JPH01142425A - 力−モーメント・センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、力やモーメントを感知するセンサの製造方
法に関し、より詳細には、ロボットのアームとその先端
に取り付けた工具の間に生じる力あるいはモーメントま
たはその双方を感知するセンサの製造方法に関するもの
である。

〔従来の技術〕

近年、産業用ロボットの作業工具を制御するために、作
業工具が被加工物に当接した際に作業工具に生じる力や
モーメントを感知・測定し、これによってロボットの駆
動機構を制御する方式が採用されつつある。このような
制御方式では、一般にロボット・アームの手首と作業工
具の間に力やモーメントを感知するセンサが取り付けら
れる。

このセンサは、多成分の力とモーメントを精密かつ連続
的に感知しなければならない。

この種の力−モーメント・センサ（１）は、第８図に示
すように、一般に一対の平行な円環（２）（３）を複数
のブリッジ部材（４）で接続した構成であり、各ブリッ
ジ部材（４）に生じる歪や撓みを歪ゲージ（５）などの
検知器を用いて取り出して作業工具に作用する力やモー
メントを検出するものである。従って、ブリッジ部材（
４）の形状、接続位置の誤差やセンサ（１）の製造時に
ブリッジ部材（４）の中に生じる加工歪などは、感知の
正確さや誤差の少なさに大きな影響を及ぼす。

従来、力−モーメント・センサの製造方法として、溶接
を用いて円筒壁面上に起歪部を形成する方法が知られて
いる。この方法の１つは、互いに平行に間隔をおいて配
置された一対の円環の間に、各円環の外周付近でブリッ
ジ部材となる環状部材を溶接により接合し、環状部材に
複数のスリットを形成して複数のブリッジ部材を周方向
に並設するものである。そして、各ブリッジ部材の外周
面を起歪部とするものである。

しかしながら、一般に溶接法では、溶接の際に両円環と
各ブリッジ部材を所定の位置に正確に配置すると共に、
両円環の平行度、各ブリッジ部材と円環との直角度等を
正確に設定し固定する必要があるため、作業が非常に困
難であると共に誤差が生じやすいという難点がある。ま
た、溶接時の加熱・冷却によってブリフジ部材に加工歪
が残存することも多い。

さらに、上記した溶接により接合した環状部材にスリッ
トを形成することによりブリッジ部材を形成する方法で
は、円筒状の外周面すなわち曲面上に起歪部を形成する
ため、歪の感知特性に問題があり、正確な力の感知・測
定をすることが困難であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明は、以上述べたような問題点を解決すべくなさ
れたもので、その目的とするところは、製造作業が簡易
であると共に寸法誤差が非常に生じ難い力−モーメント
・センサの製造方法を提供することにある。

この発明の他の目的は、ブリッジ部材に歪が残存せず、
しかも感知特性が良好で力やモーメントの感知・測定を
非常に正確に行える力−モーメント・センサの製造方法
を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の方法は、次の（ａｌ〜（ｆ）の各工程を含む
ことを特徴とするものである。

（ａ）　　まず、中の詰まった円柱形部材を形成する。

（ｂ）　　上記円柱形部材にその直径方向に沿いかつそ
の側面を貫通するワイヤ電極用の孔を穿孔する（ｅ）　
　上記孔にワイヤ電極を挿通し、ワイヤカット放電加工
法によって上記円柱形部材より柱状部分を切断・除去し
て上記円柱形部材の内部に直径方向に延びる空洞を形成
する。

（ｄ）　　上記空洞と同一の断面形状をもつ１つ以上の
他の空洞を、上記と同様にして上記円柱形部材の内部に
その中心軸の周りに等間隔に形成する（ｅｌ　　上記各
空洞の間に残る各柱状部に、上記円柱形部材の側面の相
互に隣接する上記空洞の開口部を連通ずるように、ワイ
ヤカット放電加工法により上記円柱形部材の半径方向の
軸に直交する溝を形成する。

（ｆ）　　上記各柱状部の上記溝より内側の部分をワイ
ヤカット放電加工法により切断・除去する。

このようにして作製されたセンサの半加工品は、フライ
スあるいはドリル加工等により、公知の方法で上下のプ
レート部の中心軸上に同心の透孔を形成し、さらに各ブ
リッジ部の外側面を平面状に形成すると共に水平方向の
円形孔を形成する等の加工を行った後、各ブリッジ部の
外側面や円形孔の内側面に歪ゲージなどの検知器を貼着
して完成したセンサとするものである。

〔作用〕

この発明の方法は、１つの円柱形部材の内部をくり抜い
て上下のプレート部と各ブリッジ部を形成するので、溶
接性のように各部材を所定位置に設定してそれらを固定
するという作業が不要であり、作業が簡易となると共に
、各部材の取付位置や寸法の誤差も生じ難い。また、ワ
イヤカット放電加工法を用いるので、精密に切断作業を
行うことができ、また、切断部分の近傍が加熱される温
度が低くしかもその範囲も狭いため、切断後に加工歪な
どが残り難くなる。

さらに、起歪部は、平面状としたブリッジ部の外側面に
形成することができるため、直線的で良好な出力特性を
得ることができる。

〔実施例〕

以下、添付図面に基いてこの発明の実施例について説明
する。

この発明の方法は、１つの円柱形部材からワイヤカント
放電加工法により内部をくり抜くことによって、円柱形
部材の上下にプレート部を形成すると共にその周縁に複
数のブリッジ部を形成するものである。

すなわち、第１図に見るように、まず最初に中の詰まっ
た円柱形部材（１１）を形成する。これは、一般に金Ｍ
製棒材を切断・切削加工して容易に得ることができる。

通常は、アルミニウム合金材を所定寸法に加工して形成
する。円柱形部材（１１）は、正確かつ精密な感知のた
め、できる限り正確な円柱形とする。すなわち、上面（
１２）と下面（１３）は互いに平行であり、側面（１４
）はこれらの面に直角であるようにする。

次に、上記円柱形部材（１１）の側面（１４）を直径方
向に貫通する空洞を、以下のようにして形成する。まず
、円柱形部材（１１）の側面（１４）にその直径方向に
沿って貫通する孔を穿孔し、ワイヤ電極をその中に挿通
する。そして、このワイヤ電極を長辺が上面（１２）お
よび下面（１３）に平行な長方形を描くように移動させ
て、第１図に示すような角柱形部分（１５）を円柱形部
材（１１）から切断し除去するのである。こうして円柱
形部材（１１）の内部に、断面長方形の第１の空洞（１
６）が形成される。この第１の空洞（１６）は、その軸
が上記円柱形部材（１１）の１つの直径上にあり、かつ
円柱形部材（１１）の高さの１／２の位置に設定しであ
る。また、空洞（１６）の上下面は、ワイヤ電極を円柱
形部材（１１）の上面（１２）および下面（１３）に平
行に移動しているので、これらの面に対して平行である
。

続いて、上記第１の空洞（１６）の軸に対して直交する
方向において、上記と同様にして円柱形部材（１１）よ
り角柱形部分（１７）を切断・除去し、第１の空洞（１
６）と同一形状の第２の空洞（１８）を円柱形部材（１
１）の側面（１４）を貫通して形成する。第２の空洞（
１８）も、その軸が円柱形部材（１１）の１つの直径上
にあると共に、円柱形部材（１１）の高さの１／２の位
置にある。この状態は第２図に示されている。こうして
、円柱形部材（１１）の内部に十字形に直交する空洞が
形成され、その側面（１４）に４つの長方形状の開口部
が等間隔に配置される。このとき、２つの空洞（１６）
　　（１８）の間には、周方向に等間隔に４つの柱状部
（１９）が残されており、円柱形部材（１１）の空洞（
１６）　　（１Ｂ）よりも上下の各部分が柱状部（１９
）によって接続されたような形状となっている。

さらに、互いに隣接する開口部を連通ずるように、直線
状の溝（２０）を次のようにして柱状部（１９）に形成
する。すなわち、第３図と第４図に見るように、互いに
隣接する各開口部の２つの上下方向に延びる端縁（２１
）より各々少し内側（中心寄り）に入った２つの点を結
ぶように貫通孔を形成し、ワイヤ電極（２２）をその中
に挿通する。そして、ワイヤ電極（２２）を細長い長方
形を描（ように開口部を越えて上下に移動させて各柱状
部（１９）に断面長方形状の溝（２０）を形成する。こ
の溝（２０）は柱状部（１９）を貫通していると共に、
開口部の水平方向に延びる２つの端縁（２３）従って空
洞（１６）　　（１８）の上下面と交差している。

後述の如く、上記柱状部（１９）の溝（２０）よりも外
側の部分がブリッジ部となるので、溝（２０）の位置は
、適切な厚みのブリッジ部が形成されるように決定され
る。またこの溝（２０）は、円柱形部材（１１）の半径
方向の軸に対して直交し、かつ上面（１２）および下面
（１３）と平行に形成してあり、従ってブリッジ部を￥
径方向の軸に対して対称とすることができる。他の３つ
の柱状部（１９）にも同様にして溝（２０）を形成する
と、互いに隣接する開口部を連通ずるように、４本の溝
（２０）が側面（１４）を貫通して形成されることにな
る。

次の工程では、上記柱状部（１９）の溝（２０）よりも
内側に形成された三角柱形の角部（２４）を切断・除去
するが、これは次のようにして行う。

すなわち、第４図に見るように、まず１つの開口部から
それと隣接する他の開口部へワイヤ電極（２２）を挿通
する。第１および第２の空洞（１６）（１８）は、上面
および下面が各々同一平面内にあると共に、円柱形部材
（１１）の上面（１２）および下面（１３）と平行であ
るため、ワイヤ電極（２２）を両空洞（１６）　　（１
Ｂ）の上下面に沿って上記溝（２０）に達するまで矢印
の方向に移動させると、角部（２４）は円柱形部材（１
１）から切り離される。

そこで、この切り離された角部（２４）を開口部より取
り出せば、円柱形部材（１１）の内部は第５図に示すよ
うな形状となり、円柱形部材（１１）の中央部をくり抜
いてその周縁に４つのブリッジ部（２５）を残すことが
できると共に、同時に上プレート部（２６）と下プレー
ト部（２７）を形成することができる。

以上述べた各工程を経て製造されたセンサの半加工品は
、第６図および第７図に示しである。この半加工品は、
ロボット・アームへの取付部材および工具の取付部材と
なる上下のプレート部（２６）　　（２７）を４つのブ
リッジ部（２５）で接続した構成である。各ブリッジ部
（２５）は、両プレート部（２６）　　（２７）の外周
部に中心軸の周りに９０°ごとに等間隔に配置され、か
ついずれも同一形状であるため、この半加工品は対称性
により優れた感知性能を有するものである。

こうして製造された半加工品は、各ブリッジ部（２５）
の外側面をフライス加工によって平面状に形成され、さ
らに、上下のプレート部（２６）　　（２７）の中心を
貫通する透孔をドリルないしフライス加工されると共に
、各ブリッジ部（２５）の中心を水平方向に貫通する円
形孔を同様に加工される。

そして、ブリフジ部（２５）の外側面や円形孔の内側面
に歪ゲージなどの検知器が貼着され、センサが完成する
。

なお、この実施例では、空洞を２つ直交して形成したが
、空洞の数はこれに限定されず、円柱形部材（１１）の
中心軸の周囲に等間隔に設置されればよい。

〔発明の効果〕

この発明は、以上に述べたような構成を有するものであ
り、通常のワイヤカット放電加工法を用いて実施できる
ので、製造作業が簡易に行えると共にブリッジ部（２５
）とプレート部（２６）　　（２７）が寸法や位置の誤
差なく正確に形成されることができ、しかも溶接で生じ
るフラックスなどの異物の発生を防止することができる
。また、この発明によれば、ブリッジ部（２５）の外側
面に平面状の起歪部を形成することができるため、歪感
知特性が直線的で良好であり、さらにブリッジ部（２５
）などに加工歪が生じ難いため、ブリッジ部（２５）な
どが正確に形成されることと和項って、力やモーメント
の感知と測定を非常に正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は、この発明の方法の一実施例を示
したもので、第１図は円柱形部材から第１の柱状部分を
切断・除去した状態を示す斜視図である。第２図は、第
２の柱状部分を切断・除去した状態を示す斜視図である
。第３図は、相互に隣接する開口部を連通ずるように溝
を形成する状態を示す斜視図である。第４図は、柱状部
の溝より内側の部分を切断・除去する状態を示す、円柱
形部材を水平方向に切断した状態の平面断面図である。 第５図は、柱状部の溝より内側の部分を切断・除去した
状態を示す、水平方向に切断した円柱形部材の斜視図で
ある。 第６図および第７図は、この発明の方法により製造され
たセンサの半加工品の一実施例を示したもので、第６図
は右半分を断面とした平面図、第７図は第６図のＡ方向
から見た側面図である。 第８図は、従来の力−モーメント・センサの一例を示す
斜視図である。 （１１）・・・円柱形部材　（１２）・・・上面　（１
３）・・・下面　（１４）・・・側面　（１５）　　（
１７）・・・角柱形部分（１６）・・・第１の空洞　（
１８）・・・第２の空洞　（１９）・・・柱状部　（２
０）・・・溝　（２１）　　（２３）・・・端縁（２２
）・・・ワイヤ電ｉ　　（２４）・・・角部　（２５）
・・・ブリフジ部　（２６）・・・上プレート部　（２
７）・・・下プレート部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中の詰まった円柱形部材を形成する工程と、 上記円柱形部材にその直径方向に沿いかつ その側面を貫通するワイヤ電極用の孔を穿孔する工程と
   、 上記孔にワイヤ電極を挿通し、ワイヤカッ ト放電加工法によって上記円柱形部材より柱状部分を切
   断・除去して上記円柱形部材の内部に直径方向に延びる
   空洞を形成する工程と上記空洞と同一の断面形状をもつ
   １つ以上 の他の空洞を、上記と同様にして上記円柱形部材の内部
   にその中心軸の周りに等間隔に形成する工程と、 上記各空洞の間に残る各柱状部に、上記円 柱形部材の側面の相互に隣接する上記空洞の開口部を連
   通するように、ワイヤカット放電加工法により上記円柱
   形部材の半径方向の軸に直交する溝を形成する工程と、 上記各柱状部の上記溝より内側の部分をワ イヤカット放電加工法により切断・除去する工程と を含むことを特徴とする力−モーメント・センサの製造
   方法。 ２、上記の１つ以上の他の空洞を形成する工程が、上記
   の最初に形成された空洞と直交して上記円柱形部材の直
   径方向に延びる１つの空洞を形成するものである特許請
   求の範囲第１項に記載の方法。