JPS61237029A - Multi-direction force detector - Google Patents

Multi-direction force detector

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JPS61237029A
JPS61237029A JP60079540A JP7954085A JPS61237029A JP S61237029 A JPS61237029 A JP S61237029A JP 60079540 A JP60079540 A JP 60079540A JP 7954085 A JP7954085 A JP 7954085A JP S61237029 A JPS61237029 A JP S61237029A
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JP
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spacer
force
moment
spacers
cross
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Tatsuo Suzuki
健生 鈴木
Eiji Zenpo
善甫 英治
Masaru Ogasawara
勝 小笠原
Tadataka Noguchi
忠隆 野口
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Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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    • G01L5/16Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/161Apparatus 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
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    • G01L5/162Apparatus 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 piezoresistors

Abstract

PURPOSE:To detect force in three ways and moments therearound in three ways, by arranging spacers in a detector unit formed in a Roberval's parallel motion mechanism in a cross so as to be orthogonal to each other in a hollow part of other detectors. CONSTITUTION:When a force Fx vertical to an X-way plate spring 7 works on a load flange 2, the force Fx trasmits sequentially to Y-way plate springs 6 and 6a, a cross spacer 5 and X-way plate springs 7 and 7a through a spacer 3. Here, as a spacer 4, the plate springs 6 and 6a and the spacer 5 in the transmission path of the force, the deflection thereof having a sufficient rigidity with respect to the force Fx is very limited and in stead, the plate spring 7 alone having no enough rigidity causes a bend distortion, with the result that an output is drawn from a bridge circuit of a strain gauge 9 stuck on the plate spring 7. When a moment Mx around the force Fx works on the flange 2, a lateral spacer 5b of the cross spacer 5 parallel with the force Fy causes a bend distortion and the moment Mx is detected with a bridge circuit of a strain gauge 11 stuck on the lateral spacer 5b. The forces in the ways Y and Z are detected likewise.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直交するX、Y、Z方向の力とこれらの方向ま
わりのモーメントとの6方向の力の検出を行う多方向検
出器に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a multidirectional detector that detects forces in six directions, including forces in orthogonal X, Y, and Z directions and moments around these directions. It is.

(従来技術と問題点) 従来、6方向の力の検出を行なうには、直交する三方向
の力およびこれらの方向まわりのモーメントに対して撓
み易い起歪体を6個使用し、この起歪体の撓みの大きな
位置に歪ゲージを貼着するか、あるいは、金属等の単一
のブロック体を削り出して三方向の力およびこれらの方
向まわりのモーメントに対して撓み易い部分を形成し、
歪ゲージを貼着して出力を得るものである。
(Prior art and problems) Conventionally, in order to detect forces in six directions, six strain-generating bodies that are easily deflected by forces in three orthogonal directions and moments around these directions are used, and the strain-generating bodies are Attach a strain gauge to a position of the body where the bending is large, or carve out a single block of metal or the like to form a part that is easily deflected by forces in three directions and moments around these directions.
The output is obtained by attaching a strain gauge.

しかしながら、前者の検出器にあっては起歪体の数が多
く、検出器全体が大きく、かつ複雑となるため起歪体の
連結が難しい、という問題点がある。又、後者の検出器
にあっては全ての撓み部分が繋がっているため、−の方
向の力に対して、その力を検出する歪ゲージのみならず
、他の方向の力を検出する歪ゲージもクロスト−りとし
て出力される。このため、このクロストークの彰智を消
去する必要があり、前以って較正を行って較正定数を定
め、この較正定数を介して演算処理を行うため、リアル
タイムで出力ができない、という問題点がある。
However, the former detector has a problem in that it has a large number of strain-generating bodies, making the entire detector large and complex, making it difficult to connect the strain-generating bodies. In addition, in the latter detector, all the bending parts are connected, so for force in the - direction, there is a strain gauge that detects not only that force but also a strain gauge that detects force in other directions. is also output as crosstalk. For this reason, it is necessary to eliminate this crosstalk, and since calibration is performed in advance to determine a calibration constant, and arithmetic processing is performed via this calibration constant, there is a problem that output cannot be performed in real time. be.

(発明の目的) 本発明は上記問題点に鑑みてなされ、コンパクトな構成
とすることができ、かつX、Y、Z方向の力のみならず
、各方向まわりのモーメントの力をリアルタイムで出力
ができる多方向力検出器を提供することを目的としてい
る。・ (発明の概要) 上記目的を達成するため、本発明による多方向力検出器
は、平行な2枚の板ばねの両端部に剛性の高いスペーサ
を取り付けて、所謂、ロバ−パル機構に構成された2つ
の検出器ユニットを組み合わせたものであり、各検出器
ユニットのスペーサが他の検出器ユニットの中空部内を
直交するように貫通すると共に、この貫通したスペーサ
が十字状に交差した状態で相互に一体化され、かつ十字
状態に交差したスペーサおよび前記板ばねにX。
(Object of the Invention) The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, has a compact configuration, and can output not only forces in the X, Y, and Z directions, but also moment forces around each direction in real time. The purpose is to provide a multidirectional force detector that can - (Summary of the invention) In order to achieve the above object, the multidirectional force detector according to the present invention is configured into a so-called donkey-pal mechanism by attaching highly rigid spacers to both ends of two parallel leaf springs. The spacer of each detector unit penetrates the hollow part of the other detector unit orthogonally, and the spacers that have passed through the spacer intersect in a cross shape. X on the spacers and the leaf springs that are integrated with each other and intersect in a criss-cross pattern.

Y、Z方向の力を検出する応力検出素子およびこれらの
方向まわりのモーメントを検出するモーメント検出素子
を取り付けたことを特徴としている。
It is characterized by being equipped with a stress detection element that detects forces in the Y and Z directions and a moment detection element that detects moments around these directions.

(実施例) 以下、本発明による多方向力検出器を添付図面を参照し
て詳述する。
(Example) Hereinafter, a multidirectional force detector according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明の一実施例の分解斜視図、第2図はその
組付は状態の斜視図である。この実施例の検出器は円盤
状の固定フランジ1と、力が作用する円盤状の負荷フラ
ンジ2と、これらのフランジ1,2間に配設される第1
の検出器ユニットおよび第2の検出器ユニットとからな
っている。第1の検出器ユニットは上下に位置した2枚
の平行な板ばね7,7aと、この板ばね7,7aの左端
部にプレート14およびねじ15によって固着されるス
ペーサ3と、同様に右端部に固着される十字形スペーサ
5とからなっている。ここで、十字形スペーサ5は縦ス
ペーサ5aと、この縦スペーサ5aに直交するように前
後の水平方向にねじあるいは溶接等で取り付けられる横
スペーサ5bとからなり、縦スペーサ5aが上下に位置
した前記板ばね7,7aに連結されている。従って、板
ばね7,7a、スペーサ3および十字形スペーサ5の縦
スペーサ5aによりて0バ一パル機構が形成されるもの
である。そして、このロバ−パル機構においては、スペ
ーサ3.5aの剛性は板ばね7に比べて十分に^く撓み
が少なくなるようになっている。さらに上方の板ばね7
の表・裏面の2箇所に4枚の歪ゲージ等の応力検出素子
9が貼着され、この応力検出素子9間にブリッジ回路を
形成してモーメントの影響が消去されるようになってい
る。この応力検出素子9は後述するようにX方向の力F
Xを検出するものである。
FIG. 1 is an exploded perspective view of one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of the assembled state. The detector of this embodiment includes a disk-shaped fixed flange 1, a disk-shaped load flange 2 on which force acts, and a first flange disposed between these flanges 1 and 2.
and a second detector unit. The first detector unit includes two parallel leaf springs 7, 7a located above and below, a spacer 3 fixed to the left end of the leaf springs 7, 7a by a plate 14 and a screw 15, and a spacer 3 fixed to the right end of the leaf springs 7, 7a. It consists of a cross-shaped spacer 5 fixed to. Here, the cross-shaped spacer 5 is composed of a vertical spacer 5a and a horizontal spacer 5b that is attached by screws or welding in the front and rear horizontal direction so as to be orthogonal to the vertical spacer 5a. It is connected to leaf springs 7, 7a. Therefore, the leaf springs 7, 7a, the spacer 3, and the vertical spacer 5a of the cross-shaped spacer 5 form a zero-bappal mechanism. In this donkey pal mechanism, the rigidity of the spacer 3.5a is sufficiently higher than that of the leaf spring 7, so that the spacer 3.5a is less susceptible to deflection. Further upward leaf spring 7
Four stress detecting elements 9 such as strain gauges are attached to two places on the front and back surfaces of the sensor, and a bridge circuit is formed between the stress detecting elements 9 to eliminate the influence of moment. This stress detection element 9 has a force F in the X direction as described later.
This is to detect X.

第2の検出器ユニットは前後方向に位置した2枚の板ば
ね6.6aと、この板ばね6,6aの右端部に水平方向
に取り付けられる剛性の大きなスペーサ4と、前記第1
の検出器ユニットに連結された前記十字形スペーサ5と
からなっており、十字形スペーサ5の横スペーサ5bが
板ばね6゜6aの左端部に連結されている。従って、こ
の検出器ユニットもロバ−パル機構をなしているが、十
字形スペーサ5がスペーサ3および4の内側に位置して
おり、その縦スペーサ5aと横スペサー5bは外側のス
ペーサ3.4に対し内側に位置する内側スペーサとなっ
ている。又、板ばねの内、前方の板ばね6の表・裏面の
2箇所にブリッジ回路が形成された歪ゲージ等の応力検
出素子8が4枚貼看され、Y方向の力F「を検出するよ
うになっている。なお、かかる板ばね6,6aとスペー
サ4および5bとの連結は第1の検出器ユニットと同様
にプレート14およびねじ15を介して行われるもので
ある。
The second detector unit includes two leaf springs 6.6a located in the front-rear direction, a spacer 4 with high rigidity attached horizontally to the right end of the leaf springs 6, 6a, and the first detector unit.
The horizontal spacer 5b of the cross-shaped spacer 5 is connected to the left end of the leaf spring 6.degree. 6a. Therefore, this detector unit also has a donkey-pal mechanism, but the cross-shaped spacer 5 is located inside the spacers 3 and 4, and the vertical spacer 5a and the horizontal spacer 5b are located on the outside spacer 3.4. On the other hand, it is an inner spacer located on the inner side. In addition, four stress detection elements 8 such as strain gauges with bridge circuits formed are pasted on two places on the front and back surfaces of the front leaf spring 6 among the leaf springs, and detect the force F in the Y direction. Note that the connection between the leaf springs 6, 6a and the spacers 4 and 5b is performed via the plate 14 and the screw 15, similarly to the first detector unit.

前記固定フランジ1は第1の検出器ユニットの外側のス
ペーサ3に、又、負荷フランジ2は第2の検出器ユニッ
ト外側のスペーサ4にそれぞれねじ16によって取り付
けられる。そして、これらの外側スペーサ3.4の内側
の十字形スペーサ5の縦スペーサ5aの前後に位置する
面の上下にはブリッジ回路を形成する4枚の歪ゲージ等
の応力検出素子10が貼着されて2方向の力Fzの検出
を行うようになっている。さらに、この縦スペーサ5a
の左右に位置する面の上下にはY方向まわりのモーメン
トMyを検出するモーメント検出素子12が取り付けら
れ、十字形スペーサ5の横スペーサ5bの左右に位置す
る面の両端部にはX方向まわりのモーメントMXを検出
するモーメント検出素子11が取り付けられている。そ
して、縦スペーサ5aと横スペーサ5bとが十字状に交
わる連設部分の前後の面に、2方向まわりのモーメント
Mzを検出するモーメント検出素子13が取付けられて
いる。これらのモーメント検出素子11.12.13は
いずれも前記応力検出素子と同様に歪ゲージが使用され
、1のモーメント検出素子につきブリッジ回路を形成す
る4枚の歪ゲージが対称位置に貼着されるものである。
The fixing flange 1 is attached to the spacer 3 on the outside of the first detector unit, and the load flange 2 is attached to the spacer 4 on the outside of the second detector unit by screws 16, respectively. Four stress detecting elements 10 such as strain gauges forming a bridge circuit are attached to the upper and lower surfaces of the cross-shaped spacer 5 inside these outer spacers 3.4 located before and after the vertical spacer 5a. force Fz in two directions is detected. Furthermore, this vertical spacer 5a
Moment detection elements 12 for detecting the moment My around the Y direction are attached to the top and bottom of the surfaces located on the left and right sides of the horizontal spacer 5b. A moment detection element 11 for detecting moment MX is attached. Moment detection elements 13 for detecting moments Mz in two directions are attached to the front and rear surfaces of the continuous portion where the vertical spacer 5a and the horizontal spacer 5b intersect in a cross shape. For each of these moment detection elements 11, 12, and 13, strain gauges are used like the stress detection elements, and four strain gauges forming a bridge circuit are attached at symmetrical positions for each moment detection element. It is something.

なお、かかるモーメント検出素子の内、モーメントMX
In addition, among such moment detection elements, moment MX
.

Myを検出する歪ゲージ11.12は2方向の力1”z
による曲げ歪みも検出するが、この曲げ歪みは消去する
よう、にブリッジ回路が形成され、モーメントMzを検
出する歪ゲージ13は捩り歪みを検出するようにブリッ
ジ回路が形成されている。
The strain gauge 11.12 that detects My is a force 1”z in two directions.
A bridge circuit is formed to eliminate this bending strain, and a bridge circuit is formed to detect torsional strain in the strain gauge 13 that detects the moment Mz.

さらに、外側に位置するスペーサ3および4の、内側の
十字形スペーサ5と対向する内側々面部分には切欠き3
a、4aがそれぞれ形成され、切欠き3a、4a内に十
字形スペーサ5の縦スペーサ5aおよび横スペーサ5b
が間隔を有して入り込んでいる。これにより、過負荷が
かかったとき、内側のスペーサが外側のスペーサの切欠
き3a。
Furthermore, notches 3 are formed in the inner surfaces of the spacers 3 and 4 located on the outer side, which face the inner cross-shaped spacer 5.
a, 4a are formed respectively, and a vertical spacer 5a and a horizontal spacer 5b of the cross-shaped spacer 5 are formed in the notches 3a, 4a.
are inserted at intervals. As a result, when an overload is applied, the inner spacer cuts out the notch 3a of the outer spacer.

4aに係合して、ストッパーとすることができると共に
、X方向およびY方向の板ばねに設置するそれぞれの応
力検出素子の長手方向の位置ずれを小さくでき、力の検
出誤差が小さくなり、又、検出器全体の長さも短くなっ
ている。
4a, it can be used as a stopper, and the displacement in the longitudinal direction of each stress detection element installed in the leaf spring in the X direction and the Y direction can be reduced, and the force detection error can be reduced. , the overall length of the detector is also shorter.

次に、以上のように構成された本実施例によって直交す
るX、Y、Zの3方向の力FX 、 FV 。
Next, forces FX, FV in three orthogonal directions of X, Y, and Z are generated by this embodiment configured as described above.

Fzを検出する作動を説明する。The operation of detecting Fz will be explained.

X方向板ばね7に対して垂直方向の力Fxが負荷フラン
ジ2に作用すると、その4FXはスペーサ4を介してY
方向板ばね6.6a、十字形スペーサ5、X方向板ばね
7.7aへと順に伝わっていく。その際、力の伝達通路
にあるスペーサ4、Y方向板ばね6,6aおよび十字形
スペーサ5は、力Fxに対して十分な剛性を有している
ので撓みは無視できる程微小であり、力FXに対して十
分な剛性を有していないX方向板ばね7のみに曲げ歪み
が生じ、その結果、このX方向板ばね7に貼着されてい
る歪ゲージ9のブリッジ回路のバランスがくずれて出力
が取り出される。
When a force Fx in a direction perpendicular to the X-direction leaf spring 7 acts on the load flange 2, the force 4FX is applied to the Y-direction through the spacer 4.
It is transmitted in order to the direction leaf spring 6.6a, the cross-shaped spacer 5, and the X direction leaf spring 7.7a. At this time, the spacer 4, the Y-direction leaf springs 6, 6a, and the cross-shaped spacer 5 in the force transmission path have sufficient rigidity against the force Fx, so the deflection is so small that it can be ignored. Bending strain occurs only in the X-direction leaf spring 7, which does not have sufficient rigidity for FX, and as a result, the bridge circuit of the strain gauge 9 attached to the X-direction leaf spring 7 loses its balance. Output is retrieved.

また、Y方向の板ばね6に対して垂直方向の力Fyが負
荷フランジ2に作用すると、その力Fyは力Fxの場合
と同様に、スペーサ4を介してY方向板ばね6−6 a
 s+十字形スペーサ、X方向板ばね7,7aへと順に
伝わっていくが、スペーサ4.十字形スペーサ5および
X方向板ばね7゜7aは力Fyに対して十分な剛性を有
しているので、撓みは極めて無視できる程微小で、従っ
て、力Fyに対して十分な剛性を有していないY方向板
ばね6のみが撓んで曲げ歪みを生じ、その結果、このY
方向板ばね6に貼着している歪ゲージ8bのブリッジ回
路のバランスがくずれて出力が取り出される。そして、
このような力1”xおよびFyの検出位置とも力の負荷
位置からの距離が短くモーメントの影響を無視でき、従
って、力とモーメントを分離する演算が不要で、リアル
タイムで検出値を出力することができる。
Further, when a force Fy in a direction perpendicular to the leaf spring 6 in the Y direction acts on the load flange 2, the force Fy is applied to the leaf spring 6-6 a in the Y direction via the spacer 4, as in the case of the force Fx.
It is transmitted in order to the s+ cross-shaped spacer and the X-direction leaf springs 7 and 7a, but the spacer 4. Since the cross-shaped spacer 5 and the X-direction leaf spring 7°7a have sufficient rigidity against the force Fy, the deflection is so small that it can be ignored, and therefore, they have sufficient rigidity against the force Fy. Only the Y-direction leaf spring 6 that is not in the
The bridge circuit of the strain gauge 8b attached to the directional plate spring 6 is unbalanced, and an output is taken out. and,
The detection positions of such forces 1"x and Fy are both short distances from the force load position and the influence of moment can be ignored. Therefore, there is no need for calculations to separate force and moment, and the detected values can be output in real time. I can do it.

ざらに力Fx、Fyに垂直な力Fzが負荷フランジ2に
作用すると、この力FZはFxと同様な経路で十字形ス
ペーサ5まで伝わる。この十字形スペーサ5は力Fx、
Fyに対しては十分な剛性を有しているためほとんど撓
まないが、力FZに対する剛性はこれらに比べて弱く撓
むため、剪断歪みと曲げ歪みが生じる。そして、歪ゲー
ジ10が十字形スペーサの縦スペーサ5aの前後の面に
貼着されているため、この、剪断歪みを検出し、力Fz
が検出される。なお、いずれの方向の力においても、モ
ーメントの影響はプ7リツジ回路を組む方法によって容
易に消去されるものである。
When a force Fz roughly perpendicular to the forces Fx and Fy acts on the load flange 2, this force FZ is transmitted to the cruciform spacer 5 along the same path as Fx. This cross-shaped spacer 5 has a force Fx,
Since it has sufficient rigidity against Fy, it hardly bends, but its rigidity against force FZ causes it to bend weakly compared to these, so shearing strain and bending strain occur. Since the strain gauge 10 is attached to the front and rear surfaces of the vertical spacer 5a of the cross-shaped spacer, this shear strain is detected and the force Fz
is detected. Incidentally, in any direction of force, the influence of moment can be easily canceled out by the method of assembling the bridge circuit.

次に、X、Y、Z方向まわりのモーメントMX。Next, the moment MX around the X, Y, and Z directions.

My 、Mzを検出する作動について説明する。The operation of detecting My and Mz will be explained.

力FxまわりのモーメントMxが負荷フランジ2に作用
すると、力Fyと平行な十字形スペーサ″5の横スペー
サ5bに曲げ歪みを生じ、横スペサ−5bに貼着された
歪ゲージ11のブリッジ回路によってモーメントMXが
検出される。この場合、十字形スペーサ5は力Fzによ
っても曲げ歪みを生じるが、この歪みの影響を消去する
ようにブリッジ回路が形成されているため検出すること
がない。又、前後位置に平行に設けられた板ばね6゜6
aにも、モーメントMytより単純な引張歪み、圧縮歪
みが生じるが、板ばね6に貼着された4枚の歪ゲージ8
は°曲げ歪みのみを検出するようにブリッジ回路が形成
されているからモーメントMXの影響を受けることがな
い。
When the moment Mx around the force Fx acts on the load flange 2, bending strain is generated in the horizontal spacer 5b of the cross-shaped spacer ``5'' parallel to the force Fy, and the bridge circuit of the strain gauge 11 attached to the horizontal spacer 5b causes a bending strain. The moment MX is detected. In this case, the cross-shaped spacer 5 is also subjected to bending distortion due to the force Fz, but it is not detected because the bridge circuit is formed to eliminate the influence of this distortion. Leaf spring 6゜6 installed parallel to the front and rear positions
Tensile strain and compressive strain that are simpler than the moment Myt also occur in a, but the four strain gauges 8 attached to the leaf spring 6
Since the bridge circuit is formed to detect only bending strain, it is not affected by the moment MX.

力FyまわりのモーメントMyが負荷フランジに作用す
ると、モーメントMxの場合と同様に、力1”xと平行
な十字形スペーサ5の縦スペーサ5aに曲げ歪みが生じ
、4枚の歪ゲージ12からなるブリッジ回路によって検
出される。この場合、十字形スペーサ5は力Fzによっ
ても曲げ歪みを生じるが、この歪みの影響を消去するよ
うにブリッジ回路が形成されているため検出することが
できない。またモーメントMYによって上下に位置した
板ばね7.7aに単純な引張や圧縮歪みが生じるが、板
ばね7に貼着された4枚の歪ゲージ9は曲げ歪みのみを
検出するようにブリッジ回路が形成されているからモー
メントMyの影響を受けない。
When a moment My around a force Fy acts on the load flange, bending strain occurs in the vertical spacer 5a of the cross-shaped spacer 5 parallel to the force 1"x, and the spacer 5a, which is made up of four strain gauges 12, is parallel to the force 1"x. It is detected by the bridge circuit. In this case, the cross-shaped spacer 5 also causes bending distortion due to the force Fz, but it cannot be detected because the bridge circuit is formed to cancel the influence of this distortion. Simple tensile or compressive strain occurs in the leaf springs 7.7a located above and below due to MY, but a bridge circuit is formed in the four strain gauges 9 attached to the leaf spring 7 to detect only bending strain. Because it is, it is not affected by the moment My.

さらに、力FzまわりのモーメントMZが負荷フランジ
2に作用すると、十字形スペーサ5の縦スペーサ5aと
横スペーサ5bとの連設部分に捩り歪みが発生し、貼着
された4枚の歪ゲージ13によってモーメントMZが検
出される。なお、この連設部分の歪ゲージ13は剪断歪
みを受けることから、直交状に重ねた2枚の歪ゲージを
1組とし、これを縦スペーサ5aの前後の面に貼着して
もよい。同様に縦スペーサ5aに貼着された歪ゲージ1
0も直交状に重ねた歪ゲージを使用することができる。
Furthermore, when the moment MZ around the force Fz acts on the load flange 2, torsional strain occurs in the part where the vertical spacer 5a and the horizontal spacer 5b of the cross-shaped spacer 5 are connected, and the four strain gauges 13 attached The moment MZ is detected by. Note that since the strain gauge 13 in this continuous portion is subjected to shear strain, a set of two strain gauges stacked orthogonally may be attached to the front and rear surfaces of the vertical spacer 5a. Strain gauge 1 similarly attached to vertical spacer 5a
0 can also use orthogonally stacked strain gauges.

第3図ないし第5図はそれぞれ本発明の別の実施例の斜
視図であり、前記実施例と同一の部分は同一の符号で対
応させである。
3 to 5 are perspective views of other embodiments of the present invention, and the same parts as in the previous embodiment are designated by the same reference numerals and correspond to each other.

第3図の実施例は歪ゲージの貼着位置を変更した実施例
である。この実施例では力Fx、Fyを検出する歪ゲー
ジ9.8は前記実施例と同一箇所に貼着されるが、縦ス
ペーサ5aの左右の面に貼着される歪ゲージ20が力F
zを検出する応力検出素子となっている。又、モーメン
トMXを検出するモーメント検出素子である歪ゲージ2
2は、力Fyを検出する板ばね6と平行な板ばね6aの
表・裏に21所ずつ貼着され、モーメントMyを検出す
る歪みゲージ21は力FXを検出する板ばね7と平行な
板ばね7aに貼着され、モーメントMZを検出する歪ゲ
ージ23が横スペーサ5bの上下面に貼着されている。
The embodiment shown in FIG. 3 is an embodiment in which the position at which the strain gauge is attached is changed. In this embodiment, the strain gauges 9.8 for detecting the forces Fx and Fy are attached to the same locations as in the previous embodiment, but the strain gauges 20 attached to the left and right surfaces of the vertical spacer 5a are
It serves as a stress detection element that detects z. In addition, a strain gauge 2 which is a moment detection element that detects moment MX
2 is attached at 21 places on the front and back sides of a leaf spring 6a parallel to the leaf spring 6 that detects the force Fy, and the strain gauge 21 that detects the moment My is a plate parallel to the leaf spring 7 that detects the force FX. Strain gauges 23, which are attached to the spring 7a and detect the moment MZ, are attached to the upper and lower surfaces of the horizontal spacer 5b.

この実施例では力FX 、FVは前記実施例と同様に検
出されるから、その説明を省略するが、以下、FZ、モ
ーメントMX 、MV 、MZの検出について説明する
In this embodiment, the forces FX and FV are detected in the same manner as in the previous embodiment, so their explanation will be omitted, but the detection of FZ, moments MX, MV and MZ will be explained below.

まず、力FZが負荷フランジ2に作用すると、板ばね6
を介して十字形スペーサ5および板ばね7へ伝わる。こ
こで、各板ばね6,7は十字形スペーサ5の縦スペーサ
5aに対して十分な剛性があり、その撓みが小さく無視
され、十字形スペーサ5の縦スペーサ5aが撓んで曲げ
歪みを生じる。
First, when force FZ acts on load flange 2, leaf spring 6
is transmitted to the cruciform spacer 5 and the leaf spring 7 via. Here, each leaf spring 6, 7 has sufficient rigidity with respect to the vertical spacer 5a of the cross-shaped spacer 5, and its deflection is small and can be ignored, and the vertical spacer 5a of the cross-shaped spacer 5 bends and causes bending distortion.

このため、縦スペーサ5aに貼着しである4枚の歪ゲー
ジ20のブリッジ回路で力FZが検出される。この場合
、十字形スペーサ5の縦スペーサ5aは力Fyまわりの
モーメントMyによっても曲げ歪みを生じるが、歪ゲー
ジのブリッジ回路の形成においてモーメントMVの影響
を消去でき、又、力FxまわりのモーメントMXに対し
ても歪ゲージ20が感度を生じない方向に貼着しである
ので、モーメントMX 、MYの影響を受けることはな
い。
Therefore, the force FZ is detected by a bridge circuit of four strain gauges 20 attached to the vertical spacer 5a. In this case, the vertical spacer 5a of the cross-shaped spacer 5 is also subjected to bending strain due to the moment My around the force Fy, but the influence of the moment MV can be eliminated in forming the bridge circuit of the strain gauge, and the moment MX around the force Fx Since the strain gauge 20 is attached in a direction that does not cause sensitivity, it is not affected by the moments MX and MY.

負荷フランジ2に力FXまわりのモーメントMXが作用
すると平行な2枚の板ばね6.6aにそれぞれ引張、圧
縮の歪みを生じるが、板ばね7゜7aや十字形スペーサ
はこの方向には十分な剛性があるため、撓みが小さく無
視できる。一方、板ばね6aに貼着された歪ゲージ22
により、引張歪みが検出され、モーメントMxの検出が
行われる。ここで同時に曲げ歪みも発生ずるが、歪ゲー
ジ22のブリッジ回路により、この曲げ歪みは消去され
る。
When the moment MX around the force FX acts on the load flange 2, tensile and compressive strains are generated in the two parallel leaf springs 6.6a, but the leaf springs 7.7a and the cruciform spacer are sufficient in this direction. Due to its rigidity, deflection is small and can be ignored. On the other hand, the strain gauge 22 attached to the leaf spring 6a
Accordingly, the tensile strain is detected and the moment Mx is detected. At this time, bending strain also occurs, but this bending strain is eliminated by the bridge circuit of the strain gauge 22.

負荷フランジ2に力FyまわりのモーメントMVが作用
すると板ばね7,7aにそれぞれ引張、圧縮歪みを生じ
るが、板ばね6.6aや十字形スペーサはこの方向には
十分な剛性があるので撓みが小さく無視できる。一方、
板ばね7aに貼着された歪ゲージ21により、引張歪み
、圧縮歪みが検出され、モーメントMvの検出が行われ
る。ここで同時に曲げ歪みも発生するが、この曲げ歪み
は歪ゲージ21のブリッジ回路によって消去される。負
荷フランジ2に力FZまわりのモーメントMzが作用す
ると十字形スペーサ5の横スペーサ5bに最も大きな曲
げ歪みが生じるので、貼着しである4枚の歪ゲージ23
からなるブリッジ回路によりモーメントMZが検出され
る。この場合において、各板ばね6.6a、7.7aお
よび縦スペーサ5aに貼、看しである歪ゲージはいずれ
もモーメントMZに対して感度を持たない方向なので影
響は受けることがない。
When the moment MV around the force Fy acts on the load flange 2, tensile and compressive strains occur in the leaf springs 7 and 7a, respectively, but the leaf springs 6.6a and the cruciform spacer have sufficient rigidity in this direction, so they do not bend. Small and can be ignored. on the other hand,
A strain gauge 21 attached to the leaf spring 7a detects tensile strain and compressive strain, and detects moment Mv. At this time, bending strain also occurs, but this bending strain is eliminated by the bridge circuit of the strain gauge 21. When the moment Mz around the force FZ acts on the load flange 2, the largest bending strain occurs in the horizontal spacer 5b of the cross-shaped spacer 5, so the four strain gauges 23 that are attached are
The moment MZ is detected by a bridge circuit consisting of: In this case, the strain gauges attached to each of the leaf springs 6.6a, 7.7a and the vertical spacer 5a are not affected by the moment MZ since they are all oriented in a direction that is not sensitive to the moment MZ.

第4図の実施例は十字形スペーサ5の縦スペーサ5aと
横スペーサ5bとが金属ブロック材の削り出しで一体的
に形成されており、一体構造のため、負荷時における板
ばねおよびスペーサ聞のずれが全くなくなり、高負荷時
における検出、精度が高くなっている。ここで、各板ば
ねはねじでそれぞれのスペーサに取り付けられる構造で
あり、歪ゲージの取り付けが精度よく、かつ容易に行わ
れる。なお、この実施例では外側のスペーサ3.4には
切欠きが形成されず、各スペーサと内側スペーサである
十字形スペーサ5との間に一定の隙間が形成されるよう
に組み立てられている。
In the embodiment shown in FIG. 4, the vertical spacer 5a and the horizontal spacer 5b of the cross-shaped spacer 5 are integrally formed by machining a metal block material, and because of the integral structure, the tension between the leaf spring and the spacer under load is There is no deviation at all, and detection accuracy is high under high loads. Here, each leaf spring has a structure in which it is attached to its respective spacer with a screw, so that the strain gauge can be attached accurately and easily. In this embodiment, no notch is formed in the outer spacers 3.4, and they are assembled so that a certain gap is formed between each spacer and the cross-shaped spacer 5, which is the inner spacer.

第5図の実施例は、板ばねおよび、スペーサからなる第
1の検出器ユニット、第2の検出器ユニット全体が金属
ブロック材からの削り出しで一体的に形成されている。
In the embodiment shown in FIG. 5, the entire first detector unit and second detector unit each consisting of a leaf spring and a spacer are integrally formed by machining from a metal block material.

従って、この実施例においても板ばね、スペーサ間のず
れがなくなり、検出精度が高くなる。
Therefore, in this embodiment as well, there is no misalignment between the leaf spring and the spacer, and the detection accuracy is increased.

な□お、本発明のそれぞれの実施例においては、十字状
に交差するスペーサの一方相手側スペーサと接する突部
を設はスペーサ間に間隔を設けて連設部を形成し、これ
により、力の負荷位置とX方向又はY方向の力の検出位
置との距離を短くし、モー丈ントの影響を小さくすると
共に、X方向およびY方向板ばねに設置するそれぞれの
応力検出素子の長手方向の位置ずれを小さくし、方向に
よる力の検出誤差を小さくしているが、第3図に示され
る実施例においては前記突部に歪みゲージを貼着しない
で、この突部は必ずしも設ける必要はない。又、本発明
においては応力検出素子およびモーメント検出素子とし
て歪ゲージを使用しないで、半導体ゲージ等の他の応力
検出素子を使用しでもよく、板ばねに貼着しないで金R
II!を板ばねに直接に蒸着してもよい。
Note that in each of the embodiments of the present invention, one of the spacers intersecting in a criss-cross pattern is provided with a protrusion that contacts the other spacer, and a space is provided between the spacers to form a continuous portion, thereby reducing the force. The distance between the load position and the force detection position in the X direction or Y direction is shortened to reduce the influence of moment length, and the longitudinal direction of each stress detection element installed in the X direction and Y direction leaf springs is shortened. Although the positional deviation is reduced and the force detection error due to direction is reduced, in the embodiment shown in FIG. 3, the strain gauge is not attached to the protrusion, and it is not necessary to provide this protrusion. . Furthermore, in the present invention, instead of using strain gauges as stress detection elements and moment detection elements, other stress detection elements such as semiconductor gauges may be used.
II! may be deposited directly on the leaf spring.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のとおり、本発明によれば、ロバ−パル機構に形成
された検出器ユニットのスペーサを他の検出器ユニット
の中空部内を直交するように十字状に組み立てたから直
交する三方向の力および三方向まわりのモーメントを検
出することができると共に、それぞれの力の検出点の長
手方向の位置ずれを非常に小さくして検出することがで
き、リアルタイムで出力することもでき、かつ方向によ
る力の検出、誤差を小さくして力を検出することができ
る。また、直交する三方向の力およびこれらのモーメン
トも検出することができ、しがもこれらの多方向の力の
検出を非常にコンパクトな構造で行うことができる。さ
らにコンパクトな構造であるため、例えば産業用ロボッ
トの手首に取り付け、負荷フランジにグリッパ等の加工
具を取り付けることもできる。
As described above, according to the present invention, since the spacer of the detector unit formed in the donkey pal mechanism is assembled in a cross shape so as to be perpendicular to the inside of the hollow part of the other detector unit, forces in three orthogonal directions can be applied. It is possible to detect the moment around the direction, and it is also possible to detect the position of each force detection point with very small displacement in the longitudinal direction.It is also possible to output it in real time, and it is possible to detect the force according to the direction. , it is possible to detect force with small errors. In addition, forces in three orthogonal directions and their moments can also be detected, and these multidirectional forces can be detected with a very compact structure. Furthermore, since it has a compact structure, it can be attached to the wrist of an industrial robot, for example, and a processing tool such as a gripper can be attached to the load flange.

そして、加工具によって、例えば嵌め合い作業を行わせ
ると、平行な位置誤差は押し込む方向の力として検出で
□き、傾き誤差はモーメントとして検出できるので、検
出器からの信号によりロボットの動作を修正して、短時
間のうちに嵌め合い作業を完了することができる。従っ
て、組み立て作業等においてワークの位置精度やロボッ
トの停止精度を高めることなく作業効率を向上できる。
Then, when a processing tool is used to perform a fitting operation, for example, a parallel position error can be detected as a force in the pushing direction, and a tilt error can be detected as a moment, so the robot's motion can be corrected using the signal from the detector. The fitting work can be completed in a short time. Therefore, work efficiency can be improved during assembly work, etc., without increasing the positional accuracy of the workpiece or the stopping accuracy of the robot.

更に、本発明の検出器は−の力に対する他の力やモーメ
ントへのクロストークが小さいのでこれらの値□を較正
する計算機等が不要となり、較正のための処理時間も必
要としない。
Furthermore, since the detector of the present invention has a small crosstalk with other forces and moments relative to the negative force, there is no need for a calculator or the like to calibrate these values □, and no processing time is required for calibration.

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

第1図および第2図は本発明の多方向力検出器の一実施
例の分解斜視図およびその組み立て斜視図、第3図は別
の実施例の分解斜視図、第4図および第5図はいずれも
さらに別の実施例の斜視図である。 1・・・固定フランジ、2・・・負荷フランジ、3.4
・・・スペーサ、5・・・十字形スペーサ、5a・・・
縦スペーサ、5b・・・横スペーサ、6.6a、7.7
a・・・板ばね、8.9.1o: 20−・・応力検出
素子、11.12.13,2°1,22.23・・・モ
ーメント検出素子。
1 and 2 are an exploded perspective view and an assembled perspective view of one embodiment of the multidirectional force detector of the present invention, FIG. 3 is an exploded perspective view of another embodiment, and FIGS. 4 and 5. Both are perspective views of still other embodiments. 1... Fixed flange, 2... Load flange, 3.4
...Spacer, 5...Cross-shaped spacer, 5a...
Vertical spacer, 5b...Horizontal spacer, 6.6a, 7.7
a... Leaf spring, 8.9.1o: 20-... Stress detection element, 11.12.13, 2°1, 22.23... Moment detection element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、平行な2枚の板ばね間の両端部にそれぞれ剛性の高
いスペーサを設けて構成したロバーバル機構の第1およ
び第2の検出器ユニットからなり、これらの第1および
第2の検出器ユニットのそれぞれの一方のスペーサが相
手方検出器ユニットの中空部内を貫通しかつ垂直の位置
関係に配設されるとともに、それぞれの中空部内を貫通
したそれぞれのスペーサがスペーサの中央部において十
字状に交差した状態で一体的に構成され、前記第1およ
び第2の検出器ユニットの板ばねおよび十字状に交差し
たスペーサの適宜の箇所にX、Y、Z方向の力を検出す
る応力検出素子およびX、Y、Z方向まわりのモーメン
トを検出するモーメント検出素子を設置したことを特徴
とする多方向力検出器。 2、前記第1および第2の検出器ユニットにおける板ば
ねおよびスペーサをそれぞれ別個に形成し、ねじ締めで
構成している特許請求の範囲第1項記載の多方向力検出
器。 3、十字状に交差させ、かつ固定する2つのスペーサを
金属ブロックからの削り出しで一体構成している特許請
求の範囲第2項記載の多方向力検出器。 4、前記第1項および第2の検出器ユニット全体を、金
属ブロック材からの削り出しで一体構成している特許請
求の範囲第1項記載の多方向力検出器。 5、十字状に交差するそれぞれのスペーサを、間隔を設
けて一体的に構成している特許請求の範囲第1項ないし
第4項のいずれかの項に記載の多方向力検出器。 6、十字状に交差するそれぞれのスペーサのいずれか一
方の、相手側スペーサと接する部分に突部を設けている
特許請求の範囲第2項もしくは第5項に記載の多方向力
検出器。 7、第1および第2の検出器ユニットのそれぞれの外側
スペーサの、他方側検出器ユニットの内側スペーサと対
向する内側々面部分に切欠きを設け、これらの切欠き内
に間隔を隔てて他方側検出器ユニットの内側スペーサを
入り込ませている特許請求の範囲第1項ないし第6項の
いずれかの項に記載の多方向力検出器。 8、第1および第2の検出器ユニットのそれぞれの外側
スペーサの外側面に取付フランジを取り付けている特許
請求の範囲第1項ないし第7項いずれかの項に記載の多
方向力検出器。 9、前記モーメント検出素子がいずれも十字状に交差し
たスペーサに取り付けられている特許請求の範囲第1項
ないし第8項いずれかの項に記載の多方向力検出器。 10、X、Y方向まわりのモーメントの検出を行うモー
メント検出素子が板ばねに取り付けられ、Z方向まわり
のモーメントの検出を行うモーメント検出素子が十字状
に交差したスペーサに取り付けられている特許請求の範
囲第1項ないし第8項のいずかの項に記載の多方向力検
出器。 11、応力検出素子およびモーメント検出素子が歪ゲー
ジである特許請求の範囲第1項ないし第10項のいずれ
かの項に記載の多方向力検出器。
[Claims] 1. Consisting of first and second detector units of a Roberval mechanism, each of which is constructed by providing highly rigid spacers at both ends between two parallel leaf springs; One spacer of each of the second detector units passes through the hollow portion of the other detector unit and is arranged in a vertical positional relationship, and each spacer that penetrates the respective hollow portions extends through the center of the spacer. The plate springs of the first and second detector units and the spacers intersected in a cross shape are integrally configured in a cross-shaped manner at appropriate locations to detect forces in the X, Y, and Z directions. A multidirectional force detector characterized in that a stress detection element and a moment detection element for detecting moments around the X, Y, and Z directions are installed. 2. The multidirectional force detector according to claim 1, wherein the leaf springs and spacers in the first and second detector units are each formed separately and configured with screws. 3. The multidirectional force detector according to claim 2, wherein the two spacers intersecting and fixed in a cross shape are integrally formed by cutting out a metal block. 4. The multidirectional force detector according to claim 1, wherein the first and second detector units are integrally formed by cutting out a metal block material. 5. The multidirectional force detector according to any one of claims 1 to 4, wherein the spacers intersecting each other in a criss-cross pattern are integrally configured at intervals. 6. The multidirectional force detector according to claim 2 or 5, wherein one of the spacers intersecting in a criss-cross pattern is provided with a protrusion in a portion that contacts the other spacer. 7. A notch is provided in each of the inner side surfaces of the outer spacer of the first and second detector units facing the inner spacer of the other detector unit, and the other side is spaced apart from each other within these notches. A multidirectional force detector according to any one of claims 1 to 6, in which an inner spacer of the side detector unit is inserted. 8. The multidirectional force detector according to any one of claims 1 to 7, wherein a mounting flange is attached to the outer surface of each outer spacer of the first and second detector units. 9. The multidirectional force detector according to any one of claims 1 to 8, wherein the moment detection elements are all attached to crisscross spacers. 10. A patent claim in which a moment detection element for detecting moments in the X and Y directions is attached to a leaf spring, and a moment detection element for detecting moments in the Z direction is attached to spacers crossed in a cross shape. A multidirectional force detector according to any one of ranges 1 to 8. 11. The multidirectional force detector according to any one of claims 1 to 10, wherein the stress detection element and the moment detection element are strain gauges.
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