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公開番号2025018812
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023122825
出願日2023-07-27
発明の名称力覚センサ
出願人株式会社トライフォース・マネジメント
代理人個人,個人
主分類G01L 5/165 20200101AFI20250130BHJP(測定;試験)
要約【課題】高性能化を図ることができる力覚センサを提供する。
【解決手段】第1センサ体と、第2センサ体と、第1センサ体と第2センサ体とを接続する起歪体と、検出素子と、検出回路と、を備えている。起歪体は、第1変位部と、第2変位部と、傾動構造体と、第1接続部と、第2接続部と、を含んでいる。傾動構造体は、第1接続部に対して第2方向の両側に配置された一対の第1傾動部と、第2接続部に対して第2方向の両側に配置された一対の第2傾動部と、を含んでいる。第1変位部は、第1接続部に対して第2方向における一側に配置された第1傾動部に接続され、第2変位部は、第2接続部に対して第2方向における他側に配置された第2傾動部に接続されている。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
検出対象となる力またはモーメントの作用を受ける第１センサ体と、
第１方向において前記第１センサ体と異なる位置に配置された第２センサ体と、
前記第１センサ体と前記第２センサ体とを接続し、前記第１センサ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起歪体と、
前記起歪体の弾性変形により生じた変位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、前記第１センサ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、
を備え、
前記起歪体は、前記第１センサ体が前記第１方向の力を受けた場合に前記第１方向において互いに反対側に変位する第１変位部および第２変位部を含み、
前記検出素子は、前記第１変位部および前記第２変位部のうちの一方の前記第１方向の変位により静電容量値の変化を検出する第１容量素子と、前記第１変位部および前記第２変位部のうちの他方の前記第１方向の変位により静電容量値の変化を検出する第２容量素子と、を含み、
前記起歪体は、前記第１センサ体と前記第２センサ体との間に配置された傾動構造体と、前記第１センサ体と前記傾動構造体とを接続する第１接続部と、前記第２センサ体と前記傾動構造体とを接続する第２接続部と、を含み、
前記傾動構造体は、前記第１接続部に接続されるとともに前記第１接続部に対して前記第１方向に直交する第２方向の両側に配置された一対の第１傾動部と、前記第２接続部に接続されるとともに前記第２接続部に対して前記第２方向の両側に配置された一対の第２傾動部と、を含み、
前記第１変位部は、前記第１接続部に対して前記第２方向における一側に配置された前記第１傾動部に接続され、
前記第２変位部は、前記第２接続部に対して前記第２方向における他側に配置された前記第２傾動部に接続されている、
力覚センサ。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第１変位部は、対応する前記第１傾動部に対して他の前記第１傾動部の側に配置され、
前記第２変位部は、対応する前記第２傾動部に対して他の前記第２傾動部の側に配置されている、
請求項１に記載の力覚センサ。
【請求項３】
前記第１変位部は、第１腕部を介して前記第１傾動部に接続され、
前記第１腕部は、前記第２方向のうち対応する前記第１傾動部から他の前記第１傾動部に向かう方向に延び、
前記第２変位部は、第２腕部を介して前記第２傾動部に接続され、
前記第２腕部は、前記第２方向のうち対応する前記第２傾動部から他の前記第２傾動部に向かう方向に延びている、
請求項２に記載の力覚センサ。
【請求項４】
前記第１腕部は、対応する前記第１傾動部の前記第１センサ体に対向する面に、第１連結部を介して取り付けられ、
前記第２腕部は、対応する前記第２傾動部の前記第２センサ体に対向する面に、第２連結部を介して取り付けられている、
請求項３に記載の力覚センサ。
【請求項５】
前記第１変位部および前記第２変位部は、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向において、前記傾動構造体の一側に配置されている、
請求項１に記載の力覚センサ。
【請求項６】
前記傾動構造体は、対応する前記第１傾動部を前記第１接続部に接続する一対の第１変形部と、対応する前記第２傾動部を前記第２接続部に接続する一対の第２変形部と、を更に含み、
前記第１変形部の前記第１方向の寸法は、前記第１傾動部の前記第１方向の寸法よりも小さく、
前記第２変形部の前記第１方向の寸法は、前記第２傾動部の前記第１方向の寸法よりも小さい、
請求項１に記載の力覚センサ。
【請求項７】
前記第１変形部は、前記第１センサ体に対向する第１対向面を含み、
前記第１対向面は、前記第１傾動部の前記第１センサ体に対向する面よりも前記第２センサ体の側に配置され、
前記第２変形部は、前記第２センサ体に対向する第２対向面を含み、
前記第２対向面は、前記第２傾動部の前記第２センサ体に対向する面よりも前記第１センサ体の側に配置されている、
請求項６に記載の力覚センサ。
【請求項８】
前記第１対向面および前記第２対向面はそれぞれ、湾曲状に形成されている、
請求項７に記載の力覚センサ。
【請求項９】
前記傾動構造体は、前記第１傾動部と対応する前記第２傾動部とを接続する一対の第３変形部を更に含み、
前記第３変形部の前記第２方向の寸法は、前記第１傾動部の前記第２方向の寸法よりも小さく、前記第２傾動部の前記第２方向の寸法よりも小さい、
請求項８に記載の力覚センサ。
【請求項１０】
前記第３変形部は、他の前記第３変形部に対向する湾曲状の第３対向面を含んでいる、
請求項９に記載の力覚センサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、力覚センサに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
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周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。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。
【０００３】
力覚センサは、ロボットアームとエンドエフェクター（グリッパー等）の間に配置され、ワークに作用した力を検出する。検出された力は、ロボットの制御に用いられる。例えば、ロボットアームが人に接触した場合には、その接触を力覚センサが検出する。このことにより、ロボットアームの動作を緊急停止することができる。
【０００４】
近年の市場規模の拡大に伴い、力覚センサの高性能化が求められている。より具体的には、従来の静電容量型力覚センサ（例えば、特許文献１参照）では、１つの起歪体に、偶数個（例えば、２個）の容量素子が設けられている。Ｚ軸方向（力覚センサの高さ方向）の力Ｆｚが作用すると、これらの容量素子は一様に増大したり、または一様に減少したりしている。この場合、力Ｆｚの出力値が、ノイズまたは周囲温度等の外乱による影響を受け易くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２１－１３５１０３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、高性能化を図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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］本開示は、
検出対象となる力またはモーメントの作用を受ける第１センサ体と、
第１方向において前記第１センサ体と異なる位置に配置された第２センサ体と、
前記第１センサ体と前記第２センサ体とを接続し、前記第１センサ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起歪体と、
前記起歪体の弾性変形により生じた変位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、前記第１センサ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、
を備え、
前記起歪体は、前記第１センサ体が前記第１方向の力を受けた場合に前記第１方向において互いに反対側に変位する第１変位部および第２変位部を含み、
前記検出素子は、前記第１変位部および前記第２変位部のうちの一方の前記第１方向の変位により静電容量値の変化を検出する第１容量素子と、前記第１変位部および前記第２変位部のうちの他方の前記第１方向の変位により静電容量値の変化を検出する第２容量素子と、を含み、
前記起歪体は、前記第１センサ体と前記第２センサ体との間に配置された傾動構造体と、前記第１センサ体と前記傾動構造体とを接続する第１接続部と、前記第２センサ体と前記傾動構造体とを接続する第２接続部と、を含み、
前記傾動構造体は、前記第１接続部に接続されるとともに前記第１接続部に対して前記第１方向に直交する第２方向の両側に配置された一対の第１傾動部と、前記第２接続部に接続されるとともに前記第２接続部に対して前記第２方向の両側に配置された一対の第２傾動部と、を含み、
前記第１変位部は、前記第１接続部に対して前記第２方向における一側に配置された前記第１傾動部に接続され、
前記第２変位部は、前記第２接続部に対して前記第２方向における他側に配置された前記第２傾動部に接続されている、
力覚センサであってもよい。
【０００８】
［２］本開示は、
前記第１変位部は、対応する前記第１傾動部に対して他の前記第１傾動部の側に配置され、
前記第２変位部は、対応する前記第２傾動部に対して他の前記第２傾動部の側に配置されている、
［１］に記載の力覚センサであってもよい。
【０００９】
［３］本開示は、
前記第１変位部は、第１腕部を介して前記第１傾動部に接続され、
前記第１腕部は、前記第２方向のうち対応する前記第１傾動部から他の前記第１傾動部に向かう方向に延び、
前記第２変位部は、第２腕部を介して前記第２傾動部に接続され、
前記第２腕部は、前記第２方向のうち対応する前記第２傾動部から他の前記第２傾動部に向かう方向に延びている、
［２］に記載の力覚センサであってもよい。
【００１０】
［４］本開示は、
前記第１腕部は、対応する前記第１傾動部の前記第１センサ体に対向する面に、第１連結部を介して取り付けられ、
前記第２腕部は、対応する前記第２傾動部の前記第２センサ体に対向する面に、第２連結部を介して取り付けられている、
［３］に記載の力覚センサであってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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