JP6789853B2 - 力覚センサ - Google Patents
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Description
[構成]
全体構成
図1は、第1実施形態に係る力覚センサを示す斜視図である。図2は、第1実施形態に係る力覚センサを示す平面図である。第1実施形態に係る力覚センサ10は、例えばロボットアーム等に用いられ、XYZ軸方向の力およびトルクを検出するための6軸力覚センサを一例に挙げて説明する。
図3は、図2のIII−IIIに沿った力覚センサ10を示す断面図である。
(Fz、Mx、My、Mzについて)
図4は、Z軸方向における外力検出動作を説明するための断面図である。ここでは、Z軸方向の力Fz、すなわちZ軸方向において可動体12のほぼ中央部分に加えられた外力(荷重)を検出する場合を一例に挙げる。
図5は、X軸方向における外力検出動作を説明するための断面図である。図6は、初期状態(a)および第2ストッパ機能時(b)におけるX軸方向の外力検出動作を概略的に示す平面図である。ここでは、X軸方向の力Fx、すなわちX軸方向において可動体12の側面に加えられた外力(荷重)を検出する場合を一例に挙げる。
(第1ストッパのクリアランスW14の調整)
図7は、第1ストッパ用の治具が装着された力覚センサを示す平面図である。図8は、図7のVIII−VIIIに沿った力覚センサを示す断面図である。
図9は、第2ストッパ用の治具が装着された力覚センサを示す断面図である。図9に示すように、第2ストッパ24のクリアランスW24の調整は、可動部12に設けられた開口部35にシム36を装着して行われる。尚、図9では、1つの開口部35にシム36を装着した場合を示しているが、可動部12に設けられた4つの開口部35の全てにシム36を装着した状態で、調整することが好ましい。この場合、調整精度が一層向上し、調整作業の時間を短縮することが可能である。
ここで、起歪体のばね定数の剛性が軸方向で相違している場合、剛性の高い軸方向においては、保護機構の動作点が、剛性の低い軸方向に比べて高荷重側にずれてしまうため、安全性が低下し、起歪体が破壊されるおそれがある。例えば、本実施形態に係る起歪体16の場合、X軸方向およびY軸方向の力に基づく起歪体16の剛性とXYZ軸方向の各トルクに基づく起歪体16の剛性とは、約6倍程度の差があることが分かっている。
第2実施形態は、起歪体16の熱膨張対策のために、熱膨張抑制部材を備える一例に関する。図10は、第2実施形態に係る力覚センサ10Aを示す断面図である。
上述したように、起歪体16の周囲には、起歪体16を締結し固定するためのケース体(ハウジング体)である本体11および可動体12が設けられる。ケース体である本体11および可動体12は、軽量化の観点から、例えばアルミ合金等の材料により構成されている。一方、起歪体16は、疲労特性や高強度等の観点から、例えば鉄系または合金鋼であるステンレス鋼(例えばSUS630)等の材料で構成される。このように、起歪体16とケース体(本体11、可動体12)とが熱膨張係数の異なる材料で構成される場合、ケース体の周囲の温度変動によって、起歪体16はケース体の膨張/収縮に伴う歪を受ける。そのため、起歪体16の表面に設けられた歪センサにより構成されるブリッジ回路の基準値となるゼロ点が変動し、検出精度が低減するおそれがある。例えば、歪センサとしてCr−N等の金属薄膜抵抗体を用いる場合、歪センサのゲージファクターが高いため、周囲の温度変化によって生じた起歪体16の微少な歪でも出力に大きく影響する。
第3実施形態は、防水防塵構造を備える一例に関する。図12は、第3実施形態に係る力覚センサ10Bを示す断面図である。
図13および図14は、第3実施形態に係る力覚センサ10Bの防水防塵部材40の組み立て工程を説明するための斜視図である。
第3実施形態に係る力覚センサ10Bの構成および動作によれば、少なくとも上記第1および第2実施形態と同様の効果が得られる。
変形例1は、第2ストッパの平面形状が十字型である一例に関する。図15は、変形例1に係る第2ストッパと本体との関係を説明するための図である。図15の上段は変形例1に係る第2ストッパ24Bと本体11とを模式的に示す平面図であり、図15の下段は、その断面図である。
変形例2は、第2ストッパの断面形状に凸部を有する一例に関する。図16は、変形例2に係る第2ストッパ24Cと本体11との関係を説明するための図である。図16の上段は変形例2に係る第2ストッパ24Cと本体11とを模式的に示す平面図であり、図16の下段は、その断面図である。
図17は、変形例3に係る熱膨張部材を説明するための斜視図である。尚、図17に示す力覚センサは、説明のために一部の構成を省略している。
本発明は、上記第1乃至第3実施形態およびその変形例1乃至3の開示に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変形が可能であることは勿論である。
Claims (8)
- 円筒状の本体と、
前記本体に対して動作可能な円筒状の可動体と、
前記本体および前記可動体に固定され、前記可動体の動作に従って変形可能な起歪体と、
前記起歪体に設けられた歪センサと、
前記可動体の周囲に等間隔に設けられた少なくとも3つの円形の開口部と、
前記開口部のそれぞれの内部に配置され、前記開口部の直径より小さな第1外径を有する第1側面を備える第1ストッパと、
前記本体の第1内周面と所定の距離を介して配置され、前記第1内周面の直径よりも小さな第2外径の外周面を備え、前記起歪体と少なくとも一部が接し熱膨張抑制部材として構成される円筒状の第2ストッパと、を具備する
力覚センサ。 - 円筒状の本体と、
前記本体に対して動作可能な円筒状の可動体と、
前記本体及び前記可動体に固定され、前記可動体の動作に従って変形可能な起歪体と、
前記起歪体に設けられた歪センサと、
前記本体の周囲に等間隔に設けられた少なくとも3つの円形の開口部と、
前記開口部のそれぞれの内部に配置され、前記開口部の直径より小さな第1外径を有し前記可動体が当接可能な第1側面を備える第1ストッパと、
前記本体の第1内周面と所定の距離を介して配置され、前記第1内周面の直径よりも小さい第2外径を有して前記第1内周面と当接可能な外周面を備え、前記起歪体と少なくとも一部が接し熱膨張抑制部材として構成される円筒状の第2ストッパと、を具備する
力覚センサ。 - 前記第2ストッパは、前記起歪体と同一の材料、または前記起歪体と熱膨張係数の違いが±10%である材料により構成される
請求項1または2に記載の力覚センサ。 - 前記所定の距離は、前記第1ストッパの第1側面と前記開口部の内面との間の距離よりも小さい
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の力覚センサ。 - 前記本体は、前記第1内周面により形成される直径よりも大きな直径を形成する第2内周面を備え、
前記第2ストッパの外周面と前記本体の第2内周面との間に挿入され、前記所定の距離を調整するための第1治具を更に具備する
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の力覚センサ。 - 前記第1ストッパは、前記第1外径より小さな第3外径を有し、前記開口部の内面との間に調整用の第2治具が挿入可能な第2側面を更に有する
請求項5に記載の力覚センサ。 - 前記歪センサは、クロムまたは窒素を含む金属薄膜抵抗体である
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の力覚センサ。 - 前記第1ストッパを前記本体に固定する第1固定部材と、
前記第2ストッパを前記可動体に固定する第2固定部材と、
前記起歪体を前記第2ストッパに固定する第3固定部材と、を更に具備する
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の力覚センサ。
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