JP5602582B2 - Force sensor - Google Patents

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Description

本発明は、受力部に作用する外力及びモーメントの複数方向の成分を検出する力覚センサに関する。   The present invention relates to a force sensor that detects components in multiple directions of external force and moment acting on a force receiving portion.

産業用ロボットのアームや、医療用等のマニピュレータの各部に作用する外力を検出するために力覚センサが使用されている。このような力覚センサの一例として光学式の変位センサを使用した6軸力覚センサが開示されている(特許文献1参照)。   A force sensor is used to detect an external force acting on each part of an industrial robot arm or a medical manipulator. As an example of such a force sensor, a 6-axis force sensor using an optical displacement sensor is disclosed (see Patent Document 1).

上記力覚センサは、支持部と、受力部と、それらを連結する弾性連結部とから構成される。ここで支持部は、円筒形状であり、支持部の円筒内壁部には、120度間隔で3箇所に反射体(検出対象体)が配設され、一方、受力部は、支持部の内部に配置され、受力部には光源及び受光素子からなる3対の光学式変位センサが配設されている。光源から出射した光束は反射体で2回反射され、受光素子に入射する。受光素子は4分割された受光面を備えており、各々が受光した光量に比例する検出信号を出力する。   The force sensor includes a support portion, a force receiving portion, and an elastic connecting portion that connects them. Here, the support portion has a cylindrical shape, and reflectors (detection target bodies) are arranged at three positions at intervals of 120 degrees on the cylindrical inner wall portion of the support portion, while the force receiving portion is inside the support portion. In the force receiving portion, three pairs of optical displacement sensors including a light source and a light receiving element are disposed. The light beam emitted from the light source is reflected twice by the reflector and enters the light receiving element. The light receiving element has a light receiving surface divided into four parts, and each outputs a detection signal proportional to the amount of light received.

支持部を固定した状態で受力部に外力が作用すると、弾性連結部が弾性変形し、その結果、受力部は支持部に対して外力の方向と大きさに応じた変位を生じる。このとき受光素子の受光面に入射する光束の位置が変化するので、4分割された各受光面で検出される信号に変化が生じる。従って各受光面の検出信号の作動演算により、反射体すなわち受力部の変位の方向と大きさを検出することができる。   When an external force acts on the force receiving portion in a state where the support portion is fixed, the elastic coupling portion is elastically deformed. As a result, the force receiving portion is displaced according to the direction and magnitude of the external force with respect to the support portion. At this time, since the position of the light beam incident on the light receiving surface of the light receiving element changes, the signal detected on each of the four light receiving surfaces is changed. Therefore, the direction and magnitude of the displacement of the reflector, that is, the force receiving portion can be detected by the operation calculation of the detection signal of each light receiving surface.

特開2005−98964号公報JP 2005-98964 A

ところで、一般的には単一の変位センサにより高感度で変位を検出できるのは特定の1〜2方向の成分に限られ、他の方向の成分は検出することができない。例えば上述した従来の光学式変位センサで検出できるのは、受光素子の受光面に平行な方向の変位の2成分のみであり、受光面に垂直な方向や受光面内で回転する変位の成分は検出することができない。従って、このような変位センサを使用してモーメントも含む外力の3成分以上の検出を行う場合には複数の変位センサを必要とし、しかも各々を異なる位置に異なる方向に向けて配設する必要がある。このため上記の例においては6軸すなわち外力の3方向の大きさと3方向のモーメントの成分を検出するために3つの光学式変位センサを用い、それらを、120度ずつ方向を異ならせて配置している。   By the way, in general, a single displacement sensor can detect a displacement with high sensitivity only in components in specific one or two directions, and cannot detect components in other directions. For example, the above-described conventional optical displacement sensor can detect only two components of displacement in the direction parallel to the light receiving surface of the light receiving element, and the component of displacement rotating in the direction perpendicular to the light receiving surface or within the light receiving surface is It cannot be detected. Therefore, when using such a displacement sensor to detect three or more components of an external force including a moment, a plurality of displacement sensors are required, and it is necessary to dispose each at a different position in a different direction. is there. For this reason, in the above example, three optical displacement sensors are used to detect the components of the six axes, that is, the three directions of the external force and the moments in the three directions, and they are arranged 120 degrees apart from each other. ing.

しかしながら、従来の力覚センサでは、複数の変位センサを異なる位置に異なる方向に向けて配設する必要があるため、変位センサの占有部分の体積が大きくなり、その結果小型化及び低コスト化が困難であった。   However, in the conventional force sensor, it is necessary to dispose a plurality of displacement sensors at different positions in different directions, so that the volume of the occupied portion of the displacement sensor increases, resulting in a reduction in size and cost. It was difficult.

そこで、本発明は、小型化及び低コスト化を図った力覚センサを提供することを目的とするものである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a force sensor that is reduced in size and cost.

本発明は、支持部と、外力の作用により前記支持部に対して変位する受力部と、前記支持部と前記受力部とを連結する弾性連結部と、前記支持部と前記受力部との間に複数配置され、且つ前記支持部に対する前記受力部の垂直方向の変位によって前記支持部に対して水平方向に変位する変位部を有する変位方向変換機構と、前記各変位方向変換機構の前記変位部の前記支持部側に設けられた検出対象体と、前記各検出対象体に対向するように前記支持部に支持され、前記各検出対象体の移動を検出する変位検出素子と、を備えたことを特徴とする。   The present invention includes a support portion, a force receiving portion that is displaced relative to the support portion by the action of an external force, an elastic connection portion that connects the support portion and the force receiving portion, the support portion, and the force receiving portion. And a displacement direction conversion mechanism having a displacement portion that is displaced in a horizontal direction with respect to the support portion by a displacement in a vertical direction of the force receiving portion with respect to the support portion, and each of the displacement direction conversion mechanisms. A detection object provided on the support part side of the displacement part, and a displacement detection element that is supported by the support part so as to face each detection object, and detects the movement of each detection object; It is provided with.

本発明によれば、各検出対象体が水平方向に変位する変位部の支持部側に配置されているので、各検出対象体は同一方向を向いて配置されていることとなる。そして、各変位検出素子が各検出対象体に対向するように支持部に支持されているので、各変位検出素子は同一方向を向いて配置されていることとなる。このように、各検出対象体及び各変位検出素子を同一方向に向けて配置することにより、それらの占有領域を小さくすることができるので、力覚センサの小型化を図ることができ、これにより力覚センサの低コスト化を実現することができる。   According to the present invention, since each detection object is arranged on the support part side of the displacement part that is displaced in the horizontal direction, each detection object is arranged in the same direction. And since each displacement detection element is supported by the support part so as to oppose each detection object, each displacement detection element will be arrange | positioned facing the same direction. In this way, by arranging the respective detection objects and the respective displacement detection elements in the same direction, the occupied area can be reduced, so that the force sensor can be reduced in size. Cost reduction of the force sensor can be realized.

本発明の第1実施形態に係る力覚センサを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the force sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る力覚センサの内部構成を示す説明図であり、(a)は上蓋及び変換部材取付板を取り外した状態の力覚センサの平面図、(b)はX−Z面に沿う力覚センサの断面図である。It is explanatory drawing which shows the internal structure of the force sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention, (a) is a top view of the force sensor in the state which removed the upper cover and the conversion member attachment board, (b) is X-. It is sectional drawing of the force sensor along a Z surface. 本発明の第1実施形態に係る力覚センサの変位方向変換部材の詳細な構造を示す図であり、(a)は変位方向変換部材を側面から見た断面図、(b)は変位方向変換部材を下面から見た底面図である。It is a figure which shows the detailed structure of the displacement direction conversion member of the force sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing which looked at the displacement direction conversion member from the side, (b) is displacement direction conversion. It is the bottom view which looked at the member from the lower surface. 本発明の第1実施形態に係る力覚センサのセンサ基板を示す平面図である。It is a top view which shows the sensor board | substrate of the force sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る力覚センサを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the force sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る力覚センサの内部構成を示す説明図であり、(a)は上蓋及び変換部材取付板を取り外した状態の力覚センサの平面図、(b)はX−Z面に沿う力覚センサの断面図、(c)は下蓋を取り外した状態の力覚センサの底面図である。It is explanatory drawing which shows the internal structure of the force sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention, (a) is a top view of the force sensor in the state which removed the upper cover and the conversion member attachment board, (b) is X-. Sectional drawing of the force sensor along Z surface, (c) is a bottom view of the force sensor of the state which removed the lower cover. 本発明の第2実施形態に係る力覚センサの変位方向変換部材とスケール取付板の詳細な構造を示す図であり、(a)は、変位方向変換部材を側面から見た断面図、(b)は変位方向変換部材を下面から見た底面図である。It is a figure which shows the detailed structure of the displacement direction conversion member of the force sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention, and a scale mounting plate, (a) is sectional drawing which looked at the displacement direction conversion member from the side surface, (b) ) Is a bottom view of the displacement direction conversion member as seen from the bottom surface. 本発明の第2実施形態に係る力覚センサのセンサ基板を示す平面図である。It is a top view which shows the sensor board | substrate of the force sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る力覚センサの変位方向変換部材を側面から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the displacement direction conversion member of the force sensor which concerns on 3rd Embodiment of this invention from the side surface. 本発明の第4実施形態に係る力覚センサの変位方向変換部材の側面図である。It is a side view of the displacement direction conversion member of the force sensor which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態に係る力覚センサの変位方向変換装置を側面から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the displacement direction conversion apparatus of the force sensor which concerns on 5th Embodiment of this invention from the side surface.

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る力覚センサを示す斜視図である。図2は、力覚センサの内部構成を示す説明図であり、図2(a)は上蓋及び変換部材取付板を取り外した状態の力覚センサの平面図、図2(b)はX−Z面に沿う力覚センサの断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing a force sensor according to a first embodiment of the present invention. 2A and 2B are explanatory views showing the internal configuration of the force sensor. FIG. 2A is a plan view of the force sensor with the top cover and the conversion member mounting plate removed, and FIG. It is sectional drawing of the force sensor along a surface.

本第1実施形態の力覚センサ100は、3軸の力覚センサであり、Fz(Z方向の力)、Mx(X方向回りのモーメント)、My(Y方向回りのモーメント)の検出が可能である。ここでX,Y,Zの各方向は各図中に示す通りである。   The force sensor 100 of the first embodiment is a triaxial force sensor, and can detect Fz (force in the Z direction), Mx (moment about the X direction), and My (moment about the Y direction). It is. Here, the directions of X, Y, and Z are as shown in the drawings.

図1に示すように、力覚センサ100は、円柱状の本体2と、本体2の上部を覆う円盤形状の上蓋4と、本体2の下部を覆う円盤形状の下蓋1と、を備えている。図2(a)及び図2(b)を参照すると、本体2は、円筒部材6と、円筒部材6の上部に固定され、内周面が段状に形成された円筒形状の変換部材取付板3と、を備えている。また、本体2は、円筒部材6の内側に配置され、円筒部材6の軸線方向の長さよりも短い長さの円柱形状の支持部としてのセンサ支持体5を備えている。   As shown in FIG. 1, the force sensor 100 includes a columnar main body 2, a disc-shaped upper lid 4 that covers the upper portion of the main body 2, and a disc-shaped lower lid 1 that covers the lower portion of the main body 2. Yes. 2 (a) and 2 (b), the main body 2 is fixed to the cylindrical member 6 and the upper part of the cylindrical member 6, and a cylindrical conversion member mounting plate having an inner peripheral surface formed in a step shape. 3 is provided. The main body 2 includes a sensor support 5 that is disposed inside the cylindrical member 6 and serves as a columnar support portion having a length shorter than the length of the cylindrical member 6 in the axial direction.

センサ支持体5の一端面である上面には、センサ基板11が固定されている。センサ支持体5の他端面である下面には、下蓋1が固定されている。センサ支持体5の外周面と円筒部材6の内周面とが複数の弾性連結部7a,7b,7cで連結されている。これらセンサ支持体5、円筒部材6及び弾性連結部7a,7b,7cは、一体に形成されている。各弾性連結部7a,7b,7cはZ方向の厚さがX,Y方向よりも薄い上下一対の梁から成っており、Z方向にのみ剛性が小さく変形が容易な構造となっている。つまり、受力部としての第2の固定部A2は、第1の固定部A1に対して外力の作用により変位する。   A sensor substrate 11 is fixed to the upper surface which is one end surface of the sensor support 5. The lower lid 1 is fixed to the lower surface which is the other end surface of the sensor support 5. The outer peripheral surface of the sensor support 5 and the inner peripheral surface of the cylindrical member 6 are connected by a plurality of elastic connecting portions 7a, 7b, and 7c. The sensor support 5, the cylindrical member 6, and the elastic connecting portions 7a, 7b, 7c are integrally formed. Each of the elastic connecting portions 7a, 7b, and 7c is composed of a pair of upper and lower beams whose thickness in the Z direction is thinner than that in the X and Y directions, and has a structure that is small in rigidity and easy to deform only in the Z direction. That is, the second fixing portion A2 as the force receiving portion is displaced by the action of an external force with respect to the first fixing portion A1.

本第1実施形態では、支持部としてのセンサ支持体5及び下蓋1により第1の固定部A1が構成されている。また、上蓋4、変換部材取付板3及び円筒部材6により受力部としての第2の固定部A2が構成されている。さらに第1の固定部A1と第2の固定部A2とは弾性連結部7a,7b,7cで連結されているので、第1の固定部A1に対して第2の固定部A2はZ方向の変位、X方向回りの傾斜、及びY方向回りの傾斜が容易である。このように構成されている第1の固定部A1は図示しない基台等に取付けられ、また第2の固定部A2は図示しないロボットのアームやマニピュレータに取付けられて使用される。   In the first embodiment, the sensor support 5 and the lower lid 1 as a support portion constitute a first fixing portion A1. Further, the upper lid 4, the conversion member mounting plate 3, and the cylindrical member 6 constitute a second fixing portion A <b> 2 as a force receiving portion. Further, since the first fixing portion A1 and the second fixing portion A2 are connected by the elastic connecting portions 7a, 7b, and 7c, the second fixing portion A2 is in the Z direction with respect to the first fixing portion A1. Displacement, inclination around the X direction, and inclination around the Y direction are easy. The first fixing portion A1 configured as described above is attached to a base (not shown) or the like, and the second fixing portion A2 is attached to a robot arm or manipulator (not shown).

本第1実施形態では、力覚センサ100は、第1の固定部A1と第2の固定部A2との間に複数配置された変位方向変換機構としての変位方向変換部材10a,10b,10cを備えている。各変位方向変換部材10a,10b,10cは、略Y字型に形成されており、本体2の円筒部材6のZ方向に延びる中心軸線Lを中心に120度間隔で3箇所に配置されている。各変位方向変換部材10a,10b,10cは、その中間の水平方向に突出した中間端部23がセンサ基板11の上方に位置するようにして取付けられている。   In the first embodiment, the force sensor 100 includes displacement direction conversion members 10a, 10b, and 10c as displacement direction conversion mechanisms that are arranged in a plurality between the first fixed portion A1 and the second fixed portion A2. I have. Each displacement direction conversion member 10a, 10b, 10c is formed in a substantially Y shape, and is arranged at three positions at intervals of 120 degrees around the central axis L extending in the Z direction of the cylindrical member 6 of the main body 2. . Each displacement direction conversion member 10 a, 10 b, 10 c is attached such that an intermediate end portion 23 protruding in the intermediate horizontal direction is located above the sensor substrate 11.

次に各変位方向変換部材10a,10b,10cの詳細な構造および機能について図3を用いて説明する。なお、変位方向変換部材10a,10b,10cは同一構造であるので、変位方向変換部材10aについて説明する。図3(a)は、変位方向変換部材を側面から見た断面図、図3(b)は変位方向変換部材を下面から見た底面図である。   Next, the detailed structure and function of each displacement direction conversion member 10a, 10b, 10c is demonstrated using FIG. Since the displacement direction conversion members 10a, 10b, and 10c have the same structure, the displacement direction conversion member 10a will be described. 3A is a cross-sectional view of the displacement direction conversion member as viewed from the side surface, and FIG. 3B is a bottom view of the displacement direction conversion member as viewed from the bottom surface.

変位方向変換部材10aは、複数の弾性板材25,26,27、例えばリン青銅やステンレス等の薄板の曲げ加工及び張り合わせにより作成されている。具体的に説明すると、変位方向変換部材10aは、帯状の板材をZ字形状に折り曲げて形成された一対の弾性板材25,26を有している。一対の弾性板材25,26は、第1の固定部A1のセンサ支持体5の上面に対して水平な面Fで鏡面対称に配置されている。   The displacement direction changing member 10a is formed by bending and bonding a plurality of elastic plates 25, 26, and 27, for example, thin plates such as phosphor bronze and stainless steel. More specifically, the displacement direction conversion member 10a has a pair of elastic plates 25 and 26 formed by bending a belt-like plate material into a Z shape. The pair of elastic plates 25 and 26 are arranged mirror-symmetrically on a plane F that is horizontal with respect to the upper surface of the sensor support 5 of the first fixed portion A1.

一対の弾性板材25,26のうちの一方の弾性板材である第1の弾性板材25は、平板状の基端部25aと、平板状の先端部25bと、基端部25aと先端部25bとの間の平坦部であるリンク部25cと、からなる。そして、第1の弾性板材25は、基端部25aとリンク部25cとが第1の折り曲げ部25dで連結され、リンク部25cと先端部25bとが第2の折り曲げ部25eで連結されて、Z字形状に形成されている。   The first elastic plate member 25, which is one of the pair of elastic plate members 25, 26, has a flat base end 25a, a flat front end 25b, a base end 25a, and a front end 25b. The link part 25c which is a flat part between. The first elastic plate member 25 includes a base end portion 25a and a link portion 25c that are connected by a first bent portion 25d, and a link portion 25c and a distal end portion 25b that are connected by a second bent portion 25e. It is formed in a Z shape.

同様に、一対の弾性板材25,26のうちの他方の弾性板材である第2の弾性板材26は、平板状の基端部26aと、平板状の先端部26bと、基端部26aと先端部26bとの間の平坦部であるリンク部26cと、からなる。そして、第2の弾性板材26は、基端部26aとリンク部26cとが第1の折り曲げ部26dで連結され、リンク部26cと先端部26bとが第2の折り曲げ部26eで連結されて、Z字形状に形成されている。   Similarly, the second elastic plate member 26, which is the other elastic plate member of the pair of elastic plate members 25, 26, has a flat plate-like base end portion 26a, a flat plate-like tip end portion 26b, a base end portion 26a, and a tip end. The link part 26c which is a flat part between the part 26b. The second elastic plate member 26 has a base end portion 26a and a link portion 26c connected by a first bent portion 26d, and a link portion 26c and a distal end portion 26b connected by a second bent portion 26e. It is formed in a Z shape.

第1の弾性板材25の基端部25aは、第1の固定部A1のセンサ支持体5に固定されている。一方、第2の弾性板材26の基端部26aは、第2の固定部A2の変換部材取付板3に固定されている。   The base end portion 25a of the first elastic plate member 25 is fixed to the sensor support 5 of the first fixing portion A1. On the other hand, the base end portion 26a of the second elastic plate member 26 is fixed to the conversion member mounting plate 3 of the second fixing portion A2.

そして、変位方向変換部材10aは、一対の弾性板材25,26の先端部25b,26b同士が接合されて略Y字型に形成されている。一対の弾性板材25,26の先端部同士を接合して形成された中間端部23が、第1の固定部A1のセンサ支持体5に対する第2の固定部A2の垂直方向の変位によってセンサ支持体5に対して水平方向に変位する変位部である。   The displacement direction conversion member 10a is formed in a substantially Y shape by joining the tip portions 25b and 26b of the pair of elastic plates 25 and 26 to each other. The intermediate end portion 23 formed by joining the tip portions of the pair of elastic plates 25 and 26 is sensor-supported by the vertical displacement of the second fixing portion A2 with respect to the sensor support body 5 of the first fixing portion A1. It is a displacement part that is displaced in the horizontal direction with respect to the body 5.

本第1実施形態では、各変位方向変換部材10a,10b,10cの第1の弾性板材25の基端部25aが円環状の基板24に取り付けられて一体化されており、組み立て作業が容易となっている。   In the first embodiment, the base end portion 25a of the first elastic plate member 25 of each of the displacement direction changing members 10a, 10b, 10c is attached to and integrated with the annular substrate 24, so that the assembling work is easy. It has become.

変位方向変換部材10a,10b,10cの中間端部23はすべて円筒部材6の中心軸線Lに向けられており、中間端部23の下面(支持部側の面)には変位検出のための検出対象体であるスケール34a,34b,34cが取付けられている。そして、スケール34a,34b,34cは、Z方向において同一レベルに配置されている。   The intermediate end portions 23 of the displacement direction conversion members 10a, 10b, and 10c are all directed toward the central axis L of the cylindrical member 6, and the lower surface of the intermediate end portion 23 (the surface on the support portion side) is detected for detecting displacement. Scales 34a, 34b, and 34c, which are objects, are attached. The scales 34a, 34b, 34c are arranged at the same level in the Z direction.

本第1実施形態では、各変位方向変換部材10a,10b,10cは、帯状の板材をZ字形状に折り曲げて形成された第3の弾性板材27を有している。この第3の弾性板材27は、平板状の基端部27aと、平板状の先端部27bと、基端部27aと先端部27bとの間の平坦部であるリンク部27cと、からなる。そして、第3の弾性板材27は、基端部27aとリンク部27cとが第1の折り曲げ部27dで連結され、リンク部27cと先端部27bとが第2の折り曲げ部27eで連結されて、Z字形状に形成されている。この第3の弾性板材27は、変位部としての中間端部23が、センサ支持体5に対して水平状態を維持するために設けられたものである。第3の弾性板材27の基端部27aは、第1の弾性板材25の基端部25aと基板24との間に配置されて固定され、先端部27bは、第1の弾性板材25の先端部25bのセンサ支持体5側の面に固定されている。つまり、各スケール34a,34b,34cは、第3の弾性板材27の先端部27bを介して変位部としての中間端部23に固定されている。第3の弾性板材27のリンク部27cは、第1の弾性板材25のリンク部25cと離間してリンク部25cと平行に配置されている。   In the first embodiment, each of the displacement direction changing members 10a, 10b, and 10c has a third elastic plate member 27 formed by bending a belt-like plate member into a Z shape. The third elastic plate member 27 includes a flat base end 27a, a flat front end 27b, and a link portion 27c that is a flat portion between the base end 27a and the front end 27b. The third elastic plate member 27 includes a base end portion 27a and a link portion 27c that are connected by a first bent portion 27d, and a link portion 27c and a distal end portion 27b that are connected by a second bent portion 27e. It is formed in a Z shape. In the third elastic plate member 27, the intermediate end portion 23 as a displacement portion is provided to maintain a horizontal state with respect to the sensor support 5. The base end portion 27 a of the third elastic plate member 27 is disposed and fixed between the base end portion 25 a of the first elastic plate member 25 and the substrate 24, and the tip end portion 27 b is the tip of the first elastic plate member 25. It is fixed to the surface of the portion 25b on the sensor support 5 side. That is, each scale 34 a, 34 b, 34 c is fixed to the intermediate end portion 23 as a displacement portion via the tip end portion 27 b of the third elastic plate member 27. The link portion 27c of the third elastic plate member 27 is spaced apart from the link portion 25c of the first elastic plate member 25 and is arranged in parallel with the link portion 25c.

また、本第1実施形態では、各弾性板材25,26,27の折り曲げ部25d,25e,26d,26e,27d,27e以外の部分に補強リブ25f,26f,26g,27fが形成されている。具体的に説明すると、各リンク部25c,26c,27c及び先端部26bは、その両側が鉛直方向への曲げ加工で形成した補強リブ25f,26f,26g,27fによって剛性が付与されている。このように、各弾性板材25,26,27における折り曲げ部以外の部分に補強リブ25f,26f,26g,27fを設けたので、各弾性板材25,26,27は、折り曲げ部25d,25e,26d,26e,27d,27eのみが弾性変形可能である。またリンク部26cとリンク部27cとは平行に配置されているので、弾性変形時であっても変位部としての中間端部23はセンサ支持体5(基板24)に対して常に平行な状態を維持する。   Further, in the first embodiment, the reinforcing ribs 25f, 26f, 26g, and 27f are formed in portions other than the bent portions 25d, 25e, 26d, 26e, 27d, and 27e of the respective elastic plate members 25, 26, and 27. More specifically, the link portions 25c, 26c, 27c and the tip portion 26b are given rigidity by reinforcing ribs 25f, 26f, 26g, 27f formed on both sides by bending in the vertical direction. As described above, since the reinforcing ribs 25f, 26f, 26g, and 27f are provided at the portions other than the bent portions of the elastic plate members 25, 26, and 27, the elastic plate members 25, 26, and 27 are bent portions 25d, 25e, and 26d. , 26e, 27d and 27e can be elastically deformed. Further, since the link portion 26c and the link portion 27c are arranged in parallel, the intermediate end portion 23 as the displacement portion is always parallel to the sensor support 5 (substrate 24) even during elastic deformation. maintain.

以上の各変位方向変換部材10a,10b,10cの構成により、第2の固定部A2に外力Fz、モーメントMx、又はモーメントMyが作用すると、第2の固定部A2が第1の固定部A1に対してZ方向に変位、X方向回りに傾斜又はY方向回りに傾斜する。それに伴って第2の固定部A2に取付けられた変位方向変換部材10a,10b,10cの基端部26aもそれぞれ矢印Vで示すZ方向に変位する。その結果、各折り曲げ部25d,25e,26d,26e,27d,27eが弾性変形し、中間端部23はセンサ支持体5に対して水平なX−Y面内であってその延在する方向(矢印Ha,Hb,Hcで示す方向)に変位する。   When the external force Fz, the moment Mx, or the moment My is applied to the second fixed portion A2, the second fixed portion A2 is applied to the first fixed portion A1 by the above-described configurations of the displacement direction conversion members 10a, 10b, and 10c. In contrast, it is displaced in the Z direction, tilted around the X direction, or tilted around the Y direction. Accordingly, the base end portions 26a of the displacement direction conversion members 10a, 10b, 10c attached to the second fixing portion A2 are also displaced in the Z direction indicated by the arrow V, respectively. As a result, the bent portions 25d, 25e, 26d, 26e, 27d, and 27e are elastically deformed, and the intermediate end portion 23 is in the XY plane horizontal to the sensor support 5 and extends in the direction ( Displacement in the directions indicated by arrows Ha, Hb, and Hc).

このようにして各変位方向変換部材10a,10b,10cは検出位置である基端部26aの基端部25aに対する変位の方向を変換し、検出対象体であるスケール34a,34b,34cを変位させるのである。   In this way, the displacement direction conversion members 10a, 10b, and 10c change the direction of displacement of the base end portion 26a that is the detection position with respect to the base end portion 25a, and the scales 34a, 34b, and 34c that are detection target bodies are displaced. It is.

次に外力の検出方法について説明する。図4にセンサ基板11の上面を示す。センサ基板11上には1つの光源31(例えばLED)および光源31を囲む3つの変位検出素子である受光素子32a,32b,32c(例えばフォトダイオード)が一体形成又は実装配置されている。受光素子32a,32b,32cは検出面である複数の受光面をストライプ状に配列した構成である。   Next, an external force detection method will be described. FIG. 4 shows the upper surface of the sensor substrate 11. On the sensor substrate 11, one light source 31 (for example, LED) and three light receiving elements 32a, 32b, and 32c (for example, photodiode) that are three displacement detection elements surrounding the light source 31 are integrally formed or mounted. The light receiving elements 32a, 32b, and 32c have a configuration in which a plurality of light receiving surfaces as detection surfaces are arranged in a stripe shape.

一方、図3に示したスケール34a,34b,34cはガラス等の基板と、その表面または裏面に形成した金属等の反射膜からなる回折格子で構成される。スケール34a,34b,34cは受光素子32a,32b,32cに対向するように配置されており、光源31が発生する発散光束を反射し受光素子32a,32b,32c上に明暗の縞である回折光のパターンを形成する。受光素子32a,32b,32cの受光面の配列ピッチはこの回折光のパターンの1/4周期に一致するように作成されている。従ってスケール34a,34b,34cが受光面の配列方向に変位すると、それに伴ってこの回折光のパターンも移動する。それにより複数の受光面からは90度の位相差を持った2相の正弦波状信号(sin及びcos)が得られ、さらに得られた信号の逆正接演算(tan−1)を行えばスケール34a,34b,34cの変位量を検出することができる。 On the other hand, the scales 34a, 34b, and 34c shown in FIG. 3 are configured by a diffraction grating including a substrate such as glass and a reflective film such as metal formed on the front surface or the back surface thereof. The scales 34a, 34b, and 34c are arranged so as to face the light receiving elements 32a, 32b, and 32c. The pattern is formed. The arrangement pitch of the light receiving surfaces of the light receiving elements 32a, 32b, and 32c is formed so as to coincide with a quarter cycle of the diffracted light pattern. Accordingly, when the scales 34a, 34b, 34c are displaced in the light receiving surface arrangement direction, the pattern of the diffracted light is also moved accordingly. As a result, a two-phase sinusoidal signal (sin and cos) having a phase difference of 90 degrees is obtained from the plurality of light receiving surfaces, and the scale 34a is obtained by performing an arctangent operation (tan −1 ) of the obtained signal. , 34b, 34c can be detected.

以上のようにして受光素子32a,32b,32cはそれぞれ変位方向変換部材10a,10b,10cの基端部26aのZ方向の変位から変換されたスケール34a,34b,34cのX,Y方向の変位を検出する。得られた3つの信号から外力の3成分であるFz,Mx,Myが演算によって求められる。   As described above, the light receiving elements 32a, 32b and 32c are displaced in the X and Y directions of the scales 34a, 34b and 34c converted from the displacement in the Z direction of the base end portion 26a of the displacement direction converting members 10a, 10b and 10c, respectively. Is detected. From the three signals obtained, Fz, Mx, My, which are three components of the external force, are obtained by calculation.

以上、本第1実施形態では、各スケール34a,34b,34cが変位部である中間端部23の下面(支持部側の面)に配置されているので、各スケール34a,34b,34cは同一方向を向いて配置されていることとなる。そして、各受光素子32a,32b,32cが各スケール34a,34b,34cに対向するように支持部であるセンサ支持体5に支持されているので、各スケール34a,34b,34cは同一方向を向いて配置されていることとなる。このように、各スケール34a,34b,34c及び各受光素子32a,32b,32cを同一方向に向けて配置することにより、それらの占有領域を小さくすることができる。したがって、力覚センサ100の小型化を図ることができ、これにより力覚センサ100の低コスト化を実現することができる。   As described above, in the first embodiment, the scales 34a, 34b, and 34c are arranged on the lower surface (surface on the support portion side) of the intermediate end portion 23 that is the displacement portion, so that the scales 34a, 34b, and 34c are the same. It will be arranged facing the direction. And since each light receiving element 32a, 32b, 32c is supported by the sensor support body 5 which is a support part so as to oppose each scale 34a, 34b, 34c, each scale 34a, 34b, 34c faces the same direction. Will be placed. In this way, by arranging the scales 34a, 34b, 34c and the light receiving elements 32a, 32b, 32c in the same direction, the occupied area can be reduced. Therefore, the force sensor 100 can be reduced in size, and the cost of the force sensor 100 can be reduced.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る力覚センサ100Aについて詳細に説明する。図5は、本発明の第2実施形態に係る力覚センサを示す斜視図である。図6は、力覚センサの内部構成を示す説明図であり、図6(a)は上蓋及び変換部材取付板を取り外した状態の力覚センサの平面図、図6(b)はX−Z面に沿う力覚センサの断面図である。図6(c)は下蓋を取り外した状態の力覚センサの底面図である。なお、本第2実施形態において、上記第1実施形態と同様の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, the force sensor 100A according to the second embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 5 is a perspective view showing a force sensor according to the second embodiment of the present invention. 6A and 6B are explanatory views showing the internal structure of the force sensor. FIG. 6A is a plan view of the force sensor with the top cover and the conversion member mounting plate removed, and FIG. It is sectional drawing of the force sensor along a surface. FIG. 6C is a bottom view of the force sensor with the lower lid removed. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本第2実施形態の力覚センサ100Aは、6軸の力覚センサであり、Fx(X方向の力)、Fy(Y方向の力)、Fz(Z方向の力)、Mx(X方向回りのモーメント)、My(Y方向回りのモーメント)、Mz(Z方向回りのモーメント)の検出が可能である。ここでX,Y,Zの各方向は各図中に示す通りである。   The force sensor 100A of the second embodiment is a six-axis force sensor, and is Fx (force in the X direction), Fy (force in the Y direction), Fz (force in the Z direction), Mx (around the X direction). ), My (moment around Y direction), and Mz (moment around Z direction) can be detected. Here, the directions of X, Y, and Z are as shown in the drawings.

図5に示すように、力覚センサ100Aは、円柱状の本体2Aと、本体2Aの上部を覆う円盤形状の上蓋4と、本体2Aの下部を覆う円盤形状の下蓋1と、を備えている。本体2Aは、本体下部14と本体上部15とからなる。   As shown in FIG. 5, the force sensor 100A includes a cylindrical main body 2A, a disk-shaped upper lid 4 that covers the upper portion of the main body 2A, and a disk-shaped lower lid 1 that covers the lower portion of the main body 2A. Yes. The main body 2 </ b> A includes a main body lower part 14 and a main body upper part 15.

図6(a)及び図6(b)を参照すると、本体上部15は、上記第1実施形態の本体2において、センサ基板11の代わりにセンサ基板11Aを備え、センサ支持体5の代わりに支持体上部17を備えている。   6 (a) and 6 (b), the main body upper portion 15 includes a sensor substrate 11A instead of the sensor substrate 11 in the main body 2 of the first embodiment, and is supported instead of the sensor support body 5. An upper body 17 is provided.

本体下部14は、円筒上部としての円筒部材6の下方に配置され、外周の径が円筒部材6の外周の径と同一の円筒下部としての円筒部材18と、円筒部材18の内側に配置され、支持体上部17の下面に固定された円柱形状の支持体下部16と、を備えている。   The main body lower portion 14 is disposed below the cylindrical member 6 serving as the upper portion of the cylinder, the outer peripheral diameter is the same as the outer peripheral diameter of the cylindrical member 6, and the cylindrical member 18 serving as the lower cylindrical portion is disposed inside the cylindrical member 18. A columnar support lower portion 16 fixed to the lower surface of the support upper portion 17.

支持体下部16の外周面と、円筒部材18の内周面とが複数の弾性連結部8a,8b,8cで連結されている。これら支持体下部16、円筒部材18及び弾性連結部8a,8b,8cは、一体に形成されている。弾性連結部8a,8b,8cの両側には、図6(c)に示すように、矩形の貫通孔12a,12b,12c,13a,13b,13cが形成され、弾性連結部8a,8b,8cはZ方向より見るとH型で四端を固定した梁から成っている。各梁のZ方向の寸法は十分に大きく、X−Y面内であればいずれかの梁が撓んで変形することが容易な構造となっている。   The outer peripheral surface of the support lower portion 16 and the inner peripheral surface of the cylindrical member 18 are connected by a plurality of elastic connecting portions 8a, 8b, and 8c. The lower support 16, the cylindrical member 18, and the elastic coupling portions 8 a, 8 b, and 8 c are integrally formed. As shown in FIG. 6 (c), rectangular through holes 12a, 12b, 12c, 13a, 13b, and 13c are formed on both sides of the elastic connecting portions 8a, 8b, and 8c, and the elastic connecting portions 8a, 8b, and 8c are formed. When viewed from the Z direction, it consists of an H-shaped beam with four ends fixed. Each beam has a sufficiently large dimension in the Z direction, and any beam can be easily bent and deformed within the XY plane.

本第2実施形態では、円筒部材18及び下蓋1により第1の固定部A1’が構成されている。また、支持体上部17及び支持体下部16により支持部としての中間部Bが構成されている。また、上蓋4、変換部材取付板3及び円筒部材6により受力部としての第2の固定部A2’が構成されている。第1の固定部A1’は図示しない基台等に取付けられ、また第2の固定部A2’は図示しないロボットのアームやマニピュレータに取付けられて使用される。   In the second embodiment, the cylindrical member 18 and the lower lid 1 constitute a first fixing portion A1 '. Further, the support upper part 17 and the support lower part 16 constitute an intermediate part B as a support part. Further, the upper lid 4, the conversion member mounting plate 3, and the cylindrical member 6 constitute a second fixing portion A <b> 2 ′ as a force receiving portion. The first fixed portion A1 'is attached to a base (not shown) or the like, and the second fixed portion A2' is used by being attached to a robot arm or manipulator (not shown).

ここで中間部Bと第1の固定部A1’は弾性連結部8a,8b,8cで連結されており、中間部Bは第1の固定部A1に対してXY方向の変位およびZ方向回りの回転が容易である。さらに第2の固定部A2’と中間部Bは弾性連結部7a,7b,7cで連結されており、第2の固定部A2’は中間部Bに対してZ方向の変位、X方向回りの傾斜、及びY方向回りの傾斜が容易である。   Here, the intermediate portion B and the first fixed portion A1 ′ are connected by elastic connecting portions 8a, 8b, and 8c, and the intermediate portion B is displaced in the XY direction and about the Z direction with respect to the first fixed portion A1. Easy to rotate. Further, the second fixed portion A2 ′ and the intermediate portion B are connected by elastic connecting portions 7a, 7b, and 7c. The second fixed portion A2 ′ is displaced in the Z direction with respect to the intermediate portion B, and is rotated around the X direction. Inclination and inclination around the Y direction are easy.

本第2実施形態において、変位方向変換機構は上記第1実施形態と同様、変位方向変換部材10a,10b,10cであり、変位部としての中間端部23の下面(支持部側の面)にスケール34a,34b,34cが取り付けられている。変位方向変換部材10a,10b,10cは、上記第1実施形態と同一である構成および機能であるので、以下、詳細な説明を省略する。   In the second embodiment, the displacement direction conversion mechanism is the displacement direction conversion members 10a, 10b, and 10c as in the first embodiment, and is provided on the lower surface (surface on the support portion side) of the intermediate end portion 23 as the displacement portion. Scales 34a, 34b, and 34c are attached. Since the displacement direction conversion members 10a, 10b, and 10c have the same configuration and function as those of the first embodiment, detailed description thereof will be omitted below.

本第2実施形態では、円筒部材18には3箇所に上方へ突出する突出部が形成され、その上端にはセンサ基板11Aの上方まで延びるスケール取付板20a,20b,20cが取付けられている。   In the second embodiment, the cylindrical member 18 is formed with protruding portions protruding upward at three locations, and scale mounting plates 20a, 20b, 20c extending to the upper side of the sensor substrate 11A are attached to the upper ends thereof.

図7に、変位方向変換部材10a,10b,10cとスケール取付板20a,20b,20cの詳細な構造を示す。図7(a)は、変位方向変換部材を側面から見た断面図、図7(b)は変位方向変換部材を下面から見た底面図である。図7(a)及び図7(b)に示すように、スケール取付板20a,20b,20cの先端の下面には変位検出のための検出対象体であるスケール35a,35b,35cが取付けられている。そして、スケール34a,34b,34c及びスケール35a,35b,35cは、Z方向において同一レベルに配置されている。   FIG. 7 shows the detailed structure of the displacement direction changing members 10a, 10b, 10c and the scale mounting plates 20a, 20b, 20c. 7A is a cross-sectional view of the displacement direction conversion member as viewed from the side, and FIG. 7B is a bottom view of the displacement direction conversion member as viewed from the lower surface. As shown in FIGS. 7A and 7B, scales 35a, 35b, and 35c, which are detection objects for displacement detection, are attached to the lower surfaces of the tips of the scale mounting plates 20a, 20b, and 20c. Yes. The scales 34a, 34b, 34c and the scales 35a, 35b, 35c are arranged at the same level in the Z direction.

本第2実施形態においては、変位方向変換部材10a,10b,10cの基端部25aは中間部Bの支持体上部17に取付けられている。従って外力Fz、モーメントMx又はモーメントMyの作用によって第2の固定部A2’が中間部Bに対してZ方向に変位、X方向回りに傾斜、又はY方向回りに傾斜する。それに伴って第2の固定部A2’に取付けられた変位方向変換部材10a,10b,10cの基端部26aもそれぞれ矢印Vで示すZ方向に変位する。その結果、各折り曲げ部が弾性変形を生じ中間端部23はX−Y面内であってその延在する方向(矢印Ha,Hb,Hcで示す方向)に変位する。   In the second embodiment, the base end portions 25a of the displacement direction conversion members 10a, 10b, and 10c are attached to the support upper portion 17 of the intermediate portion B. Accordingly, the second fixing portion A2 'is displaced in the Z direction with respect to the intermediate portion B by the action of the external force Fz, the moment Mx, or the moment My, and is inclined about the X direction or inclined about the Y direction. Accordingly, the base end portions 26a of the displacement direction conversion members 10a, 10b, 10c attached to the second fixed portion A2 'are also displaced in the Z direction indicated by the arrow V, respectively. As a result, each bent portion is elastically deformed, and the intermediate end portion 23 is displaced in the extending direction (directions indicated by arrows Ha, Hb, Hc) in the XY plane.

このようにして変位方向変換部材10a,10b,10cは検出位置である基端部26aの基端部25aに対する変位の方向を変換し、対象体であるスケール34a,34b,34cを変位させるのである。   In this way, the displacement direction conversion members 10a, 10b, and 10c change the direction of displacement of the base end portion 26a that is the detection position with respect to the base end portion 25a, thereby displacing the scales 34a, 34b, and 34c that are the objects. .

スケール取付板20a,20b,20cは第1の固定部A1’の円筒部材18に取付けられている。従って外力Fx、外力Fy又はモーメントMzの作用によって中間部Bが第1の固定部A1’に対してX方向に変位、Y方向に変位、又はZ方向回りに回転したとする。その結果、スケール35a,35b,35cが中間部Bに対して相対的に変位することになる。   The scale attachment plates 20a, 20b, 20c are attached to the cylindrical member 18 of the first fixed portion A1 '. Therefore, it is assumed that the intermediate portion B is displaced in the X direction, displaced in the Y direction, or rotated around the Z direction with respect to the first fixed portion A1 'by the action of the external force Fx, the external force Fy, or the moment Mz. As a result, the scales 35a, 35b, and 35c are displaced relative to the intermediate portion B.

次に外力の検出方法について説明する。図8にセンサ基板11Aの平面図を示す。センサ基板11A上には1つの光源31(例えばLED)及び光源31を囲む6つの受光素子32a,32b,32c,33a,33b,33c(例えばフォトダイオード)が一体形成または実装配置されている。   Next, an external force detection method will be described. FIG. 8 shows a plan view of the sensor substrate 11A. On the sensor substrate 11A, one light source 31 (for example, LED) and six light receiving elements 32a, 32b, 32c, 33a, 33b, 33c (for example, photodiode) surrounding the light source 31 are integrally formed or mounted.

個々の受光素子32a,32b,32c,33a,33b,33cとスケール34a,34b,34c,35a,35b,35cの構成については上記第1実施形態と同一であるので説明を省略する。スケール34a,34b,34c,35a,35b,35cは受光素子32a,32b,32c,33a,33b,33cに対向するように配置されている。各スケール34a,34b,34c,35a,35b,35cは、光源31が発生する発散光束を反射し、各受光素子32a,32b,32c,33a,33b,33c上に明暗の縞である回折光のパターンを形成する。   Since the configuration of each of the light receiving elements 32a, 32b, 32c, 33a, 33b, 33c and the scales 34a, 34b, 34c, 35a, 35b, 35c is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted. The scales 34a, 34b, 34c, 35a, 35b, and 35c are arranged so as to face the light receiving elements 32a, 32b, 32c, 33a, 33b, and 33c. Each scale 34a, 34b, 34c, 35a, 35b, 35c reflects a divergent light beam generated by the light source 31, and diffracted light that is a bright and dark stripe on each light receiving element 32a, 32b, 32c, 33a, 33b, 33c. Form a pattern.

受光素子32a,32b,32cは上記第1実施形態と同様にそれぞれ変位方向変換部材10a,10b,10cの基端部26aのZ方向の変位から変換されたスケール34a,34b,34cのX,Y方向の変位を検出する。得られた3つの信号から外力の3成分であるFz,Mx,Myが演算によって求められる。さらに受光素子33a,33b,33cはそれぞれスケール取付板20a,20b,20cに取り付けられたスケール35a,35b,35cの変位を検出する。得られた3つの信号から外力の他の3成分であるFx,Fy,Mzが演算によって求められるのである。   As in the first embodiment, the light receiving elements 32a, 32b, and 32c are respectively X and Y of the scales 34a, 34b, and 34c converted from the displacement in the Z direction of the base end portion 26a of the displacement direction conversion members 10a, 10b, and 10c. Detect direction displacement. From the three signals obtained, Fz, Mx, My, which are three components of the external force, are obtained by calculation. Further, the light receiving elements 33a, 33b, and 33c detect displacements of the scales 35a, 35b, and 35c attached to the scale attaching plates 20a, 20b, and 20c, respectively. From the three signals obtained, the other three components of the external force, Fx, Fy, and Mz, are obtained by calculation.

以上、本第2実施形態では、各スケール34a〜34c,35a〜35cが変位部である中間端部23の下面(支持部側の面)に配置されているので、各スケールは同一方向を向いて配置されていることとなる。そして、各受光素子32a〜32c,33a〜33cが各スケール34a〜34c,35a〜35cに対向するように支持部である中間部Bに支持されているので、各スケール34a,34b,34cは同一方向を向いて配置されていることとなる。このように、各スケール34a〜34c,35a〜35c及び各受光素子32a〜32c,33a〜33cを同一方向に向けて配置することにより、それらの占有領域を小さくすることができる。したがって、力覚センサ100Aの小型化を図ることができ、これにより力覚センサ100Aの低コスト化を実現することができる。   As described above, in the second embodiment, the scales 34a to 34c and 35a to 35c are arranged on the lower surface (the surface on the support portion side) of the intermediate end portion 23 that is the displacement portion, so that the scales face the same direction. Will be placed. And since each light receiving element 32a-32c, 33a-33c is supported by the intermediate part B which is a support part so that each scale 34a-34c, 35a-35c may be opposed, each scale 34a, 34b, 34c is the same. It will be arranged facing the direction. Thus, by arranging the scales 34a to 34c, 35a to 35c and the light receiving elements 32a to 32c and 33a to 33c in the same direction, the occupied area can be reduced. Therefore, the force sensor 100A can be reduced in size, and thus the cost of the force sensor 100A can be reduced.

[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係る力覚センサについて説明する。図9は、本第3実施形態に係る力覚センサの変位方向変換機構である変位方向変換部材を側面から見た断面図である。なお、本第3実施形態に係る力覚センサにおいて、変位方向変換部材を除く部分は、上記第1実施形態又は上記第2実施形態に係る力覚センサと同様であるので、変位方向変換部材についてのみ説明する。図9に示す変位方向変換部材10a,10b,10cは、すべて同一構造である。
[Third Embodiment]
Next, a force sensor according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a cross-sectional view of a displacement direction conversion member, which is a displacement direction conversion mechanism of the force sensor according to the third embodiment, viewed from the side. Note that, in the force sensor according to the third embodiment, since the portion excluding the displacement direction conversion member is the same as that of the force sensor according to the first embodiment or the second embodiment, the displacement direction conversion member Only explained. The displacement direction changing members 10a, 10b, and 10c shown in FIG. 9 all have the same structure.

各変位方向変換部材10a,10b,10cは、Z字形状に折り曲げられた第1の弾性板材25と、コ字形状に折り曲げられた第2の弾性板材26とからなる一対の弾性板材を有している。   Each displacement direction changing member 10a, 10b, 10c has a pair of elastic plates made of a first elastic plate 25 bent in a Z shape and a second elastic plate 26 bent in a U shape. ing.

第1の弾性板材25は、平板状の基端部25aと、平板状の先端部25bと、基端部25aと先端部25bとの間の平坦部であるリンク部25cと、からなる。そして、第1の弾性板材25は、基端部25aとリンク部25cとが第1の折り曲げ部25dで連結され、リンク部25cと先端部25bとが第2の折り曲げ部25eで連結されて、Z字形状に形成されている。   The first elastic plate member 25 includes a flat plate-like base end portion 25a, a flat plate-like tip end portion 25b, and a link portion 25c that is a flat portion between the base end portion 25a and the tip end portion 25b. The first elastic plate member 25 includes a base end portion 25a and a link portion 25c that are connected by a first bent portion 25d, and a link portion 25c and a distal end portion 25b that are connected by a second bent portion 25e. It is formed in a Z shape.

これに対し、第2の弾性板材26は、平板状の基端部26aと、平板状の先端部26bと、基端部26aと先端部26bとの間の平坦部であるリンク部26cと、からなる。そして、第2の弾性板材26は、基端部26aとリンク部26cとが第1の折り曲げ部26dで連結され、リンク部26cと先端部26bとが第2の折り曲げ部26eで連結されて、コ字形状に形成されている。   On the other hand, the second elastic plate member 26 includes a flat base end portion 26a, a flat plate front end portion 26b, and a link portion 26c that is a flat portion between the base end portion 26a and the front end portion 26b, Consists of. The second elastic plate member 26 has a base end portion 26a and a link portion 26c connected by a first bent portion 26d, and a link portion 26c and a distal end portion 26b connected by a second bent portion 26e. It is formed in a U shape.

第1の弾性板材25の基端部25aは、支持部としてのセンサ支持体に固定される基板24に固定されている。一方、第2の弾性板材26の基端部26aは、受力部の変換部材取付板に固定されている。   The base end portion 25a of the first elastic plate member 25 is fixed to a substrate 24 fixed to a sensor support as a support portion. On the other hand, the base end portion 26a of the second elastic plate member 26 is fixed to the conversion member mounting plate of the force receiving portion.

第1の弾性板材25の先端部25bである中間端部23が水平方向に変位する変位部となるように、第2の弾性板材26の先端部26bが第1の弾性板材25の基端部25aと先端部25bとの間の平坦部であるリンク部25cに固定されている。具体的には、第2の弾性板材26の先端部26bは第1の弾性板材25のリンク部25cの中間に取付けられている。なお、上記第1,第2実施形態と同様に、第3の弾性板材27が設けられている。   The distal end portion 26b of the second elastic plate member 26 is the base end portion of the first elastic plate member 25 so that the intermediate end portion 23 which is the distal end portion 25b of the first elastic plate member 25 becomes a displacement portion that is displaced in the horizontal direction. It is fixed to a link part 25c which is a flat part between 25a and the tip part 25b. Specifically, the distal end portion 26 b of the second elastic plate member 26 is attached to the middle of the link portion 25 c of the first elastic plate member 25. Note that a third elastic plate member 27 is provided as in the first and second embodiments.

また、本第3実施形態では、各弾性板材25,26,27の折り曲げ部25d,25e,26d,26e,27d,27e以外の部分に補強リブ25f,25g,26f,27fが形成されている。具体的に説明すると、各リンク部25c,26c,27c及び先端部25bは、その両側が鉛直方向への曲げ加工で形成した補強リブ25f,25g,26f,27fによって剛性が付与されている。これにより各弾性板材25,26,27は、折り曲げ部25d,25e,26d,26e,27d,27eのみが弾性変形可能である。またリンク部26cとリンク部27cとは平行に配置されているので、弾性変形時であっても変位部としての中間端部23は基板24に対して常に平行な状態を維持する。   Further, in the third embodiment, the reinforcing ribs 25f, 25g, 26f, and 27f are formed in portions other than the bent portions 25d, 25e, 26d, 26e, 27d, and 27e of the respective elastic plate members 25, 26, and 27. More specifically, the link portions 25c, 26c, 27c and the tip portion 25b are given rigidity by reinforcing ribs 25f, 25g, 26f, 27f formed by bending the both sides in the vertical direction. Thereby, only each bending part 25d, 25e, 26d, 26e, 27d, 27e can elastically deform each elastic board material 25,26,27. Further, since the link portion 26c and the link portion 27c are arranged in parallel, the intermediate end portion 23 as the displacement portion is always kept parallel to the substrate 24 even during elastic deformation.

外力Fz、モーメントMx又はモーメントMyの作用によって、受力部が支持部に対してZ方向に変位、X方向回りに傾斜、又はY方向回りに傾斜したとする。それに伴って変位方向変換部材10a,10b,10cの基端部26aもそれぞれ矢印Vで示すZ方向に変位する。その結果、各折り曲げ部が弾性変形を生じ中間端部23はX−Y面内であってその延在する方向(矢印Ha,Hb,Hcで示す方向)に変位する。   It is assumed that the force receiving portion is displaced in the Z direction relative to the support portion, tilted around the X direction, or tilted around the Y direction by the action of the external force Fz, moment Mx, or moment My. Accordingly, the base end portions 26a of the displacement direction conversion members 10a, 10b, and 10c are also displaced in the Z direction indicated by the arrow V, respectively. As a result, each bent portion is elastically deformed, and the intermediate end portion 23 is displaced in the extending direction (directions indicated by arrows Ha, Hb, Hc) in the XY plane.

このようにして変位方向変換部材10a,10b,10cは検出位置である基端部26aの基端部25aに対する変位の方向を変換し、変位対象体であるスケール34a,34b,34cを変位させるのである。   In this way, the displacement direction conversion members 10a, 10b, and 10c change the direction of displacement of the base end portion 26a that is the detection position with respect to the base end portion 25a, and the scales 34a, 34b, and 34c that are the displacement target bodies are displaced. is there.

本第3実施形態では、第2の弾性板材26の先端部26bは第1の弾性板材25のリンク部25cに取付けられているので、方向が変換された変位は、上記第1,第2実施形態と比較してより大きく、すなわち変換係数を大きくすることができる。   In the third embodiment, since the tip end portion 26b of the second elastic plate member 26 is attached to the link portion 25c of the first elastic plate member 25, the displacement whose direction has been changed is the first and second embodiments described above. It is larger than the form, that is, the conversion coefficient can be increased.

[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態に係る力覚センサについて説明する。図10は、本第4実施形態に係る力覚センサの変位方向変換機構である変位方向変換部材の側面図である。なお、本第4実施形態に係る力覚センサにおいて、変位方向変換部材を除く部分は、上記第1実施形態又は上記第2実施形態に係る力覚センサと同様であるので、変位方向変換部材についてのみ説明する。図10に示す変位方向変換部材10a,10b,10cは、すべて同一構造である。
[Fourth Embodiment]
Next, a force sensor according to a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a side view of a displacement direction conversion member that is a displacement direction conversion mechanism of the force sensor according to the fourth embodiment. In addition, in the force sensor according to the fourth embodiment, since the portion excluding the displacement direction conversion member is the same as that of the force sensor according to the first embodiment or the second embodiment, the displacement direction conversion member Only explained. The displacement direction changing members 10a, 10b, and 10c shown in FIG. 10 all have the same structure.

各変位方向変換部材10a,10b,10cは、支持部と受力部とにヒンジ部44,45を介して接続される回転体41を有している。具体的に説明すると、各変位方向変換部材10a,10b,10cは、回転体41、取付け部42,43、ヒンジ部44,45から成っており、これらが一体的に形成されている。   Each displacement direction changing member 10a, 10b, 10c has a rotating body 41 connected to the support portion and the force receiving portion via hinge portions 44, 45. If it demonstrates concretely, each displacement direction conversion member 10a, 10b, 10c consists of the rotary body 41, the attachment parts 42 and 43, and the hinge parts 44 and 45, and these are integrally formed.

本第4実施形態では、変位部として、回転体41から支持部に対して水平に突出する突出部46が形成されている。突出部46の下面には、スケール34a,34b,34cが取付けられている。取付け部43は図2に示した支持部としてのセンサ支持体5又は図6に示した支持部としての中間部Bの支持体上部17に取り付けられている。取付け部42は、図2又は図6に示した受力部としての変換部材取付板3に取付けられている。   In the fourth embodiment, a protruding portion 46 that protrudes horizontally from the rotating body 41 to the support portion is formed as the displacement portion. Scales 34 a, 34 b and 34 c are attached to the lower surface of the protrusion 46. The attachment portion 43 is attached to the sensor support 5 as the support portion shown in FIG. 2 or the support upper portion 17 of the intermediate portion B as the support portion shown in FIG. The attachment portion 42 is attached to the conversion member attachment plate 3 as the force receiving portion shown in FIG. 2 or FIG.

外力Fz、モーメントMx又はモーメントMyの作用によって、受力部が支持部に対してZ方向に変位、X方向回りに傾斜、又はY方向回りに傾斜したとし、それに伴って変位方向変換部材10a,10b,10cの取付け部42も矢印Vで示すZ方向に変位する。この時、ヒンジ部44,45が弾性変形すると同時に回転体41はヒンジ部45を支点として回動する。その結果、スケール34a,34b,34cは、ほぼX−Y面内であって突出部46の延在する方向(矢印Ha,Hb,Hcで示す方向)にほぼ平行移動する。   It is assumed that the force receiving portion is displaced in the Z direction, tilted around the X direction, or tilted around the Y direction with respect to the support portion by the action of the external force Fz, moment Mx, or moment My, and accordingly, the displacement direction conversion member 10a, The mounting portions 42 of 10b and 10c are also displaced in the Z direction indicated by the arrow V. At this time, at the same time as the hinge portions 44 and 45 are elastically deformed, the rotating body 41 rotates with the hinge portion 45 as a fulcrum. As a result, the scales 34a, 34b, and 34c move substantially in parallel in the direction (indicated by the arrows Ha, Hb, and Hc) in which the protruding portion 46 extends substantially in the XY plane.

このようにして変位方向変換部材10a,10b,10cは検出位置である取付け部42の取付け部43に対する変位の方向を変換し、対象体であるスケール34a,34b,34cを変位させるのである。   In this way, the displacement direction conversion members 10a, 10b, and 10c change the direction of displacement of the attachment portion 42 that is the detection position with respect to the attachment portion 43, and displace the scales 34a, 34b, and 34c, which are the objects.

以上説明した第1〜第4実施形態における変位方向変換機構である変位方向変換部材は、すべて変位検出のための対象体を保持する保持部材を回動変位させることによって変位方向を変換する方式である。このような手段は少なくとも検出対象体の保持部材、保持部材の回動中心となる支点、外力を保持部材に対して支点の回りのモーメントとして作用させる力点とを備える必要がある。さらに支点と検出対象体を結ぶ直線に対して外力の方向は垂直ではなく、望ましくは平行であれば外力の作用により保持部材が回動し変位の方向は変換される。   The displacement direction conversion member, which is the displacement direction conversion mechanism in the first to fourth embodiments described above, is a method of changing the displacement direction by rotationally displacing the holding member that holds the object for displacement detection. is there. Such means needs to include at least a holding member for the detection target body, a fulcrum serving as a rotation center of the holding member, and a force point that causes an external force to act on the holding member as a moment around the fulcrum. Furthermore, if the direction of the external force is not perpendicular to the straight line connecting the fulcrum and the detection object, preferably the holding member is rotated by the action of the external force and the direction of displacement is changed if parallel.

例えば図3、図7、図9に示した上記第1〜第3実施形態の力覚センサにおいて、検出対象体の保持部材に相当するのはリンク部25c,27c、支点に相当するのはリンク部25c,27cと基端部25a,27aとを繋ぐ折り曲げ部である。また、力点に相当するのはリンク部25cとリンク部26cを繋ぐ折り曲げ部である。   For example, in the force sensors of the first to third embodiments shown in FIGS. 3, 7, and 9, the link members 25c and 27c correspond to the holding member of the detection target body, and the link corresponds to the fulcrum. This is a bent portion that connects the portions 25c, 27c and the base end portions 25a, 27a. Further, the bending point that connects the link portion 25c and the link portion 26c corresponds to the power point.

また、図10に示した第4実施形態の力覚センサにおいては、検出対象体の保持部材に相当するのは回転体41、支点に相当するのはヒンジ部45、力点に相当するのはヒンジ部44である。   In the force sensor of the fourth embodiment shown in FIG. 10, the rotating member 41 corresponds to the holding member of the detection target body, the hinge portion 45 corresponds to the fulcrum, and the hinge corresponds to the force point. Part 44.

[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態に係る力覚センサについて説明する。図11は、本第5実施形態に係る力覚センサの変位方向変換機構である変位方向変換装置を側面から見た断面図である。なお、本第5実施形態においても変位方向変換装置を除く部分はすべて上記第1実施形態又は上記第2実施形態の力覚センサと同一の構成である。従って、同一構成の部分については説明を省略し、上記第1実施形態及び上記第2実施形態と異なる変位方向変換機構である変位方向変換装置51a,51b,51cについてのみ説明する。
[Fifth Embodiment]
Next, a force sensor according to a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 11: is sectional drawing which looked at the displacement direction conversion apparatus which is a displacement direction conversion mechanism of the force sensor which concerns on this 5th Embodiment from the side surface. In the fifth embodiment, all parts except the displacement direction changing device have the same configuration as the force sensor of the first embodiment or the second embodiment. Accordingly, the description of the parts having the same configuration is omitted, and only the displacement direction conversion devices 51a, 51b, and 51c, which are different displacement direction conversion mechanisms from the first embodiment and the second embodiment, will be described.

図11において、変位方向変換装置51a,51b,51cはすべて同一構成である。各変位方向変換装置51a,51b,51cは、容器52と、可動部材53,54と、取付け部材55とから成っている。容器52は支持部(図2又は図6のセンサ支持体5又は中間部B)に固定される。容器52内には上方と側方に開口を有する空間が形成され、その空間に非圧縮性の流体(液体)である磁性流体56が充填されている。   In FIG. 11, the displacement direction conversion devices 51a, 51b, and 51c all have the same configuration. Each displacement direction changing device 51 a, 51 b, 51 c includes a container 52, movable members 53, 54, and an attachment member 55. The container 52 is fixed to a support portion (the sensor support body 5 or the intermediate portion B in FIG. 2 or FIG. 6). A space having openings on the upper side and the side is formed in the container 52, and the space is filled with a magnetic fluid 56 that is an incompressible fluid (liquid).

容器52の上方の開口には、可動部材53が挿入され、容器52の上方の開口が塞がれている。したがって、可動部材53は、支持部に対して垂直方向に移動可能に容器52を貫通した状態で配置されている。可動部材53は、取付け部材55を介して受力部(図2又は図6の変換部材取付板3)に固定されている。   A movable member 53 is inserted into the opening above the container 52, and the opening above the container 52 is closed. Therefore, the movable member 53 is arranged in a state of penetrating the container 52 so as to be movable in the vertical direction with respect to the support portion. The movable member 53 is fixed to the force receiving portion (the conversion member mounting plate 3 in FIG. 2 or 6) via the mounting member 55.

また、容器52の側方の開口には、変位部である可動部材54が挿入され、開口が塞がれている。したがって、可動部材54は、支持部に対して水平方向に移動可能に容器52を貫通した状態で配置されている。容器内の空間には、磁石57が設けられており、磁性流体56を吸引し、流出を防止している。   Moreover, the movable member 54 which is a displacement part is inserted in the opening of the side of the container 52, and the opening is closed. Therefore, the movable member 54 is disposed in a state of penetrating the container 52 so as to be movable in the horizontal direction with respect to the support portion. A magnet 57 is provided in the space in the container, and attracts the magnetic fluid 56 to prevent outflow.

可動部材53は、容器52の内壁と接触摺動しつつ矢印Vで示すZ方向に変位が可能であり、可動部材54は矢印Ha,Hb,Hcで示すZ方向に垂直な方向に変位が可能である。   The movable member 53 can be displaced in the Z direction indicated by the arrow V while sliding in contact with the inner wall of the container 52, and the movable member 54 can be displaced in the direction perpendicular to the Z direction indicated by the arrows Ha, Hb, Hc. It is.

外力Fz、モーメントMx又はモーメントMyの作用によって、第2の固定部が第1の固定部に対してZ方向に変位、X方向回りに傾斜、又はY方向回りに傾斜したとすると、取付け部材55及び可動部材53も矢印Vで示すZ方向に変位する。それに伴い容器52の内部で磁性流体56が可動部材53の変位で流動し、磁性流体56の圧力で可動部材54が変位するのでスケール34a,34b,34cはX−Y面内であって可動部材54の延在する方向(矢印Ha,Hb,Hcで示す方向)に変位する。このようにして変位の方向が変換されるのである。   If the second fixed portion is displaced in the Z direction relative to the first fixed portion by the action of the external force Fz, the moment Mx, or the moment My, and tilted around the X direction or tilted around the Y direction, the mounting member 55 The movable member 53 is also displaced in the Z direction indicated by the arrow V. Accordingly, the magnetic fluid 56 flows in the container 52 due to the displacement of the movable member 53, and the movable member 54 is displaced by the pressure of the magnetic fluid 56. Therefore, the scales 34a, 34b, 34c are in the XY plane and are movable members. 54 is displaced in the extending direction (directions indicated by arrows Ha, Hb, Hc). In this way, the direction of displacement is converted.

以上、上記第1〜第5実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the said 1st-5th embodiment, this invention is not limited to this.

上記第1〜第5実施形態のいずれにおいても信号の検出または演算のための回路はセンサ基板11,11A上に一体形成または実装配置することが可能である。   In any of the first to fifth embodiments, a circuit for signal detection or calculation can be integrally formed or mounted on the sensor substrates 11 and 11A.

また上記第1〜第5実施形態では、変位検出素子として受光素子、検出対象体として反射型回折格子を形成したスケールを用いたが、他の検出素子を用いても同様の原理で変位を検出することができる。例えば変位検出素子と検出対象体をともにストライプ状電極パターンで形成し、両者間に生じる静電容量の変化から変位を検出することもできる。また変位検出素子に磁気センサアレイ(例えばホール素子や磁気抵抗素子)、検出対象体にはパターニングされた磁束発生手段(磁石)を用い、磁束密度分布の変化から変位を検出することもできる。   In the first to fifth embodiments, a light receiving element is used as the displacement detection element and a scale in which a reflective diffraction grating is formed as the detection target. However, even if other detection elements are used, the displacement is detected based on the same principle. can do. For example, both the displacement detection element and the detection object can be formed as a striped electrode pattern, and the displacement can be detected from a change in capacitance generated therebetween. In addition, a magnetic sensor array (for example, a Hall element or a magnetoresistive element) is used as the displacement detection element, and a patterned magnetic flux generating means (magnet) is used as the detection target, so that the displacement can be detected from a change in the magnetic flux density distribution.

いずれも変位検出素子を一方向に配列した複数の検出面で構成し、検出対象体により形成された物理量(光束、電界、磁束等)の分布が検出面の配列方向に変位することで得られる正弦波状信号から検出対象体の変位量を検出する方式である。このような方式は検出面の配列ピッチを小さくすることにより、変位検出範囲に関わらず検出分解能を高めることができる点で有効である。   All of them are composed of a plurality of detection surfaces in which displacement detection elements are arranged in one direction, and are obtained by displacing the distribution of physical quantities (light flux, electric field, magnetic flux, etc.) formed by the detection object in the arrangement direction of the detection surfaces. In this method, the amount of displacement of the detection object is detected from a sine wave signal. Such a method is effective in that the detection resolution can be increased regardless of the displacement detection range by reducing the arrangement pitch of the detection surfaces.

また変位方向変換部材10a,10b,10cは各々の基端部26aにおいて基端部25aに対するZ方向の変位を検出するものである。モーメントMx及びMyの作用による第2の固定部A2,A2’の傾きを高精度に検出するには、検出位置であるこれら3箇所の取付け位置は互いに離間している方が好ましい。   Further, the displacement direction conversion members 10a, 10b, and 10c detect displacement in the Z direction with respect to the base end portion 25a at each base end portion 26a. In order to detect the inclinations of the second fixing portions A2 and A2 'due to the actions of the moments Mx and My with high accuracy, it is preferable that these three attachment positions as detection positions are separated from each other.

一方で方向が変換された変位はスケール34a〜34cで検出される。したがって、上記実施形態のように単一の光源を共通で使用して複数の検出位置の変位を検出し、複数の受光素子をすべて同一基板に実装するためには、スケール34a〜34cを接近して設ける方が望ましい。つまり変位方向変換部材10a,10b,10cは各基端部26aの間隔および各基端部25aの間隔よりもスケール34a,34b,34cを設けた各中間端部23の間隔の方が小さくなるような形状および配置とするのが望ましい。上記実施形態のようにY字型の変位方向変換部材10a,10b,10cの基端部25a,26aはすべて外側に向け、中間端部23はすべて内側に向けて配置するのはその点で望ましい一例である。   On the other hand, the displacement whose direction has been changed is detected by the scales 34a to 34c. Therefore, in order to detect the displacement of a plurality of detection positions using a single light source in common as in the above embodiment and to mount all of the plurality of light receiving elements on the same substrate, the scales 34a to 34c are brought close to each other. It is preferable to install them. That is, the displacement direction conversion members 10a, 10b, and 10c are such that the interval between the intermediate end portions 23 provided with the scales 34a, 34b, and 34c is smaller than the interval between the base end portions 26a and the interval between the base end portions 25a. It is desirable to have a proper shape and arrangement. In this respect, it is desirable that the base end portions 25a, 26a of the Y-shaped displacement direction changing members 10a, 10b, 10c are all directed outward and the intermediate end portions 23 are all directed inward as in the above embodiment. It is an example.

一方で特に力覚センサの外径寸法を小さくする必要がある場合には、変位方向変換部材10a,10b,10cは各基端部26aを内側に向けた形状および配置とした方が望ましい。   On the other hand, when it is particularly necessary to reduce the outer diameter of the force sensor, it is desirable that the displacement direction conversion members 10a, 10b, and 10c have a shape and an arrangement in which each base end portion 26a faces inward.

3…変換部材取付板、5…センサ支持体、6…円筒部材、7a,7b,7c…弾性連結部、10a,10b,10c…変位方向変換部材、11,11A…センサ基板、17…支持体上部、23…中間端部、25…第1の弾性板材、25a…基端部、25b…先端部、25c…リンク部、25d…第1の折り曲げ部、25e…第2の折り曲げ部、25f…補強リブ、26…第2の弾性板材、26a…基端部、26b…先端部、26c…リンク部、26d…第1の折り曲げ部、26e…第2の折り曲げ部、26f…補強リブ、31…光源、32a,32b,32c…受光素子、34a,34b,34c…スケール、100,100A…力覚センサ、A1,A1’…第1の固定部、A2,A2’…第2の固定部、B…中間部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Conversion member mounting plate, 5 ... Sensor support body, 6 ... Cylindrical member, 7a, 7b, 7c ... Elastic connection part, 10a, 10b, 10c ... Displacement direction conversion member, 11, 11A ... Sensor substrate, 17 ... Support body Upper part, 23 ... intermediate end part, 25 ... first elastic plate member, 25a ... base end part, 25b ... tip part, 25c ... link part, 25d ... first bent part, 25e ... second bent part, 25f ... Reinforcement rib, 26 ... second elastic plate material, 26a ... base end portion, 26b ... tip portion, 26c ... link portion, 26d ... first bent portion, 26e ... second bent portion, 26f ... reinforcement rib, 31 ... Light source, 32a, 32b, 32c ... light receiving element, 34a, 34b, 34c ... scale, 100, 100A ... force sensor, A1, A1 '... first fixing part, A2, A2' ... second fixing part, B ... Middle part

Claims (6)

支持部と、
外力の作用により前記支持部に対して変位する受力部と、
前記支持部と前記受力部とを連結する弾性連結部と、
前記支持部と前記受力部との間に複数配置され、且つ前記支持部に対する前記受力部の垂直方向の変位によって前記支持部に対して水平方向に変位する変位部を有する変位方向変換機構と、
前記各変位方向変換機構の前記変位部の前記支持部側に設けられた検出対象体と、
前記各検出対象体に対向するように前記支持部に支持され、前記各検出対象体の移動を検出する変位検出素子と、を備えたことを特徴とする力覚センサ。
A support part;
A force receiving portion that is displaced with respect to the support portion by the action of an external force;
An elastic connecting part for connecting the support part and the force receiving part;
A displacement direction conversion mechanism having a plurality of displacement portions arranged between the support portion and the force receiving portion and displaced in a horizontal direction with respect to the support portion by a displacement of the force receiving portion in a vertical direction with respect to the support portion. When,
A detection object provided on the support part side of the displacement part of each displacement direction conversion mechanism;
A force sensor comprising: a displacement detection element that is supported by the support portion so as to face each detection target body and detects the movement of each detection target body.
前記各変位方向変換機構は、Z字形状に折り曲げられ、前記支持部に対して水平な面で鏡面対称に配置された一対の弾性板材を有し、
前記一対の弾性板材のうちの一方の弾性板材の基端部が前記支持部に固定され、前記一対の弾性板材のうちの他方の弾性板材の基端部が前記受力部に固定され、
前記一対の弾性板材の先端部同士が接合されて前記変位部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の力覚センサ。
Each of the displacement direction conversion mechanisms has a pair of elastic plates that are bent in a Z-shape and are arranged in mirror symmetry with respect to a horizontal plane with respect to the support portion.
A base end portion of one elastic plate member of the pair of elastic plate members is fixed to the support portion, and a base end portion of the other elastic plate member of the pair of elastic plate members is fixed to the force receiving portion,
The force sensor according to claim 1, wherein the displacement portions are formed by joining tip portions of the pair of elastic plates.
前記各変位方向変換機構はZ字形状に折り曲げられた第1の弾性板材と、コ字形状に折り曲げられた第2の弾性板材とからなる一対の弾性板材を有し、
前記第1の弾性板材の基端部が前記支持部に固定され、前記第2の弾性板材の基端部が前記受力部に固定され、
前記第1の弾性板材の先端部が前記変位部となるように、前記第2の弾性板材の先端部が前記第1の弾性板材の基端部と先端部との間の平坦部に固定されていることを特徴とする請求項1に記載の力覚センサ。
Each of the displacement direction converting mechanisms has a pair of elastic plates made of a first elastic plate bent into a Z shape and a second elastic plate bent into a U shape,
A base end portion of the first elastic plate member is fixed to the support portion; a base end portion of the second elastic plate member is fixed to the force receiving portion;
The distal end portion of the second elastic plate member is fixed to a flat portion between the base end portion and the distal end portion of the first elastic plate member so that the distal end portion of the first elastic plate member becomes the displacement portion. The force sensor according to claim 1, wherein the force sensor is provided.
前記一対の弾性板材のそれぞれには、折り曲げ部以外の部分に補強リブが形成されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の力覚センサ。   4. The force sensor according to claim 2, wherein a reinforcing rib is formed on each of the pair of elastic plates at a portion other than the bent portion. 5. 前記各変位方向変換機構は、前記支持部と前記受力部とにヒンジ部を介して接続される回転体を有し、
前記変位部として、前記回転体から前記支持部に対して水平に突出する突出部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の力覚センサ。
Each displacement direction conversion mechanism has a rotating body connected to the support part and the force receiving part via a hinge part,
The force sensor according to claim 1, wherein a projecting portion that projects horizontally from the rotating body to the support portion is formed as the displacement portion.
前記各変位方向変換機構は、
前記支持部に固定され、内部に液体が充填された容器と、
前記受力部に固定され、前記支持部に対して垂直方向に移動可能に前記容器を貫通した状態で配置された可動部材と、を有し、
前記変位部は、前記容器の内部の液体の圧力により前記支持部に対して水平方向に移動可能に前記容器を貫通した状態で配置されていることを特徴とする請求項1に記載の力覚センサ。
Each displacement direction conversion mechanism is
A container fixed to the support and filled with a liquid;
A movable member fixed to the force receiving portion and arranged in a state penetrating the container so as to be movable in a vertical direction with respect to the support portion,
2. The force sense according to claim 1, wherein the displacement part is arranged in a state of penetrating the container so as to be movable in a horizontal direction with respect to the support part by a pressure of a liquid inside the container. Sensor.
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