特許7761267IP Force 特許公報全文掲載

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外力を受けて歪む被歪体と、被歪体の変形量を測定する測定手段を備えた力センサ装置および力測定方法並びに力センサ装置を用いたロードセル、ロボットハンドおよびロボットアーム

発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

特許文献１に記載のセンシング装置では、電磁場の印加により機能性流体のバネ定数を決定しており、このバネ定数を大きくしたり小さくしたりして、片持ち梁を撓み難くしたり、撓み易くしたりすることで、小さい力から大きな力まで測定範囲を広くしている。 しかし、特許文献１に記載のセンシング装置では、測定範囲や感度を変えることができても、機能性流体に電磁場を印加して、機能性流体が封入された機能性流体層のばね定数を変更するという特殊なものである。この特許文献１に記載のセンシング装置は、計測特性が予め設定された機能性流体の材料特性などに依存するため、変更できる計測範囲が限られたものとなる。また、機能性流体のバネ定数の変更には、電磁場を印加し続けることが必要であり、使用する電力等、消費するエネルギーや、または発生する電磁場による測定機器へのノイズ発生も考えられ、計測時には測定環境への影響を配慮する必要がある。 力センサ装置では、測定範囲が変更でき、感度も変更できれば、用途を広げることができ、測定環境の変化にも対応させることが可能となる。すなわち、１つのセンサで交換なく、さまざまな用途に使用できるので、省コストにつながる。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

本発明の力センサ装置は、外力を受けて歪む被歪体と、前記被歪体の変形量を測定する測定手段を備え、前記被歪体は、変形可能であり、変形した状態が維持されることを特徴としたものである。

発明の効果[発明の詳細な説明]から抜粋

本発明によれば、被歪体を変形させることにより、被歪体の変形量と外力の関係を変更することができるので、変形前と変形後とで、測定範囲を変更することができ、感度も変更することができる。

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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋

【図1】 本発明の実施の形態に係る力センサ装置を説明するための図であり、（Ａ）は力センサ装置の被歪体の変形前の状態の図、（Ｂ）は被歪体の先端部を折り曲げた状態の図である。
【図2】 図１の被歪体が形状記憶ポリマーにより形成されたときに、被歪体を加熱するヒーターの配置を示す図である。
【図3】 図１に示す被歪体を二つ折りした状態の力センサ装置の図である。
【図4】 図１に示す被歪体を長さ方向に向かって見た図であり、（Ａ）は断面四角状に形成された被歪体の図、（Ｂ）は被歪体の両方の側部を裏面側に折り曲げ一体的にした状態の図である。
【図5】 図１に示す被歪体を長さ方向に向かって見た図であり、（Ａ）は断面四角筒状に形成された被歪体の図、（Ｂ）は被歪体の両側部を裏面側に折り曲げ、空洞部を有する四角筒状に形成した状態の図である。
【図6】 図１に示す被歪体を長さ方向に向かって見た図であり、（Ａ）は断面円筒状に形成された被歪体の図、（Ｂ）は被歪体の両側部を裏面側に折り曲げ、空洞部を有する円筒状に形成した状態の図である。
【図7】 本発明の実施の形態に係る力センサ装置の他の例を説明するための図である。
【図8】 本発明の力センサ装置を用いた加速度センサを説明するための図である。
【図9】 図１に示す力センサ装置による力測定方法を説明するための図であり、（Ａ）は変形前の初期状態を示す図、（Ｂ）は成形型を用いて被歪体を変形させる状態を説明するための図、（Ｃ）は変形後の被歪体を有する力センサ装置を示す図である。
【図10】 図８に示す力センサ装置を自動的に変形させる自動成形装置を説明するための図であり、（Ａ）は自動成形装置が被歪体を変形させる状態を説明するための図、（Ｂ）は変形後の被歪体の状態を説明するための図である。
【図11】 本発明の力センサ装置を用いたロードセルを説明するための図であり、（Ａ）はロードセルの平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図12】 本発明の力センサ装置を用いたロボットハンドを説明するための図である。
【図13】 本発明の力センサ装置を用いたロボットアームを説明するための図であり、（Ａ）はロボットアームを示す図、（Ｂ）は触覚センサの構成を示す図である。

代表図 図1本件の代表的な図

１０，１１，１２，１６，１７ 力センサ装置 ２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７ 被歪体 ２０ｂ 基端部 ２０ｆ 先端部 ２０ｍ 折り曲げ位置 ２０ｐ，２１ｐ，２２ｐ 片持ち位置 ２１ｃ 屈曲部 ２１ｅ 先端 ２２ｆ 先端部 ２３ｓ，２４ｓ，２５ｓ 側部 ２４ｃ，２５ｃ 空洞部 ２６ａ 一端部 ２６ｂ 他端部 ２６ｃ 中央部 ３０ 測定手段 ４１ 基台部 ４２ 固定部 ５０ 成形型 ５１ 第１面 ５２ 第２面 ５２ｐ 突起部 ５３ 基準面 ５５ 加速度センサ ５６ 重錘 ５７ 被歪体 ６０ 自動成形装置 ６１ 型本体 ６１ａ 第１型本体 ６１ｂ 第２型本体 ６２ 駆動部 ６３ 温調部 ６４ 挟持部 １００ ロードセル １１０ 基台 １２０ 本体部 １２１ 固定部 １２１ａ 側壁部 １２１ｂ ベース部 １２２ 前壁部 １２３ 可動部 １２４，１２５ 取り付け板 １３０ ロッド部 ２００ ロボットハンド ２１０ アーム部 ２１１ 下腕部 ２１２ 第１関節 ２１３ 上腕部 ２１４ 第２関節 ２１５ 手首部 ２２０ 旋回台 ２３０ 把持装置 ２３１ 第１指部 ２３２ 第２指部 ２３３ ジョイント ２３４ 力センサ装置 ３００ ロボットアーム ３１０ 肩部 ３２０ 肩関節部 ３３０ 上腕部 ３４０ 肘関節部 ３５０ 前腕部 ３６０ 触覚センサ ３６１ 板状部材 ３６２ 力センサ装置 ３６３ 配線 ３６４ 電極 Ｈ 温調ヒーター Ｗ，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３ 外力 Ｔ 対象物

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