JPS62274230A - Force/torque sensor having overload protection - Google Patents

Force/torque sensor having overload protection

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JPS62274230A
JPS62274230A JP11838986A JP11838986A JPS62274230A JP S62274230 A JPS62274230 A JP S62274230A JP 11838986 A JP11838986 A JP 11838986A JP 11838986 A JP11838986 A JP 11838986A JP S62274230 A JPS62274230 A JP S62274230A
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JP
Japan
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sensor
pin
axis
hub
axes
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JP11838986A
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Japanese (ja)
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サーストン・エル・ブルツクス
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Lord Corp
Original Assignee
Lord Corp
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 本発明は、負荷を検出し、それを三つの相互に直角な、
即ち、直交するX、Y及びz01]、すなわち、デカル
ト座標に沿ってそのまわりに指向した力及びモーメント
の成分に分解することを得さしめるセンサーに関するも
のである。本発明はより特殊的には、そうした1自由度
6″のセンサーを、それらが予め設計されたよりも大き
い負荷を蒙ることによって損傷することから保護するこ
とに関するものである。
[Detailed Description of the Invention] 3. Detailed Description of the Invention The present invention detects a load and divides it into three mutually orthogonal
that is, perpendicular X, Y, and z01], i.e., a sensor that allows the decomposition into components of forces and moments oriented along and around Cartesian coordinates. The invention is more particularly concerned with protecting such one degree of freedom 6'' sensors from being damaged by subjecting them to loads greater than for which they were previously designed.

自由度6の力/トルクセンサーは技術的に公知である。Force/torque sensors with six degrees of freedom are known in the art.

米国特許第4094192号、第4259863号及び
第4448080号には描写したものが開示されている
。そうしたセンサーはロードセル(1oad cell
)ないし類似の物体で、それには本体に加えられた荷重
に比例する電気信号を発する歪ゲージが留められている
。信号は成るべくはマイクロプロセッサ−ないし類似の
電子装置へ指向され、そうするとそれらが自動的に、迅
速に、各々の付加荷重を、三つの相互に直角な軸に沿っ
てそのまわりに分解するに有効な数学計算を行う。セン
サーの本体は種々の形状であってよいけれども、米国特
許@4448083号に示された如き1方形交叉″型の
センサーが好ましい。これは四本の半径方向に伸びるビ
ームないしスポーク素子で、それへセンサー歪ゲージが
留められているものによって、取巻いているリム部へ相
互連結されている中央ハブ部から成っている。方形交叉
型のセンサ一本体は、米国特許第4259863号及び
第409’4192号に示される如き”デルタ”ないし
三本スポーク型のセンサ一本体よりも、デカルト座標な
いし直交軸の如何なる配置に対しても、より優れた本来
的対称性を有する。
U.S. Pat. Nos. 4,094,192, 4,259,863, and 4,448,080 disclose depictions. Such a sensor is a load cell.
) or similar object to which is fastened a strain gauge that emits an electrical signal proportional to the load applied to the body. The signals are preferably directed to a microprocessor or similar electronic device so that they automatically and rapidly resolve each applied load along and around three mutually perpendicular axes. perform mathematical calculations. Although the body of the sensor may be of various shapes, a rectangular "cross" type sensor, such as that shown in US Pat. No. 4,448,083, is preferred. The sensor consists of a central hub section interconnected to a surrounding rim section by means of which the sensor strain gauges are fastened.A rectangular cross-shaped sensor body is described in U.S. Pat. No. 4,259,863 and U.S. Pat. It has better inherent symmetry with respect to any arrangement of Cartesian coordinates or orthogonal axes than a "delta" or three-spoke sensor unit as shown in the above patent.

先行端特許の各々のセンサーの重大な欠点は、もしも使
用中のセンサーへ加えられる負荷が過剰の大きさだった
として、それの歪みゲージ及び/または他の部分品が構
造的損傷を生ずるのを防ぐのに何らの手段をも欠いてい
ることである。厳しい構造的損傷を受けることの可能性
に加えて、過負荷保護を欠くセンサーは、安全性に適当
なマージンを付与するためには、センサーが安全に適合
し得るだろう実際の負荷よりもずっと低い最大負荷定格
を通常与えねばならぬ。
A significant drawback of each of the prior art sensors is that if the loads applied to the sensor during use were of an excessive magnitude, the strain gauges and/or other components thereof could suffer structural damage. It is the lack of any means to prevent it. In addition to the possibility of sustaining severe structural damage, sensors lacking overload protection must be exposed to loads much greater than the actual loads to which the sensor could be safely accommodated, to give a reasonable margin of safety. A lower maximum load rating must normally be provided.

好ましい型の過負荷保護手段は、円形の切断面の形の過
大寸法孔内に同心的に置かれた円筒形ピンから成って居
る。この型の過負荷保護素子は比較的に構成し易く施設
し易く、自由度6以下のセンサーでは今迄使用されて来
た。例えば、米国特許第3646809号及び第428
3941号参照。しかしながら、自由度6のセンサーに
先行の型の素子を使用する試みは、成る付加荷重下では
ピン/孔素子の一個以上の早過ぎる係合のせいで不成功
であった。先行問題点を消去する努力では楕円形ないし
他の非円形形状のピンないし孔の使用が提案された。こ
の試みは、非常に小さい大きさの歪を検知するに適する
自由度6のセンサーには推奨できない。非円形形状の過
負荷ピンを有する自由度6のセンサーを製造し組立てる
コストは高過ぎ、それにより達成される結果は大抵の場
合、満足にはほど遠い。
A preferred type of overload protection means consists of a cylindrical pin placed concentrically within an oversized hole in the form of a circular cut surface. This type of overload protection element is relatively easy to construct and install and has been used to date in sensors with six or fewer degrees of freedom. For example, U.S. Pat. Nos. 3,646,809 and 428
See No. 3941. However, attempts to use previous types of elements in six degrees of freedom sensors have been unsuccessful due to premature engagement of one or more of the pin/hole elements under the additional loads involved. In an effort to eliminate previous problems, the use of oval or other non-circular shaped pins or holes has been proposed. This approach is not recommended for sensors with six degrees of freedom, which are suitable for sensing very small magnitude distortions. The cost of manufacturing and assembling a six degree of freedom sensor with a non-circular shaped overload pin is too high and the results achieved thereby are often far from satisfactory.

本発明は構造的に単純で経済的であるが、高度に信頼出
来、効率的な過負荷保護を、スポーク状素子を有する型
の自由度6の力/トルクセンサーに対して、素子の各々
がセンタ一本体の中央ハブ部と取巻いているリプ部をを
相互連結しているストレーンゲージを担っているように
して呈せしめるようになっている。センサ一本体は、そ
れのハブ部へ三つの直交する軸の何れか一つの周りで加
えられたモーメントがほぼ同じ大きさの角度的ハブ偏倚
を生ずるような具合に設計され構成されている。かくし
て、センナ−の中央縦軸が2軸として設計されていると
すると、z軸の周りのモーメントにより生ぜられた内的
ハブ偏倚は、同じ大きさのモーメントによりX軸かまた
はY軸かの周りに生ぜられた角的偏倚とほぼ同じとなろ
う。先行のことは、センサーの過負荷保護器が、センサ
一本体のリム及びハブ部内に設けられた一線に整合した
円筒状孔間に伸び、その中に置かれた円筒形ピン素子の
形になっていることを許す。部分の一つ、成るべくは本
体のリム部内のピン受理孔はその中に受けられたピン部
分のものよりも大きい直径を有するので、各ピンの向い
合っている円筒形表面と組合されている孔とは、センサ
ーの通常使用と負荷との間は、各々から半径方向に間を
あけて置かれている。ピンとそれの組合された過大孔と
の向き合っている表面間の過負荷で誘発された係合は、
センサースポーク素子とそれへ固定されたストレーンゲ
ージとの上に課せられる最大ストレスを制限し、かくし
てそれらへの損傷および/lたは、可能性ある破損とを
阻止する。
The present invention provides structurally simple and economical, yet highly reliable and efficient overload protection for a six degree of freedom force/torque sensor of the type with spoke-like elements, each of which The central hub part of the center main body and the surrounding lip part are designed to act as if they were supporting a strain gauge that interconnected them. The sensor body is designed and constructed such that a moment applied to the hub portion of the sensor body about any one of three orthogonal axes results in an angular hub deflection of approximately the same magnitude. Thus, if the central longitudinal axis of the sensor is designed as a biaxial axis, the internal hub deflection caused by a moment about the z-axis will be caused by a moment of the same magnitude about either the x-axis or the y-axis. The angular deviation caused by this would be almost the same. The foregoing provides that the sensor overload protector is in the form of a cylindrical pin element extending between and placed within aligned cylindrical holes provided in the rim and hub portions of the sensor body. Forgive yourself for being A pin-receiving hole in one of the parts, preferably the rim part of the body, has a larger diameter than that of the pin part received therein, so that it mates with the opposing cylindrical surface of each pin. The holes are radially spaced from each other during normal use and loading of the sensor. The overload-induced engagement between the facing surfaces of the pin and its associated oversized hole is
Limiting the maximum stress imposed on the sensor spoke elements and the strain gauges fixed thereto, thus preventing damage and/or possible breakage to them.

センサーの好ましい態様に於ては、それの本体部分は“
方形交叉”型のもので、それの四つのスポーク素子は本
体のハブとリム間に半径方向に、90°間隔で、それの
周辺の周りに伸びている。四本の過負荷保feeンが設
けられて居り、又、それらはセンサ一本体のリム及びハ
ブ部間に、お互に対して等しく間をあけた90’間隔で
、かつ、スポーク素子に対しては45°間隔で半径方向
に伸びている。
In a preferred embodiment of the sensor, the body portion thereof is “
It is of the "square cross" type, with its four spoke elements extending radially around its periphery at 90° intervals between the hub and rim of the body. are provided, and they are spaced radially between the rim and hub portions of the sensor body, equally spaced 90' apart with respect to each other, and 45° apart with respect to the spoke elements. It's growing.

本発明の他の特徴は、それの好ましい態様についての下
記の記述から明かになろう。
Other features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments thereof.

それの全体として第1〜3図に於て数字1゜で示されて
いるセンサ一本体は一般的に1方形交叉”型である。本
体は、最外部リム部12、四本のビームないしスポーク
素子14、及び、ハブ素子16′と上にかぶさったハブ
板16“で、ねじをの固定具18によっての如く、何ら
か適当な具合にお互に固定されているもので成るもの、
とを含んでいる。本体1oのハブ部16とリム部12と
は、センサ一本体の中央縦軸と同心関係になって、8互
から半径方向に間をあけて置かれている。そうした軸は
、図中に示されたデカルト座標系または直交軸” + 
7及び2では文字2により示されている。ハブ素子16
′とハブ板16“との主要面はそうした軸に垂直で、座
標系のx+ 7軸を含む面へ平行である。四個のボスま
たは突起17が板16“の内部主要表面から下方に、そ
れのヘリの周りに等しく間をあけた場所に突出して居る
。スポーク素子14はハブ素子16′とリム部12との
間に本体1oの周囲の周りに等しく900間隔に間をあ
けて相互連結し半径方向に伸びている。記述上の便宜の
ために、−線配列されたスポーク素子14の一対が描か
れた座標のX軸に沿って伸びている如くに示されたし、
時々今後はX軸スポーク素子と呼ばれ、他方、スポーク
素子14の他の対はy軸に沿って伸び、時々今後はy軸
スポーク素子の如くに呼ばれる。各スポーク素子】4は
、リム部12の壁内にそれの周辺の周りに90’間隔で
形成された四つの屈曲素子20の組合されたものの中央
部分と一体に形成されて居る。各屈曲素子20は、セン
サーの2軸の周りに円のコードを形成し、屈曲の巾寸法
、すなわち、z軸に平行なそれの寸法よりもかなりによ
り大きい大きさになっている長さ寸法を有している。
The body of the sensor, generally indicated by the numeral 1° in Figures 1-3, is generally of the shape of a square cross. consisting of an element 14, a hub element 16' and an overlying hub plate 16'' secured to each other in any suitable manner, such as by screw fasteners 18;
Contains. The hub portion 16 and the rim portion 12 of the main body 1o are placed in a concentric relationship with the central vertical axis of the sensor main body, and spaced from each other in the radial direction. Such axes are the Cartesian coordinate system or orthogonal axes shown in the figure.
7 and 2 are indicated by the letter 2. Hub element 16
' and the major planes of the hub plate 16'' are perpendicular to such axes and parallel to the plane containing the x+7 axis of the coordinate system. Four bosses or protrusions 17 extend downwardly from the interior major surface of the plate 16''. They protrude equally spaced around the edges of it. Spoke elements 14 are interconnected and extend radially between hub element 16' and rim portion 12 at equal 900 spacings around the circumference of body 1o. For descriptive convenience, a pair of spoke elements 14 in a -line arrangement are shown extending along the X-axis of the depicted coordinates;
Sometimes hereinafter referred to as X-axis spoke elements, while the other pair of spoke elements 14 extend along the y-axis and are sometimes hereinafter referred to as y-axis spoke elements. Each spoke element 4 is formed integrally with the central portion of a combination of four flexure elements 20 formed in the wall of the rim portion 12 around its periphery at 90' intervals. Each bending element 20 forms a circular cord around the two axes of the sensor and has a length dimension that is significantly larger than the width dimension of the bend, i.e. its dimension parallel to the z-axis. have.

各屈曲の巾寸法は、代って、それの厚み寸法、すなわち
、Xまたはy軸に平行なものよりも可成りに大きい。Y
軸スポーク素子14と組合された屈曲素子20はy軸方
向には比較的低い剛性を有し、X及び/または2軸方向
には比較的に高い剛性を有する。同様に、X軸スポーク
素子】4と組合された屈曲素子20は比較的に低い剛性
をX軸方向く有するが、y詔よび/または2軸の方向に
は比較的に高い剛性を有する。
The width dimension of each bend, in turn, is significantly larger than its thickness dimension, ie, parallel to the X or y axis. Y
The flexure element 20 in combination with the axial spoke element 14 has a relatively low stiffness in the y-axis direction and a relatively high stiffness in the x- and/or two-axis direction. Similarly, the flexure element 20 in combination with the X-axis spoke element 4 has a relatively low stiffness in the x-axis direction, but a relatively high stiffness in the y-axis and/or bi-axes.

四個のストレーンゲージ22がスポーク素子14の各々
へ固定して結合されている。各素子に組合されたゲージ
22は、素子の四つの外部表面の該当する一つ上でほぼ
中央にそれぞれ置かれている。ゲージはそれが組合され
ているスポーク素子に縦に伸びており、圧縮及び/また
は、それらの組合されたスポーク素子の曲げの結果の張
力歪みに感応性の型のものである。
Four strain gauges 22 are fixedly coupled to each spoke element 14. The gauges 22 associated with each element are each approximately centered on a respective one of the four external surfaces of the element. The gauge extends longitudinally to the spoke elements with which it is assembled and is of a type sensitive to tension strains as a result of compression and/or bending of those assembled spoke elements.

本体10のセンサーリム部12は、如何なる望む支持体
でも、例えば、ロボットの腕(図示せず)などであって
もよいものに固定されるに適している。ハブ部16の板
16“の露出した外部主要面は、装置ないし構造で、例
えばロボットの手首または手のようなもので、検知さる
べき、又、力とモーメントに分解されるべき荷重を付加
するものに係合され、及び/または固定されるのに適合
されている。それがセンサーが適合するように設計され
た範囲内の大きさのものであるとすると、ハブ部16に
加えられた負荷は、リム部12に対rるハブ部の偏倚と
、スポーク素子14の少くとも若干のものの屈曲型の変
形と、°ストレーンゲージ22の少くとも若干のものか
らの電気信号の発進を生せしめる。
The sensor rim portion 12 of the body 10 is suitable for being fixed to any desired support, which may for example be a robot arm (not shown). The exposed external major surface of the plate 16'' of the hub portion 16 is a device or structure, such as a robot wrist or hand, that applies loads to be sensed and resolved into forces and moments. the load applied to the hub portion 16, provided that it is of a size within the range for which the sensor is designed to fit. causes a deflection of the hub portion relative to the rim portion 12, a bending-type deformation of at least some of the spoke elements 14, and the initiation of electrical signals from at least some of the strain gauges 22.

センサーと組合された適当にプログラム化されたマイク
ロプロセッサ−(図示せず)内でストレーンゲージ出力
信号を適切に処理することによって、x、y及び2軸に
沿いその各々の周りの負荷の力及びモーメントの成分は
迅速に計算され同定され得る。負荷成分が数学的に分解
されるようにするところの具合のもつと詳細な説明は、
望むな・ばば、ここに以前に挙げた米国特許第4094
192号から獲られうる。
By suitably processing the strain gauge output signals in a suitably programmed microprocessor (not shown) combined with the sensor, the load forces and The components of moments can be quickly calculated and identified. A detailed explanation of how the load components are resolved mathematically is given below.
Don't hope, hag, here is the previously listed U.S. Patent No. 4094.
It can be obtained from No. 192.

本発明によれば、センサ一本体10に組合せて、ハブ部
16上に過剰の負荷を多分味することによって起る損傷
に対してセンサーを保護するように手段が設けられる。
According to the invention, in combination with the sensor body 10, means are provided on the hub portion 16 to protect the sensor against damage caused by experiencing excessive loads.

そうした過負荷保護手段は、ハブ部16とリム部12と
の間に半径方向に伸びている四本の円筒型ピン素子24
を含んでいる。ピン24は本体10の周辺の周りにお互
に対してほぼ45°の間隔でスポーク素子14の周辺的
に隣接するものに対してほぼ45°の間隔で間をあけて
置かれている。ハブ板16“の内表面上の突起17は孔
30を有し、それが突起のそれぞれのものの中へ、それ
の表面から、本体10のリム部12の内部円筒形表面に
向き合って間をあけて置かれた関係にして置かれている
。孔30は本体10のリム部内に設けられた四個の半径
方向に伸びている孔32のそれぞれのものと軸方向に一
綜配列されている。
Such overload protection means include four cylindrical pin elements 24 extending radially between the hub portion 16 and the rim portion 12.
Contains. The pins 24 are spaced approximately 45 degrees apart from each other around the periphery of the body 10 and approximately 45 degrees apart from circumferentially adjacent spoke elements 14 . The protrusions 17 on the inner surface of the hub plate 16'' have holes 30 which allow spaced entry into each of the protrusions from the surface thereof facing the inner cylindrical surface of the rim portion 12 of the body 10. The holes 30 are axially aligned with each one of four radially extending holes 32 provided in the rim portion of the body 10.

ピン24の半径方向に最内部の端部は、ハブ部の孔30
のそれぞれのものの中に押しはめによってなどして固定
装着されている。向い合った、半径方向に最外部のピン
端部24はリム部12の孔32のそれぞれのものの中に
同心的に置かれている。各ピン24の外側端部は孔32
のものよりも小さい直径を有し、その孔32内にはピン
24が同心的に受は入れられていて、センサーの通常操
作の間は、環状ギャップないし空間34(第5図に誇張
された具合に示されている)がその間に存在する。もし
も過負荷がセンサ一本体に加えられるとすると、リム部
12に対するハブ部16の過51!II偏倚が起り、そ
れがピン素子24の少くとも若干の向い合った円筒形表
面部分とリム孔32との間に係合が惹き起される。そう
した係合は、本体12.16の間の相対的偏倚が既定の
安全限界を超えるのを防ぎ、又かくして、こわれ易いセ
ンサ一部品で、スポーク素子14、屈曲素子20及び/
またはストレーンゲージ22のようなものへの損傷を阻
止する。
The radially innermost end of the pin 24 is connected to the hole 30 in the hub portion.
are fixedly attached, such as by push-fitting, into each of the parts. Opposing, radially outermost pin ends 24 are disposed concentrically within each one of the holes 32 in rim portion 12 . The outer end of each pin 24 has a hole 32
has a smaller diameter than the hole 32 in which the pin 24 is concentrically received, and during normal operation of the sensor an annular gap or space 34 (exaggerated in FIG. 5). ) exists in between. If an overload is applied to the sensor body, the hub portion 16 will be overloaded with respect to the rim portion 12! II deflection occurs, which causes engagement between at least some opposing cylindrical surface portions of pin element 24 and rim hole 32. Such engagement prevents the relative deflection between the bodies 12.16 from exceeding predetermined safety limits and thus prevents the spoke elements 14, flexure elements 20 and/or the frangible sensor components from exceeding predetermined safety limits.
or prevent damage to things such as the strain gauge 22.

三つの描かれたX e 7及びz軸の何れか一つに沿っ
てどの方向に加えられた過負荷力も四本のピン素子24
の総てにより反応されよう。如何なる一線配列にした二
本のピン素子24の中実軸と一致している軸に沿うどの
方向に加えられた過負荷力も他の二本のピン素子24の
みにより反応されよう。同様に、描かれた” e 7及
びz軸の何れかの周りのどの方向に加えられた過負荷モ
ーメントも四本のピン素子24の総てに反応され、他方
、整合されたピン24のどれかの対の中実軸と一致する
軸のどちらかの方向に加えられた過負荷モーモントも他
の二本のピン素子によってのみ反応されよう。
An overload force applied in any direction along any one of the three drawn X and Z axes will cause the four pin elements 24 to
will be reacted to by all of them. An overload force applied in any direction along an axis coinciding with the solid axes of two pin elements 24 in any in-line arrangement will be responded to only by the other two pin elements 24. Similarly, an overload moment applied in any direction about either of the drawn 7 and z axes will be reacted to by all four pin elements 24, whereas any of the aligned pin elements 24 An overload mormont applied in either direction of the axis coinciding with the solid axis of either pair will only be reacted by the other two pin elements.

今度の型の力/トルクセンサーに関連して決定的に重要
な過負荷成分は、力ではなくてモーメントである。もし
もそうしたセンサーが過剰負荷のモーメント成分のせい
での破損から適切に保護されるならば、そうした負荷の
力成分のせいで壊れることは、いつでも稀である。今度
の型のセンサーを適切で充分く過剰に加えられた負荷か
らのモーメント成分により惹起される損傷から保護し、
他方、同時にセンサーの有用な負荷範囲を不当に制限し
ないようにするには今迄は困難に出会った。前述の望ま
しい結果は、過負荷ピンと同筒形の組合された孔を使用
する時の勿論のこととして起るものではない。これは、
センサーの2軸の周りに加えられるモーメントに応答し
て、問題の型の従来のセンサーの中央ハブにより蒙る角
偏倚が、モーメントがX軸かまたはy軸か何れかの周り
にある時に起るところのものとは全く異った大きさのも
のである。前に言った異っている偏倚に対する補償は、
特別に計算された楕円形または他の非円形切断面形状の
過負荷ピンの使用によって達成されることが出来ると仮
定されていた。しかしながら、そうしたピンが望む結果
を生じたと考えるにしても、それは確実には程遠く、そ
れらの製造と組立とのコストはそれらの使用を非実用的
にするだろう。
The critical overload component associated with this type of force/torque sensor is the moment rather than the force. If such a sensor is properly protected from damage due to the moment component of an overload, failure due to the force component of such a load will always be rare. protect this type of sensor from damage caused by moment components from excessively applied loads in a suitable and sufficient manner;
On the other hand, at the same time it has hitherto been difficult to avoid unduly limiting the useful load range of the sensor. The foregoing desired results, of course, do not occur as a matter of course when using a co-cylindrical mating hole with an overload pin. this is,
The angular deflection experienced by the central hub of a conventional sensor of the type in question in response to a moment applied about two axes of the sensor occurs when the moment is about either the x-axis or the y-axis. It is of a completely different size. Compensation for the different biases mentioned earlier is
It was hypothesized that this could be achieved by the use of overload pins with specially calculated oval or other non-circular cross-sectional shapes. However, even if one were to believe that such pins would produce the desired results, it is far from certain, and the cost of their manufacture and assembly would make their use impractical.

本発明のセンサーでは円筒形ピンと孔素子との使用で望
む過負荷保護の達成は、センサーハブ部16が受ける角
偏倚が、そうしたモーメントがハブ部へその周りで加え
られる三本の直交軸!、7.Hの特別のものに関せずに
、はぼ同 ・じであるという事実により実質的な部分に
於て可能にされている。前述は図面の′!JI7及び8
図に略図的に描かれている。第7図に示されている如く
、z軸の周りの決った大きさのモーメントをハブ素子1
6′にかけると、ハブ素子の、座標系のx、y平面へ平
行な角偏倚で、大きさ0のものを生ずる。第8図で示さ
れている如く、X軸かz軸かの周りに加えられた同じ大
きさのモーメントの付加は座標系のx、y面に対するハ
ブ素子16′の角偏倚を生ずるが、そうした角偏倚はほ
ぼ同じ大きさ0のものである。前述の望ましい結果は問
題の型のセンサー、または、センチ一本体部分品の挿々
な寸法、特にスポーク素子14及び屈曲素子20を含め
ての、設計の間に、適当な値を選択することで得られう
る。
Achieving the desired overload protection with the use of cylindrical pins and hole elements in the sensor of the present invention is achieved because the angular deflection experienced by the sensor hub portion 16 is limited to three orthogonal axes about which such moments are applied to the hub portion! ,7. This is made possible in a substantial part by the fact that, irrespective of the particulars of H, are essentially the same. The above is the drawing'! JI7 and 8
Schematically depicted in fig. As shown in FIG. 7, a moment of a fixed magnitude around the z-axis is
6' yields an angular deviation of the hub element parallel to the x,y plane of the coordinate system of magnitude zero. As shown in FIG. 8, the addition of a moment of the same magnitude applied about either the The angular deviations are of approximately the same magnitude, 0. The aforementioned desired result can be achieved by selecting appropriate values during the design of the sensor of the type in question, or of the various dimensions of the centimeter body parts, including in particular the spoke elements 14 and the flexure elements 20. can be obtained.

本発明の好ましい態様を示し記述したけれども、これは
描写の目的のみであって、制限の為ではなく、本発明の
範囲は提出した特許請求の範囲に依っているものである
Although preferred embodiments of the invention have been shown and described, this is for purposes of illustration only and not as a limitation, and the scope of the invention is to be defined by the claims as filed.

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

第1図は、本発明によるセンサーの主要本体の背部立面
図である。 第2図はセンサ一本体の側部立面図である。 第3図はセンサ一本体の前部立面図で、それの部分が部
分的に破り去られて、構造上の詳細を一層良く開示して
いる。 第4図は第3図の線4−4に沿って取った部分的に立面
、部分的に垂直断面にした拡大断片図であり、スポーク
素子の一本とセンサ一本体のリム部との間の連結を示し
ている。 第5図は第3図の線5−5に沿って取った部公的に立面
、部分的に垂直断面にした拡大断片図で、センサ一本体
のハブ及びリム部を相互連結する過負荷保藤ピンの一本
の端部を示している。 第6図は第1〜3図に示したセンサ一部分品の展開透視
図である。 第7図及び第8図は、それへ加えられたモーメントに応
答して、センサ一本体のハブ部が蒙っている角度偏倚を
描いている略図である。 特許出願人   ロード・コーポレイション昭和//年
?月1’2日 3.補正をする者 一ト硼シ碩ケ傾÷ 4、代理人
FIG. 1 is a rear elevational view of the main body of a sensor according to the invention. FIG. 2 is a side elevational view of the sensor body. FIG. 3 is a front elevational view of the sensor body, with portions thereof partially broken away to better disclose the structural details. FIG. 4 is an enlarged fragmentary view, partially in elevation and partially in vertical section, taken along line 4--4 of FIG. 3, showing the relationship between one of the spoke elements and the rim of the sensor body; It shows the connection between. FIG. 5 is an enlarged fragmentary elevation, partially vertical section taken along line 5--5 of FIG. One end of the Hoto pin is shown. FIG. 6 is an exploded perspective view of a portion of the sensor shown in FIGS. 1-3. Figures 7 and 8 are schematic diagrams depicting the angular excursions experienced by the hub portion of the sensor body in response to moments applied thereto. Patent applicant Lord Corporation Showa//year? Month 1'2 day 3. The number of persons making the amendment ÷ 4. Agent

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、直交軸X、Y、及びZに沿う、かつ、その周りの力
及びモーメントに分解可能な付加荷重を検出する自由度
6のセンサーで、該センサーは中央ハブ部分(16)と
、該ハブ部分を取巻く環状リム部(12)と、該部分ら
(12、16)を相互連結する複数の輻素子(14)と
を含んでいる本体(10)を有して居り、該ハブ部分(
16)は加えられた荷重により該リム部(12)に対し
て角度的に偏向可能になつているものであつて、該軸の
何れか一つの周りでそれへ加えられたモーメントにより
生じられた該ハブ部(16)の角度の振れが該軸の何れ
か他の一つの周りへの該モーメントの印加により生ぜら
れた角度の振れとほぼ同じ大きさであり、かつ、該セン
サーは該部分の一つによつて担われていて、過負荷条件
下には該部分の他のものと係合可能であつて、そうする
と、該ハブ部(16)の角度の振れを該リム部(12)
に対して制限するようになつていることを特徴とすると
ころのセンサー 2、該輻素子(14)は該X及びY軸を含む面に全体的
に平行になつて居り、該Z軸の周りにはお互に対してほ
ぼ等しい角間隔で間をあけて置かれているようになつて
いるところの特許請求の範囲第1項記載のセンサー。 3、該荷負荷ピン(24)はX及びY軸を含む面へ全体
的に平行であり、該Z軸の周りにはお互に対してほぼ等
しい角度間隔で間をあけて置かれているようになつてい
るところの特許請求の範囲第2項記載のセンサー。 4、該輻素子(14)と該過負荷ピン(24)とは該Z
軸に対して全体的に半径方向に伸びて居て、該Z軸の周
りにお互に対して略々等しい角度間隔にて基底されてい
るところの特許請求の範囲第3項記載のセンサー。 5、該過負荷ピン(24)と該輻素子(14)とは該Z
軸の周りに代り合つて、お互に対してほぼ等しく間をあ
けた関係になつて置かれているところの特許請求の範囲
第4項記載のセンサー。 6、該輻素子(14)が四本と、該過負荷ピンが四本在
るところの特許請求の範囲第5項記載のセンサー。 7、該リム及びハブ部(12、16)の各々はそれの中
に複数個の孔(32、30)を有し、該部分(12、1
6)の一つの孔(32、30)の各々は、該部分(16
、12)の他のものの孔(30、32)の一つと軸方向
に一線上に列んでいて、該ピン素子(24)のそれぞれ
のものと組合された孔と軸方向に一線上に列んだ複数本
の対を形成して居り、該ピン素子(24)の各々は、そ
れの組合された対の孔の孔(30、32)の一つの中に
密接して受理されている第一の部分を有して居り、かつ
、該組合された対の該孔(30、32)の他の物の表面
内に受入れられ、かつ、それから通常半径方向に間をあ
けて置かれている第二の部分とを有するようになつてい
るところの特許請求の範囲第1項記載のセンサー。 8、該ピン素子(24)の該第二の部分を受理する孔は
、該リム部(12)の孔(32)であるようになつてい
るところの特許請求の範囲第7項記載のセンサー。
Claims: 1. A six-degree-of-freedom sensor for detecting additional loads resolvable into forces and moments along and about orthogonal axes 16), an annular rim portion (12) surrounding the hub portion, and a plurality of radial elements (14) interconnecting the portions (12, 16). , the hub part (
16) is angularly deflectable with respect to said rim (12) by an applied load and is caused by a moment applied to it about any one of said axes. the angular deflection of the hub portion (16) is approximately the same magnitude as the angular deflection caused by the application of the moment about any other of the axes, and the sensor is one of which can engage the other of said part under overload conditions, thereby reducing the angular deflection of said hub part (16) to said rim part (12).
sensor 2, characterized in that the radiation element (14) is generally parallel to a plane containing the X and Y axes, and is adapted to limit 2. A sensor according to claim 1, wherein the sensors are arranged to be spaced apart from each other by substantially equal angular spacing. 3. The load loading pins (24) are generally parallel to a plane containing the X and Y axes, and are spaced about the Z axis at substantially equal angular intervals with respect to each other. The sensor according to claim 2, which is . 4. The transmission element (14) and the overload pin (24) are connected to the Z
4. The sensor of claim 3, wherein the sensor extends generally radially relative to an axis and is spaced at substantially equal angular intervals relative to each other about the Z-axis. 5. The overload pin (24) and the radiation element (14) are connected to the Z
5. The sensors of claim 4, wherein the sensors are arranged alternately about the axis in substantially equally spaced relation to each other. 6. The sensor according to claim 5, wherein there are four radiation elements (14) and four overload pins. 7. Each of the rim and hub portions (12, 16) has a plurality of holes (32, 30) therein;
Each of one hole (32, 30) of the portion (16)
, 12) is axially aligned with one of the holes (30, 32) of the other and not axially aligned with the hole associated with each of said pin elements (24). The pin elements (24) each form a first pin element (24) closely received in one of the holes (30, 32) of its associated pair of holes. and is received within the surface of the other of the paired holes (30, 32) and is generally radially spaced therefrom. A sensor according to claim 1, characterized in that it has two parts. 8. The sensor according to claim 7, wherein the hole receiving the second part of the pin element (24) is adapted to be a hole (32) in the rim part (12). .
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106030268A (en) * 2016-05-17 2016-10-12 中国科学院深圳先进技术研究院 Six-dimensional sensor protection device and six-dimensional sensor having protection device
CN109387310A (en) * 2018-09-25 2019-02-26 西北工业大学 A kind of high-precision multi-axis force transducer protective device
WO2019239938A1 (en) * 2018-06-14 2019-12-19 新東工業株式会社 Strain element, strain element manufacturing method, and physical quantity measuring sensor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57169643A (en) * 1981-04-13 1982-10-19 Yamato Scale Co Ltd Load cell for multiple components of force
JPS6062497A (en) * 1983-09-14 1985-04-10 畑村 洋太郎 Multispindle-force sensor
JPS62100632A (en) * 1985-10-28 1987-05-11 Hitachi Constr Mach Co Ltd Load detector

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57169643A (en) * 1981-04-13 1982-10-19 Yamato Scale Co Ltd Load cell for multiple components of force
JPS6062497A (en) * 1983-09-14 1985-04-10 畑村 洋太郎 Multispindle-force sensor
JPS62100632A (en) * 1985-10-28 1987-05-11 Hitachi Constr Mach Co Ltd Load detector

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106030268A (en) * 2016-05-17 2016-10-12 中国科学院深圳先进技术研究院 Six-dimensional sensor protection device and six-dimensional sensor having protection device
WO2017197575A1 (en) * 2016-05-17 2017-11-23 中国科学院深圳先进技术研究院 Six dimensional force transducer protection apparatus and six dimensional transducer having protection apparatus
WO2019239938A1 (en) * 2018-06-14 2019-12-19 新東工業株式会社 Strain element, strain element manufacturing method, and physical quantity measuring sensor
CN112236658A (en) * 2018-06-14 2021-01-15 新东工业株式会社 Strain body, method for manufacturing strain body, and physical quantity measuring sensor
JPWO2019239938A1 (en) * 2018-06-14 2021-07-08 新東工業株式会社 Distortion body, manufacturing method of distortion body, and physical quantity measurement sensor
US11733113B2 (en) 2018-06-14 2023-08-22 Sintokogio, Ltd. Strain element, strain element manufacturing method, and physical quantity measuring sensor
CN109387310A (en) * 2018-09-25 2019-02-26 西北工业大学 A kind of high-precision multi-axis force transducer protective device

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