JP6910990B2 - トルクセンサの支持装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、トルクセンサにトルク以外の曲げモーメントが生じることを防止でき、トルクセンサの検出精度を向上させることが可能なトルクセンサの支持装置を提供する。
先ず、図3、図4を参照して、本実施形態が適用されるロボットアーム30、及びトルクセンサ40について説明する。
図3は、多関節ロボット、すなわち、ロボットアーム30の一例を示している。ロボットアーム30は、例えば基台31、第1アーム32、第2アーム33、第3アーム34、第4アーム35、駆動源としての第1駆動部36、第2駆動部37、第3駆動部38、第4駆動部39を具備している。しかし、ロボットアーム30の構成は、これに限定されるものではなく、変形可能である。
図4は、本実施形態に適用される円盤状のトルクセンサ40の一例を示している。トルクセンサ40は、第1構造体41と、第2構造体42と、複数の第3構造体43と、センサ部としての第1歪センサ44及び第2歪センサ45などを具備している。
(第1実施形態)
図1及び図2は、第1実施形態を示している。
図1、図2に示すように、例えば第1関節J1内には、第1駆動部36と、トルクセンサ40と、トルクセンサ40を支持する支持装置10が設けられている。第1駆動部36は、第1アーム32の内部で、トルクセンサ40の第1面(表面)に設けられ、支持装置10は、基台31の内部で、トルクセンサ40の第2面(裏面)に設けられている。
第3支持体13の数は、例えば4枚以上である。
支持装置10は、トルクセンサ40よりもヤング率(縦弾性係数)の高い材料、例えばセラミックスなどで構成されてもよい。或いは、支持装置10は、機械的性質が異なる異方性材料により構成されてもよい。
後述するように、第1支持体11に対して第2支持体12にトルク(Mz)が印加された場合、トルク(Mz)は、第3支持体13の厚み方向に作用する。第3支持体13の厚みは、第3支持体13の幅方向の長さに比べて薄いため、第3支持体13は、トルク(Mz)により、厚み方向に変形(移動)する。このため、第2支持体12は、第1支持体11に対して回転する。
一方、第1アーム32乃至第4アーム35が動作し、トルクセンサ40に搬送重量と負荷までの距離、動作加速度に伴い、トルク以外(Mx、My)の曲げモーメントが印加される場合、支持装置10の第3支持体13は、トルク以外(Mx、My)の方向に殆ど変形しない。このため、第1支持体11に対する第2支持体12の変位が抑制され、トルクセンサ40の第1構造体41に対する第2構造体42の変位が抑制される。したがって、トルクセンサ40は、トルク以外(Mx、My)の曲げモーメントに対する検出信号の出力が抑制される。
(第1実施形態の効果)
第1実施形態によれば、支持装置10は、ロボットアーム30の基台31に固定された第1支持体11と、トルクセンサ40の第2構造体42に固定された第2支持体12と、第1支持体11と第2支持体12との間に設けられた複数の第3支持体13とを具備し、トルクセンサ40にトルク(Mz)が印加された場合、複数の第3構造体43が変形することにより、第2支持体12及びトルクセンサ40の第2構造体42が変位する。このため、トルクセンサ40によりトルクを検出することができる。また、トルクセンサ40にトルク以外(Mx、My)の曲げモーメントが印加された場合、支持装置10の第3支持体13により、第1支持体11に対する第2支持体12の変位が抑制され、トルクセンサ40の第1構造体41に対する第2構造体42の変位が抑制される。このため、トルクセンサ40は、トルク以外(Mx、My)の曲げモーメントに対する検出信号の出力を抑制することが可能である。したがって、トルクセンサ40は、他軸干渉を抑制することができ、トルクの検出精度を向上させることが可能である。
本実施形態のように、トルクセンサ40がロボットアーム30の例えば第1関節J1内に配置される場合において、ロボットアーム30は、トルクセンサ40を中心として360°回転可能とされている。
しかも、一般に、ロボットアームの関節部分は軸長が短いため、関節部分に組み込むトルクセンサ及び支持装置10も、できるだけ軸長の短い小型のものが好ましい。本実施形態のトルクセンサ40は、円盤状であるため、トルクセンサ40の中心を通る軸方向の厚みと支持装置10の厚みの合計の厚みを薄くすることが可能である。
(第2実施形態)
図7、図8は、第2実施形態を示している。第2実施形態は、支持装置10を変形したものである。
第1支持体11aと第2支持体12aは同心状に配置され、複数の第3支持体13aは、第1支持体11aと第2支持体12aの円周方向に等間隔に配置されている。
各第3支持体13aのZ軸方向(径と直交する方向)の寸法(厚み)は、円周方向の寸法(幅)よりが大きくされている。
第3支持体13aの数は、例えば4枚以上である。
支持装置10は、トルクセンサ40よりもヤング率(縦弾性係数)の高い材料、例えばセラミックスなどで構成されてもよい。或いは、支持装置10は、異方性材料により構成されてもよい。
第1支持体11aは、トルクセンサ40の第1構造体41及びロボットアーム30の例えば図示せぬ基台31に固定され、第2支持体12aは、トルクセンサ40の第2構造体42及び減速機36bの出力軸36b−2に固定される。
また、トルクセンサ40にトルク以外(Mx、My)の曲げモーメントが印加された場合、支持装置10aは、第3支持体13aにより第1支持体11に対する第2支持体12の変形が抑制され、トルクセンサ40の第1構造体41に対する第2構造体42の変形が抑制される。したがって、トルクセンサ40は、トルク以外(Mx、My)の曲げモーメントに対する検出信号の出力が抑制される。
(第2実施形態の効果)
上記第2実施形態によっても第1実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第2実施形態の場合、支持装置10aの形状がトルクセンサ40の形状とほぼ等しいため、形状の小型化が可能であるとともに、製造が容易となる利点を有している。
Claims (9)
- 第1取り付け部に設けられる第1支持体と、
前記第1取り付け部に設けられる第1構造体と、第2取り付け部に連結される第2構造体と、前記第1構造体と前記第2構造体との間に設けられた第3構造体と、前記第1構造体と前記第2構造体との間に設けられた少なくとも2つのセンサ部と、を具備するトルクセンサの前記第2構造体に連結される第2支持体と、
前記第1支持体と前記第2支持体との間に設けられ、前記トルクセンサのトルク方向に変形可能でトルク以外の方向への変形が抑制された第3支持体と、
を具備するトルクセンサの支持装置。 - 前記第1支持体及び前記第2支持体は環状であり、前記第1支持体及び前記第2支持体は平行に配置され、前記第3支持体の一端部は前記第1支持体に接続され、他端部は前記第2支持体に接続され、前記第3支持体の径と直交する方向の寸法は、円周方向の寸法より大きいことを特徴とする請求項1記載のトルクセンサの支持装置。
- 前記第1支持体及び前記第2支持体は環状であり、前記第1支持体及び前記第2支持体は同心状に配置され、前記第3支持体の一端部は前記第1支持体に接続され、他端部は前記第2支持体に接続され、前記第3支持体の径と直交する方向の寸法は、円周方向の寸法より大きいことを特徴とする請求項1記載のトルクセンサの支持装置。
- 前記第2支持体及び前記第3支持体は、前記第1取り付け部の内部に配置されることを特徴とする請求項2記載のトルクセンサの支持装置。
- 前記第3支持体の前記第1支持体と前記第2支持体との間の寸法は、径方向の寸法より大きいことを特徴とする請求項2記載のトルクセンサの支持装置。
- 前記第3支持体は、前記第1支持体と前記第2支持体の円周方向に等間隔に配置されることを特徴とする請求項2又は3記載のトルクセンサの支持装置。
- 前記第3支持体の数は、4個以上であることを特徴とする請求項2又は3記載のトルクセンサの支持装置。
- 前記第3支持体の材料は、前記トルクセンサよりもヤング率(縦弾性係数)の高い材料であることを特徴とする請求項2又は3記載のトルクセンサの支持装置。
- 前記第3支持体の材料は、セラミックス又は異方性材料であることを特徴とする請求項8記載のトルクセンサの支持装置。
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