JPS5918645B2 - 力とモ−メントの感知装置 - Google Patents

力とモ−メントの感知装置

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JPS5918645B2
JPS5918645B2 JP53075296A JP7529678A JPS5918645B2 JP S5918645 B2 JPS5918645 B2 JP S5918645B2 JP 53075296 A JP53075296 A JP 53075296A JP 7529678 A JP7529678 A JP 7529678A JP S5918645 B2 JPS5918645 B2 JP S5918645B2
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force
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spokes
moment sensing
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ロタ−ル・シユミ−ダ−
アウグスト・ヴイルゲルツホ−フア−
フロ−リアン・メツテイン
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DOITSUCHE FUORUSHUNGUSU UNTO FUERUZUTSUHISU ANSHUTARUTO HYURU RUFUTO UNTO RAUMU FUAARUTO EE FUAU
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DOITSUCHE FUORUSHUNGUSU UNTO FUERUZUTSUHISU ANSHUTARUTO HYURU RUFUTO UNTO RAUMU FUAARUTO EE FUAU
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/34—Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/161—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
    • G01L5/1627—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance of strain gauges
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    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
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    • G01L5/226—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は基板及びそれに平行に配置され、変形可能な支
柱によつて互に連結された負荷受け板を有し、伸び計測
条片、変位インジケータ又は同様の変形計測センサの配
列を有する力とモーメントの感知装置に係る。
力とモーメントの感知装置によつて、例えばつかみはし
（やつとこ）に加わる力及び回転モーメントが計測され
る。
このような装置は特に複雑な目的（例えば組立又は品質
管理）のために環境との情報交換を必要とするマニピュ
レータ（遠方操作装置）に装着される。第１図はそのよ
うなつかみはしを示しているが、これは被加工品を固く
保持し、このつかみはしの閉鎖は目的に適するように押
圧力を容易に調製しうる空気力装置によつて行なわれる
。
点０に於て、ここに加わる力及びモーメントが計測され
る場合には、マニピユレータを制御するプロセスカウン
タは負荷の重量ＰＬのみならず計測された回転モーメン
トＭによつても最小のレバーアームを計測できる。
（ここにＲｌｐ及びＭはベクトルである。）力の作用線
に沿う力の作用点は任意に移動しうるから、真のレバー
アームの計算は不可能である。
また例えばねじをねじ込む場合には、純粋な負荷回転モ
ーメントも生じうる。これは負荷の作用線が基準点を通
り、従つて負荷によつて生ずる回転モーメントが零とな
る場合にのみ一義的に計測しうるのである。第２図はつ
かみはしのそれぞれのフインガ一に計測装置が組込まれ
ている構造を示す。
０，及び０２の中心にある点０に対して平衡条件があて
はまり、（ここにＰ，，Ｍｌ，Ｐ２，Ｍ２一第２図には
示されていない一は０，，０２に関連しており、Ｓはベ
クトルである）、これらもつかみはしの開口幅２ｓが知
られている場合にはＰＬ及び『Ｍｌ。
を一義的に決定する。等式（１）は第２図のそれぞれの
フインガ一にも応用しうるから、合成量Ｐデ，ｐ？の作
用点も知られ、結局（Ｐテ一ｐデ）の二つの分力が２で
割られてつかみはしの押圧力を与える。
これによつて第２図によるつかみハンドを行程制御を経
て電動モータにより駆動し、この行程制御が押圧力の継
続的な探査及び対応する修正によつて力の制御に変換さ
れ、その際それぞれの時点に於けるつかみはしの開口幅
が知られ、従つて被加工材も計測しうるのである。最終
的には、被加工材の滑動を確認することが可能となる、
何となれば静止摩擦から滑動摩擦に移行する際に切線力
の急激な減少を生ずるからである。
伸び計測条片を配置することによつて剛体に加えられる
力及びモーメントを確認することができる。
種々の異なる力によつて生ずる伸びの除去は著しい困難
を与える。冒頭に述べた種類の公知の感知装置（１９７
３年３月、マサチユセツツ、インステイチユート・オブ
・テクノロジーのレポート、ナンバーＥ−２７５４）に
於ては受け板が４個の梁に懸架されている（第３図参照
）。それぞれの梁はそれぞれ２個の伸び計測ブリツジを
含み、これらは彎曲度を２つの互に直角な方向で計測し
、端部が球体によつて閉鎖されている。これらの球体は
４個のスリープ内で滑動するが、その中で球体は梁の長
手方向の軸線に沿つて滑動できる。この場合垂直力は４
個の梁の彎曲を生じ、この彎曲は伸び計測条片Ｄによつ
て感知されて、カウンターによつて算定される。このよ
うにして垂直力及び垂直力によつて中心以外の作用点に
生じた軸線Ｅ，及びＥ２の周りの回転モーメントを計測
できるのである。これに対して直角に働く切線力は２個
の梁だけの彎曲を生じ、残りの２個の彎は移動できて、
応力は与えられない。しかし切線力及び垂直力が同時に
生じた時には垂直力は球体をスリーブに対して押圧し、
これによつて静止摩擦を生じ、これが計測のために失わ
れる外部の切線力の一部を補償する。
計測を誤まらせる摩擦力は装置が変形される場合にも生
ずるが、これは既に短時間の過負荷によつても生じ、４
個の球体全部がスリーブ内でもはや正確に１平面内には
横たわらない。同様な困難はまた西ドイツ公開公報２５
２９７９６に記載されている改良された感知装置に於て
も生ずる。
この感知装置に於てはボス１４（前記の公開公報の第５
図参照）がハウジング１２内の４個の片持アーム１６，
１８，２０，２２に懸架され、アームの球伏端部が再び
アームの長手軸方向に移動可能になつている。第２図に
よる旧式の配置に対する改良は、計測のために変位イン
ジケータが装着され、これが十字スポーク３２及びフラ
ンジ３０の移動を計測する。しかしこれによつても上述
の基本的な誤差は排除されない。従つて本発明の目的は
、冒頭に述べた種類の力とモーメントの感知装置を、上
述の欠点及び難点をできるだけ回避して実際上計測を誤
らせる分力が生じえないように改良することである。
この目的は冒頭に述べた種類の力とモーメントの感知装
置に於て、本発明による特許請求の範囲第１項に記載の
要件によつて解決される。
本発明の有利な変形構成は特許請求の範囲第２項以下に
示されている。添付図面により本発明を例示的に以一ド
更に詳述する。
第４図に示された実施例の場合は基板１が設けられ、こ
れに平行に負荷受け板２が配置されている。
基板１は、これの平面に対して垂直に位置する４個の支
柱５を経てリングとして形成された中間部材３に対して
固定連結されている。リング３は、負荷受け板２の平面
内にある４個のスポーク４を経て負荷受け板に固定連結
されている。支柱５は、スポーク４に対して４５さだけ
ずらされている。この実施例ではスポーク４の上側及び
下側並びにリング周囲に垂直に位置する支柱５の側部に
彎曲を計測する伸び計測条件６域は７が取付けられてい
る。彎曲の代りにリング４の平面に対する負荷受け板２
の少なくとも３つの点の垂直な移動及び基板１に対する
負荷受け板２又はリング４の少なくとも３つの点の水平
な移動も西ドイツ公開公報２５２９７９６に記載されて
いるような変位インジケータによつて計測することがで
きる。図示された実施例に於ては、負荷受け板２は円形
に形成され、リング３は円形リングである。しかし、こ
れら両部材はまた正方形又は矩形にも形成できる。４個
のスポーク及び４個の支柱の代りに３個のスポーク及び
３個の支柱を設けることもできる。
この配置は基板１が円形の形伏を有する場合は特に有利
である。中間部材３の厚さ及び幅は目的に適するように
、スポーク及び支柱の対応する寸法の少なくとも２倍に
し、それによつてできるだけ全部の変形エネルギが、変
形を計測されるスポーク及び支柱に与えられるようにす
る。
以下には、この実施例の作動状態が詳述される。
Ｅ２方向に与えられる垂直力はスポーク４を彎曲し、一
方で支柱５はリング３の剛性が大きいために圧力が負荷
されるのみで、支柱５上の伸び計測条片７によつて記録
されない。Ｅ，方向の切線力はスポーク４のうちの２個
に圧力負荷を与え、他の２個は伸び計測条片によつては
記録されない方向へ彎曲されるが、総ての支柱５は彎曲
を受け、２個の支柱で計測される。試験の結果は３％以
下の過連結を与えた。過負荷による残留変形は単にカウ
ンター作動の際に引続き補償される伸び計測条件の零点
移動を生じたのみである。第５図に示された変形実施例
に於ては、リング伏の基板１が質量の大きい中間部材３
を経て受け板２に連結されている。
連結部材は基板に平行に位置するスポーク４及びこれに
直角に位置する支柱５である。支柱上で伸び計測ブリツ
ジ７によつて切線力及び基板に垂直な回転モーメントが
計測される。ボルト９によつて受け板２に取付けられた
作動板８は基板１に対する衝突により制限される。単に
曲げ変形のみが計測されることにより、計測の高度の正
確性が得られる、何となればじやま物として現われるそ
の他の変形（圧縮ひずみ、伸び、推力）が大きさの次数
では比較的小さいからである。
この計測方法を遂行しうるためには、スポークが単に一
平面内にのみ横たわることが絶対に必要である。これに
反して２つの互に平行な十字スポークが用いられる場合
は（ゼネラル、モータ、エンジニアリング、ジヤーナル
、１１巻、４１９６４）、曲げの計測に対する一義的な
計測法の代りに伸び及び圧縮ひずみが記録され、その際
計測感度が約１０分の１に減するか、或はＥ，又はＥ，
の軸の周りの曲げモーメントを計測する場合に曲げの計
測がかなり粗悪になるか、の何れかである。何となれば
これらのモーメントは本質的にはスポークに作用する引
張力及び圧力によつて作られるからである。圧力に基く
変形と曲げに基く変形との差異は、本発明によつて得ら
れるように、今正方形の両側から拘束された、Ｈ＝３Ｗ
！１の厚さ、Ｌ＝１５ｍ１１Ｌの長さのロツドによつて
説明され、その際Ｅは弾性係数である。１つの縦の力Ｐ
によつて負荷された場合に計測される伸び曲げ力Ｐによ
つて負荷された場合に計測される伸び両式の項を割るこ
とにより次の関係が生ずる。
他方に於て、２つの十字スポークの配置はＬの 距離に於て考案され、その際１つの力が両方の十字スポ
ークの外部でＬの距離に於て作用するので、支柱５，８
，Ｂ）．（１）が挿入されることによつて対応する伸び
を計算することができる。
単に１つの十字スポークのみが存在する場合には前述の
式（２）が再びあてはまる。両式の項を割ることによつ
て式（３）と同様の結果が生ずる。固定連結は、装置１
−２−３が１個の部片から旋盤加工又はフライス加工で
作られることによつて可能となる。
しかしこの固定連結を他の方法、例えば硬質はんだ付に
よつて行なうことができ、このことは特に大きい装置に
於て有効であると思われる。伸び計測条片６及び７の代
りに変位インジケータ１０も利用でき、これは基板１及
び受け板２の間の相対的移動を計測し、しかも第５図に
示されているように互に直角な２つの方向で計測を行な
うのである。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図は公知の力とモーメントの感知装置の
作動伏態を説明するための概略断面図である。 第３図は西ドイツ公開公報２５２９７９６に記載された
装置の原理の説明図である。第４図は本発明による実施
例の断面図及び平面図である。第５図は本発明による変
形実施例の第４図と同様な図面である。１・・・・・・
基板、２・・・・・・負荷受け板、３・・・・・・リン
グ、又は中間部材、４・・・・・・スポーク、５・・・
・・・支柱、６，７・・・・・・伸び計測条片、８・・
・・・・作動板、９・・・・・・ボルト、１０・・・・
・・変位インジケータ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 基板及びそれに平行に配置され、変形可能な支柱に
    よつて互に連結された負荷受け板を有し、伸び計測条片
    、変位インジケータ又は同様の変形計測センサの配列を
    有する力とモーメントの感知装置に於て、負荷受け板２
    が、これに平行で且つ一平面内に横たわる少くとも３個
    の変形しうるスポーク４及びこれらに垂直に配置された
    少くとも３個の変形しうる支柱５により、１つの中間部
    材３を経て、１つの基板１に固定連結され、従つて作用
    する力及び回転モーメントが変形物体の曲げによつての
    み計測されることを特徴とする力とモーメントの感知装
    置。 ２ リングとして形成されている中間部材３の厚き及び
    幅が前記支柱５及びスポーク４の対応寸法の少なくとも
    ２倍の大きさであることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項に記載の力とモーメントの感知装置。 ３ 基板、受け板及び中間部材並びに支柱及びスポーク
    の間の前記固定連結は、全体の配置が唯１個の金属部材
    からフライス加工又は旋盤加工され、又は前記固定連結
    が硬質はんだ付、接着及び同様の方法で行われることに
    より達成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    又は第２項に記載の力とモーメントの感知装置。 ４ 前記伸び計測条片がスポーク４の基板に平行に横た
    わる面上及び円周方向に直角に横たわる支柱５の面上に
    取付けられていることを特徴とする前記特許請求の範囲
    のいずれかに記載の力とモーメントの感知装置。
JP53075296A 1977-06-21 1978-06-21 力とモ−メントの感知装置 Expired JPS5918645B2 (ja)

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JPS548569A JPS548569A (en) 1979-01-22
JPS5918645B2 true JPS5918645B2 (ja) 1984-04-28

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JP (1) JPS5918645B2 (ja)
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FR (1) FR2395496A1 (ja)

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