JP6585694B2 - 歪みセンサ、多軸力センサおよびロボット - Google Patents

歪みセンサ、多軸力センサおよびロボット Download PDF

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Description

本発明は、歪みセンサ、多軸力センサおよびロボットに関する。
従来、軸方向の歪みを検出する歪みセンサとして、送りネジ軸の軸方向に移動可能に配置されたナットと、ナットに固定される可動テーブルとの間に配置され、ナットと可動テーブルとの間に作用する歪みを検出する歪みセンサが知られている(例えば、特許文献1参照。)。種々の軸方向の負荷が作用するロボットの関節においては、関節に作用する軸方向の負荷を精度よく検出するために、軸方向の歪みを検出できる多数の歪みセンサを用いたブリッジ回路による歪みキャンセル機構を構成して、検出したい特定の軸方向以外の負荷を排除することが行われる。
特開平5−138481号公報
しかしながら、歪みセンサは高価であり、関節軸毎に多数の歪みセンサを用いたのではロボットのコストが高く付くという不都合がある。
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。
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
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。
本態様によれば、所定の軸方向に沿って駆動される被検出体の軸に軸線を一致させて、軸力が伝達される部位を跨ぐように配置した第1部材および第2部材を被検出体に固定することにより、被検出体に負荷がかかると第1部材と第2部材とが相対的に移動し、接続部材の歪み発生部に歪みが発生する。この歪み量が歪み検出手段により検出されることにより、検出された歪み量に基づいて被検出体に作用しているリニア軸受における軸方向の負荷を求めることができる。
この場合において、リニア軸受の第1部材と第2部材とが移動可能な軸方向のみに相対移動可能に支持されているので、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、リニア軸受における移動方向以外の負荷が接続部材の歪み発生部に作用することが防止される。その結果、複数の歪みゲージを用いたブリッジ回路によって歪みキャンセル機構を構成しなくても、第1部材および第2部材が移動可能な軸方向の歪みを精度よく検出することができる。
上記態様においては、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くてもよい。
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。
上記態様においては、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ていてもよい。
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。
また、上記態様においては、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てもよい。
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。
また、上記態様においては、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ていてもよい。
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。
また、上記態様においては、前記歪み検出手段が、前記接続部材に、ネジ留め固定されていてもよい。
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。
また、上記態様においては、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てもよい。
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。
また、上記態様においては、前記リニア軸受が、リニアボール軸受であってもよい。
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。
また、上記態様においては、前記リニア軸受が、滑り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。
また、上記態様においては、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てもよい。
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。
また、上記態様においては、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ていてもよい。
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。
また、本発明の他の態様は、上記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を提供する。
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。
また、本発明の他の態様は、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上記いずれかの歪みセンサが、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。
本発明によれば、歪み検出手段の数を減らしてコストを削減しながらリニア軸受の軸方向の歪みを精度よく検出することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る歪みセンサを示す斜視図である。 図1の歪みセンサを示す正面図である。 図1の歪みセンサを示す側面図である。 図1の歪みセンサをロボットの直動アームの直動軸に取り付けた例を示す図である。 ロボットの直動アームに取り付けられた図1の歪みセンサを示す断面図である。 図1の歪みセンサの変形例を示す側面図である。 図1の歪みセンサの変形例を示す斜視図である。 図1の歪みセンサの変形例を示す斜視図である。 ロボットの直動アームに取り付けられた図1の歪みセンサの変形例を示す断面図である。 図1の歪みセンサの変形例を示す斜視図である。
本発明の一実施形態に係る歪みセンサ1およびロボット100について、図面を参照して以下に説明する。
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。
第2部材3には、図1に示されるように、第2部材3を被検出体に固定するために高さ方向に沿って形成されたネジ孔(固定手段)8bが複数設けられている。なお、図1では示されていないが、同様のネジ孔(固定手段)が、第1部材2における下面にも設けられている。
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。
第1部材2に固定される固定部9aと、第2部材3に固定される固定部9bとは、図2に示される例では、それぞれ軸線A方向における幅寸法W1,W2で異なる軸方向位置に配置され、第1部材2に固定された固定部9aは高さ方向上方に延び、第2部材3に固定された固定部9bは高さ方向下方に延びている。固定部9a,9b間を接続する歪み発生部10は、第1部材2と第2部材3との境界位置近傍において、高さ方向における幅寸法W3で固定部9a,9b間に軸線A方向に挟まれる位置に配置され、両固定部9a,9bを接続している。
歪み発生部10の横断面積は、固定部9a,9bの横断面積と比較して十分に小さく設定されている。これにより、図2に矢印で示されるように、第1部材2と第2部材3との間に両者を相対的に軸線A方向に移動させる引っ張り力あるいは圧縮力(以下では、単に「軸力」ともいう)が作用した場合には、専ら歪み発生部10に歪みが発生するようになっている。
1軸歪みセンサ部7は、歪み発生部10の表面に、軸力が作用する方向に検出方向を一致させて貼り付けられている。1軸歪みセンサ部7には図示しない配線が接続され、歪み発生部10に発生する歪み量に比例する電圧信号を出力するようになっている。これにより、1軸歪みセンサ部7から出力された電圧信号に基づいて、歪み発生部10に発生する軸力を求めることができる。1軸歪みセンサ部7としては、半導体歪みゲージや金属箔歪みゲージなどがあるが、ボルト固定タイプのセンサでもよいし、レーザ変位センサやレーザ近接センサ、静電容量形近接センサなどの変位検出機器であってもよい。相手側との距離から歪み量を検出することができるものならばよい。この場合、これらの変位検出機器の投光器側と相手側の壁状部材とは、同じ歪み発生部10上に配置される必要がある。
このように構成された本実施形態に係る歪みセンサ1の作用について、以下に説明する。
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。
ロボット100は、図4に示されるように、鉛直な第1軸線J1回りに回転可能な旋回胴25と、水平な第2軸線J2回りに旋回胴25に対して回転可能な第1アーム26と、第1アーム26の先端に水平な第3軸線J3回りに回転可能な第2アーム30と、第2アーム30の先端に配置された手首ユニット45とを備える垂直多関節型ロボットである。第2アーム30は、第2アーム30の先端に第3軸線J3回りに回転可能に取り付けられた長尺のベース部材39と、ベース部材39の長手方向に移動可能に支持され先端に手首ユニット45を支持する直動アーム(被検出体)40と備えている。
直動アーム40は、直動機構によってベース部材39に対して長手方向に移動させられる。直動機構は、ベース部材39の長手方向(直動軸線)Bに沿って延びるリニアガイド31と、リニアガイド31に沿って移動可能なスライダ33と、スライダ33に固定されたナットに噛み合うボールネジ32と、ボールネジ32を長手軸回りに回転させるモータ35とを備えている。
図4および図5に示されるように、直動アーム40とスライダ33とは取付板50によって堅固に固定されているとともに、本実施形態に係る歪みセンサ1が直動アーム40とスライダ33との間に固定されている。歪みセンサ1は、リニアローラ軸受5の軸線をベース部材39の長手方向Bに一致させて固定されている。
モータ35の作動によりボールネジ32を回転させると、ボールネジ32に噛み合うナットが固定されたスライダ33がリニアガイド31に沿って直線移動させられる。これにより第2アーム30のベース部材39に対して直動アーム40が長手方向に移動させられる。直動アーム40が移動させられると、直動アーム40に負荷が作用し、歪みセンサ1には長手方向Bに沿った軸力が作用する。これにより、歪みセンサ1を構成しているリニアローラ軸受5の第1部材2と第2部材3とが長手方向Bに沿って微小に変位する。そのため、その変位により、接続部材6の固定部9a,9b間に配置されている歪み発生部10に軸力が作用して、歪み発生部10が変形する。これにより、歪み発生部10に貼り付けられている1軸歪みセンサ部7により歪み量が検出され、検出された歪み量に基づいて引っ張り力または圧縮力を検出することができる。
この場合において、本実施形態に係る歪みセンサ1によれば、歪み発生部10を備える接続部材6が、リニアローラ軸受5の第1部材2および第2部材3に掛け渡すように固定されており、第1部材2と第2部材3とは軸線A方向にのみ相対移動するように支持されている。したがって、ロボット100の直動アーム40に種々の方向の負荷が作用しても、1軸歪みセンサ部7が取り付けられている歪み発生部10には、長手方向Bの軸方向のみに引っ張り力または圧縮力が作用する。
すなわち、本実施形態に係る歪みセンサ1によれば、直動アーム40に種々の方向の負荷が作用しても、長手方向Bに沿って作用する引っ張り力および圧縮力のみを精度よく検出することができるという利点がある。
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。
また、本実施形態においては、歪み発生部10における歪み量を1軸歪みセンサ部7により検出するものを例示したが、歪み量の検出は必ずしも1軸に限定されるものではない。1軸に限らずに歪み発生部10の歪み量を検出する歪みセンサを採用してもよい。
また、本実施形態に係る歪みセンサ1によれば、第1部材2と第2部材3との間に1軸歪みセンサ部7を取り付ける接続部材6が第1部材2および第2部材3の軸方向に平行な側面に沿って配置される平板状に形成されているので、リニアローラ軸受5の軸方向に直交する断面方向において若干突出するコンパクトな構成を有している。これにより、スライダ33と直動アーム40とが取り付けられている部分において形成される鉛直方向の隙間を利用してロボット100の関節軸に、歪みセンサ1を取り付けることができる。
そして、本実施形態に係る歪みセンサ1を各関節軸に取り付けたロボット100によれば、ロボット100の先端に複数方向の負荷が作用しても、各関節軸に作用する軸力を精度よく求めて、制御することができるという利点がある。例えば、ロボット100が備える複数のアームの少なくとも一部に、複数の軸方向の軸力を検出可能な多軸力センサが備えられており、複数の軸方向の軸力の1つまたは2つ以上を検出するために対応する軸方向の数に応じた歪みセンサ1が用いられていてもよい。この場合の歪みセンサ1が検出可能な軸方向は、多軸力センサによって検出したい軸方向に一致させることができる。
なお、本実施形態においては、軸受としてリニアローラ軸受5を用いたが、軸受としては、これに限定されるものではなく、所定の軸線A方向のみに第1部材2と第2部材3とが相対移動可能に支持されている軸受であれば、図6に示すボール4aを有するリニアボール軸受5a、滑り軸受等の他の種類の軸受を採用してもよい。特に、軸力を検出するための第1部材2と第2部材3との相対変位量は極めて微量であるため、構造の簡易な滑り軸受を用いることにしてもよく、その場合には、さらなるコスト低減を図ることができる。
また、本実施形態においては、1軸歪みセンサ部7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ていてもよい。
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、本実施形態においては、1軸歪みセンサ部7として、歪み発生部10の表面に貼り付けられているものを例示したが、これに代えて、ネジ留め固定されるものを採用してもよい。
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以上の1軸歪みセンサ部7が配置される構成とすることで、一の1軸歪みセンサ部7が正常であるかどうかを他の1軸歪みセンサ部7の歪みデータと比較することにより、把握することができる。一の1軸歪みセンサ部7が万一故障しても、故障していない残りの正常な1軸歪みセンサ部7の歪み情報を用いて、ロボット100を安全に速やかに停止させることができる。
図7には、2つの接続部材6,16を備える変形例の歪みセンサ1bが示されている。歪みセンサ1bは、実施形態の歪みセンサ1と比較して、図7に示されるように、接続部材6に加えて、1軸歪みセンサ部(歪み検出手段)17が固定された接続部材16をさらに備えている。接続部材16および1軸歪みセンサ部17は、接続部材6および1軸歪みセンサ部7と同じ構成である。接続部材16は、1軸歪みセンサ部17の軸線方向が1軸歪みセンサ部7の軸線方向に一致するように配置されている。そのため、1軸歪みセンサ部17は、接続部材16に発生する歪み量を検出できる。
このように、図7に示す変形例の歪みセンサ1bは、同一の軸線方向に沿って2つの接続部材6,16および1軸歪みセンサ部7,17を備えることで、複数系統の検出値を出力できる。なお、図7に示す変形例では、歪みセンサ1bが2つの接続部材6,16および1軸歪みセンサ部7,17を備える例について説明したが、他の形態の歪みセンサが備える接続部材および1軸歪みセンサ部は、3つ以上であってもよい。また、2つの接続部材6,16は、同一形状でもよいし、2つの1軸歪みセンサ部7,17は同一の1軸歪みセンサ部であってもよい。
図8には、第1部材2および第2部材3のそれぞれに固定され第1部材2および第2部材3とを連結する2つの補強部材21,22を備え、接続部材6に2つの1軸歪みセンサ部7,17が配置された変形例の歪みセンサ1cが示されている。補強部材21,22のそれぞれが第1部材2および第2部材3にボルト締結により固定されているため、接続部材6に発生する歪み量は、実施形態の歪みセンサ1に固定された接続部材6に発生する歪み量よりも小さくなる。そのため、補強部材21,22によって、接続部材6に配置された1軸歪みセンサ部7,17の検出値を調整することができる。2つの1軸歪みセンサ部7,17は同一の1軸歪みセンサ部であってもよい。
他の形態の歪みセンサは、図8に示す歪みセンサ1cと異なり、1つの接続部材6に配置された3つ以上の1軸歪みセンサ部を備えてもよいし、1または3つ以上の補強部材を備えてもよい。歪みセンサが備える補強部材の一例として、図8に示す補強部材21,22を説明したが、歪みセンサに備えられる補強部材は、第1部材2および第2部材3のそれぞれに固定可能な形状であれば、形状について種々変形可能である。補強部材は、例えば、図8に示す接続部材6と同じ形状であってもよいし、円板形状などであってもよい。補強部材は、接続部材6が配置されている歪みセンサ1cの側面とは反対側の側面に配置されてもよい。
図4および図5に示されたロボット100では、第2アーム30のスライダ33と直動アーム40とが取付板50によって固定されていたが、図9に示されるように、スライダ33と直動アーム40とが歪みセンサ1dのみによって固定されていてもよい。この場合の歪みセンサ1dは、直動アーム40の負荷の全てを受けるため、図4および図5に示された歪みセンサ1と比較して、接続部材6dが、水平方向に沿って厚くなるように形成されていてもよい。
上記実施形態の歪みセンサ1では、固定部9a,9bの横断面積が、歪み発生部10の横断面積よりも大きい接続部材6について説明したが、接続部材6に含まれる各部の横断面積の関係については、種々変形可能である。例えば、図10に示すように、変形例の歪みセンサ1eが備える接続部材6eは、正面から見たときの形状が長方形である。極端な例としては、接続部材の形状が、第1部材2および第2部材3の側面の全面を覆うような平板形状であってもよい。1軸歪みセンサ7が歪みを検出する歪み発生部10eは、図1に示す歪みセンサ1の歪み発生部10とは異なり、他の部分と比較して横断面積が小さく形成されていなくてもよい。他の変形例では、接続部材において、歪み発生部の横断面積の方が、固定部の横断面積よりも大きくてもよい。
1,1a,1b,1c,1d,1e 歪みセンサ
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6789853B2 (ja) * 2017-03-08 2020-11-25 日本電産コパル電子株式会社 力覚センサ
US10444098B2 (en) 2017-04-10 2019-10-15 Fanuc Corporation Torque sensor and robot
JP6553700B2 (ja) * 2017-11-24 2019-07-31 ファナック株式会社 力検出装置およびロボット
JP7039502B2 (ja) * 2019-01-28 2022-03-22 日本電産コパル電子株式会社 力覚センサ

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5138481A (en) 1974-09-28 1976-03-31 Gurando Enjiniaringu Kk Shinki si kinjuribango 2724 gonobaiyohoho
US5644951A (en) 1991-11-15 1997-07-08 Hatamura; Yotaro Feed screw apparatus and precise positioning and fine feed system
JPH05138481A (ja) 1991-11-15 1993-06-01 Yotaro Hatamura 軸力検出手段付き直線案内装置
JP2673849B2 (ja) 1992-04-09 1997-11-05 畑村 洋太郎 力検出手段付き直線運動用案内装置
DE10307882A1 (de) 2003-02-25 2004-09-02 Ina-Schaeffler Kg Linearwälzlager
DE50307020D1 (de) * 2003-07-26 2007-05-24 Schneeberger Holding Ag Messsystem
JP2007088154A (ja) 2005-09-21 2007-04-05 Juki Corp 電子部品実装機
JP5147254B2 (ja) * 2007-02-08 2013-02-20 Ntn株式会社 センサ付車輪用軸受
DE102010007646B4 (de) * 2010-02-11 2021-11-04 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Linearlageranordnung
DE102015214170A1 (de) 2015-07-27 2017-02-02 Kuka Roboter Gmbh Roboter mit einer Kraftmesseinrichtung
JP6549687B2 (ja) 2017-04-10 2019-07-24 ファナック株式会社 トルクセンサおよびロボット
US10444098B2 (en) * 2017-04-10 2019-10-15 Fanuc Corporation Torque sensor and robot

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