檢測裝置、電子儀器以及機器人的製作方法

2023-09-23 04:02:45

專利名稱：檢測裝置、電子儀器以及機器人的製作方法
技術領域：
本發明涉及檢測裝置、電子儀器以及機器人。
背景技術：
作為檢測外力的裝置，公知有專利文獻1 3所記載的檢測裝置。對於這樣的檢測裝置，被研究有向觸摸面板、機器人的觸覺傳感器等的應用。專利文獻1 日本特開2008-164557號公報專利文獻2 日本特開2007-187502號公報專利文獻3 日本特許第4364146號公報專利文獻1的檢測裝置構成為，將具有突出部的多個觸頭設置於壓敏元件的表面，根據施加於這些各觸頭的負荷量以及各觸頭的移動量，來檢測壓力分布以及水平方向的壓力。然而，由於在專利文獻1的檢測裝置中觸頭形成為露出，故在例如外壓作用於兩個相鄰的觸頭之間的區域的情況下，兩個相鄰的觸頭朝相互相反的方向傾斜。即，引起檢測出與外壓被施加方向相反的方向的誤檢測，不能適當地測定施加於檢測裝置的外壓。專利文獻2的檢測裝置構成為，將球狀或頂端部朝向壓敏元件側的半球狀的彈性體設置於壓敏元件表面，根據彈性體的變形以及重心位置的變化，來檢測外壓的大小與方向。然而，在專利文獻2的檢測裝置中，由於彈性體與壓敏元件之間不相互接合，故當例如向彈性體施加水平方向的外壓時，存在彈性體的重心與壓敏元件的基準位置錯離且不能恢復原狀的情況。在彈性體的重心與壓敏元件的基準位置的偏差殘留的狀態下，存在所謂的不能適當地測定水平方向的外壓的大小的問題。專利文獻3的檢測裝置構成為，在壓敏元件的表面設置柱狀體以及受壓薄片，柱狀體與受壓薄片之間相互接合。因此，在向受壓薄片施加外壓的情況下，應力集中到與柱狀體之間的接合部，存在柱狀體與受壓薄片之間的接合面易於損壞、耐久性惡劣的問題。

發明內容
本發明是為了解決上述的課題的至少一部分而形成的，能夠作為以下的方式或者應用例而實現。應用例1本應用例的檢測裝置的特徵在於，具備第一基板，該第一基板具有配置在基準點的周圍的多個壓力傳感器；彈性體突起，該彈性體突起的重心位於與所述基準點重合的位置，並且該彈性體突起會在外壓的作用下發生彈性變形；以及第二基板，其隔著所述彈性體突起被設置於所述第一基板的相反側；所述彈性體突起以頂端部與所述第二基板抵接的方式形成於所述第一基板，在所述彈性體突起的頂端部與所述第二基板抵接的狀態下，所述檢測裝置檢測從所述第二基板側被施加的外壓的方向與大小。根據該檢測裝置，當向第二基板的表面附加外壓時，彈性體突起發生壓縮變形。此時，在存在面內的規定方向的滑動力成分(與壓力傳感器表面平行的方向的力成分)的情況下，彈性體突起的重心從基準點錯離並朝規定方向(滑動方向)移動。於是，在多個壓力傳感器中的、與彈性體突起的重心重合的位置的壓力傳感器中檢測到相對地較大的壓力值，在不與彈性體突起的重心重合的位置的壓力傳感器中檢測到相對地較小的壓力值。因此，能夠計算由各壓力傳感器檢測到的壓力值的差分，並基於該差分來求得外壓被施加的方向與大小。由此，能夠提供耐久性優異且能以高精度檢測外壓被施加的方向與大小的檢測裝置。應用例2在上述所記載的檢測裝置中，也可以具備計算裝置，該計算裝置計算基於所述彈性體突起因外壓而發生彈性變形的情況由多個所述壓力傳感器檢測到的壓力值中的、由任意組合的各壓力傳感器檢測到的壓力值的差分，並基於該差分來計算被施加的外壓的方向與大小。應用例3在上述所記載的檢測裝置中，優選為所述彈性體突起由具有規定的硬度的樹脂材料構成，並為半球狀。由於近似半球狀的彈性體突起的頂端部朝向第二基板而被配置於第一基板，故即便在附加滑動力的狀態下，彈性體突起的與第一基板接觸的接觸面水平位置也難以產生偏差，由此，在附加滑動力、彈性體突起的重心位置與基準位置錯離之後，即便在不附加滑動力的狀態下，也能夠降低或防止彈性體突起的重心位置與基準位置的偏差的殘留。另外，由於頂端朝向第二基板而配置的近似半球狀的彈性體突起的頂端是曲面， 故在外力被向第二基板施加的情況下，能夠抑制應力集中於彈性體突起的某一部分，能夠提高耐久性。應用例4在上述所記載的檢測裝置中，優選為，所述多個壓力傳感器相對於所述基準點被配置為點對稱。根據該檢測裝置，由於基準點與各壓力傳感器之間的距離相互相等，故所述彈性體突起的重心位置的變化量與由各壓力傳感器檢測的壓力值之間的關係相互相等。例如，在多個壓力傳感器從基準點以相互不同距離地被配置的情況下，即便彈性體突起的重心位置的變化量相同，由各壓力傳感器檢測的壓力值也相互不同。因此，在計算檢測值的差分時，需要與各壓力傳感器的配置位置對應的修正係數。然而，根據該結構，由於彈性體突起的重心位置的變化量與各壓力傳感器所檢測的壓力值之間的關係相互相等，故不需要所述修正係數。由此，根據由各壓力傳感器檢測的壓力值來計算外壓的方向與大小變得容易，從而能夠高效地檢測外壓。應用例5在上述所記載的檢測裝置中，所述多個壓力傳感器也可以被配置於相互交叉的兩個方向。根據該檢測裝置，根據各壓力傳感器的壓力值中的、任意地組合的各壓力傳感器的壓力值的差分，能夠容易地計算外壓的方向與大小。應用例6
在上述所記載的檢測裝置中，所述多個壓力傳感器也可以在相互交叉的兩個方向上被配置為至少4行4列。根據該檢測裝置，配置的壓力傳感器的數量變多。因此，能夠基於由多個壓力傳感器檢測的壓力值，累計各壓力傳感器的檢測結果來確定外壓的進行作用的方向。由此，能夠以高精度來檢測外壓的方向。應用例7在上述所記載的檢測裝置中，也可以是所述彈性體突起在所述第一基板形成有多個，所述多個彈性體突起相互分離地被配置，所述第二基板被配置為跨越所述多個彈性體突起。根據該檢測裝置，能夠允許在彈性體突起進行彈性變形時在第二基板的面內平行的方向的變形量。例如，能夠抑制在一處的彈性突起變形時對其他處的彈性體突起產生變形的影響。因此，與多個彈性體突起相互接觸地被配置的情況相比，能夠正確地將外壓傳遞到各壓力傳感器。由此，能夠以高精度來檢測外壓的方向與大小。應用例8在上述所記載的檢測裝置中，優選為所述第二基板具有比所述彈性體突起高的剛性。根據該檢測裝置，在例如外壓作用在兩個相鄰的彈性體突起之間的區域的情況下，能夠抑制兩個相鄰的彈性體突起朝相互相反的方向壓縮變形。即，能夠抑制所謂的檢測出與外壓的被施加的方向相反的方向的誤檢測。由此，能夠以高精度來檢測外壓的方向。應用例9本應用例的電子儀器的特徵在於，具備上述的檢測裝置。根據該電子儀器，由於具備上述的檢測裝置，故能夠提供能以高精度來檢測外壓的方向與大小的電子儀器。應用例10本應用例的機器人的特徵在於，具備上述的檢測裝置。根據該機器人，由於具備上述的檢測裝置，故能夠提供能以高精度來檢測外壓的方向與大小的機器人。


圖1是表示本發明的第一實施方式所涉及的檢測裝置的概略結構圖的分解立體圖。圖2(a) (C)是表示基於第一實施方式所涉及的壓力傳感器的壓力值的變化的截面圖。圖3(a) (C)是表示基於第一實施方式所涉及的壓力傳感器的壓力值的變化的俯視圖。圖4是表示計算外壓的計算裝置的一例的圖。圖5是表示第一實施方式所涉及的傳感檢測區域的坐標系的圖。圖6是表示基於第一實施方式所涉及的壓力傳感器的垂直方向的壓力分布的圖。圖7是表示基於第一實施方式所涉及的壓力傳感器的滑動方向的計算例的圖。
圖8是表示本發明的第二實施方式所涉及的檢測裝置的概略結構的分解立體圖。圖9(a) (C)是表示基於第二實施方式所涉及的壓力傳感器的壓力值的變化的截面圖。圖10 (a) (C)是表示基於第二實施方式所涉及的壓力傳感器的壓力值的變化的俯視圖。圖11是表示第二實施方式所涉及的傳感檢測區域的坐標系的圖。圖12是表示第三實施方式所涉及的檢測裝置的概略結構的截面圖。圖13是表示第四實施方式所涉及的檢測裝置的概略結構的截面圖。圖14是表示作為電子儀器的一例的行動電話機的概略結構的示意圖。圖15是表示作為電子儀器的一例的移動信息終端的概略結構的示意圖。圖16是表示作為機器人的一例的機械手的概略結構的示意圖。附圖標記的說明如下1、2、3、4· · ·檢測裝置；10,110. · ·第一基板；12,112, Si、S2、S3、S4、Si. · ·壓力傳感器；30...第二基板；21、22、23...彈性體突起；1000...行動電話機(電子儀器)； 2000...移動信息終端(電子儀器)；3000...機械手(機器人)。
具體實施例方式以下，參照附圖，對本發明的實施方式進行說明。所述實施方式表示本發明的一個方式，但並不局限於本發明，能夠在本發明的技術性思想的範圍內任意地進行變更。另外， 在以下的附圖中，為了易於理解各要素，實際的結構與各結構的比例尺、數量等不同。另外，在本實施方式中，第一基板的「表面」是指第一基板主體的多個壓力傳感器形成面。第二基板的「表面」是指第二基板主體的與彈性體突起形成面相對的面，即，是指承受外壓的面。在以下的說明中，設定附圖中所示的XYZ正交坐標系，參照該XYZ正交坐標系，並對各部件進行說明。XYZ正交坐標系的X軸以及Y軸被設定為第一基板10表面的切線方向，Z軸被設定為第一基板10表面的法線方向。第一實施方式圖1是表示本發明的第一實施方式所涉及的檢測裝置的概略結構的分解立體圖。 在圖1中，附圖標記P是基準點，附圖標記S是表示與一個彈性體突起21對應地配置的多個壓力傳感器12所檢測的單位檢測區域。檢測裝置1是檢測被施加於基準點的外壓的方向與大小的壓力傳感器方式的觸摸板，例如在筆記本等電子儀器中作為替代滑鼠的指示器而被使用。此外，「基準點P」是在滑動力不進行作用的情況下彈性體突起21的中心所在的點。如圖1所示，檢測裝置1具備第一基板10，該第一基板10具有被配置在基準點 P的周圍的多個壓力傳感器12 ；近似半球狀的彈性體突起21，該彈性體突起21的大致中心位於與基準點P重合的位置，並且會在外壓的作用下發生彈性變形；第二基板30，該第二基板隔著30彈性體突起21被設置於第一基板10的相反側。檢測裝置1具備計算裝置120，該計算裝置120計算根據彈性體突起21因外壓而發生彈性變形的情況由多個壓力傳感器12檢測到的壓力值中的、由任意組合的各壓力傳感器12檢測到的壓力值的差分，並基於該差分計算被施加的外壓(參照圖4)。第一基板10構成為具備矩形板狀的第一基板主體11，該第一基板主體11由例如玻璃、石英以及塑料等材料構成；以及多個壓力傳感器12，該壓力傳感器12被配置於第一基板主體11上。第一基板主體11的大小(俯視的尺寸)形成為例如縱56mmX橫56mm 左右ο多個壓力傳感器12相對於基準點P呈點對稱配置。例如，多個壓力傳感器12在相互正交的兩個方向(X方向以及Y方向)上被配置為矩陣狀。由此，由於基準點P與各壓力傳感器12之間的距離相互相等，故彈性體突起21的重心位置的變化量與由各壓力傳感器12檢測的壓力值之間的關係相互相等。因此，能夠容易地計算各壓力傳感器12的壓力值中的、由任意地組合的各壓力傳感器12檢測到的壓力值的差分。此外，對壓力值的差分的計算方法在後面進行說明。相鄰的壓力傳感器12的間隔形成為0. Imm左右。因此，噪聲不會通過幹擾、靜電等的影響，對由相鄰的位置的壓力傳感器12檢測的壓力值產生影響。多個壓力傳感器12在每個單位檢測區域S被配置為縱2行、橫2列合計4個。4 個壓力傳感器12的中心(單位檢測區域S的中心)形成為基準點P。例如，單位檢測區域 S的大小(俯視的尺寸)形成為縱2. SmmX橫2. 8mm左右。另外，4個壓力傳感器12的各個面積形成為大致相等。作為壓力傳感器12，能夠使用例如薄膜式壓力計(Diaphragm Gage) 等壓敏元件。壓力傳感器12將在向接觸面作用外壓時向膜片施加的壓力變換為電氣信號。彈性體突起21在第一基板10上在X方向以及Y方向被配置為矩陣狀。彈性體突起21由例如發泡聚氨酯樹脂、有機矽樹脂等樹脂材料構成。彈性體突起21，例如頂端形成為球面的半球狀，與第二基板30抵接。第二基板30由例如玻璃、石英以及塑料等材料構成。另外，彈性體突起21的形狀可以是半球狀，也可以是錐狀或柱狀。彈性體突起21在第一基板10上形成有多個，多個彈性體突起21相互分離地配置，第二基板30被配置為跨越多個彈性體突起21。因此，能夠允許彈性體突起21在發生彈性變形時在與第二基板30的面內平行的方向的變形量。彈性體突起21的尺寸能夠任意地設定。在此，彈性體突起21的底部的直徑(彈性體突起21與第一基板10相接的部分的直徑)形成為2mm左右。彈性體突起21的高度 (彈性體突起21的Z方向的距離)形成為1. 5mm左右。相鄰的彈性體突起21的分離間隔形成為Imm左右。彈性體突起21的硬度計硬度(類型A，基於依據IS07619的硬度計的硬度測定值)形成為30左右。參照圖2(a) (c)以及圖3(a) (c)，對檢測作用於基準點P的外壓的方向與大小的方法進行說明。圖2(a) (c)是表示基於第一實施方式所涉及的壓力傳感器的壓力值的變化的截面圖。圖3(a) (c)是表示與圖2(a) (c)對應的、基於第一實施方式所涉及的壓力傳感器的壓力值的變化的俯視圖。此外，圖2(a)以及圖3(a)表示在第二基板30的表面附加外壓之前的狀態(無外壓的作用時)。圖2(b)以及圖3(b)表示在第二基板30的表面附加垂直方向(無滑動力的狀態)的外壓的狀態。圖2(c)以及圖3(c)表示在第二基板30的表面附加傾斜方向(存在滑動力的狀態)的外壓的狀態。另外，在圖3(a) (c)中，附圖標記G表示彈性體突起 21的重心(壓力中心)。如圖2(a)以及圖3(a)所示，在第二基板30的表面附加外壓之前，彈性體突起21 不發生變形。由此，第一基板10與第二基板30之間的距離被保持為恆定。此時，彈性體突起21的重心G被配置在與基準點P重合的位置。此時的各壓力傳感器12的壓力值被存儲於計算裝置120的數據儲存器124(參照圖4)。以數據存儲器IM所存儲的各壓力傳感器 12的壓力值為基準，來求得外壓的作用的方向、大小。如圖2(b)以及圖3(b)所示，當在第二基板30的表面附加垂直方向的外壓時，彈性體突起21在Z方向發生壓縮變形。由此，第二基板30朝-Z方向彎曲，第一基板10與第二基板30之間的距離與無外壓的作用時相比變小。此時的壓力傳感器12的壓力值與無外壓的作用時相比變大。另外，對於各壓力傳感器12，該變化量形成為大致相同的值。如圖2(c)以及圖3(c)所示，當在第二基板30的表面附加傾斜方向的外壓時，彈性體突起21朝傾斜方向傾斜而發生壓縮變形。由此，第二基板30朝-Z方向彎曲，第一基板10與第二基板30之間的距離與無外壓的作用時相比變小。此時，彈性體突起21的重心 G從基準點P朝+X方向以及+Y方向錯離。在該情況下，彈性體突起21向4個壓力傳感器 12施加的壓力值相互不同。具體地說，彈性體突起21向4個壓力傳感器12施加的壓力值， 對於4個壓力傳感器12來說，比起向被配置於-X方向以及-Y方向的壓力傳感器12施加的壓力值，向被配置於+X方向以及+Y方向的壓力傳感器12施加的壓力值更大。彈性體突起21由於傾斜方向的外壓而使變形產生偏移。即，彈性體突起21的重心G從基準點P錯離並朝滑動方向(+X方向以及+Y方向)移動。於是，會利用各壓力傳感器12檢測到不同值的壓力值。具體地說，在與彈性體突起21的重心G重合的位置的壓力傳感器12會檢測到相對較大的壓力值，在不與彈性體突起21的重心G重合的位置的壓力傳感器12會檢測到相對較小的壓力值。然後，基於後述的差分的計算方法來求得外壓被施加的方向與大小。圖4是計算外壓的計算裝置的一例。計算裝置120構成為包括進行信號的授受與計算結果的輸出的接口部(I/O部)121、進行各種計算的CPU122、程序存儲器123、以及儲存數據的數據存儲器124。計算裝置120進行下述計算處理計算根據彈性體突起21因外壓而發生彈性變形的情況由多個壓力傳感器12(11 檢測到的壓力值中的、由任意地組合的各壓力傳感器 12(112)檢測到的各個壓力值的差分，並基於該差分而計算外壓被施加的方向與大小。圖5是表示第一實施方式所涉及的傳感檢測區域的坐標系的圖。圖6表示第一實施方式所涉及的基於壓力傳感器的垂直方向的壓力分布的圖。圖7是表示第一實施方式所涉及的基於壓力傳感器的滑動方向的計算例的圖。如圖5所示，多個壓力傳感器Sl S4在每個單位檢測區域S被配置為縱2行、橫 2列合計4個。在此，當將各壓力傳感器Sl S4所檢測的壓力值(檢測值)分別設為PS1、 PS2、PS3、K4時，外力的X方向分量Fx(外力的面內方向分量中的、作用於X方向的分力的比例)用以下的式⑴表示。另外，外力的Y方向分量Fy (外力的面內方向分量中的、作用於Y方向的分力的比例)用以下的式⑵表示。
另外，外力的Z方向分量&(外力的垂直方向分量，Z軸在圖3的圖中省略)用以下的式(3)表示。數1
F = (^2+^4)-(^1 +^53)(、 ^Γ^μΓ …⑴
_2],屍糾4)…⑵
^si + Psi + + PsaFz = Psi+Ps2+Ps3+Ps4 …(3)在本實施方式中，計算根據彈性體突起21因外壓而發生彈性變形的情況由4個壓力傳感器Sl S4檢測到的壓力值中的、由任意組合的各壓力傳感器檢測到的壓力值的差分，並基於該差分來計算外壓被施加的方向。如式(1)所示，在外壓的X方向分量Fx中，由4個壓力傳感器Sl S4檢測到的壓力值中的、由被配置於+X方向的壓力傳感器S2以及壓力傳感器S4檢測到的值被組合， 並且由被配置於-X方向的壓力傳感器Sl以及壓力傳感器S3檢測到的值被組合。這樣，根據基於被配置於+X方向的壓力傳感器S2以及壓力傳感器S4的組合的壓力值、與基於被配置於-X方向的壓力傳感器Sl以及壓力傳感器S3的組合的壓力值之間的差分，來求得外壓的X方向分量。如式⑵所示，在外壓的Y方向分量Fy中，將由4個壓力傳感器Sl S4檢測到的壓力值中的、由被配置於+Y方向的壓力傳感器Sl以及壓力傳感器S2檢測到的值組合， 並且將由被配置於-Y方向的壓力傳感器S3以及壓力傳感器S4檢測到的值組合。這樣，根據基於被配置於+Y方向的壓力傳感器Sl以及壓力傳感器S2的組合的壓力值、與基於被配置於-Y方向的壓力傳感器S3以及壓力傳感器S4的組合的壓力值之間的差分，來求得外壓的Y方向分量。如式(3)所示，在外壓的Z方向分量Fz中，利用使4個壓力傳感器Sl S4的壓力值合併的合力而求得。但是，存在外壓的Z方向分量Fz與外壓的X方向分量Fx以及外壓的Y方向分量&(分力)相比，存在檢測值被檢測為較大的趨勢。例如，當作為彈性體突起21的材質使用較硬的材質時，外壓的Z方向分量Fz的檢測靈敏度變高。然而，彈性體突起21變得難以變形，外壓的面內方向(X方向分量&以及外壓的Y方向分量&)的檢測值變小。另外，例如當減小彈性體突起21的長寬比時，彈性體突起21變得難以變形，外壓的面內方向的檢測值變小。因此，為了使外壓的Z方向分量Fz的檢測值與外壓的X方向分量Fx以及外壓的Y 方向分量Fy的檢測值一致，需要用根據彈性體突起21的材質、形狀決定的修正係數來適當地修正檢測值。如圖6所示，考慮利用手指傾斜地按壓觸摸板的檢測面的比中央部靠左上的位置的情況。此時，外壓的垂直方向的壓力在外壓作用的部分的中心部變為最大(壓力傳感器的輸出電壓90 120mV左右)。另外，外壓的垂直方向的壓力繼中心部之後、按照中心部的周邊部(60 90mV左右)、最外周部(30 60mV左右)的順序依次減小。另外，對於不被手指按壓的區域，壓力傳感器的輸出電壓形成為0 30mV左右。此外，在觸摸板上，單位檢測區域(壓力傳感器Sl S4被配置為縱2行、橫2列合計4個的區域)被配置為矩陣狀 (例如縱15行X橫15列共計225個)。如圖7所示，考慮利用手指傾斜地按壓觸摸板的檢測面的比中央部靠左上的位置的情況的外壓的面內方向分量(滑動方向)的計算方法。在圖7中，最左側的圖是9個單位檢測區域S的集合體，其中的數值表示各將單位檢測區域S內的壓力傳感器12檢測的壓力變換為電位而得的內容的合計值。另外，中央的圖表示將每個單位檢測區域S的壓力傳感器12檢測的壓力變換為電位的值，最右側的圖表示每個單位檢測區域S所計算的外壓的X 方向分量Fx與Y方向分量Fy。此時，手指的按壓力(外力)被設為，對被配置為縱15行X 橫15列中的、被配置為縱3行X橫3列的部分進行作用。在此，外壓的垂直方向的壓力與圖6同樣地，外壓作用的部分的中心部形成為最大(IlOmV)。手指的按壓力所作用的被配置為縱3行X橫3列的各單位檢測區域S，分別具有 4個壓力傳感器Sl S4，計算由各壓力傳感器Sl S4檢測到的壓力值中的、由任意地組合的各壓力傳感器12檢測到的壓力值的差分，並基於該差分來計算外壓被施加的方向。S卩，在各單位檢測區域S中，基於上述的式(1)以及式(2)計算外壓的X方向分量Fx以及外壓的Y方向分量Fy。在此，可知曉外壓作用於以+X方向為基準、逆時針旋轉約 123°的方向。此外，外壓的作用的方向的計算能夠使用利用9個計算結果的平均值而求得的方法，或利用9個計算結果中的最大值(例如比規定的閾值大的檢測值)而求得的方法。根據本實施方式的檢測裝置1，當在第二基板30的表面附加外壓時，彈性體突起 21發生壓縮變形。此時，在存在面內的規定的方向的滑動力成分(與壓力傳感器12表面平行的方向的力成分)的情況下，彈性體突起21的重心G從基準點P錯離並朝規定方向(滑動方向)移動。於是，多個壓力傳感器12中的、與彈性體突起21的重心G重合的位置的壓力傳感器12檢測到相對地較大的壓力值，不與彈性體突起21的重心G重合的位置的壓力傳感器12檢測到相對地較小的壓力值。因此，能夠計算由各壓力傳感器Sl S4檢測到的壓力值的差分，並基於該差分來求得外壓被施加的方向與大小。另外，由於近似半球狀的彈性體突起21，其頂端部朝向第二基板30地被配置於第一基板10，故即便在附加滑動力的狀態下，彈性體突起21的與第一基板10接觸的接觸面水平位置也難以產生偏差，由此，在附加了滑動力、彈性體突起21的重心位置G與基準位置P錯離之後，即便在不附加滑動力的狀態下，也能夠減少或者防止彈性體突起21的重心位置G與基準位置P的偏差的殘留。另外，由於頂端朝向第二基板30配置的近似半球狀的彈性體突起21的頂端是曲面，故在外力向第二基板30被施加的情況下，能夠抑制應力集中於彈性體突起21的某一部分，能夠提高耐久性。由此，能夠提供耐久性優異且能以高精度檢測外壓被施加的方向與大小的檢測裝置1。根據該結構，由於基準點P與各壓力傳感器Sl S4之間的距離相互相等，故彈性體突起21的重心G的位置的變化量與由各壓力傳感器Sl S4檢測的壓力值之間的關係相互相等。例如，在多個壓力傳感器12從基準點P以相互不同距離被配置的情況下，即便彈性體突起21的重心G的位置的變化量相同，由各壓力傳感器12檢測的壓力值也相互不同。因此，需要在計算檢測值的差分時與各壓力傳感器12的配置位置對應的修正係數。
然而，根據該結構，由於彈性體突起21的重心G的位置的變化量與各壓力傳感器 Sl S4所檢測的壓力值與的關係相互相等，故不需要所述修正係數。由此，能夠容易地根據由各壓力傳感器Sl S4檢測的壓力值計算外壓的方向與大小，能夠高效地檢測外壓。根據該結構，由於多個壓力傳感器12在相互正交的兩個方向被配置為矩陣狀，故能夠容易地計算由各壓力傳感器Sl S4檢測到的壓力值中的、由任意地組合的各壓力傳感器12檢測到的壓力值的差分。例如，在計算面內方向分量中的、X方向分量Fx的情況下，與多個壓力傳感器12在多個方向上被隨機地配置的情況相比，能夠易於區分並選出相對地被配置於+X方向的壓力傳感器S2以及壓力傳感器S4的組合、與相對地被配置於-χ方向的壓力傳感器Sl以及壓力傳感器S3的組合。由此，能夠高效地檢測外壓。根據該結構，由於多個彈性體突起21相互分離地配置，第二基板30跨越多個彈性體突起21而被配置，故能夠允許彈性體突起21在發生彈性變形時在第二基板30的面內平行的方向的變形量。例如，能夠抑制一處的彈性突起21在變形時對其他處的彈性體突起21 產生變形的影響。因此，與多個彈性體突起21相互接觸地被配置的情況相比，能夠將外壓正確地傳遞到各壓力傳感器Sl S4。由此，能夠以高精度檢測外壓的方向與大小。此外，在本實施方式中，雖舉例說明了壓力傳感器12在每個單位檢測區域S被配置為縱2行、橫2列合計4個，但並不局限於此。壓力傳感器12隻要是在每個單位檢測區域S被配置為三個以上即可。第二實施方式圖8是表示與圖1對應的、本發明的第二實施方式所涉及的檢測裝置的概略結構的分解立體圖。在圖8中，與圖1相同的要素標註相同的附圖標記，並省略其詳細的說明。 在圖8中，附圖標記P是基準點，附圖標記S表示與一個彈性體突起21對應配置的多個壓力傳感器112所檢測的單位檢測區域。本實施方式的檢測裝置2在多個壓力傳感器112在相互正交的兩個方向上至少被配置為縱4行、橫4列的方面上，與上述的第一實施方式所說明的檢測裝置1不同。此外， 在圖8中，為了方便而將多個壓力傳感器112針對每個單位檢測區域S配置為縱4行、橫4 列，但實際上如圖9以及圖10所示，多個壓力傳感器112也可以在每個單位檢測區域S被配置為縱4行、橫4列以上。如圖8所示，檢測裝置2具備第一基板110，該第一基板110具有被配置在基準點P的周圍的多個壓力傳感器112 ；近似半球狀的彈性體突起21，該彈性體突起21的大致中心位於與基準點P重合的位置，並且在外壓作用下會發生彈性變形；第二基板30，該第二基板30隔著彈性體突起21被設置於第一基板110的相反一側。圖9(a) (c)是表示與圖2(a) (c)對應的、基於第二實施方式所涉及的壓力傳感器的壓力值的變化的截面圖。圖10(a) (c)是表示與圖9(a) (c)對應的、基於第二實施方式所涉及的壓力傳感器的壓力值的變化的俯視圖。此外，圖9(a)以及圖10(a)表示在第二基板30的表面附加外壓之前的狀態(無外壓的作用時)。圖9(b)以及圖10(b)表示在第二基板30的表面附加垂直方向的外壓的狀態。圖9(c)以及圖10(c)表示在第2基板30的表面附加傾斜方向的外壓的狀態。另外， 在圖10(a) (c)中，附圖標記G表示彈性體突起21的重心。在圖9以及圖10中，與圖2以及圖3相同的要素標註相同的附圖標記，並省略其詳細的說明。如圖9(a)以及圖10(a)所示，在第二基板30的表面附加外壓之前，彈性體突起21 不變形。由此，第一基板Iio與第二基板30之間的距離被保持為恆定。此時，彈性體突起 21的重心G被配置在與基準點P重合的位置。此時的各壓力傳感器112的壓力值被存儲於圖4的存儲器124。以存儲器IM所存儲的各壓力傳感器112的壓力值為基準來求得外壓作用的方向、大小。如圖9 (b)以及圖10 (b)所示，當在第二基板30的表面附加垂直方向的外壓時，彈性體突起21在Z方向壓縮變形。由此，第二基板30朝-Z方向彎曲，第一基板110與第二基板30之間的距離與無外壓的作用時相比變小。此時的壓力傳感器112的壓力值與無外壓的作用時相比變大。如圖9(c)以及圖10(c)所示，當在第二基板30的表面附加傾斜方向的外壓時，彈性體突起21朝傾斜方向傾斜而壓縮變形。由此，第二基板30朝-Z方向彎曲，第一基板110 與第二基板30之間的距離與無外壓的作用時相比變小。此時，彈性體突起21的重心G從基準點P朝+X方向以及+Y方向錯離。在該情況下，彈性體突起21向多個壓力傳感器112 施加的壓力值相互不同。具體地說，彈性體突起21向多個壓力傳感器112施加的壓力值，對於多個壓力傳感器112來說，比起向被配置於-X方向以及-Y方向的壓力傳感器112施加的壓力值，向被配置於+X方向以及+Y方向的壓力傳感器112施加的壓力值更大。圖11是表示與圖5對應的、第二實施方式所涉及的傳感檢測區域的坐標系的圖。 此外，在圖11中，多個壓力傳感器Si(K)O個)被配置為矩陣狀，其中的25個壓力傳感器Si 分別被配置於被-X方向以及+Y方向劃分成的區域、被+X方向以及+Y方向劃分成的區域、 被-X方向以及-Y方向劃分成的區域、以及被+X方向以及-Y方向劃分成的區域。另外，在圖11中，為了方便而圖示了 100個壓力傳感器Si,但壓力傳感器Si的配置數量並不局限於此，能夠進行任意地變更。如圖11所示，多個壓力傳感器Si在每個單位檢測區域S被配置為縱10行、橫10 列合計100個。在此，將各壓力傳感器SiK檢測的壓力值(檢測值)分別設SPi (i = ι 100)，將基準點P與各壓力傳感！Si之間的距離的面內方向分量設為ri(i = 1 100)。另外，當將面內方向分量中的、X方向分量設為rxi(i = 1 100)、將面內方向分量中的、Y方向分量設為ryi(i = 1 100)時，外力的X方向分量Fx(外力的面內方向分量中的、作用於 X方向的分力的比例)用以下的式⑷表示。另外，外力的Y方向分量Fy (外力的面內方向分量中的、作用於Y方向的分力的比例)用以下的式(5)表示。另外，外力的Z方向分量&(外力的垂直方向分量)用以下的式(6)表示。數2
權利要求
1.一種檢測裝置，其特徵在於，具備第一基板，其具有被配置在基準點的周圍的多個壓力傳感器； 彈性體突起，該彈性體突起的重心位於與所述基準點重合的位置，並且該彈性體突起會在外壓的作用下發生彈性變形；以及第二基板，其隔著所述彈性體突起被設置於所述第一基板的相反側， 所述彈性體突起以頂端部與所述第二基板抵接的方式形成於所述第一基板， 在所述彈性體突起的頂端部與所述第二基板抵接的狀態下，所述檢測裝置檢測從所述第二基板側被施加的外壓的方向與大小。
2.根據權利要求1所述的檢測裝置，其特徵在於，具備計算裝置，該計算裝置計算基於所述彈性體突起因外壓而發生彈性變形的情況由多個所述壓力傳感器檢測到的壓力值中的、由任意組合的各壓力傳感器檢測到的壓力值的差分，並基於該差分來計算被施加的外壓的方向與大小。
3.根據權利要求1或2所述的檢測裝置，其特徵在於，所述彈性體突起由具有規定的硬度的樹脂材料構成，並為半球狀。
4.根據權利要求1 3中任一項所述的檢測裝置，其特徵在於， 所述多個壓力傳感器相對於所述基準點被配置為點對稱。
5.根據權利要求4所述的檢測裝置，其特徵在於， 所述多個壓力傳感器被配置於相互交叉的兩個方向。
6.根據權利要求5所述的檢測裝置，其特徵在於，所述多個壓力傳感器在相互交叉的兩個方向上被配置至少4行4列。
7.根據權利要求1 6中任一項所述的檢測裝置，其特徵在於，所述彈性體突起在所述第一基板形成有多個，所述多個彈性體突起相互分離地被配置，所述第二基板被配置為跨越所述多個彈性體突起。
8.根據權利要求1 7中任一項所述的檢測裝置，其特徵在於， 所述第二基板具有比所述彈性體突起高的剛性。
9.一種電子儀器，其特徵在於，具備權利要求1 8中任一項所述的檢測裝置。
10.一種機器人，其特徵在於，具備權利要求1 8中任一項所述的檢測裝置。
全文摘要
本發明提供一種檢測裝置、電子儀器以及機器人，所述檢測裝置具備第一基板，其具有被配置在基準點的周圍的多個壓力傳感器；近似半球狀的彈性體突起，該彈性體突起的大致中心位於與所述基準點重合的位置，並且該彈性體突起會在外壓的作用下發生彈性變形；以及第二基板，其隔著所述彈性體突起被設置於所述第一基板的相反側。當施加所述外壓時，使用由各壓力傳感器檢測的壓力值進行規定的計算，求得被施加的所述外壓的方向與大小。
文檔編號G01L1/04GK102539025SQ20111031933
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月18日 優先權日2010年10月22日
發明者天野隆祐, 池邊朋 申請人:精工愛普生株式會社