位移檢測(cè)方式的六軸力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及位移檢測(cè)方式的六軸力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)對(duì)傳感器主體施加有力(負(fù)載)時(shí)，位移檢測(cè)方式的力傳感器對(duì)因該力而變形了的傳感器主體的伴隨變形而產(chǎn)生的位移量進(jìn)行檢測(cè)，并基于檢測(cè)到的位移量對(duì)力進(jìn)行檢測(cè)。例如日本專利第4271475號(hào)公報(bào)(JP4271475B2)中，公開(kāi)了根據(jù)形成于傳感器主體的規(guī)定部位的靜電電容的變化來(lái)檢測(cè)位移量的力傳感器。該力傳感器具備外側(cè)箱狀構(gòu)造體和內(nèi)側(cè)箱狀構(gòu)造體，使外側(cè)箱狀構(gòu)造體的側(cè)面以及上表面分別與內(nèi)側(cè)箱狀構(gòu)造體的側(cè)面以及上表面對(duì)置，而在整體形成連通的間隙，并在間隙的規(guī)定位置配置有分別沿正交三軸坐標(biāo)系的任一個(gè)軸向?qū)χ玫亩嘟M電極，而在各個(gè)對(duì)置電極之間形成了靜電電容。若外側(cè)箱狀構(gòu)造體因力(負(fù)載)而變形，則間隙的形狀以及尺寸與之對(duì)應(yīng)地變化，從而各個(gè)對(duì)置電極間的靜電電容變化。根據(jù)該靜電電容的變化，計(jì)算外側(cè)箱狀構(gòu)造體相對(duì)于內(nèi)側(cè)箱狀構(gòu)造體的位移量，并基于計(jì)算出的位移量，而構(gòu)成為能夠?qū)κ┘佑谕鈧?cè)箱狀構(gòu)造體的力的各軸向的力成分以及繞各軸的力矩成分進(jìn)行檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在對(duì)正交三軸坐標(biāo)系中的各軸向的力成分以及繞各軸的力矩成分進(jìn)行檢測(cè)的位移檢測(cè)方式的六軸力傳感器中，期望:具有能夠高精度地檢測(cè)各個(gè)六軸的位移量的構(gòu)造，另一方面能夠簡(jiǎn)化該構(gòu)造而使部件的加工、組裝變得容易，從而能夠減少制造成本。
[0004]本發(fā)明的一個(gè)方案是一種六軸力傳感器，其具備:固定部；第一可動(dòng)部；第一連結(jié)部，其在正交三軸坐標(biāo)系中，將第一可動(dòng)部連結(jié)為能夠相對(duì)于固定部在與第一軸平行的方向、與正交于第一軸的第二軸平行的方向、以及以與第一軸和第二軸雙方正交的第三軸為中心的旋轉(zhuǎn)方向上彈性地位移；第二可動(dòng)部；第二連結(jié)部，其在正交三軸坐標(biāo)系中，將第二可動(dòng)部連結(jié)為能夠相對(duì)于第一可動(dòng)部在以第一軸為中心的旋轉(zhuǎn)方向、以第二軸為中心的旋轉(zhuǎn)方向、以及與第三軸平行的方向上彈性地位移；第一檢測(cè)部，其檢測(cè)第一可動(dòng)部相對(duì)于固定部的位移量；以及第二檢測(cè)部，其檢測(cè)第二可動(dòng)部相對(duì)于第一可動(dòng)部的位移量，根據(jù)由第一檢測(cè)部檢測(cè)到的檢測(cè)值以及由第二檢測(cè)部檢測(cè)到的檢測(cè)值，能夠檢測(cè)施加于第二可動(dòng)部的力的、第一軸的方向的力成分、第二軸的方向的力成分、第三軸的方向的力成分、繞第一軸的力矩成分、繞第二軸的力矩成分、以及繞第三軸的力矩成分。
[0005]根據(jù)一個(gè)方案的六軸力傳感器，由于各個(gè)六軸的位移量的檢測(cè)能夠由第一檢測(cè)部和第二檢測(cè)部以每三個(gè)自由度分擔(dān)來(lái)實(shí)施，所以能夠進(jìn)行高精度的位移量檢測(cè)。產(chǎn)生作為第一檢測(cè)部的檢測(cè)對(duì)象的位移量的構(gòu)成部件、和產(chǎn)生作為第二檢測(cè)部的檢測(cè)對(duì)象的位移量的構(gòu)成部件具有均允許三個(gè)自由度的位移的結(jié)構(gòu)即可，而且由于上述構(gòu)成部件雙方共用第一可動(dòng)部，所以六軸力傳感器的構(gòu)造簡(jiǎn)化，而部件的加工、組裝變得容易，從而減少制造成本。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是以示意圖的方式表示第一實(shí)施方式的六軸力傳感器的結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0007]圖2是圖1的六軸力傳感器的主視圖。
[0008]圖3是圖1的六軸力傳感器的俯視圖。
[0009]圖4是從其它方向表示圖1的六軸力傳感器的立體圖。
[0010]圖5是沿圖4的線V-V切開(kāi)的六軸力傳感器的立體圖。
[0011]圖6是沿圖4的線V-V切開(kāi)的六軸力傳感器的俯視圖。
[0012]圖7A是表示能夠裝備于圖1的六軸力傳感器的電極的結(jié)構(gòu)的圖，是表示第一檢測(cè)部的圖。
[0013]圖7B是表示能夠裝備于圖1的六軸力傳感器的電極的結(jié)構(gòu)的圖，是表示第二檢測(cè)部的圖。
[0014]圖8是表示變形例的第一檢測(cè)部的切開(kāi)立體圖。
[0015]圖9是第二實(shí)施方式的六軸力傳感器的主視圖。
[0016]圖10是以示意圖的方式表示圖9的六軸力傳感器的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明?？v觀全部附圖，對(duì)對(duì)應(yīng)的構(gòu)成要素標(biāo)注通用的符號(hào)。
[0018]圖1?圖3中表示第一實(shí)施方式的六軸力傳感器10。六軸力傳感器10具備:固定部12 ;第一可動(dòng)部14 ;第一連結(jié)部18，其在正交三軸坐標(biāo)系16中，將第一可動(dòng)部14連結(jié)為相對(duì)于固定部12能夠在與第一軸(圖中X軸)平行的方向、與正交于第一軸的第二軸(圖中Y軸)平行的方向、以及以與第一軸和第二軸雙方正交的第三軸(圖中Z軸)為中心的旋轉(zhuǎn)方向上彈性地位移；第二可動(dòng)部20 ;第二連結(jié)部22，其在正交三軸坐標(biāo)系16中，將第二可動(dòng)部20連結(jié)為相對(duì)于第一可動(dòng)部14能夠在以第一軸(X軸)為中心的旋轉(zhuǎn)方向、以第二軸(Y軸)為中心的旋轉(zhuǎn)方向、以及與第三軸(Z軸)平行的方向上彈性地位移；第一檢測(cè)部24，其檢測(cè)第一可動(dòng)部14相對(duì)于固定部12的位移量；以及第二檢測(cè)部26，其檢測(cè)第二可動(dòng)部20相對(duì)于第一可動(dòng)部14的位移量。
[0019]固定部12是當(dāng)例如在機(jī)器人臂等機(jī)械、構(gòu)造體(未圖示。以下為機(jī)械類。)安裝力傳感器10時(shí)被直接或者間接地固定于該機(jī)械類的基礎(chǔ)部分。第二可動(dòng)部20是例如安裝在機(jī)器人手等、產(chǎn)生作為力傳感器10的檢測(cè)對(duì)象的力(負(fù)載)的物體(未圖示。以下為力產(chǎn)生物體。)而承接該力的力承接部分。從力產(chǎn)生物體施加于第二可動(dòng)部20的力(負(fù)載)從第二可動(dòng)部20施加到第二連結(jié)部22而使第二連結(jié)部22彈性變形，并且使第二可動(dòng)部20相對(duì)于第一可動(dòng)部14主要在以第一軸(X軸)為中心的旋轉(zhuǎn)方向、以第二軸(Y軸)為中心的旋轉(zhuǎn)方向、以及與第三軸(Z軸)平行的方向中任一個(gè)方向或者兩個(gè)方向以上的組合方向上彈性地位移。第二檢測(cè)部26對(duì)第二可動(dòng)部20隨著第二連結(jié)部22的彈性變形而產(chǎn)生的、相對(duì)于第一可動(dòng)部14在各軸上的位移量進(jìn)行檢測(cè)。并且，從第二可動(dòng)部20施加于第二連結(jié)部22的力從第二連結(jié)部22向第一可動(dòng)部14傳遞，另外從第一可動(dòng)部14對(duì)第一連結(jié)部18施加而使第一連結(jié)部18彈性變形，并且使第一可動(dòng)部14相對(duì)于固定部12主要在與第一軸(X軸)平行的方向、與第二軸(Y軸)平行的方向、以及以第三軸(Z軸)為中心的旋轉(zhuǎn)方向中任一個(gè)方向或者兩個(gè)方向以上的組合方向上彈性地位移。第一檢測(cè)部24對(duì)第一可動(dòng)部14隨著第一連結(jié)部18的彈性變形而產(chǎn)生的、相對(duì)于固定部12在各軸上的位移量進(jìn)行檢測(cè)。
[0020]在圖1?圖3的實(shí)施方式中，固定部12具有立方體形狀，在沿第一軸和第二軸所成的假想平面(XY平面)展開(kāi)的矩形平面狀的面12a的四角分別設(shè)置在與第三軸(Z軸)平行的方向上延長(zhǎng)的柱狀的第一連結(jié)部18。第一可動(dòng)部14具備矩形平板狀的第一部分28、矩形框狀的第二部分30、以及介于第一部分28與第二部分30之間的矩形平板狀的第三部分32。第一部分28和第三部分32相互獨(dú)立地形成，而相互一體固定。并且，第二部分30和第三部分32相互獨(dú)立地形成，而相互一體固定。第一部分28與第三部分32之間的固定、以及第二部分30與第三部分32之間的固定例如能夠通過(guò)兩者共用的螺栓34而以所謂的共同緊固式的方式進(jìn)行(圖2)?；蛘撸谝徊糠?8與第三部分32之間的固定、以及第二部分30與第三部分32之間的固定也能夠分別通過(guò)其它的螺栓等固定機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行。
[0021]第一部分28具有在俯視(圖中從Z軸方向上方觀察的形態(tài))的情況下與固定部12相同的外形的立方體形狀，具有經(jīng)由空間36與固定部12的面12a對(duì)置的矩形平面狀的面28a(圖2)。四個(gè)第一連結(jié)部18分別在與固定部12連結(jié)的端部(圖中下端)的相反側(cè)的端部(圖中上端)，與第一部分28的面28a的四角連結(jié)。在該實(shí)施方式中，固定部12、第一連結(jié)部18以及第一部分28由相互相同的材料形成為一體，而構(gòu)成了呈長(zhǎng)方體狀的外觀的單一構(gòu)造體。
[0022]第三部分32具有在俯視(圖中從Z軸方向上方觀察的形態(tài))的情況下與第一部分28相同的外形的立方體形狀，外形匹配地重疊固定于第一部分28。第三部分32具有朝向第一部分28的面28a的相反側(cè)的矩形平面狀的面32a (圖2)。第二部分30具有在俯視(圖中從Z軸方向上方觀察的形態(tài))的情況下與第三部分32相同的矩形的外形，外形匹配地固定于第三部分32。第二部分30具有經(jīng)由空間38與第三部分32的面32a對(duì)置的矩形框狀且平面狀的面30a (圖2)。
[0023]在該實(shí)施方式中，在矩形框狀的第二部分30的相當(dāng)于四邊的部分的中央，形成有共計(jì)四個(gè)貫通孔30b，在這些貫通孔30b分別插通螺栓34的軸部34a。各螺栓34的軸部34a的外螺紋部分在第三部分3