JP2767766B2 - ６軸力覚センサ - Google Patents
６軸力覚センサInfo
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- JP2767766B2 JP2767766B2 JP3337624A JP33762491A JP2767766B2 JP 2767766 B2 JP2767766 B2 JP 2767766B2 JP 3337624 A JP3337624 A JP 3337624A JP 33762491 A JP33762491 A JP 33762491A JP 2767766 B2 JP2767766 B2 JP 2767766B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は産業用ロボットの手先部
等の作用力を検出する力覚センサに関し、さらに詳しく
は、直交する３軸方向の力およびこれら各軸まわりのモ
ーメントの６成分を検出する６軸力覚センサに関する。
等の作用力を検出する力覚センサに関し、さらに詳しく
は、直交する３軸方向の力およびこれら各軸まわりのモ
ーメントの６成分を検出する６軸力覚センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、例えば産業用ロボットのロボ
ット手先部の作業動作を制御するため、ロボットアーム
とロボットハンドとの間に力覚センサが介装されてい
る。そして、ロボット手先部に作業中に作用する力やモ
ーメントが、前記力覚センサを介して検出されると、こ
の検出結果が情報として制御回路へ入力されて、制御回
路が前記ロボットの作業動作を修正制御するように構成
されている。
ット手先部の作業動作を制御するため、ロボットアーム
とロボットハンドとの間に力覚センサが介装されてい
る。そして、ロボット手先部に作業中に作用する力やモ
ーメントが、前記力覚センサを介して検出されると、こ
の検出結果が情報として制御回路へ入力されて、制御回
路が前記ロボットの作業動作を修正制御するように構成
されている。
【０００３】ところで、従来の力覚センサにおいては、
起歪体に貼着された歪ゲージにより、起歪体に働く６自
由度の外力（３軸方向の力とその軸まわりのモーメン
ト）を検出するものであり、歪検出用回路の一つのブリ
ッジ回路に、複数の軸方向力とその軸まわりのモーメン
トが同時に作用する。
起歪体に貼着された歪ゲージにより、起歪体に働く６自
由度の外力（３軸方向の力とその軸まわりのモーメン
ト）を検出するものであり、歪検出用回路の一つのブリ
ッジ回路に、複数の軸方向力とその軸まわりのモーメン
トが同時に作用する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに、複数の軸方向力およびモーメントが一つのブリッ
ジ回路に同時に作用する構造では、複雑な変換マトリク
スを必要とし、その演算のため検出のサンプリング時間
に制約を受けたり、あるいは、各作用力の配分が難し
く、力とモーメントとで検出精度や分解能が異なり、均
一に高い検出精度が得られないという欠点があった。
うに、複数の軸方向力およびモーメントが一つのブリッ
ジ回路に同時に作用する構造では、複雑な変換マトリク
スを必要とし、その演算のため検出のサンプリング時間
に制約を受けたり、あるいは、各作用力の配分が難し
く、力とモーメントとで検出精度や分解能が異なり、均
一に高い検出精度が得られないという欠点があった。
【０００５】そこで、近時、何種類かの起歪体が組み合
わされて、６自由度の外力について独立の歪検出部分を
備えた力覚センサが提案されている（例えば、特開昭６
２−１６２４９２号公報、特開昭６１−８３９２９号公
報参照）。
わされて、６自由度の外力について独立の歪検出部分を
備えた力覚センサが提案されている（例えば、特開昭６
２−１６２４９２号公報、特開昭６１−８３９２９号公
報参照）。
【０００６】このような構造では、起歪体の組立構造が
複雑で、ボルト等による連結を要するため検出精度にも
高い信頼性が得られない。
複雑で、ボルト等による連結を要するため検出精度にも
高い信頼性が得られない。
【０００７】また、特開昭６１−５７８２５号公報に提
案されている起歪体は、一体構造であるが、構造が複雑
であり起歪体の加工が放電加工により行われるため、製
作コストさらには製品コストが高いという問題がある。
案されている起歪体は、一体構造であるが、構造が複雑
であり起歪体の加工が放電加工により行われるため、製
作コストさらには製品コストが高いという問題がある。
【０００８】本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み
てなされたものであって、３軸方向の力および各軸まわ
りのモーメントがそれぞれ独立して高い検出精度検出で
き、しかも構造が簡単で安価な６軸力覚センサを提供す
ることを目的とする。
てなされたものであって、３軸方向の力および各軸まわ
りのモーメントがそれぞれ独立して高い検出精度検出で
き、しかも構造が簡単で安価な６軸力覚センサを提供す
ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の６軸力覚センサ
は、ロボットアームの支持側部とロボットハンドの力作
用側部との間に介装される起歪体と、該起歪体の歪を検
出する歪ゲージとを備えてなり、前記起歪体は、前記支
持側部に連結される支持部と、前記力作用側部に連結さ
れる力作用部と、これらを連結する複数の弾性ビームと
からなる単一部材から構成され、前記起歪体は、その中
心部分に前記支持部が配置されるとともに、該支持部の
周囲に前記力作用部が同心状に４つ配置されてなり、こ
れら支持部および力作用部間を連結する前記弾性ビーム
は、直交する２軸上に延びる４本の第１弾性ビームと、
該第１弾性ビームに直交する４本の第２弾性ビームとか
ら構成され、相隣る前記力作用部が前記第２弾性ビーム
により相互に連結されるとともに、該第２弾性ビームの
中央部と前記支持部が前記第１弾性ビームにより相互に
連結され、前記第２弾性ビームの外側面の高さ方向の中
心位置において、その第２弾性ビームに直交している第
１弾性ビームの軸心に対称に一対の歪ゲージが配設さ
れ、かつ、同第２弾性ビームの上面および下面であって
その第２弾性ビームに直交している第１弾性ビームの軸
心の延長上の位置に歪ゲージが配設され、前記第１弾性
ビームの上面および下面においてその軸心上に歪ゲージ
が配設され、かつ、同第１弾性ビームの一方の側面の高
さ方向の中心位置に歪ゲージが配設され、前記一方の側
面に配設されている歪ゲージは、同第１弾性ビームと直
交する第１弾性ビームの軸に関して軸対称に位置する第
１弾性ビームの他方の側面に同様にして配設されている
歪ゲージと点対称とされ、前記直交する一方の軸上の第
１弾性ビームに直交している第２弾性ビームの外側面に
配設されている歪ゲージが、同軸方向の力を検出するよ
うにブリッジ回路が形成され、前記直交する他方の軸上
の第１弾性ビームに直交している第２弾性ビームの外側
面に配設されている歪ゲージが、同軸方向の力を検出す
るようにブリッジ回路が形成され、前記第２弾性ビーム
の上面および下面に配設されている歪ゲージが、前記直
交する２軸に直交する軸方向の力を検出するようにブリ
ッジ回路が形成され、前記直交する一方の軸上の第１弾
性ビームの上面および下面に配設されている歪ゲージ
が、前記直交する他方の軸まわりのモーメントを検出す
るようにブリッジ回路が形成され、前記直交する他方の
軸上の第１弾性ビームの上面および下面に配設され てい
る歪ゲージが、前記直交する他方の軸まわりのモーメン
トを検出するようにブリッジ回路が形成され、前記第１
弾性ビームの側面に配設されている歪ゲージが、前記直
交する２軸に直交する軸まわりのモーメントを検出する
ようにブリッジ回路が形成されてなることを特徴とす
る。
は、ロボットアームの支持側部とロボットハンドの力作
用側部との間に介装される起歪体と、該起歪体の歪を検
出する歪ゲージとを備えてなり、前記起歪体は、前記支
持側部に連結される支持部と、前記力作用側部に連結さ
れる力作用部と、これらを連結する複数の弾性ビームと
からなる単一部材から構成され、前記起歪体は、その中
心部分に前記支持部が配置されるとともに、該支持部の
周囲に前記力作用部が同心状に４つ配置されてなり、こ
れら支持部および力作用部間を連結する前記弾性ビーム
は、直交する２軸上に延びる４本の第１弾性ビームと、
該第１弾性ビームに直交する４本の第２弾性ビームとか
ら構成され、相隣る前記力作用部が前記第２弾性ビーム
により相互に連結されるとともに、該第２弾性ビームの
中央部と前記支持部が前記第１弾性ビームにより相互に
連結され、前記第２弾性ビームの外側面の高さ方向の中
心位置において、その第２弾性ビームに直交している第
１弾性ビームの軸心に対称に一対の歪ゲージが配設さ
れ、かつ、同第２弾性ビームの上面および下面であって
その第２弾性ビームに直交している第１弾性ビームの軸
心の延長上の位置に歪ゲージが配設され、前記第１弾性
ビームの上面および下面においてその軸心上に歪ゲージ
が配設され、かつ、同第１弾性ビームの一方の側面の高
さ方向の中心位置に歪ゲージが配設され、前記一方の側
面に配設されている歪ゲージは、同第１弾性ビームと直
交する第１弾性ビームの軸に関して軸対称に位置する第
１弾性ビームの他方の側面に同様にして配設されている
歪ゲージと点対称とされ、前記直交する一方の軸上の第
１弾性ビームに直交している第２弾性ビームの外側面に
配設されている歪ゲージが、同軸方向の力を検出するよ
うにブリッジ回路が形成され、前記直交する他方の軸上
の第１弾性ビームに直交している第２弾性ビームの外側
面に配設されている歪ゲージが、同軸方向の力を検出す
るようにブリッジ回路が形成され、前記第２弾性ビーム
の上面および下面に配設されている歪ゲージが、前記直
交する２軸に直交する軸方向の力を検出するようにブリ
ッジ回路が形成され、前記直交する一方の軸上の第１弾
性ビームの上面および下面に配設されている歪ゲージ
が、前記直交する他方の軸まわりのモーメントを検出す
るようにブリッジ回路が形成され、前記直交する他方の
軸上の第１弾性ビームの上面および下面に配設され てい
る歪ゲージが、前記直交する他方の軸まわりのモーメン
トを検出するようにブリッジ回路が形成され、前記第１
弾性ビームの側面に配設されている歪ゲージが、前記直
交する２軸に直交する軸まわりのモーメントを検出する
ようにブリッジ回路が形成されてなることを特徴とす
る。
【００１０】
【作用】歪検出用回路が、直交する３軸の力およびこれ
ら各軸まわりのモーメントを独立して検出する複数組の
ブリッジ回路群からなるので、複雑な変換マトリクスや
干渉補正演算を必要とすることなく、外力を迅速にしか
も精度良く検出できる。
ら各軸まわりのモーメントを独立して検出する複数組の
ブリッジ回路群からなるので、複雑な変換マトリクスや
干渉補正演算を必要とすることなく、外力を迅速にしか
も精度良く検出できる。
【００１１】また、起歪体が平板状であるので、構造の
簡素化および製造の容易化が図られる。
簡素化および製造の容易化が図られる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
【００１３】図１は本発明の一実施例の６軸力覚センサ
（以下、単に力覚センサという）の概略図である。図に
おいて、１は力覚センサを示す。この力覚センサ１は、
例えば産業用ロボット用のものであって、図４に示すよ
うに、支持側部であるロボットアーム２と力作用側部で
あるロボットハンド３との間に介装されている。
（以下、単に力覚センサという）の概略図である。図に
おいて、１は力覚センサを示す。この力覚センサ１は、
例えば産業用ロボット用のものであって、図４に示すよ
うに、支持側部であるロボットアーム２と力作用側部で
あるロボットハンド３との間に介装されている。
【００１４】力覚センサ１は、単一部品である起歪体４
と、これに貼着される複数の歪ゲージＳ…、Ｔ…とを主
要部として備えてなる。
と、これに貼着される複数の歪ゲージＳ…、Ｔ…とを主
要部として備えてなる。
【００１５】起歪体４は、図示のごとく肉厚板状の単一
ブロック体であって、前記ロボットアーム２の取付部２
ａに連結される支持部５と、前記ロボットハンド３の取
付フランジ３ａに連結される力作用部６と、これらを連
結する複数の弾性ビーム７、８、…とが一体的に形成さ
れている。
ブロック体であって、前記ロボットアーム２の取付部２
ａに連結される支持部５と、前記ロボットハンド３の取
付フランジ３ａに連結される力作用部６と、これらを連
結する複数の弾性ビーム７、８、…とが一体的に形成さ
れている。
【００１６】すなわち、前記起歪体４は、図２(a) に示
すような平面略正方形状とされ、その中心部分に支持部
５が配置されるとともに、この支持部５の周囲に、４つ
の力作用部６、６、…が同心状に配置されてなる。ま
た、これら相互間に橋絡状に配設される弾性ビームは、
４本の第１弾性ビーム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄと４本の
第２弾性ビーム８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄとからなる。２
０は力作用部６に穿設された取付ボルト用穴である。
すような平面略正方形状とされ、その中心部分に支持部
５が配置されるとともに、この支持部５の周囲に、４つ
の力作用部６、６、…が同心状に配置されてなる。ま
た、これら相互間に橋絡状に配設される弾性ビームは、
４本の第１弾性ビーム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄと４本の
第２弾性ビーム８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄとからなる。２
０は力作用部６に穿設された取付ボルト用穴である。
【００１７】第１弾性ビーム７ａ、７ｂ、…は、直交す
る２軸Ｘ、Ｙ上にそれぞれ延設され、前記支持部５と第
２弾性ビーム８ａ、８ｂ…に連結されている。第２弾性
ビーム８ａ、８ｂ…は、第１弾性ビーム７に直交状にそ
れぞれ延設され、相隣る力作用部６、６に連結されてい
る。
る２軸Ｘ、Ｙ上にそれぞれ延設され、前記支持部５と第
２弾性ビーム８ａ、８ｂ…に連結されている。第２弾性
ビーム８ａ、８ｂ…は、第１弾性ビーム７に直交状にそ
れぞれ延設され、相隣る力作用部６、６に連結されてい
る。
【００１８】歪ゲージＳ、Ｔ…は、前記各弾性ビーム
７、８、…における歪の最も大きな部位に配設されてい
るとともに、図３に示すような歪検出用回路を形成して
いる。各弾性ビーム７、８、…における歪ゲージＳ、Ｔ
…の配設部位は、ＦＥＭ解析により得られた、最も延び
た部位と最も縮んだ部位に設定されており、具体的に
は、図２(a)(b)(c) に示すような配置とされている。
７、８、…における歪の最も大きな部位に配設されてい
るとともに、図３に示すような歪検出用回路を形成して
いる。各弾性ビーム７、８、…における歪ゲージＳ、Ｔ
…の配設部位は、ＦＥＭ解析により得られた、最も延び
た部位と最も縮んだ部位に設定されており、具体的に
は、図２(a)(b)(c) に示すような配置とされている。
【００１９】歪ゲージＳx1、Ｓx2、Ｓx3、Ｓx4は、Ｘ軸
方向の力Ｆｘを検出するためのもので、Ｘ軸に直交する
第２弾性ビーム８ａ、８ｃの側面に貼設されるととも
に、図３におけるブリッジ回路１１を構成している。歪
ゲージＳx1、Ｓx3は、第２弾性ビーム８ａの側面におい
て、その高さ方向中心位置で、かつＸ軸に対して対称位
置に配置されている。歪ゲージＳx2、Ｓx4は、第２弾性
ビーム８ｃの側面において、その高さ方向中心位置で、
かつＸ軸に対して対称位置に配置されている。
方向の力Ｆｘを検出するためのもので、Ｘ軸に直交する
第２弾性ビーム８ａ、８ｃの側面に貼設されるととも
に、図３におけるブリッジ回路１１を構成している。歪
ゲージＳx1、Ｓx3は、第２弾性ビーム８ａの側面におい
て、その高さ方向中心位置で、かつＸ軸に対して対称位
置に配置されている。歪ゲージＳx2、Ｓx4は、第２弾性
ビーム８ｃの側面において、その高さ方向中心位置で、
かつＸ軸に対して対称位置に配置されている。
【００２０】歪ゲージＳy1、Ｓy2、Ｓy3、Ｓy4は、Ｙ軸
方向の力Ｆｙを検出するためのもので、Ｙ軸に直交する
第２弾性ビーム８ｂ、８ｄの側面に貼設されるととも
に、図３におけるブリッジ回路１２を構成している。歪
ゲージＳy1、Ｓy3は、第２弾性ビーム８ｄの側面におい
て、その高さ方向中心位置で、かつＹ軸に対して対称位
置に配置されている。歪ゲージＳy2、Ｓy4は、第２弾性
ビーム８ｂの側面において、その高さ方向中心位置で、
かつＹ軸に対して対称位置に配置されている。
方向の力Ｆｙを検出するためのもので、Ｙ軸に直交する
第２弾性ビーム８ｂ、８ｄの側面に貼設されるととも
に、図３におけるブリッジ回路１２を構成している。歪
ゲージＳy1、Ｓy3は、第２弾性ビーム８ｄの側面におい
て、その高さ方向中心位置で、かつＹ軸に対して対称位
置に配置されている。歪ゲージＳy2、Ｓy4は、第２弾性
ビーム８ｂの側面において、その高さ方向中心位置で、
かつＹ軸に対して対称位置に配置されている。
【００２１】歪ゲージＳz1、Ｓz2、Ｓz3、Ｓz4、Ｓz5、
Ｓz6、Ｓz7、Ｓz8は、Ｚ軸方向の力Ｆｚを検出するため
のもので、Ｚ軸に直交する第２弾性ビーム８ａ、８ｂ、
８ｃ、８ｄの上下面に貼設されるとともに、図３におけ
るブリッジ回路１３を構成している。歪ゲージＳz1、Ｓ
z3は、第２弾性ビーム８ｂの上下面において、その長さ
方向中心つまりＹ軸上に配置されている。歪ゲージ
Ｓz2、Ｓz4は、第２弾性ビーム８ｄの上下面において、
その長さ方向中心つまりＹ軸上に配置されている。歪ゲ
ージＳz5、Ｓz7は、第２弾性ビーム８ｃの上下面におい
て、その長さ方向中心つまりＸ軸上に配置されている。
歪ゲージＳz6、Ｓz8は、第２弾性ビーム８ａの上下面に
おいて、その長さ方向中心つまりＸ軸上に配置されてい
る。
Ｓz6、Ｓz7、Ｓz8は、Ｚ軸方向の力Ｆｚを検出するため
のもので、Ｚ軸に直交する第２弾性ビーム８ａ、８ｂ、
８ｃ、８ｄの上下面に貼設されるとともに、図３におけ
るブリッジ回路１３を構成している。歪ゲージＳz1、Ｓ
z3は、第２弾性ビーム８ｂの上下面において、その長さ
方向中心つまりＹ軸上に配置されている。歪ゲージ
Ｓz2、Ｓz4は、第２弾性ビーム８ｄの上下面において、
その長さ方向中心つまりＹ軸上に配置されている。歪ゲ
ージＳz5、Ｓz7は、第２弾性ビーム８ｃの上下面におい
て、その長さ方向中心つまりＸ軸上に配置されている。
歪ゲージＳz6、Ｓz8は、第２弾性ビーム８ａの上下面に
おいて、その長さ方向中心つまりＸ軸上に配置されてい
る。
【００２２】歪ゲージＴx1、Ｔx2、Ｔx3、Ｔx4は、Ｘ軸
まわりのモーメントＭｘを検出するためのもので、Ｘ軸
に直交する第１弾性ビーム７ｂ、７ｄの上下面に貼設さ
れるとともに、図３におけるブリッジ回路１４を構成し
ている。歪ゲージＴx1、Ｔx2は、第１弾性ビーム７ｂの
上下面において、その幅方向中心つまりＹ軸上に配置さ
れている。歪ゲージＴx3、Ｔx4は、第１弾性ビーム７ｄ
の上下面において、その幅方向中心つまりＹ軸上に配置
されている。
まわりのモーメントＭｘを検出するためのもので、Ｘ軸
に直交する第１弾性ビーム７ｂ、７ｄの上下面に貼設さ
れるとともに、図３におけるブリッジ回路１４を構成し
ている。歪ゲージＴx1、Ｔx2は、第１弾性ビーム７ｂの
上下面において、その幅方向中心つまりＹ軸上に配置さ
れている。歪ゲージＴx3、Ｔx4は、第１弾性ビーム７ｄ
の上下面において、その幅方向中心つまりＹ軸上に配置
されている。
【００２３】歪ゲージＴy1、Ｔy2、Ｔy3、Ｔy4は、Ｙ軸
まわりのモーメントＭｙを検出するためのもので、Ｙ軸
に直交する第１弾性ビーム７ａ、７ｃの上下面に貼設さ
れるとともに、図３におけるブリッジ回路１５を構成し
ている。歪ゲージＴy1、Ｔy2は、第１弾性ビーム７ａの
上下面において、その幅方向中心つまりＸ軸上に配置さ
れている。歪ゲージＴy3、Ｔy4は、第１弾性ビーム７ｃ
の上下面において、その幅方向中心つまりＸ軸上に配置
されている。
まわりのモーメントＭｙを検出するためのもので、Ｙ軸
に直交する第１弾性ビーム７ａ、７ｃの上下面に貼設さ
れるとともに、図３におけるブリッジ回路１５を構成し
ている。歪ゲージＴy1、Ｔy2は、第１弾性ビーム７ａの
上下面において、その幅方向中心つまりＸ軸上に配置さ
れている。歪ゲージＴy3、Ｔy4は、第１弾性ビーム７ｃ
の上下面において、その幅方向中心つまりＸ軸上に配置
されている。
【００２４】 歪ゲージＴz1、Ｔz2、Ｔz3、Ｔz4は、Ｚ
軸まわりのモーメントＭｚを検出するためのもので、第
１弾性ビーム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの側面に貼設され
るとともに、図３におけるブリッジ回路１６を構成して
いる。歪ゲージＴz1、Ｔz2は、それぞれ第１弾性ビーム
７ｃ、７ｂの対向する側面において、その高さ方向中心
位置で、かつその長さ方向中心位置に配置されている。
歪ゲージＴz3、Ｔz4は、それぞれ第１弾性ビーム７ａ、
７ｄの対向する側面において、その高さ方向中心位置
で、かつその長さ方向中心位置に配置されている。つま
り、第１弾性ビーム７ａおよび７ｃに設けられている歪
ゲージＴ z3 およびＴ z1 は点対称の位置関係とされ、また
第１弾性ビーム７ｂおよび７ｄに設けられている歪ゲー
ジＴ z2 およびＴ z4 は点対称の位置関係とされている。
軸まわりのモーメントＭｚを検出するためのもので、第
１弾性ビーム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの側面に貼設され
るとともに、図３におけるブリッジ回路１６を構成して
いる。歪ゲージＴz1、Ｔz2は、それぞれ第１弾性ビーム
７ｃ、７ｂの対向する側面において、その高さ方向中心
位置で、かつその長さ方向中心位置に配置されている。
歪ゲージＴz3、Ｔz4は、それぞれ第１弾性ビーム７ａ、
７ｄの対向する側面において、その高さ方向中心位置
で、かつその長さ方向中心位置に配置されている。つま
り、第１弾性ビーム７ａおよび７ｃに設けられている歪
ゲージＴ z3 およびＴ z1 は点対称の位置関係とされ、また
第１弾性ビーム７ｂおよび７ｄに設けられている歪ゲー
ジＴ z2 およびＴ z4 は点対称の位置関係とされている。
【００２５】しかして、図３に示す歪検出用回路は、直
交する３軸Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと、こ
れら各軸まわりのモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを独立し
て検出する６組のブリッジ回路１１〜１６を備えてお
り、図示しないが、これらブリッジ回路１１〜１６はそ
れぞれ電源に接続されるとともに、各歪検出端の出力
が、例えば増幅器、マルチプレクサ回路、サンプルホー
ルド回路、Ａ／Ｄ変換器等を介して、コンピュータから
なる制御回路へ送られる。
交する３軸Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと、こ
れら各軸まわりのモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを独立し
て検出する６組のブリッジ回路１１〜１６を備えてお
り、図示しないが、これらブリッジ回路１１〜１６はそ
れぞれ電源に接続されるとともに、各歪検出端の出力
が、例えば増幅器、マルチプレクサ回路、サンプルホー
ルド回路、Ａ／Ｄ変換器等を介して、コンピュータから
なる制御回路へ送られる。
【００２６】次に、以上のように構成された力覚センサ
による各作用力の検出について説明する（図２参照）。
による各作用力の検出について説明する（図２参照）。
【００２７】Ｘ軸方向の力Ｆｘ： 起歪体４に力Ｆｘが作用すると、歪ゲージＳx1、Ｓx3は
圧縮歪を受けて、その抵抗値はＦｘに比例して減少し、
一方、歪ゲージＳx2、Ｓx4は引張歪を受けて、その抵抗
値はＦｘに比例して増大する。この結果、図３のブリッ
ジ回路１１の出力のみが変化し、Ｆｘの大きさに比例し
た出力が得られる。
圧縮歪を受けて、その抵抗値はＦｘに比例して減少し、
一方、歪ゲージＳx2、Ｓx4は引張歪を受けて、その抵抗
値はＦｘに比例して増大する。この結果、図３のブリッ
ジ回路１１の出力のみが変化し、Ｆｘの大きさに比例し
た出力が得られる。
【００２８】このとき、歪ゲージＴy1、Ｔy2、Ｔz3、Ｔ
y3、Ｔy4、Ｔz1には極めて微小な圧縮歪が発生するが、
ブリッジ回路１５におけるＴy1とＴy2およびＴy3とＴy4
が、ならびにブリッジ回路１６におけるＴz1とＴz3が互
いに打ち消し合うため、Ｍｙ、Ｍｚは検出されない。
y3、Ｔy4、Ｔz1には極めて微小な圧縮歪が発生するが、
ブリッジ回路１５におけるＴy1とＴy2およびＴy3とＴy4
が、ならびにブリッジ回路１６におけるＴz1とＴz3が互
いに打ち消し合うため、Ｍｙ、Ｍｚは検出されない。
【００２９】さらに、歪ゲージＴz2とＴz4もそれぞれ圧
縮歪および引張歪を検出するが、これらもブリッジ回路
１６において互いに打ち消し合うため、やはりＭｚは検
出されない。
縮歪および引張歪を検出するが、これらもブリッジ回路
１６において互いに打ち消し合うため、やはりＭｚは検
出されない。
【００３０】Ｙ軸方向の力Ｆｙ： 起歪体４に力Ｆｙが作用すると、歪ゲージＳy1、Ｓy3は
圧縮歪を受けて、その抵抗値はＦｙに比例して減少し、
一方、歪ゲージＳy2、Ｓy4は引張歪を受けて、その抵抗
値はＦｙに比例して増大する。この結果、図３のブリッ
ジ回路１２の出力のみが変化し、Ｆｙの大きさに比例し
た出力が得られる。
圧縮歪を受けて、その抵抗値はＦｙに比例して減少し、
一方、歪ゲージＳy2、Ｓy4は引張歪を受けて、その抵抗
値はＦｙに比例して増大する。この結果、図３のブリッ
ジ回路１２の出力のみが変化し、Ｆｙの大きさに比例し
た出力が得られる。
【００３１】このとき、歪ゲージＴx3、Ｔx4、Ｔz4、Ｔ
x1、Ｔy2、Ｔz2には極めて微小な圧縮歪が発生するが、
ブリッジ回路１４におけるＴx1とＴx2およびＴx3とＴx4
が、ならびにブリッジ回路１６におけるＴz2とＴz4が互
いに打ち消し合うため、Ｍｙ、Ｍｚは検出されない。
x1、Ｔy2、Ｔz2には極めて微小な圧縮歪が発生するが、
ブリッジ回路１４におけるＴx1とＴx2およびＴx3とＴx4
が、ならびにブリッジ回路１６におけるＴz2とＴz4が互
いに打ち消し合うため、Ｍｙ、Ｍｚは検出されない。
【００３２】さらに、歪ゲージＴz1とＴz3もそれぞれ引
張歪および圧縮歪を検出するが、これらもブリッジ回路
１６において互いに打ち消し合うため、やはりＭｚは検
出されない。
張歪および圧縮歪を検出するが、これらもブリッジ回路
１６において互いに打ち消し合うため、やはりＭｚは検
出されない。
【００３３】Ｚ軸方向の力Ｆｚ： 起歪体４に力Ｆｚが作用すると、歪ゲージＳz1、Ｓz2、
Ｓz5、Ｓz6は圧縮歪を受けて、その抵抗値はＦｚに比例
して減少し、一方、歪ゲージＳz3、Ｓz4、Ｓz7、Ｓz8は
引張歪を受けて、その抵抗値はＦｚに比例して減少す
る。この結果、図３のブリッジ回路１３の出力のみが変
化し、Ｆｚの大きさに比例した出力が得られる。
Ｓz5、Ｓz6は圧縮歪を受けて、その抵抗値はＦｚに比例
して減少し、一方、歪ゲージＳz3、Ｓz4、Ｓz7、Ｓz8は
引張歪を受けて、その抵抗値はＦｚに比例して減少す
る。この結果、図３のブリッジ回路１３の出力のみが変
化し、Ｆｚの大きさに比例した出力が得られる。
【００３４】このとき、歪ゲージＴx1、Ｔx4、Ｔy1、Ｔ
y4には引張歪が、また歪ゲージＴx2、Ｔx3、Ｔy2、Ｔy3
には圧縮歪が発生するが、ブリッジ回路１４におけるＴ
x1とＴx3およびＴx2とＴx4が、ならびにブリッジ回路１
５におけるＴy1とＴy3およびＴy2とＴy4が互いに打ち消
し合うため、Ｍｘ、Ｍｙは検出されない。
y4には引張歪が、また歪ゲージＴx2、Ｔx3、Ｔy2、Ｔy3
には圧縮歪が発生するが、ブリッジ回路１４におけるＴ
x1とＴx3およびＴx2とＴx4が、ならびにブリッジ回路１
５におけるＴy1とＴy3およびＴy2とＴy4が互いに打ち消
し合うため、Ｍｘ、Ｍｙは検出されない。
【００３５】Ｘ軸まわりの力Ｍｘ： 起歪体４にモーメントＭｘが作用すると、歪ゲージ
Ｔx1、Ｔx3は圧縮歪を受けて、その抵抗値はＭｘに比例
して減少し、一方、歪ゲージＴx2、Ｔx4は引張歪を受け
て、その抵抗値はＭｘに比例して増大する。この結果、
図３のブリッジ回路１４の出力のみが変化し、Ｍｘの大
きさに比例した出力が得られる。
Ｔx1、Ｔx3は圧縮歪を受けて、その抵抗値はＭｘに比例
して減少し、一方、歪ゲージＴx2、Ｔx4は引張歪を受け
て、その抵抗値はＭｘに比例して増大する。この結果、
図３のブリッジ回路１４の出力のみが変化し、Ｍｘの大
きさに比例した出力が得られる。
【００３６】このとき、歪ゲージＳz1、Ｓz4には引張歪
が、また歪ゲージＳz3、Ｓz2には圧縮歪が発生するが、
ブリッジ回路１３におけるＳz1とＳz2およびＳz3とＳz4
が互いに打ち消し合うため、Ｆｚは検出されない。
が、また歪ゲージＳz3、Ｓz2には圧縮歪が発生するが、
ブリッジ回路１３におけるＳz1とＳz2およびＳz3とＳz4
が互いに打ち消し合うため、Ｆｚは検出されない。
【００３７】Ｙ軸まわりの力Ｍｙ： 起歪体４にモーメントＭｙが作用すると、歪ゲージ
Ｔy1、Ｔy3は圧縮歪を受けて、その抵抗値はＭｙに比例
して減少し、一方、歪ゲージＴy2、Ｔy4は引張歪を受け
て、その抵抗値はＭｙに比例して増大する。この結果、
図３のブリッジ回路１５の出力のみが変化し、Ｍｙの大
きさに比例した出力が得られる。
Ｔy1、Ｔy3は圧縮歪を受けて、その抵抗値はＭｙに比例
して減少し、一方、歪ゲージＴy2、Ｔy4は引張歪を受け
て、その抵抗値はＭｙに比例して増大する。この結果、
図３のブリッジ回路１５の出力のみが変化し、Ｍｙの大
きさに比例した出力が得られる。
【００３８】このとき、歪ゲージＳz6、Ｓz7には引張歪
が、また歪ゲージＳz8、Ｓz5には圧縮歪が発生するが、
ブリッジ回路１３におけるＳz5とＳz6およびＳz7とＳz8
が互いに打ち消し合うため、Ｆｚは検出されない。
が、また歪ゲージＳz8、Ｓz5には圧縮歪が発生するが、
ブリッジ回路１３におけるＳz5とＳz6およびＳz7とＳz8
が互いに打ち消し合うため、Ｆｚは検出されない。
【００３９】Ｚ軸まわりの力Ｍｚ： 起歪体４にモーメントＭｚが作用すると、歪ゲージ
Ｔz1、Ｔz3は圧縮歪を受けて、その抵抗値はＭｚに比例
して減少し、一方、歪ゲージＴz2、Ｔz4は引張歪を受け
て、その抵抗値はＭｚに比例して増大する。この結果、
図３のブリッジ回路１６の出力のみが変化し、Ｍｚの大
きさに比例した出力が得られる。
Ｔz1、Ｔz3は圧縮歪を受けて、その抵抗値はＭｚに比例
して減少し、一方、歪ゲージＴz2、Ｔz4は引張歪を受け
て、その抵抗値はＭｚに比例して増大する。この結果、
図３のブリッジ回路１６の出力のみが変化し、Ｍｚの大
きさに比例した出力が得られる。
【００４０】なお、本発明は図示例に限定されることな
く種々設計変更可能で、例えば、歪検出用回路の構成
は、６軸成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚにつ
いての歪情報が独立して得られる限り、図示例以外の他
の構成としてもよい。
く種々設計変更可能で、例えば、歪検出用回路の構成
は、６軸成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚにつ
いての歪情報が独立して得られる限り、図示例以外の他
の構成としてもよい。
【００４１】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
構造が簡単な起歪体を用いているにもかかわらず各軸の
軸力およびモーメントを精度良く検出できる。また、起
歪体の構造が簡単なので、製作コストさらには製品コス
トの大幅な低減が図れる。
構造が簡単な起歪体を用いているにもかかわらず各軸の
軸力およびモーメントを精度良く検出できる。また、起
歪体の構造が簡単なので、製作コストさらには製品コス
トの大幅な低減が図れる。
【図１】本発明の一実施例の起歪体の概略斜視図であ
る。
る。
【図２】同起歪体における歪ゲージの貼付位置を示す配
置図で、図２(a) は平面図、図２(b) は正面図、図２
(c) は右側面図である。
置図で、図２(a) は平面図、図２(b) は正面図、図２
(c) は右側面図である。
【図３】本発明の力覚センサの歪検出回路の一実施例の
回路図である。
回路図である。
【図４】同起歪体を備えた産業用ロボットのロボットア
ーム手先部の構造を示す概略図である。
ーム手先部の構造を示す概略図である。
１ 力覚センサ ２ ロボットアーム ２ａ ロボットアームの取付部 ３ ロボットハンド ３ａ ロボットハンドの取付フランジ ４ 起歪体 ５ 起歪体の支持部 ６ 起歪体の力作用部 ７ａ〜７ｄ 起歪体の第１弾性ビーム ８ａ〜８ｄ 起歪体の第２弾性ビーム １１〜１６ ブリッジ回路 Ｓx1〜Ｓx4 Ｆｘ検出用歪ゲージ Ｓy1〜Ｓy4 Ｆｙ検出用歪ゲージ Ｓz1〜Ｓz4 Ｆｚ検出用歪ゲージ Ｔx1〜Ｔx4 Ｍｘ検出用歪ゲージ Ｔy1〜Ｔy4 Ｍｙ検出用歪ゲージ Ｔz1〜Ｔz8 Ｍｚ検出用歪ゲージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01L 5/16
Claims (1)
- 【請求項１】 ロボットアームの支持側部とロボットハ
ンドの力作用側部との間に介装される起歪体と、該起歪
体の歪を検出する歪ゲージとを備えてなり、 前記起歪体は、前記支持側部に連結される支持部と、前
記力作用側部に連結される力作用部と、これらを連結す
る複数の弾性ビームとからなる単一部材から構成され、 前記起歪体は、その中心部分に前記支持部が配置される
とともに、該支持部の周囲に前記力作用部が同心状に４
つ配置されてなり、これら支持部および力作用部間を連
結する前記弾性ビームは、直交する２軸上に延びる４本
の第１弾性ビームと、該第１弾性ビームに直交する４本
の第２弾性ビームとから構成され、相隣る前記力作用部
が前記第２弾性ビームにより相互に連結されるととも
に、該第２弾性ビームの中央部と前記支持部が前記第１
弾性ビームにより相互に連結され、 前記第２弾性ビームの外側面の高さ方向の中心位置にお
いて、その第２弾性ビームに直交している第１弾性ビー
ムの軸心に対称に一対の歪ゲージが配設され、かつ、同
第２弾性ビームの上面および下面であってその第２弾性
ビームに直交している第１弾性ビームの軸心の延長上の
位置に歪ゲージが配設され、 前記第１弾性ビームの上面および下面においてその軸心
上に歪ゲージが配設され、かつ、同第１弾性ビームの一
方の側面の高さ方向の中心位置に歪ゲージが配設され、
前記一方の側面に配設されている歪ゲージは、同第１弾
性ビームと直交する第１弾性ビームの軸に関して軸対称
に位置する第１弾性ビームの他方の側面に同様にして配
設されている歪ゲージと点対称とされ、 前記直交する一方の軸上の第１弾性ビームに直交してい
る第２弾性ビームの外側面に配設されている歪ゲージ
が、同軸方向の力を検出するようにブリッジ回路が形成
され、前記直交する他方の軸上の第１弾性ビームに直交
している第２弾性ビームの外側面に配設されている歪ゲ
ージが、同軸方向の力を検出するようにブリッジ回路が
形成され、前記第２弾性ビームの上面および下面に配設
されている歪ゲージが、前記直交する２軸に直交する軸
方向の力を検出するようにブリッジ回路が形成され、 前記直交する一方の軸上の第１弾性ビームの上面および
下面に配設されている歪ゲージが、前記直交する他方の
軸まわりのモーメントを検出するようにブリッジ回路が
形成され、前記直交する他方の軸上の第１弾性ビームの
上面および下面に配設されている歪ゲージが、前記直交
する他方の軸まわりのモーメントを検出するようにブリ
ッジ回路が形成され、前記第１弾性ビームの側面に配設
されている歪ゲージが、前記直交する２軸に直交する軸
まわりのモーメントを検出するように ブリッジ回路が形
成されてなることを特徴とする６軸力覚センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3337624A JP2767766B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | ６軸力覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3337624A JP2767766B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | ６軸力覚センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05149811A JPH05149811A (ja) | 1993-06-15 |
| JP2767766B2 true JP2767766B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=18310409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3337624A Expired - Fee Related JP2767766B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | ６軸力覚センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2767766B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003207405A (ja) * | 2002-01-11 | 2003-07-25 | Honda Motor Co Ltd | ６軸力センサ |
| KR101307983B1 (ko) * | 2011-05-09 | 2013-09-12 | 전자부품연구원 | 손가락 구동모듈 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6278075B1 (en) | 1998-02-05 | 2001-08-21 | Fanuc, Ltd. | Controller of wire electric discharge machine |
| JP3261653B2 (ja) | 1999-07-07 | 2002-03-04 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 指装着型６軸力覚センサ |
| KR100347334B1 (ko) * | 2000-11-28 | 2002-08-07 | 김갑순 | 고정밀 6축 힘/모멘트 감지센서 |
| JP4877665B2 (ja) * | 2006-01-16 | 2012-02-15 | 有限会社ケイテックシステム | ３軸力覚センサ |
| KR100760123B1 (ko) * | 2006-11-01 | 2007-09-18 | 경상대학교산학협력단 | 인간형 로봇의 발목 6축 힘/모멘트 센서 |
| CN109079826A (zh) * | 2018-10-12 | 2018-12-25 | 中国石油大学(华东) | 一种球形空间正交梁式六维力传感器及机器人关节 |
| JP7305364B2 (ja) * | 2019-02-05 | 2023-07-10 | ニデックコンポーネンツ株式会社 | 多軸センサ |
| JP7300080B2 (ja) * | 2019-02-05 | 2023-06-29 | ニデックコンポーネンツ株式会社 | 多軸センサ |
| WO2020162052A1 (ja) * | 2019-02-05 | 2020-08-13 | 日本電産コパル電子株式会社 | 多軸センサ |
| CN117387821A (zh) * | 2023-12-08 | 2024-01-12 | 佛山市华道超精科技有限公司 | 正交柔性铰链片组合式六维力传感器 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6150030A (ja) * | 1984-08-18 | 1986-03-12 | Omron Tateisi Electronics Co | 薄型力検出装置 |
| JPH0690099B2 (ja) * | 1984-08-30 | 1994-11-14 | 洋太郎 畑村 | 荷重検出器 |
| JPS6416942A (en) * | 1987-07-13 | 1989-01-20 | Kawasaki Steel Co | Multicomponent force sensor |
-
1991
- 1991-11-26 JP JP3337624A patent/JP2767766B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003207405A (ja) * | 2002-01-11 | 2003-07-25 | Honda Motor Co Ltd | ６軸力センサ |
| KR101307983B1 (ko) * | 2011-05-09 | 2013-09-12 | 전자부품연구원 | 손가락 구동모듈 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05149811A (ja) | 1993-06-15 |
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|---|---|---|---|
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