JPS62162492A - 力検出装置 - Google Patents

力検出装置

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JPS62162492A
JPS62162492A JP374486A JP374486A JPS62162492A JP S62162492 A JPS62162492 A JP S62162492A JP 374486 A JP374486 A JP 374486A JP 374486 A JP374486 A JP 374486A JP S62162492 A JPS62162492 A JP S62162492A
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JP
Japan
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detection
force
bridge
strain
strain gauges
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Application number
JP374486A
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English (en)
Inventor
勲 長谷川
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Tateisi Electronics Co
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Publication date
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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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、例えば産業用ロボットに適用し、ロボット
の手先部に作用する力やモーメントを検出するのに用い
る力検出装置に関する。
(発明の背景〉 産業用ロボットにおいては、ロボット手先部の作業動作
を制御するために、ロボットの手先部に作用する力やモ
ーメントを検出するための力検出装置が必要である。第
9図は、産業用ロボットの一例を示しており、複数の関
節を有するロボットアーム1の先端に把持機構11によ
り開閉動作するロボット手先部10が取付けられている
。図示のロボットは、ロボット手先部10で部品4をつ
かみ、基台2上へ供給された物体3の内孔へこの部品4
を挿入する作業を繰返し実行している。このロボット手
先部lOとロボットアーム1との間には力センサ5が配
備してあり、この力センサ5は、作業中に部品4と物体
3との間に作用する力やモーメントを検出して、両者間
の位置ずれ状態を検出し、検出情報をコンピュータを用
いた制御回路へ入力して、ロボットの作業動作を修正制
御する。
従来の力センサの一つに米国ドレイパー研究所で開発さ
れたものがある。これは、第10図に示すように、2個
のリング8a、8bをつなぐ3木の柱8cに6)Jlの
歪ゲージ9を貼着したものであり、3本の柱の歪(引張
、圧縮、捩れ)をこれら歪ゲージ9により検出して、2
個のリング3a、3b間に働く6自由度の外力(X。
Y、Z軸方向の力とその軸回りのモーメント)を算出す
るものである。第11図に示す別の従来例においては、
4本の放射状に延びたビーム12の曲げ歪と、4本の垂
直に延びた柱13の曲げ歪を8ケ所の歪ゲージ14で検
出し、中心の軸15に加わる6自由度の外力を算出して
いる。
上記従来の力センサは、1つのセンサ(ブリッジ)に複
数軸の力および各軸まわりのモーメントが作用するため
に複雑な変換マトリクスを必要とし、断る演算のため検
出のサンプリング時間に制約を受ける。
しかも、1軸のみの力は精度よ(検出できるが、合成荷
重或いは分力が作用すると互いに干渉するため、一般に
は干渉補正演算を行なわなければ精度が期待できないと
いう欠点がある。
更に、1つのセンサに力およびモーメントが同時に作用
するため、その配分が難しく、力とモーメントとで検出
精度、分解能が異なるという欠点がある。
〈発明の目的〉 この発明は、上記の問題に鑑み、3軸の力および各軸ま
わりのモーメントと1対lに対応し、他軸の干渉を受け
ないブリッジ構成を施こすことにより、複雑な変換マト
リクスや干渉補正演算を必要とせず、高速且つ高精度な
力検出を実現し得る新規な力検出装置を提供することを
目的とする。
〈発明の構成および効果〉 上記目的を達成するため、この発明では、一体結合した
2個の検出ビームからなり、両検出ビームは、それぞれ
結合軸部とこの結合軸部を囲むリング状取付部材との間
に互いに直角をなす4本の弾性ビームを一体に備え、一
方の検出ビームの各弾性ビームには両側面に、他方の検
出ビームの各弾性ビームには上下面に歪ゲージを配設し
てブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路に対し、直
交する3軸の力および各軸まわりのモーメントを独立し
て検出するブリッジを構成して成る。
上記の構成によると、この発明では、6軸の力、モーメ
ントと1対1に対応するブリッジ構成としたため、複雑
な変換マトリクスや干渉補正演算を必要とせず、従って
高速動作を実現する。しかも、歪ゲージの位置校正は、
6軸の力、モーメントを各々単独に加え、増幅器のゲイ
ンを調整するだけでよく、また、ソフトウェアにて感度
調整を行う場合、単独荷重を加えるだけで達成できる。
更に、本発明では、6軸の力、モーメントと1対1に対
応するブリッジ構成としたため、アナログ出力のまま使
用できる等、構成簡易にして発明目的を達成した効果を
奏する。
〈実施例の説明〉 第1図は、この発明にかかる力検出装置を示す。
該力検出装置は一体結合した2個の検出ビーム5a、5
bにて構成される。
一方の検出ビーム5aは、第2図、第3図に示す如く、
中心部に結合軸部51、この軸部51を囲む外周部に略
角形リング状の取付部材52、軸部51と取付部材52
との間に互いに直角をなす4本の弾性ビーム53を一体
に備え、各弾性ビーム53に3枚1組の歪ゲージSl”
312を張設して、第7図(1)に示すブリッジ回路6
を構成する。歪ゲージS、とS2およびS:lとs4お
よびS、とS6およびs7とsllは、各弾性ビーム5
3の垂直面をなす両側面の対向位置に貼設してブリ・7
ジ61,62を構成し、直交する2軸の力Fx、Fyを
検出するようになすと共に、歪ゲージS、〜S1□は、
各弾性ビーム53に交互に表、裏面に貼設してブリッジ
63を構成し、前記2軸と直交する軸まわりのモーメン
トM zを検出するようになす。
他方の検出ビーム5bは、中心部に結合軸部51、この
軸部51を囲む外周部に円形リング状の取付部材52、
軸部51と取付部材52との間に直角をなす4本の弾性
ビーム53を一体に備え、各弾性ビーム53には前記と
同様、3枚1組の歪ゲージT、〜T12を貼設して、第
7図(2)に示すブリッジ回路6を構成する。歪ゲージ
T4とT2およびT、とT4およびT5とT。
およびT、とT8は、各弾性ビーム53の水平面をなす
上下面の対向位置に貼設してブリ・ソジ64.65を構
成し、直交する2軸まわりのモーメントMx、Myを検
出するようになすと共に、歪ゲージT、〜T1□は、各
弾性ビーム53に交互に上下面に張設してブリ・ンジ6
6を構成し、前記2軸と直交する軸の力Fzを検出する
ようになしている。
上記両検出ビーム5a、5bは、第1図に示す如く両軸
部51を締付軸54にて一体結合し、一方の取付部材5
2をロボットアームに、他方の取付部材52をハンド把
持機構に取付けられる。
第6図は6自由度の力、モーメントの関係を示しており
、図中FM 、Fv 、FzはX軸、Y軸、Z軸の各軸
方向の力を、またMx 、  Mv 。
M2はX軸、Y軸、Z軸の各軸まわりのモーメントを示
している。
第8図はこの実施例の回路構成例を示し、電源7に対し
6組の歪検出ブリッジ61〜66が接続されている。各
歪検出ブリッジ61〜6Gの出力は増巾器67で増幅さ
れた後、マルチプレクサ回路68、サンプルホールド回
路69を介してA/D変換器70に入力され、ディジタ
ル信号に変換の後、コンピュータ回路71に送られる。
次に6自由度の力の検出について説明する。
今、検出ビームに力Fxが作用した場合についてみると
、検出ビーム5aにおいて、歪ゲージS+ 、Sb、S
+1は引張り歪を受け、その抵抗値はF、に比例して増
大し、一方、Sz 、S5゜S、は圧縮歪を受けその抵
抗値はFMに比例して減少する。従って、第7図(1)
に示すブリ・ノジ構成において、歪ゲージSL 、Sz
 、Ss 、S&でブリッジ61を形成したFxout
のみが変化し、Fxの大きさに比例した出力が得られる
このとき、M2検出用のブリッジ63は、歪ゲージS+
+とS9が互いに引張り、圧縮の逆の歪を検出するため
互いに打消し合い、M2outの出力は変化しない。更
にこのとき、歪ゲージs3.S、、S、。には極めて微
少な横方向の引張り歪が、歪ゲージSt、Sa、St□
には圧縮歪が発生するが、S、とS4.SyとSs。
ShoとS1□が互いに打消し合うためFy、M2は検
出しない。
同様に力F、が作用した時は、歪ゲージS3+S4.S
? 、Saでブリッジ62を形成したFy検出用のFy
Outの出力のみが変化する。次にモーメントM2が作
用した場合、歪ゲージS。
とSllが引張り歪、Sl。とS1□が圧縮歪を受けて
M2検出用のM2outの出力が変化する。このとき、
歪ゲージ81〜Sllも各々引張り、圧縮歪を受けるが
、互いに打消し合って出力は変化しない。
検出ビーム5bはMx 、Mv 、Fzを検出するもの
で、第7図(2)のブリッジ64.65.66によって
Mx 、Mv 、Fzの出力を単独に検出し、この出力
をマルチプレクサ68、サンプルホールド回路69、A
/D変換器70によりディジタル信号に変換してコンピ
ュータ回路71に入力し、6自由度の力、モーメントを
コントロールするものである。
尚、実施に際しては、ブリッジ回路6の各増巾器67に
それぞれ電圧/周波数変換器を接続し、その出力をコン
ピュータ回路71に設けた6個のカウンタにて計数する
も前述同様にディジタル信号に変換し得る。更にまた、
ロボットの制御部がアナログ回路で形成されている場合
、各増巾器67の出力をそのままロボットの制御回路に
接続し、6自由度の力、モーメントを直接制御すること
も勿論可能である。
本発明は上記の如く、一体結合した2個の検出ビーム5
a、5bからなり、各検出ビーム5a、5bはそれぞれ
結合軸部51と、この軸部51を囲むリング状取付部材
52との間に直角をなす4木の弾性ビーム53を一体に
備え、一方の検出ビーム5aの各弾性ビーム53には両
側面に、他方の検出ビーム5bの各弾性ビーム53には
上下面に歪ゲージS1〜S1□、T1〜TI□を配設し
てブリッジ回路6を構成し、このブリッジ回路6に対し
、直交する3軸方向の力、および各軸まわりのモーメン
トを独立して検出するブリッジ61〜66を構成したか
ら、従来装置の如(複雑な変換マトリクスおよび干渉補
正演算を必要とせず、従って高速且つ高精度な力検出を
実現する。
しかも、組立に際し、歪ゲージの位置校正は、6軸の力
、モーメントを各々単独に加え、項中器のゲインを調整
するだけで達成でき、作業性を向上する等、構成簡易に
して発明目的を達成した効果を有す。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明にがかる力検出装置の一部を断面に表
した図、第2図は力検出装置を構成する検出ビームの平
面図、第3図は第2図中■−■線に沿う断面図、第4図
は対をなす検出ビームの平面図、第5図は第4図中V−
V線に沿う断面図、第6図は6自由度の力、モーメント
の関係を示す図、第7図はブリッジ構成を示す図、第8
図は回路構成例を示すブロック図、第9図は産業用ロボ
ットの一例を示す図、第10図および第11図は従来の
力センサを示す斜面図である。 5a 、5b・・・・検出ビーム 51・・・・結合軸部    52・・・・取付部材5
3・・・・弾性ビーム S1〜SI□+ Tl〜T1□・・・・歪ゲージ6・・
・・ブリッジ回路 61〜66・・・・ブリッジ →71’Z2<t) 絨出こ−t、j;(zの)′九ンjコメト智ホず図に →り!;Zl  (z) ネ鉗本ヒームj5bの7′リッジ−B泊譬を示す)2に

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 一体結合した2個の検出ビームの一方をロボットアーム
    、他方をロボットハンドに取付けて力およびモーメント
    を検出する装置であって、両検出ビームは、それぞれ結
    合軸部とこの結合軸部を囲むリング状取付部材との間に
    直角をなす4本の弾性ビームを一体に備え、一方の検出
    ビームの各弾性ビームには両側面に、他方の検出ビーム
    の各弾性ビームには上下面に歪ゲージを配設して歪検出
    用ブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路には、直交
    する3軸の力および各軸まわりのモーメントを独立して
    検出するブリッジを構成して成るを特徴とする力検出装
    置。
JP374486A 1986-01-10 1986-01-10 力検出装置 Pending JPS62162492A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006258155A (ja) * 2005-03-16 2006-09-28 Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd 細径配管接続用コネクタ
JP2017064878A (ja) * 2015-10-02 2017-04-06 ファナック株式会社 ロボットを操作するハンドルを備えたロボット用操作装置

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US10300608B2 (en) 2015-10-02 2019-05-28 Fanuc Corporation Robot operating apparatus provided with handles for operating robot
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