JP2002090239A - 線状体張力検出装置 - Google Patents

線状体張力検出装置

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JP2002090239A
JP2002090239A JP2000275408A JP2000275408A JP2002090239A JP 2002090239 A JP2002090239 A JP 2002090239A JP 2000275408 A JP2000275408 A JP 2000275408A JP 2000275408 A JP2000275408 A JP 2000275408A JP 2002090239 A JP2002090239 A JP 2002090239A
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JP2000275408A
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Tatsuo Arai
健生 新井
Kazuya Kikawada
一弥 木川田
Isamu Ishii
勇 石井
Yoshikazu Abe
愛和 阿部
Kunio Miyawaki
国男 宮脇
Josuke Kawachi
襄介 河内
Yuji Matsumoto
祐司 松本
Kenji Kamikawa
健司 上川
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Kajima Corp
Shimizu Construction Co Ltd
Hazama Corp
Hitachi Zosen Corp
Shimizu Corp
Original Assignee
Kajima Corp
Hazama Gumi Ltd
Shimizu Construction Co Ltd
Hitachi Zosen Corp
Shimizu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤやチェーン、鎖などといった線状体の
張力を、対象となる線状体を切断することなく自在に着
脱可能とし、また、容易にかつ精度よく張力を検出する
ことができる線状体張力検出装置を提供することを目的
とする。 【解決手段】 本発明の線状体張力検出装置1は、支持
体2に、線状体(ワイヤW)の移動を許容してワイヤW
の途中箇所に対して自在に着脱可能とされ、該支持体2
の両端部に設けられた取付部3,3と、これら取付部
3,3の中央部に設けられ、ワイヤWに対して直交方向
に張り出してワイヤWをくの字状に屈曲させる屈曲部4
と、くの字状に屈曲させられたワイヤWが直線に戻ろう
とする際に該ワイヤWから与えられる力を検出する検出
器(歪みゲージ5)とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットやクレー
ンあるいは自動機械等に使用される例えばワイヤの張力
を、対象となるワイヤを切断することなく自在に着脱可
能として容易にかつ精度よく検出する線状体張力検出装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ロボットやクレーンあるいは自動
機械等に使用される例えばワイヤの張力を検出するに
は、例えば図14に示すように、ワイヤWの端部と該ワ
イヤWの端部を係合する固定体Bとの間に引張動力計
(荷重計:以下張力センサと記す)T1を設けてワイヤ
Wにかかる張力を検出したり、あるいは、図15に示す
ように、ワイヤWを切断し、その切断部間に、張力セン
サT1を設けて検出していた。また、例えば図16に示
すように巻上ドラムDの駆動トルクを検出してワイヤの
張力を求めるべく、巻上ドラムDの駆動部の軸にトルク
検出器T2を設けていたりしていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
図14に示す手法では、張力センサT1を設けるため
に、ワイヤWの固定端部を固定体Bから取り外したり、
また、図15に示す手法では、ワイヤW自体を切断した
り、さらには、図16に示す手法では、巻上ドラムDの
軸にトルク検出器T2を挟み込む等の作業が必要とな
り、いずれもセンサの取付や取外が簡単ではなく、よっ
て多大な労力が必要となり、簡単に張力を検出すること
ができなかった。
【0004】また、上記した手法以外となると、例えば
ワイヤW自身の伸びを計測し、その変化量からワイヤW
の張力を求める手法もあるが、ワイヤWの構成によって
はワイヤW自体のばね係数が線形にならないものもあ
り、張力の検出はできたとしてもその精度が低いといっ
た問題があった。
【0005】本発明は、上記の問題を解決するものであ
り、ワイヤやチェーン、鎖などといった線状体の張力
を、対象となる線状体を切断することなく自在に着脱可
能として容易にかつ精度よく検出することができる線状
体張力検出装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の線状体張力検出装置は、支持体の、両端
部に取付部を、取付部間の中央部に屈曲部を設けると共
に、支持体に、屈曲部によってくの字状に屈曲させられ
た線状体が直線状に戻ろうとする際に該線状体から与え
られる力を検出する検出器を設けたのである。このよう
に、本発明の線状体張力検出装置は、取付部により線状
体に対して自在に着脱可能となり、よって線状体を切断
したりする必要がなくなり、また、屈曲部によってくの
字状に屈曲させられた線状体が直線状に戻ろうとする際
の反力を検出器によって検出し、張力を求めるので、線
状体にかかる張力を容易にかつ精度よく検出することが
できる。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の線状体張力検出装置は、
支持体に、線状体の移動を許容して該線状体の途中箇所
に対して自在に着脱可能とされ、該支持体の両端部に設
けられた取付部と、これら取付部の中央部に設けられ、
線状体に対して直交方向に張り出して線状体をくの字状
に屈曲させる屈曲部と、この屈曲部によってくの字状に
屈曲させられた線状体が直線状に戻ろうとする際に該線
状体から与えられる力を検出する検出器とを有したもの
である。
【0008】上記構成によれば、支持体は、両端部に取
付部を、取付部間の中央部に屈曲部を設けている。そし
て取付部は、例えば線状体に引っ掛けたり滑車を線状体
に架けて取り付ける。このようにすることで、線状体を
切断したり、線状体の固定端部を固定体から外して支持
体を該線状体に対して設ける必要がなくなり、線状体の
使用状態のままで自在に着脱が行える。
【0009】そして、屈曲部は、線状体に対して直交方
向に張り出して線状体をくの字状に屈曲させる。よっ
て、本発明の線状体張力検出装置を線状体に取り付ける
ことで、取り付けるまで真っ直ぐになっていた線状体が
屈曲部によってくの字状に屈曲し、そのときに線状体が
直線状に戻ろうとする際にかかる反力を検出器によって
検出し、この検出値から張力を求める。従って、本発明
の線状体張力検出装置は、張力を容易にかつ精度よく検
出することが可能となるのである。
【0010】また、本発明の線状体張力検出装置は、上
記構成において、支持体を撓み可能な部材とし、支持体
に、検出器としての歪みゲージを設けることで、上記と
同等の作用効果を得ることができる。
【0011】すなわち、上記した構成では、線状体は屈
曲部によってくの字状に屈曲させられ、そのような状態
の線状体が直線状に戻ろうとするときには、屈曲部を介
して支持体が撓むこととなる。この支持体の撓み量を支
持体に設けた歪みゲージで検出することで、支持体が撓
むときの歪み量が検出され、この歪み量から張力を求め
ることができる。なお、この構成において、線状体の張
力を検出するための計算式は後述する実施例に記す。
【0012】また、本発明の線状体張力検出装置は、上
記構成において、支持体を高剛性部材とし、屈曲部に、
検出器としての力検出器を設けても上記と同等の作用効
果を得ることができる。
【0013】すなわち、上記した構成では、支持体は撓
んだりすることのない高剛性部材を採用し、くの字状に
屈曲させられた線状体が直線状に戻ろうとするときに、
該線状体から与えられる力を力検出器によって直接検出
し、張力を求めるのである。
【0014】
【実施例】以下に本発明の線状体張力検出装置の実施例
について図1〜図13を参照して説明する。図1及び図
2は第1実施例構成を示す。図3は第2実施例構成を示
す。図4は第2実施例の変形例構成を示す。図5は第3
実施例構成を示す。図6及び図7は第4実施例構成を示
す。図8は第1実施例の変形例構成を示す。図9は第5
実施例構成を示す。図10〜図13はさらに他の実施例
構成を示す。
【0015】図1〜図2に示す第1実施例における本発
明の線状体張力検出装置1は、次のように構成される。
2は、撓み可能な部材でなる支持体である。3は、支持
体2の両端部に設けられ、線状体としての例えばワイヤ
Wの移動を許容してワイヤWの途中箇所に対して自在に
着脱可能とされた取付部である。
【0016】4は、取付部3,3の中央部に設けられ、
ワイヤWに対して直交方向に張り出して該ワイヤWをく
の字状に屈曲させる屈曲部である。5は、支持体2にお
いて屈曲部4の取付部位周辺に設けられた検出器として
の歪みゲージである。この歪みゲージ5は、屈曲部4に
よってくの字状に屈曲させられたワイヤWが直線に戻ろ
うとする際にかかる反力によって支持体2が撓んで歪ん
だときの量を検出するものである。
【0017】取付部3は、図2(a)に示すようにワイ
ヤWに引っ掛けるように切欠が形成されたり、図2
(b)に示すようにワイヤWを引っ掛けるようにフック
を設けている。屈曲部4は、図2(c)に示すようにワ
イヤWを直交方向に張り出すようにして案内しており、
例えば図2(d)に示すようにワイヤWの案内箇所に溝
を形成するようにしてもよい。
【0018】歪みゲージ5は、例えば支持体2おいて屈
曲部4を挟んで表裏面に2個づつ計4個設けている。歪
みゲージ5は、設ける位置によって、歪みゲージ5での
曲げモーメントをM、ひずみ量をε、取付部3からの距
離をl、屈曲部4の断面係数をZ(矩形断面とする)、
としたときに以下の関係が成り立つ。
【0019】
【数1】
【0020】よって、歪みゲージ5での歪み量は、取付
部3からの距離lに依存することとなる。このことか
ら、歪みゲージ5は、同一断面形状であれば屈曲部4に
近づけて設けるほど歪み量が大きくなり、検出データを
取りやすくなる。また、歪みゲージ5は、支持体2の撓
み領域内であれば、歪み量が負荷に対して線形となるの
で、屈曲部4を介して対称に設ける必要はない。
【0021】上記構成の線状体張力検出装置1は、ワイ
ヤWの張力によって屈曲部4を介して支持体2を撓ませ
る力Fを、歪みゲージ5による歪み量から求め、この支
持体2を撓ませる力Fに基づいて、以下の数式2の関係
式から張力Tを求める。なお数式2において、Fは支持
体2を撓ませる力、dは屈曲部4の高さ、Lは取付部
3,3から屈曲部4までの距離である。
【0022】
【数2】
【0023】図3に示す第2実施例における本発明の線
状体張力検出装置11は、次のように構成される。12
は、上記第1実施例と同様の支持体である。13は、上
記第1実施例と同様の取付部である。14は、取付部1
3,13の中央部に設けられた屈曲部であり、この屈曲
部14は、支持体12への取付側と反対部位に滑車14
Aが設けられている。15は、支持体12において屈曲
部14の取付部位周辺に設けられた検出器としての歪み
ゲージである。
【0024】第2実施例における線状体張力検出装置1
1は、支持体12を撓ませる力Fを歪みゲージ15で検
出された歪み量から求め、この撓ませる力Fに基づいて
以下の数式3の関係式から張力Tを求める。なお数式3
において、Fは支持体12を撓ませる力、dは屈曲部1
4の高さ、Lは取付部13,13から屈曲部14までの
距離、Rは滑車14Aの半径である。
【0025】
【数3】
【0026】なお、図3に示した第2実施例は、図4に
示すように変形した場合においても、上記した数式3に
よって求めることができる。すなわち、図4に示す線状
体張力検出装置21は、支持体22の両端部に取付部2
3,23として互いに同径とされた滑車23A,23A
が設けられており、屈曲部24は、第1実施例と同様と
され、支持体22における屈曲部24の取付部位周辺に
歪みゲージ25が設けられている。
【0027】図5に示す第3実施例の線状体張力検出装
置31は、支持体32の両端部に取付部33,33とし
て互いに同径とされた滑車33A,33Aが設けられ、
屈曲部34における支持体32への取付側と反対部位に
滑車33A,33Aと同径とされた滑車34Aが設けら
れ、支持体32における屈曲部34の取付部位周辺に歪
みゲージ35が設けられている。
【0028】上記構成の線状体張力検出装置31は、支
持体32を撓ませる力Fを歪みゲージ35で検出された
歪み量によって求め、この撓ませる力Fに基づいて以下
の数式4の関係式から張力Tを求める。なお数式4にお
いて、Fは支持体32を撓ませる力、dは屈曲部34の
高さ、Lは取付部33,33から屈曲部34までの距
離、Rは滑車33A,33A及び滑車34Aの半径であ
る。
【0029】
【数4】
【0030】図6及び図7に示す第4実施例の線状体張
力検出装置41は、支持体42の両端部に取付部43,
43として互いに同径とされた滑車43A,43Aが設
けられ、屈曲部44における支持体42への取付側と反
対部位に滑車43A,43Aと同径とされた滑車44A
が設けられ、支持体42における屈曲部44の取付部位
周辺に歪みゲージ45が設けられ、また、滑車43A,
43A及び滑車44Aが同一線上に並設されている。
【0031】上記構成の線状体張力検出装置41は、支
持体42を撓ませる力Fを歪みゲージ45で検出した歪
み量から求め、この撓ませる力Fに基づいて以下の数式
5の関係式から張力Tを求める。なお数式5において、
Fは支持体42を撓ませる力、Lは取付部43,43か
ら屈曲部44までの距離、Rは滑車43A,43A及び
滑車44Aの半径である。
【0032】
【数5】
【0033】続いて、図8(a)〜(c)には、図1に
示した第1実施例の線状体張力検出装置1の変形例を示
している。この場合、第1実施例と異なるのは、支持体
2について、取付部3,3の中央部、つまり屈曲部4が
設けられている箇所がワイヤWから離間する方向へ又は
ワイヤWへ接近する方向へと屈曲した構成としている点
である。なお、図8(c)においては、ワイヤWを屈曲
部4側へと引き寄せた状態とするために、屈曲部4の先
端部にフック(不図示)が設けられている。
【0034】そして、図8(a)〜(c)に示す構成と
された線状体張力検出装置1では、第1実施例と同じ
く、支持体32を撓ませる力Fを歪みゲージ5で検出さ
れた歪み量によって求め、この撓ませる力Fに基づいて
張力Tを、例えば、以下の数式6の関係式によって求め
るようにしている。なお、数式6において、F’は取付
部3に働く力(すなわちF’は支持体2に働き、支持体
2を撓ませる力はFこのF’の分力となる)、θは支持
体2における取付部3とワイヤWとでなす角度である。
また、Fは支持体2を撓ませる力、αは取付部3に働く
力F’の方向と支持体2とでなす角度である。
【0035】
【数6】
【0036】なお、上記した数式2〜数式5は、支持体
2,12,22,32,42,が中央部で屈曲していな
い場合であるが、これらの場合を数式6に当てはめると
α=(θ/2)+(π/2)のように考えることがで
き、よって、F=F'cos(θ/2)として各部の値を代
入して解くことで数式2〜数式5を導くことができる。
【0037】続いて、図9(a)に示す第5実施例の線
状体張力検出装置51は、支持体52を高剛性部材と
し、支持体52の両端部に取付部53,53を設け、取
付部53,53の中央部にワイヤWをくの字状に屈曲さ
せる屈曲部54を設け、支持体52と屈曲部53との接
続箇所に検出器としての力検出器55を有している。な
お、図9(b)〜(d)は、第5実施例の線状体張力検
出装置51において支持体52を形状変形させた例を示
している。
【0038】図9(d)では、ワイヤWを支持体52側
へ引き寄せるようにして屈曲させているので、屈曲部5
4の先端部には、ワイヤWを引っ掛けるフック(不図
示)を設けている。そして図9(a)〜(c)ではくの
字状に屈曲させられたワイヤWが支持体52側に向けて
直線状に戻ろうとする際にかかる力を力検出器55で検
出し、一方、図9(d)ではワイヤWが支持体52から
離反する側に向けて直線状に戻ろうとする力を力検出器
55で検出するようにしている。
【0039】この場合は、ワイヤWから与えられる力
は、力検出器55で直接検出され、この力検出器55の
値に基づいて上記した数式2の関係式から張力Tを求め
る。すなわち、このような構成は、上記した線状体張力
検出装置1,11,21,31,41,において、歪み
ゲージ5,15,25,35,45の各々に代えて力検
出器を、屈曲部4,14,24,34,44に設けるこ
とでも同様に張力Tを求めることができる。
【0040】なお、本発明は、上記した実施例に限ら
ず、例えば図10〜図13のように変形しても上記と同
等の作用効果を得ることが可能である。すなわち、上記
した実施例は、いずれもワイヤWについて取り付けるの
みでどこにも固定されない構成を示したが、図10〜図
13は、例えば壁面や床面に固定して使用する態様を示
している。
【0041】図10に示す線状体張力検出装置61は、
支持体62が撓み可能な部材とされ、この支持体62に
歪みゲージ65を設けた態様を示し、この場合、支持部
Pは、図に現れないが支持体62とは接続しておらず、
例えば滑車64Aの軸受けに設けられている。この構成
において、図示するようにワイヤWが互いに同径で同高
さで並設された滑車63A,63A、及び屈曲部を兼ね
た滑車64Aに架けられているときには、ワイヤWに張
力がかかると支持体62の取付部63,63側が下方に
移動するように支持体62が撓み、この撓みを歪みゲー
ジ65で検出する。
【0042】図11に示す線状体張力検出装置71は、
支持体72が高剛性部材とされ、この支持体72の両端
部に滑車73A,73が、これらの中央部に屈曲部を兼
ねた滑車74Aが、互いに同径で同高さにて枢支され、
滑車74Aの図に現れない軸受けの上下に力検出器75
を設けた態様を示し、この場合、支持部Pは、支持体7
2に設けられている。この構成において、図示するよう
にワイヤWを架けているときには、ワイヤWに張力がか
かると滑車74Aを上に移動させるように力がかかり、
この力を力検出器75で検出する。
【0043】図12に示す線状体張力検出装置82は、
支持体82が高剛性部材とされ、この支持体82の中央
部に屈曲部84を設けて該屈曲部84で滑車84Aを枢
支し、この滑車84Aと同径で同高さに滑車83A,8
3Aが枢支され、屈曲部84と支持体82との接続部に
力検出器85を設けており、この場合、支持部Pは、支
持体82に設けられている。この構成において、図示す
るようにワイヤWを架けているときには、ワイヤWに張
力がかかると滑車84Aを上に移動させるように力がか
かり、この力を力検出器85で検出する。
【0044】図13に示す線状体張力検出装置91は、
支持体92が撓み可能な部材とされ、この支持体92に
歪みゲージ95を設け、屈曲部94で滑車94Aを枢支
し、この滑車94Aと同径で同高さに滑車93A,93
Aが枢支されており、この場合、支持部Pは、支持体9
2と接続していない屈曲部94と一体とされている。こ
の構成において、図示するようにワイヤWが架けられて
いるときには、ワイヤWに張力がかかると支持体92の
取付部93,93側が下方に移動するように支持体92
が撓み、この撓みを歪みゲージ95で検出する。
【0045】また、本発明は、参照番号は省略するが、
上記では歪みゲージを支持体の中央部で屈曲部が設けら
れている箇所の周辺に設けていたが、支持体上において
該支持体が撓んで歪む位置であればこの箇所に限らず、
また、上記では、力検出器は屈曲部や滑車から与えられ
る力を直接検出するようにしていたが、線状体に張力が
かかったときに該線状体からかかる力を検出する位置で
あれば上記で示した箇所に限らずどの位置でも構わな
い。
【0046】また、本発明は、上記では線状体としてワ
イヤWを示したが、チェーンや鎖、紐といったものでも
張力を検出することが可能であり、線状体が取付部や屈
曲部に引っかかったりしない限りは、線状体の伸び変形
や、ねじれ変形に拘わらず張力を高精度に検出できる。
【0047】
【発明の効果】以上のように、本発明の線状体張力検出
装置は、支持体に、線状体の移動を許容して線状体の途
中箇所に対して自在に着脱可能とされ、該支持体の両端
部に設けられた取付部と、これら取付部の中央部に設け
られ、線状体に対して直交方向に張り出して線状体をく
の字状に屈曲させる屈曲部と、この屈曲部によってくの
字状に屈曲させられた線状体が直線状に戻ろうとする際
に線状体から与えられる力を検出器で検出して張力を求
めるようにしたので、線状体を切断したり、線状体の固
定端部を固定体から外して設けることなく、現状の使用
状態のままで容易に着脱が可能となると共に、線状体の
伸び率やねじれ変形率に拘わらず張力を容易にかつ精度
よく検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の線状体張力検出装置の第1実施例構成
を示す図であり、(a)は使用前状態、(b)は使用中
状態、(c)は(b)を部分的に拡大し詳細にした状
態、を各々示す。
【図2】本発明の線状体張力検出装置における細部を示
す図であり、(a)(b)は取付部を、(c)(d)は
屈曲部を、各々示す図である。
【図3】本発明の線状体張力検出装置の第2実施例構成
を示す図である。
【図4】本発明の線状体張力検出装置の第2実施例の変
形例構成を示す図である。
【図5】本発明の線状体張力検出装置の第3実施例構成
を示す図である。
【図6】本発明の線状体張力検出装置の第4実施例構成
を示す図である。
【図7】図6の構成を詳細に示し、(a)は左側面方向
から見た図、(b)は正面方向から見た図、(c)は右
側面方向から見た図、(d)は底面方向から見た図、で
ある。
【図8】(a)〜(c)は、本発明の線状体張力検出装
置の第1実施例構成の変形例構成を示す図である。
【図9】(a)は、本発明の線状体張力検出装置の第5
実施例構成を示し、(b)〜(d)は、その変形例構成
を示す図である。
【図10】本発明の線状体張力検出装置のその他の変形
例構成を示す図である。
【図11】本発明の線状体張力検出装置のその他の変形
例構成を示す図である。
【図12】本発明の線状体張力検出装置のその他の変形
例構成を示す図である。
【図13】本発明の線状体張力検出装置のその他の変形
例構成を示す図である。
【図14】従来の張力検出手法を説明するための図であ
る。
【図15】従来の張力検出手法を説明するための図であ
る。
【図16】従来の張力検出手法を説明するための図であ
る。
【符号の説明】
1,11,21,31,41 線状体張力検出装置 51,61,71,81,91 線状体張力検出装置 2,12,22,32,42 支持体 52,62,72,82,92 支持体 3,13,23,33,43 取付部 53,63,73,83,93 取付部 4,14,24,34 屈曲部 44,84,94 屈曲部 5,15,25,35 歪みゲージ(検出器) 45,65,95 歪みゲージ(検出器) 55,75,85 力検出器(検出器) W ワイヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000005119 日立造船株式会社 大阪府大阪市住之江区南港北1丁目7番89 号 (72)発明者 新井 健生 大阪府豊中市待兼山町1−3 (72)発明者 木川田 一弥 東京都港区北青山二丁目5番8号 株式会 社間組内 (72)発明者 石井 勇 東京都調布市飛田給二丁目19番1号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 阿部 愛和 東京都港区芝浦1丁目2番3号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 宮脇 国男 大阪府大阪市住之江区南港北1丁目7番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 河内 襄介 大阪府大阪市住之江区南港北1丁目7番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 松本 祐司 大阪府大阪市住之江区南港北1丁目7番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 上川 健司 大阪府大阪市住之江区南港北1丁目7番89 号 日立造船株式会社内 Fターム(参考) 2F051 AA09 AA10 AB09 CA01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 線状体の張力を検出する線状体張力検出
    装置において、支持体に、線状体の移動を許容して該線
    状体の途中箇所に対して自在に着脱可能とされ、該支持
    体の両端部に設けられた取付部と、これら取付部の中央
    部に設けられ、線状体に対して直交方向に張り出して線
    状体をくの字状に屈曲させる屈曲部と、この屈曲部によ
    ってくの字状に屈曲させられた線状体が直線状に戻ろう
    とする際に該線状体から与えられる力を検出する検出器
    とを有したことを特徴とする線状体張力検出装置。
  2. 【請求項2】 支持体を撓み可能な部材とし、支持体
    に、検出器としての歪みゲージを設けたことを特徴とす
    る請求項1記載の線状体張力検出装置。
  3. 【請求項3】 支持体を高剛性部材とし、屈曲部に、検
    出器としての力検出器を設けたことを特徴とする請求項
    1記載の線状体張力検出装置。
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