JP2006308466A - 力検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 力検出装置の検出精度の向上を図る。
【解決手段】 本発明に係る力検出装置において、力検出装置は、１軸方向に加えられた操作者の操作力を検出するものであって、操作力を受ける受力部11と、支持体６上に設置されて、前記１軸方向の力を検出する力検出部５と、支持体６に対し、前記１軸方向に沿う直線上の往復移動が可能に配備され、受力部11が受ける操作力を力検出部５側へ伝播する力伝播体３と、支持体６に設けられて、力伝播体３の往復移動を案内するガイド部と、力伝播体３に枢支されて、前記１軸方向に沿う平面内で揺動が可能な予圧受部２と、予圧受部２の揺動軸を挟んで両側部に連結され、力検出部５に予圧を与える一対のコイルバネ４とを具えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、１軸方向に加えられた操作者の操作力を検出する力検出装置に関するものである。
従来、人力を動力によって補助するパワーアシスト機能を有する台車が提案されている。図１０は従来のパワーアシスト機能付台車(８)の構成を示しており、該パワーアシスト機能付台車(８)の保持部(84)には操作者が操作力を加えるハンドル(80)が設けられ、該ハンドル(80)の両端部には一対の力検出装置(９)(９)が配備されている(例えば特許文献１参照)。
前記保持部(84)はベース保持部(85)上に４本の支柱(83)〜(83)を介して支持されている。
該ベース保持部(85)上には、２つのモータ(82)(82)と該モータ(82)の回転を制御する駆動制御装置(86)とモータ(82)に電力を供給するバッテリー(87)とが配備され、両モータ(82)(82)はそれぞれ一対の車輪(81)(81)に連結されている。
図１１は力検出装置(９)の構成を示しており、前記支柱(83)の上部にはヒンジ(94)が設置され、該ヒンジ(94)にはハンドル(80)の基端部が連結されている。又、ヒンジ(94)の上方には圧力センサーからなるロードセル(93)が配備され、該ロードセル(93)の一端はハンドル(80)に取り付けられ、他端は支柱(83)に取り付けられている。
支柱(83)にはロードセル(93)の上方位置にハンドル係止部(90)が突設されている。該ハンドル係止部(90)には長孔状のハンドル係止孔(91)が開設され、該ハンドル係止孔(91)をハンドル(80)が貫通している。該ハンドル係止部(90)の上方には、ハンドル(80)と支柱(83)の間にバネ(92)が張設され、該バネ(92)によってロードセル(93)に予圧が加えられている。
ハンドル(80)に操作者が操作力を加えるとヒンジ(94)を中心として該ハンドル(80)が揺動する。該操作力を緩めると、バネ(92)の弾性反発力によってハンドル(80)はヒンジ(94)の真上位置に復帰する。
操作者がハンドル(80)に加えた操作力は、各ロードセル(93)の検出値と前記予圧との差から求めることが出来、その力の大きさに応じて駆動制御装置(86)が制御される。
特開平９−２０２２３５号公報
しかしながら、前記力検出装置(９)においては、ヒンジ(94)を中心にハンドル(80)が揺動するので、該ハンドル(80)が少し傾斜した状態で、操作者がハンドル(80)に前進方向に力を加えると、ロードセル(93)にはその力の水平方向の分力と垂直方向の分力が作用することとなり、ロードセル(93)によって水平方向の分力が検知される。ここで、圧力センサーであるロードセル(93)は１軸方向の力のみを検出するものであるにも関わらず、上述の如く、ロードセル(93)には前記１軸方向の力のみならず、これに直交する方向の力が作用するため、水平方向の分力を高精度に検出することが出来なかった。
そこで本発明の目的は、力検出装置の検出精度の向上を図ることである。
本発明に係る力検出装置は、１軸方向に加えられた操作者の操作力を検出するものであって、
前記操作力を受ける受力部(11)と、
支持体(６)上に設置されて、前記１軸方向の力を検出する力検出部(５)と、
前記支持体(６)に対し、前記１軸方向に沿う直線上の往復移動が可能に配備され、前記受力部(11)が受ける操作力を前記力検出部(５)側へ伝播する力伝播体 (３)と、
前記支持体(６)に設けられて、前記力伝播体(３)の往復移動を案内するガイド部と、
前記力伝播体(３)に枢支されて、前記１軸方向に沿う平面内で揺動が可能な予圧受部(２)と、
前記予圧受部(２)の揺動軸を挟んで両側部に連結され、前記力検出部(５)に予圧を与える一対の弾性部材
とを具えている。
上記本発明に係る力検出装置においては、仮に操作者が前記１軸方向に対して斜め方向に操作力を加えると、前記斜め方向に加えられた力は前記１軸方向に沿う分力と前記１軸方向と直交する方向の分力とに分けられ、前記１軸方向の分力によって力伝播体(３)は支持体(６)のガイド部に沿って移動する。又、該１軸方向と直交する方向の分力は支持体(６)によって受け止められる。従って、力検出部(５)には該１軸方向の分力のみが加わり、該１軸方向と直交する方向の分力が加わることはない。
又、予圧受部(２)が一対の弾性部材の弾性反発力の差に応じて回動するので、一対の弾性部材の弾性反発力が等しくなり、力伝播体(３)に対して偏り方向の力が作用することはない。これによって力伝播体(３)は前記１軸方向に沿うスムーズな往復移動が可能となる。
具体的構成において、予圧受部(２)の中央部が力検出部(５)を押圧して、該力検出部(５)に予圧が与えられると共に、力伝播体(３)によって伝播される操作力が該力検出部(５)に与えられる。
又、具体的構成において、一対の弾性部材は、力検出部(５)を挟んでその両側を１軸方向に伸びる一対のコイルバネ(４)(４)から構成され、各コイルバネ(４)は、予圧受部(２)と支持体(６)との間に張設されている。
該具体的構成においては、一対のコイルバネ(４)(４)が力検出部(５)の両側のスペースに設置されることによって、全体がコンパクトとなり、これによって力検出装置を小型化することが出来る。
更に、具体的構成において、力伝播体(３)は、前記ガイド部の表面に沿って転動する複数のローラ(30)を具えている。
該具体的構成によれば、力伝播体(３)は殆ど抵抗を受けることなくスムーズに移動することになる。
本発明に係る力検出装置によれば、高い検出精度が得られる。
以下、本発明に係る力検出装置をパワーアシスト機能付台車に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
図１に示す如く、本発明のパワーアシスト機能付き台車(13)は、荷台(17)を具え、該荷台(17)の裏面には、一対の駆動輪(14)(14)が台車(13)の進行方向の前部に配備されると共に、一対の補助輪(15)(15)が台車(13)の後部に配備されている。両駆動輪(14)(14)には、モータ(18)(18)が連結されている。荷台(17)の後端部には、一対の支持部材(16)(16)が立設され、両支持部材(16)(16)上には支持体(６)が配備され、該支持体(６)を構成しているトッププレート(60)とベースプレート(61)の両側部に一対の力検出装置(１)(１)が配備されている。２つの力検出装置(１)(１)には、操作者が把持して操作力を加えるべきハンドル(10)が架設されており、操作者がハンドル(10)に対して力を加えると、２つの力検出装置(１)(１)が台車(13)の前進・後退方向の操作力を検知し、該検知結果に基づいて、両モータ(18)(18)に与えるトルクや回転方向を制御することにより、パワーアシスト機能を実現している。
前記支持体(６)を構成するベースプレート(61)は支持部材(16)(16)の上端部に固定されている。図２に示す如く、トッププレート(60)とベースプレート(61)とは互いに対向する位置にて、複数本の支柱(62)を介して互いに連結されている。
支持体(６)のトッププレート(60)の裏面には前記前進・後退方向に沿う１軸方向に沿って伸びる溝状のトップレール(64)が形成され、支持体(６)のベースプレート(61)の表面には前記１軸方向に伸びる溝状のベースレール(65)が形成されており、両レール(64)(65)は互いに対向している。
尚、両力検出装置(１)(１)はハンドル(10)の中央部から前記１軸方向に伸びる中心線に対して左右対称な構造を有しているので、以下、一方の力検出装置(１)のみについて説明する。
図２に示す如く、ハンドル(10)の端部には受力部(11)が取り付けられている。該受力部(11)は図３に示す如く開口(12)を有し、該開口(12)に図２に示すハンドル(10)の端部が嵌合している。
図３に示す如く、受力部(11)には力伝播体(３)が連結され、該力伝播体(３)の上部と下部にはそれぞれ２個のローラ(30)(30)が並設されている。上部の２個のローラ(30)(30)は前記トップレール(64)に沿って転動し、下部の２個のローラ(30)(30)はベースレール(65)に沿って転動する。
力伝播体(３)の端部には上下に伸びるステー状の予圧受部(２)が中央部にて枢支されている。
図６及び図７に示す如く、力伝播体(３)は一対の側板(31a)(31b)を具え、両側板(31a)(31b)は、予圧受部(２)側の端部が予圧受部(２)に向かって突出した形状を有している。一方の側板(31a)には５つの軸部(32)〜(32)が取り付けられ、他方の側板(32b)には該軸部(32)〜(32)と対向する位置に５つの孔(33)〜(33)が開設されている。４つのローラ(30)の中心部に開設された４つの孔(35)〜(35)に４つの軸部(32)〜(32)が貫通し、側板(31b)の４つの孔(33)〜(33)に側板(31a)の４つの軸部(32)〜(32)が嵌合している。又、予圧受部(２)の中央部に開設された軸孔(21)に軸部(32)が貫通し、側板(31b)の孔(33)に側板(31a)の軸部(32)が嵌合することにより、両側板(31a)(32b)が連結されている。これによって、予圧受部(２)は１軸方向に沿う平面内で揺動可能に力伝播体(３)に支持されることとなる。
図３に示す如く、予圧受部(２)の両端部にはバネ掛け孔(20)(20)が開設されている。
図３に示す受力部(11)と反対側の支持体(６)の端部には垂直プレート(63)が配備され、該垂直プレート(63)はベースプレート(61)に設置されている。垂直プレート(63)の上部と下部にはバネポスト(７)(７)が貫通し、両バネポスト(７)(７)には予圧調節ねじ(70)が螺合すると共に、両バネポスト(７)(７)の端部にはバネ掛け孔(71)が開設されている。ここで、予圧調節ねじ(70)を回転させて、バネポスト(７)を前記１軸方向に移動させることによって、後述するコイルバネ(４)を弾性変形させ、これによって力検出部(５)にかかる予圧を調節することが出来る。
図４に示す如く、予圧受部(２)と垂直プレート(63)との間には力検出部(５)が配備されている。該力検出部(５)は、前記１軸方向の押圧力のみを検出することが可能な圧力センサーからなる力検出センサー(50)と、該力検出センサー(50)をベースプレート(61)上に支持する一対の支持部(51)(51)とから構成されている。
図５に示す如く、力検出部(５)の上方と下方には一対のコイルバネ(４)(４)が配備され、該コイルバネ(４)(４)は、前記予圧受部(２)のバネ掛け孔(20)(20)と垂直プレート(63)のバネ掛け部(71)(71)との間に張設されている。コイルバネ(４)(４)の弾性反発力によって、予圧受部(２)の前方中央部が力検出センサー(50)を前記１軸方向に押圧し、これにより、該力検出センサー(50)に予圧が与えられている。従って、図２に示すハンドル(10)に外力が加えられていないときには、力検出センサー(50)によって一定の予圧が検出され、ハンドル(10)に外力が加えられたときには、力検出センサー(50)によって予圧と外力の合力が検出されることになる。
上記本発明に係る力検出装置によれば、操作者がハンドル(10)に水平方向に対して斜め方向の力を加えると、該力は水平方向の分力と垂直方向の分力に分けられる。力伝播体(３)は前記１軸方向に移動可能で、前記１軸方向と直交する方向への移動は拘束されているので、垂直方向の分力は支持体(６)のトップレール(64)或いはベースレール(65)により受け止められる。従って、力検出センサー(50)には前記１軸方向の力のみが加わり、前記１軸方向と直交する方向の力が加わることはないので、精度良く力を検出することが出来る。
又、１軸方向に沿う平面内で揺動が可能な予圧受部(２)に一対のコイルバネ(４)(４)が連結されており、予圧受部(２)が一対のコイルバネ(４)(４)の弾性反発力の差に応じて回動するので、一対のコイルバネ(４)(４)の弾性反発力が等しくなり、力伝播体(３)に対して偏り方向の力が作用することはない。これによって力伝播体(３)は前記１軸方向に沿うスムーズな往復移動が可能となる。
上記力検出装置(１)においては、図４に示す如く、力検出センサー(50)を挟んで両側に一対のコイルバネ(４)(４)が張設されているので、全体がコンパクトとなり、これによって力検出装置を小型化することが出来る。
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施例によれば、予圧受部(２)によって力検出センサー(50)を押圧しているが、図８及び図９に示す如く、力伝播体(３)側の端部が予圧受部(２)よりも力検出センサー(50)側に突出して該予圧受部(２)を包囲するような突部(34)を形成することにより、力伝播体(３)によって力検出センサー(50)を押圧することも可能である。
又、力検出センサー(50)は一般的なロードセルの他に、超磁歪式センサーや感圧ゴム式センサーなどを使用することが出来る。
本発明に係るパワーアシスト機能付台車の斜視図である。 本発明に係る力検出装置の斜視図である。 本発明に係る力検出装置の側面図である。 力検出装置の構成を示す斜視図である。 図４の一部を省略して示す斜視図である。 力伝播体の斜視図である。 力伝播体を分解した状態を示す斜視図である。 別の実施形態に係る力検出装置の一部を省略した斜視図である。 図８の一部を拡大して示す斜視図である。 従来のパワーアシスト機能付台車の斜視図である。 従来の力検出装置の斜視図である。
符号の説明
(１) 力検出装置
(10) ハンドル
(11) 受力部
(13) パワーアシスト機能付台車
(２) 予圧受部
(３) 力伝播体
(４) コイルバネ
(５) 力検出装置
(50) 力検出センサー
(６) 支持体
(60) トッププレート
(61) ベースプレート
(64) トップレール
(65) ベースレール
(７) バネポスト

Claims (4)

  1. １軸方向に加えられた操作者の操作力を検出する力検出装置において、
    前記操作力を受ける受力部(11)と、
    支持体(６)上に設置されて、前記１軸方向の力を検出する力検出部(５)と、
    前記支持体(６)に対し、前記１軸方向に沿う直線上の往復移動が可能に配備され、前記受力部(11)が受ける操作力を前記力検出部(５)側へ伝播する力伝播体(３)と、
    前記支持体(６)に設けられて、前記力伝播体(３)の往復移動を案内するガイド部と、
    前記力伝播体(３)に枢支されて、前記１軸方向に沿う平面内で揺動が可能な予圧受部(２)と、
    前記予圧受部(２)の揺動軸を挟んで両側部に連結され、前記力検出部(５)に予圧を与える一対の弾性部材
    とを具えたことを特徴とする力検出装置。
  2. 前記予圧受部(２)の中央部が前記力検出部(５)を押圧して、該力検出部(５)に予圧が与えられると共に、力伝播体(３)によって伝播される操作力が該力検出部(５)に与えられる請求項１に記載の力検出装置。
  3. 前記一対の弾性部材は、前記力検出部(５)を挟んでその両側を前記１軸方向に伸びる一対のコイルバネ(４)(４)から構成され、各コイルバネ(４)は、前記予圧受部(２)と支持体(６)との間に張設されている請求項１又は請求項２に記載の力検出装置。
  4. 前記力伝播体(３)は、前記ガイド部の表面に沿って転動する複数のローラ(30)を具えている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の力検出装置。
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