JPH07294345A - 荷重検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 荷重検出器において、予め設定した値を越え
る負荷の作用回数およびその作用日時等を記録し、必要
な場合にユーザに知らせる。 【構成】 荷重に感応する機械的構造部と、複数の歪み
ゲージからなる荷重検出要素１と、信号処理手段２とを
備え、さらに荷重検出要素の検出信号に基づき機械的構
造部に加わる予め設定した値を越える負荷を検出する負
荷検出手段と、タイマと、この負荷検出手段が検出する
負荷の発生日時をタイマに基づき計測する発生日時計測
手段と、負荷の発生回数を計測する発生回数計測手段
と、負荷の大きさ、発生日時、発生回数のデータを記憶
するメモリ16とを備える。負荷の発生回数を表示する表
示器20や、発生回数が設定回数を越えたとき警告信号を
出力する監視手段を備えることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、力またはモーメントあ
るいは両者を検出し、例えば力センサ（力覚センサ）と
して産業用ロボットに利用される荷重検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の荷重検出器として、例えば、各種
のビーム型荷重検出器、あるいは平行平板型荷重検出器
が存在する。これらの荷重検出器のほとんどが、荷重検
出器の内部に設けられた弾性体の変形の程度を検出し、
その検出値に基づいて、前記荷重検出器に作用している
荷重を求めるように構成されている。弾性体の変形を検
出する手段としては歪みゲージを利用するものが一般的
であるが、新しい方式ではフォトセンサや光感応型半導
体等を利用したものが存在する。歪みゲージを利用した
検出装置は、複数の歪みゲージを弾性体の適宜箇所に分
散的に配置し、電気回路的に複数の歪みゲージでホイー
トストンブリッジ回路を作り、弾性体に荷重が加わって
変形が生じた時に各歪みゲージの抵抗値が変化してホイ
ートストンブリッジ回路の平衡状態がくずれ、荷重に比
例した出力電圧がホイートストンブリッジ回路の出力端
に発生するように構成される。ホイートストンブリッジ
回路から出力される信号が、荷重検出器の出力信号とな
る。

【０００３】図３に示すように、ホイートストンブリッ
ジ回路３１を形成するように接続された４つの歪みゲー
ジを含む荷重検出器３２の出力信号は、信号処理手段３
３により処理される。信号処理手段３３は、基準電圧部
３４、荷重検出器３２の出力信号を所定レベルまで増幅
するアンプ(AMP) ３５、ノイズとしての高周波成分を除
去するローパスフィルタ(LPF) ３６、Ａ／Ｄ変換器(A/
D) ３７、得られたディジタル値の荷重データに対して
所定の演算を行い、その結果を保存する演算処理手段(M
PU) ３８、Ｉ／Ｏインターフェース(I/O) ３９を含む。
演算処理手段３８は、必要に応じてＩ／Ｏインターフェ
ース３９を通して荷重データを外部の上位装置に送出す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記荷重検出器は、例
えば研削ロボット等のごとく力制御の下で動作するロボ
ットにおいて、力制御に必要な力情報を得るための力セ
ンサとして用いられる。このような利用では、荷重検出
器はロボット本体の手首部に取付けられ、この荷重検出
器の先に手先効果器が取り付けられる。手先効果器の代
表例はグラインダ等の回転工具である。回転工具に加わ
る荷重は荷重検出器で検出され、荷重検出器で検出され
た荷重情報は、制御手段（力制御機器）に送給され、回
転工具による研削作業に関する制御のために使用され
る。

【０００５】力制御ロボットの作業内容は多種多様であ
り、使用に状況によっては荷重検出器の定格値（定格負
荷）を越える負荷が作用する場合もあるし、あるいは手
先効果器が何かに衝突することによって過剰な負荷状態
が発生することもある。従来の荷重検出器では、大きな
負荷が作用したときだけ警告を発生するように構成され
たものがある。この警告を発生する構成では、大きな負
荷が発生するたびに警告を発生する。しかし、その発生
回数や発生頻度については考慮されておらず、かかる負
荷が繰り返し発生するような状況下で荷重検出器が使用
されると、荷重検出器の弾性体は塑性変形を起こすこと
になる。その結果、荷重検出器の零点の変動が大きくな
って使用不可能になったり、最悪の場合、弾性体が破壊
されるおそれがある。このような状況の発生は、原因が
はっきり分からず、ユーザは同じ事故を繰り返すことに
なり、実用上問題となっている。

【０００６】本発明の目的は、予め設定した値を越えた
負荷の作用した回数およびその日時等を記録し、必要な
場合にユーザに知らせるかようにした荷重検出器を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る荷重検出器
は、荷重に感応して変形し応力を発生する機械的構造部
と、この機械的構造部の変形を検出して当該機械的構造
部に作用している荷重を検出する複数の歪みゲージから
なる荷重検出要素とを含み、その上にこの荷重検出要素
の出力信号を処理する信号処理手段が付加されたもので
あり、荷重検出要素の検出信号に基づき機械的構造部に
加わる予め設定した値を越える負荷を検出する負荷検出
手段と、タイマと、前記負荷検出手段が検出する前記負
荷の発生日時をタイマに基づき計測する発生日時計測手
段と、前記負荷の発生回数を計測する発生回数計測手段
と、前記負荷の大きさ、発生日時、発生回数のデータを
記憶するメモリとを備えるように構成される。

【０００８】前記の構成において、設定値を越える負荷
の発生回数を表示する表示手段を備えることができる。
またその発生回数が設定回数を越えたとき、警告信号を
出力する監視手段を備えることもできる。

【０００９】

【作用】本発明では、荷重検出器において繰り返して設
定値を越える負荷が作用する作業状況において、当該負
荷の発生日時や発生回数等の履歴を記録することができ
る構成を有するので、発生回数を常に表示したり、ある
いはユーザの必要に応じて上記過負荷の履歴のデータを
調べることができる。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００１１】図１に基づいて、本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明に係る荷重検出器の要部を示し、図１
において１は本来の測定対象である荷重を検出するため
の荷重検出要素であり、２は信号処理手段である。荷重
検出器は、弾性体を含む機械的構造部分と、当該弾性体
に付設される荷重検出要素１からなるセンサ部分とから
なり、通常、これらの２つの部分は組み付けられ、荷重
検出器は単一ユニットとして形成される。図示例では、
破線のブロック３が概念的に荷重検出器を示し、弾性体
を含む機械的構造部分の図示は省略される。機械的構造
部分は、従来知られた任意なものが使用される。信号処
理手段２は、マイクロコンピュータやメモリを利用して
構成され、本実施例では、荷重検出器３に対して付加し
た構造になっている。

【００１２】荷重検出要素１は、好ましくは４つの歪み
ゲージを接続してホイートストンブリッジ回路を形成す
るように構成される。一般的に、４つの歪みゲージは、
それぞれ機械的構造部分の所定箇所に張り付けられる。
４つの歪みゲージは、電気回路要素としては抵抗で表現
される。歪みゲージは、その取付け箇所に発生した応力
に対応する抵抗値を有する。歪みゲージの抵抗値に応じ
て、ホイートストンブリッジ回路は応力に対応した電圧
出力を発生する。荷重検出要素１は一般的に単一ではな
く、例えば６軸力センサでは６つの荷重検出要素１が弾
性体の所定箇所に設けられる。従って荷重検出要素１に
関する信号系統は、この場合、６つの荷重検出要素に対
応して６チャンネルとなる。一般的に、荷重検出要素１
については、その荷重検出器の性能に応じてｎチャンネ
ル（ｎ ch ）の信号系統が設けられる。

【００１３】信号処理手段２は、内部に例えば４ボルト
の基準電圧部１１と、荷重検出要素の出力信号を増幅す
るアンプ(AMP) １２と、ローパスフィルタ(LPF) １３
と、Ａ／Ｄ変換器(A/D) １４と、演算およびデータ処理
を行うマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）１５と、
メモリ１６と、Ｉ／Ｏ（Input/Output）インターフェー
ス(I/O) １７を有する。アンプ１２とローパスフィルタ
１３は、荷重検出要素１に対応させてｎチャンネル設け
られる。基準電圧部１１は、荷重検出要素１のホイート
ストンブリッジ回路の入力端に所要電圧を印加するため
のものである。この場合に、荷重検出要素１のそれぞれ
で荷重が検出されないときには、ホイートストンブリッ
ジ回路は平衡状態に保持され、所定電圧（通常は０）が
出力される。荷重検出器３に荷重が加わると、機械的構
造部分の弾性体に歪みが生じ、荷重検出要素１の出力端
子から荷重に比例する電圧が発生する。荷重検出要素１
からの出力信号は、アンプ１２で増幅され、ローパスフ
ィルタ１３で高周波成分が取り除かれ、Ａ／Ｄ変換器１
４でディジタル値に変換される。ディジタル化された荷
重検出要素の出力は、荷重データとしてＭＰＵ１５に入
力され、さらに、後述する処理に基づいて所定の条件を
満たす荷重データ、すなわち予め設定された値を越える
負荷状態の荷重データがメモリ１６に保存される。

【００１４】さらに１８はタイマ（時計）であり、タイ
マ１８から出力される時間を計測するために使用する時
間信号は、ＭＰＵ１５に入力される。この信号は、前記
負荷データの発生日時を知るために使用される。メモリ
１６とタイマ１８に対しては内蔵バッテリ１９から給電
され、バックアップされている。また２０は表示器であ
り、表示器２０はＭＰＵ１５によって駆動され、必要な
表示を行う。

【００１５】次にＭＰＵ１５の内部構造に関し、本発明
に関係する要部の機能的な構成（機能手段）を、図２に
示す。ＭＰＵ１５は、Ａ／Ｄ変換器１４から出力する荷
重データを取り込んで前記負荷を検出する負荷検出手段
２１と、この負荷検出手段２１の出力信号と上記タイマ
１８からの時間信号とに基づいて、負荷検出手段２１が
検出する負荷の発生日時を計測する発生日時計測手段２
２と、当該負荷の発生回数（累積回数）を計測する発生
回数計測手段２３とから構成される。前記負荷検出手段
２１での検出では、予め１つまたは２つ以上のしきい値
が設定され、入力された荷重データをしきい値と比較
し、荷重データとしきい値との大小関係に基づいて、前
記負荷に関する検出信号を出力するように構成される。
上記のようにして得られたしきい値を越える負荷の大き
さ、発生日時、発生回数の各データはメモリ１６に記憶
される。

【００１６】荷重検出器３からの出力のＡ／Ｄ変換器１
４によるＡ／Ｄ変換値は、実際にはＭＰＵ１５でのデー
タ処理機能によって補償演算されるが、補償演算後の値
はＡ／Ｄ変換値に比例するので、荷重データが前記しき
い値を越えた負荷であるか否かは、Ａ／Ｄ変換値の大き
さを監視することで判断することができる。

【００１７】またメモリ１６に記憶される前記負荷に関
するデータについては、例えば、メモリの中を３つの領
域に分け、第１の領域には定格荷重の１００％以上１５
０％より小さい範囲の荷重に関するデータを格納し、第
２の領域には定格荷重の１５０％以上２００％より小さ
い範囲の荷重に関するデータを格納し、第３の領域には
定格荷重の２００％以上の過負荷に関するデータを格納
することが好ましい。この場合には、上記３つの範囲に
含まれる荷重を検出すべく、負荷検出手段２１には、３
つのしきい値が設定され、各範囲に含まれる荷重データ
ごとに分けて発生回数、発生日時が記録される。

【００１８】しきい値を越える負荷の発生回数は、メモ
リ１６に記憶されると同時に表示器２０に表示される。
ＭＰＵ１５では、さらに監視手段２４を設け、発生回数
計測手段２２が計測した負荷の発生回数が、設定された
所定回数を越えたときには、Ｉ／Ｏインターフェース１
７を経由して外部に設けた任意の警報装置に対して警報
を行うように信号を供給する。さらに、他の変形実施例
として、図１に示すように非常停止ライン２５を設け、
この荷重検出器３を備えた作業機の動作を停止させるべ
く非常停止信号を出力するように構成することもでき
る。非常停止信号はメインのコントローラに対して出力
される。

【００１９】またユーザが必要になった場合あるいは荷
重検出器３が故障した場合には、読出し装置２６を付設
することにより、メモリ１６に格納された負荷に関する
履歴データをＩ／Ｏインターフェース１７を介して外部
に読み出すこともできる。

【００２０】なお、データ処理を行う信号処理手段２の
ユニットは、上記実施例のように独立の構成としてもよ
いし、力制御機器のコントローラ内に組み込む構成とし
てもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、予め設定した値を越える負荷の発生回数や発生日
時を計測し、これらのデータを記録する構成を設けたた
め、荷重検出器に作用した上記負荷の履歴を知ることが
でき、ユーザは荷重検出器に作用する上記負荷の原因を
除去し、荷重検出器に不具合が発生するのを未然に防止
することができる。さらに、荷重検出器が破損する等の
不具合が生じたときにも、上記負荷の履歴を利用して不
具合が生じた発生原因を究明することができるという効
果も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る荷重検出器の実施例を示すブロッ
ク図である。

【図２】ＭＰＵの内部構造を示す機能ブロック図であ
る。

【図３】従来の荷重検出器の構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ 荷重検出要素 ２ 信号処理手段 ３ 荷重検出器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械的構造部と、この機械的構造部の変
   形を検出して当該機械的構造部に作用している荷重を検
   出する荷重検出要素とを含み、かつ、前記荷重検出要素
   の出力信号を処理する処理手段を備えた荷重検出器にお
   いて、 前記荷重検出要素の検出信号に基づき前記機械的構造部
   に加わる予め設定された値を越える負荷を検出する負荷
   検出手段と、タイマと、前記負荷検出手段が検出する負
   荷の発生日時を前記タイマに基づき計測する発生日時計
   測手段と、前記負荷の発生回数を計測する発生回数計測
   手段と、前記負荷の大きさ、発生日時、発生回数のデー
   タを記憶するメモリとを備えることを特徴とする荷重検
   出器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の荷重検出装置において、
   前記負荷の発生回数を表示する表示手段を備えることを
   特徴とする荷重検出器。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の荷重検出器にお
   いて、前記発生回数が設定回数を越えたときに、警告信
   号を出力する監視手段を備えることを特徴とする荷重検
   出器。