(57)【要約】【課題】漏れ電流によるドリフトを低減することのできる電荷増幅回路、物理量センサー装置およびロボットを提供する。【解決手段】電荷増幅回路は、電圧源の電圧を降下させる減衰回路と、前記減衰回路で降下された前記電圧が印加されて電流を発生させる抵抗素子と、前記電流が入力される電荷増幅部と、を有する。また、前記電荷増幅部は、反転入力端および非反転入力端を有し、前記反転入力端および前記非反転入力端の間の電位差を増幅する演算増幅器と、前記演算増幅器の出力端と前記反転入力端との間に接続されるキャパシタと、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧源の電圧を降下させる減衰回路と、
前記減衰回路で降下された前記電圧が印加されて電流を発生させる抵抗素子と、
前記電流が入力される電荷増幅部と、を有することを特徴とする電荷増幅回路。
【請求項２】
前記電荷増幅部は、反転入力端および非反転入力端を有し、前記反転入力端および前記非反転入力端の間の電位差を増幅する演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力端と前記反転入力端との間に接続されるキャパシタと、を有する請求項１に記載の電荷増幅回路。
【請求項３】
前記抵抗素子の抵抗値は、１×１０８Ω以上１×１０１１Ω以下の範囲内にある請求項１または２に記載の電荷増幅回路。
【請求項４】
前記減衰回路の減衰率は、１／１０，０００以上１／１０以下の範囲内にある請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電荷増幅回路。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電荷増幅回路と、
前記電荷増幅回路に接続されており、物理量に応じた電荷が発生する物理量センサーと、を有することを特徴とする物理量センサー装置。
【請求項６】
前記電荷増幅回路の温度に基づいて前記電圧源の電圧を制御する電圧源回路を有する請求項５に記載の物理量センサー装置。
【請求項７】
前記物理量センサーが物理量を受けていないときの前記電荷増幅回路の出力に基づいて前記電圧源の電圧を制御する電圧源回路を有する請求項５に記載の物理量センサー装置。
【請求項８】
前記物理量センサーは、力覚センサーである請求項５ないし７のいずれか１項に記載の物理量センサー装置。
【請求項９】
前記物理量センサーは、トルクセンサーである請求項５ないし７のいずれか１項に記載の物理量センサー装置。
【請求項１０】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電荷増幅回路を備え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、電荷増幅回路、物理量センサー装置およびロボット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」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」を低減する方法として、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に記載の電荷増幅回路では、補償電流がキャパシタを介して増幅回路に流れ込むことで漏れ電流が相殺され、ドリフトが低減され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、キャパシタとして絶縁抵抗値が大きいフィルムコンデンサが用いられている。このフィルムコンデンサは、あくまでもコンデンサであって、抵抗素子の代替として用いることは想定されておらず、絶縁抵抗値のバラつき（個体差）が抵抗素子と比較して大きく、また、絶縁抵抗値の温度特性や経年劣化についても管理がされていない。そのため、補償電流が漏れ電流を相殺するのに適した大きさからずれてしまい、補償電流によって入力漏れ電流を精度よく相殺することが困難となる。
【０００７】
本発明の目的は、漏れ電流によるドリフトを低減することのできる電荷増幅回路、物理量センサー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】
【０００８】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の電荷増幅回路は、電圧源の電圧を降下させる減衰回路と、
前記減衰回路で降下された前記電圧が印加されて電流を発生させる抵抗素子と、
前記電流が入力される電荷増幅部と、を有することを特徴とする。
これにより、漏れ電流によるドリフトを低減することのできる電荷増幅回路が得られる。
【０００９】
本発明の電荷増幅回路では、前記電荷増幅部は、反転入力端および非反転入力端を有し、前記反転入力端および前記非反転入力端の間の電位差を増幅する演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力端と前記反転入力端との間に接続されるキャパシタと、を有することが好ましい。
これにより、電荷増幅回路の構成が簡単となる。
【００１０】
本発明の電荷増幅回路では、前記抵抗素子の抵抗値は、１×１０８Ω以上１×１０１１Ω以下の範囲内にあることが好ましい。
これにより、抵抗素子として、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。
【００１１】
本発明の電荷増幅回路では、前記減衰回路の減衰率は、１／１０，０００以上１／１０以下の範囲内にあることが好ましい。
これにより、抵抗素子として、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。
【００１２】
本発明の物理量センサー装置は、本発明の電荷増幅回路と、
前記電荷増幅回路に接続されており、物理量に応じた電荷が発生する物理量センサーと、を有することを特徴とする。
これにより、本発明の電荷増幅回路の効果を享受することができ、信頼性の高い物理量センサーが得られる。
【００１３】
本発明の物理量センサー装置では、前記電荷増幅回路の温度に基づいて前記電圧源の電圧を制御する電圧源回路を有することが好ましい。
これにより、より効果的に漏れ電流によるドリフトを低減することができる。
【００１４】
本発明の物理量センサー装置では、前記物理量センサーが物理量を受けていないときの前記電荷増幅回路の出力に基づいて前記電圧源の電圧を制御する電圧源回路を有することが好ましい。
これにより、より効果的に漏れ電流によるドリフトを低減することができる。
【００１５】
本発明の物理量センサー装置では、前記物理量センサーは、力覚センサーであることが好ましい。
これにより、物理量センサー装置をロボットに適用し易くなる。
【００１６】
本発明の物理量センサー装置では、前記物理量センサーは、トルクセンサーであることが好ましい。
これにより、物理量センサー装置をロボットに適用し易くなる。
【００１７】
本発明のロボットは、本発明の電荷増幅回路を備えることを特徴とする。
これにより、本発明の電荷増幅回路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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る物理量センサー装置を示す回路図である。
【図２】図１に示す電荷増幅回路からの出力の一例を示すグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態に係る物理量センサー装置の回路図である。
【図４】図３に示す物理量センサー装置が有する物理量センサーの平面図である。
【図５】図４に示す物理量センサーが有するセンサー素子の断面図である。
【図６】本発明の第３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】
【００１９】
以下、本発明の電荷増幅回路、物理量センサー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。
【００２０】
＜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装置を示す回路図である。図２は、図１に示す電荷増幅回路からの出力の一例を示すグラフである。
【００２１】
図１に示す物理量センサー装置１は、電荷増幅回路２と、電荷増幅回路２に接続されており、物理量に応じた電荷が発生する物理量センサー３と、を有している。また、電荷増幅回路２は、電圧源回路４（電圧源）の電圧Ｖａを降下させる減衰回路２１と、減衰回路２１で降下された電圧Ｖａが印加されて電流を発生させる抵抗素子２３と、電流が入力される電荷増幅部２２と、を有している。また、電荷増幅部２２は、反転入力端２２１ａ、非反転入力端２２１ｂおよび出力端２２１ｃを有し、反転入力端２２１ａおよび非反転入力端２２１ｂの間の電位差を増幅する演算増幅器２２１（オペアンプ）と、演算増幅器２２１の出力端２２１ｃと反転入力端２２１ａとの間に接続されるキャパシタ２２２（積分コンデンサ）と、を有している。このような物理量センサー装置１では、物理量センサー３から出力される電荷信号がキャパシタ２２２に充電され、キャパシタ２２２の電圧（すなわち電荷のキャパシタ２２２による商値）により求められた電圧が出力端２２１ｃから出力される。
【００２２】
ここで、通常、演算増幅器２２１の反転入力端２２１ａには漏れ電流があり、この漏れ電流がキャパシタ２２２に充電され、物理量センサー装置１を長時間、繰り返し作動させることで出力端２２１ｃ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という問題が生じる。しかしながら、電荷増幅回路２では、減衰回路２１によって降下された電圧が抵抗素子２３に印加されたことで発生した微少な補償電流が反転入力端２２１ａに流れ込むことで漏れ電流が相殺されるようになっているため、前述のドリフトを低減することができる。電荷増幅回路２では、減衰回路２１により降下された低い電圧を用いることで、特許文献１のような極めて高い抵抗値を持つフィルムコンデンサの絶縁抵抗ではなく、抵抗素子２３を用いて漏れ電流相当の微少な補償電流を発生させることができる。抵抗素子２３はキャパシタの絶縁抵抗と異なり、抵抗値のバラつきや温度特性、経年劣化特性が保証された抵抗を用いることができるため、発生させる補償電流を正確にコントロールすることができる。そのため、このような電荷増幅回路２の効果を享受できる物理量センサー装置１は、高い信頼性を発揮することができる。以下、このような物理量センサー装置１について詳細に説明する。
【００２３】
＜物理量センサー＞
物理量センサー３は、測定対象の物理量に対応する電荷を発生する。このような物理量センサー３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電荷増幅回路２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。
【００２４】
また、圧電体センサーとしては特に限定されず、例えば、加速度センサー、角速度センサー、圧力センサー、力覚センサー、トルクセンサー等が挙げられるが、これらの中でも特に力覚センサー、トルクセンサーであることが好ましい。物理量センサー３を力覚センサーやトルクセンサーとすることで、後述する第３実施形態で述べるように、物理量センサー装置１をロボットに適用し易くなる。
【００２５】
なお、物理量センサー３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センサーであってもよい。また、検出する物理量としても特に限定されず、例えば、光を検出するものであってもよい。
【００２６】
このような物理量センサー３の一方の電極は、反転入力端２２１ａに接続され、他方の電極は、グランドに接続されている。
【００２７】
＜電荷増幅回路＞
図１に示すように、演算増幅器２２１は、反転入力端２２１ａ、非反転入力端２２１ｂおよび出力端２２１ｃを有し、反転入力端２２１ａと非反転入力端２２１ｂとの間の電位差を増幅し、この増幅電圧を出力端２２１ｃに出力する。反転入力端２２１ａは、物理量センサー３の一方の電極と接続されており、物理量センサー３からの電荷が反転入力端２２１ａに流れ込むようになっている。一方、非反転入力端２２１ｂは、グランドに接続されている。また、反転入力端２２１ａと出力端２２１ｃとの間にはキャパシタ２２２が並列接続されている。物理量センサー３から電荷が発生すると、反転入力端２２１ａと非反転入力端２２１ｂとの間に、当該電荷と同極性の電位差が発生する。演算増幅器２２１は、当該電位差を反転増幅し、出力端２２１ｃに出力する。これによりキャパシタ２２２の出力端２２１ｃ側の電極に物理量センサー３から発生した電荷の逆極性の電荷が発生する。このときキャパシタ２２２の反転入力端２２１ａ側の電極に、さらにその逆極性、すなわち物理量センサー３から発生した電荷と同極性の電荷が誘起するが、これは物理量センサー３から発生した電荷がキャパシタ２２２に移動することで行われる。この電荷の移動により反転入力端２２１ａと非反転入力端２２１ｂとの間の電位差が減少するため、当該電位差が略ゼロ（０）となるまで演算増幅器２２１の反転増幅動作が継続し、物理量センサー３から発生した電荷が全てキャパシタ２２２に移動する。その結果としてキャパシタ２２２の両端に発生した電圧は発生した電荷をキャパシタ２２２のキャパシタンスで除した電圧となる。このように、電荷増幅部２２が演算増幅器２２１とキャパシタ２２２とを有することで、電荷増幅部２２（電荷増幅回路２）の構成が簡単となる。
【００２８】
また、反転入力端２２１ａと出力端２２１ｃとの間にはキャパシタ２２２と同様にスイッチング素子２２３が並列接続されている。このスイッチング素子２２３により、キャパシタ２２２に充電されたドリフト分の電荷をゼロ（０）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２２３がオフの場合、物理量センサー３から出力された電荷は、キャパシタ２２２に蓄えられ、物理量センサー３が受けた物理量に応じた大きさの電圧が出力端２２１ｃから出力される。一方、スイッチング素子２２３がオンになった場合、キャパシタ２２２の両端子間が短絡されるため、キャパシタ２２２に蓄えられた電荷が放電される。これにより、キャパシタ２２２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。
【００２９】
減衰回路２１および抵抗素子２３は、電圧Ｖａから漏れ電流を相殺するための電流Ｉａを生成し、この電流を反転入力端２２１ａに流し込むための回路である。なお、電流Ｉａは、漏れ電流と絶対値がほぼ同じで逆の極性を有している。このような構成とすることで、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低減することができる。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装置１となる。特に、減衰回路２１と抵抗素子２３を用いて電圧Ｖａを減衰させることで、抵抗素子２３の抵抗を従来（例えば、前述した特許文献１の構成）よりも小さくすることができる。そのため、抵抗素子２３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、電流Ｉａによって漏れ電流を相殺することができる。
【００３０】
ここで、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Ｖａは、電圧源回路４から印加されるようになっている。また、電圧源回路４は、漏れ電流の大きさに応じて端子２４に印加する電圧Ｖａの大きさを調整している。これにより、漏れ電流を電流Ｉａによって精度よく相殺することができる。
【００３１】
例えば、漏れ電流の大きさは、温度によって変化し、通常、温度が高くなる程、漏れ電流が大きくなる。そのため、電圧源回路４は、電荷増幅回路２の温度に基づいて端子２４に印加する電圧Ｖａの大きさを制御するように構成されているのが好ましい。具体的には、例えば、予め電荷増幅回路２の温度と漏れ電流の大きさとの関係をテーブル（関係式）にして記憶しておき、さらには電荷増幅回路２の温度を検知する図示しない温度センサーを設け、温度センサーで検知された電荷増幅回路２の温度と前記テーブルとに基づいて、端子２４に印加する電圧Ｖａの大きさを制御するように構成されているのが好ましい。これにより、より効果的に、漏れ電流によるドリフトを低減することができる。
【００３２】
また、別の構成として、電圧源回路４は、例えば、物理量センサー３が物理量を受けていないときの電荷増幅回路２の出力に基づいて、言い換えると、漏れ電流に起因した出力に基づいて端子２４に印加する電圧Ｖａの大きさを制御するように構成されていているのが好ましい。例えば、物理量センサー３が物理量を受けていないときの電荷増幅回路２の出力（端子２５の出力）が図２に示すように経時的に増大する場合には、この出力が一定となるように電源電圧Ｖａの大きさを制御すればよい。これにより、より効果的に、漏れ電流によるドリフトを低減することができる。
【００３３】
減衰回路２１は、電圧Ｖａが印加される端子２４と抵抗素子２３との間に配置されており、電圧Ｖａを所定の減衰率で減衰させる回路である。減衰回路２１は、直列接続された２つの抵抗素子２１１、２１２を有し、一端が端子２４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２１では、抵抗素子２１１の抵抗をＲ１とし、抵抗素子２１２の抵抗をＲ２としたとき、Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）の減衰率で電源電圧Ｖａを減衰させることができる。ここで、減衰回路２１の減衰率としては、特に限定されないが、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。減衰率をこのような範囲とすることで、減衰回路２１によって電圧Ｖａをノイズに埋もれない範囲で十分に低くすることができ、その分、抵抗素子２３の抵抗値を低く抑えることができる。そのため、抵抗素子２３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。
【００３４】
２つの抵抗素子２１１、２１２としては、特に限定されないが、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好ましい。これにより、減衰率を正確に把握することができる。このような抵抗素子２１１、２１２としては、例えば、炭素皮膜抵抗器、金属被膜抵抗器、酸化金属皮膜抵抗器、巻線抵抗器、ホウロウ抵抗器、セメント抵抗器等を用いることができる。
【００３５】
一方、抵抗素子２３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２３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２３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。
【００３６】
このような抵抗素子２３としては、特に限定されないが、高抵抗で、温度特性が小さいものが好ましく、例えば、炭素皮膜抵抗器、金属被膜抵抗器、酸化金属皮膜抵抗器、巻線抵抗器、ホウロウ抵抗器、セメント抵抗器等を用いることができる。
【００３７】
＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態に係る物理量センサー装置の回路図である。図４は、図３に示す物理量センサー装置が有する物理量センサーの平面図である。図５は、図４に示す物理量センサーが有するセンサー素子の断面図である。
【００３８】
本実施形態に係る物理量センサー装置は、主に、物理量センサーが力覚センサーとトルクセンサーとを兼ねる複合センサーであること以外は、前述した第１実施形態の物理量センサー装置と同様である。
【００３９】
なお、以下の説明では、第２実施形態の物理量センサー装置に関し、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３ないし図５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。
【００４０】
物理量センサー３は、力覚センサーおよびトルクセンサーを兼ねる複合センサーであり、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４に示すように、物理量センサー３は、２つの基板３１、３２と、これら基板３１、３２の間に挟持された４つのセンサー素子３３と、を有している。２つの基板３１、３２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３３は、基板３１、３２の外周部に沿って等間隔（９０°間隔）に配置されている。
【００４１】
各センサー素子３３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５に示すように、センサー素子３３は、グランドに接地された４つのグランド電極層３４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３５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３６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３７と、を有し、グランド電極層３４と各センサー３５、３６、３７が交互に積層されている。
【００４２】
第１センサー３５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３５１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３５３と、第１圧電体層３５１と第２圧電体層３５３との間に設けられ、電荷Ｑｙを出力する出力電極層３５２と、を有している。なお、第１圧電体層３５１および第２圧電体層３５３は、例えば、Ｙカット水晶板で構成することができる。
【００４３】
第２センサー３６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３６１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３６３と、第３圧電体層３６１と第４圧電体層３６３との間に設けられ、電荷Ｑｚを出力する出力電極層３６２と、を有している。なお、第３圧電体層３６１および第４圧電体層３６３は、例えば、Ｘカット水晶板で構成することができる。
【００４４】
第３センサー３７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３７１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３７３と、第５圧電体層３７１と第６圧電体層３７３との間に設けられ、電荷Ｑｘを出力する出力電極層３７２と、を有している。なお、第５圧電体層３７１および第６圧電体層３７３は、例えば、Ｙカット水晶板で構成することができる。
【００４５】
以上、物理量センサー３について説明した。図３に示すように、本実施形態の物理量センサー装置１では１つのセンサー素子３３について３つの電荷増幅回路２が接続されており、これら３つの電荷増幅回路２は、電荷Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚに対応している。また、各電荷増幅回路２には、前述した第１実施形態と同様に電圧源回路４が接続されている。そして、各電荷増幅回路２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。
【００４６】
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。なお、本実施形態の物理量センサーは、力覚センサーとトルクセンサーとを兼ねた複合センサーであるが、物理量センサーとしては、特に限定されず、力覚センサーであってもよいし、トルクセンサーであってもよいし、他の物理量を検出するセンサーであってもよい。
【００４７】
＜第３実施形態＞
図６は、本発明の第３実施形態に係るロボットの斜視図である。
【００４８】
図６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。
【００４９】
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装置１が設けられている。そして、物理量センサー装置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、物理量センサー装置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、トルクセンサー装置としての物理量センサー装置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、力覚センサー装置としての物理量センサー装置１をエンドエフェクター９９の指先に配置してもよい。
【００５０】
このように、ロボット９は、前述した物理量センサー装置１を有し、物理量センサー装置は、電荷増幅回路２を有しているため、前述した電荷増幅回路２の効果を享受することができ、信頼性の高いロボット９となる。
【００５１】
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。
【００５２】
以上、本発明の電荷増幅回路、物理量センサー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】
【００５３】
１…物理量センサー装置、２…電荷増幅回路、２１…減衰回路、２１１、２１２…抵抗素子、２２…電荷増幅部、２２１…演算増幅器、２２１ａ…反転入力端、２２１ｂ…非反転入力端、２２１ｃ…出力端、２２２…キャパシタ、２２３…スイッチング素子、２３…抵抗素子、２４、２５…端子、３…物理量センサー、３１、３２…基板、３３…センサー素子、３４…グランド電極層、３５…第１センサー、３５１…第１圧電体層、３５２…出力電極層、３５３…第２圧電体層、３６…第２センサー、３６１…第３圧電体層、３６２…出力電極層、３６３…第４圧電体層、３７…第３センサー、３７１…第５圧電体層、３７２…出力電極層、３７３…第６圧電体層、４…電圧源回路、６…外力検出回路、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、Ｑｘ、Ｑｙ、Ｑｚ…電荷、Ｖａ…電源電圧、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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