JP6999587B2 - Elastic body and force sensor using it - Google Patents

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    • 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

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弾性体とそれを用いた力覚センサに関する。 An embodiment of the present invention relates to an elastic body used for, for example, a robot arm and a force sensor using the elastic body.

力覚センサは、例えばロボットアーム等に用いられ、直交する３軸（ｘ、ｙ、ｚ）に関して、力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）とモーメント（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を検出する（例えば、特許文献１参照）。 The force sensor is used, for example, in a robot arm or the like, and detects a force (Fx, Fy, Fz) and a moment (Mx, My, Mz) with respect to three orthogonal axes (x, y, z) (for example, a patent). See Document 1).

特開２０１８－４８９１５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-48915

力覚センサは、６軸方向、例えば３軸方向及び３軸回り方向に変形可能な弾性体を具備し、この弾性体に複数の歪センサが設けられている。各歪センサは起歪体に複数の歪ゲージが設けられている。さらに、力覚センサは、弾性体や起歪体を外力から保護するため、ストッパが設けられている。 The force sensor includes an elastic body that can be deformed in a 6-axis direction, for example, a 3-axis direction and a 3-axis circumferential direction, and the elastic body is provided with a plurality of strain sensors. Each strain sensor is provided with a plurality of strain gauges on the strain generating body. Further, the force sensor is provided with a stopper in order to protect the elastic body and the strain-causing body from an external force.

弾性体及び起歪体（以下、これらを合わせてセンサ体とも言う）の剛性が高く、６軸方向の変位量が非常に小さい場合、ストッパの構造に高い加工精度が要求され、ストッパの実現が困難となる。 When the rigidity of the elastic body and the strain-causing body (hereinafter, collectively referred to as the sensor body) is high and the displacement amount in the 6-axis direction is very small, high processing accuracy is required for the stopper structure, and the stopper can be realized. It will be difficult.

また、センサ体の剛性が、軸方向毎に大きく異なると、ストッパの設計が複雑となり、ストッパの実現が困難となる。 Further, if the rigidity of the sensor body is significantly different for each axial direction, the design of the stopper becomes complicated and it becomes difficult to realize the stopper.

一方、ストッパを設けずにセンサ体を設計した場合、弾性体及び起歪体の変位を大きくすることが困難であるため、大きなセンサ出力を得ることができず、ノイズなどの外乱に弱く、測定精度が低いセンサとなってしまう。 On the other hand, when the sensor body is designed without the stopper, it is difficult to increase the displacement of the elastic body and the strain-causing body, so that a large sensor output cannot be obtained, and it is vulnerable to disturbance such as noise, and measurement is performed. It will be a sensor with low accuracy.

本発明の実施形態は、十分なセンサ出力を得ることができ、測定精度を向上させることが可能な弾性体とそれを用いた力覚センサを提供するものである。 An embodiment of the present invention provides an elastic body capable of obtaining a sufficient sensor output and improving measurement accuracy, and a force sensor using the elastic body.

本実施形態の弾性体は、６軸方向に変形可能な複数の第１弾性部が接続される第１構造体と、前記６軸方向に変形可能な第２弾性部と、前記第２弾性部に接続された中継部を有する複数の第２構造体と、前記第２構造体の前記中継部のそれぞれと前記第１弾性部のそれぞれとの間に設けられた複数の第３構造体と、を具備し、前記第１構造体、前記第２構造体、前記第３構造体、前記中継部、前記第１弾性部、及び前記第２弾性部は、１枚の金属板からなり、前記第２構造体、前記第３構造体、前記中継部、前記第１弾性部、及び前記第２弾性部は、折り曲げられた前記金属板である。 The elastic body of the present embodiment includes a first structure to which a plurality of first elastic portions deformable in the 6-axis direction are connected, a second elastic portion deformable in the 6-axis direction, and the second elastic portion. A plurality of second structures having a relay portion connected to the second structure, and a plurality of third structures provided between each of the relay portions of the second structure and each of the first elastic portions. The first structure, the second structure, the third structure, the relay portion, the first elastic portion, and the second elastic portion are made of one metal plate, and the first elastic portion is formed. The two structures, the third structure, the relay portion, the first elastic portion, and the second elastic portion are the bent metal plates.

本実施形態の力覚センサは、６軸方向に変形可能な複数の第１弾性部が接続される第１構造体と、前記６軸方向に変形可能な第２弾性部と、前記第２弾性部に接続された中継部を有する複数の第２構造体と、前記第２構造体の前記中継部のそれぞれと前記第１弾性部のそれぞれとの間に設けられた複数の第３構造体と、前記第１構造体と前記中継部のそれぞれとの間に設けられた複数の歪センサと、を具備し、前記第１構造体、前記第２構造体、前記第３構造体、前記中継部、前記第１弾性部、及び前記第２弾性部は、１枚の金属板からなり、前記第２構造体、前記第３構造体、前記中継部、前記第１弾性部、及び前記第２弾性部は、折り曲げられた前記金属板である。 The force sensor of the present embodiment has a first structure to which a plurality of first elastic portions deformable in the 6-axis direction are connected, a second elastic portion deformable in the 6-axis direction, and the second elastic portion. A plurality of second structures having a relay portion connected to the portions, and a plurality of third structures provided between each of the relay portions of the second structure and each of the first elastic portions. A plurality of strain sensors provided between the first structure and each of the relay portions, the first structure, the second structure, the third structure, and the relay portion. The first elastic portion and the second elastic portion are composed of one metal plate, and the second structure, the third structure, the relay portion, the first elastic portion, and the second elastic portion. The portion is the folded metal plate.

本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 sense sensor which concerns on this embodiment. 図１に示す力覚センサを分解して示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing the force sensor shown in FIG. 1 in an exploded manner. 図２に示す力覚センサの一部を組み立てた状態を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a state in which a part of the force sensor shown in FIG. 2 is assembled. 図２に示す力覚センサの一部をさらに組み立てた状態を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a state in which a part of the force sensor shown in FIG. 2 is further assembled. 図２に示す力覚センサの一部をさらに分解して示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a part of the force sensor shown in FIG. 2 in a further disassembled manner. 本実施形態に係る弾性体を取り出して示す平面図。The plan view which takes out and shows the elastic body which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る弾性体の一部を取り出して示す斜視図。The perspective view which shows by taking out a part of the elastic body which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る弾性体の変形の一例を示すものであり、一部を取り出して示す側面図。It shows an example of the deformation of the elastic body which concerns on this embodiment, and is the side view which shows by taking out a part. 図８Ａに示す変形に伴う起歪体の変形の例を示す斜視図。FIG. 8A is a perspective view showing an example of deformation of the strain-causing body due to the deformation shown in FIG. 8A. 参考例としての弾性体の変形の例を示すものであり、一部を取り出して示す側面図。A side view showing an example of deformation of an elastic body as a reference example, and showing a part thereof. 図８Ｃに示す変形に伴う起歪体の変形の例を示す斜視図。FIG. 8C is a perspective view showing an example of deformation of the strain-causing body due to the deformation shown in FIG. 8C. 歪センサの一例を示す平面図。The plan view which shows an example of a strain sensor. ブリッジ回路の一例を示す回路図。A circuit diagram showing an example of a bridge circuit. 本実施形態に係る弾性体の変形例を示すものであり、一部を取り出して示す斜視図。It is a perspective view which shows the deformation example of the elastic body which concerns on this embodiment, and shows by taking out a part.

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、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 drawings, the same parts are designated by the same reference numerals.

図１乃至図６を用いて、本実施形態に係る力覚センサ１０の構成について説明する。
力覚センサ１０は、例えばロボットアーム等に用いられ、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）、及びＸ、Ｙ、Ｚ軸回りのトルク（モーメント：Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を検出する。 The configuration of the force sensor 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
The force sensor 10 is used, for example, in a robot arm or the like, and has a force in the X, Y, Z axis direction (Fx, Fy, Fz) and a torque around the X, Y, Z axis (moment: Mx, My, Mz). Is detected.

図１、図２に示すように、力覚センサ１０は、円筒状の本体１１と、本体１１を覆う円筒状のカバー１２とを備えている。カバー１２の内部には、本体１１に対して動作可能な可動体としての取付けプレート１３が設けられ、取付けプレート１３は、複数のネジ１４によりカバー１２に固定される。カバー１２及び取付けプレート１３は、本体１１に対して動作可能に設けられる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the force sensor 10 includes a cylindrical main body 11 and a cylindrical cover 12 that covers the main body 11. Inside the cover 12, a mounting plate 13 as a movable body that can operate with respect to the main body 11 is provided, and the mounting plate 13 is fixed to the cover 12 by a plurality of screws 14. The cover 12 and the mounting plate 13 are operably provided with respect to the main body 11.

本体１１は、図示せぬロボットアームの例えば本体に固定される。取付けプレート１３は、ロボットアームの例えばハンド部分に固定される。 The main body 11 is fixed to, for example, a main body of a robot arm (not shown). The mounting plate 13 is fixed to, for example, a hand portion of the robot arm.

本体１１とカバー１２との間には、リング状のシール部材１５が設けられている。シール部材１５は、弾性材、例えばゴム製又は発泡部材により形成され、本体１１とカバー１２との間隙をシールするとともに、カバー１２が本体１１に対して動作可能としている。 A ring-shaped sealing member 15 is provided between the main body 11 and the cover 12. The seal member 15 is formed of an elastic material such as a rubber or foam member to seal the gap between the main body 11 and the cover 12, and the cover 12 is movable with respect to the main body 11.

図３に示すように、本体１１と取付けプレート１３との間には、弾性体１６が設けられる。弾性体１６は、後述するように、例えば１枚の金属を折り曲げて形成されており、１つの第１構造体１６－１と、複数の第２構造体１６－２と、第１構造体１６－１と第２構造体１６－２との間に設けられた複数の第３構造体１６－３等と、を具備する。複数の第２構造体１６－２は、第１構造体１６－１の周囲に等間隔に配置される。 As shown in FIG. 3, an elastic body 16 is provided between the main body 11 and the mounting plate 13. As will be described later, the elastic body 16 is formed by bending, for example, one piece of metal, and has one first structure 16-1, a plurality of second structures 16-2, and a first structure 16. A plurality of third structures 16-3 and the like provided between -1 and the second structure 16-2 are provided. The plurality of second structures 16-2 are arranged at equal intervals around the first structure 16-1.

本実施形態において、弾性体１６は、例えば３つの第２構造体１６－２を具備している。しかし、第２構造体１６－２の数は３つに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。また、本実施形態を、力覚センサ以外の例えばトルクセンサに適用する場合、第２構造体１６－２の数は、２つであってもよい。 In the present embodiment, the elastic body 16 includes, for example, three second structures 16-2. However, the number of the second structure 16-2 is not limited to three, and may be three or more. Further, when the present embodiment is applied to, for example, a torque sensor other than the force sensor, the number of the second structures 16-2 may be two.

第１構造体１６－１の周囲には、６つの第１弾性部１６－４が設けられている。第１弾性部１６－４は、第３構造体１６－３と連続し、第１構造体１６－１の周囲に配置される。 Six first elastic portions 16-4 are provided around the first structure 16-1. The first elastic portion 16-4 is continuous with the third structure 16-3 and is arranged around the first structure 16-1.

第２構造体１６－２のそれぞれは、略Ｕ字状の２つの第２弾性部１６－５と、２つの第２弾性部１６－５の間で、２つの第２弾性部１６－５を繋ぐ直線上の中継部１６－６を具備している。 Each of the second structures 16-2 has two second elastic portions 16-5 between two substantially U-shaped second elastic portions 16-5 and two second elastic portions 16-5. It is provided with a relay unit 16-6 on a straight line to be connected.

第３構造体１６－３は、一端部が第１弾性部１６－４に接続され、他端部が中継部１６－６に接続される。第１構造体１６－１と１つの第２構造体１６－２との間に設けられた２つの第３構造体１６－３は、互いに平行に配置される。 One end of the third structure 16-3 is connected to the first elastic portion 16-4, and the other end thereof is connected to the relay portion 16-6. The two third structures 16-3 provided between the first structure 16-1 and the one second structure 16-2 are arranged in parallel with each other.

第２構造体１６－２は、複数のネジ１７により本体１１に固定され、第１構造体１６－１は、図２、図４に示すように、複数のネジ１８により取付けプレート１３に固定される。 The second structure 16-2 is fixed to the main body 11 by a plurality of screws 17, and the first structure 16-1 is fixed to the mounting plate 13 by a plurality of screws 18 as shown in FIGS. 2 and 4. To.

図２、図３に示すように、歪センサ１９は、第１構造体１６－１と中継部１６－６との間に設けられる。具体的には、歪センサ１９の一端部は、固定プレート２０と第１弾性部１６－４の裏面に挿入されたネジ２１により、２つの第１弾性部１６－４の間の第１構造体１６－１に固定され、歪センサ１９の他端部は固定プレート２２と中継部１６－６の裏面に挿入されたネジ２３により、中継部１６－６の中央部に固定される。歪センサ１９は、後述するように、金属製の起歪体の表面に複数の歪ゲージが配置されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the strain sensor 19 is provided between the first structure 16-1 and the relay unit 16-6. Specifically, one end of the strain sensor 19 is a first structure between two first elastic portions 16-4 by a screw 21 inserted in the back surface of the fixing plate 20 and the first elastic portion 16-4. It is fixed to 16-1, and the other end of the strain sensor 19 is fixed to the central portion of the relay portion 16-6 by the fixing plate 22 and the screw 23 inserted in the back surface of the relay portion 16-6. As will be described later, the strain sensor 19 has a plurality of strain gauges arranged on the surface of a metal strain-causing body.

取付けプレート１３及びカバー１２が外力により、本体１１に対して動作すると、第３構造体１６－３、第１弾性部１６－４、第２弾性部１６－５、及び中継部１６－６が変形する。これに伴い、歪センサ１９の起歪体が変形し、歪ゲージから電気信号が出力される。 When the mounting plate 13 and the cover 12 operate with respect to the main body 11 by an external force, the third structure 16-3, the first elastic portion 16-4, the second elastic portion 16-5, and the relay portion 16-6 are deformed. do. Along with this, the strain-causing body of the strain sensor 19 is deformed, and an electric signal is output from the strain gauge.

各歪センサ１９の各歪ゲージは、後述するように、ブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路により、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）、及びＸ、Ｙ、Ｚ軸回りのトルク（モーメント：Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）が検出される。 Each strain gauge of each strain sensor 19 constitutes a bridge circuit as described later, and the force in the X, Y, Z axis direction (Fx, Fy, Fz) and the X, Y, Z axis rotation by the bridge circuit. Torque (moment: Mx, My, Mz) is detected.

図２に示すように、本体１１には、弾性体１６を外力から保護する複数のストッパ３０が設けられている。各ストッパ３０は、円筒状のストッパ部材３１と、固定部材としてのネジ３２と、取付けプレート１３に設けられた複数の開口部１３ａと、により構成される。 As shown in FIG. 2, the main body 11 is provided with a plurality of stoppers 30 that protect the elastic body 16 from an external force. Each stopper 30 is composed of a cylindrical stopper member 31, a screw 32 as a fixing member, and a plurality of openings 13a provided in the mounting plate 13.

本実施形態は、３つのストッパ３０を具備する場合を示している。しかし、ストッパ３０の数は、３つに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。３つのストッパ３０は、３つの第２構造体１６－２の相互間にそれぞれ配置される。 The present embodiment shows a case where three stoppers 30 are provided. However, the number of stoppers 30 is not limited to three, and may be three or more. The three stoppers 30 are respectively arranged between the three second structures 16-2.

ストッパ３０を第２構造体１６－２の相互間に配置することにより、弾性体１６及び力覚センサ全体の直径及び外形の大型化を抑制することが可能である。 By arranging the stoppers 30 between the second structures 16-2, it is possible to suppress an increase in the diameter and outer shape of the elastic body 16 and the entire force sensor.

本体１１の表面で、３つの第２構造体１６－２の相互間に対応する位置には、３つ突起１１ａがそれぞれ設けられている。 On the surface of the main body 11, three protrusions 11a are provided at positions corresponding to each other between the three second structures 16-2.

図４に示すように、ストッパ部材３１は、取付けプレート１３の開口部１３ａ内に挿入された状態で、ネジ３２により本体１１の突起１１ａに固定される。ストッパ部材３１の外径は、後述するように、開口部１３ａの内径より若干小さく設定されている。取付けプレート１３が本体１１に対して動作し、ストッパ部材３１の外面が開口部１３ａの内面に当接すると、取付けプレート１３の動作が阻止され、弾性体１６及び歪センサ１９の起歪体の破壊が防止される。 As shown in FIG. 4, the stopper member 31 is fixed to the protrusion 11a of the main body 11 by the screw 32 in a state of being inserted into the opening 13a of the mounting plate 13. The outer diameter of the stopper member 31 is set to be slightly smaller than the inner diameter of the opening 13a, as will be described later. When the mounting plate 13 operates with respect to the main body 11 and the outer surface of the stopper member 31 abuts on the inner surface of the opening 13a, the operation of the mounting plate 13 is blocked and the elastic body 16 and the strain sensor 19 are destroyed. Is prevented.

図５に示すように、本体１１の裏面部には、印刷基板４１、複数のフレキシブル印刷基板４２、裏蓋４３、リード線アセンブリ４４、中空管４５が設けられている。印刷基板４１は、ブリッジ回路に電源を供給したり、ブリッジ回路の出力信号を処理したりする図示せぬ処理回路などを具備している。 As shown in FIG. 5, a printed circuit board 41, a plurality of flexible printed circuit boards 42, a back cover 43, a lead wire assembly 44, and a hollow tube 45 are provided on the back surface of the main body 11. The printed circuit board 41 includes a processing circuit (not shown) that supplies power to the bridge circuit and processes the output signal of the bridge circuit.

複数のフレキシブル印刷基板４２の一端部は、図２に示すように、本体１１の上面側に配置され、各歪センサ１９に接続される。複数のフレキシブル印刷基板４２の他端部は、印刷基板４１の裏面において、処理回路などに接続される。複数のフレキシブル印刷基板４２は、歪ゲージに電源を供給したり、歪ゲージからの信号を処理回路に供給したりする。 As shown in FIG. 2, one end of the plurality of flexible printed circuit boards 42 is arranged on the upper surface side of the main body 11 and connected to each strain sensor 19. The other end of the plurality of flexible printed circuit boards 42 is connected to a processing circuit or the like on the back surface of the printed circuit board 41. The plurality of flexible printed circuit boards 42 supply power to the strain gauge and supply signals from the strain gauge to the processing circuit.

リード線アセンブリ４４は、印刷基板４１に接続され、処理回路に電源を供給したり、処理回路からの信号を伝送したりする。裏蓋４３は、複数のネジにより本体１１に固定され、印刷基板４１をカバーする。 The lead wire assembly 44 is connected to the printed circuit board 41 to supply power to the processing circuit and transmit a signal from the processing circuit. The back cover 43 is fixed to the main body 11 by a plurality of screws and covers the printed circuit board 41.

本体１１、カバー１２、取付けプレート１３、及び弾性体１６の第１構造体１６－１、印刷基板４１、裏蓋４３の中央部には、開口部が連通して設けられており、中空管４５は、この開口部内に設けられる。 An opening is provided in communication with the main body 11, the cover 12, the mounting plate 13, the first structure 16-1 of the elastic body 16, the printed substrate 41, and the back cover 43, and a hollow tube is provided. 45 is provided in this opening.

図２、図３に示すように、中空管４５の一端部は、裏蓋４３、印刷基板４１、第１構造体１６－１を貫通し、第１構造体１６－１の表面に突出される。中空管４５の第１構造体１６－１の表面に突出された一端部には、リング状のシール部材２６が設けられる。このシール部材２６は、例えばゴム又は発泡材料により形成され、取付けプレート１３の開口部と中空管２５の一端部との間隙をシールする。これにより、カバー１２の外部から取付けプレート１３の内部に塵埃が侵入することが防止される。 As shown in FIGS. 2 and 3, one end of the hollow tube 45 penetrates the back cover 43, the printed circuit board 41, and the first structure 16-1, and is projected onto the surface of the first structure 16-1. To. A ring-shaped sealing member 26 is provided at one end of the hollow tube 45 projecting from the surface of the first structure 16-1. The sealing member 26 is formed of, for example, rubber or a foam material, and seals the gap between the opening of the mounting plate 13 and one end of the hollow tube 25. This prevents dust from entering the inside of the mounting plate 13 from the outside of the cover 12.

（弾性体の構成）
図６は、本実施形態に係る弾性体１６を示している。前述したように、弾性体１６は、１枚の金属を折り曲げて形成される。弾性体１６は、１つの第１構造体１６－１と、３つの第２構造体１６－２、６つの第３構造体１６－３、各第３構造体１６－３に設けられた第１弾性部１６－４、各第２構造体１６－２に設けられた２つの第２弾性部１６－５、２つの第２弾性部１６－５の間と２つの第３構造体１６－３との間に設けられた中継部１６－６、及び第１構造体１６－１と中継部１６－６とを接続する梁部１６－７を具備している。 (Structure of elastic body)
FIG. 6 shows an elastic body 16 according to the present embodiment. As described above, the elastic body 16 is formed by bending one piece of metal. The elastic body 16 is a first structure provided in one first structure 16-1, three second structures 16-2, six third structures 16-3, and each third structure 16-3. Elastic portion 16-4, between two second elastic portions 16-5 provided in each second elastic portion 16-2, two second elastic portions 16-5, and two third structures 16-3. It is provided with a relay portion 16-6 provided between the two, and a beam portion 16-7 for connecting the first structure 16-1 and the relay portion 16-6.

図６のＡは、弾性体１６の一部を展開した状態を示している。第１構造体１６－１、第２構造体１６－２、第３構造体１６－３、第１弾性部１６－４、第２弾性部１６－５、中継部１６－６、及び梁部１６－７は、１枚の金属板から例えば打ち抜いて形成される。 FIG. 6A shows a state in which a part of the elastic body 16 is unfolded. 1st structure 16-1, 2nd structure 16-2, 3rd structure 16-3, 1st elastic part 16-4, 2nd elastic part 16-5, relay part 16-6, and beam part 16 -7 is formed, for example, by punching from one metal plate.

中継部１６－６は、梁部１６－７により第１構造体１６－１に接続されている。中継部１６－６の両側には、第２弾性部１６－５と第２構造体１６－２が連続して形成され、さらに、第３構造体１６－３と第１弾性部１６－４が連続して形成される。 The relay portion 16-6 is connected to the first structure 16-1 by the beam portion 16-7. The second elastic portion 16-5 and the second structure 16-2 are continuously formed on both sides of the relay portion 16-6, and the third structure 16-3 and the first elastic portion 16-4 are further formed. It is formed continuously.

第１弾性部１６－４は、第３構造体１６－３の長さ方向の一端部（先端部）で、長さ方向と交差する方向（幅方向）に設けられている。 The first elastic portion 16-4 is one end portion (tip portion) in the length direction of the third structure 16-3, and is provided in a direction intersecting the length direction (width direction).

第２構造体１６－２、第３構造体１６－３、第２弾性部１６－５の幅はＷであり、第１弾性部１６－４の幅Ｗ１は、幅Ｗより狭くされている。中継部の幅は、ほぼ２Ｗとされている。 The width of the second structure 16-2, the third structure 16-3, and the second elastic portion 16-5 is W, and the width W1 of the first elastic portion 16-4 is narrower than the width W. The width of the relay part is almost 2W.

金属板の厚みＴ（図６に示す）、第１弾性部１６－４の幅Ｗ１、第２弾性部１６－５、第３構造体１６－３などの幅Ｗ、及び中継部１６－６の幅２Ｗの関係は、必要に応じて変更可能である。 The thickness T of the metal plate (shown in FIG. 6), the width W1 of the first elastic portion 16-4, the width W of the second elastic portion 16-5, the third structure 16-3, etc., and the relay portion 16-6. The relationship of width 2W can be changed as needed.

梁部１６－７の幅は、金属板の厚みＴと等しく、梁部１６－７の断面は、正方形とされている。このため、各軸方向の変形のし易さが等しくされている。梁部１６－７は、第１構造体１６－１と中継部１６－６とを接続するために用いている。しかし、例えば第１構造体１６－１と第３構造体１６－３又は第１弾性部１６－４とを接続する構造とすれば、梁部１６－７は、省略することが可能である。 The width of the beam portion 16-7 is equal to the thickness T of the metal plate, and the cross section of the beam portion 16-7 is a square. Therefore, the ease of deformation in each axial direction is equalized. The beam portion 16-7 is used to connect the first structure 16-1 and the relay portion 16-6. However, if the structure is such that the first structure 16-1 and the third structure 16-3 or the first elastic portion 16-4 are connected, the beam portion 16-7 can be omitted.

Ａに示すように打ち抜かれた金属板の破線で示す複数の折曲部Ｂを折り曲げることにより、図６に示す弾性体１６が形成される。金属板の各部を折り曲げた後、第１弾性部１６－４の先端部が例えばネジにより第１構造体１６－１に固定される。第１弾性部１６－４の固定方法は、これに限らず、第１弾性部１６－４の先端部を第１構造体１６－１に溶接したり、接着材を用いて接着したりすることも可能である。 As shown in A, the elastic body 16 shown in FIG. 6 is formed by bending the plurality of bent portions B shown by the broken lines of the punched metal plate. After bending each portion of the metal plate, the tip portion of the first elastic portion 16-4 is fixed to the first structure 16-1 by, for example, a screw. The method of fixing the first elastic portion 16-4 is not limited to this, and the tip portion of the first elastic portion 16-4 may be welded to the first structure 16-1 or adhered using an adhesive. Is also possible.

第１弾性部１６－４は、後述するように第３構造体１６－３に対して湾曲され、第３構造体１６－３などの幅Ｗより狭い幅Ｗ１を有している。このため、第１弾性部１６－４は、第２弾性部１６－５の剛性以下の曲げ又はねじれ剛性を有している。 The first elastic portion 16-4 is curved with respect to the third structure 16-3 as described later, and has a width W1 narrower than the width W of the third structure 16-3 and the like. Therefore, the first elastic portion 16-4 has a bending or torsional rigidity equal to or lower than the rigidity of the second elastic portion 16-5.

第２弾性部１６－５は、略Ｕ字状に折曲され、第２構造体１６－２に比べて低い曲げ又はねじれ剛性を有している。 The second elastic portion 16-5 is bent in a substantially U shape and has lower bending or torsional rigidity than the second structure 16-2.

歪センサ１９は、２つの第１弾性部１６－４の間に位置する第１構造体１６－１と、中継部１６－６の中央部との間に設けられる。さらに、歪センサ１９は、２つの第３構造体１６－３の間に位置され、２つの第３構造体１６－３と平行に配置される。 The strain sensor 19 is provided between the first structure 16-1 located between the two first elastic portions 16-4 and the central portion of the relay portion 16-6. Further, the strain sensor 19 is located between the two third structures 16-3 and is arranged parallel to the two third structures 16-3.

第１弾性部１６－４、第２弾性部１６－５、中継部１６－６、第１構造体１６－１、第２構造体１６－２、及び第３構造体１６－３の厚みは、金属板の厚みＴに等しい。第２弾性部１６－５は、Ｕ字状部の長さＬ１及びＬ２が長い程、及び金属板の厚みＴが薄い程、柔軟であり、第１弾性部１６－４及び中継部１６－６も、金属板の厚みＴが薄い程、及び又は幅が狭い程、柔軟である。 The thickness of the first elastic portion 16-4, the second elastic portion 16-5, the relay portion 16-6, the first structure 16-1, the second structure 16-2, and the third structure 16-3 is It is equal to the thickness T of the metal plate. The second elastic portion 16-5 is more flexible as the lengths L1 and L2 of the U-shaped portion are longer and the thickness T of the metal plate is thinner, and the first elastic portion 16-4 and the relay portion 16-6 are flexible. However, the thinner the thickness T of the metal plate and / or the narrower the width, the more flexible it is.

歪センサ１９を構成する起歪体１９ａの厚みは、第１構造体１６－１、第２構造体１６－２、第３構造体１６－３、第１弾性部１６－４、第２弾性部１６－５、及び中継部１６－６の厚みより薄く、起歪体１９ａの幅は、第３構造体１６－３、第１弾性部１６－４、第２弾性部１６－５、及び中継部１６－６の厚みＴより広い。 The thickness of the strain generating body 19a constituting the strain sensor 19 is the first structure 16-1, the second structure 16-2, the third structure 16-3, the first elastic portion 16-4, and the second elastic portion. It is thinner than the thickness of 16-5 and the relay part 16-6, and the width of the strain-causing body 19a is the third structure 16-3, the first elastic part 16-4, the second elastic part 16-5, and the relay part. It is wider than the thickness T of 16-6.

起歪体１９ａは、後述するように、厚みが薄い矩形状であり、平面の縦横比が大きい形状である。このため、起歪体１９ａが単体の場合、断面二次モーメントの相違により、起歪体１９ａは、Ｆｘ、Ｆｙ方向の力及びＭｚ方向のモーメントに対して変位が小さく、Ｍｘ、Ｍｙ方向のモーメント及びＦｚ方向の力に対して変位が大きい特性を有している。 As will be described later, the strain-causing body 19a has a thin rectangular shape and a large plane aspect ratio. Therefore, when the strain-causing body 19a is a single unit, the strain-causing body 19a has a small displacement with respect to the force in the Fx and Fy directions and the moment in the Mz direction due to the difference in the moment of inertia of area, and the moment in the Mx and My directions. It also has the characteristic that the displacement is large with respect to the force in the Fz direction.

一方、弾性体１６の変位量が小さ過ぎる場合、上述したストッパ３０の構造に対して、高い加工精度が要求される。また、Ｆｘ、Ｆｙ方向の力及びＭｚ方向のモーメントに対する変位量と、Ｍｘ、Ｍｙ方向のモーメント及びＦｚ方向の力に対する変位量が大きい場合、ストッパ３０の構造が複雑となる。このため、簡単な構造のストッパで高精度な力覚センサを構成するためには、弾性体１６の各軸の変位量の差が小さいことが必要である。 On the other hand, when the displacement amount of the elastic body 16 is too small, high processing accuracy is required for the structure of the stopper 30 described above. Further, when the displacement amount with respect to the force in the Fx, Fy direction and the moment in the Mz direction and the displacement amount with respect to the moment in the Mx, My direction and the force in the Fz direction are large, the structure of the stopper 30 becomes complicated. Therefore, in order to construct a highly accurate force sensor with a stopper having a simple structure, it is necessary that the difference in the displacement amount of each axis of the elastic body 16 is small.

本実施形態に係る弾性体１６は、Ｘ－Ｙ平面（Ｘ軸、Ｙ軸を含む平面）に平行な方向への変位量を増加させ、起歪体１９ａは、僅かしか変位していないにも関わらず、センサ体としては、大きな変位量を実現することを可能とする。 The elastic body 16 according to the present embodiment increases the amount of displacement in the direction parallel to the XY plane (plane including the X-axis and the Y-axis), and the strain-causing body 19a is slightly displaced. Nevertheless, as a sensor body, it is possible to realize a large displacement amount.

さらに、起歪体１９ａのＺ軸方向の剛性は、弾性体１６のＺ軸方向の剛性に比べて遥かに小さい。このため、力覚センサのＺ軸方向の曲げに係わる定格荷重を、起歪体１９ａ単体に印加することはできない。したがって、起歪体１９ａの変位量をコントロールする必要がある。 Further, the rigidity of the strain-causing body 19a in the Z-axis direction is much smaller than the rigidity of the elastic body 16 in the Z-axis direction. Therefore, the rated load related to the bending of the force sensor in the Z-axis direction cannot be applied to the strain-causing body 19a alone. Therefore, it is necessary to control the displacement amount of the strain-causing body 19a.

したがって、弾性体１６に求められる機能は、（１）Ｘ－Ｙ平面内において、変位量が大きいこと。（２）Ｚ軸方向の負荷を受けて、起歪体１９ａの変位量をコントロールすることである。 Therefore, the functions required of the elastic body 16 are (1) a large amount of displacement in the XY plane. (2) The displacement amount of the strain-causing body 19a is controlled by receiving a load in the Z-axis direction.

（第１弾性部１６－４の機能）
（１）Ｍｚ系（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｍｚ）の変形
図７に示すように、第１弾性部１６－４は、第３構造体１６－３に対して湾曲部１６－４ａの部分で湾曲され、第１弾性部１６－４の幅Ｗ１は、第３構造体１６－３などの幅Ｗより狭くされている。このため、第１弾性部１６－４は、第２弾性部１６－５の剛性以下の剛性を有し、図示矢印Ｃ、Ｄ方向に変形し易くなっている。 (Function of the first elastic part 16-4)
(1) Deformation of Mz system (Fx, Fy, Mz) As shown in FIG. 7, the first elastic portion 16-4 is curved at the portion of the curved portion 16-4a with respect to the third structure 16-3. , The width W1 of the first elastic portion 16-4 is narrower than the width W of the third structure 16-3 and the like. Therefore, the first elastic portion 16-4 has a rigidity equal to or lower than the rigidity of the second elastic portion 16-5, and is easily deformed in the directions of arrows C and D in the drawing.

弾性体１６にＦｘ、Ｆｙ方向の力が印加された場合、及びＭｚ方向のモーメントが印加された場合、第１構造体１６－１に対して第２構造体１６－２が相対的に移動し、第３構造体１６－３に接続された第１弾性部１６－４が、ねじれるように変形する。このため、第１構造体１６－１に対する第２構造体１６－２の変位量が増加する。起歪体１９aは、第３構造体１６－３の厚みと、起歪体１９aの幅、及び負荷に応じて変位し、起歪体１９aの変位量は、僅かである。すなわち、本実施形態の場合、起歪体１９ａの変位量に比べて、第１構造体１６－１に対する第２構造体１６－２の変位量を増加させることができる。 When a force in the Fx and Fy directions is applied to the elastic body 16 and a moment in the Mz direction is applied, the second structure 16-2 moves relative to the first structure 16-1. , The first elastic portion 16-4 connected to the third structure 16-3 is deformed so as to be twisted. Therefore, the amount of displacement of the second structure 16-2 with respect to the first structure 16-1 increases. The strain-causing body 19a is displaced according to the thickness of the third structure 16-3, the width of the strain-causing body 19a, and the load, and the displacement amount of the strain-causing body 19a is small. That is, in the case of the present embodiment, the displacement amount of the second structure 16-2 with respect to the first structure 16-1 can be increased as compared with the displacement amount of the strain-causing body 19a.

（２）Ｆｚ系（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｆｚ）の変形
一方、弾性体１６にＦｚ方向の力が印加された場合、及びＭｘ、Ｍｙ方向のモーメントが印加された場合、第３構造体１６－３が接続された第１弾性部１６－４が、図７に示す矢印Ｃ、Ｄ方向に変形する。このため、第３構造体１６－３の幅方向の変位量が増加し、起歪体１９ａの厚み方向の変位量を増加させることができる。このため、後述するように、第３構造体１６－３を略Ｓ字状に変形させることができ、ブリッジ回路の出力電圧を増加させることができる。 (2) Deformation of Fz system (Mx, My, Fz) On the other hand, when a force in the Fz direction is applied to the elastic body 16 and when a moment in the Mx and My directions is applied, the third structure 16-3 The first elastic portion 16-4 to which is connected is deformed in the directions of arrows C and D shown in FIG. Therefore, the amount of displacement of the third structure 16-3 in the width direction increases, and the amount of displacement of the strain-causing body 19a in the thickness direction can be increased. Therefore, as will be described later, the third structure 16-3 can be deformed into a substantially S shape, and the output voltage of the bridge circuit can be increased.

図８Ａは、本実施形態に係る弾性体１６の変形の一例を示している。
第１構造体１６－１及び第３構造体１６－３に接続された第１弾性部１６－４の剛性は、第２弾性部１６－５の剛性以下である。このため、弾性体１６に例えばＦｚ方向の力が印加された場合、第１弾性部１６－４が変形することにより第２弾性部１６－５の変形が減少し、中継部１６－６の吊り上げ量が低減される。このため、第３構造体１６－３は、略Ｓ字状に変形し、第１構造体１６－１と中継部１６－６との間に設けられた起歪体１９ａも、略Ｓ字状に変形される。 FIG. 8A shows an example of deformation of the elastic body 16 according to the present embodiment.
The rigidity of the first elastic portion 16-4 connected to the first structure 16-1 and the third structure 16-3 is less than or equal to the rigidity of the second elastic portion 16-5. Therefore, when a force in the Fz direction is applied to the elastic body 16, for example, the deformation of the first elastic portion 16-4 reduces the deformation of the second elastic portion 16-5, and the relay portion 16-6 is lifted. The amount is reduced. Therefore, the third structure 16-3 is deformed into a substantially S-shape, and the strain-causing body 19a provided between the first structure 16-1 and the relay portion 16-6 is also substantially S-shaped. Is transformed into.

図８Ｂは、図８Ａに示す弾性体１６の変形に伴う起歪体１９ａの変形を概略的に示している。起歪体１９ａの表面に複数の歪ゲージ５１～５４が図示のように配置されているものとする。 FIG. 8B schematically shows the deformation of the strain-causing body 19a accompanying the deformation of the elastic body 16 shown in FIG. 8A. It is assumed that a plurality of strain gauges 51 to 54 are arranged on the surface of the strain-causing body 19a as shown in the figure.

弾性体１６の変形に伴い起歪体１９ａが略Ｓ字状に変形された場合、起歪体１９ａの表面に設けられた歪ゲージ５１、５２は、伸長され、歪ゲージ５３、５４は圧縮される。このため、歪ゲージ５１、５２の抵抗値と、歪ゲージ５３、５４の抵抗値との差が大きくなり、歪ゲージ５１～５４により構成されるブリッジ回路の出力電圧を増加させることができる。したがって、力覚センサの精度を向上させることができる。 When the strain gauge 19a is deformed into a substantially S shape due to the deformation of the elastic body 16, the strain gauges 51 and 52 provided on the surface of the strain gauge 19a are stretched and the strain gauges 53 and 54 are compressed. To. Therefore, the difference between the resistance values of the strain gauges 51 and 52 and the resistance values of the strain gauges 53 and 54 becomes large, and the output voltage of the bridge circuit composed of the strain gauges 51 to 54 can be increased. Therefore, the accuracy of the force sensor can be improved.

図８Ｃは、比較例としての弾性体６０の変形の様子を示している。この弾性体６０は、本実施形態の弾性体１６から第１弾性部１６－４を除いたものである。第１弾性部１６－４が無い場合、弾性体６０に例えばＦｚ方向の力が印加されると、第２構造体１６－２に比べて低い剛性を有する第２弾性部１６－５の曲げ又はねじれ変形により、第３構造体１６－３が湾曲される。これに伴い、中継部１６－６が吊り上げられる。このため、第１構造体１６－１と中継部１６－６との間に設けられた起歪体１９ａも湾曲される。 FIG. 8C shows the deformation of the elastic body 60 as a comparative example. The elastic body 60 is the elastic body 16 of the present embodiment excluding the first elastic portion 16-4. In the absence of the first elastic portion 16-4, when a force in the Fz direction is applied to the elastic body 60, for example, the bending or bending of the second elastic portion 16-5 having lower rigidity than the second elastic portion 16-2. Due to the torsional deformation, the third structure 16-3 is curved. Along with this, the relay unit 16-6 is lifted. Therefore, the strain-causing body 19a provided between the first structure 16-1 and the relay portion 16-6 is also curved.

図８Ｄは、図８Ｃに示す弾性体６０の変形に伴う起歪体１９ａの変形を示している。弾性体６０の湾曲に伴い起歪体１９ａが湾曲された場合、起歪体１９ａの表面に設けられた歪ゲージ５１、５２、及び歪ゲージ５３、５４は共に伸長される。このため、歪ゲージ５１、５２の抵抗値と、歪ゲージ５３、５４の抵抗値との差が小さく、歪ゲージ５１～５４により構成されるブリッジ回路の出力電圧も小さい。したがって、力覚センサの精度を向上させることが困難である。 FIG. 8D shows the deformation of the strain-causing body 19a accompanying the deformation of the elastic body 60 shown in FIG. 8C. When the strain gauge 19a is curved with the curvature of the elastic body 60, the strain gauges 51 and 52 and the strain gauges 53 and 54 provided on the surface of the strain gauge 19a are both stretched. Therefore, the difference between the resistance values of the strain gauges 51 and 52 and the resistance values of the strain gauges 53 and 54 is small, and the output voltage of the bridge circuit composed of the strain gauges 51 to 54 is also small. Therefore, it is difficult to improve the accuracy of the force sensor.

（第２弾性部１６－５の機能）
第２弾性部１６－５は、第２構造体１６－２に比べて曲げ又はねじれ剛性が低い。このため、弾性体１６にＦｘ、Ｆｙ方向の力が印加された場合、及びＭｚ方向のモーメントが印加された場合、第１構造体１６－１と中継部１６－６との間に設けられた起歪体１９ａが後述する第３構造体１６－３により制御された量しか変位しないにも関わらず、第１構造体１６－１に対する第２構造体１６－２の変位量を増加させることができる。 (Function of the second elastic part 16-5)
The second elastic portion 16-5 has a lower bending or torsional rigidity than the second structure 16-2. Therefore, when a force in the Fx and Fy directions is applied to the elastic body 16 and a moment in the Mz direction is applied, the elastic body 16 is provided between the first structure 16-1 and the relay portion 16-6. Although the strain-causing body 19a is displaced only by the amount controlled by the third structure 16-3 described later, it is possible to increase the displacement amount of the second structure 16-2 with respect to the first structure 16-1. can.

具体的には、Ｕ字状の第２弾性部１６－５は、幅に比べて厚みが狭くされ、第２弾性部１６－５の断面二次モーメントが大きく異なっている。このため、第２弾性部１６－５は、Ｆｚ方向の力に対して剛性が高く、Ｍｚ方向のモーメントに対して剛性が低い。ねじれを考慮すると、第２弾性部１６－５は、Ｆｚ方向の力に対しても単純に曲げで想定している以上に柔軟性を有している。しかし、第２弾性部１６－５は、Ｍｚ方向のモーメントよりも、十分にＦｚ方向の力に対する剛性が高い。 Specifically, the U-shaped second elastic portion 16-5 has a narrower thickness than the width, and the moment of inertia of area of the second elastic portion 16-5 is significantly different. Therefore, the second elastic portion 16-5 has high rigidity with respect to the force in the Fz direction and low rigidity with respect to the moment in the Mz direction. Considering the twist, the second elastic portion 16-5 has more flexibility than simply assumed by bending with respect to the force in the Fz direction. However, the second elastic portion 16-5 is sufficiently more rigid with respect to the force in the Fz direction than the moment in the Mz direction.

（第３構造体１６－３の機能）
第３構造体１６－３は、第１弾性部１６－４と中継部１６－６との間に設けられ、且つ、歪センサ１９と平行に配置されている。このため、弾性体１６にＦｘ、Ｆｙ方向の力、及び／又はＭｚ方向のモーメントが印加された場合、歪センサ１９を構成する起歪体１９ａの厚み方向と幅方向の変位量を制御することができる。 (Function of the third structure 16-3)
The third structure 16-3 is provided between the first elastic portion 16-4 and the relay portion 16-6, and is arranged in parallel with the strain sensor 19. Therefore, when a force in the Fx, Fy direction, and / or a moment in the Mz direction is applied to the elastic body 16, the displacement amount in the thickness direction and the width direction of the strain generating body 19a constituting the strain sensor 19 is controlled. Can be done.

具体的には、第３構造体１６－３の幅Ｗは、起歪体１９ａの厚みより広くされ、第３構造体１６－３の厚みＴは、起歪体１９ａの幅より薄くされている。したがって、第３構造体１６－３により、断面二次モーメントの異なる起歪体１９ａの厚み方向と幅方向の変位量を制御することが可能である。 Specifically, the width W of the third structure 16-3 is wider than the thickness of the strain-causing body 19a, and the thickness T of the third structure 16-3 is thinner than the width of the strain-causing body 19a. .. Therefore, the third structure 16-3 makes it possible to control the amount of displacement in the thickness direction and the width direction of the strain-causing body 19a having different moments of inertia of area.

（歪センサの構成）
図９は、歪センサ１９の一例を示している。前述したように、歪センサ１９は、起歪体１９ａと、起歪体１９ａの表面に設けられた複数の歪ゲージＲ１～Ｒ８により構成される。起歪体１９ａは、金属により構成され、その厚みは、幅より薄くされている。このため、起歪体１９ａは、厚み方向に変形しやすく、幅方向に変形し難い。 (Structure sensor configuration)
FIG. 9 shows an example of the strain sensor 19. As described above, the strain sensor 19 is composed of the strain-causing body 19a and a plurality of strain gauges R1 to R8 provided on the surface of the strain-causing body 19a. The strain-causing body 19a is made of metal, and its thickness is thinner than its width. Therefore, the strain-causing body 19a is easily deformed in the thickness direction and is not easily deformed in the width direction.

起歪体１９ａの一端部は第１構造体１６－１に設けられ、他端部は第２構造体１６－２の中継部１６－６に設けられる。歪ゲージＲ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ８は、起歪体１９ａの一端部近傍に設けられ、歪ゲージＲ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ７は、起歪体１９ａの他端部近傍に設けられる。 One end of the strain-causing body 19a is provided in the first structure 16-1, and the other end is provided in the relay portion 16-6 of the second structure 16-2. The strain gauges R1, R3, R5 and R8 are provided near one end of the strain generating body 19a, and the strain gauges R2, R4, R6 and R7 are provided near the other end of the strain generating body 19a.

図１０は、上記歪ゲージＲ１～Ｒ８を用いたブリッジ回路の一例を示している。歪ゲージＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、第１ブリッジ回路ＢＣ１を構成し、歪ゲージＲ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８は、第２ブリッジ回路ＢＣ２を構成する。 FIG. 10 shows an example of a bridge circuit using the strain gauges R1 to R8. The strain gauges R1, R2, R3, and R4 form the first bridge circuit BC1, and the strain gauges R5, R6, R7, and R8 form the second bridge circuit BC2.

第１ブリッジ回路ＢＣ１は、電源Ｖと接地ＧＮＤとの間に歪ゲージＲ２と歪ゲージＲ１の直列回路と、歪ゲージＲ４と歪ゲージＲ３の直列回路が配置される。歪ゲージＲ２と歪ゲージＲ１の接続ノードから出力電圧Ｖｏｕｔ＋が出力され、歪ゲージＲ４と歪ゲージＲ３の接続ノードから出力電圧Ｖｏｕｔ－が出力される。出力電圧Ｖｏｕｔ＋及び出力電圧Ｖｏｕｔ－は、演算増幅器ＯＰ１に供給され、演算増幅器ＯＰ１の出力端から出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。 In the first bridge circuit BC1, a series circuit of the strain gauge R2 and the strain gauge R1 and a series circuit of the strain gauge R4 and the strain gauge R3 are arranged between the power supply V and the ground GND. The output voltage Vout + is output from the connection node of the strain gauge R2 and the strain gauge R1, and the output voltage Vout- is output from the connection node of the strain gauge R4 and the strain gauge R3. The output voltage Vout + and the output voltage Vout- are supplied to the operational amplifier OP1, and the output voltage Vout is output from the output end of the operational amplifier OP1.

第２ブリッジ回路ＢＣ２は、電源Ｖと接地ＧＮＤとの間に歪ゲージＲ６と歪ゲージＲ５の直列回路と、歪ゲージＲ８と歪ゲージＲ７の直列回路が配置される。歪ゲージＲ６と歪ゲージＲ５の接続ノードから出力電圧Ｖｏｕｔ＋が出力され、歪ゲージＲ８と歪ゲージＲ７の接続ノードから出力電圧Ｖｏｕｔ－が出力される。出力電圧Ｖｏｕｔ＋及び出力電圧Ｖｏｕｔ－は、演算増幅器ＯＰ２に供給され、演算増幅器ＯＰ２の出力端から出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。 In the second bridge circuit BC2, a series circuit of the strain gauge R6 and the strain gauge R5 and a series circuit of the strain gauge R8 and the strain gauge R7 are arranged between the power supply V and the ground GND. The output voltage Vout + is output from the connection node of the strain gauge R6 and the strain gauge R5, and the output voltage Vout- is output from the connection node of the strain gauge R8 and the strain gauge R7. The output voltage Vout + and the output voltage Vout- are supplied to the operational amplifier OP2, and the output voltage Vout is output from the output end of the operational amplifier OP2.

前述したように、起歪体１９ａが例えばＦｚ方向の力により、Ｓ字状に変形されることにより、第１ブリッジ回路ＢＣ１及び第２ブリッジ回路ＢＣ２から大きな出力電圧を得ることができる。 As described above, the strain-causing body 19a is deformed into an S shape by, for example, a force in the Fz direction, so that a large output voltage can be obtained from the first bridge circuit BC1 and the second bridge circuit BC2.

尚、起歪体１９ａに対する歪ゲージＲ１～Ｒ８の配置、及びブリッジ回路ＢＣ１、ＢＣ２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 arrangement of the strain gauges R1 to R8 with respect to the strain generating body 19a and the configurations of the bridge circuits BC1 and BC2 are not limited to this, and can be deformed.

（弾性体１６及び力覚センサの効果）
本実施形態の弾性体１６は、第１構造体１６－１と、複数の第２構造体１６－２と、第２構造体１６－２のそれぞれに設けられた第２弾性部１６－５と、２つの第２弾性部１６－５の間に設けられた中継部１６－６と、中継部１６－６に設けられた２つの第３構造体１６－３と、第３構造体１６－３のそれぞれに設けられ、第１構造体１６－１に接続された第１弾性部１６－４と、を具備し、第２弾性部１６－５の剛性は、第２構造体１６－２の剛性よりも低く、第１弾性部１６－４の剛性は第２弾性部１６－５の剛性以下である。このため、弾性体１６の全体的な剛性を、第１弾性部１６－４及び第２弾性部１６－５が無い場合に比べて低くすることができ、Ｆｘ、Ｆｙ方向の力に対して、弾性体１６の変位量を増加させることができる。したがって、Ｆｘ、Ｆｙ方向の力に対して、起歪体１９ａの僅な変形に比べて、弾性体１６の変位量を増加させることができる。 (Effect of elastic body 16 and force sensor)
The elastic body 16 of the present embodiment includes a first structure 16-1, a plurality of second structures 16-2, and a second elastic portion 16-5 provided in each of the second structures 16-2. The relay section 16-6 provided between the two second elastic portions 16-5, the two third structures 16-3 provided in the relay section 16-6, and the third structure 16-3. The first elastic portion 16-4 provided in each of the above and connected to the first structure 16-1 is provided, and the rigidity of the second elastic portion 16-5 is the rigidity of the second structure 16-2. The rigidity of the first elastic portion 16-4 is less than or equal to the rigidity of the second elastic portion 16-5. Therefore, the overall rigidity of the elastic body 16 can be made lower than that in the case where the first elastic portion 16-4 and the second elastic portion 16-5 are not provided, and the force in the Fx and Fy directions can be reduced. The amount of displacement of the elastic body 16 can be increased. Therefore, the displacement amount of the elastic body 16 can be increased with respect to the forces in the Fx and Fy directions as compared with the slight deformation of the strain-causing body 19a.

また、本実施形態の弾性体１６は、第１弾性部１６－４、第２弾性部１６－５、及び中継部１６－６を具備することにより、６軸方向の変位量をほぼ同等とすることができる。しかも、Ｆｚ方向の力を受けて、第３構造体１６－３及び中継部１６－６の変形を抑制でき、第１弾性部１６－４、第３構造体１６－３及び中継部１６－６を略Ｓ字状に変形させることができる。これに伴い、起歪体１９ａをＳ字状に変形させることができるため、Ｆｚ方向の力に対して起歪体１９ａに十分な歪を与えることができる。したがって、大きなセンサ出力を得ることができ、高精度の力覚センサを構成することが可能である。 Further, the elastic body 16 of the present embodiment is provided with the first elastic portion 16-4, the second elastic portion 16-5, and the relay portion 16-6, so that the displacement amount in the 6-axis direction is substantially the same. be able to. Moreover, the deformation of the third structure 16-3 and the relay portion 16-6 can be suppressed by receiving the force in the Fz direction, and the first elastic portion 16-4, the third structure 16-3 and the relay portion 16-6 can be suppressed. Can be transformed into a substantially S shape. Along with this, since the strain-causing body 19a can be deformed into an S-shape, sufficient strain can be applied to the strain-causing body 19a with respect to a force in the Fz direction. Therefore, a large sensor output can be obtained, and a high-precision force sensor can be configured.

さらに、第１弾性部１６－４の剛性が、第２弾性部１６－５の剛性以下であるため、Ｆｚ方向の力に対して起歪体１９ａにより大きな歪を与えることができ、一層大きなセンサ出力を得ることができる。尚、ここで、剛性とは、軸剛性、曲げ剛性、せん断剛性、及びねじり剛性を含んでいる。 Further, since the rigidity of the first elastic portion 16-4 is equal to or less than the rigidity of the second elastic portion 16-5, a larger strain can be applied to the strain-causing body 19a with respect to the force in the Fz direction, and a larger sensor can be applied. You can get the output. Here, the rigidity includes axial rigidity, bending rigidity, shear rigidity, and torsional rigidity.

しかも、弾性体１６は、６軸方向の変位量がほぼ同等であり、全体的な剛性が低い。このため、簡単な構成のストッパ３０により、起歪体１９ａを保護することができる。 Moreover, the elastic body 16 has almost the same amount of displacement in the 6-axis direction, and the overall rigidity is low. Therefore, the strain-causing body 19a can be protected by the stopper 30 having a simple structure.

具体的には、高い剛性を有する弾性体の場合、ストッパ３０のストッパ部材３１の側面と、取付けプレート１３の開口部１３ａの内面との隙間を例えば２０μｍ以下とする必要がある。このため、機械加工が困難である。しかし、本実施形態のように、弾性体１６の全体的な剛性が低い場合、定格荷重時の弾性体１６の変位量を例えば１００μｍ～２００μｍに増加させることができる。このため、ストッパ部材３１の側面と、取付けプレート１３の開口部１３ａの内面との間隔を広げることができるため、過負荷時のストッパ３０の設計が容易となり、ストッパ３０の機械加工が容易となる。 Specifically, in the case of an elastic body having high rigidity, the gap between the side surface of the stopper member 31 of the stopper 30 and the inner surface of the opening 13a of the mounting plate 13 needs to be, for example, 20 μm or less. Therefore, machining is difficult. However, when the overall rigidity of the elastic body 16 is low as in the present embodiment, the displacement amount of the elastic body 16 at the rated load can be increased to, for example, 100 μm to 200 μm. Therefore, since the distance between the side surface of the stopper member 31 and the inner surface of the opening 13a of the mounting plate 13 can be widened, the design of the stopper 30 at the time of overload becomes easy, and the machining of the stopper 30 becomes easy. ..

さらに、過負荷時、剛性が高いストッパ３０によって、弾性体１６及び起歪体１９ａの変位を抑制することができるため、定格荷重の範囲において、起歪体１９ａに十分な歪を与えることが可能である。したがって、高いセンサ出力を得ることが可能である。仮に、ストッパ３０が無い場合、過負荷時も想定して、十分な安全率を見込んだ定格荷重を設定する必要がある。このため、起歪体に十分な歪を与えることができず、高いセンサ出力を取り出すことが困難である。 Further, since the stopper 30 having high rigidity can suppress the displacement of the elastic body 16 and the strain-causing body 19a at the time of overload, it is possible to give sufficient strain to the strain-causing body 19a within the range of the rated load. Is. Therefore, it is possible to obtain a high sensor output. If there is no stopper 30, it is necessary to set a rated load that allows for a sufficient safety factor, assuming an overload. Therefore, it is not possible to give sufficient strain to the strain-causing body, and it is difficult to take out a high sensor output.

（弾性体１６の変形例）
図１１は、弾性体１６の変形例を示している。
上記実施形態において、第１弾性部１６－４は、第３構造体１６－３の長さ方向の一端部（先端部）で、長さ方向と交差する方向（幅方向）に設けられ、湾曲部１６－４ａを有している。 (Modification example of elastic body 16)
FIG. 11 shows a modified example of the elastic body 16.
In the above embodiment, the first elastic portion 16-4 is one end portion (tip portion) in the length direction of the third structure 16-3, is provided in a direction intersecting the length direction (width direction), and is curved. It has parts 16-4a.

これに対して、図１１に示す変形例において、第１弾性部１６－４は、第３構造体１６－３の長さ方向の一端部で、金属板の厚み方向に折り曲げて形成される。このようにして形成された第１弾性部１６－４は、第２弾性部１６－５の剛性以下の剛性を有しており、図示矢印Ｃ、Ｄ方向に変形し易い構造とされている。 On the other hand, in the modified example shown in FIG. 11, the first elastic portion 16-4 is formed by bending the third elastic portion 16-3 at one end in the length direction in the thickness direction of the metal plate. The first elastic portion 16-4 thus formed has a rigidity equal to or lower than that of the second elastic portion 16-5, and has a structure that is easily deformed in the directions of arrows C and D in the drawing.

上記変形例によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
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。 The same effect as that of the above embodiment can be obtained by the above modification.
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 an appropriate combination of 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…力覚センサ、１１…本体、１６…弾性体、１６－１…第１構造体、１６－２…第２構造体、１６－３…第３構造体、１６－４…第１弾性部、１６－５…第２弾性部、１６－６…中継部、１９…歪センサ、１９ａ…起歪体。 10 ... Force sensor, 11 ... Main body, 16 ... Elastic body, 16-1 ... First structure, 16-2 ... Second structure, 16-3 ... Third structure, 16-4 ... First elastic part , 16-5 ... Second elastic part, 16-6 ... Relay part, 19 ... Strain sensor, 19a ... Distortion body.

Claims (8)

６軸方向に変形可能な複数の第１弾性部が接続される第１構造体と、
前記６軸方向に変形可能な第２弾性部と、前記第２弾性部に接続された中継部を有する複数の第２構造体と、
前記第２構造体の前記中継部のそれぞれと前記第１弾性部のそれぞれとの間に設けられた複数の第３構造体と、
を具備し、
前記第１構造体、前記第２構造体、前記第３構造体、前記中継部、前記第１弾性部、及び前記第２弾性部は、１枚の金属板からなり、前記第２構造体、前記第３構造体、前記中継部、前記第１弾性部、及び前記第２弾性部は、折り曲げられた前記金属板であることを特徴とする弾性体。 A first structure to which a plurality of first elastic parts deformable in the 6-axis direction are connected, and
A second elastic portion that can be deformed in the six-axis direction, and a plurality of second structures having a relay portion connected to the second elastic portion.
A plurality of third structures provided between each of the relay portions of the second structure and each of the first elastic portions, and
Equipped with
The first structure, the second structure, the third structure, the relay part, the first elastic part, and the second elastic part are made of one metal plate, and the second structure. The third structure, the relay portion, the first elastic portion, and the second elastic portion are elastic bodies characterized by being the bent metal plate. 前記第１弾性部は、前記第２弾性部の剛性以下の剛性を有することを特徴とする請求項１記載の弾性体。 The elastic body according to claim 1, wherein the first elastic portion has a rigidity equal to or lower than that of the second elastic portion. 前記第１弾性部は、前記第３構造体の幅方向の一部に設けられることを特徴とする請求項１記載の弾性体。 The elastic body according to claim 1, wherein the first elastic portion is provided in a part of the third structure in the width direction. 前記第１弾性部は、前記第３構造体の長さ方向の一端部に設けられることを特徴とする請求項１記載の弾性体。 The elastic body according to claim 1, wherein the first elastic portion is provided at one end of the third structure in the length direction. ６軸方向に変形可能な複数の第１弾性部が接続される第１構造体と、
前記６軸方向に変形可能な第２弾性部と、前記第２弾性部に接続された中継部を有する複数の第２構造体と、
前記第２構造体の前記中継部のそれぞれと前記第１弾性部のそれぞれとの間に設けられた複数の第３構造体と、
前記第１構造体と前記中継部のそれぞれとの間に設けられた複数の歪センサと、
を具備し、
前記第１構造体、前記第２構造体、前記第３構造体、前記中継部、前記第１弾性部、及び前記第２弾性部は、１枚の金属板からなり、前記第２構造体、前記第３構造体、前記中継部、前記第１弾性部、及び前記第２弾性部は、折り曲げられた前記金属板であることを特徴とする力覚センサ。 A first structure to which a plurality of first elastic parts deformable in the 6-axis direction are connected, and
A second elastic portion that can be deformed in the six-axis direction, and a plurality of second structures having a relay portion connected to the second elastic portion.
A plurality of third structures provided between each of the relay portions of the second structure and each of the first elastic portions, and
A plurality of strain sensors provided between the first structure and each of the relay portions, and
Equipped with
The first structure, the second structure, the third structure, the relay part, the first elastic part, and the second elastic part are made of one metal plate, and the second structure. A force sensor characterized in that the third structure, the relay portion, the first elastic portion, and the second elastic portion are the bent metal plates. 前記第１弾性部は、前記第２弾性部の剛性以下の剛性を有することを特徴とする請求項５記載の力覚センサ。 The force sensor according to claim 5, wherein the first elastic portion has a rigidity equal to or lower than that of the second elastic portion. 前記第１弾性部は、前記第３構造体の幅方向の一部に設けられることを特徴とする請求項５記載の力覚センサ。 The force sensor according to claim 5, wherein the first elastic portion is provided in a part of the third structure in the width direction. 前記第１弾性部は、前記第３構造体の長さ方向の一端部に設けられることを特徴とする請求項５記載の力覚センサ。 The force sensor according to claim 5, wherein the first elastic portion is provided at one end of the third structure in the length direction.
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