(57)【要約】【課題】周囲から作用した外力に対する力成分を高精度に検出することができ、且つ、全体構成をコンパクトにすることができる多軸力センサを提供する。【解決手段】６軸力センサ１０は、１方向の押圧力を検出可能な圧力センサ１６を複数設けてなるセンサユニット１１と、センサユニット１１の周囲に設けられ、作用した外力をセンサユニット１１に伝達可能に構成されたカバー１２と、各圧力センサ１６からの検出値に基づき、外力の複数軸方向の力成分を演算により求める演算部１３とを備えている。センサユニット１１は、相互に異なる方向からの押圧力を検出可能に各圧力センサ１６が配置され、カバー１２に直交３軸方向の何れの方向から外力が作用したときでも、各圧力センサ１６の少なくとも一部で押圧力を検出可能に設けられる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１方向の押圧力を検出可能な圧力センサを複数設けてなるセンサユニットと、当該センサユニットの周囲に設けられ、作用した外力を前記センサユニットに伝達可能に構成されたカバーと、前記各圧力センサからの検出値に基づき、前記外力の複数軸方向の力成分を演算により求める演算部とを備えた多軸力センサにおいて、
前記センサユニットは、相互に異なる方向からの押圧力を検出可能に前記各圧力センサが配置され、前記カバーに直交３軸方向の何れの方向から外力が作用したときでも、前記各圧力センサの少なくとも一部で前記押圧力を検出可能に設けられていることを特徴とする多軸力センサ。
【請求項２】
前記圧力センサは、多面体からなる内部支持体の各外面それぞれに対し、少なくとも１箇所ずつ固定されて、前後、左右、及び上下の各方向からの押圧力を検出可能に配置され、
前記演算部では、直交３軸方向の並進力と、当該３軸周りのモーメントとからなる６軸方向の力成分を求めることを特徴とする請求項１記載の多軸力センサ。
【請求項３】
前記圧力センサは、６面体からなる前記内部支持体の各外面それぞれに対し、２箇所ずつ固定されていることを特徴とする請求項２記載の多軸力センサ。
【請求項４】
前記圧力センサは、前後方向、左右方向、及び上下方向に対称となるように配置されることを特徴とする請求項２又は３記載の多軸力センサ。
【請求項５】
前記センサユニットは、前記圧力センサを起立させた状態で支持するベースを含み、
前記圧力センサは、前記ベースに対して所定の角度で傾斜した状態で起立するように配置されるとともに、前記カバーに作用した外力に応じて、前記ベースとの接合部分を固定端として当該ベースに離間接近する方向に変位可能に配置され、
前記演算部では、所定平面上の直交２軸のせん断力と、当該所定平面に対する押圧力とからなる３軸方向の力成分を求めることを特徴とする請求項１記載の多軸力センサ。
【請求項６】
前記圧力センサは、前記直交２軸の各軸において、前記カバーに作用した外力により、相反する向きに変位可能となるように、前記ベースの複数領域に設けられていることを特徴とする請求項５記載の多軸力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作用した外力の多軸方向の力成分を検出可能な多軸力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近時において、人間と共生するロボットの実用化が進められているが、当該ロボットは、人間との行動範囲が重複するため、人間との接触による安全性を確保することが重要になる。そこで、例えば、ロボットハンドには、直交３軸方向にそれぞれ作用する並進力や当該直交３軸周りのモーメントを検出する６軸力センサや、表面に作用する押圧力やせん断力を検出する触覚センサ等が適宜配置され、当該６軸力センサや触覚センサの検出値に基づいて、ロボットハンドに人間や物体が接触した際のロボットハンドの動作制御を行っている。
【０００３】
前記６軸力センサとしては、特許文献１、２にも記載されているように、ひずみゲージ式の力センサと静電容量式の力センサとがある。これら各文献に記載されている通り、従来のひずみゲージ式の力センサでは、構造が複雑になるためコンパクトさに欠けることから、設置の自由度が少なく、例えば、ロボットアームやロボットハンドに多数配置することは困難である。そこで、特許文献１、２には、ロボットに適用される６軸力センサとして、静電容量式の力センサが提案されている。
【０００４】
また、特許文献３には、直交３軸の各軸方向に対応して反応する誘電層を３層積層し、作用する外力につき、２方向のせん断力と１方向の圧縮力を検出する触覚センサが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１４５４９７号公報
【特許文献２】特開２００７−１０８０７９号公報
【特許文献３】特開２０１２−２４７２９７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、前記特許文献１に係る力センサにあっては、その構造上、作用した外力に応じて静電容量を変化させる電極部分の変位幅を大きく確保する必要があり、このことが、検出値の正確な取得の阻害要因となる。また、前記特許文献２に係る力センサにあっては、各種センサや球体等が複雑に配置されており、コンパクトな構成とすることができない。しかも、センサへの外力の作用部が板状（同文献における上板２）になっており、上板２に作用した外力に対する６軸方向の力成分しか検出できず、上板２を除く周囲から作用した外力に対する６軸方向の力成分を検出することができない。
【０００７】
また、前記特許文献３の触覚センサは、各軸方向の変形に応じて異なる特性の異方性センサとなる誘電層を３層積層しなければならず、この積層構造により、センサの小型化を実現しにくくなるばかりか、空間分解能が低下し、素早い反応が得られにくい。
【０００８】
本発明は、以上の課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、周囲から作用した外力に対する力成分を高精度に検出することができ、且つ、全体構成をコンパクトにすることができる多軸力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】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明は、主として、１方向の押圧力を検出可能な圧力センサを複数設けてなるセンサユニットと、当該センサユニットの周囲に設けられ、作用した外力を前記センサユニットに伝達可能に構成されたカバーと、前記各圧力センサからの検出値に基づき、前記外力の複数軸方向の力成分を演算により求める演算部とを備えた多軸力センサにおいて、前記センサユニットは、相互に異なる方向からの押圧力を検出可能に前記各圧力センサが配置され、前記カバーに直交３軸方向の何れの方向から外力が作用したときでも、前記各圧力センサの少なくとも一部で前記押圧力を検出可能に設けられる、という構成を採っている。
【００１０】
なお、本特許請求の範囲及び本明細書において、特に明示しない限り、位置或いは方向を表す用語として、全て同一方向に多軸力センサを表示した図１、図３（Ａ）、或いは図５を基準とする。すなわち、特に明示しない限り、「前」は、各図の座標軸のうちｘ軸方向における図中手前側を意味し、「後」は、同ｘ軸方向における同奥行側を意味し、「右」は、同ｙ軸方向における同右側（同手前側）を意味し、「左」は、同ｙ軸方向における同左側（同奥行側）を意味し、「上」は、同ｚ軸方向における同上側を意味し、「下」は、同ｚ軸方向における同下側を意味する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、１方向の押圧力を検出可能な圧力センサを複数配置する際、相互に異なる方向からの押圧力を検出可能となるように、圧力センサにおける検出面を相互に異なる空間上の面に配置することができ、これにより各圧力センサのコンパクトな配置が可能となり、製造コストの低廉化が期待できる。また、この構成により、特許文献１の力センサのように電極部分の変位幅を大きく確保する必要がなくなり、当該力センサに比べ、感受性を向上させることができる。また、カバーに直交３軸方向の何れの方向から外力が作用したときでも、各圧力センサの少なくとも一部で押圧力を検出可能とするように、圧力センサにおける検出面を相互に異なる空間上の面に配置できるため、センサユニットの周囲の空間から作用した外力に対する力成分を高精度に検出することができる。
【００１２】
更に、圧力センサが、ベースに対して所定の角度で傾斜した状態で起立するように配置されるとともに、カバーに作用した外力に応じて、ベースとの接合部分を固定端として当該ベースに離間接近する方向に変位可能に配置される構造となっているため、所定平面上の直交２軸のせん断力と、当該所定平面に対する押圧力とからなる３軸方向の力成分を求める３軸力センサとして、コンパクトな構成にすることができ、製造コストの低廉化が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る６軸力センサの概略斜視図を含む全体構成図。
【図２】（Ａ）は、図１を右側方（同図中Ａ方向）から見た概略断面図であり、（Ｂ）は、同図を後方（同図中Ｂ方向）から見た概略断面図であり、（Ｃ）は、同図を上方（同図中Ａ方向）から見た概略断面図である。
【図３】（Ａ）は、図１の６軸力センサを構成するセンサユニットの概略斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の一部分解斜視図である。
【図４】前記センサユニットを構成する圧力センサの概略斜視図。
【図５】第２実施形態に係る６軸力センサの一部を分解した概略斜視図を含む全体構成図。
【図６】図５を後方から見た一部断面図。
【図７】（Ａ）は、第３実施形態に係る３軸力センサの概略斜視図を含む全体構成図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の３軸力センサを構成するセンサユニットの概略斜視図である。
【図８】図７のセンサユニットの概略平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
【００１５】
図１には、第１実施形態に係る６軸力センサの概略斜視図を含む全体構成図が示されており、図２（Ａ）は、図１を右側方（図１中Ａ方向）から見た概略断面図であり、同図（Ｂ）は、同後方（同Ｂ方向）から見た概略断面図であり、同図（Ｃ）は、同上方（同Ａ方向）から見た概略断面図である。これらの図において、前記６軸力センサ１０は、作用した外力について、６軸方向の力成分、すなわち、直交３軸方向（図１中、ｘ−ｙ−ｚ軸方向）におけるそれぞれの並進力と当該各軸周りのそれぞれのモーメントとを検出可能に設けられている。なお、特に限定されるものではないが、本実施形態では、６軸力センサ１０は、その後端側が、連結部材Ｊを介して図示しないロボットの指先やロボットアーム等のロボットのエンドエフェクターに取り付けられる。
【００１６】
この６軸力センサ１０は、作用した外力について、前記３軸方向毎に押圧力を検出するセンサユニット１１と、センサユニット１１の外側を囲むように配置されたカバー１２と、センサユニット１１の検出結果に基づき、外力の６軸方向の力成分を演算により求める演算部１３とを備えている。
【００１７】
前記センサユニット１１は、図３にも示されるように、平面視Ｔ字のブロック形状をなす内部支持体１５（同図（Ｂ）参照）と、内部支持体１５の表面複数箇所に配置されるとともに、１方向の押圧力を検出可能な圧力センサ１６とにより構成されている。
【００１８】
前記内部支持体１５は、後側に位置する直方体状の第１の部分１５Ａと、第１の部分１５Ａの左右方向のほぼ中央位置で前方に連なるとともに、左右方向の幅が第１の部分１５Ａのほぼ半分のサイズに形成された立方体状の第２の部分１５Ｂとからなる。
【００１９】
前記圧力センサ１６は、図４に示されるように、同図中下側の固定電極１８と、作用した押圧力に応じて固定電極１８に離間接近可能に変位する同図中上側の可動電極１９とを備えた静電容量式の圧力センサが用いられている。すなわち、この圧力センサ１６では、可動電極１９が、固定電極１８に対して隙間を隔てて配置されており、可動電極１９への押圧力に基づく固定電極１８との離間距離の差に応じた静電容量の変化により、押圧力を検出可能になっている。特に限定されるものではないが、本実施形態では、可動電極１９としては、感受性を最適化できるベリリウム銅製のものが用いられ、可動電極１９の表面に、円柱ボタン状の突部１９Ａが形成されたものが採用されている。この突部１９Ａにより、固定電極１８の対向面にほぼ平行に可動電極１９が変位することになり、クロストークの最小化が可能になる。
【００２０】
この圧力センサ１６は、図２及び図３に示されるように、上下、左右、前後からの押圧力をそれぞれ検出可能となるように、内部支持体１５の外面の１２箇所に固定配置されている。
【００２１】
具体的に、上方からの押圧力を検出する圧力センサ１６としては、第１の部分１５Ａの上面に左右方向に並んで２箇所配置された第１、第２のセンサＳ１，Ｓ２と、第２の部分１５Ｂの上面に１箇所配置された第３のセンサＳ３とにより構成されている。一方、それと逆方向になる下方からの押圧力を検出する圧力センサ１６としては、第１、第２及び第３のセンサＳ１，Ｓ２，Ｓ３に相対するように、第１及び第２の部分１５Ａ，１５Ｂの下面に配置された第４、第５及び第６のセンサＳ４，Ｓ５，Ｓ６により構成されている。ここで、図２（Ｂ）に主として示されるように、第１及び第４のセンサＳ１，Ｓ４が上下方向に相対配置され、第２及び第５のセンサＳ２，Ｓ５が上下方向に相対配置され、同図（Ａ）に主として示されるように、第３及び第６のセンサＳ３，Ｓ６が上下方向に相対配置されている。
【００２２】
また、左方からの押圧力を検出する圧力センサ１６としては、第１の部分１５Ａの左側面１箇所に配置された第７のセンサＳ７と、第２の部分１５Ｂの左側面１箇所に配置されるとともに、第７のセンサＳ７に対して段差を介して前方に配置される第８のセンサＳ８とにより構成されている。一方、逆方向となる右方からの押圧力を検出する圧力センサ１６としては、第７及び第８のセンサＳ７，Ｓ８に左右対称に相対するように、第１及び第２の部分１５Ａ，１５Ｂの右側面の各１箇所に段差を介して配置された第９及び第１０のセンサＳ９，Ｓ１０により構成されている。ここで、図２（Ｃ）に主として示されるように、第７及び第９のセンサＳ７，Ｓ９が左右方向に相対配置され、第８及び第１０のセンサＳ８，Ｓ１０が左右方向に相対配置されている。
【００２３】
更に、前方からの押圧力を検出する圧力センサ１６としては、第２の部分１５Ｂの前面１箇所に配置された第１１のセンサＳ１１により構成されている。一方、逆方向となる後方からの押圧力を検出する圧力センサ１６としては、第１の部分１５Ａの後面１箇所に配置され、第１１のセンサＳ１１と前後対称に相対配置された第１２のセンサＳ１２により構成されている。
【００２４】
前記カバー１２は、特に限定されるものではないが、図１等に示されるように、ほぼ直方体状の外形をなし、また、図２に示されるように、カバー１２の内部には、センサユニット１１の各圧力センサ１６の突部１９Ａ（図４参照）が接触した状態で収容される空間１２Ａが形成されている。すなわち、カバー１２は、センサユニット１１を相対移動不能に支持しながら、センサユニット１１を被覆するようになっている。従って、カバー１２の各外面に対し、前後、左右、上下の何れかの方向から外力が作用したときでも、当該外力に基づく押圧力が各圧力センサ１６の何れかで検出されることになる。
【００２５】
前記演算部１３では、各圧力センサ１６の検出結果に基づき、次式により、カバー１２に作用した外力の６軸方向の力成分が演算される。
【００２６】
以下の式において、ｘ−ｙ−ｚ軸の３軸方向の並進力を（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）とし、同３軸方向の周りのモーメント（トルク）を（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）とする。なお、並進力Ｆ及びモーメントＭの次にマイナスを付した並進力及びモーメントは、当該文字が表す軸方向における反対方向の成分を表す。また、上下方向に相対する第１及び第４のセンサＳ１，Ｓ４の検出値をｆ１ａ，ｆ１ｂとし、上下方向に相対する第２及び第５のセンサＳ２，Ｓ５の検出値をｆ２ａ，ｆ２ｂとし、上下方向に相対する第３及び第６のセンサＳ３，Ｓ６の検出値をｆ３ａ，ｆ３ｂとする。また、左右方向に相対する第７及び第９のセンサＳ７，Ｓ９の検出値をｆ４ａ，ｆ４ｂとし、左右方向に相対する第８及び第１０のセンサＳ８，Ｓ１０の検出値をｆ５ａ，ｆ５ｂとする。更に、前後方向に相対する第１１及び第１２のセンサＳ１１，Ｓ１２の検出値をｆ６ａ，ｆ６ｂとする。更に、Ｋｎ（ｎ＝１、２・・・）、Ｌｎ（ｎ＝１、２・・・）は、予め設定されて演算部１３に記憶された定数であり、Ｋｎは、各圧力センサ１６の性能の差異に基づく調整等を行うための定数であり、Ｌｎは、当該各センサ間の調整の他に、基準地点（６軸力センサ１９の重心等）からの各圧力センサ１６の距離等を考慮した定数である。なお、次式では、クロストークの処理を省略している。
【００２７】
【数１】
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【００２８】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、前記第１実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一符号を用いるものとし、説明を省略若しくは簡略にする。
【００２９】
（第２実施形態）
本実施形態は、図５及び図６に示されるように、第１実施形態に対して形状の異なる６軸力センサ３０の構成とし、第１実施形態と同様に、６軸方向の力成分を検出可能としたものである。
【００３０】
前記６軸力センサ３０は、立方体状の内部支持体３２の各表面となる６面に、第１実施形態の圧力センサ１６と同様の原理の静電容量式の圧力センサ３３をそれぞれ配置してセンサユニット１１を構成したところに特徴を有する。なお、図示省略しているが、本実施形態においても、センサユニット１１の周囲にカバーが被覆され、当該カバーの各外面に対し、前後、左右、上下の何れかの方向から外力が作用したときに、当該外力に基づく押圧力が各圧力センサ３３の何れかで検出されるようになっている。
【００３１】
本実施形態で用いられる圧力センサ３３は、前記第１実施形態で用いた圧力センサ１６に対し、固定電極１８を２分割したような形状を有し、当該分割した可動電極１８は、相互に非干渉となるように構成され、一つの圧力センサ１６でモーメントの計測も可能に設けられている。
【００３２】
本実施形態において、内部支持体３２の上面に配置された圧力センサ３３では、上方からの押圧力を検出するようになっている。ここでの圧力センサ３３は、固定電極１８が左右に分割される向きで配置されており、説明の便宜上、左側の固定電極１８で信号検出される部分を第１のセンサＳ１と称し、右側の固定電極１８で信号検出される部分を第２のセンサＳ２と称する。一方、内部支持体３２の下面に配置された圧力センサ３３では、下方からの押圧力を検出するようになっている。ここでの圧力センサ３３も、固定電極１８が左右に分割される向きで配置されており、説明の便宜上、左側の固定電極１８で信号検出される部分を第３のセンサＳ３と称し、右側の固定電極１８で信号検出される部分を第４のセンサＳ４と称する。ここで、第１及び第３のセンサＳ１，Ｓ３が上下方向に相対配置され、第２及び第４のセンサＳ２，Ｓ４が上下方向に相対配置されることになる。
【００３３】
また、内部支持体３２の左側面に配置された圧力センサ３３では、左方からの押圧力を検出するようになっている。ここでの圧力センサ３３は、固定電極１８が前後に分割される向きで配置されており、説明の便宜上、前側の固定電極１８で信号検出される部分を第５のセンサＳ５と称し、後側の固定電極１８で信号検出される部分を第６のセンサＳ６と称する。一方、内部支持体３２の右側面に配置された圧力センサ３３では、右方からの押圧力を検出するようになっている。ここでの圧力センサ３３も、固定電極１８が前後に分割される向きで配置されており、説明の便宜上、前側の固定電極１８で信号検出される部分を第７のセンサＳ７と称し、後側の固定電極１８で信号検出される部分を第８のセンサＳ８と称する。ここで、第５及び第７のセンサＳ５，Ｓ７が左右方向に相対配置され、第６及び第８のセンサＳ６，Ｓ８が左右方向に相対配置されることになる。
【００３４】
更に、内部支持体３２の前面に配置された圧力センサ３３では、前方からの押圧力を検出するようになっている。ここでの圧力センサ３３は、固定電極１８が上下に分割される向きで配置されており、説明の便宜上、上側の固定電極１８で信号検出される部分を第９のセンサＳ９と称し、下側の固定電極１８で信号検出される部分を第１０のセンサＳ１０と称する。一方、内部支持体３２の後面に配置された圧力センサ３３では、後方からの押圧力を検出するようになっている。ここでの圧力センサ３３は、平面視コ字状の連結部材Ｊを貫通してその内側に露出するように配置されるとともに、固定電極１８が上下に分割される向きで配置されている。ここで、説明の便宜上、上側の固定電極１８で信号検出される部分を第１１のセンサＳ１１と称し、下側の固定電極１８で信号検出される部分を第１２のセンサＳ１２と称する。ここで、第９及び第１１のセンサＳ９，Ｓ１１が前後方向に相対配置され、第１０及び第１２のセンサＳ１０，Ｓ１２が前後方向に相対配置されることになる。
【００３５】
本実施形態における演算部１３では、次式により、各圧力センサ３３の検出結果を用いて、前記カバー（図示省略）に作用した外力の６軸方向の力成分が演算される。
【００３６】
以下の式においても、３軸方向の並進力と同各軸周りのモーメントを第１実施形態での説明と同様の文字で表し、ｘ−ｙ−ｚ軸の３軸方向の並進力を（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）とし、同３軸方向の周りのモーメント（トルク）を（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）とする。また、上下方向に相対する第１及び第３のセンサＳ１，Ｓ３の検出値をｆ１ａ，ｆ１ｂとし、上下方向に相対する第２及び第４のセンサＳ２，Ｓ４の検出値をｆ２ａ，ｆ２ｂとする。また、左右方向に相対する第５及び第７のセンサＳ５，Ｓ７の検出値をｆ３ａ，ｆ３ｂとし、左右方向に相対する第６及び第８のセンサＳ６，Ｓ８の検出値をｆ４ａ，ｆ４ｂとする。更に、前後方向に相対する第９及び第１１のセンサＳ９，Ｓ１１の検出値をｆ５ａ，ｆ５ｂとし、前後方向に相対する第１０及び第１２のセンサＳ１０，Ｓ１２の検出値をｆ６ａ，ｆ６ｂとする。更に、Ｋｎ、Ｌｎは、第１実施形態で説明した定数である。
【００３７】
【数２】
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【００３８】
従って、以上の第２実施形態によれば、第１実施形態の構造よりも一層コンパクトにすることができる。
【００３９】
（第３実施形態）
本実施形態は、多軸力センサとして、図７及び図８に示されるように、第１実施形態と実質的に同一となる構造の圧力センサ１６を用い、所定平面内の２軸方向（図７（Ａ）及び図８中、ｘ軸方向及びｙ軸方向）のせん断力と、同図中ｚ軸方向の押圧力とを検出可能な３軸力センサ４０を構成したところに特徴を有する。この３軸力センサ４０は、例えば、ロボットアーム等の表面に配置される触覚センサ等として用いられる。
【００４０】
前記３軸力センサ４０は、作用した外力について所定方向毎の大きさを検出するセンサユニット４１と、センサユニット４１の外側を囲むように配置され、弾性変形可能なゴム製のカバー４２と、センサユニット４１の検出結果に基づき、前記２軸方向のせん断力とｘ−ｙ軸平面に対する押圧力とを演算により求める演算部４３とを備えている。
【００４１】
本実施形態のセンサユニット４１は、同７（Ｂ）に示されるように、同図中下側に配置されるベース４５の複数部位において、圧力センサ１６がそれぞれ所定の角度（例えば、４５度）で起立支持されている。また、各圧力センサ１６は、カバー４２の周囲の何れかの方向から外力が作用したときに、当該外力に伴ってカバー４２が弾性変形することにより、ベース４５との接合部分を固定端としてベース４５に離間接近する方向に弾性変位可能に配置されている。
【００４２】
圧力センサ１６は、平面視ほぼ方形状となるベース４５の上面を４分割した第１〜第４の領域Ａ１〜Ａ４で、それぞれ傾斜方向が異なるように配置されている。すなわち、圧力センサ１６は、直交２軸の各軸方向（ｘ軸、ｙ軸方向）それぞれにおいて、カバー４２に作用した外力により相反する向きに変位可能となるように設けられている。また、各領域Ａ１〜Ａ４においては、それぞれ２個の圧力センサ１６，１６が相互に平行に配置されている。図８中左上の第１の領域Ａ１には、同図中左方に傾斜するように第１及び第２のセンサＳ１，Ｓ２が配置されている。また、同図中右上の第２の領域Ａ２には、同図中上方に傾斜するように第３及び第４のセンサＳ３，Ｓ４が配置されている。更に、同図中左下の第３の領域Ａ３には、同図中下方に傾斜するように第５及び第６のセンサＳ５，Ｓ６が配置されている。また、同図中右下の第４の領域Ａ４には、同図中右方に傾斜するように第７及び第８のセンサＳ７，Ｓ８が配置されている。すなわち、第１及び第４の領域Ａ１，Ａ４に配置された圧力センサ１６，１６は、ベース４５の中央に対して点対称に配置されており、カバー４２を圧縮する外力が作用すると、図８中左右方向となる横方向（ｘ軸方向）に沿って相互に反対方向に倒れるようになっている。また、第２及び第３の領域Ａ２，Ａ３に配置された圧力センサ１６，１６も、ベース４５の中央に対して点対称に配置されており、カバー４２を圧縮する外力が作用すると、同図中上下方向となる縦方向（ｙ軸方向）に沿って相互に反対方向に倒れるようになっている。なお、カバー４２に作用する外力に応じて圧力センサ１６がベース４５に対して変位し、当該外力がカバー４２に作用しなくなると、圧力センサ１６は、外力作用前の元の姿勢に弾性復帰するようになっている。
【００４３】
以上の構成により、例えば、カバー４２の上面に対して垂直方向（ｚ軸方向）の押圧力が作用すれば、第１〜第４の領域Ａ１〜Ａ４の圧力センサ１６は、ベース４５に向かって同一の変位量で倒れ、全て同一の検出値が得られる。一方、カバー４２の上面に対して、ｘ−ｙ軸方向にせん断力が作用すれば、第１〜第４の領域Ａ１〜Ａ４の圧力センサ１６のうち、せん断力の作用方向に傾斜配置されている圧力センサ１６が、最大の変位量となる。従って、第１〜第４の領域Ａ１〜Ａ４の圧力センサ１６の検出値を用いることで、ｘ−ｙ軸方向のせん断力とｚ軸方向の押圧力（圧縮力）とからなる３軸方向の力成分を検出可能となる。
【００４４】
前記演算部４３では、次式により、各圧力センサ１６の検出結果を用いて、カバー４２に作用した外力の前記３軸方向の力成分が演算される。ここで、第１〜第４の領域Ａ１〜Ａ４に２個ずつ設けられている圧力センサ１６の検出値から、第１〜第４の領域Ａ１〜Ａ４毎に検出値が１つずつ特定される。この特定は、各２個の圧力センサ１６，１６の平均値、最大値、最小値等、予め設定された処理に基づいて行われる。なお、各領域Ａ１〜Ａ４に設けられる圧力センサ１６としては、それぞれ１個ずつ、或いは３個以上にすることもできる。このように、第１〜第４の領域Ａ１〜Ａ４毎に、複数の圧力センサ１６を同じ向きに傾斜配置する構成を採ることにより、ベース４５の限られた領域内に、より多くの圧力センサ１６を配置することができ、コンパクトで空間分解能の高いセンサとすることができる。
【００４５】
以下の式において、ｘ軸方向のせん断力をＦｘとし、ｙ軸方向のせん断力をＦｙとし、ｚ軸方向の押圧力をＦｚとする。また、第１、第２、第３及び第４の領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４における圧力センサ１６の検出値をｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４とする。また、Ｋｎ（ｎ＝１、２・・・）は、予め設定されて演算部４３に記憶され、各圧力センサ１６の性能の差異に基づく調整等を行うための定数である。
【００４６】
【数３】
2016205942.tif 000005
【００４７】
なお、本発明における圧力センサとしては、前記各実施形態のベリリウム銅製の静電容量式の圧力センサ１６に限らず、同様に１方向の押圧力を検出可能な限り、種々の圧力センサを採用することができる。
【００４８】
また、圧力センサ１６として、固定電極１８の図４中上下両面に可動電極１９，１９を配置した構造のものを採用することもできる。この場合、１箇所につき２個の可動電極１９，１９からの検出値を用いることができるため、感受性を２倍にすることができる。
【００４９】
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  ６軸力センサ（多軸力センサ）
１１  センサユニット
１２  カバー
１３  演算部
１６  圧力センサ
３０  ６軸力センサ（多軸力センサ）
３３  圧力センサ
４０  ３軸力センサ（多軸力センサ）
４１  センサユニット
４２  カバー
４３  演算部
４５  ベース
Ａ１〜Ａ４  第１〜第４の領域
【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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