JP5853121B1 - 力覚センサ - Google Patents
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Abstract
Description
力の作用により弾性変形を生じる弾性変形部と、この弾性変形部を支持する支持部と、検出対象となる外力を受ける受力部と、この受力部に加えられた外力を弾性変形部の所定箇所に伝達する力伝達部と、を有する検出用構造体と、
弾性変形部の所定位置に定義された複数n個の各検出点の第1の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出するn個のA系統検出素子と、
n個の各検出点の第1の近傍部分とは異なる第2の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出するn個のB系統検出素子と、
を設け、
任意のi(1≦i≦n)について、第i番目のA系統検出素子は、第i番目の検出点の第1の近傍部分の撓みもしくは変位を電気的に検出し、第i番目のB系統検出素子は、第i番目の検出点の第2の近傍部分の撓みもしくは変位を電気的に検出するようにし、
更に、
n個のA系統検出素子によって検出された電気的な検出信号に基づいて、受力部に加えられた外力の所定方向成分を示すA系統検出値を出力するA系統信号処理手段と、
n個のB系統検出素子によって検出された電気的な検出信号に基づいて、受力部に加えられた外力の所定方向成分を示すB系統検出値を出力するB系統信号処理手段と、
A系統検出値とB系統検出値とを比較し、両者の差分dを求め、A系統検出値もしくはB系統検出値またはこれら両者に基づいて算出された所定の算出値を最終検出値として出力するとともに、差分dが所定の許容値Tを超えていた場合には、差分エラーを出力する比較手段と、
を設けるようにしたものである。
XYZ三次元直交座標系を定義したときに、検出用構造体が、
Z軸を中心軸としてXY平面もしくはXY平面に平行な平面に沿って延びる薄板状のダイアフラム部によって構成された弾性変形部と、この弾性変形部の周囲を支持固定する環状構造体によって構成された支持部と、を有する下部構造体と、
弾性変形部の上方に所定距離をおいてZ軸が中心軸となるように配置された板状基板によって構成された受力部と、受力部の下面中央と弾性変形部の上面中央とをZ軸に沿って接続する力伝達部と、を有する上部構造体と、
を備えるようにしたものである。
XYZ三次元直交座標系を定義したときに、検出用構造体が、
Z軸上に位置する中央部と、中央部からXY平面もしくはXY平面に平行な平面に沿って放射状に延びる複数本の薄板状の橋梁部と、を有する弾性変形部と、この弾性変形部の周囲を支持固定する環状構造体によって構成された支持部と、を有する下部構造体と、
弾性変形部の上方に所定距離をおいてZ軸が中心軸となるように配置された板状基板によって構成された受力部と、受力部の下面中央と中央部の上面とをZ軸に沿って接続する力伝達部と、を有する上部構造体と、
を備えるようにしたものである。
弾性変形部が、中央部からX軸正方向に向かって延びる薄板状の第1橋梁部と、中央部からX軸負方向に向かって延びる薄板状の第2橋梁部と、中央部からY軸正方向に向かって延びる薄板状の第3橋梁部と、中央部からY軸負方向に向かって延びる薄板状の第4橋梁部と、を有するようにしたものである。
XYZ三次元直交座標系を定義したときに、検出用構造体が、Z軸を中心軸としてXY平面もしくはXY平面に平行な平面に沿って延びる基板によって構成された下部構造体と、この下部構造体の上方に配置された上部構造体と、を備えており、
下部構造体を構成する基板には、複数m箇所にXY平面もしくはXY平面に平行な平面に沿った方向に延びる薄板状の局在ダイアフラム部が形成されており、下部構造体のうち、これらm組の局在ダイアフラム部の部分が弾性変形部を構成し、それ以外の部分が支持部を構成しており、
上部構造体は、下部構造体を構成する基板の上方に所定距離をおいてZ軸が中心軸となるように配置された板状基板によって構成された受力部と、受力部の下面の所定箇所とm組のダイアフラム部の上面中央とを接続するm組の力伝達部と、を有しているようにしたものである。
m=4に設定することにより、下部構造体を構成する基板には、4箇所にXY平面もしくはXY平面に平行な平面に沿った方向に延びる薄板状の局在ダイアフラム部が形成されており、各局在ダイアフラム部の下面は共通の検出基準面に含まれ、
上部構造体は、下部構造体を構成する基板の上方に所定距離をおいてZ軸が中心軸となるように配置された板状基板によって構成された受力部と、受力部の下面と4組の局在ダイアフラム部の上面とを接続する4組の力伝達部と、を有しており、
4組の力伝達部のうち、第1の力伝達部は、正のX軸と交差するZ軸に平行な直線に沿って、受力部の下面の所定位置と第1の局在ダイアフラム部の上面中央とを接続し、第2の力伝達部は、負のX軸と交差するZ軸に平行な直線に沿って、受力部の下面の所定位置と第2の局在ダイアフラム部の上面中央とを接続し、第3の力伝達部は、正のY軸と交差するZ軸に平行な直線に沿って、受力部の下面の所定位置と第3の局在ダイアフラム部の上面中央とを接続し、第4の力伝達部は、負のY軸と交差するZ軸に平行な直線に沿って、受力部の下面の所定位置と第4の局在ダイアフラム部の上面中央とを接続しているようにしたものである。
XY平面もしくはXY平面に平行な平面上に検出基準面を定義し、この検出基準面上にZ軸を中心とした検出基準円を描いたときに、n個の検出点がすべて検出基準円上に配置されているようにしたものである。
各検出点について、Z軸から遠い側を外側、Z軸に近い側を内側と呼んだときに、任意のi(1≦i≦n)について、
第i番目のA系統検出素子は、第i番目の検出点の外側の近傍部分の撓みもしくは変位を電気的に検出し、
第i番目のB系統検出素子は、第i番目の検出点の内側の近傍部分の撓みもしくは変位を電気的に検出するようにしたものである。
n個のA系統検出素子の一部もしくは全部によって検出された電気的な検出信号と、n個のB系統検出素子の一部もしくは全部によって検出された電気的な検出信号と、の双方に基づいて、受力部に加えられた外力の所定方向成分を示す補助系統検出値を出力する補助系統信号処理手段を更に設け、
比較手段が、A系統検出値とB系統検出値との差分dに加えて、更に、A系統検出値と補助系統検出値との差分dAおよびB系統検出値と補助系統検出値との差分dBを求め、差分d,dA,dBのいずれかが所定の許容値Tを超えていた場合には、差分エラーを出力するようにしたものである。
比較手段が、dA<dBの場合はA系統検出値を最終検出値として出力し、dA>dBの場合はB系統検出値を最終検出値として出力し、dA=dBの場合はA系統検出値またはB系統検出値を最終検出値として出力するようにしたものである。
比較手段が、差分d,dA,dBのうちの2つが所定の許容値Tを超えていた場合には、当該2つの差分の算出にともに関与した検出値を誤検出値と推定し、この誤検出値を除く2つの検出値の一方またはこれら両方に基づいて算出された所定の算出値を最終検出値として出力する例外処理を行うようにしたものである。
比較手段が、A系統検出値およびB系統検出値について、所定の許容レンジ内であるか否かを判定し、当該許容レンジを超えていた場合は、レンジアウトエラーを出力するようにしたものである。
比較手段が、A系統検出値のみが許容レンジを超えていた場合は、B系統検出値を最終検出値として出力し、B系統検出値のみが許容レンジを超えていた場合は、A系統検出値を最終検出値として出力し、A系統検出値およびB系統検出値の双方が許容レンジを超えていた場合は、許容レンジ内の所定のダミー値を最終検出値として出力するようにしたものである。
比較手段が、A系統検出値およびB系統検出値の平均値を算出し、当該平均値を最終検出値として出力するようにしたものである。
任意のi(1≦i≦n)について、
第i番目のA系統検出素子は、第i番目の検出点の第1の近傍部分に配置されたピエゾ抵抗素子によって構成され、当該近傍部分に生じた撓みを電気抵抗値の変化として示す検出信号を出力し、
第i番目のB系統検出素子は、第i番目の検出点の第2の近傍部分に配置されたピエゾ抵抗素子によって構成され、当該近傍部分に生じた撓みを電気抵抗値の変化として示す検出信号を出力するようにしたものである。
任意のi(1≦i≦n)について、
第i番目のA系統検出素子は、第i番目の検出点の第1の近傍部分に配置された第i番目のA系統変位電極と、この第i番目のA系統変位電極に対向するように支持部に固定された第i番目のA系統固定電極と、を有する第i番目のA系統容量素子によって構成され、当該第1の近傍部分に生じた変位を静電容量値の変化として示す検出信号を出力し、
第i番目のB系統検出素子は、第i番目の検出点の第2の近傍部分に配置された第i番目のB系統変位電極と、この第i番目のB系統変位電極に対向するように支持部に固定された第i番目のB系統固定電極と、を有する第i番目のB系統容量素子によって構成され、当該第2の近傍部分に生じた変位を静電容量値の変化として示す検出信号を出力するようにしたものである。
ダイアフラム部または各橋梁部の上面もしくは下面に検出基準面を定義し、X軸およびY軸を検出基準面に投影して得られるX軸投影像およびY軸投影像を定義したときに、
n=4に設定することにより検出基準面上に4個の検出点が定義されており、検出基準面上にZ軸を中心とした検出基準円を描いたときに、第1番目の検出点は正のX軸投影像と検出基準円との交点に位置し、第2番目の検出点は負のX軸投影像と検出基準円との交点に位置し、第3番目の検出点は正のY軸投影像と検出基準円との交点に位置し、第4番目の検出点は負のY軸投影像と検出基準円との交点に位置し、
各検出点について、Z軸から遠い側を外側、Z軸に近い側を内側と呼んだときに、
第1番目のA系統検出素子は、第1番目の検出点の外側の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出し、第1番目のB系統検出素子は、第1番目の検出点の内側の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出し、
第2番目のA系統検出素子は、第2番目の検出点の外側の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出し、第2番目のB系統検出素子は、第2番目の検出点の内側の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出し、
第3番目のA系統検出素子は、第3番目の検出点の外側の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出し、第3番目のB系統検出素子は、第3番目の検出点の内側の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出し、
第4番目のA系統検出素子は、第4番目の検出点の外側の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出し、第4番目のB系統検出素子は、第4番目の検出点の内側の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出するようにしたものである。
各検出素子はダイアフラム部または各橋梁部の上面もしくは下面に埋め込まれたピエゾ抵抗素子によって構成されており、各ピエゾ抵抗素子は、埋め込まれた位置に生じた撓みを電気抵抗値の変化として出力する機能を有し、
第1番目のA系統検出素子は、第1番目の検出点の外側にX軸投影像に沿って配置されたピエゾ抵抗素子R1Aからなり、第1番目のB系統検出素子は、第1番目の検出点の内側にX軸投影像に沿って配置されたピエゾ抵抗素子R1Bからなり、
第2番目のA系統検出素子は、第2番目の検出点の外側にX軸投影像に沿って配置されたピエゾ抵抗素子R2Aからなり、第2番目のB系統検出素子は、第2番目の検出点の内側にX軸投影像に沿って配置されたピエゾ抵抗素子R2Bからなり、
第3番目のA系統検出素子は、第3番目の検出点の外側にY軸投影像に沿って配置されたピエゾ抵抗素子R3Aからなり、第3番目のB系統検出素子は、第3番目の検出点の内側にY軸投影像に沿って配置されたピエゾ抵抗素子R3Bからなり、
第4番目のA系統検出素子は、第4番目の検出点の外側にY軸投影像に沿って配置されたピエゾ抵抗素子R4Aからなり、第4番目のB系統検出素子は、第4番目の検出点の内側にY軸投影像に沿って配置されたピエゾ抵抗素子R4Bからなるようにしたものである。
8組のピエゾ抵抗素子R1A〜R4A,R1B〜R4Bの抵抗値をそれぞれ同じ符号を用いてR1A〜R4A,R1B〜R4Bと表したときに、
A系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1A,K2A,K3Aを用いて、
FzA=K1A×(R1A+R2A+R3A+R4A)
MxA=K2A×(R3A−R4A)
MyA=K3A×(R1A−R2A)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzA、X軸まわりのモーメント成分MxA、Y軸まわりのモーメント成分MyAを示すA系統検出値を出力し、
B系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1B,K2B,K3Bを用いて、
FzB=K1B×(R1B+R2B+R3B+R4B)
MxB=K2B×(R3B−R4B)
MyB=K3B×(R1B−R2B)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzB、X軸まわりのモーメント成分MxB、Y軸まわりのモーメント成分MyBを示すB系統検出値を出力するようにしたものである。
各検出素子はダイアフラム部または各橋梁部の上面もしくは下面に固定された変位電極と、この変位電極に対向するように支持部に固定された固定電極と、を有する容量素子によって構成されており、各容量素子は、変位電極が固定された位置に生じた変位を静電容量値の変化として出力する機能を有し、
第1番目のA系統検出素子は、第1番目の検出点の外側に配置された容量素子C1Aからなり、第1番目のB系統検出素子は、第1番目の検出点の内側に配置された容量素子C1Bからなり、
第2番目のA系統検出素子は、第2番目の検出点の外側に配置された容量素子C2Aからなり、第2番目のB系統検出素子は、第2番目の検出点の内側に配置された容量素子C2Bからなり、
第3番目のA系統検出素子は、第3番目の検出点の外側に配置された容量素子C3Aからなり、第3番目のB系統検出素子は、第3番目の検出点の内側に配置された容量素子C3Bからなり、
第4番目のA系統検出素子は、第4番目の検出点の外側に配置された容量素子C4Aからなり、第4番目のB系統検出素子は、第4番目の検出点の内側に配置された容量素子C4Bからなるようにしたものである。
8組の容量素子C1A〜C4A,C1B〜C4Bの静電容量値をそれぞれ同じ符号を用いてC1A〜C4A,C1B〜C4Bと表したときに、
A系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1A,K2A,K3Aを用いて、
FzA=K1A×(C1A+C2A+C3A+C4A)
MxA=K2A×(C3A−C4A)
MyA=K3A×(C1A−C2A)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzA、X軸まわりのモーメント成分MxA、Y軸まわりのモーメント成分MyAを示すA系統検出値を出力し、
B系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1B,K2B,K3Bを用いて、
FzB=K1B×(C1B+C2B+C3B+C4B)
MxB=K2B×(C3B−C4B)
MyB=K3B×(C1B−C2B)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzB、X軸まわりのモーメント成分MxB、Y軸まわりのモーメント成分MyBを示すB系統検出値を出力するようにしたものである。
ダイアフラム部または各橋梁部の上面もしくは下面に検出基準面を定義し、X軸およびY軸を検出基準面に投影して得られるX軸投影像およびY軸投影像を定義したときに、
n=4に設定することにより検出基準面上に4個の検出点が定義されており、検出基準面上にZ軸を中心とした検出基準円を描いたときに、第1番目の検出点は正のX軸投影像と検出基準円との交点に位置し、第2番目の検出点は負のX軸投影像と検出基準円との交点に位置し、第3番目の検出点は正のY軸投影像と検出基準円との交点に位置し、第4番目の検出点は負のY軸投影像と検出基準円との交点に位置し、
第1番目のA系統検出素子は、第1番目の検出点の、Y座標値が負となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第1番目のB系統検出素子は、第1番目の検出点の、Y座標値が正となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第2番目のA系統検出素子は、第2番目の検出点の、Y座標値が負となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第2番目のB系統検出素子は、第2番目の検出点の、Y座標値が正となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第3番目のA系統検出素子は、第3番目の検出点の、X座標値が負となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第3番目のB系統検出素子は、第3番目の検出点の、X座標値が正となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第4番目のA系統検出素子は、第4番目の検出点の、X座標値が負となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第4番目のB系統検出素子は、第4番目の検出点の、X座標値が正となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出するようにしたものである。
各検出素子はダイアフラム部または各橋梁部の上面もしくは下面に固定された変位電極と、この変位電極に対向するように支持部に固定された固定電極と、を有する容量素子によって構成されており、各容量素子は、変位電極が固定された位置に生じた変位を静電容量値の変化として出力する機能を有し、
第1番目のA系統検出素子は、第1番目の検出点の、Y座標値が負となる近傍部分に配置された容量素子C1Aからなり、第1番目のB系統検出素子は、第1番目の検出点の、Y座標値が正となる近傍部分に配置された容量素子C1Bからなり、
第2番目のA系統検出素子は、第2番目の検出点の、Y座標値が負となる近傍部分に配置された容量素子C2Aからなり、第2番目のB系統検出素子は、第2番目の検出点の、Y座標値が正となる近傍部分に配置された容量素子C2Bからなり、
第3番目のA系統検出素子は、第3番目の検出点の、X座標値が負となる近傍部分に配置された容量素子C3Aからなり、第3番目のB系統検出素子は、第3番目の検出点の、X座標値が正となる近傍部分に配置された容量素子C3Bからなり、
第4番目のA系統検出素子は、第4番目の検出点の、X座標値が負となる近傍部分に配置された容量素子C4Aからなり、第4番目のB系統検出素子は、第4番目の検出点の、X座標値が正となる近傍部分に配置された容量素子C4Bからなるようにしたものである。
8組の容量素子C1A〜C4A,C1B〜C4Bの静電容量値をそれぞれ同じ符号を用いてC1A〜C4A,C1B〜C4Bと表したときに、
A系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1A,K2A,K3Aを用いて、
FzA=K1A×(C1A+C2A+C3A+C4A)
MxA=K2A×(C3A−C4A)
MyA=K3A×(C1A−C2A)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzA、X軸まわりのモーメント成分MxA、Y軸まわりのモーメント成分MyAを示すA系統検出値を出力し、
B系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1B,K2B,K3Bを用いて、
FzB=K1B×(C1B+C2B+C3B+C4B)
MxB=K2B×(C3B−C4B)
MyB=K3B×(C1B−C2B)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzB、X軸まわりのモーメント成分MxB、Y軸まわりのモーメント成分MyBを示すB系統検出値を出力するようにしたものである。
所定の符号付き比例係数K2C,K3Cを用いて、
MxC=K2C×((C1A+C2A)−(C1B+C2B))
MyC=K3C×((C3B+C4B)−(C3A+C4A))
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のX軸まわりのモーメント成分MxCおよびY軸まわりのモーメント成分MyCを示す補助系統検出値を出力する補助系統信号処理手段を更に有し、
比較手段が、A系統検出値とB系統検出値との差分dに加えて、更に、A系統検出値と補助系統検出値との差分dAおよびB系統検出値と補助系統検出値との差分dBを求め、差分d,dA,dBのいずれかが所定の許容値Tを超えていた場合には、差分エラーを出力するようにしたものである。
X軸およびY軸を検出基準面に投影して得られるX軸投影像およびY軸投影像を定義し、検出基準面上にZ軸を中心とした検出基準円を描いたときに、
n=4に設定することにより、各局在ダイアフラム部の下面中央にそれぞれ1つの検出点が定義されており、第1番目の検出点は正のX軸投影像と検出基準円との交点に位置し、第2番目の検出点は負のX軸投影像と検出基準円との交点に位置し、第3番目の検出点は正のY軸投影像と検出基準円との交点に位置し、第4番目の検出点は負のY軸投影像と検出基準円との交点に位置し、
各検出点について、Z軸から遠い側を外側、Z軸に近い側を内側と呼んだときに、
第1番目のA系統検出素子は、第1番目の検出点の外側の近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第1番目のB系統検出素子は、第1番目の検出点の内側の近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第2番目のA系統検出素子は、第2番目の検出点の外側の近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第2番目のB系統検出素子は、第2番目の検出点の内側の近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第3番目のA系統検出素子は、第3番目の検出点の外側の近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第3番目のB系統検出素子は、第3番目の検出点の内側の近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第4番目のA系統検出素子は、第4番目の検出点の外側の近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第4番目のB系統検出素子は、第4番目の検出点の内側の近傍部分に生じた変位を電気的に検出するようにしたものである。
各検出素子は各局在ダイアフラム部の下面に固定された変位電極と、この変位電極に対向するように支持部に固定された固定電極と、を有する容量素子によって構成されており、各容量素子は、変位電極が固定された位置に生じた変位を静電容量値の変化として出力する機能を有し、
第1番目のA系統検出素子は、第1番目の検出点の外側に配置された容量素子C1Aからなり、第1番目のB系統検出素子は、第1番目の検出点の内側に配置された容量素子C1Bからなり、
第2番目のA系統検出素子は、第2番目の検出点の外側に配置された容量素子C2Aからなり、第2番目のB系統検出素子は、第2番目の検出点の内側に配置された容量素子C2Bからなり、
第3番目のA系統検出素子は、第3番目の検出点の外側に配置された容量素子C3Aからなり、第3番目のB系統検出素子は、第3番目の検出点の内側に配置された容量素子C3Bからなり、
第4番目のA系統検出素子は、第4番目の検出点の外側に配置された容量素子C4Aからなり、第4番目のB系統検出素子は、第4番目の検出点の内側に配置された容量素子C4Bからなるようにしたものである。
8組の容量素子C1A〜C4A,C1B〜C4Bの静電容量値をそれぞれ同じ符号を用いてC1A〜C4A,C1B〜C4Bと表したときに、
A系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1A,K2A,K3Aを用いて、
FzA=K1A×(C1A+C2A+C3A+C4A)
MxA=K2A×(C3A−C4A)
MyA=K3A×(C1A−C2A)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzA、X軸まわりのモーメント成分MxA、Y軸まわりのモーメント成分MyAを示すA系統検出値を出力し、
B系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1B,K2B,K3Bを用いて、
FzB=K1B×(C1B+C2B+C3B+C4B)
MxB=K2B×(C3B−C4B)
MyB=K3B×(C1B−C2B)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzB、X軸まわりのモーメント成分MxB、Y軸まわりのモーメント成分MyBを示すB系統検出値を出力するようにしたものである。
X軸およびY軸を検出基準面に投影して得られるX軸投影像およびY軸投影像を定義し、検出基準面上にZ軸を中心とした検出基準円を描いたときに、
n=4に設定することにより、各局在ダイアフラム部の下面中央にそれぞれ1つの検出点が定義されており、第1番目の検出点は正のX軸投影像と検出基準円との交点に位置し、第2番目の検出点は負のX軸投影像と検出基準円との交点に位置し、第3番目の検出点は正のY軸投影像と検出基準円との交点に位置し、第4番目の検出点は負のY軸投影像と検出基準円との交点に位置し、
第1番目のA系統検出素子は、第1番目の検出点の、Y座標値が負となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第1番目のB系統検出素子は、第1番目の検出点の、Y座標値が正となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第2番目のA系統検出素子は、第2番目の検出点の、Y座標値が負となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第2番目のB系統検出素子は、第2番目の検出点の、Y座標値が正となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第3番目のA系統検出素子は、第3番目の検出点の、X座標値が負となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第3番目のB系統検出素子は、第3番目の検出点の、X座標値が正となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第4番目のA系統検出素子は、第4番目の検出点の、X座標値が負となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第4番目のB系統検出素子は、第4番目の検出点の、X座標値が正となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出するようにしたものである。
各検出素子は各局在ダイアフラム部の下面に固定された変位電極と、この変位電極に対向するように支持部に固定された固定電極と、を有する容量素子によって構成されており、各容量素子は、変位電極が固定された位置に生じた変位を静電容量値の変化として出力する機能を有し、
第1番目のA系統検出素子は、第1番目の検出点の、Y座標値が負となる近傍部分に配置された容量素子C1Aからなり、第1番目のB系統検出素子は、第1番目の検出点の、Y座標値が正となる近傍部分に配置された容量素子C1Bからなり、
第2番目のA系統検出素子は、第2番目の検出点の、Y座標値が負となる近傍部分に配置された容量素子C2Aからなり、第2番目のB系統検出素子は、第2番目の検出点の、Y座標値が正となる近傍部分に配置された容量素子C2Bからなり、
第3番目のA系統検出素子は、第3番目の検出点の、X座標値が負となる近傍部分に配置された容量素子C3Aからなり、第3番目のB系統検出素子は、第3番目の検出点の、X座標値が正となる近傍部分に配置された容量素子C3Bからなり、
第4番目のA系統検出素子は、第4番目の検出点の、X座標値が負となる近傍部分に配置された容量素子C4Aからなり、第4番目のB系統検出素子は、第4番目の検出点の、X座標値が正となる近傍部分に配置された容量素子C4Bからなるようにしたものである。
8組の容量素子C1A〜C4A,C1B〜C4Bの静電容量値をそれぞれ同じ符号を用いてC1A〜C4A,C1B〜C4Bと表したときに、
A系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1A,K2A,K3Aを用いて、
FzA=K1A×(C1A+C2A+C3A+C4A)
MxA=K2A×(C3A−C4A)
MyA=K3A×(C1A−C2A)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzA、X軸まわりのモーメント成分MxA、Y軸まわりのモーメント成分MyAを示すA系統検出値を出力し、
B系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1B,K2B,K3Bを用いて、
FzB=K1B×(C1B+C2B+C3B+C4B)
MxB=K2B×(C3B−C4B)
MyB=K3B×(C1B−C2B)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzB、X軸まわりのモーメント成分MxB、Y軸まわりのモーメント成分MyBを示すB系統検出値を出力するようにしたものである。
所定の符号付き比例係数K2C,K3Cを用いて、
MxC=K2C×((C1A+C2A)−(C1B+C2B))
MyC=K3C×((C3B+C4B)−(C3A+C4A))
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のX軸まわりのモーメント成分MxCおよびY軸まわりのモーメント成分MyCを示す補助系統検出値を出力する補助系統信号処理手段を更に有し、
比較手段が、A系統検出値とB系統検出値との差分dに加えて、更に、A系統検出値と補助系統検出値との差分dAおよびB系統検出値と補助系統検出値との差分dBを求め、差分d,dA,dBのいずれかが所定の許容値Tを超えていた場合には、差分エラーを出力するようにしたものである。
まず§1では、説明の便宜上、前掲の各特許文献等に開示されている従来の一般的な力覚センサの構造および動作を述べておく。
図1は、従来の一般的な力覚センサに用いられているダイアフラム部を有する検出用構造体の一例を示す図である。たとえば、前掲の特許文献1〜3に開示されている力覚センサには、図1に示す検出用構造体に類似した構造体が用いられている。
図3は、ダイアフラム部の代わりに橋梁部を有する検出用構造体の一例を示す図である。たとえば、前掲の特許文献4に開示されている力覚センサには、図3に示す検出用構造体に類似した構造体が用いられている。
図4は、図1に示す検出用構造体に検出素子としてピエゾ抵抗素子を組み込んだ従来の力覚センサを示す図である。図4(a) は、この力覚センサをXZ平面で切断した状態を示す側断面図、図4(b) は、この力覚センサの下部構造体100の上面図である。
図6は、図1に示す検出用構造体に検出素子として容量素子を組み込んだ従来の力覚センサを示す図である。図6(a) は、この力覚センサをXZ平面で切断した状態を示す側断面図、図6(b) は、この力覚センサの下部構造体100の下面図である。図1(b) や図4(b) が上面図であったのに対して、図6(b) は下部構造体100を下方から見上げた下面図であるため、図面上、Y軸の向きが逆転している。
これまで、§1−3においてピエゾ抵抗素子を用いた従来の力覚センサの構成を例示し、§1−4において容量素子を用いた従来の力覚センサの構成を例示した。ここでは、これらの力覚センサについて、受力部210に加えられた外力のZ軸方向の力成分Fz、X軸まわりのモーメント成分Mx、Y軸まわりのモーメント成分Myを示す検出値を出力するための信号処理を簡単に述べておく。
Fz=K1×(R1+R2+R3+R4)
Mx=K2×(R3−R4)
My=K3×(R2−R1)
に基づく演算を行うことにより、3種類の外力成分Fz,Mx,Myを算出することができる。ここで、K1,K2,K3は所定の比例係数であり、Fz,Mx,Myを正確な力の検出値として出力するためのスケーリングファクターになる。また、用いるピエゾ抵抗素子の電気的特性が上例とは異なる場合(たとえば、縮む応力に対して抵抗値が増加し、伸びる応力に対して抵抗値が減少するような特性をもっている場合)は、必要に応じて、比例係数K1,K2,K3に負の値をもたせるようにすればよい。
Fz=−K1×(C1+C2+C3+C4)
Mx=K2×(C4−C3)
My=K3×(C1−C2)
に基づく演算を行うことにより、3種類の外力成分Fz,Mx,Myを算出することができる。ここで、K1,K2,K3は所定の比例係数であり、Fz,Mx,Myを正確な力の検出値として出力するためのスケーリングファクターになる。
続いて、この§2では、本発明に係る力覚センサの基本的な実施形態を説明する。
はじめに、従来の力覚センサの問題点とともに、本発明の基本概念を説明する。図12は、従来の力覚センサと本発明に係る力覚センサとの基本構成の相違を示すブロック図である。
続いて、本発明に係る力覚センサにおける検出素子の具体的な配置例と当該検出素子から得られる検出信号についての具体的な信号処理の方法を示す。
FzA=K1A×(D1A+D2A+D3A+D4A)
MxA=K2A×(D3A−D4A)
MyA=K3A×(D1A−D2A)
なる演算式に基づく演算によって算出することができる(K3Aは負の係数になる)。
FzB=K1B×(D1B+D2B+D3B+D4B)
MxB=K2B×(D3B−D4B)
MyB=K3B×(D1B−D2B)
なる演算式に基づく演算によって算出することができる(K3Bは負の係数になる)。
FzA=K1A×(D1A+D2A+D3A+D4A)
FzB=K1B×(D1B+D2B+D3B+D4B)
なる2つの演算式によって算出される検出値FzA,FzBが、互いに等しくなるような調整が可能である。
d(Fz)=絶対値(FzA−FzB)
d(Mx)=絶対値(MxA−MxB)
d(My)=絶対値(MyA−MyB)
なる式に基づいて、各軸成分の差分d(Fz),d(Mx),d(My)を求め、これらが許容値Tを超えているか否かを判定する。許容値Tとしては、3軸共通の値を用いてもよいし、必要であれば、差分d(Fz)用の許容値T(Fz)、差分d(Mx)用の許容値T(Mx)、差分d(My)用の許容値T(My)をそれぞれ設定しておいてもよい。
続いて、検出素子としてピエゾ抵抗素子を用いた実施例を述べる。図15は、図1に示す検出用構造体に検出素子としてピエゾ抵抗素子を組み込んだ本発明に係る力覚センサを示す図である。ここで、図15(a) は、この力覚センサをXZ平面で切断した側断面図であり、図15(b) は、この力覚センサの下部構造体100の上面図である。
A系統信号処理手段35Aは、所定の符号付き比例係数K1A,K2A,K3Aを用いて、
FzA=K1A×(R1A+R2A+R3A+R4A)
MxA=K2A×(R3A−R4A)
MyA=K3A×(R1A−R2A)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzA、X軸まわりのモーメント成分MxA、Y軸まわりのモーメント成分MyAを示すA系統検出値Aを出力することができる。
FzB=K1B×(R1B+R2B+R3B+R4B)
MxB=K2B×(R3B−R4B)
MyB=K3B×(R1B−R2B)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzB、X軸まわりのモーメント成分MxB、Y軸まわりのモーメント成分MyBを示すB系統検出値Bを出力することができる。
MxA=K2A×(R3A−R4A)
MyA=K3A×(R1A−R2A)
なる演算結果はいずれも0になるので、MxAおよびMyAの出力についての零点補正処理を省略することができる。
MxB=K2B×(R3B−R4B)
MyB=K3B×(R1B−R2B)
なる演算結果はいずれも0になるので、MxBおよびMyBの出力についての零点補正処理も省略することができる。
続いて、検出素子として容量素子を用いた実施例を述べる。図16は、図1に示す検出用構造体に検出素子として容量素子を組み込んだ本発明に係る力覚センサを示す図である。ここで、図16(a) は、この力覚センサをXZ平面で切断した側断面図であり、図16(b) は、この力覚センサの下部構造体100の下面図である(下から見上げた図であるため、Y軸は下方を向いている)。
A系統信号処理手段35Aは、所定の符号付き比例係数K1A,K2A,K3Aを用いて、
FzA=K1A×(C1A+C2A+C3A+C4A)
MxA=K2A×(C3A−C4A)
MyA=K3A×(C1A−C2A)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzA、X軸まわりのモーメント成分MxA、Y軸まわりのモーメント成分MyAを示すA系統検出値Aを出力することができる。
FzB=K1B×(C1B+C2B+C3B+C4B)
MxB=K2B×(C3B−C4B)
MyB=K3B×(C1B−C2B)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzB、X軸まわりのモーメント成分MxB、Y軸まわりのモーメント成分MyBを示すB系統検出値Bを出力することができる。
MxA=K2A×(C3A−C4A)
MyA=K3A×(C1A−C2A)
なる演算結果はいずれも0になるので、MxAおよびMyAの出力についての零点補正処理を省略することができる。
MxB=K2B×(C3B−C4B)
MyB=K3B×(C1B−C2B)
なる演算結果はいずれも0になるので、MxBおよびMyBの出力についての零点補正処理も省略することができる。
§2−1で説明したとおり、本発明に係る力覚センサの特徴は、図12(c) のブロック図に示すように、単一の検出用構造体10に加えられた外力を、n個のA系統検出素子25Aとn個のB系統検出素子25Bとによってそれぞれ検出し、これらから得られる検出信号を、A系統信号処理手段35AとB系統信号処理手段35Bとによって処理することにより、A系統検出値AとB系統検出値Bとを求め、比較手段45においてこれらを比較する、というものである。
d(Fz)=絶対値(FzA−FzB)
d(Mx)=絶対値(MxA−MxB)
d(My)=絶対値(MyA−MyB)
なる式に基づいて、各軸成分の差分d(Fz),d(Mx),d(My)を求め、これらが許容値Tを超えているか否かを判定する。許容値Tとしては、3軸共通の値を設定してもよいし、それぞれ別個の値を設定してもよい。また、差分エラーの出力方法も、3軸成分のそれぞれについて別個のエラーを出力するようにしてもよいし、少なくとも1軸成分についてエラーが生じた場合には共通の差分エラーを出力するようにしてもよい。
これまで、§2において、本発明に係る力覚センサの基本的な実施形態を説明した。ここでは、これら基本的な実施形態に対するいくつかの変形例を述べておく。
図19は、図16に示す力覚センサの変形例を示す側断面図(図19(a) )および下部構造体100の下面図(図19(b) )である。図16に示す力覚センサと図19に示す力覚センサとの相違は、8組の検出素子(容量素子)の配置だけである。したがって、図19に示されている力覚センサの各構成要素の符号は、図16に示されている力覚センサの対応する構成要素の符号と同じものを付して示してある。
FzA=K1A×(C1A+C2A+C3A+C4A)
MxA=K2A×(C3A−C4A)
MyA=K3A×(C1A−C2A)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、FzA,MxA,MyAを示すA系統検出値Aを出力することができる。
FzB=K1B×(C1B+C2B+C3B+C4B)
MxB=K2B×(C3B−C4B)
MyB=K3B×(C1B−C2B)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、FzB,MxB,MyBを示すB系統検出値Bを出力することができる。
上述した§3−1では、図19を参照しながら、検出素子の配置を変えた変形例を説明した。この変形例の特徴は、A系統検出素子とB系統検出素子の配置パターンを、検出点の内側か外側かで分けるのではなく、座標軸の正側か負側かで分ける点にある。このように、座標軸の正側か負側かで分ける配置パターンを採用すると、A系統信号処理およびB系統信号処理に加えて、更に、補助系統信号処理を加えることができるというメリットが得られる。ここでは、この補助系統信号処理を加えた変形例について述べることにする。
MxC=K2C×((C1A+C2A)−(C1B+C2B))
MyC=K3C×((C3B+C4B)−(C3A+C4A))
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、外力のX軸まわりのモーメント成分MxCおよびY軸まわりのモーメント成分MyCを示す補助系統検出値Cを出力する。
これまで述べてきた実施例は、いずれも図1に示すように、下部構造体100および上部構造体200を積層してなる検出用構造体を用いたものであり、単一のダイアフラム部120の所定箇所に定義された複数n個の検出点について、その近傍部分の撓みもしくは変位を検出するタイプのものであった。しかしながら、本発明に利用可能な検出用構造体は、図1に示すタイプに限定されるものではない。特に、弾性変形部は、力の作用により弾性変形を生じる性質を有していれば足り、必ずしも単一のダイアフラム部120によって構成する必要はない。
FzA=K1A×(C1A+C2A+C3A+C4A)
MxA=K2A×(C3A−C4A)
MyA=K3A×(C1A−C2A)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、3軸成分FzA,MxA,MyAを示すA系統検出値を出力することができる。
同様に、B系統信号処理手段35Bは、所定の符号付き比例係数K1B,K2B,K3Bを用いて、
FzB=K1B×(C1B+C2B+C3B+C4B)
MxB=K2B×(C3B−C4B)
MyB=K3B×(C1B−C2B)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、3軸成分FzB,MxB,MyBを示すB系統検出値を出力することができる。なお、比較手段45の処理動作は、これまで述べてきた実施例と同じである。
これまで、§2−1〜§2−5において本発明の基本的な実施形態を述べ、§3−1〜§3−3においてその変形例を述べた。もちろん、これらの実施形態や変形例は、必要に応じて相互に組み合わせて適用することも可能である。
FzA=K1A×(C1A+C2A+C3A+C4A)
MxA=K2A×(C3A−C4A)
MyA=K3A×(C1A−C2A)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、3軸成分FzA,MxA,MyAを示すA系統検出値を出力することができる。
FzB=K1B×(C1B+C2B+C3B+C4B)
MxB=K2B×(C3B−C4B)
MyB=K3B×(C1B−C2B)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、3軸成分FzB,MxB,MyBを示すB系統検出値を出力することができる。なお、比較手段45の処理動作は、これまで述べてきた実施例と同じである。
MxC=K2C×((C1A+C2A)−(C1B+C2B))
MyC=K3C×((C3B+C4B)−(C3A+C4A))
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のX軸まわりのモーメント成分MxCおよびY軸まわりのモーメント成分MyCを示す補助系統検出値Cを出力する構成要素である。
20,20A,20B:検出素子
25A:A系統検出素子
25B:B系統検出素子
30,30A,30B:信号処理手段
35A:A系統信号処理手段
35B:B系統信号処理手段
35C:補助系統信号処理手段
40:比較手段
45:比較手段
100,100′:下部構造体
110:支持部
120:弾性変形部(ダイアフラム部)
121〜124:弾性変形部(橋梁部)
125:中央部
200:上部構造体
210:受力部
220:力伝達部
300:電極支持基板
400:下部構造体
410:支持部
421〜424:弾性変形部(局在ダイアフラム部)
500:上部構造体
510:受力部
521〜524:力伝達部
601〜604:電極支持基板
A:A系統検出値
B:B系統検出値
C:補助系統検出値
C1〜C4:容量素子(その静電容量値)
C1A〜C4A:A系統容量素子(その静電容量値)
C1B〜C4B:B系統容量素子(その静電容量値)
D1〜D4:検出素子(そこから得られる検出信号の値)
D1A〜D4A:A系統検出素子(そこから得られる検出信号の値)
D1B〜D4B:B系統検出素子(そこから得られる検出信号の値)
d,dA,dB:差分
E11〜E14:固定電極
E11A〜E14A:A系統固定電極
E11B〜E14B:B系統固定電極
E21〜E24:変位電極
E21A〜E24A:A系統変位電極
E21B〜E24B:B系統変位電極
Fz:外力のZ軸方向の力成分
FzA:外力のZ軸方向の力成分のA系統検出値
FzB:外力のZ軸方向の力成分のB系統検出値
G1,G2:検出基準円
H,H1〜H4:溝
K1〜K3:比例係数
K1A〜K3A:A系統用比例係数
K1B〜K3B:B系統用比例係数
K2C,K3C:補助系統用比例係数
Mx:外力のX軸まわりのモーメント成分
MxA:外力のX軸まわりのモーメント成分のA系統検出値
MxB:外力のX軸まわりのモーメント成分のB系統検出値
My:外力のY軸まわりのモーメント成分
MyA:外力のY軸まわりのモーメント成分のA系統検出値
MyB:外力のY軸まわりのモーメント成分のB系統検出値
O:XYZ三次元直交座標系の原点
P1〜P4:検出点
P11〜P14:検出点
P21〜P24:検出点
R1〜R4:ピエゾ抵抗素子(その抵抗値)
R1A〜R4A:A系統ピエゾ抵抗素子
R1B〜R4B:B系統ピエゾ抵抗素子
S1〜S10:流れ図の各ステップ
SA:第1のセンサ
SB:第2のセンサ
T:許容値
VA:第1のセンサの検出値
VB:第2のセンサの検出値
X:XYZ三次元直交座標系の座標軸
Y:XYZ三次元直交座標系の座標軸
Z:XYZ三次元直交座標系の座標軸
Claims (32)
- 作用した外力の所定方向成分を検出する力覚センサであって、
力の作用により弾性変形を生じる弾性変形部と、この弾性変形部を支持する支持部と、検出対象となる外力を受ける受力部と、この受力部に加えられた外力を前記弾性変形部の所定箇所に伝達する力伝達部と、を有する検出用構造体と、
前記弾性変形部の所定位置に定義された複数n個の各検出点の第1の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出するn個のA系統検出素子と、
前記n個の各検出点の前記第1の近傍部分とは異なる第2の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出するn個のB系統検出素子と、
を備え、
任意のi(1≦i≦n)について、第i番目のA系統検出素子は、第i番目の検出点の第1の近傍部分の撓みもしくは変位を電気的に検出し、第i番目のB系統検出素子は、第i番目の検出点の第2の近傍部分の撓みもしくは変位を電気的に検出し、
更に、
前記n個のA系統検出素子によって検出された電気的な検出信号に基づいて、前記受力部に加えられた外力の前記所定方向成分を示すA系統検出値を出力するA系統信号処理手段と、
前記n個のB系統検出素子によって検出された電気的な検出信号に基づいて、前記受力部に加えられた外力の前記所定方向成分を示すB系統検出値を出力するB系統信号処理手段と、
前記A系統検出値と前記B系統検出値とを比較し、両者の差分dを求め、前記A系統検出値もしくは前記B系統検出値またはこれら両者に基づいて算出された所定の算出値を最終検出値として出力するとともに、前記差分dが所定の許容値Tを超えていた場合には、差分エラーを出力する比較手段と、
を備えることを特徴とする力覚センサ。 - 請求項1に記載の力覚センサにおいて、
XYZ三次元直交座標系を定義したときに、検出用構造体が、
Z軸を中心軸としてXY平面もしくはXY平面に平行な平面に沿って延びる薄板状のダイアフラム部によって構成された弾性変形部と、この弾性変形部の周囲を支持固定する環状構造体によって構成された支持部と、を有する下部構造体と、
前記弾性変形部の上方に所定距離をおいてZ軸が中心軸となるように配置された板状基板によって構成された受力部と、前記受力部の下面中央と前記弾性変形部の上面中央とをZ軸に沿って接続する力伝達部と、を有する上部構造体と、
を備えることを特徴とする力覚センサ。 - 請求項1に記載の力覚センサにおいて、
XYZ三次元直交座標系を定義したときに、検出用構造体が、
Z軸上に位置する中央部と、前記中央部からXY平面もしくはXY平面に平行な平面に沿って放射状に延びる複数本の薄板状の橋梁部と、を有する弾性変形部と、この弾性変形部の周囲を支持固定する環状構造体によって構成された支持部と、を有する下部構造体と、
前記弾性変形部の上方に所定距離をおいてZ軸が中心軸となるように配置された板状基板によって構成された受力部と、前記受力部の下面中央と前記中央部の上面とをZ軸に沿って接続する力伝達部と、を有する上部構造体と、
を備えることを特徴とする力覚センサ。 - 請求項3に記載の力覚センサにおいて、
弾性変形部が、中央部からX軸正方向に向かって延びる薄板状の第1橋梁部と、中央部からX軸負方向に向かって延びる薄板状の第2橋梁部と、中央部からY軸正方向に向かって延びる薄板状の第3橋梁部と、中央部からY軸負方向に向かって延びる薄板状の第4橋梁部と、を有することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項1に記載の力覚センサにおいて、
XYZ三次元直交座標系を定義したときに、検出用構造体が、Z軸を中心軸としてXY平面もしくはXY平面に平行な平面に沿って延びる基板によって構成された下部構造体と、この下部構造体の上方に配置された上部構造体と、を備えており、
前記下部構造体を構成する基板には、複数m箇所にXY平面もしくはXY平面に平行な平面に沿った方向に延びる薄板状の局在ダイアフラム部が形成されており、前記下部構造体のうち、これらm組の局在ダイアフラム部の部分が弾性変形部を構成し、それ以外の部分が支持部を構成しており、
前記上部構造体は、前記下部構造体を構成する基板の上方に所定距離をおいてZ軸が中心軸となるように配置された板状基板によって構成された受力部と、前記受力部の下面の所定箇所と前記m組のダイアフラム部の上面中央とを接続するm組の力伝達部と、を有していることを特徴とする力覚センサ。 - 請求項5に記載の力覚センサにおいて、
m=4に設定することにより、下部構造体を構成する基板には、4箇所にXY平面もしくはXY平面に平行な平面に沿った方向に延びる薄板状の局在ダイアフラム部が形成されており、各局在ダイアフラム部の下面は共通の検出基準面に含まれ、
上部構造体は、下部構造体を構成する基板の上方に所定距離をおいてZ軸が中心軸となるように配置された板状基板によって構成された受力部と、前記受力部の下面と前記4組の局在ダイアフラム部の上面とを接続する4組の力伝達部と、を有しており、
前記4組の力伝達部のうち、第1の力伝達部は、正のX軸と交差するZ軸に平行な直線に沿って、前記受力部の下面の所定位置と第1の局在ダイアフラム部の上面中央とを接続し、第2の力伝達部は、負のX軸と交差するZ軸に平行な直線に沿って、前記受力部の下面の所定位置と第2の局在ダイアフラム部の上面中央とを接続し、第3の力伝達部は、正のY軸と交差するZ軸に平行な直線に沿って、前記受力部の下面の所定位置と第3の局在ダイアフラム部の上面中央とを接続し、第4の力伝達部は、負のY軸と交差するZ軸に平行な直線に沿って、前記受力部の下面の所定位置と第4の局在ダイアフラム部の上面中央とを接続していることを特徴とする力覚センサ。 - 請求項2〜6のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
XY平面もしくはXY平面に平行な平面上に検出基準面を定義し、この検出基準面上にZ軸を中心とした検出基準円を描いたときに、n個の検出点がすべて前記検出基準円上に配置されていることを特徴とする力覚センサ。 - 請求項7に記載の力覚センサにおいて、
各検出点について、Z軸から遠い側を外側、Z軸に近い側を内側と呼んだときに、任意のi(1≦i≦n)について、
第i番目のA系統検出素子は、第i番目の検出点の外側の近傍部分の撓みもしくは変位を電気的に検出し、
第i番目のB系統検出素子は、第i番目の検出点の内側の近傍部分の撓みもしくは変位を電気的に検出することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項1〜8のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
n個のA系統検出素子の一部もしくは全部によって検出された電気的な検出信号と、n個のB系統検出素子の一部もしくは全部によって検出された電気的な検出信号と、の双方に基づいて、受力部に加えられた外力の所定方向成分を示す補助系統検出値を出力する補助系統信号処理手段を更に備え、
比較手段が、A系統検出値とB系統検出値との差分dに加えて、更に、A系統検出値と補助系統検出値との差分dAおよびB系統検出値と補助系統検出値との差分dBを求め、前記差分d,dA,dBのいずれかが所定の許容値Tを超えていた場合には、差分エラーを出力することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項9に記載の力覚センサにおいて、
比較手段が、dA<dBの場合はA系統検出値を最終検出値として出力し、dA>dBの場合はB系統検出値を最終検出値として出力し、dA=dBの場合はA系統検出値またはB系統検出値を最終検出値として出力することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項9または10に記載の力覚センサにおいて、
比較手段が、差分d,dA,dBのうちの2つが所定の許容値Tを超えていた場合には、当該2つの差分の算出にともに関与した検出値を誤検出値と推定し、この誤検出値を除く2つの検出値の一方またはこれら両方に基づいて算出された所定の算出値を最終検出値として出力する例外処理を行うことを特徴とする力覚センサ。 - 請求項1〜8のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
比較手段が、A系統検出値およびB系統検出値について、所定の許容レンジ内であるか否かを判定し、当該許容レンジを超えていた場合は、レンジアウトエラーを出力することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項12に記載の力覚センサにおいて、
比較手段が、A系統検出値のみが許容レンジを超えていた場合は、B系統検出値を最終検出値として出力し、B系統検出値のみが許容レンジを超えていた場合は、A系統検出値を最終検出値として出力し、A系統検出値およびB系統検出値の双方が許容レンジを超えていた場合は、許容レンジ内の所定のダミー値を最終検出値として出力することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項1〜8のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
比較手段が、A系統検出値およびB系統検出値の平均値を算出し、当該平均値を最終検出値として出力することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項1〜14のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
任意のi(1≦i≦n)について、
第i番目のA系統検出素子は、第i番目の検出点の第1の近傍部分に配置されたピエゾ抵抗素子によって構成され、当該近傍部分に生じた撓みを電気抵抗値の変化として示す検出信号を出力し、
第i番目のB系統検出素子は、第i番目の検出点の第2の近傍部分に配置されたピエゾ抵抗素子によって構成され、当該近傍部分に生じた撓みを電気抵抗値の変化として示す検出信号を出力することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項1〜14のいずれかに記載の力覚センサにおいて、
任意のi(1≦i≦n)について、
第i番目のA系統検出素子は、第i番目の検出点の第1の近傍部分に配置された第i番目のA系統変位電極と、この第i番目のA系統変位電極に対向するように支持部に固定された第i番目のA系統固定電極と、を有する第i番目のA系統容量素子によって構成され、当該第1の近傍部分に生じた変位を静電容量値の変化として示す検出信号を出力し、
第i番目のB系統検出素子は、第i番目の検出点の第2の近傍部分に配置された第i番目のB系統変位電極と、この第i番目のB系統変位電極に対向するように支持部に固定された第i番目のB系統固定電極と、を有する第i番目のB系統容量素子によって構成され、当該第2の近傍部分に生じた変位を静電容量値の変化として示す検出信号を出力することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項2または4に記載の力覚センサにおいて、
ダイアフラム部または各橋梁部の上面もしくは下面に検出基準面を定義し、X軸およびY軸を前記検出基準面に投影して得られるX軸投影像およびY軸投影像を定義したときに、
n=4に設定することにより前記検出基準面上に4個の検出点が定義されており、前記検出基準面上にZ軸を中心とした検出基準円を描いたときに、第1番目の検出点は正のX軸投影像と前記検出基準円との交点に位置し、第2番目の検出点は負のX軸投影像と前記検出基準円との交点に位置し、第3番目の検出点は正のY軸投影像と前記検出基準円との交点に位置し、第4番目の検出点は負のY軸投影像と前記検出基準円との交点に位置し、
各検出点について、Z軸から遠い側を外側、Z軸に近い側を内側と呼んだときに、
第1番目のA系統検出素子は、前記第1番目の検出点の外側の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出し、第1番目のB系統検出素子は、前記第1番目の検出点の内側の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出し、
第2番目のA系統検出素子は、前記第2番目の検出点の外側の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出し、第2番目のB系統検出素子は、前記第2番目の検出点の内側の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出し、
第3番目のA系統検出素子は、前記第3番目の検出点の外側の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出し、第3番目のB系統検出素子は、前記第3番目の検出点の内側の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出し、
第4番目のA系統検出素子は、前記第4番目の検出点の外側の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出し、第4番目のB系統検出素子は、前記第4番目の検出点の内側の近傍部分に生じた撓みもしくは変位を電気的に検出することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項17に記載の力覚センサにおいて、
各検出素子はダイアフラム部または各橋梁部の上面もしくは下面に埋め込まれたピエゾ抵抗素子によって構成されており、各ピエゾ抵抗素子は、埋め込まれた位置に生じた撓みを電気抵抗値の変化として出力する機能を有し、
第1番目のA系統検出素子は、第1番目の検出点の外側にX軸投影像に沿って配置されたピエゾ抵抗素子R1Aからなり、第1番目のB系統検出素子は、第1番目の検出点の内側にX軸投影像に沿って配置されたピエゾ抵抗素子R1Bからなり、
第2番目のA系統検出素子は、第2番目の検出点の外側にX軸投影像に沿って配置されたピエゾ抵抗素子R2Aからなり、第2番目のB系統検出素子は、第2番目の検出点の内側にX軸投影像に沿って配置されたピエゾ抵抗素子R2Bからなり、
第3番目のA系統検出素子は、第3番目の検出点の外側にY軸投影像に沿って配置されたピエゾ抵抗素子R3Aからなり、第3番目のB系統検出素子は、第3番目の検出点の内側にY軸投影像に沿って配置されたピエゾ抵抗素子R3Bからなり、
第4番目のA系統検出素子は、第4番目の検出点の外側にY軸投影像に沿って配置されたピエゾ抵抗素子R4Aからなり、第4番目のB系統検出素子は、第4番目の検出点の内側にY軸投影像に沿って配置されたピエゾ抵抗素子R4Bからなることを特徴とする力覚センサ。 - 請求項18に記載の力覚センサにおいて、
8組のピエゾ抵抗素子R1A〜R4A,R1B〜R4Bの抵抗値をそれぞれ同じ符号を用いてR1A〜R4A,R1B〜R4Bと表したときに、
A系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1A,K2A,K3Aを用いて、
FzA=K1A×(R1A+R2A+R3A+R4A)
MxA=K2A×(R3A−R4A)
MyA=K3A×(R1A−R2A)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzA、X軸まわりのモーメント成分MxA、Y軸まわりのモーメント成分MyAを示すA系統検出値を出力し、
B系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1B,K2B,K3Bを用いて、
FzB=K1B×(R1B+R2B+R3B+R4B)
MxB=K2B×(R3B−R4B)
MyB=K3B×(R1B−R2B)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzB、X軸まわりのモーメント成分MxB、Y軸まわりのモーメント成分MyBを示すB系統検出値を出力することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項17に記載の力覚センサにおいて、
各検出素子はダイアフラム部または各橋梁部の上面もしくは下面に固定された変位電極と、この変位電極に対向するように支持部に固定された固定電極と、を有する容量素子によって構成されており、各容量素子は、変位電極が固定された位置に生じた変位を静電容量値の変化として出力する機能を有し、
第1番目のA系統検出素子は、第1番目の検出点の外側に配置された容量素子C1Aからなり、第1番目のB系統検出素子は、第1番目の検出点の内側に配置された容量素子C1Bからなり、
第2番目のA系統検出素子は、第2番目の検出点の外側に配置された容量素子C2Aからなり、第2番目のB系統検出素子は、第2番目の検出点の内側に配置された容量素子C2Bからなり、
第3番目のA系統検出素子は、第3番目の検出点の外側に配置された容量素子C3Aからなり、第3番目のB系統検出素子は、第3番目の検出点の内側に配置された容量素子C3Bからなり、
第4番目のA系統検出素子は、第4番目の検出点の外側に配置された容量素子C4Aからなり、第4番目のB系統検出素子は、第4番目の検出点の内側に配置された容量素子C4Bからなることを特徴とする力覚センサ。 - 請求項20に記載の力覚センサにおいて、
8組の容量素子C1A〜C4A,C1B〜C4Bの静電容量値をそれぞれ同じ符号を用いてC1A〜C4A,C1B〜C4Bと表したときに、
A系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1A,K2A,K3Aを用いて、
FzA=K1A×(C1A+C2A+C3A+C4A)
MxA=K2A×(C3A−C4A)
MyA=K3A×(C1A−C2A)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzA、X軸まわりのモーメント成分MxA、Y軸まわりのモーメント成分MyAを示すA系統検出値を出力し、
B系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1B,K2B,K3Bを用いて、
FzB=K1B×(C1B+C2B+C3B+C4B)
MxB=K2B×(C3B−C4B)
MyB=K3B×(C1B−C2B)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzB、X軸まわりのモーメント成分MxB、Y軸まわりのモーメント成分MyBを示すB系統検出値を出力することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項2または4に記載の力覚センサにおいて、
ダイアフラム部または各橋梁部の上面もしくは下面に検出基準面を定義し、X軸およびY軸を前記検出基準面に投影して得られるX軸投影像およびY軸投影像を定義したときに、
n=4に設定することにより前記検出基準面上に4個の検出点が定義されており、前記検出基準面上にZ軸を中心とした検出基準円を描いたときに、第1番目の検出点は正のX軸投影像と前記検出基準円との交点に位置し、第2番目の検出点は負のX軸投影像と前記検出基準円との交点に位置し、第3番目の検出点は正のY軸投影像と前記検出基準円との交点に位置し、第4番目の検出点は負のY軸投影像と前記検出基準円との交点に位置し、
第1番目のA系統検出素子は、前記第1番目の検出点の、Y座標値が負となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第1番目のB系統検出素子は、前記第1番目の検出点の、Y座標値が正となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第2番目のA系統検出素子は、前記第2番目の検出点の、Y座標値が負となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第2番目のB系統検出素子は、前記第2番目の検出点の、Y座標値が正となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第3番目のA系統検出素子は、前記第3番目の検出点の、X座標値が負となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第3番目のB系統検出素子は、前記第3番目の検出点の、X座標値が正となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第4番目のA系統検出素子は、前記第4番目の検出点の、X座標値が負となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第4番目のB系統検出素子は、前記第4番目の検出点の、X座標値が正となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項22に記載の力覚センサにおいて、
各検出素子はダイアフラム部または各橋梁部の上面もしくは下面に固定された変位電極と、この変位電極に対向するように支持部に固定された固定電極と、を有する容量素子によって構成されており、各容量素子は、変位電極が固定された位置に生じた変位を静電容量値の変化として出力する機能を有し、
第1番目のA系統検出素子は、第1番目の検出点の、Y座標値が負となる近傍部分に配置された容量素子C1Aからなり、第1番目のB系統検出素子は、第1番目の検出点の、Y座標値が正となる近傍部分に配置された容量素子C1Bからなり、
第2番目のA系統検出素子は、第2番目の検出点の、Y座標値が負となる近傍部分に配置された容量素子C2Aからなり、第2番目のB系統検出素子は、第2番目の検出点の、Y座標値が正となる近傍部分に配置された容量素子C2Bからなり、
第3番目のA系統検出素子は、第3番目の検出点の、X座標値が負となる近傍部分に配置された容量素子C3Aからなり、第3番目のB系統検出素子は、第3番目の検出点の、X座標値が正となる近傍部分に配置された容量素子C3Bからなり、
第4番目のA系統検出素子は、第4番目の検出点の、X座標値が負となる近傍部分に配置された容量素子C4Aからなり、第4番目のB系統検出素子は、第4番目の検出点の、X座標値が正となる近傍部分に配置された容量素子C4Bからなることを特徴とする力覚センサ。 - 請求項23に記載の力覚センサにおいて、
8組の容量素子C1A〜C4A,C1B〜C4Bの静電容量値をそれぞれ同じ符号を用いてC1A〜C4A,C1B〜C4Bと表したときに、
A系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1A,K2A,K3Aを用いて、
FzA=K1A×(C1A+C2A+C3A+C4A)
MxA=K2A×(C3A−C4A)
MyA=K3A×(C1A−C2A)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzA、X軸まわりのモーメント成分MxA、Y軸まわりのモーメント成分MyAを示すA系統検出値を出力し、
B系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1B,K2B,K3Bを用いて、
FzB=K1B×(C1B+C2B+C3B+C4B)
MxB=K2B×(C3B−C4B)
MyB=K3B×(C1B−C2B)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzB、X軸まわりのモーメント成分MxB、Y軸まわりのモーメント成分MyBを示すB系統検出値を出力することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項24に記載の力覚センサにおいて、
所定の符号付き比例係数K2C,K3Cを用いて、
MxC=K2C×((C1A+C2A)−(C1B+C2B))
MyC=K3C×((C3B+C4B)−(C3A+C4A))
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のX軸まわりのモーメント成分MxCおよびY軸まわりのモーメント成分MyCを示す補助系統検出値を出力する補助系統信号処理手段を更に有し、
比較手段が、A系統検出値とB系統検出値との差分dに加えて、更に、A系統検出値と補助系統検出値との差分dAおよびB系統検出値と補助系統検出値との差分dBを求め、前記差分d,dA,dBのいずれかが所定の許容値Tを超えていた場合には、差分エラーを出力することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項6に記載の力覚センサにおいて、
X軸およびY軸を検出基準面に投影して得られるX軸投影像およびY軸投影像を定義し、前記検出基準面上にZ軸を中心とした検出基準円を描いたときに、
n=4に設定することにより、各局在ダイアフラム部の下面中央にそれぞれ1つの検出点が定義されており、第1番目の検出点は正のX軸投影像と前記検出基準円との交点に位置し、第2番目の検出点は負のX軸投影像と前記検出基準円との交点に位置し、第3番目の検出点は正のY軸投影像と前記検出基準円との交点に位置し、第4番目の検出点は負のY軸投影像と前記検出基準円との交点に位置し、
各検出点について、Z軸から遠い側を外側、Z軸に近い側を内側と呼んだときに、
第1番目のA系統検出素子は、前記第1番目の検出点の外側の近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第1番目のB系統検出素子は、前記第1番目の検出点の内側の近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第2番目のA系統検出素子は、前記第2番目の検出点の外側の近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第2番目のB系統検出素子は、前記第2番目の検出点の内側の近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第3番目のA系統検出素子は、前記第3番目の検出点の外側の近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第3番目のB系統検出素子は、前記第3番目の検出点の内側の近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第4番目のA系統検出素子は、前記第4番目の検出点の外側の近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第4番目のB系統検出素子は、前記第4番目の検出点の内側の近傍部分に生じた変位を電気的に検出することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項26に記載の力覚センサにおいて、
各検出素子は各局在ダイアフラム部の下面に固定された変位電極と、この変位電極に対向するように支持部に固定された固定電極と、を有する容量素子によって構成されており、各容量素子は、変位電極が固定された位置に生じた変位を静電容量値の変化として出力する機能を有し、
第1番目のA系統検出素子は、第1番目の検出点の外側に配置された容量素子C1Aからなり、第1番目のB系統検出素子は、第1番目の検出点の内側に配置された容量素子C1Bからなり、
第2番目のA系統検出素子は、第2番目の検出点の外側に配置された容量素子C2Aからなり、第2番目のB系統検出素子は、第2番目の検出点の内側に配置された容量素子C2Bからなり、
第3番目のA系統検出素子は、第3番目の検出点の外側に配置された容量素子C3Aからなり、第3番目のB系統検出素子は、第3番目の検出点の内側に配置された容量素子C3Bからなり、
第4番目のA系統検出素子は、第4番目の検出点の外側に配置された容量素子C4Aからなり、第4番目のB系統検出素子は、第4番目の検出点の内側に配置された容量素子C4Bからなることを特徴とする力覚センサ。 - 請求項27に記載の力覚センサにおいて、
8組の容量素子C1A〜C4A,C1B〜C4Bの静電容量値をそれぞれ同じ符号を用いてC1A〜C4A,C1B〜C4Bと表したときに、
A系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1A,K2A,K3Aを用いて、
FzA=K1A×(C1A+C2A+C3A+C4A)
MxA=K2A×(C3A−C4A)
MyA=K3A×(C1A−C2A)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzA、X軸まわりのモーメント成分MxA、Y軸まわりのモーメント成分MyAを示すA系統検出値を出力し、
B系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1B,K2B,K3Bを用いて、
FzB=K1B×(C1B+C2B+C3B+C4B)
MxB=K2B×(C3B−C4B)
MyB=K3B×(C1B−C2B)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzB、X軸まわりのモーメント成分MxB、Y軸まわりのモーメント成分MyBを示すB系統検出値を出力することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項6に記載の力覚センサにおいて、
X軸およびY軸を検出基準面に投影して得られるX軸投影像およびY軸投影像を定義し、前記検出基準面上にZ軸を中心とした検出基準円を描いたときに、
n=4に設定することにより、各局在ダイアフラム部の下面中央にそれぞれ1つの検出点が定義されており、第1番目の検出点は正のX軸投影像と前記検出基準円との交点に位置し、第2番目の検出点は負のX軸投影像と前記検出基準円との交点に位置し、第3番目の検出点は正のY軸投影像と前記検出基準円との交点に位置し、第4番目の検出点は負のY軸投影像と前記検出基準円との交点に位置し、
第1番目のA系統検出素子は、前記第1番目の検出点の、Y座標値が負となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第1番目のB系統検出素子は、前記第1番目の検出点の、Y座標値が正となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第2番目のA系統検出素子は、前記第2番目の検出点の、Y座標値が負となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第2番目のB系統検出素子は、前記第2番目の検出点の、Y座標値が正となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第3番目のA系統検出素子は、前記第3番目の検出点の、X座標値が負となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第3番目のB系統検出素子は、前記第3番目の検出点の、X座標値が正となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、
第4番目のA系統検出素子は、前記第4番目の検出点の、X座標値が負となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出し、第4番目のB系統検出素子は、前記第4番目の検出点の、X座標値が正となる近傍部分に生じた変位を電気的に検出することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項29に記載の力覚センサにおいて、
各検出素子は各局在ダイアフラム部の下面に固定された変位電極と、この変位電極に対向するように支持部に固定された固定電極と、を有する容量素子によって構成されており、各容量素子は、変位電極が固定された位置に生じた変位を静電容量値の変化として出力する機能を有し、
第1番目のA系統検出素子は、第1番目の検出点の、Y座標値が負となる近傍部分に配置された容量素子C1Aからなり、第1番目のB系統検出素子は、第1番目の検出点の、Y座標値が正となる近傍部分に配置された容量素子C1Bからなり、
第2番目のA系統検出素子は、第2番目の検出点の、Y座標値が負となる近傍部分に配置された容量素子C2Aからなり、第2番目のB系統検出素子は、第2番目の検出点の、Y座標値が正となる近傍部分に配置された容量素子C2Bからなり、
第3番目のA系統検出素子は、第3番目の検出点の、X座標値が負となる近傍部分に配置された容量素子C3Aからなり、第3番目のB系統検出素子は、第3番目の検出点の、X座標値が正となる近傍部分に配置された容量素子C3Bからなり、
第4番目のA系統検出素子は、第4番目の検出点の、X座標値が負となる近傍部分に配置された容量素子C4Aからなり、第4番目のB系統検出素子は、第4番目の検出点の、X座標値が正となる近傍部分に配置された容量素子C4Bからなることを特徴とする力覚センサ。 - 請求項30に記載の力覚センサにおいて、
8組の容量素子C1A〜C4A,C1B〜C4Bの静電容量値をそれぞれ同じ符号を用いてC1A〜C4A,C1B〜C4Bと表したときに、
A系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1A,K2A,K3Aを用いて、
FzA=K1A×(C1A+C2A+C3A+C4A)
MxA=K2A×(C3A−C4A)
MyA=K3A×(C1A−C2A)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzA、X軸まわりのモーメント成分MxA、Y軸まわりのモーメント成分MyAを示すA系統検出値を出力し、
B系統信号処理手段が、所定の符号付き比例係数K1B,K2B,K3Bを用いて、
FzB=K1B×(C1B+C2B+C3B+C4B)
MxB=K2B×(C3B−C4B)
MyB=K3B×(C1B−C2B)
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のZ軸方向の力成分FzB、X軸まわりのモーメント成分MxB、Y軸まわりのモーメント成分MyBを示すB系統検出値を出力することを特徴とする力覚センサ。 - 請求項31に記載の力覚センサにおいて、
所定の符号付き比例係数K2C,K3Cを用いて、
MxC=K2C×((C1A+C2A)−(C1B+C2B))
MyC=K3C×((C3B+C4B)−(C3A+C4A))
なる演算処理もしくは当該演算処理に相当する信号処理を行うことによって、受力部に加えられた外力のX軸まわりのモーメント成分MxCおよびY軸まわりのモーメント成分MyCを示す補助系統検出値を出力する補助系統信号処理手段を更に有し、
比較手段が、A系統検出値とB系統検出値との差分dに加えて、更に、A系統検出値と補助系統検出値との差分dAおよびB系統検出値と補助系統検出値との差分dBを求め、前記差分d,dA,dBのいずれかが所定の許容値Tを超えていた場合には、差分エラーを出力することを特徴とする力覚センサ。
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Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017506737A (ja) * | 2014-06-11 | 2017-03-09 | アーゲ ジュール アイラーセン,ニルス | 弾性体を有する高精度ロードセル |
JP6108584B1 (ja) * | 2016-06-09 | 2017-04-05 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
JP2017211297A (ja) * | 2016-05-26 | 2017-11-30 | アイシン精機株式会社 | 荷重検出装置 |
JP6241982B1 (ja) * | 2016-08-31 | 2017-12-06 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
JP2017215318A (ja) * | 2017-05-17 | 2017-12-07 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
JP6257017B1 (ja) * | 2017-09-26 | 2018-01-10 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
JP2018009855A (ja) * | 2016-07-13 | 2018-01-18 | ファナック株式会社 | センサ装置 |
JP2019045205A (ja) * | 2017-08-30 | 2019-03-22 | アイシン精機株式会社 | 荷重検出装置 |
JP2019060834A (ja) * | 2017-11-30 | 2019-04-18 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
KR20190047036A (ko) * | 2016-10-17 | 2019-05-07 | 키스틀러 홀딩 아게 | 힘과 모멘트 센서, 그러한 힘과 모멘트 센서용 힘 트랜스듀서 모듈 및 그러한 힘과 모멘트 센서를 포함하는 로봇 |
US10775250B2 (en) | 2016-05-31 | 2020-09-15 | Tri-Force Management Corporation | Torque sensor |
JP6824495B1 (ja) * | 2019-07-10 | 2021-02-03 | 三菱電機株式会社 | センシングデバイスおよびセンシングデバイスシステム |
CN114981626A (zh) * | 2019-11-15 | 2022-08-30 | 直观外科手术操作公司 | 扩展桥xy力传感器 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6843726B2 (ja) | 2017-10-17 | 2021-03-17 | キヤノン株式会社 | 力覚センサ及びロボット |
JP6896585B2 (ja) * | 2017-10-20 | 2021-06-30 | キヤノン株式会社 | 力覚センサ及び装置 |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH087228B2 (ja) * | 1990-03-27 | 1996-01-29 | 株式会社ワコー | 加速度検出装置 |
JP2892788B2 (ja) * | 1990-07-27 | 1999-05-17 | 株式会社ワコー | 物理量を検出するセンサの製造方法 |
JP3347316B2 (ja) * | 2001-12-26 | 2002-11-20 | 和廣 岡田 | 電極間距離の変化を利用して物理量を検出する装置およびその動作試験方法 |
JP4073731B2 (ja) * | 2002-08-05 | 2008-04-09 | 株式会社ワコー | 抵抗素子を用いた力センサおよび加速度センサならびにその製造方法 |
JP4192084B2 (ja) * | 2003-06-17 | 2008-12-03 | ニッタ株式会社 | 多軸センサ |
JP4387691B2 (ja) * | 2003-04-28 | 2009-12-16 | 株式会社ワコー | 力検出装置 |
JP2010014695A (ja) * | 2008-06-03 | 2010-01-21 | Nitta Ind Corp | 多軸センサ |
JP2010160099A (ja) * | 2009-01-09 | 2010-07-22 | Nitta Ind Corp | 多軸センサ |
JP4931971B2 (ja) * | 2009-08-17 | 2012-05-16 | 株式会社ワコー | 力検出装置 |
JP4948630B2 (ja) * | 2010-08-05 | 2012-06-06 | 株式会社トライフォース・マネジメント | トルクセンサ |
JP5248221B2 (ja) * | 2008-06-30 | 2013-07-31 | 株式会社ワコー | 力覚センサおよびその組立方法 |
-
2015
- 2015-09-24 JP JP2015186615A patent/JP5853121B1/ja active Active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH087228B2 (ja) * | 1990-03-27 | 1996-01-29 | 株式会社ワコー | 加速度検出装置 |
JP2892788B2 (ja) * | 1990-07-27 | 1999-05-17 | 株式会社ワコー | 物理量を検出するセンサの製造方法 |
JP3347316B2 (ja) * | 2001-12-26 | 2002-11-20 | 和廣 岡田 | 電極間距離の変化を利用して物理量を検出する装置およびその動作試験方法 |
JP4073731B2 (ja) * | 2002-08-05 | 2008-04-09 | 株式会社ワコー | 抵抗素子を用いた力センサおよび加速度センサならびにその製造方法 |
JP4387691B2 (ja) * | 2003-04-28 | 2009-12-16 | 株式会社ワコー | 力検出装置 |
JP4192084B2 (ja) * | 2003-06-17 | 2008-12-03 | ニッタ株式会社 | 多軸センサ |
JP2010014695A (ja) * | 2008-06-03 | 2010-01-21 | Nitta Ind Corp | 多軸センサ |
JP5248221B2 (ja) * | 2008-06-30 | 2013-07-31 | 株式会社ワコー | 力覚センサおよびその組立方法 |
JP2010160099A (ja) * | 2009-01-09 | 2010-07-22 | Nitta Ind Corp | 多軸センサ |
JP4931971B2 (ja) * | 2009-08-17 | 2012-05-16 | 株式会社ワコー | 力検出装置 |
JP4948630B2 (ja) * | 2010-08-05 | 2012-06-06 | 株式会社トライフォース・マネジメント | トルクセンサ |
Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017506737A (ja) * | 2014-06-11 | 2017-03-09 | アーゲ ジュール アイラーセン,ニルス | 弾性体を有する高精度ロードセル |
JP2017211297A (ja) * | 2016-05-26 | 2017-11-30 | アイシン精機株式会社 | 荷重検出装置 |
US10775250B2 (en) | 2016-05-31 | 2020-09-15 | Tri-Force Management Corporation | Torque sensor |
US10732056B2 (en) | 2016-06-09 | 2020-08-04 | Tri-Force Management Corporation | Force sensor |
WO2017212618A1 (ja) * | 2016-06-09 | 2017-12-14 | 株式会社 トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
JP6108584B1 (ja) * | 2016-06-09 | 2017-04-05 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
US10724912B2 (en) | 2016-07-13 | 2020-07-28 | Fanuc Corporation | Sensor device |
JP2018009855A (ja) * | 2016-07-13 | 2018-01-18 | ファナック株式会社 | センサ装置 |
WO2018042571A1 (ja) * | 2016-08-31 | 2018-03-08 | 株式会社 トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
JP6241982B1 (ja) * | 2016-08-31 | 2017-12-06 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
KR20190047036A (ko) * | 2016-10-17 | 2019-05-07 | 키스틀러 홀딩 아게 | 힘과 모멘트 센서, 그러한 힘과 모멘트 센서용 힘 트랜스듀서 모듈 및 그러한 힘과 모멘트 센서를 포함하는 로봇 |
JP2019530880A (ja) * | 2016-10-17 | 2019-10-24 | キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト | フォース・モーメント・センサー、そのようなフォース・モーメント・センサーのためのフォース・トランスデューサー・モジュール、ならびに、そのようなフォース・モーメント・センサーを含むロボット |
KR102191285B1 (ko) * | 2016-10-17 | 2020-12-16 | 키스틀러 홀딩 아게 | 힘과 모멘트 센서, 그러한 힘과 모멘트 센서용 힘 트랜스듀서 모듈 및 그러한 힘과 모멘트 센서를 포함하는 로봇 |
JP2017215318A (ja) * | 2017-05-17 | 2017-12-07 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
JP2019045205A (ja) * | 2017-08-30 | 2019-03-22 | アイシン精機株式会社 | 荷重検出装置 |
JP2019060704A (ja) * | 2017-09-26 | 2019-04-18 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
JP6257017B1 (ja) * | 2017-09-26 | 2018-01-10 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
JP2019060834A (ja) * | 2017-11-30 | 2019-04-18 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
JP6824495B1 (ja) * | 2019-07-10 | 2021-02-03 | 三菱電機株式会社 | センシングデバイスおよびセンシングデバイスシステム |
CN114981626A (zh) * | 2019-11-15 | 2022-08-30 | 直观外科手术操作公司 | 扩展桥xy力传感器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017062147A (ja) | 2017-03-30 |
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