JP2006322839A

JP2006322839A - 力検出装置

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Publication number: JP2006322839A
Application number: JP2005146886A
Authority: JP
Inventors: Seiji Murakami; 誠治村上; Naoto Tojo; 直人東條
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-05-19
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2025-05-19
Also published as: JP4761831B2; US7347100B2; US20060272406A1

Abstract

【課題】ハンドルの把持位置に拘わらずハンドルに加えられた外力の方向を正確に検出することが出来る力検出装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る力検出装置１は、支持体４に対し、操作者が把持して操作力を加えるべきハンドル６が、台車の前進・後退方向に沿う第１軸方向とこれに直交する第２軸方向に往復移動可能に配備され、支持体４には、前記第１軸方向の力のみを検出することが可能な一対の力検出部２、２が、前記第２軸方向に離間して配備されている。両力検出部２、２とハンドル６との間には、ハンドル６に加えられた外力を両力検出部２、２に伝達するための力伝播体３が介在し、該力伝播体３の一部が、ハンドル６の円筒状の把持部61内を貫通している。力伝播体３はハンドル６に対して、前記第１軸及び第２軸と直交する第３軸方向に伸びる円柱状の連結軸60によって、該連結軸60回りの相対回転が可能に連結されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、人力を動力によって補助するパワーアシスト付の台車等に用いられ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１８は、従来のパワーアシスト付台車のハンドル(７)の構成を示しており、手押しハンドル(74)の両端部には、それぞれロードセル(71)が取り付けられた一対の接続金具(73)(73)が着脱可能に設けられ、両接続金具(73)(73)は、Ｕ字状のバーハンドル(72)の両端部に嵌入されている。操作者がバーハンドル(72)に対して力を加えると、２つのロードセル(71)(71)がこれを検知し、両ロードセル(71)(71)の検知結果に基づいて、モータ(図示省略)に与えるトルクを制御して、パワーアシスト機能を実現している(特許文献１参照)。

しかしながら、上記従来のハンドル(７)の構成によれば、バーハンドル(72)に台車の前進・後退方向の力が加えられた場合には、２つのロードセル(71)(71)によってこの力を検知することが出来るが、２つのロードセル(71)(71)がＵ字状のバーハンドル(72)の両端部に嵌入されているため、バーハンドル(72)に前記前進・後退方向に直交する左右方向の力が加えられた場合には、２つのロードセル(71)(71)によってはこの力を検知することが出来ない問題があった。

この問題を解決すべく、図１９(ａ)に示す様な力検出装置が提案されている(特許文献２参照)。ハンドル(81)はＣ字状を呈し、該ハンドル(81)の両端部は、一対の板バネ(82)(82)を介して車体(84)に連結されている。各板バネ(82)と対向して車体(84)側には、該板バネ(82)の変位を検知するセンサ(83)が設けられている。

図１９(ａ)に示す如く、ハンドル(81)の中央部に車体(84)の後退方向の力Ｆ１が加えられた場合、２つの板バネ(82)(82)には、引っ張り方向の力が加えられ、これによって、２つの板バネ(82)(82)は同一方向に撓むことになる。
一方、図１９(ｂ)に示す如く、ハンドル(81)の中央部に図中左方向の力Ｆ２が加えられた場合、ハンドル(81)に回転モーメントが作用して、ハンドル(81)が回動し、２つの板バネ(82)(82)の内、左側の板バネ(82)には押圧方向の力が加えられる一方、右側の板バネ(82)には引っ張り方向の力が加えられ、これによって、２つの板バネ(82)(82)は互いに反対方向に撓むことになる。

上述の力検出装置によれば、ハンドル(81)は、一対の板バネ(82)(82)を介して車体(84)に連結されているので、一対のセンサ(83)(83)により検出した２つの板バネ(82)(82)の変位、両板バネ(82)(82)の弾性係数、及びハンドル(81)の形状等に基づいて、ハンドル(81)に対して加えられた車体(84)の前進・後退方向の力のみならず、左右旋回方向の力も検出することが出来る。
特開平６−３０４２０４号公報特許第３１７０４３８号公報

しかしながら、上記力検出装置によれば、操作者がハンドル(81)の中央部から左右方向にずれた位置を把持して前記前進・後退方向の力を加えた場合、ハンドル(81)に回動力が作用して、２つの板バネ(82)(82)は互いに反対方向に変位することになる。ハンドル(81)に加えられた外力は、２つの板バネ(82)(82)の変位に基づいて検出されるので、この場合、ハンドル(81)に対して左右旋回方向の力が加えられたこととなり、この結果、操作者は車体(84)を前進或いは後退させたいにも拘わらず、車体(84)が左右何れかの方向に旋回してしまう問題があった。

この問題を解決する方法として、公知の位置センサ等を用いて操作者がハンドル(81)を把持した位置を検出し、把持位置の検出結果と、一対のセンサ(83)(83)により検出した２つの板バネ(82)(82)の変位に基づいて、ハンドル(81)に加えられた外力を検出する方法が考えられる。しかしながら、この様な方法を用いたとしても、操作者がハンドル(81)を両手で把持し、片手のみに力を加えている場合には、何れの手に力が加えられているのかを判別することは不可能であり、又、仮に外力が加えられた力点を正確に検出することが出来たとしても、ハンドル(81)の両端に加えられた力を検出するためには、両センサ(83)(83)の検出レンジを拡げる必要があり、これによって、ハンドル(81)の中央部に加えられた力に対する検出分解能が悪化してしまう問題があった。
そこで、本発明の目的は、ハンドルの把持位置に拘わらずハンドルに加えられた力の方向を正確に検出することが出来る力検出装置を提供することである。

本発明の力検出装置(１)は、操作者によって被対象物の前後方向及び／又は左右方向に加えられた操作力を検出するためのものであって、支持体(４)に対し、操作者が把持して操作力を加えるべきハンドル(６)が、前記前進・後退方向に沿う第１軸方向とこれに直交する第２軸方向に沿って往復移動可能、且つ前記第１軸及び第２軸に直交する第３軸方向回りの回動が不能に配備され、前記支持体(４)には、前記第１軸方向の力のみを検出することが可能な一対の力検出部(２)(２)が前記第２軸方向に離間して配備される共に、両力検出部(２)(２)とハンドル(６)との間には、ハンドル(６)に加えられた外力を両力検出部(２)(２)に伝達するための力伝播体(３)が介在している。
該力伝播体(３)には、前記一対の力検出部(２)(２)を押圧すべき一対の押圧部(31)(31)が、該力検出部(２)(２)に向けて突設され、該力検出部(２)との係合によって、各押圧部(31)の支持体(４)に対する前記第２軸方向の相対移動が規制されると共に、前記力伝播体(３)は、前記ハンドル(６)に対する前記第３軸回りの相対回転が可能に該ハンドル(６)に連結されている。

上記本発明の力検出装置において、操作者がハンドル(６)の中央部からずれた位置を把持して前記第１軸方向の力を加えた場合、ハンドル(６)は、前記第３軸回りの回動が不能に規制されているので、回動することはなく、支持体(４)に対して前記第１軸方向に相対移動する。ハンドル(６)に加えられた力は、操作者がハンドル(６)に対して力を加えた位置によらず、常に力伝播体(３)の一定位置、即ちハンドル(６)との連結位置に作用することになる。
これによって、力伝播体(３)はハンドル(６)と共に、前記支持体(４)に対して前記第１軸方向に相対移動して、両押圧部(31)(31)が力検出部(２)(２)を押圧する。この結果、両力検出部(２)(２)には、前記第１軸方向に沿う同一方向の力が検出され、これに基づいて、力検出装置(１)を具えた移動体には、前進或いは後退方向の駆動力が与えられることになる。

一方、操作者がハンドル(６)に前記第２軸方向の力を加えた場合、ハンドル(６)は、支持体(４)に対して前記第２軸方向に相対移動する。両押圧部(31)(31)は、力検出部(２)(２)との係合により前記第２軸方向の移動が規制されているので、力伝播体(３)には、前記第３軸回りの回動力が生じることになる。これによって、一方の押圧部(31)は力検出部(２)に接近する方向に移動し、他方の押圧部(31)は力検出部(２)から離間する方向に移動する。この結果、両力検出部(２)(２)には、前記第１軸方向に沿って互いに異なる方向の力が作用し、これに基づいて、力検出装置(１)を具えた移動体には左或いは右旋回方向の駆動力が与えられることになる。

従って、上記本発明の力検出装置(１)によれば、ハンドル(６)の把持位置に拘わらず、ハンドル(６)に加えられた力の大きさや方向を正確に検出することが出来る。

具体的構成において、操作者によって把持されるべき前記ハンドル(６)の把持部(61)は、前記第２軸方向に沿って伸びる円筒状を呈し、該把持部(61)内の空間を前記力伝播体(３)の連結部(30a)が貫通しており、前記連結軸(60)は、前記ハンドル(６)の把持部(61)及び力伝播体(３)の連結部(30a)の前記第２軸方向の中央部を貫通している。

該具体的構成において、ハンドル(６)に加えられた力は、操作者がハンドル(６)に対して力を加えた位置によらず、常に力伝播体(３)の連結部(30a)の前記第２軸方向の中央部、即ち連結軸(60)の貫通位置に作用することになる。
又、操作者がハンドル(６)に前記第２軸方向の力を加えた場合、力伝播体(３)は、前記連結軸(60)を中心として、ハンドル(６)に対して相対回転することになる。

又、具体的構成において、前記ハンドル(６)は、前記円筒状の把持部(61)と、該把持部(61)の両端部から該把持部(61)に対して垂直に拡がる一対の側板(63)(63)と、前記把持部(61)と平行に伸びて両側板(63)(63)の前記第１軸方向の先端部を互いに連結する連結部(64)とからなる矩形状の枠体から構成されている。

該具体的構成によれば、ハンドル(６)は剛性の高いものとなり、操作者によって加えられた外力によって、ハンドル(６)自体に捩れ等の変形が生じる虞はなく、力検出精度は高いものとなる。

更に、具体的構成において、前記第３軸方向に対向配備された平板状のトッププレート(41)とベースプレート(42)とを互いに連結して構成され、前記ハンドル(６)は、ベースプレート(42)の表面に固定された一対の支持台(68)(68)に支持されており、各支持台(68)は、前記ハンドル(６)の側板(63)を間に挟んで両側に配備された一対の支持ブロック(66)(66)と、前記第２軸方向に伸びて両支持ブロック(66)(66)を互いに連結する軸部(65)とを具え、該軸部(65)が前記側板(63)を貫通し、該軸部(65)によって、前記ハンドル(６)が支持体(４)に対して該軸部(65)に沿う前記第２軸方向の相対移動と該軸部(65)を中心とする支持体(４)に対する前記第１軸方向の揺動とが可能に支持されている。

該具体的構成によれば、支持体(４)に対して前記第１軸方向及び第２軸方向の相対移動が可能で、且つ前記第３軸回りの回動が不能なハンドル(６)の支持構造を簡単な構成で実現することが出来る。

更に又、具体的構成において、前記ハンドル(６)の把持部(61)には、前記連結軸(60)が貫通する２つの小孔(62)(62)が開設されると共に、前記力伝播体(３)の連結部(30a)には、該連結軸(60)が貫通する貫通孔(37)が開設されており、連結軸(60)には、貫通孔(37)の内周面との隙間に、Ｏリング(69)が装着されている。

該具体的構成によれば、ハンドル(６)に対して前記第１軸方向の力が加えられた場合、ハンドル(６)は、前記支持台(68)の軸部(65)を中心に揺動し、ハンドル(６)は支持体(４)に対して、前記第１軸方向のみならず、前記第３軸方向にも僅かに相対移動することになる。一方、力伝播体(３)は、支持体(４)に対する前記第３軸方向の相対移動が不能に規制されているため、前記連結軸(60)に斜め方向の力が作用する虞があるが、該連結軸(60)には、貫通孔(37)の内周面との隙間にＯリング(69)が装着されているので、該斜め方向の力の内、連結軸(60)に直交する方向の分力は、Ｏリング(69)の弾性変形によって吸収される。又、連結軸(60)に沿う方向の分力は、該連結軸(60)に沿うＯリング(69)の摺動によって吸収される。従って、連結軸(60)に斜め方向の力が作用することはない。

本発明の力検出装置によれば、ハンドルの把持位置に拘わらずハンドルに加えられた力の方向を正確に検出することが出来る。

以下、本発明の力検出装置をパワーアシスト機能付き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(10)は、荷台(15)を具え、該荷台(15)の裏面には、一対の駆動輪(11)(11)が台車(10)の進行方向の前部に配備されると共に、一対の補助輪(16)(16)が台車(10)の後部に配備されている。両駆動輪(11)(11)には、両駆動輪(11)(11)をそれぞれ個別に駆動するモータ(13)(13)が接続されている。荷台(15)の後端部には、一対の支持部材(14)(14)が立設され、両支持部材(14)(14)上に力検出装置(１)が配備されている。力検出装置(１)には、操作者が把持して操作力を加えるべきハンドル(６)が配備されており、操作者がハンドル(６)に対して力を加えると、力検出装置(１)が台車(10)の前進・後退方向の操作力及び／又は左右旋回方向の操作力を検知し、該検知結果に基づいて、両モータ(13)(13)のトルクや操舵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。
以下、台車(10)の前進・後退方向を第１軸方向、該第１軸方向に直交する左右方向を第２軸方向、前記第１軸方向及び第２軸方向に直交する方向を第３軸方向と言う。

図２及び図３に示す如く、本発明の力検出装置(１)は、支持体(４)を具え、該支持体(４)は、共に略Ｕ字状のトッププレート(41)とベースプレート(42)とを側板(44)及び４つの四角柱状のバネ掛け板(43)〜(43)によって互いに連結して構成されている。ベースプレート(42)の表面には、ハンドル(６)に加えられた外力を検出するための一対の力検出部(２)(２)が並設されている。
支持体(４)に対して前記第１軸方向には、矩形状の枠体からなるハンドル(６)が配備されており、ハンドル(６)と両力検出部(２)(２)との間には、ハンドル(６)に加えられた外力を両力検出部(２)(２)に伝達するための力伝播体(３)が介在し、該力伝播体(３)は、４本のコイルバネ(19)〜(19)により支持体(４)に連結されている。力伝播体(３)には、両力検出部(２)(２)に対向して一対の押圧部(31)(31)が配備されると共に、トッププレート(41)の裏面及びベースプレート(42)の表面とそれぞれ摺接する力伝播体支持部(５)が両側部に配備されている。

図３に示す如く、各力検出部(２)は、ベースプレート(42)上に立設されたレール部材(22)と、レール部材(22)の上部を覆う上板(24)とによって囲まれた空間の内部に、力センサ(21)を収容して構成される。
図４は、図２に示す力検出装置(１)のトッププレート(41)を取り外した状態を示しており、図４に示す如く、各力検出部(２)の両側には、コイルバネ(19)(19)が配備され、各コイルバネ(19)は、ベースプレート(42)上に立設されたバネ掛け板(43)と力伝播体(３)の押圧部(31)との間に張設されている。力伝播体(３)は、４本のコイルバネ(19)〜(19)の弾性力により力検出部(２)に接近する方向に付勢されており、これによって、力検出部(２)の力センサ(21)には一定の与圧が加えられている。
以下、力検出装置(１)の各部について詳細に説明する。

ハンドル
図５に示す如く、ハンドル(６)は、操作者が把持すべき円筒状の把持部(61)と、該把持部(61)の両端部が貫通する一対の側板(63)(63)と、両側板(63)(63)の後端部を互いに連結して把持部(61)と平行に伸びる連結部(64)とからなる矩形状の枠体から構成されている。把持部(61)の中央部には、後述する連結軸(60)が嵌入されるべき小孔(62)が開設されている。

図２及び図３に示す如く、ハンドル(６)は、一対の支持台(68)(68)によって支持されており、両支持台(68)(68)は、図３に示すベースプレート(42)の先端部の表面に凹設された一対の凹部(49)(49)にそれぞれ固定されている。
図９に示す如く、各支持台(68)は、ハンドル(６)の各側板(63)の先端側の下方にそれぞれ取り付けられている。
支持台(68)は、前記側板(63)を間に挟んで両側に配備された一対の支持ブロック(66)(66)から構成され、両支持ブロック(66)(66)の内、側板(63)の内側に位置する一方の支持ブロック(66)には、他方の支持ブロック(66)に向けて円柱状の軸部(65)が突設され、他方の支持ブロック(66)には、該軸部(65)の先端が嵌入されるべき嵌入孔(66a)が開設されている。又、ハンドル(６)の各側板(63)には、前記軸部(65)が貫通すべき貫通孔(63a)が、把持部(61)の端部の突出位置の下方に開設されている。

両支持ブロック(66)(66)は、鍔部を有する略円筒状の樹脂ブッシュ(67)に一方の支持ブロック(66)の軸部(65)を挿入した状態で、該軸部(65)を側板(63)の貫通孔(63a)に嵌入せしめると共に、その先端を他方の支持ブロック(66)の嵌入孔(66a)に嵌入せしめることにより、側板(63)に取り付けられている。これにより、ハンドル(６)は支持体(４)に対して、支持台(68)の軸部(65)を中心とする前記第１軸方向の揺動と、支持台(68)の軸部(65)に沿う前記第２軸方向の相対移動とが可能となっている。

力伝播体
図６及び図７に示す如く、力伝播体(３)は、前記ハンドル(６)の把持部(61)内の空間を貫通してハンドル(６)と連結される連結部(30a)と、該連結部(30a)の両端から垂直に伸びる一対の側部(30b)(30b)と、各側部(30b)(30b)の先端部を互いに連結して連結部(30a)と平行に伸びる基部(30c)とからなる矩形状の枠体から構成される。
力伝播体(３)の基部(30c)には、該基部(30c)に直交する力伝播体(３)の中心線に対して互いに線対称となる位置に、前記力検出部(２)に向けて突出する一対の押圧部(31)(31)がそれぞれ取り付けられている。又、連結部(30a)の中央部には、後述する連結軸(60)が嵌入されるべき貫通孔(37)が開設されている。

押圧部
図１０に示す如く、各押圧部(31)は、一対の略Ｔ字状の取付板(34)(34)と、両取付板(34)(34)に支持された円柱状の枢軸(33)と、該枢軸(33)の両端に固定された一対のローラ(32)(32)と、前記力検出部(２)の力センサ(21)に圧接されるべき圧接部(35)とから構成され、該圧接部(35)を枢軸(33)が貫通している。
各取付板(34)には、力伝播体(３)の基部(30c)の上面及び下面に突設された一対の円柱状の位置決めピン(39b)(39b)がそれぞれ嵌入される一対の嵌合孔(34a)(34a)と、小孔(34b)とが開設されており、各取付板(34)は、該小孔(34b)と力伝播体(３)の基部(30c)の上面及び下面に開設されたねじ孔(39a)を通して、ねじ(37)により力伝播体(３)の基部(30c)の上面及び下面に固定されている。又、前記力検出部(２)に向けて突出した各取付板(34)の突出部には、軸受部(34c)が上方及び下方に向けてそれぞれ突設され、各軸受部(34c)の内部を枢軸(33)が貫通している。ローラ(32)(32)は、両取付板(34)(34)の軸受部(34c)に嵌入されると共に、枢軸(33)の両端部には、ワッシャ(38)(38)がそれぞれ取り付けられ、これによってローラ(32)(32)に抜け止めが施されている。

圧接部(35)は、一対の取付板(34)(34)の間に設けられ、該圧接部(35)には、直方体状の中央部に貫通孔(35a)が開設されており、該貫通孔(35a)を枢軸(33)が貫通している。これによって、圧接部(35)は枢軸(33)を中心に回転が可能となっている。圧接部(35)の両側には、外側に向けて一対のバネ掛け片(36)(36)が突設され、各バネ掛け片(36)の端部には、バネ掛け孔(36a)が開設されており、該バネ掛け孔(36a)に、前記コイルバネ(19)の一端が係止されることになる。

力伝播体支持部
図１１に示す如く、力伝播体支持部(５)は、一対のＵ字状の側板(51a)(51b)の間に、力伝播体(３)の側部(30b)及び連結部材(57)を挟んだ状態で、両側板(51a)(51b)を互いにねじ止めして力伝播体(３)の側部(30b)に取り付けられている。
両側板(51a)(51b)には、切り欠き部(56)がそれぞれ形成されており、内側の側板(51a)は、切り欠き部(56)が力伝播体(３)の基部(30c)を跨いだ状態で、力伝播体(３)の側部(30b)に固定されている。
内側の側板(51a)の外側の側板(51b)との対向面の４つの角部には、外側の側板(51b)に向けて円柱状の軸部(54)がそれぞれ突設されており、各軸部(54)には、ローラ(52)及びスペーサ(53)が嵌入され、これによって、各ローラ(52)は軸部(54)を中心に回転可能となっている。

力伝播体(３)の側部(30b)を挟んで上側に位置する一対の軸部(54)(54)に嵌入されたローラ(52)(52)は、図２に示すトッププレート(41)の裏面上を転動し、下側に位置する一対の軸部(54)(54)に嵌入されたローラ(52)(52)は、図２に示すベースプレート(42)の表面上を転動する。これによって、力伝播体(３)は、図２に示すトッププレート(41)の裏面とベースプレート(42)の表面の間で、前記第３軸方向の移動が規制されると共に、トッププレート(41)の裏面及びベースプレート(42)の表面に沿う平行移動が可能となっている。

ハンドルと力伝播体との連結構造
図８に示す如く、力伝播体(３)は、ハンドル(６)の把持部(61)の中央部に開設された小孔(62)(62)と、力伝播体(３)の連結部(30a)の中央部に開設された貫通孔(37)とを貫通する円柱状の連結軸(60)によって、ハンドル(６)に対して前記第３軸回りの相対回転が可能に連結されている。又、連結軸(60)には、貫通孔(37)の内周面との隙間に、Ｏリング(69)が装着されている。
ハンドル(６)に対して前記第１軸方向の力が加えられた場合、ハンドル(６)は、図１７に示す如く、支持台(68)の軸部(65)を中心に揺動し、ハンドル(６)は支持体(４)に対して、前記第１軸方向のみならず、前記第３軸方向にも僅かに相対移動することになる。一方、力伝播体(３)は、両力伝播体支持部(５)(５)によって、支持体(４)に対する前記第３軸方向の相対移動が不能に規制されているため、図８に示す連結軸(60)に斜め方向の力が作用する虞があるが、該斜め方向の力の内、連結軸(60)に直交する方向の分力は、Ｏリング(69)の弾性変形によって吸収される。又、連結軸(60)に沿う方向の分力は、該連結軸(60)に沿うＯリング(69)の摺動によって吸収される。従って、連結軸(60)に斜め方向の力が作用することはない。

力検出部
図１２に示す如く、力検出部(２)は、ベースプレート(42)上に立設された略Ｌ字状のレール部(22)の上面に上板(24)をねじ止めして形成した空間の内部に、前記第１軸方向の力のみを検出することが可能な力センサ(21)を収容して構成されている。該力センサ(21)は、例えば、ロードセル、若しくは超磁歪式や感圧ゴム式等の圧力センサから構成される。
図２及び図３に示す如く、一対の力検出部(２)(２)は、前記第１軸方向に伸びる力伝播体(３)の中心線に対して互いに線対称となる様に、ベースプレート(42)の表面上に並設されている。

図１２に示すレール部(22)には、前記押圧部(31)との対向部から奥部に配備された力センサ(21)に向けて、前記第１軸方向に沿うガイド溝(23)が凹設されており、該ガイド溝(23)には、図１０に示す押圧部(31)の上下に配備された一対のローラ(32)(32)の内、下側のローラ(32)が係合する。
又、図１２に示す上板(24)の前記押圧部(31)との対向部には、半楕円状の切り欠き部(25)が凹設されており、該切り欠き部(25)には、図１０に示す押圧部(31)の上側のローラ(32)が係合することになる。
図１２に示すガイド溝(23)及び切り欠き部(25)には、押圧部(31)の前記第１軸方向の移動をガイドすると共に、前記第２軸方向の移動を規制する一対のガイド面(23b)(23b)が、前記第２軸方向に互いに対向して形成されている。
一対のガイド面(23b)(23b)は、ローラ(32)の外径に対して一定の僅かな遊びを持って形成されており、これによって、押圧部(31)の一対のローラ(32)(32)が、ガイド溝(23)及び切り欠き部(25)にそれぞれ係合した状態で、各押圧部(31)の力検出部(２)に対する前記第１軸方向の相対移動と、前記一定の遊びの範囲内における前記第３軸回りの相対回転が可能となると共に、前記第２軸方向の相対移動が規制されている。

ベースプレート(42)上には、力検出部(２)の奥方の両側に、該力検出部(２)を挟んで一対のバネ掛け板(43)(43)が立設されており、各バネ掛け板(43)に前記コイルバネ(19)の一端が係止されることになる。

力検出部と押圧部との連結構造
図１３に示す如く、各バネ掛け板(43)には、前記第１軸方向に沿って伸びる円柱状のバネポスト(47)がそれぞれ挿通されており、該バネポスト(47)の一端と、図１０に示す押圧部(31)の圧接部(35)のバネ掛け片(36)の一端との間にコイルバネ(19)が張設されている。一対のコイルバネ(19)(19)の弾性反発力によって、図１０に示す押圧部(31)の圧接部(35)は、図１２に示す力検出部(２)の力センサ(21)に対して前記第１軸方向に押し付けられており、これによって、力センサ(21)に一定の予圧が加えられている。従って、ハンドル(６)に外力が加えられていないときには、力センサ(21)によって一定の予圧が検出され、ハンドル(６)に外力が加えられたときには、力センサ(21)によって予圧と外力の合力が検出されることになる。
バネ掛け板(43)から力検出部(２)側に突出するパネポスト(47)の突出量は、バネ掛け板(43)の背面側に設けた予圧調整ナット(48)により調整が可能となっており、これによって、一対のコイルバネ(19)(19)によって力センサ(21)に加えられる予圧の大きさやバランスを調整できる様になっている。
又、圧接部(35)は、両コイルバネ(６)(６)の弾性反発力が互いに等しくなる様に枢軸(33)を中心として自由に回動し、これにより、押圧部(31)は、両コイルバネ(６)(６)の弾性反発力によって、常に前記１軸方向に付勢されることになるので、両押圧部(31)(31)の前記第１軸方向に沿うスムーズな往復移動が実現される。

図１４(ａ)に示す如く、ハンドル(６)の中央部に前記第１軸方向の力Ｆ１が加えられた場合、ハンドル(６)は、図１７に示す如く、支持台(68)の軸部(65)を中心として前記第１軸方向に揺動する。ハンドル(６)に加えられた力は、連結軸(60)を介して力伝播体(３)に作用し、これによって、力伝播体(３)の押圧部(31)が、図１２に示す力検出部(２)の一対のガイド面(23b)(23b)にガイドされて、力センサ(21)を前記第１軸方向に押圧する。これにより、ハンドル(６)に加えられた力Ｆ１の２分の１に相当する力Ｆ２が、両力センサ(21)(21)にそれぞれ加えられ、この結果、各力センサ(21)によって、該力Ｆ２と与圧との合力が検出されることになる。

ハンドル(６)の操作によって実際に各センサ(21)に加えられた力は、各力センサ(21)の検出値と与圧との差分により求めることが出来、これに基づいて、図１に示す両モータ(13)(13)の回転速度や回転方向を制御する。上述の場合、両力センサ(21)(21)に加えられた力は互いに等しくなるので、これに基づいて、両モータ(13)(13)は、互いに等しい回転速度で同一方向に駆動され、これによって、台車(10)には前進方向の駆動力が与えられることになる。

一方、図１４(ｂ)に示す如く、ハンドル(６)の中央部から右方に偏った位置に前記第１軸方向の力Ｆ１が加えられた場合、ハンドル(６)は、前記第３軸回りの回動が不能に規制されているので、ハンドル(６)に回動力が生じることはなく、ハンドル(６)は、図１７に示す如く、支持台(68)の軸部(65)を中心として前記第１軸方向に揺動する。
操作者によってハンドル(６)に加えられた力は、連結軸(60)を介して力伝播体(３)に伝達されるので、ハンドル(６)に加えられた力は、操作者がハンドル(６)に対して力を加えた位置によらず、常に力伝播体(３)の一定位置、即ち連結軸(60)の貫通位置に作用することになる。従って、力伝播体(３)には、ハンドル(６)の中央部に力が加えられた場合と同様に、連結軸(60)の貫通位置に前記第１軸方向の力Ｆ１が作用することになる。

この結果、力伝播体(３)の押圧部(31)は、力センサ(21)を前記第１軸方向に押圧し、両力センサ(21)(21)には、ハンドル(６)に加えられた力Ｆ１の２分の１に相当する力がそれぞれ加えられ、各力センサ(21)によって、該力Ｆ２と与圧との合力が検出されることになる。
そして、各力センサ(21)の検出値と与圧との差分に基づいて、両モータ(13)(13)は、互いに等しい回転速度で同一方向に駆動され、この結果、台車(10)には前進方向の駆動力が与えられることになる。

又、図１５(ａ)に示す如く、ハンドル(６)に前記第２軸方向に沿う左方向の力Ｆ３が加えられた場合、ハンドル(６)は、図１６に示す如く支持台(68)の軸部(65)に沿って左方向に移動する。これによって、力伝播体(３)には、連結軸を介して左方向の力Ｆ３が作用することになるが、各押圧部(31)は、図１２に示す力検出部(２)に一対のガイド面(23b)(23b)により、該力検出部(２)に対する前記第２軸方向の相対移動が規制されているので、力伝播体(３)には、連結軸(60)を中心とする前記第３軸回りの時計回りの回動力Ｒ１が生じることになる。
ここで、図１０に示す押圧部(31)のローラ(32)の外周面が、図１２に示すガイド溝(23)及び切り欠き部(25)の一対のガイド面(23b)(23b)の内、右側のガイド面(23b)に押し付けられ、該ガイド面(23b)によって、各押圧部(31)に生じる力の内、前記第２軸方向の分力が受け止められる。

又、一対の押圧部(31)(31)の内、左側の押圧部(31)は、前記第１軸方向に沿う分力Ｆ４を受けて、力センサ(21)に接近する方向へ移動する。一方、右側の押圧部(31)は、前記第１軸方向に沿う分力Ｆ５を受けて、予圧に抗して力センサ(21)から離間する方向へ移動する。

この結果、左側の力センサ(21)によって、両コイルバネ(19)(19)を圧縮する方向の力(以下、圧縮力という)Ｆ４と予圧との合力が検出され、右側の力センサ(21)によって、両コイルバネ(19)(19)を伸長する方向の力(以下、伸長力という)Ｆ５と予圧との合力が検出されることになる。
そして、各力センサ(21)の検出値と予圧との差分により、ハンドル(６)の操作によって実際に各力センサ(21)に加えられた力を求め、これに基づいて、図１に示す両モータ(13)(13)の回転速度や回転方向を制御する。上述の場合、各力センサ(21)の検出値と予圧との差により、左側の力センサ(21)に対しては正方向の力、右側の力センサ(21)に対しては負方向の力がそれぞれ加えられたことが検出される。これに基づいて、図１に示す左側のモータ(13)の回転速度が右側のモータ(13)の回転速度よりも大きくなる様に、両モータ(13)(13)が駆動され、或いは左側のモータ(13)が正転方向、右側のモータ(13)が逆転方向に駆動され、これによって、台車(10)には、右旋回方向の駆動力が与えられることになる。

一方、図１５(ｂ)に示す如く、ハンドル(６)に前記第２軸方向に沿う右方向の力Ｆ６が加えられた場合、ハンドル(６)は、図１６に示す如く、支持台(68)の軸部(65)に沿って右方向に移動する。これによって、力伝播体(３)には、連結軸(60)を中心とする前記第３軸回りの反時計回りの回動力Ｒ２が生じ、この結果、右側の力センサ(21)には圧縮力Ｆ８、左側の力センサ(21)には伸長力Ｆ７がそれぞれ作用することになる。
そして、各力センサ(21)の検出値と予圧との差により、右側の力センサ(21)に対しては正方向の力、左側の力センサ(21)に対しては負方向の力がそれぞれ加えられたことが検出される。これに基づいて、両モータ(13)(13)は、図１に示す右側のモータ(13)の回転速度が左側のモータ(13)の回転速度よりも大きくなる様に駆動され、或いは右側のモータ(13)が正転方向、左側のモータ(13)が逆転方向に駆動され、これによって、台車(10)には、左旋回方向の駆動力が与えられることになる。

従って、本発明の力検出装置(１)によれば、ハンドル(６)の把持位置に拘わらず、ハンドル(６)に加えられた力の方向を正確に検出することが出来る。

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、本実施例においては、図８に示す如く、連結軸(60)に働く斜め方向の力を吸収すべく、連結軸(60)にＯリング(69)を装着したが、該Ｏリング(69)の代わりに、連結軸(60)よりも僅かに大径の金属リングを用いることも可能である。
この場合には、前記金属リングが連結軸(60)に沿って摺動することにより、前記斜め方向の力が吸収されることになる。

本発明の力検出装置を実施したパワーアシスト付き台車の外観を簡略化して示す斜視図である。本発明の力検出装置の外観を示す斜視図である。該力検出装置の構成を示す分解斜視図である。該力検出装置からトッププレートを取り外した状態を示す斜視図である。ハンドルを示す斜視図である。力伝播体及び押圧部の外観を示す斜視図である。該力伝播体及び押圧部の平面図である。ハンドルと力伝播体の連結構造を示す断面図である。ハンドルと支持台との連結構造を示す分解斜視図である。押圧部の構成を示す分解斜視図である。力伝播体支持部の構成を示す分解斜視図である。検出部の外観を示す斜視図である。押圧部と力検出部の連結構造を示す斜視図である。ハンドルに加えられた第１軸方向の力を検出する原理を説明する図である。ハンドルに加えられた第２軸方向の力を検出する原理を説明する図である。ハンドルの支持体に対する第２軸方向の相対移動を説明する図である。ハンドルの支持体に対する第１軸方向の相対移動を説明する図である。従来のハンドルの構成を示す分解斜視図である。従来の力検出装置を示す平面図である。

符号の説明

(１) 力検出装置
(10) 台車
(13) モータ
(19) コイルバネ
(２) 力検出部
(21) 力センサ
(３) 力伝播体
(30a) 連結部
(31) 押圧部
(４) 支持体
(41) トッププレート
(42) ベースプレート
(５) 力伝播体支持部
(６) ハンドル
(60) 連結軸
(61) 把持部

Claims

操作者によって被対象物の前後方向及び／又は左右方向に加えられた操作力を検出するための力検出装置であって、
支持体(４)に対し、操作者が把持して操作力を加えるべきハンドル(６)が、前記前進・後退方向に沿う第１軸方向とこれに直交する第２軸方向に沿って往復移動可能、且つ前記第１軸及び第２軸に直交する第３軸方向回りの回動が不能に配備され、前記支持体(４)には、前記第１軸方向の力のみを検出することが可能な一対の力検出部(２)(２)が前記第２軸方向に離間して配備される共に、両力検出部(２)(２)とハンドル(６)との間には、ハンドル(６)に加えられた外力を両力検出部(２)(２)に伝達するための力伝播体(３)が介在し、該力伝播体(３)には、前記一対の力検出部(２)(２)を押圧すべき一対の押圧部(31)(31)が、該力検出部(２)(２)に向けて突設され、該力検出部(２)との係合によって、各押圧部(31)の支持体(４)に対する前記第２軸方向の相対移動が規制されると共に、前記力伝播体(３)は、前記ハンドル(６)に対する前記第３軸回りの相対回転が可能に該ハンドル(６)に連結されていることを特徴とする力検出装置。
操作者によって把持されるべき前記ハンドル(６)の把持部(61)は、前記第２軸方向に沿って伸びる円筒状を呈し、該把持部(61)内の空間を前記力伝播体(３)の連結部(30a)が貫通しており、前記力伝播体(３)とハンドル(６)とが、該ハンドル(６)の把持部(61)及び力伝播体(３)の連結部(30a)の前記第２軸方向の中央部を前記第３軸方向に貫通する連結軸(60)によって、該連結軸(60)を中心とする前記力伝播体(３)のハンドル(６)に対する相対回転が可能に連結されている請求項１に記載の力検出装置。
前記ハンドル(６)の把持部(61)には、前記連結軸(60)が貫通する２つの小孔(62)(62)が開設されると共に、前記力伝播体(３)の連結部(30a)には、該連結軸(60)が貫通する貫通孔(37)が開設されており、連結軸(60)には、貫通孔(37)の内周面との隙間に、Ｏリング(69)が装着されている請求項２に記載の力検出装置。
前記ハンドル(６)は、前記円筒状の把持部(61)と、該把持部(61)の両端部から該把持部(61)に対して垂直に拡がる一対の側板(63)(63)と、前記把持部(61)と平行に伸びて両側板(63)(63)の前記第１軸方向の先端部を互いに連結する連結部(64)とからなる矩形状の枠体から構成されている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の力検出装置。
前記支持体(４)は、前記第３軸方向に対向配備された平板状のトッププレート(41)とベースプレート(42)とを互いに連結して構成され、前記ハンドル(６)は、ベースプレート(42)の表面に固定された一対の支持台(68)(68)に支持されており、各支持台(68)は、前記ハンドル(６)の側板(63)を間に挟んで両側に配備された一対の支持ブロック(66)(66)と、前記第２軸方向に伸びて両支持ブロック(66)(66)を互いに連結する軸部(65)とを具え、該軸部(65)が前記側板(63)を貫通し、該軸部(65)によって、前記ハンドル(６)が支持体(４)に対して該軸部(65)に沿う前記第２軸方向の相対移動と該軸部(65)を中心とする支持体(４)に対する前記第１軸方向の揺動とが可能に支持されている請求項４に記載の力検出装置。
前記ハンドル(６)は、前記円筒状の把持部(61)と、該把持部(61)の両端部から該把持部(61)に対して垂直に拡がる一対の側板(63)(63)とから構成され、前記支持体(４)に固定された一対の支持台(68)(68)に支持されており、各支持台(68)は、前記ハンドル(６)の側板(63)に平行に配備された支持ブロック(66)と、前記第２軸方向に伸びる軸部(65)とを具え、該軸部(65)が前記側板(63)を貫通し、該軸部(65)によって、前記ハンドル(６)が支持体(４)に対して該軸部(65)に沿う前記第２軸方向の相対移動と該軸部(65)を中心とする支持体(４)に対する前記第１軸方向の揺動とが可能に支持されている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の力検出装置。
前記ハンドル(６)は、前記両側板(63)(63)の前記第１軸方向の先端部を互いに連結する連結部(64)を具え、前記両側板(63)(63)と前記把持部(61)からなる矩形状の枠体を成す請求項６に記載の力検出装置。
操作者によって被対象物の前進・後退方向及び／又は左右旋回方向に加えられた操作力を検出するための力検出装置(１)と、該力検出装置(１)の検出結果に応じて制御される動力源とを具えた移動体において、
前記力検出装置(１)は、操作者が把持して操作力を加えるべきハンドル(６)と、該ハンドル(６)を支持する支持体(４)とから構成され、前記ハンドル(６)は、支持体(４)に対し、前記前進・後退方向に沿う第１軸方向とこれに直交する第２軸方向に沿って往復移動可能、且つ前記第１軸及び第２軸に直交する第３軸方向回りの回動が不能に配備され、前記支持体(４)には、前記第１軸方向の力のみを検出することが可能な一対の力検出部(２)(２)が前記第２軸方向に離間して配備される共に、両力検出部(２)(２)とハンドル(６)との間には、ハンドル(６)に加えられた外力を両力検出部(２)(２)に伝達するための力伝播体(３)が介在し、該力伝播体(３)には、前記一対の力検出部(２)(２)を押圧すべき一対の押圧部(31)(31)が、該力検出部(２)(２)に向けて突設され、該力検出部(２)との係合によって、各押圧部(31)の支持体(４)に対する前記第２軸方向の相対移動が規制されると共に、前記力伝播体(３)は、前記ハンドル(６)に対する前記第３軸回りの相対回転が可能に該ハンドル(６)に連結されていることを特徴とする移動体。