JP7305364B2 - Multi-axis sensor - Google Patents

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Description

本発明は、多軸方向の力を検出する多軸センサに関する。 The present invention relates to a multiaxial sensor that detects forces in multiaxial directions.

一般に、多軸センサでは、定格を超える過大な荷重が加わることによる損傷及び破壊から保護するために、ストッパ構造を設けることが知られている(特許文献1参照)。 In general, it is known to provide a multiaxial sensor with a stopper structure in order to protect it from damage and breakage due to application of an excessive load exceeding the rating (see Patent Document 1).

特開平10-293070号公報JP-A-10-293070

しかしながら、多軸センサの場合、複数方向に加わる外力を1つのストッパ構造で保護しようとすると、各部品の高精度な加工技術又は組立て後の複雑な調整が必要とされることが多い。一方、各軸方向の外力に対して個別にストッパ構造を設けると、部品点数が増え、センサ全体が大型化したり、製造コストが増加したりする。 However, in the case of a multi-axis sensor, when trying to protect external forces applied in multiple directions with a single stopper structure, highly accurate processing technology for each part or complicated adjustment after assembly is often required. On the other hand, if a separate stopper structure is provided for external forces in each axial direction, the number of parts increases, the size of the sensor as a whole increases, and the manufacturing cost increases.

本発明の実施形態の目的は、多軸方向の外力から保護するストッパ構造をより容易に設けることのできる多軸センサを提供することにある。 An object of embodiments of the present invention is to provide a multiaxial sensor that can more easily provide a stopper structure for protection against external forces in multiaxial directions.

本発明の観点に従った多軸センサは、中央部分に位置する平板形状の第1領域部と、前記第1領域部と一体に弾性体を形成し、前記第1領域部の少なくとも一部より外周側に位置する第2領域部と、前記第1領域部と前記第2領域部との相対的な変位量に基づいて、多軸方向の力を検出する多軸力検出手段と、前記弾性体に含まれ、前記第1領域部と前記第2領域部が互いに第1テーパ面で周方向の両側で対向し、前記第1領域部の2つの前記第1テーパ面は分離されており、対向する前記第1テーパ面が接触して、ストッパとして機能する第1ストッパ手段と、前記弾性体に含まれ、前記第1領域部と前記第2領域部が互いに第2テーパ面で径方向に対向し、対向する前記第2テーパ面が接触して、ストッパとして機能する第2ストッパ手段とを備え、前記弾性体は、ワイヤカット加工可能な形状である。 A multiaxial sensor according to the aspect of the present invention includes a flat plate-shaped first region located in a central portion, and an elastic body formed integrally with the first region, and the elastic body is formed integrally with the first region. a second region located on the outer peripheral side; multiaxial force detection means for detecting forces in multiaxial directions based on relative displacement amounts between the first region and the second region; the first tapered surface and the second tapered surface facing each other on both sides in the circumferential direction, the two first tapered surfaces of the first tapered surface being separated from each other; first stopper means that functions as a stopper by contacting the opposing first tapered surfaces; The elastic body has a shape that can be wire-cut .

本発明の実施形態によれば、多軸方向の外力から保護するストッパ構造をより容易に設けることのできる多軸センサを提供することができる。 According to the embodiments of the present invention, it is possible to provide a multiaxial sensor in which a stopper structure for protecting against external forces in multiaxial directions can be more easily provided.

本発明の実施形態に係る多軸センサの構成を斜め上方から見た斜視図。1 is a perspective view of the configuration of a multiaxial sensor according to an embodiment of the present invention, viewed obliquely from above; FIG. 実施形態に係る図1のストッパ構造部分をAA’線で切断した断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA' of the stopper structure portion of FIG. 1 according to the embodiment; 実施形態に係る図1のストッパ構造部分SPをBB’線で切断した断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line BB′ of the stopper structure portion SP of FIG. 1 according to the embodiment; 実施形態に係るストッパ構造部分のZ軸方向の力に対する動作を表すイメージ図。FIG. 5 is an image diagram showing the operation of the stopper structure portion according to the embodiment with respect to force in the Z-axis direction. 実施形態に係るストッパ構造部分のX軸又はY軸方向の力に対する動作を表すイメージ図。4A and 4B are image diagrams showing the operation of the stopper structure portion according to the embodiment with respect to force in the X-axis or Y-axis direction. 実施形態に係るストッパ構造部分のX軸又はY軸モーメントに対する動作を表すイメージ図。4A and 4B are image diagrams showing the motion of the stopper structure portion according to the embodiment with respect to the X-axis or Y-axis moment. 実施形態に係る多軸センサの製造方法を示すフロー図。FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing a multiaxial sensor according to the embodiment; 実施形態に係るストッパ構造部分の隙間を簡易的に示した簡易図。FIG. 4 is a simplified diagram simply showing a gap in a stopper structure portion according to the embodiment; 実施形態に係る多軸センサの変形した構成を示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing a modified configuration of the multiaxial sensor according to the embodiment;

(実施形態)
図1は、本発明の実施形態に係る多軸センサ10の構成を斜め上方から見た斜視図である。
多軸センサ10は、厚みのある平板形状である。多軸センサ10の外形は、中心から所定の角度毎に同形状となる鍔型形状である。鍔型形状の表面は、円形又は多角形などである。例えば、多軸センサ10は、ロボットなどに実装される。
(embodiment)
FIG. 1 is a perspective view of the configuration of a multiaxial sensor 10 according to an embodiment of the present invention, viewed obliquely from above.
The multiaxial sensor 10 has a thick flat plate shape. The outer shape of the multiaxial sensor 10 is a flange shape that has the same shape at every predetermined angle from the center. The brim-shaped surface is circular, polygonal, or the like. For example, the multi-axis sensor 10 is mounted on a robot or the like.

多軸センサ10は、X軸方向の力Fx、Y軸方向の力Fy、Z軸方向の力Fz、X軸モーメントMx、Y軸モーメントMy、及び、Z軸モーメントMzの6軸をそれぞれ検出する。ここで、X軸、Y軸及びZ軸は、それぞれ互いに直交し、X軸及びY軸で形成されるXY平面は、多軸センサ10の平面部分と平行である。Z軸は、XY平面又は多軸センサ10の平面部分と垂直である。 The multi-axis sensor 10 detects 6 axes of X-axis direction force Fx, Y-axis direction force Fy, Z-axis direction force Fz, X-axis moment Mx, Y-axis moment My, and Z-axis moment Mz. . Here, the X, Y and Z axes are orthogonal to each other, and the XY plane formed by the X and Y axes is parallel to the planar portion of the multiaxial sensor 10 . The Z axis is perpendicular to the XY plane or planar portion of the multi-axis sensor 10 .

多軸センサ10は、第1領域部1、第2領域部2、及び、複数の起歪体3を備える。なお、多軸センサ10は、多軸方向の変位をそれぞれ検出するための検出回路、ベース、カバー、各種配線、又は、多軸センサ10を実装箇所に取り付けるための取付部品などを必要に応じて備えるものとする。 The multiaxial sensor 10 includes a first area section 1 , a second area section 2 , and a plurality of strain bodies 3 . The multiaxial sensor 10 may include a detection circuit, a base, a cover, various wirings, or attachment parts for attaching the multiaxial sensor 10 to a mounting location, for detecting displacements in multiaxial directions, if necessary. shall be prepared.

第1領域部1及び第2領域部2は、金属などの材質により一体に形成される弾性体である。第1領域部1は、中心部に穴が設けられた環状に形成され、多軸センサ10の中央部分(中心部分)に位置する。第2領域部2は、中心を第1領域部1の中心に重ねるようにし、第1領域部1の外周を覆うように位置する。なお、多軸センサ10の弾性体は、第2領域部2が第1領域部1の少なくとも一部より外周側に位置していれば、どのような形状でもよい。例えば、第1領域部1の一部が第2領域部2の間又は外周側に位置してもよい。 The first region portion 1 and the second region portion 2 are elastic bodies integrally formed of a material such as metal. The first area portion 1 is formed in an annular shape with a hole in the center, and is positioned at the central portion (central portion) of the multiaxial sensor 10 . The second region portion 2 is positioned so as to overlap the center of the first region portion 1 and cover the outer periphery of the first region portion 1 . The elastic body of the multiaxial sensor 10 may have any shape as long as the second region 2 is located on the outer peripheral side of at least a part of the first region 1 . For example, a portion of the first region portion 1 may be positioned between the second region portions 2 or on the outer peripheral side.

第1領域部1は、可動部に取り付けられ、第2領域部2は、固定部に取り付けられる。多軸センサ10は、第1領域部1と第2領域部2との相対的な変位量に基づいて、多軸(6軸)方向の力を検出する。なお、第1領域部1が固定部に取り付けられ、第2領域部2が可動部に取り付けられてもよい。例えば、多軸センサ10がロボットの関節などに設けられる場合、第1領域部1及び第2領域部2のいずれか一方が、ロボットの手又は腕などに取り付けられ、他方がZ軸方向を回転軸としたトルクを発生させる動力源となるモータ又は減速機などに取り付けられる。 The first region portion 1 is attached to the movable portion and the second region portion 2 is attached to the fixed portion. The multiaxial sensor 10 detects forces in multiaxial (six-axis) directions based on relative displacement amounts between the first region 1 and the second region 2 . Note that the first region portion 1 may be attached to the fixed portion, and the second region portion 2 may be attached to the movable portion. For example, when the multi-axis sensor 10 is provided at a joint of a robot, one of the first area part 1 and the second area part 2 is attached to the hand or arm of the robot, and the other rotates in the Z-axis direction. It is attached to a motor or speed reducer that serves as a power source that generates torque on a shaft.

複数の起歪体3は、中心から等間隔の角度で径方向に延びる向きが長手方向になるように配置され、第1領域部1と第2領域部2を接続する(跨ぐ)ように設けられる。なお、起歪体3は、第1領域部1と第2領域部2との相対的な変位による力が加わるように設けられていれば、どのように設けられてもよい。例えば、起歪体3は、第1領域部1と第2領域部2を接続する梁部を設け、この梁部に貼り付けるように設けられてもよい。起歪体3は、2つ以上であれば、いくつ設けられてもよいが、6軸を検出する力覚センサとして機能させるには、3つ以上必要となる。ここでは、中心から120度間隔で、3つの起歪体3が設けられた多軸センサ10の構成を主に説明する。 A plurality of strain generating bodies 3 are arranged so that the longitudinal direction extends in the radial direction at equal intervals from the center, and are provided so as to connect (straddle) the first region portion 1 and the second region portion 2. be done. Note that the strain-generating body 3 may be provided in any manner as long as it is provided so as to apply force due to relative displacement between the first region portion 1 and the second region portion 2 . For example, the strain-generating body 3 may be provided so as to be attached to a beam connecting the first region 1 and the second region 2 . Although any number of strain-generating bodies 3 may be provided as long as they are two or more, three or more are required to function as a force sensor that detects six axes. Here, the configuration of the multiaxial sensor 10 in which three strain-generating bodies 3 are provided at intervals of 120 degrees from the center will be mainly described.

起歪体3は、ベースとなる長方形の板形状の部材に、歪を検出するセンサの役割を果たす複数の歪ゲージが貼り付けられた構成である。歪ゲージは、変形すると電気的変位が生じるように構成される。なお、歪ゲージは、1つの起歪体3に対し、少なくとも1つ設けられていれば、いくつ設けられてもよいし、どのような向きに配置されてもよい。また、歪ゲージは、電気的に検出可能な変位が生じるものであれば、どのようなものでもよい。例えば、歪ゲージは、変形量に応じて、電気抵抗が変化してもよいし、電圧を発生させてもよい。多軸センサ10は、これらの電気的変位を検出することにより、測定する軸方向の力のみを抽出するように演算を行うことで、各軸の力を測定する。 The strain-generating body 3 is configured by attaching a plurality of strain gauges that serve as sensors for detecting strain to a rectangular plate-shaped member that serves as a base. The strain gauge is configured to produce an electrical displacement when deformed. As long as at least one strain gauge is provided for one strain-generating body 3, any number of strain gauges may be provided and may be arranged in any direction. Any strain gauge may be used as long as it produces an electrically detectable displacement. For example, the strain gauge may change electrical resistance or generate voltage according to the amount of deformation. By detecting these electrical displacements, the multiaxial sensor 10 performs calculations so as to extract only the force in the axial direction to be measured, thereby measuring the force on each axis.

取付穴H1は、多軸センサ10をベース等の固定側に取り付けるために、ボルトを通すためのネジ穴である。取付穴H2は、多軸センサ10を可動部品等の可動側に取り付けるために、ボルトを通すためのネジ穴である。その他の穴については、軽量化又はセンサの検出感度を調整するためなどの理由で、肉抜き等により設けられたものである。 The mounting hole H1 is a screw hole through which a bolt is inserted to mount the multiaxial sensor 10 on a fixed side such as a base. The mounting hole H2 is a screw hole for passing a bolt to mount the multiaxial sensor 10 on the movable side of a movable part or the like. Other holes are provided by removing light or the like for reasons such as weight reduction or adjusting the detection sensitivity of the sensor.

次に、ストッパ構造部分SPについて説明する。
図2は、本実施形態に係る図1のストッパ構造部分SPをAA’線(X軸方向、径方向)で切断した断面図である。図3は、本実施形態に係る図1のストッパ構造部分SPをBB’線(Y軸方向、周方向)で切断した断面図である。
Next, the stopper structure portion SP will be described.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the stopper structure portion SP of FIG. 1 according to the present embodiment, taken along line AA' (X-axis direction, radial direction). FIG. 3 is a cross-sectional view of the stopper structure portion SP of FIG. 1 according to the present embodiment, taken along line BB′ (Y-axis direction, circumferential direction).

ストッパ構造部分SPは、第1領域部1の第1構造部分11と第2領域部2の第2構造部分21で構成される。第1構造部分11及び第2構造部分21のそれぞれが互いに対向する面は、互いに合わさるように傾斜が付けられたテーパ面である。対向する2つのテーパ面の間には、隙間が設けられる。この隙間が完全に密着することで、ストッパの役割を果たす。 The stopper structure portion SP is composed of the first structure portion 11 of the first region portion 1 and the second structure portion 21 of the second region portion 2 . The surfaces of the first structural portion 11 and the second structural portion 21 facing each other are tapered surfaces that are inclined so as to merge with each other. A gap is provided between the two tapered surfaces facing each other. The complete contact of this gap serves as a stopper.

図1では、3つのストッパ構造部分SPを中心から均等の角度(120度)間隔で、周方向で起歪体3の間に配置した例を示しているが、ストッパ構造部分SPは、いくつ設けてもよいし、どのように配置してもよい。ここでは、1つのストッパ構造部分SPについて、X軸、Y軸及びZ軸を基準とした説明を説明するが、他のストッパ構造部分SPについても同様である。 FIG. 1 shows an example in which three stopper structure portions SP are arranged between the strain-generating bodies 3 in the circumferential direction at equal angular (120 degree) intervals from the center, but how many stopper structure portions SP are provided? can be, and can be arranged in any way. Here, one stopper structure portion SP will be described with reference to the X-, Y-, and Z-axes, but the same applies to other stopper structure portions SP.

第1構造部分11と第2構造部分21が互いに対向する角には、切込み部CLが設けられる。切込み部CLを設けることで、第1構造部分11と第2構造部分21が互いにテーパ面で接触する前に、第1構造部分11と第2構造部分21の互いの角同士が接触して、意図しない形でストッパが働くことを避けることができる。 A cut portion CL is provided at a corner where the first structural portion 11 and the second structural portion 21 face each other. By providing the cut portion CL, the corners of the first structural portion 11 and the second structural portion 21 come into contact with each other before the tapered surfaces of the first structural portion 11 and the second structural portion 21 come into contact with each other. Unintended operation of the stopper can be avoided.

図2及び図3に示すように、テーパ面の間の隙間は傾斜になる。
図2に示すストッパ構造部分SPのX軸方向の断面から分かるように、隙間が傾斜していることにより、X軸方向及びZ軸方向に隙間ができる。このため、この隙間は、X軸方向及びZ軸方向のストッパになる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the gap between the tapered surfaces is sloped.
As can be seen from the X-axis direction cross-section of the stopper structure portion SP shown in FIG. 2, the inclination of the gap creates a gap in the X-axis direction and the Z-axis direction. Therefore, this gap serves as a stopper in the X-axis direction and the Z-axis direction.

図3に示すストッパ構造部分SPのY軸方向の断面から分かるように、隙間が傾斜していることにより、Y軸方向及びZ軸方向に隙間ができる。このため、この隙間は、Y軸方向及びZ軸方向のストッパになる。
第1領域部1にZ軸方向の力Fzが加わると、図4に示すように、第2構造部分21のテーパ面が受け皿のようになり、第1構造部分11のテーパ面を受け止める。これにより、Z軸方向の力Fzに対するストッパになる。
As can be seen from the cross section of the stopper structure portion SP in the Y-axis direction shown in FIG. 3, the gaps are formed in the Y-axis direction and the Z-axis direction due to the inclination of the gap. Therefore, this gap serves as a stopper in the Y-axis direction and the Z-axis direction.
When a force Fz in the Z-axis direction is applied to the first region 1, the tapered surface of the second structural portion 21 acts like a receiving plate and receives the tapered surface of the first structural portion 11, as shown in FIG. This serves as a stopper against the force Fz in the Z-axis direction.

第1領域部1にX軸方向の力Fx又はY軸方向の力Fyが加わると、図5に示すように、第1構造部分11のテーパ面を第2構造部分21のテーパ面で受け止める。これにより、X軸方向の力Fx又はY軸方向の力Fyに対するストッパになる。
第1領域部1にX軸モーメントMx又はY軸モーメントMyが加わると、図6に示すように、第1構造部分11のテーパ面が第2構造部分21のテーパ面と少なくとも1箇所で接触する。これにより、X軸モーメントMx又はY軸モーメントMyに対するストッパになる。
When a force Fx in the X-axis direction or a force Fy in the Y-axis direction is applied to the first region 1, the tapered surface of the first structural portion 11 is received by the tapered surface of the second structural portion 21, as shown in FIG. This serves as a stopper against the force Fx in the X-axis direction or the force Fy in the Y-axis direction.
When the X-axis moment Mx or the Y-axis moment My is applied to the first region portion 1, the tapered surface of the first structural portion 11 contacts the tapered surface of the second structural portion 21 at least at one point, as shown in FIG. . This serves as a stopper against the X-axis moment Mx or the Y-axis moment My.

なお、図2に示す互いに周方向(X軸方向)に対向するテーパ面と図3に示す互いに径方向(Y軸方向)に対向するテーパ面とで、ストッパとしての役割をどのように分担してもよい。例えば、周方向に対向するテーパ面で、Z軸方向の力Fz、Z軸モーメントMz、X軸モーメントMx、及び、Y軸モーメントMyに対するストッパとして主に機能させ、径方向に対向するテーパ面で、Z軸方向の力Fzに対するストッパとして主に機能させてもよい。 2 and the tapered surfaces facing each other in the radial direction (Y-axis direction) shown in FIG. may For example, the tapered surfaces opposed in the circumferential direction mainly function as stoppers against the Z-axis direction force Fz, the Z-axis moment Mz, the X-axis moment Mx, and the Y-axis moment My, and the tapered surfaces opposed in the radial direction , Z-axis direction force Fz.

図7は、本実施形態に係る多軸センサ10の製造方法を示すフロー図である。図8は、本実施形態に係るストッパ構造部分SPの隙間を簡易的に示した簡易図である。
次に、多軸センサ10の製造工程におけるストッパ構造部分SPの隙間の決定方法について説明する。なお、ここで説明する多軸センサ10の製造方法は、一例であり、必ずしもこのように製造しなくてもよい。
FIG. 7 is a flowchart showing a method for manufacturing the multiaxial sensor 10 according to this embodiment. FIG. 8 is a simplified diagram simply showing the gap of the stopper structure portion SP according to this embodiment.
Next, a method of determining the gap of the stopper structure portion SP in the manufacturing process of the multiaxial sensor 10 will be described. It should be noted that the manufacturing method of the multi-axis sensor 10 described here is an example, and the manufacturing does not necessarily have to be performed in this way.

目的又は用途等に基づいて、多軸センサ10の仕様を作成する(ステップS101)。作成された仕様に基づいて、ストッパ構造部分SPを含む弾性体の設計をする(ステップS102)。
設計した弾性体に対して、定格時の6軸のそれぞれの力Fx,Fy,Fz,Mx,My,Mzを印加する(ステップS103)。ここで、力の印加は、コンピュータシミュレーションで行ってもよいし、試作用に製造した弾性体に対して行ってもよいし、その他の方法で行ってもよい。また、印加する力は、定格に限らず、多軸センサ10を実装した装置等の正常の運用時に印加される最大の力を超えなければ、どのような値でもよい。以降においても、定格については、同様に解釈するものとする。
Specifications of the multi-axis sensor 10 are created based on the purpose or application (step S101). Based on the created specifications, the elastic body including the stopper structure portion SP is designed (step S102).
Six axial forces Fx, Fy, Fz, Mx, My, and Mz are applied to the designed elastic body (step S103). Here, the application of force may be performed by computer simulation, may be performed on an elastic body manufactured for trial production, or may be performed by other methods. Moreover, the force to be applied is not limited to the rated value, and may be any value as long as it does not exceed the maximum force that is applied during normal operation of the device in which the multiaxial sensor 10 is mounted. In the following, the rating shall be interpreted in the same way.

印加した6軸の力Fx~Mz毎に、X軸、Y軸及びZ軸のそれぞれの方向の変位量を求める(ステップS104)。求めた6軸の力Fx~Mz毎の変位量の中からX軸の最大変位量X1max、Y軸の最大変位量Y1max及びZ軸の最大変位量Z1maxをそれぞれ求める(ステップS105)。 The amount of displacement in each of the directions of the X-, Y-, and Z-axes is obtained for each of the applied six-axis forces Fx to Mz (step S104). The maximum displacement amount X1max of the X-axis, the maximum displacement amount Y1max of the Y-axis, and the maximum displacement amount Z1max of the Z-axis are obtained from the obtained displacement amounts for each of the six-axis forces Fx to Mz (step S105).

次に、定格時の6軸複合力を印加する(ステップS106)。定格時の6軸複合力とは、6軸の全ての力Fx~Mzが定格で同時に加えられる力である。定格時の6軸複合力を印加した時のX軸の変位量X6、Y軸の変位量Y6及びZ軸の変位量Z6をそれぞれ求める(ステップS107)。 Next, a rated 6-axis composite force is applied (step S106). The 6-axis combined force at rated is the force to which all 6-axis forces Fx to Mz are applied simultaneously at rated. An X-axis displacement amount X6, a Y-axis displacement amount Y6, and a Z-axis displacement amount Z6 when a 6-axis composite force is applied at the rated time are obtained (step S107).

先に求めたX軸、Y軸及びZ軸の最大変位量X1max,Y1max,Z1maxと6軸複合力の印加時のX軸、Y軸及びZ軸の変位量X6,Y6,Z6を、X軸、Y軸及びZ軸の各軸で比較し、大きい方を各軸の最大変位量Xmax,Ymax,Zmaxとする(ステップS108)。 The maximum displacement amounts X1max, Y1max, Z1max of the X-, Y-, and Z-axes obtained above and the displacement amounts X6, Y6, and Z6 of the X-, Y-, and Z-axes when the 6-axis compound force is applied are , Y-axis and Z-axis, and the larger one is set as the maximum displacement amount Xmax, Ymax, Zmax of each axis (step S108).

このように決定されたX軸、Y軸及びZ軸の最大変位量Xmax,Ymax,Zmaxに基づいて、ストッパ構造部分SPの隙間のX軸、Y軸及びZ軸のそれぞれの長さを決定する(ステップS109)。隙間のX軸、Y軸及びZ軸のそれぞれの長さは、決定されたX軸、Y軸及びZ軸の最大変位量Xmax,Ymax,Zmaxと同じにしてもよいし、これよりも多少余裕を持たせた長さとしてもよい。 Based on the maximum displacement amounts Xmax, Ymax, Zmax of the X-, Y-, and Z-axes thus determined, the respective lengths of the X-, Y-, and Z-axes of the clearance of the stopper structure portion SP are determined. (Step S109). The lengths of the X-, Y- and Z-axes of the gaps may be the same as the determined maximum displacement amounts Xmax, Ymax and Zmax of the X-, Y- and Z-axes, or may be slightly larger. It may be a length that has a

決定したストッパ構造部分SPの隙間で、弾性体の材料安全率に問題がないかを検討する(ステップS110)。例えば、隙間の範囲内で弾性体に最大の変位が生じた場合でも、弾性体の材料安全率が確保(例えば、材料安全率>1)できるか否かを確認する。材料安全率に問題がある場合、弾性体の設計をやり直す(ステップS110のNo、ステップS102)。 It is examined whether there is any problem with the material safety factor of the elastic body in the gap of the determined stopper structure portion SP (step S110). For example, it is confirmed whether or not the material safety factor of the elastic body can be ensured (for example, material safety factor>1) even when the maximum displacement occurs in the elastic body within the range of the gap. If there is a problem with the material safety factor, the design of the elastic body is redone (No in step S110, step S102).

材料安全率に問題がない場合、決定したストッパ構造部分SPの隙間に基づいて、ワイヤカット加工するための隙間の角度θ及びワイヤの線径φを求める(ステップS110のYes、ステップS111)。ここで、隙間の角度θは、XY平面に対して、隙間(テーパ面)が傾いている角度を表すものとする。隙間のZ軸方向の長さZは、Z=φ/cosθで表される。隙間のX軸方向の長さXは、X=φ/sinθで表される。隙間のY軸方向の長さYは、X軸方向の長さXと同様に求まる。なお、X軸方向の長さXとY軸方向の長さYは、異なる長さにしてもよい。これらの式から、隙間の角度θ及びワイヤの線径φが求まる。 If there is no problem with the material safety factor, the clearance angle θ and the wire diameter φ for wire cutting are obtained based on the determined clearance of the stopper structure portion SP (Yes in step S110, step S111). Here, the gap angle θ represents the angle at which the gap (tapered surface) is inclined with respect to the XY plane. The length Z of the gap in the Z-axis direction is expressed by Z=φ/cos θ. The length X of the gap in the X-axis direction is expressed by X=φ/sin θ. The length Y of the gap in the Y-axis direction is obtained in the same manner as the length X in the X-axis direction. Note that the length X in the X-axis direction and the length Y in the Y-axis direction may be different. From these equations, the gap angle θ and the wire diameter φ can be obtained.

隙間の角度θ及びワイヤの線径φに基づいて、ワイヤカット加工が可能か否かを検討する(ステップS112)。例えば、ワイヤカット加工する装置が、求めた隙間の角度θでは対応できない場合、又は、求めたワイヤの線径φに対応するワイヤが無い場合などでは、ワイヤカット加工できないと判断する。 Based on the angle θ of the gap and the diameter φ of the wire, it is examined whether wire cutting is possible (step S112). For example, if the wire cutting device cannot cope with the obtained gap angle θ, or if there is no wire corresponding to the obtained wire diameter φ, it is determined that the wire cutting cannot be performed.

ワイヤカット加工が可能でないと判断された場合、弾性体の設計をやり直す(ステップS112のNo、ステップS102)。なお、弾性体の設計をやり直す代わりに、隙間の各軸方向の長さX,Y,Zを求め直してもよいし(ステップS109)、隙間の角度θ及びワイヤの線径φを求め直してもよいし(ステップS111)、その他の工程をやり直してもよい。 If it is determined that wire cutting is not possible, the design of the elastic body is redone (No in step S112, step S102). Instead of redoing the design of the elastic body, the lengths X, Y, and Z of the gap in each axial direction may be determined again (step S109), or the angle θ of the gap and the wire diameter φ of the wire may be determined again. (step S111), or other steps may be redone.

ワイヤカット加工可能と判断した場合、ワイヤカット加工により、材料から弾性体を切り出す(ステップS112のYes、ステップS113)。これにより、弾性体が製造される。
なお、多軸センサ10は、軽量化又はセンサの感度を上げるためなど、様々な目的に応じて、適宜形状を変更してもよい。例えば、図9に示す多軸センサ10aのように、図1に示す弾性体において、ストッパ構造部分SPと第1領域部1の中央部分との間に、楕円形の環状部EPを設けてもよい。これにより、ストッパ構造部分SPによるストッパの動作点又はセンサの感度などを調整することができる。
If it is determined that the wire cutting process is possible, an elastic body is cut out from the material by wire cutting process (Yes in step S112, step S113). Thereby, an elastic body is manufactured.
Note that the shape of the multiaxial sensor 10 may be appropriately changed according to various purposes, such as weight reduction or increased sensor sensitivity. For example, like the multiaxial sensor 10a shown in FIG. 9, in the elastic body shown in FIG. good. This makes it possible to adjust the operating point of the stopper by the stopper structure portion SP, the sensitivity of the sensor, or the like.

本実施形態によれば、第1領域部1(可動部)と第2領域部2(固定部)を互いにテーパ面で接触させるストッパ構造部分SPを設けることで、XY平面方向に働く力Fx,Fy,MzとZ軸方向に働く力Fz,Mx,Myのそれぞれに対するストッパの動作点をそれぞれ独立して別々に設定することができる。 According to the present embodiment, by providing the stopper structure portion SP that makes the tapered surfaces of the first area portion 1 (movable portion) and the second area portion 2 (fixed portion) contact with each other, the force Fx acting in the XY plane direction, The operating points of the stopper for each of Fy, Mz and the forces Fz, Mx, and My acting in the Z-axis direction can be set independently and separately.

具体的には、第1領域部1と第2領域部2のそれぞれのテーパ面の間にある隙間のX軸、Y軸及びZ軸のそれぞれの長さを過負荷による弾性体の変位量より短くすることで、各軸方向のストッパの設定をすることができる。
また、ストッパ構造部分SPは、第1領域部1と第2領域部2が互いに対向する面をテーパ面にすることで形成されるため、第1領域部1及び第2領域部2を含む弾性体の形状をワイヤカット加工可能な形状とすることができる。具体的には、求めた隙間のX軸、Y軸及びZ軸の長さから、テーパ面の傾斜の角度θ及び隙間の間隔φを決定することで、ワイヤカット加工することができる。
Specifically, each length of the X-axis, Y-axis and Z-axis of the gap between the tapered surfaces of the first region portion 1 and the second region portion 2 is calculated from the amount of displacement of the elastic body due to overload. By shortening, it is possible to set the stopper in each axial direction.
Further, since the stopper structure portion SP is formed by tapering the surfaces where the first region portion 1 and the second region portion 2 face each other, the elastic structure including the first region portion 1 and the second region portion 2 is formed. The shape of the body can be a shape that can be wire cut. Specifically, wire cutting can be performed by determining the inclination angle θ of the tapered surface and the interval φ of the gap from the obtained lengths of the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the gap.

ここで、ワイヤカット加工可能な形状とは、外形が直線(ワイヤ)で切り取ることにより形成可能な形状であり、具体的には、凹凸のない平面又は曲面で外形が形成される形状である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、構成要素を削除、付加又は変更等をしてもよい。また、複数の実施形態について構成要素を組合せ又は交換等をすることで、新たな実施形態としてもよい。このような実施形態が上述した実施形態と直接的に異なるものであっても、本発明と同様の趣旨のものは、本発明の実施形態として説明したものとして、その説明を省略している。
Here, the shape that can be wire-cut is a shape that can be formed by cutting the outer shape with a straight line (wire).
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and components may be deleted, added, or changed. Also, a new embodiment may be created by combining or exchanging constituent elements of a plurality of embodiments. Even if such an embodiment is directly different from the above-described embodiments, those having the same meaning as the present invention have been described as embodiments of the present invention, and the description thereof has been omitted.

1…第1領域部、2…第2領域部、3…起歪体、10…多軸センサ、11…第1構造部分、21…第2構造部分、CL…切込み部、H1,H2…取付穴、SP…ストッパ構造部分。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... 1st area|region part 2... 2nd area|region part 3... Strain-generating body 10... Multiaxial sensor 11... First structural part 21... Second structural part CL... Notch part H1, H2... Mounting Hole, SP... Stopper structure part.

Claims (5)

中央部分に位置する平板形状の第1領域部と、
前記第1領域部と一体に弾性体を形成し、前記第1領域部の少なくとも一部より外周側に位置する第2領域部と、
前記第1領域部と前記第2領域部との相対的な変位量に基づいて、多軸方向の力を検出する多軸力検出手段と、
前記弾性体に含まれ、前記第1領域部と前記第2領域部が互いに第1テーパ面で周方向の両側で対向し、前記第1領域部の2つの前記第1テーパ面は分離されており、対向する前記第1テーパ面が接触して、ストッパとして機能する第1ストッパ手段と、
前記弾性体に含まれ、前記第1領域部と前記第2領域部が互いに第2テーパ面で径方向に対向し、対向する前記第2テーパ面が接触して、ストッパとして機能する第2ストッパ手段とを備え、
前記弾性体は、ワイヤカット加工可能な形状であること
特徴とする多軸センサ。
a flat plate-shaped first region located in the central portion;
a second region portion forming an elastic body integrally with the first region portion and positioned on the outer peripheral side of at least a part of the first region portion;
multiaxial force detection means for detecting forces in multiaxial directions based on the amount of relative displacement between the first area portion and the second area portion;
Included in the elastic body, the first region portion and the second region portion face each other on both sides in the circumferential direction at first tapered surfaces, and the two first tapered surfaces of the first region portion are separated from each other. a first stopper means that functions as a stopper by contacting the opposing first tapered surfaces;
A second stopper included in the elastic body, wherein the first region portion and the second region portion are radially opposed to each other at second tapered surfaces, and the opposing second tapered surfaces come into contact with each other to function as a stopper. means and
The elastic body has a shape that can be wire cut.
A multi-axis sensor characterized by :
前記第1ストッパ手段は、少なくとも、前記平板形状の平面と垂直の垂直方向の力、前記垂直方向を軸とするモーメント、及び、前記平板形状の平面と平行の平行方向を軸とするモーメントに対するストッパとして機能し、
前記第2ストッパ手段は、少なくとも前記垂直方向の力に対するストッパとして機能すること
を特徴とする請求項1に記載の多軸センサ。
The first stopper means is a stopper against at least a vertical force perpendicular to the plane of the flat plate, a moment about the vertical direction, and a moment about the parallel direction parallel to the plane of the flat plate. functions as
2. A multi-axis sensor according to claim 1, wherein said second stopper means functions as a stopper against at least said vertical forces.
前記第1ストッパ手段は、前記平行方向の力に対するストッパとして機能すること
を特徴とする請求項2に記載の多軸センサ。
3. The multiaxial sensor according to claim 2, wherein said first stopper means functions as a stopper against said parallel force.
前記第2ストッパ手段は、前記平行方向の力に対するストッパとして機能すること
を特徴とする請求項2に記載の多軸センサ。
3. The multiaxial sensor according to claim 2, wherein said second stopper means functions as a stopper against said parallel force.
前記第1ストッパ手段又は前記第2ストッパ手段がストッパとして機能する前に、前記第1領域部と前記第2領域部が接触しないように前記第1領域部又は前記第2領域部の少なくとも一方に設けられた切込み部
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の多軸センサ。
Before the first stopper means or the second stopper means functions as a stopper, at least one of the first area portion and the second area portion is provided so that the first area portion and the second area portion do not come into contact with each other. 2. The multi-axis sensor of claim 1, comprising a notch provided.
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