JP6735419B2 - フォース・モーメント・センサー、そのようなフォース・モーメント・センサーのためのフォース・トランスデューサー・モジュール、ならびに、そのようなフォース・モーメント・センサーを含むロボット - Google Patents
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Description
Fx=+Qx’−Qx’’’
Fy=+Qy’’−Qy
Fz=+Qz+Qz’+Qz’’+Qz’’’
Mx=a/2*(+Qz+Qz’)−a/2*(+Qz’’+Qz’’’)
My=a/2*(+Qz’+Qz’’)-a/2*(+Qz+Qz’’’)
Mz=a/2*(+Qy+Qx’+Qy’’+Qx’’’)
力Fの3つの計算される成分Fx、Fy、Fz、および、モーメントMの3つの計算される成分Mx、My、Mzに関して、評価ユニット6は、デジタル出力信号を発生させて提供する。6つの成分のデジタル出力信号は、3軸の接合力を表現することが可能である。
1 フォース・モーメント・センサー
2 ベース・プレート
3 カバー・プレート
4から4’’’ 圧電式フォース・トランスデューサー
5から5’’’ プレストレス部材
6 評価ユニット
7 インターフェース・ソケット
8、8’ 圧電式トランスデューサー・エレメント
9、9’ トランスデューサー電極
10から10’’ カウンター電極
11から11’’ 導電体
13a、13bから13b’’’、13c シーリング・エレメント
14、14’ フォース・トランスデューサー・モジュール
15 ロボット
16 ツール
21から21’’’ 半径方向外側のキャビティー
22 中央キャビティー
23から23’’’ 貫通孔
24 ベース・プレートの境界表面
31 カバー・プレートの境界表面
a 距離
r 半径方向の距離
x、y、z 座標
Claims (14)
- 4つの圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)およびベース・プレート(2)を含むフォース・モーメント・センサー(1)であって、前記4つの圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)は、力を検出し、検出される力に関する測定信号を発生させる、フォース・モーメント・センサー(1)において、
前記フォース・モーメント・センサー(1)は、カバー・プレート(3)を含み、前記カバー・プレート(3)は、境界表面(31)を含み、検出されることとなる前記力Fが、前記境界表面(31)に作用し、前記フォース・モーメント・センサー(1)は、評価ユニット(6)を含み、前記評価ユニット(6)は、前記圧電式フォース・センサー(4から4’’’)の測定信号を評価し、前記ベース・プレート(2)は、前記圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)および前記評価ユニット(6)を収容するための少なくとも1つのキャビティー(21から21’’’、22)を含み、前記圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)および前記評価ユニット(6)が、前記キャビティー(21から21’’’、22)の中に配置されており、前記ベース・プレート(2)およびカバー・プレート(3)は、機械的に接続され、ハウジングを形成しており、
それぞれの圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)は、前記ベース・プレート(2)の中心(0)から半径方向に間隔を離して配置されたキャビティー(21から21’’’)の中に配置されており、前記評価ユニット(6)は、前記ベース・プレート(2)の前記中心(0)のキャビティー(22)の中に配置されていることを特徴とする、フォース・モーメント・センサー(1)。 - 請求項1に記載のフォース・モーメント・センサー(1)のためのフォース・トランスデューサー・モジュール(14、14’)であって、導電体(11から11’’)を介して評価ユニット(6)に電気的接触をしている4つの圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)が、前記フォース・トランスデューサー・モジュール(14、14’)を形成していることを特徴とする、フォース・トランスデューサー・モジュール(14、14’)。
- 請求項2に記載のフォース・トランスデューサー・モジュール(14、14’)を含む、請求項1に記載のフォース・モーメント・センサー(1)であって、1つのフォース・トランスデューサー・モジュール(14、14’)が、前記ベース・プレート(2)の中に配置されているか、または、2つのフォース・トランスデューサー・モジュール(14、14’)が、前記ベース・プレート(2)の中に配置されていることを特徴とする、フォース・モーメント・センサー(1)。
- 前記ベース・プレート(2)の前記中心(0)に関して、前記評価ユニット(6)のための前記キャビティー(22)は、十字形状になっており、4つのレッグを含み、前記レッグは、半径方向に延在しており、圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)のための前記キャビティー(21から21’’’)は、2つの直接的に隣接するレッグの間に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載のフォース・モーメント・センサー(1)。
- 前記ベース・プレート(2)は、前記評価ユニット(6)のための前記キャビティー(22)から圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)のための前記キャビティー(21から21’’’)へ半径方向に延在している貫通孔(23から23’’’)を備えることを特徴とする、請求項4に記載のフォース・モーメント・センサー(1)。
- それぞれの圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)は、複数の圧電式トランスデューサー・エレメント(8、8’)を含み、それぞれの圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)は、少なくとも1つの第1の圧電式トランスデューサー・エレメント(8)によって、垂直抗力の正確に1つの成分を検出し、それぞれの圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)は、少なくとも1つの第2の圧電式トランスデューサー・エレメント(8’)によって、せん断力の正確に1つの成分を検出することを特徴とする、請求項1または3に記載のフォース・モーメント・センサー(1)。
- それぞれの圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)は、複数のトランスデューサー電極(9、9’)を含み、前記トランスデューサー電極(9、9’)は、圧電式トランスデューサー・エレメント(8、8’)のエレメント表面から、測定信号として分極電荷を収集し、それぞれの圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)は、複数のカウンター電極(10から10’’)を含み、前記カウンター電極(10から10’’)は、圧電式トランスデューサー・エレメント(8、8’)のエレメント表面から、測定信号として分極電荷を収集することを特徴とする、請求項6に記載のフォース・モーメント・センサー(1)。
- それぞれの圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)は、正確に3つの導電体(11から11’’)を含み、第1のトランスデューサー電極(9)は、少なくとも1つの第1の圧電式トランスデューサー・エレメント(8)の少なくとも1つの第1のエレメント表面に接触して置かれており、前記第1のトランスデューサー電極(9)は、第1の導電体(11)と電気的接触をしており、第2のトランスデューサー電極(9’)は、少なくとも1つの第2の圧電式トランスデューサー・エレメント(8’)の少なくとも1つのエレメント表面に接触して置かれており、前記第2のトランスデューサー電極(9’)は、第2の導電体(11’)と電気的接触をしており、カウンター電極(10から10’’)は、前記トランスデューサー電極(9、9’)の反対側の前記圧電式トランスデューサー・エレメント(8、8’)のエレメント表面に接触して置かれており、前記カウンター電極(10から10’’)は、第3の導電体(11’’)と電気的接触をしていることを特徴とする、請求項7に記載のフォース・モーメント・センサー(1)。
- 前記評価ユニット(6)は、電気回路基板を含み、前記電気回路基板は、支持材料、電子部品、および電気信号伝導体を含み、それぞれの圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)は、前記圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)のトランスデューサー電極(9、9’)およびカウンター電極(10から10’’)と電気的接触をしている、正確に3つの導電体(11から11’’)を含み、前記3つの導電体(11から11’’)は、前記ベース・プレート(2)の貫通孔(23から23’’’)を通って、圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)のための前記キャビティー(21から21’’’)から前記評価ユニット(6)のための前記キャビティー(22)へ延在しており、前記3つの導電体(11から11’’)は、前記電気回路基板の1つの側において前記評価ユニット(6)の電気信号伝導体と電気的接触をしていることを特徴とする、請求項1または3に記載のフォース・モーメント・センサー(1)。
- 前記評価ユニット(6)は、前記圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)の測定信号を分析し、それらをデジタル出力信号として提供し、前記評価ユニット(6)は、少なくとも1つのインターフェース・ソケット(7)を含み、バス・システムのインターフェース・プラグが、前記インターフェース・ソケット(7)に電気的に接続され得り、前記評価ユニット(6)は、前記バス・システムを介して提供されるデジタル出力信号をロボットのロボット・コントロールに送信することを特徴とする、請求項9に記載のフォース・モーメント・センサー(1)。
- 請求項1および3から9のいずれか一項に記載のフォース・モーメント・センサー(1)を含むロボット(15)であって、前記フォース・モーメント・センサー(1)の前記ベース・プレート(2)の境界表面(24)が、前記ロボット(15)の手首の表面に機械的に接続されており、前記フォース・モーメント・センサー(1)の前記カバー・プレート(3)の境界表面(31)が、ツール(16)に機械的に接続されていることを特徴とする、ロボット(15)。
- それぞれの圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)は、前記カバー・プレート(3)の前記境界表面(31)に対抗するプレストレス力によって機械的にプレストレスを掛けられており、前記プレストレス力の効果的な方向は、前記境界表面(31)に垂直になっており、前記ツール(16)の曲げモーメントは、垂直抗力として前記圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)に作用することを特徴とする、請求項11に記載のロボット(15)。
- 請求項2に記載の2つのフォース・トランスデューサー・モジュール(14、14’)を含む、請求項11または12に記載のロボット(15)であって、第1のフォース・トランスデューサー・モジュール(14)の第1の圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)は、第1の時間において力を検出し、第1の時間に検出される前記力に関する第1の測定信号を発生させ、第2のフォース・トランスデューサー・モジュール(14’)の第2の圧電式フォース・トランスデューサー(4から4’’’)は、第2の時間において同じ力を検出し、第2の時間において検出される前記力に関する第2の測定信号を発生させることを特徴とする、ロボット(15)。
- 前記第1のフォース・トランスデューサー・モジュール(14)の第1の評価ユニット(6)は、前記第1の測定信号を評価し、それらを第1のデジタル出力信号として提供し、前記第2のフォース・トランスデューサー・モジュール(14’)の第2の評価ユニット(6)は、前記第2の測定信号を評価し、それらを第2のデジタル出力信号として提供し、前記フォース・モーメント・センサー(1)は、バス・システムを介して前記ロボット(15)のロボット・コントロールへ前記第1のデジタル出力信号を送信し、前記フォース・モーメント・センサー(1)は、前記バス・システムを介して前記ロボット(15)の前記ロボット・コントロールへ前記第2のデジタル出力信号を送信し、前記ロボット(15)の前記ロボット・コントロールは、伝送された前記第1のデジタル出力信号と、伝送された前記第2のデジタル出力信号とを比較することを特徴とする、請求項13に記載のロボット(15)。
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