JP6878668B2 - Force sensor - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、例えばロボットアーム等に用いられる6軸力覚センサに関する。 An embodiment of the present invention relates to a 6-axis force sensor used for, for example, a robot arm.

力覚センサは、例えばロボットアーム等に用いられ、XYZ方向の外力およびトルクを検出する(例えば、特許文献1、2参照)。 The force sensor is used, for example, in a robot arm or the like, and detects an external force and torque in the XYZ directions (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

力覚センサにおいて、可動部としての受力体に加えられた外力は、例えば起歪体としてのダイアフラム部に伝達され、ダイアフラム部の変形が電気信号に変換して検出される。 In the force sensor, the external force applied to the receiving body as the movable part is transmitted to, for example, the diaphragm part as the strain generating body, and the deformation of the diaphragm part is converted into an electric signal and detected.

ここで、ダイアフラム部に過剰な外力が加わると、ダイアフラム部の変形が限界を超え、外力が除去された後であってもダイアフラム部の形状が元に復元しなかったり、ダイアフラム部に破損が生じるおそれがある。 Here, if an excessive external force is applied to the diaphragm portion, the deformation of the diaphragm portion exceeds the limit, and even after the external force is removed, the shape of the diaphragm portion is not restored to its original shape or the diaphragm portion is damaged. There is a risk.

そこで、このような過剰な外力からダイアフラム部を保護するため、受力体の変位を規制するストッパ等の保護機構が設けられている。 Therefore, in order to protect the diaphragm portion from such an excessive external force, a protection mechanism such as a stopper that regulates the displacement of the receiving body is provided.

特開2010−8343号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-8343 特公平6−43937号公報Special Fair 6-43937 Gazette

しかしながら、受力体の変位量は、極僅かであるため、高感度な6軸方向の力覚センサを実現しようとする場合、受力体とストッパとの距離(保護機構が機能するまでの変位量)を6軸方向の全てにおいて極めて高精度に管理する必要がある。 However, since the amount of displacement of the receiving body is extremely small, when trying to realize a highly sensitive force sensor in the 6-axis direction, the distance between the receiving body and the stopper (displacement until the protection mechanism functions). It is necessary to manage the amount) with extremely high accuracy in all of the 6 axial directions.

本発明は、上記事情を鑑みてなされており、受力体とストッパとの距離を高精度に管理できる力覚センサを提供するものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a force sensor capable of managing the distance between the receiving body and the stopper with high accuracy.

実施形態に係る力覚センサは、円筒状の本体と、前記本体に対して動作可能な円筒状の可動体と、前記本体及び前記可動体に固定され、前記可動体の動作に従って変形可能な起歪体と、前記起歪体に設けられた歪センサと、前記可動体の周囲に等間隔に設けられた少なくとも3つの円形の開口部と、前記開口部のそれぞれの内部に配置され、前記開口部の直径より小さな第1外径を有し、前記開口部の内面に当接可能な第1側面と、前記第1側面より前記開口部内において外側に位置し、前記第1外径より小さな第2外径を有し、前記開口部の内面との間に調整用の治具が挿入可能な第2側面とを有するストッパと、前記ストッパを前記本体に固定する固定部材と、前記第1または第2側面と平行する前記ストッパの内側面と前記固定部材との間に、所定の距離を有する隙間を更に具備し、前記治具が前記開口部の内面と前記第2側面との間に挿入されたとき、前記隙間の距離分だけ前記ストッパが移動可能となるように構成される。 The force sensor according to the embodiment is fixed to a cylindrical main body, a cylindrical movable body that can move with respect to the main body, the main body, and the movable body, and is deformable according to the movement of the movable body. The strain body, the strain sensor provided on the strain generating body, at least three circular openings provided around the movable body at equal intervals, and the openings arranged inside each of the openings. It has a small first outside diameter than the diameter of the section, a first side surface that can be brought into contact with the inner surface of the opening, located outside in the said opening from the first side surface, a small second than the first outer diameter have a second outer diameter, and the stopper jig adjustment and a second side surface can be inserted between the inner surface of the opening, a fixing member for fixing the stopper to the body, the first or A gap having a predetermined distance is further provided between the inner surface of the stopper parallel to the second side surface and the fixing member, and the jig is inserted between the inner surface of the opening and the second side surface. When this is done, the stopper is configured to be movable by the distance of the gap.

第1実施形態に係る力覚センサを示す斜視図。The perspective view which shows the force sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る力覚センサを示す分解斜視図。The exploded perspective view which shows the force sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る力覚センサを示す平面図。The plan view which shows the force sensor which concerns on 1st Embodiment. 図3のIV−IVに沿った力覚センサを示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a force sensor along IV-IV of FIG. Z軸方向における外力検出動作を説明するための断面図。The cross-sectional view for demonstrating the external force detection operation in the Z-axis direction. 治具が装着された力覚センサを示す平面図。The plan view which shows the force sensor which attached the jig. 図6のVII−VIIに沿った力覚センサを示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a force sensor along VII-VII of FIG. Z方向に荷重を加えた場合の起歪体の変位と荷重との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the displacement of a strain-causing body and a load when a load is applied in the Z direction. 第2実施形態に係る力覚センサを示すものであり、要部のみを示す断面図。The cross-sectional view which shows the force sensor which concerns on 2nd Embodiment, and shows only the main part. 図9のAで示す部分を拡大して示す断面図。FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view showing a portion shown by A in FIG.

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、実質的に同一の機能及び要素については、同一符号を付し、必要に応じて説明を行う。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係や各層の厚みの比率などは現実のものと異なることがある。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description, substantially the same functions and elements are designated by the same reference numerals and will be described as necessary. In addition, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the plane dimensions and the ratio of the thickness of each layer may differ from the actual ones.

(第1実施形態)
[構成]
全体構成
図1および図2を用い、第1実施形態に係る力覚センサの全体構成について説明する。図1は、第1実施形態に係る力覚センサを示す斜視図である。図2は、第1実施形態に係る力覚センサを示す分解斜視図である。第1実施形態に係る力覚センサ10は、例えばロボットアーム等に用いられ、XYZ方向の力およびトルクを検出するための6軸力覚センサを一例に挙げて説明する。
(First Embodiment)
[Constitution]
overall structure
The overall configuration of the force sensor according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a perspective view showing a force sensor according to the first embodiment. FIG. 2 is an exploded perspective view showing a force sensor according to the first embodiment. The force sensor 10 according to the first embodiment will be described by taking as an example a 6-axis force sensor used for, for example, a robot arm or the like and for detecting a force and torque in the XYZ directions.

力覚センサ10は、円筒状の本体11と、本体11に対して動作可能な円筒状の可動体12とを備える。本体11は、本体11の底部に形成された複数のネジ穴19aを貫通する複数の取付ネジ19により、図示せぬロボットアームの本体に固定される。可動体12は、その上面に図示せぬロボットアームのハンド部分を取りけるためのハンド取付プレートとして機能する。 The force sensor 10 includes a cylindrical main body 11 and a cylindrical movable body 12 that can operate with respect to the main body 11. The main body 11 is fixed to the main body of the robot arm (not shown) by a plurality of mounting screws 19 penetrating the plurality of screw holes 19a formed in the bottom of the main body 11. The movable body 12 functions as a hand mounting plate for removing the hand portion of the robot arm (not shown) on the upper surface thereof.

本体(ベース)11は、力覚センサ10の本体となるベース部材であり、可動体12は、弾性変形が可能な起歪体16を介在して本体11に対して、6軸方向(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向、及び各軸周り方向)に動作可能に取着されている。すなわち、図2に示すように、起歪体16は、起歪体16に形成された複数のネジ穴17aをそれぞれ貫通する起歪体固定ネジ17により、本体11に固定され、複数のネジ穴18aをそれぞれ貫通するハンドプレート固定ネジ18により、可動体12にも固定される。 The main body (base) 11 is a base member serving as the main body of the force sensor 10, and the movable body 12 is located in a 6-axis direction (X-axis) with respect to the main body 11 via a strain-causing body 16 capable of elastic deformation. It is operably attached in the direction, the Y-axis direction, the Z-axis direction, and the direction around each axis). That is, as shown in FIG. 2, the strain-causing body 16 is fixed to the main body 11 by the strain-causing body fixing screws 17 penetrating the plurality of screw holes 17a formed in the strain-causing body 16, and the plurality of screw holes. It is also fixed to the movable body 12 by the hand plate fixing screws 18 penetrating each of the 18a.

起歪体16の表面は、X軸、Y軸により形成される面と平行に配置され、起歪体16の中心を垂直に通る線は、Z軸と一致されている。可動体12に外力が加えられると、可動体12が動作し、起歪体16が変位する。起歪体16には後述する歪センサが設けられ、歪センサにより起歪体16の変位が検出される。 The surface of the strain-causing body 16 is arranged parallel to the surface formed by the X-axis and the Y-axis, and the line perpendicular to the center of the strain-causing body 16 coincides with the Z-axis. When an external force is applied to the movable body 12, the movable body 12 operates and the strain-causing body 16 is displaced. The strain generating body 16 is provided with a strain sensor described later, and the displacement of the strain generating body 16 is detected by the strain sensor.

可動体12の周面には、例えば4つの円形の開口部13が等間隔に設けられている。すなわち、各開口部13は、X軸方向とY軸方向に配置されている。開口部13の数は、4つに限定されず、3つ以上であればよい。各開口部13の内部にはストッパ14が配置され、各ストッパ14は、ストッパ取付ボルト15により、本体11に固定されている。 For example, four circular openings 13 are provided at equal intervals on the peripheral surface of the movable body 12. That is, each opening 13 is arranged in the X-axis direction and the Y-axis direction. The number of openings 13 is not limited to four, and may be three or more. A stopper 14 is arranged inside each opening 13, and each stopper 14 is fixed to the main body 11 by a stopper mounting bolt 15.

ストッパ14は、可動体12の動作範囲を規制するものであり、ストッパ14の最外周部には、開口部13の内面が当接可能な第1側面14aを備えている。すなわち、第1側面14aは、可動体12の動作に伴って起歪体16が変形した際、可動体12の開口部13の内面が当接し、起歪体16の過剰な変形を防止する保護機構として機能する。 The stopper 14 regulates the operating range of the movable body 12, and the outermost peripheral portion of the stopper 14 is provided with a first side surface 14a to which the inner surface of the opening 13 can come into contact. That is, the first side surface 14a is protected so that when the strain-causing body 16 is deformed due to the movement of the movable body 12, the inner surface of the opening 13 of the movable body 12 comes into contact with the first side surface 14a to prevent excessive deformation of the strain-causing body 16. Functions as a mechanism.

本体11の内部には、起歪体16に対向して基板20が設けられる。基板20は、複数のねじ穴21aを有し、各ネジ穴21aを貫通する固定ネジ21により、本体11に固定される。基板20には、起歪体16に設けられた歪センサが電気的に接続される。 A substrate 20 is provided inside the main body 11 so as to face the strain generating body 16. The substrate 20 has a plurality of screw holes 21a and is fixed to the main body 11 by fixing screws 21 penetrating each screw hole 21a. A strain sensor provided on the strain generating body 16 is electrically connected to the substrate 20.

本体11の底部には、開口部11aを閉塞するカバー22が装着される。すなわち、カバー22は、複数のねじ穴23aを有し、これらネジ穴23aを貫通する固定ネジ23により、本体11に固定される。 A cover 22 that closes the opening 11a is attached to the bottom of the main body 11. That is, the cover 22 has a plurality of screw holes 23a and is fixed to the main body 11 by the fixing screws 23 penetrating the screw holes 23a.

本体11の側面には、検出信号を外部に伝達するための配線25が引き出されている。配線25は、基板20と電気的に接続されている。 A wiring 25 for transmitting a detection signal to the outside is drawn out from the side surface of the main body 11. The wiring 25 is electrically connected to the substrate 20.

平面構成および断面構成
図3および図4を用い、第1実施形態に係る力覚センサの平面構成および断面構成について詳細に説明する。図3は、力覚センサ10を示す平面図である。図4は、図3のIV−IVに沿った力覚センサ10を示す断面図である。
Planar configuration and cross-sectional configuration
The plane configuration and the cross-sectional configuration of the force sensor according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a plan view showing the force sensor 10. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a force sensor 10 along IV-IV of FIG.

前述した歪センサ(図示せず)は、起歪体16の表面の所定箇所に張り付けられており、起歪体16のそれぞれの場所の変位を測定することで、6軸方向の力およびトルクを検出する。尚、歪センサの構成、及び配置は、特に限定されるものではなく、変形可能である。また、起歪体16の表面の歪センサと基板20とを電気的に接続するためのFPC(Flexible printed circuits)26が設けられている。FPC26は、絶縁性の柔軟なフィルムと当該フィルムに配線された所定の電気回路とを備えており、可動体12の動きに合わせて自在に曲がることが可能な構成となっている。 The strain sensor (not shown) described above is attached to a predetermined position on the surface of the strain generating body 16 and measures the displacement of each location of the strain generating body 16 to measure a force and torque in the 6-axis direction. To detect. The configuration and arrangement of the strain sensor are not particularly limited and can be deformed. Further, an FPC (Flexible printed circuits) 26 for electrically connecting the strain sensor on the surface of the strain generating body 16 and the substrate 20 is provided. The FPC 26 includes an insulating flexible film and a predetermined electric circuit wired to the film, and has a configuration capable of freely bending according to the movement of the movable body 12.

ストッパ14は、前述した第1側面14aと、第2側面14bを有している。第1側面14aは、第2側面14bより可動体12の内側に位置され、可動体12の開口部13の直径R13より小さな第1外径R14aを有している。第2側面14bは、第1外径R14aより小さな第2外径R14bを有している。従って、第1側面14bと開口部13の内面との間の距離W14は、第2側面14bと開口部13の内面との間の距離W30よりも小さくなるように構成されている(W14<W30)。尚、可動体12と本体11の側面にも、距離W30に相当する間隙が設けられ、本体11に対して、可動体12が動作可能とされている。距離W30は、例えば数mm程度である。 The stopper 14 has the above-mentioned first side surface 14a and the second side surface 14b. The first side surface 14a is located inside the movable body 12 with respect to the second side surface 14b, and has a first outer diameter R14a smaller than the diameter R13 of the opening 13 of the movable body 12. The second side surface 14b has a second outer diameter R14b smaller than the first outer diameter R14a. Therefore, the distance W14 between the first side surface 14b and the inner surface of the opening 13 is configured to be smaller than the distance W30 between the second side surface 14b and the inner surface of the opening 13 (W14 <W30). ). A gap corresponding to the distance W30 is also provided on the side surfaces of the movable body 12 and the main body 11, so that the movable body 12 can operate with respect to the main body 11. The distance W30 is, for example, about several mm.

ここで、第1側面14aと開口部13の内面との間における距離(クリアランス)W14は、例えば20μm〜40μm程度であるため、非常に狭い。しかも、可動体12が動作した際、起歪体16の破損を防止するため、この距離W14を極めて高精度に管理する必要がある。 Here, the distance (clearance) W14 between the first side surface 14a and the inner surface of the opening 13 is, for example, about 20 μm to 40 μm, and is therefore very narrow. Moreover, when the movable body 12 operates, it is necessary to manage this distance W14 with extremely high accuracy in order to prevent the strain generating body 16 from being damaged.

さらに、図4の破線で囲った部分を拡大して示すように、実際には、第1側面14aと対向するストッパ14の内側面と固定ボルト15の軸との間には距離W15aの所定の隙間が設けられる。また、第1、第2側面14a、14bと平行するストッパ14の内側面と固定ボルト15の頭部の側面との間にも距離W15bの所定の隙間が設けられている。上記距離W15a、W15bは、例えば0.2mm程度である。尚、以降の説明において、これらの隙間の図示は省略する。 Further, as shown by enlarging the portion surrounded by the broken line in FIG. 4, in reality, a predetermined distance W15a is established between the inner side surface of the stopper 14 facing the first side surface 14a and the shaft of the fixing bolt 15. A gap is provided. Further, a predetermined gap having a distance W15b is also provided between the inner side surface of the stopper 14 parallel to the first and second side surfaces 14a and 14b and the side surface of the head of the fixing bolt 15. The distances W15a and W15b are, for example, about 0.2 mm. In the following description, the illustration of these gaps will be omitted.

本実施形態では、第2側面14bと開口部13の内面との間に、距離W30と実質的に同一の厚さを有する挿入部を有する調整用の治具としてのシムを挿入した状態で、固定ボルト15によりストッパ14を本体11へ固定する。このように調整することで、上記隙間の距離W15a、15b分だけストッパ14が移動可能であるため、可動体12の開口部13の内面とストッパ14の第1側面14aとの間の距離(クリアランス)W14を高精度に管理でき、本体11に対する可動体12の所定の可動範囲を確保し、力覚センサ10の感度を向上できる。この詳細については、後述する。 In the present embodiment, a shim as an adjustment jig having an insertion portion having a thickness substantially the same as the distance W30 is inserted between the second side surface 14b and the inner surface of the opening 13. The stopper 14 is fixed to the main body 11 by the fixing bolt 15. By adjusting in this way, the stopper 14 can be moved by the distances W15a and 15b of the gap, so that the distance (clearance) between the inner surface of the opening 13 of the movable body 12 and the first side surface 14a of the stopper 14 ) W14 can be managed with high accuracy, a predetermined movable range of the movable body 12 with respect to the main body 11 can be secured, and the sensitivity of the force sensor 10 can be improved. The details will be described later.

[検出動作]
図5を用いて上記構成の力覚センサ10の検出動作について説明する。図5は、Z軸方向における外力検出動作を説明するための断面図である。ここでは、Z軸方向において可動体11のほぼ中央部分に加えられた外力(荷重)FZを検出する場合を一例に挙げる。
[Detection operation]
The detection operation of the force sensor 10 having the above configuration will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining an external force detection operation in the Z-axis direction. Here, a case where the external force (load) FZ applied to the substantially central portion of the movable body 11 in the Z-axis direction is detected will be given as an example.

図示するように、Z軸方向において可動体11のほぼ中央部分に外力FZが加えられると、外力FZによって可動体11がZ軸方向に沿って下方に移動する。本体11は固定されており外力FZによっても移動しないため、可動体11は、開口部13の上側の内面がストッパ14の上側の第1側面14aに当接するまで、下方に移動する。上記移動により、上側の距離W14Uは実質的に0となり、下側の距離W14Dは移動前の初期状態に比べて2倍程度まで増大する。 As shown in the figure, when an external force FZ is applied to a substantially central portion of the movable body 11 in the Z-axis direction, the movable body 11 moves downward along the Z-axis direction due to the external force FZ. Since the main body 11 is fixed and does not move by the external force FZ, the movable body 11 moves downward until the inner surface on the upper side of the opening 13 abuts on the first side surface 14a on the upper side of the stopper 14. Due to the above movement, the upper distance W14U becomes substantially 0, and the lower distance W14D increases to about twice as much as the initial state before the movement.

そのため、可動体12の下面12aが起歪体16の上面を加圧し、加圧された起歪体16は変形を起こす。ストッパ14により、起歪体16の変形は所定の範囲に限定されているため、過剰な外力による破壊から起歪体16が保護される。起歪体16の変形は、歪センサ26により検出され、電気信号としての検出信号に変換される。検出信号は基板20を介して配線25により外部に伝達されることで、外力FZを検出することができる。 Therefore, the lower surface 12a of the movable body 12 pressurizes the upper surface of the strain generating body 16, and the pressed strain generating body 16 deforms. Since the deformation of the strain generating body 16 is limited to a predetermined range by the stopper 14, the strain generating body 16 is protected from destruction due to an excessive external force. The deformation of the strain generating body 16 is detected by the strain sensor 26 and converted into a detection signal as an electric signal. The detection signal is transmitted to the outside by the wiring 25 via the substrate 20, so that the external force FZ can be detected.

その後、可動体12への外力FZの印加が解除されると、起歪体16は、弾性変形により、元の形状に復帰する。 After that, when the application of the external force FZ to the movable body 12 is released, the strain-causing body 16 returns to its original shape due to elastic deformation.

尚、ここでは、Z軸方向における外力検出動作を一例に挙げたが、X軸方向およびY軸方向におけるその他の外力検出動作も同様である。また、X、Y、Z軸方向における各トルク検出動作についても、上記外力検出動作と実質的に同様であるため、詳細な説明を省略する。 Although the external force detection operation in the Z-axis direction is given as an example here, the same applies to other external force detection operations in the X-axis direction and the Y-axis direction. Further, since each torque detection operation in the X, Y, and Z axis directions is substantially the same as the external force detection operation, detailed description thereof will be omitted.

[クリアランスW14の調整]
次に、図6、図7を用いて、クリアランスの調整について説明する。
[Adjustment of clearance W14]
Next, the clearance adjustment will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

図6、図7に示すように、クリアランスの調整は、開口部13にシム30を装着して行われる。図6、図7は、1つの開口部13にシム30を装着した場合を示しているが、4つの開口部13の全てにシム30を装着した状態で、調整することが好ましい。この場合、調整精度が一層向上し、調整作業の時間を短縮することが可能である。 As shown in FIGS. 6 and 7, the clearance is adjusted by attaching the shim 30 to the opening 13. 6 and 7 show a case where the shim 30 is attached to one opening 13, but it is preferable to make adjustments with the shim 30 attached to all four openings 13. In this case, the adjustment accuracy is further improved, and the adjustment work time can be shortened.

シム30は、筒状の挿入部30aと、つまみ部30b及び開口部33を有している。 The shim 30 has a tubular insertion portion 30a, a knob portion 30b, and an opening 33.

つまみ部30bは、開口部13の直径R13より大きな外径R30を有している。 The knob portion 30b has an outer diameter R30 larger than the diameter R13 of the opening 13.

開口部33は、つまみ部30aを貫通し、取付ボルト15の頭部に設けられた六角穴に取着される図示せぬ六角レンチが挿入可能とされている。 The opening 33 penetrates the knob portion 30a, and a hexagon wrench (not shown) attached to the hexagonal hole provided in the head of the mounting bolt 15 can be inserted.

挿入部30aは、可動体12の開口部13の直径とほぼ等しい外径R13を有し、挿入部30aの厚みは、ストッパ14の第2側面14bと開口部13の内面との間の距離W30と実質的に同一の厚さに設定されている。 The insertion portion 30a has an outer diameter R13 substantially equal to the diameter of the opening 13 of the movable body 12, and the thickness of the insertion portion 30a is the distance W30 between the second side surface 14b of the stopper 14 and the inner surface of the opening 13. The thickness is set to be substantially the same as.

取付ボルト15を緩めた状態において、図7に示すように、シム30の挿入部30aがストッパ14の第2側面14bと開口部13の内面との間に挿入される。挿入部30aの外径は、開口部13の直径R13と実質的に同一であり、挿入部30aの内径は、ストッパ14の第2側面14bの第2外径R14bと実質的に同一である。このため、シム30の挿入部30aを開口部13に挿入した状態で、シム30の軸心C30とストッパ14の軸心C14とが互いに一致され、同心円となる。すなわち、この状態において、上記隙間の距離W15a、15b分だけストッパ14が移動可能であるため、ストッパ14の第1側面14aと、開口部13の内面との距離W14が正確に設定される。 With the mounting bolt 15 loosened, as shown in FIG. 7, the insertion portion 30a of the shim 30 is inserted between the second side surface 14b of the stopper 14 and the inner surface of the opening 13. The outer diameter of the insertion portion 30a is substantially the same as the diameter R13 of the opening 13, and the inner diameter of the insertion portion 30a is substantially the same as the second outer diameter R14b of the second side surface 14b of the stopper 14. Therefore, with the insertion portion 30a of the shim 30 inserted into the opening 13, the axis C30 of the shim 30 and the axis C14 of the stopper 14 coincide with each other to form concentric circles. That is, in this state, since the stopper 14 can be moved by the distances W15a and 15b of the gap, the distance W14 between the first side surface 14a of the stopper 14 and the inner surface of the opening 13 is accurately set.

この状態において、シム30の開口部33から図示せぬ六角レンチを挿入して取付ボルト15を締め付けることにより、ストッパ14が本体11に固定される。 In this state, the stopper 14 is fixed to the main body 11 by inserting a hexagon wrench (not shown) from the opening 33 of the shim 30 and tightening the mounting bolt 15.

このように、距離W30に相当する厚みを有する挿入部30aをストッパ14の第2側面14bと開口部13との間に挿入することにより、ストッパ14の第1側面14aと開口部13の内面との距離W14であるクリアランスを正確に管理することができる。 In this way, by inserting the insertion portion 30a having a thickness corresponding to the distance W30 between the second side surface 14b of the stopper 14 and the opening 13, the first side surface 14a of the stopper 14 and the inner surface of the opening 13 are formed. The clearance, which is the distance W14, can be accurately managed.

[作用効果]
上記第1実施形態によれば、ストッパ14は、可動体12の開口部13の内面が当接される第1側面14aと、第1側面より外径が小さい第2側面14bを有し、ストッパ14の調整時、ストッパ14の第2側面14bと開口部13の内面との間に、第2側面14bと開口部13の内面との間の距離W30に相当する厚みを有するシム30の挿入部30aを挿入している。このため、シム30の軸心C30とストッパ14の軸心C14とが一致することにより、上記隙間の距離W15a、15b分だけストッパ14が移動し、ストッパ14の第1側面14aと、開口部13の内面との距離W14を正確に設定することができる。
[Action effect]
According to the first embodiment, the stopper 14 has a first side surface 14a to which the inner surface of the opening 13 of the movable body 12 is in contact, and a second side surface 14b having an outer diameter smaller than that of the first side surface. At the time of adjusting 14, the insertion portion of the shim 30 having a thickness corresponding to the distance W30 between the second side surface 14b of the stopper 14 and the inner surface of the opening 13 and the distance W30 between the second side surface 14b and the inner surface of the opening 13. 30a is inserted. Therefore, when the axis C30 of the shim 30 and the axis C14 of the stopper 14 coincide with each other, the stopper 14 moves by the distances W15a and 15b of the gap, and the first side surface 14a of the stopper 14 and the opening 13 The distance W14 from the inner surface of the can be set accurately.

例えば、本実施形態に係る力覚センサ10に、Z方向に荷重FZを加えた場合、起歪体16の変位[μm]と検出された荷重[N]との関係は、図8のように示される。図8に示すように、特性線CL10は、Z方向の変位が0.022μm付近(変曲点)において、その傾き(立ち上がる角度)が変化している。これは、変位がゼロの状態から変曲点まで(D1)ではストッパ14が機能せず起歪体16が変形することを示し、変曲点以降(D2)ではストッパ14の第1側面14aが開口部13の内面に当接するためストッパ14が機能していることを示す。変曲点以降(D2)では、特性線CL10の傾きが増大し、起歪体16が変形しにくくなっており、クリアランスである距離W14を正確に設定することができていることは明らかである。 For example, when a load FZ is applied to the force sensor 10 according to the present embodiment in the Z direction, the relationship between the displacement [μm] of the strain generating body 16 and the detected load [N] is as shown in FIG. Shown. As shown in FIG. 8, the inclination (rising angle) of the characteristic line CL10 changes when the displacement in the Z direction is around 0.022 μm (inflection point). This indicates that the stopper 14 does not function and the strain generating body 16 is deformed from the state where the displacement is zero to the inflection point (D1), and after the inflection point (D2), the first side surface 14a of the stopper 14 is It shows that the stopper 14 is functioning because it comes into contact with the inner surface of the opening 13. After the inflection point (D2), the slope of the characteristic line CL10 increases, the strain-causing body 16 is less likely to be deformed, and it is clear that the clearance W14 can be set accurately. ..

しかも、取付ボルト15を緩めた状態において、シム30を取り付け、シム30の開口部33から取付ボルト15を締め付けるだけで良いため、クリアランスである距離W14の誤差を可能な限り低減しつつ、調整作業を容易化することができる。 Moreover, since it is only necessary to attach the shim 30 and tighten the mounting bolt 15 from the opening 33 of the shim 30 with the mounting bolt 15 loosened, the adjustment work is performed while reducing the error of the clearance W14 as much as possible. Can be facilitated.

さらに、ストッパ14の第1側面14a及び第2側面14bは、例えば同一の工程を用いて連続的に切削することにより形成できる。そのため、第1側面14aおよび第2側面14bの寸法管理および検査が容易である。 Further, the first side surface 14a and the second side surface 14b of the stopper 14 can be formed by, for example, continuously cutting using the same process. Therefore, the dimensional control and inspection of the first side surface 14a and the second side surface 14b are easy.

また、可動体12は、その製造加工においても、開口部13の直径R13の寸法のみを管理すればよいため、寸法管理および検査が容易である。 Further, in the manufacturing process of the movable body 12, only the dimension of the diameter R13 of the opening 13 needs to be controlled, so that the dimension control and inspection are easy.

さらに、シム30は、挿入部30aの外面および内面を、例えば同一の工程を用いて連続的に切削することにより形成できる。そのため、シム30の寸法管理、検査および同心度を容易化することできる。 Further, the shim 30 can be formed by continuously cutting the outer surface and the inner surface of the insertion portion 30a, for example, by using the same process. Therefore, the dimensional control, inspection and concentricity of the shim 30 can be facilitated.

しかも、ストッパ14は、非常にシンプルな形状であり、6軸方向の全てに対して保護機能を有している。このため、高感度かつ製造コストの低減化に有利な力覚センサ10を提供することが可能となる。 Moreover, the stopper 14 has a very simple shape and has a protective function in all six axial directions. Therefore, it is possible to provide the force sensor 10 having high sensitivity and advantageous in reducing the manufacturing cost.

(第2実施形態(テーパ構造を有する一例))
次に、図9および図10を用い、第2実施形態に係る力覚センサ10Aについて説明する。第2実施形態は、ストッパ14およびシム30がテーパ構造を有する一例に関する。
(Second embodiment (an example having a tapered structure))
Next, the force sensor 10A according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. The second embodiment relates to an example in which the stopper 14 and the shim 30 have a tapered structure.

[構造]
図9は、第2実施形態に係る力覚センサ10Aを示す断面図である。図10は、図9のA近傍であって、治具を使用した状態での力覚センサ10Aを示す断面図である。
[Construction]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the force sensor 10A according to the second embodiment. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a force sensor 10A in the vicinity of A in FIG. 9 in a state where a jig is used.

図9に示すように、第2実施形態において、ストッパ14は、第2側面14cが、第1側面14aから離れるに従って第2外径R14cが小さくなるように構成されるテーパ構造を有する。図10に示すように、ストッパ14の第2側面14cと水平面との成す角θ14は、鋭角である。 As shown in FIG. 9, in the second embodiment, the stopper 14 has a tapered structure in which the second side surface 14c is configured such that the second outer diameter R14c becomes smaller as the second side surface 14c is separated from the first side surface 14a. As shown in FIG. 10, the angle θ14 formed by the second side surface 14c of the stopper 14 and the horizontal plane is an acute angle.

さらに、図10に示すように、上記ストッパ14のテーパ構造と一致するように、シム30の挿入部30aの内側面は、第1側面14aから離れるに従ってその内径が小さくなるように構成されるテーパ構造を有する。シム30の挿入部30aの内側面と水平面との成す角θ30は、鋭角である。 Further, as shown in FIG. 10, the inner side surface of the insertion portion 30a of the shim 30 is formed so that the inner diameter thereof decreases as the distance from the first side surface 14a increases so as to match the taper structure of the stopper 14. Has a structure. The angle θ30 formed by the inner surface of the insertion portion 30a of the shim 30 and the horizontal plane is an acute angle.

その他の構造は、上記第1実施形態と実質的に同様であるため、その詳細な説明を省略する。また、検出動作に関しても、上記第1実施形態と実質的に同様であるため、その詳細な説明を省略する。 Since other structures are substantially the same as those of the first embodiment, detailed description thereof will be omitted. Further, since the detection operation is substantially the same as that of the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

[作用効果]
第2実施形態に係る力覚センサ10Aの構造および動作によれば、少なくとも第1実施形態と同様の効果が得られる。
[Action effect]
According to the structure and operation of the force sensor 10A according to the second embodiment, at least the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

さらに、第2実施形態に係る力覚センサ10Aでは、ストッパ14の第2側面14cおよびシム30の挿入部30aが、テーパ構造を有する。具体的には、図9に示すように、ストッパ14の第2側面14cおよび挿入部30aの内側面は、第1側面14aから離れるに従って第2外径R14cおよび内径が小さくなるように構成される。 Further, in the force sensor 10A according to the second embodiment, the second side surface 14c of the stopper 14 and the insertion portion 30a of the shim 30 have a tapered structure. Specifically, as shown in FIG. 9, the second side surface 14c of the stopper 14 and the inner side surface of the insertion portion 30a are configured such that the second outer diameter R14c and the inner diameter become smaller as the distance from the first side surface 14a increases. ..

このように、ストッパ14の第2側面14cおよびシム30の挿入部30aがテーパ構造を有することによって、ストッパ14の位置決めを行う際、開口部13に対してシム30の挿入部30aを容易に挿入することが可能である。 As described above, since the second side surface 14c of the stopper 14 and the insertion portion 30a of the shim 30 have a tapered structure, the insertion portion 30a of the shim 30 can be easily inserted into the opening 13 when positioning the stopper 14. It is possible to do.

しかも、ストッパ14の第2側面14cおよびシム30の挿入部30aがテーパ構造を有することにより、ストッパ14とシム30の軸心を確実に一致させることができる。そのため、第1側面14aと開口部13の内面との間の距離W14を、第1実施形態と比較して、より高精度に管理することができる。 Moreover, since the second side surface 14c of the stopper 14 and the insertion portion 30a of the shim 30 have a tapered structure, the axes of the stopper 14 and the shim 30 can be reliably aligned with each other. Therefore, the distance W14 between the first side surface 14a and the inner surface of the opening 13 can be managed with higher accuracy as compared with the first embodiment.

(変形例)
本発明は、上記第1および第2実施形態の開示に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変形が可能であることは勿論である。
(Modification example)
The present invention is not limited to the disclosure of the first and second embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made as needed.

例えば、本実施形態では、ストッパ14は、取付ボルト15により本体11に固定されているが、この構成に限定されない。具体的には、第1実施形態において、可動体12の開口部13が設けられた部分は、本体11の取付ボルト15が螺合される部分より外側に位置しているが、本体11に開口部13が設けられる部分を設け、可動体12に取付ボルト15が螺合される部分を設け、本体11に設けられた開口部13が設けられる部分を可動体12に設けられた取付ボルト15が螺合される部分より外側に配置し、本体11に設けられた開口部13内にストッパ14を配置した構成であってもよい。 For example, in the present embodiment, the stopper 14 is fixed to the main body 11 by the mounting bolt 15, but the stopper 14 is not limited to this configuration. Specifically, in the first embodiment, the portion of the movable body 12 provided with the opening 13 is located outside the portion where the mounting bolt 15 of the main body 11 is screwed, but the portion is opened in the main body 11. A portion where the portion 13 is provided is provided, a portion where the mounting bolt 15 is screwed into the movable body 12 is provided, and a portion where the opening portion 13 provided in the main body 11 is provided is provided by the mounting bolt 15 provided on the movable body 12. It may be arranged outside the screwed portion, and the stopper 14 may be arranged in the opening 13 provided in the main body 11.

また、シム30の使用は、力覚センサ10、10Aの検査の際に限らず、力覚センサ10、10Aをある程度可動させた後である例えばメンテナンスの際等でもよい。 Further, the shim 30 is not limited to the inspection of the force sensors 10 and 10A, but may be used, for example, during maintenance after the force sensors 10 and 10A have been moved to some extent.

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、10A…力覚センサ、11…本体、12…可動体、13…開口部、14…ストッパ(保護機構)、15…固定部材(ストッパ取付ボルト)、16…起歪体、26…歪センサ、30…治具(シム)。 10, 10A ... Force sensor, 11 ... Main body, 12 ... Movable body, 13 ... Opening, 14 ... Stopper (protection mechanism), 15 ... Fixing member (stopper mounting bolt), 16 ... Distortion body, 26 ... Distortion sensor , 30 ... Jig (sim).

Claims (4)

円筒状の本体と、
前記本体に対して動作可能な円筒状の可動体と、
前記本体及び前記可動体に固定され、前記可動体の動作に従って変形可能な起歪体と、
前記起歪体に設けられた歪センサと、
前記可動体の周囲に等間隔に設けられた少なくとも3つの円形の開口部と、
前記開口部のそれぞれの内部に配置され、前記開口部の直径より小さな第1外径を有し、前記開口部の内面に当接可能な第1側面と、前記第1側面より前記開口部内において外側に位置し、前記第1外径より小さな第2外径を有し、前記開口部の内面との間に調整用の治具が挿入可能な第2側面とを有するストッパと、
前記ストッパを前記本体に固定する固定部材と
前記第1または第2側面と平行する前記ストッパの内側面と前記固定部材との間に、所定の距離を有する隙間を更に具備し、
前記治具が前記開口部の内面と前記第2側面との間に挿入されたとき、前記隙間の距離分だけ前記ストッパが移動可能となるように構成された
力覚センサ。
Cylindrical body and
A cylindrical movable body that can operate with respect to the main body,
A strain-causing body that is fixed to the main body and the movable body and can be deformed according to the movement of the movable body.
The strain sensor provided on the strain-causing body and
At least three circular openings provided around the movable body at equal intervals,
Is disposed within each of said openings, it has a small first outside diameter than the diameter of the opening, a first side surface that can be brought into contact with the inner surface of the opening, in the inner opening than the first side surface located outside, and the first to have a smaller second outer diameter than the outer diameter, stopper having a second side capable jig insertion for adjustment between an inner surface of said opening,
A fixing member that fixes the stopper to the main body ,
A gap having a predetermined distance is further provided between the inner side surface of the stopper parallel to the first or second side surface and the fixing member.
A force sensor configured so that when the jig is inserted between the inner surface of the opening and the second side surface, the stopper can be moved by the distance of the gap.
円筒状の本体と、
前記本体に対して動作可能な円筒状の可動体と、
前記本体及び前記可動体に固定され、前記可動体の動作に従って変形可能な起歪体と、
前記起歪体に設けられた歪センサと、
前記本体の周囲に等間隔に設けられた少なくとも3つの円形の開口部と、
前記開口部のそれぞれの内部に配置され、前記開口部の直径より小さな第1外径を有し、前記開口部の内面に当接可能な第1側面と、前記第1側面より前記開口部内において外側に位置し、前記第1外径より小さな第2外径を有し前記開口部の内面との間に調整用の治具が挿入可能な第2側面と、を有するストッパと、
前記ストッパを前記可動体に固定する固定部材と
前記第1または第2側面と平向する前記ストッパの内側面と前記固定部材との間に、所定の距離を有する隙間を更に具備し、
前記治具が前記開口部の内面と前記第2側面との間に挿入されたとき、前記隙間の距離分だけ前記ストッパが移動可能となるように構成された
力覚センサ。
Cylindrical body and
A cylindrical movable body that can operate with respect to the main body,
A strain-causing body that is fixed to the main body and the movable body and can be deformed according to the movement of the movable body.
The strain sensor provided on the strain-causing body and
At least three circular openings provided around the main body at equal intervals,
Is disposed within each of said openings, it has a small first outside diameter than the diameter of the opening, a first side surface that can be brought into contact with the inner surface of the opening, in the inner opening than the first side surface A stopper located on the outside, having a second outer diameter smaller than the first outer diameter, and having a second side surface into which an adjustment jig can be inserted between the outer diameter and the inner surface of the opening.
A fixing member that fixes the stopper to the movable body ,
A gap having a predetermined distance is further provided between the inner side surface of the stopper facing the first or second side surface and the fixing member.
A force sensor configured so that when the jig is inserted between the inner surface of the opening and the second side surface, the stopper can be moved by the distance of the gap.
前記第2側面は、前記第1側面から離れるに従って前記第2外径が小さくなる
請求項1または2に記載の力覚センサ。
The force sensor according to claim 1 or 2, wherein the second side surface has a smaller second outer diameter as the distance from the first side surface increases.
前記治具は、前記開口部の内面と前記第2側面との間に挿入可能な挿入部を有し、The jig has an insertion portion that can be inserted between the inner surface of the opening and the second side surface.
前記挿入部の内側面の径は、前記第1側面から離れるに従って小さくなるThe diameter of the inner surface of the insertion portion decreases as the distance from the first side surface increases.
請求項3に記載の力覚センサ。The force sensor according to claim 3.
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