力觉传感器制造技术

本申请提供一种力觉传感器，检测XYZ三维坐标系中的各轴方向的力及各绕轴的转矩的各分量的至少一个分量，力觉传感器包括：支承体，配置于XY平面上；变形体，接合于支承体；以及检测电路，输出电信号，该电信号表示作用于变形体的力。变形体具有：第一变形部，具有第一弹簧常数；以及第二变形部，具有与第一弹簧常数不同的第二弹簧常数，检测电路输出第一电信号和第二电信号，该第一电信号相当于第一变形部对应所作用的力的变形，该第二电信号相当于第二变形部对应所作用的力的变形，基于与所作用的力对应的、第一电信号和第二电信号的比例变化，判定所述力觉传感器是否正常工作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】力觉传感器
本专利技术涉及一种力觉传感器，尤其涉及一种具有将作用于预定的轴方向的力及绕预定的旋转轴作用的转矩作为电信号而输出的功能的传感器。
技术介绍
关于具有将作用于预定的轴方向的力及绕预定的旋转轴作用的转矩作为电信号而输出的功能的力觉传感器，例如专利文献1所记载那样，广泛应用于工业用机器人的力控制。近年来，也在生活辅助机器人中采用，要求高安全性。但是，例如在现有的静电电容型的力觉传感器中，虽具备机构部、静电电容的检测部(力的检测部)、包含微机的电子电路，但由于结露、冲击、超负荷或异物混入提供该静电电容的一对平行平板间而有可能导致故障。特别是由于力觉传感器的力检测部具有挠性，因此，由于超负荷或反复负载而产生金属疲劳。从而，有可能在构成该力检测部的弹性体产生裂纹等，最终导致断裂。作为判断力觉传感器是否发生故障的简便方法，例如可以将专利文献1所记载的力觉传感器并排多个(例如3个)，评价各力觉传感器的输出信号之差。在该方法中，对于三个输出信号分别进行两两比较，各两个力觉传感器的输出信号之差在预定的范围内的话，判断为该力觉传感器正常工作，相反，该差不在预定的范围内的话，判断为该力觉传感器没有正常工作(发生故障)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2004-354049号公报但是，在采用使用多个力觉传感器判断该力觉传感器是否正常工作的方法的情况下，成本会与力觉传感器的数量对应地增加。并且，设置力觉传感器所需的空间也增大，成为问题。当然，也可以通过拆下安装于机器人等的力觉传感器来进行故障判断，从而判定该力觉传感器是否正常工作。但是，由于拆下已安装的力觉传感器会麻烦，因此，渴望一种能够更简便地进行故障判断的力觉传感器。本专利技术鉴于以上的问题而作出。即，本专利技术的目的在于提供一种在构成力检测部的弹性体断裂前检测出在该弹性体上产生金属疲劳并能够诊断该力检测部的故障的力觉传感器。
技术实现思路
本专利技术为一种力觉传感器，检测XYZ三维坐标系中的各轴方向的力及各绕轴的转矩的各分量的至少一个分量，所述力觉传感器包括：支承体，配置于XY平面上；变形体，接合于所述支承体；以及检测电路，输出电信号，所述电信号表示作用于所述变形体的力，所述变形体具有：第一变形部，具有第一弹簧常数；以及第二变形部，具有与所述第一弹簧常数不同的第二弹簧常数，所述检测电路输出第一电信号和第二电信号，所述第一电信号相当于所述第一变形部对应所作用的力的变形，所述第二电信号相当于所述第二变形部对应所作用的力的变形，基于与所作用的力对应的、所述第一电信号和所述第二电信号的比例变化，判定所述力觉传感器是否正常工作。根据本专利技术，能够提供如下力觉传感器：当在构成力检测部的变形体上产生金属疲劳时，第一电信号和第二电信号的比例产生变化，因此基于该变化检测出产生了该金属疲劳，能够诊断变形体的故障。在该力觉传感器中，优选的是，基于所述第一电信号或者所述第二电信号，检测作用于所述力觉传感器的分量。这种情况下，如果基于与弹簧常数相对大的变形部对应的电信号来检测所作用的分量(力)的话，能够在几乎不受到金属疲劳影响的情况下检测出该分量。另一方面，如果基于与弹簧常数相对小的变形部对应的电信号来检测所作用的分量(力)的话，针对所作用的分量的灵敏度相对较高，因此能够进行S/N优异的计测。在以上那样的力觉传感器中，所述检测电路能够通过各种方式检测作用于该力觉传感器的分量。作为一例，可以是，所述检测电路利用静电电容的变化来检测所作用的分量。或者，可以是，所述检测电路利用电阻值的变化来检测所作用的分量。或者，可以是，所述检测电路使用发光元件和受光元件检测所作用的分量。作为以上专利技术的具体方式，可设想如下。根据第1-1的专利技术，本专利技术为一种单轴力觉传感器，检测XYZ三维坐标系中的Z轴方向的力，所述单轴力觉传感器包括：支承体，配置于XY平面上；变形体，与所述支承体对置配置，并具有在成为检测对象的力的作用下产生弹性变形的变形部；固定电极，配置于所述支承体；位移电极，以与所述固定电极对置的方式设置于所述变形体的所述变形部，在与所述固定电极之间构成电容元件；以及检测电路，基于所述电容元件的静电电容值的变动量来输出电信号，所述电信号表示在负荷加载于所述变形体和所述支承体的一方的状态下作用于另一方的力，所述变形部从Z轴方向观察包括：内侧变形部，包含所述Z轴并具有第一弹簧常数；以及外侧变形部，位于所述内侧变形部的外侧并具有与所述第一弹簧常数不同的第二弹簧常数，所述电容元件具有：第一电容元件，配置于与所述内侧变形部对应的位置；以及第二电容元件，配置于与所述外侧变形部对应的位置，所述检测电路输出第一电信号和第二电信号，所述第一电信号相当于所述第一电容元件对应所作用的力的静电电容值，所述第二电信号相当于所述第二电容元件对应所作用的力的静电电容值，基于与所作用的力对应的所述第一电信号和所述第二电信号的比例变化，判定所述力觉传感器是否正常工作。根据第1-2的专利技术，所述第二电容元件以包围所述第一电容元件的方式配置。根据第1-3的专利技术，所述第一电容元件从Z轴方向观察具有圆盘状的形状，所述第二电容元件从Z轴方向观察具有圆环状的形状。这些情况下，由于各电容元件具有对称的形状，因此用于基于各电容元件的静电电容值的变动计测检测对象的力的处理容易。根据第1-4的专利技术，在以上的力觉传感器中，所述第一及第二电容元件的各位移电极以共用电极构成，或者所述第一及第二电容元件的各固定电极以共用电极构成。根据第1-5的专利技术，设定成所述第一电容元件和所述第二电容元件各自的位移电极和固定电极中的一方面积比另一方面积大，即便在作用Z轴方向的力的结果导致所述位移电极相对于所述固定电极的相对位置发生变化的情况下，构成所述第一电容元件和第二电容元件各自的一对电极的有效对置面积不发生变化。根据第2-1的专利技术，本专利技术为一种力觉传感器，检测XYZ三维坐标系中的Z轴方向和X轴方向的力，所述力觉传感器包括：支承体，配置于XY平面上；变形体，与所述支承体对置配置，并具有在成为检测对象的力的作用下产生弹性变形的变形部；固定电极，配置于所述支承体；位移电极，以与所述固定电极对置的方式设置于所述变形体的所述变形部，在与所述固定电极之间构成电容元件；以及检测电路，基于所述电容元件的静电电容值的变动量来输出电信号，所述电信号表示在负荷加载于所述变形体和所述支承体的一方的状态下作用于另一方的力，所述变形部从Z轴方向观察包括：内侧变形部，包含所述Z轴并具有第一弹簧常数；以及外侧变形部，位于所述内侧变形部的外侧并具有与所述第一弹簧常数不同的第二弹簧常数，所述电容元件从Z轴方向观察包括：在与所述内侧变形部对应的位置而隔着Y轴配置的X轴负方向侧的第一电容元件和X轴正方向侧的第二电容元件；在与所述外侧变形部对应的位置而配置于所述第一电容元件近旁的第三电容元件及配置于所述第二电容元件近旁的第四电容元件，所述检测电路输出第一电信号和第二电信号，所述第一电信号相当于对应所作用的X轴方向的力的、“所述第一电容元件的静电电容值和所述第二电容元件的静电电容值之差”，所述第二电信号相当于对应所作用的X轴方向的力的、“所述第三电容元件的静电电容值和所述第四电容元件的静电电容值之差”，基于与所作用的X轴方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种力觉传感器，检测XYZ三维坐标系中的各轴方向的力及各绕轴的转矩的各分量中至少一个分量，其特征在于，所述力觉传感器包括：支承体，配置于XY平面上；变形体，接合于所述支承体；以及检测电路，输出电信号，所述电信号表示作用于所述变形体的力，所述变形体具有：第一变形部，具有第一弹簧常数；以及第二变形部，具有与所述第一弹簧常数不同的第二弹簧常数，所述检测电路输出第一电信号和第二电信号，所述第一电信号相当于所述第一变形部对应所作用的力的变形，所述第二电信号相当于所述第二变形部对应所作用的力的变形，基于与所作用的力对应的、所述第一电信号和所述第二电信号的比例变化，判定所述力觉传感器是否正常工作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.09 JP PCT/JP2016/0734871.一种力觉传感器，检测XYZ三维坐标系中的各轴方向的力及各绕轴的转矩的各分量中至少一个分量，其特征在于，所述力觉传感器包括：支承体，配置于XY平面上；变形体，接合于所述支承体；以及检测电路，输出电信号，所述电信号表示作用于所述变形体的力，所述变形体具有：第一变形部，具有第一弹簧常数；以及第二变形部，具有与所述第一弹簧常数不同的第二弹簧常数，所述检测电路输出第一电信号和第二电信号，所述第一电信号相当于所述第一变形部对应所作用的力的变形，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈田和广，冈田美穗，
申请(专利权)人：三角力量管理株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP