(57)【要約】【課題】装置の幅を小さくすることのできる力検出装置およびロボットを提供する。【解決手段】力検出装置は、第１軸まわりに配置されている複数の圧電センサー部と、各前記圧電センサー部に対応して設けられ、対応する前記圧電センサー部に予圧を与えている２つの締結部と、を有し、前記２つの締結部は、前記圧電センサー部を間に挟むように、かつ、前記第１軸に沿って配置されている。また、前記圧電センサー部は、前記第１軸まわりに４つ設けられている。また、前記複数の圧電センサー部は、それぞれ、複数の圧電基板を有している。【選択図】図１
2018189385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸まわりに配置されている複数の圧電センサー部と、
各前記圧電センサー部に対応して設けられ、対応する前記圧電センサー部に予圧を与えている２つの締結部と、を有し、
前記２つの締結部は、前記圧電センサー部が間に位置するように、かつ、前記第１軸の方向に沿って配置されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項２】
第１軸まわりに配置されている複数の圧電センサー部と、
各前記圧電センサー部に対応して設けられ、対応する前記圧電センサー部に予圧を与えている２つの締結部と、を有し、
前記２つの締結部は、前記圧電センサー部が間に位置するように、かつ、前記第１軸および前記第１軸に直交する第２軸のそれぞれに対して傾斜した第３軸の方向に沿って配置されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項３】
前記圧電センサー部は、前記第１軸まわりに４つ設けられている請求項１または２に記載の力検出装置。
【請求項４】
前記複数の圧電センサー部は、それぞれ、複数の圧電基板を有している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の力検出装置。
【請求項５】
前記複数の圧電基板は、前記第１軸に交差する方向に積層されている請求項４に記載の力検出装置。
【請求項６】
前記複数の圧電基板には、Ｙカット水晶板が含まれている請求項４または５に記載の力検出装置。
【請求項７】
第１部材に接続可能な第１基部と、
第２部材に接続可能な第２基部と、
前記第１基部と前記第２基部との間に配置されている圧電センサー部と、
前記圧電センサー部に予圧を与えている２つの締結部と、を有し、
前記２つの締結部は、前記圧電センサー部が間に位置するように、かつ、前記第１基部と前記第２基部とが並ぶ方向に沿って配置されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項８】
第１部材に接続可能な第１基部と、
第２部材に接続可能な第２基部と、
前記第１基部と前記第２基部との間に配置されている圧電センサー部と、
前記圧電センサー部に予圧を与えている２つの締結部と、を有し、
前記２つの締結部は、前記圧電センサー部が間に位置するように、かつ、前記第１基部と前記第２基部とが並ぶ方向および前記並ぶ方向に直交する方向のそれぞれに対して傾斜した方向に沿って配置されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の力検出装置を有することを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力検出装置およびロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、受けた力を検出する力検出装置として、特許文献１に記載の力検出装置が知られている。特許文献１に記載の力検出装置は、取付け板と、取付けブロックと、これらの間に挟まれた測定セルと、取付け板と取付けブロックとを通り、測定セルに予荷重を与える２本の予荷重ねじと、を有している。また、特許文献１に記載の力検出装置では、２本の予荷重ねじが装置の幅方向に並んで配置されており、装置の低背化が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−６８６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような力検出装置では、予荷重ねじが装置の幅方向に並んで配置されているため、装置の幅を小さくすることが困難である。
【０００５】
本発明の目的は、装置の幅を小さくすることのできる力検出装置およびロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
【０００７】
本発明の力検出装置は、第１軸まわりに配置されている複数の圧電センサー部と、
各前記圧電センサー部に対応して設けられ、対応する前記圧電センサー部に予圧を与えている２つの締結部と、を有し、
前記２つの締結部は、前記圧電センサー部が間に位置するように、かつ、前記第１軸の方向に沿って配置されていることを特徴とする。
これにより、従来と比較して幅（第１軸に直交する方向の長さ）の小さい力検出装置が得られる。
【０００８】
本発明の力検出装置は、第１軸まわりに配置されている複数の圧電センサー部と、
各前記圧電センサー部に対応して設けられ、対応する前記圧電センサー部に予圧を与えている２つの締結部と、を有し、
前記２つの締結部は、前記圧電センサー部が間に位置するように、かつ、前記第１軸および前記第１軸に直交する第２軸のそれぞれに対して傾斜した第３軸の方向に沿って配置されていることを特徴とする。
これにより、従来と比較して幅（第１軸に直交する方向の長さ）の小さい力検出装置が得られる。
【０００９】
本発明の力検出装置では、前記圧電センサー部は、前記第１軸まわりに４つ設けられていることが好ましい。
これにより、各圧電センサー部からの出力に基づいて、力検出装置が受けた力を精度よく検出することができる。また、圧電センサー部を過不足なく配置でき、装置の大型化を抑制することもできる。
【００１０】
本発明の力検出装置では、前記複数の圧電センサー部は、それぞれ、複数の圧電基板を有していることが好ましい。
これにより、力検出装置は、異なる軸方向の力を検出することができるようになる。
【００１１】
本発明の力検出装置では、前記複数の圧電基板は、前記第１軸に交差する方向に積層されていることが好ましい。
これにより、例えば、複数の圧電基板を第１軸に沿う方向に積層した場合と比べて、力検出装置の小型化、特に低背化を図ることができる。
【００１２】
本発明の力検出装置では、前記複数の圧電基板には、Ｙカット水晶板が含まれていることが好ましい。
これにより、受けた力をより確実に検出することができる。
【００１３】
本発明の力検出装置は、第１部材に接続可能な第１基部と、
第２部材に接続可能な第２基部と、
前記第１基部と前記第２基部との間に配置されている圧電センサー部と、
前記圧電センサー部に予圧を与えている２つの締結部と、を有し、
前記２つの締結部は、前記圧電センサー部が間に位置するように、かつ、前記第１基部と前記第２基部とが並ぶ方向に沿って配置されていることを特徴とする。
これにより、従来と比較して幅（第１基部と第２基部とが並ぶ方向の長さ）の小さい力検出装置が得られる。
【００１４】
本発明の力検出装置は、第１部材に接続可能な第１基部と、
第２部材に接続可能な第２基部と、
前記第１基部と前記第２基部との間に配置されている圧電センサー部と、
前記圧電センサー部に予圧を与えている２つの締結部と、を有し、
前記２つの締結部は、前記圧電センサー部が間に位置するように、かつ、前記第１基部と前記第２基部とが並ぶ方向および前記並ぶ方向に直交する方向のそれぞれに対して傾斜した方向に沿って配置されていることを特徴とする。
これにより、従来と比較して幅（第１基部と第２基部とが並ぶ方向の長さ）の小さい力検出装置が得られる。
【００１５】
本発明のロボットは、本発明の力検出装置を有することを特徴とする。
これにより、本発明の力検出装置の効果を享受でき、小型なロボットが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る力検出装置を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す力検出装置の横断面図である。
【図３】図１に示す力検出装置が有する圧電センサー部を示す断面図である。
【図４】図３に示す圧電センサー部が有する圧電センサー素子を示す断面図である。
【図５】図１に示す力検出装置の側面図である。
【図６】図１に示す力検出装置の回路系を示す回路図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る力検出装置の側面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る力検出装置の縦断面図である。
【図９】図８に示す力検出装置の側面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る力検出装置の側面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
【図１２】図１１に示すロボットの部分拡大断面図である。
【図１３】本発明の第６実施形態に係るロボットを示す側面図である。
【図１４】図１３に示すロボットの作業状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の力検出装置およびロボットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る力検出装置を示す縦断面図である。図２は、図１に示す力検出装置の横断面図である。図３は、図１に示す力検出装置が有する圧電センサー部を示す断面図である。図４は、図３に示す圧電センサー部が有する圧電センサー素子を示す断面図である。図５は、図１に示す力検出装置の側面図である。図６は、図１に示す力検出装置の回路系を示す回路図である。以下では、説明の便宜上、図１および図５中の上側を「上」とも言い、下側を「下」とも言う。また、図１、図２、図３および図５に示すように、以下では、互いに直交する３軸をα軸、β軸およびγ軸とし、また、α軸に平行な方向を「α軸方向」、β軸に平行な方向を「β軸方向」、γ軸に平行な方向を「γ軸方向」ともいう。
【００１９】
図１に示す力検出装置１は、α軸方向の並進力成分、β軸方向の並進力成分、γ軸方向の並進力成分、α軸まわりの回転力成分、β軸まわりの回転力成分、γ軸まわりの回転力成分をそれぞれ検出することができる。
【００２０】
図１に示すように、力検出装置１は、ベースプレートとして機能する第１基部２（第１接続部）と、第１基部２から所定間隔を隔てて配置され、第１基部２に対向するカバープレートとして機能する第２基部３（第２接続部）と、第１基部２と第２基部３との間に配置された４枚のアナログ回路基板４と、第１基部２と第２基部３との間に配置され、アナログ回路基板４と電気的に接続された１枚のデジタル回路基板５と、各アナログ回路基板４に搭載され、加えられた外力に応じて信号を出力する４つの圧電センサー部６と、固定部材としての８本の予圧ボルト９と、を有している。
【００２１】
第１基部２は、板状の底板２３と、底板２３から上方（すなわち底板２３の法線方向）に向けて立設した壁部２４と、を有している。底板２３の下面２３１は、後述する第５実施形態で説明するように、力検出装置１をロボット１００（第１部材）に固定して使用する際に、ロボット１００に対する取付面（第１取付面）となる。また、底板２３の平面視形状は、角部が丸みを帯びた四角形である。ただし、底板２３の平面視形状は、特に限定されず、例えば、円形、四角形以外の多角形等であってもよい。
【００２２】
なお、以下では、下面２３１（力検出装置１）の中心を通り、下面２３１の法線（γ軸）に沿う軸を「中心軸Ｊ１（第１軸）」とする。
【００２３】
壁部２４は、筒状をなし、内部に空間を有している。また、図２に示すように、壁部２４は、平面視で略正方形の外形形状を有し、外方に臨む４つの面２５を有している。これら４つの面２５のうちの２つの面２５は、α軸を法線とし、残りの２つの面２５は、β軸を法線としている。また、各面２５には、それらの面の法線方向に突出する凸部２６が配置されている。また、各凸部２６の頂面２６１は、底板２３に対して垂直な平面で構成されている。ただし、各凸部２６の頂面２６１の向きは、特に限定されず、底板２３に対して垂直な平面に対して傾斜していてもよい。
【００２４】
また、図１に示すように、第２基部３は、板状の天板３３と、天板３３の外縁部から下方に向けて立設した４つの壁部３４と、を有している。天板３３の上面３３１は、後述する第５実施形態で説明するように、力検出装置１をロボット１００（第２部材）に固定して使用する際に、ロボット１００に対する取付面（第２取付面）となる。また、天板３３の上面３３１（第２取付面）は、外力が加わっていない自然状態において、底板２３の下面２３１（第１取付面）と平行となっている。ただし、上面３３１と下面２３１とは、自然状態において非平行であってもよい。また、天板３３の平面視形状は、底板２３の平面視形状とほぼ同じとなっており、角部が丸みを帯びた四角形である。ただし、天板３３の平面視形状は、特に限定されず、例えば、円形、四角形以外の多角形等であってもよいし、底板２３の平面視形状と異なっていてもよい。
【００２５】
４つの壁部３４は、天板３３の縁部に配置され、当該縁部から下方に向けて突出して配置されている。また、４つの壁部３４は、４つの凸部２６と対をなすように対向して配置されている。また、壁部３４の内面３４１は、対応する凸部２６の頂面２６１と平行となっている。そして、各壁部３４の内面３４１と、それと対応する凸部２６の頂面２６１との間で圧電センサー部６を保持している。以下では、圧電センサー部６を保持している方向（内面３４１、圧電センサー部６および頂面２６１の並ぶ方向）を「保持方向ＳＤ」とも言う。
【００２６】
以上、第１基部２および第２基部３について説明した。第１基部２および第２基部３の構成材料としては、特に限定されないが、硬質な材料であることが好ましい。このような材料としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、金、白金、銀、銅、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、鉛、錫、チタン、タングステン等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金または金属間化合物、さらには、これらの金属の酸化物、窒化物、炭化物等が挙げられる。
【００２７】
次に、４つの圧電センサー部６について説明する。４つの圧電センサー部６は、中心軸Ｊ１まわりに等間隔（９０°）間隔で配置されている。これら各圧電センサー部６は、互いに直交する３軸（ａ軸、ｂ軸およびｃ軸）に沿って加えられた外力のそれぞれに応じて３つの電荷Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃを出力する機能を有している。図３に示すように、各圧電センサー部６は、圧電センサー素子７と、圧電センサー素子７を収納するパッケージ８と、を有している。
【００２８】
図４に示すように、圧電センサー素子７は、グランドＧＮＤに接地された４つのグランド電極層７１と、ａ軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑａを出力する第１センサー７２と、ｃ軸に平行な外力（圧縮／引張力）に応じて電荷Ｑｃを出力する第２センサー７３と、ｂ軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｂを出力する第３センサー７４と、を有している。そして、グランド電極層７１と各センサー７２、７３、７４が交互に積層されている。
【００２９】
第１センサー７２は、ａ軸の負方向に配向した第１結晶軸ＣＡ１を有する第１圧電基板７２１と、ａ軸の正方向に配向した第２結晶軸ＣＡ２を有する第２圧電基板７２３と、第１圧電基板７２１と第２圧電基板７２３との間に設けられ、電荷Ｑａを出力する出力電極層７２２と、を有している。なお、第１圧電基板７２１および第２圧電基板７２３は、例えば、Ｙカット水晶板で構成することができる。なお、Ｙカット水晶板とは、ＪＩＳ  Ｃ  ６７０４（２００９年度版）に記載されているとおり、水晶のＹ軸（機械軸）に垂直な面を有する水晶板であり、Ｙ軸が厚さ方向となる。ただし、本実施形態の「Ｙカット水晶板」には、厚さ方向とＹ軸とが一致する場合の他にも、厚さ方向に対してＹ軸が若干（例えば１０°未満程度）傾斜している場合も含まれる。また本実施形態では、Ｙカット水晶板のＹカット面に電極（グランド電極層７１および出力電極層７２２）が配置されている。後述する第５圧電基板７４１および第６圧電基板７４３についても同様である。
【００３０】
第２センサー７３は、ｃ軸の正方向に配向した第３結晶軸ＣＡ３を有する第３圧電基板７３１と、ｃ軸の負方向に配向した第４結晶軸ＣＡ４を有する第４圧電基板７３３と、第３圧電基板７３１と第４圧電基板７３３との間に設けられ、電荷Ｑｃを出力する出力電極層７３２と、を有している。なお、第３圧電基板７３１および第４圧電基板７３３は、例えば、Ｘカット水晶板で構成することができる。なお、Ｘカット水晶板とは、ＪＩＳ  Ｃ  ６７０４（２００９年度版）に記載されているとおり、水晶のＸ軸（電気軸）に垂直な面を有する水晶板であり、Ｘ軸が厚さ方向となる。ただし、本実施形態の「Ｘカット水晶板」には、厚さ方向とＸ軸とが一致する場合の他にも、厚さ方向に対してＸ軸が若干（例えば１０°未満程度）傾斜している場合も含まれる。また本実施形態では、Ｘカット水晶板のＸカット面に電極（グランド電極層７１および出力電極層７３２）が配置されている。
【００３１】
第３センサー７４は、ｂ軸の負方向に配向した第５結晶軸ＣＡ５を有する第５圧電基板７４１と、ｂ軸の正方向に配向した第６結晶軸ＣＡ６を有する第６圧電基板７４３と、第５圧電基板７４１と第６圧電基板７４３との間に設けられ、電荷Ｑｂを出力する出力電極層７４２と、を有している。なお、第５圧電基板７４１および第６圧電基板７４３は、例えば、Ｙカット水晶板で構成することができる。なお、センサー７２、７３、７４の積層方向から見たとき、第１圧電基板７２１および第２圧電基板７２３の各Ｘ軸と、第５圧電基板７４１および第６圧電基板７４３の各Ｘ軸と、が交差（本実施形態では直交）している。
【００３２】
力検出装置１では、４つの圧電センサー素子７から出力された電荷Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃに基づいて、Ｘ軸方向の並進力成分、Ｙ軸方向の並進力成分、Ｚ軸方向の並進力成分、Ｘ軸まわりの回転力成分、Ｙ軸まわりの回転力成分、Ｚ軸まわりの回転力成分を検出することができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、各圧電センサー素子７がｃ軸方向の力に応じた電荷Ｑｃを出力する第２センサー７３を有しているが、第２センサー７３を省略してもよい。これは、第２センサー７３からの出力（電荷Ｑｃ）を用いなくても、すなわち、各圧電センサー素子７の第１センサー７２からの出力（電荷Ｑａ）および第３センサー７４からの出力（電荷Ｑｂ）から、力検出装置１に加わるＸ軸方向の並進力成分、Ｙ軸方向の並進力成分、Ｚ軸方向の並進力成分、Ｘ軸まわりの回転力成分、Ｙ軸まわりの回転力成分、Ｚ軸まわりの回転力成分の全てを検出することができるためである。このように、各圧電センサー素子７から第２センサー７３を省略することで、圧電センサー素子７の小型化（薄型化）を図ることができる。
【００３４】
以上、圧電センサー素子７について説明した。前述したように、圧電センサー素子７は、圧電体としての圧電基板７２１、７２３、７３１、７３３、７４１、７４３を有している。そのため、圧電センサー部６は、精度よく、受けた力を検出することができる。特に、本実施形態では、圧電体（圧電基板７２１、７２３、７３１、７３３、７４１、７４３）の構成材料は、水晶である。これにより、圧電センサー部６は、他の圧電体を用いた場合と比較して、良好な温度特性、高い機械的強度（剛性、耐荷重性）、高いダイナミックレンジを発揮することができる。そのため、受けた力をより広い範囲でかつより高精度に検出することができる。よって、より優れた検出特性を発揮することのできる圧電センサー部６となる。
【００３５】
なお、圧電体（圧電基板７２１、７２３、７３１、７３３、７４１、７４３）の構成材料としては、水晶に限定されず、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、リン酸ガリウム（ＧａＰＯ４）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、Ｚｎ２Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＰＯ３）、ニオブ酸ナトリウムカリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ３）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ３）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）、チタン酸ビスマスナトリウム（Ｎａ０．５Ｂｉ０．５ＴｉＯ３）等の、水晶以外の材料を用いてもよい。
【００３６】
図３に示すように、パッケージ８は、凹部８１１を有するベース８１と、凹部８１１の開口を覆うようにベース８１に接合されて蓋として機能するリッド８２と、を有している。また、パッケージ８の内側には気密な収納空間Ｓ１が形成されており、この収納空間Ｓ１に圧電センサー素子７が収納されている。収納空間Ｓ１の雰囲気としては、特に限定されず、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを充填することができる。これにより、収納空間Ｓ１の雰囲気が安定し、電極の劣化、腐食等を抑制することができる。なお、収納空間Ｓ１は、例えば、真空状態（大気圧より低い圧力状態）となっていてもよい。
【００３７】
ベース８１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化ジルコニウム（ジルコニア）等の各種セラミックスを用いることができる。なお、例えば、ベース８１の底部（圧電センサー素子７が載置されている部分）と、ベース８１の側壁部（底部の外縁部から立設された部分）と、を異なる材料で構成してもよい。この場合、例えば、底部をステンレス鋼、コバール、銅、鉄、炭素鋼等の各種金属材料で構成し、側壁部を各種セラミックスで構成することができる。例えば、底部の構成材料としては、セラミックスと熱膨張係数の近いコバール等の合金とするのが好ましい。これにより、パッケージ８に熱歪みが発生し難くなり、圧電センサー素子７に不要な応力（予圧および検出すべき力以外の外力）が加わることを低減することができる。
【００３８】
また、図３に示すように、ベース８１には、収納空間Ｓ１の内外を繋ぐ端子８１３が設けられている。そして、接続部８１４を介して端子８１３と圧電センサー素子７とが電気的に接続されている。なお、接続部８１４としては、特に限定されず、例えば、Ａｇペースト、Ｃｕペースト、Ａｕペースト等の導電性ペーストを用いることができる。
【００３９】
図３に示すように、リッド８２は、中央部に位置し、圧電センサー素子７と接している中央部８２１と、外縁部に位置し、ベース８１と接合している外縁部８２２と、中央部８２１と外縁部８２２との間に位置し、これらを接続するテーパー状の接続部８２３と、を有している。また、中央部８２１は、外縁部８２２から突出して設けられている。
【００４０】
リッド８２の構成材料としては、特に限定されないが、ベース８１の構成材料と線膨張係数が近似する部材であると良い。例えば、ベース８１の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、リッド８２の構成材料を金属材料（例えばコバール等の合金）とするのが好ましい。これにより、パッケージ８に熱歪みが発生し難くなり、圧電センサー素子７に不要な応力（予圧および検出すべき力以外の外力）が加わることを低減することができる。そのため、より力検出精度の高い力検出装置１となる。
【００４１】
以上、圧電センサー部６について説明した。なお、圧電センサー部６の構成は、特に限定されず、例えば、パッケージ８を省略してもよい。
【００４２】
このような圧電センサー部６は、前述したように、対をなす壁部３４と凸部２６との間に１つずつ配置されている。また、各圧電センサー部６は、ベース８１の底面を凸部２６側に向けると共に、リッド８２を壁部３４側に向けて、壁部３４と凸部２６との間に挟み込まれるように配置されている。そのため、センサー７２、７３、７４の積層方向を「積層方向ＬＤ」としたとき、積層方向ＬＤが保持方向ＳＤと一致している（平行である）。ただし、積層方向ＬＤとしては、特に限定されず、保持方向ＳＤに対して傾斜していてもよいし、保持方向ＳＤに対して直交していてもよい。
【００４３】
また、図１に示すように、第１基部２と第２基部３とは、予圧ボルト９により接続、固定されている。また、この予圧ボルト９によって、各圧電センサー素子７が保持方向ＳＤ（積層方向ＬＤ）に圧縮されるように予圧されている。このように、圧電センサー素子７を予圧することで、外力が加わった際の出力が安定し、加わった外力を精度よく検出することができる。
【００４４】
具体的には、各予圧ボルト９は、棒状の本体部９０と、本体部９０の基端に配置されている頭部９２と、本体部９０に配置されているねじ部９１と、を有し、頭部９０が第２基部３の壁部３４と係合し、ねじ部９１が第１基部２の壁部２４と螺号している。そのため、与圧ボルト９を締め込むことで、壁部２４、３４の間に位置する圧電センサー素子７を圧縮するように予圧することができる。すなわち、ねじ部９１は壁部２４と壁部３４とを締結する締結部ともいえる。
【００４５】
なお、予圧ボルト９による「固定」は、２つの固定対象物の互いの所定量の移動を許容しつつ行われる。すなわち、予圧ボルト９により固定された状態で、第１基部２と第２基部３とは、少なくとも一方が他方に対して所定範囲内で変位することができる。これにより、受けた外力をより確実に圧電センサー素子７に伝達することができる。
【００４６】
また、予圧ボルト９は、合計で８本（複数）あり、図１に示すように、１つの圧電センサー部６に対して２本の予圧ボルト９でその圧電センサー部６の予圧を担っている。また、所定の圧電センサー部６に対応する２本の予圧ボルト９は、対応する圧電センサー部６が間に位置するように、圧電センサー部６の両側に配置されている。これにより、圧電センサー部６をγ軸方向の両側からバランスよく予圧することができる。
【００４７】
特に、本実施形態では、図５に示すように、所定の圧電センサー部６に対応する２本の予圧ボルト９（ねじ部９１）は、中心軸Ｊ１の方向（中心軸Ｊと平行な方向）に沿って配置されている。これにより、従来のように、２本の予圧ボルト９が中心軸Ｊ１に直交する方向に沿って配置されている構成と比べて、力検出装置１の幅Ｗ（中心軸Ｊ１に直交する方向の長さ）が小さくなる。そのため、平面的な広がりが抑えられた小型な力検出装置１が得られる。なお、本実施形態では、各圧電センサー部６について、対応する２本の予圧ボルト９が中心軸Ｊ１の方向に沿って配置されているが、これに限定されず、少なくとも１つの圧電センサー部６について、対応する２本の予圧ボルト９が中心軸Ｊ１の方向に沿って配置されていればよい。
【００４８】
図１に示すように、第１基部２の壁部２４には、各予圧ボルト９のねじ部９１と螺合する雌ねじ部２４２が設けられている。そして、各予圧ボルト９は、第１基部２と第２基部３との間に各圧電センサー部６を配置した状態で、第２基部３側から第１基部２に差し込まれている。また、各予圧ボルト９のねじ部９１は、雌ねじ部２４２に螺合しており、各圧電センサー素子７に対して保持方向ＳＤに所定の大きさの圧力、すなわち予圧が加えられている。これにより、圧電センサー素子７に剪断力が作用したとき、圧電センサー素子７が有する圧電基板同士の間での摩擦力が生じ、より確実に、圧電センサー素子７から電荷が出力される。なお、予圧ボルト９の締め込み量を調整することで、予圧の大きさを調整することができる。予圧ボルト９の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種金属材料、各種樹脂材料等を用いることができる。以上、予圧ボルト９について説明した。
【００４９】
なお、本実施形態では、締結部としてねじ部９１（与圧ボルト９）の構成を示したが、締結部は、壁部２４と壁部３４との距離が小さくなるように力が加えられればよいので、ねじ部９１に限らず、リベット、クランプ、ばね、樹脂などの弾性体等であってもよい。
【００５０】
次に、４枚のアナログ回路基板４および１枚のデジタル回路基板５について説明する。図１に示すように、アナログ回路基板４およびデジタル回路基板５は、それぞれ、第１基部２と第２基部３との間に配置（収納）されている。具体的には、４枚のアナログ回路基板４は、各圧電センサー部６のパッケージ８の底面に配置されている。また、各アナログ回路基板４は、凸部２６とパッケージ８との接触や予圧ボルト９と雌ねじ部２４２との螺合を阻害しないように、貫通孔を形成するなどして、これらを避けて配置されている。また、１枚のデジタル回路基板５は、第１基部２の壁部２４と第２基部３の天板３３との間に配置されている。ただし、各アナログ回路基板４およびデジタル回路基板５の配置としては、特に限定されず、第１基部２および第２基部３の外側に配置されていてもよい。また、各アナログ回路基板４およびデジタル回路基板５は、省略してもよい。この場合は、例えば、力検出装置１が接続される外部装置が同様の機能を有する回路部を有していればよい。
【００５１】
図６に示すように、各アナログ回路基板４は、対応する圧電センサー素子７から出力された電荷Ｑａを電圧Ｖａに変換する変換出力回路４０ａと、対応する圧電センサー素子７から出力された電荷Ｑｂを電圧Ｖｂに変換する変換出力回路４０ｂと、対応する圧電センサー素子７から出力された電荷Ｑｃを電圧Ｖｃに変換する変換出力回路４０ｃと、を備えている。さらに、変換出力回路４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、それぞれ、オペアンプ４１と、コンデンサー４２と、スイッチング素子４３と、を有している。
【００５２】
また、デジタル回路基板５は、加えられた外力を検出する外力検出回路５０を備えている。外力検出回路５０は、各変換出力回路４０ａから出力される電圧Ｖａと、各変換出力回路４０ｂから出力される電圧Ｖｂと、各変換出力回路４０ｃから出力される電圧Ｖｃと、に基づき、加えられた外力を検出する機能を有する。図６に示すように、このような外力検出回路５０は、変換出力回路４０ａ、４０ｂ、４０ｃに接続されたＡＤコンバーター５１と、ＡＤコンバーター５１に接続された演算部５２（演算回路）と、を有している。
【００５３】
ＡＤコンバーター５１は、電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃをアナログ信号からデジタル信号へ変換する機能を有する。そして、ＡＤコンバーター５１によってデジタル変換された電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃは、演算部５２に入力される。演算部５２は、デジタル変換された電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃに基づいて、α軸方向の並進力成分、β軸方向の並進力成分、γ軸方向の並進力成分、α軸まわりの回転力成分、β軸まわりの回転力成分、γ軸まわりの回転力成分をそれぞれ検出する。
【００５４】
以上、力検出装置１の構成について詳細に説明した。このような力検出装置１は、前述したように、中心軸Ｊ１（第１軸）まわりに配置されている複数の圧電センサー部６と、各圧電センサー部６に対応して設けられ、対応する圧電センサー部６に予圧を与えている２つのねじ部９１（予圧ボルト９）と、を有している。そして、２つのねじ部９１は、圧電センサー部６が間に位置するように、かつ、中心軸Ｊ１の方向に沿って配置されている。これにより、従来のように、２つのねじ部９１が中心軸Ｊ１に直交する方向に沿って配置されている構成と比べて、力検出装置１の幅Ｗが小さくなる（図５参照）。そのため、平面的な広がりが抑えられた小型な力検出装置１が得られる。なお、「圧電センサー部６が間に位置するように」とは、予圧ボルト９の軸方向から見た平面視で、２本の予圧ボルト９の本体部９０の間に圧電センサー部６が位置することを意味する。
【００５５】
なお、本実施形態では、１つの圧電センサー部６に対して２本の予圧ボルト９（ねじ部９１）が配置されているが、１つの圧電センサー部６に対して配置される予圧ボルト９の数としては、２つ以上であれば、特に限定されず、３つ以上であってもよい。この場合には、特に、全ての予圧ボルト９が中心軸Ｊ１に沿って配置されていることが好ましい。
【００５６】
また、本実施形態では、２本の予圧ボルト９を結ぶ線分上に圧電センサー部６の中心が位置しているが、圧電センサー部６の中心の位置は、これに限定されず、２本の予圧ボルト９を結ぶ線分からずれていてもよい。
【００５７】
また、前述したように、力検出装置１では、圧電センサー部６は、中心軸Ｊ１まわりに４つ設けられている。これにより、各圧電センサー部６からの出力に基づいて、力検出装置１が受けた力（具体的には、α軸方向の並進力成分、β軸方向の並進力成分、γ軸方向の並進力成分、α軸まわりの回転力成分、β軸まわりの回転力成分、γ軸まわりの回転力成分）をそれぞれ精度よく検出することができる。また、圧電センサー部６を過不足なく配置でき、装置の大型化を抑制することもできる。
【００５８】
なお、力検出装置１が有する圧電センサー部６の数としては、特に限定されず、例えば、１つ、２つ、３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。また、本実施形態では、４つの圧電センサー部６が中心軸Ｊ１まわりに等間隔で配置されているが、これに限定されず、異なる間隔で配置されていてもよい。また、本実施形態では、対向する２つの圧電センサー部６がα軸に沿って配置され、残りの２つの圧電センサー部６がβ軸に沿って配置されているが、これに限定されず、対向する２つの圧電センサー部６が並ぶ方向がα軸およびβ軸に対して傾斜していてもよい。
【００５９】
また、前述したように、力検出装置１では、複数の圧電センサー部６は、それぞれ、複数の圧電基板を有している。特に、本実施形態の各圧電センサー部６は、６枚の圧電基板７２１、７２３、７３１、７３３、７４１、７４３を有している。このように、複数の圧電基板を有すると、例えば、各圧電基板７２１、７２３、７３１、７３３、７４１、７４３の配向方向を異ならせることで、力検出装置１は、異なる軸方向の力を検出することができるようになる。特に、本実施形態では、α軸方向の並進力成分、β軸方向の並進力成分、γ軸方向の並進力成分、α軸まわりの回転力成分、β軸まわりの回転力成分、γ軸まわりの回転力成分が検出可能となっている。また、例えば、圧電基板７２１、７２３のように、２枚の圧電基板の配向方向を反対向きとすることで出力（電荷）を増大させることもできる。そのため、優れた力検出特性を発揮することのできる力検出装置１となる。
【００６０】
また、前述したように、力検出装置１では、複数の圧電基板７２１、７２３、７３１、７３３、７４１、７４３は、中心軸Ｊ１に交差する方向（保持方向ＳＤ）に積層されている。これにより、例えば、複数の圧電基板７２１、７２３、７３１、７３３、７４１、７４３を中心軸Ｊ１に沿う方向に積層した場合と比べて、力検出装置１の小型化、特に低背化を図ることができる。特に、本実施形態では、複数の圧電基板７２１、７２３、７３１、７３３、７４１、７４３の積層方向ＬＤが中心軸Ｊ１と直交しているため、上述の効果がより顕著となる。
【００６１】
ただし、複数の圧電基板７２１、７２３、７３１、７３３、７４１、７４３の積層方向ＬＤは、特に限定されず、中心軸Ｊ１に沿っていてもよいし、中心軸Ｊ１に沿う方向および中心軸Ｊ１に直交する方向のいずれに対しても傾斜した方向に沿っていてもよい。
【００６２】
また、前述したように、力検出装置１では、複数の圧電基板には、Ｙカット水晶板が含まれている。具体的には、複数の圧電センサー部６は、それぞれ、Ｙカット水晶板である圧電基板７２１、７２３、７４１、７４３を有している。このように、圧電基板に、Ｙカット水晶板が含まれていることで、圧電センサー部６が受けた外力のせん断力成分（保持方向ＳＤに対して垂直方向の力成分）を精度よく検出することができる。
【００６３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る力検出装置について説明する。
【００６４】
図７は、本発明の第２実施形態に係る力検出装置の側面図である。
【００６５】
本実施形態に係る力検出装置１は、予圧ボルト９の配置が異なること以外は、前述した第１実施形態の力検出装置１とほぼ同様である。
【００６６】
以下、第２実施形態の力検出装置１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
【００６７】
本実施形態の力検出装置１では、図７に示すように、所定の圧電センサー部６に対応する２本の予圧ボルト９は、保持方向ＳＤ（内面３４１、圧電センサー部６および頂面２６１の並ぶ方向）からの平面視で、中心軸Ｊ１および中心軸Ｊ１に直交する第２軸Ｊ２の両軸に対して傾斜した第３軸Ｊ３の方向に沿って配置されている。このような構成によっても、従来のように、２本の予圧ボルト９が中心軸Ｊ１に直交する方向に沿って配置されている構成と比べて、力検出装置１の幅Ｗを小さくすることができる。そのため、平面的な広がりが抑えられた小型な力検出装置１が得られる。
【００６８】
ここで、対をなす２本の予圧ボルト９はそれぞれ、対応する圧電センサー部６を中心軸Ｊ１方向に仮想的に延長した領域ＳＳと、少なくとも一部が重なるように配置されていることが好ましい。言い換えると、対をなす２本の予圧ボルト９はそれぞれ、その少なくとも一部が中心軸Ｊ１方向において圧電センサー部６と対向するように配置されていることが好ましい。これにより、前述した効果をより確実に発揮することができる。
【００６９】
また、保持方向ＳＤからの平面視で、中心軸Ｊ１に対する第３軸Ｊ３の傾斜角θとしては、特に限定されないが、±４５°以下（ただし、０°を除く。以下同じ。）であることが好ましく、±３０°以下であることがより好ましく、±１５°以下であることがさらに好ましい。これにより、力検出装置１の幅Ｗをより小さくすることができる。なお、傾斜角θは、４つの圧電センサー部６で同一であってもよいし、少なくとも１つがその他と異なっていてもよい。
【００７０】
以上、本実施形態の力検出装置１について説明した。このような力検出装置１は、中心軸Ｊ１（第１軸）まわりに配置されている複数の圧電センサー部６と、各圧電センサー部６に対応して設けられ、対応する圧電センサー部６に予圧を与えている２つのねじ部９１（予圧ボルト９）と、を有している。そして、２つのねじ部９１は、圧電センサー部６が間に位置するように、かつ、中心軸Ｊ１および中心軸Ｊ１に直交する第２軸Ｊ２のそれぞれに対して傾斜した第３軸Ｊ３の方向に沿って配置されている。これにより、従来のように、２本の予圧ボルト９が中心軸Ｊ１に直交する方向に沿って配置されている構成と比べて、力検出装置１の幅Ｗを小さくすることができる。そのため、平面的な広がりが抑えられた小型な力検出装置１が得られる。
【００７１】
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００７２】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る力検出装置について説明する。
【００７３】
図８は、本発明の第３実施形態に係る力検出装置の縦断面図である。図９は、図８に示す力検出装置の側面図である。
【００７４】
本実施形態に係る力検出装置１は、圧電センサー部６の数が異なることと、それに合わせて第１基部２および第２基部３の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の力検出装置１とほぼ同様である。
【００７５】
以下、第３実施形態の力検出装置１について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
【００７６】
図８および図９に示すように、本実施形態の力検出装置１は、１つの圧電センサー部６を有している。また、これに対応して、力検出装置１は、２本の予圧ボルト９（ねじ部９１）を有している。そして、２本の予圧ボルト９は、圧電センサー部６を間に挟むようにして、かつ、中心軸Ｊ１に沿って配置されている。
【００７７】
このような力検出装置１は、第１部材（例えば、後述する第５アーム１２５）に接続可能な第１基部２と、第２部材（例えば、後述する第６アーム１２６）に接続可能な第２基部３と、第１基部２と第２基部３との間に配置されている圧電センサー部６と、圧電センサー部６に予圧を与えている２つのねじ部９１と、を有している。そして、２つのねじ部９１は、圧電センサー部６が間に位置するように、かつ、第１基部２と第２基部３とが並ぶ方向（すなわち、中心軸Ｊ１の方向）に沿って配置されている。このような構成によれば、従来のように、２本の予圧ボルト９が中心軸Ｊ１に直交する方向に沿って配置されている構成と比べて、力検出装置１の幅Ｗを小さくすることができる。そのため、平面的な広がりが抑えられた小型な力検出装置１が得られる。
【００７８】
なお、本実施形態では、１つの圧電センサー部６に対して２本の予圧ボルト９（ねじ部９１）が配置されているが、１つの圧電センサー部６に対して配置される予圧ボルト９の数としては、２つ以上であれば、特に限定されず、３つ以上であってもよい。この場合には、特に、全ての予圧ボルト９が中心軸Ｊ１に沿って配置されていることが好ましい。
【００７９】
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００８０】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る力検出装置について説明する。
【００８１】
図１０は、本発明の第４実施形態に係る力検出装置の側面図である。
【００８２】
本実施形態に係る力検出装置１は、予圧ボルト９の配置が異なること以外は、前述した第３実施形態の力検出装置１とほぼ同様である。
【００８３】
以下、第４実施形態の力検出装置１について、前述した第３実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
【００８４】
本実施形態の力検出装置１では、図１０に示すように、２本の予圧ボルト９（ねじ部９１）は、中心軸Ｊ１および中心軸Ｊ１に直交する第２軸Ｊ２の両軸に対して傾斜した第３軸Ｊ３の方向に沿って配置されている。このような構成によっても、従来のように、２本の予圧ボルト９が中心軸Ｊ１に直交する方向に沿って配置されている構成と比べて、力検出装置１の幅Ｗを小さくすることができる。そのため、平面的な広がりが抑えられた小型な力検出装置１が得られる。
【００８５】
ここで、２本の予圧ボルト９は、それぞれ、その少なくとも一部が対応する圧電センサー部６を中心軸Ｊ１方向に仮想的に延長した領域ＳＳと重なるように配置されていることが好ましい。言い換えると、対をなす２本の予圧ボルト９は、それぞれ、その少なくとも一部が中心軸Ｊ１方向において圧電センサー部６と対向するように配置されていることが好ましい。これにより、前述した効果をより確実に発揮することができる。
【００８６】
また、中心軸Ｊ１に対する第３軸Ｊ３の傾斜角θとしては、特に限定されないが、例えば、±４５°以下（ただし、０°を除く。以下同じ。）であることが好ましく、±３０°以下であることがより好ましく、±１５°以下であることがさらに好ましい。これにより、力検出装置１の幅Ｗをより小さくすることができる。
【００８７】
以上、本実施形態の力検出装置１について説明した。このような力検出装置１は、第１部材に接続可能な第１基部２と、第２部材に接続可能な第２基部３と、第１基部２と第２基部３との間に配置されている圧電センサー部６と、圧電センサー部６に予圧を与えている２つのねじ部９１と、を有している。そして、２つのねじ部９１は、圧電センサー部６を間に挟むように、かつ、第１基部２と第２基部３とが並ぶ方向（中心軸Ｊ１の方向）および前記並ぶ方向に直交する方向（第２軸Ｊ２の方向）のそれぞれに対して傾斜した方向（第３軸Ｊ３の方向）に沿って配置されている。これにより、従来のように、２本の予圧ボルト９が中心軸Ｊ１に直交する方向に沿って配置されている構成と比べて、力検出装置１の幅Ｗを小さくすることができる。そのため、平面的な広がりが抑えられた小型な力検出装置１が得られる。
【００８８】
このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００８９】
＜第５実施形態＞
図１１は、本発明の第５実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図１２は、図１１に示すロボットの部分拡大断面図である。
【００９０】
図１１に示すロボット１００は、例えば、精密機器等の工業製品を製造する製造工程で用いることのできるロボットである。同図に示すように、ロボット１００は、例えば床や天井に固定される基部としてのベース１１０と、ベース１１０に対して回動可能なアーム１２０と、アーム１２０の先端に設けられたエンドエフェクター１９０（ハンド）と、アーム１２０およびエンドエフェクター１９０の駆動を制御するロボット制御部１４０とを有している。
【００９１】
また、アーム１２０は、ベース１１０に回動自在に連結された第１アーム１２１と、第１アーム１２１に回動自在に連結された第２アーム１２２と、第２アーム１２２に回動自在に連結された第３アーム１２３と、第３アーム１２３に回動自在に連結された第４アーム１２４と、第４アーム１２４に回動自在に連結された第５アーム１２５と、第５アーム１２５に回動自在に連結された第６アーム１２６と、を有している。そして、第６アーム１２６にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にエンドエフェクター１９０が装着されている。
【００９２】
また、このようなロボット１００には、エンドエフェクター１９０に加えられる外力を検出するセンサーとして前述した力検出装置１が設けられている。なお、力検出装置１としては、例えば、前述した第１実施形態ないし第４実施形態のいずれかのものを用いることができる。ただし、本実施形態では、前述した第１実施形態の力検出装置１を用いている。
【００９３】
具体的には、図１２に示すように、力検出装置１は、第１基部２がアーム１２０の基端側に位置し、第２基部３がアーム１２０の先端側に位置するようにアーム１２０に固定されている。本実施形態では、力検出装置１は、第５アーム１２５と第６アーム１２６との間に位置し、第１基部２が第５アーム１２５に接続（固定）され、第２基部３が第６アーム１２６に連結（固定）されている。
【００９４】
ただし、力検出装置１の配置は、特に限定されない。例えば、力検出装置１は、第６アーム１２６とエンドエフェクター１９０との間に位置していてもよい。また、力検出装置１は、第１基部２がアーム１２０の先端側に位置し、第２基部３がアーム１２０の基端側に位置するように配置されていてもよい。
【００９５】
力検出装置１が検出する力をロボット制御部１４０にフィードバックすることで、ロボット１００は、より精密な作業を実行することができる。また、力検出装置１が検出する力によって、ロボット１００は、エンドエフェクター１９０の作業対象物や障害物への接触等を検知することができる。そのため、エンドエフェクター１９０による作業対象物の把持や移動等の動作をより適正に行うことができ、また、従来の位置制御では困難だった障害物回避動作、対象物損傷回避動作等を容易に行うことができ、ロボット１００は、より適正かつ安全に作業を実行することができる。
【００９６】
このように、ロボット１００は、力検出装置１を有している。そのため、前述した力検出装置１の効果を享受でき、優れた信頼性および検出特性を発揮することができる。また、ロボット１００全体の小型化を図ることもできる。
【００９７】
特に、力検出装置１は、従来の構成と比べて幅Ｗが小さく抑えられているため、図１２に示すように、第５アーム１２５および第６アーム１２６からの力検出装置１の突出を抑えることができる。そのため、ロボット１００は、周囲と接触し難くなる。ロボット１００が小型になるに連れて、この効果が顕著となる。また、例えば、力検出装置１は、２本の予圧ボルト９が中心軸Ｊ１（高さ方向）に沿って配置されていることから、従来の構成と比べて高さが大きくなり易い。そのため、例えば、エンドエフェクター１９０と第５アーム１２５との離間距離が大きくなり、その分、エンドエフェクター１９０で対象物を把持した際に第５アーム１２５に加わるモーメントが大きくなる。よって、例えば、第５アーム１２５の関節部分にトルクセンサーが内蔵されている場合には、そのトルクセンサーによって、第５アーム１２５に加わるモーメントを精度よく検出することができる。
【００９８】
なお、ロボット１００の構成としては特に限定されず、例えば、アームの数が本実施形態と異なっていてもよい。
【００９９】
＜第６実施形態＞
図１３は、本発明の第６実施形態に係るロボットを示す側面図である。図１４は、図１３に示すロボットの作業状態を示す断面図である。
【０１００】
図１３に示すロボット２００は、いわゆる水平多関節ロボット（スカラロボット）であり、例えば、精密機器等を製造する製造工程等で用いられ、精密機器や部品等の把持や搬送等を行うことができる。ロボット２００は、基台２１０と、第１アーム２２０と、第２アーム２３０と、作業ヘッド２４０と、配線引き回し部２５０と、ロボット制御部２６０と、を有している。
【０１０１】
基台２１０は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台２１０の上端部には、第１アーム２２０が連結されている。第１アーム２２０は、基台２１０に対して鉛直方向に沿う軸Ａ１まわりに回動可能となっている。また、第１アーム２２０の先端部には、第２アーム２３０が連結されている。第２アーム２３０は、第１アーム２２０に対して鉛直方向に沿う軸Ａ２まわりに回動可能となっている。
【０１０２】
また、第２アーム２３０の先端部には、作業ヘッド２４０が配置されている。作業ヘッド２４０は、第２アーム２３０の先端部に同軸的に配置されたスプラインナットおよびボールねじナット（ともに図示せず）に挿通されたスプラインシャフト２４１を有している。スプラインシャフト２４１は、第２アーム２３０に対して、鉛直方向に沿う軸Ａ３まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。そして、スプラインシャフト２４１の先端部には、エンドエフェクター２９０（ハンド）が連結されている。
【０１０３】
また、ロボット２００には、エンドエフェクター２９０に加えられる外力を検出するセンサーとして前述した力検出装置１が設けられている。なお、力検出装置１としては、例えば、前述した第１実施形態ないし第４実施形態のいずれかのものを用いることができる。ただし、本実施形態では、前述した第１実施形態の力検出装置１を用いている。
【０１０４】
具体的には、力検出装置１は、スプラインシャフト２４１とエンドエフェクター２９０との間に設けられている。また、力検出装置１は、第１基部２がスプラインシャフト２４１側に位置し、第２基部３がエンドエフェクター２９０側に位置するように固定されている。ただし、力検出装置１の配置は、特に限定されない。例えば、力検出装置１は、第１基部２がエンドエフェクター２９０側に位置し、第２基部３がスプラインシャフト２４１側に位置するように配置されていてもよい。
【０１０５】
このように、ロボット２００は、力検出装置１を有している。そのため、前述した力検出装置１の効果を享受でき、優れた信頼性および検出特性を発揮することができる。また、ロボット２００全体の小型化を図ることもできる。
【０１０６】
特に、力検出装置１は、従来の構成と比べて幅Ｗが小さく抑えられているため、図１３に示すように、スプラインシャフト２４１およびエンドエフェクター２９０からの力検出装置１の突出を抑えることができる。そのため、例えば、図１４に示すように、比較的細い穴の中にも力検出装置１がエンドエフェクター２９０と共に入り込めるため、力検出装置１によるロボット２００の作業性の低下を抑制することができる。
【０１０７】
以上、本発明の力検出装置およびロボットについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１…力検出装置、２…第１基部、２３…底板、２３１…下面、２４…壁部、２４２…雌ねじ部、２５…面、２６…凸部、２６１…頂面、３…第２基部、３３…天板、３３１…上面、３４…壁部、３４１…内面、４…アナログ回路基板、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ…変換出力回路、４１…オペアンプ、４２…コンデンサー、４３…スイッチング素子、５…デジタル回路基板、５０…外力検出回路、５１…ＡＤコンバーター、５２…演算部、６…圧電センサー部、７…圧電センサー素子、７１…グランド電極層、７２…第１センサー、７２１…第１圧電基板、７２２…出力電極層、７２３…第２圧電基板、７３…第２センサー、７３１…第３圧電基板、７３２…出力電極層、７３３…第４圧電基板、７４…第３センサー、７４１…第５圧電基板、７４２…出力電極層、７４３…第６圧電基板、８…パッケージ、８１…ベース、８１１…凹部、８１３…端子、８１４…接続部、８２…リッド、８２１…中央部、８２２…外縁部、８２３…接続部、９…予圧ボルト、９１…ねじ部（締結部）、１００…ロボット、１１０…ベース、１２０…アーム、１２１…第１アーム、１２２…第２アーム、１２３…第３アーム、１２４…第４アーム、１２５…第５アーム、１２６…第６アーム、１４０…ロボット制御部、１９０…エンドエフェクター、２００…ロボット、２１０…基台、２２０…第１アーム、２３０…第２アーム、２４０…作業ヘッド、２４１…スプラインシャフト、２５０…配線引き回し部、２６０…ロボット制御部、２９０…エンドエフェクター、Ａ１、Ａ２、Ａ３…軸、ＣＡ１…第１結晶軸、ＣＡ２…第２結晶軸、ＣＡ３…第３結晶軸、ＣＡ４…第４結晶軸、ＣＡ５…第５結晶軸、ＣＡ６…第６結晶軸、ＧＮＤ…グランド、Ｊ１…中心軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…第３軸、ＬＤ…積層方向、Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃ…電荷、Ｓ１…収納空間、ＳＤ…保持方向、ＳＳ…領域、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ…電圧、Ｗ…幅、θ…傾斜角
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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