(57)【要約】【課題】外力をより正確に検出することが可能な力覚センサを提供する。【解決手段】力覚センサは、支持体と、支持体に支持される第１基板と、一端が支持体に支持され且つ他端が移動可能な弾性体と、第１基板に設けられ、一端に対する他端の変位量を検出する光センサと、他端に加えられた外力を算出する演算処理部と、を備える。光センサは、第１方向の変位量を検出する第１光センサと、第１方向とは異なる第２方向の変位量を検出する第２光センサと、を有する。演算処理部は、第１光センサの出力値と第２光センサの出力値とに基づいて、第１方向の外力を算出する。【選択図】図１
2020038126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と、
前記支持体に支持される第１基板と、
一端が前記支持体に支持され且つ他端が移動可能な弾性体と、
前記第１基板に設けられ、前記一端に対する前記他端の変位量を検出する光センサと、
前記他端に加えられた外力を算出する演算処理部と、を備え、
前記光センサは、
第１方向の前記変位量を検出する第１光センサと、
前記第１方向とは異なる第２方向の前記変位量を検出する第２光センサと、を有し、
前記演算処理部は、
前記第１光センサの出力値と前記第２光センサの出力値とに基づいて、前記第１方向の外力を算出する、力覚センサ。
【請求項２】
前記演算処理部は、
前記第１光センサの出力値と前記第２光センサの出力値とに基づいて、前記第２方向の外力を算出する、請求項１に記載の力覚センサ。
【請求項３】
前記弾性体は螺旋状のスリットを有する、請求項１又は２に記載の力覚センサ。
【請求項４】
前記演算処理部は、
前記第１方向の外力と前記第１光センサの出力値との関係、及び、前記第１方向と前記第２方向とにそれぞれ直交する第３方向の軸廻りの外力と前記第１光センサの出力値との関係、に基づいて、前記第１光センサの出力値を補正する、請求項１から３のいずれか１項に記載の力覚センサ。
【請求項５】
前記演算処理部は、
前記第２方向の外力と前記第２光センサの出力値との関係、及び、前記第３方向の軸廻りの外力と前記第２光センサの出力値との関係、に基づいて、前記第２光センサの出力値を補正する、請求項４に記載の力覚センサ。
【請求項６】
前記第１基板に対向し、前記弾性体の他端を支持する第２基板と、
前記第２基板に設けられ、前記第１基板に向かって突出する第１突起、第２突起、第３突起及び第４突起と、をさらに備え、
前記光センサは、第３光センサ、第４光センサ、第５光センサ、第６光センサ、第７光センサ及び第８光センサ、をさらに有し、
前記第１方向において前記第１光センサが前記第１突起に対向し、前記第２方向において前記第２光センサが前記第２突起に対向し、前記第１方向において前記第３光センサが前記第３突起に対向し、前記第２方向において前記第４光センサが前記第４突起に対向し、
前記第１方向と前記第２方向とにそれぞれ直交する第３方向において、前記第５光センサが前記第１突起に対向し、前記第６光センサが前記第２突起に対向し、前記第７光センサが前記第３突起に対向し、前記第８光センサが前記第４突起に対向している、請求項１から５のいずれか１項に記載の力覚センサ。
【請求項７】
支持体と、
前記支持体に支持される第１基板と、
一端が前記支持体に支持され且つ他端が移動可能な弾性体と、
前記第１基板に対向し、前記弾性体の他端を支持する第２基板と、
前記第２基板に設けられ、前記第１基板に向かって突出する第１突起、第２突起、第３突起及び第４突起と、
前記第１基板に設けられ、前記一端に対する前記他端の変位量を検出する光センサと、
前記他端に加えられた外力を算出する演算処理部と、を備え、
前記弾性体は螺旋状のスリットを有し、
前記光センサは、
第１光センサ、第２光センサ、第３光センサ、第４光センサ、第５光センサ、第６光センサ、第７光センサ及び第８光センサ、を有し、
第１方向において前記第１光センサが前記第１突起に対向し、前記第１方向とは異なる第２方向において前記第２光センサが前記第２突起に対向し、前記第１方向において前記第３光センサが前記第３突起に対向し、前記第２方向において前記第４光センサが前記第４突起に対向し、
前記第１方向と前記第２方向とにそれぞれ直交する第３方向において、前記第５光センサが前記第１突起に対向し、前記第６光センサが前記第２突起に対向し、前記第７光センサが前記第３突起に対向し、前記第８光センサが前記第４突起に対向し、
前記演算処理部は、
前記第１光センサ、前記第２光センサ、前記第３光センサ、前記第４光センサ、前記第５光センサ、前記第６光センサ、前記第７光センサ及び前記第８光センサの各出力値に基づいて、第１方向の外力概算値と、前記第１方向とは異なる第２方向の外力概算値と、前記第１方向と前記第２方向とにそれぞれ直交する第３方向の外力概算値と、前記第１方向の軸廻りの外力概算値と、前記第２方向の軸廻りの外力概算値と、前記第３方向の軸廻りの外力概算値と、を算出する演算部と、
予め設定された式を記憶する記憶部と、
前記演算部が算出する全ての前記外力概算値を前記式に入力して前記外力を算出する演算補正部と、を有する、力覚センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外力を検出することができる力覚センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
外力によって生じる構造体の変位をセンサで検出し、センサの検出結果を演算処理することで構造体に加えられた外力を検出する力覚センサが知られている。特に、外力によって生じる構造体の変位を光学式センサで検出する力覚センサが特許文献１に開示されている。特許文献１の力覚センサは、Ｘ軸廻りのモーメント（Ｍｘ）、Ｙ軸廻りのモーメント（Ｍｙ）、Ｚ軸廻りのモーメント（Ｍｚ）及びＺ軸方向の力（Ｆｚ）の４つの外力を検出できる。これら外力の検出には、発光部と受光部とを有する光センサが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１２９７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
力覚センサによる外力の検出精度をさらに高めることが望まれている。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、外力の検出精度をさらに高めることが可能な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】
【０００６】
上記の目的を達成するため、一態様に係る力覚センサは、支持体と、前記支持体に支持される第１基板と、一端が前記支持体に支持され且つ他端が移動可能な弾性体と、前記第１基板に設けられ、前記一端に対する前記他端の変位量を検出する光センサと、前記他端に加えられた外力を算出する演算処理部と、を備え、前記光センサは、第１方向の前記変位量を検出する第１光センサと、前記第１方向とは異なる第２方向の前記変位量を検出する第２光センサと、を有し、前記演算処理部は、前記第１光センサの出力値と前記第２光センサの出力値とに基づいて、前記第１方向の外力を算出する。
【０００７】
これによれば、演算処理部は、第１方向の外力概算値及び第２方向の外力概算値に基づいて、第１方向の外力を算出することができる。例えば、弾性体は、第１方向に外力が加えられると第１方向に変位すると共に、第２方向にも変位する。この弾性体に第１方向の外力のみが加えられたとき、演算処理部は、第２方向の外力がゼロとなるように補正の演算を行って、第１方向の外力を算出することができる。
【０００８】
望ましい態様として、前記演算処理部は、前記第１光センサの出力値と前記第２光センサの出力値とに基づいて、前記第２方向の外力を算出する。これによれば、演算処理部は、第１方向の外力概算値及び第２方向の外力概算値に基づいて、第２方向の外力を算出することができる。
【０００９】
望ましい態様として、前記弾性体は螺旋状のスリットを有する。これによれば、弾性体に第１方向の外力が加えられると、弾性体は第１方向に変位すると共に、第２方向にも変位する。
【００１０】
望ましい態様として、前記演算処理部は、前記第１方向の外力と前記第１光センサの出力値との関係、及び、前記第１方向と前記第２方向とにそれぞれ直交する第３方向の軸廻りの外力と前記第１光センサの出力値との関係、に基づいて、前記第１光センサの出力値を補正する。これによれば、力覚センサは、第１光センサを、第１方向の外力の検出、及び、第３方向の軸廻りの外力の検出、の両方に用いることができる。これにより、力覚センサは、上記の両検出にそれぞれ個別の光センサを用いる場合と比べて、光センサの個数を低減することができる。
【００１１】
望ましい態様として、前記演算処理部は、前記第２方向の外力と前記第２光センサの出力値との関係、及び、前記第３方向の軸廻りの外力と前記第２光センサの出力値との関係、に基づいて、前記第２光センサの出力値を補正する。これによれば、力覚センサは、第２光センサを、第２方向の外力の検出、及び、第３方向の軸廻りの外力の検出、の両方に用いることができる。これにより、力覚センサは、上記の両検出にそれぞれ個別の光センサを用いる場合と比べて、光センサの個数を低減することができる。
【００１２】
望ましい態様として、前記第１基板に対向し、前記弾性体の他端を支持する第２基板と、前記第２基板に設けられ、前記第１基板に向かって突出する第１突起、第２突起、第３突起及び第４突起と、をさらに備え、前記光センサは、第３光センサ、第４光センサ、第５光センサ、第６光センサ、第７光センサ及び第８光センサ、をさらに有し、前記第１方向において前記第１光センサが前記第１突起に対向し、前記第２方向において前記第２光センサが前記第２突起に対向し、前記第１方向において前記第３光センサが前記第３突起に対向し、前記第２方向において前記第４光センサが前記第４突起に対向し、前記第１方向と前記第２方向とにそれぞれ直交する第３方向において、前記第５光センサが前記第１突起に対向し、前記第６光センサが前記第２突起に対向し、前記第７光センサが前記第３突起に対向し、前記第８光センサが前記第４突起に対向している。
【００１３】
これによれば、力覚センサは、第１光センサ、第２光センサ、第３光センサ、第４光センサ、第５光センサ、第６光センサ、第７光センサ及び第８光センサの各出力値（または、各出力値をそれぞれ補正した各出力補正値）の変化に基づいて、６つの外力を検出することができる。さらに、６つの外力のそれぞれは、各出力値（または、各出力補正値）の変化分の加算又は減算によって求められる。このため、６つの外力を求めるための演算処理が容易である。したがって、力覚センサは、検出の応答性を向上させることができ且つ６つの外力を検出することができる。
【００１４】
別の態様に係る力覚センサは、支持体と、前記支持体に支持される第１基板と、一端が前記支持体に支持され且つ他端が移動可能な弾性体と、前記第１基板に対向し、前記弾性体の他端を支持する第２基板と、前記第２基板に設けられ、前記第１基板に向かって突出する第１突起、第２突起、第３突起及び第４突起と、前記第１基板に設けられ、前記一端に対する前記他端の変位量を検出する光センサと、前記他端に加えられた外力を算出する演算処理部と、を備え、前記弾性体は螺旋状のスリットを有し、前記光センサは、第１光センサ、第２光センサ、第３光センサ、第４光センサ、第５光センサ、第６光センサ、第７光センサ及び第８光センサ、を有し、第１方向において前記第１光センサが前記第１突起に対向し、前記第１方向とは異なる第２方向において前記第２光センサが前記第２突起に対向し、前記第１方向において前記第３光センサが前記第３突起に対向し、前記第２方向において前記第４光センサが前記第４突起に対向し、前記第１方向と前記第２方向とにそれぞれ直交する第３方向において、前記第５光センサが前記第１突起に対向し、前記第６光センサが前記第２突起に対向し、前記第７光センサが前記第３突起に対向し、前記第８光センサが前記第４突起に対向し、前記演算処理部は、前記第１光センサ、前記第２光センサ、前記第３光センサ、前記第４光センサ、前記第５光センサ、前記第６光センサ、前記第７光センサ及び前記第８光センサの各出力値に基づいて、第１方向の外力概算値と、前記第１方向とは異なる第２方向の外力概算値と、前記第１方向と前記第２方向とにそれぞれ直交する第３方向の外力概算値と、前記第１方向の軸廻りの外力概算値と、前記第２方向の軸廻りの外力概算値と、前記第３方向の軸廻りの外力概算値と、を算出する演算部と、予め設定された式を記憶する記憶部と、前記演算部が算出する全ての前記外力概算値を前記式に入力して前記外力を算出する演算補正部と、を有する。
【００１５】
これによれば、演算処理部は、第１方向の外力概算値と、第２方向の外力概算値と、第３方向の外力概算値と、第１方向の軸廻りの外力概算値と、第２方向の軸廻りの外力概算値と、第３方向の軸廻りの外力概算値とに基づいて、第１方向の外力を算出することができる。同様に、演算処理部は、全ての外力概算値に基づいて、第２方向の外力と、第３方向の外力と、第１方向の軸廻りの外力と、第２方向の軸廻りの外力と、第３方向の軸廻りの外力とをそれぞれ算出することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、外力の検出精度をさらに高めることが可能な力覚センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本実施形態に係る力覚センサを示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る力覚センサの分解図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る第２基板を示す斜視図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る第１基板を示す平面図である。
【図５】図５は、図４におけるＡ矢視図を示す。
【図６】図６は、本実施形態に係るセンサ及び突起を示す模式平面図である。
【図７】図７は、図６におけるＢ矢視図を示す。
【図８】図８は、図６におけるＣ矢視図を示す。
【図９】図９は、本実施形態に係る天板にＸ軸方向の力が加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る天板にＹ軸方向の力が加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る天板にＺ軸方向の力が加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。
【図１２】図１２は、本実施形態に係る天板にＸ軸廻りのモーメントが加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。
【図１３】図１３は、本実施形態に係る天板にＹ軸廻りのモーメントが加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。
【図１４】図１４は、本実施形態に係る天板にＺ軸廻りのモーメントが加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。
【図１５】図１５は、本実施形態に係る演算処理部を示す構成図である。
【図１６】図１６は、光センサの出力−距離特性の一例を示すグラフである。
【図１７】図１７は、本実施形態に係る演算処理部を示すブロック図である。
【図１８】図１８は、本実施形態に係る補正係数を求めるための検査装置の構成例を示す模式図である。
【図１９】図１９は、本実施形態に係る補正係数を求めるための検査手順を示すフローチャートである。
【図２０】図２０は、力覚センサに加えられた外力と光センサの出力値との関係の一例（第１の例）を示すグラフである。
【図２１】図２１は、力覚センサに加えられた外力と光センサの出力値との関係の一例（第２の例）を示すグラフである。
【図２２】図２２は、力覚センサに加えられた外力と光センサの出力値との関係の一例（第３の例）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る力覚センサを示す斜視図である。力覚センサ１は、加えられた外力を検出することができる装置である。力覚センサ１は、例えば産業用ロボットのアームの先端にあるハンドに取り付けられ、ハンドに作用する力を検出する。力覚センサ１が検出した力は、産業用ロボットを駆動するモータ等の制御に用いられる。具体的には、力覚センサ１は、加えられた外力の大きさ及び方向を検出し、加えられた外力の大きさ及び方向に応じた制御信号を、モータ等を制御する制御部に送ることができる。図１に示すように、力覚センサ１は、支持体２と、第１基板３と、弾性体４と、第２基板５と、天板６と、演算処理部９（後述の図４、５参照）を備える。
【００２０】
図２は、本実施形態に係る力覚センサの分解図である。支持体２は、円盤状の部材であって、アルミニウム等の金属で形成されている。支持体２は、産業用ロボットのアームの先端にあるハンドに固定される。また、支持体２の中央部には孔（不図示）が設けられている。以下の説明において、支持体２に対して直交するＺ軸と、Ｚ軸に対して直交するＸ軸、Ｚ軸及びＸ軸に対して直交するＹ軸と、からなる直交座標系が用いられる。
【００２１】
図２に示すように、弾性体４は、例えば円盤状の部材であって、アルミニウム等の金属で形成されている。弾性体４は、支持体２に固定されている。より具体的には、弾性体４の一方の端面（以下、一端）が支持体２に固定されている。弾性体４の中央部には、Ｚ軸方向で支持体２の孔に重なる孔４０が設けられている。また、弾性体４は、Ｚ軸を中心とした螺旋状のスリット４１を備える。言い換えると、弾性体４の形状はコイルバネ状である。弾性体４に外力が作用すると、弾性体４の一端には変位が生じず、他方の端面（以下、他端）に変位が生じる。例えば、弾性体４にＸ軸方向の力が作用すれば他端がＸ軸方向に移動する。弾性体４にＹ軸方向の力が作用すれば他端がＹ軸方向に移動する。弾性体４にＺ軸方向の力が作用すれば他端がＺ軸方向に移動する。また、弾性体４にＸ軸廻りのモーメントが作用すれば他端がＸ軸廻りに傾斜する。弾性体４にＹ軸廻りのモーメントが作用すれば他端がＹ軸廻りに傾斜する。弾性体４にＺ軸廻りのモーメントが作用すれば他端がＺ軸廻りに傾斜する。
【００２２】
弾性体４は、スリット４１を備えることにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向への変位が生じやすくなり、且つＸ軸廻り、Ｙ軸廻り及びＺ軸廻りの変位が生じやすくなる。このため、詳細は後述するが、第１基板３に設けられている光センサ３１から３８（図４参照）の各出力値の変化分が大きくなるので、力覚センサ１の検出精度が向上する。
【００２３】
図２に示すように、第１基板３は、例えば円盤状の部材であって、樹脂で形成されたプリント基板である。第１基板３は、支持体２に固定されている。第１基板３の中央部には孔３０が設けられており、弾性体４が孔３０を貫通している。第１基板３は支持体２に固定されているので、弾性体４に外力が作用するとき第１基板３には変位が生じない。
【００２４】
図３は、本実施形態に係る第２基板を示す斜視図である。図２及び図３に示すように、第２基板５は、例えば円盤状の部材であって、アルミニウム等の金属で形成されている。第２基板５は、弾性体４に固定されている。より具体的には、弾性体４の支持体２に固定された端部とは反対側の端部が第２基板５に設けられた凹部５９に嵌合した状態で、第２基板５が弾性体４に固定されている。第２基板５は、第１基板３とＺ軸方向に対向している。第２基板５の中央部には、Ｚ軸方向で弾性体４の孔４０に重なる孔５０が設けられている。図３に示すように、第２基板５は、第１突起５１と、第２突起５２と、第３突起５３と、第４突起５４と、凸部５５（図２参照）と、を備える。第１突起５１、第２突起５２、第３突起５３及び第４突起５４は、第２基板５から第１基板３に向かって突出する部材であって、例えばＺ軸方向から見て周方向に等間隔に並べられている。例えば、第１突起５１、第２突起５２、第３突起５３及び第４突起５４の形状は互いに同じであって、略直方体状である。凸部５５は、第２基板５から第１基板３とは反対側に突出する部材であって、例えばＺ軸方向から見て円環状である。以下の説明において、Ｚ軸方向のうち第１基板３から第２基板５に向かう方向を＋Ｚ方向とし、＋Ｚ方向とは反対方向を−Ｚ方向とする。
【００２５】
図２に示すように、天板６は、例えば円盤状の部材であって、アルミニウム等の金属で形成されている。天板６は、第２基板５に固定されている。より具体的には、天板６の一方の面側（例えば、裏側）に設けられた凹部に凸部５５が嵌合した状態で、天板６が第２基板５に固定されている。天板６の中央部には、Ｚ軸方向で第２基板５の孔５０に重なる孔６０が設けられている。例えば、天板６の外径は、第２基板５の外径よりも大きく且つ支持体２の外径に略等しい。天板６に外力が作用すると、天板６及び第２基板５は弾性体４の変形に伴って一体に移動する。
【００２６】
図４は、本実施形態に係る第１基板を示す平面図である。図５は、図４におけるＡ矢視図を示す。図６は、本実施形態に係るセンサ及び突起を示す模式平面図である。図７は、図６におけるＢ矢視図を示す。図８は、図６におけるＣ矢視図を示す。図４及び図５に示すように、第１基板３の一方の面３ａには、光センサ３１から３８が設けられている。光センサ３１から３８は、光センサ（例えば、フォトリフレクタ）であって、発光部としての発光ダイオード及び受光部としてのフォトトランジスタを備える。発光部が照射した光の反射光が受光部に入射し、受光部に入射した反射光強度に応じて受光部から出力される出力値（電圧）が変化する。また、光センサ３１から３８は、第１基板３の一方の面３ａに取り付けられている。これにより、力覚センサ１が小型化する。なお、一方の面３ａとは、第２基板５（図２参照）と対向する面である。
【００２７】
また、図４及び図５に示すように、第１基板３の他方の面３ｂ側に、演算処理部９が設けられている。演算処理部９は、マイクロコンピュータ（マイコン）等のコンピュータである。演算処理部９は、第１基板３に設けられた配線を介して、光センサ３１から３８にそれぞれ接続している。なお、他方の面３ｂとは、一方の面３ａの反対側の面である。他方の面３ｂは、支持体２（図２参照）と対向している。本実施形態において、演算処理部９の配置位置は他方の面３ｂ側に限定されるものではなく、一方の面３ａ側であってもよい。
【００２８】
図４に示すように、光センサ３１から３４は、例えばＺ軸方向から見て弾性体４を中心とした周方向で等間隔に配置されている。また、光センサ３３は、Ｚ軸方向から見て、弾性体４の中心を通り且つＹ軸方向に沿った直線Ｌ１を対称軸として光センサ３１に対して線対称に配置されている。光センサ３４は、Ｚ軸方向から見て、弾性体４の中心を通り且つＸ軸方向に沿った直線Ｌ２を対称軸として光センサ３２に対して線対称に配置されている。
【００２９】
図６から図８に示すように、光センサ３１はＺ軸方向で第１突起５１に対向し、光センサ３２はＺ軸方向で第２突起５２に対向し、光センサ３３はＺ軸方向で第３突起５３に対向し、光センサ３４はＺ軸方向で第４突起５４に対向している。光センサ３１から３４の発光部は、＋Ｚ方向に光を照射する。光センサ３１の発光部が照射した光は、第１突起５１で反射し、光センサ３１の受光部に入射する。光センサ３２の発光部が照射した光は、第２突起５２で反射し、光センサ３２の受光部に入射する。光センサ３３の発光部が照射した光は、第３突起５３で反射し、光センサ３３の受光部に入射する。光センサ３４の発光部が照射した光は、第４突起５４で反射し、光センサ３４の受光部に入射する。天板６に外力が作用していないとき（弾性体４が変形していないとき）、光センサ３１から第１突起５１までの距離、光センサ３２から第２突起５２までの距離、光センサ３３から第３突起５３までの距離、及び光センサ３４から第４突起５４までの距離は、図７及び図８に示すように距離Ｈ１であって、互いに等しい。
【００３０】
以下の説明において、Ｘ軸方向のうち光センサ３３から光センサ３１に向かう方向を＋Ｘ軸方向とし、＋Ｘ軸方向とは反対方向を−Ｘ軸方向とする。Ｙ軸方向のうち光センサ３２から光センサ３４に向かう方向を＋Ｙ軸方向とし、＋Ｙ軸方向とは反対方向を−Ｙ軸方向とする。
【００３１】
図６に示すように、光センサ３５は、光センサ３１の＋Ｙ軸方向側に配置されている。光センサ３６は、光センサ３２の＋Ｘ軸方向側に配置されている。光センサ３７は、光センサ３３の＋Ｙ軸方向側に配置されている。光センサ３８は、光センサ３４の＋Ｘ軸方向側に配置されている。また、図４に示すように、光センサ３７は、Ｚ軸方向から見て直線Ｌ１を対称軸として光センサ３５に対して線対称に配置されている。光センサ３８は、Ｚ軸方向から見て、直線Ｌ２を対称軸として光センサ３６に対して線対称に配置されている。
【００３２】
図６に示すように、光センサ３５は、Ｙ軸方向で第１突起５１に対向している。光センサ３５の発光部は、−Ｙ軸方向に光を照射する。光センサ３５の発光部が照射した光は、第１突起５１で反射し、光センサ３５の受光部に入射する。光センサ３６は、Ｘ軸方向で第２突起５２に対向している。光センサ３６の発光部は、−Ｘ軸方向に光を照射する。光センサ３６の発光部が照射した光は、第２突起５２で反射し、光センサ３６の受光部に入射する。光センサ３７は、Ｙ軸方向で第３突起５３に対向している。光センサ３７の発光部は、−Ｙ軸方向に光を照射する。光センサ３７の発光部が照射した光は、第３突起５３で反射し、光センサ３７の受光部に入射する。光センサ３８は、Ｘ軸方向で第４突起５４に対向している。光センサ３８の発光部は、−Ｘ軸方向に光を照射する。光センサ３８の発光部が照射した光は、第４突起５４で反射し、光センサ３８の受光部に入射する。天板６に外力が作用していないとき（弾性体４が変形していないとき）、光センサ３５から第１突起５１までの距離、光センサ３６から第２突起５２までの距離、光センサ３７から第３突起５３までの距離、及び光センサ３８から第４突起５４までの距離は、図６に示すように距離Ｄ１であって、互いに等しい。
【００３３】
図９は、本実施形態に係る天板にＸ軸方向の力が加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。図１０は、本実施形態に係る天板にＹ軸方向の力が加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。図１１は、本実施形態に係る天板にＺ軸方向の力が加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。図１２は、本実施形態に係る天板にＸ軸廻りのモーメントが加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。図１３は、本実施形態に係る天板にＹ軸廻りのモーメントが加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。図１４は、本実施形態に係る天板にＺ軸廻りのモーメントが加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。
【００３４】
以下の説明において、天板６に外力が作用していない状態、すなわち図６から図８に示した状態は、単に基準状態と記載される。なお、図９から図１４における破線は、天板６に外力が作用していないときの第１突起５１、第２突起５２、第３突起５３及び第４突起５４の位置を示す。また、図９に示す力Ｆｘの大きさは図１０に示す力Ｆｙの大きさに等しい。図１２に示すモーメントＭｘの大きさは図１３に示すモーメントＭｙの大きさに等しい。
【００３５】
図９に示すように、天板６に＋Ｘ軸方向に力Ｆｘが作用すると、弾性体４の変形に伴って第１突起５１、第２突起５２、第３突起５３及び第４突起５４は＋Ｘ軸方向に移動する。これにより、光センサ３６から第２突起５２までの距離、及び光センサ３８から第４突起５４までの距離は、図９に示すように距離Ｄ２となり、互いに等しい。距離Ｄ２は距離Ｄ１（図６参照）よりも小さい。これにより、光センサ３６、３８に入射する反射光強度が大きくなる。このため、光センサ３６、３８の各出力値が、基準状態に比較して大きくなる。
【００３６】
一方、光センサ３５から第１突起５１までの距離、及び光センサ３７から第３突起５３までの距離は、距離Ｄ１のままである。光センサ３１から第１突起５１までの距離、光センサ３２から第２突起５２までの距離、光センサ３３から第３突起５３までの距離、及び光センサ３４から第４突起５４までの距離は、距離Ｈ１（図７及び図８参照）のままである。このため、光センサ３１から３５、３７の各出力値は、基準状態と同じである。また、天板６に−Ｘ軸方向に力Ｆｘが作用すると、上述した説明とは逆に、光センサ３６、３８の各出力値が基準状態に比較して小さくなる。
【００３７】
図１０に示すように、天板６に＋Ｙ軸方向に力Ｆｙが作用すると、弾性体４の変形に伴って第１突起５１、第２突起５２、第３突起５３及び第４突起５４は＋Ｙ軸方向に移動する。これにより、光センサ３５から第１突起５１までの距離、及び光センサ３７から第３突起５３までの距離は、図１０に示すように距離Ｄ２となり、互いに等しい。距離Ｄ２は距離Ｄ１（図６参照）よりも小さい。これにより、光センサ３５、３７に入射する反射光強度が大きくなる。このため、光センサ３５、３７の各出力値が、基準状態に比較して大きくなる。
【００３８】
一方、光センサ３６から第２突起５２までの距離、及び光センサ３８から第４突起５４までの距離は、距離Ｄ１のままである。光センサ３１から第１突起５１までの距離、光センサ３２から第２突起５２までの距離、光センサ３３から第３突起５３までの距離、及び光センサ３４から第４突起５４までの距離は、距離Ｈ１（図７及び図８参照）のままである。このため、光センサ３１から３４、３６、３８の各出力値は、基準状態と同じである。また、天板６に−Ｙ軸方向に力Ｆｙが作用すると、上述した説明とは逆に、光センサ３５、３７の各出力値が基準状態に比較して小さくなる。
【００３９】
図１１に示すように、天板６に−Ｚ方向に力Ｆｚが作用すると、弾性体４の変形に伴って第１突起５１、第２突起５２、第３突起５３及び第４突起５４は−Ｚ方向に移動する。これにより、光センサ３１から第１突起５１までの距離、光センサ３２から第２突起５２までの距離、光センサ３３から第３突起５３までの距離、及び光センサ３４から第４突起５４までの距離は、距離Ｈ２となり、互いに等しい。距離Ｈ２は距離Ｈ１（図７及び図８参照）よりも小さい。これにより、光センサ３１から３４に入射する反射光強度が大きくなる。このため、光センサ３１から３４の各出力値が、基準状態に比較して大きくなる。
【００４０】
一方、光センサ３５から第１突起５１までの距離、光センサ３６から第２突起５２までの距離、光センサ３７から第３突起５３までの距離、及び光センサ３８から第４突起５４までの距離は、距離Ｄ１（図６参照）のままである。このため、光センサ３５から３８の各出力値は、基準状態と同じである。また、天板６に＋Ｚ方向に力Ｆｚが作用すると、上述した説明とは逆に、光センサ３１から３４の各出力値が基準状態に比較して小さくなる。
【００４１】
図１２に示すように、天板６にＸ軸廻りにモーメントＭｘが作用すると、弾性体４の変形に伴って第２突起５２が−Ｚ方向に移動し、第４突起５４が＋Ｚ方向に移動する。これにより、光センサ３２から第２突起５２までの距離が距離Ｈ３となり、光センサ３４から第４突起５４までの距離が距離Ｈ４となる。距離Ｈ３は距離Ｈ１（図７及び図８参照）よりも小さい。距離Ｈ４は距離Ｈ１よりも大きい。これにより、光センサ３２に入射する反射光強度が大きくなるので、光センサ３２の出力値が基準状態に比較して大きくなる。光センサ３４に入射する反射光強度が小さくなるので、光センサ３４の出力値が基準状態に比較して小さくなる。
【００４２】
一方、光センサ３１から第１突起５１までの距離、及び光センサ３３から第３突起５３までの距離は、距離Ｈ１のままである。光センサ３５から第１突起５１までの距離、光センサ３６から第２突起５２までの距離、光センサ３７から第３突起５３までの距離、及び光センサ３８から第４突起５４までの距離は、距離Ｄ１（図６参照）のままである。このため、光センサ３１、３３、３５から３８の各出力値は、基準状態と同じである。また、天板６に図１２に示した方向とは逆向きのモーメントＭｘが作用すると、上述した説明とは逆に、光センサ３２の出力値が基準状態に比較して小さくなり、且つ光センサ３４の出力値が基準状態に比較して大きくなる。
【００４３】
図１３に示すように、天板６にＹ軸廻りにモーメントＭｙが作用すると、弾性体４の変形に伴って第３突起５３が−Ｚ方向に移動し、第１突起５１が＋Ｚ方向に移動する。これにより、光センサ３３から第３突起５３までの距離が距離Ｈ３となり、光センサ３１から第１突起５１までの距離が距離Ｈ４となる。距離Ｈ３は距離Ｈ１（図７及び図８参照）よりも小さい。距離Ｈ４は距離Ｈ１よりも大きい。これにより、光センサ３３に入射する反射光強度が大きくなるので、光センサ３３の出力値が基準状態に比較して大きくなる。光センサ３１に入射する反射光強度が小さくなるので、光センサ３１の出力値が基準状態に比較して小さくなる。
【００４４】
一方、光センサ３２から第２突起５２までの距離、及び光センサ３４から第４突起５４までの距離は、距離Ｈ１のままである。光センサ３５から第１突起５１までの距離、光センサ３６から第２突起５２までの距離、光センサ３７から第３突起５３までの距離、及び光センサ３８から第４突起５４までの距離は、距離Ｄ１（図６参照）のままである。このため、光センサ３２、３４から３８の各出力値は、基準状態と同じである。また、天板６に図１３に示した方向とは逆向きのモーメントＭｙが作用すると、上述した説明とは逆に、光センサ３３の出力値が基準状態に比較して小さくなり、且つ光センサ３１の出力値が基準状態に比較して大きくなる。
【００４５】
図１４に示すように、天板６にＺ軸廻りにモーメントＭｚが作用すると、弾性体４の変形に伴って第１突起５１が＋Ｙ軸方向に移動し、第２突起５２が＋Ｘ軸方向に移動し、第３突起５３が−Ｙ軸方向に移動し、第４突起５４が−Ｘ軸方向に移動する。これにより、光センサ３５から第１突起５１までの距離及び光センサ３６から第２突起５２までの距離が距離Ｄ３となり、光センサ３７から第３突起５３までの距離及び光センサ３８から第４突起５４までの距離が距離Ｄ４となる。距離Ｄ３は距離Ｄ１（図６参照）よりも小さい。距離Ｄ４は距離Ｄ１よりも大きい。これにより、光センサ３５、３６に入射する反射光強度が大きくなるので、光センサ３５、３６の各出力値が基準状態に比較して大きくなる。光センサ３７、３８に入射する反射光強度が小さくなるので、光センサ３７、３８の各出力値が基準状態に比較して小さくなる。
【００４６】
一方、光センサ３１から第１突起５１までの距離、光センサ３２から第２突起５２までの距離、光センサ３３から第３突起５３までの距離、及び光センサ３４から第４突起５４までの距離は、距離Ｈ１（図７及び図８参照）のままである。このため、光センサ３１から３４の各出力値は、基準状態と同じである。また、天板６に図１４に示した方向とは逆向きのモーメントＭｚが作用すると、上述した説明とは逆に、光センサ３５、３６の各出力値が基準状態に比較して小さくなり、光センサ３７、３８の各出力値が基準状態に比較して大きくなる。
【００４７】
図１５は、本実施形態に係る演算処理部を示す構成図である。図１５に示すように、演算処理部９は、マイクロコンピュータ（マイコン）等のコンピュータであり、入力インターフェース９ａと、出力インターフェース９ｂと、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）９ｃと、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）９ｄと、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）９ｅと、内部記憶装置９ｆと、を含んでいる。入力インターフェース９ａ、出力インターフェース９ｂ、ＣＰＵ９ｃ、ＲＯＭ９ｄ、ＲＡＭ９ｅ及び内部記憶装置９ｆは、内部バスに接続されている。なお、本実施形態において、内部記憶装置９ｆの機能は、ＲＯＭ９ｄとＲＡＭ９ｅで代替されてもよい。この場合、演算処理部９は省略されてもよい。
【００４８】
入力インターフェース９ａは、光センサ３１から３８からの各出力値を受信し、ＣＰＵ９ｃに出力する。また、入力インターフェース９ａは、力覚センサ１（図１参照）の外部に位置する装置からの信号や出力値も受信可能である。力覚センサ１の外部に位置する装置からの信号として、例えば、図１７に示す制御部１００からの出力命令や停止命令が挙げられる。出力インターフェース９ｂは、ＣＰＵ９ｃによる演算値を制御部１００等に出力する。
【００４９】
ＲＯＭ９ｄには、ＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ  Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）等のプログラムが記憶されている。内部記憶装置９ｆは、例えばＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）やフラッシュメモリ等であり、オペレーティングシステムプログラムやアプリケーションプログラムを記憶している。ＣＰＵ９ｃは、ＲＡＭ９ｅをワークエリアとして使用しながらＲＯＭ９ｄや内部記憶装置９ｆに記憶されているプログラムを実行することにより、種々の機能を実現する。
【００５０】
内部記憶装置９ｆは、光センサ３１から３８からの各出力値を補正するための式（１）と、補正係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉ、ｄｉとを記憶している。補正係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉ、ｄｉは、光センサ３１から３８の特性と、力覚センサ１の組立誤差等によって定まる定数である。
【００５１】
Ｓｉ＝ａｉ×Ｓｉｄ３＋ｂｉ×Ｓｉｄ２＋ｃｉ×Ｓｉｄ＋ｄｉ    ・・・（１）
【００５２】
式（１）において、ｉは、光センサの個数に対応した整数であり、例えば１以上８以下の整数である。Ｓｉは、光センサの出力補正値（Ｖ）である。Ｓｉｄは、光センサのデジタルデータとしての出力値（Ｖ）である。本実施形態では、光センサ３１から３８のそれぞれについて、補正係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉ、ｄｉが個別に設定されて、内部記憶装置９ｆに記憶されている。例えば、光センサ３１について、補正係数ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１が設定されている。内部記憶装置９ｆは、補正係数ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１を記憶している。光センサ３２について、補正係数ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２が設定されている。内部記憶装置９ｆは、補正係数ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２を記憶している。他の光センサについても同様である。
【００５３】
演算処理部９は、光センサから出力され、アナログデータからデジタルデータに変換された出力値Ｓｉｄを式（１）に入力する。これにより、光センサの出力値Ｓｉｄは、力覚センサ１に加えられる外力に応じて線形に変化する値（出力補正値）Ｓｉに補正される。この補正は、例えば、後述の図１７に示す出力補正部９１１から９１８が行う。
【００５４】
上述したように、光センサの出力値と、光センサから突起までの距離との間には相関がある。本実施形態では、光センサの出力値と上記距離との関係を「出力−距離特性」という。図１６は、光センサの出力−距離特性の一例を示すグラフである。図１６の横軸は、光センサから突起までの距離（ｍｍ）を示す。光センサと突起は互いに向かい合って配置されている。図１６の縦軸は、光センサの出力値（Ｖ）を示す。図１及び図２に示した力覚センサ１において、光センサが使用される範囲は、Ｘ１以上、Ｘ２以下の範囲である。本実施形態では、Ｘ１以上、Ｘ２以下の範囲を「定格距離」という。図１６に示すように、定格距離では、距離が増大するにつれて、光センサの出力値が低下する。
【００５５】
ところで、光センサの出力−距離特性は、通常、複数の光センサ間で互いに異なる。例えば、光センサ３１の出力−距離特性と、光センサ３２の出力−距離特性は互いに異なる。光センサ３１から第１突起５１までの距離と、光センサ３２から第２突起５２までの距離とが同じ値でも、光センサ３１の出力値と、光センサ３２の出力値は互いに異なる。また、距離に対する出力値の変化の割合も、光センサ３１と光センサ３２とでは互いに異なる。同様に、光センサ３５の出力−距離特性と、光センサ３６の出力−距離特性は互いに異なる。光センサ３５から第１突起５１までの距離と、光センサ３６から第２突起５２までの距離とが同じ値でも、光センサ３５の出力値と、光センサ３６の出力値は互いに異なる。また、距離に対する出力値の変化の割合も、光センサ３５と光センサ３６とでは互いに異なる。このため、本実施形態では、各光センサの出力−距離特性に応じて、補正係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉ、ｄｉが個別に設定されている。なお、補正係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉ、ｄｉの求め方は、後で図１８から図２２を参照しながら説明する。
【００５６】
図１７は、本実施形態に係る演算処理部を示すブロック図である。図１７に示すように、演算処理部９は、光センサ３１から３８から出力値Ｓ１ａからＳ８ａをそれぞれ受信する。演算処理部９は、出力値Ｓ１ａからＳ８ａをアナログデータからデジタルデータに変換し、上記式（１）に入力して補正する。そして、演算処理部９は、補正された出力値（各出力補正値）Ｓ１からＳ８に基づいて、天板６に作用している力又はモーメントの概算値（以下、外力概算値）を演算する。演算処理部９は、外力概算値ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚを後述の式（８）に入力して外力（力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと、モーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を算出し、外力の情報を制御部１００に送信する。制御部１００は、力覚センサ１（図１参照）の外部に位置する。制御部１００は、例えば産業用ロボットを駆動するモータを制御する。
【００５７】
図１７に示すように、演算処理部９は、その機能として、ＡＤ変換部９０１から９０８と、出力補正部９１１から９１８と、加算部９１、９４、９５、９６、９７と、減算部９２、９３、９８と、ｆｚ演算部９９１と、ｍｘ演算部９９２と、ｍｙ演算部９９３と、ｆｘ演算部９９４と、ｆｙ演算部９９５と、ｍｚ演算部９９６と、演算補正部９９と、を備える。演算処理部９内で行われる各処理は、図１５に示した入力インターフェース９ａ、出力インターフェース９ｂ、ＣＰＵ９ｃ、ＲＯＭ９ｄ、ＲＡＭ９ｅ及び内部記憶装置９ｆの組み合わせにより実現される。
【００５８】
ＡＤ変換部９０１は、光センサ３１のアナログデータとしての出力値Ｓ１ａを受信し、出力値Ｓ１ａをデジタルデータとしての出力値Ｓ１ｄに変換する。出力補正部９１１は、出力値Ｓ１ｄを受信する。出力補正部９１１は、補正係数ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１と、出力値Ｓ１ｄとを上述の式（１）に入力して、出力補正値Ｓ１を演算する。出力補正部９１１は、演算結果である出力補正値Ｓ１を加算部９１及び減算部９３に出力する。
【００５９】
ＡＤ変換部９０２は、光センサ３２のアナログデータとしての出力値Ｓ２ａを受信し、出力値Ｓ２ａをデジタルデータとしての出力値Ｓ２ｄに変換する。出力補正部９１２は、出力値Ｓ２ｄを受信する。そして、出力補正部９１２は、補正係数ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２と、出力値Ｓ２ｄとを上述の式（１）に入力して、出力補正値Ｓ２を演算する。出力補正部９１２は、演算結果である出力補正値Ｓ２を加算部９１及び減算部９２に出力する。
【００６０】
ＡＤ変換部９０３は、光センサ３３のアナログデータとしての出力値Ｓ３ａを受信し、出力値Ｓ３ａをデジタルデータとしての出力値Ｓ３ｄに変換する。出力補正部９１３は、出力値Ｓ３ｄを受信する。そして、出力補正部９１３は、補正係数ａ３、ｂ３、ｃ３、ｄ３と、出力値Ｓ３ｄとを上述の式（１）に入力して、出力補正値Ｓ３を演算する。出力補正部９１３は、演算結果である出力補正値Ｓ３を加算部９１及び減算部９３に出力する。
【００６１】
ＡＤ変換部９０４は、光センサ３４のアナログデータとしての出力値Ｓ４ａを受信し、出力値Ｓ４ａをデジタルデータとしての出力値Ｓ４ｄに変換する。出力補正部９１４は、出力値Ｓ４ｄを受信する。そして、出力補正部９１４は、補正係数ａ４、ｂ４、ｃ４、ｄ４と、出力値Ｓ４ｄとを上述の式（１）に入力して、出力補正値Ｓ４を演算する。出力補正部９１４は、演算結果である出力補正値Ｓ４を加算部９１及び減算部９２に出力する。
【００６２】
ＡＤ変換部９０５は、光センサ３５のアナログデータとしての出力値Ｓ５ａを受信し、出力値Ｓ５ａをデジタルデータとしての出力値Ｓ５ｄに変換する。出力補正部９１５は、出力値Ｓ５ｄを受信する。そして、出力補正部９１５は、補正係数ａ５、ｂ５、ｃ５、ｄ５と、出力値Ｓ５ｄとを上述の式（１）に入力して、出力補正値Ｓ５を演算する。出力補正部９１５は、演算結果である出力補正値Ｓ５を加算部９５及び加算部９６に出力する。
【００６３】
ＡＤ変換部９０６は、光センサ３６のアナログデータとしての出力値Ｓ６ａを受信し、出力値Ｓ６ａをデジタルデータとしての出力値Ｓ６ｄに変換する。出力補正部９１６は、出力値Ｓ６ｄを受信する。そして、出力補正部９１６は、補正係数ａ６、ｂ６、ｃ６、ｄ６と、出力値Ｓ６ｄとを上述の式（１）に入力して、出力補正値Ｓ６を演算する。出力補正部９１６は、演算結果である出力補正値Ｓ６を加算部９４及び加算部９６に出力する。
【００６４】
ＡＤ変換部９０７は、光センサ３７のアナログデータとしての出力値Ｓ７ａを受信し、出力値Ｓ７ａをデジタルデータとしての出力値Ｓ７ｄに変換する。出力補正部９１７は、出力値Ｓ７ｄを受信する。そして、出力補正部９１７は、補正係数ａ７、ｂ７、ｃ７、ｄ７と、出力値Ｓ７ｄとを上述の式（１）に入力して、出力補正値Ｓ７を演算する。出力補正部９１７は、演算結果である出力補正値Ｓ７を加算部９５及び加算部９７に出力する。
【００６５】
ＡＤ変換部９０８は、光センサ３８のアナログデータとしての出力値Ｓ８ａを受信し、出力値Ｓ８ａをデジタルデータとしての出力値Ｓ８ｄに変換する。出力補正部９１８は、出力値Ｓ８ｄを受信する。そして、出力補正部９１８は、補正係数ａ８、ｂ８、ｃ８、ｄ８と、出力値Ｓ８ｄとを上述の式（１）に入力して、出力補正値Ｓ８を演算する。出力補正部９１８は、演算結果である出力補正値Ｓ８を加算部９４及び加算部９７に出力する。
【００６６】
以下の説明においては、基準状態における出力補正値Ｓ１からＳ８をそれぞれ０と仮定する。天板６に外力が作用している状態における出力補正値Ｓ１からＳ８を、それぞれｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６、ｓ７、ｓ８とする。
【００６７】
加算部９１は、出力補正値Ｓ１、出力補正値Ｓ２、出力補正値Ｓ３及び出力補正値Ｓ４の和を演算する。すなわち、加算部９１は、（ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４）を演算する。加算部９１は、演算結果である出力値和Ｓ９１をｆｚ演算部９９１に出力する。
【００６８】
ｆｚ演算部９９１は、出力値和Ｓ９１に基づいて外力概算値ｆｚを演算する。例えば、ｆｚ演算部９９１は下記式（２）の演算を行う。下記式（２）では、外力概算値ｆｚとして、出力補正値ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４の平均値が算出される。この平均値における正又は負の符号は、Ｚ軸方向において外力が作用している方向を示す。ｆｚ演算部９９１は、演算結果である外力概算値ｆｚを演算補正部９９に出力する。
【００６９】
ｆｚ＝（ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４）／４    ・・・（２）
【００７０】
減算部９２は、出力補正値Ｓ２及び出力補正値Ｓ４の差を演算する。すなわち、減算部９２は、（ｓ２−ｓ４）を演算する。減算部９２は、演算結果である出力値差Ｓ９２をｍｘ演算部９９２に出力する。
【００７１】
ｍｘ演算部９９２は、出力値差Ｓ９２に基づいて外力概算値ｍｘを演算する。例えば、ｍｘ演算部９９２は下記式（３）の演算を行う。下記式（３）では、外力概算値ｍｘとして、出力補正値ｓ２、ｓ４の平均値が算出される。この平均値における正又は負の符号は、Ｘ軸廻りにおいて外力が作用している方向を示す。ｍｘ演算部９９２は、演算結果である外力概算値ｍｘを演算補正部９９に出力する。
【００７２】
ｍｘ＝（ｓ２−ｓ４）／２    ・・・（３）
【００７３】
減算部９３は、出力補正値Ｓ１及び出力補正値Ｓ３の差を演算する。すなわち、減算部９３は、（ｓ１−ｓ３）を演算する。減算部９３は、演算結果である出力値差Ｓ９３をｍｙ演算部９９３に出力する。
【００７４】
ｍｙ演算部９９３は、出力値差Ｓ９３に基づいて外力概算値ｍｙを演算する。例えば、ｍｙ演算部９９３は下記式（４）の演算を行う。下記式（４）では、外力概算値ｍｙとして、出力補正値ｓ１、ｓ３の平均値が算出される。この平均値における正又は負の符号は、Ｙ軸廻りにおいて外力が作用している方向を示す。ｍｙ演算部９９３は、演算結果である外力概算値ｍｙを演算補正部９９に出力する。
【００７５】
ｍｙ＝（ｓ１−ｓ３）/２    ・・・（４）
【００７６】
加算部９４は、出力補正値Ｓ６及び出力補正値Ｓ８の和を演算する。すなわち、加算部９４は、（ｓ６＋ｓ８）を演算する。加算部９４は、演算結果である出力値和Ｓ９４をｆｘ演算部９９４に出力する。
【００７７】
ｆｘ演算部９９４は、出力値和Ｓ９４に基づいて外力概算値ｆｘを演算する。例えば、ｆｘ演算部９９４は下記式（５）の演算を行う。下記式（５）では、外力概算値ｆｘとして、出力補正値ｓ６、ｓ８の平均値が算出される。この平均値における正又は負の符号は、Ｘ軸方向において外力が作用している方向を示す。そして、ｆｘ演算部９９４は、演算結果である外力概算値ｆｘを演算補正部９９に出力する。
【００７８】
ｆｘ＝（ｓ６＋ｓ８）／２    ・・・（５）
【００７９】
加算部９５は、出力補正値Ｓ５及び出力補正値Ｓ７の和を演算する。すなわち、加算部９５は、（ｓ５＋ｓ７）を演算する。加算部９５は、演算結果である出力値和Ｓ９５をｆｙ演算部９９５に出力する。
【００８０】
ｆｙ演算部９９５は、出力値和Ｓ９５に基づいて外力概算値ｆｙを演算する。例えば、ｆｙ演算部９９５は下記式（６）の演算を行う。下記式（６）では、外力概算値ｆｙとして、出力補正値ｓ５、ｓ７の平均値が算出される。この平均値における正又は負の符号は、Ｙ軸方向において外力が作用している方向を示す。ｆｙ演算部９９５は、演算結果である外力概算値ｆｙを演算補正部９９に出力する。
【００８１】
ｆｙ＝（ｓ５＋ｓ７）／２    ・・・（６）
【００８２】
加算部９６は、出力補正値Ｓ５及び出力補正値Ｓ６の和を演算する。すなわち、加算部９６は、（ｓ５＋ｓ６）を演算する。加算部９６は、演算結果である出力値和Ｓ９６を減算部９８に出力する。
【００８３】
加算部９７は、出力補正値Ｓ７及び出力補正値Ｓ８の和を演算する。すなわち、加算部９７は、（ｓ７＋ｓ８）を演算する。加算部９７は、演算結果である出力値和Ｓ９７を減算部９８に出力する。
【００８４】
減算部９８は、出力値和Ｓ９６及び出力値和Ｓ９７の差を演算する。すなわち、減算部９８は、｛（ｓ５＋ｓ６）−（ｓ７＋ｓ８）｝を演算する。減算部９８は、演算結果である出力値差Ｓ９８をｍｚ演算部９９６に出力する。
【００８５】
ｍｚ演算部９９６は、出力値差Ｓ９８に基づいて外力概算値ｍｚを演算する。例えば、ｍｚ演算部９９６は下記式（７）の演算を行う。下記式（７）では、外力概算値ｍｚとして、出力補正値ｓ５、ｓ６、ｓ７、ｓ８の平均値が算出される。この平均値における正又は負の符号は、Ｚ軸廻りにおいて外力が作用している方向を示す。ｍｚ演算部９９６は、演算結果である外力概算値ｍｚを演算補正部９９に出力する。
【００８６】
ｍｚ＝｛（ｓ５＋ｓ６）−（ｓ７＋ｓ８）｝／４    ・・・（７）
【００８７】
次に、演算補正部９９は、外力概算値（ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚ）を下記式（８）に入力して、外力（力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと、モーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を算出する。下記式（８）において、Ｐｃは、外力概算値（ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚ）から外力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を算出するための行列である。以下、Ｐｃを補正行列と呼ぶ。補正行列Ｐｃは、６×７行列である。補正行列Ｐｃを含む式（８）は、例えば、演算処理部９の内部記憶装置９ｆ（図１５参照）に記憶されている。
【数１】
2020038126.tif 000003
【００８８】
ところで、弾性体４に外力Ｆｚが加えられると、力覚センサ１は、その構造により、外力概算値ｆｚだけでなく、外力概算値ｆｘ、ｆｙ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚも出力する。詳しく説明すると、図１及び図２に示したように、力覚センサ１は弾性体４を備える。弾性体４は、例えばコイルバネ状である。弾性体４に外力Ｆｚが加えられると、弾性体４は捩じれながらＺ軸方向に変位する。この捩じれの変位量が、光センサ３５から３８によって検出される。その結果、外力概算値ｆｚだけでなく、外力概算値ｆｘ、ｆｙ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚも出力される。このように、外力が加えられた方向だけでなく、外力が加えられていない方向でも外力概算値が出力されることを、本実施形態では「他軸干渉」という。他軸干渉により、本来はゼロとなるべき外力概算値が、ゼロ以外の値で出力される。
【００８９】
補正行列Ｐｃは、この他軸干渉を除去するための行列である。演算補正部９９は、ゼロとなるべき外力がゼロとなるように、全ての外力概算値（ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚ）を式（８）に入力して、外力（力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと、モーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を算出する。これにより、演算補正部９９は、他軸干渉が除去された外力を算出する。なお、補正行列Ｐｃの求め方は後述する。
【００９０】
このように、力覚センサ１は、光センサ３１から３４の各出力値の変化に基づいて、Ｚ軸方向の力Ｆｚを検出できる。力覚センサ１は、光センサ３２及び光センサ３４の各出力値の変化に基づいて、Ｘ軸廻りのモーメントＭｘを検出できる。力覚センサ１は、光センサ３１、３３の各出力値の変化に基づいて、Ｙ軸廻りのモーメントＭｙを検出できる。力覚センサ１は、光センサ３６、３８の各出力値の変化に基づいて、Ｘ軸方向の力Ｆｘを検出できる。力覚センサ１は、光センサ３５、３７の各出力値の変化に基づいて、Ｙ軸方向の力Ｆｙを検出できる。力覚センサ１は、光センサ３５から３８の各出力値の変化に基づいて、Ｚ軸廻りのモーメントＭｚを検出できる。すなわち、力覚センサ１は６つの外力を検出できる。
【００９１】
制御部１００は、力覚センサ１（図１参照）の外部に位置する。制御部１００は、力覚センサ１の演算処理部９が算出する外力（力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと、モーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を受信する。そして、制御部１００は、力覚センサ１から受信した外力（力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと、モーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）に基づいてモータを制御する。具体的には、制御部１００は、モータの回転方向及び回転数を制御する。
【００９２】
なお、支持体２、第１基板３、弾性体４、第２基板５及び天板６のＺ軸方向から見た形状は必ずしも円形でなくてもよく、例えば楕円又は多角形等であってもよい。また、第１突起５１、第２突起５２、第３突起５３及び第４突起５４の形状は、必ずしも直方体状でなくてもよく、例えば多角柱等であってもよい。また、光センサ３１から３８の各位置は、上述した位置からずれていてもよい。また、少なくとも光センサ３１から３８が設けられていればよく、他にセンサが設けられてもよい。
【００９３】
なお、上述した説明では、基準状態における光センサ３１から３８の各出力補正値を０としたが、基準状態における各出力補正値は実際には０とは限らない。例えば、基準状態における出力補正値Ｓ１からＳ８がそれぞれｓ１０、ｓ２０、ｓ３０、ｓ４０、ｓ５０、ｓ６０、ｓ７０、ｓ８０であると仮定する。そして、天板６に外力が作用すると各出力補正値がそれぞれｓ１１、ｓ２１、ｓ３１、ｓ４１、ｓ５１、ｓ６１、ｓ７１、ｓ８１に変化すると仮定する。このような場合、上述した式（２）から式（７）においてｓ１に（ｓ１１−ｓ１０）を代入し、ｓ２に（ｓ２１−ｓ２０）を代入し、ｓ３に（ｓ３１−ｓ３０）を代入し、ｓ４に（ｓ４１−ｓ４０）を代入し、ｓ５に（ｓ５１−ｓ５０）を代入し、ｓ６に（ｓ６１−ｓ６０）を代入し、ｓ７に（ｓ７１−ｓ７０）を代入し、ｓ８に（ｓ８１−ｓ８０）を代入すればよい。
【００９４】
次に、上述の式（１）における補正係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉ、ｄｉの求め方を説明する。図１８は、本実施形態に係る補正係数を求めるための検査装置の構成例を示す模式図である。図１９は、本実施形態に係る補正係数を求めるための検査手順を示すフローチャートである。図１８に示すように、実施形態に係る検査装置２００は、コンピュータ２１０と、ステージ２２０と、外力付加装置２３０と、第１配線２４０と、第２配線２５０とを備える。第１配線２４０は、コンピュータ２１０と力覚センサ１の演算処理部９（図１５参照）とを接続する。また、第２配線２５０は、コンピュータ２１０と外力付加装置２３０とを接続する。本実施形態では、検査装置２００が、力覚センサ１に外力（力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと、モーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を加えて、補正係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉ、ｄｉを求める。
【００９５】
まず、図１９のステップＳＴ１では、検査装置２００に力覚センサ１が接続される。例えば、組み立て後の力覚センサ１がステージ２２０に固定される。また、これと前後して、組み立て後の力覚センサ１が、第１配線２４０を介してコンピュータ２１０に接続される。これらの作業は、作業者がマニュアル操作で行ってもよいし、検査装置２００が自動で行ってもよい。これにより、光センサ３１から３８は、コンピュータ２１０に接続される。
【００９６】
次に、検査装置２００は、力覚センサ１にＸ軸方向の力Ｆｘを加えると共に、光センサ３１から３８の各出力値を取得する（ステップＳＴ２）。例えば、検査装置２００は、外力付加装置２３０を力覚センサ１の天板６に接触させる。そして、検査装置２００は、外力付加装置２３０をＸ軸方向に移動させて、力覚センサ１にＸ軸方向の力Ｆｘを加える。力Ｆｘの大きさは予め設定された値であり、既知の値である。また、力Ｆｘの付加と並行して、検査装置２００は、光センサ３１から３８から出力される出力値Ｓ１ｄからＳ８ｄ（図１７参照）を取得する。
【００９７】
検査装置２００は、力覚センサ１に対する力Ｆｘの付加を異なる大きさで複数回行い、その都度、光センサ３１から３８の各出力値を取得する。なお、ステップＳＴ２で設定される力Ｆｘの大きさは、力覚センサ１による力Ｆｘの定格測定範囲の下限よりも小さい値（ただし、下限が０の場合は、０又は０付近の値）と、力Ｆｘの定格測定範囲の上限よりも大きい値と、力Ｆｘの定格測定範囲の下限以上かつ上限以下の値と、を含むように設定されることが好ましい。定格測定範囲とは、力覚センサ１によって実際に測定されることが予定されている範囲のことである。
【００９８】
次に、検査装置２００は、力覚センサ１にＹ軸方向の力Ｆｙを加えると共に、光センサ３１から３８の各出力値を取得する（ステップＳＴ３）。例えば、検査装置２００は、外力付加装置２３０をＹ軸方向に移動させて、力覚センサ１にＹ軸方向の力Ｆｙを加える。力Ｆｙの大きさは予め設定された値であり、既知の値である。また、力Ｆｙの付加と並行して、検査装置２００は、光センサ３１から３８から出力される出力値Ｓ１ｄからＳ８ｄを取得する。検査装置２００は、力覚センサ１に対する力Ｆｙの付加を異なる大きさで複数回行い、その都度、光センサ３１から３８の各出力値を取得する。なお、ステップＳＴ３で設定される力Ｆｙの大きさは、力覚センサ１による力Ｆｙの定格測定範囲の下限よりも小さい値（ただし、下限が０の場合は、０又は０付近の値）と、力Ｆｙの定格測定範囲の上限よりも大きい値と、力Ｆｙの定格測定範囲の下限以上かつ上限以下の値と、を含むように設定されることが好ましい。
【００９９】
次に、検査装置２００は、力覚センサ１にＺ軸方向の力Ｆｚを加えると共に、光センサ３１から３８の各出力値を取得する（ステップＳＴ４）。例えば、検査装置２００は、外力付加装置２３０をＺ軸方向に移動させて、力覚センサ１にＺ軸方向の力Ｆｚを加える。力Ｆｚの大きさは予め設定された値であり、既知の値である。また、力Ｆｚの付加と並行して、検査装置２００は、光センサ３１から３８から出力される出力値Ｓ１ｄからＳ８ｄを取得する。検査装置２００は、力覚センサ１に対する力Ｆｚの付加を異なる大きさで複数回行い、その都度、光センサ３１から３８の各出力値を取得する。なお、ステップＳＴ４で設定される力Ｆｚの大きさは、力覚センサ１による力Ｆｚの定格測定範囲の下限よりも小さい値（ただし、下限が０の場合は、０又は０付近の値）と、力Ｆｚの定格測定範囲の上限よりも大きい値と、力Ｆｚの定格測定範囲の下限以上かつ上限以下の値と、を含むように設定されることが好ましい。
【０１００】
次に、検査装置２００は、力覚センサ１にＸ軸廻りにモーメントＭｘを加えると共に、光センサ３１から３８の各出力値を取得する（ステップＳＴ５）。例えば、検査装置２００は、外力付加装置２３０をＸ軸廻りに回転させて、力覚センサ１にＸ軸廻りのモーメントＭｘを加える。モーメントＭｘの大きさは予め設定された値であり、既知の値である。また、モーメントＭｘの付加と並行して、検査装置２００は、光センサ３１から３８から出力される出力値Ｓ１ｄからＳ８ｄを取得する。検査装置２００は、力覚センサ１に対するモーメントＭｘの付加を異なる大きさで複数回行い、その都度、光センサ３１から３８の各出力値を取得する。なお、ステップＳＴ５で設定されるモーメントＭｘの大きさは、力覚センサ１によるモーメントＭｘの定格測定範囲の下限よりも小さい値（ただし、下限が０の場合は、０又は０付近の値）と、モーメントＭｘの定格測定範囲の上限よりも大きい値と、モーメントＭｘの定格測定範囲の下限以上かつ上限以下の値と、を含むように設定されることが好ましい。
【０１０１】
次に、検査装置２００は、力覚センサ１にＹ軸廻りにモーメントＭｙを加えると共に、光センサ３１から３８の各出力値を取得する（ステップＳＴ６）。例えば、検査装置２００は、外力付加装置２３０をＹ軸廻りに回転させて、力覚センサ１にＹ軸廻りのモーメントＭｙを加える。モーメントＭｙの大きさは予め設定された値であり、既知の値である。また、モーメントＭｙの付加と並行して、検査装置２００は、光センサ３１から３８から出力される出力値Ｓ１ｄからＳ８ｄを取得する。検査装置２００は、力覚センサ１に対するモーメントＭｙの付加を異なる大きさで複数回行い、その都度、光センサ３１から３８の各出力値を取得する。なお、ステップＳＴ６で設定されるモーメントＭｙの大きさは、力覚センサ１によるモーメントＭｙの定格測定範囲の下限よりも小さい値（ただし、下限が０の場合は、０又は０付近の値）と、モーメントＭｙの定格測定範囲の上限よりも大きい値と、モーメントＭｙの定格測定範囲の下限以上かつ上限以下の値と、を含むように設定されることが好ましい。
【０１０２】
次に、検査装置２００は、力覚センサ１にＺ軸廻りにモーメントＭｚを加えると共に、光センサ３１から３８の各出力値を取得する（ステップＳＴ７）。例えば、検査装置２００は、外力付加装置２３０をＺ軸廻りに回転させて、力覚センサ１にＺ軸廻りのモーメントＭｚを加える。モーメントＭｚの大きさは予め設定された値であり、既知の値である。また、モーメントＭｚの付加と並行して、検査装置２００は、光センサ３１から３８から出力される出力値Ｓ１ｄからＳ８ｄを取得する。検査装置２００は、力覚センサ１に対するモーメントＭｚの付加を異なる大きさで複数回行い、その都度、光センサ３１から３８の各出力値を取得する。なお、ステップＳＴ７で設定されるモーメントＭｚの大きさは、力覚センサ１によるモーメントＭｚの定格測定範囲の下限よりも小さい値（ただし、下限が０の場合は、０又は０付近の値）と、モーメントＭｚの定格測定範囲の上限よりも大きい値と、モーメントＭｚの定格測定範囲の下限以上かつ上限以下の値と、を含むように設定されることが好ましい。
【０１０３】
次に、検査装置２００は、力覚センサ１の光センサ３１から３８の各出力値を、力覚センサ１の天板６に加えた外力に対して線形化する（ステップＳＴ８）。例えば、検査装置２００は、光センサ３１から３８の各出力値を外力に対してプロットし、プロットした複数の点を繋いだ曲線の式を算出する。検査装置２００は、光センサ３１から３８のそれぞれについて、曲線の式を算出する。
【０１０４】
図２０は、力覚センサに加えられた外力と光センサの出力値との関係の一例（第１の例）を示すグラフである。図２０に示すように、このグラフは下側に記載された第１横軸と、上側に記載された第２横軸とを有する。図２０において、第１横軸は力覚センサ１に加えられるＸ軸方向の力Ｆｘ（Ｎ）を示し、第２横軸は力覚センサ１に加えられるＺ軸廻りのモーメントＭｚ（Ｎ・ｍ）を示す。また、図２０において、縦軸は光センサ３６（図６参照）の出力値（Ｖ）を示す。光センサ３６の出力値は、力覚センサ１にＸ軸方向の力Ｆｘが加えられたときと、Ｚ軸廻りのモーメントＭｚが加えられたときに増大する。これは、図９に示したように、力覚センサ１に力Ｆｘが加えられたときに、光センサ３６と第２突起５２との距離が短くなるからである。また、図１４に示したように、力覚センサ１にモーメントＭｚが加えられたときに、光センサ３６と第２突起５２との距離が短くなるからである。
【０１０５】
図２０において、曲線Ｓ６（Ｆｘ）は、図２０のステップＳＴ２で光センサ３６から出力された複数の出力値の点をつないだ曲線である。また、曲線Ｓ６（Ｍｚ）は、図２０のステップＳＴ７で光センサ３６から出力された複数の出力値の点をつないだ曲線である。なお、図２０において、第１横軸が示す力Ｆｘ（Ｎ）と、第２横軸が示すモーメントＭｚ（Ｎ・ｍ）は、数値のスケールに違いがある場合がある。例えば、ｈｆ１は１００（Ｎ）であり、ｈｆ２は２００（Ｎ）である。ｈｍ１は０．５（Ｎ・ｍ）であり、ｈｍ２は１．５（Ｎ・ｍ）である。第１横軸と第２横軸との間には、数値だけを見ると１００倍程度の違いある。そこで、図２０では、第２横軸の数値にゲインαが乗算されている。これにより、図２０では、第１横軸と第２横軸とが同じスケールとなるように調整されている。
【０１０６】
図２１は、力覚センサに加えられた外力と光センサの出力値との関係の一例（第２の例）を示すグラフである。図２１において、第１横軸は力覚センサ１に加えられるＸ軸方向の力Ｆｘ（Ｎ）を示し、第２横軸は力覚センサ１に加えられるＺ軸廻りのモーメント−Ｍｚ（Ｎ・ｍ）を示す。また、図２１において、縦軸は光センサ３８（図６参照）の出力値（Ｖ）を示す。光センサ３８の出力値は、力覚センサ１にＸ軸方向の力Ｆｘが加えられたときと、Ｚ軸廻りのモーメント−Ｍｚが加えられたときに増大する。これは、図９に示したように、力覚センサ１に力Ｆｘが加えられたときに、光センサ３８と第４突起５４との距離が短くなるからである。また、力覚センサ１にモーメント−Ｍｚが加えられたときに、光センサ３８と第４突起５４との距離が短くなるからである。
【０１０７】
図２１において、曲線Ｓ８（Ｆｘ）は、図２１のステップＳＴ２で光センサ３８から出力された複数の出力値の点をつないだ曲線である。また、曲線Ｓ８（−Ｍｚ）は、図２１のステップＳＴ７で光センサ３８から出力された複数の出力値の点をつないだ曲線である。なお、図２０と同様、図２１においても、第２横軸の数値にはゲインαが乗算されている。これにより、図２１においても、第１横軸と第２横軸とが同じスケールとなるように調整されている。
【０１０８】
検査装置２００は、図２０に示した曲線Ｓ６（Ｆｘ）を構成する複数の点及び曲線Ｓ６（Ｍｚ）を構成する複数の点に基づいて、曲線Ｓ６の式を算出する。曲線Ｓ６は、例えば、力覚センサ１に加えられるＸ軸方向の力Ｆｘと光センサ３６の出力値との関係を示す曲線Ｓ６（Ｆｘ）と、力覚センサ１に加えられるＺ軸廻りのモーメントＭｚと光センサ３６の出力値との関係を示す曲線（Ｍｚ）と、の平均値を示す曲線である。曲線Ｓ６の式は、以下の式（１．６）で示される。式（１．６）は、例えば、疑似逆行列を導入した最小二乗法によって算出される。
【０１０９】
Ｙ＝ａ６×Ｘ３＋ｂ６×Ｘ２＋ｃ６×Ｘ＋ｄ６    ・・・（１.６）
【０１１０】
疑似逆行列を導入した最小二乗法によって、曲線Ｓ６（つまり、上記の式（１．６)）を算出する方法について説明する。光センサ３６の複数の出力値は、下記の式（９）で示される。
【数２】
2020038126.tif 000004
【０１１１】
上記の式（９）において、ｎは４以上の整数である。また、ｙ０、ｙ１…、ｙｎ−１は、光センサ３６の出力値を示す。ｘ０、ｘ１…、ｘｎ−１は、力覚センサ１に加えられた力Ｆｘ（Ｎ）の値、又は、モーメントＭｚ×ゲインαの値を示す。
【０１１２】
上記の式（９）は、下記の式（１０）のように示すことができる。
【数３】
2020038126.tif 000005
【０１１３】
また、上記の式（１０）は、下記の式（１１）のように示すことができる。式（１１）において、Ａ＋は、行列Ａの疑似逆行列を示す。
【数４】
2020038126.tif 000006
【０１１４】
上記の式（１１）は、下記の式（１２）のように示すことができる。式（１２）において、（Ａ＋Ａ−）−１は、行列（Ａ＋Ａ−）の逆行列を示す。また、ＡＴは、行列Ａの転置行列を示す。
【数５】
2020038126.tif 000007
【０１１５】
検査装置２００は、上記の式（１２）で得られた疑似逆行列Ａ＋を、上記の式（１１）に代入することによって、行列ｂの値を求めることができる。つまり、検査装置２００は光センサ３６について、上記の式（１.６）の補正係数ａ６、ｂ６、ｃ６、ｄ６を算出することができる。検査装置２００は、算出した補正係数ａ６、ｂ６、ｃ６、ｄ６を、図１５に示した演算処理部９の内部記憶装置９ｆに記憶させる。
【０１１６】
図１９のステップＳＴ８では、検査装置２００は、上記した光センサ３６の場合と同様の方法で、光センサ３５の曲線Ｓ５の式（１.５）、光センサ３７の曲線Ｓ７の式（１.７）、光センサ３８の曲線Ｓ８の式（１.８）、をそれぞれ算出する。検査装置２００は、下記の式（１．５）、（１．７）、（１．８）の各補正係数（ａ５、ｂ５、ｃ５、ｄ５）、（ａ７、ｂ７、ｃ７、ｄ７）、（ａ８、ｂ８、ｃ８、ｄ８）も疑似逆行列を用いて求め、その値を図１５に示した演算処理部９の内部記憶装置９ｆに記憶させる。
【０１１７】
Ｙ＝ａ５×Ｘ３＋ｂ５×Ｘ２＋ｃ５×Ｘ＋ｄ５    ・・・（１.５）
【０１１８】
Ｙ＝ａ７×Ｘ３＋ｂ７×Ｘ２＋ｃ７×Ｘ＋ｄ７    ・・・（１.７）
【０１１９】
Ｙ＝ａ８×Ｘ３＋ｂ８×Ｘ２＋ｃ８×Ｘ＋ｄ８    ・・・（１.８）
【０１２０】
一方、光センサ３１から３４については、モーメントＭｘ、Ｍｙに対して出力を線形化すればよい。力Ｆｚに対して出力を線形化する必要はない。その理由は、後述の図２２に示すように、力Ｆｚの変化量に対する光センサ３１の出力値の変化量は、モーメントＭｘ、Ｍｙの変化量に対する光センサ３１の出力値の変化量よりも十分に小さいからである（例えば、１／１０程度である）。光センサ３２から３４も同様である。
【０１２１】
図２２は、力覚センサに加えられた外力と光センサの出力値との関係の一例（第３の例）を示すグラフである。図２２において、第１横軸は力覚センサ１に加えられるＺ軸方向の力Ｆｚ（Ｎ）を示し、第２横軸は力覚センサ１に加えられるＹ軸廻りのモーメント−Ｍｙ（Ｎ・ｍ）を示す。また、図２２において、縦軸は光センサ３１（図６参照）の出力値（Ｖ）を示す。図２２に示すように、力Ｆｚの変化量に対する光センサ３１の出力値Ｓ１（Ｆｚ）の変化量は、モーメント−Ｍｙの変化量に対する光センサ３１の出力値Ｓ１（−Ｍｙ）の変化量よりも十分に小さい。
【０１２２】
このため、検査装置２００は、図２２に示した曲線Ｓ１（−Ｍｙ）を構成する複数の点に基づいて、曲線Ｓ１の式を算出する。同様に、検査装置２００は、曲線Ｓ２（Ｍｘ）を構成する複数の点に基づいて、曲線Ｓ２の式を算出する。検査装置２００は、曲線Ｓ３（Ｍｙ）を構成する複数の点に基づいて、曲線Ｓ３の式を算出する。検査装置２００は、曲線Ｓ４（−Ｍｘ）を構成する複数の点に基づいて、曲線Ｓ４の式を算出する。曲線Ｓ１からＳ４の式は、以下の式（１．１）から（１．４）で示される。検査装置２００は、下記の式（１．１）から（１．４）の各補正係数（ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１）から（ａ４、ｂ４、ｃ４、ｄ４）も疑似逆行列を用いて求め、その値を図１５に示した演算処理部９の内部記憶装置９ｆに記憶させる。
【０１２３】
Ｙ＝ａ１×Ｘ３＋ｂ１×Ｘ２＋ｃ１×Ｘ＋ｄ１    ・・・（１.１）
【０１２４】
Ｙ＝ａ２×Ｘ３＋ｂ２×Ｘ２＋ｃ２×Ｘ＋ｄ２    ・・・（１.２）
【０１２５】
Ｙ＝ａ３×Ｘ３＋ｂ３×Ｘ２＋ｃ３×Ｘ＋ｄ３    ・・・（１.３）
【０１２６】
Ｙ＝ａ４×Ｘ３＋ｂ４×Ｘ２＋ｃ４×Ｘ＋ｄ４    ・・・（１.４）
【０１２７】
次に、補正行列Ｐｃの求め方を説明する。検査装置２００は、上記の補正係数（ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１）から（ａ８、ｂ８、ｃ８、ｄ８）を求める検査（図１８から図２２参照）を行うことによって、力覚センサ１に加えた外力（力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと、モーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）に関するデータと、演算処理部９が算出した外力概算値（ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚ）のデータとを取得することができる。
【０１２８】
例えば、検査装置２００が力覚センサ１に力Ｆｘを加えると、弾性体４は捩じれながら変位するため、演算処理部９は外力概算値ｆｘだけでなく、他の外力概算値ｆｙ、ｆｚ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚも多少出力される。そのため、外力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚは、下記の式（１３）で示される。
【数６】
2020038126.tif 000008
【０１２９】
上記の式（１３）において、Ａ１からＡ６、Ｂ１からＢ６、Ｃ１からＣ６、Ｄ１からＤ６、Ｅ１からＥ６、Ｆ１からＦ６、Ｇ１からＧ６は、それぞれ変数である。
【０１３０】
また、上記の検査において、検査装置２００は、力覚センサ１に対して外力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚの付加をそれぞれｍ回（ｍは７以上の整数）ずつ行う。この場合、検査装置２００は、外力ＦｘのデータとしてＦｘ１からＦｘｍを得ることができ、外力概算値ｆｘのデータとしてｆｘ１からｆｘｍを得ることができる。また、検査装置２００は、外力ＦｙのデータとしてＦｙ１からＦｙｍを得ることができ、外力概算値ｆｙのデータとしてｆｙ１からｆｙｍを得ることができる。また、検査装置２００は、外力ＦｚのデータとしてＦｚ１からＦｚｍを得ることができ、外力概算値ｆｚのデータとしてｆｚ１からｆｚｍを得ることができる。また、検査装置２００は、外力ＭｘのデータとしてＭｘ１からＭｘｍを得ることができ、外力概算値ｍｘのデータとしてｍｘ１からｍｘｍを得ることができる。また、検査装置２００は、外力ＭｙのデータとしてＭｙ１からＭｙｍを得ることができ、外力概算値ｍｙのデータとしてｍｙ１からｍｙｍを得ることができる。また、検査装置２００は、外力ＭｚのデータとしてＭｚ１からＭｚｍを得ることができ、外力概算値ｍｚのデータとしてｍｚ１からｍｚｍを得ることができる。
【０１３１】
上記の検査により、外力Ｆｘ１からＦｘｍと外力概算値ｆｘ１からｆｘｍとの組み合わせ、外力Ｆｙ１からＦｙｍと外力概算値ｆｙ１からｆｙｍとの組み合わせ、外力Ｆｚ１からＦｚｍと外力概算値ｆｚ１からｆｚｍとの組み合わせ、外力Ｍｘ１からＭｘｍと外力概算値ｍｘ１からｍｘｍとの組み合わせ、外力Ｍｙ１からＭｙｍと外力概算値ｍｙ１からｍｙｍとの組み合わせ、外力Ｍｚ１からＭｚｍと外力概算値ｍｚ１からｍｚｍとの組み合わせ、はそれぞれ明らかとなっている。このため、外力Ｆｘ１からＭｚｍと、外力概算値ｆｘ１からｍｚｍは、式（１４）で示される。
【数７】
2020038126.tif 000009
【０１３２】
上記の式（１４）は、下記の式（１５）のように示すことができる。
【数８】
2020038126.tif 000010
【０１３３】
また、上記の式（１５）は、下記の式（１６）のように示すことができる。式（１６）において、Ｘ＋は、行列Ｘの疑似逆行列を示す。
【数９】
2020038126.tif 000011
【０１３４】
上記の式（１６）は、下記の式（１７）のように示すことができる。式（１７）において、（Ｘ＋Ｘ−）−１は、行列（Ｘ＋Ｘ−）の逆行列を示す。また、ＸＴは、行列Ｘの転置行列を示す。
【数１０】
2020038126.tif 000012
【０１３５】
検査装置２００は、上記の式（１７）で得られた疑似逆行列Ｘ＋を、上記の式（１６）に代入することによって、補正行列Ｐｃの値を求めることができる。検査装置２００は、補正行列Ｐｃを、図１５に示した演算処理部９の内部記憶装置９ｆに記憶させる。
【０１３６】
以上説明したように、本実施形態の力覚センサ１は、支持体２と、支持体２に支持される第１基板３と、一端が支持体２に支持され且つ他端が移動可能な弾性体４と、第１基板３に対向し、弾性体４の他端を支持する第２基板５と、第２基板５に設けられ、第１基板３に向かって突出する第１突起５１、第２突起５２、第３突起５３及び第４突起５４と、第１基板３に設けられ、一端に対する他端の変位量を検出する光センサ３１から３８と、弾性体４の他端に加えられた外力を算出する演算処理部９と、を備える。弾性体４は螺旋状のスリット４１を有する。Ｙ軸方向において光センサ３５が第１突起５１に対向し、Ｘ軸方向において光センサ３６が第２突起５２に対向し、Ｙ軸方向において光センサ３７が第３突起５３に対向し、Ｘ軸方向において光センサ３８が第４突起５４に対向している。また、Ｚ軸方向において、光センサ３１が第１突起５１に対向し、光センサ３２が第２突起５２に対向し、光センサ３３が第３突起５３に対向し、光センサ３４が第４突起５４に対向している。
【０１３７】
演算処理部９は、光センサ３１から３８の各出力値に基づいて、Ｘ軸方向の外力概算値ｆｘと、Ｙ軸方向の外力概算値ｆｙと、Ｚ軸方向の外力概算値ｆｚと、Ｙ軸廻りの外力概算値ｍｙと、Ｘ軸廻りの外力概算値ｍｘと、Ｚ軸廻りの外力概算値ｍｚと、を算出する演算部を有する。例えば、演算部は、ｆｚ演算部９９１、ｍｘ演算部９９２、ｍｙ演算部９９３、ｆｘ演算部９９４、ｆｙ演算部９９５及びｍｚ演算部９９６を含む。また、演算処理部９は、上述の補正行列Ｐｃを含む式（８）を記憶する内部記憶装置９ｆを有する。また、演算処理部９は、演算部が算出する全ての外力概算値ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚを式（８）に入力して力覚センサの他端に加えられた外力（力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｙと、モーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を算出する演算補正部９９、を有する。
【０１３８】
これによれば、演算補正部９９は、全ての外力概算値ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚに基づいて、力Ｆｘを算出することができる。同様に、演算補正部９９は、全ての外力概算値ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚに基づいて、力Ｆｙ、Ｆｙと、モーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚをそれぞれ算出することができる。これにより、演算処理部９は、力覚センサ１に加えられた外力をより正確に算出することができる。
【０１３９】
例えば、弾性体４は、Ｙ軸方向に力が加えられるとＹ軸方向に変位すると共に、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向、Ｘ軸廻り、Ｙ軸廻り及びＺ軸廻りにも変位する。この弾性体４にＹ軸方向の力のみが加えられたとき、演算処理部９は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の各力がゼロとなり、かつ、Ｘ軸廻り、Ｙ軸廻り及びＺ軸廻りの各モーメントもゼロとなるように補正の演算を行う。この補正の演算は、式（８）で示される。式（８）には、全ての外力概算値ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚが入力される。これにより、演算処理部９は、Ｙ軸方向に加えられた力Ｆｙをより正確に算出することができる。このため、本開示は、外力の検出精度をさらに高めることが可能な力覚センサ１を提供することができる。
【０１４０】
なお、上記の実施形態では、他軸干渉を除去するための補正行列Ｐｃを算出する方法として、検査装置２００が、１軸ごとの力又はモーメント（例えば、外力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を力覚センサ１の天板６に加えて、外力概算値ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚを取得することを説明した。そして、検査装置２００は、外力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚの各データと、外力概算値ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚの各データとに基づいて、補正行列Ｐｃを算出することを説明した。しかしながら、本実施形態において、補正行列Ｐｃの算出方法はこれに限定されない。
【０１４１】
本実施形態において、検査装置２００は、１軸ごとの力又はモーメント（以下、単軸荷重）ではなく、複数軸の力又はモーメント（以下、複合荷重）を力覚センサ１の天板６に加えて、外力概算値ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚを取得してもよい。例えば、検査装置２００は、複合荷重として、外力Ｆｘ及び外力Ｆｙを天板６に同時に加えて、外力概算値ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚを取得してもよい。そして、検査装置２００は、複合荷重のデータと、外力概算値ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ、ｍｘ、ｍｙ、ｍｚの各データとに基づいて、補正行列Ｐｃを算出してもよい。複合荷重の方向及び大きさが明確であれば、検査装置２００は、補正行列Ｐｃを精度良く算出することができる。
【０１４２】
なお、単軸荷重を用いる場合と、複合荷重を用いる場合とでは、行列Ｙの成分は異なるものとなる。式（１５）に示したように、単軸荷重を用いる場合、行列Ｙの成分は、天板６に加えられた単軸荷重の値（例えば、Ｆｘ１、Ｆｘ２、…Ｆｘｍ等）となる。これに対して、複合荷重を用いる場合、行列Ｙの成分は、天板６に加えられた複合荷重の値（例えば、Ｆｘｙ１、Ｆｘｙ２、…Ｆｘｙｍ等）となる。
【０１４３】
なお、複合荷重は、外力Ｆｘｙに限定されない。検査装置２００は、方向及び大きさが明確な任意の複合荷重を天板６に加えることができる。
【０１４４】
上記の実施形態では、例えば、光センサ３５が本開示の第１光センサに対応し、光センサ３６が本開示の第２光センサに対応している。また、光センサ３７が本開示の第３光センサに対応し、光センサ３８が本開示の第４光センサに対応し、光センサ３１が本開示の第５光センサに対応し、光センサ３２が本開示の第６光センサに対応し、光センサ３３が本開示の第７光センサに対応し、光センサ３４が本開示の第８光センサに対応している。また、Ｙ軸方向が本開示の第１方向に対応し、Ｘ軸方向が本開示の第２方向に対応し、Ｚ軸方向が本開示の第３方向に対応している。また、補正行列Ｐｃを含む式（８）が、本開示の式に対応している。内部記憶装置９ｆが本開示の記憶部に対応している。
【符号の説明】
【０１４５】
１  力覚センサ
２  支持体
３  第１基板
４  弾性体
５  第２基板
９  演算処理部
９ｆ  内部記憶装置
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８  光センサ
５１  第１突起
５２  第２突起
５３  第３突起
５４  第４突起
９９  演算補正部
１００  制御部
２００  検査装置
２１０  コンピュータ
２２０  ステージ
２３０  外力付加装置
２４０  第１配線
２５０  第２配線
９１１、９１２、９１３、９１４、９１５、９１６、９１７、９１８  出力補正部
【図１】
2020038126.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2020038126.tif 000026
【図１５】
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【図１６】
2020038126.tif 000028
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2020038126.tif 000031
【図２０】
2020038126.tif 000032
【図２１】
2020038126.tif 000033
【図２２】
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