特許 6961283 力覚センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6961283

(24)【登録日】2021年10月15日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】力覚センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/16 20200101AFI20211025BHJP

   B25J 19/02 20060101ALI20211025BHJP

【ＦＩ】

   G01L5/16

   B25J19/02

【請求項の数】1

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2021-138383(P2021-138383)

(22)【出願日】2021年8月26日

(62)【分割の表示】特願2021-104407(P2021-104407)の分割

【原出願日】2018年10月3日

【審査請求日】2021年8月26日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】511071234

【氏名又は名称】株式会社トライフォース・マネジメント

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100103263

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 康

(74)【代理人】

【識別番号】100152205

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 昌司

(72)【発明者】

【氏名】岡田 和廣

(72)【発明者】

【氏名】岡田 美穂

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０２０−０５６７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−８５４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４４６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第９１４４９０９（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】 特許第６１６８８６８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第５３２４４３２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１７−２２６０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第３８８３９３９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第３９２９３８３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第４８４８７００（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第６１０８１６７（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１８−４７５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第３７９２２７４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第６４６２９４６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第６４８８０５７（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ

Ｂ２５Ｊ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットに装着される力覚センサであって、
検出対象となる力またはモーメントの作用を受ける受力体と、
貫通孔が設けられた支持体と、
前記受力体に接続部を介して接続され、且つ前記支持体に固定部を介して接続され、前記受力体が受けた力またはモーメントを検出する検出部と、
前記検出部から出力された信号を受信する検出回路と、
前記検出回路に電気的に接続されたコネクタと、
を備え、
前記コネクタは、前記貫通孔が開口した前記支持体の表面側から電気ケーブルを接続可能であり、且つ、前記電気ケーブルと接続する接続面が前記支持体の前記表面よりも奥側に位置するように、前記支持体に固定されている、力覚センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、力覚センサに関し、特に、産業用ロボット、生活支援ロボット、医療用ロボット等の各種ロボットの制御に利用可能な力覚センサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、所定の軸方向に作用した力および所定の回転軸まわりに作用したモーメント（トルク）を電気信号として出力する力覚センサが知られている。この力覚センサは、産業用ロボットを初めとして、協働ロボット、生活支援ロボット、医療用ロボットおよびサービスロボット等、各種ロボットの力制御等に幅広く利用されている。

【0003】

力覚センサとして、特許文献１〜３に記載のように、容量素子の静電容量値の変動量によって力およびモーメントを検出する静電容量型の力覚センサが知られている。また、特許文献４に記載のように、歪ゲージの電気抵抗値の変動量によって力およびモーメントを検出する歪ゲージ型の力覚センサも知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６０５３２４７号

【特許文献2】特許第６３０８６０５号

【特許文献3】特許第６２５７０１７号

【特許文献4】特開平８−１２２１７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、従来、力覚センサから出力される電気信号を外部に取り出すためのコネクタが力覚センサの外装体（筐体）に設けられている。図１２および図１３を参照して従来の力覚センサについて説明する。なお、図１３では、コネクタ固定体３７０の上面は透視して図示している。

【0006】

図１２および図１３に示すように、従来の力覚センサ３００は、ロボットのエンドエフェクタ等から力またはモーメントの作用を受ける受力体３１０と、この受力体３１０および検出リング（図示せず）を支持する支持体３３０と、電気信号を出力する検出回路（図示せず）に電気的に接続されたコネクタ３５０と、円柱状の外装体３６０と、コネクタ固定体３７０と、を備えている。受力体３１０と外装体３６０の間には、防水・防塵用の弾性体３６１が設けられている。

【0007】

コネクタ固定体３７０は、外装体３６０の外周面に設けられ、コネクタ３５０を固定している。コネクタ３５０は、レセプタクル（メス型コネクタ）であり、ロボットの制御部と電気ケーブルを介して接続される。図１２および図１３に示すように、コネクタ３５０は、外装体３６０の周方向に沿って電気ケーブルを接続する。なお、図示しないが、外装体３６０の半径方向に沿って電気ケーブルを接続するコネクタもある。

【0008】

上記のように、従来の力覚センサ３００では、コネクタ固定体３７０が外装体３６０の外周面に設けられる。電気ケーブルは、力覚センサとロボットの間を架け渡したり、ロボットの外装を這うように配線されて、外装体３６０の外周面側からコネクタ３５０に接続される。このため、従来の力覚センサでは、ロボットの動作に伴って電気ケーブルが破損ないし破断するおそれが高まるという課題があった。また、電気ケーブルがロボットの外部に露出しているため、作業者、被支援者等の人が電気ケーブルに引っかかるなどの安全性の問題や、見栄えが損なわれるという課題もある。

【0009】

本発明は、上記の技術的認識に基づいてなされたものであり、その目的は、ロボットの安全性および信頼性を向上させるとともに、ロボットの見栄えを向上させることができる力覚センサを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係る力覚センサは、
ロボットに装着される力覚センサであって、
検出対象となる力またはモーメントの作用を受ける受力体と、
前記受力体が受けた力またはモーメントを検出する検出部を有する検出リングと、
前記検出リングを支持する支持体と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記検出リングに作用した力またはモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、
一方の開口部に前記受力体が配置され、他方の開口部に前記支持体が配置され、前記検出リングを内蔵する筒状の外装体と、
前記電気信号を出力する前記検出回路の端子に電気的に接続されたコネクタであって、前記ロボットの内部に延設された電気ケーブルを前記支持体側から接続可能に設けられたコネクタと、を備える。

【0011】

また、前記力覚センサにおいて、
前記支持体は、前記受力体と対向する第１の主面と、前記第１の主面と反対側の第２の主面とを有し、
前記第２の主面には凹部が設けられ、
前記コネクタは、前記凹部の底部に設けられた貫通孔に嵌合してもよい。

【0012】

また、前記力覚センサにおいて、
前記コネクタは、前記第２の主面側に露出する接続面を有しており、前記接続面が前記第２の主面よりも奥側に位置するように前記支持体に固定されていてもよい。

【0013】

また、前記力覚センサにおいて、
前記支持体は、前記受力体と対向する第１の主面と、前記第１の主面と反対側の第２の主面とを有し、
前記第１の主面と前記の第２の主面間を貫通する貫通孔が設けられ、
前記第１の主面側における前記貫通孔の開口を覆うとともに、前記コネクタを固定するコネクタ固定体をさらに備えてもよい。

【0014】

また、前記力覚センサにおいて、
前記コネクタは、前記第２の主面側に露出する接続面を有しており、前記接続面が前記第２の主面よりも奥側に位置するように前記コネクタ固定体に固定されていてもよい。

【0015】

また、前記力覚センサにおいて、
前記支持体は、前記受力体と対向する第１の主面と、前記第１の主面と反対側の第２の主面とを有し、
前記コネクタは、前記支持体に設けられた貫通孔に嵌合し、
前記第２の主面から突出した前記コネクタを囲うように突設されたコネクタ保護体をさらに備えてもよい。

【0016】

また、前記力覚センサにおいて、
前記支持体が環状であり、前記外装体の内周面が前記支持体の外周側面に接続しており、
外周面が前記支持体の内周側面に接続する筒状の内装体をさらに備え、前記コネクタのうち少なくとも一部は前記内装体の内部に配置されていてもよい。

【0017】

また、前記力覚センサにおいて、
前記内装体の内周面に設けられ、前記コネクタを固定するコネクタ固定体をさらに備えてもよい。

【0018】

また、前記力覚センサにおいて、
前記コネクタ固定体は、
前記コネクタを固定する固定板部と、
前記固定板部および前記内装体の内周面に接続し、前記コネクタのうち前記 固定板部より上方の部分を取り囲むカバー部と、
を有してもよい。

【0019】

また、前記力覚センサにおいて、
前記コネクタは、Ｌ字状に構成されており、前記内装体に設けられた貫通孔に嵌合されていてもよい。

【0020】

また、前記力覚センサにおいて、
前記内装体には、前記電気ケーブル以外のケーブルを挿通可能な配線スペースが確保されていてもよい。

【0021】

また、前記力覚センサにおいて、
前記コネクタは、前記第２の主面側に露出する接続面が前記第２の主面よりも奥側に位置するように前記内装体の内部に配置されていてもよい。

【0022】

また、前記力覚センサにおいて、
前記コネクタを固定するとともに、前記支持体側から前記外装体または前記支持体に取り付けられたコネクタ固定外装体をさらに備えてもよい。

【0023】

また、前記力覚センサにおいて、
前記コネクタ固定外装体は、筒部と、前記筒部の下端を閉塞する底部と、前記底部に設けられた貫通孔を覆うように設けられ、前記コネクタを固定するコネクタ固定部とを有してもよい。

【0024】

また、前記力覚センサにおいて、
前記底部は、前記支持体と対向する第１の主面と、前記第１の主面と反対側の第２の主面とを有し、
前記コネクタは、前記第２の主面側に露出する接続面が前記第２の主面よりも奥側に位置するように前記コネクタ固定部に固定されていてもよい。

【0025】

また、前記力覚センサにおいて、
前記コネクタは、前記検出リングの中心軸に沿って設けられていてもよい。

【0026】

また、前記力覚センサにおいて、
前記検出部は、前記検出リングの中心点から見て均等に分散して複数設けられていてもよい。

【発明の効果】

【0027】

本発明に係る力覚センサでは、電気信号を出力する検出回路の端子に電気的に接続されたコネクタが、ロボットの内部に延設された電気ケーブルを支持体側から接続可能に設けられている。これにより、従来のように電気ケーブルをロボットの外部に設けるのではなく、ロボットの内部に設けることができるようになる。その結果、作業者、被支援者等の人が電気ケーブルに引っかかるなどの事態を防止することができる。また、ロボットの動作時に電気ケーブルが破損ないし破断することを抑制することができる。さらに、電気ケーブルが外側から見えないため、ロボットの見栄えを向上させることができる。よって、本発明によれば、ロボットの安全性および信頼性を向上させるとともに、ロボットの見栄えを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】実施形態に係る力覚センサの、ロボットへの適用例を示す図である。

【図2】第１の実施形態に係る力覚センサの一部縦断面図である。

【図3】第１の実施形態に係る力覚センサの下面図である。

【図4】（ａ）は第１の例に係る検出リングの斜視図であり、（ｂ）は当該検出リングの側面図であり、（ｃ）は当該検出リングの下面図である。

【図5】（ａ）は第２の例に係る検出リングの上面図であり、（ｂ）は当該検出リングの側面図である。

【図6】第２の実施形態に係る力覚センサの一部縦断面図である。

【図7】第３の実施形態に係る力覚センサの一部縦断面図である。

【図8】第４の実施形態に係る力覚センサの一部縦断面図である。

【図9】第４の実施形態に係る力覚センサの下面図である。

【図10】第４の実施形態の変形例に係る力覚センサの一部縦断面図である。

【図11】第５の実施形態に係る力覚センサの一部縦断面図である。

【図12】従来の力覚センサの側面図である。

【図13】従来の力覚センサの上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図においては、同等の機能を有する構成要素に同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なる。

【0030】

＜力覚センサのロボットへの適用＞
実施形態に係る力覚センサについて説明する前に、当該力覚センサのロボットへの適用例について図１を参照して説明する。

【0031】

図１に示すように、産業用ロボット１０００は、ロボット本体１１００と、エンドエフェクタ１２００と、電気ケーブル１３００と、制御部１４００と、力覚センサ１と、を有している。ロボット本体１１００は、ロボットのアーム部を含んでいる。ロボット本体１１００とエンドエフェクタ１２００の間には、力覚センサ１が設けられている。

【0032】

電気ケーブル１３００は、ロボット本体１１００の内部に延設されている。この電気ケーブル１３００は、力覚センサ１のコネクタ５０（後述）に接続している。

【0033】

なお、図１では、制御部１４００はロボット本体１１００の内部に配置されているが、他の場所（例えばロボット外部の制御盤）に配置されてもよい。また、力覚センサ１のロボットへの装着態様は図１に示すものに限られない。

【0034】

力覚センサ１は、グリッパー等のエンドエフェクタ１２００に作用する力またはモーメントを検出する。検出された力またはモーメントを示す電気信号は、電気ケーブル１３００を介して産業用ロボット１０００の制御部１４００に送信される。制御部１４００は、受信した電気信号に基づいてロボット本体１１００およびエンドエフェクタ１２００の動作を制御する。

【0035】

実施形態に係る力覚センサ１を適用した産業用ロボット１０００においては、電気ケーブル１３００がロボット本体１１００内に配置されている。このため、ロボット動作時に、電気ケーブル１３００が外部の物体と接触等したり、電気ケーブル１３００に張力や曲げ応力が加わることにより、破損ないし破断することが抑制される。

【0036】

なお、力覚センサ１は、産業用ロボットに限られず、生活支援ロボット、医療用ロボット等の各種ロボットに適用可能である。

【0037】

以下、本発明の実施形態に係る力覚センサについて説明する。

【0038】

（第１の実施形態）
図２および図３を参照して、第１の実施形態に係る力覚センサについて説明する。図２は、本実施形態に係る力覚センサ１の一部縦断面図である。なお、図２では、接続部１５、固定部１６および検出リング２０は模式的に示している。これらの構成要素の具体例は、図４および図５を参照して説明する。図３は、本実施形態に係る力覚センサ１の下面図である。

【0039】

力覚センサ１は、所定の軸方向に作用した力および所定の回転軸まわりに作用したモーメント（トルク）を電気信号として出力する機能を有する。本実施形態に係る力覚センサ１の外形は背の低い円柱状である。

【0040】

力覚センサ１は、図２に示すように、受力体１０と、接続部１５と、固定部１６と、検出リング２０と、支持体３０と、検出回路４０と、コネクタ５０と、筒状の外装体６０とを備えている。以下、各構成要素について詳しく説明する。

【0041】

受力体１０は、検出対象となる力またはモーメントの作用を受ける。作用を受けることにより、受力体１０は支持体３０に対して相対移動する。先に説明した図１の例で言えば、受力体１０はエンドエフェクタ１２００に接しており、エンドエフェクタ１２００から力またはモーメントを受ける。

【0042】

本実施形態では、受力体１０の形状は円盤状である。なお、受力体１０の平面形状は、円形に限られず、方形、多角形、楕円形等の他の形状であってもよい。また、受力体１０は、従来の力覚センサ３００の受力体３１０のように、外装体６０の開口端を上側から覆うように設けられてもよい。

【0043】

受力体１０は、接続部１５を介して検出リング２０に接続されている。この受力体１０は、図２に示すように、接続部１５、検出リング２０および固定部１６を介して支持体３０に支持されている。

【0044】

接続部１５は、受力体１０を、検出リング２０の所定の部分に接続する。図４の例では、接続部１５は受力体１０を検出リング２０の作用点Ｑ１，Ｑ２に接続する。また、図５の例では、接続部１５は受力体１０を検出リング２０の外側リング部２１に接続する。

【0045】

検出リング２０は、受力体１０が受けた力またはモーメントを検出する検出部Ｄ１〜Ｄ４を有する。検出部Ｄ１〜Ｄ４は、受力体１０が受けた力またはモーメントを検出することによって歪みまたは変位を生じるように構成されている。検出部Ｄ１〜Ｄ４の構成例は図４、図５を参照して後ほど詳しく説明する。なお、接続部１５、固定部１６および検出リング２０を総称して、起歪体と呼ぶこともある。

【0046】

支持体３０は、検出リング２０を支持する。より詳しくは、支持体３０は、固定部１６を介して検出リング２０を支持する。図１の例で言えば、支持体３０はロボット本体１１００（アーム部）の先端にネジで固定される。

【0047】

固定部１６は、検出リング２０の所定の部分を支持体３０に固定する。図４の例では、固定部１６は検出リング２０の固定点Ｐ１，Ｐ２を支持体３０に固定する。また、図５の例では、固定部１６は検出リング２０の内側リング部２２を支持体３０に固定する。なお、図５の例において、接続部１５が受力体１０を内側リング部２２に接続し、固定部１６が外側リング部２１を支持体３０に固定してもよい。

【0048】

本実施形態では、支持体３０の形状は円盤状である。なお、支持体３０の平面形状は、円形に限られず、方形、多角形、楕円形等の他の形状であってもよい。

【0049】

支持体３０は、図２に示すように、受力体１０と対向する主面３０ａ（第１の主面）と、主面３０ａと反対側の主面３０ｂ（第２の主面）とを有する。図２および図３に示すように、支持体３０の主面３０ｂには、凹部３１が設けられている。本実施形態では、凹部３１は支持体３０の中心に設けられている。これにより、コネクタ５０を検出リング２０の中央部分に配置することができ、力覚センサ１の内部空間を効率的に使用することができる。ただし、本発明は、凹部３１を支持体３０の中心から外れた位置に設けることを排除するものではない。

【0050】

検出回路４０は、検出リング２０の検出部Ｄ１〜Ｄ４の検出結果に基づいて、検出リング２０に作用した力またはモーメントを示す電気信号を出力する。この検出回路４０は、例えばマイクロプロセッサにより構成される。検出回路４０は、検出部Ｄ１〜Ｄ４から受信したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機能や、信号を増幅する機能を有してもよい。

【0051】

コネクタ５０は、検出リング２０に作用した力またはモーメントを示す電気信号を出力する検出回路４０の端子に電気的に接続されている。コネクタ５０は、例えば、電気ケーブル１３００のプラグ（オス型コネクタ）を接続可能なレセプタクル（メス型コネクタ）である。

【0052】

コネクタ５０は、図２および図３に示すように、複数の端子５１と、複数のガイドピン挿入孔５２とを有する。端子５１は、配線コードを介して検出回路４０の出力端子に電気的に接続されている。なお、図１では、端子５１を２つしか図示していないが、実際にはコネクタ５０はガイドピン挿入孔５２の数に応じた端子５１を有する。

【0053】

コネクタ５０は、図２に示すように、支持体３０の主面３０ｂ側に露出する接続面５０ａを有する。この接続面５０ａに複数のガイドピン挿入孔５２が設けられている。

【0054】

コネクタ５０は、図１を参照して説明したように、ロボットの内部に延設された電気ケーブルを支持体３０側から接続可能に設けられている。本実施形態では、コネクタ５０は、図２に示すように、凹部３１の底部に設けられた貫通孔に嵌合している。

【0055】

コネクタ５０は、図２に示すように、検出リング２０の中心軸に沿って主面３０ａ，３０ｂと直交するように設けられている。ただし、本発明はこれに限られない。すなわち、コネクタ５０が支持体３０側から電気ケーブル１３００を接続可能であれば、コネクタ５０は中心軸から外れて設けられてもよいし、支持体３０と斜交するように設けられてもよい。

【0056】

なお、接続面５０ａは支持体３０の主面３０ａ，３０ｂと平行でなくてもよい。

【0057】

本願発明において、「電気ケーブルを支持体側から接続可能」であるとは、支持体側から力覚センサに接近する電気ケーブルを接続可能であることを意味するものであって、支持体３０の主面３０ａ，３０ｂと平行な面で電気ケーブルと接続する必要は必ずしもない。

【0058】

コネクタ５０の種類は特に限定されるものではなく、例えば、ＲＳ−４２２、ＵＳＢ等の規格に準拠したものが適用される。なお、コネクタ５０はプラグであってもよい。この場合、端部にレセプタクルが設けられた電気ケーブル１３００とコネクタ５０が接続される。

【0059】

図２に示すように、コネクタ５０は、接続面５０ａが主面３０ｂよりも奥側に位置するように支持体３０に固定されていてもよい。図２では、接続面５０ａは支持体３０の主面３０ｂよりも長さｄだけ奥側に位置している。これにより、支持体３０が他の物体に衝突した場合にコネクタ５０が破損することを防止できる。本実施形態では凹部３１の底部でコネクタ５０を固定するため、接続面５０ａが主面３０ｂよりも奥側に位置するようにコネクタ５０の位置調整を容易に行うことができる。

【0060】

コネクタ５０は、支持体３０に凹部３１を設けず、支持体３０に設けられた貫通孔に嵌合するように支持体３０に固定されてもよい。

【0061】

外装体６０は、力覚センサ１の筒状の筐体である。本実施形態では外装体６０の横断面形状は円形であるが、これに限られず、方形、多角形、楕円形等、他の形状であってもよい。

【0062】

外装体６０の一方の開口部（図２では上側の開口部）に受力体１０が配置され、他方の開口部（図２では下側の開口部）に支持体３０が配置されている。検出リング２０は、外装体６０に内蔵されている。

【0063】

より詳しくは、図２に示すように、支持体３０は外装体６０の下側の開口部を閉塞するように外装体６０に固定されている。一方、受力体１０と外装体６０との間には隙間が設けられており、受力体１０は、ロボットから受けた力またはモーメントに応じて動くことが可能である。なお、防水性や防塵性を確保するために、受力体１０と外装体６０との間の隙間にゴム等の弾性材が介装されてもよい。また、外装体６０は、支持体３０と一体的に構成されたものであってもよい。

【0064】

上記のように、第１の実施形態に係る力覚センサ１では、コネクタ５０が凹部３１の底部に設けられた貫通孔に嵌合しており、電気信号を送信するための電気ケーブルを支持体３０側から接続することが可能である。これにより、従来のように電気ケーブルをロボットの外部に設けるのではなく、ロボットの内部に設けることができるようになる。その結果、作業者、被支援者等の人が電気ケーブルに引っかかるなどの事態を防止することができる。また、ロボットの動作時に電気ケーブルが破損ないし破断することを抑制することができる。よって、ロボットの安全性および信頼性を向上させることができる。さらに、電気ケーブルが外側から見えないため、ロボットの見栄えを向上させることができる。

【0065】

以上説明したように、第１の実施形態によれば、ロボットの安全性および信頼性を向上させるとともに、ロボットの見栄えを向上させることができる。

【0066】

＜検出リングの例＞
ここで、図４（ａ）〜（ｃ）、図５（ａ），（ｂ）を参照して検出リング２０の具体例について説明する。図４は静電容量型の検出リングであり、図５は歪みゲージ型の検出リングである。なお、図５では、検出リング２０に加えて、接続部１５および固定部１６も図示している。

【0067】

まず、静電容量型の検出リングについて説明する。図４（ａ）〜（ｃ）に示す検出リング２０は、弾性変形する板状片を組み合わせて構成された検出部Ｄ１〜Ｄ４が円環状の構造体の４箇所に設けられている。より詳しくは、検出部Ｄ１〜Ｄ４は、円環状の検出リング２０の中心点（原点Ｏ）から見て均等に分散して設けられている。検出リング２０は、４組の検出部Ｄ１〜Ｄ４と、これら検出部Ｄ１〜Ｄ４を相互に連結する４組の連結部Ｌ１〜Ｌ４と、を有している。なお、検出部の数は４つに限られるものではない。

【0068】

図４（ｂ）に示すように、検出部Ｄ１〜Ｄ４の各々は、変形部２６、変形部２７、変位部２８という３枚の板状片（板バネ）によって構成されている。板状片は、連結部Ｌ１〜Ｌ４に比べて肉厚が薄い。したがって、検出部Ｄ１〜Ｄ４は、連結部Ｌ１〜Ｌ４に比べて弾性変形しやすい。このため、検出リング２０に外力が作用した場合、当該外力に基づく検出リング２０の弾性変形は、検出部Ｄ１〜Ｄ４に集中して生じ、連結部Ｌ１〜Ｌ４の弾性変形は、実用上、無視し得る程度である。

【0069】

検出部Ｄ１〜Ｄ４およびこれに対向する支持体３０の所定部分に電極（図示せず）が設けられる。このように設けられた電極間の静電容量は、変位部２８の変位により変化する。この静電容量の変化に基づいて、受力体１０ないし検出リング２０に作用した外力の向きおよび大きさを検出することが可能である。

【0070】

次に、歪みゲージ型の検出リングについて説明する。図５（ａ），（ｂ）に示す検出リング２０は、外側リング部２１と、この外側リング部２１と同心円の内側リング部２２と、複数本の梁部２３と、複数個の歪みゲージ２５とを有する。図５（ｂ）に示すように、外側リング部２１には円環状の接続部１５が設けられている。この接続部１５は受力体１０に固定されている。また、内側リング部２２には円環状の固定部１６が設けられている。この固定部１６は支持体３０に固定されている。

【0071】

外側リング部２１と内側リング部２２は、４本の梁部２３で接続されている。各梁部２３には、６個の歪みゲージ２５が設けられている。より詳しくは、梁部２３の両側面にそれぞれ２個の歪みゲージ２５が設けられ、梁部２３の上面にも２個の歪みゲージ２５が設けられる。図５（ａ）に示すように、歪みゲージ２５は、梁部２３の両端部（すなわち、外側リング部２１と梁部２３との接続部分、および内側リング部２２と梁部２３との接続部分）に設けられる。検出部Ｄ１〜Ｄ４は、円環状の検出リング２０の中心点から見て均等に分散して設けられている。なお、梁部２３の数は４本に限られるものではない。

【0072】

上記歪みゲージ型の検出リング２０は、４本の梁部２３に設けられた合計２４個の歪みゲージ２５により、受力体１０に作用した力とモーメントを検出することが可能である。

【0073】

（第２の実施形態）
次に、図６を参照して、第２の実施形態に係る力覚センサについて説明する。図６は、本実施形態に係る力覚センサ１Ａの一部縦断面図である。なお、図６では、接続部１５、固定部１６および検出リング２０は模式的に示している。

【0074】

第２の実施形態では、コネクタ５０が支持体３０Ａではなく、コネクタ固定体７０により固定される。以下、第１の実施形態との相違点を中心に、第２の実施形態に係る力覚センサ１Ａについて説明する。

【0075】

力覚センサ１Ａは、図６に示すように、受力体１０と、接続部１５と、固定部１６と、検出リング２０と、支持体３０Ａと、検出回路４０と、コネクタ５０と、外装体６０と、コネクタ固定体７０と、を備えている。

【0076】

支持体３０Ａは、受力体１０と対向する主面３０ａと、主面３０ａと反対側の主面３０ｂとを有する。本実施形態では、図６に示すように、支持体３０Ａの主面３０ａと主面３０ｂ間を貫通する貫通孔３２が設けられている。この貫通孔３２にコネクタ５０が挿通されている。

【0077】

力覚センサ１Ａは、コネクタ固定体７０をさらに備えている。このコネクタ固定体７０は、主面３０ａ側における貫通孔３２の開口を覆うとともに、コネクタ５０を固定する。コネクタ固定体７０は、ネジや接着剤等により支持体３０Ａに固定されていてもよいし、あるいは、支持体３０Ａと一体的に形成されたものであってもよい。

【0078】

なお、コネクタ５０は、図６に示すように、接続面５０ａが主面３０ｂよりも奥側に位置するようにコネクタ固定体７０に固定されていてもよい。これにより、支持体３０Ａが他の物体に衝突した場合にコネクタ５０が破損することを防止できる。本実施形態ではコネクタ固定体７０でコネクタ５０を固定するため、接続面５０ａが主面３０ｂよりも奥側に位置するようにコネクタ５０の位置調整を容易に行うことができる。

【0079】

上記のように、第２の実施形態に係る力覚センサ１Ａでは、コネクタ５０が支持体３０Ａの貫通孔３２に挿通され、コネクタ固定体７０に固定されている。このため、電気信号を送信するための電気ケーブルを支持体３０Ａ側から接続することが可能である。よって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ロボットの安全性および信頼性を向上させることができるとともに、ロボットの見栄えを向上させることができる。

【0080】

さらに、第２の実施形態では、コネクタ固定体７０によりコネクタ５０を支持固定するため、第１の実施形態の支持体３０に比べて支持体３０Ａを薄くすることができる。その結果、第２の実施形態によれば、力覚センサの軽量化を図ることができる。

【0081】

（第３の実施形態）
次に、図７を参照して、第３の実施形態に係る力覚センサについて説明する。図７は、本実施形態に係る力覚センサ１Ｂの一部縦断面図である。なお、図７では、接続部１５、固定部１６および検出リング２０は模式的に示している。

【0082】

第３の実施形態では、コネクタ５０が支持体３０Ｂに固定され、支持体３０Ｂから外部に突出した部分がコネクタ保護体８０により保護される。以下、第１の実施形態との相違点を中心に、第３の実施形態に係る力覚センサ１Ｂについて説明する。

【0083】

力覚センサ１Ｂは、図７に示すように、受力体１０と、接続部１５と、固定部１６と、検出リング２０と、支持体３０Ｂと、検出回路４０と、コネクタ５０と、外装体６０と、コネクタ５０を保護するためのコネクタ保護体８０と、を備えている。

【0084】

本実施形態では、図７に示すように、コネクタ５０は、支持体３０Ｂに設けられた貫通孔に嵌合し、固定されている。支持体３０Ｂは、受力体１０と対向する主面３０ａと、主面３０ａと反対側の主面３０ｂとを有する。

【0085】

コネクタ保護体８０は、支持体３０Ｂの主面３０ｂから突出したコネクタ５０を囲うように突設されている。コネクタ保護体８０は、ネジや接着剤等により支持体３０Ｂに固定されていてもよいし、あるいは、支持体３０Ｂと一体的に形成されたものであってもよい。

【0086】

なお、コネクタ保護体８０は、コネクタ５０を連続的に囲ってもよいし、あるいは、コネクタ５０の周りに設けた複数の突起によりコネクタ５０を非連続的に囲ってもよい。

【0087】

また、コネクタ保護体８０は、図７に示すように、支持体３０Ｂの主面３０ｂから、コネクタ５０の突出部分よりも高く突設されてもよい。これにより、より確実にコネクタ５０を保護することができる。

【0088】

上記のように、第３の実施形態に係る力覚センサ１Ｂでは、コネクタ５０が支持体３０Ｂに設けられた貫通孔に嵌合しているとともに、コネクタ保護体８０で保護されている。このため、電気信号を送信するための電気ケーブルを支持体３０側から接続することが可能である。よって、第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ロボットの安全性および信頼性を向上させることができるとともに、ロボットの見栄えを向上させることができる。

【0089】

さらに、第３の実施形態によれば、コネクタ５０が主面３０ｂ側に突出する分、コネクタ５０の、主面３０ａからの突出量を低減することができるため、受力体１０と支持体３０Ｂ間の距離を短くすることができる。その結果、力覚センサの薄型化を図ることができる。

【0090】

（第４の実施形態）
次に、図８および図９を参照して、第４の実施形態に係る力覚センサについて説明する。図８は、本実施形態に係る力覚センサ１Ｃの一部縦断面図である。なお、図８では、接続部１５、固定部１６および検出リング２０は模式的に示している。図９は、力覚センサ１Ｃの下面図である。

【0091】

第４の実施形態に係る力覚センサ１Ｃは筒状の内装体６５を有し、この内装体６５内にコネクタ５０が設けられる。以下、第１の実施形態との相違点を中心に、第４の実施形態に係る力覚センサ１Ｃについて説明する。

【0092】

力覚センサ１Ｃは、図８に示すように、環状の受力体１０Ｃと、接続部１５と、固定部１６と、検出リング２０と、環状の支持体３０Ｃと、検出回路４０と、コネクタ５０と、筒状の外装体６０と、外装体６０の内側に配置された筒状の内装体６５と、コネクタ固定体９０と、を備えている。コネクタ５０のうち少なくとも一部は、内装体６５の内部に配置されている。

【0093】

本実施形態の受力体１０Ｃおよび支持体３０Ｃは円環状の構造体である。なお、受力体１０Ｃおよび支持体３０Ｃは、矩形環状等、他の環状体であってもよい。支持体３０Ｃは、受力体１０Ｃと対向する主面３０ａと、主面３０ａと反対側の主面３０ｂとを有する。

【0094】

図８および図９に示すように、外装体６０の内周面が支持体３０Ｃの外周側面に接続する。また、内装体６５は、その外周面が支持体３０Ｃの内周側面に接続する。内装体６５の中心軸は外装体６０の中心軸とほぼ一致する。

【0095】

コネクタ固定体９０は、内装体６５の内周面に設けられ、コネクタ５０を固定する。このコネクタ固定体９０は、コネクタ５０を固定する固定板部９１と、固定板部９１および内装体６５の内周面に接続し、コネクタ５０のうち固定板部９１より上方の部分を取り囲むカバー部９２，９３と、を有する箱状のものとして構成されている。カバー部９２，９３を設けることで防水性や防塵性を向上させることができる。ただし、カバー部９２，９３は必須の構成ではなく、固定板部９１のみを内装体６５の内周面に設けてもよい。

【0096】

本実施形態では、コネクタ５０の端子５１に接続された配線コードは、図８に示すように、内装体６５の貫通孔を通って検出回路４０に配線されている。

【0097】

図９に示すように、内装体６５の内部空間の一部はコネクタ固定体９０により占められるものの、電気ケーブル１３００以外の各種ケーブル（電気ケーブル、圧力ケーブル等）を挿通可能な配線スペースＳが確保されている。これにより、ロボット本体１１００とエンドエフェクタ１２００間の電気ケーブル等を、力覚センサ１Ｃ内を通して配線することができるようになる。その結果、ロボットの安全性、信頼性および見栄えをさらに向上させることができる。

【0098】

なお、図９に示すように、コネクタ５０は、接続面５０ａが支持体３０Ｃの主面３０ｂよりも奥側に位置するようにコネクタ固定体９０により固定されていてもよい。コネクタ５０は、すべて内装体６５の内部に配置される。これにより、支持体３０Ｃが他の物体に衝突した場合にコネクタ５０が破損することを防止できる。

【0099】

上記のように、第４の実施形態に係る力覚センサ１Ｃでは、コネクタ５０が内装体６５の内部にコネクタ固定体９０により固定されている。このため、電気信号を送信するための電気ケーブルを支持体３０側から接続することが可能である。よって、第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ロボットの安全性および信頼性を向上させることができるとともに、ロボットの見栄えを向上させることができる。

【0100】

なお、本実施形態の変形例として、環状の受力体１０Ｃに代えて、円盤状等、貫通孔を有しない受力体１０を備える力覚センサを想定することも可能である。この場合、内装体６５は、支持体３０Ｃ側から、受力体１０よりも下の位置まで延在する。

【0101】

本実施形態の別の変形例として、図１０に示すように、コネクタ５０がＬ字型に構成されている。そして、Ｌ字型のコネクタ５０が内装体６５に設けられた貫通孔に嵌合されている。より具体的には、コネクタ５０は、接続面５０ａが支持体３０Ｃの主面３０ａ，３０ｂと略平行になるように内装体６５に直接固定されている。本変形例によっても、第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0102】

なお、上記の変形例において、コネクタ５０は、接続面５０ａが支持体３０Ｃの主面３０ｂよりも奥側に位置するように内装体６５により固定されていてもよい。また、内装体６５には、電気ケーブル以外のケーブルを挿通可能な配線スペースが確保されていてもよい。

【0103】

（第５の実施形態）
次に、図１１を参照して、第５の実施形態に係る力覚センサについて説明する。図１１は、本実施形態に係る力覚センサ１Ｅの一部縦断面図である。なお、図１１では、接続部１５、固定部１６および検出リング２０は模式的に示している。

【0104】

第５の実施形態に係る力覚センサ１Ｅは、コネクタを固定する外付けのコネクタ固定外装体１００を備える。以下、第１の実施形態との相違点を中心に、第５の実施形態に係る力覚センサ１Ｅについて説明する。

【0105】

力覚センサ１Ｅは、図１１に示すように、受力体１０と、接続部１５と、固定部１６と、検出リング２０と、支持体３０Ｄと、検出回路４０と、コネクタ５０と、外装体６０と、コネクタ固定外装体１００と、を備えている。

【0106】

支持体３０Ｄは、受力体１０と対向する主面３０ａと、主面３０ａと反対側の主面３０ｂとを有する。支持体３０Ｄには、貫通孔３３が設けられている。この貫通孔３３には、検出回路４０とコネクタ５０を接続する配線コードが通されている。

【0107】

コネクタ固定外装体１００は、コネクタ５０を固定するとともに、支持体３０Ｄ側から外装体６０に取り付けられている。例えば、コネクタ固定外装体１００は、外装体６０にネジで取り付けられる。その他、コネクタ固定外装体１００は、接着剤、テープ等で外装体６０に固定されてもよい。なお、コネクタ固定外装体１００は支持体３０Ｄに取り付けられてもよい。

【0108】

コネクタ固定外装体１００は、筒部１０１と、この筒部１０１の下端を閉塞する底部１０２と、コネクタ固定部１０３とを有している。コネクタ固定外装体１００は、筒部１０１の上端で外装体６０に接続している。

【0109】

底部１０２は、支持体３０Ｄと対向する主面１０２ａと、主面１０２ａと反対側の主面１０２ｂとを有する。

【0110】

コネクタ固定部１０３は、底部１０２に設けられた貫通孔を覆うように設けられている。このコネクタ固定部１０３により、コネクタ５０が固定されている。

【0111】

なお、コネクタ５０は、図１１に示すように、底部１０２の主面１０２ｂ側に露出する接続面５０ａが主面１０２ｂよりも奥側に位置するようにコネクタ固定部１０３に固定されていてもよい。これにより、コネクタ固定外装体１００が他の物体に衝突した場合にコネクタ５０が破損することを防止できる。

【0112】

本実施形態の変形例として、コネクタ固定外装体１００にコネクタ固定部１０３を設けず、コネクタ５０は、コネクタ固定外装体１００の底部１０２に設けられた貫通孔に嵌合され固定されてもよい。あるいは、コネクタ５０は、第１の実施形態のように、底部１０２に設けられた凹部の底面に貫設されてもよい。

【0113】

上記のように、第５の実施形態に係る力覚センサ１Ｅでは、コネクタ５０がコネクタ固定外装体１００により固定されている。このため、電気信号を送信するための電気ケーブルを支持体３０側から接続することが可能である。よって、第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ロボットの安全性および信頼性を向上させることができるとともに、ロボットの見栄えを向上させることができる。

【0114】

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

【符号の説明】

【0115】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，３００ 力覚センサ
１０，３１０ 受力体
１５ 接続部
１６ 固定部
２０ 検出リング
２１ 外側リング部
２２ 内側リング部
２３ 梁部
２５ 歪みゲージ
２６，２７ 変形部
２８ 変位部
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３３０ 支持体
３１ 凹部
３２，３３ 貫通孔
４０ 検出回路
５０，３５０ コネクタ
５０ａ 接続面
５１ 端子
５２ ガイドピン挿入孔
６０，３６０ 外装体
６５ 内装体
６５ａ 貫通孔
７０，３７０ コネクタ固定体
８０ コネクタ保護体
９０ コネクタ固定体
９１ 固定板部
９２，９３ カバー部
１００ コネクタ固定外装体
１０１ 筒部
１０２ 底部
１０３ コネクタ固定部
１０００ 産業用ロボット
１１００ ロボット本体
１２００ エンドエフェクタ
１３００ 電気ケーブル
１４００ 制御部
Ｄ１〜Ｄ４ 検出部
Ｌ１〜Ｌ４ 連結部
Ｐ１，Ｐ２ 固定点
Ｑ１，Ｑ２ 作用点
Ｓ 配線スペース

【要約】

【課題】ロボットの安全性および信頼性を向上させるとともに、ロボットの見栄えを向上させる。
【解決手段】ロボットに装着される力覚センサ１であって、検出対象となる力またはモーメントの作用を受ける受力体１０と、受力体１０が受けた力またはモーメントを検出する検出部Ｄ１〜Ｄ４を有する検出リング２０と、検出リング２０を支持する支持体３０と、検出部Ｄ１〜Ｄ４の検出結果に基づいて、検出リング２０に作用した力またはモーメントを示す電気信号を出力する検出回路４０と、一方の開口部に受力体１０が配置され、他方の開口部に支持体３０が配置され、検出リング２０を内蔵する筒状の外装体６０と、電気信号を出力する検出回路４０の端子に電気的に接続されたコネクタ５０であって、ロボットの内部に延設された電気ケーブルを支持体３０側から接続可能に設けられたコネクタ５０と、を備える。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】