JP2022148940A - 力覚センサ及び篏合システム - Google Patents

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Abstract

【課題】力覚センサの異常の有無を判別して、ロボット等の力制御を安定的に行うこと。【解決手段】力覚センサ(10)は、検出対象部位(S)に作用する力又はモーメントを受ける受力体(14)と、センサベース(12)に設けられかつ受力体(14)を支持する弾性支持体としての起歪体(16)と、を備える。力覚センサ(10)は、起歪体(16)の4つのビーム部26の歪みを独立して検出する2系統の検出部(28,30)と、2系統の検出部(28,30)からの検出結果に基づいて、検出対象部位(S)に作用する力又はモーメントを独立して演算する2系統の演算回路(34,36)と、2系統の演算回路(34,36)からの演算結果を電気信号として独立して出力する2系統の出力部(38,40)と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、検査対象部位に作用する力又はモーメントを検出する力覚センサ、及び篏合ワークを被篏合ワークに篏合させるための篏合システムに関する。
例えばロボットの力制御を行う際に力覚センサが用いられる。力覚センサは、センサベースと、ロボットのハンドの基部等の検出対象部位に作用する力又はモーメントを受ける受力体と、センサベースに設けられかつ受力体を支持する弾性支持体とを備えている。弾性支持体は、少なくとも一部に、弾性変形可能な弾性部を有している。力覚センサは、弾性支持体の弾性部の歪みを検出する歪みゲージ式の検出部と、歪みゲージ式の検出部からの検出結果に基づいて、検出対象部位に作用する力又はモーメントを演算する演算回路と、演算回路からの演算結果を電気信号として出力する出力部とを備えている(特許文献1参照)。
なお、歪みゲージ式の検出部に代えて、弾性支持体の弾性部の変位を電気的に検出する静電容量式の検出部、又は弾性支持体の弾性部の変位を光学的に検出する光学式の検出部を備えた力覚センサも広く知られている(特許文献2及び3参照)。
特開2020-56729号公報 特開2020-118642号公報 特開2019-78561号公報
ところで、従来の力覚センサでは、1系統の検出部によって弾性支持体の弾性部の歪み又は変位を検出し、検出対象部位に作用する力又はモーメントを1系統の出力部によって電気信号として出力しているため、力覚センサの異常(故障)の有無を判別することができない。そのため、例えばロボットの力制御の途中に、力覚センサに異常が発生しても、その状態が継続されることなり、ロボット等の力制御を安定的に行うことができないという問題がある。
そこで、本発明の一態様は、力覚センサの異常の有無を判別して、ロボット等の力制御を安定的に行うことを目的とする。
前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る力覚センサは、センサベースと、検出対象部位に作用する力又はモーメントを受ける受力体と、前記センサベースに設けられ、少なくとも一部に弾性変形可能な弾性部を有し、前記受力体を支持する弾性支持体と、前記弾性支持体の前記弾性部の歪み又は変位を独立して検出する2系統の検出部と、前記2系統の検出部からの検出結果に基づいて、前記検出対象部位に作用する力又はモーメントを独立して演算する2系統の演算回路(2つの演算回路)と、前記2系統の演算回路からの演算結果を電気信号として独立して出力する2系統の出力部(2つの出力部)と、を備える。
また、前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る篏合システムは、多関節のアーム、及び前記アームの先端部側に設けられかつ篏合ワークを把持するハンドを有したロボットと、前記ハンドの基部と前記アームの先端部との間に配設され、前記ハンドに作用する力又はモーメントを検出する前記力覚センサと、被篏合ワークの姿勢を変更できるように、被篏合ワークを支持するテーブル装置と、篏合ワークを被篏合ワークに篏合させる際に、前記力覚センサにおける前記2系統の出力部のうちの一方の系統の出力部から出力された演算結果に基づいて、篏合ワークの姿勢を調整するように前記ロボットの力制御を行うロボットコントローラと、篏合ワークを被篏合ワークに篏合させる際に、前記力覚センサにおける前記2系統の出力部のうちの他方の系統の出力部から出力された演算結果に基づいて、被篏合ワークの姿勢を調整するように前記テーブル装置の力制御を行うテーブルコントローラと、備える。
本発明の一態様によれば、力覚センサの異常の有無を判別して、ロボット等の力制御を安定的に行うことができる。
実施形態1に係る力覚センサの模式的な縦断面図である。 図1に示す力覚センサの模式的な正面図である。 図1に示す力覚センサの模式的な平面図である。 図1に示す力覚センサの模式的な側面図である。 実施形態1に係る力覚センサの起歪体の模式的な平面図である。 実施形態2に係る力覚センサの模式的な縦断面図である。 実施形態2に係る力覚センサの第1起歪体の模式的な平面図である。 実施形態2に係る力覚センサの第2起歪体の模式的な平面図である。 実施形態3に係る篏合システムを説明する模式図である。 図9に示す篏合システムの動作を説明するフローチャートである。
以下、本実施形態について図面を参照して説明する。図面に記載した通り、力覚センサの中心軸の方向をZ軸方向と称し、力覚センサの中心軸の方向に直交する2つの方向をX軸方向及びY軸方向と称する。
[実施形態1]
図1から5に基づいて、実施形態1に係る力覚センサ10の構成について説明する。
図1から4に示すように、実施形態1に係る力覚センサ10は、検出対象部位Sに作用する各軸方向(X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向)の力及び各軸(X軸、Y軸、及びZ軸)周りのモーメントを検出する6軸力覚センサである。力覚センサ10は、検出対象部位Sとそれに対向する対向部位Tとの間に配設される。なお、力覚センサ10は、6軸力覚センサに限るものでなく、所定の軸方向の力又は所定の軸周りのモーメントを検出する力覚センサであってもよい。
(センサベース)
力覚センサ10は、筒状のセンサベース12を備えており、センサベース12は、対向部位Tに装着される。センサベース12のX軸方向の両側には、2つのコーナ部12a,12bが形成されている。
(受力体)
センサベース12のZ軸方向の片側には、検出対象部位Sに作用する力及びモーメントを受ける円板状の受力体14が設けられており、受力体14は、検出対象部位Sに装着される。受力体14とセンサベース12との間には、例えば1mm程度のZ軸方向の僅かな隙間Cが形成されており、受力体14は、センサベース12に対して隙間Cに応じた移動が許容されている。
(弾性支持体としての起歪体)
図1及び5に示すように、センサベース12内には、受力体14を支持する弾性支持体としての起歪体16が設けられており、起歪体16は、受力体14と同心上に位置している。起歪体16は、円板状のコア部18を有しており、コア部18は、円柱状の連結部材20を介して受力体14に対して固定されている。起歪体16は、コア部18を囲むリング部22を有しており、リング部22は、環状のスペーサ24を介してセンサベース12に対して固定されている。起歪体16は、コア部18の外周面とリング部22の内周面に連結するように設けられ4つのビーム部26を有しており、4つのビーム部26は、周方向に沿って等間隔に配置されている。4つのビーム部26は、コア部18及びリング部22を剛体とみなしたときに、弾性変形可能な弾性部に相当する。なお、ビーム部26の数は、4つに限るものでなく、3つ以上であればよい。
(2系統の検出部)
図5に示すように、各ビーム部26には、その歪みを検出する第1検出部28が設けられており、各第1検出部28は、各ビーム部26の表面及び裏面にそれぞれ配置された複数の歪みゲージ(不図示)を有している。各ビーム部26には、その歪みを第1検出部28と独立して検出する第2検出部30が設けられており、各第2検出部30は、各ビーム部26の表面及び裏面にそれぞれ配置された複数の歪みゲージ(不図示)を有している。つまり、弾性支持体としての起歪体16には、弾性部としての4つのビーム部26の歪みを独立して検出する2系統の歪みゲージ式の検出部が設けられている。4つの第1検出部28は、4つのビーム部26の歪みを独立して検出する一方の系統の歪みゲージ式の検出部を構成する。4つの第2検出部30は、4つのビーム部26の歪みを独立して検出する他方の系統の歪みゲージ検出部を構成する。
なお、力覚センサ10は、2系統の歪みゲージ式の検出部に代えて、4つのビーム部26の変位を電気的に独立して検出する2系統の静電容量式の検出部(不図示)、又は4つのビーム部26の変位を光学的に独立して検出する2系統の光学式の検出部(不図示)を備えてもよい。
(2系統の演算回路)
図1に示すように、センサベース12内には、力覚センサ10の検出動作を統括的に制御するための基板32が配設されている。基板32には、プロセッサ(不図示)を有した第1演算回路34が実装されている。第1演算回路34は、一方の系統の検出部を構成する4つの第1検出部28からの検出結果に基づいて、検出対象部位Sに作用する力及びモーメントを演算する。基板32には、プロセッサ(不図示)を有した第2演算回路36が実装されている。第2演算回路36は、他方の系統の検出部を構成する4つの第2検出部30からの検出結果に基づいて、検出対象部位Sに作用する力及びモーメントを演算する。換言すれば、2系統の演算回路を構成する第1演算回路34及び第2演算回路36は、2系統の歪みゲージ式の検出部からの検出結果に基づいて、検出対象部位Sに作用する力及びモーメントを独立して演算する。第1演算回路34及び第2演算回路36の具体的な演算手法に関しては公知であるため、その説明を省略する。
(2系統の出力部)
図1及び2に示すように、センサベース12の一方のコーナ部12aの近傍には、第1演算回路34からの演算結果を電気信号として出力する第1出力部としての第1インターフェース38が設けられている。第1インターフェース38は、第1演算回路34に接続されている。センサベース12の他方のコーナ部12bの近傍には、第2演算回路36からの演算結果を電気信号として出力する第2出力部としての第2インターフェース40が設けられている。第2インターフェース40は、第2演算回路36に接続されている。つまり、センサベース12には、2系統の演算回路(第1演算回路34及び第2演算回路36)からの演算結果を電気信号として独立して出力する2系統の出力部(第1インターフェース38及び第2インターフェース40)が設けられている。
(実施形態1の作用効果)
2系統の歪みゲージ式の検出部(4つの第1検出部28と4つの第2検出部30)は、4つのビーム部26の歪みを独立して検出する。すると、第1演算回路34は、一方の系統の検出部を構成する4つの第1検出部28からの検出結果に基づいて、検出対象部位Sに作用する力及びモーメントを演算する。第2演算回路36は、他方の系統の検出部を構成する4つの第2検出部30からの検出結果に基づいて、検出対象部位Sに作用する力及びモーメントを演算する。そして、第1インターフェース38は、第1演算回路34からの演算結果を電気信号として出力すると共に、第2インターフェース40は、第2演算回路36からの演算結果を電気信号として出力する。
従って、第1インターフェース38から出力された力及びモーメントと、第2インターフェース40から出力された力及びモーメントとの差分が、異常判別用の閾値を超えたか否かを判別することができる。異常判別用の閾値を超えた場合には、力覚センサ10の異常有りと判別され、異常判別用の閾値を超えていない場合には、力覚センサ10の異常無しと判別される。ここで、異常判別用の閾値とは、力覚センサ10の異常の有無を判別するための閾値のことである。異常判別用の閾値を超えたか否かを判別する主体は、力覚センサ10に電気的に接続された外部コントローラ(不図示)であるが、力覚センサ10自身であってもよい。
よって、実施形態1によれば、力覚センサ10の異常の有無を判別して、力覚センサ10を用いたロボット等の力制御を安定的に行うことができる。
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について図6から8を参照して説明する。なお、説明の便宜上、実施形態1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
図6に示すように、実施形態2に係る力覚センサ42は、検出対象部位Sに作用する各軸方向(X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向)の力及び各軸(X軸、Y軸、及びZ軸)周りのモーメントを検出する6軸力覚センサである。力覚センサ42は、検出対象部位Sとそれに対向する対向部位Tとの間に配設される。力覚センサ42は、一部を除き、力覚センサ10(図1参照)と同様の構成を有しており、力覚センサ42の構成のうち、力覚センサ10と異なる構成についてのみ説明する。なお、力覚センサ42は、6軸力覚センサに限るものでなく、所定の軸方向の力又は所定の軸周りのモーメンを検出する力覚センサであってもよい。
(弾性支持体を構成する第1起歪体)
図6及び7に示すように、力覚センサ42は、弾性支持体として、起歪体16(図5参照)の代わりに、Z軸方向に重なり合った第1起歪体44と第2起歪体46を備えている。そして、第1起歪体44及び第2起歪体46の具体的な構成は、次の通りである。
センサベース12内には、弾性支持体の一部を構成する第1起歪体44が設けられており、第1起歪体44は、受力体14と同心上に位置している。第1起歪体44は、円板状の第1コア部48を有しており、第1コア部48は、受力体14に円柱状の第1連結部材50を介して受力体14に対して固定されている。第1起歪体44は、第1コア部48を囲む第1リング部52を有しており、第1リング部52は、環状の第1スペーサ54を介してセンサベース12に対して固定されている。第1起歪体44は、第1コア部48の外周面と第1リング部52の内周面に連結するように設けられ4つの第1ビーム部56を有しており、4つの第1ビーム部56は、周方向に沿って等間隔に配置されている。4つの第1ビーム部56は、第1コア部48及び第1リング部52を剛体とみなしたときに、弾性変形可能な弾性部に相当する。なお、第1ビーム部56の数は、4つに限るものでなく、3つ以上であればよい。
(弾性支持体を構成する第2起歪体)
図6及び8に示すように、センサベース12内には、弾性支持体の一部を構成する第2起歪体46が設けられており、第2起歪体46は、第1起歪体44と同心上に位置しかつ第1起歪体44と重なり合っている。第2起歪体46は、円板状の第2コア部58を有しており、第2コア部58は、円柱状の第2連結部材60を介して第1起歪体44の第1コア部48に対して固定されている。第2起歪体46は、第2コア部58を囲む第2リング部62を有しており、第2リング部62は、環状の第2スペーサ64を介してセンサベース12に対して固定されている。第2起歪体46は、第2コア部58の外周面と第2リング部62の内周面に連結するように設けられ4つの第2ビーム部66を有しており、4つの第2ビーム部66は、周方向に沿って等間隔に配置されている。4つの第2ビーム部66は、第2コア部58及び第2リング部62を剛体とみなしたときに、弾性変形可能な弾性部に相当する。4つの第2ビーム部66は、受力体14が力及びモーメントを受けると、4つの第1ビーム部56の歪みに対応した歪みが生じするように構成されている。なお、第2ビーム部66の数は、4つに限るものでなく、3つ以上であればよい。
(2系統の検出部)
図6から8に示すように、実施形態2においては、第1検出部28は、起歪体16の各ビーム部26ではなく、第1起歪体44の各第1ビーム部56に設けられている。各第1検出部28は、第1起歪体44の各第1ビーム部56の歪みを検出する。各第1検出部28は、第1起歪体44の各第1ビーム部56の表面及び裏面にそれぞれ配置された複数の歪みゲージ(不図示)を有している。また、第2検出部30は、起歪体16の各ビーム部26ではなく、第2起歪体46の各第2ビーム部66に設けられている。各第2検出部30は、第2起歪体46の各第2ビーム部66の歪みを検出する。各第2検出部30は、第2起歪体46の各第2ビーム部66の表面及び裏面にそれぞれ配置された複数の歪みゲージ(不図示)を有している。つまり、弾性支持体(第1起歪体44と第2起歪体46)には、弾性部(4つの第1ビーム部56と4つの第2ビーム部66)の歪みを独立して検出する2系統の歪みゲージ式の検出部が設けられている。一方の系統の歪みゲージ式の第1検出部は、4つの第1ビーム部56の歪みを検出し、他方の系統の歪みゲージ式の検出部は、4つの第2ビーム部66の歪みを検出する。
なお、力覚センサ42は、一方の系統の歪みゲージ式の検出部に代えて、4つの第1ビーム部56の変位を電気的に検出する一方の系統の静電容量式の検出部(不図示)、又は4つの第1ビーム部56の変位を光学的に検出する一方の系統の光学式の検出部(不図示)を備えてもよい。力覚センサ42は、他方の系統の歪みゲージ式の検出部に代えて、4つの第2ビーム部66の変位を電気的に検出する他方の系統の静電容量式の検出部(不図示)、又は4つの第2ビーム部66の変位を光学的に検出する他方の系統の光学式の検出部(不図示)を備えてもよい。
(実施形態2の作用効果)
一方の系統の歪みゲージ式の検出部(4つの第1検出部28)は、4つの第1ビーム部56の歪みを検出する。他方の系統の歪みゲージ式の検出部(4つの第2検出部30)は、4つの第2ビーム部66の歪みを検出する。すると、第1演算回路34は、一方の系統の検出部を構成する4つの第1検出部28からの検出結果に基づいて、検出対象部位Sに作用する力及びモーメントを演算する。第2演算回路36は、他方の系統の検出部を構成する4つの第2検出部30からの検出結果に基づいて、検出対象部位Sに作用する力及びモーメントを演算する。そして、第1インターフェース38は、第1演算回路34からの演算結果を電気信号として出力すると共に、第2インターフェース40は、第2演算回路36からの演算結果を電気信号として出力する。
従って、第1インターフェース38から出力された力及びモーメントと、第2インターフェース40から出力された力及びモーメントとの差分が、異常判別用の閾値を超えたか否かを判別することができる。異常判別用の閾値を超えた場合には、力覚センサ42の異常有りと判別され、異常判別用の閾値を超えていない場合には、力覚センサ42の異常無しと判別される。
よって、実施形態2によれば、力覚センサ42の異常の有無を判別して、力覚センサ42を用いたロボット等の力制御を安定的に行うことができる。特に、弾性支持体の一部である第1起歪体44又は第2起歪体46のいずれに永久歪みが生じている場合にも、力覚センサ42の異常有りとして判別することができ、力覚センサ42を用いたロボット等の力制御をより安定的に行うことができる。
[実施形態3]
以下、本発明の他の実施形態について図9及び10を参照して説明する。なお、説明の便宜上、実施形態1及び実施形態2にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
(篏合システムの概要)
図9に示すように、実施形態3に係る篏合システム68は、篏合ワークとしての凸ワークWAを被篏合ワークとしての凹ワークWBに篏合させるためのシステムである。そして、篏合システム68の具体的な構成は、次の通りである。
(ロボット)
篏合システム68は、凸ワークWAの篏合動作を主導的に行うロボット70を備えている。ロボット70は、多関節のアーム72と、アーム72の先端部に設けられかつ凸ワークWAを把持するハンド74とを備えている。
(力覚センサ)
篏合システム68は、ハンド74に作用する力及びモーメントを検出する力覚センサ10(又は42)を備えている。力覚センサ10(又は42)は、前述の構成からなり、検出対象部位S(図1参照)としてのハンド74の基部と対向部位T(図1参照)としてのアーム72の先端部との間に配設される。
(テーブル装置)
篏合システム68は、ロボット70の近傍に配設されかつ凸ワークWAの篏合動作を補助的に行うスチュワートプラットフォーム型のテーブル装置76を備えている。テーブル装置76は、凹ワークWBを支持する支持台78と、凹ワークWBの姿勢を変更できるように支持台78を可動させるパラレルリンク機構80とを備えている。換言すれば、テーブル装置76は、凹ワークWBの姿勢を変更できるように、凹ワークWBを支持する。なお、テーブル装置76を第2ロボットとみなすことができる。
(ロボットコントローラ)
篏合システム68は、ロボット70を制御するロボットコントローラ82を備えており、ロボットコントローラ82は、力覚センサ10(又は42)における第1インターフェース38に電気的に接続されている。ロボットコントローラ82は、ロボット70を制御するためのロボット用制御プログラム等を記憶するメモリ(不図示)と、ロボット用の制御プログラムを解釈して実行するマイクロプロプロセッサ(不図示)とを有している。
ロボットコントローラ82は、ロボット用制御プログラムに基づいて、凸ワークWAを凹ワークWBに篏合させるように、ロボット70の位置制御を行う。また、ロボットコントローラ82は、凸ワークWAを凹ワークWBに篏合させる際に、第1インターフェース38から出力された演算結果に基づいて、凸ワークWAの姿勢及び位置を調整するようにロボット70の力制御を行う。換言すれば、ロボットコントローラ82は、凸ワークWAを凹ワークWBに篏合させる際に、第1インターフェース38から出力される力及びトルクが小さくなるようにロボット70の力制御を行う。
(テーブルコントローラ)
篏合システム68は、テーブル装置76を制御するテーブルコントローラ84を備えており、テーブルコントローラ84は、力覚センサ10(又は42)における第2インターフェース40に電気的に接続されている。テーブルコントローラ84は、テーブル装置76を制御するためのテーブル用制御プログラム等を記憶するメモリ(不図示)と、テーブル用制御プログラムを解釈して実行するマイクロプロプロセッサ(不図示)とを有している。
テーブルコントローラ84は、凸ワークWAを凹ワークWBに篏合させる際に、第2インターフェース40から出力された演算結果に基づいて、凹ワークWBの姿勢及び位置を調整するようにテーブル装置76の力制御を行う。換言すれば、テーブルコントローラ84は、凸ワークWAを凹ワークWBに篏合させる際に、第2インターフェース40から出力される力及びトルクが小さくなるようにテーブル装置76の力制御を行う。
(メインコントローラ)
篏合システム68は、その全体を統括的に制御するメインコントローラ(不図示)を備えており、メインコントローラは、第1インターフェース38、第2インターフェース40、ロボットコントローラ82、及びテーブルコントローラ84に電気的に接続されている。メインコントローラは、第1インターフェース38から出力された力及びモーメントと、第2インターフェース40から出力された力及びモーメントとの差分が、異常判別用の閾値を超えたか否かを判別する。メインコントローラは、異常判別用の閾値を超えた場合には、力覚センサ10(又は42)の異常有りと判別する。メインコントローラは、異常判別用の閾値を超えていない場合には、力覚センサ10(又は42)の異常無しと判別する。
(実施形態3の作用効果)
図9及び10に示すように、ロボットコントローラ82は、ハンド74が原位置から凸ワークWAの載置領域の近傍に位置するようにロボット70の位置制御を行う。次に、ロボットコントローラ82は、ハンド74が凸ワークWAを把持するようにロボット70を制御する(図10におけるステップS101)。そして、ロボットコントローラ82は、ハンド74及び凸ワークWAが支持台78上の凹ワークWBの上方に位置するようにロボット70を制御する(図10におけるステップS102)。これにより、凸ワークWAの篏合動作が開始され(図10におけるステップS103)、ロボット70及びテーブル装置76の力制御がONになる(図10におけるステップS104)。
凸ワークWAを凹ワークWBに篏合させる際に、ロボットコントローラ82は、第1インターフェース38から出力された演算結果に基づいて、凸ワークWAの姿勢及び位置を調整するようにロボット70の力制御を行う。また、テーブルコントローラ84は、第2インターフェース40から出力された演算結果に基づいて、凹ワークWBの姿勢及び位置を調整するようにテーブル装置76の力制御を行う。すると、凸ワークWA、凹ワークWBの姿勢及び位置を調整しつつ、凸ワークWAを凹ワークWBに挿入することができる(図10におけるステップS105)。
そして、第1インターフェース38から出力された演算結果の1つであるZ軸方向の力が完了判別用の閾値を超えた場合には、ロボットコントローラ82は、凸ワークWAの挿入が完了したと判別する(図10におけるステップS106)。完了判別用の閾値とは、凸ワークWAの挿入動作が完了したか否かを判別するための閾値のことである。続いて、ロボットコントローラ82は、ハンド74が凸ワークWAを把持するようにロボット70を制御する(図10におけるステップS107)。これにより、ロボット70及びテーブル装置76の力制御がOFFになる(図10におけるステップS108)。
更に、ロボットコントローラ82は、ハンド74が凸ワークWA及びテーブル装置76の上方に位置するようにロボット70を制御することにより(図10におけるステップS109)、凸ワークWAの篏合動作が終了する(図10におけるステップS110)。ロボットコントローラ82は、ハンド74が原位置に復帰するようにロボット70の位置制御を行う。
つまり、実施形態3の構成によると、前述のように、凸ワークWAを凹ワークWBに篏合させる際に、ロボットコントローラ82がロボット70の力制御を行うと共に、テーブルコントローラ84がテーブル装置76の力制御を行う。そのため、実施形態3によれば、ロボット70のみの力制御行う場合に比較して、タクトタイムを少なくして、凸ワークWAを凹ワークWBに短時間で篏合させることができる。
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る力覚センサは、センサベースと、検出対象部位に作用する力又はモーメントを受ける受力体と、前記センサベースに設けられ、少なくとも一部に弾性変形可能な弾性部を有し、前記受力体を支持する弾性支持体と、前記弾性支持体の前記弾性部の歪み又は変位を独立して検出する2系統の検出部と、前記2系統の検出部からの検出結果に基づいて、前記検出対象部位に作用する力又はモーメントを独立して演算する2系統の演算回路(2つの演算回路)と、前記2系統の演算回路からの演算結果を電気信号として独立して出力する2系統の出力部(2つの出力部)と、を備える。
前記の構成によれば、前記2系統の検出部は、前記弾性支持体の前記弾性部の歪み又は変位を独立して検出する。すると、前記2系統の演算回路は、前記2系統の検出部からの検出結果に基づいて、前記検出対象部位に作用する力又はモーメントを独立して演算する。そして、前記2系統の出力部は、前記2系統の演算回路からの演算結果を電気信号として独立して出力する。従って、前記2系統の出力部のうちの一方の系統の出力部から出力された力又はモーメントと、前記2系統の出力部のうちの他方の系統の出力部から出力された力又はモーメントとの差分が、異常判別用の閾値を超えた否かを判別することができる。よって、前記力覚センサの異常の有無を判別して、前記力覚センサを用いたロボット等の力制御を安定的に行うことができる。
本発明の態様2に係る力覚センサは、前記態様1において、前記弾性支持体は、起歪体であって、前記起歪体は、前記受力体に対して固定されたコア部と、前記センサベースに対して固定され、前記コア部と囲むリング部と、前記コア部の外周面と前記リング部の内周面に連結するように設けられ、周方向に沿って等間隔に配置された前記弾性部としての複数のビーム部と、を有してもよい。
前記の構成によれば、前記2系統の検出部は、前記複数のビーム部の歪み又は変位を独立して検出する。
本発明の態様3に係る力覚センサは、前記態様1において、前記弾性支持体は、重なり合った第1起歪体と第2起歪体からなり、前記第1起歪体は、前記受力体に対して固定された第1コア部と、前記センサベースに対して固定され、前記第1コア部と囲む第1リング部と、前記第1コア部の外周面と前記第1リング部の内周面に連結するように設けられ、周方向に沿って等間隔に配置された前記弾性部としての複数の第1ビーム部と、を有し、前記第2起歪体は、前記第1起歪体の前記第1コア部に対して固定された第2コア部と、前記センサベースに対して固定され、前記第2コア部と囲む第2リング部と、前記第2コア部の外周面と前記第2リング部の内周面に連結するように設けられ、周方向に沿って等間隔に配置された前記弾性部としての複数の第2ビーム部と、を有し、前記2系統の検出部のうちの一方の系統の検出部は、前記複数の第1ビーム部の歪み又は変位を検出し、前記2系統の検出部のうちの他方の系統の検出部は、前記複数の第2ビーム部の歪み又は変位を検出してもよい。
前記の構成によれば、前記一方の系統の検出部は、前記複数の第1ビーム部の歪み又は変位を検出する。前記他方の系統の検出部は、前記複数の第2ビーム部の歪み又は変位を検出する。これにより、前記第1起歪体又は前記第2起歪体のいずれか、換言すれば、前記弾性支持体の一部に永久歪みが生じている場合にも、前記力覚センサの異常有りとして判別することができる。
本発明の態様4に係る力覚センサは、前記態様1から3のいずれかにおいて、前記2系統の検出部は、2系統の歪みゲージ式の検出部であってもよい。
前記の構成によれば、前記2系統の歪みゲージ式の検出部は、前記弾性支持体の前記弾性部の歪みを独立して検出する。
本発明の態様5に係る態様に係る篏合システムは、多関節のアーム、及び前記アームの先端部側に設けられかつ篏合ワークを把持するハンドを有したロボットと、前記ハンドの基部と前記アームの先端部との間に配設され、前記ハンドに作用する力又はモーメントを検出する、前記態様1から4のいずれかに係る前記力覚センサと、被篏合ワークの姿勢を変更できるように、被篏合ワークを支持するテーブル装置と、篏合ワークを被篏合ワークに篏合させる際に、前記力覚センサにおける前記2系統の出力部のうちの一方の系統の出力部から出力された演算結果に基づいて、篏合ワークの姿勢を調整するように前記ロボットの力制御を行うロボットコントローラと、篏合ワークを被篏合ワークに篏合させる際に、前記力覚センサにおける前記2系統の出力部のうちの他方の系統の出力部から出力された演算結果に基づいて、被篏合ワークの姿勢を調整するように前記テーブル装置の力制御を行うテーブルコントローラと、備える。
前記の構成によれば、篏合ワークを被篏合ワークに篏合させる際に、前記ロボットコントローラは、前記一方の系統の出力部から出力された演算結果に基づいて、被篏合ワークの姿勢を調整するように前記ロボットの力制御を行う。また、前記テーブルコントローラは、他方の系統の出力部から出力された演算結果に基づいて、被篏合ワークの姿勢を調整するように前記テーブル装置の力制御を行う。これにより、前記ロボットのみの力制御行う場合に比較して、タクトタイムを少なくして、篏合ワークを被篏合ワークに短時間で篏合させることができる。
〔付記事項〕
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
10 力覚センサ
12 センサベース
14 受力体
16 起歪体(弾性支持体)
18 コア部
22 リング部
26 ビーム部(弾性部)
28 第1検出部(一方の系統の検出部)
30 第2検出部(他方の系統の検出部)
32 基板
34 第1演算回路(一方の系統の演算回路)
36 演算回路(他方の系統の演算回路)
38 第1インターフェース(第1出力部、一方の系統の出力部)
40 第2インターフェース(第2出力部、他方の系統の出力部)
42 力覚センサ
44 第1起歪体(弾性支持体)
46 第2起歪体(弾性支持体)
48 第1コア部
52 第1リング部
56 第1ビーム部(弾性部)
58 第2コア部
62 第2リング部
68 篏合システム
70 ロボット
72 アーム
74 ハンド
76 テーブル装置
78 支持台
80 パラレルリンク機
82 ロボットコントローラ
84 テーブルコントローラ
WA 凸ワーク(篏合ワーク)
WB 凹ワーク(被篏合ワーク)

Claims (5)

  1. センサベースと、
    検出対象部位に作用する力又はモーメントを受ける受力体と、
    前記センサベースに設けられ、少なくとも一部に弾性変形可能な弾性部を有し、前記受力体を支持する弾性支持体と、
    前記弾性支持体の前記弾性部の歪み又は変位を独立して検出する2系統の検出部と、
    前記2系統の検出部からの検出結果に基づいて、前記検出対象部位に作用する力又はモーメントを独立して演算する2系統の演算回路と、
    前記2系統の演算回路からの演算結果を電気信号として独立して出力する2系統の出力部と、を備えることを特徴とする力覚センサ。
  2. 前記弾性支持体は、起歪体であって、
    前記起歪体は、
    前記受力体に対して固定されたコア部と、
    前記センサベースに対して固定され、前記コア部と囲むリング部と、
    前記コア部の外周面と前記リング部の内周面に連結するように設けられ、周方向に沿って等間隔に配置された前記弾性部としての複数のビーム部と、を有することを特徴とする請求項1に記載の力覚センサ。
  3. 前記弾性支持体は、重なり合った第1起歪体と第2起歪体からなり、
    前記第1起歪体は、
    前記受力体に対して固定された第1コア部と、
    前記センサベースに対して固定され、前記第1コア部と囲む第1リング部と、
    前記第1コア部の外周面と前記第1リング部の内周面に連結するように設けられ、周方向に沿って等間隔に配置された前記弾性部としての複数の第1ビーム部と、を有し、
    前記第2起歪体は、
    前記第1起歪体の前記第1コア部に対して固定された第2コア部と、
    前記センサベースに対して固定され、前記第2コア部と囲む第2リング部と、
    前記第2コア部の外周面と前記第2リング部の内周面に連結するように設けられ、周方向に沿って等間隔に配置された前記弾性部としての複数の第2ビーム部と、を有し、
    前記2系統の検出部のうちの一方の系統の検出部は、前記第1ビーム部の歪み又は変位を検出し、前記2系統の検出部のうちの他方の系統の検出部は、前記第2ビーム部の歪み又は変位を検出することを特徴とする請求項1に記載の力覚センサ。
  4. 前記2系統の検出部は、2系統の歪みゲージ式の検出部であることを特徴とする請求項1から3のうちのいずれか1項に記載の力覚センサ。
  5. 多関節のアーム、及び前記アームの先端部側に設けられかつ篏合ワークを把持するハンドを有したロボットと、
    前記ハンドの基部と前記アームの先端部との間に配設され、前記ハンドに作用する力又はモーメントを検出する、請求項1から4のうちのいずれか1項に記載の力覚センサと、
    被篏合ワークの姿勢を変更できるように、被篏合ワークを支持するテーブル装置と、
    篏合ワークを被篏合ワークに篏合させる際に、前記力覚センサにおける前記2系統の出力部のうちの一方の系統の出力部から出力された演算結果に基づいて篏合ワークの姿勢を調整するように前記ロボットの力制御を行うロボットコントローラと、
    篏合ワークを被篏合ワークに篏合させる際に、前記力覚センサにおける前記2系統の出力部のうちの他方の系統の出力部から出力された演算結果に基づいて、被篏合ワークの姿勢を調整するように前記テーブル装置の力制御を行うテーブルコントローラと、備えることを特徴とする篏合システム。
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