JPS60195432A - 多分力検出器 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 この発明ｉ″Ｊ、小形で安価な多分力検出器に四するも
のである。

〔従来技術〕

産業用ロボットのような様相な構造体ＶｃＮいて、各関
節等が受ける“力”や”モーメント”の康合力を同時に
縄梢度で検出するための多分力検出器には、従来、希ゲ
ージや圧電素子を用いるものかあるがいスｔ＝も高価で
あり、しかも大形で車蹴も山く、卓上形ロボットのよう
な小形のロボットには使用できないという欠点があった
。

〔発明の概安〕

この発明は、こｎらの欠点を解決するγこめ、６数の永
久磁石とホール素子な和み合せ、両イの相対位置の変化
により各方向に作用する力を検出てるようにしたもので
あり、その目的は、小形で安価な多分力検出器を提供す
ることＫある。Ｊｕ、）−。

この発明の実施例を図面について説明てる。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示Ｔ図であり、多分力検
出器の外観を示している。この図で、１は筐体で、円柱
状をしており、こ１とほぼ同軸をな丁ように軸２を有す
る円盤３が設けらｎている。

なお、この発明でｉｘ、第１図の軸心方向ＹＺ軸、こｊ
と直角をなす平面上の直交方向をＸ軸、ｙ軸と定義する
。

円盤３は鐘体ＩＫ対しＸ軸およびｙ軸回り、ざらＶｃｚ
軸方向に移動可能となるように構成さｎ、七の変位は、
その方向の外力に比例するように工夫さ才１ている。丁
なわも信号線４には、Ｘ軸回りのモーメントＭｘ、ｙ軸
回りのモーメントＭｙ。

ｚ−１方向の力Ｆ、　Ｋ比例した出力が発生するように
構成さｎている。

ｍ２図は第１図に示す多分力検出器を分解しＴこ状グ！
ｌを示しており、一体１の内部の円盤５の上面ＫＩＸ、
ホール素子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ（以下辻称するとき
（ま６という。他の符号についても同様とする。）が４
個、同一円周上に等間隔に接着剤等の手段により固定さ
ｎている。ｆｙ、：、Ｕ字形に曲げらまた板ばね７ａ、
７ｂ、７ｃ、７ｄが、同様に同一円周上で等間隔になる
ように、その下側が一体１の円盤５に固定さｎている。

一方、円盤３の軸２とは反対側の下面には、第３図に示
すように永久磁石８ａ＋　８ｂ＋　８ｃ、８ｄが、同一
円周上に等間１１４に固定さｎており、板ばね７の上側
と円ａ３の下側が固定さｊる。この状態において、永久
磁石８とホール素子６はそｎぞｎ６ａと８ａ＋６ｂと８
ｂ、ｌｉｃと８ｃ、６ｄと８ｄが適度な間隔をもって対
向するよ’１　Ｋ　、１．１１成さｎる。

第４図は永久磁石８とホール素子６が間隔りで対向して
いる状態を示す。図Ｋｙｈ丁よ５に永久磁石８のｌａ極
Ｓ、Ｎを配置るとき、ポール素子６の出力は間隔ｈＫ対
し、第５図の実線で示す、ｔ’１に変化する。

ここで出力特性を、ある基準間隔り。において、点線で
示すよつＫ　ｉ！ｉ　ａ近似する。この時、ホール電圧
Ｖと間隔りとの関係、Ｔなわら、その出力特性は、次式
で表丁ことができる。

■−−α（ｈ　−ｈ、　）＋ｖ。

こ〜にαは定数、ｖｏ　汀基準間隔り、におけるホール
電圧である。

次に、第６図に示ＴようＶＣ，Ｘ＃ｌより０回転しＫｘ
′軸回りにモーメントＭが作用する場合を考える。モー
メントＭとモーメントＭｘ、Ｍ、の関係は、 Ｍｘ＝Ｍｃｏｓθ、　Ｍ、　＝Ｍ　ｓｌｎθである。モ
ーメン）Ｍが作用すると、円盤３　＋２　ｘ’軸回りに
γだけ回転する。モーメン）Ｍと回転角γの間には、板
はね７の１＃きにより Ｍ＝βｒ の関係が成立てる。ここでβは定数である。

さて、永久磁石８とホール素子６の対ｔ、いま、中径ｒ
の円周上でＸ軸方向に２個所、ｙ軸方向に２個所配置し
た場合を考え、その場所をａ、ｂ。

ｃ、ｄで示すことにする。ａ、ｂ、ｃ、ｄＫおける２軸
方向の変位１’Ｌａ　＋　ｈ％　ｒ　Ｊ　＋　ｈｄはり
、　＝：ｒｓｌｎθＴｔａｎγ、　）１ｂ＝−ｒｅ０８
θ１ｔａｎｒ。

ｈｃ＝＝−ｒｓｉｎθ＋ｔａｎγ、　ｈ、１＝ｒｃｏｓ
Ｌｔａｎγとなる。

γく１の場合を考えると、 となる。

よって、ホール素子６の出力は、そｎぞｎＶ、＝−α（
ｈ、−ｈｅ　）＋ｖｏ、　ｖｂ：＝−α（ｈｂ−ｈ、　
）＋Ｖ、。

Ｖ、＝−α（ｈ、−ｈｏ）＋ｖ、、　Ｖ、＝−−Ｃ１（
ｈ、　−ｈｏ）　＋Ｖｅとなる。ここで、次の演′１ｇ
を行えば、モーメントＭｘ＋Ｍ、および力Ｆ、請求める
ことができる。

ｙｘ＝ｖ、　−ｖ、　、　ｖ、　＝ｖ。−■。

Ｖ、　＝　Ｖ、　十Ｖ、　−１−Ｖ、　＋Ｖ、　−４（
αｈ、−＋−ｖ、　）丁なわも ８−０ より 以上はモーメントＭが作用する場合である。力Ｆ、のみ
が作用する場合は次のようＫなる。

まず、２軸方向の変位ｈ７　は、板ばね７の働きＫより Ｆ、＝βｈ。

である。βは、板はね７の強さＫよって決まる定数であ
る。

この場合、＆ｒ　ｂ＊　Ｑｒ　ｄ点における変位け１ぺ
て等しく、 となる。よって、ホール素子６の電圧も丁べて等【−＜ ｖ、　＝ｖｂ＝ｖ、　＝ｖ、　＝−α（ｈ、−ｈ　ｏ　
）＋　Ｖ。

となる。ここで、先程と同一の演算を行えばｖｘ二＋１
．　Ｖ、　＝（Ｉ Ｖ、　＝Ｖ、　＋Ｖ、−１−Ｖｅ＋Ｖ、　−４（αｈ、
＋Ｖｏ）４α ニー４αｈ、＝−７Ｆ。

μ となる。

モーメントＭｘ１Ｍｙおよび力Ｆ２　が同時に作用する
場合は両者の和となるので、 と、そｊぞｎの出力に応じたモーメント、カを検出てる
ことかできる。

こｊらの演算は周知の手段、例えばマイクロコンピュー
タ等により簡単に行うことができるので、その詳細は省
略する。

次Ｋ、この発明の実施例を第７図で説明する。

丁なわち、この場合には円盤３＆Ｃ永久磁石８　ａ　＋
８ｂ、８ｃ、８ｄを等１’１Ｉｌｌｌ＠に、磁力線の方
向が４（１１方向となるように配Ｉｆｆする。円盤３の
外周で永久磁石８ａ〜８ｄの間にげ、板げゎ９ａ＋９Ｌ
９ｃ＋９ｄが配置さｎ、板ばね９の外側番ゴ筐体１の内
側に固定さｎる。一方、筐体１σ）内側１ｃ１１ホール
素子６　ａ、６　ｂ＋　６　ｅ、６　ｄ　（６ｂ、６　
ｃｉ丁図示さｎず）が埋め込ｆ１１ており、円盤３と筐
体１０６１立状態においてはそｎぞｎ６ａ〜８ａ＋６ｈ
〜８ｂｌ　６ｃ〜８ｃｌ　６ｄ〜８ｄが第４図に示す、
【うに対向している。

第８図は、第６図の実施例の組立状ｄＶ（おける断面図
である。電体１の中心部分に汀突起１１があり、自動調
心ベアリング１０を介（７て円盤１と！接続さｎ、ｚ軸
方向およびｘＩ１４１１回りとｙ軸回りに運動可能とな
っている。ただし、Ｘ軸、ｙ軸方向は自動調心ベアリン
グ１０↑拘束さ２１．　ｆｌこ、Ｚ軸回りには板はね９
で拘束さｎろ。

モーメントＭｒ、Ｍ、および力Ｆ８　を検出する方法１
丁、先に説明した方法と同じであるので省略する。

なお、上記実施例で９丁、円盤３と皿状の円盤５を組み
合せた例で示したが、この形状に限定することなく、２
つの皿状の円盤を組み合せてもよ（、要は盤体であｎば
よい。

また、永久磁石８とホール素子６を同心円状に配置する
骨格構造でもよいことは明らかである。

〔発明力効果〕

以上説明したように、こσ）発明は、ホール素子と永久
磁石を対向する盤体の対向面の一方と他方に配置し、両
者の相対位置の変化により多方向に作用する力を同時に
検出できるようＫしたので、安価で、しかも小形な多分
力検出器が実現できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例Ｚ示す外観斜視図、第２図
は第１図の実施例を分解した８＋視図、第３図は第２■
における上方の円盤の下面な示す斜視図、＃１４図は永
久磁石とホール素子の付層関係な示す図、第５図はホー
ル素子のｔｌＩ力特性な示す図、第６図は２つの円盤の
相対位ｊｄの変化を示１磨Ｉ祝説明図、第７図はこ力発
明の他の実施例を示す分解斜視図、第８図は第７図の実
施例の組立状態における断面図で、ちる。 図中、１は筐体、２は軸、３，５げ円盤、４ｉ″ｊ信号
緯、６はホール素子、７，９は仮ばね、８は永久磁石、
１０は自動調心ベアリング、１１は突起である。 手続補正書（自発） 昭和５９年７１１１６　ｎ 特許庁長官殿 １、事件の表示特願昭５９−０４９３３４号２、発明の
名称　多分力検出器 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　東京都千代田区内幸町１丁目１番６号名称　（４
２２）　日本電信電話公社 代表者　真　藤　恒 ４、代　刊１　人〒１５０ 東京都渋谷区桜丘町３１番１６号　奥の松ビル６階５、
ｆＩｔｉ正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄および発明の詳細な説明の
欄 ６　補正の内容 （１）　明ａＩ書の特許請求の範囲を別紙のように補正
する。 （２１明４Ｅ％）第９自９何と１０行の間に下記を挿入
する。 ［また、円盤３と円盤５の相対位置の変化を検出するも
のとして、ホール索子６と永久磁石８を組み合せた検出
器の場合で説明したが、要は、第５図の点線で近似でき
るような出力特性を得られるものであればよく、ホール
素子６に限定することなく、磁気抵抗素子をはじめとし
て光学式、渦電流式、静電式等例であってもよいことは
明らかである。」 以上 ２、特許請求の範囲 ２つの盤体な同心となるように、かつ間隙をおいてそれ
ぞれ弾性体で支持し、１１１１記両盤体の軸方向移動お
よびこの軸方向と＋ｆｉ交する＋１１１１の回りに？ｊ
。 いに回転叫能に構成−１６ととも圧、前記両盤体の対向
する面に変位検出器を俵数個り冒ｌｆｔ１７．７ことを
特徴とする多分力検出器。 １８４−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２つの盤体な同心となる。１：　５　ＶＣｌかつ間隙を
   おいてそｊぞｎ弾性体で支持し、＃記両雑体の軸方向移
   動およびこの軸方向と直交する軸の回りに！ｌいに回転
   可能に構成するとともに、前記両磐体の対向する面の一
   万に永久磁石を、他方の而にホール素子を上第１ぞｎ対
   向するように複数個配置４シたことを特徴とする多分力
   検出器。