JP2021060350A - 起歪体とそれを用いたトルクセンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】 センサ性能の低下及び装置構成の大型化を防止して、歪センサを構造体に確実に固定することが可能な起歪体とそれを用いたトルクセンサを提供する。【解決手段】 起歪体21は、第1構造体に配置される第1端部21aと、第1構造体と複数の第3構造体により接続された第2構造体に配置される第2端部21bと、第1端部と第2端部との間に位置し、歪ゲージが配置される平坦部21cと、第1端部に設けられ、第1構造体に対して第1端部を位置決めする第1位置決め部Cと、第2端部に設けられ、第2構造体に対して第2端部を位置決めする第2位置決め部Dと、を具備する。【選択図】図9
Description
本発明の実施形態は、例えばロボットアームの関節に設けられる起歪体とそれを用いたトルクセンサに関する。
トルクセンサは、トルクが印加される第1構造体と、トルクが出力される第2構造体と、第1構造体と第2構造体とを連結する梁としての複数の起歪部とを有し、これら起歪部にセンサ素子としての複数の歪ゲージが配置されている。これら歪ゲージによりブリッジ回路が構成されている(例えば特許文献1、2、3参照)。
一般に、歪センサは、金属製の起歪体上にセンサ素子としての複数の歪ゲージが設けられている。この歪センサをトルクセンサに固定する方法として、例えば溶接を用いる方法、接着剤を用いる方法、複数のねじを用いる方法がある。
しかし、溶接により歪センサを構造体に固定する場合、溶接による起歪体の急激な温度上昇を伴う。このため、起歪体及び歪ゲージの組成や形状などが変化し、歪センサの性能に影響を与える可能性がある。
また、接着剤を用いて歪センサを構造体に固定する場合、起歪体と構造体との間に低剛性の接着剤が介在する。このため、構造体の変形が直接起歪体に伝達されず、歪センサの感度を低下させる可能性がある。
一方、ねじを用いて歪センサを構造体に固定する場合、起歪体上に押え部材を設け、押え部材をねじにより構造体に締結することにより、押え部材によって、起歪体が構造体に固定される。このような構成の場合、押え部材と起歪体は面接触するため、押え部材は、起歪体に対して高い押圧力を保持する必要がある。高い押圧力を保持するため、押え部材の大型化及び高剛性化、ねじの大型化及びねじの数の増加が必要である。したがって、押え部材やねじが設けられるトルクセンサの小型、薄型化が困難となる。
本実施形態は、センサ性能の低下及び装置構成の大型化を防止して、歪センサを構造体に確実に固定することが可能な起歪体とそれを用いたトルクセンサを提供する。
実施形態の起歪体は、第1構造体に配置される第1端部と、前記第1構造体と複数の第3構造体により接続された第2構造体に配置される第2端部と、前記第1端部と前記第2端部との間に位置し、歪ゲージが配置される平坦部と、前記第1端部に設けられ、前記第1構造体に対して前記第1端部を位置決めする第1位置決め部と、前記第2端部に設けられ、前記第2構造体に対して前記第2端部を位置決めする第2位置決め部と、を具備する。
実施形態のトルクセンサは、第1構造体と、第2構造体と、前記第1構造体と前記第2構造体とを接続する複数の第3構造体と、前記第1構造体と前記第2構造体の間に設けられる起歪体とを具備し、前記起歪体は、前記第1構造体に配置される第1端部と、前記第2構造体に配置される第2端部と、前記第1端部と前記第2端部との間に位置し、歪ゲージが配置される平坦部と、前記第1端部に設けられ、前記第1構造体に対して前記第1端部を位置決めする第1位置決め部と、前記第2端部に設けられ、前記第2構造体に対して前記第2端部を位置決めする第2位置決め部と、を具備する。
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には同一符号を付している。
図1、図2は、本実施形態が適用されるトルクセンサ10の一例を示している。トルクセンサ10の構成は、これに限定されるものでなく、様々な構成のトルクセンサに適用することが可能である。また、トルクセンサに限らず、歪ゲージを用いた力覚センサなどに本実施形態を適用することも可能である。
図1において、トルクセンサ10は、第1構造体11、第2構造体12、複数の第3構造体13、複数の防水用キャップ14、ケース15、ブッシュ16、ケーブル17を具備している。
第1構造体11と、第2構造体12は、環状に形成され、第2構造体12の径は、第1構造体11の径より小さい。第2構造体12は、第1構造体11と同心状に配置され、第1構造体11と第2構造体12は、放射状に配置された複数の梁部としての第3構造体13により連結されている。第3構造体13の数は、例えば8個であり、8個の第3構造体13が等間隔に配置されている。第3構造体13の数は、8個に限定されるものではない。
第1構造体11は、例えば被計測体に連結され、第2構造体12は、図示せぬ別の構造体に接続され、複数の第3構造体13は、第1構造体11から第2構造体12にトルク(図2に示すモーメント(Mz))を伝達する。逆に、第2構造体12を被計測体に連結し、第1構造体11を図示せぬ別の構造体に接続し、第2構造体12から第1構造体11に複数の第3構造体13を介してトルクを伝達してもよい。
尚、力覚センサの場合、第1構造体11、第2構造体12、第3構造体13は、三次元に変形し、図2に示す直交する3軸(x、y、z)に関して、力(Fx、Fy、Fz)とモーメント(Mx、My、Mz)を検出する。
第1構造体11、第2構造体12、複数の第3構造体13は、金属、例えばステンレス鋼により構成されるが、印加されるトルクに対して機械的に十分な強度を得ることができれば、金属以外の材料を使用することも可能である。
図2に示すように、各第3構造体13に対応して、後述する歪センサ20が配置され、各歪センサ20は、キャップ14により覆われている。図2において、1つのキャップ14が外され、歪センサ20が露出されている。本実施形態において、歪センサ20の数は、第3構造体13の数と同一とされているが、これに限定されるものではなく、歪センサ20の数は、第3構造体13の数より少なくてもよい。
各歪センサ20の構成は、同一である。歪センサ20は、第1構造体11と第2構造体12との間に設けられている。すなわち、後述するように、歪センサ20の一端部は、第1構造体11に接合され、歪センサ20の他端部は、第2構造体12に接合される。
第2構造体12は、中空部12aを有しており、ケース15は、中空部12aの周囲の第2構造体12に取り付けられている。ケース15の内部には、歪センサ20から供給される電気信号を処理し、センサ信号としてのトルクの検出信号を生成する図示せぬ処理回路が設けられている。
ケース15の一部分にケーブル17を保持するブッシュ16が設けられている。ケーブル17の図示せぬ一端は、ケース15内の処理回路に接続され、ケーブル17の他端は、例えば中空部12aに通される。ケーブル17は、処理回路に外部から電源を供給したり、処理回路により処理されたセンサ信号を外部に出力したりする。処理回路の構成は、本実施形態の本質ではないため、説明は省略する。
図3、図4、図5は、歪センサ20、及び歪センサ20の取り付け構造を示している。
図3は、歪センサ20の取り付け部の構成を示している。第1構造体11、第2構造体12、複数の第3構造体13には、一体的に凹部30が形成されている。凹部30の底部において、第1構造体11に対応する部分には、第1底部31aと、第1底部31aより低い第2底部32aが設けられている。第1底部31aと第2底部32aの深さの差は、図5に示すように、起歪体21の厚みとほぼ等しくされている。
凹部30の底部において、第2構造体12に対応する部分にも、第1底部31bと、第1底部31bより低い第2底部32bが設けられている。第1底部31bと第2底部32bの深さの差も、起歪体21の厚みとほぼ等しくされている。
凹部30の底部において、第3構造体13に対応する部分には、第2底部32a、32bより低い第3底部33が設けられている。
第1構造体11に対応する第2底部32aのほぼ中央部には、開口部34aが設けられ、この開口部34a内には、ねじ山が設けられている。第2構造体12に対応する第2底部32bのほぼ中央部にも、開口部34bが設けられ、この開口部34bの内部にはねじ山が設けられている。
図4に示すように、歪センサ20は、凹部30内において、第1構造体11と第2構造体12の間に設けられる。歪センサ20は、例えば金属製の起歪体21と、起歪体21の一方の表面に配置されたセンサ素子としての複数の歪ゲージ22とを具備している。
歪ゲージ22は、例えば薄膜抵抗素子であり、起歪体21の変形に伴い抵抗値が変化する。複数の歪ゲージ22は、図示せぬブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路により抵抗値の変化が電気信号として検出される。複数の歪ゲージ22は、起歪体21の中央部に設けられたフレキシブル基板23(図2、図5に示す)の一端部に接続される。フレキシブル基板23の他端部は、ケース15内の処理回路に接続されている。ブリッジ回路から出力された電気信号は、フレキシブル基板23を介して処理回路に供給され、処理回路において、センサ信号としてのトルクの検出信号が生成される。
起歪体21は、例えば矩形状であり、起歪体21の長さは、第3底部33の長さより長くされている。起歪体21は、凹部30内に配置された状態で、固定装置40aと固定装置40bとにより、第1構造体11及び第2構造体12に固定される。
具体的には、図5に示すように、起歪体21の第1端部は、第1構造体11の第2底部32a上に載置され、起歪体21の第2端部は、第2構造体12の第2底部32b上に載置される。すなわち、起歪体21は、第1構造体11の第2底部32aの開口部34aと、第2構造体12の第2底部32bの開口部34bとの間に配置される。
起歪体21の第1端部は、凹部30の第1構造体11と対応する部分に配置された固定装置40aにより第1構造体11に固定され、起歪体21の第2端部は、凹部30の第2構造体12と対応する部分に配置された固定装置40bにより、第2構造体12に固定される。
固定装置40aと固定装置40bは、同一構成であり、固定装置40aと固定装置40bは、それぞれ固定部材としての固定プレート41と、ねじ42を具備している。固定装置40aにおいて、固定プレート41は、開口部34aに螺合されるねじ42により、第1構造体11に取り付けられる。固定装置40bにおいて、固定プレート41は、開口部34bに螺合されるねじ42により、第2構造体12に取り付けられる。
ねじ42は、固定プレート41の上側から挿入され、第1構造体11の開口部34a又は第2構造体12の開口部34bに螺合される。
固定装置40aのねじ42を締め付けると、起歪体21の第1端部は、固定プレート41により、第1構造体11に固定され、固定装置40bのねじ42を締め付けると、起歪体21の第2端部は、固定プレート41により、第2構造体12に固定される。
(固定プレートの構成)
図6は、本実施形態に係る固定プレート41の一形態を示している。
図6は、本実施形態に係る固定プレート41の一形態を示している。
固定プレート41は、例えば第1構造体11と同様の金属により構成されるが、これに限定されるものではなく、別の材料により構成してもよい。
固定プレート41は、例えば直方体の本体41aを有している。固定プレート41と本体41aは、同一であり、固定プレート41を単に本体41aとも言う。本体41aの例えば底面41bの第1の辺に沿って第1突起41cが設けられ、第1の辺に平行する第2の辺沿って第2突起41dが設けられている。第1突起41c及び第2突起41dは、直線状であり、互いに底面41bから同一方向に突出されている。このため、底面41bは、第1突起41cと第2突起41dとを結ぶ線から離れた位置に配置される。さらに、本体41aは、表面41eから底面41bに貫通する開口部41fを有している。
固定プレート41の幅W1は、凹部30の幅W2(図4に示す)より狭く、固定プレート41の長さL1は、凹部30の第1構造体11に対応する部分の長さL2(図4に示す)、又は凹部30の第2構造体12に対応する部分の長さL3より短い。ここで、L2とL3の関係は、例えばL2<L3であるが、これに限定されるものではない。すなわち、固定プレート41の長さは、ねじ42が締め付けられたとき、固定プレート41が第1底部31aと起歪体21の第1端部に接触でき、又は第1底部31bと起歪体21の第2端部に接触できる長さであればよい。
具体的には、図4、図5に示すように、2つの固定プレート41が凹部30の第1構造体11と対応する部分、及び第2構造体12と対応する部分に挿入された状態において、各固定プレート41の第1突起41cが第1底部31a又は第1底部31bに線接触でき、第2突起41dが起歪体21の第1端部又は第2端部に線接触できればよい。
このように、2つの固定プレート41が凹部30の中に挿入された状態において、ねじ42が各固定プレート41の開口部41fに挿入され、第1構造体11の開口部34a、又は第2構造体12の開口部34bに螺合されることにより、固定プレート41の第1突起41cが第1底部31a又は第1底部31bに線接触され、第2突起41dが起歪体21の第1端部又は第2端部に線接触される。
尚、図6に示すように、固定プレート41の第1突起41cは、直線状とされ、第1突起41cが第1底部31bに線接触した。しかし、これに限らず、例えば、図6に破線で示すように、第1突起41cを点状の突起とし、第1突起41cが第1底部31bに点接触するようにしてもよい。点状の第1突起41cは、第1の辺のほぼ中央部に設けられるが、例えば第1の辺の両端に2つの第1突起を設けてもよい。或いは、第1の辺の中央部と、両端部に3つの第1突起を設けてもよい。
(起歪体の位置決め部の構成)
図7、図8は、本実施形態に係る起歪体21の位置決め部の構成を示している。
図7、図8は、本実施形態に係る起歪体21の位置決め部の構成を示している。
本実施形態において、第1構造体11、第2構造体12、及び第3構造体13に一体的に設けられた凹部30の底部において、第1構造体11に対応する部分には、第1位置決め部Aが設けられ、第2構造体12に対応する部分には、第2位置決め部Bが設けられている。第1位置決め部Aは、第4底部(第1凹部)35aを有し、第2位置決め部Bは、第4底部(第2凹部)35bを有している。
第1位置決め部Aの第4底部35aは、第2底部32aと第3底部33の間に設けられ、第2位置決め部Bの第4底部35bは、第2底部32bと第3底部33の間に設けられている。第4底部35aは、第2底部32aより深く、第3底部33より浅い位置に設けられ、第4底部35bは、第2底部32bより深く、第3底部33より浅い位置に設けられる。
第4底部35a、及び第4底部35bの深さは、例えば起歪体21の厚みに応じて決定されればよく、起歪体21が第4底部35a、及び第4底部35bに配置された状態において、起歪体21の表面が第1底部31a、及び第1底部31bとほぼ一致されればよい。
第4底部35aと隣接する側面には、起歪体21の第1端部の隣接する3つの辺に接触することが可能な3つの第1突起35a-1、35a-2、35a-3が設けられている。
第4底部35bと隣接する側面には、起歪体21の第2端部の隣接する3つの辺に接触することが可能な3つの第2突起35b-1、35b-2、35b-3が設けられている。
(起歪体の構成)
図9は、本実施形態に係る起歪体21を示している。起歪体21は、ほぼ長方形であり、長手方向において平行な2つの辺と、短手方向において平行な2つの辺を有している。起歪体21は、長手方向の一端部としての第1端部21aと、長手方向の他端部としての第2端部21bと、第1端部21aと第2端部21bとの間に位置し、複数の歪ゲージが配置される平坦部21cとを具備している。
図9は、本実施形態に係る起歪体21を示している。起歪体21は、ほぼ長方形であり、長手方向において平行な2つの辺と、短手方向において平行な2つの辺を有している。起歪体21は、長手方向の一端部としての第1端部21aと、長手方向の他端部としての第2端部21bと、第1端部21aと第2端部21bとの間に位置し、複数の歪ゲージが配置される平坦部21cとを具備している。
さらに、第1端部21aは、第1位置決め部Cを具備し、第2端部21bは、第2位置決め部Dを具備している。
第1位置決め部Cは、例えば2つの半円形の第1突起51a、51bを含んでいる。第2位置決め部Dも、例えば2つの半円形の第2突起52a、52bを含んでいる。第1突起51a、51b、第2突起52a、52bの厚みは、起歪体21(平坦部21c)の厚みと等しく、第1突起51a、51b、第2突起52a、52bは、起歪体21と一体的に設けられている。
第1突起51a、51bは、起歪体21の短手方向の両側に設けられ、起歪体21の長手方向と交差する方向に突出されている。第2突起52a、52bも、起歪体21の短手方向の両側に設けられ、起歪体21の長手方向と交差する方向に突出されている。すなわち、起歪体21の長手方向がy方向に配置される場合、第1突起51a、51b、及び第2突起52a、52bは、x方向に配置される。
第1位置決め部C及び第2位置決め部Dは、それぞれ2つの突起を具備している。しかし、突起の数は2つに限らず、それぞれ3つであってもよい。この場合、第3突起は、例えば短手方向の辺51c、52cに設けられればよい。
図10、図11は、起歪体21を凹部30内に配置した状態を示している。起歪体21の第1位置決め部Cは、第1位置決め部Aを有する第1構造体11の第4底部(第1凹部)35a内に配置され、起歪体21の第2位置決め部Dは、第2位置決め部Bを有する第2構造体12の第4底部(第2凹部)35b内に配置される。
第4底部35a内において、起歪体21の第1突起51a、51bは、第4底部35aの第1突起35a-2、35a-3にそれぞれz方向に線接触され、起歪体21の第1突起51aと第1突起51bとの間の辺51cは、第4底部35aの第1突起35a-1にz方向に線接触される。z方向は、起歪体21の厚みの方向である。
第4底部35b内において、起歪体21の第2突起52a、52bは、第4底部35bの第2突起35b-2、35b-3にそれぞれz方向に線接触される。起歪体21の第2突起52aと第2突起52bとの間の辺52cは、第4底部35bの第2突起35b-1にz方向に線接触される。
上記のように、起歪体21の第1端部21aを第4底部35aの上に置き、第2端部21bを第4底部35bの上に置くだけで、起歪体21は、3軸(x、y、z)方向に位置決めされる。すなわち、起歪体21の第1端部21aは、第1位置決め部Cにより、第1構造体11に対して、3軸(x、y、z)方向に位置決めされ、起歪体21の第2端部21bは、第2位置決め部Dにより、第2構造体12に対して、3軸(x、y、z)方向に位置決めされる。
この状態において、図4に示すように、第1構造体11の第1底部31aと起歪体21の第1端部の上に固定プレート41が載置され、第2構造体12の第1底部31bと起歪体21の第2端部の上に固定プレート41が載置される。これら固定プレート41は、それぞれねじ42により、第1構造体11及び第2構造体12に締め付けられる。このため、起歪体21の第1端部は、第1構造体11に固定され、第2端部は、第2構造体12に固定される。
尚、本実施形態において、第4底部35aは、第1突起35a-1、35a-2、35a-3を具備し、第4底部35bは、第2突起35b-1、35b-2、35b-3を具備した。しかし、これら第1突起35a-1、35a-2、35a-3、及び第2突起35b-1、35b-2、35b-3は、必ずしも必要ではなく、第4底部35aは、起歪体21の第1端部に対応するように隣接する3つの直線状の辺を有してもよく、第4底部35bも、起歪体21の第2端部に対応するように隣接する3つの直線状の辺を有する構成としてもよい。
このような、構成によっても、起歪体21の第1位置決め部Cは、第4底部35aの隣接する少なくとも2つの辺に線接触することができ、起歪体21の第2位置決め部Dも第4底部35bの隣接する少なくとも2つの辺に線接触することができる。
起歪体21の辺51c及び辺52cに例えば突起を設ければ、起歪体21の第1位置決め部Cは、第4底部35aの隣接する3つの辺に線接触することができ、起歪体21の第2位置決め部Dも第4底部35bの隣接する3つの辺に線接触することができる。
(実施形態の効果)
上記実施形態によれば、起歪体21の第1端部は、第1位置決め部Cを具備し、第2端部は、第2位置決め部Cを具備し、第1位置決め部Cは、第1構造体11の第1凹部としての底部35a内に配置され、第2位置決め部Dは、第2構造体12の第2凹部としての底部35b内に配置される。第1位置決め部Cは、底部35aの3つの側面に線接触され、第2位置決め部Dも、底部35bの3つの側面に線接触される。したがって、起歪体21を第1構造体11及び第2構造体12に対して3軸(x、y、z)方向に高精度に位置決めすることができ、センサ性能を向上させることが可能である。
上記実施形態によれば、起歪体21の第1端部は、第1位置決め部Cを具備し、第2端部は、第2位置決め部Cを具備し、第1位置決め部Cは、第1構造体11の第1凹部としての底部35a内に配置され、第2位置決め部Dは、第2構造体12の第2凹部としての底部35b内に配置される。第1位置決め部Cは、底部35aの3つの側面に線接触され、第2位置決め部Dも、底部35bの3つの側面に線接触される。したがって、起歪体21を第1構造体11及び第2構造体12に対して3軸(x、y、z)方向に高精度に位置決めすることができ、センサ性能を向上させることが可能である。
しかも、第1位置決め部Cは、底部35aの3つの側面に線接触され、第2位置決め部Dも、底部35bの3つの側面に線接触される。このため、これらが面接触される場合に比べて、第1構造体11及び第2構造体12に印加されるx、y方向以外の力やモーメントによる他軸干渉を抑制することができる。したがって、トルクセンサの検出精度を向上させることが可能である。
また、起歪体21は、第1構造体11の第1凹部としての底部35aと、第2構造体12の第2凹部としての底部35b内に配置するだけで、第1構造体11及び第2構造体12に対して位置決めできる。このため、位置決め用の治具が不用であり、組み立てを簡単化することが可能である。
さらに、起歪体21を位置決めするために新たな部品を必要としない。このため、部品点数の増加を抑制でき、トルクセンサ10の大型化を防止することが可能である。
(起歪体の変形例)
(第1変形例)
図12A、12Bは、起歪体21の第1変形例を示している。
(第1変形例)
図12A、12Bは、起歪体21の第1変形例を示している。
上記実施形態において、起歪体21は、第1構造体11の第4底部35a、35bを位置決めした。これに対して、第1変形例において、起歪体21は、第1構造体11と第2構造体12の間の第3底部33の側面を用いて位置決めされる。
図12A、12Bに示すように、起歪体21は、第1位置決め部Eと第2位置決め部Fを具備している。第1位置決め部Eは、起歪体21の第1端部21aに設けられ、第2位置決め部Fは、起歪体21の第2端部21bに設けられる。
第1位置決め部Eと第2位置決め部Fは、図7に示す凹部30の第3構造体13に設けられた第3底部33に対応して配置される。第1位置決め部Eは、第3底部33に対応する位置において、第1構造体11の側面に接触でき、第2位置決め部Fは、第3底部33に対応する位置において、第2構造体12の側面に接触できる。
具体的には、第1位置決め部Eは、2つの第1突起61a、61bを含み、第2位置決め部Fは、2つの第2突起62a、62bを含んでいる。
第1突起61a、61b及び第2突起62a、62bの形状は、例えば円柱であり、第1突起61a、61b及び第2突起62a、62bは、起歪体21の裏面に配置されている。第1突起61a、61b及び第2突起62a、62bの形状は、円柱に限定されるものではなく、例えば角柱や、球体であってもよい。
第1突起61a、61b及び第2突起62a、62bは、例えば起歪体21と同一の材料により形成されるが、別の材料により形成されてもよい。
図13は、起歪体21を凹部30内に配置した状態を示している。起歪体21の第1突起61a、61bは、第3底部33に対応する位置において、第1構造体11の側面に線接触され、第2突起62a、62bは、第3底部33に対応する位置において、第2構造体12の側面に線接触される。すなわち、円柱形の第1突起61a、61b、及び第2突起62a、62bの側面は、第1構造体11又は第2構造体12の側面にz方向に線接触する。
第1突起61a、61b、及び第2突起62a、62bの形状が角柱である場合、角柱の1つの角部が、第1構造体11又は第2構造体12に線接触することができる。
第1突起61a、61b、及び第2突起62a、62bの形状が球体である場合、第1突起61a、61b、及び第2突起62a、62bは、第1構造体11又は第2構造体12に点接触することができる。
(第1変形例の効果)
上記第1変形例によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
上記第1変形例によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
しかも、第1位置決め部E及び第2位置決め部Fにより、起歪体21を第1構造体11及び第2構造体12に対して容易に位置決めすることができる。
さらに、第1位置決め部Eとしての第1突起61a、61b、及び第2位置決め部Fとしての第2突起62a、62bが第1構造体11及び第2構造体12に線接触又は点接触することにより、位置決め状態を安定に保持することができ、組み立て作業を簡単化することができる。
(第2変形例)
図14は、起歪体21の第2変形例を示している。
図14は、起歪体21の第2変形例を示している。
上記実施形態及び第1変形例において、起歪体21は、主として第1構造体11及び第2構造体12に対してz方向に線接触されることにより、位置決めされた。
これに対して、第2変形例において、起歪体21は、第1構造体11及び第2構造体12に対して主としてx、y方向に線接触されることにより、位置決めされる。
図14において、起歪体21は、例えば矩形である。起歪体21の長手方向に沿って平行する2つの辺は、2つの辺の全体にそれぞれ直線状の突起71a、71bが設けられ、起歪体21の短手方向に沿って平行する2つの辺は、2つの辺の全体にそれぞれ直線状の突起71c、71dが設けられている。
起歪体21の第1端部21aに位置する第1位置決め部Gは、隣接する3つの辺に設けられた突起(第1突起と称す)71a、71b、71cを具備し、起歪体21の第2端部21bに位置する第2位置決め部Hは、隣接する3つの辺に設けられた突起(第2突起と称す)71a、71b、71dを具備している。
図15は、起歪体21を凹部30内に配置した状態を示している。起歪体21の第1位置決め部Gは、第1位置決め部Aを有する第1構造体11の第4底部(第1凹部)35a内に配置され、起歪体21の第2位置決め部Hは、第2位置決め部Bを有する第2構造体12の第4底部(第2凹部)35b内に配置される。
第4底部35a内において、起歪体21の第1突起71a、71bは、第4底部35aの第1突起35a-2、35a-3にy方向にそれぞれ線接触又は点接触され、起歪体21の第1突起71cは、第4底部35aの第1突起35a-1にx方向に線接触される。
第4底部35b内において、起歪体21の第2突起71a、71bは、第4底部35bの第2突起35b-2、35b-3にそれぞれy方向に線接触又は点接触される。起歪体21の第2突起71dは、第4底部35bの第2突起35b-1にx方向に線接触される。
このため、起歪体21は、第1端部21aを第4底部35aの上に置き、第2端部21bを第4底部35bの上に置くだけで、3軸(x、y、z)方向に位置決めされる。すなわち、起歪体21の第1端部21aは、第1位置決め部Gの第1突起71a、71b、71c、及び第4底部35aにより、第1構造体11に対して、3軸(x、y、z)方向に位置決めされ、起歪体21の第2端部21bは、第2位置決め部Hの第2突起71a、71b、71d、及び第4底部35bにより、第2構造体12に対して、3軸(x、y、z)方向に位置決めされる。
尚、第1構造体11の第1位置決め部A、及び第2構造体12の第2位置決め部Bの構成は、第4底部35aの側面及び第4底部35bの側面にそれぞれ複数の突起を具備する必要はなく、起歪体21の第1端部21a、及び第2端部21bのように、隣接する3つの直線状の辺を具備する構成であってもよい。
(第2変形例の効果)
上記第2変形例によれば、起歪体21は、第1位置決め部Gとしての第1突起71a、71b、71c、及び第2位置決め部Hとしての第2突起71a、71b、71dを有し、第1突起71a、71b、71c、及び第2突起71a、71b、71dにより、起歪体21を第1構造体11及び第2構造体12に対して容易に位置決めすることができる。
上記第2変形例によれば、起歪体21は、第1位置決め部Gとしての第1突起71a、71b、71c、及び第2位置決め部Hとしての第2突起71a、71b、71dを有し、第1突起71a、71b、71c、及び第2突起71a、71b、71dにより、起歪体21を第1構造体11及び第2構造体12に対して容易に位置決めすることができる。
さらに、第1突起71a、71b、71c、第2突起71a、71b、71dは、起歪体21の4つの辺の全体に設けられているため、形状が単純である。このため、起歪体21の製造が容易であり、起歪体21の製造ばらつきを抑制することができる。したがって、第1構造体11及び第2構造体12に対する起歪体21の位置精度を向上することができる。
(第3変形例)
図16A、16Bは、起歪体21の第3変形例を示している。
図16A、16Bは、起歪体21の第3変形例を示している。
上記実施形態、第1変形例、及び第2変形例において、起歪体21の第1端部21aは第1構造体11の例えば第4底部35aの上に載置され、第2端部21bは第2構造体12の例えば第4底部35bの上に載置された。
第3変形例において、起歪体21の第1端部21aに設けられた第1位置決め部Iは、第1構造体11に挿入され、第2端部21bに設けられた第2位置決め部Jは、第2構造体12に挿入される。
図16A、16Bに示すように、起歪体21の第1端部21aには、第1位置決め部Iが設けられ、起歪体21の第2端部21bには、第2位置決め部Jが設けられる。
第1位置決め部Iは、第1突起81aを具備する。第1突起81aは、起歪体21の第1端部21aの全体が起歪体21の裏面側に例えば直角に折曲されて形成される。
第2位置決め部Jは、第2突起81bを具備する。第2突起81bは、起歪体21の第2端部21bの全体が起歪体21の裏面側に例えば直角に折曲されて形成される。
図17、図18は、起歪体21を凹部30内に配置した状態を示している。
図17、図18に示すように、凹部30内において、第1構造体11の第2底部32aには、第1凹部37aが設けられ、第2構造体12の第2底部32bには、第2凹部37bが設けられる。
起歪体21の第1位置決め部Iとしての第1突起81aは、第1凹部37a内に挿入され、第2位置決め部Jとしての第2突起81bは、第2凹部37b内に挿入される。第1突起81aと第1凹部37aの形状及び大きさは同等であり、第2突起81bと第2凹部37bの形状及び大きさも同等である。このため、起歪体21は、第1突起81aが第1凹部37a内に挿入され、第2突起81bが第2凹部37b内に挿入される。これにより、起歪体21は、第1構造体11及び第2構造体12に対して位置決めされる。
この状態において、図4、図5に示すように、起歪体21は、固定プレート41とねじ42を用いて、第1構造体11及び第2構造体12に固定される。
(第3変形例の効果)
上記第3変形例によれば、起歪体21は、第1位置決め部Iとしての第1突起81aと、第2位置決め部Jとしての第2突起81bを具備し、第1突起81aを第1構造体11の第1凹部37aに挿入し、第2突起81bを第2構造体12の第2凹部37bに挿入することにより、起歪体21を第1構造体11及び第2構造体12に対して容易に位置決めすることができる。
上記第3変形例によれば、起歪体21は、第1位置決め部Iとしての第1突起81aと、第2位置決め部Jとしての第2突起81bを具備し、第1突起81aを第1構造体11の第1凹部37aに挿入し、第2突起81bを第2構造体12の第2凹部37bに挿入することにより、起歪体21を第1構造体11及び第2構造体12に対して容易に位置決めすることができる。
また、第1位置決め部Iとしての第1突起81aと、第2位置決め部Jとしての第2突起81bは、起歪体21の第1端部21a及び第2端部21bを折曲するだけであるため、製造が容易であり、製造ばらつきを低減することができる。したがって、第1構造体11及び第2構造体12に対する起歪体21の位置精度を向上させることができる。
(第4変形例)
図19A、19Bは、起歪体21の第4変形例を示している。
図19A、19Bは、起歪体21の第4変形例を示している。
第3変形例において、第1位置決め部Iとしての第1突起81a及び第2位置決め部Jとしての第2突起81bは、起歪体21の第1端部21a及び第2端部21bの全体が折曲されて形成された。
第4変形例において、第1位置決め部Iとしての第1突起82a、及び第2位置決め部Jとしての第2突起82bは、起歪体21の第1端部21aの一部、及び第2端部21bの一部がそれぞれ折曲されて形成される。
具体的には、第1位置決め部Iとしての第1突起82aは、起歪体21の第1端部21aの中央部が、起歪体21の裏面側に直角に折曲されることにより形成され、第2位置決め部Jとしての第2突起82bは、起歪体21の第2端部21bの中央部が、起歪体21の裏面側に直角に折曲されることにより形成される。
第1突起82a及び第2突起82bの形状は、例えば四角柱である。
第1構造体11及び第2構造体12に設けられた凹部30内において、第1構造体11の第2底部32aには、第1突起82aが挿入される第1凹部(図示せず)が設けられ、第2構造体12の第2底部32bには、第2突起82bが挿入される第2凹部(図示せず)が設けられる。
第1凹部及び第2凹部の形状は、第1突起82a及び第2突起82bの角部が、例えば線接触することが可能な形状、例えば円筒形である。しかし、第1凹部及び第2凹部の形状は、円筒形に限定されるものではなく、第1突起82a及び第2突起82bと同等の形状、又は、第1突起82a及び第2突起82bの角部が内接する形状であればよい。
起歪体21の第1突起82aが第1凹部に挿入され、第2突起82bが第2凹部に挿入されることにより、起歪体21が第1構造体11及び第2構造体12に位置決めされる。
(第4変形例の効果)
第4変形例によっても第3変形例と同様の効果を得ることができる。
第4変形例によっても第3変形例と同様の効果を得ることができる。
しかも、第4変形例において、第1突起82a及び第2突起82bは、起歪体21の第1端部21a及び第2端部21bの一部に形成され、第1凹部及び第2凹部との接触面積を低減することができる。このため、他軸干渉を抑制することができ、センサの検出精度を向上させることが可能である。
(第5変形例)
図20A、20Bは、起歪体21の第5変形例を示している。第5変形例は、第4変形例のさらなる変形である。
図20A、20Bは、起歪体21の第5変形例を示している。第5変形例は、第4変形例のさらなる変形である。
第5変形例において、第1位置決め部Iとしての第1突起83aは、起歪体21の第1端部21aの裏側に設けられ、第2位置決め部Jとしての第2突起83bは、起歪体21の第2端部21bの裏側に設けられている。
具体的には、第1突起83a及び第2突起83bは、例えば起歪体21と同一の材料により形成され、起歪体21の第1端部21a及び第2端部21bに設けられる。
第1突起83a及び第2突起83bの形状は、例えば円柱であるが、円柱に限定されるものではない。
第1構造体11及び第2構造体12に設けられた凹部30内において、第1構造体11の第2底部32aには、第1突起83aが挿入される第1凹部(図示せず)が設けられ、第2構造体12の第2底部32bには、第2突起83bが挿入される第2凹部(図示せず)が設けられる。
第1凹部及び第2凹部の形状は、第1突起83a及び第2突起83bの周面が、例えば線接触することが可能な多角形である。しかし、多角形に限定されるものではなく、第1突起82a及び第2突起82bと同等の形状であってもよい。
起歪体21の第1突起82aが第1凹部に挿入され、第2突起82bが第2凹部に挿入されることにより、起歪体21が第1構造体11及び第2構造体12に位置決めされる。
(第5変形例の効果)
第5変形例によっても第4変形例と同様の効果を得ることができる。
第5変形例によっても第4変形例と同様の効果を得ることができる。
しかも、第5変形例において、第1突起83a及び第2突起83bの形状は、円柱であり、第1凹部及び第2凹部との接触面積を低減することができる。このため、他軸干渉を抑制することができ、センサの検出精度を向上させることが可能である。
その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
10…トルクセンサ、11…第1構造体、12…第2構造体、13…第3構造体、21…起歪体、21a…第1端部、21b…第2端部、21c…平坦部、35a…第4底部(第1凹部)、35b…第4底部(第2凹部)、C、E、G、I…第1位置決め部、D、F、H、J…第2位置決め部、51a、51b、51c、61a、61b、71a、71b、71c、81a、82a、83a…第1突起、52a、52b、52c、62a、62b、71a、71b、71d、81b、82b、83b…第2突起。
Claims (10)
- 第1構造体に配置される第1端部と、
前記第1構造体と複数の第3構造体により接続された第2構造体に配置される第2端部と、
前記第1端部と前記第2端部との間に位置し、歪ゲージが配置される平坦部と、
前記第1端部に設けられ、前記第1構造体に対して前記第1端部を位置決めする第1位置決め部と、
前記第2端部に設けられ、前記第2構造体に対して前記第2端部を位置決めする第2位置決め部と、
を具備することを特徴とする起歪体。 - 前記第1位置決め部は、前記第1構造体の第1凹部の側面に線接触する複数の第1突起を具備し、
前記第2位置決め部は、前記第2構造体の第2凹部の側面に線接触する複数の第2突起を具備することを特徴とする請求項1記載の起歪体。 - 前記第1位置決め部は、前記第3構造体に設けられた凹部内において、前記第1構造体の側面に線接触する複数の第1突起を具備し、
前記第2位置決め部は、前記第3構造体に設けられた凹部内において、前記第2構造体の側面に線接触する複数の第2突起を具備することを特徴とする請求項1記載の起歪体。 - 前記第1位置決め部は、隣接した3つの辺の全体に前記第1構造体の第1凹部の側面に線接触する第1突起を具備し、
前記第2位置決め部は、隣接した3つの辺の全体に前記第2構造体の第2凹部の側面に線接触する第2突起を具備することを特徴とする請求項1記載の起歪体。 - 前記第1位置決め部は、前記第1構造体に設けられた第1凹部に挿入される第1突起を具備し、
前記第2位置決め部は、前記第2構造体に設けられた第2凹部に挿入される第2突起を具備することを特徴とする請求項1記載の起歪体。 - 第1構造体と、
第2構造体と、
前記第1構造体と前記第2構造体とを接続する複数の第3構造体と、
前記第1構造体と前記第2構造体の間に設けられる起歪体とを具備し、
前記起歪体は、
前記第1構造体に配置される第1端部と、
前記第2構造体に配置される第2端部と、
前記第1端部と前記第2端部との間に位置し、歪ゲージが配置される平坦部と、
前記第1端部に設けられ、前記第1構造体に対して前記第1端部を位置決めする第1位置決め部と、
前記第2端部に設けられ、前記第2構造体に対して前記第2端部を位置決めする第2位置決め部と、
を具備することを特徴とするトルクセンサ。 - 前記第1位置決め部は、前記第1構造体の第1凹部の側面に線接触する複数の第1突起を具備し、
前記第2位置決め部は、前記第2構造体の第2凹部の側面に線接触する複数の第2突起を具備することを特徴とする請求項6記載のトルクセンサ。 - 前記第1位置決め部は、前記第3構造体に設けられた凹部内において、前記第1構造体の側面に線接触する複数の第1突起を具備し、
前記第2位置決め部は、前記第3構造体に設けられた凹部内において、前記第2構造体の側面に線接触する複数の第2突起を具備することを特徴とする請求項6記載のトルクセンサ。 - 前記第1位置決め部は、隣接した3つの辺の全体に前記第1構造体の第1凹部の側面に線接触する第1突起を具備し、
前記第2位置決め部は、隣接した3つの辺の全体に前記第2構造体の第2凹部の側面に線接触する第2突起を具備することを特徴とする請求項6記載のトルクセンサ。 - 前記第1位置決め部は、前記第1構造体に設けられた第1凹部に嵌合される第1突起を具備し、
前記第2位置決め部は、前記第2構造体に設けられた第2凹部に嵌合される第2突起を具備することを特徴とする請求項6記載のトルクセンサ。
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