JPH05113376A - Tip contact force detection device for robot - Google Patents
Tip contact force detection device for robotInfo
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- JPH05113376A JPH05113376A JP27293691A JP27293691A JPH05113376A JP H05113376 A JPH05113376 A JP H05113376A JP 27293691 A JP27293691 A JP 27293691A JP 27293691 A JP27293691 A JP 27293691A JP H05113376 A JPH05113376 A JP H05113376A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ロボット用検出装置に
係り、特にロボット用先端接触力検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a robot detector, and more particularly to a robot tip contact force detector.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ロボットの先端部１が作業対象物
から受ける反力の大きさと方向を検出するためには、図
５に模式的に示すようにロボットの先端部材２に直交す
る３方向の応力モーメントを検出できるように歪みゲー
ジ３ａ、３ｂ、３ｃを張り付け、これらの歪みゲージ３
ａ、３ｂ、３ｃの信号からロボットの先端部１が作業対
象物から受ける反力の大きさと方向を検出していた。2. Description of the Related Art Conventionally, in order to detect the magnitude and direction of a reaction force received by a tip 1 of a robot from a work object, three directions orthogonal to a tip member 2 of the robot are schematically shown in FIG. The strain gauges 3a, 3b, 3c are attached so that the stress moment of the strain gauge 3 can be detected.
The magnitude and direction of the reaction force received by the distal end portion 1 of the robot from the work target is detected from the signals a, 3b, and 3c.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、小型の
ロボットの場合、先端部１の先端部材２に歪みゲージ３
ａ、３ｂ、３ｃを張り付けることは容易でない。また、
張り付けることが可能であっても先端部１から歪みゲー
ジ３ａ、３ｂ、３ｃの信号を制御装置に送るための配線
が煩雑である。また、配線ができたとしても、配線材そ
のものが空間的な障害物となったり物理的な負荷となっ
たりしてロボットの動作の妨げとなる。However, in the case of a small robot, the strain gauge 3 is attached to the tip member 2 of the tip portion 1.
It is not easy to attach a, 3b and 3c. Also,
Even if it can be attached, the wiring for sending the signals of the strain gauges 3a, 3b, 3c from the tip portion 1 to the control device is complicated. Even if wiring is possible, the wiring material itself becomes a spatial obstacle or a physical load, which hinders the operation of the robot.
【０００４】また、先端部材２に歪みゲージ３ａ、３
ｂ、３ｃを張り付けて検出感度を得るためには、先端部
材２に剛性の低い部材を用いる必要がある。しかし、先
端部材２に剛性の低い部材を用いると、ロボットの先端
部１の剛性まで低下させてしまうという問題点があっ
た。In addition, the strain gauges 3a, 3
In order to attach b and 3c to obtain detection sensitivity, it is necessary to use a member having low rigidity as the tip member 2. However, if a member having low rigidity is used for the tip member 2, there is a problem that the rigidity of the tip portion 1 of the robot is lowered.
【０００５】さらに、従来方式のように先端部１にのみ
検出位置がある場合には、先端部１以外で作業対象物や
障害物に接触したことを検出することができなかった。Further, when there is a detection position only at the tip portion 1 as in the conventional method, it is not possible to detect that the object other than the tip portion 1 has come into contact with a work target or an obstacle.
【０００６】そこで本発明の目的は、上記従来技術が有
する問題点を解消し、小型のロボットにも容易に適用で
きる装置であって、ロボットの先端部の剛性の低下を招
かず、先端部以外でも作業対象物や障害物の接触も検出
可能なロボット用先端接触力検出装置を提供することで
ある。Therefore, an object of the present invention is a device which solves the problems of the above-mentioned conventional technique and can be easily applied to a small robot, without causing deterioration of the rigidity of the tip portion of the robot, and other than the tip portion. However, it is an object of the present invention to provide a tip contact force detection device for a robot that can detect contact with a work target or an obstacle.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ロボットの先端部が作業対象物に接触す
る力を検出する無指向性の先端部接触力検出器と、ロボ
ットの先端部が作業対象物から受ける力により生じる互
いに平行でない２つの回転モーメントを検出する第１モ
ーメント検出器および第２モーメント検出器と、前記先
端部接触力検出器によって検出した無指向性の力と前記
第１モーメント検出器および第２モーメント検出器によ
って検出した回転モーメントとからロボットの先端部が
作業対象物に接触する力の成分を演算する信号処理装置
とを備えることを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention provides an omnidirectional tip contact force detector for detecting the force with which the tip portion of a robot contacts a work object, and a robot. A first moment detector and a second moment detector that detect two rotational moments that are not parallel to each other that are generated by the force that the tip receives from the work object; and an omnidirectional force that is detected by the tip contact force detector. A signal processing device for calculating a component of a force with which the tip portion of the robot contacts the work target based on the rotation moments detected by the first moment detector and the second moment detector.
【０００８】[0008]
【作用】ロボットの先端部が作業対象物に接触する力を
無指向性の先端部接触力検出器によって検出し、ロボッ
トの先端部が作業対象物から受ける力により生じる互い
に平行でない２つの回転モーメントを第１モーメント検
出器および第２モーメント検出器によって検出し、演算
によりロボットの先端部が作業対象物に接触する力の大
きさおよび方向を求める。先端部接触力検出器のみがロ
ボットの先端部にあればよく、第１モーメント検出器お
よび第２モーメント検出器はロボットの先端部にある必
要はない。The action of the robot tip end contacting the work object is detected by the omnidirectional tip contact force detector, and two non-parallel rotational moments generated by the force received by the robot tip end from the work object are detected. Is detected by the first moment detector and the second moment detector, and the magnitude and direction of the force with which the tip of the robot contacts the work object are calculated by calculation. Only the tip contact force detector need be on the tip of the robot, and the first and second moment detectors need not be on the tip of the robot.
【０００９】[0009]
【実施例】以下本発明によるロボット用先端接触力検出
装置の実施例を図１乃至図４を参照して説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a tip contact force detecting device for a robot according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
【００１０】図１および図２を参照して本発明の第１実
施例を説明する。図１に示すように紙面上の上方にｘ
軸、右方にｚ軸、および紙面に垂直な上方向にｙ軸をと
る座標系において説明する。A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in FIG.
The description will be given in the coordinate system in which the axis is the z axis to the right, and the y axis is an upward direction perpendicular to the paper surface.
【００１１】図１において、符号１０はロボットのアー
ムを示し、アーム１０の先端部１１には先端部１１が作
業対象物に接触する力Ｆの大きさを検出する無指向性の
先端部接触力検出器１２が装着されている。力Ｆはｘ，
ｙ，ｚの各軸方向の成分をＦ＝（ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ）
と、力Ｆの大きさをＡＢＳＦと表す。In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an arm of a robot, and a tip end portion 11 of the arm 10 has an omnidirectional tip end contact force for detecting the magnitude of a force F with which the tip end portion 11 contacts a work object. A detector 12 is attached. Force F is x,
F = (fx, fy, fz) is the component of y and z in each axial direction.
And the magnitude of the force F is expressed as ABS F.
【００１２】また、アーム１０の先端部１１と反対側の
後端部１３の上部には歪みゲージ１４が装着され、後端
部１３の側部には歪みゲージ１５が装着されている。歪
みゲージ１４は先端部１１が作業対象物から受ける力Ｆ
のｘ方向成分ｆｘにより生じる回転モーメントＭｘを検
出する。また、歪みゲージ１５は先端部１１が作業対象
物から受ける力Ｆのｙ方向成分ｆｙにより生じる回転モ
ーメントＭｙを検出する。A strain gauge 14 is mounted on an upper portion of a rear end portion 13 of the arm 10 opposite to the tip portion 11, and a strain gauge 15 is mounted on a side portion of the rear end portion 13. The strain gauge 14 has a force F that the tip 11 receives from the work object.
The rotation moment Mx generated by the x-direction component fx of is detected. Further, the strain gauge 15 detects a rotational moment My that is generated by the y-direction component fy of the force F that the tip 11 receives from the work target.
【００１３】また、検出装置には信号処理装置２０が設
けられており、先端部接触力検出器１２および歪みゲー
ジ１４、１５からの信号は電線１６、１７、１８を各々
介して信号処理装置２０に送られる。Further, the detection device is provided with a signal processing device 20, and the signals from the tip end contact force detector 12 and the strain gauges 14, 15 are transmitted through the electric wires 16, 17, 18 respectively to the signal processing device 20. Sent to.
【００１４】次に図２に先端部接触力検出器１２の具体
的な構成を示す。図２において、先端部接触力検出器１
２は作業対象物と接触する接触子３０を有する。接触子
３０は一端に開口３１ａを有するゴムキャップ３１と、
このゴムキャップ３１の内部に封入された封入液体３２
を有する。開口３１ａにはチューブ３３の一端が接続さ
れ、チューブ３３の他端は圧力トランスデューサ３４に
接続されている。Next, FIG. 2 shows a specific structure of the tip end contact force detector 12. In FIG. 2, the tip end contact force detector 1
Reference numeral 2 has a contactor 30 that comes into contact with a work target. The contactor 30 includes a rubber cap 31 having an opening 31a at one end,
Filled liquid 32 sealed inside the rubber cap 31
Have. One end of the tube 33 is connected to the opening 31a, and the other end of the tube 33 is connected to the pressure transducer 34.
【００１５】接触子３０が作業対象物に接触して作業対
象物から反力を受けるとゴムキャップ３１が弾性変形
し、この弾性変形により封入液体３２に伝達された圧力
はチューブ３３を介して圧力トランスデューサ３４に伝
達されて電気信号に変換され、電線１６を介して信号処
理装置２０に出力される。When the contact 30 comes into contact with the work object and receives a reaction force from the work object, the rubber cap 31 elastically deforms, and the pressure transmitted to the enclosed liquid 32 by this elastic deformation is applied via the tube 33. The signal is transmitted to the transducer 34, converted into an electric signal, and output to the signal processing device 20 via the electric wire 16.
【００１６】次にこのような構成からなる本実施例の作
用について説明する。Next, the operation of this embodiment having such a configuration will be described.
【００１７】図１において先端部接触力検出器１２の中
心部と歪みゲージ１４、１５との間の長さをＬとする。
歪みゲージ１４、１５によって検出される回転モーメン
トＭｘ、Ｍｙは、式（１）および式（２）のように求め
られる。In FIG. 1, the length between the center of the tip contact force detector 12 and the strain gauges 14, 15 is L.
The rotational moments Mx and My detected by the strain gauges 14 and 15 are obtained as in Expressions (1) and (2).
【００１８】 Ｍｘ＝ｆｘ・Ｌ （１） Ｍｙ＝ｆｙ・Ｌ （２） 式（１）および式（２）より、力Ｆの成分ｆｘ、ｆｙ
は、式（３）および式（４）のように求められる。Mx = fx · L (1) My = fy · L (2) From the equations (1) and (2), the components fx and fy of the force F are obtained.
Is calculated as in equations (3) and (4).
【００１９】 ｆｘ＝Ｍｘ／Ｌ （３） ｆｙ＝Ｍｙ／Ｌ （４） また、力Ｆの大きさＡＢＳＦは式（５）のように与えら
れるので、 （ＡＢＳＦ）２＝ｆｘ２＋ｆｙ２＋ｆｚ２ （５） 式（３）および式（４）を式（５）に代入して、未知の
成分ｆｚは式（６）のように求めることができる。Fx = Mx / L (3) fy = My / L (4) Since the magnitude ABS F of the force F is given by the equation (5), ( ABS F) 2 = fx 2 + fy 2 + Fz 2 (5) By substituting the equations (3) and (4) into the equation (5), the unknown component fz can be obtained as in the equation (6).
【００２０】 ｆｚ＝（（ＡＢＳＦ）２−（Ｍｘ２＋Ｍｙ２）／Ｌ２）１／２ （６） このように式（３）、式（４）および式（６）より、力
Ｆの３方向の成分ｆｘ、ｆｙおよびｆｚを求めることが
できる。信号処理装置２０においては、これらの計算を
電気回路あるいは計算機で実施する。Fz = (( ABS F) 2 − (Mx 2 + My 2 ) / L 2 ) 1/2 (6) As described above, from the formula (3), the formula (4) and the formula (6), the force F The components fx, fy and fz in the three directions can be obtained. In the signal processing device 20, these calculations are performed by an electric circuit or a computer.
【００２１】本実施例の構成によれば、ロボットのアー
ム１０の先端部１１には無指向性の先端部接触力検出器
１２を装着し、アーム１０の後端部１３に装着された歪
みゲージ１４、１５を用いて回転モーメントを検出する
ことにより、先端部１１が作業対象物に接触する力Ｆの
各軸方向の成分ｆｘ、ｆｙおよびｆｚを求めることがで
きる。According to the configuration of this embodiment, the omnidirectional tip contact force detector 12 is attached to the tip 11 of the arm 10 of the robot, and the strain gauge attached to the rear end 13 of the arm 10. By detecting the rotation moment using 14 and 15, the axial components fx, fy and fz of the force F with which the tip 11 contacts the work target can be obtained.
【００２２】また、先端部１１には無指向性の先端部接
触力検出器１２のみを装着し、歪みゲージ１４、１５は
アーム１０の後端部１３に装着することができるので、
小型のロボットにも容易に本実施例の先端接触力検出装
置を取り付けることができる。Since only the non-directional tip contact force detector 12 can be mounted on the tip portion 11 and the strain gauges 14, 15 can be mounted on the rear end portion 13 of the arm 10,
The tip contact force detection device of this embodiment can be easily attached to a small robot.
【００２３】また、先端部１１から信号処理装置２０へ
の信号配線が少なくなるので、配線材が空間的な障害物
となったり物理的な負荷となったりしてロボットの動作
の妨げとなることがない。Further, since the signal wiring from the tip portion 11 to the signal processing device 20 is reduced, the wiring material becomes a spatial obstacle or a physical load, which hinders the operation of the robot. There is no.
【００２４】また、先端部１１に歪みゲージを張り付け
て検出感度を得ようとすれば、先端部１１に剛性の低い
部材を用いる必要があるが、先端部１１に歪みゲージを
取り付ける必要がないので、ロボットの先端部１１の剛
性の低下を招くことがない。In order to obtain detection sensitivity by attaching a strain gauge to the tip portion 11, it is necessary to use a member having low rigidity for the tip portion 11, but it is not necessary to attach the strain gauge to the tip portion 11. Therefore, the rigidity of the tip portion 11 of the robot does not decrease.
【００２５】また、先端部接触力検出器１２に検出信号
が検出されず、かつ、歪みゲージ１４、１５に検出信号
が検出された場合には、先端部１１以外で作業対象物と
の接触があると判断することが可能となる。この判断は
図示しない判断装置によって行うことができる。If no detection signal is detected by the tip end contact force detector 12 and no detection signal is detected by the strain gauges 14 and 15, contact with the work object other than the tip end portion 11 will occur. It is possible to determine that there is. This judgment can be made by a judgment device (not shown).
【００２６】次に、図３および図４を参照して本発明の
第２実施例を説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
【００２７】第１実施例では、先端部接触力検出器１２
の中心部と歪みゲージ１４、１５との間の長さＬは一定
であった。これに対し本実施例では、一般のロボットが
多関節であることを考慮し、３自由度を有する３個のリ
ンクを持つ多関節ロボットに本発明を適用した場合であ
る。In the first embodiment, the tip end contact force detector 12 is used.
The length L between the center of the strain gauge and the strain gauges 14 and 15 was constant. On the other hand, the present embodiment is a case where the present invention is applied to a multi-joint robot having three links having three degrees of freedom, considering that a general robot has multiple joints.
【００２８】図３において、符号４１、４２、４３は回
転軸を示し、回転軸４１は紙面に平行であり、回転軸４
２、４３は紙面に垂直である。また符号４４、４５、４
６はアームを示し、アーム４４は回転軸４１の回りに回
転自在であり、アーム４５は回転軸４２の回りに回転自
在であり、アーム４６は回転軸４３の回りに回転自在で
ある。アーム４４の根元には回転軸４１の回転方向の回
転モーメントを検出するための歪みゲージ４８が装着さ
れ、アーム４５の根元には回転軸４２の回転方向の回転
モーメントを検出するための歪みゲージ４９が装着され
ている。またアーム４６の先端部５０には無方向性の先
端部接触力検出器１２が装着されている。In FIG. 3, reference numerals 41, 42 and 43 denote rotating shafts, the rotating shaft 41 being parallel to the paper surface, and the rotating shaft 4
2 and 43 are perpendicular to the paper surface. Also, reference numerals 44, 45, 4
Reference numeral 6 denotes an arm, the arm 44 is rotatable about the rotation shaft 41, the arm 45 is rotatable about the rotation shaft 42, and the arm 46 is rotatable about the rotation shaft 43. A strain gauge 48 for detecting the rotation moment of the rotation shaft 41 in the rotation direction is attached to the base of the arm 44, and a strain gauge 49 for detecting the rotation moment of the rotation shaft 42 in the rotation direction is attached to the base of the arm 45. Is installed. A non-directional tip contact force detector 12 is attached to the tip 50 of the arm 46.
【００２９】回転軸４１と回転軸４２の間の長さを
Ｌ１、回転軸４２と回転軸４３の間の長さをＬ２、回転
軸４３と先端部接触力検出器１２の間の長さをＬ３、歪
みゲージ４８と先端部接触力検出器１２の間の長さを１
Ｌ、歪みゲージ４９と先端部接触力検出器１２の間の長
さを２Ｌとする。ここで簡単のため、歪みゲージ４８、
４９は各々回転軸４１、４２の位置にあるとする。The length between the rotary shaft 41 and the rotary shaft 42 is L 1 , the length between the rotary shaft 42 and the rotary shaft 43 is L 2 , and the length between the rotary shaft 43 and the tip end contact force detector 12 is L 2 . Is L 3 , and the length between the strain gauge 48 and the tip contact force detector 12 is 1
L, the length between the strain gauge 49 and the tip end contact force detector 12 is 2 L. For the sake of simplicity, the strain gauge 48,
It is assumed that 49 is at the positions of the rotary shafts 41 and 42, respectively.
【００３０】先端部接触力検出器１２による検出される
力の大きさをＡＢＳＦ、歪みゲージ４８、４９によって
検出される回転モーメントを各々Ｍ１、Ｍ２とする。The magnitude of the force detected by the tip end contact force detector 12 is ABS F, and the rotational moments detected by the strain gauges 48, 49 are M 1 and M 2 , respectively.
【００３１】また、図３に示すように紙面上の左方にｘ
軸、下方にｚ軸、および紙面の垂直下方にｙ軸をとる座
標系を採用する。回転軸４１はｚ軸に、アーム４４はｘ
軸にある。この座標系において、アーム４６の先端部が
作業対象物から受ける接触力Ｆのｘ、ｙ、ｚの各軸方向
の成分をｆｘ、ｆｙ、ｆｚとする。また、各回転軸４
１，４２，４３の初期位置からの回転角度をそれぞれθ
１、θ２、θ３とする。Further, as shown in FIG. 3, x is to the left on the paper surface.
A coordinate system having an axis, a z-axis downward, and a y-axis perpendicularly below the paper surface is adopted. The rotary shaft 41 is the z-axis, and the arm 44 is the x-axis.
On the axis. In this coordinate system, the components of the contact force F that the tip of the arm 46 receives from the work object in the axial directions of x, y, and z are fx, fy, and fz. Also, each rotary shaft 4
The rotation angles of 1, 42, 43 from the initial position are θ
Let 1 , θ 2 , and θ 3 .
【００３２】歪みゲージ４８で検出される回転モーメン
トＭ１は、先端部接触力検出器１２からｚ軸に下した垂
線の長さ１Ｌ´と紙面垂直方向の接触力成分ｆｙとに依
存する。The rotational moment M 1 detected by the strain gauge 48 depends on the length 1 L'of the perpendicular line drawn from the tip contact force detector 12 to the z axis and the contact force component fy in the direction perpendicular to the paper surface.
【００３３】１Ｌ´は式（７）に示すようになる。 1 L ′ is as shown in Expression (7).
【００３４】 １Ｌ´＝Ｌ１＋Ｌ２・ｃｏｓθ２＋Ｌ３・ｃｏｓ（θ２＋θ３） （７） また、Ｍ１は式（８）に示すようになる。 1 L ′ = L 1 + L 2 · cos θ 2 + L 3 · cos (θ 2 + θ 3 ) (7) Further, M 1 is represented by the equation (8).
【００３５】 Ｍ１＝（Ｌ１＋Ｌ２・ｃｏｓθ２＋Ｌ３・ｃｏｓ（θ２＋θ３））・ｆｙ （８） したがって、式（８）より、ｆｙは式（９）に示すよう
に求めることができる。M 1 = (L 1 + L 2 · cos θ 2 + L 3 · cos (θ 2 + θ 3 )) · fy (8) Therefore, from equation (8), fy should be obtained as shown in equation (9). You can
【００３６】 ｆｙ＝Ｍ１／（Ｌ１＋Ｌ２・ｃｏｓθ２＋Ｌ３・ｃｏｓ（θ２＋θ３）） （９） 次に図４を参照してｆｘ、ｆｚの求め方を説明する。Fy = M 1 / (L 1 + L 2 · cos θ 2 + L 3 · cos (θ 2 + θ 3 )) (9) Next, a method of obtaining fx and fz will be described with reference to FIG.
【００３７】先端部接触力検出器１２による検出される
力の大きさＡＢＳＦのうちｆｙ成分を除いた大きさを
ＡＢＳＦｘｚで表す。また先端部接触力検出器１２の位
置座標を（Ｐｘ、０、Ｐｚ）、歪みゲージ４９の位置座
標を（Ｐ２ｘ、０、Ｐ２ｚ）、歪みゲージ４９と先端部
接触力検出器１２とを結ぶ直線とｘ軸とのなす角度を
ω、歪みゲージ４９と先端部接触力検出器１２とを結ぶ
直線と力Ｆｘｚの方向とのなす角度をξとする。ここ
で、力Ｆｘｚは力Ｆの成分ｆｘおよびｆｚをベクトル合
成した力を表す。The magnitude of the force ABS F detected by the tip contact force detector 12 excluding the fy component is defined as
It is represented by ABS F xz . The position coordinates of the tip contact force detector 12 are (P x , 0, P z ), the position coordinates of the strain gauge 49 are (P 2x , 0, P 2z ), the strain gauge 49 and the tip contact force detector 12 are shown. Let ω be the angle formed by the straight line connecting with and the x-axis, and let ξ be the angle formed by the line connecting the strain gauge 49 and the tip contact force detector 12 with the direction of the force F xz . Here, the force F xz represents a force obtained by vector-synthesizing the components fx and fz of the force F.
【００３８】図４を参照して、式（１０）乃至式（１
３）が成立することがわかる。Referring to FIG. 4, equations (10) to (1)
It can be seen that 3) holds.
【００３９】 Ｐ２ｘ＝Ｌ１ （１０） Ｐ２ｚ＝０ （１１） Ｐｘ＝Ｌ１＋Ｌ２・ｃｏｓθ２＋Ｌ３・ｃｏｓ（θ２＋θ３）（１２） Ｐｚ＝Ｌ２・ｓｉｎθ２＋Ｌ３・ｓｉｎ（θ２＋θ３） （１３） 角度ξを用いると、 Ｍ２＝２Ｌ・ｓｉｎξ・ＡＢＳＦｘｚ （１４） と表すことができるので、 ξ＝ｓｉｎ−１（Ｍ２／（２Ｌ・ＡＢＳＦｘｚ）） （１５） また、角度ωは式（１６）のように表すことができる。P 2x = L 1 (10) P 2z = 0 (11) P x = L 1 + L 2 · cos θ 2 + L 3 · cos (θ 2 + θ 3 ) (12) P z = L 2 · sin θ 2 + L 3 · sin (θ 2 + θ 3 ) (13) Using the angle ξ, it can be expressed as M 2 = 2 L · sin ξ · ABS F xz (14), so ξ = sin− 1 (M 2 / ( 2 L · ABS F xz )) (15) Further, the angle ω can be expressed as in Expression (16).
【００４０】 ω＝ｔａｎ−１（（Ｐｚ−Ｐ２ｚ）／（Ｐｘ−Ｐ２ｘ）） （１６） となる。角度ξ、ωは検出可能の既知の量で表すことが
できる。Ω = tan− 1 ((P z −P 2 z ) / (P x −P 2x )) (16) The angles ξ and ω can be represented by known amounts that can be detected.
【００４１】ｆｘ、ｆｚは式（１５）および式（１６）
で求めた角度ξ、ωを用いると、 ｆｘ＝ＡＢＳＦｘｚ・ｃｏｓ（ω−ξ） （１７） ｆｚ＝ＡＢＳＦｘｚ・ｓｉｎ（ω−ξ） （１８） と算出される。Fx and fz are equations (15) and (16).
By using the angles ξ and ω obtained in, fx = ABS F xz · cos (ω−ξ) (17) fz = ABS F xz · sin (ω−ξ) (18) is calculated.
【００４２】本実施例の構成によれば、３自由度を有す
るロボットにおいても、ロボットのアーム４６の先端部
５０に無指向性の先端部接触力検出器１２を装着し、ア
ーム４４、４５の根元に回転モーメントを検出する歪み
ゲージ４８、４９を装着したので、先端部５０が作業対
象物に接触する力Ｆのｘ、ｙ、ｚの各軸方向の成分ｆ
ｘ、ｆｙおよびｆｚを求めることができる。According to the configuration of this embodiment, even in a robot having three degrees of freedom, the omnidirectional tip contact force detector 12 is attached to the tip portion 50 of the arm 46 of the robot, and the arms 44 and 45 have the same shape. Since the strain gauges 48 and 49 for detecting the rotation moment are attached to the roots, the components f of the force F with which the tip portion 50 contacts the work object in the axial directions x, y, and z.
x, fy and fz can be determined.
【００４３】なお、第２実施例では簡単のため３自由度
のロボットを例にしたが、ｎ自由度（１≦ｎ）のロボッ
トについても適当な幾何学的解法を用いることにより、
ロボットの先端部が作業対象物との接触力の３方向の成
分を求めることができる。In the second embodiment, a robot having three degrees of freedom is taken as an example for the sake of simplicity. However, a robot having n degrees of freedom (1≤n) can be obtained by using an appropriate geometric solution.
The tip portion of the robot can determine the components of the contact force with the work target in three directions.
【００４４】また、２個の歪みゲージは必ずしも直交す
る２方向の回転モーメントを検出する必要はなく、互い
に平行でない２つの回転モーメントを検出するように配
置すればよい。The two strain gauges do not necessarily need to detect rotational moments in two directions orthogonal to each other, but may be arranged so as to detect two rotational moments that are not parallel to each other.
【００４５】また、ロボットの先端部が接触する対象を
作業対象物としたが、ロボットの他のアーム等との接触
であっても本実施例を適用することができる。Further, although the object with which the tip of the robot comes into contact is the work object, the present embodiment can be applied even if it comes into contact with another arm of the robot.
【００４６】[0046]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ロボットの先端部に無指向性の先端部接触力検出器を取
り付け、互いに平行でない２つの回転モーメントを検出
する第１モーメント検出器および第２モーメント検出器
を設けたので、ロボットの先端部が作業対象物と接触す
る力の大きさおよび方向を求めることができる。As described above, according to the present invention,
Since the non-directional tip contact force detector is attached to the tip of the robot and the first moment detector and the second moment detector that detect two rotational moments that are not parallel to each other are provided, the tip of the robot works. The magnitude and direction of the force of contact with the object can be determined.
【図１】本発明によるロボット用先端接触力検出装置の
第１実施例の概略構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of a tip contact force detection device for a robot according to the present invention.
【図２】本発明によるロボット用先端接触力検出装置の
実施例における無指向性の先端部接触力検出器を示す斜
視図。FIG. 2 is a perspective view showing an omnidirectional tip contact force detector in the embodiment of the robot tip contact force detection device according to the present invention.
【図３】本発明によるロボット用先端接触力検出装置の
第２実施例の概略構成を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the robot tip contact force detection device according to the present invention.
【図４】図３の補足説明図。FIG. 4 is a supplementary explanatory diagram of FIG.
【図５】ロボットの先端部が作業対象物から受ける反力
の大きさと方向を検出するための従来の接触力検出器を
示す説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a conventional contact force detector for detecting the magnitude and direction of the reaction force received from the work object by the tip of the robot.
１０ アーム １１ 先端部 １２ 先端部接触力検出器 １３ 後端部 １４ 歪みゲージ（第１モーメント検出器） １５ 歪みゲージ（第２モーメント検出器） １６ 電線 １７ 電線 １８ 電線 ２０ 信号処理装置 ３０ 接触子 ３２ 封入液体 ３３ チューブ ３４ 圧力トランスデューサ ４１ 回転軸 ４２ 回転軸 ４３ 回転軸 ４４ アーム ４５ アーム ４６ アーム ４８ 歪みゲージ ４９ 歪みゲージ ５０ 先端部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Arm 11 Tip part 12 Tip part contact force detector 13 Rear end part 14 Strain gauge (1st moment detector) 15 Strain gauge (2nd moment detector) 16 Electric wire 17 Electric wire 18 Electric wire 20 Signal processing device 30 Contactor 32 Filled liquid 33 Tube 34 Pressure transducer 41 Rotating shaft 42 Rotating shaft 43 Rotating shaft 44 Arm 45 Arm 46 Arm 48 Strain gauge 49 Strain gauge 50 Tip
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小 川 秀 樹 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝総合研究所内 (72)発明者 梅 田 利 也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝総合研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Hideki Ogawa Inventor Hideki Ogawa 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Within Toshiba Research Laboratories (72) Inventor Toshiya Umeda, Ko-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Muko Toshiba Town 1 Stock Company Toshiba Research Institute
Claims (2)
力を検出する無指向性の先端部接触力検出器と、ロボッ
トの先端部が作業対象物から受ける力により生じる互い
に平行でない２つの回転モーメントを検出する第１モー
メント検出器および第２モーメント検出器と、前記先端
部接触力検出器によって検出した無指向性の力と前記第
１モーメント検出器および第２モーメント検出器によっ
て検出した回転モーメントとからロボットの先端部が作
業対象物に接触する力の成分を演算する信号処理装置と
を備えるロボット用先端接触力検出装置。1. An omnidirectional tip contact force detector for detecting a force with which a tip of a robot contacts a work object, and two non-parallel tip force detectors which are not parallel to each other and are generated by a force received by the tip of the robot from the work object. A first moment detector and a second moment detector for detecting a rotation moment, an omnidirectional force detected by the tip contact force detector, and a rotation detected by the first moment detector and the second moment detector. A tip contact force detection device for a robot, comprising: a signal processing device that calculates a component of a force at which the tip of the robot contacts a work object based on a moment.
されず、かつ、前記第１モーメント検出器または第２モ
ーメント検出器の出力信号が検出された場合に、ロボッ
トの先端部以外の位置で作業対象物に接触したと判断す
る判断装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の
ロボット用先端接触力検出装置。2. When the output signal of the tip end contact force detector is not detected and the output signal of the first moment detector or the second moment detector is detected, a portion other than the tip portion of the robot is detected. The tip contact force detection device for a robot according to claim 1, further comprising a determination device that determines that the work object is contacted at a position.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27293691A JPH05113376A (en) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | Tip contact force detection device for robot |
| US07/860,137 US5373747A (en) | 1991-03-30 | 1992-03-30 | Robot hand and robot |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27293691A JPH05113376A (en) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | Tip contact force detection device for robot |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05113376A true JPH05113376A (en) | 1993-05-07 |
Family
ID=17520831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27293691A Pending JPH05113376A (en) | 1991-03-30 | 1991-10-21 | Tip contact force detection device for robot |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05113376A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130127641A (en) * | 2012-05-15 | 2013-11-25 | 삼성전자주식회사 | End effector and remote control apparatus |
| KR20170017580A (en) * | 2015-08-07 | 2017-02-15 | 포항공과대학교 산학협력단 | The method of decompostioning contact force and the haptic apparatus thereof |
-
1991
- 1991-10-21 JP JP27293691A patent/JPH05113376A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130127641A (en) * | 2012-05-15 | 2013-11-25 | 삼성전자주식회사 | End effector and remote control apparatus |
| KR20170017580A (en) * | 2015-08-07 | 2017-02-15 | 포항공과대학교 산학협력단 | The method of decompostioning contact force and the haptic apparatus thereof |
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