JPH0754832Y2 - 荷重検出器 - Google Patents

荷重検出器

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JPH0754832Y2
JPH0754832Y2 JP7414990U JP7414990U JPH0754832Y2 JP H0754832 Y2 JPH0754832 Y2 JP H0754832Y2 JP 7414990 U JP7414990 U JP 7414990U JP 7414990 U JP7414990 U JP 7414990U JP H0754832 Y2 JPH0754832 Y2 JP H0754832Y2
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貴巳 草木
龍二 高田
浩二郎 緒方
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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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。
(従来の技術) 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
能ロボットにより組立作業、研磨作業、バリ取り作業等
を行う場合、該ロボッ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。このような荷重検出器として
優れた性能を有するものが知られている(例えば、特開
昭64-32140号公報)。この従来の荷重検出器を第2図
(a)及び(b)に基づいて説明する。
この荷重検出器は、2つの平行平板構造10,20を直交さ
せて上下に形成した6面体のブロック1を有している。
2つの平行平板構造10及び20は、対向する2つの側面C,
D及びA,Bに開口する横幅の長い貫通孔11及び21と、該貫
通孔11及び21の上下にある平行な剛体部12,13及び22,23
と、貫通孔11,21の両側にある薄肉部11f,11f′及び21f,
21f′とから夫々構成されている。前記ブロック1の4
つの側面A〜D内の、前記薄肉部11f,11f′,21f,21f′
に沿った所定個所にひずみゲージSfx11〜Sfx14,Sfy11
Sfy14,Sfz11〜Sfz18,Smx11〜Smx14,Smy11〜Smy14及びSm
z11〜Smz14が設けられている。Sfx11〜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、
Sfz11〜Sfz18はZ軸方向の力成分FZを夫々検出するため
のひずみゲージである。Smx11〜Smx14はX軸まわりのモ
ーメント成分MZを、Smy11〜Smy14はY軸まわりのモーメ
ント成分MYを、Smz11〜Smz14はZ軸まわりのモーメント
成分MZを夫々検出するためのひずみゲージである。
第3図(a)〜(d)は、第2図に示す2つの平行平板
構造10,20のうちの一方の平行平板構造10を示す斜視図
である。第3図(a)は第2図に示す荷重検出器に力FX
が作用したときの薄肉部11f,11f′の変形(ただし、極
端に誇張して描いてある。以下同じ。)、第3図(b)
はモーメントMZが作用したときの薄肉部11f,11f′の変
形、第3図(c)は力FZが作用したときの薄肉部11f,11
f′の変形、第3図(d)はモーメントMYが作用したと
きの薄肉部11f,11f′の変形を夫々示す図である。ま
た、力FYが作用したときは他の平行平板構造20の薄肉部
21f,21f′に第3図(a)と同じ変形が生じ、モーメン
トMXが作用したときは薄肉部21f,21f′に第3図(d)
と同じ変形が生じる。また、力FZ、モーメントMZが作用
したときには、前記薄肉部21f,21f′に夫々第3図
(c)、(b)と同じ変形が生じる。
上記従来の荷重検出器では、上記変形に応じて前記各ひ
ずみゲージにひずみが生じ、このひずみにより各ひずみ
ゲージの抵抗値が変化し、対応するホイーストンブリッ
ジ回路から作用した荷重に比例した出力(例えば電圧)
が発生し、この出力から各荷重を検出することができ
る。
第2図に示す上記従来の荷重検出器は、既に実用化され
ており、その優れた性能が認められている。
(考案が解決しようとする課題) ところで、上記従来の荷重検出器により検出し得る力と
モーメントの定格値(測定可能な最大値)は、前記平行
平板構造10,20の寸法により決まる。すなわち、例え
ば、力FXを検出する場合、第3図(a)に示す変形を利
用するが、この変形により発生するひずみεxは、 で決まる。ここで、第4図に示すように、 W:荷重、 X:薄肉部11f′の最小肉厚部(平行平板構造10の中心)
からの荷重Wの作用点までの距離、 t0:最小肉厚、 E:ヤング率、 b:平行平板構造10(ブロック1)の側面の横幅 εx:貫通孔11の開口端のある側面Dの荷重Wの作用点
でのひずみ、 R:貫通孔11のアール部の半径である。
上記(1)式より、εxの測定すべき最大値εmaxをホイ
ーストンブリッジ回路の定格出力(例えば、3V)として
決める。これによって、前記平行平板構造10の各部の寸
法t0,R,bが決まる。また、他の荷重成分、例えば力FZ
モーメントMZ,MYを検出する場合には、第3図(c),
(b),(d)に示す変形を利用するが、上述のように
εxの最大値εmaxに合わせて平行平板構造10の各部の寸
法t0,R,bが決まると、前記各変形による最大応力もおの
ずと決まってくるので、モーメントの定格値が制約され
ることになる。同様に、力FYの定格値に合わせて平行平
板構造20の各部の寸法t0,R,bが決まると、モーメントの
定格値が制約されることになる。ところで、上記(1)
式に注目すると、荷重検出器の横方向の寸法が制約され
ない場合には、平行平板構造10,20の各側面A〜Dの横
幅bを大きくすることにより、モーメントに対するふん
ばり(変形抵抗)を大きくしてモーメントの定格値を大
きくするという方法が考えられる。しかし、このように
前記横幅bを大きくすると、上記(1)式によりεmax
を定格出力として所要値に決めてあるので、平行平板構
造10,20の薄肉部11f,11f′、21f,21f′の最小肉厚部t0
が小さくなり、機械加工が難しくなる。従って、上記従
来の荷重検出器では、力の定格値は小さいままでモーメ
ントの定格値だけを大きくすることが困難であった。
また、第2図に示す上記荷重検出器の上面Eと下面Fに
は、第5図に示すようにロボットのハンド等の相手部材
との結合部であるフランジ30,40が固定される。この荷
重検出器では、上述した理由によりブロック1の各側面
A〜Dの横幅bを大きくとれないので、フランジ30,40
がブロック1から横に出っ張ってしまい、更にブロック
1の上下方向におけるフランジ30,40の寸法が大きいの
で荷重検出器が大型化してしまうという問題点があっ
た。
本考案は、このような従来の問題点に着目して為された
もので、力の定格値は小さいままでモーメントの定格値
だけを大きくすることができ、且つ小型化を図った荷重
検出器を提供することを目的としている。
(課題を解決するための手段) かかる目的を達成するために、本考案に係る荷重検出器
は、対向する2つの側面に開口する横幅の長い貫通孔
と、該貫通孔の上下にある平行な剛体部と、該貫通孔の
両側にある薄肉部とから夫々構成される2つの平行平板
構造を直交させて上下に設けた6面体のブロックを有
し、該ブロックの4つの側面の前記薄肉部表面の所定箇
所にひずみゲージを設けて成る荷重検出器において、前
記各側面の前記薄肉部の一部が、前記所定箇所を残して
削り取られていることを特徴とするものである。
また、好ましくは、前記ブロックの上面及び下面に、相
手部材との結合部をその全体が当該上面及び下面内に納
まるように夫々設けている。
(作用) そして、上記荷重検出器に力及びモーメントが作用する
と、これらの荷重は一方の結合部、一方の平行平板構
造、他方の平行平板構造、及び他方の結合部を経て伝達
される。このとき、荷重は各側面の所定個所に設けられ
たひずみゲージにより検出される。ブロックの各側面の
横幅が大きいため検出し得るモーメントの定格値が大き
い一方、各側面の薄肉部に沿った面部分の一部の削り取
り部により薄肉部の最小肉厚部が所要の厚さに維持され
る。
(実施例) 以下、図面に基いて本考案の一実施例に係る荷重検出器
を説明する。なお、本実施例の説明において、第2図に
示す上記従来の荷重検出器と同様の部位には同一の符号
を付して重複した説明を省略する。
第1図(a)及び(b)に示すように、一実施例に係る
荷重検出器は、ブロック1の各側面A〜Dの横幅bを前
述した従来のものに比して大きくしてある。また、各側
面A,B,C,Dの、薄肉部11f,11f′,21f,21f′に沿った面部
分A′,B′,C′,D′の一部が所定個所(ひずみゲージSf
x11〜Sfx14,Sfy11〜Sfy14,Sfz11〜Sfz18,Smx11〜Smx14,
Smy11〜Smy14及びSmz11〜Smz14の固定個所)を残して削
り取られている。すなわち、前記各面部分A′,B′,
C′,D′には、夫々削り取り部50,50が設けられている。
そして、前記ブロック1の上面E及び下面Fには、該各
面E,Fの辺長より小さい直径のロボットのハンド等の相
手部材との結合部30′及び40′が夫々面E,F内に全体が
納まるように形成されている。さらに、この結合部3
0′、ブロック1及び40′を縦に貫通する取付け孔60が
形成されている。結合部30′,40′は中間部分がブロッ
ク1内に埋設され、その一端部のみが各対応する面E,F
上に突出している。結合部30′,40′はブロック1と一
体に形成されるが、別体のものを取付け孔に埋設しても
よい。
上記構成を有する本実施例に係る荷重検出器では、荷重
は、先ず上側の結合部30′に伝達され、次いで第1の平
行平板構造10の剛体部12、その薄肉部11f,11f′、その
剛体部13に伝達され、さらに第2の平行平板構造20の剛
体部22、その薄肉部21f,21f′、その剛体部23を経て結
合部40′に伝達される。
このような経路で荷重が伝達される過程において、各薄
肉部11f,11f′,21f,21f′が変形するのである。この実
施例に係る荷重検出器は、前記各側面A〜Dの横幅を大
きくしてあるために、各薄肉部11f,11f′,21f,21f′が
荷重検出器の中心から第2図に示す上記従来の荷重検出
器よりもより外側に位置している。これによって、モー
メントに対するふんばりが大きくなり、力の定格値は小
さいままでモーメントの定格値だけを大きくすることが
できる。しかも、各側面A,B,C,Dの、薄肉部11f,11f′,2
1f,21f′に沿った面部分A′,B′,C′,D′の一部が前記
所定個所を残して削り取られている。すなわち各面部分
A′,B′,C′,D′には、夫々削り取り部50,50が設けら
れているために、前記各面部分A′,B′,C′,D′の実質
的な横幅が削り取られた分だけ(削り取り部50,50の横
幅分だけ)短くなるので、各平行平板構造10,20の前記
各薄肉部の最小肉厚部t0を小さくする必要がない。従っ
て、上述したようにモーメントの定格値を大きくして
も、上記従来技術のように前記最小肉厚部t0の機械加工
が困難にはならない。更に、削り取り部50,50の削り取
り幅を適当に変えることにより、力の定格値とモーメン
トの定格値との割合を任意に設定できる。
また、前記各側面A〜Dの横幅を大きくしたことにより
ブロック1の上面E及び下面Fの面積が大きくなり、従
ってこの上面E及び下面F内に、結合部30′,40′全体
が夫々納められているために、該各結合部30′,40′が
ブロック1から横に出っ張らない。更に、結合部30′,4
0′の大部分がブロック1内に埋設され、上下方向の寸
法が減少している。これによって、荷重検出器の小型化
が図られる。
(考案の効果) 以上詳述したように、本考案に係る荷重検出器によれ
ば、対向する2つの側面に開口する横幅の長い貫通孔
と、該貫通孔の上下にある平行な剛体部と、該貫通孔の
両側にある薄肉部とから夫々構成される2つの平行平板
構造を直交させて上下に設けた6面体のブロックを有
し、該ブロックの4つの側面の前記薄肉部表面の所定箇
所にひずみゲージを設けて成る荷重検出器において、前
記各側面の前記薄肉部の一部が、前記所定個所を残して
削り取られている構成により、前記各側面の横幅を大き
くしてあるために、モーメントに対するふんばりが大き
くなり、力の定格値は小さいままでモーメントの定格値
だけを大きくすることができる。しかも、前記各側面
の、薄肉部に沿った面部分の一部が前記所定個所を残し
て削り取られているために、各側面の薄肉部に沿った面
部分の実質的な横幅が削り取られた分だけ短くなるの
で、各平行平板構造の薄肉部の最小肉厚部t0が小さくな
らない。従って、力の定格値は小さいままでモーメント
の定格値だけを大きくすることができ、しかも最小肉厚
部t0の機械加工が容易である。
また、前記各側面の前記薄肉部の一部を削り取らない場
合の横幅に比べて前記ブロックの上面及び下面の面積が
大きくなり、従ってこの上面及び下面に、相手部材との
結合部をその全体が当該上面及び下面内に納まるように
設けられているために、該結合部がブロックから横に出
っ張らず、且つ上下方向の寸法が減少する。従って、荷
重検出器の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本考案の一実施例に係る荷重検出器を示
す斜視図、第1図(b)は第1図(a)のIb矢視図、第
2図(a)は従来の荷重検出器を示す斜視図、第2図
(b)は第2図(a)のIIb矢視図、第3図(a)〜
(d)は第2図に示す従来の荷重検出器の一方の平行平
板構造を示す斜視図で、第3図(a)は力FXが作用した
ときの変形、第3図(b)はモーメントMZが作用したと
きの変形、第3図(c)は力FZが作用したときの変形、
第3図(d)はモーメントMYが作用したときの変形を夫
々示す図、第4図は平行平板構造の各部の名称を説明す
るための説明図、第5図は第2図に示す従来の荷重検出
器の上面と下面に相手部材との結合部を設けた状態を示
す斜視図である。 1……ブロック、10,20……平行平板構造、11,21……貫
通孔、11f,11f′,21f,21f′……薄肉部、12,13,22,23…
…剛体部、30′,40′……結合部、50……削り取り部、
A,B,C,D……側面、A′,B′,C′,D′……薄肉部に沿っ
た面部分、Sfx11〜Sfx14,Sfy11〜Sfy14,Sfz11〜Sfz18,S
mx11〜Smx14,Smy11〜Smy14,Smz11〜Smz14……ひずみゲ
ージ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−10137(JP,A) 特開 昭64−32140(JP,A) 特開 平1−318934(JP,A) 特開 昭63−12930(JP,A)

Claims (2)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】対向する2つの側面に開口する横幅の長い
    貫通孔と、該貫通孔の上下にある平行な剛体部と、該貫
    通孔の両側にある薄肉部とから夫々構成される2つの平
    行平板構造を直交させて上下に設けた6面体のブロック
    を有し、該ブロックの4つの側面の前記薄肉部表面の所
    定箇所にひずみゲージを設けて成る荷重検出器におい
    て、前記各側面の前記薄肉部の一部が、前記所定箇所を
    残して削り取られていることを特徴とする荷重検出器。
  2. 【請求項2】前記ブロックの上面及び下面に、相手部材
    との結合部をその全体が当該上面及び下面内に納まるよ
    うに夫々設けたことを特徴とする、請求項1記載の荷重
    検出器。
JP7414990U 1990-07-12 1990-07-12 荷重検出器 Expired - Lifetime JPH0754832Y2 (ja)

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JP7414990U JPH0754832Y2 (ja) 1990-07-12 1990-07-12 荷重検出器

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JPH0432046U JPH0432046U (ja) 1992-03-16
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KR101279285B1 (ko) * 2012-03-02 2013-06-26 명지대학교 산학협력단 로봇용 힘 센서 및 이를 이용한 외골격 로봇
GB201617097D0 (en) 2016-10-07 2016-11-23 King S College London Multi-Axis force sensor

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