JPS6259826A - 力検出装置 - Google Patents
力検出装置Info
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- JPS6259826A JPS6259826A JP60201349A JP20134985A JPS6259826A JP S6259826 A JPS6259826 A JP S6259826A JP 60201349 A JP60201349 A JP 60201349A JP 20134985 A JP20134985 A JP 20134985A JP S6259826 A JPS6259826 A JP S6259826A
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- elastic beams
- stage
- elastic
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈発明の技術分野〉
この発明は、例えばロボット手先部で物体を把持して所
定の作業を実行する産業用ロボットにおいて、前記ロボ
ット手先部に作用する力やモーメントを検出するのに用
いられる力検出装置に関する。
定の作業を実行する産業用ロボットにおいて、前記ロボ
ット手先部に作用する力やモーメントを検出するのに用
いられる力検出装置に関する。
〈発明の（既要〉
この発明は、各歪出力を独立して取り出すことができ、
しかも各歪出力のバランスが良好となるよう寸法設定で
きる薄型の力検出装置を得るためのものであって、複数
の弾性ビームを上下２段に放射状配設して、各段のそれ
ぞれ弾性ビームに変位検出器を取り付ける構造とした。
しかも各歪出力のバランスが良好となるよう寸法設定で
きる薄型の力検出装置を得るためのものであって、複数
の弾性ビームを上下２段に放射状配設して、各段のそれ
ぞれ弾性ビームに変位検出器を取り付ける構造とした。
〈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になる。第
１１図には、産業用ロボットの一例が示されており、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１
１により開閉動作するロボット手先部１ｏが取付けられ
ている。このロボットは、ロボット手先部１０で部品９
をつかみ、基台９１上へ供給さねまた物体９２の内孔へ
この部品９を挿入する作業を繰返し実行する。このロボ
ット手先部ＩＯとロボットアーム１との間に力検出装置
７が取付けられている。力検出装置７は、作業中に部品
９と物体９２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人力して１．ロボットの作業
動作を修正制御する。
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になる。第
１１図には、産業用ロボットの一例が示されており、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１
１により開閉動作するロボット手先部１ｏが取付けられ
ている。このロボットは、ロボット手先部１０で部品９
をつかみ、基台９１上へ供給さねまた物体９２の内孔へ
この部品９を挿入する作業を繰返し実行する。このロボ
ット手先部ＩＯとロボットアーム１との間に力検出装置
７が取付けられている。力検出装置７は、作業中に部品
９と物体９２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人力して１．ロボットの作業
動作を修正制御する。
従来の力検出装置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１２図に示すように、２
個のリング７１７２をつなく３本の柱７３に６組の歪ゲ
ージ７４を貼着し、３本の柱７３の歪（引張、圧縮、捩
れ）を検出し、２個のリング７１．７２間に働（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１３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７４の曲げ
歪と、４本の垂直に延びた柱７５の曲げ歪を８ケ所の歪
ゲージ７６で検出し、中心の軸７７に加わる６自由度の
外力を算出している。しかしながら、これらの−構造で
は、３本または４本の柱に相当する分の検出装置の外形
、特に高さ方向が大きくなり、ロボット手先部に用いた
場合、操作性が悪くなったり、装置の重量が重くなると
いう問題があった。
されたものがある。これは、第１２図に示すように、２
個のリング７１７２をつなく３本の柱７３に６組の歪ゲ
ージ７４を貼着し、３本の柱７３の歪（引張、圧縮、捩
れ）を検出し、２個のリング７１．７２間に働（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１３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７４の曲げ
歪と、４本の垂直に延びた柱７５の曲げ歪を８ケ所の歪
ゲージ７６で検出し、中心の軸７７に加わる６自由度の
外力を算出している。しかしながら、これらの−構造で
は、３本または４本の柱に相当する分の検出装置の外形
、特に高さ方向が大きくなり、ロボット手先部に用いた
場合、操作性が悪くなったり、装置の重量が重くなると
いう問題があった。
これに対し第１４図に示す別の従来例においては、４本
の弾性ビーム８１を中心軸８２からリング８３へ放射状
に配しであるため、装置を薄型にすることができる。そ
の反面、各弾性ビーム８１の上下、左右の各面に歪ゲー
ジ８４を貼着しであるため、１本の弾性ビーム８１につ
き２方向の歪を検出するので、、各ビーム８１の幅や厚
さを２方向の歪に耐えうる寸法に形成する必要があり、
各歪を効率良く取り出すための寸法設定が困難であり、
構造上の制約があった。
の弾性ビーム８１を中心軸８２からリング８３へ放射状
に配しであるため、装置を薄型にすることができる。そ
の反面、各弾性ビーム８１の上下、左右の各面に歪ゲー
ジ８４を貼着しであるため、１本の弾性ビーム８１につ
き２方向の歪を検出するので、、各ビーム８１の幅や厚
さを２方向の歪に耐えうる寸法に形成する必要があり、
各歪を効率良く取り出すための寸法設定が困難であり、
構造上の制約があった。
この不利を解消するのに、この発明の出願人は、先般、
第１５図に示す構成の薄型力検出装置を提案した（特願
昭５９−１７２２１０号）。
第１５図に示す構成の薄型力検出装置を提案した（特願
昭５９−１７２２１０号）。
この装置は、中実軸部８５の周囲に３本のＴ塑弾性ビー
ム８６を放射状に配備して、その水平部８７をリング状
に連結すると共に、垂直部８８の両面および水平部８７
の片面にそれぞれ歪ゲージ８９を貼着した構造のもので
ある。この構成によれば、装置を薄型化できると共に、
各歪出力を独立して検出でき、またその寸法設定も容易
となる等の利点がある。
ム８６を放射状に配備して、その水平部８７をリング状
に連結すると共に、垂直部８８の両面および水平部８７
の片面にそれぞれ歪ゲージ８９を貼着した構造のもので
ある。この構成によれば、装置を薄型化できると共に、
各歪出力を独立して検出でき、またその寸法設定も容易
となる等の利点がある。
ところがこの力検出装置において、連結部の直径を小さ
くして、装置を小型化してゆく場合、′ｒ型型性性ビー
ム８６垂直部８８および水平部８７の少なくとも一方を
短くする必要があり、これがため垂直部８８に貼設され
た歪ゲージ８９の感度と、水平部８７に貼設された歪ゲ
ージ８９の感度とのバランスを保つことが困難となる等
の問題がある。
くして、装置を小型化してゆく場合、′ｒ型型性性ビー
ム８６垂直部８８および水平部８７の少なくとも一方を
短くする必要があり、これがため垂直部８８に貼設され
た歪ゲージ８９の感度と、水平部８７に貼設された歪ゲ
ージ８９の感度とのバランスを保つことが困難となる等
の問題がある。
〈発明の目的〉
この発明は、上記問題を解消するためのものであって、
各歪出力を独立して取り出すことができ、しかも各歪出
力のバランスが良好となるよう寸法設定できる薄型の力
検出装置を提供することを目的とする。
各歪出力を独立して取り出すことができ、しかも各歪出
力のバランスが良好となるよう寸法設定できる薄型の力
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、軸部周囲に複
数の弾性ビームを放射状且つ上下２段に配備し、一方段
の各弾性ビームには、水平面側に変位検出器をそれぞれ
取り付け、他方段の各弾性ビームには、垂直面側に変位
検出器をそれぞれ取り付けると共に、各弾性ビームの先
端は各段毎にリング状に連結することにした。
数の弾性ビームを放射状且つ上下２段に配備し、一方段
の各弾性ビームには、水平面側に変位検出器をそれぞれ
取り付け、他方段の各弾性ビームには、垂直面側に変位
検出器をそれぞれ取り付けると共に、各弾性ビームの先
端は各段毎にリング状に連結することにした。
この発明によれば、弾性ビームを上下２段に配して一方
段の弾性ビームには水平面側に、他方段の弾性ビームに
は垂直面側に、それぞれ変位検出器を取り付ける構造と
したから、各歪成分をそれぞれ独立して取り出すことが
でき、しかも各歪出力のバランスが良好となるよう寸法
設定することができる。従って装置全体の小型化がきわ
めて容易である。
段の弾性ビームには水平面側に、他方段の弾性ビームに
は垂直面側に、それぞれ変位検出器を取り付ける構造と
したから、各歪成分をそれぞれ独立して取り出すことが
でき、しかも各歪出力のバランスが良好となるよう寸法
設定することができる。従って装置全体の小型化がきわ
めて容易である。
また各段におけるリング状連結部は軸部により結合され
ているので、いずれか段の連結部を、力の作用する把持
機構等の取付は部とすることが可能であり、従って装置
全体の厚さを薄くできる。これによりこの発明の装置を
ロボット等の手先部へ取り付けることが容易となり、操
作性の向上をはかることができる等、発明目的を達成し
た顕著な効果を奏する。
ているので、いずれか段の連結部を、力の作用する把持
機構等の取付は部とすることが可能であり、従って装置
全体の厚さを薄くできる。これによりこの発明の装置を
ロボット等の手先部へ取り付けることが容易となり、操
作性の向上をはかることができる等、発明目的を達成し
た顕著な効果を奏する。
〈実施例の説明〉
第１図〜第３図は、この発明にかかる力検出装置２の一
実施例を示す。図示例の装置２は、中心軸部２１の周囲
に、放射状且つ上下２段に、複数本のＴ塑弾性ビーム３
１．３２が配設されると共に、各Ｔ塑弾性ビーム３１．
３２の水平部３３．３４は各段毎にリング状連結部２２
゜２３により連結されたものである。図示例の場合、各
段乙こおける各Ｔ塑弾性ビー・ム３１，３２は、１２０
度等角位置に位置し、しかも同方向に且つ平行して外方
へ延びている。Ｆ段のＴ塑弾性ビーム３１の垂直部３５
は、水平面が幅広であり１、その」二面および下面乙こ
、それぞれ２枚宛（合計４枚）の歪ゲージ４１．４２お
よび４３゜４４を貼設して、それぞれ曲げ歪を検出する
検出器Ｓ、〜Ｓ、を構成している。また下段の弾性ビー
ム３２の垂直部３６は、垂直面が幅広であり、その左側
面および右側面に、それぞれ２枚宛（合計４枚）の歪ゲ
ージ４５．４６および４７．４８を貼設して、それぞれ
曲げ歪を検出する検出器Ｓ１〜Ｓ３を構成している。
実施例を示す。図示例の装置２は、中心軸部２１の周囲
に、放射状且つ上下２段に、複数本のＴ塑弾性ビーム３
１．３２が配設されると共に、各Ｔ塑弾性ビーム３１．
３２の水平部３３．３４は各段毎にリング状連結部２２
゜２３により連結されたものである。図示例の場合、各
段乙こおける各Ｔ塑弾性ビー・ム３１，３２は、１２０
度等角位置に位置し、しかも同方向に且つ平行して外方
へ延びている。Ｆ段のＴ塑弾性ビーム３１の垂直部３５
は、水平面が幅広であり１、その」二面および下面乙こ
、それぞれ２枚宛（合計４枚）の歪ゲージ４１．４２お
よび４３゜４４を貼設して、それぞれ曲げ歪を検出する
検出器Ｓ、〜Ｓ、を構成している。また下段の弾性ビー
ム３２の垂直部３６は、垂直面が幅広であり、その左側
面および右側面に、それぞれ２枚宛（合計４枚）の歪ゲ
ージ４５．４６および４７．４８を貼設して、それぞれ
曲げ歪を検出する検出器Ｓ１〜Ｓ３を構成している。
上記の力検出装置２は、第４図に示す如く、ハウジング
５．５０により保持され、また中心の軸部２１には、プ
レート５１が取り付けられる。前記ハウジング５はロボ
ットアーム１に取り付けられ、一方連結部２２に、第６
図の把持機構１１が直接取り付けられる。
５．５０により保持され、また中心の軸部２１には、プ
レート５１が取り付けられる。前記ハウジング５はロボ
ットアーム１に取り付けられ、一方連結部２２に、第６
図の把持機構１１が直接取り付けられる。
なお上記は、弾性ビームとしてＴ塑弾性ビームを用いた
実施例を示すが、弾性ビームはこのＴ型に限らず、第５
図〜第７図に示すような、水平部のない真直形状のもの
であってもよい。
実施例を示すが、弾性ビームはこのＴ型に限らず、第５
図〜第７図に示すような、水平部のない真直形状のもの
であってもよい。
各Ｔ塑弾性ビーム３１．３２に貼着された歪ゲージ４１
〜４４および４５〜４８は、各検出器８１〜Ｓ６毎Ｇこ
、第８図に示すようなホイートストーンブリッジ回路６
を構成し、これにより出力の増大がはかられる。各検出
器Ｓ、−Ｓ。
〜４４および４５〜４８は、各検出器８１〜Ｓ６毎Ｇこ
、第８図に示すようなホイートストーンブリッジ回路６
を構成し、これにより出力の増大がはかられる。各検出
器Ｓ、−Ｓ。
の合計６個の出力は、それぞれ増幅器６１を介してマル
チプレクサ６２へ入力され、さらにＡ／Ｄ変換器６３を
介してコンピュータ回路６４に取り込まれる。
チプレクサ６２へ入力され、さらにＡ／Ｄ変換器６３を
介してコンピュータ回路６４に取り込まれる。
つぎに各検出器Ｓ、−Ｓ、からどのようにして６自由度
の力（Ｆ Ｘ＋ Ｆ ｖ、 Ｆ ｚ、 Ｍｘ、 Ｍｙ、
Ｍｚ ）が検出されるかについて第９図および第１０
図を参照して説明する。
の力（Ｆ Ｘ＋ Ｆ ｖ、 Ｆ ｚ、 Ｍｘ、 Ｍｙ、
Ｍｚ ）が検出されるかについて第９図および第１０
図を参照して説明する。
なお同図中、ＦＸ、ＦＹ、Ｆ２はＺ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各
方向の力、またはＭ ｘ、 Ｍ ｖ、 Ｍ ｚはＺ軸。
方向の力、またはＭ ｘ、 Ｍ ｖ、 Ｍ ｚはＺ軸。
Ｙ軸、Ｚ軸の各軸回りのモーメントを示し、図中矢印で
示す方向をプラスの出力とする。
示す方向をプラスの出力とする。
このうら力ＦＸ、Ｆ、およびモーメントＭ２は検出器３
１〜Ｓ３の出力（第９図中、矢印方向が正方向出力）か
ら検出され、また力Ｆ２および、モーメントＭＸ、ＭＹ
は検出器８４〜ｓ６の出力（第１０図中、紙面の裏から
表への方向が正方向出力）から検出される。
１〜Ｓ３の出力（第９図中、矢印方向が正方向出力）か
ら検出され、また力Ｆ２および、モーメントＭＸ、ＭＹ
は検出器８４〜ｓ６の出力（第１０図中、紙面の裏から
表への方向が正方向出力）から検出される。
したがって、各検出器の出力をεＳ、〜εＳ。
としたとき、次の関係式が成立する。
上式ではに１〜に４は比例定数である。したがって、外
力Ｆ、が作用したとき、曲げ歪検出器Ｓ、−Ｓ、からＳ
ｌ ＝ ’ ５ｌｌＳ２−’ ＳＺ＋Ｓ３＝εＳ、の
曲げ歪が検出され、出力合成マトリクスでｅＦＸ＝に、
・εＳ、＋に、’−ε３２＋ Ｋ 、′・εＳ３に
合成され、この合成された出力と６自由度の力とを対応
づける力変換マトリクスにで外力ＦＸに相当する力が算
出される。
力Ｆ、が作用したとき、曲げ歪検出器Ｓ、−Ｓ、からＳ
ｌ ＝ ’ ５ｌｌＳ２−’ ＳＺ＋Ｓ３＝εＳ、の
曲げ歪が検出され、出力合成マトリクスでｅＦＸ＝に、
・εＳ、＋に、’−ε３２＋ Ｋ 、′・εＳ３に
合成され、この合成された出力と６自由度の力とを対応
づける力変換マトリクスにで外力ＦＸに相当する力が算
出される。
このとき、Ｆ ｖ 、 Ｍｚにも曲げ歪検出器８１〜Ｓ
３の出力が影響するが、出力合成マトリクスでは打消さ
れるため、このときはＦ ｙ 、 Ｍｚに相当する出力
は得られない。しかしながら、同様にしてＦ ｖ 、
Ｍｚについてもその出力を検出することができるので、
６自由度の外力の分離検出が、この出力合成マトリクス
から得ることができる。
３の出力が影響するが、出力合成マトリクスでは打消さ
れるため、このときはＦ ｙ 、 Ｍｚに相当する出力
は得られない。しかしながら、同様にしてＦ ｖ 、
Ｍｚについてもその出力を検出することができるので、
６自由度の外力の分離検出が、この出力合成マトリクス
から得ることができる。
第１図はこの発明にがかる力検出装置の平面図、第２図
はその部分を断面した正面図、第３図はその底面図、第
４図はこの発明にがかる力検出装置の取付態様の一例を
示す部分を断面した正面図、第５図は他の実施例の平面
図、第６図はその部分を断面した正面図、第７図はその
底面図、第８図はこの発明における制御回路のブロック
図、第９図および第１０図はこの発明における検出器か
らの検出器と力成分およびモーメントの関係を示す説明
図、第１１図は産業用ロボットの一例を示す正面図、第
１２図から第１５図は、従来の力検出装置を示す斜面図
である。 ２・・・・力検出装置 ２１・・・・軸部３１、
３２・・・・弾性ビーム ２２．２３・・・・連結部
４１〜４８・・・・歪ゲージ 特許 出 願人 立石電機株式会社 モヤ ３ 込Δ 蜘１＠ｐｓシ絡カフ・・口、り）幻
→十 １０ＶＩΔ 積文歪とカ・モーメントとＰＰｆ
ｂ盲示ｆ説１１１八妃 シャ ノｚ ６へ
はその部分を断面した正面図、第３図はその底面図、第
４図はこの発明にがかる力検出装置の取付態様の一例を
示す部分を断面した正面図、第５図は他の実施例の平面
図、第６図はその部分を断面した正面図、第７図はその
底面図、第８図はこの発明における制御回路のブロック
図、第９図および第１０図はこの発明における検出器か
らの検出器と力成分およびモーメントの関係を示す説明
図、第１１図は産業用ロボットの一例を示す正面図、第
１２図から第１５図は、従来の力検出装置を示す斜面図
である。 ２・・・・力検出装置 ２１・・・・軸部３１、
３２・・・・弾性ビーム ２２．２３・・・・連結部
４１〜４８・・・・歪ゲージ 特許 出 願人 立石電機株式会社 モヤ ３ 込Δ 蜘１＠ｐｓシ絡カフ・・口、り）幻
→十 １０ＶＩΔ 積文歪とカ・モーメントとＰＰｆ
ｂ盲示ｆ説１１１八妃 シャ ノｚ ６へ
Claims (3)
- （１）軸部周囲に複数の弾性ビームが放射状且つ上下２
段に配備され、一方段の各弾性ビームには、水平面側に
変位検出器がそれぞれ取り付けられ、他方段の各弾性ビ
ームには、垂直面側に変位検出器がそれぞれ取り付けら
れると共に、各弾性ビームの先端は各段毎にリング状に
連結されて成る力検出装置。 - （２）前記上下各段の弾性ビームは、１２０度等角位置
に、同方向且つ平行に合計６本配設されている特許請求
の範囲第１項記載の力検出装置。 - （３）前記各弾性ビームは、Ｔ型形状の弾性ビームであ
って、その垂直部を放射状に配備すると共に、その水平
部をリング状に連結した特許請求の範囲第１項または第
２項記載の力検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60201349A JPH0640039B2 (ja) | 1985-09-10 | 1985-09-10 | 力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60201349A JPH0640039B2 (ja) | 1985-09-10 | 1985-09-10 | 力検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6259826A true JPS6259826A (ja) | 1987-03-16 |
| JPH0640039B2 JPH0640039B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=16439561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60201349A Expired - Lifetime JPH0640039B2 (ja) | 1985-09-10 | 1985-09-10 | 力検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0640039B2 (ja) |
Cited By (9)
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|---|---|---|---|---|
| JP2005249772A (ja) * | 2004-08-23 | 2005-09-15 | A & D Co Ltd | 回転型分力計測装置 |
| EP1764192A1 (en) | 2005-09-16 | 2007-03-21 | Abb Ab | An industrial robot with sensor means in the region of a tool flange |
| WO2007082323A1 (de) * | 2006-01-19 | 2007-07-26 | Trumpf Maschinen Austria Gmbh & Co. Kg. | Biegepresse mit beschickungseinrichtung und verfahren zu deren betrieb |
| JP2011200943A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Canon Inc | 力制御ロボット |
| JP2012000746A (ja) * | 2010-05-20 | 2012-01-05 | Canon Inc | 力制御ロボット |
| JP2015049209A (ja) * | 2013-09-04 | 2015-03-16 | トヨタ自動車株式会社 | トルクセンサ |
| CN105500394A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-04-20 | 佛山市禾才科技服务有限公司 | 一种机器人手指尖 |
| JP2019503483A (ja) * | 2016-01-19 | 2019-02-07 | エーティーアイ インダストリアル オートメーション， インコーポレイテッドＡｔｉ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ， Ｉｎｃ． | 力／トルクセンサ及び方法 |
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Families Citing this family (2)
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-
1985
- 1985-09-10 JP JP60201349A patent/JPH0640039B2/ja not_active Expired - Lifetime
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