JPH0640039B2 - 力検出装置 - Google Patents
力検出装置Info
- Publication number
- JPH0640039B2 JPH0640039B2 JP60201349A JP20134985A JPH0640039B2 JP H0640039 B2 JPH0640039 B2 JP H0640039B2 JP 60201349 A JP60201349 A JP 60201349A JP 20134985 A JP20134985 A JP 20134985A JP H0640039 B2 JPH0640039 B2 JP H0640039B2
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- force
- elastic
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- ring
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Description
【発明の詳細な説明】 <発明の技術分野> この発明は、例えばロボット手先部で物体を把持して所
定の作業を実行する産業用ロボットにおいて、前記ロボ
ット手先部に作用する力やモーメントを検出するのに用
いられる力検出装置に関する。
定の作業を実行する産業用ロボットにおいて、前記ロボ
ット手先部に作用する力やモーメントを検出するのに用
いられる力検出装置に関する。
<発明の概要> この発明は、各歪出力を独立して取り出すことができ、
しかも各歪出力のバランスが良好となるよう寸法設定で
きる薄型の力検出装置を得るためのものであって、複数
の弾性ビームを上下2段に放射状配設して、各段のそれ
ぞれ弾性ビームに歪ゲージを取り付ける構造とした。
しかも各歪出力のバランスが良好となるよう寸法設定で
きる薄型の力検出装置を得るためのものであって、複数
の弾性ビームを上下2段に放射状配設して、各段のそれ
ぞれ弾性ビームに歪ゲージを取り付ける構造とした。
<発明の背景> 産業用ロボットにおいては、ロボット手先部の作業動作
を制御するために、ロボットの手先部に作用する力やモ
ーメントを検出するための力検出装置が必要になる。第
11図には、産業用ロボットの一例が示されており、複
数の関節を有するロボットアーム1の先端に把持機構1
1により開閉動作するロボット手先部10が取付けられ
ている。このロボットは、ロボット手先部10で部品9
をつかみ、基台91上へ供給された物体92の内孔へこ
の部品9を挿入する作業を繰返し実行する。このロボッ
ト手先部10とロボットアーム1との間に力検出装置7
が取付けられている。力検出装置7は、作業中に部品9
と物体92との間に作用する力やモーメントを検出し
て、両者間の位置ずれ状態を検出し、検出情報をコンピ
ュータを用いた制御回路へ入力して、ロボットの作業動
作を修正制御する。
を制御するために、ロボットの手先部に作用する力やモ
ーメントを検出するための力検出装置が必要になる。第
11図には、産業用ロボットの一例が示されており、複
数の関節を有するロボットアーム1の先端に把持機構1
1により開閉動作するロボット手先部10が取付けられ
ている。このロボットは、ロボット手先部10で部品9
をつかみ、基台91上へ供給された物体92の内孔へこ
の部品9を挿入する作業を繰返し実行する。このロボッ
ト手先部10とロボットアーム1との間に力検出装置7
が取付けられている。力検出装置7は、作業中に部品9
と物体92との間に作用する力やモーメントを検出し
て、両者間の位置ずれ状態を検出し、検出情報をコンピ
ュータを用いた制御回路へ入力して、ロボットの作業動
作を修正制御する。
従来の力検出装置の一つに米国ドレイパー研究所で開発
されたものがある。これは、第12図に示すように、2
個のリング71,72をつなぐ3本の柱73に6組の歪
ゲージ74を貼着し、3本の柱73の歪(引張,圧縮,
捩れ)を検出し、2個のリング71,72間に働く6自
由度の外力(X,Y,Z軸方向の力とその軸回りのモー
メント)を算出するものである。第13図に示す別の従
来例においては、4本の放射状に伸びたビーム74の曲
げ歪と、4本の垂直に延びた柱75の曲げ歪を8ケ所の
歪ゲージ76で検出し、中心の軸77に加わる6自由度の
外力を算出している。しかしながら、これらの構造で
は、3本または4本の柱に相当する分の検出装置の外
形、時に高さ方向が大きくなり、ロボット手先部に用い
た場合、操作性が悪くなったり、装置の重量が重くなる
という問題があった。
されたものがある。これは、第12図に示すように、2
個のリング71,72をつなぐ3本の柱73に6組の歪
ゲージ74を貼着し、3本の柱73の歪(引張,圧縮,
捩れ)を検出し、2個のリング71,72間に働く6自
由度の外力(X,Y,Z軸方向の力とその軸回りのモー
メント)を算出するものである。第13図に示す別の従
来例においては、4本の放射状に伸びたビーム74の曲
げ歪と、4本の垂直に延びた柱75の曲げ歪を8ケ所の
歪ゲージ76で検出し、中心の軸77に加わる6自由度の
外力を算出している。しかしながら、これらの構造で
は、3本または4本の柱に相当する分の検出装置の外
形、時に高さ方向が大きくなり、ロボット手先部に用い
た場合、操作性が悪くなったり、装置の重量が重くなる
という問題があった。
これに対し第14図に示す別の従来例においては、4本
の弾性ビーム81を中心軸82からリング83へ放射状
に配してあるため、装置を薄型にすることができる。そ
の反面、各弾性ビーム81の上下,左右の各面に歪ゲー
ジ84を貼着してあるため、1本の弾性ビーム81につ
き2方向の歪を検出するので、各ビーム81の幅や厚さ
を2方向の歪に耐えうる寸法に形成する必要があり、各
歪を効率良く取り出すための寸法設定が困難であり、構
造上の制約があった。
の弾性ビーム81を中心軸82からリング83へ放射状
に配してあるため、装置を薄型にすることができる。そ
の反面、各弾性ビーム81の上下,左右の各面に歪ゲー
ジ84を貼着してあるため、1本の弾性ビーム81につ
き2方向の歪を検出するので、各ビーム81の幅や厚さ
を2方向の歪に耐えうる寸法に形成する必要があり、各
歪を効率良く取り出すための寸法設定が困難であり、構
造上の制約があった。
この不利を解消するのに、この発明の出願人は、先般、
第15図に示す構成の薄型力検出装置を提案した(特願
昭59−172210号)。この装置は、中央軸部85
の周囲に3本のT型弾性ビーム86を放射状に配備し
て、その水平部87をリング状に連結すると共に、垂直
部88の両面および水平部87の片面にそれぞれ歪ゲー
ジ89を貼着した構造のものである。この構成によれ
ば、装置を薄型化できると共に、各歪出力を独立して検
出でき、またその寸法設定も容易となる等の利点があ
る。
第15図に示す構成の薄型力検出装置を提案した(特願
昭59−172210号)。この装置は、中央軸部85
の周囲に3本のT型弾性ビーム86を放射状に配備し
て、その水平部87をリング状に連結すると共に、垂直
部88の両面および水平部87の片面にそれぞれ歪ゲー
ジ89を貼着した構造のものである。この構成によれ
ば、装置を薄型化できると共に、各歪出力を独立して検
出でき、またその寸法設定も容易となる等の利点があ
る。
ところがこの力検出装置において、連結部の直径を小さ
くして、装置を小型化してゆく場合、T型弾性ビーム8
6の垂直部88および水平部87の少なくとも一方を短
くする必要があり、これがため垂直部88に貼設された
歪ゲージ89の感度と、水平部87に貼設された歪ゲー
ジ89の感度とのバランスを保つことが困難となる等の
問題がある。
くして、装置を小型化してゆく場合、T型弾性ビーム8
6の垂直部88および水平部87の少なくとも一方を短
くする必要があり、これがため垂直部88に貼設された
歪ゲージ89の感度と、水平部87に貼設された歪ゲー
ジ89の感度とのバランスを保つことが困難となる等の
問題がある。
<発明の目的> この発明は、上記問題を解消するためのものであって、
各歪出力を独立して取り出すことができ、しかも各歪出
力のバランスが良好となるよう寸法設定できる薄型の力
検出装置を提供することを目的とする。
各歪出力を独立して取り出すことができ、しかも各歪出
力のバランスが良好となるよう寸法設定できる薄型の力
検出装置を提供することを目的とする。
<発明の構成および効果> 上記目的を達成するため、この発明では、1本の軸部の
周囲に複数の弾性ビームを放射状且つ上下2段に配備し
て各弾性ビームの基端を前記軸部に連結固定し、一方の
段の各弾性ビームは、軸部の方向に幅を広く形成し、他
方の段の各弾性ビームは、軸部の方向に対して垂直方向
に幅を広く形成している。そして各段の弾性ビームに
は、幅の広い面にそれぞれ歪ゲージを取り付けると共
に、各弾性ビームの先端を各段毎に個別のリング状連結
部に連結して、各リング状連結部を相互に相対変位する
部材に接続可能に形成している。
周囲に複数の弾性ビームを放射状且つ上下2段に配備し
て各弾性ビームの基端を前記軸部に連結固定し、一方の
段の各弾性ビームは、軸部の方向に幅を広く形成し、他
方の段の各弾性ビームは、軸部の方向に対して垂直方向
に幅を広く形成している。そして各段の弾性ビームに
は、幅の広い面にそれぞれ歪ゲージを取り付けると共
に、各弾性ビームの先端を各段毎に個別のリング状連結
部に連結して、各リング状連結部を相互に相対変位する
部材に接続可能に形成している。
この発明によれば、1本の軸部の周囲に複数の弾性ビー
ムを上下2段に配して、一方の段の各弾性ビームは軸部
の方向に、他方の段の各弾性ビームは軸部の方向に対し
て垂直方向に、それぞれ幅を広く形成して、格段の弾性
ビームの幅の広い面にそれぞれ歪ゲージを取り付ける構
造としたから、各歪成分をそれぞれ独立して取り出すこ
とができ、しかも各歪出力のバランスが良好となるよう
寸法設定することができる。従って装置全体の小型化が
きわめて容易である。
ムを上下2段に配して、一方の段の各弾性ビームは軸部
の方向に、他方の段の各弾性ビームは軸部の方向に対し
て垂直方向に、それぞれ幅を広く形成して、格段の弾性
ビームの幅の広い面にそれぞれ歪ゲージを取り付ける構
造としたから、各歪成分をそれぞれ独立して取り出すこ
とができ、しかも各歪出力のバランスが良好となるよう
寸法設定することができる。従って装置全体の小型化が
きわめて容易である。
また各段におけるリング状連結部は各弾性ビームを介し
て1本の軸部により結合されているので、いずれか段の
連結部を、力の作用する把持機構等の取付け部とするこ
とが可能であり、従って装置全体の厚さを薄くできる。
これによりこの発明の装置をロボット等の手先部へ取り
付けることが容易となり、操作性の向上をはかることが
できる。さらにこの発明のものは、力の作用点をリング
状連結部に設定して広い範囲に分散させ、支点を1本の
軸部に設定して狭い範囲に集中させる構造としたら、圧
縮力や引張力の作用に対しては、軸部を中心にどのよう
な圧縮力や引張力が作用しているのかを検出でき、また
ねじれ力の作用に対しては、微小なねじれ力をも精度良
く検出できる等、発明目的を達成した顕著な効果を奏す
る。
て1本の軸部により結合されているので、いずれか段の
連結部を、力の作用する把持機構等の取付け部とするこ
とが可能であり、従って装置全体の厚さを薄くできる。
これによりこの発明の装置をロボット等の手先部へ取り
付けることが容易となり、操作性の向上をはかることが
できる。さらにこの発明のものは、力の作用点をリング
状連結部に設定して広い範囲に分散させ、支点を1本の
軸部に設定して狭い範囲に集中させる構造としたら、圧
縮力や引張力の作用に対しては、軸部を中心にどのよう
な圧縮力や引張力が作用しているのかを検出でき、また
ねじれ力の作用に対しては、微小なねじれ力をも精度良
く検出できる等、発明目的を達成した顕著な効果を奏す
る。
<実施例の説明> 第1図〜第3図は、この発明にかかる力検出装置2の一
実施例を示す。図示例の装置2は、中心軸部21の周囲
に、放射状且つ上下2段に、複数本のT型弾性ビーム3
1,32が配設されると共に、各T型弾性ビーム31,
32の水平部33,34は各段毎にリング状連結部2
2,23により連結されたものである。図示例の場合、
各段における各T型弾性ビーム31,32は、120度
等角位置に位置し、しかも同方向に且つ平行して外方へ
延びている。上段のT型弾性ビーム31の垂直部35
は、水平面が幅広であり、その上面および下面に、それ
ぞれ2枚宛(合計4枚)の歪ゲージ41,42および4
3,44を貼設して、それぞれ曲げ歪を検出する検出器
S4〜S6を構成している。また下段の弾性ビーム32
の垂直部36は、垂直面が幅広であり、その左側面およ
び右側面に、それぞれ2枚宛(合計4枚)の歪ゲージ4
5,46および47,48を貼設して、それぞれ曲げ歪
を検出する検出器S1〜S3を構成している。
実施例を示す。図示例の装置2は、中心軸部21の周囲
に、放射状且つ上下2段に、複数本のT型弾性ビーム3
1,32が配設されると共に、各T型弾性ビーム31,
32の水平部33,34は各段毎にリング状連結部2
2,23により連結されたものである。図示例の場合、
各段における各T型弾性ビーム31,32は、120度
等角位置に位置し、しかも同方向に且つ平行して外方へ
延びている。上段のT型弾性ビーム31の垂直部35
は、水平面が幅広であり、その上面および下面に、それ
ぞれ2枚宛(合計4枚)の歪ゲージ41,42および4
3,44を貼設して、それぞれ曲げ歪を検出する検出器
S4〜S6を構成している。また下段の弾性ビーム32
の垂直部36は、垂直面が幅広であり、その左側面およ
び右側面に、それぞれ2枚宛(合計4枚)の歪ゲージ4
5,46および47,48を貼設して、それぞれ曲げ歪
を検出する検出器S1〜S3を構成している。
上記の力検出装置2は、第4図に示す如く、ハウジング
5,50により保持され、また中心の軸部21には、プ
レート51が取り付けられる。前記ハウジング5は第1
1図のロボットアーム1にに取り付けられ、一方連結部
22に、第11図の把持機構11が直接取り付けられ
る。
5,50により保持され、また中心の軸部21には、プ
レート51が取り付けられる。前記ハウジング5は第1
1図のロボットアーム1にに取り付けられ、一方連結部
22に、第11図の把持機構11が直接取り付けられ
る。
なお上記は、弾性ビームとしてT型弾性ビームを用いた
実施例を示すが、弾性ビームはこのT型に限らず、第5
図〜第7図に示すような、水平部のない真直形状のもの
であってもよい。
実施例を示すが、弾性ビームはこのT型に限らず、第5
図〜第7図に示すような、水平部のない真直形状のもの
であってもよい。
各T型弾性ビーム31,32に貼着された歪ゲージ41
〜44および45〜48は、各検出器S1〜S6毎に、
第8図に示すようなホィートストーンブリッジ回路6を
構成し、これにより出力の増大がはかられる。各検出器
S1〜S6の合計6個の出力は、それぞれ増幅器61を
介してマルチプレクサ62へ入力され、さらにA/D変
換器63を介してコンピュータ回路64に取り込まれる。
〜44および45〜48は、各検出器S1〜S6毎に、
第8図に示すようなホィートストーンブリッジ回路6を
構成し、これにより出力の増大がはかられる。各検出器
S1〜S6の合計6個の出力は、それぞれ増幅器61を
介してマルチプレクサ62へ入力され、さらにA/D変
換器63を介してコンピュータ回路64に取り込まれる。
つぎに各検出器S1〜S6からどのようにして6自由度
の力(FX,FY,FZ,MX,MY,MZ)が検出されるかにつ
いて第9図および第10図を参照して説明する。
の力(FX,FY,FZ,MX,MY,MZ)が検出されるかにつ
いて第9図および第10図を参照して説明する。
なお同図中、FX,FY,FZはX軸,Y軸,Z軸の各方向
の力、またはMX,MY,MZはX軸,Y軸,Z軸の各軸回りの
モーメントを示し、図中矢印で示す方向をプラスの出力
とする。
の力、またはMX,MY,MZはX軸,Y軸,Z軸の各軸回りの
モーメントを示し、図中矢印で示す方向をプラスの出力
とする。
このうち力Fx,FYおよびモーメントMZは検出器S1
〜S3の出力(第9図中、矢印方向が正方向出力)から
検出され、また力FZおよび、モーメントMX,MYは検
出器S4〜S6の出力(第10図中、紙面の裏から表へ
の方向が正方向出力)から検出される。
〜S3の出力(第9図中、矢印方向が正方向出力)から
検出され、また力FZおよび、モーメントMX,MYは検
出器S4〜S6の出力(第10図中、紙面の裏から表へ
の方向が正方向出力)から検出される。
したがって、各検出器の出力をεS1〜εS6としたと
き、次の関係式が成立する。
き、次の関係式が成立する。
上式ではK1〜K4は比例定数である。したがって、外
力FXが作用したとき、曲げ歪検出器S1〜S3からS
1=−εS1,S2=−εS2,S3=εS3の曲げ歪が検
出され、出力合成マトリクスでεFX=K1・εS1+
K1′・εS2+K1″・εS3に合成され、この合成
された出力と6自由度の力とを対応づける力変換マトリ
クスKで外力FXに相当する力が算出される。
力FXが作用したとき、曲げ歪検出器S1〜S3からS
1=−εS1,S2=−εS2,S3=εS3の曲げ歪が検
出され、出力合成マトリクスでεFX=K1・εS1+
K1′・εS2+K1″・εS3に合成され、この合成
された出力と6自由度の力とを対応づける力変換マトリ
クスKで外力FXに相当する力が算出される。
このとき、FY,MZにも曲げ歪検出器S1〜S3の出
力が影響するが、出力合成マトリクスでは打消されるた
め、このときはFY,MZに相当する出力は得られな
い。しかしながら、同様にしてFY,MZについてもそ
の出力を検出することができるので、6自由度の外力の
分離検出が、この出力合成マトリクスから得ることがで
きる。
力が影響するが、出力合成マトリクスでは打消されるた
め、このときはFY,MZに相当する出力は得られな
い。しかしながら、同様にしてFY,MZについてもそ
の出力を検出することができるので、6自由度の外力の
分離検出が、この出力合成マトリクスから得ることがで
きる。
第1図はこの発明にかかる力検出装置の平面図、第2図
はその部分を断面した正面図、第3図はその底面図、第
4図はこの発明にかかる力検出装置の取付態様の一例を
示す部分を断面した正面図、第5図は他の実施例の平面
図、第6図はその部分を断面した正面図、第7図はその
底面図、第8図はこの発明における制御回路のブロック
図、第9図および第10図はこの発明における検出器か
らの検出歪と力成分およびモーメントの関係を示す説明
図、第11図は産業用ロボットの一例を示す正面図、第
12図から第15図は、従来の力検出装置を示す斜面図で
ある。 2……力検出装置、21……軸部 31,32……弾性ビーム、22,23 ……連結部 41〜48……歪ゲージ
はその部分を断面した正面図、第3図はその底面図、第
4図はこの発明にかかる力検出装置の取付態様の一例を
示す部分を断面した正面図、第5図は他の実施例の平面
図、第6図はその部分を断面した正面図、第7図はその
底面図、第8図はこの発明における制御回路のブロック
図、第9図および第10図はこの発明における検出器か
らの検出歪と力成分およびモーメントの関係を示す説明
図、第11図は産業用ロボットの一例を示す正面図、第
12図から第15図は、従来の力検出装置を示す斜面図で
ある。 2……力検出装置、21……軸部 31,32……弾性ビーム、22,23 ……連結部 41〜48……歪ゲージ
Claims (3)
- 【請求項1】1本の軸部の周囲に複数の弾性ビームを放
射状且つ上下2段に配備して各弾性ビームの基端を前記
軸部に連結固定し、一方の段の各弾性ビームは、軸部の
方向に幅を広く形成し、他方の段の各弾性ビームは、軸
部の方向に対して垂直方向に幅を広く形成しており、 各段の弾性ビームには、幅の広い面にそれぞれ歪ゲージ
を取り付けると共に、各弾性ビームの先端を各段毎に個
別のリング状連結部に連結して、各リング状連結部を相
互に相対変位する部材に接続可能に形成して成る力検出
装置。 - 【請求項2】前記上下各段の弾性ビームは、120度等
角位置に、同方向且つ平行に合計6本配設されている特
許請求の範囲第1項記載の力検出装置。 - 【請求項3】前記各弾性ビームは、T型形状の弾性ビー
ムであって、その垂直部を放射状に配備すると共に、そ
の水平部をリング状連結部に連結した特許請求の範囲第
1項または第2項記載の力検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60201349A JPH0640039B2 (ja) | 1985-09-10 | 1985-09-10 | 力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60201349A JPH0640039B2 (ja) | 1985-09-10 | 1985-09-10 | 力検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6259826A JPS6259826A (ja) | 1987-03-16 |
JPH0640039B2 true JPH0640039B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=16439561
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60201349A Expired - Lifetime JPH0640039B2 (ja) | 1985-09-10 | 1985-09-10 | 力検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0640039B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0978591A (ja) * | 1995-09-12 | 1997-03-25 | Geo Tec:Kk | 擁壁法面の植生パネル |
JP2003207405A (ja) * | 2002-01-11 | 2003-07-25 | Honda Motor Co Ltd | 6軸力センサ |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4764619B2 (ja) * | 2004-08-23 | 2011-09-07 | 株式会社エー・アンド・デイ | 回転型分力計測装置 |
DE602005017894D1 (de) * | 2005-09-16 | 2010-01-07 | Abb Ab | Industrieroboter mit Sensormitteln im Bereich eines Werkzeugflansches |
AT503196B1 (de) * | 2006-01-19 | 2008-06-15 | Trumpf Maschinen Austria Gmbh | Biegepresse mit beschickungseinrichtung und verfahren zu deren betrieb |
JP2011200943A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Canon Inc | 力制御ロボット |
WO2011145713A1 (en) * | 2010-05-20 | 2011-11-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Force control robot |
JP6135408B2 (ja) * | 2013-09-04 | 2017-05-31 | トヨタ自動車株式会社 | トルクセンサ、駆動装置、及びロボット |
CN105500394A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-04-20 | 佛山市禾才科技服务有限公司 | 一种机器人手指尖 |
US10422707B2 (en) * | 2016-01-19 | 2019-09-24 | Ati Industrial Automation, Inc. | Compact robotic force/torque sensor including strain gages |
IT202000002773A1 (it) * | 2020-02-12 | 2021-08-12 | Milano Politecnico | Portamozzo comprendente sensori di forze e/o momenti |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2545606B1 (fr) * | 1983-05-06 | 1985-09-13 | Hispano Suiza Sa | Capteur de torseur de forces |
-
1985
- 1985-09-10 JP JP60201349A patent/JPH0640039B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0978591A (ja) * | 1995-09-12 | 1997-03-25 | Geo Tec:Kk | 擁壁法面の植生パネル |
JP2003207405A (ja) * | 2002-01-11 | 2003-07-25 | Honda Motor Co Ltd | 6軸力センサ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6259826A (ja) | 1987-03-16 |
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