(57)【要約】【課題】自己診断機能の一部として、力検出素子が正常に機能しているかどうか自己診断可能な多軸センサを提供する。【解決手段】多軸センサ１では、力検出素子Ｒ１１〜Ｒ６４が配置された第１可撓部１１１〜１１６を有する第１部材１００と、第１可撓部１１１〜１１６に対向する第２可撓部を有する第２部材と、第１可撓部１１１〜１１６と第２可撓部とを連結する連結体と、第２部材に所定の力を作用させる駆動部４０１〜４０３と、駆動部４０１〜４０３が第２部材に所定の力を作用させたときの力検出素子Ｒ１１〜Ｒ６４の出力に基づいて、力検出素子Ｒ１１〜Ｒ６４が正常であるか否かを判定する判定部とを備える。【選択図】図１
2010160099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
力検出素子が配置された第１可撓部を有する第１部材と、
前記第１可撓部に対向する第２可撓部を有する第２部材と、
前記第１可撓部と前記第２可撓部とを連結する連結体と、
前記第２部材に所定の力を作用させる駆動部と、
前記駆動部が前記第２部材に所定の力を作用させたときの前記力検出素子の出力に基づいて、前記力検出素子が正常であるか否かを判定する判定部とを備えることを特徴とする多軸センサ。
【請求項２】
前記第１部材は、中心軸の回りに等角度おきであって、且つ、前記中心軸から等距離に形成された複数の第１可撓部を備え、
前記第２部材は、中心軸の回りに等角度おきであって、且つ、前記中心軸から等距離に形成された複数の第２可撓部を備え、
前記駆動部は、前記第２部材において隣り合う２つの前記第２可撓部から等距離にある位置に所定の力を作用させることを特徴とする請求項１記載の多軸センサ。
【請求項３】
前記第１部材は、中心軸の回りに等角度おきであって、且つ、前記中心軸から等距離に形成された複数の第１可撓部を備え、
前記第２部材は、中心軸の回りに等角度おきであって、且つ、前記中心軸から等距離に形成された複数の第２可撓部を備え、
前記駆動部は、前記第２部材において全ての前記第２可撓部から等距離にある位置に所定の力を作用させることを特徴とする請求項１記載の多軸センサ。
【請求項４】
前記第１部材は、中心軸の回りに等角度おきであって、且つ、前記中心軸から等距離に形成された複数の第１可撓部を備え、
前記第２部材は、中心軸の回りに等角度おきであって、且つ、前記中心軸から等距離に形成された複数の第２可撓部を備え、
前記駆動部は、前記複数の第２可撓部ごとに設けられることを特徴とする請求項１記載の多軸センサ。
【請求項５】
前記判定部は、前記力検出素子の出力値が予め決められた下限値より大きく、かつ、予め決められた上限値より小さい場合に、前記力検出素子が正常であると判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多軸センサ。
【請求項６】
前記判定部は、少なくとも２つの力検出素子の出力変化が略等しい場合に、前記少なくとも２つの力検出素子が正常であると判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の多軸センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業ロボット等に適用され、多軸成分の力やモーメント等を検出可能な多軸センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、円盤形状のフランジから成る第１及び第２部材を備えた６軸センサが開示されている（特許文献１参照）。このような第１及び第２部材は、それぞれ対向する４つのダイヤフラムを有している。そして、これらのダイヤフラムには、８個の歪みゲージが配置され、配置された各歪みゲージを配線で接続することによってブリッジ回路が構成されている。このような構成よれば、各歪みゲージの抵抗値の変化に基づいて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向ごとに力やモーメントを検出可能である。
【特許文献１】特開２００３−４２２６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年の産業用ロボットの普及に伴い、その安全性が重要視され、産業用ロボットを対象とした国際安全規格（ISO 10218-1:2006）が制定されている。このような規格の中には、産業用ロボットの性能要求事項として、産業用ロボットの故障を検知し、故障時も安全を確保することが求められている。より具体的には、この安全性能は、安全カテゴリ（ISO 13849-1:1999）またはリスクアセスメントによって決定することが要求されている。そのため、産業用ロボットに利用される多軸センサにも故障を検知する自己診断機能を持つことが要求されるが、このような要求には未だ対応できていない。
【０００４】
本発明の目的は、自己診断機能の一部として、力検出素子が正常に機能しているかどうか自己診断可能な多軸センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明に係る多軸センサでは、力検出素子が配置された第１可撓部を有する第１部材と、第１可撓部に対向する第２可撓部を有する第２部材と、第１可撓部と第２可撓部とを連結する連結体と、第２部材に所定の力を作用させる駆動部と、駆動部が第２部材に所定の力を作用させたときの力検出素子の出力に基づいて、力検出素子が正常であるか否かを判定する判定部とを備える。
【０００６】
この多軸センサでは、第１可撓部に設けられた力検出素子が正常であるか否か判定できるため、つまり、自己診断で力検出素子の安全性を判断できるため、多軸センサを適用した産業用ロボット側にその判断結果を伝達できる。したがって、産業用ロボットは、多軸センサの安全性を合理的に確認した上で本格的な運転に移行でき、産業用ロボットの安全性能を向上できる。
【０００７】
第２の発明に係る多軸センサでは、第１の発明に係る多軸センサにおいて、第１部材は、中心軸の回りに等角度おきであって、且つ、中心軸から等距離に形成された複数の第１可撓部を備え、第２部材は、中心軸の回りに等角度おきであって、且つ、中心軸から等距離に形成された複数の第２可撓部を備え、駆動部は、第２部材において隣り合う２つの第２可撓部から等距離にある位置に所定の力を作用させる。
【０００８】
この多軸センサでは、駆動部が第２部材において隣り合う２つの第２可撓部から等距離にある位置に所定の力を作用させることで、隣り合う２つの第２可撓部に対応する力検出素子から略等しい出力変化を検出できる。この結果、判定部は、これらの出力変化が略等しいか否か判定するだけの簡単な演算で力検出素子が正常であるか否かを容易に判断できる。
【０００９】
第３の発明に係る多軸センサでは、第１の発明に係る多軸センサにおいて、第１部材は、中心軸の回りに等角度おきであって、且つ、中心軸から等距離に形成された複数の第１可撓部を備え、第２部材は、中心軸の回りに等角度おきであって、且つ、中心軸から等距離に形成された複数の第２可撓部を備え、駆動部は、第２部材において全ての第２可撓部から等距離にある位置に所定の力を作用させる。
【００１０】
この多軸センサでは、駆動部が第２部材において全ての第２可撓部から等距離にある位置に所定の力を作用させることで、全ての第２可撓部に対応する力検出素子から略等しい出力変化を検出できる。この結果、判定部は、これらの出力変化が略等しいか否か判定するだけの簡単な演算で力検出素子が正常であるか否かを容易に判断できる。
【００１１】
第４の発明に係る多軸センサでは、第１の発明に係る多軸センサにおいて、第１部材は、中心軸の回りに等角度おきであって、且つ、中心軸から等距離に形成された複数の第１可撓部を備え、第２部材は、中心軸の回りに等角度おきであって、且つ、中心軸から等距離に形成された複数の第２可撓部を備え、駆動部は、前記複数の第２可撓部ごとに設けられる。
【００１２】
この多軸センサでは、第２可撓部ごとに駆動部を配置することで、第２可撓部に設けられた力検出素子ごとに個別に出力変化を検出できる。したがって、判定部は、第２可撓部に設けられた力検出素子ごとに集中的に安全性を確認できる。この結果、判定部による力検出素子の安全確認を高精度に実現できる。
【００１３】
第５の発明に係る多軸センサでは、第１〜第４の発明のいずれかに係る多軸センサにおいて、判定部は、力検出素子の出力値が予め決められた下限値より大きく、かつ、予め決められた上限値より小さい場合に、力検出素子が正常であると判定する。
【００１４】
この多軸センサでは、判定部は、力検出素子の出力値が下限値と上限値の範囲内にあるか否か判断するだけの簡単な比較演算で、力検出素子が正常であるか否かを容易に判定できる。
【００１５】
第６の発明に係る多軸センサでは、第１〜第５の発明のいずれかに係る多軸センサにおいて、判定部は、少なくとも２つの力検出素子の出力変化が略等しい場合に、少なくとも２つの力検出素子が正常であると判定する。
【００１６】
この多軸センサでは、判定部は、少なくとも２つの力検出素子の出力変化が略等しいか否か判定するだけの簡単な演算で力検出素子が正常であるか否かを容易に判断できる。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００１８】
第１の発明では、第１可撓部に設けられた力検出素子が正常であるか否か判定できるため、つまり、自己診断で力検出素子の安全性を判断できるため、多軸センサを適用した産業用ロボット側にその判断結果を伝達できる。したがって、産業用ロボットは、多軸センサの安全性を合理的に確認した上で本格的な運転に移行でき、産業用ロボットの安全性能を向上できる。
【００１９】
また、第２の発明では、駆動部が第２部材において隣り合う２つの第２可撓部から等距離にある位置に所定の力を作用させることで、隣り合う２つの第２可撓部に対応する力検出素子から略等しい出力変化を検出できる。この結果、判定部は、これらの出力変化が略等しいか否か判定するだけの簡単な演算で力検出素子が正常であるか否かを容易に判断できる。
【００２０】
また、第３の発明では、駆動部が第２部材において全ての第２可撓部から等距離にある位置に所定の力を作用させることで、全ての第２可撓部に対応する力検出素子から略等しい出力変化を検出できる。この結果、判定部は、これらの出力変化が略等しいか否か判定するだけの簡単な演算で力検出素子が正常であるか否かを容易に判断できる。
【００２１】
また、第４の発明では、第２可撓部ごとに駆動部を配置することで、第２可撓部に設けられた力検出素子ごとに個別に出力変化を検出できる。したがって、判定部は、第２可撓部に設けられた力検出素子ごとに集中的に安全性を確認できる。この結果、判定部による力検出素子の安全確認を高精度に実現できる。
【００２２】
また、第５の発明では、判定部は、力検出素子の出力値が下限値と上限値の範囲内にあるか否か判断するだけの簡単な比較演算で、力検出素子が正常であるか否かを容易に判定できる。
【００２３】
また、第６の発明では、判定部は、少なくとも２つの力検出素子の出力変化が略等しいか否か判定するだけの簡単な演算で力検出素子が正常であるか否かを容易に判断できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下、図面に基づいて、本発明の第１実施形態に係る６軸センサ１（多軸センサ）について説明する。図１は、フランジ２００（第２部材）側からＺ軸方向にフランジ１００（第１部材）を透視した場合の各可撓部１１１〜１１６（第１可撓部）の配置を描いた平面図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ線の矢視断面図である。図３は、図１に示すＢ−Ｂ線の矢視断面図である。図１の各符号Ｃ１〜Ｃ６は、各可撓部１１１〜１１６の中心を示している。なお、この実施形態では説明の便宜上、ＸＹＺ三次元座標系を定義し、この座標系を参照しながら各部品の配置説明を行う。したがって、図２では、フランジ１００の表側面１００ａの中心位置を原点Ｏ、右水平方向をＸ軸、紙面に垂直手前方向をＹ軸、上垂直方向をＺ軸（中心軸）としてそれぞれ定義する。つまり、フランジ１００の表側面１００ａはＸＹ平面を規定し、フランジ１００の中心位置にＺ軸が通ることになる。
【００２５】
図１において、６軸センサ１は、金属などで形成された円盤形状のフランジ１００、２００に加わる多軸の力、モーメント、加速度、角加速度の少なくともいずれかを計測するセンサであり、これらのフランジ１００、２００に加えて、固定部３００と、アクチュエータ４０１〜４０３（駆動部）と、図示しないマイクロコンピュータ（判定部）とを有している。また、この６軸センサ１は、フランジ１００の裏側面１００ｂに取り付けられた複数の歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４（力検出素子）を有している。
【００２６】
図２に示すように、フランジ１００は、固定部３００上に固定されている。このフランジ１００は、可撓部１１１〜１１６を有している。これらの可撓部１１１〜１１６は薄肉状に形成されている。各可撓部１１１〜１１６の略中央部には、連結体１２１〜１２６がそれぞれ設けられている。フランジ２００は、フランジ１００の可撓部１１１〜１１６と対向する位置に可撓部２１１〜２１６（第２可撓部）を有している。これらの可撓部２１１〜２１６は、可撓部１１１〜１１６と同様に薄肉状に形成されると共に、その略中央部には連結体２２１〜２２６がそれぞれ設けられている。各可撓部１１１〜１１６、２１１〜２１６は、略中央部に連結体１２１〜１２６、２２１〜２２６をそれぞれ備えることにより円環形状となっている。
【００２７】
なお、図２では説明の便宜上、可撓部２１１、２１２、２１６及び連結体２２１、２２２、２２６についてのみ図示し、その他の可撓部２１３、２１４、２１５及び連結体２２３、２２４、２２５については図示を省略する。また、図３についても同様に説明の便宜上、可撓部２１１、２１４及び連結体２２１、２２４についてのみ図示し、その他の可撓部２１２、２１３、２１５、２１６及び連結体２２２、２２３、２２５、２２６については図示を省略する。
【００２８】
可撓部１１１〜１１６の連結体１２１〜１２６と、可撓部２１１〜２１６の連結体２２１〜２２６とは、図示しないボルト部材や溶接等の適当な手段を用いて強固に連結され、フランジ１００及びフランジ２００にそれぞれ設けた各可撓部及び各連結体は略対称となっている。また、連結体１２１〜１２６及び連結体２２１〜２２６は、このような強固な連結によって可撓部１１１〜１１６及び可撓部２１１〜２１６に比して強い剛性を持ち、一体とみなすことができる。なお、この例では、連結体１２１〜１２６と連結体２２１〜２２６とを別体で形成したが、一対の連結体１２１、２２１、連結体１２２、２２２、連結体１２３、２２３、連結体１２４、２２４、連結体１２５、２２５、連結体１２６、２２６をそれぞれ一体として形成し、このように一体形成した各連結体をフランジ１００またはフランジ２００の一部として結合してもよい。
【００２９】
図１に示すように、各可撓部１１１〜１１６は、フランジ１００の周方向に沿ってＺ軸を中心として等間隔をおいて形成されている。この例では、各可撓部１１１〜１１６は、６０度おきに配置されている。これらの可撓部１１１〜１１６は、Ｘ軸及びＹ軸の正方向及び負方向にそれぞれ配置されている。また、フランジ２００の可撓部２１１〜２１６は、可撓部１１１〜１１６と対向する位置に配置されている。よって、６軸センサ１は、３次元空間において直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の力とそれらの軸回りのモーメントを測定するための６軸力覚センサとして機能する。
【００３０】
固定部３００は、フランジ１００と対向する面の中央を凹状にし、周辺部でフランジ１００と結合しフランジ１００を支持する構造となっている。なお、この固定部３００は、歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４を保護する目的も有している。上述したように、フランジ１００には肉薄の可撓部１１１〜１１６が形成されており、フランジ２００には肉薄の可撓部２１１〜２１６が形成されているので、フランジ１００を固定部３００上に固定した状態でフランジ２００に何らかの力を加えると連結体１２１〜１２６と連結体２２１〜２２６を通じて可撓部１１１〜１１６に力が伝わり、力の大きさと方向に応じて可撓部１１１〜１１６に歪みが発生する構造となっている。すなわち、フランジ１００とフランジ２００、連結体１２１〜１２６、連結体２２１〜２２６によって、いわゆる起歪体が構成される。
【００３１】
図１に示すアクチュエータ４０１〜４０３は、ソレノイドで構成され、Ｚ軸を中心としてフランジ１００の周方向に沿って等間隔をおいて形成されている。この例では、アクチュエータ４０１〜４０３は、１２０度おきに配置されている。これらのアクチュエータ４０１〜４０３は、電源のオン／オフによって各シャフト４０１ａ〜４０３ａが変位する構造となっている。図２に示すように、電源がオフの状態にあるアクチュエータ４０２は、シャフト４０２ａがフランジ２００の内面から空隙ｇだけ隔離された状態で固定されている。なお、図２では図示を省略したが、アクチュエータ４０１、４０３についてもアクチュエータ４０２と同様に電源がオフの状態で、各シャフト４０１ａ、４０３ａがフランジ２００の内面から空隙ｇだけ隔離された状態で固定されている。
【００３２】
一方、電源がオンの状態にあるアクチュエータ４０１〜４０３は、各シャフト４０１ａ〜４０３ａをフランジ２００側に変位させて、フランジ２００を押し出してフランジ１００から隔離する動作を行う。このような押し出し動作は、シャフト４０１ａ〜４０３ａがフランジ２００の内面で作用点Ｐ１〜Ｐ３（図１参照）をそれぞれ押圧することによって実現される。これらの作用点Ｐ１〜Ｐ３は、それぞれ、可撓部１１１の中心Ｃ１と可撓部１１６の中心Ｃ６とのいずれからも等距離にある点、可撓部１１２の中心Ｃ２と可撓部１１３の中心Ｃ３とのいずれからも等距離にある点、可撓部１１４の中心Ｃ４と可撓部１１５の中心Ｃ５とのいずれからも等距離にある点に該当する。
【００３３】
また、フランジ２００の可撓部２１１〜２１６は、可撓部１１１〜１１６と対向する位置に配置されているため、平面視において、可撓部２１１〜２１６の各中心と、可撓部１１１〜１１６の各中心とは同じ位置にある。したがって、作用点Ｐ１〜Ｐ３は、それぞれ、可撓部２１１の中心と可撓部２１６の中心とのいずれからも等距離にある点、可撓部２１２の中心と可撓部２１３の中心とのいずれからも等距離にある点、可撓部２１４の中心と可撓部２１５の中心とのいずれからも等距離にある点にも該当する。
【００３４】
図１に示すように、各可撓部１１１〜１１６は、４個の歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４をそれぞれ有している。これらの歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４は、図２に示すように、フランジ１００の裏側面１００ｂにおいて各可撓部１１１〜１１６の外縁部と内縁部に配置されている。フランジ２００に力を加えた場合、各可撓部１１１〜１１６は、外縁部と内縁部の境界付近で最も大きな歪みが発生する。したがって、各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４は、このように最も歪みが発生しやすい部分で、可撓部１１１〜１１６の中心を通り、かつ、Ｚ軸に垂直な線Ｌ１１〜Ｌ１６上にそれぞれ配置されている。また、歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４は、線Ｌ１１〜Ｌ１６方向に最も感度が高くなるように設定されている。なお、図１〜図３では、各歪みゲージのリード線については図示を省略する。
【００３５】
歪みゲージＲ１１〜６４は、一種の抵抗体であり、歪みの発生する場所に貼り付けて使用するための検出素子である。このような歪みゲージは、歪みの発生による抵抗値の変化を検出することにより、歪みεを測定可能である。歪みゲージは、樹脂基材の上に金属箔のパターンを形成したものを適用可能である。また、フランジ１００の上に酸化シリコン等の絶縁膜を形成し、形成した絶縁膜の上に、ＣｒやＮｉの合金や酸化Ｃｒ等の金属薄膜で歪みゲージを形成してもよい。このような場合、歪みゲージを形成する面が平坦な１つの面であれば、フォトリソグラフィーの技術を利用してスパッタリング装置等で歪みゲージをプロセス的に形成できるため量産に適する。
【００３６】
（各可撓部の歪みの検知動作について）
図４〜図７は、フランジ２００に力やモーメントを加えた場合の歪みの検知動作を示す説明図であり、図４〜図６は、図１に示すＣ−Ｃ線の矢視断面図を、図７は、図１に示すＢ−Ｂ線の矢視断面図をそれぞれ示している。なお、ここでは特に、フランジ２００に加わる力やモーメントの各成分の内、Ｘ軸方向の力Ｆｘ、Ｚ軸方向の力Ｆｚ、Ｚ軸まわりのモーメントＭｚ、Ｘ軸まわりのモーメントＭｘについて、この順番で、図４〜図７を参照しつつ説明する。
【００３７】
（Ｘ軸方向の力Ｆｘ）
図４は、フランジ２００にＸ軸方向の力Ｆｘを加えたときに、フランジ１００の可撓部１１１とフランジ２００の可撓部２１１とが弾性変形した状態を示している。このとき加えられた力Ｆｘの向きは、可撓部１１１に歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４が配列された方向と一致するため（図２参照）、各歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４は大きな歪みを検知する。なお、図４では図示を省略したが、可撓部１１１と同様に、可撓部１１４についても、歪みゲージＲ４１〜Ｒ４４の配列方向が力Ｆｘの向きと一致するため（図１参照）、これらの歪みゲージＲ４１〜Ｒ４４は大きな歪みを検知する。一方、可撓部１１１、１１４を除いたその他の可撓部１１２、１１３、１１５、１１６（図１参照）については、歪みゲージＲ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３４、Ｒ５１〜Ｒ５４、Ｒ６１〜Ｒ６４の配列方向が力Ｆｘの向きと一致しないため、歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４とＲ４１〜Ｒ４４ほどの大きな歪みを検知しない。
【００３８】
（Ｚ軸方向の力Ｆｚ）
図５は、フランジ２００にＺ軸方向の力Ｆｚを加えたときに、可撓部１１１と可撓部２１１とが弾性変形した状態を示している。この状態では、可撓部１１１〜１１６（図１参照）が図示の如く弾性変形するので、可撓部１１１〜１１６の各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４は歪みを検知して同じパターンで変化する。
【００３９】
（Ｚ軸まわりのモーメントＭｚ）
図６は、フランジ２００にＺ軸回りに右回転するモーメントＭｚを加えたときに、可撓部１１１と可撓部２１１とが弾性変形した状態を示している。この状態では、連結体１２１〜１２６と連結体２２１〜２２６は、Ｚ軸を中心とする円周に沿って同じ回転方向に傾倒するように変位する。この変位に応じて、各可撓部１１１〜１１６も変位し、歪みが発生する。
【００４０】
（Ｘ軸まわりのモーメントＭｘ）
図７は、フランジ２００にＸ軸回りのモーメントＭｘを加えたときに、可撓部１１１、１１４と可撓部２１１、２１４とが弾性変形した状態を示している。この状態では、可撓部１１１、１１２、１１６は固定部３００側に押し出されると共に、可撓部１１３、１１４、１１５は固定部３００側と反対方向に離隔するように変位する（図１参照）。この変位に応じて、各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４が変化する。
【００４１】
以下では、フランジ２００に加わる力やモーメントの各成分の内、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、Ｙ軸まわりのモーメントＭｙについて説明する。
【００４２】
（Ｙ軸方向の力Ｆｙ）
フランジ２００にＹ軸方向の力Ｆｙを加えた場合、この力Ｆｘの向きは、可撓部１１１、１１４の各歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４、Ｒ４１〜Ｒ４４の配列方向と直交するため（図１参照）、これらの歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４、Ｒ４１〜Ｒ４４はほとんど歪みを検知しない。これに対して、可撓部１１２、１１３、１１５、１１６（図１参照）の各歪みゲージＲ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３４、Ｒ５１〜Ｒ５４、Ｒ６１〜Ｒ６４は、力Ｆｙの向きと歪みゲージ配列の角度に応じて、ある程度の歪みを検知する。
【００４３】
（Ｙ軸まわりのモーメントＭｙ）
フランジ２００にＹ軸回りのモーメントＭｙを加えた場合、可撓部１１２、１１３が固定部３００側に押し出されると共に、可撓部１１５、１１６は固定部３００側と反対方向に離隔するように変位する（図１参照）。この変位に応じて、歪みゲージＲ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３４、Ｒ５１〜Ｒ５４、Ｒ６１〜Ｒ６４がそれぞれ変化する。これに対し、可撓部１１１、１１４はＹ軸上にあるので、歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４、Ｒ４１〜Ｒ４４はあまり変化しない。
【００４４】
以上の検知動作を図１の歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４に適用すると、各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の抵抗値の変化は下記表１のようになる。ただし、抵抗値の増減（＋／−）のみ考慮し、変化の大きさは考慮していない。“＋”は引張歪みを検出し抵抗値が増加、“−”は圧縮歪みを検出し抵抗値が減少、“０”は歪みがほとんど発生せず抵抗値がほとんど変化しないことを示す。反対方向の力やモーメントの場合は、符号の＋／−が入れ替わる。
【００４５】
【表１】
2010160099.tif 000003
【００４６】
上記表１より、２４個の独立した変数と見なせる抵抗Ｒ１１〜Ｒ６４を利用して６軸の力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚを求めることができる。
【００４７】
本実施形態では、以下に説明するように組分けして各組毎に独立して力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚを求めるものとする。
【００４８】
すなわち、歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４、Ｒ３１〜Ｒ３４、Ｒ５１〜Ｒ５４を第１グループとし、歪みゲージＲ２１〜Ｒ２４、Ｒ４１〜Ｒ４４、Ｒ６１〜Ｒ６４を第２グループとする。この二つの歪みゲージのグループは、相互に、空間的にＺ軸を中心として点対称に配置された関係であり、夫々、Ｘ軸及びＹ軸に関して線対称に配置された関係となっている。
【００４９】
図８は、各可撓部１１１〜１１６に構成された６個のブリッジ回路の回路図とそれらの位置関係を示した説明図である。図８に示すように、歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４、Ｒ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３４、Ｒ４１〜Ｒ４４、Ｒ５１〜Ｒ５４、Ｒ６１〜Ｒ６４は、各可撓部１１１〜１１６毎にブリッジ回路を構成するように配線されている。
【００５０】
このように構成されたブリッジ回路に一定の電圧又は電流を印加すると、フランジ２００に作用する６軸の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚの大きさに応じて、可撓部１１１〜１１６に歪みが発生する。この歪みの発生に応じて、第１グループと第２グループの隣接する各２個の歪みゲージの抵抗値が表１のように変化し、各節点の出力電圧Ｖ１１〜Ｖ６２が変化する。この性質を利用すれば、出力電圧Ｖ１１〜Ｖ６２を測定することにより、６軸の力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚを求めることができる。これが本実施形態における歪み検出の基本的原理である。
【００５１】
以下、ブリッジ回路の出力電圧Ｖ１１〜Ｖ６２に基づいて、６軸の力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚを算出する演算の内容を詳細に説明する。なお、この演算として二種類の演算を例示する。第１の演算は、演算内容が簡易で取り扱いが容易であり、第２の演算は、演算内容が複雑であるが検出精度に優れる。まず、第１の演算について説明し、次いで、第２の演算を説明する。
【００５２】
（第１の演算）
まず、適宜の治具を用いて、６軸の力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、
Ｍｚのうち一つずつを単独で６軸センサ１に対して加えてゆき、６軸の力及びモーメント
Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚと、第１グループの６つの出力電圧Ｖ１１、Ｖ１２
、Ｖ３１、Ｖ３２、Ｖ５１、Ｖ５２と、の関係を表す係数である特性行列［Ａ１］を求め
る。同様に、６軸の力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚと、第２グル
ープの６つの出力電圧Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ４１、Ｖ４２、Ｖ６１、Ｖ６２と、の関係を表
す係数である特性行列［Ａ２］を求める。これらを数式で表すと、下記式（１）及び（２
）となる。ただし、［Ａ１］及び［Ａ２］は、６行６列の特性行列である。
【００５３】
【数１】
2010160099.tif 000004
【００５４】
【数２】
2010160099.tif 000005
【００５５】
上記式（１）及び（２）に、上記特性行列の逆行列を左側からかけると、下記式（３）及び（４）となる。
【００５６】
【数３】
2010160099.tif 000006
【００５７】
【数４】
2010160099.tif 000007
【００５８】
ここで、上記式（３）により求めた６軸の力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、
Ｍｙ、Ｍｚと、上記式（４）により求めた６軸の力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍ
ｘ、Ｍｙ、Ｍｚは、計算過程が異なるので、下記式（５）及び（６）のように添え字を付
して区別することとする。
【００５９】
【数５】
2010160099.tif 000008
【００６０】
【数６】
2010160099.tif 000009
【００６１】
上記の式（５）及び（６）を以下、干渉除去演算とも称する。
【００６２】
上記の式（５）及び（６）により、第１グループに係る６軸の力及びモーメントＦｘ１〜Ｍｚ１と、第２グループに係る６軸の力及びモーメントＦｘ２〜Ｍｚ２とを求めることができる。なお、歪みゲージの特性上、上記の出力電圧Ｖ１１〜Ｖ６２の電圧変化は微少であるから、これらの出力電圧を例えばＯＰアンプなどの増幅器に入力して信号を適宜に拡大する。
【００６３】
そして、第１グループに係る６軸の力及びモーメントＦｘ１〜Ｍｚ１と、第２グループに係る６軸の力及びモーメントＦｘ２〜Ｍｚ２と、に基づいて、６軸センサ１の出力として６軸の力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚを算出する。具体的には、第１グループに係る６軸の力及びモーメントＦｘ１〜Ｍｚ１と、第２グループに係る６軸の力及びモーメントＦｘ２〜Ｍｚ２と、の平均値を算出し、この平均値を、６軸センサ１の出力に係る６軸の力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚとする。
【００６４】
（第２の演算）
上述の第１の演算では、６つのブリッジ回路の出力電圧を単純に増幅して６軸の力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚを求める手順であった。これに対し、第２の演算では、６つのブリッジ回路の出力電圧を、６軸の力情報に近い中間的な変数に予め変換してから上記の干渉除去演算を行うこととしている。これによれば、６軸の力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚの検出感度を向上できる。以下、この第２の演算を詳細に説明する。
【００６５】
まず、上記の表１より、第１グループに属する歪みゲージの抵抗値を利用して、上記の中間的な変数Ｆｘ１０、Ｆｙ１０、Ｆｚ１０、Ｍｘ１０、Ｍｙ１０、Ｍｚ１０を下記式（７）のようにして求める。
【００６６】
【数７】
2010160099.tif 000010
【００６７】
同様に、上記の表１より、第２グループに属する歪みゲージの抵抗値を利用して、上記の中間的な変数Ｆｘ２０、Ｆｙ２０、Ｆｚ２０、Ｍｘ２０、Ｍｙ２０、Ｍｚ２０を下記式（８）のようにして求める。
【００６８】
【数８】
2010160099.tif 000011
【００６９】
上記式（７）及び（８）の演算は、各歪みゲージの抵抗値を直接測定して行ってもよく、適当な手段（ブリッジ回路）を用いて抵抗値を電圧値又は電流値に変換して行ってもよい。また、抵抗値や電圧値、電流値などのアナログ信号をＡ／Ｄ変換器を用いてデジタル信号に変換し、その後に上記式（７）及び（８）の演算を行ってもよい。Ａ／Ｄ変換器を用いてデジタル信号とした上で上記の各演算を行う場合は、例えばマイクロコンピュータや汎用ＰＣなどを用いることが好ましい。
【００７０】
ここで、上記式（７）及び（８）内の抵抗値の差である（Ｒｎ１−Ｒｎ２）や（Ｒｎ３−Ｒｎ４）（ただし、ｎ＝１〜６）に着目すると、各抵抗付近の可撓部１１１〜１１６と連結体１２１〜１２６の傾き具合を表しているとも言える。すなわち、可撓部１１１〜１１６と連結体１２１〜１２６の傾き具合による第１グループと第２グループの隣接する２個の歪みゲージの抵抗値の差を検出することにより、各グループ毎の６軸の力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚを求めることができる。実際には、上記式（７）や（８）の抵抗値を直接測定して演算するよりも、図８に示されるハーフブリッジを構成し、各ブリッジ回路の出力電圧Ｖ１１〜Ｖ６２に基づいて各グループ毎の６軸の力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚを算出する方が容易であり且つ演算の本質を失わないので以下にその方法を説明する。
【００７１】
図９及び図１０は、ブリッジ回路の出力電圧を示すベクトル図である。すなわち、フランジ２００に対して平行な力を加えた場合、出力電圧Ｖ１１〜Ｖ６２の変化量（感度）は、歪みゲージの配列方向が最大となることと変化の方向（増減）を考慮すると、出力電圧Ｖ１１〜Ｖ６２のベクトルは、図９及び図１０に示される通りとなる。したがって、可撓部１１１〜１１６に作用するフランジ２００と平行な力の成分は、下記式（９）で表せる。
【００７２】
【数９】
2010160099.tif 000012
【００７３】
一方、フランジ２００に対して垂直な力を加えた場合、出力電圧Ｖ１１〜Ｖ６２の変化の方向（増減）は同じとなる。したがって、可撓部１１１〜１１６に作用するフランジ２００に対して垂直な力の成分は、下記式（１０）で表せる。
【００７４】
【数１０】
2010160099.tif 000013
【００７５】
６軸の力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚのうち力Ｆｘ、Ｆｙ、モーメントＭｚはフランジ２００に対して平行な成分の力しか加わらないので、上記式（７）のＦｘ１０、Ｆｙ１０、Ｍｚ１０及び上記式（８）の力Ｆｘ２０、Ｆｙ２０、モーメントＭｚ２０は、上記式（９）の出力電圧で、一方、力Ｆｚ、モーメントＭｘ、Ｍｙはフランジ２００に対して垂直な成分の力しか加わらないので、上記式（７）のＦｚ１０、Ｍｘ１０、Ｍｙ１０及び上記式（８）の力Ｆｚ２０、モーメントＭｘ２０、Ｍｙ２０は、上記式（１０）の出力電圧で、置き換えることができる。
【００７６】
したがって、第１グループの上記式（７）については、下記式（１１）と書き直せる。
【００７７】
【数１１】
2010160099.tif 000014
【００７８】
同様に、第２グループの上記式（８）については、下記式（１２）と書き直せる。
【００７９】
【数１２】
2010160099.tif 000015
【００８０】
ここで、上記式（５）のＶ１１に上記式（１１）のＦｘ１０を代入する如く下記式（１３）を適用すると、上記の式（５）及び（６）により、第１グループに係る６軸の力及びモーメントＦｘ１〜Ｍｚ１と、第２グループに係る６軸の力及びモーメントＦｘ２〜Ｍｚ２とを求めることができる。
【００８１】
【数１３】
2010160099.tif 000016
【００８２】
注目すべきは、上記式（１１）及び（１２）は、出力電圧Ｖ１１〜Ｖ６２の多数項の加減算式であり、第１の演算と比較して、感度が高くなることが理解されよう。
【００８３】
そして、第１グループに係る６軸の力及びモーメントＦｘ１〜Ｍｚ１と、第２グループに係る６軸の力及びモーメントＦｘ２〜Ｍｚ２と、に基づいて、６軸センサ１の出力として６軸の力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚを算出する。具体的には、第１グループに係る６軸の力及びモーメントＦｘ１〜Ｍｚ１と、第２グループに係る６軸の力及びモーメントＦｘ２〜Ｍｚ２と、の平均値を算出し、この平均値を、６軸センサ１の出力に係る６軸の力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚとする。
【００８４】
以上に、ブリッジ回路の出力である電圧Ｖ１１〜Ｖ６２に基づいて、６軸の力及びモーメントＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚを算出する演算を二通り、説明した。以下では、本実施形態の６軸センサ１による各歪みゲージの異常判定動作について説明する。
【００８５】
（各歪みゲージの異常判定動作について）
図１１は、本実施形態に係る各歪みゲージの異常判定動作を示す説明図である。図１１に示すように、アクチュエータ４０２は、電源がオンの状態で、シャフト４０２ａをフランジ２００側に変位させて、フランジ２００の内面で可撓部１１２の中心Ｃ２と可撓部１１３の中心Ｃ３とのいずれからも等距離にある作用点Ｐ２（図１参照）を力Ｆで押圧する。この押圧によって、フランジ１００にはＹ軸回りのモーメントＭｙが発生し、可撓部１１２の歪みゲージＲ２１〜Ｒ２４と、可撓部１１３の歪みゲージＲ３１〜Ｒ３４には、それらの位置に応じて対称的にほぼ等しい歪みが発生する。このとき、歪みゲージＲ２１〜Ｒ２４と歪みゲージＲ３１〜Ｒ３４が正常であれば、図４に示したブリッジ回路の出力Ｖ２１、Ｖ３２と、出力Ｖ２２、Ｖ３１とは略同じ出力変化を示す。よって、ブリッジ回路の出力Ｖ２１、Ｖ３２と、出力Ｖ２２、Ｖ３１とを適当な方法で比較し、これらの出力変化が略同じ場合、歪みゲージＲ２１〜Ｒ２４と歪みゲージＲ３１〜Ｒ３４は正常であると判定できる。
【００８６】
一方、出力変化が大きく異なる場合、歪みゲージＲ２１〜Ｒ２４と歪みゲージＲ３１〜Ｒ３４の少なくとも１つが異常であると判定できる。なお、図１１ではアクチュエータ４０１、４０３について図示を省略したが、これらのアクチュエータについても、アクチュエータ４０２と同様に電源がオンの状態で、シャフト４０１ａ、４０３ａがフランジ２００の内面で作用点Ｐ１、Ｐ３をそれぞれ押圧することによって、歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４と歪みゲージＲ６１〜Ｒ６４や、歪みゲージＲ４１〜Ｒ４４と歪みゲージＲ５１〜Ｒ５４の異常判定動作を実現可能である。なお、以下では、さらに精度の高い異常検出が必要な場合に有効となる各歪みゲージの異常判定動作について説明する。
【００８７】
図１２は、本実施形態に係る各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の異常判定動作を示すフローチャートである。なお、図１２に示す動作は、マイクロコンピュータが、内蔵されたＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによって実現される。
【００８８】
まず、ステップＳ１００において、マイクロコンピュータは、フランジ２００に外力が作用していない状態（無負荷状態）であるか否かを判定する。無負荷状態の場合、処理はステップＳ１０２に移行する。一方、フランジ２００に外力が作用している場合、処理はステップＳ１００を繰り返す。
【００８９】
ステップＳ１０２において、マイクロコンピュータは、アクチュエータ４０１〜４０３の電源をオフする。そして、処理はステップＳ１０４に移行する。
【００９０】
ステップＳ１０４において、マイクロコンピュータは、ブリッジ回路の各出力Ｖ１１〜Ｖ６２が、下限値Ｖ１１Ｌ〜Ｖ６２Ｌより大きく、かつ、上限値Ｖ１１Ｈ〜Ｖ６２Ｈより小さいか否かを判定する。なお、この下限値及び上限値は、アクチュエータ４０１〜４０３の電源がオフの状態にあるときに各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４が正常と判断される値（例えば、下限値が２．４Ｖ、上限値が２．６Ｖ）に予め定められている。そして、各出力Ｖ１１〜Ｖ６２が、下限値Ｖ１１Ｌ〜Ｖ６２Ｌより大きく、かつ、上限値Ｖ１１Ｈ〜Ｖ６２Ｈより小さい場合、処理はステップＳ１０６に移行する。一方、それ以外の場合、処理はステップＳ１２８に移行する。
【００９１】
ステップＳ１０６において、マイクロコンピュータは、アクチュエータ４０１の電源をオンすると共に、アクチュエータ４０２、４０３の電源をオフする。電源がオン状態にあるアクチュエータ４０１は、シャフト４０１ａをフランジ２００側に変位させて、フランジ２００の内面において作用点Ｐ１（図１参照）を押圧する。そして、処理はステップＳ１０８に移行する。
【００９２】
ステップＳ１０８において、マイクロコンピュータは、ブリッジ回路の各出力Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ６１、Ｖ６２が、下限値Ｖ１１ＬＬ、Ｖ１２ＬＬ、Ｖ６１ＬＬ、Ｖ６２ＬＬより大きく、かつ、上限値Ｖ１１ＨＨ、Ｖ１２ＨＨ、Ｖ６１ＨＨ、Ｖ６２ＨＨより小さいか否かを判定する。なお、この下限値及び上限値は、アクチュエータ４０１の電源がオンの状態であり、かつ、アクチュエータ４０２、４０３の電源がオフの状態にあるときに各歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４、Ｒ６１〜Ｒ６４が正常と判断される値に予め定められている。そして、各出力Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ６１、Ｖ６２が、下限値Ｖ１１ＬＬ、Ｖ１２ＬＬ、Ｖ６１ＬＬ、Ｖ６２ＬＬより大きく、かつ、上限値Ｖ１１ＨＨ、Ｖ１２ＨＨ、Ｖ６１ＨＨ、Ｖ６２ＨＨより小さい場合、処理はステップＳ１１０に移行する。一方、それ以外の場合、処理はステップＳ１２８に移行する。
【００９３】
ステップＳ１１０において、マイクロコンピュータは、ブリッジ回路出力Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ６１、Ｖ６２の各変化量ΔＶ１１、ΔＶ１２、ΔＶ６１、ΔＶ６２を求め、変化量ΔＶ１１が変化量ΔＶ６２に略等しく、かつ、変化量ΔＶ１２が変化量ΔＶ６１に略等しいか否かを判定する。そして、変化量ΔＶ１１が変化量ΔＶ６２に略等しく、かつ、変化量ΔＶ１２が変化量ΔＶ６１に略等しい場合、処理はステップＳ１１２に移行する。一方、それ以外の場合、処理はステップＳ１２８に移行する。
【００９４】
ステップＳ１１２において、マイクロコンピュータは、アクチュエータ４０２の電源をオンすると共に、アクチュエータ４０１、４０３の電源をオフする。電源がオン状態にあるアクチュエータ４０２は、シャフト４０２ａをフランジ２００側に変位させて、フランジ２００の内面において作用点Ｐ２（図１参照）を押圧する。そして、処理はステップＳ１１４に移行する。
【００９５】
ステップＳ１１４において、マイクロコンピュータは、ブリッジ回路の各出力Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ３１、Ｖ３２が、下限値Ｖ２１ＬＬ、Ｖ２２ＬＬ、Ｖ３１ＬＬ、Ｖ３２ＬＬより大きく、かつ、上限値Ｖ２１ＨＨ、Ｖ２２ＨＨ、Ｖ３１ＨＨ、Ｖ３２ＨＨより小さいか否かを判定する。なお、この下限値及び上限値は、アクチュエータ４０２の電源がオンの状態であり、かつ、アクチュエータ４０１、４０３の電源がオフの状態にあるときに各歪みゲージＲ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３４が正常と判断される値に予め定められている。そして、各出力Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ３１、Ｖ３２が、下限値Ｖ２１ＬＬ、Ｖ２２ＬＬ、Ｖ３１ＬＬ、Ｖ３２ＬＬより大きく、かつ、上限値Ｖ２１ＨＨ、Ｖ２２ＨＨ、Ｖ３１ＨＨ、Ｖ３２ＨＨより小さい場合、処理はステップＳ１１６に移行する。一方、それ以外の場合、処理はステップＳ１２８に移行する。
【００９６】
ステップＳ１１６において、マイクロコンピュータは、ブリッジ回路出力Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ３１、Ｖ３２の各変化量ΔＶ２１、ΔＶ２２、ΔＶ３１、ΔＶ３２を求め、変化量ΔＶ２１が変化量ΔＶ３２に略等しく、かつ、変化量ΔＶ２２が変化量ΔＶ３１に略等しいか否かを判定する。そして、変化量ΔＶ２１が変化量ΔＶ３２に略等しく、かつ、変化量ΔＶ２２が変化量ΔＶ３１に略等しい場合、処理はステップＳ１１８に移行する。一方、それ以外の場合、処理はステップＳ１２８に移行する。
【００９７】
ステップＳ１１８において、マイクロコンピュータは、アクチュエータ４０３の電源をオンすると共に、アクチュエータ４０１、４０２の電源をオフする。電源がオン状態にあるアクチュエータ４０３は、シャフト４０２ａをフランジ２００側に変位させて、フランジ２００の内面において作用点Ｐ３（図１参照）を押圧する。そして、処理はステップＳ１２０に移行する。
【００９８】
ステップＳ１２０において、マイクロコンピュータは、ブリッジ回路の各出力Ｖ４１、Ｖ４２、Ｖ５１、Ｖ５２が、下限値Ｖ４１ＬＬ、Ｖ４２ＬＬ、Ｖ５１ＬＬ、Ｖ５２ＬＬより大きく、かつ、上限値Ｖ４１ＨＨ、Ｖ４２ＨＨ、Ｖ５１ＨＨ、Ｖ５２ＨＨより小さいか否かを判定する。なお、この下限値及び上限値は、アクチュエータ４０３の電源がオンの状態であり、かつ、アクチュエータ４０１、４０２の電源がオフの状態にあるときに各歪みゲージＲ４１〜Ｒ４４、Ｒ５１〜Ｒ５４が正常と判断される値に予め定められている。そして、各出力Ｖ４１、Ｖ４２、Ｖ５１、Ｖ５２が、下限値Ｖ４１ＬＬ、Ｖ４２ＬＬ、Ｖ５１ＬＬ、Ｖ５２ＬＬより大きく、かつ、上限値Ｖ４１ＨＨ、Ｖ４２ＨＨ、Ｖ５１ＨＨ、Ｖ５２ＨＨより小さい場合、処理はステップＳ１２２に移行する。一方、それ以外の場合、処理はステップＳ１２８に移行する。
【００９９】
ステップＳ１２２において、マイクロコンピュータは、ブリッジ回路出力Ｖ４１、Ｖ４２、Ｖ５１、Ｖ５２の各変化量ΔＶ４１、ΔＶ４２、ΔＶ５１、ΔＶ５２を求め、変化量ΔＶ４１が変化量ΔＶ５２に略等しく、かつ、変化量ΔＶ４２が変化量ΔＶ５１に略等しいか否かを判定する。そして、変化量ΔＶ４１が変化量ΔＶ５２に略等しく、かつ、変化量ΔＶ４２が変化量ΔＶ５１に略等しい場合、処理はステップＳ１２４に移行する。一方、それ以外の場合、処理はステップＳ１２８に移行する。
【０１００】
ステップＳ１２４において、マイクロコンピュータは、歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の全てが正常であると判断する。そして、処理はステップＳ１２６に移行する。
【０１０１】
ステップＳ１２６において、マイクロコンピュータは、アクチュエータ４０１〜４０３の電源をオフする。そして、本実施形態に係る６軸センサ１による各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の異常判定動作が終了する。
【０１０２】
一方、ステップＳ１２８において、マイクロコンピュータは、歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の少なくとも１つが異常であると判断する。そして、処理はステップＳ１３０に移行する。
【０１０３】
ステップＳ１３０において、マイクロコンピュータは、アクチュエータ４０１〜４０３の電源をオフする。そして、本実施形態に係る６軸センサ１による各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の異常判定動作が終了する。
【０１０４】
以上、第１実施形態では、マイクロコンピュータが各可撓部１１１〜１１６に設けられた各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４が正常であるか否か判定できるため、つまり、自己診断で各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の安全性を判断できるため、６軸センサ１を適用した産業用ロボット側にその判断結果を伝達できる。したがって、産業用ロボットは、６軸センサ１の安全性を合理的に確認した上で本格的な運転に移行でき、産業用ロボットの安全性能を向上できる。
【０１０５】
さらに、アクチュエータ４０２が、フランジ２００の内面で可撓部１１２の中心Ｃ２と可撓部１１３の中心Ｃ３とのいずれからも等距離にある作用点Ｐ２（図１参照）を押圧することで、マイクロコンピュータは、歪みゲージＲ２１〜Ｒ２４と歪みゲージＲ３１〜Ｒ３４が正常な場合に略同じ変化量を示すΔＶ２１、ΔＶ３２と、ΔＶ２２、ΔＶ３１とを検出可能である。この結果、マイクロコンピュータは、これらの変化量ΔＶ２１、ΔＶ３２と、変化量ΔＶ２２、ΔＶ３１とが略等しいか否か判定するだけの簡単な演算で歪みゲージＲ２１〜Ｒ２４と歪みゲージＲ３１〜Ｒ３４が正常であるか否かを容易に判断できる。
【０１０６】
さらに、マイクロコンピュータは、歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の各出力Ｖ１１〜Ｖ６４が下限値と上限値の範囲内にあるか否か判断するだけの簡単な比較演算で、各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４が正常であるか否かを容易に判定できる。
【０１０７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る６軸センサ１０１（多軸センサ）について、図１３〜図１５を参照して説明する。第１実施形態で説明した要素と同一の要素については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。図１３は、フランジ２００（第２部材）側からＺ軸方向にフランジ１０２（第１部材）の表側面１０２ａを透視した場合の各可撓部１１１〜１１６（第１可撓部）の配置を描いた平面図である。図１４は、図１３に示すＡ−Ａ線の矢視断面図である。なお、図１３では、フランジ１０２の表側面１０２ａの中心位置を原点Ｏ、右水平方向をＸ軸、紙面に垂直手前方向をＹ軸、上垂直方向をＺ軸としてそれぞれ定義する。つまり、フランジ１０２の表側面１０２ａはＸＹ平面を規定し、フランジ１０２の中心位置にＺ軸が通ることになる。また、６軸センサ１０１は、図１４に示すように、フランジ１０２の裏側面１０２ｂに取り付けられた複数の歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４（力検出素子）を有している。
【０１０８】
この実施形態では、ソレノイドで構成された１つのアクチュエータ５０１（駆動部）が、図１３に示すように、フランジ１０２の中心であるＺ軸上に配置されている。このアクチュエータ５０１は、電源のオン／オフによってシャフト５０１ａが変位する構造となっている。電源がオフの状態にあるアクチュエータ５０１は、図１４に示すように、そのシャフト５０１ａがフランジ２００の内面から空隙ｇだけ隔離された状態で固定されている。
【０１０９】
アクチュエータ５０１は、電源がオンの状態で、シャフト５０１ａをフランジ２００側に変位させて、フランジ２００を押し出してフランジ１０２から隔離する動作を行う。このような押し出し動作は、シャフト５０１ａがフランジ２００の内面で作用点Ｐ４（図１３参照）を力Ｆで押圧することによって実現される。なお、この作用点Ｐ４は、図１３に示すように、可撓部１１１〜可撓部１１６の各中心Ｃ１〜Ｃ６のいずれからも等距離にある点すなわち、フランジ１０２の表側面１０２ａの中心位置である原点Ｏを示している。
【０１１０】
つまり、この作用点Ｐ４は、各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４のいずれからも略等距離にある点を意味している。したがって、電源がオン状態にあるアクチュエータ５０１が、シャフト５０１ａで作用点Ｐ４（図１３参照）を押圧した場合、各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４が正常であれば、図４に示したブリッジ回路の出力Ｖ１１〜Ｖ６４は略同じ出力変化を示す。よって、ブリッジ回路の出力Ｖ１１〜Ｖ６４を適当な方法で比較し、これらの出力変化が略同じであれば、歪みゲージＲ２１〜Ｒ６４は正常であると判定できる。一方、出力変化が大きく異なれば、歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の少なくとも１つは異常であると判定できる。これらを前提として以下では、本実施形態に係る６軸センサ１０１による各歪みゲージの異常判定動作について説明する。
【０１１１】
（各歪みゲージの異常判定動作について）
図１５は、本実施形態に係る各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の異常判定動作を示すフローチャートである。なお、図１５に示す動作は、マイクロコンピュータが、内蔵されたＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによって実現される。
【０１１２】
まず、ステップＳ２００において、マイクロコンピュータは、フランジ２００に外力が作用していない状態（無負荷状態）であるか否かを判定する。無負荷状態の場合、処理はステップＳ２０２に移行する。一方、フランジ２００に外力が作用している場合、処理はステップＳ２００を繰り返す。
【０１１３】
ステップＳ２０２において、マイクロコンピュータは、アクチュエータ５０１の電源をオフする。そして、処理はステップＳ２０４に移行する。
【０１１４】
ステップＳ２０４において、マイクロコンピュータは、ブリッジ回路の各出力Ｖ１１〜Ｖ６２が、下限値Ｖ１１Ｌ〜Ｖ６２Ｌより大きく、かつ、上限値Ｖ１１Ｈ〜Ｖ６２Ｈより小さいか否かを判定する。なお、この下限値及び上限値は、アクチュエータ５０１の電源がオフの状態にあるときに各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４が正常と判断される値（例えば、下限値が２．４Ｖ、上限値が２．６Ｖ）に予め定められている。そして、各出力Ｖ１１〜Ｖ６２が、下限値Ｖ１１Ｌ〜Ｖ６２Ｌより大きく、かつ、上限値Ｖ１１Ｈ〜Ｖ６２Ｈより小さい場合、処理はステップＳ２０６に移行する。一方、それ以外の場合、処理はステップＳ２１６に移行する。
【０１１５】
ステップＳ２０６において、マイクロコンピュータは、アクチュエータ５０１の電源をオンする。電源がオン状態にあるアクチュエータ５０１は、シャフト５０１ａをフランジ２００側に変位させて、フランジ２００の内面において作用点Ｐ４（図１３参照）を押圧する。そして、処理はステップＳ２０８に移行する。
【０１１６】
ステップＳ２０８において、マイクロコンピュータは、ブリッジ回路の各出力Ｖ１１〜Ｖ６２が、それぞれ、下限値Ｖ１１ＬＬ〜Ｖ６２ＬＬより大きく、かつ、上限値Ｖ１１ＨＨ〜Ｖ６２ＨＨより小さいか否かを判定する。なお、この下限値及び上限値は、アクチュエータ５０１の電源がオンの状態にあるときに各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４が正常と判断される値に予め定められている。そして、各出力Ｖ１１〜Ｖ６２が、下限値Ｖ１１ＬＬ〜Ｖ６２ＬＬより大きく、かつ、上限値Ｖ１１ＨＨ〜Ｖ６２ＨＨより小さい場合、処理はステップＳ２１０に移行する。一方、それ以外の場合、処理はステップＳ２１６に移行する。
【０１１７】
ステップＳ２１０において、マイクロコンピュータは、ブリッジ回路出力Ｖ１１〜Ｖ６２の各変化量ΔＶ１１〜ΔＶ６２を求め、変化量ΔＶ１１が変化量ΔＶ１２に略等しいか否か、変化量ΔＶ２１が変化量ΔＶ２２に略等しいか否か、変化量ΔＶ３１が変化量ΔＶ３２に略等しいか否か、変化量ΔＶ４１が変化量ΔＶ４２に略等しいか否か、変化量ΔＶ５１が変化量ΔＶ５２に略等しいか否か、変化量ΔＶ６１が変化量ΔＶ６２に略等しいか否かについて順次判定する。そして、これらの各変化量ΔＶ１１〜ΔＶ６２が略等しい場合、処理はステップＳ２１２に移行する。一方、それ以外の場合、処理はステップＳ２１６に移行する。
【０１１８】
ステップＳ２１２において、マイクロコンピュータは、歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の全てが正常であると判断する。そして、処理はステップＳ２１４に移行する。
【０１１９】
ステップＳ２１４において、マイクロコンピュータは、アクチュエータ５０１の電源をオフする。そして、本実施形態に係る各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の異常判定動作が終了する。
【０１２０】
一方、ステップＳ２１６において、マイクロコンピュータは、歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の少なくとも１つが異常であると判断する。そして、処理はステップＳ２１８に移行する。
【０１２１】
ステップＳ２１８において、マイクロコンピュータは、アクチュエータ５０１の電源をオフする。そして、本実施形態に係る各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の異常判定動作が終了する。
【０１２２】
以上、第２実施形態では、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２３】
さらに、１つのアクチュエータ５０１のみを用いて各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の異常判定を実現できる。したがって、３つのアクチュエータ４０１〜４０３を用いて各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の異常判定を行う場合に比べて、つまり、多軸センサ１に比べて、多軸センサ１０１の製造コストを削減できる。
【０１２４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る６軸センサ２０１について、図１６及び図１７を参照して説明する。第１及び第２実施形態で説明した要素と同一の要素については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。図１６は、フランジ２００側からＺ軸方向にフランジ１０３を透視した場合の可撓部１１１〜１１６の配置を描いた平面図である。図１７は、図１６に示すＡ−Ａ線の矢視断面図である。なお、図１６では、フランジ１０３の表側面１０３ａの中心位置を原点Ｏ、右水平方向をＸ軸、紙面に垂直手前方向をＹ軸、上垂直方向をＺ軸としてそれぞれ定義する。つまり、フランジ１０３の表側面１０３ａはＸＹ平面を規定し、フランジ１０３の中心位置にＺ軸が通ることになる。また、６軸センサ２０１は、図１７に示すように、フランジ１０３の裏側面１０３ｂに取り付けられた複数の歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４を有している。
【０１２５】
この実施形態では、ソレノイドで構成されたアクチュエータ６０１〜６０６が、図１６に示すように、フランジ１０３の周方向に沿ってＺ軸を中心として等間隔をおいて形成されている。この例では、アクチュエータ６０１〜６０６は、可撓部１１１〜１１６に対応する位置で可撓部１１１〜１１６ごとに、Ｚ軸を中心として６０度おきに配置されている。これらのアクチュエータ６０１〜６０６は、電源のオン／オフによって各シャフト６０１ａ〜６０６ａが変位する構造となっている。
【０１２６】
電源がオフの状態にあるアクチュエータ６０２、６０５は、図１７に示すように、それらのシャフト６０２ａ、６０５ａがフランジ２００の内面から空隙ｇだけ隔離された状態で固定されている。なお、図１７では図示を省略したが、アクチュエータ６０１、６０３、６０４、６０６についてもアクチュエータ６０２、６０５と同様に、各シャフト６０１ａ、６０３ａ、６０４ａ、６０６ａがフランジ２００の内面から空隙ｇだけ隔離された状態で固定されている。
【０１２７】
（各歪みゲージの異常判定動作について）
電源がオンの状態にあるアクチュエータ６０１〜６０６は、各シャフト６０１ａ〜６０６ａをフランジ２００側に変位させて、フランジ２００を押し出してフランジ１０３から隔離する動作を行う。このような押し出し動作は、シャフト６０１ａ〜６０６ａがフランジ２００の内面で作用点Ｐ５〜Ｐ１０（図１６参照）をそれぞれ押圧することによって実現される。
【０１２８】
例えば、作用点Ｐ５をシャフト６０１ａで押圧した場合、各歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４が正常であれば、図４に示したブリッジ回路の出力Ｖ１１、Ｖ１２は略同じ出力変化を示す。よって、ブリッジ回路の出力Ｖ１１、Ｖ１２を適当な方法で比較し、これらの出力変化が略同じであれば、歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４は正常であると判定できる。一方、出力変化が大きく異なれば、歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４の少なくとも１つは異常であると判定できる。
【０１２９】
これと同様に、作用点Ｐ６〜Ｐ１０をシャフト６０２ａ〜６０６ａでそれぞれ押圧した場合、各歪みゲージＲ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３４、・・・、Ｒ６１〜Ｒ６４がそれぞれ正常であれば、図４に示したブリッジ回路の出力Ｖ２１、Ｖ２２、出力Ｖ３１、Ｖ３２、・・・、出力Ｖ６１、Ｖ６２は略同じ出力変化を示す。すなわち、これらの出力変化が略同じ場合、歪みゲージＲ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３４、・・・、Ｒ６１〜Ｒ６４は正常であると判定できる。一方、出力変化が大きく異なるような場合では、歪みゲージＲ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３４、・・・、Ｒ６１〜Ｒ６４の少なくとも１つは異常であると判定できる。
【０１３０】
なお、この実施形態においても、第１及び第２実施形態と同様に、アクチュエータ６０１〜６０６の電源オン／オフ時に、ブリッジ回路の各出力Ｖ１１〜Ｖ６４が下限値より大きく、かつ、上限値より小さいか否かを判定することによって、各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の異常を検出可能である。
【０１３１】
以上、第３実施形態では、第１及び第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３２】
さらに、可撓部１１１〜１１６ごとにアクチュエータ６０１〜６０６をそれぞれ配置することで、アクチュエータ６０１〜６０６の電源オン／オフに応じて、可撓部１１１〜１１６にそれぞれ設けられた各歪みゲージＲ１１〜Ｒ１４、Ｒ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３４、・・・、Ｒ６１〜Ｒ６４ごとに個別にブリッジ回路の出力Ｖ１１、Ｖ１２、出力Ｖ２１、Ｖ２２、出力Ｖ３１、Ｖ３２、・・・、出力Ｖ６１、Ｖ６２を検出可能である。したがって、マイクロコンピュータは、可撓部１１１〜１１６ごとに集中的に安全性を確認できる。この結果、各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の安全確認を高精度に実現できる。
【０１３３】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【０１３４】
なお、上述した第１実施形態では、説明を簡単にするためにブリッジ回路の出力Ｖ１１〜Ｖ６２をそのまま制御対象として用いる例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。実際には、各力Ｖ１１〜Ｖ６２を適当な方法で増幅するのが一般的であり、このような増幅処理を行った場合であっても、本発明の本質は失われない。
【０１３５】
なお、上述した第１実施形態では、３つのアクチュエータ４０１〜４０３について順次に電源をオンして各歪みゲージに異常がないか否か判定する例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。３つのアクチュエータ４０１〜４０３の電源を同時にオンして各歪みゲージの異常判定を行ってもよい。この場合、フランジ１００とフランジ２００の平行を保ったまま離隔するように力が作用するので、可撓部の内側にある歪みゲージは、ほぼ同じ歪みを検出し、可撓部の外側にある歪みゲージは、ほぼ同じ歪みを検出する。
【０１３６】
なお、上述した第２実施形態では、ブリッジ回路出力Ｖ１１〜Ｖ６２の各変化量ΔＶ１１〜ΔＶ６２について、変化量ΔＶ１１が変化量ΔＶ１２に略等しいか否か、変化量ΔＶ２１が変化量ΔＶ２２に略等しいか否か、・・・、変化量ΔＶ６１が変化量ΔＶ６２に略等しいか否かについて順次に判定する例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、各変化量ΔＶ１１〜ΔＶ６２が互いに略等しいか否かについて一括で同時に判定してもよい。
【０１３７】
なお、上述した第１〜第３実施形態では、力検出素子として、歪みゲージを用いる例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、歪みゲージ以外にも、ピエゾ抵抗素子、感圧抵抗体、感圧抵抗インク等も同様に利用可能である。
【０１３８】
なお、上述した第１〜第３実施形態では、アクチュエータとして、ソレノイドを用いる例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、アクチュエータにはソレノイド以外にも、エアシリンダ、油圧シリンダ、圧電アクチュエータ、モータ等を利用可能である。
【０１３９】
なお、上述した第１〜第３実施形態では、アクチュエータをフランジ１００、１０２、１０３側に配置して、アクチュエータの各シャフトをフランジ２００側に変位させて、フランジ２００を押し出してフランジ１００から隔離する動作を行う例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。アクチュエータをフランジ２００側に配置して、アクチュエータの各シャフトをフランジ１００、１０２、１０３側に変位させて、フランジ１００、１０２、１０３を押し出してフランジ２００から隔離する動作を行ってもよい。
【０１４０】
なお、上述した第１〜第３実施形態では、アクチュエータのシャフトを変位させて、フランジ２００をＺ軸方向に押し出してブリッジ回路の各出力を検出する例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、フランジ２００をＸ軸方向やＹ軸方向に押し出してブリッジ回路の各出力を検出してもよい。
【０１４１】
なお、上述した第１〜第３実施形態では、アクチュエータの電源オン／オフ時に、ブリッジ回路の各出力Ｖ１１〜Ｖ６４が下限値より大きく、かつ、上限値より小さいか否かを判定することによって、各歪みゲージＲ１１〜Ｒ６４の異常を検出する例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、アクチュエータがフランジを押圧する力が低下した場合に、ブリッジ回路の各出力値が下限値から上限値の範囲内に収まらないことを利用して、アクチュエータ自体の故障を検出してもよい。
【０１４２】
なお、上述した第１〜第３実施形態では、フランジ１００、１０２、１０３に６つの可撓部を設ける例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。フランジ１００、１０２、１０３に５つ以下の可撓部を設けてもよく、７つ以上の可撓部を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明を利用すれば、自己診断機能の一部として、力検出素子が正常に機能しているかどうか自己診断可能な多軸センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】各可撓部の配置を描いた平面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線の矢視断面図である。
【図３】図１に示すＢ−Ｂ線の矢視断面図である。
【図４】フランジに力やモーメントを加えた場合の歪みの検知動作を示す説明図である。
【図５】フランジに力やモーメントを加えた場合の歪みの検知動作を示す説明図である。
【図６】フランジに力やモーメントを加えた場合の歪みの検知動作を示す説明図である。
【図７】フランジに力やモーメントを加えた場合の歪みの検知動作を示す説明図である。
【図８】各可撓部に構成された６個のブリッジ回路の回路図とそれらの位置関係を示した説明図である。
【図９】ブリッジ回路の出力電圧を示すベクトル図である。
【図１０】ブリッジ回路の出力電圧を示すベクトル図である。
【図１１】本発明の第１実施形態に係る各歪みゲージの異常判定動作を示す説明図である。
【図１２】本発明の第１実施形態に係る各歪みゲージの異常判定動作を示すフローチャートである。
【図１３】各可撓部の配置を描いた平面図である。
【図１４】図１３に示すＡ−Ａ線の矢視断面図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る各歪みゲージの異常判定動作を示すフローチャートである。
【図１６】各可撓部の配置を描いた平面図である。
【図１７】図１６に示すＡ−Ａ線の矢視断面図である。
【符号の説明】
【０１４５】
１、１０１、２０１  ６軸センサ（多軸センサ）
１００、１０２、１０３  フランジ（第１部材）
１１１〜１１６  可撓部（第１可撓部）
１２１〜１２６、２２１〜２２６  連結体
２００  フランジ（第２部材）
２１１〜２１６  可撓部（第２可撓部）
４０１〜４０３、５０１、６０１〜６０６  アクチュエータ（駆動部）
Ｒ１１〜Ｒ６４  歪みゲージ（力検出素子）
【図１】
2010160099.tif 000017
【図２】
2010160099.tif 000018
【図３】
2010160099.tif 000019
【図４】
2010160099.tif 000020
【図５】
2010160099.tif 000021
【図６】
2010160099.tif 000022
【図７】
2010160099.tif 000023
【図８】
2010160099.tif 000024
【図９】
2010160099.tif 000025
【図１０】
2010160099.tif 000026
【図１１】
2010160099.tif 000027
【図１２】
2010160099.tif 000028
【図１３】
2010160099.tif 000029
【図１４】
2010160099.tif 000030
【図１５】
2010160099.tif 000031
【図１６】
2010160099.tif 000032
【図１７】
2010160099.tif 000033