力传感器和配设有力传感器的设备制造技术

本发明专利技术提供力传感器100，该力传感器用于检测从外部施加的力，并且可以被制成得更小型化和低成本。力传感器100包括：支撑部件20；力接收部件4，其由于外力的施加而导致相对于支撑部件20位移；弹性结合部件5，其用于结合支撑部件20和力接收部件4；标尺8a至8d，其设置在弹性结合部件5上并且作为待检测的对象；以及位移检测元件9a至9d，其设置在构成支撑部件20的传感器基板7上以按一对一对应关系与标尺8a至8d相对，并且用于对标尺8a至8d的移动进行检测。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】力传感器和配设有力传感器的设备
本专利技术涉及检测从外部施加的力的力传感器和包括该力传感器的设备。
技术介绍
力传感器被用作检测作用在工业机器人的臂或医用操纵器等的各个部件上的外力的单元。力传感器的示例包括使用PTL1中公开的光学位移传感器的6轴力传感器。PTL1中描述的力传感器包括支撑构件、力接收构件、将支撑构件和力接收构件连接的弹性连接构件、以及设置在支撑构件与力接收构件之间的位移方向变换机构。位移方向变换机构配设有检测目标对象，并且以面向检测目标对象的方式配设在支撑构件上的位移检测元件对检测目标对象的移动进行检测。例如，当在支撑构件被固定的状态下外力作用在力接收构件上时，弹性连接构件弹性形变，并且在力接收构件中产生与相对于支撑构件的外力的方向和大小对应的位移。此时，位移方向变换机构还随着力接收构件的形变而形变，并且位移方向变换机构的位移构件的位移方向在与力接收构件的位移正交的方向上位移。引用列表专利文献PTL1:第5602582号日本专利
技术实现思路
技术问题在根据本领域的上述力传感器中，除了支撑构件、力接收构件和弹性连接构件之外，还需要配设用于转换位移的位移方向变换机构、以及位移方向变换机构的检测目标对象。因此，组件数量增加并且组装工艺变得复杂，使得不容易降低尺寸和成本。本专利技术提供尺寸和成本可以降低的力传感器、以及包括该传感器的装置。解决问题的方案根据本专利技术的力传感器包括：支撑构件；力接收构件，其被构造为通过外力的作用而相对于支撑构件位移；弹性连接构件，其连接支撑构件和力接收构件；多个检测目标对象，所述多个检测目标对象设置在弹性连接构件上；以及多个位移检测元件，其被设置在支撑构件上以按一对一方式面向检测目标对象，并且被构造为对检测目标对象的移动进行检测，其中，弹性连接构件具有位移构件，该位移构件通过力接收构件相对于支撑构件在第一方向上的位移，在与第一方向相交的方向上位移，并且检测目标对象设置在位移构件上。本专利技术的有益效果根据本专利技术，可以降低力传感器的尺寸和成本。附图说明[图1]是根据本专利技术第一实施例的力传感器的外部立体图。[图2A-图2C]是示出图1中所示的力传感器的示意性结构的截面图和后视图。[图3]是示出包括图1的力传感器的传感器基板的上表面的结构的平面图。[图4A-图4C]是示出根据本专利技术第二实施例的力传感器的示意性结构的截面图和后视图。[图5]是示出包括图4A至图4C中所示的力传感器的传感器基板的上表面的结构的平面图。[图6A-图6H]是根据本专利技术第三实施例的力传感器的弹性连接构件的截面图。具体实施方式在下文中，将参照附图详细描述本专利技术的实施例。图1是根据本专利技术第一实施例的力传感器100的外部立体图。力传感器100包括大致上圆筒形的主体2和盘形的下盖1，并且主体2的下表面由下盖1密封。为了描述的简便，如图1所示，定义X轴、Y轴和Z轴，并且将各个轴的箭头的方向定义为+方向。Z轴是平行于力传感器100的厚度方向的方向，并且将平行于Z轴且经过力传感器100的中心(下面所描述的力接收构件4的中心)的轴定义为中心轴L。X轴和Y轴彼此正交并与Z轴正交。图2A是力传感器100在包括中心轴L的ZX平面上的截面图。图2B是沿图2A的A-A线截取的截面图。图2C是在下盖1和传感器基板7从主体2去除的情况下从-Z方向朝着+Z方向观看时主体2的平面图(后视图)。力传感器100是三轴力传感器，并且可以检测Fz(Z方向的力)和Mx、My(绕X轴的力矩、绕Y轴的力矩)。这里，在各个附图中示出X方向、Y方向和Z方向中的各个。主体2包括圆筒形构件6、连接到圆筒形构件6的弹性连接构件5以及连接到弹性连接构件5的力接收构件4。传感器基板7固定在圆筒形构件6的内部，并且下盖1固定到圆筒形构件6的下表面。支撑构件20由圆筒形构件6和下盖1组成。在本实施例中应当注意的是，由于传感器基板7固定到圆筒形构件6并且相对于圆筒形构件6成为不可移动组件，因此考虑将传感器基板7包括在支撑构件20中。支撑构件20和力接收构件4由弹性连接构件5连接，因此，力接收构件4相对于支撑构件20在Z方向上可位移，并且绕X轴和Y轴可倾斜。力传感器100以如下方式使用：支撑构件20的圆筒形构件6和/或下盖1附装到基座等(未示出)并且力接收构件4附装到机器人臂或操纵器(未示出)。在力传感器100中，力接收构件4包括盘形部以及从盘形部的一个平面的中心突起的圆柱部，盘形部的另一平面附装到机器人臂或操纵器，并且圆柱部经由弹性连接构件5连接到圆筒形构件6。在力传感器100中，四个弹性连接构件5以从Z方向观看时大致呈十字形的方式配设在支撑构件20与力接收构件4之间。换言之，弹性连接构件5在XY平面上以90度间隔绕中心轴L径向地设置在四个位置处。作为检测目标对象的标尺8a至8d以在Z方向上具有大致同一高度的方式(即，以位于大致同一平面上的方式)分别设置在四个弹性连接构件5的各个上。此外，位移检测元件9a至9d安装在传感器基板7上，以在Z方向上按一对一方式面向标尺8a至8d。标尺8a至8d以在Z方向上具有大致同一高度的方式设置，并且传感器基板7的组件的安装表面大致平行于XY平面，使得标尺8a至8d与对应的位移检测元件9a至9d之间的距离分别大致相同。例如，各个位移检测元件9a至9d是诸如发光二极管等的光接收元件。应当注意的是，如下构造是可以的：弹性连接构件根据弹性连接构件的数量以大致等间隔绕中心轴L径向地设置。例如，如下构造是可以的：代替四个弹性连接构件，三个弹性连接构件以120度间隔设置。当外力Fz作用在力接收构件4上时，力接收构件4相对于支撑构件20在Z方向上位移。当力矩Mx作用在力接收构件4上时，力接收构件4绕X轴倾斜，并且当力矩My作用在力接收构件4上时，力接收构件4绕Y轴倾斜。当力接收构件4位移或倾斜时，连接到力接收构件4的弹性连接构件5倾斜，并且因此标尺8a至8d倾斜。将描述通过用位移检测元件9a至9d检测标尺8a至8d处产生的倾斜，来检测作用在力接收构件4上的外力和力矩的方法。图3是示出传感器基板7的上表面的构造的平面图。光源10a至10d以分别对应于位移检测元件9a至9d的方式设置在传感器基板7上。光源10a至10d可以分别与位移检测元件9a至9d一体地安装，或者可以与位移检测元件9a至9d分开安装。例如，各个光源10a至10d是发光二极管(LED)。各个位移检测元件9a至9d由被布置为呈条带状的检测表面的多个光接收表面构造。虽然未示出，但是各个标尺8a至8d由玻璃等所制成的基板和光栅组成，该光栅由形成在基板的正面或背面的金属等制成的反射膜所制成。标尺8a至8d以分别面向位移检测元件9a至9d的方式设置。当发散光束分别从光源10a至10d发射到标尺8a至8d时，来自标尺8a至8d的反射光在位移检测元件9a至9d上形成作为明暗条纹的衍射光的图案。因此，当标尺8a至8d在位移检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种力传感器，其包括：/n支撑构件；/n力接收构件，其被构造为通过外力的作用而相对于支撑构件位移；/n弹性连接构件，其连接支撑构件和力接收构件；/n多个检测目标对象，其设置在弹性连接构件上；以及/n多个位移检测元件，其被设置在支撑构件上以按照一对一方式面向检测目标对象，并且被构造为对检测目标对象的移动进行检测，/n其中，弹性连接构件具有位移构件，该位移构件通过力接收构件相对于支撑构件在第一方向上的位移，在与第一方向相交的方向上位移，并且/n检测目标对象设置在位移构件上。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171020 JP 2017-2036921.一种力传感器，其包括：
支撑构件；
力接收构件，其被构造为通过外力的作用而相对于支撑构件位移；
弹性连接构件，其连接支撑构件和力接收构件；
多个检测目标对象，其设置在弹性连接构件上；以及
多个位移检测元件，其被设置在支撑构件上以按照一对一方式面向检测目标对象，并且被构造为对检测目标对象的移动进行检测，
其中，弹性连接构件具有位移构件，该位移构件通过力接收构件相对于支撑构件在第一方向上的位移，在与第一方向相交的方向上位移，并且
检测目标对象设置在位移构件上。


2.根据权利要求1所述的力传感器，其中，
弹性连接构件具有至少一个突起部，并且
检测目标对象设置在突起部的远端表面上。


3.根据权利要求1或2所述的力传感器，其中，所述多个位移检测元件设置在大致同一平面上。


4.根据权利要求1至3中任意一项所述的力传感器，其中，
多个弹性连接构件以等间隔绕力接收构件径向地设置，以位于大致同一平面上，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：小川直哉，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP