JPH05149811A - Axial force sensor for six components - Google Patents
Axial force sensor for six componentsInfo
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- JPH05149811A JPH05149811A JP3337624A JP33762491A JPH05149811A JP H05149811 A JPH05149811 A JP H05149811A JP 3337624 A JP3337624 A JP 3337624A JP 33762491 A JP33762491 A JP 33762491A JP H05149811 A JPH05149811 A JP H05149811A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は産業用ロボットの手先部
等の作用力を検出する力覚センサに関し、さらに詳しく
は、直交する３軸方向の力およびこれら各軸まわりのモ
ーメントの６成分を検出する６軸力覚センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a force sensor for detecting an acting force of a hand or the like of an industrial robot, and more specifically, it detects forces in three orthogonal axes and six components of moments around these axes. The present invention relates to a 6-axis force sensor for detecting.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、例えば産業用ロボットのロボ
ット手先部の作業動作を制御するため、ロボットアーム
とロボットハンドとの間に力覚センサが介装されてい
る。そして、ロボット手先部に作業中に作用する力やモ
ーメントが、前記力覚センサを介して検出されると、こ
の検出結果が情報として制御回路へ入力されて、制御回
路が前記ロボットの作業動作を修正制御するように構成
されている。2. Description of the Related Art Conventionally, a force sensor is provided between a robot arm and a robot hand in order to control a work operation of a robot hand of an industrial robot, for example. When the force or moment acting on the robot hand during work is detected through the force sensor, the detection result is input as information to the control circuit, and the control circuit performs the work operation of the robot. It is configured to control modification.
【０００３】ところで、従来の力覚センサにおいては、
起歪体に貼着された歪ゲージにより、起歪体に働く６自
由度の外力（３軸方向の力とその軸まわりのモーメン
ト）を検出するものであり、歪検出用回路の一つのブリ
ッジ回路に、複数の軸方向力とその軸まわりのモーメン
トが同時に作用する。By the way, in the conventional force sensor,
A strain gauge attached to the flexure element detects an external force of 6 degrees of freedom (a force in three axial directions and a moment about the axis) acting on the flexure element, and is a bridge of a strain detection circuit. Multiple axial forces and moments about their axes act on the circuit simultaneously.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに、複数の軸方向力およびモーメントが一つのブリッ
ジ回路に同時に作用する構造では、複雑な変換マトリク
スを必要とし、その演算のため検出のサンプリング時間
に制約を受けたり、あるいは、各作用力の配分が難し
く、力とモーメントとで検出精度や分解能が異なり、均
一に高い検出精度が得られないという欠点があった。However, in such a structure in which a plurality of axial forces and moments simultaneously act on one bridge circuit, a complicated conversion matrix is required, and the sampling time for detection is required for the calculation. However, there is a drawback that it is difficult to uniformly distribute each acting force, and the detection accuracy and resolution differ depending on the force and the moment, so that it is not possible to uniformly obtain high detection accuracy.
【０００５】そこで、近時、何種類かの起歪体が組み合
わされて、６自由度の外力について独立の歪検出部分を
備えた力覚センサが提案されている（例えば、特開昭６
２−１６２４９２号公報、特開昭６１−８３９２９号公
報参照）。Therefore, recently, a force sensor has been proposed in which several types of strain generating elements are combined to provide an independent strain detecting portion for an external force having 6 degrees of freedom (for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 6-62).
No. 2-162492, Japanese Patent Laid-Open No. 61-83929).
【０００６】このような構造では、起歪体の組立構造が
複雑で、ボルト等による連結を要するため検出精度にも
高い信頼性が得られない。In such a structure, since the assembly structure of the flexure element is complicated and the connection by bolts or the like is required, the detection accuracy cannot be highly reliable.
【０００７】また、特開昭６１−５７８２５号公報に提
案されている起歪体は、一体構造であるが、構造が複雑
であり起歪体の加工が放電加工により行われるため、製
作コストさらには製品コストが高いという問題がある。Further, the flexure element proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-57825 has an integral structure, but since the structure is complicated and machining of the flexure element is performed by electric discharge machining, the manufacturing cost is further increased. Has a problem of high product cost.
【０００８】本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み
てなされたものであって、３軸方向の力および各軸まわ
りのモーメントがそれぞれ独立して高い検出精度検出で
き、しかも構造が簡単で安価な６軸力覚センサを提供す
ることを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems of the prior art. The force in the three axial directions and the moment about each axis can be independently detected with high detection accuracy, and the structure is simple. An object is to provide an inexpensive 6-axis force sensor.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の６軸力覚センサ
は、ロボットアームの支持側部とロボットハンドの力作
用側部との間に介装される起歪体と、該起歪体の歪を検
出する歪ゲージとを備えてなり、前記起歪体は、前記支
持側部に連結される支持部と、前記力作用側部に連結さ
れる力作用部と、これらを連結する複数の弾性ビームと
からなる単一部材から構成され、前記歪ゲージは、前記
各弾性ビームにおける歪の最も大きな部位に配設される
とともに、歪検出用回路を形成し、該歪検出用回路は、
直交する３軸の力およびこれら各軸まわりのモーメント
を独立して検出する複数組のブリッジ回路群とからなる
ことを特徴としている。A six-axis force sensor according to the present invention is a strain-generating body interposed between a supporting side portion of a robot arm and a force-acting side portion of a robot hand, and the strain-generating body. A strain gauge for detecting the strain of the strain-generating body, wherein the strain-generating body has a support portion connected to the support side portion, a force acting portion connected to the force acting side portion, and a plurality of connecting them. The elastic gauge is composed of a single member, and the strain gauge is arranged at the portion of the largest strain in each of the elastic beams, and forms a strain detecting circuit, and the strain detecting circuit is
It is characterized by comprising a plurality of sets of bridge circuit groups which independently detect forces of three orthogonal axes and moments around these axes.
【００１０】[0010]
【作用】歪検出用回路が、直交する３軸の力およびこれ
ら各軸まわりのモーメントを独立して検出する複数組の
ブリッジ回路群からなるので、複雑な変換マトリクスや
干渉補正演算を必要とすることなく、外力を迅速にしか
も精度良く検出できる。Since the distortion detecting circuit is composed of a plurality of sets of bridge circuit groups that independently detect forces of three orthogonal axes and moments around these axes, a complicated conversion matrix and interference correction calculation are required. It is possible to detect the external force quickly and accurately without any trouble.
【００１１】また、起歪体が平板状であるので、構造の
簡素化および製造の容易化が図られる。Further, since the flexure element is flat, the structure can be simplified and the manufacturing can be facilitated.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１３】図１は本発明の一実施例の６軸力覚センサ
（以下、単に力覚センサという）の概略図である。図に
おいて、１は力覚センサを示す。この力覚センサ１は、
例えば産業用ロボット用のものであって、図４に示すよ
うに、支持側部であるロボットアーム２と力作用側部で
あるロボットハンド３との間に介装されている。FIG. 1 is a schematic diagram of a 6-axis force sensor (hereinafter, simply referred to as force sensor) according to an embodiment of the present invention. In the figure, 1 indicates a force sensor. This force sensor 1
For example, for an industrial robot, as shown in FIG. 4, it is interposed between a robot arm 2 which is a supporting side portion and a robot hand 3 which is a force acting side portion.
【００１４】力覚センサ１は、単一部品である起歪体４
と、これに貼着される複数の歪ゲージＳ…、Ｔ…とを主
要部として備えてなる。The force sensor 1 includes a strain element 4 which is a single component.
, And a plurality of strain gauges S, ...
【００１５】起歪体４は、図示のごとく肉厚板状の単一
ブロック体であって、前記ロボットアーム２の取付部２
ａに連結される支持部５と、前記ロボットハンド３の取
付フランジ３ａに連結される力作用部６と、これらを連
結する複数の弾性ビーム７、８、…とが一体的に形成さ
れている。The flexure element 4 is a thick plate-shaped single block body as shown in the drawing, and is a mounting portion 2 of the robot arm 2.
The support portion 5 connected to a, the force acting portion 6 connected to the mounting flange 3a of the robot hand 3, and the plurality of elastic beams 7, 8 ... Which connect these are integrally formed. ..
【００１６】すなわち、前記起歪体４は、図２(a) に示
すような平面略正方形状とされ、その中心部分に支持部
５が配置されるとともに、この支持部５の周囲に、４つ
の力作用部６、６、…が同心状に配置されてなる。ま
た、これら相互間に橋絡状に配設される弾性ビームは、
４本の第１弾性ビーム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄと４本の
第２弾性ビーム８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄとからなる。２
０は力作用部６に穿設された取付ボルト用穴である。That is, the flexure element 4 is formed into a substantially square shape in a plane as shown in FIG. 2 (a), the support portion 5 is arranged at the center thereof, and the support portion 5 is surrounded by 4 .. are arranged concentrically. Further, the elastic beam arranged in a bridge shape between these,
It is composed of four first elastic beams 7a, 7b, 7c and 7d and four second elastic beams 8a, 8b, 8c and 8d. Two
Reference numeral 0 denotes a mounting bolt hole formed in the force acting portion 6.
【００１７】第１弾性ビーム７ａ、７ｂ、…は、直交す
る２軸Ｘ、Ｙ上にそれぞれ延設され、前記支持部５と第
２弾性ビーム８ａ、８ｂ…に連結されている。第２弾性
ビーム８ａ、８ｂ…は、第１弾性ビーム７に直交状にそ
れぞれ延設され、相隣る力作用部６、６に連結されてい
る。The first elastic beams 7a, 7b, ... Are respectively extended on two orthogonal axes X, Y, and are connected to the support portion 5 and the second elastic beams 8a, 8b. The second elastic beams 8a, 8b ... Are extended in a direction orthogonal to the first elastic beam 7, respectively, and are connected to the adjacent force acting portions 6, 6.
【００１８】歪ゲージＳ、Ｔ…は、前記各弾性ビーム
７、８、…における歪の最も大きな部位に配設されてい
るとともに、図３に示すような歪検出用回路を形成して
いる。各弾性ビーム７、８、…における歪ゲージＳ、Ｔ
…の配設部位は、ＦＥＭ解析により得られた、最も延び
た部位と最も縮んだ部位に設定されており、具体的に
は、図２(a)(b)(c) に示すような配置とされている。The strain gauges S, T, ... Are arranged at the portions of the elastic beams 7, 8, ... Which have the largest strain, and also form a strain detecting circuit as shown in FIG. Strain gauges S, T in each elastic beam 7, 8, ...
The arrangement parts of ... are set to the most extended part and the most contracted part obtained by FEM analysis. Specifically, the arrangement shown in Fig. 2 (a) (b) (c) It is said that.
【００１９】歪ゲージＳx1、Ｓx2、Ｓx3、Ｓx4は、Ｘ軸
方向の力Ｆｘを検出するためのもので、Ｘ軸に直交する
第２弾性ビーム８ａ、８ｃの側面に貼設されるととも
に、図３におけるブリッジ回路１１を構成している。歪
ゲージＳx1、Ｓx3は、第２弾性ビーム８ａの側面におい
て、その高さ方向中心位置で、かつＸ軸に対して対称位
置に配置されている。歪ゲージＳx2、Ｓx4は、第２弾性
ビーム８ｃの側面において、その高さ方向中心位置で、
かつＸ軸に対して対称位置に配置されている。The strain gauges S x1 , S x2 , S x3 , S x4 are for detecting the force Fx in the X-axis direction, and are attached to the side surfaces of the second elastic beams 8a, 8c orthogonal to the X-axis. In addition, the bridge circuit 11 in FIG. 3 is configured. The strain gauges S x1 and S x3 are arranged on the side surface of the second elastic beam 8a at the center position in the height direction and at symmetrical positions with respect to the X axis. The strain gauges S x2 and S x4 are at the center position in the height direction on the side surface of the second elastic beam 8c,
Moreover, they are arranged symmetrically with respect to the X axis.
【００２０】歪ゲージＳy1、Ｓy2、Ｓy3、Ｓy4は、Ｙ軸
方向の力Ｆｙを検出するためのもので、Ｙ軸に直交する
第２弾性ビーム８ｂ、８ｄの側面に貼設されるととも
に、図３におけるブリッジ回路１２を構成している。歪
ゲージＳy1、Ｓy3は、第２弾性ビーム８ｄの側面におい
て、その高さ方向中心位置で、かつＹ軸に対して対称位
置に配置されている。歪ゲージＳy2、Ｓy4は、第２弾性
ビーム８ｂの側面において、その高さ方向中心位置で、
かつＹ軸に対して対称位置に配置されている。The strain gauges S y1 , S y2 , S y3 and S y4 are for detecting the force Fy in the Y-axis direction, and are attached to the side surfaces of the second elastic beams 8b and 8d orthogonal to the Y-axis. In addition, the bridge circuit 12 in FIG. 3 is configured. The strain gauges S y1 and S y3 are arranged on the side surface of the second elastic beam 8d at the center position in the height direction and symmetrically with respect to the Y axis. The strain gauges S y2 and S y4 are at the center position in the height direction on the side surface of the second elastic beam 8b,
Moreover, they are arranged symmetrically with respect to the Y axis.
【００２１】歪ゲージＳz1、Ｓz2、Ｓz3、Ｓz4、Ｓz5、
Ｓz6、Ｓz7、Ｓz8は、Ｚ軸方向の力Ｆｚを検出するため
のもので、Ｚ軸に直交する第２弾性ビーム８ａ、８ｂ、
８ｃ、８ｄの上下面に貼設されるとともに、図３におけ
るブリッジ回路１３を構成している。歪ゲージＳz1、Ｓ
z3は、第２弾性ビーム８ｂの上下面において、その長さ
方向中心つまりＹ軸上に配置されている。歪ゲージ
Ｓz2、Ｓz4は、第２弾性ビーム８ｄの上下面において、
その長さ方向中心つまりＹ軸上に配置されている。歪ゲ
ージＳz5、Ｓz7は、第２弾性ビーム８ｃの上下面におい
て、その長さ方向中心つまりＸ軸上に配置されている。
歪ゲージＳz6、Ｓz8は、第２弾性ビーム８ａの上下面に
おいて、その長さ方向中心つまりＸ軸上に配置されてい
る。Strain gauges S z1 , S z2 , S z3 , S z4 , S z5 ,
S z6 , S z7 , and S z8 are for detecting the force Fz in the Z-axis direction, and the second elastic beams 8a, 8b, which are orthogonal to the Z-axis,
The bridge circuit 13 in FIG. 3 is formed while being attached to the upper and lower surfaces of 8c and 8d. Strain gauge S z1 , S
z3 is arranged on the upper and lower surfaces of the second elastic beam 8b on the center in the longitudinal direction thereof, that is, on the Y axis. The strain gauges S z2 and S z4 are provided on the upper and lower surfaces of the second elastic beam 8d,
It is arranged at the center in the length direction, that is, on the Y axis. The strain gauges S z5 and S z7 are disposed on the upper and lower surfaces of the second elastic beam 8c at the center in the longitudinal direction, that is, on the X axis.
The strain gauges S z6 and S z8 are arranged on the upper and lower surfaces of the second elastic beam 8a at the center in the longitudinal direction, that is, on the X axis.
【００２２】歪ゲージＴx1、Ｔx2、Ｔx3、Ｔx4は、Ｘ軸
まわりのモーメントＭｘを検出するためのもので、Ｘ軸
に直交する第１弾性ビーム７ｂ、７ｄの上下面に貼設さ
れるとともに、図３におけるブリッジ回路１４を構成し
ている。歪ゲージＴx1、Ｔx2は、第１弾性ビーム７ｂの
上下面において、その幅方向中心つまりＹ軸上に配置さ
れている。歪ゲージＴx3、Ｔx4は、第１弾性ビーム７ｄ
の上下面において、その幅方向中心つまりＹ軸上に配置
されている。The strain gauges T x1 , T x2 , T x3 , T x4 are for detecting the moment Mx about the X axis, and are attached to the upper and lower surfaces of the first elastic beams 7b, 7d orthogonal to the X axis. In addition, the bridge circuit 14 in FIG. 3 is configured. The strain gauges T x1 and T x2 are arranged on the upper and lower surfaces of the first elastic beam 7b on the center in the width direction thereof, that is, on the Y axis. The strain gauges T x3 and T x4 are the first elastic beam 7d.
The upper and lower surfaces are arranged at the center in the width direction, that is, on the Y axis.
【００２３】歪ゲージＴy1、Ｔy2、Ｔy3、Ｔy4は、Ｙ軸
まわりのモーメントＭｙを検出するためのもので、Ｙ軸
に直交する第１弾性ビーム７ａ、７ｃの上下面に貼設さ
れるとともに、図３におけるブリッジ回路１５を構成し
ている。歪ゲージＴy1、Ｔy2は、第１弾性ビーム７ａの
上下面において、その幅方向中心つまりＸ軸上に配置さ
れている。歪ゲージＴy3、Ｔy4は、第１弾性ビーム７ｃ
の上下面において、その幅方向中心つまりＸ軸上に配置
されている。The strain gauges T y1 , T y2 , T y3 and T y4 are for detecting the moment My about the Y axis, and are attached to the upper and lower surfaces of the first elastic beams 7a and 7c orthogonal to the Y axis. In addition, the bridge circuit 15 in FIG. 3 is configured. The strain gauges T y1 and T y2 are arranged on the upper and lower surfaces of the first elastic beam 7a at the center in the width direction thereof, that is, on the X axis. The strain gauges T y3 and T y4 are the first elastic beam 7c.
The upper and lower surfaces are arranged at the center in the width direction, that is, on the X axis.
【００２４】歪ゲージＴz1、Ｔz2、Ｔz3、Ｔz4は、Ｚ軸
まわりのモーメントＭｚを検出するためのもので、第１
弾性ビーム７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの側面に貼設される
とともに、図３におけるブリッジ回路１６を構成してい
る。歪ゲージＴz1、Ｔz2は、それぞれ第１弾性ビーム７
ｃ、７ｂの対向する側面において、その高さ方向中心位
置で、かつその長さ方向中心位置に配置されている。歪
ゲージＴz3、Ｔz4は、それぞれ第１弾性ビーム７ａ、７
ｄの対向する側面において、その高さ方向中心位置で、
かつその長さ方向中心位置に配置されている。The strain gauges T z1 , T z2 , T z3 and T z4 are for detecting the moment Mz about the Z axis, and are the first
It is attached to the side surfaces of the elastic beams 7a, 7b, 7c, 7d and constitutes the bridge circuit 16 in FIG. The strain gauges T z1 and T z2 are the first elastic beams 7 respectively.
On the opposite side surfaces of c and 7b, they are arranged at the center position in the height direction and at the center position in the length direction. The strain gauges T z3 and T z4 are respectively attached to the first elastic beams 7a and 7a.
On the opposite side surfaces of d, at the center position in the height direction,
Moreover, it is arranged at the center position in the length direction.
【００２５】しかして、図３に示す歪検出用回路は、直
交する３軸Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと、こ
れら各軸まわりのモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを独立し
て検出する６組のブリッジ回路１１〜１６を備えてお
り、図示しないが、これらブリッジ回路１１〜１６はそ
れぞれ電源に接続されるとともに、各歪検出端の出力
が、例えば増幅器、マルチプレクサ回路、サンプルホー
ルド回路、Ａ／Ｄ変換器等を介して、コンピュータから
なる制御回路へ送られる。Therefore, in the strain detecting circuit shown in FIG. 3, the forces Fx, Fy, Fz in the three orthogonal X, Y, Z directions and the moments Mx, My, Mz about these axes are independently provided. 6 sets of bridge circuits 11 to 16 for detection are provided, and although not shown, these bridge circuits 11 to 16 are respectively connected to a power source, and the output of each distortion detection end is, for example, an amplifier, a multiplexer circuit, a sample hold. It is sent to a control circuit composed of a computer via a circuit, an A / D converter and the like.
【００２６】次に、以上のように構成された力覚センサ
による各作用力の検出について説明する（図２参照）。Next, the detection of each acting force by the force sensor constructed as described above will be described (see FIG. 2).
【００２７】Ｘ軸方向の力Ｆｘ： 起歪体４に力Ｆｘが作用すると、歪ゲージＳx1、Ｓx3は
圧縮歪を受けて、その抵抗値はＦｘに比例して減少し、
一方、歪ゲージＳx2、Ｓx4は引張歪を受けて、その抵抗
値はＦｘに比例して増大する。この結果、図３のブリッ
ジ回路１１の出力のみが変化し、Ｆｘの大きさに比例し
た出力が得られる。 Force Fx in the X-axis direction: When the force Fx acts on the flexure element 4, the strain gauges S x1 and S x3 receive compressive strain, and the resistance value thereof decreases in proportion to Fx,
On the other hand, the strain gauges S x2 and S x4 receive tensile strain, and the resistance value increases in proportion to Fx. As a result, only the output of the bridge circuit 11 in FIG. 3 changes, and an output proportional to the magnitude of Fx is obtained.
【００２８】このとき、歪ゲージＴy1、Ｔy2、Ｔz3、Ｔ
y3、Ｔy4、Ｔz1には極めて微小な圧縮歪が発生するが、
ブリッジ回路１５におけるＴy1とＴy2およびＴy3とＴy4
が、ならびにブリッジ回路１６におけるＴz1とＴz3が互
いに打ち消し合うため、Ｍｙ、Ｍｚは検出されない。At this time, strain gauges T y1 , T y2 , T z3 , T
y3, T y4, although extremely small compressive strain in T z1 is generated,
T y1 and T y2 and T y3 and T y4 in the bridge circuit 15
, And T z1 and T z3 in the bridge circuit 16 cancel each other, so that My and Mz are not detected.
【００２９】さらに、歪ゲージＴz2とＴz4もそれぞれ圧
縮歪および引張歪を検出するが、これらもブリッジ回路
１６において互いに打ち消し合うため、やはりＭｚは検
出されない。Further, the strain gauges T z2 and T z4 detect the compressive strain and the tensile strain, respectively, but since they also cancel each other out in the bridge circuit 16, Mz is not detected either.
【００３０】Ｙ軸方向の力Ｆｙ： 起歪体４に力Ｆｙが作用すると、歪ゲージＳy1、Ｓy3は
圧縮歪を受けて、その抵抗値はＦｙに比例して減少し、
一方、歪ゲージＳy2、Ｓy4は引張歪を受けて、その抵抗
値はＦｙに比例して増大する。この結果、図３のブリッ
ジ回路１２の出力のみが変化し、Ｆｙの大きさに比例し
た出力が得られる。 Force Fy in the Y-axis direction: When the force Fy acts on the strain generating body 4, the strain gauges S y1 and S y3 receive compressive strain, and the resistance value thereof decreases in proportion to Fy.
On the other hand, the strain gauges S y2 and S y4 receive tensile strain, and the resistance value increases in proportion to Fy. As a result, only the output of the bridge circuit 12 in FIG. 3 changes, and an output proportional to the magnitude of Fy is obtained.
【００３１】このとき、歪ゲージＴx3、Ｔx4、Ｔz4、Ｔ
x1、Ｔy2、Ｔz2には極めて微小な圧縮歪が発生するが、
ブリッジ回路１４におけるＴx1とＴx2およびＴx3とＴx4
が、ならびにブリッジ回路１６におけるＴz2とＴz4が互
いに打ち消し合うため、Ｍｙ、Ｍｚは検出されない。At this time, strain gauges T x3 , T x4 , T z4 , T
An extremely small compression strain occurs in x1 , T y2 , and T z2 ,
T x1 and T x2 and T x3 and T x4 in the bridge circuit 14
, And T z2 and T z4 in the bridge circuit 16 cancel each other, so that My and Mz are not detected.
【００３２】さらに、歪ゲージＴz1とＴz3もそれぞれ引
張歪および圧縮歪を検出するが、これらもブリッジ回路
１６において互いに打ち消し合うため、やはりＭｚは検
出されない。Further, the strain gauges T z1 and T z3 also detect tensile strain and compressive strain, respectively, but since they also cancel each other out in the bridge circuit 16, Mz is also not detected.
【００３３】Ｚ軸方向の力Ｆｚ： 起歪体４に力Ｆｚが作用すると、歪ゲージＳz1、Ｓz2、
Ｓz5、Ｓz6は圧縮歪を受けて、その抵抗値はＦｚに比例
して減少し、一方、歪ゲージＳz3、Ｓz4、Ｓz7、Ｓz8は
引張歪を受けて、その抵抗値はＦｚに比例して減少す
る。この結果、図３のブリッジ回路１３の出力のみが変
化し、Ｆｚの大きさに比例した出力が得られる。 Force Fz in the Z-axis direction: When force Fz acts on the strain-generating body 4, strain gauges S z1 , S z2 ,
S z5 and S z6 are subjected to compressive strain, and their resistance values are reduced in proportion to Fz, while strain gauges S z3 , S z4 , S z7 and S z8 are subjected to tensile strain and their resistance values are It decreases in proportion to Fz. As a result, only the output of the bridge circuit 13 in FIG. 3 changes, and an output proportional to the magnitude of Fz is obtained.
【００３４】このとき、歪ゲージＴx1、Ｔx4、Ｔy1、Ｔ
y4には引張歪が、また歪ゲージＴx2、Ｔx3、Ｔy2、Ｔy3
には圧縮歪が発生するが、ブリッジ回路１４におけるＴ
x1とＴx3およびＴx2とＴx4が、ならびにブリッジ回路１
５におけるＴy1とＴy3およびＴy2とＴy4が互いに打ち消
し合うため、Ｍｘ、Ｍｙは検出されない。At this time, the strain gauges T x1 , T x4 , T y1 , T
Y4 has tensile strain, and strain gauges T x2 , T x3 , T y2 , T y3
Compressive distortion occurs in the
x1 and T x3, T x2 and T x4 , and the bridge circuit 1
Since T y1 and T y3 and T y2 and T y4 in 5 cancel each other, Mx and My are not detected.
【００３５】Ｘ軸まわりの力Ｍｘ： 起歪体４にモーメントＭｘが作用すると、歪ゲージ
Ｔx1、Ｔx3は圧縮歪を受けて、その抵抗値はＭｘに比例
して減少し、一方、歪ゲージＴx2、Ｔx4は引張歪を受け
て、その抵抗値はＭｘに比例して増大する。この結果、
図３のブリッジ回路１４の出力のみが変化し、Ｍｘの大
きさに比例した出力が得られる。 Force Mx about the X-axis: When a moment Mx acts on the flexure element 4, the strain gauges T x1 and T x3 receive compressive strain, and the resistance value decreases in proportion to Mx, while the strain The gauges T x2 and T x4 receive tensile strain, and the resistance value increases in proportion to Mx. As a result,
Only the output of the bridge circuit 14 in FIG. 3 changes, and an output proportional to the magnitude of Mx is obtained.
【００３６】このとき、歪ゲージＳz1、Ｓz4には引張歪
が、また歪ゲージＳz3、Ｓz2には圧縮歪が発生するが、
ブリッジ回路１３におけるＳz1とＳz2およびＳz3とＳz4
が互いに打ち消し合うため、Ｆｚは検出されない。At this time, tensile strain is generated in the strain gauges S z1 and S z4 , and compressive strain is generated in the strain gauges S z3 and S z2 .
S z1 and S z2 and S z3 and S z4 in the bridge circuit 13
Cancel each other out, so Fz is not detected.
【００３７】Ｙ軸まわりの力Ｍｙ： 起歪体４にモーメントＭｙが作用すると、歪ゲージ
Ｔy1、Ｔy3は圧縮歪を受けて、その抵抗値はＭｙに比例
して減少し、一方、歪ゲージＴy2、Ｔy4は引張歪を受け
て、その抵抗値はＭｙに比例して増大する。この結果、
図３のブリッジ回路１５の出力のみが変化し、Ｍｙの大
きさに比例した出力が得られる。 Force My around the Y-axis: When a moment My acts on the strain-generating body 4, the strain gauges T y1 and T y3 receive compressive strain, and their resistance values decrease in proportion to My, while strain The gauges T y2 and T y4 receive tensile strain, and the resistance value increases in proportion to My. As a result,
Only the output of the bridge circuit 15 in FIG. 3 changes, and an output proportional to the magnitude of My is obtained.
【００３８】このとき、歪ゲージＳz6、Ｓz7には引張歪
が、また歪ゲージＳz8、Ｓz5には圧縮歪が発生するが、
ブリッジ回路１３におけるＳz5とＳz6およびＳz7とＳz8
が互いに打ち消し合うため、Ｆｚは検出されない。At this time, tensile strain is generated in the strain gauges S z6 and S z7 , and compressive strain is generated in the strain gauges S z8 and S z5 .
S z5 and S z6 and S z7 and S z8 in the bridge circuit 13
Cancel each other out, so Fz is not detected.
【００３９】Ｚ軸まわりの力Ｍｚ： 起歪体４にモーメントＭｚが作用すると、歪ゲージ
Ｔz1、Ｔz3は圧縮歪を受けて、その抵抗値はＭｚに比例
して減少し、一方、歪ゲージＴz2、Ｔz4は引張歪を受け
て、その抵抗値はＭｚに比例して増大する。この結果、
図３のブリッジ回路１６の出力のみが変化し、Ｍｚの大
きさに比例した出力が得られる。 Force Mz about Z-axis: When the moment Mz acts on the strain-generating body 4, the strain gauges T z1 and T z3 receive compressive strain, and the resistance value thereof decreases in proportion to Mz. The gauges T z2 and T z4 receive tensile strain, and their resistance value increases in proportion to Mz. As a result,
Only the output of the bridge circuit 16 in FIG. 3 changes, and an output proportional to the magnitude of Mz is obtained.
【００４０】なお、本発明は図示例に限定されることな
く種々設計変更可能で、例えば、歪検出用回路の構成
は、６軸成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚにつ
いての歪情報が独立して得られる限り、図示例以外の他
の構成としてもよい。The present invention is not limited to the illustrated example, and various design changes can be made. For example, the configuration of the distortion detection circuit is such that distortion information about the six-axis components Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz. May be independently obtained, and other configurations other than the illustrated example may be used.
【００４１】[0041]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
構造が簡単な起歪体を用いているにもかかわらず各軸の
軸力およびモーメントを精度良く検出できる。また、起
歪体の構造が簡単なので、製作コストさらには製品コス
トの大幅な低減が図れる。As described in detail above, according to the present invention,
It is possible to detect the axial force and moment of each axis with high accuracy even though a flexure element with a simple structure is used. In addition, since the structure of the flexure element is simple, the manufacturing cost and the product cost can be significantly reduced.
【図１】本発明の一実施例の起歪体の概略斜視図であ
る。FIG. 1 is a schematic perspective view of a flexure element according to an embodiment of the present invention.
【図２】同起歪体における歪ゲージの貼付位置を示す配
置図で、図２(a) は平面図、図２(b) は正面図、図２
(c) は右側面図である。FIG. 2 is a layout view showing a position where a strain gauge is attached to the same strain body, FIG. 2 (a) is a plan view, FIG. 2 (b) is a front view, and FIG.
(c) is a right side view.
【図３】本発明の力覚センサの歪検出回路の一実施例の
回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of an embodiment of the strain detection circuit of the force sensor of the present invention.
【図４】同起歪体を備えた産業用ロボットのロボットア
ーム手先部の構造を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a structure of a robot arm end portion of an industrial robot provided with the same strain body.
１ 力覚センサ ２ ロボットアーム ２ａ ロボットアームの取付部 ３ ロボットハンド ３ａ ロボットハンドの取付フランジ ４ 起歪体 ５ 起歪体の支持部 ６ 起歪体の力作用部 ７ａ〜７ｄ 起歪体の第１弾性ビーム ８ａ〜８ｄ 起歪体の第２弾性ビーム １１〜１６ ブリッジ回路 Ｓx1〜Ｓx4 Ｆｘ検出用歪ゲージ Ｓy1〜Ｓy4 Ｆｙ検出用歪ゲージ Ｓz1〜Ｓz4 Ｆｚ検出用歪ゲージ Ｔx1〜Ｔx4 Ｍｘ検出用歪ゲージ Ｔy1〜Ｔy4 Ｍｙ検出用歪ゲージ Ｔz1〜Ｔz8 Ｍｚ検出用歪ゲージDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Force sensor 2 Robot arm 2a Robot arm attachment part 3 Robot hand 3a Robot hand attachment flange 4 Strain element 5 Strain element support portion 6 Force element of strain element 7a to 7d First of strain element Elastic Beams 8a to 8d Second Elastic Beam of Strain Element 11 to 16 Bridge Circuit S x1 to S x4 Fx Detecting Strain Gauge S y1 to S y4 Fy Detecting Strain Gauge S z1 to S z4 Fz Detecting Strain Gauge T x1 ~ T x4 Mx detection strain gauge T y1 ~ T y4 My detection strain gauge T z1 ~ T z8 Mz detection strain gauge
Claims (2)
ンドの力作用側部との間に介装される起歪体と、該起歪
体の歪を検出する歪ゲージとを備えてなり、 前記起歪体は、前記支持側部に連結される支持部と、前
記力作用側部に連結される力作用部と、これらを連結す
る複数の弾性ビームとからなる単一部材から構成され、 前記歪ゲージは、前記各弾性ビームにおける歪の最も大
きな部位に配設されるとともに、歪検出用回路を形成
し、 該歪検出用回路は、直交する３軸方向の力およびこれら
各軸まわりのモーメントを独立して検出する複数組のブ
リッジ回路群とからなることを特徴とする６軸力覚セン
サ。1. A strain-generating body interposed between a supporting side portion of a robot arm and a force-acting side portion of a robot hand, and a strain gauge for detecting strain of the strain-generating body, The flexure element is composed of a single member composed of a support part connected to the support side part, a force application part connected to the force application side part, and a plurality of elastic beams connecting these, The strain gauge is arranged at a portion of the elastic beam where the strain is greatest, and forms a strain detection circuit. The strain detection circuit includes forces in three orthogonal axes and moments around these axes. A six-axis force sensor comprising a plurality of sets of bridge circuit groups for independently detecting
部が配置されるとともに、該支持部の周囲に前記力作用
部が同心状に４つ配置されてなり、 これら支持部および作用部間を連結する前記弾性ビーム
は、直交する２軸上に延びる４本の第１弾性ビームと、
該第１弾性ビームに直交する４本の第２弾性ビームとか
ら構成され、 相隣る前記力作用部が前記第２ビームにより相互に連結
されるとともに、該第２ビームの中央部と前記支持部が
前記第１ビームにより相互に連結されていることを特徴
とする請求項１記載の６軸力覚センサ。2. The strain generating body is configured such that the supporting portion is arranged at a central portion thereof and four force acting portions are concentrically arranged around the supporting portion. The elastic beam connecting the parts includes four first elastic beams extending in two orthogonal axes,
The second elastic beam includes four second elastic beams that are orthogonal to the first elastic beam, the adjacent force acting portions are connected to each other by the second beam, and the central portion of the second beam and the support The 6-axis force sensor according to claim 1, wherein the parts are mutually connected by the first beam.
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