力检测装置、机器人、电子部件输送装置以及检查装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及力检测装置、机器人、电子部件输送装置、电子部件检查装置以及部件加工装置。
【背景技术】
[0002]近年来，为了提高生产效率而不断向工厂等生产施设引入工业用机器人。这样的工业机器人具备能够相对于单轴或者多轴方向驱动的臂、和安装于臂前端侧的手部、部件检查用器具或者部件输送用器具等末端执行器，能够执行部件的组装作业、部件加工作业等部件制造作业、部件输送作业以及部件检查作业等。
[0003]在这样的工业用机器人中，例如在臂与末端执行器之间设置有力检测装置。作为用于工业用机器人的力检测装置，例如可使用专利文献I中公开那样的力检测装置。专利文献I中记载的力检测装置具备I对基部(底板以及罩板)、和设置在该I对基部之间的多个压电元件。若向上述基部施加外力，则I对基部相对位移而向压电元件施加外力。通过使用来自该压电元件的输出，能够检测I对基部间的外力。在使用了这样的压电元件的力检测装置中，因外力引起的压电元件的变形被转换为信号并输出。另外，I对基部间被加压螺栓固定，对压电元件加压。
[0004]在将这样的力检测装置用于工业用机器人的情况下，若一方的基部由于来自设置于臂、末端执行器的马达等发热源的热传递而被加热，则该基部热膨胀，接着经由加压螺栓等或者通过辐射热，另一方的基部被加热而热膨胀。由此，导致对设置于一对基部之间的压电元件的加压发生变化。这样的加压变化成为压电元件的输出中的相对于真值的噪声分量。
[0005]另外，作为能够除去或者减少因这样的温度变化引起的噪声分量的力检测装置，例如专利文献2公开了一种具备外力检测用的主压电元件、和温度补偿用的副压电元件的力检测装置。在专利文献2所公开的力检测装置中，副压电元件被配置为不产生因外力引起的加压变化，加压变化仅因力检测装置的温度变化而发生。因此，从副压电元件不检测出因作用了外力而引起的输出变化，仅检测因与力检测装置的温度变化对应的输出变化、即温度变化引起的噪声分量。通过使用这样的来自副压电元件的输出来修正(补偿)主压电元件的输出，专利文献2所记载的力检测装置除去或者减少因力检测装置的温度变化引起的噪声分量。
[0006]在这样的力检测装置的压电元件中，由于从压电元件输出的电荷微弱，所以无法忽略因转换电路的漏电流引起的输出漂移的影响。用于减少该输出漂移的各种方法已被研究。
[0007]作为修正上述转换电路即积分电路的漏电流的方法，专利文献3提出了一种利用由二极管构成的反向偏置电流电路来消除积分电路的漏电流的方法。在专利文献3所记载的方法中，通过相对漏电流输入相反方向的偏置电流，能够抑制输出漂移。另外，通过利用CPU等控制偏置电流，也能够应对由温度变化引起的漏电流的变动。
[0008]专利文献1:日本特开2011 - 80586号公报
[0009]专利文献2:日本特开2010 - 25735号公报
[0010]专利文献3:日本特开平11 - 148878号公报
[0011]然而，在专利文献2所记载的力检测装置中，需要另外在力检测装置内部设置温度补偿用的副压电元件。因此，需要确保用于设置副压电元件的空间，难以实现力检测装置的小型化。另外，存在需要用于使温度补偿用的副压电元件的输出特性、与外力检测用的主压电元件的输出特性一致的部件精度管理之类的问题。
[0012]另外，在专利文献3所记载的方法中，由于反向偏置电流电路的举动与积分电路的举动并非完全一致，所以反向偏置电流电路无法追随于积分电路的急剧变动，存在力检测的精度降低之类的问题。
【发明内容】
[0013]鉴于此，本发明人们着眼于因温度变化引起的压电元件的输出变动主要取决于一对基部的热膨胀只差、即一对基部的温度差，发明了一种不使用温度补偿用的副压电元件就能够补偿因力检测装置的温度变化引起的压电元件的输出变动的力检测装置。
[0014]本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够使装置小型化并且提高力检测的精度的力检测装置、机器人、电子部件输送装置、电子部件检查装置、以及部件加工装置。
[0015]本发明为了解决上述课题的至少一部分而提出，能够通过以下的方式或者应用例而实现。
[0016][应用例I]
[0017]本应用例涉及的力检测装置的特征在于，具备:第一基部；第二基部；元件，其被设置在上述第一基部与上述第二基部之间，根据外力来输出电荷；转换电路，其将从上述元件输出的上述电荷转换为电压；补偿用转换电路，其对上述转换电路进行温度补偿；温度传感器，其检测上述转换电路的温度；以及外力运算电路，其根据上述温度传感器的检测结果、从上述转换电路输出的电压、和从上述补偿用转换电路输出的电压来运算上述外力。
[0018]由此，能够提高力检测的精度。即，通过将从转换电路输出的电压与从补偿用转换电路输出的电压进行减法运算，能够除去或者减少因从转换电路输出的电压所包含的漏电流等引起的噪声分量。另外，由于转换电路和补偿用转换电路都是将电荷转换为电压的电路，所以转换电路的举动与补偿用转换电路的举动一致或者近似，由此，即使在转换电路中产生急剧的变动，补偿用转换电路也能够追随该变动。另外，通过根据由温度传感器检测的转换电路的温度，来修正从转换电路输出的电压，能够应对因温度变化引起的漏电流的变动。由此，能够提高力检测装置的测定精度。
[0019]另外，在本应用例的力检测装置中，不需要用于补偿因力检测装置的温度变化引起的元件的输出变动的温度补偿用的子元件。因此，与设置上述子元件的情况相比，能够减少部件个数，另外，不需要确保用于设置子元件的空间，能够使力检测装置小型化。另外，由于不需要用于使温度补偿用的子元件的输出特性、与外力检测用的主元件的输出特性一致的部件精度管理，所以能够减少部件的制造、管理成本。
[0020][应用例2]
[0021]在本应用例涉及的力检测装置中，优选在将由上述温度传感器检测的上述转换电路的温度设为t、将从上述转换电路输出的电压设为Vo、将从上述补偿用转换电路输出的电压设为Vt、将系数设为A时，上述外力运算电路根据上述温度t来修正上述系数A，通过下述(I)式来运算上述外力Vc。
[0022]Vc = Vo — A.Vt...(I)
[0023]由此，通过根据温度t来修正系数A，能够应对因温度变化引起的漏电流的变动，能够不受温度影响地提高力检测的精度。
[0024][应用例3]
[0025]在本应用例涉及的力检测装置中，优选具有存储部，该存储部存储表示上述系数A与上述温度t的关系的信息，上述外力运算电路根据上述信息，从上述温度t导出上述系数A0
[0026]由此，能够容易地根据温度t来修正系数A，能够应对因温度变化引起的漏电流的变动，能够不受温度影响地提高力检测的精度。
[0027][应用例4]
[0028]在本应用例涉及的力检测装置中，优选上述转换电路和补偿用转换电路由相同的部件构成。
[0029]由此，通过对从转换电路输出的电压和从补偿用转换电路输出的电压进行减法运算，能够除去或者进一步减少因从转换电路输出的电压所包含的漏电流等引起的噪声分量。另外，能够使转换电路的举动与补偿用转换电路的举动一致或者进一步近似，由此，即使在转换电路中产生急剧的变动，补偿用转换电路也能够追随该变动。
[0030][应用例5]
[0031]在本应用例涉及的力检测装置中，优选具有电路基板，该电路基板被设置在上述第一基部与上述第二基部之间，并安装有上述转换电路以及上述补偿用转换电路，上述温度传感器被安装于上述电路基板。
[0032]由此，能够更准确地检测转换电路的温度。
[0033][应用例6]
[0034]在本应用例涉及的力检测装置中，优选上述元件具有层叠的3个外力传感器，在将上述外力传感器的层叠方向设为Y轴方向、将正交于上述Y轴方向且相互正交的方向分别设为α轴方向、β轴方向的情况下，上述外力传感器的一个根据沿上述α轴方向的上述外力来输出上述电荷，上述外力传感器的一个根据沿上述β轴方向的上述外力来输出上述电荷，上述外力传感器的一个根据沿上述Y轴方向的上述外力来输出上述电荷。
[0035]由此，元件能够根据3个轴力(x、y、z轴方向的并进力成分)来输出电荷。
[0036][应用例7]
[0037]在本应用例涉及的力检测装置中，优选具有至少3个上述元件，上述外力运算电路根据上述温度传感器的检测结果、利用上述转换电路对从上述各元件输出的上述电荷进行转换而成的电压、以及从上述补偿用转换电路输出的电压，来检测6个轴力。
[0038]由此，能够无偏差地检测外力，可进行更高精度的力检测。而且,能够检测6个轴力、即X、y、ζ轴方向的并进力成分(剪切力以及压缩/拉伸力))以及绕X、1、ζ轴的旋转力成分(力矩)。
[0039][应用例8]
[0040]在本应用例涉及的力检测装置中，优选具有多个上述元件，上述各元件沿上述第一基部或者上述第二基部的周向以等角度间隔配置。
[0041]由此，能够无偏差地检测外力，可进行更高精度的力检测。而且，通过具有3个以上的元件，能够检测6个轴力、即x、y、z轴方向的并进力成分(剪切力以及压缩/拉伸力))以及绕X、1、ζ轴的旋转力成分(力矩)。
[0042][应用例9]
[0043]本应用例涉及的机器人的特征在于，具备:臂；末端执行器，其被设置于上述臂；以及力检测装置，其被设置在上述臂与上述末端执行器之间，检测上述末端执行器被施加的外力，上述力检测装置具备:第一基部；第二基部；元件，其被设置在上述第一基部与上述第二基部之间，根据外力来输出电荷；转换电路，其将从上述元件输出的上述电荷转换为电压；补偿用转换电路，由于上述转换电路相同的部件构成；温度传感器，其检测上述转换电路的温度；以及外力运算电路，其根据上述温度传感器的检测结果、从上述转换电路输出的电压、和从上述补偿用转换电路输出的电压，来运算上述外力。
[0044]由此，能够得到与上述应用例的力检测装置相同的效果。而且，能够反馈由力检测装置检测出的外力，更精密地执行作业。另外，能够根据力检测装置检测的外力，来检测末端执行器与障碍物的接触等。因此，能够容易地进行通过现有的位置控制难以进行的躲避障碍物动作、避免对象物损伤动作等，能够更安全地执行作业。
[0045][应用例10]
[0046]本应用例涉及的电子部件输送装置的特征在于，具备:把持部，其把持电子部件；和力检测装置，其检测上述把持部被施加的外力，上述力检测装置具备:第一基部；第二基部；元件，其被设置在上述第一基部与上述第二基部之间，根据外力来输出电荷；转换电路，其将从上述元件输出的上述电荷转换为电压；补偿用转换电路，其由与上述转换电路相同的部件构成；温度传感器，其检测上述转换电路的温度；以及外力运算电路，其根据上述温度传感器的检测结果、从上述转换电路输出的电压、和从上述补偿用转换电路输出的电压，来运算上述外力。
[0047]由此，能够得到与上述应用例的力检测装置相同的效果。而且，能够对由力检测装置检测的外力进行反馈，更精密地执行作业。另外，能够根据力检测装置检测出的外力，来检测末端执行器与障碍物的接触等。因此，能够容易地进行通过现有的位置控制难以进行的躲避障碍物动作、避免对象物损伤动作等，更安全地执行电子部件输送作业。
[0048][应用例11]
[0049]本应用例涉及的电子部件检查装置的特征在于，具备:把持部，其把持电子部件；检查部，其检查上述电子部件；以及力检测装置，其检测上述把持部被施加的外力，上述力检测装置具备:第一基部；第二基部；元件，其被设置在上述第一基部与上述第二基部之间，根据外力来输出电荷；转换电路，其将从上述元件输出的上述电荷转换为电压；补偿用转换电路，其由与上述转换电路相同的部件构成；温度传感器，其检测上述转换电路的温度；以及外力运算电路，其根据上述温度传感器的检测结果、从上述转换电路输出的电压、和从上述补偿用转换电路输出的电压，来运算上述外力。
[0050]由此，能够得到与上述应用例的力检测装置相同的效果。而且，能够对由力检测装置检测出的外力进行反馈，更精密地执行作业。另外，能够根据力检测装置检测出的外力，来检测末端执行器与障碍物的接触等。因此，能够容易地进行通过现有的位置控制难以进行的躲避障碍物动作、避免对象物损伤动作等，更安全地执行电子部件检查作业。
[0051][应用例12]
[0052]本应用例涉及的部件加工装置的特征在于，具备:工具位移部，其被安装工具，使上述工具位移；和力检测装置，其检测上述工具被施加的外力，上述力检测装置具备:第一基部；第二基部；元件，其被设置在上述第一基部与上述第二基部之间，根据外力来输出电荷；转换电路，其将从上述元件输出的上述电荷转换为电压；补偿用转换电路，其由与上述转换电路相同的部件构成；温度传感器，其检测上述转换电路的温度；以及外力运算电路，其根据上述温度传感器的检测结果、从上述转换电路输出的电压、和从上述补偿用转换电路输出的电压，来运算上述外力。
[0053]由此，能够得到与上述应用例的力检测装置相同的效果。而且，通过对由力检测装置检测出的外力进行反馈，部件加工装置能够更精密地执行部件加工作业。另外，能够根据力检测装置检测的外力，来检测工具与障碍物的接触等。因此，能够在障碍物等接触工具的情况下紧急停止，部件加工装置能够执行更安全的部件加工作业。
[0054][应用例13]
[0055]本应用例涉及的力检测装置的特征在于，具备:第一基部；元件，其根据外力来输出信号；第二基部，在该第二基部与上述第一基部之间设置上述元件；第一温度传感器，其被设置于上述第一基部，检测上述第一基部的温度；第二温度传感器，其被设置于上述第二基部，检测上述第二基部的温度；以及外力检测电路，其根据从上述元件输出的上述信号、上述第一温度传感器的输出、和上述第二温度传感器的输出，来检测上述外力。
[0056]由此，能够使用第一温度传感器以及第二温度传感器来检测第一基部与第二基部的温度差。由于因力检测装置的温度变化引起的元件的噪声分量主要取决于第一基部与第二基部的热膨胀的差、即第一基部与第二基部的温度差，所以外力检测电路使用第一基部与第二基部的温度差，能够从元件的输出除去或者减少因温度变化引起的噪声分量。因此，能够提高力检测装置的测定精度。并且，在本应用例涉及的力检测装置中，不需要用于对因力检测装置的温度变化引起的压电元件的输出变动进行补偿的温度补偿用的子元件。因此，不需要确保用于设置副压电元件的空间，能够使力检测装置小型化。另外，由于也不需要用于使温度补偿用的副压电元件的输出特性、与外力检测用的主压电元件的输出特性一致的部件精度管理，所以能够减少部件的制造、管理成本。
[0057][应用例14]
[0058]在本应用例涉及的力检测装置中，优选上述外力检测电路计算上述第一温度传感器的上述输出与上述第二温度传感器的上述输出的差量，通过根据上述差量修正从上述元件输出的上述信号来检测上述外力。
[0059]由此，能够通过不使用温度补偿用的子元件等的简易结构，从元件的输出除去或者减少因温度变化引起的噪声分量，进行更高精度的力检测。
[0060][应用例15]
[0061]优选本应用例涉及的力检测装置具有多个上述元件，上述各元件沿上述第一基部或者上述第二基部的周向以等角度间隔配置。
[0062]由此，能够无偏差地检测施加于力检测装置的外力。
[0063][应用例16]
[0064]优选本应用例涉及的力检测装置具有数量与多个上述元件的数量相等的上述第一温度传感器、和数量与多个上述元件的上述数量相等的上述第二温度传感器。
[0065]由此，能够检测各元件附近的第一基部以及第二基部的温度，能够更准确地补偿从各元件输出的信号。
[0066][应用例17]
[0067]在本应用例涉及的力检测装置中，优选上述元件具有层叠的3个外力传感器，在将上述外力传感器的层叠方向设为Y轴方向、将正交于上述Y轴方向且相互正交的方向分别设为α轴方向、β轴方向的情况下，上述外力传感器的一个根据朝向上述α轴方向的上述外力来输出上述信号，上述外力传感器的一个根据朝向上述β轴方向的上述外力来输出上述信号，上述外力传感器的一个根据朝向上述Y轴方向的上述外力来输出上述信号。
[0068]由此，元件能够根据3个轴力(x、y、z轴方向的并进力成分)来输出电荷。
[0069][应用例18]
[0070]优选本应用例涉及的力检测装置具有至少4个上述元件，上述外力检测电路根据从上述各兀件输出的上述信号、上述第一温度传感器的输出、和上述第二温度传感器的输出，来检测6个轴力。
[0071]在本应用例的力检测装置中，通过使用来自4个元件(2对元件)的输出，能够检测6个轴力、即x、y、ζ轴方向的并进力成分(剪切力以及压缩/拉伸力)以及绕x、y、z轴的旋转力成分(力矩))。
[0072][应用例19]
[0073]在本应用例涉及的力检测装置中，优选上述元件以垂直于上述第一基部的状态被设置在上述第一基部与上述第二基部之间。
[0074]由此，能够仅使用来自元件的输出中、力检测装置的温度变化的影响小的与剪切力(x、y轴方向的并进力成分)对应的输出来检测6个轴力。因此，能够从元件的输出进一步除去或者减少因温度变化引起的噪声分量。
[0075][应用例20]
[0076]本应用例涉及的机器人的特征在于，具备:臂；末端执行器，其被设置于上述臂；以及力检测装置，其被设置在上述臂与上述末端执行器之间，检测上述末端执行器被施加的外力，上述力检测装置具备:第一基部；元件，其根据外力来输出信号；第二基部，在该第二基部与上述第一基部之间设置上述元件；第一温度传感器，其被设置于上述第一基部，检测上述第一基部的温度；第二温度传感器，其被设置于上述第二基部，检测上述第二基部的温度；以及外力检测电路，其根据从上述元件输出的上述信号、上述第一温度传感器的输出、和上述第二温度传感器的输出，来检测上述外力。
[0077]由此，能够得到与上述应用例的力检测装置相同的效果。而且，能够由力检测装置检测出的外力进行反馈，更精密地执行作业。另外，能够根据由力检测装置检测出的外力，来检测末端执行器与障碍物的接触等。因此，能够容易地进行通过现有的位置控制难以进行的躲避障碍物动作、避免对象物损伤动作等，能够更安全地执行作业。并且，由于不需要温度补偿用的子元件，所以能够使力检测装置小型化。因此，能够使机器人小型化。
[0078][应用例21]
[0079]本应用例涉及的电子部件输送装置的特征在于，具备:把持部，其把持电子部件；力检测装置，其检测上述把持部被施加的外力，上述力检测装置具备:第一基部；元件，其根据外力来输出信号；第二基部，在该第二基部与上述第一基部之间设置上述元件；第一温度传感器，其被设置于上述第一基部，检测上述第一基部的温度；第二温度传感器，其被设置于上述第二基部，检测上述第二基部的温度；以及外力检测电路，其根据从上述元件输出的上述信号、上述第一温度传感器的输出、和上述第二温度传感器的输出，来检测上述外力。
[0080]由此，能够得到与上述应用例的力检测装置相同的效果。而且，能够对由力检测装置检测出的外力进行反馈，更精密地执行作业。另外，能够根据力检测装置检测出的外力，来检测末端执行器与障碍物的接触等。因此，能够容易地进行通过现有的位置控制难以进行的躲避障碍物动作、避免对象物损伤动作等，能够更安全地执行电子部件输送作业。并且，由于不需要温度补偿用的子元件，所以能够使电子部件输送装置小型化。因此，能够使机器人小型化。
[0081][应用例22]
[0082]本应用例涉及的电子部件检查装置的特征在于，具备:把持部，其把持电子部件；检查部，其检查上述电子部件；以及力检测装置，其检测上述把持部被施加的外力，上述力检测装置具备: