JP2011209103A - Device and method for detecting slip sense - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and method for detecting a slip sense, which detects the slip sense by using a force sensor.SOLUTION: The device for detecting the slip sense which detects a slip occurring between a component P and a contact part R4 is equipped with: the force sensor 1 which detects an external force F impressed on the contact part R4, using a strain detecting resistance element S; a signal input part 9 which inputs an initial signal of a prescribed frequency to the strain detecting resistance element S; a frequency analyzing part 62 which performs frequency analysis of a sensor output signal Vs' from the strain detecting resistance element S; and a slip sense determining part 63 which determines that the slip occurs between the component P and the contact part R4, when the intensity of a frequency component different from the frequency component of the initial signal, out of the frequency components detected in the frequency analyzing part 62 exceeds a threshold, and also determines that the slip does not occur between the component P and the contact part R4, when the intensity of the frequency component different from the frequency component of the initial signal is equal to or lower than the threshold.

Description

本発明は、多軸力センサなどの力覚センサを用いて滑り覚を検知する滑り覚検知装置及び滑り覚検知方法に関する。   The present invention relates to a slip detection device and a slip detection method for detecting a slip sensation using a force sensor such as a multi-axis force sensor.

ロボットハンド等の自動作業機械では、その作業動作上で、作業対象物に対して力を加えたり、外界から力の作用を受けたりする。この場合、自動作業機械では、自身に加わる外部からの力やモーメントを検出し、当該力やモーメントに対応した制御を行うことが要求される。力やモーメントに対応する制御を高精度で行うためには、外部から加わる力とモーメントを正確に検出することが必要となる。   In an automatic working machine such as a robot hand, a force is applied to a work target or an action of a force is applied from the outside world in the work operation. In this case, the automatic work machine is required to detect an external force or moment applied to itself and perform control corresponding to the force or moment. In order to perform control corresponding to force and moment with high accuracy, it is necessary to accurately detect externally applied force and moment.

そこで従来から、外力に比例した変形量に基づき力を測定する弾性式力覚センサが提案されている。弾性式力覚センサは、原理的な構造として、外力に応じて弾性変形する起歪体の部分に複数の歪検出用抵抗素子を設けた構造を有するものが知られている。弾性式力覚センサの起歪体に外力が加わると、起歪体の変形度合い(応力)に応じた電気信号が複数の歪検出用抵抗素子から出力される。これらの電気信号に基づいて起歪体に加わった2成分以上の力等を検出することができる。弾性式力覚センサで生じる応力の測定は、上記電気信号に基づいて算出される。   Therefore, conventionally, an elastic force sensor that measures force based on a deformation amount proportional to an external force has been proposed. As an elastic force sensor, a sensor having a structure in which a plurality of strain detecting resistance elements are provided in a portion of a strain generating body that is elastically deformed according to an external force is known. When an external force is applied to the strain generating body of the elastic force sensor, an electrical signal corresponding to the degree of deformation (stress) of the strain generating body is output from a plurality of strain detecting resistance elements. Based on these electric signals, a force of two or more components applied to the strain generating body can be detected. Measurement of stress generated by the elastic force sensor is calculated based on the electrical signal.

弾性式力覚センサの一種として、起歪体部分に複数の歪検出用抵抗素子を備えた多軸力センサが知られている。例えば、6軸力センサは、外力を、直交座標系の3軸(X軸、Y軸、Z軸)の各軸方向の応力成分(力:Fx,Fy,Fz)と、各軸方向のトルク成分(モーメント:Mx,My,Mz)に分け、6軸成分として検出するものである。   As one type of elastic force sensor, a multi-axis force sensor having a plurality of strain detecting resistance elements in a strain generating body portion is known. For example, a 6-axis force sensor uses an external force as a stress component (force: Fx, Fy, Fz) in each axial direction of three axes (X axis, Y axis, Z axis) in the orthogonal coordinate system and torque in each axial direction. It is divided into components (moments: Mx, My, Mz) and detected as 6-axis components.

6軸力センサの従来例として特許文献1に開示される6軸力センサは、半導体製造プロセスを利用して半導体基板上の起歪体の部分に複数の歪検出用抵抗素子を所定の配置パターンで一体的に組み付けている。当該6軸力センサは、ほぼ正方形の平面形状を有する板状の半導体基板から成り、周囲部分の支持部と、中央部分に位置する平面形状がほぼ正方形の作用部と、正方形の作用部の4つの辺の各々と支持部の対応部分との間を連結する連結部とから構成されている。歪検出用抵抗素子は、正方形作用部の各辺と連結部との間の境界部に設けられる。この6軸力センサによれば、起歪体の部分の形態を改良し、複数の歪検出用抵抗素子の配置パターンを最適化するとともに、歪検出用抵抗素子と同等の熱影響を受ける位置であって、かつ応力の影響を受けない位置に温度補償用抵抗素子を設けることで、高精度な応力検出を行うことができる。   As a conventional example of a six-axis force sensor, a six-axis force sensor disclosed in Patent Document 1 uses a semiconductor manufacturing process to place a plurality of strain detection resistance elements on a portion of a strain generating body on a semiconductor substrate in a predetermined arrangement pattern. It is assembled in one piece. The six-axis force sensor is composed of a plate-like semiconductor substrate having a substantially square planar shape, and includes a supporting portion in the peripheral portion, an action portion having a substantially square shape located in the central portion, and four square action portions. It is comprised from the connection part which connects between each of one side and the corresponding part of a support part. The strain detecting resistance element is provided at a boundary portion between each side of the square action portion and the connecting portion. According to this six-axis force sensor, the shape of the strain-generating body portion is improved, the arrangement pattern of a plurality of strain detection resistance elements is optimized, and at the position affected by the thermal effect equivalent to the strain detection resistance elements. In addition, by providing the temperature compensating resistance element at a position that is not affected by the stress, highly accurate stress detection can be performed.

一方、ロボットハンド等の自動作業機械では、把持した対象物が滑って落下することなどを防止するために、対象物から受ける接触力や、接触力の作用位置等を測定して、対象物の滑りを滑り覚として検知することが行われている。   On the other hand, in an automatic working machine such as a robot hand, in order to prevent the grasped object from slipping and falling, the contact force received from the object, the position where the contact force is applied, etc. are measured, Detecting slip as a sense of slip has been performed.

例えば、特許文献2には、接触力の作用に対抗して固定されるべき根元片の先端部に、センサ片を介して、接触力を直接に受けるべき指先片を突設し、センサ片には、根元片寄りの第1検出位置と指先片寄りの第2検出位置の夫々に、各検出位置に作用する曲げモーメントを検出するためのセンサを設け、第1検出位置及び第2検出位置における曲げモーメントの検出値に基づいて、指先片に作用する接触力の作用位置を導出する触覚センサ装置が開示されている。この触覚センサ装置によれば、接触力の作用位置の変化に基づいて、把持した対象物が滑っているか否かを感知することができる。   For example, in Patent Document 2, a fingertip piece to be directly subjected to contact force is projected through a sensor piece at the tip of a base piece to be fixed against the action of contact force. Provides a sensor for detecting a bending moment acting on each detection position at each of the first detection position closer to the base and the second detection position closer to the fingertip, and the first detection position and the second detection position There is disclosed a tactile sensor device that derives an action position of a contact force acting on a fingertip piece based on a detected value of a bending moment. According to this tactile sensor device, it is possible to detect whether or not the grasped object is slipping based on the change in the position where the contact force is applied.

特開2006−125873号公報JP 2006-125873 A 特開平8−254471号公報JP-A-8-254471

しかしながら、ロボットハンド等の自動作業機械に滑り覚を検知させるために、前記した多軸力センサなどの力覚センサの他に、特許文献2に記載のような触覚センサ装置を設けると、部品点数が大幅に増加して、装置の複雑化や大型化に加え、製造コストの増大を招くこととなる。
そのため、力覚センサだけで滑り覚をも検知することが望まれていた。
However, if a tactile sensor device as described in Patent Document 2 is provided in addition to the above-described force sensor such as a multi-axis force sensor in order to cause an automatic working machine such as a robot hand to detect a slip, the number of parts This greatly increases the complexity and size of the apparatus, and increases the manufacturing cost.
Therefore, it has been desired to detect a slip sensation using only a force sensor.

本発明は、これらの事情に鑑みて成されたものであり、力覚センサを用いて滑り覚を検知する滑り覚検知装置及び滑り覚検知方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of these circumstances, and an object thereof is to provide a slip detection device and a slip detection method for detecting a slip sense using a force sensor.

本発明に係る滑り覚検知装置は、対象物と前記対象物に接触する接触部との間に生じた滑りを検知する滑り覚検知装置であって、歪検出用抵抗素子を用いて前記接触部に印加された外力を検出する力覚センサと、前記歪検出用抵抗素子に所定周波数の初期信号を入力する信号入力部と、前記歪検出用抵抗素子からの出力信号を周波数解析する周波数解析部と、前記周波数解析部において検出された周波数成分のうち、前記初期信号の周波数成分と異なる周波数成分の強度が閾値を超える場合は、前記対象物と前記接触部との間に滑りが生じたと判定し、前記初期信号の周波数成分と異なる周波数成分の強度が前記閾値以下である場合は、前記対象物と前記接触部との間に滑りが生じていないと判定する滑り覚判定部と、を備えることを特徴とする。   A slip sensation detection apparatus according to the present invention is a slip sensation detection apparatus that detects slip generated between an object and a contact part that contacts the object, and uses the strain detection resistance element to detect the slip. A force sensor for detecting an external force applied to the signal, a signal input unit for inputting an initial signal of a predetermined frequency to the strain detection resistance element, and a frequency analysis unit for frequency analysis of an output signal from the strain detection resistance element When the intensity of the frequency component different from the frequency component of the initial signal among the frequency components detected by the frequency analysis unit exceeds a threshold, it is determined that slip has occurred between the object and the contact unit. And a slip sensation determining unit that determines that no slip has occurred between the object and the contact portion when the intensity of the frequency component different from the frequency component of the initial signal is equal to or less than the threshold value. With features That.

また、本発明に係る滑り覚検知方法は、対象物と前記対象物に接触する接触部との間に生じた滑りを検知する滑り覚検知方法であって、前記接触部に印加された外力を検出する力覚センサに設けられた歪検出用抵抗素子に所定周波数の初期信号を入力する初期信号入力ステップと、前記歪検出用抵抗素子からの出力信号を周波数解析する周波数解析ステップと、前記周波数解析部において検出された周波数成分のうち、前記初期信号の周波数成分と異なる周波数成分の強度が閾値を超える場合は、前記対象物と前記接触部との間に滑りが生じたと判定し、前記初期信号の周波数成分と異なる周波数成分の強度が前記閾値以下である場合は、前記対象物と前記接触部との間に滑りが生じていないと判定する滑り判定ステップと、を備えることを特徴とする。   The slip detection method according to the present invention is a slip detection method for detecting slip generated between an object and a contact part that contacts the object, and an external force applied to the contact part is detected. An initial signal input step of inputting an initial signal of a predetermined frequency to a strain detection resistance element provided in the force sensor to detect; a frequency analysis step of frequency analysis of an output signal from the strain detection resistance element; and the frequency Of the frequency components detected by the analysis unit, when the intensity of the frequency component different from the frequency component of the initial signal exceeds a threshold, it is determined that slip has occurred between the object and the contact unit, and the initial component A slip determination step for determining that slip does not occur between the object and the contact portion when the intensity of the frequency component different from the frequency component of the signal is equal to or less than the threshold value. And butterflies.

かかる構成によれば、対象物と接触部との間に滑りが生じた場合、対象物と接触部との摩擦による振動が力覚センサに伝達され、歪検出用抵抗素子の抵抗値が周期的に変化する。歪検出用抵抗素子には、所定周波数の初期信号が入力されているため、歪検出用抵抗素子からの出力信号は、初期信号による所定周波数の波形と、この周波数とは異なる摩擦の振動による周波数の波形との合成波形となる。そして、この検知信号を周波数解析し、初期信号の周波数成分と異なる周波数成分の強度が予め設定した所定の閾値を超える場合には、対象物と接触部との間に滑りが生じたと滑り覚判定部が判定する。これにより、力覚センサ以外のセンサを設けることなく、対象物と接触部との間に滑りが生じたことを検知することができる。   According to such a configuration, when slippage occurs between the object and the contact portion, vibration due to friction between the object and the contact portion is transmitted to the force sensor, and the resistance value of the strain detection resistance element is periodically changed. To change. Since the initial signal of a predetermined frequency is input to the strain detection resistance element, the output signal from the strain detection resistance element is a waveform of the predetermined frequency by the initial signal and a frequency due to frictional vibration different from this frequency. It becomes a composite waveform with the waveform. The detection signal is subjected to frequency analysis, and when the intensity of the frequency component different from the frequency component of the initial signal exceeds a predetermined threshold value, it is determined that slip has occurred between the object and the contact portion. Determine. Accordingly, it is possible to detect that slip has occurred between the object and the contact portion without providing a sensor other than the force sensor.

また、前記接触部の表面はエラストマーで被覆されており、前記初期信号の周波数は、前記エラストマーの固有周期よりも高く設定されているのが好ましい。   Moreover, it is preferable that the surface of the said contact part is coat | covered with the elastomer, and the frequency of the said initial signal is set higher than the natural period of the said elastomer.

かかる構成によれば、接触部の表面がエラストマーで被覆されているので、対象物が滑ったときに振動を生じ易い。また、エラストマーの固有周期は金属などの固有周期に比較して低い(例えば数十Hz程度)ため、初期信号の周波数を高く(例えば数kHz程度)設定することによって、初期信号の周波数成分と滑りによる周波数成分との相違が明確になり、検出精度を向上させることができる。   According to such a configuration, since the surface of the contact portion is covered with the elastomer, vibration is likely to occur when the object slips. In addition, since the natural period of the elastomer is lower (for example, about several tens of Hz) than the natural period of metal or the like, the frequency of the initial signal can be reduced by setting the frequency of the initial signal high (for example, about several kHz). The difference from the frequency component due to is clarified, and the detection accuracy can be improved.

本発明によれば、力覚センサを用いて滑り覚を検知する滑り覚検知装置及び滑り覚検知方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a slip sensation detection apparatus and a slip sensation detection method that detect a slip sensation using a force sensor.

本実施形態に係る滑り覚検知装置を適用した自動作業機械の概略側面図である。1 is a schematic side view of an automatic working machine to which a slip sensation detection apparatus according to an embodiment is applied. (a)は、接触部と力覚センサの断面図であり、(b)は、力覚センサの斜視図である。(A) is sectional drawing of a contact part and a force sensor, (b) is a perspective view of a force sensor. 配線を除外して示した力覚センサの平面図である。It is a top view of a force sensor shown excluding wiring. 力覚センサの平面図である。It is a top view of a force sensor. 歪検出用抵抗素子と温度補償用抵抗素子の電気接続関係を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the electrical connection relation of the resistance element for distortion detection, and the resistance element for temperature compensation. (a)は、センサ出力信号の処理回路を示すブロック図であり、(b)は、演算部のブロック図である。(A) is a block diagram which shows the processing circuit of a sensor output signal, (b) is a block diagram of a calculating part. (a)は、センサ出力信号の波形を模式的に示すグラフであり、(b)は、時間t1から時間t2におけるセンサ出力信号を周波数解析したスペクトル分布図である。(A) is a graph schematically showing the waveform of the sensor output signal, and (b) is a spectrum distribution diagram obtained by frequency analysis of the sensor output signal from time t1 to time t2. 滑り覚検知装置の動作フロー図である。It is an operation | movement flowchart of a slipperiness detection apparatus.

本発明の第1実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態では、部品などの対象物を把持して製品に組み付ける自動作業装置に本発明を適用した場合を例にとって説明する。   A first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In the present embodiment, a case will be described as an example where the present invention is applied to an automatic work apparatus that grips an object such as a part and assembles it onto a product.

図1は、本実施形態に係る滑り覚検知装置を適用した自動作業機械の概略側面図である。
図1に示すように、自動作業装置Rは、例えばいわゆるロボットハンドであり、製品を製造する工場のラインに沿って設置されている。自動作業装置Rは、床面に設置された装置本体R1と、装置本体R1の上部に設置された腕部R2と、腕部R2の先端に設けられた把持部R3と、を有している。
腕部R2は、複数の関節部rを有しており、水平方向或いは垂直方向に回動して、先端の把持部R3を所望の位置や向きに配置することが可能になっている。
把持部R3は、対象物たる部品Pに接触する一対の接触部R4と、一対の接触部R4を互いに近接・離間させる駆動部R5とを有している。接触部R4の内部には、接触部R4が部品Pから受ける外力Fを検知するための力覚センサ1が設置されている。
装置本体R1は、腕部R2や把持部R3の動作を制御する制御部R6や電源装置(図示省略)等を有している。
自動作業装置Rは、例えば、予め記憶されたプログラムにしたがって、作業台Dに載置された対象物たる部品Pを把持部R3で把持した後、腕部R2を駆動して製品の取付位置まで部品Pを運搬し、部品Pを製品に取り付ける動作を行う。
FIG. 1 is a schematic side view of an automatic working machine to which the slip detection device according to the present embodiment is applied.
As shown in FIG. 1, the automatic working device R is, for example, a so-called robot hand, and is installed along a line of a factory that manufactures a product. The automatic working device R includes a device main body R1 installed on the floor, an arm portion R2 installed on the upper portion of the device main body R1, and a gripping portion R3 provided at the tip of the arm portion R2. .
The arm portion R2 has a plurality of joint portions r, and can be rotated in the horizontal direction or the vertical direction so that the tip gripping portion R3 can be arranged in a desired position or orientation.
The gripping part R3 has a pair of contact parts R4 that come into contact with the component P that is the object, and a drive part R5 that brings the pair of contact parts R4 close to and away from each other. A force sensor 1 for detecting an external force F received by the contact portion R4 from the component P is installed inside the contact portion R4.
The apparatus main body R1 includes a control unit R6 that controls the operation of the arm part R2 and the gripping part R3, a power supply device (not shown), and the like.
For example, according to a program stored in advance, the automatic working device R grips the part P, which is an object placed on the work table D, with the gripping portion R3, and then drives the arm portion R2 to reach the product mounting position. The part P is transported and the part P is attached to the product.

図2の(a)は、接触部と力覚センサの断面図であり、(b)は、力覚センサの斜視図である。
図2(a)に示すように、接触部R4は、中空筒状を呈する金属製の本体部R4aと、この本体部R4aの表面に被覆されたエラストマーR4bと、を有している。
接触部R4には、部品Pを把持するときに部品Pから受ける反力F1と、部品Pが滑ったときに、部品PとエラストマーR4bとの間に生じる摩擦力F2と、が作用する。
なお、以下の説明においては、反力F1と摩擦力F2とを合わせて外力Fという場合がある。
2A is a cross-sectional view of the contact portion and the force sensor, and FIG. 2B is a perspective view of the force sensor.
As shown in FIG. 2A, the contact portion R4 has a metal main body portion R4a having a hollow cylindrical shape, and an elastomer R4b coated on the surface of the main body portion R4a.
A reaction force F1 received from the component P when the component P is gripped and a frictional force F2 generated between the component P and the elastomer R4b when the component P slides act on the contact portion R4.
In the following description, the reaction force F1 and the friction force F2 may be collectively referred to as an external force F.

本体部R4aの先端側は、ドーム状に形成されて閉塞されており、本体部R4aの基端側は、駆動部R5(図1参照)に連結されている。
エラストマーR4bは、いわゆるゴムであり、例えばシリコーンゴムやフッ素ゴムなどで構成されている。エラストマーR4bは、本体部R4aを構成する金属材料などに比較して低い固有振動数を有しており、接触部R4と部品Pとの間に滑りが生じたときに、低い周波数の振動を発生させる機能を有している。
The distal end side of the main body portion R4a is formed and closed in a dome shape, and the proximal end side of the main body portion R4a is connected to the driving portion R5 (see FIG. 1).
The elastomer R4b is a so-called rubber, and is made of, for example, silicone rubber or fluorine rubber. Elastomer R4b has a lower natural frequency than the metal material that constitutes main body R4a, and generates vibration at a low frequency when slippage occurs between contact portion R4 and component P. It has a function to make it.

力覚センサ1は、例えば6軸力センサであり、外力Fを、直交座標系の3軸(X軸、Y軸、Z軸)の各軸方向の応力成分(力:Fx,Fy,Fz)と、各軸方向のトルク成分(モーメント:Mx,My,Mz)に分け、6軸成分として検出する機能を有している。
力覚センサ1は、図2(a),(b)に示すように、台座11と、円筒形の減衰機構12と、力覚センサ用チップ2とから構成される。
The force sensor 1 is, for example, a six-axis force sensor, and the external force F is converted into stress components (forces: Fx, Fy, Fz) in the three axial directions (X axis, Y axis, Z axis) of the orthogonal coordinate system. And a torque component (moment: Mx, My, Mz) in each axial direction, and has a function of detecting as a six-axis component.
As shown in FIGS. 2A and 2B, the force sensor 1 includes a pedestal 11, a cylindrical damping mechanism 12, and a force sensor chip 2.

台座11は、例えばステンレス材(SUS)で作られた支持台部分を形成している。台座11の一端側(図2では下側)には、中央部にセンサチップ支持部11aが設けられ、周縁部に減衰機構支持部11bが設けられている。センサチップ支持部11aにはガラス台座13及び接合層14を介して力覚センサ用チップ2が取り付けられている。また減衰機構支持部11bには、接合層15を介して減衰機構12が取り付けられている。台座11の他端側11cは、本体部R4aの内部に充填された樹脂などに固定されている。   The pedestal 11 forms a support base portion made of, for example, stainless steel (SUS). On one end side (lower side in FIG. 2) of the pedestal 11, a sensor chip support portion 11a is provided at the center portion, and an attenuation mechanism support portion 11b is provided at the peripheral portion. The force sensor chip 2 is attached to the sensor chip support portion 11a via a glass pedestal 13 and a bonding layer. In addition, the damping mechanism 12 is attached to the damping mechanism support portion 11b through the bonding layer 15. The other end 11c of the base 11 is fixed to a resin or the like filled in the main body R4a.

減衰機構12は、外力や荷重を受け、当該外力を連結ロッド16を介して力覚センサ用チップ2に伝達するとき、力覚センサ用チップ2に伝達される当該外力を弱くする緩衝機構である。減衰機構12は、接合部18を介して連結ロッド16の一端側を保持する円筒状の保持部12aと、保持部12aよりも大径に形成されて力覚センサ用チップ2を覆う円筒状のケース部12bと、を備えている。保持部12aは、本体部R4aの先端側の内壁に固定されている。ケース部12bには、肉抜き用の長孔12cが周方向に沿って複数形成されている。   The damping mechanism 12 is a buffer mechanism that weakens the external force transmitted to the force sensor chip 2 when receiving the external force or load and transmitting the external force to the force sensor chip 2 via the connecting rod 16. . The damping mechanism 12 has a cylindrical holding portion 12a that holds one end side of the connecting rod 16 via the joint portion 18, and a cylindrical shape that has a larger diameter than the holding portion 12a and covers the force sensor chip 2. And a case portion 12b. The holding part 12a is fixed to the inner wall on the distal end side of the main body part R4a. In the case portion 12b, a plurality of elongated holes 12c are formed along the circumferential direction.

連結ロッド16は、図2(a)に示すように、円柱状の部材であり、一端側を保持部12aに接合部18を介して保持され、他端側を力覚センサ用チップ2の作用部21(図3参照)に絶縁性を有する接合部19を介して接続されている。   As shown in FIG. 2A, the connecting rod 16 is a columnar member, one end side is held by the holding portion 12 a via the joint portion 18, and the other end side is the action of the force sensor chip 2. It connects to the part 21 (refer FIG. 3) via the junction part 19 which has insulation.

次に、力覚センサ用チップ2の構成について、図3および図4を参照しながら詳細に説明する。図3は、配線を除外して示した力覚センサの平面図である。図4は、配線を含む力覚センサの平面図である。
力覚センサ用チップ2は、6軸力センサチップであり、図3に示すように、平面視で略正方形のベース部材20上に構成されている。そして、当該ベース部材20は、図3に示すように、外力F(図2、符号F1,F2参照)が伝達される作用部21と、連結部23を介して作用部21を支持する支持部22と、作用部21と支持部22とを連結する連結部23と、を備えている。
Next, the configuration of the force sensor chip 2 will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a plan view of the force sensor excluding the wiring. FIG. 4 is a plan view of a force sensor including wiring.
The force sensor chip 2 is a six-axis force sensor chip, and is configured on a substantially square base member 20 in plan view as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the base member 20 includes an action part 21 to which an external force F (see FIG. 2, F <b> 1 and F <b> 2) is transmitted, and a support part that supports the action part 21 via the connection part 23. 22, and a connecting portion 23 that connects the action portion 21 and the support portion 22.

また、ベース部材20上の所定位置には、図3に示すように、外力Fの大きさや方向を検出する歪検出用抵抗素子Sと、歪検出用抵抗素子Sの温度補償を行うための素子である温度補償用抵抗素子27と、が配置されている。歪検出用抵抗素子Sおよび温度補償用抵抗素子27は、図4に示すように、配線28を介して信号電極パッド25およびGND電極パッド26と接続されている。   Further, as shown in FIG. 3, a strain detection resistance element S for detecting the magnitude and direction of the external force F and an element for performing temperature compensation of the strain detection resistance element S are provided at predetermined positions on the base member 20. And a temperature compensating resistor element 27 are arranged. The strain detecting resistance element S and the temperature compensating resistance element 27 are connected to the signal electrode pad 25 and the GND electrode pad 26 through the wiring 28 as shown in FIG.

ベース部材20は、力覚センサ用チップ2の土台となる部材である。ベース部材20は、図3に示すように、作用部21と、支持部22と、連結部23と、を有している。また、ベース部材20には、図3に示すように、貫通孔G,H,I,J,K,L,M,Nが形成されている。ベース部材20は、例えば、シリコン等の半導体基板で構成することができる。
ベース部材20の外周縁には、各辺に沿って所要の幅にてほぼ正方形リング状のGND(接地(GROUND))配線29が形成されている。このGND配線29には、後記するGND電極パッド26が接続されている。なお、正方形リング状のGND配線29は一例であり、一定電位にするものであれば、どのようなものでもよい。
The base member 20 is a member that becomes a base of the force sensor chip 2. As shown in FIG. 3, the base member 20 includes an action part 21, a support part 22, and a connection part 23. Further, as shown in FIG. 3, through holes G, H, I, J, K, L, M, and N are formed in the base member 20. The base member 20 can be composed of a semiconductor substrate such as silicon, for example.
A substantially square ring-shaped GND (GROUND) wiring 29 is formed on the outer peripheral edge of the base member 20 with a required width along each side. A GND electrode pad 26 to be described later is connected to the GND wiring 29. Note that the square ring-shaped GND wiring 29 is an example, and any wiring can be used as long as it has a constant potential.

作用部21は、外力Fが印加される領域である。作用部21は、図3に示すように、力覚センサ用チップ2の中央部に形成されている。また作用部21は、前記したように、絶縁性を有する接合部19を介して減衰機構12の連結ロッド16と接合されている(図2(a)参照)。   The action portion 21 is a region to which an external force F is applied. As shown in FIG. 3, the action portion 21 is formed at the center of the force sensor chip 2. As described above, the action portion 21 is joined to the connecting rod 16 of the damping mechanism 12 via the joint portion 19 having an insulating property (see FIG. 2A).

支持部22は、連結部23を介して作用部21を支持する領域である。支持部22は、図3に示すように、力覚センサ用チップ2の周縁部に形成され、四角枠状をなしている。また支持部22は、前記したように、その全部または一部がガラス台座13及び接合層14を介して台座11のセンサチップ支持部11aと接合されている(図2(a)参照)。なお、支持部22の形状は、作用部21を支持できる形状であれば四角枠状に限られず、例えば円形枠状とすることもできる。   The support portion 22 is a region that supports the action portion 21 via the connecting portion 23. As shown in FIG. 3, the support portion 22 is formed at the peripheral portion of the force sensor chip 2 and has a rectangular frame shape. Further, as described above, all or part of the support portion 22 is bonded to the sensor chip support portion 11a of the pedestal 11 via the glass pedestal 13 and the bonding layer 14 (see FIG. 2A). The shape of the support portion 22 is not limited to a square frame shape as long as the action portion 21 can be supported, and may be a circular frame shape, for example.

連結部23は、作用部21と支持部22とを連結する領域である。連結部23は、図3に示すように、作用部21と支持部22の間に形成されている。また、連結部23には、後記するように、細長いスリット状の貫通孔G,H,I,J,K,L,M,Nが所定の箇所に形成されている。   The connection part 23 is an area for connecting the action part 21 and the support part 22. As shown in FIG. 3, the connecting portion 23 is formed between the action portion 21 and the support portion 22. Further, as will be described later, the connecting portion 23 is formed with elongated slit-like through holes G, H, I, J, K, L, M, and N at predetermined positions.

連結部23は、図3に示すように、弾性部23a1,23b1,23c1,23d1と、橋梁部23a2,23b2,23c2,23d2と、からなるT字梁状の領域23a,23b,23c,23dをそれぞれ備えている。弾性部23a1,23b1,23c1,23d1は、図3に示すように、長さ方向における両端部が支持部22の内周と接続され、中心部がそれぞれに対応する橋梁部23a2,23b2,23c2,23d2の一方の端部と接続されている。また、橋梁部23a2,23b2,23c2,23d2は、図3に示すように、長さ方向における一方の端部がそれぞれに対応する弾性部23a1,23b1,23c1,23d1と接続され、他方の端部が作用部21と接続されている。   As shown in FIG. 3, the connecting portion 23 includes T-beam shaped regions 23a, 23b, 23c, and 23d that are made up of elastic portions 23a1, 23b1, 23c1, and 23d1 and bridge portions 23a2, 23b2, 23c2, and 23d2. Each has. As shown in FIG. 3, the elastic portions 23a1, 23b1, 23c1, 23d1 are connected to the inner periphery of the support portion 22 at both ends in the length direction, and the bridge portions 23a2, 23b2, 23c2, respectively corresponding to the center portions. It is connected to one end of 23d2. Further, as shown in FIG. 3, the bridge portions 23a2, 23b2, 23c2, and 23d2 are connected to the elastic portions 23a1, 23b1, 23c1, and 23d1 corresponding to the respective ends in the length direction, and the other end portions. Is connected to the action part 21.

T字梁状の領域23a,23b,23c,23dは、図3に示すように、作用部21の中心に対して4回対称となるように、力覚センサ用チップ2の四辺に対応して形成することが好ましい。このように、作用部21を中心として4回対称となるようにT字梁状の領域23a,23b,23c,23dを形成することで、支持部22が4方向からバランス良く作用部21を支持することができる。   The T-beam shaped regions 23a, 23b, 23c, and 23d correspond to the four sides of the force sensor chip 2 so as to be four times symmetrical with respect to the center of the action portion 21, as shown in FIG. Preferably formed. In this way, by forming the T-beam shaped regions 23a, 23b, 23c, and 23d so as to be four-fold symmetric about the action part 21, the support part 22 supports the action part 21 in a balanced manner from four directions. can do.

このように、T字梁状の領域23a,23b,23c,23dを剛性の低い領域と剛性の高い領域とに分けて形成することで、作用部21に外力Fが印加された際に、弾性部23a1,23b1,23c1,23d1が、橋梁部23a2,23b2,23c2,23d2にかかる余分な歪みを吸収し、一方向への力またはモーメントの印加による力覚センサ用チップ2全体の歪みの発生を抑制することができる。従って、特定の方向の力またはモーメントに対応する歪検出用抵抗素子Sに選択的に歪みを発生させることができ、他軸干渉を大幅に抑制することができる。   As described above, the T-beam-like regions 23a, 23b, 23c, and 23d are divided into the low-rigidity region and the high-rigidity region, so that when the external force F is applied to the action portion 21, elasticity The portions 23a1, 23b1, 23c1, and 23d1 absorb excess distortion applied to the bridge portions 23a2, 23b2, 23c2, and 23d2, and the distortion of the entire force sensor chip 2 due to the application of force or moment in one direction is generated. Can be suppressed. Therefore, a strain can be selectively generated in the strain detecting resistance element S corresponding to a force or moment in a specific direction, and other-axis interference can be significantly suppressed.

なお、他軸干渉とは、単一成分の力の入力があった際に、その他の成分の力の入力が「0」であるにも関わらず、ノイズ等の外乱によって測定結果が「0」とならない現象、すなわち、力またはモーメントの測定値が他軸の力またはモーメントによって変動する現象のことを指している。   The other-axis interference means that when a single component force is input, the measurement result is “0” due to disturbance such as noise even though the input of the force of the other component is “0”. This is a phenomenon that does not occur, that is, a phenomenon in which the measured value of the force or moment varies with the force or moment of the other axis.

貫通孔(第1貫通孔)G,H,I,Jは、図3に示すように、ベース部材20の厚さ方向に貫通して形成された略直線状のスリット孔である。貫通孔G,H,I,Jは、前記した作用部21と支持部22と連結部23とを機能的に分離する役割を果たしている。力覚センサ用チップ2は、このような貫通孔G,H,I,Jを有することにより、作用部21に印加された外力Fを支持部22等に分散させずに、後記する歪検出用抵抗素子Sに集中させることができ、作用部21に印加された外力Fをより正確に検出することができる。   As shown in FIG. 3, the through holes (first through holes) G, H, I, and J are substantially linear slit holes formed so as to penetrate in the thickness direction of the base member 20. The through holes G, H, I, and J play a role of functionally separating the action part 21, the support part 22, and the connection part 23. The force sensor chip 2 has such through-holes G, H, I, and J, so that the external force F applied to the action portion 21 is not dispersed in the support portion 22 and the like, and the strain detection later described. It can be concentrated on the resistance element S, and the external force F applied to the action part 21 can be detected more accurately.

貫通孔(第2貫通孔)K,L,M,Nは、図3に示すように、ベース部材20の厚さ方向に貫通して形成された鉤状のスリット孔である。貫通孔K,L,M,Nは、前記した剛性の低い領域とした弾性部23a1,23b1,23c1,23d1と、剛性の高い領域とした橋梁部23a2,23b2,23c2,23d2と、を機能的に分離する役割を果たしている。力覚センサ用チップ2は、このような貫通孔K,L,M,Nを有することにより、作用部21に印加された外力Fを支持部22等に分散させずに、後記する歪検出用抵抗素子Sに集中させることができ、作用部21に印加された外力Fをより正確に検出することができる。   As shown in FIG. 3, the through holes (second through holes) K, L, M, and N are bowl-shaped slit holes formed so as to penetrate in the thickness direction of the base member 20. The through holes K, L, M, and N are functionally composed of the elastic portions 23a1, 23b1, 23c1, and 23d1 that are the low-rigidity regions and the bridge portions 23a2, 23b2, 23c2, and 23d2 that are the high-rigidity regions. Plays the role of separating. The force sensor chip 2 has such through holes K, L, M, and N, so that the external force F applied to the action portion 21 is not dispersed in the support portion 22 and the like, and the strain detection later described. It can be concentrated on the resistance element S, and the external force F applied to the action part 21 can be detected more accurately.

歪検出用抵抗素子Sは、力覚センサ用チップ2において、外力Fの大きさや方向を検出するための素子である。歪検出用抵抗素子Sは、変形に比例して抵抗値が変化する物質で構成されており、外力Fの印加による歪みを抵抗値の変化として検出する。歪検出用抵抗素子Sは、例えば、半導体製造工程においてベース部材20にボロン等の不純物をイオン注入することで形成することができる。歪検出用抵抗素子Sは、圧縮による歪みが発生した場合に抵抗値が減少し、引っ張りによる歪みが発生した場合に抵抗値が増加する。   The strain detecting resistance element S is an element for detecting the magnitude and direction of the external force F in the force sensor chip 2. The strain detecting resistance element S is made of a material whose resistance value changes in proportion to deformation, and detects strain due to application of the external force F as a change in resistance value. The strain detecting resistance element S can be formed, for example, by ion-implanting impurities such as boron into the base member 20 in a semiconductor manufacturing process. The resistance element S for strain detection decreases in resistance when strain due to compression occurs, and increases in resistance when strain due to tension occurs.

歪検出用抵抗素子Sは、図3に示すように、ベース部材20上に形成されるとともに、作用部21と連結部23との接続部分にあたる変形発生部に複数形成されている。ここで変形発生部とは、図3に示すように、作用部21に印加される外力Fによる歪みが最も発生する作用部21と橋梁部23a2,23b2,23c2,23d2との接続部分近傍のことを指している。歪検出用抵抗素子Sは、図3に示すように、橋梁部23a2,23b2,23c2,23d2の長軸方向に対して各々が平行となるように形成されている。
歪検出用抵抗素子Sは、図4に示すように、配線28を介して信号電極パッド25およびGND電極パッド26と接続されている。
As shown in FIG. 3, the strain detecting resistance element S is formed on the base member 20, and a plurality of strain detecting resistance elements S are formed on a deformation generating portion corresponding to a connection portion between the action portion 21 and the connecting portion 23. Here, as shown in FIG. 3, the deformation generating portion means the vicinity of the connecting portion between the acting portion 21 where the distortion due to the external force F applied to the acting portion 21 is most generated and the bridge portions 23a2, 23b2, 23c2, and 23d2. Pointing. As shown in FIG. 3, the strain detecting resistance element S is formed so as to be parallel to the major axis direction of the bridge portions 23a2, 23b2, 23c2, and 23d2.
As shown in FIG. 4, the strain detecting resistance element S is connected to the signal electrode pad 25 and the GND electrode pad 26 via the wiring 28.

信号電極パッド25およびGND電極パッド26は、歪検出用抵抗素子Sおよび温度補償用抵抗素子27に対して所定周波数の電圧信号を印加するための電極パッドである。信号電極パッド25およびGND電極パッド26は、図4に示すように、配線28を介して、それぞれの歪検出用抵抗素子Sおよび温度補償用抵抗素子27と接続されている。
また、信号電極パッド25は、後記する信号入力部9(図5参照)と接続されている。
The signal electrode pad 25 and the GND electrode pad 26 are electrode pads for applying a voltage signal having a predetermined frequency to the strain detecting resistance element S and the temperature compensating resistance element 27. As shown in FIG. 4, the signal electrode pad 25 and the GND electrode pad 26 are connected to the respective strain detection resistance elements S and temperature compensation resistance elements 27 via wirings 28.
The signal electrode pad 25 is connected to a signal input unit 9 (see FIG. 5) described later.

温度補償用抵抗素子27は、歪検出用抵抗素子Sの温度補償を行うための素子である。温度補償用抵抗素子27は、環境温度の変化によって抵抗値が変化する物質で構成されており、環境温度の変化を抵抗値の変化として検出する。温度補償用抵抗素子27は、例えば、半導体製造工程においてベース部材20にボロン等の不純物をイオン注入することで形成することができる。   The temperature compensating resistance element 27 is an element for performing temperature compensation of the strain detecting resistance element S. The temperature compensating resistance element 27 is made of a material whose resistance value changes with a change in environmental temperature, and detects a change in environmental temperature as a change in resistance value. The temperature compensating resistance element 27 can be formed, for example, by ion-implanting impurities such as boron into the base member 20 in the semiconductor manufacturing process.

温度補償用抵抗素子27は、歪検出用抵抗素子Sと温度条件が同じ素子で構成されている。また、温度補償用抵抗素子27は、図3に示すように、ベース部材20上に形成されるとともに、ベース部材20上の12個の歪検出用抵抗素子Sと対応させて、歪検出用抵抗素子Sの近傍である所定の位置に12個配置されている。   The temperature compensating resistance element 27 is configured by an element having the same temperature condition as the strain detection resistance element S. Further, as shown in FIG. 3, the temperature compensating resistance element 27 is formed on the base member 20, and is associated with the twelve strain detection resistance elements S on the base member 20, so as to correspond to the strain detection resistance. Twelve are arranged at predetermined positions in the vicinity of the element S.

温度補償用抵抗素子27は、図3に示すように、印加される外力Fによる歪みの影響を受けない場所に配置されている。すなわち、温度補償用抵抗素子27のそれぞれは、図3に示すように、対応する歪検出用抵抗素子Sの近傍であって、自由端となっている貫通孔K,L,M,Nの内側周縁部の近くに配置されている。力覚センサ用チップ2は、このように外力Fの影響を受けない場所に温度補償用抵抗素子27を配置することで、チップ周辺の環境温度のみを検出することができる。
温度補償用抵抗素子27は、図4に示すように、配線28を介して信号電極パッド25およびGND電極パッド26と接続されている。
As shown in FIG. 3, the temperature compensating resistance element 27 is disposed at a location that is not affected by the distortion caused by the applied external force F. That is, as shown in FIG. 3, each of the temperature compensating resistive elements 27 is in the vicinity of the corresponding strain detecting resistive element S and inside the through holes K, L, M, and N that are free ends. It is arranged near the periphery. The force sensor chip 2 can detect only the ambient temperature around the chip by disposing the temperature compensating resistance element 27 in a place not affected by the external force F in this way.
As shown in FIG. 4, the temperature compensating resistance element 27 is connected to the signal electrode pad 25 and the GND electrode pad 26 via the wiring 28.

配線28は、図4に示すように、歪検出用抵抗素子Sと温度補償用抵抗素子27と、信号電極パッド25とGND電極パッド26と、を接続するための配線である。配線28は、歪検出用抵抗素子Sと温度補償用抵抗素子27とが後記するようなブリッジ回路を形成できるように、ベース部材20上で両者を接続している。   As shown in FIG. 4, the wiring 28 is a wiring for connecting the strain detection resistance element S, the temperature compensation resistance element 27, the signal electrode pad 25, and the GND electrode pad 26. The wiring 28 connects the strain detection resistance element S and the temperature compensation resistance element 27 on the base member 20 so that a bridge circuit as will be described later can be formed.

次に、力覚センサ用チップ2における歪検出用抵抗素子Sと温度補償用抵抗素子27の電気接続関係について、図5を参照しながら簡単に説明する。図5は、歪検出用抵抗素子と温度補償用抵抗素子の電気接続関係を示す回路図である。
歪検出用抵抗素子Sと温度補償用抵抗素子27は、図5に示すように、力覚センサ用チップ2の内部において、フルブリッジ回路FBの下半分に対応するハーフブリッジ回路HBを構成している。
Next, the electrical connection relationship between the strain detection resistance element S and the temperature compensation resistance element 27 in the force sensor chip 2 will be briefly described with reference to FIG. FIG. 5 is a circuit diagram showing an electrical connection relationship between the strain detection resistance element and the temperature compensation resistance element.
As shown in FIG. 5, the strain detecting resistive element S and the temperature compensating resistive element 27 constitute a half bridge circuit HB corresponding to the lower half of the full bridge circuit FB inside the force sensor chip 2. Yes.

歪検出用抵抗素子Sおよび温度補償用抵抗素子27の一端側(本図上の下側)は、図5に示すように、配線28を介して相互に連結されるとともに、グラウンド電位GND(GND配線29)に接続されている。また、歪検出用抵抗素子Sおよび温度補償用抵抗素子27の他端側(本図上の上側)は、それぞれ信号電極パッド25と接続されている。そして、信号電極パッド25の他端側(図5の上側)は、力覚センサ用チップ2の外部に設けられた外付抵抗31,32とそれぞれ接続された後に相互に連結され、同じくセンサ外部に設けられた信号入力部9に接続されている。
信号入力部9は、例えば交流電源で構成されており、歪検出用抵抗素子Sおよび温度補償用抵抗素子27に、所定電圧の初期信号を所定周波数Aで入力する機能を有している。
As shown in FIG. 5, one end side (the lower side in the figure) of the strain detection resistance element S and the temperature compensation resistance element 27 are connected to each other via a wiring 28 and also connected to a ground potential GND (GND). It is connected to the wiring 29). Further, the other end side (upper side in the figure) of the strain detecting resistance element S and the temperature compensating resistance element 27 is connected to the signal electrode pad 25, respectively. The other end side (the upper side in FIG. 5) of the signal electrode pad 25 is connected to the external resistors 31 and 32 provided outside the force sensor chip 2 and then connected to each other. Is connected to a signal input unit 9 provided in the.
The signal input unit 9 is composed of, for example, an AC power supply, and has a function of inputting an initial signal of a predetermined voltage at a predetermined frequency A to the strain detection resistance element S and the temperature compensation resistance element 27.

このように構成したフルブリッジ回路FBにおいて、歪検出用抵抗素子Sおよび温度補償用抵抗素子27の他端側(外付抵抗31,32側)は、図5に示すように、後記するフィルタ部51と接続され、歪検出用抵抗素子Sおよび温度補償用抵抗素子27によって検出されるそれぞれの出力信号の差(Vs−Vm)が、センサの出力信号Vs’となる。   In the full bridge circuit FB configured as described above, the other end side (external resistors 31 and 32 side) of the strain detecting resistor element S and the temperature compensating resistor element 27 is a filter section described later as shown in FIG. The difference (Vs−Vm) between the output signals detected by the strain detecting resistive element S and the temperature compensating resistive element 27 is the sensor output signal Vs ′.

ここで、本実施形態におけるセンサ出力信号Vsは、外力Fの変化に応じて歪検出用抵抗素子Sに生じた歪に対応した抵抗値の変化を、電圧値の変化として取り出した信号のことを指している。センサ出力信号Vsは、信号入力部9によって入力される初期信号の周波数成分と、接触部R4に対して部品Pが滑ることによって接触部R4(より詳しくは力覚センサ1)に入力した摩擦力F2の周波数成分と、を有している。   Here, the sensor output signal Vs in the present embodiment is a signal obtained by taking a change in resistance value corresponding to the strain generated in the strain detecting resistance element S in response to a change in the external force F as a change in voltage value. pointing. The sensor output signal Vs includes the frequency component of the initial signal input by the signal input unit 9 and the frictional force input to the contact portion R4 (more specifically, the force sensor 1) as the component P slides with respect to the contact portion R4. And a frequency component of F2.

また、温度補償出力信号Vmとは、環境温度の変化に比例して温度補償用抵抗素子27に生じた歪に対応した抵抗値の変化を、電圧値の変化として取り出した信号のことを指している。温度補償出力信号Vmは、信号入力部9によって入力される初期信号の周波数成分を有している。
なお、温度補償用抵抗素子27は、前記したように、環境温度によってのみ抵抗値が変化する位置に配置されているため、温度補償出力信号Vmは、外力Fの影響を受けていない純粋な環境温度を示す値となる。そして、この温度補償出力信号Vmは、環境温度の影響が含まれるセンサ出力信号Vsを、環境温度の影響が含まれないセンサ出力信号Vs’へと温度補償するための手段として用いられる。
The temperature compensated output signal Vm refers to a signal obtained by taking out a change in resistance value corresponding to the strain generated in the temperature compensating resistance element 27 as a change in voltage value in proportion to a change in environmental temperature. Yes. The temperature compensation output signal Vm has the frequency component of the initial signal input by the signal input unit 9.
Since the temperature compensating resistance element 27 is arranged at a position where the resistance value changes only depending on the environmental temperature as described above, the temperature compensation output signal Vm is a pure environment not affected by the external force F. A value indicating the temperature. The temperature compensation output signal Vm is used as a means for temperature compensating the sensor output signal Vs including the influence of the environmental temperature to the sensor output signal Vs ′ not including the influence of the environmental temperature.

力覚センサ用チップ2は、回路全体としてフルブリッジ回路FBに構成することで、歪検出用抵抗素子Sの抵抗値の変化から、環境温度の変化による抵抗値の変化をより適切にキャンセルし、歪検出用抵抗素子Sにおける外力Fによる抵抗値の変化のみを適切に取り出すことができる。従って、作用部21に印加された外力Fをより正確に検出することができる。   The force sensor chip 2 is configured as a full bridge circuit FB as a whole circuit, thereby more appropriately canceling a change in resistance value due to a change in environmental temperature from a change in resistance value of the strain detection resistance element S, Only the change in resistance value due to the external force F in the strain detecting resistance element S can be taken out appropriately. Therefore, the external force F applied to the action part 21 can be detected more accurately.

なお、本実施形態では、力覚センサ用チップ2の外部に外付抵抗31,32を設ける構成としたが、外付抵抗31,32を力覚センサ用チップ2の内部に設けて、力覚センサ用チップ2の内部にフルブリッジ回路FBを構成してもよい。   In this embodiment, the external resistors 31 and 32 are provided outside the force sensor chip 2. However, the external resistors 31 and 32 are provided inside the force sensor chip 2 to provide a force sense. A full bridge circuit FB may be configured inside the sensor chip 2.

次に、図6(a),(b)を参照して、センサ出力信号Vsおよび温度補償出力信号Vmの処理回路の構成について説明する。
図6の(a)は、センサ出力信号の処理回路を示すブロック図であり、(b)は、演算部のブロック図である。
図6に示すように、センサ出力信号Vsおよび温度補償出力信号Vmの処理回路は、フィルタ部51と、バッファ部52と、A/D変換部53と、演算部60と、出力部54と、を備えている。
Next, the configuration of the processing circuit for the sensor output signal Vs and the temperature compensation output signal Vm will be described with reference to FIGS.
FIG. 6A is a block diagram illustrating a sensor output signal processing circuit, and FIG. 6B is a block diagram of a calculation unit.
As shown in FIG. 6, the processing circuit for the sensor output signal Vs and the temperature compensation output signal Vm includes a filter unit 51, a buffer unit 52, an A / D conversion unit 53, a calculation unit 60, an output unit 54, It has.

フィルタ部51は、センサ出力信号Vsおよび温度補償出力信号Vmに含まれる不要な周波数成分(ノイズ)を取り除くものである。フィルタ部51は、例えば、ローパスフィルタであり、図示は省略するが、入力信号に並列するコンデンサと入力信号に直列する抵抗器とによって実現することができる。
バッファ部52は、センサ出力信号Vsおよび温度補償出力信号Vmの電圧波形を増幅する増幅器である。
A/D変換部53は、連続量であるアナログ信号を、離散化されたデジタル信号に変換するものである。A/D変換部53は、例えば公知のA/Dコンバータで構成されている。
これにより、センサ出力信号Vsおよび温度補償出力信号Vmは、フィルタ部51においてノイズがカットされ、バッファ部52において増幅され、A/D変換部53においてアナログ信号からデジタル信号に変換されて、温度補償されたセンサ出力信号Vs’となって演算部60に出力されることとなる。
The filter unit 51 removes unnecessary frequency components (noise) included in the sensor output signal Vs and the temperature compensation output signal Vm. The filter unit 51 is, for example, a low-pass filter, and although not shown, can be realized by a capacitor in parallel with the input signal and a resistor in series with the input signal.
The buffer unit 52 is an amplifier that amplifies the voltage waveforms of the sensor output signal Vs and the temperature compensation output signal Vm.
The A / D converter 53 converts an analog signal that is a continuous quantity into a discrete digital signal. The A / D converter 53 is configured by, for example, a known A / D converter.
As a result, the sensor output signal Vs and the temperature compensation output signal Vm are noise-cut in the filter unit 51, amplified in the buffer unit 52, converted from an analog signal to a digital signal in the A / D conversion unit 53, and temperature compensated. The sensor output signal Vs ′ is output to the calculation unit 60.

演算部60は、センサ出力信号Vs’に対して周波数解析を行うとともに、接触部R4に対して部品Pが滑っているか否かを判定する機能を有している。演算部60は、例えば中央演算処理装置(CPU,Central Processing Unit)と、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などの記憶装置と、記憶装置に格納された機能プログラムと、で構成されている。
演算部60は、図6(b)に示すように、機能ブロックとして、出力値記憶部61と、周波数解析部62と、滑り覚判定部63と、基準値記憶部64と、を備えている。
The computing unit 60 has a function of performing frequency analysis on the sensor output signal Vs ′ and determining whether or not the component P is slipping with respect to the contact part R4. The arithmetic unit 60 includes, for example, a central processing unit (CPU), a storage device such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory), and a function program stored in the storage device. Has been.
As shown in FIG. 6B, the calculation unit 60 includes an output value storage unit 61, a frequency analysis unit 62, a slip sensation determination unit 63, and a reference value storage unit 64 as functional blocks. .

出力値記憶部61は、A/D変換部53でデジタル信号に変換されたセンサ出力信号Vs’を時間t(図7(a)参照)に関連付けて時系列的に記憶するものである。   The output value storage unit 61 stores the sensor output signal Vs ′ converted into a digital signal by the A / D conversion unit 53 in time series in association with time t (see FIG. 7A).

周波数解析部62は、出力値記憶部61に記憶保持されたセンサ出力信号Vs’のデータを所定時間単位で読み出して周波数分析してスペクトル分布を求めるものである。周波数解析の手法としては、例えば、FFT(高速フーリエ変換:Fast Fourier Transform)やMEM(最大エントロピー法:Maximum Entropy Method)を用いることができる。
周波数解析部62は、検出した周波数成分とその強度とを、滑り覚判定部63に出力する。
The frequency analysis unit 62 reads out the data of the sensor output signal Vs ′ stored and held in the output value storage unit 61 in a predetermined time unit, analyzes the frequency, and obtains a spectrum distribution. As a frequency analysis method, for example, FFT (Fast Fourier Transform) or MEM (Maximum Entropy Method) can be used.
The frequency analysis unit 62 outputs the detected frequency component and its intensity to the slip sensation determination unit 63.

ここで、センサ出力信号Vs’に含まれる周波数成分について、図7を参照して説明する。図7の(a)は、センサ出力信号の波形を模式的に示すグラフであり、(b)は、時間t1から時間t2におけるセンサ出力信号を周波数解析したスペクトル分布図である。
図7(a)に示すように、初期状態では、力覚センサ用チップ2の歪検出用抵抗素子Sには、信号入力部9によって、所定周波数Aの初期信号が入力されている。ここで、説明の便宜のため、信号入力部9による初期信号をf(t)=sinAtと仮定する。
把持部R3(図2参照)が部品Pを一定の力で把持している場合、接触部R4が受ける反力F1は一定であるので、初期信号f(t)の振幅も一定である。
Here, frequency components included in the sensor output signal Vs ′ will be described with reference to FIG. FIG. 7A is a graph schematically showing the waveform of the sensor output signal, and FIG. 7B is a spectrum distribution diagram obtained by frequency analysis of the sensor output signal from time t1 to time t2.
As shown in FIG. 7A, in the initial state, an initial signal having a predetermined frequency A is input to the strain detecting resistance element S of the force sensor chip 2 by the signal input unit 9. Here, for convenience of explanation, it is assumed that an initial signal by the signal input unit 9 is f (t) = sinAt.
When the gripping part R3 (see FIG. 2) grips the component P with a constant force, the reaction force F1 received by the contact part R4 is constant, so the amplitude of the initial signal f (t) is also constant.

時間t1から時間t2において、部品Pが滑った場合、接触部R4に摩擦力F2が作用する(図2参照)。摩擦力F2が周波数Bの周期性を持った入力である場合、摩擦力F2は、周波数Bの振動として力覚センサ用チップ2の作用部21に入力し、これに応じて歪検出用抵抗素子Sの抵抗値が変化する。
説明の便宜のため、摩擦力F2による入力をg(t)=sinBtと仮定すると、時間t1から時間t2におけるセンサ出力信号Vs’は、下式のようになる。
f(t)+g(t)=sinAt+sinBt
=2sin(A/2+B/2)cos(A/2−B/2)
When the part P slips from the time t1 to the time t2, the frictional force F2 acts on the contact portion R4 (see FIG. 2). When the frictional force F2 is an input having a periodicity of the frequency B, the frictional force F2 is input to the action unit 21 of the force sensor chip 2 as a vibration of the frequency B, and a strain detecting resistance element is accordingly generated. The resistance value of S changes.
For convenience of explanation, assuming that the input by the frictional force F2 is g (t) = sinBt, the sensor output signal Vs ′ from the time t1 to the time t2 is expressed by the following equation.
f (t) + g (t) = sinAt + sinBt
= 2 sin (A / 2 + B / 2) cos (A / 2-B / 2)

したがって、時間t1から時間t2にかけて得られたセンサ出力信号Vs’を、周波数解析部62によって周波数解析することにより、図7(b)に示すように、周波数成分A、周波数成分B、周波数成分(A/2+B/2)、周波数成分(A/2−B/2)、の4つの周波数成分とそれぞれの強度が検出されることになる。
なお、図7(b)に示す周波数成分は一例であり、本発明はこれに限定されないことはいうまでもない。
Therefore, by performing frequency analysis on the sensor output signal Vs ′ obtained from time t1 to time t2 by the frequency analysis unit 62, as shown in FIG. 7B, the frequency component A, frequency component B, frequency component ( The four frequency components A / 2 + B / 2) and the frequency component (A / 2−B / 2) and their intensities are detected.
Note that the frequency component shown in FIG. 7B is an example, and it is needless to say that the present invention is not limited to this.

滑り覚判定部63は、周波数解析部62で検出した周波数成分とその強度に基づいて、接触部R4と部品Pとの間に滑りが生じたか否かを判定するものである。滑り覚判定部63は、後記する基準値記憶部64からデータを読み出し可能に構成されているとともに、後記する出力部54に判定結果を出力可能に構成されている。
滑り覚判定部63における具体的な判定手法は、図8を参照して後に詳しく説明する。
The slip sensation determination unit 63 determines whether or not a slip has occurred between the contact portion R4 and the component P based on the frequency component detected by the frequency analysis unit 62 and its intensity. The slip sensation determination unit 63 is configured to be able to read data from a reference value storage unit 64 to be described later, and to output a determination result to an output unit 54 to be described later.
A specific determination method in the slip sensation determination unit 63 will be described in detail later with reference to FIG.

基準値記憶部64は、初期信号の周波数成分Aの値と、周波数成分の強度に関して予め設定された閾値と、を記憶するものである。閾値は、滑り覚の検出精度を確認する事前実験などを行うことにより、予め求めることができる。   The reference value storage unit 64 stores the value of the frequency component A of the initial signal and a threshold set in advance with respect to the intensity of the frequency component. The threshold value can be obtained in advance by conducting a preliminary experiment for confirming the detection accuracy of the slip sensation.

出力部54は、図6(a)に示すように、滑り覚判定部63の判定結果に基づいて、所定の動作に関する命令信号を出力するものである。出力部54は、例えば、演算部60と共通の中央演算処理装置や記憶装置や機能プログラムなどで構成されている。
本実施形態では、出力部54は、例えば、滑り覚判定部63において、接触部R4と部品Pとの間に滑りが生じていると判定された場合に、把持部R3の把持力を増加させる命令信号を、自動作業装置Rの制御部R6に出力するように設定されている。
なお、出力部54の設定は、これに限られるものではなく、警告灯(図示省略)を点灯させたり、部品Pを作業台Dに戻したりするように設定してもよい。
As illustrated in FIG. 6A, the output unit 54 outputs a command signal related to a predetermined operation based on the determination result of the slip sensation determination unit 63. The output unit 54 includes, for example, a central processing unit, a storage device, a function program, and the like that are common to the calculation unit 60.
In the present embodiment, the output unit 54 increases the gripping force of the gripping unit R3 when, for example, the slip sensation determination unit 63 determines that slippage has occurred between the contact unit R4 and the component P. The command signal is set to be output to the control unit R6 of the automatic work device R.
The setting of the output unit 54 is not limited to this, and a setting may be made such that a warning lamp (not shown) is turned on or the part P is returned to the work table D.

次に、本実施形態に係る滑り覚検知装置の動作について、図1乃至図8(特に図8)を参照して説明する。図8は、滑り覚検知装置の動作フロー図である。   Next, the operation of the slip detection device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 8 (particularly FIG. 8). FIG. 8 is an operation flowchart of the slip detection device.

例えば、図1に示すように、自動作業装置Rの動作が開始されると、力覚センサ1に備えられた歪検出用抵抗素子Sに、信号入力部9(図5参照)から所定電圧の初期信号が所定周波数で入力される(ステップS1)。
このとき、自動作業装置Rの接触部R4には、部品Pを把持する力の反力F1が作用しており、この反力F1が、力覚センサ1によって検知される。なお、力覚センサ1による反力F1の検知については、例えば特開2006−125873に詳細に記載されているので、その説明を省略する。
For example, as shown in FIG. 1, when the operation of the automatic working device R is started, a predetermined voltage is applied from the signal input unit 9 (see FIG. 5) to the strain detection resistance element S provided in the force sensor 1. An initial signal is input at a predetermined frequency (step S1).
At this time, a reaction force F1 of a force for gripping the component P is applied to the contact portion R4 of the automatic working device R, and this reaction force F1 is detected by the force sensor 1. Note that the detection of the reaction force F1 by the force sensor 1 is described in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-125873, and thus the description thereof is omitted.

一方、この部品Pが接触部R4に対して滑った場合には、図8に破線で示すように、部品Pの滑りによる振動が、摩擦力F2(図2参照)として力覚センサ1に入力する(ステップS2)。
部品Pの滑りによる振動が、初期信号の周波数成分Aと異なる周期性を有する場合には、歪検出用抵抗素子Sから出力されるセンサ出力信号Vsに、初期信号の周波数成分Aと異なる周波数成分が含まれることになる。
On the other hand, when the component P slips with respect to the contact portion R4, as indicated by a broken line in FIG. 8, vibration due to the slip of the component P is input to the force sensor 1 as a frictional force F2 (see FIG. 2). (Step S2).
When the vibration due to the slip of the component P has a periodicity different from the frequency component A of the initial signal, the sensor output signal Vs output from the strain detecting resistance element S has a frequency component different from the frequency component A of the initial signal. Will be included.

次に、センサ出力信号Vsおよび温度補償出力信号Vmは、図6(a)に示すように、フィルタ部51においてノイズがカットされ、バッファ部52において増幅され、A/D変換部53においてアナログ信号からデジタル信号に変換されて、温度補償されたセンサ出力信号Vs’となって演算部60に出力される(ステップS3)。   Next, as shown in FIG. 6A, the sensor output signal Vs and the temperature compensated output signal Vm are noise-cut in the filter unit 51, amplified in the buffer unit 52, and analog signals in the A / D conversion unit 53. Is converted into a digital signal and is output to the calculation unit 60 as a temperature compensated sensor output signal Vs ′ (step S3).

そして、周波数解析部62は、演算部60に入力したセンサ出力信号Vs’に対して周波数解析を行い、図7(b)に示すようなスペクトル分布を求める(ステップS4)。   Then, the frequency analysis unit 62 performs frequency analysis on the sensor output signal Vs ′ input to the calculation unit 60, and obtains a spectrum distribution as shown in FIG. 7B (step S4).

次に、滑り覚判定部63は、センサ出力信号Vs’に、初期信号の周波数成分Aと異なる周波数成分が含まれているか否かを判定する(ステップS5)。
具体的には、例えば、周波数解析部62から入力された各周波数成分と、基準値記憶部64から読み出した初期信号の周波数成分Aとの差分を順次算出する。そして、滑り覚判定部63は、すべての差分が0である場合は、初期信号の周波数成分A以外の周波数成分が含まれていないと判定し(ステップS5,No)、接触部R4と部品Pとの間に滑りが生じていないと判定する(ステップS8)。
Next, the slip sensation determination unit 63 determines whether or not the sensor output signal Vs ′ includes a frequency component different from the frequency component A of the initial signal (step S5).
Specifically, for example, the difference between each frequency component input from the frequency analysis unit 62 and the frequency component A of the initial signal read from the reference value storage unit 64 is sequentially calculated. Then, when all the differences are 0, the slip sensation determining unit 63 determines that no frequency component other than the frequency component A of the initial signal is included (step S5, No), and the contact R4 and the component P It is determined that no slip has occurred between the two (step S8).

一方、滑り覚判定部63は、周波数解析部62から入力された各周波数成分の中に、初期信号の周波数成分Aとの差分が0にならない周波数成分が存在する場合(ステップS5,Yes)は、次に、当該周波数成分の強度と、予め設定された閾値と、を比較する(ステップS6)。   On the other hand, when the slip sensation determination unit 63 includes a frequency component in which the difference from the frequency component A of the initial signal is not 0 among the frequency components input from the frequency analysis unit 62 (step S5, Yes). Next, the intensity of the frequency component is compared with a preset threshold value (step S6).

そして、滑り覚判定部63は、初期信号の周波数成分と異なる周波数成分の強度が、予め設定された閾値以下である場合(ステップS6,No)には、接触部R4と部品Pとの間に滑りが生じていないと判定する(ステップS8)。
なお、初期信号の周波数成分と異なる周波数成分が複数ある場合は、すべての周波数成分の強度が予め設定された閾値以下となる場合に、接触部R4と部品Pとの間に滑りが生じていないと判定するのが好ましい。
Then, when the intensity of the frequency component different from the frequency component of the initial signal is equal to or less than a preset threshold value (step S6, No), the slip sensation determination unit 63 is between the contact portion R4 and the component P. It is determined that no slip has occurred (step S8).
In addition, when there are a plurality of frequency components different from the frequency components of the initial signal, no slip occurs between the contact portion R4 and the component P when the intensity of all the frequency components is equal to or less than a preset threshold value. Is preferably determined.

一方、滑り覚判定部63は、初期信号の周波数成分と異なる周波数成分の強度が、予め設定された閾値を超える場合(ステップS6,Yes)には、接触部R4と部品Pとの間に滑りが生じたと判定する(ステップS7)。
なお、初期信号の周波数成分と異なる周波数成分が複数ある場合は、そのうちの少なくともいずれか一つの周波数成分の強度が予め設定された閾値を超える場合に、接触部R4と部品Pとの間に滑りが生じたと判定するのが好ましい。
On the other hand, when the intensity of the frequency component different from the frequency component of the initial signal exceeds a preset threshold value (Yes in step S6), the slip sensation determination unit 63 slips between the contact portion R4 and the component P. Is determined to have occurred (step S7).
In addition, when there are a plurality of frequency components different from the frequency components of the initial signal, if the intensity of at least one of the frequency components exceeds a preset threshold value, the slip between the contact portion R4 and the component P will occur. It is preferable to determine that occurrence has occurred.

そして、滑り覚判定部63において接触部R4と部品Pとの間に滑りが生じていると判定された場合に、出力部54は、把持部R3の把持力を増加させる命令信号を、自動作業装置Rの制御部R6に出力する(ステップS9)。   When the slip sensation determining unit 63 determines that slip has occurred between the contact portion R4 and the part P, the output unit 54 sends an instruction signal for increasing the gripping force of the gripping portion R3 to the automatic operation. It outputs to the control part R6 of the apparatus R (step S9).

以上のように、本実施形態に係る滑り覚検知装置によれば、歪検出用抵抗素子Sからのセンサ出力信号Vs(Vs’)を周波数解析し、初期信号の周波数成分Aと異なる周波数成分の強度が予め設定した所定の閾値を超える場合には、部品Pと接触部R4との間に滑りが生じたと判定することにより、力覚センサ1以外のセンサを設けることなく、部品Pと接触部R4との間に滑りが生じたことを検知することができる。   As described above, according to the slip sensation detection device according to the present embodiment, the frequency of the sensor output signal Vs (Vs ′) from the strain detection resistance element S is analyzed, and a frequency component different from the frequency component A of the initial signal is detected. When the strength exceeds a predetermined threshold value set in advance, it is determined that a slip has occurred between the component P and the contact portion R4, so that the component P and the contact portion are not provided without providing a sensor other than the force sensor 1. It is possible to detect that slip has occurred between R4 and R4.

また、接触部R4の表面がエラストマーR4bで被覆されているので、部品Pが滑ったときに振動を生じ易い。また、エラストマーR4bの固有周期は金属などの固有周期に比較して低い(例えば数十Hz程度)ため、初期信号の周波数を高く(例えば数kHz程度)設定することによって、初期信号の周波数成分と滑りによる周波数成分との相違が明確になり、検出精度を向上させることができる。   Moreover, since the surface of the contact portion R4 is covered with the elastomer R4b, vibration is likely to occur when the component P slips. In addition, since the natural period of the elastomer R4b is lower (for example, about several tens of Hz) than the natural period of metal or the like, by setting the frequency of the initial signal high (for example, about several kHz), the frequency component of the initial signal The difference from the frequency component due to the slip becomes clear, and the detection accuracy can be improved.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail with reference to drawings, this invention is not limited to this, In the range which does not deviate from the main point of invention, it can change suitably.

例えば、本実施形態では、初期信号の周波数成分Aと異なる周波数成分の強度が閾値を超えるか否かを判定したが、閾値を0(ゼロ)に設定することにより、実質的に強度の判定を省略して、初期信号の周波数成分Aと異なる周波数成分を検出した場合に直ちに部品Pが滑ったと判定するようにしてもよい。   For example, in the present embodiment, it is determined whether or not the intensity of the frequency component different from the frequency component A of the initial signal exceeds the threshold. However, by setting the threshold to 0 (zero), the intensity can be substantially determined. It may be omitted and it may be determined that the component P has slipped immediately when a frequency component different from the frequency component A of the initial signal is detected.

また、事前実験によって、接触部R4に入力する摩擦力F2と、力覚センサ1で検出される初期信号の周波数成分と異なる周波数成分の強度との相関関係を、例えば基準値記憶部64に予め記憶しておき、初期信号の周波数成分と異なる周波数成分を検出した場合に、予め記憶しておいた相関関係を参照して、初期信号の周波数成分と異なる周波数成分の強度に基づいて、摩擦力F2の強度を算出するようにしてもよい。   Further, a correlation between the frictional force F2 input to the contact portion R4 and the intensity of the frequency component different from the frequency component of the initial signal detected by the force sensor 1 is previously stored in, for example, the reference value storage unit 64 by a preliminary experiment. If a frequency component that is different from the frequency component of the initial signal is detected, the frictional force is determined based on the strength of the frequency component different from the frequency component of the initial signal by referring to the correlation stored in advance. The intensity of F2 may be calculated.

また、本実施形態では、図2に示すように、接触部R4の表面にエラストマR4bを設けたが、本発明はこれに限られるものではなく、エラストマR4bを省略してもよい。このような場合でも、信号入力部9から入力する初期信号の周波数を調整することにより、摩擦による振動の周波数との差異を明確にすれば、周波数解析部62において、部品Pの滑りによる周波数成分を好適に検出することができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the elastomer R4b is provided on the surface of the contact portion R4. However, the present invention is not limited to this, and the elastomer R4b may be omitted. Even in such a case, if the difference from the frequency of vibration due to friction is clarified by adjusting the frequency of the initial signal input from the signal input unit 9, the frequency component due to the slip of the component P is obtained in the frequency analysis unit 62. Can be suitably detected.

また、本実施形態では、図1に示すように、工場における自動作業装置Rを例にとって説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば人型ロボット等の多数の指(例えば五指)を備える把持部(図示省略)に適用してもよいことはいうまでもない。   Further, in the present embodiment, as illustrated in FIG. 1, the automatic work apparatus R in the factory has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a large number of fingers (for example, five fingers) such as a humanoid robot are used. Needless to say, the present invention may be applied to a gripping portion (not shown) provided with ().

R 自動作業装置
R4 接触部
R4a 本体部
R4b エラストマー
1 力覚センサ
2 力覚センサ用チップ
S 歪検出用抵抗素子
60 演算部
61 出力値記憶部
62 周波数解析部
63 滑り覚判定部
64 基準値記憶部
R Automatic working device R4 Contact part R4a Main body part R4b Elastomer 1 Force sensor 2 Force sensor chip S Strain detection resistance element 60 Operation part 61 Output value storage part 62 Frequency analysis part 63 Slip sensation judgment part 64 Reference value storage part

Claims (3)

対象物と前記対象物に接触する接触部との間に生じた滑りを検知する滑り覚検知装置であって、
歪検出用抵抗素子を用いて前記接触部に印加された外力を検出する力覚センサと、
前記歪検出用抵抗素子に所定周波数の初期信号を入力する信号入力部と、
前記歪検出用抵抗素子からの出力信号を周波数解析する周波数解析部と、
前記周波数解析部において検出された周波数成分のうち、前記初期信号の周波数成分と異なる周波数成分の強度が閾値を超える場合は、前記対象物と前記接触部との間に滑りが生じたと判定し、前記初期信号の周波数成分と異なる周波数成分の強度が前記閾値以下である場合は、前記対象物と前記接触部との間に滑りが生じていないと判定する滑り覚判定部と、
を備えることを特徴とする滑り覚検知装置。
A slip sensation detection device that detects slip generated between an object and a contact portion that contacts the object,
A force sensor for detecting an external force applied to the contact portion using a strain detecting resistance element;
A signal input unit for inputting an initial signal of a predetermined frequency to the strain detecting resistance element;
A frequency analysis unit for frequency analysis of an output signal from the strain detection resistance element;
Of the frequency components detected in the frequency analysis unit, when the intensity of the frequency component different from the frequency component of the initial signal exceeds a threshold, it is determined that slip has occurred between the object and the contact unit, When the intensity of the frequency component different from the frequency component of the initial signal is equal to or lower than the threshold value, a slip sensation determination unit that determines that no slip has occurred between the object and the contact portion;
A slip detection device comprising:
前記接触部の表面はエラストマーで被覆されており、前記初期信号の周波数は、前記エラストマーの固有周期よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項1に記載の滑り覚検知装置。   The slip detection device according to claim 1, wherein a surface of the contact portion is covered with an elastomer, and a frequency of the initial signal is set to be larger than a natural period of the elastomer. 対象物と前記対象物に接触する接触部との間に生じた滑りを検知する滑り覚検知方法であって、
前記接触部に印加された外力を検出する力覚センサに設けられた歪検出用抵抗素子に所定周波数の初期信号を入力する初期信号入力ステップと、
前記歪検出用抵抗素子からの出力信号を周波数解析する周波数解析ステップと、
前記周波数解析部において検出された周波数成分のうち、前記初期信号の周波数成分と異なる周波数成分の強度が閾値を超える場合は、前記対象物と前記接触部との間に滑りが生じたと判定し、前記初期信号の周波数成分と異なる周波数成分の強度が前記閾値以下である場合は、前記対象物と前記接触部との間に滑りが生じていないと判定する滑り判定ステップと、
を備えることを特徴とする滑り覚検知方法。
A slip sensation detection method for detecting slip generated between an object and a contact portion that contacts the object,
An initial signal input step of inputting an initial signal of a predetermined frequency to a strain detecting resistance element provided in a force sensor that detects an external force applied to the contact portion;
A frequency analysis step of performing a frequency analysis of an output signal from the strain detection resistance element;
Of the frequency components detected in the frequency analysis unit, when the intensity of the frequency component different from the frequency component of the initial signal exceeds a threshold, it is determined that slip has occurred between the object and the contact unit, When the intensity of the frequency component different from the frequency component of the initial signal is equal to or less than the threshold value, a slip determination step for determining that slip does not occur between the object and the contact portion;
A slip sensation detection method comprising:
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