JP6143443B2 - Sensor - Google Patents

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本発明は、磁束発生源と磁電変換素子の相対変位によって生じる磁束変化を検出し、力及びモーメント成分に変換する磁気式力覚センサに関するものである。   The present invention relates to a magnetic force sensor that detects a change in magnetic flux caused by a relative displacement between a magnetic flux generation source and a magnetoelectric transducer and converts it into force and moment components.

力覚センサは、X軸,Y軸,Z軸の3次元座標空間における各軸の並進方向の力Fx,Fy,Fz、各軸の回転方向のモーメントMx,My,Mzの最大6軸の力およびモーメントを検出するセンサである。この力覚センサは、例えば産業用ロボットハンドの手首部分に取り付けられて、組付け作業に生じる力とモーメントを検出し、その検出値に応じて組付け作業動作を修正することができる。   The force sensor is composed of a maximum of six axes of forces Fx, Fy, Fz in the translational direction of each axis and moments Mx, My, Mz in the rotation direction of each axis in the three-dimensional coordinate space of the X, Y, and Z axes. And a sensor for detecting moments. This force sensor is attached to, for example, a wrist portion of an industrial robot hand, detects a force and a moment generated in the assembling work, and can correct the assembling work operation according to the detected value.

力覚センサは、歪ゲージ式、静電容量式、磁気式など、用途に応じてさまざまな方式の力覚センサが知られている。このうち、磁気式の力覚センサは、構成がシンプルで安価に製造することができるため、各種用途での活用が期待されている。しかしながら、磁気式のセンサはその検出原理上、多軸干渉という課題(=例えば、水平方向のみに変位する外力を受けたにも関わらず、磁場の勾配の影響により垂直方向に変位した際に生じる出力変化も現れる現象)があったため、各軸の出力を独立に精度良く検知することが困難だったため用途が限られていた。   As the force sensor, various types of force sensors such as a strain gauge type, a capacitance type, and a magnetic type are known depending on applications. Among these, the magnetic force sensor has a simple configuration and can be manufactured at low cost, and is expected to be used in various applications. However, the magnetic sensor has a problem of multi-axis interference due to its detection principle (= for example, it occurs when it is displaced in the vertical direction due to the influence of the gradient of the magnetic field in spite of receiving an external force that is displaced only in the horizontal direction. Because there was a phenomenon in which output changes also appeared), it was difficult to detect the output of each axis independently with high accuracy, so the application was limited.

そこで、この他軸干渉の課題を解決するため、特開2011−145286号公報(特許文献1)に記載の磁気式力覚センサは、特定の方位に対して隣り合う磁石の磁極面が互いに逆となるように配された2つ以上の磁石から構成された磁束発生源を備えている。   Therefore, in order to solve this problem of other-axis interference, the magnetic force sensor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-145286 (Patent Document 1) has magnetic pole surfaces of adjacent magnets that are opposite to each other in a specific direction. The magnetic flux generation source is composed of two or more magnets arranged to be.

外力が作用する作用部には、磁極面が互いに逆となるように磁石の磁極面に対して対向した位置にそれぞれ設けられた第1磁電変換素子と、第1磁電変換素子の間に第2磁電変換素子とを設けられている。そして第1磁電変換素子の出力に基づき垂直方向成分の力を検出し、第2磁電変換素子の出力に基づき水平方向成分の力を検出する。   The acting portion to which the external force acts is provided between the first magnetoelectric conversion element and the first magnetoelectric conversion element respectively provided at positions facing the magnetic pole surface of the magnet so that the magnetic pole surfaces are opposite to each other. And a magnetoelectric conversion element. The force of the vertical direction component is detected based on the output of the first magnetoelectric conversion element, and the force of the horizontal direction component is detected based on the output of the second magnetoelectric conversion element.

このように、垂直方向成分の力と水平方向成分の力を独立に検出することで、磁気式の力センサの多軸干渉の課題を解消している。   Thus, the problem of the multi-axis interference of the magnetic force sensor is solved by independently detecting the force of the vertical component and the force of the horizontal component.

特開2011−145286号公報JP 2011-145286 A

このような構成の磁気式力覚センサを利用する場合には、磁電変換素子と磁束発生源との相対位置を調整し、あらかじめ校正しておく必要がある。しかしながら、特許文献1にはユーザーにとって校正しやすい機構についての具体的記載がない。   When the magnetic force sensor having such a configuration is used, it is necessary to adjust the relative position between the magnetoelectric transducer and the magnetic flux generation source and calibrate in advance. However, Patent Document 1 does not specifically describe a mechanism that is easy for a user to calibrate.

本発明の目的は、磁電変換素子と磁束発生源との相対位置を調整しやすい磁気式力覚センサを提供することにある。
本発明のセンサは、基台と、円環状の枠体である支持部材と、中心から4方向に前記支持部材に向かって形成された作用部と、前記基台と前記支持部材を連結する複数の柱と、前記作用部に固定された基板と、前記基板に固定された第1の磁電変換素子および第2の磁電変換素子と、ホルダに保持された磁束発生源と、からなるセンシング部と、を有し、前記センシング部は、前記基台と、前記4方向に形成された作用部のそれぞれと、の間に形成され、前記ホルダは、移動可能なように前記基台に設置されており、前記ホルダの移動により、前記磁束発生源の、前記第1の磁電変換素子及び前記第2の磁電変換素子に対する位置を変化させることを特徴とする。
An object of the present invention is to provide a magnetic force sensor that can easily adjust the relative position between a magnetoelectric transducer and a magnetic flux generation source.
The sensor of the present invention includes a base , a support member that is an annular frame, a working portion that is formed from the center in four directions toward the support member, and a plurality of parts that connect the base and the support member. A sensing unit comprising: a column of the first electrode; a substrate fixed to the action unit; a first magnetoelectric conversion element and a second magnetoelectric conversion element fixed to the substrate; and a magnetic flux generation source held by a holder; The sensing part is formed between the base and each of the action parts formed in the four directions, and the holder is installed on the base so as to be movable. The position of the magnetic flux generation source relative to the first magnetoelectric conversion element and the second magnetoelectric conversion element is changed by the movement of the holder.

本発明は、磁電変換素子と磁束発生源との相対位置を調整しやすい磁気式力覚センサを提供することが可能である。   The present invention can provide a magnetic force sensor that can easily adjust the relative position between a magnetoelectric transducer and a magnetic flux generation source.

磁気式力覚センサの斜視図である。It is a perspective view of a magnetic type force sensor. 磁電変換素子と磁束発生源との配置を水平面上(XY平面上)の配置を示した、概略の透視図である。FIG. 4 is a schematic perspective view showing an arrangement of a magnetoelectric conversion element and a magnetic flux generation source on a horizontal plane (on an XY plane). 位置調整部の具体的な構成を示した図である。It is the figure which showed the specific structure of the position adjustment part. 他の実施形態を示す図である。It is a figure which shows other embodiment. センシングの拡大図である。It is an enlarged view of sensing. 磁気式力覚センサの検出原理を最もよく表す図である。It is a figure which best represents the detection principle of a magnetic force sensor. 本発明に係る6軸力覚センサの出力の流れを示したブロック図である。It is the block diagram which showed the flow of the output of the 6-axis force sensor which concerns on this invention.

添付図面を用いて、磁気式力覚センサを説明する。以下、力とモーメントとを併せて“力”と称することがある。   A magnetic force sensor will be described with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the force and the moment may be collectively referred to as “force”.

図6(a)は磁気式力覚センサの検出原理を表す図面の1つであり、磁気式力覚センサのセンシング部の模式的な斜視図である。本発明においては、力のセンシングに関係する磁電変換素子と磁束発生源とを併せてセンシング部と称する。センシング部は、以下で説明する作用部4と磁束発生源7との相対位置を、検知した磁場を電気信号に変換して検出する機能を果たす。センシング部は、磁石の磁極面に対向して配置された第1の磁電変換素子1a〜1dと、第1の磁電変換素子の間に配置された第2の磁電変換素子2a〜2dと、3a〜3dは磁束発生源を構成する4つの磁石3a〜3dとを有している。磁石3a〜3dは、Z軸方向に対してそれぞれN極とS極とが互いに逆となるように配されている。   FIG. 6A is one of the drawings showing the detection principle of the magnetic force sensor, and is a schematic perspective view of the sensing unit of the magnetic force sensor. In the present invention, the magnetoelectric transducer and magnetic flux generation source related to force sensing are collectively referred to as a sensing unit. The sensing unit functions to detect the relative position between the action unit 4 and the magnetic flux generation source 7 described below by converting the detected magnetic field into an electrical signal. The sensing unit includes first magnetoelectric conversion elements 1a to 1d arranged opposite to the magnetic pole surface of the magnet, second magnetoelectric conversion elements 2a to 2d arranged between the first magnetoelectric conversion elements, and 3a. -3d has four magnets 3a-3d constituting a magnetic flux generation source. The magnets 3a to 3d are arranged so that the N pole and the S pole are opposite to each other in the Z-axis direction.

磁束発生源7は、隣り合う磁石の磁極面が互いに逆となるように配された2つ以上の磁石から構成されていればよく、磁束発生源7を構成する磁石は4つである必要はない。また、センシング部は一つである必要はなく、一つのセンサに複数のセンシング部が設けられていてもよい。   The magnetic flux generation source 7 should just be comprised from the 2 or more magnet arrange | positioned so that the magnetic pole surface of an adjacent magnet may become mutually opposite, and the magnet which comprises the magnetic flux generation source 7 needs to be four Absent. Moreover, the number of sensing units is not necessarily one, and a plurality of sensing units may be provided in one sensor.

さらに、配置された磁電変換素子の個数も上述の如くである必要は必ずしも無く、本発明に係る磁気式力覚センサの使用者が、所望の精度などに応じて適宜選択してよい。   Furthermore, the number of arranged magnetoelectric transducers does not necessarily have to be as described above, and the user of the magnetic force sensor according to the present invention may appropriately select it according to desired accuracy.

図6(b)は、図6(a)のセンシング部を有する磁気式力覚センサのX軸‐Z軸に沿った断面図である。センシング部は、筒状の筐体Kの内部に収められている。   FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the X axis-Z axis of the magnetic force sensor having the sensing unit of FIG. The sensing unit is housed in a cylindrical housing K.

磁気式力覚センサは、外部からの力が作用する作用部4、作用部4に加わった力によって変位し加わった力を変位に変換する機能を担う弾性体5、磁電変換素子1及び磁電変換素子2が実装されている基板6、複数の磁石から構成される磁束発生源7を有している。基板6に実装されている磁電変換素子1及び磁電変換素子2は、基板6を介して作用部4に固定されている。また作用部4は弾性体5に支持されている。さらに、基板6に配された磁電変換素子1及び磁電変換素子2の出力を、A/D変換する変換部、演算部及び記憶部を有している。変換部、演算部、記憶部は以下で改めて説明する。   The magnetic force sensor includes an action portion 4 on which an external force acts, an elastic body 5 having a function of converting the force applied by the force applied to the action portion 4 and converting the force into a displacement, the magnetoelectric conversion element 1, and the magnetoelectric conversion. It has the board | substrate 6 with which the element 2 is mounted, and the magnetic flux generation source 7 comprised from a some magnet. The magnetoelectric conversion element 1 and the magnetoelectric conversion element 2 mounted on the substrate 6 are fixed to the action part 4 via the substrate 6. The action part 4 is supported by an elastic body 5. Furthermore, it has the conversion part, the calculating part, and the memory | storage part which A / D convert the output of the magnetoelectric conversion element 1 and the magnetoelectric conversion element 2 which were distribute | arranged to the board | substrate 6. FIG. The conversion unit, calculation unit, and storage unit will be described later again.

磁束発生源7は、N極とS極を一対有する2つ以上の磁石3から構成されている。磁束発生源7は、一つの磁束発生源に複数の磁石を連接してなるパターンを形成してもよい。要するに、隣りあう磁石の境界を境にして、磁石から発生する磁場の向きが逆転するように構成されていれば良い。   The magnetic flux generation source 7 is composed of two or more magnets 3 having a pair of N pole and S pole. The magnetic flux generation source 7 may form a pattern formed by connecting a plurality of magnets to one magnetic flux generation source. In short, what is necessary is just to be comprised so that the direction of the magnetic field which generate | occur | produces from a magnet may be reversed on the boundary of the adjacent magnet.

また、磁石3および磁束発生源7はNd−Fe−B磁石、Sm−Co磁石、Sm−Fe−N磁石、フェライト磁石に代表されるような永久磁石であってもよく、磁性体のまわりに、コイルを巻き、通電することによって磁力を発生させる電磁石であってもよい。磁電変換素子1及び磁電変換素子2は、ホール素子、MR素子、磁気インピーダンス素子、フラックスゲート素子、又は、巻き線コイルである。   The magnet 3 and the magnetic flux generation source 7 may be permanent magnets such as Nd—Fe—B magnets, Sm—Co magnets, Sm—Fe—N magnets, and ferrite magnets. Alternatively, an electromagnet that generates a magnetic force by winding and energizing a coil may be used. The magnetoelectric conversion element 1 and the magnetoelectric conversion element 2 are a Hall element, an MR element, a magnetic impedance element, a fluxgate element, or a wound coil.

作用部4にX軸方向の力Fx、Y軸方向の力Fy、Z軸方向のモーメントMzを受けると、磁電変換素子1及び磁電変換素子2は、水平方向(X軸−Y軸平面上)に磁束発生源7に対して相対的に変位する。一方で、作用部4にX軸方向のモーメントMx、Y軸方向のモーメントMy、Z軸方向の力Fzを受けると、磁電変換素子1及び磁電変換素子2は、垂直方向(Z軸−X軸またはZ軸−Y軸平面上)に相対的に変位することになる。磁電変換素子1及び磁電変換素子2は、この変位によって生じる磁電変換素子を通過する磁束密度の変化を検出して、力、モーメントに変換する。   When the action part 4 receives a force Fx in the X-axis direction, a force Fy in the Y-axis direction, and a moment Mz in the Z-axis direction, the magnetoelectric conversion element 1 and the magnetoelectric conversion element 2 are horizontal (on the X axis-Y axis plane). To be relatively displaced with respect to the magnetic flux generation source 7. On the other hand, when the action part 4 receives the moment Mx in the X-axis direction, the moment My in the Y-axis direction, and the force Fz in the Z-axis direction, the magnetoelectric conversion element 1 and the magnetoelectric conversion element 2 are moved in the vertical direction (Z axis-X axis). Or it is displaced relatively on the Z-axis-Y-axis plane). The magnetoelectric conversion element 1 and the magnetoelectric conversion element 2 detect a change in magnetic flux density passing through the magnetoelectric conversion element caused by this displacement, and convert it into a force and a moment.

つまり、前記磁束発生源は、第1の磁石と第2の磁石とを少なくとも有しており、第1の磁電変換素子Aは、第1の磁石の磁極面の中央部と対向して配置されている。第1の磁石の磁極面の第1の磁極と、第2の磁石の前記磁極面の第2の磁極とは、隣り合っており、
第1の磁極と、前記第2の磁極とは逆極性であり、第1の磁石と第2の磁石との境界に対向して、前記第2の磁電変換素子Aが配置されている。
That is, the magnetic flux generation source includes at least a first magnet and a second magnet, and the first magnetoelectric conversion element A is disposed to face the central portion of the magnetic pole surface of the first magnet. ing. The first magnetic pole of the magnetic pole surface of the first magnet and the second magnetic pole of the magnetic pole surface of the second magnet are adjacent to each other,
The first magnetic pole and the second magnetic pole have opposite polarities, and the second magnetoelectric conversion element A is arranged facing the boundary between the first magnet and the second magnet.

図6(c)は、図6(a)で示したセンシング部の側面から見た場合の立面図であり、発生する磁力線も記載していている。図6(c)は、磁石3を2個配置し、隣り合う磁石3はZ軸の方位に対して極性を逆としている。磁電変換素子1及び磁電変換素子2は、磁石3の磁極面と対向するように配置し、それぞれ磁場のZ軸方向成分を検出するように配置してある。第1の磁電変換素子1は、Z軸方向の変位に対して流入する磁場のZ軸方向成分の磁束密度の変化は大きいが、X軸方向の変位に対しては流入する磁場のZ軸方向成分の磁束密度の変化は小さい。一方、第2の磁電変換素子2は、X軸方向の変位に対しては流入する磁場のZ軸方向成分の磁束密度の変化は大きいが、Z軸方向の変位に対しては流入する磁場のZ軸方向成分の磁束密度の変化は小さい。   FIG. 6C is an elevational view when viewed from the side surface of the sensing unit shown in FIG. 6A, and also shows the generated magnetic lines of force. In FIG. 6C, two magnets 3 are arranged, and adjacent magnets 3 have opposite polarities with respect to the Z-axis orientation. The magnetoelectric conversion element 1 and the magnetoelectric conversion element 2 are arranged so as to face the magnetic pole surface of the magnet 3, and are arranged so as to detect the Z-axis direction component of the magnetic field, respectively. The first magnetoelectric conversion element 1 has a large change in the magnetic flux density of the Z-axis direction component of the magnetic field flowing with respect to the displacement in the Z-axis direction, but the Z-axis direction of the flowing magnetic field with respect to the displacement in the X-axis direction. The change in the magnetic flux density of the component is small. On the other hand, the second magnetoelectric transducer 2 has a large change in the magnetic flux density of the Z-axis direction component of the incoming magnetic field with respect to the displacement in the X-axis direction, but the incoming magnetic field does not change with respect to the Z-axis direction displacement. The change in the magnetic flux density of the Z-axis direction component is small.

次に、2×2個の磁石3a〜3dで構成された磁束発生源により6軸の力およびモーメントを検出する原理について、本発明に係る6軸磁気式力覚センサの出力の流れを示したブロック図である図7を参照しながら説明する。   Next, the flow of the output of the 6-axis magnetic force sensor according to the present invention is shown for the principle of detecting the 6-axis force and moment by the magnetic flux generation source composed of 2 × 2 magnets 3a to 3d. This will be described with reference to FIG. 7 which is a block diagram.

[垂直方向成分Fz,Mx,Myの検出]
垂直方向成分Fz,Mx,Myを算出するためには、磁石の磁極面の中心に対向して配置された第1の磁電変換素子1a〜1dによって検出された垂直方向成分の磁場を用いる。第1の磁電変換素子1aの変位によって生じる出力変化を信号増幅部8で増幅し、A/D変換器を有する変換器9を用いてV1aとして検出する。同様に、第1の磁電変換素子1b〜1dについてもV1b〜V1dとして検出する。
[Detection of vertical direction components Fz, Mx, My]
In order to calculate the vertical direction components Fz, Mx, My, the magnetic field of the vertical direction component detected by the first magnetoelectric transducers 1a to 1d arranged to face the center of the magnetic pole surface of the magnet is used. The output change caused by the displacement of the first magnetoelectric transducer 1a is amplified by the signal amplifying unit 8 and detected as V1a using the converter 9 having an A / D converter. Similarly, the first magnetoelectric conversion elements 1b to 1d are also detected as V1b to V1d.

Fz=V1a+V1b+V1c+V1d
Mx=(V1a+V1b)−(V1c+V1d)
My=(V1b+V1c)−(V1a+V1d)
Fz, Mx, My は、演算部10で上記の如く計算される。Fzは4つの素子の総変化量により算出し、MxはX軸方向に対して平行に配置した素子2組のペアの変化量によって算出し、MyはY軸方向に対して平行に配置した素子2組のペアの変化量により算出する。
Fz = V1a + V1b + V1c + V1d
Mx = (V1a + V1b) − (V1c + V1d)
My = (V1b + V1c) − (V1a + V1d)
Fz, Mx, My are calculated by the calculation unit 10 as described above. Fz is calculated from the total change amount of the four elements, Mx is calculated from the change amount of two pairs of elements arranged parallel to the X-axis direction, and My is an element arranged parallel to the Y-axis direction. It is calculated from the amount of change between two pairs.

[水平方向成分Fx,Fy,Mzの検出]
水平方向成分Fx,Fy,Mzを算出するためには、第1の磁電変換素子の間にそれぞれ配置された第2の磁電変換素子2a〜2dによって検出された水平方向成分の磁場を用いる。第2の磁電変換素子2aの変位によって生じる出力変化を信号増幅部8で増幅し、A/D変換器を有する変換器9を用いてV2aとして検出する。同様に、磁電変換素子2b〜2dについてもV2b〜V2dとして検出する。
[Detection of horizontal direction components Fx, Fy, Mz]
In order to calculate the horizontal direction components Fx, Fy, and Mz, the magnetic field of the horizontal direction component detected by the second magnetoelectric conversion elements 2a to 2d respectively disposed between the first magnetoelectric conversion elements is used. An output change caused by the displacement of the second magnetoelectric conversion element 2a is amplified by the signal amplifier 8, and detected as V2a using the converter 9 having an A / D converter. Similarly, the magnetoelectric conversion elements 2b to 2d are also detected as V2b to V2d.

Fx=V2b−V2d
Fy=V2a−V2c
Mz=V1a+V1b+V1c+V1d
Fx, Fy, Mz は、演算部10で上記の如く計算される。FxはX方向に対して垂直に配置した素子のペアの変化量によって算出し、FyはY方向に対して垂直に配置した素子のペアの変化量によって算出し、Mzは4つの素子の総変化量により算出する。
Fx = V2b−V2d
Fy = V2a-V2c
Mz = V1a + V1b + V1c + V1d
Fx, Fy, and Mz are calculated by the calculation unit 10 as described above. Fx is calculated from the amount of change of a pair of elements arranged perpendicular to the X direction, Fy is calculated from the amount of change of a pair of elements arranged perpendicular to the Y direction, and Mz is a total change of four elements. Calculate by quantity.

以上のように、2×2個の磁石の磁極面に対向してそれぞれ配置された4個の第1の磁電変換素子が垂直方向成分の力を検出し、第1の磁電変換素子の間にそれぞれ配置された4個の第2の磁電変換素子により水平方向成分の力を検出する。これにより、水平方向成分と垂直方向成分の他軸干渉を低減する6軸の磁気式力覚センサを提供することができる。   As described above, the four first magnetoelectric transducers arranged respectively facing the magnetic pole surfaces of the 2 × 2 magnets detect the force of the vertical component, and between the first magnetoelectric transducers The force of the horizontal component is detected by four second magnetoelectric transducers arranged respectively. Accordingly, it is possible to provide a 6-axis magnetic force sensor that reduces other-axis interference between the horizontal component and the vertical component.

つまり作用部に加わった外力を、磁気式力覚センサは、第1の磁電変換素子Aの出力の値に基づき、第1の磁石の磁極面と第2の磁石の磁極面を基準とするZ軸方向の力を検出部で検出している。それとともに、第2の磁電変換素子Aの出力の値に基づき、第1の磁石の磁極面と第2の磁石の磁極面基準とするY軸方向の力とX 軸方向の力とを検出部で検出する。   That is, the external force applied to the action part is determined based on the value of the output of the first magnetoelectric transducer A by the magnetic force sensor based on the magnetic pole surface of the first magnet and the magnetic pole surface of the second magnet. The axial force is detected by the detector. At the same time, based on the output value of the second magnetoelectric transducer A, the detection unit detects the force in the Y-axis direction and the force in the X-axis direction based on the magnetic pole surface of the first magnet and the magnetic pole surface of the second magnet. Detect with.

[位置調整部]
以下、図面を参照しながら、本実施形態の特徴である位置調整部について具体的に説明する。
[Position adjustment section]
Hereinafter, the position adjusting unit, which is a feature of the present embodiment, will be specifically described with reference to the drawings.

図1は、前述の磁気式力覚センサの斜視図である。磁気式力覚センサは複数の柱型の構造体からなる筺体Kを備えており、また作用部4が円環状の枠体を備えた支持部材としての弾性体5に対して十字を切るように梁を架けて形成されている。作用部4には基板6が固定されており、基板6には磁電変換素子1及び磁電変換素子2が実装されている。磁電変換素子1及び磁電変換素子2は、ホルダに載置された複数の磁石を有する磁束発生源7と対向する位置に配置されている。   FIG. 1 is a perspective view of the magnetic force sensor described above. The magnetic force sensor includes a housing K composed of a plurality of columnar structures, and the action portion 4 cuts a cross with respect to the elastic body 5 as a support member having an annular frame. It is formed with beams. A substrate 6 is fixed to the action part 4, and the magnetoelectric conversion element 1 and the magnetoelectric conversion element 2 are mounted on the substrate 6. The magnetoelectric conversion element 1 and the magnetoelectric conversion element 2 are disposed at a position facing the magnetic flux generation source 7 having a plurality of magnets placed on a holder.

図2は、磁電変換素子と磁束発生源7との配置を水平面上(X軸−Y軸平面上)の配置を示している概略の透視図である。図2では、磁気式力覚センサの作用部側を上方として上方から見た場合の配置を示しており、作用部4の梁の部分は破線で十字型に描いている。
図3では、2つの磁石からなる磁束発生源7、第1の磁電変換素子及び第2の磁電変換素子を有するセンシング部を4つ設けた構成を示している。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing the arrangement of the magnetoelectric conversion element and the magnetic flux generation source 7 on the horizontal plane (on the X-axis-Y-axis plane). FIG. 2 shows the arrangement of the magnetic force sensor when the action portion side is viewed from above, with the action portion side being upward, and the beam portion of the action portion 4 is drawn in a cross shape with broken lines.
FIG. 3 shows a configuration in which four sensing units each including a magnetic flux generation source 7 including two magnets, a first magnetoelectric conversion element, and a second magnetoelectric conversion element are provided.

水平方向に加わった力と垂直方向に加わった力とをそれぞれ独立に検知する場合には、前述したように第1の磁電変換素子及び第2の磁電変換素子が磁束発生源7に対して所定の位置に配置されている必要がある。   When the force applied in the horizontal direction and the force applied in the vertical direction are detected independently, the first magnetoelectric conversion element and the second magnetoelectric conversion element are predetermined with respect to the magnetic flux generation source 7 as described above. It is necessary to be arranged in the position.

図3は、位置調整部の具体的な構成を示した図である。紙面上で上下左右にそれぞれ磁束発生源7と磁電変換素子とを有するセンシング部が配置されている。説明のため左手のセンシング部の一部は説明のため一部部材の透視像を描いてある。   FIG. 3 is a diagram illustrating a specific configuration of the position adjustment unit. Sensing units each having a magnetic flux generation source 7 and a magnetoelectric conversion element are arranged vertically and horizontally on the paper surface. For the sake of explanation, a part of the sensing part of the left hand is drawn with a perspective image of a part of the member for explanation.

上手に設けられたセンシング部を代表して以下に説明する。磁束発生源7aはホルダに対して固定されており、ホルダの側面に設けられたボルトによるネジ止めによってホルダに固定されている。ホルダは棒状の部材を有する基台に設けられたガイドに対して紙面に対して水平方向(X軸の方位)に対して変位可能に設置されている。   A description will be given below on behalf of a well-sensing sensing unit. The magnetic flux generation source 7a is fixed to the holder, and is fixed to the holder by screwing with a bolt provided on the side surface of the holder. The holder is installed so as to be displaceable in a horizontal direction (X-axis direction) with respect to the paper surface with respect to a guide provided on a base having a rod-shaped member.

そして、ホルダには固定ネジを通すネジ穴が設けられていて、固定ネジはスライド可能な方向に対して長手をとった長穴が設けられた基台に挿入されている。固定ネジを緩めると、長穴の長手方向にホルダは基台に対して移動可能な状態となり、固定ネジを締めるとは基台に対して位置が固定される。一方、第1の磁電変換素子及び第2の磁電変換素子は、作用部4に対して基板を介して位置が固定されている。このような構成をとることで磁電変換素子に対して磁束発生源7の対向位置を相対的に調整ができる。   And the screw hole which lets a fixing screw pass is provided in the holder, and the fixing screw is inserted in the base provided with the long hole which took the length with respect to the slidable direction. When the fixing screw is loosened, the holder becomes movable with respect to the base in the longitudinal direction of the long hole, and when the fixing screw is tightened, the position is fixed with respect to the base. On the other hand, the positions of the first magnetoelectric conversion element and the second magnetoelectric conversion element are fixed to the action part 4 via the substrate. By adopting such a configuration, the facing position of the magnetic flux generation source 7 can be relatively adjusted with respect to the magnetoelectric transducer.

ホルダは、磁束発生源7を複数備え一体に保持できるように一枚の部材で構成してもよいが、それぞれのセンシング部で個別に調整可能となるように、それぞれ独立に設けられていることが好ましい。   The holders may be composed of a single member so that the holders can have a plurality of magnetic flux generation sources 7 and can be held together, but the holders are provided independently so that they can be individually adjusted by each sensing unit. Is preferred.

図4は、他の実施形態を示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing another embodiment.

上述の構成と同じ部材には、同一の符号を付して説明を省略する。上述の例と比べて、スライドの変わりに回転軸を備えている点が異なる。磁束発生源7を保持したホルダは基台中心に設けられた回転軸に対して回転可能に保持されている。固定ネジが挿入されている長穴の長手方向は、回転の方向に沿って形成されている。このような構成をとることで磁電変換素子に対して磁束発生源7の位置を相対的に調整ができる。回転中心から磁束発生源が配置されている位置までの距離が、第1の磁電変換素子及び第2の磁電変換素子の間隔に対して大きな場合には、このような構成は、構造が簡便で好適である。   The same members as those described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Compared to the above-described example, a difference is that a rotation axis is provided instead of a slide. The holder holding the magnetic flux generation source 7 is held so as to be rotatable with respect to a rotating shaft provided at the center of the base. The longitudinal direction of the long hole into which the fixing screw is inserted is formed along the direction of rotation. By taking such a configuration, the position of the magnetic flux generation source 7 can be adjusted relative to the magnetoelectric transducer. In the case where the distance from the rotation center to the position where the magnetic flux generation source is disposed is larger than the distance between the first magnetoelectric conversion element and the second magnetoelectric conversion element, such a configuration has a simple structure. Is preferred.

図5は、図4に示された上手のセンシング部の拡大図である。   FIG. 5 is an enlarged view of the upper sensing unit shown in FIG.

回転軸から磁束発生源7の重心までの距離Lは15.5mmであり、磁石の1辺の長さは5mmである。力を検知する際には、基準位置から±50μmの範囲で磁束発生源7と磁電変換素子との相対位置の変化を、磁電変換素子に流入する磁場の変化を介して検出する。したがって、長穴の長手の長さは200μm=0.2mmほどあれば十分である。   The distance L from the rotation axis to the center of gravity of the magnetic flux generation source 7 is 15.5 mm, and the length of one side of the magnet is 5 mm. When detecting the force, a change in the relative position between the magnetic flux generation source 7 and the magnetoelectric conversion element in a range of ± 50 μm from the reference position is detected via a change in the magnetic field flowing into the magnetoelectric conversion element. Therefore, it is sufficient that the longitudinal length of the long hole is about 200 μm = 0.2 mm.

すなわち回転軸を中心にX軸方向にΔX=0.2mm変位することを想定したとき、この変位は距離Lより非常に小さいのでΔY≒0.2/15.5mm=0.013mmと近似できる。したがって調整のための長穴の長手の大きさに対して、Y軸方向にはほとんど変位しないので、十分に精度良く位置調整を実行することができる。   In other words, assuming that ΔX = 0.2 mm is displaced in the X-axis direction around the rotation axis, this displacement is much smaller than the distance L, so that it can be approximated as ΔY≈0.2 / 15.5 mm = 0.013 mm. Therefore, since the displacement of the long hole for adjustment is hardly displaced in the Y-axis direction, the position adjustment can be executed with sufficient accuracy.

本発明は力を検出するための力センサとして好適に利用できる。   The present invention can be suitably used as a force sensor for detecting force.

1(1a〜1d) 第1磁電変換素子
2(2a〜2d) 第2磁電変換素子
3(3a〜3d) 磁石
4 作用部
5 弾性体
6 磁電変換素子実装基板
7 磁束発生源
8 信号増幅部
9 変換部
10 演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 (1a-1d) 1st magnetoelectric conversion element 2 (2a-2d) 2nd magnetoelectric conversion element 3 (3a-3d) Magnet 4 Action part 5 Elastic body 6 Magnetoelectric conversion element mounting board 7 Magnetic flux generation source 8 Signal amplification part 9 Conversion unit 10 Calculation unit

Claims (4)

基台と、
円環状の枠体である支持部材と、
中心から4方向に前記支持部材に向かって形成された作用部と、
前記基台と前記支持部材を連結する複数の柱と、
前記作用部に固定された基板と、
前記基板に固定された第1の磁電変換素子および第2の磁電変換素子と、ホルダに保持された磁束発生源と、からなるセンシング部と、
を有し、
前記センシング部は、前記基台と、前記4方向に形成された作用部のそれぞれと、の間に形成され、
前記ホルダは、移動可能なように前記基台に設置されており、
前記ホルダの移動により、前記磁束発生源の、前記第1の磁電変換素子及び前記第2の磁電変換素子に対する位置を変化させることを特徴とするセンサ。
The base,
A support member that is an annular frame;
An action part formed toward the support member in four directions from the center;
A plurality of pillars connecting the base and the support member;
A substrate fixed to the action part;
A sensing unit including a first magnetoelectric conversion element and a second magnetoelectric conversion element fixed to the substrate, and a magnetic flux generation source held by a holder;
Have
The sensing part is formed between the base and each of the action parts formed in the four directions,
The holder is installed on the base so as to be movable,
The position of the magnetic flux generation source with respect to the first magnetoelectric conversion element and the second magnetoelectric conversion element is changed by the movement of the holder.
前記基台に設けられた長穴および前記ホルダに設けられた固定ネジ、あるいは、前記基台に設けられた固定ネジおよび前記ホルダに設けられた長穴を有することを特徴とする請求項1に記載のセンサ。   2. A long hole provided in the base and a fixing screw provided in the holder, or a fixing screw provided in the base and a long hole provided in the holder. The sensor described. 前記ホルダを載置し前記ホルダを回転可能に支持する回転軸が設けられた基台を有することを特徴とする請求項1または2に記載のセンサ。   The sensor according to claim 1, further comprising a base on which a rotating shaft is provided for mounting the holder and rotatably supporting the holder. 前記第1の磁電変換素子の出力の値に基づき、Z軸方向の力を求め、前記第2の磁電変換素子の出力の値に基づき、Y軸方向の力およびX軸方向の力を求めることを特徴とする請求項1乃至いずれか1項記載のセンサ。 Obtaining the force in the Z-axis direction based on the output value of the first magnetoelectric conversion element, and obtaining the force in the Y-axis direction and the force in the X-axis direction based on the output value of the second magnetoelectric conversion element. The sensor according to any one of claims 1 to 3 .
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