(57)【要約】【課題】物理量のセンシング中においても漏れ電流によるドリフトを補正することのできる物理量センサー、ロボットおよび出力補正方法を提供する。【解決手段】物理量センサーは、物理量に応じた電荷が発生する物理量検出部と、前記物理量検出部からの電荷が入力される増幅回路と、前記増幅回路の出力の単位時間当たりの変化量である勾配から、前記物理量検出部が物理量を検出しているか否かの判断を行う判断部と、を有することを特徴とする。また、前記判断部は、前記勾配を複数回算出し、連続して算出された２つの前記勾配を比較して前記物理量検出部が物理量を検出しているか否の判断を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量に応じた電荷が発生する物理量検出部と、
前記物理量検出部からの電荷が入力される増幅回路と、
前記増幅回路の出力の単位時間当たりの変化量である勾配から、前記物理量検出部が物理量を検出しているか否かの判断を行う判断部と、を有することを特徴とする物理量センサー。
【請求項２】
前記判断部は、前記勾配を複数回算出し、連続して算出された２つの前記勾配を比較して前記判断を行う請求項１に記載の物理量センサー。
【請求項３】
前記算出した勾配を記憶する勾配記憶部を有する請求項２に記載の物理量センサー。
【請求項４】
前記増幅回路の出力の単位時間当たりの変化量である勾配を記憶する勾配記憶部を有し、
前記判断部は、前記増幅回路の出力の前記勾配と前記勾配とを比較して前記判断を行う請求項１に記載の物理量センサー。
【請求項５】
温度を検知する温度検知部を有し、
前記判断部は、前記温度検知部の検知結果に基づいて前記判断を行う請求項１ないし４のいずれか１項に記載の物理量センサー。
【請求項６】
前記判断部は、所定の間隔で断続的に前記判断を行い、
前記判断の間隔は、前記温度検知部が検知した温度が高い程短い請求項５に記載の物理量センサー。
【請求項７】
前記判断部は、前記温度検知部で検知される温度が所定値以上変化したときに前記判断を行う請求項５に記載の物理量センサー。
【請求項８】
前記判断部で前記物理量検出部が物理量を検出していないと判断された場合に前記増幅回路の出力の勾配を小さくするような補正を行う補正部を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の物理量センサー。
【請求項９】
前記補正部は、電圧源と、前記電圧源から供給される電圧を減衰させる減衰回路と、を有する請求項８に記載の物理量センサー。
【請求項１０】
前記物理量検出部は、力覚センサー部である請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量センサー。
【請求項１１】
前記物理量検出部は、トルクセンサー部である請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量センサー。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の物理量センサーを備えることを特徴とするロボット。
【請求項１３】
物理量に応じた電荷が発生する物理量検出部が接続されている増幅回路の出力の単位時間当たりの変化量である勾配から、前記物理量検出部が物理量を検出しているか否かを判断するステップと、
前記物理量検出部が物理量を検出していないと判断した場合に、前記物理量検出部が物理量を検出していないときの前記勾配を小さくするような処理を行うステップと、を有することを特徴とする出力補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサー、ロボットおよび出力補正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から様々な分野において、受けた物理量に応じた大きさの電荷を発生する物理量センサーの利用が盛んに行われている。通常、物理量センサーからの電荷は、増幅回路で電圧信号に変換して用いられている。そして、このような増幅回路としては、例えば、反転入力端、非反転入力端および出力端を有するオペアンプと、反転入力端と出力端との間に並列接続されたキャパシタ（積分コンデンサ）と、を有する回路が一般的であり、このような回路によれば、反転入力端から入力された物理量センサーからの電荷がキャパシタに充電され、キャパシタの電圧（すなわち、電荷のキャパシタによる商値）により求められた電圧を出力端から出力することができる。
【０００３】
しかしながら、通常、オペアンプの反転入力端には漏れ電流があり、これがキャパシタに充電され、増幅回路を長時間、繰り返し作動させることで、出力端の電圧が初期値から離れ変動してしまう「ドリフト」現象が発生する。ドリフトが生じたままで物理量の測定を開始すると、この「ドリフト」が測定の誤差となってしまい、物理量を精度よく検知することができない。そのため、従来では、キャパシタと並列接続されたスイッチング素子を設け、物理量の測定開始前にこのスイッチング素子を閉じてキャパシタの両端を短絡し、充電された「ドリフト」分の電荷をゼロにリセットしていた。
【０００４】
また、「ドリフト」を補正する方法として、特許文献１に記載された構成が知られている。特許文献１に記載の増幅回路では、補償電流を増幅回路に流し込むことで漏れ電流をキャンセルし、ドリフトを補正するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−５８２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の構成では、ドリフトを補正している間は、物理量のセンシングを実行することができない。
【０００７】
本発明の目的は、物理量のセンシング中においても漏れ電流によるドリフトを補正することのできる物理量センサー、ロボットおよび出力補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
【０００９】
本発明の物理量センサーは、物理量に応じた電荷が発生する物理量検出部と、
前記物理量検出部からの電荷が入力される増幅回路と、
前記増幅回路の出力の単位時間当たりの変化量である勾配から、前記物理量検出部が物理量を検出しているか否かの判断を行う判断部と、を有することを特徴とする。
これにより、物理量のセンシング中においても漏れ電流によるドリフトを補正することのできる物理量センサーが得られる。
【００１０】
本発明の物理量センサーでは、前記判断部は、前記勾配を複数回算出し、連続して算出された２つの前記勾配を比較して前記判断を行うことが好ましい。
これにより、簡単かつ精度よく、物理量検出部が物理量を検出しているか否かを判断することができる。
【００１１】
本発明の物理量センサーでは、前記算出した勾配を記憶する勾配記憶部を有することが好ましい。
これにより、連続して算出された２つの勾配を簡単に比較することができる。
【００１２】
本発明の物理量センサーでは、前記増幅回路の出力の単位時間当たりの変化量である勾配を記憶する勾配記憶部を有し、
前記判断部は、前記増幅回路の出力の前記勾配と前記勾配とを比較して前記判断を行うことが好ましい。
これにより、比較的簡単に、物理量検出部が物理量を検出しているか否かを判断することができる。
【００１３】
本発明の物理量センサーでは、温度を検知する温度検知部を有し、
前記判断部は、前記温度検知部の検知結果に基づいて前記判断を行うことが好ましい。
温度によって漏れ電流の大きさが変動するため、温度に基づいて判断部の判断を行うことで、より精度よく物理量検出部が物理量を検出しているか否かを判断することができる。
【００１４】
本発明の物理量センサーでは、前記判断部は、所定の間隔で断続的に前記判断を行い、
前記判断の間隔は、前記温度検知部が検知した温度が高い程短いことが好ましい。
温度が高い程、漏れ電流が大きいため、温度が高い程、判断する間隔を短くすることで、より効果的にドリフトを補正することができる。
【００１５】
本発明の物理量センサーでは、前記判断部は、前記温度検知部で検知される温度が所定値以上変化したときに前記判断を行うことが好ましい。
これにより、判断部による判断の回数を少なくすることができると共に、より効果的にドリフトを補正することができる。
【００１６】
本発明の物理量センサーでは、前記判断部で前記物理量検出部が物理量を検出していないと判断された場合に前記増幅回路の出力の勾配を小さくするような補正を行う補正部を有することが好ましい。
これにより、漏れ電流によるドリフトを効果的に補正することができる。
【００１７】
本発明の物理量センサーでは、前記補正部は、電圧源と、前記電圧源から供給される電圧を減衰させる減衰回路と、を有することが好ましい。
これにより、補正部の構成が簡単となる。
【００１８】
本発明の物理量センサーでは、前記物理量検出部は、力覚センサー部であることが好ましい。
これにより、ロボットに適用し易い物理量センサーとなる。
【００１９】
本発明の物理量センサーでは、前記物理量検出部は、トルクセンサー部であることが好ましい。
これにより、ロボットに適用し易い物理量センサーとなる。
【００２０】
本発明のロボットは、本発明の物理量センサーを備えることを特徴とする。
これにより、本発明の物理量センサーの効果を享受することができ、信頼性の高いロボットが得られる。
【００２１】
本発明の出力補正方法は、物理量に応じた電荷が発生する物理量検出部が接続されている増幅回路の出力の単位時間当たりの変化量である勾配から、前記物理量検出部が物理量を検出しているか否かを判断するステップと、
前記物理量検出部が物理量を検出していないと判断した場合に、前記物理量検出部が物理量を検出していないときの前記勾配を小さくするような処理を行うステップと、を有することを特徴とする。
これにより、物理量のセンシング中においても漏れ電流によるドリフトを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る物理量センサーを示すブロック図である。
【図２】図１に示す物理量センサーが有する増幅回路および補正部を示す回路図である。
【図３】図１に示す増幅回路からの出力の一例を示すグラフである。
【図４】図１に示す物理量センサーの出力補正方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る物理量センサーが有する増幅回路の出力の一例を示すグラフである。
【図６】本発明の第３実施形態に係る物理量センサーの回路図である。
【図７】図６に示す物理量センサーが有する物理量検出部の平面図である。
【図８】図７に示す物理量検出部が有するセンサー素子の断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係るロボットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の物理量センサー、ロボットおよび出力補正方法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。
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る物理量センサーを示すブロック図である。図２は、図１に示す物理量センサーが有する増幅回路および補正部を示す回路図である。図３は、図１に示す増幅回路からの出力の一例を示すグラフである。図４は、図１に示す物理量センサーの出力補正方法を示すフローチャートである。
【００２５】
図１に示す物理量センサー１は、物理量に応じた電荷Ｑが発生する物理量検出部２と、物理量検出部２からの電荷Ｑが入力される増幅回路３と、増幅回路３の出力の単位時間当たりの変化量である勾配から、物理量検出部２が物理量を検出しているか否かの判断を行う判断部４と、を有している。このような構成の物理量センサー１によれば、判断部４によって物理量検出部２が物理量を検出していない（すなわち、物理量検出部２に物理量が加わっていない）と判断されたときの増幅回路３の出力の勾配が増幅回路３などによる漏れ電流に起因するものであると推定することができる。そのため、物理量検出部２が物理量を検出していないときの勾配がゼロになるように、増幅回路３に漏れ電流をキャンセルするような補正用の電流Ｉａを流し込むことで、ドリフトを補正することができる。その結果、物理量センサー１は、優れた物理量検出精度を発揮することができる。特に、このような構成によれば、物理量のセンシング中（物理量センサー１が物理量を検出可能なモードで駆動している最中）においてもドリフトを補正することができる。すなわち、物理量のセンシング中、そのバックグラウンドでドリフトを補正することができる。以下、このような物理量センサー１について、詳細に説明する。
【００２６】
図１に示すように、物理量センサー１は、前述した物理量検出部２、増幅回路３および判断部４に加えて、判断部４で物理量検出部２が物理量を検出していないと判断された場合に、増幅回路３の出力の勾配を小さくするような補正（処理）を行う補正部５と、増幅回路３の出力から物理量を検出する外力検出回路６と、増幅回路３の温度を検知する温度検知部７と、を有している。
【００２７】
（物理量検出部）
物理量検出部２は、測定対象の物理量が加わると、その物理量に対応する電荷Ｑを発生する。このような物理量検出部２としては特に限定されないが、水晶、トパーズ、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電体、ＰＶＤＦ(ポリフッ化ビニリデン)等の圧電性有機フィルムの圧電効果を利用した圧電体センサーであることが好ましい。これにより、圧電体センサーからの高インピーダンスの電荷信号を増幅回路３によって低インピーダンスの電圧信号に変換することができる。なお、上記のような圧電体センサーの中でも、特に、水晶を用いた圧電体センサーであることが好ましい。これは、水晶を用いた圧電体センサーは、広いダイナミックレンジ、高い剛性、高い固有振動数、高い対荷重性等の優れた特性を有するためである。
【００２８】
また、物理量検出部２としては特に限定されず、例えば、加速度を検出可能な加速度センサー部、角速度を検出可能な角速度センサー部、圧力を検出可能な圧力センサー部、並進力を検出可能な力覚センサー部、回転力を検出可能なトルクセンサー部、光を検出する光学センサー部等が挙げられるが、これらの中でも特に力覚センサー部、トルクセンサー部であることが好ましい。物理量検出部２を力覚センサー部やトルクセンサー部とすることで、後述する第４実施形態で述べるようなロボットに物理量センサー１を適用し易くなる。
【００２９】
なお、物理量検出部２としては、測定対象の物理量が加わると、その物理量に対応する電荷を発生するものであれば、上記の物に限定されず、例えば、圧電効果を利用しない構成であってもよい。
【００３０】
（増幅回路）
図２に示すように、増幅回路３は、演算増幅器３１（オペアンプ）と、キャパシタ３２（積分コンデンサ）と、スイッチング素子３３と、を有している。
【００３１】
演算増幅器３１は、反転入力端３１ａ、非反転入力端３１ｂおよび出力端３１ｃを有しており、反転入力端３１ａと非反転入力端３１ｂとの間の電位差を増幅し、この増幅電圧を出力端３１ｃに出力する。反転入力端３１ａは、物理量検出部２と接続されており、物理量検出部２からの電荷が反転入力端３１ａに流れ込むようになっている。一方、非反転入力端３１ｂは、グランドに接続されている。また、反転入力端３１ａと出力端３１ｃとの間にはキャパシタ３２が並列接続されている。このような増幅回路３では、物理量検出部２から出力される電荷がキャパシタ３２に充電され、キャパシタ３２の電圧（すなわち電荷のキャパシタ３２による商値）により求められた電圧が出力端３１ｃから出力される。
【００３２】
ここで、通常、演算増幅器３１の反転入力端３１ａには漏れ電流があり、この漏れ電流がキャパシタ３２に充電され、物理量センサー１を長時間、繰り返し作動させることで出力端３１ｃの電圧が初期値から離れ変動してしまう「ドリフト」現象が生じたままで物理量の測定を開始すると、このドリフトが測定の誤差となってしまい物理量を精度よく検知することができないという問題が生じる。
【００３３】
そこで、このようなドリフトをリセットするために、反転入力端３１ａと出力端３１ｃとの間にはキャパシタ３２と同様にスイッチング素子３３が並列接続されている。このスイッチング素子３３により、キャパシタ３２に充電されたドリフト分の電荷をゼロにリセットすることができる。具体的には、スイッチング素子３３がオフの場合、物理量検出部２から出力された電荷は、キャパシタ３２に蓄えられ、物理量検出部２が受けた物理量に応じた大きさの電圧が出力端３１ｃから出力される。一方、スイッチング素子３３がオンになった場合、キャパシタ３２の両端子間が短絡されるため、キャパシタ３２に蓄えられた電荷が放電される。これにより、キャパシタ３２に充電されたドリフト分の電荷をゼロにリセットすることができる。
【００３４】
（判断部）
判断部４は、増幅回路３の出力（端子２５の出力）の単位時間当たりの変化量である勾配（傾き）から、物理量検出部２が物理量を検出しているか否かを判断する。以下、図３に示す一例を挙げて具体的に説明する。図３は、増幅回路３の出力を示すグラフであり、時間Ｔ１では物理量検出部２に物理量が加わっており、時間Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４では物理量検出部２に物理量が加わっていない状態を示している。時間Ｔ１では、物理量検出部２からの電荷Ｑが増幅回路３で増幅されるため、時間Ｔ２、Ｔ３と比較して出力の勾配（線分Ｌ１の傾き）が大きい。一方、時間Ｔ２、Ｔ３では物理量検出部２が物理量を検出していないため、物理量検出部２から電荷Ｑが発生せず、出力はゼロであるはずだが、前述したドリフト分の出力が生じてしまう。ただし、漏れ電流は、物理量検出部２が物理量を検出しているときに発生する電荷Ｑと比較して極めて微小であるため、時間Ｔ２、Ｔ３における出力の勾配（線分Ｌ２、Ｌ３の傾き）は、時間Ｔ１における出力の勾配よりも小さくなる。判断部４は、このような勾配の差を利用して、物理量検出部２に物理量が加わっているか否かを判断する。
【００３５】
次に、判断部４による判断方法について説明する。判断部４は、増幅回路３の出力の勾配を複数回算出し、連続して算出した２つの勾配を比較して物理量検出部２が物理量を検出しているか否かの判断を行う。なお、「連続して算出した２つの勾配を比較する」とは、例えば、ｎ回目に算出した勾配とｎ＋１回目に算出した勾配とを比較することを意味する（ただし、ｎは１以上の整数）。
【００３６】
すなわち、図３に沿って説明すれば、判断部４は、時間Ｔ１内でのある時間ｔ１における出力の勾配を算出し、さらに時間Ｔ２内でのある時間ｔ２における出力の勾配を算出する。時間ｔ１における出力の勾配と時間ｔ２における出力の勾配とを比較すると、これらの間に予め定められた値（閾値）以上の差があり、時間ｔ１における出力の勾配の方が大きいため、判断部４は、少なくとも時間Ｔ１においては物理量検出部２が物理量を検出していると判断する。
【００３７】
判断部４は、さらに時間Ｔ３内でのある時間ｔ３における出力の勾配を算出する。時間ｔ２における出力の勾配と時間ｔ３における出力の勾配とを比較すると、これらの間に予め定められた値（閾値）以上の差がないため、判断部４は、時間Ｔ２、Ｔ３においては物理量検出部２が物理量を検出していないと判断する。このような方法によれば、簡単かつ精度よく、物理量検出部２が物理量を検出しているか否かを判断することができる。なお、判断部４は、算出した勾配を記憶する勾配記憶部４１を有している。そのため、前述したような連続して算出された勾配同士の比較を簡単に行うことができる。
【００３８】
また、判断部４は、前記予め定められた値（閾値）や、勾配を算出するための時間（時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、ｔ１、ｔ２、ｔ３等の単位時間、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３の開始時刻等）を記憶する記憶部４２を有している。なお、勾配を算出するための時間（時間ｔ１、ｔ２、ｔ３等の単位時間）としては特に限定されず、増幅回路３の温度によっても異なるが、例えば、０．１秒以上、３０秒以下とすることができる。一般的に、低温程漏れ電流が小さく勾配が緩いため、勾配を算出するための時間を長く設定することが好ましい。
【００３９】
また、図３の例では、時間Ｔ１における勾配を算出する時間ｔ１が、時間Ｔ１よりも短く、時間Ｔ１内の中間部に位置している、すなわち、時間ｔ１の開始時刻が時間Ｔ１の開始時刻より遅く、時間ｔ１の終了時刻が時間Ｔ１の終了時刻よりも早いが、時間ｔ１の開始時刻や長さは、これに限定されない。例えば、時間ｔ１が時間Ｔ１よりも短く、時間ｔ１の開始時刻が時間Ｔ１の開始時刻と一致していてもよい。また、時間ｔ１の長さが時間Ｔ１の長さと等しく、時間ｔ１の開始時刻および終了時刻が時間Ｔ１の開始時刻および終了時刻と一致していてもよい。
【００４０】
（補正部）
補正部５は、判断部４において物理量検出部２が物理量を検出していないと判断された場合に増幅回路３の出力の勾配を小さくする（好ましくはゼロとする）ような補正を行い、ドリフトを補正（低減）する機能を有している。補正部５は、漏れ電流を相殺するための電流Ｉａを生成し、この電流Ｉａを反転入力端３１ａに流し込む。漏れ電流を常時相殺するためには、この電流Ｉａは漏れ電流の変化に合わせて調整された電流となる。このような補正部５を設けることで、電流Ｉａによって漏れ電流をキャンセルすることができ、前述したドリフトを効果的に補正することができる。そのため、優れた検出精度を発揮することのできる物理量センサー１となる。なお、物理量検出部２が物理量を検出しているか否かの判断は、前述した判断部４によって行われる。
【００４１】
図２に示すように、このような補正部５は、電圧源５１と、電圧源５１から供給される電圧Ｖａを減衰させる減衰回路５２と、減衰回路５２と増幅回路３との間に配置された抵抗素子５３と、を有し、漏れ電流を低減する電流Ｉａを増幅回路３の反転入力端３１ａに入力するように構成されている。これにより、補正部５の構成が簡単となる。
【００４２】
電圧源５１から印加される電圧Ｖａの大きさとしては特に限定されず、例えば、−５Ｖ以上、＋５Ｖ以下とすることができる。また、電圧源５１は、増幅回路３の出力の勾配の大きさ（漏れ電流の大きさ）に応じて印加する電圧Ｖａの大きさを変化させることができる。例えば、増幅回路３の出力の勾配と印加する電圧Ｖａの大きさの関係は、予め図示しない記憶部に記憶されている。
【００４３】
減衰回路５２は、電圧Ｖａを所定の減衰率で減衰させる回路である。このような減衰回路５２は、直列接続された２つの抵抗素子５２１、５２２を有し、一端が電圧源５１に接続され、他端がグランドに接続されている。このような減衰回路５２では、抵抗素子５２１の抵抗をＲ１とし、抵抗素子５２２の抵抗をＲ２としたとき、Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）の減衰率で電圧Ｖａを減衰させることができる。このような減衰回路５２を設けることで、減衰回路５２によって電圧Ｖａを十分に低くすることができる。また、その分、抵抗素子５３の抵抗値を低く抑えることができる。そのため、抵抗素子５３として、その抵抗値や温度特性等を正確に把握可能なものを用いることができる。なお、減衰回路５２の減衰率としては特に限定されないが、例えば、１／１０，０００以上、１／１０以下であることが好ましく、１／１００以上、１／２０以下であることがより好ましい。
【００４４】
一方、抵抗素子５３の抵抗値としては、特に限定されないが、例えば、１×１０８Ω以上、１×１０１１Ω以下であることが好ましく、１×１０８Ω以上、１×１０１０Ω以下であることがより好ましい。このような範囲の抵抗値とすることで、漏れ電流に対応した十分に小さい電流Ｉａを生成することができる。また、このような範囲の抵抗値を有する抵抗素子５３として、その抵抗値や温度特性等を正確に把握可能なものを用いることができる。なお、現状では、抵抗値が１×１０１２Ω以上となると、抵抗素子５３として、その抵抗値や温度特性等を正確に把握可能なものを用いることが技術的かつコスト的に困難となる。
【００４５】
このように、減衰回路５２と抵抗素子５３を用いて電圧Ｖａを減衰させることで、抵抗素子５３の抵抗を小さくすることができる。そのため、抵抗素子５３として、その抵抗値や温度特性等を正確に把握可能なものを用いることができ、より正確に電流Ｉａを生成することができる。その結果、ドリフトをより効果的に補正することができる。
【００４６】
次に、このような補正部５について図３に沿って説明する。図３では、前述したように、判断部４によって時間Ｔ２、Ｔ３においては物理量検出部２が物理量を検出していないと判断される。すると、補正部５は、時間Ｔ２、Ｔ３における出力の勾配（線分Ｌ２、Ｌ３の傾き）に基づいて、出力の勾配がゼロとなるような電圧Ｖａを電圧源５１から供給する。すると、補正部５で生成された電流Ｉａと漏れ電流とが相殺されて増幅回路３の出力の勾配が実質的にゼロになる。そのため、時間Ｔ３の直後の時間Ｔ４において、出力の勾配（線分Ｌ４の傾き）がゼロとなり、ドリフトが補正される。
【００４７】
以上、補正部５について説明した。ここで、漏れ電流の大きさは、増幅回路３や物理量検出部２などの回路素子や基板の温度などによって変動し、通常、回路素子や基板の温度が高くなる程、漏れ電流が大きくなる。すなわち、回路素子や基板の温度が高くなる程、増幅回路３の出力の勾配が大きくなる。そのため、判断部４は、回路素子や基板の温度を検知する温度検知部７の検知結果に基づいて前述した判断を行うことが好ましい。これにより、より精度よく物理量検出部２が物理量を検出しているか否かを判断することができる。
【００４８】
判断部４は、温度検知部７で検知される温度が所定値以上変化したときに判断を行うように構成されているのが好ましい。より具体的には、直前に物理量検出部２が物理量を検出していないと判断したときに対して、温度検知部７で検知される温度が所定値以上変化したときに再び判断を行うように構成されているのが好ましい。例えば図３の例では、判断部４は、時間Ｔ３では物理量検出部２が物理量を検出していないと判断しているため、その後、時間Ｔ３での増幅回路３の温度に対して所定値（例えば、１〜２０℃）以上温度が変化した時に、再び同様の判断を行う。そして、再び判断部４で物理量検出部２が物理量を検出していないと判断されたときに、補正部５が増幅回路３からの出力の勾配が小さくなるように電流Ｉａを調整する。前述したように、漏れ電流の大きさは、増幅回路３や物理量検出部２などの回路素子や基板の温度によって変動するため、ある時刻において補正部５によってドリフトを補正しても、その後に増幅回路３の温度が変化してしまうと漏れ電流の大きさが変化して再びドリフトが発生するおそれがある。そこで、上述のように、前回の判断時から所定値以上温度が変化したときに再び判断し、電流Ｉａの値を漏れ電流の大きさの変化に合わせて調整することで、判断部４による判断の回数を少なくすることができると共に、より効果的にドリフトを補正することができる。
【００４９】
また、別の方法として、判断部４は、所定の間隔で断続的に前記判断を行い、判断の間隔を温度検知部７が検知した温度が高い程短くすることが好ましい。例えば、温度検知部７が検知した温度が２５°程度であれば、判断部４は、前述の判断を３分間隔で実施し、温度検知部７が検知した温度が６０°程度であれば、前述の判断を３秒間隔で実施するという具合である。前述したように、漏れ電流の大きさは、温度が高くなる程大きくなる。そのため、温度が高い程判断の間隔を短くすることで、より効果的にドリフトを補正することができる。
【００５０】
ただし、判断部４による判断は、連続して絶えず行われてもよいし、温度検知部７で検知された温度によらず、所定の時間間隔ごとに行われてもよい。また、上述した温度変化以外の任意のタイミングで行われてもよい。
【００５１】
（外力検出回路）
外力検出回路６は、増幅回路３から出力された電圧に基づいて、物理量検出部２に加わった物理量を検出する。
【００５２】
以上、物理量センサー１の構成について説明した。このような物理量センサー１で行われる出力補正方法（ドリフトの補正方法）をフローチャートに表すと、図４のようになる。図４に示すように、出力補正方法は、物理量に応じた電荷が発生する物理量検出部２が接続されている増幅回路３の出力の単位時間当たりの変化量である勾配から、物理量検出部２が物理量を検出しているか否かを判断するステップ（ＳＴＥＰ１）と、物理量検出部２が物理量を検出していないと判断した場合に、物理量検出部２が物理量を検出していないときの増幅回路３の出力の勾配を小さくするような処理を行うステップ（ＳＴＥＰ２）と、を有している。物理量センサー１では、まず、判断部４によって、物理量検出部２が物理量を検出しているか否かを判断する。判断部４で、物理量検出部２が物理量を検出していると判断された場合は、ＳＴＥＰ１を繰り返す。一方、判断部４で、物理量検出部２が物理量を検出していないと判断された場合は、補正部５で漏れ電流を相殺するための電流Ｉａが調整され、これにより、ドリフトが補正される。これにより、物理量のセンシング中においても漏れ電流によるドリフトを補正することができる。
【００５３】
さらに、図４のチャートでは、温度検知部７で検知される温度（現在の温度）が、前回、判断部４で物理量検出部２が物理量を検出していないと判断されたときの温度に対して所定値以上変化しているか否かを判断するステップ（ＳＴＥＰ３）を有している。両者の温度差が所定値以上でない場合は、ＳＴＥＰ３を繰り返す。一方、両者の温度差が所定値以上である場合は、ＳＴＥＰ１に戻ってドリフトを補正する。以上、出力補正方法（ドリフトの補正方法）について説明した。
【００５４】
＜第２実施形態＞
図５は、本発明の第２実施形態に係る物理量センサーが有する増幅回路の出力の一例を示すグラフである。
【００５５】
本実施形態に係る物理量センサーは、主に、判断部の判断方法が異なること以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーと同様である。
【００５６】
なお、以下の説明では、第２実施形態の物理量センサーに関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
【００５７】
（判断部）
本実施形態の判断部４は、増幅回路３の出力の単位時間当たりの変化量であるドリフト勾配（勾配）を記憶するドリフト勾配記憶部４３を有している。そして、判断部４は、増幅回路３の出力の勾配とドリフト勾配とを比較して物理量検出部が物理量を検出しているか否かの判断を行う。このような方法によれば、簡単かつ精度よく、物理量検出部２に物理量が加わっているか否かを判断することができる。なお、ドリフト勾配については、例えば、実際に駆動して得られた結果やシミュレーションに基づいて決定することができる。また、ドリフト勾配は、増幅回路３の温度によって変動するため、判断部４は、温度検知部７で検知した増幅回路３の温度に対応したドリフト勾配と増幅回路３の出力の勾配とを比較する。
【００５８】
以下、図５に示す一例を挙げて具体的に説明する。図５は、増幅回路３の出力を示すグラフであり、時間Ｔ１内の時間ｔ１では物理量検出部２が物理量を検出しており、時間Ｔ２内の時間ｔ２では物理量検出部２が物理量を検出していない。そのため、時間ｔ１における増幅回路３の出力の勾配（線分Ｌ１の傾き）は、時間ｔ２における増幅回路３の出力の勾配（線分Ｌ２の傾き）と異なっている（本実施形態では、時間ｔ２における増幅回路３の出力の勾配よりも大きい）。なお、時間Ｔ２では物理量検出部２から電荷Ｑが発生せず、出力はゼロであるはずだが、ドリフト分の出力が生じている。
【００５９】
図５に示す例では、時間ｔ１における増幅回路３の出力の勾配がドリフト勾配Ｌ’と一致していないため、判断部４は、時間Ｔ１では物理量検出部２が物理量を検出していると判断する。一方、時間ｔ２における増幅回路３の出力の勾配がドリフト勾配Ｌ’と一致しているため、判断部４は、時間Ｔ２では物理量検出部２が物理量を検出していないと判断する。なお、前記「一致している」とは、時間ｔ２における増幅回路３の出力の勾配とドリフト勾配とが一致している場合の他にも、時間ｔ２における増幅回路３の出力の勾配とドリフト勾配とが一致していないが、そのずれが所定範囲内（許容範囲内）にある場合も含む意味である。現実的には、種々の要因で、ドリフトの勾配が変化する場合もあるため、このようにある程度の幅を持って「一致する」と判断することで、判断部４による判断の精度を高めることができる。
【００６０】
判断部４によって時間Ｔ２においては物理量検出部２が物理量を検出していないと判断されると、補正部５は、時間Ｔ２の終了時における勾配に基づいて、出力の勾配がゼロとなるような電圧Ｖａを電圧源５１から供給する。すると、補正部５で生成された電流Ｉａと漏れ電流とが相殺されて増幅回路３の出力の勾配が実質的にゼロになる。そのため、時間Ｔ２の直後の時間Ｔ３内の時間ｔ３において、出力の勾配（線分Ｌ３の傾き）がゼロとなり、ドリフトが補正される。
【００６１】
本実施形態では、判断部４は、増幅回路３の出力の勾配と勾配記憶部４３に記憶されているドリフト勾配とを比較して物理量検出部が物理量を検出しているか否かの判断を行うものとしたが、ドリフト勾配の代わりに、予め設定した勾配の期待値（予測値）などを用いてもよい。以上のような第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。
【００６２】
＜第３実施形態＞
図６は、本発明の第３実施形態に係る物理量センサーの回路図である。図７は、図６に示す物理量センサーが有する物理量検出部の平面図である。図８は、図７に示す物理量検出部が有するセンサー素子の断面図である。
【００６３】
本実施形態に係る物理量センサーは、主に、物理量検出部が力覚センサー部とトルクセンサー部とを兼ねる複合センサー部であること以外は、前述した第１実施形態の物理量センサーと同様である。
【００６４】
なお、以下の説明では、第３実施形態の物理量センサーに関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図６ないし図８では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
【００６５】
物理量検出部２は、力覚センサー部およびトルクセンサー部を兼ねる複合センサー部であり、６軸力（互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の並進力成分およびＸ、Ｙ、Ｚ軸まわりの回転力成分）を検出する機能を有している。図７に示すように、物理量検出部２は、２つの基板２１、２２と、これら基板２１、２２の間に挟持された４つのセンサー素子２３と、を有している。２つの基板２１、２２は、図示しない与圧ボルトにより固定されている。また、４つのセンサー素子２３は、基板２１、２２の外周部に沿って等間隔（９０°間隔）に配置されている。
【００６６】
各センサー素子２３は、互いに直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ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Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚを出力する機能を有している。図８に示すように、センサー素子２３は、グランドに接地された４つのグランド電極層２４と、Ｙ軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｙを出力する第１センサー２５と、Ｚ軸に平行な外力（圧縮／引張力）に応じて電荷Ｑｚを出力する第２センサー２６と、Ｘ軸に平行な外力（せん断力）に応じて電荷Ｑｘを出力する第３センサー２７と、を有し、グランド電極層２４と各センサー２５、２６、２７が交互に積層されている。
【００６７】
第１センサー２５は、Ｙ軸の負方向に配向した第１結晶軸ＣＡ１を有する第１圧電体層２５１と、Ｙ軸の正方向に配向した第２結晶軸ＣＡ２を有する第２圧電体層２５３と、第１圧電体層２５１と第２圧電体層２５３との間に設けられ、電荷Ｑｙを出力する出力電極層２５２と、を有している。なお、第１圧電体層２５１および第２圧電体層２５３は、例えば、Ｙカット水晶板で構成することができる。
【００６８】
第２センサー２６は、Ｚ軸の正方向に配向した第３結晶軸ＣＡ３を有する第３圧電体層２６１と、Ｚ軸の負方向に配向した第４結晶軸ＣＡ４を有する第４圧電体層２６３と、第３圧電体層２６１と第４圧電体層２６３との間に設けられ、電荷Ｑｚを出力する出力電極層２６２と、を有している。なお、第３圧電体層２６１および第４圧電体層２６３は、例えば、Ｘカット水晶板で構成することができる。
【００６９】
第３センサー２７は、Ｘ軸の負方向に配向した第５結晶軸ＣＡ５を有する第５圧電体層２７１と、Ｘ軸の正方向に配向した第６結晶軸ＣＡ６を有する第６圧電体層２７３と、第５圧電体層２７１と第６圧電体層２７３との間に設けられ、電荷Ｑｘを出力する出力電極層２７２と、を有している。なお、第５圧電体層２７１および第６圧電体層２７３は、例えば、Ｙカット水晶板で構成することができる。
【００７０】
以上、物理量検出部２について説明した。図６に示すように、本実施形態の物理量センサー１では１つのセンサー素子２３について３つの回路８（増幅回路３、判断部４、補正部５および温度検知部７を含む回路）が接続されており、これら３つの回路８は、電荷Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚに対応している。そして、各回路８の増幅回路３から出力された電圧Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚは、外力検出回路６に入力され、外力検出回路６によって、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が検出されるようになっている。
【００７１】
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。なお、本実施形態の物理量検出部は、力覚センサー部とトルクセンサー部とを兼ねた複合センサー部であるが、物理量検出部としては、特に限定されず、力覚センサー部であってもよいし、トルクセンサー部であってもよいし、他の物理量を検出するセンサー部であってもよい。
【００７２】
＜第４実施形態＞
図９は、本発明の第４実施形態に係るロボットの斜視図である。
【００７３】
図９に示すロボット９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９は、例えば床や天井に固定されるベース９１と、ベース９１に回動自在に連結されたアーム９２と、アーム９２に回動自在に連結されたアーム９３と、アーム９３に回動自在に連結されたアーム９４と、アーム９４に回動自在に連結されたアーム９５と、アーム９５に回動自在に連結されたアーム９６と、アーム９６に回動自在に連結されたアーム９７と、これらアーム９２〜９７の駆動を制御する制御部９８と、を有している。また、アーム９７にはハンド接続部が設けられており、ハンド接続部にはロボット９に実行させる作業に応じたエンドエフェクター９９が装着される。
【００７４】
このようなロボット９には、エンドエフェクター９９に加えられる外力を検出する物理量センサー１が設けられている。そして、物理量センサー１が検出する力を制御部９８にフィードバックすることにより、ロボット９は、より精密な作業を実行することができる。また、物理量センサー１が検出する力によって、ロボット９は、エンドエフェクター９９の障害物への接触等を検知することができる。そのため、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９は、より安全に作業を実行することができる。なお、この他にも、例えば、トルクセンサーとしての物理量センサー１を各アーム９２、９３、９４、９５、９６、９７の関節部に配置してもよいし、力覚センサーとしての物理量センサー１をエンドエフェクター９９の指先に配置してもよい。
【００７５】
このように、ロボット９は、前述した物理量センサー１を有しているため、前述した物理量センサー１の効果を享受することができ、優れた信頼性を発揮することができる。
【００７６】
このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態の効果を発揮することができる。なお、ロボット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。また、ロボットとしては、所謂、スカラロボットや双腕ロボットであってもよい。
【００７７】
以上、本発明の物理量センサー、ロボットおよび出力補正方法について、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】
【００７８】
１…物理量センサー、２…物理量検出部、２１、２２…基板、２３…センサー素子、２４…グランド電極層、２５…第１センサー、２５１…第１圧電体層、２５２…出力電極層、２５３…第２圧電体層、２６…第２センサー、２６１…第３圧電体層、２６２…出力電極層、２６３…第４圧電体層、２７…第３センサー、２７１…第５圧電体層、２７２…出力電極層、２７３…第６圧電体層、３…増幅回路、３１…演算増幅器、３１ａ…反転入力端、３１ｂ…非反転入力端、３１ｃ…出力端、３２…キャパシタ、３３…スイッチング素子、４…判断部、４１…勾配記憶部、４２…記憶部、４３…ドリフト勾配記憶部、５…補正部、５１…電圧源、５２…減衰回路、５２１、５２２…抵抗素子、５３…抵抗素子、６…外力検出回路、７…温度検知部、８…回路、９…ロボット、９１…ベース、９２、９３、９４、９５、９６、９７…アーム、９８…制御部、９９…エンドエフェクター、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、Ｉａ…電流、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４…線分、Ｌ’…ドリフト勾配、Ｑ、Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚ…電荷、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４…時間、Ｖａ、Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ…電圧
【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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