JPH0472672B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0472672B2 JPH0472672B2 JP58240551A JP24055183A JPH0472672B2 JP H0472672 B2 JPH0472672 B2 JP H0472672B2 JP 58240551 A JP58240551 A JP 58240551A JP 24055183 A JP24055183 A JP 24055183A JP H0472672 B2 JPH0472672 B2 JP H0472672B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- external force
- substrate
- section
- attached
- 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 - Lifetime
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 21
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜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。
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。ところがかかる装置をもつて６自由度
の力を検出するには、最低６個の歪ゲージが必要
であるため、構造が複雑となり、また各歪ゲージ
からの出力信号に基づき演算を実行するため、信
号処理も複雑化する等の不利がある。
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。ところがかかる装置をもつて６自由度
の力を検出するには、最低６個の歪ゲージが必要
であるため、構造が複雑となり、また各歪ゲージ
からの出力信号に基づき演算を実行するため、信
号処理も複雑化する等の不利がある。
＜発明の目的＞
本発明は、外力による対向基板間の相対変位を
光学的に検出する二次元センサを使用することに
よつて、構造および処理を簡易化した外力検出装
置を提供することを目的とする。
光学的に検出する二次元センサを使用することに
よつて、構造および処理を簡易化した外力検出装
置を提供することを目的とする。
＜実施例の説明＞
第１図は本発明を産業ロボツトに実施した例を
示す。図示例のロボツト１は、アーム２の先端に
手先部３が接続され、手先部３の開閉動作により
ワーク４を把持して、組立その他の作業を実行す
る。アーム２と手先部３との間には、第１図およ
び第２図に示す如く、本発明にかかる外力検出装
置５が介装してあり、この外力検出装置５をもつ
て手先部３に作用する力やモーメントが検出され
る。
示す。図示例のロボツト１は、アーム２の先端に
手先部３が接続され、手先部３の開閉動作により
ワーク４を把持して、組立その他の作業を実行す
る。アーム２と手先部３との間には、第１図およ
び第２図に示す如く、本発明にかかる外力検出装
置５が介装してあり、この外力検出装置５をもつ
て手先部３に作用する力やモーメントが検出され
る。
図示例の外力検出装置５は、第２図および第３
図に示す如く、固定基板６上に円柱状をなす３個
の弾性部材７を120度等角の位置に夫々取付け配
備すると共に、弾性部材７上へ可動基板８を固定
基板６と平行して支持固定してある。固定基板６
はアーム２先端に、また可動基板８は手先部３基
端に夫々取付け固定してあり、手先部３に外力が
作用したとき、可動基板８は弾性部材７の弾性変
形により変位する。
図に示す如く、固定基板６上に円柱状をなす３個
の弾性部材７を120度等角の位置に夫々取付け配
備すると共に、弾性部材７上へ可動基板８を固定
基板６と平行して支持固定してある。固定基板６
はアーム２先端に、また可動基板８は手先部３基
端に夫々取付け固定してあり、手先部３に外力が
作用したとき、可動基板８は弾性部材７の弾性変
形により変位する。
固定基板６と可動基板８との間には、各弾性部
材７との対角位置に基板間の相対変位を光学的に
検出する二次元センサ９が配備してある。各二次
元センサ９は、発光ダイオードより成る投光部１
０と、複数画素が縦横等配列された受光面を有す
るイメージセンサより成る受光部１１とから成
り、第２図乃至第４図に示す如く、投光部１０は
可動基板８に外向きで取り付け、受光部１１は固
定基板６に投光部１０と対向させ且つ中心に向け
て取り付けてある。各受光部１１の受光面には、
夫々直交座標系（s1t1〜s3t3座標）が設定され、
無負荷状態では、各受光部１１の受光点は直交座
標の原点１２に位置する。従つて手先部３に外力
が作用して、可動基板８が変位すると、各受光部
１１の受光点は外力の方向および大きさに応じて
移動するもので、この移動した座標上の受光点位
置から演算装置（図示せず）により後記する演算
を実行して外力を算出する。
材７との対角位置に基板間の相対変位を光学的に
検出する二次元センサ９が配備してある。各二次
元センサ９は、発光ダイオードより成る投光部１
０と、複数画素が縦横等配列された受光面を有す
るイメージセンサより成る受光部１１とから成
り、第２図乃至第４図に示す如く、投光部１０は
可動基板８に外向きで取り付け、受光部１１は固
定基板６に投光部１０と対向させ且つ中心に向け
て取り付けてある。各受光部１１の受光面には、
夫々直交座標系（s1t1〜s3t3座標）が設定され、
無負荷状態では、各受光部１１の受光点は直交座
標の原点１２に位置する。従つて手先部３に外力
が作用して、可動基板８が変位すると、各受光部
１１の受光点は外力の方向および大きさに応じて
移動するもので、この移動した座標上の受光点位
置から演算装置（図示せず）により後記する演算
を実行して外力を算出する。
今第２図および第３図に示す如く、基板６，８
との平行面にXY軸、基板６，８と垂直にＺ軸を
設定して、基板６，８の中心線上に原点０が位置
するXYZ座標を考えると、手先部３に作用する
外力は、各軸方向の力FX，FY，FZと、各軸回り
のモーメントMX，MY，MZとから構成される。
との平行面にXY軸、基板６，８と垂直にＺ軸を
設定して、基板６，８の中心線上に原点０が位置
するXYZ座標を考えると、手先部３に作用する
外力は、各軸方向の力FX，FY，FZと、各軸回り
のモーメントMX，MY，MZとから構成される。
上記座標系において、第５図に示す如く、Ｙ軸
方向に力FYが作用したとき、Ｙ軸方向の変位量
をDFY、各弾性部材７のせん断方向の剛性をKla，
Klb，Klcとすると、力FYはつぎので表わされ
る。
方向に力FYが作用したとき、Ｙ軸方向の変位量
をDFY、各弾性部材７のせん断方向の剛性をKla，
Klb，Klcとすると、力FYはつぎので表わされ
る。
FY＝（Kla＋Klb＋Klc）・DFY
＝3Kl・DFY ……
（但し、Kl＝Kla＝Klb＝Klc）
同様にＸ軸方向の力FXは、Ｘ軸方向の変位量
をDFXとすると、力FXはつぎの式で表わされ
る。
をDFXとすると、力FXはつぎの式で表わされ
る。
FX＝3Kl・DFX ……
またＺ軸方向に力FZが作用したとき、Ｚ軸方
向の変位量をDFX，各弾性部材７の引張・圧縮方
向の剛性をKta，Ktb，Ktcとすると、力FZはつ
ぎの式で表わされる。
向の変位量をDFX，各弾性部材７の引張・圧縮方
向の剛性をKta，Ktb，Ktcとすると、力FZはつ
ぎの式で表わされる。
FZ＝（Kta＋Ktb＋Ktc）・DFZ
＝3Kt・DFZ ……
（但し、Kt＝Kta＝Ktb＝Ktc）
つぎに第６図に示す如く、Ｘ軸回わりにモーメ
ントMXが作用したとき、可動基板８の傾き角を
DMX、各弾性部材７とXYZ座標の原点０との距離
をＲとすると、モーメントMXはつぎの式で表
わされる。
ントMXが作用したとき、可動基板８の傾き角を
DMX、各弾性部材７とXYZ座標の原点０との距離
をＲとすると、モーメントMXはつぎの式で表
わされる。
MX＝３／２R2Kht・DMX ……
同様にＹ軸回わりのモーメントMYは、可動基
板８の傾き角をDMYとすると、つぎの式で表わ
される。
板８の傾き角をDMYとすると、つぎの式で表わ
される。
MY＝３／２R2Kt・DMY ……
また第７図に示す如く、Ｚ軸回わりにモーメン
トMZが作用したとき、可動基板８のねじれ角を
DMZとすると、モーメントMZはつぎの式で表
わされる。
トMZが作用したとき、可動基板８のねじれ角を
DMZとすると、モーメントMZはつぎの式で表
わされる。
MZ＝3R2Kl・DMZ ……
つぎに各力FX，FY，FZによる変位量DFX，DFY，
DFZおよび、各モーメントMX，MY，MZによる変
位角DMX，DMY，DMZと、各二次元センサ９からの
出力（t1，s1）（t2，s2）（t3，s3）との関係を求め
ると、つぎの〜式のとおりである。
DFZおよび、各モーメントMX，MY，MZによる変
位角DMX，DMY，DMZと、各二次元センサ９からの
出力（t1，s1）（t2，s2）（t3，s3）との関係を求め
ると、つぎの〜式のとおりである。
DFX＝−√３／４t2＋√３／４t3 ……
DFY＝１／３t1−１／６t2−１／６t3 ……
DFZ＝（s1＋s2＋s3）／３ ……
DMX＝−１／√3R′s2＋１／√3R′s3 ……
DMY＝１／3R′s1−２／3R′s2−２／3R′s3 ……
DMZ＝（t1／R′＋t2／R′＋t3／R′）／３ ……
但し、R′はXYZ座標の原点０と各二次元セン
サ９までの距離である。
サ９までの距離である。
かくて弾性部材７の剛性マトリクスＫは上記
〜式より、装置全体の変化マトリクスＤは上記
〜(12)式より、夫々つぎの式のように表わさ
れ、更に式より６自由度の力のマトリクスＦ
がつぎの式のように表わされる。
〜式より、装置全体の変化マトリクスＤは上記
〜(12)式より、夫々つぎの式のように表わさ
れ、更に式より６自由度の力のマトリクスＦ
がつぎの式のように表わされる。
かくて式から明らかなとおり、手先部３に作
用する外力は、３個の二次元センサ９の出力をも
つて算出することができる。
用する外力は、３個の二次元センサ９の出力をも
つて算出することができる。
＜発明の効果＞
本発明は上記の如く構成したから、３個の二次
元センサをもつて外力による基板間の相対変位を
光学的に検出して、ロボツト手先部等に作用する
力やモーメントを算出することができ、歪ゲージ
を６個用いた従来例と比較して、センサの位置決
めが容易であり且つ構造および出力信号の処理が
簡易化される等、発明目的を達成した顕著な効果
を奏する。
元センサをもつて外力による基板間の相対変位を
光学的に検出して、ロボツト手先部等に作用する
力やモーメントを算出することができ、歪ゲージ
を６個用いた従来例と比較して、センサの位置決
めが容易であり且つ構造および出力信号の処理が
簡易化される等、発明目的を達成した顕著な効果
を奏する。
第１図は本発明を実施したロボツトの正面図、
第２図は本発明にかかる外力検出装置の正面図、
第３図はその平面図、第４図は二次センサの構成
を示す正面図、第５図乃至第７図は外力の作用状
態を示す説明図である。 ５……外力検出装置、６，８……基板、７……
弾性部材、９……二次元センサ。
第２図は本発明にかかる外力検出装置の正面図、
第３図はその平面図、第４図は二次センサの構成
を示す正面図、第５図乃至第７図は外力の作用状
態を示す説明図である。 ５……外力検出装置、６，８……基板、７……
弾性部材、９……二次元センサ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 平行な２枚の基板間の等角度位置に、一方の
基板に一端を、他方の基板に他端を、それぞれ固
定して配備された３個の弾性部材と、 外力による基板間の相対変位を光学的に検出す
る３個の二次元センサと、 各二次元センサの出力から外力を算出する演算
装置とから成り、 各二次元センサは、投光部と、複数の画素が二
次元的に配列された受光面を備えその受光面上の
受光点の位置を位置データとして出力する受光部
とを有し、 各投光部および受光部を基板間の各弾性部材に
対応位置させ、各投光部を一方の基板に取り付
け、各受光部を対応する投光部からの光を受光面
で受光するよう投光部と対向させて他方の基板に
取り付けており、 前記演算装置は、各二次元センサの受光部から
の出力と各弾性部材の剛性および位置と各二次元
センサの位置とから各軸方向の力と各軸回りのモ
ーメントとから構成される外力を算出するように
した外力検出装置。 ２ 一方の基板はロボツト本体側に、他方の基板
はロボツト手先部側に、夫々取り付けられた特許
請求の範囲第１項記載の外力検出装置。 ３ 二次元センサは、発光ダイオードより成る投
光部と、二次元イメージセンサより成る受光部と
から構成され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 |
|---|---|---|---|
| JP58240551A JPS60131191A (ja) | 1983-12-19 | 1983-12-19 | 外力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58240551A JPS60131191A (ja) | 1983-12-19 | 1983-12-19 | 外力検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60131191A JPS60131191A (ja) | 1985-07-12 |
| JPH0472672B2 true JPH0472672B2 (ja) | 1992-11-18 |
Family
ID=17061204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58240551A Granted JPS60131191A (ja) | 1983-12-19 | 1983-12-19 | 外力検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60131191A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0259634A (ja) * | 1988-08-25 | 1990-02-28 | Meidensha Corp | 力センサおよび力の検出方法 |
| JP4955286B2 (ja) * | 2006-03-07 | 2012-06-20 | ミネベア株式会社 | 外力検出装置 |
| JP5489538B2 (ja) * | 2009-06-03 | 2014-05-14 | キヤノン株式会社 | 力覚センサ |
| US9120233B2 (en) * | 2012-05-31 | 2015-09-01 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Non-contact optical distance and tactile sensing system and method |
| JP5248708B1 (ja) * | 2012-12-17 | 2013-07-31 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5626531A (en) * | 1979-08-08 | 1981-03-14 | Hitachi Ltd | Method and apparatus for dry type flue gas desufurization |
| JPS5859791A (ja) * | 1981-07-31 | 1983-04-08 | ザ・チヤ−ルズ・スタ−ク・ドレイパ−・ラボラトリ−・インコ−ポレ−テツド | リモ−ト・センタ・コンプライアンス装置用の零探求制御装置 |
-
1983
- 1983-12-19 JP JP58240551A patent/JPS60131191A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5626531A (en) * | 1979-08-08 | 1981-03-14 | Hitachi Ltd | Method and apparatus for dry type flue gas desufurization |
| JPS5859791A (ja) * | 1981-07-31 | 1983-04-08 | ザ・チヤ−ルズ・スタ−ク・ドレイパ−・ラボラトリ−・インコ−ポレ−テツド | リモ−ト・センタ・コンプライアンス装置用の零探求制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60131191A (ja) | 1985-07-12 |
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