特許 7327869 力覚センサモジュール及びロボットハンド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-07

(45)【発行日】2023-08-16

(54)【発明の名称】力覚センサモジュール及びロボットハンド

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/162 20200101AFI20230808BHJP

【ＦＩ】

G01L5/162

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019119876

(22)【出願日】2019-06-27

(65)【公開番号】P2021004846

(43)【公開日】2021-01-14

【審査請求日】2022-05-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】瀧 智仁

【審査官】公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】特開平０１－３１６１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０２１４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１１１６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７７１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０９５３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０４－０６１０４１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許第０４９８２６１１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ５／１６－５／１７３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサ素子と、前記センサ素子を搭載した起歪体と、前記起歪体に固定された受力板とを有する、多軸の力覚センサ装置と、
前記力覚センサ装置の上側に取り付けられた上側アタッチメントと、
前記力覚センサ装置の下側に取り付けられた下側アタッチメントと、
を有し、
前記上側アタッチメントは、内部空間に前記力覚センサ装置を収容する第１円柱状部と、前記第１円柱状部の上端部に接続された半円球状部とを有し、前記半円球状部は前記受力板に取り付けられ、
前記下側アタッチメントは、前記第１円柱状部に隣接して配置される第２円柱状部と、前記第２円柱状部の下端部に接続されたフランジ状部とを有し、前記第２円柱状部は前記起歪体に取り付けられ、
前記第１円柱状部の下端部は、前記第２円柱状部の上端部の外周側と対向する部分を有し、
前記フランジ状部は、外形が前記第２円柱状部よりも大きく、前記フランジ状部の下端側は被取付部に固定されることを特徴とする力覚センサモジュール。

【請求項2】

前記半円球状部には、前記上側アタッチメントを前記受力板に取り外し可能に締結するための締結部材が挿入される貫通孔が、前記第１円柱状部の中心軸方向に延伸して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の力覚センサモジュール。

【請求項3】

前記上側アタッチメントには、前記内部空間に突出する位置決め用の第１突起が形成され、
前記第１突起は、前記受力板に形成された凹部に嵌合していることを特徴とする請求項１又は２に記載の力覚センサモジュール。

【請求項4】

前記フランジ状部には、底部に凹部が形成され、
前記凹部内には、前記下側アタッチメントを前記起歪体に取り外し可能に締結するための締結部材が挿入される貫通孔が、前記第２円柱状部の中心軸方向に延伸して形成されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項に記載の力覚センサモジュール。

【請求項5】

前記起歪体は、前記下側アタッチメントが取り付けられる土台を備え、
前記第２円柱状部の上端部には、位置決め用の第２突起が形成され、
前記第２突起は、前記土台に形成された凹部に嵌合していることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項に記載の力覚センサモジュール。

【請求項6】

前記上側アタッチメント、前記下側アタッチメント、前記起歪体、及び前記受力板は、同一の材料により形成されていることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項に記載の力覚センサモジュール。

【請求項7】

前記センサ素子には、フレキシブル基板を介してコネクタを搭載したリジッド基板が接続されており、前記リジッド基板は前記下側アタッチメントに固定されていることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項に記載の力覚センサモジュール。

【請求項8】

前記センサ素子は、ＭＥＭＳセンサチップであることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項に記載の力覚センサモジュール。

【請求項9】

請求項１ないし８いずれか１項に記載の力覚センサモジュールが、各指の第１関節より先端側の第１指節に搭載されていることを特徴とするロボットハンド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、力覚センサモジュール及びロボットハンドに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、金属からなる起歪体にセンサ素子を取り付け、外力が印加されることにより生じる起歪体の弾性変形をセンサ素子で検出することで、多軸の力を検出する力覚センサ装置が知られている（例えば、特許文献１～３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－９３２１３号公報

【文献】特開２００７－１０３７９号公報

【文献】特開２０１８－１８５２９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の力覚センサ装置を、ロボットハンドやグリッパの先端に取り付け、力覚センサ装置により検知される力に基づいてロボットハンドやグリッパを制御することが考えられる。

【0005】

しかしながら、上記の力覚センサ装置の形状は、ロボットハンドやグリッパで、物を掴む、挟む、保持するといった動作に適していない。例えば、特許文献１に記載の力覚センサ装置は、外形が円筒状であるので、直接対象物に接触して対象物を掴む等の動作には適していない。このように、従来の力覚センサ装置は、ロボットハンドやグリッパの動作には適していないという問題がある。

【0006】

開示の技術は、上記の点に鑑みてなされたものであって、力覚センサ装置をロボットハンドやグリッパの動作に適合させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

開示の技術は、センサ素子と、前記センサ素子を搭載した起歪体と、前記起歪体に固定された受力板とを有する、多軸の力覚センサ装置と、前記力覚センサ装置の上側に取り付けられた上側アタッチメントと、前記力覚センサ装置の下側に取り付けられた下側アタッチメントと、を有し、前記上側アタッチメントは、内部空間に前記力覚センサ装置を収容する第１円柱状部と、前記第１円柱状部の上端部に接続された半円球状部とを有し、前記半円球状部は前記受力板に取り付けられ、前記下側アタッチメントは、前記第１円柱状部に隣接して配置される第２円柱状部と、前記第２円柱状部の下端部に接続されたフランジ状部とを有し、前記第２円柱状部は前記起歪体に取り付けられ、前記第１円柱状部の下端部は、前記第２円柱状部の上端部の外周側と対向する部分を有し、前記フランジ状部は、外形が前記第２円柱状部よりも大きく、前記フランジ状部の下端側は被取付部に固定されることを特徴とする力覚センサモジュールである。

【発明の効果】

【0008】

開示の技術によれば、力覚センサ装置をロボットハンドやグリッパの動作に適合させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係る力覚センサモジュールを斜め上方から見た斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る力覚センサモジュールを斜め下方から見た斜視図である。

【図3】上側アタッチメントを取り外した状態における力覚センサモジュールの斜視図である。

【図4】起歪体にフレキシブル基板が取り付けられた状態における力覚センサ装置の斜視図である。

【図5】起歪体に基板が取り付けられた状態における力覚センサ装置の平面図及び側面図である。

【図6】起歪体にカバーが取り付けられた状態における力覚センサ装置の斜視図である。

【図7】各軸にかかる力及びモーメントを説明する図である。

【図8】起歪体を例示する図（その１）である。

【図9】起歪体を例示する図（その２）である。

【図10】起歪体を例示する図（その３）である。

【図11】力覚センサモジュールを上側アタッチメントの貫通孔を通るように切断した縦断面図である。

【図12】力覚センサモジュールを下側アタッチメントの貫通孔を通るように縦方向に切断した縦断面図である。

【図13】本実施形態に係る力覚センサモジュールのロボットハンドへの適用例を示す図である。

【図14】本実施形態に係る力覚センサモジュールのグリッパへの適用例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0011】

（概略構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る力覚センサモジュールを斜め上方から見た斜視図である。図２は、本発明の一実施形態に係る力覚センサモジュールを斜め下方から見た斜視図である。図３は、上側アタッチメントを取り外した状態における力覚センサモジュールの斜視図である。

【0012】

図１～図３において、本実施形態に係る力覚センサモジュール１は、多軸の力覚センサ装置１０と、上側アタッチメント２００と、下側アタッチメント３００とを有している。力覚センサ装置１０は、起歪体２０と、フレキシブル基板３０と、受力板４０と、カバー５０とを含む。

【0013】

上側アタッチメント２００は、力覚センサモジュール１の受力板４０に取り外し可能に取り付けられている。下側アタッチメント３００は、力覚センサモジュール１の起歪体２０に取り外し可能に取り付けられている。

【0014】

上側アタッチメント２００は、半円球状部２１０と、円柱状部（第１円柱状部）２２０とにより構成されている。円柱状部２２０は、内部に力覚センサ装置１０を収容し、下端側が下側アタッチメント３００に近接又は接触している。円柱状部２２０の下端部には、フレキシブル基板３０を挿通させるための切欠き部２２０ａが形成されている。

【0015】

半円球状部２１０は、下端側が円柱状部２２０の上端部に接続されている。半円球状部２１０と円柱状部２２０とは、ほぼ直径が同一であり、接続箇所で段差が生じないように滑らかに接続されている。なお、半円球状部２１０と円柱状部２２０とは、一体に形成されていてもよい。

【0016】

半円球状部２１０には、上側アタッチメント２００を受力板４０に締結するための締結部材が挿入される貫通孔２１１が設けられている。本実施形態では、４つの貫通孔２１１が設けられている。各貫通孔２１１は、上側アタッチメント２００内を、円柱状部２２０の中心軸方向（図中のＺ軸方向）に延伸して貫通している。各貫通孔２１１は、受力板４０に形成された各貫通孔４０ｙ（図３参照）に対応する位置に形成されている。

【0017】

下側アタッチメント３００は、円柱状部（第２円柱状部）３１０と、フランジ状部３２０とにより構成されている。円柱状部３１０は、上端側が上側アタッチメント２００の円柱状部２２０の下端部に近接又は接触している。円柱状部３１０は、上側アタッチメント２００の円柱状部２２０とほぼ同一の直径を有する。フランジ状部３２０は、外形が円形であって、その直径が円柱状部３１０よりも大きく、上端側が円柱状部３１０の下端部に接続されている。なお、円柱状部３１０とフランジ状部３２０は、一体に形成されていてもよい。

【0018】

円柱状部３１０の側面には、リジッド基板３０ａを締結するための締結部材３０ｂが係合する穴３１１が形成されている。本実施形態では、２つの締結部材３０ｂが設けられている。リジッド基板３０ａは、フレキシブル基板３０の端部に接続されている。リジッド基板３０ａには、コネクタ３０ｃが実装されている。コネクタ３０ｃには、ロボットハンド等の外部装置からケーブル（図示せず）が接続される。

【0019】

フランジ状部３２０には、力覚センサモジュール１をロボットハンドやグリッパに取り付けるための貫通孔３２１が形成されている。本実施形態では、４つの貫通孔３２１が設けられている。

【0020】

また、フランジ状部３２０には、底部に円形の凹部３２２が形成されている。この凹部３２２内には、下側アタッチメント３００を起歪体２０に締結するための締結部材が挿入される貫通孔３２３が形成されている。本実施形態では、４つの貫通孔３２３が設けられている。各貫通孔３２３は、下側アタッチメント３００内を、円柱状部３１０の中心軸方向（図中のＺ軸方向）に延伸して貫通している。各貫通孔３２３は、起歪体２０に形成された各貫通孔２１ｘに対応する位置に形成されている。

【0021】

図４は、起歪体にフレキシブル基板が取り付けられた状態における力覚センサ装置の斜視図である。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は側面図である。図６は、起歪体にカバーが取り付けられた状態における力覚センサ装置の斜視図である。

【0022】

図４及び図５に示すように、起歪体２０にはセンサチップ１１０が搭載されている。起歪体２０にはフレキシブル基板３０が取り付けられている。図６に示すように、フレキシブル基板３０が取り付けられた起歪体２０の土台２１より上側及びセンサチップ１１０を覆うように、カバー５０が取り付けられる。

【0023】

カバー５０は、例えば、金属材の表面にニッケルめっき等を施した材料で形成されている。カバー５０には、起歪体２０の入力部２４ａ～２４ｄを露出させる開口部が設けられており、入力部２４ａ～２４ｄ上に受力板４０が設けられている。

【0024】

センサチップ１１０は、所定の軸方向の変位を最大で６軸を検知する機能を有している。起歪体２０は、印加された力をセンサチップ１１０に伝達する機能を有している。本実施形態では、センサチップ１１０が６軸を検知する場合について説明するが、これには限定されず、例えば、センサチップ１１０は３軸を検知するものであってもよい。

【0025】

センサチップ１１０は、起歪体２０の上面側に、起歪体２０から突出しないように接着されている。また、起歪体２０の上面及び各側面に、センサチップ１１０に対して信号の入出力を行うフレキシブル基板３０の一端側が適宜屈曲された状態で接着されている。センサチップ１１０とフレキシブル基板３０の各電極３１とは、ボンディングワイヤ等（図示せず）により、電気的に接続されている。

【0026】

起歪体２０の側面には、能動部品３２～３５が配置されている。具体的には、能動部品３２～３５は、フレキシブル基板３０の一方の面に実装され、フレキシブル基板３０の他方の面は、起歪体２０の側面に固定されている。能動部品３２～３５は、フレキシブル基板３０に形成された配線パターン（図示せず）を介して、対応する電極３１と電気的に接続されている。

【0027】

より詳しくは、フレキシブル基板３０において、起歪体２０の第１の側面に配置された領域には能動部品３２が実装されている。フレキシブル基板３０において、起歪体２０の第２の側面に配置された領域には能動部品３３及び受動部品３９が実装されている。フレキシブル基板３０において、起歪体２０の第３の側面に配置された領域には能動部品３４及び受動部品３９が実装されている。フレキシブル基板３０において、起歪体２０の第４の側面に配置された領域には能動部品３５及び受動部品３９が実装されている。

【0028】

能動部品３３は、例えば、センサチップ１１０から出力されるＸ軸方向の力Ｆｘを検出するブリッジ回路からのアナログの電気信号、及びセンサチップ１１０から出力されるＹ軸方向の力Ｆｙを検出するブリッジ回路からのアナログの電気信号をディジタルの電気信号に変換するＩＣ（ＡＤコンバータ）である。

【0029】

能動部品３４は、例えば、センサチップ１１０から出力されるＺ軸方向の力Ｆｚを検出するブリッジ回路からのアナログの電気信号、及びセンサチップ１１０から出力されるＸ軸を軸として回転させるモーメントＭｘを検出するブリッジ回路からのアナログの電気信号をディジタルの電気信号に変換するＩＣ（ＡＤコンバータ）である。

【0030】

能動部品３５は、例えば、センサチップ１１０から出力されるＹ軸を軸として回転させるモーメントＭｙを検出するブリッジ回路からのアナログの電気信号、及びセンサチップ１１０から出力されるＺ軸を軸として回転させるモーメントＭｚを検出するブリッジ回路からのアナログの電気信号をディジタルの電気信号に変換するＩＣ（ＡＤコンバータ）である。

【0031】

能動部品３２は、例えば、能動部品３３～３５から出力されるディジタルの電気信号に対して所定の演算を行い、力Ｆｘ、Ｆｙ、及びＦｚ、並びにモーメントＭｘ、Ｍｙ、及びＭｚを示す信号を生成し、外部に出力するＩＣである。受動部品３９は、能動部品３２～３５に接続される抵抗やコンデンサ等である。

【0032】

図７は、各軸にかかる力及びモーメントを説明する図である。図７に示すように、Ｘ軸方向の力をＦｘ、Ｙ軸方向の力をＦｙ、Ｚ軸方向の力をＦｚとしている。また、Ｘ軸を軸として回転させるモーメントをＭｘ、Ｙ軸を軸として回転させるモーメントをＭｙ、Ｚ軸を軸として回転させるモーメントをＭｚとしている。

【0033】

センサチップ１１０は、１チップで６軸を検知するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサチップであり、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等の半導体基板から形成されている。センサチップ１１０の平面形状は、例えば、３０００μｍ角程度の正方形とすることができる。なお、センサチップ１１０の構成は、本出願人により出願された特許出願（特開２０１８－１８５２９６号公報）等により知られているので、詳細な説明は省略する。

【0034】

（受力板）
図３に示すように、受力板４０は起歪体２０に接続されている。受力板４０の平面形状は、例えば、円形である。受力板４０の上面側には平面形状が矩形の４つの凹部４０ｘと、平面形状が円形の４つの貫通孔４０ｙが設けられている。また、受力板４０の上面側の中心部には、平面形状が円形の１つの凹部４０ｚが設けられている。

【0035】

４つの凹部４０ｘは各々起歪体２０の入力部２４ａ～２４ｄを覆うように配置され、各々の凹部４０ｘの底面は起歪体２０側に突起して起歪体２０の入力部２４ａ～２４ｄの上面と接している。但し、凹部４０ｘ、貫通孔４０ｙ、及び凹部４０ｚの平面形状は、任意に決定することができる。

【0036】

図示はしないが、入力部２４ａ～２４ｄの上面に突起（または突起受部）を形成し、起歪体２０側に突起した凹部４０ｘの底面に突起受部（または突起）を形成して、入力部２４ａ～２４ｄの上面の突起（または突起受部）と凹部４０ｘの底面の突起受部（または突起）を嵌め合わせることで受力板４０と起歪体２０とを位置決めするようにしてもよい。

【0037】

凹部４０ｚは、力覚センサ装置１０を上側アタッチメント２００に取り付ける際の位置決めに用いられる。また、貫通孔４０ｙは、力覚センサ装置１０を上側アタッチメント２００に締結するためのねじ孔である。

【0038】

受力板４０の材料としては、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）６３０等を用いることができる。受力板４０は、例えば、溶接により起歪体２０に固定することができる。

【0039】

このように、受力板４０を設けることで、受力板４０を介して起歪体２０の入力部２４ａ～２４ｄに外部から力を入力することができる。

【0040】

（起歪体）
図８は、起歪体２０を例示する図（その１）であり、図８（ａ）は斜視図、図８（ｂ）は側面図である。図９は、起歪体２０を例示する図（その２）であり、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ－Ａ線に沿う縦断面斜視図である。図１０は、起歪体２０を例示する図（その３）であり、図１０（ａ）は図９（ａ）のＢ－Ｂ線に沿う縦断面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＣ－Ｃ線に沿う横断面図である。

【0041】

図８～図１０に示すように、起歪体２０は、下側アタッチメント３００が取り付けられる土台２１と、センサチップ１１０を搭載するセンサチップ搭載部となる柱２８と、柱２８の周囲に離間して配置された柱２２ａ～２２ｄとを備えている。

【0042】

より詳しくは、起歪体２０において、略円形の土台２１の上面に、土台２１の中心に対して均等（点対称）となるように４本の柱２２ａ～２２ｄが配置され、隣接する柱の土台２１とは反対側同士を連結する梁２３ａ～２３ｄが枠状に設けられている。そして、土台２１の上面中央の上方に、柱２８が配置されている。なお、土台２１の平面形状は円形には限定されず、多角形等（例えば、正方形等）としてもよい。

【0043】

柱２８は、柱２２ａ～２２ｄよりも太く、かつ短く形成されている。なお、センサチップ１１０は、柱２２ａ～２２ｄの上面から突出しないように、柱２８上に固定される。

【0044】

柱２８は、土台２１の上面には直接固定されていなく、接続用梁２８ａ～２８ｄを介して柱２２ａ～２２ｄに固定されている。そのため、土台２１の上面と柱２８の下面との間には空間がある。柱２８の下面と、接続用梁２８ａ～２８ｄの各々の下面とは、面一とすることができる。

【0045】

柱２８の接続用梁２８ａ～２８ｄが接続される部分の横断面形状は例えば矩形であり、矩形の四隅と矩形の四隅に対向する柱２２ａ～２２ｄとが接続用梁２８ａ～２８ｄを介して接続されている。接続用梁２８ａ～２８ｄが、柱２２ａ～２２ｄと接続される位置２２１～２２４は、柱２２ａ～２２ｄの高さ方向の中間よりも下側であることが好ましい。この理由については、後述する。なお、柱２８の接続用梁２８ａ～２８ｄが接続される部分の横断面形状は矩形には限定されず、円形や多角形等（例えば、六角形等）としてもよい。

【0046】

接続用梁２８ａ～２８ｄは、土台２１の中心に対して均等（点対称）となるように、土台２１の上面と所定間隔を空けて土台２１の上面と略平行に配置されている。接続用梁２８ａ～２８ｄの太さや厚み（剛性）は、起歪体２０の変形を妨げないようにするため、柱２２ａ～２２ｄや梁２３ａ～２３ｄよりも細く薄く形成することが好ましい。

【0047】

このように、土台２１の上面と柱２８の下面とは所定の距離（例えば、数ｍｍ程度）だけ離れている。柱２８を土台２１の上面には直接固定せず、柱２８を接続用梁２８ａ～２８ｄを介して柱２２ａ～２２ｄに固定する構造とした場合、土台２１の上面と柱２８の下面との距離を長くするほど、ねじ締結時の柱２８の変形が低減され、結果としてセンサチップ１１０のＦｚ出力（オフセット）が低減される。一方、土台２１の上面と柱２８の下面との距離を長くするほど、センサチップ１１０の出力が低下する（感度が低下する）。

【0048】

すなわち、柱２８は、柱２２ａ～２２ｄの中間よりも下側に接続することが好ましい。これにより、センサチップ１１０の感度を確保しながら、ねじ締結時のセンサチップ１１０のＦｚ出力（オフセット）を低減することができる。

【0049】

ねじ締結時のセンサチップ１１０のＦｚ出力（オフセット）の低減を土台２１の剛性を上げることで達成しようとした場合、土台２１の厚みを厚くする必要があり、力覚センサ装置１０のサイズが大きくなってしまう。柱２８を土台２１の上面には直接固定せず、柱２８を接続用梁２８ａ～２８ｄを介して柱２２ａ～２２ｄに固定する構造することにより、力覚センサ装置１０のサイズを大きくすることなく、ねじ締結時のセンサチップ１１０のＦｚ出力（オフセット）を低減することができる。

【0050】

また、柱２８を土台２１の上面には直接固定せず、柱２８を、接続用梁２８ａ～２８ｄを介して柱２２ａ～２２ｄに固定する構造することにより、モーメント（Ｍｘ、Ｍｙ）入力時のモーメント成分（Ｍｘ、Ｍｙ）と並進方向の力成分（Ｆｘ、Ｆｙ）の分離性を向上することができる。

【0051】

土台２１には、起歪体２０を下側アタッチメント３００に締結するための貫通孔２１ｘが設けられている。本実施の形態では、土台２１には４つの貫通孔２１ｘが設けられているが、貫通孔２１ｘの個数は任意に決定することができる。

【0052】

土台２１を除く起歪体２０の概略形状は、例えば、縦５０００μｍ程度、横５０００μｍ程度、高さ７０００μｍ程度の直方体状とすることができる。柱２２ａ～２２ｄの横断面形状は、例えば、１０００μｍ角程度の正方形とすることができる。柱２８の横断面形状は、例えば、２０００μｍ角程度の正方形とすることができる。

【0053】

起歪体２０において、土台２１、柱２２ａ～２２ｄ、柱２８、梁２３ａ～２３ｄ、入力部２４ａ～２４ｄ、柱２５ａ～２５ｅ、梁２６ａ～２６ｄ、及び突起部２７ａ～２７ｄの各部位は、剛性を確保しかつ精度良く作製する観点から、一体に形成されていることが好ましい。起歪体２０の材料としては、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等の硬質な金属材料を用いることができる。中でも、特に硬質で機械的強度の高いＳＵＳ６３０を用いることが好ましい。

【0054】

（断面構造）
次に、力覚センサモジュール１の断面構造について説明する。

【0055】

図１１は、力覚センサモジュール１を上側アタッチメント２００の貫通孔２１１を通るように縦方向（Ｚ軸方向）に切断した縦断面図である。図１１に示すように、上側アタッチメント２００の円柱状部２２０には内部空間２１２が設けられている。力覚センサ装置１０に上側アタッチメント２００を取り付けた際に、上側アタッチメント２００は、内部空間２１２に収容される。

【0056】

上側アタッチメント２００には、内部空間２１２に突出する突起２１３が形成されている。上側アタッチメント２００を力覚センサ装置１０に取り付ける際に、突起２１３が受力板４０の凹部４０ｚに嵌合することにより、上側アタッチメント２００が力覚センサ装置１０に対して位置決めされる。また、このとき、上側アタッチメント２００の各貫通孔２１１は、受力板４０の各貫通孔４０ｙに連通するように位置決めされる。

【0057】

締結部材としてのネジ２１４を各貫通孔２１１に挿入し、各貫通孔４０ｙに対する締結操作を行うことで、ネジ２１４が貫通孔４０ｙに螺合され、上側アタッチメント２００が力覚センサ装置１０に取り付けられる。なお、上側アタッチメント２００が力覚センサ装置１０に取り付けられた際に、上側アタッチメント２００は、受力板４０に接触する。これにより、上側アタッチメント２００に加わった力は、受力板４０に伝達される。

【0058】

また、下側アタッチメント３００の円柱状部３１０の上端部には、位置決め用の突起３２４が形成されている。本実施形態では、例えば４つの突起３２４が設けられている。下側アタッチメント３００を力覚センサ装置１０に取り付ける際に、突起３２４が、起歪体２０の土台２１に形成された凹部２１ａに嵌合することにより、下側アタッチメント３００が力覚センサ装置１０に対して位置決めされる。

【0059】

図１２は、力覚センサモジュール１を下側アタッチメント３００の貫通孔３２３を通るように縦方向（Ｚ軸方向）に切断した縦断面図である。上述のように、下側アタッチメント３００を力覚センサ装置１０に対して位置決めした際に、下側アタッチメント３００の各貫通孔３２３は、起歪体２０の各貫通孔２１ｘに連通するように位置決めされる。

【0060】

締結部材としてのネジ３２５を各貫通孔３２３に挿入し、各貫通孔２１ｘに対する締結操作を行うことで、ネジ３２５が貫通孔２１ｘに螺合され、下側アタッチメント３００が力覚センサ装置１０に取り付けられる。

【0061】

上側アタッチメント２００及び下側アタッチメント３００は、起歪体２０及び受力板４０と同一の材料で形成することが好ましい。例えば、起歪体２０及び受力板４０がＳＵＳ６３０で形成されている場合には、上側アタッチメント２００及び下側アタッチメント３００を同様にＳＵＳ６３０で形成することがよい。

【0062】

なお、上側アタッチメント２００及び下側アタッチメント３００は、起歪体２０及び受力板４０と同等の線膨張係数（ヤング率）を有するものであれば、異なる材質の金属で形成してもよい。上側アタッチメント２００及び下側アタッチメント３００は、起歪体２０及び受力板４０と線膨張係数が異なると、温度により生じる変形により、センサチップ１１０の出力にオフセットを生じさせてしまうが、上述のように線膨張係数が同等の材質とすることにより、オフセットが低減される。これにより、温度変化時の出力変動が抑制される。

【0063】

また、上側アタッチメント２００の受力板４０と接触する面は、受力板４０の上面と同等以上の平面度を有することが好ましい。また、下側アタッチメント３００の起歪体２０と接触する面は、起歪体２０の上面と同等以上の平面度を有することが好ましい。このように、上側アタッチメント２００及び下側アタッチメント３００の接触面の平面度を高くすることにより、力覚センサ装置１０への取り付けにより発生するセンサチップ１１０の出力のオフセット変動を抑制することができる。

【0064】

（ロボットハンド等への適用）
図１３は、本実施形態に係る力覚センサモジュール１のロボットハンドへの適用例を示す図である。図１３に示すロボットハンドは、５本の指を有している。このように、力覚センサモジュール１を、各指の第１関節Ａより先端側の第１指節に適用することができる。

【0065】

図１４は、本実施形態に係る力覚センサモジュール１のグリッパへの適用例を示す図である。図１４に示すグリッパは、２本の指を有する２指グリッパである。ロボットハンドの場合と同様に、力覚センサモジュール１を、各指の第１関節Ａより先端側の第１指節に適用することができる。

【0066】

以上のように、本実施形態に係る力覚センサモジュール１は、表面積が大きい上側アタッチメント２００が力覚センサ装置１０に取り付けられている。したがって、力覚センサモジュール１は、ロボットハンドやグリッパに適用した際に、対象物への接触可能領域が大きく、対象物に接触して対象物を掴む等の動作に適したものである。

【0067】

また、力覚センサモジュール１は、フランジ状部３２０を有する下側アタッチメント３００が力覚センサ装置１０に取り付けられていることから、ロボットハンドやグリッパへの取り付け自由度が高く、取り付け作業が容易である。

【0068】

また、力覚センサモジュール１では、下側アタッチメント３００にコネクタ３０ｃを搭載したリジッド基板３０ａが固定されているので、コネクタ３０ｃに対するケーブルの挿抜が容易である。また、下側アタッチメント３００に対してコネクタ３０ｃが固定されていることにより、コネクタ３０ｃから力覚センサ装置１０への応力の伝達が防止される。

【0069】

また、上記実施形態に係る力覚センサ装置１０は、センサ素子としてＭＥＭＳのセンサチップ１１０を起歪体に搭載したものであるが、本発明は、センサ素子として歪みゲージを起歪体に張り付けた力覚センサ装置にも適用可能である。

【0070】

なお、上記実施形態では、上側アタッチメント２００及び下側アタッチメント３００を力覚センサ装置１０に取り付けているが、下側アタッチメント３００は必須ではない。また、上記実施形態では、下側アタッチメント３００は、フランジ状部３２０を有するが、外形を小さくするために、フランジ状部３２０を除去してもよい。
センサ素子は、軸方向に印加された力と、軸回りに印加された力（モーメント）のうち、少なくとも一方を検知するものであればよい。

【0071】

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0072】

１ 力覚センサモジュール、１０ 力覚センサ装置、２０ 起歪体、２１ 土台、２１ａ 凹部、２１ｘ 貫通孔、３０ フレキシブル基板、３０ａ リジッド基板、３０ｂ 締結部材、３０ｃ コネクタ、４０ 受力板、４０ｘ 凹部、４０ｙ 貫通孔、４０ｚ 凹部、５０ カバー、１１０ センサチップ（センサ素子）、２００ 上側アタッチメント、２１０ 半円球状部、２１１ 貫通孔、２１２ 内部空間、２１３ 突起、２１４ ネジ、２２０ 円柱状部（第１円柱状部）、２２０ 円柱状部、２２０ａ 切欠き部、３００ 下側アタッチメント、３１０ 円柱状部（第２円柱状部）、３１１ 穴、３２０ フランジ状部、３２１ 貫通孔、３２２ 凹部、３２３ 貫通孔、３２４ 突起、３２５ ネジ

【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】

【図14】