JP2018205141A - Force sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歪ゲージ式の力覚センサに適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a technique effective when applied to a strain gauge type force sensor.
力覚センサは、受力部が受ける力ならびにモーメントを高精度に検出することが出来るため、計測機器や産業用ロボット等の高度な制御に用いられている。 Since the force sensor can detect the force and moment received by the force receiving portion with high accuracy, it is used for advanced control of measuring instruments, industrial robots, and the like.
従来の6軸力覚センサは、起歪体のアーム部の四面(例えば上面、下面、右側面、左側面)に歪みゲージを設けていた。そのため、多数の歪みゲージを設けることとなり、また、それら歪ゲージの配線が非常に複雑となってしまうため、高価格であった。 In the conventional 6-axis force sensor, strain gauges are provided on four surfaces (for example, an upper surface, a lower surface, a right side surface, and a left side surface) of the arm portion of the strain generating body. For this reason, a large number of strain gauges are provided, and wiring for these strain gauges becomes very complicated, which is expensive.
そこで本願発明者らは、起歪体のアーム部において向かい合う2面に所定配置で歪みゲージを設ける構成の力覚センサの提案を行った(特許文献1:特開2016−70673号公報参照)。 Therefore, the inventors of the present application have proposed a force sensor having a configuration in which strain gauges are provided in a predetermined arrangement on two opposing surfaces of the arm portion of the strain generating body (see Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2006-70673).
特許文献1に記載の力覚センサは、起歪体のアーム部において向かい合う2面に所定配置で歪みゲージを設ける構造である。ここで、特許文献1に記載の力覚センサのように、例えばアーム部の上面および下面の2面に所定配置で設けられる歪みゲージによってブリッジ回路が構成される場合、上面の歪みゲージと下面の歪みゲージとが対称(平面視で一致)に設けられることが、検出精度を確保する上で重要である。つまり、検出精度を確保するためには、上面に貼り付けた複数の歪みゲージと、下面に貼り付けた複数の歪みゲージとが面対称となる位置に貼り付けられるように、高精度の位置調整が必要となる。しかし、高精度の位置調整を行うと生産性が低下してしまう。よって、さらなる、歪ゲージの位置ずれ防止と生産性の向上が望まれる。
The force sensor described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされ、起歪体のアーム部において向かい合う2面に所定配置で複数の歪みゲージを設けることに起因する位置ずれをなくした構成によって、歪ゲージの位置ずれ防止と生産性の向上の両立が可能な構成の力覚センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and prevents misalignment of the strain gauge by eliminating the misalignment caused by providing a plurality of strain gauges in a predetermined arrangement on two surfaces facing each other in the arm portion of the strain generating body. An object of the present invention is to provide a force sensor having a configuration capable of improving productivity.
一実施形態として、以下に開示するような解決手段により、前記課題を解決する。 As an embodiment, the above-described problem is solved by a solution as disclosed below.
開示の力覚センサは、中心軸に対して回転対称となる位置に3つ以上設けられたビーム部を有する起歪体と、前記ビーム部の外側面に設けられた複数の歪みゲージと、を備え、前記起歪体は、前記中心軸上に位置する受力部と、前記受力部に対して前記ビーム部を介して固定される固定部と、を有し、前記ビーム部は、前記受力部と連結されるアーム部と、前記アーム部の延在方向と交差する方向で前記アーム部の両側にそれぞれ連結されるフレクシャ部と、を有し、前記複数の歪みゲージは、前記固定部の外周面と隣り合う位置の前記外側面にのみ設けられることを特徴とする。 The disclosed force sensor includes a strain generating body having three or more beam portions provided at rotationally symmetric positions with respect to a central axis, and a plurality of strain gauges provided on an outer surface of the beam portion. The strain body includes a force receiving portion located on the central axis, and a fixing portion fixed to the force receiving portion via the beam portion, and the beam portion includes: An arm portion connected to the force receiving portion, and flexure portions respectively connected to both sides of the arm portion in a direction crossing the extending direction of the arm portion, and the plurality of strain gauges are fixed It is provided only on the outer surface at a position adjacent to the outer peripheral surface of the part.
開示の力覚センサによれば、ビーム部における、固定部の外周面と隣り合う位置の外側面にのみ複数の歪みゲージが設けられるので、アーム部において向かい合う2面に所定配置で歪みゲージを設けることに起因する位置ずれをなくした構成となる。よって、歪ゲージの位置ずれ防止ができる。さらに、前記外側面にのみ複数の歪みゲージを設ける構成によって、歪ゲージの配設数が半減するので生産性が大幅に向上し、且つ大幅なコストダウンが図られる。 According to the disclosed force sensor, since a plurality of strain gauges are provided only on the outer surface of the beam portion adjacent to the outer peripheral surface of the fixed portion, the strain gauges are provided in a predetermined arrangement on two surfaces facing each other in the arm portion. In this configuration, the positional deviation caused by the problem is eliminated. Therefore, the displacement of the strain gauge can be prevented. Furthermore, by providing a plurality of strain gauges only on the outer surface, the number of strain gauges arranged is halved, so that the productivity is greatly improved and the cost is greatly reduced.
以下に説明する第1の実施形態〜第4の実施形態の力覚センサ1は、三次元空間の直交座標系(x軸、y軸、z軸)の3軸方向の力成分Fx、Fy、Fzと、その3軸回りのモーメント成分Mx、My、Mzの計6成分を同時に検出することができる6軸力覚センサである。
The
(第1の実施形態)
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施形態について詳しく説明する。第1の実施形態の力覚センサ1(1A)は、中心軸P1に対して回転対称となる位置に3つのビーム部20が備わっている場合の例であり、基本構造の例である。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The force sensor 1 (1A) of the first embodiment is an example in which three
図1は、本実施形態に係る力覚センサ1Aの例を示す斜視図(概略図)であり、図2(A)はその平面図(概略図)であり、図2(B)はその正面図(概略図)である(信号処理部および配線は不図示)。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
FIG. 1 is a perspective view (schematic diagram) showing an example of a
図1、図2(A)、図2(B)に示すように、力覚センサ1Aは、複数の歪みゲージ41〜48と、複数の歪みゲージ41〜48が設けられる外側面20aを有する起歪体2と、を備える。本実施形態の起歪体2は、板状体であり、中心軸P1上に位置する受力部12と、受力部12に対して固定される固定部19と、受力部12と固定部19とを連結するビーム部20と、を有する。ビーム部20は、起歪体2の中心軸P1に対して回転対称となる位置に3つ配されている。固定部19は、同様に3つ配されている。起歪体2は、その中心軸P1に対して、回転対称となる形状である。
As shown in FIGS. 1, 2A, and 2B, the
図1と図2(A)において、破線で囲んだ部分がビーム部20のうちの1つを指している。ビーム部20は、受力部12と連結されるアーム部14と、アーム部14の延在方向であるY軸方向と交差するX軸方向でアーム部14の両側にそれぞれ連結されるフレクシャ部16,18と、を有する構成である。フレクシャ部16とフレクシャ部18は、起歪体2の中心軸P1に対して互いに線対称となる位置に設けられる。受力部12、ビーム部20、および固定部19は、一体構造体である。起歪体2は、受力部12および固定部19を剛体とみなしたときにビーム部20が弾性体とみなせるように各部のサイズが設定される。
In FIG. 1 and FIG. 2A, a portion surrounded by a broken line indicates one of the
図2(A)のように、フレクシャ部16(18)のY軸方向の巾寸法は、アーム部14のX軸方向の巾寸法よりも小さく設定される。そして、図2(B)のように、フレクシャ部16(18)のZ軸方向の高さ寸法は、フレクシャ部16,18のY軸方向の巾寸法よりも大きく設定される。
As shown in FIG. 2A, the width dimension of the flexure portion 16 (18) in the Y-axis direction is set to be smaller than the width dimension of the
複数の歪みゲージ41〜48は、ビーム部20に設けられており、固定部19の外周面19fと隣り合う位置の外側面20aにのみ設けられている。
The plurality of
外側面20aは、ビーム部20の中心軸P1方向の面と比較して、サイズが大きい。また、外側面20aには、遮蔽物がない。よって、外側面20aは、複数の歪みゲージ41〜48を配設し易く、且つ、起歪体2の小型化に対応し易い。
The
起歪体2は、例えば、NC(Numerical Control)加工機を用いてアルミニウム合金、合金鋼、ステンレス鋼などバネ性のある材料に貫通孔などを形成することによって得られる。ここでは、例えば外形が円形の板状体に切削加工、レーザ加工、または放電加工若しくはこれらの複合加工等を施して、受力部12、固定部19、およびビーム部20からなる起歪体2が成形される。起歪体2には、受力部12、固定部19、およびビーム部20のそれぞれを区画するための空間(貫通部)が形成される。本実施形態では、ビーム部20の径方向の側面のうち中心軸P1から離れた位置にある外側面20aと、固定部19の外周面19fとで、起歪体2の外周部を構成している。力覚センサ1Aは、固定部19に形成された貫通孔19aにボルト等を通して、例えば産業用ロボット等に組み付けられる。
The
力覚センサ1Aは、起歪体2の中心軸P1上に配された受力部12に力が加えられると、応力(曲げ、せん断、捩り)による歪みがビーム部20に生じる。例えば、ビーム部20の放射方向(延在方向)およびこれと直交する方向に曲げ(撓み)歪みが生じ、ビーム部20の放射方向に対して45°方向にせん断歪みが生じ、そしてビーム部20の周方向に捩り歪みが生ずる。力覚センサ1Aでは、これら歪みを検出するにあたり、ビーム部20における外側面20aにのみ複数の歪みゲージ41〜48が設けられる。外側面20aは、アーム部14の延在方向に形成されている。また、外側面20aは、ビーム部20の径方向の側面のうち中心軸P1から離れた位置に形成されている。
In the
歪みゲージ41〜48としては、例えば、Cu(銅)−Ni(ニッケル)系合金やNi−Cr(クロム)系合金の金属薄膜(金属箔など)の配線パターンを、可撓性を有するポリイミドやエポキシ樹脂フィルムで覆ったものを用いることができる。このような歪みゲージ41〜48は、接着剤を用いてビーム部20における外側面20aに貼り付けられ、金属薄膜がビーム部20の歪みを受けて変形したときの抵抗変化から歪みを検知、検出することができる。また、歪みゲージ41〜48としては、半導体薄膜を用いた半導体歪みゲージを用いることもできる。また、歪みゲージ41〜48は、スパッタリング法や真空蒸着法を用いてビーム部20における外側面20aに金属薄膜ゲージを直接形成してもよい。
As the strain gauges 41 to 48, for example, a wiring pattern of a metal thin film (such as a metal foil) of a Cu (copper) -Ni (nickel) -based alloy or a Ni-Cr (chromium) -based alloy is used as a flexible polyimide, What was covered with the epoxy resin film can be used. Such strain gauges 41 to 48 are attached to the
本実施形態によれば、固定部19の外周面19fと隣り合う位置の外側面20aにのみ複数の歪みゲージ41〜48を設けているので、アーム部において向かい合う2面に所定配置で複数の歪みゲージを設けることに起因する位置ずれをなくした構成となる。よって、歪ゲージの位置ずれ防止ができる。さらに、外側面20aにのみ複数の歪みゲージ41〜48を設ける構成によって、歪ゲージの配設数が半減するので生産性が大幅に向上し、且つ大幅なコストダウンが図られる。さらには、外側面20aには、遮蔽物がないので、スパッタリング法や真空蒸着法を用いて金属薄膜ゲージを直接形成することで複数の歪みゲージ41〜48を配設することが容易である。スパッタリング法や真空蒸着法を用いることで、生産性が飛躍的に向上する。そして、外側面20aは、ビーム部20の中心軸P1方向の面と比較して、サイズが大きいので、複数の歪みゲージ41〜48を配設し易く、且つ、起歪体2の小型化に対応し易い。
According to the present embodiment, since the plurality of
複数の歪みゲージ41〜48は、固定部19の外周面19fよりも中心軸P1に近い位置に設けられる。これにより、力覚センサ1Aをハンドリングする際に、例えば、複数の歪みゲージ41〜48よりも中心軸P1から離れた位置に設けられた外周面19fを把持することで、複数の歪みゲージ41〜48に誤って接触してしまうことが防止できる。
The plurality of
本実施形態の力覚センサ1Aは、中心軸P1とZ軸を一致させた場合において、受力部12が受けた力のX軸方向の力成分Fx、Y軸方向の力成分Fy、Z軸方向の力成分Fz、X軸周りのモーメント成分Mx、Y軸周りのモーメント成分My、およびZ軸周りのモーメント成分Mzを検出する構成とされる。力覚センサ1Aは、図10(A)に示すFz、Mx、およびMyを検出する第1ブリッジ回路21と、図10(B)に示すFx、Fy、およびMzを検出する第2ブリッジ回路22とを有する。本実施形態では、6軸方向の力成分を切り分けて検出するために、3つのビーム部20のそれぞれに、歪みゲージ41〜48からなる第1ブリッジ回路21および第2ブリッジ回路22を設けている。
The
Fz、Mx、およびMyを検出する第1ブリッジ回路21は、第1の歪ゲージ41、第2の歪ゲージ42、第3の歪ゲージ43、第4の歪ゲージ44から構成される。Fx、Fy、およびMzを検出する第2ブリッジ回路22は、第5の歪ゲージ45、第6の歪ゲージ46、第7の歪ゲージ47、第8の歪ゲージ48から構成される。ただし、この構成に限定されない。
The
複数の歪みゲージ41〜48は、外側面20aにおいて、フレクシャ部16と一対一で対応する配置エリア16a内と、フレクシャ部18と一対一で対応する配置エリア18a内と、に二分されて設けられる。これによって、1対のフレクシャ部16,18から生じる歪みの検出力を高められる。
The plurality of
図2(B)に示すように、第1の歪ゲージ41と第3の歪ゲージ43、第2の歪ゲージ42と第4の歪ゲージ44、第5の歪ゲージ45と第7の歪ゲージ47、および、第6の歪ゲージ46と第8の歪ゲージ48は、中心軸P1に対して、互いに線対称の位置に設けられる。これによれば、線対称位置関係にある歪みゲージ41〜48の抵抗値をZ軸方向の力成分Fzに対して同様に変化させることができる。そして、第1ブリッジ回路21と第2ブリッジ回路22とを構成するので、受力部12に力が作用しないときに不要な出力信号が生じないようにキャンセルさせることができる。
As shown in FIG. 2B, a
第1の歪ゲージ41と第2の歪ゲージ42、第3の歪ゲージ43と第4の歪ゲージ44、第5の歪ゲージ45と第7の歪ゲージ47、および、第6の歪ゲージ46と第8の歪ゲージ48は、外側面20aの中心線のうち、中心軸12と直交する方向の中心線P2に対して、互いに線対称の位置に設けられる。これによれば、線対称位置関係にある歪みゲージ41〜48の抵抗値をX軸方向の力成分Fxに対して同様に変化させることができる。そして、第1ブリッジ回路21と第2ブリッジ回路22とを構成するので、受力部12に力が作用しないときに不要な出力信号が生じないようにキャンセルさせることができる。
The
第1の歪ゲージ41、第2の歪ゲージ42、第3の歪ゲージ43、第4の歪ゲージ44は、いずれも、歪みの検出方向がアーム部14の延在方向に対して45°方向(あるいは135°方向)となるように配される。
The
第5の歪ゲージ45、第6の歪ゲージ46、第7の歪ゲージ47、第8の歪ゲージ48は、いずれも、歪みの検出方向がアーム部14の延在方向と一致するように配される。
The
そして、図10(A)に示すように、第1ブリッジ回路21に入力信号BVが印加されると、歪みゲージ41〜44の抵抗値の変化により非平衡状態となったときに出力信号Voが変化する。力覚センサ1Aではビーム部20に応力が発生するが、第1ブリッジ回路21を構成するので、干渉除去機能や温度保証機能を持たせると共に、例えば曲げ(撓み)による応力を検出する際には、せん断による応力をキャンセルさせている。
As shown in FIG. 10 (A), when the input signal BV is applied to the
また、図10(B)に示すように、第2ブリッジ回路22に入力信号BVが印加されると、歪みゲージ45〜48の抵抗値の変化により非平衡状態となったときに出力信号Voが変化する。力覚センサ1Aではビーム部20に応力が発生するが、第2ブリッジ回路22を構成するので、干渉除去機能や温度保証機能を持たせると共に、例えばせん断による応力を検出する際には、曲げ(撓み)による応力をキャンセルさせている。
As shown in FIG. 10B, when the input signal BV is applied to the
中心軸P1とZ軸を一致させた場合において、力覚センサ1Aの起歪体2の受力部12が受けた力のZ軸方向の力成分Fz、X軸周りのモーメント成分Mx、およびY軸周りのモーメント成分Myを、第1ブリッジ回路21が検出した検出結果を次の表1に示す。
When the central axis P1 and the Z axis are matched, the force component Fz in the Z-axis direction of the force received by the
表1において、歪みゲージ41〜44の抵抗値が増加するときを「+」、減少するときを「−」、0また値が小さいときを「0」としている。また、出力信号Voは、ブリッジ出力(非平衡出力)があるときを「1」、0または値が小さいときを「0」としている。 In Table 1, “+” indicates that the resistance value of the strain gauges 41 to 44 increases, “−” indicates that the resistance value decreases, and “0” indicates that the resistance value is small or 0. The output signal Vo is “1” when there is a bridge output (unbalanced output), and “0” when the value is 0 or small.
表1によって、第1ブリッジ回路21は、Z軸方向の力成分Fz、X軸周りのモーメント成分Mx、およびY軸周りのモーメント成分Myにおいて、歪みゲージ41〜44の抵抗値の増減が確認され、Fz,Mx,Myを検出することができることが示された。
According to Table 1, the
次に、力覚センサ1Aの起歪体2の受力部12が受けた力のX軸方向の力成分Fx、Y軸方向の力成分Fy、およびZ軸周りのモーメント成分Mzを、第2ブリッジ回路22が検出した検出結果を次の表2に示す。
Next, the force component Fx in the X-axis direction, the force component Fy in the Y-axis direction, and the moment component Mz around the Z-axis of the force received by the
表2において、歪みゲージ45〜48の抵抗値が増加するときを「+」、減少するときを「−」、0また値が小さいときを「0」としている。また、出力信号Voは、ブリッジ出力(非平衡出力)があるときを「1」、0または値が小さいときを「0」としている。 In Table 2, “+” indicates that the resistance value of the strain gauges 45 to 48 increases, “−” indicates that the resistance value decreases, and “0” indicates that the resistance value is small or 0. The output signal Vo is “1” when there is a bridge output (unbalanced output), and “0” when the value is 0 or small.
表2によって、第2ブリッジ回路22は、X軸方向の力成分Fx、Y軸方向の力成分Fy、およびZ軸周りのモーメント成分Mzにおいて、歪みゲージ41〜44の抵抗値の増減が確認され、Fx,Fy,Mzを検出することができることが示された。
According to Table 2, the
表1と表2によれば、第2ブリッジ回路22では検出し難い成分(Fz、Mx、My)を第1ブリッジ回路21で検出し、また、第1ブリッジ回路21では検出し難い成分(Fx、Fy、Mz)を第2ブリッジ回路22で検出する相補的な構成となっている。このように第1ブリッジ回路21と第2ブリッジ回路22を構成することで、6軸方向の力成分を切り分けて検出することができる。
According to Tables 1 and 2, components that are difficult to detect in the second bridge circuit 22 (Fz, Mx, My) are detected by the
ここで、歪みゲージ41〜48を一組としたときの、3組は、中心軸P1に対して、回転対称となる配置構成である。これは、各外側面20aにおける歪みゲージ41〜48のブリッジ回路の組み方を同じにできるので、歪みゲージ41〜48を各外側面20aに設けるときの作業性がよく、初期状態での出力をゼロとする零位調整や、出力レベルを適正値にするための感度調整等の調整作業が容易となるからである。ただし、この構成に限定されない。
Here, when the strain gauges 41 to 48 are set as one set, the three sets are arrangement configurations that are rotationally symmetric with respect to the central axis P1. This is because the way of assembling the bridge circuits of the strain gauges 41 to 48 on each
(第2の実施形態)
第2の実施形態の力覚センサ1(1B)は、中心軸P1に対して回転対称となる位置に3つのビーム部20が備わっている場合の例であり、固定部19を補強した構造の例である。
(Second Embodiment)
The force sensor 1 (1B) of the second embodiment is an example in which three
図3は、本実施形態に係る力覚センサ1Bの例を示す斜視図(概略図)であり、図4(A)はその平面図(概略図)であり、図4(B)はその正面図(概略図)である(信号処理部および配線は不図示)。第2の実施形態では、第1の実施形態と相違する点を中心に説明する。
3 is a perspective view (schematic diagram) showing an example of a
本実施形態では、例えば円柱状の素体に切削加工、レーザ加工、または放電加工若しくはこれらの複合加工等を施して受力部12、固定部19、連結部9、およびビーム部20からなる起歪体2が成形される。起歪体2には、受力部12、固定部19、連結部9、およびビーム部20のそれぞれを区画するための空間(貫通部)が形成される。
In the present embodiment, for example, a cylindrical body is subjected to cutting, laser processing, electric discharge machining, or a combined machining thereof, and the like, and a starting member including the
本実施形態では、隣接する固定部19同士は、連結部9によって連結されている。受力部12、ビーム部20、固定部19、および連結部9は、一体構造体である。この構成によって、起歪体2は、固定部19と連結部9とで補強されるので、堅牢な構造となる。
In the present embodiment, adjacent fixing
連結部9は、ビーム部20の径方向の側面のうち中心軸P1から離れた位置にある外側面20aと隣り合う位置にそれぞれ設けられている。外側面20aを囲む位置に2つの連結部9、および2つの固定部19が設けられている。そして、固定部19の外周面19fと、連結部9の外周面19gとで、起歪体2の外周部を構成している。これにより、外周面19fと外周面19gとで、外側面20aを囲む構成となる。
The connecting
複数の歪みゲージ41〜48は、外周面19fよりも中心軸P1に近い位置に設けられ、且つ、外周面19gよりも中心軸P1に近い位置に設けられる。これにより、力覚センサ1Bをハンドリングする際に、例えば、複数の歪みゲージ41〜48よりも中心軸P1から離れた位置に設けられた外周面19fと外周面19gのいずれかないしは両方を把持することで、複数の歪みゲージ41〜48に誤って接触してしまうことが防止できる。さらに、複数の歪みゲージ41〜48は、外周面19fと外周面19gとで構成される起歪体2の外周部よりも中心軸P1に近い位置に設けられることで保護されているので、複数の歪みゲージ41〜48に誤って接触してしまうことが防止できる。
The plurality of
フレクシャ部16,18の中心軸P1方向の両面にはそれぞれスリット19bが形成されている。スリット19bによって、フレクシャ部16,18の中心軸P1方向の両面と、連結部9とは、切り離されているので、フレクシャ部16,18が弾性変形し易い構造となっている。スリット19bはX軸方向に延設されて所定深さの溝形状となっている。スリット19bによって、フレクシャ部16,18の中心軸P1と直交する方向の両面と、固定部19とは、互いの結合が疎になっているので、フレクシャ部16,18が弾性変形し易い構造となっている。したがって、歪みゲージ41〜48が歪みを検出し易い構造となっている。
また、受力部12およびアーム部14は、固定部19および連結部9で保護されているので、堅牢な構造となる。
Further, since the
(第3の実施形態)
第3の実施形態の力覚センサ1(1C)は、中心軸P1に対して回転対称となる位置に3つのビーム部20が備わっている場合の例であり、テーブル6、起歪体2、およびベース8が一体化された構造の例である。
(Third embodiment)
The force sensor 1 (1C) of the third embodiment is an example in which three
図5は、本実施形態に係る力覚センサ1Cの例を示す斜視図(概略図)であり、図6(A)はその平面図(概略図)であり、図6(B)はその正面図(概略図)であり、図7はその底面図(概略図)である(信号処理部および配線は不図示)。第3の実施形態では、既に説明した実施形態と相違する点を中心に説明する。
FIG. 5 is a perspective view (schematic diagram) showing an example of a
本実施形態では、例えば円柱状の素体に切削加工、レーザ加工、または放電加工若しくはこれらの複合加工等を施して受力部12と固定部19とビーム部20とを有する起歪体2、テーブル6、およびベース8が一体的に成形される。また、受力部12、固定部19、ビーム部20、テーブル6、およびベース8のそれぞれを区画するための空間(貫通部)が形成される。
In this embodiment, for example, a
本実施形態では、テーブル6は、中心軸P1上に配されており、受力部12に連結されている。ベース8は、中心軸P1上でテーブル6と反対側の位置に配されており、固定部19から中心軸P1の方向に延設された結合部19dに連結されている。テーブル6、受力部12、ビーム部20、固定部19、結合部19d、およびベース8は、一体構造体である。
In the present embodiment, the table 6 is disposed on the central axis P <b> 1 and is connected to the
この構成によって、起歪体2を、テーブル6とベース8とに組み込む工数が削減できる。また、テーブル6、起歪体2、およびベース8は、一体構造体であることで、起歪体2とテーブル6、起歪体2とベース8とを、それぞれ組み付けるボルトやネジ等の部品が削減できる。さらに、部品組み立てによる組み立て誤差がなくなるため、性能が向上する。そして、このような力覚センサ1Cは、ハンドリングし易くなる。また、テーブル6とベース8とで起歪体2を保護しており、堅牢な構造となる。
With this configuration, the number of steps for incorporating the
テーブル6のZ軸方向の面のうち、受力部12と反対側の面には、中心軸P1に対して回転対称となる位置に、測定治具等をボルト等で取り付ける取り付け穴6aが所定間隔で4つ形成されており、また、中心軸P1と直交する方向の位置に、測定治具等の位置決めピンを取り付けるピン穴6bが所定間隔で2つ形成されている。
A mounting
ベース8のZ軸方向の面のうち、受力部12と反対側の面には、中心軸P1に対して回転対称となる位置に、取り付け穴8aが所定間隔で4つ形成されている。取り付け穴8aは、力覚センサ1Cを計測機器の筐体等にボルト等で取り付けるものである。
Of the surface in the Z-axis direction of the
複数の歪みゲージ41〜48は、テーブル6の外周面よりも中心軸P1に近い位置に設けられ、且つ、ベース8の外周面よりも中心軸P1に近い位置に設けられる。これにより、力覚センサ1Cをハンドリングする際に、複数の歪みゲージ41〜48に誤って接触してしまうことが防止できる。さらに、複数の歪みゲージ41〜48は、テーブル6とベース8とで保護されているので、複数の歪みゲージ41〜48に誤って接触してしまうことが防止できる。
The plurality of
フレクシャ部16,18の中心軸P1方向の両面にはそれぞれ空間が形成されているので、フレクシャ部16,18が弾性変形し易い構造となっている。したがって、歪みゲージ41〜48が歪みを検出し易い構造となっている。
Since spaces are formed on both surfaces of the
また、起歪体2は、テーブル6およびベース8で保護されているので、堅牢な構造となる。
Moreover, since the
図6(B)に示すように、起歪体2の受力部12は、テーブル6と連結されている。図7に示すように、起歪体2の受力部12は、ベース8とは切り離されている。起歪体2の固定部19には、結合部19dが形成されている。起歪体2の固定部19は、結合部19dを介してベース8と連結されている。ここでは、受力部12は、平面視で、正六角形状となっている。
As shown in FIG. 6B, the
(第4の実施形態)
上述の第1の実施形態〜第3の実施形態では、起歪体2がビーム部20を3つ有する場合の例であり、いわゆるYビーム構造の例を示した。第4の実施形態の力覚センサ1(1D)は、起歪体2がビーム部20を4つ有する場合の例であり、いわゆるXビーム構造の例である。
(Fourth embodiment)
In the first to third embodiments described above, the
図8は、本実施形態に係る力覚センサ1Dの例を示す斜視図(概略図)であり、図9(A)はその平面図(概略図)であり、図9(B)はその正面図(概略図)である(信号処理部および配線は不図示)。第4の実施形態では、既に説明した実施形態と相違する点を中心に説明する。
FIG. 8 is a perspective view (schematic diagram) showing an example of a
本実施形態では、例えば角柱状の素体に切削加工、レーザ加工、または放電加工若しくはこれらの複合加工等を施して起歪体2が成形される。ビーム部20は、受力部12のZ軸方向の中心軸P1に対して回転対称位置に4つ配されている。
In the present embodiment, the
本実施形態では、Z軸方向を上方とすると、受力部12の上部は、アーム部14および固定部19の上面から突出している。これにより、固定部19に形成された貫通孔19aにボルト等を通して載置台等に組み付けた状態で、受力部12に形成された取り付け穴12aに測定治具等をボルト等で取り付け易く、また、測定治具等が大きく変位しても固定部19に当接しない構造となっている。固定部19の下部は、切り欠き部19eが形成されている。これにより、固定部19に形成された貫通孔19aにボルト等を通して載置台等に組み付けた状態で、フレクシャ部16、18が、載置台等に当接しない構造となっている。ここでは、起歪体2は、平面視で、正方形状となっている。なお、この例に限定されず、起歪体2は平面視で円形状とすることができる。
In the present embodiment, when the Z-axis direction is upward, the upper portion of the
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、6軸力覚センサに適用した場合について説明した。これに限らず、1軸、3軸など軸数を減らした力覚センサへも適用することができる。また、上述の実施形態では、ビーム部20を3つまたは4つ有する例について説明した。これに限らず、ビーム部20を5つ以上有する構成とすることができる。起歪体2は、上述の切削加工、レーザ加工、または放電加工若しくはこれらの複合加工等に限られず、エッチング法、ダイキャスト法、プレス加工、3Dプリンタ技術等既知の加工技術が適用できる。
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the present invention. For example, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a 6-axis force sensor has been described. The present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a force sensor with a reduced number of axes such as one axis and three axes. In the above-described embodiment, an example in which three or four
例えば、ブリッジ回路を構成する複数の歪みゲージ41〜48をビーム部に設けるにあたり、予めブリッジ回路を構成するよう接続された所定数の歪みゲージを、ブリッジ形成された歪みゲージASSY(assembly)として貼り付けることができる。
For example, when a plurality of
上述の、歪みゲージ41〜48の配設において、外側面20aは、内側面と比較して、スパッタリング法や真空蒸着法を用いることが容易な位置であり、スパッタリング法や真空蒸着法を用いて、歪みゲージ41〜48を同時に形成することによって、生産性が飛躍的に向上し、また、同時形成によって歪みゲージ同士の互いの位置ずれを防止することも可能となる。
In the arrangement of the strain gauges 41 to 48 described above, the
1、1A、1B,1C、1D 力覚センサ
2 起歪体
6 テーブル
8 ベース
9 連結部
12 受力部
14 アーム部
16、18 フレクシャ部
16a、18a 配置エリア
19 固定部
19f 外周面
19g 連結部
20 ビーム部
20a 外側面
21 第1ブリッジ回路(Fz、Mx、My検出用ブリッジ回路)
22 第2ブリッジ回路(Fx、Fy、Mz検出用ブリッジ回路)
41〜48 歪みゲージ
P1 中心軸
DESCRIPTION OF
22 Second bridge circuit (Fx, Fy, Mz detection bridge circuit)
41-48 strain gauge P1 center axis
Claims (8)
前記起歪体は、前記中心軸上に位置する受力部と、前記受力部に対して前記ビーム部を介して固定される固定部と、を有し、
前記ビーム部は、前記受力部と連結されるアーム部と、前記アーム部の延在方向と交差する方向で前記アーム部の両側にそれぞれ連結されるフレクシャ部と、を有し、
前記複数の歪みゲージは、前記固定部の外周面と隣り合う位置の前記外側面にのみ設けられること
を特徴とする力覚センサ。 A strain-generating body having three or more beam portions provided at rotationally symmetric positions with respect to the central axis, and a plurality of strain gauges provided on the outer surface of the beam portion,
The strain body includes a force receiving portion located on the central axis, and a fixing portion fixed to the force receiving portion via the beam portion,
The beam portion includes an arm portion coupled to the force receiving portion, and a flexure portion coupled to both sides of the arm portion in a direction intersecting the extending direction of the arm portion,
The plurality of strain gauges are provided only on the outer surface at a position adjacent to the outer peripheral surface of the fixed portion.
を特徴とする請求項1記載の力覚センサ。 2. The force sensor according to claim 1, wherein the plurality of strain gauges are respectively provided in a pair of arrangement areas that correspond one-to-one with the flexure portion.
前記外側面を囲む位置に前記連結部および前記固定部が設けられていること
を特徴とする請求項1または請求項2記載の力覚センサ。 A connecting portion connected to the adjacent fixed portions;
The force sensor according to claim 1, wherein the connecting portion and the fixing portion are provided at a position surrounding the outer surface.
を特徴とする請求項1または請求項2記載の力覚センサ。 A table disposed on the central axis and connected to the force receiving portion; and a base disposed on a position opposite to the table on the central axis and connected to the fixed portion. The force sensor according to claim 1 or 2, characterized in that
を特徴とする請求項4記載の力覚センサ。 The table, the strain generating body, and the base are integral structures;
The force sensor according to claim 4.
前記受力部が受ける力のX軸方向の力成分Fx、Y軸方向の力成分Fy、およびZ軸周りのモーメント成分Mzを検出する第2ブリッジ回路と、を有し、
前記複数の歪みゲージは、前記第1ブリッジ回路を構成する第1の歪ゲージ、第2の歪ゲージ、第3の歪ゲージ、および第4の歪ゲージと、
前記第2ブリッジ回路を構成する第5の歪ゲージ、第6の歪ゲージ、第7の歪ゲージ、および第8の歪ゲージと、を有すること
を特徴とする請求項1〜5のいずれか一項記載の力覚センサ。 A first bridge circuit that detects a force component Fz in the Z-axis direction, a moment component Mx around the X axis, and a moment component My around the Y axis of the force received by the force receiving portion;
A second bridge circuit that detects a force component Fx in the X-axis direction, a force component Fy in the Y-axis direction, and a moment component Mz around the Z-axis of the force received by the force receiving portion;
The plurality of strain gauges include a first strain gauge, a second strain gauge, a third strain gauge, and a fourth strain gauge constituting the first bridge circuit,
It has a 5th strain gauge, a 6th strain gauge, a 7th strain gauge, and an 8th strain gauge which constitute the 2nd bridge circuit. The force sensor according to item.
を特徴とする請求項6記載の力覚センサ。 The first strain gauge, the third strain gauge, the second strain gauge, the fourth strain gauge, the fifth strain gauge, the seventh strain gauge, and the sixth strain gauge. The force sensor according to claim 6, wherein the eighth strain gauge is provided at a position that is line-symmetric with respect to the central axis.
を特徴とする請求項6または請求項7記載の力覚センサ。 The first strain gauge, the second strain gauge, the third strain gauge, the fourth strain gauge, the fifth strain gauge, the seventh strain gauge, and the sixth strain gauge. The said 8th strain gauge is provided in the position which becomes axisymmetric with respect to the centerline of the said outer surface in the direction orthogonal to the said center axis | shaft. Force sensor.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021099161A1 (en) * | 2019-11-18 | 2021-05-27 | Sartorius Lab Instruments Gmbh & Co.Kg | Monolithic weighing system and method for producing same |
US20210404896A1 (en) * | 2020-06-29 | 2021-12-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Force sensor |
CN113865771A (en) * | 2021-09-27 | 2021-12-31 | 华北水利水电大学 | Plane frog-imitating parallel two-dimensional force sensor and manufacturing method thereof |
US20220161666A1 (en) * | 2019-04-17 | 2022-05-26 | Mavic Sas | Force measurement sensor |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3492864A (en) * | 1967-04-21 | 1970-02-03 | John B Kraeling | Omnidirectional force transducer measuring device |
JPS59151032A (en) * | 1983-02-18 | 1984-08-29 | Hitachi Ltd | Evaluating and calibrating jig of force sensor |
JPS62217241A (en) * | 1986-03-19 | 1987-09-24 | Fujitsu Ltd | Method for forming thin film resist |
JPH01162124A (en) * | 1987-11-20 | 1989-06-26 | Seb Sa | Calibration of measuring apparatus for force or moment and apparatus pertaining thereto |
JP2003075278A (en) * | 2001-09-07 | 2003-03-12 | Teac Corp | Multi-component force detector |
JP2016070673A (en) * | 2014-09-26 | 2016-05-09 | 株式会社レプトリノ | Force sensor |
-
2017
- 2017-06-05 JP JP2017111108A patent/JP6664742B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3492864A (en) * | 1967-04-21 | 1970-02-03 | John B Kraeling | Omnidirectional force transducer measuring device |
JPS59151032A (en) * | 1983-02-18 | 1984-08-29 | Hitachi Ltd | Evaluating and calibrating jig of force sensor |
JPS62217241A (en) * | 1986-03-19 | 1987-09-24 | Fujitsu Ltd | Method for forming thin film resist |
JPH01162124A (en) * | 1987-11-20 | 1989-06-26 | Seb Sa | Calibration of measuring apparatus for force or moment and apparatus pertaining thereto |
JP2003075278A (en) * | 2001-09-07 | 2003-03-12 | Teac Corp | Multi-component force detector |
JP2016070673A (en) * | 2014-09-26 | 2016-05-09 | 株式会社レプトリノ | Force sensor |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220161666A1 (en) * | 2019-04-17 | 2022-05-26 | Mavic Sas | Force measurement sensor |
WO2021099161A1 (en) * | 2019-11-18 | 2021-05-27 | Sartorius Lab Instruments Gmbh & Co.Kg | Monolithic weighing system and method for producing same |
US20210404896A1 (en) * | 2020-06-29 | 2021-12-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Force sensor |
US11768118B2 (en) * | 2020-06-29 | 2023-09-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Force sensor |
CN113865771A (en) * | 2021-09-27 | 2021-12-31 | 华北水利水电大学 | Plane frog-imitating parallel two-dimensional force sensor and manufacturing method thereof |
CN113865771B (en) * | 2021-09-27 | 2023-11-17 | 华北水利水电大学 | Plane frog-like parallel two-dimensional force sensor and manufacturing method thereof |
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