JPH01131423A - 巻掛け動力伝達系のトルクセンサ - Google Patents
巻掛け動力伝達系のトルクセンサInfo
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- JPH01131423A JPH01131423A JP62289998A JP28999887A JPH01131423A JP H01131423 A JPH01131423 A JP H01131423A JP 62289998 A JP62289998 A JP 62289998A JP 28999887 A JP28999887 A JP 28999887A JP H01131423 A JPH01131423 A JP H01131423A
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- JP
- Japan
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- pulley
- torque sensor
- frame
- power transmission
- transmission system
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 abstract description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 8
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 241001415801 Sulidae Species 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical group [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/04—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
- G01L5/10—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means
- G01L5/106—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means for measuring a reaction force applied on a cantilever beam
-
- G—PHYSICS
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- G01L5/04—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
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Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(イ、)発明の目的
[産業上の利用分野]
この発明は巻掛は動力伝達系において、従動節のトルク
を検出する場合に使用するトルクセンサに関するもので
ある。
を検出する場合に使用するトルクセンサに関するもので
ある。
巻掛は動力伝達系は、系に運動を与える主動節と、主動
節から運動を受ける従動節との間に屈撓質の媒介節を巻
掛け、媒介節の張力によって両者間に運動を伝えるもの
であって、従来から各種の動力伝達装置に使用されて来
ているが、近年、ロボットの手先(ハンド)の駆動にも
使用されるようになって来た。
節から運動を受ける従動節との間に屈撓質の媒介節を巻
掛け、媒介節の張力によって両者間に運動を伝えるもの
であって、従来から各種の動力伝達装置に使用されて来
ているが、近年、ロボットの手先(ハンド)の駆動にも
使用されるようになって来た。
、 しかるに、ロボットのハンドの駆動は精密な位置制
御、力制御が必要であるので、このような巻掛は動力伝
達系をロボットのハンドの駆動に適用するためには、巻
掛は動力伝達系のトルクを精密に制御する必要があり、
そのためにはトルクの精密な測定が必要である。
御、力制御が必要であるので、このような巻掛は動力伝
達系をロボットのハンドの駆動に適用するためには、巻
掛は動力伝達系のトルクを精密に制御する必要があり、
そのためにはトルクの精密な測定が必要である。
[従来の技術]
このような、巻掛は動力伝達系におけるトルクセンサと
して従来使用されているものの一例としては第4図に示
すものがある。
して従来使用されているものの一例としては第4図に示
すものがある。
すなわち、第4図に示すように、原動プーリ2と従動プ
ーリ3との間に媒介節としてのベルト4が巻掛けられて
、動力伝達系5が形成される。原動プーリ2がモータ(
図示せず)によって駆動され、原動プーリ2のトルクが
ベルト4によって、従動プーリ3に伝達される。従動プ
ーリ3にはハンド6が取付けられており、従動プーリ3
の運動によってハンド6が動き、対象物7に対して仕事
をする。
ーリ3との間に媒介節としてのベルト4が巻掛けられて
、動力伝達系5が形成される。原動プーリ2がモータ(
図示せず)によって駆動され、原動プーリ2のトルクが
ベルト4によって、従動プーリ3に伝達される。従動プ
ーリ3にはハンド6が取付けられており、従動プーリ3
の運動によってハンド6が動き、対象物7に対して仕事
をする。
動力伝達系5にはトルクセンサ20が設けられている。
トルクセンナ20はテンションプーリ21゜22を備え
る。それぞれのテンションプーリ21゜22ははり23
.24を介して固定体111に支持されており、はり2
3.24にひずみゲージ25.26が取付けられている
。テンションプーリ21.22はベルト4に押付けられ
ている。従動節3のトルクMは次のようにして求められ
る。
る。それぞれのテンションプーリ21゜22ははり23
.24を介して固定体111に支持されており、はり2
3.24にひずみゲージ25.26が取付けられている
。テンションプーリ21.22はベルト4に押付けられ
ている。従動節3のトルクMは次のようにして求められ
る。
すなわち
M=R(T2−T1)
= [R/ (2sin (θ/2>)]X(F2−
Fl) =k (V2−Vl) ここで M:従動プーリのトルク R:従動ブーりの半径 θ:ベルトの傾斜角 「1 :往路側のベルトからの反力 F2:復路側のベルトからの反力 に:比例定数 v2:ひずみゲージ25からの出力 V1 :ひずみゲージ26からの出力 また従来のトルクセンサの他の例としては第5図に示す
ものがある。すなわら、第5図に示すように、トルクセ
ンサ30はベルト4の往路側4aにテンションセンυ3
1を取、付けて往路側4aの張力T1を検出し、復路側
4bにテンションセンサ32を取付けて復路側4bの張
力T2を検出する。この場合の従動プーリ3のトルクM
はM=R(T1−T2)である。
Fl) =k (V2−Vl) ここで M:従動プーリのトルク R:従動ブーりの半径 θ:ベルトの傾斜角 「1 :往路側のベルトからの反力 F2:復路側のベルトからの反力 に:比例定数 v2:ひずみゲージ25からの出力 V1 :ひずみゲージ26からの出力 また従来のトルクセンサの他の例としては第5図に示す
ものがある。すなわら、第5図に示すように、トルクセ
ンサ30はベルト4の往路側4aにテンションセンυ3
1を取、付けて往路側4aの張力T1を検出し、復路側
4bにテンションセンサ32を取付けて復路側4bの張
力T2を検出する。この場合の従動プーリ3のトルクM
はM=R(T1−T2)である。
し発明が解決しようとする問題点]
しかるに、第4図に示す従来のトルクセンサ20ではひ
ずみゲージを4個必要とし、かつはりも2本必要とする
ので、構造が複雑であり、また、第5図に示すトルクセ
ンサ30は2個のテンションセンサがベルトの移動とと
もに移動するのでテンションセンサに接続するリード線
等の取扱いが煩雑であり、リード線が切れる事故も発生
し易い。
ずみゲージを4個必要とし、かつはりも2本必要とする
ので、構造が複雑であり、また、第5図に示すトルクセ
ンサ30は2個のテンションセンサがベルトの移動とと
もに移動するのでテンションセンサに接続するリード線
等の取扱いが煩雑であり、リード線が切れる事故も発生
し易い。
また第4図に示す例でも、また第5図に示す例でも、従
動節のトルクMを導出するのに必要なベルトの往路側と
復路側との張力の差(T2−T1’)または反力の差(
F、、−Fl)を直接水めるのではなくて、T2.T7
.F2.Flを別々に検出して、しかるのちにその差を
求めるので、演算処理も余分になる。
動節のトルクMを導出するのに必要なベルトの往路側と
復路側との張力の差(T2−T1’)または反力の差(
F、、−Fl)を直接水めるのではなくて、T2.T7
.F2.Flを別々に検出して、しかるのちにその差を
求めるので、演算処理も余分になる。
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、構造が簡単であり、簡単な演算処理で従動ブーりの
トルクを検出することができる巻掛は動力伝達系におけ
るトルクセンサを提供することを目的とするものである
。
て、構造が簡単であり、簡単な演算処理で従動ブーりの
トルクを検出することができる巻掛は動力伝達系におけ
るトルクセンサを提供することを目的とするものである
。
(ロ)発明の構成
[問題を解決するための手段1
この目的に対応して、この発明゛の巻掛は動力伝達系の
トルクセンサは、主動節と従動節との間に巻掛けられて
いる媒介節を有する巻掛は動力伝達系において、フレー
ムに支持されており前記媒介節の往復両側を同時に対向
する方向に押圧し得る一対のテンションブーりと、前記
フレームを固定体に支持するはりと、及び前記はりのひ
ずみを検出するひずみ検出部材とを備えることを特徴と
している。
トルクセンサは、主動節と従動節との間に巻掛けられて
いる媒介節を有する巻掛は動力伝達系において、フレー
ムに支持されており前記媒介節の往復両側を同時に対向
する方向に押圧し得る一対のテンションブーりと、前記
フレームを固定体に支持するはりと、及び前記はりのひ
ずみを検出するひずみ検出部材とを備えることを特徴と
している。
以下、この発明の詳細を一実施例を示す第1図について
説明する。
説明する。
第1図において、5は動力伝達系であり、動力伝達系5
では、原動プーリ2と従動プーリ3との間に媒介節とし
てのベルト4が巻掛けられている。
では、原動プーリ2と従動プーリ3との間に媒介節とし
てのベルト4が巻掛けられている。
原動プーリ2がモータ(図示せず)によって駆動され、
原動プーリ2のトルクがベルト4によって従動プーリ3
に伝達される。従動プーリ3にはハンド6が取付けられ
ており、従動プーリ3の運動によってハンドが動き、対
象物7に対して仕事をする。
原動プーリ2のトルクがベルト4によって従動プーリ3
に伝達される。従動プーリ3にはハンド6が取付けられ
ており、従動プーリ3の運動によってハンドが動き、対
象物7に対して仕事をする。
動力伝達系5にはトルクセンサ1が設けられている。ト
ルクセンサ1はテンションブー911゜12を備えてい
る。
ルクセンサ1はテンションブー911゜12を備えてい
る。
テンションプーリ11,12はフレーム13に取付けら
れていて、テンションプーリ11はベルト4の往路側4
aを押圧し、テンションプーリ12はベルト4の復路側
4bを押圧している。押圧の向きは対向する向ぎであっ
て、内向きであっても外向きであってもよいが、図示の
場合、テンションプーリ11,12が往路側4a、復路
側4bの両方が互いに接近する方向すなわち外側から内
側に向けて内向の押圧になっている。フレーム13はは
り1/Iを介して固定体15に支持されていて、はり1
4は片持はりをなしている。はり14の両面にはひずみ
ゲージ16(16a。
れていて、テンションプーリ11はベルト4の往路側4
aを押圧し、テンションプーリ12はベルト4の復路側
4bを押圧している。押圧の向きは対向する向ぎであっ
て、内向きであっても外向きであってもよいが、図示の
場合、テンションプーリ11,12が往路側4a、復路
側4bの両方が互いに接近する方向すなわち外側から内
側に向けて内向の押圧になっている。フレーム13はは
り1/Iを介して固定体15に支持されていて、はり1
4は片持はりをなしている。はり14の両面にはひずみ
ゲージ16(16a。
16b)が貼付けられている。
[作用]
従動プーリ3にトルクMが発生する場合には、ベルト4
の往路側4aの張力T1と復路側4bの張力T2との間
に張力差(T1−T2)が存在する。
の往路側4aの張力T1と復路側4bの張力T2との間
に張力差(T1−T2)が存在する。
一方、原動プーリ2の回転中心01と従動プーリ3の回
転中心02を含む直線に直角な方向の押圧力F、F
はそれぞれ張力T1.T2に比例し、ベルト4の傾きを
θとするとき、 F= 2TI Sinθ F =272sinθ であられされる。
転中心02を含む直線に直角な方向の押圧力F、F
はそれぞれ張力T1.T2に比例し、ベルト4の傾きを
θとするとき、 F= 2TI Sinθ F =272sinθ であられされる。
従って、従動プーリ3の半径をRとすると、M=R(T
2−T1’) = (R/2 sinθ)(F2−Fl)kV (k:比例定数 ■=ひずみゲージ16 (16a、 16b)の出力) 押圧力の差(Fl−F2)はフレーム13の移動量に比
例し、フレーム13の移動量ははり14のたわみに比例
するので結局、従動プーリ3のトルクMはひずみゲージ
16a、16bの出力に比例して求められる。
2−T1’) = (R/2 sinθ)(F2−Fl)kV (k:比例定数 ■=ひずみゲージ16 (16a、 16b)の出力) 押圧力の差(Fl−F2)はフレーム13の移動量に比
例し、フレーム13の移動量ははり14のたわみに比例
するので結局、従動プーリ3のトルクMはひずみゲージ
16a、16bの出力に比例して求められる。
[適用例]
第2図及び第3図はこの発明のトルクセンサ1をロボッ
トハンド40に適用した例を示している。
トハンド40に適用した例を示している。
ロボットハンド40は固定リンク41とフィンガー42
とを備えている。フィンガー42は第1リンク43、第
2リンク44及び第3リンク45とからなっており、第
1リンク43は第1関節46によって固定リンク41に
連結しており、第1リンク43と第2リンク44とは第
2関節47によって連結しており、第2リンク44と第
3リンク45とは第3関節48によって連結している。
とを備えている。フィンガー42は第1リンク43、第
2リンク44及び第3リンク45とからなっており、第
1リンク43は第1関節46によって固定リンク41に
連結しており、第1リンク43と第2リンク44とは第
2関節47によって連結しており、第2リンク44と第
3リンク45とは第3関節48によって連結している。
第1関節は第1関節フレーム51、軸52、自由回転プ
ーリー53、自由回転プーリー54、固定回転プーリー
55とを有する。固定回転プーリー55は第1関節フレ
ーム51に固定している。第1リンク43は第1関節フ
レーム51に固定している。
ーリー53、自由回転プーリー54、固定回転プーリー
55とを有する。固定回転プーリー55は第1関節フレ
ーム51に固定している。第1リンク43は第1関節フ
レーム51に固定している。
第2関節47は第2PA節フレーム57、軸58、固定
回転プーリー62、自由回転プーリー61とを有する。
回転プーリー62、自由回転プーリー61とを有する。
固定回転プーリー62は第2関節フレーム57に固定し
ている。第2リンク44は第2関節フレーム57に固定
している。
ている。第2リンク44は第2関節フレーム57に固定
している。
第3関節48は第3関節フレーム64、軸65及び固定
回転プーリー66とを有する。固定回転プーリー66は
第3関節フレーム64に固定している。第3リンク45
は第3関節フレーム64に固定している。
回転プーリー66とを有する。固定回転プーリー66は
第3関節フレーム64に固定している。第3リンク45
は第3関節フレーム64に固定している。
一方駆動側として、固定体67上に第1駆動プーリー7
1、第2駆動プーリー72、第3駆動プーリー73が支
持されており、それぞれ第1モータ74、第2モータ7
5、第3モータ76によって駆動されている。
1、第2駆動プーリー72、第3駆動プーリー73が支
持されており、それぞれ第1モータ74、第2モータ7
5、第3モータ76によって駆動されている。
第1駆動プーリー71と第1関節46の固定回転プーリ
ー55との間にベルト101が巻掛けられ、第2駆動プ
ーリー72と第211[i節47の固定回転プーリー6
2との間にはベルト102が巻掛けられ、更に、第3駆
動プーリー73と第3関節48の固定回転プーリー66
との間にはベルト103が巻掛けられている。それぞれ
のベルト101.102,103は重錘W1.W2.W
3によって張りが与えられる。
ー55との間にベルト101が巻掛けられ、第2駆動プ
ーリー72と第211[i節47の固定回転プーリー6
2との間にはベルト102が巻掛けられ、更に、第3駆
動プーリー73と第3関節48の固定回転プーリー66
との間にはベルト103が巻掛けられている。それぞれ
のベルト101.102,103は重錘W1.W2.W
3によって張りが与えられる。
それぞれの固定リンク41、第1リンク43、第2リン
ク44にはそれぞれのトルクセンサ1のはり14が固定
されており、それぞれのトルクセンサ1がベルト101
,102,103の張力差を検出する。
ク44にはそれぞれのトルクセンサ1のはり14が固定
されており、それぞれのトルクセンサ1がベルト101
,102,103の張力差を検出する。
(ハ)発明の効果
このように構成された1〜ルクセンサにおいては、ひず
みゲージ枚数が2枚でよいので、第4図に示した従来の
トルクセンサに比べて、ひずみゲージの枚数を半減さゼ
ることができ、装置の構成が簡単となり、かつ価格を安
価にすることができる。
みゲージ枚数が2枚でよいので、第4図に示した従来の
トルクセンサに比べて、ひずみゲージの枚数を半減さゼ
ることができ、装置の構成が簡単となり、かつ価格を安
価にすることができる。
また、この発明のトルクセンサはひずみゲージが定位置
にあるので、第5図に示した従来のトルクセンサに比べ
て、テンションセンサに接続したリード線がベルトの移
動と共に移動することがないので、リード線の取扱いが
容易である。
にあるので、第5図に示した従来のトルクセンサに比べ
て、テンションセンサに接続したリード線がベルトの移
動と共に移動することがないので、リード線の取扱いが
容易である。
更に、第4図及び第5図に示すトルクセンサに比べ、こ
の発明のトルクセンサでは、張力T1゜T2または押圧
力F1.F2を別々に検出して、それからトルクを求め
るのに必要な差を演算するのではなく、その差を直接検
出するための演算処理が簡単である。
の発明のトルクセンサでは、張力T1゜T2または押圧
力F1.F2を別々に検出して、それからトルクを求め
るのに必要な差を演算するのではなく、その差を直接検
出するための演算処理が簡単である。
第1図はこの発明の一実施例に係わるトルクセンサを示
す構成説明図、第2図はロボットハンドの正面図、第3
図はロボットハンドの平面図、第4図は従来のトルクセ
ンサの一例を示す構成説明図、及び第5図は従来のトル
クセンサの伯の例を示す構成説明図である。 1・・・トルクセンサ 2・・・原動プーリ 3・
・・従動プーリ 4・・・ベルト 4a・・・往路
側4b・・・復路側 5・・・動力伝達系 6・・
・ハンド7・・・対象物 11・・・テンションプー
リ 12・・・テンションプーリ 13・・・フレ
ーム 14・・・はり 15・・・固定体 16
a・・・ひずみゲージ 16b・・・ひずみゲージ
2o・・・トルクセンサ 21・・・テンションプ
ーリ 22・・・テンションプーリ 23・・・は
り 24・・・はり25・・・ひずみゲージ 26
・・・ひずみゲージ30・・・トルクセンサ 31・
・・テンションセンサ32・・・テンションセンサ
4o・・・ロボットハンド 41・・・固定リンク
42・・・フィンガー43・・・第1リンク 44
・・・第2リンク 45・・・第3リンク 46・
・・第11!I節 47・・・第2関Il 48・
・・第3関節 51・・・第11!]節フレーム
52・・・軸 53・・・自由回転プーリー54・・
・自由回転プーリー 55・・・固定回転プーリー
57・・・第2go節フレーム 58・・・軸61
・・・自由回転プーリー 62・・・固定回転プー
リー 64・・・第3関節フレーム 65・・・軸
66・・・固定回転プーリー 67・・・固定体71
・・・第1駆動プーリー 72・・・第2駆動プーリ
ー 73・・・第3駆動プーリー 74・・・第1
モータ 75・・・第2モータ 76・・・第3モ
ータ Wl 、 W2 、 W3 ・・・11匝
101.102,103・・・ベルト 指定代理人 工業技術院機械技術研究所長清水嘉重部
す構成説明図、第2図はロボットハンドの正面図、第3
図はロボットハンドの平面図、第4図は従来のトルクセ
ンサの一例を示す構成説明図、及び第5図は従来のトル
クセンサの伯の例を示す構成説明図である。 1・・・トルクセンサ 2・・・原動プーリ 3・
・・従動プーリ 4・・・ベルト 4a・・・往路
側4b・・・復路側 5・・・動力伝達系 6・・
・ハンド7・・・対象物 11・・・テンションプー
リ 12・・・テンションプーリ 13・・・フレ
ーム 14・・・はり 15・・・固定体 16
a・・・ひずみゲージ 16b・・・ひずみゲージ
2o・・・トルクセンサ 21・・・テンションプ
ーリ 22・・・テンションプーリ 23・・・は
り 24・・・はり25・・・ひずみゲージ 26
・・・ひずみゲージ30・・・トルクセンサ 31・
・・テンションセンサ32・・・テンションセンサ
4o・・・ロボットハンド 41・・・固定リンク
42・・・フィンガー43・・・第1リンク 44
・・・第2リンク 45・・・第3リンク 46・
・・第11!I節 47・・・第2関Il 48・
・・第3関節 51・・・第11!]節フレーム
52・・・軸 53・・・自由回転プーリー54・・
・自由回転プーリー 55・・・固定回転プーリー
57・・・第2go節フレーム 58・・・軸61
・・・自由回転プーリー 62・・・固定回転プー
リー 64・・・第3関節フレーム 65・・・軸
66・・・固定回転プーリー 67・・・固定体71
・・・第1駆動プーリー 72・・・第2駆動プーリ
ー 73・・・第3駆動プーリー 74・・・第1
モータ 75・・・第2モータ 76・・・第3モ
ータ Wl 、 W2 、 W3 ・・・11匝
101.102,103・・・ベルト 指定代理人 工業技術院機械技術研究所長清水嘉重部
Claims (1)
- 主動節と従動節との間に巻掛けられている媒介節を有す
る巻掛け動力伝達系において、フレームに支持されてお
り前記媒介節の往復両側を同時に対向する方向に押圧し
得る一対のテンションプーリと、前記フレームを固定体
に支持するはりと、及び前記はりのひずみを検出するひ
ずみ検出部材とを備えることを特徴とする巻掛け動力伝
達系のトルクセンサ
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62289998A JPH01131423A (ja) | 1987-11-17 | 1987-11-17 | 巻掛け動力伝達系のトルクセンサ |
US07/272,416 US4909086A (en) | 1987-11-17 | 1988-11-17 | Torque sensor of tension difference type for pulley-belt driving system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62289998A JPH01131423A (ja) | 1987-11-17 | 1987-11-17 | 巻掛け動力伝達系のトルクセンサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01131423A true JPH01131423A (ja) | 1989-05-24 |
Family
ID=17750459
Family Applications (1)
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