JPH0752598Y2 - 荷重検出器 - Google Patents
荷重検出器Info
- Publication number
- JPH0752598Y2 JPH0752598Y2 JP1990060609U JP6060990U JPH0752598Y2 JP H0752598 Y2 JPH0752598 Y2 JP H0752598Y2 JP 1990060609 U JP1990060609 U JP 1990060609U JP 6060990 U JP6060990 U JP 6060990U JP H0752598 Y2 JPH0752598 Y2 JP H0752598Y2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hole
- load detector
- thin
- deformation
- axial direction
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Description
【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、種々の物体に加わる荷重を、直交する軸方向
の力とそれらの軸まわりのモーメントとに分離して検出
する荷重検出器に関する。
の力とそれらの軸まわりのモーメントとに分離して検出
する荷重検出器に関する。
物体に加わる荷重（力、モーメント）を検出することは
多くの分野において不可欠のことである。例えば、高機
能ロボツトにより組立作業や研磨，バリ取り作業を行う
場合、当該ロボツトのハンドに作用する力を正確に検出
することが必要であるし、又、航空機，船舶，車両等の
モデル試験を実施する場合も、各部にかかる荷重の検出
が主要な項目となる。このような荷重を検出する荷重検
出器として優れた性能を有するものが、特開昭61−2756
31号により提案されている。以下、図によりその概略構
成を説明する。
多くの分野において不可欠のことである。例えば、高機
能ロボツトにより組立作業や研磨，バリ取り作業を行う
場合、当該ロボツトのハンドに作用する力を正確に検出
することが必要であるし、又、航空機，船舶，車両等の
モデル試験を実施する場合も、各部にかかる荷重の検出
が主要な項目となる。このような荷重を検出する荷重検
出器として優れた性能を有するものが、特開昭61−2756
31号により提案されている。以下、図によりその概略構
成を説明する。
第４図（ａ）は従来の荷重検出器の斜視図、第４図
（ｂ）は第４図（ａ）に示す荷重検出器を矢印IVb方向
からみた斜視図である。図で、X,Y,Zは座標軸を示す。
１は剛体ブロツク、2,3は剛体ブロツク１にあけられた
Ｘ軸方向,Y軸方向に沿う貫通穴である。これら貫通穴2,
3により、薄肉部2f,2f′,3f,3f′が形成される。10,20,
30は剛体部を示す。剛体部10,20および薄肉部2f,2f′に
より１つの平行平板構造が、又、剛体部20,30および薄
肉部3f,3f′により他の平行平板構造が構成される。S
fx11〜Sfx14はＸ軸方向の力成分Fxを、Sfy11〜Sfy14は
Ｙ軸方向の力成分Fyを、又、Sfz11〜Sfz18はＺ軸方向の
力成分Fzをそれぞれ検出するためのひずみゲージ、S
mx11〜Smx14はＸ軸まわりのモーメント成分Mxを、Smy11
〜Smy14はＹ軸まわりのモーメント成分Mxを、又、Smz11
〜Smz14はＺ軸まわりのモーメント成分Mzをそれぞれ検
出するためのひずみゲージである。
（ｂ）は第４図（ａ）に示す荷重検出器を矢印IVb方向
からみた斜視図である。図で、X,Y,Zは座標軸を示す。
１は剛体ブロツク、2,3は剛体ブロツク１にあけられた
Ｘ軸方向,Y軸方向に沿う貫通穴である。これら貫通穴2,
3により、薄肉部2f,2f′,3f,3f′が形成される。10,20,
30は剛体部を示す。剛体部10,20および薄肉部2f,2f′に
より１つの平行平板構造が、又、剛体部20,30および薄
肉部3f,3f′により他の平行平板構造が構成される。S
fx11〜Sfx14はＸ軸方向の力成分Fxを、Sfy11〜Sfy14は
Ｙ軸方向の力成分Fyを、又、Sfz11〜Sfz18はＺ軸方向の
力成分Fzをそれぞれ検出するためのひずみゲージ、S
mx11〜Smx14はＸ軸まわりのモーメント成分Mxを、Smy11
〜Smy14はＹ軸まわりのモーメント成分Mxを、又、Smz11
〜Smz14はＺ軸まわりのモーメント成分Mzをそれぞれ検
出するためのひずみゲージである。
第５図（ａ）〜（ｄ）は第４図（ａ），（ｂ）に示す２
つの平行平板構造のうちの一方の平行平板構造の斜視図
である。第５図（ａ）は第４図（ａ），（ｂ）に示す荷
重検出器に力Fxが作用したときの薄肉部3f,3f′の変形
（ただし、極端に誇張して描いてある。以下同じ。）、
第５図（ｂ）はモーメントM2が作用したときの薄肉部3
f,3f′の変形、第５図（ｃ）は力F2が作用したときの薄
肉部3f,3f′の変形、第５図（ｄ）はモーメントMyが作
用したときの薄肉部3f,3f′の変形をそれぞれ示す図で
ある。又、力Fyが作用したときは他の平行平板構造の薄
肉部2f,2f′に第５図（ａ）に示す変形と同じ変形が生
じ、モーメントMxが作用したときは他の平行平板構造の
薄肉部2f,2f′に第５図（ｄ）に示す変形と同じ変形が
生じる。なお、力F2，モーメントMyが作用したとき、他
の平行平板構造の薄肉部2f,2f′にも第５図（ｃ），
（ｂ）に示す変形と同一変形が生じる。
つの平行平板構造のうちの一方の平行平板構造の斜視図
である。第５図（ａ）は第４図（ａ），（ｂ）に示す荷
重検出器に力Fxが作用したときの薄肉部3f,3f′の変形
（ただし、極端に誇張して描いてある。以下同じ。）、
第５図（ｂ）はモーメントM2が作用したときの薄肉部3
f,3f′の変形、第５図（ｃ）は力F2が作用したときの薄
肉部3f,3f′の変形、第５図（ｄ）はモーメントMyが作
用したときの薄肉部3f,3f′の変形をそれぞれ示す図で
ある。又、力Fyが作用したときは他の平行平板構造の薄
肉部2f,2f′に第５図（ａ）に示す変形と同じ変形が生
じ、モーメントMxが作用したときは他の平行平板構造の
薄肉部2f,2f′に第５図（ｄ）に示す変形と同じ変形が
生じる。なお、力F2，モーメントMyが作用したとき、他
の平行平板構造の薄肉部2f,2f′にも第５図（ｃ），
（ｂ）に示す変形と同一変形が生じる。
これらの変形に応じて各ひずみゲージにひずみが生じ、
このひずみによりひずみゲージの抵抗値が変化し、各ひ
ずみゲージにより構成されるホイートストンブリツジ回
路のうちの対応する回路から、作用した荷重に比例した
出力が発生し、各荷重を検出することができる。
このひずみによりひずみゲージの抵抗値が変化し、各ひ
ずみゲージにより構成されるホイートストンブリツジ回
路のうちの対応する回路から、作用した荷重に比例した
出力が発生し、各荷重を検出することができる。
上記従来の荷重検出器は既に実用化されており、その優
れた性能を認められている。ところで、このような荷重
検出器の使用形態の一例として、当該荷重検出器がロボ
ツトハンドに装着された場合、例えばセンサの先にアク
チユエータが取付けられているとき、そのアクチユエー
タを駆動するための動力伝達ラインやアクチユエータに
取付けられた種々のセンサからの信号ラインは荷重検出
器の外側を通つて配管、配線されることとなる。このよ
うな配置態様はロボツト稼動中に外部の何らかの物体と
接触して管の破損や断線を生じるおそれがあるばかりで
なく、ロボツトハンド部自体の稼動範囲を制約するとす
るという問題があつた。又、荷重検出器自体、剛体で形
成されているため、その重量は比較的重く、ロボツトの
可搬重量が制約される場合があり、その軽量化が望まれ
ていた。
れた性能を認められている。ところで、このような荷重
検出器の使用形態の一例として、当該荷重検出器がロボ
ツトハンドに装着された場合、例えばセンサの先にアク
チユエータが取付けられているとき、そのアクチユエー
タを駆動するための動力伝達ラインやアクチユエータに
取付けられた種々のセンサからの信号ラインは荷重検出
器の外側を通つて配管、配線されることとなる。このよ
うな配置態様はロボツト稼動中に外部の何らかの物体と
接触して管の破損や断線を生じるおそれがあるばかりで
なく、ロボツトハンド部自体の稼動範囲を制約するとす
るという問題があつた。又、荷重検出器自体、剛体で形
成されているため、その重量は比較的重く、ロボツトの
可搬重量が制約される場合があり、その軽量化が望まれ
ていた。
本考案の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
取付対象物の配管，配線を破損するおそれなく、かつ、
当該取付対象物の作動範囲を制約するおそれなく、さら
に、重量を低減することができる荷重検出器を提供する
ことにある。
取付対象物の配管，配線を破損するおそれなく、かつ、
当該取付対象物の作動範囲を制約するおそれなく、さら
に、重量を低減することができる荷重検出器を提供する
ことにある。
上記の目的を達成するため、本考案は、１つの剛体ブロ
ックに、第１の軸方向に貫通する第１の貫通穴により互
いに平行な薄肉部を形成し、前記第１の貫通穴から間隔
を置いて前記第１の軸方向に直交する第２の軸方向に貫
通する第２の貫通穴により互いに平行な薄肉部を形成
し、かつ、前記薄肉部に所要の検出素子を配置して構成
する荷重検出器において、前記剛体ブロックに、前記第
１の軸および前記第２の軸とそれぞれ直交する第３の軸
方向に前記第１の貫通穴の中央部分および前記第２の貫
通穴の中央部分を横切って第３の貫通穴を形成するとと
もに、前記薄肉部の端部に、前記第３の軸方向に作用す
る力成分を検出する検出素子を配置したことを特徴とす
る。
ックに、第１の軸方向に貫通する第１の貫通穴により互
いに平行な薄肉部を形成し、前記第１の貫通穴から間隔
を置いて前記第１の軸方向に直交する第２の軸方向に貫
通する第２の貫通穴により互いに平行な薄肉部を形成
し、かつ、前記薄肉部に所要の検出素子を配置して構成
する荷重検出器において、前記剛体ブロックに、前記第
１の軸および前記第２の軸とそれぞれ直交する第３の軸
方向に前記第１の貫通穴の中央部分および前記第２の貫
通穴の中央部分を横切って第３の貫通穴を形成するとと
もに、前記薄肉部の端部に、前記第３の軸方向に作用す
る力成分を検出する検出素子を配置したことを特徴とす
る。
荷重検出器に荷重（力又はモーメント）が作用すると、
これに応じて各薄肉部に変形が生じる。この変形は、対
応する検出素子により検出され、これにより、作用した
荷重の検出が行われる。第３の貫通穴は配管や配線の配
置に利用される。又、第３の貫通穴を形成したことによ
り、第３の軸方向に作用する力成分に対する検出感度を
大きくすることができる。
これに応じて各薄肉部に変形が生じる。この変形は、対
応する検出素子により検出され、これにより、作用した
荷重の検出が行われる。第３の貫通穴は配管や配線の配
置に利用される。又、第３の貫通穴を形成したことによ
り、第３の軸方向に作用する力成分に対する検出感度を
大きくすることができる。
以下、本考案を図示の実施例に基づいて説明する。
第１図（ａ）は本考案の実施例に係る荷重検出器の斜視
図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）に示す荷重検出器を矢
印Ib方向からみた斜視図である。各図で、第４図
（ａ），（ｂ）に示す部分と同一部分には同一符号が付
してある。40は荷重検出器の中央に２軸方向に沿つて設
けられた貫通穴である。
図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）に示す荷重検出器を矢
印Ib方向からみた斜視図である。各図で、第４図
（ａ），（ｂ）に示す部分と同一部分には同一符号が付
してある。40は荷重検出器の中央に２軸方向に沿つて設
けられた貫通穴である。
本考案は、上記のような貫通穴40を設けたことにより次
のような効果を生じる。
のような効果を生じる。
１）荷重検出器内部にＺ軸方向に通じるスペースが確保
でき、このスペースを用いて配管や配線を行なうことが
でき、それらの破損を防止することができる。
でき、このスペースを用いて配管や配線を行なうことが
でき、それらの破損を防止することができる。
２）配管，配線が内部を通つて配置されるため、取付対
象物の作動の自由度が大きくなる。
象物の作動の自由度が大きくなる。
３）荷重検出器をグラインダ等の回転軸を有するものに
適用する場合、当該回転軸を通すことができるので、機
構が飛躍的に簡素化される。
適用する場合、当該回転軸を通すことができるので、機
構が飛躍的に簡素化される。
４）貫通穴４を設けたことにより荷重検出器自体の重量
が著るしく軽減され、ひいては取付対象物の重量上の種
々の制約をも軽減することができる。
が著るしく軽減され、ひいては取付対象物の重量上の種
々の制約をも軽減することができる。
５）従来の荷重検出器に比べて、Ｚ軸方向の力成分Fzを
より高感度で検出することができる。
より高感度で検出することができる。
ここで、上記５）の理由について図により説明する。
今、比較のため従来の荷重検出器に力成分F2が作用した
場合を考える。力Fzは、剛体部10、薄肉部3f,3f′、剛
体部20、薄肉部2f,2f′、剛体部30を通つて伝達され、
その伝達過程において各薄肉部2f,2f′、3f,3f′は変形
する。ところで、この薄肉部の変形は、１つの薄肉部、
例えば薄肉部2fについてはどの個所も同じであると考え
られていた。しかしながら、本考案者らが有限要素法解
析（FEM解析）により薄肉部の変形を詳細に解析したと
ころ、当該変形はその薄肉部全体に亘つて均一ではない
ことが見出された。この変形の状態が第２図（ａ），
（ｂ）に示されるが、特にその変形の特徴が薄肉部2
f′、3f′（破線で示されている）の変形に現れてい
る。即ち、力Fzが作用したとき、薄肉部2f′においては
その中央部分より両端部が大きく圧縮変形されている。
このような変形は他の各薄肉部2f,3fにも同様に生じ
る。そして、このような不均一な変形が生じるのは、各
剛体部10,20,30が完全な剛体ではなく、力Fzが作用した
とき若干の変形が生じるためであると考えられる。な
お、このような不均一の変形は力Fzが逆方向に作用した
場合にも生じる（この場合、端部が中央部分より大きな
引張変形を生じる）。上記変形を薄肉部2f,2f′と薄肉
部3f,3f′との間の剛体部20について示すと第３図
（ａ）のような変形になる。
今、比較のため従来の荷重検出器に力成分F2が作用した
場合を考える。力Fzは、剛体部10、薄肉部3f,3f′、剛
体部20、薄肉部2f,2f′、剛体部30を通つて伝達され、
その伝達過程において各薄肉部2f,2f′、3f,3f′は変形
する。ところで、この薄肉部の変形は、１つの薄肉部、
例えば薄肉部2fについてはどの個所も同じであると考え
られていた。しかしながら、本考案者らが有限要素法解
析（FEM解析）により薄肉部の変形を詳細に解析したと
ころ、当該変形はその薄肉部全体に亘つて均一ではない
ことが見出された。この変形の状態が第２図（ａ），
（ｂ）に示されるが、特にその変形の特徴が薄肉部2
f′、3f′（破線で示されている）の変形に現れてい
る。即ち、力Fzが作用したとき、薄肉部2f′においては
その中央部分より両端部が大きく圧縮変形されている。
このような変形は他の各薄肉部2f,3fにも同様に生じ
る。そして、このような不均一な変形が生じるのは、各
剛体部10,20,30が完全な剛体ではなく、力Fzが作用した
とき若干の変形が生じるためであると考えられる。な
お、このような不均一の変形は力Fzが逆方向に作用した
場合にも生じる（この場合、端部が中央部分より大きな
引張変形を生じる）。上記変形を薄肉部2f,2f′と薄肉
部3f,3f′との間の剛体部20について示すと第３図
（ａ）のような変形になる。
一方、本実施例の荷重検出器に、同じ力成分Fzが作用し
た場合、剛体部20の変形は第３図（ｂ）に示す態様とな
り、第３図（ａ）に示す変形よりも大きくなる。これ
は、第３図（ｂ）に示す剛体部20の剛性が第３図（ａ）
に示す剛体部20の剛性より小さいことによる。したがつ
て、貫通穴40を設けたことにより、Ｚ軸方向の力成分Fz
が作用した時に薄肉部2f,2f′,3f,3f′の端部付近に発
生するひずみは貫通穴40がない場合に比べ大きくなり、
その結果、力成分Fzをより高感度に検出することができ
るのである。この理由により、ひずみゲージSfz11〜S
fz18は当該端部に設けられることとなる。
た場合、剛体部20の変形は第３図（ｂ）に示す態様とな
り、第３図（ａ）に示す変形よりも大きくなる。これ
は、第３図（ｂ）に示す剛体部20の剛性が第３図（ａ）
に示す剛体部20の剛性より小さいことによる。したがつ
て、貫通穴40を設けたことにより、Ｚ軸方向の力成分Fz
が作用した時に薄肉部2f,2f′,3f,3f′の端部付近に発
生するひずみは貫通穴40がない場合に比べ大きくなり、
その結果、力成分Fzをより高感度に検出することができ
るのである。この理由により、ひずみゲージSfz11〜S
fz18は当該端部に設けられることとなる。
なお、上記実施例では、力成分Fzを検出するひずみゲー
ジSfz11〜Sfz18は薄肉部2f,2f′の端部付近と中央部
（ダミーゲージ）に設けられているが、これらひずみゲ
ージSfz11〜Sfz18を薄肉部3f,3f′上に設けることもで
きる。
ジSfz11〜Sfz18は薄肉部2f,2f′の端部付近と中央部
（ダミーゲージ）に設けられているが、これらひずみゲ
ージSfz11〜Sfz18を薄肉部3f,3f′上に設けることもで
きる。
以上述べたように、本考案では、荷重検出器の中央部に
第３の貫通穴を設けたので、配管、配線をこの第３の貫
通穴内を介して配置することができ、それらの破損を防
止することができる。又、これにより、荷重検出器の取
付対象物の作動範囲の制約が大幅に軽減される。さら
に、当該第３の貫通穴を設けたことにより、荷重検出器
自体の重量が大幅に軽減され、ひいては、取付対象物の
重量上の制約も大幅に緩和することができる。又、当該
第３の貫通穴方向に沿う力成分を、より高感度で検出す
ることができる。
第３の貫通穴を設けたので、配管、配線をこの第３の貫
通穴内を介して配置することができ、それらの破損を防
止することができる。又、これにより、荷重検出器の取
付対象物の作動範囲の制約が大幅に軽減される。さら
に、当該第３の貫通穴を設けたことにより、荷重検出器
自体の重量が大幅に軽減され、ひいては、取付対象物の
重量上の制約も大幅に緩和することができる。又、当該
第３の貫通穴方向に沿う力成分を、より高感度で検出す
ることができる。
第１図（ａ），（ｂ）は、本考案の実施例に係る荷重検
出器の斜視図、第２図（ａ），（ｂ）および第３図
（ａ），（ｂ）はそれぞれ荷重検出器の変形状態図、第
４図（ａ），（ｂ）は従来の荷重検出器の斜視図、第５
図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は第４図（ａ），
（ｂ）に示す平行平板構造の変形状態図である。 １……ブロツク、2,3,40……貫通穴、2f,2f′,3f,3f′
……薄肉部。
出器の斜視図、第２図（ａ），（ｂ）および第３図
（ａ），（ｂ）はそれぞれ荷重検出器の変形状態図、第
４図（ａ），（ｂ）は従来の荷重検出器の斜視図、第５
図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は第４図（ａ），
（ｂ）に示す平行平板構造の変形状態図である。 １……ブロツク、2,3,40……貫通穴、2f,2f′,3f,3f′
……薄肉部。
Claims (1)
- 【請求項１】１つの剛体ブロックに、第１の軸方向に貫
通する第１の貫通穴により互いに平行な薄肉部を形成
し、前記第１の貫通穴から間隔を置いて前記第１の軸方
向に直交する第２の軸方向に貫通する第２の貫通穴によ
り互いに平行な薄肉部を形成し、かつ、前記薄肉部に所
要の検出素子を配置して構成する荷重検出器において、
前記剛体ブロックに、前記第１の軸および前記第２の軸
とそれぞれ直交する第３の軸方向に前記第１の貫通穴の
中央部分および前記第２の貫通穴の中央部分を横切って
第３の貫通穴を形成するとともに、前記薄肉部の端部
に、前記第３の軸方向に作用する力成分を検出する検出
素子を配置したことを特徴とする荷重検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1990060609U JPH0752598Y2 (ja) | 1990-06-11 | 1990-06-11 | 荷重検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1990060609U JPH0752598Y2 (ja) | 1990-06-11 | 1990-06-11 | 荷重検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0421832U JPH0421832U (ja) | 1992-02-24 |
| JPH0752598Y2 true JPH0752598Y2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=31588124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1990060609U Expired - Lifetime JPH0752598Y2 (ja) | 1990-06-11 | 1990-06-11 | 荷重検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0752598Y2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63185535U (ja) * | 1987-05-21 | 1988-11-29 | ||
| JPH0643933B2 (ja) * | 1987-07-29 | 1994-06-08 | 日立建機株式会社 | 荷重検出器 |
-
1990
- 1990-06-11 JP JP1990060609U patent/JPH0752598Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0421832U (ja) | 1992-02-24 |
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