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特表2024-510300過負荷構造体をもつ力及びトルクセンサ並びに製造する方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-06
(54)【発明の名称】過負荷構造体をもつ力及びトルクセンサ並びに製造する方法
(51)【国際特許分類】
G01L 1/26 20060101AFI20240228BHJP
【ＦＩ】
G01L1/26 B
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023557319
(86)(22)【出願日】2022-03-11
(85)【翻訳文提出日】2023-11-14
(86)【国際出願番号】 CA2022050361
(87)【国際公開番号】W WO2022192993
(87)【国際公開日】2022-09-22
(31)【優先権主張番号】63/162,343
(32)【優先日】2021-03-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523354314
【氏名又は名称】フォーセン・インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】サミュエル・キム
(72)【発明者】
【氏名】ロベルト・サンチェス・エンカーリン
(72)【発明者】
【氏名】イ－シャン・チェン
(72)【発明者】
【氏名】ロバート・ジョセフ・ブルックス
(57)【要約】
力／トルクセンサは、外側構体と、内側構体と、外側構造体と内側構造体との間に延びる３つのセンサ構造体とを含む。過負荷構造体はセンサ構造体間に配置される。過負荷構造体は、複数の外側ファセットを有する外側部分と、複数の対応する対向する内側ファセットを有する内側部分とを含む。外側ファセット及び内側ファセットは、中立位置から少なくとも６自由度における、内側構体と外側構体との間の限られた所定量の相対運動を可能にすることと、所定量を超える、内側構体と外側構体との間の相対運動を抑制することとを行うように構成される。過負荷構造体は、随意に単一パスで実行されるワイヤカット放電加工を使用してブリッジを分離することによって形成され得る。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外側構体と、内側構体と、
３つのセンサ構造体であって、前記センサ構造体それぞれが前記外側構体と前記内側構体との間に延びる、３つのセンサ構造体と、
３つの過負荷構造体であって、前記過負荷構造体それぞれが３つの前記センサ構造体のうちの２つの前記センサ構造体間に配置される、３つの過負荷構造体と、
を備え、
３つの前記過負荷構造体の各々が、前記外側構体から内側に延びる外側部分と、前記内側構体から外側に延びる内側部分とを含み、
前記外側部分が複数の外側ファセットを有し、前記内側部分が複数の対応する対向する内側ファセットを有し、複数の前記外側ファセット及び複数の前記内側ファセットが、中立位置から少なくとも６自由度における、前記内側構体と前記外側構体との間の限られた所定量の相対運動を可能にし、前記所定量を超える、前記内側構体と前記外側構体との間の相対運動を抑制するように構成されている、力／トルクセンサ。
【請求項2】
３つの前記センサ構造体及び３つの前記過負荷構造体が互いにほぼ等間隔をおいて配置されている、請求項１に記載の力／トルクセンサ。
【請求項3】
前記外側構体及び前記内側構体が前記中立位置にあるとき、複数の前記外側ファセットの各々と、複数の前記内側ファセットのうちの前記対応する１つとの間の間隙が約２５ミクロンから０．５ｍｍの間の距離を有する、請求項１又は２に記載の力／トルクセンサ。
【請求項4】
３つの前記センサ構造体の各々が約１ｍｍから２５ｍｍの間の幅を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の力／トルクセンサ。
【請求項5】
３つの前記センサ構造体の各々が約２ｍｍから１２ｍｍの間の幅を有する、請求項４に記載の力／トルクセンサ。
【請求項6】
３つの前記センサ構造体の各々に固定された歪みセンサをさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の力／トルクセンサ。
【請求項7】
前記歪みセンサが金属箔歪みゲージを備える、請求項６に記載の力／トルクセンサ。
【請求項8】
外側構体と、内側構体と、前記外側構体と前記内側構体との間に延びる少なくとも１つのセンサ構造体と、少なくとも１つの過負荷構造体とを備える力／トルク・センサ・フレームを製造する方法であって、前記方法は、
前記外側構体と、前記内側構体と、前記外側構体と前記内側構体との間に延びる少なくとも１つの前記センサ構造体と、前記外側構体と前記内側構体との間に延びる少なくとも１つの過負荷ブリッジとを備える構体を設けるステップと、
ワイヤカット放電加工によって少なくとも１つの前記過負荷ブリッジを、前記外側構体から延びる外側部分と、前記内側構体から延びる内側部分とに分離するステップであって、前記外側部分が複数の外側ファセットを有し、前記内側部分が複数の対応する対向する内側ファセットを有する、ステップとを含む、方法。
【請求項9】
前記ワイヤカット放電加工が単一パスで実行される、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
複数の前記外側ファセットが前記ワイヤカット放電加工の第１のパス中に形成され、複数の前記内側ファセットが前記ワイヤカット放電加工の第２のパス中に形成される、請求項８に記載の方法。
【請求項11】
前記外側構体及び前記内側構体が中立位置にあるとき、複数の前記外側ファセットの各々と、複数の前記内側ファセットのうちの前記対応する１つとの間の間隙が約２５ミクロンから０．５ｍｍの間の距離を有する、請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、過負荷構造体に関し、より詳細には、多自由度力／トルクセンサとともに使用するための過負荷構造体に関する。
【背景技術】
【0002】
いくつかの適用例において、力及び／又はトルクを検出するために、（セラミック歪みゲージとしても知られる）シリコンベースの歪みゲージが使用され得る。一般に、シリコンベースのセンサは比較的小さく、多くの場合手による精密配置を必要とする。セラミック歪みゲージは、一般に高感度であり、したがって、それらのセラミック歪みゲージを使用して、より大きい及び／又はより厚い負荷ビームあるいは他の負荷構造体における撓みを測定することができる。したがって、いくつかの適用例では、別個の指定された過負荷構造体が必要であるとは見なされないことがある。たとえば、セラミック歪みゲージが配置された負荷ビーム（又は他の構造体）は、使用中に予想され得る力及び／又はトルクに応じて永久変形又は他の損傷を受けることを回避するのに十分に堅牢であると考えられ得る。
【0003】
セラミック歪みゲージは、高感度であると特徴づけられることが多いが、それらのセラミック歪ゲージは、一般に、より温度の影響を受けやすく、短期又は長期動作中に、よりドリフトしやすいことがある。その結果、それらのセラミック歪ゲージの収率測定値には著しいヒステリシス及び／又は他のばらつきがあることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
以下のより詳細な説明を読者に紹介するために以下の紹介を行う。紹介は、クレームされる発明、又はまだクレームされていない発明を限定又は定義するものではない。本文書の特許請求の範囲と図面とを含む本文書の任意の部分において開示される要素又はプロセスステップの任意の組合せ又は部分的組合せの中に、１以上の発明が存在することがある。
【0005】
力及び／又はトルクを測定するために、感知デバイスは、感知デバイスに加えられた正味の力／トルクの結果としてのビームの撓みを測定するための、細長いビーム（又は他の負荷構造体）に固定された１以上の歪みゲージを含むことがある。たとえば、エンドエフェクタにおける力及び／又はトルクを測定するために、ロボットアームとエンドエフェクタとの間に力／トルクセンサが結合されることがある。
【0006】
比較的高い感度をもつ歪みゲージ（たとえばシリコンベースの歪ゲージ）を使用するセンサデバイスでは、細長いビーム中の比較的小さい撓みが検出されることがある。したがって、センサデバイスの耐久性及び／又は最大定格荷重を改善するために、比較的厚い負荷ビームが使用され得る。しかしながら、シリコンベースの歪みゲージは、比較的高い温度感度及び／又は収率ヒステリシスを示す傾向があり得、その結果、経時的に過剰なセンサ「ドリフト」が生じることがある。さらに、高速、高加速度、及び／又は高負荷で動作するロボット適用例では、比較的厚い負荷ビームは、適用されたシリコンベースの歪みゲージへの歪み硬化及び／又は損傷を防止するのに十分に剛性でないことがある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本明細書で開示するように、力／トルクセンサは、１以上の歪みゲージがそれに固定される細長いビーム又は他のセンサ構造体の過剰な撓みを防止する（又は少なくとも抑制する）ための１以上の過負荷構造体を含み得る。撓みを制限するために過負荷構造体を設けることにより、比較的薄いビーム又は他のセンサ構造体の使用が可能になり得、それにより、金属箔歪みゲージの使用が可能になり得る。
【0008】
本開示の１つの広い態様によれば、力／トルクセンサであって、外側構体と、内側構体と、３つのセンサ構造体であって、各センサ構造体が外側構造体と内側構造体との間に延びる、３つのセンサ構造体と、３つの過負荷構造体であって、各過負荷構造体が３つのセンサ構造体のうちの２つのセンサ構造体間に配置され、３つの過負荷構造体の各々が、外側構体から内側に延びる外側部分と、内側構体から外側に延びる内側部分とを含み、外側部分が複数の外側ファセットを有し、内側部分が複数の対応する対向する内側ファセットを有し、複数の外側ファセット及び複数の内側ファセットが、中立位置から少なくとも６自由度における、内側構体と外側構体との間の限られた所定量の相対運動を可能にすることと、所定量を超える、内側構体と外側構体との間の相対運動を抑制することとを行うように構成された、３つの過負荷構造体とを備える、力／トルクセンサが提供される。
【0009】
いくつかの実施形態では、３つのセンサ構造体及び３つの過負荷構造体は互いにほぼ等間隔をおいて配置される。
【0010】
いくつかの実施形態では、外側構体及び内側構体が中立位置にあるとき、複数の外側ファセットの各々と、複数の内側ファセットのうちの対応する１つとの間の間隙が約２５ミクロンから０．５ｍｍの間の距離を有する。
【0011】
いくつかの実施形態では、３つのセンサ構造体の各々は約１ｍｍから２５ｍｍの間の幅を有する。
【0012】
いくつかの実施形態では、３つのセンサ構造体の各々は約２ｍｍから１２ｍｍの間の幅を有する。
【0013】
いくつかの実施形態では、力／トルクセンサは、３つのセンサ構造体の各々に固定された歪みセンサをさらに備える。
【0014】
いくつかの実施形態では、歪みセンサは金属箔歪みゲージを備える。
【0015】
本明細書で開示するように、過負荷構造体は、ワイヤカット放電加工を使用して形成され得る。たとえば、ワイヤカットＥＤＭを使用して、過負荷ブリッジが過負荷構造体の内側部分と外側部分とに分離され得る。
【0016】
過負荷構造体の内側ファセットと外側ファセットとを設けるためにワイヤカットＥＤＭを使用することには１以上の利点があり得る。たとえば、これにより、過負荷構造体の内側部分と外側部分との間の間隙距離を一定に保つことができる。また、これにより、力／トルクセンサの迅速な、及び／又は費用効果の高い製造を促進することができる。
【0017】
本開示の別の広い態様によれば、外側構体と、内側構体と、外側構造体と内側構造体との間に延びる少なくとも１つのセンサ構造体と、少なくとも１つの過負荷構造体とを備える力／トルク・センサ・フレームを製造する方法であって、本方法は、外側構体と、内側構体と、外側構造体と内側構造体との間に延びる少なくとも１つのセンサ構造体と、外側構造体と内側構造体との間に延びる少なくとも１つの過負荷ブリッジとを備える構体を設けるステップと、ワイヤカット放電加工によって少なくとも１つの過負荷ブリッジを、外側構体から延びる外側部分と、内側構体から延びる内側部分とに分離するステップであって、外側部分が複数の外側ファセットを有し、内側部分が複数の対応する対向する内側ファセットを有する、ステップとを含む方法が提供される。
【0018】
いくつかの実施形態では、ワイヤカット放電加工は単一パスで実行される。
【0019】
いくつかの実施形態では、複数の外側ファセットはワイヤカット放電加工の第１のパス中に形成され、複数の内側ファセットはワイヤカット放電加工の第２のパス中に形成される。
【0020】
いくつかの実施形態では、外側構体及び内側構体が中立位置にあるとき、複数の外側ファセットの各々と、複数の内側ファセットのうちの対応する１つとの間の間隙が約２５ミクロンから０．５ｍｍの間の距離を有する。
【0021】
本明細書で開示する装置又は方法は、本明細書に含まれている特徴のうちのいずれか１以上を具現化することができること、及び、特徴は任意の特定の組合せ又は部分的組合せで使用され得ることが当業者には理解されよう。
【0022】
様々な実施形態のこれら及び他の態様及び特徴について以下でより詳細に説明する。
【0023】
説明した実施形態のよりよい理解のために、及び、それらがどのように実施され得るかをより明確に示すために、ここで、例として、添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【発明を実施するための形態】
【0025】
本明細書に含まれる図面は、本明細書の教示の物品、方法、及び装置の様々な例を示すためのものであり、いかなる形でも教示されるものの範囲を限定するものではない。
【0026】
各クレームされる発明の実施形態の一例を示すために、様々な装置、方法及び構成物について以下で説明する。以下で説明する実施形態は、クレームされる発明を限定するものではなく、特許請求の範囲に記載される発明は、以下で説明する装置及び方法とは異なる装置及び方法を包含することがある。クレームされる発明は、以下で説明するいずれか１つの装置、方法若しくは構成物の特徴のすべてを有する装置、方法及び構成物に、又は、以下で説明する装置、方法若しくは構成物のうちの複数若しくはすべてに共通の特徴に限定されない。以下で説明する装置、方法、又は構成物は、いかなるクレームされる発明の実施形態でもない可能性がある。本文書でクレームされていない以下で説明する装置、方法、又は構成物において開示するいかなる発明も、別の保護手段の、たとえば継続特許出願の主題であり得、出願人、発明者、及び／又は所有者は、本文書におけるそのような発明の開示によってそれを断念、放棄、又は公衆に献呈することを意図していない。
【0027】
さらに、説明を簡単で明快にするために、適切と考えられる場合には、対応する又は類似する要素を示すために図面間で参照番号を繰り返すことができることが理解されよう。さらに、本明細書で説明する例示的な実施形態の十分な理解を与えるために、多数の具体的な詳細を記載する。しかしながら、本明細書で説明する例示的な実施形態はこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることが当業者には理解されよう。他の例では、本明細書で説明する例示的な実施形態を不明瞭にしないように、よく知られている方法、手順、及び構成要素については詳細に説明していない。また、説明は、本明細書で説明する例示的な実施形態の範囲を限定すると見なされるべきではない。
【0028】
本明細書で開示する装置及び方法について、特に、ロボットアーム及びエンドエフェクタと関連して、並びにロボットアーム及びエンドエフェクタとともに使用される際について説明するが、装置及び方法は、他の適用例において力及び／又はトルクを測定するために代替的に使用され得ることが理解されよう。
【0029】
図１は、ロボットアーム１０とエンドエフェクタ１５との間に配置された力／トルクセンサ１００の一例を示す。使用の際に、力／トルクセンサは、ロボットアームに対してエンドエフェクタに作用する力及び／又はトルクを測定することができる。
【0030】
図２～図１６は、全体的に参照符号１００で示される力／トルクセンサの例示的な実施形態を示す。図示の例では、力／トルクセンサ１００は、６自由度（６ＤＯＦ）での適用について力及び／又はトルクを測定するように構成される。
【0031】
図２に示されているように、センサ１００は、外側構体１２０と、内側構体１４０と、それぞれ、外側構体１２０と内側構体１４０との間に延びる３つのセンサ構造体１３０とを含む。図１を参照すると、外側構体はロボットアームに結合され得、内側構体はエンドエフェクタに結合され得、又はその逆も同様である。そのような構成では、外側構体１２０と内側構体１４０との間の相対運動により、センサ構造体のうちの１以上の撓みが生じる。
【0032】
図示の例では、各センサ構造体１３０は細長いビーム１３０の形態である。１以上の代替実施形態では、任意の他の好適な幾何学的形状をもつセンサ構造体が使用され得ることが理解されよう。センサ構造体の寸法は、センサの所望の感度に基づいて選択され得る。たとえば、各ビーム１３０は、約１ｍｍから２５ｍｍ、又は約２ｍｍから１２ｍｍの幅を有し得る。
【0033】
力及び／又はトルクを測定するために、歪みゲージをセンサ構造体に固定して、センサ１００に対する正味の力／トルクの結果としての、センサ構造体の相対的な撓みを測定することができる。図示の例では、３つのセンサ構造体１３０の各々の撓みを測定するために金属箔歪みゲージが使用される。代替的に、シリコンベースの歪みゲージ、又は他の好適な感知要素が使用され得る。
【0034】
図示の例では、歪みゲージ２１０は、内側構体１４０の表面特徴内に嵌合するように寸法決めされた多層膜２００に埋め込まれている。歪みゲージ（及びそれらの関連する配線）を多層膜に埋め込むことには１以上の利点があり得る。たとえば、それにより、１以上の歪みゲージの配置をセンサ構造体に対して一定に保つことができる。追加又は代替として、それにより、歪みゲージをセンサ構造体上の所望の位置に配置するために必要とされる労力及び／又は労働技術が削減され得る。例示的な実施形態では、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）２１５を含むセンサ回路２１０、アナログデジタル（ＡＤＣ）回路２２５、及び回路２１０を膜２００に結合するためのコネクタ２２０も示されている。
【0035】
図３を見ると、センサ１００はまた、それぞれ、全体的に１６０と称する３つの過負荷構造体を含む。使用の際に、過負荷構造体により、内側構体と外側構体との間の限られた所定量の相対運動が可能になる。また、過負荷構造体により、所定量を超える、内側構体と外側構体との間の相対運動が抑制又は防止され得る。結果として、過負荷構造体は、たとえば、力／トルクセンサ１００が比較的高い力及び／又はトルクを受けたときに、３つのセンサ構造体１３０の全撓みを制限するように働く。３つのセンサ構造体１３０の全撓みを制限するために「ハードストップ」を設けることによって、過負荷構造体は、センサ構造体１３０への、及び／又はそれに固定された１つ若しくは複数の歪みゲージ２１０への損傷を抑制又は防止することができる。
【0036】
図示の例では、３つの過負荷構造体１６０が設けられており、過負荷構造体１６０は、隣接するセンサ構造体１３０間にほぼ等距離に配置されている。また、スロット１８０が、過負荷構造体１６０とセンサ構造体１３０との間で内側構体１４０と外側構体１２０との間に延びる。図示のように、センサ構造体１３０ａはスロット１８０ａの一部分とスロット１８０ｆの一部分とに接しており、センサ構造体１３０ｂはスロット１８０ｂの一部分とスロット１８０ｃの一部分とに接しており、センサ構造体１３０ｃはスロット１８０ｄの一部分とスロット１８０ｅの一部分とに接している。また、過負荷構造体１６０ａはスロット１８０ａの一部分とスロット１８０ｂの一部分とに接しており、過負荷構造体１６０ｂはスロット１８０ｃの一部分とスロット１８０ｄの一部分とに接しており、過負荷構造体１６０ｃはスロット１８０ｅの一部分とスロット１８０ｆの一部分とに接している。
【0037】
図６及び図７を見ると、過負荷構造体１６０は、外側構体１２０から延びる外側部分１６２と、内側構体１４０から延びる内側部分１６４とを含む。外側位置１６２は複数の外側ファセット２１～２７を有し、内側部分１６４は複数の内側ファセット４１～４７を有する。図示の例では、各外側及び内側ファセットは、対応する対向するファセットを有する。
【0038】
内側構体１４０及び外側構体１２０が、３つのセンサ構造体１３０が著しい撓みを受けない中立位置又は無負荷位置にあるとき（たとえば、センサ１００に対する正味の力／トルクが低いとき）、外側ファセットの各々は、それらの対応する対向する内側ファセットから間隙距離だけ離隔している。たとえば、間隙距離は約２５ミクロンと０．５ｍｍとの間であり得る。また、中立位置では、内側構体１４０及び外側構体１２０は３つのセンサ構造体１３０を介してのみ互いに接触する。
【0039】
内側構体１４０及び外側構体１２０が正味の外力又はトルクを受けると、最初は、過負荷構造体１６０の内側部分１６４及び外側部分１６２は互いに離隔したままであり、それにより、内側構体と外側構体との間の限られた量の相対運動が可能になる。これにより、センサ構造体１３０をたわませることが可能になり、撓みは、センサ構造体１３０に取り付けられた１以上の歪みゲージによって測定され、歪み測定値は、センサ１００に作用する正味の力及び／又はトルクを決定するために使用される。
【0040】
センサ１００に作用する正味の力及び／又はトルクが十分である場合、内側構体１４０及び外側構体１２０が互いに動かされた際に、初期量の相対運動の後に、過負荷構造体１６０の内側部分１６４及び外側部分１６２の少なくとも一対の内側ファセットと外側ファセットとが互いに当接し、それによって内側構体と外側構体との間のさらなる相対運動が抑制又は防止され得る。
【0041】
図示の例では、外側位置１６２は、ファセット２１及び２４を含む第１のセグメントと、ファセット２５、２２、及び２７を含む第２のセグメントと、ファセット２６及び２６を含む第３のセグメントとを有すると特徴づけられ得る。同様に、図示の内側部分１６４は、ファセット４１及び４５を含む第１のセグメントと、ファセット４４、４２、及び４６を含む第２のセグメントと、ファセット４７及び４３を含む第３のセグメントとを有すると特徴づけられ得る。１以上の代替実施形態では、２つのセグメントのみを含む、外側部分と内側部分とをもつ過負荷構造体が、６自由度での使用について内側構体１４０と外側構体１２０との間の望ましくない相対運動を抑制し得る。たとえば、図示の例では、ファセット２１、２５、２４、及び２２（及び相補的なファセット４１、４５、４４、及び４２）は、６ＤＯＦでの過負荷保護を与えるのに十分であり得る。
【0042】
【0043】
図８に示す例では、ファセット２２とファセット４２とが互いに当接し、それにより、正のＺ方向の外力に応じた内側構体１４０及び外側構体１２０のさらなる相対変位が防止される。
【0044】
図９に示す例では、ファセット２１とファセット４１と、及び／又はファセット２３とファセット４３とが互いに当接し、それにより、負のＺ方向の外力に応じた内側構体１４０及び外側構体１２０のさらなる相対変位が防止される。
【0045】
図１０に示す例では、ファセット２２とファセット４２とが互いに当接し、それにより、Ｘ軸の周りの（すなわち外部トルクに応じた）正の方向の内側構体１４０及び外側構体１２０のさらなる相対回転が防止される。
【0046】
図１１に示す例では、ファセット２１とファセット４１と、及び／又はファセット２３とファセット４３とが互いに当接し、それにより、Ｘ軸の周りの（すなわち外部トルクに応じた）負の方向の内側構体１４０及び外側構体１２０のさらなる相対回転が防止される。
【0047】
図１２に示す例では、ファセット２４とファセット４４と、及び／又はファセット２７とファセット４７とが互いに当接し、それにより、Ｚ軸の周りの（すなわち外部トルクに応じた）正の方向の内側構体１４０及び外側構体１２０のさらなる相対回転が防止される。
【0048】
図１３に示す例では、ファセット２５とファセット４５と、及び／又はファセット２６とファセット４６とが互いに当接し、それにより、Ｚ軸の周りの（すなわち外部トルクに応じた）負の方向の内側構体１４０及び外側構体１２０のさらなる相対回転が防止される。
【0049】
図１４に示す例では、ファセット２４とファセット４４と、及び／又はファセット２７とファセット４７とが互いに当接し、それにより、正のＸ方向の外力に応じた内側構体１４０及び外側構体１２０のさらなる相対変位が防止される。
【0050】
図１５に示す例では、ファセット２５とファセット４５と、及び／又はファセット２６とファセット４６とが互いに当接し、それにより、負のＸ方向の外力に応じた内側構体１４０及び外側構体１２０のさらなる相対変位が防止される。
【0051】
図１６に示す例では、ファセット２１とファセット４１と、及び／又はファセット２２とファセット４２と、及び／又はファセット２３とファセット４３とが互いに当接し、それにより、負のＹ方向の外力に応じた内側構体１４０及び外側構体１２０のさらなる相対変位が防止される。図示の過負荷構造体１６０から約±１２０°離れて位置する他の２つの過負荷構造体１６０によって、正のＹ方向の過剰変位が与えられる。
【0052】
センサ１００は、任意の好適な製造方法を使用して形成され得る。たとえば、外側構体１２０及び内側構体１４０は金属の単一のブランクから形成され得、スロット１８０はブランクから機械加工され得、それによってセンサ構造体１３０が形成される。
【0053】
過負荷構造体１６０は、任意の好適な方法を使用して形成され得る。たとえば、ファセット２１～２７及び４１～４７は、Avonisys AG of Zug、Switzerlandから、又はSYNOVA S.A.of Nyon、Switzerlandから入手可能であるような水ジェット誘導レーザ技術を使用して切断され得る。水ジェット誘導レーザ技術は、過負荷構造体の内側ファセットと外側ファセットとの間に極めて薄い間隙距離を設けるのに特に好適であり得る。
【0054】
好ましくは、過負荷構造体は、（ワイヤカットＥＤＭ又はＷＥＤＭとしても知られる）ワイヤカット放電加工を使用して形成され得る。たとえば、外側構体１２０と、内側構体１４０と、センサ構造体１３０とを備える構体は、外側構体１２０と内側構体１４０との間に延びる過負荷ブリッジを含むこともある。そのような過負荷ブリッジは、ワイヤカットＥＤＭを使用して過負荷構造体１６０の内側部分１６４と外側部分１６２とに分離され得る。
【0055】
過負荷構造体１６０の内側ファセットと外側ファセットとを設けるためにワイヤカットＥＤＭを使用することには１以上の利点があり得る。たとえば、対向する内側ファセットと外側ファセットとの間の間隙距離はＥＤＭワイヤの直径によって決定され得る。その結果、（対向するファセットが当接する前にセンサ構造化１３０のより大きい撓みを可能にする）より大きい間隙距離をもつセンサ１００が、より大きいカーフ幅を有するＥＤＭワイヤを使用して製造され得、より小さい間隙距離をもつセンサ１００が、より小さいカーフ幅を有するＥＤＭワイヤを使用して同じ構体から形成され得る。これにより、ＥＤＭワイヤの直径の選択によってセンサ１００を「調整」することが可能になり得る。
【0056】
別の例として、（ファセット２１～２７とファセット４１～４７とを含む過負荷構造体の図示の設計は、ワイヤが後戻りすること(backtracking)なしに単一の経路をたどるワイヤカットＥＤＭプロセスを使用して「切断」され得る。たとえば、図３を参照すると、ＥＤＭワイヤをスロット１８０ｄに通し、ほぼ横方向に移動して過負荷構造体１６０ｂのファセット２１及び４１を形成し、枢動してファセット２４、２５、４４、及び４５を形成し、ほぼ横方向に移動してファセット２２及び４２を形成し、枢動してファセット２６、２７、４６、及び４７を形成し、ほぼ横方向に移動してファセット２３及び４３を形成することができる。
【0057】
単一のワイヤカットＥＤＭパスを使用してファセットのすべてが切断され得る過負荷構造体を設けることには１以上の利点があり得る。たとえば、これにより、過負荷構造体１６０の内側部分１６２と外側部分１６４との間の間隙距離を一定に保つことができる。この点において、複数パスは機械加工作業中にヒステリシス誤差をもたらすことがあるので、「単一パス」設計が寸法公差を改善していることが期待され得る。また、単一パス作業を使用することにより過負荷構造体の機械加工がより速くなり得、たとえば、ワイヤの通し直しが必要でない場合がある。また、「単一パス」設計により、上記で説明したように、ＥＤＭワイヤの直径を変更することによってセンサ１００を「調整」することが可能になり得る。
【0058】
本明細書で使用する際、「及び／又は」という用語は、包括的な－又は－を表すものとする。すなわち、「Ｘ及び／又はＹ」は、たとえば、Ｘ又はＹ、あるいはその両方を意味するものとする。さらなる例として、「Ｘ、Ｙ、及び／又はＺ」は、Ｘ又はＹ又はＺ、あるいはそれらの任意の組合せを意味するものとする。
【0059】
上記の説明は例示的な実施形態の特徴について説明しているが、説明した実施形態のいくつかの特徴及び／又は機能は、説明した実施形態の動作の趣旨及び原理から逸脱することなく改変が可能であることが理解されよう。たとえば、示された実施形態又は例によって説明された様々な特性は互いに選択的に組み合わせられ得る。したがって、上記で説明したことは、クレームされる概念を例示するものであり、非限定的である。当業者なら、本明細書に添付された特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなく、他の変形及び改変が行われ得ることを理解するであろう。特許請求の範囲は、好ましい実施形態及び例によって限定されるべきでなく、全体として説明と一致する最も広い解釈が与えられるべきである。
【符号の説明】
【0060】
１０ ロボットアーム、１５ エンドエフェクタ、２１ ファセット、２２ ファセット、２３ ファセット、２４ ファセット、２５ ファセット、２６ ファセット、２７ ファセット、４１ ファセット、４２ ファセット、４３ ファセット、４４ ファセット、４５ ファセット、４６ ファセット、４７ ファセット、１００ 力／トルクセンサ、１２０ 外側構体、１３０ センサ構造体、ビーム、１３０ａ センサ構造体、１３０ｂ センサ構造体、１３０ｃ センサ構造体、１４０ 内側構体、１６０ 過負荷構造体、１６０ａ 過負荷構造体、１６０ｂ 過負荷構造体、１６０ｃ 過負荷構造体、１６２ 外側部分、１６４ 内側部分、１８０ スロット、１８０ａ スロット、１８０ｂ スロット、１８０ｃ スロット、１８０ｄ スロット、１８０ｅ スロット、１８０ｆ スロット、２００ 多層膜、２１０ 歪みゲージ、２１０ センサ回路、２１５ 慣性測定ユニット（ＩＭＵ）、２２０ コネクタ、２２５ アナログデジタル（ＡＤＣ）回路
【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】
【図15】
【図16】
【国際調査報告】