JPS6263827A - 力・トルク検出装置 - Google Patents
力・トルク検出装置Info
- Publication number
- JPS6263827A JPS6263827A JP60179826A JP17982685A JPS6263827A JP S6263827 A JPS6263827 A JP S6263827A JP 60179826 A JP60179826 A JP 60179826A JP 17982685 A JP17982685 A JP 17982685A JP S6263827 A JPS6263827 A JP S6263827A
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- JP
- Japan
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- force
- vibration type
- detector
- connecting member
- torque detection
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、組立用ロボットなどにおいて、手首にかかる
力やトルク（６軸力）の大きさを検出する力・トルク検
出装置に関するものである。
力やトルク（６軸力）の大きさを検出する力・トルク検
出装置に関するものである。
一般に、ロボットを使用して組立作業などを行なわせる
場合、部品の位置にずれなどがあると、部品に無理な力
が加わり、これを破損してしまうことがある。従来、こ
れを防止するために、組み立での際に部品に加わる力や
モーメントを検出して、ロボットの位置や姿勢を調節す
る方法がとられている。このような場合、ｘ、ｙ、ｚの
３１１交軸方向の力Ｆｘ 、 Ｆｙ 、 Ｆｚと、各軸
まわりのモーメントＭｘ 、 Ｍｙ 、 Ｍｚを測定す
る必要がある。
場合、部品の位置にずれなどがあると、部品に無理な力
が加わり、これを破損してしまうことがある。従来、こ
れを防止するために、組み立での際に部品に加わる力や
モーメントを検出して、ロボットの位置や姿勢を調節す
る方法がとられている。このような場合、ｘ、ｙ、ｚの
３１１交軸方向の力Ｆｘ 、 Ｆｙ 、 Ｆｚと、各軸
まわりのモーメントＭｘ 、 Ｍｙ 、 Ｍｚを測定す
る必要がある。
例えば、第６図に示す如く、ロボットのハンド部１によ
り部品２を掴み、穴３に挿入する場合を考えてみると、
ｓ６図（ａ）の如く、挿入が正常に行なわれた場合には
、ハンド部１および部品２には余分な力が加わらず、部
品２を破損してしまうことはない。しかしながら、第６
図（ｂ）の如く、ハンド部１による部品２の把握状態（
姿勢）の変化や、位置決めのずれなどが生じると、ハン
ド＠Ｉｌｌおよび部品２に無理な力が加わり、部品２を
破損してしまうことがある。したがって、部品２の挿入
の際には、ハンド部１に員く力やモーメントを検出して
、部品２の挿入が滑らかに行なわれるように、ハンド部
１の位置や姿勢を制御する必要がある。
り部品２を掴み、穴３に挿入する場合を考えてみると、
ｓ６図（ａ）の如く、挿入が正常に行なわれた場合には
、ハンド部１および部品２には余分な力が加わらず、部
品２を破損してしまうことはない。しかしながら、第６
図（ｂ）の如く、ハンド部１による部品２の把握状態（
姿勢）の変化や、位置決めのずれなどが生じると、ハン
ド＠Ｉｌｌおよび部品２に無理な力が加わり、部品２を
破損してしまうことがある。したがって、部品２の挿入
の際には、ハンド部１に員く力やモーメントを検出して
、部品２の挿入が滑らかに行なわれるように、ハンド部
１の位置や姿勢を制御する必要がある。
第７図は従来の力・トルク検出装置の一例を示す構成図
である。図に示す装置は、アーム側およ′ びハンド側
にそれぞれ連結される連結部材４，５の間を、複数のビ
ーム〔はり〕６〜１３によって結合するとともに、各ビ
ーム６〜１３に歪みゲージ１４〜２１を取り付け、上記
６軸方向の力を検出するようにしたものである。すなわ
ち、連結部材４，５の間に力が加えられると、その力の
方向に応じて各ビーム６〜１３に歪みを生じ、歪みゲー
ジ１４〜２１を介して各軸方向の力成分が測定される。
である。図に示す装置は、アーム側およ′ びハンド側
にそれぞれ連結される連結部材４，５の間を、複数のビ
ーム〔はり〕６〜１３によって結合するとともに、各ビ
ーム６〜１３に歪みゲージ１４〜２１を取り付け、上記
６軸方向の力を検出するようにしたものである。すなわ
ち、連結部材４，５の間に力が加えられると、その力の
方向に応じて各ビーム６〜１３に歪みを生じ、歪みゲー
ジ１４〜２１を介して各軸方向の力成分が測定される。
しかしながら、上記のような構成を有する力・トルク検
出装置においては、ビーム６〜１３の歪みを利用して力
の大きさを測定しでいるために、ビーム６〜１３の径を
小さくしなければならず、衝撃力に弱いという欠点を有
している。すなわち、ロボットにおいては、誤操作によ
るハンド部の衝突は避けることができず、ハンド部を周
囲の機械等にぶつけてしまうと、かなりの確率でビーム
６〜１３を破損してしまうか、永久ひずみが残って、ゼ
ロ出力が変化してしまう。
出装置においては、ビーム６〜１３の歪みを利用して力
の大きさを測定しでいるために、ビーム６〜１３の径を
小さくしなければならず、衝撃力に弱いという欠点を有
している。すなわち、ロボットにおいては、誤操作によ
るハンド部の衝突は避けることができず、ハンド部を周
囲の機械等にぶつけてしまうと、かなりの確率でビーム
６〜１３を破損してしまうか、永久ひずみが残って、ゼ
ロ出力が変化してしまう。
これは、検出感度を上げるために、ビーム６〜１３の歪
み量を大きくとっているためである。一般的に、永久ひ
ずみを残さないための最大ひずみ量は１０００μストレ
イン程度であるので、これに衝撃力のマージンを１０倍
みて、ビーム６〜１３を１００ ｕストロ４２以内で使
用したとすると、レンジの１％を読むためには、１μス
トレインの歪みを検出しなければならない、１赳ストレ
インの歪みにより歪みゲージ１４〜２１に発生する電圧
は、印加電圧を５ （Ｖ） 、ゲージファクタを２とし
た場合でも、１０〔μ■〕という微小な電圧であり、検
出の限界である。このため、耐衝撃性を犠牲にして、ビ
ーム６〜１３の歪み量を１０００μストレインに設定し
、０．１％の実用的な分解能を得ることが一般的であり
、衝突によって１００００μストレイン程度の力が加わ
ると、ビーム６〜１３の破損や永久ひずみを生じてしま
う。また、ビーム６〜１３の歪みを大きくとることは、
ビーム６〜１３の剛性を下げることであり、高精度の位
置決めを行なうロボットにとっては好ましいことではな
い。
み量を大きくとっているためである。一般的に、永久ひ
ずみを残さないための最大ひずみ量は１０００μストレ
イン程度であるので、これに衝撃力のマージンを１０倍
みて、ビーム６〜１３を１００ ｕストロ４２以内で使
用したとすると、レンジの１％を読むためには、１μス
トレインの歪みを検出しなければならない、１赳ストレ
インの歪みにより歪みゲージ１４〜２１に発生する電圧
は、印加電圧を５ （Ｖ） 、ゲージファクタを２とし
た場合でも、１０〔μ■〕という微小な電圧であり、検
出の限界である。このため、耐衝撃性を犠牲にして、ビ
ーム６〜１３の歪み量を１０００μストレインに設定し
、０．１％の実用的な分解能を得ることが一般的であり
、衝突によって１００００μストレイン程度の力が加わ
ると、ビーム６〜１３の破損や永久ひずみを生じてしま
う。また、ビーム６〜１３の歪みを大きくとることは、
ビーム６〜１３の剛性を下げることであり、高精度の位
置決めを行なうロボットにとっては好ましいことではな
い。
本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、小さ
な歪み孟で力の検出を行なうことができるとともに、剛
性の高い力・トルク検出装置を簡単な構成により実現す
ることを目的としたものである。
な歪み孟で力の検出を行なうことができるとともに、剛
性の高い力・トルク検出装置を簡単な構成により実現す
ることを目的としたものである。
本発明の力・トルク検出装置は、アーム側およびハンド
側にそれぞれ連結される２つの連結部材を、互に並行な
六角形の対向面を有するように形成するとともに、これ
らの対向面を底面として想定される六角筒における各長
方形側面部の対角線上に、それぞれ方向を変えて６つの
振動形力検出器を配置するようにしたものである。
側にそれぞれ連結される２つの連結部材を、互に並行な
六角形の対向面を有するように形成するとともに、これ
らの対向面を底面として想定される六角筒における各長
方形側面部の対角線上に、それぞれ方向を変えて６つの
振動形力検出器を配置するようにしたものである。
このように４１成された力・トルク検出装量においては
、６軸方向の力を振動形力検出器の配量された軸方向の
力成分に変換することができ、ハンド部に惟（力を高精
度に検出することができる。
、６軸方向の力を振動形力検出器の配量された軸方向の
力成分に変換することができ、ハンド部に惟（力を高精
度に検出することができる。
また、振動形力検出器は極めて小さな歪み量で力の検出
を行なうことができるので、剛性の高い力・トルク検出
装置を実現することができる。
を行なうことができるので、剛性の高い力・トルク検出
装置を実現することができる。
第１図は本発明の力・トルク検出装置の一実施例を示す
構成図である。図において、２２ 、２４は互に並行な
六角形の対向面２３ 、２５を有するとともにアーム側
およびハンド側にそれぞれ連結される２つの連結部材、
２６〜３１はこれらの対向面２３ 、２５を底面として
想定される六角筒における各長方形側面部の対角線上に
、それぞれ方向を変えて配置された６つの振動形力検出
器である。第２図は振動形力検出器２６〜３１の配量状
態の概要を示す展開図である。
構成図である。図において、２２ 、２４は互に並行な
六角形の対向面２３ 、２５を有するとともにアーム側
およびハンド側にそれぞれ連結される２つの連結部材、
２６〜３１はこれらの対向面２３ 、２５を底面として
想定される六角筒における各長方形側面部の対角線上に
、それぞれ方向を変えて配置された６つの振動形力検出
器である。第２図は振動形力検出器２６〜３１の配量状
態の概要を示す展開図である。
振動形力検出器２６〜３１を上記°のように配置した力
・トルク検出装置においては、ハンド側の連結部材２４
に力が働くと、この力は各振動形力検出器２６〜３１に
おける軸方向の力成分に分けられ、各振動形力検出器２
６〜３１によって検出される。例えば、連結部材２４の
２力同にＦｚなる軸力が作用したとすると、この軸力Ｆ
ｚは６つの振動形力検出蓼２６〜３１の軸力ｆ１〜ｆ６
と釣り合い、この関係を式で示せば、次式のように表わ
される。
・トルク検出装置においては、ハンド側の連結部材２４
に力が働くと、この力は各振動形力検出器２６〜３１に
おける軸方向の力成分に分けられ、各振動形力検出器２
６〜３１によって検出される。例えば、連結部材２４の
２力同にＦｚなる軸力が作用したとすると、この軸力Ｆ
ｚは６つの振動形力検出蓼２６〜３１の軸力ｆ１〜ｆ６
と釣り合い、この関係を式で示せば、次式のように表わ
される。
Ｆ ｚ ＝ Ｋ３１・ｆｌ＋に３２・ｆ２＋ Ｋ２Ｓ
・ｆ３＋ Ｋ３４・ｆ４十に３５・ｆ５＋に３６・ｆに こで、Ｋ３１〜に３６は係数であり、力・トルク検出装
置の形状に応じて一義的に決まるものである。
・ｆ３＋ Ｋ３４・ｆ４十に３５・ｆ５＋に３６・ｆに こで、Ｋ３１〜に３６は係数であり、力・トルク検出装
置の形状に応じて一義的に決まるものである。
また、Ｆｘ 、 Ｆｙ 、 Ｍｘ 、 Ｍｙ 、 Ｍｚ
についても同様の式が成り立ち、これらの関係をマトリ
クスで示せば、次式のように表わされる。
についても同様の式が成り立ち、これらの関係をマトリ
クスで示せば、次式のように表わされる。
すなわち、Ｋｌｌ〜に６６は力゛・トルク検出装置の幾
何学的な形状により決まる定数であり、各振動形力検出
器２６〜３１の出力ｆ１〜ｆ６を上式に代入して演算す
ることにより、６軸方向の力ＦＸＭ−ＭＺを求めること
ができる。
何学的な形状により決まる定数であり、各振動形力検出
器２６〜３１の出力ｆ１〜ｆ６を上式に代入して演算す
ることにより、６軸方向の力ＦＸＭ−ＭＺを求めること
ができる。
さらに、実際の作業状態においては、第３図に示す如く
、ハンド部Ｈの先端における力Ｆｘ’〜Ｍｚ’を測定す
ることが必要とされるが、これらの力は力・トルク検出
装置Ｓにより検出された力ＦＸ／％ＭＺから次のように
して求めることができる。
、ハンド部Ｈの先端における力Ｆｘ’〜Ｍｚ’を測定す
ることが必要とされるが、これらの力は力・トルク検出
装置Ｓにより検出された力ＦＸ／％ＭＺから次のように
して求めることができる。
いま、Ｆｘ〜ＭｚとＦＸ’〜Ｍ！’との関係をＫｌｌ
’〜に６６゛は係数 とすれば、 となり、力・トルク検出装置Ｓとハンド部Ｈとの幾何学
的な関係（形状）が定まれば、力・トルク検出装置Ｓの
検出出力Ｆｘ〜Ｍｚから、ハンド部Ｈの先端における力
Ｆｘ’〜Ｍｚ’を算出することができる。
’〜に６６゛は係数 とすれば、 となり、力・トルク検出装置Ｓとハンド部Ｈとの幾何学
的な関係（形状）が定まれば、力・トルク検出装置Ｓの
検出出力Ｆｘ〜Ｍｚから、ハンド部Ｈの先端における力
Ｆｘ’〜Ｍｚ’を算出することができる。
第４図は本発明の力・トルク検出装置に使用される振動
形力検出器の一例を示す構成図である。
形力検出器の一例を示す構成図である。
図に示す検出器は振動弦形の力検出器である。図におい
て、３２は導電性を有する弦、３３は絶縁材３４を介し
て弦３２を支持するパイプ状のシェル、３５は弦３２に
一定の磁界を与える磁石、３６はシェル３３を前記した
連結部材間に取り付けるための取付は部である。
て、３２は導電性を有する弦、３３は絶縁材３４を介し
て弦３２を支持するパイプ状のシェル、３５は弦３２に
一定の磁界を与える磁石、３６はシェル３３を前記した
連結部材間に取り付けるための取付は部である。
このようにｍ成された力検出器においては、弦３２を正
帰還ループに入れ、これに交流電流を供給すると、弦３
２は一定の共振周波数で振動するようになる。ここで、
シェル３３（取付は部３６間）に軸力が加えられると、
弦３２の張力が変化して、その振動周波数が変化するよ
うになる。したがって、弦３２における振動周波数の変
化を検出すれば、この検出器に働く軸力の大きさを求め
ることができる。また、このような振動弦形の力検出器
は、極めて小さな歪み】で軸力の検出を行なうことがで
きるので、シェル３３の歪み量を小さく設定することが
でき、剛性の高い力・トルク検出装置を実現することが
できる。
帰還ループに入れ、これに交流電流を供給すると、弦３
２は一定の共振周波数で振動するようになる。ここで、
シェル３３（取付は部３６間）に軸力が加えられると、
弦３２の張力が変化して、その振動周波数が変化するよ
うになる。したがって、弦３２における振動周波数の変
化を検出すれば、この検出器に働く軸力の大きさを求め
ることができる。また、このような振動弦形の力検出器
は、極めて小さな歪み】で軸力の検出を行なうことがで
きるので、シェル３３の歪み量を小さく設定することが
でき、剛性の高い力・トルク検出装置を実現することが
できる。
第５図は曲記第４図に示した振動弦３２の代りに使用す
ることのできる振動はりの一例を示す構成図である。こ
の振動はりは、一部に薄く形成された共振部３７を有し
、圧電素子３８などを使用して振動を与えるとともに、
その軸力に応じた共振振動数の変化を、圧電素子３９に
より検出するようにしたものである。
ることのできる振動はりの一例を示す構成図である。こ
の振動はりは、一部に薄く形成された共振部３７を有し
、圧電素子３８などを使用して振動を与えるとともに、
その軸力に応じた共振振動数の変化を、圧電素子３９に
より検出するようにしたものである。
なお、上記のような振動形の力検出器ｔこおいては、そ
の出力が周波数信号のかたちで得られるので、出力信号
をディジタル信号化するのが容易であり、後の演算処理
などに有利である。
の出力が周波数信号のかたちで得られるので、出力信号
をディジタル信号化するのが容易であり、後の演算処理
などに有利である。
以上説明したように、本発明の力・トルク検出装置では
、アーム側およびハンド側にそれぞれ連結される２つの
連結部材を、互に並行な六角形の対向面を有するように
形成するとともに、これらの対向面を底面として想定さ
れる六角筒における各長方形側面部の対角線上に、それ
ぞれ方向を変えて６つの振動形力検出器を配置するよう
にしているので、６軸力向の力を振動形力検出器の配置
された軸方向の力成分に変換することができ、ハンド部
に働く力を振動形力検出器により高精度に検出すること
ができるので、小さな歪み量で力の検出を行なうことが
できるとともに、剛性の高い力・トルク検出装置を簡単
な構成により実現することができる。
、アーム側およびハンド側にそれぞれ連結される２つの
連結部材を、互に並行な六角形の対向面を有するように
形成するとともに、これらの対向面を底面として想定さ
れる六角筒における各長方形側面部の対角線上に、それ
ぞれ方向を変えて６つの振動形力検出器を配置するよう
にしているので、６軸力向の力を振動形力検出器の配置
された軸方向の力成分に変換することができ、ハンド部
に働く力を振動形力検出器により高精度に検出すること
ができるので、小さな歪み量で力の検出を行なうことが
できるとともに、剛性の高い力・トルク検出装置を簡単
な構成により実現することができる。
第１図〜第５図は本発明の力・トルク検出装置の一実施
例を示す構成図、第６図および第７図は従来の力・トル
ク検出装置の一例を示す構成図である。 ４．５．２２．２４・・・連結部材、６〜１３・・・ビ
ーム、１４〜２１・・・歪みゲージ、２６〜３１・・・
振動形力検出器、３２・・・弦、３３・・・シェル、３
４・・・絶縁材、３５・・・磁石、３６取付は部、３７
・・・共振部、３８ 、３９゜・・圧電素子。 第１図 第２図
例を示す構成図、第６図および第７図は従来の力・トル
ク検出装置の一例を示す構成図である。 ４．５．２２．２４・・・連結部材、６〜１３・・・ビ
ーム、１４〜２１・・・歪みゲージ、２６〜３１・・・
振動形力検出器、３２・・・弦、３３・・・シェル、３
４・・・絶縁材、３５・・・磁石、３６取付は部、３７
・・・共振部、３８ 、３９゜・・圧電素子。 第１図 第２図
Claims (1)
- 互に並行な六角形の対向面を有するとともにアーム側お
よびハンド側にそれぞれ連結された２つの連結部材と、
これらの対向面を底面として想定される六角筒における
各長方形側面部の対角線上にそれぞれ方向を変えて配置
された６つの振動形力検出器とを具備してなる力・トル
ク検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60179826A JPS6263827A (ja) | 1985-08-15 | 1985-08-15 | 力・トルク検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60179826A JPS6263827A (ja) | 1985-08-15 | 1985-08-15 | 力・トルク検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6263827A true JPS6263827A (ja) | 1987-03-20 |
| JPH0585853B2 JPH0585853B2 (ja) | 1993-12-09 |
Family
ID=16072566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60179826A Granted JPS6263827A (ja) | 1985-08-15 | 1985-08-15 | 力・トルク検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6263827A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5063788A (en) * | 1987-11-13 | 1991-11-12 | Logabex S.A.R.L. | Process for producing sensors for measuring spatial forces and sensors obtained |
| JP2007315878A (ja) * | 2006-05-25 | 2007-12-06 | Mitsubishi Electric Corp | 多軸力覚センサ |
| FR2948454A1 (fr) * | 2009-07-21 | 2011-01-28 | Lisi Automotive Former | Agencement de mesure pour etablissement des couples et de la tension axiale d'une connexion a vis a ecrou |
| CN104062108A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-09-24 | 浙江工业大学 | 多功能力学性能测试试验机 |
-
1985
- 1985-08-15 JP JP60179826A patent/JPS6263827A/ja active Granted
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5063788A (en) * | 1987-11-13 | 1991-11-12 | Logabex S.A.R.L. | Process for producing sensors for measuring spatial forces and sensors obtained |
| JP2007315878A (ja) * | 2006-05-25 | 2007-12-06 | Mitsubishi Electric Corp | 多軸力覚センサ |
| FR2948454A1 (fr) * | 2009-07-21 | 2011-01-28 | Lisi Automotive Former | Agencement de mesure pour etablissement des couples et de la tension axiale d'une connexion a vis a ecrou |
| CN104062108A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-09-24 | 浙江工业大学 | 多功能力学性能测试试验机 |
| CN104062108B (zh) * | 2014-06-04 | 2016-06-15 | 浙江工业大学 | 多功能力学性能测试试验机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0585853B2 (ja) | 1993-12-09 |
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