JP6618128B2 - Force sensor and bridge circuit configuration method of force sensor - Google Patents

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Description

本発明は、力覚センサに適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a technique effective when applied to a force sensor.

特許第6047703号(特許文献1)には、起歪体の両面(表面および裏面)のそれぞれに歪みゲージを設ける構成が記載されている。具体的には、受力部と、固定部と、これらを連結するアーム部とを含んで構成される起歪体のうち、アーム部の表面および裏面(すなわち起歪体の表面および裏面)のそれぞれに歪みゲージが設けられている。   Japanese Patent No. 6047703 (Patent Document 1) describes a configuration in which strain gauges are provided on both surfaces (front surface and back surface) of a strain generating body. Specifically, out of the strain generating body configured to include the force receiving portion, the fixing portion, and the arm portion connecting them, the front and back surfaces of the arm portion (that is, the front and back surfaces of the strain generating body) Each has a strain gauge.

特許第6047703号Patent No. 6047703

特許文献1に記載の力覚センサのように、アーム部の両面に設けられる歪みゲージによってブリッジ回路が構成される場合、表面の歪みゲージと裏面の歪みゲージとが対称(平面視で一致)に設けられることが、検出精度を確保する上で重要である。しかしながら、例えばアーム部の片面ずつに歪みゲージを貼り付けて設けようとしても位置ズレが生じてしまうおそれがあり、また高精度の位置調整を行うと生産性が低下してしまう。   When the bridge circuit is configured by strain gauges provided on both surfaces of the arm portion as in the force sensor described in Patent Document 1, the strain gauges on the front surface and the strain gauges on the back surface are symmetrical (match in plan view). It is important to provide the detection accuracy. However, for example, even if an attempt is made to attach a strain gauge to each side of the arm portion, there is a possibility that a positional deviation may occur, and productivity is reduced if highly accurate position adjustment is performed.

本発明の一目的は、位置ズレを防止して複数の歪みゲージが起歪体に設けられる力覚センサを提供することにある。なお、本発明の一目的および他の目的ならびに新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかにしていく。   An object of the present invention is to provide a force sensor in which a plurality of strain gauges are provided on a strain generating body while preventing positional displacement. One and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明の一解決手段に係る力覚センサは、複数の歪みゲージと、前記複数の歪みゲージが設けられる主面を有する起歪体と、を備え、前記起歪体が、力を受ける受力部と、前記受力部に対して固定される固定部と、前記受力部と前記固定部とを連結するビーム部と、を有して構成され、前記複数の歪みゲージが、前記ビーム部における前記主面にのみ設けられるとともに、前記複数の歪みゲージのうちの前記ビーム部の中心線に対して互いに対称となる位置の4つによって所定方向の力成分を検出するブリッジ回路が構成されるように設けられ、x軸方向の力成分Fx、y軸方向の力成分Fy、z軸方向の力成分Fz、x軸周りのモーメント成分Mx、y軸周りのモーメント成分My、およびz軸周りのモーメント成分Mzを検出するにあたり、前記複数の歪みゲージが、Fz、Mx、およびMyを検出する複数の前記ブリッジ回路を含む第1ブリッジ回路群と、Fx、Fy、およびMzを検出する複数の前記ブリッジ回路を含む第2ブリッジ回路群とに分けて構成されることを特徴とする。この構成によれば、一つの面(ここでは主面)に対してのみ複数の歪みゲージを設けるので位置ズレを防止して検出精度を確保することができる。
本発明の一解決手段に係る力覚センサのブリッジ回路構成方法は、複数の歪みゲージと、前記複数の歪みゲージが設けられる主面を有する起歪体と、を備え、前記起歪体が、力を受ける受力部と、前記受力部に対して固定される固定部と、前記受力部と前記固定部とを連結するビーム部と、を有して構成され、前記複数の歪みゲージが、前記ビーム部における前記主面に設けられるとともに、前記ビーム部の中心線に対して互いに対称となる位置に設けられる力覚センサのブリッジ回路構成方法であって、前記複数の歪みゲージのうちの前記ビーム部の中心線に対して互いに対称となる位置の4つによって所定方向の力成分を検出するブリッジ回路を構成し、x軸方向の力成分Fx、y軸方向の力成分Fy、z軸方向の力成分Fz、x軸周りのモーメント成分Mx、y軸周りのモーメント成分My、およびz軸周りのモーメント成分Mzを検出するにあたり、前記複数の歪みゲージを、Fz、Mx、およびMyを検出する複数の前記ブリッジ回路を含む第1ブリッジ回路群と、Fx、Fy、およびMzを検出する複数の前記ブリッジ回路を含む第2ブリッジ回路群とに分けて構成することを特徴とする。
A force sensor according to one solution of the present invention includes a plurality of strain gauges and a strain generating body having a main surface on which the plurality of strain gauges are provided, and the strain receiving body receives force. And a fixed portion fixed to the force receiving portion, and a beam portion connecting the force receiving portion and the fixing portion, wherein the plurality of strain gauges are the beam portions. And a bridge circuit that detects a force component in a predetermined direction by four of the plurality of strain gauges that are symmetrical to each other with respect to the center line of the beam portion. X-axis direction force component Fx, y-axis direction force component Fy, z-axis direction force component Fz, x-axis moment component Mx, y-axis moment component My, and z-axis direction force component To detect the moment component Mz A first bridge circuit group including a plurality of bridge circuits for detecting Fz, Mx, and My, and a second bridge including the plurality of bridge circuits for detecting Fx, Fy, and Mz. It is characterized by being divided into circuit groups . According to this configuration , since a plurality of strain gauges are provided only on one surface (here, the main surface), positional deviation can be prevented and detection accuracy can be ensured.
A bridge circuit configuration method for a force sensor according to one solution of the present invention includes a plurality of strain gauges, and a strain generating body having a main surface on which the plurality of strain gauges are provided. A plurality of strain gauges, comprising: a force receiving portion that receives a force; a fixing portion that is fixed to the force receiving portion; and a beam portion that connects the force receiving portion and the fixing portion. Is a bridge circuit configuration method of a force sensor provided on the main surface of the beam portion and provided at positions symmetrical to each other with respect to the center line of the beam portion. A bridge circuit that detects force components in a predetermined direction by four positions that are symmetrical to each other with respect to the center line of the beam portion of the beam portion Fx, a force component Fx in the x-axis direction, and a force component Fy, z in the y-axis direction. Axial force component Fz, around x-axis In detecting the moment component Mx, the moment component My around the y-axis, and the moment component Mz around the z-axis, the plurality of strain gauges includes a plurality of the bridge circuits that detect Fz, Mx, and My. The bridge circuit group is divided into a second bridge circuit group including a plurality of bridge circuits that detect Fx, Fy, and Mz .

また第1ブリッジ回路群および第2ブリッジ回路群を構成する複数の歪みゲージの位置ズレを防止すると共に、6軸方向の力成分(モーメント成分含む)を切り分けて検出することができる。 In addition , it is possible to prevent positional displacement of a plurality of strain gauges constituting the first bridge circuit group and the second bridge circuit group, and to separately detect force components (including moment components) in six axes.

また、前記力覚センサにおいて、前記ビーム部が、前記受力部と連結されるアームと、前記アームの延在方向と交差する方向に延在し、前記固定部と連結されるフレクシャと、を有して構成されることがより好ましい。これによれば、フレクシャのないビーム部(すなわちアームのみ)と比較して、曲げ、せん断および捩りによる歪みをより大きく発生させることができ、検出精度を確保することができる。   Further, in the force sensor, the beam portion includes: an arm connected to the force receiving portion; and a flexure extending in a direction intersecting with the extending direction of the arm and connected to the fixed portion. It is more preferable to have it. According to this, as compared with a beam portion without flexure (that is, only an arm), distortion due to bending, shearing, and twisting can be generated more and the detection accuracy can be ensured.

また、前記力覚センサにおいて、前記複数の歪みゲージのいずれかが、前記フレクシャに設けられることがより好ましい。これによれば、一つの面(ここでは主面)に対してのみ複数の歪みゲージを設けるにあたり、アームの他にも歪みを検出し易いフレクシャにも設けることとで、その自由度を向上させることができる。   In the force sensor, any one of the plurality of strain gauges is more preferably provided in the flexure. According to this, when a plurality of strain gauges are provided only on one surface (here, the main surface), the flexibility is easily improved by providing the flexure in addition to the arm so that the strain can be easily detected. be able to.

また、前記力覚センサにおいて、前記複数の歪みゲージが、前記ビーム部の中心線に対して互いに対称となる位置に設けられることがより好ましい。これによれば、対称位置関係にある歪みゲージの抵抗値を同様に変化させることができ、また歪みゲージでブリッジ回路を構成することでその出力(不要な情報)をキャンセルさせることができる。   In the force sensor, it is more preferable that the plurality of strain gauges are provided at positions symmetrical to each other with respect to the center line of the beam portion. According to this, the resistance value of the strain gauge having a symmetrical positional relationship can be similarly changed, and the output (unnecessary information) can be canceled by configuring the bridge circuit with the strain gauge.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次のとおりである。本発明の一解決手段によれば、位置ズレを防止して複数の歪みゲージを起歪体に設けることができる。   Of the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows. According to one solution of the present invention, it is possible to provide a plurality of strain gauges on a strain generating body while preventing positional deviation.

本発明に係る力覚センサを構成する起歪体の基本構造の説明図である。It is explanatory drawing of the basic structure of the strain body which comprises the force sensor which concerns on this invention. 角柱に発生する応力についての説明図であり、(a)が角柱を座標系に適用した状態、(b)がFx(−)による歪み、(c)がFx(+)による歪み、(d)がMy(−)による歪み、(e)がMx(−)による歪み、(f)がMz(−)による歪みを示す。It is explanatory drawing about the stress which generate | occur | produces in a prism, (a) is the state which applied the prism to the coordinate system, (b) is the distortion by Fx (-), (c) is the distortion by Fx (+), (d) Indicates distortion due to My (−), (e) indicates distortion due to Mx (−), and (f) indicates distortion due to Mz (−). 本発明の一実施形態に係る力覚センサの要部の模式的平面図である。It is a schematic plan view of the principal part of the force sensor which concerns on one Embodiment of this invention. 図3に示す円cで囲んだ箇所の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of a portion surrounded by a circle c shown in FIG. 3. 図3に示す力覚センサが備えるブリッジ回路の説明図であり、(a)がFz、Mx、My検出用、(b)がFx、Fy、Mz検出用である。It is explanatory drawing of the bridge circuit with which the force sensor shown in FIG. 3 is provided, (a) is for Fz, Mx, My detection, (b) is for Fx, Fy, Mz detection. 図3に示す力覚センサが備えるブリッジ回路の検出表である。4 is a detection table of a bridge circuit included in the force sensor shown in FIG. 3. 複数の歪みゲージを起歪体のビーム部に配置する一例の説明図である。It is explanatory drawing of an example which arrange | positions several strain gauges in the beam part of a strain body. 複数の歪みゲージを起歪体のビーム部に配置する一例の説明図である。It is explanatory drawing of an example which arrange | positions several strain gauges in the beam part of a strain body. 複数の歪みゲージを起歪体のビーム部に配置する一例の説明図である。It is explanatory drawing of an example which arrange | positions several strain gauges in the beam part of a strain body. 本発明の他の実施形態に係る力覚センサの要部の模式的斜視図である。It is a typical perspective view of the principal part of the force sensor which concerns on other embodiment of this invention. 図10に示す力覚センサが備えるブリッジ回路の検出表である。11 is a detection table of a bridge circuit included in the force sensor shown in FIG. 10.

以下の本発明における実施形態では、必要な場合に複数のセクションなどに分けて説明するが、原則、それらはお互いに無関係ではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細などの関係にある。このため、全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、構成要素の数(個数、数値、量、範囲などを含む)については、特に明示した場合や原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。また、構成要素などの形状に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。   In the following embodiments of the present invention, the description will be divided into a plurality of sections when necessary. However, in principle, they are not irrelevant, and one of them is related to some or all of the other modification, details, etc. It is in. For this reason, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function in all the figures, and the repeated description is abbreviate | omitted. In addition, the number of components (including the number, numerical value, quantity, range, etc.) is limited to that specific number unless otherwise specified or in principle limited to a specific number in principle. It may be more than a specific number or less. In addition, when referring to the shape of a component, etc., it shall include substantially the same or similar to the shape, etc., unless explicitly stated or in principle considered otherwise. .

(基本構造)
本発明の実施形態では、三次元空間の直交座標系(x軸、y軸、z軸)の3軸方向の力成分Fx、Fy、Fzと、その3軸回りのモーメント成分Mx、My、Mzの計6成分を同時に検出することができる6軸力覚センサに適用して説明する。まず、力覚センサ10(6軸力覚センサ)を構成する起歪体11の基本構造について、主に図1を参照して説明する。図1は、力覚センサ10を構成する起歪体11の基本構造の説明図(要部模式的平面図)である。
(Basic structure)
In the embodiment of the present invention, force components Fx, Fy, Fz in the three-axis direction of the orthogonal coordinate system (x-axis, y-axis, z-axis) in the three-dimensional space and moment components Mx, My, Mz around the three axes. This is applied to a 6-axis force sensor that can detect a total of 6 components simultaneously. First, the basic structure of the strain body 11 constituting the force sensor 10 (6-axis force sensor) will be described mainly with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory view (main part schematic plan view) of the basic structure of the strain-generating body 11 constituting the force sensor 10.

起歪体11は、力を受ける受力部12と、受力部12に対して固定される固定部13と、受力部12と固定部13とを連結するビーム部14と、を有して板状体として構成される。また、ビーム部14は、受力部12と連結されるアーム15(第1構造部材)と、アーム15の延在方向と交差する方向(図1では直交方向)に延在し、固定部13と連結されるフレクシャ16(第2構造部材)と、を有して構成される。図1にはアーム15の延在する方向と平行なアーム15の中心線a(ビーム部14の中心線aでもある)およびフレクシャ16の延在する方向と平行なフレクシャ16の中心線b(中心線aに対しての交差線bでもある)を示している。ビーム部14がアーム15に対してフレクシャ16を有して構成されることで、フレクシャ16のないビーム部(すなわちアームのみ)と比較して、ビーム部14で曲げ、せん断および捩りによる歪みをより大きく発生させることができ、検出精度を確保することができる。   The strain body 11 includes a force receiving portion 12 that receives a force, a fixing portion 13 that is fixed to the force receiving portion 12, and a beam portion 14 that connects the force receiving portion 12 and the fixing portion 13. Configured as a plate. The beam portion 14 extends in an arm 15 (first structural member) connected to the force receiving portion 12 and a direction intersecting the extending direction of the arm 15 (orthogonal direction in FIG. 1). And a flexure 16 (second structural member) connected to the head. FIG. 1 shows a center line a of the arm 15 parallel to the extending direction of the arm 15 (also a center line a of the beam portion 14) and a center line b of the flexure 16 parallel to the extending direction of the flexure 16 (center). It is also an intersection line b with respect to the line a). Since the beam portion 14 is configured to have the flexure 16 with respect to the arm 15, compared with a beam portion without the flexure 16 (that is, only the arm), distortion due to bending, shearing, and twisting in the beam portion 14 is further increased. It can be generated greatly, and the detection accuracy can be ensured.

また、図1では、1本のビーム部14において1つのアーム15について2つのフレクシャ16が連結されている。アーム15と受力部12との連結箇所、アーム15とフレクシャ16との連結箇所、およびフレクシャ16と固定部13との連結箇所は、力覚センサ10の特性を調整するためにフィレット状に形成されている。これら連結箇所は、面取り状でもよく、特性の調整ができれば、形状は任意である。なお、連結箇所でも歪みが発生するので連結箇所はビーム部14に含まれるものとする。   In FIG. 1, two flexures 16 are connected to one arm 15 in one beam portion 14. The connection portion between the arm 15 and the force receiving portion 12, the connection portion between the arm 15 and the flexure 16, and the connection portion between the flexure 16 and the fixing portion 13 are formed in a fillet shape in order to adjust the characteristics of the force sensor 10. Has been. These connecting portions may be chamfered, and the shape is arbitrary as long as the characteristics can be adjusted. In addition, since distortion also occurs at the connected portion, the connected portion is assumed to be included in the beam portion 14.

ここで、アーム15およびフレクシャ16を角柱状の構造部材とみなして、角柱に発生する応力の検出方法について、図2を参照して説明する。図2は、角柱に発生する応力についての説明図であり、図2(a)が角柱を座標系に適用した状態を示す。図2(b)〜図2(f)では、AB面が固定された角柱に力(モーメントを含む)がかかるときの歪み方が示されている。図2(b)はFx(−:マイナス方向、以下同じ)による歪み、図2(c)はFx(+:プラス方向、以下同じ)による歪みを示す。また、図2(d)はMy(−)による歪み、図2(e)はMx(−)による歪み、図2(f)はMz(−)による歪みを示す。   Here, assuming that the arm 15 and the flexure 16 are prismatic structural members, a method of detecting stress generated in the prism will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram of the stress generated in the prism, and FIG. 2A shows a state in which the prism is applied to the coordinate system. FIG. 2B to FIG. 2F show how to distort when a force (including moment) is applied to a prism with the AB plane fixed. FIG. 2B shows distortion caused by Fx (−: minus direction, the same applies hereinafter), and FIG. 2C shows distortion caused by Fx (+: positive direction, same applies hereinafter). 2D shows distortion due to My (−), FIG. 2E shows distortion due to Mx (−), and FIG. 2F shows distortion due to Mz (−).

以下では、歪みを検出する素子(歪みゲージ)が角柱のBC面(起歪体11の片面である主面11a)にブリッジ回路を構成して設けられるものとして説明する。角柱にFxの力がかかった際(例えば図2(b)および図2(c)参照)、BC面に設けられている全ての歪みゲージの抵抗値が同様に変化する。このため、BC面にブリッジ回路を構成しておくことで、ブリッジ回路の出力(不要な情報)をキャンセルすることができる。また、例えばMxがかかった際は、角柱が図2(e)に示すように捻れる。このとき、角柱のBC面に設けられた歪みゲージ自体が捻れるため、歪みゲージの抵抗値変化は0または無視できる程度である。他方、曲げ歪み(図2(d))とせん断歪み(図2(f))に対しては、BC面に設けられた歪みゲージで検出することができる。   In the following description, it is assumed that an element (strain gauge) for detecting strain is provided by forming a bridge circuit on the BC plane of the prism (main surface 11a which is one side of the strain-generating body 11). When Fx force is applied to the prism (see, for example, FIG. 2B and FIG. 2C), the resistance values of all strain gauges provided on the BC plane similarly change. For this reason, the bridge circuit output (unnecessary information) can be canceled by configuring the bridge circuit on the BC plane. For example, when Mx is applied, the prism is twisted as shown in FIG. At this time, since the strain gauge itself provided on the BC plane of the prism is twisted, the resistance value change of the strain gauge is zero or negligible. On the other hand, bending strain (FIG. 2 (d)) and shear strain (FIG. 2 (f)) can be detected by a strain gauge provided on the BC surface.

6軸方向の力成分(モーメント成分を含む)を切り分けて検出する力覚センサ10(6軸力覚センサ)を構成するには、ビーム部14を持つ構造が3本以上あり、それぞれの構造において曲げ歪みとせん断歪みの組みを1つ以上検出することができればよい。また、ビーム部14において曲げ歪みおよびせん断歪みを検出することができれば、歪みゲージは、ビーム部14を構成するアーム15またはフレクシャ16の少なくともいずれか一方に設けられればよい。このように、複数の歪みゲージをビーム部14(起歪体11)における主面11a(片面)のみに設けても曲げ歪みとせん断歪みを検出することができるので、6軸方向の力成分を検出する力覚センサ10を成立させることができる。   In order to construct a force sensor 10 (6-axis force sensor) that detects and detects force components (including moment components) in 6-axis directions, there are three or more structures having beam portions 14. It is sufficient that one or more combinations of bending strain and shear strain can be detected. In addition, as long as bending strain and shear strain can be detected in the beam portion 14, the strain gauge may be provided on at least one of the arm 15 and the flexure 16 constituting the beam portion 14. In this way, even if a plurality of strain gauges are provided only on the main surface 11a (one surface) of the beam portion 14 (strain body 11), bending strain and shear strain can be detected. The force sensor 10 to be detected can be established.

(実施形態1)
本実施形態における力覚センサ10において、図3〜図6を参照して説明する。図3は力覚センサ10の要部である起歪体11の模式的平面図である。図4は図3に示す円c箇所の拡大図である。図5は力覚センサ10が備えるブリッジ回路20、21の説明図であり、図5(a)がFz、MxおよびMyを検出するFzMxMyブリッジ回路20(第1ブリッジ回路)、図5(b)がFx、FyおよびMzを検出するFxFyMzブリッジ回路21(第2ブリッジ回路)を示す。図6は力覚センサ10のFzMxMyブリッジ回路20およびFxFyMzブリッジ回路21の検出表である。なお、力覚センサ10は、ブリッジ回路20、21の出力信号を処理(例えば行列演算など)するために、CPU(中央演算処理装置)およびROM、RAMなどの記憶部を有する処理部(不図示)を備える。
(Embodiment 1)
The force sensor 10 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic plan view of the strain body 11 which is a main part of the force sensor 10. FIG. 4 is an enlarged view of a circle c shown in FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram of the bridge circuits 20 and 21 included in the force sensor 10. FIG. 5A illustrates an FzMxMy bridge circuit 20 (first bridge circuit) that detects Fz, Mx, and My, and FIG. Shows an FxFyMz bridge circuit 21 (second bridge circuit) for detecting Fx, Fy and Mz. FIG. 6 is a detection table of the FzMxMy bridge circuit 20 and the FxFyMz bridge circuit 21 of the force sensor 10. The force sensor 10 is a processing unit (not shown) having a CPU (Central Processing Unit) and a storage unit such as a ROM and a RAM in order to process the output signals of the bridge circuits 20 and 21 (for example, matrix calculation). ).

本実施形態における力覚センサ10は、複数の歪みゲージ22と、複数の歪みゲージ22が設けられる主面11aを有する起歪体11とを備える。起歪体11は、外形が例えば円形(他に矩形、多角形であってもよい)の板状体であり、主面11a(表面、第1面ともいう)、その反対面(裏面、第2面)および外側面(外周面、第3面)を有する。本実施形態では、起歪体11は受力部12としての中央部12と、固定部13として中央部12の周りの同心状(環状)の枠部13と、中央部12と枠部13とを連結する複数のビーム部14とを有して構成される。ビーム部14は、中央部12の中心Oから枠部13へ向かって放射状に設けられ、アーム15と、フレクシャ16とを有して構成される。   The force sensor 10 according to the present embodiment includes a plurality of strain gauges 22 and a strain body 11 having a main surface 11a on which the plurality of strain gauges 22 are provided. The strain body 11 is a plate-like body whose outer shape is, for example, a circle (others may be a rectangle or a polygon), a main surface 11a (also referred to as a front surface or a first surface), and an opposite surface (a back surface, a first surface). 2 surfaces) and an outer surface (outer peripheral surface, third surface). In the present embodiment, the strain body 11 includes a central portion 12 as the force receiving portion 12, a concentric (annular) frame portion 13 around the central portion 12 as the fixing portion 13, a central portion 12 and the frame portion 13. And a plurality of beam portions 14 connecting the two. The beam portion 14 is provided radially from the center O of the central portion 12 toward the frame portion 13 and includes an arm 15 and a flexure 16.

より具体的に起歪体11では、ビーム部14が4本で平面視クロス状(X字状、十字状)となるように、中央部12および枠部13の周方向に等間隔(中心Oの周方向に90°ごと)で配置される。そして、ビーム部14を構成するアーム15が中心Oから放射状に延在し、ビーム部14を構成するフレクシャ16がアーム15の延在方向と交差する方向に延在する。このように起歪体11では、中央部12および枠部13を剛体とみなしたときにビーム部14が弾性体とみなせるように、枠部13とアーム15との間にフレクシャ16を介在させたビーム部14を設けている。   More specifically, in the strain body 11, the four beam portions 14 are arranged in the circumferential direction of the central portion 12 and the frame portion 13 (center O) so that the four beam portions 14 have a cross shape (X shape, cross shape) in plan view. Are arranged every 90 ° in the circumferential direction). Then, the arm 15 constituting the beam portion 14 extends radially from the center O, and the flexure 16 constituting the beam portion 14 extends in a direction intersecting with the extending direction of the arm 15. Thus, in the strain body 11, the flexure 16 is interposed between the frame portion 13 and the arm 15 so that the beam portion 14 can be regarded as an elastic body when the central portion 12 and the frame portion 13 are regarded as rigid bodies. A beam portion 14 is provided.

このような起歪体11は、例えば、NC(Numerical Control)加工機を用いてアルミニウム合金、合金鋼、ステンレス鋼などバネ性のある材料に貫通孔などを形成することによって得られる。これにより、起歪体11には、中央部12、枠部13およびビーム部14のそれぞれを区画するための空間(貫通部)が形成される。これら空間が形成されることにより、起歪体11は、外側面に対して内側面(主面11aおよび反対面と直交する面、貫通部の内壁面)を有する。   Such a strain body 11 is obtained by forming a through-hole etc. in springy materials, such as aluminum alloy, alloy steel, and stainless steel, for example using NC (Numerical Control) processing machine. Thereby, in the strain body 11, spaces (penetrating portions) for partitioning the central portion 12, the frame portion 13, and the beam portion 14 are formed. By forming these spaces, the strain body 11 has an inner surface (a surface orthogonal to the main surface 11a and the opposite surface, an inner wall surface of the penetrating portion) with respect to the outer surface.

力覚センサ10では、起歪体11の中央部12(受力部12)に力が加えられることでビーム部14に応力(曲げ、せん断、捩りといった歪み)を発生させることができる。例えば、ビーム部14の放射方向(延在方向)およびこれと直交する方向に曲げ(撓み)が発生し、ビーム部14の放射方向に対して45°方向にせん断が発生し、そしてビーム部14の周方向に捩りが発生する。力覚センサ10では、これら歪みを検出するにあたり、ビーム部14における主面11aにのみ複数の歪みゲージ22が設けられる構成である。   In the force sensor 10, stress (strain such as bending, shearing, and twisting) can be generated in the beam portion 14 by applying a force to the central portion 12 (power receiving portion 12) of the strain generating body 11. For example, bending (deflection) occurs in the radial direction (extending direction) of the beam portion 14 and a direction orthogonal thereto, shearing occurs in a 45 ° direction with respect to the radial direction of the beam portion 14, and the beam portion 14. Torsion occurs in the circumferential direction. The force sensor 10 has a configuration in which a plurality of strain gauges 22 are provided only on the main surface 11a of the beam portion 14 when detecting these strains.

歪みゲージ22としては、例えば、Cu(銅)−Ni(ニッケル)系合金やNi−Cr(クロム)系合金の金属薄膜(金属箔など)の配線パターンを、可撓性を有するポリイミドやエポキシ樹脂フィルムで覆ったものを用いることができる。このような歪みゲージ22は、接着剤を用いてビーム部14に貼り付けられ、金属薄膜がビーム部14の歪みを受けて変形したときの抵抗変化から歪みを検知、検出することができる。また、歪みゲージ22としては、歪み(曲げ・せん断)を分けて検出することができればよいので、金属薄膜ではなく半導体薄膜を用いた半導体歪みゲージを用いることもできる。また、歪みゲージ22の接着によらない搭載方法としては、スパッタリング法や真空蒸着法を用いてビーム部14(起歪体11)における主面11aに金属薄膜ゲージを直接形成しても良い。このように種々の歪みゲージ22であっても、力覚センサ10では、起歪体11の一つの面(すなわち主面11a)に対してのみ設けるので、位置ズレを防止して検出精度を確保することができる。   As the strain gauge 22, for example, a wiring pattern of a metal thin film (such as a metal foil) of a Cu (copper) -Ni (nickel) -based alloy or a Ni-Cr (chromium) -based alloy, a flexible polyimide or epoxy resin is used. What was covered with the film can be used. Such a strain gauge 22 is affixed to the beam part 14 using an adhesive agent, and can detect and detect strain from a resistance change when the metal thin film is deformed by receiving the distortion of the beam part 14. Moreover, as the strain gauge 22, it is only necessary to separately detect strain (bending / shearing), and therefore a semiconductor strain gauge using a semiconductor thin film instead of a metal thin film can be used. Further, as a mounting method not based on the adhesion of the strain gauge 22, a metal thin film gauge may be directly formed on the main surface 11a of the beam portion 14 (strain body 11) using a sputtering method or a vacuum deposition method. Thus, even with various strain gauges 22, the force sensor 10 is provided only on one surface (ie, the main surface 11 a) of the strain-generating body 11, thereby preventing misalignment and ensuring detection accuracy. can do.

ここで、力覚センサ10は、FzMxMyブリッジ回路20およびFxFyMzブリッジ回路21を備え、複数の歪みゲージ22がFzMxMyブリッジ回路20とFxFyMzブリッジ回路21とに分けられて構成されるよう設けられる。これによれば、FzMxMyブリッジ回路20およびFxFyMzブリッジ回路21を構成する複数の歪みゲージ22の位置ズレを防止すると共に、6軸方向の力成分(モーメント成分含む)を切り分けて検出することができる。本実施形態では、6軸方向の力成分を切り分けるために、4本のビーム部14のそれぞれにFzMxMyブリッジ回路20およびFxFyMzブリッジ回路21を設けている(少なくとも1組以上あればよい)。   Here, the force sensor 10 includes an FzMxMy bridge circuit 20 and an FxFyMz bridge circuit 21, and a plurality of strain gauges 22 are provided so as to be divided into an FzMxMy bridge circuit 20 and an FxFyMz bridge circuit 21. According to this, it is possible to prevent misalignment of the plurality of strain gauges 22 constituting the FzMxMy bridge circuit 20 and the FxFyMz bridge circuit 21, and to detect and detect force components (including moment components) in six axes. In the present embodiment, an FzMxMy bridge circuit 20 and an FxFyMz bridge circuit 21 are provided in each of the four beam portions 14 in order to separate force components in the six-axis directions (at least one set may be sufficient).

具体的には、図4および図5(a)に示すように、4つの歪みゲージ22(22a、22b、22c、22d)によって、FzMxMyブリッジ回路20が構成される。歪みゲージ22a、22b、22c、22dのそれぞれが、図5(a)に示すFzMxMyブリッジ回路20中の符号a、b、c、dに示す位置に対応する。後述する図6の検出表のように捉えられるように歪みゲージ22a、22b、22c、22dによってFzMxMyブリッジ回路20が構成される。   Specifically, as shown in FIGS. 4 and 5A, the FzMxMy bridge circuit 20 is configured by the four strain gauges 22 (22a, 22b, 22c, 22d). Each of the strain gauges 22a, 22b, 22c, and 22d corresponds to the positions indicated by the symbols a, b, c, and d in the FzMxMy bridge circuit 20 shown in FIG. The FzMxMy bridge circuit 20 is configured by the strain gauges 22a, 22b, 22c, and 22d so as to be captured as a detection table of FIG.

より具体的には、歪みゲージ22aと歪みゲージ22cとは、ビーム部14の中心線aに対して互いに対称となる位置に設けられる。また、歪みゲージ22bと歪みゲージ22dとは、ビーム部14の中心線aに対して互いに対称となる位置に設けられる。そして、歪みゲージ22aと歪みゲージ22bとは、ビーム部14の延在方向(中心線aに沿う方向)に並ぶ位置に設けられる。また、歪みゲージ22cと歪みゲージ22dとは、ビーム部14の延在方向に並ぶ位置に設けられる。これら歪みゲージ22a、22b、22c、22dがFzMxMyブリッジ回路20として電気的に接続(配線)される。これによれば、対称位置関係にある歪みゲージ22の抵抗値を同様に変化させることができ、また歪みゲージ22でFzMxMyブリッジ回路20を構成することでその出力(不要な情報)をキャンセルさせることができる。   More specifically, the strain gauge 22 a and the strain gauge 22 c are provided at positions that are symmetric with respect to the center line a of the beam portion 14. Further, the strain gauge 22 b and the strain gauge 22 d are provided at positions that are symmetric with respect to the center line a of the beam portion 14. The strain gauge 22a and the strain gauge 22b are provided at positions aligned in the extending direction of the beam portion 14 (the direction along the center line a). Further, the strain gauge 22c and the strain gauge 22d are provided at positions aligned in the extending direction of the beam portion 14. These strain gauges 22a, 22b, 22c, and 22d are electrically connected (wired) as the FzMxMy bridge circuit 20. According to this, the resistance value of the strain gauge 22 having a symmetrical positional relationship can be changed similarly, and the output (unnecessary information) can be canceled by configuring the FzMxMy bridge circuit 20 with the strain gauge 22. Can do.

FzMxMyブリッジ回路20では、図5(a)に示すように、位置a、dの直列接続の歪みゲージ22a、22dと、位置b、cの直列接続の歪みゲージ22b、22cとが、入力信号BVに対して並列接続される。また、位置a、bの直列接続の歪みゲージ22a、22bと、位置c、dの直列接続の歪みゲージ22c、22dとが、出力信号Voに対して並列接続される。そして、入力信号BVが印加されたFzMxMyブリッジ回路20では、各歪みゲージ22a、22b、22c、22dの抵抗値の変化により非平衡状態となったときに出力信号Voが変化する。力覚センサ10ではビーム部14に応力が発生するが、FzMxMyブリッジ回路20を構成することで、干渉除去機能や温度保証機能を持たせると共に、例えば曲げ(撓み)による応力を検出する際には、せん断による応力をキャンセルさせている。   In the FzMxMy bridge circuit 20, as shown in FIG. 5A, the strain gauges 22a and 22d connected in series at the positions a and d and the strain gauges 22b and 22c connected in series at the positions b and c are connected to the input signal BV. Are connected in parallel. Further, the strain gauges 22a and 22b connected in series at the positions a and b and the strain gauges 22c and 22d connected in series at the positions c and d are connected in parallel to the output signal Vo. In the FzMxMy bridge circuit 20 to which the input signal BV is applied, the output signal Vo changes when the resistance values of the strain gauges 22a, 22b, 22c, and 22d become unbalanced. In the force sensor 10, stress is generated in the beam portion 14, but the FzMxMy bridge circuit 20 is configured to provide an interference removal function and a temperature guarantee function, and for example, when detecting stress due to bending (deflection). The stress due to shear is canceled.

また、図4および図5(b)に示すように、4つの歪みゲージ22(22A、22B、22C、22D)によって、FxFyMzブリッジ回路21が構成される。歪みゲージ22A、22B、22C、22Dのそれぞれが、図5(b)に示すFxFyMzブリッジ回路21中の符号A、B、C、Dに示す位置に対応する。後述する図6の検出表のように捉えられるように歪みゲージ22A、22B、22C、22DによってFxFyMzブリッジ回路21が構成される。また、起歪体11の一つの面(ここでは主面11a)に対してのみ複数の歪みゲージ22を設けるにあたり、本実施形態では、アーム15の他にも歪みを検出し易いフレクシャ16にも設けている。これにより、複数の歪みゲージ22を設けるための自由度を向上させることができる。なお、図4では、歪みゲージ22A、22B、22C、22Dはその検出方向に関係なく模式的に示されている。   As shown in FIGS. 4 and 5B, the FxFyMz bridge circuit 21 is configured by the four strain gauges 22 (22A, 22B, 22C, and 22D). Each of the strain gauges 22A, 22B, 22C, and 22D corresponds to the positions indicated by reference signs A, B, C, and D in the FxFyMz bridge circuit 21 shown in FIG. The FxFyMz bridge circuit 21 is configured by the strain gauges 22A, 22B, 22C, and 22D so as to be understood as a detection table of FIG. In addition, when the plurality of strain gauges 22 are provided only on one surface (here, the main surface 11a) of the strain generating body 11, in the present embodiment, the flexure 16 that easily detects strain is also used in addition to the arm 15. Provided. Thereby, the freedom degree for providing the some strain gauge 22 can be improved. In FIG. 4, the strain gauges 22A, 22B, 22C, and 22D are schematically shown regardless of their detection directions.

より具体的には、歪みゲージ22Aと歪みゲージ22Dとは、ビーム部14の中心線aに対して互いに対称となる位置に設けられる。また、歪みゲージ22Bと歪みゲージ22Cとは、ビーム部14の中心線aに対して互いに対称となる位置に設けられる。そして、歪みゲージ22Aと歪みゲージ22Bとは、ビーム部14の延在方向(中心線aに沿う方向)に並ぶ位置に設けられ、フレクシャ16の中心線bに対して互いに対称となる位置に設けられる。また、歪みゲージ22Dと歪みゲージ22Cとは、ビーム部14の延在方向に並ぶ位置に設けられ、フレクシャ16の中心線bに対して互いに対称となる位置に設けられる。これら歪みゲージ22A、22B、22C、22DがFxFyMzブリッジ回路21として電気的に接続(配線)される。これによれば、対称位置関係にある歪みゲージ22の抵抗値を同様に変化させることができ、また歪みゲージ22でFxFyMzブリッジ回路21を構成することでその出力(不要な情報)をキャンセルさせることができる。   More specifically, the strain gauge 22 </ b> A and the strain gauge 22 </ b> D are provided at positions that are symmetric with respect to the center line a of the beam portion 14. Further, the strain gauge 22B and the strain gauge 22C are provided at positions symmetrical to each other with respect to the center line a of the beam portion 14. The strain gauges 22 </ b> A and 22 </ b> B are provided at positions aligned in the extending direction of the beam portion 14 (direction along the center line a), and provided at positions symmetrical to the center line b of the flexure 16. It is done. Further, the strain gauge 22D and the strain gauge 22C are provided at positions aligned in the extending direction of the beam portion 14, and are provided at positions symmetrical to each other with respect to the center line b of the flexure 16. These strain gauges 22A, 22B, 22C, and 22D are electrically connected (wired) as the FxFyMz bridge circuit 21. According to this, the resistance value of the strain gauge 22 having a symmetrical positional relationship can be similarly changed, and the output (unnecessary information) can be canceled by configuring the FxFyMz bridge circuit 21 with the strain gauge 22. Can do.

FxFyMzブリッジ回路21では、図5(b)に示すように、位置A、Dの直列接続の歪みゲージ22A、22Dと、位置B、Cの直列接続の歪みゲージ22B、22Cとが、入力信号BVに対して並列接続される。また、位置A、Bの直列接続の歪みゲージ22A、22Bと、位置C、Dの直列接続の歪みゲージ22C、22Dとが、出力信号Voに対して並列接続される。そして、入力信号BVが印加されたFxFyMzブリッジ回路21では、各歪みゲージ22A、22B、22C、22Dの抵抗値の変化により非平衡状態となったときに出力信号Voが変化する。力覚センサ10ではビーム部14に応力が発生するが、FxFyMzブリッジ回路21を構成することで、干渉除去機能や温度保証機能を持たせると共に、例えばせん断による応力を検出する際には、曲げ(撓み)による応力をキャンセルさせている。   In the FxFyMz bridge circuit 21, as shown in FIG. 5B, the strain gauges 22A and 22D connected in series at positions A and D and the strain gauges 22B and 22C connected in series at positions B and C are connected to the input signal BV. Are connected in parallel. Further, the strain gauges 22A and 22B connected in series at the positions A and B and the strain gauges 22C and 22D connected in series at the positions C and D are connected in parallel to the output signal Vo. In the FxFyMz bridge circuit 21 to which the input signal BV is applied, the output signal Vo changes when the strain gauges 22A, 22B, 22C, and 22D are in an unbalanced state due to the change in resistance value. In the force sensor 10, stress is generated in the beam portion 14, but the FxFyMz bridge circuit 21 is configured to provide an interference removal function and a temperature guarantee function. For example, when detecting stress due to shearing, bending ( The stress due to bending is canceled.

図6は、力覚センサ10の起歪体11の受力部12に各成分Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mzを加えたときのFzMxMyブリッジ回路20およびFxFyMzブリッジ回路21の検出結果を示す検出表となっている。   FIG. 6 shows detection results of the FzMxMy bridge circuit 20 and the FxFyMz bridge circuit 21 when the components Fx, Fy, Fz, Mx, My, and Mz are added to the force receiving portion 12 of the strain body 11 of the force sensor 10. The detection table is shown.

図6では、例えば起歪体11の平面視において時計回りに1本目のビーム部14に設けられるFzMxMyブリッジ回路20およびFxFyMzブリッジ回路21をそれぞれ「20−1」、「21−1」としている。同様に2本目のものを「20−2」「21−2」、3本目のものを「20−3」、「21−3」、4本目のものを「20−4」、「21−4」としている。   In FIG. 6, for example, the FzMxMy bridge circuit 20 and the FxFyMz bridge circuit 21 provided in the first beam unit 14 in the clockwise direction in the plan view of the strain body 11 are “20-1” and “21-1”, respectively. Similarly, the second one is “20-2” “21-2”, the third one is “20-3”, “21-3”, the fourth one is “20-4”, “21-4”. "

また、例えばFzMxMyブリッジ回路20−1の「a1」、「b1」、「c1」、「d1」はそれぞれ、1本目のビーム部14に設けられる歪みゲージ22a、22b、22c、22dに対応している。FzMxMyブリッジ回路20−2、20−3、20−4についても同様である。また、例えばFxFyMzブリッジ回路21−1の「A1」、「B1」、「C1」、「D1」はそれぞれ、1本目のビーム部14に設けられる歪みゲージ22A、22B、22C、22Dに対応している。FxFyMzブリッジ回路21−2、21−3、21−4についても同様である。   For example, “a1”, “b1”, “c1”, and “d1” of the FzMxMy bridge circuit 20-1 correspond to the strain gauges 22a, 22b, 22c, and 22d provided in the first beam section 14, respectively. Yes. The same applies to the FzMxMy bridge circuits 20-2, 20-3, and 20-4. For example, “A1”, “B1”, “C1”, and “D1” of the FxFyMz bridge circuit 21-1 correspond to the strain gauges 22A, 22B, 22C, and 22D provided in the first beam section 14, respectively. Yes. The same applies to the FxFyMz bridge circuits 21-2, 21-3, and 21-4.

そして、FzMxMyブリッジ回路20およびFxFyMzブリッジ回路21を構成する各歪みゲージ22の抵抗値が増加するときを「+」、減少するときを「−」、0また値が小さいときを「0」として検出結果を示している。また、FzMxMyブリッジ回路20およびFxFyMzブリッジ回路21の出力信号Voは、ブリッジ出力(非平衡出力)があるときを「1」、0または値が小さいときを「0」としている。   Then, when the resistance value of each strain gauge 22 constituting the FzMxMy bridge circuit 20 and the FxFyMz bridge circuit 21 is increased, it is detected as “+”, when it decreases, it is detected as “−”, and when it is small, it is detected as “0”. Results are shown. The output signal Vo of the FzMxMy bridge circuit 20 and the FxFyMz bridge circuit 21 is “1” when there is a bridge output (unbalanced output), and “0” when the value is 0 or small.

図6に示す検出表から、FzMxMyブリッジ回路20によれば、Fz、Mx、Myを検出することができる。また、FxFyMzブリッジ回路21によれば、Fx、Fy、Mzを検出することができる。力覚センサ10では、FxFyMzブリッジ回路21では検出し難い成分(Fz、Mx、My)をFzMxMyブリッジ回路20で検出し、FzMxMyブリッジ回路20では検出し難い成分(Fx、Fy、Mz)をFxFyMzブリッジ回路21で検出する相補的な構成となっている。このようにFzMxMyブリッジ回路20およびFxFyMzブリッジ回路21(複数の歪みゲージ22)がビーム部14における主面11aに設けられた力覚センサ10によれば、位置ズレを防止して6軸方向の力成分を切り分けて検出することができる。   From the detection table shown in FIG. 6, the FzMxMy bridge circuit 20 can detect Fz, Mx, and My. Further, the FxFyMz bridge circuit 21 can detect Fx, Fy, and Mz. In the force sensor 10, components (Fz, Mx, My) that are difficult to detect by the FxFyMz bridge circuit 21 are detected by the FzMxMy bridge circuit 20, and components (Fx, Fy, Mz) that are difficult to detect by the FzMxMy bridge circuit 20 are detected by the FxFyMz bridge. A complementary configuration is detected by the circuit 21. As described above, according to the force sensor 10 in which the FzMxMy bridge circuit 20 and the FxFyMz bridge circuit 21 (a plurality of strain gauges 22) are provided on the main surface 11a of the beam portion 14, the displacement is prevented and the force in the six axial directions is prevented. Components can be separated and detected.

なお、ビーム部14における主面11aにのみにFzMxMyブリッジ回路20およびFxFyMzブリッジ回路21を構成する複数の歪みゲージ22の配置は、図4に示す場合に限らず、図7、図8、図9に示す場合であってもよい。図7、図8、図9は、複数の歪みゲージ22を起歪体11のビーム部14に配置する一例の説明図であり、起歪体11の要部模式的平面図である。図7〜図9に示すように、FzMxMyブリッジ回路20およびFxFyMzブリッジ回路21の組み合わせ(形状、方向)は、歪みゲージ22がビーム部14の主面11aのみに設けることができ、6軸方向の力成分を切り分けて検出することができればよい。   Note that the arrangement of the plurality of strain gauges 22 constituting the FzMxMy bridge circuit 20 and the FxFyMz bridge circuit 21 only on the main surface 11a in the beam portion 14 is not limited to the case shown in FIG. 4, but is also shown in FIGS. The case shown in FIG. FIGS. 7, 8, and 9 are explanatory diagrams of an example in which a plurality of strain gauges 22 are arranged in the beam portion 14 of the strain body 11, and are schematic plan views of main parts of the strain body 11. As shown in FIGS. 7 to 9, the combination (shape and direction) of the FzMxMy bridge circuit 20 and the FxFyMz bridge circuit 21 allows the strain gauge 22 to be provided only on the main surface 11a of the beam portion 14, It suffices if the force component can be separated and detected.

図7では、FzMxMyブリッジ回路20を構成する歪みゲージ22a、22b、22c、22dおよびFxFyMzブリッジ回路21を構成する歪みゲージ22A、22B、22C、22Dがビーム部14のアーム15に設けられる。特に、ビーム部14の中心線aの近傍で中央部12側から順に歪みゲージ22a、歪みゲージ22A、歪みゲージ22Bおよび歪みゲージ22bがビーム部14の延在方向(中心線aに沿う方向)に設けられる。また、ビーム部14の中心線aの近傍で中央部12側から順に歪みゲージ22c、歪みゲージ22D、歪みゲージ22Cおよび歪みゲージ22dがビーム部14の延在方向(中心線aに沿う方向)に設けられる。   In FIG. 7, strain gauges 22 a, 22 b, 22 c and 22 d constituting the FzMxMy bridge circuit 20 and strain gauges 22 A, 22 B, 22 C and 22 D constituting the FxFyMz bridge circuit 21 are provided on the arm 15 of the beam unit 14. In particular, the strain gauge 22a, the strain gauge 22A, the strain gauge 22B, and the strain gauge 22b are sequentially arranged in the vicinity of the center line a of the beam portion 14 from the center portion 12 side in the extending direction of the beam portion 14 (direction along the center line a). Provided. Further, the strain gauge 22c, the strain gauge 22D, the strain gauge 22C, and the strain gauge 22d are sequentially arranged in the vicinity of the center line a of the beam portion 14 from the center portion 12 side in the extending direction of the beam portion 14 (direction along the center line a). Provided.

図8では、FzMxMyブリッジ回路20を構成する歪みゲージ22a、22b、22c、22dおよびFxFyMzブリッジ回路21を構成する歪みゲージ22A、22B、22C、22Dがビーム部14のアーム15に設けられる。特に、中央部12側から順にアーム15外側(連結箇所)の歪みゲージ22A、中心線a近傍の歪みゲージ22a、22b、アーム15外側(連結箇所)の歪みゲージ22Bがビーム部14の延在方向(中心線aに沿う方向)に設けられる。また、中央部12側から順にアーム15外側(連結箇所)の歪みゲージ22D、中心線a近傍の歪みゲージ22c、22d、アーム15外側(連結箇所)の歪みゲージ22Cがビーム部14の延在方向(中心線aに沿う方向)に設けられる。   In FIG. 8, strain gauges 22 a, 22 b, 22 c and 22 d constituting the FzMxMy bridge circuit 20 and strain gauges 22 A, 22 B, 22 C and 22 D constituting the FxFyMz bridge circuit 21 are provided on the arm 15 of the beam unit 14. In particular, the strain gauge 22A on the outer side of the arm 15 (connection location), the strain gauges 22a and 22b in the vicinity of the center line a, and the strain gauge 22B on the outer side of the arm 15 (connection location) in that order from the central portion 12 side. (In the direction along the center line a). In addition, the strain gauge 22D on the outer side of the arm 15 (connection location), the strain gauges 22c and 22d in the vicinity of the center line a, and the strain gauge 22C on the outer side of the arm 15 (connection location) in that order from the center 12 side. (In the direction along the center line a).

図9では、FxFyMzブリッジ回路21を構成する歪みゲージ22A、22B、22C、22Dがアーム15に、FzMxMyブリッジ回路20を構成する歪みゲージ22a、22b、22c、22dがフレクシャ16の連結箇所に設けられる。特に、順に歪みゲージ22b、22a、22c、22dがフレクシャ16の中心線b上に設けられる。そして、歪みゲージ22aと歪みゲージ22cとが、ビーム部14の中心線aに対して互いに対称となる位置に設けられ、歪みゲージ22bと歪みゲージ22dとが、ビーム部14の中心線aに対して互いに対称となる位置に設けられる。   In FIG. 9, strain gauges 22A, 22B, 22C and 22D constituting the FxFyMz bridge circuit 21 are provided on the arm 15, and strain gauges 22a, 22b, 22c and 22d constituting the FzMxMy bridge circuit 20 are provided at the connection points of the flexure 16. . In particular, strain gauges 22 b, 22 a, 22 c, and 22 d are sequentially provided on the center line b of the flexure 16. The strain gauge 22 a and the strain gauge 22 c are provided at positions symmetrical to each other with respect to the center line a of the beam portion 14, and the strain gauge 22 b and the strain gauge 22 d are provided with respect to the center line a of the beam portion 14. Are provided at positions symmetrical to each other.

(実施形態2)
前記実施形態1では、4本のビーム部14が平面視クロス状(X字状、十字状)に構成される場合について説明した。本実施形態では、3本のビーム部14が平面視Y字状に構成される場合について、図10および図11を参照して説明する。図10は力覚センサ10Aの要部である起歪体11Aの模式的斜視図である。図11は力覚センサ10Aが備えるFzMxMyブリッジ回路20およびFxFyMzブリッジ回路21の検出表である。以下では、前記実施形態1とは相違する点を中心に説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the case where the four beam portions 14 are configured in a cross shape (X shape, cross shape) in plan view has been described. In the present embodiment, the case where the three beam portions 14 are configured in a Y shape in plan view will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG. 10 is a schematic perspective view of a strain body 11A, which is a main part of the force sensor 10A. FIG. 11 is a detection table of the FzMxMy bridge circuit 20 and the FxFyMz bridge circuit 21 included in the force sensor 10A. Below, it demonstrates focusing on the point which is different from the said Embodiment 1. FIG.

本実施形態では、ビーム部14が3本で平面視Y字状となるように、中央部12および枠部13の周方向に等間隔(中心Oの周方向に120°ごと)で配置される。そして、ビーム部14を構成するアーム15が中心Oから放射状に延在し、ビーム部14を構成するフレクシャ16がアーム15の延在方向と交差する方向に延在する。このように起歪体11Aでは、中央部12および枠部13を剛体とみなしたときにビーム部14が弾性体とみなせるように、枠部13とアーム15との間にフレクシャ16を介在させたビーム部14を設けている。なお、図10では図示していないが、前記実施形態1(図4参照)と同様に、複数の歪みゲージ22がビーム部14における主面11aにのみ設けられる。   In this embodiment, three beam portions 14 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the central portion 12 and the frame portion 13 (every 120 ° in the circumferential direction of the center O) so as to be Y-shaped in plan view. . Then, the arm 15 constituting the beam portion 14 extends radially from the center O, and the flexure 16 constituting the beam portion 14 extends in a direction intersecting with the extending direction of the arm 15. Thus, in the strain body 11A, the flexure 16 is interposed between the frame portion 13 and the arm 15 so that the beam portion 14 can be regarded as an elastic body when the central portion 12 and the frame portion 13 are regarded as rigid bodies. A beam portion 14 is provided. Although not shown in FIG. 10, a plurality of strain gauges 22 are provided only on the main surface 11a of the beam portion 14 as in the first embodiment (see FIG. 4).

図11は、力覚センサ10Aの起歪体11Aの受力部12に各成分Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mzを加えたときのFzMxMyブリッジ回路20およびFxFyMzブリッジ回路21の検出結果を示す検出表となっている。   FIG. 11 shows detection results of the FzMxMy bridge circuit 20 and the FxFyMz bridge circuit 21 when the components Fx, Fy, Fz, Mx, My, and Mz are added to the force receiving portion 12 of the strain body 11A of the force sensor 10A. The detection table is shown.

図11では、例えば起歪体11Aの平面視において時計回りに1本目のビーム部14に設けられるFzMxMyブリッジ回路20およびFxFyMzブリッジ回路21をそれぞれ「20−1」、「21−1」としている。同様に2本目のものを「20−2」「21−2」、3本目のものを「20−3」、「21−3」としている。   In FIG. 11, for example, the FzMxMy bridge circuit 20 and the FxFyMz bridge circuit 21 provided in the first beam section 14 in the clockwise direction in the plan view of the strain body 11A are “20-1” and “21-1”, respectively. Similarly, the second one is “20-2” and “21-2”, and the third one is “20-3” and “21-3”.

また、例えばFzMxMyブリッジ回路20−1の「a1」、「b1」、「c1」、「d1」はそれぞれ、1本目のビーム部14に設けられる歪みゲージ22a、22b、22c、22dに対応させている(図4参照)。FzMxMyブリッジ回路20−2、20−3についても同様である。また、例えばFxFyMzブリッジ回路21−1の「A1」、「B1」、「C1」、「D1」はそれぞれ、1本目のビーム部14に設けられる歪みゲージ22A、22B、22C、22Dに対応させている(図4参照)。FxFyMzブリッジ回路21−2、21−3についても同様である。   For example, “a1”, “b1”, “c1”, and “d1” of the FzMxMy bridge circuit 20-1 correspond to the strain gauges 22a, 22b, 22c, and 22d provided in the first beam unit 14, respectively. (See FIG. 4). The same applies to the FzMxMy bridge circuits 20-2 and 20-3. For example, “A1”, “B1”, “C1”, and “D1” of the FxFyMz bridge circuit 21-1 correspond to the strain gauges 22A, 22B, 22C, and 22D provided in the first beam section 14, respectively. (See FIG. 4). The same applies to the FxFyMz bridge circuits 21-2 and 21-3.

図11に示す検出表から、FzMxMyブリッジ回路20によれば、Fz、Mx、Myを検出することができる。また、FxFyMzブリッジ回路21によれば、Fx、Fy、Mzを検出することができる。このようにFzMxMyブリッジ回路20およびFxFyMzブリッジ回路21(複数の歪みゲージ22)がビーム部14における主面11aに設けられた力覚センサ10Aによれば、位置ズレを防止して6軸方向の力成分を切り分けて検出することができる。   From the detection table shown in FIG. 11, the FzMxMy bridge circuit 20 can detect Fz, Mx, and My. Further, the FxFyMz bridge circuit 21 can detect Fx, Fy, and Mz. As described above, according to the force sensor 10A in which the FzMxMy bridge circuit 20 and the FxFyMz bridge circuit 21 (the plurality of strain gauges 22) are provided on the main surface 11a of the beam portion 14, the positional deviation is prevented and the force in the six axial directions is prevented. Components can be separated and detected.

以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   Although the present invention has been specifically described above based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

例えば、前記実施形態では、6軸力覚センサに適用した場合について説明した。これに限らず、物体が受ける力の大きさまたは方向の少なくともいずれか一方の成分を検出(計測)する力覚センサ(慣性力を検出するのであれば、加速度センサや角速度センサなどの運動センサとも呼ばれている。)にも適用することができる。   For example, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to a 6-axis force sensor has been described. Not limited to this, a force sensor that detects (measures) at least one component of the magnitude or direction of the force received by an object (if an inertial force is detected, a motion sensor such as an acceleration sensor or an angular velocity sensor) It can also be applied to.

例えば、前記実施形態では、受力部として中央部、固定部として枠部を適用した場合について説明した。これに限らず、受力部として枠部、固定部として中央部にも適用することができる。この場合、ビーム部を構成するフレクシャは固定部としての中央部側に設けられることとなる。   For example, in the above-described embodiment, the case where the central portion is applied as the force receiving portion and the frame portion is applied as the fixed portion has been described. The present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to the frame portion as the force receiving portion and the central portion as the fixed portion. In this case, the flexure constituting the beam portion is provided on the central portion side as the fixed portion.

例えば、前記実施形態では、ブリッジ回路を構成する複数の歪みゲージをビーム部に設けるにあたり、所定数の歪みゲージを貼り付けてブリッジ回路を構成するようにそれぞれを接続することも考えられる。これに限らず、予めブリッジ回路を構成するよう接続された所定数の歪みゲージを一体もの(ブリッジ形成ゲージ)として貼り付けることもできる。本発明は、起歪体の主面にのみ歪みゲージを設ける構成であるので、更に作業性が良く、生産性を向上させることができる。また、接続不良を防止することができ、力覚センサの信頼性を向上させることもできる。   For example, in the above-described embodiment, when a plurality of strain gauges constituting the bridge circuit are provided in the beam portion, it is conceivable that a predetermined number of strain gauges are attached to each other so as to constitute the bridge circuit. However, the present invention is not limited to this, and a predetermined number of strain gauges connected in advance to form a bridge circuit can be attached as a single piece (bridge forming gauge). Since the present invention has a configuration in which a strain gauge is provided only on the main surface of the strain generating body, the workability is further improved and the productivity can be improved. Further, connection failure can be prevented, and the reliability of the force sensor can be improved.

10、10A 力覚センサ
11、11A 起歪体
12 受力部(中央部)
13 固定部(枠部)
14 ビーム部
15 アーム
16 フレクシャ
20 FzMxMyブリッジ回路(第1ブリッジ回路)
21 FxFyMzブリッジ回路(第2ブリッジ回路)
22 歪みゲージ
10, 10A force sensor 11, 11A strain generating body 12 force receiving portion (central portion)
13 Fixed part (frame part)
14 beam unit 15 arm 16 flexure 20 FzMxMy bridge circuit (first bridge circuit)
21 FxFyMz bridge circuit (second bridge circuit)
22 Strain gauge

Claims (3)

複数の歪みゲージと、前記複数の歪みゲージが設けられる主面を有する起歪体と、を備え、
前記起歪体が、力を受ける受力部と、前記受力部に対して固定される固定部と、前記受力部と前記固定部とを連結するビーム部と、を有して構成され、
前記複数の歪みゲージが、前記ビーム部における前記主面にのみ設けられるとともに、前記複数の歪みゲージのうちの前記ビーム部の中心線に対して互いに対称となる位置の4つによって所定方向の力成分を検出するブリッジ回路が構成されるように設けられ
x軸方向の力成分Fx、y軸方向の力成分Fy、z軸方向の力成分Fz、x軸周りのモーメント成分Mx、y軸周りのモーメント成分My、およびz軸周りのモーメント成分Mzを検出するにあたり、前記複数の歪みゲージが、Fz、Mx、およびMyを検出する複数の前記ブリッジ回路を含む第1ブリッジ回路群と、Fx、Fy、およびMzを検出する複数の前記ブリッジ回路を含む第2ブリッジ回路群とに分けて構成されることを特徴とする力覚センサ。
A plurality of strain gauges, and a strain generating body having a main surface provided with the plurality of strain gauges,
The strain body includes a force receiving portion that receives a force, a fixing portion that is fixed to the force receiving portion, and a beam portion that connects the force receiving portion and the fixing portion. ,
The plurality of strain gauges are provided only on the main surface of the beam portion, and force in a predetermined direction is provided by four positions of the plurality of strain gauges that are symmetrical with respect to the center line of the beam portion. A bridge circuit for detecting the components is provided ,
Detects force component Fx in the x-axis direction, force component Fy in the y-axis direction, force component Fz in the z-axis direction, moment component Mx around the x-axis, moment component My around the y-axis, and moment component Mz around the z-axis In doing so, the plurality of strain gauges includes a first bridge circuit group including a plurality of bridge circuits that detect Fz, Mx, and My, and a plurality of bridge circuits that detect Fx, Fy, and Mz. A force sensor characterized by being divided into two bridge circuit groups .
請求項記載の力覚センサにおいて、
前記ビーム部が、前記受力部と連結されるアームと、前記アームの延在方向と交差する方向に延在し、前記固定部と連結されるフレクシャと、を有して構成されることを特徴とする力覚センサ。
The force sensor according to claim 1 , wherein
The beam portion includes an arm connected to the force receiving portion, and a flexure extending in a direction intersecting with the extending direction of the arm and connected to the fixed portion. A characteristic force sensor.
複数の歪みゲージと、前記複数の歪みゲージが設けられる主面を有する起歪体と、を備え、
前記起歪体が、力を受ける受力部と、前記受力部に対して固定される固定部と、前記受力部と前記固定部とを連結するビーム部と、を有して構成され、
前記複数の歪みゲージが、前記ビーム部における前記主面に設けられるとともに、前記ビーム部の中心線に対して互いに対称となる位置に設けられる力覚センサのブリッジ回路構成方法であって、
前記複数の歪みゲージのうちの前記ビーム部の中心線に対して互いに対称となる位置の4つによって所定方向の力成分を検出するブリッジ回路を構成し、
x軸方向の力成分Fx、y軸方向の力成分Fy、z軸方向の力成分Fz、x軸周りのモーメント成分Mx、y軸周りのモーメント成分My、およびz軸周りのモーメント成分Mzを検出するにあたり、前記複数の歪みゲージを、Fz、Mx、およびMyを検出する複数の前記ブリッジ回路を含む第1ブリッジ回路群と、Fx、Fy、およびMzを検出する複数の前記ブリッジ回路を含む第2ブリッジ回路群とに分けて構成することを特徴とする力覚センサのブリッジ回路構成方法。
A plurality of strain gauges, and a strain generating body having a main surface provided with the plurality of strain gauges,
The strain body includes a force receiving portion that receives a force, a fixing portion that is fixed to the force receiving portion, and a beam portion that connects the force receiving portion and the fixing portion. ,
The force sensor has a bridge circuit configuration method in which the plurality of strain gauges are provided on the main surface of the beam portion and are provided symmetrically with respect to a center line of the beam portion,
A bridge circuit that detects force components in a predetermined direction by four of the plurality of strain gauges that are symmetrical to each other with respect to the center line of the beam portion ,
Detects force component Fx in the x-axis direction, force component Fy in the y-axis direction, force component Fz in the z-axis direction, moment component Mx around the x-axis, moment component My around the y-axis, and moment component Mz around the z-axis In doing so, the plurality of strain gauges include a first bridge circuit group including a plurality of bridge circuits that detect Fz, Mx, and My, and a plurality of bridge circuits that detect Fx, Fy, and Mz. A method of configuring a bridge circuit of a force sensor, characterized by being divided into two bridge circuit groups .
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