JPH09250957A - 力覚センサにおける温度補正方法 - Google Patents
力覚センサにおける温度補正方法Info
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- JPH09250957A JPH09250957A JP8086054A JP8605496A JPH09250957A JP H09250957 A JPH09250957 A JP H09250957A JP 8086054 A JP8086054 A JP 8086054A JP 8605496 A JP8605496 A JP 8605496A JP H09250957 A JPH09250957 A JP H09250957A
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Abstract
状態で使用可能下限温度(基準温度)Tst下に置き、温
度係数測定のためのプログラムを起動させ、力覚センサ
の内部温度の繰り返し検出を開始する(S1)。内部温
度が安定したと判定されたら(S2)、温度出力T0 を
記憶し(S3)、基準温度下における各ゲージ出力G01
〜G08を記憶する。次に、励起電圧Ve をセンシング部
に印加した状態で、力覚センサを2点目のゲージ出力測
定温度Tmax 下に置き、内部温度の繰り返し検出を開始
し(S5)、内部温度の安定を判定し(S6)、内部温
度出力T1 を記憶した上で(S7)、ゲージ出力G11
〜G18 を記憶する(S8)。これらデータから、各ゲ
ージの温度係数si を算出・記憶する(S9)。温度係
数si は、6軸力測定時の温度補正に利用される。
Description
て力乃至トルクの測定を行なう分野で使用される力覚セ
ンサにおける温度補正方法に関する。本発明は、例えば
建造物の構成要素の応力測定の用途あるいは力制御を行
なうロボット等で使用される力覚センサに適用される。
な弾性体に歪ゲージなどの応力を電気抵抗値(以下、単
に「抵抗値」と言う。)の変化に変換する型の検出器を
組み合わせ、弾性体に作用した力乃至トルクを抵抗値の
変化として検出するセンサである。一般に、測定量を抵
抗値の微小変化に変換する変換要素を用いた検出器にお
いては、測定量(歪ゲージでは応力)に対応した抵抗値
の変化分を電圧値として取り出す為に、前記変換素子を
組み込んだホイートストン・ブリッジを用いる方式が広
く採用されている。
構成の概略を表わした図である。同図に示されているよ
うに、力覚センサは8個のゲージG1〜G8を有してい
る。各ゲージG1〜G8の出力電圧は、プログラマブル
アンプ(利得可変増幅器)11〜18でそれぞれ増幅さ
れ、ゲージ毎の出力LPF1〜LPF8からなる出力L
PFを提供する。
ている。そこで、一つのゲージGn(n=1,2,3・
・8)を抽出した図2を参照図に加え、ゲージの回路構
成を説明する。一つのゲージGnは、2個の歪ゲージ
A,Bと2個の固定ブリッジ抵抗RA ,RB からなるブ
リッジ構成を有し、このブリッジに励起電圧Ve を印加
することにより、歪ゲージの電気抵抗変化が電圧値Vn
として出力される。
ス抵抗RA ,RB は、全ゲージG1〜G8に共用されて
いる。また、初期設定時の誤差を補正するために、可変
抵抗VRnと固定抵抗Rnを含む初期誤差補正回路が設
けられている。この可変抵抗VRnは、設置時の標準状
態(例えば、室温20°C;無負荷)における各ゲージ
Gnの出力LPFn(n=1,2,3・・・8)がすべ
てゼロとなるように調整される。
に所定の方向に配向して固定される。ゲージG1〜G8
の各端子Cに現われる電圧は、対応するプログラマブル
アンプ11〜18のIN+ に印加される一方、共用のバ
ランス抵抗RA ,RB 間の端子Dに現われる電圧は、対
応するプログラマブルアンプ11〜18のIN- に印加
される。プログラマブルアンプ11〜18は、差電圧を
増幅して8個のゲージ出力LPF1〜LPF8を生成す
る。
は、適当な信号処理部に送られ、6軸力に変換される。
通常、6軸力への変換は、LPF1〜LPF8に6×8
の変換行列を乗ずる演算(線形変換)を通して行なわれ
る。信号処理部の構成例については後述する。
完了した力覚センサが対象物Wに設置されているものと
する。この状態で、対象物Wになんらかの力/モーメン
トがかかると、ゲージ出力LPF1〜LPF8の一部ま
たは全部がゼロでなくなり、少なくともいずれかの成分
がゼロでない6軸力が検出される。ここで問題となるの
は、測定環境が上記標準状態からずれた場合である。
グラマブルアンプ等の温度特性に起因して、各ゲージ出
力は温度変化の影響を受けてシフトする。即ち、対象物
Wにかかる6軸力が不変でも、ゲージ出力はシフトす
る。各ゲージ出力に与える温度変化の影響は、温度係数
で記述される。温度係数が判れば、環境温度に応じて各
ゲージ出力を補正してから6軸力に変換することで正確
な測定を行なうことが出来る。
があることが多いので、力覚センサの個体毎に温度係数
を求めるための作業が必要になる。従来、この温度係数
は力覚センサの使用可能範囲(例えば、0°C〜50°
C)内で一定ではないことを想定し、使用可能範囲中の
多数の点で各ゲージ出力を検出し、その推移から折れ線
近似等によって、温度係数を温度に依存して変化する値
として求めていた。
境を正しく反映したゲージ出力を得るためには、各設定
温度(例えば、5°C,10°C,・・・・50°C)
毎に力覚センサの内部の温度が安定状態(回路の発熱の
ため、設定温度と必ずしも一致しないことに注意)に収
束するまで待つ必要がある。この待機時間は、1つの設
定温度について例えば2時間にもおよび、大きな負担に
なっていた。
し、力覚センサのゲージ出力の温度補正のための温度係
数を簡単に求め、この温度係数を用いて補正を行なうよ
うにした力覚センサにおける温度補正方法を提供し、そ
の事を通して力覚センサ使用に際しての作業負担の軽減
を図ることにある。
負荷条件下で、力覚センサの使用可能範囲の下限付近及
び上限付近の2点のみについて前記力覚センサの各ゲー
ジ出力と内部温度をそれぞれ測定し、これら2点におけ
る測定結果から各ゲージ毎の温度係数を定め、これを用
いて実際の測定時にソフトウェアによる温度補正を行な
うようにすることで、上記技術課題を解決したものであ
る。
れる。 Gcomp-i=Gi −{si *(T−T0 )+Gt0-i} ・・・(1) ここで、各符号の意味は次の通りである。 Gcomp-i;補正後のi番目のゲージ出力 Gi ;補正前のi番目のゲージ出力 si ;i番目のゲージに関する温度係数 T;測定時の力覚センサ内部温度出力 T0 ;基準環境温度(例えば、0°C)下における力覚
センサ内部温度出力 Gt0-i;基準環境温度(例えば、0°C)下におけるi
番目のゲージ出力
した回路から得られるゲージ出力LPF(LPF1〜L
PF8)を用いて、本発明に従って温度補正を行なうた
めのシステム構成を例示したものである。力覚センサシ
ステム全体は、図1、図2に示した回路構成を有するセ
ンシング部10、アナログマルチプレクサ21、A/D
変換器22、マイクロプロセッサからなる中央演算処理
装置(以下、「CPU」と言う。)20、揮発性メモリ
23、不揮発性メモリ24及び温度センサ26で構成さ
れている。そして、アナログマルチプレクサ21、A/
D変換器22、メモリ23,24は、バスライン25を
介してCPU20に接続されている。
0とのインターフェイス回路とアナログマルチプレクサ
21を駆動するドライバ回路を内蔵しており、CPU2
0から送られる指令に基づいて、アナログマルチプレク
サ21を駆動し、センシング部10からのゲージ出力L
PF1〜LPF8及び温度センサ出力を順次A/D変換
器22へ送り出す。A/D変換器22は、各ゲージ出力
及び温度センサ出力をデジタル値に変換し、バスライン
25に出力する。
る為の処理、アナログマルチプレクサ21の制御指令、
A/D変換器22から出力されたゲージ出力(補正前)
及び温度センサ出力の記憶、温度補正処理及び6軸力へ
の変換処理等を不揮発性メモリ24に格納された諸プロ
グラムに従って実行する。本発明を実施するために、メ
モリ23あるいは24には、前記(1)式の計算に必要
なデータの記憶、それらデータに基づく温度係数の計
算、諸データの一時記憶並びに前記(1)式の計算処理
等を実行するためのプログラムが格納される。
いて、温度補正に必要なデータを獲得する処理手順並び
にそれを用いて温度補正された検出出力を得る処理手順
について図4、図5のフローチャートを参照して説明す
る。本実施形態では、前記(1)式計算のための基準温
度Tstを仕様書で指定される使用可能下限温度Tst=T
min 、温度係数si を求めるためにゲージ出力を測定す
る他の1点を仕様書で指定される使用可能上限温度Tma
x とする。なお、温度係数si を求める際の6軸力負荷
はゼロとする。また、基準温度Tst(=Tmim )下にお
ける各ゲージG1〜G8の初期誤差調整は完了している
ものとする。
加した状態で基準温度Tst(=Tmin )下に置く。
を起動させ、力覚センサの内部温度の繰り返し検出を開
始する(ステップS1)。この処理は、力覚センサの内
部温度が安定したと判定されるまで続行される(ステッ
プS2)。即ち、相前後する検出時の温度出力差ΔTが
適当な小値εを下回った時点で、力覚センサの内部温度
が安定したと判定し、最新の内部温度出力を基準温度下
における温度出力T0として記憶する(ステップS
3)。更に、次のステップ4で、基準温度下における各
ゲージ出力G01 〜G08 (デジタル値)を順次取り込み
記憶する。
加した状態で、力覚センサを2点目のゲージ出力測定温
度Tmax 下に置く。
起動させ、力覚センサの内部温度の繰り返し検出を開始
し(ステップS5)、ステップS3と同様の処理で力覚
センサの内部温度の安定を判定する(ステップS6)。
そして、その時点における内部温度出力T1 を記憶した
上で(ステップS7)、2点目の温度下における各ゲー
ジ出力G11 〜G18 (デジタル値)を順次取り込み記憶
する(ステップS8)。最後に、2組のゲージ出力G01
〜G08 とG11〜G18から、各ゲージG1〜G8の温度
係数si を算出・記憶(ステップS9)して処理を終了
する。なお、基準温度下における温度出力T0 及びGt0
-iは、温度係数si と共に不揮発性メモリ24に格納さ
れる。
用いて6軸力を検出する際の処理は、次のようなものと
なる。6軸力測定のためのプログラムを起動させ、力覚
センサの内部温度を検出し、測定時の温度出力Tとして
記憶する(ステップM1)。更に、各ゲージ出力(デジ
タル値)を順次取り込み、補正前のゲージ出力G1 〜G
8 として記憶する(ステップM2)。
T0 を用いて、前記(1)式の右辺を計算し、補正後の
ゲージ出力Gcomp-1〜Gcomp-8を求める(ステップM
3)。更に、6軸力変換行列データを用いて、温度補正
された6軸力を得る(ステップM4)。得られた6軸力
が、アプリケーションに応じて利用されることは従来技
術と同様である。
ゲージ出力測定を通して、各ゲージンの温度係数を求め
るものであるが、このような手法で相当に精度の高い温
度補正が実行出来る。これは温度係数が実際には、通常
の力覚センサ使用可能範囲においては、かなり良い精度
でほぼ一定値をとるからである。図6、図7はこれを確
認した実測データをグラフ化したものである。
ている力覚センサについて、外部温度0°C(基準温
度)〜45°Cの間で、15°C刻みで4点をとり、セ
ンサ内部温度とゲージ出力G1〜G8を実測し、折れ線
グラフで示したものである。横軸は、内部温度出力を表
わし、縦軸がゲージ出力G1〜G8を表わしている(単
位は便宜的にビットを用いた)。本グラフにおいて、い
ずれのゲージについても、折れ線の折れ角はあまり大き
くなく、温度係数がほぼ一定値をとることを示してい
る。
(基準温度)と45°Cにおけるゲージ出力から各ゲー
ジに関する温度係数を求めておき、それを図6のグラフ
の表わすデータの温度補正に適用して、折れ線グラフで
示したものである。図6と同じく、横軸は、内部温度出
力を表わし、縦軸がゲージ出力G1〜G8を表わしてい
る。
ても、温度−ゲージ出力の勾配が大幅に小さくなり、実
行的な意味における温度係数が大きく下方修正されてい
ることを示している。これらのグラフから、2点のみの
ゲージ出力から求めた温度係数を用いた温度補正によっ
て、力覚センサの温度特性が大幅に改善されることが理
解される。
定は、通常は6軸力無負荷の状態で行なわれるが、無負
荷ではなく、一定の6軸力負荷の状態で行なわれても良
いことは言うまでもない。
範囲における測定時の温度補正を行なうための温度係数
が2点のみのゲージ出力出力で求められるので、力覚セ
ンサ使用に伴う負担が軽減される。また、このようにし
て求めた温度係数を用いて、十分実用に耐える温度補正
が達成され、実効的な意味で力覚センサに小さな温度係
数を持たせることが出来る。
る。
n(n=1,2,3・・8)を抽出して説明する図であ
る。
力LPF(LPF1〜LPF8)を用いて、本発明に従
って温度補正を行なうためのシステム構成を例示したも
のである。
チャートである。
である。
外部温度0°C(基準温度)〜45°Cの間で、15°
C刻みで4点をとり、センサ内部温度とゲージ出力G1
〜G8を実測し、折れ線グラフで示したものである。
におけるゲージ出力から各ゲージに関する温度係数を求
めておき、それを図6のグラフの表わすデータの温度補
正に適用して、折れ線グラフで示したものである。
Claims (3)
- 【請求項1】 一定の6軸力負荷条件下で、力覚センサ
の使用可能範囲の下限付近及び上限付近の2点のみにつ
いて前記力覚センサの各ゲージ出力と内部温度をそれぞ
れ測定し、これら2点における測定結果から各ゲージ毎
の温度係数を定め、これを用いて実際の測定時にソフト
ウェアによる温度補正を行なうようにした、力覚センサ
における温度補正方法。 - 【請求項2】 一定の6軸力負荷条件下で、力覚センサ
の使用可能範囲の下限付近及び上限付近の2点のみにつ
いて前記力覚センサの各ゲージ出力と内部温度をそれぞ
れ測定し、これら2点における測定結果から各ゲージ毎
の温度係数を定め、これを用いて実際の測定時に、下記
の式、 Gcomp-i=Gi −{si *(T−T0 )+Gt0-i} (但し、 Gcomp-i;補正後のi番目のゲージ出力 Gi ;補正前のi番目のゲージ出力 si ;i番目のゲージに関する温度係数 T;測定時の力覚センサ内部温度出力 T0 ;基準環境温度下における力覚センサ内部温度出力 Gt0-i;基準環境温度下におけるi番目のゲージ出力) で表わされる計算を含むソフトウェアによる温度補正を
行なうようにした、力覚センサにおける温度補正方法。 - 【請求項3】 前記一定の6軸力負荷条件が、6軸力無
負荷である請求項1または請求項2に記載された力覚セ
ンサにおける温度補正方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08605496A JP3623592B2 (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | 力覚センサにおける温度補正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08605496A JP3623592B2 (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | 力覚センサにおける温度補正方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09250957A true JPH09250957A (ja) | 1997-09-22 |
JP3623592B2 JP3623592B2 (ja) | 2005-02-23 |
Family
ID=13875981
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08605496A Expired - Fee Related JP3623592B2 (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | 力覚センサにおける温度補正方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3623592B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112284750A (zh) * | 2020-09-10 | 2021-01-29 | 湖北航天飞行器研究所 | 一种固体火箭发动机燃气舵性能试验方法 |
CN112393770A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-02-23 | 中南大学 | 一种用于本征柔性线圈测量温度间隙的标定转换方法 |
KR20220008545A (ko) * | 2020-07-14 | 2022-01-21 | (주)인사이트테크 | 하중 측정 모듈 및 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법 |
-
1996
- 1996-03-15 JP JP08605496A patent/JP3623592B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220008545A (ko) * | 2020-07-14 | 2022-01-21 | (주)인사이트테크 | 하중 측정 모듈 및 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법 |
CN112284750A (zh) * | 2020-09-10 | 2021-01-29 | 湖北航天飞行器研究所 | 一种固体火箭发动机燃气舵性能试验方法 |
CN112393770A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-02-23 | 中南大学 | 一种用于本征柔性线圈测量温度间隙的标定转换方法 |
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---|---|
JP3623592B2 (ja) | 2005-02-23 |
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