JPH0310893B2 - - Google Patents

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【発明の詳細な説明】 〔目次〕 ●概要 ●産業上の利用分野 ●従来技術 ●発明が解決しようとする問題点 ●問題点を解決するための手段 ●作用 ●実施例 ●発明の効果 〔概要〕 相互に直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向に変位可能な平
行板バネによりＸ、Ｙ方向の十字形状体を構成
し、十字各辺の平行板バネ上に歪ゲージ等の変位
検知手段を設け、十字中央に検出すべき力を作用
させ、十字各辺端部を各辺の長軸廻りにねじれ回
転可能なトーシヨンバーにより支持する。これに
より力の各方向成分および各軸廻りのトルクが相
互に干渉することなく最小数の変位検知手段によ
り検知され、微少なトルクの検出が可能となり、
各方向の力成分およびトルクが簡単な演算式によ
り高速で計測される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、例えばロボツトのアーム先端に設け
たロボツトハンドに加わる外力の検出装置に関す
るものである。

近年、産業用ロボツトの製造ラインへの導入が
盛んに行なわれている。しかしながら、位置制御
型のロボツトでは環境からの拘束力に関係なく動
作してしまうため、微妙な力加減を要する組体ラ
インの自動化への導入は極めて困難である。

これは、組立作業には、部品の嵌め合いや取付
け作業等のように部品の置かれた絶対的な位置精
度より、相対位置関係の高精度計測を必要とする
作業が多いことによる。

もし部品の嵌め合いを位置制御型ロボツトで実
行するならば、組立対象から決る移動軌跡をロボ
ツト座標に対して正確に記述し、且つ正確に先端
を所定の軌跡通りに制御しなければならない。

ところが、実際の位置制御型のロボツトでは、
ロボツト自身が持つ機械的誤差や制御上の誤差等
により絶対的位置精度を高くすることは極めて難
しい。

この様なことから、組立ロボツトでは、ロボツ
トと対象物との間の相対位置誤差を補正あるいは
吸収するためのコンプライアンス機構がロボツト
とハンドとの間の手首に設けられている。

しかしながら、この手首に設けられるコンプラ
イアンス機構だけでは、誤差を補正あるいは吸収
する量が極めて微小であるため、ロボツトと対象
物との間の相対位置誤差が大きい場合、それを完
全に補正あるいは吸収することができない。

従つて、前述した相対位置誤差を手首に生じる
反力として検出し、検出した反力をロボツトにフ
イードバツクして反力が零となるように位置補正
させるための力検出装置（センサ）が設けられて
いる。いわゆるロボツトの制御を位置制御から力
制御に移行させるようにしたものである。

尚、手首に設ける力センサは剛体であることが
望ましく、コンプライアンス機構でない方がよ
い。

〔従来技術〕

第９図は、従来の力検出装置を備えたロボツト
の概略を説明するための図である。

第９図に示すロボツトは、直交座標型の３軸ロ
ボツトである。

図において、１はロボツト本体のベースであ
り、後述するアーム２を矢印Ａ（Ｘ軸）方向に駆
動するＸ軸駆動源（モータ）を有している。２は
第１のアームであり、第２のアーム３を矢印Ｂ
（Ｚ軸）方向に駆動するＺ軸駆動源（モータ）を
有し、ベース１のＸ軸駆動源によつてＸ軸方向に
移動する。３は第２のアームであり、第１のアー
ム２に対し、矢印Ｃ（Ｙ軸）方向に駆動するＹ軸
駆動源（モータ）を有し、Ｙ軸方向に移動するも
のである。

５は力検出装置であり、第２のアーム３の先端
に設けられ、ハンド４に加えられる力を検出す
る。ハンド４は、力検出装置５の先端に設けられ
る。

従つて、ハンド４は第１のアーム２の左右動に
よつてＸ軸方向に位置決めがされ、第２のアーム
３の前後動と上下動によつて各々Ｙ軸方向とＺ軸
方向の位置決めがされ、結果として３つの動作軸
により３次元の位置決めがなされる。

６は物品であり、例えば丸棒で構成れ、ハンド
４に把持される。７は部材であり、物品６が嵌め
合わされる穴８を有し、穴８にはテーパ面９を有
している。

力検出装置５は、Ｘ方向に変位する平行板バネ
５ａ、Ｙ方向に変位する平行板バネ５ｂ、および
上端又は下端に設けたＺ方向に変位する十字形板
バネ（図示しない）により構成される。各板バネ
の適当な位置に歪ゲージ（図示しない）を貼付し
て各方向の変位を検知する。

このような力検出装置５をロボツトの手首部に
設けて、ロボツトにより物品６を部材７の穴８へ
嵌入させる嵌合作業を行わせる。物品６と穴８と
の相対位置誤差が生ずるとハンド４に外力が加わ
り、これに応じて力検出装置５の各板バネが変形
し歪ゲージがその変位量を検出する。この変位量
に基いて、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の力の成分およびトル
クを算出し、ハンドに加わる外力を打消す方向に
各アームを駆動制御しハンドを正しい位置に移動
させる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の力検出装置においては、１つの歪ゲージ
の出力に複数の力成分が含まれているため、力ベ
クトルの各成分を独立して検出することができな
い。各歪ゲージの出力に基いて各方向の力成分お
よびトルクを分離させた出力を得るため複雑なマ
トリツクス演算用回路を構成しなければならず、
また各歪ゲージの出力に基いて各方向の力成分お
よびトルクを解析算出するためには極めて複雑な
演算式を導入しなければならず演算に長時間を要
するものであつた。従つて、このような力検出装
置をロボツトの駆動制御用に用いた場合、制御回
路が複雑となり、価格も高価となり、また外力の
各成分の変換分離に時間がかかり外力に対応して
直ちにロボツトを高速制御することができない。

本発明は、上記従来技術の欠点に鑑み、Ｘ、
Ｙ、Ｚの各方向の力成分およびトルクを容易に分
離して検出可能な力検出装置の提供を目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明では、Ｘ方向
に変位する平行板バネおよびＺ方向に変位する平
行板バネからなる２つの平行板バネ組体と、Ｙ方
向に変位する平行板バネおよびＺ方向に変位する
平行板バネからなる２つの平行板バネ組体とによ
りXY方向の十字形状体を構成し、各平行板バネ
上の十字形状体上面又は側面の中心点に関し対称
な位置に変位検出手段を設け、該十字形状体の中
央部に検出すべき力の作用部材を連結し、該十字
形状体の各辺端部を、Ｘ、Ｙ方向に沿つた各辺の
長手方向軸廻りにねじれ回転可能なトーシヨンバ
ーを介して支持枠に保持した力検出装置を提供す
る。

〔作用〕

十字形状体を構成する８個の平行板バネ（Ｘ方
向２個、Ｙ方向２個、Ｚ方向４個）の各々に貼付
した歪ゲージは、Ｚ方向板バネについては十字中
心点に関し対称位置に、Ｘ、Ｙ方向板バネについ
ては十字形状体側面の中心に関し対称位置に設け
られ、検出すべき力は十字中心点に作用させ、さ
らに、十字の各辺は長軸方向にねじれ回転可能な
トーシヨンバーを介して支持されるため、微少な
トルク検出が可能となり例えばＸ軸廻りのトルク
が作用した場合、Ｘ軸方向の十字辺は自由に回転
しこの十字辺上の歪ゲージはこのトルクに何ら影
響されず、これと直交するＹ方向の十字辺上の歪
ゲージのみが変形し出力を発する。従つて、各歪
ゲージは各々一方向成分の力およびトルクに対し
てのみ変形して出力を発するという作用が確実に
達成される。

〔実施例〕

第１図に本発明に係る力検出装置の構成を示
す。ａ図は上面図（Ｚ方向から見た図）、ｂ図は
ａ図の−矢視図、ｃ図はａ図の−矢視図
である。力検出装置１０は、Ｘ方向に変位する平
行板バネ１３およびＺ方向に変位する平行板バネ
１２からなる２組のＹ方向の平行板バネ組体と、
Ｙ方向に変位する平行板バネ１１およびＺ方向に
変位する平行板バネ１２からなる２組のＸ方向の
平行板バネ組体とを十字形状体の各４辺として構
成される。このような各平行板バネは、矩形断面
の十字形金属ブロツクの各辺に相互に直交する２
つのコ字形スリツト１７を放電加工等により形成
することにより作られる。このコ字形スリツト１
７の内側は各平行板バネの変位規制部材（ストツ
パ）１４として作用する。即ち、各平行板バネ１
１，１２，１３は、力が加わつて変形した場合こ
の変位規制部材１４に当接するとそれ以上は変形
しない。スリツト１７の幅を適当に選定しておく
ことにより各平行板バネの変位を板バネの弾性変
形範囲内として板バネの塑性変形、破断等を防止
できる。４つのＺ方向の各平行板バネ１２上には
十字形の中心点に関し対称位置に歪ゲージe₁〜e₄
が貼付される。Ｘ方向に変位する各平行板バネ１
３およびＹ方向に変位する各平行板バネ１１上に
は各々十字形状体側面の中心に対し対称な位置に
歪ゲージe₅〜e₈が貼付される。このような力検出
装置１０は、第２図に示すようにロボツトの手首
部に取付けられる。１８はロボツトのアームであ
り、アーム１８の先端に十字形状の支持枠１９が
固定される。力検出装置１０はこの支持枠１９に
トーシヨンバー１５を介して各辺が支持枠に対し
長軸廻りに回転可能に支持される。十字形の力検
出装置１０の中央部にハンド２０が固定される。
第１図の１６はハンド固定用の孔である。２１
（第２図）は指であり矢印Ｄ方向に開閉動作し物
品を掴む。力検出装置１０のＸ方向、Ｙ方向の各
辺はトーシヨンバー１５を介して支持枠１９に対
し回転可能に支持されているため一方の軸廻りの
トルクはその軸方向の支持枠に対し何ら力を与え
ず、これと直角方向の支持枠に対してのみ力が加
わり、直交する支持枠各辺がトルクにより相互に
干渉することはない。従つて、相互干渉防止のた
めに支持枠１９の各辺を分離する必要はなく、第
３図に示すように、支持枠１９を一体的に形成す
ることができる。トーシヨンバー１５は、第２図
に示すように、その軸方向一端にネジ２４を有
し、これにより力検出装置１０の各辺端部に螺着
される。また、反対側端部にはネジ孔を有し、支
持枠１９の孔１５を通してネジ２２により、支持
枠１９に固定される。ネジ２２の締付力によりト
ーシヨンバー１５には軸方向の引張り応力が作用
し、たわみに対し剛性が増し、軸に直角方向の力
により変形せず、ねじれ力に対してのみ応答し軸
廻りに回転する。しかも、トーシヨンバー１５は
ベアリング等と異り摩擦力が作用しないため、微
少なトルクに対して敏感に応答してねじり回転動
作を行う。

以上のような構成の力検出装置の作用を第４図
および第５図を参照して説明する。なお第４図、
第５図は図を分り易くするために変位規制部材１
４を省略しまた変位量を誇張して描いてある。

第４図ａはＹ軸廻りのトルクが作用した状態を
示す。ハンド２０に矢印Ｅ方向のトルクが作用
し、Ｙ軸に沿つた十字の２辺は軸受１５ａ，１５
ｂを介して矢印Ｆのように回転する。従つてＸ軸
に沿つた十字の２辺端部には支持枠を介してこの
Ｅ方向のトルクを打消すようなモーメントが作用
し、平行板バネ１２が図のように変形する。この
ため、歪ゲージe₂およびe₄が変形して出力を発す
る。他の歪ゲージは変形せず出力を発しない。

第４図ｂはハンド２０に矢印Ｇ方向（Ｙ方向）
に力が作用した状態を示す。Ｘ軸に沿つた十字の
２辺端部に支持枠を介して反力が作用し、平行板
バネ１１が図のように変形する。従つて、歪ゲー
ジe₇およびe₈のみが変形して出力を発し、他の歪
ゲージは出力を発しない。

第５図ａはハンド２０は矢印Ｈ方向（Ｚ方向）
の力が作用した状態を示す。Ｘ軸およびＹ軸に沿
つた十字の４辺端部に支持枠を介して反力が作用
し、４つの平行板バネ１２（２つのみ図示）が図
のように変形する。従つて歪ゲージe₁〜e₄が変形
して出力を発し、他の歪ゲージは出力を発しな
い。

第５図ｂはハンド２０に矢印Ｊ方向（Ｚ軸廻
り）のトルクが作用した状態を示す。十字の各４
辺端部には支持枠を介してこのモーメントが作用
し、平行板バネ１１および１３が図のように変形
する。従つて、歪ゲージe₅〜e₈が変形して出力を
発し、他の歪ゲージは出力を発しない。

尚、支持枠は変形せず剛体であり、力センサを
剛体とすることができる。

以上のような、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸方向の力および
各軸廻りのトルクと各歪ゲージe₁〜e₈との対応関
係に基いて力ベクトルを算出する演算式を以下に
示す。

〓＝F_x F_y F_z T_x T_y T_z 〓＝g₁₁g₂₁…g₈₁ 〓 g₁₆g₂₆…g₈₆ 〓＝e₁ e₂ 〓 e₈ とする。ただし、〓は力ベクトルであり、F_x、
F_y、F_zはＸ、Ｙ、Ｚ方向の力成分、T_x、T_y、T_z
はＸ、Ｙ、Ｚ軸廻りのトルク成分である。〓は歪
ゲージの出力電圧値に乗ずるゲインであり、縦の
列は上記力ベクトルの６つの各成分に対応し、横
の行は８個の歪ゲージe₁〜e₈に対応する。 は歪
ゲージの出力電圧である。これらの式を、本考案
による力センサに適用すると、以下の式が得られ
る。

従つて、 F_X＝g₅₁・e₅＋g₆₁・e₆ F_Y＝g₇₂・e₁＋g₈₂・e₈ F_Z＝g₁₃・e₁＋g₂₃・e₂ ＋g₃₃・e₃＋g₄₃・e₄ T_X＝g₁₄・e₁＋g₃₄・e₃ T_Y＝g₂₅・e₂＋g₄₅・e₄ T_Z＝g₅₆・e₅＋g₆₆・e₆＋g₇₆・e₇＋g₈₆・e₈ となる。すなわち、F_X〜F_Z、T_X〜T_Zにおいて、
ゲインｇが“０”になる部分は、出力が無いこと
を示す。例えば、Ｘ方向の力F_Xが加わる場合に
は、es、e₆で示される歪ゲージからしか出力が得
られないことを示し、Ｘ軸回りの力T_Xが加わる
場合には、e₁、e₃で示される歪ゲージからしか出
力が得られないことを示す。

第６図は軸方向の力をトルクの影響なしに検出
する方法の説明図である。

第６図ａは、力検出器３２０の角棒３２１に対
してＹ軸方向の力Ｆが加わつた状態を示す図であ
り、第６図ｂは同様に角棒３２２に対して穴３３
７の中心Ｄを中心として回転する方向の力Ｆが加
わつた状態を示す図である。

図において、３２３〜３２６は平行板ばね体を
示し、３２３ａ，３２３ｂ，３２４ａ……３２６
ｂは板ばねである。３１４ｇ，３１４ｈ，３１４
ｉ，３１４ｊは歪ゲージであり、夫々穴３３７の
中心Ｄを通る中心線対象位置となるように貼付さ
れている。すなわち、歪ゲージ３１４ｇと３１４
ｉ、歪ゲージ３１４ｈと３１４ｊが中心点Ｄを中
心として中心点対象位置の板ばね３２６ａと３２
５ｂに貼付されている。尚、各歪ゲージ３１４ｇ
〜３１４ｊの抵抗値はＲとする。

また、各歪ゲージ３１４ｇ〜３１４ｊは第７図
に示すブリツジ回路を構成するように、夫々の図
示されざる出力線が接続されている。

従つて、第６図ａに示すように、軸方向の力Ｆ
が加わつた場合、歪ゲージ３１４ｇ，３１４ｈは
縮み状態となるので、抵抗値は、（Ｒ−△Ｒ）と
なり、歪ゲージ３１４ｉ，３１４ｊは伸び状態と
なるので、抵抗値は、（Ｒ＋△Ｒ）となるので、
第７図に示すブリツジ回路の端子ａ−ｂ間の電圧
は、 （Ｒ−△Ｒ）ｉ−（Ｒ＋△Ｒ）ｉ＝２△Ri となる。

また、第６図ｂに示すように回転方向の力、Ｆ
が加わつた場合、歪ゲージ３１４ｇ，３１４ｈ及
び歪ゲージ３１４ｉ，３１４ｊは全て縮み状態と
なるので、端子ａ−ｂ間の電圧は、 （Ｒ−△Ｒ）ｉ−（Ｒ−△Ｒ）ｉ＝０ となる。

従つて、歪ゲージ３１４ｇ〜３１４ｊを第６図
のように貼付して、第７図の如き、ブリツジ回路
を構成することによりトルクの影響を受けること
なく、軸方向の力のみを検出することができる。

尚、前述の説明については１軸（Ｙ軸）方向の
場合についてしか説明していないが、同様にして
板ばね３２３ｂと３２４ｂ等に貼付することによ
つて、XYZ軸方向の力をトルクの影響なしに検
出することができる。

第８図は軸回りのトルクを軸方向の力の影響な
しに検出する手法の説明図である。

第８図において、第６図と同一部分には同一番
号を付すことにより説明は省略する。第６図と異
なる点は、歪ゲージ３１４ｉ，３１４ｊが板ばね
３２５ａに貼付されている点、すなわち、歪ゲー
ジ３１４ｇ〜３１４ｊが板ばねの同一面側が貼付
されている点である。また、夫々の歪ゲージ３１
４ｇ〜３１４ｊは中心点Ｄから同一の距離となる
ように貼付されている。

更に、歪ゲージ３１４ｇ〜３１４ｊは第７図の
ようにブリツジ回路を構成している。また歪ゲー
ジ３１４ｇ〜３１４ｊは第９図のように板ばねに
貼付される。

尚、同一の歪ゲージで複数のブリツジ回路を組
むことはできないので、３１４ｈ，３１４ｇは別
途貼付する必要がある。

従つて、第８図ａに示すように軸方向の力Ｆが
加わつた場合、各歪ゲージ３１４ｇ〜３１４ｊは
全て縮み状態となるので、端子ａ−ｂ間の電圧
は、 （Ｒ−△Ｒ）ｉ−（Ｒ−△Ｒ）ｉ＝０ となる。

また、同様に第８図ｂに示すように軸回りの力
Ｆが加わつた場合歪ゲージ３１４ｇ，３１４ｈが
縮み状態となり、歪ゲージ３１４ｉ，３１４ｊが
伸び状態となるので、端子ａ−ｂ間の電圧は、 （Ｒ−△Ｒ）ｉ−（Ｒ＋△Ｒ）−２△Ri となる。

従つて、軸方向の力の影響を受けることなく、
独立して軸回りの力、すなわちトルクを検出する
ことが可能となる。

尚、以上の説明において、歪ゲージを中心点か
ら等しい距離の位置に配置するのは、同一の力に
対して、同一の電圧値になるようにするためであ
る。すなわち、距離が異なると板ばねの変位量も
異なるので、出力電圧が異なるためである。

第１０図に、さらに歪ゲージの貼付側を示す。
３１４ｈ，３１４ｇ，３１４ｉ，３１４ｊの組合
せでトルクのみを検出し、３１４ｈ，３１４ｇ，
３１４ｉ，３１４ｊの組合せで力のみを検出す
る。尚、同一の歪ゲージで複数のブリツジ回路を
含むことはできないので３１４ｈ，３１４ｇは別
途貼付する必要がある。

第１０図は、第１図に示した力検出装置１０を
備えたロボツトを駆動制御するための制御ブロツ
ク図である。

図において１１５は操作パネルであり、指示部
を構成し、プレイバツク（再生）モード又はロボ
ツトに再生動作すべき位置を教示するための教示
モードを指定する釦やハンド２０の位置や姿勢の
記憶、ハンド２０の開又は閉動作をあるいはロボ
ツトの原点復帰を指令する釦等で構成され、オペ
レータが操作するものである。１１６はメモリで
あり、教示データ等を格納している。１１７はマ
イクロプロセツサ（以下プロセツサと称する）で
あり、プレイバツク時にメモリ１１６から教示デ
ータを読み出し、ハンド２０の指令軌道を作成し
て後述する位置制御部へ送出したり、ハンド２０
の開閉指令を後述するハンド開閉部へ送出するも
のである。１１８は位置制御部であり、プロセツ
サ１１７からの指令軌道に従つて位置又は速度制
御するため、指令軌道の各軸の移動量に対応する
周波数のパルス列V_x、V_y、V_zに変換して出力す
るものであり、プロセツサ１１７とによつて主制
御部を構成する。１１９はハンド位置検出部であ
り現在のハンド２０の３次元位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）
を検出するため、各種の駆動源（モータ）に設け
られたエンコーダの出力P_x、P_y、P_zを受け、各
種の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を検出するものである。
１２０は力制御部であり、力検出装置１０に取付
けられた各歪ゲージの出力信号が入力され、各モ
ジユール単位毎に構成される公知のブリツジ回路
を備えるものであり、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の追従指
令PF_x、PF_y、PF_zを出力する。１２１はアーム
駆動回路であり、位置制御部１１８からの指令移
動量V_x、V_y、V_zと力制御部１２０からの追従移
動量PF_x、PF_y、PF_zとの和によつて各軸の駆動
源をサーボ駆動するものであり、各軸の駆動源と
アーム駆動回路１２４によつてアーム駆動部を構
成し、ベース１０１、両アーム１０２，１０３と
アーム駆動部とによつてハンド２０の駆動部を構
成する。１２２はハンド開閉部であり、プロセツ
サ１１７のハンド開閉指令により、ハンド２０を
開閉駆動するものである。１２４はバスであり、
プロセツサ１１７とメモリ１１６、操作パネル１
１５、位置制御部１１８、位置検出部１１９、ハ
ンド開閉部１２２とを接続するものである。

第１１図は第１０図構成の力制御部２０及びア
ーム駆動回路１２１の詳細構成図であり、図中、
第１０図と同一のものは同一の記号を示す。

図において、１２０ａは力成分検出回路であ
り、前述したように、各歪ゲージの出力から各軸
のり力成分F_x、F_y、F_zを検出するものである。

１２０ｂ〜１２０ｄは各軸の追従指令発生回路
であり、各々力成分検出回路１２０ａからの力成
分F_x、R_y、F_zからパルス列の追従指令PF_x、
PF_y、PF_zを出力すものである。

各追従指令発生回路１２０ａ〜１２０ｄは同一
の構成であり、追従指令発生回路１２０ｂはゲイ
ン調整用アンプ２００ｂ，２０１ｂと電圧／周波
数変換器（以下Ｖ／Ｆコンバータと称する）２０
２ｂ，２０３ｂで構成され、力成分F_xが正の極
性の時にはＶ／Ｆコンバータ２０２ｂからその大
きさに応じた周波数のパルス列（アツプパルス）
が、力成分F_xが負の極性の時にはＶ／Ｆコンバ
ータ２０３ｂからその大きさに応じた周波数のパ
ルス列（ダウンパルス）が、追従指令PF_xとして
出力される。１２１ｂ〜１２１ｃは、アーム駆動
回路１２１の各軸の駆動回路であり、同一の構成
であり、追従指令PF_x、PF_y、PF_zと移動指令V_x、
V_y、V_zとの和を受け、各軸駆動源の電流指令
（駆動信号）S_x、S_y、S_zを各々出力するものであ
る。

駆動回路１２１ａは一対のオア回路２１０ａ，
２１１ａとサーボ回路２１２ａとで構成され、オ
ア回路２１０ａは移動指令V_xのアツプパルスと
追従指令PF_xのアツプパルスの論理和をサーボ回
路２１２ａへ与え、オア回路２１１ａは移動支令
V_xのダウンパルスと追従指令PF_xのダウンパルス
の論理和をサーボ回路２１２ａへ与えるものであ
る。

一方、サーボ回路２１２ａはアツプダウンカウ
ンタとデイジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａコン
バータ）と、サーボアンプで構成され、アツプダ
ウンカウンタがオア回路２１０ａの出力をアツプ
カウントし、オア回路２１０ａの出力をダウンカ
ウントすると共に、位置検出部１１９からの位置
パルスP_xをダウン又はアツプカウントし、指令
位置と変位置との差を求め、Ｄ／Ａコンバータで
アナログ量に変換して、これをサーボアンプで増
幅し、電流指令を出力する周知のものである。

以上説明した構成において、ハンド２０に力が
加わると力検出装置１０から力の加わつた方向に
対する歪ゲージから信号が出力され、力成分検出
回路１２０ａに入力される。力成分検出回路１２
０ａでは歪ゲージからの信号に基づいて各軸の力
成分F_x、F_y、F_zが検出され、各々は各軸の追従
指令発生回路１２０ｂ〜１２０ｄに入力される。

追従指令発生回路１２０ｂ〜１２０ｄは検出さ
れた力成分F_x、F_y、F_zの極性に応じてアツプ又
はダウンパルスをその大きさに応じた周波数で出
力する。

このパルス列の追従指令は、通常の移動指令
V_x〜V_zと同様に、駆動回路１２１ａ〜１２１ｃ
に入力され、各軸駆動源の電流指令（駆動信号）
S_x、S_y、S_zとして出力され、ハンド２０に加わつ
た力が零になる方向にロボツトのＸ、Ｙ、Ｚ軸を
駆動せしめる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る力検出装置
は、互に直交する方向に変位する２つの平行板バ
ネにより十字形状体の各辺を構成し、十字形状体
の中心点又は十字形状体側面の中心に関し対称位
置に歪ゲージ等の変位測定手段を設け、十字の中
央部に力を作用させ、十字各辺端部を、支持枠に
対し各辺の長軸廻りに回転可能なトーシヨンバー
を介して支持しているため、軸廻りの微少なトル
クを高速度で検出でき、また各歪ゲージには１方
向の力成分およびトルクのみが作用し、他方向の
力成分およびトルクは作用せず、従つて、複雑な
回路を構成することなく、単純な演算式により短
時間で力ベクトル成分が算出できる。このため、
ロボツト等の外力検出に用いた場合、外力に対応
して直ちに外力を打消す方向にロボツトを移動制
御することができ、ロボツトの高速制御が可能と
なり、ロボツトによる作業の信頼性が向上する。
また、平行板バネを変位規制手段（ストツパ）と
ともに形成しておけば、力検出装置が塑性変形あ
るいは損壊することはなく安定した機能が果され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る力検出装置の構成図、第
２図は第１図の力検出装置を備えたロボツトの手
首の構成図、第３図は第２図の一部を示す部分斜
視図、第４図および第５図は本発明の力検出装置
の動作説明図、第６図は軸方向の力の検出手法の
説明図、第７図は歪ゲージのブロツク回路図、第
８図は軸廻りの力の検出手法の説明図、第９図は
歪ゲージの貼付説明図、第１０図は本発明が適用
されるロボツトの制御ブロツク図、第１１図は本
発明が適用されるロボツトの駆動回路図、第１２
図は従来技術の説明図である。 １０……力検出装置、１１，１２，１３……平
行板バネ、１４……変位規制部材、１５ａ，１６
ｂ……軸受、e₁〜e₂₀……歪ゲージ、１７……ス
リツト、１８……アーム、１９……支持枠、２０
……ハンド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｘ方向に変位する平行板バネおよびＺ方向に
   変位する平行板バネからなる２つの平行板バネ組
   体と、Ｙ方向に変位する平行板バネおよびＺ方向
   に変位する平行板バネからなる２つの平行板バネ
   組体とによりXY方向の十字形状体を構成し、各
   平行板バネ上の十字形状体上面又は側面の中心点
   に関し対称な位置に変位検出手段を設け、該十字
   形状体の中央部に検出すべき力の作用部材を連結
   し、上記十字形状体の各辺端部を、Ｘ、Ｙ方向に
   沿つた各辺の長手方向軸廻りにねじれ回転可能な
   トーシヨンバーを介して支持枠に保持した力検出
   装置。 ２ 矩形断面の４辺からなる十字状構造体の４つ
   の各辺に互に直交する方向にコ字形スリツトを設
   けることにより上記十字形状体各辺の２つの平行
   板バネを形成した特許請求の範囲第１項記載の力
   検出装置。 ３ 上記コ字形スリツトの内側部材を平行板バネ
   の変位量を規制するためのストツパ手段とした特
   許請求の範囲第２項記載の力検出装置。