JP3627028B2 - 力／トルクセンサ校正方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、力／トルクセンサ（ロードセル）の校正方法及び装置に係り、特に図４に示すような、基礎構体１に取り付けられて宇宙環境中で用いられる作業用ロボットマニピュレータ用力／トルクセンサの地上での校正に適する、力／トルクセンサ校正方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙用マニピュレータ用力／トルクセンサは、例えば図５に示すように、軸部４０を中心にして軸方向に隙間８をおいて並列配置された同一形状の２個の環状体１１，１２と、環状体１１，１２の内周面と前記軸部４０の間に放射状に４個所に配置されて両者を結合する弾性片７’，７”と、各弾性片７’，７”の軸線にほぼ直交する方向の面に貼られたひずみゲージ９と、各弾性片７’，７”の軸線にほぼ平行する方向の面に貼られたひずみゲージ１０と、を含んで構成されている。環状体１１，１２の軸方向端面は軸線に直交する平面をなしており、この端面がマニピュレータへの取付け面となっている。
【０００３】
この力／トルクセンサが使用される宇宙用マニピュレータの例を図４に示す。図示の宇宙用マニピュレータは、基礎構体１に一端を固定され他端に中心軸（Ｚ軸）を中心として回転させる筒状部を備えたアクチュエータ２ａと、アクチュエータ２ａの前記筒状部外周面に一端を固定され他端に中心軸（Ｙ軸）を中心として回転する筒状部を備えたアクチュエータ２ｂと、アクチュエータ２ｂの前記筒状部外周面に一端を固定されたブーム３ａと、ブーム３ａの他端に固定されてＹ軸に直交する直線を中心として関節状に回転するアクチュエータ２ｃと、アクチュエータ２ｃに一端を結合されたブーム３ｂと、ブーム３ｂに外周面を結合させた筒状のアクチュエータ２ｄと、アクチュエータ２ｄの軸方向端部に力／トルクセンサ４を介して結合されたチャック５と、を含んで構成されている。図４は、チャック５がワーク６を把持した状態を示している。
【０００４】
力／トルクセンサ４は、環状体１１を駆動側（アクチュエータ２ｄ側）に、環状体１２を作業側（チャック５側）に締結し、その間に働く三軸方向軸力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，曲げ力Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６成分を、弾性片７’，７”に貼ったひずみゲージ９，１０の出力から読み取る方法を取っている。従来のこの力／トルクセンサの地上での校正には、図６に示すように、力／トルクセンサ４の一端を台１６に締結し、他端を治具１３に、治具締結用ねじ１４で締結し、おもり１５’，１５”によって、それぞれの方向の軸力Ｆ，曲げ力Ｍを加えていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
宇宙空間のような無重力状態（微重力状態を含む）においては、作業用マニピュレータが動作していない場合には、力／トルクセンサ４には力がかからない。したがって、力／トルクセンサ４に力がかかっていない状態、つまり負荷０を検出することが重要になり、負荷０での力／トルクセンサの校正を行っておく必要がある。
【０００６】
この従来の校正装置により地上で力／トルクセンサの校正を行う場合の問題点は、まず軸力Ｆについては、治具１３とセンサ４の一部（以下、治具１３等という）の重量が必ずかかるため、負荷０近傍の校正が不可能であること、又、曲げ力（トルク）Ｍについては、曲げ力Ｍのみを独立して与えることができず、必ず軸力Ｆと重畳して与えられてしまい、曲げ力（トルク）Ｍのみの成分の校正が不可能であることであった。
【０００７】
図６に示す従来の方法を図７を参照して説明する。図７は、力／トルクセンサ４に加わる重力方向の軸力Ｆを横軸に、図上時計周り方向のトルクＭを縦軸に、それぞれとって示す図で、力／トルクセンサ４に加わる荷重状態を表している。図６に示されるように、取付け台１６に固定された図５に示す形状の力／トルクセンサ４には、治具１３（おもり台１３’，１３”を含む）が装着され、おもり台１３’，１３”におもりが乗せられていない場合でも、治具１３の重量が力／トルクセンサ４に加わっている。また、力／トルクセンサ４の重量のほぼ１／２も歪ゲージに負荷されている。治具１３の重量と力／トルクセンサ４の重量の１／２の合計をｗ0とする。図７の点ａが、このおもり台１３’，１３”におもりが乗せられていない状態での力／トルクセンサ４の負荷状態を示している。すなわち、トルクＭは零で、軸力Ｆがｗ0である。この状態からおもり台１３’におもりを乗せ、その量を順次増やしていくと、力／トルクセンサ４に加わる軸力とトルクは、特性線３０ａに沿って、両者ともにおもりの量に応じて次第に増加していく。点ａの状態から、おもり台１３”におもりを乗せ、その量を順次増やしていくと、力／トルクセンサ４に加わる軸力とトルクは、特性線３０ｃに沿って変化し、軸力Ｆは先の場合と同様に増加していくが、トルクは逆方向のトルク（−Ｍ）が次第に増加する。
【０００８】
点ａの状態から、おもり台１３’，１３”それぞれに同量ｗ１のおもりをのせると、点ｂの状態となる。点ｂの状態からさらに、おもり台１３’におもりを追加していくと、荷重状態は特性線３０ｂに沿って変化し、軸力ＦとトルクＭはともに増加していく。逆に、点ｂの状態からおもり台１３’のおもりを取り去っていくと、荷重状態は点ｂから点ｃに向かって特性線３０ｂに沿って変化する。おもり台１３’のおもりが無くなった状態が点ｃの状態である。点ｃの状態から、さらに、おもり台１３’から取り去ったおもりをおもり台１３”に追加していくと、荷重状態は、点ｃから点ｅに向かって特性線３０ｃに沿って変化する。おもり台１３’に乗っていたおもりの全量ｗ１がおもり台１３”に移された状態が点ｅの状態である。すなわち、おもり台１３’からすこしずつおもりをおもり台１３”に移すと、荷重状態は特性線３０ｄに沿って、点ｂから点ｅに向かって変化する。逆に、点ｂの状態からおもり台１３”のおもりをすこしずつおもり台１３’に移すと、荷重状態は特性線３０ｄに沿って、点ｂから点ｄに向かって変化するのである。
【０００９】
したがって、おもり台１３’のおもり１５’あるいはおもり台１３”のおもり１５”を増減することにより力／トルクセンサ４に曲げ力（トルク）Ｍを負荷できるが、この場合、図７の特性線３０ａ〜３０ｃに示すごとく、それにつれて軸力Ｆも変動する。特性線３０ｄの場合は軸力Ｆは一定ではあるが、０にはできない。
【００１０】
図７から明らかなように、従来の装置では、治具の自重があるかぎり、特性線が存在するのは図の点ａよりも右側の領域であり、このため、軸力Ｆを０にすることはできないし、軸力Ｆを０にしたままトルクＭのみの独立した校正を行うことも当然ながらできない。
【００１１】
本発明は、宇宙等の無重力環境で用いられる力／トルクセンサの０点近傍における校正を地上で可能にすることを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成する本発明の第１の手段は、軸力と曲げ力のいずれか一方もしくは双方を検出する力／トルクセンサを取付け台に固定し、該力／トルクセンサに装着した治具を介して既知の荷重をおもりにより負荷して校正を行う力／トルクセンサ校正装置において、前記力／トルクセンサは、一対の環状体が軸部を中心にして軸方向に間隔をおいて配置され各環状体と前記軸部との間に放射状にセンサ本体を配設して形成され、前記治具は、前記環状体と同心に締結される円板と、該円板の中心を挟んで対称に、かつ据付状態で軸線が水平になるように前記円板の側面に突出させて固着された一対の荷重負荷軸とを有し、該荷重負荷軸の荷重作用点を前記力／トルクセンサの中心に対して対称の位置に設けて形成され、前記力／トルクセンサの軸力と曲げ力のいずれか一方もしくは双方の負荷０状態を作り出す荷重を、重力の方向と逆の方向にてこもしくは滑車を用いて前記荷重負荷軸の荷重作用点に加える補正荷重負荷手段を設けてなり、重力の影響を排除した状態での前記力トルクセンサの校正を可能にしたことを特徴とする。
【００１３】
上記の課題を達成する本発明の第２の手段は、上記第１の手段において、前記力／トルクセンサが、軸力として直交３軸成分、曲げ力を直交三軸成分の合計６軸成分を独立して検出する６軸センサであり、前記取付け台が、力／トルクセンサを固定したとき、前記直交３軸のうちの１軸が重力の方向と一致する取付け面と、他の１軸が重力の方向と一致する取付け面の少なくとも二つの取付け面を有してなることを特徴とする。
【００１４】
上記の課題を達成する本発明の第３の手段は、上記第１または第２の手段において、補正荷重負荷手段が、取付け台に固定された力／トルクセンサの中心を挟んで互いに対称の位置に配置され下部を前記治具の力／トルクセンサの中心を挟んで互いに対称となる位置に係合させた一対の吊り材と、一端に前記一対の吊り材のうちの一つを吊り下げ、他端に前記おもりをのせるおもり台を吊り下げ、中央部の支点で天秤状に支持された第１のてこと、一端に前記一対の吊り材のうちの他の一つを吊り下げ、他端に前記おもりをのせる他のおもり台を吊り下げ、中央部の支点で天秤状に支持された第２のてこと、前記第１、第２のてこを前記支点で支持する一対の支点座と、を含んで構成されていることを特徴とする。
【００１５】
上記の課題を達成する本発明の第４の手段は、軸力と曲げ力のいずれか一方もしくは双方を検出する力／トルクセンサを取付け台に固定し、該力／トルクセンサに装着した治具を介して既知の荷重をおもりにより負荷して校正を行う力／トルクセンサの校正方法において、前記力／トルクセンサを、一対の環状体が軸部を中心にして軸方向に間隔をおいて配置され各環状体と前記軸部との間に放射状にセンサ本体を配設して形成し、前記治具を、前記環状体と同心に締結される部材と、該部材の中心を挟んで対称に、かつ据付状態で軸線が水平になるように前記部材に突出させて固着された一対の荷重負荷軸とを有し、該荷重負荷軸の荷重作用点を前記力／トルクセンサの中心に対して対称の位置に設けて形成し、前記力／トルクセンサの軸力と曲げ力のいずれか一方もしくは双方の負荷０状態を作り出す荷重を、重力の方向と逆の方向にてこもしくは滑車を用いて前記荷重負荷軸の荷重作用点に加える手順を含んでなり、重力の影響を排除した状態での前記力トルクセンサの校正を可能にしたことを特徴とする。
【００１６】
上記の課題を達成する本発明の第５の手段は、前記力／トルクセンサの軸力と曲げ力のいずれか一方もしくは双方の負荷０状態を作り出した後、軸力の直交３軸成分、及び曲げ力の直交３軸成分を各独立に負荷して校正を行うことを特徴とする。
【００１７】
無重力状態で作業を行う作業用マニピュレータに用いられる力／トルクセンサの校正を、通常の重力状態である地上で、上記第４、第５の手段を適用して行うことにより、上記の課題を達成することができる。
【００１８】
治具及び力／トルクセンサ（以下、治具等という）の重量の影響による力／トルクセンサの０点のずれを防ぐためには、その重量と等価な補正のための負荷をてこもしくは滑車により重力の方向と反対方向に加えることにより達成する。また、６軸成分を完全に独立して校正するためには、各軸成分ともにそれぞれ補正のための負荷を加えた状態でセンサとしてのゼロ点が得られる状態にしておくことにより、各成分とも正方向、負方向自由に与えることが可能になり、これにより、各軸方向とも重畳しない独立した校正が可能となる。
【００１９】
治具の重量をキャンセルするために例えばてこを利用して重力と反対方向の負荷をかける。例えば図１に示す治具１３等の重量は、第１のてこ１７’，第２のてこ１７”を介して、それぞれ治具１３等の重量の１／２に相当するおもり１８’，１８”を重力の方向と反対方向に治具１３に負荷することによって力／トルクセンサに加わらないようにできる。この方法によってゼロ点近傍の校正を可能とすると同時に、６軸各方向の校正を各々独立して行なえる。図１に示す如く、治具１３等の重量に相当するおもり１８’，１８”の存在により、この軸力Ｆ＝０の状態のままで、おもり１８’を増し、その分おもり１８”を減らす、あるいはその反対によって、図３の特性線３１の如く、軸力Ｆ＝０でトルクＭのみを変化させて校正できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の第１の実施例を図１により説明する。図１に示す力／トルクセンサ校正装置は、据付け面３５に設置される台板３２ａと、台板３２ａのほぼ中央に固定され上端に力／トルクセンサ４が固定される水平な取付け面を備えた取付け台である力／トルクセンサ校正用ベース（以下、校正用ベースという）１６と、校正用ベース１６に中心を合わせて固定された力／トルクセンサ４の上面（環状体１１もしくは１２）に治具締結用ねじ１４で環状体１１と同心に締結される円板１３ａと、円板１３ａの側面に円板１３ａの中心を挟んで対称に、かつ、据付け状態で軸線が水平になるように円板１３ａの側面に突出するように固着された一対の荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃと、台板３２ａに校正用ベース１６の中心を挟んで対称の位置に固着され上端部にそれぞれナイフエッジを備えた支点座３２ｂ，３２ｃと、中央部下面に断面三角形の溝状の切り込みを備え前記荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの軸線の延長線の上方にかつ該軸線と平行に配置され前記溝状の切り込みの底部を前記支点座３２ｂ，３２ｃ上端のナイフエッジに支持されかつ校正用ベース１６側の端部が対応する前記荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの端部上方に位置した天秤状の第１、第２のてこ１７’，１７”と、上部に下向きのナイフエッジを、下部に上向きのナイフエッジを、それぞれ備え、上部のナイフエッジを前記てこ１７’，１７”の校正用ベース１６側の端部上面に形成された断面三角形の溝状の切り込み底部（負荷点）に係合させて吊り下げられ下部のナイフエッジを前記荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの端部下面に形成された断面三角形の溝状の切り込みに係合させた一対の吊り材３３ａ，３３ｂと、上部に下向きのナイフエッジを、下部におもり受け３４ａ’，３４ｂ’をそれぞれ備え、上部のナイフエッジを前記第１、第２のてこ１７’，１７”の校正用ベース１６と反対の側の端部上面に形成された断面三角形の溝状の切り込み底部（荷重点）に係合させて吊り下げられた一対のおもり台３４ａ，３４ｂと、を含んで構成されている。
【００２１】
荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの端部下面に形成された断面三角形の溝状の切り込みの溝長手方向中心線（溝底部をなす断面三角形の頂点の線、以下同じ）、第１、第２のてこ１７’，１７”の上面及び下面に形成された断面三角形の溝状の切り込みの溝長手方向中心線、及び支点座３２ｂ，３２ｃ上端のナイフエッジの刃先の線は、図１に示すように装置を組み立てた状態で互いに平行で、荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの軸線に垂直である。また、前記吊り材３３ａ，３３ｂの上部と下部に形成されたナイフエッジの刃先の線も互いに平行で、上部と下部のナイフエッジの刃先の間隔は、図１に示すように装置を組み立てた状態で、てこ１７’，１７”がほぼ水平になる距離に設定してある。
【００２２】
てこ１７’，１７”の校正用ベース１６側の端部上面に形成された断面三角形の溝状の切り込みの溝長手方向中心線（負荷点）は、図１に示すように装置を組み立てた状態で、荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの端部下面に形成された断面三角形の溝状の切り込みの長手方向中心線の鉛直上方に位置し、従って、吊り材３３ａ，３３ｂの軸線は図１に示す組立て状態では、鉛直（重力の方向）になっている。
【００２３】
円板１３ａ、治具締結用ねじ１４及び荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃを含んで治具１３が構成され、図１に示すように組み立てられた状態で、治具１３の重心は、力／トルクセンサ４の中心線上にある。また、荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの下面に形成された前記断面三角形の溝状の切り込みの長手方向中心線は力／トルクセンサ４の中心に対して対称の位置になっている。
【００２４】
第１、第２のてこ１７’，１７”と、これらてこに吊り下げられる吊り材３３ａ，３３ｂおよびおもり台３４ａ，３４ｂと、てこ１７’，１７”を支持する支点座３２ｂ，３２ｃと、を含んで補正荷重負荷手段が構成されている。てこ１７’，１７”の中央下面の断面三角形の切り込みの底部が支点１９’，１９”をなし、支点１９’から前記荷重点２０’までの距離、支点１９”から前記荷重点２０”までの距離、支点１９’から前記負荷点２１’までの距離、支点１９”から前記負荷点２１”までの距離、は、同じにしてある。そして、荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃがない状態で吊り材３３ａ，３３ｂを負荷点２１’，２１”に、おもりが乗せられていないおもり台３４ａ，３４ｂを荷重点２０’，２０”にそれぞれ吊り下げ、支点１９’，１９”で支持されたてこ１７’，１７”は、両側の重量がちょうどバランスして水平になるように、各部材の重量が配分されている。
【００２５】
図１は、図５に示す力／トルクセンサ４のＺ軸方向（図の上下方向、つまり力／トルクセンサ４の軸線方向）の軸力Ｆｚと、Ｘ軸（紙面に垂直な方向、つまり力／トルクセンサ４の環状体１１の軸線方向端面に平行する方向）のまわりに回転させる方向の曲げモーメント（トルク）Ｍｘの校正をしている状態を示す（Ｚ軸方向、Ｘ軸方向に直交する方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸のまわりに回転させる方向の曲げモーメントをＭｙ、Ｚ軸のまわりに回転させる方向の曲げモーメントをＭｚとする）。
【００２６】
てこ１７’，１７”の支点１９’，１９”から負荷点２１’，２１”までの距離と、支点１９’，１９”から荷重点２０’，２０”までの距離を等しくとることにより、治具１３の重量及び力トルクセンサの重量の１／２の合計に相当する重量ｗ０の半分ずつの重量ｗ０／２のおもり１８’，１８”をおもり台３４ａ，３４ｂにかければ、おもり１８’，１８”に加わる重力は、てこ１７’，１７”を介して荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃに重力の方向と反対方向に加わり、結果的に力／トルクセンサ４に加わる負荷、Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙは全て０にすることができる。図１に示す状態では、力／トルクセンサ４に加わる水平方向の力Ｆｘ，ＦｙおよびトルクＭｚは０であるから、軸力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，及びトルクＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚがすべて０の状態（負荷０状態）を作り出せる。
【００２７】
この負荷０状態からおもり台３４ａ，３４ｂの双方に、既知の等しい重さのおもりを加えあるいは減らしていけば、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ，を０のままで、Ｆｚのみを変化させて校正を行うことができる。又、前記負荷０状態から、ある既知の重さのおもりをおもり台３４ａ’に加え、同じ重さのおもりをおもり台３４ｂ’から減らす、あるいはその逆の操作を行うことによってＦｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｙ，Ｍｚを０に維持したまま、Ｍｘのみを変化させて校正できる。図３の特性線３１がこの状態を示している。原点ｏがおもり台３４ａ，３４ｂの双方に、それぞれ重さｗ０／２のおもりが乗せられた負荷０状態を示し、点ｆが負荷０状態からおもり台３４ａのおもりをすべて取り去った状態、点ｇがおもり台３４ａから取り去ったおもりをおもり台３４ｂに乗せた状態である。
【００２８】
もちろん、おもり台３４ａ，３４ｂのおもりの増減をそれぞれ独立して調節することにより、Ｆｚ，Ｍｘを任意の数値に複合して与えて校正することができる。
【００２９】
軸力Ｆｚを０の状態に維持して負荷することのできるＭｘの最大値（図３の点ｇにおけるトルクＭｘの値）は、前記負荷０状態から、おもり台３４ａからおもり台３４ｂに（あるいはその逆に）移されるおもりの量、すなわち治具１３等の重量に相当するおもりの量に制限される。したがって、Ｍｘをそれより大きい値で校正する場合には、治具１３に重心位置を変えないようにして余分の重量を付加して治具１３等の見かけの重量を増加させ、この見かけの重量の１／２に相当する重さのおもり１８’，１８”をおもり台３４ａ’，３４ｂ’にのせて負荷０状態を作り出せばよい。
【００３０】
トルクＭｙを校正する場合は、一旦治具１３を力／トルクセンサ４から取外し、力／トルクセンサ４を校正用ベース１６から外して水平に９０度回転させて校正用ベース１６へ再び取付け、治具１３を再度取付けて同様に校正を行えばよい。
【００３１】
なお、図１に示す装置では、てこ１７’，１７”の軸線は荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの軸線と平行になっているが、必ずしも平行でなくてある角度をなしていてもよい。例えばてこ１７’，１７”を、その軸線が荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの軸線に直交するように配置してもよい。但しその場合、吊り材３３ａ，３３ｂの上部のナイフエッジの刃先線の方向を下部の刃先線の方向と平行でなく、てこ１７’，１７”の軸線に垂直な方向とするのが望ましい。
【００３２】
また、支点と荷重点の距離を支点と負荷点の距離に等しく設定するのが望ましいが、かならずしも等距離でなくてもよい。
【００３３】
図２は、本発明の第２の実施例を示す。本実施例と前記第１の実施例との相違点は、校正用ベース１６の力／トルクセンサ４が固定される取付け面が鉛直面であること、荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃに形成されている断面三角形の溝状の切り込みの溝長手方向中心線が、円板１３ａの力／トルクセンサに対向する面に対して垂直であること、であり、他の構成は前記第１の実施例と同じである。
【００３４】
図２は、Ｘ軸方向（あるいはＹ軸方向）の軸力Ｆｘ（あるいはＦｙ）とＺ軸方向の曲げモーメント（トルク）Ｍｚの校正をしている状態を示す。前記第１の実施例の場合と全く同様に、治具１３等の重量の半分に相当する重量をおもり台３４ａ，３４ｂそれぞれに乗せることで力／トルクセンサ４の負荷０状態を作り出すことができ、軸力Ｆｘ（あるいはＦｙ）とＺ軸方向の曲げモーメント（トルク）Ｍｚの各成分を、０点近傍を含めて任意の値に負荷して校正できる。この図１と図２の状態での校正により、力／トルクセンサ４の６軸方向全ての負荷Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚに対して各成分ごとに、独立して（他の成分が０の状態で）校正できる。
【００３５】
上記第１、第２の実施例においては、治具１３に重力の方向と反対の方向におもり１８’，１８”の重量を負荷するために、てこ１７’，１７”を用いて力の方向を反転したが、てこの代わりに、支点１９’，１９”を回転中心とする滑車を設け、吊り材３３ａ，ｂ上部を前記滑車にかけた丈夫な線でおもり台３４ａ，ｂの上部に連結して装置を構成してもよい。滑車を用いる場合は、回転軸の軸受に例えば気体軸受を用いる等の、摩擦を減らすための配慮をするのが望ましい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、おもりを用いた力／トルクセンサの校正において、治具等の重量がセンサに加わるのを防いで、負荷ゼロの点の近傍の校正ができるため、宇宙用マニピュレータに用いる力／トルクセンサの如く、重力の全くない状態でのゼロ点近傍の正確な校正が必要な場合に良く対応できることとなる。又、各軸ともに独立して校正できるため、六軸もある力／トルクセンサにおいても、正確な校正表をすみやかに作成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の力／トルクセンサ校正装置の正面図である。
【図２】本発明の第２の実施例の力／トルクセンサ校正装置の正面図である。
【図３】図４に示す本発明の実施例を用いた場合の校正荷重負荷時の負荷状態特性を示す概念図である。
【図４】力／トルクセンサの取り付けられている宇宙用マニピュータの斜視図である。
【図５】宇宙用マニピュータで使う力／トルクセンサの例を示す斜視図である。
【図６】従来の力／トルクセンサ校正装置の例を示す正面図である。
【図７】従来の校正装置を用いた場合の校正荷重負荷時の負荷状態特性を示す概念図である。
【符号の説明】
１ 基礎構体（宇宙マニピュータ用ベース）
２ａ〜２ｄ 宇宙マニピュレータ用のアクチュエータ
３ａ，３ｂ 宇宙マニピュータ用のブーム
４ 力／トルクセンサ
５ チャック
６ ワーク
７’，７” 弾性片
８ すき間
９ Ｆｘ，Ｍｙ，Ｆｚ検出用ひずみゲージ
１０ Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｚ検出用ひずみゲージ
１１ 力／トルクセンサの駆動側締結端の環状体
１２ 力／トルクセンサの作業側締結端の環状体
１３ 力／トルクセンサ校正用の治具
１３’，１３” 台
１３ａ 円板
１３ｂ，１３ｃ 荷重負荷軸
１４ 治具締結用ねじ
１５，１８ 力／トルクセンサ校正用おもり
１６ 力／トルクセンサ校正用ベース
１７’ 力／トルクセンサ校正用の第１のてこ
１７” 力／トルクセンサ校正用の第２のてこ
１９’，１９” てこ支点
２０’，２０” てこ荷重点
２１’，２１” てこ負荷点
３０ａ〜３０ｄ 従来型校正装置での負荷状態の例を示す特性線
３１ 本発明校正装置での負荷状態の例を示す特性線
３２ａ 台板
３２ｂ，３２ｃ 支点座
３３ａ，３３ｂ 吊り材
３４ａ，３４ｂ おもり台
３４ａ’，３４ｂ’ おもり受け
３５ 据付け面
【発明の属する技術分野】
本発明は、力／トルクセンサ（ロードセル）の校正方法及び装置に係り、特に図４に示すような、基礎構体１に取り付けられて宇宙環境中で用いられる作業用ロボットマニピュレータ用力／トルクセンサの地上での校正に適する、力／トルクセンサ校正方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙用マニピュレータ用力／トルクセンサは、例えば図５に示すように、軸部４０を中心にして軸方向に隙間８をおいて並列配置された同一形状の２個の環状体１１，１２と、環状体１１，１２の内周面と前記軸部４０の間に放射状に４個所に配置されて両者を結合する弾性片７’，７”と、各弾性片７’，７”の軸線にほぼ直交する方向の面に貼られたひずみゲージ９と、各弾性片７’，７”の軸線にほぼ平行する方向の面に貼られたひずみゲージ１０と、を含んで構成されている。環状体１１，１２の軸方向端面は軸線に直交する平面をなしており、この端面がマニピュレータへの取付け面となっている。
【０００３】
この力／トルクセンサが使用される宇宙用マニピュレータの例を図４に示す。図示の宇宙用マニピュレータは、基礎構体１に一端を固定され他端に中心軸（Ｚ軸）を中心として回転させる筒状部を備えたアクチュエータ２ａと、アクチュエータ２ａの前記筒状部外周面に一端を固定され他端に中心軸（Ｙ軸）を中心として回転する筒状部を備えたアクチュエータ２ｂと、アクチュエータ２ｂの前記筒状部外周面に一端を固定されたブーム３ａと、ブーム３ａの他端に固定されてＹ軸に直交する直線を中心として関節状に回転するアクチュエータ２ｃと、アクチュエータ２ｃに一端を結合されたブーム３ｂと、ブーム３ｂに外周面を結合させた筒状のアクチュエータ２ｄと、アクチュエータ２ｄの軸方向端部に力／トルクセンサ４を介して結合されたチャック５と、を含んで構成されている。図４は、チャック５がワーク６を把持した状態を示している。
【０００４】
力／トルクセンサ４は、環状体１１を駆動側（アクチュエータ２ｄ側）に、環状体１２を作業側（チャック５側）に締結し、その間に働く三軸方向軸力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，曲げ力Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６成分を、弾性片７’，７”に貼ったひずみゲージ９，１０の出力から読み取る方法を取っている。従来のこの力／トルクセンサの地上での校正には、図６に示すように、力／トルクセンサ４の一端を台１６に締結し、他端を治具１３に、治具締結用ねじ１４で締結し、おもり１５’，１５”によって、それぞれの方向の軸力Ｆ，曲げ力Ｍを加えていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
宇宙空間のような無重力状態（微重力状態を含む）においては、作業用マニピュレータが動作していない場合には、力／トルクセンサ４には力がかからない。したがって、力／トルクセンサ４に力がかかっていない状態、つまり負荷０を検出することが重要になり、負荷０での力／トルクセンサの校正を行っておく必要がある。
【０００６】
この従来の校正装置により地上で力／トルクセンサの校正を行う場合の問題点は、まず軸力Ｆについては、治具１３とセンサ４の一部（以下、治具１３等という）の重量が必ずかかるため、負荷０近傍の校正が不可能であること、又、曲げ力（トルク）Ｍについては、曲げ力Ｍのみを独立して与えることができず、必ず軸力Ｆと重畳して与えられてしまい、曲げ力（トルク）Ｍのみの成分の校正が不可能であることであった。
【０００７】
図６に示す従来の方法を図７を参照して説明する。図７は、力／トルクセンサ４に加わる重力方向の軸力Ｆを横軸に、図上時計周り方向のトルクＭを縦軸に、それぞれとって示す図で、力／トルクセンサ４に加わる荷重状態を表している。図６に示されるように、取付け台１６に固定された図５に示す形状の力／トルクセンサ４には、治具１３（おもり台１３’，１３”を含む）が装着され、おもり台１３’，１３”におもりが乗せられていない場合でも、治具１３の重量が力／トルクセンサ４に加わっている。また、力／トルクセンサ４の重量のほぼ１／２も歪ゲージに負荷されている。治具１３の重量と力／トルクセンサ４の重量の１／２の合計をｗ0とする。図７の点ａが、このおもり台１３’，１３”におもりが乗せられていない状態での力／トルクセンサ４の負荷状態を示している。すなわち、トルクＭは零で、軸力Ｆがｗ0である。この状態からおもり台１３’におもりを乗せ、その量を順次増やしていくと、力／トルクセンサ４に加わる軸力とトルクは、特性線３０ａに沿って、両者ともにおもりの量に応じて次第に増加していく。点ａの状態から、おもり台１３”におもりを乗せ、その量を順次増やしていくと、力／トルクセンサ４に加わる軸力とトルクは、特性線３０ｃに沿って変化し、軸力Ｆは先の場合と同様に増加していくが、トルクは逆方向のトルク（−Ｍ）が次第に増加する。
【０００８】
点ａの状態から、おもり台１３’，１３”それぞれに同量ｗ１のおもりをのせると、点ｂの状態となる。点ｂの状態からさらに、おもり台１３’におもりを追加していくと、荷重状態は特性線３０ｂに沿って変化し、軸力ＦとトルクＭはともに増加していく。逆に、点ｂの状態からおもり台１３’のおもりを取り去っていくと、荷重状態は点ｂから点ｃに向かって特性線３０ｂに沿って変化する。おもり台１３’のおもりが無くなった状態が点ｃの状態である。点ｃの状態から、さらに、おもり台１３’から取り去ったおもりをおもり台１３”に追加していくと、荷重状態は、点ｃから点ｅに向かって特性線３０ｃに沿って変化する。おもり台１３’に乗っていたおもりの全量ｗ１がおもり台１３”に移された状態が点ｅの状態である。すなわち、おもり台１３’からすこしずつおもりをおもり台１３”に移すと、荷重状態は特性線３０ｄに沿って、点ｂから点ｅに向かって変化する。逆に、点ｂの状態からおもり台１３”のおもりをすこしずつおもり台１３’に移すと、荷重状態は特性線３０ｄに沿って、点ｂから点ｄに向かって変化するのである。
【０００９】
したがって、おもり台１３’のおもり１５’あるいはおもり台１３”のおもり１５”を増減することにより力／トルクセンサ４に曲げ力（トルク）Ｍを負荷できるが、この場合、図７の特性線３０ａ〜３０ｃに示すごとく、それにつれて軸力Ｆも変動する。特性線３０ｄの場合は軸力Ｆは一定ではあるが、０にはできない。
【００１０】
図７から明らかなように、従来の装置では、治具の自重があるかぎり、特性線が存在するのは図の点ａよりも右側の領域であり、このため、軸力Ｆを０にすることはできないし、軸力Ｆを０にしたままトルクＭのみの独立した校正を行うことも当然ながらできない。
【００１１】
本発明は、宇宙等の無重力環境で用いられる力／トルクセンサの０点近傍における校正を地上で可能にすることを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成する本発明の第１の手段は、軸力と曲げ力のいずれか一方もしくは双方を検出する力／トルクセンサを取付け台に固定し、該力／トルクセンサに装着した治具を介して既知の荷重をおもりにより負荷して校正を行う力／トルクセンサ校正装置において、前記力／トルクセンサは、一対の環状体が軸部を中心にして軸方向に間隔をおいて配置され各環状体と前記軸部との間に放射状にセンサ本体を配設して形成され、前記治具は、前記環状体と同心に締結される円板と、該円板の中心を挟んで対称に、かつ据付状態で軸線が水平になるように前記円板の側面に突出させて固着された一対の荷重負荷軸とを有し、該荷重負荷軸の荷重作用点を前記力／トルクセンサの中心に対して対称の位置に設けて形成され、前記力／トルクセンサの軸力と曲げ力のいずれか一方もしくは双方の負荷０状態を作り出す荷重を、重力の方向と逆の方向にてこもしくは滑車を用いて前記荷重負荷軸の荷重作用点に加える補正荷重負荷手段を設けてなり、重力の影響を排除した状態での前記力トルクセンサの校正を可能にしたことを特徴とする。
【００１３】
上記の課題を達成する本発明の第２の手段は、上記第１の手段において、前記力／トルクセンサが、軸力として直交３軸成分、曲げ力を直交三軸成分の合計６軸成分を独立して検出する６軸センサであり、前記取付け台が、力／トルクセンサを固定したとき、前記直交３軸のうちの１軸が重力の方向と一致する取付け面と、他の１軸が重力の方向と一致する取付け面の少なくとも二つの取付け面を有してなることを特徴とする。
【００１４】
上記の課題を達成する本発明の第３の手段は、上記第１または第２の手段において、補正荷重負荷手段が、取付け台に固定された力／トルクセンサの中心を挟んで互いに対称の位置に配置され下部を前記治具の力／トルクセンサの中心を挟んで互いに対称となる位置に係合させた一対の吊り材と、一端に前記一対の吊り材のうちの一つを吊り下げ、他端に前記おもりをのせるおもり台を吊り下げ、中央部の支点で天秤状に支持された第１のてこと、一端に前記一対の吊り材のうちの他の一つを吊り下げ、他端に前記おもりをのせる他のおもり台を吊り下げ、中央部の支点で天秤状に支持された第２のてこと、前記第１、第２のてこを前記支点で支持する一対の支点座と、を含んで構成されていることを特徴とする。
【００１５】
上記の課題を達成する本発明の第４の手段は、軸力と曲げ力のいずれか一方もしくは双方を検出する力／トルクセンサを取付け台に固定し、該力／トルクセンサに装着した治具を介して既知の荷重をおもりにより負荷して校正を行う力／トルクセンサの校正方法において、前記力／トルクセンサを、一対の環状体が軸部を中心にして軸方向に間隔をおいて配置され各環状体と前記軸部との間に放射状にセンサ本体を配設して形成し、前記治具を、前記環状体と同心に締結される部材と、該部材の中心を挟んで対称に、かつ据付状態で軸線が水平になるように前記部材に突出させて固着された一対の荷重負荷軸とを有し、該荷重負荷軸の荷重作用点を前記力／トルクセンサの中心に対して対称の位置に設けて形成し、前記力／トルクセンサの軸力と曲げ力のいずれか一方もしくは双方の負荷０状態を作り出す荷重を、重力の方向と逆の方向にてこもしくは滑車を用いて前記荷重負荷軸の荷重作用点に加える手順を含んでなり、重力の影響を排除した状態での前記力トルクセンサの校正を可能にしたことを特徴とする。
【００１６】
上記の課題を達成する本発明の第５の手段は、前記力／トルクセンサの軸力と曲げ力のいずれか一方もしくは双方の負荷０状態を作り出した後、軸力の直交３軸成分、及び曲げ力の直交３軸成分を各独立に負荷して校正を行うことを特徴とする。
【００１７】
無重力状態で作業を行う作業用マニピュレータに用いられる力／トルクセンサの校正を、通常の重力状態である地上で、上記第４、第５の手段を適用して行うことにより、上記の課題を達成することができる。
【００１８】
治具及び力／トルクセンサ（以下、治具等という）の重量の影響による力／トルクセンサの０点のずれを防ぐためには、その重量と等価な補正のための負荷をてこもしくは滑車により重力の方向と反対方向に加えることにより達成する。また、６軸成分を完全に独立して校正するためには、各軸成分ともにそれぞれ補正のための負荷を加えた状態でセンサとしてのゼロ点が得られる状態にしておくことにより、各成分とも正方向、負方向自由に与えることが可能になり、これにより、各軸方向とも重畳しない独立した校正が可能となる。
【００１９】
治具の重量をキャンセルするために例えばてこを利用して重力と反対方向の負荷をかける。例えば図１に示す治具１３等の重量は、第１のてこ１７’，第２のてこ１７”を介して、それぞれ治具１３等の重量の１／２に相当するおもり１８’，１８”を重力の方向と反対方向に治具１３に負荷することによって力／トルクセンサに加わらないようにできる。この方法によってゼロ点近傍の校正を可能とすると同時に、６軸各方向の校正を各々独立して行なえる。図１に示す如く、治具１３等の重量に相当するおもり１８’，１８”の存在により、この軸力Ｆ＝０の状態のままで、おもり１８’を増し、その分おもり１８”を減らす、あるいはその反対によって、図３の特性線３１の如く、軸力Ｆ＝０でトルクＭのみを変化させて校正できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の第１の実施例を図１により説明する。図１に示す力／トルクセンサ校正装置は、据付け面３５に設置される台板３２ａと、台板３２ａのほぼ中央に固定され上端に力／トルクセンサ４が固定される水平な取付け面を備えた取付け台である力／トルクセンサ校正用ベース（以下、校正用ベースという）１６と、校正用ベース１６に中心を合わせて固定された力／トルクセンサ４の上面（環状体１１もしくは１２）に治具締結用ねじ１４で環状体１１と同心に締結される円板１３ａと、円板１３ａの側面に円板１３ａの中心を挟んで対称に、かつ、据付け状態で軸線が水平になるように円板１３ａの側面に突出するように固着された一対の荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃと、台板３２ａに校正用ベース１６の中心を挟んで対称の位置に固着され上端部にそれぞれナイフエッジを備えた支点座３２ｂ，３２ｃと、中央部下面に断面三角形の溝状の切り込みを備え前記荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの軸線の延長線の上方にかつ該軸線と平行に配置され前記溝状の切り込みの底部を前記支点座３２ｂ，３２ｃ上端のナイフエッジに支持されかつ校正用ベース１６側の端部が対応する前記荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの端部上方に位置した天秤状の第１、第２のてこ１７’，１７”と、上部に下向きのナイフエッジを、下部に上向きのナイフエッジを、それぞれ備え、上部のナイフエッジを前記てこ１７’，１７”の校正用ベース１６側の端部上面に形成された断面三角形の溝状の切り込み底部（負荷点）に係合させて吊り下げられ下部のナイフエッジを前記荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの端部下面に形成された断面三角形の溝状の切り込みに係合させた一対の吊り材３３ａ，３３ｂと、上部に下向きのナイフエッジを、下部におもり受け３４ａ’，３４ｂ’をそれぞれ備え、上部のナイフエッジを前記第１、第２のてこ１７’，１７”の校正用ベース１６と反対の側の端部上面に形成された断面三角形の溝状の切り込み底部（荷重点）に係合させて吊り下げられた一対のおもり台３４ａ，３４ｂと、を含んで構成されている。
【００２１】
荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの端部下面に形成された断面三角形の溝状の切り込みの溝長手方向中心線（溝底部をなす断面三角形の頂点の線、以下同じ）、第１、第２のてこ１７’，１７”の上面及び下面に形成された断面三角形の溝状の切り込みの溝長手方向中心線、及び支点座３２ｂ，３２ｃ上端のナイフエッジの刃先の線は、図１に示すように装置を組み立てた状態で互いに平行で、荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの軸線に垂直である。また、前記吊り材３３ａ，３３ｂの上部と下部に形成されたナイフエッジの刃先の線も互いに平行で、上部と下部のナイフエッジの刃先の間隔は、図１に示すように装置を組み立てた状態で、てこ１７’，１７”がほぼ水平になる距離に設定してある。
【００２２】
てこ１７’，１７”の校正用ベース１６側の端部上面に形成された断面三角形の溝状の切り込みの溝長手方向中心線（負荷点）は、図１に示すように装置を組み立てた状態で、荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの端部下面に形成された断面三角形の溝状の切り込みの長手方向中心線の鉛直上方に位置し、従って、吊り材３３ａ，３３ｂの軸線は図１に示す組立て状態では、鉛直（重力の方向）になっている。
【００２３】
円板１３ａ、治具締結用ねじ１４及び荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃを含んで治具１３が構成され、図１に示すように組み立てられた状態で、治具１３の重心は、力／トルクセンサ４の中心線上にある。また、荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの下面に形成された前記断面三角形の溝状の切り込みの長手方向中心線は力／トルクセンサ４の中心に対して対称の位置になっている。
【００２４】
第１、第２のてこ１７’，１７”と、これらてこに吊り下げられる吊り材３３ａ，３３ｂおよびおもり台３４ａ，３４ｂと、てこ１７’，１７”を支持する支点座３２ｂ，３２ｃと、を含んで補正荷重負荷手段が構成されている。てこ１７’，１７”の中央下面の断面三角形の切り込みの底部が支点１９’，１９”をなし、支点１９’から前記荷重点２０’までの距離、支点１９”から前記荷重点２０”までの距離、支点１９’から前記負荷点２１’までの距離、支点１９”から前記負荷点２１”までの距離、は、同じにしてある。そして、荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃがない状態で吊り材３３ａ，３３ｂを負荷点２１’，２１”に、おもりが乗せられていないおもり台３４ａ，３４ｂを荷重点２０’，２０”にそれぞれ吊り下げ、支点１９’，１９”で支持されたてこ１７’，１７”は、両側の重量がちょうどバランスして水平になるように、各部材の重量が配分されている。
【００２５】
図１は、図５に示す力／トルクセンサ４のＺ軸方向（図の上下方向、つまり力／トルクセンサ４の軸線方向）の軸力Ｆｚと、Ｘ軸（紙面に垂直な方向、つまり力／トルクセンサ４の環状体１１の軸線方向端面に平行する方向）のまわりに回転させる方向の曲げモーメント（トルク）Ｍｘの校正をしている状態を示す（Ｚ軸方向、Ｘ軸方向に直交する方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸のまわりに回転させる方向の曲げモーメントをＭｙ、Ｚ軸のまわりに回転させる方向の曲げモーメントをＭｚとする）。
【００２６】
てこ１７’，１７”の支点１９’，１９”から負荷点２１’，２１”までの距離と、支点１９’，１９”から荷重点２０’，２０”までの距離を等しくとることにより、治具１３の重量及び力トルクセンサの重量の１／２の合計に相当する重量ｗ０の半分ずつの重量ｗ０／２のおもり１８’，１８”をおもり台３４ａ，３４ｂにかければ、おもり１８’，１８”に加わる重力は、てこ１７’，１７”を介して荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃに重力の方向と反対方向に加わり、結果的に力／トルクセンサ４に加わる負荷、Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙは全て０にすることができる。図１に示す状態では、力／トルクセンサ４に加わる水平方向の力Ｆｘ，ＦｙおよびトルクＭｚは０であるから、軸力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，及びトルクＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚがすべて０の状態（負荷０状態）を作り出せる。
【００２７】
この負荷０状態からおもり台３４ａ，３４ｂの双方に、既知の等しい重さのおもりを加えあるいは減らしていけば、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ，を０のままで、Ｆｚのみを変化させて校正を行うことができる。又、前記負荷０状態から、ある既知の重さのおもりをおもり台３４ａ’に加え、同じ重さのおもりをおもり台３４ｂ’から減らす、あるいはその逆の操作を行うことによってＦｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｙ，Ｍｚを０に維持したまま、Ｍｘのみを変化させて校正できる。図３の特性線３１がこの状態を示している。原点ｏがおもり台３４ａ，３４ｂの双方に、それぞれ重さｗ０／２のおもりが乗せられた負荷０状態を示し、点ｆが負荷０状態からおもり台３４ａのおもりをすべて取り去った状態、点ｇがおもり台３４ａから取り去ったおもりをおもり台３４ｂに乗せた状態である。
【００２８】
もちろん、おもり台３４ａ，３４ｂのおもりの増減をそれぞれ独立して調節することにより、Ｆｚ，Ｍｘを任意の数値に複合して与えて校正することができる。
【００２９】
軸力Ｆｚを０の状態に維持して負荷することのできるＭｘの最大値（図３の点ｇにおけるトルクＭｘの値）は、前記負荷０状態から、おもり台３４ａからおもり台３４ｂに（あるいはその逆に）移されるおもりの量、すなわち治具１３等の重量に相当するおもりの量に制限される。したがって、Ｍｘをそれより大きい値で校正する場合には、治具１３に重心位置を変えないようにして余分の重量を付加して治具１３等の見かけの重量を増加させ、この見かけの重量の１／２に相当する重さのおもり１８’，１８”をおもり台３４ａ’，３４ｂ’にのせて負荷０状態を作り出せばよい。
【００３０】
トルクＭｙを校正する場合は、一旦治具１３を力／トルクセンサ４から取外し、力／トルクセンサ４を校正用ベース１６から外して水平に９０度回転させて校正用ベース１６へ再び取付け、治具１３を再度取付けて同様に校正を行えばよい。
【００３１】
なお、図１に示す装置では、てこ１７’，１７”の軸線は荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの軸線と平行になっているが、必ずしも平行でなくてある角度をなしていてもよい。例えばてこ１７’，１７”を、その軸線が荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃの軸線に直交するように配置してもよい。但しその場合、吊り材３３ａ，３３ｂの上部のナイフエッジの刃先線の方向を下部の刃先線の方向と平行でなく、てこ１７’，１７”の軸線に垂直な方向とするのが望ましい。
【００３２】
また、支点と荷重点の距離を支点と負荷点の距離に等しく設定するのが望ましいが、かならずしも等距離でなくてもよい。
【００３３】
図２は、本発明の第２の実施例を示す。本実施例と前記第１の実施例との相違点は、校正用ベース１６の力／トルクセンサ４が固定される取付け面が鉛直面であること、荷重負荷軸１３ｂ，１３ｃに形成されている断面三角形の溝状の切り込みの溝長手方向中心線が、円板１３ａの力／トルクセンサに対向する面に対して垂直であること、であり、他の構成は前記第１の実施例と同じである。
【００３４】
図２は、Ｘ軸方向（あるいはＹ軸方向）の軸力Ｆｘ（あるいはＦｙ）とＺ軸方向の曲げモーメント（トルク）Ｍｚの校正をしている状態を示す。前記第１の実施例の場合と全く同様に、治具１３等の重量の半分に相当する重量をおもり台３４ａ，３４ｂそれぞれに乗せることで力／トルクセンサ４の負荷０状態を作り出すことができ、軸力Ｆｘ（あるいはＦｙ）とＺ軸方向の曲げモーメント（トルク）Ｍｚの各成分を、０点近傍を含めて任意の値に負荷して校正できる。この図１と図２の状態での校正により、力／トルクセンサ４の６軸方向全ての負荷Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚに対して各成分ごとに、独立して（他の成分が０の状態で）校正できる。
【００３５】
上記第１、第２の実施例においては、治具１３に重力の方向と反対の方向におもり１８’，１８”の重量を負荷するために、てこ１７’，１７”を用いて力の方向を反転したが、てこの代わりに、支点１９’，１９”を回転中心とする滑車を設け、吊り材３３ａ，ｂ上部を前記滑車にかけた丈夫な線でおもり台３４ａ，ｂの上部に連結して装置を構成してもよい。滑車を用いる場合は、回転軸の軸受に例えば気体軸受を用いる等の、摩擦を減らすための配慮をするのが望ましい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、おもりを用いた力／トルクセンサの校正において、治具等の重量がセンサに加わるのを防いで、負荷ゼロの点の近傍の校正ができるため、宇宙用マニピュレータに用いる力／トルクセンサの如く、重力の全くない状態でのゼロ点近傍の正確な校正が必要な場合に良く対応できることとなる。又、各軸ともに独立して校正できるため、六軸もある力／トルクセンサにおいても、正確な校正表をすみやかに作成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の力／トルクセンサ校正装置の正面図である。
【図２】本発明の第２の実施例の力／トルクセンサ校正装置の正面図である。
【図３】図４に示す本発明の実施例を用いた場合の校正荷重負荷時の負荷状態特性を示す概念図である。
【図４】力／トルクセンサの取り付けられている宇宙用マニピュータの斜視図である。
【図５】宇宙用マニピュータで使う力／トルクセンサの例を示す斜視図である。
【図６】従来の力／トルクセンサ校正装置の例を示す正面図である。
【図７】従来の校正装置を用いた場合の校正荷重負荷時の負荷状態特性を示す概念図である。
【符号の説明】
１ 基礎構体（宇宙マニピュータ用ベース）
２ａ〜２ｄ 宇宙マニピュレータ用のアクチュエータ
３ａ，３ｂ 宇宙マニピュータ用のブーム
４ 力／トルクセンサ
５ チャック
６ ワーク
７’，７” 弾性片
８ すき間
９ Ｆｘ，Ｍｙ，Ｆｚ検出用ひずみゲージ
１０ Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｚ検出用ひずみゲージ
１１ 力／トルクセンサの駆動側締結端の環状体
１２ 力／トルクセンサの作業側締結端の環状体
１３ 力／トルクセンサ校正用の治具
１３’，１３” 台
１３ａ 円板
１３ｂ，１３ｃ 荷重負荷軸
１４ 治具締結用ねじ
１５，１８ 力／トルクセンサ校正用おもり
１６ 力／トルクセンサ校正用ベース
１７’ 力／トルクセンサ校正用の第１のてこ
１７” 力／トルクセンサ校正用の第２のてこ
１９’，１９” てこ支点
２０’，２０” てこ荷重点
２１’，２１” てこ負荷点
３０ａ〜３０ｄ 従来型校正装置での負荷状態の例を示す特性線
３１ 本発明校正装置での負荷状態の例を示す特性線
３２ａ 台板
３２ｂ，３２ｃ 支点座
３３ａ，３３ｂ 吊り材
３４ａ，３４ｂ おもり台
３４ａ’，３４ｂ’ おもり受け
３５ 据付け面
Claims (6)
- 軸力と曲げ力のいずれか一方もしくは双方を検出する力／トルクセンサを取付け台に固定し、該力／トルクセンサに装着した治具を介して既知の荷重をおもりにより負荷して校正を行う力／トルクセンサ校正装置において、
前記力／トルクセンサは、一対の環状体が軸部を中心にして軸方向に間隔をおいて配置され各環状体と前記軸部との間に放射状にセンサ本体を配設して形成され、
前記治具は、前記環状体と同心に締結される円板と、該円板の中心を挟んで対称に、かつ据付状態で軸線が水平になるように前記円板の側面に突出させて固着された一対の荷重負荷軸とを有し、該荷重負荷軸の荷重作用点を前記力／トルクセンサの中心に対して対称の位置に設けて形成され、
前記力／トルクセンサの軸力と曲げ力のいずれか一方もしくは双方の負荷０状態を作り出す荷重を、重力の方向と逆の方向にてこもしくは滑車を用いて前記荷重負荷軸の荷重作用点に加える補正荷重負荷手段を設けてなり、重力の影響を排除した状態での前記力トルクセンサの校正を可能にしたことを特徴とする力／トルクセンサ校正装置。 - 前記力／トルクセンサが、軸力として直交３軸成分、曲げ力を直交三軸成分の合計６軸成分を独立して検出する６軸センサであり、前記取付け台が、力／トルクセンサを固定したとき、前記直交３軸のうちの１軸が重力の方向と一致する取付け面と、他の１軸が重力の方向と一致する取付け面の少なくとも二つの取付け面を有してなることを特徴とする請求項１記載の力／トルクセンサ校正装置。
- 補正荷重負荷手段が、前記荷重負荷軸の荷重作用点に係合させた一対の吊り材と、一端に前記一対の吊り材のうちの一つを吊り下げ、他端に前記おもりをのせるおもり台を吊り下げ、中央部の支点で天秤状に支持された第１のてこと、一端に前記一対の吊り材のうちの他の一つを吊り下げ、他端に前記おもりをのせる他のおもり台を吊り下げ、中央部の支点で天秤状に支持された第２のてこと、前記第１、第２のてこを前記支点で支持する一対の支点座とを含んで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の力／トルクセンサ校正装置。
- 軸力と曲げ力のいずれか一方もしくは双方を検出する力／トルクセンサを取付け台に固定し、該力／トルクセンサに装着した治具を介して既知の荷重をおもりにより負荷して校正を行う力／トルクセンサの校正方法において、
前記力／トルクセンサを、一対の環状体が軸部を中心にして軸方向に間隔をおいて配置され各環状体と前記軸部との間に放射状にセンサ本体を配設して形成し、
前記治具を、前記環状体と同心に締結される円板と、該円板の中心を挟んで対称に、かつ据付状態で軸線が水平になるように前記円板の側面に突出させて固着された一対の荷重負荷軸とを有し、該荷重負荷軸の荷重作用点を前記力／トルクセンサの中心に対して対称の位置に設けて形成し、
前記力／トルクセンサの軸力と曲げ力のいずれか一方もしくは双方の負荷０状態を作り出す荷重を、重力の方向と逆の方向にてこもしくは滑車を用いて前記荷重負荷軸の荷重作用点に加える手順を含んでなり、重力の影響を排除した状態での前記力トルクセンサの校正を可能にしたことを特徴とする力／トルクセンサ校正方法。 - 前記力／トルクセンサの軸力と曲げ力のいずれか一方もしくは双方の負荷０状態を作り出した後、軸力の直交３軸成分、及び曲げ力の直交３軸成分を各独立に負荷して校正を行うことを特徴とする請求項４に記載の力／トルクセンサ校正方法。
- 力／トルクセンサが無重力状態で作業を行う作業用マニピュレータに用いられるものであり、校正を通常の重力状態である地上で行うことを特徴とする請求項４または５に記載の力／トルクセンサ校正方法。
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