JP6817875B2 - Force sensor - Google Patents
Force sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP6817875B2 JP6817875B2 JP2017080738A JP2017080738A JP6817875B2 JP 6817875 B2 JP6817875 B2 JP 6817875B2 JP 2017080738 A JP2017080738 A JP 2017080738A JP 2017080738 A JP2017080738 A JP 2017080738A JP 6817875 B2 JP6817875 B2 JP 6817875B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- strain sensor
- sensor
- resistor
- strain
- force
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 19
- 239000002313 adhesive film Substances 0.000 description 9
- 239000010408 film Substances 0.000 description 9
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 8
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019590 Cr-N Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019588 Cr—N Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
本発明の実施形態は、例えばロボットに適用される力覚センサに関する。 Embodiments of the present invention relate to, for example, a force sensor applied to a robot.
力覚センサ(6軸力覚センサとも言う)は、X軸、Y軸、Z軸方向の力Fx、Fy、Fzと、X軸、Y軸、Z軸それぞれの軸回りのモーメントMx、My、Mzを測定することが可能なセンサである(例えば特許文献1、特許文献2参照)。 The force sensor (also called a 6-axis force sensor) includes forces Fx, Fy, and Fz in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, and moments Mx, My, around the axes of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, respectively. It is a sensor capable of measuring Mz (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
特許文献1及び特許文献2において、力覚センサは、起歪体としての力覚センサチップを有している。力覚センサチップは、枠状の支持部と正方形状の作用部と、支持部と作用部を連結するT字状の連結部を有し、複数の歪み抵抗素子は、連結部と作用部との境界の表面に設けられている。
In Patent Document 1 and
上記力覚センサチップは、複数の歪抵抗素子が連結部と作用部との表面に直接配置されている。このため、歪センサとしての歪抵抗素子の感度や許容トルク(最大トルク)と、起歪体としての力覚センサチップの機械的な強度を独立に設定することが困難であった。 In the force sensor chip, a plurality of strain resistance elements are directly arranged on the surface of the connecting portion and the acting portion. For this reason, it has been difficult to independently set the sensitivity and allowable torque (maximum torque) of the strain resistance element as a strain sensor and the mechanical strength of the force sensor chip as a strain generator.
本発明の実施形態は、歪センサの感度や許容トルクと、起歪体の機械的な強度を独立に設定することが可能な力覚センサを提供する。 An embodiment of the present invention provides a force sensor capable of independently setting the sensitivity and allowable torque of a strain sensor and the mechanical strength of a strain-causing body.
本実施形態の力覚センサは、4つの角部と4つの辺とを有する四角形の枠状で、前記4つの辺にそれぞれ設けられた4つの第1突部を有する第1構造体と、4つの角部と4つの第2突部とを有する十字状の第2構造体と、前記第1構造体の前記4つの角部と前記第2構造体の前記4つの角部とをそれぞれ連結し、曲った部分を含む形状の4つの第3構造体と、前記第1構造体の前記4つの第1突部と前記第2構造体の前記4つの第2突部との間に設けられ、前記第3構造体の剛性より小さい剛性を有する基板と、前記基板の表面に設けられた複数の抵抗体を有する4つの歪センサと、を具備する。 The force sensor of the present embodiment has a square frame shape having four corners and four sides, and has a first structure having four first protrusions provided on each of the four sides, and four. A cross-shaped second structure having one corner portion and four second protrusions, the four corner portions of the first structure, and the four corner portions of the second structure are connected to each other. , Provided between the four third structures having a shape including a bent portion, the four first protrusions of the first structure, and the four second protrusions of the second structure. It includes a substrate having a rigidity lower than the rigidity of the third structure, and four strain sensors having a plurality of resistors provided on the surface of the substrate .
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図において、同一部分には同一符号を付している。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the figure, the same parts are designated by the same reference numerals.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る力覚センサを示している。力覚センサ(第1起歪体とも言う)10は、第1歪センサ14、第2歪センサ15、第3歪センサ16、及び第4歪センサ17を具備している。
(First Embodiment)
FIG. 1 shows a force sensor according to the first embodiment. The force sensor (also referred to as a first strain generator) 10 includes a
第1起歪体10は、第1構造体(第1領域)11、第2構造体(第2領域)12、複数の連結部としての第3構造体(第3領域)13を具備し、第1構造体11と第2構造体12との間に第1歪センサ14、第2歪センサ15、第3歪センサ16、第4歪センサ17が配置されている。
The first
第1構造体11は、例えばほぼ四角形の枠状であり、4つの角部と、4つの辺を有している。第1構造体11の4つの角部のそれぞれは、図示せぬ例えばボルトを挿入するための第1挿入口11aを有している。第1構造体11は、各第1挿入口11aに挿入されたボルトにより、力覚センサ本体としての図示せぬ第1可動体又は被測定体に固定される。
The
第1構造体11の4つの辺のそれぞれは、第1突部11bを有している。具体的には、各第1突部11bは、4つの辺のそれぞれのほぼ中央部で内側面に設けられている。第1突部11bの表面の高さは、第1構造体11の高さと等しくされている。すなわち、第1構造体11の各辺の厚みと第1突部11bの厚みは等しくされている。
Each of the four sides of the
第2構造体12は、例えばほぼ十字形であり、第2構造体12の表面の高さは、第1構造体11の表面の高さと等しくされている。すなわち、第2構造体12の厚みは、第1構造体11の厚みと等しくされている。
The
第2構造体12は4つの第2突部12aを有し、各第2突部12aは、第1構造体11の各第1突部11bに所定間隔離間して対向される。第2構造体12は、各第2突部12aに対応して、図示せぬ例えばボルトを挿入するための第2挿入口12bを有している。第2構造体12は、各第2挿入口12bに挿入されたボルトにより、力覚センサ本体としての図示せぬ第2可動体又は被測定体に固定される。
The
例えば4つの第3構造体13は、第1構造体11の4つの角部と第2構造体12の4つの角部との間にそれぞれ設けられている。各第3構造体13は、例えばほぼ四角形の枠状であり、4つの角部を有している。各第3構造体13の第1角部は、第1構造体11の角部に設けられ、第3構造体13の第1角部と対角にある第3角部は、第2構造体12の隣接する2つの第2突部12aの間の角部に設けられる。
For example, the four
第1構造体11、第2構造体12及び第3構造体13は、金属、例えばステンレススチール(SUS)により構成され、図示Z方向に沿ってほぼ等しい厚みを有している。しかし、これに限らず、第1構造体11、第2構造体12及び第3構造体13の厚みをそれぞれ設定してもよい。また、第1構造体11及び第3構造体13は、図示X軸、Y軸方向に所定の幅を有している。
The
第3構造体13は、四角形の枠状であるため、図示X軸、Y軸、Z軸方向を含む多方向に変形可能とされている。このため、第2構造体12は、第3構造体13により、第1構造体11に対して多方向に移動可能とされている。
Since the
第1構造体11の4つの第1突部11bと、第2構造体12の4つの第2突部12aとの間に、第1歪センサ14、第2歪センサ15、第3歪センサ16及び第4歪センサ17が設けられる。第1歪センサ14乃至第4歪センサ17により、X軸、Y軸、Z軸方向の力Fx、Fy、Fzと、X軸、Y軸、Z軸周りのモーメントMx、My、Mzが検出される。
The
図2は、図1の一部を取り出して示すものであり、第1歪センサ14の取り付け部分を示している。第2歪センサ15、第3歪センサ16及び第4歪センサ17の取り付け部分の構成は、第1歪センサ14の取り付け部分の構成と同様であり、第2歪センサ15、第3歪センサ16及び第4歪センサ17の構成は、第1歪センサ14の構成と同様であるため、これらの説明は省略する。
FIG. 2 shows a part of FIG. 1 taken out and shows a mounting portion of the
図2において、第1歪センサ14は、基板(第2起歪体)21と、歪ゲージとしての例えば薄膜抵抗により構成された複数の抵抗体22と、複数の配線パターン23と、複数の端子24を具備している。
In FIG. 2, the
基板21は、矩形状の金属板、例えばステンレススチール(SUS)により構成されている。基板21の剛性は、第3構造体13の剛性より小さい。基板21の一端部は、第1突部11bに溶接され、他端部は、第2突部12aに例えば溶接されている。符号Wpは、溶接部を示している。
The
第1突部11b及び第2突部12aに対する基板21の取り付け方法は、溶接に限定されるものではなく、例えば接着剤により接着してもよい。
The method of attaching the
基板21は、一端部が第1突部11bに固定され、他端部が第2突部12aに固定されているため、一端部と他端部の間の中間部が変形可能とされている。
Since one end of the
複数の抵抗体22、複数の配線パターン23及び複数の端子24は、基板21の中間部に設けられている。
The plurality of
各抵抗体22の一端部及び他端部は、それぞれ配線パターン23の一端部に接続され、各配線パターン23の他端部はそれぞれ端子24に接続されている。
One end and the other end of each
複数の抵抗体22は、4つの第1構造体11側の4つの抵抗体Sa1、Sa2、Sb1、Sb2と、4つの第2構造体12側の4つの抵抗体Ra1、Ra2、Rb1、Rb2を含んでいる。
The plurality of
4つの抵抗体Sa1、Sa2、Sb1、Sb2と、4つの抵抗体Ra1、Ra2、Rb1、Rb2との間に、8個の第1端子24aと、8個の第2端子24bが配置される。第1端子24aのそれぞれは、配線パターン23により抵抗体Sa1、Sa2、Sb1、Sb2の一端及び他端にそれぞれ接続され、第2端子24bのそれぞれは、配線パターン23により抵抗体Ra1、Ra2、Rb1、Rb2の一端及び他端にそれぞれ接続されている。
Eight
第1端子24aのそれぞれと、第2端子24bのそれぞれを適宜接続することにより、抵抗体Sa1、Sa2、Sb1、Sb2と、抵抗体Ra1、Ra2、Rb1、Rb2とによって、後述する2つのブリッジ回路が構成される。
By appropriately connecting each of the
図3は、図2に示すIII−III線に沿った断面を示している。 FIG. 3 shows a cross section along the line III-III shown in FIG.
第1歪センサ14は、例えば基板21、絶縁膜21a、抵抗体22、接着膜21b、配線パターン23、接着膜21c、保護膜としてのガラス膜21dを具備している。
The
具体的には、基板21上に絶縁膜21aが設けられ、絶縁膜21a上に例えばCr−Nにより構成された抵抗体22が設けられる。抵抗体22上に接着膜21bを介在して、例えば銅(Cu)により構成された配線パターン23が設けられる。配線パターン23上には接着膜21cが設けられ、接着膜21c、配線パターン23、接着膜21b、抵抗体22及び絶縁膜21aは、例えばガラス膜21dにより覆われる。接着膜21bは、配線パターン23と抵抗体22との密着性を高め、接着膜21cは、配線パターン23とガラス膜21dとの密着性を高めている。接着膜21b、21cは、例えばクロム(Cr)を含む導電膜である。
Specifically, the insulating film 21a is provided on the
尚、第1歪センサ14乃至第4歪センサ17の構成は、これに限定されるものではなく、変形可能である。
The configuration of the
また、抵抗体Sa1、Sa2、Sb1、Sb2と、抵抗体Ra1、Ra2、Rb1、Rb2は、同一構成としたが、異なる構成であってもよい。 Further, the resistors Sa1, Sa2, Sb1, Sb2 and the resistors Ra1, Ra2, Rb1 and Rb2 have the same configuration, but may have different configurations.
図4は、第1歪センサ14乃至第4歪センサ17のそれぞれに含まれる2つのブリッジ回路を示している。第1歪センサ14は、ブリッジ回路Ba1、Bb1を含み、第2歪センサ15は、ブリッジ回路Ba2、Bb2を含み、第3歪センサ16は、ブリッジ回路Ba3、Bb3を含み、第4歪センサ17は、ブリッジ回路Ba4、Bb4を含んでいる。
FIG. 4 shows two bridge circuits included in each of the
図5(a)(b)は、第1歪センサ14乃至第4歪センサ17に含まれる2つのブリッジ回路を模式的に示している。
5 (a) and 5 (b) schematically show two bridge circuits included in the
図5(a)は、ブリッジ回路Ba1、Ba2、Ba3、Ba4を示し、図5(b)は、ブリッジ回路Bb1、Bb2、Bb3、Bb4を示している。 FIG. 5A shows the bridge circuits Ba1, Ba2, Ba3, and Ba4, and FIG. 5B shows the bridge circuits Bb1, Bb2, Bb3, and Bb4.
図5(a)(b)において、抵抗体Sa1,Sa3,Sa5,Sa7,Sa2,Sa4,Sa6,Sa8,Sb1,Sb3,Sb5,Sb7,Sb2,Sb4,Sb6,Sb8、及び抵抗体Ra1,Ra3,Ra5,Ra7,Ra2,Ra4,Ra6,Ra8、Rb1,Rb3,Rb5,Rb7,Rb2,Rb4,Rb6,Rb8は、それぞれ第1歪センサ14、第2歪センサ15、第3歪センサ16及び第4歪センサ17の抵抗体を示している。
In FIGS. 5A and 5B, the resistors Sa1, Sa3, Sa5, Sa7, Sa2, Sa4, Sa6, Sa8, Sb1, Sb3, Sb5, Sb7, Sb2, Sb4, Sb6, Sb8, and the resistors Ra1, Ra3. , Ra5, Ra7, Ra2, Ra4, Ra6, Ra8, Rb1, Rb3, Rb5, Rb7, Rb2, Rb4, Rb6, Rb8 are the
第1歪センサ14乃至第4歪センサ17の構成は、同一であるため、第1歪センサ14について説明する。
Since the configurations of the
第1歪センサ14において、ブリッジ回路Ba1は、抵抗体Sa1、Sa2、及び抵抗体Ra1、Ra2を含み、ブリッジ回路Bb1は、抵抗体Sb1、Sb2、及び抵抗体Rb1、Rb2を含んでいる。
In the
図5(a)に示すブリッジ回路Ba1において、抵抗体Sa1の一端は抵抗体Ra1の一端に接続され、抵抗体Sa2の一端は抵抗体Ra2の一端に接続される。抵抗体Sa1の他端は抵抗体Ra2の他端に接続され、抵抗体Sa1と抵抗体Ra2の接続点に電源Eが供給される。抵抗体Sa2の他端と抵抗体Ra1の他端は、接地される。抵抗体Sa1と抵抗体Ra1の接続点から出力電圧V−が出力され、抵抗体Sa2と抵抗体Ra2の接続点から出力電圧V+が出力される。 In the bridge circuit Ba1 shown in FIG. 5A, one end of the resistor Sa1 is connected to one end of the resistor Ra1, and one end of the resistor Sa2 is connected to one end of the resistor Ra2. The other end of the resistor Sa1 is connected to the other end of the resistor Ra2, and the power supply E is supplied to the connection point between the resistor Sa1 and the resistor Ra2. The other end of the resistor Sa2 and the other end of the resistor Ra1 are grounded. The output voltage V− is output from the connection point between the resistor Sa1 and the resistor Ra1, and the output voltage V + is output from the connection point between the resistor Sa2 and the resistor Ra2.
図5(b)に示すブリッジ回路Bb1において、抵抗体Sb1の一端は抵抗体Sb2の一端に接続され、抵抗体Sb1と抵抗体Sb2の接続点に電源Eが供給される。抵抗体Rb1の一端は抵抗体Rb2の一端に接続され、抵抗体Rb1と抵抗体Rb2の接続点は、接地される。抵抗体Sb1の他端は抵抗体Rb1の他端に接続され、抵抗体Sb1と抵抗体Rb1の接続点から出力電圧V−が出力される。抵抗体Sb2の他端は抵抗体Rb2の他端に接続され、抵抗体Sb2と抵抗体Rb2の接続点から出力電圧V+が出力される。 In the bridge circuit Bb1 shown in FIG. 5B, one end of the resistor Sb1 is connected to one end of the resistor Sb2, and the power supply E is supplied to the connection point between the resistor Sb1 and the resistor Sb2. One end of the resistor Rb1 is connected to one end of the resistor Rb2, and the connection point between the resistor Rb1 and the resistor Rb2 is grounded. The other end of the resistor Sb1 is connected to the other end of the resistor Rb1, and the output voltage V− is output from the connection point between the resistor Sb1 and the resistor Rb1. The other end of the resistor Sb2 is connected to the other end of the resistor Rb2, and the output voltage V + is output from the connection point between the resistor Sb2 and the resistor Rb2.
図6は、第1歪センサ14乃至第4歪センサ17に含まれるブリッジ回路Ba1、Bb1、ブリッジ回路Ba2、Bb2、ブリッジ回路Ba3、Bb4、及びブリッジ回路Ba4、Bb4を模式的に示している。
FIG. 6 schematically shows the bridge circuits Ba1, Bb1, the bridge circuits Ba2, Bb2, the bridge circuits Ba3, Bb4, and the bridge circuits Ba4, Bb4 included in the
上記構成において、第1構造体11及び第2構造体12に対して力及び/又はモーメント(トルク)が印加されると、第3構造体13が変形し、第1構造体11に対して第2構造体の位置が変化する。このため、第1歪センサ14乃至第4歪センサ17が変形する。第1歪センサ14乃至第4歪センサ17の変形に伴い、第1歪センサ14乃至第4歪センサ17に含まれるブリッジ回路Ba1、Bb1、ブリッジ回路Ba2、Bb2、ブリッジ回路Ba3、Bb4、及びブリッジ回路Ba4、Bb4の出力電圧V−と出力電圧V+のバランスが崩れ、印加された力及び/又はモーメントに応じた信号が検出される。
In the above configuration, when a force and / or a moment (torque) is applied to the
図7は、ブリッジ回路と検出される力およびモーメントの関係を示している。 FIG. 7 shows the relationship between the bridge circuit and the detected force and moment.
図7に示すように、X軸方向の力Fxは、ブリッジ回路Bb1、Bb3により検出される。Y軸方向の力Fyは、ブリッジ回路Bb2,Bb4により検出される。Z軸方向の力Fzは、ブリッジ回路Ba1、Ba2、Ba3、Ba4により検出される。 As shown in FIG. 7, the force Fx in the X-axis direction is detected by the bridge circuits Bb1 and Bb3. The force Fy in the Y-axis direction is detected by the bridge circuits Bb2 and Bb4. The force Fz in the Z-axis direction is detected by the bridge circuits Ba1, Ba2, Ba3, and Ba4.
X軸周りのモーメントMxは、ブリッジ回路Ba1、Ba3により検出される。Y周りのモーメントMyは、ブリッジ回路Ba2、Ba4により検出される。Z軸周りのモーメントMzは、ブリッジ回路Bb1、Bb2、Bb3、Bb4により検出される。 The moment Mx around the X-axis is detected by the bridge circuits Ba1 and Ba3. The moment My around Y is detected by the bridge circuits Ba2 and Ba4. The moment Mz around the Z axis is detected by the bridge circuits Bb1, Bb2, Bb3, and Bb4.
図8は、例えばブリッジ回路Bb1の動作の一例を示している。ブリッジ回路Bb1は、起歪体10の主平面内(図4に示すX方向及び/又はY方向)の力を検出する。ブリッジ回路Bb1の出力電圧Voutは、出力電圧V+及び出力電圧V-から式(1)により得られる。
FIG. 8 shows, for example, an example of the operation of the bridge circuit Bb1. The bridge circuit Bb1 detects a force in the main plane (X direction and / or Y direction shown in FIG. 4) of the
Vout=(V+ − V-)
=(R1/(R1+R2)−R3/(R3+R4))・E …(1)
図8において、
R1は、抵抗体Sb1の抵抗値
R2は、抵抗体Sb2の抵抗値
R3は、抵抗体Rb2の抵抗値
R4は、抵抗体Rb1の抵抗値
であり、力及びモーメントが印加されず歪みがない状態において、R1=R2=R3=R4=Rである。ΔRは、抵抗値の変化の値である。
Vout = (V + − V-)
= (R1 / (R1 + R2) -R3 / (R3 + R4)) · E ... (1)
In FIG. 8,
R1 is the resistance value of the resistor Sb1, R2 is the resistance value of the resistor Sb2, R3 is the resistance value of the resistor Rb2, R4 is the resistance value of the resistor Rb1, and no force or moment is applied and there is no distortion. In, R1 = R2 = R3 = R4 = R. ΔR is the value of the change in resistance value.
図9は、例えばブリッジ回路Ba1の動作の一例を示している。ブリッジ回路Ba1は、起歪体10の主表面と垂直方向(Z軸方向)の力を検出する。ブリッジ回路Ba1の出力電圧Voutは、出力電圧V+及び出力電圧V-から式(1)により得られる。 FIG. 9 shows, for example, an example of the operation of the bridge circuit Ba1. The bridge circuit Ba1 detects a force in the direction perpendicular to the main surface of the strain generating body 10 (Z-axis direction). The output voltage Vout of the bridge circuit Ba1 is obtained from the output voltage V + and the output voltage V- by the equation (1).
図9において、
R1は、抵抗体Sa1の抵抗値
R2は、抵抗体Sa2の抵抗値
R3は、抵抗体Ra2の抵抗値
R4は、抵抗体Ra1の抵抗値
であり、力及びモーメントが印加されず歪みがない状態において、R1=R2=R3=R4=Rである。ΔRは、抵抗値の変化の値である。
In FIG. 9,
R1 is the resistance value of the resistor Sa1, R2 is the resistance value of the resistor Sa2, R3 is the resistance value of the resistor Ra2, R4 is the resistance value of the resistor Ra1, and no force or moment is applied and there is no distortion. In, R1 = R2 = R3 = R4 = R. ΔR is the value of the change in resistance value.
(第1実施形態の効果)
上記第1実施形態によれば、第1構造体11と第2構造体12は、第3構造体13により連結され、第3構造体13は、ほぼ四角形の枠状であり、多方向に変形することが可能である。このため、第1構造体11と第2構造体12は、第3構造体13を介して多軸方向に移動可能である。また、それぞれ2つのブリッジ回路を含む第1歪センサ14乃至第4歪センサ17は、第1構造体11と第2構造体12との間に設けられている。このため、第1歪センサ14乃至第4歪センサ17の出力電圧より、6軸方向のセンサ出力を得ることができる。
(Effect of the first embodiment)
According to the first embodiment, the
しかも、第1歪センサ14乃至第4歪センサ17は、第3構造体13とは、別々に設けられ、第1歪センサ14乃至第4歪センサ17を構成する基板(第2起歪体)21の剛性は、第3構造体13の剛性よりも小さい。このため、力覚センサの感度を決定する第1歪センサ14乃至第4歪センサ17に設けられた基板21の構成に係らず、第1起歪体としての第1構造体11、第2構造体12及び第3構造体13だけで力覚センサ10の剛性を決定することができる。したがって、力覚センサ10の構造設計を容易化することが可能である。
Moreover, the
さらに、第1歪センサ14乃至第4歪センサ17は、第1構造体11、第2構造体12及び第3構造体13に係りなく、独自に設計することが可能であり、第1歪センサ14乃至第4歪センサ17の感度を向上させることが可能である。したがって、多軸方向の力やモーメントを高精度に測定することができる。
Further, the
また、第1歪センサ14乃至第4歪センサ17は、第1構造体11と第2構造体12との間に溶接により取り付けることができる。このため、製造を簡単化することが可能である。
Further, the
さらに、第1歪センサ14乃至第4歪センサ17は、基板21の中央部に複数の端子24が配置され、これら端子24を適宜接続することにより、2つのブリッジ回路を形成することが可能とされている。このため、異なる2つのブリッジ回路を容易に形成することが可能である。
Further, in the
(変形例)
第1実施形態において、第3構造体13は、四角形の枠状であった。しかし、これに限定されるものではない。
(Modification example)
In the first embodiment, the
図10は、第1実施形態の変形例を示している。 FIG. 10 shows a modified example of the first embodiment.
図10において、第3構造体31は、S字形状であり、第3構造体31の一端部は、第1構造体11の角部に設けられ、他端部は、第2構造体12の隣接する2つの第2突部12aの間の角部に設けられる。
In FIG. 10, the
本変形例において、第3構造体31は、S字形状であるため、図示X軸、Y軸、Z軸方向を含む多方向に変形可能とされている。このため、第2構造体12は、第3構造体13により、第1構造体11に対して多方向に移動可能とされている。したがって、変形例の構成によっても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
In this modification, since the
さらに、第3構造体31の形状は、例えばL字形状、リング状などが適用可能である。
Further, as the shape of the
(第2実施形態)
図11、図12は、第2実施形態を示している。
(Second Embodiment)
11 and 12 show a second embodiment.
第1実施形態は、第1歪センサ14乃至第4歪センサ17が第3構造体13とは別の位置に配置されていた。これに対して、第2実施形態は、第1歪センサ14乃至第4歪センサ17と第3構造体41とが同じ位置に配置されている。
In the first embodiment, the
図11、図12において、力覚センサ(第1起歪体とも言う)40は、第1歪センサ14、第2歪センサ15、第3歪センサ16、及び第4歪センサ17を具備している。
In FIGS. 11 and 12, the force sensor (also referred to as a first strain generating body) 40 includes a
第1起歪体40は、第1構造体(第1領域)41、第2構造体(第2領域)42、複数の連結部としての第3構造体(第3領域)43を具備し、第1構造体41と第2構造体42との間に第1歪センサ14、第2歪センサ15、第3歪センサ16、第4歪センサ17が配置されている。
The first
第1構造体41は、第1実施形態と同様に、例えばほぼ四角形の枠状であり、4つの角部と、4つの辺を有している。第1構造体11の4つの角部のそれぞれは、図示せぬ例えばボルトを挿入するための第1挿入口11aを有している。第1構造体11は、各第1挿入口11aに挿入されたボルトにより、力覚センサ本体としての図示せぬ第1可動体に固定される。
Similar to the first embodiment, the
第1構造体41の各辺の中間部は第1突部11bを有している。第1突部11bの表面の高さは、第1構造体41の高さと等しくされている。すなわち、第1構造体41の各辺の厚みと第1突部11bの厚みは等しくされている。
An intermediate portion of each side of the
第2構造体42は、例えばほぼ四角形であり、第2構造体12の表面の高さは、第1構造体11の表面の高さと等しくされている。すなわち、第2構造体12の厚みは、第1構造体11の厚みと等しくされている。
The
第2構造体42は、4つの角部に、図示せぬ例えばボルトを挿入するための第2挿入口12bを有している。第2構造体12は、各第2挿入口12bに挿入されたボルトにより、力覚センサ本体としての図示せぬ第2可動体に固定される。
The
第3構造体43は、第1構造体11の第1突部11bと第2構造体42の各辺の中間部との間にそれぞれ設けられる。
The
図12に示すように、第3構造体43は、一端部が第1構造体41の第1突部11bに連結され、他端部は、第2構造体42に連結されている。
As shown in FIG. 12, one end of the
第3構造体43の表面43aの高さは、第1構造体11、第1突部11b及び第2構造体12の表面の高さより低くされている。すなわち、第3構造体43の厚みは、第1構造体11、第1突部11b及び第2構造体12の厚みより薄くされている。
The height of the
第3構造体43の表面43aに隣接する両側面は、凹部43bを有している。このため、第3構造体43の幅は、第1突部11bの幅より狭くされている。
Both side surfaces of the
このように、第3構造体43の幅は、第1突部11bの幅に比べて狭く、厚みは第1構造体11、第1突部11b及び第2構造体12の厚みより低くされている。このため、第3構造体43は、第1構造体41と第2構造体42とに印加された力に対して、多方向に変形することが可能であり、第2構造体12は、第3構造体13により、第1構造体11に対して図示X軸、Y軸、Z軸方向を含む多方向に移動可能とされている。
As described above, the width of the
第1歪センサ14、第2歪センサ15、第3歪センサ16、第4歪センサ17は、第1構造体11と第2構造体12との間にそれぞれ設けられる。具体的には、第1構造体11の第1突部11bの表面及び第1突部11bに対応する第2構造体12の表面には、それぞれ複数の突起44が設けられ、これら突起44により、第1歪センサ14、第2歪センサ15、第3歪センサ16、第4歪センサ17の一端部及び他端部が保持される。第1歪センサ14、第2歪センサ15、第3歪センサ16、第4歪センサ17の抵抗体22が設けられた中間部は、第3構造体43から離間されている。
The
この状態において、第1歪センサ14、第2歪センサ15、第3歪センサ16、第4歪センサ17は、第1突部11b及び第2構造体12に対して例えば溶接により固定される。固定方法としては、これに限定されるものではなく、例えば接着剤よる固定などを用いることが可能である。
In this state, the
第1歪センサ14、第2歪センサ15、第3歪センサ16、第4歪センサ17の構成は、第1実施形態と同一でも良いが、異なっていてもよい。
The configurations of the
上記状態において、第1構造体41及び第2構造体42に対して力及び/又はモーメント(トルク)が印加されると、第3構造体43が変形し、第1構造体41に対して第2構造体の位置が変化する。このため、第1歪センサ14乃至第4歪センサ17が変形する。第1歪センサ14乃至第4歪センサ17の変形に伴い、第1歪センサ14乃至第4歪センサ17に含まれるブリッジ回路Ba1、Bb1、ブリッジ回路Ba2、Bb2、ブリッジ回路Ba3、Bb4、及びブリッジ回路Ba4、Bb4の出力電圧V−と出力電圧V+のバランスが崩れ、印加された力及び/又はモーメントに応じた信号が検出される。
In the above state, when a force and / or a moment (torque) is applied to the
(第2実施形態の効果)
上記第2実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
(Effect of the second embodiment)
The same effect as that of the first embodiment can be obtained by the second embodiment.
しかも、第2実施形態において、第3構造体43は、第1構造体41の各辺の中間部と第2構造体42の各辺の中間部に設けられている。このため、第2構造体42の一辺の長さが第1実施形態に示す第2構造体12の一辺の長さと等しいとすると、第1構造体41の一辺の長さを第1実施形態に示す第1構造体11の一辺の長さより短くすることができる。したがって、第1起歪体40のサイズを小型化することが可能である。
Moreover, in the second embodiment, the
その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 In addition, the present invention is not limited to each of the above embodiments as it is, and at the implementation stage, the components can be modified and embodied within a range that does not deviate from the gist thereof. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining the plurality of components disclosed in each of the above embodiments. For example, some components may be removed from all the components shown in the embodiments. In addition, components across different embodiments may be combined as appropriate.
10、40…力覚センサ(第1起歪体)、11、41…第1構造体(第1領域)、12、42…第2構造体(第2領域)、13、43…第3構造体(第3領域)、14…第1歪センサ、15…第2歪センサ、16…第3歪センサ、17…第4歪センサ、21…基板(第2起歪体)、22…抵抗体、Ba1、Bb1、Ba2、Bb2、Ba3、Bb3、Ba4、Bb4…ブリッジ回路。 10, 40 ... Force sensor (first strain generator), 11, 41 ... First structure (first region), 12, 42 ... Second structure (second region), 13, 43 ... Third structure Body (third region), 14 ... 1st strain sensor, 15 ... 2nd strain sensor, 16 ... 3rd strain sensor, 17 ... 4th strain sensor, 21 ... substrate (2nd strain generator), 22 ... resistor , Ba1, Bb1, Ba2, Bb2, Ba3, Bb3, Ba4, Bb4 ... Bridge circuit.
Claims (4)
4つの角部と4つの第2突部とを有する十字状の第2構造体と、
前記第1構造体の前記4つの角部と前記第2構造体の前記4つの角部とをそれぞれ連結し、曲った部分を含む形状の4つの第3構造体と、
前記第1構造体の前記4つの第1突部と前記第2構造体の前記4つの第2突部との間に設けられ、前記第3構造体の剛性より小さい剛性を有する基板と、前記基板の表面に設けられた複数の抵抗体を有する4つの歪センサと、
を具備することを特徴とする力覚センサ。 A first structure having a quadrangular frame shape having four corners and four sides and having four first protrusions provided on each of the four sides.
A cross-shaped second structure having four corners and four second protrusions,
The four corners of the first structure and the four corners of the second structure are connected to each other, and the four third structures having a shape including a bent portion and the like.
A substrate provided between the four first protrusions of the first structure and the four second protrusions of the second structure and having a rigidity smaller than that of the third structure, and the above. Four strain sensors with multiple resistors provided on the surface of the substrate,
A force sensor characterized by comprising.
4つの辺を有する四角形で、前記第1構造体の厚みと等しい厚みを有する第2構造体と、A second structure having a thickness equal to the thickness of the first structure, which is a quadrangle having four sides,
前記第1構造体の前記4つの突部と前記第2構造体の前記4つの辺との間に設けられ、前記第1構造体及び前記第2構造体の厚みより薄い厚みを有する4つの第3構造体と、Four fourths provided between the four protrusions of the first structure and the four sides of the second structure and having a thickness thinner than the thickness of the first structure and the second structure. 3 structures and
前記第1構造体の前記4つの突部と前記第2構造体の前記4つの辺との間で、前記第3構造体から離間して設けられ、前記第3構造体の剛性より小さい剛性を有する基板と、前記基板の表面に設けられた複数の抵抗体を有する4つの歪センサと、The four protrusions of the first structure and the four sides of the second structure are provided apart from the third structure to provide a rigidity smaller than that of the third structure. A substrate to be provided, four strain sensors having a plurality of resistors provided on the surface of the substrate, and
を具備することを特徴とする力覚センサ。A force sensor characterized by comprising.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017080738A JP6817875B2 (en) | 2017-04-14 | 2017-04-14 | Force sensor |
PCT/JP2018/002935 WO2018189981A1 (en) | 2017-04-14 | 2018-01-30 | Force sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017080738A JP6817875B2 (en) | 2017-04-14 | 2017-04-14 | Force sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018179806A JP2018179806A (en) | 2018-11-15 |
JP6817875B2 true JP6817875B2 (en) | 2021-01-20 |
Family
ID=63792418
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017080738A Active JP6817875B2 (en) | 2017-04-14 | 2017-04-14 | Force sensor |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6817875B2 (en) |
WO (1) | WO2018189981A1 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US12055451B2 (en) * | 2019-08-30 | 2024-08-06 | Shenzhen New Degree Technology Co., Ltd. | Device and method of force sensing and apparatus |
JP7295067B2 (en) * | 2020-06-29 | 2023-06-20 | トヨタ自動車株式会社 | force sensor |
JP2022122340A (en) * | 2021-02-10 | 2022-08-23 | 株式会社レプトリノ | force sensor |
JP2022156888A (en) * | 2021-03-31 | 2022-10-14 | 日本電産コパル電子株式会社 | force sensor |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6062497A (en) * | 1983-09-14 | 1985-04-10 | 畑村 洋太郎 | Multispindle-force sensor |
DE3611336A1 (en) * | 1986-04-04 | 1987-10-15 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | FORCE TORQUE SENSOR |
JP2673849B2 (en) * | 1992-04-09 | 1997-11-05 | 畑村 洋太郎 | Linear motion guide device with force detection means |
JPH102812A (en) * | 1996-06-14 | 1998-01-06 | Bridgestone Corp | Load cell |
WO2003074986A1 (en) * | 2002-03-07 | 2003-09-12 | K-Tech Devices Corp. | Stress sensor |
US7240570B2 (en) * | 2005-09-06 | 2007-07-10 | The Timken Company | Load-sensing bearing |
JP5248221B2 (en) * | 2008-06-30 | 2013-07-31 | 株式会社ワコー | Force sensor and assembly method thereof |
CN102317750B (en) * | 2009-02-06 | 2015-07-22 | Abb股份公司 | Set of multiaxial force and torque sensor and assembling method |
DE102009053043A1 (en) * | 2009-11-16 | 2011-05-19 | Baumer Innotec Ag | Load cell for measuring the injection force during injection molding |
US9032817B2 (en) * | 2013-10-05 | 2015-05-19 | Bertec Limited | Low profile load transducer |
JP6354948B2 (en) * | 2014-09-16 | 2018-07-11 | ティアック株式会社 | Load cell and method of manufacturing load cell |
JP6047703B2 (en) * | 2014-09-26 | 2016-12-21 | 株式会社レプトリノ | Force sensor |
-
2017
- 2017-04-14 JP JP2017080738A patent/JP6817875B2/en active Active
-
2018
- 2018-01-30 WO PCT/JP2018/002935 patent/WO2018189981A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2018189981A1 (en) | 2018-10-18 |
JP2018179806A (en) | 2018-11-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6817875B2 (en) | Force sensor | |
JP6615365B2 (en) | Force / torque sensor and method | |
JP6869710B2 (en) | A strain-causing body and a force sensor equipped with the strain-causing body | |
US7500406B2 (en) | Multiaxial sensor | |
JP6378381B1 (en) | Force sensor | |
JP6618128B2 (en) | Force sensor and bridge circuit configuration method of force sensor | |
KR20190093556A (en) | Torque sensor | |
JP6664742B2 (en) | Force sensor | |
EP3748322B1 (en) | Sensor chip and force sensor device | |
JP6940037B2 (en) | Force sensor device | |
JP6976892B2 (en) | Torque sensor | |
JP4249735B2 (en) | Force sensor | |
JPH0772026A (en) | Strain generating construction and multiaxis force detection sensor using the same | |
JP7143884B2 (en) | Strain-generating body, manufacturing method of strain-generating body, and physical quantity measurement sensor | |
JP6935602B2 (en) | Torque sensor | |
JP6957823B2 (en) | Sensor chip and force sensor device | |
JP5273023B2 (en) | Component meter | |
WO2019146696A1 (en) | Sensor chip and force sensor device | |
CN110857896B (en) | Force sensor | |
JP7302780B2 (en) | Force sensor device | |
JP2006058211A (en) | Strain gauge type sensor | |
JP6919965B2 (en) | Sensor chip and force sensor device | |
JPH0690099B2 (en) | Load detector | |
JP2023148741A (en) | Force sensor device | |
JP2023023688A (en) | Force sensor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200310 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200901 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201014 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20201222 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201225 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6817875 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |