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JP2019027920A - 力検出装置およびロボット - Google Patents

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JP2019027920A
JP2019027920A JP2017147578A JP2017147578A JP2019027920A JP 2019027920 A JP2019027920 A JP 2019027920A JP 2017147578 A JP2017147578 A JP 2017147578A JP 2017147578 A JP2017147578 A JP 2017147578A JP 2019027920 A JP2019027920 A JP 2019027920A
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江平 藤川
Kohei Fujikawa
江平 藤川
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Seiko Epson Corp
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Abstract

【課題】外力の検出精度の低下を低減しつつ、小型化を図ることができる力検出装置およびかかる力検出装置を備えるロボットを提供すること。【解決手段】第１プレートと、第２プレートと、第１部材と、前記第１プレートから前記第２プレートに向かって突出する第１部材と、前記第２プレートから前記第１プレートに向かって突出する第２部材と、前記第２プレートから前記第１プレートに向かって突出する第３部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に設けられ、外力に応じて信号を出力する圧電素子を有する第１センサーデバイスと、前記第１部材と前記第３部材との間に設けられ、外力に応じて信号を出力する圧電素子を有する第２センサーデバイスと、を備え、前記第１部材は、前記第１センサーデバイスに接している部分と、前記第２センサーデバイスに接している部分との間にスリットまたは複数の貫通孔を有することを特徴とする力検出装置。【選択図】図２

Description

本発明は、力検出装置およびロボットに関するものである。
従来から、エンドエフェクターが取り付けられたロボットアームを有する産業用ロボットにおいて、エンドエフェクターに加わる力を検出する力検出装置が用いられている。このような力検出装置の一例として、例えば、圧電効果を利用して外力を検出する力検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の力検出装置は、第１基部と、第１基部に対して対向配置された第２基部と、第１基部と第２基部との間に配置され、圧電効果を利用して外力を検出する４つのセンサーデバイスと、を有する。具体的には、第１基部は、天板と、天板にネジで固定された４つの壁部とを有しており、第２基部は、底板と、底板にネジで固定された４つの凸部とを有する。４つのセンサーデバイスは、それぞれ、１つの壁部と１つの凸部とにより個別に支持されており、各センサーデバイスは、対応する壁部および凸部を介して伝達された力を検出する。そして、４つのセンサーデバイスがそれぞれ受けた力を基にして、当該力検出装置は、外力を検出する。
特開２０１６−２２３８２７号公報
また、近年では、力検出装置の小型化や軽量化が望まれている。例えば、特許文献１に記載の力検出装置では、４つの凸部を一体化することにより、４つの凸部が一体化された構造体の設置スペースを低減でき、また、凸部を固定するためのネジの数を減らすことができ、よって、力検出装置の小型化や軽量化を図ることができると考えられる。
しかし、この場合、壁部に対して当該構造体の剛性が高くなるため、センサーデバイスにおける応力分布に偏りが生じてしまう。そのため、他軸出力（力が加わっていない軸方向の出力）が大きくなってしまい、よって、外力の検出精度が従来よりも低下してしまうという問題があった。それゆえ、外力の検出精度を維持しつつ、小型化を図ることが難しかった。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
本適用例の力検出装置は、第１プレートと、前記第１プレートに対向する第２プレートと、前記第１プレートから前記第２プレートに向かって突出する第１部材と、前記第１部材に対して対向して配置され、前記第２プレートから前記第１プレートに向かって突出する第２部材と、前記第２部材とは異なる位置で前記第１部材に対して対向配置され、前記第２プレートから前記第１プレートに向かって突出する第３部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に設けられ、外力に応じて信号を出力する圧電素子を有する第１センサーデバイスと、前記第１部材と前記第３部材との間に設けられ、外力に応じて信号を出力する圧電素子を有する第２センサーデバイスと、を備え、前記第１部材は、前記第１センサーデバイスに接している部分と、前記第２センサーデバイスに接している部分との間にスリットまたは複数の貫通孔を有することを特徴とする。
このような力検出装置によれば、第１部材を有することで力検出装置の小型化を図ることができる。また、第１センサーデバイスにおける応力分布の偏りおよび第２センサーデバイスにおける応力分布の偏りを低減できることで、他軸出力を低減または零にすることができる。そのため、外力の検出精度の低下を低減できる。
本適用例の力検出装置では、前記第１部材は、枠状であることが好ましい。
これにより、力検出装置の小型化を特に効果的に図ることができる。
本適用例の力検出装置では、前記第１センサーデバイスに接している部分と、前記第２センサーデバイスに接している部分とは、それぞれ、前記第１部材の外周に配置されていることが好ましい。
これにより、第１センサーデバイス、第２センサーデバイスおよびその他の各種部品（例えば回路基板等）を効率良く配置することができ、よって、力検出装置の小型化をより効果的に図ることができる。
本適用例の力検出装置では、前記スリットまたは前記複数の貫通孔は、前記第１プレートと前記第２プレートとが重なる方向である第１方向において、前記第１部材の前記第２プレート側に設けられていることが好ましい。
これにより、第１センサーデバイスにおける応力分布の偏りおよび第２センサーデバイスにおける応力分布の偏りをより効果的に低減でき、よって、外力の検出精度の低下をより低減できる。
本適用例の力検出装置では、前記第１プレートと前記第２プレートとが重なる方向である第１方向において、前記第１センサーデバイスに接している部分の前記第１プレート側の端および前記第２センサーデバイスに接している部分の前記第１プレート側の端は、それぞれ、前記スリットまたは前記複数の貫通孔の前記第１プレート側の端よりも前記第１プレート側に位置していることが好ましい。
これにより、第１センサーデバイスにおける応力分布の偏りおよび第２センサーデバイスにおける応力分布の偏りをより効果的に低減することができる。なお、複数の貫通孔の第１プレート側の端とは、最も第１プレート側に位置している貫通孔の第１プレート側の端のことを言う。
本適用例の力検出装置では、前記スリットまたは前記複数の貫通孔には、前記スリットまたは前記複数の貫通孔の大きさを調整する調整部が設けられていることが好ましい。
これにより、スリットまたは複数の貫通孔の大きさを調整することができ、よって、他軸出力をより零に近くすることができる。
本適用例の力検出装置では、前記調整部は、前記スリットまたは前記複数の貫通孔の大きさを調整するように前記調整部を移動させる動力を発生させる駆動源を接続できるよう構成されていることが好ましい。
これにより、例えばモーター等の動力源を駆動させることで、スリットまたは複数の貫通孔の大きさを自動調整することができる。
本適用例の力検出装置では、前記第１部材と前記第１プレートとは、一体的に構成されていることが好ましい。
これにより、第１部材を第１プレートに固定するためのネジ等の固定部材を省略することができ、力検出装置の軽量化を図ることができる。
本適用例のロボットは、基台と、前記基台に接続されたアームと、前記アームに接続された本適用例の力検出装置と、を備えることを特徴とする。
このようなロボットによれば、本適用例の力検出装置を備えているため、より精密な作業を実行することができる。
本適用例のロボットでは、前記力検出装置には、対象物を保持可能な保持部を有するエンドエフェクターが取り付けられており、前記保持部は、前記力検出装置の中心軸に対してずれた位置に設けられていることが好ましい。
このように力検出装置の中心軸に対してずれた位置に外力が加わる構成であるエンドエフェクターを用いた場合であっても、ロボットはより精密な作業を実行することができる。
ロボットの一例を示す斜視図である。 第１実施形態に係る力検出装置の斜視図である。 図２に示す力検出装置の縦断面図である。 図２に示す力検出装置の内部を示す平面図である。 図２に示す力検出装置が有するセンサーデバイスを示す断面図である。 図５に示すセンサーデバイスが有する力検出素子を示す断面図である。 図３に示す第１ケース部材を示す斜視図である。 図７に示す第１ケース部材の一部を示す図である。 力検出装置にエンドエフェクターが取り付けられている状態を模式的に示す側面図である。 スリットの深さと他軸出力との関係を示すグラフである。 第１部材の変形例を示す図である。 第２実施形態に係る力検出装置が有する第１部材の一部を模式的に示す図である。 調整部の他の例を模式的に示す図である。 第１部材の変形例を模式的に示す図である。
以下、力検出装置およびロボットの好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している箇所や、省略して表示している箇所もある。また、本明細書において、「接続」とは、直接的に接続されている場合と、任意の部材を介して間接的に接続されている場合とを含む。
１．ロボット
まず、本適用例のロボットの一例について説明する。
図１は、ロボットの一例を示す斜視図である。なお、図１中の基台１１０側を「基端」、その反対側（エンドエフェクター１７側）を「先端」と言う。また、図１には、互いに直交する３つの軸としてｘ軸、ｙ軸およびｚ軸が図示されており、各軸を示す矢印の先端側を「＋」、基端側を「−」とする。また、ｘ軸に平行な方向を「ｘ軸方向」、ｙ軸に平行な方向を「ｙ軸方向」、ｚ軸に平行な方向を「ｚ軸方向」という。
図１に示すロボット１００は、精密機器やこれを構成する部品等の対象物の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。このロボット１００は、所謂、単腕の６軸垂直多関節ロボットである。また、図示はしないが、ロボット１００は、プロセッサーを備えるロボットコントローラー（制御装置）によって、その駆動が制御されている。なお、ロボット１００は、ロボットコントローラーと通信可能な構成であればよく、ロボットコントローラーと別体であってもよく、ロボットコントローラーを内蔵した構成でもよい。
ロボット１００は、基台１１０と、基台１１０に回動自在に連結されたロボットアーム１０とを有する。また、ロボットアーム１０には、力検出装置１が接続されており、力検出装置１には、エンドエフェクター１７が接続されている。
基台１１０は、例えば、床、壁、天井および移動可能な台車上等に固定される部分である。ただし、基台１１０は、ロボットアーム１０が接続されていれば良く、また、基台１１０自体が移動可能であっても良い。ロボットアーム１０は、アーム１１（第１アーム）、アーム１２（第２アーム）、アーム１３（第３アーム）、アーム１４（第４アーム）、アーム１５（第５アーム）、アーム１６（第６アーム）を有する。これらアーム１１〜１６は、基端側から先端側に向かってこの順に連結されている。各アーム１１〜１６は、隣り合うアームまたは基台１１０に対して回動可能になっている。なお、図１に示すように、アーム１６は、円盤状をなし、アーム１５に対して回動軸Ｏ６周りに回動可動になっている。
アーム１６とエンドエフェクター１７との間には、力検出装置１がこれらに対して着脱可能に設けられている。力検出装置１は、エンドエフェクター１７に加わる力（モーメントを含む）を検出する。なお、力検出装置１については、後で詳述する。
エンドエフェクター１７は、ロボット１００の作業対象である対象物（図示せず）に対して作業を行う器具であり、対象物を保持する保持部１７１を有する。また、エンドエフェクター１７は、アーム１６および力検出装置１に対して偏心している。具体的には、エンドエフェクター１７の作業箇所Ｐ、すなわち対象物等に対して直接的に作業を行う箇所が、アーム１６の回動軸Ｏ６およびこれと一致している力検出装置１の中心軸Ａ１に対してずれている。
また、アーム１６とエンドエフェクター１７のそれぞれには、力検出装置１を着脱可能に取り付けるための取付部材（図示せず）が設けられている。当該取付部材の構成としては、特に限定されないが、例えば、ネジ止め、ボルト止め等でアーム１６またはエンドエフェクター１７に力検出装置１を装着するために用いる雌ネジまたは雄ネジを有する構成、あるいは、フック、Ｌ字溝のような係合部を有する構成が用いられる。これにより、力検出装置１を適切な位置に簡単に取り付けることができる。そのため、力検出装置１による外力の検出精度をより高めることができる。
また、図示はしないが、ロボット１００は、一方のアームを他方のアーム（または基台１１０）に対して回動させるモーター等を備える駆動部を有する。また、ロボット１００は、図示はしないが、モーターの回転軸の回転角度を検出する角度センサーを有する。駆動部および角度センサーは、例えば各アーム１１〜１６に設けられている。また、駆動部および角度センサーは、ロボットコントローラー（図示せず）と通信可能になっている。
このようなロボット１００は、基台１１０と、基台１１０に接続されたアーム１６（ロボットアーム１０）と、アーム１６に接続された力検出装置１と、を備える。このようなロボット１００によれば、力検出装置１で検出した外力（検出結果）に基づいてフィードバック制御を行うことにより、より精密な作業を実行することができる。また、力検出装置１の検出結果に基づいて、ロボット１００は、エンドエフェクター１７の障害物への接触等を検知することができる。そのため、障害物回避動作および対象物損傷回避動作等を容易に行うことができ、ロボット１００は、より安全に作業を実行することができる。
また、前述したように、力検出装置１には、対象物を保持可能な保持部１７１を有するエンドエフェクター１７が取り付けられており、保持部１７１は、力検出装置１の中心軸Ａ１に対してずれた位置に設けられている。
このように力検出装置１の中心軸Ａ１に対してずれた位置に外力が加わる構成であるエンドエフェクター１７を用いた場合であっても、力検出装置１は後述するような効果を発揮できるため、ロボット１００は、より精密な作業を実行することができる。
以上、ロボット１００について説明した。なお、図示では、「エンドエフェクター」としては、対象物を保持（把持または吸着を含む）できる構成であれば如何なる構成であってもよく、図示の構成に限定されない。また、「エンドエフェクター」としては、力検出装置１に対して偏心していなくてもよい。
２．力検出装置
次に、本適用例の力検出装置の一例について説明する。
≪第１実施形態≫
図２は、第１実施形態に係る力検出装置の斜視図である。図３は、図２に示す力検出装置の縦断面図である。図４は、図２に示す力検出装置の内部を示す平面図である。図５は、図２に示す力検出装置が有するセンサーデバイスを示す断面図である。図６は、図５に示すセンサーデバイスが有する力検出素子を示す断面図である。なお、図４では、デジタル回路基板６２の図示を省略している。
図２〜図４に示す力検出装置１は、力検出装置１に加えられた外力の６軸成分を検出可能な６軸力覚センサーである。ここで、６軸成分は、互いに直交する３つの軸（図示ではｘ軸、ｙ軸およびｚ軸）のそれぞれの方向の並進力（せん断力）成分、および、当該３つの軸のそれぞれの軸まわりの回転力（モーメント）成分である。
力検出装置１は、ケース２と、ケース２に接続された接続部材２６と、ケース２内に収容された複数のセンサーデバイス４、複数のアナログ回路基板６１および１つのデジタル回路基板６２と、接続部材２６に収容された中継基板６３と、を有する。なお、力検出装置１のｚ軸方向から見た外形は、図２に示すように円形であるが、これに限定されず、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等であってもよい。
力検出装置１では、各センサーデバイス４が受けた外力に応じた信号（検出結果）を出力し、その信号をアナログ回路基板６１およびデジタル回路基板６２で処理する。これにより、力検出装置１に加えられた外力の６軸成分を検出する。また、デジタル回路基板６２で処理された信号は、デジタル回路基板６２に電気的に接続された中継基板６３を介して外部に出力される。
以下、力検出装置１が備える各部について説明する。
［ケース］
図３に示すように、ケース２は、第１ケース部材２１と、第１ケース部材２１に対して間隔を隔てて配置されている第２ケース部材２２と、第１ケース部材２１および第２ケース部材２２の外周部に設けられた側壁部２３（第３ケース部材）と、を有する。なお、第２ケース部材２２の＋ｚ軸側の面は、エンドエフェクター１７が取り付けられる取付面２０１を構成している（図１および図２参照）。
〈第１ケース部材〉
図３に示す第１ケース部材２１は、円形の平板状をなす第１プレート２１１と、第１プレート２１１の＋ｚ軸側の面の外周部に立設している第１部材２５と、を有する。
図４に示すように、第１部材２５は、略四角形の枠状をなす枠部２５４と、当該枠部２５４の角部に設けられた複数の円筒状の円筒部２５３とを有する。
枠部２５４の外周面が有する４つの外面には、それぞれ、外側に向かって突出した突出部２５１が設けられている。突出部２５１の頂面２５０は、センサーデバイス４に接触している。なお、以下の説明では、４つの突出部２５１のうち、図４中の右上側に位置する突出部２５１を「突出部２５１ａ」といい、以降時計回りに順に「突出部２５１ｂ」、「突出部２５１ｃ」および「突出部２５１ｄ」という。また、各突出部２５１ａ、２５１ｂ、２５１ｃ、２５１ｄを区別しない場合は、それらを「突出部２５１」という。同様に、４つの頂面２５０のうち、図４中の右上側に位置する頂面２５０を「頂面２５０ａ」といい、以降時計回りに順に「頂面２５０ｂ」、「頂面２５０ｃ」および「頂面２５０ｄ」という。また、各頂面２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃ、２５０ｄを区別しない場合は、それらを「頂面２５０」という。
また、枠部２５４には、各突出部２５１の周囲に与圧ボルト７０の先端部が螺合可能な複数の雌ネジ孔２５２が形成されている（図３〜図５参照）。本実施形態では、１つの突出部２５１に対して２つの雌ネジ孔２５２が形成されている。
また、詳細な図示はしないが、円筒部２５３の内壁面には、第１ケース部材２１を後述する接続部材２６に固定するために用いられるネジを挿通する雌ネジが形成されている（図３および図４参照）。
なお、第１ケース部材２１、特に第１部材２５については後で詳述する。
〈第２ケース部材〉
第２ケース部材２２は、第１プレート２１１に対して対向して配置された板状の第２プレート２２１と、第２プレート２２１の−ｚ軸側の面の外周部に立設している複数（本実施形態では４つ）の支持部材２４と、を有する（図３および図４参照）。各支持部材２４は、第２プレート２２１に対してネジ７１で固定されている。なお、以下の説明では、４つの支持部材２４のうち、図４中の右上側に位置する支持部材２４を「支持部材２４ａ（第２部材）」といい、以降時計回りに順に「支持部材２４ｂ（第３部材）」、「支持部材２４ｃ（第４部材）」および「支持部材２４ｄ（第５部材）」という。また、各支持部材２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを区別しない場合は、それらを「支持部材２４」という。
図３に示すように、第２プレート２２１は、平板状の基部２２１１と、基部の＋ｚ軸側の中央部に設けられた凸部２２１２とを有し、これらは一体的に構成されている。なお、凸部２２１２は省略してもよい。また、図４に示すように、４つの複数の支持部材２４は、力検出装置１の中心軸Ａ１を中心とする同一円周上に沿って互いに等角度（９０°）間隔に並んでいる。各支持部材２４は、前述した第１部材２５が有する枠部２５４の外周側に配置されており、枠部２５４の各外面に対して対向するよう配置されている。各支持部材２４は、枠部２５４側に位置する内壁面２４０を有しており、各内壁面２４０は、前述した頂面２５０に対してセンサーデバイス４を挿入可能な距離を隔てて対面している。
また、各支持部材２４には、与圧ボルト７０が挿通可能な複数の貫通孔２４１が形成されている（図３〜図５参照）。各貫通孔２４１は、前述した雌ネジ孔２５２に対応して設けられており、１つのセンサーデバイス４の両側に２つの与圧ボルト７０が設けられている。これにより、センサーデバイス４は、支持部材２４と第１部材２５とのそれぞれに接しており、支持部材２４と第１部材２５とによって挟んで与圧された状態で挟持されている。また、与圧ボルト７０の締結力を適宜調整することで、センサーデバイス４に対して、所定の大きさの圧力を与圧として加えることができる。なお、各与圧ボルト７０の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、各種金属材料等が挙げられる。
〈側壁部〉
側壁部２３は、円筒状をなし、第１プレート２１１および第２プレート２２１のそれぞれに対しに嵌合されている（図３および図４参照）。これにより、第１ケース部材２１と第２ケース部材２２と側壁部２３とで、複数のセンサーデバイス４を収容している気密的な内部空間Ｓ１が形成されている。
［接続部材］
図３に示す接続部材２６は、中央部に貫通した孔２６３を有する円筒状の部材２６１と、部材２６１に接続された円形の平板状をなす部材２６２とで構成されている。部材２６１の＋ｚ軸側の面は、第１プレート２１１に接続されており、孔２６３には中継基板６３が配置されている。また、接続部材２６の−ｚ軸側の面は、アーム１６が取り付けられる取付面２０２を構成している（図１および図３参照）。
以上説明した第１ケース部材２１、第２ケース部材２２、側壁部２３および接続部材２６の各構成材料としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料、セラミックス等が挙げられる。また、これらは全て同一または同種の材料で構成されていてもよいし、互いに異なる材料で構成されていてもよい。
［アナログ回路基板］
図４に示すように、ケース２内には、複数（本実施形態では４つ）のアナログ回路基板６１が設けられている。本実施形態では、１つのセンサーデバイス４に対して１つのアナログ回路基板６１が設けられており、１つのセンサーデバイス４とそれに対応する１つのアナログ回路基板６１とが電気的に接続されている。アナログ回路基板６１は、支持部材２４と第１部材２５との間に配置されており、突出部２５１に挿通された状態でセンサーデバイス４に対して中心軸Ａ１側に配置されている（図３および図４参照）。
このようなアナログ回路基板６１は、図示はしないが、後述するセンサーデバイス４から出力された電荷Ｑ（Ｑα、Ｑβ、Ｑγ）をそれぞれ電圧Ｖ（Ｖα、Ｖβ、Ｖγ）に変換するチャージアンプ（変換出力回路）を備えている。このチャージアンプは、例えば、オペアンプと、コンデンサーと、スイッチング素子と、を有して構成することができる。
［デジタル回路基板］
図３に示すように、ケース２内には、デジタル回路基板６２が設けられている。本実施形態では、デジタル回路基板６２は、第１プレート２１１の上方に配置されている。デジタル回路基板６２は、各アナログ回路基板６１とに電気的に接続されている。
このようなデジタル回路基板６２は、図示しないが、アナログ回路基板６１からの電圧Ｖに基づいて、外力を検出（演算）する外力検出回路を備えている。外力検出回路は、ｘ軸方向の並進力成分Ｆｘ、ｙ軸方向の並進力成分Ｆｙ、ｚ軸方向の並進力成分Ｆｚ、ｘ軸周りの回転力成分Ｍｘ、ｙ軸周りの回転力成分Ｍｙ、ｚ軸周りの回転力成分Ｍｚを演算する。この外力検出回路は、例えば、ＡＤコンバーターと、このＡＤコンバーターに接続されたＣＰＵ等の演算回路と、を有して構成することができる。
［中継基板］
図３に示すように、接続部材２６内に配置された中継基板６３は、例えばボルト６３０によって第１ケース部材２１に対して固定されている。この中継基板６３は、例えばフレキシブル基板で構成された配線（図示せず）によってデジタル回路基板６２に電気的に接続されている。また、中継基板６３は、力検出装置１の外部に設けられた外部配線６４（図２参照）に接続されており、この外部配線６４がロボットコントローラー（図示せず）に接続されている。
［センサーデバイス］
図４に示すように、４つのセンサーデバイス４は、ｚ軸方向から見て中心軸Ａ１を通りｙ軸に平行な線分ＣＬに対して対称となるように配置されている。４つのセンサーデバイス４はケース２内での配置が異なること以外、同様の構成であり、各センサーデバイス４は、互いに直交するα軸、β軸およびγ軸の３軸に沿って加えられた外力を検出する機能を有する。なお、以下の説明では、４つのセンサーデバイス４のうち、図４中の右上側に位置するセンサーデバイス４を「第１センサーデバイス４ａ」といい、以降時計回りに順に「第２センサーデバイス４ｂ」、「第３センサーデバイス４ｃ」および「第４センサーデバイス４ｄ」という。また、第１センサーデバイス４ａ、第２センサーデバイス４ｂ、第３センサーデバイス４ｃ、第４センサーデバイス４ｄを区別しない場合は、それらを「センサーデバイス４」という。
図５に示すように、各センサーデバイス４は、力検出素子８と、力検出素子８を収納するパッケージ４０と、を有する。なお、センサーデバイス４は、前述したアナログ回路基板６１に実装されている。
〈パッケージ〉
図５に示すように、パッケージ４０は、力検出素子８が設置されている凹部を有する基部４１と、凹部の開口を塞ぐようにして基部４１に対してシーリング４３を介して接合されている蓋体４２と、を有する。
基部４１は、平板状の底部材４１１と、底部材４１１に接合（固定）された四角形の枠状をなす側壁部材４１２と、を有する。底部材４１１には例えば絶縁性を有する接着剤等で構成された接着部材４７を介して力検出素子８が接続されている。また、蓋体４２は力検出素子８に直接的に当接している。なお、基部４１および蓋体４２の具体的な構成材料としては、例えば、ステンレス鋼、コバール等の各種金属材料や各種セラミックス等を用いることができる。
〈力検出素子〉
図６に示す力検出素子８（積層体）は、α軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑαを出力する２つの圧電素子８１と、γ軸に平行な外力（圧縮／引張力）に応じて電荷Ｑγを出力する２つの圧電素子８３と、β軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑβを出力する２つの圧電素子８５と、２つの支持基板８７０と、複数の接続部８８と、を有し、これらが図示の通り積層されている。
（圧電素子）
図６に示すように、２つの圧電素子８１は、それぞれ、基準電位（例えばグランド電位ＧＮＤ）に電気的に接続されているグランド電極層８１３と、圧電体層８１１と、出力電極層８１２とを有する。２つの圧電素子８１は、各出力電極層８１２が互いに接続部８８を介して接続されるように配置されている。また、２つの圧電素子８３は、それぞれ、グランド電極層８３３と、圧電体層８３１と、出力電極層８３２とを有する。２つの圧電素子８３は、各出力電極層８３２が互いに接続部８８を介して接続されるように配置されている。また、２つの圧電素子８５は、それぞれ、グランド電極層８５３と、圧電体層８５１と、出力電極層８５２とを有する。また、２つの圧電素子８５は、各出力電極層８５２が互いに接続部８８を介して接続されるように配置されている。
各圧電体層８１１、８３１、８５１は、水晶で構成されている。これにより、高感度、広いダイナミックレンジ、高い剛性等の優れた特性を有する力検出装置１を実現することができる。また、図６に示すように、圧電体層８１１、８３１、８５１は、水晶の結晶軸であるＸ軸の方向が互いに異なるように配置されている。具体的には、各圧電体層８１１は、Ｙカット水晶板で構成されており、Ｘ軸の向きが互いに１８０°異なるように配置されている。同様に、各圧電体層８５１は、Ｙカット水晶板で構成されており、Ｘ軸の向きが互いに１８０°異なるように配置されている。また、圧電体層８１１と圧電体層８５１とは、Ｘ軸の向きが互いに９０°異なるように配置されている。また、各圧電体層８３１は、Ｘカット水晶板で構成されており、Ｘ軸の向きが互いに１８０°異なるように配置されている。
なお、本実施形態では、各圧電体層８１１、８３１、８５１は、水晶で構成されているが、これらは、水晶以外の圧電材料を用いた構成であってもよい。水晶以外の圧電材料としては、例えば、トパーズ、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等が挙げられる。
また、各出力電極層８１２、８３２、８５２および各グランド電極層８１３、８３３、８５３は、力検出素子８の側面に設けられた側面電極４６に電気的に接続されている（図５および図６参照）。そして、これら出力電極層８１２、８３２、８５２は、側面電極４６に接続された例えばＡｇペースト等で構成された導電性接続部４５と、パッケージ４０に設けられた複数の内部端子４４と、図示しない基部４１に形成された内部配線とを介して、アナログ回路基板６１に電気的に接続されている。
各出力電極層８１２、８３２、８５２および各グランド電極層８１３、８３３、８５３を構成する材料は、それぞれ、電極として機能し得る材料であれば特に限定されないが、例えば、ニッケル、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄、クロムまたはこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて（例えば積層して）用いることができる。
（支持基板）
各支持基板８７０は、圧電素子８１、８３、８５を支持しており、各支持基板８７０の厚さは、各圧電体層８１１、８３１、８５１の厚さよりも厚い。また、各支持基板８７０は、水晶で構成されている。また、一方の支持基板８７０は、隣り合う圧電素子８１が有する圧電体層８１１と同様の構成の水晶板（Ｙカット水晶板）で構成されており、Ｘ軸の向きもその圧電体層８１１と同様である。また、他方の支持基板８７０は、隣り合う圧電素子８５が有する圧電体層８５１と同様の構成の水晶板（Ｙカット水晶板）で構成されており、Ｘ軸の向きもその圧電体層８５１と同様である。ここで、水晶は異方性を有するため、その結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向で熱膨張係数が異なる。そのため、図示の通り、熱膨張による力を抑えるために各支持基板８７０は隣り合う圧電体層８１１、８５１と同様の構成および配置（Ｘ軸の向き）であることが好ましい。なお、各支持基板８７０は、それぞれ、各圧電体層８１１、８３１、８５１と同様に水晶以外の材料で構成されていてもよい。
（接続部）
接続部８８は、絶縁性材料で構成されており、各圧電素子８１、８３、８５間での導通を遮断する機能を有する。各接続部８８としては、例えば、シリコーン系、エポキシ系、アクリル系、シアノアクリレート系、ポリウレタン系等の接着剤等を用いることができる。
以上、力検出素子８について説明した。前述したように、力検出素子８は、互いに直交する３軸をα軸、β軸およびγ軸としたとき、Ｘカット水晶板で構成された圧電体層８３１を備え、γ軸方向に沿った外力に応じて電荷Ｑγを出力する圧電素子８３（第１圧電素子）を有する。さらに、力検出素子８は、Ｙカット水晶板で構成された圧電体層８１１を備え、α軸方向の外力に応じて電荷Ｑαを出力する圧電素子８１（第２圧電素子）を有する。そして、力検出素子８は、Ｙカット水晶板で構成された圧電体層８５１を備え、圧電素子８３を圧電素子８１との間に挟むように配置され、β軸方向の外力に応じて電荷Ｑβを出力する圧電素子８５（第３圧電素子）を有する。これにより、水晶の結晶方位による圧電効果の異方性により、加えられた外力を分解して検出することができる。すなわち、互いに直交する３軸の並進力成分を独立して検出することができる。
このように、力検出素子８は、複数（２つ以上）の圧電素子８１、８３、８５を備えることで、検出軸の多軸化を図ることができる。また、力検出素子８は、圧電素子８１、８３、８５（第１〜第３圧電素子）を少なくとも１つずつ有すれば互いに直交する３軸の並進力成分を独立して検出することができるが、本実施形態のように圧電素子８１、８３、８５（第１〜第３圧電素子）をそれぞれ２つ有することで、出力感度を高めることができる。
なお、各圧電素子８１、８３、８５の積層順は、図示のものに限定されない。また、力検出素子８を構成する圧電素子の数は、前述した数に限定されない。例えば、圧電素子の数は１〜５つであってもよいし、７つ以上であってもよい。
以上、力検出装置１の基本的な構成について説明した。次に、前述した第１ケース部材２１について詳述する。
（第１ケース部材）
図７は、図３に示す第１ケース部材を示す斜視図である。図８は、図７に示す第１ケース部材の一部を示す図である。図９は、力検出装置にエンドエフェクターが取り付けられている状態を模式的に示す側面図である。
第１ケース部材２１は、前述したように、第１プレート２１１と第１部材２５と、を有する（図４および図７参照）。また、本実施形態では、第１部材２５と第１プレート２１１とは、一体的に構成されている。
第１部材２５は、枠状をなす枠部２５４と、４つの円筒部２５３とを有する。枠部２５４は、ｚ軸方向から見てほぼ正方形をなし、４つの壁部２５４１で構成されている。また、枠部２５４は、４つの突出部２５１と、各突出部２５１に対応して設けられた２つの雌ネジ孔２５２と、を有する。突出部２５１は、１つの壁部２５４１に対して１つ設けられている。また、突出部２５１は、壁部２５４１の外面の中央部で、かつ、＋ｚ軸寄りに位置している。
このように、４つの壁部２５４１を一体化したような枠部２５４を有する第１部材２５を用いることで、４つの壁部２５４１が個別である場合、すなわち従来のようにセンサーデバイス４を個別に支持する構成である場合に比べて、第１部材２５の設置スペースを小さくでき、よって、力検出装置１の小型化を図ることができる。
また、枠部２５４は、その各角部、すなわち枠部２５４の円筒部２５３との境界部に、複数（本実施形態では８つ）のスリット２５５を有する。１つの壁部２５４１に対して２つのスリット２５５が設けられている。スリット２５５は、突出部２５１の頂面２５０の垂線に沿った方向から見て、雌ネジ孔２５２のセンサーデバイス４とは反対側（外側）に位置している。また、スリット２５５は、壁部２５４１の第１プレート２１１とは反対側の面（＋ｚ軸側の面）と、壁部２５４１の外面および内面に開放している。また、図８に示すように、スリット２５５のｚ軸方向に沿った長さｄ２は、突出部２５１のｚ軸方向に沿った長さｄ１よりも短い。また、スリット２２５の幅Ｗ２（壁部２５４１の長手方向の長さ）は、外力Ｆの作用により枠部２５４が変形した際にスリット２５５の内面同士が接触しない程度であればよい。
このようなスリット２５５は、力検出装置１による他軸出力（実際には力が加わっていない軸方向の出力）を低減する機能を発揮する。すなわち、スリット２５５は、他軸出力低減部として機能する。ここで、図９に示すように、例えば対象物がエンドエフェクター１７に接触して作業箇所Ｐに矢印Ｃ１方向の外力Ｆが加わった場合、力検出装置１は、並進力成分Ｆｚとともに回転力成分Ｍｘ、Ｍｙ（Ｍｘｙ）を検出する。この際、力検出装置１は、前述したように、第１部材２５が４つの壁部２５４１を一体化したような構成であるため、支持部材２４に対して第１部材２５の剛性が高く、各センサーデバイス４が受ける力に偏りが生じてしまう。すなわち、各センサーデバイス４における応力分布に偏りが発生してしまう。そのため、仮に、単に４つの壁部２５４１を一体化しただけでは、各センサーデバイス４に本来加わっていない並進力成分Ｆｘ、Ｆｙ（Ｆｘｙ）を他軸出力として検出してしまい、その結果、外力の検出精度が低下してしまう。そこで、本実施形態では、前述したように、第１部材２５に他軸出力低減部として機能する複数のスリット２５５を設けている。なお、支持部材２４を大きくしたり重くすることで支持部材２４の剛性を第１部材２５と同等にする方法も考えられるが、この方法では、力検出装置１の小型化や軽量化を図ることができない。
以下、スリットの深さと他軸出力との関係について説明する。
図１０は、スリットの深さと他軸出力との関係を示すグラフである。
図１０に示すグラフは、図９に示すように作業箇所Ｐに矢印Ｃ１方向の外力Ｆが加わった場合の他軸出力としての並進力成分Ｆｘ、Ｆｙを示している。なお、図１０に示すグラフは、次のようなサイズの力検出装置１を用いた場合のシミュレーション結果を示している。すなわち、力検出装置１の高さＬ１が２９ｍｍであり、基部２２１１の直径Ｌ２が５９．８ｍｍであり、凸部２２１２の直径Ｌ３が３４ｍｍであり、突出部２５１を除く枠部２５４のｚ軸方向から見た外側の幅Ｌ４が３０．８ｍｍであり、枠部２５４のｚ軸方向から見た内側の幅Ｌ５が２２．８ｍｍであり、枠部２５４の高さｄが１１．２５ｍｍであり、突出部２５１の厚さは１ｍｍである（図３および図７参照）。また、図１０のグラフは、図８に示す第１部材２５における各スリット２５５のｚ軸方向に沿った長さｄ２（深さ［ｍｍ］）を＋ｚ軸側の面を始点（零）として０〜１２ｍｍの範囲で変更した場合の並進力成分Ｆｘ、Ｆｙ（荷重［Ｎ］）を示している。
図１０に示すように、スリット２５５の長さｄ２を変更すると、並進力成分Ｆｘ、Ｆｙが変化することがわかる。そして、スリット２５５を設けることで、設けない場合に比べ、並進力成分Ｆｘ、Ｆｙ、すなわち他軸出力を小さくすることができることがわかる。それゆえ、スリット２５５を設けることで、外力の検出精度の低下を低減することができる。
また、図１０に示すグラフでは、長さｄ２が約５ｍｍ程度に近づくにつれて並進力成分Ｆｘ、Ｆｙが小さくなっている。このようなことからも、スリット２５５の長さｄ２と、枠部２５４の高さｄとの関係は、特に限定されないが、０．２≦ｄ２／ｄ≦０．８であることが好ましく、０．３≦ｄ２／ｄ≦０．７であることがより好ましい。これにより、他軸出力をより小さくすることができ、外力の検出精度の低下をより低減することができる（図８参照）。また、スリット２５５の長さｄ２と、突出部２５１の長さｄ３（頂面２５０の垂線方向から見た長さ）との関係は、特に限定されないが、０．３≦ｄ２／ｄ３≦０．７であることが好ましく、０．４≦ｄ２／ｄ３≦０．６であることがより好ましい。これにより、他軸出力をより小さくすることができる。
以上説明したように、力検出装置１は、前述したように、第１プレート２１１と、第１プレート２１１に対向する第２プレート２２１とを有する。また、力検出装置１は、第１プレート２１１から第２プレート２２１側に向かって突出する第１部材２５と、第１部材２５に対して対向配置され、第２プレート２２１から第１プレート２１１側に向かって突出する支持部材２４ａ（第２部材）と、支持部材２４ａとは異なる位置で第１部材２５に対して対向配置され、第２プレート２２１から第１プレート２１１側に向かって突出する支持部材２４ｂ（第３部材）と、を有する。また、第１部材２５と支持部材２４ａとの間に設けられ、外力に応じて信号を出力する本実施形態では６つの圧電素子８１、８３、８５を有する第１センサーデバイス４ａと、第１部材２５と支持部材２４ｂとの間に設けられ、外力に応じて信号を出力する本実施形態では６つの圧電素子８１、８３、８５を有する第２センサーデバイス４ｂを備える。そして、第１部材２５は、第１センサーデバイス４ａに接している部分である突出部２５１ａ（頂面２５０ａ）と、第２センサーデバイス４ｂに接している部分である突出部２５１ｂ（頂面２５０ｂ）との間にスリット２５５を有する。また、各突出部２５１同士の間に、スリット２５５が設けられている。
このような力検出装置１によれば、４つの壁部２５４１を一体化したような第１部材２５を有することで、第１部材２５の設置スペースを低減でき、よって、力検出装置１の小型化を図ることができる。また、前述したように、スリット２５５を有することで、前述したように各センサーデバイス４における応力分布の偏りを低減できる。そのため、他軸出力を低減または零にすることができ、よって、外力の検出精度の低下を低減できる。
なお、各センサーデバイス４に接している部分は、本実施形態では、突出部２５１（より具体的には壁部２５４１の突出した面である頂面２５０）であるが、各センサーデバイス４に接している部分は、壁部２５４１から突出していなくてもよく、例えば平坦面（例えば突出した部分を有さない壁部２５４１）であってもよい。
また、前述したように、第１部材２５は、枠状である。特に、本実施形態では、第１部材２５は、四角形の枠状をなす。
これにより、第１部材２５の設置スペースを簡単に低減することができ、力検出装置１全体の小型化を特に効果的に図ることができる。また、第１部材２５は、センサーデバイス４の数と同じ数の壁部２５４１を備える枠部２５４を有する。そのため、各センサーデバイス４の配置が容易となる。
さらに、前述したように、第１センサーデバイス４ａに接している部分である突出部２５１ａ（頂面２５０ａ）および第２センサーデバイス４ｂに接している部分である突出部２５１ｂ（頂面２５０ｂ）は、それぞれ、第１部材２５の外周に配置されている。また、第３センサーデバイス４ｃに接している部分である突出部２５１ｃ（頂面２５０ｃ）および第４センサーデバイス４ｄに接している部分である突出部２５１ｄ（頂面２５０ｄ）は、それぞれ、第１部材２５の外周に配置されている。したがって、各センサーデバイス４は、それぞれ、第１部材２５の外周に配置されている。
これにより、各センサーデバイス４およびその他の各種部品（例えばデジタル回路基板６２等）を効率良く配置することができ、よって、力検出装置１の小型化をより効果的に図ることができる。
また、スリット２５５は、図示の通り、第１プレート２１１と第２プレート２２１とが重なる方向である第１方向において、第１部材２５の第２プレート２２１側に設けられている。
これにより、スリット２５５が第１部材２５の第１プレート２１１側に設けられている場合に比べ、各センサーデバイス４における応力分布の偏りをより効果的に低減できる。そのため、他軸出力を低減または零にすることができ、よって、外力の検出精度の低下をより低減できることができる。
また、前記第１方向において、第１センサーデバイス４ａに接している部分である突出部２５１ａ（頂面２５０ａ）の第１プレート２１１側の端および第２センサーデバイス４ｂに接している部分である突出部２５１ｂ（頂面２５０ｂ）の第１プレート２１１側の端は、それぞれ、スリット２５５の第１プレート２１１側の端よりも第１プレート２１１側に位置している。また、前記第１方向において、第３センサーデバイス４ｃに接している部分である突出部２５１ｃ（頂面２５０ｃ）の第１プレート２１１側の端および第４センサーデバイス４ｄに接している部分である突出部２５１ｄ（頂面２５０ｄ）の第１プレート２１１側の端は、それぞれ、スリット２５５の第１プレート２１１側の端よりも第１プレート２１１側に位置している。
これにより、各センサーデバイス４における応力分布の偏りをより効果的に低減できて、他軸出力を零に近づけることができる。
また、前述したように、第１部材２５と第１プレート２１１とは、一体的に構成されている。
これにより、第１部材２５を第１プレート２１１に固定するためのネジ等の固定部材を省略することができる。そのため、力検出装置１の軽量化を図ることができる。
なお、第１部材２５と第１プレート２１１とは、別体で形成され、接着剤等により互いに接合された構成であってもよい。
《変形例》
図１１は、第１部材の変形例を示す図である。
図１１に示すように、第１部材２５Ａは、スリット２５５の代わりに、複数の貫通孔２５６を有する。複数の貫通孔２５６は、スリット２５５が設けられていた位置と同様の位置に設けられており、スリット２５５と同様に他軸出力低減部として機能する。なお、貫通孔２５６の形状、数および配置は図示のものに限定されず任意である。
このような第１部材２５Ａによっても、第１部材２５と同様の効果を発揮する。すなわち、第１部材２５Ａは、第１センサーデバイス４ａに接している部分である突出部２５１ａ（頂面２５０ａ）と、第２センサーデバイス４ｂに接している部分である突出部２５１ｂ（頂面２５０ｂ）との間に複数の貫通孔２５６を有する（図７、図８および図１１参照）。また、各突出部２５１（各頂面２５０）同士の間に、複数の（本実施形態ではｚ軸方向に一列に並んだ複数の）貫通孔２５６が設けられている。このような第１部材２５Ａを有する力検出装置１によっても、各センサーデバイス４における応力分布の偏りを低減できる。そのため、他軸出力を低減または零にすることができ、よって、外力の検出精度の低下を低減できる。
また、複数の貫通孔２５６は、第１プレート２１１と第２プレート２２１とが重なる方向である第１方向において、第１部材２５の第２プレート２２１側（＋ｚ軸側）に設けられている。これにより、複数の貫通孔２５６が第１部材２５の第１プレート２１１側に設けられている場合に比べ、各センサーデバイス４における応力分布の偏りをより効果的に低減できる。そのため、他軸出力を低減または零にすることができ、よって、外力の検出精度の低下をより低減できることができる。
また、前記第１方向において、第１センサーデバイス４ａに接している部分である突出部２５１ａ（頂面２５０ａ）の第１プレート２１１側の端および第２センサーデバイス４ｂに接している部分である突出部２５１ｂ（頂面２５０ｂ）の第１プレート２１１側の端は、それぞれ、複数の貫通孔２５６の第１プレート２１１側の端よりも第１プレート２１１側に位置している。また、前記第１方向において、第３センサーデバイス４ｃに接している部分である突出部２５１ｃ（頂面２５０ｃ）の第１プレート２１１側の端および第４センサーデバイス４ｄに接している部分である突出部２５１ｄ（頂面２５０ｄ）の第１プレート２１１側の端は、それぞれ、複数の貫通孔２５６の第１プレート２１１側の端よりも第１プレート２１１側に位置している。これにより、前述したスリット２５５を有する第１部材２５と同様に、各センサーデバイス４における応力分布の偏りをより効果的に低減できて、他軸出力を零に近づけることができる。なお、複数の貫通孔２５６の第１プレート２１１側の端とは、最も第１プレート２１１側に位置している貫通孔２５６の第１プレート２１１側の端のことを言う。
なお、貫通孔２５６の形成数、形状、大きさ、配置パターン等は、特に限定されない。
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。
図１２は、第２実施形態に係る力検出装置が有する第１部材の一部を模式的に示す図である。図１３は、調整部の他の例を模式的に示す図である。図１４は、第１部材の変形例を模式的に示す図である。
本実施形態は、第１部材の構成が異なること以外は、前述した実施形態と同様である。なお、以下の説明では、第２実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
図１２に示す第１部材２５Ｂが有するスリット２５５Ｂは、スリット２５５Ｂの長さｄ２（深さ）よりも長いスリット２５７の長さｄ３（深さ）を調整することで形成される。したがって、スリット２５５Ｂの長さは可変である。
スリット２５７には、矢印Ａ１０方向に移動可能なネジ９２と、ネジ９２の＋ｚ軸側に接続され、ネジ９２の移動に伴って移動する調整用部材９１とが設けられている。調整用部材９１は、例えば板状の部材であり、スリット２５７の内壁部に矢印Ａ１０方向にスライド可能に嵌合されている。
このようなネジ９２と調整用部材９１とは、スリット２５５Ｂの長さｄ２（大きさ）を調整する調整部９０として機能する。すなわち、スリット２５５Ｂには、スリット２５５Ｂの長さｄ２（大きさ）を調整する調整部９０が設けられている。
これにより、スリット２５５Ｂの長さｄ２を調整することができるため、検出した他軸出力の大きさに応じてスリット２５５Ｂの長さｄ２を調整することで、他軸出力をより零に近づけることができる。よって、力検出装置１の検出精度をより高くすることができる。また、力検出装置１の他軸出力の個体差も低減することができる。
また、調整部９０は、前述したような複数の貫通孔２５６に対して用いることも可能である。すなわち、複数の貫通孔２５６には、複数の貫通孔２５６の大きさ（合計の大きさ）を調整する調整部９０を設けることができる。例えば、調整部９０としては、壁部２５４１の内面および外面に対してスライド可能な平板状の部材９００を有する構成を用いることができる（図１３参照）。これにより、部材９００を移動させることで、部材９００で貫通孔２５６を塞ぐことができる。そのため、複数の貫通孔２５６の合計の大きさを調整することができ、よって、他軸出力を容易にかつ精度よく低減することができる。なお、複数の貫通孔２５６の合計の大きさを調整することが可能であれば、図示の構成に限定されない。
《変形例》
図１４に示す第１部材２５Ｃでは、調整部９０が有するネジ９２に対して、ネジ９２を移動させる駆動力を発生させる例えばモーター等で構成された駆動源９３が接続されている。そして、駆動源９３には、駆動源９３の駆動力を制御するコントローラー９４が電気的に接続されている。コントローラー９４は、例えばプロセッサーとメモリーとを有して構成されている。なお、コントローラー９４はロボットコントローラー（図示せず）と一体であってもよいし、別体であってもよい。
例えば、コントローラー９４は、前述した図１０に示すような力検出装置１による他軸出力とスリット２５５Ｂの長さｄ２との関係に関するデータを記憶している。そして、コントローラー９４は、当該データと力検出装置１で検出した他軸出力とを基にして駆動源９３に対する駆動力を制御する。これにより、他軸出力が零またはそれに近づくようにスリット２５５Ｂの長さｄ２を自動で調整することができる。
このように、図１４に示す第１部材２５Ｃでは、調整部９０（具体的にはネジ９２）は、スリット２５５Ｂの長さｄ２（大きさ）を調整するように調整部９０（具体的にはネジ９２）を移動させる動力を発生させる駆動源９３を接続できるよう構成されている。
これにより、前述したように、スリット２５５Ｂの深さｄ２（大きさ）を自動調整することができる。
また、詳細な図示はしないが、図１３に示すような部材９００についても同様である。すなわち、部材９００は、複数の貫通孔２５６の大きさ（合計の大きさ）を調整するように部材９００を移動させる動力を発生させる駆動源９３を接続できるよう構成されている。これにより、複数の貫通孔２５６の大きさを自動調整することができる。
以上、本発明の力検出装置およびロボットを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、前述した説明では、センサーデバイスを第１部材と支持部材とで挟持可能であれば、与圧ボルトは省略してもよい。
また、前述した説明では、センサーデバイスは、パッケージを備えていたが、少なくとも１つの圧電素子を備えていればよく、パッケージを備えていなくてもよい。また、センサーデバイスは、例えば、パッケージが有する蓋体を備えていなくてもよい。
また、前述した説明では、第１部材と支持部材（第２部材、第３部材、第４部材、第５部材）とは、第１プレートおよび第２プレートに対して直交して設けられていたが、これらに対して平行であってもよいし、傾斜して設けられていてもよい。
また、本発明のロボットは、６軸の垂直多関節ロボットに限定されない。例えば、本発明のロボットは、水平多関節ロボットであってもよいし、パラレルリンクロボットでもよい。また、本発明のロボットは、単腕ロボットに限定されず、双腕ロボットであってもよい。
また、本発明のロボットの１つのロボットアームが有するアームの数は、１〜５つでもよいし、７つ以上でもよい。
また、本発明の力検出装置は、ロボット以外の機器に組み込むことも可能であり、例えば、自動車等の移動体に搭載してもよい。
１…力検出装置、２…ケース、４…センサーデバイス、４ａ…第１センサーデバイス、４ｂ…第２センサーデバイス、４ｃ…第３センサーデバイス、４ｄ…第４センサーデバイス、８…力検出素子、１０…ロボットアーム、１１…アーム、１２…アーム、１３…アーム、１４…アーム、１５…アーム、１６…アーム、１７…エンドエフェクター、２１…第１ケース部材、２２…第２ケース部材、２３…側壁部、２４…支持部材、２４ａ…支持部材、２４ｂ…支持部材、２４ｃ…支持部材、２４ｄ…支持部材、２５…第１部材、２５Ａ…第１部材、２５Ｂ…第１部材、２５Ｃ…第１部材、２６…接続部材、４０…パッケージ、４１…基部、４２…蓋体、４３…シーリング、４４…内部端子、４５…導電性接続部、４６…側面電極、４７…接着部材、６１…アナログ回路基板、６２…デジタル回路基板、６３…中継基板、６４…外部配線、７０…与圧ボルト、７１…ネジ、８１…圧電素子、８３…圧電素子、８５…圧電素子、８８…接続部、９０…調整部、９１…調整用部材、９２…ネジ、９３…駆動源、９４…コントローラー、１００…ロボット、１１０…基台、１７１…保持部、２０１…取付面、２０２…取付面、２１１…第１プレート、２２１…第２プレート、２４０…内壁面、２４１…貫通孔、２５０…頂面、２５０ａ…頂面、２５０ｂ…頂面、２５０ｃ…頂面、２５０ｄ…頂面、２５１…突出部、２５１ａ…突出部、２５１ｂ…突出部、２５１ｃ…突出部、２５１ｄ…突出部、２５２…雌ネジ孔、２５３…円筒部、２５４…枠部、２５５…スリット、２５５Ｂ…スリット、２５６…貫通孔、２５７…スリット、２６１…部材、２６２…部材、２６３…孔、４１１…底部材、４１２…側壁部材、６３０…ボルト、８１１…圧電体層、８１２…出力電極層、８１３…グランド電極層、８３１…圧電体層、８３２…出力電極層、８３３…グランド電極層、８５１…圧電体層、８５２…出力電極層、８５３…グランド電極層、８７０…支持基板、９００…部材、２２１１…基部、２２１２…凸部、２５４１…壁部、Ａ１…中心軸、Ａ１０…矢印、Ｃ１…矢印、ＣＬ…線分、Ｆ…外力、Ｆｘ…並進力成分、Ｆｙ…並進力成分、Ｆｚ…並進力成分、ＧＮＤ…グランド電位、Ｏ６…回動軸、Ｐ…作業箇所、Ｑα…電荷、Ｑβ…電荷、Ｑγ…電荷、Ｓ１…内部空間、Ｌ１…高さ、Ｌ２…直径、Ｌ３…直径、Ｌ４…幅、Ｌ５…幅、ｄ…高さ、ｄ１…長さ、ｄ２…長さ、ｄ３…長さ、Ｗ２…幅

Claims (10)

  1. 第１プレートと、
    前記第１プレートに対向する第２プレートと、
    前記第１プレートから前記第２プレートに向かって突出する第１部材と、
    前記第１部材に対して対向して配置され、前記第２プレートから前記第１プレートに向かって突出する第２部材と、
    前記第２部材とは異なる位置で前記第１部材に対して対向配置され、前記第２プレートから前記第１プレートに向かって突出する第３部材と、
    前記第１部材と前記第２部材との間に設けられ、外力に応じて信号を出力する圧電素子を有する第１センサーデバイスと、
    前記第１部材と前記第３部材との間に設けられ、外力に応じて信号を出力する圧電素子を有する第２センサーデバイスと、を備え、
    前記第１部材は、前記第１センサーデバイスに接している部分と、前記第２センサーデバイスに接している部分との間にスリットまたは複数の貫通孔を有することを特徴とする力検出装置。
  2. 前記第１部材は、枠状である請求項１に記載の力検出装置。
  3. 前記第１センサーデバイスに接している部分と、前記第２センサーデバイスに接している部分とは、それぞれ、前記第１部材の外周に配置されている請求項２に記載の力検出装置。
  4. 前記スリットまたは前記複数の貫通孔は、前記第１プレートと前記第２プレートとが重なる方向である第１方向において、前記第１部材の前記第２プレート側に設けられている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の力検出装置。
  5. 前記第１プレートと前記第２プレートとが重なる方向である第１方向において、前記第１センサーデバイスに接している部分の前記第１プレート側の端および前記第２センサーデバイスに接している部分の前記第１プレート側の端は、それぞれ、前記スリットまたは前記複数の貫通孔の前記第１プレート側の端よりも前記第１プレート側に位置している請求項１ないし４のいずれか１項に記載の力検出装置。
  6. 前記スリットまたは前記複数の貫通孔には、前記スリットまたは前記複数の貫通孔の大きさを調整する調整部が設けられている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の力検出装置。
  7. 前記調整部は、前記スリットまたは前記複数の貫通孔の大きさを調整するように前記調整部を移動させる動力を発生させる駆動源を接続できるよう構成されている請求項６に記載の力検出装置。
  8. 前記第１部材と前記第１プレートとは、一体的に構成されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の力検出装置。
  9. 基台と、前記基台に接続されたアームと、前記アームに接続された請求項１ないし８のいずれか１項に記載の力検出装置と、を備えることを特徴とするロボット。
  10. 前記力検出装置には、対象物を保持可能な保持部を有するエンドエフェクターが取り付けられており、
    前記保持部は、前記力検出装置の中心軸に対してずれた位置に設けられている請求項９に記載のロボット。
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