JP2007078570A - 力センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 力センサ10は、荷重を受けたときにひずみが発生するように構成された構造体の複数の測定部位にそれぞれ取り付けられた複数の検出用ひずみゲージ28,30と、荷重を受けたときに実質的にひずみが発生しないように構成された基準部位に取り付けられ且つ検出用ひずみゲージ28,30と同じ特性を有した温度補償用共通基準ひずみゲージ22とを備える。直列に接続された複数の検出用ひずみゲージ28,30と抵抗34の両端及び温度補償用共通基準ひずみゲージ22と抵抗32の両端に同一の入力電圧を印加し、入力電圧を複数の検出用ひずみゲージ28,30の各々と抵抗34とで分圧した分圧電圧と、入力電圧を温度補償用共通基準ひずみゲージ22と抵抗32とで分圧した分圧電圧との差分を求め、求められた差分に基づいて各測定部位のひずみを検出する。
【選択図】 図1
Description
最初に、図2及び図3を参照して本発明に従って構成された6軸力センサの構造について説明する。図2及び図3は本発明に従って構成された6軸力センサの構造を示しており、図2は6軸力センサを斜め上方から見た斜視図、図3は6軸力センサを斜め下方から見た斜視図である。図2及び図3を参照すると、6軸力センサ10は、構造体と、構造体の各測定部位及び基準部位に取り付けられたひずみゲージとを備える。構造体は、互いに対向して配置される一対の円板状部材12、14と、この一対の円板状部材12、14の間に配置され且つ二つの円板状部材12、14を接続する脚16とを含む。
各測定部位に取り付けられた検出用ひずみゲージ28,30に同じ抵抗値Rの抵抗34を直列に接続して、直列に接続した各検出用ひずみゲージ28,30と抵抗34との両端に入力電圧Eを印加し、入力電圧Eを検出用ひずみゲージ28,30と抵抗34とで分圧した分圧電圧(すなわち、検出用ひずみゲージ28,30と抵抗34との間の回路上の位置における電圧)を出力として取り出すように回路を構成する。同様に、温度補償用共通基準ひずみゲージ22にも同じ抵抗値Rの抵抗32を直列に接続して、直列に接続した温度補償用共通基準ひずみゲージ22と抵抗32との両端に入力電圧Eを印加し、入力電圧Eを温度補償用共通基準ひずみゲージ22と抵抗32とで分圧した分圧電圧(すなわち、温度補償用共通基準ひずみゲージ22と抵抗32との間の回路上の位置における電圧)を出力として取り出すように回路を構成する。直列に接続した各検出用ひずみゲージ28,30と抵抗34の両端並びに直列に接続した温度補償用共通基準ひずみゲージ22と抵抗32の両端に印加される入力電圧Eは、共通の電源から得てもよいし、同じ電源電圧の別個の電源から得てもよい。
V1=ER/(R+R(1+ks+kt))
ここで、ksとktは1に比べて非常に小さいので、上式は以下の式により近似される。
V1≒E(2−ks−kt)/4
温度補償用共通基準ひずみゲージの分圧電圧V2は、同様にして、以下のように求められる。
V2≒E(2−kt)/4
したがって、検出用ひずみゲージ28,30の分圧電圧と温度補償用共通基準ひずみゲージ22の分圧電圧との差分電圧は、以下のようになる。
V1−V2=−Eks/4
したがって、差分電圧に基づいてひずみを検出すれば、温度変動により発生したゲージ抵抗変化の影響が除去できることが分かる。
16 脚
16a 横梁
16b 縦梁
22 温度補償用共通基準ひずみゲージ
28 検出用ひずみゲージ
30 検出用ひずみゲージ
32 抵抗
34 抵抗
36 差動増幅器
Claims (6)
- 荷重を受けたときにひずみが発生するように構成された構造体の複数の測定部位にそれぞれ取り付けられた複数の検出用ひずみゲージを備えた力センサであって、
前記荷重を受けたときに実質的にひずみが発生しないように構成された基準部位又は前記構造体と同じ材質の実質的にひずみのない部材に取り付けられ且つ前記検出用ひずみゲージと同じ特性を有した温度補償用共通基準ひずみゲージをさらに備え、前記複数の検出用ひずみゲージ及び前記温度補償用共通基準ひずみゲージの各々にそれぞれ同じ抵抗値の抵抗を直列に接続し、直列に接続された前記複数の検出用ひずみゲージ及び前記温度補償用共通基準ひずみゲージの各々と前記抵抗との両端に同一の入力電圧を印加し、前記入力電圧を前記複数の検出用ひずみゲージの各々と前記抵抗とで分圧した分圧電圧と、前記入力電圧を前記温度補償用共通基準ひずみゲージと前記抵抗とで分圧した分圧電圧との差分を求め、求められた差分に基づいて各測定部位のひずみを検出し、温度変動の影響を補償して前記構造体に作用する力を測定することを特徴とした力センサ。 - 複数の測定部位の各々に生じる一つの軸方向のひずみを測定するために、一つの検出用ひずみゲージが取り付けられている、請求項1に記載の力センサ。
- 前記検出用ひずみゲージ及び前記温度補償用共通基準ひずみゲージは、半導体ひずみゲージである、請求項1に記載の力センサ。
- 前記構造体は、互いに対向して配置される一対の部材と、該一対の部材の間において該部材の周縁部に沿って分散配置され且つ前記一対の部材を接続する少なくとも三つの脚とを備え、前記少なくとも三つの脚の各々に取り付けた前記検出用ひずみゲージによって、前記一対の部材の一方に荷重を付与することにより前記脚に生じたひずみを検出し、検出した前記脚のひずみに基づいて前記一対の部材の一方に作用した力を測定する、請求項1から請求項3の何れか一項に記載の力センサ。
- 前記脚が、前記一対の部材の一方によって両端部を支持されており且つ前記部材の周縁部を周方向に延びる横梁と、該横梁の中央部から該横梁と垂直方向に延び前記一対の部材の他方に連結する縦梁とからなるT字形状脚である、請求項4に記載の力センサ。
- 一つの検出用ひずみゲージが、前記横梁の長手軸線方向のひずみを検出できるように前記縦梁と反対方向に向いた前記横梁の表面又は前記縦梁の側に向いた前記横梁の表面に取り付けられると共に、他の一つの検出用ひずみゲージが、前記縦梁の長手軸線方向のひずみを検出できるように周方向に向いた前記縦梁の側面に取り付けられる、請求項5に記載の力センサ。
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