JPH0835891A - Inner force sensor - Google Patents

Inner force sensor

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Publication number
JPH0835891A
JPH0835891A JP19234094A JP19234094A JPH0835891A JP H0835891 A JPH0835891 A JP H0835891A JP 19234094 A JP19234094 A JP 19234094A JP 19234094 A JP19234094 A JP 19234094A JP H0835891 A JPH0835891 A JP H0835891A
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JP
Japan
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value
converter
bridge
force sensor
output
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP19234094A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazukuni Ban
一訓 伴
Katsuyuki Kuribayashi
克幸 栗林
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0835891A publication Critical patent/JPH0835891A/en
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Abstract

PURPOSE:To automate the bridge balance adjustment of an inner force sensor. CONSTITUTION:When the initial value of an index (k) which represents a set value to a D/A converter 205 is set to '0' and its process is started, a CPU 206 sets a digital value (k) in a register in the converter 205. Since a certain voltage value Vk is output to an amplifier 202, the CPU 206 obtains an output value alphak corresponding to the value Vk from an A/D converter 203. The alphak represents the amplitude of a deviation from the balanced state of a bridge circuit 201. The CPU 206 temporarily stores data set in a RAM 207. Then, these process is repeated until the value (k) reaches the maximum value kmax settable by the converter 205. For the data set of the stored kmax+1 set, the k value k0 for applying the minimum alphaa is obtained, and set to the converter 205. Thus, the state for applying the smallest bridge output is realized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本願発明は力覚センサに関し、特
に、歪ゲージを利用して力乃至トルクの測定を行なう分
野で使用される力覚センサに関する。本願発明の力覚セ
ンサは、例えば建造物の構成要素の応力測定の用途ある
いは力制御を行なうロボットの手首−エンドエフェクタ
間に搭載して力やトルクを測定する用途などに適用され
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a force sensor, and more particularly to a force sensor used in the field of measuring force or torque using a strain gauge. INDUSTRIAL APPLICABILITY The force sensor of the present invention is applied to, for example, an application for measuring stress of a structural element of a building or an application for mounting a force control robot between a wrist and an end effector to measure force and torque. .

【0002】[0002]

【従来の技術】力覚センサは、金属などを用いた機械的
な弾性体に歪ゲージなどの応力を電気抵抗値(以下、単
に「抵抗値」と言う。)の変化に変換する型の検出器を
組み合わせ、弾性体に作用した力乃至トルクを抵抗値の
変化として検出するセンサである。このように、測定量
を抵抗値の微小変化に変換する変換要素を用いた検出器
を使用する場合には、測定量(歪ゲージでは応力)に対
応した抵抗値の変化分を電圧値として取り出す為に、前
記変換素子を組み込んだホイストーン・ブリッジを用い
る方式が広く採用されている。
2. Description of the Related Art A force sensor is a type of detection that converts a stress of a strain gauge or the like into a change of an electric resistance value (hereinafter simply referred to as "resistance value") in a mechanical elastic body made of metal or the like. It is a sensor that detects the force or torque acting on the elastic body as a change in resistance value by combining the devices. In this way, when using a detector that uses a conversion element that converts a measured amount into a minute change in resistance value, a change in resistance value corresponding to the measured amount (stress in a strain gauge) is extracted as a voltage value. Therefore, a method using a Hoystone bridge incorporating the conversion element is widely adopted.

【0003】この方式では、ホイストーン・ブリッジ
(以下、単に「ブリッジ」と言う。)の4つの抵抗器の
内の1個または複数個を前記変換素子(以下、歪ゲージ
でこれを代表させる。)で置き換えたブリッジ構成がと
られ、ブリッジに励起電圧を印加することにより、歪ゲ
ージの電気抵抗変化が電圧値として出力される。
In this system, one or more of four resistors of a Hoystone bridge (hereinafter, simply referred to as "bridge") are represented by the conversion element (hereinafter, strain gauge). ) Is replaced with a bridge configuration, and an excitation voltage is applied to the bridge, whereby the electrical resistance change of the strain gauge is output as a voltage value.

【0004】この手法の利点は、ブリッジを構成する抵
抗器(歪ゲージ)の本来の抵抗値に相当する成分は電圧
値として出力されず、抵抗値の微小変化分のみが電圧値
として出力され、しかも、その出力は抵抗値変化量に比
例している点にある。但し、その前提として、ブリッジ
を構成する4つの抵抗器の抵抗値(歪ゲージについては
本来の抵抗値)が相等しいことが要求される。
The advantage of this method is that the component corresponding to the original resistance value of the resistor (strain gauge) forming the bridge is not output as a voltage value, but only the minute change in the resistance value is output as a voltage value. Moreover, the output is proportional to the resistance change amount. However, as a premise, it is required that the four resistors forming the bridge have the same resistance value (original resistance value for the strain gauge).

【0005】しかし、4つの抵抗器の抵抗値を全く均等
にすることは事実上不可能なので、可変抵抗器を利用
し、ブリッジの出力が0であるべき状態(例えば、作用
する応力がゼロの状態、以下、「基準状態」と言う。)
の下でブリッジの出力が0となるように前記可変抵抗器
の抵抗値を調節することが行なわれる。
However, since it is practically impossible to make the resistance values of the four resistors equal, it is practically possible to use a variable resistor so that the output of the bridge should be zero (for example, the applied stress is zero). State, hereinafter referred to as "reference state".)
The resistance value of the variable resistor is adjusted so that the output of the bridge becomes 0 below.

【0006】図1は、このような可変抵抗器を用いたブ
リッジの平衡調節について説明する図である。同図にお
いて、符号1〜5はホイーストン・ブリッジを構成する
抵抗器を表わしている。この例では、抵抗器1,2が、
金属などの弾性体Wに取り付けられた歪ゲージであり、
応力による歪が発生するとその抵抗値が本来の抵抗値R
1 ,R2 から変化する。また、抵抗器3,4は抵抗値R
3 ,R4 を有する固定抵抗器である。そして、抵抗器5
が平衡調節を行なう為に組み込まれた可変抵抗器であ
る。
FIG. 1 is a diagram for explaining balance adjustment of a bridge using such a variable resistor. In the figure, reference numerals 1 to 5 represent resistors forming a Wheatstone bridge. In this example, resistors 1 and 2 are
It is a strain gauge attached to an elastic body W such as metal,
When strain due to stress occurs, the resistance value is the original resistance value R
Change from 1, R2. The resistors 3 and 4 have a resistance value R
A fixed resistor having 3 and R4. And resistor 5
Is a variable resistor incorporated to perform balance adjustment.

【0007】各抵抗器1〜5の抵抗値R1 〜R5 は、平
衡調節を行なわない状態で既に次の関係が少なくとも近
似的には成立するように選定されている。 R1 =R2 =(R3 +R5 /2)=(R4 +R5 /2) ・・・[1] このブリッジに励起電圧Ve を印加すると、電圧Vo が
出力される。ブリッジの平衡調節は、基準状態下におけ
るこの電圧Vo が零(Vo =0)となるように実施され
る。
The resistance values R1 to R5 of the respective resistors 1 to 5 are selected so that the following relationship is already established at least approximately in the state where balance adjustment is not performed. R1 = R2 = (R3 + R5 / 2) = (R4 + R5 / 2) ... [1] When the excitation voltage Ve is applied to this bridge, the voltage Vo is output. The balance adjustment of the bridge is carried out such that this voltage Vo is zero (Vo = 0) under the reference conditions.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記説明した通り、従
来技術においてはブリッジの平衡調節が可変抵抗器を利
用して行なわれるのが最も一般的であるが、このような
可変抵抗器による平衡調節を行なうブリッジを力覚セン
サに採用した場合には、次のような問題を生じていた。
As described above, in the prior art, the balance adjustment of the bridge is most commonly performed by using a variable resistor. However, the balance adjustment by such a variable resistor is performed. When the bridge for performing the above is adopted as the force sensor, the following problems occur.

【0009】(1)平衡調節を行なう為に、可変抵抗器
(図1、符号5参照)の抵抗値を調節する調節部材(ノ
ブ、ネジ等)を人手によって調節する必要があるが、力
覚センサの検出部は、人が直接アクセスすることが容易
な場所に設置されない場合も多いこと(例えば、建造物
の内部)。
(1) In order to perform balance adjustment, it is necessary to manually adjust an adjusting member (knob, screw, etc.) for adjusting the resistance value of the variable resistor (see reference numeral 5 in FIG. 1). Often, the sensor's detector is not installed in a location that is easily accessible by people (eg, inside a building).

【0010】特に、歪ゲージにかかる応力の状況に応じ
て基準状態を頻繁に変更し、平衡調節を何度も実施しな
ければならないケースでは、その度に可変抵抗器を人手
で調節することが要求されること。このような事態は極
めて不便であるばかりではなく、場合によっては平衡調
節が不可能である場合も起こり得る。
In particular, in the case where the reference state must be frequently changed according to the stress applied to the strain gauge and the balance adjustment must be performed many times, the variable resistor can be manually adjusted each time. What is required. Such a situation is not only extremely inconvenient, but in some cases, imbalance adjustment is impossible.

【0011】(2)人手による平衡調節は調節精度に個
人差などが出易いので、測定値の客観性、信頼性に限界
がある。
(2) Since the manual adjustment of balance makes it easy to make individual differences in adjustment accuracy, the objectivity and reliability of measured values are limited.

【0012】そこで、本願発明の目的は上記問題点を克
服し、ブリッジの平衡調節をマニュアル操作によること
なく自動的に行うことが出来る力覚センサを提供するこ
とにある。また、そのことを通して、力覚センサの使い
易さ並びに計測結果の客観性、信頼性を向上させること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to overcome the above problems and provide a force sensor capable of automatically adjusting the balance of a bridge without manual operation. Further, it is to improve the ease of use of the force sensor and the objectivity and reliability of the measurement result.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本願発明は、「機械的な
弾性体に取り付けられ、前記弾性体に作用した応力に応
じて抵抗値が変化する少なくとも1つの抵抗器を含み、
前記応力による前記抵抗値の変化を電圧値で取り出すホ
イストーン・ブリッジ回路と、前記ホイストーン・ブリ
ッジ回路のブリッジ出力の平衡調節を行なう平衡調節手
段とを備えた力覚センサにおいて、前記平衡調節手段
が、前記ホイストーン・ブリッジ回路の出力電圧をある
範囲内で均等分割し、その内の任意の電圧を実際の出力
電圧として出力するD/A変換器と、前記D/A変換器
のデジタル設定入力を順次切り替える手段と、前記順次
切り替えられたデジタル設定入力下におけるブリッジ出
力の内最小の値を与えるデジタル設定入力値を決定する
手段と、該決定されたデジタル設定入力値を前記D/A
変換器に設定する手段を備えたことを特徴とする前記力
覚センサ」、によって上記技術課題を解決したものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention includes "at least one resistor attached to a mechanical elastic body, the resistance value of which changes according to the stress acting on the elastic body,
A force sensor comprising a Hoystone bridge circuit for extracting a change in the resistance value due to the stress as a voltage value, and a balance adjusting unit for performing balance adjustment of a bridge output of the Hoystone bridge circuit. Is a D / A converter that evenly divides the output voltage of the Hoystone bridge circuit within a certain range and outputs an arbitrary voltage within the range as an actual output voltage, and a digital setting of the D / A converter. Means for sequentially switching the inputs, means for determining a digital setting input value that gives the minimum value of the bridge output under the sequentially switched digital setting input, and the determined digital setting input value for the D / A
The above-mentioned technical problem is solved by the above-mentioned force sensor characterized in that it is provided with a means for setting in the converter.

【0014】[0014]

【作用】本願発明は、力覚センサに装備されたホイスト
ーン・ブリッジ回路のブリッジ出力の平衡調節手段とし
て、従来より使用されている可変抵抗器に代えてDA変
換器を用いたことに基本的な特徴がある。このD/A変
換器は、ホイストーン・ブリッジ回路の出力電圧をある
範囲内で均等分割し、その内の任意の電圧を実際の出力
電圧として出力する位置に接続される。分割調整後のブ
リッジ出力の値は、D/A変換器のデジタル設定入力に
よって調整することが出来る。
The present invention is basically based on the use of a DA converter instead of the variable resistor which has been conventionally used as the balance output adjusting means for the bridge output of the Hoystone bridge circuit equipped in the force sensor. There are various characteristics. This D / A converter is connected to a position where the output voltage of the Hoystone bridge circuit is evenly divided within a certain range, and any of the voltages is output as an actual output voltage. The value of the bridge output after the division adjustment can be adjusted by the digital setting input of the D / A converter.

【0015】このデジタル設定入力値は、例えばマイク
ロプロセッサ、メモリ等を備えた制御装置によって順次
切り替えられる。そして、順次切り替えられたデジタル
設定入力下におけるブリッジ出力の内で最小の値を与え
るデジタル設定入力値を求め、それをD/A変換器に設
定することにより、ブリッジ出力の平衡調整が達成され
る。
The digital setting input value is sequentially switched by a control device equipped with, for example, a microprocessor and a memory. Then, the balance setting of the bridge output is achieved by obtaining the digital setting input value that gives the minimum value among the bridge outputs under the sequentially switched digital setting inputs and setting it in the D / A converter. .

【0016】ゼロ出力を得たい基準状態を変更する時に
は、変更後の環境に置かれた力覚センサについて、上記
平衡調節処理を再実行すれば、変更後の基準状態におけ
る最適の平衡調節が達成される。
When the reference state for which zero output is desired to be changed is changed, if the above-described balance adjustment processing is re-executed for the force sensor placed in the changed environment, optimum balance adjustment in the changed reference state is achieved. To be done.

【0017】このように、本願発明の力覚センサでは、
ブリッジの平衡調節の自動化が可能となるので、力覚セ
ンサの設置箇所の制約が著しく緩和されるとともに、基
準状態(計測値を0としたい状態)を頻繁に変更する場
合でも、平衡調節が困難ではなくなる。また、平衡調節
の精度の個人差等の不安定要素が消え、測定の客観性、
信頼性が向上する。
As described above, in the force sensor of the present invention,
Since the balance adjustment of the bridge can be automated, the restriction of the installation location of the force sensor is remarkably relaxed, and the balance adjustment is difficult even when the reference state (the state where the measured value is 0) is frequently changed. Not be. In addition, instability factors such as individual differences in balance adjustment accuracy disappear, and the objectivity of measurement
Improves reliability.

【0018】[0018]

【実施例】図2は、本願発明に従った力覚センサにおけ
るブリッジ平衡調節手段として使用されるD/A変換器
の基本構成を示したものである。これを説明すると、先
ず、記号D0 〜Dn はデジタル入力信号を表わしてお
り、符号6で指示されたレジスタに信号D0 〜Dn が入
力されると、レジスタ6はこれら信号の論理状態D0'〜
Dn'を一時記憶する。
FIG. 2 shows the basic construction of a D / A converter used as a bridge balance adjusting means in a force sensor according to the present invention. To explain this, first, the symbols D0 to Dn represent digital input signals. When the signals D0 to Dn are input to the register designated by the reference numeral 6, the register 6 causes the logical states D0 'to ...
Temporarily store Dn '.

【0019】この一時記憶は任意のタイミングで行える
ようになっている。一時記憶された論理状態D0'〜Dn'
は、レジスタ6の後段に接続されたスイッチS0 〜Sn
の制御に用いられる。例えば、第i番目のデジタル信号
Di が正論理の時、第i番目のスイッチSi が図におけ
る回路表示でみて上側のラインに接続され、逆に負論理
の時には下側のラインに接続される。
This temporary storage can be performed at any timing. Temporarily stored logic states D0 'to Dn'
Are switches S0 to Sn connected to the subsequent stage of the register 6.
Used to control the. For example, when the i-th digital signal Di has a positive logic, the i-th switch Si is connected to the upper line in the circuit display in the figure, and conversely, when it has a negative logic, it is connected to the lower line.

【0020】そして、各スイッチS0 〜Sn の上側のラ
イン及び下側のラインは各々端子8,9に接続されてい
る。また、各スイッチS0 〜Sn の後段側には抵抗値R
及び2Rを有する素子群からなる抵抗ネットワーク7が
接続されており、各スイッチS0 〜Sn と端子10を結
んでいる。
The upper line and the lower line of each of the switches S0 to Sn are connected to terminals 8 and 9, respectively. Further, the resistance value R is provided on the rear side of each switch S0 to Sn
And a resistor network 7 composed of an element group having 2R are connected to connect the switches S0 to Sn to the terminal 10.

【0021】今、端子8に電位Va を印加し、端子9に
はこれを上回る電位Vb (>Va )を印加したとする
と、デジタル信号D0 〜Dn 及びレジスタ6を制御する
ことにより、端子10に電位差ΔV=Vb −Va を2n
−1分割した任意の電位Vc を出力することが出来る。
即ち、端子10の電位Vc は、 Vc =Va +k・(Vb −Va )/(2n −1) ・・・[2] となる。但し、kは0≦k≦2n の任意の整数である。
なお、図4以降においては、図2に示したD/A変換器
を図3に示した略式表示記号を以て表わすことにする。
図3中に符号8’,9’,10’で指示された端子は、
図2における端子8,9,10に対応しており、端子
8’,9’にはブリッジの出力電圧が印加され、子1
0’にはこれをある範囲内で均等分割し、その内の任意
の電圧が実際の出力電圧として出力される。図4は、図
2に示した基本構成を有するD/A変換器を用いた、本
願発明による力覚センサのブリッジの回路構成の概要を
示したものである。同図において、符号101,10
2,103,104はブリッジを構成する抵抗器であ
り、本例では抵抗器101及び102に歪ゲージが使用
されている。歪ゲージ101及び102が、金属などの
弾性体W’に取り付けられていることは、図1の場合と
同様である。また、各抵抗器の抵抗値R1',R2',R
3',R4',R5'の選択の仕方についても、図1の関連説
明で述べたものと同様である(前出の[1]式参照)。
If a potential Va is applied to the terminal 8 and a potential Vb (> Va) higher than the potential is applied to the terminal 9, the digital signals D0 to Dn and the register 6 are controlled to control the terminal 10. The potential difference ΔV = Vb−Va is 2 n
It is possible to output an arbitrary potential Vc divided by -1.
That is, the potential Vc of the terminal 10 is Vc = Va + k. (Vb-Va) / ( 2n- 1) ... [2]. However, k is an arbitrary integer of 0 ≦ k ≦ 2 n .
4 and subsequent figures, the D / A converter shown in FIG. 2 will be represented by the abbreviation symbols shown in FIG.
The terminals designated by reference numerals 8 ', 9'and 10' in FIG.
Corresponding to terminals 8, 9 and 10 in FIG. 2, the output voltage of the bridge is applied to terminals 8'and 9 '
0'is evenly divided within a certain range, and an arbitrary voltage within the range is output as an actual output voltage. FIG. 4 shows an outline of the circuit configuration of the bridge of the force sensor according to the present invention, which uses the D / A converter having the basic configuration shown in FIG. In the figure, reference numerals 101 and 10
Reference numerals 2, 103 and 104 denote resistors that form a bridge, and strain gauges are used for the resistors 101 and 102 in this example. The strain gauges 101 and 102 are attached to the elastic body W ′ such as metal as in the case of FIG. 1. Also, the resistance values of each resistor R1 ', R2', R
The method of selecting 3 ′, R4 ′, and R5 ′ is also the same as that described in the related description of FIG. 1 (see the above-mentioned formula [1]).

【0022】本実施例においては、抵抗器105の両端
の電位(中間出力)が、通例ボルテージフォロワと呼ば
れる演算増幅器よりなる電圧増幅率が1のアンプ10
6,107を介して、図2に示したD/A変換器の端子
8及び9に相当する端子8’,9’に入力される。ま
た、端子10’(図2中端子10に相当)がブリッジ出
力端子の一方とされている。
In the present embodiment, the amplifier 10 whose potential (intermediate output) across the resistor 105 is an operational amplifier, which is usually called a voltage follower, and has a voltage amplification factor of 1.
6 and 107, and input to terminals 8'and 9'corresponding to terminals 8 and 9 of the D / A converter shown in FIG. The terminal 10 '(corresponding to the terminal 10 in FIG. 2) is one of the bridge output terminals.

【0023】このアンプ106,107は、D/A変換
器の見かけ上の入力インピーダンスを高め、且つ、ブリ
ッジ回路の見かけ上の出力インピーダンスを低め、D/
A変換器の内部回路とブリッジ回路が相互に影響を及ぼ
さないようにする為に設置される。なお、このアンプ1
06,107に相当する部分をD/A変換器の内部回路
に含ませた構成も考えられる。
The amplifiers 106 and 107 increase the apparent input impedance of the D / A converter and lower the apparent output impedance of the bridge circuit, and
It is installed so that the internal circuit of the A converter and the bridge circuit do not affect each other. In addition, this amplifier 1
A configuration in which the portions corresponding to 06 and 107 are included in the internal circuit of the D / A converter is also conceivable.

【0024】このような接続により、分割調整されたブ
リッジ出力電圧Vo'が得ることが可能となる。このブリ
ッジ出力電圧Vo'が取り得る値は離散的であり、ブリッ
ジ平衡の調整能力は離散値の刻みの細かさに依存するこ
とになる。
With such a connection, it is possible to obtain the split-adjusted bridge output voltage Vo '. The value that the bridge output voltage Vo 'can take is discrete, and the adjusting capability of the bridge balance depends on the fineness of the discrete value.

【0025】そして、この離散値の刻みの細かさは、図
2を参照して説明したことから(前出[2]式参照)、
デジタル信号D0 〜Dn のビット数nの選択を通して任
意に設定することが出来る。即ち、要求される調整能力
に見合った十分大きいnを設計的に選択することによっ
て、満足すべき滑らかさを以て平衡調整を行なう能力を
有するブリッジ回路を力覚センサに組み込むことが出来
る。
Since the fineness of the step of the discrete value has been described with reference to FIG. 2 (see the above equation [2]),
It can be arbitrarily set by selecting the bit number n of the digital signals D0 to Dn. That is, by designing a sufficiently large n corresponding to the required adjustment ability, a bridge circuit having the ability to perform balance adjustment with satisfactory smoothness can be incorporated in the force sensor.

【0026】次に、図5は図4に示したブリッジ回路を
組み込み、ブリッジの平衡調節を自動的に行えるように
した力覚センサシステムの構成を例示したものである。
力覚センサシステム全体は、図4に示したブリッジ回路
201、増幅器202、A/D変換器203、マイクロ
プロセッサからなる中央演算処理装置(以下、「CP
U」と言う。)206及び揮発性メモリ(以下、「RA
Mメモリ」と称す。)207、不揮発性メモリ(以下、
「ROMメモリ」と称す。)208で構成されている。
そして、RAMメモリ207、ROMメモリ208、A
/D変換器203及びブリッジ回路201の平衡調節用
D/A変換器205のデジタル信号入力端子(図2D0
〜Dn 参照)は、太線で記されたバスライン204を介
してCPU206に接続されている。
Next, FIG. 5 shows an example of the structure of a force sensor system in which the bridge circuit shown in FIG. 4 is incorporated so that the balance of the bridge can be automatically adjusted.
The entire force sensor system is a central processing unit (hereinafter referred to as “CP” including a bridge circuit 201, an amplifier 202, an A / D converter 203, and a microprocessor shown in FIG.
Say U ”. ) 206 and volatile memory (hereinafter referred to as “RA
M memory ”. ) 207, non-volatile memory (hereinafter,
It is called "ROM memory". ) 208.
Then, the RAM memory 207, the ROM memory 208, A
The digital signal input terminal of the D / A converter 203 and the D / A converter 205 for balance adjustment of the bridge circuit 201 (FIG. 2D0
To Dn) are connected to the CPU 206 via a bus line 204 indicated by a thick line.

【0027】ブリッジ回路201からの出力電圧は、増
幅器202で増幅され、A/D変換器203に入力され
る。A/D変換器203は、力覚センサに及ぼされる力
乃至トルクを表わす電圧に変換されたアナログ値をデジ
タル値に変換し、バスライン204に出力する。
The output voltage from the bridge circuit 201 is amplified by the amplifier 202 and input to the A / D converter 203. The A / D converter 203 converts an analog value converted into a voltage representing a force or torque exerted on the force sensor into a digital value and outputs the digital value to the bus line 204.

【0028】CPU206は、システム全体を統括制御
する為の処理、ブリッジ回路201で検出された力乃至
トルクのデータをアプリケーションに応じて有効に活用
する為の処理、及びブリッジ平衡調節の為の処理を行な
う。なお、ここでは前者の処理については、本願発明と
特に関係が無いので、内容の説明を省略する。RAM2
07には、CPU206がD/A変換器205に設定す
るデジタル値を表わす指標kを記憶するレジスタが設定
される。また、RAM207はCPU206が処理を実
行する上で必要なその他のデータの一時記憶にも使用さ
れる。ROM208には、CPU206に前記各処理を
実行させる為のプログラムが所要設定値とともに格納さ
れる。
The CPU 206 performs a process for controlling the entire system, a process for effectively utilizing the force or torque data detected by the bridge circuit 201 according to an application, and a process for adjusting the bridge balance. To do. Since the former process is not particularly related to the present invention, the description of the contents is omitted here. RAM2
A register for storing an index k representing a digital value set by the CPU 206 in the D / A converter 205 is set in 07. The RAM 207 is also used for temporary storage of other data necessary for the CPU 206 to execute processing. The ROM 208 stores a program for causing the CPU 206 to execute each of the above processes together with required setting values.

【0029】以下、本実施例に係る力覚センサシステム
におけるブリッジ平衡調節の為の処理手順の一例につい
て図6のフローチャートを参照して説明する。ブリッジ
平衡調節の処理は、力覚センサを基準状態として望む状
態(例えば、無負荷状態あるいは重力のみが作用してい
る状態など)に保った状態で以下のような処理手順で実
行される。D/A変換器205への設定値を表わす指標
kの初期値を0として処理が開始されると、先ず、CP
U206はD/A変換器205にデジタル値kを設定す
る(ステップS1)。この設定値kは、図2の関連説明
で言及した前出[2]式のkに相当したものである。D
/A変換器205にデジタル値kが設定されると、増幅
器202には、ある電圧値Vk が出力されるので、CP
U206はA/D変換器203からその電圧値Vk に対
応したあるデジタル出力値αk を獲得する(ステップS
2)。αk は、ブリッジ回路201の平衡状態からのず
れの大きさを表わしている。
An example of a processing procedure for adjusting the bridge balance in the force sensor system according to this embodiment will be described below with reference to the flowchart of FIG. The bridge balance adjustment process is executed by the following process procedure while the force sensor is kept in a desired state as a reference state (for example, a no-load state or a state in which only gravity acts). When the processing is started with the initial value of the index k representing the set value for the D / A converter 205 set to 0, first, CP
U206 sets the digital value k in the D / A converter 205 (step S1). This set value k corresponds to k in the above-mentioned expression [2] mentioned in the related description of FIG. D
When the digital value k is set in the A / A converter 205, a certain voltage value Vk is output to the amplifier 202.
The U 206 acquires a certain digital output value αk corresponding to the voltage value Vk from the A / D converter 203 (step S).
2). αk represents the amount of deviation of the bridge circuit 201 from the equilibrium state.

【0030】CPU206は、D/A変換器205への
設定値kとこの値αk を1組のデータセット(k,αk
)としてRAM207内に一時記憶する(ステップS
3)。そして、指標kを1アップし(ステップS4)、
1アップ後の指標kの値がD/A変換器205へ設定可
能な最大値kmax を越えていないか否かチェックする
(ステップS5)。kmax の値は、前出[2]式から、
kmax =2n −1で与えられる。ここで、nはD/A変
換器205で使用されているレジスタ(図2中符号6を
参照)のビット数である。
The CPU 206 uses the set value k for the D / A converter 205 and this value αk as one data set (k, αk).
) Is temporarily stored in the RAM 207 (step S).
3). Then, the index k is increased by 1 (step S4),
It is checked whether or not the value of the index k after 1-up exceeds the maximum value kmax that can be set in the D / A converter 205 (step S5). From the above equation [2], the value of kmax is
It is given by kmax = 2n- 1. Here, n is the number of bits of the register (see reference numeral 6 in FIG. 2) used in the D / A converter 205.

【0031】ステップS5でk>kmax =2n −1でな
いことが確認された場合には、ステップS1に戻る。以
下、ステップS1〜ステップS5の処理を計2n 回繰り
返すと、ステップ5でYESの判断がなされ、ステップ
S6以下へ進む。即ち、RAM207内に蓄積された2
n 組のデータセット(k,αk )を順次読み出し、最小
値Min{αk }を求め(ステップS6)、更に、この
Min{αk }に対応したk値k0 を求める(ステップ
S7)。
When it is confirmed in step S5 that k> kmax = 2 n -1 is not satisfied, the process returns to step S1. After that, if the processes of steps S1 to S5 are repeated 2 n times in total, a YES determination is made in step 5, and the process proceeds to step S6 and subsequent steps. That is, 2 stored in the RAM 207
The n sets of data sets (k, αk) are sequentially read, the minimum value Min {αk} is calculated (step S6), and the k value k0 corresponding to this Min {αk} is calculated (step S7).

【0032】最後に、ステップS8でこのデジタルk0
をD/A変換器205に設定することにより、最も小さ
なブリッジ出力を与える状態を実現し、ブリッジ平調節
の処理を終了する。力覚センサの基準状態の変更を要す
る場合には、変更後の環境に置かれた力覚センサについ
て、上記処理を再実行すれば、変更後の基準状態におけ
る最適の平衡調節が自動的に達成される。
Finally, in step S8, this digital k0
Is set in the D / A converter 205, the state in which the smallest bridge output is given is realized, and the bridge level adjustment processing is ended. When it is necessary to change the reference state of the force sensor, if the above processing is re-executed for the force sensor placed in the changed environment, the optimum balance adjustment in the changed reference state is automatically achieved. To be done.

【0033】[0033]

【発明の効果】本願発明によれば、力覚センサに組み込
まれれいるブリッジの平衡調節をマニュアル操作による
ことなく自動的に行うことが可能となり、力覚センサの
設置箇所の制約が著しく緩和されるとともに、基準状態
(計測値を0としたい状態)を頻繁に変更する場合で
も、平衡調節が困難ではなくなる。
According to the present invention, the balance adjustment of the bridge incorporated in the force sensor can be automatically performed without manual operation, and the restriction on the installation location of the force sensor is remarkably alleviated. At the same time, even when the reference state (state where the measured value is desired to be 0) is frequently changed, balance adjustment is not difficult.

【0034】また、平衡調節の精度の個人差等の不安定
要素が消えるので、力覚センサによる測定の客観性、信
頼性が向上する。
In addition, since unstable factors such as individual differences in balance adjustment accuracy disappear, the objectivity and reliability of measurement by the force sensor are improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】可変抵抗器を用いた従来方式によるブリッジの
平衡調節について説明する図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining balanced adjustment of a bridge by a conventional method using a variable resistor.

【図2】本願発明に従った力覚センサにおけるブリッジ
平衡調節手段として使用されるD/A変換器の基本構成
を示したものである。
FIG. 2 shows a basic configuration of a D / A converter used as a bridge balance adjusting means in the force sensor according to the present invention.

【図3】図2に示したD/A変換器を略式表示記号を以
て表わしたものである。
FIG. 3 is a schematic representation of the D / A converter shown in FIG.

【図4】図2に示した基本構成を有するD/A変換器を
用いた、本願発明による力覚センサのブリッジの回路構
成の概要を示したものである。
4 shows an outline of a circuit configuration of a bridge of a force sensor according to the present invention, which uses a D / A converter having the basic configuration shown in FIG.

【図5】図4に示したブリッジ回路を組み込み、ブリッ
ジの平衡調節を自動的に行えるようにした力覚センサシ
ステムの構成を例示したものである。
5 illustrates an example of the configuration of a force sensor system in which the bridge circuit shown in FIG. 4 is incorporated and the balance adjustment of the bridge can be automatically performed.

【図6】本実施例に係る力覚センサシステムにおけるブ
リッジ平衡調節の為の処理手順の一例の概要を記したフ
ローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart outlining one example of a processing procedure for bridge balance adjustment in the force sensor system according to the present embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2 抵抗器(歪ゲージ) 3,4 抵抗器(固定抵抗) 5 可変抵抗器 6 レジスタ 7 抵抗ネットワーク 8,9,10,8’,9’,10’ 端子 101,102 抵抗器(歪ゲージ) 103,104,105 抵抗器(固定抵抗) 106,107 アンプ(演算増幅器) 201 ブリッジ回路 202 増幅器 203 A/D変換器 204 バスライン 205 平衡調節用D/A変換器 206 中央演算処理装置(CPU) 207 RAM 208 ROM 1, 2 resistor (strain gauge) 3, 4 resistor (fixed resistor) 5 variable resistor 6 register 7 resistor network 8, 9, 10, 8 ', 9', 10 'terminal 101, 102 resistor (strain gauge) ) 103, 104, 105 resistors (fixed resistance) 106, 107 amplifier (operational amplifier) 201 bridge circuit 202 amplifier 203 A / D converter 204 bus line 205 balance adjustment D / A converter 206 central processing unit (CPU) ) 207 RAM 208 ROM

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 機械的な弾性体に取り付けられ、前記弾
性体に作用した応力に応じて抵抗値が変化する少なくと
も1つの抵抗器を含み、前記応力による前記抵抗値の変
化を電圧値で取り出すホイストーン・ブリッジ回路と、
前記ホイストーン・ブリッジ回路のブリッジ出力の平衡
調節を行なう平衡調節手段とを備えた力覚センサにおい
て、 前記平衡調節手段が、前記ホイストーン・ブリッジ回路
の出力電圧をある範囲内で均等分割し、その内の任意の
電圧を実際の出力電圧として出力するD/A変換器と、
前記D/A変換器のデジタル設定入力を順次切り替える
手段と、前記順次切り替えられたデジタル設定入力下に
おけるブリッジ出力の内最小の値を与えるデジタル設定
入力値を決定する手段と、該決定されたデジタル設定入
力値を前記D/A変換器に設定する手段を備えたことを
特徴とする前記力覚センサ。
1. At least one resistor attached to a mechanical elastic body, the resistance value of which changes in accordance with the stress acting on the elastic body, wherein the change in the resistance value due to the stress is extracted as a voltage value. Hoiston bridge circuit,
In a force sensor having balance adjusting means for performing balance adjustment of the bridge output of the Hoystone bridge circuit, the balance adjusting means equally divides the output voltage of the Whistone bridge circuit within a certain range, A D / A converter that outputs any of the voltages as an actual output voltage,
Means for sequentially switching the digital setting inputs of the D / A converter, means for determining a digital setting input value that gives the minimum value of bridge outputs under the sequentially switched digital setting inputs, and the determined digital The force sensor, comprising means for setting a set input value in the D / A converter.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7126355B2 (en) 2004-05-31 2006-10-24 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Physical quantity sensing device with bridge circuit and temperature compensating method
US7180311B2 (en) 2004-05-31 2007-02-20 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Physical quantity sensing device with bridge circuit and zero point adjusting method
JP2009294175A (en) * 2008-06-09 2009-12-17 Tanita Corp Multi-point type weighing equipment and manufacturing method for the same
JP2010185809A (en) * 2009-02-13 2010-08-26 Taiheiyo Cement Corp Bolt and system for processing information on axial force of bolt

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