JP6585694B2 - 歪みセンサ、多軸力センサおよびロボット - Google Patents
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Description
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、歪みセンサの数を減らしてコストを削減しながら検出したい特定の軸方向の負荷を精度よく検出することができる歪みセンサ、多軸力センサおよびロボットを提供することを目的としている。
本発明の一態様は、所定の軸線の軸方向のみに相対移動可能に支持された第1部材および第2部材を備えるリニア軸受と、前記第1部材および前記第2部材にそれぞれ固定される固定部と、該固定部間を接続する歪み発生部とを備える接続部材と、該接続部材に少なくとも移動方向の歪みを検出可能に配置された歪み検出手段とを備える歪みセンサを提供する。
このようにすることで、歪み発生部における歪み量が大きくなり、歪み検出手段が軸方向の歪みを精度よく検出することができる。
このようにすることで、固定手段によって第1部材および第2部材を被検出体に直接固定することができる。
このようにすることで、平板状の接続部材を第1部材および第2部材の側面に沿って配置し、軸方向に直交する断面方向に接続部材が突出する量を小さくできる。
このようにすることで、周囲温度が変化するとそれだけで歪み量が変化してしまうので、この周囲温度変化分の歪み量を補正することで歪み検出精度を更に向上させることができる。
このようにすることで、歪みゲージは一般的には接着で固定されることがほとんどであるが、接着層が均一になるよう注意を払う必要がある。ネジ留め固定とすることで、組み立て性を向上させることができる。
このようにすることで、一の歪み検出手段が正常であるかどうかを他の歪み検出手段の歪みデータと比較することで、把握することができる。一の歪み検出手段が万一故障しても、故障していない残りの正常な歪み検出手段の歪み情報を用いて、ロボットを安全に速やかに停止させることができる。
このようにすることで、第1部材および第2部材が移動可能な軸方向のみに相対移動可能に支持され、種々の軸方向の負荷が作用するロボットの関節に取り付けた場合においても、第1部材および第2部材が移動可能な軸方向の負荷が接続部材の歪み発生部に作用することを簡易に防止することができる。
また、上記態様においては、前記リニア軸受が、リニアローラ軸受であってもよい。
このようにすることで、簡易な構成の滑り軸受によってコストを低減することができる。
このようにすることで、歪み検出手段が配置された同じ接続部材を複数備え、複数系統の検出値を出力する歪みセンサを容易に構成できる。
このようにすることで、補強部材が歪み発生部に作用する歪み量を低減するため、補強部材がない場合と比較して、歪み検出手段が検出する歪み量が小さくなる。そのため、補強部材によって歪み検出手段の検出値を調整することができる。
本態様によれば、多軸力センサにおいて、軸力を検出可能な複数の検出方向に、歪みセンサが歪みを検出可能な軸方向が一致するように配置されている。そのため、この多軸力センサでは、各検出方向の軸力を精度よく検出できる。
また、本発明の他の態様は、上記いずれかの歪みセンサが、直動軸を持つロボットの直動軸線に前記リニア軸受の前記所定の軸線を一致させて取り付けられるロボットを提供する。
本態様によれば、アームに取り付けられた多軸力センサが検出する各軸力の検出精度を高めることができ、また、複数の歪みゲージを用いた歪みキャンセル機構が必要ないため、多軸力センサのコストを低減できる。
本実施形態に係る歪みセンサ1は、図1から図3に示されるように、高さ方向に隣接して配置された第1部材2および第2部材3と、これら第1部材2と第2部材3との間に、高さ方向に直交する軸線A方向に間隔をあけて複数配列されたリニアローラ4を備えるリニアローラ軸受(リニア軸受)5と、第1部材2および第2部材3にそれぞれ固定される接続部材6と、該接続部材6に固定された1軸歪みセンサ部(歪み検出手段)7とを備えている。
接続部材6は、図1および図3に示されるように、リニアローラ軸受5の軸線A方向に略平行な第1部材2および第2部材3の端面に沿って配置される平板状に形成され、第1部材2および第2部材3の側面にそれぞれ固定される固定部9a,9bと、該固定部9a,9b間を接続する歪み発生部10とを備えている。
ここでは、ロボット100の関節軸に作用する軸力を、本実施形態に係る歪みセンサ1を用いて検出する場合について説明する。
その結果、高価な歪みセンサを多数方向に貼り付けてブリッジ回路を用いた多軸歪みキャンセル機構を採用しなくても、軸方向以外の負荷により発生する歪み量を検出することなく、精度よく軸方向に沿った引っ張り力および圧縮力を検出でき、コストを低く抑えることができる。特に、多関節ロボットの全ての関節軸に歪みセンサを設置する場合に効果的にコストを低減することができる。
このようにすることで、接続部材6の歪み発生部10近傍の周囲温度が変化した場合、温度の変化量に応じて歪み量が変化してしまうが、補正手段を用いて周囲温度の変化分の歪み量を補正することによって、歪み検出精度を更に向上させることができる。
また、歪みセンサ1が単一の1軸歪みセンサ部7を備える場合を例示したが、故障検出用に2以上の1軸歪みセンサ部7を歪み発生部10に並べて配置してもよい。並べ方は、並列であっても直列であってもよい。
2 第1部材
3 第2部材
5 リニアローラ軸受(リニア軸受)
5a リニアボール軸受
6,6d,6e,16 接続部材
7,17 1軸歪みセンサ部(歪み検出手段)
8b ネジ孔(固定手段)
9a,9ae,9b,9be,19a,19b 固定部
10,10e 歪み発生部
33 スライダ(被検出体)
40 直動アーム(被検出体)
100 ロボット
A 軸線(所定の軸線)
B 長手方向(直動軸線)
Claims (15)
- 所定の軸線の軸方向のみに相対移動可能に支持された第1部材および第2部材を備えるリニア軸受と、
前記第1部材および前記第2部材にそれぞれ固定される固定部と、該固定部間を接続する歪み発生部とを備える接続部材と、
該接続部材に少なくとも移動方向の歪みを検出可能に配置された歪み検出手段とを備える歪みセンサ。 - 前記歪み発生部の横断面積が、前記固定部の横断面積より小さい請求項1に記載の歪みセンサ。
- 前記第1部材および前記第2部材が、これらを被検出体に固定する固定手段を備える請求項1または請求項2に記載の歪みセンサ。
- 前記接続部材が、前記軸方向に略平行な面に沿って伸びる平板状に形成されている請求項1から請求項3のいずれかに記載の歪みセンサ。
- 前記歪み検出手段が、周囲温度変化による歪み量変動を補正する補正手段を備える請求項1から請求項4のいずれかに記載の歪みセンサ。
- 前記歪み検出手段が、前記接続部材に、ネジ留め固定される請求項1から請求項5のいずれかに記載の歪みセンサ。
- 前記歪み検出手段が、前記歪み発生部に複数並んで配置されている請求項1から請求項6のいずれかに記載の歪みセンサ。
- 前記リニア軸受が、リニアボール軸受である請求項1から請求項7のいずれかに記載の歪みセンサ。
- 前記リニア軸受が、リニアローラ軸受である請求項1から請求項7のいずれかに記載の歪みセンサ。
- 前記リニア軸受が、滑り軸受である請求項1から請求項7のいずれかに記載の歪みセンサ。
- 前記接続部材が前記移動方向に間隔をあけて複数備えられ、
各前記接続部材の前記歪み発生部に前記歪み検出手段が配置されている請求項1から請求項10のいずれかに記載の歪みセンサ。 - 前記第1部材および前記第2部材にそれぞれ固定され、前記第1部材と前記第2部材とを連結する1以上の補強部材を備える請求項1から請求項11のいずれかに記載の歪みセンサ。
- 請求項1から請求項12のいずれかに記載された歪みセンサを複数備え、
軸力が検出される複数の各検出方向に、複数の前記リニア軸受の各前記軸方向を一致させた多軸力センサ。 - 請求項1から請求項12のいずれかに記載の歪みセンサが、直動軸を持つロボットの直動軸線に前記リニア軸受の前記所定の軸線を一致させて取り付けられるロボット。
- アームと、
各検出方向の軸力を検出する多軸力センサとを備え、
該多軸力センサの複数の前記検出方向に前記リニア軸受の前記軸方向を一致させた請求項1から請求項12のいずれかに記載の歪みセンサが、前記アームの少なくとも一部に取り付けられているロボット。
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