JPS62215837A - 力検出装置 - Google Patents
力検出装置Info
- Publication number
- JPS62215837A JPS62215837A JP61058226A JP5822686A JPS62215837A JP S62215837 A JPS62215837 A JP S62215837A JP 61058226 A JP61058226 A JP 61058226A JP 5822686 A JP5822686 A JP 5822686A JP S62215837 A JPS62215837 A JP S62215837A
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- Japan
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- components
- strain gauges
- bridge circuit
- parallel springs
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- Pending
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 16
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000000178 monomer Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000009760 electrical discharge machining Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
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- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
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。
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
・従来の技術
・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〕
中心に関し対称配置の十字形平行板バネ組体の対称位置
の２組の平行バネの４枚の各板バネ上に歪ゲージを貼付
し、該歪ゲージにより定電圧駆動のブリッジ回路を構成
し、該ブリッジ回路の出力により、前記２組の平行バネ
に加わる力又はキーメントの一方の成分を分離して検出
可能としだ力検出装置。
の２組の平行バネの４枚の各板バネ上に歪ゲージを貼付
し、該歪ゲージにより定電圧駆動のブリッジ回路を構成
し、該ブリッジ回路の出力により、前記２組の平行バネ
に加わる力又はキーメントの一方の成分を分離して検出
可能としだ力検出装置。
本発明は、弾性体を介して物品を支持する支持構造にお
ける物品に対して加わる力を弾性体の変位により検出す
る力検出装置に関し、特に６軸成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各
々についての軸方向力成分および軸廻りモーメント成分
）を分離して検出可能な力検出装置に関する。
ける物品に対して加わる力を弾性体の変位により検出す
る力検出装置に関し、特に６軸成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各
々についての軸方向力成分および軸廻りモーメント成分
）を分離して検出可能な力検出装置に関する。
ロボットの手首には、作業中にハンド位置ずれ等に基く
ハンドに加わる力を吸収するためのコンプライアンス機
構が設けられている。このようなコンプライアンス機構
として複数の平行バネを組合せて構成したコンプライア
ンス機構は公知である。このコンプライアンス機構には
力検出装置が設けられ、コンプライアンス機構の変位を
検出し、これに暴きハンドに加わる力を算出し、この力
が零になる方向にハンドの位置をフィードバック制御し
ている。このようなフィードバック制御を行うためには
、ハンドに加わる力の６構成分を分離して検出しなけれ
ばならない。
ハンドに加わる力を吸収するためのコンプライアンス機
構が設けられている。このようなコンプライアンス機構
として複数の平行バネを組合せて構成したコンプライア
ンス機構は公知である。このコンプライアンス機構には
力検出装置が設けられ、コンプライアンス機構の変位を
検出し、これに暴きハンドに加わる力を算出し、この力
が零になる方向にハンドの位置をフィードバック制御し
ている。このようなフィードバック制御を行うためには
、ハンドに加わる力の６構成分を分離して検出しなけれ
ばならない。
従来のロボットのコンプライアンス機構における力検出
装置は、１構成分を検出するために１！Ｉｌｌの平行ハ
ネを用いていた。
装置は、１構成分を検出するために１！Ｉｌｌの平行ハ
ネを用いていた。
従来の力検出装置においては、１組の平行バ♀は１構成
分のみの検出しかできなかったため、６構成分をすべて
検出するためには平行バネを多店化して用いなければな
らず構造が複雑化していた。
分のみの検出しかできなかったため、６構成分をすべて
検出するためには平行バネを多店化して用いなければな
らず構造が複雑化していた。
本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであ
って、簡単な構造で、平行バネを用いて６構成分を分離
して検出可能な力検出装置の提供を目的とする。
って、簡単な構造で、平行バネを用いて６構成分を分離
して検出可能な力検出装置の提供を目的とする。
この目的を達成するため、本発明では、４本の弾性梁を
十字状に形成し、各弾性梁は相互に直交する２方向に変
位する２組の平行バネにより構成し、各弾性梁は中心に
関し対称形状とし、該対称位置の２組の平行バネの４枚
の各バネ片上に中心に関し対称位置に抵抗変化による変
位測定手段を設け、該４枚のハネ片上の変位測定手段に
より定電圧駆動のブリッジ回路を構成し、該ブリッジ回
路の出力により力を検出することを特徴とする力検出装
置を提供する。
十字状に形成し、各弾性梁は相互に直交する２方向に変
位する２組の平行バネにより構成し、各弾性梁は中心に
関し対称形状とし、該対称位置の２組の平行バネの４枚
の各バネ片上に中心に関し対称位置に抵抗変化による変
位測定手段を設け、該４枚のハネ片上の変位測定手段に
より定電圧駆動のブリッジ回路を構成し、該ブリッジ回
路の出力により力を検出することを特徴とする力検出装
置を提供する。
４枚の歪ゲージ等の変位測定手段によるブリッジ回路の
構成に応じて、多ブリッジ回路は平行バネに加わる軸方
向力成分又は軸廻りモーメント成分の一方に対応した出
力のみを発し、他方の成分に対しては出力が零になる。
構成に応じて、多ブリッジ回路は平行バネに加わる軸方
向力成分又は軸廻りモーメント成分の一方に対応した出
力のみを発し、他方の成分に対しては出力が零になる。
第１図は本発明に係る力検出装置が適用される支持構造
の分解斜視図である。相互に直交方向に変位可能な平行
バネ４ａ、４ｂからなる４本の弾性１ｔｌＯａ−１０ｄ
を十字状に形成して平行板バネ組体ＩＯが構成される。
の分解斜視図である。相互に直交方向に変位可能な平行
バネ４ａ、４ｂからなる４本の弾性１ｔｌＯａ−１０ｄ
を十字状に形成して平行板バネ組体ＩＯが構成される。
各平行バネは角棒材に放電加工等によりコ字状スリット
を穿設することにより形成される。この平行板バネ組体
ＩＯの一方の面に剛体からなる第１支持枠ｌが配設され
、他方の面に第１支持枠ｌと交差する方向に剛体からな
る第２支持枠２が配設される。第１支持枠ｌは平行板バ
ネ組体ＩＱの対向位置の弾性梁ＩＧａ、ＩＯＣの端部に
ネジ６で固定される。同様に第２支持枠２は別の対向位
置の弾性梁１０ａ、ｌＯｄの端部にネジ５で固定される
。第１支持枠ｌにはネジ７により中心支軸３が固定され
る。９は位置合せ用の突起であり、第１支持枠１に設け
た孔８に嵌入して位置決めが行われる。中心支軸３の端
部には矩形体１１が固定される。このような中心支軸３
は平行板バネ組体１０の中央貫通孔１４を貫通して設け
られる。第２支持枠２には中心支軸３の端部の矩形体１
１を受入れる凹所１２が形成されている。
を穿設することにより形成される。この平行板バネ組体
ＩＯの一方の面に剛体からなる第１支持枠ｌが配設され
、他方の面に第１支持枠ｌと交差する方向に剛体からな
る第２支持枠２が配設される。第１支持枠ｌは平行板バ
ネ組体ＩＱの対向位置の弾性梁ＩＧａ、ＩＯＣの端部に
ネジ６で固定される。同様に第２支持枠２は別の対向位
置の弾性梁１０ａ、ｌＯｄの端部にネジ５で固定される
。第１支持枠ｌにはネジ７により中心支軸３が固定され
る。９は位置合せ用の突起であり、第１支持枠１に設け
た孔８に嵌入して位置決めが行われる。中心支軸３の端
部には矩形体１１が固定される。このような中心支軸３
は平行板バネ組体１０の中央貫通孔１４を貫通して設け
られる。第２支持枠２には中心支軸３の端部の矩形体１
１を受入れる凹所１２が形成されている。
この凹所１２は矩形体１１の外形より大きく、矩形体１
１の４方向全外周に亘って凹所Ｉ２との間にクリアラン
ス（隙間）が形成される。従って矩形体１２は凹所１２
内で全方向にクリアランスに応じた長さだけ移動可能で
ある。第１支持枠ｌは図示しないロボットアームに連結
され、第２支持枠２は図示しないロボットハンドに連結
される。
１の４方向全外周に亘って凹所Ｉ２との間にクリアラン
ス（隙間）が形成される。従って矩形体１２は凹所１２
内で全方向にクリアランスに応じた長さだけ移動可能で
ある。第１支持枠ｌは図示しないロボットアームに連結
され、第２支持枠２は図示しないロボットハンドに連結
される。
Ｉ３はロボットハンドとの連結用ネジ貫通孔である。
十字状平行板ハネ組体１０の各弾性梁１０ａ −１０ｄ
には変位検出歪ゲージが貼付されている。これらの歪ゲ
ージは４枚１組で平行板バネ組体１０の中心から対称位
置に設けられ、図示しないブリッジ回路と組合せて、ｘ
、ｙ、ｚ方向の力およびＸ。
には変位検出歪ゲージが貼付されている。これらの歪ゲ
ージは４枚１組で平行板バネ組体１０の中心から対称位
置に設けられ、図示しないブリッジ回路と組合せて、ｘ
、ｙ、ｚ方向の力およびＸ。
ｙ、ｚ！ｔ＋ｆ［りのモーメントα、β、γの６つの力
成分を独立して検出するものである。
成分を独立して検出するものである。
以下この力検出装置について詳述する。
ロボットハンドに加わる力の６構成分、即ちＸ。
Ｙ、Ｙ軸の各軸方向力成分ｘ、ｙ、ｚおよびＸ。
Ｙ、Ｙ軸の各軸廻りモーメントα、β、γの各成分を検
出するための歪ゲージは４枚１組で対称位置の１対の平
行バネの４枚の各バネ枠上に１枚づつ貼付される。図の
例では、Ｘ軸方向の力成分Ｘを検出するための歪ゲージ
Ｘ、〜ｘ４が弾性梁１０ａ、１０ｃの対称位置の１対の
内側の平行ハネの各バネ片外側面上に貼付される。Ｘ軸
廻りのモーメント成分αを検出するための歪ゲージα１
〜α４は弾性梁１０ａ 、 １０ｃの外側の両平行ハネ
の各ハネ片外側面上に貼付される。同様にＹ軸、Ｙ軸に
ついての力成分ｙ、ｚおよびモーメント成分β、Ｔを検
出するための歪ゲージｙ１〜ｙａ、Ｚ＋ 〜ｚ４および
β１〜β４ 、Ｔ、〜Ｔ４が図示したように４枚１組で
対称位置の１対の平行バネの４枚の各バネ枠上に貼付さ
れる。
出するための歪ゲージは４枚１組で対称位置の１対の平
行バネの４枚の各バネ枠上に１枚づつ貼付される。図の
例では、Ｘ軸方向の力成分Ｘを検出するための歪ゲージ
Ｘ、〜ｘ４が弾性梁１０ａ、１０ｃの対称位置の１対の
内側の平行ハネの各バネ片外側面上に貼付される。Ｘ軸
廻りのモーメント成分αを検出するための歪ゲージα１
〜α４は弾性梁１０ａ 、 １０ｃの外側の両平行ハネ
の各ハネ片外側面上に貼付される。同様にＹ軸、Ｙ軸に
ついての力成分ｙ、ｚおよびモーメント成分β、Ｔを検
出するための歪ゲージｙ１〜ｙａ、Ｚ＋ 〜ｚ４および
β１〜β４ 、Ｔ、〜Ｔ４が図示したように４枚１組で
対称位置の１対の平行バネの４枚の各バネ枠上に貼付さ
れる。
このような４枚１組の歪ゲージを用いて第２図に示すブ
リッジ回路が構成される。弾性梁上の４枚の歪ゲージ１
〜４は第１図実施例の各組の歪ゲージの添字番号と同じ
配列である。軸方向力成分ｘ、ｙ、ｚを検出する歪ゲー
ジ１〜４は（ａ）図に示す配列で構成され、軸廻りモー
メント成分α。
リッジ回路が構成される。弾性梁上の４枚の歪ゲージ１
〜４は第１図実施例の各組の歪ゲージの添字番号と同じ
配列である。軸方向力成分ｘ、ｙ、ｚを検出する歪ゲー
ジ１〜４は（ａ）図に示す配列で構成され、軸廻りモー
メント成分α。
β、Ｔを検出する歪ゲージ１〜４は（ｂ）図に示す配列
で構成される。各ブリッジ回路には一定電圧Ｅが印加さ
れ出力端子より変位量に応じた電圧が取出される。弾性
梁に軸方向力成分のみが作用すると歪ゲージ１．３およ
び歪ゲージ２．４は同じ変位量を示すため（ｂ）図に示
すブリッジ回路の出力は零である。弾性梁に軸廻りモー
メント成分のみが作用すると歪ゲージ１．４および歪ゲ
ージ２．３は同じ変位量を示すため（ａ）図に示すブリ
ッジ回路の出力は零である。
で構成される。各ブリッジ回路には一定電圧Ｅが印加さ
れ出力端子より変位量に応じた電圧が取出される。弾性
梁に軸方向力成分のみが作用すると歪ゲージ１．３およ
び歪ゲージ２．４は同じ変位量を示すため（ｂ）図に示
すブリッジ回路の出力は零である。弾性梁に軸廻りモー
メント成分のみが作用すると歪ゲージ１．４および歪ゲ
ージ２．３は同じ変位量を示すため（ａ）図に示すブリ
ッジ回路の出力は零である。
次に弾性梁に軸方向力成分および軸廻りモーメント成分
の両方が同時に作用した場合について第３図を参照して
説明する。例としてＹ軸の軸方向力成分ＸおよびＹ軸の
軸廻りモーメントγが作用した場合について説明する。
の両方が同時に作用した場合について第３図を参照して
説明する。例としてＹ軸の軸方向力成分ＸおよびＹ軸の
軸廻りモーメントγが作用した場合について説明する。
（ａ）図はＸのみが作用した場合、（ｂ）図はＴのみが
作用した場合、（ｃ）図ばｘ、ｒの両方が作用した場合
をそれぞれ示す。各場合の歪ゲージの抵抗値は以下の表
のようになる。Ｒは変位量のときの歪ゲージの抵抗値で
ある。
作用した場合、（ｃ）図ばｘ、ｒの両方が作用した場合
をそれぞれ示す。各場合の歪ゲージの抵抗値は以下の表
のようになる。Ｒは変位量のときの歪ゲージの抵抗値で
ある。
このときＸ Ｉ −Ｘ ４で構成した力成分検出用ブリ
フジ回路（第２図（ａ）の回路）の出方は以下のように
なる。
フジ回路（第２図（ａ）の回路）の出方は以下のように
なる。
軸方向力成分Ｘによる出力Ｖｘ、ｘは、± □ Ｅ
軸廻りモーメント成分子にょる出力ＶＸ、ｒは、；Ｏ
上記Ｘ、γの両方による出力Ｖｘ、ｘγは＝ −Ｅ
となる。即ち、Ｖ ＸＩ ｘ ｒ−Ｖ ＸＩ ｘ テ’
） リ、Ｘ、７の両方が作用した場合に、このブリッジ
回路の出力はＸ成分のみに対応した出方となる。
） リ、Ｘ、７の両方が作用した場合に、このブリッジ
回路の出力はＸ成分のみに対応した出方となる。
一方、Ｔ、〜γ４による第２図（ｂ）のブリッジ回路で
はｘ、ｒの両方が作用した場合にγ成分のみに対応した
出力が得られる。他の軸力成分についても同様に１つの
成分のみに対応した出力を得ることができる。
はｘ、ｒの両方が作用した場合にγ成分のみに対応した
出力が得られる。他の軸力成分についても同様に１つの
成分のみに対応した出力を得ることができる。
以上説明したように、本発明においては、対称配置の２
ｍの平行バネの各バネ枠上の対称位置に４ Ｐｌ、の歪
ゲージを貼付し、この４枚１組の歪ゲージにより定電圧
駆動のブリッジ回路を適当に構成することにより、平行
バネに加わる軸方向力成分又は軸廻りモーメント成分の
一方を分離して検出することができる。従って、例えば
十字形状の平行板バネ組体を用いて歪ゲージを適当な位
置に貼付することＧこより６構成分を各々分離して検出
することができる。
ｍの平行バネの各バネ枠上の対称位置に４ Ｐｌ、の歪
ゲージを貼付し、この４枚１組の歪ゲージにより定電圧
駆動のブリッジ回路を適当に構成することにより、平行
バネに加わる軸方向力成分又は軸廻りモーメント成分の
一方を分離して検出することができる。従って、例えば
十字形状の平行板バネ組体を用いて歪ゲージを適当な位
置に貼付することＧこより６構成分を各々分離して検出
することができる。
第１図は本発明の力検出装置が適用されるロボット手首
部の分解斜視図、第２図は本発明に係る力検出装置のブ
リッジ回路図、第３図は本発明の作用説明図である。 ４ａ 、４ｂ・・・平行ハネ、 １０・・・平行板バネ組体、 Ｘ＋ＮＸａ％Ｙ＋Ｎｙａ１Ｚ＋”−Ｚａ％α、／％／α
４β、〜β４、Ｔｌ〜γ４・・・歪ゲージ。
部の分解斜視図、第２図は本発明に係る力検出装置のブ
リッジ回路図、第３図は本発明の作用説明図である。 ４ａ 、４ｂ・・・平行ハネ、 １０・・・平行板バネ組体、 Ｘ＋ＮＸａ％Ｙ＋Ｎｙａ１Ｚ＋”−Ｚａ％α、／％／α
４β、〜β４、Ｔｌ〜γ４・・・歪ゲージ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、４本の弾性梁を十字状に形成し、各弾性梁は相互に
直交する２方向に変位する２組の平行バネにより構成し
、各弾性梁は中心に関し対称形状とし、該対称位置の２
組の平行バネの４枚の各バネ片上に中心に関し対称位置
に抵抗変化による変位測定手段を設け、該４枚のバネ片
上の変位測定手段により定電圧駆動のブリッジ回路を構
成し、該ブリッジ回路の出力により力を検出することを
特徴とする力検出装置。 ２、前記変位測定手段は、バネ片上に貼付した歪ゲージ
からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
力検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61058226A JPS62215837A (ja) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | 力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61058226A JPS62215837A (ja) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | 力検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62215837A true JPS62215837A (ja) | 1987-09-22 |
Family
ID=13078166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61058226A Pending JPS62215837A (ja) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | 力検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62215837A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5186043A (en) * | 1990-05-28 | 1993-02-16 | Atsugi Unisia Corporation | Load sensor |
-
1986
- 1986-03-18 JP JP61058226A patent/JPS62215837A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5186043A (en) * | 1990-05-28 | 1993-02-16 | Atsugi Unisia Corporation | Load sensor |
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