JPH0274838A - ３軸力センサ - Google Patents
３軸力センサInfo
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- JPH0274838A JPH0274838A JP63226256A JP22625688A JPH0274838A JP H0274838 A JPH0274838 A JP H0274838A JP 63226256 A JP63226256 A JP 63226256A JP 22625688 A JP22625688 A JP 22625688A JP H0274838 A JPH0274838 A JP H0274838A
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- JP
- Japan
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- led
- semiconductor optical
- position detector
- sensor
- force sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 30
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (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、ロボット用力センサとして３軸方向に変位を
計１（ＩＩ＋する３輔カセンサに関するものである。
計１（ＩＩ＋する３輔カセンサに関するものである。
従来の上記３輔カセンサは第８図、第９図に示すように
なっている。
なっている。
すなわち、その原理は第８図に示すようになっていて、
田の字形をした４分割型のフォトセンサ１とＬＥＤ２を
対向させ、ＬＥＤ２のＸ、ｙ、Ｚ方向の変位を４つのフ
ォトダイオードの出力から算出する仕組ろになっている
。この原理を用いた３軸力センサの措造は第９図に示す
ようになり、センサ部３とＬＥＤ２とはばね４を介して
接続され、センサ部３にＸ ｓ ’ｌ ｓ Ｚ方向の力
が作用したときに、この力はばね４を介してＬＥＤ２に
伝わってこれが変位置するようになっている。そして、
このＸＳ’／％ Ｚ方向の変位がフォトセンサ１にて検
出される。上記ばね４はセンサ部３に作用する外力がＬ
ＥＤに敏感に反応するために用いられ、このばね４の強
さを変えることにより測定レンジが任意に設定される。
田の字形をした４分割型のフォトセンサ１とＬＥＤ２を
対向させ、ＬＥＤ２のＸ、ｙ、Ｚ方向の変位を４つのフ
ォトダイオードの出力から算出する仕組ろになっている
。この原理を用いた３軸力センサの措造は第９図に示す
ようになり、センサ部３とＬＥＤ２とはばね４を介して
接続され、センサ部３にＸ ｓ ’ｌ ｓ Ｚ方向の力
が作用したときに、この力はばね４を介してＬＥＤ２に
伝わってこれが変位置するようになっている。そして、
このＸＳ’／％ Ｚ方向の変位がフォトセンサ１にて検
出される。上記ばね４はセンサ部３に作用する外力がＬ
ＥＤに敏感に反応するために用いられ、このばね４の強
さを変えることにより測定レンジが任意に設定される。
上記従来例のように多分割されたフォトセンサを用いる
場合、各フォトセンサ及び、これの後段に備えるアンプ
の特性をそろえる必要があり、これは構造的に困難であ
る。
場合、各フォトセンサ及び、これの後段に備えるアンプ
の特性をそろえる必要があり、これは構造的に困難であ
る。
また変位量が大きい場合、１つ１つのフォトセンサを大
面積にするか、多くのフォトセンサを用いる必要があり
、多くのフォトセンサを用いた場合、上記したような問
題が生じ、フォトセンサの大面積化は技術的、経済的に
困難である。
面積にするか、多くのフォトセンサを用いる必要があり
、多くのフォトセンサを用いた場合、上記したような問
題が生じ、フォトセンサの大面積化は技術的、経済的に
困難である。
本発明は上記のことにかんがみなされたもので、フォト
センサ及びアンプの特性に影響されることなく、また大
面積化も可能にした３輔力センサをｉｕ ｆ共すること
を目的とするものである。
センサ及びアンプの特性に影響されることなく、また大
面積化も可能にした３輔力センサをｉｕ ｆ共すること
を目的とするものである。
上記目的を達成するために、本発明に係る３軸力センサ
は、センサ部にばねを介してＬＥＤを接続し、このＬＥ
Ｄに、このＬＥＤからの光ビームの入射位置を検知する
検知部とからなる３軸力センサにおいて、検知部に半導
体光位置検出器をＬＥＤに対向して設けた構成となって
いる。
は、センサ部にばねを介してＬＥＤを接続し、このＬＥ
Ｄに、このＬＥＤからの光ビームの入射位置を検知する
検知部とからなる３軸力センサにおいて、検知部に半導
体光位置検出器をＬＥＤに対向して設けた構成となって
いる。
また上記ＬＥＤに対向する検知部に、２枚の半導体光位
置検出器を、ＬＥＤからの光ビームの光軸方向に離間し
て配置した構成となっている。
置検出器を、ＬＥＤからの光ビームの光軸方向に離間し
て配置した構成となっている。
センサ部に３軸方向の力が作用してこれが変形すると、
これの動きがばねを介してＬＥＤに伝わり、ＬＥＤから
検知部の半導体光位置検出器へ入射される光ビームの位
置が変化し、この光ビームの入射位置の変化により上記
センサ部へ作用する力の大きさ及び方向が半導体光位置
検出器にて検出される。
これの動きがばねを介してＬＥＤに伝わり、ＬＥＤから
検知部の半導体光位置検出器へ入射される光ビームの位
置が変化し、この光ビームの入射位置の変化により上記
センサ部へ作用する力の大きさ及び方向が半導体光位置
検出器にて検出される。
また上記検知部に、２枚の半導体装置検出器を、ＬＥＤ
からの光ビームの光軸方向に離間して配置したことによ
り、センサ部の回転角がこの２枚の半導体・光位置検出
器によって検出される。
からの光ビームの光軸方向に離間して配置したことによ
り、センサ部の回転角がこの２枚の半導体・光位置検出
器によって検出される。
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の原理を示すもので、半導体光位置検出
器９とＬＥＤ （発光素子）２を正対させるように配置
する。
器９とＬＥＤ （発光素子）２を正対させるように配置
する。
上記半導体光位置検出器９は先に本願の出願人が特開昭
５９−５０５７９号にて提案したものであり、その構成
は第３図から第６図に示すようになっている。
５９−５０５７９号にて提案したものであり、その構成
は第３図から第６図に示すようになっている。
すなわち、正方形のガラス基板１０に透明導電膜１１、
Ｐ型アモルファスシリコン層１２、ｉ型アモルファスシ
リコン層１３、ｎ型アモルファスシリコン層１４及び透
明導電膜１５を順次接合した構成となっており、上記上
側の透明導電膜１］には第４図に示すように枠状の電極
１６がその縁部に沿って付設され、また第５図に示すよ
うに、下側の透明導電膜１５には２対の棒状電極１７．
１７’及び１８．１８’がその縁部に沿って対向配設さ
れている。
Ｐ型アモルファスシリコン層１２、ｉ型アモルファスシ
リコン層１３、ｎ型アモルファスシリコン層１４及び透
明導電膜１５を順次接合した構成となっており、上記上
側の透明導電膜１］には第４図に示すように枠状の電極
１６がその縁部に沿って付設され、また第５図に示すよ
うに、下側の透明導電膜１５には２対の棒状電極１７．
１７’及び１８．１８’がその縁部に沿って対向配設さ
れている。
そしていま、第６図に示すように、半導体光位置検出器
９に先ビームＬが入射すると、この光ビームＬの入射点
におけるｐｎ接合に過剰キャリアが生じ、この過剰キャ
リアに−基づく電流が透明導電膜１５を介してそれぞれ
電極１７゜１７’ 、１８．１８’ と電極１６の間に
流れる。
９に先ビームＬが入射すると、この光ビームＬの入射点
におけるｐｎ接合に過剰キャリアが生じ、この過剰キャ
リアに−基づく電流が透明導電膜１５を介してそれぞれ
電極１７゜１７’ 、１８．１８’ と電極１６の間に
流れる。
しかして上記下側の透明導電膜１５が均一な抵抗分布を
有していることから、上記電流の大きさは上記光ビーム
Ｌの入射点から各電極までの距離に逆比例し、したがっ
て対向する電極から出力される電流値の和あるいは差及
びそれらの比に基づいて上記光ビームＬの入射点の位置
を算出することができる。
有していることから、上記電流の大きさは上記光ビーム
Ｌの入射点から各電極までの距離に逆比例し、したがっ
て対向する電極から出力される電流値の和あるいは差及
びそれらの比に基づいて上記光ビームＬの入射点の位置
を算出することができる。
上記半導体光位置検出器つとこれに正対するＬＥＤ２に
おいて、ＬＥＤ２は常に一定の強度Ｉで発光させるなら
ば、Ｘ％Ｖ方向については半導体光位置検出器９の対向
する電極から出力される電流値の差を和で割ることによ
り求めることができる。対向する電極から出力される電
流値の和は半導体光位置検出器９に入射する光ビームＬ
の強度に比例するので、２方向に゛も検出することがで
きる。
おいて、ＬＥＤ２は常に一定の強度Ｉで発光させるなら
ば、Ｘ％Ｖ方向については半導体光位置検出器９の対向
する電極から出力される電流値の差を和で割ることによ
り求めることができる。対向する電極から出力される電
流値の和は半導体光位置検出器９に入射する光ビームＬ
の強度に比例するので、２方向に゛も検出することがで
きる。
上記基本原理に基づく３軸力センサの構造を第２図に示
す。
す。
この図において、７１はセンサ部、７２は検知部であり
、この両者はばね７３にて接続されており、センサ部７
１の先端に作用する外力に応じてこのセンサ部７１に接
続されているＬＥＤ２が変位し、半導体光位置検出器９
に入射される先ビームＬがその位置が変えられ、この変
位置により上記センサ部７１に作用した力の大きさが検
出される。このときの検出力の大きさはばね７３の強弱
により調整できる。
、この両者はばね７３にて接続されており、センサ部７
１の先端に作用する外力に応じてこのセンサ部７１に接
続されているＬＥＤ２が変位し、半導体光位置検出器９
に入射される先ビームＬがその位置が変えられ、この変
位置により上記センサ部７１に作用した力の大きさが検
出される。このときの検出力の大きさはばね７３の強弱
により調整できる。
２方向の変位とばね７３を中心とする回転は半導体光位
置検出器９上で、光の強度に関して見かけ上向−の信号
として検出される。
置検出器９上で、光の強度に関して見かけ上向−の信号
として検出される。
それを防ぐ方策として（１）ばね７３の運動方向をＸ％
ｙ％Ｚの３軸方向に制限する、（２）ばね７３とＬＥ
Ｄ２の距離をとることにより、回転による２方向変位を
検出限度以下におさえる、（３）各方向における質量中
心をばね７３の位置にあわせる、（４）回転角を検出し
て補正を行なう、などの方法が考えられる。このうち、
（１）、（２） （３）についてはセンサ構造に関
する問題であり、本発明の基本原理をおかすものではな
い。
ｙ％Ｚの３軸方向に制限する、（２）ばね７３とＬＥ
Ｄ２の距離をとることにより、回転による２方向変位を
検出限度以下におさえる、（３）各方向における質量中
心をばね７３の位置にあわせる、（４）回転角を検出し
て補正を行なう、などの方法が考えられる。このうち、
（１）、（２） （３）についてはセンサ構造に関
する問題であり、本発明の基本原理をおかすものではな
い。
本発明における基本原理を用い、半導体装置検出器９を
２枚用いることにより、回転角を検出し、上記（４）に
よる問題を解決することができる。
２枚用いることにより、回転角を検出し、上記（４）に
よる問題を解決することができる。
すなわち、第７図に示すように、２枚の半導体光位置検
出器９，９′をＬＥＤの光軸方向にある距離ｇだけ離間
して平行にセットする。
出器９，９′をＬＥＤの光軸方向にある距離ｇだけ離間
して平行にセットする。
この構成において、ＬＥＤから入射される光ビームＬが
２枚の半導体光位置検出器９．９′をつらぬき、それぞ
れの入射位置を検出することにより上記光ビームＬの入
射角θを知ることが可能となり、センサが回転する方向
に力を受けてもその角度を知ることができる。このとき
、光ビームＬが入射する側の半導体光位置検出器９は可
透光性である必要がある。
２枚の半導体光位置検出器９．９′をつらぬき、それぞ
れの入射位置を検出することにより上記光ビームＬの入
射角θを知ることが可能となり、センサが回転する方向
に力を受けてもその角度を知ることができる。このとき
、光ビームＬが入射する側の半導体光位置検出器９は可
透光性である必要がある。
本発明によれば、ＬＥＤ２に対設され、このＬＥＤ２か
らの光ビームＬの入射位置を検出する検知部７２に半導
体光位置検出器９を用いたことにより、３軸力センサに
おけるフォトセンサ間のバランスを取る必要がなくなり
、また検知部側の大面積化も可能になる。また半導体光
位置検出器９を２枚用いることにより、３軸力センサで
問題となる回転力を受けた状態での角度補正した角度検
知を簡単に実現することができる。
らの光ビームＬの入射位置を検出する検知部７２に半導
体光位置検出器９を用いたことにより、３軸力センサに
おけるフォトセンサ間のバランスを取る必要がなくなり
、また検知部側の大面積化も可能になる。また半導体光
位置検出器９を２枚用いることにより、３軸力センサで
問題となる回転力を受けた状態での角度補正した角度検
知を簡単に実現することができる。
第１図は本発明の原理説明図、第２図は断面図、第３図
から第６図は本発明に用いられる半導体光位置検出器を
示すもので、第３図は断面図、第４図は上面図、第５図
は下面図、第６図は作用説明図であり、また第７図は他
の実施例の作用説明図である。 第８図、第９図は従来例を示すもので、第８図はその原
理説明図、第９図は断面図である。 ２はＬＥＤ、９は半導体光位置検出器、７１はセンサ部
、７２は検知部、７３はばね。
から第６図は本発明に用いられる半導体光位置検出器を
示すもので、第３図は断面図、第４図は上面図、第５図
は下面図、第６図は作用説明図であり、また第７図は他
の実施例の作用説明図である。 第８図、第９図は従来例を示すもので、第８図はその原
理説明図、第９図は断面図である。 ２はＬＥＤ、９は半導体光位置検出器、７１はセンサ部
、７２は検知部、７３はばね。
Claims (2)
- （１）センサ部７１に、ばね７３を介してＬＥＤ２を接
続し、このＬＥＤ２に、このＬＥＤ２からの光ビームの
入射位置を検知する検知部７２とからなる３軸力センサ
において、検知部７２に半導体光位置検出器９をＬＥＤ
２に対向して設けたことを特徴とする３軸力センサ。 - （２）ＬＥＤ２に対向する検知部７２に、２枚の半導体
光位置検出器を、ＬＥＤ２からの光ビームの光軸方向に
離間して配置したことを特徴とする請求項１記載の３軸
力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63226256A JPH0274838A (ja) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | ３軸力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63226256A JPH0274838A (ja) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | ３軸力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0274838A true JPH0274838A (ja) | 1990-03-14 |
Family
ID=16842347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63226256A Pending JPH0274838A (ja) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | ３軸力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0274838A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5810495A (ja) * | 1981-07-14 | 1983-01-21 | 日産自動車株式会社 | 触覚センサ |
| JPS5950579A (ja) * | 1982-09-16 | 1984-03-23 | Komatsu Ltd | 半導体光位置検出器 |
-
1988
- 1988-09-09 JP JP63226256A patent/JPH0274838A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5810495A (ja) * | 1981-07-14 | 1983-01-21 | 日産自動車株式会社 | 触覚センサ |
| JPS5950579A (ja) * | 1982-09-16 | 1984-03-23 | Komatsu Ltd | 半導体光位置検出器 |
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