(57)【要約】【課題】  本発明は、回転部に実装されるのに好適な、給電と外力の検出とが共に可能な実装体積の小さい力覚センサを提供する。【解決手段】  上記課題を解決するため、外力を検知する力覚センサであって、外装部（２）と、前記外装部に配された押圧部材（１）と、前記押圧部材に加えられた力を検知するセンサ部と、非回転側接点（６）と回転側接点（７）を介して給電または信号伝達が行われるスリップリング部と、を有し、前記力センサ部と前記スリップリング部とが共に前記外装部の内側に収納されており、前記スリップリング部と前記力センサ部とのあいだで給電または信号伝達が行われることを特徴とする力覚センサを提供する。【選択図】  図１
2014029326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力を検知する力覚センサであって、
外装部と、
前記外装部に配された押圧部材と、
前記押圧部材に加えられた力を検知するためのセンサ部と、
回転側接点と非回転側接点を介して給電または信号伝達をおこなうスリップリング部と、
を有し、
前記センサ部と前記スリップリング部とが共に前記外装部の内側に収納されており、前記スリップリング部と前記センサ部とのあいだで給電または信号伝達が行われることを特徴とする力覚センサ。
【請求項２】
前記センサ部は、複数あり、複数の前記センサ部は、前記回転側接点を囲んで支持体に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の力覚センサ。
【請求項３】
前記外装部は、底面部と、前記押圧部材が配される天面部と、前記底面部と前記天面部との間を支える支持体とを有し、前記支持体は、底面部に対して位置が実質的に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の力覚センサ。
【請求項４】
前記非回転側接点は、前記センサ部に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の力覚センサ。
【請求項５】
前記非回転側接点は、前記底面部に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の力覚センサ
【請求項６】
前記センサ部は、磁束発生源および磁電変換素子を対で有し、
前記磁束発生源または前記磁電変換素子の一方が、前記押圧部材に対して支持され、他方が前記支持体に配され、前記磁束発生源と前記磁電変換素子とが相対的に移動可能に備えられ、前記磁電変換素子の出力に基づいて外力が検知されることを特徴とする請求項１乃至５いずれか一項に記載の力覚センサ。
【請求項７】
前記押圧部材は、二つの梁が交差した構造を有し、該二つの梁の交差点と前記回転側接点の回転軸を実質的に同一直線上に配置し、前記回転側接点の回転軸に対して軸対称に複数の前記センサ部が配置されていることを特徴とする請求項６に記載の力覚センサ。
【請求項８】
前記非回転側接点は、前記センサ部が配置されている面の反対側の面に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の力覚センサ。
【請求項９】
外部出力コネクタを更に有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の力覚センサ。
【請求項１０】
複数のリンクを連結してなるロボットアームであり、前記ロボットアームに請求項１乃至９のいずれか一項に記載の力覚センサを備えていることを特徴とするロボットアーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外力を検出する力覚センサ及び力覚センサを備えたロボットアームに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ロボット技術が発達するにつれて、制御プログラムに従って自動的に稼働する垂直多関節ロボットを物品の生産用途に用いる機運が高まっている。精密な組立動作が要求される物品の生産に関しては、ロボットアームの手首部に相当する位置に外力を検知する力覚センサを搭載した力覚センサ搭載型ロボットが提案されている。
【０００３】
外力を検知する力覚センサに関し、磁気式の力覚センサが知られている（特許文献１）。磁気式の力覚センサは、磁束発生源と磁電変換素子とが相対的に移動可能に保持されている構造を有している。外力によって変化した磁束発生源と磁電変換素子との距離に応じて変化する磁電変換素子に流入する磁束密度に対応して、磁電変換素子の出力電圧が変化する。この出力電圧を検知することで、外力の強弱を検知することができる。
【０００４】
一方、スリップリングとよばれる、静止体から回転体に対して電力と電気信号を伝達することのできる装置が知られている（特許文献２）。間欠または連続に回転する必要のある電気機械システムにおいて、電力やデータの信号を伝達する場合に使用される。屈曲による金属疲労によって破断しやすい伝送ケーブルを電気機械の回転部に配置することに替えて、スリップリングを回転部に配置すれば、機械の性能が向上し、システム動作を簡素化することができる。ロボット場合は、その可動ジョイント部で破損しやすい配線をなくすことができる。静止体から回転体に対して電力と電気信号を伝達することができる装置には導電性流体を利用したロータリコネクタなどもあるが、以下ではスリップリングに統一して説明する。
【０００５】
ロボットは通常は架台に固定され、ロボットの固定端は力学的に強固に固定する必要があるので太く大きな部材で構成される。固定端からロボットのアーム（ロボットアーム）の自由端に向かうにつれて、可動範囲をなるべく大きくとり、衝突を回避し、作業に必要な様々な姿勢をとれるように、固定端と比べロボットアームの自由端は、細くなるように設計されている。したがって、ロボットアームの自由端近傍では、ロボットアームのリンクや関節部のほかに残された実装可能な領域が小さくなるという設計上の制限を受ける。
【０００６】
多関節ロボットアームの自由端近傍の手首部分では、力覚センサを搭載した上で、電気信号の伝送や給電のためにスリップリングを配した場合、力覚センサとスリップリングとをそれぞれ個別に配置する構造となり、手首部分に必要な実装体積が大きくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−７５０８３号公報
【特許文献２】特開平０６−３１０２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ロボットアームの回転部に実装されるのに好適な、給電と外力の検出とが共に可能な実装体積を小さくすることが可能な力覚センサを提供することにある。
さらに、本発明の目的は、上記力覚センサを有するロボットアームを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、
外力を検知するための力覚センサであって、
外装部と、
前記外装部に配された押圧部材と、
前記押圧部材に加えられた力を検知するセンサ部と、
回転側接点と非回転側接点を介して給電または信号伝達をおこなうスリップリング部と
を有し、
前記センサ部と前記スリップリング部とが共に前記外装部の内側に収納されており、前記スリップリング部と前記センサ部とのあいだで給電または信号伝達が行われることを特徴とする力覚センサに関する。
【００１０】
さらに、本発明は、複数のリンクと外力を検知するための力覚センサを有するロボットアームであり、
前記力覚センサは、
外装部と、
前記外装部に配された押圧部材と、
前記押圧部材に加えられた力を検知するセンサ部と、
回転側接点と非回転側接点を介して給電または信号伝達をおこなうスリップリング部と
を有し、
前記センサ部と前記スリップリング部とが共に前記外装部の内側に収納されており、前記スリップリング部と前記センサ部とのあいだで給電または信号伝達が行われることを特徴とするロボットアームに関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、円滑に給電と外力の検出とがおこなえ、実装体積を小さくす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】
【００１２】
【図１】本発明の力覚センサの断面図及び分解斜視図である。
【図２】本発明の力覚センサの概略の断面図である。
【図３】本発明の力覚センサの回路構成に対応する電機機能ブロック図である。
【図４】本発明の力覚センサの実施例１を示す図である。
【図５】本発明の力覚センサの実施例２を示す図である。
【図６】本発明の力覚センサの実施例３を示す図である。
【図７】スリップリング部を示す図である。
【図８】本発明の力覚センサの実施例４を示す図である。
【図９】本発明の力覚センサを搭載したロボットアームを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１は本発明の力覚センサの断面図及び分解斜視図である。
【００１５】
本発明における力覚センサに設けられているセンサ部について説明する。
【００１６】
ＳＵＳ等の金属で形成された押圧部材１は、天面部４と底面部５と、天面部４と底面部５とを連結する４つの支柱（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）、とから形成されている外装部２に取り付けられるように構成されている。図１において、押圧部材１は十字型の部材として描かれているが、外装部２に取り付け可能で、加えられた外力に対して破損したりしないように十分な剛性を有する限り、特に形状は限定されない。
【００１７】
天面部４と底面部５と支柱（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）も押圧部材１と同じく金属で形成されている。支柱（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）はそれぞれ正方形の頂点をなす位置に、天面部４と底面部５と連結して配置されている。
【００１８】
例えば、外装部２における天面部４に切りかきを設け、その切りかきに対応する被嵌合部を押圧部材１に設けて互いに嵌合させるように構成するのが好ましい。図１において、外装部２の内側には下基板８と上基板９とが設けられている。下基板８には磁束発生源１１が配置され、上基板９に磁電変換素子１０が配置されている。図１に示した構成においては、磁電変換素子１０をほぼ等しい間隔で上基板９に複数備えており、この複数の磁電変換素子と対になる磁束発生源１１を下基板に複数備えている。以下の説明において、説明の都合上、「上」基板、「下」基板という用語を用いるが、特別な技術的な限定事項はない。
【００１９】
磁束発生源１１の直下には磁束発生源１１に対して位置が固定された固定磁電変換素子が配置されており、磁束発生源１１の磁力の変化を常にモニターできるような構成になっている。磁束発生源として、永久磁石を用いた場合、配線への通電等で生じる熱による温度上昇の影響をうけて磁束発生源が発生する磁場の強さが減少することがある。この磁場の変動を固定磁電変換素子によってセンシングし、後述する外力の検出の際の補正係数として用いることができる。
【００２０】
磁束発生源１１が上基板９に配置され、磁電変換素子１０が下基板８に配置されていても良い。上基板９と下基板８とが外装部２の内部に配置され、各基板にそれぞれ配置された磁束発生源１１と磁電変換素子１０とが相対的に変位可能なように一定の間隙を持って配置されている。上基板９は、押圧部材１もしくは外装部に対して固定されており、下基板８は底面部５に対して固定されている。
【００２１】
このように各部材を配置すると、押圧部材に印加された外力によって、下基板８に配置された磁束発生源に対して上基板９に配置された磁電変換素子の位置が相対的に変位することができる。天面部４に、図１（ａ）に記載のＸ方向の成分を主に有する力が加わった場合には、外装部２における支柱（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）がそれぞれわずかに底面部５に対してＸ方向に倒れ、上基板９と下基板８とが相対的に変位する。また、図１中で紙面奥の不図示のＹ方向に関する力が天面部４に加わった場合にも同じく支柱（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）が底面部５に対してＹ方向に倒れる。
【００２２】
一方、天面部４に対してＺ方向のマイナスの方向の力が、加わった場合は、支柱（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）が弾性変形してＺ方向にわずかに圧縮される。その結果、天面部４と底面部５との距離が縮まる方向に、上基板９と下基板８とが相対的に変位する。
【００２３】
以上のような構成をとることにより押圧部材１に加えられた外力によって生じた磁束発生源１１と磁電変換素子１０との距離の変化に伴って生じる磁電変換素子１０へ流入する磁束の大きさに変化が生じ、磁束の変化にともなう磁電変換素子１０の出力が変化する。この磁電変換素子１０の出力の変化を検出することで外力の大きさを検出することができる。
【００２４】
以下の式１および式２に記載されているように、磁電変換素子１０に流入する磁束の磁束密度Ｂに応じて変化する磁電変換素子１０の出力電圧Ｖが検出され、出力電圧Ｖに対応して外力Ｆが算出される。比例係数をα、βとして次のように表すことができる。
【００２５】
Ｖ＝αＢ        式１
Ｆ＝βＶ        式２
次に、本発明の力覚センサに設けられているスリップリング部について説明する。上基板、下基板には、実際には配線等が配置されているが煩雑を避けるため、説明を一部省略することがある。スリップリング部は回転側接点のリング７と非回転側接点のブラシ６とを有している。リング７としては、電気伝導可能な管状の金属部材と管状の絶縁材とが軸芯部材に交互に挿通され積層状態となっているものが用いられる。図７にスリップリング部の概略構成を示す。図７に描かれているように、電気伝導可能な管状の金属部材であるリング７と管状の絶縁材とが軸芯部材に交互に挿通され積層状態となっている。ブラシ６はブラシ固定部に固定され、リング７に当接するように配置されている。ブラシ固定部は、下基板８に固定されている。
【００２６】
ブラシ６はブラシ固定部に備えられた配線を介して、第一の入出力コネクタと連結している。また、軸芯部材にはリング７と電気的に接続された配線が設けられており、第二の入出力コネクタへと連結している。
【００２７】
リング７の管状の金属部材とブラシ６と接触することで接点を介して導通し、給電や信号伝達がおこなわれる。
【００２８】
ブラシ６はブラシ固定部を介して下基板８に配されていても良いし、下基板８に直接配される構成をとっても良い。また、ブラシ６は配線に連結されており、その配線から上基板９や下基板８に給電や信号伝達が行われる。図７においては、第一の入出力コネクタとしてブラシ６に連結する配線の端部にコネクタを配した構成を描いているが、第一の入出力コネクタを設けずに下基板８に設けられた給電または信号伝達に用いられる配線と一体にブラシ６に連結する配線を設けても良い。また、力覚センサの外部に配される外部ケーブルに連結する外部出力コネクタを更に配し、センサ部以外の機器に給電もしくは信号伝達してもよい。
【００２９】
リング７は力覚センサの外装部２に対して回転可能に支持される。図１においては底面部５に開口が設けられ、その開口に対してリング７の軸芯部材が回転可能に収められる。
【００３０】
図１に示しているように、開口が設けられた上基板９および開口が設けられた下基板８を採用し、リング７が相対的に回転可能に保持される構成をとってもよい。図２は、本発明の力覚センサの断面図を簡略化して描いたものである。本発明の力覚センサは、天面部に設けられた切りかきに嵌合した十字型の押圧部材１が配されている。図２中、紙面奥に向かって梁のように十字型の押圧部材１の十字の一片が天面部４に懸架されている。力覚センサ内部に取り付けられたブラシ６と、ブラシ６に接触しつつ摺動して相対的に回転するリング７とを有するスリップリング部を外装部２の内側に備えている。力覚センサは基材１２（例えば、産業用ロボットの自由端など）に取り付けられる。力覚センサの外装部に挿通して取り付けられたスリップリング部の軸芯は、力覚センサの外装に対して回転可能なため、力覚センサを基材１２に取り付けられてもなお、基材に対して回転可能である。
【００３１】
このため、例えば多関節ロボットの２つのリンクのジョイント部分などの回転子に本発明の力覚センサを配することで、外力の検出と、回転子に対する給電または信号伝達を本発明の力覚センサ１つでコンパクトに達成できる。
【００３２】
センサ部には歪ゲージ式、静電容量式、磁気式など使用者の希望に応じて様々な種類の力覚センサが使用可能である。
【００３３】
そのなかで、磁気式の力覚センサを選択した場合は、磁束発生源は永久磁石を用いても良いし、電磁石を用いても良い。磁束発生源はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石、Ｓｍ−Ｃｏ磁石、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ磁石、フェライト磁石に代表されるような永久磁石であってもよく、磁性体まわりに、コイルを巻き、通電することによって磁力を発生させる電磁石であってもよい。磁電変換素子はホール素子、ＭＲ素子、磁気インピーダンス素子、フラックスゲート素子、巻き線コイルから選択される。
【００３４】
このように、本発明の力覚センサは、力覚センサの外装部の内側にセンサ部とスリップリング部とが共に収納されている点に特徴がある。
【００３５】
次に、本発明の力覚センサの回路構成を図３（ａ）に示した電機機能ブロック図を用いて説明する。本発明の力覚センサは、外部入力として、電源から供給される電力の入力および不図示の演算部からの信号の入力が、回転部であるスリップリング部を介して伝達される。伝達された電源からの入力としての電力や、演算部から伝達された信号は配線を介して、一方は外部出力コネクタに供給されて力覚センサの外部に出力され、他方は下基板８に設けられた検出素子部、演算部、基板間コネクタに供給される。下基板８と上基板９とは基板間コネクタを介して電気的に相互に連結されており、給電や信号伝達が行われる。下基板８および上基板９にそれぞれ配された第一及び第二の検出素子部は、一方が磁電変換素子で他方が磁束発生源であり、一方が他方に対して相対的に移動可能に配されている限り、その配置を逆にしても外力を検知する上で大きな違いは無い。また、演算部は必ずしも下基板８に配置しなくても良い。
【００３６】
図３（ｂ）は上述の第一検出素子部及び第二の検出素子部の回路図である。
【００３７】
本発明の力覚センサにおける信号伝達に関しについて図３（ｂ）を参照しながら説明する。
【００３８】
第一検出素子部及び第二の検出素子部は、複数の磁電変換素子１０が設けられている。さらに複数の磁電変換素子１０の信号を増幅するための信号増幅部を備えており、個々の磁電変換素子に接続されている。加えて磁電変換素子からの出力信号を演算部へ取り込むためのＡＤ変換機などの信号の変換器を備えており、信号増幅部８にそれぞれ接続されている。さらに、演算部の演算結果をもとに、磁電変換素子１０の出力へフィードバックする調整器が備えられており、磁電変換素子の出力が変換器に入力される前に補正処理を行うための信号を出力できる構成になっている。
【００３９】
温度変動や経年変化などによって、磁束発生源１１の発生磁場が変動した結果、固定磁電変換素子の出力電圧が変化することがある。発生磁場の変動分の検出値から補正処理を行う。
【００４０】
例えば、ロボットアームの端部に本発明の力覚センサを配し、さらに、その力覚センサに対してロボットハンドの如きエンドエフェクタを、ロボットアームとロボットハンドの間の”手首部分”が旋回可能に実装することができる。このような構成の場合、ロボットアームに備えられた電源や演算部に対して、力覚センサは電力の供給を受けたり信号を送受信したりすることが可能となり、力覚センサからの更なる外部出力としてエンドエフェクタへの給電や信号の送受信が可能となる。
【００４１】
［実施例１］
本発明の１つの具体例を、図４を用いて以下説明する。図４は本発明の実施例１にかかる力覚センサに配置された下基板８をｚ方向の上方から観察した上面図である。破線で描かれた十字形は、紙面手前（すなわち、Ｚ方向の上方）に配置される押圧部材１の形状の射影を示している。
【００４２】
下基板８の中央には開口が設けられており、リング７がその開口に収まるように構成されている。また、磁束発生源（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）が開口を囲むように配置されていて、それぞれの磁束発生源に対向する位置に上基板９に設けられた図４では不図示の磁電変換素子（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）、が配置されている。磁束発生源１１と磁電変換素子１０を有するセンサ部が、リング７を囲むように複数配置されている。
【００４３】
次に、磁束発生源１１としてｘｙ平面に対して５ｍｍ×５ｍｍの大きさの永久磁石を図４のようにそれぞれ配置されている。また、配置した磁束発生源１１に対してＺ軸方向に１ｍｍ離れた位置に図４では不図示の磁電変換素子１０がそれぞれ配置されている。
【００４４】
磁電変換素子１０の出力電圧をそれぞれＶａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ、とすると、外力ＦによるＺ方向の加重Ｆｚ、ｘ軸に対するモーメントＭｘ、ｙ軸に対するモーメントＭｙは、比例係数をＫ１、Ｋ２、Ｋ３としてそれぞれ以下の式３、式４、式５のように表される。比例係数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３は、固定磁電変換素子の出力に応じて決められる補正係数が演算部にて算出され、調整器を介して適宜、磁電変換素子の出力に反映される構成となっている。
【００４５】
Ｆｚ＝Ｋ１（Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ＋Ｖｄ  ）      式３
Ｍｘ＝Ｋ２（Ｖｄ−Ｖｂ  ）      式４
Ｍｙ＝Ｋ３（Ｖｃ−Ｖａ）      式５
図４に示すように、センサ部がリングを囲んだ構成を取ることで磁束発生源１１と不図示の磁電変換素子１０の対を有するセンサ部が、押圧部材１を成す梁の交差点Ｃからの距離Ｌを長くとって配置することができる。距離Ｌが長いほど、力覚センサに加わった力Ｆによる押圧部材１に対する磁電変換素子１０の変位が大きく、従って磁束発生源１１に対する磁電変換素子１０の変位が大きくとれる。そのため力覚センサに加わった同じ大きさの力Ｆ対する出力Ｖが増大し、力やモーメントの検出の際に、センサの感度が向上する。図４に示すように押圧部材１が二つの梁を交差した構造をとり、二つの梁の交差点とリング７の回転軸を実質的に同一直線上に配置して、リング７の回転軸に対して軸対称に複数のセンサ部を配置すれば、その効果はさらに向上する。このような構成をとることにより回転部に実装されるのに好適な、給電と外力の検出とが共に可能な実装体積の小さい力覚センサを提供することができる。
【００４６】
［実施例２］
本実施例において、磁電変換素子１０または磁束発生源１１が設けられている下基板８の表面部、もしくはその裏面部のどちらかにブラシ６を配するのが好ましい。
【００４７】
ブラシ６は導電性の金属線を約１ｍｍの間隔をあけて数本から１０本並列された櫛状の部材であり、実装長として数ｍｍから約１０ｍｍ必要となる。したがって、ブラシ６を下基板８のセンサ部を同じ側に配置すると、上述の実装長を確保するためにある程度磁電変換素子１０と磁束発生源１１との距離を大きくとる必要がある場合がある。一方、ブラシ６を下基板８のセンサ部を配置している面と反対側の面に配置する場合、前者と比べ磁電変換素子１０と磁束発生源１１との距離を小さくとることができる。
【００４８】
図５（ａ）は、力覚センサに対して外力Ｆによって磁束発生源１１と磁電変換素子１０とが相対的にｘ軸方向に変位した際に磁電変換素子１０に流入する磁束の磁束密度Ｂの挙動を表すグラフである。
【００４９】
磁束発生源１１として、２つの同じ大きさの角柱形状の磁石の磁極の方向をそれぞれ逆にして隣接させた磁束発生源１１を用いている。このような磁束発生源１１を用いることで、図５（ｂ）に示すように２つの磁石の隣接面に対してｘ軸の方向に急峻な勾配を有する磁場を発生させることができる。また、２つの磁石の隣接面に対してｚ軸を取り、また、磁石同士の隣接面の法線方向をにｘ軸を取った上で、ｚ方向に磁電変換素子１０を磁極面から６００μｍの位置と、磁極面から８００μｍの位置とで磁束密度の変化を図５（ｃ）に示す。図５（ｃ）は、磁極面から６００μｍの位置と、磁極面から８００μｍの位置に磁電変換素子１０を配置して、外力Ｆによってその位置がｘ軸方向に変位した時の磁束密度の変化を示している。
【００５０】
図５（ｃ）から明らかなように、磁電変換素子１０が磁石に対して近いｚ＝６００のラインの方が変位ｘ［μｍ］に対して磁束密度変化量［ｍＴ］が大きい。前述した式１、式２から分かるように、磁電変換素子１０が磁石に対して近い方が、同じ変位に対して出力電圧が大きくなるため、力の検出が高感度におこなうことが可能となる。
【００５１】
したがって、ブラシ６は下基板８に配置し、磁束発生源１１あるいは磁電変換素子１０が配置されている面の反対側の面に配置すれば、磁電変換素子１０と磁束発生源１１とをより近接して配置する構成を取りやすくなり、力の検出の感度向上の点で有利である。
【００５２】
また、静電容量型センサでは、静電容量Ｃは誘電率ε、センサ電極面積Ｓ、距離ＤとするとＣ＝ε×（Ｓ／Ｄ）となり距離Ｄに対する反比例のグラフになる。そのため、静電容量型センサにおいてもセンサ電極間の距離が近接している構成ほど静電容量Ｃの変化を大きくとれるため力の検出の感度向上の点で有利である。
【００５３】
［実施例３］
図６は、上基板９および下基板８にそれぞれブラシ６を配し、リング７に当接させた構成の力覚センサの図である。また、下基板８は外装部の底面部５に対して固定されている。前述した構成と同じ部材は同一の符号を付し、説明を省く。このような構成をとる力覚センサに対して外力Ｆが印加され磁電変換素子１０と磁束発生源１１との相対位置が変化する。上基板９に配置したブラシ６はリング７に対して当接する位置が変わり、ブラシ６とリング７との接触力が変化してしまい信号の伝達や給電に悪影響を与えるおそれがある。他方、底面部５に対して位置が固定された下基板８に設けられたブラシ６は、外力Ｆが加わる前後でブラシ６とリング７との当接位置の変化が無いか、もしくは少ないことが分かる。支持体としての下基板８は外装部の底面に対して位置が実質的に固定されている。
【００５４】
したがって、ブラシ６は底面部５に対して位置が固定された支持体である下基板８に設けることで安定的な給電または信号の伝達が可能である。
【００５５】
［実施例４］
ブラシ６とリング７が接触する力が強すぎるとすぐ摩耗してしまい耐久性が悪くなったり、弱すぎると安定的に電気信号を送れなかったり、ブラシ６とリング７には適切な位置関係が存在する。そのため、組立時に所望の位置に調整できることが望ましい。
【００５６】
一方で、磁気式の力覚センサでは下基板８に配置された磁電変換素子１０と磁束発生源１１との位置関係がセンサの特性に影響を与える。図１および図２に示したようなブラシ６が下基板８に配置された構成では、下基板８の位置を調整すると磁電変換素子１０とブラシ６が同時に動いてしまうため、それぞれを所望の位置に調整することが難しい場合がある。
【００５７】
図８は、ブラシ６がブラシ固定部を介して直接底面部に固定する構成である。この構成では、ブラシ６はリング７と、磁電変換素子１０は磁束発生源１１とそれぞれ独立に位置を調整することが可能となる。また、ブラシ６から下基板８へケーブルを接続することにより力覚センサへ給電または信号の伝達することができる。
【００５８】
［実施例５］
図９は、本発明の力覚センサを搭載したロボットアームを示す。ロボットアーム１３と力覚センサとロボットハンド１４とが直列に連結されている。さらに、ロボットハンド１４はロボットアーム１３に対して回転可能に配置されており、力覚センサはロボットアーム１３の“手首”に相当する位置に配置されている。
【００５９】
電源から伝達された電力及び制御部からの信号は、ロボットアームに配された不図示の信号線、電力線を介して本発明の力覚センサに達し、さらに、力覚センサを介してロボットハンド１４に至る。本発明の力覚センサは、スリップリング部とセンサ部が一体に形成されているため、実装体積が大きく制限を受けるロボットアームの自由端近傍に配置することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の力覚センサを有するロボットアームは、多関節ロボットに好適に利用でき、本発明の力覚センサを有する多関節ロボットは生産用途に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１  押圧部材
２  外装部
３ａ，  ３ｂ，  ３ｃ  ３ｄ支柱
４  天面部
５  底面部
６  ブラシ
７  リング
８  下基板
９  上基板
１０  磁電変換素子
１１  磁束発生源
１２  基材
１３  ロボットアーム
１４  ロボットハンド
【図１】
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【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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