(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と第２部材とを接続し、前記第１部材と前記第２部材との間に働く力を検出する介在センサーであって、
前記第１部材に接続される第１基板と、
前記第２部材に接続される第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に設けられて、前記第１基板と前記第２基板との間に働く力を検出する検出部と、
前記第１基板と前記第２基板との間に挟まれ、前記検出部で検出した力に対応する信号を出力する出力回路が形成された配線基板と、
を備え、
前記第１基板または前記第２基板の少なくとも一方には貫通穴が形成されており、
前記配線基板には、前記貫通穴に折り込まれる折込部が形成されている
ことを特徴とする介在センサー。
【請求項２】
請求項１に記載の介在センサーであって、
前記配線基板は、
前記折込部と、
複数の小基板部と、
前記小基板部と前記折込部とを接続する複数の接続部と、
を備え、
前記折込部は、前記接続部で折り曲げられて前記貫通穴に挿入されている
ことを特徴とする介在センサー。
【請求項３】
前記折込部の少なくとも一部には、前記出力回路の出力を出力するリード線が形成されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の介在センサー。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の介在センサーを備えるロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、介在センサーおよび介在センサーを搭載したロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の関節を備えたアームの先端に、対象物を把持するハンドを搭載したロボットが知られている。このロボットは、アームに設けられた複数の関節を動かすことによって、ハンドを移動させたり、ハンドの向きを変更したりすることができる。また、ハンドの形状を工夫することによって様々な対象物を把持することが可能であることから、様々な分野で、様々な対象物を移動させたり取り付けたりするなどの用途で使用されている。
【０００３】
ここで、対象物を把持してアームを動かすためには、対象物の重量や慣性によってアームに加わる力やモーメントを検出する必要がある。そこで、ハンドとアームとの間に（あるいはアームの途中やアームの取付部に）、力およびモーメントを検出する検出装置（介在センサーと呼ばれる）を介在させることが行われる。介在センサーには、水晶などの圧電材料で形成されて力を検出する検出部が複数箇所に設けられており、これら検出部で検出した力に基づいて、介在センサーに加わる力やモーメントを検出することができる。（特許文献１）。
【０００４】
また近年では、ロボットにも軽量化や小型化が求められるようになっており、それに伴って介在センサーにも小型化が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−５８１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、介在センサーは、以下の理由から小型化が難しいという問題があった。すなわち、介在センサーには、力を検出する検出部だけでなく、検出した力に対応する信号を出力するための出力回路も設けなければならない。この出力回路は、アンプやコンデンサーなどの複数の電気部品と、それらを接続する配線とを有しているため、出力回路を設けるには比較的広いスペースが必要となる。更に、出力回路からの信号を外部に出力するための電線の束（ハーネス）を通すスペースも必要となる。これらのスペースを確保しようとすると、介在センサーはある程度の大きさとなり、従ってそれ以上の小型化は難しいという問題があった。
【０００７】
この発明は、従来の技術が有する上述した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、小型化することが可能な介在センサー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】
【０００８】
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の介在センサーは次の構成を採用した。すなわち、
第１部材と第２部材とを接続し、前記第１部材と前記第２部材との間に働く力を検出する介在センサーであって、
前記第１部材に接続される第１基板と、
前記第２部材に接続される第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に設けられて、前記第１基板と前記第２基板との間に働く力を検出する検出部と、
前記第１基板と前記第２基板との間に設けられて、前記検出部で検出した力に対応する信号を出力する出力回路が形成された配線基板と、
を備え、
前記第１基板または前記第２基板の少なくとも一方には貫通穴が形成されており、
前記配線基板には、前記貫通穴に折り込まれる折込部が形成されていることを要旨とする。
【０００９】
このような本発明の介在センサーにおいては、第１基板と第２基板との間に力が働くと、その力が検出部で検出されて、配線基板の出力回路から信号が出力される。このため、検出部で検出された力（出力回路の出力）に基づいて、第１部材と第２部材との間に働く力を検出することができる。尚、検出部と配線基板とは、第１基板と第２基板との間に別々に設けてもよいし、検出部が搭載された配線基板を第１基板と第２基板との間に設けてもよい。ここで、本発明の介在センサーの配線基板には折込部が設けられており、この折込部が、第１基板または第２基板の少なくとも一方に形成された貫通穴に折り込まれる。
【００１０】
こうすれば、配線基板の折込部も、出力回路を形成するスペースとして利用することができる。しかも、折込部は貫通穴に折り込まれているので、折込部が折り込まれて空いたスペースにハーネスを通すこともできる。その結果、検出部を設けるスペースや、出力回路を形成するスペースや、ハーネスを通すスペースを確保することができるので、介在センサーを小型化することが可能となる。
【００１１】
また、上述した本発明の介在センサーにおいては、次のようにしてもよい。先ず、複数の小基板部と折込部とを、接続部を介して接続することによって、配線基板を構成する。そして、折込部を接続部で折り曲げて、折り曲げた折込部を第１基板または第２基板の貫通穴に挿入することとしてもよい。尚、折込部は、貫通穴の内周に沿うように折り曲げられたり、あるいは丸められたりした状態で、貫通穴に挿入される。
【００１２】
このような介在センサーの配線基板は、折り曲げられる前の状態では、複数の小基板部が直線状に配置される。従って、配線基板に電子部品などを設置する場合、電子部品などを直線状に設置することができるので、配線基板を容易に製造することが可能となる。
【００１３】
また、上述した本発明の介在センサーにおいては、配線基板の折込部の少なくとも一部に、出力回路の出力を出力するリード線を形成しておくこととしてもよい。
【００１４】
こうすれば、リード線を、第１基板または第２基板の貫通穴から介在センサーの外側に引き出すことができる。従って、出力回路と外部の配線（ハーネスなど）とを接続する際、狭い領域（貫通穴の内部）で接続作業を行わなくて済むので、接続を容易に行うことが可能となる。
【００１５】
また、上述した本発明の介在センサーは、小型に製造することが可能である。従って、このような介在センサーをロボットに搭載することとすれば、介在センサーを搭載した箇所にかかる力を検出することが可能でありながら、小型のロボットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施例のロボットの大まかな構成を示した説明図である。
【図２】本実施例の介在センサーの構成を示した説明図である。
【図３】本実施例の配線基板の折込部を折り込む前と折り込んだ後とを比較した説明図である。
【図４】第１変形例の配線基板の形状を示した説明図である。
【図５】第２変形例の配線基板の形状を示した説明図である。
【図６】第２変形例の配線基板を介在センサーに組み付けた状態を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本実施例のロボット１０の大まかな構成を示した説明図である。図示されるようにロボット１０は、対象物を把持するロボットハンド２０と、本体部３０と、ロボットハンド２０と本体部３０との間に設けられるアーム４０とから構成されている。アーム４０は、関節部４４を介して複数の棒状のリンク部４２が接続されて構成されており、アーム４０の先端側のリンク部４２はロボットハンド２０に接続され、基部側のリンク部４２は本体部３０に接続される。関節部４４には、関節部４４を屈曲させるためのアクチュエーター（図示せず）が設けられており、アクチュエーターを駆動してそれぞれの関節部４４を屈曲させることによって、ロボットハンド２０を移動させたり、ロボットハンド２０の向きを変更したりする。
【００１８】
また、本実施例のロボット１０には、アーム４０の先端側のリンク部４２とロボットハンド２０との間に、力やモーメントを検出する装置（介在センサー１００）が設けられている。この介在センサー１００は、一方の側がリンク部４２にネジ止めされ、他方の側がロボットハンド２０にネジ止めされる。このようにロボットハンド２０とアーム４０とは、介在センサー１００を介して接続されるので、対象物を把持した状態でアーム４０を動かすと、対象物の重量や慣性によってアーム４０に加わる力やモーメントが介在センサー１００に伝わる。介在センサー１００では、こうした力やモーメントを検出し、その結果をロボット１０の制御部（図示せず）に出力する。また介在センサー１００は、ロボットハンド２０とアーム４０の先端側のリンク部４２との間だけでなく、アーム４０の途中のリンク部４２や、アーム４０の基部側のリンク部４２にも設けられており、それぞれの介在センサー１００で検出された力やモーメントが出力される。ロボット１０の制御部は、これら介在センサー１００からの出力に基づいて関節部４４の動きを制御することによってアーム４０を動作させる。
【００１９】
図２は、本実施例の介在センサー１００の構成を示した説明図である。尚、図２（ａ）には、本実施例の介在センサー１００の全体図が示されており、図２（ｂ）には分解図が示されている。図２（ａ）に示されるように、本実施例の介在センサー１００は、大まかには、２枚の円板（第１基板１１０，第２基板１２０）や、配線基板１３０などから構成されている。第１基板１１０と第２基板１２０とは、配線基板１３０を間に挟んだ状態で、複数のボルト１４０によってネジ止めされる。この状態で、第１基板１１０はロボットハンド２０（またはアーム４０のリンク部４２）にネジ止めされ、第２基板１２０はリンク部４２にネジ止めされる。尚、図２（ａ）には、第１基板１１０をロボットハンド２０（またはリンク部４２）にネジ止めするためのネジ穴１１２が示されている。
【００２０】
また、図２（ｂ）の分解図に示されるように、第１基板１１０および第２基板１２０には、配線の束（ハーネス）を通すための貫通穴１１４，１２４が中央に形成されている。また配線基板１３０にも、中央の折込部１３０ｉが第２基板１２０の貫通穴１２４に対して折り込まれることによって、中央部に穴（貫通穴１３４）が形成されている。そして、これらの貫通穴１１４，１２４，１３４にロボットハンド２０を動かすためのハーネスが通される。尚、本実施例の配線基板１３０は、第２基板１２０の貫通穴１２４に折り込まれているが、配線基板１３０を第１基板１１０の貫通穴１１４に折り込むようにしてもよい。
【００２１】
配線基板１３０の上面（第１基板１１０側の面）の複数箇所（図示した例では３か所）には、介在センサー１００に加わる力を検出するための水晶５００が設置される。これら水晶５００は四角形に形成されており、それぞれの水晶５００の四角形の一辺が配線基板１３０の中心に向かうように配置される。尚、水晶５００は四角形に形成されているので、配線基板１３０に設置された状態で、水晶５００の向きが適切な向きとなっているか否かを容易に確認することができる。尚、本実施例の水晶５００は、本発明の検出部に対応する。
【００２２】
水晶５００は、第１基板１１０と第２基板１２０とをネジ止めした状態で、第１基板１１０の下面と、第２基板１２０の上面に設けられた凸部１２６とによって挟まれる。また、配線基板１３０には、第２基板の凸部１２６と向き合う箇所に当接穴１３６が設けられている。このため第２基板１２０の凸部１２６は、配線基板１３０を介さずに直接、水晶５００に当接する。この状態で、水晶５００には予圧が与えられており、従って、水晶５００に加わる力が予圧よりも大きくなることによって、水晶５００を押す方向に力が加わったことが検出され、また加わる力が予圧よりも小さくなることによって、水晶５００を押す方向とは反対方向に力が加わったことが検出される。尚、第１基板１１０の下面にも凸部を設けて、この凸部と第２基板１２０の凸部１２６とによって、水晶５００を挟むようにしてもよい。
【００２３】
また水晶５００は、配線基板１３０上に形成された出力回路に接続されている。出力回路は、アンプやコンデンサー、抵抗、コネクターなどの電子部品などから構成されており、それぞれの水晶５００で検出された力を信号としてロボット１０の制御部（図示せず）に出力したり、３つの水晶５００で検出した力の大きさや力の向きに基づいて、介在センサー１００に加わる力のモーメントを示す信号を生成して出力したりする。
【００２４】
尚、上述したように第２基板の凸部１２６が配線基板１３０を介さずに直接、水晶５００に当接するので、配線基板１３０の変形による影響を受けずに水晶５００に力を加えることができる。また、水晶５００が設置される箇所の両隣の位置には、第１基板１１０と第２基板１２０とをネジ止めするボルト１４０を挿入可能な穴（ガイド穴１３８）が設けられている。このため、水晶５００を与圧するボルト１４０で水晶５００が位置決めされるので、水晶５００を適切に与圧することができる。
【００２５】
図３は、本実施例の配線基板１３０の折込部１３０ｉを折り込む前と折り込んだ後とを比較した説明図である。配線基板１３０の折込部１３０ｉが折り込まれる前は、図３（ａ）に示されているように、出力回路を構成する電子部品や水晶５００などのすべての部品が、平らな基材の上に設置されている。そして、配線基板１３０の中央に設けられた折込部１３０ｉを図面下側に折り込むと、図３（ｂ）に示されるように、配線基板１３０の中央に大きな貫通穴１３４が形成される。その結果、配線基板１３０の中央にハーネスを通すためのスペースが確保される。尚、折込部１３０ｉを折り込むことから、配線基板１３０は、柔軟な材料で形成されたＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）を用いることが望ましい。
【００２６】
このように、本実施例の配線基板１３０では、折込部１３０ｉを折り込むことによってハーネスを通すスペースを確保しているので、折込部１３０ｉを電子部品を設置するスペースとして利用することができる。これにより、電子部品を設置するためのスペースを十分に確保することができるので、配線基板１３０を小さくすることができる。その結果、配線基板１３０が設けられる介在センサー１００の小型化を図ることが可能となる。
【００２７】
また、図３（ａ）に示されるように、基材が平らな状態で電子部品や水晶５００を設置しているので、電子部品などを簡単に設置することができ、配線基板１３０の検査も容易となる。
【００２８】
更に、折込部１３０ｉに電子部品を設置する場合、水晶５００よりも背の高い電子部品を設置することができる。すなわち、折込部１３０ｉ以外の部分に設置する場合、水晶５００よりも背の高い電子部品を設置すると、第１基板１１０と第２基板１２０との間隔が広くなり、介在センサー１００が厚くなる。これに対して、折込部１３０ｉに電子部品を設置する場合、電子部品は貫通穴１３４の内側のスペースに配置されるので、第１基板１１０と第２基板１２０との間隔を広げる必要がなく、介在センサー１００が厚くなることもない。加えて、配線基板１３０の折込部１３０ｉに、ハーネスと出力回路とを接続するコネクターを設けておけば、コネクターをハーネスの方向に向けることができるので、コネクターとハーネスとを容易に接続することができる。
【００２９】
上述した本実施例の介在センサー１００には、種々の変形例が存在する。以下では、これらの変形例について簡単に説明する。尚、以下の変形例では、上述した本実施例の介在センサー１００と異なる部分に焦点を当てて説明し、本実施例の介在センサー１００と同様な構成については、同じ番号を付すこととして説明を省略する。
【００３０】
上述した本実施例の介在センサー１００では、配線基板１３０上の水晶５００や電子部品などが、中央の貫通穴１３４を中心として円形に配置される（図２を参照）。しかし、次のようにすれば、水晶５００や電子部品などを直線状に配置することもできる。
【００３１】
図４は、第１変形例の配線基板２３０の形状を示した説明図である。第１変形例では、図４（ａ）に示した形状の配線基板２３０を複数箇所で折り曲げて、図４（ｂ）に示す形状にしてから介在センサー１００に組み付ける。
【００３２】
図４（ａ）に示されているように、折り曲げる前の第１変形例の配線基板２３０は、３つの小基板部２３０ｓと、細長い長方形形状に形成された折込部２３０ｉと、小基板部２３０ｓと折込部２３０ｉとを接続する接続部２３０ｊとから構成される。このような配線基板２３０では、３つの小基板部２３０ｓの水晶５００は直線状に、また電子部品についても、３つの小基板部２３０ｓの電子部品が直線状に（しかも同じ向きに）配置される。そして、配線基板２３０の折込部２３０ｉを、途中の折り目で折り曲げながら丸めることによって筒状とし、更に折込部２３０ｉと接続部２３０ｊとの境目で配線基板２３０を折り曲げることによって、図４（ｂ）に示すような形状の配線基板２３０を完成させる。この状態で、それぞれの水晶５００の四角形の一辺が配線基板２３０の中心に向かうように配置される。尚、配線基板２３０は、折込部２３０ｉを丸めて筒状にした部分が第２基板１２０の貫通穴１２４に挿入される。
【００３３】
このように配線基板２３０を形成すれば、上述した所定方向に向けて３つの水晶５００や電子部品を配置することが可能でありながら、配線基板２３０に水晶５００や電子部品を設置する際には、直線状に設置することができる。従って、配線基板２３０を容易に製造することができる。また、折り曲げる前の状態であれば、配線基板２３０の検査も容易に行うことが可能である。
【００３４】
上述した本実施例および第１変形例の介在センサー１００では、ハーネスとのコネクターを、折込部１３０ｉ，２３０ｉに設けるものとして説明した。しかし、折込部１３０ｉ，２３０ｉからリード線を引き出して、ハーネスに接続するようにしてもよい。
【００３５】
図５は、第２変形例の配線基板３３０の形状を示した説明図である。図示した配線基板３３０は、第１変形例の配線基板２３０に対して、折込部３３０ｉに複数の細長いリード線３３０ｒが追加された構成となっている。そしてリード線３３０ｒの先端にコネクター３４０が設けられている。
【００３６】
図６は、第２変形例の配線基板３３０を介在センサー１００に組み付けた状態を示した説明図である。図５に示した配線基板３３０を折り曲げて完成させ、介在センサー１００に組み付けると、図６に示されるように、第２基板１２０の貫通穴１２４からリード線３３０ｒおよびコネクター３４０が露出した状態となる。従って、ハーネスとコネクター３４０とを接続する作業を、介在センサー１００の外側で行うことができる。その結果、介在センサー１００の内側のスペース（貫通部）で接続作業を行う場合に比べて作業スペースが広くなるので、作業が容易となる。
【００３７】
以上、本発明の介在センサーについて説明したが、本発明は上記の実施例や、変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。例えば、上述した実施例や変形例の介在センサーでは、配線基板は一枚の部材として形成されているものと説明した。しかし、配線基板は、折込部が形成されていれば一枚の部材である必要はなく、従って、例えば配線基板は複数に分割されていてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１０…ロボット、    ２０…ロボットハンド、    ３０…本体部、
４０…アーム、    ４２…リンク部、    ４４…関節部、
１００…介在センサー、    １１０…第１基板、    １１２…ネジ穴、
１１４…貫通穴、    １２０…第２基板、    １２４…貫通穴、
１２６…凸部、    １３０…配線基板、    １３０ｉ…折込部、
１３４…貫通穴、    １３６…当接穴、    １３８…ガイド穴、
１４０…ボルト、    ２３０…配線基板、    ２３０ｉ…折込部、
２３０ｊ…接続部、    ２３０ｓ…小基板部、    ３３０…配線基板、
３３０ｉ…折込部、    ３３０ｒ…リード線、    ３４０…コネクター
５００…水晶
【図１】
0005884456.tif 000002
【図２】
0005884456.tif 000003
【図３】
0005884456.tif 000004
【図４】
0005884456.tif 000005
【図５】
0005884456.tif 000006
【図６】
0005884456.tif 000007