[发明专利]传感器装置

说明书

本发明涉及一种传感器装置(10)，该传感器装置(10)具备：多个系统(S)，其具有传感器元件(12)、根据传感器元件(12)检测出的检测信号计算附加给检测对象的预先决定的轴方向的力以及力矩中的至少一方的值作为第一值的计算部(20)；以及异常判断部(22)，其比较多个系统(S)的各个计算部(20)计算出的第一值，当其差在预定量以上时，判断为有异常。并且，多个系统(S)的至少一个系统(S)的计算部(20)根据多个系统(S)的各个传感器元件(12)检测出的多个检测信号，计算附加给检测对象的轴方向的力以及力矩中的至少一方的值作为第二值。

技术领域

本发明涉及一种检测施加给检测对象的外力以及力矩中的至少一方的传感器装置。

背景技术

作为用于检测施加给机器人等检测对象的外力或力矩等的单元，有应变计式传感器和静电容量式传感器等。静电容量式传感器在生产性和成本方面优于应变计式传感器，但是静电容量值的变化相对于力不为线性，因此会有检测精度低的问题。

以下，简单说明静电容量式传感器的检测原理。如果附加外力，则根据外力在设置了构成静电容量式传感器的电极对(2个电极)的外壳上产生应变，电极对的距离(电极间的距离)对应于应变而发生变化。静电容量值(检测值)根据电极间的距离而变化，因此通过测量该检测值能够计算施加给检测对象的外力或力矩。

这里，外力与设置了电极对的外壳的应变之间的关系为线性，设置了电极对的外壳的应变与电极间的距离之间的关系也成为线性，但是电极间的距离与检测值(静电容量值)之间的关系为非线性。若构成电极对的2个电极平行，并且电极间的距离与电极面积相比足够小，则静电容量值相对于电极间的距离成为反比例的关系。另一方面，在2个电极不平行而倾斜时等不满足平行电容器的条件的情况下，不能够通过反比例的关系简单地进行表现。

一般，作为根据测量到的值求出外力以及力矩等的方法，有以下方法，即假设表示检测出的检测值与附加给检测对象的外力以及力矩之间的关系的模型函数，使用该模型函数根据检测值求出外力以及力矩。通过包括1个以上的未知参数的函数来表现该模型函数。

以下，举例说明作为一般模型函数之一的一次多项式的模型函数。作为具体例子，考虑以下情况，通过6个传感器元件(静电电容式传感器元件)检测外力以及力矩，根据6个传感器元件的检测值求出6个轴方向的外力以及力矩。

如果用6维向量表示6个传感器元件的检测值，则成为以下所示的式(1)。另外，如果用6维向量表示求出的外力以及力矩，则成为以下所示的式(2)。

v＝[v₁,…,v₆]^T···(1)

f＝[f₁,…,f₆]^T···(2)

在如式(3)所示那样通过6×6的矩阵表现未知的参数时，能够通过式(4)表示针对外力以及力矩的模型函数。

f＝C·v···(4)

为了决定通过式(3)表示的矩阵C的各个参数的值，将多个模式(1、……、N)的力以及力矩赋予检测对象，取得传感器元件检测出的值。所取得的多个数据为(f_i，v_i)。其中，设i＝1、……、N。根据所取得的多个数据(f_i，v_i)决定矩阵C的各个参数的值。一般，按照平方误差的最小化等预先决定的基准来决定矩阵C的各个参数。例如，在通过平方误差的最小化决定各个参数时，决定矩阵C的各个参数，使得下述所示的式(5)的cm为最小。