(57)【要約】【課題】常に正しい力を検出でき、ワークに対して過不足のない正しい力を加えることができる力補正値検出方法及びロボットを提供する。【解決手段】力補正値検出方法は、アーム１６の姿勢を制御してエンドエフェクター１２の姿勢を第１の姿勢として、第１の姿勢で力センサー１０に加わる第１の力を検出すること、アーム１６の姿勢を制御してエンドエフェクター１２の姿勢を第１の姿勢とは異なる第２の姿勢として、第２の姿勢で力センサー１０に加わる第２の力を検出すること、及び、制御部は、第１の力と第２の力との差分を取ることで力センサー１０のドリフト値を算出すること、を含み、エンドエフェクター１２の第１の点と、第１の点とは異なるエンドエフェクター１２の第２の点とを通る直線において、第１の姿勢における第１の点から第２の点に向かう第１の方向は、第２の姿勢における第２の点から第１の点に向かう第２の方向と同じである。【選択図】図６
2015066610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の姿勢を取ることが可能なアームと、
エンドエフェクターと、
前記アームと前記エンドエフェクターとの間に設けられ、前記アームと前記エンドエフェクターとの間の力を検出する力センサーと、
前記アームを制御して任意の姿勢に設定し、前記力センサーで検出された複数の力信号の各々の差分を算出する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記アームの姿勢を制御して前記エンドエフェクターの姿勢を第１の姿勢として、前記力センサーに加わる第１の力を検出し、
前記制御部は、前記アームの姿勢を制御して前記エンドエフェクターの姿勢を前記第１の姿勢とは異なる第２の姿勢として、前記力センサーに加わる第２の力を検出し、及び、
前記制御部は、前記第１の力と前記第２の力との差分を取ることで前記力センサーのドリフト値を算出すること、
を含み、
前記エンドエフェクターの第１の点と、前記第１の点とは異なる前記エンドエフェクターの第２の点とを通る直線において、
前記第１の姿勢における前記第１の点から前記第２の点に向かう第１の方向は、前記第２の姿勢における前記第２の点から前記第１の点に向かう第２の方向と同じであることを特徴とする力補正値検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の力補正値検出方法において、
前記第１の姿勢における前記力センサーの検出軸方向は、重力方向と平行であることを特徴とする力補正値検出方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の力補正値検出方法において、
前記力センサーには、検出軸方向が互いに直交する複数の力検出素子が含まれることを特徴とする力補正値検出方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の力補正値検出方法において、
前記エンドエフェクターは、物体を把持可能なハンドであることを特徴とする力補正値検出方法。
【請求項５】
複数の姿勢を取ることが可能なアームと、
エンドエフェクターと、
前記アームと前記エンドエフェクターとの間に配置され、前記アームと前記エンドエフェクターとの間の力を検出可能な力センサーと、
前記アームを制御して任意の姿勢に設定し、前記力センサーで検出された複数の力信号の各々の差分を算出する制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記アームの姿勢を制御して前記エンドエフェクターの姿勢を第１の姿勢とし、
前記制御部は、前記アームの姿勢を制御して前記第１の姿勢の後に、前記エンドエフェクターの姿勢を、前記第１の姿勢における前記エンドエフェクターに予め定めた任意の面の法線方向とは１８０°逆の方向に前記任意の面が向く、第２の姿勢と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、力補正値検出方法及びロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
力覚センサーは一般的に温度変化の影響を受けることにより、出力ドリフトが発生する。この出力ドリフトは、力覚センサーの検出分解能及び検出精度を低下させることから好ましくない。そのため、高い精度が要求される組立作業では、センサーの温度補正を行う必要がある。
【０００３】
力覚センサーの温度補正は、事前に力覚センサーの稼働環境における各温度での温度係数及び直流成分を測定し、測定値から計算する方法がある。例えば、特定の姿勢で重力のみに起因する力で加わる力の値（ドリフト値を含む実測値）と、予めロボットの構造を前提に計算で求めた値（ドリフトを含まない理論値）との差分でドリフト値を算出して補正する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特昭６２−１１４８９２号公報
【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、特許文献１では、ロボットの構造を前提に計算で求めた値だと、想定されない誤差（エンコーダー誤差、アーム撓みによる誤差、減速機のバックラッシュや摺動部の誤差（ガタ）、部品加工公差、ユーザーによる想定外の改造など）は考慮されないため、現実の値とはかけ離れてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例に係る力補正値検出方法は、複数の姿勢を取ることが可能なアームと、エンドエフェクターと、前記アームと前記エンドエフェクターとの間に設けられ、前記アームと前記エンドエフェクターとの間の力を検出する力センサーと、前記アームを制御して任意の姿勢に設定し、前記力センサーで検出された複数の力信号の各々の差分を算出する制御部と、を備え、前記制御部は、前記アームの姿勢を制御して前記エンドエフェクターの姿勢を第１の姿勢として、前記力センサーに加わる第１の力を検出し、前記制御部は、前記アームの姿勢を制御して前記エンドエフェクターの姿勢を前記第１の姿勢とは異なる第２の姿勢として、前記第２の姿勢で前記力センサーに加わる第２の力を検出すること、及び、前記制御部は、前記第１の力と前記第２の力との差分を取ることで前記力センサーのドリフト値を算出すること、を含み、前記エンドエフェクターの第１の点と、前記第１の点とは異なる前記エンドエフェクターの第２の点とを通る直線において、前記第１の姿勢における前記第１の点から前記第２の点に向かう第１の方向は、前記第２の姿勢における前記第２の点から前記第１の点に向かう第２の方向と同じであることを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、エンドエフェクターの姿勢が１８０°異なる（反転）姿勢における２つの実測値である第１の力と第２の力とを用いて、その差分で力センサーのドリフト値を求めることができる。これにより、作業中の任意のタイミングで上記２つの実測値を得ることで、リアルタイムに正しいドリフト値を得ることができる。ロボット動作時には、実動作時の雰囲気温度、モーターの発熱などは緩やかに変化していることから。直前の状態で力センサーの補正を行うことで、常に正しい力を検出でき、物体に対して過不足のない正しい力を加えることができる。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に記載の力補正値検出方法において、前記第１の姿勢における前記力センサーの検出軸方向は、重力方向と平行であることを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、第１の姿勢における力センサーの検出軸方向（例えば正方向）は、重力方向（つまり鉛直下向き）と平行なので、１８０°反転方向である第２の姿勢における力センサー方向（この場合負方向）は重力方向と平行になる。これにより、ハンドにかかる自重を利用し、軸方向（１８０°）の正負を変えたセンサー値を取得し、センサー値の補正を行うことができる。その結果、検出精度を高めることができる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に記載の力補正値検出方法において、前記力センサーには、検出軸方向が互いに直交する複数の力検出素子が含まれることを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、直交する複数の方向の力検出素子のそれぞれのドリフト値を得ることができる。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に記載の力補正値検出方法において、前記エンドエフェクターは、物体を把持可能なハンドであることを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、物体を安定して把持することができる。
【００１５】
［適用例５］本適用例に係るロボットは、複数の姿勢を取ることが可能なアームと、エンドエフェクターと、前記アームと前記エンドエフェクターとの間に配置され、前記アームと前記エンドエフェクターとの間の力を検出可能な力センサーと、前記アームを制御して任意の姿勢に設定し、前記力センサーで検出された複数の力信号の各々の差分を算出する制御部と、を含み、前記制御部は、前記アームの姿勢を制御して前記エンドエフェクターの姿勢を第１の姿勢とし、前記制御部は、前記アームの姿勢を制御して前記第１の姿勢の後に、前記エンドエフェクターの姿勢を、前記第１の姿勢における前記エンドエフェクターに予め定めた任意の面の法線方向とは１８０°逆の方向に前記任意の面が向く、第２の姿勢とすることを特徴とする。
【００１６】
本適用例によれば、上記記載の力補正値検出方法と同様の効果が得られる。そして、力補正値検出方法で検出した力をフィードバックし、より精密に作業を実行することができる。また、力補正値検出方法で検出した力によって、エンドエフェクター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、より安全に作業を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る力検出装置を用いた単腕ロボットの１例を示す図。
【図２】本実施形態に係る力検出装置とハンドとを示す図。
【図３】本実施形態に係る力検出装置を示す図。図３（Ａ）は図３（Ｂ）中のＡ−Ａ線での断面図、図３（Ｂ）は平面図。
【図４】図３に示す力検出装置を概略的に示す回路図。
【図５】図３に示す力検出装置の電荷出力素子を概略的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る力検出装置の補正値取得状態を示す図。図６（Ａ）は第１の姿勢を示す図。図６（Ｂ）は第２の姿勢を示す図。
【図７】本実施形態に係る力検出装置を用いた複腕ロボットの１例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の力補正値検出方法及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。
【００１９】
＜単腕ロボットの実施形態＞
本実施形態に係るロボットとしての単腕ロボット２を説明する。
図１は、本実施形態に係る力検出装置１０を用いた単腕ロボット２の１例を示す図である。図２は、本実施形態に係る力検出装置１０とハンド１２とを示す図である。本実施形態に係る単腕ロボット２は、図１に示すように、基台１４と、複数の姿勢を取ることが可能なアーム１６と、アーム１６の先端側に設けられたエンドエフェクターとしてのハンド１２と、アーム１６とハンド１２との間に配置され、アーム１６とハンド１２との間の力を検出可能な力センサーとしての力検出装置１０と、アームを制御して任意の姿勢に設定し、力検出装置１０で検出された複数の力信号の各々の差分を算出する制御部１８と、を有する。
【００２０】
基台１４は、アーム１６を回動させるための動力を発生させるアクチュエーター（図示せず）及びアクチュエーターを制御する制御部１８等を収納する機能を有する。また、基台１４は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上などに固定される。
【００２１】
アーム１６は、第１のアーム要素２０、第２のアーム要素２２、第３のアーム要素２４、第４のアーム要素２６、及び第５のアーム要素２８を有しており、隣り合うアーム同士を回動可能に連結することにより構成されている。アーム１６は、制御部１８の制御によって、各アーム要素の連結部を中心に複合的に回転又は屈曲することにより駆動する。
【００２２】
アーム１６は、ハンド１２に第１の姿勢を取らせる。アーム１６は、第１の姿勢の後に、第１の姿勢におけるハンド１２に予め定めた任意の面の法線方向とは１８０°逆の方向に任意の面が向く第２の姿勢を取らせる。
【００２３】
ハンド１２は、物体としての対象物を把持する機能を有する。これによれば、物体を安定して把持することができる。ハンド１２は、第１の指３０及び第２の指３２を有している。アーム１６の駆動によりハンド１２が所定の動作位置まで到達した後、第１の指３０及び第２の指３２の離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。
【００２４】
力検出装置１０は、ハンド１２に加えられる力を検出する機能を有する。力検出装置１０が検出する力を基台１４の制御部１８にフィードバックすることにより、単腕ロボット２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１０が検出する力によって、単腕ロボット２は、ハンド１２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、単腕ロボット２は、より安全に作業を実行することができる。力検出装置１０は、図２に示すように、各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸と、ＸＹＺ軸周りのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを計測可能なセンサーと、ハンド１２が装着される構成とする。
【００２５】
制御部１８は、アーム１６を回動させるための動力を発生させるアクチュエーター（図示せず）を制御する。制御部１８は、各アーム要素の連結部を中心に複合的に回転又は屈曲することによりアーム１６を駆動する。制御部１８は、力検出装置１０が検出する力をフィードバックさせる。制御部１８は、力検出装置１０から伝達された力に応じてアクチュエーター等を制御することにより、姿勢制御、振動制御、及び加速制御等の制御を実行する。
【００２６】
制御部１８は、アーム１６の姿勢を制御してハンド１２に第１の姿勢を取らせる。そして、第１の姿勢で力検出装置１０に加わる第１の力を検出する。制御部１８は、アーム１６の姿勢を制御してハンド１２に第１の姿勢とは異なる第２の姿勢を取らせる。そして、第２の姿勢で力検出装置１０に加わる第２の力を検出する。制御部１８は、第１の力と第２の力との差分を取ることで力検出装置１０のドリフト値を算出する。ここで、ハンド１２の第１の点と、第１の点とは異なるハンド１２の第２の点とを通る直線において、第１の姿勢における第１の点から第２の点に向かう第１の方向は、第２の姿勢における第２の点から第１の点に向かう第２の方向と同じである。
【００２７】
第１の姿勢における力検出装置１０の検出軸方向（例えば正方向）は、重力方向（つまり鉛直下向き）と平行である。これによれば、１８０°反転方向である第２の姿勢における力検出装置１０方向（この場合負方向）は重力方向と平行になる。これにより、ハンド１２にかかる自重を利用し、軸方向（１８０°）の正負を変えたセンサー値を取得し、センサー値の補正を行うことができる。その結果、検出精度を高めることができる。
【００２８】
なお、図示の構成では、アーム１６は、合計５本のアーム要素によって構成されているが、本実施形態はこれに限られない。アーム１６が、１本のアーム要素に構成されている場合、２〜４本のアーム要素によって構成されている場合、６本以上のアーム要素によって構成されている場合も本実施形態の範囲内である。
【００２９】
図３は、本実施形態に係る力検出装置１０を示す図であり、図３（Ａ）は図３（Ｂ）中のＡ−Ａ線での断面図、図３（Ｂ）は平面図である。図４は、図３に示す力検出装置１０を概略的に示す回路図である。
【００３０】
力検出装置１０は、図３に示すように、第１の基板３８と、第１の基板３８から所定の間隔を隔てて配置され、第１の基板３８に対向する第２の基板４０と、第１の基板３８と第２の基板４０との間に設けられ、加えられた力に応じて信号を出力する４つの電荷出力素子（力検出素子）３６と、が搭載されたアナログ回路基板４２と、アナログ回路基板４２と電気的に接続されたデジタル回路基板４４と、第１の基板３８と第２の基板４０とを固定する８つの与圧ボルト４６と、を備えている。力検出装置１０は、力（モーメントを含む）を検出する機能、すなわち、６軸力（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の並進力成分（せん断力、圧縮及び引張力）及びＸ、Ｙ、Ｚ軸周りの回転力成分（モーメント））を検出する機能を有する。力検出装置１０には、検出軸方向が互いに直交する複数の電荷出力素子３６が含まれる。これによれば、直交する複数の方向の電荷出力素子３６のそれぞれのドリフト値を得ることができる。
【００３１】
各電荷出力素子３６は、力の検出に用いられる電荷（信号）を取得するための素子である。各電荷出力素子３６は、アナログ回路基板４２の第２の基板４０側の面に配置され、アナログ回路基板４２ごと第１の基板３８と第２の基板４０とで挟持されている。なお、第１の基板３８と、第２の基板４０とのいずれを力が加わる側の基板としてもよいが、本実施形態では、第２の基板４０を力が加わる側の基板として説明する。
【００３２】
また、各電荷出力素子３６は、アナログ回路基板４２の第１の基板３８側の面に配置されていてもよい。また、電荷出力素子３６の数は、前記４つに限定されるものではなく、例えば、１つ、２つ、３つ、又は５つ以上でもよい。ただし、電荷出力素子３６の数は、複数であることが好ましく、３つ以上であることがより好ましい。例えば、力検出装置１０には、検出軸方向が互いに直交（Ｘ，Ｙ，Ｚ）する３つの電荷出力素子３６が含まれる。これによれば、三次元方向の力検出が可能になる。
【００３３】
力検出装置１０は、少なくとも３つの電荷出力素子３６を有していれば、６軸力を検出可能である。電荷出力素子３６が３つの場合、電荷出力素子３６の数が少ないので、力検出装置１０を軽量化することができる。また、電荷出力素子３６が図示のように４つの場合、後述する非常に単純な演算によって６軸力を求めることができるので、図４に示す演算部４８を簡略化することができる。
【００３４】
第１の基板３８、第２の基板４０、アナログ回路基板４２、デジタル回路基板４４の形状は、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、第１の基板３８、第２の基板４０、アナログ回路基板４２、デジタル回路基板４４の平面視で、その外形形状は、円形をなしている。なお、第１の基板３８、第２の基板４０、アナログ回路基板４２、デジタル回路基板４４の平面視での前記の他の外形形状としては、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等が挙げられる。
【００３５】
また、第１の基板３８、第２の基板４０、アナログ回路基板４２の各素子及び各配線以外の部位、デジタル回路基板４４の各素子及び各配線以外の部位の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、各種の樹脂材料、各種の金属材料等を用いることができる。
【００３６】
また、各電荷出力素子３６の位置は、特に限定されないが、本実施形態では、各電荷出力素子３６は、第１の基板３８、第２の基板４０、アナログ回路基板４２の周方向に沿って、等角度間隔（９０°間隔）に配置されている。これにより、偏りなく力を検出することができる。そして、６軸力を検出することができる。なお、本実施形態では、各電荷出力素子３６は、全て同じ方向を向いた状態でアナログ回路基板４２に搭載されているが、これに限定されるものではない。
【００３７】
アナログ回路基板４２は、図４に示すように、電荷出力素子３６から出力された電荷Ｑｘを電圧Ｖｘに変換する変換出力回路５０ａと、電荷Ｑｚを電圧Ｖｚに変換する変換出力回路５０ｂと、電荷Ｑｙを電圧Ｖｙに変換する変換出力回路５０ｃと、を４組備えている。また、デジタル回路基板４４は、加えられた力を検出する力検出回路５２を備えている。このデジタル回路基板４４は、アナログ回路基板４２よりも第１の基板３８側に設置されている。
【００３８】
第１の基板３８と、第２の基板４０とは、８つの与圧ボルト４６により、固定されている。各与圧ボルト４６は、その頭部が第１の基板３８側に配置され、第２の基板４０に螺合している。なお、与圧ボルト４６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。具体的には、第１の基板３８と、第２の基板４０とは、８つの与圧ボルト４６により、互いの所定量の第１の基板３８、第２の基板４０の面方向の移動が許容されつつ固定される。そして、この与圧ボルト４６により、各電荷出力素子３６に、所定の大きさのＺ軸方向の圧力、すなわち、与圧が加えられる。なお、前記与圧の大きさは、特に限定されず、適宜設定される。また、与圧ボルト４６の数は、８つに限定されず、例えば、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ又は、９つ以上であってもよい。
【００３９】
また、各与圧ボルト４６の位置は、特に限定されないが、本実施形態では、各与圧ボルト４６は、第１の基板３８、第２の基板４０、アナログ回路基板４２の周方向に沿って配置されている。また、各与圧ボルト４６は、各電荷出力素子３６に対して、それぞれ、１対の与圧ボルト４６が電荷出力素子３６を挟んで電荷出力素子３６の両側に配置されている。これにより、第１の基板３８と第２の基板４０とをバランス良く固定することができ、また、各電荷出力素子３６にバランス良く与圧を加えることができる。
【００４０】
＜電荷出力素子＞
図５は、図３に示す力検出装置１０の電荷出力素子３６を概略的に示す断面図である。電荷出力素子３６は、それぞれ、互いに直交する３軸（α（Ｘ）軸、β（Ｙ）軸、γ（Ｚ）軸）に沿って加えられた（受けた）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する。
【００４１】
電荷出力素子３６の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、第１の基板３８の平面視で、四角形をなしている。なお、電荷出力素子３６の平面視での前記の他の外形形状としては、例えば、五角形等の他の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。
【００４２】
電荷出力素子３６は、図５に示すように、グランド（基準電位点）に接地された４つのグランド電極層５４と、β軸に平行な力（せん断力）に応じて電荷Ｑｙを出力する第１のセンサー５６と、γ軸に平行な力（圧縮／引張力）に応じて電荷Ｑｚを出力する第２のセンサー５８と、α軸に平行な力（せん断力）に応じて電荷Ｑｘを出力する第３のセンサー６０とを有し、グランド電極層５４と各センサー５６，５８，６０は交互に積層されている。なお、図５において、グランド電極層５４及びセンサー５６，５８，６０の積層方向をγ軸方向とし、γ軸方向に直交しかつ互いに直交する方向をそれぞれα軸方向、β軸方向としている。
【００４３】
図示の構成では、図５中の下側から、第１のセンサー５６、第２のセンサー５８、第３のセンサー６０の順で積層されているが、本実施形態はこれに限られない。センサー５６，５８，６０の積層順は任意である。
【００４４】
グランド電極層５４は、グランド（基準電位点）に接地された電極である。グランド電極層５４を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、金、白金、クロム、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄、又はこれらを含む合金が好ましい。これらの中でも特に、鉄合金であるステンレスを用いるのが好ましい。ステンレスにより構成されたグランド電極層５４は、優れた耐久性及び耐食性を有する。
【００４５】
第１のセンサー５６は、β軸に沿って加えられた（受けた）力（せん断力）に応じて電荷Ｑｙを出力する機能を有する。第１のセンサー５６は、β軸の正方向に沿って加えられた力に応じて正電荷を出力し、β軸の負方向に沿って加えられた力に応じて負電荷を出力するよう構成されている。第１のセンサー５６は、第１の結晶軸ＣＡ１を有する第１の圧電体層６２と、第１の圧電体層６２と対向して設けられ、第２の結晶軸ＣＡ２を有する第２の圧電体層６４と、第１の圧電体層６２と第２の圧電体層６４との間に設けられ、電荷Ｑを出力する出力電極層６６を有する。
【００４６】
第１の圧電体層６２はβ軸の負方向に配向した第１の結晶軸ＣＡ１を有する圧電体によって構成されている。第１の圧電体層６２の表面に対し、β軸の正方向に沿った力が加えられた場合、圧電効果により、第１の圧電体層６２内に電荷が誘起される。その結果、第１の圧電体層６２の出力電極層６６側表面近傍には正電荷が集まり、第１の圧電体層６２のグランド電極層５４側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第１の圧電体層６２の表面に対し、β軸の負方向に沿った力が加えられた場合、第１の圧電体層６２の出力電極層６６側表面近傍には負電荷が集まり、第１の圧電体層６２のグランド電極層５４側表面近傍には正電荷が集まる。
【００４７】
第２の圧電体層６４は、β軸の正方向に配向した第２の結晶軸ＣＡ２を有する圧電体によって構成されている。第２の圧電体層６４の表面に対し、β軸の正方向に沿った力が加えられた場合、圧電効果により、第２の圧電体層６４内に電荷が誘起される。その結果、第２の圧電体層６４の出力電極層６６側表面近傍には正電荷が集まり、第２の圧電体層６４のグランド電極層５４側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第２の圧電体層６４の表面に対し、β軸の負方向に沿った力が加えられた場合、第２の圧電体層６４の出力電極層６６側表面近傍には負電荷が集まり、第２の圧電体層６４のグランド電極層５４側表面近傍には正電荷が集まる。
【００４８】
このように、第１の圧電体層６２の第１の結晶軸ＣＡ１は、第２の圧電体層６４の第２の結晶軸ＣＡ２の方向と反対方向を向いている。これにより、第１の圧電体層６２又は第２の圧電体層６４のいずれか一方のみと、出力電極層６６によって第１のセンサー５６を構成する場合と比較して、出力電極層６６近傍に集まる正電荷又は負電荷を増加させることができる。その結果、出力電極層６６から出力される電荷Ｑを増加させることができる。
【００４９】
なお、第１の圧電体層６２及び第２の圧電体層６４の構成材料としては、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：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等が挙げられる。これらの中でも特に、水晶が好ましい。水晶により構成された圧電体層は、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。また、第１の圧電体層６２及び第２の圧電体層６４のように、層の面方向に沿った力（せん断力）に対して電荷を生ずる圧電体層は、Ｙカット水晶により構成することができる。
【００５０】
出力電極層６６は、第１の圧電体層６２内及び第２の圧電体層６４内に生じた正電荷又は負電荷を電荷Ｑｙとして出力する機能を有する。前述のように、第１の圧電体層６２の表面又は第２の圧電体層６４の表面にβ軸の正方向に沿った力が加えられた場合、出力電極層６６近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層６６からは、正の電荷Ｑｙが出力される。一方、第１の圧電体層６２の表面又は第２の圧電体層６４の表面にβ軸の負方向に沿った力が加えられた場合、出力電極層６６近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層６６からは、負の電荷Ｑｙが出力される。
【００５１】
また、出力電極層６６の幅は、第１の圧電体層６２及び第２の圧電体層６４の幅以上であることが好ましい。出力電極層６６の幅が、第１の圧電体層６２又は第２の圧電体層６４よりも狭い場合、第１の圧電体層６２又は第２の圧電体層６４の一部は出力電極層６６と接しない。そのため、第１の圧電体層６２又は第２の圧電体層６４に生じた電荷の一部を出力電極層６６から出力できない場合がある。その結果、出力電極層６６から出力される電荷Ｑｙが減少してしまう。なお、後述する出力電極層７２，７８についても同様である。
【００５２】
第２のセンサー５８は、γ軸に沿って加えられた（受けた）力（圧縮／引張力）に応じて電荷Ｑｚを出力する機能を有する。第２のセンサー５８は、γ軸に平行な圧縮力に応じて正電荷を出力し、γ軸に平行な引張力に応じて負電荷を出力するよう構成されている。第２のセンサー５８は、第３の結晶軸ＣＡ３を有する第３の圧電体層６８と、第３の圧電体層６８と対向して設けられ、第４の結晶軸ＣＡ４を有する第４の圧電体層７０と、第３の圧電体層６８と第４の圧電体層７０との間に設けられ、電荷Ｑｚを出力する出力電極層７２を有する。
【００５３】
第３の圧電体層６８は、γ軸の正方向に配向した第３の結晶軸ＣＡ３を有する圧電体によって構成されている。第３の圧電体層６８の表面に対し、γ軸に平行な圧縮力が加えられた場合、圧電効果により、第３の圧電体層６８内に電荷が誘起される。その結果、第３の圧電体層６８の出力電極層７２側表面近傍には正電荷が集まり、第３の圧電体層６８のグランド電極層５４側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第３の圧電体層６８の表面に対し、γ軸に平行な引張力が加えられた場合、第３の圧電体層６８の出力電極層７２側表面近傍には負電荷が集まり、第３の圧電体層６８のグランド電極層５４側表面近傍には正電荷が集まる。
【００５４】
第４の圧電体層７０は、γ軸の負方向に配向した第４の結晶軸ＣＡ４を有する圧電体によって構成されている。第４の圧電体層７０の表面に対し、γ軸に平行な圧縮力が加えられた場合、圧電効果により、第４の圧電体層７０内に電荷が誘起される。その結果、第４の圧電体層７０の出力電極層７２側表面近傍には正電荷が集まり、第４の圧電体層７０のグランド電極層５４側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第４の圧電体層７０の表面に対し、γ軸に平行な引張力が加えられた場合、第４の圧電体層７０の出力電極層７２側表面近傍には負電荷が集まり、第４の圧電体層７０のグランド電極層５４側表面近傍には正電荷が集まる。
【００５５】
第３の圧電体層６８及び第４の圧電体層７０の構成材料としては、第１の圧電体層６２及び第２の圧電体層６４と同様の構成材料を用いることができる。また、第３の圧電体層６８及び第４の圧電体層７０のように、層の面方向に垂直な力（圧縮／引張力）に対して電荷を生ずる圧電体層は、Ｘカット水晶により構成することができる。
【００５６】
出力電極層７２は、第３の圧電体層６８内及び第４の圧電体層７０内に生じた正電荷又は負電荷を電荷Ｑｚとして出力する機能を有する。前述のように、第３の圧電体層６８の表面又は第４の圧電体層７０の表面にγ軸に平行な圧縮力が加えられた場合、出力電極層７２近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層７２からは、正の電荷Ｑｚが出力される。一方、第３の圧電体層６８の表面又は第４の圧電体層７０の表面にγ軸に平行な引張力が加えられた場合、出力電極層７２近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層７２からは、負の電荷Ｑｚが出力される。
【００５７】
第３のセンサー６０は、α軸に沿って加えられた（受けた）力（せん断力）に応じて電荷Ｑｘを出力する機能を有する。第３のセンサー６０は、α軸の正方向に沿って加えられた力に応じて正電荷を出力し、α軸の負方向に沿って加えられた力に応じて負電荷を出力するよう構成されている。第３のセンサー６０は、第５の結晶軸ＣＡ５を有する第５の圧電体層７４と、第５の圧電体層７４と対向して設けられ、第６の結晶軸ＣＡ６を有する第６の圧電体層７６と、第５の圧電体層７４と第６の圧電体層７６との間に設けられ、電荷Ｑｘを出力する出力電極層７８を有する。
【００５８】
第５の圧電体層７４は、α軸の負方向に配向した第５の結晶軸ＣＡ５を有する圧電体によって構成されている。第５の圧電体層７４の表面に対し、α軸の正方向に沿った力が加えられた場合、圧電効果により、第５の圧電体層７４内に電荷が誘起される。その結果、第５の圧電体層７４の出力電極層７８側表面近傍には正電荷が集まり、第５の圧電体層７４のグランド電極層５４側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第５の圧電体層７４の表面に対し、α軸の負方向に沿った力が加えられた場合、第５の圧電体層７４の出力電極層７８側表面近傍には負電荷が集まり、第５の圧電体層７４のグランド電極層５４側表面近傍には正電荷が集まる。
【００５９】
第６の圧電体層７６は、α軸の正方向に配向した第６の結晶軸ＣＡ６を有する圧電体によって構成されている。第６の圧電体層７６の表面に対し、α軸の正方向に沿った力が加えられた場合、圧電効果により、第６の圧電体層７６内に電荷が誘起される。その結果、第６の圧電体層７６の出力電極層７８側表面近傍には正電荷が集まり、第６の圧電体層７６のグランド電極層５４側表面近傍には負電荷が集まる。同様に、第６の圧電体層７６の表面に対し、α軸の負方向に沿った力が加えられた場合、第６の圧電体層７６の出力電極層７８側表面近傍には負電荷が集まり、第６の圧電体層７６のグランド電極層５４側表面近傍には正電荷が集まる。
【００６０】
第５の圧電体層７４及び第６の圧電体層７６の構成材料としては、第１の圧電体層６２及び第２の圧電体層６４と同様の構成材料を用いることができる。また、第５の圧電体層７４及び第６の圧電体層７６のように、層の面方向に沿った力（せん断力）に対して電荷を生ずる圧電体層は、第１の圧電体層６２及び第２の圧電体層６４と同様に、Ｙカット水晶により構成することができる。
【００６１】
出力電極層７８は、第５の圧電体層７４内及び第６の圧電体層７６内に生じた正電荷又は負電荷を電荷Ｑｘとして出力する機能を有する。前述のように、第５の圧電体層７４の表面又は第６の圧電体層７６の表面にα軸の正方向に沿った力が加えられた場合、出力電極層７８近傍には、正電荷が集まる。その結果、出力電極層７８からは、正の電荷Ｑｘが出力される。一方、第５の圧電体層７４の表面又は第６の圧電体層７６の表面にα軸の負方向に沿った力が加えられた場合、出力電極層７８近傍には、負電荷が集まる。その結果、出力電極層７８からは、負の電荷Ｑｘが出力される。
【００６２】
このように、第１のセンサー５６、第２のセンサー５８、及び第３のセンサー６０は、各センサーの力検出方向が互いに直交するように積層されている。これにより、各センサーは、それぞれ、互いに直交する力成分に応じて電荷を誘起することができる。そのため、電荷出力素子３６は、３軸（α（Ｘ）軸，β（Ｙ）軸，γ（Ｚ）軸）に沿った力のそれぞれに応じて３つの電荷Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚを出力することができる。
【００６３】
＜変換出力回路＞
図４に戻り、各電荷出力素子３６には、それぞれ、変換出力回路５０ａ，５０ｂ，５０ｃが接続されている。各電荷出力素子３６に接続されたそれぞれの変換出力回路５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、同様であるので、以下では、代表的に、１つの電荷出力素子３６に接続された変換出力回路５０ａ，５０ｂ，５０ｃについて説明する。
【００６４】
変換出力回路５０ａは、電荷出力素子３６から出力された電荷Ｑｘを電圧Ｖｘに変換する機能を有する。変換出力回路５０ｂは、電荷出力素子３６から出力された電荷Ｑｚを電圧Ｖｚに変換する機能を有する。変換出力回路５０ｃは、電荷出力素子３６から出力された電荷Ｑｙを電圧Ｖｙに変換する機能を有する。変換出力回路５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、同様であるので、以下では、代表的に、変換出力回路５０ｃについて説明する。
【００６５】
変換出力回路５０ｃは、電荷出力素子３６から出力された電荷Ｑｙを電圧Ｖｙに変換して電圧Ｖｙを出力する機能を有する。変換出力回路５０ｃは、オペアンプ８０と、コンデンサー８２と、スイッチング素子８４と、を有する。オペアンプ８０の第１の入力端子（マイナス入力）は、電荷出力素子３６の出力電極層６６（図５参照）に接続され、オペアンプ８０の第２の入力端子（プラス入力）は、グランド（基準電位点）に接地されている。また、オペアンプ８０の出力端子は、力検出回路５２に接続されている。コンデンサー８２は、オペアンプ８０の第１の入力端子と出力端子との間に接続されている。スイッチング素子８４は、オペアンプ８０の第１の入力端子と出力端子との間に接続され、コンデンサー８２と並列接続されている。また、スイッチング素子８４は、駆動回路（図示せず）に接続されており、駆動回路からのオン／オフ信号に従い、スイッチング素子８４はスイッチング動作を実行する。
【００６６】
スイッチング素子８４がオフの場合、電荷出力素子３６から出力された電荷Ｑｙは、静電容量Ｃ１を有するコンデンサー８２に蓄えられ、電圧Ｖｙとして力検出回路５２に出力される。次に、スイッチング素子８４がオンになった場合、コンデンサー８２の両端子間が短絡される。その結果、コンデンサー８２に蓄えられた電荷Ｑｙは、放電されて０クーロンとなり、力検出回路５２に出力される電圧Ｖは、０ボルトとなる。スイッチング素子８４がオンとなることを、変換出力回路５０ｃをリセットするという。なお、理想的な変換出力回路５０ｃから出力される電圧Ｖｙは、電荷出力素子３６から出力される電荷Ｑｙの蓄積量に比例する。
【００６７】
スイッチング素子８４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体スイッチング素子である。半導体スイッチング素子は、機械式スイッチと比べて小型及び軽量であるので、力検出装置１０の小型化及び軽量化に有利である。以下、代表例として、スイッチング素子８４としてＭＯＳＦＥＴを用いた場合を説明する。
【００６８】
スイッチング素子８４は、ドレイン電極、ソース電極、及びゲート電極を有している。スイッチング素子８４のドレイン電極又はソース電極の一方がオペアンプ８０の第１の入力端子に接続され、ドレイン電極又はソース電極の他方がオペアンプ８０の出力端子に接続されている。また、スイッチング素子８４のゲート電極は、駆動回路（図示せず）に接続されている。
【００６９】
各変換出力回路５０ａ，５０ｂ，５０ｃのスイッチング素子８４には、同一の駆動回路が接続されていてもよいし、それぞれ異なる駆動回路が接続されていてもよい。各スイッチング素子８４には、駆動回路から、全て同期したオン／オフ信号が入力される。これにより、各変換出力回路５０ａ，５０ｂ，５０ｃのスイッチング素子８４の動作が同期する。すなわち、各変換出力回路５０ａ，５０ｂ，５０ｃのスイッチング素子８４のオン／オフタイミングは一致する。
【００７０】
＜力検出回路＞
力検出回路５２は、各変換出力回路５０ａから出力される電圧Ｖｘ１，Ｖｘ２，Ｖｘ３，Ｖｘ４と、各変換出力回路５０ｂから出力される電圧Ｖｚ１，Ｖｚ２，Ｖｚ３，Ｖｚ４と、変換出力回路５０ｃから出力される電圧Ｖｙ１，Ｖｙ２，Ｖｙ３，Ｖｙ４と、に基づき、加えられた力を検出する機能を有する。力検出回路５２は、変換出力回路５０ａ，５０ｂ，５０ｃに接続されたＡＤコンバーター８６と、ＡＤコンバーター８６に接続された演算部４８とを有する。
【００７１】
ＡＤコンバーター８６は、電圧Ｖｘ１，Ｖｙ１，Ｖｚ１，Ｖｘ２，Ｖｙ２，Ｖｚ２，Ｖｘ３，Ｖｙ３，Ｖｚ３，Ｖｘ４，Ｖｙ４，Ｖｚ４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。ＡＤコンバーター８６によってデジタル変換された電圧Ｖｘ１，Ｖｙ１，Ｖｚ１，Ｖｘ２，Ｖｙ２，Ｖｚ２，Ｖｘ３，Ｖｙ３，Ｖｚ３，Ｖｘ４，Ｖｙ４，Ｖｚ４は、演算部４８に入力される。
【００７２】
すなわち、第１の基板３８及び第２の基板４０の相対位置が互いにα（Ｘ）軸方向にずれる力が加えられた場合、ＡＤコンバーター８６は、電圧Ｖｘ１，Ｖｘ２，Ｖｘ３，Ｖｘ４を出力する。同様に、第１の基板３８及び第２の基板４０の相対位置が互いにβ（Ｙ）軸方向にずれる力が加えられた場合、ＡＤコンバーター８６は、電圧Ｖｙ１，Ｖｙ２，Ｖｙ３，Ｖｙ４を出力する。また、第１の基板３８及び第２の基板４０の相対位置が互いにγ（Ｚ）軸方向にずれる力が加えられた場合、ＡＤコンバーター８６は、電圧Ｖｚ１，Ｖｚ２，Ｖｚ３，Ｖｚ４を出力する。
【００７３】
また、第１の基板３８及び第２の基板４０は、互いにＸ軸周りに回転する相対変位、Ｙ軸周りに回転する相対変位、及びＺ軸周りに回転する相対変位が可能であり、各回転に伴う力を電荷出力素子３６に伝達することが可能である。
【００７４】
演算部４８は、デジタル変換された電圧Ｖｘ１，Ｖｙ１，Ｖｚ１，Ｖｘ２，Ｖｙ２，Ｖｚ２，Ｖｘ３，Ｖｙ３，Ｖｚ３，Ｖｘ４，Ｖｙ４，Ｖｚ４に基づき、Ｘ軸方向の並進力成分Ｆｘ、Ｙ軸方向の並進力成分Ｆｙ、Ｚ軸方向の並進力成分Ｆｚ、Ｘ軸周りの回転力成分Ｍｘ、Ｙ軸周りの回転力成分Ｍｙ、Ｚ軸周りの回転力成分Ｍｚを演算する機能を有する。各力成分は、以下の式により求めることができる。
【００７５】
Ｆｘ＝Ｖｘ１＋Ｖｘ２＋Ｖｘ３＋Ｖｘ４
Ｆｙ＝Ｖｙ１＋Ｖｙ２＋Ｖｙ３＋Ｖｙ４
Ｆｚ＝Ｖｚ１＋Ｖｚ２＋Ｖｚ３＋Ｖｚ４
Ｍｘ＝ｂ×（Ｖｚ４−Ｖｚ２）
Ｍｙ＝ａ×（Ｖｚ３−Ｖｚ１）
Ｍｚ＝ｂ×（Ｖｘ２−Ｖｘ４）＋ａ×（Ｖｙ１−Ｖｙ３）
ここで、ａ、ｂは定数である。
このように、力検出装置１０は、６軸力を検出することができる。
【００７６】
演算部４８は、デジタル変換された電圧Ｖｘ１，Ｖｙ１，Ｖｚ１，Ｖｘ２，Ｖｙ２，Ｖｚ２，Ｖｘ３，Ｖｙ３，Ｖｚ３，Ｖｘ４，Ｖｙ４，Ｖｚ４に基づき、補正を行って、Ｘ軸方向の並進力成分Ｆｘ、Ｙ軸方向の並進力成分Ｆｙ、Ｚ軸方向の並進力成分Ｆｚ、Ｘ軸周りの回転力成分Ｍｘ、Ｙ軸周りの回転力成分Ｍｙ、Ｚ軸周りの回転力成分Ｍｚを演算する機能を有する。
【００７７】
ここで、各力成分を求める際は、並進力成分（第１の力）Ｆｘ１と並進力成分（第２の力）Ｆｘ２との差分（ドリフト値ｆｘ（Ｔ））を取ることにより、並進力成分Ｆｘの補正を行う（並進力成分Ｆｘを補償する）。これにより、並進力成分Ｆｘに含まれる熱膨張に起因するノイズ成分等の力検出装置１０の構造体起因のノイズ成分、回路起因のノイズ成分の全部又は一部が並進力成分Ｆｘから除去される。
【００７８】
同様に、並進力成分Ｆｙ１と並進力成分Ｆｙ２との差分を取ることにより、並進力成分Ｆｙの補正を行う。また、並進力成分Ｆｚ１と並進力成分Ｆｚ２との差分を取ることにより、並進力成分Ｆｚの補正を行う。なお、補正には、ノイズ成分を完全に除去する場合に限らず、ノイズ成分を低減する場合も含まれる。
【００７９】
具体的には、並進力成分Ｆｚ１は下記式（１）で示され、並進力成分Ｆｚ２は下記式（２）で示される。ドリフト値ｆｚ（Ｔ）は下記式（３）で示される式（１）−式（２）から算出される。なお、ＦＺはハンド１２のＺ軸方向の重さである。
【００８０】
Ｆｚ１＝ＦＺ＋ｆｚ（Ｔ）      …（１）
Ｆｚ２＝−ＦＺ＋ｆｚ（Ｔ）      …（２）
ｆｚ（Ｔ）＝（Ｆｚ１＋Ｆｚ２）／２      …（３）
【００８１】
次に、実施方法の一例を説明する。
図６は、本実施形態に係る力検出装置１０の補正値取得状態を示す図である。図６（Ａ）は第１の姿勢を示す図であり、図６（Ｂ）は第２の姿勢を示す図である。重力方向と力検出装置１０のＺ軸とを並行にした状態を示している。
【００８２】
まず、制御部１８は、アーム１６の姿勢を制御してハンド１２に第１の姿勢を取らせる。そして、第１の姿勢で力検出装置１０に加わる第１の力を検出する。言い換えると、アーム１６とハンド（エンドエフェクター）１２との間に力検出装置１０が配置された状態で、アーム１６を動かしてハンド１２の姿勢を第１の姿勢（例えばハンド１２の掌を重力に対して鉛直上向き）として、その時に重力起因で力検出装置１０に加わる第１の力を検出する。このとき力検出装置１０の計測値は、ハンド１２の重さによる計測値と温度特性関数との和となる。第１の姿勢における力検出装置１０の検出軸方向（例えば正方向）は、重力方向（つまり鉛直下向き）と平行である。
【００８３】
次に、制御部１８は、アーム１６の姿勢を制御してハンド１２に第１の姿勢とは異なる第２の姿勢を取らせる。具体的には、ハンド１２の第１の点と、第１の点とは異なるハンド１２の第２の点とを通る直線において、第１の姿勢における第１の点から第２の点に向かう第１の方向は、第２の姿勢における第２の点から第１の点に向かう第２の方向と同じである。言い換えると、その後、アーム１６を動かしてハンド１２に第１の姿勢とは１８０°反転した真逆の第２の姿勢（例えばハンド１２の掌を重力に対して鉛直下向き）を取らせる。力検出装置１０をＹ軸周りに＋１８０°か−１８０°回転した状態が、図６（Ｂ）になる。
【００８４】
次に、第２の姿勢で力検出装置１０に加わる第２の力を検出する。この状態の力検出装置１０の計測値は、式（２）で表され、ハンド１２の自重による計測値は符号が逆になる。
【００８５】
次に、制御部１８は、第１の力と第２の力との差分を取ることで力検出装置１０のドリフト値を算出する。温度変化が十分小さい場合、温度特性値は式（１）及び（２）から求めることが可能になる（式（３））。言い換えると。第１の力と第２の力との差分を取る。その差分をドリフト値とし、その後のアーム１６の力制御に必要な正しい検出値を得るための情報とする。
【００８６】
なお、Ｘ軸周りのトルクについても、上記と同様に式（４）及び（５）から温度特性値を求めることが可能になる（式（６））。なお、ＦＭXはハンド１２のＸ軸周りのトルクである。
【００８７】
Ｍｘ１＝−ＦＭX＋ｆｍｘ（Ｔ）      …（４）
Ｍｘ２＝ＦＭX＋ｆｍｘ（Ｔ）      …（５）
ｆｍｘ（Ｔ）＝（Ｍｘ１＋Ｍｘ２）／２      …（６）
【００８８】
以上より、Ｙ軸周りのトルクＭｙ以外の５軸出力に対して、同様に電荷出力素子３６の温度補正を行うことができる。
【００８９】
以上説明したように、この力検出装置１０によれば、力検出装置１０の回路起因の変動要因や温度依存性によるノイズ成分と、力検出装置１０の構造体起因の変動要因や温度依存性によるノイズ成分とを除去又は減少させることができ、これにより、測定精度を向上させることができる。また、力検出装置１０を個別に温度補正を行う必要がない。さらに、経時変化成分に対しても補正を行うことができる。
【００９０】
本実施形態の力補正値検出方法によれば、ハンド１２の姿勢が１８０°異なる（反転）姿勢における２つの実測値である第１の力と第２の力とを用いて、その差分で力検出装置１０のドリフト値を求めることができる。これにより、作業中の任意のタイミングで上記２つの実測値を得ることで、リアルタイムに正しいドリフト値を得ることができる。単腕ロボット２動作時には、実動作時の雰囲気温度、モーターの発熱などは緩やかに変化していることから。直前の状態で力検出装置１０の補正を行うことで、常に正しい力を検出でき、物体に対して過不足のない正しい力を加えることができる。
【００９１】
また、本実施形態の単腕ロボット２によれば、上記記載の力補正値検出方法と同様の効果が得られる。そして、力補正値検出方法で検出した力をフィードバックし、より精密に作業を実行することができる。また、力補正値検出方法で検出した力によって、ハンド１２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、より安全に作業を実行することができる。
【００９２】
＜複腕ロボットの実施形態＞
次に、本実施形態に係るロボットとしての複腕ロボット４を説明する。以下、本実施形態について、前述した単腕ロボット２の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。
【００９３】
図７は、本実施形態に係る力検出装置１０を用いた複腕ロボット４の１例を示す図である。本実施形態に係る複腕ロボット４は、図７に示すように、基台９０と、第１のアーム９２と、第２のアーム９４と、第１のアーム９２の先端側に設けられた第１のハンド９６ａと、第２のアーム９４の先端側に設けられた第２のハンド９６ｂと、第１のアーム９２と第１のハンド９６ａ間及び第２のアーム９４と第２のハンド９６ｂとの間に設けられた力検出装置１０を有する。なお、力検出装置１０としては、前述した実施形態と同様のものを用いる。
本実施形態では、第１及び第２のハンド９６ａ，９６ｂを下げている姿勢が上述の第１の姿勢であり（実線で示す。）、第１及び第２のハンド９６ａ，９６ｂを上げている姿勢が上述の第２の姿勢である（破線で示す。）。
【００９４】
基台９０は、第１のアーム９２及び第２のアーム９４を回動させるための動力を発生させるアクチュエーター（図示せず）及びアクチュエーターを制御する制御部１８等を収納する機能を有する。また、基台９０は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上などに固定される。
【００９５】
第１のアーム９２は、第１のアーム要素９８及び第２のアーム要素１００を回動可能に連結することにより構成されている。第２のアーム９４は、第１のアーム要素１０２及び第２のアーム要素１０４を回動可能に連結することにより構成されている。第１のアーム９２及び第２のアーム９４は、制御部１８の制御によって、各アーム要素の連結部を中心に複合的に回転又は屈曲することにより駆動する。
【００９６】
第１、第２のハンド９６ａ，９６ｂは、対象物を把持する機能を有する。第１のハンド９６ａは、第１の指１０６ａ及び第２の指１０８ａを有している。第２のハンド９６ｂは、第１の指１０６ｂ及び第２の指１０８ｂを有している。第１のアーム９２の駆動により第１のハンド９６ａが所定の動作位置まで到達した後、第１の指１０６ａ及び第２の指１０８ａの離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。同様に、第２のアーム９４の駆動により第２のハンド９６ｂが所定の動作位置まで到達した後、第１の指１０６ｂ及び第２の指１０８ｂの離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。
【００９７】
力検出装置１０は、第１、第２のハンド９６ａ，９６ｂに加えられる力を検出する機能を有する。力検出装置１０が検出する力を基台９０の制御部１８にフィードバックすることにより、複腕ロボット４はより精密に作業を実行することができる。また、力検出装置１０が検出する力によって、複腕ロボット４は、第１、第２のハンド９６ａ，９６ｂ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、複腕ロボット４は、より安全に作業を実行することができる。
【００９８】
なお、図示の構成では、アームは合計２本であるが、本実施形態はこれに限られない。複腕ロボット４が３本以上のアームを有している場合も、本実施形態の範囲内である。
【００９９】
（変形例）
力検出装置１０を有する多軸ロボットにおいて、作業途中で力検出装置１０の故障検出を行う。つまり、アーム１６の姿勢を制御し、特定の姿勢状態間のセンサー値を比較することで、センサーの故障検出を行う。
【０１００】
（実施例）
力検出装置１０の故障検証を行う場合は、式（１）、式（２）から求められるＦｚ１、Ｆｚ２の差分を評価することでセンサーの故障を確認することができる（式（７））。
【０１０１】
ＦＺ1−ＦＺ2＜δZ      …（７）
【０１０２】
Ｘ軸周りのトルクについても上記と同様に、図６（Ａ）及び（Ｂ）の状態間を比較することでセンサーの故障を確認することができる（式（８））。
【０１０３】
ＦＭX1−ＦＭX2＜δＭX      …（８）
【０１０４】
以上より、Ｙ軸周りのトルクＭｙ以外の５軸出力に対して、姿勢間のセンサー値の差分を評価することで、異常を検出することができる。これにより、力検出装置１０の異常を検知することが可能である。ロボット２，４を稼働中の状態でも故障検出することが可能である。
【０１０５】
以上、本実施形態の力補正値検出方法及びロボットを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本実施形態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、本実施形態に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明は、前記実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【０１０６】
また、本実施形態では、アナログ回路基板４２と、デジタル回路基板４４とを１つの回路基板で構成してもよい。
【０１０７】
また、本実施形態では、回路基板の機能の一部、例えば、デジタル回路基板４４のＡＤコンバーター８６、演算部４８等が、外部に設けられていてもよい。また、例えば、アナログ回路基板４２とデジタル回路基板４４とのいずれか一方、又は、両方が外部に設けられていてもよい。
【０１０８】
また、本実施形態のロボット２，４は、アーム型ロボット（ロボットアーム）に限定されず、他の形式のロボット、例えば、スカラーロボット、脚式歩行（走行）ロボット等であってもよい。
【０１０９】
また、本実施形態の力検出装置１０は、各種のセンサー、特に、センサーの構造体の熱変形やセンサーの姿勢に依存した重力の影響がセンサー特性に影響を与えるような各種のセンサーに適用し、上記補正を行うと同時に、温度特性テーブルの作成を行うことができる。具体例としては、例えば、圧電式力センサー、圧電式力覚センサー、圧電式加速度センサー、圧電式角速度センサーや、歪ゲージ式、容量式、光学式のそれぞれの方式による力センサー、力覚センサー、加速度センサー、角速度センサー等が挙げられる。
【０１１０】
また、本実施形態の力検出装置１０は、ロボット、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、部品加工装置及び移動体に限らず、他の装置、例えば、搬送装置、検査装置、振動計、加速度計、重力計、動力計、地震計、傾斜計等の測定装置、入力装置等にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１１１】
２…単腕ロボット  ４…複腕ロボット  １０…力検出装置（力センサー）  １２…ハンド（エンドエフェクター）  １４…基台  １６…アーム  １８…制御部  ２０…第１のアーム要素  ２２…第２のアーム要素  ２４…第３のアーム要素  ２６…第４のアーム要素  ２８…第５のアーム要素  ３０…第１の指  ３２…第２の指  ３６…電荷出力素子（力検出素子）  ３８…第１の基板  ４０…第２の基板  ４２…アナログ回路基板  ４４…デジタル回路基板  ４６…与圧ボルト  ４８…演算部  ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ…変換出力回路  ５２…力検出回路  ５４…グランド電極層  ５６…第１のセンサー  ５８…第２のセンサー  ６０…第３のセンサー  ６２…第１の圧電体層  ６４…第２の圧電体層  ６６…出力電極層  ６８…第３の圧電体層  ７０…第４の圧電体層  ７２…出力電極層  ７４…第５の圧電体層  ７６…第６の圧電体層  ７８…出力電極層  ８０…オペアンプ  ８２…コンデンサー  ８４…スイッチング素子  ８６…ＡＤコンバーター  ９０…基台  ９２…第１のアーム  ９４…第２のアーム  ９６ａ…第１のハンド  ９６ｂ…第２のハンド  ９８…第１のアーム要素  １００…第２のアーム要素  １０２…第１のアーム要素  １０４…第２のアーム要素  １０６ａ…第１の指  １０６ｂ…第１の指  １０８ａ…第２の指  １０８ｂ…第２の指  ＣＡ１…第１の結晶軸  ＣＡ２…第２の結晶軸  ＣＡ３…第３の結晶軸  ＣＡ４…第４の結晶軸  ＣＡ５…第５の結晶軸  ＣＡ６…第６の結晶軸。
【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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