JPH02138840A - Force sensor - Google Patents
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- JPH02138840A JPH02138840A JP63313159A JP31315988A JPH02138840A JP H02138840 A JPH02138840 A JP H02138840A JP 63313159 A JP63313159 A JP 63313159A JP 31315988 A JP31315988 A JP 31315988A JP H02138840 A JPH02138840 A JP H02138840A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、ロボット用力覚ゼンサやマンマシンインター
フェースとしての三次元入力装置等に利用される力覚セ
ンサに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a force sensor used in a force sensor for a robot, a three-dimensional input device as a man-machine interface, and the like.
従来の技術
従来の力覚センサに類するものを具体例を上げて説明す
る。まず、第一の従来例として、６軸力センサシステム
なるものがある。これは、第５図に示すように、センサ
本体１で力検出され送られてきたアナログ信号は、増幅
フィルタ回路２ａより増幅され高周波ノイズが除去され
た後、データアクイジション部２を構成するアナログマ
ルチプレクサ２ｂ、サンプルホールド２ｃ、Ａ／Ｄ変換
器２ｄに順次送られることによりシリアルなデジタル信
号に変換されＣＰＵ２ｅに送られる。このＣＰＵ２ｅで
は、図示しないマイクロコンピュータを用いて送られて
きたデジタル信号中の相互干渉の除去や高周波ノイズの
除去等が行われた後、最終的に有効な出力になる。この
ようにして６軸力の各成分ノＪの検出は行われている。2. Description of the Related Art A device similar to a conventional force sensor will be explained using a specific example. First, as a first conventional example, there is a six-axis force sensor system. As shown in FIG. 5, the analog signal that is detected by the sensor body 1 and sent is amplified by the amplification filter circuit 2a to remove high frequency noise, and then sent to the analog multiplexer 2b that constitutes the data acquisition section 2. , a sample hold 2c, and an A/D converter 2d, where it is converted into a serial digital signal and sent to the CPU 2e. The CPU 2e uses a microcomputer (not shown) to remove mutual interference and high-frequency noise in the digital signal sent, and then the digital signal is finally outputted as an effective output. In this way, each component J of the six-axis force is detected.
また、第二の従来例として、 ｒ Ｍ １ｃｒｏ Ｒｏ
ｂｏｔｓａｎｄ Ｔｅ１ｅｏｐｅｒａｔｏｒｓ Ｗｏｒ
ｋｓｈｏｐＪ 、 １． Ｅ Ｅ Ｅ。In addition, as a second conventional example, r M 1cro Ro
botsand Te1eoperators Wor
kshopJ, 1. E E E.
１９８７年、１１月９〜１１日 において発表されたも
のがある。すなわち、図示しないＳｊ単結晶基板を用い
てエツチングにより円形のダイヤプラムを形成しその外
周部と中央部とに肉厚部を設け、そのダイヤフラム上の
中心を通る互いに直交した２木の軸上に拡散型のピエゾ
抵抗素子を多数個形成したものがある。この場合、力の
３成分力Ｍｘ、ＭｙＦｚを検出するために、第６図に示
すような２つのブリッジ回路４を用いた検出回路を構成
し、これにより、それらのブリッジ回路４により検出さ
れた電圧■ｘ＋ Ｖ ｙ ＋ Ｖ ｚの値を用いてそれ
ら各成分力の検出が行われている。This was published between November 9th and 11th, 1987. That is, a circular diaphragm is formed by etching using an Sj single crystal substrate (not shown), thick parts are provided at the outer periphery and the center, and two wood axes passing through the center of the diaphragm are perpendicular to each other. There is one in which a large number of diffusion type piezoresistive elements are formed. In this case, in order to detect the three force components Mx and MyFz, a detection circuit using two bridge circuits 4 as shown in FIG. Each component force is detected using the value of the voltage x+Vy+Vz.
さらに、第三の従来例として、特願昭６１−２５９０５
０号に本出願人により出１ｆｉされているものがある。Furthermore, as a third conventional example, Japanese Patent Application No. 61-25905
There is a 1fi published by the applicant in No. 0.
すなわち、第７図に示すように、力の３成分力Ｍ ｘ
、へ４ｙ、Ｆｚを検出するために、円形をした起歪体５
の表面に単結晶基板６を接着固定し、この単結晶基板６
上の検出面７の中心を通るｘ、ｙ、ｚ軸線上に検出素子
８を形成してブリッジ回路を構成し、これにより、出力
電圧Ｖｘ。That is, as shown in FIG. 7, the three-component force M x
, to 4y, and Fz, a circular strain body 5 is used.
A single crystal substrate 6 is adhesively fixed on the surface of the single crystal substrate 6.
Detection elements 8 are formed on the x, y, and z axes passing through the center of the upper detection surface 7 to constitute a bridge circuit, thereby generating an output voltage Vx.
Ｖｙ、Ｖｚを得て各成分力の検出を行っている。Vy and Vz are obtained to detect each component force.
発明が解決しようとする課題
まず、第一の従来例の場合、データ処理部３内のマイク
ロコンピュータを含むＣＰＵ２ｅにより力の成分力を検
出する際の相互干渉の除去を行っているため、その演算
処理を行う全体のシステムが非常に大がかりで高価なも
のになっている。また、この装置の場合、マイクロコン
ピュータによる演算処理に時間を要するため、数１００
〜１０００／Ｌｓｅｃ毎にしか力検出を行うことができ
ないという問題がある。Problems to be Solved by the Invention First, in the case of the first conventional example, since mutual interference is removed when detecting force component forces by the CPU 2e including the microcomputer in the data processing unit 3, the calculation The entire processing system is very large-scale and expensive. In addition, in the case of this device, it takes time for the arithmetic processing by the microcomputer, so
There is a problem in that force detection can only be performed every ~1000/Lsec.
また、第二の従来例の場合、一般に力の３成分力（Ｍｘ
、Ｍｙ、Ｆｚ）を検出する際、力が働いていない方向に
出力電圧が検出されてしまういわゆる相互干渉による干
渉出力が現われるということがある。この干渉出力は、
特に、Ｍｘ（Ｆｙ）又はＭｙ（Ｆｘ）が印加された際の
Ｆｚ検出用の出力電圧Ｖｚが、その他のＦｘ、Ｐｚ印加
時の出力電圧ｖｙやＦｙ、Ｆｚ印加時の出ツノ電圧Ｖｘ
に比べ顕著に現われることが知られている。このような
干渉出力は検出されてはならないわけであるが、しかし
、実際には避けられない問題である。In addition, in the case of the second conventional example, the three-component force (Mx
, My, Fz), interference output may appear due to so-called mutual interference in which the output voltage is detected in the direction where no force is acting. This interference output is
In particular, the output voltage Vz for Fz detection when Mx (Fy) or My (Fx) is applied is different from the output voltage vy when other Fx or Pz is applied or the output voltage Vx when Fy or Fz is applied.
It is known that it appears more prominently than the Although such interference output should not be detected, it is an unavoidable problem in practice.
そこで、本従来例の場合、そのような干渉出力が現われ
た際の除去対策が取られているか否かを、最も問題とな
るＭｙ（Ｆｘ）を印加した時の出力電圧Ｖｚについて、
実際に我々が計算して調べてみたところ（その計算式に
ついての詳細な説明は省略する）、その干渉出力がＶｚ
にまで現われる結果となり何らその除去対策はとられて
いなかった。Therefore, in the case of this conventional example, it is possible to determine whether or not measures have been taken to remove such interference output when it appears, with respect to the output voltage Vz when My(Fx) is applied, which is the most problematic.
When we actually calculated and investigated (detailed explanation of the calculation formula will be omitted), the interference output was Vz
As a result, no measures were taken to remove it.
さらに、第三の従来例の場合、力の３成分力（Ｍ ｘ
＋ Ｍ ｙ 、 Ｆ ｚ ）を検出する際に最も問題
となることは、相互干渉による干渉出力（第二の従来例
と同じ理由）が現われるということがある。Furthermore, in the case of the third conventional example, the three-component force (M x
+M y , F z ), the biggest problem is that interference output (for the same reason as the second conventional example) appears due to mutual interference.
この場合、そのような相互干渉の影響が最も大きいのが
、Ｍｘ又はＭｙを印加した時にＦｚ検出用の出力電圧Ｖ
ｚにその影響が現われてしまう（約５０％）ということ
である。そこで、この問題を取り除くために、特願昭６
２−２２１０８５号に本出願人により出願されているも
のがある。これは、Ｆｚ検出用の検出素子８を４枚から
８枚にすることによってＭｘ、Ｍｙ印加時のＶｚ出力へ
の相互干渉の影響を一層低減するようにしたものである
。In this case, the influence of such mutual interference is greatest when the output voltage V for Fz detection is applied when Mx or My is applied.
This means that the effect appears on z (approximately 50%). Therefore, in order to eliminate this problem, a special application
No. 2-221085 has been filed by the present applicant. This is designed to further reduce the influence of mutual interference on the Vz output when Mx and My are applied by increasing the number of detection elements 8 for Fz detection from four to eight.
しかし、このように構成しても単結晶基板６と起歪体５
との組み立て段階（接合）での位置ズレによりどうして
も干渉出力が現われてくるという問題がある。すなわち
、我々の実験及び計算結果によると、位置ズレによる相
互干渉の影響が問題とならない程度にするためにはμｍ
オーダーの精度にする必要があるが、実際、組み立て段
階でそのような接合精度を出すことは事実上困難なこと
である。そこで、このような位置ズレによる相互干渉を
低減するために、通常の場合、マイクロコンピュータ等
による演算処理を行うことによってその補正を行ってい
るが、しかし、このような補正方法の場合、マイクロコ
ンピュータの演算処理速度（数１００〜１００ＯｌＬｓ
ｅｃ毎の周期）が制限されてしまい、しかも、装置自体
が大型化してコストが高くなるという問題がある。However, even with this configuration, the single crystal substrate 6 and the strain body 5
There is a problem in that interference output inevitably appears due to positional deviation during the assembly stage (joining). In other words, according to our experimental and calculation results, in order to ensure that the influence of mutual interference due to positional deviation does not become a problem, it is necessary to
Although it is necessary to achieve an order of precision, it is actually difficult to achieve such joining precision at the assembly stage. Therefore, in order to reduce the mutual interference caused by such positional deviation, correction is normally performed by performing arithmetic processing using a microcomputer. calculation processing speed (several 100 to 100 OlLs
There is a problem in that the period per ec is limited, and the device itself becomes large and expensive.
そこで、本発明では、このような相互干渉や演算処理速
度の問題を解決するために、上述した特願昭６２−２２
１０８５号に基づいてさらに検討を行うようにしたもの
である。Therefore, in the present invention, in order to solve such mutual interference and calculation processing speed problems, the above-mentioned Japanese Patent Application No. 62-22
1085 for further consideration.
課題を解決するための手段
本発明は、中心部と周辺部とのいずれか一方を支持部と
し他方を作用部とする起歪体を設け、この起歪体の表面
に検出面が一面に形成された単結晶基板を接着固定し、
前記検出面に機械的変形により電気抵抗を変化させる検
出素子をその検出面の中心を通る複数の軸上に形成し、
これら検出素子をブリッジ回路に構成することにより検
出される各軸方向の力の成分ノＪを増幅する増幅回路を
設け、この増幅回路により得られた各成分力の値の相互
干渉を除去する演算補正回路を設けた。Means for Solving the Problems The present invention provides a strain-generating body in which one of a center portion and a peripheral portion serves as a support portion and the other portion serves as an action portion, and a detection surface is formed all over the surface of the strain-generating body. The single-crystal substrate is fixed with adhesive,
Detecting elements that change electrical resistance by mechanical deformation are formed on the detection surface on a plurality of axes passing through the center of the detection surface,
By configuring these detection elements into a bridge circuit, an amplifier circuit is provided to amplify the force component J in each axial direction detected, and an operation is performed to remove mutual interference between the values of the force components obtained by this amplifier circuit. A correction circuit was installed.
作用
従って、ブリッジ回路により検出された各成分力の値を
増幅回路を介して演算補正回路により予め補正を行うこ
とによって簡単な回路構成でそれら各成分力の相互干渉
の除去を容易に行うことができ、これにより、各成分力
の検出精度を一段と向上させることができると共に安価
で、小型、軽量な装置を得ることが可能となり、また、
従来のようにマイクロコンピュータによる演算時間が不
要なため検出電圧の応答速度を格段に速めることができ
る。Therefore, by correcting the value of each component force detected by the bridge circuit in advance by an arithmetic correction circuit via an amplifier circuit, it is possible to easily eliminate the mutual interference of these component forces with a simple circuit configuration. As a result, it is possible to further improve the detection accuracy of each component force, and also to obtain an inexpensive, compact, and lightweight device.
Since the computation time required by a microcomputer as in the conventional method is not required, the response speed of the detected voltage can be significantly increased.
実施例
本発明の一実施例を第１図ないし第４図に基づいて説明
する。なお、本発明は、従来技術でも述べたように特願
昭６２−２２１０８５号をもとにさらに検討を行ったも
のである。Embodiment An embodiment of the present invention will be explained based on FIGS. 1 to 4. The present invention has been further studied based on Japanese Patent Application No. 62-221085, as described in the prior art section.
まず、その全体構成について説明する。単結晶基板９は
、ｎ−３ｉ （１１１）基板よりなり正方形状をしてい
る。この単結晶基板９の一面は検出面１０とされ、この
検出面１ｏには検出素子１１が形成されている。First, the overall configuration will be explained. The single crystal substrate 9 is made of an n-3i (111) substrate and has a square shape. One surface of this single crystal substrate 9 is used as a detection surface 10, and a detection element 11 is formed on this detection surface 1o.
これらの検出素子１１は応力を受けて変形することによ
り抵抗率が変化する原理、すなわち、ピエゾ抵抗効果を
利用するものである。この場合、Ｒｘ、 、 Ｒｘ、
、 Ｒｘ３． Ｒｘ４ とＲｈ ＋ Ｒｙ２１ Ｒｙｓ
、Ｒｙ４ なる検出素子１１は、く０１１〉軸方向に
対して±４５°の角度をなす方向に形成されており、Ｒ
ｚ、。These detection elements 11 utilize the principle that the resistivity changes by deforming under stress, that is, the piezoresistance effect. In this case, Rx, , Rx,
, Rx3. Rx4 and Rh + Ry21 Rys
, Ry4 are formed in a direction forming an angle of ±45° with respect to the 011> axis direction, and R
Z,.
Ｒｘ２．Ｒｚ、、Ｒｘ４．Ｒｚ、、Ｒｘ６．Ｒｚ、、Ｒ
ｚ、なる検出素子１１は、検出面１０の中心身通る軸上
に中心に対して点対称となるように配置されている。そ
して、これらの検出素子１１の形状は、電流ｉが流れる
方向に幅Ｑ、が狭く、長さＱ２が長い長方形状（Ω、（
Ｌ）になっている。Rx2. Rz,,Rx4. Rz,,Rx6. Rz,,R
z, the detection element 11 is arranged on an axis passing through the center of the detection surface 10 so as to be point symmetrical with respect to the center. The shape of these detection elements 11 is a rectangular shape (Ω, (
L).
起歪体１２は、円板状をなしており、周辺部が固定用ネ
ジ穴１３を備えた支持部１４とされ、中心部は力伝達体
１５が形成された作用部１６とされている。この力伝達
体１５の周囲には円形の凹部からなる薄肉状の弾性変形
面（ダイヤフラム）１７が形成されている。このダイヤ
フラム１７の表面には前記単結晶基板９が接着固定され
ている。The strain-generating body 12 has a disk shape, and its peripheral portion is a support portion 14 having a fixing screw hole 13, and its center portion is an action portion 16 in which a force transmitting body 15 is formed. A thin elastically deformable surface (diaphragm) 17 consisting of a circular recess is formed around the force transmitting body 15 . The single crystal substrate 9 is adhesively fixed to the surface of this diaphragm 17.
また、前記検出素子１１と接続された接続端子１８は外
部のフレキシブル基板１９に形成された中継端子２０に
ワイヤー２１を介して接続されており、これら中継端子
２０は外部接続端子２２と接続されている。そして、前
記単結晶基板９と前記フレキシブル基板１９との上部に
は、外部環境の影響を除去するために保護用のキャップ
２２８１が封止されている。Further, the connection terminals 18 connected to the detection element 11 are connected to relay terminals 20 formed on an external flexible substrate 19 via wires 21, and these relay terminals 20 are connected to external connection terminals 22. There is. A protective cap 2281 is sealed over the single crystal substrate 9 and the flexible substrate 19 to remove the influence of the external environment.
さらに、前記力伝達体］５に作用する力としては、各軸
方向、すなわち、互いに直交するｘ、ＹＺ力方向沿う力
（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）と、各軸回りのモーメント（Ｍｘ
、Ｍｙ、Ｍｚ）との６成分があるが、これらの内のＭｘ
、Ｍｙ、Ｆｚの３ノ戊分を検出するために、各軸方向の
検出素子１１をそれぞれブリッジ結線したブリッジ回路
が第４図（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように構成されてい
る。Furthermore, the forces acting on the force transmitting body] 5 include forces (Fx, Fy, Fz) along each axis, that is, x, YZ force directions perpendicular to each other, and moments (Mx) around each axis.
, My, Mz), and among these, Mx
, My, and Fz, a bridge circuit in which the detection elements 11 in each axis direction are bridge-connected is configured as shown in FIGS. 4(a), (b), and (c). .
次に、本発明に係る回路構成を第１図に基づいて説明す
る。まず、第４図（ａ）で説明したブリッジ回路２３の
場合、その検出端子ａ、ｂには初段アンプ２４が接続さ
れ、この初段アンプ２４は差動アンプ２５に接続されて
いる。なお、これら初段アンプ２４、差動アンプ２５は
増幅回路２６とされている。Next, the circuit configuration according to the present invention will be explained based on FIG. First, in the case of the bridge circuit 23 explained with reference to FIG. Note that the first stage amplifier 24 and the differential amplifier 25 are used as an amplifier circuit 26.
前記差動アンプ２５は通常の出力電圧Ｖｘを出力する出
力端子Ｐに接続されていると共に、スイッチＳＷｘに接
続されている。このスイッチＳＷＸはオペアンプ２７に
接続されており、このスイッチＳ Ｗ ｘを選択するこ
とにより出力電圧Ｖｘに対して反転、非反転に切換える
ことができるようになっている。そして、このオペアン
プ２７は可変抵抗ＶＲｘを介して、オペアンプ２８に接
続されている。The differential amplifier 25 is connected to an output terminal P that outputs a normal output voltage Vx, and is also connected to a switch SWx. This switch SWX is connected to the operational amplifier 27, and by selecting this switch SWX, it is possible to switch between inverting and non-inverting with respect to the output voltage Vx. This operational amplifier 27 is connected to an operational amplifier 28 via a variable resistor VRx.
また、第４図（ｂ）で説明したブリッジ回路２８の場合
にも同様に、その検出端子ｃ、ｄは初段アンプ２４、差
動アンプ２５を順次介して、出力電圧ｖｙを検出する出
力端子Ｑに接続されていると共に、スイッチＳＷｙにも
接続されている。このスイッチＳＷｙはオペアンプ３０
と接続され、このオペアンプ３０は可変抵抗■Ｒｙを介
して、前記オペアンプ２８と接続されている。Similarly, in the case of the bridge circuit 28 explained in FIG. It is also connected to the switch SWy. This switch SWy is an operational amplifier 30
This operational amplifier 30 is connected to the operational amplifier 28 via a variable resistor (Ry).
さらに、第４図（Ｃ）で説明したブリッジ回路３］の場
合には、その検出端子ｅ、ｆは初段アンプ２４、差動ア
ンプ２５、抵抗Ｒｚを順次介して、前記オペアンプ２８
に接続されており、このオペアンプ２８の出力は出力端
子Ｒから出力電圧Ｖｚを検出できるようになっている。Furthermore, in the case of the bridge circuit 3 described in FIG.
The output of the operational amplifier 28 is connected to the output terminal R so that the output voltage Vz can be detected.
そして、前記オペアンプ２７，２８．３０を含む破線で
囲まれた領域内の回路は、演算補正回路３２とされてい
る。なお、前記初段アンプ２４内に設けられた可変抵抗
Ｖ Ｒｘｏ、Ｖ Ｒｙｏ、Ｖ Ｒｚｏは、最終的な出力
電圧■ｘ＋ Ｖ ｙ ｙ Ｖ ｚが所望の値となるよう
に増幅率が決定されるようになっている。The circuit within the area surrounded by the broken line, including the operational amplifiers 27, 28, and 30, is an arithmetic correction circuit 32. The variable resistors V Rxo, V Ryo, and V Rzo provided in the first stage amplifier 24 are set such that the amplification factor is determined so that the final output voltage x+V y y V z becomes a desired value. It has become.
このような構成において、第１図の回路について説明す
る。力の３成分力（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｆｚ）のうち相互干渉
による干渉出力が最も問題となるのは、従来技術の第三
の従来例でも説明したように、Ｍｘ（Ｆｙ）又はＭｙ（
Ｆｘ）を印加した時に出力電圧Ｖｚが検出されてしまう
ということである。そこで、このような問題を取り除く
ために、第１図のような回路構成がなされているわけで
あるが、以丁、相互干渉による干渉出力を除去するため
の調整方法を順を追って説明する。In such a configuration, the circuit shown in FIG. 1 will be explained. Of the three component forces (Mx, My, Fz), the interference output due to mutual interference poses the most problem, as explained in the third conventional example of the prior art, the one that causes the most problem is Mx (Fy) or My (
This means that when the output voltage Vz is applied, the output voltage Vz is detected. Therefore, in order to eliminate such a problem, a circuit configuration as shown in FIG. 1 has been made, and an adjustment method for eliminating interference output due to mutual interference will now be explained step by step.
まず、その回路全体の流れについて説明する。First, the overall flow of the circuit will be explained.
ブリッジ回路２３の検出端子ａ、ｂ間に得られた電圧は
、初段アンプ２４により差動出力として取り出され、差
動アンプ２５によりシングルエンド出力に変換されて出
力端子Ｐから出力電圧Ｖｘとして検出される一方で、ス
イッチＳＷｘを介して、オペアンプ２７により電圧Ｖｃ
ｘとして出力される。また、ブリッジ回路２９の検出端
子ｃ、ｄ間に得られた電圧も同様に、初段アンプ２４、
差動アンプ２５を順次介して出力端子Ｑがら出力電圧ｖ
ｙとして検出される一方で、スイッチＳＷｙを介して、
オペアンプ３０により電圧Ｖｃｙとして出力される。さ
らに、ブリッジ回路３１の検出端子ｅ、ｆ間に得られた
電圧は、初段アンプ２４、差動アンプ２５を順次介して
、電圧■Ｚｏとして出力される。そして、このようにし
て得られた電圧Ｖｃｘ、Ｖｃｙは可変抵抗ＶＲｘ、ＶＲ
ｙを介し、電圧■Ｚｏは抵抗Ｒｚを介して、オペアンプ
２８による加算回路により加算され、出力端子Ｒから出
力電圧Ｖｘとして検出される。The voltage obtained between the detection terminals a and b of the bridge circuit 23 is taken out as a differential output by the first stage amplifier 24, converted to a single-ended output by the differential amplifier 25, and detected as the output voltage Vx from the output terminal P. On the other hand, the operational amplifier 27 outputs the voltage Vc via the switch SWx.
Output as x. Similarly, the voltage obtained between the detection terminals c and d of the bridge circuit 29 is also the same as that of the first stage amplifier 24,
The output voltage v from the output terminal Q is sequentially passed through the differential amplifier 25.
While detected as y, via switch SWy,
The operational amplifier 30 outputs the voltage Vcy. Further, the voltage obtained between the detection terminals e and f of the bridge circuit 31 is outputted as a voltage Zo through the first stage amplifier 24 and the differential amplifier 25 in this order. The voltages Vcx and Vcy obtained in this way are applied to the variable resistors VRx and VR.
y, the voltage Zo is added by an adding circuit including an operational amplifier 28 via a resistor Rz, and is detected from an output terminal R as an output voltage Vx.
なお、スイッチＳＷｘ、ＳＷｙは反転端子ＩＶ、非反転
端子ＮＩＶに相互に切換えることにより、出力電圧Ｖｘ
、Ｖｙの極性を変え電圧Ｖｃｘ、Ｖｃｙとして取り出す
ことができる。また、可変抵抗ＶＲｘ、ＶＲｙはその値
を変えることにより、電圧ＶＣＸ、Ｖｃｙの補正量を調
節することができる。Note that the switches SWx and SWy are mutually switched to the inverting terminal IV and the non-inverting terminal NIV, so that the output voltage Vx
, Vy can be changed in polarity and taken out as voltages Vcx and Vcy. Further, by changing the values of the variable resistors VRx and VRy, the amount of correction of the voltages VCX and Vcy can be adjusted.
次に、相互干渉を除去するための調整方法について説明
する。まず、起歪体１２の力伝達体１５にＦｘのみを印
加する。これにより、オペアンプ２８の出力電圧Ｖｚに
は電圧Ｖｃｘが検出されるわけであるが、この時、その
出力電圧ＶｚＯ値がＯとなるように、スイッチＳＷｘを
切換えて出力電圧Ｖｘの極性を変え、可変抵抗ＶＲｘに
よりその補正量を調節する。このような調整を行うこと
により、Ｆｘを印加した際のＶｚへの干渉出力の影響を
除去することができる。Next, an adjustment method for eliminating mutual interference will be explained. First, only Fx is applied to the force transmitting body 15 of the strain body 12. As a result, the voltage Vcx is detected as the output voltage Vz of the operational amplifier 28. At this time, the polarity of the output voltage Vx is changed by switching the switch SWx so that the output voltage VzO value becomes O. The amount of correction is adjusted by variable resistor VRx. By performing such adjustment, it is possible to eliminate the influence of interference output on Vz when Fx is applied.
次に、起歪体１２の力伝達体１５にｐｙのみを印加する
。出力電圧Ｖｚには電圧Ｖｃｙが検出されるわけである
が、この場合にも力Ｆｘのみを印加した場合と同様に、
出力電圧ＶＺの値がＯとなるように、スイッチＳＷｙを
切換えて出力電圧■ｙの極性を変え、可変抵抗■Ｒｙに
よりその補正量を調節する。これにより、ｐｙを印加し
た際のＶｚへの干渉出力の影響を除去することができる
。Next, only py is applied to the force transmitting body 15 of the strain body 12. The voltage Vcy is detected as the output voltage Vz, but in this case as well, as in the case where only the force Fx is applied,
The polarity of the output voltage (2) is changed by switching the switch SWy so that the value of the output voltage VZ becomes O, and the amount of correction is adjusted by the variable resistor (2) Ry. This makes it possible to eliminate the influence of interference output on Vz when py is applied.
このようにスイッチＳＷｘ、ＳＷｙと可変抵抗ＶＲｘ、
ＶＲｙとを用いて各々調整を行うことにより、干渉出力
が完全に除去されたＶｚを得ることができる。また、こ
のような回路構成は、通常の増幅回路２６の他に、演算
補正回路３２として３つのオペアンプ２７，２８．３０
を用いるだけでよいため装置全体の構成が簡単なものと
なり、その結果、安価で、小型、軽量な装置を得ること
ができる。さらに、マイクロコンピュータ等による演算
時間が必要でないため、従来に比べ出力電圧の応答速度
を格段に速めることができる。In this way, the switches SWx, SWy and the variable resistor VRx,
By adjusting each using VRy, it is possible to obtain Vz from which interference output is completely removed. Moreover, in addition to the normal amplifier circuit 26, such a circuit configuration includes three operational amplifiers 27, 28, and 30 as an arithmetic correction circuit 32.
Since it is only necessary to use the following, the structure of the entire device becomes simple, and as a result, an inexpensive, compact, and lightweight device can be obtained. Furthermore, since calculation time by a microcomputer or the like is not required, the response speed of the output voltage can be made much faster than in the past.
なお、本実施例においては、Ｆｘ、Ｆｚの印加時におけ
る出力電圧ｖｙ、及び、Ｆｙ、Ｆｚの印加時における出
ツノ電圧Ｖｘにそれぞれ現われる干渉出力を除去する回
路は設けなかったが、これは上述したＶｚに現われる干
渉出力に比べ元来非常に小さいために、Ｖｚのみについ
て干渉出力の低減をする手段を設ければ十分だからであ
る。しかし、本実施例を応用して、Ｆｘ、Ｆｚ印加時の
■ｙやＦｙ、Ｆｚ印加時のＶｘにも当然適用させること
も可能である。In this example, a circuit for removing the interference output appearing in the output voltage vy when Fx and Fz are applied and the output horn voltage Vx when Fy and Fz are applied was not provided, but this is as described above. This is because it is originally very small compared to the interference output appearing at Vz, so it is sufficient to provide means for reducing the interference output only for Vz. However, it is of course possible to apply this embodiment to ■y when Fx and Fz are applied and Vx when Fy and Fz are applied.
発明の効果
本発明は、中心部と周辺部とのいずれか一方を支持部と
し他方を作用部とする起歪体を設け、この起歪体の表面
に検出面が一面に形成された単結晶基板を接着固定し、
前記検出面に機械的変形により電気抵抗を変化させる検
出素子をその検出面の中心を通る複数の軸上に形成し、
これら検出素子をブリッジ回路に構成することにより検
出される各軸方向の力の成分力を増幅する増幅回路を設
け、この増幅回路により得られた各成分力の値の相互干
渉を除去する演算補正回路を設けたので、ブリッジ回路
により検出された各成分ツノの値を増幅回路を介して演
算補正回路により予め補正を行うことによって簡単な回
路構成でそれら各成分力の相互干渉の除去を容易に行う
ことができ、これにより、各成分力の検出精度を一段と
向上させることができると共に安価で、小型、軽量な装
置を得ることが可能となり、また、従来のようにマイク
ロコンピュータによる演算時間が不要なため、検出電圧
の応答速度を格段に速めることができるものである。Effects of the Invention The present invention provides a single-crystal strain-generating body in which one of the central part and the peripheral part is a supporting part and the other part is an acting part, and a detection surface is formed all over the surface of this strain-generating body. Glue and fix the board,
Detecting elements that change electrical resistance by mechanical deformation are formed on the detection surface on a plurality of axes passing through the center of the detection surface,
By configuring these detection elements into a bridge circuit, an amplifier circuit is provided to amplify the component forces of the forces in each axial direction detected, and calculation correction is performed to remove mutual interference between the values of the component forces obtained by this amplifier circuit. Since the circuit is provided, the value of each component horn detected by the bridge circuit is corrected in advance by the arithmetic correction circuit via the amplifier circuit, making it easy to eliminate mutual interference between the component forces with a simple circuit configuration. As a result, the detection accuracy of each component force can be further improved, and an inexpensive, small, and lightweight device can be obtained, and the computation time required by a microcomputer as in the past is not required. Therefore, the response speed of the detection voltage can be significantly increased.
第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は力覚
センサの平面図、第３図はその縦断側面図、第４図はブ
リッジ回路図、第５図は第一・の従来例を示す斜視図、
第６図は第二の従来例を示す回路図、第７図は第三の従
来例を示す平面図である。
９・・単結晶基板、１０・・検出面、１１ ・検出素子
、１２・・・起歪体、１４・・支持部、１６・作用部、
２３・・・ブリッジ回路、２６・増幅回路、２９゜３１
・・ブリッジ回路、３２・・演算補正回路用 願 人
株式会社 リ コFig. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a plan view of a force sensor, Fig. 3 is a vertical side view thereof, Fig. 4 is a bridge circuit diagram, and Fig. 5 is a first and second force sensor. A perspective view showing a conventional example of
FIG. 6 is a circuit diagram showing a second conventional example, and FIG. 7 is a plan view showing a third conventional example. 9. Single crystal substrate, 10. Detection surface, 11. Detection element, 12. Strain body, 14. Support portion, 16. Action portion,
23...Bridge circuit, 26.Amplification circuit, 29°31
...Bridge circuit, 32...For arithmetic correction circuit Applicant
Rico Co., Ltd.
Claims (1)
用部とする起歪体を設け、この起歪体の表面に検出面が
一面に形成された単結晶基板を接着固定し、前記検出面
に機械的変形により電気抵抗を変化させる検出素子をそ
の検出面の中心を通る複数の軸上に形成し、これら検出
素子をブリッジ回路に構成することにより検出される各
軸方向の力の成分力を増幅する増幅回路を設け、この増
幅回路により得られた各成分力の値の相互干渉を除去す
る演算補正回路を設けたことを特徴とする力覚センサ。A strain-generating body having one of the center portion and the peripheral portion as a supporting portion and the other as an acting portion is provided, and a single crystal substrate having a detection surface formed all over the surface of the strain-generating body is adhesively fixed to the surface of the strain-generating body. Detection elements that change electrical resistance by mechanical deformation are formed on the detection surface on multiple axes that pass through the center of the detection surface, and these detection elements are configured into a bridge circuit to generate force in each axis direction. A force sensor comprising: an amplification circuit for amplifying component forces; and an arithmetic correction circuit for removing mutual interference between the values of the component forces obtained by the amplification circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63313159A JPH02138840A (en) | 1988-08-31 | 1988-12-12 | Force sensor |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21699788 | 1988-08-31 | ||
| JP63-216997 | 1988-08-31 | ||
| JP63313159A JPH02138840A (en) | 1988-08-31 | 1988-12-12 | Force sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02138840A true JPH02138840A (en) | 1990-05-28 |
Family
ID=26521755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63313159A Pending JPH02138840A (en) | 1988-08-31 | 1988-12-12 | Force sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02138840A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0611959A2 (en) * | 1993-02-15 | 1994-08-24 | Japan Electronics Industry, Ltd. | Electrical circuit for a wheel-acting force measuring device |
| JP2007263781A (en) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Hitachi Ltd | Dynamic quantity measuring device |
-
1988
- 1988-12-12 JP JP63313159A patent/JPH02138840A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0611959A2 (en) * | 1993-02-15 | 1994-08-24 | Japan Electronics Industry, Ltd. | Electrical circuit for a wheel-acting force measuring device |
| EP0611959A3 (en) * | 1993-02-15 | 1995-04-12 | Japan Electronics Ind Ltd | Electrical circuit for a wheel-acting force measuring device. |
| US5507187A (en) * | 1993-02-15 | 1996-04-16 | Japan Electronics Industry, Limited | Wheel-acting force measuring device |
| JP2007263781A (en) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Hitachi Ltd | Dynamic quantity measuring device |
| JP4697004B2 (en) * | 2006-03-29 | 2011-06-08 | 株式会社日立製作所 | Mechanical quantity measuring device |
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