(57)【要約】  環境接触部２０は、半球殻状に形成されており環境面（例えば床面や壁面等）との接触面が球面状に形成されている。支持部３０は、環境接触部２０を第１軸周りと第１軸と直交する第２軸周りに移動可能に支持する。測距センサ４１ｘ，４１ｙは、環境接触部２０の端面２１１と当該端面２１１と対向するように支持部３０に設けられた対向面３４１との対向位置で、第１軸と第２軸に直交する第３軸周りに９０度の角度差で設けられている。環境接触部の端面２１１と支持部３０の対向面３４１との間に弾性体５１を有し、測距センサ４１ｘ，４１ｙは、環境面と環境接触部の接触面との接点に加わる力に応じて生じた支持部に対する環境接触部の変位、すなわち端面２１１と対向面３４１との間隔の変化を測定して、測定結果に基づき接線力を算出できるようにする。堅牢かつ簡易な構成で接線力を検出できるようになる。
2020115982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触面が球面状に形成されている環境接触部と、
前記環境接触部を第１軸周りと前記第１軸と直交する第２軸周りに移動可能に支持する支持部と、
環境面と前記環境接触部の接触面との接点に加わる力に応じて生じた前記支持部に対する前記環境接触部の変位を測定する変位測定部と
を備える検出装置。
【請求項２】
前記変位測定部は、前記第１軸と前記第２軸に直交する第３軸周りに所定の角度差を有して複数設けた
請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記所定の角度差を９０度とした
請求項２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記所定の角度差を１２０度として、前記変位測定部を３つ設けた
請求項２に記載の検出装置。
【請求項５】
前記環境接触部は半球殻状に形成されており、
前記変位測定部は、前記環境接触部の端面と当該端面と対向するように前記支持部に設けられた対向面との対向位置に設けた
請求項２に記載の検出装置。
【請求項６】
前記環境接触部の端面と前記支持部の対向面との間に弾性体を有し、
前記変位測定部は前記変位として前記環境接触部の端面と前記支持部の対向面との間隔を測定する
請求項５に記載の検出装置。
【請求項７】
前記変位測定部は、前記支持部に対する前記環境接触部の変位によって生じる前記環境接触部の端面と前記支持部の対向面間の圧力を測定する
請求項５に記載の検出装置。
【請求項８】
環境接触部に位置の基準となる基準被写体を設け、
前記変位測定部として二次元の撮像画を取得するイメージセンサを用いて、前記環境接触部の前記基準被写体を撮像範囲に含むように前記支持部に設け、
前記変位測定部は、前記支持部に対する前記環境接触部の変位によって生じる前記撮像画における前記基準被写体の位置変化を測定する
請求項１に記載の検出装置。
【請求項９】
前記環境接触部は半球殻状に形成されており、
前記環境接触部の端面と当該端面と対向するように前記支持部に設けられた対向面とのとの間に弾性体を有する
請求項８に記載の検出装置。
【請求項１０】
ボールジョイント構造で前記環境接触部と前記支持部を連結した
請求項１に記載の検出装置。
【請求項１１】
ジンバル構造で前記環境接触部と前記支持部を連結した
請求項１に記載の検出装置。
【請求項１２】
前記環境接触部または前記環境接触部の前記接触面は、エラストマーを用いて構成する
請求項１に記載の検出装置。
【請求項１３】
前記支持部は、
弾性係数の異なる弾性体が直列接続された弾性部と、
前記弾性部における前記弾性体の接続点に固定されて、前記弾性体の伸縮方向に移動可能に保持された直動軸とを備え、
前記直動軸の移動方向は、前記第１軸と前記第２軸に直交する第３軸の方向であり、
前記変位測定部は、前記直動軸の移動量を測定する
請求項１に記載の検出装置。
【請求項１４】
前記変位測定部の測定結果に基づき、前記接点に加わる力を算出する演算部をさらに備える
請求項１に記載の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この技術は、検出装置に関し、堅牢かつ簡易な構成で接線力を検出できるようにする。
【背景技術】
【０００２】
従来、接線力を検出するセンサでは、モーメント力を検出することが行われている。例えば特許文献１では、力の作用を受ける荷重作用部が同軸に接続される中心軸部から半径方向に放射状に伸びる少なくとも３本以上の測定梁部と、中心軸部の軸方向に荷重作用部側に間隔を隔てて配置されて中心軸部から半径方向に放射状に伸びる少なくとも３本以上の支持梁部と、測定梁部と支持梁部の各々端部同士を連結する連結部を備えており、荷重作用部に作用する力による測定梁部の変形を変形検出センサで検出することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−０５８３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、変位センサでモーメント力を検出する場合、曲げモーメント荷重に対して脆弱になりやすく、強大な曲げモーメントが働く部位に使うには、起歪体部にかかる曲げ方向の強度が構造上不足してしまう。また、特許文献１の力覚センサは、モーメントに対する十分な剛性を確保するための構造が複雑である。【０００５】
そこで、この技術では、堅牢かつ簡易な構成で接線力を検出できる検出装置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】
この技術の第１の側面は、
接触面が球面状に形成されている環境接触部と、
前記環境接触部を第１軸周りと前記第１軸と直交する第２軸周りに移動可能に支持する支持部と、
環境面と前記環境接触部の接触面との接点に加わる力に応じて生じた前記支持部に対する前記環境接触部の変位を測定する変位測定部と
を備える検出装置にある。【０００７】
この技術においては、接触面が球面状に形成されている環境接触部と、環境接触部を第１軸周りと前記第１軸と直交する第２軸周りに移動可能に支持する支持部が、ボールジョイント構造あるいはジンバル構造である可動ジョイント構造で連結されている。変位測定部は、例えば第１軸と第２軸に直交する第３軸周りに、所定の角度差例えば９０度差で複数あるいは１２０度の角度差で３つ設けられている。環境接触部は半球殻状に形成されており、変位測定部は、環境接触部の端面と当該端面と対向するように支持部に設けられた対向面との対向位置に設けられている。変位測定部は、環境面と環境接触部の接触面との接点に加わる力に応じて生じた支持部に対する環境接触部の変位を測定する。例えば、環境接触部の端面と支持部の対向面との間に弾性体を有し、変位測定部は環境接触部の端面と支持部の対向面との間隔を測定する。また、変位測定部は、支持部に対する環境接触部の変位によって生じる環境接触部の端面と支持部の対向面間の圧力を測定してもよい。【０００８】
また、変位測定部は、二次元の撮像画を取得するイメージセンサを用いてもよい。この場合、環境接触部に位置の基準となる基準被写体を設け、イメージセンサは、環境接触部の基準被写体を撮像範囲に含むように支持部に設ける。変位測定部は、支持部に対する環境接触部の変位によって生じる撮像画における基準被写体の位置変化を測定する。【０００９】
環境接触部の前記接触面は、エラストマーを用いて構成してもよい。また、支持部には、弾性係数の異なる弾性体が直列接続された弾性部と、弾性部における弾性体の接続点に固定されて、弾性体の伸縮方向に移動可能に保持された直動軸とを備えるようにしてもよい。この場合、直動軸の移動方向は、第１軸と第２軸に直交する第３軸の方向として、変位測定部は、直動軸の移動量を測定する。さらに、変位測定部の測定結果に基づき、接点に加わる力を算出する演算部をさらに備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態の構成を例示した図である。
【図２】検出装置の座標系を示す図である。
【図３】検出装置が傾きを生じた場合を例示した図である。
【図４】接線力の算出を説明するための図である。
【図５】第２の実施の形態の構成を例示した図である。
【図６】イメージセンサで生成された撮像画を例示した図である。
【図７】第３の実施の形態の構成における測距センサの配置を例示した図である。
【図８】力検出部の構成を例示した図である。
【図９】ロボットの脚部に本技術を適用した場合を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本技術を実施するための形態について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
４．他の実施の形態
５．応用例
【００１２】
＜１．第１の実施の形態＞
図１は、本技術の第１の実施の形態の構成を例示している。なお、図１の（ａ）は検出装置１０の外観、図１の（ｂ）は図１の（ａ）におけるＣＬa−ＣＬa’位置の断面概略図、図１の（ｃ）は図１の（ａ）におけるＣＬb−ＣＬb’位置の断面概略図を示している。
【００１３】
検出装置１０は、環境接触部２０と支持部３０および変位測定部４０を有している。
【００１４】
環境接触部２０と支持部３０は、可動ジョイント構造例えばボールジョイント構造で連結されている。支持部３０は、支柱部３１と支柱部３１の先端に連結部３２を有している。連結部３２は、支柱部３１の軸方向に突出して球状部３３と、球状部３３から径方向に突出した規制部３４を有している。
【００１５】
環境接触部２０は半球殻状に形成されており、半球殻状である本体部２１の外面は環境面（例えば床面や壁面等）と接触する接触面２２が設けられており、接触面２２は環境面の方向に突出した曲面状とされている。本体部２１の内面は、支持部３０の球状部３３に勘合して、球状部３３の球面に沿って環境接触部２０が移動可能に構成されている。また、環境接触部２０は、支持部３０の球状部３３に勘合されている状態であるとき、本体部２１の端面２１１が支持部３０に設けられた規制部３４の端面３４１（支持部３０の対向面３４１ともいう）と対向するように形成されている。
【００１６】
環境接触部２０あるいは環境接触部２０の接触面２２は、接触が想定される環境面に応じて、硬度、摩擦力、耐久性などの特性を製造時に調整できるように、例えばエラストマーを用いて形成する。さらに、環境接触部２０あるいは環境接触部２０の接触面２２は、摩耗や破損を生じたときに交換可能とされている。
【００１７】
環境接触部２０の端面２１１と支持部３０の対向面３４１が対向する位置には、環境面と環境接触部２０の接触面２２との接点に加わる力に応じて生じた支持部３０に対する環境接触部２０の変位を測定する変位測定部、例えば測距センサ４１ｘ，４１ｙが設けられている。また、環境接触部２０の端面２１１と支持部３０の対向面３４１の間には、例えばリング形状の弾性体５１が設けられている。測距センサ４１ｘと測距センサ４１ｙは、支柱部３１の軸方向を測距方向とする１次元の測距センサ（例えば赤外線測距センサ）であり、支柱部３１の軸周りに所定の角度差、例えば図１に示すように、９０°を有して設けられている。測距センサ４１ｘ，４１ｙは、環境接触部２０の端面２１１までの距離、すなわち環境接触部２０の端面２１１と支持部３０の対向面３４１との間隔を測定して、測定結果を示す検出情報を生成する。
【００１８】
図２は、検出装置の座標系を示している。検出装置１０では、環境接触部２０の端面２１１と支持部３０の対向面３４１が対向する面方向で、支持部３０の球状部３３を中心とする二次元平面上の一方向をＸ軸方向で、Ｘ軸と直交する方向をＹ軸方向とする。また、支持部３０の球状部の中心を通りＸ軸とＹ軸を含む二次元平面に対して鉛直方向、すなわち支柱部３１の軸方向をＺ軸方向とする。なお、環境接触部２０が接する環境面９０に対して鉛直方向と検出装置１０のＺ軸方向が一致するときに測距センサ４１ｘで測定された間隔を間隔Ｌx0、測距センサ４１ｙで測定された間隔を間隔Ｌy0とする。
【００１９】
図３は、検出装置が傾きを生じた場合を例示している。なお、図３ではＺ軸が環境面９０の鉛直方向に対してＸ方向に角度θx、Ｙ方向に角度θyの傾きを生じた場合を例示している。
【００２０】
Ｚ軸が環境面９０の鉛直方向に対してＸ方向に角度θxの傾きを生じたことで、測距センサ４１ｘで測定された間隔は、例えば間隔Ｌx0から間隔Ｌxmへの変化を生じたとする。また、Ｚ軸が環境面９０の鉛直方向に対してＹ方向に角度θyの傾きを生じたことで、測距センサ４１ｙで測定された間隔は、例えば間隔Ｌy0から間隔Ｌymへの変化を生じたとする。
【００２１】
ここで、環境面９０と環境接触部２０との接点Ｕから支持部３０の球状部３３の中心までを距離ｒ、弾性体５１において測距センサ４１ｘの位置における弾性係数を「Ｋｘ」、測距センサ４１ｙの位置における弾性係数を「Ｋｙ」とする。
【００２２】
この場合、接点Ｕにおいて環境面９０のｘ方向に加わる力Ｆxは式（１）に基づき算出できる。なお、式（１）において変位ｄxは式（２）に基づいて算出される。また、接点Ｕにおいて環境面９０のｙ方向に加わる力Ｆyは式（３）に基づき算出できる。なお、式（３）において変位ｄyは式（４）に基づいて算出される。
Ｆx  ＝  Ｋx  ×  ｄx    ・・・（１）
ｄx  ＝  Ｌx0−Ｌxm      ・・・（２）
Ｆy  ＝  Ｋy  ×  ｄy    ・・・（３）
ｄy  ＝  Ｌy0−Ｌym      ・・・（４）
【００２３】
また、図３に示すＸ軸周りの回転モーメントＭxは式（５）に基づいて算出することができ、Ｙ軸周りの回転モーメントＭyは式（６）に基づいて算出することができる。なお、図３において力ＦＲx，ＦＲyは、環境面９０に作用する力を示している。
Ｍx  ＝Ｆy  ×  ｒ      ・・・（５）
Ｍy  ＝Ｆx  ×  ｒ      ・・・（６）
【００２４】
このように、弾性係数Ｋx，Ｋyを予め記憶させておき、支柱部３１の軸周り（Ｚ軸周り）に９０度の位相差で測距センサ４１ｘ，４１ｙを設ければ、測距センサ４１ｘ，４１ｙの測定結果と予め記憶されている弾性係数に基づき、２次元の方向をもつ接線力を算出できる。
【００２５】
図４は、接線力の算出を説明するための図である。例えば図４の（ａ）に示す演算部４５には、予め弾性係数Ｋx，Ｋyを記憶させておく。演算部４５は、測距センサ４１ｘ，４１ｙで得られた測定結果を用いて、上述の式（１）乃至（４）の演算を行い、接点Ｕにおいて環境面９０のｘ方向に加わる力Ｆxとｙ方向に加わる力Ｆyを算出する。さらに、演算部４５は、式（７）と式（８）に基づき、図４の（ｂ）に示すように、接点Ｕに加わる接線力Ｆxyと接線力Ｆxyの方向θfを算出する。また、演算部４５は、式（５）（６）の演算を行い回転モーメントＭｘ，Ｍｙを算出してもよい。なお、演算部４５は、検出装置１０に設けてもよく、検出装置１０を利用する移動体に設けてもよい。
【００２６】
【数１】
2020115982.tif 000003
【００２７】
このように、第１の実施の形態によれば、支持部３０の先端に配置される環境接触部２０と環境面９０との接点における接線力の大きさとその方向、および環境接触部２０を中心に働く回転モーメントの大きさとその方向を検出できるようになる。また、検出装置１０は、モーメント力に応じた弾性体５１の変位によって、環境接触部２０と環境面９０との接点に働くモーメントを検出できる。したがって、例えば梁に働く回転モーメントをひずみゲージで測定する従来の検出装置に比べて、簡単な構造とすることができる。また、一般的な力覚センサでは曲げモーメント荷重に対して脆弱になりやすく、強大な曲げモーメントが働く部位に使うには、起歪体部にかかる曲げ方向の強度が構造上不足してしまう欠点を有する。しかし、本技術では、梁構造の起歪体を用いることなく、圧縮方向の変位を測距センサで計測することから、従来に比べ、容易に十分な強度を確保できる。
【００２８】
また、弾性体５１の弾性係数を変更することで測定可能な接線力を切り替えることができるので、検出装置の構造を大幅に変更することなく接線力の測定範囲を容易に調整できる。
【００２９】
さらに、環境接触部２０が環境面９０の面上を滑っている状況において、接触点が時々刻々変化しても、支持部３０に対する環境接触部２０の変位の検出情報に基づき、環境接触部２０と環境面９０との接点に働く摩擦力とその方向を検出することが可能となる。
【００３０】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、支持部に対する環境接触部の変位を、イメージセンサを用いて検出する。具体的には、支持部または環境接触部のいずれか一方にイメージセンサを設けて、他方には位置の基準となる基準被写体（例えば、丸印や四角印等のフィデューシャルマーク）を設ける。イメージセンサは取得した撮像画において、支持部に対する環境接触部の変位によって生じた基準被写体の位置変化を検出する。
【００３１】
図５は、本技術の第２の実施の形態の構成を例示している。なお、図５の（ａ）は検出装置１０の外観、図５の（ｂ）は図５の（ａ）におけるＣＬa−ＣＬa’位置の断面概略図を示している。
【００３２】
検出装置１０は、第１の実施の形態と同様に、環境接触部２０と支持部３０および変位測定部４０を有している。
【００３３】
環境接触部２０と支持部３０は、例えばボールジョイント構造で連結されている。支持部３０は、支柱部３１と支柱部３１の先端に連結部３２を有している。連結部３２は、支柱部３１の軸方向に突出した球殻状の摺動部３３ａが形成されており、摺動部３３ａから径方向に突出した規制部３４を有している。摺動部３３ａは、後述する環境接触部２０の本体部２１の内面と対応する形状とされている。摺動部３３ａの内部で環境接触部２０における本体部２１の内面と対向する位置には、イメージセンサ４２が設けられている。さらに、摺動部３３ａにおいて、少なくともイメージセンサ４２の撮像範囲は、開口状態とされている。
【００３４】
環境接触部２０は半球殻状に形成されており、半球殻状である本体部２１の外面は環境面（例えば床面や壁面等）と接触する接触面２２が設けられており、接触面２２は環境面の方向に突出した曲面状とされている。本体部２１の内面は、支持部３０の球状部３３に勘合して、球状部３３の球面に沿って環境接触部２０が移動可能に構成されている。さらに、本体部２１の内面には、環境接触部２０の位置の基準となる基準被写体２３が設けられており、支持部３０に設けられたイメージセンサ４２によって撮像される。また、環境接触部２０は、支持部３０の球状部３３に勘合されている状態であるとき、本体部２１の端面２１１が支持部３０の対向面３４１と対向するように形成されている。
【００３５】
環境接触部２０あるいは環境接触部２０の接触面２２は、接触が想定される環境面に応じて、硬度、摩擦力、耐久性などの特性を製造時に調整できるように、例えばエラストマーを用いて形成する。さらに、環境接触部２０あるいは環境接触部２０の接触面２２は、摩耗や破損を生じたときに交換可能とされている。
【００３６】
環境接触部２０の端面２１１と支持部３０の対向面３４１の間には、例えばリング形状の弾性体５１が設けられている。
【００３７】
変位測定部であるイメージセンサ４２は、環境接触部２０における本体部２１の内面を撮像した撮像画の画像信号を生成する。
【００３８】
図６は、イメージセンサで生成された撮像画を例示している。ここで、図２に示すように検出装置の座標系を設定した場合、撮像画の例えば水平方向がＸ軸方向である場合、撮像画の垂直方向はＹ軸方向となる。また、イメージセンサ４２の光軸方向がＺ軸方向である場合、撮像画の中心位置がＸ軸方向とＹ軸方向の交点となる。さらに、基準被写体２３は、検出装置１０のＺ軸方向と環境面９０の鉛直方向が一致する場合に撮像画の中央位置（Ｘ軸とＹ軸の交点）となるように設けられている。
【００３９】
ここで、検出装置１０の環境接触部２０が環境面９０に接している状態で、検出装置１０のＺ軸方向が環境面９０の鉛直方向に対して傾きを生じて、支持部３０に対して環境接触部２０が変位すると、支持部３０に対する環境接触部２０の変位に応じて撮像画における基準被写体２３の位置が変化する。例えば図６では、基準被写体２３が位置ＰＳ0から位置ＰＳ1に変化する。
【００４０】
したがって、環境接触部２０と環境面９０の接点Ｕにおいてｘ方向に加わる力Ｆxと弾性係数Ｋxに基づき基準被写体２３の水平方向の位置と力Ｆxの関係と、接点Ｕにおいてｙ方向に加わる力Ｆyと弾性係数Ｋyに基づき基準被写体２３の垂直方向の位置と力Ｆyの関係を、予め検出しておけば、基準被写体２３の変化後の位置から力Ｆx，Ｆyが明らかとなる。すなわち、イメージセンサ４２を用いても、接線力Ｆxyと接線力の方向θfを検出できるようになる。
【００４１】
このように、第２の実施の形態によれば、イメージセンサ４２で取得された撮像画における基準被写体２３の２次元方向の変位に基づき、支持部３０の先端に配置される環境接触部２０と環境面９０との接点における接線力の大きさとその方向、および環境接触部２０を中心に働く回転モーメントの大きさとその方向を検出できる。また、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、モーメント力に応じた弾性体５１の変位によって、環境接触部２０と環境面９０との接点に働くモーメントを検出できるので、堅牢かつ簡易な構成で接線力を検出できる検出装置を提供できるようになる。
【００４２】
＜３．第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態では、検出装置のＺ軸方向に加わる力の検出も可能な検出装置について説明する。第３の実施の形態では、第１の実施の形態における測距センサを所定の角度差例えば１２０度の角度差で３つ配置して、各測距センサの測定結果からＸ軸方向とＹ軸方向だけでなく図３に示すＺ軸方向の力Ｆｚを検出する。
【００４３】
図７は、本技術の第３の実施の形態の構成における測距センサの配置を例示している。検出装置１０では、図７の（ａ）に示すように、測距センサ４１ａに対して１２０度の角度差を有する測距センサ４１ｂ，４１ｃを設ける。
【００４４】
さらに、測距センサ４１ａ，４１ｂ，４１ｃで検出された変位を、直交座標系の変位に変換する。ここで、例えばＸ軸方向に測距センサ４１ａが設けられており、測距センサ４１ａで検出された変位を変位ｄa、測距センサ４１ｂで検出された変位を変位ｄb、測距センサ４１ｃで検出された変位を変位ｄcとする。この場合、演算部４５は、図７の（ｂ）に示すＸ軸方向の変位ｄxへの変換は式（９）の演算を行う。また、図７の（ｂ）に示すＹ軸方向の変位ｄyへの変換は式（１０）の演算を行い、図７の（ｂ）に示すＺ軸方向の変位ｄzへの変換は式（１１）の演算を行う。
【００４５】
【数２】
2020115982.tif 000004
【００４６】
さらに、弾性体５１の弾性係数がいずれの位置でも等しく「Ｋ」である場合、演算部４５は、環境接触部２０と環境面９０の接点ＵにおいてＸ軸方向に加わる力ＦxとＹ軸方向に加わる力ＦyとＺ軸方向に加わる力Ｆzを、式（１２）〜（式１３）に基づいて算出する。
Ｆx  ＝  Ｋ×ｄx  ・・・（１２）
Ｆy  ＝  Ｋ×ｄy  ・・・（１３）
Ｆz  ＝  Ｋ×ｄz  ・・・（１４）
【００４７】
このように、第３の実施の形態では、環境面９０の平面方向の力Ｆx，Ｆyだけでなく、鉛直方向の力Ｆzを検出できるようになる。なお、第３の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、モーメント力に応じた弾性体５１の変位によって、環境接触部２０と環境面９０との接点に働くモーメントを検出できるので、堅牢かつ簡易な構成で接線力を検出できる検出装置を提供できるようになる。
【００４８】
＜４．他の実施の形態＞
ところで、上述の実施の形態では、変位測定部として赤外線測距センサやイメージセンサを用いた場合を例示したが、静電容量方式の変位センサ、レーザー変位センサなどを用いてもよい。また、上述の実施の形態では、環境接触部２０おける端面２１１と支持部３０の対向面３４１が対向する位置に弾性体５１を設けて、支持部３０に対する環境接触部２０の変位を距離センサ等で検出する場合を例示したが、環境接触部２０の端面２１１と支持部３０の対向面３４１が対向する位置に圧力センサを設けて、支持部３０に対する環境接触部２０の変位として圧力を検出してもよい。この場合、弾性体５１を用いることなく、Ｘ軸方向とＹ軸方向に加わる力Ｆx，Ｆyを圧力センサで検出することが可能となる。
【００４９】
また、第１の実施の形態や第２の実施の形態の場合のようにＺ軸方向の力を検出できない場合、支持部３０にはＺ軸方向の力を検出する力検出部を設けてもよい。図８は力検出部の構成を例示している。力検出部６５は、弾性部６５１は例えばバネ定数が異なるバネ６５１ａとバネ６５１ｂがＺ軸方向に直列接続されている。バネ６５１ａとバネ６５１ｂの接続点にはＺ軸方向に移動可能な直動軸６５２の力検出プレート６５２ａを固定する。なお、力検出プレート６５２ａは、直動軸６５２の軸方向に対して直交する方向に突出して形成されている。バネ６５１ａ，６５１ｂの端部は力検出部筐体６５０に固定して、直動軸６５２を支柱部３１に固定する。このような力検出部６５を設ければ、検出装置１０に対してＺ軸方向に働く力Ｆzを、力検出プレート６５２ａの変位によって検出できるようになる。
【００５０】
さらに、上述の実施の形態では、変位測定部を支持部側に設けた場合を例示したが、環境接触部に設けてもよい。また、上述の実施の形態では、ボールジョイント構造で環境接触部２０と支持部３０を連結した場合を例示したが、環境接触部２０と支持部３０との連結に用いる可動ジョイント構造は他の構造、例えばジンバル構造でもよい。ジンバル構造を用いる場合、Ｘ軸周りの変位とＹ軸周りの変位をセンサで検出すれば、第１の実施の形態や第２の実施の形態と同様に、接点Ｕにおける接線力Ｆxyや接線力Ｆxyの方向θfを検出できる。
【００５１】
なお、本明細書の実施の形態の効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また付加的な効果があってもよい。
【００５２】
＜５．応用例＞
このような本技術によれば、検出装置１０のＸ軸方向とＹ軸方向の接線力を同時に検出できるので、移動体における運動制御に利用できる。例えば、移動体がロボットである場合、ロボットの指先や股関節，足関節，肩関節等のモーメント測定に利用できる。また、多脚ロボットの脚先端摩擦ベクトルの測定や医療ロボット鉗子先端のモーメント測定等に利用することも可能である。
【００５３】
図９は、ロボットの脚部に本技術を適用した場合を例示している。脚部７０の上腿部７１と下腿部７２は関節部７３を介して接続されており、下腿部７２の下端部には本技術の検出装置１０が設けられている。上腿部７１にはアクチュエータ（例えば直列弾性アクチュエータ（ＳＥＡ：Series Elastic Actuator））７１１が設けられている。アクチュエータ７１１は、上腿部７１に固定されており、直動する作用部７１２はジョイント機構７４を介して下腿部７２に接続されている。したがって、直列弾性アクチュエータ７１１によって、関節部７３を中心として下腿部７２を駆動することができる。また、直列弾性アクチュエータ７１１によって下腿部７２が駆動されたときの接線力等の変化を検出装置１０で検出できるようになる。
【００５４】
なお、本明細書に記載した効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、記載されていない付加的な効果があってもよい。また、本技術は、上述した技術の実施の形態に限定して解釈されるべきではない。この技術の実施の形態は、例示という形態で本技術を開示しており、本技術の要旨を逸脱しない範囲で当業者が実施の形態の修正や代用をなし得ることは自明である。すなわち、本技術の要旨を判断するためには、請求の範囲を参酌すべきである。
【００５５】
また、本技術の検出装置は以下のような構成も取ることができる。
（１）  接触面が球面状に形成されている環境接触部と、
前記環境接触部を第１軸周りと前記第１軸と直交する第２軸周りに移動可能に支持する支持部と、
環境面と前記環境接触部の接触面との接点に加わる力に応じて生じた前記支持部に対する前記環境接触部の変位を測定する変位測定部と
を備える検出装置。
（２）  前記変位測定部は、前記第１軸と前記第２軸に直交する第３軸周りに所定の角度差を有して複数設けた（１）に記載の検出装置。
（３）  前記所定の角度差を９０度とした（２）に記載の検出装置。
（４）  前記所定の角度差を１２０度として、前記変位測定部を３つ設けた（２）に記載の検出装置。
（５）  前記環境接触部は半球殻状に形成されており、
前記変位測定部は、前記環境接触部の端面と当該端面と対向するように前記支持部に設けられた対向面との対向位置に設けた（２）乃至（４）のいずれかに記載の検出装置。
（６）  前記環境接触部の端面と前記支持部の対向面との間に弾性体を有し、
前記変位測定部は前記変位として前記環境接触部の端面と前記支持部の対向面との間隔を測定する（５）に記載の検出装置。
（７）  前記変位測定部は、前記支持部に対する前記環境接触部の変位によって生じる前記環境接触部の端面と前記支持部の対向面間の圧力を測定する（５）に記載の検出装置。
（８）  環境接触部に位置の基準となる基準被写体を設け、
前記変位測定部として二次元の撮像画を取得するイメージセンサを用いて、前記環境接触部の前記基準被写体を撮像範囲に含むように前記支持部に設け、
前記変位測定部は、前記支持部に対する前記環境接触部の変位によって生じる前記撮像画における前記基準被写体の位置変化を測定する（１）に記載の検出装置。
（９）  前記環境接触部は半球殻状に形成されており、
前記環境接触部の端面と当該端面と対向するように前記支持部に設けられた対向面とのとの間に弾性体を有する（８）に記載の検出装置。
（１０）  ボールジョイント構造で前記環境接触部と前記支持部を連結した（１）に記載の検出装置。
（１１）  ジンバル構造で前記環境接触部と前記支持部を連結した（１）に記載の検出装置。
（１２）  前記環境接触部または前記環境接触部の前記接触面は、エラストマーを用いて構成する（１）乃至（１１）のいずれかに記載の検出装置。
（１３）  前記支持部は、
弾性係数の異なる弾性体が直列接続された弾性部と、
前記弾性部における前記弾性体の接続点に固定されて、前記弾性体の伸縮方向に移動可能に保持された直動軸とを備え、
前記直動軸の移動方向は、前記第１軸と前記第２軸に直交する第３軸の方向であり、
前記変位測定部は、前記直動軸の移動量を測定する（１）に記載の検出装置。
（１４）  前記変位測定部の測定結果に基づき、前記接点に加わる力を算出する演算部をさらに備える（１）乃至（１３）のいずれかに記載の検出装置。
【符号の説明】
【００５６】
１０・・・検出装置
２０・・・環境接触部
２１・・・本体部
２２・・・接触面
２３・・・基準被写体
３０・・・支持部
３１・・・支柱部
３２・・・連結部
３３・・・球状部
３３ａ・・・摺動部
３４・・・規制部
４０・・・変位測定部
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｘ，４１ｙ・・・測距センサ
４２・・・イメージセンサ
４５・・・演算部
５１・・・弾性体
６５・・・力検出部
７０・・・脚部
７１・・・上腿部
７２・・・下腿部
７３・・・関節部
７４・・・ジョイント機構
２１１・・・端面
３４１・・・対向面（端面）
６５０・・・力検出部筐体
６５１・・・弾性部
６５１ａ，６５１ｂ・・・バネ
６５２・・・直動軸
６５２ａ・・・力検出プレート
７１１・・・アクチュエータ（直列弾性アクチュエータ）
７１２・・・作用部
【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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【国際調査報告】
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