JP2617489B2 - 関節センサー - Google Patents
関節センサーInfo
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- JP2617489B2 JP2617489B2 JP62256393A JP25639387A JP2617489B2 JP 2617489 B2 JP2617489 B2 JP 2617489B2 JP 62256393 A JP62256393 A JP 62256393A JP 25639387 A JP25639387 A JP 25639387A JP 2617489 B2 JP2617489 B2 JP 2617489B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は関節センサーに関し、特に関節角検出機能だ
けでなく、力覚検出機能をも必要とする小型マニピュレ
ータやハンドなどに好適な超薄型の関節センサーに関す
る。
けでなく、力覚検出機能をも必要とする小型マニピュレ
ータやハンドなどに好適な超薄型の関節センサーに関す
る。
［発明の概要］ この発明は、関節センサーに関するもので、関節を形
成する板バネに互いに直交する２方向に貼付した歪ゲー
ジにより、関節曲げ動作および作用荷重によって生じる
曲げ歪を検出処理することにより、非常に軽量，省スペ
ースで関節角だけでなく、力覚をも検出することができ
るようにしたものである。
成する板バネに互いに直交する２方向に貼付した歪ゲー
ジにより、関節曲げ動作および作用荷重によって生じる
曲げ歪を検出処理することにより、非常に軽量，省スペ
ースで関節角だけでなく、力覚をも検出することができ
るようにしたものである。
［従来の技術］ 従来、マニピュレータやロボットハンド等ではモータ
ーなどの関節駆動源にポテンショメータやロータリーエ
ンコーダ，レゾルバなどの回転型のセンサーを装着して
その関節角を検出していた。
ーなどの関節駆動源にポテンショメータやロータリーエ
ンコーダ，レゾルバなどの回転型のセンサーを装着して
その関節角を検出していた。
また、力覚を検出するためには弾性体に歪ゲージを貼
設した形態のセンサーや、荷重量によって抵抗値が変化
する感圧ゴムや圧電素子などを利用したセンサーが用い
られてきた。
設した形態のセンサーや、荷重量によって抵抗値が変化
する感圧ゴムや圧電素子などを利用したセンサーが用い
られてきた。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、１つのセンサーによって関節角と力覚
との双方を検出できるようにしたものは、従来には見当
らない。
との双方を検出できるようにしたものは、従来には見当
らない。
すなわち、マニピュレータなどのように回転機能をも
つ機構系を小型，軽量かつ細型化する場合、関節駆動系
部品やセンサー系部品などの計装部品を実質的には高密
度に配置する必要がある。さらにそれが多関節のものに
なると機構系全体の重量が増し、制御機能上にも大きく
影響する。従って、従来型のセンサーの場合、このよう
な要求と条件のもとでは大型でかつ重量が重くなりすぎ
るので、適用できなかった。
つ機構系を小型，軽量かつ細型化する場合、関節駆動系
部品やセンサー系部品などの計装部品を実質的には高密
度に配置する必要がある。さらにそれが多関節のものに
なると機構系全体の重量が増し、制御機能上にも大きく
影響する。従って、従来型のセンサーの場合、このよう
な要求と条件のもとでは大型でかつ重量が重くなりすぎ
るので、適用できなかった。
本発明の目的は、上述した従来の問題点に着目し、小
型，軽量，省スペースで、しかも関節角だけでなく、力
覚をも同時に検出可能とする関節センサーを提供するこ
とにある。
型，軽量，省スペースで、しかも関節角だけでなく、力
覚をも同時に検出可能とする関節センサーを提供するこ
とにある。
［問題点を解決するための手段］ 本発明による関節センサーは、関節部を介して相互に
一平面内で屈曲自在に連結された一対の部材の一方に一
端部が固定されると共に他端部が前記一対の部材の他方
に摺動可能に連結され、前記一対の部材の屈曲動作に追
随して撓む板ばねと、この板ばねに形成された十字型の
ゲージ取付け部と、このゲージ取付け部に相互に直交状
態で貼付される第１および第２の歪ゲージと、前記ゲー
ジ取付け部の中央部に突設される接触子とを具え、前記
ゲージ取付け部は、前記板ばねの長手方向に沿って延び
て前記第１の歪ゲージが貼付される第１の貼付部と、こ
の第１の貼付部と直交するように前記関節部の屈曲軸線
と平行な方向に延びて前記第２の歪ゲージが貼付される
第２の貼付部とを有し、前記第１の歪ゲージによって検
出される曲げ歪と前記第２の歪ゲージによって検出され
る曲げ歪との比と、前記第１の歪ゲージによって検出さ
れる曲げ歪とに基づいて前記関節部の関節角を求める一
方、前記第１の歪ゲージによって検出される曲げ歪と前
記第２の歪ゲージによって検出される曲げ歪とに基づい
て前記接触子に負荷する荷重を検出するようにしたこと
を特徴とするものである。
一平面内で屈曲自在に連結された一対の部材の一方に一
端部が固定されると共に他端部が前記一対の部材の他方
に摺動可能に連結され、前記一対の部材の屈曲動作に追
随して撓む板ばねと、この板ばねに形成された十字型の
ゲージ取付け部と、このゲージ取付け部に相互に直交状
態で貼付される第１および第２の歪ゲージと、前記ゲー
ジ取付け部の中央部に突設される接触子とを具え、前記
ゲージ取付け部は、前記板ばねの長手方向に沿って延び
て前記第１の歪ゲージが貼付される第１の貼付部と、こ
の第１の貼付部と直交するように前記関節部の屈曲軸線
と平行な方向に延びて前記第２の歪ゲージが貼付される
第２の貼付部とを有し、前記第１の歪ゲージによって検
出される曲げ歪と前記第２の歪ゲージによって検出され
る曲げ歪との比と、前記第１の歪ゲージによって検出さ
れる曲げ歪とに基づいて前記関節部の関節角を求める一
方、前記第１の歪ゲージによって検出される曲げ歪と前
記第２の歪ゲージによって検出される曲げ歪とに基づい
て前記接触子に負荷する荷重を検出するようにしたこと
を特徴とするものである。
一対の部材が関節部を中心に屈曲した場合、板ばねの
ゲージ取付け部が撓み、これに伴うゲージ取付け部の第
１の貼付部の曲げ歪が第１の歪ゲージにより検出され、
同時に第２の貼付部の曲げ歪が第２の歪ゲージにより検
出される。
ゲージ取付け部が撓み、これに伴うゲージ取付け部の第
１の貼付部の曲げ歪が第１の歪ゲージにより検出され、
同時に第２の貼付部の曲げ歪が第２の歪ゲージにより検
出される。
そして、第１の歪ゲージよって検出される曲げ歪と第
２の歪ゲージによって検出される曲げ歪との比と、第１
の歪ゲージによって検出される曲げ歪とに基づいて関節
部の関節角が求められる。また、第１の歪ゲージによっ
て検出される曲げ歪と第２の歪ゲージによって検出され
る曲げ歪とに基づいて接触子に負荷する荷重が検出され
る。
２の歪ゲージによって検出される曲げ歪との比と、第１
の歪ゲージによって検出される曲げ歪とに基づいて関節
部の関節角が求められる。また、第１の歪ゲージによっ
て検出される曲げ歪と第２の歪ゲージによって検出され
る曲げ歪とに基づいて接触子に負荷する荷重が検出され
る。
［実施例］ 以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具
体的に説明する。
体的に説明する。
第１図は本発明関節センサーの構成の一例を示し、第
２図はその関節センサーを関節部に取付けた状態を示
す。すなわち、関節センサー１は第２図に示すように、
アーム2Aと2Bとに跨ってその関節部に取付けられるもの
で、３はその関節部の回動支点をなす支点ピンである。
更に第１図において、４は関節センサー１の基体となる
薄板バネであり、薄板バネ４にはジンバル式の十字バネ
構造とするために４つの角孔５が穿設してあって、これ
らの角孔５によって残置された中央の十字部分が、薄板
バネ４の長手方向に沿って延びる第１の貼付部と、この
第１の貼付部と直交するように支持ピン３の軸線と平行
な方向に沿って延びる第２の貼付部とを有する本発明の
ゲージ貼付け部となる。そして、このゲージ取付け部の
第１の取付部に沿って第１歪ゲージ6Aが、また、これと
直交する第２の貼付部に沿って第２歪ゲージ6Bが貼設さ
れる。７は、これら歪ゲージ6A,6Bが交差するゲージ取
付け部の中央部に設けられた接触子である。また、8Aは
歪ゲージ6Aからの出力信号を取出す端子、8Bは歪ゲージ
6Bからの出力信号を取出す端子である。
２図はその関節センサーを関節部に取付けた状態を示
す。すなわち、関節センサー１は第２図に示すように、
アーム2Aと2Bとに跨ってその関節部に取付けられるもの
で、３はその関節部の回動支点をなす支点ピンである。
更に第１図において、４は関節センサー１の基体となる
薄板バネであり、薄板バネ４にはジンバル式の十字バネ
構造とするために４つの角孔５が穿設してあって、これ
らの角孔５によって残置された中央の十字部分が、薄板
バネ４の長手方向に沿って延びる第１の貼付部と、この
第１の貼付部と直交するように支持ピン３の軸線と平行
な方向に沿って延びる第２の貼付部とを有する本発明の
ゲージ貼付け部となる。そして、このゲージ取付け部の
第１の取付部に沿って第１歪ゲージ6Aが、また、これと
直交する第２の貼付部に沿って第２歪ゲージ6Bが貼設さ
れる。７は、これら歪ゲージ6A,6Bが交差するゲージ取
付け部の中央部に設けられた接触子である。また、8Aは
歪ゲージ6Aからの出力信号を取出す端子、8Bは歪ゲージ
6Bからの出力信号を取出す端子である。
そこで、このように構成した関節センサー１を、その
一方の端部に設けた取付け孔９によりアーム2Aに固定ね
じ11で固定し、他方の端部に設けた案内溝10にアーム2B
の案内ねじ12を摺動自在に嵌め合わすようになして、関
節の屈曲運動にともない関節センサー１をアーム2Bに沿
って曲率半径を保ちながらスライドさせるようにする。
一方の端部に設けた取付け孔９によりアーム2Aに固定ね
じ11で固定し、他方の端部に設けた案内溝10にアーム2B
の案内ねじ12を摺動自在に嵌め合わすようになして、関
節の屈曲運動にともない関節センサー１をアーム2Bに沿
って曲率半径を保ちながらスライドさせるようにする。
しかして、このとき関節の曲げ方向に発生する曲げ歪
を歪ゲージ6A,6Bによって検出し、関節角に変換する。
これをより詳細に説明すると、アーム2A,2Bが屈曲した
場合、薄板バネ４のゲージ取付け部も撓み、これに伴う
ゲージ取付け部の第１の貼付部の曲げ歪が第１の歪ゲー
ジ6Aにより検出され、同時に第２の貼付部の曲げ歪が第
２の歪ゲージ6Bにより検出される。
を歪ゲージ6A,6Bによって検出し、関節角に変換する。
これをより詳細に説明すると、アーム2A,2Bが屈曲した
場合、薄板バネ４のゲージ取付け部も撓み、これに伴う
ゲージ取付け部の第１の貼付部の曲げ歪が第１の歪ゲー
ジ6Aにより検出され、同時に第２の貼付部の曲げ歪が第
２の歪ゲージ6Bにより検出される。
ここで、歪ゲージ6Aによって検出される曲げ歪εａと
歪ゲージ6Bによって検出される曲げ歪εｂとの比εa/ε
ｂと、第１の歪ゲージ6Aによって検出される曲げ歪εａ
との間には、関節角θに関連して、第３図に示すような
規則性のあることが実験で確認されているので、これら
の３つをパラメータとする近似方程式を予め設定してお
くことにより、アーム2A,2Bの関節角θを高精度に求め
ることができる。
歪ゲージ6Bによって検出される曲げ歪εｂとの比εa/ε
ｂと、第１の歪ゲージ6Aによって検出される曲げ歪εａ
との間には、関節角θに関連して、第３図に示すような
規則性のあることが実験で確認されているので、これら
の３つをパラメータとする近似方程式を予め設定してお
くことにより、アーム2A,2Bの関節角θを高精度に求め
ることができる。
また、接触子７に負荷した荷重Ｆは、第１の歪ゲージ
6Aによって検出される曲げ歪εａと、第２の歪ゲージ6B
によって検出される曲げ歪εｂとから検出することがで
きる。
6Aによって検出される曲げ歪εａと、第２の歪ゲージ6B
によって検出される曲げ歪εｂとから検出することがで
きる。
第４図は、本関節センサーを小型カメラ駆動用マニピ
ュレータに適用した例を示す。このように、孔13の内部
に複数のアーム２を連結して構成したマニピュレータ14
を挿入し、小型カメラ15によって撮像する場合、外壁の
破壊やマニピュレータ14自体の自損を避けるため、関節
角だけでなく、各関節部にどの位の力が作用しているか
を検出する必要がある。しかし、従来は力覚センサーを
独立に複数個、装着しなければならなくなるため、マニ
ピュレータを長尺，細型にする場合、重量やスペースな
どの点で難しかった。本関節センサー１によれば、非常
に軽量，薄型であり、関節角と併用して力覚が検出でき
るので、このような条件下では特に有効である。
ュレータに適用した例を示す。このように、孔13の内部
に複数のアーム２を連結して構成したマニピュレータ14
を挿入し、小型カメラ15によって撮像する場合、外壁の
破壊やマニピュレータ14自体の自損を避けるため、関節
角だけでなく、各関節部にどの位の力が作用しているか
を検出する必要がある。しかし、従来は力覚センサーを
独立に複数個、装着しなければならなくなるため、マニ
ピュレータを長尺，細型にする場合、重量やスペースな
どの点で難しかった。本関節センサー１によれば、非常
に軽量，薄型であり、関節角と併用して力覚が検出でき
るので、このような条件下では特に有効である。
第５図は、ファクトリーオートメーションにおける作
業用ハンドに適用した例を示す。ここで、20は指部であ
り、連結された指部20の指関節部に関節センサー１を設
けるようにすればアームの小型化を図ることができ、微
細作業などが可能なハンドの実現が期待できる。ここ
で、21はハンドによって把持される被把持体である。
業用ハンドに適用した例を示す。ここで、20は指部であ
り、連結された指部20の指関節部に関節センサー１を設
けるようにすればアームの小型化を図ることができ、微
細作業などが可能なハンドの実現が期待できる。ここ
で、21はハンドによって把持される被把持体である。
なお、本関節センサーは他にも医療分野など、広い各
分野において適用することができるのはいうまでもな
い。
分野において適用することができるのはいうまでもな
い。
［発明の効果］ 以上述べてきたように、従来の回転型のセンサーで
は、重量が重く、あまり小型のものがない上に、回転軸
に取り付けて使用するため、スペース的に不利であるな
どの欠点があり、また、力覚を合わせて検出できるもの
が存在しないため、必要がある場合には別途、力覚セン
サーを装着しなければならず、重量の点でも使い勝手の
点でもさらに不利な条件になり、小型，細型マニピュレ
ータの実現には問題が多かった。
は、重量が重く、あまり小型のものがない上に、回転軸
に取り付けて使用するため、スペース的に不利であるな
どの欠点があり、また、力覚を合わせて検出できるもの
が存在しないため、必要がある場合には別途、力覚セン
サーを装着しなければならず、重量の点でも使い勝手の
点でもさらに不利な条件になり、小型，細型マニピュレ
ータの実現には問題が多かった。
これに対し、本発明によれば、厚さ0.2mm程度の薄い
板バネを基板弾性材としたシンプルな構造を採ることに
よって、例えば重さ約0.2gというように軽量化を実現す
ることができ、また、十字バネ構造の中央部に90゜の角
度差をもつように２方向に歪ゲージを貼付することによ
って、関節角と力覚の両方を同時に検出できるようにな
った。加えて、非常に薄型で、アームの外側に装着する
形態としたため、内部空間を有効に利用することがで
き、小型化，細型化，軽量化などが望まれるマニピュレ
ータやハンドに最適の関節センサーを提供することがで
きる。
板バネを基板弾性材としたシンプルな構造を採ることに
よって、例えば重さ約0.2gというように軽量化を実現す
ることができ、また、十字バネ構造の中央部に90゜の角
度差をもつように２方向に歪ゲージを貼付することによ
って、関節角と力覚の両方を同時に検出できるようにな
った。加えて、非常に薄型で、アームの外側に装着する
形態としたため、内部空間を有効に利用することがで
き、小型化，細型化，軽量化などが望まれるマニピュレ
ータやハンドに最適の関節センサーを提供することがで
きる。
第１図は、本発明関節センサーの構成の一例を示す斜視
図、 第２図は、本発明関節センサーをアーム間の１自由度関
節へ装着した例を示す側面図、 第３図は、その一方の歪ゲージの曲げ歪値εａ、その曲
げ歪値εａと他方の歪ゲージの曲げ歪値εｂとの比εa/
εｂおよび関節角度θの関係を実験によって求めた特性
曲線図、 第４図は、本発明を小型カメラ駆動用マニピュレータに
適用した例を模式的に示す側面図、 第５図は、本発明を作業用ハンドに適用した例を模式的
に示す側面図である。 １……関節センサー、 2,2A,2B……アーム、 ３……支点ピン、 ４……板ばね、 ５……角孔、 6A,6B……歪ゲージ、 ７……接触子、 ９……取付け孔、 10……案内溝、 11,12……ねじ、 14……マニピュレータ、 20……指部。
図、 第２図は、本発明関節センサーをアーム間の１自由度関
節へ装着した例を示す側面図、 第３図は、その一方の歪ゲージの曲げ歪値εａ、その曲
げ歪値εａと他方の歪ゲージの曲げ歪値εｂとの比εa/
εｂおよび関節角度θの関係を実験によって求めた特性
曲線図、 第４図は、本発明を小型カメラ駆動用マニピュレータに
適用した例を模式的に示す側面図、 第５図は、本発明を作業用ハンドに適用した例を模式的
に示す側面図である。 １……関節センサー、 2,2A,2B……アーム、 ３……支点ピン、 ４……板ばね、 ５……角孔、 6A,6B……歪ゲージ、 ７……接触子、 ９……取付け孔、 10……案内溝、 11,12……ねじ、 14……マニピュレータ、 20……指部。
Claims (1)
- 【請求項１】関節部を介して相互に一平面内で屈曲自在
に連結された一対の部材の一方に一端部が固定されると
共に他端部が前記一対の部材の他方に摺動可能に連結さ
れ、前記一対の部材の屈曲動作に追随して撓む板ばね
と、 この板ばねに形成された十字型のゲージ取付け部と、 このゲージ取付け部に相互に直交状態で貼付される第１
および第２の歪ゲージと、 前記ゲージ取付け部の中央部に突設される接触子と を具え、前記ゲージ取付け部は、前記板ばねの長手方向
に沿って延びて前記第１の歪ゲージが貼付される第１の
貼付部と、この第１の貼付部と直交するように前記関節
部の屈曲軸線と平行な方向に延びて前記第２の歪ゲージ
が貼付される第２の貼付部とを有し、 前記第１の歪ゲージによって検出される曲げ歪と前記第
２の歪ゲージによって検出される曲げ歪との比と、前記
第１の歪ゲージによって検出される曲げ歪とに基づいて
前記関節部の関節角を求める一方、前記第１の歪ゲージ
によって検出される曲げ歪と前記第２の歪ゲージによっ
て検出される曲げ歪とに基づいて前記接触子に負荷する
荷重を検出するようにしたことを特徴とする関節センサ
ー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62256393A JP2617489B2 (ja) | 1987-10-13 | 1987-10-13 | 関節センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62256393A JP2617489B2 (ja) | 1987-10-13 | 1987-10-13 | 関節センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01103281A JPH01103281A (ja) | 1989-04-20 |
| JP2617489B2 true JP2617489B2 (ja) | 1997-06-04 |
Family
ID=17292053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62256393A Expired - Fee Related JP2617489B2 (ja) | 1987-10-13 | 1987-10-13 | 関節センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2617489B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6169082B2 (ja) * | 2011-09-24 | 2017-07-26 | プレジデント・アンド・フェロウズ・オブ・ハーバード・カレッジ | 人工皮膚および弾性歪みセンサ |
| WO2014066300A1 (en) | 2012-10-27 | 2014-05-01 | President And Fellows Of Harvard College | Multi-axis force sensing soft artificial skin |
| JP5985384B2 (ja) * | 2012-12-27 | 2016-09-06 | トヨタテクニカルディベロップメント株式会社 | 作用力測定装置および作用力測定方法 |
| JP6457560B2 (ja) | 2017-01-06 | 2019-01-23 | ファナック株式会社 | 回転軸関節構造 |
| CN108326858B (zh) * | 2018-03-30 | 2024-03-29 | 中山市中科智能制造研究院有限公司 | 一种蛇形机械臂的姿态获取系统的使用方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58132484A (ja) * | 1982-01-27 | 1983-08-06 | 株式会社東芝 | マニプレ−タ |
| JPS60107737U (ja) * | 1983-12-26 | 1985-07-22 | オムロン株式会社 | 外力検出装置 |
-
1987
- 1987-10-13 JP JP62256393A patent/JP2617489B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01103281A (ja) | 1989-04-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |