JPS6388417A - 力測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、ロボットの知覚センサや工作機械の切削力
検出器等として使用されろ力測定装置に関し、より詳し
くは、物体に作用する力およびモーメントを検出して、
その物体に作用する力の大きさ、方向およびその力の作
用点を計測するための力測定装置に関する。

〈従来の技術〉 従来より、この種の力測定装置としては次のものがある
（特開昭６０−６２４９７号参照）。この力測定装置は
、８個の平行平板からなる構造と、８個の放射状の平板
からなる構造とを組み合わせて構成している。そして、
上記平行平板からなる構造は、力に対しては容易に変形
するがモーメントに対しては変形しにくくなっており、
逆に放射状の平板構造は、力に対しては変形しにくいが
モーメントに対しては容易に変形するようになっている
。そして、上記平行平板および放射状平板を構成する梁
にストレインゲーンを接着して、その歪みを検出し、３
力Ｆｘ、Ｆｙ、ＦＺおよび３モ一メントＭＸ、ＭＹ、Ｍ
Ｚを検出するようにしている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記従来の力測定装置では、８個の平行
平板からなる＋４造と８１岡の放射状の平板からなる構
造とを必要とするため、どうしてら牛１カ造が複雑にな
るという欠点がある。また、平板の厚さ寸法の加工精度
を必要とするため、機械加工に高度な技術を要し、高価
になるという問題がある。また、平行平成および放射状
平板間の粱すなわち平行距離が短いため、ストレインゲ
ージの接着位置のわずかなばらつきが測定精度に大きく
影響する。

そこでこの発明の目的は、簡単、小型、Ｆｆ、ｍか。

つ安価な構造を持ち、高い精度で３カおよび３モーメン
トを検出できる力測定装置を提供することにある。

〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、この発明の力測定装置は、上
下２枚の平行に配置された基板と、上記２枚の基板を円
周Ｊ：　＋　２０°毎に３等分した各位置において鉛直
方向と一定角度をなす方向に２本一組に配置され、上記
内基板を連結する合計６本の検出柱と、上記各検出柱に
設けた応力検出手段を備えて、上記検出柱に発生する引
張力および圧縮力を上記応力検出手段で検出して３軸方
向のカおよび３軸回りのモーメントを測定し１ひるよう
にしたことを特徴としている。

く作用〉 上下２枚の平行な基板に３軸方向の力および３軸回りの
モーメントに分解できる外力が作用すると、上記基板を
円周上１２０°毎に３等分した各位置において鉛直方向
と一定角度をなす方向に配置された合計６本の検出柱の
各々に、上記力およびモーメントと一定の関係で引張力
あるいは圧縮力が作用する。そして、この検出柱の引張
力あるいは圧縮力は応力検出手段によ、って検出され、
この６本の検出柱に作用する軸力によって３軸方向の力
および３軸回りのモーメントが精度よく検出される。

〈実施例〉 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１．２図において、１は円板の外周を１２０゜の位相
の３箇所で平面で切断した形を有する一ヒ側の基板、２
は上側の基板１と平行に配置され、かっそれと略おなし
形状であるがより大きい下側の基板であり、上記上側の
基板１は、たとえばロボットのハンドとの連結のために
アダプタプレート（図示Ｕ・ず）が取り付けられ、下側
の基板２はロボットのグリップとの連結のためにアダプ
タプレート（図示せず）が取り付けられる。

上記基ｉｔと基板２との間は、平面上で円周を３等分し
た位置、すなわち基板１．２の外周の平面叩に夫々２本
一組にして配置された計６本の検出柱３．４．５，６，
７，８て連結している。そして各々２本の検出柱３，４
；５，６；７，８は、第２図に示すように下端が水平方
向と角θをなす２等辺三角形状に配置している。すなわ
ち上記各検出柱３　、４　、５　、６　、７　、８は鉛
直方向と角２０の角度をなしている。上記検出柱３，４
，５，６，７．８の上喘才３よび下端はと側の基板１と
下側の基板２にたとえばネジ、かしめ、溶接などの固定
手段ｌ０１１０°により剛に固定している。さらに、上
記６本の検出柱３　、４　、５　、６　、７　、８の中
央部に、引張または圧縮力以外の力が作用するのを防ぐ
ために、上記各検出柱３．４，５，６，７．８の上、下
端部近傍に夫々細いフレキシブル部９，９゛を設けてい
る。

そして上記フレキシブル部９．９°によって曲げモーメ
ントなどが働かない上記検出［３，４，５，６゜７．８
の中央部には夫々応力検出手段としてのストレインゲー
ジ１１，１２．・・・、＋６を接着している。このよう
に、ストレインゲージ１１．１２．・・。

１６は検出柱３，４．５，６，７．８のフレキノプル部
９．９゛に挾まれた中央部に接符しているので、各検出
柱３．４．・・・、８においてはストレインケーンＩＩ
、１２．・・・、１６の接着位置に関係なく、同じ軸力
を検出できろ。

次に上記措成の力測定装置の３力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚおよ
び３モ一メントＭ　Ｘ　、？ｔ４　ｙ　、　Ｍｚの検出
原理を説明する。

第１．２図に示すように、座（票Ｍ＋　Ｘ　、　ｙ　、
ｚをとり、ｒを基板１，２の中心から検出柱３，４．・
・・、８の享ざの中央位置までの距離とする。

いま、座標軸Ｚ方向にツノＦＺが作用すると、各々の検
出柱３，４，５，６，７．８には、次の軸力ＴｌＴ、、
Ｔ６．Ｔ、、ＴＶ、ＴＩＩが作用する。

そして、第１図に示すように、モーメントＭｚが作用す
ると（右回りを十とする）、各検出柱３゜４．５，６，
７．８に作用する軸力は次のようになる。

Ｘ軸方向の力Ｆｘが作用すると、 Ｘ軸回りのモーメントＭｙ、が作用すると、Ｘ軸方向の
力Ｆｙが作用すると、 ｙ＠回りのモーメントＭｙが作用すると、となる。

このような一意的な関係が、検出１３，４．５゜６．７
．８に発生する軸力Ｔ　３　、　Ｔ　４．　Ｔ　ｓ　、
　Ｔ　ｅ　、　Ｔ　７．　Ｔ　ｅと、基板１，２に作用
する３力Ｆ　ｘ、　Ｆ　ｙ、　Ｆ　Ｚおよび３モ一メン
トＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚとの間にある。この（１）〜（６）
までの式をまとめると、次の（７）式のように表される
。

・・（７） しｆこが−）で、上記（７）式の逆演算すなわち係数行
列の逆行列を求め、軸力Ｔ３．Ｔ４．・・・、Ｔ８を測
定することによって、３力Ｆ　Ｘ、　Ｆ　ｙ、　Ｆ　ｚ
および３モ一メントＭｘ　９Ｍｙ、Ｍｚを求めることが
できる。

このように、円周上１２０°の位相で２本一組ずつ配置
されかつ鉛直方向と一定の傾きをなす合計６木の検出柱
３，４，５，６，７．８の軸力Ｔ　３　、　Ｔい、Ｔ８
を検出ずろことによって、３力Ｆ　Ｘ、　Ｆ　Ｙ。

Ｆｚおよび３モ一メントＭ　Ｘ　、　Ｍ　ｙ　、〜ＩＺ
を検出するので、小型、簡弔、軽量かつ安価な構造でも
って精１丁の高い９力ｊ；’ｙ　ｐｙ、Ｆｙ！；及び３
モ一メソト〜ＩＹＭｙ、Ｍｚの測定ができるのである。

また、この実施例では検出柱３，４．５，６，７゜８の
両端部にフレキンプル部９．９゛を設けて、ストレイン
ゲージＩ　１．１２，１３，１４，１５．１６が接着さ
れる中央部に軸力以外の力が働かないようにしているの
で、ストレインゲージＩ　ｆ、＋　２゜・・・、１６の
取付位置に関係なく精度の高い測定ができる。

〈発明の効果〉 以上より明らかなように、この発明の力測定装置は、円
周上１２０°毎に３等分した各位置に、鉛直方向と一定
角度をなすように２本一組ずつ配置された合計６本の検
出柱によって上下２枚の平行基板を連結すると共に、上
記検出柱に設けた［む力検出手段によって検出柱の軸力
を検出「ろようにしているので、簡単、軽量、小型かつ
安価な構造でもって３カおよび３モーメントの精度の高
い測定をすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実１ｍ　９１１の力１スリ定装置
の平面図、第２図は上記実施例の正面図である。 １，２・・・基板、３，４，５，６，７，８．・・・検
出性、＋１．１２．＋３．１４，１５．１６・・・スト
レインゲージ。 特許出願人　　川崎製鉄株式会社　はか１名代　理　人
　　弁理士　前出　葆　ほか２名第１図 ｗ４２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）上下２枚の平行に配置された基板と、上記２枚の
   基板を円周上１２０°毎に３等分した各位置において鉛
   直方向と一定角度をなす方向に２本一組に配置され、上
   記両基板を連結する合計６本の検出柱と、 上記各検出柱に設けた応力検出手段を備えて、上記検出
   柱に発生する引張力および圧縮力を上記応力検出手段で
   検出して３軸方向の力および３軸回りのモーメントを測
   定し得るようにした力測定装置。