JPH046510B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH046510B2 JPH046510B2 JP7796083A JP7796083A JPH046510B2 JP H046510 B2 JPH046510 B2 JP H046510B2 JP 7796083 A JP7796083 A JP 7796083A JP 7796083 A JP7796083 A JP 7796083A JP H046510 B2 JPH046510 B2 JP H046510B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- external force
- elastic beam
- detection device
- shaft portion
- force detection
- 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.)
- Expired
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 17
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 16
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Description
＜発明の技術分野＞
本発明は、例えばロボツト手先部にて物体を把
持して所定の作業を実行する産業ロボツトに関連
し、殊に本発明は、ロボツト手先部の作業動作を
制御するため、ロボツト手先部に作用する力やモ
ーメントを検出する外力検出装置に関する。 ＜発明の背景＞ 従来この種外力検出装置は、ロボツト手先部を
接続する軸部等に複数の弾性ビームを連繋配備
し、各弾性ビームの上下、左右の各面に歪ゲージ
を貼付し、各歪ゲージにて検出した歪力に基づき
XYZ軸方向の力や各軸回りのモーメントを検出
している。かかる装置構造の場合、１本の弾性ビ
ームにつき２方向の歪を検出するから、各ビーム
の幅や厚さは２方向の歪に耐え得る寸法に成形す
る必要があり、これがため各歪を効率よく取り出
す寸法設定が困難であつた。 ＜発明の目的＞ 本発明は、Ｌ型をなす弾性ビームを用い、その
水平辺および垂直辺に歪ゲージ等の変位検出体を
夫々取り付けて、一方にて曲げ歪、他方にてねじ
り歪を検出する構造を採用することによつて、各
歪を効率よく取り出し得る弾性ビームの寸法設定
が可能な外力検出装置を提供することを目的とす
る。 ＜実施例の説明＞ 第１図は産業ロボツトを示し、複数の関節を有
するロボツトアーム１の先端に把持機構１１によ
り開閉動作するロボツト手先部１０が取付け配備
してある。図示のロボツトは、ロボツト手先部１
０にて部品４をつかみ、基台２上へ供給された物
体３の内孔へこの部品４を挿入する作業を繰返し
実行する。前記ロボツト手先部１０とロボツトア
ーム１との間には本発明にかかる外力検出装置５
が介装配備してあり、この外力検出装置５は、作
業時、部品４と物体３との間に作用する力やモー
メントを検出して、両者間の位置ずれ状態を検出
し、検出情報をコンピユータを用いた制御回路へ
入力して、ロボツトの動作を修正制御する。 第２図乃至第４図は外力検出装置５の機構を示
し、また第５図は制御回路７の回路構成例を示
す。図示例の装置は、環状板５１，５２間に複数
の連結棒５３を配設してハウジング５０が形成さ
れ、ハウジング５０はロボツトアーム１側に固定
し、ハウジング５０内に位置する軸部５４の先端
にロボツト手先部１０を接続してある。軸部５４
の周囲には４本のＬ型弾性ビーム６が90度等角の
位置に配備され、各弾性ビーム６の水平辺６１お
よび垂直辺６２の表面には歪ゲージより成る変位
検出体S1〜S4，T1〜T2を貼設して、変位検出体
T1〜T4にて垂直方向の力成分ａ（第４図１に示
す）を、また変位検出体T1〜T4にて水平方向の
力成分ｂ（第４図２に示す）を曲げ歪およびねじ
り歪として夫々検出する。各弾性ビームは、垂直
辺６２の先端をハウジング５０の環状板５１に固
定し、水平辺６１の先端を軸部５４周面に配設し
たピン５５に回動自由に枢支してある。前記の各
変位検出体S1〜S4，T1〜T4は夫々ブリツジ回路
７０の一辺に挿入され、各弾性ビーム６の変位は
ブリツジ回路７０の出力として検出される。合計
８個の各ブリツジ出力は増幅器７１を介してマル
チプレクサ７２へ入力され、更にマルチプレクサ
７２からの時分割出力はＡ／Ｄ変換器７３を介し
てコンピユータ回路７４に取り込まれる。 然してロボツト手先部１０に作用する力は外力
検出装置５に伝達され、軸部５４を介して各Ｌ型
弾性ビーム６に作用する。各弾性ビーム６では、
水平辺６１の変位検出体S1〜S4が力成分ａを曲げ
歪として、また垂直辺６２の変位検出体T1〜T4
が力成分ｂをねじり歪として夫々検出する。とこ
ろで曲げ歪εa、ねじり歪εbはつぎの、式で
表わされ、これら、式より力成分ａ，ｂを表
わす、式を得る。 εa＝Ｍ／ΖE＝6ax／Eb1h2／1 …… εb＝（１＋γ）ιmax／Ｅ＝（１＋γ）bl／Eαb2h2
／2…… ａ＝Eb1h2／1／6x1εa …… ｂ＝Eαb2h2／2／（１＋γ）ｌεb …… 尚上記各式において、Ｍはモーメント、Ｚは断
面定数（＝１／６b1h2 1）、Ｅは弾性ビームの縦弾性係 数、γはポアソン比、b1，b2は弾性ビームの幅、
h1，h2は弾性ビームの板厚、αは弾性ビームの断
面定数、x1は変位検出体の貼設位置、ｌは力の作
用点と垂直辺までの距離、ιmaxは最大せん断応
力である。 また歪εは、ブリツジ回路７０の入力電圧を
Vin、出力電圧をVout、歪ゲージのゲージ率を
Ｋとすると、つぎの式で与えられ、従つて
式により力成分ａ，ｂの算出が可能である。 ε＝4Vput／KVio …… 斯くて第６図に示す如く、変位検出体S1〜S4が
検出する曲げ歪をA1〜A4、変位検出体T1〜T4が
検出するねじり歪をB1〜B4とすると、座標原点
０に作用する直交軸方向の力成分FX、FY、FZ
および、各軸回りのモーメントMX、MY、MZ
はつぎの式で表わされる。
持して所定の作業を実行する産業ロボツトに関連
し、殊に本発明は、ロボツト手先部の作業動作を
制御するため、ロボツト手先部に作用する力やモ
ーメントを検出する外力検出装置に関する。 ＜発明の背景＞ 従来この種外力検出装置は、ロボツト手先部を
接続する軸部等に複数の弾性ビームを連繋配備
し、各弾性ビームの上下、左右の各面に歪ゲージ
を貼付し、各歪ゲージにて検出した歪力に基づき
XYZ軸方向の力や各軸回りのモーメントを検出
している。かかる装置構造の場合、１本の弾性ビ
ームにつき２方向の歪を検出するから、各ビーム
の幅や厚さは２方向の歪に耐え得る寸法に成形す
る必要があり、これがため各歪を効率よく取り出
す寸法設定が困難であつた。 ＜発明の目的＞ 本発明は、Ｌ型をなす弾性ビームを用い、その
水平辺および垂直辺に歪ゲージ等の変位検出体を
夫々取り付けて、一方にて曲げ歪、他方にてねじ
り歪を検出する構造を採用することによつて、各
歪を効率よく取り出し得る弾性ビームの寸法設定
が可能な外力検出装置を提供することを目的とす
る。 ＜実施例の説明＞ 第１図は産業ロボツトを示し、複数の関節を有
するロボツトアーム１の先端に把持機構１１によ
り開閉動作するロボツト手先部１０が取付け配備
してある。図示のロボツトは、ロボツト手先部１
０にて部品４をつかみ、基台２上へ供給された物
体３の内孔へこの部品４を挿入する作業を繰返し
実行する。前記ロボツト手先部１０とロボツトア
ーム１との間には本発明にかかる外力検出装置５
が介装配備してあり、この外力検出装置５は、作
業時、部品４と物体３との間に作用する力やモー
メントを検出して、両者間の位置ずれ状態を検出
し、検出情報をコンピユータを用いた制御回路へ
入力して、ロボツトの動作を修正制御する。 第２図乃至第４図は外力検出装置５の機構を示
し、また第５図は制御回路７の回路構成例を示
す。図示例の装置は、環状板５１，５２間に複数
の連結棒５３を配設してハウジング５０が形成さ
れ、ハウジング５０はロボツトアーム１側に固定
し、ハウジング５０内に位置する軸部５４の先端
にロボツト手先部１０を接続してある。軸部５４
の周囲には４本のＬ型弾性ビーム６が90度等角の
位置に配備され、各弾性ビーム６の水平辺６１お
よび垂直辺６２の表面には歪ゲージより成る変位
検出体S1〜S4，T1〜T2を貼設して、変位検出体
T1〜T4にて垂直方向の力成分ａ（第４図１に示
す）を、また変位検出体T1〜T4にて水平方向の
力成分ｂ（第４図２に示す）を曲げ歪およびねじ
り歪として夫々検出する。各弾性ビームは、垂直
辺６２の先端をハウジング５０の環状板５１に固
定し、水平辺６１の先端を軸部５４周面に配設し
たピン５５に回動自由に枢支してある。前記の各
変位検出体S1〜S4，T1〜T4は夫々ブリツジ回路
７０の一辺に挿入され、各弾性ビーム６の変位は
ブリツジ回路７０の出力として検出される。合計
８個の各ブリツジ出力は増幅器７１を介してマル
チプレクサ７２へ入力され、更にマルチプレクサ
７２からの時分割出力はＡ／Ｄ変換器７３を介し
てコンピユータ回路７４に取り込まれる。 然してロボツト手先部１０に作用する力は外力
検出装置５に伝達され、軸部５４を介して各Ｌ型
弾性ビーム６に作用する。各弾性ビーム６では、
水平辺６１の変位検出体S1〜S4が力成分ａを曲げ
歪として、また垂直辺６２の変位検出体T1〜T4
が力成分ｂをねじり歪として夫々検出する。とこ
ろで曲げ歪εa、ねじり歪εbはつぎの、式で
表わされ、これら、式より力成分ａ，ｂを表
わす、式を得る。 εa＝Ｍ／ΖE＝6ax／Eb1h2／1 …… εb＝（１＋γ）ιmax／Ｅ＝（１＋γ）bl／Eαb2h2
／2…… ａ＝Eb1h2／1／6x1εa …… ｂ＝Eαb2h2／2／（１＋γ）ｌεb …… 尚上記各式において、Ｍはモーメント、Ｚは断
面定数（＝１／６b1h2 1）、Ｅは弾性ビームの縦弾性係 数、γはポアソン比、b1，b2は弾性ビームの幅、
h1，h2は弾性ビームの板厚、αは弾性ビームの断
面定数、x1は変位検出体の貼設位置、ｌは力の作
用点と垂直辺までの距離、ιmaxは最大せん断応
力である。 また歪εは、ブリツジ回路７０の入力電圧を
Vin、出力電圧をVout、歪ゲージのゲージ率を
Ｋとすると、つぎの式で与えられ、従つて
式により力成分ａ，ｂの算出が可能である。 ε＝4Vput／KVio …… 斯くて第６図に示す如く、変位検出体S1〜S4が
検出する曲げ歪をA1〜A4、変位検出体T1〜T4が
検出するねじり歪をB1〜B4とすると、座標原点
０に作用する直交軸方向の力成分FX、FY、FZ
および、各軸回りのモーメントMX、MY、MZ
はつぎの式で表わされる。
【表】
尚上式中、K1〜K6は比例定数である。
従つて力成分FXはねじり歪B2，B4より、また
力成分FYはねじり歪B1，B3より夫々求まり（第
７図１参照）、更にモーメントMZはねじり歪B1，
B2，B3，B4より求まる（第７図２参照）。更にま
た力成分FZは曲げ歪A1，A2，A3，A4より求ま
り、モーメントMXは曲げ歪A2，A4より、またモ
ーメントMYは曲げ歪A1，A3より夫々求まる（第
７図３参照）。この場合、第７図１，２に示す如
く、ねじり歪B1〜B4は、各弾性ビーム６の水平
辺６１を軸部５４へピン５５によつて回動自由に
枢支してある。ため大きく取り出すことが可能で
あり、力成分FX，FY、モメントMZの検出感度が
向上する。 ＜発明の効果＞ 本発明は上記の如く、Ｌ型弾性ビームの水平辺
に曲げ歪を検出する変位検出体、垂直辺にねじり
歪を検出する変位検出体を取り付けると共に、水
平辺の先端はハウジングに固定し、垂直辺の先端
は軸部に枢支したから、各弾性ビームは水平辺と
垂直辺とを作用する力成分に応じて独立してビー
ム厚等の寸法を設定し得ると共に、各力成分を効
率良く取り出す寸法設定を自由に行ない得る等、
発明目的を達成した優れた効果を奏する。
力成分FYはねじり歪B1，B3より夫々求まり（第
７図１参照）、更にモーメントMZはねじり歪B1，
B2，B3，B4より求まる（第７図２参照）。更にま
た力成分FZは曲げ歪A1，A2，A3，A4より求ま
り、モーメントMXは曲げ歪A2，A4より、またモ
ーメントMYは曲げ歪A1，A3より夫々求まる（第
７図３参照）。この場合、第７図１，２に示す如
く、ねじり歪B1〜B4は、各弾性ビーム６の水平
辺６１を軸部５４へピン５５によつて回動自由に
枢支してある。ため大きく取り出すことが可能で
あり、力成分FX，FY、モメントMZの検出感度が
向上する。 ＜発明の効果＞ 本発明は上記の如く、Ｌ型弾性ビームの水平辺
に曲げ歪を検出する変位検出体、垂直辺にねじり
歪を検出する変位検出体を取り付けると共に、水
平辺の先端はハウジングに固定し、垂直辺の先端
は軸部に枢支したから、各弾性ビームは水平辺と
垂直辺とを作用する力成分に応じて独立してビー
ム厚等の寸法を設定し得ると共に、各力成分を効
率良く取り出す寸法設定を自由に行ない得る等、
発明目的を達成した優れた効果を奏する。
第１図は産業ロボツトの正面図、第２図は外力
検出装置の平面図、第３図はその正面図、第４図
１，２はＬ型弾性ビームの拡大斜面図、第５図は
外力検出装置の制御回路を示すブロツク図、第６
図は各変位検出体の検出歪と力成分およびモーメ
ントの関係を示す説明図、第７図１，２，３は力
成分およびモーメントと弾性ビームの動きとの関
係を示す説明図である。 ５……外力検出装置、５０……ハウジング、５
４……軸部、６……弾性ビーム、６１……水平
辺、６２……垂直辺、S1〜S4，T1〜T4……変位
検出体。
検出装置の平面図、第３図はその正面図、第４図
１，２はＬ型弾性ビームの拡大斜面図、第５図は
外力検出装置の制御回路を示すブロツク図、第６
図は各変位検出体の検出歪と力成分およびモーメ
ントの関係を示す説明図、第７図１，２，３は力
成分およびモーメントと弾性ビームの動きとの関
係を示す説明図である。 ５……外力検出装置、５０……ハウジング、５
４……軸部、６……弾性ビーム、６１……水平
辺、６２……垂直辺、S1〜S4，T1〜T4……変位
検出体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ハウジング内に外力作用を受ける軸部を備
え、軸部の周囲へ複数のＬ型弾性ビームを放射状
に配備し、各弾性ビームの垂直辺および水平辺に
は変位検出体を取り付け、垂直辺の先端はハウジ
ングに固定すると共に、水平辺の先端は軸部周面
に枢支した外力検出装置。 ２ 軸部は、先端にロボツト手先部が接続されて
いる特許請求の範囲第１項記載の外力検出装置。 ３ Ｌ型弾性ビームは、90度等角の位置に合計４
本配備されている特許請求の範囲第１項記載の外
力検出装置。 ４ 変位検出体は、弾性ビームの表面に貼設され
る歪ゲージである特許請求の範囲第１項記載の外
力検出装置。 ５ 各弾性ビームの水平辺は、軸部周面に配設さ
れたピンに回動自由に枢支されている特許請求の
範囲第１項記載の外力検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7796083A JPS59205297A (ja) | 1983-05-02 | 1983-05-02 | 外力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7796083A JPS59205297A (ja) | 1983-05-02 | 1983-05-02 | 外力検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59205297A JPS59205297A (ja) | 1984-11-20 |
| JPH046510B2 true JPH046510B2 (ja) | 1992-02-06 |
Family
ID=13648543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7796083A Granted JPS59205297A (ja) | 1983-05-02 | 1983-05-02 | 外力検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59205297A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4823618A (en) * | 1986-09-17 | 1989-04-25 | Jr3, Inc. | Force-moment sensors |
| FR2628670B1 (fr) * | 1988-03-21 | 1990-08-17 | Inst Nat Rech Inf Automat | Dispositif articule, notamment utilisable dans le domaine de la robotique |
| FR2653761B1 (fr) * | 1989-10-27 | 1992-01-10 | Potain Sa | Robot manipulateur de grande dimension et de forte capacite pour utilisation en milieu ouvert. |
| JP5334370B2 (ja) * | 2007-01-17 | 2013-11-06 | Ｎｔｎ株式会社 | センサ付車輪用軸受 |
-
1983
- 1983-05-02 JP JP7796083A patent/JPS59205297A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59205297A (ja) | 1984-11-20 |
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