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公開番号
2024093905
公報種別
公開特許公報(A)
公開日
2024-07-09
出願番号
2022210548
出願日
2022-12-27
発明の名称
力検出器
出願人
横河電機株式会社
代理人
個人
,
個人
,
個人
,
個人
主分類
G01L
5/162 20200101AFI20240702BHJP(測定;試験)
要約
【課題】一のセンサユニットでも6軸の外力を互いに区別して検出することができる力検出器を提供する。
【解決手段】本開示に係る力検出器1は、検出対象の外力Fが作用する第1層11、及び第1層11が積層されていると共に第1層11とヤング率が異なる材料で形成されている第2層12を有する層構造体10と、層構造体10の内部に形成されていると共に、第1層11に外力Fが作用すると第1層11の法線方向から見たときに自らの周囲に応力分布を形成する少なくとも1つの応力発生部20と、応力発生部20の周囲に分散配置されている複数のセンサ30と、を備え、一の応力発生部20に関連付けられる複数のセンサ30は、一のセンサユニットとして、3軸方向の力及び各軸に対する回転方向の力を含む6軸の外力Fを互いに区別して検出する。
【選択図】図2
特許請求の範囲
【請求項1】
検出対象の外力が作用する第1層、及び前記第1層が積層されていると共に前記第1層とヤング率が異なる材料で形成されている第2層を有する層構造体と、
前記層構造体の内部に形成されていると共に、前記第1層に前記外力が作用すると前記第1層の法線方向から見たときに自らの周囲に応力分布を形成する少なくとも1つの応力発生部と、
前記応力発生部の周囲に分散配置されている複数のセンサと、
を備え、
一の前記応力発生部に関連付けられる前記複数のセンサは、一のセンサユニットとして、3軸方向の力及び各軸に対する回転方向の力を含む6軸の前記外力を互いに区別して検出する、
力検出器。
続きを表示(約 990 文字)
【請求項2】
請求項1に記載の力検出器であって、
前記センサユニットは、少なくとも6つの前記センサを有する、
力検出器。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の力検出器であって、
前記センサユニットは、6軸の前記外力に含まれる前記力の各々に対して、前記応力分布が形成される位置に少なくとも3つの前記センサが配置されるようなセンサ配置を有する、
力検出器。
【請求項4】
請求項3に記載の力検出器であって、
前記センサユニットは、前記応力発生部の中心から第1距離の範囲内に位置する複数の第1センサと、前記中心から前記第1距離よりも長い第2距離と前記第1距離との間の範囲内に位置する複数の第2センサと、を有する、
力検出器。
【請求項5】
請求項4に記載の力検出器であって、
前記第1センサは、前記中心と前記第2センサの中心とを結ぶ直線上の位置と異なる位置に配置されている、
力検出器。
【請求項6】
請求項5に記載の力検出器であって、
複数の前記第1センサの各々は、前記法線方向から見たときに前記直線に対し互いに同一回転方向及び同一角度でずれた位置に配置されている、
力検出器。
【請求項7】
請求項4に記載の力検出器であって、
前記応力発生部は、前記法線方向から見たときに、n角形の形状を有し、
複数の前記第2センサは、前記法線方向から見たときに、前記応力発生部の前記中心に対してn回対称の回転対称性を有する、
力検出器。
【請求項8】
請求項7に記載の力検出器であって、
前記センサユニットは、n個の前記第1センサと、n個の前記第2センサと、を有する、
力検出器。
【請求項9】
請求項8に記載の力検出器であって、
n個の前記第2センサの各々は、前記応力発生部の前記中心と前記第2センサの中心とを結ぶ直線が前記応力発生部の形状である前記n角形の対応する辺の中心を通るように前記辺と対向する、
力検出器。
【請求項10】
請求項7に記載の力検出器であって、
前記n角形は、正多角形である、
力検出器。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本開示は、力検出器に関する。
続きを表示(約 1,700 文字)
【背景技術】
【0002】
従来、例えば触覚センサモジュールとして用いられる力検出器であって、外部から作用する力を検出する力検出器に関する技術が知られている。例えば、特許文献1には、ヤング率が極めて大きな圧力伝達部材を内部に備える必要がなく、信頼性が高くかつより湾曲が容易な力検出器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2022-100447号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の力検出器は、検出対象の外力が検出面に作用すると応力分布を自らの周囲に形成する構造と、4つのセンサを含むセンサユニットと、を有する。センサは、例えば、ひずみセンサ及び圧力センサなどを含む。当該力検出器は、一のセンサユニットで3軸方向の力を互いに区別して検出する。しかしながら、当該力検出器では、3軸方向の力及び各軸に対する回転方向の力を含む6軸の外力を一のセンサユニットで互いに区別して検出することは困難であった。
【0005】
本開示は、一のセンサユニットでも6軸の外力を互いに区別して検出することができる力検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
幾つかの実施形態に係る力検出器は、検出対象の外力が作用する第1層、及び前記第1層が積層されていると共に前記第1層とヤング率が異なる材料で形成されている第2層を有する層構造体と、前記層構造体の内部に形成されていると共に、前記第1層に前記外力が作用すると前記第1層の法線方向から見たときに自らの周囲に応力分布を形成する少なくとも1つの応力発生部と、前記応力発生部の周囲に分散配置されている複数のセンサと、を備え、一の前記応力発生部に関連付けられる前記複数のセンサは、一のセンサユニットとして、3軸方向の力及び各軸に対する回転方向の力を含む6軸の前記外力を互いに区別して検出する。
【0007】
これにより、一のセンサユニットでも6軸の外力、すなわち3軸方向の力及び各軸に対する回転方向の力を互いに区別して検出することができる。力検出器は、一のセンサユニットでねじりモーメントを含む6軸の外力を互いに区別して測定することができる。したがって、回転方向の力を測定するために複数のセンサユニットを用いる必要がある従来技術と比較して、6軸の外力を測定する場合の空間分解能が向上する。
【0008】
一実施形態における力検出器では、前記センサユニットは、少なくとも6つの前記センサを有してもよい。これにより、各センサが一軸型であったとしても、力検出器は、一のセンサユニットで6軸の外力を互いに区別して検出することができる。したがって、任意の外力の6軸の成分を計算して外力の大きさ及び方向を測定することが可能となる。
【0009】
一実施形態における力検出器では、前記センサユニットは、6軸の前記外力に含まれる前記力の各々に対して、前記応力分布が形成される位置に少なくとも3つの前記センサが配置されるようなセンサ配置を有してもよい。これにより、力検出器は、3軸方向の力及び各軸に対する回転方向の力の各々をより確実に検出可能である。
【0010】
一実施形態における力検出器では、前記センサユニットは、前記応力発生部の中心から第1距離の範囲内に位置する複数の第1センサと、前記中心から前記第1距離よりも長い第2距離と前記第1距離との間の範囲内に位置する複数の第2センサと、を有してもよい。これにより、力検出器は、6軸の外力の各々に基づく応力分布が形成される位置に少なくとも3つのセンサが配置されるようなセンサ配置でセンサユニットを構成可能である。したがって、力検出器は、3軸方向の力及び各軸に対する回転方向の力の各々をより確実に検出可能である。
(【0011】以降は省略されています)
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