JPS63277945A - 力センサ - Google Patents
力センサInfo
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- JPS63277945A JPS63277945A JP670987A JP670987A JPS63277945A JP S63277945 A JPS63277945 A JP S63277945A JP 670987 A JP670987 A JP 670987A JP 670987 A JP670987 A JP 670987A JP S63277945 A JPS63277945 A JP S63277945A
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- force sensor
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 50
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229920001875 Ebonite Polymers 0.000 description 1
- 230000005483 Hooke's law Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
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- Measurement Of Force In General (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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は弾性体に加わる外力を測定する力センサに関す
る。
る。
従来、弾性体に力を加えた場合に生じる弾性体の変位を
測定することにより前記印加力を測定する力センサがあ
る６弾性体に力が加えられた場合、フックの法則に従い
前記弾性体は前記印加力に比例した歪を生じる。このた
め、前記弾性体の変位を測定することにより前記印加力
を測定することができる。
測定することにより前記印加力を測定する力センサがあ
る６弾性体に力が加えられた場合、フックの法則に従い
前記弾性体は前記印加力に比例した歪を生じる。このた
め、前記弾性体の変位を測定することにより前記印加力
を測定することができる。
従来のこの種の力センサでは、センサに加えられた力を
測定する場合に測定分解能を向上させようとすると第一
としては前記弾性体のばね定数を小さくすることにより
単位印加力当りの変位を大きくとるか、第二としては変
位検出機構の分解能を大きく向上などの手段がとられて
いる。
測定する場合に測定分解能を向上させようとすると第一
としては前記弾性体のばね定数を小さくすることにより
単位印加力当りの変位を大きくとるか、第二としては変
位検出機構の分解能を大きく向上などの手段がとられて
いる。
しかしながら前記第一の手段では柔らかい弾性体を用い
ることとなり、−室以上の大きな力に対しては塑性変形
を起してしまうため弾性体として対応できないという欠
点がある。また、前記第二の手段では変位検出機構の出
力値には上限があるため、最大検出範囲を極端に大きく
取ることは困難であり、また変位検出機構の入力雑音の
影響から検出ゲインを大きく取ることにも限界があると
いう欠点があり、何れの場合にしても最大検出範囲を大
きく取ることと検出分解能を向上させることを同時に満
たす二尼は困難であるという欠点がある。
ることとなり、−室以上の大きな力に対しては塑性変形
を起してしまうため弾性体として対応できないという欠
点がある。また、前記第二の手段では変位検出機構の出
力値には上限があるため、最大検出範囲を極端に大きく
取ることは困難であり、また変位検出機構の入力雑音の
影響から検出ゲインを大きく取ることにも限界があると
いう欠点があり、何れの場合にしても最大検出範囲を大
きく取ることと検出分解能を向上させることを同時に満
たす二尼は困難であるという欠点がある。
本発明の目的は上述した欠点を除去し、最大検出範囲を
拡大しかつ検出分解能を改善した力センサを提供するこ
とにある。
拡大しかつ検出分解能を改善した力センサを提供するこ
とにある。
本発明の力センサは、弾性体の歪を測定することにより
前記弾性体に加えられた力を測定する力センサにおいて
、小さなばね定数を持つ第一の弾性体と大きなばね定数
を持つ第二の弾性体を有するとともに前記第一の弾性体
を着力点に近い位置に設置し前記第二の弾性体を前記第
一の弾性体に対して着力点とは反対側に設置したうえ前
記第一および第二の弾性体の一端は共通に固定し他の一
端は互いに独立に変形可能とするように間隙を設けあら
かじめ設定した前記第一の弾性体の変形範囲を越える以
上の力が前記着力点に加えられた場合には前記第一の弾
性体と前記第二の弾性体とを接続する前記間隙部に設け
た接続手段と、前記第一の弾性体の変位を検出する第一
の変位検出手段と、前記第二の弾性体の変位を検出する
第二の変位検出手段とを備えて構成される。
前記弾性体に加えられた力を測定する力センサにおいて
、小さなばね定数を持つ第一の弾性体と大きなばね定数
を持つ第二の弾性体を有するとともに前記第一の弾性体
を着力点に近い位置に設置し前記第二の弾性体を前記第
一の弾性体に対して着力点とは反対側に設置したうえ前
記第一および第二の弾性体の一端は共通に固定し他の一
端は互いに独立に変形可能とするように間隙を設けあら
かじめ設定した前記第一の弾性体の変形範囲を越える以
上の力が前記着力点に加えられた場合には前記第一の弾
性体と前記第二の弾性体とを接続する前記間隙部に設け
た接続手段と、前記第一の弾性体の変位を検出する第一
の変位検出手段と、前記第二の弾性体の変位を検出する
第二の変位検出手段とを備えて構成される。
本発明に従う力センサの原理作用について図面を用いて
説明する。第１図は本発明による力センサの構成を示す
断面図である。第１図において、小さなばね定数を持つ
第一の弾性体１０と大きなばね定数を持つ第二の弾性体
１２は、第一の弾性体１０が着力点に近い位置に、第二
の弾性体１２は前記第一の弾性体１０に対して着力点と
反対側になるよう、第一および第二の弾性体の一端にお
いて共通に固定される。また、他の一端は互いに独立に
変形可能とするよう両者の間に間隙を設け、この間隙部
には、あらかじめ設定した第一の弾性体１０の変形範囲
を越える以上の力が前記着力点に加えられた場合に第一
の弾性体１０と前記第二の弾性体１２とを接続するよう
に接続手段１４が設けられる。また、第一の弾性体１０
の変位を検出する第一の変位検出手段１１と、第二の弾
性体１２の変位を検出する第二の変位検出手段１３がそ
れぞれ弾性体の変形部に取り付けられる０以上第１図に
示した構成によれば、前記間隙部に力Ｆが印加された場
合、まず第一の弾性体１０が変形し、第１の変位検出手
段１１により印加力に応じた出力が得られる。印加され
た力があらかじめ設定した前記第一の弾性体１０の変形
範囲を越える場合には、接続手段１４により前記第一お
よび第二の弾性体１０と１２とが接続され、印加力に対
して両者のばね定数を加えたばね定数に対応する変形を
生じ、これが第二の変位検出手段で検出される。具体的
には前記接続手段１４として金属板、硬質ゴムによるス
ペーサ等を用いて構成することができる。また、単に第
二の弾性体１２の先端を突出させ、検出手段１１の動作
を妨げることなく前記第一第二の弾性体を接続し変形可
能とすることもできる。
説明する。第１図は本発明による力センサの構成を示す
断面図である。第１図において、小さなばね定数を持つ
第一の弾性体１０と大きなばね定数を持つ第二の弾性体
１２は、第一の弾性体１０が着力点に近い位置に、第二
の弾性体１２は前記第一の弾性体１０に対して着力点と
反対側になるよう、第一および第二の弾性体の一端にお
いて共通に固定される。また、他の一端は互いに独立に
変形可能とするよう両者の間に間隙を設け、この間隙部
には、あらかじめ設定した第一の弾性体１０の変形範囲
を越える以上の力が前記着力点に加えられた場合に第一
の弾性体１０と前記第二の弾性体１２とを接続するよう
に接続手段１４が設けられる。また、第一の弾性体１０
の変位を検出する第一の変位検出手段１１と、第二の弾
性体１２の変位を検出する第二の変位検出手段１３がそ
れぞれ弾性体の変形部に取り付けられる０以上第１図に
示した構成によれば、前記間隙部に力Ｆが印加された場
合、まず第一の弾性体１０が変形し、第１の変位検出手
段１１により印加力に応じた出力が得られる。印加され
た力があらかじめ設定した前記第一の弾性体１０の変形
範囲を越える場合には、接続手段１４により前記第一お
よび第二の弾性体１０と１２とが接続され、印加力に対
して両者のばね定数を加えたばね定数に対応する変形を
生じ、これが第二の変位検出手段で検出される。具体的
には前記接続手段１４として金属板、硬質ゴムによるス
ペーサ等を用いて構成することができる。また、単に第
二の弾性体１２の先端を突出させ、検出手段１１の動作
を妨げることなく前記第一第二の弾性体を接続し変形可
能とすることもできる。
第２図は本発明による力センサに用いる変位検出手段の
具体的構成を示すブロック図である。前記第一の変位検
出手段１１の出力は増幅器５１の入力へ接続され、前記
第二の変位検出手段１３の出力は増幅器５２の入力へ接
続される。前記増幅器５１．５２の出力は加算器５４で
加算された後、出力増幅器５３にて必要な大きさまで増
幅され、力検出値として出力される。第３図は本発明に
よる力センサの出力特性を示す特性図である。第３図で
は第１図に示した力センサに第２図に示した変位検出回
路を接続して得られる変位検出出力を縦軸に、印加した
力の大きさを横軸に取って前記印加力と前記出力の関係
を示している。ここでｆｌは第一の弾性体１０に対する
力検出範囲上限を示し、ｆ２は第一の弾性体１０および
第二の弾性体１２両者合わせた総合の力検出範囲の上限
を示す。
具体的構成を示すブロック図である。前記第一の変位検
出手段１１の出力は増幅器５１の入力へ接続され、前記
第二の変位検出手段１３の出力は増幅器５２の入力へ接
続される。前記増幅器５１．５２の出力は加算器５４で
加算された後、出力増幅器５３にて必要な大きさまで増
幅され、力検出値として出力される。第３図は本発明に
よる力センサの出力特性を示す特性図である。第３図で
は第１図に示した力センサに第２図に示した変位検出回
路を接続して得られる変位検出出力を縦軸に、印加した
力の大きさを横軸に取って前記印加力と前記出力の関係
を示している。ここでｆｌは第一の弾性体１０に対する
力検出範囲上限を示し、ｆ２は第一の弾性体１０および
第二の弾性体１２両者合わせた総合の力検出範囲の上限
を示す。
本発明に従う力センサでは、微少な力を検出する場合に
は第一の弾性体１０による検出が行われ、しかも第一の
弾性体１０のばね定数は小さくしであるため微少な力の
相違に対しても力検出値を大きく変化させることができ
る。つまり、力検出分解能を大きく取ることが容易であ
る。また、大きな力に付いては前記第一および第二の弾
性体が一８体となって変形し１、かつ第二の弾性体１２
のばね定数を大きく取っであるため、大きな力が掛かっ
ても前記第一の弾性体の変形は許容範囲内に抑えられる
一方、前記変位検出回路の出力も力の変化に対し緩やか
に変化するため、最大値から検出範囲を大きく取ること
ができる。
は第一の弾性体１０による検出が行われ、しかも第一の
弾性体１０のばね定数は小さくしであるため微少な力の
相違に対しても力検出値を大きく変化させることができ
る。つまり、力検出分解能を大きく取ることが容易であ
る。また、大きな力に付いては前記第一および第二の弾
性体が一８体となって変形し１、かつ第二の弾性体１２
のばね定数を大きく取っであるため、大きな力が掛かっ
ても前記第一の弾性体の変形は許容範囲内に抑えられる
一方、前記変位検出回路の出力も力の変化に対し緩やか
に変化するため、最大値から検出範囲を大きく取ること
ができる。
以上の構成によれば、力検出に対する高分解能化の要求
と最大検出範囲の拡大の要求の両者を同時に満たす力セ
ンサを得ることができる。なお前記力センサに於て前記
ｆ、以上の力に対しては大きなばね定数に対する変形の
検出となるので高分解能の力検出は困難となるが、高分
解能による検出は元来微少な力を検出するときのみで十
分なことが圧倒的に多く、このことが本発明の有効性を
損なうものではないことは明らかである。
と最大検出範囲の拡大の要求の両者を同時に満たす力セ
ンサを得ることができる。なお前記力センサに於て前記
ｆ、以上の力に対しては大きなばね定数に対する変形の
検出となるので高分解能の力検出は困難となるが、高分
解能による検出は元来微少な力を検出するときのみで十
分なことが圧倒的に多く、このことが本発明の有効性を
損なうものではないことは明らかである。
次に本発明の具体的な実施例について図面を用いて説明
する。
する。
第４図は本発明の具体的一実施例を示す側面図である。
ここでは本発明に従う力センサをロボットハンドに適用
した例について詳細に説明する。
した例について詳細に説明する。
ここでは２本指のハンドについて示す、ロボットハンド
指部１００．２００およびロボットハンド駆動Ｒ構５０
０からなるが、本実施例では指として前述した第１図の
力センサを用いており、ロボットハンドにより把持する
物体に掛かる力を検出可能としている。ロボットハンド
を利用して種種の材質からなる物体を把持する場合、そ
の柔らかさに応じて把持力を調整する必要がある。柔ら
かく壊れ易い物体の場合は微少な力を高密度に検出して
微妙な把持力制御を行う必要がある。また、堅く重い物
体に対しては強い力で把持するため、大きな力を検出す
る必要がある。この場合には柔らかい物体に対するほど
の力検出分解能は必要としない０本発明による力センサ
を前記ロボットハンドの指部に適用した場合を例にとれ
ば、高分解−能化の要求と最大検出範囲の拡大の要求の
両者を同時に満たすことが可能であり、前記実施例の場
合にはロボットハンドに要求される力検出機能を高分解
能と検出範囲の拡大の両面で十分に満たすことができる
。
指部１００．２００およびロボットハンド駆動Ｒ構５０
０からなるが、本実施例では指として前述した第１図の
力センサを用いており、ロボットハンドにより把持する
物体に掛かる力を検出可能としている。ロボットハンド
を利用して種種の材質からなる物体を把持する場合、そ
の柔らかさに応じて把持力を調整する必要がある。柔ら
かく壊れ易い物体の場合は微少な力を高密度に検出して
微妙な把持力制御を行う必要がある。また、堅く重い物
体に対しては強い力で把持するため、大きな力を検出す
る必要がある。この場合には柔らかい物体に対するほど
の力検出分解能は必要としない０本発明による力センサ
を前記ロボットハンドの指部に適用した場合を例にとれ
ば、高分解−能化の要求と最大検出範囲の拡大の要求の
両者を同時に満たすことが可能であり、前記実施例の場
合にはロボットハンドに要求される力検出機能を高分解
能と検出範囲の拡大の両面で十分に満たすことができる
。
以上説明したように本発明によれば、微少な力を検出す
る場合には前記第一の弾性体による検出が行われ、しか
も前記第一の弾性体のばね定数は小さくしであるため微
少な力の相違に対しても力検出値を大きく変化させる゛
ことができ力検出分解能を大きく取ることが容易である
。また、大きな力に付いては前記第一および第二の弾性
体が一体となって変形し、かつ第二の弾性体のばね定数
を大きく取っであるため、大きな力が掛かっても前記第
一の弾性体の変形は許容範囲内に抑えられる一方、前記
変位検出回路の出力も力の変化に対し緩やかに変化する
ため最大値から検出範囲を大きく取ることができる。
る場合には前記第一の弾性体による検出が行われ、しか
も前記第一の弾性体のばね定数は小さくしであるため微
少な力の相違に対しても力検出値を大きく変化させる゛
ことができ力検出分解能を大きく取ることが容易である
。また、大きな力に付いては前記第一および第二の弾性
体が一体となって変形し、かつ第二の弾性体のばね定数
を大きく取っであるため、大きな力が掛かっても前記第
一の弾性体の変形は許容範囲内に抑えられる一方、前記
変位検出回路の出力も力の変化に対し緩やかに変化する
ため最大値から検出範囲を大きく取ることができる。
従って、本発明に従う構成によれば、力検出に対する高
分解能化の要求と最大検出範囲の拡大の要求の両者を同
時に満たす力センサを得ることができるという効果があ
る。
分解能化の要求と最大検出範囲の拡大の要求の両者を同
時に満たす力センサを得ることができるという効果があ
る。
第１図は本発明による力センサの構成を示す断面図、第
２図は本発明による力センサに用いる変位検出手段の具
体的構成を示すブロック図、第３図は本発明による力セ
ンサは出力特性を示す特性図、第４図は本発明の具体的
一実施例を示す側面図である。 ｌＯ・・・第一の弾性体、１１・・・第一の変位検出手
段、１２・・・第二の弾性体、１３・・・第二の変位検
出手段、１４・・・接続手段、５１〜５３・・・増幅器
、５４・・・加算器、１００，２００・・・ロボットハ
ンド指部、５００・・・ロボットハンド駆動機構。 万’−ｔ＞５４ａりに ・万１ 目 第３図
２図は本発明による力センサに用いる変位検出手段の具
体的構成を示すブロック図、第３図は本発明による力セ
ンサは出力特性を示す特性図、第４図は本発明の具体的
一実施例を示す側面図である。 ｌＯ・・・第一の弾性体、１１・・・第一の変位検出手
段、１２・・・第二の弾性体、１３・・・第二の変位検
出手段、１４・・・接続手段、５１〜５３・・・増幅器
、５４・・・加算器、１００，２００・・・ロボットハ
ンド指部、５００・・・ロボットハンド駆動機構。 万’−ｔ＞５４ａりに ・万１ 目 第３図
Claims (1)
- 弾性体の歪を測定することにより前記弾性体に加えられ
た力を測定する力センサにおいて、小さなばね定数を持
つ第一の弾性体と大きなばね定数を持つ第二の弾性体を
有するとともに前記第一の弾性体を着力点に近い位置に
設置し前記第二の弾性体を前記第一の弾性体に対して着
力点とは反対側に設置したうえ前記第一および第二の弾
性体の一端は共通に固定し他の一端は互いに独立に変形
可能とするように間隙を設けあらかじめ設定した前記第
一の弾性体の変形範囲を越える以上の力が前記着力点に
加えられた場合には前記第一の弾性体と前記第二の弾性
体とを接続する前記間隙部に設けた接続手段と、前記第
一の弾性体の変位を検出する第一の変位検出手段と、前
記第二の弾性体の変位を検出する第二の変位検出手段と
を備えてなることを特徴とする力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP670987A JPS63277945A (ja) | 1987-01-13 | 1987-01-13 | 力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP670987A JPS63277945A (ja) | 1987-01-13 | 1987-01-13 | 力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63277945A true JPS63277945A (ja) | 1988-11-15 |
Family
ID=11645819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP670987A Pending JPS63277945A (ja) | 1987-01-13 | 1987-01-13 | 力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63277945A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010101174A1 (ja) * | 2009-03-05 | 2010-09-10 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 圧力センサ装置 |
| JP2010210294A (ja) * | 2009-03-07 | 2010-09-24 | Waseda Univ | 力センサ及び力センシングシステム |
| JP2016516189A (ja) * | 2013-03-12 | 2016-06-02 | ストライカー・コーポレイション | 力及びトルクを測定するためのセンサ組立体及び方法 |
| JP2018535437A (ja) * | 2015-11-30 | 2018-11-29 | リンク エンジニアリング カンパニー | 高荷重高分解能計装スピンドル又はロードセル |
| CN109579689A (zh) * | 2017-09-29 | 2019-04-05 | 西门子公司 | 曲率测量装置 |
| JP2021167843A (ja) * | 2020-10-16 | 2021-10-21 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
| CN113924196A (zh) * | 2019-06-06 | 2022-01-11 | 欧姆龙株式会社 | 触觉传感器、机械手以及机器人 |
| WO2023084882A1 (ja) * | 2021-11-09 | 2023-05-19 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 力検知装置、力検知方法、及び衣類処理装置 |
-
1987
- 1987-01-13 JP JP670987A patent/JPS63277945A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP4591634B2 (ja) * | 2009-03-05 | 2010-12-01 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 圧力センサ装置 |
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| JP2018119980A (ja) * | 2013-03-12 | 2018-08-02 | ストライカー・コーポレイション | 力及びトルクを測定するためのセンサ組立体及び方法 |
| US10048145B2 (en) | 2013-03-12 | 2018-08-14 | Stryker Corporation | Sensor assembly and method for measuring forces and torques |
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| CN109579689A (zh) * | 2017-09-29 | 2019-04-05 | 西门子公司 | 曲率测量装置 |
| JP2019066478A (ja) * | 2017-09-29 | 2019-04-25 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ | 曲率測定装置 |
| US10704886B2 (en) | 2017-09-29 | 2020-07-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Curvature measurement apparatus |
| CN109579689B (zh) * | 2017-09-29 | 2020-12-08 | 西门子公司 | 曲率测量装置 |
| EP3462124B1 (en) * | 2017-09-29 | 2021-10-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Curvature measurement apparatus |
| CN113924196A (zh) * | 2019-06-06 | 2022-01-11 | 欧姆龙株式会社 | 触觉传感器、机械手以及机器人 |
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| WO2023084882A1 (ja) * | 2021-11-09 | 2023-05-19 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 力検知装置、力検知方法、及び衣類処理装置 |
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