位移检测装置

技术领域

本发明涉及一种位移检测装置，其检测第二部件相对于第一部件的规定方向的位移。

背景技术

在协作机器人的可动轴部上设置有检测扭矩的扭矩传感器。通过设置扭矩传感器，使得协作机器人具有接触停止功能。另外，通过设置扭矩传感器，对于协作机器人，可以实现通过直接示教(亦称引导示教)的机器人的操作。

一些扭矩传感器使用位移检测装置(位移传感器)。例如，日本特开2019-174477号公报中示出了一种使用位移检测装置的扭矩传感器。该位移检测装置检测第二部件相对于第一部件的位移。

发明内容

为了准确地控制协作机器人等，优选位移检测装置具有高灵敏度。为此，正在研究用于提高位移检测装置的灵敏度的技术。

本发明旨在解决上述课题。

根据本发明的一方面，一种位移检测装置，其检测第二部件相对于第一部件的规定方向的位移，所述位移检测装置具备：第一板部件，其沿所述规定方向延伸；第二板部件，其沿所述规定方向延伸；以及传感器，其检测位移，所述第一板部件的两端部与所述第二板部件的两端部相互连接，所述第一板部件和所述第二板部件各自具有安装于所述第一部件上的第一端部以及安装于所述第二部件上的第二端部来作为两端部，并且具有介于两端部之间的中间部，在所述第一板部件的所述中间部与所述第二板部件的所述中间部之间形成有间隙，所述传感器检测所述间隙的变动，当所述第二部件沿所述规定方向位移时，所述间隙的变动量大于所述第二部件的位移量。

根据本发明，能够提高位移检测装置的灵敏度。

附图说明

图1是第一实施方式的位移检测装置的结构图。

图2是第一实施方式的位移检测装置的结构图。

图3是第二实施方式的检测部的俯视图。

图4是第二实施方式的变形例的检测部的俯视图。

图5是第三实施方式的检测部的主视图。

图6是第三实施方式的检测部的俯视图。

图7是第三实施方式的检测部的左侧视图。

图8是第四实施方式的检测部的俯视图。

图9是第五实施方式的检测部的主视图。

图10是第五实施方式的变形例的检测部的主视图。

具体实施方式

[1.第一实施方式]

[1-1.位移检测装置10的结构]

将使用图1和图2对第一实施方式的位移检测装置10进行说明。图1和图2是第一实施方式的位移检测装置10的结构图。图1示出了没有外力作用于第一部件12和第二部件14的状态的位移检测装置10。图2示出了规定方向的外力作用于第二部件14的状态的位移检测装置10。位移检测装置10安装于第一部件12和第二部件14。位移检测装置10检测第二部件14相对于第一部件12的规定方向的位移。此外，在本说明书中，为了方便起见，将使用诸如上下、左右的表述来说明位移检测装置10的结构、动作等。然而，位移检测装置10的结构、动作等不限于特定方向。

位移检测装置10具有检测部16、以及检测电路18。检测部16具有两个板部件20(第一板部件20-1、第二板部件20-2)、以及传感器22。此外，在下面的说明中，带有符号“x-1”(x为数字)的结构是第一板部件20-1的结构。同样地，带有符号“x-2”(x为数字)的结构是第二板部件20-2的结构。另外，在各个板部件20的面中，将面向中间部28凸出的方向的面设为第一面，将与第一面的相反的面设为第二面。

各个板部件20通过对在左右方向上较长的金属制的平板进行冲压加工而形成。各个板部件20具有第一端部24、第二端部26、以及中间部28。第一板部件20-1的形状与第二板部件20-2的形状相互相同。各个板部件20沿左右方向延伸。在第一板部件20-1中，第一端部24-1和第二端部26-1沿左右方向延伸，中间部28-1向与左右方向正交的上方凸出。在第二板部件20-2中，第一端部24-2和第二端部26-2沿左右方向延伸，中间部28-2向与左右方向正交的下方凸出。

第一端部24(24-1、24-2)包括板部件20的左端。第二端部26(26-1、26-2)包括板部件20的右端。第一端部24和第二端部26在左右方向上平行。第一端部24-1和第二端部26-1在第一板部件20-1中位于最下方。第一端部24-2和第二端部26-2在第二板部件20-2中位于最上方。第一端部24-1的第二面(下表面)和第一端部24-2的第二面(上表面)通过、粘接剂、焊接等相互连接。同样地，第二端部26-1的第二面(下表面)和第二端部26-2的第二面(上表面)通过粘接剂、焊接等相互连接。第一端部24-1和第一端部24-2中的至少一方安装于第一部件12。第二端部26-1和第二端部26-2中的至少一方安装于第二部件14。

中间部28(28-1、28-2)位于第一端部24与第二端部26之间。中间部28与第一端部24和第二端部26连接。进一步地，各个中间部28具有保持部30、第一倾斜部32、以及第二倾斜部34。各个保持部30保持传感器22。各个保持部30在左右方向上平行。保持部30-1在第一板部件20-1中位于最上方。保持部30-2在第二板部件20-2中位于最下方。保持部30-1位于保持部30-2的上方。保持部30-1与保持部30-2相互间隔开。第一倾斜部32位于保持部30与第一端部24之间，并且与保持部30和第一端部24连接。第二倾斜部34位于保持部30与第二端部26之间，并且与保持部30和第二端部26连接。第一倾斜部32和第二倾斜部34相对于左右方向倾斜倾斜角度θ。第一倾斜部32的倾斜方向与第二倾斜部34的倾斜方向相互相反。倾斜角度θ的初始值小于45度。倾斜角度θ的初始值是当没有外力作用于第一部件12及第二部件14时的角度。

板部件20通过使四个位置弯曲而向上下方向凸出。即，板部件20在第一端部24与第一倾斜部32的边界、以及第二端部26与第二倾斜部34的边界弯曲。另外，板部件20在第一倾斜部32与保持部30的边界、以及第二倾斜部34与保持部30的边界弯曲。此外，板部件20可以通过弯曲而向上下方向凸出。

传感器22是静电电容值根据一对对置电极22a、22b之间的距离的变化而变化的静电电容传感器。一方的对置电极22a安装于保持部30-1的第二面(下表面)。对置电极22a与保持部30-1绝缘。另一方的对置电极22b安装于保持部30-2的第二面(上表面)。对置电极22b与保持部30-2绝缘。在对置电极22a与对置电极22b之间形成有间隙G。间隙G可随着第二部件14相对于第一部件12向左右方向位移而在向上下方向伸缩。

传感器22可以不是静电电容传感器。例如，传感器22可以包括应变仪。另外，传感器22也可以具有压电元件。

检测电路18通过导线(未图示)与各个对置电极22a、22b连接。检测电路18向一对对置电极22a、22b之间施加预定的电压，并检测一对对置电极22a、22b的静电电容值。检测电路18的检测值被输出至计算机等运算装置(未图示)。运算装置预先存储表或运算式。表或运算式将静电电容值的变动量与第二部件14相对于第一部件12在规定方向(左右方向)上的位移量相关联起来。另外，表或运算式将静电电容值的变动量与在规定方向(左右方向)上作用的外力相关联起来。

[1-2.位移检测装置10的动作]

当向右方向拉第二部件14的外力作用时，位移检测装置10从图1所示的状态变为图2所示的状态。当第二部件14向右方向位移时，各个第二端部26向右方向位移。随着各个第二端部26向右方向位移，各个板部件20弹性变形，第一倾斜部32的倾斜角度θ和第二倾斜部34的倾斜角度θ变小。当第一倾斜部32-1的倾斜角度θ和第二倾斜部34-1的倾斜角度θ各自变小时，保持部30-1向下方向位移。当第一倾斜部32-2的倾斜角度θ和第二倾斜部34-2的倾斜角度θ各自变小时，保持部30-2向上方向位移。于是，保持部30-1与保持部30-2相互靠近，并且对置电极22a与对置电极22b相互靠近。结果，间隙G变小。

另一方面，当第二部件14向左方向位移时，各个第二端部26向左方向位移。随着第二端部26向左方向位移，各个板部件20弹性变形，第一倾斜部32的倾斜角度θ和第二倾斜部34的倾斜角度θ变大。当第一倾斜部32-1的倾斜角度θ和第二倾斜部34-1的倾斜角度θ各自变大时，保持部30-1向上方向位移。当第一倾斜部32-2的倾斜角度θ和第二倾斜部34-2的倾斜角度θ各自变大时，保持部30-2向下方向位移。于是，保持部30-1与保持部30-2相互远离，对置电极22a与对置电极22b相互远离。结果，间隙G变大。

此外，也可以是第一部件12相对于第二部件14向左右方向位移，而不是第二部件14相对于第一部件12向左右方向位移。

运算装置基于由检测电路18检测的静电电容值和预先存储的表等来运算第二部件14相对于第一部件12的位移量、以及沿该位移方向作用的外力。

[1-3.位移检测装置10的作用效果]

在第一实施方式中，第二部件14相对于第一部件12向左右方向位移的动作转换为使间隙G变动的动作。间隙G变动的方向(上下方向)与第二部件14位移的方向(左右方向)正交。各个板部件20放大第二部件14的位移量并将其传递至传感器22。

在第一实施方式中，第一倾斜部32的倾斜角度θ的初始值和第二倾斜部34的倾斜角度θ的初始值小于45度。因此，当第二部件14向左右位移时的间隙G的变动量大于第二部件14的位移量。另外，在第一实施方式中，随着第二部件14位移，对置电极22a和对置电极22b两者均位移。因此，间隙G的变动量变得更大。间隙G的变动量大于第二部件14的位移量意味着检测位移的灵敏度变高。即，根据第一实施方式，能够提高检测第二部件14的位移的灵敏度。

在第一实施方式中，两个板部件20的第二面相互连接。由此，可以减小间隙G的初始值。间隙G的初始值较小意味着位移检测的灵敏度变高。根据第一实施方式，同样在这一点上也能够提高检测第二部件14的位移的灵敏度。

[2.第二实施方式]

将利用图3和图4对第二实施方式的位移检测装置10进行说明。图3是第二实施方式的检测部16的俯视图。图4是第二实施方式的变形例的检测部16的俯视图。第二实施方式的位移检测装置10是第一实施方式的位移检测装置10的改进例。第二实施方式的位移检测装置10包括第一实施方式的位移检测装置10的所有结构。另外，第二实施方式的位移检测装置10的动作与第一实施方式的位移检测装置10的动作基本相同。在第二实施方式的说明中，对与第一实施方式相同的结构给予相同的附图标记，并省略对该结构的说明。

图1等所示的第二部件14可以在各个板部件20的宽度方向上位移。宽度方向与左右方向及上下方向正交。当第二部件14的宽度方向的位移量变大时，存在间隙G变动的而忧虑。第二实施方式防止第二部件14的宽度方向的位移转换为间隙G的变动。

[2-1.位移检测装置10的结构]

在第二实施方式中，在第一倾斜部32中形成有上下贯通的第一孔36。第一孔36的形状没有特别限制。第一孔36的形状例如可以是正圆、椭圆、多边形、长孔等。如图4所示，第一孔36的形状可以是不规则的。第一孔36的位置也没有特别限制。第一孔36的数量可以是一个，也可以是多个。第一孔36可以配置于第一端部24附近，也可以配置于保持部30附近。第一孔36可以从第一端部24形成到保持部30。

如同第一倾斜部32，在第二倾斜部34中形成有上下贯通的第二孔38。第二孔38的形状、数量、位置等与第一孔36的形状、数量、位置等相同。

此外，虽然图3示出了第一板部件20-1的结构，但第二板部件20-2的结构也与第一板部件20-1的结构相同。

[2-2.位移检测装置10的作用效果]

具有孔的第一倾斜部32及第二倾斜部34比不具有孔的第一倾斜部32及第二倾斜部34更容易在宽度方向上变形。即，在第二实施方式中，第一倾斜部32及第二倾斜部34具有柔性。根据第二实施方式，即使第二部件14的宽度方向的位移量变大，第一倾斜部32及第二倾斜部34也可以在宽度方向上柔性地变形。因此，抑制第二部件14的宽度方向的位移引起的间隙G的变动。即，抑制第二部件14的宽度方向的位移引起的位移检测装置10的错误检测。

[3.第三实施方式]

将利用图5至图7对第三实施方式的位移检测装置10进行说明。图5是第三实施方式的检测部16的主视图。图6是第三实施方式的检测部16的俯视图。图7是第三实施方式的检测部16的左侧视图。第三实施方式的位移检测装置10是第一实施方式的位移检测装置10的改进例。第三实施方式的位移检测装置10包括第一实施方式的位移检测装置10的所有结构。另外，第三实施方式的位移检测装置10的动作与第一实施方式的位移检测装置10的动作基本相同。在第三实施方式的说明中，对与第一实施方式相同的结构给予相同的附图标记，并省略对该结构的说明。

在第一实施方式中，当第一倾斜部32-1的倾斜角度θ变得大于初始值时，会有使第一端部24-1向上方向位移的力作用。另一方面，当第一倾斜部32-2的倾斜角度θ变得大于初始值时，会有使第一端部24-2向下方向位移的力作用。如此，两个第一端部24被施加剥离连接部分的力。第二端部26-1及第二端部26-2也同样如此。第三实施方式防止两个第一端部24的剥离及两个第二端部26的剥离。

[3-1.位移检测装置10的结构]

在第三实施方式中，检测部16具有两个固定部40。一方的固定部40防止两个第一端部24的剥离。另一方的固定部40防止两个第二端部26的剥离。两个固定部40的结构及作用相同。下面对防止两个第一端部24的剥离的固定部40进行说明。

固定部40具有第一固定部件42、第二固定部件44、以及多个紧固部件46。第一固定部件42及第二固定部件44例如是金属。优选地，第一固定部件42及第二固定部件44由比板部件20硬的金属制成。第一固定部件42大于第一端部24-1。第一固定部件42位于第一端部24-1的上方，并与第一端部24-1的第一面(上表面)接触。第二固定部件44大于第一端部24-2。第二固定部件44位于第一端部24-2的下方，并与第一端部24-2的第一面(下表面)接触。紧固部件46是螺栓、螺母、螺钉等。多个紧固部件46固定第一固定部件42和第二固定部件44的四个角。这样，固定部40通过夹住并相互按压两个第一端部24来将两个第一端部24相互固定。

此外，第一固定部件42和第二固定部件44无需夹住两个第一端部24的整体。第一固定部件42和第二固定部件44夹住两个第一端部24中与两个第一倾斜部32相邻的部分即可。

进一步地，第一固定部件42具有第一定位部48。第一定位部48向左方向凸出。另外，第二固定部件44具有两个第二定位部50a、50b。两个第二定位部50a、50b向左方向凸出，并进一步向上方向延伸。第二定位部50a与第一定位部48的宽度方向的一端抵接。第二定位部50b与第一定位部48的宽度方向的另一端抵接。这样，第二定位部50a和第二定位部50b夹住第一定位部48。由此，第二固定部件44对第一固定部件42进行定位。

此外，第一定位部48可以向第一固定部件42的宽度方向凸出。在这种情况下，两个第二定位部50a、50b也向与第一定位部48凸出的方向相同的方向凸出。另外，代替两个第二定位部50a、50b向上方向延伸，也可以是第一定位部48向下方向延伸。另外，可以设有两个第一定位部48。简而言之，第一固定部件42中与上下方向平行的部分与第二固定部件44中与上下方向平行的部分相互接触，结果，第一固定部件42相对于第二固定部件44定位即可。

[3-2.位移检测装置10的作用效果]

在第三实施方式中，固定部40将第一端部24-1与第一端部24-2相互按压并固定。因此，根据第三实施方式，能够防止第一端部24-1与第一端部24-2的剥离。同样地，根据第三实施方式，能够防止第二端部26-1与第二端部26-2的剥离。

另外，当将第一固定部件42螺纹固定于第二固定部件44时，第一固定部件42被施加使其以沿上下方向延伸的轴线为中心旋转的力。因此，存在第一固定部件42相对于第一端部24偏移的可能性。相比之下，在第三实施方式中，使第一固定部件42相对于第二固定部件44定位。即，根据第三实施方式，能够防止第一固定部件42相对于第一端部24偏移。

[4.第四实施方式]

将使用图8对第四实施方式的位移检测装置10进行说明。图8是第四实施方式的检测部16的俯视图。第四实施方式的位移检测装置10是第一实施方式的位移检测装置10的改进例。第四实施方式的位移检测装置10包括第一实施方式的位移检测装置10的所有结构。另外，第四实施方式的位移检测装置10的动作与第一实施方式的位移检测装置10的动作基本相同。在第四实施方式的说明中，对与第一实施方式相同的结构给予相同的附图标记，并省略对该结构的说明。

[4-1.位移检测装置10的结构]

在第四实施方式中，保持部30的宽度方向的长度比第一端部24、第一倾斜部32、第二倾斜部34及第二端部26的各个宽度方向的长度长。一对对置电极22a、22b的宽度方向的长度也比第一端部24、第一倾斜部32、第二倾斜部34及第二端部26的各个宽度方向的长度长。各个保持部30的宽度方向的长度为各个对置电极22a、22b的宽度方向的长度以上。

[4-2.位移检测装置10的作用效果]

如同第四实施方式，当保持部30的宽度方向的长度比板部件20的其他部分的宽度方向的长度长时，可以使一对对置电极22a、22b在宽度方向上较长。因此，根据第四实施方式，可以在不改变检测部16的左右方向的长度的情况下，加大一对对置电极22a、22b的面积。即，根据第四实施方式，能够提高检测第二部件14的位移的灵敏度。

[5.第五实施方式]

将利用图9对第五实施方式的位移检测装置10进行说明。图9是第五实施方式的检测部16的主视图。第五实施方式的位移检测装置10是第一实施方式的位移检测装置10的改进例。第五实施方式的位移检测装置10包括第一实施方式的位移检测装置10的结构。另外，第五实施方式的位移检测装置10的动作与第一实施方式的位移检测装置10的动作基本相同。在第五实施方式的说明中，对与第一实施方式相同的结构给予相同的附图标记，并省略对该结构的说明。

外力从各个方向作用于位移检测装置10。保持部30-1因未意图的外力而变形。例如，存在保持部30-1和保持部30-2被施加扭曲方向的外力而变形的可能性。当保持部30-1及保持部30-2变形时，一对对置电极22a、22b也变形。于是，对置电极22a与对置电极22b之间的间隙G变得不均匀，传感器22的精度降低。第五实施方式防止一对对置电极22a、22b的变形。

[5-1.位移检测装置10的结构]

在第五实施方式中，保持部30(30-1、30-2)由加强板52(52a、52b)加强。加强板52例如由金属制成。优选地，加强板52由比板部件20硬的金属制成。加强板52a安装于保持部30-1的第二面(下表面)。对置电极22a安装于加强板52a。加强板52a与对置电极22a的整个上表面接触。对置电极22a与加强板52a绝缘。这样，加强板52a介于保持部30-1与对置电极22a之间。同样地，加强板52b介于保持部30-2与对置电极22b之间。

[5-2.位移检测装置10的作用效果]

各个加强板52通过防止各个保持部30的变形来防止一对对置电极22a、22b的变形。即，根据第五实施方式，能够使对置电极22a与对置电极22b之间的间隙G均匀。因此，能够防止传感器22的精度降低。

[5-3.第五实施方式的变形例]

图10是第五实施方式的变形例的检测部16的主视图。如图10所示，加强板52可以安装于保持部30中的第一面(上表面)。换言之，加强板52a可以安装于保持部30-1的与安装对置电极22a的面(下表面)相反的面(上表面)。在这种情况下，加强板52a覆盖对置电极22a安装于保持部30-1中的范围的背面侧的范围。加强板52b也同样如此。

[6.其他实施方式]

也可以组合第二实施方式至第五实施方式中的一个以上的实施方式。

[7.由实施方式获得的发明]

下面对可由上述实施方式获得的发明进行记载。

根据本发明的一方面，一种位移检测装置10，其检测第二部件14相对于第一部件12的规定方向的位移，所述移检测装置具备：第一板部件20-1，其沿所述规定方向延伸；第二板部件20-2，其沿所述规定方向延伸；以及传感器22，其检测位移，所述第一板部件的两端部与所述第二板部件的两端部相互连接，所述第一板部件和所述第二板部件各自具有安装于所述第一部件上的第一端部24以及安装于所述第二部件上的第二端部26来作为两端部，并且具有介于两端部之间的中间部28，在所述第一板部件的所述中间部与所述第二板部件的所述中间部之间形成有间隙G，所述传感器检测所述间隙的变动，当所述第二部件沿所述规定方向位移时，所述间隙的变动量大于所述第二部件的位移量。

在本发明的一方面，所述第一板部件的所述中间部及所述第二板部件的所述中间部各自可以具有：保持部30，其保持所述传感器；第一倾斜部32，其位于所述保持部与所述第一端部之间，并且相对于所述规定方向倾斜；以及第二倾斜部34，其位于所述保持部与所述第二端部之间，并且相对于所述规定方向倾斜。

在本发明的一方面，所述第一倾斜部及所述第二倾斜部各自可以具有一个以上的孔36、38。

在本发明的一方面，所述第一板部件的所述中间部及所述第二板部件的所述中间部各自可以具有：保持部，其保持所述传感器；以及一个以上的孔，其形成于所述保持部以外的部分。

在本发明的一方面，可以具备固定部40，其用于将所述第一板部件的所述第一端部与所述第二板部件的所述第一端部相互固定。

在本发明的一方面，所述固定部可以具有夹住并互相按压两个所述第一端部的第一固定部件42及第二固定部件44，所述第二固定部件通过与所述第一固定部件接触来对所述第一固定部件进行定位。

在本发明的一方面，所述第一板部件的所述中间部及所述第二板部件的所述中间部各自可以具有：保持部，其保持所述传感器；第一倾斜部，其位于所述保持部与所述第一端部之间，并且相对于所述规定方向倾斜；以及第二倾斜部，其位于所述保持部与所述第二端部之间，并且相对于所述规定方向倾斜，所述传感器是静电电容值根据一对对置电极22a、22b之间的距离的变化而变化的静电电容传感器，各个所述对置电极在与所述规定方向正交的宽度方向上的长度比在所述宽度方向上的所述第一倾斜部的长度及所述第二倾斜部的长度长。

在本发明的一方面，所述第一板部件的所述中间部及所述第二板部件的所述中间部各自可以具有保持所述传感器的保持部，所述传感器是静电电容值根据一对对置电极之间的距离的变化而变化的静电电容传感器，所述保持部由加强板52加强。

在本发明的一方面，所述加强板可以介于所述保持部与所述对置电极之间。

在本发明的一方面，所述加强板可以安装在所述保持部中与安装所述对置电极的面相反的面。

符号说明

10—位移检测装置，12—第一部件，14—第二部件，20-1—第一板部件，20-2—第二板部件，22—传感器，22a、22b—对置电极，24、24-1、24-2—第一端部，26、26-1、26-2—第二端部，28、28-1、28-2—中间部，30、30-1、30-2—保持部，32、32-1、32-2—第一倾斜部，34、34-1、34-2—第二倾斜部，36—第一孔(孔)，38—第二孔(孔)，40—固定部，42—第一固定部件，44—第二固定部件。