JPS61292028A

JPS61292028A - 力検出装置

Info

Publication number: JPS61292028A
Application number: JP60122738A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Asakawa; 浅川　和雄; Nobuhiko Onda; 信彦恩田; Tadashi Akita; 正秋田; Toru Kamata; 徹鎌田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1985-06-07
Filing date: 1985-06-07
Publication date: 1986-12-22
Also published as: JPH0523377B2

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】〔目　次〕・概要・産業上の利用分野・従来技術・発明が解決しようとする問題点・問題点を解決するための手段・作用・実施例・発明の効果〔概　要〕相互に直交するｘ、ｙ、Ｘ方向に変位可能な平行板バネ
によりｘ、Ｘ方向の十字形状体を構成し、十字各辺の平
行板ハネ上に歪ゲージ等の変位検知手段を設け、十字中
央に検出すべき力を作用させ、十字各辺端部を各辺の長
軸例りに回転可能に支持する。これにより力の各方向成
分および各軸廻りのトルクが相互に干渉することなく最
小数の変位検知手段により検知され各方向の力成分およ
びトルクが高速で計測される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、例えばロボットのアーム先端に設けたロボッ
トハンドに加わる外力の検出装置に関するものである。

近年、産業用ロボットの製造ラインへの導入が盛んに行
なわれている。しかしながら、位置制御型のロボットで
は環境からの拘束力に関係なく動作してしまうため、微
妙な力加減を要する組立ラインの自動化への）Ｈ人は極
めて困難である。

これは、組立作業には、部品の嵌め合いゃ取（（Ｊけ作
業等のように部品の置かれた絶対的な位置精度より、相
対位置精度を必要とする作業か多いことによる。

もし部品の嵌め合いを位置制御型ロポノｌ□て実行する
ならば、組立対象から決る移動軌跡をロボット座標に対
して正確に記述し、且つ正確に先端を所定の軌跡通りに
制御しなげればならない。

ところが、実際の位置制御型のロボットでは、ロボット
自身が持つ機械的誤差や制御Ｊ−の誤差等により絶対的
位置精度を高くすること６３Ｆ極めて難しい。

この様なことから、組立ロボットでは、ロボッ１−と対
象物との間の相対位置誤差を補正あるいは吸収するため
のコンプライアンス機構がロボ・７１・とハンドとの間
の手首に設けられている。

しかしながら、この手首に設４Ｊられるコンプライアン
ス機構だけでは、誤差を補正あるいは吸収する量が極め
て微小であるため、ロポ、１・と対象物との間の相対位
置誤差が大きい場合、これを完全に補正あるいは吸収す
ることができない。

従って、前述した相対位置誤差を手首に生しる反力とし
て検出し、検出した反力をロボットにフィードバックし
て反力が零となるように位置補正させるための力検出装
置（センサ）が設＆ｊられている。いわゆるロボソ）・
の制御を位置制御がら力制御に移行させるようにしたも
のである。

尚、手首に設けられる力センサは剛体であることが望ま
しく、コンプライアンス機構でない方がよい。

〔従来技術〕

第１２図は、従来の力検出装置を備えたロボットの概略
を説明するための図である。

第１２図に示すロボットは、直交座標型の３軸ロボツト
である。

図において、１はロボット本体のベースであり、後述す
るアーム２を矢印Ａ（Ｘ軸）方向に駆動するＸ軸駆動源
（モータ）を有している。２は第１のアームであり、第
２のアーム３を矢印Ｂ　（Ｚ軸）方向に駆動するＸ軸駆
動源（モータ）を有し、・ベース１のＸ軸駆動源によっ
てＸ軸方向に移動する。

３は第２のアームであり、第１のアーム２に対し、矢印
Ｃ（Ｙ軸）方向に駆動するＹＩＩ！ｌｌＩ駆動源（モー
タ）を有し、Ｙ軸方向に移動するものである。

５は力検出装置であり、第２のアーム３の先端に設けら
れ、ハンド４に加えられる力を検出する。

ハンド４は、力検出装置５の先端に設けられる。

従って、ハンド４は第１のアーム２の左右動によってＸ
軸方向に位置決めがされ、第２のアーム３の前後動と上
下動によって各ｋＹ軸方向とＸ軸方向の位置決めがされ
、結果として３つの動作軸により３次元の位置決めがな
される。

６は物品であり、例えば丸棒で構成され、ハンド４に把
持される。７は部材であり、物品６が嵌め合わされる穴
８を有し、穴８にはテーバ而９を有している。

力検出装置５は、Ｘ方向に変位する平行板ハネ５ａ、Ｙ
方向に変位する平行板ハネ５ｂ、および上端又は下端に
設けたＺ方向に変位する十字形板ハネ（図示しない）に
より構成される。各板バネの適当な位置に歪ゲージ（図
示しない）を貼付して各方向の変位を検知する。

このような力検出装置５をロボットの手首部に設けて、
ロホソトにより物品６を部材７の穴８へ嵌入させる嵌合
作業を行わせる。物品６と穴８との相対位置誤差が生ず
るとハンド４に外力が加わり、これに応して力検出装置
５の各板ハネが変形し歪ゲージがその変位量を検出する
。この変位量に基いて、ｘ、ｙ、Ｚ方向の力の成分およ
びトルクを算出し、ハンドに加わる外力を打消す方向に
各アームを駆動制御しハンドを正しい位置に移動させる
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の力検出装置においては、１つの歪ゲージの出力に
複数の力成分が含まれているため、力ベクトルの各成分
を独立して検出することができない。従って、各歪ゲー
ジの出力に基いて各方向の力成分およびトルクを分離さ
せた出力を得るため複雑なマトリックス演算用回路を構
成しなければならず、また各歪ゲージの出力に基いて各
方向の力成分およびトルクを解析算出するためには極め
て複雑な演算式を導入しなげればならず演算に長時間を
要するものであった。従って、このような力検出装置を
ロボットの駆動制御用に用いた場合、制御回路が複雑と
なり、価格も高価となり、また外力の各成分の変換分離
に時間がかかり外力に対応して直ちにロボットを高速制
御することができない。

本発明は、上記従来技術の欠点に鑑み、Ｘ、Ｙ。

Ｚの各方向の力成分およびトルクを容易に分離して検出
可能な力検出装置の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明では、Ｘ方向に変位す
る平行板バネおよびＺ方向に変位する平行板バネからな
る２つの平行板バネ組体と、Ｙ方向に変位する平行板バ
ネおよびＺ方向に変位する平行板バネからなる２つの平
行板バネ組体とによすＸＹ方向の十字形状体を構成し、
各平行板バネ上の十字形状体上面又は側面の中心点に関
し対称な位置に変位検出手段を設け、該十字形状体の各
辺の端部を支持枠により保持し、該十字形状体の中央部
に検出すべき力の作用部材を連結し、上記十字形状体の
各辺を上記支持枠に対しｘ、Ｘ方向に沿った各辺の長手
方向軸廻りに回転可能に支持した力検出装置を提供する
。

〔作　用〕

十字形状体を構成する８個の平行板バネ（Ｘ方向２個、
Ｙ方向２個、Ｚ方向４個）の各々に貼付した歪ゲージは
、Ｚ方向板バネについては十字中心点に関し対称位置に
、Ｘ、Ｙ方向板バネについては十字形状体側面の中心に
関し対称位置に設けられ、検出すべき力は十字中心点に
作用させ、さらに、十字の各辺は長軸方向に回転可能に
支持されるため、例えばＸ軸廻りのトルクが作用した場
合、Ｘ軸方向の十字辺は自由に回転しこの十字辺上の歪
ゲージはこのトルクに何ら影響されず、これと直交する
Ｙ方向の十字辺上の歪ゲージのみが変形し出力を発する
。従って、各歪ゲージは各々一方向成分の力およびトル
クに対してのみ変形して出力を発するという作用が確実
に達成される。

〔実施例〕

第１図に本発明に係る力検出装置の構成を示す。

＋８１図は上面図（Ｚ方向から見た図）　、ｉｂ１図は
（８１図のｎ−ｎ矢視図、＋０１図は（８１図のｍ−ｍ
矢視図である。力検出装置１０は、Ｘ方向に変位する平
行板バネ１３およびＺ方向に変位する平行板バネ１２か
らなる２組のＹ方向の平行板バネ組体と、Ｙ方向に変位
する平行板バネ１１およびＺ方向に変位する平行板バネ
１２からなる２組のＸ方向の平行板バネ組体とを十字形
状体の各４辺として構成される。このような各平行板バ
ネは、矩形断面の十字形金属ブロックの各辺に相互に直
交する２つのコ字形スリット１７を放電加工等により形
成することにより作られる。このコ字形スリット１７の
内側は各平行板バネの変位規制部材（ストッパ）１４と
して作用する。即ち、各平行板バネ１１　、１２゜１３
は、力が加わって変形した場合この変位規制部材１４に
当接するとそれ以上は変形しない。スリット１７の幅を
適当に選定しておくことにより各平行板バネの変位を板
バネの弾性変形範囲内として板ハネの塑性変形、破断等
を防止できる。４つのＺ方向の各平行板バネ１２上には
十字形の中心点に関し対称位置に歪ゲージｅ１〜ｅ４が
貼付される。Ｘ方向に変位する各平行板バネ１３および
Ｙ方向に変位する各平行板バネ１１上には各々十字形状
体側面の中心に対し対称な位置に歪ゲージｅ５〜ｅ８が
貼付される。このような力検出装置１０は、第２図に示
すようにロボットの手首部に取付けられる。１８はロボ
ットのアームであり、アーム１８の先端に十字形状の支
持体１９が固定される。力検出装置１０はこの支持枠１
９に軸受１５ａ、１５ｂを介して各辺が支持枠に対し回
転可能に支持される。Ｘ方向およびＹ方向の各辺側端部
のうち一方の軸受１５ａは回転のみ行うように支持枠１
９に保持され、他の一方の軸受１５ｂは回転および軸方
向に摺動可能となるように支持枠１９に保持される。こ
れにより、平行板バネの変位動作を円滑化しかつ感度を
高めることができ、また平行板バネの変形に伴う中心位
置のずれを常に一定方向に保つことができ検出値のハラ
つきがなくなり検出の信顛性が向上する。十字形の力検
出装置１０の中央部にハンド２０が固定される。第１図
の１６はハンド固定用の孔である。２１　（第２図）は
指であり矢印り方向に開閉動作し物品を掴む。

力検出装置１０のＸ方向、Ｙ方向の各辺は支持枠１９に
対し回転可能に支持されているため一方の軸廻りのトル
クはその軸方向の支持枠に対し何ら力を与えず、これと
直角方向の支持枠に対してのみ力が加わり、直交する支
持枠各辺がトルクにより相互に干渉することばない。従
って、相互干渉防止のために支持枠１９の各辺を分離す
る必要はなく、第３図に示すように支持枠１９を一体的
に形成することができる。

以上のような構成の力検出装置の作用を第４図および第
５図を参照して説明する。なお、第４図、第４図（ａｌ
はＹ軸廻りのトルクが作用した状態を示す。ハンド２０
に矢印Ｅ方向のトルクが作用し、Ｙ軸に沿った十字の２
辺は軸受１５ａ、１５ｂを介して矢印Ｆのように回転す
る。従ってＸ軸に沿った十字の２辺端部には支持枠を介
してこのＥ方向のモーメントが作用し、平行板バネ１２
が図のように変形する。このため、歪ゲージｅ２および
ｅ４が変形して出力を発する。他の歪ゲージは変形せず
出力を発しない。

第４図（ｂ）はハンド２０に矢印Ｇ方向（Ｙ方向）に力
が作用した状態を示す。Ｘ軸に沿った十字の２辺端部に
支持枠を介して反力が作用し、平行板バネ１１が図のよ
うに変形する。従って、歪ゲージｅ７およびｅ８のみが
変形して出力を発し、他の歪ゲージは出力を発しない。

第５図（ａｌはハンド２０に矢印Ｈ方向（Ｚ方向）の力
が作用した状態を示す。Ｘ軸およびＹ軸に沿った十字の
４辺端部に支持枠を介して反力が作用し、４つの平行板
バネ１２　（２つのみ図示）が図のように変形する。従
って歪ゲージ８１〜ｅ４が変形して出力を発し、他の歪
ゲージは出力を発しない。

第５図（ｂ）はハンド２０に矢印Ｊ方向（Ｚ軸廻り）の
トルクが作用した状態を示す。十字の各４辺端部には支
持枠を介してモーメントが作用し、平行板バネ１１およ
び１３が図のように変形する。従って、歪ゲージｅ５〜
ｅ８が変形して出力を発し、他の歪ゲージは出力を発し
ない。

尚、支持枠は変形せず剛体であり、力センサを剛体とす
ることができる。

以上のような、ｘ、ｙ、ｚ各軸方向の力および各軸廻り
のトルクと各歪ゲージｅ１〜ｅｅとの対応関係に基いて
力ベクトルを算出する演算式を以下に示す。

以下余白（Ｉ４）とする。ただし、Ｆは力ベクトルであり、Ｆｘ　　。

Ｆｙ、ＦｚはＸ、Ｙ、Ｚ方向の力成分、Ｔｘ。

Ｔｙ、Ｔｚはｘ、ｙ、ｚ軸廻りのトルク成分である。Ｇ
は歪ゲージの出力電圧値に乗するゲインであり、縦の列
は上記力ベクトルの６つの各成分に対応し、横の行は８
個の歪ゲージｅ、〜ｅ８に対応する。Ｅは歪ゲージの出
力電圧である。上式を、本考案による力センサについて
解くと、以下の式％式％となる。即ち、Ｆｘ　ＮＦｚ　　、Ｔｘ　〜Ｔｚにおい
て、ゲインｇが０”になる部分がないことを示す。

例えば、Ｘ方向の力Ｆｘが加わる場合には、ｅＳ＋ｅ６
で示される歪ゲージからしか出力が得られないことを示
し、Ｘ軸廻りの力Ｔｘが加わる場合には、”！＋”３で
示される歪ゲージからしか出力が得られないことを示す
。

第６図は軸方向の力をトルクの影響なしに検出する手法
の説明図である。

第６図（ａｌは、力検出器３２０の角棒３２１に対して
Ｙ軸方向の力Ｆが加わった状態を示す図であり、第６図
Ｔｂｌは同様に角棒３２２に対して穴３３７の中心りを
中心として回転する方向の力Ｆが加わった状態を示す図
である。

図において、３２３〜３２６は平行板ばね体を示し、３
２３ａ　、　３２３ｂ　、　３２４ａ　、　−−−−−
−−−−−−３２６ｂは板ばねである。

３１４ｇ　、　３１４ｈ　、　３１４ｉ　、　３１４ｊ
は歪ゲージであり、夫々穴３３７の中心りを通る中心線
対象位置となるように貼付されている。すなわち、歪ゲ
ージ３１４ｇと３１４１、歪ゲージ３１４ｈと３１４ｊ
が中心点りを中心として中心点対象位置の板ばね３２６
ａと３２５ｂに貼付されている。尚、各歪ゲージ３１４
ｇ〜３１４ｊの抵抗値はＲとする。

また、各歪ゲージ３１４ｇ〜３１４ｊは第７図に示すブ
リッジ回路を構成するように、夫々の図示されざる出力
線が接続されている。

従って、第６図（ａ）に示すように、軸方向の力Ｆが加
わった場合、歪ゲージ３１４ｇ　、　３１４ｈは縮み状
態となるので、抵抗値は、（Ｒ−ΔＲ）となり、歪ゲー
ジ３１４ｉ　、　３１４ｊは伸び状態となるので、抵抗
値は、（Ｒ＋ΔＲ）となるので、第７図に示すブリッジ
回路の端子ａ−ｂ間の電圧は、（Ｒ−ΔＲ）ｉ−（Ｒ＋ΔＲ）ｉ−−２ΔＲｉとなる。

また、第６図山）に示すように回転方向の力、Ｆが加わ
った場合、歪ゲージ３１４ｇ　、　３１４ｈ及び歪ゲー
ジ３１４ｉ　、　３１４ｊは全て縮み状態となるので、
端子ａ−す間の電圧は、（Ｒ−ΔＲ）ｉ−（Ｒ−ΔＲ）ｉ＝Ｑとなる。

従って、歪ゲージ３１４ｇ〜３１４ｊを第６図のように
貼付して、第７図の如き、ブリッジ回路を構成すること
によりトルクの影響を受ける・ことなく、軸方向の力の
みを検出することができる。

尚、前述の説明については１軸（Ｙ軸）方向の場合につ
いてしか説明していないが、同様にして板ばね３２３ｈ
と３２４ｂ等に貼付することによって、ＸＹＺ軸方向の
力をトルクの影響なしに検出することができる。

第８図は軸回りのトルクを軸方向の力の影響なしに検出
する手法の説明図である。

第８図において、第６図と同一部分には同一番号を付す
ことにより説明は省略する。第６図と異なる点は、歪ゲ
ージ３１４ｉ　、　３１月が板ばね３２５ａに貼付され
ている点、すなわち、歪ゲージ３１４ｇ〜３１４ｊが板
ばねの同一面側が貼付されている点である。

また、夫々の歪ゲージ３１４ｇ〜３】４ｊは中心点りか
ら同一の距離となるように貼付されている。

更に、歪ゲージ３１４ｇ〜３１伺は第７図のようにブリ
ッジ回路を構成している。また歪ゲージ３１４ｇ〜３１
４ｊは第９図のように板ばねに貼イ」される。尚、同一
の歪ケージで複数のブリッジ回路を組むことはできない
ので、３１４ｈ　、　３１４ｇは別途貼付する必要があ
る。

従って、第８図ｆａｌに示すように軸方向の力Ｆが加わ
った場合、各歪ゲージ３１４ｇ〜３１４ｊは全て縮み状
態となるので、端子ａ−１〕間の電圧は、（Ｒ−ΔＲ）
ｉ−（Ｒ−ΔＲ）ｉ−０となる。

また、同様に第８図＋ｂ）に示すように軸回りの力Ｆが
加わった場合歪ゲージ３１４ｇ　、　３］、４ｈが縮め
状態となり、歪ゲージ３１４ｉ　、　３］４ｊが伸び状
態となるので、端子ａ−ｂ間の電圧は、（Ｒ−ΔＲ）ｉ−（Ｒ＋ΔＲ）−２ΔＲｉとなる。

従って、軸方向の力の影響を受けることなく、独立して
軸回りの力、すなわちトルクを検出することが可能とな
る。

尚、以上の説明において、歪ノｒ−シを中心点から等し
い距離の位置に配置するのは、同一の力に対して、同一
の電圧値になるようにするためである。すなわち、距離
が異なると仮ばねの変位量も異なるので、出力電圧が異
なるためである。

第１０図に、さらに歪ゲージの貼付側を示す。

３１４ｈ　、　３１４ｇ　、　３］４ｉ　、　３］４ｊ
の組合せでトルクのめを検出し、３１４ｈ　、　３１４
ｇ　、　（３１４ｉ）　、　（３］４ｊ）の組合せで力
のみを検出する。尚、同一の歪ゲージで複数のブリッジ
回路を組むことはできないので３１４ｈ　。

３１４ｇは別途貼付する必要がある。

第１０図は、第１図に示した力検出装置１０を備えたロ
ボットを駆動制御するだめの制御ブロック図である。

図において、１１５は操作パネルであり、支持部を構成
し、プレイバンク（再生）モード又はロボットに再生動
作すべき位置を教示するための教示モードを指定する釦
やハンド２０の位置や姿勢の記４□ａ１ハンド２０の開
又は閉動作をあるいはロボットの原点復帰を指令する相
等で構成され、オペレータが操作するものである。１１
６はメモリであり、教示データ等を格納している。１．
１７はマイクロプロセッサ（以下プロセッサと称する）
であり、プレイパンク時にメモリ１１６から教示データ
を読み出し、ハンド２０の指令軌道を作成して後述する
位置制御部へ送出したり、ハンド２０の開閉指令を後述
するハンド開閉部へ送出するものである。

【２１）１１８は位置制御部であり、プロセッサ１１７からの指
令軌道に従って位置又は速度制御するため、指令軌道の
各軸の移動量に対応する周波数のパルス列Ｖｘ、Ｖｙ、
Ｖｚに変換して出力ずろものであり、プロセッサ１１７
とによって主制御部を構成する。１１９ばハンド位置検
出部であり、現在のハンド２０の３次元位置（Ｘ、Ｙ、
Ｚ）を検出するため、各軸の駆動源（モータ）に設けら
れたエンコーダの出力Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚを受げ、各軸の
位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を検出するものである。１２０ば力
制御部であり、力検出袋ｆｆ１ｏに取付けられた各歪ゲ
ージの出力信号が入力され、各モジュール単位毎に構成
される公知のブリッジ回路を備えるものであり、Ｘ、Ｙ
、Ｚ軸方向の追従指令ＰＦｘ　　。

ＰＦｙ　　、　ＰＦｚを出力する。１２１はアーム駆動
回路であり、位置制御部１１８からの指令移動量Ｖｘ。

Ｖｙ、Ｖｚと力制御部１２０からの追従移動量ＰＦｘ　
。

ＰＦｙ　　、　ＰＦｚとの和によって各軸の駆動源をザ
ーボ駆動するものであり、各軸の駆動源とアーム駆動回
路１２１によってアーム駆動部を構成し、ベース１０１
、両アーム１０２　、１０３とアーム駆動部とによって
ハンド２０の駆動部を構成する。１２２はハン　Ｉ・開
閉部であり、プロセッサ１１．７のハンド開閉指令によ
り、ハンド２０を開閉駆動するものである。

１２４はハスであり、プロセッサ１１７とメモ！Ｊ１．
１．６、操作パネル１１５、位置制御部１１８、位置検
出部１１９、ハンド開閉部１２２とを接続するものであ
る。

第１１図は第１０図構成の力制御部１２０及びアーム駆
動回路１２１の詳細構成図であり、図中、第１Ｏ図と同
一のちのは同一の記号で示す。

図において、１２０ａは力成分検出回路であり、前述し
たように、各歪ケージの出力から各軸の力成分Ｆｘ、Ｆ
ｙ、Ｆｚを検出するものである。

１２０ｂ〜１２０ｄは各軸の追従指令発生回路であり、
各々力成分検出回路１２０ａからの力成分Ｆｘ、Ｆｙ。

Ｆｚからパルス列の追従指令ＰＦｘ　　、ＰＦｙ　　、
ＰＦＺを出力するものである。

各追従指令発生回路１２０ｂ〜１２０ｄは同一の構成で
あり、追従指令発生回路１２０ｂはゲイン調整用アンプ
２００ｂ　、　２０１ｂと電圧／周波数変換器（以下Ｖ
／Ｆコンバータと称する）　２０２ｂ　、　２０３ｂで
構成され、力成分Ｆｘが正の極性の時にはＶ／Ｆコンバ
ータ２０２ｂからその大きさに応じた周波数のパルス列
（アンプパルス）が、力成分Ｆｘが負の極性の時にはＶ
／Ｆコンバータ２０３ｂからその大きさに応じた周波数
のパルス列（ダウンパルス）が、追従指令ＰＦｘとして
出力される。１２１ａ〜１２１Ｃば、アーム駆動回路１
２１の各軸の駆動回路であり、同一の構成であり、追従
指令ＰＦｘ　　、　ＰＦｙ　　、　ＰＦＺと移動指令Ｖ
ｘ、Ｖｙ、Ｖｚとの和を受け、各軸駆動源の電流指令（
駆動信号）Ｓｘ　　、Ｓｙ　　、Ｓｚを各々出力するも
のである。

駆動回路１２１ａは一対のオア回路２１０ａ　、　２１
１ａとサーボ回路２１２ａとで構成され、オア回路２１
０ａは移動指令Ｖｘのアップパルスと追従指令ＰＲｘの
アップパルスの論理和をサーボ回路２１２ａへ与え、オ
ア回路２１１ａは移動指令Ｖｘのダウンパルスと追従指
令ＰＦｘのダウンパルスの論理和をサーボ回路２１２ａ
へ与えるものである。

一方、サーボ回路２１２ａはアップダウンカウンタと、
デジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａコンバータ）と、サ
ーボアンプで構成され、アップダウンカウンタがオア回
路２１０ａの出力をアップダウントし、オア回路２１１
ａの出力をダウンカウントすると共に、位置検出部１１
９からの位置パルスＰｘをダウン又はアップダウントシ
、指令位置と変位量との差を求め、Ｄ／Ａコンバータで
アナログ量に変換して、これをサーボアンプで増幅し、
電流指令を出力する周知のものである。

以上説明した構成において、ハンド２０に力が加わると
力検出装置１０から力の加わった方向に対する歪ケージ
から信号が出力され、力成分検出回路１２０ａに入力さ
れる。力成分検出回路１２０ａでは歪ゲージからの信号
に基づいて各軸の力成分Ｆｘ。

Ｆｙ、Ｆｚが検出され、各々は各軸の追従指令発生回路
１２０ｂ〜１２０ｄに入力される。

追従指令発生回路１２０ｈ〜１２０ｄは検出された力成
分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの極性に応じてアップ又はダウンパ
ルスをその大きさに応じた周波数で出力する。

このパルス列の追従指令は、通常の移動指令Ｖｘ−Ｖｚ
と同様に、駆動回路１２］ａ〜１２］−ｃに入力され、
各軸駆動源の電流指令（駆動信号）Ｓｘ　。

Ｓｙ、Ｓｚとして出力され、ハンド２０に加わった力が
零になる方向にロボットのＸ、Ｙ、Ｚ軸を駆動せしめる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る力検出装置は、互に
直交する方向に変位する２つの平行板ハネにより十字形
状体の各辺を構成し、十字形状体の中心点又は十字形状
体側面の中心に関し対称位置に歪ゲージ等の変位測定手
段を設け、十字の中央部に力を作用させ、十字各辺端部
を支持枠に対し各辺の長軸廻りに回転可能に支持してい
るため、各歪ゲージには１方向の力成分およびｌ・ルク
のみが作用し、他方向の力成分およびトルクは作用せず
、従って、複雑な回路を構成することなく単純な演算式
により短時間で力ベクトル成分が算出できる。このため
、ロボット等の外力検出に用いた場合、外力に対応して
直ちに外力を打消す方向にロボットを移動制御すること
ができ、ロボットの高速制御が可能となり、ロボットに
よる作業の信頼性が向上する。また、平行板バネを変位
規則手段（ストッパ）とともに形成しておけば、力検知
装置が塑性変形あるいは損壊することはなく安定した機
能が果される。また、十字形状体各辺の一方向に沿った
両端の軸受のうち一方の軸受を軸方向にスライド可能と
し他方を軸方向に固定することにより中心位置のずれは
一定方向に定まり、平行板バネが円滑に動作し検出の信
頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る力検出装置の構成図、第２図は第
１図の力検出装置を備えたロボットの手首の構成図、第
３図は第２図の一部を示す部分斜視図、第４図および第
５図は本発明の力検出装置の動作説明図、第６図は軸方
向の力の検出手法の説明図、第７図は歪ゲージのブロッ
ク回路図、第８図は軸廻りの力の検出手法の説明図、第
９図は歪ゲージの貼付説明図、第１０図は本発明が適用
されるロボットの制御ブロック図、第１１図は本発明が
適用されるロボットの駆動回路図、第１２図は従来技術
の説明図である。１０・・・力検出装置、１．１　、１２　、１３・・・
平行板ハネ、１４・・・変位規則部材、　１５ａ、１５
ｂ・・・軸受、８１〜ｅＺＯ・・・歪ゲージ、１７・・
・スリット、１８・・・アーム、　　　　　１９・・・
支持枠、２０・・・ハンド。

Claims

【特許請求の範囲】１、Ｘ方向に変位する平行板バネおよびＺ方向に変位す
る平行板バネからなる２つの平行板バネ組体と、Ｙ方向
に変位する平行板バネおよびＺ方向に変位する平行板バ
ネからなる２つの平行板バネ組体とによりＸＹ方向の十
字形状体を構成し、各平行板バネ上の十字形状体上面又
は側面の中心点に関し対称な位置の変位を検出する変位
検出手段を設け、該十字形状体の各辺の端部を支持枠に
より保持し、該十字形状体の中央部に検出すべき力の作
用部材を連結し、上記十字形状体の各辺を上記支持枠に
対しＸ、Ｙ方向に沿った各辺の長手方向軸廻りに回転可
能に支持した力検出装置。２、矩形断面の４辺からなる十字状構造体の４つの各辺
に互に直交する方向にコ字形スリットを設けることによ
り上記十字形状体各辺の２つの平行板バネを形成した特
許請求の範囲第１項記載の力検出装置。３、上記コ字形スリットの内側部材を平行板バネの変位
量を規制するためのストッパ手段とした特許請求の範囲
第２項記載の力検出装置。４、上記十字形状体のＸ方向およびＹ方向の各１辺は上
記支持枠に対し長手方向の軸方向に摺動可能とした特許
請求の範囲第１項記載の力検出装置。