專利名稱：多軸傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種至少可計測從外部施加到第1部件與第2部件上多軸的力、轉(zhuǎn)矩、加速度、角加速度中任何一個的多軸傳感器。
背景技術(shù)：
在專利文獻1中，如圖49所示，記載了力-轉(zhuǎn)矩傳感器103，其備有由一對對置的圓形板構(gòu)成的第1部件100及第2部件101；連結(jié)這些第1部件100及第2部件101的環(huán)狀的電橋元件102；及安裝于各電橋元件102上的應(yīng)變片。
在該傳感器103中，電橋元件102相對于第1部件100及第2部件101垂直地設(shè)置。應(yīng)變片通過粘接安裝到電橋元件102的外周面或孔104的內(nèi)面上。通過檢測由于施加于第1部件100及第2部件101之間的力或轉(zhuǎn)矩而使各電橋元件102的圓環(huán)形狀向哪個方向發(fā)生多少變形，算出施加的力和轉(zhuǎn)矩。
專利文獻1特開昭63-78032號公報(圖1、第5頁右下欄第12行～第6頁左上欄第14行、第7頁左上欄第20行～右上欄第12行)在專利文獻1中記載的技術(shù)中，由于安裝應(yīng)變片的傳感器應(yīng)變體、即電橋元件102為復(fù)雜的三維形狀，所以組裝加工第1部件100及第2部件101、電橋元件102的成本增大。又，由于必須將應(yīng)變片三維地安裝到電橋元件102的曲面等上，所以導(dǎo)致安裝作業(yè)的時間變長、批量化生產(chǎn)變差、成本增高。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種可將傳感器應(yīng)變體形成為簡單的形狀，并且可使應(yīng)變片的安裝作業(yè)簡單化的多軸傳感器。
本發(fā)明的多軸傳感器為計測從外部施加的多軸的力、轉(zhuǎn)矩、加速度、角加速度中的任何一個或多個的多軸傳感器，其中，備有配置在一個平面上的多個應(yīng)變片。
根據(jù)該構(gòu)成，由于各應(yīng)變體配置在一個平面上，所以與以往那樣將應(yīng)變片三維地安裝到電橋元件的曲面等上的情況相比，可縮短安裝作業(yè)時間。因此，批量化生產(chǎn)佳，可降低成本。
在本發(fā)明的多軸傳感器中，可進一步備有多個安裝前述應(yīng)變片的第1隔膜。根據(jù)該構(gòu)成，由于安裝應(yīng)變片的傳感器應(yīng)變體形狀簡單，所以可降低組裝多軸傳感器的成本。
在本發(fā)明的多軸傳感器中，前述第1隔膜可配置在以前述平面的中心點為中心隔開等角度、且距前述中心點等距離的位置上。根據(jù)上述構(gòu)成，可通過簡單的計算，從各第1隔膜的應(yīng)變片的電阻值的變化算出多軸的力、轉(zhuǎn)矩、加速度、角加速度。
在本發(fā)明的多軸傳感器中，前述角度可為90度。根據(jù)該構(gòu)成，可容易地算出在以平面的中心點為原點的正交坐標(biāo)的X軸及Y軸上的力、轉(zhuǎn)矩、加速度、角加速度。
在本發(fā)明的多軸傳感器中，前述第1隔膜可分別沿著以前述中心點作為原點的X軸及Y軸上的正方向及負方向配置。根據(jù)該構(gòu)成，可極容易地算出在X軸及Y軸上的力、轉(zhuǎn)矩、加速度、角加速度。
在本發(fā)明的多軸傳感器中，前述角度可為120度。根據(jù)該構(gòu)成，由于可算出在3個第1隔膜上的多軸的力、轉(zhuǎn)矩、加速度、角加速度，所以多軸傳感器的構(gòu)成可進一步簡單化。
本發(fā)明的多軸傳感器的前述第1隔膜的薄壁部為圓環(huán)形狀，且備有8個前述應(yīng)變片，并且前述應(yīng)變片的配置位置可在連結(jié)前述第1隔膜的中心點與前述平面的中心點的線上是前述第1隔膜的外邊部與內(nèi)邊部，在前述第1隔膜的中心點處的前述線的垂直線上是前述第1隔膜的外邊部與內(nèi)邊部。根據(jù)該構(gòu)成，由于可在第1隔膜中應(yīng)變最大的部位上安裝應(yīng)變片，所以可提高靈敏度。
本發(fā)明的多軸傳感器可進一步備有設(shè)置在前述第1隔膜的中央部上的作用體，并且計測作用于該多軸傳感器上的多軸的加速度及角加速度。根據(jù)該構(gòu)成，若在多軸傳感器上施加加速度，則對慣性力作用體起作用。因此，作用體產(chǎn)生位移，在第1隔膜上產(chǎn)生應(yīng)變?？赏ㄟ^檢測該第1隔膜的應(yīng)變，來計測多軸的加速度及角加速度。
本發(fā)明的多軸傳感器備有第1部件，具有前述第1隔膜；第2部件，具有與前述第1隔膜對置，且不備有前述應(yīng)變片的第2隔膜；連結(jié)軸，連結(jié)對置的前述第1隔膜與前述第2隔膜；計測作用于前述第1部件與前述第2部件之間的多軸的力及轉(zhuǎn)矩。根據(jù)該構(gòu)成，將應(yīng)變片僅安裝在一個平面上，即可計測多軸的力及轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明的多軸傳感器備有第1部件，具有前述第1隔膜；第2部件，具有第2隔膜，所述第2隔膜與前述第1隔膜對置，且安裝有配置在一平面上的多個前述應(yīng)變片；連結(jié)軸，連結(jié)對置的前述第1隔膜與前述第2隔膜；計測作用于前述第1部件與前述第2部件之間的多軸的力及轉(zhuǎn)矩。根據(jù)該構(gòu)成，由于示出相同力或轉(zhuǎn)矩的分量的電信號獨立存在在2系統(tǒng)中，所以可將傳感器輸出二重化，從而實現(xiàn)高精度化。
在本發(fā)明的多軸傳感器中，前述第1部件的前述應(yīng)變片與前述第2部件的前述應(yīng)變片可配置在以多軸傳感器的重心點為中心對稱的位置上。根據(jù)該構(gòu)成，由于可對2系統(tǒng)的電信號對等地進行處理，所以精度更高。
本發(fā)明的多軸傳感器在前述第1部件的前述應(yīng)變片與前述第2部件的前述應(yīng)變片的各輸出中的某一個輸出信號在規(guī)定的范圍外時，可采用另一個輸出信號。根據(jù)該構(gòu)成，在由于某種理由應(yīng)變片發(fā)生異常時，利用其他應(yīng)變片，可使多軸傳感器的利用繼續(xù)進行。因此，可構(gòu)筑可靠性極高的控制系統(tǒng)。
在本發(fā)明的多軸傳感器中，配置在前述平面上的前述第1隔膜可為1個。根據(jù)該構(gòu)成，由于可不在一平面上設(shè)置多個第1隔膜，所以可使多軸傳感器小型化。又，由于可使多軸傳感器的形狀簡單化，所以可降低切削加工中所需的成本。
本發(fā)明的多軸傳感器在以前述平面的中心點為中心隔開等角度、且距前述中心點等距離的位置上，進一步具有以與前述第1隔膜抵接的方式設(shè)置的作用體，測定作用于該多軸傳感器上的多軸的加速度及角加速度。根據(jù)該構(gòu)成，若在多軸傳感器上施加加速度，則慣性力對作用體起作用。因此，作用體產(chǎn)生位移，在第1隔膜上產(chǎn)生應(yīng)變?？赏ㄟ^檢測該第1隔膜的應(yīng)變，來計測多軸的加速度及角加速度。
本發(fā)明的多軸傳感器備有第1部件，具有前述第1隔膜；第2部件，具有一個不備有前述應(yīng)變片的第2隔膜；作用體，連結(jié)前述第1隔膜與前述第2隔膜；前述第1部件與前述第2部件以前述第1部件的前述第1隔膜的中心點與前述第2部件的前述第2隔膜的中心點對置的方式配置，并且，通過前述作用體，將以前述第1隔膜與前述第2隔膜的每個前述中心點為中心隔開等角度、且距前述中心點等距離的位置彼此連結(jié)，計測作用于前述第1部件與前述第2部件之間的多軸的力及轉(zhuǎn)矩。根據(jù)該構(gòu)成，通過將應(yīng)變片僅安裝在一平面上，即可計測多軸的力及轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明的多軸傳感器備有第1部件，具有前述第1隔膜；第2部件，具有第2隔膜，所述第2隔膜安裝有配置在一平面上的多個前述應(yīng)變片；作用體，連結(jié)前述第1隔膜與前述第2隔膜；前述第1部件與前述第2部件以前述第1部件的前述第1隔膜的中心點與前述第2部件的前述第2隔膜的中心點對置的方式配置，并且，通過前述作用體，將以前述第1及第2隔膜的每個前述中心點為中心隔開等角度、且距前述中心點等距離的位置彼此連結(jié)，計測作用于前述第1部件與前述第2部件之間的多軸的力及轉(zhuǎn)矩。根據(jù)該構(gòu)成，由于示出相同力或轉(zhuǎn)矩的分量的電信號獨立存在在2系統(tǒng)中，所以可將傳感器輸出二重化，從而實現(xiàn)高精度化。
在本發(fā)明的多軸傳感器中，前述第1部件的前述應(yīng)變片與前述第2部件的前述應(yīng)變片可配置在以多軸傳感器的重心點為中心對稱的位置上。根據(jù)該構(gòu)成，由于可對2系統(tǒng)的電信號對等地進行處理，所以精度更高。
在本發(fā)明的多軸傳感器中，前述第1部件的前述應(yīng)變片與前述第2部件的前述應(yīng)變片的各輸出中的某一個輸出信號在規(guī)定的范圍外時，可采用另外的輸出信號。根據(jù)該構(gòu)成，在由于某種理由應(yīng)變片發(fā)生異常時，利用其他應(yīng)變片，可使多軸傳感器的利用繼續(xù)進行。因此，可構(gòu)筑可靠性極高的控制系統(tǒng)。
在本發(fā)明的多軸傳感器中，前述角度可為90度。根據(jù)該構(gòu)成，可容易地算出在以第1隔膜的中心點為原點的正交坐標(biāo)的X軸及Y軸上的力、轉(zhuǎn)矩、加速度、角加速度。
在本發(fā)明的多軸傳感器中，前述第1隔膜分別沿著以前述中心點作為原點的X軸及Y軸上的正方向及負方向配置。根據(jù)該構(gòu)成，可極容易地算出在以第1隔膜的中心點為原點的正交坐標(biāo)的X軸及Y軸上的力、轉(zhuǎn)矩、加速度、角加速度。
在本發(fā)明的多軸傳感器中，前述角度可為120度。根據(jù)該構(gòu)成，由于在第1隔膜上形成3個作用體，所以可算出多軸的力、轉(zhuǎn)矩、加速度、角加速度，故可使多軸傳感器的構(gòu)造進一步簡單化。
在本發(fā)明的多軸傳感器中，前述應(yīng)變片的配置位置為在將前述平面上的與前述作用體對應(yīng)的部分的中心點與前述第1隔膜的中心點連結(jié)的線上，是前述作用體的邊部；對前述平面上的與前述作用體對應(yīng)的部分的中心點中的前述線的垂直線上，是前述作用體的邊部；在從前述第1隔膜的中心點起隔開等角度、且距前述中心點等距離的位置上，是前述作用體的邊部及前述第1隔膜的邊部中的某一個。根據(jù)該構(gòu)成，由于可將應(yīng)變片安裝在第1隔膜中應(yīng)變最大的部位上，所以可提高靈敏度。又，與在一平面上設(shè)置多個第1隔膜的情況相比，可用較少的應(yīng)變片算出多軸的力、轉(zhuǎn)矩、加速度、角加速度。因此，可削減應(yīng)變片的成本及配線的成本。
在本發(fā)明的多軸傳感器中，前述應(yīng)變片可為壓阻元件。壓阻元件與箔應(yīng)變片相比應(yīng)變系數(shù)大10倍以上，與利用箔應(yīng)變片的情況相比靈敏度可提高10倍以上。
在本發(fā)明的多軸傳感器中，前述應(yīng)變片為在絕緣膜上由氧化鉻薄膜形成的應(yīng)變片。根據(jù)該構(gòu)成，與一般的箔應(yīng)變片相比應(yīng)變系數(shù)大10倍以上，所以與利用一般的箔應(yīng)變片的情況相比靈敏度可大10倍以上。


圖1A是描繪根據(jù)本發(fā)明的第1實施方式的多軸傳感器的圖，是描繪從第2部件側(cè)沿Z軸方向透視時的應(yīng)變片的配置的俯視圖。
圖1B是描繪根據(jù)本發(fā)明的第1實施方式的多軸傳感器的圖，是中央縱剖主視圖。
圖2是表示正交坐標(biāo)軸的立體圖。
圖3是表示對多軸傳感器施加力Fx時的位移的中央縱剖主視圖。
圖4是表示對多軸傳感器施加力Fx時的應(yīng)變片的電阻值的變化的俯視圖。
圖5是表示對多軸傳感器施加力Fz時的位移的中央縱剖主視圖。
圖6是表示對多軸傳感器施加力Fz時的應(yīng)變片的電阻值的變化的俯視圖。
圖7是表示對多軸傳感器施加轉(zhuǎn)矩Mx時的位移的中央縱剖主視圖。
圖8是表示對多軸傳感器施加轉(zhuǎn)矩Mx時的應(yīng)變片的電阻值的變化的俯視圖。
圖9是表示對多軸傳感器施加轉(zhuǎn)矩Mz時的應(yīng)變片的電阻值的變化的俯視圖。
圖10是表示多軸傳感器的電橋電路的一例的電路圖。
圖11是描繪根據(jù)第2實施方式的多軸傳感器的中央縱剖主視圖。
圖12是表示根據(jù)第3實施方式的電橋電路的一例的電路圖。
圖13是描繪根據(jù)第4實施方式的多軸傳感器的中央縱剖主視圖。
圖14是表示根據(jù)第4實施方式的多軸傳感器的放大器電路及判斷過程的框圖。
圖15是描繪從根據(jù)第5實施方式的多軸傳感器的第2部件側(cè)沿Z軸方向透視時的應(yīng)變片的配置的俯視圖。
圖16是表示多軸傳感器的電橋電路的一例的電路圖。
圖17是表示對多軸傳感器施加力Fy時的位移的中央縱剖主視圖。
圖18是表示對多軸傳感器施加力Fz時的位移的中央縱剖主視圖。
圖19是表示對多軸傳感器施加力Fz時的應(yīng)變片的電阻值的變化的俯視圖。
圖20是表示對多軸傳感器施加轉(zhuǎn)矩Mz時的應(yīng)變片的電阻值的變化的俯視圖。
圖21是表示對多軸傳感器施加轉(zhuǎn)矩Mz時的位移的中央縱剖主視圖。
圖22是表示對多軸傳感器施加轉(zhuǎn)矩Mz時的應(yīng)變片的電阻值的變化的俯視圖。
圖23是描繪根據(jù)第6實施方式的多軸傳感器的中央縱剖主視圖。
圖24是描繪沿著Z軸的反方向透視根據(jù)第6實施方式的多軸傳感器時的應(yīng)變片的配置的俯視圖。
圖25是表示對多軸傳感器施加加速度ax時的位移的中央縱剖主視圖。
圖26是表示對多軸傳感器施加加速度a x時的應(yīng)變片的電阻值的變化的俯視圖。
圖27是表示對多軸傳感器施加加速度az時的位移的中央縱剖主視圖。
圖28是表示對多軸傳感器施加加速度az時的應(yīng)變片的電阻值的變化的俯視圖。
圖29是表示對多軸傳感器施加角加速度αy時的位移的中央縱剖主視圖。
圖30是表示對多軸傳感器施加角加速度αy時的應(yīng)變片的電阻值的變化的俯視圖。
圖31是表示對多軸傳感器施加角加速度αz時的應(yīng)變片的電阻值的變化的俯視圖。
圖32是表示多軸傳感器的電橋電路的一例的電路圖。
圖33是表示根據(jù)第7實施方式的電橋電路的一例的電路圖。
圖34是表示根據(jù)第8實施方式的多軸傳感器的俯視圖。
圖35是描繪根據(jù)第8實施方式的多軸傳感器的中央縱剖主視圖。
圖36是描繪根據(jù)第9實施方式的多軸傳感器的中央縱剖主視圖。
圖37是描繪從根據(jù)第9實施方式的多軸傳感器的第2部件側(cè)沿Z軸方向透視時的應(yīng)變片的配置的俯視圖。
圖38是表示對多軸傳感器施加力Fx時的位移的中央縱剖主視圖。
圖39是表示對多軸傳感器施加力Fx時的應(yīng)變片的電阻值的變化的俯視圖。
圖40是表示對多軸傳感器施加力Fz時的位移的中央縱剖主視圖。
圖41是表示對多軸傳感器施加力Fz時的應(yīng)變片的電阻值的變化的俯視圖。
圖42是表示對多軸傳感器施加轉(zhuǎn)矩Mx時的位移的中央縱剖主視圖。
圖43是表示對多軸傳感器施加轉(zhuǎn)矩Mx時的應(yīng)變片的電阻值的變化的俯視圖。
圖44是表示對多軸傳感器施加轉(zhuǎn)矩Mz時的應(yīng)變片的電阻值的變化的俯視圖。
圖45是表示多軸傳感器的電橋電路的一例的電路圖。
圖46是表示多軸傳感器的虛擬電路的一例的電路圖。
圖47是描繪從根據(jù)第10實施方式的多軸傳感器的第2部件側(cè)沿Z軸方向透視時的應(yīng)變片的配置的俯視圖。
圖48是表示根據(jù)第10實施方式的電橋電路的一例的電路圖。
圖49是描繪以往的多軸傳感器的立體圖。
附圖標(biāo)記1 多軸傳感器2 第1部件3 第2部件4、5、6、7 隔膜8 中心軸10 壓阻元件16、17、18、19 作用體R11～R48、R111～R148 應(yīng)變片具體實施方式
以下，就本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，參照附圖進行說明。圖1A是描繪從第2部件3側(cè)沿Z軸方向?qū)Ω鶕?jù)本發(fā)明的第1實施方式的多軸傳感器進行透視時的應(yīng)變片的配置的俯視圖，圖1B是多軸傳感器1的中央縱剖主視圖。在圖1A及圖1B中，多軸傳感器1計測從外部施加于第1部件2與第2部件3上的多軸的力、轉(zhuǎn)矩、加速度、角加速度中的任何一個。該多軸傳感器1備有配置于一個平面上的多個應(yīng)變片R11～R48。第1部件2與第2部件3由圓盤形狀的凸緣形成。應(yīng)變片R11～R48僅安裝于第1部件2的表側(cè)面2a上。
在此，為了便于說明定義XYZ三維坐標(biāo)系，參照該坐標(biāo)系對各部件進行配置說明。在圖1B中，分別將第1部件2的表側(cè)面2a的中心位置定義為原點O，右水平方向定義為X軸，垂直于紙面近前方向定義為Y軸，下垂直方向定義為Z軸。即，第1部件2的表面?zhèn)?a規(guī)定XY平面，Z軸穿過第1部件2的中心位置。
第1部件2及第2部件3備有分別對置的四個隔膜4、5、6、7。各隔膜4～7為薄壁狀。在各隔膜4～7的中央部上設(shè)置有中心軸8。相互對向的隔膜4～7的中心軸8彼此通過螺栓9連結(jié)。由此，第1部件2與第2部件3形成一體化。又，各隔膜4～7由于備有中心軸8，所以薄壁部成為圓環(huán)形狀。
第1部件2的隔膜4～7配置在以原點O為中心隔開等角度、且離原點O等距離的位置上。在此，隔開90度地配置。進而，第1部件2的隔膜4～7分別沿著X軸及Y軸上的正方向及負方向配置。又，第2部件3的隔膜4～7以與第1部件2的隔膜4～7對置的方式配置。該多軸傳感器1作為用于測定三維空間的正交的3軸的力和繞其軸的轉(zhuǎn)矩的6軸力覺傳感器起作用。在圖2中表示X軸、Y軸、Z軸的方向和相對于各軸的轉(zhuǎn)矩Mx、My、Mz的方向。
第1部件2的各隔膜4～7具有8個應(yīng)變片。應(yīng)變片R11～R48的配置位置如圖1A所示，在第1部件2的X軸與Y軸的每一個上，為隔膜4～7的薄壁部分的外邊部與內(nèi)邊部。即，應(yīng)變片R11～R48粘貼在多軸傳感器1中發(fā)生最大應(yīng)變的部位上。另外，應(yīng)變片的引線的圖示省略。
作為應(yīng)變片R11～R48，使用金屬箔應(yīng)變片或金屬絲應(yīng)變片。應(yīng)變片R11～R48作為一種電阻體，是粘貼在產(chǎn)生應(yīng)變的部位上而使用的檢測元件?？赏ㄟ^應(yīng)變的產(chǎn)生，電阻值發(fā)生變化，從而測定應(yīng)變ε。一般來說，具有下述比例特性相對于拉伸引起的應(yīng)變ε，電阻值變大，相對于壓縮引起的應(yīng)變ε，電阻值變小。又，通常，材料在應(yīng)力σ相對于應(yīng)變ε成比例的彈性域中使用。在本實施方式中也作為在第1部件2的彈性域中使用的部件。
將各隔膜4～7作成大小和厚度相同。因此，剛性相同。由此，例如圖3所示，在將第1部件2、第2部件3、中心軸8作為整體以構(gòu)成平行四邊形的四邊的方式進行位移時，由于在各隔膜4～7上與力的大小和方向相對應(yīng)的應(yīng)變產(chǎn)生在應(yīng)變片R11～R48上，所以可高精度地檢測力和轉(zhuǎn)矩。另外，為了使應(yīng)變片的安裝作業(yè)簡易化，實現(xiàn)應(yīng)變片的保護，可在安裝位置上設(shè)置階差。又，也可在隔膜4～7以外的部分上形成向其他部件上安裝用的螺孔。又，第1部件2和第2部件3與中心孔8彼此通過螺栓9連結(jié)，但也可不使用螺栓9，直接一體切削加工形成，也可通過焊接將中心軸8彼此接合。
接著，對沿各軸方向上檢測力與轉(zhuǎn)矩的原理進行說明。以下，固定第1部件2，對第2部件3施加力或轉(zhuǎn)矩。
圖3表示施加X軸方向的力Fx時的狀態(tài)。此時，第1部件2及第2部件3的所有的隔膜4～7如圖示那樣進行位移，檢測出應(yīng)變。在圖4中表示應(yīng)變片R11～R48的變化。圖中(+)表示電阻值的增加，(-)表示電阻值的減少。任何符號都沒有的應(yīng)變片電阻值幾乎沒有變化。
接著，在施加Y軸方向的力Fy時，考慮為將施加X軸方向的力Fx時的狀態(tài)錯開90度即可，所以在此省略。
在圖5中表示施加Z軸方向的力Fx時的多軸傳感器1的狀態(tài)。在圖6中表示此時的各應(yīng)變片的變化。
在圖7中表示施加X軸的轉(zhuǎn)矩Mx時的多軸傳感器1的狀態(tài)。在圖8中表示此時的各應(yīng)變片的變化。
接著，在施加Y軸的轉(zhuǎn)矩My時，考慮為將施加X軸轉(zhuǎn)矩Mx時的狀態(tài)錯開90度即可，所以在此省略。
在施加Z軸的轉(zhuǎn)矩Mz時，使第2部件3以Z軸為中心旋轉(zhuǎn)。在圖9中表示此時的各應(yīng)變片的變化。
在表1中表示應(yīng)變片R11～R48相對于上述的各力及轉(zhuǎn)矩的變化。表中，+表示電阻值的增加，-表示電阻值的減少，沒有符號表示電阻值幾乎沒有變化。又，在相反方向的力或轉(zhuǎn)矩的情況下，符號相反。



利用以上的性質(zhì)，通過數(shù)式1的演算，可檢測各力及轉(zhuǎn)矩。
Fx＝(R22+R42)-(R23+R43)Fy＝(R16+R36)-(R17+R37)Fz＝(R13+R26+R32+R47)-(R11+R28+R34+R45)Mx＝(R25+R46)-(R27+R48)My＝(R14+R33)-(R12+R31)Mz＝(R18+R24+R 35+R41)-(R15+R21+R38+R44)在該演算中由于應(yīng)變片R11～R48逐次使用，所以不會造成浪費，又，適于變換成電壓，用OP放大器進行演算的情況。又，對于構(gòu)造上剛性增強，靈敏度降低的Fz及Mz，由于分配其余時的2倍共8個應(yīng)變片，所以可提高靈敏度。另外，演算方法不用說并不限于數(shù)式1。
又，數(shù)式1的演算可使用已知或新的方法將各電阻值變換成電壓，用OP放大器進行演算，或使用AD變換器并使用微型計算機或計算機進行演算。
或者，也可如圖10所示構(gòu)成電橋電路并外加定電壓或定電流，檢測力和轉(zhuǎn)矩。進而，也可構(gòu)成半橋，減少應(yīng)變片的數(shù)目進行檢測(未圖示)。另外，不用說應(yīng)變片的組合并不僅限于圖10所示的情況。
另外，在本實施方式中，將第1部件2的各隔膜4～7配置在X軸或者Y軸上，但并不限于此。即，可變更相同構(gòu)造的多軸傳感器1的設(shè)置方向，使第1部件2的各隔膜4～7不位于軸上。在這種情況下，不作為6軸傳感器起作用，而成為5軸傳感器。又，在本實施方式中作為6軸傳感器使用，但并不限于此，也可作為例如僅檢測X軸和Y軸2方向的力的2軸傳感器使用。
接著，關(guān)于本發(fā)明的第2實施方式，參照圖11進行說明。如圖11所示，第2實施方式使用壓阻元件10作為應(yīng)變片。利用半導(dǎo)體制造工藝，將1個隔膜需要的壓阻元件10集成到1枚半導(dǎo)體Si晶片11上，并管芯焊接到隔膜上而固定。壓阻元件10與箔應(yīng)變片相比應(yīng)變系數(shù)大10倍以上，與利用箔應(yīng)變片的情況相比靈敏度可提高10倍以上。
接著，就本發(fā)明的第3實施方式，參照圖12進行說明。作為多軸傳感器1的構(gòu)造，第3實施方式與第1實施方式一樣，但是對電橋的構(gòu)成進行了變形。如圖12所示，各電橋由直線狀地配置于各隔膜4～7上的4個應(yīng)變片構(gòu)成。由此，將各隔膜4～7的應(yīng)變的發(fā)生狀況作為8個電壓直接輸出。
在這種情況下，可根據(jù)數(shù)式2進行演算，算出力和轉(zhuǎn)矩。
Fx＝V4-V2Fy＝V3-V1Fz＝V5+V6+V7+V8Mx＝V8-V6My＝V7-V5Mz＝V1+V2+V3+V4數(shù)式2的演算可使用已知或新的方法將各電阻值變換成電壓，用OP放大器進行演算，或使用AD變換器，并使用微型計算機或計算機進行演算。
接著，關(guān)于本發(fā)明的第4實施方式，參照圖13及圖14進行說明。第4實施方式與第1實施方式一樣，在第1部件2上安裝應(yīng)變片R11～R48，并且如圖13所示，在與重心點O’點對稱的位置上將應(yīng)變片R111～R148安裝到第2部件3上。根據(jù)這樣的機械對稱性，若在多軸傳感器1上施加力或轉(zhuǎn)矩，則在各隔膜4～7上產(chǎn)生與力的種類相對應(yīng)的對稱的應(yīng)變。即，利用下述特征由于本發(fā)明的多軸傳感器1的應(yīng)變片配置在一平面上，所以可將2組應(yīng)變片R11～R48、R111～R148配置在對稱的位置上。
應(yīng)變片R11～R48構(gòu)成與圖10一樣的電路，輸出對應(yīng)于力Fx、Fy、Fz及轉(zhuǎn)矩Mx、My、Mz的電壓Vfx1、Vfy1、Vfz1、Vmx1、Vmy1、Vmz1。關(guān)于應(yīng)變片R111～R148也構(gòu)成與圖10一樣的電路，輸出對應(yīng)于力Fx、Fy、Fz及轉(zhuǎn)矩Mx、My、Mz的電壓Vfx2、Vfy2、Vfz2、Vmx2、Vmy2、Vmz2。預(yù)先進行電路上的設(shè)定，使得在施加某力或轉(zhuǎn)矩的情況下，電壓Vfx1、Vfy1、Vfz1、Vmx1、Vmy1、Vmz1的信號的增減與電壓Vfx2、Vfy2、Vfz2、Vmx2、Vmy2、Vmz2的信號的增減一致。
如以上那樣，在本實施方式中，示出相同力或轉(zhuǎn)矩的分量的電信號獨立地存在于2系統(tǒng)中，實現(xiàn)傳感器輸出的二重化。
圖14為用于將檢測各力或轉(zhuǎn)矩的電橋信號、即Vfx1、Vfy1、Vfz1、Vmx1、Vmy1、Vmz1、Vfx2、Vfy2、Vfz2、Vmx2、Vmy2、Vmz2增幅的放大器電路12的一例。在此，在額定載荷的范圍中進行調(diào)整，使得成為電源電壓的25～75％范圍的電壓值。進而，將該放大器的輸出向微型控制器13的AD變換口14中輸入。
一般來說，由于由應(yīng)變片構(gòu)成的電路的輸出的變化為幾mV那樣微小，所以必須用放大器等增幅到數(shù)百倍以上。即使用高靈敏度的壓阻元件10，輸出靈敏度也為金屬箔應(yīng)變片的10倍左右。由此，若構(gòu)成電橋電路的應(yīng)變片因某種原因斷線，則會破壞放大器輸出的平衡，導(dǎo)致偏至電源電壓的下限或者上限附近。
因此，利用傳感器的輸出信號被二重化，如圖14所示進行以下的處理。
將放大器的電源電壓的較低一方設(shè)為Vee，較高一方設(shè)為Vcc。將多軸傳感器1在通常的使用范圍中被認為不輸出的電壓的較小一方設(shè)為VL，較大的一方設(shè)為VH。Vee＜VL、VH＜Vcc，VL及VH為AD變換后的值。另外，VL及VH也可與多軸傳感器1的特性相匹配地，根據(jù)每個輸出決定。
在X軸方向的力Fx的情況下，用微型控制器判定是否滿足VLVfx1≤VH、VL≤Vfx2≤VH(S1、S2)。若兩者都在范圍內(nèi)(S1是、S2是)，則優(yōu)選Vfx1的信號作為控制信號采用(S3)。
若Vfx1在范圍外(S1否)，判斷為輸出異常并確認Vfx2(S4)。若Vfx2在范圍內(nèi)(S2是)，則代替Vfx1將Vfx2作為力Fx的信號進行處理。若Vfx2也在范圍外(S2否)，二者的輸出判斷為異常，進行非常停止等異常處理(S5)。
關(guān)于Fx以外的力和轉(zhuǎn)矩，也進行同樣處理。
根據(jù)本實施方式，通過將輸出信號二重化，即使一方的輸出由于應(yīng)變片的斷線等引起輸出異常，也可利用另一方的輸出繼續(xù)進行多軸傳感器1的利用。由此，可構(gòu)筑可靠性極高的控制系統(tǒng)。
接著，關(guān)于本發(fā)明的第5實施方式，參照圖15進行說明。圖15是描繪從第2部件3側(cè)沿Z方向透視根據(jù)第5實施方式的多軸傳感器1時的應(yīng)變片R11～R38的配置的俯視圖。在第5實施方式中，第1部件2及第2部件3備有分別對置的3個隔膜4～6。該多軸傳感器1為用于測定三維空間的正交的3軸的力和繞其軸的轉(zhuǎn)矩的6軸力覺傳感器。
第1部件2的隔膜4～6配置在以原點O為中心隔開等角度，且距原點O等距離的位置上。在此，配置成隔開120度。又，第2部件3的隔膜4～6以與第1部件的隔膜4～6對置的方式配置。第1部件2的各隔膜4～6備有8個應(yīng)變片。在第1部件2的表側(cè)面2a上的應(yīng)變片R11～R48的配置位置為在連結(jié)隔膜4～6的中心點與原點O的直線上是隔膜4～6的外邊部與內(nèi)邊部，以及在隔膜4～6的中心點處的上述直線的垂直線上是隔膜4～6的外邊部與內(nèi)邊部。
具體地說，應(yīng)變片R11～R14配置在通過原點O從Y軸的負方向向X軸正方向呈120度的線段OC上。應(yīng)變片R 31～R34配置在通過原點O從Y軸的負方向向X軸負方向呈120度的線段OD上。又，應(yīng)變片R15～R18配置在與線段OC正交的方向上。應(yīng)變片R35～R38配置在與線段OD正交的方向上。應(yīng)變片R21～R28與第1實施方式一樣。
又，作為應(yīng)變片可或與第1實施方式一樣使用金屬箔應(yīng)變片，或與第2實施方式一樣使用壓阻元件10。其余的構(gòu)成與第1實施方式一樣，所以省略說明。
根據(jù)本實施方式，說明按各軸方向檢測力和轉(zhuǎn)矩的原理。以下，將第1部件2固定，對第2部件3施加力或轉(zhuǎn)矩。由配置成直線狀的4個應(yīng)變片形成的應(yīng)變片群在沿配置的列方向施加拉伸和壓縮的應(yīng)變的情況下，相對于應(yīng)變的電阻值的變化率最大，靈敏度最高。如圖15所示有6個應(yīng)變片群，各自靈敏度最大的方向不同。但是，若考慮將各應(yīng)變片群的靈敏度分解成沿X、Y、Z軸方向的矢量，則可檢測6軸分量的力和轉(zhuǎn)矩。
相對于圖15所示的應(yīng)變片R11～R38，構(gòu)成圖16所示的電橋電路并施加定電壓或定電流。由此，可用應(yīng)變片R15～R18檢測從X軸正方向向Y軸負方向呈60度方向的力的分量作為電壓V1，可用應(yīng)變片R25～R28檢測從X軸正方向向Y軸負方向呈90度方向的力的分量作為電壓V2，可用應(yīng)變片R35～R38檢測從X軸正方向向Y軸負方向呈300度方向的力的分量作為電壓V3。又，可用R11～R14、R25～R28、R31～R34檢測各隔膜4～6的中心的Z軸方向的力分別作為V4、V5、V6。
在此，若將各電橋電路的圖16中的節(jié)點電壓設(shè)為e1～e12，導(dǎo)出數(shù)式3。
V1＝e1-e2V2＝e3-e4V3＝e5-e6V4＝e7-e8V5＝e9-e10V2＝e11-e12其中，關(guān)于V1、V2、V3，可分解成X軸和Y軸分量的矢量，并如數(shù)式4那樣進行表示。
V1＝(V1X、V1Y)＝(V1/2、V1·3/2)V2＝(V2X、V2Y)＝(V2、0)V3＝(V3X、V3Y)＝(V3/2、V3·3/2)因此，若將作用于第2部件3上的X軸方向的合力設(shè)為Fx、Y軸方向的合力設(shè)為Fy，則可如數(shù)式5那樣進行檢測。
FX＝(V1/2)+V2+(V3/2)FY＝(V1·3/2)+(V3·3/2)在圖17中表示沿Y軸負方向施加力Fy時的隔膜5的位移的狀態(tài)。此時，應(yīng)變片R25與R27產(chǎn)生拉伸方向的應(yīng)變，電阻值變大，應(yīng)變片R26與R28產(chǎn)生壓縮方向的應(yīng)變，電阻值變小。在與力Fy正交方向配置的應(yīng)變片R21～R24上幾乎不產(chǎn)生應(yīng)變。
在其余的兩個隔膜4、6上也產(chǎn)生與Y軸方向同樣的位移和應(yīng)變。但是，由于應(yīng)變片R11～R18、R31～R38的配置方向與X軸或Y軸方向不同，所以各應(yīng)變片的電阻值的變化與應(yīng)變片R21～R28不同。由于應(yīng)變片以沿配置的列方向靈敏度最大的方式粘貼，所以應(yīng)變片R11～R18、應(yīng)變片R31～R38通過各應(yīng)變片群與力Fy的方向、即Y軸呈的角度決定靈敏度。
關(guān)于X軸方向的力Fx也一樣。由此，X軸及Y軸方向的力可通過數(shù)式5算出。
接著，在圖18中表示在施加Z軸方向的力Fz時的隔膜5的位移的狀態(tài)。在圖19中表示應(yīng)變片R11～R38的變化。在圖16所示的電橋電路中，V1、V2、V3與電阻的變化相互抵消而不發(fā)生變化。V4、V5、V6對應(yīng)于Z軸方向的力Fz發(fā)生變化。因此，力Fz可通過數(shù)式6求出。
Fz＝V4+V5+V6接著，在對第2部件3施加轉(zhuǎn)矩Mx的情況下，施加以X軸作為中心旋轉(zhuǎn)的力。因此，在各隔膜4～6上施加Z軸方向的力F2。在此，在圖20中，轉(zhuǎn)矩Mx起到將隔膜4、6從附圖表側(cè)向里側(cè)按壓，并將隔膜5從附圖的里側(cè)向表側(cè)拉伸的作用。若將從原點0到隔膜4～6的中心之間的距離設(shè)為R，則從隔膜4、6的中心到X軸之間的距離為R/2，從隔膜5的中心到X軸之間的距離為R。因此，繞X軸的轉(zhuǎn)矩Mx用數(shù)式7表示。
Mx＝(V4·R/2)-(V5·R)+(V6·R/2)接著，在對第2部件3施加轉(zhuǎn)矩My的情況下，由于從隔膜4、6的中心到Y(jié)軸之間的距離為√3R/2，所以繞Y軸的轉(zhuǎn)矩My用數(shù)式8表示。
My＝(V4·3R/2)+V5·0-(V6·3R/2)＝3R/2(V4-V6)接著，在圖21中表示在施加繞Z軸右旋的轉(zhuǎn)矩Mz時的隔膜4～6的位移的狀態(tài)。在圖22中表示應(yīng)變片R11～R38的變化。應(yīng)變片群R15～R18、R21～R24、R35～R38沿靈敏度最高的方向發(fā)生應(yīng)變，圖16的V1、V2、V3最高靈敏度地變化。
另一方面，由于應(yīng)變片群R11～R14、R25～R28、R31～R34為應(yīng)變片的靈敏度最小的排列方向，所以圖16的V4、V5、V6幾乎不變化。因此，轉(zhuǎn)矩Mz用數(shù)式9表示。
Mz＝V1+V2+V3可通過利用以上示出的數(shù)式5～數(shù)式9進行演算，求出力和轉(zhuǎn)矩。例如可將輸出電壓V1～V6進行AD變換，使用微型控制器或計算機進行演算。
在此，在將朝向多軸傳感器1的力Fx、Fy、Fz和轉(zhuǎn)矩Mx、My、Mz的輸出電壓設(shè)為Vfx、Vfy、Vfz、Vmx、Vmy、Vmz，多軸傳感器1上實際施加的載荷設(shè)為Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz時，成為數(shù)式10的關(guān)系。
VfxVfyVfzVmxVmyVmz=[A]FxFyFzMxMyMz]]>[A]為校準(zhǔn)行列在此，若從左開始兩邊乘以[A]-1，則成為數(shù)式11。
FxFyFzMxMyMz=[A]-1VfxVfyVfzVmxVmyVmz]]>由此，可從輸出電壓求出正確的6軸的力及轉(zhuǎn)矩。
接著，關(guān)于本發(fā)明的第6實施方式，參照圖23及圖24進行說明。圖23是根據(jù)第6實施方式的多軸傳感器1的中央縱剖主視圖，圖24是描繪沿著與Z軸相反方向透視多軸傳感器1時的應(yīng)變片R11～R48的配置的俯視圖。在第6實施方式中，多軸傳感器1作為整體是1片圓盤形狀，備有4個隔膜4～7。該多軸傳感器1為用于測定三維空間的正交的3軸方向的加速度和繞其軸的角加速度的6軸傳感器。又，將多軸傳感器1的除隔膜4～7以外的部位，例如外邊部固定到測定對象15上。
隔膜4～7與第1實施方式一樣地配置。只是與第1實施方式不同，不存在對置的隔膜4～7。在各隔膜4～7的中央部上設(shè)置有承受加速度進行位移的作用體16、17、18、19。作用體16～19的一端固定于隔膜4～7上，另一端成為自由端。又，作用體16～19都為同一形狀。
又，作為應(yīng)變片R11～R48，可或與第1實施方式一樣使用金屬箔應(yīng)變片，或與第2實施方式一樣使用壓阻元件。其余的構(gòu)成與第1實施方式一樣，所以省略說明。
另外，在本實施方式中，在圖23中，分別將連結(jié)作用體16的重心G與作用體18的重心G的線段的中心點定義為原點O，右水平方向定義為X軸，垂直于紙面近前方向定義為Y軸，下垂直方向定義為Z軸。
根據(jù)本實施方式，對按各軸方向檢測加速度和角加速度的方法進行說明。
在承受X軸方向的加速度ax的情況下，如圖25所示，作用體16～19發(fā)生位移，在各隔膜4～7上產(chǎn)生應(yīng)變。此時，應(yīng)變片R11～R48如圖26所示，僅沿X軸方向排列的應(yīng)變片發(fā)生變化。
又，在承受Y軸方向的加速度ay的情況下，由于僅與承受X軸方向的加速度ax的情況偏離90度，所以省略說明。
接著，在承受Z軸方向的加速度az的情況下，如圖27所示，作用體16～19發(fā)生位移。由此，應(yīng)變片R11～R48成為如圖28所示。
進而，考慮關(guān)于作用以各軸作為中心的角加速度的情況。將與作用于作用體16～19上的隔膜4～7垂直的加速度設(shè)為az1、az2、az3、az4。若作用以Y軸為旋轉(zhuǎn)中心的角加速度αy，則如圖29所示，在作用體16、18上作用加速度az1、az3而產(chǎn)生位移，在隔膜4～7上產(chǎn)生應(yīng)變。此時的應(yīng)變片R11～R48的變化在圖30中表示。
接著，若作用以Z軸為旋轉(zhuǎn)中心的角加速度αz，則作用體16～19在同樣以Z軸為中心沿旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生位移，在隔膜4～7上產(chǎn)生應(yīng)變。此時的應(yīng)變片R11～R48的變化在圖31中表示。
對應(yīng)于以上的各加速度及各角加速度的應(yīng)變片R11～R48的電阻值的變化在表2中表示。



該多軸傳感器1為4個3軸加速度傳感器的集合體，但可利用以下的原理從加速度檢測角加速度。首先，若在半徑r的圓周上進行圓運動(旋轉(zhuǎn)運動)時，將角加速度設(shè)為α，則其切向加速度a為a＝r·α，即α＝a/r。
若從多軸傳感器1的中心觀察，則所謂切向加速度a與作用于作用體16～19上的加速度一樣。由于半徑r一定，所以若求出X、Y、Z軸方向的加速度，則可求出角加速度。
通過利用這些進行數(shù)式12的演算，可檢測加速度及角加速度。
ax＝(R22+R42)-(R23+R43)ay＝(R16+R36)-(R17+R37)az＝(R11+R28+R34+R45)-(R13+R26+R32+R47)αx＝(R25+R46)-(R27+R48)αy＝(R14+R33)-(R12+R31)αz＝(R18+R24+R35+R41)-(R15+R21+R38+R44)又，如圖32所示構(gòu)成電橋電路，即使外加定電壓和定電流也可檢測加速度及角加速度。
在本實施方式中，可對隔膜4～7的厚度、梁的厚度或?qū)挾取⒆饔皿w16～19的大小等尺寸進行調(diào)整，而調(diào)整傳感器靈敏度。又，在本實施方式中，求出角加速度，可通過對該角加速度進行積分從而求出角速度。
接著，關(guān)于本發(fā)明的第7實施方式，參照圖33進行說明。第7實施方式作為多軸傳感器1的構(gòu)造與第6實施方式一樣，但是對電橋的構(gòu)成進行變形。如圖33所示，各電橋由直線狀地配置在各隔膜4～7上的4個應(yīng)變片構(gòu)成。
Vx1、Vx2是表示X軸方向的加速度的電壓信號，Vy1、Vy2是表示Y軸方向的加速度的電壓信號。又，Vz1～Vz4是表示Z軸方向的加速度的電壓信號。若基于這些信號進行如數(shù)式13所示的演算，則可高靈敏度地檢測加速度與角加速度。
ax＝(Vx2)-(Vx1)ay＝(Vy2)-(Vy1)az＝(Vz1)+(Vz2)+(Vz3)+(Vz4)αx＝(Vz2)-(Vz4)αy＝(Vz1)-(Vz3)αz＝(Vx1)+(Vx2)+(Vy1)+(Vy2) ax、ay可使用Vx1、Vx2或Vy1、Yy2中的任何一個進行檢測。不管是哪個，可通過差動提高靈敏度。
接著，關(guān)于本發(fā)明的第8實施方式，參照圖34及圖35進行說明。圖34為第8實施方式的多軸傳感器1的俯視圖，圖35為多軸傳感器1的中央縱剖視圖。該多軸傳感器1與第6實施方式一樣，為用于測定三維空間的正交的3軸方向的加速度與繞其軸的角加速度的6軸傳感器。在該多軸傳感器1中，利用半導(dǎo)體加工，在硅基板20上形成壓阻元件10，并且利用壓阻元件10形成用于檢測加速度與角加速度的電橋電路。進而，在硅晶片11上接合玻璃基板，利用微細加工技術(shù)形成臺座21與作用體16～19。另外，雖然應(yīng)變系數(shù)根據(jù)形成壓組元件10的硅晶片11的面方位而不同，可通過選擇適當(dāng)?shù)拿娣轿粊韺㈧`敏度的離散限定為最低限。
在本實施方式中，使檢測元件、即壓阻元件10作為連接作用體16～19與臺座21的梁22起作用。又，可通過設(shè)置開口部23，使作用體16～19承受加速度的作用而容易位移，從而提高靈敏度。另外，該開口部23可以為方形，也可以為圓形，又，也不是必須要設(shè)置。
根據(jù)本實施方式，可利用半導(dǎo)體加工在硅基板20上同時形成傳感器信號的處理電路等，可使信號處理電路與傳感器的構(gòu)成體緊湊地一體化。由此，由于可縮短信號處理電路與傳感器的檢測元件的配線，所以可不易受噪音的影響而穩(wěn)定的動作，并且使多軸傳感器14型化，因此，在設(shè)置方面也有利。進而，利用半導(dǎo)體加工和微細加工技術(shù)，可低成本高效率地進行制造，并可提高組裝精度。
接著，關(guān)于本發(fā)明的第9實施方式，參照圖36及圖37進行說明。圖36為本發(fā)明的第9實施方式的多軸傳感器1的中央剖視圖，圖37是描繪從第2部件3側(cè)沿Z方向透視多軸傳感器1時的應(yīng)變片的配置的俯視圖。本實施方式的多軸傳感器1與第1實施方式的多軸傳感器1一樣，為用于測定三維空間的正交的3軸的力和繞其軸的轉(zhuǎn)矩的6軸力覺傳感器。本實施方式的多軸傳感器1的構(gòu)成與第1實施方式的多軸傳感器1主要的不同點在于在第1實施方式中，第1部件2及第2部件3分別備有四個隔膜4、5、6、7；而在本實施方式的第1部件2及第2部件3分別備有1個隔膜4。
本實施方式的多軸傳感器1具有第1部件2、第2部件3、和作用體16～19。第1部件2與第2部件3以第1部件2的上表面與第2部件3的下表面對置的方式配置。第1部件2與第2部件3通過作用體16～19連結(jié)。
分別備于第1部件2及第2部件3上的隔膜4為具有相互相等的直徑的圓形狀，并且在邊緣附近形成圓環(huán)狀的壁厚部24。又，在第1部件2的隔膜4的上表面上，形成有圓柱形狀的4個作用體16～19。作用體16沿X軸上的正方向、作用體17沿Y軸上的負方向、作用體18沿X軸上的負方向、作用體19沿Y軸上的正方向分別以距原點O等距離的方式形成。作用體16～19的上端部通過焊接而接合到與第1部件2對置的第2部件3的隔膜4的下表面上。
另外，第1部件2與作用體16～19可以為獨立的部件，也可以利用切削加工將第1部件2、第2部件3、作用體16～19一體地形成。又，第2部件3與作用體16～19也可以通過螺栓連結(jié)。
如圖37所示，20個應(yīng)變片R11～R45配置在第1部件2的隔膜4的下表面上。在第2部件3的隔膜4的下表面，在對應(yīng)于作用體16的邊緣的位置上配置有應(yīng)變片R11～R14。應(yīng)變片R11、R12在X軸上以應(yīng)變片R12比應(yīng)變片R11更靠近原點O的方式配置。應(yīng)變片R13、R14在與X軸和作用體16的中心軸正交的軸上配置，使得應(yīng)變片R13與Y軸正方向?qū)?yīng)，應(yīng)變片R14與Y軸負方向?qū)?yīng)。又，在隔膜4的邊緣上，在與X軸對應(yīng)的位置上配置有應(yīng)變片R15。
同樣，在第2部件3的隔膜4的下表面，在與作用體17的邊緣對應(yīng)的位置上配置有應(yīng)變片R21～R24，在與作用體18的邊緣對應(yīng)的位置上配置有應(yīng)變片R31～R34，在與作用體19的邊緣對應(yīng)的位置上配置有應(yīng)變片R41～R44。又，在隔膜4的邊上，在與Y軸負方向?qū)?yīng)的部分上配置有應(yīng)變片R25，在與X軸負方向?qū)?yīng)的位置上配置有應(yīng)變片R35，在與Y軸正方向?qū)?yīng)的位置上配置有應(yīng)變片R45。
另外，關(guān)于應(yīng)變片R15、R25、R35、R45的配置位置并不限定于此，也可在第1部件2的隔膜4的下表面中的隔膜4的邊部、或與作用體16～19的邊緣對應(yīng)的位置上，只要配置在以原點O為中心隔開90度、且距原點O等距離的位置上即可。
接著，對根據(jù)各分量檢測力和轉(zhuǎn)矩的原理進行說明。以下，固定第1部件2，對第2部件3施加力或轉(zhuǎn)矩。
在圖38中表示相對于第2部件3施加X軸方向的力Fx時的多軸傳感器1的狀態(tài)。此時，第1部件2及第2部件3的隔膜4如圖示那樣發(fā)生位移，檢測出應(yīng)變。將此時的應(yīng)變片R11～R45的電阻值的變化在圖39中表示。又，相對于第2部件3施加Y軸方向的力Fy時，由于可考慮為將施加X軸方向的力Fx時的狀態(tài)錯開90度，所以在此可以省略。又，在圖40中表示相對于第2部件3施加Z軸方向的力Fz時的多軸傳感器1的狀態(tài)。在圖41中表示相對于第2部件3施加Z軸方向的力Fz時的各應(yīng)變片R11～R45的電阻值的變化。
在圖42中表示相對于第2部件3施加X軸的轉(zhuǎn)矩Mx時的多軸傳感器1的狀態(tài)。在圖43中表示各應(yīng)變片R11～R45的電阻值的變化。又，相對于第2部件3施加Y軸的轉(zhuǎn)矩My時，由于可考慮為將施加X軸的轉(zhuǎn)矩Mx時的狀態(tài)錯開90度，所以在此可以省略。又，相對于第2部件3施加Z軸轉(zhuǎn)矩Mz時，使第2部件3以Z軸為中心旋轉(zhuǎn)。在圖44中表示相對于第2部件3施加Z軸的轉(zhuǎn)矩Mz時的各應(yīng)變片R11～R45的電阻值的變化。
在表3中表示相對于上述各力及轉(zhuǎn)矩的應(yīng)變片R11～R45的變化。



利用以上的性質(zhì)，通過數(shù)式14的演算可檢測各力和轉(zhuǎn)矩。另外，演算方法不用說并不限于數(shù)式14。
Fx＝R41-R22Fy＝R13-R34Fz＝R15+R25+R35+R45Mx＝(R43+R44)-(R23+R24)My＝(R11+R12)-(R31+R32)Mz＝(R14+R33)-(R21+R42)若如圖45所示那樣構(gòu)成電橋電路，外加定電壓和定電流來檢測力及轉(zhuǎn)矩，則上述的演算可高效率地進行。圖45表示外加定電壓的情況。在此，如圖45所示，檢測Fx及Fy的電路為半橋，該半橋不能對根據(jù)溫度變化產(chǎn)生的輸出值的誤差進行補償。因此，進一步設(shè)置如圖46所示的虛擬電路，對與該輸出電壓V1之間的差進行演算。由此，可消除由周圍溫度的變化產(chǎn)生的偏差和共模噪聲，得到穩(wěn)定的輸出。另外，圖46所示的應(yīng)變片Rd1、Rd2如固定部8所示那樣，配置于在相對于多軸傳感器1施加載荷的情況下幾乎不產(chǎn)生應(yīng)變的位置上。
又，包含于檢測Fz的電橋電路中的電阻Ra、Rb都為電路上的虛擬的固定電阻。電阻Ra、Rb的電阻值優(yōu)選地為Ra＝(R15+R25)、Rb＝(R35+R45)。
如以上那樣，在本實施方式的多軸傳感器1中，在第1部件2與第2部件3上分別設(shè)置一個隔膜4。因此，與在第1部件2與第2部件3上設(shè)置多個隔膜的情況相比，可實現(xiàn)多軸傳感器1的小型化。又，由于多軸傳感器的形狀簡單化，所以可降低切削加工中所需要的成本。
又，在本實施方式的多軸傳感器1中，與在第1部件2上設(shè)置多個隔膜的情況相比，可用較少的應(yīng)變片來計測多軸的力及轉(zhuǎn)矩。因此，可降低應(yīng)變片的成本和配線的成本。
接著，關(guān)于本發(fā)明的第10實施方式，參照圖47進行說明。圖47是描繪從第2部件3側(cè)沿Z方向透視根據(jù)第10實施方式的多軸傳感器1時的應(yīng)變片R11～R35的配置的俯視圖。本實施方式的多軸傳感器1與第1實施方式的多軸傳感器1一樣，為用于測定三維空間的正交的3軸的力和繞其軸的轉(zhuǎn)矩的6軸力覺傳感器。本實施方式的多軸傳感器1的構(gòu)成與第1實施方式的多軸傳感器1主要的不同點在于在第1實施方式中，第1部件2及第2部件3分別備有四個隔膜4、5、6、7；而在本實施方式的第1部件2及第2部件3分別備有1個隔膜4。
本實施方式的多軸傳感器1具有第1部件2、第2部件3、和作用體16～18。第1部件2與第2部件3以第1部件2的上表面與第2部件3的下表面對置的方式配置。第1部件2與第2部件3通過作用體16～18連結(jié)。
分別備于第1部件2及第2部件3上的隔膜4為具有相互相等的直徑的圓形狀，并且在邊緣附近形成圓環(huán)狀的壁厚部24。又，在第1部件2的隔膜4的上表面上，形成有圓柱形狀的4個作用體16～18。作用體16在穿過原點O從Y軸負方向向X軸正方向呈120度的線段CO上、作用體17沿Y軸上的負方向、作用體18在穿過原點O從Y軸負方向向X軸負方向呈120度的線段DO上分別以距原點O等距離的方式形成。作用體16～18的上端部通過焊接而接合到與第1部件2對置的第2部件3的隔膜4的下表面上。
如圖47所示，15個應(yīng)變片R11～R35配置在第1部件2的隔膜4的下表面上。在第2部件3的隔膜4的下表面，分別在對應(yīng)于作用體16的邊緣的位置上配置有應(yīng)變片R11～R14，在與作用體17的邊緣對應(yīng)的位置上配置有應(yīng)變片R21～R24，在與作用體18的邊緣對應(yīng)的位置上配置有應(yīng)變片R31～R34，在隔膜4的邊部上配置有應(yīng)變片R15、R25、R35。
以下，說明根據(jù)各軸方向檢測力和轉(zhuǎn)矩的原理。由配置成直線狀的多個應(yīng)變片形成的應(yīng)變片群在沿配置的列方向施加拉伸和壓縮的應(yīng)變的情況下，相對于應(yīng)變的電阻值的變化率最大，靈敏度最高。本實施方式的、由應(yīng)變片R11、R12、應(yīng)變片R13、R14、應(yīng)變片R21、R22、應(yīng)變片R23、R24、應(yīng)變片R31、R32、應(yīng)變片R33、R34形成的6個應(yīng)變片群，各自靈敏度最大的方向不同。但是，若考慮將各應(yīng)變片群的靈敏度分解成沿X、Y、Z軸方向的矢量，則可檢測6軸分量的力和轉(zhuǎn)矩。
相對于圖47所示的應(yīng)變片R11～R33，構(gòu)成圖48所示的電橋電路，并施加定電壓或定電流。在此，包含于圖48的電橋電路中的電阻Ra～Ro都是電路上的虛擬的固定電阻。另外，各電阻Ra～Ro的電阻值優(yōu)選地與各應(yīng)變片R11～R33的電阻值大致相等。
通過圖48的電橋電路，可用應(yīng)變片R11、R12檢測從X軸正方向向Y軸正方向呈30度方向的力分量作為電壓Va，可用應(yīng)變片R13、R14檢測從X軸正方向向Y軸負方向呈60度方向的力分量作為電壓Vb，可用應(yīng)變片R21、R22檢測從X軸正方向向Y軸正方向呈180度方向的力分量作為電壓Vc，可用應(yīng)變片R23、R24檢測從X軸正方向向Y軸正方向呈90度方向的力分量作為電壓Vd，可用應(yīng)變片R31、R32檢測從X軸正方向向Y軸正方向呈150度方向的力分量作為電壓Ve，可用應(yīng)變片R33、R34檢測從X軸正方向向Y軸正方向呈120度方向的力分量作為電壓Vf。又，通過圖48的半橋電路，可用應(yīng)變片R15檢測作用體16的中心的沿Z軸方向的力分量作為電壓Vz1，可用應(yīng)變片R25檢測作用體17的中心的沿Z軸方向的力分量作為電壓Vz2，可用應(yīng)變片R35檢測作用體18的中心的沿Z軸方向的力分量作為電壓Vz3。
在此，若將來自半橋電路的輸出電壓Va～Vf分別分解成X軸及Y軸分量的矢量，則可如數(shù)式15那樣進行表示。
Va＝(Vax、Vax)＝(Va/2、Va·3/2)Vb＝(Vbx、Vby)＝(Vb·3/2、-Vb/2)Vc＝(Vcx、Vcy)＝(Vc、0)Vd＝(Vdx、Vdy)＝(0、Vd)Ve＝(Vex、Vey)＝(Ve/2、-Ve·3/2)Vf＝(Vfx、Vfy)＝(Vf·3/2、Vf/2)因此，若將作用于第2部件3上的X軸方向的合力設(shè)為Fx、Y軸方向的合力設(shè)為Fy，則可如數(shù)式16那樣進行檢測。
Fx＝Vax+Vbx+Vcx+Vdx+Vex+Vfx＝(Va/2)+(Vb·3/2)+Vc+(Ve/2)+(Vf·3/2)Fy＝Vay+Vby+Vcy+Vdy+Vey+Vfy＝(Va·3/2)-(Vb/2)+Vd-(Ve·3/2)+(Vf/2)
又，半橋電路的輸出電壓Vz1、Vz2、Vz3與Z軸方向的力Fz相對應(yīng)發(fā)生變化。因此，關(guān)于力Fz，可根據(jù)數(shù)式17求出。
Fz＝V21+Vz2+Vz3接著，在對第2部件3施加轉(zhuǎn)矩Mx的情況下，施加以X軸為中心旋轉(zhuǎn)的力。在此，轉(zhuǎn)矩Mx起作用，使得從Z軸負方向?qū)軸正的部分向Z軸正方向按壓，并且從Z軸正方向?qū)軸負的部分向Z軸負方向拉伸。又，若將從原點0到作用體16～18的中心之間的距離設(shè)為R，則從作用體16、18的每一個的中心到X軸之間的距離為R/2，從作用體17的中心到X軸之間的距離為R。因此，若考慮到作用于各作用體16～18的中心上的力的方向，則繞X軸的轉(zhuǎn)矩Mx用數(shù)式18表示。
Mx＝(Fz1·R/2)-(Fz2·R)+(Fz3·R/2)接著，考慮對第2部件3施加轉(zhuǎn)矩My，使得從Z軸正方向?qū)軸正的部分向Z軸負方向按壓，并且從Z軸負方向?qū)軸負的部分向Z軸正方向拉伸的情況。在此，從作用體16、18的中心到Y(jié)軸的距離設(shè)為√3R/2，作用體17的中心在Y軸上。因此，若考慮到作用于各作用體16～18的中心上的力的方向，則繞Y軸的轉(zhuǎn)矩My用數(shù)式19表示。
My＝(Fz1·3R/2)+Fz2·0-(Fz3·3R/2)＝3/2(Fz1-Fz3)接著，考慮相對于第2部件3施加繞Z軸向右的轉(zhuǎn)矩Mz的情況。此時，由應(yīng)變片R13、R14、R21、R22、R33、R34構(gòu)成的3個應(yīng)變片群沿靈敏度最高的方向發(fā)生應(yīng)變。因此，圖48的電路的輸出電壓Vb、Vc、Vf最高靈敏度地變化。另一方面，由應(yīng)變片R11、R12、R23、R24、R31、R32構(gòu)成的3個應(yīng)變片群沿應(yīng)變片的靈敏度最低的方向排列。因此，圖48的電路的輸出電壓Va、Vd、Ve幾乎不發(fā)生變化。因此，若考慮到作用于各作用體16～18的中心上的力的方向，則轉(zhuǎn)矩Mz用數(shù)式20表示。
Mz＝-Vb+Vc-Vf可通過利用以上示出的數(shù)式15～數(shù)式20進行演算，求出力和轉(zhuǎn)矩。例如可將輸出電壓Va～Vf及Vz1～Vz3進行AD變換，使用微型控制器和計算機進行演算。
如以上那樣，在本實施方式的多軸傳感器1中，可得到與第9實施方式一樣的效果。又，由于在隔膜上形成3個作用體，可算出多軸的力和轉(zhuǎn)矩，所以可將多軸傳感器1的構(gòu)成進一步簡單化。
以上，就本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式進行了說明，但本發(fā)明并不限定于上述的實施方式，僅限于在權(quán)利要求的范圍中記載的，就有多種設(shè)計變更可能。例如，在上述第1～第10實施方式中，將應(yīng)變片分別粘貼在第1部件2上，但是并不限定于此，也可利用將所有的應(yīng)變片粘貼在一個平面上，在每個隔膜4～7上將應(yīng)變片集成到1枚基板上，并粘貼隔膜4～7?；蛘咭部蓪⑺械膽?yīng)變片集成并粘貼在1片基板上。又，也可將形成應(yīng)變片和電路的導(dǎo)電性配線通過噴濺或蒸鍍在隔膜4～7上形成薄的絕緣膜，在絕緣膜上通過噴濺或蒸鍍形成的氧化鉻薄膜。這樣形成的應(yīng)變片由于與一般的箔應(yīng)變片相比應(yīng)變系數(shù)大10倍以上，所以與利用一般的箔應(yīng)變片的情況相比靈敏度可增大10倍以上。又，可使將應(yīng)變片粘貼在隔膜4～7上的作業(yè)工序簡單化，提高作業(yè)效率，使生產(chǎn)率顯著提高，實現(xiàn)成本的降低。
又，在上述的第1～第10實施方式中，就檢測6軸的力及轉(zhuǎn)矩、或者加速度及角加速度的多軸傳感器進行了說明。但是并不限于此，也可作為僅檢測X軸和Y軸2方向的力的2軸傳感器使用。
又，在上述的第1～第10實施方式中，隔膜每隔等角度地配置，但并不限于此。進而，對隔膜距原點O等距離的配置這點也沒有限定。
又，在上述的第9及第10實施方式中，作用體每隔等角度地配置，但并不限于此。進而，對作用體距原點O等距離的配置這點也沒有限定。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明作為可測定從外部作用的正交的3軸方向的力、和繞其軸旋轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)矩共計6個分量中的至少一個分量的方向和大小的多軸傳感器是優(yōu)選地。因此，在例如希望在娛樂的領(lǐng)域中的實用化的機器人中，若將本發(fā)明的多軸傳感器組裝到機器人的手和腳中，則由于高響應(yīng)性高精度地檢測作用于機器人的手和腳的施加力或轉(zhuǎn)矩，故比以往的傳感器低成本成為可能。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種6軸傳感器，計測從外部施加的6軸的力及轉(zhuǎn)矩、或6軸的加速度及角加速度，其特征在于，備有配置在一個平面上的多個應(yīng)變片。
2.如權(quán)利要求1所述的6軸傳感器，其特征在于，進一步備有多個安裝前述應(yīng)變片的第1隔膜。
3.如權(quán)利要求2所述的6軸傳感器，其特征在于，前述第1隔膜配置在以前述平面的中心點為中心隔開等角度、且距前述中心點等距離的位置上。
4.如權(quán)利要求3所述的6軸傳感器，其特征在于，前述角度為90度。
5.如權(quán)利要求4所述的6軸傳感器，其特征在于，前述第1隔膜分別沿著以前述中心點作為原點的X軸及Y軸上的正方向及負方向配置。
6.如權(quán)利要求3所述的6軸傳感器，其特征在于，前述角度為120度。
7.如權(quán)利要求2～6任一項所述的6軸傳感器，其特征在于，前述第1隔膜的薄壁部為圓環(huán)形狀，且備有8個前述應(yīng)變片，并且前述應(yīng)變片的配置位置在連結(jié)前述第1隔膜的中心點與前述平面的中心點的線上是前述第1隔膜的外邊部與內(nèi)邊部，在前述第1隔膜的中心點處的前述線的垂直線上是前述第1隔膜的外邊部與內(nèi)邊部。
8.如權(quán)利要求2～7任一項所述的6軸傳感器，其特征在于，進一步備有設(shè)置在前述第1隔膜的中央部上的作用體，并且計測作用于該6軸傳感器上的6軸的加速度及角加速度。
9.如權(quán)利要求2～7任一項所述的6軸傳感器，其特征在于，備有第1部件，具有前述第1隔膜；第2部件，具有與前述第1隔膜對置，且不備有前述應(yīng)變片的第2隔膜；連結(jié)軸，連結(jié)對置的前述第1隔膜與前述第2隔膜；計測作用于前述第1部件與前述第2部件之間的6軸的力及轉(zhuǎn)矩。
10.如權(quán)利要求2～7任一項所述的6軸傳感器，其特征在于，備有
第1部件，具有前述第1隔膜；第2部件，具有第2隔膜，所述第2隔膜與前述第1隔膜對置，且安裝有配置在一平面上的多個前述應(yīng)變片；連結(jié)軸，連結(jié)對置的前述第1隔膜與前述第2隔膜；計測作用于前述第1部件與前述第2部件之間的6軸的力及轉(zhuǎn)矩。
11.如權(quán)利要求10所述的6軸傳感器，其特征在于，前述第1部件的前述應(yīng)變片與前述第2部件的前述應(yīng)變片配置在以6軸傳感器的重心點為中心對稱的位置上。
12.如權(quán)利要求11所述的6軸傳感器，其特征在于，在前述第1部件的前述應(yīng)變片與前述第2部件的前述應(yīng)變片的各輸出中的某一個輸出信號在規(guī)定的范圍外時，采用另一個輸出信號。
13.如權(quán)利要求2所述的6軸傳感器，其特征在于，配置在前述平面上的前述第1隔膜為1個。
14.如權(quán)利要求13所述的6軸傳感器，其特征在于，在以前述平面的中心點為中心隔開等角度、且距前述中心點等距離的位置上，進一步具有以與前述第1隔膜抵接的方式設(shè)置的作用體，測定作用于該6軸傳感器上的6軸的加速度及角加速度。
15.如權(quán)利要求13所述的6軸傳感器，其特征在于，備有第1部件，具有前述第1隔膜；第2部件，具有一個不備有前述應(yīng)變片的第2隔膜；作用體，連結(jié)前述第1隔膜與前述第2隔膜；
前述第1部件與前述第2部件以前述第1部件的前述第1隔膜的中心點與前述第2部件的前述第2隔膜的中心點對置的方式配置，并且，通過前述作用體，將以前述第1隔膜與前述第2隔膜的每個前述中心點為中心隔開等角度、且距前述中心點等距離的位置彼此連結(jié)，計測作用于前述第1部件與前述第2部件之間的6軸的力及轉(zhuǎn)矩。
16.如權(quán)利要求13所述的6軸傳感器，其特征在于，備有第1部件，具有前述第1隔膜；第2部件，具有第2隔膜，所述第2隔膜安裝有配置在一平面上的多個前述應(yīng)變片；作用體，連結(jié)前述第1隔膜與前述第2隔膜；前述第1部件與前述第2部件以前述第1部件的前述第1隔膜的中心點與前述第2部件的前述第2隔膜的中心點對置的方式配置，并且，通過前述作用體，將以前述第1及第2隔膜的前述中心點為中心隔開等角度、且距前述中心點等距離的位置彼此連結(jié)，計測作用于前述第1部件與前述第2部件之間的6軸的力及轉(zhuǎn)矩。
17.如權(quán)利要求16所述的6軸傳感器，其特征在于，前述第1部件的前述應(yīng)變片與前述第2部件的前述應(yīng)變片配置在以6軸傳感器的重心點為中心對稱的位置上。
18.如權(quán)利要求17所述的6軸傳感器，其特征在于，在前述第1部件的前述應(yīng)變片與前述第2部件的前述應(yīng)變片的各輸出中的某一個輸出信號在規(guī)定的范圍外時，采用另一個輸出信號。
19.如權(quán)利要求14～18任一項所述的6軸傳感器，其特征在于，前述角度為90度。
20.如權(quán)利要求19所述的6軸傳感器，其特征在于，前述第1隔膜分別沿著以前述第1隔膜的中心點作為原點的X軸及Y軸上的正方向及負方向配置。
21.如權(quán)利要求14～18任一項所述的6軸傳感器，其特征在于，前述角度為120度。
22.如權(quán)利要求14～21任一項所述的6軸傳感器，其特征在于，前述應(yīng)變片的配置位置為在將前述平面上的與前述作用體對應(yīng)的部分的中心點與前述第1隔膜的中心點連結(jié)的線上，是前述作用體的邊部；在前述平面上的與前述作用體對應(yīng)的部分的中心點處的前述線的垂直線上，是前述作用體的邊部；在從前述第1隔膜的中心點起隔開等角度、且距前述中心點等距離的位置上，是為前述作用體的邊部及前述第1隔膜的邊部中的某一個。
23.如權(quán)利要求1～22任一項所述的6軸傳感器，其特征在于，前述應(yīng)變片為壓阻元件。
24.如權(quán)利要求1～22任一項所述的6軸傳感器，其特征在于，前述應(yīng)變片為在絕緣膜上由氧化鉻薄膜形成的應(yīng)變片。
權(quán)利要求
1.一種多軸傳感器，計測從外部施加的多軸的力、轉(zhuǎn)矩、加速度、角加速度中的任何一個或多個，其特征在于，備有配置在一個平面上的多個應(yīng)變片。
2.如權(quán)利要求1所述的多軸傳感器，其特征在于，進一步備有多個安裝前述應(yīng)變片的第1隔膜。
3.如權(quán)利要求2所述的多軸傳感器，其特征在于，前述第1隔膜配置在以前述平面的中心點為中心隔開等角度、且距前述中心點等距離的位置上。
4.如權(quán)利要求3所述的多軸傳感器，其特征在于，前述角度為90度。
5.如權(quán)利要求4所述的多軸傳感器，其特征在于，前述第1隔膜分別沿著以前述中心點作為原點的X軸及Y軸上的正方向及負方向配置。
6.如權(quán)利要求3所述的多軸傳感器，其特征在于，前述角度為120度。
7.如權(quán)利要求2～6任一項所述的多軸傳感器，其特征在于，前述第1隔膜的薄壁部為圓環(huán)形狀，且備有8個前述應(yīng)變片，并且前述應(yīng)變片的配置位置在連結(jié)前述第1隔膜的中心點與前述平面的中心點的線上是前述第1隔膜的外邊部與內(nèi)邊部，在前述第1隔膜的中心點處的前述線的垂直線上是前述第1隔膜的外邊部與內(nèi)邊部。
8.如權(quán)利要求2～7任一項所述的多軸傳感器，其特征在于，進一步備有設(shè)置在前述第1隔膜的中央部上的作用體，并且計測作用于該多軸傳感器上的多軸的加速度及角加速度。
9.如權(quán)利要求2～7任一項所述的多軸傳感器，其特征在于，備有第1部件，具有前述第1隔膜；第2部件，具有與前述第1隔膜對置，且不備有前述應(yīng)變片的第2隔膜；連結(jié)軸，連結(jié)對置的前述第1隔膜與前述第2隔膜；計測作用于前述第1部件與前述第2部件之間的多軸的力及轉(zhuǎn)矩。
10.如權(quán)利要求2～7任一項所述的多軸傳感器，其特征在于，備有第1部件，具有前述第1隔膜；第2部件，具有第2隔膜，所述第2隔膜與前述第1隔膜對置，且安裝有配置在一平面上的多個前述應(yīng)變片；連結(jié)軸，連結(jié)對置的前述第1隔膜與前述第2隔膜；計測作用于前述第1部件與前述第2部件之間的多軸的力及轉(zhuǎn)矩。
11.如權(quán)利要求10所述的多軸傳感器，其特征在于，前述第1部件的前述應(yīng)變片與前述第2部件的前述應(yīng)變片配置在以多軸傳感器的重心點為中心對稱的位置上。
12.如權(quán)利要求11所述的多軸傳感器，其特征在于，在前述第1部件的前述應(yīng)變片與前述第2部件的前述應(yīng)變片的各輸出中的某一個輸出信號在規(guī)定的范圍外時，采用另一個輸出信號。
13.如權(quán)利要求2所述的多軸傳感器，其特征在于，配置在前述平面上的前述第1隔膜為1個。
14.如權(quán)利要求13所述的多軸傳感器，其特征在于，在以前述平面的中心點為中心隔開等角度、且距前述中心點等距離的位置上，進一步具有以與前述第1隔膜抵接的方式設(shè)置的作用體，測定作用于該多軸傳感器上的多軸的加速度及角加速度。
15.如權(quán)利要求13所述的多軸傳感器，其特征在于，備有第1部件，具有前述第1隔膜；第2部件，具有一個不備有前述應(yīng)變片的第2隔膜；作用體，連結(jié)前述第1隔膜與前述第2隔膜；前述第1部件與前述第2部件以前述第1部件的前述第1隔膜的中心點與前述第2部件的前述第2隔膜的中心點對置的方式配置，并且，通過前述作用體，將以前述第1隔膜與前述第2隔膜的每個前述中心點為中心隔開等角度、且距前述中心點等距離的位置彼此連結(jié)，計測作用于前述第1部件與前述第2部件之間的多軸的力及轉(zhuǎn)矩。
16.如權(quán)利要求13所述的多軸傳感器，其特征在于，備有第1部件，具有前述第1隔膜；第2部件，具有第2隔膜，所述第2隔膜安裝有配置在一平面上的多個前述應(yīng)變片；作用體，連結(jié)前述第1隔膜與前述第2隔膜；前述第1部件與前述第2部件以前述第1部件的前述第1隔膜的中心點與前述第2部件的前述第2隔膜的中心點對置的方式配置，并且，通過前述作用體，將以前述第1及第2隔膜的前述中心點為中心隔開等角度、且距前述中心點等距離的位置彼此連結(jié)，計測作用于前述第1部件與前述第2部件之間的多軸的力及轉(zhuǎn)矩。
17.如權(quán)利要求16所述的多軸傳感器，其特征在于，前述第1部件的前述應(yīng)變片與前述第2部件的前述應(yīng)變片配置在以多軸傳感器的重心點為中心對稱的位置上。
18.如權(quán)利要求17所述的多軸傳感器，其特征在于，在前述第1部件的前述應(yīng)變片與前述第2部件的前述應(yīng)變片的各輸出中的某一個輸出信號在規(guī)定的范圍外時，采用另一個輸出信號。
19.如權(quán)利要求14～18任一項所述的多軸傳感器，其特征在于，前述角度為90度。
20.如權(quán)利要求19所述的多軸傳感器，其特征在于，前述第1隔膜分別沿著以前述第1隔膜的中心點作為原點的X軸及Y軸上的正方向及負方向配置。
21.如權(quán)利要求14～18任一項所述的多軸傳感器，其特征在于，前述角度為120度。
22.如權(quán)利要求14～21任一項所述的多軸傳感器，其特征在于，前述應(yīng)變片的配置位置為在將前述平面上的與前述作用體對應(yīng)的部分的中心點與前述第1隔膜的中心點連結(jié)的線上，是前述作用體的邊部；在前述平面上的與前述作用體對應(yīng)的部分的中心點處的前述線的垂直線上，是前述作用體的邊部；在從前述第1隔膜的中心點起隔開等角度、且距前述中心點等距離的位置上，是為前述作用體的邊部及前述第1隔膜的邊部中的某一個。
23.如權(quán)利要求1～22任一項所述的多軸傳感器，其特征在于，前述應(yīng)變片為壓阻元件。
24.如權(quán)利要求1～22任一項所述的多軸傳感器，其特征在于，前述應(yīng)變片為在絕緣膜上由氧化鉻薄膜形成的應(yīng)變片。
全文摘要
可將傳感器應(yīng)變體作成簡單的形狀，且使應(yīng)變體的安裝作業(yè)簡單化。在計測從外部施加的多軸的力、轉(zhuǎn)矩、加速度、角加速度中的任何一個或多個的多軸傳感器(1)中，備有配置在一平面上的多個應(yīng)變體(R11～R48)。由此，由于可縮短應(yīng)變體(R11～R48)的安裝作業(yè)的時間，所以批量生產(chǎn)佳性好，可使成本降低。
文檔編號G01P15/18GK1809735SQ200480016939
公開日2006年7月26日 申請日期2004年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月17日
發(fā)明者森本英夫 申請人:新田株式會社