JPS5862531A - 測定装置 - Google Patents

測定装置

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JPS5862531A
JPS5862531A JP16028381A JP16028381A JPS5862531A JP S5862531 A JPS5862531 A JP S5862531A JP 16028381 A JP16028381 A JP 16028381A JP 16028381 A JP16028381 A JP 16028381A JP S5862531 A JPS5862531 A JP S5862531A
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JP
Japan
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shaft
measuring
measuring device
stress
shape
Prior art date
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Pending
Application number
JP16028381A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenzaemon Tanaka
堅左衛門 田中
Hiroaki Mori
博昭 森
Koichi Yabe
興一 矢部
Keiichiro Mochizuki
望月 恵一郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KYOWA DENGIYOU KK
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
KYOWA DENGIYOU KK
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Kawasaki Jukogyo KK
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Publication date
Application filed by KYOWA DENGIYOU KK, Kawasaki Heavy Industries Ltd, Kyowa Electronic Instruments Co Ltd, Kawasaki Jukogyo KK filed Critical KYOWA DENGIYOU KK
Priority to JP16028381A priority Critical patent/JPS5862531A/ja
Publication of JPS5862531A publication Critical patent/JPS5862531A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/108Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving resistance strain gauges

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軸等の機械部分の応力測定装置に関するもので
ある。
工業用ロボットにおいては互に直交する3軸線において
回動4もしくは直動する腕部とその腕部に対し互に直交
する3軸線のまわりに回動する手首部とを有するものに
よシ品物を掴んで品物を移動したり、その品物を用いて
種々の工作を行なったりしている。工業用ロボットにお
いては大きい負荷をかけることが要求され、一方ではロ
ボットは運動するためできるだけ重量を軽減することが
要求さ、れる。したがって設計限界ぎりぎりのところで
最大負荷をかけることが望まれる。このためには機械部
分の各部における負荷により生ずる実際応)フを測定し
、加えうる最大負荷を監視する必要がある。
特に重たい物を掴んだときの手首部内の回転軸に作用す
るトルクが軸の許容限界内にあるようにする必要があり
、又大きい負荷が加わったときの手首部内や腕部に設け
られた歯車列やチェーン装置等における軸受部や歯車等
の摩耗や疲労による損傷を防止する必要がある。
ロボットにおいては一般に腕部の動きはロボット本体に
設けられた油圧シリンダー等の動きにより直接得られる
ので油圧ミリンダー等における力や応力を測定すること
により腕部に作用する負荷の大きさはほぼ正確に検出で
きるので機械部分に損傷を生じないように負荷を制御す
ることは容易である。しかし手首部の動き、・・は、ロ
ボット本体に設けた油圧シリンダー等の駆動源の動きを
腕部内や千醒4部内に設けたチェーン装置、歯車列等の
伝達機械部分を介して伝達することにより得られるため
、手首等の掴み部分から駆動源までの発生トルクは応答
遅れや歯車かみあい部等における減衰や歯車のガタ等の
影響を受は一様ではない。したがって発生トルクを刻々
に計測し、その測定結果により機械部分に作用するオー
バートルクを自動的に察知して減速したりその他トルク
を減少させる制御をしてロボットの機械部分の破損を防
止しようとしても、駆動源におけるトルクや応力測定で
は不十分である。このため必要な個々の部品ごとにトル
クを測定する必要がある。例えば負荷に最も近い手首部
の歯車列における歯車軸の強変が最も問題になる。そこ
でその問題になる軸のトルク又は応力を測定する必要が
ある。
従来軸等に加わる□応力を測定する手段として歪ゲージ
を軸の外表面に付着すること等が知られている。しかし
この方法では外部からの損傷を受けやすく、部品交換:
・時に沖(定手段を損傷する危険性があシ、又手首部内
の歯車列のように潤滑油の中におかれている軸の場合に
は損傷の危険性の外に誤動作の危険があり、信頼性の点
に問題があった。
従来の歪ゲージ等の上記の問題を考慮して手首部と実際
の掴み部との間にトルクセンサーを取付けることを試み
たが、トルクセンサーにより得られるトルクを掴み部を
動かしている三軸線のまわりの回転を動かす少なくとも
3つの軸に作用するトルクに分解、する必要があり、そ
の3組の成分に分解する作業が複雑であることと、動き
まわる手4部に常時トルクセンサーを取付けておくのは
作業性においても効率的にもよく)いので測定しようと
するときだけトルクセンサーを取付けるといサーの取付
、取外しごとに掴み部の動きを教え直さなければならな
いという不都合があった。
本発明は上記のロボットの手首部のように潤滑油の中に
漬っていたりしている軸において゛も確実にトルクや応
力等の測定が可能であり、外部からの損傷の危険性もな
い測定手段を提供することを目的としている。
この目的を本発明は軸の内部に装着、可能な測定装置を
作り出すことにより達成した。
本発明の詳細を図に示した実施例により説明する。
第1図に工業用ロボットの手首部の一例を示す。
本発明はロボット手首部に発明の要旨があるのではない
ので簡単に必要な部分のみを説明する。
物を掴む掴みや溶接ガン等の工具が手首lの取付7ラン
ジ2に固定される。取付7ランジ2を固定した第1軸3
の回転により掴みもしくは工具の所定位置での傾きが制
御される。第1軸3を回転自在に支持する第1ケーシン
グ4は第2ケーシング5に対して第1軸3と直交する軸
線6のまわりに旋回可能に支持されている。第2ケーシ
ング5はロボットの腕部25に対し軸線6に直交する第
2軸7により旋回可能に支持されている。第2ケーシン
グ5は第゛2軸7に固定され、歯車8,9.10を用い
て駆動軸11によシ駆動される。駆動軸11は図示しな
い油圧シリンダその他の駆動装置により回動される。
第1ケーシング4は歯車12に固定され、歯車13゜グ
5に回転支持されている。
第1軸3は歯車19 、20 、21 、22 、23
を用いて駆動軸24により回転駆動される。
駆動軸17及び24も同様に図示しない油圧シリンダー
等の駆動装置により回転駆動される。
取付フランク2を介して手首部lに加えられる負荷は第
1軸3、第2軸7及び第3軸18により3つの軸線のま
わりの回転トルクとして手首部lに加えられる。したが
って刻々の負荷トルクを測定するには少なくとも第1軸
3、第2軸7及び第3軸18におけるトルクを測定する
必要がある。
ロボットにおいてはできるだけ重量を軽減し動力を少な
くするために各軸はできるだけ中空軸が利用されている
軸の中空穴は外部から損傷が加、、えられることがなく
、潤滑油中の軸であっても中空部は潤滑油の侵入を容易
に阻止できることを考慮して、応力測定装置を軸の中空
部に装着し、しかも軸の応力を測定できるものとして作
り出すことを考えた。このような応力装定装置であれば
外部からの損傷及び潤滑油等の影響を容易に回避するこ
とができる。
すなわち第1図の第1軸3の中空部に測定装置30を装
着した。第2軸7及び第3軸18には図示していないが
同様に装着することができる。又他の軸についても同様
である。
各軸はそれぞれ中空ではあっても設計上所定の強度をも
っている。したがって′軸の内部に装着される測定装置
としては負荷に対する強度保持メンバーとしては考慮す
る必要がない。すなわち測定装置は強度的に負荷を考慮
する必要、かない。トルク伝達軸としての中空軸に作用
するトルクの大きさのみを測定することができればよい
一般にトルクの大きさは軸に作用する応力を測定して算
出される。軸の応力を歪ゲージで測定しようとする場合
ゲージ番取付ける軸が太い程すなわちゲージをはシつけ
である軸の外径が大きい程歪信号は微弱であり、僅かの
歪は検出できない。
歪信号を大きくしようとすbと細く歪みやすい軸、すな
わち径の小さい軸程、歪を敏感に感じるのでよいが、細
くすると強度が弱くなり一回だけの試験にしか用いられ
ないということになり、常に測定をし測定値に応じて負
荷を制御しようとする前記のロボットの様な場合には使
用できないという1111題があった。この点も本発明
により解決された。
すなわち測定装置には強度については考慮する心安がな
くなったからである。
本発明による測定装置としては第2図に示すように中空
軸31 (第3図の例では軸3,7.18等)の中空穴
32に測定装置30が嵌入される。測定装置30は中空
穴32に嵌合する2つの固定部、すなわち第1固定部3
3及び第2固定部34と、両固定部間を連結する細い測
定部35とよりなる。両固定部33゜34は例えば円柱
状に形成されるが、軸の穴32の形状によっては角柱状
等任意の形状を選択することができる。第1固定部33
及び第2固定部34は第2図においては軸31と共に貫
通する穴35 、36に圧入されるビン37により軸3
1と相対移動しないように固定される。軸31との間の
固定手段は繰り返しの一力に対しても軸31と相対移動
しないように固定するものであれば止めねじ等地の任意
の手段を利用することができる。勿論溶接等も可能であ
る。
測定部35は歪ゲージ等応力測定に適した検出素子を接
着することができ、測定できる歪範囲に十分耐える大き
さの範囲内でできるだけ細く、又は薄く形成される。す
なわち第2図は測定部35は薄く細い板状に形成される
。又測定部35の長さをt2つの固定部33 、34の
固定位置間距離をLとすると、軸31のひずみは、固定
部33 、34においてはほとんど変形を生じないため
測定部35に集中することになり、したがってねじれを
考えたとき測定部のねじれは軸31のねじれのL/を倍
となる。すなわちtをできるだけ小さく、Lをできるだ
け大きくすることによりねじりによる応力を大きな感度
で検出することができる。測定部の厚みを変えることに
よっても感度が変る。
仮に軸31の外径りを22鰭、中空穴径、すなわち固定
部33 、34の外径を12mmとし、距離りを50肩
1距離tを14IIJとし、IOKか のトルクを軸3
1に加えるとすると、軸31の中空穴32の内壁に歪ゲ
ージを貼つた場合にはゲージからの歪出力は445刈0
 εであり、測定部35に貼った歪ゲージからの歪出力
は1180 X 10  εとなり、測定部35の場合
には約2゜6倍の大きさの出力としてとり出すことがで
きる。
測定装置30の測定部35に対する歪ゲージの取付態様
としては、軸31に回転トルクが加わる場合には第3図
に示すように回転軸線に対し抵抗線が45度に延びるよ
うに1つの歪ゲージ38を接着したものや更には第4図
に示すように1対の歪ゲージ38を互に直角にしかも回
転軸線に対し45度に抵抗線が延びるように接着された
ものが利用される。
軸31に対する圧縮や引張荷重が加わる場合には第5図
に示すように1対の歪ゲージ38を抵抗線が、一方は軸
線に平行に他方は軸線に直角に延びるように接着し、軸
31に曲げ力が加わる場合は歪ゲージ38を抵抗線が軸
線と平行になるように測定部35の表裏に接着する。。
検出素子としては上記の歪ゲージの外に半導体ゲージ、
蒸着型ゲージ、拡散型ゲージ等の種々の手段を利用する
ことができ、測定部への取付方法としては接着の外に融
着、蒸着、溶接、埋設等の各種の手段を用いることがで
きる。
測定装置30の測定部35は上記の1枚の板状の形状か
ら第7図に示すように2枚の板状に変形することもでき
る。第7図の例により剛性が増加し共振周波数が上昇し
て応答周波数範囲が広がり、更に実験結果によれば1枚
の場合の1.7倍近くの歪出力を取り出すことができる
。尚3枚にすると剛性が大きくなりすぎて歪出力を取り
出すことが困難である。
第8図は測定部35を丸棒状に変形した例で、引張圧縮
荷重測定に有利であり、偏心荷重に対し許容範囲が広い
第9図は測定部35を中空パイプ状に変形した例で、第
8図の例に比べ剛性が増加し共振周波数が上昇して応答
周波−範囲が広がるとともに、大きな歪出力を取り出す
ことができる。
図では測定部35及び固定部33 、34を共に中空に
形成しであるが加工方法によっては測定部のみを中空パ
イプ状とすることもできる。
第10図は測定部35を角柱状に変形した例で、第8図
に比べ同じせん断力の場合のねじれ角を小さくでき、応
答周波数範囲を広くすることができ、角柱状を中空角パ
イプ状に変形すると更に応答周波数の範囲を広げ、高歪
出力を得ることができる。
本発明により軸のような機械部分の内部に差し−込み固
定部を固定するという簡単な方法で前記のような簡単な
構造の測定装置を用いて従来確実に測定できなかった部
分における応力等を測定することができ、外部よりの損
傷や防湿性においても優れているので長期にわたり信頼
性の高い測定を可能にした。
更に歪ゲージ等の検出素子を貼付ける被測定部材の材質
としてヒステリシスが少なく非直線性の[い材料、例え
ば高張力鋼を使用する必要があったが本発明によれば安
価な軟鋼材を使用しても充分な分解能が得られる。
検出素子による検出信号は検出素子かも引き出される導
線により制御部に送られるが、工業用ロボットのように
振シまわされる手首部に取付けるような場合には導線が
邪魔になるので、検出素子による検出信号をテレメート
等を用い無線信号により制御部へ送るようにすれば導線
による問題が解消される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る測定装置を使用する工業用ロボッ
トの手首部の構造の一例の断面図、第2図は本発明に係
る測定装置の取付状態を示す図、第3図は本発明に係る
測定装置の正面斜視図、第4図〜第6図は測定装置に加
わる力の種類により歪ゲージの取付状態を変えた変形例
の斜視図、第7図〜第1θ図は測定部の形状を変えた変
形例を示す図でQは正面斜視図、■は側面断面図である
。 30・・・測定装置   31・・・軸32・・・中空
穴    33 、34・・・固定部35・・・測定部
    37・・・ピン38・・・検出素子 (A) (A) 図 (B) 3 図 (B) 3 図 (B)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  被測定部材の応力測定装置において、被測定
    部材の穴に挿入固定可能な2つの柱状固定部と、両固定
    部間を連結する測定部とを有し、測定部が固定部より歪
    みやすい形状、大きさよりなりかつ検出素子が固定され
    ていることを特徴とする測定装置。
  2. (2)前記測定部が一枚の細く薄い板状であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項に記載の測定装置。
  3. (3)前記測定部が細く薄い並列した2枚の板状である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の測定装
    置。
  4. (4)前記測定部が固定部より細い丸棒状であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の測定装置。
  5. (5)前記測定部が固定部より細い中空丸棒状であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の測定装置。
  6. (6)前記測定部が固定部より細い角柱状であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の測定装置。
  7. (7)前記測定部が固定部より細い中空角柱状であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の測定装置。
JP16028381A 1981-10-09 1981-10-09 測定装置 Pending JPS5862531A (ja)

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JP16028381A JPS5862531A (ja) 1981-10-09 1981-10-09 測定装置

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JP16028381A JPS5862531A (ja) 1981-10-09 1981-10-09 測定装置

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JPS5862531A true JPS5862531A (ja) 1983-04-14

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ID=15711635

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JP16028381A Pending JPS5862531A (ja) 1981-10-09 1981-10-09 測定装置

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61157840U (ja) * 1985-03-22 1986-09-30
KR102054771B1 (ko) * 2018-06-15 2019-12-11 두림야스카와(주) 로봇의 토크 부하율을 이용한 고장 예측방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5746841B2 (ja) * 1979-04-13 1982-10-06

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