JPH0565809B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0565809B2 JPH0565809B2 JP59032497A JP3249784A JPH0565809B2 JP H0565809 B2 JPH0565809 B2 JP H0565809B2 JP 59032497 A JP59032497 A JP 59032497A JP 3249784 A JP3249784 A JP 3249784A JP H0565809 B2 JPH0565809 B2 JP H0565809B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- force
- axis
- disk
- image sensor
- ring
- 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
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 102100025490 Slit homolog 1 protein Human genes 0.000 description 1
- 101710123186 Slit homolog 1 protein Proteins 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
- G01L5/166—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using photoelectric means
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、小形で安価な多分力検出器に関す
るものである。
るものである。
産業用ロボツトのような複雑な構造体におい
て、各関節等が受ける“力”や“モーメント”の
複合力を同時に高精度で検出するための多分力検
出器において、従来、歪ゲージや圧電素子を用い
たものがあるが、いずれも高価であり、しかも大
形であるので卓上形ロボツトのような小形のロボ
ツトには使用できないという欠点があつた。
て、各関節等が受ける“力”や“モーメント”の
複合力を同時に高精度で検出するための多分力検
出器において、従来、歪ゲージや圧電素子を用い
たものがあるが、いずれも高価であり、しかも大
形であるので卓上形ロボツトのような小形のロボ
ツトには使用できないという欠点があつた。
この発明は、これらの欠点を解決するため、複
数の位置センサを組み合せ、両者の相対位置の変
化により各方向に作用する力を検出するようにし
たものであり、その目的は小形で安価な多分力検
出器を実現することにある。以下、この発明を図
面について説明する。
数の位置センサを組み合せ、両者の相対位置の変
化により各方向に作用する力を検出するようにし
たものであり、その目的は小形で安価な多分力検
出器を実現することにある。以下、この発明を図
面について説明する。
第１図はこの発明の一実施例であり、多分力検
出器の外観を示している。この図で、１は筐体
で、円柱状をしており、円柱の軸と同軸上に軸２
が設けられている。なお、この明細書では、第１
図の軸２の軸心方向をｚ軸、これと直角をなす平
面上の直交方向をｘ軸、ｙ軸と定義する。軸２は
筐体１に対し、半径方向および円周方向に移動可
能であり、軸２の軸心をｚ軸とした場合、ｚ軸ま
わりのモーメントMz、およびｘ軸方向の力Fx、
ｙ軸方向の力Fyが軸２に作用する場合、それに
応じた出力が信号線３より出力される構造となつ
ている。
出器の外観を示している。この図で、１は筐体
で、円柱状をしており、円柱の軸と同軸上に軸２
が設けられている。なお、この明細書では、第１
図の軸２の軸心方向をｚ軸、これと直角をなす平
面上の直交方向をｘ軸、ｙ軸と定義する。軸２は
筐体１に対し、半径方向および円周方向に移動可
能であり、軸２の軸心をｚ軸とした場合、ｚ軸ま
わりのモーメントMz、およびｘ軸方向の力Fx、
ｙ軸方向の力Fyが軸２に作用する場合、それに
応じた出力が信号線３より出力される構造となつ
ている。
第２図に第１図の多分力検出器を分解した様子
を示す。軸２には円盤４が固定されており、円盤
４の円周上には等間隔に４個のイメージセンサ５
ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ（以下総称するときは５と
いう。他の符号についても同様とする）および板
ばね６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが内側を固着して設
けられている。また、円盤４の上面には摩擦係数
の小さな材料よりなる板、例えば弗素樹脂板７が
あり、上部板８との間を滑り易くしている。円盤
４の外側には円盤４とほぼ同じ厚さをもつリング
９が位置し、板ばね６ａ〜６ｄの外側はリング９
の内側に固定され、リング９と円盤４は同心構造
となつている。また、リング９の内側には発光体
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが４個等間隔に
設けられており、イメージセンサ５ａ〜５ｄと対
向している。リング９の下方には下部板１１があ
り、下部板１１の上面には摩擦係数の小さな材
料、例えば弗素樹脂板１２があり、円盤４が下部
板１１に対し滑り易くなつている。
を示す。軸２には円盤４が固定されており、円盤
４の円周上には等間隔に４個のイメージセンサ５
ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ（以下総称するときは５と
いう。他の符号についても同様とする）および板
ばね６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが内側を固着して設
けられている。また、円盤４の上面には摩擦係数
の小さな材料よりなる板、例えば弗素樹脂板７が
あり、上部板８との間を滑り易くしている。円盤
４の外側には円盤４とほぼ同じ厚さをもつリング
９が位置し、板ばね６ａ〜６ｄの外側はリング９
の内側に固定され、リング９と円盤４は同心構造
となつている。また、リング９の内側には発光体
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが４個等間隔に
設けられており、イメージセンサ５ａ〜５ｄと対
向している。リング９の下方には下部板１１があ
り、下部板１１の上面には摩擦係数の小さな材
料、例えば弗素樹脂板１２があり、円盤４が下部
板１１に対し滑り易くなつている。
上記のように、円盤４は弗素樹脂板７，１２を
介して上部板８と下部板１１に拘束されており、
ｚ軸まわり、およびｘ、ｙ軸方向のみ移動可能と
なつている。また、板ばね６ａ〜６ｄの作用によ
りｚ軸まわり、およびxy軸方向の力に比例した
変位をするように構成されている。発光体１０は
第３図に示すように、発光素子１３、スリツト１
４、ケース１５よりなり、平行光１６を発するよ
うに構成されている。
介して上部板８と下部板１１に拘束されており、
ｚ軸まわり、およびｘ、ｙ軸方向のみ移動可能と
なつている。また、板ばね６ａ〜６ｄの作用によ
りｚ軸まわり、およびxy軸方向の力に比例した
変位をするように構成されている。発光体１０は
第３図に示すように、発光素子１３、スリツト１
４、ケース１５よりなり、平行光１６を発するよ
うに構成されている。
第４図はｚ軸に直角な面での断面図である。イ
メージセンサ５ａ〜５ｄ、発光体１０ａ〜１０
ｄ、板ばね６ａ〜６ｄの位置関係がより明確に示
されている。板ばね６ａ〜６ｄは、前述のように
力に比例した変位を生じせしめる役目であり、板
ばねに限ることなく円盤４とリング９の間を埋め
る高分子材料等の弾性材であつてもよい。
メージセンサ５ａ〜５ｄ、発光体１０ａ〜１０
ｄ、板ばね６ａ〜６ｄの位置関係がより明確に示
されている。板ばね６ａ〜６ｄは、前述のように
力に比例した変位を生じせしめる役目であり、板
ばねに限ることなく円盤４とリング９の間を埋め
る高分子材料等の弾性材であつてもよい。
次に、このような構成により力が検出できる原
理を説明する。
理を説明する。
第５図はイメージセンサ５と発光体１０を対向
させた様子を示している。それぞれの向い合つた
面の中心をＡ、Ｂとするとき、Ａ点、Ｂ点間のｘ
軸方向の距離をｐ、ｙ軸方向の距離をｑとする。
発光体１０より出た光はイメージセンサ５に入る
が、イメージセンサ５の出力は演算回路１７に入
り、イメージセンサ５の入力位置等のデータを基
に所要の演算処理が施されて、その出力特性は第
６図の実線で示されるように、ｘ軸方向の距離ｐ
に比例した特性となる。この出力特性は、ｙ軸方
向の距離ｑにはほとんど依存しない。
させた様子を示している。それぞれの向い合つた
面の中心をＡ、Ｂとするとき、Ａ点、Ｂ点間のｘ
軸方向の距離をｐ、ｙ軸方向の距離をｑとする。
発光体１０より出た光はイメージセンサ５に入る
が、イメージセンサ５の出力は演算回路１７に入
り、イメージセンサ５の入力位置等のデータを基
に所要の演算処理が施されて、その出力特性は第
６図の実線で示されるように、ｘ軸方向の距離ｐ
に比例した特性となる。この出力特性は、ｙ軸方
向の距離ｑにはほとんど依存しない。
この出力特性を
Ｖ＝αp
で表す。こゝにαは定数である。
第７図は、第４図に示す基準位置からθ方向に
δだけ移動した状態を示したものである。
δだけ移動した状態を示したものである。
この状態において、イメージセンサ５ａ〜５ｄ
と発光体１０ａ〜１０ｄのそれぞれの対向面の横
方向のずれ量（第５図におけるｘ軸方向の移動量
つまり距離ｐに相当）は、イメージセンサ５ａに
おいてp1、5bにおいてp2、5cにおいてp3、5dにお
いてp4と置けば、 p1＝−δcosθ、p2＝−δsinθ、p3＝δcosθ、p4＝
δsimθ であるから、各イメージセンサ５ａ〜５ｄの演算
後の出力は、それぞれ V1＝−αδcosθ、V2＝−αδsinθ、 V3＝αδcosθ、V4＝αδsinθ となる。
と発光体１０ａ〜１０ｄのそれぞれの対向面の横
方向のずれ量（第５図におけるｘ軸方向の移動量
つまり距離ｐに相当）は、イメージセンサ５ａに
おいてp1、5bにおいてp2、5cにおいてp3、5dにお
いてp4と置けば、 p1＝−δcosθ、p2＝−δsinθ、p3＝δcosθ、p4＝
δsimθ であるから、各イメージセンサ５ａ〜５ｄの演算
後の出力は、それぞれ V1＝−αδcosθ、V2＝−αδsinθ、 V3＝αδcosθ、V4＝αδsinθ となる。
第８図は、第４図に示す基準位置がθ′だけ回転
した場合であり、この時の出力は、円盤４の半径
をｒとすると同様にして V′1＝V′2＝V′3＝V′4＝αrsinθ′ ≒αrθ′ となる。
した場合であり、この時の出力は、円盤４の半径
をｒとすると同様にして V′1＝V′2＝V′3＝V′4＝αrsinθ′ ≒αrθ′ となる。
両者が混在する場合は和となり、各出力は
E1＝V1＋V′1、E2＝V2＋V′2、
E3＝V3＋V′3、E4＝V4＋V′4
となる。
さて、これらの出力を用い、適宜の周知演算手
段により演算を行えば、各方向の変位を検出でき
ることになる。
段により演算を行えば、各方向の変位を検出でき
ることになる。
回転方向 Er＝E1＋E2＋E3＋E4＝4αrθ′
ｙ軸方向 Ey＝E4−E2＝2αδsinθ
ｘ軸方向 Ex＝E3−E1＝2αδcosθ
すなわち、
θ′＝Er／4αr
δ＝１／2α√2 y＋2 x
θ＝tan-1Ex／Ey
により、それぞれの変位を検出できる。また、変
位はその方向に作用する力に比例するので、結
局、力の大きさ、方向を検出できることになる。
位はその方向に作用する力に比例するので、結
局、力の大きさ、方向を検出できることになる。
なお、以上の説明では、リング９に発光体１０
を、円盤４にイメージセンサ５を配置したが、逆
の配置でもよいことは、その原理より考え明らか
である。また、発光体１０とイメージセンサ５の
組み合せに限ることなく、第６図に示すような特
性が得られる位置センサであれば、この発明に適
用できる。
を、円盤４にイメージセンサ５を配置したが、逆
の配置でもよいことは、その原理より考え明らか
である。また、発光体１０とイメージセンサ５の
組み合せに限ることなく、第６図に示すような特
性が得られる位置センサであれば、この発明に適
用できる。
さらに、上記実施例では円盤４とリング９を用
いたが、円盤４に限らず他の形状のものでもよ
く、一般的には盤体であればよい。また、同様に
リング９も他の形状のものでよく、環状体であれ
ばよい。また、複数個の位置センサは必ずしも等
間隔に配置する必要はなく、不等間隔でも補正を
加えればよい。
いたが、円盤４に限らず他の形状のものでもよ
く、一般的には盤体であればよい。また、同様に
リング９も他の形状のものでよく、環状体であれ
ばよい。また、複数個の位置センサは必ずしも等
間隔に配置する必要はなく、不等間隔でも補正を
加えればよい。
以上説明したように、この発明は盤体を環状体
の中に同心となるように力に比例した変位を生ず
る弾性体で支持し、盤体の外周と環状体の内周と
の間に位置センサを複数個設けて、環状体と盤体
との相対位置を検出し、その位置の変化により多
方向に作用する力を同時に検出できるようにした
ので、安価で、しかも小形の多分力検出器が実現
できる利点がある。
の中に同心となるように力に比例した変位を生ず
る弾性体で支持し、盤体の外周と環状体の内周と
の間に位置センサを複数個設けて、環状体と盤体
との相対位置を検出し、その位置の変化により多
方向に作用する力を同時に検出できるようにした
ので、安価で、しかも小形の多分力検出器が実現
できる利点がある。
第１図はこの発明の一実施例の外観図、第２図
はその内部の構成を示す分解斜視図、第３図は発
光体の細部を示す側断面図、第４図は第１図の実
施例の平断面図、第５図は発光体とイメージセン
サの位置関係を説明するための図、第６図はイメ
ージセンサの出力特性図、第７図、第８図はそれ
ぞれリング状体と円盤の相対変位を説明するため
の図である。 図中、１は筐体、２は軸、３は信号線、４は円
盤、５はイメージセンサ、６は板ばね、７，１２
は弗素樹脂板、８は上記板、９はリング、１０は
発光体、１１は下部板、１３は発光素子、１４は
スリツト、１５はケース、１６は平行光、１７は
演算回路である。
はその内部の構成を示す分解斜視図、第３図は発
光体の細部を示す側断面図、第４図は第１図の実
施例の平断面図、第５図は発光体とイメージセン
サの位置関係を説明するための図、第６図はイメ
ージセンサの出力特性図、第７図、第８図はそれ
ぞれリング状体と円盤の相対変位を説明するため
の図である。 図中、１は筐体、２は軸、３は信号線、４は円
盤、５はイメージセンサ、６は板ばね、７，１２
は弗素樹脂板、８は上記板、９はリング、１０は
発光体、１１は下部板、１３は発光素子、１４は
スリツト、１５はケース、１６は平行光、１７は
演算回路である。
Claims (1)
- １ 盤体を環状体の中に同心となるように力に比
例した変位を生ずる弾性体でｚ軸のまわりとｘ
軸、ｙ軸方向に変位可能に支持するとともに、前
記盤体の外周と前記環状体の内周との間に対向す
るように前記盤体と環状体の相対変位を検出する
位置センサを複数個配置したことを特徴とする多
分力検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59032497A JPS60177233A (ja) | 1984-02-24 | 1984-02-24 | 多分力検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59032497A JPS60177233A (ja) | 1984-02-24 | 1984-02-24 | 多分力検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60177233A JPS60177233A (ja) | 1985-09-11 |
| JPH0565809B2 true JPH0565809B2 (ja) | 1993-09-20 |
Family
ID=12360629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59032497A Granted JPS60177233A (ja) | 1984-02-24 | 1984-02-24 | 多分力検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60177233A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS646836A (en) * | 1987-06-30 | 1989-01-11 | Japan Res Dev Corp | Optical force sensor |
| JPH0259634A (ja) * | 1988-08-25 | 1990-02-28 | Meidensha Corp | 力センサおよび力の検出方法 |
| DE10034569B4 (de) * | 2000-07-14 | 2004-02-12 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Einrichtung zum Erfassen von Relativbewegungen eines Objekts |
| DE10301059A1 (de) * | 2003-01-14 | 2004-07-22 | 3Dconnexion Gmbh | Anordnung zum Erfassen von Bewegungen oder Positionen zweier Objekte relativ zueinander |
| JP2013036794A (ja) * | 2011-08-05 | 2013-02-21 | Japan Science & Technology Agency | 柔物体のためのセンサモジュール及びセンサシステム |
| JP6525940B2 (ja) * | 2015-11-18 | 2019-06-05 | キヤノン株式会社 | センサ、駆動機構、およびロボット |
| US10350767B2 (en) | 2015-11-18 | 2019-07-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Sensor, driving mechanism, and robot |
-
1984
- 1984-02-24 JP JP59032497A patent/JPS60177233A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60177233A (ja) | 1985-09-11 |
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