JP2012189516A - Torque sensor - Google Patents

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Yoshihiko Nakamura
仁彦 中村
Hiroshi Kaminaga
拓 神永
Hikaru Ayusawa
光 鮎澤
Tomohiro Kawakami
智弘 川上
Yusuke Kosaka
雄介 小坂
Keisuke Kato
恵輔 加藤
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University of Tokyo NUC
Toyota Motor Corp
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University of Tokyo NUC
Toyota Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a torque sensor capable of accurately measuring torque.SOLUTION: A torque sensor 1 according to an embodiment of the present invention includes: a first member 11, a second member 12, a connection member 13, a scale 14, and a detection head 15. A torque sensor 1 further includes a first connection part 16 which connects the scale 14 with the detection head 15, allows displacement of the detection head 15 in the direction in parallel with a first line L1 to the scale 14, and restricts the displacement in other directions; and a second connection part 17 which connects the first member 11 with the scale 14, or connects the second member 12 with the detection head 15, restricts the displacement of the scale 14 to the first member 11, or restricts the displacement of the detection head 15 to the second member 12 in the direction in parallel with the first line L1, and allows the displacement in other directions.

Description

本発明は、トルクセンサに関し、特にリニアエンコーダ式のトルクセンサに関する。   The present invention relates to a torque sensor, and more particularly to a linear encoder type torque sensor.

トルクセンサは、ロボット等の関節部分に設けられることが多い。このようなトルクセンサの中で、リニアエンコーダ式のトルクセンサは、例えば図13に示すような構成とされている。   The torque sensor is often provided at a joint portion of a robot or the like. Among such torque sensors, a linear encoder type torque sensor is configured as shown in FIG. 13, for example.

図13に示すトルクセンサ100は、第1の円板110、第2の円板120、連結部材130、スケール140、検出ヘッド150、を備えている。第1の円板110は、例えばロボットのアームの入力軸に連結される。この第1の円板110は、X軸とY軸とを含む平面と略平行に配置されている。第2の円板120は、例えばロボットの関節に搭載される減速ギア等の出力軸に連結される。この第2の円板120も、X軸とY軸とを含む平面と略平行に配置されている。このような第1の円板110と第2の円板120とは、Z軸と平行に配置された連結部材130によって当該連結部材130を中心として(即ち、Z軸回りに)相対的な回転が許容されている。   A torque sensor 100 shown in FIG. 13 includes a first disk 110, a second disk 120, a connecting member 130, a scale 140, and a detection head 150. The first disk 110 is connected to an input shaft of a robot arm, for example. The first disc 110 is disposed substantially parallel to a plane including the X axis and the Y axis. The second disk 120 is connected to an output shaft such as a reduction gear mounted on the joint of the robot, for example. The second disc 120 is also disposed substantially parallel to a plane including the X axis and the Y axis. The first disc 110 and the second disc 120 are rotated relative to each other about the connecting member 130 (that is, around the Z axis) by the connecting member 130 arranged in parallel with the Z axis. Is allowed.

スケール140は、第1の円板110に設けられている。このスケール140の長手方向には、複数のトラックが示されている。スケール140の長手方向は、X軸方向に配置されている。   The scale 140 is provided on the first disc 110. A plurality of tracks are shown in the longitudinal direction of the scale 140. The longitudinal direction of the scale 140 is arranged in the X-axis direction.

検出ヘッド150は、第2の円板120に設けられている。この検出ヘッド150は、スケール140の直上に配置されている。   The detection head 150 is provided on the second disk 120. This detection head 150 is disposed immediately above the scale 140.

これにより、第1の円板110と第2の円板120とが連結部材130を中心として相対的に回転すると、検出ヘッド150は、スケール140上を移動してトラックを読み取って、検出ヘッド150とスケール140との相対変位量を検出する。そして、検出ヘッド150は、図示を省略した処理装置に当該相対変位量を出力する。処理装置は、入力された相対変位量や連結部材130の弾性係数等に基づいて、第1の円板110と第2の円板120との間に作用するトルクを算出する。このとき第1の円板110と第2の円板120とは連結部材130を中心として相対的に回転しているため、正確には円弧上の変位量を測定する必要があるが、実際の回転の角度としては非常に微小なので、回転運動の接線方向の直線変位をリニアエンコーダで測定することで代替しても、精度の悪化は無視できるほど小さい。   As a result, when the first disk 110 and the second disk 120 rotate relative to each other about the connecting member 130, the detection head 150 moves on the scale 140 to read the track, and the detection head 150 And the relative displacement amount of the scale 140 is detected. And the detection head 150 outputs the said relative displacement amount to the processing apparatus which abbreviate | omitted illustration. The processing device calculates a torque acting between the first disc 110 and the second disc 120 based on the input relative displacement amount, the elastic coefficient of the connecting member 130, and the like. At this time, since the first disk 110 and the second disk 120 are relatively rotated around the connecting member 130, it is necessary to measure the displacement amount on the arc accurately. Since the rotation angle is very small, even if the linear displacement in the tangential direction of the rotational motion is measured by a linear encoder, the deterioration in accuracy is negligibly small.

ところで、特許文献1乃至3には、他の構成によりトルクを算出する技術が開示されている。
特許文献1には、回転ドラムのドラム面に接するブレーキライニングを板バネで支持し、回転する回転ドラムにブレーキライニングが接した際の板バネの撓み量を計測し、その計測した結果に基づいて回転ドラムに作用するトルクを算出している。
By the way, Patent Documents 1 to 3 disclose techniques for calculating torque using other configurations.
In Patent Document 1, the brake lining that contacts the drum surface of the rotating drum is supported by a leaf spring, and the amount of deflection of the leaf spring when the brake lining contacts the rotating rotating drum is measured. Based on the measurement result The torque acting on the rotating drum is calculated.

特許文献2には、入力側のステアーリングシャフトと、出力側のステアーリングシャフトに設けた円板とを、放射状に配置した板バネで連結し、当該板バネの撓み量を計測し、その計測した結果に基づいてステアーリングシャフトに作用するトルクを算出している。   In Patent Literature 2, an input side steering shaft and a disk provided on an output side steering shaft are connected by radially arranged leaf springs, and the amount of deflection of the leaf springs is measured. Based on the result, the torque acting on the steering shaft is calculated.

特許文献3には、シャフト部と固定部とをストレンゲージで連結し、当該ストレンゲージの撓み量を計測し、その計測した結果に基づいてシャフト部に作用するトルクを算出している。ここで、シャフト部と固定部とは、シャフト部が固定部に対して偏芯や非同軸を発生させないように板バネで連結している。
しかし、特許文献1乃至3に開示されている技術は、リニアエンコーダ式のトルクセンサの技術ではない。
In Patent Document 3, a shaft portion and a fixed portion are connected by a strain gauge, a deflection amount of the strain gauge is measured, and a torque acting on the shaft portion is calculated based on the measured result. Here, the shaft portion and the fixed portion are connected by a leaf spring so that the shaft portion does not generate eccentricity or non-coaxial with respect to the fixed portion.
However, the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3 are not linear encoder type torque sensor techniques.

特公平5−62937号公報Japanese Patent Publication No. 5-62937 特開平6−229849号公報JP-A-6-229849 実開昭63−48131号公報Japanese Utility Model Publication No. 63-48131

図13に示すトルクセンサ100は、連結部材130が弾性部材であるため、Z軸回りのトルク以外の外乱によって、図14に示すように、第1の円板110と第2の円板120とがZ軸回りの回転以外の相対変位を生じ、スケール140と検出ヘッド150との間の相対距離や平行度を維持することができない(図15)。ここで、図15は、トルクセンサ100の測定誤差を示している。図15から、誤差は本来0付近で水平であるべきだが、誤差が生じていることが分かる。そのため、図13に示すトルクセンサ100は、トルクを精度良く測定できない課題を有する。   Since the connecting member 130 is an elastic member, the torque sensor 100 shown in FIG. 13 is affected by disturbances other than torque around the Z axis, as shown in FIG. Causes relative displacement other than rotation around the Z axis, and the relative distance and parallelism between the scale 140 and the detection head 150 cannot be maintained (FIG. 15). Here, FIG. 15 shows a measurement error of the torque sensor 100. From FIG. 15, it can be seen that the error should be horizontal in the vicinity of 0, but an error has occurred. Therefore, the torque sensor 100 shown in FIG. 13 has a problem that the torque cannot be measured with high accuracy.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、トルクを精度良く測定できるトルクセンサを提供することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a torque sensor capable of accurately measuring torque.

本発明の第1の形態に係るトルクセンサは、リニアエンコーダ式のトルクセンサであって、第1の部材と、前記第1の部材と対向するように配置され、前記第1の部材と相対的な回転関係にある第2の部材と、前記第1の部材と前記第2の部材とを連結する連結部材と、複数のトラックが示され、前記トラックが延在する方向に延びる第1の線と、前記第1の線と前記連結部材の中心軸とを結ぶ第2の線とが直交するように、前記第1の部材に設けられたスケールと、前記第2の部材に設けられ、前記スケールから位置情報を検出する検出ヘッドと、前記スケールと前記検出ヘッドとを連結し、前記スケールに対する前記検出ヘッドの前記第1の線と平行な方向への変位を許容し、前記スケールに対する前記検出ヘッドの前記第1の線と平行な方向以外の方向への変位を拘束する第1の連結部と、前記第1の部材と前記スケール、又は前記第2の部材と前記検出ヘッドとを連結し、前記第1の部材に対する前記スケール、又は前記第2の部材に対する前記検出ヘッドの前記第1の線と平行な方向への変位を拘束し、前記第1の部材に対する前記スケール、又は前記第2の部材に対する前記検出ヘッドの前記第1の線と平行な方向以外の方向への変位を許容する第2の連結部と、を備える。   The torque sensor according to the first aspect of the present invention is a linear encoder type torque sensor, and is disposed so as to face the first member and the first member, and is relative to the first member. A second member in a rotational relationship, a connecting member for connecting the first member and the second member, a plurality of tracks, and a first line extending in a direction in which the tracks extend And a scale provided in the first member so that a second line connecting the first line and the central axis of the connecting member is orthogonal, and provided in the second member, A detection head for detecting position information from a scale; and the scale and the detection head are connected to each other, the displacement of the detection head with respect to the scale in a direction parallel to the first line is allowed, and the detection with respect to the scale is performed. Parallel to the first line of the head A first connecting portion that restrains displacement in a direction other than the direction, the first member and the scale, or the second member and the detection head, and the scale with respect to the first member; Alternatively, the displacement of the detection head relative to the second member in a direction parallel to the first line is constrained, the scale relative to the first member, or the first of the detection head relative to the second member. A second connecting portion that allows displacement in a direction other than a direction parallel to the line.

本発明の第2の形態に係るトルクセンサは、上記のトルクセンサにおいて、前記第1の連結部は、板状部材を備え、前記板状部材の最も面積が広い面は、前記第2の線と、前記連結部材の中心軸である第3の線と、を含む面と平行に配置される。   In the torque sensor according to a second aspect of the present invention, in the above torque sensor, the first connecting portion includes a plate-like member, and the surface of the plate-like member having the largest area is the second line. And a third line that is the central axis of the connecting member.

本発明の第3の形態に係るトルクセンサは、上記のトルクセンサにおいて、前記第2の連結部は、前記第1の線と平行な方向への剛性が前記第1の連結部の剛性より高く、前記第1の線と平行な方向以外の方向への剛性が前記第1の連結部の剛性より低い。   The torque sensor according to a third aspect of the present invention is the above torque sensor, wherein the second connecting portion has a rigidity in a direction parallel to the first line higher than a rigidity of the first connecting portion. The rigidity in a direction other than the direction parallel to the first line is lower than the rigidity of the first connecting portion.

本発明の第4の形態に係るトルクセンサは、上記のトルクセンサにおいて、前記第2の連結部は、シート状の弾性部材を備える。   The torque sensor according to a fourth aspect of the present invention is the above torque sensor, wherein the second connecting portion includes a sheet-like elastic member.

本発明の第5の形態に係るトルクセンサは、上記のトルクセンサにおいて、前記第2の連結部は、板金状の弾性部材を備える。   A torque sensor according to a fifth aspect of the present invention is the above torque sensor, wherein the second connecting portion includes a sheet metal elastic member.

本発明の第6の形態に係るトルクセンサは、上記のトルクセンサにおいて、前記第2の連結部は、前記スケール又は前記検出ヘッドに設けられたピンと、前記ピンが挿入され、前記第1の部材又は前記第2の部材において前記第2の線と平行に延在する可動部と、を備える。   The torque sensor according to a sixth aspect of the present invention is the torque sensor according to the first aspect, wherein the second connection portion includes a pin provided on the scale or the detection head, and the pin is inserted, Alternatively, a movable portion that extends in parallel with the second line in the second member is provided.

本発明の第7の形態に係るトルクセンサは、上記のトルクセンサにおいて、前記第2の連結部は、前記ピンと前記可動部との間に、前記第1の線と平行に配置された弾性部材を備える。   The torque sensor according to a seventh aspect of the present invention is the above torque sensor, wherein the second connecting portion is an elastic member disposed in parallel with the first line between the pin and the movable portion. Is provided.

以上、説明したように、本発明によると、トルクを精度良く測定できるトルクセンサを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a torque sensor that can accurately measure torque.

本発明の実施形態1に係るトルクセンサを概略的に示す正面図である。It is a front view showing roughly the torque sensor concerning Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態1に係るトルクセンサを概略的に示す左側面図である。It is a left view which shows roughly the torque sensor which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係るトルクセンサを概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the torque sensor which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係るトルクセンサの変形時を概略的に示す正面図である。It is a front view which shows roughly the time of a deformation | transformation of the torque sensor which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態2に係るトルクセンサを概略的に示す正面図である。It is a front view which shows schematically the torque sensor which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2に係るトルクセンサを概略的に示す左側面図である。It is a left view which shows roughly the torque sensor which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2に係るトルクセンサを概略的に示す底面図である。It is a bottom view which shows roughly the torque sensor which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2に係るトルクセンサの変形時を概略的に示す左側面図である。It is a left view which shows roughly the time of a deformation | transformation of the torque sensor which concerns on Embodiment 2 of this invention. 他の実施形態に係るトルクセンサを概略的に示す正面図である。It is a front view which shows schematically the torque sensor which concerns on other embodiment. 他の実施形態に係るトルクセンサを概略的に示す部分左側面図である。It is a partial left view which shows roughly the torque sensor which concerns on other embodiment. 他の実施形態に係るトルクセンサを概略的に示す左側面図である。It is a left view which shows roughly the torque sensor which concerns on other embodiment. 他の実施形態に係るトルクセンサを概略的に示す左側面図である。It is a left view which shows roughly the torque sensor which concerns on other embodiment. 関連するトルクセンサを概略的に示す左側面図である。It is a left view which shows the related torque sensor schematically. 関連するトルクセンサにおける、第1の円板に対して第2の円板がZ軸回り以外の外力によって変位した様子を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly a mode that the 2nd disc with respect to the 1st disc in the related torque sensor was displaced by external forces other than the Z-axis rotation. 関連するトルクセンサの測定誤差を示す図である。It is a figure which shows the measurement error of a related torque sensor. トルクセンサの変形時における、検出ヘッドとスケールとの配置関係を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning relationship between a detection head and a scale at the time of a deformation | transformation of a torque sensor.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されており、重複する説明は省略されている。ちなみに、以下の説明において「略」との語彙を用いて説明しているが、当該「略」は精密な意味での平行度や拘束等を言うのではなく、本発明の目的を達成することができる範囲において許容される平行度や拘束等を含む意味で用いている。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment. Further, in order to clarify the explanation, the following description and the drawings are simplified as appropriate, and overlapping explanation is omitted. By the way, in the following explanation, the vocabulary “abbreviation” is used for explanation, but the “abbreviation” does not mean parallelism or constraint in a precise sense, but achieves the object of the present invention. It is used in the meaning including the parallelism and the constraints allowed in the range where

<実施形態1>
本発明の実施形態1に係るトルクセンサを、図面に基づいて説明する。図1は、トルクセンサを概略的に示す正面図である。図2は、トルクセンサを概略的に示す左側面図である。図3は、トルクセンサを概略的に示す平面図である。
<Embodiment 1>
A torque sensor according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view schematically showing a torque sensor. FIG. 2 is a left side view schematically showing the torque sensor. FIG. 3 is a plan view schematically showing the torque sensor.

トルクセンサ1は、リニアエンコーダ式のトルクセンサであって、例えばロボットの関節等に好適に用いることができる。トルクセンサ1は、第1の部材11、第2の部材12、連結部材13、スケール14、検出ヘッド15、第1の連結部16、第2の連結部17を備えている。   The torque sensor 1 is a linear encoder type torque sensor and can be suitably used for, for example, a joint of a robot. The torque sensor 1 includes a first member 11, a second member 12, a connecting member 13, a scale 14, a detection head 15, a first connecting portion 16, and a second connecting portion 17.

第1の部材11は、例えばロボットのアームの入力軸に連結される。本実施形態の第1の部材11は、円形の板状部材である。この第1の部材11は、X軸とY軸とを含む平面と略平行に配置されている。   The first member 11 is connected to an input shaft of a robot arm, for example. The first member 11 of the present embodiment is a circular plate member. The first member 11 is disposed substantially parallel to a plane including the X axis and the Y axis.

第2の部材12は、例えばロボットの関節に搭載された減速ギア等の出力軸に連結される。本実施形態の第2の部材12は、第1の部材11と等しい形状とされており、円形の板状部材である。この第2の部材12も、X軸とY軸とを含む平面と略平行に配置されている。そして、第2の部材12は、第1の部材11とZ軸方向から見て重ねられている。   The second member 12 is connected to an output shaft such as a reduction gear mounted on the joint of the robot, for example. The 2nd member 12 of this embodiment is made into the shape equivalent to the 1st member 11, and is a circular plate-shaped member. The second member 12 is also disposed substantially parallel to a plane including the X axis and the Y axis. The second member 12 is overlapped with the first member 11 when viewed from the Z-axis direction.

但し、第1の部材11及び第2の部材12は、減速ギア等の出力軸からアームの入力軸にトルクを良好に伝達することができる、形状、材質等であれば良い。   However, the 1st member 11 and the 2nd member 12 should just be a shape, a material, etc. which can transmit torque favorably from the output shaft, such as a reduction gear, to the input shaft of an arm.

連結部材13は、第1の部材11と第2の部材12とを連結する。詳細には、連結部材13は、第1の部材11の中心と第2の部材12の中心とを連結する。連結部材13は、中心軸Oを中心として捻じれ、且つ略撓まない、材質、形状とされていることが好ましい。この連結部材13が捩れることにより、第1の部材11と第2の部材12とは、当該連結部材13を中心として相対的に回転する。   The connecting member 13 connects the first member 11 and the second member 12. Specifically, the connecting member 13 connects the center of the first member 11 and the center of the second member 12. The connecting member 13 is preferably made of a material and a shape that is twisted about the central axis O and does not substantially bend. When the connecting member 13 is twisted, the first member 11 and the second member 12 rotate relatively around the connecting member 13.

スケール14は、ベース18を介して第1の部材11に設けられている。詳細には、スケール14は、第1の部材11における第2の部材12と対向する面に設けられている。そして、スケール14は、第2の部材12の外周縁近傍に配置されている。   The scale 14 is provided on the first member 11 via the base 18. Specifically, the scale 14 is provided on the surface of the first member 11 that faces the second member 12. The scale 14 is disposed in the vicinity of the outer peripheral edge of the second member 12.

このスケール14は、一般的なリニアエンコーダで用いられるスケールと同様に、長手方向に向かってトラック(図示を省略)が示されている。スケール14のトラックが示された面は、X軸とY軸とを含む平面と略平行に配置されている。また、スケール14のトラックが示された面は、第2の部材12と向かい合うように配置されている。そして、スケール14は、X軸とY軸とを含む平面上で、当該スケール14の長手方向に延びる第1の線L1と、第1の線L1と連結部材13の中心軸Oとを結ぶ第2の線L2とが略直交するように、配置されている。結果として、スケール14の長手方向は、X軸方向に配置されている。   The scale 14 has a track (not shown) in the longitudinal direction, similar to a scale used in a general linear encoder. The surface on which the track of the scale 14 is shown is disposed substantially parallel to a plane including the X axis and the Y axis. The surface of the scale 14 on which the track is shown is disposed so as to face the second member 12. The scale 14 is connected to the first line L1 extending in the longitudinal direction of the scale 14 on the plane including the X axis and the Y axis, and the first line L1 and the central axis O of the connecting member 13. It arrange | positions so that 2 line | wire L2 may cross substantially orthogonally. As a result, the longitudinal direction of the scale 14 is arranged in the X-axis direction.

検出ヘッド15は、ベース19を介して第2の部材12に設けられている。詳細には、検出ヘッド15は、第2の部材12における第1の部材11と対向する面に設けられている。このとき、検出ヘッド15は、第1の部材11と第2の部材12とが連結部材13を中心として相対的に回転した際に、スケール14のトラックが示された面との距離が略一定となるように、配置されている。そして、検出ヘッド15は、スケール14とZ軸方向に重なるように、即ちスケール14のトラックが示された面と向かい合うように配置されている。そのため、検出ヘッド15は、第1の部材11の外周縁近傍に配置されている。   The detection head 15 is provided on the second member 12 via the base 19. Specifically, the detection head 15 is provided on the surface of the second member 12 that faces the first member 11. At this time, when the first member 11 and the second member 12 rotate relative to each other about the connecting member 13, the detection head 15 has a substantially constant distance from the surface on which the track of the scale 14 is shown. It is arranged so that. The detection head 15 is arranged so as to overlap the scale 14 in the Z-axis direction, that is, to face the surface on which the track of the scale 14 is shown. Therefore, the detection head 15 is disposed in the vicinity of the outer peripheral edge of the first member 11.

この検出ヘッド15は、一般的なリニアエンコーダに用いられる検出ヘッドと同様に、発光源や受光素子等を備えている。つまり、検出ヘッド15は、当該検出ヘッド15とスケール14とが相対的に変位した際に、スケール14に示されたトラックに基づくパルス数から相対変位量を位置情報として検出する。検出ヘッド15は、図示を省略した処理装置に当該位置情報を出力する。処理装置は、当該位置情報や連結部材13の弾性係数等に基づいて、入力側と出力側との間に作用するトルクを算出する。   The detection head 15 includes a light emitting source, a light receiving element, and the like, similar to a detection head used for a general linear encoder. That is, when the detection head 15 and the scale 14 are relatively displaced, the detection head 15 detects the relative displacement amount as position information from the number of pulses based on the track indicated on the scale 14. The detection head 15 outputs the position information to a processing device not shown. The processing device calculates a torque acting between the input side and the output side based on the position information, the elastic coefficient of the connecting member 13, and the like.

そのため、第1の部材11と第2の部材12とが連結部材13を中心として相対的に回転した際に、検出ヘッド15がスケール14上を移動する。しかし、図14のように検出ヘッド15とスケール14との相対距離や平行度が変化したり、図16のように検出ヘッドがスケールに対して連結部材13を中心として回転移動したりするため、第1の部材11と第2の部材12との相対的な回転変位量を精度良く計測することができない(図15)。   Therefore, the detection head 15 moves on the scale 14 when the first member 11 and the second member 12 rotate relatively around the connecting member 13. However, since the relative distance and parallelism between the detection head 15 and the scale 14 change as shown in FIG. 14 or the detection head rotates about the connecting member 13 with respect to the scale as shown in FIG. The relative rotational displacement amount between the first member 11 and the second member 12 cannot be accurately measured (FIG. 15).

そこで、本実施形態のトルクセンサ1は、第1の連結部16、第2の連結部17を備えている。
第1の連結部16は、検出ヘッド15に対するスケール14の第1の線L1と略平行な方向への変位を許容し、且つ検出ヘッド15に対するスケール14の他の方向(第1の線L1と平行な方向以外の方向)への変位を略拘束する。ここで、一般的に板状部材は、最も広い面に対して直交する方向への剛性が他の方向への剛性に比べて低い。
Therefore, the torque sensor 1 of the present embodiment includes a first connecting portion 16 and a second connecting portion 17.
The first connecting portion 16 allows displacement of the scale 14 with respect to the detection head 15 in a direction substantially parallel to the first line L1, and the other direction of the scale 14 with respect to the detection head 15 (with the first line L1). The displacement in the direction other than the parallel direction is substantially restrained. Here, generally, the plate-like member has lower rigidity in the direction orthogonal to the widest surface than the rigidity in the other direction.

そこで、本実施形態では、第1の連結部16として例えば鋼材などの板状部材が用いられている。第1の連結部16における最も広い面16aは、第1の線L1と、連結部材13の中心軸Oである線L3と、を含む平面と略平行に配置されている。つまり、図示例では、第1の連結部16における最も広い面16aは、Y軸とZ軸とを含む平面と略平行に配置されている。そして、第1の連結部16は、スケール14を当該スケール14の長手方向から挟み込むように、配置されている。つまり、第1の連結部16は、スケール14を挟んでX軸方向で向かい合うように配置されている。   Therefore, in the present embodiment, a plate-like member such as a steel material is used as the first connecting portion 16. The widest surface 16a of the first connecting portion 16 is disposed substantially parallel to a plane including the first line L1 and the line L3 that is the central axis O of the connecting member 13. That is, in the illustrated example, the widest surface 16a of the first connecting portion 16 is disposed substantially parallel to a plane including the Y axis and the Z axis. And the 1st connection part 16 is arrange | positioned so that the scale 14 may be inserted | pinched from the longitudinal direction of the said scale 14. FIG. That is, the first connecting portion 16 is disposed so as to face each other in the X-axis direction with the scale 14 interposed therebetween.

また、第1の連結部16における他方側の第1の連結部16と対向する面のZ軸方向の一方の部分(図1では紙面に対して上側の部分)は、検出ヘッド15に接合されている。一方、第1の連結部16における他方側の第1の連結部16と対向する面のZ軸方向の他方の部分(図1では紙面に対して下側の部分)は、スケール14に接合されている。但し、本実施形態では、ベース18を介してスケール14に接合されている。その結果、第1の連結部16は、スケール14と検出ヘッド15とを連結することになる。   In addition, one portion in the Z-axis direction of the surface of the first connecting portion 16 that faces the other first connecting portion 16 (the portion on the upper side with respect to the paper surface in FIG. 1) is joined to the detection head 15. ing. On the other hand, the other portion of the first connecting portion 16 facing the other first connecting portion 16 in the Z-axis direction (the lower portion relative to the paper surface in FIG. 1) is joined to the scale 14. ing. However, in this embodiment, it is joined to the scale 14 via the base 18. As a result, the first connecting portion 16 connects the scale 14 and the detection head 15.

このような第1の連結部16は、上述のように検出ヘッド15に対するスケール14の第1の線L1と略平行な方向への変位を許容し、且つ検出ヘッド15に対するスケール14の他の方向への変位を略拘束するように、材質、各寸法等を設定すれば良い。各方向への剛性は理論式もしくは有限要素法解析などを用いて推定できるため、弾性部材13のねじり剛性と併せて考慮することで、トルク検出感度低下の度合いを考えて設計を行うことができる。また、設計のパラメータとしては第1の連結部16の部材の厚みや幅、長さなどを用いることができる。   Such a first connecting portion 16 allows displacement of the scale 14 with respect to the detection head 15 in a direction substantially parallel to the first line L1 as described above, and the other direction of the scale 14 with respect to the detection head 15. What is necessary is just to set a material, each dimension, etc. so that the displacement to may be substantially restrained. Since the rigidity in each direction can be estimated by using a theoretical formula or a finite element method analysis, it is possible to design in consideration of the degree of reduction in torque detection sensitivity by considering it together with the torsional rigidity of the elastic member 13. . Further, the thickness, width, length, and the like of the member of the first connecting portion 16 can be used as design parameters.

ここで、弾性部材13のねじれによる回転変位量は小さいので、第1の連結部16におけるスケール14の長手方向の剛性が低ければ、第1の連結部16による中心軸O回りの微小ねじりの剛性も低くなるので、弾性部材13のねじれの剛性への影響はトルク測定に与えないほど小さい(第1の連結部16のX軸方向の剛性をK、中心軸Oからの半径をr,中心軸O回りの等価ねじり剛性をGとすると、G = d\tau / d\theta = K r^2 d\theta/d\theta = K r^2と近似できるため、Kが低ければGも低くなる)。   Here, since the amount of rotational displacement due to the torsion of the elastic member 13 is small, if the rigidity of the first connecting portion 16 in the longitudinal direction of the scale 14 is low, the rigidity of the micro twisting around the central axis O by the first connecting portion 16 is small. Therefore, the influence of the torsional rigidity of the elastic member 13 on the torque measurement is so small that it does not affect the torque measurement (the rigidity of the first connecting part 16 in the X-axis direction is K, the radius from the central axis O is r, the central axis If the equivalent torsional stiffness around O is G, it can be approximated as G = d \ tau / d \ theta = K r ^ 2 d \ theta / d \ theta = K r ^ 2, so if K is low, G will be low ).

なお、上記GおよびKを低くすることは、他の方向への剛性とのトレードオフになるが、第1の連結部16を幅に対して十分薄くして、長さ(ヘッド面とスケール面の距離方向)を短くすることで、剛性の異方性を高める(スケール長手方向の剛性を低く、他の方向の剛性を高く)設計ができる。   Note that lowering G and K is a trade-off with rigidity in other directions, but the first connecting portion 16 is made sufficiently thin with respect to the width to reduce the length (head surface and scale surface). By shortening the distance direction, the anisotropy of the rigidity can be increased (the rigidity in the longitudinal direction of the scale is low and the rigidity in the other directions is high).

第2の連結部17は、X軸とY軸とを含む平面と略平行な面において、スケール14の第1の線L1と略平行な方向への変位を略拘束し、他の方向への変位を許容する。ここで、一般的にゴム等のシート状の弾性体は、平面と略平行な方向への剛性が高く、その一方で、他の方向への剛性は低い。スケール14の形状を考えると、ゴムシートはX軸方向に長い形状を取ることになるので、その剛性はX軸方向に関して選択的に高くなる。   The second connecting portion 17 substantially restrains displacement of the scale 14 in a direction substantially parallel to the first line L1 on a plane substantially parallel to the plane including the X axis and the Y axis, and moves in the other direction. Allow displacement. Here, in general, a sheet-like elastic body such as rubber has high rigidity in a direction substantially parallel to the plane, while it has low rigidity in other directions. Considering the shape of the scale 14, the rubber sheet takes a long shape in the X-axis direction, and its rigidity is selectively increased in the X-axis direction.

そこで、本実施形態では、第2の連結部17としてシート状の弾性体が用いられている。そして、第2の連結部17は、ベース18と第1の部材11との間に介在されている。その結果、第2の連結部17は、第1の部材11とスケール14とを連結することになる。   Therefore, in the present embodiment, a sheet-like elastic body is used as the second connecting portion 17. The second connecting portion 17 is interposed between the base 18 and the first member 11. As a result, the second connecting portion 17 connects the first member 11 and the scale 14.

このような第2の連結部17は、スケール14の第1の線L1と略平行な方向への変位を略拘束し、他の方向への変位を許容することができるように、材質、各寸法等を設定すれば良い。   Such a second connecting portion 17 is substantially restrained from displacement in a direction substantially parallel to the first line L1 of the scale 14 and is allowed to displace in other directions. What is necessary is just to set a dimension.

図4は、第1の部材11と第2の部材12とが連結部材13を中心として相対的に回転した際のトルクセンサ1の様子を概略的に示す正面図である。
上述のように、第1の連結部16は、検出ヘッド15に対するスケール14の第1の線L1と略平行な方向への変位を許容し、且つ検出ヘッド15に対するスケール14の他の方向への変位を略拘束する。しかも、第2の連結部17は、スケール14の第1の線L1と略平行な方向への変位を略拘束し、他の方向への変位を許容する。つまり、第2の連結部17は、第1の連結部16に引っ張られてスケール14が第1の線L1と略平行な方向に追従することを略防ぎ、且つ第1の部材11と第2の部材12との間にZ軸回りの回転以外の相対変位が生じたとしても、検出ヘッド15とスケール14との相対距離や平行度が変わることを防ぐ。また、第2の連結部17は、回転軸13を中心とする円周に沿って変位する検出ヘッド15の回転に倣うように、スケール14を第2の線L2上で外方に若干移動させた位置で自転させる。第2の連結部17の第1の線L1以外の方向の剛性は、第1の連結部16の剛性より低いため、第1の部材11と第2の部材12との間に、トルク測定を妨げるような過大な力を発生させること無く、スケール14と第1の部材11との間の第1の線L1以外の方向の変位を吸収することができる。
FIG. 4 is a front view schematically showing the state of the torque sensor 1 when the first member 11 and the second member 12 are relatively rotated around the connecting member 13.
As described above, the first connecting portion 16 allows the displacement of the scale 14 with respect to the detection head 15 in the direction substantially parallel to the first line L1, and the scale 14 with respect to the detection head 15 in the other direction. The displacement is substantially restrained. Moreover, the second connecting portion 17 substantially restrains the displacement of the scale 14 in the direction substantially parallel to the first line L1 and allows the displacement in other directions. That is, the second connecting portion 17 is substantially prevented from being pulled by the first connecting portion 16 so that the scale 14 follows the direction substantially parallel to the first line L1, and the first member 11 and the second member Even if a relative displacement other than the rotation around the Z axis occurs between the member 12 and the member 12, the relative distance and parallelism between the detection head 15 and the scale 14 are prevented from changing. Further, the second connecting portion 17 slightly moves the scale 14 outward on the second line L2 so as to follow the rotation of the detection head 15 that is displaced along the circumference around the rotation shaft 13. Rotate at the selected position. Since the rigidity of the second connecting portion 17 in the direction other than the first line L1 is lower than the rigidity of the first connecting portion 16, torque measurement is performed between the first member 11 and the second member 12. A displacement in a direction other than the first line L <b> 1 between the scale 14 and the first member 11 can be absorbed without generating an excessive force that prevents it.

そのため、スケール14と検出ヘッド15との相対距離や平行度を略維持した状態で、スケール14の長手方向に沿って検出ヘッド15を精度良く変位させることができる。よって、スケール14と検出ヘッド15との相対的な変位量を精度良く算出することができ、ひいては出力側(例えばロボットのアーム等)に作用するトルクを精度良く算出することができる。   Therefore, the detection head 15 can be accurately displaced along the longitudinal direction of the scale 14 with the relative distance and parallelism between the scale 14 and the detection head 15 being substantially maintained. Therefore, the relative displacement amount between the scale 14 and the detection head 15 can be calculated with high accuracy, and the torque acting on the output side (for example, the arm of the robot) can be calculated with high accuracy.

ちなみに、第2の連結部17の弾性変形によって、第1の連結部16に引っ張られてスケール14が第1の線L1と略平行な方向に変位してしまうが、第2の連結部17の弾性変形は微小であり、しかも当該弾性変形は第1の線L1と略平行な方向における検出ヘッド15に対するスケール14の変位量に比べて極めて小さいので、測定精度に略影響を与えない。   Incidentally, the elastic deformation of the second connecting portion 17 causes the scale 14 to be pulled in the direction substantially parallel to the first line L1 by being pulled by the first connecting portion 16, but the second connecting portion 17 The elastic deformation is very small, and the elastic deformation is extremely small compared to the amount of displacement of the scale 14 with respect to the detection head 15 in the direction substantially parallel to the first line L1, and therefore does not substantially affect the measurement accuracy.

また、第1の部材11と第2の部材12とが連結部材13を中心として相対的に回転して、第1の連結部16が傾動した際に、スケール14と検出ヘッド15との相対距離が変位するが、この変位量は微小であり、測定精度に略影響を与えない。   The relative distance between the scale 14 and the detection head 15 when the first member 11 and the second member 12 rotate relative to each other about the connecting member 13 and the first connecting portion 16 tilts. However, the amount of displacement is very small and does not substantially affect the measurement accuracy.

<実施形態2>
本発明の実施形態2に係るトルクセンサを、図面に基づいて説明する。図5は、トルクセンサを概略的に示す正面図である。図6は、トルクセンサを概略的に示す左側面図である。図7は、トルクセンサを概略的に示す底面図である。なお、実施形態1のトルクセンサと共通の要素には、共通の符号を付している。
<Embodiment 2>
A torque sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a front view schematically showing the torque sensor. FIG. 6 is a left side view schematically showing the torque sensor. FIG. 7 is a bottom view schematically showing the torque sensor. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element common to the torque sensor of Embodiment 1. FIG.

本実施形態のトルクセンサ10は、実施形態1のトルクセンサ1と略同様の構成とされているが、第2の連結部27の構成が異なる。
すなわち、第2の連結部27は、ピン21、可動部22を備えている。ピン21は、ベース18の下面からZ軸方向に突出している。ピン21は、可動部22に挿入されている。
The torque sensor 10 according to the present embodiment has substantially the same configuration as the torque sensor 1 according to the first embodiment, but the configuration of the second connecting portion 27 is different.
That is, the second connecting portion 27 includes the pin 21 and the movable portion 22. The pin 21 protrudes from the lower surface of the base 18 in the Z-axis direction. The pin 21 is inserted into the movable part 22.

可動部22は、第1の部材11に形成されている。可動部22は、Y軸と平行な方向に向かって形成された切り欠き部である。但し、可動部22は、切り欠き形状である必要はなく、溝部でも長孔でも良い。   The movable portion 22 is formed on the first member 11. The movable part 22 is a notch part formed in a direction parallel to the Y axis. However, the movable part 22 does not need to be a notch shape, and may be a groove or a long hole.

図8は、第1の部材11と第2の部材12とが連結部材13を中心として相対的に回転した際のトルクセンサ10の様子を概略的に示す正面図である。
第1の部材11と第2の部材12とが連結部材13を中心として相対的に回転すると、ピン21が可動部22内において外方に移動しつつ、ピン21が可動部22内で自転することで、連結部材13を中心とする円周に沿って変位する検出ヘッド15の回転に倣うように、スケール14を第2の線L2上において外方に若干移動させた位置で自転させることができる。そのため、実施形態1のトルクセンサ1と同様に、スケール14の長手方向に沿って検出ヘッド15を精度良く変位させることができる。よって、スケール14と検出ヘッド15との相対的な変位量を精度良く算出することができ、ひいては出力側(例えばロボットのアーム等)に作用するトルクを精度良く算出することができる。
FIG. 8 is a front view schematically showing a state of the torque sensor 10 when the first member 11 and the second member 12 are relatively rotated around the connecting member 13.
When the first member 11 and the second member 12 rotate relative to each other about the connecting member 13, the pin 21 rotates outward in the movable portion 22 while the pin 21 moves outward in the movable portion 22. Thus, the scale 14 can be rotated at a position slightly moved outward on the second line L2 so as to follow the rotation of the detection head 15 that is displaced along the circumference around the connecting member 13. it can. Therefore, similarly to the torque sensor 1 of the first embodiment, the detection head 15 can be accurately displaced along the longitudinal direction of the scale 14. Therefore, the relative displacement amount between the scale 14 and the detection head 15 can be calculated with high accuracy, and the torque acting on the output side (for example, the arm of the robot) can be calculated with high accuracy.

なお、本実施形態の図示例のように、可動部22がX軸方向に余裕を有し、ピン21と可動部22との間にバネ等の弾性部材23を備えていることが好ましい。これにより、ピン21を可動部22内でスムーズに動作させることができる。しかも、第1の線L1と略平行な方向へのピン21の変位を弾性部材23で略拘束するので、精度を落とすことなく、スケール14と検出ヘッド15との相対的な変位量を算出することができる。   Note that, as in the illustrated example of the present embodiment, it is preferable that the movable portion 22 has a margin in the X-axis direction, and an elastic member 23 such as a spring is provided between the pin 21 and the movable portion 22. Thereby, the pin 21 can be smoothly operated in the movable portion 22. In addition, since the displacement of the pin 21 in the direction substantially parallel to the first line L1 is substantially restrained by the elastic member 23, the relative displacement between the scale 14 and the detection head 15 is calculated without reducing accuracy. be able to.

このとき、弾性部材23の第1の線L1方向の弾性率は、第1の連結部16の周方向の弾性率より高く、それ以外の方向の弾性率は第1の連結部16の弾性率より低く設定される。   At this time, the elastic modulus in the first line L1 direction of the elastic member 23 is higher than the elastic modulus in the circumferential direction of the first connecting portion 16, and the elastic modulus in the other directions is the elastic modulus of the first connecting portion 16. Set lower.

<その他の形態>
第2の連結部の構成は、上述の限りでなく、例えば図9及び図10に示すように、X軸とY軸とを含む平面と略平行な部分とX軸とZ軸とを含む平面と略平行な部分とが交互に連続するように折り曲げた板状部材(板金状の弾性体)37で、スケール14と第1の部材11とを連結しても良い。要するに、第2の連結部は、スケール14の長手方向と略平行な方向への変位を略拘束し、スケール14の他の方向への変位を許容することができれば良い。
<Other forms>
The configuration of the second connecting portion is not limited to the above, and as shown in FIGS. 9 and 10, for example, a plane including a portion substantially parallel to the plane including the X axis and the Y axis, and the X axis and the Z axis. The scale 14 and the first member 11 may be connected by plate-like members (sheet metal-like elastic bodies) 37 that are bent so that the substantially parallel portions are alternately continued. In short, it is only necessary that the second connecting portion substantially restrains the displacement in the direction substantially parallel to the longitudinal direction of the scale 14 and allows the displacement in the other direction of the scale 14.

また、スケール14及び検出ヘッド15の配置は、上述の限りでなく、例えば図11及び図12に示すように配置しても良い。図11に示すトルクセンサは、実施形態1のトルクセンサ1と略同様の構成とされているが、スケール14のトラックが示された面がX軸とZ軸とを含む平面と略平行に配置されている。また、スケール14のトラックが示された面は外方に向かって配置されている。そして、スケール14の長手方向がX軸方向に配置されている。このスケール14は、第2の連結部47を介して第1の部材11に連結されている。   Further, the arrangement of the scale 14 and the detection head 15 is not limited to the above, and may be arranged as shown in FIGS. 11 and 12, for example. The torque sensor shown in FIG. 11 has substantially the same configuration as that of the torque sensor 1 of the first embodiment, but the surface on which the track of the scale 14 is shown is arranged substantially parallel to a plane including the X axis and the Z axis. Has been. The surface on which the track of the scale 14 is shown is arranged outward. The longitudinal direction of the scale 14 is arranged in the X-axis direction. The scale 14 is connected to the first member 11 via the second connecting portion 47.

第2の連結部47は、Y・Z断面がL字形状の冶具48とシート状の弾性体49とを備える。弾性体49は、第1の部材11に対するスケール14における当該スケール14の長手方向への変位を略拘束し、他の方向への変位を許容する。   The second connecting portion 47 includes a jig 48 having a L-shaped Y / Z cross section and a sheet-like elastic body 49. The elastic body 49 substantially restrains the displacement of the scale 14 in the longitudinal direction of the scale 14 relative to the first member 11 and allows the displacement in the other direction.

また、検出ヘッド15は、Y軸方向から見ると、スケール14に重なるように、即ちスケール14のトラックが示された面と向かい合うように配置されている。そして、検出ヘッド15は、Y軸方向においてスケール14より外方に配置され、Y・Z断面がL字形状の冶具41を介して第2の部材12に連結されている。但し、スケール14のトラックが示された面を内方に向かって配置し、当該スケール14のトラックと向かい合うように検出ヘッド15をスケール14に対して内方に配置しても良い。   Further, the detection head 15 is arranged so as to overlap the scale 14 when viewed from the Y-axis direction, that is, to face the surface on which the track of the scale 14 is shown. The detection head 15 is disposed outward from the scale 14 in the Y-axis direction, and is connected to the second member 12 via a jig 41 having an L-shaped Y / Z cross section. However, the surface on which the track of the scale 14 is shown may be disposed inward, and the detection head 15 may be disposed inward with respect to the scale 14 so as to face the track of the scale 14.

これらのスケール14と検出ヘッド15とは、第1の連結部46を介して連結されている。第1の連結部46としては、上述の実施形態と同様に、板状部材が用いられる。この第1の連結部46における最も広い面は、Y軸とZ軸とを含む平面と略平行に配置されている。そして、第1の連結部46は、スケール14を当該スケール14の長手方向から挟み込むように、配置されている。   The scale 14 and the detection head 15 are connected via a first connecting portion 46. As the 1st connection part 46, a plate-shaped member is used similarly to the above-mentioned embodiment. The widest surface of the first connecting portion 46 is disposed substantially parallel to a plane including the Y axis and the Z axis. And the 1st connection part 46 is arrange | positioned so that the scale 14 may be inserted | pinched from the longitudinal direction of the said scale 14. FIG.

このような構成においても、第1の連結部46によって、スケール14の長手方向のみの変位を許容するように略拘束され、スケール14と第1の部材11との間の、スケール14の長手方向以外の方向の相対変位は、第2の連結部47の弾性体49の各方向への弾性変形によって、スケール14と第1の部材11との間に当該スケール14の長手方向以外の方向に過大な力を発生させずに、吸収される。このとき、第1の部材11と第2の部材12とが連結部材13を中心として相対的に回転して、第1の連結部46が傾動した際に、スケール14と検出ヘッド15との相対距離が変位するが、この変位量は微小であり、測定精度に略影響を与えない。また、第2の連結部47の弾性体49の弾性変形によって、スケール14と検出ヘッド15との平行度は略維持される。   Even in such a configuration, the first connecting portion 46 is substantially constrained to allow displacement only in the longitudinal direction of the scale 14, and the longitudinal direction of the scale 14 between the scale 14 and the first member 11. The relative displacement in the direction other than is excessively increased in a direction other than the longitudinal direction of the scale 14 between the scale 14 and the first member 11 due to elastic deformation of the elastic body 49 of the second connecting portion 47 in each direction. It is absorbed without generating a strong force. At this time, when the first member 11 and the second member 12 rotate relatively around the connecting member 13 and the first connecting portion 46 tilts, the relative relationship between the scale 14 and the detection head 15 is reached. Although the distance is displaced, the amount of displacement is minute and does not substantially affect the measurement accuracy. The parallelism between the scale 14 and the detection head 15 is substantially maintained by the elastic deformation of the elastic body 49 of the second connecting portion 47.

したがって、図11に示すトルクセンサも、スケール14と検出ヘッド15との相対距離や平行度を略維持した状態で、スケール14の長手方向に沿って検出ヘッド15を精度良く変位させることができる。よって、スケール14と検出ヘッド15との相対的な変位量を精度良く算出することができ、ひいては出力側(例えばロボットのアーム等)に作用するトルクを精度良く算出することができる。   Therefore, the torque sensor shown in FIG. 11 can also accurately displace the detection head 15 along the longitudinal direction of the scale 14 while maintaining the relative distance and parallelism between the scale 14 and the detection head 15 substantially. Therefore, the relative displacement amount between the scale 14 and the detection head 15 can be calculated with high accuracy, and the torque acting on the output side (for example, the arm of the robot) can be calculated with high accuracy.

図12に示すトルクセンサは、図11に示すトルクセンサと略同様の構成とされているが、図9に示すトルクセンサと同様に、スケール14が折り曲げた板状部材(第2の連結部)57を介して第1の部材11に連結されている。つまり、第1の部材11は、X軸とY軸とを含む平面と略平行な部分とX軸とZ軸とを含む平面と略平行な部分とが交互に連続しており、X軸とZ軸とを含む平面と略平行な部分の外面に、スケール14におけるトラックが示された面と逆側の面が接合されている。   The torque sensor shown in FIG. 12 has substantially the same configuration as the torque sensor shown in FIG. 11, but, like the torque sensor shown in FIG. 9, a plate-like member (second connecting portion) in which the scale 14 is bent. It is connected to the first member 11 via 57. In other words, the first member 11 includes portions that are substantially parallel to a plane including the X axis and the Y axis, and portions that are approximately parallel to a plane including the X axis and the Z axis are alternately continuous. A surface of the scale 14 opposite to the surface on which the track is shown is joined to the outer surface of a portion substantially parallel to the plane including the Z axis.

このような構成においても、第1の連結部46によって、スケール14の長手方向のみの変位を許容するように略拘束され、スケール14と第1の部材11との間の、スケール14の長手方向以外の方向の相対変位は、第2の連結部57の各方向への弾性変形によって、スケール14と第1の部材11との間に当該スケール14の長手方向以外の方向に過大な力を発生させずに、吸収される。このとき、第1の部材11と第2の部材12とが連結部材13を中心として相対的に回転して、第1の連結部46が傾動した際に、スケール14と検出ヘッド15との相対距離が変位するが、この変位量は微小であり、測定精度に略影響を与えない。また、第2の連結部57の弾性変形によって、スケール14と検出ヘッド15との平行度は略維持される。   Even in such a configuration, the first connecting portion 46 is substantially constrained to allow displacement only in the longitudinal direction of the scale 14, and the longitudinal direction of the scale 14 between the scale 14 and the first member 11. Relative displacement in other directions generates an excessive force in a direction other than the longitudinal direction of the scale 14 between the scale 14 and the first member 11 due to elastic deformation of the second connecting portion 57 in each direction. Without being absorbed. At this time, when the first member 11 and the second member 12 rotate relatively around the connecting member 13 and the first connecting portion 46 tilts, the relative relationship between the scale 14 and the detection head 15 is reached. Although the distance is displaced, the amount of displacement is minute and does not substantially affect the measurement accuracy. Further, the parallelism between the scale 14 and the detection head 15 is substantially maintained by the elastic deformation of the second connecting portion 57.

したがって、図12に示すトルクセンサも、スケール14と検出ヘッド15との相対距離や平行度を維持した状態で、スケール14の長手方向に沿って検出ヘッド15を精度良く変位させることができる。よって、スケール14と検出ヘッド15との相対的な変位量を精度良く算出することができ、ひいては出力側(例えばロボットのアーム等)に作用するトルクを精度良く算出することができる。   Accordingly, the torque sensor shown in FIG. 12 can also accurately displace the detection head 15 along the longitudinal direction of the scale 14 while maintaining the relative distance and parallelism between the scale 14 and the detection head 15. Therefore, the relative displacement amount between the scale 14 and the detection head 15 can be calculated with high accuracy, and the torque acting on the output side (for example, the arm of the robot) can be calculated with high accuracy.

以上、本発明に係るトルクセンサの実施形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。
例えば、上述の実施形態では、第1の部材にスケールを設け、第2の部材に検出ヘッドを設けているが、逆の構成でも良い。また、上述の実施形態では、第2の連結部をスケール側に配置しているが、検出ヘッド側に配置しても良い。
As mentioned above, although embodiment of the torque sensor which concerns on this invention was described, it can change in the range which does not deviate not only from said structure but the technical idea of this invention.
For example, in the above-described embodiment, the first member is provided with the scale, and the second member is provided with the detection head. However, the reverse configuration may be used. Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the 2nd connection part is arrange | positioned at the scale side, you may arrange | position at the detection head side.

1、10 トルクセンサ
11 第1の部材
12 第2の部材
13 連結部材
14 スケール
15 検出ヘッド
16 第1の連結部
16a 最も広い面
17、27、37 第2の連結部
18、19 ベース
21 ピン
22 可動部
23 弾性部材
41 冶具
46 第1の連結部
47 第2の連結部
48 冶具
49 弾性体
57 第2の連結部
100 トルクセンサ
110 第1の回転板
120 第2の回転板
130 軸
140 スケール
150 検出ヘッド
1, 10 Torque sensor 11 First member 12 Second member 13 Connecting member 14 Scale 15 Detection head 16 First connecting portion 16a Widest surface 17, 27, 37 Second connecting portion 18, 19 Base 21 Pin 22 Movable part 23 Elastic member 41 Jig 46 First connecting part 47 Second connecting part 48 Jig 49 Elastic body 57 Second connecting part 100 Torque sensor 110 First rotating plate 120 Second rotating plate 130 Shaft 140 Scale 150 Detection head

Claims (7)

リニアエンコーダ式のトルクセンサであって、
第1の部材と、
前記第1の部材と対向するように配置され、前記第1の部材と相対的な回転関係にある第2の部材と、
前記第1の部材と前記第2の部材とを連結する連結部材と、
複数のトラックが示され、前記トラックが延在する方向に延びる第1の線と、前記第1の線と前記連結部材の中心軸とを結ぶ第2の線とが直交するように、前記第1の部材に設けられたスケールと、
前記第2の部材に設けられ、前記スケールから位置情報を検出する検出ヘッドと、
前記スケールと前記検出ヘッドとを連結し、前記スケールに対する前記検出ヘッドの前記第1の線と平行な方向への変位を許容し、前記スケールに対する前記検出ヘッドの前記第1の線と平行な方向以外の方向への変位を拘束する第1の連結部と、
前記第1の部材と前記スケール、又は前記第2の部材と前記検出ヘッドとを連結し、前記第1の部材に対する前記スケール、又は前記第2の部材に対する前記検出ヘッドの前記第1の線と平行な方向への変位を拘束し、前記第1の部材に対する前記スケール、又は前記第2の部材に対する前記検出ヘッドの前記第1の線と平行な方向以外の方向への変位を許容する第2の連結部と、
を備えるトルクセンサ。
A linear encoder type torque sensor,
A first member;
A second member disposed to face the first member and in a relative rotational relationship with the first member;
A connecting member that connects the first member and the second member;
A plurality of tracks are shown, and the first line extending in the direction in which the tracks extend and the second line connecting the first line and the central axis of the connecting member are orthogonal to each other. A scale provided on one member;
A detection head provided on the second member for detecting position information from the scale;
Connecting the scale and the detection head, allowing displacement of the detection head relative to the scale in a direction parallel to the first line, and parallel to the first line of the detection head relative to the scale A first connecting portion that restrains displacement in a direction other than
The first member and the scale, or the second member and the detection head are connected to each other, the scale relative to the first member, or the first line of the detection head relative to the second member; A second that restrains displacement in a parallel direction and allows displacement in a direction other than the direction parallel to the first line of the scale relative to the first member or the detection member relative to the second member; A connecting portion of
A torque sensor comprising:
前記第1の連結部は、板状部材を備え、
前記板状部材の最も面積が広い面は、前記第2の線と、前記連結部材の中心軸である第3の線と、を含む面と平行に配置される請求項1に記載のトルクセンサ。
The first connecting portion includes a plate-like member,
2. The torque sensor according to claim 1, wherein the surface having the largest area of the plate-like member is arranged in parallel to a surface including the second line and a third line that is a central axis of the connecting member. .
前記第2の連結部は、前記第1の線と平行な方向への剛性が前記第1の連結部の剛性より高く、前記第1の線と平行な方向以外の方向への剛性が前記第1の連結部の剛性より低い請求項1又は2に記載のトルクセンサ。   The second connecting portion has a rigidity in a direction parallel to the first line higher than that of the first connecting portion, and a rigidity in a direction other than the direction parallel to the first line is the first connecting portion. The torque sensor according to claim 1, wherein the torque sensor is lower than the rigidity of the one connecting portion. 前記第2の連結部は、シート状の弾性部材を備える請求項1乃至3のいずれか1項に記載のトルクセンサ。   4. The torque sensor according to claim 1, wherein the second connecting portion includes a sheet-like elastic member. 前記第2の連結部は、板金状の弾性部材を備える請求項1乃至3のいずれか1項に記載のトルクセンサ。   The torque sensor according to claim 1, wherein the second connecting portion includes a sheet metal elastic member. 前記第2の連結部は、前記スケール又は前記検出ヘッドに設けられたピンと、
前記ピンが挿入され、前記第1の部材又は前記第2の部材において前記第2の線と平行に延在する可動部と、
を備える請求項1乃至3のいずれか1項に記載のトルクセンサ。
The second connecting portion includes a pin provided on the scale or the detection head,
A movable part in which the pin is inserted and extends in parallel with the second line in the first member or the second member;
The torque sensor according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記第2の連結部は、前記ピンと前記可動部との間に、前記第1の線と平行に配置された弾性部材を備える請求項6に記載のトルクセンサ。   The torque sensor according to claim 6, wherein the second connection portion includes an elastic member disposed in parallel with the first line between the pin and the movable portion.
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