JPH0643930B2 - 力センサの過負荷保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、力センサに過大な負荷が作用した場合に、
それを抑制して力センサを保護する装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸に沿う力および各軸の
周りのモーメントを検知する６軸の力センサは、従来よ
り公知であり、産業用ロボットの作業工具に作用する力
ないしモーメントを検知しながらロボットを制御するの
に、しばしば用いられている。この力センサは、一般に
上下の平行なプレート部材を薄い肉厚の複数のブリッジ
部材で連結した構造であり、両プレート部材間の相対的
変位を各ブリッジ部材に貼着した歪ゲージによって感知
して、両プレート部材間に作用する力およびモーメント
を検知するものである。

ところで、力センサに最大定格以上の負荷が加わると、
力センサの内部（特にブリッジ部材の内部）に歪が残存
したり、貼着していた歪ゲージが剥れたりすることがあ
る。このため、何らかの方法で過負荷に対する保護を講
じなければならないが、従来、この目的のための過負荷
保護装置はほとんど存在していなかった。一部には、特
開昭62-274230号公報に開示されているように、力セン
サの２つの可動部分（プレート部材）のうちの一方に固
定した平行ピンを他方に形成した孔に適当な隙間を設け
て嵌入させることにより、力センサの可動部分が一定量
以上の相対変位をするのを防止し、もってセンサを過負
荷から保護するようにしたセンサが存在するのみであっ
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記の従来の過負荷保護装置は、平行ピ
ンと孔の間の隙間が比較的大きいため、センサの可動部
分の相対的変位量がかなり大きくなくては機能しないも
のであった。このため、センサ自身の剛性が低くならざ
るを得ず、これは高精度の位置決めを必要とするロボッ
トに用いる場合には、致命的な欠点であった。

また、平行ピンと孔の係合により過大な変位を阻止する
上記従来の装置では、センサの組立ておよび調整、さら
には機械加工が非常に高精度に行われる必要があり、従
って高コストとなるばかりでなく個々の製品間でバラツ
キが大きくなって再現性に欠けるという難点があった。

このような従来技術の問題点に鑑み、この発明は力セン
サの剛性を全く損うことなく過負荷より保護することが
できると共に、力センサの変形許容量の調整を簡単に行
うことができる、力センサの過負荷保護装置を提供する
ことを目的とする。

この発明の他の目的は、機械加工が比較的容易で、かつ
製品間の再現性が確保できる上記過負荷保護装置を提供
することである。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、この発明は、上記目的を達成するために次のよ
うな技術的手段を講じている。

すなわち、一対の平行なプレート部（２）（３）を複数
のブリッジ部（４）で連結して成る力センサ（１）の過
負荷保護装置において、 上記力センサ（１）の外側にその中心軸と同軸となるよ
うに設けられ、かつ上記プレート部（２）（３）のいず
れか一方に固定された筒状の保護部材（９）と、 上記保護部材（９）に設けられた、上記力センサ（１）
の中心軸に直交する方向に延びると共に同方向に移動可
能とされた複数の変位抑制用のピン(11)と、 上記力センサ（１）の上記保護部材（９）が固定されて
いない側のプレート部（２または３）に形成した、上記
変位抑制用ピン(11)の係合可能な係合孔(12)とを備え、 上記変位抑制用ピン(11)は、ネジ部(11b)によって上記
保護部材（９）のネジ孔（９ａ）に螺合されていると共
に、先端部には先細としたテーパ部(11a)を有してお
り、しかも当該テーパ部(11a)は、上記変位抑制用ピン
(11)を上記係合孔(12)に挿入した際に係合孔(12)の内面
に当接するようになっていることを特徴とするものであ
る。

〔作用〕

変位抑制用ピン(11)を回転しながら係合孔(12)の中に挿
入すると、ある位置でテーパ部(11a)が係合孔(12)に当
接して停止する。この位置からピン(11)を反対方向に回
転すれば、テーパ部(11a)は係合孔(12)の内面から離
れ、両者の間にクリアランスを生じさせることができ
る。必要なクリアランスはμｍ単位であるが、ピン(11)
はネジ部(11b)を介して回転することにより移動するよ
うになっているので、クリアランスの大きさを回転数に
置き換えることができ、従って、ピン(11)のかなり大き
な移動（回転）量をもって上記クリアランスを調整でき
ることになる。

また、上記クリアランスを微小な値に設定できるので、
力センサ（１）の剛性は損われず、従って、ロボットの
位置精度も低下することがない。

〔実施例〕

以下、添付図面に基いてこの発明の実施例について詳細
に説明する。

第１図および第２図において、（１）は力センサで、一
対の円形のプレート部（２）（３）と両プレート部
（２）（３）を連結する４つのブリッジ部（４）から構
成されている。両プレート部（２）（３）の間には空間
（５）が形成されており、両プレート部（２）（３）が
相対的変位を生ずると、各ブリッジ部（４）に歪が生
じ、各ブリッジ部（４）に貼着した歪ゲージ（図示せ
ず）によって両プレート部（２）（３）間の力およびモ
ーメントを感知するようになっている。この実施例で
は、４つのブリッジ部（４）は、力センサ（１）の中心
軸の周りに90°毎に等間隔で配設されている。

なお、（６）は両プレート部（２）（３）を貫通するネ
ジ孔であり、力センサ（１）をロボットに取り付ける際
に用いるものである。この実施例では、力センサ（１）
の中心軸の周りに４つ等間隔に配設されている。また、
（７）（８）はそれぞれ、各プレート部（２）（３）に
形成されたキー溝およびキーであり、ロボットに取り付
ける際にロボットのアームおよび作業工具等と同軸心と
なるようにするためのものである。

力センサ（１）の外周には、円筒状の保護部材（９）が
設けられており、一方のプレート部（３）に取付ネジ(1
0)によって固定されている。また、保護部材（９）のプ
レート部（２）側の端部付近には、変位抑制用のピン(1
1)が螺合されており、その先端（内側）のテーパ部(11
a)が、プレート部（２）の対向面に形成した半径方向に
延びるストレートな係合孔(12)の内部に挿入されてい
る。第３図に見るように、プレート部（２）の外周面に
おいて、変位抑制用ピン(11)のテーパ部(11a)と係合孔
(12)との間に所定の大きさのクリアランス（ｄ）が生じ
るように、ピン(11)の位置が調節されている。

変位抑制用ピン(11)の位置の調節は、次のようにして行
われる。

まず、保護部材（９）を力センサ（１）の外周に嵌合
し、保護部材（９）の一端に形成した透孔に取付ネジ(1
0)を各々挿通して、力センサ（１）のプレート部（３）
のネジ孔に螺合する。このとき、上記保護部材（９）の
透孔は、取付ネジ(10)の外径よりも大きくされているの
で、取付ネジ(10)をプレート部（３）のネジ孔に螺合し
て軽く締付けておくことにより、変位抑制用ピン(11)と
係合孔(12)の位置にずれがあっても、保護部材（９）の
位置の調節が可能である。こうして、保護部材（９）を
力センサ（１）に仮止めする。

次に、変位抑制用ピン(11)を保護部材（９）のネジ孔
（９ａ）に外側から挿入し、ピン(11)のネジ部(11b)を
上記ネジ孔（９ａ）に螺合して、ピン(11)のテーパ部(1
1a)が係合孔(12)の内面に当接するまでねじ込む。他の
３本のピン(11)についても同様に行う。こうして、４本
の変位抑制用ピン(11)が係合孔(12)の内面に当接する
と、仮止めしていた４本の取付ネジ(10)を締付けて保護
部材（９）を固定する。

続いて、変位抑制用ピン(11)を反対側に回転させ、ネジ
部(11b)を緩めてピン(11)のテーパ部(11a)と係合孔(12)
の間に所定のクリアランスを生じさせる。このときの緩
め量は、次式で求めることができる。

ここで、ネジ部の緩め量は、ネジ部のリードから回転数
として容易に算出することができる。

他の３本の変位抑制用ピン(11)についても、同様に調節
を行った後、回り止めネジ(13)を締付けて各ピン(11)の
位置を固定する。

最後に、位置決め用テーパピン(14)を保護部材（９）を
貫通して力センサ（１）のプレート部（３）に打ち込
み、両者を固定して調整および組立が完了する。

次に、以上のようにして調整し組立てた過負荷保護装置
を取り付けた、力センサ（１）の使用状態について説明
する。

力センサ（１）の両プレート部（２）（３）のうちの一
方に負荷が作用すると、両プレート部（２）（３）は相
対的に変位する。負荷が定格以下のときは、変位抑制用
ピン(11)のテーパ部(11a)と係合孔(12)の内面は、当接
することがないので、この力センサ（１）は通常の感知
動作をすることができる。

しかし、最大定格以上の過負荷が作用すると、それに応
じて両プレート部（２）（３）の相対的変位量が大きく
なるため、ピン(11)のテーパ部(11a)は係合孔(12)の内
面と当接する。このため、負荷の大部分はピン(11)が担
うことになり、プレート部（２）（３）の過大な変位は
抑制されることができる。

なお、この過負荷保護装置は、以上の構成としているた
め、簡単な構成で６軸方向の過大変位を抑制することが
できるものである。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明は、力センサ
（１）の剛性を全く損うことなく過負荷から保護するこ
とができると共に、力センサ（１）の変位許容量の調整
を簡単に行うことができ、従って作業時間も短くてす
む、という優れた効果を有する。

また、保護部材（９）や係合孔(12)、さらには変位抑制
用ピン(11)等の機械加工は、従来のように高精度が要求
されないので、精度出しが容易であり、従って加工ない
し組立コストの低減化が可能であると共に、個々の製品
間のバラツキが小さく再現性が確保できる、という効果
をも有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、この発明の過負荷保護装置の１実施
例を示したもので、第１図は半断面正面図、第２図は同
側面図、第３図はピンが係合孔に係合した状態を示す部
分拡大断面図である。 （１）…力センサ、（２）（３）…プレート部 （４）…ブリッジ部、（９）…保護部材 （９ａ）…ネジ孔、(10)…取付ネジ (11)…変位抑制用ピン、(11a)…テーパ部 (11b)…ネジ部、(12)…係合孔

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の平行なプレート部（２）（３）を複
   数のブリッジ部（４）で連結して成る力センサ（１）の
   過負荷保護装置において、 上記力センサ（１）の外側にその中心軸と同軸となるよ
   うに設けられ、かつ上記プレート部（２）（３）のいず
   れか一方に固定された筒状の保護部材（９）と、 上記保護部材（９）に設けられた、上記力センサ（１）
   の中心軸に直交する方向に延びると共に同方向に移動可
   能とされた複数の変位抑制用のピン(11)と、 上記力センサ（１）の上記保護部材（９）が固定されて
   いない側のプレート部（２または３）に形成した、上記
   変位抑制用ピン(11)の係合可能な係合孔(12)とを備え、 上記変位抑制用ピン(11)は、ネジ部(11b)によって上記
   保護部材（９）のネジ孔（９ａ）に螺合されていると共
   に、先端部には先細としたテーパ部(11a)を有してお
   り、しかも当該テーパ部(11a)は、上記変位抑制用ピン
   (11)を上記係合孔(12)に挿入した際に係合孔(12)の壁面
   に当接するようになっていることを特徴とする、力セン
   サの過負荷保護装置。
2. 【請求項２】上記プレート部（２）（３）が円形であ
   り、かつ上記保護部材（９）が円筒形である請求項１記
   載の装置。
3. 【請求項３】上記係合孔(12)が、上記力センサ（１）の
   中心軸に直交する半径方向に延びるストレート孔である
   請求項１または２記載の装置。
4. 【請求項４】上記変位抑制用ピン(11)および係合孔(12)
   が、上記力センサ（１）の中心軸の周りに４つ等間隔に
   配設されている請求項１〜３のいずれかに記載の装置。