(57)【要約】  荷重センサ素子に加わる荷重を抑えることができる力センサ１０及びロボット１４を提供する。  力センサ１１０は、一方の面が被固定部材に固定される第１のベース部材３０ａと、第１のベース部材３０ａの他方の面に設けられ、荷重を検出するための複数の荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４と、第１のベース部材３０ａの他方の面に対向して配置され、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に加える予荷重を第１のベース部材３０ａの方向に向かって発生する第２のベース部材１３０ｂと、第２のベース部材１３０ｂが発生する予荷重の大きさを調整する予荷重調整部１４０と、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に加わる外部からの外部荷重の一部を受ける緩衝体３２ａ、３２ｂとを備える。
2013031007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面が被固定部材に固定される第１のベース部材と、
前記第１のベース部材の他方の面に設けられ、荷重を検出するための複数の荷重センサ素子と、
前記第１のベース部材の他方の面に対向して配置され前記各荷重センサ素子に加える予荷重を前記第１のベース部材の方向に向かって発生する第２のベース部材と、
前記第２のベース部材が発生する前記予荷重の大きさを調整する予荷重調整部と、
前記各荷重センサ素子に加わる外部からの外部荷重の一部を受ける緩衝体とを備えた力センサ。
【請求項２】
請求項１記載の力センサにおいて、
前記予荷重調整部は、前記第２のベース部材の中心部に向かう方向に形成され、該第２のベース部材の外周面に開口するねじ孔に沿って進退する第１の調整ねじと、
前記第１の調整ねじに接触し、該第１の調整ねじによって加えられた力を前記各荷重センサ素子を圧縮する力に変換する楔機構を有する力センサ。
【請求項３】
請求項２記載の力センサにおいて、
前記楔機構は、前記荷重センサ素子を押圧する押圧面、前記押圧面と交差し、前記第１の調整ねじによって押圧される被押圧面、並びに前記押圧面及び前記被押圧面と交差する傾斜面が形成された第１の調整部材と、
前記第２のベース部材の前記第１のベース部材に対向する側の面に設けられ、前記傾斜面に接触する接触面が形成された第２の調整部材とを有する力センサ。
【請求項４】
請求項１記載の力センサにおいて、
前記予荷重調整部は、前記第２のベース部材の厚み方向に形成されたねじ孔に沿って進退し、前記各荷重センサ素子をそれぞれ押圧する複数の第２の調整ねじである力センサ。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の力センサにおいて、
前記緩衝体は、前記荷重センサ素子を圧縮する方向に加わる前記外部荷重の一部を受ける第１の緩衝部と、
前記荷重センサ素子を圧縮する方向とは反対の引張方向に加わる前記外部荷重の一部を受ける第２の緩衝部とを有する力センサ。
【請求項６】
請求項５記載の力センサにおいて、
前記第１の緩衝部は、前記第１のベース部材と前記第２のベース部材の間に設けられ、厚み方向の弾性係数が、前記荷重センサ素子の弾性係数よりも大きい部材であり、
前記第２の緩衝部は、前記第２のベース部材を前記第１のベース部材に対して固定するための固定ねじと、前記第２のベース部材との間に設けられ、厚み方向の弾性係数が、前記荷重センサ素子の弾性係数よりも大きい部材である力センサ。
【請求項７】
請求項６記載の力センサにおいて、
前記第１の緩衝部は、環状の第１の環状部材と、内径が該第１の環状部材の外径よりも大きい環状の第２の環状部材とを有し、
前記各荷重センサ素子は、前記第１の環状部材の外周側かつ前記第２の環状部材の内周側に配置される力センサ。
【請求項８】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の力センサにおいて、
前記緩衝体は、両面が径方向と交差する方向に湾曲することによって、凹部と凸部とが周方向に交互に繰り返して形成される環状のばね部材であり、
前記凹部が前記第１のベース部材に固定され、前記凸部が前記第２のベース部材に固定される力センサ。
【請求項９】
手首部のフランジに取り付けられた力センサと、
前記力センサの先端側に取り付けられたエンドエフェクタとを備え、
前記力センサは、一方の面が前記フランジに固定される第１のベース部材と、
前記第１のベース部材の他方の面に設けられ、荷重を検出するための複数の荷重センサ素子と、
前記第１のベース部材の他方の面に対向して配置され、前記各荷重センサ素子に加える予荷重を前記第１のベース部材の方向に向かって発生する第２のベース部材と、
前記第２のベース部材が発生する前記予荷重の大きさを調整する予荷重調整部と、
前記各荷重センサ素子に加わる前記エンドエフェクタからの外部荷重の一部を受ける緩衝体とを有するロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力センサ及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、少なくとも、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に作用する座標軸方向の力３成分と、Ｘ軸及びＹ軸回りのモーメントを検出可能な多軸力センサが記載されている。この多軸力センサは、Ｘ軸及びＹ軸を含む基準平面上において座標原点Ｏを中心とするリング状の内周面を有する外輪部と、外輪部の内周面に対面するリング状の外周面を有する内輪部と、内周面と外周面とを連結する複数の荷重センサ素子とよりなる。外輪部の内周面は、Ｚ軸に対して傾斜したテーパ内面を有している。内輪部の外周面は、テーパ内面に対面するようＺ軸に対して傾斜したテーパ外面を有している。荷重センサ素子は、テーパ内面とテーパ外面との間に挟持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０７１５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、一般に、力センサに加わる荷重がそのまま荷重センサ素子に加わると、荷重センサ素子が壊れる場合がある。
本発明は、荷重センサ素子に加わる荷重を抑えることができる力センサ及びロボット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】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、一方の面が被固定部材に固定される第１のベース部材と、
前記第１のベース部材の他方の面に設けられ、荷重を検出するための複数の荷重センサ素子と、
前記第１のベース部材の他方の面に対向して配置され前記各荷重センサ素子に加える予荷重を前記第１のベース部材の方向に向かって発生する第２のベース部材と、
前記第２のベース部材が発生する前記予荷重の大きさを調整する予荷重調整部と、
前記各荷重センサ素子に加わる外部からの外部荷重の一部を受ける緩衝体とを備えた力センサが適用される。【０００６】
また、他の観点によれば、手首部のフランジに取り付けられた力センサと、
前記力センサの先端側に取り付けられたエンドエフェクタとを備え、
前記力センサは、一方の面が前記フランジに固定される第１のベース部材と、
前記第１のベース部材の他方の面に設けられ、荷重を検出するための複数の荷重センサ素子と、
前記第１のベース部材の他方の面に対向して配置され、前記各荷重センサ素子に加える予荷重を前記第１のベース部材の方向に向かって発生する第２のベース部材と、
前記第２のベース部材が発生する前記予荷重の大きさを調整する予荷重調整部と、
前記各荷重センサ素子に加わる前記エンドエフェクタからの外部荷重の一部を受ける緩衝体とを有するロボットが適用される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、荷重センサ素子に加わる荷重が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施例に係る力センサを有するロボットの説明図である。
【図２】同力センサの平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】同力センサが有する荷重センサ素子の配置図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る力センサの平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】同力センサの予荷重調整部の変形例を示す説明図である。
【図８】本発明の第３の実施例に係る力センサの斜視図である。
【図９】同力センサの平面図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ断面の端面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。なお、各図において、説明に関連しない部分（例えば、電源線や信号線）は図示を省略する場合がある。
【００１０】
＜第１の実施例＞
本発明の第１の実施例に係る力センサ１０は、例えば図１に示すように、ロボット制御装置１２が接続された垂直多関節ロボット（ロボットの一例）１４に設けられている。詳細には、力センサ１０は、ロボット１４の手首部１６のフランジ１８に取り付けられている。力センサ１０の先端側には、エンドエフェクタ２０が取り付けられている。
【００１１】
力センサ１０は、エンドエフェクタ２０に加わる力（力センサ１０の外部から加わる力）を検出するための検出器である。
力センサ１０は、図２及び図３に示すように、第１のベース部材３０ａと、第１の緩衝部３２ａと、荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４と、第２のベース部材３０ｂと、第２の緩衝部３２ｂと、予荷重調整部４０と、を備えている。
なお、図２〜図４に示す座標系は、力センサ１０の中心を座標原点Ｏとし、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる直交座標系である。
【００１２】
第１のベース部材３０ａは、円板状の部材であり、一方の面がフランジ（被固定部材の一例）１８に固定される。
第１のベース部材３０ａには、フランジ１８に取り付けるための孔Ｈ１が複数形成されている。また、第１のベース部材３０ａには、第２のベース部材３０ｂを固定するための例えば８つのねじ孔Ｈ２が形成されている。
第１のベース部材３０ａの中心部には、エンドエフェクタ２０を駆動するアクチュエータやセンサ等の配線を通すための孔Ｈ３が形成されている。
【００１３】
第１の緩衝部３２ａは、第１のベース部材３０ａと第１のベース部材３０ａの他方の面に対向して配置される第２のベース部材３０ｂとの間に設けられ、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に加わる外部荷重（荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４を圧縮する方向の荷重）の一部を受けることができる。第１の緩衝部３２ａは、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４よりも、厚み方向の弾性係数が大きい。各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に予荷重が加わっていない場合には、第１の緩衝部３２ａの厚みは、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４と各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４の検出面に配置された押圧板４２との合計の厚みよりも大きい。
【００１４】
第１の緩衝部３２ａは、例えば、以下のように第１の環状部材３２ａ１と第２の環状部材３２ａ２によって分割して構成することができる。
第１の環状部材３２ａ１は、環状の部材である。第１の環状部材３２ａ１は、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４よりも、厚み方向の弾性係数が大きい。また、第１の環状部材３２ａ１の厚みは、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４と各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４の検出面に配置された押圧板４２との合計の厚みよりも大きい。第１の環状部材３２ａ１の中心部には、エンドエフェクタ２０を駆動するアクチュエータやセンサ等の配線を通すための孔Ｈ４が形成されている。
第１の環状部材３２ａ１は、第１のベース部材３０ａの他方の面（フランジ１８とは反対側の面）に、孔Ｈ３と孔Ｈ４の位置を合わせて配置される。
【００１５】
第２の環状部材３２ａ２は、環状の部材である。第２の環状部材３２ａ２は、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４よりも、厚み方向の弾性係数が大きい。また、第２の環状部材３２ａ２の厚みは、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４と各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４の検出面に配置された押圧板４２との合計の厚みよりもが大きい。第１及び第２の環状部材３２ａ１、３２ａ２の厚みは、実質的に同一である。
【００１６】
第２の環状部材３２ａ２と第１のベース部材３０ａの外径の大きさは、実質的に同一である。第２の環状部材３２ａ２は、内径が第１の環状部材３２ａ１の外径よりも大きい。第２の環状部材３２ａ２は、外周の位置を第１のベース部材３０ａの外周に合わせて、第１のベース部材３０ａの他方の面（フランジ１８とは反対側の面）に設けられ、第２の環状部材３２ａ２は、第１の環状部材３２ａ１の外側に配置される。
【００１７】
なお、第１の緩衝部３２ａは、一体に構成されていてもよい。第１の緩衝部の他の例として、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４の周囲や、貫通するボルトの周囲に孔が形成された部材としてもよい。
【００１８】
各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４は、Ｚ軸方向の力の大きさを検出するための検出器である。各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４は、例えば、外部から加えられた力に応じて電気抵抗値が変化する感圧素子である。各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に電気抵抗の変化に応じた電圧を出力する電気回路（不図示）を接続し、この電気回路が出力する電圧の変化を力に変換することによって、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に加わる力を計測できる。なお、電圧と力の関係は、予めキャリブレーションして求めておく。
なお、荷重センサ素子は、外部から加えられた力に応じて電圧を発生する圧電素子とすることもできる。
【００１９】
各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４は、第１の環状部材３２ａ１の外周側かつ第２の環状部材３２ａ２の内周側であって、第１のベース部材３０ａの他方の面に設けられている。詳細には、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４は、図２に示すように、実質的に同一円周上にて均等配置され、平面視してＸ軸及びＹ軸上に配置されている。
【００２０】
第２のベース部材３０ｂは、円板状の部材であり、第１のベース部材３０ａの他方の面に対向して配置される。第２のベース部材３０ｂは、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に加える予荷重を第１のベース部材３０ａの方向に向かって発生できる。
なお、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に予荷重を加える理由は、圧縮の荷重（荷重センサ素子を圧縮する方向の力）と引っ張りの荷重（荷重センサ素子を圧縮する方向とは反対の引張方向に加わる荷重）の両方を検出するためである。
【００２１】
第２のベース部材３０ｂには、第１のベース部材３０ａに形成されたねじ孔Ｈ２に対応する８つの座ぐり孔Ｈ５が形成されている。座ぐり孔Ｈ５は、図２に示すように、平面視して各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４の外側と内側にそれぞれ配置されている。
第２のベース部材３０ｂは、座ぐり孔Ｈ５に挿入された各ボルトＢＬＴ１によって、第１及び第２の環状部材３２ａ１、３２ａ２を介して第１のベース部材３０ａに固定され、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４への予荷重を発生する。
第２のベース部材３０ｂの各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に対向する位置には、ねじ孔Ｈ６がＺ軸方向（厚み方向）に形成されている。
【００２２】
第２のベース部材３０ｂの、孔Ｈ１に対向する位置には、それぞれ孔Ｈ７が形成されている。従って、図示しないボルトが孔Ｈ７及び孔Ｈ１に挿入されることによって、力センサ１０がフランジ１８に固定される。
更に、第２のベース部材３０ｂの中心部には、エンドエフェクタ２０を駆動するアクチュエータやセンサ等の配線を通すための孔Ｈ８が形成されている。
【００２３】
第２の緩衝部３２ｂは、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４の圧縮方向とは反対の引張方向に加わる外部荷重の一部を受けることができる。
第２の緩衝部３２ｂ（図３参照）は、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４よりも厚み方向の弾性係数が大きい。第２の緩衝部３２ｂの厚みを第１の緩衝部３２ａの厚みよりも薄くするために、第２の緩衝部３２ｂの弾性係数の大きさは、第１の緩衝部３２ａの弾性係数の大きさ以上となるように設定できる。
第２の緩衝部３２ｂは、例えば複数の第３の環状部材３２ｂ１〜３２ｂ８（図２及び図３参照）によって構成されている。各第３の環状部材３２ｂ１〜３２ｂ８は、前述の通り、第２のベース部材３０ｂに形成された座ぐり孔Ｈ５に挿入され、ボルト（固定ねじの一例）ＢＬＴ１によってボルトＢＬＴ１と第２のベース部材３０ｂとの間に挟まれて固定される。
第２の緩衝部３２ｂは、第１の緩衝部３２ａと同じ材質とすることができる。
なお、第１の緩衝部３２ａ及び第２の緩衝部３２ｂによって、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に加わる外部（エンドエフェクタ２０）からの荷重の一部を受ける緩衝体の一例が構成される。
【００２４】
予荷重調整部４０は、第２のベース部材３０ｂが発生する予荷重の大きさを調整できる。
予荷重調整部４０は、第２のベース部材３０ｂの厚み方向に形成されたねじ孔Ｈ６に沿って進退し、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４をそれぞれ押圧できる複数の予荷重調整ねじ（第２の調整ねじの一例）ＳＡ１である。Ｚ軸の正方向から工具Ｔを挿入し、予荷重調整ねじＳＡ１を進退させることによって、押圧板４２を介して各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に加わる予荷重を調整できる。押圧板４２を介して各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に予荷重を加えるのは、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４の検出面に、極力均等な力を加えるためである。
予荷重調整ねじＳＡ１として、例えば、六角穴付止めねじ（いもねじ）を用いることができる。
【００２５】
次に、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４の検出値から各軸方向の並進力（３成分の並進力）を計測する原理について説明する。
例えば、図４に示すようにエンドエフェクタ２０（図４においては不図示）上の点Ｐに既知の力が加わると、座標系の原点Ｏ周りにモーメントが働く。なお、点Ｐに加わる力は、例えば、エンドエフェクタ２０を用いて部品を組み立てる場合には、容易に求めることができる。
座標原点Ｏから点Ｐまでの距離Ｌと、座標原点Ｏから各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４までの距離ａが既知であれば、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４の出力値からＸ軸方向の力Ｆｘを算出することができる。同様に、Ｙ軸方向の力Ｆｙも各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４の出力値から算出できる。Ｚ軸方向の力Ｆｚは、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４の出力値の総和から算出できる。
なお、力センサ１０に過大な力が加わっても、力の一部を第１の緩衝部３２ａ又は第２の緩衝部３２ｂが受けるので、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４が受ける力は緩和される。詳細には、圧縮の荷重が各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に加わる場合、圧縮の荷重は、第１の緩衝部３２ａと荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４との弾性係数の比で分圧される。引っ張りの荷重が各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に加わる場合、引っ張りの荷重は、第２の緩衝部３２ｂと荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４との弾性係数の比で分圧される。
【００２６】
このように、本実施例に示した力センサ１０は、第１及び第２の緩衝部３２ａ、３２ｂを有しているので、荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に加わる荷重が抑えられる。また、ロボット１４の先端側（フランジ１８とは反対の側）から、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に加える予荷重をそれぞれ独立に調整できる。更に、力センサ１０の厚みが抑えられる。
【００２７】
＜第２の実施例＞
続いて、本発明の第２の実施例に係る力センサ１１０について説明する。第１の実施例に係る力センサ１０と同一の構成要素には同じ符号を付して詳しい説明を省略する場合がある。
本実施例に係る力センサ１１０は、第１の実施例に係る力センサ１０とは、主として予荷重調整部が相違する。また、第２のベース部材の形状が第１の実施例に係る力センサ１０とは相違する。更に、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４の配置が、第１の実施例に係る力センサ１０とは相違している。
【００２８】
第２のベース部材１３０ｂは、図５及び図６に示すように、第１のベース部材３０ａの他方の面に対向して配置され、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に加える予荷重を第１のベース部材３０ａの方向に向かって発生できる。
【００２９】
第２のベース部材１３０ｂには、第１のベース部材３０ａに形成されたねじ孔Ｈ２に対応する座ぐり孔Ｈ５が形成されている。第２のベース部材１３０ｂは、第３の環状部材３２ｂ１〜３２ｂ８を挟んで座ぐり孔Ｈ５に挿入された各ボルトＢＬＴ１によって、第１及び第２の環状部材３２ａ１、３２ｂ１を介して第１のベース部材３０ａに固定され、予荷重を発生する。
第２のベース部材１３０ｂには、図６に示すように、ねじ孔Ｈ１１が第２のベース部材の中心部に向かう方向（第２のベース部材１３０ｂの厚み方向と交差する方向）に形成されている。ねじ孔Ｈ１１は、第２のベース部材１３０ｂの外周面に開口している。
【００３０】
第２のベース部材１３０ｂの孔Ｈ１に対向する位置には、それぞれ孔Ｈ７が形成されている。従って、図示しないボルトが孔Ｈ７及び孔Ｈ１に挿入されることによって、力センサ１１０がフランジ１８に固定される。
更に、第２のベース部材１３０ｂの中心部には、エンドエフェクタ２０を駆動するアクチュエータやセンサ等の配線を通すための孔Ｈ８が形成されている。
【００３１】
予荷重調整部１４０は、予荷重調整ねじ（第１の調整ねじの一例）ＳＡ２と、予荷重調整ねじＳＡ２に接触し、予荷重調整ねじＳＡ２によって加えられた力を各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４を圧縮する力に変換する楔機構とを有している。
予荷重調整ねじＳＡ２は、ねじ孔Ｈ１１に沿って進退する。予荷重調整ねじＳＡ２は、力センサ１１０の側面から挿入された工具Ｔによって回される。予荷重調整ねじＳＡ２として、例えば、六角穴付止めねじ（いもねじ）を用いることができる。
【００３２】
楔機構は、第１の調整部材１４０ａと、第２の調整部材１４０ｂとを有している。
第１の調整部材１４０ａは、例えば、楔状の部材である。第１の調整部材１４０ａには、１）荷重センサ素子を押圧する押圧面ＳＦａ１、２）押圧面ＳＦａ１と交差し、予荷重調整ねじＳＡ２によって押圧される被押圧面ＳＦａ２、並びに３）押圧面ＳＦａ１及び被押圧面ＳＦａ２と交差する傾斜面ＳＦａ３が形成されている。
第１の調整部材１４０ａは、力センサ１１０の中心方向に移動することができる。
【００３３】
第２の調整部材１４０ｂは、例えば、楔状の部材である。第２の調整部材１４０ｂは、第２のベース部材１３０ｂの第１のベース部材３０ａに対向する側の面に形成された窪み部１４２に固定されている。第２の調整部材１４０ｂには、第１の調整部材１４０ａの傾斜面ＳＦａ３に接触する接触面ＳＦｂ１が形成されている。
なお、第２の調整部材１４０ｂは、第２のベース部材１３０ｂの一部として構成してもよい。
【００３４】
次に、力センサ１１０の予荷重を調整する際の動作について説明する。
作業者が工具Ｔを用いて予荷重調整ねじＳＡ２を回すと、予荷重調整ねじＳＡ２が第１の調整部材１４０ａの被押圧面ＳＦａ２を押す。予荷重調整ねじＳＡ２によって押された第１の調整部材１４０ａが平面上を力センサ１１０の中心方向に移動すると、傾斜面ＳＦａ３が第２の調整部材１４０ｂの接触面ＳＦｂ１によって第１のベース部材３０ａの方向に押される。その結果、第１の調整部材１４０ａの押圧面ＳＦａ１が、押圧板４２を介して荷重センサ素子Ｓ３（荷重センサ素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４も同様）を押す。
即ち、作業者が工具Ｔを回すと荷重センサ素子の予荷重が調整される。
【００３５】
なお、楔機構が、図７に示すように、予荷重調整ねじＳＡ２によって押される楔状の第３の調整部材１４１ａと、第３の調整部材１４１ａと荷重センサ素子Ｓ３との間に配置された楔状の第４の調整部材１４１ｂとを有し、予荷重調整部１４１の一部を構成してもよい。
予荷重調整ねじＳＡ２が回されると、第３の調整部材１４１ａは、ＸＹ平面上を力センサ１１０の中心方向に移動し、第４の調整部材１４１ｂは、荷重センサ素子Ｓ３を押す。従って、予荷重調整部１４１は、荷重センサ素子Ｓ３の予荷重を調整できる。
【００３６】
このように、本実施例に示した力センサ１１０は、第１及び第２の緩衝部３２ａ、３２ｂを有しているので、荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に加わる荷重が抑えられる。また、先端側に設けられたエンドエフェクタ２０を取り外すことなく、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に加える予荷重をそれぞれ独立に調整できる。更に、力センサ１１０の厚みが抑えられる。
【００３７】
＜第３の実施例＞
続いて、本発明の第３の実施例に係る力センサ２１０について説明する。第１及び第２の実施例に係る力センサ１０、１１０と同一の構成要素には同じ符号を付して詳しい説明を省略する場合がある。
本実施例に係る力センサ２１０は、第２の実施例に係る力センサ１１０とは、主として緩衝体が相違する。また、第１及び第２のベース部材の形状が第２の実施例に係る力センサ１１０とは相違する。
【００３８】
緩衝体は、第１のベース部材２３０ａ及び第２のベース部材２３０ｂの間に設けられ、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に加わる外部からの荷重の一部を受けることができる。緩衝体は、図８に示すように、その両面が径方向と交差する方向に湾曲することによって、凹部３００ａと凸部３００ｂとが周方向に交互に繰り返して形成される環状のばね部材３００である。凹部３００ａは、ボルトＢＬＴａによって、第１のベース部材２３０ａの外周部に固定され、凸部３００ｂは、ボルトＢＬＴｂによって第２のベース部材２３０ｂの外周部に固定される。
ばね部材３００は、荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４よりも、厚み方向の（径方向と交差する中心軸方向の）弾性係数が大きい。
なお、ばね部材３００は、例えばウェーブスプリングである。
【００３９】
第１のベース部材２３０ａには、ボルトＢＬＴｂを締結する工具を挿入するための切り欠きＮａが外周部に形成されている。
【００４０】
第２のベース部材２３０ｂには、ボルトＢＬＴａを締結する工具を挿入するための切り欠きＮｂが外周部に形成されている。
【００４１】
予荷重調整部１４０は、図１０に示すように、実質的に第２の実施例に示した予荷重調整部と同様の構成である。ただし、予荷重調整ねじＳＡ２が進退するねじ孔Ｈ１１は、第２のベース部材２３０ｂに、平面視して、力センサ２１０の中心部からボルトＢＬＴａに向かう方向に形成されている（図９参照）。ねじ孔Ｈ１１が、平面視して、力センサ２１０の中心部からボルトＢＬＴａに向かう方向に形成されることによって、予荷重調整ねじＳＡ２を回す工具Ｔがばね部材３００と干渉することを回避できる。
ねじ孔Ｈ１１は、予荷重調整ねじＳＡ２を回す工具Ｔがばね部材３００と干渉しない位置に配置されればよく、例えば、力センサ２１０の中心部からボルトＢＬＴｂに向かう方向に形成することもできる。
【００４２】
なお、予荷重調整部は、第１の実施例に示したように、第２のベース部材の厚み方向に形成されたねじ孔Ｈ６に沿って進退し、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４をそれぞれ押圧できる複数の予荷重調整ねじＳＡ１とすることもできる。
【００４３】
このように、本実施例に示した力センサ２１０は、ばね部材３００を有しているので、荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に加わる荷重が抑えられる。また、先端側に設けられたエンドエフェクタ２０を取り外すことなく、各荷重センサ素子Ｓ１〜Ｓ４に加える予荷重をそれぞれ独立に調整できる。更に、第１及び第２の実施例に係る力センサ１０、１１０よりも、部品点数が低減され、厚みを抑えられる。
【００４４】
本発明は、前述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能である。例えば、前述の実施例や変形例の一部又は全部を組み合わせて発明を構成する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４５】
力センサは、例えば、ロボットの手首部に内蔵されてもよい。更に力センサは、ロボット以外の機械装置に設けることもできる。他の機械装置の一例として、例えば、工作機械が挙げられる。
各荷重センサ素子の個数や配置は、前述の実施例に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１０：力センサ、１２：ロボット制御装置、１４：垂直多関節ロボット、１６：手首部、１８：フランジ、２０：エンドエフェクタ、３０ａ：第１のベース部材、３０ｂ：第２のベース部材、３２ａ：第１の緩衝部、３２ａ１：第１の環状部材、３２ａ２：第２の環状部材、３２ｂ：第２の緩衝部、３２ｂ１〜３２ｂ８：第３の環状部材、４０：予荷重調整部、４２：押圧板、１１０：力センサ、１３０ｂ：第２のベース部材、１４０：予荷重調整部、１４０ａ：第１の調整部材、１４０ｂ：第２の調整部材、１４１：予荷重調整部、１４１ａ：第３の調整部材、１４１ｂ：第４の調整部材、１４２：窪み部、２１０：力センサ、２３０ａ：第１のベース部材、２３０ｂ：第２ベース部材、３００：ばね部材、３００ａ：凹部、３００ｂ：凸部、ＢＬＴ１：ボルト、ＢＬＴａ：ボルト、ＢＬＴｂ：ボルト、Ｈ１：孔、Ｈ２：ねじ孔、Ｈ３：孔、Ｈ４：孔、Ｈ５：座ぐり孔、Ｈ６：ねじ孔、Ｈ７：孔、Ｈ８：孔、Ｈ１１：ねじ孔、Ｎａ、Ｎｂ：切り欠き、Ｓ１〜Ｓ４：荷重センサ素子、ＳＡ１、ＳＡ２：予荷重調整ねじ、ＳＦａ１：押圧面、ＳＦａ２：被押圧面、ＳＦａ３：傾斜面、ＳＦｂ１：接触面、Ｔ：工具
【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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【図１０】
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【国際調査報告】
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