JP6168868B2 - 力覚センサ及び力覚センサを備えたロボットアーム - Google Patents
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Description
さらに、本発明の目的は、上記力覚センサを有するロボットアームを提供することにある。
F=βV 式2
次に、本発明の力覚センサに設けられているスリップリング部について説明する。上基板、下基板には、実際には配線等が配置されているが煩雑を避けるため、説明を一部省略することがある。スリップリング部は回転側接点のリング7と非回転側接点のブラシ6とを有している。リング7としては、電気伝導可能な管状の金属部材と管状の絶縁材とが軸芯部材に交互に挿通され積層状態となっているものが用いられる。図7にスリップリング部の概略構成を示す。図7に描かれているように、電気伝導可能な管状の金属部材であるリング7と管状の絶縁材とが軸芯部材に交互に挿通され積層状態となっている。ブラシ6はブラシ固定部に固定され、リング7に当接するように配置されている。ブラシ固定部は、下基板8に固定されている。
本発明の1つの具体例を、図4を用いて以下説明する。図4は本発明の実施例1にかかる力覚センサに配置された下基板8をz方向の上方から観察した上面図である。破線で描かれた十字形は、紙面手前(すなわち、Z方向の上方)に配置される押圧部材1の形状の射影を示している。
Mx=K2(Vd−Vb ) 式4
My=K3(Vc−Va) 式5
図4に示すように、センサ部がリングを囲んだ構成を取ることで磁束発生源11と不図示の磁電変換素子10の対を有するセンサ部が、押圧部材1を成す梁の交差点Cからの距離Lを長くとって配置することができる。距離Lが長いほど、力覚センサに加わった力Fによる押圧部材1に対する磁電変換素子10の変位が大きく、従って磁束発生源11に対する磁電変換素子10の変位が大きくとれる。そのため力覚センサに加わった同じ大きさの力F対する出力Vが増大し、力やモーメントの検出の際に、センサの感度が向上する。図4に示すように押圧部材1が二つの梁を交差した構造をとり、二つの梁の交差点とリング7の回転軸を実質的に同一直線上に配置して、リング7の回転軸に対して軸対称に複数のセンサ部を配置すれば、その効果はさらに向上する。このような構成をとることにより回転部に実装されるのに好適な、給電と外力の検出とが共に可能な実装体積の小さい力覚センサを提供することができる。
本実施例において、磁電変換素子10または磁束発生源11が設けられている下基板8の表面部、もしくはその裏面部のどちらかにブラシ6を配するのが好ましい。
図6は、上基板9および下基板8にそれぞれブラシ6を配し、リング7に当接させた構成の力覚センサの図である。また、下基板8は外装部の底面部5に対して固定されている。前述した構成と同じ部材は同一の符号を付し、説明を省く。このような構成をとる力覚センサに対して外力Fが印加され磁電変換素子10と磁束発生源11との相対位置が変化する。上基板9に配置したブラシ6はリング7に対して当接する位置が変わり、ブラシ6とリング7との接触力が変化してしまい信号の伝達や給電に悪影響を与えるおそれがある。他方、底面部5に対して位置が固定された下基板8に設けられたブラシ6は、外力Fが加わる前後でブラシ6とリング7との当接位置の変化が無いか、もしくは少ないことが分かる。支持体としての下基板8は外装部の底面に対して位置が実質的に固定されている。
ブラシ6とリング7が接触する力が強すぎるとすぐ摩耗してしまい耐久性が悪くなったり、弱すぎると安定的に電気信号を送れなかったり、ブラシ6とリング7には適切な位置関係が存在する。そのため、組立時に所望の位置に調整できることが望ましい。
図9は、本発明の力覚センサを搭載したロボットアームを示す。ロボットアーム13と力覚センサとロボットハンド14とが直列に連結されている。さらに、ロボットハンド14はロボットアーム13に対して回転可能に配置されており、力覚センサはロボットアーム13の“手首”に相当する位置に配置されている。
2 外装部
3a, 3b, 3c 3d支柱
4 天面部
5 底面部
6 ブラシ
7 リング
8 下基板
9 上基板
10 磁電変換素子
11 磁束発生源
12 基材
13 ロボットアーム
14 ロボットハンド
Claims (9)
- 外力を検知する力覚センサであって、
外装部と、
前記外装部に配された押圧部材と、
第一の基板と、
第二の基板と、
前記第一の基板に複数配置された磁電変換素子と、前記第二の基板に複数配置された磁束発生源と、を有し、
前記押圧部材に加えられた力によって前記第一の基板と前記第二の基板との間の相対位置または距離が変化することにより変化する前記磁電変換素子の値を出力するセンサ部と、
リングとブラシを介して給電または信号伝達をおこなうスリップリング部と、
を有し、
前記センサ部と前記スリップリング部とが共に前記外装部の内側に収納されており、
前記第一の基板または前記第二の基板の中央に開口が設けられ、前記リングは前記開口に挿入され、前記複数の磁束発生源および前記複数の磁電変換素子は、前記リングを囲んで配置され、前記スリップリング部と前記センサ部とのあいだで給電または信号伝達が行われることを特徴とする力覚センサ。 - 前記外装部は、底面部と、前記押圧部材が配される天面部と、前記底面部と前記天面部との間を支える支持体とを有し、前記支持体は、底面部に対して位置が実質的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。
- 前記ブラシは、前記第一の基板または前記第二の基板に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の力覚センサ。
- 前記ブラシは、前記底面部に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の力覚センサ
- 前記第一の基板および前記第二の基板のうちの一方が、前記押圧部材に対して支持され、他方が前記支持体に配されていることを特徴とする請求項1乃至4いずれか一項に記載の力覚センサ。
- 前記押圧部材は、二つの梁が交差した構造を有し、該二つの梁の交差点と前記リングの回転軸を実質的に同一直線上に配置し、前記リングの回転軸に対して軸対称に複数の前記磁電変換素子が配置されていることを特徴とする請求項5に記載の力覚センサ。
- 前記ブラシは、前記第一の基板または前記第二の基板の、前記センサ部が配置されている面の反対側の面に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の力覚センサ。
- 外部出力コネクタを更に有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の力覚センサ。
- 複数のリンクを連結してなるロボットアームであり、前記ロボットアームに請求項1乃至8のいずれか一項に記載の力覚センサを有していることを特徴とするロボットアーム。
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