JP2021110572A - トルク検出装置、制御装置、ロボット装置、物品の製造方法、プログラム、および記録媒体 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、非検出方向の力に対する機械強度が確保され、しかも検出精度が高いトルクセンサが求められていた。
尚、以下の各実施形態の説明において参照する図面では、特に但し書きがない限り、同一の参照番号を付して示す要素は、同一の機能を有するものとする。
(トルクセンサユニットの構造)
図を参照して、実施形態1に係るトルクセンサユニットについて説明する。
図1(a)は、トルクセンサユニット20の下面図、図1(b)はトルクセンサユニット20の側面図、図2はトルクセンサユニット20の上面図である。トルクセンサユニット20は、構造体1と、構造体1の変形を検出する光学式エンコーダ10を備えている。
図3は、構造体1を抽出して外観を示した斜視図である。
検出すべきトルク、すなわち回転軸14まわりのトルク(Mz)が外輪部2と内輪部3の間にかかると、それぞれの接続部4は、外輪部の半径方向と交差する方向に弾性変形する。起歪体である接続部4の好適な態様は、弾性材料からなる板ばねである。
スケール13は、構造体1の外輪部2に固定され、検出ヘッド12は検出ヘッド取付け部11を介して構造体1の内輪部3に固定される。
以上のようにして、トルクセンサユニット20は、設置された装置(例えばロボット装置の関節)において、回転軸14まわりのトルク(Mz)を検出することができる。
本実施形態によれば、構造体1の厚みHを小さくしても、非検出方向の剛性を保つことができ、検出精度が高いトルクセンサを提供することが可能である。
本実施形態の好適な具体例を示せば、トルクセンサユニット20の構造体1は、外径Dを68mm、回転軸方向厚みHを12mm、内径dを16mmとする。また、接続部4は、厚さtを1.2mm、長さLを12.5mm、幅H1を8mmとする。また、外輪部2が備えるツバ部60が筒状部から突出する長さ、すなわち回転軸14と直交する方向のツバ部60の長さL1を4.3mmとする。内輪部3が備えるツバ部80が筒状部から突出する長さ、すなわち回転軸14と直交する方向のツバ部80の長さL2を4.7mmとする。接続部4に設けられる切欠き部9は、回転軸方向の長さH2を4.25mm、回転軸と直交する方向の長さを3.5mmとした。尚、切欠き部9の長さは、ツバ部60とツバ部80を隔てる距離L3と等しい。構造体1は、SUS630を材料とする母材から切削加工により形成した。
次に、上述したトルクセンサユニットを備えたロボット装置について説明する。
図5は、実施形態1に係るトルクセンサユニットを搭載したロボット装置500の外観を模式的に示す斜視図である。図5に示すように、ロボット装置500は、ワークWの組立てを行う多関節ロボットアーム100と、多関節ロボットアーム100を制御する制御装置200と、制御装置200に接続されたティーチングペンダント300とを備えている。
ロボットアーム101は、作業台に固定されるベース部103と、変位や力を伝達する複数のリンク121〜126と、各リンク121〜126を旋回又は回転可能に連結する複数の関節111〜116とを備えている。更に、各関節111〜116には、関節に作用するトルクを検出するためのトルクセンサユニットを備える。
図8(a)、図8(b)を参照して、実施形態2のトルクセンサユニットについて説明する。実施形態1では、外輪部2および内輪部3の形状を、肉厚が一定の円筒形状にするのではなく、回転軸14と交差する方向に突出したツバ部を有する形状としており、外輪部2および内輪部3は、断面形状が略L字状になるよう構成した。
本実施形態によれば、構造体1の厚みを小さくしても、非検出方向の剛性を保つことができ、検出精度が高いトルクセンサを提供することが可能である。
図9(a)、図9(b)を参照して、実施形態3のトルクセンサユニットについて説明する。実施形態1では、外輪部2および内輪部3の形状を、肉厚が一定の円筒形状にするのではなく、回転軸14と交差する方向に突出したツバ部を有する形状としており、外輪部2および内輪部3は、断面形状が略L字状になるよう構成した。
本実施形態によれば、構造体1の厚みを小さくしても、非検出方向の剛性を保つことができ、検出精度が高いトルクセンサを提供することが可能である。
図10(a)、図10(b)を参照して、実施形態4のトルクセンサユニットについて説明する。実施形態1では、外輪部2および内輪部3の形状を、肉厚が一定の円筒形状にするのではなく、回転軸14と交差する方向に突出したツバ部を有する形状としており、外輪部2および内輪部3は、断面形状が略L字状になるよう構成した。
実施形態4も、回転軸14と交差する方向に突出したツバ部を有する点で共通するが、筒状部の形状が実施形態1とは異なる。以下の実施形態4についての説明では、実施形態1と共通する部分については、説明を簡略化ないしは省略する。
本実施形態によれば、構造体1の厚みを小さくしても、非検出方向の剛性を保つことができ、検出精度が高いトルクセンサを提供することが可能である。
図11(a)、図11(b)を参照して、実施形態5のトルクセンサユニットについて説明する。実施形態1では、外輪部2および内輪部3の形状を、肉厚が一定の円筒形状にするのではなく、回転軸14と交差する方向に突出したツバ部を有する形状としており、外輪部2および内輪部3は、断面形状が略L字状になるよう構成した。
実施形態5も、回転軸14と交差する方向に突出したツバ部を有する点で共通するが、実施形態1とはツバ部の位置が異なり、外輪部2および内輪部3の断面形状はL字ではなく、T字を90度回転させたような形状である。また、外輪部2の半径に沿ってみた時、回転軸14の方向(Z方向)に並ぶ2つの接続部4A、接続部4Bを有している。
以下の実施形態5についての説明では、実施形態1と共通する部分については、説明を簡略化ないしは省略する。
本実施形態によれば、構造体1の厚みを小さくしても、非検出方向の剛性を保つことができ、検出精度が高いトルクセンサを提供することが可能である。
なお、本発明は、以上説明した実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
また、例えば実施形態1の外輪部と実施形態2の内輪部のように、異なる実施形態の部分どうしを組合わせてもよい。また、外輪部および内輪部の形状は用途に応じて、円形のみならず、矩形や三角形の形状を提供しても構わない。
また、ツバ部は、回転軸と直交する方向に突出する凸形状に限らず、回転軸と直角以外の角度で交差する方向に突出する凸形状であってもよい。
また、外輪部と内輪部の変位を検出する検出手段は、光学式エンコーダが精度の点で優れるが、磁気式エンコーダ等の他方式の変位検出手段であってもよい。
Claims (12)
- 第1の部位と、前記第1の部位の内側に設けられた第2の部位と、前記第1の部位と前記第2の部位とを接続する接続部と、を有し、
前記第1の部位は、第1の筒状部と、前記第1の筒状部から前記第2の部位に向かって突出する第1の凸部を有し、
前記第2の部位は、第2の筒状部と、前記第2の筒状部から前記第1の部位に向かって突出する第2の凸部を有し、
前記第1の部位は、前記第1の筒状部の内側面および前記第1の凸部の表面が、前記接続部と接続し、
前記第2の部位は、前記第2の筒状部の外側面および前記第2の凸部の表面が、前記接続部と接続し、
トルクが印加された際には、前記接続部が変形して前記第1の部位と前記第2の部位が相対的に変位する、
ことを特徴とするトルク検出装置。 - 前記接続部は、前記第1の凸部と前記第2の凸部の間隙を跨いで前記第1の部位と前記第2の部位とを接続する、
ことを特徴とする請求項1に記載のトルク検出装置。 - 前記接続部には、前記第1の凸部と前記第2の凸部の間隙を跨ぐ部分に、切欠き部が設けられている、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のトルク検出装置。 - 前記第1の筒状部、および/または前記第2の筒状部は、所定の肉厚を有する円筒形状である、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のトルク検出装置。 - 前記第1の筒状部の内側面、および/または前記第2の筒状部の外側面は、曲面形状を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のトルク検出装置。 - 前記第1の部位と前記第2の部位との相対的な変位を検出するエンコーダを備える、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のトルク検出装置。 - 前記第1の部位は外輪部であり、前記第2の部位は内輪部である、
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のトルク検出装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載のトルク検出装置を備える、
ことを特徴とするロボット装置。 - 請求項8に記載のロボット装置により、前記トルク検出装置の検出結果を用いて物品の製造を行う、ことを特徴とする物品の製造方法。
- 請求項1乃至7のいずれか1項に記載のトルク検出装置の出力信号を用いて、前記トルク検出装置が搭載された機器の動作を制御する、
ことを特徴とする制御装置。 - 請求項10に記載の制御装置が、前記トルク検出装置の出力信号を用いて、前記機器の動作を制御するためのプログラム。
- 請求項11に記載のプログラムを記録した、コンピュータにより読み取り可能な非一時的な記録媒体。
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