する梁部１１４ｂに設けられた歪検知センサ１２１の出力電圧値Ｖｂとの差を算出する。そして、ＩＣ１４１は、複数の梁部１１４の各々の算出された差を足し合わせて、予め設定された係数ｋを乗じることにより、トルクＴを算出する。

　本実施形態の力覚センサ装置１００は、起歪体１１０にトルクが加わると、複数の梁部１１４の各々において、梁部１１４ａと梁部１１４ｂとが互いに逆方向に歪む。すなわち、本実施形態の力覚センサ装置１００は、梁部１１４ａおよび梁部１１４ｂの一方が縮むと同時に、梁部１１４ａおよび梁部１１４ｂの他方が伸びる。ここで、出力電圧の変化ΔＶａと出力電圧の変化ΔＶｂとは、互いに極性が異なるものとなるため、両者を足し合わせると、トルクに応じた電圧値Ｖの変化が相殺されてしまう。そこで、本実施形態の力覚センサ装置１００は、複数の梁部１１４の各々について、出力電圧の変化ΔＶａと出力電圧の変化ΔＶｂとの差を求め、それらを合計している。これにより、本実施形態の力覚センサ装置１００は、トルクに応じた電圧値Ｖの変化量を合計し、当該変化量の合計に応じたトルクを算出することができる。

　（起歪体１１０の連結部１１３の構成）
　図５は、一実施形態に係る起歪体１１０の平面図である。図６は、一実施形態に係る起歪体１１０の一部拡大図である。図５および図６は、起歪体１１０の連結部１１３の上面に対して、複数の歪検知センサ１２１を重ねて示すことで、起歪体１１０の連結部１１３の上面における複数の歪検知センサ１２１の配置位置を表している。

　図５および図６に示すように、起歪体１１０の連結部１１３には、同一円周上に、複数の貫通孔１１３Ａが形成されている。これにより、互いに隣り合う２つの貫通孔１１３Ａの間には、連結部１１３における複数の貫通孔１１３Ａよりも半径方向における外側の部分と、連結部１１３における複数の貫通孔１１３Ａよりも半径方向における内側の部分とを連結する、梁部１１４が形成されている。

　また、図５および図６に示すように、連結部１１３において、複数の梁部１１４の各々の回転軸ＡＸ側には、貫通孔１１３Ｂが形成されている。すなわち、連結部１１３には、同一円周上に、複数の貫通孔１１３Ｂが形成されている。これにより、複数の梁部１１４の各々は、その回転軸ＡＸ側に、貫通孔１１３Ｂを間に挟んで分岐した２つの梁部１１４ａ，１１４ｂを有するものとなっている。

　そして、図５および図６に示すように、複数の梁部１１４ａ，１１４ｂの各々の上面には、フレキシブル基板１２０に実装された歪検知センサ１２１が配置される。連結部１１３において、複数の梁部１１４ａ，１１４ｂの各々は、その他の部分よりも幅が狭くなっているため、その他の部分よりも歪みが生じ易くなっている。このため、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、複数の歪検知センサ１２１によって複数の梁部１１４ａ，１１４ｂの各々の歪みを検出することで、起歪体１１０に加わったトルクをより高精度に検出することができる。

　なお、起歪体１１０に対して一の回転方向にトルクが加わったとき、梁部１１４ａ，１１４ｂのうちの一方は、伸びる方向に歪みが生じ、他方は、縮む方向に歪みが生じる。したがって、梁部１１４ａ，１１４ｂの一方に設けられた歪検知センサ１２１と、梁部１１４ａ，１１４ｂの他方に設けられた歪検知センサ１２１とでは、検出値の極性が異なるものとなる。

　（突出部１３３Ｂと溝部１１１Ｃとの関係）
　図７は、一実施形態に係る力覚センサ装置１００の一部拡大断面図である。図７に示すように、規制部１３３の突出部１３３Ｂは、起歪体１１０の第１固定部１１１に設けられた溝部１１１Ｃ内に差し込まれる。突出部１３３Ｂは、溝部１１１Ｃの底面である、対向部１１１Ｄと対向している。図７に示すように、規制部１３３の突出部１３３Ｂは、上下方向に関しては、起歪体１１０の第１固定部１１１に設けられた溝部１１１Ｃの上面１１１Ｃａおよび下側当接部１１１Ｃｂによって挟まれることにより、上下方向への移動が規制される。これにより、規制部１３３は、起歪体１１０の上下方向の歪み（すなわち、検出されるべきではない歪み）を抑制する。一方、図７に示すように、規制部１３３の突出部１３３Ｂは、回転方向の一方向（時計回り方向）に関しては、溝部１１１Ｃから解放されており、回転方向の他方向（反時計回り方向）に関しては、溝部１１１Ｃの側壁１１１Ｃｃから離間していることにより、回転方向の両方向への移動が許容される。これにより、規制部１３３は、起歪体１１０の回転方向の歪み（すなわち、検出されるべき歪み）を許容する。なお、下側当接部１１１Ｃｂは、上面１１１Ｃａに向かって凸状であり、且つ、同一円周上を延在するリブ状である。

　（一実施形態に係る力覚センサ装置１００の動作）
　上記のように構成された力覚センサ装置１００は、起歪体１１０の第１固定部１１１および第２固定部１１２の一方に固定された伝達部材（回転体）が回転すると、起歪体１１０を介して、起歪体１１０の第１固定部１１１および第２固定部１１２の他方に固定された被伝達部材（回転体）も回転する。その際、起歪体１１０に加わるトルクに応じて、起歪体１１０の連結部１１３に歪みが生じる。特に、連結部１１３においては、複数の梁部１１４ａ，１１４ｂの各々は、その他の部分よりも幅が狭くなっているため、その他の部分よりも歪みが生じ易くなっている。そこで、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、複数の歪検知センサ１２１によって複数の梁部１１４ａ，１１４ｂの各々の歪みを検出する。これにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、起歪体１１０に加わったトルクをより高精度に検出することができる。

　以上説明した通り、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、回転の駆動力を伝達する或いは駆動力が伝達される部分に固定される第１固定部１１１と、駆動力を伝達する或いは駆動力が伝達される部分に固定される第２固定部１１２と、該第１固定部１１１と該第２固定部１１２とを連結する連結部１１３と、を有する起歪体１１０と、該起歪体１１０の連結部１１３における歪みを検知する歪検知センサ１２１と、を備え、第１固定部１１１が連結部１１３を挟んで第２固定部１１２の外側に配設されている力覚センサ装置１００であって、第１固定部１１１と第２固定部１１２のいずれか一方に固定される基部１３１を備えた支持部材１３０を有し、該支持部材１３０には、該基部１３１から延設された規制部１３３を有し、該規制部１３３は、基部１３１が第１固定部１１１と第２固定部１１２のいずれか一方に固定された際に、起歪体１１０の回転動作を許容し該回転動作以外の動きを規制する。

　これにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、第１固定部１１１と第２固定部１１２のいずれか一方に固定される支持部材１３０を有しているので、起歪体１１０単独で回転の駆動力を伝達する或いは駆動力が伝達される伝達部分に固定される場合と比較して、伝達部分から起歪体１１０にかかる負荷を低減することができる。このため、起歪体１１０全体の補強を行うことができる。さらに、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、支持部材１３０の規制部１３３によって、起歪体１１０の回転動作を許容する一方で、起歪体１１０の回転動作以外の動き、例えばねじれ等を規制することができるため、起歪体１１０の連結部１１３における、起歪体１１０の回転動作以外の動きに伴う歪みの発生を抑制することができる。このため、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、歪検知センサ１２１によって、回転の駆動力（トルク）を正確に検知することができる。これらのことにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、充分な強度を確保しつつ、精度良い力覚センサ装置を提供することができる。

　また、一実施形態に係る力覚センサ装置１００において、基部１３１が固定されていない第１固定部１１１には、規制部１３３と隙間を有して対向する対向部１１１Ｄを有する。

　これにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、規制部１３３が第１固定部１１１の対向部１１１Ｄと対向しているので、回転の駆動力を伝達する或いは駆動力が伝達される部分と対向することとなり、起歪体１１０の回転動作以外の動き、例えばねじれ等を直接的に規制することができる。これにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、起歪体１１０の連結部１１３における、起歪体１１０の回転動作以外の動きに伴う歪みの発生を確実に抑制することができる。このため、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、歪検知センサ１２１によって、回転の駆動力（トルク）を正確に検知することができる。

　また、一実施形態に係る力覚センサ装置１００において、対向部１１１Ｄは、第１固定部１１１に形成された溝部１１１Ｃの底面に設けられ、規制部１３３は、溝部１１１Ｃ内に収容される突出部１３３Ｂを有し、該突出部１３３Ｂが溝部１１１Ｃの側壁１１１Ｃｃと隙間を有している。

　これにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、規制部１３３の突出部１３３Ｂが対向部１１１Ｄを対面に有する溝部１１１Ｃに、その側壁１１１Ｃｃと隙間を有して収容されているので、起歪体１１０の過度な回転動作や大きな歪み等があっても、その動きを規制することができる。これにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、起歪体１１０の連結部１１３における、起歪体１１０の過度な回転動作や回転動作以外の動きに伴う歪みの発生をより確実に抑制することができる。このため、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、歪検知センサ１２１によって、回転の駆動力（トルク）を正確に検知することができる。

　また、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、比較的簡単な構成で、規制部１３３によって、起歪体１１０の回転動作を許容し、起歪体１１０の回転動作以外の動きを規制することができる。よって、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、当該力覚センサ装置１００の製造容易性を高めることができ、且つ、当該力覚センサ装置１００の低コスト化を実現することができ、さらに、回転駆動力を高精度に検出することができる。

　また、一実施形態に係る力覚センサ装置１００において、規制部１３３は、連結部１１３と平行な平板部１３３Ａを有し、平板部１３３Ａは、連結部１１３と間に隙間を有する。

　これにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、規制部１３３の平板部１３３Ａと起歪体１１０の連結部１１３とが隙間を有して対向しているので、起歪体１１０（連結部１１３）の回転動作を許容する一方で、連結部１１３の回転動作以外の大きな動き、例えば大きなねじれ等を規制することができる。このため、連結部１１３の過度な変形を抑制することができ、連結部１１３（起歪体１１０）の補強を行うことができる。

　また、一実施形態に係る力覚センサ装置１００において、連結部１１３は、第１固定部１１１及び第２固定部１１２より薄い。

　これにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、連結部１１３の剛性を第１固定部１１１及び第２固定部１１２よりも低めることができるため、回転の駆動力が加えられた際に連結部１１３を変形し易くすることができる。よって、加えられた回転の駆動力が小さい場合であっても、当該駆動力を正確に精度よく検出することができる。

　また、一実施形態に係る力覚センサ装置１００において、起歪体１１０は、樹脂材料により形成されている。

　これにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、起歪体１１０を比較的容易且つ軽量に形成することができる。よって、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、当該力覚センサ装置１００全体の軽量化および低コスト化を実現することができる。

　また、一実施形態に係る力覚センサ装置１００において、連結部１１３は、第１固定部１１１及び第２固定部１１２より剛性が低い。

　これにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、回転の駆動力が第１固定部１１１及び第２固定部１１２で逃げ難くなり、回転の駆動力の殆どを連結部１１３に伝達できるため、連結部１１３を変形し易くすることができる。よって、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、加えられた回転の駆動力が小さい場合であっても、当該駆動力を正確に精度よく検出することができる。

　また、一実施形態に係る力覚センサ装置１００において、歪検知センサ１２１は、抵抗値の変化により歪みを検出するセンサである。

　これにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、歪検知センサ１２１の抵抗値の変化に基づく電圧値を検出することによって、連結部１１３における歪みを検知することができる。このため、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、比較的簡単な構成且つ高精度に、回転の駆動力を検出することができる。

　また、一実施形態に係る力覚センサ装置１００において、第１固定部１１１は、環状であり、第２固定部１１２は、環状に配置されており、環状の第１固定部１１１の中心と、環状に配置された第２固定部１１２の中心とは、一致している。

　これにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、第１固定部１１１および第２固定部１１２を同軸上に設けたことにより、第１固定部１１１と第２固定部１１２との間の回転の駆動力のロスを抑制することができる。よって、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、当該力覚センサ装置１００を介して、回転の駆動力を効率的に伝達することができる。また、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、連結部１１３に回転の駆動力が効率的に加わるようにすることができる。

　また、一実施形態に係る力覚センサ装置１００において、歪検知センサ１２１は、複数設けられており、環状に配置されている。

　これにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、連結部１１３における同一円周上の複数個所の歪みを得ることができる。このため、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、複数の歪検知センサ１２１の検出値（すなわち、連結部１１３における複数個所の歪み検出値）によって、回転の駆動力（トルク）をより高精度に検知することができる。また、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、例えば、一部の歪検知センサ１２１の故障や異常値が生じた場合であっても、他の歪検知センサ１２１の検出値に基づいて、回転の駆動力を高精度に算出することができる。

　また、一実施形態に係る力覚センサ装置１００において、連結部１１３は、環状に配置された複数の貫通孔１１３Ａ，１１３Ｂを有する。

　これにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、連結部１１３を軽量化且つ適度に低剛性化することができるため、連結部１１３を変形し易くすることができる。よって、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、加えられた回転の駆動力が小さい場合であっても、当該駆動力を正確に精度よく検出することができる。

　また、一実施形態に係る力覚センサ装置１００において、連結部１１３は、複数の貫通孔１１３Ａ，１１３Ｂを有することによって複数の梁部１１４ａ，１１４ｂが形成されており、当該複数の梁部１１４ａ，１１４ｂの各々に歪検知センサ１２１が設けられている。

　これにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、部分的に剛性の低い複数の梁部１１４ａ，１１４ｂの各々において歪みを検知できる。よって、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、加えられた回転の駆動力が小さい場合であっても、当該駆動力を正確に精度よく検出することができる。

　また、一実施形態に係る力覚センサ装置１００において、起歪体１１０は、配線が挿通される貫通孔１１２Ｂを中央部に有する。

　これにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、配線が起歪体１１０の外側に露出しないようにすることができる。このため、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、配線の引っ掛かりや切断等の不具合を生じ難くすることができる。

　また、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、連結部１１３の形状に対応する形状を有し、連結部１１３の表面に重ねて配置されるフレキシブル基板１２０をさらに備え、歪検知センサ１２１は、フレキシブル基板１２０に実装される。

　これにより、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、フレキシブル基板１２０を連結部１１３の表面に重ねて配置することにより、歪検知センサ１２１を所定の位置に配置することができる。このため、一実施形態に係る力覚センサ装置１００は、歪検知センサ１２１の配置を容易且つ確実に行うことができる。

　以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。

　例えば、連結部１１３の構成は、実施形態で説明した構成に限らない。すなわち、連結部１１３は、少なくとも、歪検知センサ１２１によって当該連結部１１３の歪みを検出可能な構成であれば、如何なる構成であってもよい。

　例えば、実施形態では、歪検知センサ１２１が起歪体１１０における支持部材１３０と対向する面に配置されているが、これに限らず、歪検知センサ１２１が起歪体１１０における回路基板１４０と対向する面に配置される構成であってもよい。

　また、実施形態では、支持部材に突出部を設けて、第１固定部に溝部を設けたが、これに限らない。例えば、第１固定部に突出部を設けて、支持部材に溝部を設けてもよい。また、例えば、支持部材に突出部を設けて、第２固定部に溝部を設けてもよい。また、例えば、第２固定部に突出部を設けて、支持部材に溝部を設けてもよい。

　本国際出願は、２０２０年５月１３日に出願した日本国特許出願第２０２０－０８４７６９号に基づく優先権を主張するものであり、当該出願の全内容を本国際出願に援用する。

　１００　力覚センサ装置
　１１０　起歪体
　１１１　第１固定部
　１１１Ａ　支持部
　１１１Ｂ　貫通孔
　１１１Ｃ　溝部
　１１１Ｃｃ　側壁
　１１１Ｄ　対向部
　１１２　第２固定部
　１１３　連結部
　１１３Ａ，１１３Ｂ　貫通孔
　１１４，１１４ａ，１１４ｂ　梁部
　１２０　フレキシブル基板
　１２１　歪検知センサ
　１２２　引き出し部
　１３０　支持部材
　１３１　基部
　１３１Ａ　貫通孔
　１３１Ｂ　貫通孔
　１３３　規制部
　１３３Ａ　平板部
　１３３Ｂ　突出部
　１４０　回路基板
　ＡＸ　回転軸

Claims

　回転の駆動力を伝達する或いは前記駆動力が伝達される部分に固定される第１固定部と、前記駆動力を伝達する或いは前記駆動力が伝達される部分に固定される第２固定部と、該第１固定部と該第２固定部とを連結する連結部と、を有する起歪体と、
　該起歪体の前記連結部における歪みを検知する歪検知センサと、を備え、
　前記第１固定部が前記連結部を挟んで前記第２固定部の外側に配設されている力覚センサ装置であって、
　前記第１固定部と前記第２固定部のいずれか一方に固定される基部を備えた支持部材を有し、
　該支持部材には、該基部から延設された規制部を有し、
　該前記規制部は、前記基部が前記第１固定部と前記第２固定部のいずれか一方に固定された際に、前記起歪体の回転動作を許容し該回転動作以外の動きを規制することを特徴とする力覚センサ装置。
　前記基部が固定されていない前記第１固定部と前記第２固定部のいずれか他方には、前記規制部と隙間を有して対向する対向部を有することを特徴とする請求項１に記載の力覚センサ装置。
　前記対向部は、前記第１固定部或いは前記第２固定部に形成された溝部の底面に設けられ、
　前記規制部は、前記溝部内に収容される突出部を有し、
　該突出部が前記溝部の側壁と隙間を有していることを特徴とする請求項２に記載の力覚センサ装置。
　前記規制部は、前記連結部と平行な平板部を有し、
　前記平板部は、前記連結部と間に隙間を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の力覚センサ装置。
　前記連結部は、前記第１固定部及び前記第２固定部より薄いことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の力覚センサ装置。
　前記起歪体は、樹脂材料により形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の力覚センサ装置。
　前記連結部は、前記第１固定部及び前記第２固定部より剛性が低いことを特徴とする請求項６に記載の力覚センサ装置。
　前記歪検知センサは、抵抗値の変化により歪みを検出するセンサであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の力覚センサ装置。
　前記第１固定部は、環状であり、
　前記第２固定部は、環状に配置されており、
　環状の前記第１固定部の中心と、環状に配置された前記第２固定部の中心とは、一致していることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の力覚センサ装置。
　前記歪検知センサは、複数設けられており、環状に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の力覚センサ装置。
　前記連結部は、環状に配置された複数の貫通孔を有することを特徴とする請求項９または１０に記載の力覚センサ装置。
　前記連結部は、前記複数の貫通孔を有することによって複数の梁部が形成されており、当該複数の梁部の各々に前記歪検知センサが設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の力覚センサ装置。
　前記起歪体は、配線が挿通される貫通孔を中央部に有することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の力覚センサ装置。
　前記連結部の形状に対応する形状を有し、前記連結部の表面に重ねて配置されるフレキシブル基板をさらに備え、
　前記歪検知センサは、前記フレキシブル基板に実装されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の力覚センサ装置。