JPS60221287A - ロボツト用力センサ - 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〕 この発明は、対象物に対し作用している力状態を検出す
るロボット用力センサに関する。

〔従来技術〕

ロボットが対象物に対し力を作用させている実状をモニ
タするための力センサとして有名なものにスタンフォー
ドタイプまたはシャイマンフォースセンサと呼ばれるも
のがある。これらに、３方向と３モーメントとを合わせ
た６分力が、１つの装置により測れる特徴がある。

しかし、これらのタイプの−Ｖンサは、要部としてスト
レインゲージ全使用しであるため、高価につき、しかも
、調整しにくいという欠点がある。

それだけでなく、これらセンサは、ロボットでいうリス
トの部分に取り付けられていたため、つかみ機構がそれ
よシ先端側に取り付けられることとなって、つかみ機構
の重量がセンサにすべて加わシ、そのため、たとえば、
つかみ機構を下に向けたときに発生しないモーメント成
分＜ｉ横に向けたときには発生するなどロボットの姿勢
の変化によって指示する値が変化する欠点があり、また
、ロボットの加減速やぎくしやくした動作も、すべてこ
のつかみ機構のもつ重量がセンサに作用することによっ
て、モーメント力とじて発生し、それが、雑音として信
号にまぎれ込むため、力センサとしての感度を十分に上
げることができず、微妙な力の作用状況など′ｔ−観察
することができなかった。

こうした欠点のないセンサとして、導電性ゴムなどを使
用したものがある。こ７′Ｌは、つかみ機構の対象物に
接する部分に取り付けて、つかんだこと全確認したり、
つかんだ位置を明確にしたシするために用いられたシ、
あるいは、ロボットの特定の部分にそのセンサを取９付
けて、なにかに接触したことを知るために用いられる程
度のものでしかなかった。つま）、このセンサはあくま
でも一つの平面部に対してのみ取り付けるものであった
から、一方向の力しか検出することができない単能力の
ものにすぎず、上記メタンフォードタイプなどのように
、６分力の力センサとして、高度な制御とか諸用途に汎
用的に用いられるまでには至らなかった。

しかしながら、こうした導電性ゴムなどによるセンサは
、安価であるとともに、メンテナンスの而からも楽であ
るというスタンフォードタイプなどにはない実用的価値
があシ、しかも、指先などに取り付けることができるの
で、力センサより先端の重量はほとんど考慮されない程
度のものとなシ、その結果、ロボットの加減速等に伴な
う雑音もスタンフォードタイプなどに比してはるプ１に
小さくなり、センサとして高感度なものとなって、その
而からも他にないメリットがある。

〔発明の概要〕

この発明は、上記従来の欠点を除去するためになされた
もので、開閉するグリップアームと、その先端の先端グ
リップ部とを、複数の対向面を介して嵌合させるととも
に、各対向面間に、複数の向きの力を個別に検出する分
力検出回路に接続される圧力検出素子を配列することに
よシ、高感度の検出能力をもちながら、安価でメンテナ
ンス性に優れ、とくに、複数の分力を検出できる汎用型
のロボット用カ七ンサを提供することを目的とする。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１　図（ａ）およヒ（６）は、ロボットのつかみ機構
を示し、（１）は、ロボットのアームで、そのアーム（
１）には、フランジ（２）を介して駆動モータ（５）が
取り付けられ、その先端部に、開閉する１対のグリップ
アーム（３１、（４１が取シ付けられている。これら両
グリップアーム（３１、（４１には、対象物（８）ヲ挾
む先端グリップ部（９）　、　（１０との間に第２図れ
）　、　（４’）　、　（Ｑ）に示す力センサ（６）　
、　（７）が設けられている。

つまり、第２図（ａ＞に示すように、グリップアーム（
８）の先端缶内側部には、四角ブロック形の突出ピース
０υが取９付けられ、この突出ピース０］）の中央とグ
リップアーム（３）とを介して取出孔面ヲ貫通しである
。上記突出ピースαυは、取付面を除いて５而あり、こ
れら５面の各面には、−櫨のプリント基板である絶縁基
板（１３Ａ）〜Ｃ１３Ｅ）が突出ピース０］）の各面に
沿って接着されている。

これら各絶縁基板０４の表面には、銅箔の上に半田を盛
った構造の圧力検出素子０４１（電極）が３本音１組と
して配列されており、この場合、先端グリップ（９）に
対向する而に、第３図（ｄ）に示すように、（イ）〜に
）の４組が配列され、残る４面には、（ホ）〜（４）ま
でのｙ［Ｍの組がそれぞれ２Ｍづつ配列されている。こ
うして５面で合１１１２組のｔｉが配列されている。こ
ｔ＋らｗｒ！ｉ′ｋｗする突状ピースαυには、突状ピ
ース０υ左５面から取り囲む形状の箱形のグリッパ支持
枠Ｑｆ９が設けられ、その支持枠（旧の内周５面には、
１２組の電極（イ）〜（４）にそれぞれ対向する位置に
、０．５〜１．０順程度の厚さをもつゴム板（１１１９
を貼り付けである。このゴム板０Ｑは、５〜１０１゛・
または円形に切９出したものである。これらゴム板Ｑｆ
９’に有するグリッパ支持枠θＯの内面、つまり、各電
極（イ）〜（イ）の外面には、ポリエチレンに、炭素の
粉末をねり込んで仕上げた半導電性フィルム０ηが覆わ
れている。

このフィルム０ηは、１〜５　Ｑ　ＫＱＯＩＩの表面抵
抗を示すものを用い、たとえば、半導体を実装したプリ
ント配線板を包装するのに使用される厚さ０．０５〜０
．１　Ｉ’１ｇ程度のフイルムンートを利用できる。

なお、上記フィルムαηの外側には、アルミ箔などの補
助電極を同じ形状にして設けることもある。

こうして、構成された力センサ（６）　、　（７）を第
３図←）のように、左右対向状に配し、対象物（８）か
ら加えられる各分力を検出する。この場合の分力は、第
３図に）〜（Ｑ）に示す平行力ｘ、ｙ、ｚと、モーメン
トα、β、γの６分力からなり、これらを、それぞれ個
別的に検出するように分力検出回路を組んである。

そのための回路は、第４図および第５図に示しである。

つまυ、第４図には、一方の力センサ（６）についての
み例示されておシ、この場合、６イ。

６０、・・・は、第３図（ｄ）に示された各組の電極に
対応する。これら各組において、中央に配列された第４
図の圧力検出素子α４は、１２組すべて接続され、コモ
ン（ト）として１木のリード線が取り出されている。こ
れに対し、各組の両側に配列され念圧力検出素子０→、
α◆は、各組ごとに互いに接続され、１本づつ、合計１
２本のリード線に接続され、増幅器０１ヲ介して信号と
して取り出される。これらリード線は、第２図の取出孔
＠とかグリップアーム（３）の先端外周などを介して導
かれ、こうして取シ出された第４図のコモン（ハ）のリ
ード線と、その他の個々の電極から取シ出されたリード
線との間の各抵抗値の増減を比較する。

つまり、第５図は、上記各分力（ｘ、ｙ・・・）を検出
するために、第４図の回路にもとづいて組まれた演算回
路全示し、この場合、第４図のたとえば０６イが、第５
図の０６イに入力されることを意味する。

こうした場合、第２図（ａ）に示すように、グリッパ支
持枠Ｏ谷と突状ピース０υ間に力が作用せず、圧力がな
い状態においても、それぞれの１Ｍ、Ｗｉは半導電性フ
ィルムｄ７）にわずかに接しているため、高い抵抗値を
示すが、これらの間に圧力が発生し、ゴム板ｑすにより
′半導電性フィルムｑηが第３（２）（ｄ）に示す電極
（イ）〜（２）に加圧されると、［極間の抵抗値は、低
下する。この圧力が上昇するにしたがってこの抵抗値が
低下する。この抵抗値と圧力との間には、ある圧力範囲
において関連をもたせることができる。この場合、第２
図れ）に示す各圧力検出素子０４において半田はカマボ
コ形状にすれば、広い範囲の圧力に対し抵抗変化を検出
しうるようになる。

こうして実際に対象物（８）全つかみ、第３図（ａ）。

（力、　（Ｑ）に示すような、６種類の力（Ｘ、Ｙ・・
・）が力センサ（６）　、　（７）に発生した場合につ
いて説明する。

Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれ１ぼ液内な圧力であり、α。

β、γは、回転モーメントである。そうした各種の力が
発生したときに個々の電極（イ２２ロ、ハ・・）の抵抗
値の変化を示したものが第６図であり、この場合、第６
図左欄が一方の力センサ（６）に、また、第６図右欄が
他方の力センサ（７）に対応し、また、図示した（→は
、抵抗増加であシ、←）は抵抗低下を示す。さらに、（
イ）〜（４）は、第３図（的に示す電極配置を、各力セ
ンサ（ａ）　、　（７）について示したものである。し
たがって、第６図中の（ト）は正に、（→は、反転した
うえで第５図の演算器（イ）に信号を加え合わせ、これ
により、ｘ、ｙ、ｚ、α、β、γの６種類の力會それぞ
れ分離した形で検出できるものとされている。

なお、上記実施例では、突状ピースミυ側に絶縁基板（
１３Ａ）〜（１３Ｅ）を、また、グリッパ支持枠（至）
側にゴム板ａＱを貼りつけであるが、その逆に配置して
もよいし、ま九、上記では、ゴム板Ｍとしであるが、よ
シ硬いものでもよく、しかも、貼シ付は状態は、九とえ
ば、グリッパ支持枠ＱＩ１９の全面に貼シ付けるもので
もよい。さらに、半導電性フィルムαηは、上記以外の
組成のものでもよく、また、圧力検出素子０４の配列パ
ターンも上記実施例以外のものでもよい。さらに、上記
では、６種類の分力？すべて測定するものとし念が、そ
れが５種以下の場合もある。また、上記実施例では、先
端グリップ部（９）側を箱形の凹状とし、グリップアー
ム（３）側を凸状としたが、第７図のように、凹凸の関
係を逆にしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明し友ように、この発明によれば、開閉するグリ
ップアーふと、その先端の先端グリップ部とを、複数の
対向面を介して嵌合させるとともに、各対向面間に、複
数の向きの力を個別に検出する分力検出回路に接続され
る圧力検出素子を配列することによシ、高感度の検出能
力をもちながら、安価でメンテナンス性に優れ、とくに
、複数の分力を検出できる汎用型のロボット用力七ンサ
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はロボットのつかみ機Ｓを示し、第１図（ａ）は
その正面図、第１図Ｃ）はその底面図、第２図は力セン
サ部分を示し、第２図（ａ）はその縦断正面図、第２図
（力は第２図（ａ）のＩ善−ＩＡ線に沿う横断平面図、
第２図（Ｃ）は第２図（ａ）の１ｃ−１ｃ線に沿う縦断
面図、第３図は対象物からかかる力の種類を示し、第３
図（ａ）はその正面図、第３図（イ）はその右側面図、
第３図（０）はその底面図、第３図（ｄ）は電極配置を
示し、第４図および第５図はその分力検出回路図、第６
図は６種類の分力と各電極における抵抗の増減との関係
を表わした検出比較図、第７図は力センサの嵌合構造に
ついての他の一例を示した縦断正面図である。 （３）　、　（４）は、グリップアーム、（６）　、　
（７）は、力センサ、（９）、（１１は、先端グリップ
部、０４１は、圧力検出素子である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　大　岩　増　雄 αυ 第１図 （ａ） （ｂ） （Ｊ（Ｊ（Ｊ（Ｊ　ｕ（Ｊ（Ｊ（Ｊ ベ　セ 手続補正書（自発） １１ｉ”ｆｎ　５９ｓ、　９１３゜ 特許庁長官殿 １、事件の表示　１．￥願昭５９−０７５２２４号２、
発明の名称 ロボット用カセンサ ３、補正をする者 代表者片１１１仁八部 ５、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄。 ６、補正の内容 Ａ、明細書： （１）第８頁第１５行目； 「半円はカマポコ形状にすれば、」とあるのを「絶縁板
−にの銅箔面を半田付けすればその断面は、カマポコ形
状となり広い圧力範囲において接触する面積が変化する
ため」と訂正します。 以　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）開閉されるグリップアームと、その先端の先端グ
   リップ部とを、複数の対向面を介して嵌合させるととも
   に、各対向面間に、複数の向きの力を個別に検出する分
   力検出回路に接続される圧力検出素子を配列してなるロ
   ボット用力センサ。