JP2013122377A - Intervening sensor and robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、介在センサーおよび介在センサーを搭載したロボットに関する。 The present invention relates to an intervening sensor and a robot equipped with the intervening sensor.
複数の関節を備えたアームの先端に、対象物を把持するハンドを搭載したロボットが知られている。このロボットは、アームに設けられた複数の関節を動かすことによって、ハンドを移動させたり、ハンドの向きを変更したりすることができる。また、ハンドの形状を工夫することによって様々な対象物を把持することが可能であることから、様々な分野で、様々な対象物を移動させたり取り付けたりするなどの用途で使用されている。 There is known a robot in which a hand for holding an object is mounted on the tip of an arm having a plurality of joints. This robot can move the hand or change the direction of the hand by moving a plurality of joints provided on the arm. Further, since various objects can be grasped by devising the shape of the hand, it is used in various fields for moving and attaching various objects.
ここで、対象物を把持してアームを動かすためには、対象物の重量や慣性によってアームに加わる力やモーメントを検出する必要がある。そこで、ハンドとアームとの間に(あるいはアームの途中やアームの取付部に)、力およびモーメントを検出する検出装置(介在センサーと呼ばれる)を介在させることが行われる。介在センサーには、水晶などの圧電材料で形成されて力を検出する検出部が複数箇所に設けられており、これら検出部で検出した力に基づいて、介在センサーに加わる力やモーメントを検出することができる。(特許文献1)。 Here, in order to grip the object and move the arm, it is necessary to detect a force or moment applied to the arm based on the weight or inertia of the object. Therefore, a detection device (referred to as an intervening sensor) for detecting force and moment is interposed between the hand and the arm (or in the middle of the arm or at the arm mounting portion). The intervening sensor is formed of a piezoelectric material such as quartz and has a plurality of detecting portions for detecting force, and based on the force detected by these detecting portions, the force and moment applied to the intervening sensor are detected. be able to. (Patent Document 1).
また近年では、ロボットにも軽量化や小型化が求められるようになっており、それに伴って介在センサーにも小型化が求められている。 In recent years, robots are also required to be lighter and smaller, and accordingly, intervening sensors are also required to be smaller.
しかし、介在センサーは、以下の理由から小型化が難しいという問題があった。すなわち、介在センサーには、力を検出する検出部だけでなく、検出した力に対応する信号を出力するための出力回路も設けなければならない。この出力回路は、アンプやコンデンサーなどの複数の電気部品と、それらを接続する配線とを有しているため、出力回路を設けるには比較的広いスペースが必要となる。更に、出力回路からの信号を外部に出力するための電線の束(ハーネス)を通すスペースも必要となる。これらのスペースを確保しようとすると、介在センサーはある程度の大きさとなり、従ってそれ以上の小型化は難しいという問題があった。 However, the intervening sensor has a problem that it is difficult to reduce the size for the following reasons. In other words, the intervening sensor must be provided with not only a detection unit for detecting force but also an output circuit for outputting a signal corresponding to the detected force. Since this output circuit has a plurality of electrical components such as an amplifier and a capacitor, and wiring for connecting them, a relatively wide space is required to provide the output circuit. Furthermore, a space for passing a bundle of wires (harness) for outputting a signal from the output circuit to the outside is also required. In order to secure these spaces, there is a problem that the intervening sensor becomes a certain size, so that further miniaturization is difficult.
この発明は、従来の技術が有する上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、小型化することが可能な介在センサーを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve at least a part of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide an intervening sensor that can be reduced in size.
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の介在センサーは次の構成を採用した。すなわち、
第1部材と第2部材とを接続し、前記第1部材と前記第2部材との間に働く力を検出する介在センサーであって、
前記第1部材に接続される第1基板と、
前記第2部材に接続される第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に設けられて、前記第1基板と前記第2基板との間に働く力を検出する検出部と、
前記第1基板と前記第2基板との間に設けられて、前記検出部で検出した力に対応する信号を出力する出力回路が形成された配線基板と、
を備え、
前記第1基板または前記第2基板の少なくとも一方には貫通穴が形成されており、
前記配線基板には、前記貫通穴に折り込まれる折込部が形成されていることを要旨とする。
In order to solve at least a part of the problems described above, the intervening sensor of the present invention employs the following configuration. That is,
An intervening sensor that connects a first member and a second member and detects a force acting between the first member and the second member,
A first substrate connected to the first member;
A second substrate connected to the second member;
A detection unit provided between the first substrate and the second substrate for detecting a force acting between the first substrate and the second substrate;
A wiring board provided between the first board and the second board, on which an output circuit that outputs a signal corresponding to the force detected by the detection unit is formed;
With
A through hole is formed in at least one of the first substrate or the second substrate,
The gist of the invention is that the wiring board is formed with a folding portion that is folded into the through hole.
このような本発明の介在センサーにおいては、第1基板と第2基板との間に力が働くと、その力が検出部で検出されて、配線基板の出力回路から信号が出力される。このため、検出部で検出された力(出力回路の出力)に基づいて、第1部材と第2部材との間に働く力を検出することができる。尚、検出部と配線基板とは、第1基板と第2基板との間に別々に設けてもよいし、検出部が搭載された配線基板を第1基板と第2基板との間に設けてもよい。ここで、本発明の介在センサーの配線基板には折込部が設けられており、この折込部が、第1基板または第2基板の少なくとも一方に形成された貫通穴に折り込まれる。 In such an intervening sensor of the present invention, when a force is applied between the first substrate and the second substrate, the force is detected by the detection unit, and a signal is output from the output circuit of the wiring substrate. For this reason, based on the force (output of the output circuit) detected by the detection unit, the force acting between the first member and the second member can be detected. The detection unit and the wiring substrate may be provided separately between the first substrate and the second substrate, or the wiring substrate on which the detection unit is mounted is provided between the first substrate and the second substrate. May be. Here, the wiring board of the intervening sensor of the present invention is provided with a folding part, and this folding part is folded into a through hole formed in at least one of the first substrate and the second substrate.
こうすれば、配線基板の折込部も、出力回路を形成するスペースとして利用することができる。しかも、折込部は貫通穴に折り込まれているので、折込部が折り込まれて空いたスペースにハーネスを通すこともできる。その結果、検出部を設けるスペースや、出力回路を形成するスペースや、ハーネスを通すスペースを確保することができるので、介在センサーを小型化することが可能となる。 In this way, the folded portion of the wiring board can also be used as a space for forming the output circuit. And since the folding part is folded in the through-hole, a harness can also be passed through the space which the folding part was folded and was vacant. As a result, the space for providing the detection unit, the space for forming the output circuit, and the space for passing the harness can be secured, so that the intervening sensor can be reduced in size.
また、上述した本発明の介在センサーにおいては、次のようにしてもよい。先ず、複数の小基板部と折込部とを、接続部を介して接続することによって、配線基板を構成する。そして、折込部を接続部で折り曲げて、折り曲げた折込部を第1基板または第2基板の貫通穴に挿入することとしてもよい。尚、折込部は、貫通穴の内周に沿うように折り曲げられたり、あるいは丸められたりした状態で、貫通穴に挿入される。 Further, the intervening sensor of the present invention described above may be configured as follows. First, a wiring board is configured by connecting a plurality of small board parts and folding parts via connecting parts. And it is good also as bending a folding part in a connection part and inserting the bent folding part in the through-hole of a 1st board | substrate or a 2nd board | substrate. In addition, a folding part is inserted in a through-hole in the state bent or rounded along the inner periphery of a through-hole.
このような介在センサーの配線基板は、折り曲げられる前の状態では、複数の小基板部が直線状に配置される。従って、配線基板に電子部品などを設置する場合、電子部品などを直線状に設置することができるので、配線基板を容易に製造することが可能となる。 In the wiring substrate of such an intervening sensor, a plurality of small substrate portions are linearly arranged before being bent. Therefore, when an electronic component or the like is installed on the wiring board, the electronic component or the like can be installed in a straight line, so that the wiring board can be easily manufactured.
また、上述した本発明の介在センサーにおいては、配線基板の折込部の少なくとも一部に、出力回路の出力を出力するリード線を形成しておくこととしてもよい。 In the above-described intervening sensor of the present invention, a lead wire that outputs the output of the output circuit may be formed in at least a part of the folded portion of the wiring board.
こうすれば、リード線を、第1基板または第2基板の貫通穴から介在センサーの外側に引き出すことができる。従って、出力回路と外部の配線(ハーネスなど)とを接続する際、狭い領域(貫通穴の内部)で接続作業を行わなくて済むので、接続を容易に行うことが可能となる。 If it carries out like this, a lead wire can be pulled out of the intervening sensor from the through hole of the 1st substrate or the 2nd substrate. Therefore, when connecting the output circuit and external wiring (harness, etc.), it is not necessary to perform the connection work in a narrow region (inside the through hole), so that the connection can be easily performed.
また、上述した本発明の介在センサーは、小型に製造することが可能である。従って、このような介在センサーをロボットに搭載することとすれば、介在センサーを搭載した箇所にかかる力を検出することが可能でありながら、小型のロボットを得ることができる。 Moreover, the intervening sensor of the present invention described above can be manufactured in a small size. Therefore, if such an intervening sensor is mounted on a robot, a small robot can be obtained while detecting the force applied to the position where the intervening sensor is mounted.
図1は、本実施例のロボット10の大まかな構成を示した説明図である。図示されるようにロボット10は、対象物を把持するロボットハンド20と、本体部30と、ロボットハンド20と本体部30との間に設けられるアーム40とから構成されている。アーム40は、関節部44を介して複数の棒状のリンク部42が接続されて構成されており、アーム40の先端側のリンク部42はロボットハンド20に接続され、基部側のリンク部42は本体部30に接続される。関節部44には、関節部44を屈曲させるためのアクチュエーター(図示せず)が設けられており、アクチュエーターを駆動してそれぞれの関節部44を屈曲させることによって、ロボットハンド20を移動させたり、ロボットハンド20の向きを変更したりする。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a rough configuration of the
また、本実施例のロボット10には、アーム40の先端側のリンク部42とロボットハンド20との間に、力やモーメントを検出する装置(介在センサー100)が設けられている。この介在センサー100は、一方の側がリンク部42にネジ止めされ、他方の側がロボットハンド20にネジ止めされる。このようにロボットハンド20とアーム40とは、介在センサー100を介して接続されるので、対象物を把持した状態でアーム40を動かすと、対象物の重量や慣性によってアーム40に加わる力やモーメントが介在センサー100に伝わる。介在センサー100では、こうした力やモーメントを検出し、その結果をロボット10の制御部(図示せず)に出力する。また介在センサー100は、ロボットハンド20とアーム40の先端側のリンク部42との間だけでなく、アーム40の途中のリンク部42や、アーム40の基部側のリンク部42にも設けられており、それぞれの介在センサー100で検出された力やモーメントが出力される。ロボット10の制御部は、これら介在センサー100からの出力に基づいて関節部44の動きを制御することによってアーム40を動作させる。
Further, the
図2は、本実施例の介在センサー100の構成を示した説明図である。尚、図2(a)には、本実施例の介在センサー100の全体図が示されており、図2(b)には分解図が示されている。図2(a)に示されるように、本実施例の介在センサー100は、大まかには、2枚の円板(第1基板110,第2基板120)や、配線基板130などから構成されている。第1基板110と第2基板120とは、配線基板130を間に挟んだ状態で、複数のボルト140によってネジ止めされる。この状態で、第1基板110はロボットハンド20(またはアーム40のリンク部42)にネジ止めされ、第2基板120はリンク部42にネジ止めされる。尚、図2(a)には、第1基板110をロボットハンド20(またはリンク部42)にネジ止めするためのネジ穴112が示されている。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the intervening
また、図2(b)の分解図に示されるように、第1基板110および第2基板120には、配線の束(ハーネス)を通すための貫通穴114,124が中央に形成されている。また配線基板130にも、中央の折込部130iが第2基板120の貫通穴124に対して折り込まれることによって、中央部に穴(貫通穴134)が形成されている。そして、これらの貫通穴114,124,134にロボットハンド20を動かすためのハーネスが通される。尚、本実施例の配線基板130は、第2基板120の貫通穴124に折り込まれているが、配線基板130を第1基板110の貫通穴114に折り込むようにしてもよい。
Further, as shown in the exploded view of FIG. 2B, the
配線基板130の上面(第1基板110側の面)の複数箇所(図示した例では3か所)には、介在センサー100に加わる力を検出するための水晶500が設置される。これら水晶500は四角形に形成されており、それぞれの水晶500の四角形の一辺が配線基板130の中心に向かうように配置される。尚、水晶500は四角形に形成されているので、配線基板130に設置された状態で、水晶500の向きが適切な向きとなっているか否かを容易に確認することができる。尚、本実施例の水晶500は、本発明の検出部に対応する。
水晶500は、第1基板110と第2基板120とをネジ止めした状態で、第1基板110の下面と、第2基板120の上面に設けられた凸部126とによって挟まれる。また、配線基板130には、第2基板の凸部126と向き合う箇所に当接穴136が設けられている。このため第2基板120の凸部126は、配線基板130を介さずに直接、水晶500に当接する。この状態で、水晶500には予圧が与えられており、従って、水晶500に加わる力が予圧よりも大きくなることによって、水晶500を押す方向に力が加わったことが検出され、また加わる力が予圧よりも小さくなることによって、水晶500を押す方向とは反対方向に力が加わったことが検出される。尚、第1基板110の下面にも凸部を設けて、この凸部と第2基板120の凸部126とによって、水晶500を挟むようにしてもよい。
The
また水晶500は、配線基板130上に形成された出力回路に接続されている。出力回路は、アンプやコンデンサー、抵抗、コネクターなどの電子部品などから構成されており、それぞれの水晶500で検出された力を信号としてロボット10の制御部(図示せず)に出力したり、3つの水晶500で検出した力の大きさや力の向きに基づいて、介在センサー100に加わる力のモーメントを示す信号を生成して出力したりする。
The
尚、上述したように第2基板の凸部126が配線基板130を介さずに直接、水晶500に当接するので、配線基板130の変形による影響を受けずに水晶500に力を加えることができる。また、水晶500が設置される箇所の両隣の位置には、第1基板110と第2基板120とをネジ止めするボルト140を挿入可能な穴(ガイド穴138)が設けられている。このため、水晶500を与圧するボルト140で水晶500が位置決めされるので、水晶500を適切に与圧することができる。
As described above, since the
図3は、本実施例の配線基板130の折込部130iを折り込む前と折り込んだ後とを比較した説明図である。配線基板130の折込部130iが折り込まれる前は、図3(a)に示されているように、出力回路を構成する電子部品や水晶500などのすべての部品が、平らな基材の上に設置されている。そして、配線基板130の中央に設けられた折込部130iを図面下側に折り込むと、図3(b)に示されるように、配線基板130の中央に大きな貫通穴134が形成される。その結果、配線基板130の中央にハーネスを通すためのスペースが確保される。尚、折込部130iを折り込むことから、配線基板130は、柔軟な材料で形成されたFPC(フレキシブルプリント基板)を用いることが望ましい。
FIG. 3 is an explanatory diagram comparing before and after folding the folding portion 130i of the
このように、本実施例の配線基板130では、折込部130iを折り込むことによってハーネスを通すスペースを確保しているので、折込部130iを電子部品を設置するスペースとして利用することができる。これにより、電子部品を設置するためのスペースを十分に確保することができるので、配線基板130を小さくすることができる。その結果、配線基板130が設けられる介在センサー100の小型化を図ることが可能となる。
As described above, in the
また、図3(a)に示されるように、基材が平らな状態で電子部品や水晶500を設置しているので、電子部品などを簡単に設置することができ、配線基板130の検査も容易となる。
Further, as shown in FIG. 3A, since the electronic parts and the
更に、折込部130iに電子部品を設置する場合、水晶500よりも背の高い電子部品を設置することができる。すなわち、折込部130i以外の部分に設置する場合、水晶500よりも背の高い電子部品を設置すると、第1基板110と第2基板120との間隔が広くなり、介在センサー100が厚くなる。これに対して、折込部130iに電子部品を設置する場合、電子部品は貫通穴134の内側のスペースに配置されるので、第1基板110と第2基板120との間隔を広げる必要がなく、介在センサー100が厚くなることもない。加えて、配線基板130の折込部130iに、ハーネスと出力回路とを接続するコネクターを設けておけば、コネクターをハーネスの方向に向けることができるので、コネクターとハーネスとを容易に接続することができる。
Furthermore, when installing an electronic component in the folding part 130i, an electronic component taller than the
上述した本実施例の介在センサー100には、種々の変形例が存在する。以下では、これらの変形例について簡単に説明する。尚、以下の変形例では、上述した本実施例の介在センサー100と異なる部分に焦点を当てて説明し、本実施例の介在センサー100と同様な構成については、同じ番号を付すこととして説明を省略する。
There are various modifications to the intervening
上述した本実施例の介在センサー100では、配線基板130上の水晶500や電子部品などが、中央の貫通穴134を中心として円形に配置される(図2を参照)。しかし、次のようにすれば、水晶500や電子部品などを直線状に配置することもできる。
In the intervening
図4は、第1変形例の配線基板230の形状を示した説明図である。第1変形例では、図4(a)に示した形状の配線基板230を複数箇所で折り曲げて、図4(b)に示す形状にしてから介在センサー100に組み付ける。
FIG. 4 is an explanatory view showing the shape of the
図4(a)に示されているように、折り曲げる前の第1変形例の配線基板230は、3つの小基板部230sと、細長い長方形形状に形成された折込部230iと、小基板部230sと折込部230iとを接続する接続部230jとから構成される。このような配線基板230では、3つの小基板部230sの水晶500は直線状に、また電子部品についても、3つの小基板部230sの電子部品が直線状に(しかも同じ向きに)配置される。そして、配線基板230の折込部230iを、途中の折り目で折り曲げながら丸めることによって筒状とし、更に折込部230iと接続部230jとの境目で配線基板230を折り曲げることによって、図4(b)に示すような形状の配線基板230を完成させる。この状態で、それぞれの水晶500の四角形の一辺が配線基板230の中心に向かうように配置される。尚、配線基板230は、折込部230iを丸めて筒状にした部分が第2基板120の貫通穴124に挿入される。
As shown in FIG. 4A, the
このように配線基板230を形成すれば、上述した所定方向に向けて3つの水晶500や電子部品を配置することが可能でありながら、配線基板230に水晶500や電子部品を設置する際には、直線状に設置することができる。従って、配線基板230を容易に製造することができる。また、折り曲げる前の状態であれば、配線基板230の検査も容易に行うことが可能である。
If the
上述した本実施例および第1変形例の介在センサー100では、ハーネスとのコネクターを、折込部130i,230iに設けるものとして説明した。しかし、折込部130i,230iからリード線を引き出して、ハーネスに接続するようにしてもよい。
In the above-described
図5は、第2変形例の配線基板330の形状を示した説明図である。図示した配線基板330は、第1変形例の配線基板230に対して、折込部330iに複数の細長いリード線330rが追加された構成となっている。そしてリード線330rの先端にコネクター340が設けられている。
FIG. 5 is an explanatory view showing the shape of the
図6は、第2変形例の配線基板330を介在センサー100に組み付けた状態を示した説明図である。図5に示した配線基板330を折り曲げて完成させ、介在センサー100に組み付けると、図6に示されるように、第2基板120の貫通穴124からリード線330rおよびコネクター340が露出した状態となる。従って、ハーネスとコネクター340とを接続する作業を、介在センサー100の外側で行うことができる。その結果、介在センサー100の内側のスペース(貫通部)で接続作業を行う場合に比べて作業スペースが広くなるので、作業が容易となる。
FIG. 6 is an explanatory view showing a state in which the
以上、本発明の介在センサーについて説明したが、本発明は上記の実施例や、変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。例えば、上述した実施例や変形例の介在センサーでは、配線基板は一枚の部材として形成されているものと説明した。しかし、配線基板は、折込部が形成されていれば一枚の部材である必要はなく、従って、例えば配線基板は複数に分割されていてもよい。 Although the intervening sensor of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, in the intervening sensors of the above-described embodiments and modifications, it has been described that the wiring board is formed as a single member. However, the wiring board does not need to be a single member as long as the folded portion is formed. Therefore, for example, the wiring board may be divided into a plurality of parts.
10…ロボット、 20…ロボットハンド、 30…本体部、
40…アーム、 42…リンク部、 44…関節部、
100…介在センサー、 110…第1基板、 112…ネジ穴、
114…貫通穴、 120…第2基板、 124…貫通穴、
126…凸部、 130…配線基板、 130i…折込部、
134…貫通穴、 136…当接穴、 138…ガイド穴、
140…ボルト、 230…配線基板、 230i…折込部、
230j…接続部、 230s…小基板部、 330…配線基板、
330i…折込部、 330r…リード線、 340…コネクター
500…水晶
10 ... Robot, 20 ... Robot hand, 30 ... Main unit,
40 ... arm, 42 ... link part, 44 ... joint part,
100: Intervening sensor 110: First substrate 112: Screw hole
114 ... through hole, 120 ... second substrate, 124 ... through hole,
126 ... convex part, 130 ... wiring board, 130i ... folding part,
134 ... through hole, 136 ... contact hole, 138 ... guide hole,
140 ... bolt, 230 ... wiring board, 230i ... folding part,
230j ... connection part, 230s ... small substrate part, 330 ... wiring board,
330i ... Folding part, 330r ... Lead wire, 340 ...
Claims (4)
前記第1部材に接続される第1基板と、
前記第2部材に接続される第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に設けられて、前記第1基板と前記第2基板との間に働く力を検出する検出部と、
前記第1基板と前記第2基板との間に設けられて、前記検出部で検出した力に対応する信号を出力する出力回路が形成された配線基板と、
を備え、
前記第1基板または前記第2基板の少なくとも一方には貫通穴が形成されており、
前記配線基板には、前記貫通穴に折り込まれる折込部が形成されている
ことを特徴とする介在センサー。 An intervening sensor that connects a first member and a second member and detects a force acting between the first member and the second member,
A first substrate connected to the first member;
A second substrate connected to the second member;
A detection unit provided between the first substrate and the second substrate for detecting a force acting between the first substrate and the second substrate;
A wiring board provided between the first board and the second board, on which an output circuit that outputs a signal corresponding to the force detected by the detection unit is formed;
With
A through hole is formed in at least one of the first substrate or the second substrate,
The interposition sensor, wherein the wiring board is formed with a folding portion that is folded into the through hole.
前記配線基板は、
前記折込部と、
複数の小基板部と、
前記小基板部と前記折込部とを接続する複数の接続部と、
を備え、
前記折込部は、前記接続部で折り曲げられて前記貫通穴に挿入されている
ことを特徴とする介在センサー。 The intervening sensor according to claim 1,
The wiring board is
The folding part;
A plurality of small board parts;
A plurality of connecting portions connecting the small substrate portion and the folding portion;
With
The interposition sensor, wherein the folding part is bent at the connection part and inserted into the through hole.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の介在センサー。 The interposition sensor according to claim 1 or 2, wherein a lead wire that outputs an output of the output circuit is formed in at least a part of the folding portion.
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