JP2011033607A - Force or motion sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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Kazuhiko Nakada
一彦 中田
Mamoru Mukai
衛 向井
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LEPTRINO CO Ltd
SEKAI SAISOKU SHISAKU CENTER KK
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LEPTRINO CO Ltd
SEKAI SAISOKU SHISAKU CENTER KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-sensitivity and reliable force or a motion sensor having a simple structure and low manufacturing cost. <P>SOLUTION: In the sensor comprises a base 2, a table 21 having six degrees of freedom with respect to the base 2 and facing to the base 2; six connecting parts arranged in parallel so as to connect the base to the table 21; a plurality of detecting elements for detecting displacements and/or deformations between the base 2 and the table 21; and an operation section for comprehensively computing displacements and/or deformations of each detection element, a first bearing 12 of each connecting part on the side of the table is constituted in such a way as to be fitted from the back side of the table 21 and held and fixed by both a pressing plate 22 to be fixed to the table 21 and the table 21. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、6軸成分を同時に検出できる力覚センサまたは運動センサに関する。  The present invention relates to a force sensor or a motion sensor that can simultaneously detect six-axis components.

力覚センサは、力覚センサが有するトラベリングテーブル(物体)に作用する力(外力)を検出する装置であり、例えば、ロボットハンドにおいて人間の指先の触覚を実現するために用いられる。力覚センサには、三次元空間の直交座標系(x軸、y軸、z軸)の3軸方向の力成分と、その3軸回りのモーメント成分の計6成分を同時に検出することができるものがある。このように、6成分を検出できる力覚センサは、6軸力覚センサとも呼ばれている。  The force sensor is a device that detects a force (external force) acting on a traveling table (object) included in the force sensor, and is used, for example, to realize a tactile sensation of a human fingertip in a robot hand. The force sensor can simultaneously detect a total of six components including a force component in the three-axis direction of a three-dimensional space orthogonal coordinate system (x-axis, y-axis, and z-axis) and a moment component around the three axes. There is something. Thus, a force sensor that can detect six components is also called a six-axis force sensor.

特開平10−274573号公報(特許文献1)には、トッププレートとボトムプレートとを複数のロッドで連結し、これらプレート相互の連結は一端側が2自由度のジョイントにより、他端側が3自由度のジョイントによる力覚センサが開示されている。そしてこの力覚センサのロッドにはロッド軸線方向の圧縮・引張り力を検出できる検出素子が具備されている。  In Japanese Patent Laid-Open No. 10-274573 (Patent Document 1), a top plate and a bottom plate are connected by a plurality of rods, and these plates are connected to each other by a joint having two degrees of freedom on one end and three degrees of freedom on the other side. A force sensor using a joint is disclosed. The rod of the force sensor is provided with a detection element capable of detecting a compression / tensile force in the rod axis direction.

また、構造体が変形して力を検出する力センサ(構造変形モード)が、特開平9−318469号公報(特許文献2)に開示されている。例えば、歪ゲージと弾性体とを組み合わせた型の6軸力センサは、力制御を行うロボットにおける外力測定などの用途で広く用いられている。歪ゲージを取り付けた弾性体に力或いはモーメントが作用して弾性体が変形すると、それに応じて各歪ゲージに応力が発生する。その結果生じる各歪ゲージの電気抵抗値の変化は、周知のブリッジ回路を介して電圧値として出力され、さらに所定の計算回路或いはソフトウェア処理によって6軸力に変換される。  Further, a force sensor (structure deformation mode) for detecting a force by deforming a structure is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-318469 (Patent Document 2). For example, a 6-axis force sensor of a combination of a strain gauge and an elastic body is widely used for applications such as external force measurement in a robot that performs force control. When force or moment acts on the elastic body to which the strain gauge is attached and the elastic body is deformed, stress is generated in each strain gauge accordingly. The resulting change in the electrical resistance value of each strain gauge is output as a voltage value via a well-known bridge circuit, and further converted into a six-axis force by a predetermined calculation circuit or software processing.

また、特開平5−149811号公報(特許文献3)には、平板上の起歪体のFEM解析により設定された最適部位に貼付された複数の歪ゲージにより直交する3軸の力と、これら軸回りのモーメントを独立して検出する複数のブリッジ回路よりなる歪検出用回路を備えている6軸力覚センサが開示されている。  Japanese Patent Laid-Open No. 5-149811 (Patent Document 3) discloses triaxial forces orthogonal to each other by a plurality of strain gauges affixed to an optimum site set by FEM analysis of a strain generating body on a flat plate, and these A six-axis force sensor is disclosed that includes a strain detection circuit including a plurality of bridge circuits that independently detect moments about an axis.

また、特開平9−131690号公報(特許文献4)には、複数のアクチュエータの協同により所定の可動板の位置・姿勢を制御する6軸荷重検出装置が開示されている。複数のアクチュエータの協同動作により可動板を所定の位置・姿勢に保持させることにより、予め決められた可動板上の所定の点に作用する6軸荷重を検出するものである。  Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-131690 (Patent Document 4) discloses a six-axis load detection device that controls the position and posture of a predetermined movable plate by cooperation of a plurality of actuators. A six-axis load acting on a predetermined point on a predetermined movable plate is detected by holding the movable plate at a predetermined position and posture by the cooperative operation of a plurality of actuators.

また、特開2000−148382号公報(特許文献5)には、ユーザに力覚を呈示伝達するための力覚呈示機構が、ユーザを接続するための操作機器と、その操作機器を装着するための運動プラットホームと、その運動プラットホームを支持する6つのリンクセットと、各リンクセットを独立して駆動する6つの駆動装置と、6つの一センサとを備えた6軸のフォースフィードバックを有する力覚インターフェイス装置が開示されている。  Japanese Patent Laid-Open No. 2000-148382 (Patent Document 5) discloses that a force sense presentation mechanism for presenting and transmitting a force sense to a user wears an operating device for connecting the user and the operating device. Haptic interface with 6-axis force feedback, including 6 motion sets, 6 link sets supporting the motion platforms, 6 drive units for independently driving each link set, and 6 sensors An apparatus is disclosed.

ところで、加速度センサは、質量を持つ物体の加速度を検出する装置であり、例えば、ロボットの姿勢制御や、自動車のエアバッグの衝突検知などに用いられている。また、角速度センサ(例えばジャイロセンサ)は、質量を持つ物体が回転する角速度を検出する装置であり、例えば、産業用ロボットや、自動車の横転検出などに用いられる。これら加速度センサおよび角速度センサは、物体に加えられた力(外力)を検出する力覚センサに対して物体の動きから生ずる慣性力を検出する装置(運動センサ)である。  Incidentally, the acceleration sensor is a device that detects the acceleration of an object having a mass, and is used, for example, for posture control of a robot or collision detection of an air bag of an automobile. An angular velocity sensor (for example, a gyro sensor) is a device that detects an angular velocity at which an object having a mass rotates, and is used, for example, for industrial robots or detection of a rollover of an automobile. These acceleration sensors and angular velocity sensors are devices (motion sensors) that detect an inertial force generated from the movement of an object with respect to a force sensor that detects a force (external force) applied to the object.

x軸、y軸、z軸方向の各加速度を検出するために、例えば、3個の1軸加速度センサをそれぞれ直交する方向に配置する必要がある。また、x軸、y軸、z軸の回転方向の各角速度を検出するためにも、1軸加速度センサが3個必要となる。従って、3軸加速度と3軸角速度を同時に検出する6軸運動センサが求められている。  In order to detect accelerations in the x-axis, y-axis, and z-axis directions, for example, three uniaxial acceleration sensors must be arranged in directions orthogonal to each other. Also, three uniaxial acceleration sensors are required to detect the angular velocities in the rotational directions of the x-axis, y-axis, and z-axis. Accordingly, there is a need for a 6-axis motion sensor that simultaneously detects 3-axis acceleration and 3-axis angular velocity.

なお、本願では、加速度センサ及び角速度センサの上位概念として運動センサを説明する。すなわち、運動センサは、加速度及び/または角速度を検出することができる。  In the present application, a motion sensor will be described as a superordinate concept of an acceleration sensor and an angular velocity sensor. That is, the motion sensor can detect acceleration and / or angular velocity.

特開平10−274573号公報JP-A-10-274573 特開平9−318469号公報JP 9-318469 A 特開平5−149811号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-149811 特開平9−131690号公報JP-A-9-131690 特開2000−148382号公報JP 2000-148382 A

以上述べたような従来の力覚または運動センサにおいては、感度が十分でない、信頼性が劣る、力覚制御が困難、構造が複雑で製造コストが多大、合成力の検出が不可、などの問題点があった。そこで、本発明による力覚または運動センサにおいては、感度及び信頼性が高く、構造がより簡単で製造コストの安価な力覚または運動センサを提供することを課題とする。  The conventional force or motion sensor as described above has problems such as insufficient sensitivity, poor reliability, difficult force control, complicated structure, large manufacturing cost, and inability to detect synthetic force. There was a point. Therefore, an object of the force sensor or motion sensor according to the present invention is to provide a force sensor or motion sensor that has high sensitivity and reliability, has a simpler structure, and is less expensive to manufacture.

上記課題を解決するため本発明による力覚または運動センサにおいては、ベースと、前記ベースに対して6自由度を有し前記ベースと対向して配置されたテーブルと、前記ベースと前記テーブルとを連結するよう並列配置された6つの連結部と、前記ベースと前記テーブルとの間の変位及び/または変形を検出する複数の検出素子と、前記各々の検出素子の変位及び/または変形量を総合的に計算する演算部とからなるセンサにおいて、前記各連結部のテーブル側第1軸受は前記テーブル裏側より嵌合するよう構成されており、前記テーブルに固定される押圧板と前記テーブルとにより保持固定されていることを特徴とする。  In order to solve the above-described problems, in the force sensor or motion sensor according to the present invention, a base, a table having six degrees of freedom with respect to the base, and arranged to face the base, the base and the table A total of six connecting portions arranged in parallel to be connected, a plurality of detecting elements for detecting displacement and / or deformation between the base and the table, and displacements and / or deformation amounts of the detecting elements. In the sensor comprising the calculation unit for calculating automatically, the first bearing on the table side of each connecting part is configured to be fitted from the back side of the table, and is held by the pressing plate fixed to the table and the table. It is fixed.

前記連結部の各々は、前記テーブルに連結される第1軸受と、前記第1軸受に接続されるロッドと、前記ロッドの前記第1軸受と反対側端部に設けられた第2軸受と、前記ベースに固定され前記第2軸受と連結されるアームとからなり、前記アームが前記6つの連結部とそれぞれ連結できる板状部材で構成されていることが望ましい。  Each of the connecting portions includes a first bearing connected to the table, a rod connected to the first bearing, a second bearing provided at an end of the rod opposite to the first bearing, Preferably, the arm is fixed to the base and connected to the second bearing, and the arm is formed of a plate-like member that can be connected to each of the six connecting portions.

前記連結部の前記第1軸受は前記テーブルに対して垂直に設置されており、前記第2軸受は前記アームに対して垂直に設置されており、前記アームは前記第1軸受および第2軸受を支承する形状に構成されていることが好適である。  The first bearing of the connecting portion is installed perpendicular to the table, the second bearing is installed perpendicular to the arm, and the arm includes the first bearing and the second bearing. It is preferable to be configured in a shape to be supported.

前記アームは弾性部材からなり、前記ベースは前記アームが過変位及び/または過変形した際に前記アームの破壊を防止する過負荷保護部を備えることもできる。  The arm may include an elastic member, and the base may include an overload protection unit that prevents the arm from being destroyed when the arm is over-displaced and / or over-deformed.

前記連結部の前記第1軸受及び/または第2軸受をボールジョイントとし、少なくともボール部と軸受部とを一体成形することもできる。この際には、方法として金属焼結または樹脂成型を用いることができる。また、この軸受部は2分割すると好適である。  The first bearing and / or the second bearing of the connecting portion may be a ball joint, and at least the ball portion and the bearing portion may be integrally formed. In this case, metal sintering or resin molding can be used as a method. Further, it is preferable that the bearing portion is divided into two.

前記第1軸受及び/または第2軸受のホルダ部は、前記ボール部と前記軸受部とのガタを調整するクリアランス調整機能を備えていることが望ましい。  It is desirable that the holder portion of the first bearing and / or the second bearing has a clearance adjusting function for adjusting a backlash between the ball portion and the bearing portion.

さらに、前記ベース及び前記テーブルの外側を伸縮自在のカバーにより被覆するとより有効である。  Furthermore, it is more effective to cover the outside of the base and the table with a stretchable cover.

また本発明による力覚または運動センサの製造方法としては、検出素子の変位及び/または変形量を総合的に計算する演算部を備えたベースに対して、テーブルに連結されるロッドと、前記ロッドの前記テーブル側端部に設けられた第1軸受と、前記ロッドの前記第1軸受と反対側端部に設けられた第2軸受と、前記第2軸受と連結されるアームとからなる複数の連結部を固定した後、押圧板を配置し、各連結部の前記第1軸受を前記テーブルの所定位置に嵌合組立てした後、結合手段により前記テーブルと前記押圧板とを結合することによって前記各連結部を前記テーブルに固定することを特徴とする。  According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a force sensor or a motion sensor. A plurality of first bearings provided at the table-side end, a second bearing provided at the opposite end of the rod to the first bearing, and an arm connected to the second bearing. After fixing the connecting portion, the pressing plate is arranged, and the first bearing of each connecting portion is fitted and assembled at a predetermined position of the table, and then the table and the pressing plate are connected by connecting means. Each connecting portion is fixed to the table.

本発明によれば、構造が簡単で製造コストが安価であり信頼性の高い力覚または運動センサを提供することができ、小型化も容易である。さらに、本発明によれば、信頼性の高い力覚または運動センサの製造方法を提供することもできる。  According to the present invention, it is possible to provide a highly reliable force sensor or motion sensor that is simple in structure, low in manufacturing cost, and easy to downsize. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a highly reliable force sensor or motion sensor.

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について説明する。図1は、本発明による力覚または運動センサのー実施例の断面図である。まず、この実施例のセンサの全体構成としては、アタッチメント1、このアタッチメント1に連結されたベース2、第1及び第2軸受12、20のセットを6組備えたアーム11、6個の第1軸受12により支承されるテーブル21とからなる。  Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of a force or motion sensor according to the present invention. First, the overall configuration of the sensor of this embodiment includes an attachment 11, a base 2 connected to the attachment 1, and six arms 11 including six sets of first and second bearings 12 and 20. The table 21 is supported by the bearing 12.

アタッチメント1は本発明による力覚または運動センサの機能に直接関連はないが、例えばこのセンサをロボット等へ取り付ける際の取付け部として機能する。このアタッチメント1をロボット等へ取り付ける際は、アタッチメント取付けネジ5により固定する。  The attachment 1 is not directly related to the function of the force sensor or the motion sensor according to the present invention, but functions as an attachment portion when the sensor is attached to a robot or the like, for example. When the attachment 1 is attached to a robot or the like, it is fixed with an attachment attachment screw 5.

ベース2は、この実施例のセンサの基台となるもので、アタッチメント1と接する底面部61、アームを支承する凸状部62,及びセンサ要素を外部に対して保護する側壁部63とからなる。底面部61中央にはベース位置決め突起4が設けてあり、これによりアタッチメント1に嵌合位置決めする。ベース2周縁部には複数の基板受け段部51が設けてあり、この基板受け段部51と同じ高さに形成された基板支持突起部53及びベース底面部61から延設された基板位置決めピン8により回路基板9を支承する。ベース底面部61にはさらに、図4に示したように側壁部63に沿って、少なくとも基板受け段部51のない部分にアーム11の過負荷保護手段3としての別の段部が形成されている。  The base 2 is a base for the sensor of this embodiment, and includes a bottom surface portion 61 that contacts the attachment 1, a convex portion 62 that supports the arm, and a side wall portion 63 that protects the sensor element from the outside. . A base positioning protrusion 4 is provided at the center of the bottom surface portion 61, and is thereby fitted and positioned on the attachment 1. A plurality of substrate receiving step portions 51 are provided on the periphery of the base 2, and substrate positioning protrusions 53 formed at the same height as the substrate receiving step portion 51 and substrate positioning pins extending from the base bottom surface portion 61. The circuit board 9 is supported by 8. Further, another step portion as the overload protection means 3 of the arm 11 is formed on the base bottom surface portion 61 along the side wall portion 63 as shown in FIG. Yes.

回路基板9は、図4に示したように上方から見ると変則円盤形に形成されており、ベース底面部61から突出した凸状部62の周囲に嵌合する形状にされている。過負荷保護手段3の上方において回路基板9が切り欠き形状としているのは、過負荷保護手段3の位置にアーム11及びアーム11に支承された第2軸受20が配置されるので、この動作を妨害しないためである。回路基板9は、表面に6個のセンサ24(例えば渦電流素子)を備え、裏面にこれらのセンサ24を駆動するための回路が形成されている。回路基板9は、基板位置決め用ピン穴28を基板位置決めピン8に挿通することにより位置決めし、基板取付け用ネジ穴27を通して基板支持突起53に対して基板固定ネジ7により固定される。  As shown in FIG. 4, the circuit board 9 is formed in an irregular disk shape when viewed from above, and is configured to fit around the convex portion 62 protruding from the base bottom surface portion 61. The reason why the circuit board 9 has a notch shape above the overload protection means 3 is that the arm 11 and the second bearing 20 supported by the arm 11 are arranged at the position of the overload protection means 3. This is not to interfere. The circuit board 9 includes six sensors 24 (for example, eddy current elements) on the front surface, and a circuit for driving these sensors 24 is formed on the back surface. The circuit board 9 is positioned by inserting the board positioning pin hole 28 into the board positioning pin 8, and is fixed to the board supporting projection 53 by the board fixing screw 7 through the board mounting screw hole 27.

アーム11は、図5に示したように、円形のアーム基部30と6本のアーム動作部32とからなる。各アーム動作部32は弾性部材から構成されており、先端部に第2軸受20が配置固定されている。またアーム11は、アーム基部30においてベース2の凸状部62に対して基板押さえ突起44により位置決めされ、アーム押さえ43を介してアーム固定ネジ10により固定される。固定されたアーム11のアーム動作部32は、回路基板9上に配置されたセンサ24に対して所定の間隔(約0.3mm程度)に維持される。  As shown in FIG. 5, the arm 11 includes a circular arm base 30 and six arm operation units 32. Each arm operating part 32 is composed of an elastic member, and the second bearing 20 is arranged and fixed at the tip. Further, the arm 11 is positioned by the substrate pressing projection 44 with respect to the convex portion 62 of the base 2 at the arm base 30 and fixed by the arm fixing screw 10 via the arm pressing 43. The arm operating unit 32 of the fixed arm 11 is maintained at a predetermined interval (about 0.3 mm) with respect to the sensor 24 arranged on the circuit board 9.

一方、アーム11が連結されたベース2は、アーム押さえ43上においてセンサ取付けネジ6によりアタッチメント1に固定される。  On the other hand, the base 2 to which the arm 11 is connected is fixed to the attachment 1 by the sensor mounting screw 6 on the arm presser 43.

第2軸受20は2自由度を備えていることが望ましく、この実施例においてはボールジョイントを配置している。この第2軸受20はアーム動作部32に対して垂直に設置され、従って図2に示すようにロッド35はまっすぐ上方に延出されている。一方第1軸受12は3自由度を備えていることが望ましく、この実施例においてはやはりボールジョイントを利用している。この第1軸受12もテーブル21に対して垂直に設置され、ロッド31はまっすぐ下方に延出されている。第1軸受12と第2軸受20は剛性をもって連結されなければならないため、ロッド連結板33を用いて連結固定ネジ19により連結される。直線状ロッドを使用すれば第1軸受12と第2軸受20とは直線的に結合できるが、その代わりテーブル21及びアーム11に対して傾斜させて設置する必要が出てくる。このセンサには6本のアームがあり、それぞれにおいて軸受を傾斜させて取り付けるのは至難である。ロッド連結板33を用いて第1軸受12と第2軸受20とをクランク状に連結することにより、剛性を損なうことなく容易に各軸受を取り付けることが可能となる。  The second bearing 20 preferably has two degrees of freedom. In this embodiment, a ball joint is disposed. The second bearing 20 is installed perpendicular to the arm operating unit 32, and therefore the rod 35 extends straight upward as shown in FIG. On the other hand, it is desirable that the first bearing 12 has three degrees of freedom. In this embodiment, a ball joint is also used. The first bearing 12 is also installed perpendicular to the table 21 and the rod 31 extends straight downward. Since the first bearing 12 and the second bearing 20 must be connected with rigidity, the first bearing 12 and the second bearing 20 are connected by the connection fixing screw 19 using the rod connection plate 33. If the linear rod is used, the first bearing 12 and the second bearing 20 can be coupled linearly, but instead, the first bearing 12 and the second bearing 20 need to be inclined with respect to the table 21 and the arm 11. This sensor has six arms, and it is very difficult to tilt the bearings in each of them. By connecting the first bearing 12 and the second bearing 20 in a crank shape using the rod connecting plate 33, each bearing can be easily attached without impairing rigidity.

各第1軸受12は、テーブル21の貫通孔に裏側より嵌合させ、ホルダー段部41によりテーブル21に係止される。この第1軸受ホルダー部14下方には押圧板22が配置されており、すべての第1軸受12をテーブル21に嵌合させた後、第1軸受固定ネジ23を締めることにより、ホルダー段部41がテーブル21と押圧板22との間に挟持されて固定される。テーブル21表面には、図6に示したように複数のハンド取付け用ネジ穴52が設けてあり、例えば、ロボットのハンドに接続される。  Each first bearing 12 is fitted into the through hole of the table 21 from the back side, and is locked to the table 21 by the holder step 41. A pressing plate 22 is disposed below the first bearing holder portion 14. After all the first bearings 12 are fitted to the table 21, the first bearing fixing screw 23 is tightened, whereby the holder step portion 41. Is fixed between the table 21 and the pressing plate 22. As shown in FIG. 6, a plurality of hand mounting screw holes 52 are provided on the surface of the table 21, and are connected to, for example, a robot hand.

第1軸受12及び第2軸受20は、ロッド31、35、ボール部13,17、軸受部25,26及びホルダー部14、18とからなる。軸受部は上部軸受部25及び下部軸受部26に2分割されていて、ボール部13,17を挟み込むようにホルダー14,18内に収納される。これらの軸受部はホルダー14,18に対して摺動可能に形成されており、ホルダー14,18端部に形成された雌ネジ部42に螺合されたボール部調整板を回転させることにより、動作の円滑性及び遊びを調整することができる。  The first bearing 12 and the second bearing 20 include rods 31 and 35, ball portions 13 and 17, bearing portions 25 and 26, and holder portions 14 and 18. The bearing part is divided into two parts, an upper bearing part 25 and a lower bearing part 26, and is housed in the holders 14 and 18 so as to sandwich the ball parts 13 and 17. These bearing portions are formed so as to be slidable with respect to the holders 14 and 18, and by rotating a ball portion adjustment plate screwed into a female screw portion 42 formed at the ends of the holders 14 and 18, The smoothness and play of movement can be adjusted.

本発明に使用する軸受は、例えば、溶製金属製のボール部に対して軸受部を金属焼結または樹脂成型等により一体成形して形成することができる。このままで使用することの可能であるが、形成された軸受部を上下に切断しホルダー内に収納することにより、上述のように動作の円滑性や遊びの調整が可能となる。  The bearing used in the present invention can be formed, for example, by integrally molding the bearing portion with a molten metal ball portion by metal sintering or resin molding. Although it can be used as it is, the smoothness of the operation and the adjustment of play can be adjusted as described above by cutting the formed bearing portion up and down and storing it in the holder.

上述の実施例においては、図1に示したようにベース2に側壁部63を備えているため、テーブル21との隙間が小さいが、完全になくすことはできないため、例えば伸縮自在の樹脂等によるカバーによりテーブル21から側壁部63にかけて覆うと、外部からの埃等の侵入を回避できるため、センサ内部の汚れを防止することができ、より効果的である。  In the above-described embodiment, as shown in FIG. 1, the base 2 is provided with the side wall portion 63, so the gap with the table 21 is small but cannot be completely eliminated. Covering from the table 21 to the side wall portion 63 with the cover can prevent the entry of dust and the like from the outside, thereby preventing contamination inside the sensor and is more effective.

さて、上述の実施例によるセンサ24の動作であるが、テーブル21が外部より力を受けると6個の第1軸受12から第2軸受20を通してアーム11に伝達され、アームが変形する。この変形によりセンサ24とアーム11との距離が変化すると渦電流値が変わるためこの変化を検出して、6個のセンサの値をCPUにより演算することにより、6軸の力成分が計算される。センサ24としては、渦電流素子だけでなく静電容量素子等の他の素子を用いることもできる。  Now, regarding the operation of the sensor 24 according to the above-described embodiment, when the table 21 receives a force from the outside, it is transmitted from the six first bearings 12 to the arm 11 through the second bearing 20, and the arm is deformed. When the distance between the sensor 24 and the arm 11 changes due to this deformation, the eddy current value changes, so this change is detected, and the values of the six sensors are calculated by the CPU, whereby the six-axis force component is calculated. . As the sensor 24, not only an eddy current element but also other elements such as a capacitive element can be used.

上述の実施例においては、回路基板9上にセンサ24を配置したが、アーム動作部32上に加速度センサ24を配置すれば、運動センサとして使用することができる。  In the above-described embodiment, the sensor 24 is disposed on the circuit board 9. However, if the acceleration sensor 24 is disposed on the arm operation unit 32, the sensor 24 can be used as a motion sensor.

上記実施例によるセンサの製造方法であるが、まずベース2に回路基板9を収納し基板固定ネジ7により固定する。次に、アーム11に第2軸受20を取付け、第2軸受固定ネジ36により固定する。続いて、このアーム11をベース2の凸状部62に載せ、アーム押さえ43を介してアーム固定ネジ10により固定する。次に、押圧板22をベース2内に収納した後、各第1軸受12をテーブル21に嵌合し、最後に第1軸受固定ネジ23によりテーブル21と押圧板22とを締め付けて第1軸受12を固定する。このセンサをロボット等に取り付ける際は、ロボット上に予め取り付けたアタッチメント1に対してテーブル上のセンサ取付け用貫通孔64からドライバー等を差し込みセンサ取付けネジ6により固定する。  In the sensor manufacturing method according to the above embodiment, the circuit board 9 is first accommodated in the base 2 and fixed by the board fixing screws 7. Next, the second bearing 20 is attached to the arm 11 and fixed by the second bearing fixing screw 36. Subsequently, the arm 11 is placed on the convex portion 62 of the base 2 and fixed by the arm fixing screw 10 through the arm pressing 43. Next, after the pressing plate 22 is housed in the base 2, each first bearing 12 is fitted to the table 21, and finally the table 21 and the pressing plate 22 are tightened by the first bearing fixing screw 23, thereby the first bearing. 12 is fixed. When this sensor is attached to a robot or the like, a screwdriver or the like is inserted into the attachment 1 previously attached on the robot from the sensor attachment through hole 64 on the table and fixed by the sensor attachment screw 6.

図7に、本発明による力覚または運動センサの別の実施例を示した。図7はこの実施例の要部断面図である。前述の実施例においては、図3に示したように、過負荷保護手段3をベース2の底面部61のみに設けたが、この実施例では底面部61の保護手段3Aだけでなく、側壁部63にも別の保護手段3Bを設けてある。第1の実施例においては、過負荷の方向が図3における下方のみについて考慮したものであるが、この実施例においては、保護手段3Bを設けることにより、図7の下方だけでなくアーム11が上向きに過負荷を受けた場合にも保護することが可能となる。  FIG. 7 shows another embodiment of the force or motion sensor according to the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view of the main part of this embodiment. In the embodiment described above, the overload protection means 3 is provided only on the bottom surface portion 61 of the base 2 as shown in FIG. 3, but in this embodiment, not only the protection means 3A of the bottom surface portion 61 but also the side wall portion. 63 also has another protection means 3B. In the first embodiment, the direction of overload is considered only in the downward direction in FIG. 3, but in this embodiment, by providing the protection means 3B, not only the downward direction in FIG. It is possible to protect even when an overload is applied upward.

以上、本発明による力覚または運動センサについて説明したが、本発明の精神を逸脱しない範囲において多くの改変をなし得ることは言うまでもない。  The force or motion sensor according to the present invention has been described above, but it goes without saying that many modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明によれば、構造が簡単で製造コストが安価であり信頼性の高い力覚または運動センサを提供することができ、小型化も容易である。さらに、本発明によれば、信頼性の高い力覚または運動センサの製造方法を提供することもできる。従って、力覚及び運動センサ分野において大いに貢献できるものである。  According to the present invention, it is possible to provide a highly reliable force sensor or motion sensor that is simple in structure, low in manufacturing cost, and easy to downsize. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a highly reliable force sensor or motion sensor. Therefore, it can greatly contribute to the field of force sensor and motion sensor.

本発明による力覚または運動センサの実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the Example of the force sensor or motion sensor by this invention. 図1に示した実施例における第1軸受と第2軸受との関係を示した部分断面図である。It is the fragmentary sectional view which showed the relationship between the 1st bearing in the Example shown in FIG. 1, and a 2nd bearing. 図1に示した実施例における第2軸受の構成を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the structure of the 2nd bearing in the Example shown in FIG. 図1に示した実施例におけるベースと回路基板との関係を示す平面図である。It is a top view which shows the relationship between the base in the Example shown in FIG. 1, and a circuit board. 図1に示した実施例におけるベースとアームとの関係を示す平面図である。It is a top view which shows the relationship between the base and arm in the Example shown in FIG. 図1に示した実施例のセンサの平面図である。It is a top view of the sensor of the Example shown in FIG. 本発明による力覚または運動センサの別の実施例における第2軸受の構成を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the structure of the 2nd bearing in another Example of the force sensor or motion sensor by this invention.

1 アタッチメント
2 ベース
3、3A、3B 過負荷保護手段
4 ベース位置決め突起
5 アタッチメント取付けネジ
6 センサ取付けネジ
7 基板固定ネジ
8 基板位置決めピン
9 回路基板
10 アーム固定ネジ
11 アーム
12 第1軸受
13 ボール部
14 ホルダー
15 ボール部調整板
16 ロッド
17 ボール部
18 ホルダー
19 連結板固定ネジ
20 第2軸受
21 テーブル
22 押圧板
23 第1軸受固定ネジ
24 センサ素子
25 上部軸受部
26 下部軸受部
27 基板取付け用ネジ穴
28 基板位置決め用ピン穴
30 アーム基部
31 第1軸受ロッド
32 アーム動作部
33 ロッド連結板
34 連結板固定ネジ
35 第2軸受ロッド
36 第2軸受固定ネジ
41 ホルダー段部
42 雌ネジ部
43 アーム押さえ
44 基板押さえ突起
51 基板受け段部
52 ハンド取付け用ネジ穴
53 基板支持突起部
61 底面部
62 中央凸状部
63 側壁部
64 センサ取付け用貫通孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Attachment 2 Base 3, 3A, 3B Overload protection means 4 Base positioning protrusion 5 Attachment mounting screw 6 Sensor mounting screw 7 Substrate fixing screw 8 Substrate positioning pin 9 Circuit board 10 Arm fixing screw 11 Arm 12 First bearing 13 Ball portion 14 Holder 15 Ball portion adjusting plate 16 Rod 17 Ball portion 18 Holder 19 Connecting plate fixing screw 20 Second bearing 21 Table 22 Press plate 23 First bearing fixing screw 24 Sensor element 25 Upper bearing portion 26 Lower bearing portion 27 Board mounting screw hole 28 Board Positioning Pin Hole 30 Arm Base 31 First Bearing Rod 32 Arm Acting Unit 33 Rod Connecting Plate 34 Connecting Plate Fixing Screw 35 Second Bearing Rod 36 Second Bearing Fixing Screw 41 Holder Step 42 Female Screw 43 Arm Press 44 Substrate pressing protrusion 51 Substrate receiving step 52 c De mounting screw hole 53 substrate support projections 61 bottom part 62 central convex portion 63 side wall portion 64 sensor attachment holes

Claims (10)

ベースと、前記ベースに対して6自由度を有し前記ベースと対向して配置されたテーブルと、前記ベースと前記テーブルとを連結するよう並列配置された6つの連結部と、前記ベースと前記テーブルとの間の変位及び/または変形を検出する複数の検出素子と、前記各々の検出素子の変位及び/または変形量を総合的に計算する演算部とからなるセンサにおいて、前記各連結部のテーブル側第1軸受は前記テーブル裏側より嵌合するよう構成されており、前記テーブルに固定される押圧板と前記テーブルとにより保持固定されていることを特徴とする力覚または運動センサ。  A base, a table having six degrees of freedom with respect to the base, and arranged to face the base; six connecting portions arranged in parallel to connect the base and the table; the base and the In a sensor comprising a plurality of detection elements for detecting displacement and / or deformation between the table and an arithmetic unit for comprehensively calculating the displacement and / or deformation amount of each detection element, The table-side first bearing is configured to be fitted from the back side of the table, and is held and fixed by a pressing plate fixed to the table and the table. 前記連結部の各々は、前記テーブルに連結される第1軸受と、前記第1軸受に接続されるロッドと、前記ロッドの前記第1軸受と反対側端部に設けられた第2軸受と、前記ベースに固定され前記第2軸受と連結されるアームとからなり、前記アームが前記6つの連結部とそれぞれ連結できる板状部材で構成されていることを特徴とする請求項1記載の力覚または運動センサ。  Each of the connecting portions includes a first bearing connected to the table, a rod connected to the first bearing, a second bearing provided at an end of the rod opposite to the first bearing, The force sense according to claim 1, comprising an arm fixed to the base and connected to the second bearing, wherein the arm is formed of a plate-like member that can be connected to the six connecting portions. Or motion sensor. 前記連結部の前記第1軸受は前記テーブルに対して垂直に設置されており、前記第2軸受は前記アームに対して垂直に設置されており、前記第1軸受および前記第2軸受はロッド連結板にて連結されていることを特徴とする請求項1または2記載の力覚または運動センサ。  The first bearing of the connecting portion is installed perpendicular to the table, the second bearing is installed perpendicular to the arm, and the first bearing and the second bearing are rod-connected. The force or motion sensor according to claim 1 or 2, wherein the force sensor or the motion sensor is connected by a plate. 前記アームは弾性部材からなり、前記ベースは前記アームが過変位及び/または過変形した際に前記アームの破壊を防止する過負荷保護部を備えたことを特徴とする請求項2または3記載の力覚または運動センサ。  The said arm consists of an elastic member, The said base was provided with the overload protection part which prevents destruction of the said arm when the said arm is over-displaced and / or over-deformed. Force or motion sensor. 前記連結部の前記第1軸受及び/または第2軸受がボールジョイントであり、少なくともボール部と軸受部とが一体成形されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の力覚または運動センサ。  5. The force according to claim 1, wherein the first bearing and / or the second bearing of the connecting portion is a ball joint, and at least the ball portion and the bearing portion are integrally formed. Sense or motion sensor. 前記ボール部および軸受部が金属焼結または樹脂成型により一体的に形成されたことを特徴とする請求項5記載の力覚または運動センサ。  6. The force or motion sensor according to claim 5, wherein the ball portion and the bearing portion are integrally formed by metal sintering or resin molding. 前記軸受部が2分割されていることを特徴とする請求項5または6記載の力覚または運動センサ。  The force sensor or motion sensor according to claim 5 or 6, wherein the bearing part is divided into two parts. 前記第1軸受及び/または第2軸受のホルダ部が、前記ボール部と前記軸受部とのガタを調整するクリアランス調整機能を備えたことを特徴とする請求項5乃至7のいずれかに記載の力覚または運動センサ。  The holder part of the said 1st bearing and / or a 2nd bearing was provided with the clearance adjustment function which adjusts the play of the said ball | bowl part and the said bearing part, The Claim 5 thru | or 7 characterized by the above-mentioned. Force or motion sensor. 前記ベース及び前記テーブルの外側を伸縮自在のカバーにより被覆したことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の力覚または運動センサ。  The force sensor or motion sensor according to any one of claims 1 to 8, wherein the outside of the base and the table is covered with an extendable cover. 検出素子の変位及び/または変形量を総合的に計算する演算部を備えたベースに対して、テーブルに連結されるロッドと、前記ロッドの前記テーブル側端部に設けられた第1軸受と、前記ロッドの前記第1軸受と反対側端部に設けられた第2軸受と、前記第2軸受と連結されるアームとからなる複数の連結部を固定した後、押圧板を配置し、各連結部の前記第1軸受を前記テーブルの所定位置に嵌合組立てした後、結合手段により前記テーブルと前記押圧板とを結合することによって前記各連結部を前記テーブルに固定することを特徴とする力覚または運動センサの製造方法。  A rod connected to a table with respect to a base including a calculation unit that comprehensively calculates the displacement and / or deformation amount of the detection element; and a first bearing provided at the table side end of the rod; After fixing a plurality of connecting portions composed of a second bearing provided on the opposite end of the rod to the first bearing and an arm connected to the second bearing, a pressing plate is arranged, After the first bearing of the portion is fitted and assembled at a predetermined position of the table, the connecting portion is fixed to the table by connecting the table and the pressing plate by a connecting means. A method of manufacturing a sense or motion sensor.
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