本發(fā)明涉及力覺傳感器，尤其涉及適于檢測三維直角坐標系中的特定的坐標軸方向的力及繞特定的坐標軸的力矩的傳感器。

背景技術(shù)：

為了進行機器人、工業(yè)機械的動作控制，正在利用各種類型的力覺傳感器。另外，作為電子設備的輸入裝置的人機界面，也組裝有小型的力覺傳感器。為了實現(xiàn)小型化及成本降低，對用于這樣的用途的力覺傳感器，要求做到能夠以盡量簡單的結(jié)構(gòu)分別獨立地檢測關(guān)于三維空間內(nèi)的各坐標軸的力。

從這樣的角度出發(fā)，目前，在一般利用的多軸力覺傳感器中，作為機械結(jié)構(gòu)部分，采用了一種基本結(jié)構(gòu)體，其包括：接收作為檢測對象的力的受力體、用于支撐該受力體的支撐體以及設于受力體與支撐體之間并產(chǎn)生彈性變形的變形體。通過在該基本結(jié)構(gòu)體中進一步增加用于電氣檢測變形體的變形狀態(tài)的檢測元件和根據(jù)得到的檢測結(jié)果輸出表示作用于受力體的規(guī)定的坐標軸方向的力以及繞規(guī)定的坐標軸的力矩的電信號的檢測電路，從而能夠構(gòu)成期望的力覺傳感器。

作為檢測變形體的變形狀態(tài)的檢測元件，正在利用將變形體的特定部分上所產(chǎn)生的機械應變作為電信號而提取的元件、將變形體的特定部分的位移作為電信號而提取的元件等。前者的應變檢測類型的檢測元件的代表物為粘貼于變形體的特定部位的應變儀，因作用的力而產(chǎn)生的機械應變被電氣檢測為應變儀的電阻的變化。另一方面，后者的位移檢測類型的檢測元件的代表物為由固定于變形體的特定部分上的位移電極以及固定于支撐體的相對部分上的固定電極構(gòu)成的電容元件。當因作用的力而在變形體上發(fā)生位移時，位移電極與固定電極之間的距離變化，因此，該位移作為電容元件的靜電電容值的變化而被電氣檢測。

例如，在下述的專利文獻1和2中公開了一種使用多個柱狀部件及多個膜片作為連接受力體與支撐體之間的變形體的力覺傳感器。各柱狀部件的上端經(jīng)由膜片而固定于受力體，下端經(jīng)由膜片而固定于支撐體。為此，當在將支撐體固定的狀態(tài)下有力作用于受力體時，由于膜片的彈性變形，各個柱狀部件發(fā)生位移，通過使用電容元件來檢測該位移狀態(tài)，從而能夠檢測XYZ三維直角坐標系中的各坐標軸方向的力及繞各坐標軸的力矩。另外，在下述的專利文獻3中，作為在專利文獻1和2中公開的力覺傳感器的變形，公開了一種將傾斜配置為V字型的柱狀部件對的組用作變形體的力覺傳感器。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：美國專利第6915709號公報

專利文獻2：美國專利第7219561號公報

專利文獻3：美國專利第8408075號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的技術(shù)問題

一般而言，在將物體配置于了XYZ三維直角坐標系中的情況下，作為作用于該物體的外力，考慮有各坐標軸方向的力(沿特定的坐標軸方向推該物體的平移力)和繞各坐標軸的力矩(使該物體繞特定的坐標軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)力)。具體而言，作為前者，考慮有X軸方向的力Fx、Y軸方向的力Fy、Z軸方向的力Fz這三個軸分量；作為后者，考慮有繞X軸的力矩Mx、繞Y軸的力矩My、繞Z軸的力矩Mz這三個軸分量，所以需要考慮合計六個軸分量。

上述專利文獻1～3中公開的現(xiàn)有的力覺傳感器能夠分別獨立地檢測這六個軸分量，在需要區(qū)別對待各軸分量的用途上，利用價值高。不過，實際應用上，優(yōu)選進行平衡各個軸分量以便使各軸分量的檢測范圍相同的設計。

例如，在使用電容元件作為檢測元件的情況下，所施加的外力的檢測值將作為特定的電容元件的靜電電容值的變動量而獲得。在這種情況下，如果每個所作用的軸在靜電電容值的變動量上存在大的差異，則會導致各軸分量的檢測范圍產(chǎn)生大的差異。當然，由于各個檢測值作為電信號而獲得，所以靈敏度低的軸分量可通過模擬放大處理、數(shù)字放大處理來進行校正。然而，如果進行這樣的放大處理，則會導致噪聲等誤差分量也被放大，因此產(chǎn)生檢測精度下降這樣的問題，導致力覺傳感器的潛在性能受到限制。

特別地，關(guān)于力矩的檢測靈敏度，存在力矩特有的問題。這是因為，力矩的值并非施加于作用點的外力的大小本身，而是被定義為將離旋轉(zhuǎn)中心的距離乘以所施加的外力的大小所得的值。

例如，試著考慮以下的情況：以物體的重心點為中心畫半徑為100mm(0.1m)的圓，朝著圓的切線方向在該圓周上的作用點上作用對該物體的1N的外力。這種情況下，作為旋轉(zhuǎn)力而作用于重心點的力矩的值為IN×0.1m＝0.1N·m。與此相對，在相同的1N的外力沿通過重心點的直線進行作用的情況下，作為平移力而作用于重心點的力的值為1N。這樣，即使對相同物體作用相同的1N的外力時，根據(jù)將其作為規(guī)定軸向的力(平移力)而檢出，還是作為繞規(guī)定軸的力矩(旋轉(zhuǎn)力)而檢出，所獲得的檢測值會產(chǎn)生差異。

因此，在設計力覺傳感器時，需要留意將特定的利用環(huán)境作為前提而恰當?shù)乇３指鬏S分量的檢測范圍的平衡。例如，在將作為力矩而檢測的外力的作用點設定于離旋轉(zhuǎn)的中心點100mm的位置這樣的利用環(huán)境作為前提的力覺傳感器的情況下，如果進行使力矩(旋轉(zhuǎn)力)的檢測靈敏度與力(平移力)的檢測靈敏度的比率為10:1這樣的設計，則能夠適當?shù)乇３至嘏c力的檢測值(檢測范圍)的平衡。同樣地，在中心點與作用點的距離為200mm這樣的利用環(huán)境的情況下，優(yōu)選將檢測靈敏度的比率設定為5:1；在中心點與作用點的距離為50mm這樣的利用環(huán)境的情況下，優(yōu)選將檢測靈敏度的比率設定為20:1。

可是，如上所述，力覺傳感器的利用形態(tài)從機械手、操縱器等工業(yè)機械多元化至控制桿這樣的輸入裝置，中心點與作用點的距離也各種各樣。特別地，在控制桿這樣的輸入裝置的情況下，由于外力施加于用戶直接用手接觸的操作部件，因此中心點與作用點的距離依賴于該操作部件的大小。因此，實際應用上，需要按每個具體的用途進行使力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的比率最優(yōu)化這樣的設計。可是，在現(xiàn)有的力覺傳感器的結(jié)構(gòu)中，這樣的使檢測靈敏度的比率最優(yōu)化的設計是困難的，在安裝好的產(chǎn)品中，難以將力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡設定為恰當?shù)闹怠?/p>

例如，在采用了上述專利文獻1～3中公開的結(jié)構(gòu)的力覺傳感器的情況下，由于力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的實際比率為100:1左右，因此，在從中心點至作用點的距離為100mm左右的一般用途的情況下，產(chǎn)生力矩的檢測值(輸出電信號)與力的檢測值(輸出電信號)相比過大的問題。

因此，本發(fā)明的目的在于，提供在設計時容易調(diào)整力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡的力覺傳感器，另外，其目的在于，提供能夠用于那樣的力覺傳感器的輔助結(jié)構(gòu)體。

用于解決技術(shù)問題的方案

下面，基于幾個方式說明本發(fā)明的本質(zhì)特征。需要注意的是，在以下的說明中，為了易于理解，在圓括號中引用表示關(guān)于附圖中所示的代表性實施例的對應構(gòu)成部分的符號。當然，在該圓括號中所示的符號表示的只是實施例中的對應構(gòu)成部分的一個例子，各構(gòu)成部分并非只限定于以該符號引用的實施例中的特定構(gòu)成部分。關(guān)于權(quán)利要求書中所記載的圓括號的符號也是同樣。

(1)本發(fā)明的第一方面為一種力覺傳感器，用于檢測XYZ三維直角坐標系中的各坐標軸方向的力及繞各坐標軸的力矩中的、至少Z軸方向的力Fz及繞Y軸的力矩My，包括：基本結(jié)構(gòu)體(1000)，具有：在以Z軸為垂直軸的方式定義了坐標系時配置于Z軸上的受力體(100)、配置于受力體的下方的支撐體(200)、以及連接受力體與支撐體并因力或力矩的作用而至少局部產(chǎn)生彈性變形的變形體(300)；檢測元件(C1C4)，檢測變形體的變形或位移、或者受力體或支撐體的位移；以及檢測電路(900)，基于檢測元件的檢測結(jié)果，輸出表示在負荷施加于受力體及支撐體中一方的狀態(tài)下作用于另一方的Z軸方向的力Fz及繞Y軸的力矩My的電信號，變形體(300)具有：規(guī)定部位與受力體(100)連接并產(chǎn)生彈性變形的彈性變形部(310)；以及將該彈性變形部的規(guī)定部位固定于支撐體(200)的第一基座部(320)及第二基座部(330)，在通過XZ平面或平行于XZ平面的平面剖開了基本結(jié)構(gòu)體(1000)時，將出現(xiàn)在受力體的截面上的幾何學圖形稱為受力體圖形(100f)，將出現(xiàn)在支撐體的截面上的幾何學圖形稱為支撐體圖形(200f)，將出現(xiàn)在變形體的截面上的幾何學圖形稱為變形體圖形(300f)，此時，變形體圖形包括：作為彈性變形部(310)的截面的彈性變形部圖形(310f)、作為第一基座部(320)的截面的第一基座部圖形(320f)以及作為第二基座部(330)的截面的第二基座部圖形(330f)，彈性變形部圖形(310f)是沿著連接定義于受力體圖形(100f)的輪廓上的第一受力點(P1)與第二受力點(P2)的規(guī)定的連接路徑(R1)而配置并連結(jié)第一受力點(P1)與第二受力點(P2)的圖形，第一基座部圖形(320f)在定義于連接路徑(R1)上的第一中繼點(m1)的附近處與彈性變形部圖形(310f)連接，第二基座部圖形(330f)在定義于連接路徑(R1)上的第二中繼點(m2)的附近處與彈性變形部圖形(310f)連接，彈性變形部(310)連結(jié)第一受力點(P1)與第二受力點(P2)，第一基座部(320)連結(jié)彈性變形部(310)的第一中繼點(m1)的附近與定義于支撐體(200)上的第一支撐點(Q1)，第二基座部(330)連結(jié)彈性變形部(310)的第二中繼點(m2)的附近與定義于支撐體(200)上的第二支撐點(Q2)，第一受力點(P1)配置于具有負的X坐標值的位置，第二受力點(P2)配置于具有正的X坐標值的位置，在將支撐體(200)固定的狀態(tài)下力Fz作用于受力體(100)時、以及在將支撐體(200)固定的狀態(tài)下力矩My作用于受力體(100)時，彈性變形部(310)的第一中繼點(m1)的附近以與第一基座部(320)的連接點(ml')為支點，相對于第一基座部(320)在X軸方向上(向X軸方向)擺動，彈性變形部(310)的第二中繼點(m2)的附近以與第二基座部(330)的連接點為支點，相對于第二基座部(330)在X軸方向上(向X軸方向)擺動。

(2)本發(fā)明的第二方面在上述第一方面所涉及的力覺傳感器中，彈性變形部圖形(310f)具有：沿連接路徑(R1)的從第一受力點(P1)至第一中繼點(m1)的區(qū)間而配置的第一外側(cè)臂狀部圖形(311f)；沿連接路徑(R1)的從第一中繼點(m1)至第二中繼點(m2)的區(qū)間而配置的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形(312f)；以及沿連接路徑(R1)的從第二中繼點(m2)至第二受力點(P2)的區(qū)間而配置的第二外側(cè)臂狀部圖形(313f)。

(3)本發(fā)明的第三方面在上述第二方面所涉及的力覺傳感器中，第一基座部圖形(320f)的連接端與彈性變形部圖形(310f)的第一中繼點(m1)的附近的下方連接，第二基座部圖形(330f)的連接端與彈性變形部圖形(310f)的第二中繼點(m2)的附近的下方連接。

(4)本發(fā)明的第四方面在上述第三方面所涉及的力覺傳感器中，第一基座部圖形(320f)是沿連接定義于連接路徑(R1)上的第一中繼點(m1)與定義于支撐體圖形(200f)的輪廓上的第一支撐點(Q1)的第一支撐路徑(R2)而配置并連結(jié)彈性變形部圖形(310f)與支撐體圖形(200f)的圖形，第二基座部圖形(330f)是沿連接定義于連接路徑(R1)上的第二中繼點(m2)與定義于支撐體圖形(200f)的輪廓上的第二支撐點(Q2)的第二支撐路徑(R3)而配置并連結(jié)彈性變形部圖形(310f)與支撐體圖形(200f)的圖形。

(5)本發(fā)明的第五方面在上述第四方面所涉及的力覺傳感器中，在將支撐體(200)固定的狀態(tài)下力Fz作用于受力體(100)時、以及在將支撐體(200)固定的狀態(tài)下力矩My作用于受力體(100)時，彈性變形部圖形(310f)的第一中繼點(m1)的附近以第一支撐路徑(R2)與彈性變形部圖形(310f)的輪廓的交點(ml')為支點相對于第一基座部圖形(320f)擺動，彈性變形部圖形(310f)的第二中繼點(m2)的附近以第二支撐路徑(R3)與彈性變形部圖形(310f)的輪廓的交點(m2')為支點相對于第二基座部圖形(330f)擺動。

(6)本發(fā)明的第六方面在上述第三～第五方面所涉及的力覺傳感器中，從第一中繼點(m1)朝著第二中繼點(m2)沿路前進的連接路徑(R1、R4、R5、R7)具有沿與XY平面交叉的第一縱向(長邊方向)軸(L1、L2、L4)往下方去的下降路徑和沿與XY平面交叉的第二縱向(長邊方向)軸(Z、L3、L5)往上方去的上升路徑，內(nèi)側(cè)臂狀部圖形(312f、342f、352f)具有沿著下降路徑的下降臂狀部和沿著上升路徑的上升臂狀部。

(7)本發(fā)明的第七方面在上述第六方面所涉及的力覺傳感器中，第一縱向軸(LI、L2)及第二縱向軸(Z、L3)為平行于Z軸的軸。

(8)本發(fā)明的第八方面在上述第七方面所涉及的力覺傳感器中，第一縱向軸或第二縱向軸(Z)為包含在YZ平面中的軸。

(9)本發(fā)明的第九方面是在上述第七或第八方面所涉及的力覺傳感器中，連接路徑(R1、R4、R5、R7)具有平行于Z軸的縱向路徑和平行于X軸的橫向路徑，縱向路徑從第一受力點(P1)及第二受力點(P2)起伸展，第一中繼點(m1)及第二中繼點(m2)被定義于橫向路徑上。

(10)本發(fā)明的第十方面在上述第三方面所涉及的力覺傳感器中，在連接路徑(R6)的第一中繼點(m1)與第二中繼點(m2)之間的區(qū)間設有向下方彎曲之后再向上方彎曲的彎曲路，內(nèi)側(cè)臂狀部圖形(362f)具有沿著該彎曲路的彎曲部。

(11)本發(fā)明的第十一方面在上述第二方面所涉及的力覺傳感器中，第一基座部圖形(425f)的連接端與彈性變形部圖形(470f)的第一中繼點(m1)的附近的下方連接，第二基座部圖形(435f)的連接端與彈性變形部圖形(470f)的第二中繼點(m2)的附近的上方連接。

(12)本發(fā)明的第十二方面在上述第十一方面所涉及的力覺傳感器中，從第一中繼點(m1)朝著第二中繼點(m2)沿路前進的連接路徑(R8)具有沿與XY平面交叉的縱向(長邊方向)軸(L6)往下方去的下降路徑，內(nèi)側(cè)臂狀部圖形(472f)具有沿著該下降路徑的下降臂狀部。

(13)本發(fā)明的第十三方面在上述第十二方面所涉及的力覺傳感器中，縱向軸(L6)為平行于Z軸的軸。

(14)本發(fā)明的第十四方面在上述第二方面所涉及的力覺傳感器中，第一基座部圖形的連接端與彈性變形部圖形的第一中繼點(m1)的附近的上方連接，第二基座部圖形的連接端與彈性變形部圖形的第二中繼點(m2)的附近的上方連接。

(15)本發(fā)明的第十五方面在上述第一方面所涉及的力覺傳感器中，在連接路徑(R9)上的第二中繼點(m2)與第二受力點(P2)之間還定義有第三中繼點(m3)，變形體除具有彈性變形部、第一基座部、第二基座部以外，還具有第三基座部，第三基座部連結(jié)彈性變形部的第三中繼點(m3)的附近與定義于支撐體(250)上的第三支撐點(Q3)，彈性變形部圖形(480f)具有：沿連接路徑(R9)的從第一受力點(P1)至第一中繼點(m1)的區(qū)間而配置的第一外側(cè)臂狀部圖形(481f)、沿連接路徑(R9)的從第一中繼點(m1)至第二中繼點(m2)的區(qū)間而配置的第一內(nèi)側(cè)臂狀部圖形(482f)、沿連接路徑(R9)的從第二中繼點(m2)至第三中繼點(m3)的區(qū)間而配置的第二內(nèi)側(cè)臂狀部圖形(483f)、以及沿連接路徑(R9)的從第三中繼點(m3)至第二受力點(P2)的區(qū)間而配置的第二外側(cè)臂狀部圖形(484f)。

(16)本發(fā)明的第十六方面在上述第十五方面所涉及的力覺傳感器中，第一基座部圖形(426f)的連接端與彈性變形部圖形(480f)的第一中繼點(m1)的附近的下方連接，第二基座部圖形(436f)的連接端與彈性變形部圖形(480f)的第二中繼點(m2)的附近的下方連接，作為第三基座部的截面的第三基座部圖形(496f)的連接端與彈性變形部圖形(480f)的第三中繼點(m3)的附近的上方連接。

(17)本發(fā)明的第十七方面在上述第二方面所涉及的力覺傳感器中，在連接路徑(R7)的第一受力點(P1)與第一中繼點(m1)之間的區(qū)間設有呈U字狀的第一U字狀迂回路(U1)，第一外側(cè)臂狀部圖形(411f)具有沿著第一U字狀迂回路的第一U字狀迂回部，在連接路徑(R7)的第二中繼點(m2)與第二受力點(P2)之間的區(qū)間設有呈U字狀的第二U字狀迂回路(U2)，第二外側(cè)臂狀部圖形(413f)具有沿著第二U字狀迂回路的第二U字狀迂回部。

(18)本發(fā)明的第十八方面在上述第十七方面所涉及的力覺傳感器中，第一U字狀迂回路(U1)及第二U字狀迂回路(U2)由平行于Z軸的一對縱向迂回路與連接這一對縱向迂回路的、平行于X軸的橫向迂回路的組合構(gòu)成。

(19)本發(fā)明的第十九方面在上述第二～第十八方面所涉及的力覺傳感器中，在第一外側(cè)臂狀部圖形(411f；451f)、內(nèi)側(cè)臂狀部圖形(442f；452f)和第二外側(cè)臂狀部圖形(443f；453f)中的全部或部分上設有在與連接路徑正交的方向上的寬度變窄的中間變細部(41～43；51a、51b、52a、52b、53a、53b)。

(20)本發(fā)明的第二十方面在上述第二～第十九方面所涉及的力覺傳感器中，在第一外側(cè)臂狀部圖形(461f)、內(nèi)側(cè)臂狀部圖形(462f)和第二外側(cè)臂狀部圖形(463f)中的全部或部分上設有向與連接路徑正交的方向突出的重量調(diào)整部圖形(62f)。

(21)本發(fā)明的第二十一方面在上述第二～第二十方面所涉及的力覺傳感器中，在第一外側(cè)臂狀部圖形(461f)的與受力體圖形(150f)的連接部及第二外側(cè)臂狀部圖形(463f)的與受力體圖形(150f)的連接部上設有向與連接路徑正交的方向突出的凸緣部圖形(61f、63f)。

(22)本發(fā)明的第二十二方面在上述第一～第二十一方面所涉及的力覺傳感器中，第一基座部圖形(320f)及第二基座部圖形(330f)的與彈性變形部圖形(310f)的連接端構(gòu)成寬度比其它部分窄的狹窄圖形。

(23)本發(fā)明的第二十三方面在上述第一～第二十二方面所涉及的力覺傳感器中，受力體(100)及支撐體(200)由具有平行于XY平面的上表面及下表面的板狀部件構(gòu)成。

(24)本發(fā)明的第二十四方面在上述第一～第二十三方面所涉及的力覺傳感器中，彈性變形部(310)由通過使細長的臂狀部件彎曲而得到的結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。

(25)本發(fā)明的第二十五方面在上述第一～第二十四方面所涉及的力覺傳感器中，檢測元件通過電氣檢測彈性變形部的規(guī)定部位的伸縮狀態(tài)而進行變形體的變形狀態(tài)的檢測。

(26)本發(fā)明的第二十六方面在上述第一～第二十四方面所涉及的力覺傳感器中，檢測元件通過電氣檢測彈性變形部的規(guī)定部位與支撐體的規(guī)定部位之間的距離而進行變形體的位移狀態(tài)的檢測。

(27)本發(fā)明的第二十七方面在上述第二十六方面所涉及的力覺傳感器中，檢測元件由多個電容元件構(gòu)成，電容元件具有：形成于彈性變形部的規(guī)定部位的位移電極和形成于支撐體的與位移電極相對的位置的固定電極，檢測電路通過進行基于多個電容元件的靜電電容值的運算處理而輸出表示Z軸方向的力Fz及繞Y軸的力矩My的電信號。

(28)本發(fā)明的第二十八方面在上述第一～第二十三方面所涉及的力覺傳感器中，變形體(500)具有：規(guī)定部位與受力體(150)連接并產(chǎn)生彈性變形的關(guān)于X軸的彈性變形部(510)；將該關(guān)于X軸的彈性變形部的規(guī)定部位固定于支撐體(250)的關(guān)于X軸的第一基座部(520)及關(guān)于X軸的第二基座部(530)；規(guī)定部位與受力體(150)連接并產(chǎn)生彈性變形的關(guān)于Y軸的彈性變形部(540)；以及將該關(guān)于Y軸的彈性變形部的規(guī)定部位固定于支撐體(250)的關(guān)于Y軸的第一基座部(550)及關(guān)于Y軸的第二基座部(560)，在通過XZ平面或平行于XZ平面的平面剖開了基本結(jié)構(gòu)體時，將出現(xiàn)在受力體的截面上的幾何學圖形稱為關(guān)于X軸的受力體圖形(150fx)，將出現(xiàn)在支撐體的截面上的幾何學圖形稱為關(guān)于X軸的支撐體圖形(250fx)，將出現(xiàn)在變形體的截面上的幾何學圖形稱為關(guān)于X軸的變形體圖形(500fx)，此時，關(guān)于X軸的變形體圖形包括：作為關(guān)于X軸的彈性變形部(510)的截面的關(guān)于X軸的彈性變形部圖形(510f)、作為關(guān)于X軸的第一基座部(520)的截面的關(guān)于X軸的第一基座部圖形(520f)以及作為關(guān)于X軸的第二基座部(530)的截面的關(guān)于X軸的第二基座部圖形(530f)，在通過YZ平面或平行于YZ平面的平面剖開了基本結(jié)構(gòu)體時，將出現(xiàn)在受力體的截面上的幾何學圖形稱為關(guān)于Y軸的受力體圖形(150fy)，將出現(xiàn)在支撐體的截面上的幾何學圖形稱為關(guān)于Y軸的支撐體圖形(250fy)，將出現(xiàn)在變形體的截面上的幾何學圖形稱為關(guān)于Y軸的變形體圖形(500fy)，此時，關(guān)于Y軸的變形體圖形包括：作為關(guān)于Y軸的彈性變形部(540)的截面的關(guān)于Y軸的彈性變形部圖形(540f)、作為關(guān)于Y軸的第一基座部(550)的截面的關(guān)于Y軸的第一基座部圖形(550f)以及作為關(guān)于Y軸的第二基座部(560)的截面的關(guān)于Y軸的第二基座部圖形(560f)，關(guān)于X軸的彈性變形部圖形(510f)是沿著連接定義于關(guān)于X軸的受力體圖形(150fx)的輪廓上的關(guān)于X軸的第一受力點(P11)與關(guān)于X軸的第二受力點(P12)的規(guī)定的關(guān)于X軸的連接路徑(R10)而配置并連結(jié)關(guān)于X軸的第一受力點(P11)與關(guān)于X軸的第二受力點(P12)的圖形，關(guān)于X軸的第一基座部圖形(520f)在定義于關(guān)于X軸的連接路徑(R10)上的關(guān)于X軸的第一中繼點(m11)的附近處與關(guān)于X軸的彈性變形部圖形(510f)連接，關(guān)于X軸的第二基座部圖形(530f)在定義于關(guān)于X軸的連接路徑(R10)上的關(guān)于X軸的第二中繼點(m12)的附近處與關(guān)于X軸的彈性變形部圖形(510f)連接，關(guān)于Y軸的彈性變形部圖形(540f)是沿著連接定義于關(guān)于Y軸的受力體圖形(150fy)的輪廓上的關(guān)于Y軸的第一受力點(P21)與關(guān)于Y軸的第二受力點(P22)的規(guī)定的關(guān)于Y軸的連接路徑(R11)而配置并連結(jié)關(guān)于Y軸的第一受力點(P21)與關(guān)于Y軸的第二受力點(P22)的圖形，關(guān)于Y軸的第一基座部圖形(550f)在定義于關(guān)于Y軸的連接路徑(R11)上的關(guān)于Y軸的第一中繼點(m21)的附近處與關(guān)于Y軸的彈性變形部圖形(540f)連接，關(guān)于Y軸的第二基座部圖形(560f)在定義于關(guān)于Y軸的連接路徑(R11)上的關(guān)于Y軸的第二中繼點(m22)的附近處與關(guān)于Y軸的彈性變形部圖形(540f)連接，關(guān)于X軸的彈性變形部(510)連結(jié)關(guān)于X軸的第一受力點(P11)和關(guān)于X軸的第二受力點(P12)，關(guān)于X軸的第一基座部(520)連結(jié)關(guān)于X軸的彈性變形部(510)的關(guān)于X軸的第一中繼點(m11)的附近和定義于支撐體(250)上的關(guān)于X軸的第一支撐點(Q11)，關(guān)于X軸的第二基座部(530)連結(jié)關(guān)于X軸的彈性變形部(510)的關(guān)于X軸的第二中繼點(m12)的附近與定義于支撐體(250)上的關(guān)于X軸的第二支撐點(Q12)，關(guān)于Y軸的彈性變形部(540)連結(jié)關(guān)于Y軸的第一受力點(P21)與關(guān)于Y軸的第二受力點(P22)，關(guān)于Y軸的第一基座部(550)連結(jié)關(guān)于Y軸的彈性變形部(540)的關(guān)于Y軸的第一中繼點(m21)的附近與定義于支撐體(250)上的關(guān)于Y軸的第一支撐點(Q21)，關(guān)于Y軸的第二基座部(560)連結(jié)關(guān)于Y軸的彈性變形部(540)的關(guān)于Y軸的第二中繼點(m22)的附近與定義于支撐體(250)上的關(guān)于Y軸的第二支撐點(Q22)，關(guān)于X軸的第一受力點(P11)配置于具有負的X坐標值的位置，關(guān)于X軸的第二受力點(P12)配置于具有正的X坐標值的位置，關(guān)于Y軸的第一受力點(P21)配置于具有負的Y坐標值的位置，關(guān)于Y軸的第二受力點(P22)配置于具有正的Y坐標值的位置，在將支撐體(250)固定的狀態(tài)下力Fz作用于受力體(150)時、以及在將支撐體(250)固定的狀態(tài)下力矩My作用于受力體(150)時，關(guān)于X軸的彈性變形部(510)的關(guān)于X軸的第一中繼點(m11)的附近以與關(guān)于X軸的第一基座部(520)的連接點為支點相對于關(guān)于X軸的第一基座部(520)在X軸方向上(向X軸方向)擺動，關(guān)于X軸的彈性變形部(510)的關(guān)于X軸的第二中繼點(m12)的附近以與關(guān)于X軸的第二基座部(530)的連接點為支點相對于關(guān)于X軸的第二基座部(530)在X軸方向上(向X軸方向)擺動，在將支撐體(250)固定的狀態(tài)下力Fz作用于受力體(150)時、以及在將支撐體(250)固定的狀態(tài)下力矩Mx作用于受力體(150)時，關(guān)于Y軸的彈性變形部(540)的關(guān)于Y軸的第一中繼點(m21)的附近以與關(guān)于Y軸的第一基座部(550)的連接點為支點相對于關(guān)于Y軸的第一基座部(550)在Y軸方向上(向Y軸方向)擺動，關(guān)于Y軸的彈性變形部(540)的關(guān)于Y軸的第二中繼點(m22)的附近以與關(guān)于Y軸的第二基座部(560)的連接點為支點相對于關(guān)于Y軸的第二基座部(560)在Y軸方向上(向Y軸方向)擺動，檢測電路(900)基于檢測元件的檢測結(jié)果，除輸出表示在負荷施加于受力體及支撐體中一方的狀態(tài)下作用于另一方的Z軸方向的力Fz及繞Y軸的力矩My的電信號以外，還輸出表示繞X軸的力矩Mx的電信號。

(29)本發(fā)明的第二十九方面在上述第二十八方面所涉及的力覺傳感器中，關(guān)于X軸的彈性變形部(510)由通過使配置于XZ平面上的細長的臂狀部件彎曲而得到的結(jié)構(gòu)體構(gòu)成，關(guān)于Y軸的彈性變形部(540)由通過使配置于YZ平面上的細長的臂狀部件彎曲而得到的結(jié)構(gòu)體構(gòu)成，關(guān)于X軸的彈性變形部(510)與關(guān)于Y軸的彈性變形部(540)在與Z軸交叉的位置處結(jié)合。

(30)本發(fā)明的第三十方面在上述第二十八方面所涉及的力覺傳感器中，關(guān)于X軸的變形體圖形(500fx)是在通過XZ平面剖開變形體(500)時所獲得的截面圖形，關(guān)于Y軸的變形體圖形(500fy)是在通過YZ平面剖開變形體(500)時所獲得的截面圖形，關(guān)于X軸的彈性變形部圖形(510f)及關(guān)于Y軸的彈性變形部圖形(540f)均關(guān)于Z軸呈對稱形狀，所述關(guān)于X軸的彈性變形部圖形(510f)與關(guān)于Y軸的彈性變形部圖形(540f)為幾何學上的全等圖形，關(guān)于X軸的彈性變形部(510)及關(guān)于Y軸的彈性變形部(540)由合并彈性變形部(570)的一部分構(gòu)成，合并彈性變形部(570)由通過使全等圖形以Z軸為中心軸旋轉(zhuǎn)而得到的旋轉(zhuǎn)體構(gòu)成。

(31)本發(fā)明的第三十一方面在上述第三十方面所涉及的力覺傳感器中，由關(guān)于X軸的第一基座部圖形(520f)及關(guān)于X軸的第二基座部圖形(530f)構(gòu)成的關(guān)于X軸的基座部圖形組和由關(guān)于Y軸的第一基座部圖形(550f)及關(guān)于Y軸的第二基座部圖形(560f)構(gòu)成的關(guān)于Y軸的基座部圖形組均關(guān)于Z軸呈對稱形狀，關(guān)于X軸的基座部圖形組與關(guān)于Y軸的基座部圖形組為幾何學上的全等圖形，關(guān)于X軸的第一基座部(520)、關(guān)于X軸的第二基座部(530)、關(guān)于Y軸的第一基座部(550)、關(guān)于Y軸的第二基座部(560)由合并基座部(580)的一部分構(gòu)成，合并基座部(580)由通過使所述全等圖形以Z軸為中心軸旋轉(zhuǎn)而得到的旋轉(zhuǎn)體構(gòu)成。

(32)本發(fā)明的第三十二方面在上述第二十八～第三十一方面所涉及的力覺傳感器中，在關(guān)于X軸的連接路徑(R10)的關(guān)于X軸的第一受力點(P11)與關(guān)于X軸的第一中繼點(m11)之間的區(qū)間設有呈U字狀的關(guān)于X軸的第一U字狀迂回路(U11)，在關(guān)于X軸的連接路徑(R10)的關(guān)于X軸的第二中繼點(m12)與關(guān)于X軸的第二受力點(P12)之間的區(qū)間設有呈U字狀的關(guān)于X軸的第二U字狀迂回路(U12)，在關(guān)于Y軸的連接路徑(R11)的關(guān)于Y軸的第一受力點(P21)與關(guān)于Y軸的第一中繼點(m21)之間的區(qū)間設有呈U字狀的關(guān)于Y軸的第一U字狀迂回路(U21)，在關(guān)于Y軸的連接路徑(R11)的關(guān)于Y軸的第二中繼點(m22)與關(guān)于Y軸的第二受力點(P22)之間的區(qū)間設有呈U字狀的關(guān)于Y軸的第二U字狀迂回路(U22)，檢測元件具有：第一電容元件(C1)，第一電容元件(C1)由固定于關(guān)于X軸的彈性變形部(510)中的、沿關(guān)于X軸的第一U字狀迂回路(U11)而配置的部分的底面上的第一位移電極(E11)和固定于支撐體(250)的上表面的與第一位移電極相對的部分上的第一固定電極(E21)構(gòu)成；第二電容元件(C2)，第二電容元件(C2)由固定于關(guān)于X軸的彈性變形部(510)中的、沿關(guān)于X軸的第二U字狀迂回路(U12)而配置的部分的底面上的第二位移電極(E12)和固定于支撐體(250)的上表面的與第二位移電極相對的部分上的第二固定電極(E22)構(gòu)成；第三電容元件(C3)，所第三電容元件(C3)由固定于關(guān)于Y軸的彈性變形部(540)中的、沿關(guān)于Y軸的第一U字狀迂回路(U21)而配置的部分的底面上的第三位移電極(E13)和固定于支撐體(250)的上表面的與第三位移電極相對的部分上的第三固定電極(E23)構(gòu)成；以及第四電容元件(C4)，第四電容元件(C4)由固定于關(guān)于Y軸的彈性變形部(540)中的、沿關(guān)于Y軸的第二U字狀迂回路(U22)而配置的部分的底面上的第四位移電極(E14)和固定于支撐體(250)的上表面的與第四位移電極相對的部分上的第四固定電極(E24)構(gòu)成，檢測電路(900)將第一電容元件(C1)的靜電電容值與第二電容元件(C2)的靜電電容值之差作為表示繞Y軸的力矩My的電信號而輸出，將第三電容元件(C3)的靜電電容值與第四電容元件(C4)的靜電電容值之差作為表示繞X軸的力矩Mx的電信號而輸出，并將第一電容元件(C1)的靜電電容值、第二電容元件(C2)的靜電電容值、第三電容元件(C3)的靜電電容值和第四電容元件(C4)的靜電電容值的總和作為表示Z軸方向的力Fz的電信號而輸出。

(33)本發(fā)明的第三十三方面通過與上述第一～第二十二方面所涉及的力覺傳感器中的變形體相同的結(jié)構(gòu)體而構(gòu)成了力覺傳感器用的輔助結(jié)構(gòu)體。

(34)本發(fā)明的第三十四方面在通過組裝上述第三十三方面所涉及的輔助結(jié)構(gòu)體而構(gòu)成的力覺傳感器(5000)中，力覺傳感器具有檢測XYZ三維直角坐標系中的各坐標軸方向的力及繞各坐標軸的力矩中的、至少Z軸方向的力Fz及繞Y軸的力矩My的功能，力覺傳感器設有：在以Z軸為垂直軸的方式定義了坐標系時配置于Z軸上的受力體(5100)；配置于受力體的下方的支撐體(5200)；連接受力體與支撐體、并因力或力矩的作用而至少局部產(chǎn)生彈性變形的檢測用變形體(5300)；連接在受力體與支撐體之間的所述輔助結(jié)構(gòu)體(5401～5404)；檢測檢測用變形體的變形或位移、或者受力體或支撐體的位移的檢測元件；以及檢測電路，基于檢測元件的檢測結(jié)果，輸出表示在負荷施加于受力體及支撐體中一方的狀態(tài)下作用于另一方的Z軸方向的力Fz及繞Y軸的力矩My的電信號。

(35)本發(fā)明的第三十五方面是一種力覺傳感器用的輔助結(jié)構(gòu)體，作為部件的一部分組裝在力覺傳感器中進行使用，力覺傳感器具有受力體(5100)、支撐體(5200)、以及連接受力體與支撐體的檢測用變形體(5300)，并通過檢測因力或力矩的作用而產(chǎn)生的檢測用變形體的彈性變形來進行所作用的力或力矩的檢測，輔助結(jié)構(gòu)體具有彈性變形部(5410)、第一基座部(5420)以及第二基座部(5430)，彈性變形部(5410)是至少一部分產(chǎn)生彈性變形的結(jié)構(gòu)體，在彈性變形部(5410)的一端設有用于固定于受力體(5100)的第一部位的第一受力點(P1)，在彈性變形部(5410)的另一端設有用于固定于受力體(5100)的第二部位的第二受力點(P2)，彈性變形部(5410)形成為沿著連接第一受力點和第二受力點的規(guī)定的連接路徑(R12)的臂狀結(jié)構(gòu)體，第一基座部(5420)的一端在定義于連接路徑(R12)上的第一中繼點(m1)的附近處與彈性變形部(5410)連接，在第一基座部(5420)的另一端設有用于固定于支撐體(5200)的第一部位的第一支撐點(Q1)，第二基座部(5430)的一端在定義于連接路徑(R12)上的第二中繼點(m2)的附近處與彈性變形部(5410)連接，在第二基座部(5430)的另一端設有用于固定于支撐體(5200)的第二部位的第二支撐點(Q2)，當在將第一基座部(5420)的第一支撐點(Q1)及第二基座部(5430)的第二支撐點(Q2)固定的狀態(tài)下，力作用于彈性變形部(5410)的第一受力點(P1)及第二受力點(P2)時，彈性變形部(5410)的第一中繼點(m1)的附近以與第一基座部(5420)的連接點為支點相對于所述第一基座部(5420)擺動，彈性變形部(5410)的第二中繼點(m2)的附近以與第二基座部(5430)的連接點為支點相對于第二基座部(5430)擺動。

(36)本發(fā)明的第三十六方面在上述第三十五方面所涉及的力覺傳感器用的輔助結(jié)構(gòu)體中，連接路徑(R12)設于VW二維直角坐標系的VW平面上，彈性變形部(5410)形成為沿VW平面伸展的臂狀結(jié)構(gòu)體，在將VW二維直角坐標系的原點(G)定義于重心位置時，第一受力點(P1)位于VW二維直角坐標系的第二象限，第二受力點(P2)位于VW二維直角坐標系的第一象限，第一支撐點(Q1)位于VW二維直角坐標系的第三象限，第二支撐點(Q2)位于VW二維直角坐標系的第四象限。

(37)本發(fā)明的第三十七方面是將上述第三十六方面所涉及的力覺傳感器用的輔助結(jié)構(gòu)體通過具有由平行于VW平面的平面構(gòu)成的上表面和由平行于VW平面的平面構(gòu)成的下表面的板狀部件而構(gòu)成。

(38)本發(fā)明的第三十八方面在上述第三十六或第三十七方面所涉及的力覺傳感器用的輔助結(jié)構(gòu)體中，在從第一中繼點(m1)朝著第二中繼點(m2)沿連接路徑(R12)前進時，連接路徑(R12)具有向W軸負方向前進的第一行進路(r1)和向W軸正方向前進的第二行進路(r2)。

(39)本發(fā)明的第三十九方面在上述第三十八方面所涉及的力覺傳感器用的輔助結(jié)構(gòu)體中，第一行進路(r1)或第二行進路(r2)為通過VW二維直角坐標系的原點(G)的路徑。

(40)本發(fā)明的第四十方面在上述第三十六～第三十九方面所涉及的力覺傳感器用的輔助結(jié)構(gòu)體中，連接路徑(R12)具有平行于W軸的縱向路徑和平行于V軸的橫向路徑，縱向路徑從第一受力點(P1)及第二受力點(P2)起伸展，第一中繼點(m1)及第二中繼點(m2)被定義于橫向路徑上。

(41)本發(fā)明的第四十一方面在上述第三十六～第四十方面所涉及的力覺傳感器用的輔助結(jié)構(gòu)體中，在連接路徑(R12)的第一受力點(P1)與第一中繼點(m1)之間的區(qū)間設有呈U字狀的第一U字狀迂回路(U1)，在連接路徑(R12)的第二中繼點(m2)與第二受力點(P2)之間的區(qū)間設有呈U字狀的第二U字狀迂回路(U2)。

(42)本發(fā)明的第四十二方面在上述第四十一方面所涉及的力覺傳感器用的輔助結(jié)構(gòu)體中，第一U字狀迂回路(U1)及第二U字狀迂回路(U2)由平行于W軸的一對縱向迂回路和連接這一對縱向迂回路的、平行于V軸的橫向迂回路的組合而構(gòu)成。

(43)本發(fā)明的第四十三方面在上述第三十六～第四十二方面所涉及的力覺傳感器用的輔助結(jié)構(gòu)體中，在構(gòu)成彈性變形部(5410；5510)的臂狀結(jié)構(gòu)體的一部分上設有在與連接路徑(R12)正交的方向上的寬度變窄的中間變細部(54；55)。

(44)本發(fā)明的第四十四方面在上述第三十六～第四十三方面所涉及的力覺傳感器用的輔助結(jié)構(gòu)體中，在構(gòu)成彈性變形部(5410；5510)的臂狀結(jié)構(gòu)體的特定部位上設有向與連接路徑(R12)正交的方向突出的重量調(diào)整部(62)。

(45)本發(fā)明的第四十五方面在上述第三十六～第四十四方面所涉及的力覺傳感器用的輔助結(jié)構(gòu)體中，第一基座部(5420；5520)及第二基座部(5430；5530)的與彈性變形部(5410；5510)的連接端構(gòu)成寬度比其它部分窄的狹窄前端部(5421，5431；5521，5531)。

(46)本發(fā)明的第四十六方面是一種力覺傳感器，上述第三十六～第四十五方面所涉及的力覺傳感器用的輔助結(jié)構(gòu)體作為部件的一部分組裝在力覺傳感器(5000)中，力覺傳感器設有：受力體(5100)、支撐體(5200)、連接受力體與支撐體的檢測用變形體(5300)、檢測檢測用變形體的彈性變形的檢測元件(D)、基于檢測元件的檢測結(jié)果輸出所作用的力或力矩的檢測信號的檢測電路(5900)以及所述輔助結(jié)構(gòu)體(5400；5500)，輔助結(jié)構(gòu)體的第一受力點(P1)及第二受力點(P2)與受力體(5100)的下表面接合，輔助結(jié)構(gòu)體的第一支撐點(Q1)及第二支撐點(Q2)與支撐體(5200)的上表面接合。

(47)本發(fā)明的第四十七方面在上述第四十六方面所涉及的力覺傳感器中，受力體(5100)及支撐體(5200)由具有平行于XY平面的上表面及下表面的板狀部件構(gòu)成，Z軸插入通過受力體(5100)及支撐體(5200)，四組輔助結(jié)構(gòu)體組裝成圍繞在連接受力體(5100)與支撐體(5200)的檢測用變形體(5300)的周圍，第一輔助結(jié)構(gòu)體(5401)以V軸與Y軸平行、W軸與Z軸平行的朝向配置于其VW平面與正的X軸交叉的位置上，第二輔助結(jié)構(gòu)體(5402)以V軸與X軸平行、W軸與Z軸平行的朝向配置于其VW平面與正的Y軸交叉的位置上，第三輔助結(jié)構(gòu)體(5403)以V軸與Y軸平行、W軸與Z軸平行的朝向配置于其VW平面與負的X軸交叉的位置上，第四輔助結(jié)構(gòu)體(5404)以V軸與X軸平行、W軸與Z軸平行的朝向配置于其VW平面與負的Y軸交叉的位置上，各輔助結(jié)構(gòu)體的第一受力點(P1)及第二受力點(P2)與受力體(5100)的下表面接合，各輔助結(jié)構(gòu)體的第一支撐點(Q1)及第二支撐點(Q2)與支撐體(5200)的上表面接合。

發(fā)明的效果

在本發(fā)明所涉及的力覺傳感器中，由于采用了通過基座部將兩端與受力體連接的彈性變形部的兩處的中繼點固定于支撐體的結(jié)構(gòu)，因此能夠根據(jù)作用于受力體的外力的種類使阻礙彈性變形部的變形的阻力選擇性地起作用。因此，可以提供在設計時容易調(diào)整力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡的力覺傳感器。

另外，由于本發(fā)明所涉及的力覺傳感器用的輔助結(jié)構(gòu)體采用了具有用于將兩端連接于受力體的彈性變形部和用于將其兩處的中繼點固定于支撐體的基座部的結(jié)構(gòu)，因此，在組裝有該輔助結(jié)構(gòu)體的力覺傳感器中，能夠根據(jù)作用于受力體的外力的種類使阻礙彈性變形部的變形的阻力選擇性地起作用。因此，可以提供在設計時容易調(diào)整力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡的力覺傳感器。

附圖說明

圖1為示出通過使用了一對柱狀部件的現(xiàn)有的力覺傳感器檢測力及力矩的檢測原理的主視圖。

圖2為示出采用了通過膜片來支撐柱狀部件的上下的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有的力覺傳感器的結(jié)構(gòu)的正截面圖。

圖3為示出將一對柱狀部件配置在傾斜的狀態(tài)下的現(xiàn)有的力覺傳感器的結(jié)構(gòu)的主視圖。

圖4為本發(fā)明的基本實施方式所涉及的力覺傳感器用的基本結(jié)構(gòu)體的主視圖。

圖5為示出用XZ平面剖開圖4所示的基本結(jié)構(gòu)體而得到的截面的正截面圖。

圖6為將圖5的局部放大后的局部放大正截面圖。

圖7為說明圖6所示的部分的擺動位移的近似截面圖。

圖8為示出向下的力-Fz作用于了圖4所示的基本結(jié)構(gòu)體中的受力體100時的各部的變形狀態(tài)的主視圖。

圖9為示出順時針轉(zhuǎn)的力矩+My作用于了圖4所示的基本結(jié)構(gòu)體中的受力體100時的各部的變形狀態(tài)的主視圖。

圖10為說明圖4所示的基本結(jié)構(gòu)體中的內(nèi)側(cè)臂狀部312的結(jié)構(gòu)的正截面圖(示出用XZ平面剖開后的截面)。

圖11為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體的第一變形例的正截面圖(示出用XZ平面剖開后的截面)。

圖12為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體的第二變形例的正截面圖(示出用XZ平面剖開后的截面)。

圖13為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體的第三變形例的正截面圖(示出用XZ平面剖開后的截面)。

圖14為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體的第四變形例的正截面圖(示出用XZ平面剖開后的截面)。

圖15為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體的第五變形例的正截面圖(示出用XZ平面剖開后的截面)。

圖16為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體的第六變形例的正截面圖(示出用XZ平面剖開后的截面)。

圖17為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體的第七變形例的正截面圖(示出用XZ平面剖開后的截面)。

圖18為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體的第八變形例的正截面圖(示出用XZ平面剖開后的截面)。

圖19為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體的第九變形例的正截面圖(示出用XZ平面剖開后的截面)。

圖20為示出本發(fā)明的基本實施方式所涉及的力覺傳感器的構(gòu)成的截面圖及框圖(基本結(jié)構(gòu)體的部分為用XZ平面剖開后的正截面圖)。

圖21為示出本發(fā)明的基本實施方式所涉及的力覺傳感器的構(gòu)成的截面圖及框圖(基本結(jié)構(gòu)體的部分為沿YZ平面剖開后的側(cè)截面圖)。

圖22為示出本發(fā)明的基本實施方式所涉及的力覺傳感器的第一三維結(jié)構(gòu)例的俯視圖及框圖(俯視圖示出將受力體150卸下后的狀態(tài))。

圖23為示出本發(fā)明的基本實施方式所涉及的力覺傳感器的第二三維結(jié)構(gòu)例的俯視圖及框圖(俯視圖示出將受力體150卸下后的狀態(tài))。

圖24為示出現(xiàn)有的一般力覺傳感器的構(gòu)成的示意圖(圖(a)為支撐體的俯視圖，圖(b)為主視圖，圖(c)為側(cè)視圖)。

圖25為示出組裝有本發(fā)明所涉及的輔助結(jié)構(gòu)體的力覺傳感器的構(gòu)成的俯視圖及框圖。

圖26為本發(fā)明所涉及的輔助結(jié)構(gòu)體的更具實用性的實施例的主視圖。

圖27為圖26所示的輔助結(jié)構(gòu)體的變形例的主視圖。

圖28為示出圖25所示的力覺傳感器中的四組輔助結(jié)構(gòu)體的具體配置的圖(圖(a)為俯視圖，圖(b)為右視圖，圖(c)為后視圖，圖(d)為左視圖，圖(e)為主視圖)。

圖29為關(guān)于圖25所示的力覺傳感器示出在Z軸負方向的力-Fz作用于了受力體時四組輔助結(jié)構(gòu)體的變形形式的圖(圖(a)為俯視圖，圖(b)為右視圖，圖(c)為后視圖，圖(d)為左視圖，圖(e)為主視圖)。

圖30為關(guān)于圖25所示的力覺傳感器示出在Z軸正方向的力+Fz作用于了受力體時四組輔助結(jié)構(gòu)體的變形形式的圖(圖(a)為俯視圖，圖(b)為右視圖，圖(c)為后視圖，圖(d)為左視圖，圖(e)為主視圖)。

圖31為關(guān)于圖25所示的力覺傳感器示出在繞正Y軸的力矩+My作用于了受力體時四組輔助結(jié)構(gòu)體的變形形式的圖(圖(a)為俯視圖，圖(b)為右視圖，圖(c)為后視圖，圖(d)為左視圖，圖(e)為主視圖)。

圖32為關(guān)于圖25所示的力覺傳感器示出在X軸正方向的力+Fx作用于了受力體時四組輔助結(jié)構(gòu)體的變形形式的圖(圖(a)為俯視圖，圖(b)為右視圖，圖(c)為后視圖，圖(d)為左視圖，圖(e)為主視圖)。

圖33為關(guān)于圖25所示的力覺傳感器示出在繞正Z軸的力矩+Mz作用于了受力體時四組輔助結(jié)構(gòu)體的變形形式的圖(圖(a)為俯視圖，圖(b)為右視圖，圖(c)為后視圖，圖(d)為左視圖，圖(e)為主視圖)。

圖34為示出圖26所示的輔助結(jié)構(gòu)體的各部的構(gòu)成的主視圖(陰影線用于示出各部的區(qū)域，并非表示截面)。

圖35為示出當各軸方向的力及繞各軸的力矩作用于了圖34所示的輔助結(jié)構(gòu)體時各部所發(fā)生的變形形式的表。

圖36為針對圖24所示的現(xiàn)有的力覺傳感器與圖25所示的本發(fā)明所涉及的力覺傳感器比較在各軸方向的力及繞各軸的力矩作用時所獲得的檢測值的表。

具體實施方式

下面，根據(jù)圖示的實施方式說明本發(fā)明。需要注意的是，這里，由于將多個實施方式分篇描述，因此，首先記載關(guān)于各章的目錄。

<<<目錄>>>

§1.現(xiàn)有的力覺傳感器的基本結(jié)構(gòu)及其問題(圖1～圖3)

§2.本發(fā)明所涉及的基本結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)(圖4～圖7)

§3.本發(fā)明所涉及的基本結(jié)構(gòu)體的本質(zhì)功能(圖8、圖9)

§4.本發(fā)明所涉及的基本結(jié)構(gòu)體的變形例

4-0.基本結(jié)構(gòu)體1000的特征(圖10)

4-1.第一變形例(圖11)

4-2.第二變形例(圖12)

4-3.第三變形例(圖13)

4-4.第四變形例(圖14)

4-5.第五變形例(圖15)

4-6.第六變形例(圖16)

4-7.第七變形例(圖17)

4-8.第八變形例(圖18)

4-9.第九變形例(圖19)

4-10.各變形例的組合

4-11.基本結(jié)構(gòu)體的三維結(jié)構(gòu)

4-12.力矩Mx的檢測靈敏度調(diào)整

§5.本發(fā)明所涉及的力覺傳感器的基本實施方式

5-1.本發(fā)明所涉及的力覺傳感器的基本構(gòu)成部分

5-2.力覺傳感器3000的截面結(jié)構(gòu)(圖20、圖21)

5-3.力覺傳感器3000的檢測動作

5-4.力覺傳感器3000的第一三維結(jié)構(gòu)例(圖22)

5-5.力覺傳感器3000的第二三維結(jié)構(gòu)例(圖23)

5-6.力覺傳感器3000的其它實施例

§6.本發(fā)明所涉及的輔助結(jié)構(gòu)體及組裝(裝入)有該輔助結(jié)構(gòu)體的力覺傳感器

6-1.輔助結(jié)構(gòu)體的概念(圖24)

6-2.組裝有輔助結(jié)構(gòu)體的力覺傳感器(圖25)

6-3.具有實用性的輔助結(jié)構(gòu)體的實施方式(圖26、圖27)

6-4.輔助結(jié)構(gòu)體的具體變形方式(圖28圖36)

<<<§1.現(xiàn)有的力覺傳感器的基本結(jié)構(gòu)及其問題>>>

首先，為便于說明，預先闡述上述專利文獻1～3中公開的現(xiàn)有的多軸力覺傳感器的基本結(jié)構(gòu)及其問題。圖1為示出通過專利文獻1中公開的力覺傳感器檢測力及力矩的檢測原理的主視圖。

正如圖1(a)所示的，構(gòu)成該力覺傳感器的機械結(jié)構(gòu)部分的基本結(jié)構(gòu)體包括受力體10、支撐體20、變形體31、32。在此，為方便起見，如圖所示，取原點O為該基本結(jié)構(gòu)體的中心位置，取X軸朝圖的右方，取Z軸朝圖的上方，取Y軸朝圖的紙面垂直向里方向來定義XYZ三維直角坐標系。在圖示的例子的情況下，受力體10及支撐體20均由具有平行于XY平面的上下兩面的板狀部件構(gòu)成，變形體31、32由一對柱狀部件構(gòu)成。

變形體31、32雖然為連接受力體10與支撐體20的柱狀部件，但由發(fā)生彈性變形的材料(例如金屬)構(gòu)成。因此，當在將支撐體20已固定的狀態(tài)(施加有負荷的狀態(tài))下有外力作用于受力體10時，變形體31、32發(fā)生對應于所作用的外力的彈性變形，該基本結(jié)構(gòu)體整體上變形。

圖1(b)為示出向Z軸負方向的力-Fz(向圖的下方的力)作用于了受力體10時的基本結(jié)構(gòu)體的變形狀態(tài)的主視圖。變形體31、32發(fā)生在圖的縱向上收縮的變形，受力體10向下方位移。另一方面，圖1(c)為示出繞Y軸的力矩(圖中的順時針方向的旋轉(zhuǎn)力)作用于了受力體10時的基本結(jié)構(gòu)體的變形狀態(tài)的主視圖。變形體31發(fā)生在圖的縱向上伸展、而變形體32發(fā)生在圖的縱向上收縮的變形，受力體10成為向右下傾斜的狀態(tài)。在圖1(b)、圖1(c)中，雖然相當夸張地畫出了變形狀態(tài)，但實際上即使未發(fā)生如此大程度的變形也能進行檢測。

需要說明的是，在本申請中，由于將使右旋螺紋向特定的坐標軸的正向前進的旋轉(zhuǎn)方向定義為繞該特定的坐標軸的正的旋轉(zhuǎn)方向，因此圖1(c)中由白箭頭所示的力矩說成是繞Y軸的正的力矩+My。在此，XYZ三維直角坐標系的原點O是應定義在作用于受力體10的力矩的旋轉(zhuǎn)中心的位置處的點，其準確的位置實際上由組裝有該基本結(jié)構(gòu)體的整個體系的結(jié)構(gòu)決定。例如，在力矩+My以受力體10內(nèi)的規(guī)定點為旋轉(zhuǎn)中心而作用的體系的情況下，嚴格來說，必須將該規(guī)定點作為原點O對待。但是，實際應用上，即使原點O的位置偏離一些，力矩的檢測精度也并不產(chǎn)生那么大的誤差。因此，在本申請中，為方便起見，示出取原點O于基本結(jié)構(gòu)部的中心位置的例子。

圖1中例示了力-Fz及力矩+My作用的狀態(tài)，但當力+Fz作用時受力體10向上方位移，當力矩-My作用時，受力體10變?yōu)橄蜃笙聝A斜的狀態(tài)。另外，雖未被圖示，但在X軸方向的力Fx、Y軸方向的力Fy、繞X軸的力矩Mx、繞Z軸的力矩Mz作用的情況下，該基本結(jié)構(gòu)部也分別變形為固有的狀態(tài)。另外，各個情況下的變形量取決于所作用的力的大小。因此，如果預先設置用于檢測該固有的變形狀態(tài)及變形量的檢測元件，則就可以檢測XYZ三維直角坐標系中的各坐標軸方向的力Fx、Fy、Fz以及繞各坐標軸的力矩Mx、My、Mz。實際上追加有檢測電路，其根據(jù)檢測元件的檢測結(jié)果而對表示各軸分量的電信號進行運算并加以輸出。

作為檢測元件，可利用檢測變形體31、32的變形或位移(例如相對于支撐體20的位移)、受力體10相對于支撐體20的位移、支撐體20相對于受力體10的位移的任意元件。

例如，作為檢測變形的元件，可利用粘貼于變形體31、32的特定部位上的應變儀。當由柱狀部件構(gòu)成的變形體31、32如圖示那樣變形時，各部產(chǎn)生機械應變，所以能夠?qū)⒃搼冏鳛閼儍x的電阻的變化而電氣檢出。另一方面，作為檢測位移的元件，可利用由固定于產(chǎn)生位移側(cè)的位移電極和固定于不產(chǎn)生位移側(cè)的固定電極構(gòu)成的電容元件。例如，如果預先使固定于變形體31、32的特定部位上的位移電極與固定于支撐體20上的固定電極相對而構(gòu)成電容元件，則能夠?qū)⑽灰齐姌O的位移作為該電容元件的靜電電容值的變化而電氣檢出。

在上述專利文獻2中公開了一種力覺傳感器，其通過構(gòu)成包括四根柱狀部件的變形體并使用電容元件作為檢測元件，從而能夠獨立地檢測XYZ三維直角坐標系中的六個軸分量Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz。另外，在該文獻中還公開有為了使變形體的變形變?nèi)菀锥捎昧巳鐖D2的正截面圖所示那樣通過膜片來支撐柱狀部件的上下的結(jié)構(gòu)的例子。在該例子的情況下，柱狀部件33的上端經(jīng)由膜片11而連接于受力體13，下端經(jīng)由膜片21而連接于支撐體23。另一方面，柱狀部件34的上端經(jīng)由膜片12而連接于受力體13，下端經(jīng)由膜片22而連接于支撐體23。

在該圖2所示的例子的情況下，通過柱狀部件33、34和膜片11、12、21、22來構(gòu)成變形體，該變形體的變形主要由膜片11、12、21、22的變形所帶來。因此，可通過設定膜片11、12、21、22的厚度來調(diào)整檢測靈敏度。另外，如果通過形成于膜片11、12、21、22的位移電極和固定于支撐體23的固定電極來形成電容元件的話，則能夠?qū)⒛て奈灰茩z測為該電容元件的靜電電容值的變化。

另外，在上述專利文獻3中公開了一種力覺傳感器，其如圖3的主視圖所示，將構(gòu)成變形體的一對柱狀部件35、36以呈倒V字型的方式傾斜配置于受力體15與支撐體25之間。如果利用如此地傾斜配置柱狀部件35、36的基本結(jié)構(gòu)體，則可以使檢測元件的構(gòu)成更加簡單。

以上，將在現(xiàn)有的一般力覺傳感器中使用的基本結(jié)構(gòu)體例示于了圖1～圖3。這些基本結(jié)構(gòu)體均具有在受力體與支撐體之間設置變形體的結(jié)構(gòu)，通過用檢測元件來檢測該變形體上產(chǎn)生的彈性變形形式，從而進行作用的力、力矩的檢測。特別地，在上述專利文獻1～3中所公開的力覺傳感器的情況下，能獨立地檢測XYZ三維直角坐標系中的六個軸分量Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz。

然而，該六個軸分量的檢測靈敏度未必均勻，如果直接利用檢測元件的檢測值，則會導致各軸分量的檢測范圍產(chǎn)生差異。為此，在實際應用上，必須對靈敏度低的軸分量實施模擬放大處理、數(shù)字放大處理來進行靈敏度校正，但是，如果進行了這樣的放大處理，則導致噪聲等誤差分量也被放大，因此產(chǎn)生檢測精度下降這樣的問題，這一點已在上面描述。

這樣的檢測靈敏度的差異特別是在力與力矩之間易于變得明顯。如上所述，這是因為力矩的大小為從作用點至旋轉(zhuǎn)中心(原點O)的距離與所施加的外力的大小相乘所得的值的緣故。

例如，在圖1(c)中示出了力矩+My直接作用于受力體10的狀態(tài)，但在將該力覺傳感器組裝在控制桿這樣的輸入裝置中進行使用的情況下，在圖示的受力體10上安裝向上方突出這樣的操作桿，用戶對該操作桿進行操作。因此，該操作桿越長，所作用的力矩(繞原點O的旋轉(zhuǎn)力)的值就越大，推倒操作桿的操作(產(chǎn)生力矩My的操作)的檢測靈敏度變得越高。與此相對，向圖的下方按入操作桿的操作(產(chǎn)生力-Fz的操作)的檢測靈敏度不論操作桿的長度如何都為一定。

本申請發(fā)明人試制了組裝有專利文獻1～3中所公開的力覺傳感器的控制桿型的輸入裝置，結(jié)果，當將原點O與作用點(操作桿的前端部)的距離設定為100mm(0.1m)左右時，推倒操作桿的操作(產(chǎn)生力矩My的操作)的檢測靈敏度與按入操作桿的操作(產(chǎn)生力-Fz的操作)的檢測靈敏度相比為高數(shù)倍左右的值。因此，當實際應用該輸入裝置時，需要進行將力-Fz的檢測值放大使用的校正處理。

當然，力與力矩的檢測靈敏度的差異可通過改變變形體各部的結(jié)構(gòu)、尺寸而在一定程度上進行調(diào)整。然而，在現(xiàn)有已提出的變形體的結(jié)構(gòu)中，無法進行靈活的平衡調(diào)整。特別地，在圖1～圖3所例示的基本結(jié)構(gòu)體的情況下，難以進行力Fz的檢測靈敏度與力矩My的檢測靈敏度的平衡調(diào)整。本發(fā)明提出一種適于進行這樣的平衡調(diào)整的新的基本結(jié)構(gòu)體。

〈〈〈§2.本發(fā)明所涉及的基本結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)〉〉〉

圖4為本發(fā)明的基本實施方式所涉及的力覺傳感器用的基本結(jié)構(gòu)體1000的主視圖。該基本結(jié)構(gòu)體1000與在§1中已述的現(xiàn)有的基本結(jié)構(gòu)體同樣地包括受力體100、支撐體200、變形體300。在此，也取原點O為該基本結(jié)構(gòu)體1000的中心位置，取X軸朝圖的右方，取Z軸朝圖的上方，取Y軸朝圖的紙面垂直向里方向來定義XYZ三維直角坐標系。在此，受力體100及支撐體200由具有平行于XY平面的上表面及下表面的板狀部件構(gòu)成，這一點與在§1中已述的現(xiàn)有的基本結(jié)構(gòu)體相同，但是，變形體300的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的相比卻大地不同。

如圖所示，變形體300具有：規(guī)定部位與受力體100連接并產(chǎn)生彈性變形的彈性變形部310和將該彈性變形部310的規(guī)定部位固定于支撐體200的第一基座部320及第二基座部330。彈性變形部310由通過使細長的臂狀部件彎曲而得到的結(jié)構(gòu)體構(gòu)成，左端與設于受力體100的下表面左方的第一受力點P1連接，右端與設于受力體100的下表面右方的第二受力點P2連接。因此，將彈性變形部310說成是連結(jié)第一受力點P1與第二受力點P2的部件。

另一方面，第一基座部320的上端與彈性變形部310的第一中繼點m1的附近連接，下端與設于支撐體200的上表面左方的第一支撐點Q1連接，將第一基座部320說成是連結(jié)彈性變形部310的第一中繼點m1的附近與定義于支撐體200上的第一支撐點Q1的部件。另外，第二基座部330的上端與彈性變形部310的第二中繼點m2的附近連接，下端與設于支撐體200的上表面右方的第二支撐點Q2連接，將第二基座部330說成是連結(jié)彈性變形部310的第二中繼點m2的附近與定義于支撐體200上的第二支撐點Q2的部件。

在此，為了說明彈性變形部310的結(jié)構(gòu)，考慮連接第一受力點P1與第二受力點P2的連接路徑R1(圖中用粗實線示出)。連接路徑R1只要是連接兩點P1、P2的路徑，則為怎樣的路徑都沒關(guān)系，但是，在此處所示的例子的情況下，由包含于XZ平面上的彎曲的路徑構(gòu)成。另外，在圖示的例子的情況下，連接路徑R1是通過XYZ三維直角坐標系的原點O的路徑。需要注意的是，為方便起見，在圖4中畫出了點P1、P2、Q1、Q2、m1、m2、O，但這些點實際上為XZ平面上的點。

連接路徑R1發(fā)揮作為彈性變形部310的中心軸的作用，彈性變形部310由沿該連接路徑R1伸展的細長的臂狀部件構(gòu)成。彈性變形部310的橫截面(沿著與連接路徑R1正交的平面切開的切斷面)的形狀既可以為矩形，也可以為圓形，還可以為其它任意形狀。另外，如有必要，也可以由內(nèi)部為中空的管構(gòu)成。彈性變形部310的材質(zhì)只要為在作為檢測對象的外力的作用下發(fā)生彈性變形的材質(zhì)，則是什么樣的材質(zhì)都沒關(guān)系，但在謀求商業(yè)利用上，優(yōu)選使用容易加工的金屬、樹脂來構(gòu)成。

在圖4中用x符號所示的第一中繼點m1及第二中繼點m2是定義于連接路徑R1上的點。在此，為便于說明起見，將彈性變形部310中的、配置于從第一受力點P1直至第一中繼點m1的區(qū)間的部分稱為第一外側(cè)臂狀部311，將配置于從第一中繼點m1直至第二中繼點m2的區(qū)間的部分稱為內(nèi)側(cè)臂狀部312，將配置于從第二中繼點m2直至第二受力點P2的區(qū)間的部分稱為第二外側(cè)臂狀部313。

第一基座部320是沿著連接第一中繼點m1與第一支撐點Q1的第一支撐路徑R2(圖中用粗虛線示出)而配置的連接部件，第二基座部330是沿著連接第二中繼點m2與第二支撐點Q2的第二支撐路徑R3(圖中用粗虛線示出)而配置的連接部件。在圖示的例子的情況下，由于第一支撐點Q1定義于第一中繼點m1的正下方、第二支撐點Q2定義于第二中繼點m2的正下方，因此，第一支撐路徑R2及第二支撐路徑R3為平行于Z軸的直線。

第一基座部320及第二基座部330只要能夠發(fā)揮將彈性變形部310在第一中繼點m1及第二中繼點m2的附近處支撐于支撐體200的上方的功能，則由什么樣形狀的部件構(gòu)成都沒關(guān)系。在圖示的實施例的情況下，第一基座部320由以第一支撐路徑R2為中心軸的圓柱狀的結(jié)構(gòu)體構(gòu)成，在其上端形成有半徑小的第一基座狹窄部321。彈性變形部310的第一中繼點m1的附近與該第一基座狹窄部321的上表面連接。同樣地，第二基座部330由以第二支撐路徑R3為中心軸的圓柱狀的結(jié)構(gòu)體構(gòu)成，在其上端形成有半徑小的第二基座狹窄部331。彈性變形部310的第二中繼點m2的附近與該第二基座狹窄部331的上表面連接。

第一基座部320及第二基座部330彈性變不變形均可，從而可由任意的材質(zhì)構(gòu)成。不過，在謀求商業(yè)利用上，優(yōu)選與彈性變形部310同樣地使用容易加工的金屬、樹脂來構(gòu)成。在這種情況下，當外力作用于受力體100時，第一基座部320及第二基座部330與彈性變形部310一起彈性變形。需要注意的是，受力體100、支撐體200也可以使用金屬、樹脂構(gòu)成。

圖5為示出用XZ平面剖開圖4所示的基本結(jié)構(gòu)體1000后的截面的正截面圖。需要注意的是，在本申請中，將用規(guī)定平面剖開構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)體的各部時出現(xiàn)在截面上的各個幾何學圖形分別用在原來的各部的名稱的末尾附加了“圖形”這個詞的名稱來稱呼，并標以在原來的各部的符號的末尾追加了“f”這個符號(圖形(figure)的意思)的符號而示出。

因此，在圖5所示的正截面圖的情況下，將在受力體100的截面上出現(xiàn)的圖形稱為受力體圖形100f，將在支撐體200的截面上出現(xiàn)的圖形稱為支撐體圖形200f，將在變形體300的截面上出現(xiàn)的圖形稱為變形體圖形300f。在此處所示的例子的情況下，受力體100及支撐體200均為上下兩面平行于XY平面的板狀部件，因此受力體圖形100f及支撐體圖形200f均如圖示那樣為矩形。

另外，夾在受力體圖形100f與支撐體圖形200f之間的變形體圖形300f是包括作為彈性變形部310的截面的彈性變形部圖形310f、作為第一基座部320的截面的第一基座部圖形320f以及作為第二基座部330的截面的第二基座部圖形330f的圖形。在此，彈性變形部圖形310f由第一外側(cè)臂狀部圖形311f、內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f、第二外側(cè)臂狀部圖形313f構(gòu)成。另一方面，第一基座部圖形320f的上端部由第一基座狹窄部圖形321f構(gòu)成，第二基座部圖形330f的上端部由第二基座狹窄部圖形331f構(gòu)成。

在圖5的正截面圖中，連接路徑R1也用粗線示出。該連接路徑R1是連接定義于受力體圖形100f的輪廓上的第一受力點P1與第二受力點P2的折線狀的路徑，是包含在XZ平面上的路徑。彈性變形部圖形310f沿該折線狀的連接路徑R1而配置，為連結(jié)第一受力點P1與第二受力點P2的臂狀的圖形。而且，第一基座部圖形320f為在定義于連接路徑R1上的第一中繼點m1的附近處與彈性變形部圖形310f連接的圖形，第二基座部圖形330f為在定義于連接路徑R1上的第二中繼點m2的附近處與彈性變形部圖形310f連接的圖形。

正如圖4的主視圖所示，第一基座部320及第二基座部330是從下方支撐彈性變形部310的部件，因此在圖5的正截面圖中，作為第一基座部圖形320f的上方的連接端的第一基座狹窄部圖形321f連接于彈性變形部圖形310f的第一中繼點m1的附近的下方，作為第二基座部圖形330f的上方的連接端的第二基座狹窄部圖形331f連接于彈性變形部圖形310f的第二中繼點m2的附近的下方。

另外，正如圖5的正截面圖所示，第一基座部圖形320f沿著連接定義于連接路徑R1上的第一中繼點m1與定義于支撐體圖形200f的輪廓上的第一支撐點Q1的第一支撐路徑R2(圖中用粗虛線示出)而配置，是連結(jié)彈性變形部圖形310f與支撐體圖形200f的圖形。同樣地，第二基座部圖形330f沿著連接定義于連接路徑R1上的第二中繼點m2與定義于支撐體圖形200f的輪廓上的第二支撐點Q2的第二支撐路徑R3(圖中用粗虛線示出)而配置，是連結(jié)彈性變形部圖形310f與支撐體圖形200f的圖形。

在此，在第一基座部320的上端形成有第一基座狹窄部321，在第二基座部330的上端形成有第二基座狹窄部331這一點是重要的。在為圖5的正截面圖的情況下，這意味著彈性變形部圖形310f的第一中繼點m1的附近由寬度窄的第一基座狹窄部圖形321f支撐，第二中繼點m2的附近由寬度窄的第二基座狹窄部圖形331f支撐。使各基座部的前端變窄來支撐彈性變形部310的理由是因為，當外力作用于了受力體100時，使彈性變形部310的第一中繼點m1的附近及第二中繼點m2的附近相對于第一基座部320及第二基座部330擺動。以下，對這點進行詳述。

圖6為將圖5的一部分(第一中繼點m1的附近部分)放大后的局部放大正截面圖。在此，一面參照該截面圖，一面試著考慮在外力作用于了受力體100的情況下各部的變形形式。正如圖所示，彈性變形部圖形310f以第一中繼點m1的位置為邊界分為位于其左側(cè)的第一外側(cè)臂狀部圖形311f和位于其右側(cè)的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f。而且，如上所述，沿著連接第一中繼點m1與定義于支撐體圖形200f的輪廓上的第一支撐點Q1的第一支撐路徑R2而配置有第一基座部圖形320f。

第一基座部圖形320f的上端部分是作為與彈性變形部圖形310f的連接端而發(fā)揮作用的部分，但構(gòu)成寬度比其它部分窄的狹窄圖形，因此，在此稱為第一基座狹窄部圖形321f。同樣地，第二基座部圖形330f的上端部分是作為與彈性變形部圖形310f的連接端而發(fā)揮作用的部分，但構(gòu)成寬度比其它部分窄的狹窄圖形，因此，在此稱為第二基座狹窄部圖形331f。

這樣，第一基座部圖形320f的上端部分形成第一基座狹窄部圖形321f，因此第一基座部圖形320f與彈性變形部圖形310f在接近于點接觸的狀態(tài)下連接。同樣地，第二基座部圖形330f的上端部分形成第二基座狹窄部圖形331f，因此第二基座部圖形330f與彈性變形部圖形310f在接近于點接觸的狀態(tài)下連接。換言之，在圖4中，第一基座部320的上端(第一基座狹窄部321)與彈性變形部310的下表面在接近于接觸面積小的點接觸的狀態(tài)下連接，第二基座部330的上端(第二基座狹窄部331)與彈性變形部310的下表面在接近于接觸面積小的點接觸的狀態(tài)下連接。

正如圖6的截面圖所示，第一基座狹窄部圖形321f連接于彈性變形部圖形310f的輪廓上的點m1，(第一支撐路徑R2與彈性變形部圖形310f的輪廓的交點)的位置。不過，如上所述，由于該連接形態(tài)為接近于點接觸的狀態(tài)，因此，在這里，為方便起見，近似為兩圖形處于點接觸的狀態(tài)來試著考慮外力作用時的各部的變形形式。

圖7為針對圖6所示的部分示出進行了上述近似的狀態(tài)的近似截面圖。參照該近似截面圖，當作用有外力時，容易理解在彈性變形部圖形310f上產(chǎn)生擺動位移。如圖7所示，假設第一基座部圖形320f與彈性變形部圖形310f在連接點m1'處點接觸，連接點m1'作為支點而發(fā)揮作用。

參照圖4所示的基本結(jié)構(gòu)體1000的整體結(jié)構(gòu)，當在將支撐體200已固定的狀態(tài)下有外力作用于受力體100時，可知，該外力從第一受力點P1傳遞至第一外側(cè)臂狀部311，并從第二受力點P2傳遞至第二外側(cè)臂狀部313。

因此，如圖7所示，試著考慮向下的力-fz從第一受力點P1作用于第一外側(cè)臂狀部圖形311f的情況。在這種情況下，第一外側(cè)臂狀部圖形311f向下方位移，但由于支點ml'由第一基座部圖形320f支撐，因此內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f反過來向上方位移。換句話說，對內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f作用向上的力+fz。其結(jié)果，彈性變形部圖形310f以點ml'為支點如白箭頭S所示地向逆時針方向擺動。

相反，當向上的力+fz從第一受力點P1作用于第一外側(cè)臂狀部圖形311f時，第一外側(cè)臂狀部圖形311f向上方位移，內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f向下方位移，彈性變形部圖形310f以點ml'為支點與由白箭頭S所示的方向相反地向順時針的方向擺動。當然，關(guān)于由第二基座部330支撐的第二中繼點m2的附近，也是以點m2'為支點發(fā)生同樣的擺動。

結(jié)果，在圖4所示的基本結(jié)構(gòu)體1000中，在將支撐體200已固定的狀態(tài)下有外力作用于受力體100時(如在§3中已述的，至少Z軸方向的力Fz或繞Y軸的力矩My作用時)，彈性變形部310的第一中繼點m1的附近以與第一基座部320的連接點m1'為支點，相對于第一基座部320在X軸方向上(向X軸方向)擺動，彈性變形部310的第二中繼點m2的附近以與第二基座部330的連接點m2'為支點，相對于第二基座部330在X軸方向上(向X軸方向)擺動。

用圖5的截面圖說明上述擺動現(xiàn)象，彈性變形部圖形310f的第一中繼點m1的附近以第一支撐路徑R2與彈性變形部圖形310f的輪廓的交點m1'為支點相對于第一基座部圖形320f擺動，彈性變形部圖形310f的第二中繼點m2的附近以第二支撐路徑R3與彈性變形部圖形310f的輪廓的交點m2'為支點相對于第二基座部圖形330f擺動。

〈〈〈§3.本發(fā)明所涉及的基本結(jié)構(gòu)體的本質(zhì)功能〉〉〉

在上述§2中，關(guān)于圖4所示的基本結(jié)構(gòu)體1000說明了作用有外力時在彈性變形部310的第一中繼點m1的附近及第二中繼點m2的附近產(chǎn)生擺動位移。在此，將產(chǎn)生這樣的擺動位移作為前提，試著考慮在將支撐體200已固定的狀態(tài)下Z軸方向的力Fz或繞Y軸的力矩My作用于受力體100時的基本結(jié)構(gòu)體1000的整體的變形形式。

需要注意的是，在考慮該變形形式時，第一受力點P1配置于具有負的X坐標值的位置、第二受力點P2配置于具有正的X坐標值的位置這一點也拿來作為前提條件之一。在圖4中，該前提條件表示第一受力點P1位于Z軸的左側(cè)，第二受力點P2位于Z軸的右側(cè)，如后所述，在考慮繞Y軸的力矩My作用時的變形形式時，對于保證第一受力點P1和第二受力點P2上所作用的力方向相反是一個重要的條件。

圖8為針對圖4所示的基本結(jié)構(gòu)體1000示出在將支撐體200已固定的狀態(tài)下向下的力-Fz作用于了受力體100時各部的變形狀態(tài)的主視圖(通過點接觸進行基座部的支撐的近似圖)。如圖所示，向下的力-fz(力-Fz的分力)從受力體100作用于左側(cè)的第一外側(cè)臂狀部311，向下的力-fz(力-Fz的分力)也從受力體100作用于右側(cè)的第二外側(cè)臂狀部313。這是因為，施加于受力體100的力-Fz為朝向Z軸負方向的平移力(並進力)。

在此，如果考慮在彈性變形部310上產(chǎn)生上述的擺動位移，則當向下的力-fz作用于第一外側(cè)臂狀部311時，在第一中繼點m1的附近產(chǎn)生如圖中用白箭頭S1所示那樣的逆時針方向的擺動位移。同樣地，當向下的力-fz作用于第二外側(cè)臂狀部313時，在第二中繼點m2的附近產(chǎn)生如圖中用白箭頭S2所示那樣的順時針方向的擺動位移。其結(jié)果，在內(nèi)側(cè)臂狀部312的左側(cè)部分(第一中繼點m1的附近部分)上作用有向上的力+fz，在內(nèi)側(cè)臂狀部312的右側(cè)部分(第二中繼點m2的附近部分)上也作用有向上的力+fz，所以內(nèi)側(cè)臂狀部312整體向上方位移。由于這樣的位移，受力體100向下方位移。圖8示出了基本結(jié)構(gòu)體1000的這樣的變形狀態(tài)。

另一方面，在向上的力+fz作用于了受力體100的情況下，將產(chǎn)生與上述相反的位移。即，由于在第一外側(cè)臂狀部311及第二外側(cè)臂狀部313上作用有向上的力+fz，因而在內(nèi)側(cè)臂狀部312上作用有向下的力-fz而整體向下方位移。這里應關(guān)注的點是，在Z軸方向的平移力-Fz或+Fz作用于了受力體100的情況下在內(nèi)側(cè)臂狀部312的左右作用有相同方向的力(+fz或-fz)這點。在像這樣地從左右作用相同方向的力而位移的情況下，內(nèi)側(cè)臂狀部312作為對位移的阻力成分(resistance element)的作用極其小(有用于使內(nèi)側(cè)臂狀部312產(chǎn)生一些彈性變形的能量就足矣)。

與此相對，在作用有力矩My的情況下，產(chǎn)生施加于內(nèi)側(cè)臂狀部312的左右的力的方向相反的現(xiàn)象。圖9為針對圖4所示的基本結(jié)構(gòu)體1000示出在將支撐體200已固定的狀態(tài)下繞Y軸的力矩+My作用于受力體100時各部的變形狀態(tài)的主視圖(通過點接觸進行基座部的支撐的近似圖)。

根據(jù)上述的前提，由于第一受力點P1配置于具有負的X坐標值的位置，因此當力矩+My作用時，從受力體100對左側(cè)的第一外側(cè)臂狀部311作用向上的力+fz(力矩+My的分力)?？墒?，由于第二受力點P2配置于具有正的X坐標值的位置，因此當力矩+My作用時，從受力體100對右側(cè)的第二外側(cè)臂狀部313作用向下的力-fz(力矩+My的分力)。這是因為，施加于受力體100的力矩+My是以原點O為中心的順時針方向的旋轉(zhuǎn)力。

在這種情況下也是如果考慮在彈性變形部310上產(chǎn)生上述的擺動位移，則當向上的力+fz作用于第一外側(cè)臂狀部311時，在第一中繼點m1的附近產(chǎn)生如圖中用白箭頭S3所示那樣的順時針方向的擺動位移。另一方面，當向下的力-fz作用于第二外側(cè)臂狀部313時，在第二中繼點m2的附近產(chǎn)生如圖中用白箭頭S4所示那樣的順時針方向的擺動位移。其結(jié)果，在內(nèi)側(cè)臂狀部312的左側(cè)部分(第一中繼點m1的附近部分)上作用有向下的力-fz，在內(nèi)側(cè)臂狀部312的右側(cè)部分(第二中繼點m2的附近部分)上作用有向上的力+fz。但是，由于內(nèi)側(cè)臂狀部312的左側(cè)部分與右側(cè)部分連結(jié)，因此，最后在內(nèi)側(cè)臂狀部312處產(chǎn)生向上的力+fz與向下的力-fz相反的現(xiàn)象。

例如，如圖所示，如果著眼于原點O的位置，則基于在第一中繼點m1的附近所產(chǎn)生的擺動位移(白箭頭S3)的向下的力-fz與基于在第二中繼點m2的附近所產(chǎn)生的擺動位移(白箭頭S4)的向上的力+fz變?yōu)閷沟臓顟B(tài)。當然，這樣的對抗狀態(tài)由于內(nèi)側(cè)臂狀部312的彈性變形而產(chǎn)生。具體而言，在內(nèi)側(cè)臂狀部312的原點O的附近作用有使其向圖的上下伸長的力，產(chǎn)生向圖的上下方向伸展的彈性變形。圖9示出了基本結(jié)構(gòu)體1000的這樣的變形狀態(tài)。換句話說，為了使基本結(jié)構(gòu)體1000處于圖9所示那樣的變形狀態(tài)，必須使內(nèi)側(cè)臂狀部312產(chǎn)生與之相應的彈性變形。

另一方面，當反轉(zhuǎn)(圖9中的逆時針方向)的力矩-My作用于受力體100時，從受力體100對左側(cè)的第一外側(cè)臂狀部311作用向下的力-fz，對右側(cè)的第二外側(cè)臂狀部313作用向上的力+fz。因此，作用于內(nèi)側(cè)臂狀部312的力變?yōu)榕c圖中用白箭頭所示的力方向相反的力，但從左側(cè)對內(nèi)側(cè)臂狀部312作用的力與從右側(cè)對內(nèi)側(cè)臂狀部312作用的力的方向相反這一點并沒有變化。例如，如果著眼于原點O的位置，則反向的力變?yōu)閷沟臓顟B(tài)，在內(nèi)側(cè)臂狀部312的原點O的附近作用有使其向圖的上下壓縮的力，產(chǎn)生向壓縮方向的彈性變形。

這樣，在繞Y軸的力矩(旋轉(zhuǎn)力)作用于了受力體100的情況下，從內(nèi)側(cè)臂狀部312的左右作用反向的力(+fz或-fz)這一點是重要的。在像這樣地從左右作用反向的力而位移的情況下，內(nèi)側(cè)臂狀部312作為對位移的阻力很大的成分而發(fā)揮作用。即，用于使內(nèi)側(cè)臂狀部312產(chǎn)生伸長或壓縮的彈性變形的能量是必要的。

這樣，圖4所示的基本結(jié)構(gòu)體1000在Z軸方向的力Fz(平移力)作用于受力體100的情況下與繞Y軸的力矩My(旋轉(zhuǎn)力)作用于受力體100的情況下顯示出完全不同的行為。這是因為，構(gòu)成該基本結(jié)構(gòu)體1000的變形體300中包含的彈性變形部310沿連結(jié)配置于具有負的X坐標值的位置的第一受力點P1與配置于具有正的X坐標值的位置的第二受力點P2的連接路徑R1而配置，而且，該連接路徑R1上的第一中繼點m1及第二中繼點m2的附近在能向X軸方向擺動的狀態(tài)下被第一基座部320及第二基座部330支撐。

由于采用了這樣的結(jié)構(gòu)，因此產(chǎn)生如下這樣的現(xiàn)象：即、在Z軸方向的力Fz(平移力)作用于了受力體100的情況下，從連結(jié)第一中繼點m1和第二中繼點m2的內(nèi)側(cè)臂狀部312的左右兩端作用同向的力，而在繞Y軸的力矩My(旋轉(zhuǎn)力)作用于了受力體100的情況下，從內(nèi)側(cè)臂狀部312的左右兩端作用反向的力。在前者的情況下，內(nèi)側(cè)臂狀部312幾乎不作為阻礙變形的阻力成分發(fā)揮作用，而在后者的情況下，內(nèi)側(cè)臂狀部312作為阻礙變形的阻力成分發(fā)揮很大的作用。這是本發(fā)明所涉及的基本結(jié)構(gòu)體1000的本質(zhì)功能。

結(jié)果，圖示的基本結(jié)構(gòu)體1000具有下述這樣的固有特征：即、與Z軸方向的力Fz(平移力)作用的情況相比，在繞Y軸的力矩My(旋轉(zhuǎn)力)作用的情況下，限制變形的更大的阻力成分發(fā)揮作用。因此，如果利用這樣的基本結(jié)構(gòu)體1000來設計力覺傳感器，則力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡調(diào)整將變得容易。特別地，在上述的現(xiàn)有的力覺傳感器的情況下，可以看到力矩My的檢測靈敏度比力Fz的檢測靈敏度更高的傾向，而如果利用上述的基本結(jié)構(gòu)體1000的話，由于限制力矩My作用時的變形的阻力成分發(fā)揮作用，因此可使力矩My的檢測靈敏度降低。

〈〈〈§4.本發(fā)明所涉及的基本結(jié)構(gòu)體的變形例〉〉〉

接著，關(guān)于在§2及§3中已述的基本結(jié)構(gòu)體1000，闡述幾個變形例。

<4-0.基本結(jié)構(gòu)體1000的特征>

首先，在闡述變形例之前，預先說明圖4所示的基本結(jié)構(gòu)體1000的特征。圖10為說明圖4所示的基本結(jié)構(gòu)體1000中的內(nèi)側(cè)臂狀部312的結(jié)構(gòu)的正截面圖，其實質(zhì)的內(nèi)容與圖5完全相同。不過，為便于說明，Z軸及縱向軸(longitudinal direction axis)L1用點劃線畫出。

如圖所示，連接路徑R1為連接第一受力點P1與第二受力點P2的、包含在XZ平面上的路徑，彈性變形部310為沿著該連接路徑R1而配置的臂狀部件。

內(nèi)側(cè)臂狀部312為沿著該連接路徑R1中的、第一中繼點m1與第二中繼點m2之間的區(qū)間而配置的臂狀部件，出現(xiàn)在圖10的截面圖中的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f為以連接第一中繼點m1與第二中繼點m2的連接路徑R1為中心軸在四處折彎的臂狀圖形。在此，當該連接路徑R1從第一中繼點m1朝著第二中繼點m2沿路前進時，該連接路徑R1能夠分成從第一中繼點m1向右方延伸的第一水平路徑、沿縱向軸L1往下方去的下降路徑、再向右方延伸的第二水平路徑、沿著Z軸往上方去的上升路徑、再向右方延伸并到達第二中繼點m2的第三水平路徑。

沿著這樣的連接路徑R1配置的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f包括U字狀部U，其具有沿著下降路徑的下降臂狀部(沿著縱向軸L1的部分)和沿著上升路徑的上升臂狀部(沿著Z軸的部分)(需要注意的是，在本申請中，“U字狀”這個用語按不僅包括彎曲的曲線圖形，而且還包括如圖示那樣彎曲成曲柄狀的圖形的意義來使用)。作為內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f，如果采用具有這樣的U字狀部U的圖形，則在提高阻礙基于繞Y軸的力矩My的變形的效果上是優(yōu)選的。

其理由是因為，如圖9所示，當考慮在某一著眼點處向上的力+fz與向下的力-fz對抗的情況時，如果預先使內(nèi)側(cè)臂狀部312的一部分包括長邊方向朝著上下方向(Z軸方向)的部分，則通過反向的力+fz/-fz，能夠使內(nèi)側(cè)臂狀部在該長邊方向上壓縮或伸展。一般來說，與為使細長的臂狀部件彎曲所需的力相比，為了使其在長邊方向上壓縮或伸展所需的力更大。因此，如果在內(nèi)側(cè)臂狀部312的一部分上設有朝向Z軸方向的下降臂狀部、上升臂狀部，則在繞Y軸的力矩My作用的情況下，能夠使阻礙變形的阻力發(fā)揮至最大限度。

圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000中的內(nèi)側(cè)臂狀部312的另一個特征在于，連接路徑R1為在垂直方向(平行于Z軸的方向)上橫穿原點O的路徑這點。圖9中示出了在繞Y軸的力矩My作用的情況下，以原點O為著眼點，向上的力+fz與向下的力-fz對抗的例子。其示出了在上述的上升臂狀部(原點O的附近部分)處，反向的力+fz/-fz對抗的狀態(tài)。在圖9所示的例子的情況下，作用于原點O的附近的向下的力-fz是從作用于第一受力點P1的力+fz發(fā)源的左側(cè)傳遞而來的力，作用于原點O的附近的向上的力+fz是從作用于第二受力點P2的-fz發(fā)源的右側(cè)傳遞而來的力。

如果如圖示的例子那樣連接路徑R1為通過原點O的路徑，則由于反向的力+fz/-fz對抗的上升臂狀部配置于原點O的位置，因此，能夠使從左側(cè)傳遞而來的力與從右側(cè)傳遞而來的力在基本結(jié)構(gòu)體1000的中心附近處平衡性良好地對抗，在使基本結(jié)構(gòu)體1000的變形形式穩(wěn)定上是優(yōu)選的。

<4-1.第一變形例>

圖11為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000的第一變形例的正截面圖。圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000與圖11所示的基本結(jié)構(gòu)體1001的區(qū)別只是前者的變形體圖形300f在后者中被替換為變形體圖形301f這點。更具體而言，對于第一基座部圖形320f及第二基座部圖形330f并沒有變更，所以兩者的區(qū)別只是前者的彈性變形部圖形310f在后者中被替換為彈性變形部圖形340f這點。

正如圖11所示的，彈性變形部圖形340f為沿著連接路徑R4而配置的細長的臂狀圖形，由第一外側(cè)臂狀部圖形341f、內(nèi)側(cè)臂狀部圖形342f、第二外側(cè)臂狀部圖形343f構(gòu)成。在此，第一外側(cè)臂狀部圖形341f及第二外側(cè)臂狀部圖形343f是與圖10所示的第一外側(cè)臂狀部圖形311f及第二外側(cè)臂狀部圖形313f完全相同的圖形，所以最終圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000與圖11所示的基本結(jié)構(gòu)體1001的區(qū)別只是前者的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f在后者中被替換為內(nèi)側(cè)臂狀部圖形342f這點。

而且，圖10的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f與圖11的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形342f均呈具有U字狀部U的類似的形狀，基本的區(qū)別只是構(gòu)成U字狀部U的下降臂狀部和上升臂狀部的配置。即，在圖10的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f中，沿縱向軸L1配置下降臂狀部，沿Z軸配置上升臂狀部，而在圖11的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形342f中，沿縱向軸(longitudinal direction axis)L2配置下降臂狀部，沿縱向軸(longitudinal direction axis)L3配置上升臂狀部。

如果如圖10的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f那樣沿Z軸配置上升臂狀部(沿Z軸配置下降臂狀部的情況也同樣)，則如上所述，能夠在配置于該中心位置的臂狀部處使從左右傳遞而來的力平衡性良好地對抗，獲得使基本結(jié)構(gòu)體1000的變形形式穩(wěn)定的效果。

與此相對，在圖11的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形342f的情況下，下降臂狀部被配置于沿著從Z軸向左偏離少許的縱向軸L2的位置，上升臂狀部被配置于沿著從Z軸向右偏離少許的縱向軸L3的位置。在此，縱向軸L2、L3均為平行于Z軸的XZ平面上的軸。在該內(nèi)側(cè)臂狀部圖形342f的情況下，由于在中心位置(沿著Z軸的位置)上不存在沿垂直方向伸展的臂狀部，因此不能夠使從左右傳遞而來的力在中心位置的垂直臂狀部處對抗，但是，如果將縱向軸L2、L3配置于關(guān)于Z軸對稱的位置，則能夠使基本結(jié)構(gòu)體1001成為關(guān)于YZ平面而對稱的結(jié)構(gòu)，所以可獲得使從左右傳遞而來的力具有左右對稱性地對抗的效果。

另外，如圖所示，如果用XZ平面剖開后的截面圖成為左右對稱圖形，則如§4-11中所述地，也可以通過使該截面圖形以Z軸為中心軸旋轉(zhuǎn)而獲得的旋轉(zhuǎn)體來構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)體1001。

<4-2.第二變形例>

圖12為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000的第二變形例的正截面圖。圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000與圖12所示的基本結(jié)構(gòu)體1002的區(qū)別只是前者的變形體圖形300f在后者中被替換為變形體圖形302f這點。更具體而言，對于第一基座部圖形320f及第二基座部圖形330f并沒有變更，所以兩者的區(qū)別只是前者的彈性變形部圖形310f在后者中被替換為彈性變形部圖形350f這點。

正如圖12所示的，彈性變形部圖形350f為沿著連接路徑R5而配置的細長的臂狀圖形，由第一外側(cè)臂狀部圖形351f、內(nèi)側(cè)臂狀部圖形352f、第二外側(cè)臂狀部圖形353f構(gòu)成。在此，第一外側(cè)臂狀部圖形351f及第二外側(cè)臂狀部圖形353f是與圖10所示的第一外側(cè)臂狀部圖形311f及第二外側(cè)臂狀部圖形313f完全相同的圖形，所以最終圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000與圖12所示的基本結(jié)構(gòu)體1002的區(qū)別只是前者的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f在后者中被替換為內(nèi)側(cè)臂狀部圖形352f這點。

圖12的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形352f與作為第一變形例而描述的圖11的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形342f同樣地是關(guān)于Z軸對稱的圖形。不過，在圖11的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形342f中，沿縱向軸L2配置下降臂狀部，沿縱向軸L3配置上升臂狀部，而在圖12的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形352f中，沿縱向軸(longitudinal direction axis)L4配置下降臂狀部，沿縱向軸(longitudinal direction axis)L5配置上升臂狀部。兩者的基本區(qū)別只有縱向軸的傾斜角。

即，在圖11的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形342f中，定義有兩條縱向軸L2、L3作為平行于Z軸的軸，而在圖12的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形352f中，定義有兩條縱向軸L4、L5作為相對于Z軸傾斜少許的軸。不論縱向軸L2、L3還是縱向軸L4、L5，均為與XY平面交叉的軸，在這一點上是共通的，但在前者的情況下，交叉角為90°，而在后者的情況下，交叉角被設定為不到90°。不過，在圖示的截面圖上，縱向軸L4與縱向軸L5是關(guān)于Z軸對稱的軸，因此內(nèi)側(cè)臂狀部圖形352f是關(guān)于Z軸對稱的圖形。

在該圖12所示的變形例的情況下，從左右傳遞而來的反向的力+fz/-fz也同時作用于內(nèi)側(cè)臂狀部352，在這一點上沒有變化，所以在力矩My作用的情況下，內(nèi)側(cè)臂狀部352能夠發(fā)揮作為阻礙變形的阻力成分的功能。只是，沿縱向軸L4配置的下降臂狀部以及沿縱向軸L5配置的上升臂狀部朝著相對于Z軸傾斜的方向而配置，因此在繞Y軸的力矩My作用的情況下，無法使阻礙變形的阻力發(fā)揮至最大限度。

正如上所述的，關(guān)于細長的臂狀部件，與為使其彎曲所需的力相比，為使其在長邊方向上壓縮或伸展所需的力更大。因此，在需要阻礙變形的最大限度的阻力的情況下，優(yōu)選如圖11所示的例子那樣，設定為下降臂狀部及上升臂狀部的長邊方向相對于Z軸平行。從這樣的角度出發(fā)，圖12所示的第二變形例可說成是在不需要如第一變形例那樣大的阻力的情況下應采用的實施例。

總之，至此為止已述的各種實施例能夠說成是在從第一中繼點m1朝著第二中繼點m2沿路前進的連接路徑上設有沿與XY平面交叉的第一縱向軸L1、L2、L4往下方去的下降路徑和沿與XY平面交叉的第二縱向軸Z、L3、L5往上方去的上升路徑的實施例。在這樣的實施例中，出現(xiàn)在沿著XZ平面的截面上的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f、342f，352f具有沿著下降路徑的下降臂狀部和沿著上升路徑的上升臂狀部，所以在繞Y軸的力矩My作用的情況下，阻礙變形的阻力將起作用。

圖12所示的實施例為使第一縱向軸及第二縱向軸相對于Z軸傾斜的例子，而圖10及圖11所示的實施例為將第一縱向軸及第二縱向軸設定為相對于Z軸平行的軸的例子。在繞Y軸的力矩My作用的情況下，從使阻礙變形的阻力最大限度發(fā)揮的角度來看，優(yōu)選將第一縱向軸及第二縱向軸設定為相對于Z軸平行的軸。

<4-3.第三變形例>

圖13為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000的第三變形例的正截面圖。圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000與圖13所示的基本結(jié)構(gòu)體1003的區(qū)別只是前者的變形體圖形300f在后者中被替換為變形體圖形303f這點。更具體而言，對于第一基座部圖形320f及第二基座部圖形330f并沒有作出變更，所以兩者的區(qū)別只是前者的彈性變形部圖形310f在后者中被替換為彈性變形部圖形360f這點。

正如圖13所示的那樣，彈性變形部圖形360f為沿著連接路徑R6而配置的細長的臂狀圖形，由第一外側(cè)臂狀部圖形361f、內(nèi)側(cè)臂狀部圖形362f、第二外側(cè)臂狀部圖形363f構(gòu)成。在此，第一外側(cè)臂狀部圖形361f及第二外側(cè)臂狀部圖形363f是與圖10所示的第一外側(cè)臂狀部圖形311f及第二外側(cè)臂狀部圖形313f完全相同的圖形，所以最終圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000與圖13所示的基本結(jié)構(gòu)體1003的區(qū)別只是前者的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f在后者中被替換為內(nèi)側(cè)臂狀部圖形362f這點。

圖13的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形362f與作為第一變形例描述的圖11的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形342f同樣地為關(guān)于Z軸對稱的圖形。不過，圖11的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形342f由彎曲成曲柄狀的、只是通過直線的輪廓圍成的細長圖形構(gòu)成，而圖13的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形362f由平緩彎曲的、通過包含曲線的輪廓圍成的細長圖形構(gòu)成。如上所述，本申請中的“U字狀”這個用語雖然也涵蓋如圖11的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形342f那樣彎曲成曲柄狀的圖形，但圖13的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形362f中包含的“U字狀”的部分是正好如“U”那樣彎曲成曲線狀的圖形。

總之，在圖13所示的實施例中，在連接路徑R6的第一中繼點m1與第二中繼點m2之間的區(qū)間設有向下方彎曲之后再向上方彎曲的彎曲路，內(nèi)側(cè)臂狀部圖形362f具有沿著該彎曲路的彎曲部。在像這樣地于內(nèi)側(cè)臂狀部362設置有彎曲部的實施例的情況下，從左右傳遞而來的反向的力+fz/-fz也同時作用于內(nèi)側(cè)臂狀部362，在這一點上并沒有變化，所以在力矩My作用的情況下，內(nèi)側(cè)臂狀部362能夠發(fā)揮作為阻礙變形的阻力成分的功能。只是，該作為阻力成分的功能與圖10、圖11所示的實施例相比變?nèi)酢?/p>

<4-4.第四變形例>

到目前為止，作為圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000的變形例，已闡述對內(nèi)側(cè)臂狀部312的結(jié)構(gòu)進行了變更的例子。這里，將闡述對第一外側(cè)臂狀部311及第二外側(cè)臂狀部313的結(jié)構(gòu)進行了變更的例子。

圖14為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000的第四變形例的正截面圖。圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000與圖14所示的基本結(jié)構(gòu)體2000的第一區(qū)別是整體的橫寬。在圖14所示的基本結(jié)構(gòu)體2000中，如上所述，對外側(cè)臂狀部的結(jié)構(gòu)進行了變更，因此橫寬整體上變寬。因此，圖10所示的受力體圖形100f在圖14中被替換為寬度更寬的受力體圖形150f，圖10所示的支撐體圖形200f在圖14中被替換為寬度更寬的支撐體圖形250f。不過，圖14所示的變形例中的受力體150及支撐體250均為上下兩面平行于XY平面的板狀部件，與圖10所示的受力體100及支撐體200沒有本質(zhì)上的區(qū)別。

圖14所示的第四變形例的特征在于使用了橫寬更寬的變形體400來代替圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000的變形體300這點。圖14的正截面圖中示出了用XZ平面剖開了該變形體400時所出現(xiàn)的變形體圖形400f的形狀。即，在該第四變形例中，圖10所示的變形體圖形300f被替換為圖14所示的變形體圖形400f。

變形體圖形400f是包括彈性變形部圖形410f、第一基座部圖形420f、第二基座部圖形430f的圖形。而且，彈性變形部圖形410f是沿連接第一受力點P1與第二受力點P2的連接路徑R7而配置的細長的臂狀圖形，由第一外側(cè)臂狀部圖形411f、內(nèi)側(cè)臂狀部圖形412f、第二外側(cè)臂狀部圖形413f構(gòu)成。

在此，第一基座部圖形420f是與圖10所示的第一基座部圖形320f完全相同的圖形，第二基座部圖形430f是與圖10所示的第二基座部圖形330f完全相同的圖形。因此，第一基座部420發(fā)揮沿朝著支撐點Q1的第一支撐路徑R2支撐彈性變形部410的第一中繼點m1的附近的作用，第二基座部430發(fā)揮沿朝著支撐點Q2的第二支撐路徑R3支撐彈性變形部410的第二中繼點m2的附近的作用，這點與到目前為止已闡述的實施例完全相同。

另外，圖14所示的連接路徑R7的第一中繼點m1與第二中繼點m2之間的區(qū)間的形狀與圖10所示的連接路徑R1的同區(qū)間的形狀完全相同，內(nèi)側(cè)臂狀部圖形412f是與圖10所示的內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f完全相同的圖形。結(jié)果，圖10所示的彈性變形部310與圖14所示的彈性變形部410只有外側(cè)臂狀部的部分有區(qū)別。即，圖10所示的第一外側(cè)臂狀部圖形311f被替換為圖14所示的第一外側(cè)臂狀部圖形411f，圖10所示的第二外側(cè)臂狀部圖形313f被替換為圖14所示的第二外側(cè)臂狀部圖形413f。

最初，第一外側(cè)臂狀部的原本的作用是連接第一受力點P1與第一中繼點m1，第二外側(cè)臂狀部的原本的作用是連接第二受力點P2與第二中繼點m2。如果只是發(fā)揮這樣的原本的作用的話，具有圖10所示的第一外側(cè)臂狀部圖形311f及第二外側(cè)臂狀部圖形313f這樣的截面形狀的部件就足矣，沒有必要準備具有圖14所示的第一外側(cè)臂狀部圖形411f及第二外側(cè)臂狀部圖形413f這樣的截面形狀的部件。

在為圖14所示的實施例的情況下，在連接路徑R7上設有第一U字狀迂回路U1及第二U字狀迂回路U2。這些迂回路U1、U2是使原本所需的路徑迂回的冗長的路徑，在發(fā)揮上述原本的作用上是不需要的。然而，作為截面圖形，如果采用沿這樣的迂回路U1、U2伸展的第一外側(cè)臂狀部圖形411f及第二外側(cè)臂狀部圖形413f，則能夠使變形體400的變形形式多樣化，能夠使變形體400變形為各種各樣的形狀。

在§3中，參照圖8及圖9示出了Z軸方向的力Fz及繞Y軸的力矩My作用于構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)體1000的受力體100時的變形狀態(tài)。然而，在利用這樣的基本結(jié)構(gòu)體1000的實際環(huán)境中，對受力體100作用的外力不僅有力Fz、力矩My，而且力Fx、Fy、力矩Mx、Mz等其它軸分量也會作用于受力體100。而且，在上述的專利文獻1～3中公開的那樣的六軸檢測型的力覺傳感器中，在外力的六個軸分量Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz中哪一個發(fā)生作用的情況下，都會使變形體產(chǎn)生規(guī)定的變形，必須基于該變形形式來檢測所作用的外力的各個軸分量。

從這樣的角度出發(fā)，使變形體的結(jié)構(gòu)可具有盡量多樣的變形形式是優(yōu)選的。在圖14所示的第四變形例中，采用了在連接路徑R7上設置U字狀迂回路U1、U2的冗長結(jié)構(gòu)。即，在連接路徑R7的第一受力點P1與第一中繼點m1之間的區(qū)間設有呈U字狀的第一U字狀迂回路U1，第一外側(cè)臂狀部圖形411f具有沿著該第一U字狀迂回路的第一U字狀迂回部。同樣地，在連接路徑R7的第二受力點P2與第二中繼點m2之間的區(qū)間設有呈U字狀的第二U字狀迂回路U2，第二外側(cè)臂狀部圖形413f具有沿著該第二U字狀迂回路的第二U字狀迂回部。

通過這樣的冗長結(jié)構(gòu)，變形體400能夠取得更多樣的變形形式。特別地，在圖14所示的實施例的情況下，第一U字狀迂回路U1及第二U字狀迂回路U2由平行于Z軸的一對縱向迂回路與連接這一對縱向迂回路的、平行于X軸的橫向迂回路的組合而構(gòu)成。具有這樣的結(jié)構(gòu)的U字狀迂回路U1、U2能夠在三維上以各種各樣的形式變形，所以能夠使整個變形體400的變形形式多樣化。在后述的§5及§6中說明的力覺傳感器中也采用了在外側(cè)臂狀部設置沿著U字狀迂回路的U字狀迂回部的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了變形體的變形形式的多樣化。

<4-5.第五變形例>

圖15為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000的第五變形例的正截面圖。實際上，該圖15所示的基本結(jié)構(gòu)體2001是對圖14所示的基本結(jié)構(gòu)體2000實施了一些變更的結(jié)構(gòu)體。即，圖14所示的基本結(jié)構(gòu)體2000與圖15所示的基本結(jié)構(gòu)體2001的不同點只是前者的變形部圖形400f在后者中被替換為變形部圖形401f這點。

更具體而言，對于第一基座部圖形420f及第二基座部圖形430f并沒有變更，所以兩者的區(qū)別只是前者的彈性變形部圖形410f在后者中被替換為彈性變形部圖形440f這點。正如圖示的那樣，圖15所示的彈性變形部圖形440f由第一外側(cè)臂狀部圖形441f、內(nèi)側(cè)臂狀部圖形442f、第二外側(cè)臂狀部圖形443f構(gòu)成。這些各圖形分別對應于圖14所示的第一外側(cè)臂狀部圖形411f、內(nèi)側(cè)臂狀部圖形412f、第二外側(cè)臂狀部圖形413f。

這些對應的各個圖形的區(qū)別只是有無中間變細部。即，第一外側(cè)臂狀部圖形441f(圖15)是在第一外側(cè)臂狀部圖形411f(圖14)上形成有中間變細部41的圖形，內(nèi)側(cè)臂狀部圖形442f是在內(nèi)側(cè)臂狀部圖形412f上形成有中間變細部42的圖形，第二外側(cè)臂狀部圖形443f是在第二外側(cè)臂狀部圖形413f上形成有中間變細部43的圖形。中間變細部41、42、43是在與連接路徑R7正交的方向上的寬度變窄的部分，可說成是比其它部分更易發(fā)生彈性變形的部位。

在圖15所示的實施例中，在第一外側(cè)臂狀部圖形441f、內(nèi)側(cè)臂狀部圖形442f、第二外側(cè)臂狀部圖形443f各自上各設有一處中間變細部，但不一定必須在這些各臂狀部圖形441f、442f、443f的全部上都設置中間變細部，也可以只在一部分上設置中間變細部。另外，中間變細部不必為一處，也可以設于數(shù)處。

設置這樣的中間變細部的理由是為了使各臂狀部441、442、443的彈性變形變得容易，使變形體401的變形形式多樣化。如上所述，在六軸檢測型的力覺傳感器中，優(yōu)選形成為變形體由于外力的六個軸分量的作用而具有多樣的變形形式的結(jié)構(gòu)。如果預先在各臂狀部441、442、443上設置中間變細部，則在該中間變細部的部分上易于產(chǎn)生撓曲、扭轉(zhuǎn)，可使變形體401的變形形式多樣化。

<4-6.第六變形例>

圖16為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000的第六變形例的正截面圖。實際上，該圖16所示的基本結(jié)構(gòu)體2002是對圖15所示的基本結(jié)構(gòu)體2001中的中間變細部的位置及形狀實施了一些變更的結(jié)構(gòu)體。即，圖15所示的基本結(jié)構(gòu)體2001與圖16所示的基本結(jié)構(gòu)體2002的不同點只是前者的變形部圖形401f在后者中被替換為變形部圖形402f這點。

更具體而言，對于第一基座部圖形420f及第二基座部圖形430f并沒有作出變更，所以兩者的區(qū)別只是前者的彈性變形部圖形440f在后者中被替換為彈性變形部圖形450f這點，只是中間變細部的位置及形狀有些許不同。即，正如圖示的那樣，圖16所示的彈性變形部圖形450f由第一外側(cè)臂狀部圖形451f、內(nèi)側(cè)臂狀部圖形452f、第二外側(cè)臂狀部圖形453f構(gòu)成。而且，在第一外側(cè)臂狀部圖形451f上形成有中間變細部51a、51b，在內(nèi)側(cè)臂狀部圖形452f上形成有中間變細部52a、52b，在第二外側(cè)臂狀部圖形453f上形成有中間變細部53a、53b。

在圖15所示的實施例中，在各臂狀部圖形441f、442f、443f各自的一處形成有較長的中間變細部41、42、43，而在圖16所示的實施例中，在各臂狀部圖形451f、452f、453f各自的兩處形成有較短的中間變細部5la、51b、52a、52b、53a、53b。設置這樣的中間變細部的理由是因為，如上所述，使各臂狀部451、452、453的彈性變形變得容易，使變形體402的變形形式多樣化。當增加中間變細部的形成部位時，雖然加工工序相應地變復雜，但能夠應對更靈活的變形，能夠使變形形式的多樣化的程度提高。

<4-7.第七變形例>

圖17為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000的第七變形例的正截面圖。實際上，該圖17所示的基本結(jié)構(gòu)體2003是對圖14所示的基本結(jié)構(gòu)體2000實施了些許變更的結(jié)構(gòu)體。即，圖14所示的基本結(jié)構(gòu)體2000與圖17所示的基本結(jié)構(gòu)體2003的不同點只是前者的變形部圖形400f在后者中被替換為變形部圖形403f這點。

更具體而言，對于第一基座部圖形420f及第二基座部圖形430f并沒有作出變更，所以兩者的區(qū)別只是前者的彈性變形部圖形410f在后者中被替換為彈性變形部圖形460f這點。如圖所示，圖17所示的彈性變形部圖形460f具有第一外側(cè)臂狀部圖形461f、內(nèi)側(cè)臂狀部圖形462f、第二外側(cè)臂狀部圖形463f，這些各圖形分別對應于圖14所示的第一外側(cè)臂狀部圖形411f、內(nèi)側(cè)臂狀部圖形412f、第二外側(cè)臂狀部圖形413f。

只是，在圖17所示的彈性變形部圖形460f上新增加了兩個部分。第一增加部分為重量調(diào)整部圖形62f。該重量調(diào)整部圖形62f為向內(nèi)側(cè)臂狀部圖形462f的右側(cè)的水平部分的下方突出的圖形(在圖中標有網(wǎng)眼狀影線加以示出)。另外，第二增加部分為凸緣部圖形61f、63f。凸緣部圖形61f為設于第一外側(cè)臂狀部圖形461f的上端部(與第一受力點P1的連接部分)的圖形，凸緣部圖形63f為設于第二外側(cè)臂狀部圖形463f的上端部(與第二受力點P2的連接部分)的圖形。以下，對這些增加部分的作用進行說明。

首先，重量調(diào)整部圖形62f相當于在三維的基本結(jié)構(gòu)體2003中形成重量調(diào)整部62的部分的截面圖形。該重量調(diào)整部62雖然并非直接參與彈性變形部460原本的功能、即調(diào)整力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡的功能的部分，但其發(fā)揮調(diào)整變形體403的重量的平衡的作用。如果比較圖14所示的變形體圖形400f的整體形狀與圖17所示的變形體圖形403f的整體形狀，則能夠容易理解該作用。

圖14所示的變形體圖形400f在圖中是關(guān)于Z軸左右非對稱的圖形。這是因為，如上所述，進行了內(nèi)側(cè)臂狀部圖形412f的一部分通過原點O這樣的設計。當然，圖17所示的變形體圖形403f也是關(guān)于Z軸左右非對稱的圖形，這一點并沒有變化。只是，在變形體圖形403f上增加有重量調(diào)整部圖形62f，因此在切斷面這一二維平面上的面積的平衡成為接近于關(guān)于Z軸左右對稱的平衡。如果以三維的基本結(jié)構(gòu)體2003來考慮的話，這意味著重量調(diào)整部62發(fā)揮相對于YZ平面使左右的重量平衡均衡的作用。

如上所述，在六軸檢測型的力覺傳感器中，由于外力的六個軸分量的作用，變形體具有多樣的變形形式。因此，基本結(jié)構(gòu)體2003的三維重量分布優(yōu)選盡量關(guān)于坐標軸具有對稱性。如果基本結(jié)構(gòu)體2003的重量分布出現(xiàn)不均，則變形動作就變得不穩(wěn)定，具有給檢測結(jié)果帶來壞影響的可能性。重量調(diào)整部62發(fā)揮進行調(diào)整以免基本結(jié)構(gòu)體2003的重量分布出現(xiàn)不均，從而使穩(wěn)定的檢測變?yōu)榭赡艿淖饔谩?/p>

需要說明的是，在圖17所示的實施例的情況下，重量調(diào)整部圖形62f設于內(nèi)側(cè)臂狀部圖形462f旁邊的空間中，但配置重量調(diào)整部圖形的場所只要是具有使重量分布均勻化的效果的場所，則為任意的場所都沒關(guān)系。因此，實際上，既可以在第一外側(cè)臂狀部圖形461f、內(nèi)側(cè)臂狀部圖形462f、第二外側(cè)臂狀部圖形463f中的全部上分別增加重量調(diào)整部圖形，也可以在其中的部分上增加重量調(diào)整部圖形。另外，重量調(diào)整部圖形只要為向與連接路徑正交的方向突出這樣的圖形，則是什么樣的形狀的圖形都沒關(guān)系。

接下來，說明凸緣部圖形61f、63f的作用。如圖所示，凸緣部圖形61f是設于第一外側(cè)臂狀部圖形461f與受力體圖形150f的連接部(第一受力點P1附近)的、向與連接路徑正交的方向突出的圖形，相當于在三維的基本結(jié)構(gòu)體2003中形成凸緣部61的部分的截面圖形。同樣地，凸緣部圖形63f是設于第二外側(cè)臂狀部圖形463f與受力體圖形150f的連接部(第二受力點P2附近)的、向與連接路徑正交的方向突出的圖形，相當于在三維的基本結(jié)構(gòu)體2003中形成凸緣部63的部分的截面圖形。

如果像這樣地將凸緣部61、63預先設于與受力體150的連接部分上，則能夠使與受力體150的連接堅固。在通過細長的臂狀部件來構(gòu)成彈性變形部460的情況下，由于其橫截面的面積有限，因此也可能會有與受力體150的接合不充分的情況。在這樣的情況下，如果將凸緣部61、63預先形成于彈性變形部460的端部，則能夠使接合面的面積增加，能夠進行更堅固的接合。

<4-8.第八變形例>

圖18為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000的第八變形例的正截面圖。該圖18所示的基本結(jié)構(gòu)體2004也具有在受力體160與支撐體260之間設有變形體404的結(jié)構(gòu)。而且，作為受力體160及支撐體260，使用了上下兩面平行于XY平面的板狀部件，這點也與以前的實施例同樣。

因此，如圖18所示，用XZ平面剖開該基本結(jié)構(gòu)體2004后的截面由矩形狀的受力體圖形160f、矩形狀的支撐體圖形260f以及連接兩者的變形體圖形404f構(gòu)成。而且，變形體圖形404f由彈性變形部圖形470f、第一基座部圖形425f、第二基座部圖形435f構(gòu)成，彈性變形部圖形470f由沿著連接第一受力點P1與第二受力點P2的、XZ平面上的連接路徑R8的細長的臂狀圖形構(gòu)成。

該圖18所示的實施例的特征在于第一基座部425及第二基座部435的支撐形態(tài)。如圖所示，第一基座部圖形425f的上端(連接端)與彈性變形部圖形470f的第一中繼點m1的附近的下方連接。因此，與到目前為止已述的實施例同樣地，第一基座部425為從下方支撐彈性變形部470的部件?？墒?，第二基座部435與到目前為止已闡述的實施例相反，為從上方支承彈性變形部470的部件。如圖所示，第二基座部圖形435f是使第一基座部圖形425f的上下顛倒這樣的圖形，其下端(連接端)與彈性變形部圖形470f的第二中繼點m2的附近的上方連接。

需要注意的是，在圖中，為方便起見，示出了第二基座部圖形435f的上端固定于在空間上畫出的第二支撐點Q2的狀態(tài)，但實際上，該第二支撐點Q2是設于支撐體260的上表面的點(例如，位于XZ平面的后面的點)，第二基座部435可說成是連接彈性變形部470的第二中繼點m2的附近與設于支撐體260的上表面的第二支撐點Q2的部件。

因此，第二基座部435實際上呈彎曲為例如U字狀的形狀，其一端如圖18的截面圖上所畫出的那樣與彈性變形部470的第二中繼點m2的附近的上方連接，另一端與設于支撐體260的上表面的第二支撐點Q2連接。在圖18的截面圖中，由于無法畫出該第二基座部435的另一端與第二支撐點Q2連接的實際狀態(tài)(由于第二支撐點Q2不在切斷面上)，因而為方便起見，在空間上畫出第二支撐點Q2，并示出了第二基座部435的另一端與第二支撐點Q2連接。

這樣，圖18所示的實施例與到目前為止已闡述的實施例相比較，基座部的支撐形態(tài)有些不同，但其本質(zhì)功能并沒有變化。即，彈性變形部圖形470f由第一外側(cè)臂狀部圖形471f、內(nèi)側(cè)臂狀部圖形472f、第二外側(cè)臂狀部圖形473f構(gòu)成，能夠發(fā)揮調(diào)整力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡的功能。雖然彈性變形部470的第二中繼點m2的附近由第二基座部435從上方支承，但因從受力體160傳遞來的力，該第二中繼點m2的附近部分擺動這一點并沒有變化，所以圖18所示的基本結(jié)構(gòu)體2004與圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000同樣地發(fā)揮調(diào)整力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡的功能。

即，在圖18所示的基本結(jié)構(gòu)體2004的情況下，當從第一中繼點m1朝著第二中繼點m2沿連接路徑R8前進時，存在沿與XY平面交叉的縱向軸(longitudinal direction axis)L6往下方去的下降路徑，內(nèi)側(cè)臂狀部圖形472f具有沿著該下降路徑的下降臂狀部。因此，在繞Y軸的力矩My作用的情況下，該下降臂狀部使從左右傳遞而來的方向相反的力對抗，從而作為阻礙變形的阻力成分而發(fā)揮作用。需要說明的是，若要使作為該阻力成分的功能發(fā)揮至最大限度，正如已述的那樣，優(yōu)選設定為縱向軸L6平行于Z軸。

在至目前為止已闡述的實施例中，采用了通過基座部從下方支撐兩個中繼點m1、m2雙方的結(jié)構(gòu)，而圖18所示的基本結(jié)構(gòu)體2004的特征在于采用了通過基座部從下方支撐兩個中繼點m1、m2中的一方、并通過基座部從上方支承另一方的結(jié)構(gòu)這點。即使像這樣地將基座部的支撐位置從下方變更為上方，如上所述，基本結(jié)構(gòu)體的本質(zhì)功能也并沒有變化。

當然，也能采用通過基座部從上方支承兩個中繼點m1、m2雙方的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，從截面圖上來看，第一基座部圖形的連接端與彈性變形部圖形的第一中繼點m1的附近的上方連接，第二基座部圖形的連接端與彈性變形部圖形的第二中繼點m2的附近的上方連接。只是，在圖18所示的實施例的情況下，連接路徑R8變?yōu)橐詧D示那樣的形態(tài)向上下彎曲的路徑，因此如果采用如圖示那樣從下方支撐第一中繼點m1的附近、并從上方支承第二中繼點m2的附近的結(jié)構(gòu)，則就能夠在三維空間內(nèi)高效地配置各零部件。

<4-9.第九變形例>

圖19為說明圖10所示的基本結(jié)構(gòu)體1000的第九變形例的正截面圖。該圖19所示的基本結(jié)構(gòu)體2005也具有在受力體150與支撐體250之間設有變形體405的結(jié)構(gòu)。而且，作為受力體150及支撐體250，使用了上下兩面平行于XY平面的板狀部件，這點也與以前的實施例同樣。

因此，如圖19所示，用XZ平面剖開該基本結(jié)構(gòu)體2005后的截面由矩形狀的受力體圖形150f、矩形狀的支撐體圖形250f以及連接兩者的變形體圖形405f構(gòu)成。而且，變形體圖形405f包括彈性變形部圖形480f、第一基座部圖形426f、第二基座部圖形436f，彈性變形部圖形480f由沿著連接第一受力點P1和第二受力點P2的、XZ平面上的連接路徑R9的細長的臂狀圖形構(gòu)成。該圖19所示的實施例的特征在于除了第一基座部426及第二基座部436以外還增加了第三基座部496這點。

正如圖所示的，在該實施例的情況下也定義有連接路徑R9作為連接第一受力點P1與第二受力點P2的、XZ平面上的路徑，但在該連接路徑R9上不僅定義有第一中繼點m1及第二中繼點m2，而且在第二中繼點m2與第二受力點P2之間還定義有第三中繼點m3，為了支撐該第三中繼點m3的附近而增加了第三基座部496。因此，變形體405除了彈性變形部480、第一基座部426、第二基座部436以外還具有第三基座部496。第三基座部496為連結(jié)彈性變形部480的第三中繼點m3的附近與定義于支撐體250上的第三支撐點Q3的部件。

因此，如圖19的截面圖所示，彈性變形部圖形480f具有：沿連接路徑R9的從第一受力點P1至第一中繼點m1的區(qū)間而配置的第一外側(cè)臂狀部圖形481f、沿連接路徑R9的從第一中繼點m1至第二中繼點m2的區(qū)間而配置的第一內(nèi)側(cè)臂狀部圖形482f、沿連接路徑R9的從第二中繼點m2至第三中繼點m3的區(qū)間而配置的第二內(nèi)側(cè)臂狀部圖形483f以及沿連接路徑R9的從第三中繼點m3至第二受力點P2的區(qū)間而配置的第二外側(cè)臂狀部圖形484f。

特別地，在圖19所示的實施例的情況下，第一基座部圖形426f的連接端與彈性變形部圖形480f的第一中繼點m1的附近的下方連接，第二基座部圖形436f的連接端與彈性變形部圖形480f的第二中繼點m2的附近的下方連接，作為第三基座部的截面的第三基座部圖形496f的連接端與彈性變形部圖形480f的第三中繼點m3的附近的上方連接。

因此，在該圖19中，為方便起見，也示出了第三基座部圖形496f的上端被固定于在空間上畫出的第三支撐點Q3的狀態(tài)，但實際上，該第三支撐點Q3是設于支撐體250的上表面的點(例如，位于XZ平面的后面的點)，第三基座部496可說成是連接彈性變形部480的第三中繼點m3的附近與設于支撐體250的上表面的第三支撐點Q3的部件。

例如，第三基座部496可由呈彎曲為U字狀的形狀的部件構(gòu)成。在這種情況下，第三基座部496的一端如在圖19的截面圖中所畫出地，與彈性變形部480的第三中繼點m3的附近的上方連接，另一端與設于支撐體250的上表面的第三支撐點Q3連接。在圖19的截面圖中，由于無法畫出該第三基座部496的另一端與第三支撐點Q3連接的實際狀態(tài)(由于第三支撐點Q3不在切斷面上)，因而為方便起見，在空間上畫出第三支撐點Q3，并示出了第三基座部496的另一端與第三支撐點Q3連接。

需要注意的是，正如上所述的，不論將基座部的支撐位置設為下方還是上方，基本結(jié)構(gòu)體2005的本質(zhì)功能都沒有變化，所以使三個中繼點ml、m2、m3附近的支撐形態(tài)為下方支撐還是為上方支撐可任意地設定。只是，在圖19所示的實施例的情況下，連接路徑R9是以圖示那樣的形態(tài)向上下彎曲的路徑，因此如果采用如圖示那樣從下方支撐第一中繼點m1的附近及第二中繼點m2的附近、并從上方支承第三中繼點m3的附近的結(jié)構(gòu)，則能夠在三維空間內(nèi)高效地配置各零部件。

這里應留意的點是：當如圖19所示的實施例那樣采用分別支撐三個中繼點ml、m2、m3的附近的方式時，雖然在獲得調(diào)整力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡的功能這一點上并沒有變化，但是該調(diào)整功能的內(nèi)容與到目前為止已述的實施例中的調(diào)整功能的內(nèi)容并不相同。

具體而言，在到目前為止已闡述的實施例(支撐兩個中繼點ml、m2附近的方式)的情況下，基本結(jié)構(gòu)體的本質(zhì)功能是，與作為平移力的力Fz作用的情況相比，在作為旋轉(zhuǎn)力的力矩My作用的情況下，作為阻礙變形的更大的阻力成分起作用。起到這樣的功能的原理正如在§3中參照圖8及圖9所說明的。

即，在作為平移力的力-Fz作用于受力體100的情況下，如圖8所示，從左右向內(nèi)側(cè)臂狀部312施加相同方向的力+fz，而在作為旋轉(zhuǎn)力的力矩+My作用的情況下，如圖9所示，從左右向內(nèi)側(cè)臂狀部312施加反向的力+fz/-fz，從而使原點O的附近部分上下伸展的應力起作用，相對于該應力，源自彈性材料的阻力產(chǎn)生作用。為此，在力矩My作用的情況下，彈性變形部310作為阻礙變形的大的阻力成分起作用。

可是，在圖19所示的實施例(支撐三個中繼點ml、m2、m3的附近的方式)時，情況卻發(fā)生大的變化。在此，關(guān)于圖19所示的基本結(jié)構(gòu)體2005，試考慮在外力作用于了受力體150的情況下，怎樣的力會從左右施加于第一內(nèi)側(cè)臂狀部圖形482f的原點O的附近部分。

首先，考慮作為平移力的力-Fz作用于受力體150的情況。在這種情況下，由于在第一受力點P1上施加向下的力-fz，所以第一外側(cè)臂狀部圖形481f向下方位移。其結(jié)果，第一中繼點m1的左側(cè)向下方位移，右側(cè)反過來向上方位移。因此，從左側(cè)對原點O的附近部分施加向上的力+fz。

另一方面，由于在第二受力點P2上也施加向下的力-fz，所以第二外側(cè)臂狀部圖形484f向下方位移。其結(jié)果，第三中繼點m3的右側(cè)向下方位移，左側(cè)反過來向上方位移。因此，第二內(nèi)側(cè)臂狀部圖形483f向上方位移。其結(jié)果，第二中繼點m2的右側(cè)向上方位移，左側(cè)反過來向下方位移。因此，從右側(cè)對原點O的附近部分施加向下的力-fz。

結(jié)果，在作為平移力的力-Fz作用于了受力體150的情況下，向上下方向壓縮原點O的附近部分的應力起作用，從而相對于該應力，源自彈性材料的阻力產(chǎn)生作用。為此，在作為平移力的力-Fz作用的情況下，彈性變形部480作為阻礙變形的大的阻力成分而起作用。

接著，考慮作為旋轉(zhuǎn)力的力矩My作用于受力體150的情況。在這種情況下，由于在第一受力點P1上施加向上的力+fz，所以第一外側(cè)臂狀部圖形481f向上方位移。其結(jié)果，第一中繼點m1的左側(cè)向上方位移，右側(cè)反過來向下方位移。因此，從左側(cè)對原點O的附近部分施加向下的力-fz。

另一方面，由于在第二受力點P2上施加向下的力-fz，所以第二外側(cè)臂狀部圖形484f向下方位移。其結(jié)果，第三中繼點m3的右側(cè)向下方位移，左側(cè)反過來向上方位移。因此，第二內(nèi)側(cè)臂狀部圖形483f向上方位移。其結(jié)果，第二中繼點m2的右側(cè)向上方位移，左側(cè)反過來向下方位移。因此，從右側(cè)對原點O的附近部分施加向下的力-fz。

這樣，在作為旋轉(zhuǎn)力的力矩My作用于了受力體150的情況下，從左右向原點O的附近部分施加相同方向的力-fz，從而向上下方向伸展或壓縮該部分的應力不會起作用。因此，在圖19所示的實施例的情況下，當作用力Fz時，彈性變形部480會作為阻礙變形的大的阻力成分而起作用。

結(jié)果，在到目前為止已闡述的、支撐兩個中繼點m1、m2的附近的實施例中，與力Fz(平移力)的檢測靈敏度相比，使力矩My(旋轉(zhuǎn)力)的檢測靈敏度降低的調(diào)整功能生效，而在圖19所示的支撐三個中繼點m1、m2、m3的附近的實施例中，與之相反地，與力矩My(旋轉(zhuǎn)力)的檢測靈敏度相比，使力Fz(平移力)的檢測靈敏度降低的調(diào)整功能生效。

如上所述，在專利文獻1～3中公開的力覺傳感器的情況下，具有力矩My(旋轉(zhuǎn)力)的檢測靈敏度高于力Fz(平移力)的檢測靈敏度的趨勢。因此，要糾正這樣的趨勢，采用支撐兩個中繼點m1、m2的附近的實施例來抑制力矩My的檢測靈敏度即可。相反，在需要抑制力Fz的檢測靈敏度的情況下，如圖19所示，采用支撐三個中繼點m1、m2、m3的附近的實施例即可。

當然，也能夠采用將定義于連接路徑上的中繼點的數(shù)量增加至四個以上并通過四個以上的基座部來支撐各中繼點的構(gòu)成，但在實際應用上，抑制力矩My的檢測靈敏度時使用兩個中繼點、抑制力Fz的檢測靈敏度時使用三個中繼點就足矣。

<4-10.各變形例的組合>

到目前為止，在§4-0中說明了圖4所示的基本結(jié)構(gòu)體1000的特征，在§4-1至§4-9中闡述了對該基本結(jié)構(gòu)體1000的各種各樣的變形例。當然，各個變形例能自由地組合。例如，雖然在§4-1至§4-3中闡述了關(guān)于內(nèi)側(cè)臂狀部的形態(tài)的各種變形例、在§4-4中闡述了關(guān)于外側(cè)臂狀部的形態(tài)的各種變形例，但這些變形例能夠相互地組合。當然，在§4-5，§4-6中描述的中間變細部、在§4-7中描述的重量調(diào)整部和凸緣部例如也能在§4-8、§4-9中描述的變形例中利用?？傊?，到目前為止已闡述的各個變形例的概念能夠在不產(chǎn)生技術(shù)上的矛盾的范圍內(nèi)相互地組合利用。

<4-11.基本結(jié)構(gòu)體的三維結(jié)構(gòu)>

如在§2中所說明的，在圖4所示的基本結(jié)構(gòu)體1000中，彈性變形部310由通過使沿連接路徑R1伸展的細長的臂狀部件彎曲而得到的結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。在此，該細長的臂狀部件的橫截面既可以為矩形、也可以為圓形，還可以為其它任意形狀。另外，由內(nèi)部中空的管構(gòu)成也沒關(guān)系。

該基本結(jié)構(gòu)體1000中的彈性變形部310的作用如參照圖8及圖9所說明的，在于調(diào)整力Fz(平移力)的檢測靈敏度與力矩My(旋轉(zhuǎn)力)的檢測靈敏度的平衡。正如已闡述的，在圖4所示的基本結(jié)構(gòu)體1000的情況下，與力Fz的檢測靈敏度相比，使力矩My的檢測靈敏度降低的調(diào)整功能生效，而在圖19的變形例所示的基本結(jié)構(gòu)體2005的情況下，與力矩My的檢測靈敏度相比，使力Fz的檢測靈敏度降低的調(diào)整功能生效。

這樣，力Fz與力矩My的檢測靈敏度的調(diào)整功能生效的基本原理是因為，用XZ平面剖開基本結(jié)構(gòu)體后的截面上所出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)具有到目前為止已闡述的固有的特征。例如，在為基本結(jié)構(gòu)體1000的情況下，用XZ平面剖開后的截面上所出現(xiàn)的各截面圖形具有圖5的正截面圖所示的截面結(jié)構(gòu)，由于具有這樣的截面結(jié)構(gòu)，因此參照圖8及圖9所說明的調(diào)整功能將發(fā)揮作用。在圖10～圖19中，將各種各樣的變形例所涉及的基本結(jié)構(gòu)體的特征作為用XZ平面剖開后的截面上所出現(xiàn)的各截面圖形的特征進行了說明，這是因為，上述調(diào)整功能基于用XZ平面剖開時的截面結(jié)構(gòu)的固有的特征而起作用。

因此，在設計本發(fā)明所涉及的基本結(jié)構(gòu)體時，如果使以XZ平面剖開時的截面結(jié)構(gòu)(各截面圖形的形狀、配置)具有到目前為止已述的特征，則實際的三維結(jié)構(gòu)采用什么樣的形態(tài)都沒有關(guān)系。在§2中，作為圖4所示的基本結(jié)構(gòu)體1000的三維結(jié)構(gòu)的典型例，列舉了由沿連接路徑R1伸展的細長的臂狀部件構(gòu)成彈性變形部310的例子，但彈性變形部310的三維結(jié)構(gòu)未必限定于由細長的臂狀部件構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。

例如，可以由通過使圖5所示的彈性變形部圖形310f在Y軸方向(圖的縱深方向)上平行移動與受力體100及支撐體200的縱深寬度大致相同的距離而獲得的三維立體(將平板折彎這樣的形狀的立體)來構(gòu)成彈性變形部310。在這種情況下，基座部320、330也優(yōu)選由通過使圖5所示的基座部圖形320f、330f在Y軸方向上平行移動與受力體100及支撐體200的縱深寬度大致相同的距離而獲得的三維立體來構(gòu)成。

或者，如圖11所示，如果是利用具有相對于Z軸左右對稱的形狀的彈性變形部圖形340f的話，則也可以由通過使該圖形以Z軸為中心軸旋轉(zhuǎn)而獲得的旋轉(zhuǎn)體來構(gòu)成彈性變形部340。在這種情況下，基座部320、330也優(yōu)選由以Z軸為中心軸的旋轉(zhuǎn)體構(gòu)成。因此，實際上，可以由通過使圖11所示的所有的截面圖形(100f、200f、301f)以Z軸為中心軸旋轉(zhuǎn)而獲得的旋轉(zhuǎn)體來構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)體1001。在這種情況下，受力體100及支撐體200由圓盤狀部件構(gòu)成，彈性變形部340由圓形的盤狀部件構(gòu)成，基座部320、330由共通的甜甜圈狀部件構(gòu)成。

從這樣的角度出發(fā)，在本申請中稱為“臂狀部”的部件不一定必須是三維形狀呈臂狀的部件。例如，在圖5所示的實施例的說明中，作為各截面圖形的名稱，使用了第一外側(cè)臂狀部圖形311f、內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f、第二外側(cè)臂狀部圖形313f這樣的用語，雖然將截面為第一外側(cè)臂狀部圖形311f的部件稱為第一外側(cè)臂狀部311，將截面為內(nèi)側(cè)臂狀部圖形312f的部件稱為內(nèi)側(cè)臂狀部312，將截面為第二外側(cè)臂狀部圖形313f的部件稱為第二外側(cè)臂狀部313，但這些各臂狀部311、312、313不一定必須是三維形狀呈臂狀的部件，二維的截面圖形呈臂狀就足矣。

需要注意的是，到目前為止，關(guān)于用XZ平面剖開基本結(jié)構(gòu)體后的截面圖形的形狀及配置，說明了其特征，但用于本發(fā)明的彈性變形部不一定必須配置于XZ平面上，只要被配置在平行于XZ平面的任意的平面上，則就能夠獲得上述的檢測靈敏度的調(diào)整功能。例如，在圖4中示出了將連接路徑R1定義于XZ平面上并由沿該連接路徑R1伸展的細長的臂狀部件來構(gòu)成彈性變形部310的實施例，根據(jù)該實施例，說明了如圖8及圖9所示那樣的檢測靈敏度的調(diào)整功能生效。

然而，連接路徑R1不一定必須為定義于XZ平面上的路徑，即使是定義于平行于XZ平面的任意平面上的路徑也沒關(guān)系。例如，在圖8及圖9中，即使彈性變形部310不是配置于XZ平面上，而是配置于圖的近前側(cè)的平面(平行于XZ平面的平面)上，根據(jù)上述的原理能夠容易理解，檢測靈敏度的調(diào)整功能也生效。因此，在圖10～圖19中，雖然將各種各樣的變形例所涉及的基本結(jié)構(gòu)體的特征作為用XZ平面剖開后的截面上所出現(xiàn)的各截面圖形的特征進行了說明，但實際上，只要通過XZ平面或平行于XZ平面的平面剖開后的截面上所出現(xiàn)的各截面圖形的特征具有到目前為止已闡述的特征，則就會獲得檢測靈敏度的調(diào)整功能，能作為本發(fā)明所涉及的基本結(jié)構(gòu)體加以利用。

例如，在圖10所示的實施例的情況下，設計成連接路徑R1通過原點O。這是為了在配置于原點O附近的垂直的臂狀部分處使方向相反的力+f/-fz對抗的考慮。即，如果進行這樣的設計，則能夠使從左側(cè)傳遞過來的力與從右側(cè)傳遞過來的力在基本結(jié)構(gòu)體1000的中心附近處平衡性良好地對抗，在使基本結(jié)構(gòu)體1000的變形形式穩(wěn)定上是優(yōu)選的。

只是，正如上所述的，連接路徑R1不一定必須定義為XZ平面上的路徑，定義為XZ平面或平行于XZ平面的任意平面上的路徑就足矣。因此，要進行使左右的力在基本結(jié)構(gòu)體1000的中心附近處平衡性良好地對抗這樣的設計，圖10所示的縱向軸(圖中作為Z軸而示出的軸)不一定必須是Z軸(XZ平面上的軸)，可以為包含于YZ平面中的軸。

總之，要進行構(gòu)成為在連接路徑R1上設置平行于Z軸的第一縱向軸及第二縱向軸而使阻礙變形的阻力發(fā)揮至最大限度、且使左右的力在中心附近處平衡性良好地對抗的設計，可以使第一縱向軸或第二縱向軸成為包含于YZ平面中的軸。

需要說明的是，在量產(chǎn)基本結(jié)構(gòu)體時，優(yōu)選采用容易加工的結(jié)構(gòu)。從這樣的角度出發(fā)，例如與設置圖12所示那樣的傾斜的彈性變形部350、圖13所示那樣的彎曲的彈性變形部360相比，優(yōu)選設置圖10、圖11、圖14等所示那樣的曲柄型的彈性變形部。因此，實際應用上，優(yōu)選地，采用具有平行于Z軸的縱向路徑和平行于X軸的橫向路徑的路徑作為連接第一受力點P1與第二受力點P2的連接路徑，并使縱向路徑從第一受力點P1及第二受力點P2延伸，將第一中繼點m1及第二中繼點m2定義于橫向路徑上。

當然，基本結(jié)構(gòu)體的各部的材質(zhì)是任意的，一般而言，使用金屬、樹脂來構(gòu)成即可。

<4-12.力矩Mx的檢測靈敏度調(diào)整>

到目前為止，基于圖8及圖9所示的原理說明了具有調(diào)整力Fz的檢測靈敏度與力矩My的檢測靈敏度的平衡的功能的基本結(jié)構(gòu)體，但能夠容易理解的是，根據(jù)完全相同的原理，能夠?qū)崿F(xiàn)具有調(diào)整力Fz的檢測靈敏度與力矩Mx的檢測靈敏度的平衡的功能的基本結(jié)構(gòu)體。即，如果將圖8及圖9中的橫軸X替換成Y軸，則圖9所示的繞Y軸的力矩My被替換成繞X軸的力矩Mx，從而該基本結(jié)構(gòu)體1000發(fā)揮調(diào)整力Fz的檢測靈敏度與力矩Mx的檢測靈敏度的平衡的作用。

因此，在為圖10～圖19所示的各基本結(jié)構(gòu)體的情況下，如果采用將橫軸X替換成Y軸的構(gòu)成，則也發(fā)揮調(diào)整力Fz的檢測靈敏度與力矩Mx的檢測靈敏度的平衡的作用。這意味著，如果對基本結(jié)構(gòu)體的三維結(jié)構(gòu)進行設計，則能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)整力Fz的檢測靈敏度、力矩Mx的檢測靈敏度、力矩My的檢測靈敏度這三個軸分量的檢測靈敏度的平衡的功能。

例如，如果制作具有如下這樣的三維結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)體：即、用XZ平面或平行于XZ平面的任意的平面剖開后的截面結(jié)構(gòu)具有圖5所示那樣的結(jié)構(gòu)，并且用YZ平面或平行于YZ平面的任意的平面剖開后的截面結(jié)構(gòu)也同樣地具有圖5所示那樣的結(jié)構(gòu)，則該基本結(jié)構(gòu)體將具有調(diào)整上述三個軸分量的檢測靈敏度的平衡的功能。

例如，如果如圖4所示的實施例那樣通過使細長的臂狀部件彎曲而得到的結(jié)構(gòu)體來構(gòu)成彈性變形部310時，若準備兩組那樣的彈性變形部310并使其中一方旋轉(zhuǎn)90°相組合，則能夠?qū)崿F(xiàn)具有三個軸分量的檢測靈敏度調(diào)整功能的基本結(jié)構(gòu)體?；蛘?，如果由通過使圖11中所示的截面圖形以Z軸為中心軸旋轉(zhuǎn)而得到的旋轉(zhuǎn)體來構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)體的話，由于用XZ平面剖開該基本結(jié)構(gòu)體后的截面形狀與用YZ平面剖開該基本結(jié)構(gòu)體后的截面形狀均為圖11的截面圖中所示的形狀，所以仍然獲得具有三個軸分量的檢測靈敏度調(diào)整功能的基本結(jié)構(gòu)體。關(guān)于利用了這樣的基本結(jié)構(gòu)體的力覺傳感器，將在§5中詳述。

<§5.本發(fā)明所涉及的力覺傳感器的基本實施方式>

到目前為止，在§2§4中，以各種各樣的實施例說明了本發(fā)明涉及的基本結(jié)構(gòu)體。該基本結(jié)構(gòu)體的重要特征如前所述，在于具有進行力Fz的檢測靈敏度與力矩My的檢測靈敏度的平衡調(diào)整的功能這點，本發(fā)明固有的作用效果是基于該基本結(jié)構(gòu)體的平衡調(diào)整功能而達到的。因此，在這里，說明使用了之前描述的基本結(jié)構(gòu)體的力覺傳感器的基本實施方式。

<5-1.本發(fā)明所涉及的力覺傳感器的基本構(gòu)成部分>

如在上述專利文獻1～3中也已公開的，采用包括接收作為檢測對象的外力的受力體、用于支撐該受力體的支撐體以及設于受力體與支撐體之間并產(chǎn)生彈性變形的變形體的基本結(jié)構(gòu)體作為機械結(jié)構(gòu)部分的力覺傳感器是公知的。本發(fā)明所涉及的力覺傳感器也采用具有受力體、支撐體、變形體的基本結(jié)構(gòu)體，這一點并沒有變化。只是，本發(fā)明的特征在于進行力Fz的檢測靈敏度與力矩My的檢測靈敏度的平衡調(diào)整的功能，所以本發(fā)明所涉及的力覺傳感器可說成是具有檢測XYZ三維直角坐標系中的各坐標軸方向的力及繞各坐標軸的力矩中的、至少Z軸方向的力Fz及繞Y軸的力矩My的功能的傳感器。

例如，如圖4的實施例中所示，該力覺傳感器具有基本結(jié)構(gòu)體1000，基本結(jié)構(gòu)體1000包括：在以Z軸為垂直軸的方式定義了坐標系時配置于Z軸上的受力體100；Z軸上的、配置于受力體100的下方的支撐體200；以及連接受力體100與支撐體200并因力或力矩的作用而至少局部產(chǎn)生彈性變形的變形體300。而且，該力覺傳感器通過在基本結(jié)構(gòu)體1000上進一步增加檢測元件和檢測電路而構(gòu)成。

在此，檢測元件既可以是檢測變形體300的變形的元件，也可以是檢測變形體300的位移的元件。具體而言，在檢測變形體300的變形狀態(tài)的情況下，電氣檢測彈性變形部310的規(guī)定部位的伸縮狀態(tài)即可。例如，能夠?qū)⒄迟N于彈性變形部310的特定部位上的應變儀用作檢測元件。如果考慮圖8及圖9所示那樣的變形形式，可知，在彈性變形部310的各部上產(chǎn)生對應于所作用的外力的固有的應變。因此，如果預先將應變儀粘貼于彈性變形部310的規(guī)定部位(表面產(chǎn)生伸縮的部位)，則能夠?qū)⒏鞑可袭a(chǎn)生的機械應變電氣檢測為應變儀的電阻的變化，并能檢測關(guān)于所作用的外力的特定軸分量的大小。

另一方面，在檢測變形體300的位移狀態(tài)的情況下，電氣檢測彈性變形部310的規(guī)定部位與支撐體200的規(guī)定部位之間的距離即可。在這種情況下，將具有形成于彈性變形部310的規(guī)定部位上的位移電極和形成于支撐體200的與位移電極相對的位置上的固定電極的多個電容元件用作檢測元件即可。當兩電極間距離由于位移電極的位移而變化時，電容元件的靜電電容值發(fā)生變化，所以能夠?qū)l(fā)生的位移電氣檢測為靜電電容值的變化。檢測電路通過進行基于多個電容元件的靜電電容值的運算處理，從而能夠輸出至少表示Z軸方向的力Fz及繞Y軸的力矩My的電信號。

<5-2.力覺傳感器3000的截面結(jié)構(gòu)>

接著，說明能夠檢測XYZ三維直角坐標系的六個軸分量中的力Fz、力矩Mx、力矩My這三個軸分量的力覺傳感器3000的截面結(jié)構(gòu)。圖20及圖21為示出這樣的力覺傳感器3000的構(gòu)成的截面圖及框圖。在圖20的上段畫出的截面圖是用XZ平面將該力覺傳感器3000的基本結(jié)構(gòu)體的部分切開后的正截面圖，在圖21的上段畫出的截面圖是用YZ平面將基本結(jié)構(gòu)體的部分切開后的側(cè)截面圖。

在圖20中，通過取原點O于該基本結(jié)構(gòu)體的中心位置、取X軸朝著圖的右方、取Z軸朝著圖的上方、取Y軸朝著圖的紙面垂直向內(nèi)方向來定義XYZ三維直角坐標系。另一方面，在圖21中，取Y軸朝著圖的右方、取Z軸朝著圖的上方、取X軸朝著圖的紙面垂直向外方向。實際上，圖20的上段的正截面圖與圖21的上段的側(cè)截面圖在幾何學上是完全相同的。換句話說，這里所示的基本結(jié)構(gòu)體具有不論用XZ平面剖開還是用YZ平面剖開均獲得相同的截面的三維結(jié)構(gòu)。

圖示的基本結(jié)構(gòu)體是與圖14中例示的基本結(jié)構(gòu)體2000近似的結(jié)構(gòu)體，具有受力體150、支撐體250、變形體500。受力體150及支撐體250與圖14中例示的同樣，由具有平行于XY平面的上表面及下表面的板狀部件構(gòu)成。在此處所示的實施例的情況下，受力體150及支撐體250均由平面呈正方形的相同大小的板狀部件構(gòu)成。

另一方面，變形體500為用XZ平面剖開后的截面具有圖20所示的結(jié)構(gòu)、且用YZ平面剖開后的截面具有圖21所示的結(jié)構(gòu)這樣的三維結(jié)構(gòu)體。在此，為便于說明，將圖20中所示的用XZ平面剖開后的截面上所出現(xiàn)的部件稱為“關(guān)于X軸的部件”，將圖21中所示的用YZ平面剖開后的截面上所出現(xiàn)的部件稱為“關(guān)于Y軸的部件”。

那樣的話，該變形體500中的“關(guān)于X軸的部件”正如其截面圖形在圖20中所示出的那樣，由規(guī)定部位與受力體150連接并產(chǎn)生彈性變形的關(guān)于X軸的彈性變形部510、以及將該關(guān)于X軸的彈性變形部510的規(guī)定部位固定于支撐體250的關(guān)于X軸的第一基座部520及關(guān)于X軸的第二基座部530構(gòu)成。同樣地，該變形體500中的“關(guān)于Y軸的部件”正如其截面圖形在圖21中所示出的那樣，由規(guī)定部位與受力體150連接并產(chǎn)生彈性變形的關(guān)于Y軸的彈性變形部540、以及將該關(guān)于Y軸的彈性變形部540的規(guī)定部位固定于支撐體250的關(guān)于Y軸的第一基座部550及關(guān)于Y軸的第二基座部560構(gòu)成。

需要注意的是，如上所述，在本申請中，將用規(guī)定平面剖開構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)體的各部時在截面上所出現(xiàn)的各個幾何學圖形分別用在原來的各部的名稱的末尾附加了“圖形”這個詞的名稱來進行稱呼，并標注在原來的各部的符號的末尾追加了“f”這個符號(圖形(figure)的意思)的符號加以示出。因此，在圖20及圖21中所示出的各截面圖形的符號的末尾附加有“f”。

另外，關(guān)于截面出現(xiàn)在圖20及圖21雙方中的部件，可通過在其截面圖形的符號的末尾標以“fx”或“fy”來加以區(qū)分。例如，由于受力體150、支撐體250、變形體500的各截面圖形在圖20及圖21雙方中均出現(xiàn)，所以在圖20中稱為關(guān)于X軸的受力體圖形150fx、關(guān)于X軸的支撐體圖形250fx、關(guān)于X軸的變形體圖形500fx，在圖21中稱為關(guān)于Y軸的受力體圖形150fy、關(guān)于Y軸的支撐體圖形250fy、關(guān)于Y軸的變形體圖形500fy。

首先，一面參照在圖20的上段所示的正截面圖，一面詳述用XZ平面剖開該基本結(jié)構(gòu)體時的截面結(jié)構(gòu)。正如上所述的，在該正截面圖中包括有關(guān)于X軸的受力體圖形150fx、關(guān)于X軸的支撐體圖形250fx以及關(guān)于X軸的變形體圖形500fx。而且，關(guān)于X軸的變形體圖形500fx包括：作為關(guān)于X軸的彈性變形部510的截面的關(guān)于X軸的彈性變形部圖形510f、作為關(guān)于X軸的第一基座部520的截面的關(guān)于X軸的第一基座部圖形520f以及作為關(guān)于X軸的第二基座部530的截面的關(guān)于X軸的第二基座部圖形530f。

進而，關(guān)于X軸的彈性變形部圖形510f是沿著連接定義于關(guān)于X軸的受力體圖形150fx的輪廓上的關(guān)于X軸的第一受力點P11與關(guān)于X軸的第二受力點P12的規(guī)定的關(guān)于X軸的連接路徑R10而配置并連結(jié)關(guān)于X軸的第一受力點P11與關(guān)于X軸的第二受力點P12的圖形。

另外，關(guān)于X軸的第一基座部圖形520f在定義于關(guān)于X軸的連接路徑R10上的關(guān)于X軸的第一中繼點m11的附近處與關(guān)于X軸的彈性變形部圖形510f連接，關(guān)于X軸的第二基座部圖形530f在定義于關(guān)于X軸的連接路徑R10上的關(guān)于X軸的第二中繼點m12的附近處與關(guān)于X軸的彈性變形部圖形510f連接。

接下來，一面參照在圖21的上段所示的側(cè)截面圖，一面詳述用YZ平面剖開該基本結(jié)構(gòu)體時的截面結(jié)構(gòu)。正如上所述的，在該側(cè)截面圖中包括有關(guān)于Y軸的受力體圖形150fy、關(guān)于Y軸的支撐體圖形250fy以及關(guān)于Y軸的變形體圖形500fy。而且，關(guān)于Y軸的變形體圖形500fy包括：作為關(guān)于Y軸的彈性變形部540的截面的關(guān)于Y軸的彈性變形部圖形540f、作為關(guān)于Y軸的第一基座部550的截面的關(guān)于Y軸的第一基座部圖形550f以及作為關(guān)于Y軸的第二基座部560的截面的關(guān)于Y軸的第二基座部圖形560f。

進而，關(guān)于Y軸的彈性變形部圖形540f是沿著連接定義于關(guān)于Y軸的受力體圖形150fy的輪廓上的關(guān)于Y軸的第一受力點P21與關(guān)于Y軸的第二受力點P22的規(guī)定的關(guān)于Y軸的連接路徑R11而配置并連結(jié)關(guān)于Y軸的第一受力點P21與關(guān)于Y軸的第二受力點P22的圖形。

另外，關(guān)于Y軸的第一基座部圖形550f在定義于關(guān)于Y軸的連接路徑R11上的關(guān)于Y軸的第一中繼點m21的附近處與關(guān)于Y軸的彈性變形部圖形540f連接，關(guān)于Y軸的第二基座部圖形560f在定義于關(guān)于Y軸的連接路徑R11上的關(guān)于Y軸的第二中繼點m22的附近處與關(guān)于Y軸的彈性變形部圖形540f連接。

結(jié)果，在此所示的變形體500可說成是由關(guān)于X軸的彈性變形部510、關(guān)于X軸的第一基座部520、關(guān)于X軸的第二基座部530、關(guān)于Y軸的彈性變形部540、關(guān)于Y軸的第一基座部550、以及關(guān)于Y軸的第二基座部560構(gòu)成的部件。

在此，正如圖20所示的，關(guān)于X軸的彈性變形部510連結(jié)關(guān)于X軸的第一受力點P11與關(guān)于X軸的第二受力點P12，關(guān)于X軸的第一基座部520連結(jié)關(guān)于X軸的彈性變形部510的關(guān)于X軸的第一中繼點m11的附近與定義于支撐體250上的關(guān)于X軸的第一支撐點Q11，關(guān)于X軸的第二基座部530連結(jié)關(guān)于X軸的彈性變形部510的關(guān)于X軸的第二中繼點m12的附近與定義于支撐體250上的關(guān)于X軸的第二支撐點Q12。

另一方面，正如圖21所示的，關(guān)于Y軸的彈性變形部540連結(jié)關(guān)于Y軸的第一受力點P21和關(guān)于Y軸的第二受力點P22，關(guān)于Y軸的第一基座部550連結(jié)關(guān)于Y軸的彈性變形部540的關(guān)于Y軸的第一中繼點m21的附近與定義于支撐體250上的關(guān)于Y軸的第一支撐點Q21，關(guān)于Y軸的第二基座部560連結(jié)關(guān)于Y軸的彈性變形部540的關(guān)于Y軸的第二中繼點m22的附近與定義于支撐體250上的關(guān)于Y軸的第二支撐點Q22。

在這里所示的實施例中，也與在§2§4中所述的實施例同樣地，各基座部圖形520f、530f、550f、560f的與彈性變形部圖形510f、540f的連接端構(gòu)成寬度比其它部分窄的狹窄圖形。為此，彈性變形部的各中繼點附近被支撐為相對于基座部擺動。具體而言，發(fā)生如下這樣的擺動現(xiàn)象。

首先，在將支撐體250已固定的狀態(tài)下力Fz作用于受力體150時、以及在將支撐體250已固定的狀態(tài)下力矩My作用于受力體150時，在圖20中，關(guān)于X軸的彈性變形部510的關(guān)于X軸的第一中繼點m11的附近以與關(guān)于X軸的第一基座部520的連接點為支點，相對于關(guān)于X軸的第一基座部520在X軸方向上(向X軸方向)擺動，關(guān)于X軸的彈性變形部510的關(guān)于X軸的第二中繼點m12的附近以與關(guān)于X軸的第二基座部530的連接點為支點，相對于關(guān)于X軸的第二基座部530在X軸方向上(向X軸方向)擺動。在此，所謂的“在X軸方向上(向X軸方向)擺動”意思是，以通過上述支點并平行于Y軸的軸為中心軸進行旋轉(zhuǎn)運動。

另一方面，在將支撐體250已固定的狀態(tài)下力Fz作用于受力體150時、以及在將支撐體250已固定的狀態(tài)下力矩Mx作用于受力體150時，在圖21中，關(guān)于Y軸的彈性變形部540的關(guān)于Y軸的第一中繼點m21的附近以與關(guān)于Y軸的第一基座部550的連接點為支點，相對于關(guān)于Y軸的第一基座部550在Y軸方向上(向Y軸方向)擺動，關(guān)于Y軸的彈性變形部540的關(guān)于Y軸的第二中繼點m22的附近以與關(guān)于Y軸的第二基座部560的連接點為支點，相對于關(guān)于Y軸的第二基座部560在Y軸方向上(向Y軸方向)擺動。在此，所謂的“在Y軸方向上(向Y軸方向)擺動”意思是，以通過上述支點并平行于X軸的軸為中心軸進行旋轉(zhuǎn)運動。

需要注意的是，如圖20所示，關(guān)于X軸的第一受力點P11配置于具有負的X坐標值的位置，關(guān)于X軸的第二受力點P12配置于具有正的X坐標值的位置。另外，如圖21所示，關(guān)于Y軸的第一受力點P21配置于具有負的Y坐標值的位置，關(guān)于Y軸的第二受力點P22配置于具有正的Y坐標值的位置。

具有這樣的結(jié)構(gòu)性特征的基本結(jié)構(gòu)體具有調(diào)整力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡的功能，這一點已在前面進行了敘述。具體而言，在此所示的基本結(jié)構(gòu)體由于具有圖20所示的結(jié)構(gòu)作為用XZ平面剖開后的截面，因此與作為平移力的力Fz作用的情況相比，在作為旋轉(zhuǎn)力的力矩My作用的情況下，阻礙變形的更大的阻力成分發(fā)揮作用。另一方面，在此所示的基本結(jié)構(gòu)體由于具有圖21所示的結(jié)構(gòu)作為用YZ平面剖開后的截面，因此與作為平移力的力Fz作用的情況相比，在作為旋轉(zhuǎn)力的力矩Mx作用的情況下，阻礙變形的更大的阻力成分也會發(fā)揮作用。

正如上所述的，該力覺傳感器3000具有檢測力Fz、力矩Mx、力矩My這三個軸分量的功能，但由于與力Fz的檢測靈敏度相比，力矩Mx、My的檢測靈敏度降低，因此能夠使三個軸分量Fz、Mx、My的檢測靈敏度盡量地均勻。在上述的專利文獻1～3中所公開的現(xiàn)有的力覺傳感器的情況下，存在力矩Mx、My的檢測靈敏度相比于力Fz的檢測靈敏度變得過高的傾向，而在這里所示的力覺傳感器300中，那樣的問題得到糾正。

<5-3.力覺傳感器3000的檢測動作>

接著，說明由圖20及圖21所示的力覺傳感器3000進行的具體的檢測動作。該力覺傳感器3000通過在§5-2中已述的基本結(jié)構(gòu)體的基礎(chǔ)上增加檢測元件和檢測電路而構(gòu)成。在此所示的實施例使用了四組電容元件作為檢測元件。

在圖20的上段的正截面圖及圖21的上段的側(cè)截面圖上，用粗線畫出了用于構(gòu)成四組電容元件C1C4的位移電極E11E14以及固定電極E21E24的截面。四組電容元件C1C4發(fā)揮作為檢測變形體500的特定部位的位移的檢測元件的作用。另一方面，在圖20及圖21的下段畫出了表示檢測電路900的方框。該檢測電路900基于檢測元件(四組電容元件C1C4)的檢測結(jié)果，輸出表示在負荷施加于受力體150和支撐體250中一方的狀態(tài)下作用于另一方的外力的三個軸分量、即Z軸方向的力Fz、繞Y軸的力矩My、繞X軸的力矩Mx的電信號。

需要注意的是，圖示的電容元件C1C4雖然是檢測變形體500的特定部位相對于支撐體250的位移的檢測元件，但即使使用檢測變形體500相對于受力體150的位移的檢測元件也沒關(guān)系(在這種情況下，將固定電極形成于受力體150側(cè))?；蛘?，也可以設置檢測受力體150相對于支撐體250的位移、支撐體250相對于受力體150的位移的檢測元件(例如，通過使固定于支撐體250的固定電極與固定于受力體150的位移電極相對來構(gòu)成電容元件即可)。

另外，在此雖然對檢測在負荷施加于支撐體250的狀態(tài)(例如將支撐體250固定的狀態(tài))下作用于受力體150的外力的各軸分量的動作進行了說明，但是，根據(jù)力的作用反作用定律，反過來檢測在負荷施加于受力體150的狀態(tài)(例如將受力體150固定的狀態(tài))下作用于支撐體250的外力的各軸分量的動作實質(zhì)上也是等效的。

這里，在圖20中，將由位移電極E11和固定電極E21構(gòu)成的對置電極對稱為電容元件C1，其靜電電容值也用相同的符號C1表示，將由位移電極E12和固定電極E22構(gòu)成的對置電極對稱為電容元件C2，其靜電電容值也用相同的符號C2表示。如圖所示，檢測電路900取得表示這些靜電電容值C1、C2的電信號。

同樣地，在圖21中，將由位移電極E13和固定電極E23構(gòu)成的對置電極對稱為電容元件C3，其靜電電容值也用相同的符號C3表示，將由位移電極E14和固定電極E24構(gòu)成的對置電極對稱為電容元件C4，其靜電電容值也用相同的符號C4表示。如圖所示，檢測電路900取得表示這些靜電電容值C3、C4的電信號。結(jié)果，向檢測電路900供給表示四組靜電電容值C1、C2、C3、C4的電信號。

需要注意的是，如圖20所示，在關(guān)于X軸的連接路徑R10的關(guān)于X軸的第一受力點P11與關(guān)于X軸的第一中繼點m11之間的區(qū)間設有呈U字狀的關(guān)于X軸的第一U字狀迂回路U11，在關(guān)于X軸的連接路徑R10的關(guān)于X軸的第二中繼點m12與關(guān)于X軸的第二受力點P12之間的區(qū)間設有呈U字狀的關(guān)于X軸的第二U字狀迂回路U12。因此，關(guān)于X軸的第一外側(cè)臂狀部511具有沿著第一U字狀迂回路U11的迂回部，關(guān)于X軸的第二外側(cè)臂狀部513具有沿著第二U字狀迂回路U12的迂回部。

同樣地，如圖21所示，在關(guān)于Y軸的連接路徑R11的關(guān)于Y軸的第一受力點P21與關(guān)于Y軸的第一中繼點m21之間的區(qū)間設有呈U字狀的關(guān)于Y軸的第一U字狀迂回路U21，在關(guān)于Y軸的連接路徑R11的關(guān)于Y軸的第二中繼點m22與關(guān)于Y軸的第二受力點P22之間的區(qū)間設有呈U字狀的關(guān)于Y軸的第二U字狀迂回路U22。因此，關(guān)于Y軸的第一外側(cè)臂狀部541具有沿著第一U字狀迂回路U21的迂回部，關(guān)于Y軸的第二外側(cè)臂狀部543具有沿著第二U字狀迂回路U22的迂回部。

在此，著眼于各位移電極E11E14的形成位置可知，其均被形成于外側(cè)臂狀部的U字狀迂回部的下表面。即，如圖20所示，位移電極E11形成于關(guān)于X軸的第一外側(cè)臂狀部511的沿著U字狀迂回路U11的迂回部的底面，位移電極E12形成于關(guān)于X軸的第二外側(cè)臂狀部513的沿著U字狀迂回路U12的迂回部的底面。另外，如圖21所示，位移電極E13形成于關(guān)于Y軸的第一外側(cè)臂狀部541的沿著U字狀迂回路U21的迂回部的底面，位移電極E14形成于關(guān)于Y軸的第二外側(cè)臂狀部543的沿著U字狀迂回路U22的迂回部的底面。

一般而言，如果在外側(cè)臂狀部設置U字狀迂回部，則能夠使變形體500的變形形式多樣化，獲得能夠使變形體500變形為各種形狀的優(yōu)點，這一點正如以前在§4-4中所述的。而且，在如這里所述的力覺傳感器3000那樣使用電容元件作為檢測元件的實施例中，設于外側(cè)臂狀部的U字狀迂回部還能發(fā)揮提供位移電極的形成場所的作用。正如圖所示的，由于U字狀迂回部的底面位于支撐體250的上表面的附近，因此如果將位移電極形成于該底面上并將固定電極形成于支撐體250的上表面的相對位置，則就可以獲得最適于作為檢測元件的作用的電容元件C1C4。

即，正如圖20所示的，由固定于關(guān)于X軸的彈性變形部510中的、沿關(guān)于X軸的第一U字狀迂回路U11而配置的部分的底面的第一位移電極E11和固定于支撐體250的上表面的與第一位移電極E11相對的部分上的第一固定電極E21構(gòu)成第一電容元件C1。另外，由固定于關(guān)于X軸的彈性變形部510中的、沿關(guān)于X軸的第二U字狀迂回路U12而配置的部分的底面的第二位移電極E12和固定于支撐體250的上表面的與第二位移電極E12相對的部分上的第二固定電極E22構(gòu)成第二電容元件C2。

同樣地，正如圖21所示的，由固定于關(guān)于Y軸的彈性變形部540中的、沿關(guān)于Y軸的第一U字狀迂回路U21而配置的部分的底面的第三位移電極E13和固定于支撐體250的上表面的與第三位移電極E13相對的部分上的第三固定電極E23構(gòu)成第三電容元件C3。另外，由固定于關(guān)于Y軸的彈性變形部540中的、沿關(guān)于Y軸的第二U字狀迂回路U22而配置的部分的底面的第四位移電極E14和固定于支撐體250的上表面的與第四位移電極E14相對的部分上的第四固定電極E24構(gòu)成第四電容元件C4。

這里，試考慮在將支撐體250固定的狀態(tài)下外力作用于受力體150時各電容元件C1C4的舉動。首先，在向下方的力-Fz作用于了受力體150的情況下，外側(cè)臂狀部511、513、541、543均向下方位移，因此四組電容元件C1C4的電極間隔均變窄，靜電電容值C1C4均增加。相反，在向上方的力+Fz作用于了受力體150的情況下，外側(cè)臂狀部511、513、541、543均向上方位移，因此四組電容元件C1C4的電極間隔均擴大，靜電電容值C1C4均減少。

因此，如果預先使檢測電路900具有通過-Fz＝C1+C2+C3+C4的運算處理來求出所作用的力Fz的值的功能，則能夠輸出表示力Fz的電信號。在這種情況下，實際上，需要將沒有任何力作用于受力體150時的運算值Fz的值設定為作為基準的零點的處理。

另一方面，在圖20中，當在將支撐體250固定的狀態(tài)下有順時針方向的力矩+My作用于受力體150時，外側(cè)臂狀部511向上方位移，外側(cè)臂狀部513向下方位移，因此電容元件C1的電極間隔擴大，靜電電容值C1減少，而電容元件C2的電極間隔變窄，靜電電容值C2增加。相反，在逆時針方向的力矩-My作用于受力體150的情況下，外側(cè)臂狀部511向下方位移，外側(cè)臂狀部513向上方位移，因此電容元件C1的電極間隔變窄，靜電電容值C1增加，而電容元件C2的電極間隔擴大，靜電電容值C2減少。

這樣，在作用有力矩+My、-My時，圖21所示的外側(cè)臂狀部541、543在X軸方向上傾斜少許，位移電極E13、E14傾斜少許，因此電容元件C3、C4的電極間隔為一部分變窄而另一部分變大，所以平均電極間隔并沒有發(fā)生變化。為此，靜電電容值C3、C4并沒有發(fā)生變化。

因此，如果預先使檢測電路900具有通過My＝C2-C1的運算處理來求出所作用的力矩My的值的功能，則能夠輸出表示力矩My的電信號。在這種情況下，如果基本結(jié)構(gòu)體預先設計成相對于YZ平面具有對稱性，則在沒有任何力作用于受力體150時，靜電電容值為C1＝C2，所以通過My＝C2-C1這一運算處理求出的力矩My的值為直接表示正確的零點的檢測值。

同樣地，在圖21中，當在將支撐體250固定的狀態(tài)下有順時針方向的力矩-Mx作用于受力體150時，外側(cè)臂狀部541向上方位移，外側(cè)臂狀部543向下方位移，因此電容元件C3的電極間隔擴大，靜電電容值C3減少，而電容元件C4的電極間隔變窄，靜電電容值C4增加。相反，在逆時針方向的力矩+Mx作用于受力體150的情況下，外側(cè)臂狀部541向下方位移，外側(cè)臂狀部543向上方位移，因此電容元件C3的電極間隔變窄，靜電電容值C3增加，而電容元件C4的電極間隔擴大，靜電電容值C4減少。

這樣，在作用有力矩+Mx、-Mx時，圖20所示的外側(cè)臂狀部511、513在Y軸方向上傾斜少許，位移電極E11、E12傾斜少許，因此電容元件C1、C2的電極間隔為一部分變窄而另一部分變大，所以平均電極間隔并沒有發(fā)生變化。為此，靜電電容值C1、C2并沒有發(fā)生變化。

因此，如果預先使檢測電路900具有通過Mx＝C3-C4的運算處理來求出所作用的力矩Mx的值的功能，則能夠輸出表示力矩Mx的電信號。在這種情況下，如果基本結(jié)構(gòu)體預先設計成相對于XZ平面具有對稱性，則在沒有任何力作用于受力體150時，靜電電容值變?yōu)镃3＝C4，所以通過Mx＝C3-C4這一運算處理而求出的力矩Mx的值為直接表示正確的零點的檢測值。

結(jié)果，包含在力覺傳感器3000中的檢測電路900進行如下的處理：即、將第一電容元件C1的靜電電容值與第二電容元件C2的靜電電容值之差作為表示繞Y軸的力矩My的電信號而輸出，將第三電容元件C3的靜電電容值與第四電容元件C4的靜電電容值之差作為表示繞X軸的力矩Mx的電信號而輸出，將第一電容元件C1的靜電電容值、第二電容元件C2的靜電電容值、第三電容元件C3的靜電電容值以及第四電容元件C4的靜電電容值的總和作為表示Z軸方向的力Fz的電信號而輸出。

通過這樣的檢測原理，圖20以及圖21所示的力覺傳感器3000能夠輸出三個軸分量Fz、Mx、My的檢測值。而且，通過上述運算處理求出的Fz、Mx、My的各軸分量的檢測值是不包含其它軸分量的值，因此能夠沒有相互干涉地獨立地獲得三個軸分量的檢測值。另外，正如上所述的，如果利用圖20及圖21所示的基本結(jié)構(gòu)體，則能夠調(diào)整力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡。即，能夠使力矩Mx、My的檢測靈敏度與力Fz的檢測靈敏度相比降低，因此能夠使三個軸分量Fz、Mx、My的檢測靈敏度盡量均勻化。

需要注意的是，在圖示的實施例中，與位移電極E11E14的尺寸相比，相對的固定電極E21E24的尺寸更大，這是出于即便兩電極的相對位置發(fā)生了偏離，實效相對面積也總是為一定(位移電極的面積總是為實效相對面積)的考慮。

即，由于變形體500具有多樣的變形形式，所以存在位移電極與固定電極的相對位置發(fā)生偏離的可能性，但是，如果如圖示的例子那樣預先使位移電極的尺寸比固定電極的尺寸小一圈，則即使在相對位置發(fā)生了偏離的情況下，作為電容元件發(fā)揮功能的實效相對面積也總是為一定。因此，靜電電容值的變動將會完全起因于相對的電極的電極間距離的變化而產(chǎn)生。當然，也可以預先使固定電極的尺寸比位移電極的尺寸小一圈。

〈5-4.力覺傳感器3000的第一三維結(jié)構(gòu)例〉

至目前為止，在§5-2中說明了力覺傳感器3000的截面結(jié)構(gòu)，在§5-3中說明了力覺傳感器3000的檢測動作。而且，根據(jù)該力覺傳感器3000，還說明了獲得使三個軸分量Fz、Mx、My的檢測靈敏度均勻化的優(yōu)點這點。在此，力Fz的檢測靈敏度與力矩My的檢測靈敏度被均勻化的效果是由于通過XZ平面剖開基本結(jié)構(gòu)體時的截面結(jié)構(gòu)具有圖20所示的固有特征而獲得的效果，力Fz的檢測靈敏度與力矩Mx的檢測靈敏度被均勻化的效果是由于通過YZ平面剖開基本結(jié)構(gòu)體時的截面結(jié)構(gòu)具有圖21所示的固有特征而獲得的效果。

因此，如果是各截面結(jié)構(gòu)具有圖20及圖21所示的固有特征的基本結(jié)構(gòu)體的話，則不論具體的三維結(jié)構(gòu)為什么樣的，都可以獲得使三個軸分量Fz、Mx、My的檢測靈敏度均勻化的效果。換句話說，在設計具體的力覺傳感器3000上，如果滿足出現(xiàn)在XZ切斷面上的截面結(jié)構(gòu)具有圖20那樣的特征、出現(xiàn)在YZ切斷面上的截面結(jié)構(gòu)具有圖21那樣的特征的條件，則基本結(jié)構(gòu)體的具體三維結(jié)構(gòu)可以為任意的結(jié)構(gòu)。不過，在此闡述具有適于商業(yè)利用的三維結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)體的具體例。

圖22是示出將圖20及圖21所示的力覺傳感器3000作為三維結(jié)構(gòu)體具體化后的作為第一實施例的力覺傳感器3001的俯視圖及框圖。上段的俯視圖示出了將受力體150卸下后的狀態(tài)的基本結(jié)構(gòu)體及檢測元件(構(gòu)成電容元件的電極)，下段的框圖示出了檢測電路900。

在上段的俯視圖中，取X軸朝著圖的右方，取Y軸朝著圖的上方，取Z軸朝著紙面垂直方向。如圖所示，支撐體250為正方形狀的基板，在其上配置有變形體500。Z軸貫通該正方形狀的支撐體250的中心，原點O被畫在支撐體250的中心點。在實際的力覺傳感器3001中，在變形體500的上方(圖的近前方向)配置由正方形狀的基板構(gòu)成的受力體150，圖22中示出的是將受力體150卸下后的狀態(tài)。當然，如果在該圖22所示的結(jié)構(gòu)體上追加受力體150并用XZ平面剖開，則可獲得圖20所示的截面圖，如果用YZ平面剖開，則可獲得圖21所示的截面圖。

該力覺傳感器3001是通過使配置于XZ平面上的細長的臂狀部件彎曲而得到的結(jié)構(gòu)體來構(gòu)成關(guān)于X軸的彈性變形部510(在圖20中示出了截面圖形510f)并通過使配置于YZ平面上的細長的臂狀部件彎曲而得到的結(jié)構(gòu)體來構(gòu)成關(guān)于Y軸的彈性變形部540(在圖21中示出了截面圖形540f)的例子。不過，關(guān)于X軸的彈性變形部510與關(guān)于Y軸的彈性變形部540在與Z軸交叉的位置處結(jié)合，實際上，構(gòu)成一體化的結(jié)構(gòu)體。在圖22的俯視圖中，該一體化的結(jié)構(gòu)體作為十字狀的部件而被示出。

在圖示的例子中，作為構(gòu)成彈性變形部510、540的細長的臂狀部件，使用了橫截面為矩形的棱柱部件，但既可以使用橫截面為圓的圓柱部件，也可以使用內(nèi)部中空的管。當然，也可以根據(jù)需要而適當使用在§4-5、§4-6、§4-7的變形例中說明過的中間變細部、重量調(diào)整部、凸緣部等。

在圖22中，定義于關(guān)于X軸的連接路徑R10(彈性變形部510所沿的路徑)上的關(guān)于X軸的第一中繼點m11及關(guān)于X軸的第二中繼點m12用x符號畫出，定義于關(guān)于Y軸的連接路徑R11(彈性變形部540所沿的路徑)上的關(guān)于Y軸的第一中繼點m21及關(guān)于Y軸的第二中繼點m22也用x符號畫出。而且，示出了各中繼點m11、m12、m21、m22的下方位置分別由基座部520、530、550、560支撐著的狀態(tài)。在該實施例中，各基座部520、530、550、560由圓柱狀的結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。當然，各基座部520、530、550、560的上端窄，在接近于點接觸的狀態(tài)下支撐彈性變形部510、540的下表面。

在圖22中畫出了固定于支撐體250的上表面的四組固定電極E21E24。在圖示的例子中，各固定電極E21E24呈正方形狀。彈性變形部510、540的U字狀迂回部的底面位于這些固定電極E21E24的上方，在該底面上形成有位移電極E11E14(未在圖中出現(xiàn))。

對四組固定電極E21E24和未圖示的四組位移電極E11E14實施與檢測電路900間的布線(省略圖示)。檢測電路900經(jīng)由這些布線來檢測四組電容元件C1C4的靜電電容值，并通過上述的運算處理而輸出三個軸分量Fz、Mx、My的檢測值。

〈5-5.力覺傳感器3000的第二三維結(jié)構(gòu)例〉

圖23是示出將圖20及圖21所示的力覺傳感器3000作為三維結(jié)構(gòu)體具體化后的作為第二實施例的力覺傳感器3002的俯視圖及框圖。仍然是上段的俯視圖示出了將受力體150卸下后的狀態(tài)的基本結(jié)構(gòu)體及檢測元件(構(gòu)成電容元件的電極)，下段的框圖示出了檢測電路900。

在上段的俯視圖中，取X軸朝著圖的右方，取Y軸朝著圖的上方，取Z軸朝著紙面垂直方向。如圖所示，支撐體250為正方形狀的基板，在其上配置有變形體500。Z軸貫通該正方形狀的支撐體250的中心，原點O被畫在支撐體250的中心點。在實際的力覺傳感器3002中，在變形體500的上方(圖的近前方向)配置由正方形狀的基板構(gòu)成的受力體150，但在圖23中示出的是將受力體150卸下后的狀態(tài)。

當然，如果在該圖23所示的結(jié)構(gòu)體上追加受力體150并用XZ平面剖開，則可獲得圖20所示的截面圖，如果用YZ平面剖開，則可獲得圖21所示的截面圖。即，圖20所示的關(guān)于X軸的變形體圖形500fx是通過XZ平面剖開圖23所示的變形體500時所獲得的截面圖形，圖21所示的關(guān)于Y軸的變形體圖形500fy是通過YZ平面剖開圖23所示的變形體500時所獲得的截面圖形。結(jié)果，不論是圖22所示的力覺傳感器3001還是圖23所示的力覺傳感器3002，關(guān)于其基本結(jié)構(gòu)體的XZ切斷面如圖20所示，YZ切斷面如圖21所示，所以在獲得使三個軸分量Fz、Mx、My的檢測靈敏度均勻化的效果這一點上并沒有區(qū)別。兩者只是作為三維結(jié)構(gòu)體的具體化方法不同。

在圖23所示的力覺傳感器3002的情況下，關(guān)于X軸的彈性變形部510(在圖20中示出了截面圖形510f)以及關(guān)于Y軸的彈性變形部540(在圖21中示出了截面圖形540f)通過共同的旋轉(zhuǎn)體而被具體化。如圖20以及圖21所示，關(guān)于X軸的彈性變形部510以及關(guān)于Y軸的彈性變形部540f均關(guān)于Z軸呈對稱形狀。而且，關(guān)于X軸的彈性變形部圖形510f與關(guān)于Y軸的彈性變形部圖形540f為幾何學上的全等(congruent)圖形。

因此，如果由通過使該全等圖形以Z軸為中心軸旋轉(zhuǎn)而獲得的旋轉(zhuǎn)體來形成合并(統(tǒng)合)彈性變形部570(參照圖23)，則該合并彈性變形部570的一部分作為關(guān)于X軸的彈性變形部510而發(fā)揮功能，另外的一部分作為關(guān)于Y軸的彈性變形部540而發(fā)揮功能。

同樣地，在圖23所示的力覺傳感器3002的情況下，各基座部520、530、550、560也通過共同的旋轉(zhuǎn)體而被具體化。如圖20所示，如果考慮通過關(guān)于X軸的第一基座部圖形520f和關(guān)于X軸的第二基座部圖形530f構(gòu)成的關(guān)于X軸的基座部圖形組的話，則該關(guān)于X軸的基座部圖形組關(guān)于Z軸呈對稱形狀。另外，如圖21所示，如果考慮通過關(guān)于Y軸的第一基座部圖形550f和關(guān)于Y軸的第二基座部圖形560f構(gòu)成的關(guān)于Y軸的基座部圖形組的話，則該關(guān)于Y軸的基座部圖形組也關(guān)于Z軸呈對稱形狀。而且，關(guān)于X軸的基座部圖形組與關(guān)于Y軸的基座部圖形組為幾何學上的全等圖形。

因此，如果由通過使該全等圖形以Z軸為中心軸旋轉(zhuǎn)而獲得的旋轉(zhuǎn)體來形成合并基座部580(參照圖23)的話，則能夠分別由該合并基座部580的一部分來構(gòu)成關(guān)于X軸的第一基座部520、關(guān)于X軸的第二基座部530、關(guān)于Y軸的第一基座部550、關(guān)于Y軸的第二基座部560。

在圖23的上段的俯視圖中所示出的變形體500為具有上述的合并彈性變形部570和合并基座部580的三維結(jié)構(gòu)體。圖中用實線及虛線畫出的同心圓表示合并彈性變形部570的輪廓及階梯部分，圖中用點劃線畫出的同心圓表示合并基座部580的輪廓及階梯部分。從上方觀察變形體500時能夠確認的只有圖中用實線畫出的線，用虛線及點劃線畫出的線是出現(xiàn)在合并彈性變形部570的下方的線。當然，也能根據(jù)需要而設置在§4-5、§4-6、§4-7的變形例中說明過的中間變細部、重量調(diào)整部、凸緣部等。

在圖23中，定義于關(guān)于X軸的連接路徑R10上的關(guān)于X軸的第一中繼點m11及關(guān)于X軸的第二中繼點m12用x符號畫出，定義于關(guān)于Y軸的連接路徑R11上的關(guān)于Y軸的第一中繼點m21及關(guān)于Y軸的第二中繼點m22也用x符號畫出。合并彈性變形部570的各中繼點m11、m12、m21、m22的下方位置由合并基座部580的上端部支撐。在此，正如圖中用點劃線所畫出的，合并基座部580的上端部呈環(huán)結(jié)構(gòu)。

如圖20的正截面圖、圖21的側(cè)截面圖所示，合并基座部580的上端窄，在截面圖中，合并基座部580的上端處于在接近于點接觸的狀態(tài)下從下方支撐合并彈性變形部570的狀態(tài)，但實際上，如圖23的俯視圖所示，合并彈性變形部570由呈細的環(huán)結(jié)構(gòu)的合并基座部580的上端部支撐。

這樣，在力覺傳感器3002中采用了通過合并基座部580以環(huán)狀來支撐合并彈性變形部570的結(jié)構(gòu)，但在能夠進行之前已描述過的擺動動作這一點上并沒有變化。即，如果著眼于合并彈性變形部570的與XZ平面的交叉部分(作為關(guān)于X軸的彈性變形部510發(fā)揮功能的部分)，則第一中繼點m11及第二中繼點m12的附近相對于合并基座部580在X軸方向上擺動這一點并沒有變化。同樣地，如果著眼于合并彈性變形部570的與YZ平面的交叉部分(作為關(guān)于Y軸的彈性變形部540發(fā)揮功能的部分)，則第一中繼點m21及第二中繼點m22的附近相對于合并基座部580在Y軸方向上擺動這一點并沒有變化。

在圖23中畫出了固定于支撐體250的上表面的四組固定電極E21E24。在圖示的例子中，各固定電極E21E24呈正方形狀。合并彈性變形部570的U字狀迂回部的底面位于這些固定電極E21E24的上方，在該底面上形成有位移電極E11E14(未在圖中出現(xiàn))。

對四組固定電極E21E24和未圖示的四組位移電極E11E14進行與檢測電路900之間的布線(省略圖示)。檢測電路900經(jīng)由這些布線檢測四組電容元件C1C4的靜電電容值并進行上述的運算處理，從而輸出三個軸分量Fz、Mx、My的檢測值。

〈5-6.力覺傳感器3000的其它實施例〉

在§5-4及§5-5中說明了具有圖20及圖21所示的截面結(jié)構(gòu)的力覺傳感器3000的具體的三維結(jié)構(gòu)的實施例，當然，本發(fā)明所涉及的力覺傳感器的三維結(jié)構(gòu)并不限定于這些實施例。并且，本發(fā)明所涉及的力覺傳感器的截面結(jié)構(gòu)并不局限于圖20及圖21所示的例子，例如，可以具有在§4中已述的各種各樣的變形例所涉及的截面結(jié)構(gòu)。

另外，至此為止已述的本發(fā)明所涉及的力覺傳感器的基本結(jié)構(gòu)體固有的截面結(jié)構(gòu)的特征如在§4-11中描述地，不一定必須是以XZ平面剖開后的截面、以YZ平面剖開后的截面上所出現(xiàn)的特征，也可以是以平行于XZ平面的任意平面、平行于YZ平面的任意平面剖開后的截面上所出現(xiàn)的特征。

如果考慮這樣的觀點，則作為力覺傳感器3000的具體的三維結(jié)構(gòu)，只要為在通過XZ平面或平行于XZ平面的規(guī)定平面剖開了基本結(jié)構(gòu)體時獲得具有圖20所示的特征的截面結(jié)構(gòu)、并在通過YZ平面或平行于YZ平面的規(guī)定平面剖開了基本結(jié)構(gòu)體時獲得具有圖21所示的特征的截面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體即可。

進而，在§5-3、§5-4、§5-5中示出了使用電容元件作為檢測元件的例子，但毋庸置疑，用于本發(fā)明所涉及的力覺傳感器的檢測元件并非限定于電容元件。例如，在為圖22所示的力覺傳感器3001的情況下，可通過粘貼于關(guān)于X軸的彈性變形部510及關(guān)于Y軸的彈性變形部540的規(guī)定部位的應變儀來構(gòu)成檢測元件；在為圖23所示的力覺傳感器3001的情況下，也可以通過粘貼于合并彈性變形部570的規(guī)定部位的應變儀來構(gòu)成檢測元件。

〈〈〈§6.本發(fā)明所涉及的輔助結(jié)構(gòu)體及組裝(裝入(incorporate))有該輔助結(jié)構(gòu)體的力覺傳感器〉〉〉

〈6-1.輔助結(jié)構(gòu)體的概念〉

到目前為止，在§2、§3中說明了本發(fā)明所涉及的基本結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)及本質(zhì)功能(調(diào)整力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡的功能)，在§4中闡述了該基本結(jié)構(gòu)體的變形例，在§5中闡述了使用了該基本結(jié)構(gòu)體的力覺傳感器的整體構(gòu)成。

該在§5中已述的力覺傳感器3000的重要特征在于，利用具有固有的截面結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)體作為變形體500，并通過檢測元件來檢測該變形體500的位移、變形這點。在力覺傳感器3000中，獲得三個軸分量Fz、Mx、My的檢測靈敏度均勻化這一特有的作用效果完全得益于該變形體500的固有結(jié)構(gòu)。

結(jié)果，圖4所示的變形體300、圖11所示的變形體301、圖12所示的變形體302、圖13所示的變形體303、圖14所示的變形體400、圖15所示的變形體401、圖16所示的變形體402、圖17所示的變形體403、圖18所示的變形體404、圖19所示的變形體405、以及圖20～圖23所示的變形體500均通過夾在構(gòu)成力覺傳感器的受力體與支撐體之間來使用而具有調(diào)整力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡的功能。

著眼于這樣的觀點可知，構(gòu)成在此之前描述的各種變形體的部件可作為能夠追加于力覺傳感器中以發(fā)揮調(diào)整力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡的作用的輔助結(jié)構(gòu)體而加以利用。換句話說，通過在以往采用的一般的力覺傳感器(具有受力體、支撐體以及夾在它們之間的產(chǎn)生彈性變形的變形體的力覺傳感器)中裝入具有與圖4所示的變形體300等相同結(jié)構(gòu)的部件作為輔助結(jié)構(gòu)體，從而能夠調(diào)整該力覺傳感器中的力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡。

〈6-2.組裝有輔助結(jié)構(gòu)體的力覺傳感器〉

在此，具體說明通過在上述專利文獻3中所公開的傳統(tǒng)型的力覺傳感器中裝入本發(fā)明所涉及的輔助結(jié)構(gòu)體(在此之前作為本發(fā)明所涉及的力覺傳感器用的變形體而說明過的結(jié)構(gòu)體)而成功調(diào)整了該傳統(tǒng)型的力覺傳感器中的力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡的例子。

圖24為示出在上述專利文獻3中所公開的傳統(tǒng)型的力覺傳感器4000的構(gòu)成的圖。該力覺傳感器4000具有：受力體4100、支撐體4200、夾在兩者間的檢測用變形體4300、檢測檢測用變形體4300的位移或變形的檢測元件D、以及根據(jù)該檢測元件D的檢測結(jié)果輸出表示作用于受力體4100的外力的電信號的檢測電路4900。在此，圖(a)為支撐體4200的俯視圖，圖(b)為構(gòu)成力覺傳感器4000的基本結(jié)構(gòu)體的主視圖，圖(c)為其側(cè)視圖，對于檢測用變形體4300以及檢測元件D的部分并非表示實際結(jié)構(gòu)的圖，只是簡單的示意圖。詳細的結(jié)構(gòu)由于在上述專利文獻3中已公開，所以在此省略說明。

檢測用變形體4300是對應于在§5中描述的本發(fā)明所涉及的力覺傳感器3000的變形體500的構(gòu)成部分，但為了與本發(fā)明所涉及的“變形體”相區(qū)分，在此稱為“檢測用變形體”。該傳統(tǒng)型的力覺傳感器4000的特征在于，如圖3所示，將一對柱狀部件35、36在受力體15與支撐體25之間傾斜配置成倒V字型這點。實際上，檢測用變形體4300由八根柱狀部件構(gòu)成，設置共四組將兩根柱狀部件配置成倒V字型的單元。

如圖24(a)所示，支撐體4200由正方形狀的板狀部件構(gòu)成，受力體4100也由相同形狀相同尺寸的板狀部件構(gòu)成。另外，在圖24(b)及圖24(c)的示意圖中，由Z字形線示出的是構(gòu)成檢測用變形體4300的八根柱狀部件4310～4380。這八根柱狀部件實際上是由彈性部件構(gòu)成的圓柱狀的結(jié)構(gòu)體，但在圖24中示意性地用Z字形線畫出。另外，為了便于圖示，在圖(b)以及圖(c)中均只示出了近前側(cè)的四根柱狀部件。

圖24(a)所示的支撐體4200上的點B1B8是表示八根柱狀部件4310～4380的下端的位置的基點，圖中用點劃線示出的線表示該基點B1B8的配置線。各柱狀部件4310～4380分別沿著圖中用點劃線示出的線配置成傾斜。

因此，圖24(b)中畫出的四根柱狀部件4350、4360、4370、4380的下端分別配置于圖24(a)中所示的基點B5、B6、B7、B8，圖24(c)中畫出的四根柱狀部件4370、4380、4310、4320的下端分別配置于圖24(a)中所示的基點B7、B8、B1、B2。

在此，一對柱狀部件4360、4370以呈倒V字型的方式傾斜配置于通過基點B6、B7的配置線上，一對柱狀部件4310、4380以呈倒V字型的方式傾斜配置于通過基點B1、B8的配置線上，一對柱狀部件4320、4330以呈倒V字型的方式傾斜配置于通過基點B2、B3的配置線上，一對柱狀部件4340、4350以呈倒V字型的方式傾斜配置于通過基點B4、B5的配置線上。

另一方面，在圖24(b)及圖24(c)中，畫在表示各柱狀部件的Z字形線的旁邊的四角框是用于檢測各個柱狀部件的位移或變形的檢測元件D，實際上例如由應變儀、電容元件構(gòu)成。檢測電路4900電氣檢測由該應變儀、電容元件檢測出的八根柱狀部件的位移、變形，并輸出表示在將支撐體4200固定的狀態(tài)下作用于受力體4100的外力的電信號。

在圖24(a)中，X軸定義為朝著圖的右方，Y軸定義為朝著圖的上方，Z軸為紙面垂直方向。圖24(b)為主視圖，因此朝著圖的右方是X軸，朝著圖的上方是Z軸，圖24(c)為側(cè)視圖，因此朝著圖的上方是X軸，朝著圖的左方是Z軸。檢測電路4900將這樣的XYZ三維直角坐標系中的各坐標軸方向的力Fx、Fy、Fz以及繞各坐標軸的力矩Mx、My、Mz的檢測值作為電信號而輸出。

正如在§1中所述的，這樣的傳統(tǒng)型的力覺傳感器4000中存在力與力矩的檢測靈敏度產(chǎn)生很大差異的問題。具體而言，在利用于一般的控制桿型的輸入裝置中的情況下，具有力矩Mx、My的檢測靈敏度與力Fz的檢測靈敏度相比過高的趨勢。因此，在這里，說明通過在該傳統(tǒng)型的力覺傳感器4000中增加本發(fā)明所涉及的輔助結(jié)構(gòu)體來調(diào)整力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡的方法。

圖25為示出組裝有本發(fā)明所涉及的輔助結(jié)構(gòu)體的力覺傳感器5000的構(gòu)成的俯視圖及框圖。該力覺傳感器5000具有檢測XYZ三維直角坐標系中的各坐標軸方向的力及繞各坐標軸的力矩中的、至少Z軸方向的力Fz及繞Y軸的力矩My的功能。

在以Z軸為垂直軸的方式定義了坐標系時，力覺傳感器5000的構(gòu)成部分為：配置于Z軸上的受力體5100、Z軸上的配置于受力體5100的下方的支撐體5200、連接受力體5100與支撐體5200并因力或力矩的作用而至少一部分產(chǎn)生彈性變形的檢測用變形體5300、連接于受力體5100與支撐體5200之間的四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404、檢測檢測用變形體5300的變形或位移、或者受力體5100或支撐體5200的位移的檢測元件D、以及基于該檢測元件D的檢測結(jié)果輸出表示在負荷施加于了受力體5100及支撐體5200中一方的狀態(tài)下作用于另一方的至少Z軸方向的力Fz及繞Y軸的力矩My的電信號的檢測電路5900。

在圖25的上段的俯視圖中畫出了這些構(gòu)成部分中的支撐體5200和四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404，省略了受力體5100、檢測用變形體5300、檢測元件D的圖示。并且，關(guān)于四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404，只示出了其配置，而省略了詳細結(jié)構(gòu)的圖示。關(guān)于檢測電路5900，在下段以方框形式畫出。

在該圖25中，也取X軸朝著圖的右方、取Y軸朝著圖的上方、取Z軸朝著紙面垂直方向來定義XYZ三維直角坐標系。支撐體5200由正方形狀的板狀部件構(gòu)成，受力體5100也由相同形狀相同尺寸的板狀部件構(gòu)成。這里，在支撐體5200的上表面上畫出的虛線區(qū)域是與在圖24(a)中畫出的支撐體4200的上表面對應的區(qū)域，配置于該區(qū)域內(nèi)的檢測用變形體5300是與圖24所示的檢測用變形體4300完全相同的結(jié)構(gòu)體。即，通過圖24說明了的八根柱狀部件作為檢測用變形體5300而被配置于八個基點B1B8的位置。并且，在該檢測用變形體5300上安裝由應變儀、電容元件構(gòu)成的檢測元件D，表示位移、變形的檢測值的電信號被供給至檢測電路5900。

結(jié)果，圖25所示的力覺傳感器5000成為將圖24所示的傳統(tǒng)型的力覺傳感器4000中的受力體4100及支撐體4200(均為正方形狀的板狀部件)更換為由大一圈的板狀部件構(gòu)成的受力體5100及支撐體5200并在該受力體5100與支撐體5200之間插入了四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404的力覺傳感器。

在此，四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404并非是發(fā)揮作為力覺傳感器的原本的檢測功能的構(gòu)成部分，所以在四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404上并未安裝檢測元件D。即，終究還是通過檢測元件D檢測檢測用變形體5300的位移或變形、受力體5100相對于支撐體5200的位移或者支撐體5200相對于受力體5100的位移來進行力覺傳感器5000的外力檢測。

四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404的作用在于調(diào)整作用于受力體5100上的力矩和力的檢測靈敏度的平衡。例如，如果準備四組在圖4中作為變形部300而示出的結(jié)構(gòu)體并分別插入受力體5100與支撐體5200之間作為輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404的話，則當力矩Mx、My作用于了受力體5100時，輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404將作為抑制受力體5100的位移的阻力成分而發(fā)揮作用，所以能夠使力矩Mx、My的檢測靈敏度降低，結(jié)果，能夠使Fz、Mx、My的檢測靈敏度均勻化。

在圖25所示的實施例中，雖然示出了沿著支撐體5200的四條邊以從周圍包圍配置于中央的檢測用變形體5300的方式配置四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404的例子，但不一定非要將四組輔助結(jié)構(gòu)體配置于該位置。在平行于X軸的方向上配置的輔助結(jié)構(gòu)體5402、5404發(fā)揮力矩My的檢測靈敏度的調(diào)整功能，在平行于Y軸的方向上配置的輔助結(jié)構(gòu)體5401、5403發(fā)揮力矩Mx的檢測靈敏度的調(diào)整功能。因此，如果是只調(diào)整力矩My的檢測靈敏度的話，則配置輔助結(jié)構(gòu)體5402或5404的至少一方就足矣；如果是只調(diào)整力矩Mx的檢測靈敏度的話，則配置輔助結(jié)構(gòu)體5401或5403的至少一方就足矣。

〈6-3.實用的輔助結(jié)構(gòu)體的實施方式〉

在此，闡述在§6-2中描述的輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404的更實用的實施方式。在圖25中，雖然以矩形示出了輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404的配置位置，但卻省略了其具體結(jié)構(gòu)的圖示。不過，該輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404的作用是調(diào)整力矩和力的檢測靈敏度的平衡，所以如上所述，至目前為止已描述的變形體300、301、302、303、400、401、402、403、404、405、500均能作為輔助結(jié)構(gòu)體來利用。

只是，如果考慮追加至像在§6-2中描述的傳統(tǒng)型的力覺傳感器4000那樣具有檢測六個軸分量的功能的力覺傳感器中來使用的話，作為輔助結(jié)構(gòu)體，優(yōu)選可以根據(jù)六個軸分量的作用而具有多樣的變形形式的結(jié)構(gòu)。另外，如果考慮商業(yè)上的利用，則優(yōu)選加工容易且制造成本低的結(jié)構(gòu)。在此，從這樣的觀點出發(fā)，闡述輔助結(jié)構(gòu)體的更優(yōu)選的實施例。

圖26為本發(fā)明所涉及的輔助結(jié)構(gòu)體的更實用的實施例的主視圖。該實施例所涉及的輔助結(jié)構(gòu)體5400為在圖中用實線畫出的部分，但為了明確其利用方式，用虛線示出了受力體5100及支撐體5200。如圖所示，該輔助結(jié)構(gòu)體5400插入力覺傳感器的受力體5100與支撐體5200之間，將其上端的第一受力點P1及第二受力點P2連接于受力體5100的下表面并將其下端的第一支撐點Q1及第二支撐點Q2連接于支撐體5200的上表面來加以利用。

在此，圖示的輔助結(jié)構(gòu)體5400作為部件的一部分組裝在其中的力覺傳感器5000為如下這樣的力覺傳感器：即、如在§6-2中邊參照圖25邊所說明的，具有受力體5100、支撐體5200以及連接受力體5100與支撐體5200的檢測用變形體5300，并通過檢測因力或力矩的作用而產(chǎn)生的檢測用變形體5300的彈性變形來進行所作用的力或力矩的檢測。當然，作為檢測用變形體5300的彈性變形的檢測方法，既可以采用通過各種各樣的檢測元件來檢測檢測用變形體5300本身的位移或變形的方法，也可以采用通過各種各樣的檢測元件來檢測受力體5100相對于支撐體5200的位移或支撐體5200相對于受力體5100的位移的方法。

在此，為便于說明，如圖所示，取原點G于輔助結(jié)構(gòu)體5400的重心位置、取V軸朝著圖的右方、取W軸朝著圖的上方來定義VW二維直角坐標系。在此，V軸及W軸對應于在以前的各變形體的說明中的X軸及Z軸。

圖26所示的輔助結(jié)構(gòu)體5400實質(zhì)上具有與圖16所示的變形體402(在§4-6中作為第六變形例示出的基本結(jié)構(gòu)體2002中包含的變形體)相同的結(jié)構(gòu)，是具有彈性變形部5410、第一基座部5420以及第二基座部5430的一體結(jié)構(gòu)體。

在此，彈性變形部5410是至少一部分產(chǎn)生彈性變形的結(jié)構(gòu)體，在其一端設有用于固定于受力體5100的第一部位的第一受力點P1，在其另一端設有用于固定于受力體5100的第二部位的第二受力點P2，彈性變形部5410形成為沿著連接該第一受力點P1和第二受力點P2的規(guī)定的連接路徑R12的臂狀結(jié)構(gòu)體。

另一方面，第一基座部5420的一端在定義于連接路徑R12上的第一中繼點m1的附近處與彈性變形部5410連接，在其另一端設有用于固定于支撐體5200的第一部位的第一支撐點Q1。另外，第二基座部5430的一端在定義于連接路徑R12上的第二中繼點m2的附近處與彈性變形部5410連接，在其另一端設有用于固定于支撐體5200的第二部位的第二支撐點Q2。

而且，具有如下這樣的特征：即、當在將第一基座部5420的第一支撐點Q1及第二基座部5430的第二支撐點Q2固定的狀態(tài)下，力作用于彈性變形部5410的第一受力點P1及第二受力點P2時，彈性變形部5410的第一中繼點m1的附近以與第一基座部5420的連接點為支點相對于第一基座部5420擺動，彈性變形部5410的第二中繼點m2的附近以與第二基座部5430的連接點為支點相對于第二基座部5430擺動。

為了實現(xiàn)這樣的可擺動的結(jié)構(gòu)，第一基座部5420與彈性變形部5410的連接端構(gòu)成寬度比其它部分窄的狹窄前端部5421，第二基座部5430與彈性變形部5410的連接端構(gòu)成寬度比其它部分窄的狹窄前端部5431。

連接路徑R12設于VW二維直角坐標系的VW平面上，彈性變形部5410的基本部分由沿VW平面伸展的臂狀結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。而且，在圖示的實施例的情況下，當將VW二維直角坐標系的原點G定義于輔助結(jié)構(gòu)體5400的重心位置時，第一受力點P1位于VW二維直角坐標系的第二象限，第二受力點P2位于VW二維直角坐標系的第一象限，第一支撐點Q1位于VW二維直角坐標系的第三象限，第二支撐點Q2位于VW二維直角坐標系的第四象限。如果使四點P1、P2、Q1、Q2的位置為這樣的配置，則當以重心G為中心的旋轉(zhuǎn)力矩作用于了受力體5100時，結(jié)果方向相反的應力作用于重心G的附近，能夠作用限制位移的阻力，這點正如以前所述的那樣。

實際應用上，該輔助結(jié)構(gòu)體5400優(yōu)選通過具有由平行于VW平面的平面構(gòu)成的上表面和由平行于VW平面的平面構(gòu)成的下表面的板狀部件而構(gòu)成。那樣的話，輔助結(jié)構(gòu)體5400成為沿VW平面擴展的板狀部件，通過對一張金屬板或樹脂板實施規(guī)定的加工工序，從而能夠容易地制成。

需要注意的是，在圖示的實施例的情況下，當從第一中繼點m1朝著第二中繼點m2沿著連接路徑R12前進時，連接路徑R12具有向W軸負方向前進的第一行進路r1和向W軸正方向前進的第二行進路r2。如果采用這樣的結(jié)構(gòu)，則如在§4-0中所述的，形成沿著第一行進路r1的下降臂狀部和沿著第二行進路r2的上升臂狀部，在力矩作用的情況下，能夠使阻礙變形的阻力發(fā)揮至最大限度。

另外，如果如圖示的實施例那樣使第二行進路r2(或者也可以是第一行進路r1)成為通過VW二維直角坐標系的原點G的路徑，則如在§4-0中所述的，能夠使從左側(cè)傳遞而來的力與從右側(cè)傳遞而來的力在輔助結(jié)構(gòu)體5400的中心附近處平衡性良好地對抗，在使輔助結(jié)構(gòu)體5400的變形形式穩(wěn)定上是優(yōu)選的。

如圖所示，在本實施例中，連接路徑R12具有平行于W軸的縱向路徑和平行于V軸的橫向路徑，縱向路徑從第一受力點P1及第二受力點P2起延伸，第一中繼點m1及第二中繼點m2被定義于橫向路徑上。如在§4-11中已述的，如果采用這樣的構(gòu)成，則容易對輔助結(jié)構(gòu)體5400進行加工，能夠?qū)崿F(xiàn)適于量產(chǎn)的結(jié)構(gòu)體。

進而，在為圖示的實施例的情況下，在連接路徑R12的第一受力點P1與第一中繼點m1之間的區(qū)間設有呈U字狀的第一U字狀迂回路U1，在連接路徑R12的第二中繼點m2與第二受力點P2之間的區(qū)間設有呈U字狀的第二U字狀迂回路U2。如果像這樣地在外側(cè)臂狀部上設置U字狀迂回部這樣的冗長結(jié)構(gòu)，則如在§4-4中所述的，輔助結(jié)構(gòu)體5400能夠取得更多樣的變形形式，從而可獲得適于組裝在§6-2中所述的六軸檢測型的力覺傳感器中的結(jié)構(gòu)。

需要說明的是，為了使對輔助結(jié)構(gòu)體5400的加工變得容易，優(yōu)選不使U字狀迂回路為彎曲的路徑，而是使其為成直角屈曲的路徑。在圖26所示的實施例的情況下，第一U字狀迂回路U1及第二U字狀迂回路U2由平行于W軸的一對縱向迂回路與連接這一對縱向迂回路的、平行于V軸的橫向迂回路的組合構(gòu)成，因此U字狀迂回部的輪廓由平行于W軸的部分和平行于V軸的部分而構(gòu)成。因此，在制造上無需形成彎曲結(jié)構(gòu)，加工比較容易。

在圖示的實施例的情況下，在構(gòu)成彈性變形部5410的臂狀結(jié)構(gòu)體的一部分上設有與連接路徑R12正交的方向上的寬度變窄的中間變細部54。這樣的中間變細部54使彈性變形部5410的變形變得容易，起到使輔助結(jié)構(gòu)體5400的變形形式多樣化的效果，這一點在§4-5中已闡述。

另外，在圖示的實施例的情況下，在構(gòu)成彈性變形部5410的臂狀結(jié)構(gòu)體的特定部位設有向與連接路徑R12正交的方向突出的重量調(diào)整部62。這樣的重量調(diào)整部62糾正輔助結(jié)構(gòu)體5400的重量分布的失衡，起到使變形動作穩(wěn)定的效果，這一點在§4-7中已闡述。

圖27為示出圖26所示的輔助結(jié)構(gòu)體5400的變形例的主視圖。該圖27所示的輔助結(jié)構(gòu)體5500具有與圖26所示的輔助結(jié)構(gòu)體5400大致相同的結(jié)構(gòu)，其具有：沿著連接第一受力點P1和第二受力點P2的連接路徑R12而設置的彈性變形部5510、以及用于將該彈性變形部5510的規(guī)定部位連接于第一支撐點Q1及第二支撐點Q2的第一基座部5520及第二基座部5530。而且，彈性變形部5510的第一中繼點m1的附近由設于第一基座部5520的上端的狹窄前端部5521支撐，彈性變形部5510的第二中繼點m2的附近由設于第二基座部5530的上端的狹窄前端部5531支撐，這一點也與圖26所示的輔助結(jié)構(gòu)體5400同樣。

圖26所示的輔助結(jié)構(gòu)體5400與圖27所示的輔助結(jié)構(gòu)體5500的不同點只是中間變細部的數(shù)量和形狀。在圖26所示的輔助結(jié)構(gòu)體5400中，比較短的中間變細部54共設于六處，而在圖27所示的輔助結(jié)構(gòu)體5500中，對左右的外側(cè)臂狀部各設一處比較長的中間變細部55，對中央的內(nèi)側(cè)臂狀部設兩處比較短的中間變細部。

圖26所示的輔助結(jié)構(gòu)體5400與圖27所示的輔助結(jié)構(gòu)體5500的性能優(yōu)劣雖然不能一概而論，但兩者間變形形式有些不同，因此，實際應用上，根據(jù)用途靈活應用即可。

〈6-4.輔助結(jié)構(gòu)體的具體的變形方式〉

接著，簡單說明組裝在力覺傳感器5000中的輔助結(jié)構(gòu)體5400具體地怎樣變形。圖28為示出圖25所示的力覺傳感器中的四組輔助結(jié)構(gòu)體的具體配置的圖。在此，圖(a)為俯視圖，圖(b)為右側(cè)視圖，圖(c)為后視圖，圖(d)為左側(cè)視圖，圖(e)為主視圖。

圖(a)的俯視圖示出在由正方形的板狀部件構(gòu)成的支撐體5200的上表面配置了四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404的狀態(tài)，其示出的是將受力體5100卸下后的狀態(tài)。在此，四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404均為與圖26所示的輔助結(jié)構(gòu)體5400相同的結(jié)構(gòu)體。與圖25同樣地，對于四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404，只示出了其配置，省略了詳細結(jié)構(gòu)的圖示。與此相反，在圖(b)～圖(e)中，連同受力體5100及支撐體5200一起圖示了各輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404的詳細結(jié)構(gòu)。

圖(a)中示出了針對該力覺傳感器定義的XYZ三維直角坐標系，而圖(b)～圖(e)中分別示出了在圖26中定義的VW二維直角坐標系，從而可容易理解各輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404在三維空間上的朝向。需要注意的是，該圖28由于是用于圖示各輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404在支撐體5200上的配置的圖，因此省略了關(guān)于其它構(gòu)成部分的圖示，但實際上，為了構(gòu)成力覺傳感器，要在被四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404包圍的內(nèi)部配置檢測用變形體5300，并在必要的部位配置檢測元件。

即，實際的力覺傳感器5000包括：受力體5100、支撐體5200、連接受力體5100與支撐體5200的檢測用變形體5300、檢測該檢測用變形體5300的彈性變形的檢測元件D、根據(jù)該檢測元件D的檢測結(jié)果輸出所作用的力或力矩的檢測信號的檢測電路5900以及四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404。在此，在將四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404中的一個代表性地稱為輔助結(jié)構(gòu)體5400的情況下，如圖26所示，輔助結(jié)構(gòu)體5400的第一受力點P1及第二受力點P2與受力體5100的下表面接合，輔助結(jié)構(gòu)體5400的第一支撐點Q1及第二支撐點Q2與支撐體5200的上表面接合。

并且，受力體5100及支撐體5200由具有平行于XY平面的上表面及下表面的板狀部件構(gòu)成，Z軸插入通過受力體5100及支撐體5200。而且，四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404被配置成圍繞在檢測用變形體5300的周圍。

更詳細說明的話，如圖28所示，第一輔助結(jié)構(gòu)體5401以V軸與Y軸平行、W軸與Z軸平行的朝向配置于其VW平面與正的X軸交叉的位置上，第二輔助結(jié)構(gòu)體5402以V軸與X軸平行、W軸與Z軸平行的朝向配置于其VW平面與正的Y軸交叉的位置上，第三輔助結(jié)構(gòu)體5403以V軸與Y軸平行、W軸與Z軸平行的朝向配置于其VW平面與負的X軸交叉的位置上，第四輔助結(jié)構(gòu)體5404以V軸與X軸平行、W軸與Z軸平行的朝向配置于其VW平面與負的Y軸交叉的位置上。

而且，各輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404的第一受力點P1及第二受力點P2與受力體5100的下表面接合，各輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404的第一支撐點Q1及第二支撐點Q2與支撐體5200的上表面接合。

圖28示出在沒有任何外力作用于受力體5100時的狀態(tài)，受力體5100與支撐體5200維持平行的狀態(tài)，各輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404的形狀也處于未發(fā)生變形的狀態(tài)。因此，以該圖28所示的狀態(tài)為基準，試考慮在將支撐體5200固定的狀態(tài)下各種各樣的外力作用于受力體5100時的變形形態(tài)。

圖29為針對圖25所示的力覺傳感器示出在Z軸負方向的力-Fz作用于了受力體5100時四組輔助結(jié)構(gòu)體的變形形式的圖。與圖28同樣地，圖(a)為俯視圖，圖(b)為右側(cè)視圖，圖(c)后視圖，圖(d)為左側(cè)視圖，圖(e)為主視圖。為了避免圖變得復雜，省略了各部的符號。圖中所示的白箭頭表示基于所作用的力-Fz而施加于各部的分力的方向。另外，圖的虛線表示變形前的受力體5100的位置。可知，經(jīng)由中間變細部54而連接的輔助結(jié)構(gòu)體5400的各部根據(jù)各自的位置而發(fā)生各種各樣的位移。

圖30為針對圖25所示的力覺傳感器示出在Z軸正方向的力+Fz作用于了受力體5100時四組輔助結(jié)構(gòu)體的變形形式的圖。同樣地，圖31示出了在力矩+My作用時的狀態(tài)(在力矩+Mx作用時，變?yōu)槭蛊湫D(zhuǎn)90°的狀態(tài))，圖32示出了在力+Fx作用時的狀態(tài)(在力+Fy作用時，變?yōu)槭蛊湫D(zhuǎn)90°的狀態(tài))。另外，圖33示出了在力矩+Mz作用時的狀態(tài)。不論在哪一個圖中，白箭頭均表示基于所作用的外力施加于各部的分力的方向，虛線均表示變形前的受力體5100的位置。

如前所述，在力Fz作用時，從左右向內(nèi)側(cè)臂上部傳遞過來的力的方向是相同的，所以在圖29和圖30所示的變形狀態(tài)下，本發(fā)明固有的限制位移的阻力(為使臂狀部伸縮而產(chǎn)生的阻力)不發(fā)生作用。與此相反，在如圖31所示力矩My作用時或力矩Mx作用時，從左右向內(nèi)側(cè)臂上部傳遞過來的力的方向相反，所以本發(fā)明固有的限制位移的阻力(為使臂狀部伸縮而產(chǎn)生的阻力)起作用，變形受到阻礙。需要說明的是，在力Fx、Fy或力矩Mz作用的情況下，本發(fā)明固有的限制位移的阻力不起作用。

圖34為示出圖26所示的輔助結(jié)構(gòu)體5400的各部的構(gòu)成的主視圖(影線用于表示各部的區(qū)域，而非表示截面)。在圖中被全面涂黑的部分為中間變細部54(也包括基座狹窄部)，標有斜陰影的部分為沿著連接路徑R12的臂狀部。另外，空白的矩形部分為重量調(diào)整部62。在此處所示的實施例的情況下，圖示的各部分的尺寸d1d4為d1＝14mm、d2＝40mm、d3＝1mm、d4＝0.5mm，該輔助結(jié)構(gòu)體5400的厚度d5為d5＝4mm。當然，這些尺寸值是一實施例的尺寸設定例，本發(fā)明所涉及的輔助結(jié)構(gòu)體的各部可根據(jù)其利用方式而進行任意的尺寸設定。

圖35為示出在各軸方向的力Fx、Fy、Fz及繞各軸的力矩Mx、My、Mz作用于圖34所示的輔助結(jié)構(gòu)體5400(具有上述尺寸值的試制品)時各部所發(fā)生的變形形式的表。在此，“中間變細部的彎曲”是指向沿著VW平面的方向的變形，“中間變細部的倒塌”是指向與VW平面正交的方向的變形，“中間變細部的扭轉(zhuǎn)”是指以連接路徑R12(基座狹窄部的情況下為支撐路徑R2、R3)的方向為旋轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)。另外，在表中，〇符號表示對應的各部的變形形式大大地有助于輔助結(jié)構(gòu)體5400的變形，X符號表示貢獻的程度小。

根據(jù)該表，在力Fx、Fy作用的情況下，中間變細部的彎曲及倒塌大大地有助于輔助結(jié)構(gòu)體5400的變形。在力+Fx作用時，如圖32所示，受力體被向X軸正方向推出，因此，關(guān)于正面?zhèn)鹊妮o助結(jié)構(gòu)體5404和背面?zhèn)鹊妮o助結(jié)構(gòu)5402，發(fā)生中間變細部的彎曲；關(guān)于側(cè)面的輔助結(jié)構(gòu)體5401、5403，發(fā)生中間變細部的倒塌。其結(jié)果，側(cè)面的輔助結(jié)構(gòu)體5401、5403向X軸正方向傾斜。此時輔助結(jié)構(gòu)體5400對受力體5100的支撐剛度為對中間變細部的彎曲的剛度與對中間變細部的倒塌的剛度之和。一般而言，后者具更大的主導性，因此通過調(diào)整中間變細部的厚度尺寸d5和中間變細部的高度尺寸d3，從而能夠調(diào)整對力Fx的檢測靈敏度。關(guān)于力Fy，也是同樣。

與此相對，在力Fz作用的情況下，中間變細部的彎曲大大地有助于輔助結(jié)構(gòu)體5400的變形。例如，在力-Fz作用時，如圖29所示，受力體整體被壓向下方，因此朝向下方的相同方向的力同時作用于四組輔助結(jié)構(gòu)體5400的各受力點P1、P2。在反向的力+Fz作用時，如圖30所示，受力體被整體提向上方，因此朝向上方的相同方向的力同時作用于四組輔助結(jié)構(gòu)體5400的各受力點P1、P2。因此，不論在哪一種情況下，結(jié)果均為主要在各中間變細部發(fā)生彎曲。此時輔助結(jié)構(gòu)體5400對受力體5100的支撐剛度主要是對中間變細部的彎曲的剛度。因此，通過主要調(diào)整中間變細部的寬度尺寸d4，從而可以調(diào)整對力Fz的檢測靈敏度。

假設在檢測用變形體5300對受力體5100的支撐剛度足夠大于四組輔助結(jié)構(gòu)體5400對受力體5100的支撐剛度的情況下，即使追加了四組輔助結(jié)構(gòu)體5400，也幾乎不會對有關(guān)力Fz的檢測靈敏度產(chǎn)生影響。

另一方面，在力矩Mx、My作用的情況下，除中間變細部的彎曲以外，臂狀部的伸縮也大大地有助于輔助結(jié)構(gòu)體5400的變形。例如，在力矩+My作用時，如圖31所示，關(guān)于正面?zhèn)鹊妮o助結(jié)構(gòu)體5404和背面?zhèn)鹊妮o助結(jié)構(gòu)體5402，發(fā)生中間變細部的彎曲和臂狀部的伸縮。在此，發(fā)生臂狀部的伸縮的理由是因為，從左右傳遞至內(nèi)側(cè)臂狀部的力的方向相反。當使該臂狀部產(chǎn)生伸縮時，本發(fā)明固有的限制位移的阻力將起作用。另一方面，關(guān)于側(cè)面的輔助結(jié)構(gòu)體5401、5403，發(fā)生中間變細部的彎曲。力矩Mx作用的情況下也是同樣。

這樣，在力矩Mx、My作用的情況下，不僅發(fā)生中間變細部的變形，而且還發(fā)生臂狀部的伸縮，所以用于限制變形的大的阻力將生效。為此，通過增加輔助結(jié)構(gòu)體5400，能夠使力矩Mx、My的檢測靈敏度降低，這正如以前所述的，這點是本發(fā)明的重要的作用效果。換句話說，通過增加輔助結(jié)構(gòu)體5400，從而可以選擇性地只強化在力矩Mx、My作用時的剛度。該剛度的程度能夠通過臂狀部的尺寸來調(diào)整。

最后，在力矩Mz作用的情況下，如圖33所示，發(fā)生以Z軸為中心軸扭轉(zhuǎn)的變形，因此就中間變細部而言，發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)。此時輔助結(jié)構(gòu)體5400對受力體5100的支撐剛度為對中間變細部的彎曲的剛度與對中間變細部的扭轉(zhuǎn)的剛度之和。因此，通過除調(diào)整中間變細部的寬度尺寸d4和中間變細部的高度尺寸d3以外，還調(diào)整整個輔助結(jié)構(gòu)體5400的寬度尺寸d2，從而能夠調(diào)整對力矩Mz的檢測靈敏度。

最后，結(jié)果表明，由于追加了四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404，從而成功進行了力矩的檢測靈敏度與力的檢測靈敏度的平衡調(diào)整。圖36為針對圖24所示的傳統(tǒng)型的力覺傳感器4000(在專利文獻3中公開的傳感器)與圖25所示的本發(fā)明所涉及的力覺傳感器5000(追加了四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404的傳感器)比較在各軸方向的力及繞各軸的力矩作用時獲得的檢測值的表。

需要說明的是，為了以相同的尺度比較力的檢測靈敏度與力矩的檢測靈敏度，在此，將從旋轉(zhuǎn)的中心點至作用點的距離設定為0.1m(在一般的控制桿等中幾乎大都是這種程度的設定)，施加200N的平移力作為力F，施加相當于將相同的200N的力施加于作用點的情況的、20N·m的旋轉(zhuǎn)力作為力矩M，對于這種情況，直接求出了從檢測電路輸出的電信號的值。

正如表所示的，在現(xiàn)有的力覺傳感器4000的情況下，力矩Mx、My的檢測值相對于力Fx、Fy的檢測值超出了20倍，在利用于控制桿等用途的情況下，必須進行某些校正處理。關(guān)于力Fz和力矩My，也產(chǎn)生了2倍左右的差異。與此相對比，在本發(fā)明的力覺傳感器5000的情況下，力矩Mx、My的檢測值相對于力Fx、Fy的檢測值降低至2倍左右，特別是，關(guān)于力Fz和力矩My，差異消除至大致1倍左右。

現(xiàn)有的力覺傳感器4000和本發(fā)明的力覺傳感器5000使用了完全相同的檢測用變形體4300，檢測元件及檢測電路也完全相同。兩者的本質(zhì)區(qū)別只是在后者中附加了四組輔助結(jié)構(gòu)體5401～5404這一點。這樣，只將本發(fā)明所涉及的輔助結(jié)構(gòu)體附加到傳統(tǒng)型的任意的力覺傳感器中就可以調(diào)整檢測靈敏度，能夠?qū)崿F(xiàn)具有所期望的檢測靈敏度的力覺傳感器。

工業(yè)適用性

本發(fā)明所涉及的力覺傳感器能廣泛利用于用來進行機器人、工業(yè)機械的動作控制的裝置、電子設備的輸入裝置的人機界面等。另外，本發(fā)明所涉及的力覺傳感器用的輔助結(jié)構(gòu)體通過組裝在檢測插入于受力體與支撐體之間的變形體的變形形式的類型的力覺傳感器中而能夠利用于調(diào)整檢測靈敏度的用途。