JPS6183929A - Force detector - Google Patents
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- JPS6183929A JPS6183929A JP59205721A JP20572184A JPS6183929A JP S6183929 A JPS6183929 A JP S6183929A JP 59205721 A JP59205721 A JP 59205721A JP 20572184 A JP20572184 A JP 20572184A JP S6183929 A JPS6183929 A JP S6183929A
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- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
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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、例えばロボ／１の先端に設けられろロボ′ノ
ドハンドに加わる外力を検出するに好適な力検出装置に
関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a force detection device suitable for detecting an external force applied to a robot's throat hand, which is provided at the tip of a robot/1, for example.
近年、産業用ロボットの製造ラインーの導入が盛んに行
なわれている。しかしながら、位置制御型のロボットで
は環境からの拘束力に関係なく ＦＪＪ作してしまうた
め、微妙な力加減を要する組立ラインの自動化への導入
は極めて困難である。In recent years, industrial robot manufacturing lines have been actively introduced. However, position-controlled robots perform FJJ regardless of the restraining force from the environment, making it extremely difficult to introduce them into assembly line automation that requires delicate force adjustment.
これは、組立作業には、部品の嵌め合いゃ取付は作業等
のように部品の置かれた絶対的な位置精度を必要とする
作業が多いことによる。This is because there are many assembly operations that require absolute positional accuracy, such as fitting and mounting of components.
もし部品の嵌め合いを位置制御型ロボ、１−で実行する
ならば、組立対象から決る移動軌跡をロボット座標に対
して正確に記述し、且つ正確に先端を所定の軌跡通りに
制御しなげればならない。If fitting parts is to be performed using a position control robot, 1-, the movement trajectory determined from the assembly object must be accurately described in relation to the robot coordinates, and the tip must be accurately controlled along the predetermined trajectory. Must be.
ところが、実際の位置制御型のロボノ１、では、ロボッ
ト自身が持つ機械的誤差や制御上の誤差等により絶対的
位置精度を高くすることは極めて難しい。However, in the actual position control type ROBONO 1, it is extremely difficult to increase the absolute position accuracy due to mechanical errors and control errors of the robot itself.
この様なことから、組立ロボットでは、ロポ。For this reason, among assembly robots, we use Ropo.
１．と対象物との間の相対位置誤差を補正あるいは吸収
するためのコンプライアンス機構がロボットとハントと
の間の手首に設けられている。1. A compliance mechanism is provided at the wrist between the robot and the hunt to correct or absorb relative position errors between the robot and the object.
しかしながら、この手首に設けられるコンプライアンス
機構だけでは、誤差を補正あるいは吸収する量が極めて
微小であるため、ロボットと対象物との間の相対位置誤
差を補正あるいは吸収することができない。However, the amount by which the compliance mechanism provided at the wrist can correct or absorb errors is extremely small, and therefore cannot correct or absorb relative position errors between the robot and the object.
従って、前述した相対位置誤差を手首に生じる反力とし
て検出し、検出した反力をロボットにフィードパ・７り
して反力が零となるように位置補正させるための力検出
装置（センサ）が設けられている。いわゆるロボットの
制御を位置制御から力ｆＬＩＪｇｒＩに移行させるよう
にしたものである。Therefore, a force detection device (sensor) is required to detect the above-mentioned relative position error as a reaction force generated at the wrist, feed the detected reaction force to the robot, and correct the position so that the reaction force becomes zero. It is provided. The so-called robot control is shifted from position control to force fLIJgrI.
（従来技術〕
第７図は、従来の力検出装置を備えたロボットの概略を
説明するための図である。(Prior Art) FIG. 7 is a diagram for explaining the outline of a robot equipped with a conventional force detection device.
１７図に示すロボットは、直交座標型の３軸ロボツトで
ある。The robot shown in FIG. 17 is a three-axis orthogonal coordinate robot.
図において、１ばロボット本体のヘースであり、後述す
るアームを矢印Ａ （Ｘ軸）方向に駆動するＸ軸駆動源
（モータ）を有しているもの、２ば第１のアームであり
、第２のアーム（１＆述）を矢印Ｂ（Ｚ軸）方向に駆動
するＺ軸駆動源（モータ）を有し、−・−スｌのＸ！Ｉ
Ｉ＋駆動源によってＸ軸方向に移動するもの、３は第２
のアームであり、第１のアーム２に対し、矢印Ｃ（Ｙ軸
）方向に駆動するＹ軸駆動源（モータ）を有し、Ｙ軸方
向に移動するものである。In the figure, 1 is the base of the robot body, which has an X-axis drive source (motor) that drives the arm in the direction of arrow A (X-axis), which will be described later, and 2 is the first arm and the It has a Z-axis drive source (motor) that drives the arms (1 & above) of No. 2 in the direction of arrow B (Z-axis), and the X! I
I+ drive source that moves in the X-axis direction, 3 is the second
The arm has a Y-axis drive source (motor) that drives the first arm 2 in the direction of arrow C (Y-axis), and moves in the Y-axis direction.
５は力検出装置であり、第２のアーム３の先端に設けら
れ、後述するハンド４に加えられる力を検出するもので
あり、詳細は第８図により後述するもの、４はハンドで
あり、力検出装置５の先端に設けられるものである。Reference numeral 5 denotes a force detection device, which is provided at the tip of the second arm 3 and detects the force applied to a hand 4, which will be described later.Details will be described later with reference to FIG. 8; 4 is a hand; It is provided at the tip of the force detection device 5.
従って、ハンド４は第１のアーム２の左右動によってＸ
軸方向に位置決めがされ、第２のアーム３の前後動と上
下動によって各々Ｙ軸方向とＺ軸方向の位置決めがされ
、結果として３つの動作軸により３次元の位置決めがな
される。Therefore, the hand 4 is moved by the horizontal movement of the first arm 2.
Positioning is performed in the axial direction, and positioning is performed in the Y-axis direction and Z-axis direction by the back-and-forth movement and up-and-down movement of the second arm 3, respectively, resulting in three-dimensional positioning by the three operating axes.
６は物品であり、例えば丸棒で構成され、ハン１４に把
持されるもの、７は部材であり、物品６が嵌め合わされ
る穴８を有し、穴８にはテーパ面９を有しているもので
ある。Reference numeral 6 indicates an article, for example, a round bar, which is held by the handle 14, and 7 indicates a member, which has a hole 8 into which the article 6 is fitted, and the hole 8 has a tapered surface 9. It is something that exists.
第８図は第７図に示す力検出装置５の詳細構成図である
。FIG. 8 is a detailed configuration diagram of the force detection device 5 shown in FIG. 7.
図において、９はＸ方向平行ばねであり、１０はＹ方向
平行ばねであり、力検出装置５は互いに直交するＸ方向
、Ｙ方向に変位可能な２組の平行板ばね９．ｌＯによっ
て構成されている。In the figure, 9 is a parallel spring in the X direction, 10 is a parallel spring in the Y direction, and the force detection device 5 includes two sets of parallel leaf springs 9. It is composed of IO.
従って、力検出装置５の上部でＸ方向平行板ばね９によ
りＸ方向に変位可能で、下部でＹ方向平行板ばねｌＯに
よりＹ方向に変位可能である。Therefore, the upper part of the force detection device 5 can be displaced in the X direction by the X direction parallel leaf spring 9, and the lower part can be displaced in the Y direction by the Y direction parallel leaf spring lO.
１）は十字ばねであり、係る平行板ばね群９゜１０の上
部に設けられた十字形の仮ばねから成りハンドと接続す
るための連結棒１２は十字ばね１）の作用により、平行
板ばね群の垂直方向軸（Ｚ軸）に対し横方向に傾斜可能
であり、かつＺ軸方向（垂直方向）にも変位可能である
。1) is a cross spring, which consists of a cross-shaped temporary spring provided at the top of a group of parallel leaf springs 9.10, and the connecting rod 12 for connecting with the hand is a parallel leaf spring due to the action of the cross spring 1). It can be tilted transversely to the group's vertical axis (Z-axis) and can also be displaced in the Z-axis direction (vertically).
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは各々歪ゲージ（検出
器）であり、十字ばね１）の各月に設げられ、各月のモ
ーメントＭａ、Ｍｂ、Ｍｃ、Ｍｄを検出するものであり
、歪ゲージ１３ａはモーメントＭａを検出するもの、歪
ゲージ１３ｂはモーメントＭｂを検出するもの、歪ゲー
ジ１３ＣはモーメントＭｃを検出するもの、歪ゲージ１
３ｄはモーメントＭｄを検出するものである。13a, 13b, 13c, and 13d are strain gauges (detectors), which are installed in each month of the cross spring 1) to detect the moments Ma, Mb, Mc, and Md of each month. 13a is for detecting moment Ma; strain gauge 13b is for detecting moment Mb; strain gauge 13C is for detecting moment Mc; strain gauge 1;
3d is for detecting moment Md.
歪ゲージ１４ａ、Ｌ４ｂは各々歪ゲージであり、各々Ｘ
方向平行板ばね９．Ｙ方向平行板ばね１０の壁面にもけ
られ、平行板ばねに付与されるモーメントＭｅ、Ｍｆを
検出するためのものである。Strain gauges 14a and L4b are each strain gauges, and each
Directional parallel leaf spring9. This is for detecting moments Me and Mf that are deflected from the wall surface of the parallel leaf spring 10 in the Y direction and are applied to the parallel leaf spring.
面、周知の如く、各歪ゲージは４つの抵抗群がブリッジ
回路を構成する様に接続されて構成されており、入力電
圧に対する出力電圧の変化によってモーメントを検出す
るものである。As is well known, each strain gauge is constructed of four resistor groups connected to form a bridge circuit, and moments are detected based on changes in output voltage with respect to input voltage.
而、これら各歪ゲージ１３ ａ 〜１３ ｄ 、 １
４ａ〜１４ｂの出力Ｍ ａ −Ｍ ｒからハンＩ・４の
先端に加わる各軸Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の力Ｆｘ、 Ｆ、ｙ
、 Ｆｚ及びＸ、Ｙ方向のモーメン）ＭＸ、 Ｍｙは
次のようにして求める。Each of these strain gauges 13a to 13d, 1
Forces Fx, F, y in the X, Y, and Z directions applied to the tips of the handles I and 4 from the outputs M a - M r of 4a to 14b
, Fz and moments in the X and Y directions) MX and My are determined as follows.
Ｍａ ＝ ａ −Ｆ ｚ ＋Ｍｙ −＝−
ｉｌ１Ｍｂ＝ ａ−Ｆｚ＋Ｍｘ −・−−
・−−・・−−−＋２１Ｍ ｃ ＝ ａ−Ｆ ｚ
−Ｍ ｙ ・−−＝ ＋３１Ｍｄ＝ ａ−
Ｆｚ−Ｍｘ −＝−・・−・−・−１４１Ｍｅ＝
ｎ −Ｆｘ ・・・・・・・・・・
・・ （５）Ｍｆ＝ ｍ−Ｆｙ
・・・・・・・・・・・・ （６）但し、ａは十字ばね
１）の中心と各歪ゲージ１３ ａ −１３ｄとの距Ｍ（
第８図参照）、ｍ、ｎは各平行板ばね９，１０の中心と
歪ゲージ１４ａ。Ma = a −F z +My −=−
il1Mb= a−Fz+Mx −・−−
・−−・・−−−+21M c = a−F z
-M y ・--= +31Md= a-
Fz−Mx −=−・・−・−・−141Me=
n-Fx・・・・・・・・・
... (5) Mf= m-Fy
・・・・・・・・・・・・ (6) However, a is the distance M(
(see FIG. 8), m and n are the center of each parallel plate spring 9, 10 and the strain gauge 14a.
１４ｂとの距離（第８図参照）である。14b (see FIG. 8).
尚、第８図において、Ｆ ｚ −Ｍ ｙまでは連結棒１
２の上部先端での力及びモーメントを表わしてむ乙が、
前記（１）〜（６）式は、連結棒の下部先端、すなわち
十字ばね１）上での力及びモーメントを求める式となっ
ている。In addition, in Fig. 8, connecting rod 1 up to F z -M y
B, which represents the force and moment at the top tip of 2, is
The above equations (1) to (6) are equations for determining the force and moment on the lower tip of the connecting rod, that is, the cross spring 1).
従って、前述した（１）〜（６）式より各力ベクトルの
各成分Ｆｘ−Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙは、
ＦＸ＝ Ｍｅ／ｎ ・・・・・・・・・・
・・ （７）Ｆｙ＝Ｍｆ／ｍ ・・・・・・
・・・・・・ （８）Ｆ ｚ ＝ （Ｍａ＋Ｍｂ＋Ｍｃ
＋Ｍｄ） ／４ａ −−−＋９）Ｍｘ−（Ｍｂ−Ｍｄ
） ／２ −−−−−−− ＱＯＩＭｙ ＝
（Ｍａ−Ｍｃ）／ ２ −− （１））となる。Therefore, from equations (1) to (6) mentioned above, each component of each force vector Fx-Fz, Mx, My is as follows: FX=Me/n...
・・・ (7) Fy=Mf/m ・・・・・・
・・・・・・ (8) F z = (Ma+Mb+Mc
+Md) /4a ---+9)Mx-(Mb-Md
) /2 −−−−−−− QOIMy =
(Ma-Mc)/2 -- (1)).
第９図は、前述した第（７）〜（１））式に示される演
算式に従って各モーメントＭａ−Ｍｒから力成分Ｆｘ、
Ｆｙ、Ｆｚを得るための詳細回路図であり、アンプによ
り構成したものを示す。FIG. 9 shows the force component Fx,
It is a detailed circuit diagram for obtaining Fy and Fz, and shows what is constructed by an amplifier.
図において、ＧＡＩ〜ＧＡ６は各々ゲイン調整アンプで
あり、各々各モーメントＭ ａ −Ｍ ｆのゲイン調整
を行うもの、０ＰＡＩ〜０ＰＡ４は各モーメントＭ ａ
−Ｍ ｄを１／４ａにするもの１演算アンプ０ＰＡ５
はモーメントＭｅを１／ｎにするもの、演算アンプ０Ｐ
Ａ６はモーメントＭｆを１／ｍにするものである。In the figure, GAI to GA6 are gain adjustment amplifiers that respectively perform gain adjustment for each moment M a - M f, and 0PAI to 0PA4 are gain adjustment amplifiers for each moment M a
-M d to 1/4a 1 operational amplifier 0PA5
is the one that reduces the moment Me to 1/n, the operational amplifier 0P
A6 is for setting the moment Mf to 1/m.
ＡＰＡは加算アンプであり、各演算アンプ０ＰＡｌ〜０
ＰＡ４の出力を加算して力成分Ｆｚを出力するものであ
る。APA is an addition amplifier, and each operational amplifier 0PAl~0
The output of PA4 is added to output the force component Fz.
従って、加算アンプＡＰＡ及び演算アンプ０ＰＡ１〜０
ＰＡ４によって第（９）式が実行され、加算アンプＡＰ
ＡよりＺ軸力成分Ｆｚが得られ、演算アンプ０ＰＡ５に
よって第（７）式が実行され、Ｘ軸力成分Ｆｘが得られ
、演算アンプ０ＰＡ６によって第（８）式が実行され、
Ｙ軸力成分Ｆｙが得られることになる。Therefore, the addition amplifier APA and the operational amplifier 0PA1~0
Equation (9) is executed by PA4, and the addition amplifier AP
The Z-axis force component Fz is obtained from A, the operational amplifier 0PA5 executes equation (7), the X-axis force component Fx is obtained, and the operational amplifier 0PA6 executes equation (8).
The Y-axis force component Fy will be obtained.
以上説明した構成とすることで、穴８と物品９との相対
位置誤差によりハンド４に力が加わると力検出装置５か
ら力の加わった方向に対するモーメンｔ−Ｍ ａ〜Ｍｒ
が出力され、第９図に示される回路の各入力端子に入力
される。前記回路では検出モーメン）Ｍａ−Ｍｆからハ
ンド４に加わった各軸の力成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚが演算
され、各々は各軸の駆動源を駆動するための駆動回路（
図示しない）に入力され、そして駆動回路から各軸駆動
源の電流指令（！ＮＮ倍信号が出力されることにより、
ハンド４に加わった力が零になる方向にロボットのｘ、
ｙ、ｚ軸が駆動される。With the configuration described above, when a force is applied to the hand 4 due to a relative position error between the hole 8 and the article 9, the force detection device 5 generates a moment t-M a to Mr in the direction in which the force is applied.
is output and input to each input terminal of the circuit shown in FIG. In the circuit, the force components Fx, Fy, Fz of each axis applied from the detection moment) Ma-Mf to the hand 4 are calculated, and each is calculated by the drive circuit (detection moment) for driving the drive source of each axis.
(not shown), and the drive circuit outputs a current command (!NN times signal) for each axis drive source.
The robot x in the direction where the force applied to hand 4 becomes zero,
The y and z axes are driven.
前述したように、従来の力検出装置では、１つの歪ゲー
ジの出力に複数の力成分が含まれているため、力ヘクト
ルの各成分を独立して検出することができないという欠
点がある。As described above, the conventional force detection device has a drawback in that the output of one strain gauge includes a plurality of force components, and therefore each component of the force hector cannot be detected independently.
このため、前述した第（７）〜（１））式のようなマト
リックス演算を行なうための第９図に示されるような回
路を用いて、各方向の力成分を分離しなければならず、
複雑な回路構成となるという問題点があった。また、ソ
フトにより前述した演算を行う場合には、極めて長い時
間が必要となるという問題があった。For this reason, it is necessary to separate the force components in each direction using a circuit as shown in FIG.
There was a problem that the circuit configuration was complicated. Furthermore, when performing the above-mentioned calculations using software, there is a problem in that an extremely long time is required.
従って、ロボットを安価に構成することができず、また
、外力の各力成分の変換に時間がかかり、高速動作させ
ることができないという問題が生じる。Therefore, the problem arises that the robot cannot be constructed at low cost, and that it takes time to convert each force component of the external force, making it impossible to operate the robot at high speed.
本発明は、前述した従来の欠点に鑑み、力ベクトルの各
成分を独立して検出することが可能な力検出装置を提供
するものであり、その手段は、中心点あるいは両端に均
等に外力が加えられるように支持された板状弾性体と、
前記板状弾性体の前記中心点対象位置の変位を夫々検出
する複数四の変位検出手段と、前記複数の変位検出手段
の出力の組合せによって前記板状弾性体に加えられた外
力を検出する外力検出手段を備えた力検出装置である。In view of the above-mentioned conventional drawbacks, the present invention provides a force detection device capable of independently detecting each component of a force vector. a plate-shaped elastic body supported to be applied;
External force applied to the plate-shaped elastic body is detected by a combination of a plurality of displacement detection means each detecting a displacement of the center point target position of the plate-shaped elastic body, and outputs of the plurality of displacement detection units. This is a force detection device equipped with external force detection means.
すなわち、従来の力検出装置は、例えば第１０図のよう
な２枚の互いに平行な板ばね９ａ、９ｂを用い、歪ゲー
ジ１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｒを図に示すように貼
付し、第１）図にのようにブリッジ回路を構成（尚、前
述の従来技術の項では各機ばねに１枚の歪ゲージを貼付
した場合について説明しているが、この場合は抵抗を使
用して第１ｆ図と同様のブリッジ回路を構成することで
同様の構成とすることができる。）することで、上部に
作用する力あるいはトルクの検出を行なうようにしてい
る。That is, the conventional force detection device uses, for example, two mutually parallel leaf springs 9a and 9b as shown in FIG. ) Configure a bridge circuit as shown in the figure (In addition, in the above-mentioned prior art section, the case where one strain gauge is attached to each machine spring is explained, but in this case, a resistor is used to connect the 1st f. A similar configuration can be achieved by configuring a bridge circuit similar to that shown in the figure.) By doing so, the force or torque acting on the upper part is detected.
しかしながら、平行板ばね９ａ、９ｂが力（図中記号へ
で示される矢印）を受けてたわむと端子ａ、ｂ間に発生
する電圧は、歪ゲージ１４Ｃが伸び（Ｒ÷ΔＲ）、歪ゲ
ージ１４ｄが縮み（Ｒ−Δ）マ）、歪ゲージ１４ｅが伸
び（Ｒ＋ΔＲ）、歪ゲージ１４ｆが縮み（Ｒ−ΔＲ）で
あることから、次のように求めることができる。However, when the parallel leaf springs 9a and 9b bend under force (arrows indicated by symbols in the figure), the voltage generated between the terminals a and b is caused by the strain gauge 14C being stretched (R÷ΔR) and the strain gauge 14d Since the strain gauge 14e is a contraction (R-Δ), the strain gauge 14e is an extension (R+ΔR), and the strain gauge 14f is a contraction (R-ΔR), it can be determined as follows.
（Ｒ＋ΔＲ）ｉ−（Ｒ−ΔＲ）ｉ＝２ΔＲｉ・・・・・
・・・・・・・ （Ｉ２）
しかしながら、このたわみ量は、軸方向の力でも軸まわ
りの力も同様に検出されてしまう。(R+ΔR)i-(R-ΔR)i=2ΔRi...
(I2) However, this amount of deflection is detected in the same way as the force in the axial direction and the force around the axis.
従って、力とトルクを区別して検出できない。Therefore, force and torque cannot be detected separately.
そこで、第１図の本発明の原理説明図のうち、同図（ａ
ｌに示すように、板状弾性体 ９ｃをその両端（図中記
号Ｂ、 Ｃで示す）で支持し、板状弾性体９Ｃの支持
位置間の中心点（図中記号Ｄ Ｔ：不ず）に外力（図中
記号Ｅで示される矢印）を加えるように構成し、更に同
図＋ａｌのように板状弾性体の夫々異なる面の中心点対
象位置の変位を検出するように合計４枚の歪ゲージ１４
ｇ、１４ｈ、１４１．１４ｊを貼付し、第１）図と同様
にブリッジ回路を構成すると、端子ａ、ｂ間の電圧は、
軸方向の力の場合、
（Ｒ−ΔＲ）ｉ−（Ｒ→−ΔＲ）ｉ＝〜２ΔＲｉ・・・
・・・・・・・・・ （１３）
軸まわりのトルクの場合、
（Ｒ−ΔＲ）ｉ−（Ｒ−ΔＲ）ｉ＝０
・・・・・・・・・・・・ （１４）
となり、力のみを検出することができる。Therefore, among the diagrams explanatory of the principle of the present invention in FIG.
As shown in 1, the plate-shaped elastic body 9c is supported at its both ends (indicated by symbols B and C in the figure), and the center point between the supporting positions of the plate-shaped elastic body 9C (symbol DT in the figure is not shown). It is configured to apply an external force (arrow indicated by symbol E in the figure) to Strain gauge 14
g, 14h, and 141.14j to form a bridge circuit as shown in Figure 1), the voltage between terminals a and b is
For axial force, (R-ΔR)i-(R→-ΔR)i=~2ΔRi...
(13) In the case of torque around the shaft, (R-ΔR)i-(R-ΔR)i=0 (14) , only force can be detected.
また、同様に、同図＋ｂ）に示すように、板状弾性／＊
９０をその中心点（図中記号りで示す）で支持し、板状
弾性体９Ｃの両端（図中記号Ｂ、Ｃで示す）にトルク（
図中記号Ｆで示す矢印）を加えるよう構成し、更に４枚
の歪ゲージ１４ｇ、１４ｈ。Similarly, as shown in +b) of the same figure, plate elasticity/*
90 is supported at its center point (indicated by the symbol in the figure), and a torque (
In addition, four strain gauges 14g and 14h are added.
１＝ｌｉ、Ｉ４ｊを板状弾性体９Ｃの同一面側の中心４
Ｄ対象位置の変位を検出するように貼付し、同様にブ
リッジ回路を構成すると、端子ａ、ｂ間の電圧は、軸方
向の力の場合、
ｒＲ←ΔＲ）ｉ−（Ｒ＋ΔＲ）ｌ−０
・・・・・・・・・・・・ （１５）
輔まわりの；ルクの場合、
（１２トΔＲ） １−（Ｒ−ΔＲ）ｉ＝２ΔＲｉ・・
・・・・・・・・・・ （１６）
となり、軸まわりの１−ルクのみを検出することができ
る。1=li, I4j is the center 4 on the same side of the plate-like elastic body 9C
If D is attached to detect the displacement of the target position and a bridge circuit is constructed in the same way, the voltage between terminals a and b will be rR←ΔR)i−(R+ΔR)l−0 in the case of axial force.・・・・・・・・・・・・ (15) In the case of ruku around the support, (12 points ΔR) 1-(R-ΔR)i=2ΔRi...
(16) Therefore, only 1-luke around the axis can be detected.
以下に本発明に係る力検出装置の実施例を図面を用いて
詳細に説明する。Embodiments of the force detection device according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第２図は、本発明に係る力検出装置の実施例を説明する
ための図であって、同図ｆａｔは斜視図、同図ｆｂｌは
同図ｆａ）の分解斜視図である。FIG. 2 is a diagram for explaining an embodiment of the force detection device according to the present invention, in which fat in the figure is a perspective view, and fbl in the figure is an exploded perspective view of fa in the same figure.
図において、３０はＸ、 Ｙ、 Ｚｆ！ｄｉ方向の
力を検出する力検出モジュールであって、Ｘ、 Ｙの
２方向にのびる角棒４９口より構成される十字状の角棒
に角穴ａ、ａ′、ｂ、ｂ’、ｃ、ｃ’を設ける（放電加
工等を使用して穴を開ける）ことにより、夫々に平行板
ばね体ａ１． ａｌ’、 ｂｌ、 ｂｌ’、 ｃｌ。In the figure, 30 is X, Y, Zf! This is a force detection module that detects force in the di direction, and has square holes a, a', b, b', c, c' (drilling holes using electrical discharge machining or the like), the parallel plate spring bodies a1. al', bl, bl', cl.
ｃｌ’を構成する。Configure cl'.
力検出モジュール３０は、第２図から明らかな如く、各
平行板ばね体が変位方向が互いに直交するように設けら
れているので、平行板ばね体ａｔ。As is clear from FIG. 2, the force detection module 30 is provided with parallel leaf spring bodies whose displacement directions are orthogonal to each other, so that the force detection module 30 is a parallel leaf spring body at.
ａｌ’でＸ軸方向のたわみ、平行板ばね体ｂ１．ｂｌ’
でＹ軸方向のたわみ、平行板ばね体ｃ１． ｃｌ′でＺ
軸力向のたわみを夫々分担する３自由度を有する。Deflection in the X-axis direction at al', parallel leaf spring body b1. bl'
, the deflection in the Y-axis direction, the parallel leaf spring body c1. Z with cl'
It has three degrees of freedom that each share the deflection in the direction of the axial force.
３１．３２は夫々力検出モジュール３０を支持する支持
体であって、支持体３１はねじ３３により角棒口と連結
され、支持体３２はねじ３４により角棒イと連結されて
いる。尚、ねし３３．３４は片方のみ示し、さらに、各
ねじ３３が螺合するねし穴３３ａと他方の穴は穴３７の
中心位置から等しい距離の位置に設定され、同様にねじ
３４が螺合するねし穴３４ａと３４ｂは穴３７の中心位
置らか等しい距ｍ（Ｌ９＝Ｌ１０）の位置に設定されて
いる。Reference numerals 31 and 32 denote supports that support the force detection module 30, respectively. The support 31 is connected to the square bar opening by a screw 33, and the support 32 is connected to the square bar I by a screw 34. In addition, only one side of the threads 33 and 34 is shown, and the threaded hole 33a into which each screw 33 is screwed and the other hole are set at the same distance from the center position of the hole 37, and similarly the thread 34 is screwed into the other hole. The mating holes 34a and 34b are set at equal distances m (L9=L10) from the center of the hole 37.
３５は支持体３１にねじ３６により連結される出力棒で
あって、力検出モジュール３０に設けられた穴３７をＨ
通するように構成されている。35 is an output rod connected to the support body 31 by a screw 36, and is connected to a hole 37 provided in the force detection module 30 by H.
It is configured to pass.
この場合、支持体３２が例えばロボット等の基台上に固
定される。尚、ロボットへの支持体３２の固定は、ねじ
穴３２ａ、３２ｂに螺合するねしく図示しない）が使用
される。In this case, the support body 32 is fixed, for example, on a base such as a robot. The support body 32 is fixed to the robot using screws (not shown) that are screwed into screw holes 32a and 32b.
尚、出力棒３５は力検出モジュール３０に設けられた穴
３７を貫通するよう構成されているが、支持体３２を貫
通するように構成してもよく、この場合は、支持体３２
の基台への取付けを反対側（角棒４１口！！１．１）
）で連結する必要かある。Although the output rod 35 is configured to pass through the hole 37 provided in the force detection module 30, it may also be configured to penetrate the support 32.
Attach to the base on the opposite side (41 square rods!! 1.1)
) is necessary.
また、この力検出モジュール３０は各平行板ばね体ａ１
． ａｌ’、 ｂｌ、 ｂｌ′、 ｃｌ、 ｃｌ’の過
剰変位による座屈の防止するために、各箇所に逃げを設
けてリミット機構を構成している。Further, this force detection module 30 includes each parallel plate spring body a1.
．． In order to prevent buckling due to excessive displacement of al', bl, bl', cl, cl', relief is provided at each location to form a limit mechanism.
これを図に示した記号の大小関係を以下に記述すること
で詳細な説明は省略する。Detailed explanation will be omitted by describing the magnitude relationship of the symbols shown in the figure below.
Ｌｌ＞Ｌ２．Ｌ３＞Ｌ４．Ｌ５＞Ｌ６−Ｌ７゜Ｒ１＞Ｒ
２である。Ll>L2. L3>L4. L5>L6-L7゜R1>R
It is 2.
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ。40a, 40b, 40c, 40d, 40e.
４０「は歪ゲージであって、夫々各平行板ばね体ａｌ”
、 ｂｌ、 ｃｌ’の変位を検出する。ここで、この歪
ゲージは軸方向の力をトルクの影響を受けずに検出する
ため、第１図（，１）に示すように、穴３７を中心とし
て中心点対象となるように貼付し、夫々第１）図と同様
にブリッジ回路を構成せしめる。40" are strain gauges, each parallel leaf spring body al"
, bl, cl' are detected. Here, in order to detect the force in the axial direction without being affected by torque, this strain gauge is attached so as to be symmetrical with the hole 37 as the center, as shown in FIG. A bridge circuit is constructed in the same manner as in FIG. 1).
従って、図示されていなか、平行板ばね体ａｌ。Therefore, although not shown, the parallel leaf spring body al.
ｃｌ、 ｂｌ’にも歪ゲージが穴３７の中心点対象位置
となるように各々２枚づつ貼付されている。Two strain gauges are attached to each of cl and bl' so as to correspond to the center point of the hole 37.
以上説明した構成とすることにより、例えば、出）月ｔ
３５にＸ軸方向の力が加わった場合、この検出すること
で、Ｘ軸方向のみの力を検出することができる。With the configuration described above, for example,
When a force in the X-axis direction is applied to 35, by detecting this, it is possible to detect only the force in the X-axis direction.
また、出力棒３５にＹ軸方向あるいはＸ軸方向の力が加
わった場合も同様に力が加わった方向のみの力を検出す
ることができる。Further, even when a force is applied to the output rod 35 in the Y-axis direction or the X-axis direction, it is possible to similarly detect the force only in the direction in which the force is applied.
さらに、また複数方向の合力が加わった場合でも、角棒
４１口に加わる力の位置は穴３７の中心位置から等しい
距離の位置に加わるため、各平行板ばね体が夫々の分力
を独立して検出することができる。Furthermore, even when a resultant force from multiple directions is applied, the force applied to the opening of the square bar 41 is applied at a position equal distance from the center position of the hole 37, so each parallel plate spring body handles each component force independently. can be detected.
４１はγモジュールであって、力検出モジュール３０の
出力棒３５にねじ３９を介して取付けられる中心部材４
２を備えると共に、板ばね４１ａ。41 is a γ module, and the central member 4 is attached to the output rod 35 of the force detection module 30 via a screw 39.
2 and a leaf spring 41a.
４１ｂ、 ４１ｃ、４１ｄを介して接続される外輪４
３を含ち・。４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄは歪ゲー
ジであって、第１図１ｂｌの貼付例と同様に板ばねに貼
付（中心部材４２の中心点対象位置で、同一面側）し、
同様にブリッジ回路を構成する。Outer ring 4 connected via 41b, 41c, 41d
Including 3. 44a, 44b, 44c, and 44d are strain gauges, which are attached to the leaf spring in the same manner as the attachment example shown in FIG.
A bridge circuit is configured in the same way.
ｆ＋Ｙ＋、γモジュール４１の出力棒３５への取付けは
、ねじ３９のみで出力棒３５の中心位置としているが、
この構成では外輪４３にトルクを与えた際に、ねじ３９
のゆるみ等が生しるため、実際には、中心部材４２から
突出するピンを出力！１ｂ３５に係合させてまわり止め
を施すと共に、中心位置からずれたところでねじ３９に
より固定する必要がある。The f+Y+, γ module 41 is attached to the output rod 35 using only screws 39 at the center of the output rod 35.
In this configuration, when torque is applied to the outer ring 43, the screw 39
In reality, the pin protruding from the center member 42 is output! It is necessary to engage with 1b35 to prevent rotation, and to fix it with the screw 39 at a position deviated from the center position.
また、このことは、出力軸３５と支持体３２との結合の
場合も同様である。Further, this also applies to the case of coupling the output shaft 35 and the support body 32.
この構成とすることにより中心部材４２を固定し、外輪
４３に中心軸（Ｚ軸）まわりのｉルクを加えると板ばね
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄがたわむ。このたわみ
を歪ゲージ４４ａ、４４ｂ。With this configuration, the central member 42 is fixed, and when an i-lux around the central axis (Z axis) is applied to the outer ring 43, the leaf springs 41a, 41b, 41c, and 41d are deflected. This deflection is measured by strain gauges 44a and 44b.
４４ｃ、４４ｄで検出し、ブリノン回路を介して出力を
取り出すことにより、第１図（ｂｌで説明した原理によ
り、Ｚ軸（γ）に関するトルクのみを検出することがで
きる。By detecting at 44c and 44d and taking out the output via the Brinnon circuit, only the torque related to the Z axis (γ) can be detected according to the principle explained in FIG. 1 (bl).
４５はαβモジュールであって、円形の坂ばね４６にＬ
字形のスリット４７ａ、４７ｂ、４７ｃ。45 is an αβ module, and L is attached to a circular slope spring 46.
Letter-shaped slits 47a, 47b, 47c.
４７ｄを設けることにより形成された十字形の板ばねか
ら成るダイヤフラム４８を含む。It includes a diaphragm 48 consisting of a cross-shaped leaf spring formed by providing a diaphragm 47d.
この円形の坂ばね４６を外輪部材４９．５０により挾み
込め、ねし５１ａ、５１ｂによりγモジーＬ−ル４１に
固定する。This circular slope spring 46 is inserted between the outer ring members 49 and 50 and fixed to the gamma moji L-ru 41 with screws 51a and 51b.
さらに、ダイヤフラム４８の中心部４８ａに部材５２を
介してねし５３により先端にハンド等の物品処理装置を
取付けるためのフランジ５４を取り付ける。この場合も
前述と同様にまわり止めのためにピン等を用いて中心位
置からはずれた位置でのねし止めを行う必要がある。Further, a flange 54 is attached to the center portion 48a of the diaphragm 48 via a member 52 with screws 53 at its tip for attaching an article processing device such as a hand. In this case, as in the case described above, it is necessary to use a pin or the like to prevent rotation at a position away from the center position.
史に、また歪ゲージ５５ａ、５５ｂ、５５ｃ。Also, strain gauges 55a, 55b, and 55c.
５５ｄ？中心部４８ａを中心点として中心点対象位置と
なるように、かつ同一面側に貼付して、ブリッジ回路を
構成することにより、Ｘ軸まわりのトルクを検出するよ
う構成し、また中心部４８ａを中心点として中心点対象
となるように歪ゲージ５５ｅ、５５［，５５ｇ、５５ｈ
を貼付して、ブリッジ回路を構成することによりＹ軸ま
わりのトルクを検出するように構成する。55d? By configuring a bridge circuit by affixing the central part 48a to the central point symmetrical position and on the same side, the central part 48a is configured to detect the torque around the X axis. Strain gauges 55e, 55[, 55g, 55h
, and configure a bridge circuit to detect the torque around the Y-axis.
この構成とすることにより、外輪部材４９゜５０を固定
して、中心部のフランジ５４にＸ、 Ｙ軸に関するト
ルク（たおれ力）を加えるとグイ−１フフラム４８がた
わむ。このたわみを各歪ゲージ５５ａ、５５ｂ、５５ｃ
、５５ｄ、５５（４゜５５Ｆ、５５ｇ、５５ｈで検出し
、ブリッジ回路を介して出力を取り出すことにより、ａ
：ｉ述したように夫々独立してＸ、 Ｙ軸（α、β）に
関するトルクを検出することができる。With this configuration, when the outer ring member 49.degree. 50 is fixed and a torque (folding force) about the X and Y axes is applied to the flange 54 at the center, the GUI-1 fluff ram 48 is deflected. This deflection is measured by each strain gauge 55a, 55b, 55c.
A
:As mentioned above, the torques related to the X and Y axes (α, β) can be detected independently.
以上説明したように、本実施例によれば、Ｘ。As explained above, according to this embodiment, X.
Ｙ、 Ｚ軸方向の力成分及びｘ、 ｙ、 ｚ軸まわ
りのトルクを夫々独立して検出することができるので、
歪ゲージの出力をそのまま各軸の駆動源の駆動回路の入
力とすることができ、各軸方向の力成分や各軸周りのト
ルクを分離するための演算を不要とすることができ、ロ
ボットの高速性を損なうことなく、安価なロボットを実
現するとかできる。Force components in the Y and Z axes and torques around the x, y and z axes can be detected independently, so
The output of the strain gauge can be directly input to the drive circuit of the drive source for each axis, eliminating the need for calculations to separate the force components in each axis direction and the torque around each axis. It is possible to create inexpensive robots without sacrificing high speed.
また、本実施例によれば、各モジュールは、独立した構
成（力検出モジエール３０．ｒモジュール４１． α
βモジュール４５）であり、これらは単にねじにより連
結されているだけの構成であるため、例えば力検出モジ
ュール３０とαβモジュールイ５のみを結合して、５自
由度の力検出装置とすることもでき、また力検出モジュ
ール３０とＴモノニール４１のみを結合して、４自由度
の力検出装置とすることもできる。Further, according to this embodiment, each module has an independent configuration (force detection module 30.r module 41.α
β module 45), and these are simply connected by screws, so for example, it is also possible to combine only the force detection module 30 and the αβ module 5 to form a force detection device with 5 degrees of freedom. Alternatively, only the force detection module 30 and the T monoyl 41 can be combined to form a force detection device with four degrees of freedom.
すなわら、この構成とすることにより、通常、ロボット
は、６次元の力ヘクトルの計測を必要とするものは少な
（、例えば直交座標型のロボットは３自由度であり、機
種や自由度に応じて必要な力成分だけを検出できるよう
に構成することにより、さらに低価格化を図ることがで
きる。In other words, by adopting this configuration, robots usually require less measurement of six-dimensional forces (for example, Cartesian coordinate robots have three degrees of freedom; By configuring the device so that only necessary force components can be detected accordingly, it is possible to further reduce the cost.
第３図は、第２図に示される力検出装置を備えたロボッ
トを駆動制御するための制御ブロック図である。FIG. 3 is a control block diagram for driving and controlling the robot equipped with the force detection device shown in FIG. 2.
図において、第１図と同一のものは同一の記号で示して
あり、１５は操作パネルであり、指示部を構成し、プレ
イハック（再生）モード又はロボットに再生動作すべき
位置を教示するための教示モードを指定するｉ口やハン
ド４の位置や姿勢の記１、ｑ、ハンド４の開又は閉動作
をあるいはロボットの原点復帰を指令する釦等で構成さ
れ、操作者が操作するものである。１６はメモリであり
、教示データ等を格納している。１７ばマイクロプロセ
ソ（以下プロセッサと称する）であり、プレイハック時
にメモリ１６から教示データを読み出し、ハンド４の指
令軌道を作成して後述する位置制御部へ送出したり、ハ
ンド４の開閉指令を後述するハンド開閉部へ送出するも
のである。１８は位置制御部であり、プロセッサ１７か
らの指令ｔｉｌｔ道に従って位置又は速度制御するため
、指令軌道の各軸の移動量ΔＸ、ΔＹ、ΔＺに対応する
周波数のパルス列Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚに変換して出力する
ものであり、プ１コセノサ１７とによって主制御部を構
成する。１９はハンド位置検出部であり、現在のハンド
４の３次元位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ’）を検出するため、各軸
の駆動源（モータ）に設けられたエンコーダの出力Ｐｘ
、Ｐｙ、Ｐｚを受け、各軸の位置（Ｘ、 Ｙ、 Ｚ）
を検出するものである。２０は力制御部であり、力検出
装置５に取付けられた各歪ゲージの出力信号が入力され
、各モジュール単位毎に構成されるブリッジ回路を備え
るものであり、この場合はロボットが直交座標型の３自
由度のものであるため、力検出モジュール３０のみに設
けられた歪ゲージで構成されるブリッジ回路を備えてお
り、ｘ、 ｙ、 ｚ軸方向の追従指令ＰＦｘ、ＰＦｙ
、ＰＦｚを出力する。In the figure, the same parts as in Figure 1 are indicated by the same symbols, and 15 is an operation panel, which constitutes an instruction section and is used for play hack (reproduction) mode or to teach the robot the position to perform reproduction operation. It consists of an i port that specifies the teaching mode, a button that indicates the position and posture of the hand 4, and a button that commands the opening or closing operation of the hand 4 or the return of the robot to its origin, and is operated by the operator. be. A memory 16 stores teaching data and the like. 17 is a microprocessor (hereinafter referred to as a processor), which reads teaching data from the memory 16 during play hacking, creates a command trajectory for the hand 4 and sends it to the position control section described later, and also issues opening/closing commands for the hand 4. It is sent to the hand opening/closing section which will be described later. Reference numeral 18 denotes a position control unit which converts the movement amounts ΔX, ΔY, ΔZ of each axis of the command trajectory into pulse trains Vx, Vy, Vz of frequencies corresponding to the movement amounts ΔX, ΔY, ΔZ of each axis in order to control the position or speed according to the tilt path commanded by the processor 17. The controller 17 and the controller 17 constitute a main control section. Reference numeral 19 denotes a hand position detection unit, which detects the current three-dimensional position (X, Y, Z') of the hand 4 by detecting the output Px of the encoder provided in the drive source (motor) of each axis.
, Py, Pz, and the position of each axis (X, Y, Z)
This is to detect. Reference numeral 20 denotes a force control unit, into which the output signals of each strain gauge attached to the force detection device 5 are input, and is provided with a bridge circuit configured for each module.In this case, the robot is of the orthogonal coordinate type. Since the force detection module 30 has three degrees of freedom, it is equipped with a bridge circuit consisting of a strain gauge provided only in the force detection module 30, and is equipped with a bridge circuit that is configured with a strain gauge provided only in the force detection module 30.
, PFz is output.
２１はアーム駆動回路であり、位置制御部１８からの指
令移動量Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚと力制御部２０からの追従移
動（ｉｌＰＦｘ、ＰＦｙ、ＰＦｚとの和によって各軸の
駆動源をサーボ駆動するものであり、各軸の駆動源とア
ーム駆動回路２１によってアーム駆動部を構成し、ベー
ス１２両アーム２．３とアーム駆動部とによってハンド
４の駆動部を構成する。２２はハンド開閉部であり、プ
ロセッサ１７のハンド開閉指令により、ハンド４を開閉
駆動するものである。２４はバスであり、プロセッサ１
７とメモリ１６．＠作パネル１５１位置制御部１Ｂ、位
置検出部１９．ハンド開閉部２２とを接続するものであ
る。Reference numeral 21 denotes an arm drive circuit, which servo-drives the drive source of each axis based on the sum of command movement amounts Vx, Vy, Vz from the position control unit 18 and follow-up movements (ilPFx, PFy, PFz) from the force control unit 20. The drive source for each axis and the arm drive circuit 21 constitute an arm drive section, and the base 12 arms 2.3 and the arm drive section constitute a drive section for the hand 4. 22 is a hand opening/closing section. The hand 4 is opened and closed by the hand opening/closing command from the processor 17. 24 is a bus, and the processor 1
7 and memory 16. @Work panel 151 position control section 1B, position detection section 19. It connects to the hand opening/closing section 22.
第４図は第３図構成の力制御部２０及びアーム駆動回路
２１のｎｉ細構成図であり、図中、第３図と同一のもの
は同一の記号で示す。FIG. 4 is a detailed configuration diagram of the force control section 20 and arm drive circuit 21 configured in FIG. 3, and in the figure, the same parts as in FIG. 3 are indicated by the same symbols.
図において、２０ａは力成分検出回路であり、ｎ；１述
したように、各歪ゲージの出力から各軸の力成分ＦＸ、
Ｆｙ、Ｆｚを検出するものである。In the figure, 20a is a force component detection circuit, n; 1 As mentioned above, from the output of each strain gauge, the force component FX of each axis,
This detects Fy and Fz.
２０ｂ〜２０ｄは各軸の追従指令発生回路であり、各々
力成分検出回路２０ａからの力成分Ｆｘ。20b to 20d are follow-up command generation circuits for each axis, each of which receives a force component Fx from the force component detection circuit 20a.
Ｆｙ、Ｆｚからパルス列の追従指令ＰＦｘ。Pulse train follow-up command PFx from Fy and Fz.
ＰＦｙ、ＰＦｚを出力するものである。It outputs PFy and PFz.
各追従指令発生回路２０ｂ〜２０ｄは同一の構成であり
、追従指令発生回路２０ｂはゲイン調整用アンプ２００
ｂ、２０１ｂと電圧／周波数変換器（以下Ｖ／Ｆコンバ
ータと称する）２０２ｂ。Each of the follow-up command generation circuits 20b to 20d has the same configuration, and the follow-up command generation circuit 20b is connected to the gain adjustment amplifier 200.
b, 201b and a voltage/frequency converter (hereinafter referred to as a V/F converter) 202b.
２０３ｂで構成され、力成分Ｆｘが正の極性の時にはＶ
／Ｆコンバータ２０２ｂからその大きさに応じた周波数
のパルス列（アンプパルス）が、力成分Ｆｘが負の極性
の時にはＶ／Ｆコンバータ２０３ｂからその大きさに応
じた周波数のパルス列（ダウンパルス）が、追従指令Ｐ
Ｆｘとして出力される。２１ａ〜２１ｃは、アーム駆動
回路２１の各軸の駆動回路であり、同一の構成であり、
追従指令ＰＦＸ、ＰＦｙ、ＰＦＺと移動指令Ｖｘ。203b, and when the force component Fx has positive polarity, V
The /F converter 202b outputs a pulse train (amplifier pulse) with a frequency corresponding to its magnitude, and when the force component Fx has negative polarity, the V/F converter 203b transmits a pulse train (down pulse) with a frequency corresponding to its magnitude. Follow-up command P
Output as Fx. 21a to 21c are drive circuits for each axis of the arm drive circuit 21, and have the same configuration;
Follow-up commands PFX, PFy, PFZ and movement command Vx.
Ｖｙ、Ｖｚとの和を受け、各軸駆動源の電流指令（駆動
信号）Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚを各々出力するものである。It receives the sum of Vy and Vz and outputs current commands (drive signals) Sx, Sy, and Sz for each axis drive source, respectively.
駆動回路２１ａは一対のオア回路２１０ａ。The drive circuit 21a is a pair of OR circuits 210a.
２１）ａとサーボ回路２１２ａとで構成され、オア回路
２１０ａは移動指令Ｖｘのアンプパルスと追従指令ＰＦ
ｘのアップパルスの論理和をサーボ回路２１２ａへ与え
、オア回路２１）ａは移動指令Ｖｘのダウンパルスと追
従指令ＰＦｘのダウンパルスの論理和をサーボ回路２１
２ａへ与えるものである。21) Consisting of a and a servo circuit 212a, the OR circuit 210a receives the amplifier pulse of the movement command Vx and the follow-up command PF.
The OR circuit 21)a applies the logical sum of the up pulses of x to the servo circuit 212a, and the OR circuit 21)a applies the logical sum of the down pulses of the movement command Vx and the down pulses of the follow-up command PFx to the servo circuit 212a.
This is given to 2a.
一方、サーボ回路２１２ａはアップダウンカウンタと、
デジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａコンバータ）と、サ
ーボアンプで構成され、アップダウンカウンタがオア回
路２１０ａの出力をアンプカウントし、オア回路２１）
ａの出力をダウンカラン］・すると共に、位置検出部１
９からの位置パルスＰｘをダウン又はアップカウントし
、指令位置と変位量との差を求め、Ｄ／Ａコンバータで
アナ１コグ量に変換して、これをサーボアンプで増幅し
、電流指令を出力する周知のものである。On the other hand, the servo circuit 212a has an up/down counter,
Consisting of a digital/analog converter (D/A converter) and a servo amplifier, an up/down counter counts the output of the OR circuit 210a, and the OR circuit 21)
The output of
Count down or up the position pulse Px from 9, find the difference between the command position and the displacement amount, convert it to an analog 1 cog amount with the D/A converter, amplify this with the servo amplifier, and output the current command. It is a well-known thing to do.
以上説明した構成において、ハンド・ｔに力が加わると
力検出装置５から力の加わった方向に対する歪ゲージか
ら信号が出力され、力成分検出回路２０ａに入力される
。力成分検出回路２０ａでは歪ゲージからの信号に基づ
いて各軸の力成分Ｆｘ。In the configuration described above, when a force is applied to the hand t, a signal is output from the force detection device 5 from the strain gauge in the direction in which the force is applied, and is input to the force component detection circuit 20a. The force component detection circuit 20a detects the force component Fx of each axis based on the signal from the strain gauge.
Ｆ）’ＩＦＺが検出され、各々は各軸の追従指令発生回
路２０ｂ〜２０ｄに入力される。F)' IFZ is detected, and each is input to the following command generation circuits 20b to 20d for each axis.
追従指令発生回路２０ｂ〜２０ｄは検出された力成分Ｆ
ｘ、Ｆｙ、Ｆｚの極性に応じてアップ又はダウンパルス
をその大きさに応じた周波数で出力する。The follow-up command generation circuits 20b to 20d generate the detected force component F.
Depending on the polarity of x, Fy, and Fz, an up or down pulse is output at a frequency that corresponds to its magnitude.
このパルス列の追従指令は、通常の移動ｔｒｔ令Ｖｘ〜
Ｖｚと同様に、駆動回路２１ａ〜２１ｃに入力され、各
軸駆動源の電流指令（駆動信号）Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚとし
て出力され、ハンド４に加わった力が零になる方向にロ
ボｙ １−（７）Ｘ、 Ｙ、 Ｚ軸を駆動せしめる
。This pulse train follow-up command is the normal movement trt command Vx~
Similarly to Vz, it is input to the drive circuits 21a to 21c and output as current commands (drive signals) Sx, Sy, and Sz for each axis drive source, and the robot y1- is inputted in the direction in which the force applied to the hand 4 becomes zero. (7) Drive the X, Y, and Z axes.
すなわら、従来の構成のものにおいては、力成分検出回
路２０ａでは、第９図に示されるようにアンプでの演算
を行なった後に、力成分が出力されるのであるが、本実
施例においては、ブリッジ回路を経るだけであるので、
極めて高速に力成分を求めることができる。In other words, in the conventional configuration, the force component detection circuit 20a outputs the force component after performing calculations in the amplifier as shown in FIG. only passes through the bridge circuit, so
Force components can be determined extremely quickly.
従って、ロボットの先端のハント゛が物品を把持してい
る状態で運搬を行なわせている場合に、ハンドが障害物
に衝突した場合でも、ロボットが速やかに停止し、従来
のように、停止のための信号の出力が遅れることにより
力検出装置が壊れる等といった問題点をもなくすことが
できる。Therefore, even if the hand collides with an obstacle while transporting the object while the hand at the tip of the robot is gripping the object, the robot will stop immediately and the robot will not be able to stop the object as before. It is possible to eliminate problems such as the force detection device being damaged due to a delay in the output of the signal.
第５図は、本発明に係る力検出装置の他の実施例を説明
するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining another embodiment of the force detection device according to the present invention.
同図において、第２図と異なる点は、Ｚ軸方向のたわみ
を検出するための平行板ばね体を除去し、力検出モジュ
ール３０ａは、Ｘ、 Ｙの２方向のみを検出するように
したことにある。尚、第２図と同一部分には同一記号を
付す。The difference between this figure and FIG. 2 is that the parallel leaf spring body for detecting deflection in the Z-axis direction is removed, and the force detection module 30a detects only two directions, X and Y. It is in. Note that the same parts as in FIG. 2 are given the same symbols.
この構成とすることにより、２自由度のロボットに対し
ても対処することができ、また、これと軸まわりのトル
クを検出するモジュールとの組合せも可能である。With this configuration, it is possible to deal with robots having two degrees of freedom, and it is also possible to combine this with a module that detects torque around the axis.
例えば、同図に示すように、αβモジュール４５との組
合せを考える。この場合は、ｒモジュール４１を出力軸
３５に固定するねし３９によりフランジ５４を介して直
接αβモジュール４５を出力軸３５に連結することによ
り、４自由度の力検出装置とすることができる。For example, consider a combination with an αβ module 45 as shown in the figure. In this case, by directly connecting the αβ module 45 to the output shaft 35 via the flange 54 using the screws 39 that fix the r module 41 to the output shaft 35, a force detection device with four degrees of freedom can be obtained.
また、この場合、αβモジュール４５に対して歪ゲージ
５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄをダイヤフラム４８の
中心部４８ａを中心点として、ダイヤフラム４８の夫々
異なる面（５６ａと５６ｂを裏面に、５６Ｃと５６ｄを
表面に貼付）で中心点対象となるように貼付し、前述と
同様にブリッジ回路を構成することにより第１図ｆａｔ
の場合と同様になり、αβモジュール４５によって、Ｚ
軸方向の力成分Ｆｚを検出することが可能となり、この
場合は、５自由度の力検出装置とすることができる。In this case, strain gauges 56a, 56b, 56c, and 56d are placed on different sides of the diaphragm 48 (56a and 56b on the back side, 56C and 56d on the back side, and Figure 1.
The result is the same as in the case of , and by the αβ module 45, Z
It becomes possible to detect the force component Fz in the axial direction, and in this case, the force detection device can have five degrees of freedom.
第６図は本発明に係る力検出装置の別の他の実施例を説
明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining another embodiment of the force detection device according to the present invention.
図において、第２図と異なる点は、角棒口の先端に角穴
ｄ、ｄ’を設け、Ｚ軸方向に変位する平行板ばね体ｄｉ
、 ｄｉ′を構成し、角棒口を支持する支持体を延長し
た支持体３１ｂとし、更に、歪ゲージ４０ｇ、４０ｈ、
４０ｉ、４０ｊ、４０ｋ。The difference between this figure and FIG. 2 is that square holes d and d' are provided at the tip of the square bar opening, and a parallel plate spring body di that is displaced in the Z-axis direction.
, di', a support 31b which is an extension of the support supporting the square bar opening, and strain gauges 40g, 40h,
40i, 40j, 40k.
４０１．４０ｍ、４０ｎ、４０ｏ、４０ｐ；ｆｒ−設け
た点にあり、同一部分には同一番号を付すことにより説
明を省略する。401. 40m, 40n, 40o, 40p;
この構成とすることにより、γモジュール４１゜αβモ
ジュール４５を必要とせずに、ｘ、 ｙ、 ｚ軸まわ
りのｌ・ルクを独立に検出することが可能となる。With this configuration, it is possible to independently detect l and lux around the x, y, and z axes without requiring the γ module 41 and the αβ module 45.
すなわち、角棒イの平行板ばね体ａｌ′、 ａｌに穴３
７を中心点として中心点対象位置で、且つ同一面側に歪
ゲージ４０ａ、４０ｂ、４０ｉ ４０ｈを貼付し、ブ
リッジ回路を構成することにより、第１図（ｂｌで説明
したように、Ｚ軸まわりのトルクを独立して検出するこ
とができる。In other words, the parallel plate spring body al' of square bar A, hole 3 in al.
By affixing strain gauges 40a, 40b, 40i and 40h on the same side at central point positions with 7 as the center point to form a bridge circuit, torque can be detected independently.
さらに、角棒口の平行板ばね体ｄｉ、 ｄｉ’に穴３７
を中心点として中心点対象位置で、且つ同一面１）りに
歪ゲージ４０に、４０１．４０ｍ、４０ｎを貼付し、ブ
リッジ回路を構成することにより、前述と同様にしてＹ
軸まわりのトルクを独立して検出することができる。Furthermore, holes 37 are inserted into the parallel plate spring bodies di and di' of the square bar opening.
By pasting 401.40m and 40n on the strain gauge 40 at the central point symmetrical position and on the same surface 1) to form a bridge circuit, Y
Torque around the shaft can be detected independently.
さらに、角棒イの平行板ばね体ｃｌ、ｃｌ′に穴３７を
中心点として中心点対象位置で、且つ同一面側に歪ゲー
ジ４０ｃ、４０ｄ、４０ｏ、４０ｐを貼付し、ブリッジ
回路を構成することにより、前述と同様にしてＸ軸まわ
りのトルクを独立して検出することができる。Furthermore, strain gauges 40c, 40d, 40o, and 40p are attached to the parallel plate spring bodies cl and cl' of the square bar A at positions symmetrical to the center with the hole 37 as the center point, and on the same side to form a bridge circuit. As a result, the torque around the X-axis can be detected independently in the same manner as described above.
以上説明した構成とすることにより、十字状の角棒に平
行板ばね体を構成し、これに歪ゲージを貼付するだけの
構成でｘ、ｙ、ｚ軸方向の力成分及び各軸周りの］・ル
クを独立して検出することができ、αβモジュール、Ｔ
モジエール等を不要とすることができ、単に歪ゲージか
らの出力を選択するのみで、各種の自由度に対処できる
力検出装置とすることができる。With the configuration described above, the force components in the x, y, and z axes directions and the force components around each axis can be calculated by simply configuring a parallel plate spring body on a cross-shaped square rod and attaching a strain gauge to this.・The αβ module, T
It is possible to eliminate the need for a modière, etc., and by simply selecting the output from the strain gauge, it is possible to provide a force detection device that can handle various degrees of freedom.
尚、以上説明した実施例において、ｘ、ｙ、ｚ軸方向の
力成分の検出は、十字形の角棒に形成された平行板ばね
体を用いて行なう場合について説明しているが、本発明
はこれに限定されるものでなく、ｌ軸方向のみの弾性体
を用いて、これを複数組組合せるようにしたものでもよ
い。In the embodiments described above, the detection of force components in the x, y, and z axes directions is performed using a parallel plate spring body formed in a cross-shaped square bar, but the present invention is not limited to this, and a plurality of elastic bodies may be combined in the l-axis direction.
以上説明したように、本発明によれば、各力成分を独立
して検出することができるので、力成分を独立して取り
出すための回路等か不要となり、各力成分を高速に求め
ることができる。As explained above, according to the present invention, each force component can be detected independently, so there is no need for a circuit to extract the force components independently, and each force component can be determined at high speed. can.
第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明に係る力
検出装置の実施例の説明図、第３図は力検出装置をロボ
ットに通用した例を説明する図。
第４図は第３図構成の力制御部２０及びアーム駆動回路
２Ｉの詳細構成図、第５図は本発明に係る力検出装置の
他の実施例の説明図２第６図は本発明に係る力検出装置
のさらに別の他の実施例の説明図、第７図は従来の力検
出装置を備えたロボノＩ・の説明図、第８図は従来の力
検出装置の説明図。
第９図は各力成分を演算するための回路図、第１０図は
従来の歪ゲージの貼付例を示す図、第１）図はブリッジ
回路を示す図である。
図において、３０は力検出モジュール、３１゜３２は支
持体、３５は出力棒、４１はγモジュール、４５はαβ
モジュール、４１口はｔｌｌ ４４９． ａ １ 。
ａ１′、 ｂＬ ｂｌ’ 、 ｃｌ、 ｃｌ′は平行板
ばね体。
嘱１０
ｗｒ （
ｂ）隼２（ａ（α）
第（○（品
電画デFIG. 1 is an explanatory diagram of the principle of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of an embodiment of a force detection device according to the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating an example in which the force detection device is applied to a robot. 4 is a detailed configuration diagram of the force control unit 20 and arm drive circuit 2I configured in FIG. 3, FIG. 5 is an explanatory diagram of another embodiment of the force detection device according to the present invention, and FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram of yet another embodiment of such a force detecting device, FIG. 7 is an explanatory diagram of a robot I equipped with a conventional force detecting device, and FIG. 8 is an explanatory diagram of a conventional force detecting device. FIG. 9 is a circuit diagram for calculating each force component, FIG. 10 is a diagram showing an example of attaching a conventional strain gauge, and FIG. 1) is a diagram showing a bridge circuit. In the figure, 30 is a force detection module, 31° and 32 are supports, 35 is an output rod, 41 is a γ module, and 45 is an αβ
Module, 41 ports are tll 449. a1. a1', bL bl', cl, cl' are parallel leaf spring bodies. 10th wr (
b) Hayabusa 2 (a (α) No.
Claims (3)
うに支持された板状弾性体と、前記板状弾性体の前記中
心点対象位置の変位を夫々検出する複数個の変位検出手
段と、前記複数の変位検出手段の出力の組合せによって
前記板状弾性体に加えられた外力を検出する外力検出手
段を備えた力検出装置。(1) a plate-shaped elastic body supported so that an external force is evenly applied to the center point or both ends; and a plurality of displacement detection means for respectively detecting displacement of the target position of the center point of the plate-shaped elastic body; A force detection device comprising external force detection means for detecting an external force applied to the plate-shaped elastic body by combining outputs of the plurality of displacement detection means.
中心点対象位置の変位を検出するように設けられてなる
特許請求の範囲第（１）項記載の力検出装置。(2) The force detecting device according to claim (1), wherein the displacement detecting means is provided to detect a displacement of a center point target position on the same side of the plate-like elastic body.
面の中心点対象位置の変位を検出するように設けられて
なる特許請求の範囲第（１）項記載の力検出装置。(3) The force detecting device according to claim (1), wherein the displacement detecting means is provided to detect the displacement of the center point target position of each different surface of the plate-like elastic body.
Priority Applications (9)
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|---|---|---|---|
| JP59205721A JPS6183929A (en) | 1984-09-29 | 1984-09-29 | Force detector |
| CA000491259A CA1259816A (en) | 1984-09-29 | 1985-09-20 | Force-detecting apparatus |
| US06/779,640 US4762006A (en) | 1984-09-29 | 1985-09-24 | Force-detecting apparatus |
| EP85306871A EP0177284B1 (en) | 1984-09-29 | 1985-09-27 | Force-detecting apparatus |
| AU48139/85A AU564927B2 (en) | 1984-09-29 | 1985-09-27 | Force detecting apparatus |
| DE8585306871T DE3584066D1 (en) | 1984-09-29 | 1985-09-27 | FORCE MEASURING DEVICE. |
| ES547380A ES8609704A1 (en) | 1984-09-29 | 1985-09-27 | Force-detecting apparatus. |
| KR1019850007175A KR910000267B1 (en) | 1984-09-29 | 1985-09-28 | Force-detecting apparatus |
| US07/192,184 US4862751A (en) | 1984-09-29 | 1988-05-10 | Force-detecting apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59205721A JPS6183929A (en) | 1984-09-29 | 1984-09-29 | Force detector |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JPH0519647B2 JPH0519647B2 (en) | 1993-03-17 |
Family
ID=16511581
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6183929A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2006038553A1 (en) * | 2004-10-05 | 2006-04-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Distortion detector |
| JP2007139440A (en) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Alps Electric Co Ltd | Load sensor |
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1984
- 1984-09-29 JP JP59205721A patent/JPS6183929A/en active Granted
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| US7658118B2 (en) | 2004-10-05 | 2010-02-09 | Panasonic Corporation | Distortion detector |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0519647B2 (en) | 1993-03-17 |
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