负荷和力矩的检测装置以及具有该检测装置的假肢的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种负荷和力矩的检测装置，其包括要受到外力的传感器块(日文: 寸一7''口、y夕)以及支承于该传感器块、用于检测作为外力的成分的负荷和力矩的应变仪，尤其涉及能够有效地获得较大的应变输出的技术。另外，本发明还涉及一种组装有这样的检测装置的假腿或假臂等假肢(该假肢还包括机器人的手脚)。
【背景技术】
[0002]在这种假肢中，需要准确地掌握假肢处于何种状态或姿势。这是因为，能够通过该掌握的信息引导进行适当的控制。例如，在设计假腿时，重要的是要知道假腿处于步行的哪种姿势、即要知道是处于迈步期(日文:遊脚相)或站立期(日文:立脚相)以及要知道处于平地步行或坡道步行。在此作为课题的负荷和力矩连同膝部角度一起是获知这样的姿势的重要因素。以下，作为应用对象而以假腿为中心展开说明，不言而喻，本发明除了能够应用于假腿之外，还能够应用于其他假肢。
[0003]在对负荷(或轴向力)和力矩进行测定或检测的第I方法中，分别独立地对所述负荷和力矩进行检测。专利文献1、专利文献2示出了这样的第I方法。另外，在第2方法中，一并取得负荷和力矩的混合信息，并利用运算将取得的所述混合信息分离，从而获得负荷和力矩各自的信息。专利文献3示出了第2方法。此外，所述第I方法和第2方法通常以如下情况为前提，即，将具有传感器块和应变仪的检测装置组装于假肢并将检测装置本身作为假肢的一个组成部件。
[0004]除了使检测装置成为假肢的组成部件这样的技术之外，还公知有如下一种技术，即，通过将检测装置暂时组装于假肢，使用该检测装置来对假肢进行分析、评价(是否适合于使用者的评价)，之后将检测装置置换成假肢的规定的组成部件(例如旋转适配器)。专利文献4示出了暂时组装检测装置的技术。
[0005]专利文献1:TO2011/100117
[0006]专利文献2:日本特开2003 - 70817号公报
[0007]专利文献3:W02001/072245
[0008]专利文献4:W02007/048374(与日本特表2009 — 513198号公报相对应)
【发明内容】
[0009]发明要解决的问题
[0010]在对负荷和力矩各自的信息独立地进行检测的第I方法中，为了支承应变传感器，需要在传感器块上设置两个正交的面。因此，诸如专利文献1、专利文献2所示，传感器块是截面为环形的中空构造，需要将应变仪配置于该中空构造的内部的面上。在这点上，在第I方法中，由于没有同时获取负荷和力矩这两者的信息，因此需要使应变仪的个数加倍，由此存在如下问题，即，设置这些应变仪的作业很繁琐，要花费劳力和时间来制造检测装置。
[0011]第2方法具有所需的应变仪的数量相对较少这样的特征。但是，不论第I方法、第2方法，为了进行有效的信号处理，均要使应变仪产生较大的输出。为此，期望利用施加于传感器块的外力来使传感器块的支承应变仪的部分产生更大的应变。然而，在欲获得较大的应变时，存在使传感器块大型化的倾向，从而妨碍检测装置的小型化。
[0012]例如，在从获得较大的应变量的观点来看专利文献4时，在传感器块的四角的凸缘的各角部设置了支柱，将各应变仪配置于凸缘上的略微离开所述各支柱(也就是固定部分)的部位。由于自固定部分起到应变仪的所在位置具有一些距离，因此外力作为弯曲力施加于各应变仪。但是，所述的一些距离很短，应变量很小，从而应变仪的输出较低。
[0013]因此，本发明构成为考虑到传感器块的小型化，并且增大外力所产生的弯曲，其目的在于，提供一种能够增大应变仪的输出的检测装置。
[0014]另外，本发明的另一目的在于，提供一种能够在距应变仪极近的位置配置用于放大应变仪的检测输出的放大器的检测装置。对于本发明的其他目的，根据以下的说明会变得明确。
_5] 用于解决问题的方案
[0016]在本发明中，采用所需的应变仪的数量较少的第2方法。并且，为了增大应变仪的输出，使支承应变仪的传感器块设为特定的结构。即，该传感器块构成为包括:基座，其具有沿着要检测的负荷的方向延伸的轴心；前侧壁，其在自基座的轴心偏移了的位置处自基座竖起；后侧壁，其在自基座的轴心向与该前侧壁相反的方向偏移了的位置处自基座竖起；以及上壁，其将前侧壁的上端和后侧壁的上端连结起来。
[0017]将传感器块设成整体为一体的构造。传感器块的材料具有如下各种特性等:耐腐蚀性、机械强度优异，另外，杨氏模量较小，不易塑性变形(或承载能力较大)，不易热膨胀等。另外，从使假肢轻型化的观点考虑，重量也很重要。在考虑到这样的各种特性的情况下，作为适合用作传感器块的材料，能够列举例如铝或铝合金、不锈钢、钛或钛合金等金属以及这些金属的合金。
[0018]传感器块在上壁的上表面支承各应变仪，但对于上壁的配置有应变仪的部分与上壁的其他部分相比，容易受到外力的影响而变形。在具体观察上壁时，上壁包括位于前侧壁与后侧壁之间的中央的中央部分、位于该中央部分与前侧壁之间的第I部分、以及位于该中央部分与后侧壁之间的第2部分。在此，中央部分是与前侧壁和后侧壁各自的偏移方向正交的部分，支承应变仪的第I部分和第2部分位于该中央部分的两侧。
[0019]中央部分的厚度例如大于第I部分和第2部分的厚度，由此，中央部分的刚性较大而不易变形。为了增大刚性，也可以设置肋。相对于这样的中央部分，支承应变仪的第I部分和第2部分的厚度例如较小，从而相对地容易变形或容易产生应变。应变仪是位于上壁的第I部分的上表面的第I应变仪和位于上壁的第2部分的上表面的第2应变仪这样的两种或两组应变仪。
[0020]作为第I应变仪和第2应变仪，通常使用电阻线应变仪，但也可以使用更高输出的半导体应变仪。所述应变仪配置于传感器块的上壁的上表面，因此易于对其进行粘贴作业。第I应变仪和第2应变仪以相对于上壁的中央部分对称的方式配置。因而，两个应变仪为彼此互补的关系，从温度特性的方面考虑也优选如此配置。另外，具有对称配置的两个应变仪还具有能够有效地进行考虑到粘贴误差的校正这样的优点。
[0021]通过这样的第I应变仪和第2应变仪来检测一方向上的负荷和一平面上的力矩的混合信息。一方向上的负荷是在沿着传感器块的基座的轴心延伸的方向上的负荷，另外，一平面上的力矩是沿着前侧壁和后侧壁各自的偏移方向且与上壁的上表面正交的面上的力矩。
[0022]在本发明中，将要被检测负荷和力矩的对象物(例如假腿)与传感器块间的安装部的位置设置在传感器块的中央部分的两端部、即在与前侧壁和后侧壁各自的偏移方向正交的方向上的两端部。经由所述中央部分的两端部来安装或固定要被检测的对象物。
[0023]作为将中央部分的两端部固定于对象物的方法，也可以采用使用多个固定螺纹件的通常方法，但优选使用环状的固定螺纹构件。这样一来，能够将用于放大应变仪的检测输出的放大器配置在该环状的固定螺纹构件所划分出的内周空间中。另外，由于包围放大器的固定螺纹构件是导电