(57)【要約】【課題】応力の検出において検出感度を向上させることができる力検出装置及びロボットを提供する。【解決手段】力検出装置は、第１の部材４と、第２の部材５と、複数の感圧素子３と、弾性体６と、を含み、感圧素子３は、第１部材電極３１と、第２部材電極３２と、感圧部材３３と、を含み、感圧部材３３は、第２の部材５の厚み方向で見た平面視で、第１部材電極３１及び第２部材電極３２とオーバーラップする第１の部分１４と、第１の部分１４を囲む第２の部分９と、を含み、感圧部材３３に応力が付与された場合に、感圧部材３３の第１の部分１４には、第１の応力がかかり、第２の部分９の第１部材電極３１及び第２部材電極３２とオーバーラップしない部分には、第１の応力よりも大きい第２の応力がかかる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状をなした第１の部材と、
前記第１の部材と対向配置され、板状をなした第２の部材と、
前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられた複数の感圧素子と、
前記第１の部材の前記感圧素子が設けられた面とは反対側の面に設けられた弾性体と、
を含み、
前記感圧素子は、
前記第１の部材上に設けられた第１部材電極と、
前記第２の部材上に設けられた第２部材電極と、
前記第１部材電極と前記第２部材電極との間に設けられ、弾性を有する母材及び前記母材中に分散され、導電性を有する複数のフィラーを有する感圧部材と、
を含み、
前記感圧部材は、
前記第２の部材の厚み方向で見た平面視で、前記第１部材電極及び前記第２部材電極とオーバーラップする第１の部分と、前記第１の部分を囲む第２の部分と、を含み、
前記感圧部材に応力が付与された場合に、前記感圧部材の前記第１の部分には、第１の応力がかかり、前記第２の部分の前記第１部材電極及び前記第２部材電極とオーバーラップしない部分には、前記第１の応力よりも大きい第２の応力がかかることを特徴とする力検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の力検出装置において、
前記感圧部材の前記第２の部分は、空孔を有する多孔質の部材で構成され、
前記感圧部材の前記第２の部分の空孔密度は、前記第１の部分の空孔密度より小さいことを特徴とする力検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の力検出装置において、
前記感圧部材の前記第２の部分の厚さは、前記第１の部分の厚さよりも薄いことを特徴とする力検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の力検出装置において、
前記第２の部材の前記平面視で、前記感圧部材の前記第２の部分は、面方向に断続的に設けられた孔を有していることを特徴とする力検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の力検出装置において、
前記孔は、前記感圧部材の表面から裏面まで貫通した貫通孔を含むことを特徴とする力検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の力検出装置において、
前記第２の部材の前記平面視で、前記第２の部材上に基準点を設定した場合、前記基準点の回りに配置された前記弾性体を３つ以上有しており、
前記第２の部材の前記平面視で、前記３つ以上の弾性体のそれぞれにおいて、前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられた２つの前記感圧素子は、前記基準点及び前記弾性体の中心を通る直線を想定したとき、前記直線を挟んで前記直線の両側に配置されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の力検出装置において、
前記第２の部材の前記平面視で、前記第２の部材上に基準点を設定した場合、前記基準点の回りに配置された前記弾性体を４つ有しており、
前記第２の部材の前記平面視で、前記４つの弾性体のそれぞれにおいて、前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられた２つの前記感圧素子は、前記基準点及び前記弾性体の中心を通る直線を想定したとき、前記直線を挟んで前記直線の両側に配置されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の力検出装置において、
前記第２の部材の前記平面視で、前記２つの感圧素子は、前記直線に対して線対称に配置されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の力検出装置において、
前記第２の部材の前記平面視で、前記３つ以上の弾性体は、前記弾性体の中心と前記基準点との距離が等距離となり、かつ等角度間隔で配置されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の力検出装置において、
前記第２の部材の前記平面視で、前記弾性体の前記第１の部材側の面は、前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられた前記複数の感圧素子とオーバーラップしていることを特徴とする力検出装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の力検出装置において、
前記弾性体の前記第１の部材側の面の形状は、円形であり、
前記第１部材電極の形状は、円形であることを特徴とする力検出装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の力検出装置において、
前記弾性体の前記第１の部材が設けられた面とは反対側の面の形状は、円形であることを特徴とする力検出装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の力検出装置において、
前記弾性体の前記第１の部材が設けられた面とは反対側の面の面積Ｓ１と前記第１の部材が設けられた面側の面の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は、１．１以上、９以下であることを特徴とする力検出装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の力検出装置において、
前記第２部材電極の面積は、前記第１部材電極の面積の合計よりも大きいことを特徴とする力検出装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の力検出装置において、
前記第１の部材と前記第２の部材との間に２つの前記感圧素子が配置されており、
前記２つの感圧素子は、半円状をなし、前記２つの感圧素子の前記半円状の円弧の両端部を結ぶ直線部が対向配置されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の力検出装置において、
前記第１の部材の前記弾性体が設けられた面とは反対側の面に設けられ、可撓性を有する部材と、
前記複数の感圧素子を囲うように設けられ、前記第１の部材と前記第２の部材とを接着する接着剤層と、
を備えることを特徴とする力検出装置。
【請求項１７】
アームを複数有し、複数の前記アームの隣り合う前記アーム同士を回動可能に連結してなる少なくとも１つのアーム連結体と、
前記アーム連結体に設けられたエンドエフェクターと、
前記アーム連結体と前記エンドエフェクターとの間に設けられ、前記エンドエフェクターに加えられる力を検出する請求項１〜１６のいずれか一項に記載の力検出装置と、
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、力検出装置及びロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、生産効率向上を目的として、工場等の生産施設への産業用ロボット導入が進められている。このような産業ロボットは、１軸又は複数軸方向に対して駆動可能なアームと、アーム先端側に取り付けられる、ハンド、部品検査用器具、又は部品搬送用器具等のエンドエフェクターとを備えており、部品の組み付け作業、部品加工作業等の部品製造作業、部品搬送作業、及び部品検査作業等を実行することができる。
【０００３】
このような産業用ロボットにおいては、例えば、アームとエンドエフェクターとの間に、力検出装置が設けられている。産業用ロボットに用いられる力検出装置としては、例えば、特許文献１に開示されているような力検出装置が用いられる。特許文献１に記載の力検出装置は、基板と、基板上に設けられ、行列状に配置された多数の感圧素子と、感圧素子上に設けられ、半円球状をなす弾性体の部位を有する複数の接触子とを備えている。各接触子は、それぞれ、多数の感圧素子上に設けられている。また、接触子の横断面での面積は、感圧素子の反対側（上側）よりも感圧素子側（下側）の方が大きくなっている。このような構成を有することにより、特許文献１に記載の力検出装置は、加えられた力を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６４５５７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に記載の力検出装置では、接触子の横断面での面積が、感圧素子の反対側よりも感圧素子側の方が大きくなっているので、加えられる力を感圧素子に集中させることができず、感度が悪いという欠点がある。
本発明の目的は、力の検出において検出感度を向上させることができる力検出装置及びその力検出装置を用いた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】
【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］本適用例に係る力検出装置は、板状をなした第１の部材と、前記第１の部材と対向配置され、板状をなした第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられた複数の感圧素子と、前記第１の部材の前記感圧素子が設けられた面とは反対側の面に設けられた弾性体と、を含み、前記感圧素子は、前記第１の部材上に設けられた第１部材電極と、前記第２の部材上に設けられた第２部材電極と、前記第１部材電極と前記第２部材電極との間に設けられ、弾性を有する母材及び前記母材中に分散され、導電性を有する複数のフィラーを有する感圧部材と、を含み、前記感圧部材は、前記第２の部材の厚み方向で見た平面視で、前記第１部材電極及び前記第２部材電極とオーバーラップする第１の部分と、前記第１の部分を囲む第２の部分と、を含み、前記感圧部材に応力が付与された場合に、前記感圧部材の前記第１の部分には、第１の応力がかかり、前記第２の部分の前記第１部材電極及び前記第２部材電極とオーバーラップしない部分には、前記第１の応力よりも大きい第２の応力がかかることを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、応力が付与された場合に、感圧部材の第１の部分には、第１の応力がかかり、第２の部分の第１部材電極及び第２部材電極とオーバーラップしない部分には、第１の応力よりも大きい第２の応力がかかることで、押圧時の変形を第２の部分に逃がすことにより、部材上において部材電極以外の部分に感圧部材が接触しないことで、検出感度の低下を防ぎ、より高感度の力検出装置を得ることが可能となる。また、感圧部材の変形による力の分散（荷重分散）の影響を小さくし、正確に力を検出できる。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に記載の力検出装置において、前記感圧部材の前記第２の部分は、空孔を有する多孔質の部材で構成され、前記感圧部材の前記第２の部分の空孔密度は、前記第１の部分の空孔密度より小さいことを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、感圧部材の第２の部分は、空孔を有する多孔質部材で構成される。感圧部材の第２の部分の空孔密度は、第１の部分の空孔密度より小さいことにより、感圧部材の変形による力の分散の影響を小さくし、正確に力を検出することができる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に記載の力検出装置において、前記感圧部材の前記第２の部分の厚さは、前記第１の部分の厚さよりも薄いことを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、感圧部材の第２の部分の厚さは、第１の部分の厚さよりも薄いことにより、感圧部材の変形による力の分散の影響を受けずに、力を検出することができる。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に記載の力検出装置において、前記第２の部材の前記平面視で、前記感圧部材の前記第２の部分は、面方向に断続的に設けられた孔を有していることを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、感圧部材の第２の部分は、面方向に断続的に設けられた孔を有していることにより、感圧部材の変形による力の分散の影響を受けずに、力を検出することができる。
【００１５】
［適用例５］上記適用例に記載の力検出装置において、前記孔は、前記感圧部材の表面から裏面まで貫通した貫通孔を含むことを特徴とする。
【００１６】
本適用例によれば、孔は、感圧部材の表面から裏面まで貫通した貫通孔を含むことにより、感圧部材の変形による力の分散の影響を受けずに、力を検出することができる。
【００１７】
［適用例６］上記適用例に記載の力検出装置において、前記第２の部材の前記平面視で、前記第２の部材上に基準点を設定した場合、前記基準点の回りに配置された前記弾性体を３つ以上有しており、前記第２の部材の前記平面視で、前記３つ以上の弾性体のそれぞれにおいて、前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられた２つの前記感圧素子は、前記基準点及び前記弾性体の中心を通る直線を想定したとき、前記直線を挟んで前記直線の両側に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、少ない数の感圧素子を用いて、互いに直交する３軸の回りのモーメント、互いに直交する２軸の方向のせん断力を検出することができる。
【００１９】
［適用例７］上記適用例に記載の力検出装置において、前記第２の部材の前記平面視で、前記第２の部材上に基準点を設定した場合、前記基準点の回りに配置された前記弾性体を４つ有しており、前記第２の部材の前記平面視で、前記４つの弾性体のそれぞれにおいて、前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられた２つの前記感圧素子は、前記基準点及び前記弾性体の中心を通る直線を想定したとき、前記直線を挟んで前記直線の両側に配置されていることを特徴とする。
【００２０】
本適用例によれば、少ない数の感圧素子を用いて、互いに直交する３軸の回りのモーメント、互いに直交する２軸の方向のせん断力を検出することができる。
【００２１】
［適用例８］上記適用例に記載の力検出装置において、前記第２の部材の前記平面視で、前記２つの感圧素子は、前記直線に対して線対称に配置されていることを特徴とする。
【００２２】
本適用例によれば、少ない数の感圧素子を用いて、互いに直交する３軸の回りのモーメント、互いに直交する２軸の方向のせん断力をより容易に検出することができる。
【００２３】
［適用例９］上記適用例に記載の力検出装置において、前記第２の部材の前記平面視で、前記３つ以上の弾性体は、前記弾性体の中心と前記基準点との距離が等距離となり、かつ等角度間隔で配置されていることを特徴とする。
【００２４】
本適用例によれば、偏りなく応力を検出することができる。
【００２５】
［適用例１０］上記適用例に記載の力検出装置において、前記第２の部材の前記平面視で、前記弾性体の前記第１の部材側の面は、前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられた前記複数の感圧素子とオーバーラップしていることを特徴とする。
【００２６】
本適用例によれば、加わった応力を精度良く感圧素子に伝達することができる。
【００２７】
［適用例１１］上記適用例に記載の力検出装置において、前記弾性体の前記第１の部材側の面の形状は、円形であり、前記第１部材電極の形状は、円形であることを特徴とする。
【００２８】
本適用例によれば、平面視で、加わる応力の方向による弾性体の変形量の依存性を抑制することができる。例えば、円形断面によって、せん断力に等方的に対応できる。
【００２９】
［適用例１２］上記適用例に記載の力検出装置において、前記弾性体の前記第１の部材が設けられた面とは反対側の面の形状は、円形であることを特徴とする。
【００３０】
本適用例によれば、平面視で、加わる応力の方向による弾性体の変形量の依存性を抑制することができる。
【００３１】
［適用例１３］上記適用例に記載の力検出装置において、前記弾性体の前記第１の部材が設けられた面とは反対側の面の面積Ｓ１と前記第１の部材が設けられた面側の面の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は、１．１以上、９以下であることを特徴とする。
【００３２】
本適用例によれば、より潰れ難くすることができ、また、加えられる応力を感圧素子に集中させることができる。
【００３３】
［適用例１４］上記適用例に記載の力検出装置において、前記第２部材電極の面積は、前記第１部材電極の面積の合計よりも大きいことを特徴とする。
【００３４】
本適用例によれば、接触力によって変化しやすい領域まで部材電極でカバーすることにより、感圧部材の変形量を小さくすることができる。これによって厚さの差を小さくでき、薄型化できる。
【００３５】
［適用例１５］上記適用例に記載の力検出装置において、前記第１の部材と前記第２の部材との間に２つの前記感圧素子が配置されており、前記２つの感圧素子は、半円状をなし、前記２つの感圧素子の前記半円状の円弧の両端部を結ぶ直線部が対向配置されていることを特徴とする。
【００３６】
本適用例によれば、弾性体の第２の部材側の面が円形をなしている場合、その弾性体を安定して支持することができ、平面視で、加わる応力の方向による弾性体の変形量の依存性を抑制することができる。
【００３７】
［適用例１６］上記適用例に記載の力検出装置において、前記第１の部材の前記弾性体が設けられた面とは反対側の面に設けられ、可撓性を有する部材と、前記複数の感圧素子を囲うように設けられ、前記第１の部材と前記第２の部材とを接着する接着剤層と、を備えることを特徴とする。
【００３８】
本適用例によれば、簡易な構成で、応力を検出することができる。
【００３９】
［適用例１７］本適用例に係るロボットは、アームを複数有し、複数の前記アームの隣り合う前記アーム同士を回動可能に連結してなる少なくとも１つのアーム連結体と、前記アーム連結体に設けられたエンドエフェクターと、前記アーム連結体と前記エンドエフェクターとの間に設けられ、前記エンドエフェクターに加えられる力を検出する上記のいずれか一項に記載の力検出装置と、を備えることを特徴とする。
【００４０】
本適用例によれば、上記記載の力検出装置と同様の効果が得られる。そして、力検出装置が検出した応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、力検出装置が検出した応力によって、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】
【００４１】
【図１】第１実施形態に係る力検出装置を示す模式平面図。
【図２】図１に示す力検出装置のＡ−Ａ´線に沿う模式断面図。
【図３】第１実施形態に係る感圧導電体層の変形による力の分散の影響を説明する図。（Ａ）は第１実施形態に係る力検出装置を示す模式断面図、（Ｂ）は従来の力検出装置を示す模式断面図。
【図４】弾性体の他の構成例を示す模式側面図。
【図５】第２実施形態に係る力検出装置を示す模式平面図。
【図６】図５に示す力検出装置のＢ−Ｂ´線に沿う模式断面図。
【図７】第３実施形態に係る力検出装置を示す模式図。（Ａ）は模式平面図、（Ｂ）は模式断面図。
【図８】第４実施形態に係る力検出装置を示す模式図。（Ａ）は模式平面図、（Ｂ）は模式断面図。
【図９】第５実施形態に係る力検出装置を示す模式平面図。
【図１０】第６実施形態に係る力検出装置を示す模式断面図。
【図１１】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１２】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。
【図１３】本変形例に係る力検出装置を示す模式断面図、（Ａ）は第２の部分が平面を示す図、（Ｂ）は第２の部分が曲面を示す図。
【図１４】本変形例に係る感圧導電体層を示す模式平面図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の力検出装置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。
【００４３】
＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る力検出装置１を示す模式平面図である。図２は、図１に示す力検出装置１のＡ−Ａ´線に沿う模式断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図２中の上側を「上」又は「上方」、下側を「下」又は「下方」と言う。また、図１には、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を有する３次元座標を想定する。そして、平面視（第１の基板（第１の部材）４及び第２の基板（第２の部材）５の平面視）で、前記３次元座標の原点（第２の基板５上）に、基準点Ｐを設定する。また、各感圧素子３の出力値、すなわち、各感圧素子３から出力される電圧の値（電圧値）をそれぞれ図１に示すように、１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、及び４ｂとし、対応する感圧素子３に記載する。
【００４４】
図１及び図２に示す力検出装置１は、力（応力）（モーメントを含む）を検出する機能を有する。この力検出装置１は、加えられた応力に応じて信号を出力する検出部２と、図示しない力検出回路と、弾性又は可撓性を有する接着剤層８とを備えている。
図１及び図２に示すように、検出部２は、互いに対向配置された第１の基板４及び第２の基板５と、加えられた応力に応じて信号を出力する８つの感圧素子３と、４つの弾性体６と、を有している。なお、第１の基板４と、第２の基板５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１の基板４を力が加わる側の基板として説明する。また、感圧素子３の数、弾性体６の数は、それぞれ、前記の数に限定されるものではなく、感圧素子３の数は、例えば、２つでもよく、また、弾性体６の数は、例えば、１つでもよい。
【００４５】
第１の基板４及び第２の基板５の形状は、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、正方形（四角形）をなしている。この第１の基板４と第２の基板５とは、所定距離を隔てて、互いに対向するように設置されている。第１の基板４と第２の基板５とは、接着剤層８により接着（固定）されている。この接着剤層８は、１対の感圧素子３の周囲に、その１対の感圧素子３を囲うように、１周に亘って形成されている。なお、接着剤層８は弾性又は可撓性を有しているので、弾性体６に加わった応力は、第１の基板４を介して、１対の感圧素子３に伝達される。なお、第１の基板４及び第２の基板５の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、各種の樹脂材料等を用いることができる。
各感圧素子３は、それぞれ、第１の基板４と第２の基板５との間に設けられている。各感圧素子３は、同様であるので、以下では、代表的に、１つの感圧素子３について説明する。なお、ここでは、感圧素子３の構造を中心に説明し、各感圧素子の配置や形状等については、後で述べる。
【００４６】
感圧素子３は、互いに対向するように配置された１対の基板電極３１，３２と、その１対の基板電極３１，３２の間に設けられた感圧導電体層（感圧部材）３３とを有している。第２基板電極３２は、１つの弾性体６に対応するように設けられた１対の感圧素子３の共通電極であり、第２の基板５上に形成されている。また、第１基板電極３１は、個別電極であり、第１の基板４上に形成されている。なお、第１基板電極３１を共通電極とし、第２基板電極３２を個別電極としてもよく、また、基板電極３１，３２をそれぞれ個別電極としてもよい。
【００４７】
基板電極３１，３２の構成材料としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄、又はこれらを含む合金等が挙げられる。
感圧導電体層３３は、弾性を有する層状の母材及びその母材中に分散され、導電性を有する複数のフィラーとを備えている。この感圧導電体層３３は、加わった力に応じて変形し、接触し合うフィラーの量や面積が変化し、これにより、感圧素子３から、加わった力に応じた電圧（信号）が出力される。感圧導電体層３３は、第２の基板５の厚み方向で見た平面視で、基板電極３１，３２とオーバーラップする第１の部分１４と、第１の部分１４を囲む第２の部分９と、を備えている。感圧導電体層３３は、感圧導電体層３３に応力が付与された場合に、感圧導電体層３３の第１の部分１４には、第１の応力がかかり、第２の部分９の基板電極３１，３２とオーバーラップしない部分には、第１の応力よりも大きい第２の応力がかかる。感圧導電体層３３の第２の部分９の厚さは、第１の部分１４の厚さよりも薄くなっている。これにより、感圧導電体層３３の変形による力の分散の影響を受けずに、力を検出することができる。
【００４８】
ここで、感圧導電体層３３の変形による力の分散の影響を説明する。
図３は、本実施形態に係る感圧導電体層３３の変形による力の分散の影響を説明する図である。（Ａ）は本実施形態に係る力検出装置１を示す模式断面図、（Ｂ）は従来の力検出装置を示す模式断面図である。
【００４９】
従来の力検出装置は、図３（Ｂ）の矢印Ｄに示すように、基板電極外で検出できない領域にも力が加わっていた。本実施形態に係る力検出装置１は、図３（Ａ）の矢印Ｃに示すように、力はすべて基板電極に伝わるようになる。
【００５０】
感圧導電体層３３の母材の構成材料としては、絶縁性を有する弾性材料であれば特に限定されず、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムのような各種ゴム材料や、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマーが挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を混合して用いることができる。
【００５１】
また、感圧導電体層３３のフィラーの構成材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されず、例えば、金、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄、又はこれらを含む合金、カーボン等が挙げられる。
図２に戻り、各弾性体６は、それぞれ、第１の基板４の１対の感圧素子３が設けられた面とは反対側の面に設けられている。すなわち、１対の感圧素子３に対して１つの弾性体６が設けられている。各弾性体６に加わった応力は、第１の基板４を介して、それぞれ、対応する１対の感圧素子３に伝達される。弾性体６の第１の基板４との接触面が円形であり、かつ第１基板電極の形状が円形である。これにより、平面視で、加わる応力の方向による弾性体６の変形量の依存性を抑制することができる。例えば、円形断面によって、せん断力に等方的に対応できる。各弾性体６は、同様であるので、以下では、代表的に、１つの弾性体６について説明する。
【００５２】
弾性体６は、第１の基板４と反対側から第１の基板４側に向って横断面での面積が漸減する部位を有しており、弾性体６の第１の基板４が設けられた面とは反対側の面、すなわち上面６１の面積Ｓ１は、第１の基板４側の面、すなわち下面６２の面積Ｓ２よりも大きい。具体的には、弾性体６は、円錐台状をなしている。すなわち、弾性体６の上面６１及び下面６２は、それぞれ、円形をなし、上面６１の中心軸と下面６２の中心軸とは一致しており、弾性体６の横断面での面積は、上面６１から下面６２まで漸減している。
弾性体６の上面６１及び下面６２が、それぞれ、円形をなすことにより、平面視で、各弾性体６に加わる応力の方向による弾性体６の変形量の依存性を抑制することができる。すなわち、平面視で、各弾性体６に加わるすべての方向の応力を適正（均一）に検出することができる。
【００５３】
また、弾性体６の第１の基板４が設けられた面とは反対側の面の面積は、第１の基板４側の面の面積よりも大きいので、検出部２の上面において、弾性体６のない部位が少なくなり、検出部２が潰れ難く、信頼性が高くなる。また、弾性体６の第１の基板４側の面の面積は、第１の基板４が設けられた面とは反対側の面の面積よりも小さいので、各弾性体６に加えられる応力を感圧素子３に集中させることができ、これにより、応力の検出において検出感度を向上させることができる。
【００５４】
また、弾性体６の上面６１の面積Ｓ１と下面６２の面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、１．１以上、９以下であることが好ましく、２以上、４以下であることがより好ましい。これにより、検出部２をより潰れ難くすることができ、また、各弾性体６に加えられる応力を感圧素子３に集中させることができる。
また、弾性体６の上面６１の面積Ｓ１は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、５ｍｍ2以上、５００ｍｍ2以下であることが好ましく、１０ｍｍ2以上、１００ｍｍ2以下であることがより好ましい。これにより、検出部２をより潰れ難くすることができる。
【００５５】
また、弾性体６の下面６２の面積Ｓ２は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、０．５ｍｍ2以上、３００ｍｍ2以下であることが好ましく、３ｍｍ2以上、３０ｍｍ2以下であることがより好ましい。これにより、各弾性体６に加えられる応力を感圧素子３に集中させることができる。
また、弾性体６の図２中の上下方向（軸方向）の長さＬは、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、０．５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以上、５ｍｍ以下であることがより好ましい。これにより、各弾性体６に加えられる応力を感圧素子３に伝達することができる。
【００５６】
各弾性体６は、図１に示すように、平面視で、基準点Ｐの回りに配置されている。この場合、各弾性体６は、平面視で、弾性体６の中心と基準点Ｐとの距離が等距離となり、かつ等角度間隔（図示の構成では、９０°間隔）で配置されている。すなわち、各弾性体６は、平面視で、基準点Ｐを中心とする同一の円上に、等角度間隔で配置されている。また、２つの弾性体６の平面視での中心は、それぞれ、ｘ軸（直線）上に位置し、また、残りの２つの弾性体６の平面視での中心は、それぞれ、ｙ軸（直線）上に位置している。これにより、偏りなく応力を検出することができる。なお、ｘ軸は、基準点Ｐ及び前記２つの弾性体６の中心を通る直線であり、ｙ軸は、基準点Ｐ及び前記残りの２つの弾性体６の中心を通る直線である。
【００５７】
なお、弾性体６の構成材料としては、弾性材料であれば特に限定されず、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムのような各種ゴム材料や、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマーが挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を混合して用いることができる。
【００５８】
以下では、各感圧素子３を区別しない場合は、「感圧素子３」と言い、区別する場合は、「感圧素子１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ」と言う。
各感圧素子１Ｂ，１Ａ，２Ｂ，２Ａ，３Ｂ，３Ａ，４Ｂ，４Ａは、図１中の時計回りに、この順序で配置されている。そして、１対の感圧素子１Ａ，１Ｂは、共通の弾性体６の下方に配置されている。また、同様に、１対の感圧素子２Ａ，２Ｂは、共通の弾性体６の下方に配置されている。また、同様に、１対の感圧素子３Ａ，３Ｂは、共通の弾性体６の下方に配置されている。また、同様に、１対の感圧素子４Ａ，４Ｂは、共通の弾性体６の下方に配置されている。
【００５９】
前述したように、１対の感圧素子１Ａ，１Ｂ及びその上方に設置された弾性体６と、１対の感圧素子２Ａ，２Ｂ及びその上方に設置された弾性体６と、１対の感圧素子３Ａ，３Ｂ、及びその上方に設置された弾性体６と、１対の感圧素子４Ａ，４Ｂ及びその上方に設置された弾性体６とは、同様であるので、以下では、代表的に、感圧素子１Ａ，１Ｂ及びその上方に設置された弾性体６について説明する。
【００６０】
まず、感圧素子１Ａ，１Ｂは、それぞれ、平面視で、半円状をなしている。また、平面視で、感圧素子１Ａと感圧素子１Ｂとは、ｙ軸を挟んで、互いに離間するようにｙ軸の両側に配置されている。また、感圧素子１Ａと感圧素子１Ｂとは、ｙ軸に対して線対称に配置されている。１つの弾性体６に対応する各第２基板電極３２は、ｙ軸に対して線対称に配置されている。これにより、せん断力、回転モーメントを精度よく検出できる。また、平面視で、感圧素子１Ａと感圧素子１Ｂとは、感圧素子１Ａの半円状の円弧の両端部を結ぶ直線部と感圧素子１Ｂの半円状の円弧の両端部を結ぶ直線部とが対向配置されている。なお、半円状には、完全な半円のみならず、半円の一部が欠けているもの等も含まれる。
これにより、弾性体６を安定して支持することができ、平面視で、各弾性体６に加わる応力の方向による弾性体６の変形量の依存性を抑制することができる。すなわち、平面視で、各弾性体６に加わるすべての方向の応力を適正（均一）に検出することができる。
【００６１】
なお、平面視で、感圧素子３Ａと感圧素子３Ｂとは、ｙ軸に対して線対称に配置されており、感圧素子２Ａと感圧素子２Ｂとは、ｘ軸に対して線対称に配置されており、感圧素子４Ａと感圧素子４Ｂとは、ｘ軸に対して線対称に配置されている。
ここで、感圧素子１Ａ，１Ｂの平面視で、弾性体６の第１の基板４側の面、すなわち、下面６２は、感圧素子１Ａ，１Ｂとオーバーラップしている。この場合、下面６２の円は、感圧素子１Ａ，１Ｂで形成される円よりも若干大きい。これにより、弾性体６の上面６１に加わった応力を感圧素子１Ａ，１Ｂに伝達することができる。
【００６２】
なお、感圧素子１Ａ，１Ｂの平面視で、弾性体６の下面６２が感圧素子１Ａ，１Ｂとオーバーラップしていなくてもよく、また、弾性体６の上面６１、下面６２は、それぞれ、円形でなくてもよいことは、言うまでもない。弾性体６の上面６１、下面６２の他の形状としては、例えば、三角形、四角形、及び五角形等の多角形、楕円、半楕円、及び半円等が挙げられる。
また、感圧素子１Ａ，１Ｂの形状は、それぞれ、平面視で、半円状に限らず、その他、例えば、三角形、四角形、及び五角形等の多角形、楕円、半楕円、及び円等が挙げられる。
なお、検出部２の各部の接合方法は、特に限定されず、例えば、接着剤による接着等が挙げられる。
【００６３】
図４は、弾性体６の他の構成例を示す模式側面図である。なお、以下では、説明の都合上、図４中の上側を「上」又は「上方」、下側を「下」又は「下方」と言う。ここで、弾性体６の形状は、前述したものには限定されず、その上面６１の面積が下面６２の面積よりも大きいものであればいかなる形状であってもよい。以下、図４に基づいて、弾性体６の他の構成例を説明する。
図４（Ａ）に示す弾性体６は、側面が湾曲凹面になっている。また、図４（Ｂ）に示す弾性体６は、側面が湾曲凸面になっている。また、図４（Ｃ）に示す弾性体６は、側面に段差が形成されている。また、図４（Ｄ）に示す弾性体６は、第１の基板４側から第２の基板５側に向って横断面での面積が漸減する部位の他、図中の上下方向の途中に、第１の基板４側から第２の基板５側に向って横断面での面積が漸増する部位を有している。
【００６４】
次に、力検出装置１の図示しない力検出回路について説明する。
検出部２で検出された信号（電圧）は、図示しない力検出回路に入力される。
力検出回路は、入力された信号を用いて、下記のように演算し、出力する機能を有する。すなわち、力検出回路は、下記のようにして、全ての弾性体６に加わる圧力Ｆａ、ｘ軸方向のせん断力Ｆｘ、ｙ軸方向のせん断力Ｆｙ、ｘ軸回りのモーメントＭｘ、ｙ軸回りのモーメントＭｙ、及びｚ軸回りのモーメントＭｚを求め、出力する。
【００６５】
なお、例えば、ｘ軸方向の正方向にせん断力が加わると、感圧素子１Ａ，１Ｂ上の弾性体６は、ｘ軸方向の正方向に向って倒れるように変形する。これにより、弾性体６の感圧素子１Ａ側の部位は圧縮されて収縮し、感圧素子１Ｂ側の部位は相対的に伸長する。このため、ｘ軸方向のせん断力Ｆｘは、電圧値１ａと電圧値１ｂとの差分に比例する。せん断力は、この原理を用いて算出している。
また、例えば、ｘ軸回りのモーメントＭｘが加わると、感圧素子１Ａ，３Ａ上の弾性体６の一方は、圧縮されて収縮し、他方は、相対的に伸長する。このため、ｘ軸回りのモーメントＭｘは、電圧値１ａと電圧値３ａとの差分に比例する。モーメントは、この原理を用いて算出している。
【００６６】
まず、全ての弾性体６に加わる圧力Ｆａは、下記のようにして求める。
Ｆａ＝（１ａ＋１ｂ）＋（２ａ＋２ｂ）＋（３ａ＋３ｂ）＋（４ａ＋４ｂ）
また、ｘ軸方向のせん断力Ｆｘは、下記のようにして求める。
Ｆｘ∝（１ａ−１ｂ）＋（３ｂ−３ａ）
また、ｙ軸方向のせん断力Ｆｙは、下記のようにして求める。
Ｆｙ∝（４ａ−４ｂ）＋（２ｂ−２ａ）
【００６７】
また、ｘ軸回りのモーメントＭｘは、下記のようにして求める。
Ｍｘ∝（３ａ＋３ｂ）−（１ａ＋１ｂ）
また、ｙ軸回りのモーメントＭｙは、下記のようにして求める。
Ｍｙ∝（２ａ＋２ｂ）−（４ａ＋４ｂ）
また、ｚ軸回りのモーメントＭｚは、下記のようにして求める。
Ｍｚ∝（１ａ−１ｂ）＋（２ａ−２ｂ）＋（３ａ−３ｂ）＋（４ａ−４ｂ）
【００６８】
以上説明したように、この力検出装置１によれば、弾性体６の上面６１の面積は、その下面６２の面積よりも大きいので、潰れ難く、信頼性が高い。
また、弾性体６の下面６２の面積は、その上面６１の面積よりも小さいので、加えられる応力を感圧素子３に集中させることができ、これにより応力を検出することができる。
また、１つの弾性体６に対して１対の感圧素子３が設けられているので、せん断力を検出することができる。
【００６９】
また、１対の感圧素子３を４組有しているので、ｘ軸回りのモーメント、ｙ軸回りのモーメント、及びｚ軸回りのモーメントを検出することができる。また、せん断力についてもｘ軸方向のせん断力、ｙ軸方向のせん断力を検出することができる。
このように、この力検出装置１では、比較的少ない感圧素子３を用いて、各応力を検出することができ、その検出感度を向上させることができる。
【００７０】
本実施形態によれば、応力が付与された場合に、感圧導電体層３３の第１の部分１４には、第１の応力がかかり、第２の部分９の基板電極３１，３２とオーバーラップしない部分には、第１の応力よりも大きい第２の応力がかかることで押圧時の変形を第２の部分９に逃がすことにより、基板上において基板電極３１，３２以外の部分に感圧導電体層３３が接触しないことで、検出感度の低下を防ぎ、より高感度の力検出装置１を得ることが可能となる。また、感圧導電体層３３の変形による力の分散（荷重分散）の影響を小さくし、正確に力を検出できる。
【００７１】
＜第２実施形態＞
図５は、本実施形態に係る力検出装置１を示す模式断面図である。図６は、図５に示す力検出装置１のＢ−Ｂ´線に沿う模式断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図６中の上側を「上」又は「上方」、下側を「下」又は「下方」と言う。
以下、本実施形態について、前述した第１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。
【００７２】
図５及び図６に示すように、本実施形態の力検出装置１の第２基板電極３２の面積は、第１基板電極３１の面積の合計よりも大きい。具体的には、第１基板電極３１の形状が半円形であり、第２基板電極３２の形状が長方形である。そして第２基板電極３２の長方形の短辺が第１基板電極３１の直径よりも大きい。また、１つの弾性体６に対応する各第１基板電極３１は、ｙ軸に対して線対称に配置されている。これにより、せん断力、回転モーメントを精度よく検出できる。なお、第２基板電極３２は、第１基板電極３１の外周よりも大きければ、形状は問わない。
【００７３】
本実施形態によれば、接触力によって変化しやすい領域まで基板電極３１，３２でカバーすることにより、感圧導電体層３３の変形量を小さくすることができる。これによって厚さの差を小さくでき、薄型化できる。
【００７４】
＜第３実施形態＞
図７は、本実施形態に係る力検出装置１を示す模式図である。（Ａ）は模式平面図、（Ｂ）は模式断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図７（Ｂ）中の上側を「上」又は「上方」、下側を「下」又は「下方」と言う。
以下、本実施形態について、前述した第１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。
【００７５】
図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施形態の力検出装置１の感圧導電体層３３の第２の部分１０は、空孔を有する多孔質の（ポーラス）部材で構成されている。感圧導電体層３３の第２の部分１０の空孔密度は、第１の部分１４の空孔密度より小さい。
【００７６】
本実施形態によれば、感圧導電体層３３の第２の部分１０は、空孔を有する多孔質部材で構成される。感圧導電体層３３の第２の部分１０の空孔密度は、第１の部分１４の空孔密度より小さいことにより、感圧導電体層３３の変形による力の分散の影響を小さくし、正確に力を検出することができる。
【００７７】
＜第４実施形態＞
図８は、本実施形態に係る力検出装置１を示す模式図である。（Ａ）は模式平面図、（Ｂ）は模式断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図８（Ｂ）中の上側を「上」又は「上方」、下側を「下」又は「下方」と言う。
以下、本実施形態について、前述した第１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。
【００７８】
図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施形態の力検出装置１の感圧導電体層３３の第２の部分１１は、第２の基板５の平面視で、面方向に断続的に設けられた孔１２を有している。例えば、感圧導電体層３３は、面方向にミシン目状に設けられた孔１２を含んでいる。ミシン目状に設けられた孔１２は、第２の部分１１の第１基板電極３１及び第２基板電極３２とオーバーラップしない部分に設けられている。
【００７９】
なお、孔１２は、感圧導電体層３３の表面から裏面まで貫通した貫通孔１３を含んでいてもよい。これにより、孔１２は、感圧導電体層３３の表面から裏面まで貫通した貫通孔１３を含むことにより、感圧導電体層３３の変形による力の分散の影響を受けずに、力を検出することができる。
【００８０】
本実施形態によれば、感圧導電体層３３の第２の部分１１は、面方向に断続的に設けられた孔１２を有していることにより、感圧導電体層３３の変形による力の分散の影響を受けずに、力を検出することができる。
【００８１】
＜第５実施形態＞
図９は、本実施形態に係る力検出装置１を示す模式平面図である。
なお、以下では、説明の都合上、図９には、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を有する３次元座標を想定し、平面視での前記３次元座標の原点を基準点Ｐとする。また、各感圧素子３の出力値、すなわち、各感圧素子３から出力される電圧の値（電圧値）をそれぞれ図１に示すように、１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、３ａ、及び３ｂとし、対応する感圧素子３に記載する。また、各感圧素子３を区別しない場合は、「感圧素子３」と言い、区別する場合は、「感圧素子１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ」と言う。
【００８２】
以下、本実施形態について、前述した第１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。
図９に示すように、本実施形態の力検出装置１では、第１の基板４及び第２の基板５の形状は、それぞれ、円形をなしている。
また、弾性体６の数は、３つであり、感圧素子３の数は、６つである。すなわち、力検出装置１の検出部２は、１対の感圧素子３を３組有している。
【００８３】
各弾性体６は、平面視で、基準点Ｐの回りに配置されている。この場合、各弾性体６は、平面視で、弾性体６の中心と基準点Ｐとの距離が等距離となり、かつ等角度間隔（図示の構成では、１２０°間隔）で配置されている。すなわち、各弾性体６は、平面視で、基準点Ｐを中心とする同一の円上に、等角度間隔で配置されている。また、１つ目の弾性体６の平面視での中心は、ｙ軸上に位置し、また、２つ目の弾性体６の平面視での中心は、ｘ−ｙ平面上でｙ軸から時計回りに１２０°回転した位置にある直線９１上に位置し、また、３つ目の弾性体６の平面視での中心は、ｘ−ｙ平面上でｙ軸から時計回りに２４０°回転した位置にある直線９２上に位置している。これにより、偏りなく応力を検出することができる。
【００８４】
また、平面視で、感圧素子１Ａと感圧素子１Ｂとは、ｙ軸に対して線対称に配置されており、感圧素子２Ａと感圧素子２Ｂとは、直線９１に対して線対称に配置されており、感圧素子３Ａと感圧素子３Ｂとは、直線９２に対して線対称に配置されている。
また、力検出装置１の図示しない力検出回路は、入力された信号（電圧）を用いて、下記のように演算し、出力する機能を有する。すなわち、力検出回路は、下記のようにして、第１の基板４の全面に加わる圧力Ｆａ、ｘ軸方向のせん断力Ｆｘ、ｙ軸方向のせん断力Ｆｙ、ｘ軸回りのモーメントＭｘ、ｙ軸回りのモーメントＭｙ、及びｚ軸回りのモーメントＭｚを求め、出力する。
【００８５】
まず、第１の基板４の全面に加わる圧力Ｆａは、下記のようにして求める。
Ｆａ＝（１ａ＋１ｂ）＋（２ａ＋２ｂ）＋（３ａ＋３ｂ）
また、ｘ軸方向のせん断力Ｆｘは、下記のようにして求める。
Ｆｘ∝（１ａ−１ｂ）
また、ｙ軸方向のせん断力Ｆｙは、下記のようにして求める。
Ｆｙ∝（２ｂ−２ａ）＋（３ａ−３ｂ）
【００８６】
また、ｘ軸回りのモーメントＭｘは、下記のようにして求める。
Ｍｘ∝［（２ａ＋２ｂ）＋（３ａ＋３ｂ）］−２・（１ａ−１ｂ）
また、ｙ軸回りのモーメントＭｙは、下記のようにして求める。
Ｍｙ∝（２ａ＋２ｂ）−（３ａ＋３ｂ）
また、ｚ軸回りのモーメントＭｚは、下記のようにして求める。
Ｍｚ∝（１ａ−１ｂ）＋（２ａ−２ｂ）＋（３ａ−３ｂ）
この力検出装置１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
そして、この力検出装置１では、第１実施形態よりも少ない数の感圧素子３で検出を行うことができる。
【００８７】
＜第６実施形態＞
図１０は、本実施形態に係る力検出装置１を示す模式断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図１０中の上側を「上」又は「上方」、下側を「下」又は「下方」と言う。
以下、本実施形態について、前述した第１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。
【００８８】
図１０に示すように、本実施形態の力検出装置１の検出部２は、第１の基板４、第２の基板５、感圧素子３、及び弾性体６の他に、さらに、弾性体６の第１の基板４が設けられた面とは反対側の面に設けられた可撓性を有する基板７とを有している。基板７に加わった応力は、弾性体６、第１の基板４を介して、１対の感圧素子３に伝達される。
この力検出装置１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
なお、本実施形態は、第２〜第５実施形態にも適用することができる。
【００８９】
＜単腕ロボットの実施形態＞
次に、図１１に基づき、本実施形態のロボット５００である単腕ロボットを説明する。以下、本実施形態について、前述した第１〜第６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。
図１１は、本実施形態に係る力検出装置１００を用いた単腕ロボットの１例を示す図である。図１１の単腕ロボット５００は、基台５１０と、アーム連結体５２０と、アーム連結体５２０に設けられたエンドエフェクター５３０と、アーム連結体５２０とエンドエフェクター５３０との間に設けられた力検出装置１００とを有する。なお、力検出装置１００としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
【００９０】
基台５１０は、アーム連結体５２０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（図示せず）等を収納する機能を有する。また、基台５１０は、例えば、床、壁、天井、及び移動可能な台車上などに固定される。
アーム連結体５２０は、第１のアーム５２１、第２のアーム５２２、第３のアーム５２３、第４のアーム５２４、及び第５のアーム５２５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。アーム連結体５２０は、制御部の制御によって、各アーム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。
【００９１】
エンドエフェクター５３０は、対象物を把持する機能を有する。エンドエフェクター５３０は、第１の指５３１及び第２の指５３２を有している。アーム連結体５２０の駆動によりエンドエフェクター５３０が所定の動作位置まで到達した後、第１の指５３１及び第２の指５３２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。
力検出装置１００は、エンドエフェクター５３０に加えられる応力を検出する機能を有する。例えば、力検出装置１００は、接触圧、せん断力（すべり力）、面内回転モーメントを検出することができる。力検出装置１００が検出する力を基台５１０の制御部にフィードバックすることにより、単腕ロボット５００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１００が検出する力によって、単腕ロボット５００は、エンドエフェクター５３０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５００は、より安全に作業を実行することができる。
なお、図示の構成では、アーム連結体５２０は、合計５本のアーム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。アーム連結体５２０が、１本のアームに構成されている場合、２〜４本のアームによって構成されている場合、６本以上のアームによって構成されている場合も本発明の範囲内である。
【００９２】
＜複腕ロボットの実施形態＞
次に、図１２に基づき、本実施形態のロボット６００である複腕ロボットを説明する。以下、本実施形態について、前述した第１〜第６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。
図１２は、本実施形態に係る力検出装置１００を用いた複腕ロボットの１例を示す図である。図１２の複腕ロボット６００は、基台６１０と、第１のアーム連結体６２０と、第２のアーム連結体６３０と、第１のアーム連結体６２０に設けられたエンドエフェクター６４０ａと、第２のアーム連結体６３０に設けられたエンドエフェクター６４０ｂと、第１のアーム連結体６２０とエンドエフェクター６４０ａとの間及び第２のアーム連結体６３０とエンドエフェクター６４０ｂとの間に設けられた力検出装置１００を有する。なお、力検出装置１００としては、前述した各実施形態と同様のものを用いる。
【００９３】
基台６１０は、第１のアーム連結体６２０及び第２のアーム連結体６３０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（図示せず）等を収納する機能を有する。また、基台６１０は、例えば、床、壁、天井、及び移動可能な台車上などに固定される。
第１のアーム連結体６２０は、第１のアーム６２１及び第２のアーム６２２を回動可能に連結することにより構成されている。第２のアーム連結体６３０は、第１のアーム６３１及び第２のアーム６３２を回動可能に連結することにより構成されている。第１のアーム連結体６２０及び第２のアーム連結体６３０は、制御部の制御によって、各アーム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。
【００９４】
エンドエフェクター６４０ａ，６４０ｂは、対象物を把持する機能を有する。エンドエフェクター６４０ａは、第１の指６４１ａ及び第２の指６４２ａを有している。エンドエフェクター６４０ｂは、第１の指６４１ｂ及び第２の指６４２ｂを有している。第１のアーム連結体６２０の駆動によりエンドエフェクター６４０ａが所定の動作位置まで到達した後、第１の指６４１ａ及び第２の指６４２ａ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のアーム連結体６３０の駆動によりエンドエフェクター６４０ｂが所定の動作位置まで到達した後、第１の指６４１ｂ及び第２の指６４２ｂ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。
【００９５】
力検出装置１００は、エンドエフェクター６４０ａ，６４０ｂに加えられる応力を検出する機能を有する。力検出装置１００が検出する力を基台６１０の制御部にフィードバックすることにより、複腕ロボット６００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１００が検出する力によって、複腕ロボット６００は、エンドエフェクター６４０ａ，６４０ｂ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、及び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６００は、より安全に作業を実行することができる。
【００９６】
なお、図示の構成では、アーム連結体は合計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６００が３本以上のアーム連結体を有している場合も、本実施形態の範囲内である。
以上、本実施形態の力検出装置及びロボットを、図示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。
【００９７】
また、本実施形態は、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。
また、前記実施形態では、感圧素子として、感圧導電体を用いたものを使用しているが、本実施形態では、加えられる応力に応じて出力が変化するものであればこれに限定されず、その他、例えば、圧電体等を用いたものが挙げられる。
【００９８】
また、本実施形態のロボットでは、力検出装置は、アーム連結体とエンドエフェクターとの間に設置されているが、本実施形態では、これに限定されず、例えば、力検出装置の検出部をエンドエフェクターの指先等に設置し、力検出装置を触覚センサーとして用いてもよい。
また、本実施形態のロボットは、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。
また、本実施形態の力検出装置は、ロボットに限らず、他の装置、例えば、電子部品搬送装置等の搬送装置、電子部品検査装置等の検査装置、切削（研削）装置等の加工装置、自動車等の移動体、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、及び入力装置等にも適用することができる。例えば、ポインティングデバイスにも適用できる。これにより、指先をほとんど動かすことなくカーソル移動の移動や画面のスクロールといった操作を実施可能となる。
【００９９】
（変形例）
図１３は、本変形例に係る力検出装置１を示す模式断面図である。（Ａ）は第２の部分９が平面を示す図、（Ｂ）は第２の部分９が曲面を示す図である。図１４は、本変形例に係る感圧導電体層３３を示す模式平面図である。
【０１００】
上記した第１実施形態において、第２の部分９の形状に限定されず、例えば、図１３（Ａ）及び（Ｂ）に示す形状でもよい。
【０１０１】
第２の部分９の形状は、図１３（Ａ）に示すように、平面であってもよいし、図１３（Ｂ）に示すように、曲面であってもよい。これにより、応力集中が起きにくく、破損しにくくなる。また、図１４に示すように、感圧導電体層３３の基板電極３１，３２周辺部に基板電極３１，３２に挟まれる領域より厚さの薄い領域を設ける場合、型で成型してもよいし、削ってもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
１…力検出装置  ２…検出部  ３，１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ…感圧素子  ４…第１の基板（第１の部材）  ５…第２の基板（第２の部材）  ６…弾性体  ７…基板（部材）  ８…接着剤層  ９，１０，１１…第２の部分  １２…孔  １３…貫通孔  １４…第１の部分  ３１…第１基板電極（第１部材電極）  ３２…第２基板電極（第２部材電極）  ３３…感圧導電体層（感圧部材）  ６１…上面  ６２…下面  ９１，９２…直線  １００…力検出装置  ５００…単腕ロボット  ５１０…基台  ５２０…アーム連結体  ５２１…第１のアーム  ５２２…第２のアーム  ５２３…第３のアーム  ５２４…第４のアーム  ５２５…第５のアーム  ５３０…エンドエフェクター  ５３１…第１の指  ５３２…第２の指  ６００…複腕ロボット  ６１０…基台  ６２０…第１のアーム連結体  ６２１…第１のアーム  ６２２…第２のアーム  ６３０…第２のアーム連結体  ６３１…第１のアーム  ６３２…第２のアーム  ６４０ａ…エンドエフェクター  ６４１ａ…第１の指  ６４２ａ…第２の指  ６４０ｂ…エンドエフェクター  ６４１ｂ…第１の指  ６４２ｂ…第２の指。
【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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