JP7091177B2 - トルクセンサ - Google Patents
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Description
第1構造体をロボットアームの例えば基台に固定し、第2構造体をロボットアームの例えばアームに固定して使用する場合、トルクセンサには、トルク以外に、ロボットアームの搬送重量と負荷までの距離、及び動作加速度に伴う曲げモーメントや、その反力の荷重が加わる。
トルクセンサの第1構造体の形状を例えば円柱と仮定し、ロボットアームの基台の形状を円筒と仮定し、円柱を円筒内に嵌める場合、円柱の外径と、円筒の内径を嵌め合わせることにより、軸心が一致される。しかし、この場合、軸心は一致するものの、円柱と円筒が厳密にどこで接触しているかが不明確である。すなわち、円柱の外径と円筒の内径は、真円ではないため、円柱の外面と円筒の内面は、ランダムに数か所で接触することが予想される。
先ず、図2を参照して、本発明の各実施形態が適用されるロボットアーム30について説明する。
図2は、多関節ロボット、すなわち、ロボットアーム30の一例を示している。ロボットアーム30は、例えば基台31、第1アーム32、第2アーム33、第3アーム34、第4アーム35、駆動源としての第1駆動部36、第2駆動部37、第3駆動部38、第4駆動部39を具備している。しかし、ロボットアーム30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。
第1駆動部36~第4駆動部39は、例えば後述するモータと、減速機と、トルクセンサとを具備している。
図1は、第1実施形態に係るトルクセンサ本体40を示す構成図である。
本実施形態において、トルクセンサ本体40は、トルク(Mz)に対して変形し、トルク以外(Mx、My)の曲げモーメントに対して、変形が抑制される。
トルクセンサ本体40は、第1構造体41と、第2構造体42と、複数の第3構造体43と、センサ部としての第1歪センサ44及び第2歪センサ45などを具備している。
図3は、本実施形態に係るトルクセンサ20を上から見た平面図である。図4は、本実施形態に係る取り付け部10を下方から見た斜視図である。
取り付け部10は、トルクセンサ20を実装個所に取り付けるための部品である。例えば、取り付け部10は、基台31又は第1アーム32などのロボットアーム30の一部にボルトなどの固定するための部品で接続される。なお、取り付け部10は、実装個所に直接取り付けられる部品でなくてもよく、実装個所に取り付けるためにトルクセンサ本体40を保護するような部品(例えば、カバー)でもよい。取り付け部10は、例えば金属であるが、強度が確保できれば金属以外の材料でもよい。
取り付け部10をトルクセンサ本体40に取り付けると、取り付け部10のテーパ面T2は、トルクセンサ本体40の上部の外縁部分にあるテーパ面T1に接触する。テーパ面T2とテーパ面T1は、それぞれ同じ傾きの傾斜に形成され、互いに面同士で合わさるように接触する。この状態で、ボルト21により、取り付け部10とトルクセンサ本体40が固定される。
(第1実施形態の効果)
上記第1実施形態によれば、トルクセンサ本体40及び取り付け部10のそれぞれに、回転軸方向(Fz)に傾斜するテーパ面T1,T2を設け、テーパ面T1,T2同士が合わさるように固定することで、トルクセンサ本体40に加わる回転軸方向(Fz)の外力を低減し、トルクセンサ20の検出精度を向上させることができる。
例えば、テーパ面が無く、トルクセンサ本体40の側面と取り付け部10の内側側面が接触している場合、Mx又はMy方向に力が加わると、トルクセンサ本体40の上面と側面でつくられる角に取り付け部10が食い込むような変形が想定される。このような変形をした場合、歪センサ44,45の起歪体44a,45aに非対称な変位(歪)が生じる。そこで、トルクセンサ本体40及び取り付け部10のそれぞれにテーパ面T1,T2を設けることで、このような変形を避けることができる。
図6は、第2実施形態に係るトルクセンサ20Aを上から見た平面図である。図7は、本実施形態に係るトルクセンサ20Aを下から見た平面図である。
トルクセンサ20Aは、第1実施形態に係るトルクセンサ20において、トルクセンサ本体40をトルクセンサ本体40Aに代え、取り付け部10を第1取り付け部11及び第2取り付け部12に代え、複数のボルト22を加えた構成である。トルクセンサ20Aは、上側を第1取り付け部11で、下側を第2取り付け部12で、トルクセンサ本体40Aが挟まれるように収納された状態で保持されるように、複数のボルト21,22で固定されたものである。その他の点は、第1実施形態と同様である。
図8は、本実施形態に係る第1取り付け部11を上方から見た斜視図である。図9は、本実施形態に係る第2取り付け部12を上方から見た斜視図である。図10は、本実施形態に係る第2取り付け部12を側面から見た断面図である。
第1取り付け部11は、トルクセンサ本体40Aよりも一回り大きいリング形状で、上面及び下面は平面形状である。第1取り付け部11には、ボルト21を通すための複数のネジ穴H1A及びボルト22を通すための複数のネジ穴H2が設けられている。
第2取り付け部12のテーパ面T2Aは、トルクセンサ本体40Aのテーパ面T1Aと同じ傾きの傾斜に形成されている。これにより、第1実施形態と同様に、テーパ面T2Aは、テーパ面T1Aと互いに面同士で合わさるように接触する。この状態で、ボルト21,22により、固定される。
このような構成により、第1実施形態と同様に、トルクセンサ本体40Aに対して回転軸方向(Fz)に加わる外力が逃がされることで低減される。
(第2実施形態の効果)
上記第2実施形態によれば、トルクセンサ本体40A及び第2取り付け部12のそれぞれに、回転軸方向(Fz)に傾斜するテーパ面T1A,T2Aを設け、テーパ面T1,T2同士が合わさるように固定することで、第1実施形態と同様に、トルクセンサ本体40Aに加わる回転軸方向(Fz)の外力を低減し、トルクセンサ20Aの検出精度を向上させることができる。
図12は、第3実施形態に係るトルクセンサ20Bを下から見た平面図である。
トルクセンサ20Bは、第2実施形態に係るトルクセンサ20Aにおいて、第2取り付け部12を4つの第2取り付け部12Bに代えたものである。なお、第2取り付け部12Bの数は、トルクセンサ本体40Aの保持が確保できればいくつでもよいが、3つ以上が望ましい。その他の点は、第1実施形態と同様である。
第2取り付け部12Bは、円筒形状の上部と円錐形状の下部が結合された形状である。第2取り付け部12Bには、上から見て円形状の中央に、垂直方向に貫通するネジ穴が設けられている。このネジ穴は、ボルト22のネジ山と合うように形成されている。これにより、第2取り付け部12Bは、ボルト22に対応するナットのような機能を持つ。
図14は、本実施形態に係るトルクセンサ20Bを側面から見た断面を簡易的に示した簡易図である。
第2取り付け部12Bのテーパ面T2Bは、トルクセンサ本体40Aのテーパ面T1Aと同じ傾きの傾斜に形成されている。ボルト22が第1取り付け部11のネジ穴H2に挿入され、第2取り付け部12Bがボルト22の頭部と反対側から嵌め込まれることにより、第2取り付け部12Bのテーパ面T2Bがトルクセンサ本体40Aのテーパ面T1Aと線で接触する。この状態で、ボルト21,22により、固定される。
(第3実施形態の効果)
上記第3実施形態によれば、テーパ面T2Bが設けられた第2取り付け部12Bを用いることにより、第2実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
図15は、第4実施形態に係るトルクセンサ20Cを側面から見た断面を簡易的に示した簡易図である。
トルクセンサ20Cは、第3実施形態に係るトルクセンサ20Bにおいて、トルクセンサ本体40Aをトルクセンサ本体40Cに代えた構成である。トルクセンサ本体40Cは、第2実施形態に係るトルクセンサ本体40Aにおいて、テーパ面T1Aを曲面C1に代えたものである。その他の点は、第3実施形態と同様である。
(第4実施形態の効果)
上記第4実施形態によれば、第2取り付け部12Bにテーパ面T2Bが設けられていることにより、第3実施形態と同様に、トルクセンサ本体40Cに対して回転軸方向(Fz)に加わる外力を低減することができる。
なお、第4実施形態は、第3実施形態に基づいて構成したが、第1実施形態又は第2実施形態に基づいて構成してもよい。具体的には、トルクセンサ本体40,40Aのテーパ面T1,T1Aを第4実施形態と同様に曲面C1としてもよい。また、第4実施形態は、トルクセンサ本体40Cを曲面C1としたが、この代わりに、第2取り付け部12Bのテーパ面T2Bを曲面としてもよい。同様に、第1実施形態又は第2実施形態に基づいて構成し、取り付け部10,12の方のテーパ面T2,T2Aを曲面としてもよい。これらの実施形態についても、第4実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
Claims (8)
- 第1構造体と、第2構造体と、前記第1構造体と前記第2構造体との間でトルクを伝達するように設けられた第3構造体と、を具備するトルクセンサ本体と、
前記トルクセンサ本体の変形を検出し、前記第1構造体と前記第2構造体との間に設けられた少なくとも2つのセンサ部と、
前記第1構造体に固定され、実装個所に取り付けるための取り付け部と、を具備し、
前記トルクセンサ本体又は前記取り付け部の少なくとも一方は、他軸干渉を抑制するように、測定する前記トルクの回転軸方向に傾斜する第1テーパ面で、もう一方と接触すること
を特徴とするトルクセンサ。 - 前記取り付け部は、前記第1テーパ面で前記トルクセンサ本体の外周を覆う形状であること
を特徴とする請求項1に記載のトルクセンサ。 - 前記取り付け部は、第1取り付け部と第2取り付け部が接続された構成であり、
前記第1取り付け部は、前記第1構造体に固定され、
前記第2取り付け部は、前記第1テーパ面で前記トルクセンサ本体の外周を覆う形状であること
を特徴とする請求項1に記載のトルクセンサ。 - 前記取り付け部は、第1取り付け部と第2取り付け部が固定部品で接続された構成であり、
前記第1取り付け部は、前記第1構造体に固定され、
前記第2取り付け部は、前記固定部品に接続され、前記第1テーパ面で前記トルクセンサ本体の外周と接触する形状であること
を特徴とする請求項1に記載のトルクセンサ。 - 前記トルクセンサ本体は、前記第1テーパ面と同じ傾きの傾斜で接触する第2テーパ面を含む形状であること
を特徴とする請求項2から請求項4のいずれか1項に記載のトルクセンサ。 - 前記トルクセンサ本体は、前記第1テーパ面と接触する曲面を含む形状であること
を特徴とする請求項2から請求項4のいずれか1項に記載のトルクセンサ。 - 前記トルクセンサ本体は、前記第1テーパ面を含む形状であること
を特徴とする請求項1に記載のトルクセンサ。 - 前記取り付け部は、前記第1テーパ面と接触する曲面を含む形状であること
を特徴とする請求項7に記載のトルクセンサ。
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