(57)【要約】【課題】  水平方向成分と垂直方向成分の他軸干渉を低減する６軸の磁気式力覚センサを提供する。【解決手段】  支持部材に弾性支持された作用部（４）と、特定の方位に対して隣り合う磁石の磁極面が互いに逆となるように配された２つ以上の磁石（３ａ〜３ｄ）から構成された磁束発生源（７）と、前記作用部における、磁極面が互いに逆となる少なくとも２つの前記磁石の磁極面に対向した位置にそれぞれ設けられた第１磁電変換素子（１ａ〜１ｄ）と、  前記第１磁電変換素子の間に第２磁電変換素子（２ａ〜２ｄ）とを有し、前記第１磁電変換素子の出力に基づき垂直方向成分の力を検出し、前記第２磁電変換素子の出力に基づき水平方向成分の力を検出する磁気式の力覚センサ。【選択図】  図１
2011145286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受けた力によって変位可能な作用部と磁束発生源との相対位置によって変化する磁電変換素子の出力に基づいて前記力を検出する磁気式力覚センサにおいて、
支持部材に弾性支持された作用部と、
特定の方位に対して隣り合う磁石の磁極面が互いに逆となるように配された２つ以上の磁石から構成された磁束発生源と、
前記作用部における、磁極面が互いに逆となる少なくとも２つの前記磁石の磁極面に対向した位置にそれぞれ設けられた第１磁電変換素子と、
前記第１磁電変換素子の間に第２磁電変換素子とを有し、
前記第１磁電変換素子の出力に基づき垂直方向成分の力を検出し、前記第２磁電変換素子の出力に基づき水平方向成分の力を検出することを特徴とする磁気式力覚センサ。
【請求項２】
前記第２磁電変換素子は隣り合う前記磁石の境界と対向した位置に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の磁気式力覚センサ。
【請求項３】
前記磁束発生源は２×２個の磁石から構成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気式力覚センサ。
【請求項４】
前記２×２個の磁石の磁極面に対向してそれぞれ配置された４個の第１磁電変換素子と、前記第１磁電変換素子の間にそれぞれ配置された４個の第２磁電変換素子から構成されることを特徴とする請求項３に記載の磁気式力覚センサ。
【請求項５】
前記第１磁電変換素子と前記第２磁電変換素子との組みが前記作用部に複数配置され、磁電変換素子の前記組みにたいして、２×２個の磁石から構成された前記磁束発生源がそれぞれ配置されたことを特徴とする請求項１記載の磁気式力覚センサ。
【請求項６】
受けた力によって変位可能な作用部と磁束発生源との相対位置によって変化する磁電変換素子の出力に基づいて前記力を検出する磁気式力覚センサにおいて、
支持部材に弾性支持された作用部と、
特定の方位に対して隣り合う磁石の磁極面が互いに逆となるように配された２つ以上の磁石から構成された磁束発生源と、
前記作用部における、磁極面が互いに逆となる少なくとも２つの前記磁石の磁極面に対向した位置にそれぞれ設けられた第１磁電変換素子と、
前記第１磁電変換素子の間に第２磁電変換素子とを有し、
前記第１磁電変換素子の出力に基づき水平方向成分の力を検出し、前記第２磁電変換素子の出力に基づき垂直方向成分の力を検出することを特徴とする磁気式力覚センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁束発生源と磁電変換素子の相対変位によって生じる磁束変化を検出し、力、モーメント成分に変換する磁気式力覚センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
力覚センサは、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３次元座標空間における各軸の並進方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ、各軸の回転方向のモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの最大６軸の力およびモーメントを検出するセンサである。この力覚センサは、例えば産業用ロボットハンドの手首部分に取り付けられて、組付け作業に生じる力とモーメントを検出し、その検出値に応じて組付け作業動作を修正することができる。力覚センサの検出原理として、特開２００４−３２５３２８号（特許文献１）に記載されているように磁気的に検出する方法を利用しているものが提示されている。
【０００３】
図１０は、特許文献１に記載の従来例の構造である。板状の作用部に連接して設けられた弾性体に埋め込まれた磁束発生源１０２と、その磁束発生源１０２の磁化方向に対して対向するように４つの磁電変換素子１０１を配置している。作用部に力が加わると弾性体が弾性変形することで磁束発生源１０２が変位し、それによって生じた磁束密度の変化を磁電変換素子１０１によって検出する。これにより、磁束発生源１０２が磁電変換素子１０１を含む平面に対して水平方向に変位するＸ軸方向、Ｙ軸方向と、該平面に対する垂直方向に変位するＺ軸方向の、３軸にかかる力成分の検出を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２５３２８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のセンサに代表される磁気式力覚センサでは、磁電変換素子１０１の位置における磁場が、水平方向および垂直方向のどちらに対しても勾配を有し、その磁場の勾配を利用して作用部の変位の方向に応じた磁場の変化を検知する事で力を検出する。そのため、被測定軸の出力に他の軸の出力が影響を与える他軸干渉が問題となることがある。
【０００６】
例えば、水平方向のみに変位する外力を受けたにも関わらず、勾配の影響により垂直方向に変位した際に生じる出力変化も現れる他軸干渉の問題が生じる。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、水平方向成分と垂直方向成分の他軸干渉を低減する磁気式力覚センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、
作用部に受けた力によって変位可能な前記作用部と磁束発生源との相対位置に基づいて前記力を検知する磁気式力覚センサにおいて、
支持部材に弾性支持された作用部と、
特定の方位に対して隣り合う磁石の磁極面が互いに逆となるように配された２つ以上の磁石から構成された磁束発生源と、
磁極面が互いに逆となる少なくとも２つの前記磁石の磁極面に対向した位置にそれぞれ設けられた第１磁電変換素子と、
前記第１磁電変換素子の間に第２磁電変換素子とを有し、
前記第１磁電変換素子の出力に基づき前記作用部に受けた力における垂直方向成分の力を検出し、前記第２磁電変換素子の出力に基づき前記作用部に受けた力における水平方向成分の力を検出することを特徴とする磁気式力覚センサを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の磁気式力覚センサによれば、磁石の磁極面に対向した位置にある第１磁電変換素子は、磁束発生源との相対変位に対する垂直方向成分の力の変化は大きいが、水平方向成分の力の変化は小さい。一方で、第１磁電変換素子の間にある第２磁電変換素子は、磁束発生源との相対変位に対する水平方向成分の力の変化は大きいが、垂直方向成分の力の変化は小さい。これらの位置に各々の磁電変換素子を配置して力検出することで、水平方向成分と垂直方向成分の他軸干渉を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るセンシング部の構造を示す図である。
【図２】本発明に係る磁気式力覚センサの断面構造を示す図である。
【図３】２個の磁石におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図４】水平方向と垂直方向の変位に対する磁束密度の変化を示す図である。
【図５】水平方向と垂直方向の変位に対する磁束密度の変化を示す図である。
【図６】水平方向と垂直方向の磁束密度変化量の関係を示す図である。
【図７】２×２個の磁石におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図８】本発明に係る６軸力覚センサの出力の流れを示す図である。
【図９】２×２個の単磁石を複数配置した構造を示す図である。
【図１０】従来の力覚センサの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を用いて、本発明における力覚センサを説明する。説明の煩雑を避けるため、力とモーメントとを併せて“力”と称することがある。
【００１２】
図１は本発明の特徴を最もよく表す図面であり、センシング部の斜視図である。本発明においては、力のセンシングにかかる磁電変換素子と磁束発生源とを併せてセンシング部と称する。センシング部は以下で説明する作用部４と磁束発生源との相対位置を、検知した磁場を電気信号に変換して検出する機能を果たす。１ａ〜１ｄは磁石の磁極面に対向して配置された第１磁電変換素子、２ａ〜２ｄは第１磁電変換素子の間に配置された第２磁電変換素子、３ａ〜３ｄは磁束発生源を構成する４つの磁石である。磁石３ａ〜３ｄはＺ方向に対してそれぞれＮ極とＳ極とが互いに逆となるように配されている。
【００１３】
この磁束発生源は、特定の方位に対して隣り合う磁石の磁極面が互いに逆となるように配された２つ以上の磁石から構成されていればよく、磁束発生源を構成する磁石は４つである必要はない。またセンシング部は一つである必要はなく、一つのセンサに複数のセンシング部が設けられていてもよい。
【００１４】
さらにまた、配置された磁電変換素子の個数も上述のケースである必要は必ずしも無く、本願発明にかかる力覚センサの使用者が、所望の精度などに応じて適宜選択してよい。
【００１５】
図２は、図１のセンシング部を有する磁気式力覚センサのＸ‐Ｚ軸に沿った断面図である。センシング部は筒状の筐体Ｋの内部に収められている。
【００１６】
４は外部からの力が作用する作用部、５は作用部の力を変位に変換する弾性体、６は磁電変換素子１，２が実装される基板、７は複数の磁石から構成される磁束発生源である。基板６に実装された磁電変換素子１，２は作用部４に固定され、また作用部４は弾性体５を介して支持部材である筐体Ｋに変位可能に弾性支持されている。また支持部材は筐体である必要は無く、板状部材など弾性部材を介して作用部を支持できるものであれば特に限定されない。
【００１７】
磁束発生源７は、Ｎ極とＳ極を一対有する２つ以上の磁石３から構成されている。磁束発生源７は、一つの磁束発生源に複数の磁石を連接してなるパターンを形成してもよい。要するに、隣りあう磁石の境界を境にして、磁石から発生する磁場の向きが逆転するように構成されていれば良い。
【００１８】
また、磁石３および磁束発生源７はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石、Ｓｍ−Ｃｏ磁石、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ磁石、フェライト磁石に代表されるような永久磁石であってもよく、磁性体まわりに、コイルを巻き、通電することによって磁力を発生させる電磁石であってもよい。磁電変換素子１，２はホール素子、ＭＲ素子、磁気インピーダンス素子、フラックスゲート素子、巻き線コイルなどである。
【００１９】
作用部４にＸ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、Ｚ軸方向のモーメントＭｚを受けると、磁電変換素子１，２は水平方向（Ｘ−Ｙ平面上）に磁束発生源７に対して相対的に変位する。一方で、作用部４にＸ軸方向のモーメントＭｘ、Ｙ軸方向のモーメントＭｙ、Ｚ軸方向の力Ｆｚを受けると、磁電変換素子１，２は垂直方向（Ｚ−ＸまたはＺ−Ｙ平面上）に相対的に変位することになる。磁電変換素子１，２は、この変位によって生じる磁電変換素子を通過する磁束密度の変化を検出して、力、モーメントに変換する。
【００２０】
（実験例１）
（実験例１−１）
図３は２次元静磁界モデルで行った磁場シミュレーションの結果である。同図は空気中にＺ軸方向に５ｍｍ、Ｘ軸方向に５ｍｍの大きさを持つ磁石３を２個配置した。また、隣り合う磁石３はＺ軸の方位に対して極性を逆としている。ここで、磁石３には残留磁束密度１．４Ｔ、保磁力１０００ｋＡ／ｍ程度を有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石の特性を設定した。
【００２１】
磁電変換素子１，２は磁石３の磁極面と対向するように配置してそれぞれ磁場のＺ方向成分を検出するようにした。磁石３の磁極面の中心に対向して配置された第１磁電変換素子１（磁極面からＺ方向へ１ｍｍ離れた位置に配置）を、さらにＺ方向またはＸ方向にそれぞれ±５０μｍ変位させた時の第１磁電変換素子１を通過する磁束密度の変化を図４（ａ）に示す。横軸は変位距離（μｍ）、縦軸は磁束密度の変化量（ｍＴ）を示す。図４（ａ）によると、第１磁電変換素子１はＺ方向の変位に対しては磁場のＺ方向成分の磁束密度の変化は大きいが、Ｘ方向の変位に対しては磁場のＺ方向成分の磁束密度の変化は小さい。
【００２２】
次に、隣り合う磁石３の境界に対向して配置された第２磁電変換素子２（磁極面からＺ方向へ１ｍｍ離れた位置に配置）を、さらにＺ方向またはＸ方向にそれぞれ±５０μｍ変位させた時の第２磁電変換素子を通過する磁束密度の変化を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）によると、第２磁電変換素子２はＸ方向の変位に対しては磁場のＺ方向成分の磁束密度の変化は大きいが、Ｚ方向の変位に対しては磁場のＺ方向成分の磁束密度の変化は小さいことが分かる。
【００２３】
このことは図３に示された磁束線から理解することができる。第１磁電変換素子１の位置において、垂直変位によって第１磁電変換素子１と鎖交する磁束線の本数が変化することにより磁場のＺ方向成分の磁束密度が大きく変化する。
【００２４】
一方で、第１磁電変換素子１が磁石端面に向かって水平変位した場合、磁束線の勾配が変化することにより磁束密度が小さくなるが、磁石の端部に近づくにつれて第１磁電変換素子１と鎖交する磁束線の本数が大きくなるため磁束密度が大きくなる。そのため、トータルとして磁場のＺ方向成分の磁束密度の変化は小さい。
【００２５】
次に、第２磁電変換素子２の位置において、磁束線の勾配は磁極面に対してほぼ平行になる。このため、垂直変位では磁場のＺ方向成分の磁束密度はほとんど変化しない。
【００２６】
一方で、水平変位によっては隣接する磁極面においてＮからＳへ磁束の向きが反転する領域であり急峻に変化するため磁場のＺ方向成分の磁束密度も大きく変化することとなる。
【００２７】
以上の結果から、磁石３の磁極面の中心に対向して配置された第１磁電変換素子１と隣り合う磁石３の境界に対向して配置された第２磁電変換素子２では逆の性質を示すことがわかる。この性質を利用して、垂直方向の力成分の検出には第１磁電変換素子１を、水平方向の力成分の検出には第２磁電変換素子２を用いるようにするなど、一方の成分の力と他方の成分の力とをそれぞれ別の磁電変換素子の出力に基づいて検出すれば、水平方向の力成分と垂直方向の力成分の他軸干渉を低減することができる。
【００２８】
＜配置位置による効果＞
特許文献１に記載の従来例では、水平方向成分と垂直方向成分の検出に同一の磁電変換素子を用いなければならない。そのため、水平方向成分と垂直方向成分の感度を同一にしなければ、どちらかの感度を犠牲にすることになる。そのため、従来例では、水平方向と垂直方向の変位量に対する磁束密度変化量を同じにすることが望まれる。本発明の効果を、（水平方向変位に対する磁束密度変化量）／（垂直方向変位に対する磁束密度変化量）＝１を基準として効果範囲を検証する。
【００２９】
図３に示したシミュレーション結果において、磁極面からＺ方向へ１ｍｍ離れ、隣り合う磁石３の境界からＸ方向へ０．５，１．０，１．５，２．０，３．０，３．５，４．０，４．５ｍｍの位置における垂直Ｚ方向または、水平Ｘ方向にそれぞれ±５０μｍ変位させた時の磁束密度変化のデータを取得した。
【００３０】
図６は、そのデータを用いて（水平方向変位に対する磁束密度変化量）／（垂直方向変位に対する磁束密度変化量）をプロットした結果である。なお図６中のＸ方向に０ｍｍの位置は、図４（ｂ）にて説明した配置に相当し、また図６中のＸ方向に２．５ｍｍの位置は、図４（ａ）にて説明した配置に相当する。
【００３１】
値が１を超える場合は、水平方向変位に対する磁束密度変化量が垂直方向に比べて大きいことを示す。一方で、値が１より小さい場合は、垂直方向変位対する磁束密度変化量が水平方向に比べて大きいことを示す。よって、各素子は１以上の領域に水平方向の磁場を検出する磁電変換素子、１以下の領域に垂直方向の磁場を検出する磁電変換素子を配置すればよい。
【００３２】
加えて、第１磁電変換素子は磁石の磁極面中心の対向した位置により近いほど、第２磁電変換素子は隣り合う前記磁石の境界に対向した位置により近いほど、本発明の効果を大きく得られる。
【００３３】
（実験例１−２）
また、磁電変換素子を磁場のＸ方向成分を検出するように配置することで、実験例１−１に示した水平方向の力成分の検出と垂直方向の力成分の検出を逆にしても良い。以下図３、図５を用いながら説明する。
【００３４】
本実験例では、まず磁電変換素子１，２は単磁石３と対向するように配置して磁場のＸ方向成分を検出するようにした。単磁石３の磁極面の中心に対向して配置された第１磁電変換素子１周辺（磁極面からＺ方向へ１ｍｍ離れた位置）において、Ｚ方向およびＸ方向にそれぞれ±５０  μｍ変位させた時の磁束密度の変化を図５（ａ）に示す。Ｘ方向の変位に対してはＸ方向成分の磁束密度の変化は大きいが、Ｚ方向の変位に対してはＸ方向成分の磁束密度の変化は小さい。
【００３５】
隣り合う単磁石３の境界に対向して配置された第２磁電変換素子２周辺（磁極面からＺ方向へ１ｍｍ離れた位置）において、Ｚ方向およびＸ方向にそれぞれ±５０  μｍ変位させた時の磁束密度磁束の変化を図５（ｂ）に示す。Ｚ方向の変位に対してはＸ方向成分の磁束密度の変化は大きいが、Ｘ方向の変位に対しては磁場のＸ方向成分の磁束密度の変化は小さい。
【００３６】
このことも図３に示された磁束線から理解することができる。
【００３７】
第２磁電変換素子２の位置において、垂直変位によって第２磁電変換素子と鎖交する磁束線の本数が変化することにより磁場のＸ方向成分の磁束密度が大きく変化する。
【００３８】
一方で、水平変位によっては磁束線の勾配が変化することにより磁場のＸ方向成分の磁束密度が変化するが垂直変位のそれに比べて小さい。
【００３９】
第１磁電変換素子１の位置において、磁石端面に向かって水平変位した場合、勾配が変化することにより磁束密度が大きくなり、鎖交する磁束線の本数が大きくなるため磁束密度大きくなるため、トータルとして磁場のＸ方向成分の磁束密度の変化が大きくなる。
【００４０】
一方で、磁極面に向かって垂直変位した場合、勾配が変化することにより磁束密度が小さくなるが、鎖交する磁束線の本数が大きくなるため磁束密度大きくなり、トータルとして磁場のＸ方向成分の磁束密度の変化は小さい。
【００４１】
上述の実験例１−１及び実験例１−２からわかるように、隣り合う磁石の磁極面がたがいに逆となるように配置された磁束発生源に対して、水平方向成分の力を検出する磁電変換素子と垂直方向成分の力を検出する磁電変換素子とをそれぞれ配置する。この方法によって、他軸干渉を抑えることができる。
【００４２】
また磁電変換素子が垂直磁場を検出するか、水平磁場を検出するかで比較すると、垂直磁場検出がより適することがわかる。この理由は、変動をキャンセルできない成分が残るため（水平磁場検出の第一磁電変換素子）、Ｎ極からＳ極への急峻性を生かせるため（垂直磁場検出の第二磁電変換素子）である。この結果は、図４と図５の結果からも理解できる。
【００４３】
（実験例２）
実験例１では２個の隣り合う磁石３の構造により水平Ｘ方向と垂直Ｚ方向の他軸干渉の低減することができる本発明の構成を示した。６軸力覚センサは、Ｘ方向、Ｚ方向だけなくＹ方向にも変位させる必要がある。しかしながら、Ｙ方向には極性が逆の隣り合う磁石が配置されていないため、実験例１と同じ他軸干渉の低減効果を得ることができない。そこで、図１に示すように４個の磁石３ａ〜３ｄを配置することで、Ｘ，Ｙ，Ｚ全ての方向にも極性が逆の隣り合う磁石が存在する構成とした。
【００４４】
図７は、上述した４個の同形状の磁石３ａ〜３ｄを配置した場合における３次元静磁界モデルで磁場シミュレーションを行った結果である。同図は空気中にＺ軸方向に５ｍｍ、Ｘ軸方向に５ｍｍ、Ｙ軸方向に５ｍｍの厚みを有する磁石３ａ〜３ｄを４個配置した。また、隣り合う磁石３ａ〜３ｄは極性が逆としている。ここで、磁石３ａ〜３ｄには残留磁束密度１．４Ｔ、保磁力１０００ｋＡ／ｍ程度を有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石の特性を設定した。
【００４５】
８つの磁電変換素子１ａ〜１ｄ、２ａ〜２ｄは磁石３ａ〜３ｄと対向するように配置して磁束のＺ方向成分を検出するようにした。図７（ａ）は、磁石３ａ〜３ｄの磁極面の中心に対向して配置された第１磁電変換素子１ａ周辺（磁極面からＺ方向へ０．７ｍｍ離れた位置）における磁束密度Ｚ成分の様子と、Ｚ方向およびＸ方向にそれぞれ変位させた時の磁束密度の変化を示している。Ｚ方向の変位に対しては磁束密度の変化は大きいが、Ｘ方向の変位に対しては磁束密度の変化は小さい。
【００４６】
また、発生した磁場の対称性から、磁石の磁極面の中心に対向して配置された磁電変換素子１ｂ〜１ｄにおいても同様の特性を示す。
【００４７】
図７（ｂ）は、隣り合う磁石３ａ〜３ｄの境界に対向して配置された第２磁電変換素子２ａ周辺（磁極面からＺ方向へ０．７ｍｍ離れた位置）における磁束密度Ｚ成分の様子と、Ｚ方向およびＸ方向にそれぞれ変位させた時の磁束密度の変化を示している。Ｘ方向の変位に対しては磁束密度の変化は大きいが、Ｚ方向の変位に対しては磁束密度の変化は小さい。
【００４８】
また、発生した磁場の対称性から、磁石の境界に対向して配置された磁電変換素子２ｂ〜２ｄにおいても同様の特性を示す。
【００４９】
以上、説明したように、磁束発生源が２×２個の磁石から構成することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ全ての方向の変位に対して他軸干渉の低減効果を得ることが可能となる。
【００５０】
次に、２×２個の磁石３ａ〜３ｄで構成された磁束発生源により６軸の力およびモーメントを検出する原理について、本発明に係る６軸力覚センサの出力の流れを示したブロック図である図８を参照しながら説明する。
【００５１】
＜垂直方向成分Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙの検出＞
垂直方向成分Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙを算出するためには、磁石の磁極面の中心に対向して配置された第１磁電変換素子１ａ〜１ｄによって検出された垂直方向成分の磁場を用いる。第１磁電変換素子１ａの変位によって生じる出力変化を信号増幅部８で増幅し、Ａ／Ｄ変換器等からなる変換器９を用いてＶ１ａとして検出する。同様に１ｂ〜１ｄ素子についてもＶ１ｂ〜Ｖ１ｄとする。
Ｆｚ＝Ｖ１ａ＋Ｖ１ｂ＋Ｖ１ｃ＋Ｖ１ｄ
Ｍｘ＝（Ｖ１ａ＋Ｖ１ｂ）−（Ｖ１ｃ＋Ｖ１ｄ）
Ｍｙ＝（Ｖ１ｂ＋Ｖ１ｃ）−（Ｖ１ａ＋Ｖ１ｄ）
Ｆｚ，  Ｍｘ，  Ｍｙ  は、演算部１０で以上のように計算される。Ｆｚは４つの素子の総変化量により算出し、ＭｘはＸ方向に対して平行に配置した素子２組のペアの変化量によって算出し、ＭｙはＹ方向に対して平行に配置した素子２組のペアの変化量により算出することができる。
【００５２】
＜水平方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｚの検出＞
水平方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｚを算出するためには、第１磁電変換素子の間にそれぞれ配置された第２磁電変換素子２ａ〜２ｄによって検出された水平方向成分の磁場を用いる。第２磁電変換素子２ａの変位によって生じる出力変化を信号増幅部８で増幅し、Ａ／Ｄ変換器等からなる変換器９を用いてＶ２ａとして検出する。同様に２ｂ〜２ｄ素子についてもＶ２ｂ〜Ｖ２ｄとする。
Ｆｘ＝Ｖ２ｂ−Ｖ２ｄ
Ｆｙ＝Ｖ２ａ−Ｖ２ｃ
Ｍｚ＝Ｖ１ａ＋Ｖ１ｂ＋Ｖ１ｃ＋Ｖ１ｄ
Ｆｘ，  Ｆｙ，  Ｍｚ  は、演算部１０で以上のように計算される。ＦｘはＸ方向に対して垂直に配置した素子のペアの変化量によって算出し、ＦｙはＹ方向に対して垂直に配置した素子のペアの変化量によって算出し、Ｍｚは４つの素子の総変化量により算出することができる。
【００５３】
以上説明したように、２×２個の磁石の磁極面に対向してそれぞれ配置された４個の第１磁電変換素子が垂直方向成分の力を検出し、第１磁電変換素子の間にそれぞれ配置された４個の第２磁電変換素子により水平方向成分の力を検出する。これにより、水平方向成分と垂直方向成分の他軸干渉を低減する６軸の磁気式力覚センサを提供することができる。
【００５４】
（実験例３）
磁気式力覚センサは、外力を受けて、磁電変換素子と磁束発生源の相対変位によって生じる磁束密度変化を検出して、力、モーメントを算出する。そのため、高感度にするためには相対変位量を大きくすればよい。磁気式力覚センサでは、作用部４は力点、弾性体５の中心は支点、磁電変換素子１、２は作用点となる。支点から作用点までの距離が長くなるほど外力に対する変位量は大きくなる。弾性体５と磁電変換素子１、２間の距離を長くすれば、特にモーメント成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを高感度にすることができる。
【００５５】
図９（ａ）および図９（ｂ）は、２×２個の単磁石を４セット配置し、各２×２個の単磁石の上方に第１磁電変換素子１、第２磁電変換素子２を１個ずつ配置した図である。
【００５６】
弾性体５と磁電変換素子１、２間の距離を長くするために単磁石自体を大型する方法も可能だが、磁石の体積が大きくなりコスト、軽量化に不利になるため、複数配置するほうが有利である。また、６軸検出のための計算処理は前述で示した方法と同じである。
【００５７】
以上、これまで説明したように、水平方向と垂直方向の他軸干渉を低減する高感度な６軸の磁気式力覚センサを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明による磁気式の力覚センサは、例えば精密な力のセンシングが要求される産業用のロボットハンドなどに好適に実装されうる。
【符号の説明】
【００５９】
１（１ａ〜１ｄ）  第１磁電変換素子
２（２ａ〜２ｄ）  第２磁電変換素子
３（３ａ〜３ｄ）  磁石
４  作用部
５  弾性体
６  磁電変換素子実装基板
７  磁束発生源
８  信号増幅部
９  変換部
１０  演算部
１０１  磁電変換素子
１０２  磁束発生源
【図１】
2011145286.tif 000003
【図２】
2011145286.tif 000004
【図３】
2011145286.tif 000005
【図４】
2011145286.tif 000006
【図５】
2011145286.tif 000007
【図６】
2011145286.tif 000008
【図７】
2011145286.tif 000009
【図８】
2011145286.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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