JPWO2013031007A1 - 力センサ及びロボット - Google Patents
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Abstract
荷重センサ素子に加わる荷重を抑えることができる力センサ10及びロボット14を提供する。力センサ110は、一方の面が被固定部材に固定される第1のベース部材30aと、第1のベース部材30aの他方の面に設けられ、荷重を検出するための複数の荷重センサ素子S1〜S4と、第1のベース部材30aの他方の面に対向して配置され、各荷重センサ素子S1〜S4に加える予荷重を第1のベース部材30aの方向に向かって発生する第2のベース部材130bと、第2のベース部材130bが発生する予荷重の大きさを調整する予荷重調整部140と、各荷重センサ素子S1〜S4に加わる外部からの外部荷重の一部を受ける緩衝体32a、32bとを備える。
Description
本発明は、力センサ及びロボットに関する。
特許文献1には、少なくとも、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸方向に作用する座標軸方向の力3成分と、X軸及びY軸回りのモーメントを検出可能な多軸力センサが記載されている。この多軸力センサは、X軸及びY軸を含む基準平面上において座標原点Oを中心とするリング状の内周面を有する外輪部と、外輪部の内周面に対面するリング状の外周面を有する内輪部と、内周面と外周面とを連結する複数の荷重センサ素子とよりなる。外輪部の内周面は、Z軸に対して傾斜したテーパ内面を有している。内輪部の外周面は、テーパ内面に対面するようZ軸に対して傾斜したテーパ外面を有している。荷重センサ素子は、テーパ内面とテーパ外面との間に挟持されている。
ここで、一般に、力センサに加わる荷重がそのまま荷重センサ素子に加わると、荷重センサ素子が壊れる場合がある。
本発明は、荷重センサ素子に加わる荷重を抑えることができる力センサ及びロボットを提供することを目的とする。
本発明は、荷重センサ素子に加わる荷重を抑えることができる力センサ及びロボットを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、一方の面が被固定部材に固定される第1のベース部材と、
前記第1のベース部材の他方の面に設けられ、荷重を検出するための複数の荷重センサ素子と、
前記第1のベース部材の他方の面に対向して配置され前記各荷重センサ素子に加える予荷重を前記第1のベース部材の方向に向かって発生する第2のベース部材と、
前記第2のベース部材が発生する前記予荷重の大きさを調整する予荷重調整部と、
前記各荷重センサ素子に加わる外部からの外部荷重の一部を受ける緩衝体とを備えた力センサが適用される。
前記第1のベース部材の他方の面に設けられ、荷重を検出するための複数の荷重センサ素子と、
前記第1のベース部材の他方の面に対向して配置され前記各荷重センサ素子に加える予荷重を前記第1のベース部材の方向に向かって発生する第2のベース部材と、
前記第2のベース部材が発生する前記予荷重の大きさを調整する予荷重調整部と、
前記各荷重センサ素子に加わる外部からの外部荷重の一部を受ける緩衝体とを備えた力センサが適用される。
また、他の観点によれば、手首部のフランジに取り付けられた力センサと、
前記力センサの先端側に取り付けられたエンドエフェクタとを備え、
前記力センサは、一方の面が前記フランジに固定される第1のベース部材と、
前記第1のベース部材の他方の面に設けられ、荷重を検出するための複数の荷重センサ素子と、
前記第1のベース部材の他方の面に対向して配置され、前記各荷重センサ素子に加える予荷重を前記第1のベース部材の方向に向かって発生する第2のベース部材と、
前記第2のベース部材が発生する前記予荷重の大きさを調整する予荷重調整部と、
前記各荷重センサ素子に加わる前記エンドエフェクタからの外部荷重の一部を受ける緩衝体とを有するロボットが適用される。
前記力センサの先端側に取り付けられたエンドエフェクタとを備え、
前記力センサは、一方の面が前記フランジに固定される第1のベース部材と、
前記第1のベース部材の他方の面に設けられ、荷重を検出するための複数の荷重センサ素子と、
前記第1のベース部材の他方の面に対向して配置され、前記各荷重センサ素子に加える予荷重を前記第1のベース部材の方向に向かって発生する第2のベース部材と、
前記第2のベース部材が発生する前記予荷重の大きさを調整する予荷重調整部と、
前記各荷重センサ素子に加わる前記エンドエフェクタからの外部荷重の一部を受ける緩衝体とを有するロボットが適用される。
本発明によれば、荷重センサ素子に加わる荷重が抑えられる。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。なお、各図において、説明に関連しない部分(例えば、電源線や信号線)は図示を省略する場合がある。
<第1の実施例>
本発明の第1の実施例に係る力センサ10は、例えば図1に示すように、ロボット制御装置12が接続された垂直多関節ロボット(ロボットの一例)14に設けられている。詳細には、力センサ10は、ロボット14の手首部16のフランジ18に取り付けられている。力センサ10の先端側には、エンドエフェクタ20が取り付けられている。
本発明の第1の実施例に係る力センサ10は、例えば図1に示すように、ロボット制御装置12が接続された垂直多関節ロボット(ロボットの一例)14に設けられている。詳細には、力センサ10は、ロボット14の手首部16のフランジ18に取り付けられている。力センサ10の先端側には、エンドエフェクタ20が取り付けられている。
力センサ10は、エンドエフェクタ20に加わる力(力センサ10の外部から加わる力)を検出するための検出器である。
力センサ10は、図2及び図3に示すように、第1のベース部材30aと、第1の緩衝部32aと、荷重センサ素子S1〜S4と、第2のベース部材30bと、第2の緩衝部32bと、予荷重調整部40と、を備えている。
なお、図2〜図4に示す座標系は、力センサ10の中心を座標原点Oとし、X軸、Y軸及びZ軸からなる直交座標系である。
力センサ10は、図2及び図3に示すように、第1のベース部材30aと、第1の緩衝部32aと、荷重センサ素子S1〜S4と、第2のベース部材30bと、第2の緩衝部32bと、予荷重調整部40と、を備えている。
なお、図2〜図4に示す座標系は、力センサ10の中心を座標原点Oとし、X軸、Y軸及びZ軸からなる直交座標系である。
第1のベース部材30aは、円板状の部材であり、一方の面がフランジ(被固定部材の一例)18に固定される。
第1のベース部材30aには、フランジ18に取り付けるための孔H1が複数形成されている。また、第1のベース部材30aには、第2のベース部材30bを固定するための例えば8つのねじ孔H2が形成されている。
第1のベース部材30aの中心部には、エンドエフェクタ20を駆動するアクチュエータやセンサ等の配線を通すための孔H3が形成されている。
第1のベース部材30aには、フランジ18に取り付けるための孔H1が複数形成されている。また、第1のベース部材30aには、第2のベース部材30bを固定するための例えば8つのねじ孔H2が形成されている。
第1のベース部材30aの中心部には、エンドエフェクタ20を駆動するアクチュエータやセンサ等の配線を通すための孔H3が形成されている。
第1の緩衝部32aは、第1のベース部材30aと第1のベース部材30aの他方の面に対向して配置される第2のベース部材30bとの間に設けられ、各荷重センサ素子S1〜S4に加わる外部荷重(荷重センサ素子S1〜S4を圧縮する方向の荷重)の一部を受けることができる。第1の緩衝部32aは、各荷重センサ素子S1〜S4よりも、厚み方向の弾性係数が大きい。各荷重センサ素子S1〜S4に予荷重が加わっていない場合には、第1の緩衝部32aの厚みは、各荷重センサ素子S1〜S4と各荷重センサ素子S1〜S4の検出面に配置された押圧板42との合計の厚みよりも大きい。
第1の緩衝部32aは、例えば、以下のように第1の環状部材32a1と第2の環状部材32a2によって分割して構成することができる。
第1の環状部材32a1は、環状の部材である。第1の環状部材32a1は、各荷重センサ素子S1〜S4よりも、厚み方向の弾性係数が大きい。また、第1の環状部材32a1の厚みは、各荷重センサ素子S1〜S4と各荷重センサ素子S1〜S4の検出面に配置された押圧板42との合計の厚みよりも大きい。第1の環状部材32a1の中心部には、エンドエフェクタ20を駆動するアクチュエータやセンサ等の配線を通すための孔H4が形成されている。
第1の環状部材32a1は、第1のベース部材30aの他方の面(フランジ18とは反対側の面)に、孔H3と孔H4の位置を合わせて配置される。
第1の環状部材32a1は、環状の部材である。第1の環状部材32a1は、各荷重センサ素子S1〜S4よりも、厚み方向の弾性係数が大きい。また、第1の環状部材32a1の厚みは、各荷重センサ素子S1〜S4と各荷重センサ素子S1〜S4の検出面に配置された押圧板42との合計の厚みよりも大きい。第1の環状部材32a1の中心部には、エンドエフェクタ20を駆動するアクチュエータやセンサ等の配線を通すための孔H4が形成されている。
第1の環状部材32a1は、第1のベース部材30aの他方の面(フランジ18とは反対側の面)に、孔H3と孔H4の位置を合わせて配置される。
第2の環状部材32a2は、環状の部材である。第2の環状部材32a2は、各荷重センサ素子S1〜S4よりも、厚み方向の弾性係数が大きい。また、第2の環状部材32a2の厚みは、各荷重センサ素子S1〜S4と各荷重センサ素子S1〜S4の検出面に配置された押圧板42との合計の厚みよりもが大きい。第1及び第2の環状部材32a1、32a2の厚みは、実質的に同一である。
第2の環状部材32a2と第1のベース部材30aの外径の大きさは、実質的に同一である。第2の環状部材32a2は、内径が第1の環状部材32a1の外径よりも大きい。第2の環状部材32a2は、外周の位置を第1のベース部材30aの外周に合わせて、第1のベース部材30aの他方の面(フランジ18とは反対側の面)に設けられ、第2の環状部材32a2は、第1の環状部材32a1の外側に配置される。
なお、第1の緩衝部32aは、一体に構成されていてもよい。第1の緩衝部の他の例として、各荷重センサ素子S1〜S4の周囲や、貫通するボルトの周囲に孔が形成された部材としてもよい。
各荷重センサ素子S1〜S4は、Z軸方向の力の大きさを検出するための検出器である。各荷重センサ素子S1〜S4は、例えば、外部から加えられた力に応じて電気抵抗値が変化する感圧素子である。各荷重センサ素子S1〜S4に電気抵抗の変化に応じた電圧を出力する電気回路(不図示)を接続し、この電気回路が出力する電圧の変化を力に変換することによって、各荷重センサ素子S1〜S4に加わる力を計測できる。なお、電圧と力の関係は、予めキャリブレーションして求めておく。
なお、荷重センサ素子は、外部から加えられた力に応じて電圧を発生する圧電素子とすることもできる。
なお、荷重センサ素子は、外部から加えられた力に応じて電圧を発生する圧電素子とすることもできる。
各荷重センサ素子S1〜S4は、第1の環状部材32a1の外周側かつ第2の環状部材32a2の内周側であって、第1のベース部材30aの他方の面に設けられている。詳細には、各荷重センサ素子S1〜S4は、図2に示すように、実質的に同一円周上にて均等配置され、平面視してX軸及びY軸上に配置されている。
第2のベース部材30bは、円板状の部材であり、第1のベース部材30aの他方の面に対向して配置される。第2のベース部材30bは、各荷重センサ素子S1〜S4に加える予荷重を第1のベース部材30aの方向に向かって発生できる。
なお、各荷重センサ素子S1〜S4に予荷重を加える理由は、圧縮の荷重(荷重センサ素子を圧縮する方向の力)と引っ張りの荷重(荷重センサ素子を圧縮する方向とは反対の引張方向に加わる荷重)の両方を検出するためである。
なお、各荷重センサ素子S1〜S4に予荷重を加える理由は、圧縮の荷重(荷重センサ素子を圧縮する方向の力)と引っ張りの荷重(荷重センサ素子を圧縮する方向とは反対の引張方向に加わる荷重)の両方を検出するためである。
第2のベース部材30bには、第1のベース部材30aに形成されたねじ孔H2に対応する8つの座ぐり孔H5が形成されている。座ぐり孔H5は、図2に示すように、平面視して各荷重センサ素子S1〜S4の外側と内側にそれぞれ配置されている。
第2のベース部材30bは、座ぐり孔H5に挿入された各ボルトBLT1によって、第1及び第2の環状部材32a1、32a2を介して第1のベース部材30aに固定され、各荷重センサ素子S1〜S4への予荷重を発生する。
第2のベース部材30bの各荷重センサ素子S1〜S4に対向する位置には、ねじ孔H6がZ軸方向(厚み方向)に形成されている。
第2のベース部材30bは、座ぐり孔H5に挿入された各ボルトBLT1によって、第1及び第2の環状部材32a1、32a2を介して第1のベース部材30aに固定され、各荷重センサ素子S1〜S4への予荷重を発生する。
第2のベース部材30bの各荷重センサ素子S1〜S4に対向する位置には、ねじ孔H6がZ軸方向(厚み方向)に形成されている。
第2のベース部材30bの、孔H1に対向する位置には、それぞれ孔H7が形成されている。従って、図示しないボルトが孔H7及び孔H1に挿入されることによって、力センサ10がフランジ18に固定される。
更に、第2のベース部材30bの中心部には、エンドエフェクタ20を駆動するアクチュエータやセンサ等の配線を通すための孔H8が形成されている。
更に、第2のベース部材30bの中心部には、エンドエフェクタ20を駆動するアクチュエータやセンサ等の配線を通すための孔H8が形成されている。
第2の緩衝部32bは、各荷重センサ素子S1〜S4の圧縮方向とは反対の引張方向に加わる外部荷重の一部を受けることができる。
第2の緩衝部32b(図3参照)は、各荷重センサ素子S1〜S4よりも厚み方向の弾性係数が大きい。第2の緩衝部32bの厚みを第1の緩衝部32aの厚みよりも薄くするために、第2の緩衝部32bの弾性係数の大きさは、第1の緩衝部32aの弾性係数の大きさ以上となるように設定できる。
第2の緩衝部32bは、例えば複数の第3の環状部材32b1〜32b8(図2及び図3参照)によって構成されている。各第3の環状部材32b1〜32b8は、前述の通り、第2のベース部材30bに形成された座ぐり孔H5に挿入され、ボルト(固定ねじの一例)BLT1によってボルトBLT1と第2のベース部材30bとの間に挟まれて固定される。
第2の緩衝部32bは、第1の緩衝部32aと同じ材質とすることができる。
なお、第1の緩衝部32a及び第2の緩衝部32bによって、各荷重センサ素子S1〜S4に加わる外部(エンドエフェクタ20)からの荷重の一部を受ける緩衝体の一例が構成される。
第2の緩衝部32b(図3参照)は、各荷重センサ素子S1〜S4よりも厚み方向の弾性係数が大きい。第2の緩衝部32bの厚みを第1の緩衝部32aの厚みよりも薄くするために、第2の緩衝部32bの弾性係数の大きさは、第1の緩衝部32aの弾性係数の大きさ以上となるように設定できる。
第2の緩衝部32bは、例えば複数の第3の環状部材32b1〜32b8(図2及び図3参照)によって構成されている。各第3の環状部材32b1〜32b8は、前述の通り、第2のベース部材30bに形成された座ぐり孔H5に挿入され、ボルト(固定ねじの一例)BLT1によってボルトBLT1と第2のベース部材30bとの間に挟まれて固定される。
第2の緩衝部32bは、第1の緩衝部32aと同じ材質とすることができる。
なお、第1の緩衝部32a及び第2の緩衝部32bによって、各荷重センサ素子S1〜S4に加わる外部(エンドエフェクタ20)からの荷重の一部を受ける緩衝体の一例が構成される。
予荷重調整部40は、第2のベース部材30bが発生する予荷重の大きさを調整できる。
予荷重調整部40は、第2のベース部材30bの厚み方向に形成されたねじ孔H6に沿って進退し、各荷重センサ素子S1〜S4をそれぞれ押圧できる複数の予荷重調整ねじ(第2の調整ねじの一例)SA1である。Z軸の正方向から工具Tを挿入し、予荷重調整ねじSA1を進退させることによって、押圧板42を介して各荷重センサ素子S1〜S4に加わる予荷重を調整できる。押圧板42を介して各荷重センサ素子S1〜S4に予荷重を加えるのは、各荷重センサ素子S1〜S4の検出面に、極力均等な力を加えるためである。
予荷重調整ねじSA1として、例えば、六角穴付止めねじ(いもねじ)を用いることができる。
予荷重調整部40は、第2のベース部材30bの厚み方向に形成されたねじ孔H6に沿って進退し、各荷重センサ素子S1〜S4をそれぞれ押圧できる複数の予荷重調整ねじ(第2の調整ねじの一例)SA1である。Z軸の正方向から工具Tを挿入し、予荷重調整ねじSA1を進退させることによって、押圧板42を介して各荷重センサ素子S1〜S4に加わる予荷重を調整できる。押圧板42を介して各荷重センサ素子S1〜S4に予荷重を加えるのは、各荷重センサ素子S1〜S4の検出面に、極力均等な力を加えるためである。
予荷重調整ねじSA1として、例えば、六角穴付止めねじ(いもねじ)を用いることができる。
次に、各荷重センサ素子S1〜S4の検出値から各軸方向の並進力(3成分の並進力)を計測する原理について説明する。
例えば、図4に示すようにエンドエフェクタ20(図4においては不図示)上の点Pに既知の力が加わると、座標系の原点O周りにモーメントが働く。なお、点Pに加わる力は、例えば、エンドエフェクタ20を用いて部品を組み立てる場合には、容易に求めることができる。
座標原点Oから点Pまでの距離Lと、座標原点Oから各荷重センサ素子S1〜S4までの距離aが既知であれば、各荷重センサ素子S1〜S4の出力値からX軸方向の力Fxを算出することができる。同様に、Y軸方向の力Fyも各荷重センサ素子S1〜S4の出力値から算出できる。Z軸方向の力Fzは、各荷重センサ素子S1〜S4の出力値の総和から算出できる。
なお、力センサ10に過大な力が加わっても、力の一部を第1の緩衝部32a又は第2の緩衝部32bが受けるので、各荷重センサ素子S1〜S4が受ける力は緩和される。詳細には、圧縮の荷重が各荷重センサ素子S1〜S4に加わる場合、圧縮の荷重は、第1の緩衝部32aと荷重センサ素子S1〜S4との弾性係数の比で分圧される。引っ張りの荷重が各荷重センサ素子S1〜S4に加わる場合、引っ張りの荷重は、第2の緩衝部32bと荷重センサ素子S1〜S4との弾性係数の比で分圧される。
例えば、図4に示すようにエンドエフェクタ20(図4においては不図示)上の点Pに既知の力が加わると、座標系の原点O周りにモーメントが働く。なお、点Pに加わる力は、例えば、エンドエフェクタ20を用いて部品を組み立てる場合には、容易に求めることができる。
座標原点Oから点Pまでの距離Lと、座標原点Oから各荷重センサ素子S1〜S4までの距離aが既知であれば、各荷重センサ素子S1〜S4の出力値からX軸方向の力Fxを算出することができる。同様に、Y軸方向の力Fyも各荷重センサ素子S1〜S4の出力値から算出できる。Z軸方向の力Fzは、各荷重センサ素子S1〜S4の出力値の総和から算出できる。
なお、力センサ10に過大な力が加わっても、力の一部を第1の緩衝部32a又は第2の緩衝部32bが受けるので、各荷重センサ素子S1〜S4が受ける力は緩和される。詳細には、圧縮の荷重が各荷重センサ素子S1〜S4に加わる場合、圧縮の荷重は、第1の緩衝部32aと荷重センサ素子S1〜S4との弾性係数の比で分圧される。引っ張りの荷重が各荷重センサ素子S1〜S4に加わる場合、引っ張りの荷重は、第2の緩衝部32bと荷重センサ素子S1〜S4との弾性係数の比で分圧される。
このように、本実施例に示した力センサ10は、第1及び第2の緩衝部32a、32bを有しているので、荷重センサ素子S1〜S4に加わる荷重が抑えられる。また、ロボット14の先端側(フランジ18とは反対の側)から、各荷重センサ素子S1〜S4に加える予荷重をそれぞれ独立に調整できる。更に、力センサ10の厚みが抑えられる。
<第2の実施例>
続いて、本発明の第2の実施例に係る力センサ110について説明する。第1の実施例に係る力センサ10と同一の構成要素には同じ符号を付して詳しい説明を省略する場合がある。
本実施例に係る力センサ110は、第1の実施例に係る力センサ10とは、主として予荷重調整部が相違する。また、第2のベース部材の形状が第1の実施例に係る力センサ10とは相違する。更に、各荷重センサ素子S1〜S4の配置が、第1の実施例に係る力センサ10とは相違している。
続いて、本発明の第2の実施例に係る力センサ110について説明する。第1の実施例に係る力センサ10と同一の構成要素には同じ符号を付して詳しい説明を省略する場合がある。
本実施例に係る力センサ110は、第1の実施例に係る力センサ10とは、主として予荷重調整部が相違する。また、第2のベース部材の形状が第1の実施例に係る力センサ10とは相違する。更に、各荷重センサ素子S1〜S4の配置が、第1の実施例に係る力センサ10とは相違している。
第2のベース部材130bは、図5及び図6に示すように、第1のベース部材30aの他方の面に対向して配置され、各荷重センサ素子S1〜S4に加える予荷重を第1のベース部材30aの方向に向かって発生できる。
第2のベース部材130bには、第1のベース部材30aに形成されたねじ孔H2に対応する座ぐり孔H5が形成されている。第2のベース部材130bは、第3の環状部材32b1〜32b8を挟んで座ぐり孔H5に挿入された各ボルトBLT1によって、第1及び第2の環状部材32a1、32b1を介して第1のベース部材30aに固定され、予荷重を発生する。
第2のベース部材130bには、図6に示すように、ねじ孔H11が第2のベース部材の中心部に向かう方向(第2のベース部材130bの厚み方向と交差する方向)に形成されている。ねじ孔H11は、第2のベース部材130bの外周面に開口している。
第2のベース部材130bには、図6に示すように、ねじ孔H11が第2のベース部材の中心部に向かう方向(第2のベース部材130bの厚み方向と交差する方向)に形成されている。ねじ孔H11は、第2のベース部材130bの外周面に開口している。
第2のベース部材130bの孔H1に対向する位置には、それぞれ孔H7が形成されている。従って、図示しないボルトが孔H7及び孔H1に挿入されることによって、力センサ110がフランジ18に固定される。
更に、第2のベース部材130bの中心部には、エンドエフェクタ20を駆動するアクチュエータやセンサ等の配線を通すための孔H8が形成されている。
更に、第2のベース部材130bの中心部には、エンドエフェクタ20を駆動するアクチュエータやセンサ等の配線を通すための孔H8が形成されている。
予荷重調整部140は、予荷重調整ねじ(第1の調整ねじの一例)SA2と、予荷重調整ねじSA2に接触し、予荷重調整ねじSA2によって加えられた力を各荷重センサ素子S1〜S4を圧縮する力に変換する楔機構とを有している。
予荷重調整ねじSA2は、ねじ孔H11に沿って進退する。予荷重調整ねじSA2は、力センサ110の側面から挿入された工具Tによって回される。予荷重調整ねじSA2として、例えば、六角穴付止めねじ(いもねじ)を用いることができる。
予荷重調整ねじSA2は、ねじ孔H11に沿って進退する。予荷重調整ねじSA2は、力センサ110の側面から挿入された工具Tによって回される。予荷重調整ねじSA2として、例えば、六角穴付止めねじ(いもねじ)を用いることができる。
楔機構は、第1の調整部材140aと、第2の調整部材140bとを有している。
第1の調整部材140aは、例えば、楔状の部材である。第1の調整部材140aには、1)荷重センサ素子を押圧する押圧面SFa1、2)押圧面SFa1と交差し、予荷重調整ねじSA2によって押圧される被押圧面SFa2、並びに3)押圧面SFa1及び被押圧面SFa2と交差する傾斜面SFa3が形成されている。
第1の調整部材140aは、力センサ110の中心方向に移動することができる。
第1の調整部材140aは、例えば、楔状の部材である。第1の調整部材140aには、1)荷重センサ素子を押圧する押圧面SFa1、2)押圧面SFa1と交差し、予荷重調整ねじSA2によって押圧される被押圧面SFa2、並びに3)押圧面SFa1及び被押圧面SFa2と交差する傾斜面SFa3が形成されている。
第1の調整部材140aは、力センサ110の中心方向に移動することができる。
第2の調整部材140bは、例えば、楔状の部材である。第2の調整部材140bは、第2のベース部材130bの第1のベース部材30aに対向する側の面に形成された窪み部142に固定されている。第2の調整部材140bには、第1の調整部材140aの傾斜面SFa3に接触する接触面SFb1が形成されている。
なお、第2の調整部材140bは、第2のベース部材130bの一部として構成してもよい。
なお、第2の調整部材140bは、第2のベース部材130bの一部として構成してもよい。
次に、力センサ110の予荷重を調整する際の動作について説明する。
作業者が工具Tを用いて予荷重調整ねじSA2を回すと、予荷重調整ねじSA2が第1の調整部材140aの被押圧面SFa2を押す。予荷重調整ねじSA2によって押された第1の調整部材140aが平面上を力センサ110の中心方向に移動すると、傾斜面SFa3が第2の調整部材140bの接触面SFb1によって第1のベース部材30aの方向に押される。その結果、第1の調整部材140aの押圧面SFa1が、押圧板42を介して荷重センサ素子S3(荷重センサ素子S1、S2、S4も同様)を押す。
即ち、作業者が工具Tを回すと荷重センサ素子の予荷重が調整される。
作業者が工具Tを用いて予荷重調整ねじSA2を回すと、予荷重調整ねじSA2が第1の調整部材140aの被押圧面SFa2を押す。予荷重調整ねじSA2によって押された第1の調整部材140aが平面上を力センサ110の中心方向に移動すると、傾斜面SFa3が第2の調整部材140bの接触面SFb1によって第1のベース部材30aの方向に押される。その結果、第1の調整部材140aの押圧面SFa1が、押圧板42を介して荷重センサ素子S3(荷重センサ素子S1、S2、S4も同様)を押す。
即ち、作業者が工具Tを回すと荷重センサ素子の予荷重が調整される。
なお、楔機構が、図7に示すように、予荷重調整ねじSA2によって押される楔状の第3の調整部材141aと、第3の調整部材141aと荷重センサ素子S3との間に配置された楔状の第4の調整部材141bとを有し、予荷重調整部141の一部を構成してもよい。
予荷重調整ねじSA2が回されると、第3の調整部材141aは、XY平面上を力センサ110の中心方向に移動し、第4の調整部材141bは、荷重センサ素子S3を押す。従って、予荷重調整部141は、荷重センサ素子S3の予荷重を調整できる。
予荷重調整ねじSA2が回されると、第3の調整部材141aは、XY平面上を力センサ110の中心方向に移動し、第4の調整部材141bは、荷重センサ素子S3を押す。従って、予荷重調整部141は、荷重センサ素子S3の予荷重を調整できる。
このように、本実施例に示した力センサ110は、第1及び第2の緩衝部32a、32bを有しているので、荷重センサ素子S1〜S4に加わる荷重が抑えられる。また、先端側に設けられたエンドエフェクタ20を取り外すことなく、各荷重センサ素子S1〜S4に加える予荷重をそれぞれ独立に調整できる。更に、力センサ110の厚みが抑えられる。
<第3の実施例>
続いて、本発明の第3の実施例に係る力センサ210について説明する。第1及び第2の実施例に係る力センサ10、110と同一の構成要素には同じ符号を付して詳しい説明を省略する場合がある。
本実施例に係る力センサ210は、第2の実施例に係る力センサ110とは、主として緩衝体が相違する。また、第1及び第2のベース部材の形状が第2の実施例に係る力センサ110とは相違する。
続いて、本発明の第3の実施例に係る力センサ210について説明する。第1及び第2の実施例に係る力センサ10、110と同一の構成要素には同じ符号を付して詳しい説明を省略する場合がある。
本実施例に係る力センサ210は、第2の実施例に係る力センサ110とは、主として緩衝体が相違する。また、第1及び第2のベース部材の形状が第2の実施例に係る力センサ110とは相違する。
緩衝体は、第1のベース部材230a及び第2のベース部材230bの間に設けられ、各荷重センサ素子S1〜S4に加わる外部からの荷重の一部を受けることができる。緩衝体は、図8に示すように、その両面が径方向と交差する方向に湾曲することによって、凹部300aと凸部300bとが周方向に交互に繰り返して形成される環状のばね部材300である。凹部300aは、ボルトBLTaによって、第1のベース部材230aの外周部に固定され、凸部300bは、ボルトBLTbによって第2のベース部材230bの外周部に固定される。
ばね部材300は、荷重センサ素子S1〜S4よりも、厚み方向の(径方向と交差する中心軸方向の)弾性係数が大きい。
なお、ばね部材300は、例えばウェーブスプリングである。
ばね部材300は、荷重センサ素子S1〜S4よりも、厚み方向の(径方向と交差する中心軸方向の)弾性係数が大きい。
なお、ばね部材300は、例えばウェーブスプリングである。
第1のベース部材230aには、ボルトBLTbを締結する工具を挿入するための切り欠きNaが外周部に形成されている。
第2のベース部材230bには、ボルトBLTaを締結する工具を挿入するための切り欠きNbが外周部に形成されている。
予荷重調整部140は、図10に示すように、実質的に第2の実施例に示した予荷重調整部と同様の構成である。ただし、予荷重調整ねじSA2が進退するねじ孔H11は、第2のベース部材230bに、平面視して、力センサ210の中心部からボルトBLTaに向かう方向に形成されている(図9参照)。ねじ孔H11が、平面視して、力センサ210の中心部からボルトBLTaに向かう方向に形成されることによって、予荷重調整ねじSA2を回す工具Tがばね部材300と干渉することを回避できる。
ねじ孔H11は、予荷重調整ねじSA2を回す工具Tがばね部材300と干渉しない位置に配置されればよく、例えば、力センサ210の中心部からボルトBLTbに向かう方向に形成することもできる。
ねじ孔H11は、予荷重調整ねじSA2を回す工具Tがばね部材300と干渉しない位置に配置されればよく、例えば、力センサ210の中心部からボルトBLTbに向かう方向に形成することもできる。
なお、予荷重調整部は、第1の実施例に示したように、第2のベース部材の厚み方向に形成されたねじ孔H6に沿って進退し、各荷重センサ素子S1〜S4をそれぞれ押圧できる複数の予荷重調整ねじSA1とすることもできる。
このように、本実施例に示した力センサ210は、ばね部材300を有しているので、荷重センサ素子S1〜S4に加わる荷重が抑えられる。また、先端側に設けられたエンドエフェクタ20を取り外すことなく、各荷重センサ素子S1〜S4に加える予荷重をそれぞれ独立に調整できる。更に、第1及び第2の実施例に係る力センサ10、110よりも、部品点数が低減され、厚みを抑えられる。
本発明は、前述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能である。例えば、前述の実施例や変形例の一部又は全部を組み合わせて発明を構成する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。
力センサは、例えば、ロボットの手首部に内蔵されてもよい。更に力センサは、ロボット以外の機械装置に設けることもできる。他の機械装置の一例として、例えば、工作機械が挙げられる。
各荷重センサ素子の個数や配置は、前述の実施例に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
各荷重センサ素子の個数や配置は、前述の実施例に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
10:力センサ、12:ロボット制御装置、14:垂直多関節ロボット、16:手首部、18:フランジ、20:エンドエフェクタ、30a:第1のベース部材、30b:第2のベース部材、32a:第1の緩衝部、32a1:第1の環状部材、32a2:第2の環状部材、32b:第2の緩衝部、32b1〜32b8:第3の環状部材、40:予荷重調整部、42:押圧板、110:力センサ、130b:第2のベース部材、140:予荷重調整部、140a:第1の調整部材、140b:第2の調整部材、141:予荷重調整部、141a:第3の調整部材、141b:第4の調整部材、142:窪み部、210:力センサ、230a:第1のベース部材、230b:第2ベース部材、300:ばね部材、300a:凹部、300b:凸部、BLT1:ボルト、BLTa:ボルト、BLTb:ボルト、H1:孔、H2:ねじ孔、H3:孔、H4:孔、H5:座ぐり孔、H6:ねじ孔、H7:孔、H8:孔、H11:ねじ孔、Na、Nb:切り欠き、S1〜S4:荷重センサ素子、SA1、SA2:予荷重調整ねじ、SFa1:押圧面、SFa2:被押圧面、SFa3:傾斜面、SFb1:接触面、T:工具
Claims (9)
- 一方の面が被固定部材に固定される第1のベース部材と、
前記第1のベース部材の他方の面に設けられ、荷重を検出するための複数の荷重センサ素子と、
前記第1のベース部材の他方の面に対向して配置され前記各荷重センサ素子に加える予荷重を前記第1のベース部材の方向に向かって発生する第2のベース部材と、
前記第2のベース部材が発生する前記予荷重の大きさを調整する予荷重調整部と、
前記各荷重センサ素子に加わる外部からの外部荷重の一部を受ける緩衝体とを備えた力センサ。 - 請求項1記載の力センサにおいて、
前記予荷重調整部は、前記第2のベース部材の中心部に向かう方向に形成され、該第2のベース部材の外周面に開口するねじ孔に沿って進退する第1の調整ねじと、
前記第1の調整ねじに接触し、該第1の調整ねじによって加えられた力を前記各荷重センサ素子を圧縮する力に変換する楔機構を有する力センサ。 - 請求項2記載の力センサにおいて、
前記楔機構は、前記荷重センサ素子を押圧する押圧面、前記押圧面と交差し、前記第1の調整ねじによって押圧される被押圧面、並びに前記押圧面及び前記被押圧面と交差する傾斜面が形成された第1の調整部材と、
前記第2のベース部材の前記第1のベース部材に対向する側の面に設けられ、前記傾斜面に接触する接触面が形成された第2の調整部材とを有する力センサ。 - 請求項1記載の力センサにおいて、
前記予荷重調整部は、前記第2のベース部材の厚み方向に形成されたねじ孔に沿って進退し、前記各荷重センサ素子をそれぞれ押圧する複数の第2の調整ねじである力センサ。 - 請求項2〜4のいずれか1項に記載の力センサにおいて、
前記緩衝体は、前記荷重センサ素子を圧縮する方向に加わる前記外部荷重の一部を受ける第1の緩衝部と、
前記荷重センサ素子を圧縮する方向とは反対の引張方向に加わる前記外部荷重の一部を受ける第2の緩衝部とを有する力センサ。 - 請求項5記載の力センサにおいて、
前記第1の緩衝部は、前記第1のベース部材と前記第2のベース部材の間に設けられ、厚み方向の弾性係数が、前記荷重センサ素子の弾性係数よりも大きい部材であり、
前記第2の緩衝部は、前記第2のベース部材を前記第1のベース部材に対して固定するための固定ねじと、前記第2のベース部材との間に設けられ、厚み方向の弾性係数が、前記荷重センサ素子の弾性係数よりも大きい部材である力センサ。 - 請求項6記載の力センサにおいて、
前記第1の緩衝部は、環状の第1の環状部材と、内径が該第1の環状部材の外径よりも大きい環状の第2の環状部材とを有し、
前記各荷重センサ素子は、前記第1の環状部材の外周側かつ前記第2の環状部材の内周側に配置される力センサ。 - 請求項2〜4のいずれか1項に記載の力センサにおいて、
前記緩衝体は、両面が径方向と交差する方向に湾曲することによって、凹部と凸部とが周方向に交互に繰り返して形成される環状のばね部材であり、
前記凹部が前記第1のベース部材に固定され、前記凸部が前記第2のベース部材に固定される力センサ。 - 手首部のフランジに取り付けられた力センサと、
前記力センサの先端側に取り付けられたエンドエフェクタとを備え、
前記力センサは、一方の面が前記フランジに固定される第1のベース部材と、
前記第1のベース部材の他方の面に設けられ、荷重を検出するための複数の荷重センサ素子と、
前記第1のベース部材の他方の面に対向して配置され、前記各荷重センサ素子に加える予荷重を前記第1のベース部材の方向に向かって発生する第2のベース部材と、
前記第2のベース部材が発生する前記予荷重の大きさを調整する予荷重調整部と、
前記各荷重センサ素子に加わる前記エンドエフェクタからの外部荷重の一部を受ける緩衝体とを有するロボット。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013530982A JPWO2013031007A1 (ja) | 2011-09-01 | 2011-09-01 | 力センサ及びロボット |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013530982A JPWO2013031007A1 (ja) | 2011-09-01 | 2011-09-01 | 力センサ及びロボット |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2013031007A1 true JPWO2013031007A1 (ja) | 2015-03-23 |
Family
ID=52821077
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013530982A Abandoned JPWO2013031007A1 (ja) | 2011-09-01 | 2011-09-01 | 力センサ及びロボット |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPWO2013031007A1 (ja) |
-
2011
- 2011-09-01 JP JP2013530982A patent/JPWO2013031007A1/ja not_active Abandoned
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