力检测装置和机器人的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及力检测装置以及机器人。
【背景技术】
[0002]近年来，以生产效率提高为目的，正在推进在工厂等生产设施导入工业用机器人。作为这种工业机器人，对铝板等母材实施机械加工的工作机械为代表。在该工作机械中内置有实施机械加工时检测对母材的力的力检测装置。
[0003]作为这种力检测装置的一个例子，专利文献I对检测所施加的压力的力检测装置(压力传感器)进行了记载。该力检测装置具备第I外壳、与第I外壳对置配置的第2外壳、对第I外壳与第2外壳的缝隙进行密封的由氟树脂等构成的密封部件(封固部件)、以及设置在被第I外壳、第2外壳和封固部件划分出的压力检测室内的检测元件。而且，记载了通过设置密封部件，能够提高压力检测室的气密性，并能够防止异物的侵入。
[0004]专利文献1:日本特开2013 — 2945号公报
[0005]然而，在专利文献I所记载的力检测装置中，密封部件在力检测装置的压缩方向上被配置在第I外壳与第2外壳之间。因此，起因于密封部件的热膨胀，对输出漂移的影响变大。结果存在即使在未受到外力的情况下，因使用力检测装置的外部环境的温度变化，输出由密封部件的热膨胀所引起的无用信号，检测精度降低这样的问题。
【发明内容】
[0006]因此，本发明的目的在于提供一种减少密封部件对温度漂移的影响，并具有优异的检测精度的力检测装置以及机器人。
[0007]这种的通过下述的本发明来实现。
[0008]应用例I
[0009]本发明所涉及的力检测装置具备第I基部；第2基部，其相对于上述第I基部沿着第I方向被配置；密封部件，其从与上述第I方向正交的第2方向观察，被设置在上述第I基部与上述第2基部重叠的部分，并与上述第I基部和上述第2基部一起形成密闭空间；以及压电元件，其被设置在上述密闭空间内，上述密封部件的纵弹性系数比上述第I基部的纵弹性系数以及上述第2基部的纵弹性系数高。
[0010]由此，能够提供一种减少密封部件对温度漂移的影响，并具有优异的检测精度的力检测装置。
[0011]应用例2
[0012]在本发明所涉及的力检测装置中，上述密封部件与上述第I基部接触的面积比与上述第2基部接触的面积小。
[0013]由此，能够容易地组装第I基部和第2基部，并能够通过密封部件更可靠地密封第I基部与第2基部的缝隙。
[0014]应用例3
[0015]在本发明所涉及的力检测装置中优选，上述密封部件具有第I部位、和与上述第I部位相比沿着上述第I方向的长度较短的第2部位。
[0016]由此，能够容易地组装第I基部和第2基部，并能够通过密封部件更可靠地密封第I基部与第2基部的缝隙。
[0017]应用例4
[0018]在本发明所涉及的力检测装置中优选，从上述第2方向观察，上述第I基部的一部分遍及上述第2基部的整周而与上述第2基部的一部分重叠。
[0019]由此，能够通过密封部件可靠地密封第I基部与第2基部的缝隙。
[0020]应用例5
[0021]在本发明所涉及的力检测装置中优选，上述密封部件为环状。
[0022]由此，能够通过密封部件可靠地密封第I基部与第2基部的缝隙并且，能够防止检测由密封部件的热膨胀所引起的不必要的应力。
[0023]应用例6
[0024]在本发明所涉及的力检测装置中优选，上述压电元件包括水晶。
[0025]由此，力检测装置难以受到温度的变动所带来的影响，因此，能够正确地检测外力。
[0026]应用例7
[0027]在本发明所涉及的力检测装置中优选，具备多个上述压电元件。
[0028]由此，能够检测施加于力检测装置的外力，S卩，6轴力(α、β，γ轴方向的平移力成分以及绕α、β、γ轴的旋转力成分)。
[0029]应用例8
[0030]本发明所涉及的机器人的特征在于，具备手臂；末端执行器，其被设置在上述手臂上；以及力检测装置，其被设置在上述手臂与上述末端执行器之间，对施加于上述末端执行器的外力进行检测，上述力检测装置具备:第I基部；第2基部，其相对于上述第I基部沿着第I方向被配置；密封部件，其从与上述第I方向正交的第2方向观察，被设置在上述第I基部与上述第2基部重叠的部分，并与上述第I基部和上述第2基部一起形成密封空间；以及压电元件，其被设置在上述密闭空间内，上述密封部件的纵弹性系数比上述第I基部的纵弹性系数以及上述第2基部的纵弹性系数高。
[0031]由此，由于机器人具备的力检测装置减少温度漂移的影响，并具有优异的检测精度，所以根据这样的机器人，能够准确地检测外力，并适当地进行末端执行器的作业。
【附图说明】
[0032]图1是表示本发明所涉及的力检测装置的第I实施方式的剖视图。
[0033]图2是图1所示的力检测装置的俯视图。
[0034]图3是示意性地表示图1所示的力检测装置的电路图。
[0035]图4是示意性地表示图1所示的力检测装置具备的电荷输出元件的剖视图。
[0036]图5是表示由图1所示的力检测装置的电荷输出元件检测的力的作用状态的示意图。
[0037]图6是从图5中的箭头A方向观察的图。
[0038]图7是被图1中的点划线围起的区域[A]的放大详细图。
[0039]图8是使用于研宄密封部件的热膨胀对Y轴方向上的检测灵敏度带来的影响的力检测装置的放大剖视图。
[0040]图9是表示本发明所涉及的力检测装置具备的密封部件的其它例子的剖视图。
[0041]图10是表示本发明所涉及的力检测装置的第2实施方式的剖视图。
[0042]图11是表示使用了本发明所涉及的力检测装置的单臂机器人的I例的图。
【具体实施方式】
[0043]以下，详细地对本发明的优选实施方式进行说明。
[0044]1.力检测装置
[0045]第I实施方式
[0046]图1是表示本发明所涉及的力检测装置的第I实施方式的剖视图，图2是图1所示的力检测装置的俯视图，图3是示意性地表示图1所示的力检测装置的电路图，图4是示意性地表示图1所示的力检测装置具备的电荷输出元件的剖视图，图5是表示由图1所示的力检测装置的电荷输出元件检测的力的作用状态的示意图，图6是从图5中的箭头A方向观察的图，图7是被图1中的点划线围起的区域[A]的放大详细图，图8是使用于研宄密封部件的热膨胀对γ轴方向上的检测灵敏度带来的影响的力检测装置的放大剖视图，图9是表示本发明所涉及的力检测装置具备的密封部件的其它例子的剖视图。
[0047]此外，以下，将图1中的上侧称为“上”或者“上方”，将下侧称为“下”或者“下方”。
[0048]另外，图1、图2、图4、图5中，作为相互正交的3个轴，图示出α轴、β轴以及γ轴。将与a (A)轴平行的方向称为“a (A)轴方向”，将与β⑶轴平行的方向称为“β (B)轴方向”，将与γ (C)轴平行的方向称为“γ (C)轴方向”。另夕卜，将由α轴和β轴规定的平面称为“ α β平面”，将由β轴和γ轴规定的平面称为“β Y平面”，将由α轴和γ轴规定的平面称为“α γ平面”。另外，在α方向、β方向以及Y方向上，将箭头前端侧作为“ + (正)侧”，将箭头基端侧作为“一(负)侧”。
[0049]图1所示的力检测装置I具有检测施加于力检测装置I的外力，S卩，6轴力(α、β、γ轴方向的平移力成分以及绕α、β、γ轴的旋转力成分)的功能。
[0050]该力检测装置I具备第I基部(基部)2 ;第2基部(基部)3，其从第I基部2隔开规定的间隔被配置，并与第I基部2对置；模拟电路基板4，其被收纳(设置)在第I基部2与第2基部3之间；数字电路基板5，其被收纳(设置)在第I基部2与第2基部3之间，并与模拟电路基板4电连接；4个传感器设备6，其被搭载于模拟电路基板4上，并具有根据外力输出信号的电荷输出元件(压电元件)10以及收纳电荷输出元件10的封装(收容部)60 ;以及8个加压螺栓(固定部件)71。
[0051]以下，对力检测装置I的各部的构成进行详述。
[0052]此外，在以下的说明中，如图2所示，将4个传感器设备6中位于图2中的右侧的传感器设备6称为“传感器设备6Α”，以下逆时针方向按顺序称为“传感器设备6Β”、“传感器设备6C”、“传感器设备6D”。
[0053]如图1所示，第I基部(底板)2外形呈板状，其平面形状呈发圆的四边形。此外，第I基部2的平面形状并不限于图示的形状，例如也可以是圆形、四边形外的多边形等。
[0054]第I基部2的下表面221在力检测装置I例如被固定于机器人而使用时，作为对该机器人(测定对象)的安装面(第I安装面)发挥作用。
[0055]第I基部2具有底板22、和从底板22朝向上方竖立设置的壁部24。
[0056]壁部24呈“L”字状，在面向外侧的2个面分别突出形成有凸部23。各凸部23的顶面231是与底板22垂直的平面。另外，在凸部23设置有与后述的加压螺栓71旋合的阴螺纹241 (参照图2) ο
[0057]如图1所示，以与第I基部2隔开规定的间隔并对置的方式配置有第2基部(盖板)3。
[0058]第2基部3也与第I基部2同样，其外形呈板状。另外，第2基部3的平面形状优选是与第I基部2的平面形状对应的形状，在本实施方式中，第2基部3的俯视形状与第I基部2的俯视形状同样地呈角部发圆的四边形。另外，第2基部3优选是包含第I基部2的程度的大小。
[0059]第2基部3的上表面321在力检测装置I例如被固定于机器人而使用时，作为对被安装于该机器人的末端执行器(测定对象)的安装面(第2安装面)发挥作用。另外，第2基部3的上表面321、和前述的第I基部2的下表面221在不赋予外力的自然状态下平行。
[0060]另外，第2基部3具有顶板32、和形成于顶板32的边缘部并从该边缘部朝向下方突出的侧壁33。侧壁33的内壁面331是与顶板32垂直的平面。而且，在第I基部2的顶面231与第2基部3的内壁面331之间设置有传感器设备6。
[0061]另外，第I基部2和第2基部3通过加压螺栓71被连接、固定。
[0062]该加压螺栓71如图2所示，有8个(多个)，其中的各2个被配置在各传感器设备6的两侧。此外，针对一个传感器设备6的加压螺栓71的数量并不限于2个，例如也可以是3个以上。
[0063]另外，作为加压螺栓71的构成材料，并未特别限定，例如能够使用各种树脂材料、各种金属材料等。
[0064]这样在通过加压螺栓71连接的第I基部2和第2基部3形成有收纳传感器设备6A?6D、模拟电路基板4以及数字电路基板5的收纳空间。该收纳空间具有圆形或者圆角正方形的剖面形状。
[0065]另外，如图1所示，在第I基部2与第2基部3之间设置有与传感器设备6连接的模拟电路基板4。
[0066]在配置有模拟电路基板4的传感器设备6 (具体而言，电荷输出元件10)的部位形成有供第I基部2的各凸部23插入的孔41。该孔41是贯通模拟电路基板4的贯通孔。
[0067]另外，如图2所示，在模拟电路基板4上设置有各加压螺栓71贯通的贯通孔，在模拟电路基板4的加压螺栓71贯通的部分(贯通孔)例如通过嵌合固定有由树脂材料等绝缘材料构成的管43。
[0068]另外，如图3所示，与传感器设备6A连接的模拟电路基板4具备变换输出电路90a，其将从传感器设备6A的电荷输出元件10输出的电荷Qyl变换为电压Vyl ;变换输出电路90b，其将从电荷输出元件10输出的电荷Qzl变换为电压Vzl ；以及变换输出电路90c，其将从电荷输出元件10输出的电荷Qxl变换为电压Vxl。
[0069]与传感器设备6B连接的模拟电路基板4具备变换输出电路90a，其将从传感器设备6B的电荷输出元件10输出的电荷Qy2变换为电压Vy2 ;变换输出电路90b，其将从电荷输出元件10输出的电荷Qz2变换为电压Vz2 ；以及变换输出电路90c，其将从电荷输出元件10输出的电荷Qx2变换为电压Vx2。
[0070]与传感器设备6C连接的模拟电路基板4具备变换输出电路90a，其将从传感器设备6C的电荷输出元件10输出的电荷Qy3变换为电压Vy3 ;变换输出电路90b，其将从电荷输出元件10输出的电荷Qz3变换为电压Vz3 ；以及变换输出电路