JP3423090B2 - Operating force detector - Google Patents

Operating force detector

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JP3423090B2
JP3423090B2 JP30832494A JP30832494A JP3423090B2 JP 3423090 B2 JP3423090 B2 JP 3423090B2 JP 30832494 A JP30832494 A JP 30832494A JP 30832494 A JP30832494 A JP 30832494A JP 3423090 B2 JP3423090 B2 JP 3423090B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、操作力を相手機械に増
幅して伝えるパワーアシスト装置や、ハンドル操作によ
って相手機械の動作を制御するマスター・スレーブ制御
システム等において、操作力を検出して相手機械の制御
回路へ供給するための操作力検出装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention detects an operating force in a power assist device for amplifying and transmitting the operating force to a partner machine, a master / slave control system for controlling the operation of the partner machine by operating a steering wheel, and the like. The present invention relates to an operation force detection device for supplying to a control circuit of a partner machine.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ベッド上に横たわった患者を他の
ベッド等に移載するための移載介助装置が知られてお
り、斯種移載介助装置の制御システムにマスター・スレ
ーブ方式を導入することが検討されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a transfer assisting device for transferring a patient lying on a bed to another bed or the like is known, and a master / slave system is introduced into a control system for such transfer assisting device. It is under consideration.

【0003】マスター・スレーブ方式の移載介助装置に
おいては、介護者がマスターハンドを操作することによ
って、患者を運搬するための移載プレートが移動して、
患者をベッドから受け取り、或いは他のベッドへ移載す
る。マスターハンドの操作力は一般にロードセルを用い
て検出され、操作力に応じた駆動力が移載プレートに与
えられる。
In a master-slave type transfer assisting device, a transfer plate for carrying a patient is moved by a caregiver operating a master hand,
The patient is taken from the bed or transferred to another bed. The operating force of the master hand is generally detected by using a load cell, and a driving force corresponding to the operating force is applied to the transfer plate.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ロード
セルはその構造上、所定の1軸方向の作用力は正確に検
出出来るが、該1軸方向からずれた方向に力が作用した
場合には、作用力と検出信号の関係にヒステリシスが生
じて、所期の測定性能が得られない。特に、移載介助装
置に応用した場合は、ヒステリシスによって移載プレー
トが意図しない方向に移動して、極めて危険である。そ
こで従来は、作用力と検出信号の関係の零点付近に、制
御の不感帯を設けて、ヒステリシスの影響を回避してい
たが、これによって微妙な操作が困難となり、操作性が
低下する。
However, due to the structure of the load cell, the acting force in the predetermined uniaxial direction can be accurately detected, but when the force acts in a direction deviating from the uniaxial direction, Hysteresis occurs in the relationship between the force and the detection signal, and the desired measurement performance cannot be obtained. In particular, when applied to a transfer assistance device, the transfer plate moves in an unintended direction due to hysteresis, which is extremely dangerous. Therefore, conventionally, a dead zone of control is provided near the zero point of the relationship between the acting force and the detection signal to avoid the influence of hysteresis, but this makes delicate operation difficult and lowers operability.

【0005】本発明の目的は、操作力の作用方向が多少
ずれたとしても、不感帯を設けることなく、操作力に応
じた検出信号を相手機械へ供給することが出来る操作力
検出装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide an operating force detecting device capable of supplying a detection signal corresponding to the operating force to a partner machine without providing a dead zone even if the acting direction of the operating force is slightly deviated. That is.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明に係る操作力検出
装置は、ベース(11)上に、捩り作用軸(17)を一
端固定、他端回転自由に架設すると共に、該捩り作用軸
(17)の回転自由端部にはアーム(14)を介してハ
ンドル(16)を連結することにより、ハンドル(1
6)に対する操作力を捩り作用軸(17)に回転トルク
として作用させ、捩り作用軸(17)には、捩りに伴う
応力を検出するための力センサー(20)が取り付けら
れ、力センサー(20)の出力を測定回路(3)へ供給
して、ハンドル(16)に対して捩り作用軸(17)の
捩り方向へ作用する1軸方向の操作力を検出するもので
ある。
In the operating force detecting device according to the present invention, a torsion acting shaft (17) is erected on a base (11) so that one end is fixed and the other end is freely rotatable. By connecting the handle (16) to the free rotation end of (17) via the arm (14) , the handle (1
6) The operating force for the rotation torque is applied to the torsion acting shaft (17).
A force sensor (20) for detecting the stress caused by the twist is attached to the torsion acting shaft (17), and the output of the force sensor (20) is supplied to the measuring circuit (3) to handle the handle. The operation force in the uniaxial direction acting in the torsion direction of the torsion acting shaft (17) with respect to (16) is detected.

【0007】又、本発明に係る他の操作力検出装置は、
ベース(11)上に、捩り作用軸(17)を一端固定、他端自由
に架設すると共に、該捩り作用軸(17)の自由端部にはア
ーム(14)を介してハンドル(16)を連結し、捩り作用軸(1
7)には、捩りに伴う応力を検出するための力センサー(2
0)が取り付けられると共に、ハンドル(16)の近傍には、
ハンドル(16)に対する操作力の方向を転換する際に操作
すべき切換えスイッチ(4)が配備され、力センサー(20)
及び切換えスイッチ(4)の出力を測定回路(3)へ供給し
て、ハンドル(16)に対して捩り作用軸(17)の捩り方向へ
作用する2軸方向の操作力を検出するものである。
Further, another operating force detecting device according to the present invention is
The torsion acting shaft (17) is fixed on one end and erected at the other end on the base (11), and a handle (16) is attached to the free end of the torsion acting shaft (17) via an arm (14). Twist acting shaft (1
7) includes a force sensor (2
(0) is attached, and near the handle (16),
The changeover switch (4) to be operated when changing the direction of the operating force with respect to the handle (16) is provided, and the force sensor (20)
And the output of the change-over switch (4) is supplied to the measuring circuit (3) to detect the biaxial operation force acting on the handle (16) in the torsion direction of the torsion shaft (17). .

【0008】[0008]

【作用】上記第1の操作力検出装置においては、ハンド
ル(16)を把持して1軸方向(例えば水平方向)に操
作力を加えると、該操作力に応じた大きさのトルクが捩
り作用軸(17)の回転自由端部に作用して、該捩り作
用軸(17)には捩りによる応力が発生し、該応力は力
センサー(20)によって検出される。この際、操作力
の方向が僅かに変化したとしても、捩り作用軸(17)
回転自由端部は回転方向には全く拘束されていないの
で、力センサー(20)からは操作力に応じた大きさの
検出信号が出力され、操作力と検出信号の間にはヒステ
リシスは生じない。
In the first operation force detection device, when the handle (16) is gripped and an operation force is applied in one axial direction (for example, horizontal direction), a torque having a magnitude corresponding to the operation force is twisted. By acting on the free rotation end of the shaft (17), a stress due to torsion is generated in the torsion acting shaft (17), and the stress is detected by the force sensor (20). At this time, even if the direction of the operating force slightly changes, the torsion acting shaft (17)
Because of the rotation free end is not at all restricted to the direction of rotation, from the force sensor (20) is output detection signal of a magnitude corresponding to the operating force, occurs hysteresis between the operation force and the detection signal Absent.

【0009】力センサー(20)の出力は測定回路(3)に供
給されて、ハンドル(16)に作用する操作力に応じた信号
に変換された後、相手機械を動作させるための信号とし
て、相手機械の制御回路へ出力される。この結果、相手
機械は、操作力に応じた動作を行なう。
The output of the force sensor (20) is supplied to the measuring circuit (3) and converted into a signal corresponding to the operating force acting on the handle (16), and then as a signal for operating the other machine, Output to the control circuit of the partner machine. As a result, the partner machine operates according to the operating force.

【0010】又、上記第2の操作力検出装置において
は、ハンドル(16)に対し、例えば互いに直交する2軸方
向(水平方向及び垂直方向)の内、何れか一方の方向へ選
択的に作用力が加えられる。操作力の方向を切り換える
際には、切換えスイッチ(4)が操作され、その出力が測
定回路(3)へ供給される。これによって、測定回路(3)
は、力センサー(20)からの信号が何れの方向についての
操作力検出信号であるかを判別する。
In the second operation force detecting device, the handle 16 is selectively actuated in either one of two axial directions (horizontal direction and vertical direction) orthogonal to each other. Power is added. When changing the direction of the operating force, the changeover switch (4) is operated and the output thereof is supplied to the measuring circuit (3). This makes the measurement circuit (3)
Determines in which direction the signal from the force sensor (20) is an operation force detection signal.

【0011】各作用方向における操作力の検出動作は上
記第1の操作力検出装置と全く同様であって、操作力と
検出信号の間にはヒステリシスは生じない。同様に力セ
ンサー(20)の出力は測定回路(3)に供給されて、ハンド
ル(16)に作用する操作力に応じた信号に変換された後、
相手機械を動作させるための信号として、相手機械の制
御回路へ出力される。この結果、相手機械は、切換えス
イッチの切換え及び操作力に応じた動作を行なう。
The operation of detecting the operating force in each acting direction is exactly the same as that of the first operating force detecting device, and no hysteresis occurs between the operating force and the detection signal. Similarly, the output of the force sensor (20) is supplied to the measuring circuit (3) and converted into a signal corresponding to the operating force acting on the handle (16),
The signal is output to the control circuit of the partner machine as a signal for operating the partner machine. As a result, the partner machine operates according to the change of the changeover switch and the operating force.

【0012】[0012]

【発明の効果】本発明に係る操作力検出装置によれば、
ハンドルに対する操作力の作用方向が多少変化したとし
ても、操作力と検出信号の間にヒステリシスは生じない
ので、制御の不感帯を設けることなく、相手機械を微妙
にコントロールすることが出来る。
According to the operation force detecting device of the present invention,
Even if the operating direction of the operating force on the steering wheel changes a little, hysteresis does not occur between the operating force and the detection signal, so that the partner machine can be delicately controlled without providing a dead zone for control.

【0013】[0013]

【実施例】先ず、本発明に係る操作力検出機構(1)の基
本的な構成につき、図面に沿って具体的に説明する。図
1に示す操作力検出機構(1)において、ベース(11)上に
は、一対の支持板(12)(13)が立設されており、両支持板
(12)(13)の間に、円筒状の捩り作用軸(17)が架設されて
いる。該捩り作用軸(17)の両端部には、アーム(14)(15)
を介して、ハンドル(16)が連結されている。尚、捩り作
用軸(17)はアルミニウム製であって、厚さ0.5mmの
薄肉に形成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the basic structure of the operating force detection mechanism (1) according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In the operating force detection mechanism (1) shown in FIG. 1, a pair of support plates (12) and (13) are erected on a base (11), and both support plates are provided.
A cylindrical torsion acting shaft (17) is provided between (12) and (13). Arms (14) and (15) are attached to both ends of the torsion shaft (17).
The handle (16) is connected via. The torsion shaft (17) is made of aluminum and has a thin thickness of 0.5 mm.

【0014】図2に示す様に、捩り作用軸(17)の右端部
(17a)は、支持板(12)に嵌めた軸受(18)によって回転自
由に支持されているのに対し、左端部(17b)は支持板(1
3)に固定されている。又、右側のアーム(14)の基端部
は、捩り作用軸(17)の右端部(17a)に固定されているの
に対し、左側のアーム(15)の基端部は、支持板(13)の側
部(13a)に嵌めた軸受(19)によって回転自由に支持され
ている。
As shown in FIG. 2, the right end of the torsion acting shaft (17).
(17a) is rotatably supported by a bearing (18) fitted in the support plate (12), while the left end (17b) is supported by the support plate (1).
It is fixed to 3). Also, the base end of the right arm (14) is fixed to the right end (17a) of the torsion shaft (17), whereas the base end of the left arm (15) is a support plate ( It is rotatably supported by a bearing (19) fitted to the side portion (13a) of 13).

【0015】2本のアーム(14)(15)は図3の如く45度
の傾斜で伸びており、ハンドル(16)に対して、水平方向
の操作力Fが加えられると、捩り作用軸(17)には、操作
力Fとアームの垂直高さLの積(F×L)の大きさのトル
クTが作用することになる。
The two arms (14) and (15) extend at an angle of 45 degrees as shown in FIG. 3, and when a horizontal operating force F is applied to the handle (16), the torsion acting shaft ( A torque T having a magnitude (F × L), which is the product of the operating force F and the vertical height L of the arm, acts on 17).

【0016】本実施例では、上記トルクTを検出するた
めに、4枚の歪ゲージからなる力センサー(20)を採用し
ている。即ち、捩り作用軸(17)の外周面には、図1に示
す様に2枚のアクティブゲージ(2)(21)を45度の傾斜
角度で互いに交差させて貼り付けると共に、ベース(11)
の上面には、温度補償用の2枚のダミーゲージ(22)(23)
を貼り付けて、力センサー(20)を構成している。該力セ
ンサー(20)は測定回路(3)へ接続される。該測定回路
(3)は、回路基板(31)上に、信号処理回路(32)及び入出
力コネクター(33)(34)を配置して構成されている。
In the present embodiment, in order to detect the torque T, a force sensor (20) consisting of four strain gauges is adopted. That is, as shown in FIG. 1, two active gauges (2) and (21) are attached to the outer peripheral surface of the torsion shaft (17) so as to intersect each other at an inclination angle of 45 degrees, and the base (11).
Two dummy gauges (22) (23) for temperature compensation on the upper surface of
Is attached to form a force sensor (20). The force sensor (20) is connected to the measuring circuit (3). The measuring circuit
(3) is configured by arranging a signal processing circuit (32) and input / output connectors (33, 34) on a circuit board (31).

【0017】図4は、信号処理回路(32)の具体的構成を
表わしている。上記4枚の歪ゲージ(2)(21)(22)(23)は
図示の如くブリッジ回路を構成しており、該ブリッジ回
路に対して、電圧調整器(36)から所定の電圧が印加され
る。アクティブゲージ(2)(21)が変形することによって
ブリッジ回路に発生する電圧は、差動アンプ(35)で増幅
された後、ローパスフィルター(37)を経てノイズが除去
された上、センサー出力Sとして後段回路へ供給され
る。尚、力センサー(20)と信号処理回路(32)を接続する
4本の信号線にはシールド(38)を施して、ノイズの影響
を可及的に低減させている。
FIG. 4 shows a specific configuration of the signal processing circuit (32). The four strain gauges (2), (21), (22) and (23) form a bridge circuit as shown in the figure, and a predetermined voltage is applied to the bridge circuit from the voltage regulator (36). It The voltage generated in the bridge circuit due to the deformation of the active gauges (2) and (21) is amplified by the differential amplifier (35), the noise is removed through the low pass filter (37), and the sensor output S Is supplied to the subsequent circuit. The four signal lines connecting the force sensor (20) and the signal processing circuit (32) are shielded (38) to reduce the influence of noise as much as possible.

【0018】ここで、捩り作用軸(17)にトルクTが作用
することによって、アクティブゲージに生じる歪εと、
捩り作用軸(17)に作用する剪断応力τの間には、下記数
1の関係式が成り立つ。ここで、Eは縦弾性係数、νは
ポアソン比である。
Here, the strain ε generated in the active gauge due to the torque T acting on the torsion acting shaft (17),
The relational expression of the following mathematical formula 1 is established between the shear stresses τ acting on the torsion action axis (17). Here, E is the longitudinal elastic modulus, and ν is the Poisson's ratio.

【0019】[0019]

【数1】τ=εE/(1+ν) 又、捩り作用軸(17)の極断面係数をZpとすると、下記
数2が成り立つ。ここで、d1、d2は夫々、捩り作用軸
(17)の内径、外径である
[Formula 1] τ = εE / (1 + ν) Further, when the polar section coefficient of the torsion action axis (17) is Zp, the following formula 2 is established. Where d 1 and d 2 are the torsion acting axes, respectively.
The inner and outer diameters of (17)

【数2】T=τ・Zp =τ・(π/16)・(d2 4−d1 4/d2)[Expression 2] T = τ · Zp = τ · (π / 16) · (d 2 4 −d 1 4 / d 2 )

【0020】従って、上記力センサー(20)により剪断応
力τを測定することによって、上記数2からトルクTを
導出することが出来、該トルクTから図3に示す操作力
Fが算出されるのである。
Therefore, by measuring the shear stress τ by the force sensor (20), the torque T can be derived from the above equation 2, and the operating force F shown in FIG. 3 is calculated from the torque T. is there.

【0021】図5は、操作力Fとセンサー出力Sの関係
を実測してグラフ化したものである。測定は、操作力F
=0を中心にして増大方向及び減少方向に変動させて、
その過程で得られるセンサー出力Sをサンプリングし
た。図5から明らかな様に、操作力の増大方向における
センサー出力の変化と減少方向におけるセンサー出力の
変化とは殆ど重なっており、ヒステリシスは発生してい
ない。
FIG. 5 is a graph obtained by actually measuring the relationship between the operating force F and the sensor output S. Measure the operating force F
It is changed in the increasing and decreasing directions around = 0,
The sensor output S obtained in the process was sampled. As is clear from FIG. 5, the change in the sensor output in the increasing direction of the operating force and the change in the sensor output in the decreasing direction almost overlap with each other, and no hysteresis occurs.

【0022】上記操作力検出機構(1)においては、ハン
ドル(16)に対する操作力Fが捩り作用軸(17)に回転トル
クとして作用し、該捩り作用軸(17)は自由端部が軸受(1
8)に支持されると共に、捩り方向以外の変位が完全に拘
束されているため、力センサー(20)には、捩り作用軸(1
7)の捩りによる歪のみが加わる。従って、センサー出力
Sは、操作力Fの大きさを正確に反映することとなり、
精度の高い力検出が行なうことが出来る。
In the operation force detecting mechanism (1), the operation force F applied to the handle (16) acts on the torsion acting shaft (17) as a rotational torque, and the torsion acting shaft (17) has a bearing at its free end. 1
Since the force sensor (20) is supported by 8) and displacements other than the torsional direction are completely restrained, the force sensor (20) has
Only the distortion due to the twist of 7) is added. Therefore, the sensor output S accurately reflects the magnitude of the operating force F,
Highly accurate force detection can be performed.

【0023】次に、図6に示す如く水平駆動機構(61)及
び垂直駆動機構(62)からなる2軸駆動装置(6)に、本発
明の操作力検出機構(1)を応用した例について説明す
る。2軸駆動装置(6)は例えば患者の移載介助装置を水
平方向及び垂直方向の2軸方向に駆動するために用いら
れ、その際の介護者の操作力が操作力検出機構(1)によ
って検出される。2軸駆動装置(6)の動作は、マイクロ
コンピュータ等からな制御回路(5)によって制御されて
いる。
Next, an example in which the operating force detecting mechanism (1) of the present invention is applied to a two-axis driving device (6) consisting of a horizontal driving mechanism (61) and a vertical driving mechanism (62) as shown in FIG. explain. The biaxial drive device (6) is used, for example, to drive a patient transfer assisting device in the biaxial directions of the horizontal direction and the vertical direction, and the operation force of the caregiver at that time is detected by the operation force detection mechanism (1). To be detected. The operation of the biaxial drive device (6) is controlled by a control circuit (5) such as a microcomputer.

【0024】垂直駆動機構(62)は垂直軸モータ(65)の駆
動によって垂直方向に動作し、水平駆動機構(61)全体を
昇降移動させるものである。又、水平駆動機構(61)は水
平軸モータ(63)の駆動によって水平方向に動作し、該水
平駆動機構(61)の出力部に、移載介助装置の移載プレー
ト(図示省略)が連結される。これによって、移載プレー
トは水平及び垂直の2軸方向に駆動されることになる。
The vertical drive mechanism (62) operates in the vertical direction by the drive of the vertical axis motor (65), and vertically moves the entire horizontal drive mechanism (61). Further, the horizontal drive mechanism (61) operates in the horizontal direction by the drive of the horizontal shaft motor (63), and the transfer plate (not shown) of the transfer assist device is connected to the output part of the horizontal drive mechanism (61). To be done. As a result, the transfer plate is driven in the horizontal and vertical biaxial directions.

【0025】水平駆動機構(61)には水平軸モータ(63)の
回転量を計数するためのロータリエンコーダ(64)が取り
付けられ、垂直駆動機構(62)には垂直軸モータ(65)の回
転量を計数するためのロータリエンコーダ(66)が取り付
けられている。両ロータリエンコーダ(64)(66)から得ら
れるカウンター値は、インタフェース(54)を経て制御回
路(5)へ入力される。
A rotary encoder (64) for counting the rotation amount of the horizontal axis motor (63) is attached to the horizontal drive mechanism (61), and a rotation of the vertical axis motor (65) is attached to the vertical drive mechanism (62). A rotary encoder (66) for counting the quantity is attached. Counter values obtained from both rotary encoders (64) and (66) are input to the control circuit (5) via the interface (54).

【0026】操作力検出機構(1)は、水平駆動機構(61)
上に配置されており、その基本的な構成は上述したとお
りであるが、水平駆動機構(61)及び垂直駆動機構(62)の
何れを動作させるかを選択するために、図1中に鎖線で
示す様にアーム(14)の上端部に切換えスイッチ(4)が取
り付けられている。該切換えスイッチ(4)は、例えばハ
ンドル(16)に水平方向の操作力をかけて、上記水平駆動
機構(61)を動作させるときにはOFF状態とし、ハンド
ル(16)に垂直方向の操作力をかけて、上記垂直駆動機構
(62)を動作させるときにはON状態とする。切換えスイ
ッチ(4)からのON/OFF信号Cはインタフェース(5
2)を経て、制御回路(5)へ入力される。
The operating force detection mechanism (1) is a horizontal drive mechanism (61).
It is arranged above, and its basic configuration is as described above, but in order to select which of the horizontal drive mechanism (61) and the vertical drive mechanism (62) to operate, the chain line in FIG. As shown by, a changeover switch (4) is attached to the upper end of the arm (14). The change-over switch (4) is, for example, in the OFF state when a horizontal operating force is applied to the handle (16) and the horizontal drive mechanism (61) is operated, and a vertical operating force is applied to the handle (16). The above vertical drive mechanism
When operating (62), turn it on. The ON / OFF signal C from the change-over switch (4) is the interface (5
It is input to the control circuit (5) via 2).

【0027】操作力検出機構(1)の力センサー(20)には
上述の測定回路(3)が接続されており、該測定回路(3)
からのセンサー出力Sは、インタフェース(53)を経て制
御回路(5)へ入力される。
The above-mentioned measuring circuit (3) is connected to the force sensor (20) of the operating force detecting mechanism (1), and the measuring circuit (3) is connected.
The sensor output S from is input to the control circuit (5) via the interface (53).

【0028】水平駆動機構(61)の水平軸モータ(63)及び
垂直駆動機構(62)の垂直軸モータ(65)には夫々、モータ
ドライバー(8)(9)が接続されている。これらのモータ
ドライバー(8)(9)は、制御回路(5)からインタフェー
ス(55)を通じて供給される指令値に応じて、各モータに
対する駆動電流を発生する。
Motor drivers (8) and (9) are connected to the horizontal axis motor (63) of the horizontal drive mechanism (61) and the vertical axis motor (65) of the vertical drive mechanism (62), respectively. These motor drivers (8) and (9) generate drive currents for the respective motors according to the command value supplied from the control circuit (5) through the interface (55).

【0029】斯くして、操作力検出機構(1)の力センサ
ー(20)及び測定回路(3)によって検出された操作力に基
づき、2軸駆動装置(6)の水平軸モータ(63)或いは垂直
軸モータ(65)についての制御目標値(目標位置)が作成さ
れ、ロータリエンコーダ(64)(65)によって検出されたモ
ータ(63)(65)の実際の位置と目標位置との偏差に応じ
て、モータドライバー(8)(9)に対する指令値が作成さ
れて、切換えスイッチ(4)の操作で選ばれた一方のモー
タ(63)(65)が駆動されるのである。
Thus, based on the operating force detected by the force sensor (20) of the operating force detecting mechanism (1) and the measuring circuit (3), the horizontal axis motor (63) of the two-axis driving device (6) or A control target value (target position) for the vertical axis motor (65) is created, and depending on the deviation between the actual position of the motor (63) (65) and the target position detected by the rotary encoders (64) (65). Then, a command value for the motor drivers (8) and (9) is created, and one of the motors (63) and (65) selected by operating the changeover switch (4) is driven.

【0030】上記2軸駆動装置(6)用の操作力検出機構
(1)においては、図7(A)に示す様にハンドル(16)に水
平方向の操作力Fhをかけて、水平駆動機構(61)を動作
させる場合、該操作力のアーム(14)(15)と平行な分力f
tは打ち消されるが、これと垂直な分力fpはアーム(14)
(15)を回転させる力となって、捩り作用軸(17)にトルク
Tを作用させる。この場合、制御回路(5)は、測定回路
(3)からのセンサー出力Sに基づいて、前記数2からト
ルクTを導出し、更に該トルクTから操作力Fhを算出
する。
Operating force detection mechanism for the above-mentioned two-axis drive device (6)
In (1), when the horizontal drive mechanism (61) is operated by applying a horizontal operating force Fh to the handle (16) as shown in FIG. 7 (A), the arm (14) ( 15) component force parallel to f
Although t is canceled out, the component force fp perpendicular to this is the arm (14).
A torque T acts on the torsion shaft 17 as a force for rotating the shaft 15. In this case, the control circuit (5) is the measurement circuit
Based on the sensor output S from (3), the torque T is derived from the equation 2, and the operating force Fh is calculated from the torque T.

【0031】又、切換えスイッチ(4)をONとした上、
図7(B)に示す様にハンドル(16)に垂直方向の操作力F
vをかけて、垂直駆動機構(62)を動作させる場合、該操
作力のアーム(14)(15)と平行な分力ftは打ち消される
が、これと垂直な分力fpはアーム(14)(15)を回転させ
る力となって、捩り作用軸(17)にトルクTを作用させ
る。この場合、制御回路(5)は、測定回路(3)からのセ
ンサー出力Sに基づいて、前記数2からトルクTを導出
し、更に該トルクTから操作力Fvを算出する。
Further, after turning on the changeover switch (4),
As shown in Fig. 7 (B), the vertical operation force F is applied to the handle (16).
When the vertical drive mechanism (62) is actuated by applying v, the component force ft of the operating force parallel to the arms (14) and (15) is canceled, but the component force fp perpendicular to this is the arm force (14). A torque T acts on the torsion shaft 17 as a force for rotating the shaft 15. In this case, the control circuit (5) derives the torque T from the equation 2 based on the sensor output S from the measuring circuit (3), and further calculates the operating force Fv from the torque T.

【0032】図8は、制御回路(5)による制御手続きを
表わしている。先ずステップS1にて、力センサーから
得られるトルクデータをサンプリングする。ステップS
2では、前記切換えスイッチ(4)の操作によって垂直方
向の駆動が選択されたか否かを判断し、NOの場合はス
テップS3へ移行し、YESの場合はステップS6へ移
行する。
FIG. 8 shows a control procedure by the control circuit (5). First, in step S1, torque data obtained from the force sensor is sampled. Step S
At 2, it is judged whether or not the vertical drive is selected by the operation of the changeover switch (4). If NO, the process proceeds to step S3, and if YES, the process proceeds to step S6.

【0033】ステップS3では、前述の如くトルクデー
タから水平方向の力Fhを計算し、更にステップ4に
て、水平軸モータ(63)のドライバー(8)への指令値を計
算し、ステップS5にて、計算された指令値をドライバ
ー(8)へ出力する。
In step S3, the horizontal force Fh is calculated from the torque data as described above, and in step 4, the command value to the driver (8) of the horizontal axis motor (63) is calculated, and then in step S5. Then, the calculated command value is output to the driver (8).

【0034】一方、ステップS6では、トルクデータか
ら垂直方向の力Fvを計算し、更にステップ7にて、垂
直軸モータ(65)のドライバー(9)への指令値を計算し、
ステップS8にて、計算された指令値をドライバー(9)
へ出力する。
On the other hand, in step S6, the vertical force Fv is calculated from the torque data, and in step 7, the command value to the driver (9) of the vertical axis motor (65) is calculated.
In step S8, the driver (9) uses the calculated command value.
Output to.

【0035】上記操作力検出機構(1)は従来のロードセ
ルによる操作力検出方式に比べて小形化が可能であるば
りでなく、操作力の方向が所定の水平方向或いは垂直方
向からずれた場合にも、ヒステリシスを生じることな
く、操作力に応じたセンサー出力が得られる。即ち、操
作力検出機構(1)のハンドル(16)にかけられた力は、捩
り作用軸(17)に対する捩り方向の分力が全く拘束を受け
ることなく、捩り作用軸(17)に回転力として作用し、力
センサー(20)によって捩り作用軸(17)の捩りに伴う剪断
応力が検出されるのに対し、アーム(14)(15)に沿う方向
の力成分はベース(11)上の軸受(18)(19)等によって完全
に受け止められ、力センサー(20)に作用することはな
い。従って、力センサー(20)は、操作力の大きさ及び作
用方向に拘わらず、図5の如く操作力に比例した大きさ
の出力信号Sを発するのである。
The operating force detecting mechanism (1) is not limited to the conventional operating force detecting system using a load cell, but is used when the operating force is deviated from a predetermined horizontal or vertical direction. Also, the sensor output according to the operating force can be obtained without causing hysteresis. That is, the force exerted on the handle (16) of the operating force detection mechanism (1) is a rotational force applied to the torsion acting shaft (17) without any restriction of the component force in the torsion direction with respect to the torsion acting shaft (17). Acting, the force sensor (20) detects the shear stress due to the torsion of the torsion axis (17), whereas the force component in the direction along the arms (14) (15) is the bearing on the base (11). It is completely received by (18) (19) and does not act on the force sensor (20). Therefore, the force sensor (20) issues an output signal S of a magnitude proportional to the operating force as shown in FIG. 5, regardless of the magnitude of the operating force and the acting direction.

【0036】又、図6に示す切換えスイッチ(4)を具え
た操作力検出機構(1)によれば、2軸駆動装置(6)に対
する2軸方向の操作力を共通の1つの力センサー(20)に
よって検出することが出来、2つのロードセルを配備せ
ねばならない従来装置に比べて、小形化、軽量化を図る
ことが出来る。
Further, according to the operating force detecting mechanism (1) having the changeover switch (4) shown in FIG. 6, the operating force in the biaxial directions with respect to the biaxial driving device (6) is shared by one force sensor ( It can be detected by 20), and can be made smaller and lighter than the conventional device that requires two load cells.

【0037】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。
The above description of the embodiments is for explaining the present invention and should not be construed to limit the invention described in the claims or to limit the scope thereof. The configuration of each part of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made within the technical scope described in the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る操作力検出機構の外観を示す斜視
図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance of an operating force detection mechanism according to the present invention.

【図2】操作力検出機構の一部破断正面図である。FIG. 2 is a partially cutaway front view of an operating force detection mechanism.

【図3】操作力検出機構に作用する力及びトルクを説明
する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a force and a torque that act on an operating force detection mechanism.

【図4】信号処理回路の構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a signal processing circuit.

【図5】操作力とセンサー出力の関係を表わすグラフで
ある。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between operating force and sensor output.

【図6】操作力検出機構を2軸駆動装置に応用した例の
構成を表わすブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an example in which an operating force detection mechanism is applied to a biaxial drive device.

【図7】ハンドルに対する2軸方向の操作力と、それに
よって発生するトルクの関係を説明する図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a relationship between an operating force on the handle in two axial directions and a torque generated thereby.

【図8】制御回路の制御手続きを表わすフローチャート
である。
FIG. 8 is a flowchart showing a control procedure of a control circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(1) 操作力検出機構 (11) ベース (14)(15) アーム (16) ハンドル (17) 捩り作用軸 (20) 力センサー (2)(21) アクティブゲージ (22)(23) ダミーゲージ (3) 測定回路 (4) 切換えスイッチ (1) Operating force detection mechanism (11) Base (14) (15) Arm (16) Handle (17) Torsion acting axis (20) Force sensor (2) (21) Active gauge (22) (23) Dummy gauge (3) Measuring circuit (4) Changeover switch

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ベース(11)上に、捩り作用軸(1
7)を一端固定、他端回転自由に架設すると共に、該捩
り作用軸(17)の回転自由端部にはアーム(14)を
介してハンドル(16)を連結することにより、ハンド
ル(16)に対する操作力を捩り作用軸(17)に回転
トルクとして作用させ、捩り作用軸(17)には、捩り
に伴う応力を検出するための力センサー(20)が取り
付けられ、力センサー(20)の出力を測定回路(3)
へ供給して、ハンドル(16)に対して捩り作用軸(1
7)の捩り方向へ作用する1軸方向の操作力を検出する
ことを特徴とする捜査力検出装置。
1. A torsion acting shaft (1) is provided on a base (11).
7) is fixed at one end and is rotatably installed at the other end, and a handle (16) is connected to the free rotation end of the twisting shaft (17) via an arm (14).
Rotate the operating force for the lever (16) on the torsion axis (17)
A force sensor (20) is attached to the torsion acting shaft (17) to detect the stress caused by the twist, and the output of the force sensor (20) is measured by a measuring circuit (3).
To the handle (16) and the torsion acting shaft (1
7) An investigative force detection device characterized by detecting an operation force in a uniaxial direction acting in the twist direction.
【請求項2】 ベース(11)上に、捩り作用軸(17)を一端
固定、他端自由に架設すると共に、該捩り作用軸(17)の
自由端部にはアーム(14)を介してハンドル(16)を連結
し、捩り作用軸(17)には、捩りに伴う応力を検出するた
めの力センサー(20)が取り付けられると共に、ハンドル
(16)の近傍には、ハンドル(16)に対する操作力の方向を
転換する際に操作すべき切換えスイッチ(4)が配備さ
れ、力センサー(20)及び切換えスイッチ(4)の出力を測
定回路(3)へ供給して、ハンドル(16)に対して捩り作用
軸(17)の捩り方向へ作用する2軸方向の操作力を検出す
ることを特徴とする操作力検出装置。
2. A torsion acting shaft (17) is fixed on one end and is freely erected on the other end on a base (11), and an arm (14) is provided at a free end of the torsion acting shaft (17). The handle (16) is connected, and a force sensor (20) for detecting the stress caused by the twist is attached to the torsion acting shaft (17) and the handle is also attached.
A changeover switch (4) to be operated when changing the direction of the operating force with respect to the handle (16) is provided in the vicinity of (16), and the output of the force sensor (20) and the changeover switch (4) is measured. An operation force detecting device characterized in that it is supplied to (3) and detects an operation force in two axial directions acting on a handle (16) in a torsion direction of a torsion acting shaft (17).
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