專利名稱：傳感器元件、力檢測裝置以及機(jī)械臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器元件、力檢測裝置以及機(jī)械臂。
背景技術(shù)：
以往，作為使用了壓電材料的力傳感器已知有專利文獻(xiàn)I的裝置。S卩，公開有如專利文獻(xiàn)I的圖15所示的、由作為壓電材料的結(jié)晶圓板16夾持信號電極15，并配置多個(gè)由金屬罩圓板17夾持的測定元件的力傳感器。專利文獻(xiàn)1:日本特開平4-231827號公報(bào)上述的專利文獻(xiàn)I公開作為壓電材料使用啟示水晶的石英，石英是根據(jù)石英的結(jié)晶的切割，接受壓縮、剪切的雙方的應(yīng)力，多重成分動(dòng)力測定用的最佳材料。但是，沒有關(guān)于針對具體的結(jié)晶方向的壓電材料的切出的記載。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供尋求針對外力能夠產(chǎn)生更多的電荷的壓電材料的使用條件，能夠進(jìn)行高靈敏度的力檢測的傳感器元件；使用了該傳感器元件的傳感器器件以及力檢測裝置；和具備該力檢測裝置的、具有高可靠性和安全性的機(jī)械臂。本發(fā)明為了至少解決上述的課題之一，能夠作為下述的方式或應(yīng)用例實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用例I本應(yīng)用例的傳感器元件的特征在于，是具備由三方晶系的單晶形成的壓電基板、配置于上述壓電基板的一方的基板面的第I電極、和配置于另一方的基板面的第2電極的傳感器元件，上述壓電基板的上述基板面包含晶軸的X軸(電軸)，上述基板面與包含上述晶軸的上述X軸(電軸)和Z軸(光軸)的面所成的角度Θ是:0° < Θ < 20° 。根據(jù)本應(yīng)用例的傳感器元件，與使用θ=0°的所謂的Y切割板作為傳感器元件的壓電基板的情況相比，能夠使由對壓電基板施加的剪切力產(chǎn)生的電荷的產(chǎn)生量更多，能夠得到檢測力高的傳感器元件。應(yīng)用例2在上述的應(yīng)用例中，其特征在于，與上述壓電基板的上述基板面交叉的外形面的一部分包含沿上述X軸方向延伸的平面。根據(jù)上述應(yīng)用例，通過使由在基板上施加的剪切力而產(chǎn)生的形變大的部位平面沿剪切力方向延伸，能夠形成電荷的產(chǎn)生增多的壓電基板的部位，能夠得到檢測力高的傳感器元件。應(yīng)用例3本應(yīng)用例的傳感器元件的特征在于，是具備由三方晶系的單晶形成的壓電基板、配置于上述壓電基板的一方的基板面的第I電極、和配置于另一方的基板面的第2電極的傳感器元件，上述壓電基板的上述基板面包含晶軸的Y軸(機(jī)械軸)和Z軸(光軸)，與上述基板面交叉的外形面的一部分包含平面，上述外形面的上述平面與包含上述晶軸的X軸和上述Z軸的面所成的角度λ形成在25。彡λ彡85。的范圍內(nèi)。根據(jù)本應(yīng)用例的傳感器元件，與將λ=0°的X切割板作為傳感器元件的壓電基板使用的情況相比，通過使由對壓電基板施加的壓縮力而產(chǎn)生的形變大的部位沿壓電基板的外形部延伸，使形變增大，從而使產(chǎn)生較多的電荷的產(chǎn)生部位區(qū)域更大，所以能夠得到檢測力高的傳感器元件。應(yīng)用例4在上述的應(yīng)用例中，其特征在于，上述單晶為水晶。根據(jù)上述的應(yīng)用例，通過使用水晶基板作為壓電基板，即使是微小的形變也能夠產(chǎn)生較多的電荷，能夠得到高檢測能力的傳感器元件。并且，能夠容易得到單晶，能夠形成加工性、品質(zhì)穩(wěn)定性優(yōu)良的壓電基板，得到能夠進(jìn)行穩(wěn)定的力檢測的傳感器元件。應(yīng)用例5本應(yīng)用例的力檢測裝置的特征在于，具備:上述的傳感器元件；檢測上述第I電極或上述第2電極感應(yīng)的電荷量，并計(jì)算施加至上述傳感器元件上的力的計(jì)算單元。根據(jù)本應(yīng)用例的力檢測裝置，通過簡單的構(gòu)成能夠得到3軸力檢測裝置。另外，通過使用多個(gè)得到的3軸力檢測裝置，能夠容易得到例如也包含轉(zhuǎn)矩計(jì)測的6軸力檢測裝置。應(yīng)用例6 本應(yīng)用例的機(jī)械臂的特征在于，具備:上述的傳感器元件；檢測上述第I電極或上述第2電極感應(yīng)的電荷量，并計(jì)算施加至上述傳感器元件上的力的計(jì)算單元。根據(jù)本應(yīng)用例的機(jī)械臂，對于差動(dòng)的機(jī)械臂或者機(jī)械手，通過力檢測裝置更可靠地進(jìn)行規(guī)定動(dòng)作中發(fā)生的與障礙物的接觸的檢測、檢測與對象物的接觸力，通過向機(jī)械臂控制裝置反饋數(shù)據(jù)，能夠得到可進(jìn)行安全且細(xì)致的工作的機(jī)械臂。


圖1表示第I實(shí)施方式所涉及的傳感器元件，圖1 (a)是剖面圖，圖1 (b)是分解立體圖，圖1 (C)是圖1 (b)所示的A方向向視圖。圖2是表示相對于第I實(shí)施方式所涉及的水晶基板的晶軸X、Y、Z的形成方法的示意圖。圖3表示第2實(shí)施方式所涉及的傳感器元件，圖3 (a)是剖面圖，圖3是(b)分解立體圖，圖3 (c)是圖3 (b)所示的B方向向視圖。圖4是表示相對于第2實(shí)施方式所涉及的水晶基板的晶軸X、Y、Z的形成方法的示意圖。圖5是表示第2實(shí)施方式所涉及的水晶基板的其他方式的俯視圖。圖6是表示第3實(shí)施方式所涉及的傳感器器件的剖面圖。圖7是表示第3實(shí)施方式中的作為其他的實(shí)施方式的傳感器器件，圖7 Ca)是剖面圖，圖(b)、(C)是分解立體圖。圖8是表示第4實(shí)施方式所涉及的力檢測裝置，圖8 (a)是剖面圖，圖8 (b)是表示傳感器器件的配置的概念圖。
圖9表示第4實(shí)施方式所涉及的其他的力檢測裝置，圖9 Ca)是俯視圖，圖9 (b)是圖9 (a)所示的C-C部的剖面圖。圖10是表示第3實(shí)施方式所涉及的機(jī)械臂的構(gòu)成的外觀圖。圖11是表示實(shí)施例的圖表，圖11 Ca)是第I實(shí)施方式所涉及的傳感器元件的實(shí)施例，圖11 (b)是第2實(shí)施方式所涉及的傳感器元件的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖，對本發(fā)明所涉及的實(shí)施方式進(jìn)行說明。第I實(shí)施方式圖1表示第I實(shí)施方式所涉及的傳感器元件，圖1 (a)是剖面圖，圖1(b)是分解立體圖，圖1 (c)是圖1 (b)所示的A方向的向視圖。圖1所示的傳感器元件100具備作為壓電基板的水晶基板10、作為第I電極的檢測電極20、和作為第2電極的接地電極(以下，稱為GND電極)30。作為壓電基板的材料，若為三方晶系的單晶并不局限于水晶。所謂的三方晶系的單晶是指長度相等的三根對稱軸互相以120°的角度相交，具有一根垂直的軸相交于該交點(diǎn)的晶軸。作為二方晶系的單晶，除了水晶之外，還能夠列舉娃酸嫁倆(La3Ga5Si014)、銀酸鋰(LiNbO3)單晶、鉭酸鋰(LiTaO3)單晶、磷酸鎵(GaPO4)單晶、硼酸鋰(Li2B4O7)單晶等。在本實(shí)施方式中， 對使用即使是微小的形變也能夠產(chǎn)生很多的電荷，并且容易得到單晶，力口工性、品質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)良的水晶的實(shí)施方式進(jìn)行說明。在圖1 (a)所示的傳感器元件100中，在水晶基板10的一方的基板面IOa上配置檢測電極20，在另一方的基板面IOb上配置GND電極30，水晶基板10被檢測電極20和GND電極30夾持。即，在圖示的坐標(biāo)軸α、β、γ中，在γ方向按檢測電極20、水晶基板10、GND電極30的順序?qū)盈B，來構(gòu)成傳感器元件100。若對該傳感器元件100施加沿圖示的α軸向的剪切方向的力Fa，則水晶基板10變形為變位后的水晶基板10丨。利用該變形的形變使水晶基板10產(chǎn)生電荷。在此，在水晶基板10由與作為晶軸的機(jī)械軸的Y軸交叉，并將包含電軸的X軸的平面作為主表面的、所謂的Y切割板形成的情況下，若產(chǎn)生圖1(a)所示的變形，即若產(chǎn)生成為水晶基板10丨那樣的形變，則在配置檢測電極20的水晶基板10的一方的基板面IOa側(cè)的水晶基板10的內(nèi)部產(chǎn)生+ (正)電荷，在配置另一個(gè)GND基板30的另一方的基板面IOb側(cè)的水晶基板10的內(nèi)部產(chǎn)生-(負(fù))電荷。另一方的基板面IOb側(cè)的負(fù)電荷通過GND電極30向未圖示的地線(GND)釋放，一方的基板面IOa側(cè)的正電荷通過檢測電極20作為檢測值向未圖示的計(jì)算裝置發(fā)送，通過得到的電荷量計(jì)算α方向的力Fa。如上所述，作為壓電體由作為三方晶系的單晶的水晶形成的水晶基板10通過在內(nèi)部產(chǎn)生的形變產(chǎn)生電荷。該電荷量根據(jù)水晶基板10的基板面10a、10b相對于晶軸X、Y、Z的角度而增減，其中，根據(jù)以下說明的基板面10a、10b的形成條件能夠得到更多的電荷。圖1 (C)表示水晶基板10的沿α軸的圖1 (b)所示的A方向的向視圖。如圖1(c)所不，對于水晶基板10的基板面10a、IOb而目，若通過晶軸X、Y、Z定義，則以具有水晶基板10的一方的基板面IOa和通過Z軸和X軸定義的平面所成的角度Θ的方式切出水晶基板10而形成。圖2不意地表不水晶基板10相對于晶軸Χ、Υ、Ζ的形成方法。如圖2所不,水晶基板10以相對于利用晶軸X、Y、Z切出的水晶晶體I的、包含X軸和Z軸并與Y軸正交的面la，使面Ia和基板面10a、10b所成的角度在由Y軸和Z軸定義的面內(nèi)成為角度Θ的方式形成。優(yōu)選角度Θ形成在0° < Θ <20°的范圍。通過像這樣形成水晶基板10，能夠使利用力Fa生成的電荷的產(chǎn)生量進(jìn)一步增加，能夠得到檢測力較高的傳感器元件。第2實(shí)施方式圖3表示第2實(shí)施方式所涉及的傳感器元件，圖3 (a)是剖面圖，圖3 (b)是分解立體圖，圖3 (c)是圖3 (b)所示的B方向向視圖。應(yīng)予說明，第2實(shí)施方式所涉及的傳感器元件200相對于第I實(shí)施方式所涉及的傳感器元件100水晶基板10的方式不同，其他的構(gòu)成相同，所以對相同的構(gòu)成標(biāo)記相同的符號，省略說明。如圖3所示，第2實(shí)施方式所涉及的傳感器元件200是檢測壓縮水晶基板40的方向的力F Y，即檢測Y方向的力F Y的傳感器元件200。傳感器元件200成為在Y方向?qū)盈B了作為第I電極的檢測電極20、作為壓電基板的水晶基板40、作為第2電極的GND電極30的構(gòu)成。作為壓電基板的材料，與第I實(shí)施方式所涉及的傳感器元件100 —樣，若為三方晶系的單晶，則并不局限于水晶，但在本實(shí)施方式中也對使用水晶作為壓電材料的方式進(jìn)行說明。在傳感器元件200中，若如圖3所示在Y方向施加使水晶基板40壓縮的力F Y，則水晶基板40壓縮變形而變形為水晶基板40 ’那樣。由該變形的形變在水晶基板10上產(chǎn)生電荷。在此，若水晶基板40由與作為晶軸的電軸的X軸交叉，并將包含機(jī)械軸的Y軸和光軸的Z軸的平面作為主表面的、所謂X切割板形成，產(chǎn)生圖3 Ca)所示的變形，即產(chǎn)生形變，則在配置檢測電極20的水晶基板40的一方的基板面40a側(cè)的水晶基板40的內(nèi)部產(chǎn)生+ (正)電荷，并且在配置GND電極30的另一方的基板面40b側(cè)的水晶基板40的內(nèi)部產(chǎn)生-(負(fù))電荷。另一方的基板面40b側(cè)的負(fù)電荷通過GND電極30向未圖示的地線(GND)釋放，一方的基板面40a側(cè)的正電荷通過檢測電極20作為檢測值被向未圖示的計(jì)算裝置發(fā)送，通過得到的電荷量計(jì)算Y方向的力Fy。如上所述，作為壓電體由作為三方晶系的單晶的水晶形成的水晶基板40通過內(nèi)部產(chǎn)生的形變而產(chǎn)生電荷。該電荷量根據(jù)與水晶基板40的基板面40a、40b交叉的構(gòu)成外形面的一部分的平面40c、40d、和由X軸和Z軸定義的面所成的角度而增減，其中根據(jù)以下說明的平面40c、40d的形成條件能夠得到更多的電荷。圖3 (C)表示圖3 (b)所示的B方向的向視圖。如圖3 (C)所示，形成水晶基板40的外形的外形面具有至少I個(gè)平面，在本實(shí)施方式中，外形面具有平面40c、40d。該平面40d以與由晶軸的X軸和Z軸定義的平面具有角度λ的方式切出水晶基板40而形成。在本實(shí)施方式中，是矩形的水晶基板40，外形面的平面40c和平面40d幾乎平行，所以平面40c也以與由晶軸的X軸和Z軸定義的平面具有角度λ的方式切出水晶基板40而形成。圖4不意地表不水晶基板40相對于晶軸Χ、Υ、Ζ的形成方法。如圖4所不，以利用晶軸X、Y、Z切出的水晶晶體2的由X軸和Z軸定義的面2a與外形面的平面40d所成的角度成為角度λ的方式形成水晶基板40。平面40c是與平面40d幾乎平行的面，因此，平面40c也以面2a和外形面的平面40d所成的角度成為角度λ的方式形成。優(yōu)選角度λ形成在25° < λ <85°的范圍。通過像這樣形成水晶基板40，能夠使由力Fy產(chǎn)生的電荷的產(chǎn)生量進(jìn)一步增多，能夠得到檢測力較高的傳感器元件。圖5是表示水晶基板40的其他方式的立體圖。如上所述，外形面的平面40c或是平面40d以角度λ與由X軸和Z軸定義的面2a (參照圖4)交叉，所以第2實(shí)施方式所涉及的水晶基板40得到較多的電荷的產(chǎn)生。因此，除了平面40c、40d以外的外形面并不限定于平面。即，如圖5 (a)所示的水晶基板41那樣，除了以角度λ與由X軸和Z軸定義的面2a (參照圖4)交叉的平面41c或是平面41d以外，也可以是圓形的面41a、41b。另外，還可以如圖5 (b)所示的水晶基板42那樣，以角度λ與由X軸和Z軸定義的面2a (參照圖4)交叉的面是平面42b的I個(gè)面，其他面是圓形等的面42a。第3實(shí)施方式圖6是表示第3實(shí)施方式所涉及的傳感器器件的剖面圖，如圖6所示，在傳感器器件1000中，將具備水晶基板10的傳感器元件100、或具備水晶基板40的傳感器元件200收納于筒狀容器400，被基臺301、302按壓固定，檢測電極20和GND電極30與計(jì)算裝置500電連接。計(jì)算裝置500具備變換由未圖示的檢測電極20得到的電荷的QV放大器，具備連接GND電極30的GND (接地)。以這樣的構(gòu)成的方式，能夠得到能夠容易檢測出在基臺301和基臺302之間施加的力的傳感器器件1000。圖7表不第3實(shí)施方式中的作為其他實(shí)施方式的傳感器器件1100、1200，圖7 (a)是剖面圖，圖7 (b)是傳感器器件1100的分解立體圖，圖7 (c)是傳感器器件1200的分解立體圖。圖7所示的傳感器器件1100、1200是相對于上述的傳感器器件1000將作為壓電基板的水晶基板10或水晶基板40配置在檢測電極20的兩側(cè)的構(gòu)成。即，是共有檢測電極20而層疊2個(gè)傳感器元件100或傳感器元件200的構(gòu)成。如圖7 (a)所示，傳感器器件1100以共有檢測電極20的方式配置有傳感器元件101和傳感器元件102，傳感器器件1200以共有檢測電極20的方式配置有傳感器元件201和傳感器元件202。像這樣配置的2個(gè)傳感器元件101、102或者傳感器元件201、202被收納在筒狀容器410，被基臺301、302按壓固定，檢測電極20和GND電極30與計(jì)算裝置510電連接。計(jì)算裝置510具備變換由未圖示的檢測電極20得到的電荷的QV放大器，具備連接GND電極30的GND (接地)。圖7 (b)表示傳感器器件1100中的傳感器元件101、102的配置。如圖7 (b)所示，傳感器元件101和傳感器元件102沿著圖示的層疊方向N，如第I實(shí)施方式所涉及的傳感器元件100那樣，對齊Y方向?qū)盈B。在此，傳感器器件1100檢測沿著圖示L方向的力，該情況下，為了使與檢測電極20連接的圖示N方向上側(cè)的水晶基板10的面IOa和圖示N方向下側(cè)的水晶基板10的面IOb產(chǎn)生相同極性的電荷，以α方向以及Y方向成為朝向相互相反的方式配置。圖7 (C)表示傳感器器件1200中的傳感器元件201、202的配置。如圖7 (C)所示，以使表面背面相反的方式，即以水晶基板40的一方的基板面40a與檢測電極20連接的方式配置傳感器元件201和傳感器元件202，在施加沿N方向的力，即在壓縮方向施加力的情況下，能夠使與檢測電極20連接的2個(gè)水晶基板40的一方的基板面40a產(chǎn)生相同極性的電荷。以這樣的構(gòu)成的方式，通過在基臺301和基臺302之間施加的力能夠使2個(gè)水晶基板10或水晶基板40產(chǎn)生電荷，與上述的傳感器器件1000相比，能夠得到幾乎2倍的電荷。因此，能夠得到即使是微小的力也能夠容易檢測該力的傳感器器件1100、1200。第4實(shí)施方式
圖8表示第4實(shí)施方式所涉及的力檢測裝置，圖8 (a)是剖面圖，圖8 (b)是表示傳感器器件的配置的概念圖。在圖8 (a)中，將電極、水晶基板的層疊方向(圖示上方向)作為V ( + )方向，將與V方向正交的圖示右方向作為Hx ( + )方向，將朝向圖示面的方向作為Hy ( + )方向。在圖8 (a)所示的力檢測裝置2000中，在基臺311和基臺312之間，在筒狀容器420的內(nèi)部交替層疊電極和水晶基板，并被基臺311和基臺312按壓固定。收納于筒狀容器420的內(nèi)部的電極、水晶基板按如下所示方式層疊。從基臺311側(cè)層疊有:以與第3實(shí)施方式的其他的方式所涉及的傳感器器件1100相同的構(gòu)成層疊了傳感器元件101、102的傳感器器件1101 ;以與傳感器器件1100相同的構(gòu)成層疊了傳感器元件101、102的傳感器元件1102 ;和層疊了 201和202的傳感器器件1200。在像這樣層疊的傳感器器件1101、1102、1200中，除了與基臺311、312連接的GND電極30之外的GND電極30成為在傳感器器件1101、1102、1200中共用的GND電極30。另外，如圖8所示，傳感器器件1102的配置成為使傳感器器件1101以V軸為中心旋轉(zhuǎn)90°而成的配置方向。即，通過以使檢測沿L軸的力的傳感器器件1101的L軸和Hx軸一致，使L軸以V軸為中心旋轉(zhuǎn)90°與Hy軸一致的方式配置傳感器器件1102，能夠檢測沿Hx軸以及Hy軸的方向的力。另外，通過使N軸與V軸一致地配置檢測N軸方向的力的傳感器器件1200，能夠檢測沿V軸的力。像這樣組裝了傳感器器件1101、1102、1200的力檢測裝置2000能夠檢測Hx、Hy、V方向，即3軸向的力。若向這樣構(gòu)成的力檢測裝置2000的基臺311、312附加力，則在傳感器器件1101、1102、1200產(chǎn)生的電荷中，將利用作為計(jì)算單元的計(jì)算裝置600所具備的、由Hx方向計(jì)算裝置610根據(jù)傳感器器件1101的電荷而得到的Hx方向的力成分、利用Hy方向計(jì)算裝置620根據(jù)傳感器器件1102的電荷而得到的Hy方向的力成分、利用V方向計(jì)算裝置630根據(jù)傳感器器件1200的電荷而得到的V方向的力成分賦予的外力的矢量數(shù)據(jù)輸出至未圖示的控制裝置。此外,GND電極30激勵(lì)的電荷通過計(jì)算裝置600所具備的GND640接地而被放電。如上所述，對于本實(shí)施方式所涉及的力檢測裝置2000而言，通過在一個(gè)方向上層疊電極和作為壓電基板的水晶基板，能夠得到小型的力檢測裝置，也能夠容易設(shè)置在機(jī)械臂等安裝部狹小的裝置上。另外，本實(shí)施方式的力檢測裝置能夠通過簡單形狀的電極和水晶基板的層疊來形成，所以能夠得到低成本的力檢測裝置。圖9表示使用上述的實(shí)施方式所涉及的力檢測裝置2000，能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)矩檢測的6軸力檢測裝置3000的概況，圖9 Ca)是俯視圖，圖9 (b)是圖(a)所示的C-C丨部的剖面圖。如圖9 (a)、(b)所示，6軸力檢測裝置3000成為通過基臺321、322固定了 4個(gè)力檢測裝置2000的構(gòu)成。通過設(shè)為該6軸力檢測裝置3000的方式，根據(jù)配置了的4個(gè)力檢測裝置2000的裝置間的距離、和通過各力檢測裝置2000得到的力能夠求得繞Hx軸、Hy軸以及V軸的各軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩。第5實(shí)施方式圖10是表示使用了第3實(shí)施方式所涉及的力檢測裝置2000或者6軸力檢測裝置3000的機(jī)械臂4000的構(gòu)成的外觀圖。機(jī)械臂4000由主體部4100、臂部4200以及機(jī)械臂手部4300等構(gòu)成。主體部4100被固定在例如地板、墻壁、天花板、以及能夠移動(dòng)的臺車上等。以相對于主體部4100可動(dòng)的方式設(shè)置臂部4200，在主體部4100內(nèi)置有產(chǎn)生用于使臂部4200旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力的未圖示的致動(dòng)器、控制致動(dòng)器的控制部等。
臂部4200由第I構(gòu)架4210、第2構(gòu)架4220、第3構(gòu)架4230、第4構(gòu)架4240以及第5構(gòu)架4250構(gòu)成。第I構(gòu)架4210經(jīng)由旋轉(zhuǎn)彎曲軸以能夠旋轉(zhuǎn)或能夠彎曲的方式與主體部4100連接。第2構(gòu)架4220經(jīng)由旋轉(zhuǎn)彎曲軸與第I構(gòu)架4210以及第3構(gòu)架4230連接。第3構(gòu)架4230經(jīng)由旋轉(zhuǎn)彎曲軸與第2構(gòu)架4220以及第4構(gòu)架4240連接。第4構(gòu)架4240經(jīng)由旋轉(zhuǎn)彎曲軸與第3構(gòu)架4230以及第5構(gòu)架4250連接。第5構(gòu)架4250經(jīng)由旋轉(zhuǎn)彎曲軸與第4構(gòu)架4240連接。臂部4200通過控制部的控制，使各構(gòu)架4210 4250以各旋轉(zhuǎn)彎曲軸為中心復(fù)合地旋轉(zhuǎn)或彎曲、動(dòng)作。臂部4200的第5構(gòu)架4250中，在與第4構(gòu)架4240的連接部的另一側(cè)安裝有機(jī)械臂手部4300。機(jī)械臂手部4300具備能夠把持對象物的機(jī)械手4310、內(nèi)置使機(jī)械手4310旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的馬達(dá)的機(jī)械手連接部4320，通過機(jī)械手連接部4320連接第5構(gòu)架4250。 在機(jī)械手連接部4320中除了內(nèi)置有馬達(dá)外，還內(nèi)置有第3實(shí)施方式中所涉及的力檢測裝置2000或6軸力檢測裝置3000，在機(jī)械臂手部4300通過控制部的控制移動(dòng)到規(guī)定的動(dòng)作位置時(shí)，能夠作為力通過力檢測裝置2000或者6軸力檢測裝置3000檢測出與障礙物的接觸或者超過規(guī)定位置的動(dòng)作命令所引起的與對象物的接觸等，并向機(jī)械臂4000的控制部反饋，從而執(zhí)行回避行動(dòng)。通過使用這樣的機(jī)械臂4000，能夠得到能夠容易地進(jìn)行在現(xiàn)有的位置控制中不能處理的障礙物回避動(dòng)作、處理物損傷回避動(dòng)作等的、能夠進(jìn)行安全且細(xì)致的工作的機(jī)械臂。應(yīng)予說明，并不局限于本實(shí)施方式，也能夠適用于例如雙臂機(jī)械臂。實(shí)施例圖11是表示在第I實(shí)施方式所涉及的傳感器元件100以及第2實(shí)施方式所涉及的傳感器兀件200中，施加了力時(shí)產(chǎn)生的電荷量的圖表，圖11 (a)表不在傳感器兀件100的情況下針對角度Θ計(jì)算出的結(jié)果，圖11 (b)表示在傳感器元件200的情況下針對角度λ的計(jì)算出的結(jié)果。應(yīng)予說明，條件為:壓電基板是平面尺寸為5mmX5mm、厚度為200 μ m的水晶，在圖示方向上施加Fa =500N、F γ=500Ν。如圖11 (a)所示，在第I實(shí)施方式所涉及的傳感器元件100的方式的情況下，相對于θ=0°時(shí)的一般的Y切割板，若增大Θ，則在0° < Θ <20°的范圍內(nèi)，能夠得到超出θ=0°時(shí)的電荷量的電荷。如圖11 (b)所示，在第2實(shí)施方式所涉及的傳感器元件200的情況下，相對于入=0°時(shí)的一般的X切割板，在25°彡λ彡85°的范圍內(nèi)，能夠得到超出λ=0°時(shí)的電荷量的電荷。符號說明10...壓電基板(水晶基 板)，20...檢測電極，30...接地電極(GND電極)，100...傳感器元件。
權(quán)利要求
1.一種傳感器元件，其特征在于， 是具備由三方晶系的單晶形成的壓電基板、配置于所述壓電基板的一方的基板面的第I電極、和配置于另一方的基板面的第2電極的傳感器元件， 所述壓電基板的所述基板面包含晶軸的電軸， 所述基板面與包含所述電軸和所述晶軸的光軸的面所成的角度Θ是: 0° < Θ < 20°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器元件，其特征在于， 與所述壓電基板的所述基板面交叉的外形面的一部分包含沿所述電軸方向延伸的平面。
3.一種傳感器元件，其特征在于， 是具備由三方晶系的單晶形成的壓電基板、配置于所述壓電基板的一方的基板面的第I電極、和配置于另一方的基板面的第2電極的傳感器元件， 所述壓電基板的所述基板面包含晶軸的機(jī)械軸和光軸， 與所述基板面交叉的外形面的一部分包含平面， 所述外形面的所述平 面與包含所述晶軸的電軸和所述光軸的面所成的角度λ形成在 25?！堞恕?5。的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求Γ3中任一項(xiàng)所述的傳感器元件，其特征在于， 所述單晶是水晶。
5.一種力檢測裝置，其特征在于，具備: 權(quán)利要求廣4中至少任意一項(xiàng)所述的傳感器元件； 檢測所述第I電極或所述第2電極感應(yīng)的電荷量，并計(jì)算施加至所述傳感器元件上的力的計(jì)算單元。
6.一種機(jī)械臂,其特征在于,具備: 權(quán)利要求廣4中至少任意一項(xiàng)所述的傳感器元件； 檢測所述第I電極或所述第2電極感應(yīng)的電荷量，并計(jì)算施加至所述傳感器元件上的力的計(jì)算單元。
7.一種機(jī)械臂，其特征在于，具備； 包含三方晶系的單晶的壓電基板； 配置于所述壓電基板的一方的基板面的第I電極；IP1242266 配置于另一方的基板面的第2電極； 檢測所述第I電極或所述第2電極感應(yīng)的電荷量，并計(jì)算施加至所述壓電基板上的力的計(jì)算單元； 以能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的方式設(shè)置的臂部； 經(jīng)由所述壓電基板設(shè)置在所述臂部，能夠把持對象物的機(jī)械臂手部， 所述壓電基板的所述基板面包含晶軸的電軸， 所述基板面與包含所述電軸和所述晶軸的光軸的面所成的角度Θ是: 0° < Θ < 20°。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)械臂，其特征在于，與所述壓電基板的所述基板面交叉的面亦即外形面包含沿所述電軸方向延伸的平面。
9.一種機(jī)械臂，其特征在于，具備: 包含三方晶系的單晶的壓電基板； 配置于所述壓電基板的一方的基板面的第I電極； 配置于另一方的基板面的第2電極； 檢測所述第I電極或所述第2電極感應(yīng)的電荷量，并計(jì)算施加至所述壓電基板上的力的計(jì)算單元； 以能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的方式設(shè)置的臂部； 經(jīng)由所述壓電基板設(shè)置在所述臂部，能夠把持對象物的機(jī)械臂手 部， 所述壓電基板的所述基板面包含晶軸的機(jī)械軸和光軸， 與所述基板面交叉的面亦即外形面包含平面， 所述外形面的所述平面與包含所述晶軸的電軸和所述光軸的面所成的角度λ為: 25° ^ λ ^ 85°。
10.根據(jù)權(quán)利要求7、中任一項(xiàng)所述的機(jī)械臂，其特征在于， 所述單晶為水晶。
11.一種傳感器元件，其特征在于，具備: 包含三方晶系的單晶的6個(gè)壓電基板； 分別經(jīng)由所述6個(gè)壓電基板而配置的多個(gè)電極， 所述6個(gè)壓電基板中、4個(gè)壓電基板的基板面包含晶軸的電軸， 所述6個(gè)壓電基板中、所述4個(gè)壓電基板以外的2個(gè)壓電基板的基板面包含所述晶軸的機(jī)械軸和光軸， 在所述4個(gè)壓電基板的所述基板面中，所述基板面與包含所述電軸和所述光軸的面所成的角度Θ是: 0° < Θ < 20° , 與所述2個(gè)壓電基板的所述基板面交叉的面亦即外形面的平面、與包含所述電軸和所述光軸的面形成的角度λ是: 25° ^ λ ^ 85°。
12.一種機(jī)械臂，其特征在于，具備: 權(quán)利要求11所述的傳感器元件； 檢測所述多個(gè)電極感應(yīng)的電荷量，并計(jì)算施加至所述壓電基板上的力的計(jì)算單元； 以能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的方式設(shè)置的臂部； 經(jīng)由所述傳感器元件設(shè)置在所述臂部，能夠把持對象物的機(jī)械臂手部。
13.一種機(jī)械臂，其特征在于， 是權(quán)利要求12所述的機(jī)械臂，具備4個(gè)所述傳感器元件。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的機(jī)械臂，其特征在于， 所述單晶為水晶。
15.一種傳感器器件,其特征在于， 是具備由三方晶系的單晶形成的壓電基板、配置于所述壓電基板的一方的基板面的第I電極、配置于另一方的基板面的第2電極、和收納所述壓電基板的容器的傳感器器件， 所述壓電基板的所述基板面包含晶軸的電軸， 所述基板面與包含所述電軸和所述晶軸的光軸的面所成的角度Θ是: 0° < Θ < 20°。
16.一種傳感器器件,其特征在于， 是具備由三方晶系的單晶形成的壓電基板、配置于所述壓電基板的一方的基板面的第I電極、配置于另一方的基板面的第2電極、和收納所述壓電基板的容器的傳感器器件，所述壓電基板的所述基板面包含晶軸的機(jī)械軸和光軸， 與所述基板面交叉的外形面的一部分包含平面， 所述外形面的所述平面與包含所述晶軸的電軸和所述光軸的面所成的角度λ形成在 25?！堞恕?5。的范圍 內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及傳感器元件、力檢測裝置以及機(jī)械臂，其中，傳感器元件是具備由三方晶系的單晶形成的壓電基板和配置于上述壓電基板的電極的傳感器元件，上述壓電基板的基板面包含晶軸的電軸，并且上述基板面與包含上述電軸和上述晶軸的光軸的面所成的角度θ是0°＜θ＜20°。
文檔編號G01L1/16GK103091004SQ20121044412
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者河合宏紀(jì) 申請人:精工愛普生株式會社