光纤传感器、压力传感器、末端执行器及传感器信号处理装置的制作方法

专利名称：光纤传感器、压力传感器、末端执行器及传感器信号处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有排列着反射特定波 长的光的光栅的光纤的光纤传感器、在片体 中配置了多个光纤传感器的压力传感器、配设了压力传感器的末端执行器、以及根据从 压力传感器输出的光栅的反射光的波长偏移量来计算配置有光纤传感器的部位的应力的 传感器信号处理装置。
背景技术：
当前已知如下压力传感器(分布式压力传感器)，其在片体上配置多个光纤作为 传感器，检测从物体对上述片体赋予压力(应力)时上述光纤的形变，从而检测配置有上 述光纤的部位处的压力(参见日本专利第3871874号公报和日本特开2002-071323号公 报)。另外，还已知应用了将在垂直方向和水平方向上被赋予的压力(垂直应力、水 平应力)作为电信号检测出来的MEMS (Micro Electro Mechanical Systems 微机电系统) 技术的压力传感器(参见日本特开2009-068988号公报)。然而，在把日本专利第3871874号公报、日本特开2002-071323号公报和日 本特开2009-068988号公报所公开的压力传感器应用于进行复杂组装的FA (Factory Automation 工厂自动化)用工作机械的末端执行器，检测该末端执行器对物体的把持 状态，并且根据上述压力传感器所检测出的压力对上述末端执行器进行反馈控制的情况 下，可能会引发如下问题。在将日本专利第3871874号公报和日本特开2002-071323号公报所公开的压力传 感器应用于末端执行器的情况下，虽然可以检测出被物体赋予的压力(应力)的大小和方 向，然而难以将该应力分离为多个方向上的分量来进行检测，还可能无法高精度地检测 该应力。例如，在把持的物体形状和把持角度等不同的情况下，应力有时会不均勻地作 用于光纤上。此时，压力传感器可能会在该应力的分布状态不正确的情况下检测从物体 赋予的应力。由此，由于不能获知上述末端执行器所把持的物体的状态，因而无法确认 该物体是否从上述末端执行器脱落，无法确认是否能有效进行所期望的组装。另外，在把日本特开2009-068988号公报的压力传感器应用于末端执行器的情 况下，由于构成该压力传感器的基板是由Si晶片构成的，因此难以将上述压力传感器附 设于具有曲面的末端执行器的曲面部位。进而，为了保护上述Si晶片不受过度应力的影 响，同时为了保护由应力转换得到的电信号不受电磁波噪声和各种电涌(例如由人体和 各种机械的静电引起的静电电涌)的影响，如果需要对该Si晶片模压的话，就会存在制 造成本提升的难题。再有，如果希望把施加给物体的应力分离为多个方向的分量检测出 来，压力传感器的结构就会变得复杂，而且对于由上述应力转换得到的电信号进行的信 号处理也会变得繁琐。因此，日本特开2009-068988号公报所公开的压力传感器结构复杂而且较为大型，价格昂贵，因而不易于附设在末端执行器上。即使将上述压力传感器附设于上述末端执行器，也可能招致该末端执行器整体变大。

发明内容
本发明就是鉴于上述各种问题而完成的，其目的在于提供一种结构比较简单， 易于提高由物体赋予的应力的检测精度，可避免物体从末端执行器脱落，能可靠地实现 组装工序，并且造价低廉，适于小型化的光纤传感器、压力传感器、末端执行器以及传 感器信号处理装置。本发明涉及的光纤传感器的特征在于，具有多个应力检测传感器部，它们由 排列着反射特定波长的光的光栅的光纤构成；以及应力方向转换部，其将从外部赋予的 应力转换为排列上述光栅的方向的应力，并传递给上述各光栅。根据上述构成，当向光纤传感器赋予应力的时候，应力方向转换部向多个应力 检测传感器部传递应力，能够通过多个应力检测传感器检测该应力。即，能以较为简单 的结构由多个应力检测传感器部检测从物体赋予的应力，可易于提高检测精度。另外，上述应力方向转换部优选由弹性体构成。由此，当从物体向上述光纤传感器赋予垂直应力时，通过上述弹性体的作用， 能够易于使上述各光栅的光栅间隔沿着上述光纤的长度方向改变相当于上述转换后的应 力的长度，因此能高精度地检测上述转换后的应力。另外，还可以构成为上述多个应力检测传感器部具有第一应力检测传感器 部，其沿着平行于水平应力的赋予方向且垂直于垂直应力的赋予方向的平面配置，而且 具有排列着第一光栅的第一光纤；以及第二应力检测传感器部，其在与上述第一光纤的 长度方向不同的方向上延伸，且具有排列着第二光栅的第二光纤，上述应力方向转换部 将上述垂直应力转换为沿着上述平面的方向的应力。根据该构成，由于通过上述水平应力使上述第一光栅和上述第二光栅产生形 变，从而由该各光栅反射的光的波长(反射波长)发生变化。因此，通过检测上述各光 栅的反射波长的偏移量，从而能够将从上述物体赋予给上述光纤传感器的上述水平应力 分别分离为沿着上述第一光纤的长度方向的分量和沿着上述第二光纤的长度方向的分量 来进行检测。另外，上述应力方向转换部将从上述物体赋予给上述光纤传感器的上述垂直应 力转换为沿着上述平面方向的应力，并传递给上述各光纤。这种情况下，由于上述转换 后的应力，会在上述第一光栅和上述第二光栅上产生形变，从而该各光栅的反射波长发 生变化。因此，检测上述各光纤的反射波长的偏移量，将上述转换后的应力分别分离 为沿着上述第一光纤的长度方向的分量和沿着上述第二光纤的长度方向的分量来进行检 测，从而能检测基于上述转换后的应力的上述垂直应力(沿着垂直于上述平面的方向的 应力分量)。因此，根据上述光纤传感器，能够以较为简单的结构将从物体赋予的应力(垂 直应力、水平应力)分离为多个方向(垂直方向、水平方面)进行检测。另外，在将上述光纤传感器搭载于机械手等末端执行器，由该末端执行器把持 物体的情况下，上述光纤传感器将从上述物体施加给上述末端执行器的外力(垂直应力、水平应力)分离为多个方向的分量进行检测，因此能够易于把握上述外力如何作用 于上述末端执行器的空间坐标内。由此，在上述末端执行器把持上述物体的期间内，能可靠地避免该物体的滑 落。另外，通过把上述光纤传感器附设于上述末端执行器，从而使得以往较为困难的组 装作业那样外力作用于组装部件与被组装部件之间的工序的自动化显著提高。另外，由于使用光纤检测应力，因此上述光纤传感器即便暴露于电磁波噪声和 各种电涌中也不会受到任何影响。因此，即便在工厂和室外等恶劣环境下使用，也能避 免上述各噪声的影响。其中，上述第一光纤和上述第二光纤优选分别在沿着上述垂直应力的赋予方向 的彼此不同的高度上，以在平面视图中上述第一光栅与上述第二光栅正交的方式进行配置。由此，如果设上述第一光纤和上述第二光纤中一个光纤的长度方向为X方向， 另一个光纤的长度方向为Y方向，上述垂直应力的赋予方向(垂直于上述平面的方向)为 Z方向，则能够将配置有上述光纤传感器的部位的应力分离为X方向、Y方向和Z方向 的各分量来进行检测。另外，上述应力方向转换部可以具有在沿着上述平面的方向上延伸的平坦 部；从上述平坦部架设至上述第一光纤的第一应力传递部；以及从上述平坦部架设至上 述第二光纤的第二应力传递部。由此，能够高效地把上述垂直应力转换为沿着上述平面的方向的应力，并传递 给上述各光栅。进而，上述各应力检测传感器部和上述应力方向转换部配置于接收上述外部应 力的被测定区域内，上述多个应力检测传感器部由第一应力检测传感器部和第二应力检 测传感器部构成，第一应力检测传感器部被配置成在平面视图中被包围在上述应力方向 转换部内，并通过从上述应力方向转换部传递的应力使上述光栅伸缩，第二应力检测传 感器部配置于上述被测定区域的上述应力方向转换部的外部。根据上述构成，以被包围在上述应力方向转换部内的方式配置有上述第一应力 检测传感器部，并且在上述应力方向转换部的外部配置有上述第二应力检测传感器部。 因此，当从物体向上述被测定区域赋予作为外部应力的水平应力的情况下，上述第一应 力检测传感器部的光栅按照上述水平应力而伸缩，而上述第二应力检测传感器部的光栅 由于配置于上述应力方向转换部的外部，因此显示出与上述第一应力检测传感器部的光 栅不同的伸缩。由此，由于在上述第一应力检测传感器部的光栅与上述第二应力检测传感器部 的光栅之间，光栅形变量和反射波长的偏移量成为彼此不同的大小，因此上述形变量之 差和上述位移量之差就成为能够检测上述水平应力的程度的明确的差。其结果是即便向 上述被测定区域整体赋予了上述水平应力，也能检测出所赋予的上述水平应力的位置、 大小和方向。如上，在上述被测定区域中将上述第一应力检测传感器部配置为被包围在上述 应力方向转换部内，并且将上述第二应力检测传感器部配置于上述应力方向转换部的外 部，由此，即便上述物体接触作为与该物体的接触面的上述被测定区域整体而被赋予上述水平应力的情况下，也能检测该水平应力。其中，还可以构成为上述光纤以贯穿上述应力方向转换部的方式沿着上述被测 定区域配置，上述第一应力检测传感器部具有配置于上述光纤的第一光栅，而且上述第 二应力检测传感器部具有配置于上述光纤的第二光纤。由此，当向上述被测定区域赋予了上述水平应力时，上述第一光栅由于上述水 平应力而伸缩，同时上述第二光栅也会伸缩，因此能高效进行上述水平应力的检测。另外，还可以构成为，上述应力方向转换部具有沿着上述被测定区域延伸的 平坦部；从上述平坦部架设至上述光纤的上述第一光栅的一端部侧的第一应力传递部； 以及从上述平坦部架设至上述光纤的上述第一光栅的另一端部侧的第二应力传递部。由此，能高效地向上述第一光栅传递上述水平应力。进而，上述第二光栅优选配置于上述光纤的上述第一应力传递部附近或上述第 二应力传递部附近。由此，可以使上述第一光栅的排列方向与上述第二光栅的排列方向大致一致， 因此当向上述被测定区域赋予上述水平应力时，能够使上述第一光栅和上述第二光栅分 别在同一轴上形变。因此，能够根据上述第一光栅和上述第二光栅的形变量和反射波长 的偏移量容易地计算上述水平应力。另外，还可以构成为，以贯穿上述应力方向转换部的方式沿着上述被测定区域 配置有第一光纤，以贯穿上述应力方向转换部且俯视观察时与上述第一光纤正交的方式 沿着上述被测定区域配置有第二光纤，上述第一光栅分别配置于上述第一光纤和上述第 二光纤上，上述第二光栅配置于上述第一光纤和上述第二光纤中的至少一方。由此，例如将上述第一光纤配置于沿着上述被测定区域的X方向，将上述第二 光纤配置于沿着上述被测定区域的Y方向，就可以将上述水平应力分离为X方向和Y方 向的分量来进行检测。还可以在上述应力方向转换部的周围配置多个上述应力检测传感器部。如上，通过在应力方向转换部的周围配置多个应力检测传感器部，从而当从物 体向光纤传感器赋予应力时，上述应力方向转换部将所赋予的应力转换为排列着上述各 应力检测传感器部的光栅的方向的应力，将转换后的应力传递给上述各应力检测传感器 部。由此，通过转换后的应力使得上述各应力检测传感器部的光栅产生形变，由该各光 栅反射的光的波长(反射波长)分别发生变化。因此，通过检测上述各光栅的反射波长 的偏移量，从而能够检测赋予给上述光纤传感器的应力。这里进一步具体说明向上述应力方向转换赋予应力时的垂直方向的分量(垂直 应力)或水平方向的分量(水平应力)的检测。首先，说明当在同一平面上配置有上述应力方向转换部和上述各应力检测传感 器部的情况下，对上述应力方向转换部赋予上述垂直应力时的该垂直应力的检测。上述应力方向转换部将上述垂直应力转换为上述各光栅的排列方向(沿着上述 平面的方向)的应力，将转换后的应力传递给上述各应力检测传感器部。由此，上述各 光栅形变大致相同的量，并且该各光栅的反射波长的偏移量也变化大致相同的量。因此，如果检测到上述各应力检测传感器部中某1个应力检测传感器部的光栅 的偏移量，则可以根据检测到的该偏移量计算上述垂直应力。即，当向上述应力方向转换部赋予上述垂直应力的情况下，该垂直应力可根据上述各光栅的偏移量的逻辑“或” 计算出来。接着，说明在同一平面上配置有上述应力方向转换部和上述各应力检测传感器 部的情况下，对上述应力方向转换部赋予上述水平应力时的该水平应力的检测。这种情况下，由于上述水平应力的赋予方向与沿着上述平面的方向(上述各光 栅的排列方向)为大致相同的方向，因此该水平应力原样传递到上述各应力检测传感器 部。此时，根据上述水平应力相对于上述应力方向转换部的赋予方向和上述各应力检测 传感器部的配置位置，上述各光栅会以彼此不同的量进行形变，该各光栅的反射波长的 偏移量也为彼此不同的值。于是，如果检测到配置于上述应力方向转换部周围的上述各应力检测传感器部 中光栅偏移量彼此不同的2个应力检测传感器部的光栅的偏移量，就能根据检测到的2个 偏移量之差计算出上述水平应力。也就是说，当向上述应力方向转换部赋予了上述水平 应力的情况下，该水平应力可根据上述2个光栅的偏移量的“异或”计算出来。如上，根据该构成，通过在上述应力方向转换部周围配置多个上述应力检测传 感器部，从而能通过较为简单的结构将从上述物体赋予的应力分离为多个方向的应力 (垂直应力、水平应力)进行检测。其中优选构成为，以夹着上述应力方向转换部的方式沿着贯穿上述应力方向转 换部的第一方向配置有第一应力检测传感器部和第二应力检测传感器部，而且以夹着上 述应力方向转换部的方式沿着贯穿上述应力方向转换部且不同于上述第一方向的第二方 向配置有第三应力检测传感器部和第四应力检测传感器部。当在与上述垂直应力大致正交的平面上设置有上述第一方向和上述第二方向的 情况下，如果向上述应力方向转换部赋予上述垂直应力，则上述第一 第四应力检测传 感器部的光栅的偏移量为彼此相同的量，因此通过检测某1个光栅的偏移量，从而能够 可靠且高效地计算出上述垂直应力。另外，当在沿着上述水平应力的平面上设有上述第一方向和上述第二方向的情 况下，如果对上述应力方向转换部赋予上述水平应力，则上述第一应力检测传感器部和 上述第二应力检测传感器部的光栅的偏移量为彼此不同的大小，而且上述第三应力检测 传感器部和上述第四应力检测传感器部的光栅的偏移量也为彼此不同的大小。因此，检 测沿着上述第一方向同轴配置的上述第一应力检测传感器部和上述第二应力检测传感器 部的光栅的偏移量，或者检测沿着上述第二方向同轴配置的上述第三应力检测传感器部 和上述第四应力检测传感器部的光栅的偏移量，计算检测到的2个偏移量的“异或”， 从而就能够可靠且高效地计算出上述水平应力。如上，通过在上述应力方向转换部周围配置上述第一 第四应力检测传感器 部，从而能够可靠且高效地计算(检测)上述垂直应力和/或上述水平应力，并且还能够 以沿着上述第一方向的分量和沿着上述第二方向的分量的形式检测赋予给上述应力方向 转换部的应力(上述水平应力)。另外，优选构成为，上述第一应力检测传感器部和上述第二应力检测传感器部 通过沿着上述第一方向延伸的第一光纤架设起来，上述第三应力检测传感器部和上述第 四应力检测传感器部通过沿着上述第二方向延伸的第二光纤架设起来。
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这种情况下，在上述第一光纤上同轴排列有上述第一应力检测传感器部的光栅 和上述第二应力检测传感器部的光栅，并且排列有上述第三应力检测传感器部的光栅和 上述第四应力检测传感器部的光栅。因此，当向上述应力方向转换部赋予了应力时，该 应力方向转换部将转换后的应力传递给上述第一光纤和上述第二光纤，能够使上述各光 纤形变。由此，能够更为可靠地对上述第一 第四应力检测传感器部的应力进行检测。另外，还可以构成为，上述应力方向转换部具有从外部被赋予应力的平坦 部；从该平坦部架设至上述第一光纤的第一应力传递部；以及从上述平坦部架设至上述 第二光纤的第二应力传递部。由此，就能够高效地将从上述物体赋予给上述平坦部的应力转换为排列着上述 各光栅的方向的应力，通过上述第一应力传递部将转换后的应力高效传递给上述第一光 纤，并且通过上述第二应力传递部高效传递给上述第二光纤。另外，在上述平坦部从外部受到垂直应力的情况下，沿着该垂直应力的赋予方 向的上述平坦部的位置为相比上述第一光纤支撑和/或固定于上述第一应力传递部的位 置和上述第二光纤支撑和/或固定于上述第二应力传递部的位置低的位置。由此，当向上述平坦部赋予了应力(垂直应力、水平应力)时，该应力方向转换 部整体易于向排列着上述各光栅的方向变形，因此能进一步增大上述各光栅的形变和偏 移量。其结果能够提高上述应力的检测灵敏度和检测精度。进而，还可以构成为，上述多个应力检测传感器部具有具有排列着第一光栅 的第一光纤的第一应力检测传感器部；以及具有排列着第二光栅的第二光纤的第二应力 检测传感器部，上述应力方向转换部具有将从与上述第一光栅的排列方向不同的方向 赋予的应力转换为该排列方向的应力并传递给该第一光栅的第一转换部；以及将从与上 述第二光栅的排列方向不同的方向赋予的应力转换为该排列方向的应力并传递给该第二 光栅的第二转换部，上述第一和第二转换部共有相同的平坦部，上述第一转换部设置为 以上述平坦部为基点指向与该平坦部正交的第一垂直方向，而且上述第二转换部设置为 以上述平坦部为基点指向与该平坦部正交且与上述第一垂直方向相反的第二垂直方向。根据上述构成，上述的第一应力方向转换部被设置成以上述平坦部为基点指向 上述第一垂直方向(例如+Z方向和-Z方向中某个方向)，并且上述第二应力方向转换部 被设置成以上述平坦部为基点指向与上述第一垂直方向相反的上述第二垂直方向(与上 述某个方向相反的另一个方向)。如上，上述第一和第二应力方向转换部共有相同的上述平坦部，而且设置成指 向彼此不同的方向。因此，上述第一和第二应力方向转换部在上述光纤传感器内不会互 相干扰，其结果能构成为大小相同且形状相同的部件。由此，即便是从外部向上述光纤传感器赋予垂直应力的情况下，也能缓和上述 第一和第二光纤的光栅的反射波长的偏移量之差，能够在不对该各偏移量进行校正处理 的情况下检测(计算)上述垂直应力。其中还可以构成为，上述平坦部是沿着上述第一和第二应力检测传感器部的第 一和第二光栅的排列方向配置的，上述第一光纤配置于沿着上述第一垂直方向离开上述 平坦部的部位，而且上述第二光纤配置于沿着上述第二垂直方向离开上述平坦部的部 位，上述第一和第二转换部配置成在平面视图中大致正交，且分别具有上述平坦部和从该平坦部架设到上述第一和第二光纤的应力传递部。由此，易于将上述第一和第二应力方向转换部构成为大小相同且形状相同的部 件，因此能进一步缓和上述各光栅的反射波长的偏移量。另外，通过上述应力传递部在 上述平坦部与上述第一和第二光纤之间进行架设，从而能够高效地将上述垂直应力转换 为沿着上述排列方向的应力，传递给上述各光栅。还可以构成为，上述应力方向转换部具有在与上述光纤的长度方向平行的方 向延伸且在与该光纤的长度方向不同的方向被赋予应力的第一平坦部；具有与上述第一 平坦部的平面高度不同的平面的第二平坦部；从上述第一平坦部架设到上述第二平坦部 的第一应力传递部；以及从上述第二平坦部架设到上述光纤的第二应力传递部。通过如上构成，当从物体向应力方向转换部赋予了与光纤长度方向不同方向的 应力(垂直应力)的情况下，该垂直应力被分别赋予给上述第一平坦部和第二平坦部。因 此，上述应力方向转换部由于赋予给上述第一和第二平坦部的垂直应力和赋予给上述平 坦部的垂直应力，整体发生较大幅度变形。另外，分别赋予给上述第一和第二平坦部的垂直应力通过上述应力方向转换部 被转换为与上述长度方向平行的方向的应力，转换后的应力通过应力传递部被传递给光 栅。由此，在上述光栅会产生较大的形变，由该光栅反射的光的波长(反射波长)会 大幅度发生变化，因此通过检测上述光栅的上述反射波长的偏移量，从而能够易于检测 出上述垂直应力。如上，通过形成第一和第二平坦部，从而能增大上述应力方向转换部的变形 量，而且能增大上述光栅的形变。其结果能大幅增加上述反射波长的偏移量，能够易于 提升上述垂直应力的检测灵敏度。还可以构成为，上述应力方向转换部具有从外部被赋予应力的平坦部；以及 从该平坦部架设到上述光纤的应力传递部，上述平坦部形成有突起和/或槽。如上，通过在被赋予上述水平应力的上述平坦部设置上述突起和/或上述槽， 从而相比没有上述突起和/或上述槽的情况，能够易于增大与被赋予上述水平应力的方 向(沿着上述平坦部的方向、排列有上述光栅的方向)正交的上述水平应力的检测面(反 应面)的检测面积和变形量。其结果能够提高上述水平应力的检测灵敏度，并且还能提 高上述水平应力的检测精度。其中，优选上述突起和/或上述槽是柱状。另外，当上述突起和/或上述槽为柱 状时，上述突起和/或上述槽是沿着与排列着上述光栅的方向大致正交的方向形成的。在预先获悉对应力方向转换部赋予的水平应力的方向的情况下，通过使上述突 起和/或上述槽形成为上述形状，从而能进一步增大上述水平应力的检测面积和变形 量，能实现上述水平应力的检测灵敏度和检测精度的进一步提升。另外，上述光纤传感器的特征在于，上述突起和/或上述槽为点状。如上形成为点状，可以对所有水平方向(例如X方向、Y方向)增大上述水平 应力的检测面积和变形量，能够实现上述水平应力的检测灵敏度和检测精度的提升。进而，通过在上述平坦部设置多个上述突起和/或上述槽，从而能够进一步增 大上述水平应力的检测面积和变形量。
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另外，本发明涉及的光纤传感器的特征在于，具有多个应力检测传感器部， 它们由排列着反射特定波长的光的光栅的光纤构成；以及多个应力方向转换部，其配 置于与上述各光栅的排列部位不同的部位，并且配置成在上述各光栅的两个端部夹住上 述各光栅，该应力方向转换部将从外部赋予的应力转换为排列着上述各光栅的方向的应 力，并传递给上述各光栅。这种情况下，当从物体向光纤传感器赋予了应力(垂直应力)时，应力方向转 换部将上述应力转换为与光纤的长度方向平行的方向的应力，将转换后的应力传递给光 栅。由此，会通过转换后的应力使上述光栅产生形变，使得由该光栅反射的光的波长 (反射波长)发生变化。因此，通过检测上述光栅处的上述反射波长的偏移量，从而能够 检测上述垂直应力。而且，能够将个数较少的光纤传感器附设于末端执行器，能简单检测出该末端 执行器所把持的物体的把持力(垂直应力)，并且能实现末端执行器的成本降低和上述把 持力检测涉及的运算处理的负荷以及运算成本的减少。进而，本发明涉及的光纤传感器的特征在于，具有1个应力检测传感器部， 其由排列着反射特定波长的光的光栅的光纤构成；以及2个应力方向转换部，它们配 置于与上述各光栅的排列部位不同的部位，并且以夹着上述光栅的方式配置在上述光栅 的两个端部，这些应力方向转换部将从外部赋予的应力转换为排列上述光栅的方向的应 力，并传递给上述光栅。这种情况下，光纤传感器能通过1个应力检测传感器部和2个应力方向转换部来 简便构成，因此如果将1个光纤传感器附设于末端执行器的物体把持面，则能更为简便 地检测施加给该把持面的垂直应力(把持力)。其结果也能降低上述末端执行器的成本和 上述垂直应力检测所涉及的运算处理的负荷和运算成本。S卩，由于能使用1个光纤传感器检测垂直应力，因此相比在把持面配置多个光 纤传感器检测垂直应力的构成，在成本方面而言是优选的。另外，通过仅使用1个光纤 传感器，为检测垂直应力而要处理的信号量得以减少，该结果可降低该信号处理所涉及 的负荷和运算成本。本发明涉及的压力传感器的特征在于，具有具有挠性的片体；以及光纤传感 器，该光纤传感器具有多个应力检测传感器部和应力方向转换部，多个应力检测传感器 部由排列着反射特定波长的光的光栅的光纤构成，应力方向转换部将从外部被赋予的应 力转换为排列着上述光栅的方向的应力或与排列着上述光栅的方向相反的方向的应力， 并传递给上述各光栅。根据上述构成，当向压力传感器赋予了应力时，应力方向转换部向多个应力检 测传感器部传递应力，能通过多个应力检测传感器检测该应力。即，能以较为简单的结 构通过多个应力检测传感器部检测从物体赋予的应力，能易于提高检测精度。另外，上述压力传感器可以构成为，上述片体配置有多个上述光纤传感器，上 述光纤传感器的上述多个应力检测传感器部包括沿着平行于水平应力的赋予方向且垂 直于垂直应力的赋予方向的平面配置，且具有排列着第一光栅的第一光纤的第一应力检 测传感器部；以及在与上述第一光纤的长度方向不同的方向上延伸，且具有排列着第二 光栅的第二光纤的第二应力检测传感器部，上述应力方向转换部将上述垂直应力转换为沿着上述平面的方向的应力。根据该构成，通过在上述片体中配置多个上述光纤传感器，从而能把赋予给配 置有上述各光纤传感器的部位的上述各水平应力分别分离为沿着上述第一光纤的长度方 向的分量和沿着上述第二光纤的长度方向的分量来进行检测。另外，对于赋予在配置有上述各光纤传感器的部位的上述各垂直应力，通过把 上述转换后的应力分别分离为沿着上述第一光纤的长度方向的分量和沿着上述第二光纤 的长度方向的分量来进行检测，从而能够检测与上述转换后的各应力对应的上述各垂直 应力(沿着与上述片体垂直的方向的应力分量)。因此，通过上述压力传感器，能够以较为简单的结构，将从物体赋予到配置有 各光纤传感器的部位的各应力(垂直应力、水平应力)分别分离为多个方向(垂直应力、 水平应力)来进行检测。另外，如果将上述压力传感器搭载于机械手等末端执行器，能够易于把握从上 述物体施加给上述末端执行器的外力(垂直应力、水平应力)如何作用于该末端执行器的 空间坐标内，在上述末端执行器把持上述物体的期间内，能可靠地避免该物体的滑落。 另外，通过把上述压力传感器附设于上述末端执行器，从而使得以往较为困难的组装作 业那样外力作用于组装部件与被组装部件之间的工序的自动化显著提高。进而，由于上述压力传感器搭载上述光纤传感器，因此即便暴露于电磁波噪声 和各种电涌中也不会受到任何影响，因此即便在工厂和室外等恶劣环境下使用，也能避 免上述各噪声的影响。另外，上述各光纤传感器的第一光纤和第二光纤优选分别通过将形成有光栅间 隔彼此不同的多个光栅的1根光缆配置于上述片体中而构成。通过使用上述1根光缆在上述片体中配置所有光栅，因此向上述各光栅提供光 的光源个数为1个，能使得装置整体的成本变得低廉。另外，由于上述光栅间隔彼此不 同，因此反射波长也彼此不同，其结果能可靠地防止上述反射波长的错误检测。还可以构成为在上述应力方向转换部周围配置有多个上述应力检测传感器部。如上，通过在应力方向转换部周围配置多个应力检测传感器部，从而当从物体 向压力传感器赋予应力时，上述应力方向转换部将所赋予的上述应力转换为排列上述各 应力检测传感器部的光栅的方向的应力，将转换后的应力传递给上述各应力检测传感器 部。由此，通过转换后的应力使上述各应力检测传感器部的光栅产生形变，由该各光栅 反射的光的波长(反射波长)分别发生变化。因此，通过检测上述各光栅处反射波长的 偏移量，从而能检测赋予给上述光纤传感器的应力。另外，上述应力方向转换部可以具有第一平坦部，其在平行于上述光纤的长 度方向上延伸，且在与该光纤的长度方向不同的方向上被赋予应力；第二平坦部，其具 有与上述第一平坦部的平面高度不同的平面；第一应力传递部，其从上述第一平坦部架 设到上述第二平坦部；以及第二应力传递部，其从上述第二平坦部架设到上述光纤。如上，通过形成第一和第二平坦部，从而压力传感器能够增大上述应力方向转 换部的变形量，而且还能增大上述光栅的形变。其结果能大幅增加上述反射波长的偏移 量，能易于提升上述垂直应力的检测灵敏度。另外，上述应力方向转换部可以具有从上述物体被赋予应力的平坦部；以及从该平坦部架设到上述光纤的应力传递部，上述平坦部形成有突起和/或槽。如上，通过在被赋予上述水平应力的上述平坦部设置上述突起和/或上述槽， 从而相比没有上述突起和/或上述槽的情况，能够易于增大与被赋予上述水平应力的方 向(沿着上述平坦部的方向、排列有上述光栅的方向)正交的上述水平应力的检测面(反 应面)的检测面积和变形量。其结果能够提高上述水平应力的检测灵敏度，并且还能提 高上述水平应力的检测精度。另外，本发明涉及的压力传感器的特征在于，具有具有挠性的片体；以及光 纤传感器，该光纤传感器具有多个应力检测传感器部和多个应力方向转换部，多个应力 检测传感器部由排列着反射特定波长的光的光栅的光纤构成，多个应力方向转换部配置 于与上述各光栅的排列部位不同的部位，并且以夹着上述各光栅的方式配置在上述各光 栅的两个端部，将从外部被赋予的应力转换为排列着上述各光栅的方向的应力并传递给 上述各光栅。这种情况下，当从物体向压力传感器赋予了应力(垂直应力)的情况下，应力方 向转换部将上述应力转换为与光纤长度方向平行的方向的应力，将转换后的应力传递给 光栅，由此，通过转换后的应力使上述光栅产生形变，由该光栅反射的光的波长(反射 波长)发生变化。因此，通过检测上述光栅处上述反射波长的偏移量，从而能够检测上 述垂直应力。而且，能够将由个数较少的光纤传感器构成的压力传感器附设于末端执行器， 能简单检测出该末端执行器所把持的物体的把持力(垂直应力)，并且能实现末端执行器 的成本降低和上述把持力的检测所涉及的运算处理的负荷以及运算成本的减少。进而，本发明涉及的压力传感器的特征在于，具有具有挠性的片体；以及光 纤传感器，其具有1个应力检测传感器部和2个应力方向转换部，1个应力检测传感器部 由排列着反射特定波长的光的光栅的光纤构成，2个应力方向转换部配置于与上述各光栅 的排列部位不同的部位，并且以夹着上述光栅的方式配置在上述光栅的两个端部，将从 外部被赋予的应力转换为排列上述光栅的方向的应力并传递给上述光栅。这种情况下，压力光纤传感器能通过1个应力检测传感器部和2个应力方向转换 部来简便构成，因此如果将具有1个光纤传感器的压力传感器附设于末端执行器的物体 把持面，则能更为简便地检测施加给该把持面的垂直应力(把持力)。其结果也能降低上 述末端执行器的成本和上述垂直应力的检测所涉及的运算处理的负荷和运算成本。本发明涉及的末端执行器的特征在于，具有压力传感器，该压力传感器包 括具有挠性的片体和光纤传感器，该光纤传感器具有应力检测传感器部和应力方向转换 部，应力检测传感器部由将排列着反射特定波长的光的光栅的光纤构成，应力方向转换 部将从与上述片体接触的物体赋予的应力转换为排列上述光栅的方向的应力并传递给上 述光栅；以及把持上述物体的把持部。根据上述构成，当向末端执行器的把持部赋予了应力时，应力方向转换部向多 个应力检测传感器部传递应力，能通过多个应力检测传感器检测该应力。即，能以较为 简单的结构由多个应力检测传感器部检测从物体赋予的应力，能易于提升检测精度。另外，可以在上述把持部的与上述物体的接触部位配置有上述压力传感器，上 述应力方向转换部的周围配置有多个上述应力检测传感器部。
如上，通过在应力方向转换部周围配置多个应力检测传感器部，从而当从物体 向末端执行器赋予了应力时，上述应力方向转换部能够将所赋予的应力转换为排列上述 各应力检测传感器部的光栅的方向的应力，将转换后的应力传递给上述各应力检测传感 器部。由此，由于转换后的应力会在上述各应力检测传感器部的光栅产生形变，由该各 光栅反射的光的波长(反射波长)会分别变化。因此，通过检测上述各光栅处反射波长 的偏移量，从而能检测赋予给上述光纤传感器的应力。另外，可以在上述把持部的与上述物体的接触部位配置有上述压力传感器，上 述应力方向转换部具有在与上述光纤的长度方向平行的方向延伸且在上述不同的方向 被赋予应力的平坦部；以及从该平坦部架设到上述光纤的应力传递部，上述平坦部形成 有突起和/或槽。如上，在具有光纤传感器的末端执行器中，通过在被赋予上述水平应力的上述 平坦部设置上述突起和/或上述槽，从而相比没有上述突起和/或上述槽的情况，能够易 于增大与被赋予上述水平应力的方向(沿着上述平坦部的方向、排列有上述光栅的方向) 正交的上述水平应力的检测面(反应面)的检测面积和变形量。其结果能够提高上述水 平应力的检测灵敏度，并且还能提高上述水平应力的检测精度。另外，末端执行器的特征在于，具有压力传感器，该压力传感器包括具有挠 性的片体和光纤传感器，该光纤传感器具有1个应力检测传感器部和2个应力方向转换 部，该1个应力检测传感器部由排列着反射特定波长的光的光栅的光纤构成，该2个应力 方向转换部配置于与上述各光栅的排列部位不同的部位，且以夹着上述光栅的方式配置 在上述光栅的两个端部，将从外部被赋予的应力转换为排列上述光栅的方向的应力并传 递给上述光栅；以及把持上述物体的把持部，在上述把持部的与上述物体的接触部位配 置上述压力传感器。如上，仅凭将具有1个应力检测传感器部和2个应力方向转换部的1个压力传感 器(光纤传感器)搭载于末端执行器，就能简便检测垂直应力，因此，即便在把持物体期 间内外力作用于末端执行器，也能可靠地避免该物体滑落。因而使得以往较为困难的组 装作业那样外力作用于组装部件与被组装部件之间的工序的自动化显著提高。并且，在末端执行器具有多个爪，且各爪形成有物体把持面的情况下，根据上 述构成，由于仅在某1个把持面配置有压力传感器，因此不会个别检测出施加给各把持 面的垂直应力。然而，对于把持预先确定好的物体(部件)的单纯的末端执行器中该物 体的把持力控制而言，能尤其有效地发挥上述效果。本发明涉及的信号处理装置的特征在于，具有光纤传感器，其具有多个应力 检测传感器部和应力方向转换部，多个应力检测传感器部由排列着反射特定波长的光的 光栅的光纤构成，应力方向转换部将从外部被赋予的应力转换为排列着上述光栅的方向 的应力并传递给上述各光栅；以及信号处理部，其根据由于来自上述外部的应力的赋予 而在上述光栅上产生的形变所导致的反射光的波长变化，计算水平应力和/或上述垂直 应力，其中，上述多个应力检测传感器部具有第一应力检测传感器部，其具有排列着 第一光栅的第一光纤；以及第二应力检测传感器部，其在与上述第一光纤的长度方向不 同的方向上延伸，且具有排列着第二光栅的第二光纤，在上述第一光栅的反射光的波长 偏移量与上述第二光栅的反射光的波长偏移量大致一致的情况下，上述信号处理部判定为未从上述外部向上述光纤传感器赋予上述水平应力，并根据上述各偏移量计算上述垂 直应力。根据该构成，由于通过上述光纤传感器检测应力，因此能够将赋予到配置有上 述光纤传感器的部位的应力分别分离为沿着上述第一光纤的长度方向的分量和沿着上述 第二光纤的长度方向的分量(水平应力)以及沿着垂直于上述平面的方向的分量(垂直应 力)进行检测。另外，在上述第一光栅的反射光波长的偏移量与上述第二光栅的反射光波长的 偏移量大致一致的情况下，上述信号处理部判定为从上述物体向上述光纤传感器赋予了 上述水平应力，因此能易于判定当前从上述物体赋予给上述光纤传感器的应力是否为上 述水平应力和/或上述垂直应力，而且能避免对当前所赋予的应力的错误检测。因此，根据本发明涉及的传感器信号输出装置，能够以较为简单的结构，将赋 予给配置有光纤传感器的部位的应力(垂直应力、水平应力)分别分离为多个方向(垂直 方向、水平方向)进行检测，还能易于判定当前从物体赋予给光纤传感器的应力是否为 水平应力和/或垂直应力。其中，上述传感器信号处理装置还具有压力传感器，该压力传感器沿着接触物 体且具有挠性的片体的表面配置有多个上述光纤传感器，关于上述各光纤，在上述第一 光栅的反射光的波长偏移量与上述第二光栅的反射光的波长偏移量大致一致的情况下， 上述信号处理部判定为未从上述外部向上述各光纤传感器赋予上述水平应力，根据上述 各偏移量分别计算配置有上述各光纤的部位的上述垂直应力。由此，能够对上述每个光纤传感器判定赋予给配置有上述各光纤传感器的各应 力是否为水平应力和/或垂直应力。这种情况下，上述各第一光纤排列在彼此相同的方向上，而且上述各第二光纤 排列在彼此相同的方向上，关于上述各光纤，在上述第一光栅的反射光的波长偏移量与 上述第二光栅的反射光的波长偏移量不一致的情况下，上述信号处理部判定为从上述物 体向上述各光纤传感器赋予了上述水平应力和上述垂直应力，上述信号处理部根据相邻 的2个光传感器的第一光栅间的反射光的波长间隔和第二光栅间的反射光的波长间隔， 计算赋予给上述2个光纤传感器的水平应力，上述信号处理部根据上述第一光栅间的反 射光的波长间隔和上述第一光栅的反射光波长的偏移量，或者根据上述第二光栅间的反 射光的波长间隔和上述第二光栅的反射光波长的偏移量，计算赋予给上述光纤传感器的 垂直应力。由此，可以将赋予在上述2个光纤传感器之间的应力分别分离为多个方向的分 量(垂直应力、水平应力)来进行检测(计算)。如上所述，根据本发明，能够获得一种通过较为简单的结构，易于提升对从物 体赋予的应力的检测精度。由此，能避免物体从末端执行器脱落，能可靠实现组装工 序，并且成本低廉适于小型化的光纤传感器、压力传感器、末端执行器以及传感器信号
处理装置。根据附图和起协助作用的如下优选实施方式的例子的说明，能更为明确上述目 的、特征以及优点。


图IA是FBG传感器的概要说明图，图IB是表示入射到FBG传感器的光的波长 与强度之间的关系的说明图，图IC是表示通过光栅反射的光的波长与强度之间的关系的 说明图，图ID是光栅伸长后的FBG传感器的概要说明图。图2是将第一实施方式涉及的多个FBG传感器配置在片体中的压力传感器的立 体图。图3是图2的FBG传感器的放大立体图。图4是图3的FBG传感器的概要说明图。图5是基于图2和图3的FBG传感器的垂直应力的检测原理的说明图。图6是表示光栅所反射的光的波长和强度之间的关系的说明图。图7是图2的多个FBG传感器的放大俯视图。图8是图2的2个FBG传感器之间的垂直应力和水平应力的检测原理的说明图。图9是图2的2个FBG传感器之间的垂直应力和水平应力的检测原理的说明图。图10是表示图8和图9的FBG传感器的光栅所反射的光的波长与强度之间的关 系的说明图。图11是应用图2的分布式压力传感器的机器人系统的构成图。图12是图11的机器人系统的框图。图13是用于说明图12的运算处理部的处理的流程图。图14是表示大于作为检测面的被测定区域的物体接触到图2的压力传感器的状 态的俯视图。图15是被赋予水平应力前的图14的FBG传感器的说明图。图16是图示出在图14和图15的状态下对被测定区域赋予了水平应力时无法检 测上述水平应力的情况的说明图。图17是将第二实施方式涉及的FBG传感器配置于片体的压力传感器的立体图。图18是图17的压力传感器的俯视图。图19是表示大于被测定区域的物体接触到图17和图18的压力传感器的状态的 俯视图。图20是被赋予水平应力之前的图19的FBG传感器的说明图。图21是基于图20的FBG传感器的水平应力的检测原理的说明图。图22是表示配置于图17 图21的应力方向转换部外部的光栅的输出的图表。图23是表示图17 图22的压力传感器的变形例的俯视图。图24是表示图17 图22的压力传感器的变形例的俯视图。图25是表示图17 图22的压力传感器的变形例的俯视图。图26是将第三实施方式所涉及的FBG传感器配置于片体的压力传感器的立体 图。图27是图26的FBG传感器的俯视图。图28是图26的FBG传感器的概要说明图。图29是表示赋予应力前的图26的FBG传感器的说明图。图30是基于图26 图28的FBG传感器的垂直应力的检测原理的说明图。
图31是基于图26 图28的FBG传感器的垂直应力和水平应力的检测原理的说 明图。图32是表示图26的压力传感器的变形例的俯视图。图33是将第四实施方式所涉及的FBG传感器配置于片体的压力传感器的立体 图。图34是图33的FBG传感器的俯视图。图35是图33的FBG传感器的概要说明图。图36是基于图33 图35的FBG传感器的垂直应力的检测原理的说明图。图37是将第四实施方式所涉及的压力传感器应用于图11的机器人系统的末端执 行器上的概要说明图。图38是表示图33的压力传感器的变形例的立体图。图39是表示图33的压力传感器的变形例的俯视图。图40是将第五实施方式涉及的FBG传感器配置于片体的压力传感器的立体图。图41是图40的压力传感器的俯视图。图42A和图42B是由图40的压力传感器的沿着X方向配置的应力检测传感器部 和应力方向转换部进行的垂直应力的检测原理的说明图。图43A和图43B是由图40的压力传感器的沿着Y方向配置的应力检测传感器部 和应力方向转换部进行的垂直应力的检测原理的说明图。图44是表示图40的压力传感器的垂直应力和反射波长的偏移量之间的关系的图表。图45是将第六实施方式所涉及的FBG传感器配置于片体的压力传感器的立体 图。图46是图45的FBG传感器的概要说明图。图47是基于图45、图46的FBG传感器的垂直应力的检测原理的说明图。图48是将第七实施方式所涉及的FBG传感器配置于片体的压力传感器的立体 图。图49是图48的FBG传感器的概要说明图。图50是基于图48、图49的FBG传感器对水平应力的检测原理的说明图。图51是表示图48 图50的压力传感器的变形例的俯视图。图52是表示图48 图50的压力传感器的变形例的俯视图。
具体实施例方式参照图1 图52说明本发明涉及的光纤传感器、具有该光纤传感器的压力传感 器、具有该压力传感器的末端执行器以及具有该末端执行器的传感器信号处理装置的优 选实施方式(第一 第七实施方式)。<光纤传感器的应力检测概要>在说明各实施方式之前，参照图IA 图ID说明使用作为光纤传感器的FBG传 感器(FiberBraggGratingSensor:光纤光栅传感器)的应力检测的概要。FBG传感器是通过在光纤10中的添加有Ge的芯12的一部分照射紫外线来形成光栅14而构成的。图IA中，设光栅14的周期(光栅间隔)为Δα。在没有对光纤10赋予应力的状态下，在图IB所示的波长和强度的光入射到芯 12的情况下，光栅14反射图IB的波长λ中的特定波长λΑ的光(反射光)(参见图1C)。另一方面，如果对光纤10赋予应力，如图ID所示，格子间隔从ΔΑ变化到 ΔΒ(ΔΑ< Δβ)，则反射光的波长(反射波长)从λΑ移动到λΒ(参见图1C)。其中，如果设芯12的有效折射率为Iidp则赋予应力前的反射波长λ八和赋予应 力时的反射波长λ Β可通过下式(1)和(2)来表示。Aa= 2XneffX ΔΑ (1)λΒ = 2XneffX ΔΒ (2)如上，可通过光栅间隔Δα、八8来确定反射波长λΑ、λΒ。另外，赋予应力前 的初始的光栅间隔ΔΑ可按照用途和系统来任意设定。因此，通过使用FBG传感器，能够根据反射波长从入八到偏移量 (λΒ-λΑ)，检测赋予给光纤10的应力或判断是否存在应力。<第一实施方式>接着参照图2 图10说明第一实施方式涉及的压力传感器(分布式压力传感 器)16和组装于该压力传感器16中的FBG传感器22。如图2所示，压力传感器16如下构成，其在具有挠性的片体18的内部沿着片体 18的表面方向(X-Y方向)埋设有1根光缆20，沿着该光缆20呈矩阵状配置(排列)有 多个FBG传感器22而得以地址化。S卩，光缆20通过在Y方向上蜿蜒而将长度方向作为X方向的光纤(第一光 纤)20χ和在X方向上蜿蜒而将长度方向作为Y方向的光纤(第二光纤)20y构成。这种 情况下，光纤20x和光纤20y在彼此不同的高度上蜿蜒(参见图2 图4)；另一方面，在 俯视观察时，在光纤20x与光纤20y正交的部位设有FBG传感器22 (参见图7)。因此， 片体18是通过使用塑料等具有挠性的材料模压光缆20与FBG传感器22而形成的。并且，图2示出以3X3的矩阵状配置有9个FBG传感器22而地址化的情况， 而埋设于片体18的FBG传感器22的个数并不限于9个，既可以多于9个也可以少于9 个。无论如何，在第一实施方式中，只要在片体18的内部沿着片体18的表面方向(X-Y 方向)呈矩阵状并排配置各FBG传感器22即可。另外，虽然图2 图4示出在光纤20x下方配置有光纤20y的情况，然而当然也 可以在光纤20x上方配置光纤20y。如图2 图4和图7所示，在光纤20x与光纤20y正交的部位，在光缆20的X 方向的芯24x处形成光栅(第一光栅)26x，而在Y方向的芯24y处形成有光栅(第二光 栅)26y。此时，所有的光栅26x、26y都具有彼此不同的光栅间隔和反射波长。S卩，在1根光缆20的芯24x、24y处形成有具有彼此不同的光栅间隔和反射波长 的多个光栅26x、26y，第一实施方式中，在配置有FBG传感器22的部位，以在平面视图 中1个光栅26x与1个光栅26y交叉的方式，在片体18内部埋设有光缆20。这里，参照图2 图4详细说明第一实施方式涉及的FBG传感器22。FBG传感器22具有应力检测传感器部27y，其由具有排列着光栅26x的光纤 20x的第一应力检测传感器部27x和形成有光栅26y的光纤20y构成；以及将在Z方向上赋予的应力(垂直应力)转换为沿着X方向和Y方向的应力(分量)并传递给光纤20x、 20y的应力方向转换部29。这种情况下，应力方向转换部29具有由橡胶或树脂等弹性体构成，沿着X-Y 方向平行延伸的矩形形状的平坦部28 ；从该平坦部28的相对的两条边架设到光栅26x的 各端部的应力传递部30x ；以及从平坦部28相对的另外两条边架设到光栅26y的各端部 的应力传递部30y。以彼此相对的方式形成的2个应力传递部30x分别具有与平坦部28相连且朝 向光纤20x倾斜的倾斜部32x ；以及与该倾斜部3&相连且包围光纤20x的一部分外周面 的接合部34x。此时，如图4和图5所示，各倾斜部3&和各接合部34x所形成的角度被 设定为彼此相等。另一方面，以彼此相对的方式形成的2个应力传递部30y也与应力传递部30x同 样地分别具有与平坦部28相连且朝向光纤20y倾斜的倾斜部32y;以及与该倾斜部32y 相连且包围光纤20y的一部分外周面的接合部34y，各倾斜部32y和各接合部34y所形成 的角度被设定为彼此相等。并且，如上所述，在片体18的内部，光纤20y埋设于比光纤20x低的位置(参 见图2 图4)，接合部34y的上表面被设定在比接合部34x的上表面低的位置。接着，参照图5 图7说明如下的方法该方法用于在物体40接触到FBG传感 器22上方的片体18的表面而从物体40对光栅26x、26y赋予了垂直应力(沿着Z方向的 应力)时的该垂直应力的检测；以及用于判定仅赋予了上述垂直应力而没有赋予水平应 力(沿着X-Y方向的应力剪切应力)的情况。当从物体40对片体18赋予了沿着Z方向的垂直应力Fp时，被赋予沿着应力传 递部30x的Z方向的应力F，。其中，1个FBG传感器22中存在4个应力传递部30x、30y,因此赋予给1个应 力传递部30x、30y的应力F’理想条件下可通过下式(3)来表示。F，= Fp/4(3)如果设Z方向(应力F’ )与倾斜部3&所成角度为Φ，则应力F’沿着倾斜部 32x的方向的分量(力)F”可通过下式(4)来表示。F” = F，cos Φ = (Fp/4) XcosO (4)另外，由于力F”与光纤20x的长度方向(X方向)所成的角度为(90° -Φ)， 因此赋予给光纤20x和接合部34x的力F” ’可通过下式(5)来表示。F”，= F” cos (90° -Φ) =F” sin Φ= (Fp/4) XcosO XsinO(5)通过把该力F”’赋予给光纤20x，从而光栅26x向X方向形变(伸长)，该光 栅26x的光栅间隔发生变化(增大)。其中，通过力F”，的赋予而沿着X方向产生的光栅26x的形变ε成为该光栅 26χ的图5左侧的形变ε，与图5右侧的形变ε，，相加得到的值(ε = ε，+ ε ”)。图5中，由于FNG传感器22为左右对称的结构，因此光栅26χ的左右两侧会作 用着相同的力F”，，因而成为ε，= ε ”。另外，如果设光纤20χ的芯24χ的杨氏模量(Young' s modulus)为Ε，则形变ε、ε'、ε "分别可通过下式(6) ⑶来表示。ε，=(1/E)XF”，= {1/(4XE) } XFp cosO XsinO (6)ε ” = ε，= (1/Ε) XF”，= {1/(4ΧΕ) } XFp cosO XsinO (7)ε = ε ' +ε” = {1/(2 X Ε) } X Fp cosO X sinO (8)进而，当设光栅26χ的网格数为N时，由于垂直应力Fp的赋予而产生的光栅26χ 的光栅间隔的增加量Δ可通过下式(9)来表示。Δ = ε /(N-I)= (Fp cosO XsinO)/{2XEX (N-I) } (9)另一方面，如果设赋予垂直应力Fp之前的光栅26x的光栅间隔为Aciax,则赋予 F前的反射波长λ axCI(参见图6)根据式(1)可通过下式(10)来表示。并且，下标a表示 该记号为与图7所示的FBG传感器22A相关的记号。Aax0 = 2XneffX A0ax(10)另外，关于赋予垂直应力Fp之后的光栅26x的反射波长Xax，如果考虑到式(9) 的增加量Δ，则可通过下式(11)来表示。Xax = 2XnefrX(A + A0ax)= 2XneffX[(FXcosO XsinO)/{2 XEX (N-I)}+A0ax](11)因此，赋予垂直应力Fp前、后的光栅26x的反射波长的峰值变化量Δ λ ax可通 过下式(12)来表示。Δ Xax= Xax-Xax0= 2XneffX[(FpXcosO XsinO)/{2XEX (N-I) }+A0ax]-2XneffX A0ax= neffX[(FpXcosO XsinO)/{EX (N-I) }] (12)与式(12)同样地，Y方向的光栅26y的反射波长的峰值变化量Δ Xay(参见图 6)可通过下式(13)来表示。并且，式(13)中下标y表示该记号为与Y方向相关的记号 (与光栅26y相关的记号)。Δ Xay= Xay-Xay0= 2XneffX[(FpXcosO XsinO)/{2XEX (N-I) }+Δ0ay]-2XneffX A0ay= neffX[(FpXcosO XsinO)/{EX (N-I) }) (13)因此，在没有产生沿着片体18表面的水平方向的应力(沿着X方向和Y方向被 赋予的应力)而仅被赋予垂直应力Fp的情况下，在1个FBG传感器22中，根据上式(12) 和上式(13)，光栅26x的反射波长的峰值变化量Δ λ ax和光栅26y的反射波长的峰值变 化量Δ Xay如下式(14)所示彼此相等。Δ Aax = Δ Aay(14)进而，如图6和图7所示，例如在相邻的4个FBG传感器22Α 22D中，如果 不产生水平应力且仅被赋予垂直应力Fp，则其他FBG传感器22B 22D也与式(14)同样地，下式(15) (17)的关系成立。并且，下标b d表示该记号为与FBG传感器 22B 22D相关的记号。Δ λ bx = Δ λ by(15)Δ λ cx = Δ λ cy(16)Δ Adx = Δ Ady(17)因此，如果式(14) 式(17)成立，则能够根据反射波长的偏移量(变化量) Δ λ ax、Δ λ ay、Δ λ bx、Δ λ by、Δ λ cx、Δ λ cy、Δ λ dx、Δ λ dy 来检测(计算)对 FBG 传感器22A 22D赋予的垂直应力Fp。具体而言，在没有被赋予水平应力的情况下，如果设各FBG传感器22A 22D 的光栅26x、26y的形变的比例常数分别为K、L、M、N，则赋予给各FBG传感器22A 22D的垂直应力Fa、Fb、Fc、Fd可通过下式(18) 式(21)表示。Fa = KX Δ Aax = KX Δ Aay (18)Fb = LX Δ λ bx = LX Δ λ by (19)Fc = MXAXcx = MXAXcy (20)Fd = NX Δ Adx = NX Δ Ady (21)接着，参照图7 图10说明物体50接触到1个FBG传感器22上方的片体18的 表面，从该物体50对光栅26x、26y仅赋予水平应力(沿着X方向和Y方向的应力剪 切应力)时的检测原理。即，说明对各光栅26x、26y赋予水平应力而不赋予垂直应力的 情况。首先，关于4个FBG传感器22A 22D，如果式(14) 式(17)不成立，则能 判别为在X-Y平面上(片体18的表面方向)产生了水平应力。这种情况下，水平应力 的检测是使用相邻的2个FBG传感器进行的。即，为检测水平应力所需的最小限度的空 间分辨能力为2个FBG传感器程度的面积。其中，如图8和图9所示，当物体50以跨越FBG传感器22A右侧和FBG传感 器22C左侧的方式接触片体18的表面时，该物体50对FBG传感器22A右侧的应力传递 部30x和FBG传感器22C左侧的应力传递部30x赋予沿着X方向的水平应力。并且， 图9图示出赋予朝向X方向的水平应力(朝向+X方向的水平应力)的情况。此时，赋予给FBG传感器22A右侧的应力传递部30x的水平应力作为使该FBG 传感器22A的光栅26x的光栅间隔向X方向伸长的力而发挥作用。另一方面，赋予给 FBG传感器22C左侧的应力传递部30x的水平应力作为使该FBG传感器22C的光栅26x 的光栅间隔向X方向缩小的力而发挥作用。并且，图9 一并图示出赋予水平应力之前的应力传递部30x的位置(单点划线) 和赋予水平应力之后的应力传递部30x的位置(实线)，并且示意性图示出赋予水平应力 之后的各光栅26x的光栅间隔。其中，赋予水平应力之前的FBG传感器22A的光栅26x的反射波长λ ax(l如上所 述可通过式(10)表示；另一方面，与式(10)同样，FBG传感器22C的光栅26x的反射 波长λ。χ(ι可通过下式(22)表示。Acx0 = 2XneffX A0cx(22)因此，如图10所示，λ ax0和λ cx0的间隔Δ λ 0acx可唯一地通过式(23)表示。
Δ λ 0acx = λ cx0- λ ax0 = 2 X IiefrX ( Δ 0cx- Δ 0ax) (23)而且，在X方向被赋予图9所示的水平应力之后的FBG传感器22A的光栅26x 的反射波长λ ax可与上式(11)同样地表示；另一方面，赋予水平应力之后的FBG传感器 22C的光栅26x的反射波长λ cx与式(11)同样地可通过下式(24)来表示。Acx = 2XneffX ("Δ + Δ0εχ)= 2XneffX[-(FcosΦ XsinO)/{2 XEX (N-I) }+A0cx](24)并且，式(24)中，Δ所带的负号意味着通过赋予水平应力而使得FBG传感器 22C的光栅26χ的光栅间隔缩小。如上，赋予水平应力后的反射波长相对于所赋予的水平应力呈线性变化。因 此，图10所示的Xax与λ。χ&间隔Δ λ a。x也相对于水平应力呈线性变化，可通过下式 (25)来表示。Δ Xacx= Xcx-Xax= 2XIiefrX {(-Δ + Δ0cx)-( Δ + Δ0ax) } (25)根据式(25)，赋予给FBG传感器22A、22C的水平应力的值Faex与该水平应力 赋予前、后的反射波长的间隔Δ λ .χ、Δ 之差成比例。另外，该差值的符号表示水 平应力的方向。其中，若设水平应力导致的X方向上的形变的比例常数为0，则FBG传感器 22Α、22C检测出的X方向的水平应力Fara可通过下式(26)来表示。Facx = O(AXtlacx-AXacx)(26)其中，在式(26)中，在向+X方向(从FBG传感器22Α朝向FBG传感器22C的 方向)赋予水平应力的情况下，Fa。x>0;另一方面，在向-X方向(从FBG传感器22C 朝向FBG传感器22A的方向)赋予水平应力的情况下，Farat < O。在上述说明中，说明了 2个FBG传感器22A、22C间的水平应力的检测，但是 对FBG传感器22B、22D间的X方向的水平应力、FBG传感器22A、22B间的Y方向的 水平应力以及FBG传感器22C、22D间的Y方向的水平应力，也能同样地进行检测。S卩，在设FBG传感器22B、22D间的水平应力导致的X方向的形变的比例倍数 为P，FBG传感器22A、22B间的水平应力导致的Y方向的形变的比例倍数为Q，FBG 传感器22C、22D间的水平应力导致的Y方向的形变的比例倍数为R的情况下，FBG传 感器22B、22D检测出的X方向的水平应力Fbdx、FBG传感器22A、22B检测出的Y方向 的水平应力Faby以及FBG传感器22C、22D检测出的Y方向的水平应力F。dy与式(26)同 样地，可分别通过式(27) 式(29)来表示。Fbdx=Ρ(Δ λObdx"Δλbdx)(27)
U 丄aby=Q(A λ0aby_■Δλaby ^(28)
U 丄cdy=R(A λOcdy-Δλcdy^(29) 并且，在式(27) 式(29)中，下标bd、ab、cd表示该记号为与各FBG传感器 相关的记号，下标χ、y表示该记号为与X方向、Y方向相关的记号。另外，式(27) 式(29)中，当在+X方向或+Y方向上赋予水平应力时，水平应力的大小为正值，而在-X 方向或-Y方向上赋予水平应力时，水平应力的大小为负值。
接着，说明被赋予水平应力与垂直应力这双者的情况下垂直应力的检测。这 里，说明根据在X方向被赋予的水平应力来检测赋予给FBG传感器22A的垂直应力的方 法。图10中，虚线表示赋予应力(水平应力和垂直应力)前的反射波长，实线表示 水平应力赋予后的反射波长，此时如果一并被赋予垂直应力的话，反射波长就会由实线 所示的特性转变为单点划线所示的特性。S卩，当向FBG传感器22A、22C赋予应力时，2条单点划线的特性分别图示出 考虑到FBG传感器22A的垂直应力的贡献量时的反射波长(左侧的单点划线)和考虑到 FBG传感器22C的垂直应力的贡献量时的反射波长(右侧的单点划线)。其中，在被赋予水平应力和垂直应力这双者的情况下，所赋予的所有应力中水 平应力的贡献量可使用式(26)并通过下式(30)来表示。Δ λΜ-(Δ λ0·-Δ Xacx)(30)另外，由于FBG传感器22Α的光栅26χ伸长的长度(伸长量)与FBG传感器 22C的光栅26χ缩短的长度(缩小量)大致相等，因此对于各FBG传感器22Α、22C而 言，水平应力的贡献量可使用式(30)并通过下式(31)来表示。Δ λΜ-(Δ λ。_-Δ λ_)/2(31)另一方面，在FBG传感器22Α的光栅26χ中，应力赋予前、后的反射波长之差 可作为图10的Δ Xax求出。而且，从该差值Δ Xax减去对式(31)所示的水平应力的贡献量后的值成为对赋 予给FBG传感器22Α的垂直应力的反射波长的贡献量。该贡献量为相对于应力呈线性变化的值，因此，如果设该垂直应力Faz导致的Z 方向的形变的比例常数为S，则赋予给FBG传感器22Α的垂直应力Faz可通过下式(32)
来表不。Faz = S[ Δ λ ax- ( Δ λ Qacx- Δ λ acx) /2] (32)另一方面，与FBG传感器22A对照地，在FBG传感器22C中，使Δ λ cx加上 了水平应力的贡献量后得到的值就是对垂直分量的反射波长的贡献量。因此，如果设垂直应力Fez导致的Z方向的形变的比例常数为U，则赋予给FBG 传感器22C的该垂直应力F。z可通过下式(33)来表示。Fcx = U[ Δ λ cx+ ( Δ λ 0acx- Δ λ acx) /2] (33)对于赋予给FBG传感器22Β、22D的垂直应力Fbz、Fdz而言，可根据在X方向 上赋予给FBG传感器22B、22D的水平应力来求出。具体而言，如果设垂直应力Fbz、Fdz导致的Z方向的形变的比例常数为Τ、V， 则该垂直应力Fbz、Fdz可通过下式(34)和式(35)来表示。Fbz = Τ[ Δ λ bx- ( Δ λ obdx- Δ λ bdx) /2] (34)Fdz = V[ Δ λ dx+ ( Δ λ odbx- Δ λ dbx) /2] (35)并且，在式(34)和式(35)中，下标b、d表示该记号为与各FBG传感器相关的 记号，下标X表示该记号为与X方向有关的记号。另外，在上述说明中，说明了根据在X方向上赋予的水平应力求出Z方向的垂 直应力的情况，但是也可以根据在Y方向上被赋予的水平应力来求出Z方向的垂直应力。 这种情况下，关于沿着Y方向的2个FBG传感器22A、22B这一对和2个FBG 传感器22C、22D这一对，可与上式(32) 式(35)同样地求出垂直应力。具体而言， 可通过下式(36) 式(39)求出垂直应力Faz, Fbz、Fcz、Fdz。F 丄az=S[Aλ -(Δ λ η,- ay \ OabyΔ\ aby) /' (36)
Fbz=Τ[ΔAby+(A λ Gaby"-Δ入 aby^ ‘/2](37)
F 1 CZ=U[A入cy (八入Qcdy-Δ\ cdy)‘/2](38)
Fdz=Υ[ΔXdx+(Δ X0cdy--Δ入 cdy^/2](39)下面，参照图11和图12说明附设有第一 第七实施方式所涉及的压力传感器的 末端执行器66和机器人系统(传感器信号处理装置)60。该机器人系统60具有把持物体62进行预定处理的机械手64 ；配设于机械手 64的末端执行器(手柄部(把持部)66a、66b) 66，在接触物体62的状态下，检测手柄部 66a、66b对物体62的把持状态的压力传感器16a、16b ；控制该压力传感器16a、16b，获 得与物体62的把持状态有关的信息即与水平应力和/或垂直应力有关的信号的传感器控 制器68;以及根据由传感器控制器68获得的水平应力和/或垂直应力的信号，控制机械 手64的机械手控制器70。此时，能够根据把持物体62时压力传感器16a、16b检测到的水平应力的信号， 检测物体62相对于手柄部66a、66b的滑动状态。另外，能够根据把持物体62时压力 传感器16a、16b检测到的垂直应力的信号，检测手柄部66a、66b对物体62的把持力。 因此，通过按照检测到的水平应力和/或垂直应力来控制手柄部66a、66b，从而可在不 使物体62脱落的情况下，通过适当的把持力进行把持，完成将其移动至期望位置等的作 业。另外，如图12所示，在机器人系统60中，从光源72输出的光通过光循环器74 提供给压力传感器16a、16b的光缆20。从光缆20的一个端部入射的光的一部分被各光栅26x、26y反射，另一方面，剩 余的光透射过光栅26x、26y之后被引导至透射光终端器76。被各光栅26x、26y反射的光从光循环器74被引导至传感器控制器68的光检测 器78，该光检测器78将反射波长的峰值转换为电信号后输出。如上所述，各光栅26x、 26y的光栅间隔和反射波长彼此不同，因此在传感器控制器68中，即便由光检测器78接 受了来自多个光栅26x、26y的反射光，也能判别是来自哪个光栅26x、26y的光。传感器控制器68内的运算处理部(信号处理部)80由计算机的CPU构成，其具 有水平应力判定部82、水平应力运算部84、垂直应力运算部86。图13是表示在运算处理部80中进行的处理流程的流程图。在步骤Sl中，水平应力判定部82根据来自光检测器78的电信号，针对反射波 长的峰值变化量判定如下情况，即式(14) 式(17)是否成立，也就是在配置有各FBG 传感器22的部位上，应力的X方向分量与Y方向分量是否相等。在步骤Sl中，如果水平应力判定部82判定为式(14) 式(17)成立(步骤Sl 是)，则在步骤S2中，水平应力运算部84将各FBG传感器22的水平应力的值作为0输 出；另一方面，垂直应力运算部86使用式(18) 式(21)计算各FBG传感器22中的垂直应力的值。另外，在步骤Sl中，如果水平应力判定部82判定为式(14) 式(17)不成立 (步骤Si:否)，则在步骤S3中，水平应力运算部84使用式(26) 式(29)计算赋予给 2个FBG传感器22的水平应力的值。另外，垂直应力运算部86使用式(32) 式(35) (步骤S4)或式(36) 式(39)(步骤S5)，计算赋予给各FBG传感器22的垂直应力的值。如上，通过计算水平应力的值，从而能够检测物体62在χ-y平面上的滑动状 态。另外，通过计算垂直应力的值，从而能够检测Z方向上的物体62的把持力。如上所述，根据第一实施方式涉及的FBG传感器22、22A 22D、压力传感器 16、16a、16b、末端执行器(手柄部66a、66b) 66和机器人系统60，通过水平应力在光 栅26x、26y上产生形变，从而各光栅26x、26y的反射波长会发生变化，因此通过检测各 光栅26x、26y的反射波长的偏移量，从而能够将从物体40、50、62赋予给FBG传感器 22、22A 22D的水平应力所涉及的值分别分离为沿着光纤20x、20y长度方向的各分量 来进行检测。另外，应力方向转换部29将从物体40、50、62赋予给FBG传感器22、22A 22D的垂直应力转换为沿着X方向和Y方向的应力并传递给各光栅26x、26y，因此，通 过转换后的应力，在各光栅26x、26y上产生形变，使得该各光栅26x、26y的反射波长发 生变化。因此，通过检测各光纤20x、20y的反射波长的偏移量，将转换后的应力分别分 离为沿着各光纤20x、20y的长度方向的各分量来进行检测，从而能检测基于转换后的应 力的垂直应力所涉及的值。因此，根据第一实施方式，能通过较为简单的结构将从物体40、50、62赋予的 应力(垂直应力、水平应力)分离为多个方向(垂直方向、水平方向)进行检测，能易于 提升由物体赋予的应力的检测精度。另外，当把包含FBG传感器22、22A 22D的压力传感器16、16a、16b搭载于 机械手64等的末端执行器(手柄部66a、66b) 66，由该手柄部66a、66b把持物体62的情 况下，各FBG传感器22、22A 22D将从物体62施加给手柄部66a、66b的外力(垂直 应力、水平应力)分离为多个方向的分量进行检测，因此能易于把握在手柄部66a、66b 的空间坐标内外力如何作用。由此，在末端执行器(手柄部66a、66b) 66把持物体62的期间内，能可靠地避 免该物体62的滑落。另外，通过把压力传感器16、16a、16b附设于手柄部66a、66b， 从而使得以往较为困难的组装作业那样外力作用于组装部件与被组装部件之间的工序的 自动化显著提高。另外，由于使用光纤20x、20y来检测应力，因此FBG传感器22、22A 22D即 便暴露于电磁波噪声和各种电涌中也不会受到任何影响。因此即便在工厂和室外等恶劣 环境下使用，也能避免上述各噪声的影响。进而，如果设光纤20x、20y的长度方向分别为X方向和Y方向，设垂直于片体 18表面的方向为Z方向，则能够将配置有FBG传感器22、22A 22D的部位处的应力分 离为X方向、Y方向和Z方向的各分量而检测出。另外，通过由平坦部28和应力传递部30x、30y构成应力方向转换部，从而能高效地将垂直应力转换为沿着片体18的表面方向的应力并传递给各光栅26x、26y。此时，如果应力方向转换部29是橡胶或树脂等弹性体，则当从物体62向FBG传 感器22、22A 22D赋予了垂直应力时，通过弹性体的作用，能容易使各光栅26x、26y 的光栅间隔沿着光纤20x、20y的长度方向改变与转换后的应力对应的长度，因此能高精 度地检测转换后的应力。进而，通过使用1根光缆20在片体18上配置所有的光栅26x、26y，因此向各光 栅26x、26y提供光的光源72的个数为1个，能使得整个装置的成本变得低廉。另外， 由于光栅间隔彼此不同，因此反射波长也彼此不同，其结果是能可靠防止传感器控制器 68中的反射波长的错误检测。另外，运算处理部80的水平应力判定部82根据式(14) 式(17)，判定是否存 在从物体40、50、62向FBG传感器22、22A 22D赋予的水平应力，因此能易于针对每 个FBG传感器22、22A 22D判定当前由物体40、50、62对各FBG传感器22、22A 22D赋予的应力是否为水平应力和/或垂直应力，并且能避免对当前所赋予的应力的错误 检测。进而，在垂直应力运算部86中，使用式(18) 式(21)计算各FBG传感器22、 22A 22D中的垂直应力的值，或者使用式(32) 式(35)或式(36) 式(39)计算赋 予给各FBG传感器22、22A 22D的垂直应力的值。另外，水平应力运算部84使用式 (26) 式(29)计算赋予给2个FBG传感器22、22A 22D的水平应力的值。由此，能够将赋予给2个FBG传感器22、22A 22D的应力分别分离为多个方 向的分量(垂直应力、水平应力)而计算出来。<第二实施方式所要解决的问题>在第一实施方式的FBG传感器22A 22D以及将它们装入其中的压力传感器16 中，有时难以通过相邻的2个FBG传感器22A(22B)、22C(22D)检测施加于被测定区域 88整个表面上的水平应力Fh的值。S卩，如图14 图16所示，当物体90以覆盖整个被测定区域88的方式接触的情 况下，如图16所示，当从物体90对被测定区域88赋予了水平应力Fh时，压力传感器16 与赋予应力前(图15和图16的双点划线)进行比较，成为整体朝水平应力Fh的赋予方 向变形的形状(图16的实线所示的形状)。FBG传感器22A 22D的各应力传递部30x通过水平应力Fh而向图15的右侧 移动。这种情况下，水平应力Fh分别传递至各应力传递部30x的接合部34x与光纤20x 之间的接合部分。其结果，FBG传感器22A 22D的光栅26x分别被施加水平应力Fh， 发生相同的结构变化而进行伸缩。这里，设水平应力Fh的赋予而导致的各光栅26x的光栅间隔的变化量、即各接 合部34x的变化量为a、b、C、d。另外，设水平应力Fh赋予前的FBG传感器22A(22B) 的光栅26x的光栅间隔为Atl，FBG传感器22C(22D)的光栅26x的光栅间隔为Δ。’。 进而，设各光栅26x的网格数为N，芯24x的有效折射率为nefr。这种情况下，在赋予水平应力Fh的前、后，FBG传感器22A(22B)的光栅26x 的反射波长的偏移量Δ λ可通过下式(40)表示，另一方面，FBG传感器22C(22D)的光 栅26x的反射波长的偏移量Δ λ可通过下式(41)表示。
Δ λ = 2 X neffX { Δ 0+ (b_a) /N} (40)Δ λ = 2XneffX{A0' +(d_c)/N} (41)如上所述，各光栅26x会由于水平应力Fh的赋予而引起相同的结构变化，因此 光栅间隔的变化量(各接合部34x的变化量)a、b、C、d如下式(42)所示，成为彼此相 同的量。a = b = c = d(42)因此，如果把式(42)代入式(40)和式(41)，则式(40)可变形为式(43)，式 (41)可变形为式(44)。Δ λ = 2 X neffX { Δ 0+ (b_a) /N}=2XnefrX Δ。(43)Δ λ = 2XnefrX{A0， + (d-c)/N}= 2XneffX Δ0'(44)neff, Aci和Aci’是预先设定的值，如果各光栅间隔Δρ Aci’被设定为彼此接 近的值，则无法增大偏移量的差。因此，在FBG传感器22A(22B)、22C(22D)中，难以 检测施加于被测定区域88整个表面的水平应力Fh的值。<第二实施方式>于是，第二实施方式涉及的压力传感器100构成为，当如上那样上述物体接触 到作为与物体之间的接触面的被测定区域整体而被赋予水平应力的情况下，能够检测该 水平应力。下面参照图17 图22说明该压力传感器100。如图17和图18所示，第二实施方式涉及的压力传感器100构成为在具有挠性的 片体118内部沿着片体118的表面方向(X-Y方向)埋设有1根光缆120，沿着该光缆120 呈矩阵状配置(排列)有多个FBG传感器122并进行地址化。即，光缆120构成为具有朝Y方向蜿蜒而以长度方向作为X方向的光纤(第 一光纤)120x ；以及朝X方向蜿蜒而以长度方向作为Y方向的光纤(第二光纤)120y。 这种情况下，光纤120x和光纤120y在彼此不同的高度上蜿蜒(参见图17)；另一方面， 在俯视观察下，在光纤120x与光纤120y正交的部位设有FBG传感器122 (参见图18)。在光纤120x与光纤120y正交的部位，在光缆120的X方向的芯124x处形成有 光栅(第一光栅X方向)126x，而在Y方向的芯124y处形成有光栅(第一光栅Y方 向)126y。进而，在后述的朝向应力方向转换部116的外侧延伸的光缆120中，在X方 向的芯124x处形成有光栅(第二光栅X方向)127x，而在Y方向的芯124y处形成有光 栅(第二光栅Y方向)127y。这种情况下，所有的光栅(126x、126y、127x、127y) 126 都具有彼此不同的光栅间隔和反射波长。FBG传感器122具有第一 第四应力检测传感器部112x、114x、112y、114y， 排列有作为第一应力检测传感器部11&的光栅(第一光栅)126X的光纤120x与排列有作 为第二应力检测传感器部114x的光栅(第二光栅)127x的光纤120x彼此呈直线状相连。 另外，排列有作为第三应力检测传感器部112y的光栅(第一光栅)126y的光纤120y与排 列有作为第四应力检测传感器部114y的光栅(第二光栅)127y的光纤120y彼此呈直线状 相连。进而，FBG传感器122具有将在Z方向上被赋予的应力(垂直应力)转换为沿着 X方向和Y方向的方向的应力并传递给光纤120x、120y的应力方向转换部116。
这种情况下，应力方向转换部116包括平坦部128、第一、第二应力传递部 130x、130x(或130y、130y)等，这些各部分可采取与第一实施方式相同的构成。其中， 从X方向观察光纤120x的长度方向时，第一应力传递部130x架设到第一光栅126x的一 端部侧，第二应力传递部130x架设到第一光栅126x的另一端部侧。另外，从y方向观 察光纤120y的长度方向时，第一应力传递部130y架设到第一光栅126y的一端部侧，第 二应力传递部130y架设到第一光栅126y的另一端部侧。各光栅127x、127y在片体118内配置于与该片体118的侧面相对的各接合部 134x、134y附近。另外，在平面视图中，配置于应力方向转换部116外部的光栅127x与 配置成被应力方向转换部116包围的光栅126x大致同轴配置，而配置于应力方向转换部 116外部的光栅127y与配置成被应力方向转换部116包围的光栅126y也大致同轴配置。并且，第二实施方式涉及的压力传感器100中，垂直应力Fp的检测原理、以及 由俯视观察时小于被测定区域102的物体赋予的水平应力Fh的检测原理与第一实施方式 涉及的压力传感器10的情况相同。因此，此时参照图19 图22说明由俯视观察时大于被测定区域102的物体150 赋予给该被测定区域102的水平应力Fh的检测。当从物体150沿着X方向对被测定区域102赋予了水平应力Fh时，如在第二实 施方式所要解决的问题中所述那样(参照图14 图16)，压力传感器100成为整体朝水平 应力Fh的赋予方向(+X方向)变形的形状(从图21的双点划线所示状态向图21的实线 所示形状的变形)。S卩，各应力传递部130x由于水平应力Fh而向图21的右侧移动。此时，在各应 力传递部130x的接合部134x与光纤20x的接合部分分别被传递有水平应力Fh，因此水平 应力Fh会分别施加于FBG传感器122A 122D的光栅126x，引起相同的结构变化而进 行伸缩。与此相对，对于配置于FBG传感器122A、122B左侧的光栅127x，通过FBG传 感器122A、122B左侧的接合部134x与光纤120x的接合部分向右侧的移动，水平应力Fh 作为拉伸力而发挥作用。其结果，光栅127x由于被施加水平应力Fh而以光栅间隔伸长 的方式形变。其中，如果设施加水平应力Fh前该光栅127x的光栅间隔为Δ。”，则水平应力 Fh赋予前、后的光栅127x的反射波长的偏移量△ λ可通过下式(45)来表示。Δ λ = 2XnefrX (Δ。，+a)(45)如上，式(45)包含光栅127x的光栅间隔的变化量a，因此通过求出光栅127的 反射波长的偏移量Δ λ与式(43)或式(44)所示光栅126χ的反射波长的偏移量Δ λ之 差，与第一实施方式涉及的压力传感器10相比较，将偏移量△ λ之差充分增大至能检测 水平应力Fh程度的差值，其结果是能容易地根据该差值检测出水平应力Fh。并且在上述说明中，如图21所示，已说明了当沿着+X方向对被测定区域102赋 予了水平应力Fh时，使用左侧的光栅127x的反射波长的偏移量△ λ来检测水平应力Fh 的情况。与此相反，当沿着-X方向(从图21的右侧朝左侧的方向)被赋予了水平应力Fh 时，使用右侧的光栅127χ的反射波长的偏移量Δ λ来检测水平应力Fh即可。此时，将式(45)中的光栅间隔的变化量由“a”置换为“d”即可。图22是表示水平应力Fh与图21的右侧以及左侧的各光栅127x的反射波长的偏 移量Δ λ之间的关系的图表。如果被赋予沿着+X方向的水平应力Fh(正方向的水平应 力)，则左侧的光栅127χ的反射波长的偏移量△ λ会增加；另一方面，如果被赋予沿 着-X方向的水平应力Fh (负方向的水平应力)，则右侧的光栅127χ的反射波长的偏移量 Δ λ会增加，这点是很容易理解的。并且，当对被测定区域102赋予了垂直应力Fp时，则在应力方向转换部116中， 左右的应力传递部30χ相对于平坦部28产生不同的结构变化，从而光栅126χ的光栅间隔 会发生变化，但是该结构变化的影响不会波及到配置于应力方向转换部116外部的各光 栅127χ。因此，在压力传感器100中，即便对被测定区域102赋予了垂直应力Fp，各光 栅127x的光栅间隔也不会变化(不会反应)。另外，在上述说明中已说明了使用沿着X方向配置的光栅127x检测水平应力Fh 的情况，而沿着Y方向被赋予了水平应力Fh的情况也与光栅127x同样地，各光栅127y也 会产生式(45)所示的反射波长的偏移量Δ λ，易于检测水平应力Fh，这是毋庸置疑的。进而，当在沿着被测定区域102的任意方向上赋予了水平应力Fh时，通过使用 上述光栅127x、127y分别检测X方向的分量和Y方向的分量，也能将该水平应力Fh分 离为每种分量来进行检测。另外，第二实施方式不限于图17 图22的构成，也可以采用图23 图25的构 成。图23中，在片体118内部配置有4个光栅127x、127y。具体而言，2个光栅 127x、127y分别配置于片体118的侧面与接合部134x、134y之间。另外，关于剩余的 2个光栅127x、127y，1个光栅127x沿着X方向配置在2个接合部134x之间的光缆120 的弯曲部分中接近片体118侧面的部位，另一个光栅127y沿着Y方向配置在2个接合部 134x之间的光缆120的弯曲部分中接近片体118侧面的部位。由此，当沿着X方向被赋予了水平应力Fh时，可使用2个光栅127x中的至少1 个光栅127x的反射波长的偏移量△ λ来检测水平应力Fh的值；另一方面，当沿着Y方 向被赋予了水平应力Fh时，可使用2个光栅127y中的至少1个光栅127y的反射波长的 偏移量Δ λ来检测水平应力Fh的值。因此，能使用数量更少的光栅127x、127y来高效 地检测水平应力Fh的值。另外，在图24中，在片体118内部呈矩阵状配置有9个FBG传感器122A 1221，在与该片体118的各侧面相对的所有接合部34x、34y与上述各侧面之间配置有光 栅127x、127y。由此，能高精度地检测施加给被测定区域102的水平应力Fh的分布。进而，在图25中，在片体118内部呈矩阵状配置有9个FBG传感器122A 1221，2个光栅127x同轴配置，并且2个光栅127y也同轴配置。此时，也能使用数量更 少的光栅127x、127y来高效地检测水平应力Fh的值。如上所述，关于第二实施方式涉及的压力传感器100以及构成该压力传感器100 的FBG传感器122A 1221，以被包围在应力方向转换部116的方式配置第一、第三应力 检测传感器部11&、112y所具有的光栅(第一光栅)126x、光栅126y，而且在应力方向 转换部116外部配置有第二、第四应力检测传感器部114x、114y所具有的光栅(第一光栅)127x、光栅127y。因此，当从物体150向被测定区域102赋予了作为外部应力的水 平应力Fh时，光栅126x、126y在应力方向转换部116处按照水平应力Fh进行伸缩，而光 栅127x、127y由于配置于应力方向转换部116的外部，因此示出与光栅126x、126y不同 的伸缩。由此，在光栅126x、126 与光栅 127x、127y 之间，光栅 126x、126y、127x、 127y的形变量和反射波长的偏移量Δ λ为彼此不同的大小，因此上述形变量之差和偏移 量Δ λ之差为能检测水平应力Fh程度的明确的差值。其结果，即便向被测定区域102整 体赋予水平应力Fh，也能检测所赋予的水平应力Fh的位置、大小和方向。如上，根据第二实施方式，在被测定区域102，以被包围在应力方向转换部116 内的方式配置第一(第三)应力检测传感器部ll&(112y)，并且在应力方向转换部116外 部配置第二(第四)应力检测传感器部114x(114y)，从而即便该物体150接触作为与物体 150之间的接触面的被测定区域102整体而被赋予了水平应力Fh的情况下，也能检测该水 平应力Fh。另外，光纤120x、120y是以贯穿应力方向转换部116的方式沿着被测定区域102 配置的，因此当向被测定区域102赋予了水平应力Fh时，由于水平应力Fh会导致光栅 126x、126y伸缩，同时光栅127x、127y也会伸缩，因此能高效进行水平应力Fh的检测。进而，如果将光栅127x、127y配置于光缆120中的应力传递部130x、130y的接 合部134x、134y附近，则可使光栅126x、126y的排列方向与光栅127x、127y的排列方 向大致一致，因此，当向被测定区域102赋予了水平应力Fh时，能使光栅126x、126y和 光栅127x、127y在同轴上分别形变。因此，能根据各光栅126x、126y、127x、127y的 形变量和反射波长的偏移量△ λ容易地计算出水平应力Fh的值。另外，在应力方向转换部116中，光纤120x、120y在平面视图中正交，在正交 的部位配置有光栅126x、126y，并且光栅127x、127y分别配置于应力方向转换部116外 部的光纤120x、120y,因此也能将水平应力Fh分离为X方向和Y方向的分量进行检测。如上所述，根据第二实施方式涉及的压力传感器100、FBG传感器122或应用了 压力传感器100的末端执行器和机器人系统(传感器信号处理装置)，也能通过较为简单 的结构来构成，而且能易于提升对从物体赋予的应力的检测精度。<第三实施方式>下面，参照图26 图31说明第三实施方式涉及的压力传感器200和组装入该压 力传感器200的FBG传感器222。如图26所示，压力传感器(分布式压力传感器)200如下构成，其在具有挠性的 片体218的内部沿着片体218的表面方向(X-Y方向)埋设有1根光缆220，沿着该光缆 220配置FBG传感器222。S卩，光缆220构成为具有以长度方向为X方向的光纤(第一光纤)220x;以及 以长度方向为Y方向的光纤(第二光纤)220y。这种情况下，光纤220x与光纤220y配 置于彼此不同的高度(参见图26和图28)，在平面视图中光纤220x与光纤220y正交(参 见图27)，在正交的部位设有FBG传感器222。而且。通过塑料等具有挠性的材料模压 光缆220和FBG传感器222来形成片体218。并且，片体218形成为将FBG传感器222固定于该片体218内部，且用于保护FBG传感器222不受从外部赋予的过度应力和热等的影响。另外，图26图示出配置了 1 个FBG传感器222的情况，而埋设于片体218内的FBG传感器222的个数不限于1个， 也可以增加。进而，图26 图28图示出在光纤220x下方配置了光纤220y的情况，但 是当然也可以将光纤220y配置于光纤220x上方。进而，如图26所示，在片体218中， 在与X方向正交的1个侧面处，能入射或射出光的光纤220x的输入输出端24&露出呈到 外部，而且在与Y方向正交的另一个侧面处，能入射或射出光的光纤220y的输出输出端 242y露出到外部。这里，参照图26 图28详细说明第三实施方式涉及的FBG传感器222。在光纤220x与光纤220y正交的部位配置有应力方向转换部230。另外，在光纤 220x的芯224x上以夹着应力方向转换部230的方式分别形成有2个光栅(第一和第二光 栅)226x、226x；另一方面，在光纤220y的芯224y上以夹着应力方向转换部230的方式 分别形成有2个光栅(第三和第四光栅)226y、226y。由此，在应力方向转换部230周围 沿着X方向分别配置有包含光栅226x、226x的2个应力检测传感器部(第一和第二应力 检测传感器部)228x、228x,并且沿着Y方向分别配置有包含光栅226y、226y的2个应力 检测传感器部(第三和第四应力检测传感器部)228y、228y。并且，所有的光栅(226x、 226y) 226都具有彼此不同的光栅间隔和反射波长。如上，FBG传感器222具有4个应力检测传感器部228x、228x、228y、228y和 1个应力方向转换部230。作为针对来自外部的应力的受感部件的应力方向转换部230由橡胶或树脂等弹 性体构成。这种情况下，应力方向转换部230具有沿着X-Y方向平行延伸的矩形形状 的平坦部232 ；从该平坦部232的相对的两条边分别架设到2个光栅226x、226x的应力 方向转换部230侧的各端部的2个应力传递部234x、234x ；以及从平坦部223的相对的 另两条边分别架设到2个光栅226y、226y的应力方向转换部230侧的各端部的2个应力 传递部 234y、234y。如上，在应力方向转换部230中，2个应力传递部234x、234x从平坦部232的两 条边沿着X方向延伸，并且2个应力传递部234y、234y从平坦部232的另两条边沿着Y 方向延伸，因此成为以平坦部232为中心旋转对称的结构(参见图27)。另外，如图26 和图28所示，平坦部232在片体218内部配置在低于光纤220x、220y的位置。彼此相对而形成的2个应力传递部234x、234x分别具有与平坦部232相连， 并且朝光纤220x倾斜的倾斜部236x ；与该倾斜部236x相连，并且包围光纤220x的一部 分外周面以支撑和/或固定该光纤220x的接合部238x;以及与接合部238x相连，并以 离开光纤220x的方式倾斜的倾斜部240x。另外，彼此相对而形成的2个应力传递部234y、234y具有与2个应力传递部 234x、234x相同的结构，它们分别具有与平坦部232相连，并且朝光纤220y倾斜的倾 斜部236y;与该倾斜部236y相连，并且包围光纤220y的一部分外周面以支撑和/或固 定该光纤220y的接合部238y ；以及与接合部238y相连，以离开光纤220y的方式倾斜的 倾斜部240y。S卩，在片体218内部，光纤220x以架设于2个光栅226x、226x的方式贯穿各接 合部238x、238x,并且光纤220y以在低于光纤220x的位置架设于2个光栅226y、226y的方式贯穿各接合部238y、238y。因此，接合部238x在高于接合部238y的位置支撑和 /或固定光纤220x的一部分，而接合部238y在低于光纤220x的位置支撑和/或固定光纤 220y的一部分。这种情况下，如图26和图28所示，赋予应力前的倾斜部236x、236x与各接合 部238x、238x所形成的角度、以及各接合部238x、238x与各倾斜部240x、240x所形成 的角度被设定为彼此相等。另外，赋予应力前的倾斜部236y、236y与各接合部238y、 238y所形成的角度、以及各接合部238y、238y与各倾斜部240y、240y所形成的角度也被 设定为彼此相等。接着，参照图29和图30说明未图示的物体接触到FBG传感器222上方的片体 218的表面，从该物体向FBG传感器222赋予了作为应力F。的垂直应力(沿着Z方向的 应力)Fp时的该垂直应力Fp的检测。其中，说明使用沿着X方向配置的2个应力检测传感器部(第一和第二应力检测 传感器部)228x来检测垂直应力Fp的情况。并且，在图29和图30中为了简化说明，省 略了沿着Y方向配置的光纤220y和2个应力传递部234y的图示。如上所述，赋予应力前的应力方向转换部230的形状是以平坦部232为中心的旋 转对称的结构(图29中是以平坦部232为中心的左右对称的结构)，因而当从上述物体 向片体218赋予沿着Z方向的垂直应力Fp，应力方向转换部230的平坦部232受到该垂直 应力Fp时，各应力传递部234x、234x在理想状况下分别被赋予沿着Z方向的应力Fp/4。 即，由于从平坦部232的各边分别延伸出4个倾斜部236x、236x、236y、236y，因此赋予 给1个应力传递部234x的应力在理想状况下为垂直应力Fp的1/4大小的Fp/4。由此，赋予应力后的应力方向转换部230的形状相比赋予应力前的形状(图29 的形状和图30的单点划线所示的形状)，由于应力Fp/4而整体上成为左右对称地大幅变 形的形状(图30的实线所示的形状)。S卩，受到垂直应力Fp后平坦部232向Z方向下降，并且与应力Fp/4有关的沿着 倾斜部236x的方向上的分量(力)分别被传递到各接合部238x，从而在光纤220x与2个 接合部238x的各接合部分上分别被赋予基于该应力Fp/4的力F (与沿着倾斜部236x的方 向上的力有关的沿着X方向的分量)。因此，赋予给上述各接合部分的力F分别施加到 各光栅226x、226x,从而各光栅226x、226x向X方向形变(伸长)大致相同的量，而且 该各光栅226x、226x的光栅间隔也变化(增加)大致相同的量。因此，在没有被赋予垂直应力Fp的图29的状态下，光栅226x对入射光反射反射 波长(例如图IC的λΑ)的反射光，从输入输出端24&或输入输出端242y将该反射光射 出到外部。与此相对，在被赋予了垂直应力Fp的图30的状态下，2个光栅226x、226x 的光栅间隔增加相同的量而使反射波长分别偏移，因此该各光栅226x、226x对入射光反 射偏移后的波长(例如图ID的λΒ)的反射光，从输入输出端24&或输入输出端242y将 该反射光射出到外部。因此，在FBG传感器222和压力传感器216中，能够根据反射波长的偏移量来 检测赋予给片体218的垂直应力Fp的值。其中，如果设赋予垂直应力Fp之前的各光栅226x、226x的反射波长为λ p，光 栅间隔为Δp，则与上式(1)同样地可通过下式(46)表示反射波长λ ρ与光栅间隔Δρ之间的关系。λ ρ = 2XneffX Δρ(46)另外，如果设赋予垂直应力Fp之后的各光栅226χ、226χ的反射波长为λ s，光 栅间隔为As，则与上述式(2)同样地可通过下述式(47)表示反射波长λ s与光栅间隔As 之间的关系。λ s = 2XneffX As(47)并且如上所述，各光栅226x、226x、226y、226y的反射波长和光栅间隔彼此不 同，而在各光栅226x、226x中上述式(46)和式(47)的关系分别成立。如果设垂直应力Fp赋予前、后的反射波长的偏移量为Δ λ，则如上所述，由 于赋予了垂直应力Fp，使得各光栅226x、226x向X方向伸长相同的量，而且该各光栅 226x、226x的光栅间隔增加相同的量，因此反射波长的偏移量Δ λ无论在哪个光栅226x 中都能通过下式(48)来表示。Δλ = λ8-λρ = 2XneffX (Δ8-Δρ) (48)如上，无论在哪个光栅226χ中，反射波长的偏移量都为Δ λ，因此无论使用2 个应力检测传感器部228χ、228χ所检测出的各偏移量Δ λ中的哪个偏移量Δ λ,都能 计算出垂直应力Fp的值。S卩，2个应力检测传感器部228χ、228χ的输出逻辑“或”为 Δλ，而并非“异或”，因此，如果能检测出某1个偏移量Δ λ，就能很容易地根据检 测到的偏移量Δ λ计算出垂直应力Fp的值。接着，参照图29和图31说明未图示的物体接触到FBG传感器222上方的片体 218的表面，从该物体对传感器222赋予了应力F。(具有垂直应力Fp和沿着+X方向的水 平应力Fh这2个方向上的分量的应力)时，将该应力F。分离为垂直应力Fp和水平应力Fh 进行检测的情况。这里，说明使用沿着X方向配置的2个应力检测传感器部228x、228x来检测垂 直应力Fp和水平应力Fh的情况。当从上述物体对片体218赋予应力Fe，应力方向转换部230的平坦部232受到该 应力Fe时，理想状况下各应力传递部234x、234x分别被赋予沿着Z方向的应力Fp/4和 水平应力Fh。其结果，赋予应力后的应力方向转换部230的形状相比赋予应力前的形状 (图29的形状和图31的单点划线所示的形状)，成为整体上由于应力Fp/4和水平应力Fh 而变形为左右非对称地变形的形状(图31的实线所示的形状)。S卩，由于受到应力Fe，在片体218的内部，通过垂直应力Fp使平坦部232向Z 方向下降，并且通过水平应力Fh使平坦部232向图31的右侧移动。另外，各应力传递 部234x也通过垂直应力Fp/4而向Z方向下降，并且通过水平应力Fh而向右侧移动。图31中左侧的接合部238x被传递来将关于垂直应力Fp/4的沿着左侧倾斜部236x 的方向上的分量(力)和水平应力Fh合成后的应力F。’，光纤220x与左侧的接合部238x 之间的接合部分被赋予基于该应力F。’的力F’ (沿着应力F。’的X方向的分量)。另外，图31中右侧的接合部238x被传递来将关于垂直应力Fp/4的沿着右侧倾 斜部236x的方向上的分量(力)和水平应力Fh合成后的应力F。”，光纤220x与右侧的 接合部238x之间的接合部分被赋予基于该应力F。”的力F”(沿着应力F。”的X方向的 分量)。
这种情况下，施加给图31中左侧的光栅226x的水平应力Fh成为用于使该左侧 的光栅226x的光栅间隔伸长的应力。另外，施加给图31中右侧的光栅226x的水平应力 Fh成为用于使该右侧的光栅226x的光栅间隔压缩的应力。因此，力F’施加给图31中左侧的光栅226x，并且力F”施加给图31中右侧的 光栅226x，从而各光栅226x、226x沿着X方向形变彼此不同的量，而且该各光栅226x、 226x的光栅间隔也变化彼此不同的量，其结果是各光栅226x、226x的反射波长的偏移量 成为彼此不同的值。如果设赋予应力后的图31中左侧的光栅226x的反射波长为λ/，光栅间隔为 Δ/，而赋予应力后的图31中右侧的光栅226χ的反射波长为λ/’，光栅间隔为Δ/’， 则与上式(47)同样地，可通过下式(49)和式(50)分别表示反射波长λ/、λ/，和光 栅间隔Δ/、Δ/’之间的关系。λ/ = 2XneffX Δ/(49)λ/，= 2XneffX Δ/'(50)如果设赋予应力F。前、后的图31中左侧的光栅226χ的反射波长的偏移量为 Δ λ ’，图31中右侧的光栅226χ的反射波长的偏移量为Δ λ ”，则与上式(48)同样 地，可通过下式(51)和式(52)分别表示偏移量Δ λ ’、Δ λ ”。Δλ，= λ/ -λρ = 2 XneffX (Δ/ -Δρ) (51)Δ λ” = λ/，-λρ = 2XnefrX (Δ/，-Δρ)(52)如上所述，应力F。是由垂直应力Fp和水平应力Fh这2个方向上的分量构成的应 力，基于垂直应力Fp的反射波长的偏移量是2个应力检测传感器部228χ、228χ的输出的 逻辑“或”。即，对应力方向转换部230赋予了应力Fe时的2个光栅226χ、226χ的偏 移量Δ λ，、Δ λ ”的逻辑“或”可通过下式(53)表示。(Δ λ，)OR(A λ ”)= Δ λ ”= 2XneffX (Δ/' -Δρ) (53)并且，在式(53)中，OR为表示取Δ λ，禾Π Δ λ ”的逻辑“或”的运算符号。 另外，由于图31的例子中Δ λ，> Δ λ ”，因而在式(53)中，将式(52)作为Δ λ， 和Δ λ ”的逻辑“或”的结果。因此，在把包含2个方向的分量在内的应力FJ武予给片体218 (内部的FBG传感 器222)的情况下，能够以从水平应力Fh分离出的形式根据式(53)的逻辑“或”来计算 出垂直应力Fp的值。另一方面，在检测到与水平应力Fh对应的反射波长的偏移量的情况下，需要从2 个光栅226χ、226χ的偏移量Δ λ，、Δ λ ”中排除垂直应力Fp的影响。于是，按照下 式(54)求出作为2个应力检测传感器部228χ、228χ的输出的、2个光栅226χ、226χ的偏 移量Δ λ，、Δ λ ”的“异或”。(Δλ，)XOR(A λ ”)= |Δ λ，-Δλ”|= |2 XneffX (Δ/ - Δ ρ)-2 XneffX ( Δ-Δρ)| (54)并且在式(54)中，XOR表示取Δ λ，和Δ λ ”的“异或”的运算符号。通过式(54)获得的“异或”的值虽然排除了垂直应力Fp的影响，然而由于是 与水平应力Fh对应的偏移量的绝对值，因而没有考虑方向。于是，在也考虑方向的情况下，只要去掉式(54)的绝对值符号，通过下式(55)计算与水平应力Fh对应的偏移量即可。2 XneffX (Δ/ - Δ p)-2 XneffX ( Δ-Δρ)(55)因此，在把包含2个方向的分量在内的应力FJ武予给片体218 (内部的FBG传感 器222)的情况下，能够以从垂直应力Fp分离出的形式根据式(55)的“异或”计算出水 平应力Fh的值。如上，在第三实施方式中，即便把包含垂直应力Fp和水平应力Fh这2个方向的 分量的应力F。赋予给FBG传感器222，也能通过使用式(53)和式(55)将垂直应力Fp和 水平应力Fh彼此分离开进行检测。并且在上述说明中，作为一个例子说明了根据由沿着X方向配置的2个应力检测 传感器部228χ、228χ检测出的2个光栅226χ、226χ的偏移量来计算垂直应力Fp和水平 应力Fh的值的情况。此时，水平应力Fh是作为沿着X方向的应力而被检测出来的。第三实施方式中，沿着Y方向也配置有2个应力检测传感器部(第三和第四应力 检测传感器部)228y、228y。于是，与上述应力检测传感器部228x、228x进行的应力检 测同样地，2个应力检测传感器部228y、228y也检测沿着Y方向的水平应力Fh，从而可 将水平应力Fh作为X方向和Y方向的各分量检测出来。由此，能高精度地检测水平应 力Fh。并且，在第三实施方式涉及的压力传感器200附设于图11和图12所示的机器人 系统60上的情况下，传感器控制器68内的水平应力判定部82根据来自光检测器78的 电信号，基于反射波长强度的峰值，判定各应力检测传感器部228x、228y的光栅226x、 226y的偏移量是否为大致相同的量。在各偏移量为大致相同的量的情况下，水平应力判定部82判定为对压力传感器 200a、200b (图11中为压力传感器16a、16b)仅赋予垂直应力FP，将来自光检测器78的 电信号输出给垂直应力运算部86。另外，在各偏移量不同的情况下，水平应力判定部82 判定为对压力传感器200a、200b仅赋予水平应力Fh，或判定为赋予水平应力Fh和垂直应 力Fp这两者，将来自光检测器78的电信号输出给垂直应力运算部86和水平应力运算部 84两者。水平应力运算部84使用来自光检测器78的电信号所表示的各光栅226x、226y 的偏移量，根据式(55)计算各偏移量的“异或”，通过计算出的“异或”计算赋予给 FBG传感器222的水平应力Fh的值。另外，垂直应力运算部86使用来自光检测器78的电信号所表示的各光栅226x、 226y的偏移量，根据式(51) (53)计算各偏移量的逻辑“或”，通过计算出的逻辑
“或”计算出赋予给FBG传感器222的垂直应力Fp的值。如上，通过计算水平应力Fh的值，从而能检测物体62在X-Y平面上的滑动状 态。另外，通过计算垂直应力Fp的值，从而能检测Z方向上物体62的把持力。如上所述，根据第三实施方式涉及的FBG传感器222、压力传感器200、200a、 200b和末端执行器(图11所示的手柄部66a、66b)66,由于在应力方向转换部230周围 配置有多个应力检测传感器部228x、228y，因此当从物体向FBG传感器222赋予了应力 F。(垂直应力Fp和/或水平应力Fh)时，应力方向转换部230将所赋予的应力F。转换为排列着各应力检测传感器部228x、228y的光栅226x、226y的方向(X方向、Y方向)上的 应力，将转换后的应力传递给各应力检测传感器部228x、228y。由此，通过转换后的应 力，各应力检测传感器部228x、228y的光栅226x、226y产生形变，由该各光栅226x、 226y反射的光的波长(反射波长)分别发生变化。因此，通过检测各光栅226x、226y上 的反射波长的偏移量，从而能检测赋予给FBG传感器222的应力F。。S卩，在沿着与垂直应力Fp正交的X-Y方向在应力方向转换部230周围配置有各 应力检测传感器部228x、228y的情况下，应力方向转换部230将垂直应力Fp转换为各光 栅226x、226y的排列方向(X_Y方向)的应力，将转换后的应力传递到各应力检测传感 器部228x、228y。由此，各光栅226x、226y形变大致相同的量，并且如式(48)所示， 该各光栅226x、226y上的反射波长的偏移量也变化大致相同的量。因此，如果检测出各应力检测传感器部228x、228y中某1个应力检测传感器部 的光栅的偏移量，则能根据检测出的偏移量计算垂直应力Fp的值。S卩，在向应力方向转 换部230赋予了垂直应力Fp的情况下，该垂直应力Fp可根据各光栅226x、226y的偏移量 的逻辑“或”(式(53))计算出来。接着，在沿着平行于水平应力Fh的X-Y方向在应力方向转换部230周围配置有 各应力检测传感器部228x、228y的情况下，应力方向转换部230将水平应力Fh原样传递 给各应力检测传感器部228x、228y。这种情况下，根据水平应力Fh对应力方向转换部 230的赋予方向和各应力检测传感器部228x、228y的配置位置，各光栅226x、226y会形 变彼此不同的量，而且如式(51)和式(52)所示，该各光栅226x、226y处的反射波长的 偏移量也为彼此不同的值。于是，如果检测到配置于应力方向转换部230周围的各应力检测传感器部 228x、228y中光栅226x、226y的偏移量彼此不同的2个应力检测传感器部的光栅的偏移 量，则能根据检测到的2个偏移量之差计算出水平应力Fh的值。也就是说，当对应力 方向转换部230赋予了水平应力Fh时，该水平应力Fh可根据2个光栅的偏移量的“异 或”(式(55))计算出来。如上，根据第三实施方式，通过在应力方向转换部230周围配置多个应力检测 传感器部228x、228y，从而能通过较为简单的结构将从物体62赋予的应力Fe分离为多个 方向的应力(垂直应力FP、水平应力Fh)进行检测。另外，沿着X方向以夹着应力方向转换部230的方式配置2个应力检测传感器 部228x、228x,而且沿着与X方向正交的Y方向以夹着应力方向转换部230的方式配置 2个应力检测传感器部228y、228y。因此，当向应力方向转换部230赋予垂直应力Fp时，各应力检测传感器部 228x、228y处的光栅226x、226y的偏移量为彼此相同的量，因此通过检测出某1个光栅 的偏移量，就能可靠且高效地计算垂直应力Fp的值。另外，如果向应力方向转换部230赋予了水平应力Fh，则2个应力检测传感器部 228x、228x处的光栅226x、226x的偏移量为彼此不同的大小，而且2个应力检测传感器 部228y、228y处的光栅226y、226y的偏移量也为彼此不同的大小。因此，通过检测沿 着X方向同轴配置的2个应力检测传感器部228x、228x的光栅226x、226x的偏移量，或 者检测沿着Y方向同轴配置的2个应力检测传感器部228y、228y的光栅226y、226y的偏移量，计算检测出的2个偏移量的“异或”，从而能可靠且高效地计算水平应力Fh的值。如上，通过在应力方向转换部230周围配置4个应力检测传感器部228x、228x、 228y、228y，从而能可靠且高效地计算(检测)垂直应力Fp和/或水平应力Fh的值，并 且还能以沿着X方向的分量和沿着Y方向的分量的形式检测赋予给应力方向转换部230 的应力F。(水平应力Fh)。另外，2个应力检测传感器部228x、228x通过沿着X方向延伸的光纤220x架设 起来，2个应力检测传感器部228y、228y通过沿着Y方向延伸的光纤220y架设起来，因 此在光纤220x的芯224x处同轴排列有2个应力检测传感器部228x、228x的光栅226x、 226x,并且在光纤220y的芯224y处同轴排列有2个应力检测传感器部228y、228y的光 栅226y、226y。因此，当向应力方向转换部230赋予应力Fe时，该应力方向转换部230 将转换后的应力传递到光纤220x、220y，能很容易地使各光栅226x、226y形变。由此， 能更为可靠地对各应力检测传感器部228x、228y的应力Fe进行检测。进而，应力方向转换部230具有被赋予应力Fe的平坦部232和从该平坦部232分 别被架设到光纤220x、220y的应力传递部234x、234y，因此能够高效地将从物体赋予给 平坦部232的应力Fe转换为排列着各光栅226x、226y的方向上的应力，将转换后的应力 经由应力传递部234x、234y高效地分别传递给各光纤220x、220y。再有，在平坦部232受到垂直应力Fp的情况下，平坦部232的沿着该垂直应力 Fp的赋予方向(Z方向)的位置为比光纤220x、220y支撑和/或固定于应力传递部234x、 234y上的位置(接合部238x、238y的位置)低的位置。由此，当向平坦部232赋予了应 力F。(垂直应力FP、水平应力Fh)的时候，该应力方向转换部230整体上容易朝向排列着 各光栅226x、226y的方向变形，因此能进一步增大各光栅226x、226y的形变和偏移量。 其结果能提升应力F。的检测灵敏度和检测精度。并且，第三实施方式不限于上述说明，也可以采取图32的实施方式(变形例)。在图32的变形例中，沿着X-Y平面将4个FBG传感器222A 222D配置为 2X2的矩阵状。在该变形例中，沿着X-Y平面呈矩阵状配置有多个FBG传感器222A 222D， 通过各FBG传感器222A 222D分别检测赋予给片体218的应力F。(垂直应力FP、水平 应力Fh)，从而能易于检测施加在片体218上的应力F。的分布。并且在图32中，说明了呈2X2的矩阵状配置FBG传感器222A 222D的情况， 而该变形例不限于上述说明，即使呈矩阵状配置3X3、4X4等多个FBG传感器222，也 能检测赋予给片体218的应力F。的分布。如上所述，根据第三实施方式涉及的压力传感器200、FBG传感器222或应用了 压力传感器200的末端执行器和机器人系统(传感器信号处理装置)，也能通过较为简单 的结构构成，而且能易于提升对从物体赋予的应力的检测精度。<第四实施方式>接着，参照图33 图36说明第四实施方式涉及的压力传感器300、组装入该压 力传感器300的FBG传感器322。第四实施方式涉及的压力传感器300和FBG传感器 322构成为能够简单检测通过具有个数更少的光纤传感器(压力传感器)的末端执行器所把持的物体的把持力(由物体赋予给把持面的垂直应力)。如图33所示，压力传感器300构成为在具有挠性的片体318内部埋设有以Y方 向为长度方向的1根光缆320，在该光缆320上形成FBG传感器322。S卩，使用塑料等具 有挠性的材料模压FBG传感器322来形成片体318。此时，片体318将FBG传感器322 固定于该片体318内部，并且形成为保护FBG传感器322不受从外部赋予的过度应力和 热等的影响。并且，虽然图33图示出光缆320的长度方向为Y方向的情况，然而不限于Y方 向，也可以是X方向。下面参照图33 图36详细说明FBG传感器322。FBG传感器322具有应力检测传感器部326，其配置于片体318内部，包含形 成有光栅324的光缆320 ；以及应力方向转换部328a、328b，其经由片体318受到从外部 赋予给该片体318的应力(垂直应力Fp)，将受到的上述应力转换为沿着光缆320的长度 方向的方向(平行于上述长度方向的方向)上的应力并传递给光缆320。这种情况下，作为对于来自外部的应力的受感部件的应力方向转换部328a、 328b由橡胶和树脂等弹性体构成。一个应力方向转换部328a配置于沿着光缆320的光栅 324的一个端部侧(沿着图33的Y方向的外侧)，另一个应力方向转换部328b配置于沿 着光缆320的光栅324的另一个端部侧(沿着图33的Y方向的里侧)。应力方向转换部328a具有沿着X-Y方向与光栅324(光缆320)大致平行地 延伸的矩形形状的平坦部330a;以及从该平坦部330a的沿着Y方向相对的两条边朝光缆 320架设的应力传递部332a、334a。另外，应力方向转换部328b与应力方向转换部328a 同样地具有沿着X-Y方向与光栅324大致平行地延伸的矩形形状的平坦部330b;以及 从该平坦部330b的沿着Y方向相对的两条边朝光缆320架设的应力传递部332b、334b。如图35所示，应力方向转换部328a、328b以平坦部330a、330b为中心成为左 右对称的结构。即，应力传递部332a、334a与平坦部330a相连，并且朝光缆320(的芯 336处所形成的光栅324的一个端部侧)倾斜，前端部包围光缆320的外周面的一部分。 另外，应力传递部332b、334b也与应力传递部332a、334a同样地，与平坦部330b相连， 并且朝光缆320 (的芯336处所形成的光栅324的另一个端部侧)倾斜，前端部包围光缆 320的外周面的一部分。这种情况下，平坦部330a与应力传递部332a、334a所形成的角度以及平坦部 330b与应力传递部332b、334b所形成的角度被设定为彼此相等。另外，应力传递部 332a、334a与光缆320所形成的角度以及应力传递部332b、334b与光缆320所形成的角 度也被设定为彼此相等。接着，参照图36说明未图示的物体接触到FBG传感器322上方的片体318的表 面，从该物体向光栅324赋予了垂直应力(沿着Z方向的应力)Fp时该垂直应力Fp的检 测。如上所述，赋予应力前的应力方向转换部328a、328b的形状为以平坦部330a、 330b为中心的对称结构(参见图35)，因此当从上述物体向片体318赋予了沿Z方向的垂 直应力Fp时，理想状况下向各应力方向转换部328a、328b的各应力传递部332a、332b、 334a、334b分别赋予沿着Z方向的应力Fp/2。
而且，各应力传递部332a、332b、334a、334b将应力Fp/2分别分解为沿着该 应力传递部332a、332b、334a、334b的分量(应力)F，，在光缆320与各应力传递部 332a、332b、334a、334b的接合部分，将应力F，分别分解为沿着光缆320的分量(应 力)F”。因此，光缆320的上述各接合部分分别被赋予(应力)F”。这种情况下，通过应力F”的赋予，应力传递部332a、334a以与平坦部330a 之间的连接部位(应力传递部332a、334a的基端部)为支点，以作为与光缆320之间的 接合部分的前端部彼此接近的方式进行移位。另外，通过应力F”的赋予，应力传递部 332b、334b以与平坦部330b之间的连接部位(应力传递部332b、334b的基端部)为支 点，以作为与光缆320之间的接合部分的前端部彼此接近的方式进行移位。进而，应力 F”通过光缆320还作用于光栅324。其结果，光栅324向Y方向形变(伸长)，该光栅324的光栅间隔发生变化(增 加)。因此，在没有被赋予垂直应力Fp的状态下，光栅324对入射光反射反射波长(例 如图IC的λΑ)的反射光，将该反射光射出到外部。与此相对，在被赋予了垂直应力Fp 的情况下，光栅324的光栅间隔增加，反射波长偏移到λ Β，因此该光栅324对入射光反 射波长λ Β的反射光，将该反射光射出到外部。因此，在FBG传感器322和压力传感器300中，根据从λ Α到λ Β的反射波长的 偏移量(λ β- λ J，能够检测赋予给片体318的垂直应力Fp。并且，如图35和图36所示，在上述说明中说明了由于垂直应力Fp的赋予而使光 栅间隔从ΔΑ变化为ΔΒ的情况(Δα< Δβ)但是在由于赋予了不同于该垂直应力Fp的垂 直应力而使光栅间隔小于ΔΑ的情况下，反射波长也会按照上述光栅间隔的变化而偏移， 因此能易于检测该垂直应力。接着，参照图37说明将第四实施方式涉及的压力传感器300附设于图11和图12 所示的机器人系统60的末端执行器(手柄部66a、66b) 66上的情况。如图37的侧面观察所示，第四实施方式涉及的末端执行器66在U字状的手柄部 66a、66b中的物体62的把持面上附设了压力传感器300。这种情况下，通过沿着手柄部 66a、66b的把持面配置片体318，从而光栅324配置于末端执行器66的基端部侧(+X方 向侧)，而且应力方向转换部328a、328b分别配置于实际上与物体62接触的可能性较高 的靠近末端执行器66前端部的部位。由此，物体62经由片体318由手柄部66a、66b把持，其结果是，各应力方向转 换部328a、328b能将从物体赋予给手柄部66a、66b的垂直应力Fp转换为沿着光缆320的 方向的应力F”。因此，在图11的机器人系统60中，根据在末端执行器66把持物体62时由压力 传感器300检测到的垂直应力Fp，能够检测到末端执行器66的手柄部66a、66b对物体62 的把持力。因此，通过按照垂直应力Fp控制手柄部66a、66b，从而能在不使物体62脱 落的情况下，以适当的把持力进行把持，完成将其移动到期望位置等的作业。如图12所示，传感器控制器58内的运算处理部80由计算机的CPU构成，具有 垂直应力运算部86。垂直应力运算部86根据与来自光检测器78的垂直应力Fp对应的信 号，计算赋予给FBG传感器322的垂直应力Fp的值。另外，通过由垂直应力运算部86计算出垂直应力Fp的值，从而能检测到在Z方向上对物体62的把持力。如上所述，根据第四实施方式涉及的FBG传感器322、压力传感器300和末端 执行器66，当从物体62对FBG传感器322 (压力传感器300)赋予了垂直应力Fp时，应 力方向转换部328a、327b将垂直应力Fp转换为与光缆320的长度方向平行的方向上的应 力F”，将转换后的应力F”传递给光栅324。由此，通过应力F”使得光栅324产生形 变，由该光栅324反射的光的波长(反射波长)发生变化。因此，通过检测光栅324处 的反射波长的偏移量，能够检测垂直应力Fp。如上，由于能检测从物体62赋予的垂直应力Fp，因此如果将至少1个压力传感 器300 (FBG传感器322)附设于末端执行器66 (手柄部66a、66b)的物体62的保持面上， 则能简易地检测施加在该把持面上的垂直应力Fp (把持力)。其结果，还能降低末端执行 器66的成本和与垂直应力Fp的检测有关的运算处理以及运算成本。S卩，在第四实施方式中，由于可使用1个压力传感器300 (FBG传感器322)检测 垂直应力Fp，因此相比在把持面配置多个FBG传感器检测垂直应力Fp的构成，在成本方 面而言是优选的。另外，通过仅使用1个FBG传感器322，为检测垂直应力Fp而要处理 的信号量变少，其结果能降低该信号处理所涉及的负荷和运算成本。另外，只是将1个压力传感器300 (FBG传感器322)搭载于末端执行器66上即 能简易检测垂直应力Fp，因此即便在把持物体62的期间内外力作用于末端执行器66，也 能可靠地避免该物体62滑落。因而使得以往较为困难的组装作业那样外力作用于组装部 件与被组装部件之间的工序的自动化显著提高。并且，在末端执行器66具有多个爪，且各爪形成有物体62的把持面的情况下， 根据第四实施方式的构成，由于仅在某1个把持面配置有压力传感器300(FBG传感器 322)，因此不会单独地检测出施加给各把持面的垂直应力Fp。然而在第四实施方式中， 对于在把持预先确定好的物体62 (部件)的单纯的末端执行器66中控制该物体62的把持 力而言，能尤其有效地发挥上述效果。如上，根据第四实施方式，通过将个数较少的FBG传感器322(压力传感器316) 附设于末端执行器66上，从而能简易检测出该末端执行器66所把持的物体62的把持力 (垂直应力Fp)，还能实现末端执行器66的成本降低和与把持力的检测有关的运算处理以 及运算成本的降低。进而，应力方向转换部328a、328b分别配置于与光缆320中的光栅324的排列 部位不同的部位，而且分别以在光栅324的两个端部侧夹住该光栅324的方式配置。由 此，各应力方向转换部328a、328b将垂直应力Fp转换为与光缆320的长度方向平行的方 向的应力F”，通过从两个端部侧作用的应力F”使光栅324延伸。其结果是当被赋予 了垂直应力Fp时，能可靠且高精度地产生光栅324的形变。并且，第四实施方式不限于上述说明，也可以采取图38和图39的实施方式(变 形例)。在图38的变形例中，沿着X-Y平面配置了 2个FBG传感器322。而在图39的 变形例中，沿着X-Y平面配置了 4个FBG传感器322A 322D。在这些变形例中，沿着X-Y平面配置了多个FBG传感器322、322A 322D， 由各FBG传感器322、322A 322D分别检测赋予给片体318的垂直应力Fp，从而能平面性检测该垂直应力Fp。如上所述，根据第四实施方式涉及的压力传感器300、FBG传感器322或应用了 压力传感器300的末端执行器和机器人系统(传感器信号处理装置)，也能通过较为简单 的结构来构成，而且能易于提升对从物体赋予的应力的检测精度。<第五实施方式>接着，参照图40 图44说明第五实施方式涉及的压力传感器400和组装入该压 力传感器400中的FBG传感器422。第五实施方式涉及的压力传感器400和FBG传感器422如图40 图43所示， 应力方向转换部416的第一转换部416x被设置为以平坦部429为基点指向+Z方向(第一 垂直方向)，而且第二转换部416y被设置为以平坦部429为基点指向-Z方向(第二垂直 方向)，进而光纤(第一光纤)420x配置于沿着+Z方向离开平坦部429的部位，而光纤 (第二光纤)420y配置于沿着-Z方向离开平坦部429的部位，这些方面是与第一实施方 式涉及的FBG传感器16和压力传感器22 (参见图2和图3)的不同之处。FBG传感器422在光纤420上形成有多个光栅426。该FBG传感器422具有 具有排列着光栅426x的光纤420x的第一应力检测传感器部428x ；由形成有光栅426y的 光纤420y构成的第二应力检测传感器部428y;以及将在Z方向上被赋予的应力(垂直应 力)转换为沿着X方向和Y方向的方向的应力(分量)并传递给光纤420x、420y的应力 方向转换部416。而且，应力方向转换部416构成为第一转换部416x在以Z方向为中心轴使第二 转换部416y旋转90°的状态下上下翻转的结构。S卩，FBG传感器422的第一、第二转换部416x、416y共有平坦部429，而为了 避免产生光纤420x、420y的位置干扰(结构干扰)和第一、第二转换部416x、416y的位 置干扰，被设置为分别指向+Z方向和-Z方向。因此，第一、第二转换部416x、416y 能构成为大小相同且形状相同的部件。因此，压力传感器400中的沿着Z方向的光纤 420x、420y的间隔被设定为大于第一实施方式涉及的压力传感器16中的沿着Z方向的光 纤20x、20y的间隔。并且，在FBG传感器422中，在平面视图中，光纤420x、420y彼此正交，并且 第一、第二转换部416x、416y也彼此正交(参见图41)。另外，在FBG传感器422中， 倾斜部43&的长度为c，倾斜部432y的长度为d(参见图42A 图43B)。进而，在FBG 传感器422中，赋予应力前的平坦部429与倾斜部43&、432y所成的角度都为角度θ (参 见图42Α和图43Α)。接着，参照图42Α 图44说明未图示的物体接触到FBG传感器422上方的片体 418的表面，由该物体向FBG传感器422赋予了垂直应力(沿着+Z方向的应力)Fp时的 垂直应力Fp的检测和该FBG传感器422所起到的显著效果。在FBG传感器422中，赋予应力前的第一、第二转换部416x、416y的形状是以 平坦部429为中心的对称结构，因此当从上述物体向片体418 (参见图40)赋予沿着+Z方 向的垂直应力Fp，平坦部429受到该垂直应力Fp时，理想状况下，各应力传递部430x、 430y分别被赋予沿着+Z方向的应力Fp/4，赋予应力后的第一、第二转换部416x、416y 的形状相比赋予应力前的形状(图42A、图43A的形状以及图42B、图43B中双点划线所示形状)相比，整体上成为通过应力Fp/4而左右对称地较大幅度变形的形状(图42B、图 43B中实线所示形状)。由此，应力Fp/4中沿着倾斜部43&、432y的方向的分量(力)分别被传递至各 接合部434x、434y，在光纤420x、420y与接合部434x、434y之间的各接合部分分别被赋 予基于该应力Fp/4的力。具体而言，图42B中，在光纤420x与-X方向侧的接合部434x之间的接合部分 被施加沿着-X方向的分量的力，并且在光纤420y与+X方向侧的接合部434x的接合部 分被施加沿着+X方向的分量的力。另外，在图43B中，在光纤420y与+Y方向侧的接 合部434y的接合部分被施加沿着+Y方向的分量的力，而且在光纤420y与-Y方向侧的 接合部434y的接合部分被施加沿着-Y方向的分量的力。其结果，应力传递部430x、430y相对于平坦部429而扩张，平坦部429与倾斜 部43&、432y所成的角度由θ增加至(Θ+Δ Θ)。并且Δ θ是角度θ的增加量。而且，在图42Β中，被赋予给各接合部分的上述各力分别被施加到光栅(第一光 栅)426χ，从而光栅426χ朝+X方向和-X方向形变(伸长)大致相同的量，并且该光栅 426χ的光栅间隔也变化(增加)大致相同的量。另外，图43Β也与光栅426χ的情况相 同地，光栅(第二光栅)426y朝+Y方向和-Y方向形变(伸长)大致相同的量，并且该 光栅426y的光栅间隔也变化(增加)大致相同的量。其中，如果将对片体418赋予垂直应力Fp时光栅426x的沿着X方向的形变量设 为P。，将光栅426y的沿着Y方向的形变量为Pd，则形变量P。、Pd可通过下式(56) 和式(57)来表示。P c = cXcosO-Δ θ )(56)Pd = dXcos(n-A θ )(57)这种情况下，FBG传感器422的第一、第二转换部416x、416y的大小相同且形 状相同，因此在c与d之间满足下式(58)的关系，因此在P。与Pd之间满足式(59)的关系。c = d(58)Pc=Pd(59)其中，如果设形变量Pe导致的光栅426x的光栅间隔的变化量为Δρ。，形变量 Pd导致的光栅426χ的光栅间隔的变化量为Apd，则在Ape与Apd之间满足式(60)的关系。Apc= Apd(60)因此，如果设FBG传感器422的光栅426x、426y的波长偏移量为Δ λ c、 Δ Xd，则各波长偏移量Δ λ。、Δ Xd可通过下式(61)和式(62)来表示。AAc = 2XneffX Δ pc(61)AAd = 2XneffX Δ pd(62)这种情况下，通过式(60) (62)，在Δ λ。与Δ λ d之间满足下式(63)的关系。Δλε= Δ Ad(63)图44是表示FBG传感器422中垂直应力Fp与波长偏移量Δ λ e、Δ Ad的关系 的图表。
如上所述，在第五实施方式涉及的FBG传感器422中，为了避免产生光纤 420x、420y的位置干扰、第一、第二转换部416x、416y的位置干扰，第一、第二转换部 416x、416y具有相同的平坦部429，第一转换部416x以平坦部429作为基点，设置为指 向+Z方向，并且第二转换部416y以平坦部429作为基点，设置为指向_Z方向。由此， 第一、第二转换部416x、416y在FBG传感器422内不会互相干扰，可构成为大小相同且 形状相同的部件。由此，在从外部向FBG传感器422赋予垂直应力Fp的情况下，也能缓和(减小) 光栅426x、426y的波长偏移量Δ λ。、Δ λ d之差(参见图44)。其结果是不必对该各波 长偏移量Δ λ。、Δ Ad进行校正处理，就能计算垂直应力Fp的值。并且在图44中，为 了与第五实施方式进行比较，还用虚线标记出第一实施方式的FBG传感器22的结果，图 44中的波长偏移量Δ Xa、Δ Xb与图6所示的Δ Xax、AXay对应，表示Δ λ ax、AXay 的波长偏移量的误差。而且在第五实施方式涉及的FBG传感器422中，应力检测传感器部428x、 428y (光纤420x、420y)也以平坦部429为基点，分别配置于沿着+Z方向离开的部位和沿 着-Z方向离开的部位。由此，易于将第一、第二转换部416x、416y构成为大小相同且 形状相同的部件，而且能进一步缓和光栅426x、426y的波长偏移量Δ λ。、Δ Xd之差。 另外，通过应力传递部430x、430y将平坦部429与光纤420x、420y之间架设起来，从而 能有效地将垂直应力Fp转换为X方向或Y方向的应力并传递给各光栅426x、426y。如上所述，根据第五实施方式涉及的压力传感器400、FBG传感器422或应用了 压力传感器400的末端执行器和机器人系统(传感器信号处理装置)，也能通过较为简单 的结构来构成，而且能易于提升对从物体赋予的应力的检测精度。<第六实施方式>参照图45 图47说明第六实施方式涉及的压力传感器500、组装入该压力传感 器500的FBG传感器522。第六实施方式涉及的压力传感器500和FBG传感器522的应力方向转换部530 的形状与第一实施方式的压力传感器16和FBG传感器22的应力方向转换部29的形状不 同。并且，应力方向转换部530在配设于片体518的状态下相比第一实施方式的应力方 向转换部29翻转了上下方向(Z方向)(参见图45)，而当经由片体518向应力方向转换 部530赋予了应力F的情况下，转换该应力F的方向和大小与第一实施方式的应力方向转 换部29是相同的，这点毋庸置疑。如图45所示，压力传感器500在具有挠性的片体518内部沿着片体518的表面 方向(X-Y方向)埋设有光缆520 (第一、第二光纤520x、520y)。此时，光纤520x和光 纤520y在彼此不同的高度上沿着X方向和Y方向延伸；另一方面，在平面视图中，在光 纤520x与光纤520y正交的部位设有FBG传感器522。S卩，片体518是通过塑料等具有 挠性的材料对光缆520与FBG传感器522进行模压而形成的。并且，图45图示出在片体518中配置了 1个FBG传感器522的情况，而埋设于 片体518中的FBG传感器522的个数不限于1个。光缆520的芯524形成有具有彼此不同的光栅间隔和反射波长的多个光栅 (526x、526y)526，第六实施方式中，在配置有FBG传感器522的部位以平面视图中1个光栅526x与1个光栅526y交叉的方式，在片体518内部埋设有光缆520。FBG传感器522具有具有排列着光栅526x的光纤520x的第一应力检测传感 器部527x ；由形成有光栅526y的光纤520y构成的应力检测传感器部527y ；以及将在Z 方向上被赋予的应力(垂直应力)转换为沿着X方向和Y方向的方向的应力(分量)并 传递给光纤520x、520y的应力方向转换部530。应力方向转换部530由橡胶和树脂等弹性体构成，具有第一平坦部546，其在 与光纤520的长度方向(X-Y方向)平行的方向上延伸且在与该光纤520的长度方向不 同的方向上被赋予应力；第二平坦部532，其具有高度与第一平坦部546的平面不同的平 面；从第一平坦部546架设到第二平坦部532的第一应力传递部548 ；以及从第二平坦部 架设到光纤520的第二应力传递部534。并且，第二平坦部532、第一应力传递部548、第二应力传递部534具有从 第一平坦部546的相对的两条边架设到光栅526x的各端部一侧的第二平坦部53&、第 一应力传递部548x、第二应力传递部534x ；以及从第一平坦部546的相对的另两条边架 设到光栅26y的各端部一侧的第二平坦部532y、第一应力传递部548y、第二应力传递部 534y。形成为彼此相对的2个第二应力传递部534x分别具有与第二平坦部53&相 连，并且朝光纤520x倾斜的倾斜部536x ；以及与该倾斜部536x相连并包围光纤520x的 一部分外周面的接合部538x。此时，如图46所示，各倾斜部536x与各接合部538x所形 成的角度被设定为彼此相等。另一方面，形成为彼此相对的2个第二应力传递部534y也与应力传递部534x同 样地，分别具有与第二平坦部532y相连，并且朝光纤520y倾斜的倾斜部536y;以及 与该倾斜部536y相连并包围光纤520y的一部分外周面的接合部538y，各倾斜部536y与 各接合部538y所形成的角度被设定为彼此相等。接着，参照图46和图47说明未图示的物体接触到FBG传感器522上方的片体 518的表面，从该物体向光栅526赋予了垂直应力(沿着Z方向的应力)时的该垂直应力 的检测。并且此后为了便于说明，详细叙述一下对第一光纤520x的光栅526x的垂直应 力的赋予。因而在图46和图47中，省略了对沿着Y方向配置的光纤520y、第二平坦部 532y、第一应力传递部548y、第二应力传递部534y的图示。如图45 图47所示，赋予应力前的应力方向转换部530的形状为以光栅526x 或光栅526y为中心呈左右对称的结构，因此当从上述物体向片体518赋予了沿着Z方向 的垂直应力Fp时，应力方向转换部530的第一平坦部546和第二平坦部532分别受到垂
直应力Fp。由此，由于赋予给第一平坦部546的垂直应力Fp，理想状况下对第一应力传递部 548x赋予沿着Z方向的应力Fp/4。其结果是，赋予应力后的应力方向转换部530的形状 相比赋予应力前的形状(图46的形状和图47中单点划线所示形状)，由于应力Fp/4而成 为左右对称地变形后的形状(图47中实线所示的形状)。而且，应力Fp/4中沿着第一应 力传递部548x的方向的分量(力)分别被传递到第二应力传递部534x的倾斜部536x侧。另外，由于对第二平坦部53&也赋予垂直应力Fp，因此各第二应力传递部534x 被分别赋予由赋予给该第二平坦部53&的垂直应力Fp引起的沿着Z方向的应力Fp/4 ；以及由沿着第一应力传递部548x的方向的力引起的沿着Z方向的应力Fp/4。亦即，理想 状况下，第二应力传递部534x被分别赋予沿着Z方向的应力Fp/2 ( = Fp/4+Fp/4)。如上，通过设置第一、第二平坦部546、532，基于由赋予给第二平坦部532的 垂直应力Fp引起的应力Fp/4和由赋予给第一平坦部546的垂直应力Fp引起的应力Fp/4的 应力F作用于应力方向转换部530，从而赋予应力后的应力方向转换部530的形状相比赋 予应力前的形状(图46的形状和图47的单点划线所示的形状)成为左右对称地较大变形 的形状(图47的实线所示的形状)。S卩，相比第一实施方式的FBG传感器22，理想状 况下赋予给第二应力传递部534x的沿着Z方向的应力从Fp/4变为Fp/2而达到2倍，因 此能使应力方向转换部530整体产生较大变形。沿着Z方向的应力Fp中沿着倾斜部536x的方向的分量(力)被传递给接合部 538x,从而光缆520和接合部538x的各接合部分分别被赋予基于该应力Fp的力F”(沿 着倾斜部536x的方向的力中沿着X方向的分量)。因此，通过将赋予给上述各接合部分 的力F”再赋予给光栅526x，从而光栅526x朝X方向较大形变(伸长)，该光栅526x的 光栅间隔大幅增加。因此，第六实施方式涉及的压力传感器500和FBG传感器522相比第一实施方 式涉及的压力传感器16和FBG传感器22，能可靠地增大光栅526x中入八到λΒ的反射 波长的偏移量。这里，使用数学式具体说明第六实施方式中偏移量的增加。如果设沿着箭头Z方向的直线540与赋予应力前的第一应力传递部548χ所构成 的角度为Φ。直线540与赋予应力后的第一应力传递部548χ所构成的角度为Φ ’，则 向第一平坦部546赋予垂直应力Fp导致的角度的增加量Δ Φ可通过下式(64)表示。Δ Φ = Φ ‘ -Φ(64)另外，如果设第一应力传递部546χ的长度为1’，则被赋予角度的增加量Δ Φ 的FBG传感器522在X方向上的变形量可通过下式(65)表示。2X1， XsinO (Δ Φ)(65)进而，如果设光栅526χ的网格数量为N，则由角度的增加量Δ Φ导致的从λ Α 到λ Β的反射波长的偏移量的增加量Δ λ，可通过下式(66)表示。Δ λ，= λ Β- λ a= 2Xneff Χ{2Χ1' Xsin(A Φ)/Ν} (66)因此，在第六实施方式中，从λ八到λ Β的反射波长的偏移量可通过下式(67)表不。Δ λ + Δ λ，(67)BP,通过设置第一、第二平坦部546、532x,从而光栅526x的偏移量增加 Δλ，，因此能提升对垂直应力Fp的检测灵敏度。如上所述，根据第六实施方式涉及的压力传感器500和FBG传感器522，在从物 体向应力方向转换部530赋予了与光纤520χ的长度方向(X方向)不同的方向的应力(在 Z方向上被赋予的垂直应力Fp)的情况下，该垂直应力Fp分别被赋予给第一、第二平坦部 546、532χ。因此，应力方向转换部530χ由于赋予给第一平坦部546的垂直应力Fp和被 赋予给第二平坦部53&的垂直应力Fp，整体上发生较大幅度变形。
另外，分别赋予给第一、第二平坦部546、53&的垂直应力Fp通过应力方向转 换部530x被转换为X方向的应力，转换后的应力(力F”)通过第二应力传递部534x被 传递给光栅526。由此，在光栅526x上产生较大的形变，由该光栅526x反射的光的波长(反射波 长)会较大幅度变化，因此通过检测光栅526x处的反射波长的偏移量，就能容易检测出
垂直应力Fp。并且，在上述说明中说明了在架设于光栅526x的各端部的第二平坦部53&、第 一应力传递部548x和第二应力传递部534x对垂直应力Fp的检测，但是架设于光栅526y 的各端部的第二平坦部532y、第一应力传递部548y、第二应力传递部534y当然也能同样 地进行垂直应力Fp的检测。如上，在第六实施方式中，通过在应力方向转换部530形成第一、第二平坦部 546、532，从而相比第一实施方式的应力方向转换部29能增大应力方向转换部530的变 形量，并且还能增大光栅526处的形变。其结果是能大幅增加反射波长的偏移量，易于 提升垂直应力Fp的检测灵敏度。如上所述，根据第六实施方式涉及的压力传感器500、FBG传感器522或应用了 压力传感器500的末端执行器和机器人系统(传感器信号处理装置)，也能以较为简单的 结构构成，而且能易于提升对从物体赋予的应力的检测精度。<第七实施方式>接着，参照图48 图50说明第七实施方式涉及的压力传感器600和组装入该压 力传感器600的FBG传感器622。如图48所示，压力传感器600在具有挠性的片体618内部埋设有以X方向为 长度方向的1根光纤620x和以Y方向为长度方向的1根光纤620y。这种情况下，光纤 620(620x、620y)在光纤620x与光纤620y彼此不同的高度上沿X方向和Y方向延伸； 另一方面，进行俯视观察时，在光纤620x与光纤620y正交的部位设有FBG传感器622。 即，通过塑料等具有挠性的材料模压FBG传感器622来形成片体618。并且，图48图示出了在片体618中配置了 1个FBG传感器622的情况，但是埋 设于片体618的FBG传感器622的个数不限于1个。光纤620x、620y的芯624处形成有多个光栅626(626x、626y)，其具备彼此不同 的光栅间隔和反射波长。第七实施方式中，在配置有FBG传感器622的部位，以1个光 栅626x与1个光栅626y在平面视图中交叉的方式，在片体618内部埋设有光纤620x、
620yoFBG传感器622具有第一应力检测传感器部627x，其具有排列着光栅626x的 光纤620x ；由形成有光栅526y的光纤620y构成的应力检测传感器部627y ；以及应力方 向转换部630，其将在Z方向上赋予的应力(垂直应力)转换为沿着X方向和Y方向的应力(分量)并传递给光纤620x、 620yo这种情况下，作为对于来自外部的应力的受感部件的应力方向转换部630由橡 胶和树脂等弹性体构成，具有沿着X-Y方向与光栅626x、626y大致平行地延伸的矩 形形状的平坦部632 ；从该平坦部632中沿着X方向相对的两条边架设到光栅626x的各端部的应力传递部634x ；以及从该平坦部632中沿着Y方向相对的另两条边架设到光栅 626y的各端部的应力传递部634y。平坦部632的上表面形成有半球形状的多个突起644。各突起644以沿着X方 向和Y方向隔开预定间隔的状态配置。并且，图48 图50中，平坦部632形成了 4个半球形状的突起644，而不限于 该例子，突起644的个数既可以少于4个也可以多于4个。应力方向转换部630在没有被赋予应力的状态下，以光栅626x、626y为中心 为呈左右对称的结构。即，应力传递部634x分别具有与平坦部632相连且朝光纤 620x (中的光栅626x的两端部侧附近)倾斜的倾斜部636x ；以及与该倾斜部636x相连且 包围光纤620x的一部分外周面的接合部638x。另一方面，应力传递部634y分别具有 与平坦部632相连且朝光纤620y(中的光栅626y的两端部侧附近)倾斜的倾斜部636y ； 以及与该倾斜部636y相连且包围光纤620y的一部分外周面的接合部638y。另外，如图49和图50所示，平坦部632与各倾斜部636x所成的角度被设定为 彼此相等，而且各倾斜部636x与各接合部638x所成的角度也被设定为彼此相等。同样 地，平坦部632与各倾斜部636y所成的角度被设定为彼此相等，而且各倾斜部636y与各 接合部638y所成的角度也被设定为彼此相等(并且在图49和图50中，省略了沿着Y方 向配置的光纤620y和应力传递部634y的图示)。如图48所示，在片体618中沿着X方向相对的2个侧面，分别朝外部露出能入 射或射出光的光纤620x的输入输出端64&。在沿着Y方向相对的2个侧面，分别朝外 部露出能入射或射出光的光纤620y的输入输出端642y。当未图示的物体经由片体618接触上述压力传感器600和FBG传感器622，而从 该物体向光栅626赋予了垂直应力(沿着Z方向的应力)时，能够通过与第一实施方式涉 及的FGB传感器22的垂直应力的检测相同的方法来检测该垂直应力。因而省略了对第 七实施方式的FBG传感器622的垂直应力的检测的说明。另外，当未图示的物体经由片体618接触压力传感器600和FBG传感器622，而 从该物体向2个光栅626赋予了水平应力(沿着X方向的应力)的时候，也能通过与第一 实施方式涉及的2个FGB传感器22A、22C对水平应力的检测相同的方法来检测该水平 应力。其中，第七实施方式的应力方向转换部630如上所述设有突起644，这点与第一 实施方式的应力方向转换部29不同。该突起644能提升水平应力Fh的检测灵敏度。艮口， 在FBG传感器622和压力传感器600检测到从上述物体赋予给片体618的应力的情况下， 如果增大对应力的检测面(反应面)的检测面积和变形量，就能提高应力的检测灵敏度。其中，在与垂直应力Fp正交的检测面(应力方向转换部630的平坦部632的上 表面等)检测赋予给片体618的该垂直应力Fp时，垂直应力Fp的检测面是沿着片体618 的表面方向(X-Y方向)形成的，因此能易于增大该检测面的检测面积和变形量。与此相对，如果在平坦部632上检测赋予给片体618的水平应力Fh，则由于水平 应力Fh的检测面(平坦部632的侧表面等)是沿着片体618的厚度方向形成的，因此相 比垂直应力Fp的检测面，不易增大检测面积和变形量。因此难以提升水平应力Fh的检测 灵敏度。
于是在第七实施方式中，在平坦部632的上表面形成半球形状的多个突起644， 从而例如图50所示，当向平坦部632赋予了+X方向的水平应力Fh时，不仅平坦部632 和倾斜部636的左侧面(与水平应力Fh相对的侧面)能用作对水平应力Fh的检测面646， 各突起644的左侧面也能用作对水平应力Fh的检测面646。其结果是能增大对水平应力 Fh的检测面积和变形量，提高检测灵敏度。如上所述，根据第七实施方式涉及的FBG传感器622和压力传感器600，当从物 体经由片体618向平坦部632赋予了水平应力Fh时，平坦部632通过水平应力Fh而向沿 着该平坦部632的方向(例如排列有光栅626x的X方向)偏移。应力传递部634x在平 坦部632与光纤620x之间架设，因此至少应力传递部634x的平坦部632侧通过对该平坦 部632赋予水平应力Fh而与平坦部632 —起偏移。而且，通过在被赋予水平应力Fh的平坦部632设置突起644，从而相比没有突起 644的情况，能够增大与被赋予水平应力Fh的方向(例如排列有光栅626x的方向)正交 的水平应力Fh的检测面(反应面)646处的检测面积和变形量。其结果是能够提高应力 方向转换部630的水平应力Fh的检测灵敏度，还能提高水平应力Fh的检测精度。另外，通过使突起形成为半球形状，从而对片体618而言不会存在锐角部分， 因此还能提升FBG传感器622和压力传感器600的耐久性。并且，第七实施方式涉及的FBG传感器622和压力传感器600在平坦部632处 不但可设置突起644也可设置半球形状的槽，或者也可以不设置突起644而是仅设置上述槽。另外，第七实施方式不限于图48 图50的构成，例如当能够预先指定被赋予水 平应力Fh的方向(例如排列有光栅626x的方向X方向)时，也能采用图51、图52的 构成。图51所示的FBG传感器622A和压力传感器600A在平坦部632的上表面形成 有柱状的多个突起680，这点与第七实施方式涉及的FBG传感器622和压力传感器600不 同。各突起680以沿着X方向隔开预定间隔的状态配置。另外，各突起680分别沿着Y 方向延伸，从而在该各突起680之间形成有槽682。各槽628是通过在平坦部632的上 表面形成多个突起680而设置的。或者也可以通过在1个矩形形状的部件上形成多个槽 628来设置平坦部632和突起680。这种情况下也与第七实施方式(参见图48 图50)同样，当被赋予了+X方向 的水平应力Fh时，各突起680的左侧面也能用作水平应力Fh的检测面646，因此能进一 步增大水平应力Fh的检测面积和变形量，能提高水平应力Fh的检测灵敏度和检测精度。另外，图52所示的FBG传感器622B和压力传感器600B在平坦部632上表面配 置多个曲线形状(波形)的突起684，在这些突起684之间形成有槽686，这点与第七实 施方式涉及的FBG传感器622和压力传感器600不同。这种情况下也与第一实施方式(参见图2 图8)同样，当被赋予了+X方向的 水平应力Fh时，图16中各突起684的左侧面也能用作水平应力Fh的检测面646，因此能 进一步增大水平应力Fh的检测面积和变形量，能提高水平应力Fh的检测灵敏度和检测精度。上述说明中说明了在+X方向上被赋予了水平应力Fh的情况，而在-X方向上被赋予了水平应力Fh的情况下也能获得上述第七实施方式的各效果，这是毋庸置疑的。此 时，平坦部632和倾斜部636的右侧面和各突起644、680、684的右侧面成为对水平应力 Fh的检测面46。如上所述，根据第七实施方式涉及的压力传感器600、FBG传感器622或应用了 压力传感器600的末端执行器和机器人系统(传感器信号处理装置)，也能通过较为简单 的结构来构成，而且能易于提升对从物体赋予的应力的检测精度。并且，本发明不限于上述实施方式，当然可以在不脱离本发明主旨的范围内采 取各种构成。
权利要求
1.一种光纤传感器，其特征在于，该光纤传感器具有多个应力检测传感器部(27x、27y、112x、114x、112y、114y、228x、228y、428x、 428y、527x、527y、627x、627y)，它们由排列着反射特定波长的光的光栅(26x、26y、 126x、126y、127x、127y、226x、226y、426x、426y、526x、526y、626x、626y)的光纤 (20、120、220、420、520、620)构成；以及应力方向转换部(29、116、230、416、530、630)，其将从外部赋予的应力转换为 排列上述光栅(26x、26y、126x、126y、127x、127y、226x、226y、426x、426y、526x、 526y、626x、626y)的方向的应力，并传递给各上述光栅(26x、26y、126x、126y、 127x、 127y、 226x、 226y、 426x、 426y、 526x、 526y、 626x、 626y)。
2.根据权利要求1所述的光纤传感器(22、122、222、422、522、622)，其特征在 于，上述应力方向转换部(29、116、230、416、530、630)由弹性体构成。
3.根据权利要求1所述的光纤传感器(22)，其特征在于，上述多个应力检测传感器 部(27x、27y)具有第一应力检测传感器部(27x)，其沿着与水平应力的赋予方向平行 且与垂直应力的赋予方向垂直的平面配置，而且具有排列着第一光栅(26x)的第一光纤 (20x)；以及第二应力检测传感器部(27y)，其在与上述第一光纤(20x)的长度方向不同 的方向上延伸，且具有排列着第二光栅(26y)的第二光纤(20y)，上述应力方向转换部(29)将上述垂直应力转换为沿着上述平面的方向的应力。
4.根据权利要求3所述的光纤传感器(22)，其特征在于，上述第一光纤(20x)和上述 第二光纤(20y)分别在沿着上述垂直应力的赋予方向彼此不同的高度上，以平面视图中 上述第一光栅(26x)与上述第二光栅(26y)正交的方式进行配置。
5.根据权利要求3所述的光纤传感器(22)，其特征在于，上述应力方向转换部(29) 具有在沿着上述平面的方向上延伸的平坦部(28)；从上述平坦部(28)架设至上述第一 光纤(20x)的第一应力传递部(30x)；以及从上述平坦部(28)架设至上述第二光纤(20y) 的第二应力传递部(30y)。
6.根据权利要求1所述的光纤传感器(122)，其特征在于，各上述应力检测传感器部 (112x、112y、114x、114y)和上述应力方向转换部(116)配置于接受上述外部应力的被 测定区域(102)内，上述多个应力检测传感器部(112x、112y、114x、114y)为第一应力检测传感器 部(112x、112y)和第二应力检测传感器部(114x、114y)，该第一应力检测传感器部 (112x、112y)以平面视图中被包围在上述应力方向转换部(116)内的方式进行配置，并 通过从上述应力方向转换部(116)传递来的应力使上述光栅(126x、126y)伸缩；该第二应力检测传感器部(114x、114y)配置于上述被测定区域(102)中的上述应力 方向转换部(116)的外部。
7.根据权利要求6所述的光纤传感器(122)，其特征在于，上述光纤(120)以贯穿上 述应力方向转换部(116)的方式沿着上述被测定区域(102)配置，上述第一应力检测传感器部(112x、112y)具有配置于上述光纤(120)上的第一光 栅(126x、126y)，而且上述第二应力检测传感器部(114x、114y)具有配置于上述光纤 (120)上的第二光栅(127x、127y)。
8.根据权利要求7所述的光纤传感器(122)，其特征在于，上述应力方向转换部(116)具有沿着上述被测定区域(102)延伸的平坦部(128)；从上述平坦部(128)架设 至上述光纤(120)中的上述第一光栅(126x、126y)的一端部侧的第一应力传递部(130x、 130y)；以及从上述平坦部(128)架设至上述光纤(120)中的上述第一光栅(126x、126y) 的另一端部侧的第二应力传递部(130x、130y)。
9.根据权利要求8所述的光纤传感器(122)，其特征在于，上述第二光栅(127x、 127y)配置于上述光纤(120)中的上述第一应力传递部(130x、130y)的附近或上述第二应 力传递部(130x、130y)的附近。
10.根据权利要求7所述的光纤传感器(122)，其特征在于，以贯穿上述应力方向转 换部(116)的方式沿着上述被测定区域(102)配置有第一光纤(120x)，以贯穿上述应力方向转换部(116)且在平面视图中与上述第一光纤(120x)正交的方 式沿着上述被测定区域(102)配置有第二光纤(120y)，上述第一光栅(126x、126y)分别配置于上述第一光纤(120x)和上述第二光纤(120y)上，上述第二光栅(127x、127y)配置于上述第一光纤(120x)和上述第二光纤(120y)中的至少一方上。
11.根据权利要求1所述的光纤传感器(222)，其特征在于，在上述应力方向转换部 (230)的周围配置有多个应力检测传感器部(228x、228y)。
12.根据权利要求11所述的光纤传感器(222)，其特征在于，沿着通过上述应力方向 转换部(230)的第一方向，以夹着上述应力方向转换部(230)的方式配置有第一应力检测 传感器部(228x)和第二应力检测传感器部(228x)；而且，沿着通过上述应力方向转换部 (230)且不同于上述第一方向的第二方向，以夹着上述应力方向转换部(230)的方式配置 有第三应力检测传感器部(228y)和第四应力检测传感器部(228y)。
13.根据权利要求12所述的光纤传感器(222)，其特征在于，上述第一应力检测传感 器部(228x)和上述第二应力检测传感器部(228x)通过沿着上述第一方向延伸的第一光纤 (220x)架设起来，上述第三应力检测传感器部(228y)和上述第四应力检测传感器部(228y)通过沿着上 述第二方向延伸的第二光纤(220y)架设起来。
14.根据权利要求13所述的光纤传感器(222)，其特征在于，上述应力方向转换部 (230)具有被从外部施加应力的平坦部(232)；从该平坦部(232)架设至上述第一光纤 (220x)的第一应力传递部(234x)；以及从上述平坦部(232)架设至上述第二光纤(220y) 的第二应力传递部(234y)。
15.根据权利要求14所述的光纤传感器(222)，其特征在于，在上述平坦部(232)从 外部受到垂直应力的情况下，沿着该垂直应力的赋予方向的上述平坦部(232)的位置为 比上述第一光纤(220x)支撑和/或固定于上述第一应力传递部(234x)上的位置以及上述 第二光纤(220y)支撑和/或固定于上述第二应力传递部(234y)上的位置低的位置。
16.根据权利要求1所述的光纤传感器(422)，其特征在于，上述多个应力检测传感 器部(422)具有第一应力检测传感器部(428x)，其具有排列着第一光栅(426x)的第一 光纤(420x)；以及第二应力检测传感器部(428y)，其具有排列着第二光栅(426y)的第二 光纤(420y)，上述应力方向转换部(416)具有第一转换部(416x)，其将沿着与上述第一光栅 (426x)的排列方向不同的方向赋予的应力转换为该排列方向的应力并传递给该第一光栅 (426x)；以及第二转换部(416y)，其将沿着与上述第二光栅(426y)的排列方向不同的方 向赋予的应力转换为该排列方向的应力并传递给该第二光栅(426y)，上述第一和第二转换部(416x、416y)共有相同的平坦部(429)，上述第一转换部(416x)设置成以上述平坦部(429)为基点指向与该平坦部(429)正 交的第一垂直方向，而且上述第二转换部(416y)设置成以上述平坦部(429)为基点指向 与该平坦部(429)正交且与上述第一垂直方向相反的第二垂直方向。
17.根据权利要求16所述的光纤传感器(422)，其特征在于，上述平坦部(429)沿着 上述第一和第二应力检测传感器部(428x、428y)的第一和第二光栅(426x、426y)的排列 方向配置，上述第一光纤(420x)配置于沿着上述第一垂直方向离开上述平坦部(429)的部位， 而且上述第二光纤(420y)配置于沿着上述第二垂直方向离开上述平坦部(429)的部位，上述第一和第二转换部(416x、416y)配置成在平面视图中大致正交，并且上述第一 和第二转换部(416x、416y)分别具有上述平坦部(429)和从该平坦部(429)架设到上述 第一和第二光纤(420x、420y)的应力传递部(430x、430y)。
18.根据权利要求1所述的光纤传感器(522)，其特征在于，上述应力方向转换部 (530)具有第一平坦部(546)，其在与上述光纤(520)的长度方向平行的方向上延伸， 且在与该光纤(520)的长度方向不同的方向上被赋予应力；第二平坦部(532)，其具有相 对于上述第一平坦部(546)的平面高度不同的平面；第一应力传递部(548)，其从上述第 一平坦部(546)架设到上述第二平坦部(532)；以及第二应力传递部(534)，其从上述第 二平坦部(532)架设到上述光纤(520)。
19.根据权利要求1所述的光纤传感器(622)，其特征在于，上述应力方向转换部 (630)具有被从外部赋予应力的平坦部(632)；以及从该平坦部(632)架设到上述光纤 (620)的应力传递部(634)，上述平坦部(632)形成有突起(644、680、684)和/或槽(682、686)。
20.根据权利要求19所述的光纤传感器(622)，其特征在于，上述突起(680、684)和 /或上述槽(682、686)为柱状。
21.根据权利要求19所述的光纤传感器(622)，其特征在于，上述突起(680、684)和 /或上述槽(682、686)沿着与排列上述光栅(626x、626y)的方向大致正交的方向形成。
22.根据权利要求19所述的光纤传感器(622)，其特征在于，上述突起(644、680、 684)和/或上述槽(682、686)为点状。
23.根据权利要求19所述的光纤传感器(622)，其特征在于，上述突起(644、680、 684)和/或上述槽(682、686)在上述平坦部(632)上设有多个。
24.—种光纤传感器，其特征在于，该光纤传感器具有多个应力检测传感器部(326)，它们由排列着反射特定波长的光的光栅(324)的光纤 (320)构成；以及多个应力方向转换部(328)，它们配置于与各上述光栅(324)的排列部位不同的部 位，并且以夹着各上述光栅(324)的方式配置在各上述光栅(324)的两个端部，该多个应力方向转换部(328)将从外部赋予的应力转换为排列各上述光栅(324)的方向的应力并传 递给各上述光栅(324)。
25.—种光纤传感器，其特征在于，该光纤传感器具有1个应力检测传感器部(326)，其由排列着反射特定波长的光的光栅(324)的光纤 (320)构成；以及2个应力方向转换部(328a、328b)，它们配置于与各上述光栅(324)的排列部位不同 的部位，并且以夹着上述光栅(324)的方式配置在上述光栅(324)的两个端部，该2个应 力方向转换部(328a、328b)将从外部赋予的应力转换为排列上述光栅(324)的方向的应 力并传递给上述光栅(324)。
26.—种压力传感器，其特征在于，该压力传感器具有具有挠性的片体(18、118、218、418、518、618)；以及光纤传感器(22、122、222、422、522、622)，其具有多个应力检测传感器部 (27x、 27y、 112x、 114x、 112y、 114y、 228x、 228y、 428x、 428y、 527x、 527y、 627x、 627y)和应力方向转换部(29、116、230、416、530、630)，该多个应力检测传感器部 (27x、 27y、 112x、 114x、 112y、 114y、 228x、 228y、 428x、 428y、 527x、 527y、 627x、 627y)由排列着反射特定波长的光的光栅(26x、26y、126x、126y、127x、127y、226x、 226y、426x、426y、526x、526y、626x、626y)的光纤(20、120、220、420、520、620) 构成，该应力方向转换部(29、116、230、416、530、630)将从外部赋予的应力转换为 排列上述光栅(26x、26y、126x、126y、127x、127y、226x、226y、426x、426y、526x、 526y, 626x, 626y)的方向的应力或与排列上述光栅(26x、26y、126x, 126y, 127x, 127y, 226x, 226y, 426x, 426y, 526x, 526y, 626x, 626y)的方向相反的方向的应力， 并传递给各上述光栅(26x、26y、126x, 126y, 127x, 127y, 226x, 226y, 426x, 426y, 526x、 526y、 626x、 626y)。
27.根据权利要求26所述的压力传感器(16)，其特征在于，在上述片体(18)中配置 有多个上述光纤传感器(22)，上述光纤传感器(22)的上述多个应力检测传感器部(27x、27y)具有第一应力检 测传感器部(27x)，其沿着与水平应力的赋予方向平行且与垂直应力的赋予方向垂直的平 面配置，而且具有排列着第一光栅(26x)的第一光纤(20x)；以及第二应力检测传感器部 (27y)，其在与上述第一光纤(20x)的长度方向不同的方向上延伸，且具有排列着第二光 栅(26y)的第二光纤(20y)，上述应力方向转换部(29)将上述垂直应力转换为沿着上述平面的方向的应力。
28.根据权利要求27所述的压力传感器(16)，其特征在于，各上述光纤传感器(22) 的第一光纤(20x)和第二光纤(20y)分别是通过在上述片体(18)上配置形成有光栅间隔 彼此不同的多个光栅(26x、26y)的1根光缆(20)而构成的。
29.根据权利要求26所述的压力传感器(200)，其特征在于，在上述应力方向转换部 (230)的周围配置有多个上述应力检测传感器部(228x、228y)。
30.根据权利要求26所述的压力传感器(500)，其特征在于，上述应力方向转换部 (530)具有第一平坦部(546)，其在与上述光纤(520)的长度方向平行的方向上延伸， 且在与该光纤(520)的长度方向不同的方向上被赋予应力；第二平坦部(532)，其具有相对于上述第一平坦部(546)的平面高度不同的平面；第一应力传递部(548)，其从上述第 一平坦部(546)架设到上述第二平坦部(532)；以及第二应力传递部(534)，其从上述第 二平坦部(532)架设到上述光纤(520)。
31.根据权利要求26所述的压力传感器(600)，其特征在于，上述应力方向转换部 (630)具有被从上述物体赋予应力的平坦部(632)；以及从该平坦部(632)架设到上述 光纤(620)的应力传递部(634)，上述平坦部(632)形成有突起(644、680、684)和/或槽(682、686)。
32.—种压力传感器，其特征在于，该压力传感器具有具有挠性的片体(318)；以及光纤传感器(322)，其具有多个应力检测传感器部(326)和多个应力方向转换部 (328)，该多个应力检测传感器部(326)由排列着反射特定波长的光的光栅(324)的光纤 (320)构成，该多个应力方向转换部(328)配置于与各上述光栅(324)的排列部位不同的 部位，并且以夹着各上述光栅(324)的方式配置在各上述光栅(324)的两个端部，将从外 部赋予的应力转换为排列各上述光栅(324)的方向的应力并传递给各上述光栅(324)。
33.—种压力传感器，其特征在于，该压力传感器具有具有挠性的片体(318)；以及光纤传感器(322)，其具有1个应力检测传感器部(326)和2个应力方向转换部 (328a、328b)，该1个应力检测传感器部(326)由排列着反射特定波长的光的光栅(324) 的光纤(320)构成，该2个应力方向转换部(328a、328b)配置于与各上述光栅(324)的 排列部位不同的部位，并且以夹着上述光栅(324)的方式配置在上述光栅(324)的两个 端部，将从外部赋予的应力转换为排列上述光栅(324)的方向的应力并传递给上述光栅 (324)。
34.—种末端执行器，其特征在于，该末端执行器具有压力传感器(16、100、200、400、500、600)，其包括具有挠性的片体(18、118、 218、418、518、618)和光纤传感器(22、122、222、422、522、622)，该光纤传感 器(22、122、222、422、522、622)具有应力检测传感器部(27x、27y、112x、114x、 112y、114y、228x、228y、428x、428y、527x、527y、627x、627y)和应力方向转换 部(29、116、230、416、530、630)，该应力检测传感器部(27x、27y、112x、114x、 112y、114y、228x、228y、428x、428y、527x、527y、627x、627y)由排列着反射特定波 长的光的光栅(26x、26y、126x, 126y, 127x, 127y, 226x, 226y, 426x, 426y, 526x, 526y、626x、626y)的光纤(20、120、220、420、520、620)构成，该应力方向转换 部(29、116、230、416、530、630)将从与上述片体(18、118、218、418、518、618) 接触的物体赋予的应力转换为排列上述光栅(26x、26y、126x、126y、127x、127y、 226x、226y、426x、426y、526x、526y、626x、626y)的方向的应力并传递给上述光栅 (26x、 26y、 126x、 126y、 127x、 127y、 226x、 226y、 426x、 426y、 526x、 526y、 626x、 626y)；以及把持上述物体的把持部(66a、66b)。
35.根据权利要求34所述的末端执行器(66)，其特征在于，在上述把持部(66a、 66b)的与上述物体的接触部位配置有上述压力传感器(200)，在上述应力方向转换部(230)的周围配置有多个上述应力检测传感器部(228x、 228y)。
36.根据权利要求34所述的末端执行器(66)，其特征在于，在上述把持部(66a、 66b)的与上述物体的接触部位配置有上述压力传感器(600)，上述应力方向转换部(630)具有平坦部(632)，其在与上述光纤(620)的长度方向 平行的方向上延伸且在与上述光纤(620)的长度方向不同的方向上被赋予应力；以及从 该平坦部(632)架设到上述光纤(620)的应力传递部(634)，上述平坦部(634)形成有突起(644、680、684)和/或槽(682、686)。
37.—种末端执行器，其特征在于，该末端执行器具有压力传感器(300)，该压力传感器(300)包括具有挠性的片体(318)和光纤传感器 (322)，该光纤传感器(322)具有1个应力检测传感器部(326)和2个应力方向转换部 (328a、328b)，该1个应力检测传感器部(326)由排列着反射特定波长的光的光栅(324) 的光纤(320)构成，该2个应力方向转换部(328a、328b)配置于与各上述光栅(324)的排 列部位不同的部位，且以夹着上述光栅(324)的方式配置在上述光栅(324)的两个端部， 将从外部赋予的应力转换为排列上述光栅(324)的方向的应力并传递给上述光栅(324)； 以及把持上述物体的把持部(66a、66b)，在上述把持部(66a、66b)的与上述物体之间的接触部位配置上述压力传感器 (300)。
38.—种传感器信号处理装置，其特征在于，该传感器信号处理装置具有光纤传感器(22)，其具有多个应力检测传感器部(27x、27y)和应力方向转换部 (29)，该多个应力检测传感器部(27x、27y)由排列着反射特定波长的光的光栅(26x、 26y)的光纤(20)构成，该应力方向转换部(29)将从外部赋予的应力转换为排列上述光栅 (26x、26y)的方向的应力并传递给各上述光栅(26x、26y)；以及信号处理部(80)，其根据由于来自上述外部的应力的赋予而在上述光栅(26x、26y) 处产生的形变所导致的反射光的波长变化，计算水平应力和/或垂直应力，上述多个应力检测传感器部(27x、27y)具有第一应力检测传感器部(27x)，其具 有排列着第一光栅的第一光纤(20x)；以及第二应力检测传感器部(27y)，其在与上述第 一光纤(20x)的长度方向不同的方向上延伸，且具有排列着第二光栅(26y)的第二光纤(20y)，在上述第一光栅(26x)的反射光的波长偏移量与上述第二光栅(26y)的反射光的波长 偏移量大致一致的情况下，上述信号处理部(80)判定为未从上述外部对上述光纤传感器 (22)赋予上述水平应力，根据各上述偏移量来计算上述垂直应力。
39.根据权利要求38所述的传感器信号处理装置(60)，其特征在于，该传感器信号 装置(60)还具有压力传感器(16)，该压力传感器(16)沿着物体所接触且具有挠性的片体 (18)的表面配置有多个上述光纤传感器(22)，关于各上述光纤(20x、20y),在上述第一光栅(26x)的反射光的波长偏移量与上述 第二光栅(26y)的反射光的波长偏移量大致一致的情况下，上述信号处理部(80)判定为 未从上述物体对各上述光纤传感器(22)赋予上述水平应力，根据各上述偏移量分别计算配置有各上述光纤(20x、20y)的部位的上述垂直应力。
40.根据权利要求39所述的传感器信号处理装置(60)，其特征在于，各上述第一光 纤(20x)排列在彼此相同的方向上，并且各上述第二光纤(20y)排列在彼此相同的方向 上，关于各上述光纤(20x、20y)，在上述第一光栅(26x)的反射光的波长偏移量与上述 第二光栅(26y)的反射光的波长偏移量不一致的情况下，上述信号处理部(80)判定为从 上述物体分别对各上述光纤传感器(22)赋予了上述水平应力和上述垂直应力，上述信号处理部(80)根据相邻的2个光纤传感器(22)的第一光栅(26x)间的反射 光的波长间隔和第二光栅(26y)间的反射光的波长间隔，计算赋予给上述2个光纤传感器 (22)的水平应力，上述信号处理部(80)根据上述第一光栅(26x)间的反射光的波长间隔和上述第一光 栅(26x)的反射光的波长偏移量，或者根据上述第二光栅(26y)间的反射光的波长间隔和 上述第二光栅(26y)的反射光的波长偏移量，计算赋予给上述光纤传感器(22)的垂直应 力。
全文摘要
本发明提供一种光纤传感器、压力传感器、末端执行器以及传感器信号处理装置。FBG传感器(22)具有多个应力检测传感器部(27x、27y)，它们由排列着反射特定波长的光的光栅(26x、26y)的光纤(20x、20y)构成；以及应力方向转换部(29)，其将从外部赋予的应力转换为排列光栅(26x、26y)的方向的应力并传递给各光栅(26x、26y)。由此，应力方向转换部(29)能够将从物体赋予的应力传递给多个光栅(26x、26y)，应力的检测精度得以提高。
文档编号G01L1/24GK102012289SQ20101027230
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月2日 优先权日2009年9月3日
发明者古川诚, 国头正树, 小林正俊, 笛木信宏 申请人:本田技研工业株式会社