JPH02203228A - 温度補償付力覚センサ - Google Patents
温度補償付力覚センサInfo
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- JPH02203228A JPH02203228A JP1023025A JP2302589A JPH02203228A JP H02203228 A JPH02203228 A JP H02203228A JP 1023025 A JP1023025 A JP 1023025A JP 2302589 A JP2302589 A JP 2302589A JP H02203228 A JPH02203228 A JP H02203228A
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- temperature
- sensor
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- force
- temperature compensation
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- Pending
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- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
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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】
産業上の利用分野
本発明は、例えば、産業用ロボットや、マンマシンイン
ターフェイスとしての三次元人力装置等に利用される温
度補償付力覚センサに関する。
ターフェイスとしての三次元人力装置等に利用される温
度補償付力覚センサに関する。
従来の技術
従来、多軸方向の力の成分力を検出するものとして、特
開昭６３−２２６０７４号に開示されているように、半
導体検出素子を利用した力覚センサとして本出願人によ
り出願されているものがある。この場合、力覚センサの
構造は、歪変形部の上下両面に検出素子を備えた３次元
の座標軸方向の力の成分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを検出する
平行平板型構造と、歪変形部の上下斜面に検出素子を備
えたモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを検出する放射平板型
構造とをそれぞれ３組ずつ組合せて一体化したものとな
っている。
開昭６３−２２６０７４号に開示されているように、半
導体検出素子を利用した力覚センサとして本出願人によ
り出願されているものがある。この場合、力覚センサの
構造は、歪変形部の上下両面に検出素子を備えた３次元
の座標軸方向の力の成分力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを検出する
平行平板型構造と、歪変形部の上下斜面に検出素子を備
えたモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを検出する放射平板型
構造とをそれぞれ３組ずつ組合せて一体化したものとな
っている。
発明が解決しようとする課題
一般に、力の作用を検出素子の歪によって受け、これに
より電気的出力として得られる各出力信号の値を演算す
ることにより実際に作用する力の成分力を求めるような
力覚センサにおいては出力信号の温度依存性が存在する
。この出力信号の温度依存性の原因としては、検出素子
とこの周囲の検出機構部材の熱膨張係数の違いによるも
のと、検出素子そのものの感度温度依存性によるものと
の２つの原因が一般に考えられているわけである。
より電気的出力として得られる各出力信号の値を演算す
ることにより実際に作用する力の成分力を求めるような
力覚センサにおいては出力信号の温度依存性が存在する
。この出力信号の温度依存性の原因としては、検出素子
とこの周囲の検出機構部材の熱膨張係数の違いによるも
のと、検出素子そのものの感度温度依存性によるものと
の２つの原因が一般に考えられているわけである。
従って、実際の力測定においては、このような温度依存
性を考慮して出力信号を演算する必要があり、信、号処
理を行う際にそのような温度依存性を考慮した温度補償
機構を含んではいない。このため、力覚センサにおいて
は温度変化により出力信号の出力値が変わってしまい、
その結果、力検出の正確な測定を行うことができないと
いう問題がある。
性を考慮して出力信号を演算する必要があり、信、号処
理を行う際にそのような温度依存性を考慮した温度補償
機構を含んではいない。このため、力覚センサにおいて
は温度変化により出力信号の出力値が変わってしまい、
その結果、力検出の正確な測定を行うことができないと
いう問題がある。
また、特開昭６０−３９５２１号に温度補償付力測定装
置として開示されているように、温度補償を行ったもの
もある。しかし、この場合には、−軸方向の成分力の検
出における感度の調整方法のみがわずかに示されている
だけであり、具体性に欠け、多軸方向の成分力を検出す
る実際の力覚センサに用いたものではない。
置として開示されているように、温度補償を行ったもの
もある。しかし、この場合には、−軸方向の成分力の検
出における感度の調整方法のみがわずかに示されている
だけであり、具体性に欠け、多軸方向の成分力を検出す
る実際の力覚センサに用いたものではない。
課題の解決するための手段
そこで、このような問題点を解決するために、本発明は
、少なくとも２成分力の検出を行う力覚センサと、この
力覚センサにその温度を測定する温度センサを取付け、
この温度センサにより検出された前記力覚センサの各温
度における出力信号の出力値を記憶するセンサ出力メモ
リ部を設け、このセンサ出力メモリ部に記憶された各温
度に対する前記各出力信号の零点出力値や温度係数、さ
らには、出力感度係数を演算して求める温度補償演算処
理部を設け、この温度補償演算処理部の演算結果を記憶
する温度補償演算結果メモリ部を設け、この温度補償演
算結果メモリ部により得られた前記零点出力値と前記温
度係数と前記出力感度係数とをもとに前記力覚センサに
より実測された出力信号の温度補償を行う温度補償成分
力測定部を設けた。
、少なくとも２成分力の検出を行う力覚センサと、この
力覚センサにその温度を測定する温度センサを取付け、
この温度センサにより検出された前記力覚センサの各温
度における出力信号の出力値を記憶するセンサ出力メモ
リ部を設け、このセンサ出力メモリ部に記憶された各温
度に対する前記各出力信号の零点出力値や温度係数、さ
らには、出力感度係数を演算して求める温度補償演算処
理部を設け、この温度補償演算処理部の演算結果を記憶
する温度補償演算結果メモリ部を設け、この温度補償演
算結果メモリ部により得られた前記零点出力値と前記温
度係数と前記出力感度係数とをもとに前記力覚センサに
より実測された出力信号の温度補償を行う温度補償成分
力測定部を設けた。
作用
これにより、温度センサにより予め設定された各温度に
おける力覚センサの出力信号に対する零点出力値、温度
係数、出力感度係数を温度補償演算処理部により演算し
て求めておき、これら予め求められた諸係数をもとに温
度補償成分力測定部によって力覚センサにより実測され
た各成分力の出力信号の温度補償を行うようにした。
おける力覚センサの出力信号に対する零点出力値、温度
係数、出力感度係数を温度補償演算処理部により演算し
て求めておき、これら予め求められた諸係数をもとに温
度補償成分力測定部によって力覚センサにより実測され
た各成分力の出力信号の温度補償を行うようにした。
実施例
本発明の一実施例を第１図ないし第５図に基づいて説明
する。
する。
まず、温度補償付力覚センサの全体構成の概略について
説明する。力覚センサ１は、第４図に示すような互いに
直交した３軸（Ｘ、Ｙ、’ｌ）に沿う軸力Ｆｘ、Ｆｙ、
Ｆｚ及び各軸まわりのモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚの６
成分力のうち、少なくとも２成分力を独立分離して検出
できるものである。この力覚センサ１には、これ自体の
温度を測定するために温度センサ２が取付けられている
。
説明する。力覚センサ１は、第４図に示すような互いに
直交した３軸（Ｘ、Ｙ、’ｌ）に沿う軸力Ｆｘ、Ｆｙ、
Ｆｚ及び各軸まわりのモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚの６
成分力のうち、少なくとも２成分力を独立分離して検出
できるものである。この力覚センサ１には、これ自体の
温度を測定するために温度センサ２が取付けられている
。
この温度センサ２にはセンサ出力メモリ部３が接続され
ており、これは前記力覚センサ１の各温度における出力
信号の出力値を記憶する。このセンサ出力メモリ部３に
は温度補償演算処理部４が接続されており、これは前記
センサ出力メモリ部３に記憶された各温度に対する出力
信号の零点出力値、温度係数、出力感度係数を演算して
求める。
ており、これは前記力覚センサ１の各温度における出力
信号の出力値を記憶する。このセンサ出力メモリ部３に
は温度補償演算処理部４が接続されており、これは前記
センサ出力メモリ部３に記憶された各温度に対する出力
信号の零点出力値、温度係数、出力感度係数を演算して
求める。
また、この温度補償演算処理部４には温度補償演算結果
メモリ部５が接続されており、これは前記温度補償演算
処理部４により演算して求められた演算結果を記憶する
。さらに、温度補償成分力測、走部６は、前記温度補償
演算結果メモリ部５により得られた零点出力値と温度係
数と出力感度係数とをもとにして、前記力覚センサ１に
より実測された出力信号の温度補償を行う。
メモリ部５が接続されており、これは前記温度補償演算
処理部４により演算して求められた演算結果を記憶する
。さらに、温度補償成分力測、走部６は、前記温度補償
演算結果メモリ部５により得られた零点出力値と温度係
数と出力感度係数とをもとにして、前記力覚センサ１に
より実測された出力信号の温度補償を行う。
このように構成された温度補償付力覚センサにおいて、
今、６成分力を検出する場合を具体例にとり、以下その
説明を行う。この場合、出力信号ｖ１〜■、は次式のよ
うに表わせる。
今、６成分力を検出する場合を具体例にとり、以下その
説明を行う。この場合、出力信号ｖ１〜■、は次式のよ
うに表わせる。
・・・（１）
二二で、ＣＩ ！ ”” ＣＩ ＠は一般に剛性マトリ
ックスと呼ばれ、対角成分は感度を表わしそれ以外の部
分は干渉成分を表わすものであるが、ここではこれらを
温度係数と呼ぶことにする。また、■、ｌ〜■０．は、
力の成分力が作用していない時の出力信号の零点出力値
である。従って、（１）式を解くことによって６成分力
（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ。
ックスと呼ばれ、対角成分は感度を表わしそれ以外の部
分は干渉成分を表わすものであるが、ここではこれらを
温度係数と呼ぶことにする。また、■、ｌ〜■０．は、
力の成分力が作用していない時の出力信号の零点出力値
である。従って、（１）式を解くことによって６成分力
（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ。
Ｍｙ、Ｍｚ）を求めることができるわけであるが、しか
し、実際には、上述した温度係数ＣＩ Ｉ〜Ｃ１い零点
出力値■、１〜■１．を求める際に温度に対する依存性
を考慮しなければならない。その理由は、従来技術でも
説明したように、温度に対する補正なくしては力の成分
力を精度良く測定することができないからである。この
場合、出力信号の温度依存性の原因としては、第一の理
由として検出素子と検出機構部材の熱膨張係数の違いに
よるもの、第二の理由として検出素子そのものの出力感
度温度依存性によるものとが考えられる。
し、実際には、上述した温度係数ＣＩ Ｉ〜Ｃ１い零点
出力値■、１〜■１．を求める際に温度に対する依存性
を考慮しなければならない。その理由は、従来技術でも
説明したように、温度に対する補正なくしては力の成分
力を精度良く測定することができないからである。この
場合、出力信号の温度依存性の原因としては、第一の理
由として検出素子と検出機構部材の熱膨張係数の違いに
よるもの、第二の理由として検出素子そのものの出力感
度温度依存性によるものとが考えられる。
そこで、まず、その第一の理由を解決する方法について
説明する。この場合、検出機構の固有の特徴によりＦｘ
−Ｍｚが■、〜■６に与える影響が異なるため、（１）
式において温度係数ＣＩ ｌ〜Ｃｌ ｌ、零点出力値■
、１〜■０．をそれぞれ温度に対する関数として定義し
ておく。これらは予め温度をパラメータとした実験によ
り求めることができる。今、温度センサ２により温度ｔ
における温度係数Ｃ＋＋（ｔ）〜ｃ ｓ ａ （ｔ ）
及び零点出力値ｖｅ＋（ｔ）〜Ｖ０．（ｔ）を予め求め
ておくと、次のようにして力の成分力Ｆｘ−Ｍｚを求め
ることができる。
説明する。この場合、検出機構の固有の特徴によりＦｘ
−Ｍｚが■、〜■６に与える影響が異なるため、（１）
式において温度係数ＣＩ ｌ〜Ｃｌ ｌ、零点出力値■
、１〜■０．をそれぞれ温度に対する関数として定義し
ておく。これらは予め温度をパラメータとした実験によ
り求めることができる。今、温度センサ２により温度ｔ
における温度係数Ｃ＋＋（ｔ）〜ｃ ｓ ａ （ｔ ）
及び零点出力値ｖｅ＋（ｔ）〜Ｖ０．（ｔ）を予め求め
ておくと、次のようにして力の成分力Ｆｘ−Ｍｚを求め
ることができる。
して次式のようにして力の成分力の測定を行うことがで
きる。
きる。
次に、第二の理由を解決する方法について説明する。こ
の場合には、力覚センサｌの出力の感度のみに注目すれ
ばよいので、ここでその出力感度係数Ｇ、（ｔ）〜ＣＳ
（ｔ ）を定義すると、前述と同様になお、この場合
にも、温度センサ２から得られた温度ｔにおけるＧ、（
ｔ）〜Ｇ、（ｔ）を予め測定しておく。また、第５図は
出力感度Ｇと温度もとの関係の一例をグラフ化したもの
である。
の場合には、力覚センサｌの出力の感度のみに注目すれ
ばよいので、ここでその出力感度係数Ｇ、（ｔ）〜ＣＳ
（ｔ ）を定義すると、前述と同様になお、この場合
にも、温度センサ２から得られた温度ｔにおけるＧ、（
ｔ）〜Ｇ、（ｔ）を予め測定しておく。また、第５図は
出力感度Ｇと温度もとの関係の一例をグラフ化したもの
である。
上述したように、（２）式において予めある温度におけ
る温度係数ＣＩ Ｉ〜Ｃ１い及び、零点出力値■、１〜
■０．を求めておき演算を行い、また、（３）式におい
て予めある温度における出力感度係数Ｇ、〜Ｇ、を求め
ておき演算を行うことによって、力覚センサ１から得ら
れた出力信号の温度依存性をなくすことができるため、
成分力の検出を誤差を含むことなく正確に行うことがで
きる。
る温度係数ＣＩ Ｉ〜Ｃ１い及び、零点出力値■、１〜
■０．を求めておき演算を行い、また、（３）式におい
て予めある温度における出力感度係数Ｇ、〜Ｇ、を求め
ておき演算を行うことによって、力覚センサ１から得ら
れた出力信号の温度依存性をなくすことができるため、
成分力の検出を誤差を含むことなく正確に行うことがで
きる。
発明の効果
本発明は、温度センサにより予め設定された各温度にお
ける力覚センサの出力信号に対する零点出力値、温度係
数、出力感度係数を温度補償演算処理部により演算して
求めておき、これら予め求められた諸係数をもとに温度
補償成分力測定部によって力覚センサにより実測された
各成分力の出力信号の温度補償を行うことができるため
、これにより、力の成分力の検出を精度良く検出するこ
とができるものである。
ける力覚センサの出力信号に対する零点出力値、温度係
数、出力感度係数を温度補償演算処理部により演算して
求めておき、これら予め求められた諸係数をもとに温度
補償成分力測定部によって力覚センサにより実測された
各成分力の出力信号の温度補償を行うことができるため
、これにより、力の成分力の検出を精度良く検出するこ
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ブロック図、第２図は
出力信号の温度依存性の第一の原因である検出素子と検
出機構部材の熱膨張係数の違いによる場合の温度補償例
を示す説明図、第３図は出力信号の温度依存性の第二の
原因である検出素子そのものの出力感度温度依存性によ
る場合の温度補償例を示す説明図、第４図は６軸力の作
用状態を示す説明図、第５図は出力感度係数と温度との
関係を示すグラフである。 １・・・力覚センサ、２・・・温度センサ、３・・・セ
ンサ出力メモリ部、４・・・温度補償演算処理部、５・
・・温度補償演算結果メモリ部、６・・・温度補償成分
力測定部、■。１〜■。、・・・零点出力値、Ｃｌ ｌ
〜Ｃ０・・・温度係数、０１〜Ｇ、・・・出力感度係数
比 願 人 株式会社 リ コ
出力信号の温度依存性の第一の原因である検出素子と検
出機構部材の熱膨張係数の違いによる場合の温度補償例
を示す説明図、第３図は出力信号の温度依存性の第二の
原因である検出素子そのものの出力感度温度依存性によ
る場合の温度補償例を示す説明図、第４図は６軸力の作
用状態を示す説明図、第５図は出力感度係数と温度との
関係を示すグラフである。 １・・・力覚センサ、２・・・温度センサ、３・・・セ
ンサ出力メモリ部、４・・・温度補償演算処理部、５・
・・温度補償演算結果メモリ部、６・・・温度補償成分
力測定部、■。１〜■。、・・・零点出力値、Ｃｌ ｌ
〜Ｃ０・・・温度係数、０１〜Ｇ、・・・出力感度係数
比 願 人 株式会社 リ コ
Claims (1)
- 少なくとも２成分力の検出を行う力覚センサと、この力
覚センサに取付けられその温度を測定する温度センサと
、この温度センサにより検出された前記力覚センサの各
温度における出力信号の出力値を記憶するセンサ出力メ
モリ部と、このセンサ出力メモリ部に記憶された各温度
に対する前記各出力信号の零点出力値や温度係数、さら
には、出力感度係数を演算して求める温度補償演算処理
部と、この温度補償演算処理部の演算結果を記憶する温
度補償演算結果メモリ部と、この温度補償演算結果メモ
リ部により得られた前記零点出力値と前記温度係数と前
記出力感度係数とをもとに前記力覚センサにより実測さ
れた出力信号の温度補償を行う温度補償成分力測定部と
よりなることを特徴とする温度補償付力覚センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1023025A JPH02203228A (ja) | 1989-02-01 | 1989-02-01 | 温度補償付力覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1023025A JPH02203228A (ja) | 1989-02-01 | 1989-02-01 | 温度補償付力覚センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02203228A true JPH02203228A (ja) | 1990-08-13 |
Family
ID=12098941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1023025A Pending JPH02203228A (ja) | 1989-02-01 | 1989-02-01 | 温度補償付力覚センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02203228A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016130407A (ja) * | 2015-01-13 | 2016-07-21 | 日立造船株式会社 | トンネル掘進機 |
| JP2023140173A (ja) * | 2022-03-22 | 2023-10-04 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサの使用方法、力覚センサ使用プログラムおよび力覚センサ |
-
1989
- 1989-02-01 JP JP1023025A patent/JPH02203228A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016130407A (ja) * | 2015-01-13 | 2016-07-21 | 日立造船株式会社 | トンネル掘進機 |
| WO2016114026A1 (ja) * | 2015-01-13 | 2016-07-21 | 日立造船株式会社 | トンネル掘進機 |
| US10641093B2 (en) | 2015-01-13 | 2020-05-05 | Hitachi Zosen Corporation | Tunnel boring machine |
| JP2023140173A (ja) * | 2022-03-22 | 2023-10-04 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサの使用方法、力覚センサ使用プログラムおよび力覚センサ |
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