(57)【要約】【課題】外力をより正確に検出することが可能な力覚センサを提供する。【解決手段】支持体と、支持体に支持される第１基板と、一端が支持体に支持され且つ他端が移動可能な弾性体と、第１基板に設けられた光センサと、第１基板の周囲に配置された温度センサと、光センサの出力値を温度センサの検出温度に基づいて補正して、出力補正値を生成する出力補正部と、を備える。例えば、出力補正値に基づいて、弾性体に加えられた外力を演算する外力演算部をさらに備える。【選択図】図１
2019219263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と、
前記支持体に支持される第１基板と、
一端が前記支持体に支持され且つ他端が移動可能な弾性体と、
前記第１基板に設けられた光センサと、
前記第１基板に配置された温度センサと、
前記光センサの出力値を前記温度センサの検出温度に基づいて補正して、出力補正値を生成する出力補正部と、を備える力覚センサ。
【請求項２】
前記出力補正値に基づいて、前記弾性体に加えられた外力を演算する外力演算部、をさらに備える請求項１に記載の力覚センサ。
【請求項３】
前記光センサの出力値と前記温度センサの検出温度とに基づいて前記出力補正値を生成する式、を記憶する記憶部、をさらに備える請求項１又は２に記載の力覚センサ。
【請求項４】
前記温度センサは、前記光センサの近傍に配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の力覚センサ。
【請求項５】
前記弾性体に支持されており、前記第１基板に対向する第２基板と、
前記第２基板に設けられており、前記第１基板に向かって突出する第１突起、第２突起、第３突起及び第４突起と、をさらに備え、
前記光センサは、第１光センサ、第２光センサ、第３光センサ、第４光センサ、第５光センサ、第６光センサ、第７光センサ及び第８光センサ、を有し、
前記第１基板に対して直交するＺ軸方向で、前記第１光センサが前記第１突起に対向しており、前記第２光センサが前記第２突起に対向しており、前記第３光センサが前記第３突起に対向しており、前記第４光センサが前記第４突起に対向しており、
前記Ｚ軸方向に対して直交するＹ軸方向で、前記第５光センサが前記第１突起に対向しており、前記第７光センサが前記第３突起に対向しており、
前記Ｚ軸方向及び前記Ｙ軸方向に対して直交するＸ軸方向で、前記第６光センサが前記第２突起に対向しており、前記第８光センサが前記第４突起に対向しており、
前記出力補正部は、
前記第１光センサ、前記第２光センサ、前記第３光センサ、前記第４光センサ、前記第５光センサ、前記第６光センサ、前記第７光センサ及び前記第８光センサのそれぞれの出力値を、前記温度センサの検出温度に基づいてそれぞれ補正して、それぞれの出力補正値を生成する、請求項１から４のいずれか１項に記載の力覚センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外力を検出することができる力覚センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
外力によって生じる構造体の変位をセンサで検出し、センサの検出結果を演算処理することで構造体に加えられた外力を検出する力覚センサが知られている。特に、外力によって生じる構造体の変位を光学式センサで検出する力覚センサが特許文献１に開示されている。特許文献１の力覚センサは、Ｘ軸廻りのモーメント（Ｍｘ）、Ｙ軸廻りのモーメント（Ｍｙ）、Ｚ軸廻りのモーメント（Ｍｚ）及びＺ軸方向の力（Ｆｚ）の４つの外力を検出できる。これら外力の検出には、発光部と受光部とを有する光センサが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１２９７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光センサには、温度の影響を受けて出力が変動する特性（以下、出力温度特性）がある。このため、光センサを用いた力覚センサは、光センサの出力温度特性の影響を受けて検出値が変動する可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、外力をより正確に検出することが可能な力覚センサ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】
【０００６】
上記の目的を達成するため、一態様に係る力覚センサは、支持体と、前記支持体に支持される第１基板と、一端が前記支持体に支持され且つ他端が移動可能な弾性体と、前記第１基板に設けられた光センサと、前記第１基板に配置された温度センサと、前記光センサの出力値を前記温度センサの検出温度に基づいて補正して、出力補正値を生成する出力補正部と、を備える。これにより、力覚センサは、光センサの出力値から温度による変動（温度ドリフト）量が減算された出力補正値を得ることができる。そして、力覚センサは、温度の影響を低減した出力補正値に基づいて、弾性体に加えられた外力を演算することができる。
【０００７】
望ましい態様として、前記出力補正値に基づいて、前記弾性体に加えられた外力を演算する外力演算部、をさらに備える。これにより、力覚センサは、温度の影響を低減した出力補正値に基づいて外力を演算できるため、外力をより正確に検出することができる。
【０００８】
望ましい態様として、前記光センサの出力値と前記温度センサの検出温度とに基づいて前記出力補正値を生成する式、を記憶する記憶部、をさらに備える。これにより、出力補正部は、温度センサが検出する温度及び光センサの出力値を式に当てはめることによって、出力補正値を容易に生成することができる。
【０００９】
望ましい態様として、前記温度センサは、前記光センサの近傍に配置されている。これによれば、光センサの温度をより正確に測定することができる。
【００１０】
望ましい態様として、前記弾性体に支持されており、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第２基板に設けられており、前記第１基板に向かって突出する第１突起、第２突起、第３突起及び第４突起と、をさらに備え、前記光センサは、第１光センサ、第２光センサ、第３光センサ、第４光センサ、第５光センサ、第６光センサ、第７光センサ及び第８光センサ、を有し、前記第１基板に対して直交するＺ軸方向で、前記第１光センサが前記第１突起に対向しており、前記第２光センサが前記第２突起に対向しており、前記第３光センサが前記第３突起に対向しており、前記第４光センサが前記第４突起に対向しており、前記Ｚ軸方向に対して直交するＹ軸方向で、前記第５光センサが前記第１突起に対向しており、前記第７光センサが前記第３突起に対向しており、前記Ｚ軸方向及び前記Ｙ軸方向に対して直交するＸ軸方向で、前記第６光センサが前記第２突起に対向しており、前記第８光センサが前記第４突起に対向しており、前記出力補正部は、前記第１光センサ、前記第２光センサ、前記第３光センサ、前記第４光センサ、前記第５光センサ、前記第６光センサ、前記第７光センサ及び前記第８光センサのそれぞれの出力値を、前記温度センサの検出温度に基づいてそれぞれ補正して、それぞれの出力補正値を生成する。
【００１１】
これにより、力覚センサは、第１光センサ、第２光センサ、第３光センサ、第４光センサ、第５光センサ、第６光センサ、第７光センサ及び第８光センサの各出力補正値の変化に基づいて、６つの外力を検出することができる。さらに、６つの外力のそれぞれは、各出力補正値の変化分の加算又は減算によって求められる。このため、６つの外力を求めるための演算処理が容易である。したがって、力覚センサは、検出の応答性を向上させることができ且つ６つの外力を検出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、外力をより正確に検出することが可能な力覚センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本実施形態に係る力覚センサを示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る力覚センサの分解図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る第２基板を示す斜視図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る第１基板を示す平面図である。
【図５】図５は、図４におけるＡ矢視図を示す。
【図６】図６は、本実施形態に係るセンサ及び突起を示す模式平面図である。
【図７】図７は、図６におけるＢ矢視図を示す。
【図８】図８は、図６におけるＣ矢視図を示す。
【図９】図９は、本実施形態に係る天板にＸ軸方向の力が加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る天板にＹ軸方向の力が加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る天板にＺ軸方向の力が加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。
【図１２】図１２は、本実施形態に係る天板にＸ軸廻りのモーメントが加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。
【図１３】図１３は、本実施形態に係る天板にＹ軸廻りのモーメントが加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。
【図１４】図１４は、本実施形態に係る天板にＺ軸廻りのモーメントが加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。
【図１５】図１５は、本実施形態に係る演算処理部を示す構成図である。
【図１６】図１６は、本実施形態に係る演算処理部を示すブロック図である。
【図１７】図１７は、本実施形態に係る補正係数の求め方を示す模式図である。
【図１８】図１８は、本実施形態に係る補正係数を求めるときの、恒温槽の温度変化を示すグラフである。
【図１９】図１９は、本実施形態に係る光センサの出力値と温度との関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る力覚センサを示す斜視図である。力覚センサ１は、加えられた外力を検出することができる装置である。力覚センサ１は、例えば産業用ロボットのアームの先端にあるハンドに取り付けられ、ハンドに作用する力を検出する。力覚センサ１が検出した力は、産業用ロボットを駆動するモータ等の制御に用いられる。具体的には、力覚センサ１は、加えられた外力の大きさ及び方向を検出し、加えられた外力の大きさ及び方向に応じた制御信号を、モータ等を制御する制御部に送ることができる。図１に示すように、力覚センサ１は、支持体２と、弾性体４と、第１基板３と、第２基板５と、天板６と、を備える。また、力覚センサ１は、温度センサを内蔵する演算処理部９（図４、５参照）を備える。
【００１６】
図２は、本実施形態に係る力覚センサの分解図である。支持体２は、円盤状の部材であって、アルミニウム等の金属で形成されている。支持体２は、産業用ロボットのアームの先端にあるハンドに固定される。また、支持体２の中央部には孔（不図示）が設けられている。以下の説明において、支持体２に対して直交するＺ軸と、Ｚ軸に対して直交するＸ軸、Ｚ軸及びＸ軸に対して直交するＹ軸と、からなる直交座標系が用いられる。
【００１７】
図２に示すように、弾性体４は、例えば円盤状の部材であって、アルミニウム等の金属で形成されている。弾性体４は、支持体２に固定されている。より具体的には、弾性体４の一方の端面が支持体２に固定されている。弾性体４の中央部には、Ｚ軸方向で支持体２の孔に重なる孔４０が設けられている。また、弾性体４は、Ｚ軸を中心とした螺旋状のスリット４１を備える。言い換えると、弾性体４の形状はコイルバネ状である。弾性体４に外力が作用すると、弾性体４の支持体２に固定された一方の端面には変位が生じず、他方の端面に変位が生じる。例えば、弾性体４にＸ軸方向の力が作用すれば他方の端面がＸ軸方向に移動する。弾性体４にＹ軸方向の力が作用すれば他方の端面がＹ軸方向に移動する。弾性体４にＺ軸方向の力が作用すれば他方の端面がＺ軸方向に移動する。また、弾性体４にＸ軸廻りのモーメントが作用すれば他方の端面がＸ軸廻りに傾斜する。弾性体４にＹ軸廻りのモーメントが作用すれば他方の端面がＹ軸廻りに傾斜する。弾性体４にＺ軸廻りのモーメントが作用すれば他方の端面がＺ軸廻りに傾斜する。
【００１８】
弾性体４は、スリット４１を備えることにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向への変位が生じやすくなり、且つＸ軸廻り、Ｙ軸廻り及びＺ軸廻りの傾斜が生じやすくなる。このため、詳細は後述するが、第１基板３に設けられている第１光センサ３１、第２光センサ３２（図４参照）、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５（図４参照）、第６光センサ３６（図４参照）、第７光センサ３７（図４参照）及び第８光センサ３８の各出力値の変化分が大きくなるので、力覚センサ１の検出精度が向上する。
【００１９】
図２に示すように、第１基板３は、例えば円盤状の部材であって、樹脂で形成されたプリント基板である。第１基板３は、支持体２に固定されている。第１基板３の中央部には孔３０が設けられており、弾性体４が孔３０を貫通している。第１基板３は支持体２に固定されているので、弾性体４に外力が作用するとき第１基板３には変位が生じない。
【００２０】
図３は、本実施形態に係る第２基板を示す斜視図である。図２及び図３に示すように、第２基板５は、例えば円盤状の部材であって、アルミニウム等の金属で形成されている。第２基板５は、弾性体４に固定されている。より具体的には、弾性体４の支持体２に固定された端部とは反対側の端部が第２基板５に設けられた凹部５９に嵌合した状態で、第２基板５が弾性体４に固定されている。第２基板５は、第１基板３とＺ軸方向に対向している。第２基板５の中央部には、Ｚ軸方向で弾性体４の孔４０に重なる孔５０が設けられている。図３に示すように、第２基板５は、第１突起５１と、第２突起５２と、第３突起５３と、第４突起５４と、凸部５５（図２参照）と、を備える。第１突起５１、第２突起５２、第３突起５３及び第４突起５４は、第２基板５から第１基板３に向かって突出する部材であって、例えばＺ軸方向から見て周方向に等間隔に並べられている。例えば、第１突起５１、第２突起５２、第３突起５３及び第４突起５４の形状は互いに同じであって、略直方体状である。凸部５５は、第２基板５から第１基板３とは反対側に突出する部材であって、例えばＺ軸方向から見て円環状である。以下の説明において、Ｚ軸方向のうち第１基板３から第２基板５に向かう方向を＋Ｚ方向とし、＋Ｚ方向とは反対方向を−Ｚ方向とする。
【００２１】
図２に示すように、天板６は、例えば円盤状の部材であって、アルミニウム等の金属で形成されている。天板６は、第２基板５に固定されている。より具体的には、天板６の一方の面側（例えば、裏側）に設けられた凹部に凸部５５が嵌合した状態で、天板６が第２基板５に固定されている。天板６の中央部には、Ｚ軸方向で第２基板５の孔５０に重なる孔６０が設けられている。例えば、天板６の外径は、第２基板５の外径よりも大きく且つ支持体２の外径に略等しい。天板６に外力が作用すると、天板６及び第２基板５は弾性体４の変形に伴って一体に移動する。
【００２２】
図４は、本実施形態に係る第１基板を示す平面図である。図５は、図４におけるＡ矢視図を示す。図６は、本実施形態に係るセンサ及び突起を示す模式平面図である。図７は、図６におけるＢ矢視図を示す。図８は、図６におけるＣ矢視図を示す。図４及び図５に示すように、第１基板３の一方の面３ａには、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８が設けられている。第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８は、光センサ（例えば、フォトリフレクタ）であって、発光部としての発光ダイオード及び受光部としてのフォトトランジスタを備える。発光部が照射した光の反射光が受光部に入射し、受光部に入射した反射光強度に応じて受光部から出力される出力値（電圧）が変化する。また、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８は、第１基板３の一方の面３ａに取り付けられている。これにより、力覚センサ１が小型化する。なお、一方の面３ａとは、第２基板５（図２参照）と対向する面である。
【００２３】
また、図４及び図５に示すように、第１基板３の他方の面３ｂ側に、演算処理部９が設けられている。演算処理部９は、マイクロコンピュータ（マイコン）等のコンピュータである。後述するように、演算処理部９には、温度センサ９ｇ（図１５参照）が内蔵されている。演算処理部９は、第１基板３に設けられた配線を介して、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８にそれぞれ接続している。なお、他方の面３ｂとは、一方の面３ａの反対側の面である。他方の面３ｂは、支持体２（図２参照）と対向している。また、本実施形態において、演算処理部９の配置位置は他方の面３ｂ側に限定されるものではなく、一方の面３ａ側であってもよい。
【００２４】
図４に示すように、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３及び第４光センサ３４は、例えばＺ軸方向から見て弾性体４を中心とした周方向で等間隔に配置されている。また、第３光センサ３３は、Ｚ軸方向から見て、弾性体４の中心を通り且つＹ軸方向に沿った直線Ｌ１を対称軸として第１光センサ３１に対して線対称に配置されている。第４光センサ３４は、Ｚ軸方向から見て、弾性体４の中心を通り且つＸ軸方向に沿った直線Ｌ２を対称軸として第２光センサ３２に対して線対称に配置されている。
【００２５】
図６から図８に示すように、第１光センサ３１はＺ軸方向で第１突起５１に対向し、第２光センサ３２はＺ軸方向で第２突起５２に対向し、第３光センサ３３はＺ軸方向で第３突起５３に対向し、第４光センサ３４はＺ軸方向で第４突起５４に対向している。第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３及び第４光センサ３４の発光部は、＋Ｚ方向に光を照射する。第１光センサ３１の発光部が照射した光は、第１突起５１で反射し、第１光センサ３１の受光部に入射する。第２光センサ３２の発光部が照射した光は、第２突起５２で反射し、第２光センサ３２の受光部に入射する。第３光センサ３３の発光部が照射した光は、第３突起５３で反射し、第３光センサ３３の受光部に入射する。第４光センサ３４の発光部が照射した光は、第４突起５４で反射し、第４光センサ３４の受光部に入射する。天板６に外力が作用していないとき（弾性体４が変形していないとき）、第１光センサ３１から第１突起５１までの距離、第２光センサ３２から第２突起５２までの距離、第３光センサ３３から第３突起５３までの距離、及び第４光センサ３４から第４突起５４までの距離は、図７及び図８に示すように距離Ｈ１であって、互いに等しい。
【００２６】
以下の説明において、Ｘ軸方向のうち第３光センサ３３から第１光センサ３１に向かう方向を＋Ｘ方向とし、＋Ｘ方向とは反対方向を−Ｘ方向とする。Ｙ軸方向のうち第２光センサ３２から第４光センサ３４に向かう方向を＋Ｙ方向とし、＋Ｙ方向とは反対方向を−Ｙ方向とする。
【００２７】
図６に示すように、第５光センサ３５は、第１光センサ３１の＋Ｙ方向側に配置されている。第６光センサ３６は、第２光センサ３２の＋Ｘ方向側に配置されている。第７光センサ３７は、第３光センサ３３の＋Ｙ方向側に配置されている。第８光センサ３８は、第４光センサ３４の＋Ｘ方向側に配置されている。また、図４に示すように、第７光センサ３７は、Ｚ軸方向から見て直線Ｌ１を対称軸として第５光センサ３５に対して線対称に配置されている。第８光センサ３８は、Ｚ軸方向から見て、直線Ｌ２を対称軸として第６光センサ３６に対して線対称に配置されている。
【００２８】
図６に示すように、第５光センサ３５は、Ｙ軸方向で第１突起５１に対向している。第５光センサ３５の発光部は、−Ｙ方向に光を照射する。第５光センサ３５の発光部が照射した光は、第１突起５１で反射し、第５光センサ３５の受光部に入射する。第６光センサ３６は、Ｘ軸方向で第２突起５２に対向している。第６光センサ３６の発光部は、−Ｘ方向に光を照射する。第６光センサ３６の発光部が照射した光は、第２突起５２で反射し、第６光センサ３６の受光部に入射する。第７光センサ３７は、Ｙ軸方向で第３突起５３に対向している。第７光センサ３７の発光部は、−Ｙ方向に光を照射する。第７光センサ３７の発光部が照射した光は、第３突起５３で反射し、第７光センサ３７の受光部に入射する。第８光センサ３８は、Ｘ軸方向で第４突起５４に対向している。第８光センサ３８の発光部は、−Ｘ方向に光を照射する。第８光センサ３８の発光部が照射した光は、第４突起５４で反射し、第８光センサ３８の受光部に入射する。天板６に外力が作用していないとき（弾性体４が変形していないとき）、第５光センサ３５から第１突起５１までの距離、第６光センサ３６から第２突起５２までの距離、第７光センサ３７から第３突起５３までの距離、及び第８光センサ３８から第４突起５４までの距離は、図６に示すように距離Ｄ１であって、互いに等しい。
【００２９】
図９は、本実施形態に係る天板にＸ軸方向の力が加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。図１０は、本実施形態に係る天板にＹ軸方向の力が加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。図１１は、本実施形態に係る天板にＺ軸方向の力が加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。図１２は、本実施形態に係る天板にＸ軸廻りのモーメントが加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。図１３は、本実施形態に係る天板にＹ軸廻りのモーメントが加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。図１４は、本実施形態に係る天板にＺ軸廻りのモーメントが加えられた状態における突起の変位を示す模式図である。以下の説明において、天板６に外力が作用していない状態、すなわち図６から図８に示した状態は、単に基準状態と記載される。なお、図９から図１４における破線は、天板６に外力が作用していないときの第１突起５１、第２突起５２、第３突起５３及び第４突起５４の位置を示す。また、図９に示す力Ｆｘの大きさは図１０に示す力Ｆｙの大きさに等しい。図１２に示すモーメントＭｘの大きさは図１３に示すモーメントＭｙの大きさに等しい。
【００３０】
図９に示すように、天板６に＋Ｘ方向に力Ｆｘが作用すると、弾性体４の変形に伴って第１突起５１、第２突起５２、第３突起５３及び第４突起５４は＋Ｘ方向に移動する。これにより、第６光センサ３６から第２突起５２までの距離、及び第８光センサ３８から第４突起５４までの距離は、図９に示すように距離Ｄ２となり、互いに等しい。距離Ｄ２は距離Ｄ１（図６参照）よりも小さい。これにより、第６光センサ３６及び第８光センサ３８に入射する反射光強度が大きくなる。このため、第６光センサ３６及び第８光センサ３８の出力値が、基準状態に比較して大きくなる。一方、第５光センサ３５から第１突起５１までの距離、及び第７光センサ３７から第３突起５３までの距離は、距離Ｄ１のままである。第１光センサ３１から第１突起５１までの距離、第２光センサ３２から第２突起５２までの距離、第３光センサ３３から第３突起５３までの距離、及び第４光センサ３４から第４突起５４までの距離は、距離Ｈ１（図７及び図８参照）のままである。このため、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５及び第７光センサ３７の出力値は、基準状態と同じである。また、天板６に−Ｘ方向に力Ｆｘが作用すると、上述した説明とは逆に、第６光センサ３６及び第８光センサ３８の出力値が基準状態に比較して小さくなる。
【００３１】
図１０に示すように、天板６に＋Ｙ方向に力Ｆｙが作用すると、弾性体４の変形に伴って第１突起５１、第２突起５２、第３突起５３及び第４突起５４は＋Ｙ方向に移動する。これにより、第５光センサ３５から第１突起５１までの距離、及び第７光センサ３７から第３突起５３までの距離は、図１０に示すように距離Ｄ２となり、互いに等しい。距離Ｄ２は距離Ｄ１（図６参照）よりも小さい。これにより、第５光センサ３５及び第７光センサ３７に入射する反射光強度が大きくなる。このため、第５光センサ３５及び第７光センサ３７の出力値が、基準状態に比較して大きくなる。一方、第６光センサ３６から第２突起５２までの距離、及び第８光センサ３８から第４突起５４までの距離は、距離Ｄ１のままである。第１光センサ３１から第１突起５１までの距離、第２光センサ３２から第２突起５２までの距離、第３光センサ３３から第３突起５３までの距離、及び第４光センサ３４から第４突起５４までの距離は、距離Ｈ１（図７及び図８参照）のままである。このため、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第６光センサ３６及び第８光センサ３８の出力値は、基準状態と同じである。また、天板６に−Ｙ方向に力Ｆｙが作用すると、上述した説明とは逆に、第５光センサ３５及び第７光センサ３７の出力値が基準状態に比較して小さくなる。
【００３２】
図１１に示すように、天板６に−Ｚ方向に力Ｆｚが作用すると、弾性体４の変形に伴って第１突起５１、第２突起５２、第３突起５３及び第４突起５４は−Ｚ方向に移動する。これにより、第１光センサ３１から第１突起５１までの距離、第２光センサ３２から第２突起５２までの距離、第３光センサ３３から第３突起５３までの距離、及び第４光センサ３４から第４突起５４までの距離は、距離Ｈ２となり、互いに等しい。距離Ｈ２は距離Ｈ１（図７及び図８参照）よりも小さい。これにより、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３及び第４光センサ３４に入射する反射光強度が大きくなる。このため、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３及び第４光センサ３４の出力値が、基準状態に比較して大きくなる。一方、第５光センサ３５から第１突起５１までの距離、第６光センサ３６から第２突起５２までの距離、第７光センサ３７から第３突起５３までの距離、及び第８光センサ３８から第４突起５４までの距離は、距離Ｄ１（図６参照）のままである。このため、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７、第８光センサ３８の出力値は、基準状態と同じである。また、天板６に＋Ｚ方向に力Ｆｚが作用すると、上述した説明とは逆に、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３及び第４光センサ３４の出力値が基準状態に比較して小さくなる。
【００３３】
図１２に示すように、天板６にＸ軸廻りにモーメントＭｘが作用すると、弾性体４の変形に伴って第２突起５２が−Ｚ方向に移動し、第４突起５４が＋Ｚ方向に移動する。これにより、第２光センサ３２から第２突起５２までの距離が距離Ｈ３となり、第４光センサ３４から第４突起５４までの距離が距離Ｈ４となる。距離Ｈ３は距離Ｈ１（図７及び図８参照）よりも小さい。距離Ｈ４は距離Ｈ１よりも大きい。これにより、第２光センサ３２に入射する反射光強度が大きくなるので、第２光センサ３２の出力値が基準状態に比較して大きくなる。第４光センサ３４に入射する反射光強度が小さくなるので、第４光センサ３４の出力値が基準状態に比較して小さくなる。一方、第１光センサ３１から第１突起５１までの距離、及び第３光センサ３３から第３突起５３までの距離は、距離Ｈ１のままである。第５光センサ３５から第１突起５１までの距離、第６光センサ３６から第２突起５２までの距離、第７光センサ３７から第３突起５３までの距離、及び第８光センサ３８から第４突起５４までの距離は、距離Ｄ１（図６参照）のままである。このため、第１光センサ３１、第３光センサ３３、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７、第８光センサ３８の出力値は、基準状態と同じである。また、天板６に図１２に示した方向とは逆向きのモーメントＭｘが作用すると、上述した説明とは逆に、第２光センサ３２の出力値が基準状態に比較して小さくなり、且つ第４光センサ３４の出力値が基準状態に比較して大きくなる。
【００３４】
図１３に示すように、天板６にＹ軸廻りにモーメントＭｙが作用すると、弾性体４の変形に伴って第３突起５３が−Ｚ方向に移動し、第１突起５１が＋Ｚ方向に移動する。これにより、第３光センサ３３から第３突起５３までの距離が距離Ｈ３となり、第１光センサ３１から第１突起５１までの距離が距離Ｈ４となる。距離Ｈ３は距離Ｈ１（図７及び図８参照）よりも小さい。距離Ｈ４は距離Ｈ１よりも大きい。これにより、第３光センサ３３に入射する反射光強度が大きくなるので、第３光センサ３３の出力値が基準状態に比較して大きくなる。第１光センサ３１に入射する反射光強度が小さくなるので、第１光センサ３１の出力値が基準状態に比較して小さくなる。一方、第２光センサ３２から第２突起５２までの距離、及び第４光センサ３４から第４突起５４までの距離は、距離Ｈ１のままである。第５光センサ３５から第１突起５１までの距離、第６光センサ３６から第２突起５２までの距離、第７光センサ３７から第３突起５３までの距離、及び第８光センサ３８から第４突起５４までの距離は、距離Ｄ１（図６参照）のままである。このため、第２光センサ３２、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７、第８光センサ３８の出力値は、基準状態と同じである。また、天板６に図１３に示した方向とは逆向きのモーメントＭｙが作用すると、上述した説明とは逆に、第３光センサ３３の出力値が基準状態に比較して小さくなり、且つ第１光センサ３１の出力値が基準状態に比較して大きくなる。
【００３５】
図１４に示すように、天板６にＺ軸廻りにモーメントＭｚが作用すると、弾性体４の変形に伴って第１突起５１が＋Ｙ方向に移動し、第２突起５２が＋Ｘ方向に移動し、第３突起５３が−Ｙ方向に移動し、第４突起５４が−Ｘ方向に移動する。これにより、第５光センサ３５から第１突起５１までの距離及び第６光センサ３６から第２突起５２までの距離が距離Ｄ３となり、第７光センサ３７から第３突起５３までの距離及び第８光センサ３８から第４突起５４までの距離が距離Ｄ４となる。距離Ｄ３は距離Ｄ１（図６参照）よりも小さい。距離Ｄ４は距離Ｄ１よりも大きい。これにより、第５光センサ３５及び第６光センサ３６に入射する反射光強度が大きくなるので、第５光センサ３５及び第６光センサ３６の出力値が基準状態に比較して大きくなる。第７光センサ３７及び第８光センサ３８に入射する反射光強度が小さくなるので、第７光センサ３７及び第８光センサ３８の出力値が基準状態に比較して小さくなる。一方、第１光センサ３１から第１突起５１までの距離、第２光センサ３２から第２突起５２までの距離、第３光センサ３３から第３突起５３までの距離、及び第４光センサ３４から第４突起５４までの距離は、距離Ｈ１（図７及び図８参照）のままである。このため、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３及び第４光センサ３４の出力値は、基準状態と同じである。また、天板６に図１４に示した方向とは逆向きのモーメントＭｚが作用すると、上述した説明とは逆に、第５光センサ３５及び第６光センサ３６の出力値が基準状態に比較して小さくなり、第７光センサ３７及び第８光センサ３８の出力値が基準状態に比較して大きくなる。
【００３６】
図１５は、本実施形態に係る演算処理部を示す構成図である。図１５に示すように、演算処理部９は、マイクロコンピュータ（マイコン）等のコンピュータであり、入力インターフェース９ａと、出力インターフェース９ｂと、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）９ｃと、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）９ｄと、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）９ｅと、内部記憶装置９ｆと、温度センサ９ｇと、を含んでいる。入力インターフェース９ａ、出力インターフェース９ｂ、ＣＰＵ９ｃ、ＲＯＭ９ｄ、ＲＡＭ９ｅ、内部記憶装置９ｆ及び温度センサ９ｇは、内部バスに接続されている。なお、本実施形態において、内部記憶装置９ｆの機能は、ＲＯＭ９ｄとＲＡＭ９ｅで代替されてもよい。この場合、演算処理部９は省略されてもよい。
【００３７】
入力インターフェース９ａは、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８からの各出力値を受信し、ＣＰＵ９ｃに出力する。また、入力インターフェース９ａは、力覚センサ１（図１参照）の外部に位置する装置からの信号や出力値も受信可能である。力覚センサ１の外部に位置する装置からの信号として、例えば、図１６に示す制御部１００からの出力命令や停止命令が挙げられる。出力インターフェース９ｂは、ＣＰＵ９ｃによる演算値を制御部１００等に出力する。
【００３８】
ＲＯＭ９ｄには、ＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ  Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）等のプログラムが記憶されている。内部記憶装置９ｆは、例えばＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）やフラッシュメモリ等であり、オペレーティングシステムプログラムやアプリケーションプログラムを記憶している。ＣＰＵ９ｃは、ＲＡＭ９ｅをワークエリアとして使用しながらＲＯＭ９ｄや内部記憶装置９ｆに記憶されているプログラムを実行することにより、種々の機能を実現する。
【００３９】
内部記憶装置９ｆは、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８からの各出力値に基づいて外力を求めるための係数を記憶している。係数は、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８の特性によって定まる定数である。
【００４０】
内部記憶装置９ｆは、光センサの出力値と温度センサの検出温度とに基づいて出力補正値を生成する式、を記憶している。また、内部記憶装置９ｆは、この式の補正係数も記憶している。例えば、内部記憶装置９ｆは、以下の式（１）と、補正係数ａｉ、ｂｉ及びｃｉを記憶している。
【００４１】
Ｓｉ＝Ｓｉｄ−（ａｉ＋ｂｉＴ＋ｃｉＴ２）    ・・・（１）
【００４２】
式（１）において、ｉは、光センサの個数に対応した整数であり、例えば１以上８以下の整数である。Ｓｉは、光センサの出力補正値（Ｖ）である。Ｓｉｄは、光センサのデジタルデータとしての出力値（Ｖ）である。Ｔは、温度センサ９ｇの検出温度（℃）である。ａｉ、ｂｉ、ｃｉは、補正係数である。式（１）において、「ａｉ＋ｂｉＴ＋ｃｉＴ２」が、光センサの出力値から温度による変動量を取り除くための補正項である。
【００４３】
ところで、光センサの出力温度特性は、複数の光センサ間でばらつきがある。そこで、本実施形態では、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８のそれぞれについて、補正係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉが個別に設定されて、内部記憶装置９ｆに記憶されている。例えば、第１光センサ３１について、補正係数ａ１、ｂ１、ｃ１が設定されている。内部記憶装置９ｆは、補正係数ａ１、ｂ１、ｃ１を記憶している。第２光センサ３２について、補正係数ａ２、ｂ２、ｃ２が設定されている。内部記憶装置９ｆは、補正係数ａ２、ｂ２、ｃ２を記憶している。他の光センサについても同様である。なお、補正係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉの求め方は、後で図１７から図１９を参照しながら説明する。
【００４４】
温度センサ９ｇは、サーミスタ又は白金測温抵抗体である。演算処理部９には、１個の温度センサ９ｇが内蔵されている。本実施形態では、温度センサ９ｇの周囲温度変化は、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８のそれぞれの周囲温度変化とほぼ等しい。
【００４５】
図１６は、本実施形態に係る演算処理部を示すブロック図である。図１６に示すように、演算処理部９は、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８から各出力値を受信する。演算処理部９は、各出力値を、温度センサ９ｇが検出する温度に基づいて補正する。そして、演算処理部９は、補正された各出力値に基づいて天板６に作用している外力を演算し、外力の情報を制御部１００に送信する。制御部１００は、力覚センサ１（図１参照）の外部に位置する。制御部１００は、例えば産業用ロボットを駆動するモータを制御する。
【００４６】
図１６に示すように、演算処理部９は、その機能として、ＡＤ変換部９０１から９０８と、出力補正部９１１から９１８と、加算部９１、９４、９５、９６、９７と、減算部９２、９３、９８と、Ｆｚ演算部９９１と、Ｍｘ演算部９９２と、Ｍｙ演算部９９３と、Ｆｘ演算部９９４と、Ｆｙ演算部９９５と、Ｍｚ演算部９９６と、を備える。演算処理部９内で行われる各処理は、図１５に示した入力インターフェース９ａ、出力インターフェース９ｂ、ＣＰＵ９ｃ、ＲＯＭ９ｄ、ＲＡＭ９ｅ、内部記憶装置９ｆ及び温度センサ９ｇの組み合わせにより実現される。
【００４７】
ＡＤ変換部９０１は、第１光センサ３１のアナログデータとしての出力値Ｓ１ａを受信し、出力値Ｓ１ａをデジタルデータとしての出力値Ｓ１ｄに変換する。出力補正部９１１は、出力値Ｓ１ｄを受信する。また、出力補正部９１１は、温度センサ９ｇの検出温度Ｔを受信する。そして、出力補正部９１１は、補正係数ａ１、ｂ１、ｃ１と、出力値Ｓ１ｄ及び検出温度Ｔを上述の式（１）に当てはめて、出力補正値Ｓ１を演算する。出力補正部９１１は、演算結果である出力補正値Ｓ１を加算部９１及び減算部９３に出力する。
【００４８】
ＡＤ変換部９０２は、第２光センサ３２のアナログデータとしての出力値Ｓ２ａを受信し、出力値Ｓ２ａをデジタルデータとしての出力値Ｓ２ｄに変換する。出力補正部９１２は、出力値Ｓ２ｄを受信する。また、出力補正部９１２は、温度センサ９ｇの検出温度Ｔを受信する。そして、出力補正部９１２は、補正係数ａ２、ｂ２、ｃ２と、出力値Ｓ２ｄ及び検出温度Ｔを上述の式（１）に当てはめて、出力補正値Ｓ２を演算する。出力補正部９１２は、演算結果である出力補正値Ｓ２を加算部９１及び減算部９２に出力する。
【００４９】
ＡＤ変換部９０３は、第３光センサ３３のアナログデータとしての出力値Ｓ３ａを受信し、出力値Ｓ３ａをデジタルデータとしての出力値Ｓ３ｄに変換する。出力補正部９１３は、出力値Ｓ３ｄを受信する。また、出力補正部９１３は、温度センサ９ｇの検出温度Ｔを受信する。そして、出力補正部９１３は、補正係数ａ３、ｂ３、ｃ３と、出力値Ｓ３ｄ及び検出温度Ｔを上述の式（１）に当てはめて、出力補正値Ｓ３を演算する。出力補正部９１３は、演算結果である出力補正値Ｓ３を加算部９１及び減算部９３に出力する。
【００５０】
ＡＤ変換部９０４は、第４光センサ３４のアナログデータとしての出力値Ｓ４ａを受信し、出力値Ｓ４ａをデジタルデータとしての出力値Ｓ４ｄに変換する。出力補正部９１４は、出力値Ｓ４ｄを受信する。また、出力補正部９１４は、温度センサ９ｇの検出温度Ｔを受信する。そして、出力補正部９１４は、補正係数ａ４、ｂ４、ｃ４と、出力値Ｓ４ｄ及び検出温度Ｔを上述の式（１）に当てはめて、出力補正値Ｓ４を演算する。出力補正部９１４は、演算結果である出力補正値Ｓ４を加算部９１及び減算部９２に出力する。
【００５１】
ＡＤ変換部９０５は、第５光センサ３５のアナログデータとしての出力値Ｓ５ａを受信し、出力値Ｓ５ａをデジタルデータとしての出力値Ｓ５ｄに変換する。出力補正部９１５は、出力値Ｓ５ｄを受信する。また、出力補正部９１５は、温度センサ９ｇの検出温度Ｔを受信する。そして、出力補正部９１５は、補正係数ａ５、ｂ５、ｃ５と、出力値Ｓ５ｄ及び検出温度Ｔを上述の式（１）に当てはめて、出力補正値Ｓ５を演算する。出力補正部９１５は、演算結果である出力補正値Ｓ５を加算部９５及び加算部９６に出力する。
【００５２】
ＡＤ変換部９０６は、第６光センサ３６のアナログデータとしての出力値Ｓ６ａを受信し、出力値Ｓ６ａをデジタルデータとしての出力値Ｓ６ｄに変換する。出力補正部９１６は、出力値Ｓ６ｄを受信する。また、出力補正部９１６は、温度センサ９ｇの検出温度Ｔを受信する。そして、出力補正部９１６は、補正係数ａ６、ｂ６、ｃ６と、出力値Ｓ６ｄ及び検出温度Ｔを上述の式（１）に当てはめて、出力補正値Ｓ６を演算する。出力補正部９１６は、演算結果である出力補正値Ｓ６を加算部９４及び加算部９６に出力する。
【００５３】
ＡＤ変換部９０７は、第７光センサ３７のアナログデータとしての出力値Ｓ７ａを受信し、出力値Ｓ７ａをデジタルデータとしての出力値Ｓ７ｄに変換する。出力補正部９１７は、出力値Ｓ７ｄを受信する。また、出力補正部９１７は、温度センサ９ｇの検出温度Ｔを受信する。そして、出力補正部９１７は、補正係数ａ７、ｂ７、ｃ７と、出力値Ｓ７ｄ及び検出温度Ｔを上述の式（１）に当てはめて、出力補正値Ｓ７を演算する。出力補正部９１７は、演算結果である出力補正値Ｓ７を加算部９５及び加算部９７に出力する。
【００５４】
ＡＤ変換部９０８は、第８光センサ３８のアナログデータとしての出力値Ｓ８ａを受信し、出力値Ｓ８ａをデジタルデータとしての出力値Ｓ８ｄに変換する。出力補正部９１８は、出力値Ｓ８ｄを受信する。また、出力補正部９１８は、温度センサ９ｇの検出温度Ｔを受信する。そして、出力補正部９１８は、補正係数ａ８、ｂ８、ｃ８と、出力値Ｓ８ｄ及び検出温度Ｔを上述の式（１）に当てはめて、出力補正値Ｓ８を演算する。出力補正部９１８は、演算結果である出力補正値Ｓ８を加算部９４及び加算部９７に出力する。
【００５５】
以下の説明においては、基準状態における出力補正値Ｓ１、出力補正値Ｓ２、出力補正値Ｓ３、出力補正値Ｓ４、出力補正値Ｓ５、出力補正値Ｓ６、出力補正値Ｓ７及び出力補正値Ｓ８をそれぞれ０と仮定する。天板６に外力が作用している状態における出力補正値Ｓ１、出力補正値Ｓ２、出力補正値Ｓ３、出力補正値Ｓ４、出力補正値Ｓ５、出力補正値Ｓ６、出力補正値Ｓ７及び出力補正値Ｓ８を、それぞれｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６、ｓ７、ｓ８とする。
【００５６】
加算部９１は、出力補正値Ｓ１、出力補正値Ｓ２、出力補正値Ｓ３及び出力補正値Ｓ４の和を演算する。すなわち、加算部９１は、（ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４）を演算する。加算部９１は、演算結果である出力値和Ｓ９１をＦｚ演算部９９１に出力する。
【００５７】
Ｆｚ演算部９９１は、出力値和Ｓ９１に基づいて力Ｆｚを演算する。力Ｆｚの値をｆｚとし、出力値和Ｓ９１を力Ｆｚに変換するための係数をαとすると、Ｆｚ演算部９９１は下記式（２）の演算を行う。αは事前の実験等によって求められた定数である。そして、Ｆｚ演算部９９１は、演算結果である力Ｆｚを制御部１００に出力する。
【００５８】
ｆｚ＝α×（ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４）    ・・・（２）
【００５９】
減算部９２は、出力補正値Ｓ２及び出力補正値Ｓ４の差を演算する。すなわち、減算部９２は、（ｓ２−ｓ４）を演算する。減算部９２は、演算結果である出力値差Ｓ９２をＭｘ演算部９９２に出力する。
【００６０】
Ｍｘ演算部９９２は、出力値差Ｓ９２に基づいてモーメントＭｘを演算する。モーメントＭｘの値をｍｘとし、出力値差Ｓ９２をモーメントＭｘに変換するための係数をβとすると、Ｍｘ演算部９９２は下記式（３）の演算を行う。βは事前の実験等によって求められた定数である。そして、Ｍｘ演算部９９２は、演算結果であるモーメントＭｘを制御部１００に出力する。
【００６１】
ｍｘ＝β×（ｓ２−ｓ４）    ・・・（３）
【００６２】
減算部９３は、出力補正値Ｓ１及び出力補正値Ｓ３の差を演算する。すなわち、減算部９３は、（ｓ１−ｓ３）を演算する。減算部９３は、演算結果である出力値差Ｓ９３をＭｙ演算部９９３に出力する。
【００６３】
Ｍｙ演算部９９３は、出力値差Ｓ９３に基づいてモーメントＭｙを演算する。モーメントＭｙの値をｍｙとし、出力値差Ｓ９３をモーメントＭｙに変換するための係数をγとすると、Ｍｙ演算部９９３は下記式（４）の演算を行う。γは事前の実験等によって求められた定数である。そして、Ｍｙ演算部９９３は、演算結果であるモーメントＭｙを制御部１００に出力する。
【００６４】
ｍｙ＝γ×（ｓ１−ｓ３）    ・・・（４）
【００６５】
加算部９４は、出力補正値Ｓ６及び出力補正値Ｓ８の和を演算する。すなわち、加算部９４は、（ｓ６＋ｓ８）を演算する。加算部９４は、演算結果である出力値和Ｓ９４をＦｘ演算部９９４に出力する。
【００６６】
Ｆｘ演算部９９４は、出力値和Ｓ９４に基づいて力Ｆｘを演算する。力Ｆｘの値をｆｘとし、出力値和Ｓ９４を力Ｆｘに変換するための係数をδとすると、Ｆｘ演算部９９４は下記式（５）の演算を行う。δは事前の実験等によって求められた定数である。そして、Ｆｘ演算部９９４は、演算結果である力Ｆｘを制御部１００に出力する。
【００６７】
ｆｘ＝δ×（ｓ６＋ｓ８）    ・・・（５）
【００６８】
加算部９５は、出力補正値Ｓ５及び出力補正値Ｓ７の和を演算する。すなわち、加算部９５は、（ｓ５＋ｓ７）を演算する。加算部９５は、演算結果である出力値和Ｓ９５をＦｙ演算部９９５に出力する。
【００６９】
Ｆｙ演算部９９５は、出力値和Ｓ９５に基づいて力Ｆｙを演算する。力Ｆｙの値をｆｙとし、出力値和Ｓ９５を力Ｆｙに変換するための係数をεとすると、Ｆｙ演算部９９５は下記式（６）の演算を行う。εは事前の実験等によって求められた定数である。そして、Ｆｙ演算部９９５は、演算結果である力Ｆｙを制御部１００に出力する。
【００７０】
ｆｙ＝ε×（ｓ５＋ｓ７）    ・・・（６）
【００７１】
加算部９６は、出力補正値Ｓ５及び出力補正値Ｓ６の和を演算する。すなわち、加算部９６は、（ｓ５＋ｓ６）を演算する。加算部９６は、演算結果である出力値和Ｓ９６を減算部９８に出力する。
【００７２】
加算部９７は、出力補正値Ｓ７及び出力補正値Ｓ８の和を演算する。すなわち、加算部９７は、（ｓ７＋ｓ８）を演算する。加算部９７は、演算結果である出力値和Ｓ９７を減算部９８に出力する。
【００７３】
減算部９８は、出力値和Ｓ９６及び出力値和Ｓ９７の差を演算する。すなわち、減算部９８は、｛（ｓ５＋ｓ６）−（ｓ７＋ｓ８）｝を演算する。減算部９８は、演算結果である出力値差Ｓ９８をＭｚ演算部９９６に出力する。
【００７４】
Ｍｚ演算部９９６は、出力値差Ｓ９８に基づいてモーメントＭｚを演算する。モーメントＭｚの値をｍｚとし、出力値差Ｓ９８をモーメントＭｚに変換するための係数をζとすると、Ｍｚ演算部９９６は下記式（７）の演算を行う。ζは事前の実験等によって求められた定数である。そして、Ｍｚ演算部９９６は、演算結果であるモーメントＭｚを制御部１００に出力する。
【００７５】
ｍｚ＝ζ×｛（ｓ５＋ｓ６）−（ｓ７＋ｓ８）｝    ・・・（７）
【００７６】
上述したように、力覚センサ１は、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３及び第４光センサ３４の出力値の変化に基づいて、Ｚ軸方向の力Ｆｚを検出できる。力覚センサ１は、第２光センサ３２及び第４光センサ３４の出力値の変化に基づいて、Ｘ軸廻りのモーメントＭｘを検出できる。力覚センサ１は、第１光センサ３１及び第３光センサ３３の出力値の変化に基づいて、Ｙ軸廻りのモーメントＭｙを検出できる。力覚センサ１は、第６光センサ３６及び第８光センサ３８の出力値の変化に基づいて、Ｘ軸方向の力Ｆｘを検出できる。力覚センサ１は、第５光センサ３５及び第７光センサ３７の出力値の変化に基づいて、Ｙ軸方向の力Ｆｙを検出できる。力覚センサ１は、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８の出力値の変化に基づいて、Ｚ軸廻りのモーメントＭｚを検出できる。すなわち、力覚センサ１は６つの外力を検出できる。
【００７７】
制御部１００は、力覚センサ１（図１参照）の外部に位置する。制御部１００は、力覚センサ１の演算処理部９が出力する力Ｆｚ、モーメントＭｘ、モーメントＭｙ、力Ｆｘ、力Ｆｙ及びモーメントＭｚを受信する。そして、制御部１００は、力覚センサ１から受信した力Ｆｚ、モーメントＭｘ、モーメントＭｙ、力Ｆｘ、力Ｆｙ及びモーメントＭｚに基づいてモータを制御する。具体的には、制御部１００は、モータの回転方向及び回転数を制御する。
【００７８】
なお、支持体２、第１基板３、弾性体４、第２基板５及び天板６のＺ軸方向から見た形状は必ずしも円形でなくてもよく、例えば楕円又は多角形等であってもよい。また、第１突起５１、第２突起５２、第３突起５３及び第４突起５４の形状は、必ずしも直方体状でなくてもよく、例えば多角柱等であってもよい。
【００７９】
なお、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８の位置は、上述した位置からずれていてもよい。また、少なくとも第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８が設けられていればよく、他にセンサが設けられてもよい。
【００８０】
なお、上述した説明では、基準状態における第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８の各出力補正値を０としたが、基準状態における各出力補正値は実際には０とは限らない。例えば、基準状態における出力補正値Ｓ１、出力補正値Ｓ２、出力補正値Ｓ３、出力補正値Ｓ４、出力補正値Ｓ５、出力補正値Ｓ６、出力補正値Ｓ７及び出力補正値Ｓ８がそれぞれｓ１０、ｓ２０、ｓ３０、ｓ４０、ｓ５０、ｓ６０、ｓ７０、ｓ８０であると仮定する。そして、天板６に外力が作用すると各出力補正値がそれぞれｓ１１、ｓ２１、ｓ３１、ｓ４１、ｓ５１、ｓ６１、ｓ７１、ｓ８１に変化すると仮定する。このような場合、上述した式（２）から式（７）においてｓ１に（ｓ１１−ｓ１０）を代入し、ｓ２に（ｓ２１−ｓ２０）を代入し、ｓ３に（ｓ３１−ｓ３０）を代入し、ｓ４に（ｓ４１−ｓ４０）を代入し、ｓ５に（ｓ５１−ｓ５０）を代入し、ｓ６に（ｓ６１−ｓ６０）を代入し、ｓ７に（ｓ７１−ｓ７０）を代入し、ｓ８に（ｓ８１−ｓ８０）を代入すればよい。
【００８１】
次に、上述の式（１）における補正係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉの求め方を説明する。図１７は、本実施形態に係る補正係数の求め方を示す模式図である。図１８は、本実施形態に係る補正係数を求めるときの、恒温槽の温度変化を示すグラフである。図１９は、本実施形態に係る光センサの出力値と温度との関係の一例を示すグラフである。図１８において、横軸は時間（ｈ）であり、縦軸は恒温層内の温度Ｔｂ（℃）である。また、図１９において、横軸は温度センサ９ｇが検出する温度Ｔ（℃）であり、縦軸は光センサのデジタルデータとしての出力値Ｓｉｄである。本実施形態では、コンピュータ２１０が、恒温槽２００内の温度Ｔｂを制御して、補正係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉを求める場合を説明する。
【００８２】
図１７に示すように、力覚センサ１が恒温槽２００内に配置される。また、これと前後して、組み立て後の力覚センサ１（図１参照）が、配線２２０を介してコンピュータ２１０に接続される。これらの作業は、作業者がマニュアル操作で行ってもよいし、製造装置が自動で行ってもよい。これにより、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８と、演算処理部９に内蔵された温度センサ９ｇは、コンピュータ２１０に接続される。
【００８３】
コンピュータ２１０は、制御部１００（図１６参照）とは別の装置である。また、恒温槽２００には、温度計を備えた温度調節装置２４０が取り付けられている。温度調節装置２４０は、加熱機能と冷却機能とを有する。コンピュータ２１０は、配線２３０を介して恒温槽２００の温度調節装置２４０に接続されており、恒温槽２００内の温度Ｔｂを所望の値に制御することが可能となっている。また、恒温槽２００内に配置された力覚センサ１は、天板６（図１参照）に外力が作用しない、基準状態に保持される。
【００８４】
次に、コンピュータ２１０は、力覚センサ１の電源をオフにし、且つ、恒温槽２００内の温度Ｔｂが０°に設定された状態で、力覚センサ１を一定時間放置する。これにより、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８の各発光部は光を照射しない状態に置かれ、力覚センサ１の内部温度は０°付近で一定となる。例えば、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８と、温度センサ９ｇの各周囲温度は、０°付近で一定となる。
【００８５】
次に、コンピュータ２１０は、力覚センサ１の電源をオンにし、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８の各出力値Ｓの測定を開始する。また、図１８に示すように、コンピュータ２１０は、上述の測定と並行して、恒温槽２００内の温度Ｔｂを０℃に設定した状態で１時間保持し、次に温度Ｔｂを０°から３０°まで５時間かけて昇温させ、その後温度Ｔｂを３０℃に設定した状態で１時間保持する。このように、コンピュータ２１０は、上述の測定と並行して、恒温槽２００内の温度Ｔｂを０℃から３０℃まで時間をかけて変化させることで、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８の各々について、図１９に示すような曲線（Ｓｉｄ＝ａ＋ｂＴ＋ｃＴ２）を得る。図１９に示すＳｉｄは、天板６に外力が作用していない、基準状態における光センサの出力値である。なお、恒温槽２００を０℃から３０℃まで変化させたのは、力覚センサ１の使用環境がこの温度範囲内（例えば、８℃以上３０℃以下）にあるからである。
【００８６】
すなわち、コンピュータ２１０は、各光センサについて、上記のように温度を変化させながら測定された基準状態における複数の出力値Ｓｉｄを、例えば最小二乗法を用いて近似する。これにより、コンピュータ２１０は、各光センサについて、基準状態における出力値Ｓｉｄと温度Ｔとの関係を示すＳｉｄ＝ａ＋ｂＴ＋ｃＴ２の式を得る。コンピュータ２１０は、各光センサについて得られた式のパラメータａ、ｂ、ｃを、各光センサの式（１）における補正係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉにそれぞれ設定する。これにより、式（１）において、光センサの出力値Ｓｉｄから温度による変動（温度ドリフト）量が減算された光センサの出力補正値Ｓｉが算出可能となる。
【００８７】
また、上述したように、光センサの出力温度特性は、複数の光センサ間でばらつきがある。このため、コンピュータ２１０は、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８のそれぞれについて、Ｓｉｄ＝ａ＋ｂＴ＋ｃＴ２の式を求める。コンピュータ２１０は、各光センサについて、求めた式Ｓｉｄ＝ａ＋ｂＴ＋ｃＴ２のパラメータａ、ｂ、ｃを、式（１）における補正係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉにそれぞれ設定する。
【００８８】
以上で説明したように、本実施形態の力覚センサ１は、支持体２と、支持体２に支持される第１基板３と、一端が支持体２に支持され且つ他端が移動可能な弾性体４と、第１基板３に設けられた光センサ（例えば、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８）と、第１基板３の周囲に配置された温度センサ９ｇと、光センサの出力値を温度センサの検出温度に基づいて補正して、出力補正値を生成する出力補正部９１１から９１８と、を備える。これにより、力覚センサ１は、光センサの出力値から温度による変動（温度ドリフト）量が減算された出力補正値Ｓ１からＳ８を得ることができる。そして、力覚センサ１は、温度の影響を低減した出力補正値Ｓ１からＳ８に基づいて、弾性体４に加えられた外力を演算することができる。
【００８９】
また、力覚センサ１は、出力補正値Ｓ１からＳ８に基づいて、弾性体４に加えられた外力を演算するＦｚ演算部９９１、Ｍｘ演算部９９２、Ｍｙ演算部９９３、Ｆｘ演算部、Ｆｙ演算部９９５及びＭｚ演算部、をさらに備える。これにより、力覚センサ１は、温度の影響を低減した出力補正値に基づいて外力を演算できるため、外力をより正確に検出することができる。
【００９０】
また、力覚センサ１は、上述の式（１）を記憶する内部記憶装置９ｆ、をさらに備える。これにより、出力補正部９１１から９１８は、温度センサ９ｇが検出する温度及び光センサの出力値を式（１）に当てはめることによって、出力補正値Ｓ１からＳ８を容易に生成することができる。
【００９１】
また、力覚センサ１は、弾性体４に支持されており、第１基板３に対向する第２基板５と、第２基板５に設けられており、第１基板３に向かって突出する第１突起５１、第２突起５２、第３突起５３及び第４突起５４と、をさらに備える。光センサは、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８、を有する。第１基板３に対して直交するＺ軸方向で、第１光センサ３１が第１突起５１に対向しており、第２光センサ３２が第２突起５２に対向しており、第３光センサ３３が第３突起５３に対向しており、第４光センサ３４が第４突起５４に対向している。Ｚ軸方向に対して直交するＹ軸方向で、第５光センサ３５が第１突起５１に対向しており、第７光センサ３７が第３突起５３に対向している。Ｚ軸方向及びＹ軸方向に対して直交するＸ軸方向で、第６光センサ３６が第２突起５２に対向しており、第８光センサ３８が第４突起５４に対向している。
【００９２】
これにより、力覚センサ１は、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８の各出力補正値Ｓ１からＳ８の変化に基づいて、６つの外力（力Ｆｘ、力Ｆｙ、力Ｆｚ、モーメントＭｘ、モーメントＭｙ、モーメントＭｚ）を検出できる。さらに、６つの外力のそれぞれは、各出力補正値Ｓ１からＳ８の変化分の加算又は減算によって求められる。このため、６つの外力を求めるための演算処理が容易である。したがって、力覚センサ１は、検出の応答性を向上させることができ且つ６つの外力を検出できる。
【００９３】
なお、上記の実施形態では、温度センサ９ｇを内蔵した演算処理部９が第１基板３の他方の面３ｂに取り付けられていることを説明したが、演算処理部９の取り付け位置はこれに限定されない。演算処理部９の取り付け位置は第１基板３の一方の面３ａでもよいし、支持体２であってもよい。演算処理部９の取り付け位置は、特に限定されないが、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８の各周囲温度とほぼ同じ温度となる位置であることが好ましい。
【００９４】
また、上記の実施形態では、温度センサ９ｇが演算処理部９に内蔵されていることを説明したが、温度センサ９ｇの位置もこれに限定されない。温度センサ９ｇは、例えば、第１基板３の一方の面３ａ又は他方の面３ｂに直接取り付けられていてもよい。または、温度センサ９ｇは、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８のいずれか１つの内部に設けられていてもよい。
【００９５】
もしくは、温度センサ９ｇは、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８のそれぞれに、１つずつ設けられていてもよい。各光センサに温度センサ９ｇが１つずつ設けられている場合は、各光センサの温度は、その光センサに内蔵された温度センサ９ｇが測定してよい。例えば、第１光センサ３１の温度は、第１光センサ３１に内蔵された温度センサ９ｇが測定する。第２光センサ３２の温度は、第２光センサ３２に内蔵された温度センサ９ｇが測定する。これによれば、温度センサ９ｇは、光センサの温度をより正確に測定し、出力することが可能である。
【００９６】
または、各光センサの近傍（例えば、隣り合う位置）に温度センサ９ｇが１つずつ設けられていてもよい。そして、各光センサの温度は、その光センサの近傍に配置された温度センサ９ｇが測定してよい。例えば、第１光センサ３１の温度は、第１光センサ３１の近傍に配置された温度センサ９ｇが測定する。第２光センサ３２の温度は、第２光センサ３２の近傍に配置された温度センサ９ｇが測定する。このような態様であっても、温度センサ９ｇは、光センサの温度をより正確に測定し、出力することが可能である。
【００９７】
また、上記の実施形態では、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３、第４光センサ３４、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８に対して、式（１）をそれぞれ設定することについて説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、複数の光センサに対して、式（１）を共通で設定してもよい。
【００９８】
ただし、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３及び第４光センサ３４の温度に対する影響と、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８の温度に対する影響は異なる。これは、基準状態における光センサと突起との距離が、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３及び第４光センサ３４（以下、第１グループ）と、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８（以下、第２グループ）とで互いに異なるからである。すなわち、距離Ｄ１（図６参照）と距離Ｈ１（図７、図８参照）は大きさが異なり、例えば、距離Ｄ１＜距離Ｈ１となっているからである。このため、複数の光センサに対して式（１）を共通で設定する場合は、第１グループ毎又は第２グループ毎に共通の式（１）を設定することが好ましい。
【００９９】
例えば、基準状態において、第１光センサ３１、第２光センサ３２、第３光センサ３３及び第４光センサ３４の各出力値Ｓｉｄの平均値を温度Ｔｂ毎に算出する。そして、算出した平均値に対してＳｉｄ＝ａ＋ｂＴ＋ｃＴ２の式を最小二乗法で算出する。算出した式のパラメータａ、ｂ、ｃを、式（１）における補正係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉにそれぞれ設定する。これにより、第１グループにおいて、共通の式（１）を得ることができる。
【０１００】
同様に、基準状態において、第５光センサ３５、第６光センサ３６、第７光センサ３７及び第８光センサ３８の各出力値Ｓｉｄの平均値を温度Ｔｂ毎に算出する。そして、算出した平均値に対してＳｉｄ＝ａ＋ｂＴ＋ｃＴ２の式を最小二乗法で算出する。算出した式のパラメータａ、ｂ、ｃを、式（１）における補正係数ａｉ、ｂｉ、ｃｉにそれぞれ設定する。これにより、第２グループにおいて、共通の式（１）を得ることができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１  力覚センサ
３  第１基板
９  演算処理部
９ｆ  内部記憶装置
９ｇ  温度センサ
３１  第１光センサ
３２  第２光センサ
３３  第３光センサ
３４  第４光センサ
３５  第５光センサ
３６  第６光センサ
３７  第７光センサ
３８  第８光センサ
５１  第１突起
５２  第２突起
５３  第３突起
５４  第４突起
９１１、９１２、９１３、９１４、９１５、９１６、９１７、９１８  出力補正部
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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