负荷和力矩的检测装置以及具有该检测装置的假肢制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种能够增大应变仪的输出的、负荷和力矩的检测装置。该检测装置具备独特的传感器块。该传感器块包括：基座，其具有沿着要检测的负荷的方向延伸的轴心；前侧壁，其在自基座的轴心偏移了的位置处自基座竖起；后侧壁，其在自基座的轴心向与该前侧壁相反的方向偏移了的位置处自基座竖起；以及上壁，其将前侧壁的上端和后侧壁的上端连结起来。传感器块在上壁的上表面支承各应变仪。上壁包括位于前侧壁与后侧壁之间的中央的中央部分、位于该中央部分与前侧壁之间的第1部分、以及位于该中央部分与后侧壁之间的第2部分。与中央部分相比，支承应变仪的第1部分和第2部分的厚度较小，从而容易相对地产生变形或应变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负荷和力矩的检测装置以及具有该检测装置的假肢
本专利技术涉及一种负荷和力矩的检测装置，其包括要受到外力的传感器块(日文：センサーブロック)以及支承于该传感器块、用于检测作为外力的成分的负荷和力矩的应变仪，尤其涉及能够有效地获得较大的应变输出的技术。另外，本专利技术还涉及一种组装有这样的检测装置的假腿或假臂等假肢(该假肢还包括机器人的手脚)。
技术介绍
在这种假肢中，需要准确地掌握假肢处于何种状态或姿势。这是因为，能够通过该掌握的信息引导进行适当的控制。例如，在设计假腿时，重要的是要知道假腿处于步行的哪种姿势、即要知道是处于迈步期(日文：遊脚相)或站立期(日文：立脚相)以及要知道处于平地步行或坡道步行。在此作为课题的负荷和力矩连同膝部角度一起是获知这样的姿势的重要因素。以下，作为应用对象而以假腿为中心展开说明，不言而喻，本专利技术除了能够应用于假腿之外，还能够应用于其他假肢。在对负荷(或轴向力)和力矩进行测定或检测的第1方法中，分别独立地对所述负荷和力矩进行检测。专利文献1、专利文献2示出了这样的第1方法。另外，在第2方法中，一并取得负荷和力矩的混合信息，并利用运算将取得的所述混合信息分离，从而获得负荷和力矩各自的信息。专利文献3示出了第2方法。此外，所述第1方法和第2方法通常以如下情况为前提，即，将具有传感器块和应变仪的检测装置组装于假肢并将检测装置本身作为假肢的一个组成部件。除了使检测装置成为假肢的组成部件这样的技术之外，还公知有如下一种技术，即，通过将检测装置暂时组装于假肢，使用该检测装置来对假肢进行分析、评价(是否适合于使用者的评价)，之后将检测装置置换成假肢的规定的组成部件(例如旋转适配器)。专利文献4示出了暂时组装检测装置的技术。专利文献1：WO2011/100117专利文献2：日本特开2003－70817号公报专利文献3：WO2001/072245专利文献4：WO2007/048374(与日本特表2009－513198号公报相对应)
技术实现思路
专利技术要解决的问题在对负荷和力矩各自的信息独立地进行检测的第1方法中，为了支承应变传感器，需要在传感器块上设置两个正交的面。因此，诸如专利文献1、专利文献2所示，传感器块是截面为环形的中空构造，需要将应变仪配置于该中空构造的内部的面上。在这点上，在第1方法中，由于没有同时获取负荷和力矩这两者的信息，因此需要使应变仪的个数加倍，由此存在如下问题，即，设置这些应变仪的作业很繁琐，要花费劳力和时间来制造检测装置。第2方法具有所需的应变仪的数量相对较少这样的特征。但是，不论第1方法、第2方法，为了进行有效的信号处理，均要使应变仪产生较大的输出。为此，期望利用施加于传感器块的外力来使传感器块的支承应变仪的部分产生更大的应变。然而，在欲获得较大的应变时，存在使传感器块大型化的倾向，从而妨碍检测装置的小型化。例如，在从获得较大的应变量的观点来看专利文献4时，在传感器块的四角的凸缘的各角部设置了支柱，将各应变仪配置于凸缘上的略微离开所述各支柱(也就是固定部分)的部位。由于自固定部分起到应变仪的所在位置具有一些距离，因此外力作为弯曲力施加于各应变仪。但是，所述的一些距离很短，应变量很小，从而应变仪的输出较低。因此，本专利技术构成为考虑到传感器块的小型化，并且增大外力所产生的弯曲，其目的在于，提供一种能够增大应变仪的输出的检测装置。另外，本专利技术的另一目的在于，提供一种能够在距应变仪极近的位置配置用于放大应变仪的检测输出的放大器的检测装置。对于本专利技术的其他目的，根据以下的说明会变得明确。用于解决问题的方案在本专利技术中，采用所需的应变仪的数量较少的第2方法。并且，为了增大应变仪的输出，使支承应变仪的传感器块设为特定的结构。即，该传感器块构成为包括：基座，其具有沿着要检测的负荷的方向延伸的轴心；前侧壁，其在自基座的轴心偏移了的位置处自基座竖起；后侧壁，其在自基座的轴心向与该前侧壁相反的方向偏移了的位置处自基座竖起；以及上壁，其将前侧壁的上端和后侧壁的上端连结起来。将传感器块设成整体为一体的构造。传感器块的材料具有如下各种特性等：耐腐蚀性、机械强度优异，另外，杨氏模量较小，不易塑性变形(或承载能力较大)，不易热膨胀等。另外，从使假肢轻型化的观点考虑，重量也很重要。在考虑到这样的各种特性的情况下，作为适合用作传感器块的材料，能够列举例如铝或铝合金、不锈钢、钛或钛合金等金属以及这些金属的合金。传感器块在上壁的上表面支承各应变仪，但对于上壁的配置有应变仪的部分与上壁的其他部分相比，容易受到外力的影响而变形。在具体观察上壁时，上壁包括位于前侧壁与后侧壁之间的中央的中央部分、位于该中央部分与前侧壁之间的第1部分、以及位于该中央部分与后侧壁之间的第2部分。在此，中央部分是与前侧壁和后侧壁各自的偏移方向正交的部分，支承应变仪的第1部分和第2部分位于该中央部分的两侧。中央部分的厚度例如大于第1部分和第2部分的厚度，由此，中央部分的刚性较大而不易变形。为了增大刚性，也可以设置肋。相对于这样的中央部分，支承应变仪的第1部分和第2部分的厚度例如较小，从而相对地容易变形或容易产生应变。应变仪是位于上壁的第1部分的上表面的第1应变仪和位于上壁的第2部分的上表面的第2应变仪这样的两种或两组应变仪。作为第1应变仪和第2应变仪，通常使用电阻线应变仪，但也可以使用更高输出的半导体应变仪。所述应变仪配置于传感器块的上壁的上表面，因此易于对其进行粘贴作业。第1应变仪和第2应变仪以相对于上壁的中央部分对称的方式配置。因而，两个应变仪为彼此互补的关系，从温度特性的方面考虑也优选如此配置。另外，具有对称配置的两个应变仪还具有能够有效地进行考虑到粘贴误差的校正这样的优点。通过这样的第1应变仪和第2应变仪来检测一方向上的负荷和一平面上的力矩的混合信息。一方向上的负荷是在沿着传感器块的基座的轴心延伸的方向上的负荷，另外，一平面上的力矩是沿着前侧壁和后侧壁各自的偏移方向且与上壁的上表面正交的面上的力矩。在本专利技术中，将要被检测负荷和力矩的对象物(例如假腿)与传感器块间的安装部的位置设置在传感器块的中央部分的两端部、即在与前侧壁和后侧壁各自的偏移方向正交的方向上的两端部。经由所述中央部分的两端部来安装或固定要被检测的对象物。作为将中央部分的两端部固定于对象物的方法，也可以采用使用多个固定螺纹件的通常方法，但优选使用环状的固定螺纹构件。这样一来，能够将用于放大应变仪的检测输出的放大器配置在该环状的固定螺纹构件所划分出的内周空间中。另外，由于包围放大器的固定螺纹构件是导电体，因此，还能够期待对辐射电波的屏蔽效果。利用这样的固定部件进行固定的结果是，虽然传感器块的上壁的中央部分的两端部被固定，但能发挥与将该中央部分整体固定相同的作用。其原因在于，中央部分的刚性较大而不易变形，即是所谓的刚性体。在传感器块中由基座和上壁以及前侧壁和后侧壁划分出空间。因此，施加于基座的外力经由在基座上竖起的前侧壁和后侧壁传递至上壁。上壁的被传递有外力的部分和位于上壁的中央部分的固定部分位于彼此分开相当于上壁的一半直径的位置。因此，经由前侧壁和后侧壁传递至上壁的外力使上壁的第1部分和第2部分产生较大的弯曲。由于弯曲较大，因此，随着弯曲而产生的应变较大，对该应变进行检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测装置，其用于检测负荷和力矩，具备：传感器块，其要受到外力；以及应变仪，其支承于该传感器块，用于检测作为所述外力的成分的负荷和力矩，该检测装置特征在于，(A)所述传感器块包括：基座，其具有沿着所述负荷的方向延伸的轴心；前侧壁，其在自所述轴心偏移了的位置处自所述基座竖起；后侧壁，其在自所述轴心向与该前侧壁相反的方向偏移了的位置处自所述基座竖起；以及上壁，其将所述前侧壁的上端和所述后侧壁的上端连结起来，(B1)所述上壁包括：中央部分，其是与所述前侧壁和后侧壁各自的偏移方向正交的方向上的部分、且位于所述前侧壁与后侧壁之间的中央；第1部分，其位于该中央部分与所述前侧壁之间；以及第2部分，其位于该中央部分与所述后侧壁之间，(B2)所述上壁的中央部分的刚性大于所述第1部分和第2部分的刚性而不易变形，(C1)在所述上壁的第1部分的上表面上配置有第1应变仪，(C2)在所述上壁的第2部分的上表面上配置有第2应变仪，(D)利用所述第1应变仪和第2应变仪来对沿着所述轴心延伸的方向上的负荷以及沿着所述前侧壁和后侧壁各自的偏移方向且与所述上壁的上表面正交的面上的力矩进行检测。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种检测装置，其用于检测负荷和力矩，具备：传感器块，其要受到外力；以及应变仪，其支承于该传感器块，用于检测作为所述外力的成分的负荷和力矩，该检测装置特征在于，(A)所述传感器块包括：基座，其具有沿着所述负荷的方向延伸的轴心；前侧壁，其在自所述轴心偏移了的位置处自所述基座竖起；后侧壁，其在自所述轴心向与该前侧壁相反的方向偏移了的位置处自所述基座竖起；以及上壁，其将所述前侧壁的上端和所述后侧壁的上端连结起来，(B1)所述上壁包括：中央部分，其位于所述前侧壁与后侧壁之间的中央，是构成所述上壁的一部分的部分，是用于安装被检测的对象物的部分；第1部分，其位于该中央部分与所述前侧壁之间；以及第2部分，其位于该中央部分与所述后侧壁之间，(B2)所述上壁的中央部分的刚性大于所述第1部分和第2部分的刚性而不易变形，(C1)在所述上壁的第1部分的上表面上配置有第1应变仪，(C2)在所述上壁的第2部分的上表面上配置有第2应变仪，(D)利用所述第1应变仪和第2应变仪来对沿着所述轴心延伸的方向上的负荷以及沿着所述前侧壁和后侧壁各自的偏移方向且与所述上壁的上表面正交的面上的力矩进行检测，(E)利用所述基座和所述上壁以及所述前侧壁和所述后侧壁来划分出空间，施加于所述基座的外力经由所述前侧壁和所述后侧壁传递至所述上壁，(F)所述中央部分沿着与所述前侧壁及所述后侧壁的各自的偏移方向正交的方向具有长度方向，安装部位于所述中央部分的两端部，通过所述安装部来将所述对象物固定，(G)所述上壁的中央部分的厚度大于所述上壁的第1部分和第2部分各自的厚度，所述上壁的中央部分的上表面位于比所述上壁的第1部分和第2部分各自的上表面靠上方的位置，由此，所述安装部的上表面的高度位置高于所述上壁的第1部分和第2部分各自的上表面的高度位置，所述上壁的中...

【专利技术属性】
技术研发人员：桥本浩明，白田卓也，
申请(专利权)人：纳博特斯克有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP