JPH01262430A - 力検出装置 - Google Patents
力検出装置Info
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- JPH01262430A JPH01262430A JP63090816A JP9081688A JPH01262430A JP H01262430 A JPH01262430 A JP H01262430A JP 63090816 A JP63090816 A JP 63090816A JP 9081688 A JP9081688 A JP 9081688A JP H01262430 A JPH01262430 A JP H01262430A
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- axis
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 51
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000411 inducer Substances 0.000 abstract 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
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- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は１例えばロボット用力覚センサ、マンマシンイ
ンターフェイスとしての三次元入力装置。
ンターフェイスとしての三次元入力装置。
三次元荷重開定装置等に利用される力検出装置に関する
。
。
従来技術
従来、平板状起歪体を用いて多軸成分力の検出を行って
いるものとして、特願昭６１−１６６３９１号に本出願
人により出願されているものがある。すなわち、第８図
に示すように、平板状起歪体はその周辺部を支持部１と
し、その中心部を作用部２としており、前記支持部１と
前記作用部２との間には検出面３が形成されている。こ
の検出面３には８個の穴４を設けることにより形成され
た内外周間を連結する８本のアーム５が放射状に形成さ
れており、このアーム５は幅狭部６とその両側の拡開部
７とからなっている。そして、それらアーム５とその平
板状起歪体の中心とを通る４本の軸線ａ、ｂ、ｃ、ｄ上
には、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸各方向に作用する力の成分力を検出
するための検出素子８が形成されている。すなわち、Ｘ
＠線線上上はモーメントＭｙを検出するためにＹ工、Ｙ
２゜Ｙ、、Ｙ、が形成され、Ｙ軸＆Ｉｂ上にはモーメン
トＭｘ を検出するためニｘ、、ｘ、、ｘ、、、ｘ、が
形成されている。さらに、これらＸ軸、Ｙ軸と４５″を
なす方向の軸線ｃ、ｄ上には２軸（検出面３に対して垂
直）方向に作用する力Ｆｚを検出するためニｚ１． ｚ
２． ｚ、、 ｚ４． ｚ、、 ｚ、、、 ｚ７． ｚ
、が形成されている。
いるものとして、特願昭６１−１６６３９１号に本出願
人により出願されているものがある。すなわち、第８図
に示すように、平板状起歪体はその周辺部を支持部１と
し、その中心部を作用部２としており、前記支持部１と
前記作用部２との間には検出面３が形成されている。こ
の検出面３には８個の穴４を設けることにより形成され
た内外周間を連結する８本のアーム５が放射状に形成さ
れており、このアーム５は幅狭部６とその両側の拡開部
７とからなっている。そして、それらアーム５とその平
板状起歪体の中心とを通る４本の軸線ａ、ｂ、ｃ、ｄ上
には、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸各方向に作用する力の成分力を検出
するための検出素子８が形成されている。すなわち、Ｘ
＠線線上上はモーメントＭｙを検出するためにＹ工、Ｙ
２゜Ｙ、、Ｙ、が形成され、Ｙ軸＆Ｉｂ上にはモーメン
トＭｘ を検出するためニｘ、、ｘ、、ｘ、、、ｘ、が
形成されている。さらに、これらＸ軸、Ｙ軸と４５″を
なす方向の軸線ｃ、ｄ上には２軸（検出面３に対して垂
直）方向に作用する力Ｆｚを検出するためニｚ１． ｚ
２． ｚ、、 ｚ４． ｚ、、 ｚ、、、 ｚ７． ｚ
、が形成されている。
上述したように従来の力検出装置においては。
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に作用する力”＋Ｆｙ＃Ｆｚとモーメ
ントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚとの６成分力のうち。
ントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚとの６成分力のうち。
（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｆｚ）の３軸方向の成分力しか検出する
ことができず、４軸方向以上の成分力については検出す
ることができないという問題点がある。
ことができず、４軸方向以上の成分力については検出す
ることができないという問題点がある。
次に、上述した従来の装置をさらに改善したものとして
特願昭６２−４３９８５号に本出願人により出願されて
いるものがある。すなわち、Ｚ軸方向の成分力の検出感
度をＸ、Ｙ軸方向の検出感度とほぼ同程度にするために
、Ｚ軸方向の成分力の検出を行う検出面の剛性をＸ、Ｙ
軸方向の成分力の検出を行う検出面の剛性よりも大きく
設定したものである。しかしこの場合にも、前述した従
来例と同様に３軸方向の成分力しか検出することができ
ないということに変わりはない。
特願昭６２−４３９８５号に本出願人により出願されて
いるものがある。すなわち、Ｚ軸方向の成分力の検出感
度をＸ、Ｙ軸方向の検出感度とほぼ同程度にするために
、Ｚ軸方向の成分力の検出を行う検出面の剛性をＸ、Ｙ
軸方向の成分力の検出を行う検出面の剛性よりも大きく
設定したものである。しかしこの場合にも、前述した従
来例と同様に３軸方向の成分力しか検出することができ
ないということに変わりはない。
目的
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、従来の
平板状起歪体を用いて多軸方向の成分力について検出す
ることが可能な力検出装置を得ることを目的とする。
平板状起歪体を用いて多軸方向の成分力について検出す
ることが可能な力検出装置を得ることを目的とする。
構成
本発明は、中心部と周辺部とのいずれか一方を支持部と
し他方を作用部とし、これら両者間に前記作用部に作用
する力を検出する検出面を形成し、この検出面よりも中
心部と周辺部との剛性を大きくした平板状起歪体を設け
、この平板状起歪体の検出面に作用するＸ、Ｙ、Ｚ軸各
方向の力の成分力を検出する検出素子を、その平板状起
歪体の中心を通る検出面上の軸線とこれらの軸線のうち
少なくとも２本の軸線に対して対称な位置とに配設した
ので、従来の３軸方向の成分力のみならず、それ以上の
多軸方向の成分力についても検出することが可能となり
、これにより、−段と検出精度を上げることができる。
し他方を作用部とし、これら両者間に前記作用部に作用
する力を検出する検出面を形成し、この検出面よりも中
心部と周辺部との剛性を大きくした平板状起歪体を設け
、この平板状起歪体の検出面に作用するＸ、Ｙ、Ｚ軸各
方向の力の成分力を検出する検出素子を、その平板状起
歪体の中心を通る検出面上の軸線とこれらの軸線のうち
少なくとも２本の軸線に対して対称な位置とに配設した
ので、従来の３軸方向の成分力のみならず、それ以上の
多軸方向の成分力についても検出することが可能となり
、これにより、−段と検出精度を上げることができる。
本発明の一実施例を第１図ないし第６図に基づいて説明
する。なお、従来技術と同一部分については同一符号を
用いる。
する。なお、従来技術と同一部分については同一符号を
用いる。
平板状起歪体の中心と８本のアーム５とを通る軸線ａ、
ｂ上には、（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｆｚ）の３軸方向の成分力を
検出する検出素子８が形成されている。また、Ｚ軸方向
の２本の軸線ｃ、ｄについて対称な位置には、モーメン
トＭｚを検出するためにＭ工ＨＭ ｚ ＨＭ ３ ＨＭ
４ ＨＭ ５ ＨＭ ＠ ＨＭ ７ ＨＭ ＠の８個
の検出素子８が形成されている（第５図参照）。
ｂ上には、（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｆｚ）の３軸方向の成分力を
検出する検出素子８が形成されている。また、Ｚ軸方向
の２本の軸線ｃ、ｄについて対称な位置には、モーメン
トＭｚを検出するためにＭ工ＨＭ ｚ ＨＭ ３ ＨＭ
４ ＨＭ ５ ＨＭ ＠ ＨＭ ７ ＨＭ ＠の８個
の検出素子８が形成されている（第５図参照）。
このような構成において、Ｚ軸回りのモーメントＭｚを
検出するために、どうしてＸ、Ｙ軸と４５°をなす方向
の２本の軸線ｃ、ｄに対して対称な位置に８個の検出素
子８を形成したのかについて説明する。
検出するために、どうしてＸ、Ｙ軸と４５°をなす方向
の２本の軸線ｃ、ｄに対して対称な位置に８個の検出素
子８を形成したのかについて説明する。
まず、平板状起歪体の作用部２の下方に設けられた図示
しない力伝達体に反時計回りのＺ軸方向のモーメントＭ
ｚを加えた場合のＦＥＭ （有限要素法）によるシミュ
レーション結果を第２図ないし第４図に示す。これによ
り、第２図から穴４によって形成された８本のアーム５
の拡開部７（根本付近）に大きな変形部分すなわち応力
の集中箇所があることがわかる。この応力を具体的にベ
クトルで現わしたものを第３図及び第４図に示す。
しない力伝達体に反時計回りのＺ軸方向のモーメントＭ
ｚを加えた場合のＦＥＭ （有限要素法）によるシミュ
レーション結果を第２図ないし第４図に示す。これによ
り、第２図から穴４によって形成された８本のアーム５
の拡開部７（根本付近）に大きな変形部分すなわち応力
の集中箇所があることがわかる。この応力を具体的にベ
クトルで現わしたものを第３図及び第４図に示す。
すなわち、第３図には長い線状のベクトルがＸ軸方向に
現われており、これによりＸ軸方向の圧縮応力が作用し
ていることがわかる。また、第４図には長い線状のベク
トルがＹ軸方向に現われており、これによりＹ軸方向の
引張応力が作用していることがわかる。
現われており、これによりＸ軸方向の圧縮応力が作用し
ていることがわかる。また、第４図には長い線状のベク
トルがＹ軸方向に現われており、これによりＹ軸方向の
引張応力が作用していることがわかる。
このようなシミュレーションの結果から次のようなこと
が判明した。
が判明した。
１、アーム５の根本付近に大きな応力が発生する。
２、Ｘ、Ｙ軸方向の軸線ａ、ｂ上にはほとんど応力が発
生しない。
生しない。
３、場所によって圧縮応力と引張応力とが選択的に発生
する。
する。
以上の３つの理由を考慮してＺ軸回りのモーメントＭｚ
を検出する検出素子８の配設位置を決めると第５図に示
すようになる。すなわち、８個の検出素子８の検出位置
及びそれらの方向は、１、ＭｏとＭ、、Ｍ、とＭ、、Ｍ
、とＭ、、Ｍ、とＭ５とはそれぞれＸ軸方向の軸線ａに
ついて対称な位置 ２、Ｍ２とＭ、、ＭｌとＭ４．ＭＳとＭ、、Ｍ、とＭ。
を検出する検出素子８の配設位置を決めると第５図に示
すようになる。すなわち、８個の検出素子８の検出位置
及びそれらの方向は、１、ＭｏとＭ、、Ｍ、とＭ、、Ｍ
、とＭ、、Ｍ、とＭ５とはそれぞれＸ軸方向の軸線ａに
ついて対称な位置 ２、Ｍ２とＭ、、ＭｌとＭ４．ＭＳとＭ、、Ｍ、とＭ。
とはそれぞれＹ＃力方向軸線すについて対称な位置
３、ＭｌとＭ、、Ｍ、とＭ、、Ｍ、とＭ４．Ｍ、とＭ。
とはそれぞれＸ、Ｙ軸と４５“をなす方向の軸線ｃ、ｄ
について対称な位置 ４、ＭｌとＭ、、Ｍ、とＭ、、Ｍ、とＭ、、Ｍ、とＭｏ
とはそれぞれＺ軸について対称な位置 のような関係になる。従って、このような関係にある８
個の検出素子８を第６図に示すようなホーイストンブリ
ッジの構成にすることにより、モーメントＭｚの検出を
行うことが可能となる。
について対称な位置 ４、ＭｌとＭ、、Ｍ、とＭ、、Ｍ、とＭ、、Ｍ、とＭｏ
とはそれぞれＺ軸について対称な位置 のような関係になる。従って、このような関係にある８
個の検出素子８を第６図に示すようなホーイストンブリ
ッジの構成にすることにより、モーメントＭｚの検出を
行うことが可能となる。
そこで、今、平板状起歪体の力伝達体に４軸方向の成分
力（Ｍ ｘ ＋ Ｍ ｙ ＨＭ ｚ ｒ Ｆ ｚ ）を
加えた場合のＭ１〜Ｍ、の抵抗値の増減、及び、ブリッ
ジ出力Ｖｍ（第６図参照）の値を第１表に示す。
力（Ｍ ｘ ＋ Ｍ ｙ ＨＭ ｚ ｒ Ｆ ｚ ）を
加えた場合のＭ１〜Ｍ、の抵抗値の増減、及び、ブリッ
ジ出力Ｖｍ（第６図参照）の値を第１表に示す。
従って、この第１表からもわかるように、Ｍｚ検出用の
ブリッジ回路においては、Ｍｘ、Ｍｙ。
ブリッジ回路においては、Ｍｘ、Ｍｙ。
Ｆｚの各成分力が加わっても互いに打ち消されてしまい
Ｖｍの値はＯとなるが、Ｍｚが加わった時にはＶｍの値
は±ｖ、３ となって検出されることになる。このよう
に８個の検出素子８を用いてブリッジ構成することによ
り、たとえ１個の検出素子８に検出誤差（製造工程で生
じた位置ズレ等によ各月が生じたとしてもブリッジ回路
の各辺でまずその検出誤差が吸収されるように働くので
、その回路全体の検出精度の向上を図ることができる。
Ｖｍの値はＯとなるが、Ｍｚが加わった時にはＶｍの値
は±ｖ、３ となって検出されることになる。このよう
に８個の検出素子８を用いてブリッジ構成することによ
り、たとえ１個の検出素子８に検出誤差（製造工程で生
じた位置ズレ等によ各月が生じたとしてもブリッジ回路
の各辺でまずその検出誤差が吸収されるように働くので
、その回路全体の検出精度の向上を図ることができる。
なお、製造工程における検出素子８の貼り付は位置の位
置ズレ等により対称性がくずれたような場合には他輔力
による干渉を打ち消すことができなくなるため、そのよ
うな貼り付は作業には十分注意をする必要がある。
置ズレ等により対称性がくずれたような場合には他輔力
による干渉を打ち消すことができなくなるため、そのよ
うな貼り付は作業には十分注意をする必要がある。
次に、上述した実施例の第一の変形例を第７図に基づい
て説明する。この場合、Ｍｚ検出用の検出素子８の配設
位置に変わりはないが、ここではそのブリッジ回路の配
線方法を変えたものである。
て説明する。この場合、Ｍｚ検出用の検出素子８の配設
位置に変わりはないが、ここではそのブリッジ回路の配
線方法を変えたものである。
すなわち、 （Ｍｌ、 Ｍ４． ＭＳ、 Ｍｅ）の４
個の検出素子８で一つのブリッジ回路を構成し、 （
Ｍａ。
個の検出素子８で一つのブリッジ回路を構成し、 （
Ｍａ。
Ｍｌ、 Ｍｓ、 Ｍ、）でもう一つのブリッジ回路を構
成する。従って、それぞれの組において、各々の検出素
子８はＸ、Ｙ、Ｚ軸について対称な位置関係にあり、こ
れにより前述した実施例と同様な効果を得ることができ
る。
成する。従って、それぞれの組において、各々の検出素
子８はＸ、Ｙ、Ｚ軸について対称な位置関係にあり、こ
れにより前述した実施例と同様な効果を得ることができ
る。
次に、第二の変形例について説明する。これは図示しな
い４組のブリッジ回路、すなわち、（Ｍ工。
い４組のブリッジ回路、すなわち、（Ｍ工。
Ｍｚ ２ＭＩＩ２Ｍ４）、（Ｍｌ ２Ｍ４ 、Ｍｓ 、
Ｍり、（Ｍｓ 。
Ｍり、（Ｍｓ 。
Ｍ、１Ｍ１２Ｍ８）、 （Ｍ７．Ｍ、、Ｍ、、Ｍ、）
を構成した場合の例であり、このようにＸ軸又はＹ軸
のどちらか一方のみについて対称な位置関係を持たせる
ことによって上述した第一の変形例と同様な出力を得る
ことができる。
を構成した場合の例であり、このようにＸ軸又はＹ軸
のどちらか一方のみについて対称な位置関係を持たせる
ことによって上述した第一の変形例と同様な出力を得る
ことができる。
なお、Ｚ軸についてのみ対称な位置関係を持つようなブ
リッジ回路、すなわち、 （Ｍｌ ２Ｍ２２Ｍｓ 。
リッジ回路、すなわち、 （Ｍｌ ２Ｍ２２Ｍｓ 。
ＭＳ） 、 （ｕｉ９Ｍ４２Ｍ？、 Ｍ、）のような構
成のものについては、他の成分力（Ｍｘ、Ｍｙ）による
干渉を受けることになるので配線方法については十分注
意する必要がある。
成のものについては、他の成分力（Ｍｘ、Ｍｙ）による
干渉を受けることになるので配線方法については十分注
意する必要がある。
効果
本発明は、中心部と周辺部とのいずれか一方を支持部と
し他方を作用部とし、これら両者間に前記作用部に作用
する力を検出する検出面を形成し、この検出面よりも中
心部と周辺部との剛性を大きくした平板状起歪体を設け
、この平板状起歪体の検出面に作用するＸ、Ｙ、Ｚ軸各
方向の力の成分力を検出する検出素子を、その平板状起
歪体の中心を通る検出面上の軸線とこれらの軸線のうち
少なくとも２本の軸線に対して対称な位置とに配設した
ので、従来の３軸方向の成分力のみならず、それ以上の
多軸方向の成分力についても検出することが可能となり
、これにより、−段と検出精度を上げることができるも
のである。
し他方を作用部とし、これら両者間に前記作用部に作用
する力を検出する検出面を形成し、この検出面よりも中
心部と周辺部との剛性を大きくした平板状起歪体を設け
、この平板状起歪体の検出面に作用するＸ、Ｙ、Ｚ軸各
方向の力の成分力を検出する検出素子を、その平板状起
歪体の中心を通る検出面上の軸線とこれらの軸線のうち
少なくとも２本の軸線に対して対称な位置とに配設した
ので、従来の３軸方向の成分力のみならず、それ以上の
多軸方向の成分力についても検出することが可能となり
、これにより、−段と検出精度を上げることができるも
のである。
第１図は本発明の一実施例を示す平面図、第２図ないし
第４図はＺ軸回りのモーメントＭｚを加えた場合のシミ
ュレーション結果を示す応力分布図、第５図はＭｚを検
出するための検出素子の配設位置の様子を示す平面図、
第６図はそのブリッジ回路図、第７図は第一の変形例を
示すブリッジ回路図、第８図は従来例を示す平面図であ
る。 １・・・支持部、２・・・作用部、３・・・検出面、８
・・・検出素子、ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・軸線
第４図はＺ軸回りのモーメントＭｚを加えた場合のシミ
ュレーション結果を示す応力分布図、第５図はＭｚを検
出するための検出素子の配設位置の様子を示す平面図、
第６図はそのブリッジ回路図、第７図は第一の変形例を
示すブリッジ回路図、第８図は従来例を示す平面図であ
る。 １・・・支持部、２・・・作用部、３・・・検出面、８
・・・検出素子、ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・軸線
Claims (1)
- 中心部と周辺部とのいずれか一方を支持部とし他方を
作用部とし、これら両者間に前記作用部に作用する力を
検出する検出面を形成し、この検出面よりも前記中心部
と前記周辺部との剛性を大きくした平板状起歪体を設け
、この平板状起歪体の前記検出面に作用するＸ、Ｙ、Ｚ
軸各方向の力の成分力を検出する検出素子を、前記平板
状起歪体の中心を通る前記検出面上の軸線とこれら軸線
のうち少なくとも２本の軸線に対して対称な位置とに配
設したことを特徴とする力検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63090816A JPH01262430A (ja) | 1988-04-13 | 1988-04-13 | 力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63090816A JPH01262430A (ja) | 1988-04-13 | 1988-04-13 | 力検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01262430A true JPH01262430A (ja) | 1989-10-19 |
Family
ID=14009120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63090816A Pending JPH01262430A (ja) | 1988-04-13 | 1988-04-13 | 力検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01262430A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011209178A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Minebea Co Ltd | ３軸力センサ |
| JP2016070673A (ja) * | 2014-09-26 | 2016-05-09 | 株式会社レプトリノ | 力覚センサ |
| US11733113B2 (en) | 2018-06-14 | 2023-08-22 | Sintokogio, Ltd. | Strain element, strain element manufacturing method, and physical quantity measuring sensor |
-
1988
- 1988-04-13 JP JP63090816A patent/JPH01262430A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011209178A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Minebea Co Ltd | ３軸力センサ |
| JP2016070673A (ja) * | 2014-09-26 | 2016-05-09 | 株式会社レプトリノ | 力覚センサ |
| US11733113B2 (en) | 2018-06-14 | 2023-08-22 | Sintokogio, Ltd. | Strain element, strain element manufacturing method, and physical quantity measuring sensor |
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