JP2017058337A - Inner force sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、例えば、ロボットの脚部や手先に作用する複数軸方向の並進力およびモーメントを測定するための力覚センサに関する。 Embodiments of the present invention relate to a force sensor for measuring, for example, translational forces and moments in a plurality of axial directions acting on a leg or a hand of a robot.
産業用ロボットなどのマニピュレータの運動性能の向上は著しく、かなりの複雑な動作を実現できるようになってきており、単純作業から、複雑な動作の要求される作業へと用途はますます拡大している。様々な物を対象として、掴んだり、運んだり、あるいは直立歩行、階段の上り降りといった動作をより柔軟に実現するために、従来から、ロボットの手先、あるいは手首、脚部に力感覚を付与する力覚センサが設けられている。 The performance of manipulators such as industrial robots has been greatly improved, and it has become possible to realize fairly complex motions, and the applications have expanded from simple tasks to tasks that require complex motions. Yes. In order to realize more flexible operations such as grasping, carrying, standing walking, and going up and down stairs for various objects, conventionally, a sense of force is applied to the robot's hand, wrist, or leg. A force sensor is provided.
力覚センサを備えたロボットには、2足で歩行するロボットや、4脚以上の脚部を有する多脚歩行ロボットがある。この種の多脚歩行ロボットには、階段の登り降りができたり、障害物を自力で乗り越えられるものがある。多脚歩行ロボットでは、各脚先に力覚センサを配置することで、各脚部にかかる荷重を正確に検出して重心位置の演算を行い、歩行中に転倒しないように重心位置制御を行っている。 Robots equipped with a force sensor include a robot walking with two legs and a multi-legged walking robot having four or more legs. This type of multi-legged walking robot can climb up and down stairs and overcome obstacles by itself. In a multi-legged walking robot, a force sensor is placed at each leg tip to accurately detect the load applied to each leg, calculate the center of gravity, and control the center of gravity so that it will not fall over while walking. ing.
この種の力覚センサは、並進力とモーメントを弾性歪に変換して検出するセンサであるが、センサ構造体の構成によって、検出精度、強度が変わってくる。一般的には、検出精度を上げるには、センサ構造体を撓みやすくするが、その一方でセンサ構造体には剛性も要求される。 This type of force sensor is a sensor that detects translational force and moment by converting them into elastic strain. However, the detection accuracy and strength vary depending on the configuration of the sensor structure. In general, in order to increase detection accuracy, the sensor structure is easily bent, but the sensor structure is also required to have rigidity.
近年では、6軸方向の並進力とモーメントを測定可能な力覚センサが開発されており、例えば、十字構造の起歪アームを二段重ねに配置し、十字構造の端部を連結してモーメントにより起歪アームを撓み易い構造とすることで、センサ構造体の小型化と6軸方向の並進力とモーメントの測定精度向上を図った力覚センサが知られている。 In recent years, force sensors that can measure translational forces and moments in 6-axis directions have been developed. For example, cross-shaped strain-generating arms are arranged in two layers, and the ends of the cross structure are connected to each other. Thus, there is known a force sensor in which the strain-generating arm is easily bent to reduce the size of the sensor structure and to improve the measurement accuracy of the six-axis translational force and moment.
力覚センサの組み込まれたロボットの中には、その構造・機能から大きなモーメントの作用が不可避であるものがある。その代表例である多脚歩行ロボットの場合、ロボット本体の重量を脚部で支えるために、歩行時には床面からの衝撃や大きなモーメントが各脚部に作用することになる。各脚部に組み込まれている力覚センサにも当然大きなモーメントが作用する。 Some robots with built-in force sensors cannot avoid the action of a large moment due to their structure and function. In the case of a multi-legged walking robot, which is a representative example, since the weight of the robot body is supported by the legs, an impact from the floor and a large moment act on each leg during walking. Naturally, a large moment also acts on the force sensor incorporated in each leg.
歩行機能上、各脚部が比較的細くなっている多脚歩行ロボットでは、力覚センサにとってモーメントが過大となり、耐えることができずに破損することがある。 In a multi-legged walking robot in which each leg portion is relatively thin in terms of walking function, the moment is excessive for the force sensor, and it may not be able to withstand and may be damaged.
他方、歩行時に作用するモーメントの大きさに合わせて、モーメントにも耐え得る大型のセンサを用いることが考えられるが、この場合には、センサが実用的な太さの脚の大きさに収まらなくなる場合があった。 On the other hand, it is conceivable to use a large sensor that can withstand the moment according to the magnitude of the moment acting during walking, but in this case, the sensor will not fit in the size of a leg of practical thickness. There was a case.
本発明は、前記従来技術の有する問題点に鑑みなされたものであって、モーメントに対する十分な剛性を確保できるようにした力覚センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a force sensor capable of ensuring sufficient rigidity against a moment.
前記の目的を達成するために、本発明の実施形態による力覚センサは、マニピュレータの構造体に作用する互いに直交する3軸方向の力および各軸回りのモーメントのうち、少なくとも一つ以上を測定する力覚センサにおいて、力の作用を受ける荷重作用部と、
前記荷重作用部が同軸に接続される中心軸部と、前記中心軸部から半径方向に放射状に伸びる少なくとも3本以上の測定梁部と、前記中心軸部の軸方向に前記荷重作用部側に間隔を隔てて配置され、前記中心軸部から半径方向に放射状に伸びる少なくとも3本以上の支持梁部と、前記測定梁部と前記支持梁部の各々端部同士を連結し前記構造体の固定部に密着する連結部と、前記荷重作用部に作用する前記力による前記測定梁部の変形を検出する変形検出センサと、を有することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a force sensor according to an embodiment of the present invention measures at least one of three orthogonal forces acting on a manipulator structure and a moment around each axis. A force sensor that receives a force action,
A central shaft portion to which the load acting portion is connected coaxially, at least three or more measurement beam portions extending radially from the central shaft portion in a radial direction, and the load acting portion side in the axial direction of the central shaft portion Fixing the structure by connecting at least three or more support beam portions that are arranged at an interval and extend radially from the central shaft portion, and ends of the measurement beam portion and the support beam portion. And a deformation detecting sensor for detecting deformation of the measurement beam portion due to the force acting on the load acting portion.
本発明の実施形態によれば、モーメントに対する十分な剛性を確保できる。 According to the embodiment of the present invention, sufficient rigidity against moment can be secured.
以下、本発明による力覚センサの実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態による力覚センサが適用される多脚歩行ロボットを示す。この多脚歩行ロボット10は、4足で歩行するロボットである。ロボット本体12は、複数の関節をもった脚部14によって支持されている。
Hereinafter, embodiments of a force sensor according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a multi-legged walking robot to which the force sensor according to the present embodiment is applied. This
各脚部14の先端にある脚先部15は、床面13(地面)に着くと、ロボットの自重の反力を荷重として受ける。この多脚歩行ロボット10の各脚先部15の付け根には、それぞれ力覚センサ16が組み込まれている。歩行ロボット10では、各力覚センサ16によって、各脚先部15にかかる並進力やモーメントを正確に検出して重心位置の演算を行い、歩行中に転倒しないように重心位置制御を行っている。このような重心位置制御により、多脚歩行ロボット10は、平地を歩行できるだけでなく、階段を登り降りしたり、障害物を自力で乗り越えられるように構成されている。
When the
次に、図2並びに図3を参照しながら、本実施形態による力覚センサ16の構造について説明する。図2は、歩行ロボット10の脚部14の先端部に組み込まれた力覚センサ16の縦断面を示す図である。
図2に示されるように、脚部14の先端部は中空の構造部材になっており、センサ本体18を固定する固定部19が形成されている。センサ本体18は、この固定部19の内径部に嵌合させるようにして固定されている。
Next, the structure of the
As shown in FIG. 2, the distal end portion of the
脚先部15の端面には曲面が形成され、脚先部15は床面13とこの曲面を介して着地するようになっている。脚先部15とセンサ本体18とは、径の細くなった同軸の荷重作用部20を介して接続されている。
A curved surface is formed on the end surface of the
次に、図3は、力覚センサ16のセンサ本体18の構造を示す斜視図である。
力覚センサ16では、脚先部15からかかる力(荷重)、モーメントの方向を特定するために、X軸、Y軸、Z軸からなる3次元の座標系が図3に示されるように設定されている。この場合、脚部14の長さ方向にZ軸が延び、脚部14の長さ方向に垂直な平面がX−Y平面である。
Next, FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the
In the
力覚センサ16のセンサ本体18は、その中心にある柱状の中心軸部21と、中心軸部21の一端部側から放射状に延び、歪の測定面を有する測定梁部22a乃至22dと、中心軸部21の他端部側から放射状に延びる支持梁部24a乃至24dと、測定梁部22a乃至22dの各々と支持梁部24a乃至24dの各々を連結する連結部23a乃至23dと、から構成されている。このようなセンサ本体18の材料は、例えば、アルミニウムやアルミ合金などが用いられている。
The
この第1実施形態では、中心軸部21は、8角柱の形状を有しており、この中心軸部21からは、各々同一長さの測定梁部22a乃至22dが、X−Y平面と平行に十字をなして等角に延びるように配置されている。このうち測定梁部22a、22cは、X軸と平行であり、残りの測定梁部22b、22dは、Y軸と平行である。
In the first embodiment, the
支持梁部24a乃至24dはそれぞれ、測定梁部22a乃至22dと同じ長さを有し、荷重作用部20側にZ軸方向に位置をずらして、支持梁部24a乃至24dと同位相でX−Y平面と平行に十字をなして等角に延びるように配置されている。
Each of the
連結部23a乃至23dはそれぞれ、Z軸方向と平行に配置され、各測定梁部22a乃至22dと支持梁部24a乃至24dとを連結するようになっている。
The connecting
センサ本体18には、荷重作用部20を介して作用する荷重による測定梁部22a乃至22dの変形を検出する変形検出センサが測定梁部22および中心軸部21の少なくともいずれかに設けられる。
The
本実施形態での変形検出センサは、特に、荷重作用部20を介して作用する荷重による測定梁部22a乃至22dの変形である弾性歪(撓み)を検出する歪検出部としての歪センサ部であり、これらが各測定梁部22a乃至22dに次のように配置されている。これらの歪センサ部には、例えば、歪ゲージが用いられている。
The deformation detection sensor according to the present embodiment is a strain sensor unit as a strain detection unit that detects an elastic strain (deflection) that is a deformation of the
各測定梁部22a乃至22dは、上面と下面(X−Y平面に平行な面)、左右の各側面(X−Z平面に平行な面)というように合計4面の測定面を有し、上面と下面、左右の各側面がそれぞれ一対をなしている。本実施形態にかかる力覚センサにおいては、対をなす上面と下面、左右の各側面のそれぞれに対となる2つの歪ゲージが設けられる。
Each of the
図3では、各測定梁部22a乃至22dの上面の測定面25a乃至25dと、一方の側面の測定面26a乃至26dが示されているが、図3では見えない下面および他方の側面は、測定面25a’乃至25d’、測定面26a’乃至26d’というように「‘」を標記して区別するものとする。測定面25a乃至25dに配置されているのが歪センサ部27a乃至27dであり、下面の測定面25a’乃至25d’に配置されているのが歪センサ部27’a乃至27’dである。
In FIG. 3, the measurement surfaces 25a to 25d on the upper surface of the
同様に、各測定梁部22a乃至22dの一方の側面の測定面26a乃至26dには、歪センサ部28a乃至28dが配置されており、他方の側面の測定面26a’乃至26d’には歪センサ部28a’乃至28d’が配置されている。
Similarly,
このようなセンサ本体18に荷重作用部20を介して(+)X軸方向の並進力が作用する場合には、測定面26b、26dは伸びるのに対して、反対側の測定面26b’、26d’は縮むことになる。(−)X軸方向の並進力が作用する場合には、測定面26b、26dは縮むのに対して、反対側の測定面26b’、26d’は伸びることになる。したがって、これらの測定面に配置した歪センサ部28b、28b’、28d、28d’は、X軸方向の力の大きさに比例して電圧が変化するので、これらの歪センサ部28b、28b’、28d、28d’を公知の回路接続によりホイートストンブリッジを構成して、その電圧を測定することでX軸方向の並進力を検出することができる。
When a translational force in the (+) X-axis direction is applied to such a
同様に、X軸回りのモーメントが荷重作用部20を介してセンサ本体18に作用する場合には、測定面25b、25b’、25d、25d’が変形するので、これらの測定面に配置した歪センサ部27b、27b’、27d、27d’でホイートストンブブリッジを構成してその電圧を測定することで、X軸回りのモーメントを策定することができる。
Similarly, when the moment about the X-axis acts on the
Y軸方向、Z軸方向の並進力、Y軸方向、Z軸方向回りのモーメントについても同様の測定原理によって測定することができるので、表1に、6軸方向のすべての力、モーメントについて測定面と歪センサ部の組み合わせを示す。
本実施形態による力覚センサは、以上のように構成されるものであり、次に、その作用および効果について説明する。
本実施形態による力覚センサ16では、センサ本体18が、測定梁部22a乃至22dと支持梁部24a乃至24dとが対をなして中心軸部21から十字に延びるととともに、測定梁部22a乃至22dと支持梁部24a乃至24dとは、連結部23a乃至23dによって連結されている構造のセンサ構造体を構成している。このようなセンサ構造体では、以下のような効果が得られる。
The force sensor according to the present embodiment is configured as described above. Next, the operation and effect will be described.
In the
図2、図3において、X軸回りのモーメントが、脚先部15から荷重作用部20を介してセンサ本体18に作用したとする。
このとき、測定梁部22b、22dが変形するだけでなく、連結部23b、23dによって連結されている支持梁部24b、24dも同時に変形することになる。つまり、モーメントによる荷重は、測定梁部22b、22dと支持梁部24b、24dに分散されるので、相対的に、測定梁部22b、22dのモーメントに対する剛性を高めることができる。X軸方向の並進力が作用した場合も同様である。
2 and 3, it is assumed that a moment around the X-axis acts on the
At this time, not only the
本実施形態では、このようにモーメントや並進力による荷重を分散させるために、測定梁部22a乃至22dとともに、支持梁部24a乃至24dとが4本設けられているので、X軸回り、Y軸回り、Z軸回りの全ての方向のモーメントや並進力が作用した場合も、剛性を高めることが可能である。
In the present embodiment, in order to disperse the load due to the moment and the translational force in this way, four
また、本実施形態では、測定梁部22a乃至22dと、支持梁部24a乃至24dは、それぞれ4本で一組となっているが、これに限定されるものではない。
In the present embodiment, the
測定梁部22(以下、各々を特に区別しない場合には英小文字の添え字を省略、支持梁部等についても同じ)、支持梁部24の本数を増やすことで、個々の測定梁部22、支持梁部24にかかる荷重がより分散させられることになるため、センサ本体18のモーメントに対する剛性をより高めることが可能である。
By increasing the number of the measurement beam portions 22 (hereinafter, the subscripts of lowercase letters are omitted if they are not particularly distinguished, the same applies to the support beam portions, etc.) and the
測定梁部22、支持梁部24の本数の上限は、梁の太さが関係してくるが、隣合う測定梁部22(または支持梁部24)が重なり合うまで増やすことができる。
The upper limit of the number of the
他方、測定梁部22(または支持梁部24)の本数が少ない場合には、1本あたりの測定梁部22にかかる荷重が大きくなるため、測定梁部22の曲がり量が大きくなり、歪センサ部27、28の歪量の検出感度を向上させることが可能である。
もっとも、測定梁部22の本数が2本以下の場合には、全方位の荷重を受け止めることができなくなるとともに、モーメントに対する剛性も低下するため、最小本数は3本である。
On the other hand, when the number of measurement beam portions 22 (or support beam portions 24) is small, the load applied to each
Of course, when the number of the
以上は、測定梁部22(または支持梁部24)の本数と、センサ本体18の剛性および検出感度との関係であるが、測定梁部22と支持梁部24の材質は中心軸部21と同じでもよいが、特に異なる金属材料とすることよって、検出感度を高めるようにすることも可能である。
The above is the relationship between the number of measurement beam portions 22 (or support beam portions 24) and the rigidity and detection sensitivity of the sensor
例えば、測定梁部22と支持梁部24の材料に、中心軸部21に比べてヤング率が低い金属材料を用いることによって、中心軸部21の強度を保ちつつ、測定梁部22や支持梁部24が撓み易くなり、歪センサ部27、28の歪量の検出感度を向上させることが可能である。
For example, by using a metal material having a Young's modulus lower than that of the
また、本実施形態では、測定梁部22、支持梁部24の配置は、中心軸部21を中心に十字をなすように等角配置し、測定梁部22、支持梁部24の中心軸部21の軸心(中心軸)に対する径方向の端部が正方形の頂点に位置するように、間隔が均等な放射状に配置されている。このような配置によって、測定梁部22、支持梁部24の一部に荷重が集中することを回避し、破損を防止することができる。また、測定梁部22の変形量は、荷重作用部20に作用する力の方向によらず、中心軸部20の軸心を中心に対称になるので、力の方向を正確に測定することができる。なお、測定梁部22、支持梁部24の本数が、4本以外の場合には、支持梁部24の径方向の端部は正多角形の頂点をなすように間隔を均等に配置される。
Further, in the present embodiment, the
以上のように、本実施形態によれば、図1に示したようなロボット本体12の重量を脚部14で支えるために、歩行時には床面13から大きなモーメントが作用するような歩行ロボット10であって、脚先部15の組み込んだ力覚センサ16は、破損することなく、並進力やモーメントを高精度で測定することができる。
As described above, according to this embodiment, in order to support the weight of the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態による力覚センサについて、図4を参照して説明する。
図4は、第2実施形態による力覚センサ16のセンサ本体18をX軸方向からみて、対をなしている測定梁部22と支持梁部24を示した図である。第1実施形態による力覚センサ16は、中心軸部21の軸方向(Z軸方向)に同じ位置にある複数本の支持梁部24を一組としてみると、支持梁部24を一組有する一段構造のセンサ本体18を有している。
これに対して、第2実施形態による力覚センサ16は、Z軸方向の位置が異なる複数組の支持梁部24を多段構造にした実施の形態である。図4では、支持梁部24が2段であるが、3段以上にすることも可能である。
(Second Embodiment)
Next, a force sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a diagram showing the
In contrast, the
以上のような第2実施形態によれば、荷重作用部20に作用する並進力、モーメントによる力は、測定梁部22と複数段の支持梁部24に分散することになるので、測定梁部22、支持梁部24の1本あたりにかかる力が少なくなり、1段の支持梁部24の場合と比べて、より剛性を高めることができる。
According to the second embodiment as described above, the translational force and the force due to the moment acting on the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態による力覚センサについて、図5を参照して説明する。
図5は、第3実施形態による力覚センサ16のセンサ本体18をX軸方向からみて、対をなしている測定梁部22と支持梁部24を示した図である。
この第3実施形態による力覚センサ16は、測定梁部22にスリットを形成することで、測定梁部22を撓み易くした実施の形態である。
(Third embodiment)
Next, a force sensor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a diagram showing the
The
図5に示されるように、測定梁部22のY−Z平面に平行な測定面26の歪センサ部のない部位には、スリット30が開口し、このスリット30は測定梁部22を垂直に貫通するようになっている。この場合、スリット30は、測定面25と、その裏の測定面25’に配置されている歪センサ部27、27’と対応しており、測定面25、25’と平行に貫通している。
同様に、測定面26、26’に配置されている歪センサ部28、28’に対応させて、測定面26に貫通するようにスリット31が形成されている。
また、また、支持梁部24にも、X軸方向に貫通するスリット32が形成されていることが好ましい。
なお、図5で図示されている以外の測定梁部22、支持梁部24にも同様のスリットが形成されている。
As shown in FIG. 5, a
Similarly, a
Moreover, it is preferable that the
Similar slits are formed in the
以上のような第3実施形態によれば、測定梁部22にはスリット30、31を形成し、支持梁部24にスリット32を形成しているので、測定梁部22と支持梁部が撓み易くなり、歪センサ部27、28に発生する歪量を増やすことができ、検出感度を向上させることができる。
According to the third embodiment as described above, since the
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態による力覚センサについて、図6を参照して説明する。
図6は、第4実施形態による力覚センサ16のセンサ本体18をX軸方向からみて、対をなしている測定梁部22と支持梁部24を示した図である。
この第4実施形態による力覚センサ16は、測定梁部22に減厚部を形成することで、測定梁部22を撓み易くした実施の形態である。
図6に示されるように、測定梁部22の測定面25、25’間の厚さは、他の部分よりも減厚されている。この減厚された測定面25、25’は歪センサ部27、27’と対応している。
同様に、測定面26、26’に配置されている歪センサ部28、28’に対応させて、測定面26、26’も減厚されている。また、支持梁部24にも、同様の減厚部34が形成されていることが好ましい。
なお、図6で図示されている以外の測定梁部22、支持梁部24にも同様の減厚部が形成されている。
(Fourth embodiment)
Next, a force sensor according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a view showing the
The
As shown in FIG. 6, the thickness between the measurement surfaces 25 and 25 ′ of the
Similarly, the measurement surfaces 26 and 26 'are also reduced in thickness corresponding to the
Similar thickness reduction portions are formed in the
以上のような第4実施形態によれば、測定梁部22の測定面25、25’、 26、26’は厚さが減厚された部分になっており、支持梁部24にも減厚された部分を形成しているので、測定梁部22と支持梁部24が撓み易くなり、歪センサ部27、27’、28、28’に発生する歪量を増やすことができ、検出感度を向上させることができる。
According to the fourth embodiment as described above, the measurement surfaces 25, 25 ′, 26, and 26 ′ of the
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態による力覚センサについて、図7を参照して説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a force sensor according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図7は、第3実施形態による力覚センサ16のセンサ本体18をX軸方向からみて、対をなしている測定梁部22と支持梁部24を示した図である。
この第5実施形態による力覚センサ16は、測定梁部22と連結部23との接続部にR部36を形成し、また支持梁部24と連結部23との接続部にR部37を形成するようにした実施の形態である。なお、図7で図示されている以外の測定梁部22、支持梁部24と連結部23との接続部にも同様のR部が形成されている。
FIG. 7 is a diagram showing the
In the
以上のような第5実施形態によれば、測定梁部22と連結部23との接続部と、支持梁部24と連結部23との接続部には、センサ本体18に並進力やモーメントがかかった場合に応力が集中し易い部位であるが、それぞれR部36、37を形成することにより、応力集中を緩和することができ、測定梁部22と支持梁部24の破断を防止することができる。
According to the fifth embodiment as described above, translation force and moment are applied to the
(第6実施形態)
図8は、本発明の第6実施形態による力覚センサを示す。この図8は、第6実施形態による力覚センサ16をZ軸方向からみて、測定梁部22と支持梁部24の位置関係を示した図である。
(Sixth embodiment)
FIG. 8 shows a force sensor according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram showing the positional relationship between the
第1実施形態による力覚センサ16は、各測定梁部22に対して各支持梁部24が連結部23により同じ位相で連結されていた実施形態である。
第6実施形態は、各測定梁部22に対して各支持梁部24が中心軸部21を中心に例えば、45°偏位するように斜めの連結部23によって連結されている実施の形態である。
The
The sixth embodiment is an embodiment in which each
以上のように構成される第6実施形態によれば、センサ本体18を固定する固定部19の内周面には、各測定梁部22の端部4箇所、各支持梁部24の端部4箇所の計8箇所で当接することなり、第1実施形態に比べると当接箇所が倍になる。これによって、作用する並進力やモーメントに対してセンサ本体18を支える方向が増加することで、より剛性を高めることができる。
なお、本実施形態は、測定梁部22、支持梁部24の本数が、3本あるいは5本以外の場合にも同様に適用することができる。
According to the sixth embodiment configured as described above, there are four end portions of each
The present embodiment can be similarly applied to the case where the number of the
(第7実施形態)
次に、第7実施形態による力覚センサについて、図9を参照しながら説明する。なお、図9において、第1実施形態の図3と同一の構成要素には同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Seventh embodiment)
Next, a force sensor according to a seventh embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 9, the same components as those in FIG. 3 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この第7実施形態は、中心軸部21の4つの側面に、X軸回りのモーメントと、Y軸回りのモーメントを測定する歪センサ部を配置するようにした実施の形態である。
The seventh embodiment is an embodiment in which strain sensors for measuring moments about the X axis and moments about the Y axis are arranged on the four side surfaces of the
この第7実施形態では、中心軸部20の8面ある側面のうち、X−Z平面と平行な側面である測定面40bと測定面40d(測定面40bの反対面)には、歪センサ42b、42dが配置され、Y−Z平面と平行な側面である測定面40cと測定面40a(側面40cの反対面)には、歪センサ42c、42aが配置されている。
In the seventh embodiment, of the eight side surfaces of the
+X軸回りのモーメントがセンサ本体18に作用する場合には、測定面40bが伸び、測定面40dが縮み、−X軸回りのモーメントの場合には、測定面40bが縮み、測定面40dが伸びる。したがって、これらの測定面40b、40dに配置した歪センサ部42a、42dでホイートストンブリッジを構成してその電圧を測定することで、X軸回りのモーメントを測定することができる。
When a moment around the + X axis acts on the
同様に、+Y軸回りのモーメントがセンサ本体18に作用する場合には、測定面40aが伸び、測定面40cが縮み、−Y軸回りのモーメントの場合には、測定面40aが縮み、測定面40cが伸びる。したがって、これらの測定面40a、40cに配置した歪センサ部42a、42cでホイートストンブリッジを構成してその電圧を測定することで、Y軸回りのモーメントを測定することができる。
Similarly, when a moment around the + Y axis acts on the
それ以外のX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の並進力、Z軸方向回りのモーメントについは、第1実施形態と同様に測定することができるので、表2に、測定面と歪センサ部の組み合わせを示す。
(第8実施形態)
次に、第8実施形態による力覚センサについて、図10、図11を参照しながら説明する。なお、図10において、第1実施形態の図2と同一の構成要素には、同一の参照番号を付してその詳細な説明は省略する。
これまで説明した第1実施形態乃至第7実施形態は、並進力およびモーメントの作用によるセンサ本体18の測定梁部22の変形を検出する変形検出センサとして弾性歪(撓み)を検出する歪センサを用い、検出した弾性歪を力、モーメントに換算する実施形態である。
これに対して、第8実施形態は、並進力およびモーメントの作用によるセンサ本体18の測定梁部22の変形を検出する変形検出センサとして次のように中心軸部21に設けられる変位センサを適用して、並進力、モーメントを測定するようにした実施の形態である。
(Eighth embodiment)
Next, a force sensor according to an eighth embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 10, the same components as those in FIG. 2 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In the first to seventh embodiments described so far, a strain sensor that detects elastic strain (deflection) is used as a deformation detection sensor that detects deformation of the
On the other hand, in the eighth embodiment, a displacement sensor provided on the
図10は、第8実施形態による力覚センサを示す。センサ本体18には、荷重作用部20の反対側に+Z軸方向に所定の間隔を隔てるようにして、変位センサの受信部50を保持する保持板51が脚部14の内径部に固定されている。他方、センサ本体18の中心軸部21の端面には、受信部50に対向するように、変位センサの送信部52が配置されており、受信部50と送信部52とで変位センサ対を構成している。
FIG. 10 shows a force sensor according to an eighth embodiment. In the
なお、センサ本体18は、第1実施形態と同様である。もっとも、図10に示した第8実施形態の場合、測定梁部22には、歪センサ部が配置されていない実施の形態である。また、センサ本体18自体の構造には、第2実施形態乃至第6実施形態によるセンサ本体の構造を適用することも可能である。
The
この力覚センサでは、+Z軸方向の並進力が荷重作用部20を介してセンサ本体18に作用すると、測定梁部22および支持梁部24が撓み、中心軸部21は+Z方向に変位する。このとき変位センサの送信部52は受信部50に近づいていくので、受信部50でその間の距離を検出し力に換算することで、+Z軸方向の並進力を測定することが可能である。
−Z軸方向の並進力の場合も同様に、中心軸部21−Z方向に変位し、変位センサの送信部52は受信部50から遠ざかるので、受信部50でその間の距離を検出することで、−Z軸方向の並進力を測定することができる。
In this force sensor, when a translational force in the + Z-axis direction acts on the sensor
Similarly, in the case of the translational force in the −Z-axis direction, the displacement is performed in the direction of the
以上の説明は、第8実施形態の測定原理の説明であるが、並進力ととともにモーメントを測定するための複数の変位センサが図11に示すように配置されている。 The above description is the description of the measurement principle of the eighth embodiment, but a plurality of displacement sensors for measuring moments together with the translational force are arranged as shown in FIG.
ここで、図11(A)は、センサ本体18の中心軸部21を上から(−Z軸方向から)みて、変位センサの送信部52a乃至52eの配置を示し、図11(B)は、+Z軸方向からみて、変位センサの受信部50a乃至50eの配置を示す図である。この実施形態の場合、変位センサは、5組配置されている。
送信部52a乃至52dは、中心軸部21の軸心を中心にした正方形の各頂点なすように中心軸部21の端面に配置され、受信部50a乃至50dはそれぞれ送信部52a乃至52dにZ軸方向に所定の距離を離間して対向する位置で保持板52に配置されている。受信部50eと送信部52eとは、中心軸部21の軸心上に対向して配置されている。
Here, FIG. 11A shows the arrangement of the
The
受信部50aと送信部52a、受信部50cと送信部52cからなる2組の変位センサは、X軸方向に並んで対をなし、Y軸回りのモーメントを測定する変位センサである。センサ本体18に+Y軸回りのモーメントが作用すると、送信部52aが受信部50aから遠ざかり、−Y軸回りのモーメントでは送信部52aが受信部50aに近づくので、その距離を検出することによりY軸回りのモーメントを測定することができる。
The two sets of displacement sensors including the receiving
同様に、受信部52bと送信部50b、受信部52dと送信部50dからなる2組の変位センサは、Y軸方向に並んで対をなし、X軸回りのモーメントを測定する変位センサである。センサ本体18に+X軸回りのモーメントが作用すると、送信部52bが受信部50bに近づき、−X軸回りのモーメントでは送信部52dが受信部50dから遠ざかるので、その距離を検出することによりX軸回りのモーメントを測定することができる。
Similarly, the two sets of displacement sensors including the receiving
以上をまとめて、本実施形態の力覚センサで測定できる並進力とモーメントと、そのセンサの組み合わせを示すと、表3のようになる。
以上のような第8実施形態においても、X軸回りやY軸回りのモーメントやZ軸方向の並進力が、脚先部15から荷重作用部20を介してセンサ本体18に作用した場合に、これらのモーメントや並進力を測定できる。
Also in the eighth embodiment as described above, when a moment about the X axis or the Y axis or a translational force in the Z axis direction acts on the
しかも、センサ本体18では、第1実施形態と同様に、測定梁部22が変形するだけでなく、連結部26によって連結されている支持梁部24も変形し、モーメントによる荷重は、測定梁部22と支持梁部24に分散されるので、相対的に、測定梁部22のモーメントに対する剛性を高めることができる。
Moreover, in the
これによって、ロボット本体の重量を脚部で支えるために、歩行時には床面13から大きなモーメントが作用するような、図1に示した歩行ロボット10の脚先部15の組み込んだ力覚センサであっても、破損することなく、並進力やモーメントを高精度で測定することができる。
Thus, in order to support the weight of the robot body with the legs, it is a force sensor incorporated in the
以上、本発明に係る力覚センサについて多脚歩行ロボットに適用した好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、様々なロボット、マニピュレータにも適用可能である。また、これらの実施形態は、例示として挙げたもので、発明の範囲の制限を意図するものではない。もちろん、明細書に記載された新規な装置、方法およびシステムは、様々な形態で実施され得るものであり、さらに、本発明の主旨から逸脱しない範囲において、種々の省略、置換、変更が可能である。請求項およびそれらの均等物の範囲は、発明の主旨の範囲内で実施形態あるいはその改良物をカバーすることを意図している。 The force sensor according to the present invention has been described with reference to the preferred embodiment applied to a multi-legged walking robot. However, the present invention can also be applied to various robots and manipulators. Also, these embodiments are given as examples and are not intended to limit the scope of the invention. Of course, the novel apparatus, method and system described in the specification can be implemented in various forms, and various omissions, substitutions and changes can be made without departing from the spirit of the present invention. is there. The claims and their equivalents are intended to cover the embodiments or improvements thereof within the spirit of the invention.
10…多脚歩行ロボット、12…ロボット本体、13…床面、14…脚部、15…脚先部、16…力覚センサ、18…センサ本体、19…固定部、20…荷重作用部、21…中心軸部、22…測定梁部、23…連結部、24…支持梁部、25…測定面、26…測定面、27…歪センサ部、28…歪センサ部、30…スリット、31…スリット、32…スリット、36…R部、37…R部、50…変位センサの受信部、52…変位センサの送信部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
力の作用を受ける荷重作用部と、
前記荷重作用部が同軸に接続される中心軸部と、
前記中心軸部から半径方向に放射状に伸びる少なくとも3本以上の測定梁部と、
前記中心軸部の軸方向に前記荷重作用部側に間隔を隔てて配置され、前記中心軸部から半径方向に放射状に伸びる少なくとも3本以上の支持梁部と、
前記測定梁部と前記支持梁部の各々端部同士を連結し前記構造体の固定部に密着する連結部と、
前記荷重作用部に作用する前記力による前記測定梁部の変形を検出する変形検出センサと、
を有することを特徴とする力覚センサ。 In a force sensor that measures at least one of three orthogonal forces acting on a manipulator structure and moments around each axis,
A load acting part that receives the action of force,
A central shaft portion to which the load acting portion is connected coaxially;
At least three measurement beam portions extending radially from the central shaft portion in a radial direction;
At least three support beam portions that are arranged in the axial direction of the central shaft portion at a distance from the load acting portion and extend radially from the central shaft portion;
A connecting part for connecting the ends of the measurement beam part and the support beam part and closely contacting the fixed part of the structure;
A deformation detection sensor for detecting deformation of the measurement beam portion due to the force acting on the load acting portion;
A force sensor characterized by comprising:
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018198480A1 (en) * | 2017-04-28 | 2018-11-01 | ソニー株式会社 | Control device and control method |
JP2019132636A (en) * | 2018-01-30 | 2019-08-08 | ミネベアミツミ株式会社 | Sensor assembly, stylus pen, drawing method guidance system, dental technician device, dental technician method display system, medical equipment, remote surgery system, and surgical method display system |
CN110103258A (en) * | 2019-06-10 | 2019-08-09 | 哈尔滨理工大学 | One kind, which is contacted to earth, detects sufficient end |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6315131A (en) * | 1986-07-08 | 1988-01-22 | Kyowa Electronic Instr Corp Ltd | Multicomponent force detector and multicomponent force detection apparatus using the same |
US5492020A (en) * | 1991-03-30 | 1996-02-20 | Okada; Kazuhiro | Detector for a physical quantity having a self-testing function |
JP2000266620A (en) * | 1999-03-17 | 2000-09-29 | Kansai Tlo Kk | Inner force sensor |
JP2015055473A (en) * | 2013-09-10 | 2015-03-23 | 株式会社ワコー | Force sensor |
-
2015
- 2015-09-18 JP JP2015185663A patent/JP2017058337A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6315131A (en) * | 1986-07-08 | 1988-01-22 | Kyowa Electronic Instr Corp Ltd | Multicomponent force detector and multicomponent force detection apparatus using the same |
US5492020A (en) * | 1991-03-30 | 1996-02-20 | Okada; Kazuhiro | Detector for a physical quantity having a self-testing function |
JP2000266620A (en) * | 1999-03-17 | 2000-09-29 | Kansai Tlo Kk | Inner force sensor |
JP2015055473A (en) * | 2013-09-10 | 2015-03-23 | 株式会社ワコー | Force sensor |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018198480A1 (en) * | 2017-04-28 | 2018-11-01 | ソニー株式会社 | Control device and control method |
US11407120B2 (en) | 2017-04-28 | 2022-08-09 | Sony Corporation | Control device, and control method |
JP2019132636A (en) * | 2018-01-30 | 2019-08-08 | ミネベアミツミ株式会社 | Sensor assembly, stylus pen, drawing method guidance system, dental technician device, dental technician method display system, medical equipment, remote surgery system, and surgical method display system |
JP7125588B2 (en) | 2018-01-30 | 2022-08-25 | ミツミ電機株式会社 | Sensor assembly, stylus pen, handwriting input system, and work drawing technique instruction system |
CN110103258A (en) * | 2019-06-10 | 2019-08-09 | 哈尔滨理工大学 | One kind, which is contacted to earth, detects sufficient end |
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