JP7004368B2

JP7004368B2 - Force sensor

Info

Publication number: JP7004368B2
Application number: JP2021164165A
Authority: JP
Inventors: 和廣岡田; 美穂岡田
Original assignee: Tri Force Management Corp
Current assignee: Tri Force Management Corp
Priority date: 2019-02-13
Filing date: 2021-10-05
Publication date: 2022-01-21
Anticipated expiration: 2038-10-03
Also published as: JP6941402B1; JP2022000661A; JP2021182014A; JP2021152550A; JP6961283B1

Description

本発明は、力覚センサに関し、特に、産業用ロボット、生活支援ロボット、医療用ロボット等の各種ロボットの制御に利用可能な力覚センサに関する。 The present invention relates to a force sensor, and more particularly to a force sensor that can be used to control various robots such as industrial robots, life support robots, and medical robots.

従来、所定の軸方向に作用した力および所定の回転軸まわりに作用したモーメント（トルク）を電気信号として出力する力覚センサが知られている。この力覚センサは、産業用ロボットを初めとして、協働ロボット、生活支援ロボット、医療用ロボットおよびサービスロボット等、各種ロボットの力制御等に幅広く利用されている。 Conventionally, a force sensor that outputs a force acting in a predetermined axial direction and a moment (torque) acting around a predetermined rotating axis as an electric signal is known. This force sensor is widely used for force control of various robots such as industrial robots, collaborative robots, life support robots, medical robots, and service robots.

力覚センサとして、特許文献１～３に記載のように、容量素子の静電容量値の変動量によって力およびモーメントを検出する静電容量型の力覚センサが知られている。また、特許文献４に記載のように、歪ゲージの電気抵抗値の変動量によって力およびモーメントを検出する歪ゲージ型の力覚センサも知られている。 As a force sensor, as described in Patent Documents 1 to 3, a capacitance type force sensor that detects a force and a moment by a fluctuation amount of a capacitance value of a capacitance element is known. Further, as described in Patent Document 4, a strain gauge type force sensor that detects a force and a moment by the amount of fluctuation of the electric resistance value of the strain gauge is also known.

特許第６０５３２４７号Patent No. 6053247 特許第６３０８６０５号Patent No. 6308605 特許第６２５７０１７号Patent No. 6257017 特開平８－１２２１７８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-122178

ところで、従来、力覚センサから出力される電気信号を外部に取り出すためのコネクタが力覚センサの外装体（筐体）に設けられている。図１２および図１３を参照して従来の力覚センサについて説明する。なお、図１３では、コネクタ固定体３７０の上面は透視して図示している。 By the way, conventionally, a connector for taking out an electric signal output from a force sensor to the outside is provided on the outer body (housing) of the force sensor. A conventional force sensor will be described with reference to FIGS. 12 and 13. In FIG. 13, the upper surface of the connector fixing body 370 is shown through.

図１２および図１３に示すように、従来の力覚センサ３００は、ロボットのエンドエフェクタ等から力またはモーメントの作用を受ける受力体３１０と、この受力体３１０および検出リング（図示せず）を支持する支持体３３０と、電気信号を出力する検出回路（図示せず）に電気的に接続されたコネクタ３５０と、円柱状の外装体３６０と、コネクタ固定体３７０と、を備えている。受力体３１０と外装体３６０の間には、防水・防塵用の弾性体３６１が設けられている。 As shown in FIGS. 12 and 13, the conventional force sensor 300 includes a force receiving body 310 that receives the action of a force or a moment from a robot end effector or the like, and the force receiving body 310 and a detection ring (not shown). It is provided with a support 330 that supports the above, a connector 350 that is electrically connected to a detection circuit (not shown) that outputs an electric signal, a columnar exterior body 360, and a connector fixing body 370. An elastic body 361 for waterproofing and dustproofing is provided between the receiving body 310 and the exterior body 360.

コネクタ固定体３７０は、外装体３６０の外周面に設けられ、コネクタ３５０を固定している。コネクタ３５０は、レセプタクル（メス型コネクタ）であり、ロボットの制御部と電気ケーブルを介して接続される。図１２および図１３に示すように、コネクタ３５０は、外装体３６０の周方向に沿って電気ケーブルを接続する。なお、図示しないが、外装体３６０の半径方向に沿って電気ケーブルを接続するコネクタもある。 The connector fixing body 370 is provided on the outer peripheral surface of the exterior body 360 and fixes the connector 350. The connector 350 is a receptacle (female connector) and is connected to the control unit of the robot via an electric cable. As shown in FIGS. 12 and 13, the connector 350 connects an electric cable along the circumferential direction of the exterior body 360. Although not shown, there is also a connector for connecting an electric cable along the radial direction of the exterior body 360.

上記のように、従来の力覚センサ３００では、コネクタ固定体３７０が外装体３６０の外周面に設けられる。電気ケーブルは、力覚センサとロボットの間を架け渡したり、ロボットの外装を這うように配線されて、外装体３６０の外周面側からコネクタ３５０に接続される。このため、従来の力覚センサでは、ロボットの動作に伴って電気ケーブルが破損ないし破断するおそれが高まるという課題があった。また、電気ケーブルがロボットの外部に露出しているため、作業者、被支援者等の人が電気ケーブルに引っかかるなどの安全性の問題や、見栄えが損なわれるという課題もある。 As described above, in the conventional force sensor 300, the connector fixing body 370 is provided on the outer peripheral surface of the exterior body 360. The electric cable is routed between the force sensor and the robot or crawls around the exterior of the robot, and is connected to the connector 350 from the outer peripheral surface side of the exterior body 360. For this reason, the conventional force sensor has a problem that the electric cable is more likely to be damaged or broken as the robot operates. Further, since the electric cable is exposed to the outside of the robot, there is a problem of safety such that a person such as a worker or a person to be supported gets caught in the electric cable, and there is a problem that the appearance is impaired.

本発明は、上記の技術的認識に基づいてなされたものであり、その目的は、ロボットの安全性および信頼性を向上させるとともに、ロボットの見栄えを向上させることができる力覚センサを提供することである。 The present invention has been made based on the above technical recognition, and an object of the present invention is to provide a force sensor capable of improving the safety and reliability of a robot and improving the appearance of the robot. Is.

本発明に係る力覚センサは、
ロボットに装着される力覚センサであって、
検出対象となる力またはモーメントの作用を受ける受力体と、
前記受力体が受けた力またはモーメントを検出する検出部を有する検出リングと、
前記検出リングを支持する支持体と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記検出リングに作用した力またはモーメントを示す電気信号を出力する検出回路と、
一方の開口部に前記受力体が配置され、他方の開口部に前記支持体が配置され、前記検出リングを内蔵する筒状の外装体と、
前記電気信号を出力する前記検出回路の端子に電気的に接続されたコネクタであって、前記ロボットの内部に延設された電気ケーブルを前記支持体側から接続可能に設けられたコネクタと、を備える。 The force sensor according to the present invention is
It is a force sensor attached to a robot.
A receiving body that is affected by the force or moment to be detected,
A detection ring having a detection unit for detecting the force or moment received by the receiving body, and
A support that supports the detection ring and
A detection circuit that outputs an electric signal indicating a force or moment acting on the detection ring based on the detection result of the detection unit, and a detection circuit.
A cylindrical exterior body in which the receiving body is arranged in one opening, the support is arranged in the other opening, and the detection ring is built in, and
A connector electrically connected to a terminal of the detection circuit that outputs the electric signal, and is provided so that an electric cable extending inside the robot can be connected from the support side. ..

また、前記力覚センサにおいて、
前記支持体は、前記受力体と対向する第１の主面と、前記第１の主面と反対側の第２の主面とを有し、
前記第２の主面には凹部が設けられ、
前記コネクタは、前記凹部の底部に設けられた貫通孔に嵌合してもよい。 Further, in the force sensor,
The support has a first main surface facing the receiving body and a second main surface opposite to the first main surface.
A recess is provided on the second main surface.
The connector may be fitted into a through hole provided at the bottom of the recess.

また、前記力覚センサにおいて、
前記コネクタは、前記第２の主面側に露出する接続面を有しており、前記接続面が前記第２の主面よりも奥側に位置するように前記支持体に固定されていてもよい。 Further, in the force sensor,
The connector has a connection surface exposed to the second main surface side, and even if the connection surface is fixed to the support so as to be located on the back side of the second main surface. good.

また、前記力覚センサにおいて、
前記支持体は、前記受力体と対向する第１の主面と、前記第１の主面と反対側の第２の主面とを有し、
前記第１の主面と前記の第２の主面間を貫通する貫通孔が設けられ、
前記第１の主面側における前記貫通孔の開口を覆うとともに、前記コネクタを固定するコネクタ固定体をさらに備えてもよい。 Further, in the force sensor,
The support has a first main surface facing the receiving body and a second main surface opposite to the first main surface.
A through hole is provided so as to penetrate between the first main surface and the second main surface.
A connector fixing body for fixing the connector may be further provided while covering the opening of the through hole on the first main surface side.

また、前記力覚センサにおいて、
前記コネクタは、前記第２の主面側に露出する接続面を有しており、前記接続面が前記第２の主面よりも奥側に位置するように前記コネクタ固定体に固定されていてもよい。 Further, in the force sensor,
The connector has a connecting surface exposed to the second main surface side, and is fixed to the connector fixing body so that the connecting surface is located on the back side of the second main surface. May be good.

また、前記力覚センサにおいて、
前記支持体は、前記受力体と対向する第１の主面と、前記第１の主面と反対側の第２の主面とを有し、
前記コネクタは、前記支持体に設けられた貫通孔に嵌合し、
前記第２の主面から突出した前記コネクタを囲うように突設されたコネクタ保護体をさらに備えてもよい。 Further, in the force sensor,
The support has a first main surface facing the receiving body and a second main surface opposite to the first main surface.
The connector is fitted into a through hole provided in the support.
A connector protector projecting so as to surround the connector protruding from the second main surface may be further provided.

また、前記力覚センサにおいて、
前記支持体が環状であり、前記外装体の内周面が前記支持体の外周側面に接続しており、
外周面が前記支持体の内周側面に接続する筒状の内装体をさらに備え、前記コネクタのうち少なくとも一部は前記内装体の内部に配置されていてもよい。 Further, in the force sensor,
The support is annular, and the inner peripheral surface of the exterior body is connected to the outer peripheral side surface of the support.
Further, a tubular interior body whose outer peripheral surface is connected to the inner peripheral side surface of the support may be further provided, and at least a part of the connectors may be arranged inside the interior body.

また、前記力覚センサにおいて、
前記内装体の内周面に設けられ、前記コネクタを固定するコネクタ固定体をさらに備えてもよい。 Further, in the force sensor,
A connector fixing body provided on the inner peripheral surface of the interior body and fixing the connector may be further provided.

また、前記力覚センサにおいて、
前記コネクタ固定体は、
前記コネクタを固定する固定板部と、
前記固定板部および前記内装体の内周面に接続し、前記コネクタのうち前記固定板部より上方の部分を取り囲むカバー部と、
を有してもよい。 Further, in the force sensor,
The connector fixing body is
A fixing plate for fixing the connector and
A cover portion that is connected to the fixed plate portion and the inner peripheral surface of the interior body and surrounds the portion of the connector above the fixed plate portion.
May have.

また、前記力覚センサにおいて、
前記コネクタは、Ｌ字状に構成されており、前記内装体に設けられた貫通孔に嵌合されていてもよい。 Further, in the force sensor,
The connector has an L-shape and may be fitted into a through hole provided in the interior body.

また、前記力覚センサにおいて、
前記内装体には、前記電気ケーブル以外のケーブルを挿通可能な配線スペースが確保されていてもよい。 Further, in the force sensor,
A wiring space into which a cable other than the electric cable can be inserted may be secured in the interior body.

また、前記力覚センサにおいて、
前記コネクタは、前記第２の主面側に露出する接続面が前記第２の主面よりも奥側に位置するように前記内装体の内部に配置されていてもよい。 Further, in the force sensor,
The connector may be arranged inside the interior body so that the connection surface exposed to the second main surface side is located on the back side of the second main surface.

また、前記力覚センサにおいて、
前記コネクタを固定するとともに、前記支持体側から前記外装体または前記支持体に取り付けられたコネクタ固定外装体をさらに備えてもよい。 Further, in the force sensor,
In addition to fixing the connector, the exterior body or the connector fixing exterior body attached to the support body may be further provided from the support side.

また、前記力覚センサにおいて、
前記コネクタ固定外装体は、筒部と、前記筒部の下端を閉塞する底部と、前記底部に設けられた貫通孔を覆うように設けられ、前記コネクタを固定するコネクタ固定部とを有してもよい。 Further, in the force sensor,
The connector fixing exterior body has a cylinder portion, a bottom portion that closes the lower end of the cylinder portion, and a connector fixing portion that is provided so as to cover a through hole provided in the bottom portion and fixes the connector. May be good.

また、前記力覚センサにおいて、
前記底部は、前記支持体と対向する第１の主面と、前記第１の主面と反対側の第２の主面とを有し、
前記コネクタは、前記第２の主面側に露出する接続面が前記第２の主面よりも奥側に位置するように前記コネクタ固定部に固定されていてもよい。 Further, in the force sensor,
The bottom portion has a first main surface facing the support and a second main surface opposite to the first main surface.
The connector may be fixed to the connector fixing portion so that the connection surface exposed to the second main surface side is located on the back side of the second main surface.

また、前記力覚センサにおいて、
前記コネクタは、前記検出リングの中心軸に沿って設けられていてもよい。 Further, in the force sensor,
The connector may be provided along the central axis of the detection ring.

また、前記力覚センサにおいて、
前記検出部は、前記検出リングの中心点から見て均等に分散して複数設けられていてもよい。 Further, in the force sensor,
A plurality of the detection units may be provided evenly dispersed when viewed from the center point of the detection ring.

本発明に係る力覚センサでは、電気信号を出力する検出回路の端子に電気的に接続されたコネクタが、ロボットの内部に延設された電気ケーブルを支持体側から接続可能に設けられている。これにより、従来のように電気ケーブルをロボットの外部に設けるのではなく、ロボットの内部に設けることができるようになる。その結果、作業者、被支援者等の人が電気ケーブルに引っかかるなどの事態を防止することができる。また、ロボットの動作時に電気ケーブルが破損ないし破断することを抑制することができる。さらに、電気ケーブルが外側から見えないため、ロボットの見栄えを向上させることができる。よって、本発明によれば、ロボットの安全性および信頼性を向上させるとともに、ロボットの見栄えを向上させることができる。 In the force sensor according to the present invention, a connector electrically connected to a terminal of a detection circuit that outputs an electric signal is provided so that an electric cable extending inside the robot can be connected from the support side. As a result, the electric cable can be provided inside the robot instead of being provided outside the robot as in the conventional case. As a result, it is possible to prevent a situation in which a worker, a person to be supported, or the like is caught in the electric cable. In addition, it is possible to prevent the electric cable from being damaged or broken during the operation of the robot. Furthermore, since the electric cable cannot be seen from the outside, the appearance of the robot can be improved. Therefore, according to the present invention, the safety and reliability of the robot can be improved, and the appearance of the robot can be improved.

実施形態に係る力覚センサの、ロボットへの適用例を示す図である。It is a figure which shows the application example to the robot of the force sensor which concerns on embodiment. 第１の実施形態に係る力覚センサの一部縦断面図である。It is a partial vertical sectional view of the force sensor which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る力覚センサの下面図である。It is a bottom view of the force sensor which concerns on 1st Embodiment. （ａ）は第１の例に係る検出リングの斜視図であり、（ｂ）は当該検出リングの側面図であり、（ｃ）は当該検出リングの下面図である。(A) is a perspective view of the detection ring according to the first example, (b) is a side view of the detection ring, and (c) is a bottom view of the detection ring. （ａ）は第２の例に係る検出リングの上面図であり、（ｂ）は当該検出リングの側面図である。(A) is a top view of the detection ring according to the second example, and (b) is a side view of the detection ring. 第２の実施形態に係る力覚センサの一部縦断面図である。It is a partial vertical sectional view of the force sensor according to the second embodiment. 第３の実施形態に係る力覚センサの一部縦断面図である。It is a partial vertical sectional view of the force sensor according to the third embodiment. 第４の実施形態に係る力覚センサの一部縦断面図である。It is a partial vertical sectional view of the force sensor according to the 4th embodiment. 第４の実施形態に係る力覚センサの下面図である。It is a bottom view of the force sensor which concerns on 4th Embodiment. 第４の実施形態の変形例に係る力覚センサの一部縦断面図である。It is a partial vertical sectional view of the force sensor which concerns on the modification of 4th Embodiment. 第５の実施形態に係る力覚センサの一部縦断面図である。It is a partial vertical sectional view of the force sensor according to the fifth embodiment. 従来の力覚センサの側面図である。It is a side view of the conventional force sensor. 従来の力覚センサの上面図である。It is a top view of the conventional force sensor.

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図においては、同等の機能を有する構成要素に同一の符号を付している。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等は現実のものとは異なる。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals are given to the components having the same functions. In addition, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the plane dimensions is different from the actual one.

＜力覚センサのロボットへの適用＞
実施形態に係る力覚センサについて説明する前に、当該力覚センサのロボットへの適用例について図１を参照して説明する。 <Application of force sensor to robots>
Before explaining the force sensor according to the embodiment, an example of application of the force sensor to a robot will be described with reference to FIG.

図１に示すように、産業用ロボット１０００は、ロボット本体１１００と、エンドエフェクタ１２００と、電気ケーブル１３００と、制御部１４００と、力覚センサ１と、を有している。ロボット本体１１００は、ロボットのアーム部を含んでいる。ロボット本体１１００とエンドエフェクタ１２００の間には、力覚センサ１が設けられている。 As shown in FIG. 1, the industrial robot 1000 has a robot main body 1100, an end effector 1200, an electric cable 1300, a control unit 1400, and a force sensor 1. The robot body 1100 includes an arm portion of the robot. A force sensor 1 is provided between the robot body 1100 and the end effector 1200.

電気ケーブル１３００は、ロボット本体１１００の内部に延設されている。この電気ケーブル１３００は、力覚センサ１のコネクタ５０（後述）に接続している。 The electric cable 1300 extends inside the robot body 1100. The electric cable 1300 is connected to the connector 50 (described later) of the force sensor 1.

なお、図１では、制御部１４００はロボット本体１１００の内部に配置されているが、他の場所（例えばロボット外部の制御盤）に配置されてもよい。また、力覚センサ１のロボットへの装着態様は図１に示すものに限られない。 Although the control unit 1400 is arranged inside the robot main body 1100 in FIG. 1, it may be arranged in another place (for example, a control panel outside the robot). Further, the mounting mode of the force sensor 1 on the robot is not limited to that shown in FIG.

力覚センサ１は、グリッパー等のエンドエフェクタ１２００に作用する力またはモーメントを検出する。検出された力またはモーメントを示す電気信号は、電気ケーブル１３００を介して産業用ロボット１０００の制御部１４００に送信される。制御部１４００は、受信した電気信号に基づいてロボット本体１１００およびエンドエフェクタ１２００の動作を制御する。 The force sensor 1 detects a force or moment acting on an end effector 1200 such as a gripper. An electric signal indicating the detected force or moment is transmitted to the control unit 1400 of the industrial robot 1000 via the electric cable 1300. The control unit 1400 controls the operations of the robot main body 1100 and the end effector 1200 based on the received electric signal.

実施形態に係る力覚センサ１を適用した産業用ロボット１０００においては、電気ケーブル１３００がロボット本体１１００内に配置されている。このため、ロボット動作時に、電気ケーブル１３００が外部の物体と接触等したり、電気ケーブル１３００に張力や曲げ応力が加わることにより、破損ないし破断することが抑制される。 In the industrial robot 1000 to which the force sensor 1 according to the embodiment is applied, the electric cable 1300 is arranged in the robot main body 1100. Therefore, it is possible to prevent the electric cable 1300 from being damaged or broken due to contact with an external object or tension or bending stress applied to the electric cable 1300 during robot operation.

なお、力覚センサ１は、産業用ロボットに限られず、生活支援ロボット、医療用ロボット等の各種ロボットに適用可能である。 The force sensor 1 is not limited to industrial robots, but can be applied to various robots such as life support robots and medical robots.

以下、本発明の実施形態に係る力覚センサについて説明する。 Hereinafter, the force sensor according to the embodiment of the present invention will be described.

（第１の実施形態）
図２および図３を参照して、第１の実施形態に係る力覚センサについて説明する。図２は、本実施形態に係る力覚センサ１の一部縦断面図である。なお、図２では、接続部１５、固定部１６および検出リング２０は模式的に示している。これらの構成要素の具体例は、図４および図５を参照して説明する。図３は、本実施形態に係る力覚センサ１の下面図である。 (First Embodiment)
The force sensor according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a partial vertical sectional view of the force sensor 1 according to the present embodiment. Note that FIG. 2 schematically shows the connecting portion 15, the fixing portion 16, and the detection ring 20. Specific examples of these components will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 3 is a bottom view of the force sensor 1 according to the present embodiment.

力覚センサ１は、所定の軸方向に作用した力および所定の回転軸まわりに作用したモーメント（トルク）を電気信号として出力する機能を有する。本実施形態に係る力覚センサ１の外形は背の低い円柱状である。 The force sensor 1 has a function of outputting a force acting in a predetermined axial direction and a moment (torque) acting around a predetermined rotation axis as an electric signal. The outer shape of the force sensor 1 according to the present embodiment is a short columnar shape.

力覚センサ１は、図２に示すように、受力体１０と、接続部１５と、固定部１６と、検出リング２０と、支持体３０と、検出回路４０と、コネクタ５０と、筒状の外装体６０とを備えている。以下、各構成要素について詳しく説明する。 As shown in FIG. 2, the force sensor 1 has a receiving body 10, a connecting portion 15, a fixing portion 16, a detection ring 20, a support 30, a detection circuit 40, a connector 50, and a cylindrical shape. The exterior body 60 is provided. Hereinafter, each component will be described in detail.

受力体１０は、検出対象となる力またはモーメントの作用を受ける。作用を受けることにより、受力体１０は支持体３０に対して相対移動する。先に説明した図１の例で言えば、受力体１０はエンドエフェクタ１２００に接しており、エンドエフェクタ１２００から力またはモーメントを受ける。 The receiving body 10 is affected by the force or moment to be detected. Upon receiving the action, the receiving body 10 moves relative to the support 30. In the example of FIG. 1 described above, the receiving body 10 is in contact with the end effector 1200 and receives a force or a moment from the end effector 1200.

本実施形態では、受力体１０の形状は円盤状である。なお、受力体１０の平面形状は、円形に限られず、方形、多角形、楕円形等の他の形状であってもよい。また、受力体１０は、従来の力覚センサ３００の受力体３１０のように、外装体６０の開口端を上側から覆うように設けられてもよい。 In the present embodiment, the shape of the receiving body 10 is a disk shape. The planar shape of the receiving body 10 is not limited to a circle, but may be another shape such as a square, a polygon, or an ellipse. Further, the receiving body 10 may be provided so as to cover the open end of the exterior body 60 from above, like the receiving body 310 of the conventional force sensor 300.

受力体１０は、接続部１５を介して検出リング２０に接続されている。この受力体１０は、図２に示すように、接続部１５、検出リング２０および固定部１６を介して支持体３０に支持されている。 The receiving body 10 is connected to the detection ring 20 via the connecting portion 15. As shown in FIG. 2, the receiving body 10 is supported by the support body 30 via the connecting portion 15, the detection ring 20, and the fixing portion 16.

接続部１５は、受力体１０を、検出リング２０の所定の部分に接続する。図４の例では、接続部１５は受力体１０を検出リング２０の作用点Ｑ１，Ｑ２に接続する。また、図５の例では、接続部１５は受力体１０を検出リング２０の外側リング部２１に接続する。 The connecting portion 15 connects the receiving body 10 to a predetermined portion of the detection ring 20. In the example of FIG. 4, the connecting portion 15 connects the receiving body 10 to the action points Q1 and Q2 of the detection ring 20. Further, in the example of FIG. 5, the connecting portion 15 connects the receiving body 10 to the outer ring portion 21 of the detection ring 20.

検出リング２０は、受力体１０が受けた力またはモーメントを検出する検出部Ｄ１～Ｄ４を有する。検出部Ｄ１～Ｄ４は、受力体１０が受けた力またはモーメントを検出することによって歪みまたは変位を生じるように構成されている。検出部Ｄ１～Ｄ４の構成例は図４、図５を参照して後ほど詳しく説明する。なお、接続部１５、固定部１６および検出リング２０を総称して、起歪体と呼ぶこともある。 The detection ring 20 has detection units D1 to D4 for detecting the force or moment received by the receiving body 10. The detection units D1 to D4 are configured to generate distortion or displacement by detecting the force or moment received by the receiving body 10. Configuration examples of the detection units D1 to D4 will be described in detail later with reference to FIGS. 4 and 5. The connecting portion 15, the fixing portion 16, and the detection ring 20 may be collectively referred to as a strain-causing body.

支持体３０は、検出リング２０を支持する。より詳しくは、支持体３０は、固定部１６を介して検出リング２０を支持する。図１の例で言えば、支持体３０はロボット本体１１００（アーム部）の先端にネジで固定される。 The support 30 supports the detection ring 20. More specifically, the support 30 supports the detection ring 20 via the fixing portion 16. In the example of FIG. 1, the support 30 is fixed to the tip of the robot body 1100 (arm portion) with a screw.

固定部１６は、検出リング２０の所定の部分を支持体３０に固定する。図４の例では、固定部１６は検出リング２０の固定点Ｐ１，Ｐ２を支持体３０に固定する。また、図５の例では、固定部１６は検出リング２０の内側リング部２２を支持体３０に固定する。なお、図５の例において、接続部１５が受力体１０を内側リング部２２に接続し、固定部１６が外側リング部２１を支持体３０に固定してもよい。 The fixing portion 16 fixes a predetermined portion of the detection ring 20 to the support 30. In the example of FIG. 4, the fixing portion 16 fixes the fixing points P1 and P2 of the detection ring 20 to the support 30. Further, in the example of FIG. 5, the fixing portion 16 fixes the inner ring portion 22 of the detection ring 20 to the support 30. In the example of FIG. 5, the connecting portion 15 may connect the receiving body 10 to the inner ring portion 22, and the fixing portion 16 may fix the outer ring portion 21 to the support body 30.

本実施形態では、支持体３０の形状は円盤状である。なお、支持体３０の平面形状は、円形に限られず、方形、多角形、楕円形等の他の形状であってもよい。 In the present embodiment, the shape of the support 30 is a disk shape. The planar shape of the support 30 is not limited to a circle, but may be another shape such as a square, a polygon, or an ellipse.

支持体３０は、図２に示すように、受力体１０と対向する主面３０ａ（第１の主面）と、主面３０ａと反対側の主面３０ｂ（第２の主面）とを有する。図２および図３に示すように、支持体３０の主面３０ｂには、凹部３１が設けられている。本実施形態では、凹部３１は支持体３０の中心に設けられている。これにより、コネクタ５０を検出リング２０の中央部分に配置することができ、力覚センサ１の内部空間を効率的に使用することができる。ただし、本発明は、凹部３１を支持体３０の中心から外れた位置に設けることを排除するものではない。 As shown in FIG. 2, the support body 30 has a main surface 30a (first main surface) facing the receiving body 10 and a main surface 30b (second main surface) opposite to the main surface 30a. Have. As shown in FIGS. 2 and 3, a recess 31 is provided in the main surface 30b of the support 30. In the present embodiment, the recess 31 is provided in the center of the support 30. As a result, the connector 50 can be arranged in the central portion of the detection ring 20, and the internal space of the force sensor 1 can be efficiently used. However, the present invention does not exclude the provision of the recess 31 at a position off the center of the support 30.

検出回路４０は、検出リング２０の検出部Ｄ１～Ｄ４の検出結果に基づいて、検出リング２０に作用した力またはモーメントを示す電気信号を出力する。この検出回路４０は、例えばマイクロプロセッサにより構成される。検出回路４０は、検出部Ｄ１～Ｄ４から受信したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機能や、信号を増幅する機能を有してもよい。 The detection circuit 40 outputs an electric signal indicating a force or moment acting on the detection ring 20 based on the detection results of the detection units D1 to D4 of the detection ring 20. The detection circuit 40 is composed of, for example, a microprocessor. The detection circuit 40 may have an A / D conversion function for converting an analog signal received from the detection units D1 to D4 into a digital signal, and a function for amplifying the signal.

コネクタ５０は、検出リング２０に作用した力またはモーメントを示す電気信号を出力する検出回路４０の端子に電気的に接続されている。コネクタ５０は、例えば、電気ケーブル１３００のプラグ（オス型コネクタ）を接続可能なレセプタクル（メス型コネクタ）である。 The connector 50 is electrically connected to a terminal of a detection circuit 40 that outputs an electric signal indicating a force or moment acting on the detection ring 20. The connector 50 is, for example, a receptacle (female connector) to which a plug (male connector) of the electric cable 1300 can be connected.

コネクタ５０は、図２および図３に示すように、複数の端子５１と、複数のガイドピン挿入孔５２とを有する。端子５１は、配線コードを介して検出回路４０の出力端子に電気的に接続されている。なお、図１では、端子５１を２つしか図示していないが、実際にはコネクタ５０はガイドピン挿入孔５２の数に応じた端子５１を有する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the connector 50 has a plurality of terminals 51 and a plurality of guide pin insertion holes 52. The terminal 51 is electrically connected to the output terminal of the detection circuit 40 via a wiring cord. Although only two terminals 51 are shown in FIG. 1, the connector 50 actually has terminals 51 according to the number of guide pin insertion holes 52.

コネクタ５０は、図２に示すように、支持体３０の主面３０ｂ側に露出する接続面５０ａを有する。この接続面５０ａに複数のガイドピン挿入孔５２が設けられている。 As shown in FIG. 2, the connector 50 has a connecting surface 50a exposed on the main surface 30b side of the support 30. A plurality of guide pin insertion holes 52 are provided on the connection surface 50a.

コネクタ５０は、図１を参照して説明したように、ロボットの内部に延設された電気ケーブルを支持体３０側から接続可能に設けられている。本実施形態では、コネクタ５０は、図２に示すように、凹部３１の底部に設けられた貫通孔に嵌合している。 As described with reference to FIG. 1, the connector 50 is provided so that an electric cable extending inside the robot can be connected from the support 30 side. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the connector 50 is fitted into a through hole provided at the bottom of the recess 31.

コネクタ５０は、図２に示すように、検出リング２０の中心軸に沿って主面３０ａ，３０ｂと直交するように設けられている。ただし、本発明はこれに限られない。すなわち、コネクタ５０が支持体３０側から電気ケーブル１３００を接続可能であれば、コネクタ５０は中心軸から外れて設けられてもよいし、支持体３０と斜交するように設けられてもよい。 As shown in FIG. 2, the connector 50 is provided so as to be orthogonal to the main surfaces 30a and 30b along the central axis of the detection ring 20. However, the present invention is not limited to this. That is, if the connector 50 can connect the electric cable 1300 from the support 30 side, the connector 50 may be provided off the central axis or may be provided so as to intersect the support 30 at an angle.

なお、接続面５０ａは支持体３０の主面３０ａ，３０ｂと平行でなくてもよい。 The connecting surface 50a does not have to be parallel to the main surfaces 30a and 30b of the support 30.

本願発明において、「電気ケーブルを支持体側から接続可能」であるとは、支持体側から力覚センサに接近する電気ケーブルを接続可能であることを意味するものであって、支持体３０の主面３０ａ，３０ｂと平行な面で電気ケーブルと接続する必要は必ずしもない。 In the present invention, "the electric cable can be connected from the support side" means that the electric cable approaching the force sensor can be connected from the support side, and the main surface of the support 30 is connected. It is not always necessary to connect to the electric cable on a plane parallel to 30a and 30b.

コネクタ５０の種類は特に限定されるものではなく、例えば、ＲＳ－４２２、ＵＳＢ等の規格に準拠したものが適用される。なお、コネクタ５０はプラグであってもよい。この場合、端部にレセプタクルが設けられた電気ケーブル１３００とコネクタ５０が接続される。 The type of the connector 50 is not particularly limited, and for example, those conforming to standards such as RS-422 and USB are applied. The connector 50 may be a plug. In this case, the connector 50 is connected to the electric cable 1300 provided with a receptacle at the end.

図２に示すように、コネクタ５０は、接続面５０ａが主面３０ｂよりも奥側に位置するように支持体３０に固定されていてもよい。図２では、接続面５０ａは支持体３０の主面３０ｂよりも長さｄだけ奥側に位置している。これにより、支持体３０が他の物体に衝突した場合にコネクタ５０が破損することを防止できる。本実施形態では凹部３１の底部でコネクタ５０を固定するため、接続面５０ａが主面３０ｂよりも奥側に位置するようにコネクタ５０の位置調整を容易に行うことができる。 As shown in FIG. 2, the connector 50 may be fixed to the support 30 so that the connection surface 50a is located behind the main surface 30b. In FIG. 2, the connecting surface 50a is located behind the main surface 30b of the support 30 by a length d. This makes it possible to prevent the connector 50 from being damaged when the support 30 collides with another object. In the present embodiment, since the connector 50 is fixed at the bottom of the recess 31, the position of the connector 50 can be easily adjusted so that the connection surface 50a is located behind the main surface 30b.

コネクタ５０は、支持体３０に凹部３１を設けず、支持体３０に設けられた貫通孔に嵌合するように支持体３０に固定されてもよい。 The connector 50 may not be provided with the recess 31 in the support 30, and may be fixed to the support 30 so as to fit into the through hole provided in the support 30.

外装体６０は、力覚センサ１の筒状の筐体である。本実施形態では外装体６０の横断面形状は円形であるが、これに限られず、方形、多角形、楕円形等、他の形状であってもよい。 The exterior body 60 is a tubular housing of the force sensor 1. In the present embodiment, the cross-sectional shape of the exterior body 60 is circular, but the cross-sectional shape is not limited to this, and other shapes such as a square, a polygon, and an ellipse may be used.

外装体６０の一方の開口部（図２では上側の開口部）に受力体１０が配置され、他方の開口部（図２では下側の開口部）に支持体３０が配置されている。検出リング２０は、外装体６０に内蔵されている。 The receiving body 10 is arranged in one opening (upper opening in FIG. 2) of the exterior body 60, and the support 30 is arranged in the other opening (lower opening in FIG. 2). The detection ring 20 is built in the exterior body 60.

より詳しくは、図２に示すように、支持体３０は外装体６０の下側の開口部を閉塞するように外装体６０に固定されている。一方、受力体１０と外装体６０との間には隙間が設けられており、受力体１０は、ロボットから受けた力またはモーメントに応じて動くことが可能である。なお、防水性や防塵性を確保するために、受力体１０と外装体６０との間の隙間にゴム等の弾性材が介装されてもよい。また、外装体６０は、支持体３０と一体的に構成されたものであってもよい。 More specifically, as shown in FIG. 2, the support 30 is fixed to the exterior body 60 so as to close the lower opening of the exterior body 60. On the other hand, a gap is provided between the receiving body 10 and the exterior body 60, and the receiving body 10 can move according to the force or moment received from the robot. An elastic material such as rubber may be interposed in the gap between the receiving body 10 and the exterior body 60 in order to ensure waterproofness and dustproofness. Further, the exterior body 60 may be integrally configured with the support body 30.

上記のように、第１の実施形態に係る力覚センサ１では、コネクタ５０が凹部３１の底部に設けられた貫通孔に嵌合しており、電気信号を送信するための電気ケーブルを支持体３０側から接続することが可能である。これにより、従来のように電気ケーブルをロボットの外部に設けるのではなく、ロボットの内部に設けることができるようになる。その結果、作業者、被支援者等の人が電気ケーブルに引っかかるなどの事態を防止することができる。また、ロボットの動作時に電気ケーブルが破損ないし破断することを抑制することができる。よって、ロボットの安全性および信頼性を向上させることができる。さらに、電気ケーブルが外側から見えないため、ロボットの見栄えを向上させることができる。 As described above, in the force sensor 1 according to the first embodiment, the connector 50 is fitted in the through hole provided at the bottom of the recess 31, and the electric cable for transmitting the electric signal is supported by the connector 50. It is possible to connect from the 30 side. As a result, the electric cable can be provided inside the robot instead of being provided outside the robot as in the conventional case. As a result, it is possible to prevent a situation in which a worker, a person to be supported, or the like is caught in the electric cable. In addition, it is possible to prevent the electric cable from being damaged or broken during the operation of the robot. Therefore, the safety and reliability of the robot can be improved. Furthermore, since the electric cable cannot be seen from the outside, the appearance of the robot can be improved.

以上説明したように、第１の実施形態によれば、ロボットの安全性および信頼性を向上させるとともに、ロボットの見栄えを向上させることができる。 As described above, according to the first embodiment, the safety and reliability of the robot can be improved, and the appearance of the robot can be improved.

＜検出リングの例＞
ここで、図４（ａ）～（ｃ）、図５（ａ），（ｂ）を参照して検出リング２０の具体例について説明する。図４は静電容量型の検出リングであり、図５は歪みゲージ型の検出リングである。なお、図５では、検出リング２０に加えて、接続部１５および固定部１６も図示している。 <Example of detection ring>
Here, a specific example of the detection ring 20 will be described with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (c) and FIGS. 5 (a) and 5 (b). FIG. 4 is a capacitance type detection ring, and FIG. 5 is a strain gauge type detection ring. In addition to the detection ring 20, the connecting portion 15 and the fixing portion 16 are also shown in FIG.

まず、静電容量型の検出リングについて説明する。図４（ａ）～（ｃ）に示す検出リング２０は、弾性変形する板状片を組み合わせて構成された検出部Ｄ１～Ｄ４が円環状の構造体の４箇所に設けられている。より詳しくは、検出部Ｄ１～Ｄ４は、円環状の検出リング２０の中心点（原点Ｏ）から見て均等に分散して設けられている。検出リング２０は、４組の検出部Ｄ１～Ｄ４と、これら検出部Ｄ１～Ｄ４を相互に連結する４組の連結部Ｌ１～Ｌ４と、を有している。なお、検出部の数は４つに限られるものではない。 First, a capacitance type detection ring will be described. In the detection rings 20 shown in FIGS. 4A to 4C, detection portions D1 to D4 formed by combining elastically deformable plate-shaped pieces are provided at four locations in the annular structure. More specifically, the detection units D1 to D4 are provided so as to be evenly dispersed when viewed from the center point (origin O) of the annular detection ring 20. The detection ring 20 has four sets of detection units D1 to D4 and four sets of connecting parts L1 to L4 for connecting the detection units D1 to D4 to each other. The number of detection units is not limited to four.

図４（ｂ）に示すように、検出部Ｄ１～Ｄ４の各々は、変形部２６、変形部２７、変位部２８という３枚の板状片（板バネ）によって構成されている。板状片は、連結部Ｌ１～Ｌ４に比べて肉厚が薄い。したがって、検出部Ｄ１～Ｄ４は、連結部Ｌ１～Ｌ４に比べて弾性変形しやすい。このため、検出リング２０に外力が作用した場合、当該外力に基づく検出リング２０の弾性変形は、検出部Ｄ１～Ｄ４に集中して生じ、連結部Ｌ１～Ｌ４の弾性変形は、実用上、無視し得る程度である。 As shown in FIG. 4 (b), each of the detection units D1 to D4 is composed of three plate-shaped pieces (leaf springs), a deformation portion 26, a deformation portion 27, and a displacement portion 28. The plate-shaped piece is thinner than the connecting portions L1 to L4. Therefore, the detection portions D1 to D4 are more likely to be elastically deformed than the connecting portions L1 to L4. Therefore, when an external force acts on the detection ring 20, the elastic deformation of the detection ring 20 based on the external force is concentrated on the detection units D1 to D4, and the elastic deformation of the connecting portions L1 to L4 is practically ignored. It is possible.

検出部Ｄ１～Ｄ４およびこれに対向する支持体３０の所定部分に電極（図示せず）が設けられる。このように設けられた電極間の静電容量は、変位部２８の変位により変化する。この静電容量の変化に基づいて、受力体１０ないし検出リング２０に作用した外力の向きおよび大きさを検出することが可能である。 Electrodes (not shown) are provided at predetermined portions of the detection units D1 to D4 and the support 30 facing the detection units D1 to D4. The capacitance between the electrodes provided in this way changes depending on the displacement of the displacement portion 28. Based on this change in capacitance, it is possible to detect the direction and magnitude of the external force acting on the receiving body 10 or the detection ring 20.

次に、歪みゲージ型の検出リングについて説明する。図５（ａ），（ｂ）に示す検出リング２０は、外側リング部２１と、この外側リング部２１と同心円の内側リング部２２と、複数本の梁部２３と、複数個の歪みゲージ２５とを有する。図５（ｂ）に示すように、外側リング部２１には円環状の接続部１５が設けられている。この接続部１５は受力体１０に固定されている。また、内側リング部２２には円環状の固定部１６が設けられている。この固定部１６は支持体３０に固定されている。 Next, a strain gauge type detection ring will be described. The detection ring 20 shown in FIGS. 5A and 5B has an outer ring portion 21, an inner ring portion 22 concentric with the outer ring portion 21, a plurality of beam portions 23, and a plurality of strain gauges 25. And have. As shown in FIG. 5B, the outer ring portion 21 is provided with an annular connecting portion 15. The connecting portion 15 is fixed to the receiving body 10. Further, the inner ring portion 22 is provided with an annular fixing portion 16. The fixing portion 16 is fixed to the support 30.

外側リング部２１と内側リング部２２は、４本の梁部２３で接続されている。各梁部２３には、６個の歪みゲージ２５が設けられている。より詳しくは、梁部２３の両側面にそれぞれ２個の歪みゲージ２５が設けられ、梁部２３の上面にも２個の歪みゲージ２５が設けられる。図５（ａ）に示すように、歪みゲージ２５は、梁部２３の両端部（すなわち、外側リング部２１と梁部２３との接続部分、および内側リング部２２と梁部２３との接続部分）に設けられる。検出部Ｄ１～Ｄ４は、円環状の検出リング２０の中心点から見て均等に分散して設けられている。なお、梁部２３の数は４本に限られるものではない。 The outer ring portion 21 and the inner ring portion 22 are connected by four beam portions 23. Six strain gauges 25 are provided on each beam portion 23. More specifically, two strain gauges 25 are provided on both side surfaces of the beam portion 23, and two strain gauges 25 are also provided on the upper surface of the beam portion 23. As shown in FIG. 5A, the strain gauge 25 has both ends of the beam portion 23 (that is, a connection portion between the outer ring portion 21 and the beam portion 23, and a connection portion between the inner ring portion 22 and the beam portion 23). ). The detection units D1 to D4 are provided so as to be evenly dispersed when viewed from the center point of the annular detection ring 20. The number of beam portions 23 is not limited to four.

上記歪みゲージ型の検出リング２０は、４本の梁部２３に設けられた合計２４個の歪みゲージ２５により、受力体１０に作用した力とモーメントを検出することが可能である。 The strain gauge type detection ring 20 can detect the force and the moment acting on the receiving body 10 by a total of 24 strain gauges 25 provided on the four beam portions 23.

（第２の実施形態）
次に、図６を参照して、第２の実施形態に係る力覚センサについて説明する。図６は、本実施形態に係る力覚センサ１Ａの一部縦断面図である。なお、図６では、接続部１５、固定部１６および検出リング２０は模式的に示している。 (Second embodiment)
Next, the force sensor according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a partial vertical sectional view of the force sensor 1A according to the present embodiment. In FIG. 6, the connecting portion 15, the fixing portion 16, and the detection ring 20 are schematically shown.

第２の実施形態では、コネクタ５０が支持体３０Ａではなく、コネクタ固定体７０により固定される。以下、第１の実施形態との相違点を中心に、第２の実施形態に係る力覚センサ１Ａについて説明する。 In the second embodiment, the connector 50 is fixed by the connector fixing body 70 instead of the support 30A. Hereinafter, the force sensor 1A according to the second embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment.

力覚センサ１Ａは、図６に示すように、受力体１０と、接続部１５と、固定部１６と、検出リング２０と、支持体３０Ａと、検出回路４０と、コネクタ５０と、外装体６０と、コネクタ固定体７０と、を備えている。 As shown in FIG. 6, the force sensor 1A includes a receiving body 10, a connecting portion 15, a fixing portion 16, a detection ring 20, a support 30A, a detection circuit 40, a connector 50, and an exterior body. 60 and a connector fixing body 70 are provided.

支持体３０Ａは、受力体１０と対向する主面３０ａと、主面３０ａと反対側の主面３０ｂとを有する。本実施形態では、図６に示すように、支持体３０Ａの主面３０ａと主面３０ｂ間を貫通する貫通孔３２が設けられている。この貫通孔３２にコネクタ５０が挿通されている。 The support body 30A has a main surface 30a facing the receiving body 10 and a main surface 30b opposite to the main surface 30a. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, a through hole 32 penetrating between the main surface 30a and the main surface 30b of the support 30A is provided. The connector 50 is inserted through the through hole 32.

力覚センサ１Ａは、コネクタ固定体７０をさらに備えている。このコネクタ固定体７０は、主面３０ａ側における貫通孔３２の開口を覆うとともに、コネクタ５０を固定する。コネクタ固定体７０は、ネジや接着剤等により支持体３０Ａに固定されていてもよいし、あるいは、支持体３０Ａと一体的に形成されたものであってもよい。 The force sensor 1A further includes a connector fixing body 70. The connector fixing body 70 covers the opening of the through hole 32 on the main surface 30a side and fixes the connector 50. The connector fixing body 70 may be fixed to the support 30A with screws, adhesives, or the like, or may be integrally formed with the support 30A.

なお、コネクタ５０は、図６に示すように、接続面５０ａが主面３０ｂよりも奥側に位置するようにコネクタ固定体７０に固定されていてもよい。これにより、支持体３０Ａが他の物体に衝突した場合にコネクタ５０が破損することを防止できる。本実施形態ではコネクタ固定体７０でコネクタ５０を固定するため、接続面５０ａが主面３０ｂよりも奥側に位置するようにコネクタ５０の位置調整を容易に行うことができる。 As shown in FIG. 6, the connector 50 may be fixed to the connector fixing body 70 so that the connecting surface 50a is located on the back side of the main surface 30b. This makes it possible to prevent the connector 50 from being damaged when the support 30A collides with another object. In the present embodiment, since the connector 50 is fixed by the connector fixing body 70, the position of the connector 50 can be easily adjusted so that the connection surface 50a is located on the back side of the main surface 30b.

上記のように、第２の実施形態に係る力覚センサ１Ａでは、コネクタ５０が支持体３０Ａの貫通孔３２に挿通され、コネクタ固定体７０に固定されている。このため、電気信号を送信するための電気ケーブルを支持体３０Ａ側から接続することが可能である。よって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ロボットの安全性および信頼性を向上させることができるとともに、ロボットの見栄えを向上させることができる。 As described above, in the force sensor 1A according to the second embodiment, the connector 50 is inserted through the through hole 32 of the support 30A and fixed to the connector fixing body 70. Therefore, it is possible to connect an electric cable for transmitting an electric signal from the support 30A side. Therefore, according to the second embodiment, the safety and reliability of the robot can be improved and the appearance of the robot can be improved as in the first embodiment.

さらに、第２の実施形態では、コネクタ固定体７０によりコネクタ５０を支持固定するため、第１の実施形態の支持体３０に比べて支持体３０Ａを薄くすることができる。その結果、第２の実施形態によれば、力覚センサの軽量化を図ることができる。 Further, in the second embodiment, since the connector 50 is supported and fixed by the connector fixing body 70, the support body 30A can be made thinner than the support body 30 of the first embodiment. As a result, according to the second embodiment, the weight of the force sensor can be reduced.

（第３の実施形態）
次に、図７を参照して、第３の実施形態に係る力覚センサについて説明する。図７は、本実施形態に係る力覚センサ１Ｂの一部縦断面図である。なお、図７では、接続部１５、固定部１６および検出リング２０は模式的に示している。 (Third embodiment)
Next, the force sensor according to the third embodiment will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a partial vertical sectional view of the force sensor 1B according to the present embodiment. In FIG. 7, the connecting portion 15, the fixing portion 16, and the detection ring 20 are schematically shown.

第３の実施形態では、コネクタ５０が支持体３０Ｂに固定され、支持体３０Ｂから外部に突出した部分がコネクタ保護体８０により保護される。以下、第１の実施形態との相違点を中心に、第３の実施形態に係る力覚センサ１Ｂについて説明する。 In the third embodiment, the connector 50 is fixed to the support 30B, and the portion protruding outward from the support 30B is protected by the connector protector 80. Hereinafter, the force sensor 1B according to the third embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment.

力覚センサ１Ｂは、図７に示すように、受力体１０と、接続部１５と、固定部１６と、検出リング２０と、支持体３０Ｂと、検出回路４０と、コネクタ５０と、外装体６０と、コネクタ５０を保護するためのコネクタ保護体８０と、を備えている。 As shown in FIG. 7, the force sensor 1B includes a receiving body 10, a connecting portion 15, a fixing portion 16, a detection ring 20, a support 30B, a detection circuit 40, a connector 50, and an exterior body. A 60 and a connector protection body 80 for protecting the connector 50 are provided.

本実施形態では、図７に示すように、コネクタ５０は、支持体３０Ｂに設けられた貫通孔に嵌合し、固定されている。支持体３０Ｂは、受力体１０と対向する主面３０ａと、主面３０ａと反対側の主面３０ｂとを有する。 In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the connector 50 is fitted and fixed in a through hole provided in the support 30B. The support body 30B has a main surface 30a facing the receiving body 10 and a main surface 30b opposite to the main surface 30a.

コネクタ保護体８０は、支持体３０Ｂの主面３０ｂから突出したコネクタ５０を囲うように突設されている。コネクタ保護体８０は、ネジや接着剤等により支持体３０Ｂに固定されていてもよいし、あるいは、支持体３０Ｂと一体的に形成されたものであってもよい。 The connector protective body 80 is projected so as to surround the connector 50 protruding from the main surface 30b of the support body 30B. The connector protecting body 80 may be fixed to the support 30B with screws, adhesives, or the like, or may be integrally formed with the support 30B.

なお、コネクタ保護体８０は、コネクタ５０を連続的に囲ってもよいし、あるいは、コネクタ５０の周りに設けた複数の突起によりコネクタ５０を非連続的に囲ってもよい。 The connector protecting body 80 may continuously surround the connector 50, or may discontinuously surround the connector 50 by a plurality of protrusions provided around the connector 50.

また、コネクタ保護体８０は、図７に示すように、支持体３０Ｂの主面３０ｂから、コネクタ５０の突出部分よりも高く突設されてもよい。これにより、より確実にコネクタ５０を保護することができる。 Further, as shown in FIG. 7, the connector protecting body 80 may project from the main surface 30b of the support 30B higher than the protruding portion of the connector 50. As a result, the connector 50 can be protected more reliably.

上記のように、第３の実施形態に係る力覚センサ１Ｂでは、コネクタ５０が支持体３０Ｂに設けられた貫通孔に嵌合しているとともに、コネクタ保護体８０で保護されている。このため、電気信号を送信するための電気ケーブルを支持体３０側から接続することが可能である。よって、第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ロボットの安全性および信頼性を向上させることができるとともに、ロボットの見栄えを向上させることができる。 As described above, in the force sensor 1B according to the third embodiment, the connector 50 is fitted in the through hole provided in the support 30B and is protected by the connector protection body 80. Therefore, it is possible to connect an electric cable for transmitting an electric signal from the support 30 side. Therefore, according to the third embodiment, the safety and reliability of the robot can be improved and the appearance of the robot can be improved as in the first embodiment.

さらに、第３の実施形態によれば、コネクタ５０が主面３０ｂ側に突出する分、コネクタ５０の、主面３０ａからの突出量を低減することができるため、受力体１０と支持体３０Ｂ間の距離を短くすることができる。その結果、力覚センサの薄型化を図ることができる。 Further, according to the third embodiment, the amount of protrusion of the connector 50 from the main surface 30a can be reduced by the amount of the connector 50 protruding toward the main surface 30b, so that the receiving body 10 and the support 30B can be reduced. The distance between them can be shortened. As a result, the force sensor can be made thinner.

（第４の実施形態）
次に、図８および図９を参照して、第４の実施形態に係る力覚センサについて説明する。図８は、本実施形態に係る力覚センサ１Ｃの一部縦断面図である。なお、図８では、接続部１５、固定部１６および検出リング２０は模式的に示している。図９は、力覚センサ１Ｃの下面図である。 (Fourth Embodiment)
Next, the force sensor according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 8 is a partial vertical sectional view of the force sensor 1C according to the present embodiment. Note that FIG. 8 schematically shows the connecting portion 15, the fixing portion 16, and the detection ring 20. FIG. 9 is a bottom view of the force sensor 1C.

第４の実施形態に係る力覚センサ１Ｃは筒状の内装体６５を有し、この内装体６５内にコネクタ５０が設けられる。以下、第１の実施形態との相違点を中心に、第４の実施形態に係る力覚センサ１Ｃについて説明する。 The force sensor 1C according to the fourth embodiment has a cylindrical interior body 65, and a connector 50 is provided in the interior body 65. Hereinafter, the force sensor 1C according to the fourth embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment.

力覚センサ１Ｃは、図８に示すように、環状の受力体１０Ｃと、接続部１５と、固定部１６と、検出リング２０と、環状の支持体３０Ｃと、検出回路４０と、コネクタ５０と、筒状の外装体６０と、外装体６０の内側に配置された筒状の内装体６５と、コネクタ固定体９０と、を備えている。コネクタ５０のうち少なくとも一部は、内装体６５の内部に配置されている。 As shown in FIG. 8, the force sensor 1C includes an annular force receiving body 10C, a connecting portion 15, a fixing portion 16, a detection ring 20, an annular support 30C, a detection circuit 40, and a connector 50. A tubular exterior body 60, a tubular interior body 65 arranged inside the exterior body 60, and a connector fixing body 90 are provided. At least a part of the connector 50 is arranged inside the interior body 65.

本実施形態の受力体１０Ｃおよび支持体３０Ｃは円環状の構造体である。なお、受力体１０Ｃおよび支持体３０Ｃは、矩形環状等、他の環状体であってもよい。支持体３０Ｃは、受力体１０Ｃと対向する主面３０ａと、主面３０ａと反対側の主面３０ｂとを有する。 The passive body 10C and the support body 30C of the present embodiment are annular structures. The receiving body 10C and the support 30C may be other annular bodies such as a rectangular annular body. The support body 30C has a main surface 30a facing the receiving body 10C and a main surface 30b opposite to the main surface 30a.

図８および図９に示すように、外装体６０の内周面が支持体３０Ｃの外周側面に接続する。また、内装体６５は、その外周面が支持体３０Ｃの内周側面に接続する。内装体６５の中心軸は外装体６０の中心軸とほぼ一致する。 As shown in FIGS. 8 and 9, the inner peripheral surface of the exterior body 60 is connected to the outer peripheral side surface of the support 30C. Further, the outer peripheral surface of the interior body 65 is connected to the inner peripheral side surface of the support body 30C. The central axis of the interior body 65 substantially coincides with the central axis of the exterior body 60.

コネクタ固定体９０は、内装体６５の内周面に設けられ、コネクタ５０を固定する。このコネクタ固定体９０は、コネクタ５０を固定する固定板部９１と、固定板部９１および内装体６５の内周面に接続し、コネクタ５０のうち固定板部９１より上方の部分を取り囲むカバー部９２，９３と、を有する箱状のものとして構成されている。カバー部９２，９３を設けることで防水性や防塵性を向上させることができる。ただし、カバー部９２，９３は必須の構成ではなく、固定板部９１のみを内装体６５の内周面に設けてもよい。 The connector fixing body 90 is provided on the inner peripheral surface of the interior body 65 and fixes the connector 50. The connector fixing body 90 is connected to the fixing plate portion 91 for fixing the connector 50, the fixing plate portion 91, and the inner peripheral surface of the interior body 65, and is a cover portion surrounding the portion of the connector 50 above the fixing plate portion 91. It is configured as a box-shaped one having 92, 93 and. By providing the cover portions 92 and 93, waterproofness and dustproofness can be improved. However, the cover portions 92 and 93 are not indispensable, and only the fixing plate portion 91 may be provided on the inner peripheral surface of the interior body 65.

本実施形態では、コネクタ５０の端子５１に接続された配線コードは、図８に示すように、内装体６５の貫通孔を通って検出回路４０に配線されている。 In the present embodiment, the wiring cord connected to the terminal 51 of the connector 50 is wired to the detection circuit 40 through the through hole of the interior body 65 as shown in FIG.

図９に示すように、内装体６５の内部空間の一部はコネクタ固定体９０により占められるものの、電気ケーブル１３００以外の各種ケーブル（電気ケーブル、圧力ケーブル等）を挿通可能な配線スペースＳが確保されている。これにより、ロボット本体１１００とエンドエフェクタ１２００間の電気ケーブル等を、力覚センサ１Ｃ内を通して配線することができるようになる。その結果、ロボットの安全性、信頼性および見栄えをさらに向上させることができる。 As shown in FIG. 9, although a part of the internal space of the interior body 65 is occupied by the connector fixing body 90, a wiring space S through which various cables (electric cables, pressure cables, etc.) other than the electric cable 1300 can be inserted is secured. Has been done. This makes it possible to wire an electric cable or the like between the robot body 1100 and the end effector 1200 through the force sensor 1C. As a result, the safety, reliability and appearance of the robot can be further improved.

なお、図９に示すように、コネクタ５０は、接続面５０ａが支持体３０Ｃの主面３０ｂよりも奥側に位置するようにコネクタ固定体９０により固定されていてもよい。コネクタ５０は、すべて内装体６５の内部に配置される。これにより、支持体３０Ｃが他の物体に衝突した場合にコネクタ５０が破損することを防止できる。 As shown in FIG. 9, the connector 50 may be fixed by the connector fixing body 90 so that the connecting surface 50a is located behind the main surface 30b of the support 30C. All the connectors 50 are arranged inside the interior body 65. This makes it possible to prevent the connector 50 from being damaged when the support 30C collides with another object.

上記のように、第４の実施形態に係る力覚センサ１Ｃでは、コネクタ５０が内装体６５の内部にコネクタ固定体９０により固定されている。このため、電気信号を送信するための電気ケーブルを支持体３０側から接続することが可能である。よって、第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ロボットの安全性および信頼性を向上させることができるとともに、ロボットの見栄えを向上させることができる。 As described above, in the force sensor 1C according to the fourth embodiment, the connector 50 is fixed to the inside of the interior body 65 by the connector fixing body 90. Therefore, it is possible to connect an electric cable for transmitting an electric signal from the support 30 side. Therefore, according to the fourth embodiment, the safety and reliability of the robot can be improved and the appearance of the robot can be improved as in the first embodiment.

なお、本実施形態の変形例として、環状の受力体１０Ｃに代えて、円盤状等、貫通孔を有しない受力体１０を備える力覚センサを想定することも可能である。この場合、内装体６５は、支持体３０Ｃ側から、受力体１０よりも下の位置まで延在する。 As a modification of the present embodiment, it is also possible to assume a force sensor having a receiving body 10 having no through hole, such as a disk shape, instead of the annular receiving body 10C. In this case, the interior body 65 extends from the support body 30C side to a position below the receiving body 10.

本実施形態の別の変形例として、図１０に示すように、コネクタ５０がＬ字型に構成されている。そして、Ｌ字型のコネクタ５０が内装体６５に設けられた貫通孔に嵌合されている。より具体的には、コネクタ５０は、接続面５０ａが支持体３０Ｃの主面３０ａ，３０ｂと略平行になるように内装体６５に直接固定されている。本変形例によっても、第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。 As another modification of this embodiment, as shown in FIG. 10, the connector 50 is configured in an L shape. Then, the L-shaped connector 50 is fitted into the through hole provided in the interior body 65. More specifically, the connector 50 is directly fixed to the interior body 65 so that the connection surface 50a is substantially parallel to the main surfaces 30a and 30b of the support 30C. The same effect as that of the fourth embodiment can be obtained by this modification as well.

なお、上記の変形例において、コネクタ５０は、接続面５０ａが支持体３０Ｃの主面３０ｂよりも奥側に位置するように内装体６５により固定されていてもよい。また、内装体６５には、電気ケーブル以外のケーブルを挿通可能な配線スペースが確保されていてもよい。 In the above modification, the connector 50 may be fixed by the interior body 65 so that the connection surface 50a is located behind the main surface 30b of the support 30C. Further, the interior body 65 may have a wiring space through which a cable other than the electric cable can be inserted.

（第５の実施形態）
次に、図１１を参照して、第５の実施形態に係る力覚センサについて説明する。図１１は、本実施形態に係る力覚センサ１Ｅの一部縦断面図である。なお、図１１では、接続部１５、固定部１６および検出リング２０は模式的に示している。 (Fifth Embodiment)
Next, with reference to FIG. 11, the force sensor according to the fifth embodiment will be described. FIG. 11 is a partial vertical sectional view of the force sensor 1E according to the present embodiment. In FIG. 11, the connecting portion 15, the fixing portion 16, and the detection ring 20 are schematically shown.

第５の実施形態に係る力覚センサ１Ｅは、コネクタを固定する外付けのコネクタ固定外装体１００を備える。以下、第１の実施形態との相違点を中心に、第５の実施形態に係る力覚センサ１Ｅについて説明する。 The force sensor 1E according to the fifth embodiment includes an external connector fixing exterior body 100 for fixing the connector. Hereinafter, the force sensor 1E according to the fifth embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment.

力覚センサ１Ｅは、図１１に示すように、受力体１０と、接続部１５と、固定部１６と、検出リング２０と、支持体３０Ｄと、検出回路４０と、コネクタ５０と、外装体６０と、コネクタ固定外装体１００と、を備えている。 As shown in FIG. 11, the force sensor 1E includes a receiving body 10, a connecting portion 15, a fixing portion 16, a detection ring 20, a support 30D, a detection circuit 40, a connector 50, and an exterior body. 60 and a connector fixed exterior body 100 are provided.

支持体３０Ｄは、受力体１０と対向する主面３０ａと、主面３０ａと反対側の主面３０ｂとを有する。支持体３０Ｄには、貫通孔３３が設けられている。この貫通孔３３には、検出回路４０とコネクタ５０を接続する配線コードが通されている。 The support body 30D has a main surface 30a facing the receiving body 10 and a main surface 30b opposite to the main surface 30a. The support 30D is provided with a through hole 33. A wiring cord connecting the detection circuit 40 and the connector 50 is passed through the through hole 33.

コネクタ固定外装体１００は、コネクタ５０を固定するとともに、支持体３０Ｄ側から外装体６０に取り付けられている。例えば、コネクタ固定外装体１００は、外装体６０にネジで取り付けられる。その他、コネクタ固定外装体１００は、接着剤、テープ等で外装体６０に固定されてもよい。なお、コネクタ固定外装体１００は支持体３０Ｄに取り付けられてもよい。 The connector fixing exterior body 100 fixes the connector 50 and is attached to the exterior body 60 from the support 30D side. For example, the connector fixing exterior body 100 is attached to the exterior body 60 with screws. In addition, the connector fixing exterior body 100 may be fixed to the exterior body 60 with an adhesive, tape, or the like. The connector fixing exterior body 100 may be attached to the support body 30D.

コネクタ固定外装体１００は、筒部１０１と、この筒部１０１の下端を閉塞する底部１０２と、コネクタ固定部１０３とを有している。コネクタ固定外装体１００は、筒部１０１の上端で外装体６０に接続している。 The connector fixing exterior body 100 has a tubular portion 101, a bottom portion 102 that closes the lower end of the tubular portion 101, and a connector fixing portion 103. The connector fixed exterior body 100 is connected to the exterior body 60 at the upper end of the tubular portion 101.

底部１０２は、支持体３０Ｄと対向する主面１０２ａと、主面１０２ａと反対側の主面１０２ｂとを有する。 The bottom portion 102 has a main surface 102a facing the support 30D and a main surface 102b on the opposite side of the main surface 102a.

コネクタ固定部１０３は、底部１０２に設けられた貫通孔を覆うように設けられている。このコネクタ固定部１０３により、コネクタ５０が固定されている。 The connector fixing portion 103 is provided so as to cover the through hole provided in the bottom portion 102. The connector 50 is fixed by the connector fixing portion 103.

なお、コネクタ５０は、図１１に示すように、底部１０２の主面１０２ｂ側に露出する接続面５０ａが主面１０２ｂよりも奥側に位置するようにコネクタ固定部１０３に固定されていてもよい。これにより、コネクタ固定外装体１００が他の物体に衝突した場合にコネクタ５０が破損することを防止できる。 As shown in FIG. 11, the connector 50 may be fixed to the connector fixing portion 103 so that the connection surface 50a exposed on the main surface 102b side of the bottom portion 102 is located on the back side of the main surface 102b. .. This makes it possible to prevent the connector 50 from being damaged when the connector fixing exterior body 100 collides with another object.

本実施形態の変形例として、コネクタ固定外装体１００にコネクタ固定部１０３を設けず、コネクタ５０は、コネクタ固定外装体１００の底部１０２に設けられた貫通孔に嵌合され固定されてもよい。あるいは、コネクタ５０は、第１の実施形態のように、底部１０２に設けられた凹部の底面に貫設されてもよい。 As a modification of the present embodiment, the connector fixing portion 103 may not be provided on the connector fixing exterior body 100, and the connector 50 may be fitted and fixed to a through hole provided in the bottom portion 102 of the connector fixing exterior body 100. Alternatively, the connector 50 may be penetrated into the bottom surface of the recess provided in the bottom portion 102 as in the first embodiment.

上記のように、第５の実施形態に係る力覚センサ１Ｅでは、コネクタ５０がコネクタ固定外装体１００により固定されている。このため、電気信号を送信するための電気ケーブルを支持体３０側から接続することが可能である。よって、第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ロボットの安全性および信頼性を向上させることができるとともに、ロボットの見栄えを向上させることができる。 As described above, in the force sensor 1E according to the fifth embodiment, the connector 50 is fixed by the connector fixing exterior body 100. Therefore, it is possible to connect an electric cable for transmitting an electric signal from the support 30 side. Therefore, according to the fifth embodiment, the safety and reliability of the robot can be improved and the appearance of the robot can be improved as in the first embodiment.

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。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。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。 Based on the above description, those skilled in the art may be able to conceive additional effects and various modifications of the present invention, but the embodiments of the present invention are not limited to the individual embodiments described above. .. Components across different embodiments may be combined as appropriate. Various additions, changes and partial deletions are possible without departing from the conceptual idea and purpose of the present invention derived from the contents specified in the claims and their equivalents.

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，３００力覚センサ
１０，３１０受力体
１５接続部
１６固定部
２０検出リング
２１外側リング部
２２内側リング部
２３梁部
２５歪みゲージ
２６，２７変形部
２８変位部
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３３０支持体
３１凹部
３２，３３貫通孔
４０検出回路
５０，３５０コネクタ
５０ａ接続面
５１端子
５２ガイドピン挿入孔
６０，３６０外装体
６５内装体
６５ａ貫通孔
７０，３７０コネクタ固定体
８０コネクタ保護体
９０コネクタ固定体
９１固定板部
９２，９３カバー部
１００コネクタ固定外装体
１０１筒部
１０２底部
１０３コネクタ固定部
１０００産業用ロボット
１１００ロボット本体
１２００エンドエフェクタ
１３００電気ケーブル
１４００制御部
Ｄ１～Ｄ４検出部
Ｌ１～Ｌ４連結部
Ｐ１，Ｐ２固定点
Ｑ１，Ｑ２作用点
Ｓ配線スペース 1,1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 300 Force sensor 10,310 Receiver 15 Connection part 16 Fixing part 20 Detection ring 21 Outer ring part 22 Inner ring part 23 Beam part 25 Strain gauge 26,27 Deformation part 28 Displacement part 30, 30A, 30B, 30C, 30D, 330 Support 31 Recession 32, 33 Through hole 40 Detection circuit 50, 350 Connector 50a Connection surface 51 Terminal 52 Guide pin insertion hole 60, 360 Exterior body 65 Interior body 65a Penetration Hole 70,370 Connector fixing body 80 Connector protection body 90 Connector fixing body 91 Fixing plate part 92,93 Cover part 100 Connector fixing exterior body 101 Tube part 102 Bottom part 103 Connector fixing part 1000 Industrial robot 1100 Robot body 1200 End effector 1300 Electric Cable 1400 Control unit D1 to D4 Detection unit L1 to L4 Connector unit P1, P2 Fixed point Q1, Q2 Action point S Wiring space

Claims

It is a force sensor attached to a robot.
A receiving body that is affected by the force or moment to be detected,
A support with a through hole and
A detection unit that is connected to the receiving body via a connecting portion and is connected to the supporting body via a fixing portion to detect a force or moment received by the receiving body.
A detection circuit that receives the signal output from the detection unit, and
A connector electrically connected to the detection circuit and
Equipped with
The through hole of the support penetrates the support along the rotation axis of the receiving body.
The connector has a plurality of terminals electrically connected to the detection circuit, and can be connected to an electric cable from the surface side of the support having the through hole, and the through hole can be connected to the electric cable. A force sensor located inside the hole .