WO2018105210A1 - トルクセンサ - Google Patents
トルクセンサ Download PDFInfo
- Publication number
- WO2018105210A1 WO2018105210A1 PCT/JP2017/035634 JP2017035634W WO2018105210A1 WO 2018105210 A1 WO2018105210 A1 WO 2018105210A1 JP 2017035634 W JP2017035634 W JP 2017035634W WO 2018105210 A1 WO2018105210 A1 WO 2018105210A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- strain
- region
- strain generating
- torque
- torque sensor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/108—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving resistance strain gauges
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/14—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
- G01L3/1407—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs
- G01L3/1428—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers
- G01L3/1457—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers involving resistance strain gauges
Definitions
- the embodiment of the present invention relates to a torque sensor provided at a joint of a robot arm, for example.
- This type of torque sensor includes a first structure to which torque is applied, a second structure to which torque is output, and a plurality of strain generating units that connect the first structure and the second structure.
- the strain sensor is arranged in these strain generating portions (see, for example, Patent Documents 1, 2, and 3).
- the embodiment of the present invention provides a torque sensor capable of independently setting the sensitivity and allowable torque of the strain sensor or the mechanical strength of the torque sensor.
- the torque sensor includes a first region, a second region, and a plurality of third regions that connect the first region and the second region, and the torque to be measured includes the third region.
- a torque sensor transmitted between the first region and the second region via a first end, a second end, and a first intermediate between the first end and the second end A first strain portion in which the first end portion is provided in the first region and the first intermediate portion is provided in the second region; a third end portion; a fourth end portion; And a second intermediate portion between the third end portion and the fourth end portion, the third end portion is provided in the first region, and the second intermediate portion is provided in the second region, A second strain portion in which the fourth end portion is disposed in the vicinity of the second end portion of the first strain portion; the second end portion of the first strain portion; and the second strain portion.
- the fourth end of the And comprises a strain generating body resistor is provided, the.
- a torque sensor capable of independently setting the sensitivity and allowable torque of the strain sensor or the mechanical strength of the torque sensor.
- FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1. Sectional drawing which shows an example of a resistor.
- FIGS. 6A and 6B are views for explaining the operation of the bridge circuit.
- the torque sensor 10 includes a first structure (first region) 11, a second structure (second region) 12, a plurality of beam portions (third region) 13, and a first strain generating portion. 14 and a second strain generating portion 15 are provided.
- the first structure 11 to which torque is applied and the second structure 12 that outputs torque are formed in a substantially ring shape.
- the first structure 11 includes an arc-shaped first portion 11a and a second portion 11b having a first width W1, and an arc-shaped third portion having a second width W2 narrower than the first width W1.
- a portion 11c and a fourth portion 11d are provided.
- the third portion 11c and the fourth portion 11d of the first structure 11 are disposed between the first portion 11a and the second portion 11b of the first structure 11.
- the second structure 12 includes an arc-shaped fifth portion 12a and a sixth portion 12b, and an arc-shaped seventh portion 12c and an eighth portion 12d.
- the seventh portion 12c and the eighth portion 12d of the second structure 12 are disposed between the fifth portion 12a and the sixth portion 12b of the second structure 12.
- the fifth part 12a and the sixth part 12b of the second structure 12 have, for example, a first width W1 similar to that of the first structure 11, and the seventh part 12c and the eighth part 12d are
- the second width W2 is narrower than the first width W1.
- the widths of the fifth portion 12a, the sixth portion 12b, the seventh portion 12c, and the eighth portion 12d of the second structure 12 are not limited to this, and can be modified.
- the second structure 12 is arranged concentrically with the first structure 11, and the first portion 11 a of the first structure 11, the fifth portion 12 a of the second structure 12, and the first structure 11.
- the second portion 11b and the sixth portion 12b of the second structure 12 are connected by a plurality of beam portions 13 arranged radially.
- the width W3 of the beam portion 13 is, for example, narrower than the width W1 of the first portion 11a and the second portion 11b of the first structure 11, and the fifth portion 12a and the sixth portion 12b of the second structure 12.
- the third portion 11c and the fourth portion 11d of the first structure 11 are set wider than the width W2 of the seventh portion 12c and the eighth portion 12d of the second structure 12.
- the width W3 of the beam portion 13 is not limited to this, and can be deformed.
- the width W3a is set to be equal to the width W2 of the third portion 11c, the fourth portion 11d, the seventh portion 12c, and the eighth portion 12d.
- the strength of the beam portion 13 is defined by the width of the beam portion 13 assuming that the beam portion 13 and the first structure 11 and the second structure 12 are equal in thickness.
- the substantial rotation angle of the first structure 11 relative to the second structure 12 is determined by the strength of the plurality of beam portions 13 according to the torque applied to the first structure 11.
- the third portion 11 c of the first structure 11 and the seventh portion 12 c of the second structure 12 are connected by the first strain generating portion 14.
- the first strain generating portion 14 includes a first end portion 14a, a second end portion 14b, and an intermediate portion 14c between the first end portion 14a and the second end portion 14b.
- the first end portion 14a is a first end portion 14a.
- the intermediate portion 14 c is connected to the seventh portion 12 c of the second structure 12.
- the intermediate portion 14 c is connected to the third portion 11 c of the first structure 11.
- the second end portion 14 b of the first strain generating portion 14 extends to the substantially central portion of the second structure 12.
- the fourth portion 11 d of the first structure 11 and the eighth portion 12 d of the second structure 12 are connected by the second strain generating portion 15.
- the second strain generating portion 15 includes a first end portion 15a, a second end portion 15b, and an intermediate portion 15c between the first end portion 15a and the second end portion 15b, and the first end portion 15a is the first end portion 15a.
- the intermediate portion 15 c is connected to the eighth portion 12 d of the second structure 12.
- the intermediate portion 15 c is connected to the fourth portion 11 d of the first structure 11.
- the second end 15b of the second strain-generating part 15 extends substantially at the center of the second structure 12, and faces the second end 14b of the first strain-generating part 14 with a predetermined distance therebetween. .
- the first strain portion 14 and the second strain portion 15 have a fourth width W4.
- the fourth width W4 is set to be equal to or larger than the first width W1.
- the present invention is not limited to this, and may be equal to or smaller than the first width W1 and equal to or larger than the second width W2.
- the first structure 11, the second structure 12, the plurality of beam portions 13, the first strain-generating portion 14, and the second strain-generating portion 15 are made of, for example, metal, but are mechanical to the applied torque. If sufficient strength can be obtained, a material other than metal can be used.
- the portion 15 is formed separately from the first portion 11a, the second portion 11b of the first structure 11, and the fifth portion 12a and the sixth portion 12b of the second structure 12. You may attach to the 1st part 11a of the body 11, the 2nd part 11b, and the 5th part 12a of the 2nd structure 12, and the 6th part 12b.
- the length L1 between the first end portion 14a and the intermediate portion 14c is larger than the length L2 between the intermediate portion 14c and the second end portion 14b. It is set short.
- the length L1 between the first end portion 15a and the intermediate portion 15c is set shorter than the length L2 between the intermediate portion 15c and the second end portion 15b.
- strain-generating body 16 The second end portion 14 b of the first strain-generating portion 14 and the second end portion 15 b of the second strain-generating portion 15 are connected by a strain-generating body 16.
- strain gauges a plurality of strain sensors (hereinafter referred to as strain gauges) as resistors constituting a bridge circuit are provided on the surface of the strain generating body 16.
- the first strain portion 14 and the second strain portion 15 are the centers of the first structure 11 and the second structure 12 (the center of torque action).
- the strain generating body 16 that is disposed at a symmetrical position with respect to the first strain generating section 14 and the second strain generating section 15 is disposed at the center of the first structure 11 and the second structure 12. Yes.
- the first strain portion 14 and the second strain portion 15 function as, for example, a lever that transmits strain to the strain body 16. That is, the intermediate portion 14c of the first strain generating portion 14 and the intermediate portion 15c of the second strain generating portion 15 act as fulcrums, and the first end portion 14a of the first strain generating portion 14 and the second strain generating portion 15 The first end 15a acts as a power point, and the second end 14b of the first strain-generating part 14 and the second end 15b of the second strain-generating part 15 act as action points. For this reason, the first strain generating portion 14 and the second strain generating portion 15 can amplify the torque applied to the first structure 11 and transmit it to the strain generating body 16. That is, the first strain generating section 14 and the second strain generating section 15 amplify the strain generated according to the rotation angle of the first structure 11 with respect to the second structure 12 and transmit the amplified strain to the strain generating body 16.
- first structure 11, the second structure 12, and the plurality of beam portions 13 have the same width, and the first part 11 a, the second part 11 b, and the second structure of the first structure 11 are the same.
- the thicknesses of the fifth part 12a and the sixth part 12b of the twelve parts are set to the third part 11c and the fourth part 11d of the first structure 11, and the seventh part 12c and the eighth part of the second structure 12, respectively. You may make it thicker than the thickness of the part 12d.
- the thickness of the third portion 11c and the fourth portion 11d of the first structure 11 is equal to the thickness of the first strain generating portion 14, and the thickness of the seventh portion 12c and the eighth portion 12d of the second structure 12
- the thickness of the 2nd strain generation part 15 is set equally, it is not limited to this.
- the width of the third portion 11c and the fourth portion 11d of the first structure 11 is equal to the width of the first strain generating portion 14, and the width of the seventh portion 12c and the eighth portion 12d of the second structure 12 is the same.
- the width of the second strain generating portion 15 is set equal, and the thickness of the third portion 11c and the fourth portion 11d of the first structure 11 is made thinner than the thickness of the first strain generating portion 14, and the second structure
- the thickness of the seventh portion 12 c and the eighth portion 12 d of the body 12 may be set to be thinner than the thickness of the second strain generating portion 15.
- the rigidity of the third portion 11c and the fourth portion 11d of the first structure 11 and the seventh portion 12c and the eighth portion 12d of the second structure 12 is the first portion of the first structure 11. 11a, the second portion 11b, and the rigidity of the fifth portion 12a, the sixth portion 12b, the first strain portion 14, and the second strain portion 15 of the second structure 12 may be lower.
- FIG. 3 shows an example of the strain gauge 21 provided on the strain body 16 and shows a cross section of the end of the strain gauge 21.
- the strain gauge 21 includes, for example, an insulating film 21a, a thin film resistor (strain sensitive film) 21b, an adhesive film 21c, a wiring 21d, an adhesive film 21e, and a glass film 21f as a protective film.
- an insulating film 21a is provided on the metal strain body 16, and a thin film resistor 21b made of, for example, a Cr—N resistor is provided on the insulating film 21a.
- the thin film resistor 21b can be linear or bent into a plurality of shapes.
- a wiring 21d as an electrode lead made of, for example, copper (Cu) is provided at an end on the thin film resistor 21b with an adhesive film 21c interposed.
- An adhesive film 21e is provided on the wiring 21d.
- the insulating film 21a, the thin film resistor 21b, and the adhesive film 21e are covered with a glass film 21f.
- the adhesive film 21c enhances the adhesion between the wiring 21d and the thin film resistor 21b
- the adhesive film 21e enhances the adhesion between the wiring 21d and the glass film 21f.
- the adhesive films 21c and 21e are films containing chromium (Cr), for example.
- the configuration of the strain gauge 21 is not limited to this.
- the strain body 16 includes four strain gauges 21-1, 21-2, 21-3, 21-4, and includes four strain gauges 21-1, 21-2, 21-3 and 21-4 constitute a bridge circuit 30.
- the center (center of gravity) of the strain body 16 is arranged at the center of the first structure 11 and the second structure 12, and the strain gauges 21-1, 21-2 and the strain gauges 21-3, 21-4 are The first structure 11 and the second structure 12 are arranged at symmetrical positions with respect to the centers.
- the strain gauge 21-1 and the strain gauge 21-3 are connected in series, and the strain gauge 21-2 and the strain gauge 21-4 are connected in series.
- the strain gauges 21-1 and 21-3 connected in series are connected in parallel to the strain gauges 21-2 and 21-4 connected in series.
- a power supply Vo, for example, 5 V is supplied to a connection point between the strain gauge 21-2 and the strain gauge 21-4, and a connection point between the strain gauge 21-1 and the strain gauge 21-3 is grounded, for example.
- the output voltage Vout + is output from the connection point between the strain gauge 21-1 and the strain gauge 21-2
- the output voltage Vout ⁇ is output from the connection point between the strain gauge 21-3 and the strain gauge 21-4. From the output voltage Vout + and the output voltage Vout ⁇ , the output voltage Vout of the torque sensor 10 expressed by the equation (1) is obtained.
- FIG. 5 shows an operation when a torque is applied to the torque sensor 10.
- the torque sensor 10 is provided, for example, at a robot joint (not shown).
- the first structure 11 is attached to, for example, a speed reducer connected to a motor (not shown), and the second structure 12 is attached to a joint.
- the first structure 11 rotates in the direction indicated by the arrow A with respect to the second structure 12. For this reason, the plurality of beam portions 13 are elastically deformed.
- the third portion 11c and the fourth portion 11d of the first structure 11 are narrower than the first portion 11a and the second portion 11b of the first structure 11, and the second structure 12 Since the seventh portion 12c and the eighth portion 12d are narrower than the fifth portion 12a and the sixth portion 12b of the second structure 12, the first portion 11a and the second portion 12 of the first structure 11
- the portion 11b of the second structure 12 and the fifth portion 12a and the sixth portion 12b of the second structure 12 are more elastically deformed.
- the first strain generating portion 14 connected to the third portion 11c of the first structure 11 and the seventh portion 12c of the second structure 12 has a portion between the first end portion 14a and the intermediate portion 14c.
- the portion between the first end portion 15 a and the intermediate portion 15 c is deformed more than the portion between the intermediate portion 15 c and the second end portion 15 b.
- strain is generated in the strain generating body 16, and this strain is detected by the bridge circuit 30.
- FIG. 6A shows a change in the resistance value of the bridge circuit 30 when torque is applied to the torque sensor 10
- FIG. 6B shows a thrust force applied to the torque sensor 10 in the X-axis direction, for example.
- FIG. 7 shows the result of obtaining the output voltage Vout of the torque sensor 10 under the different conditions (1) to (6) from the equation (1).
- FIG. (1) shows a case where neither torque nor thrust force is applied to the torque sensor 10.
- (6) shows a case where a thrust force is applied to the torque sensor 10 and a temperature change ⁇ T is applied to the strain gauges 21-1 and 21-2.
- R ⁇ (1 + ⁇ ⁇ ⁇ T) indicates the resistance value when the temperature coefficient of resistance is ⁇ and the temperature change ⁇ T.
- the output voltage Vout of the torque sensor 10 is all 0V. That is, when a thrust force is applied to the first structure 11 and the second structure 12, and / or when a temperature change is applied to the strain gauges 21-1 and 21-2, the thrust force and the temperature change cancel each other. As a result, the output voltage Vout of the torque sensor 10 is 0V.
- the output voltage Vout of the torque sensor 10 is - ⁇ R / R ⁇ Vo is output.
- the output voltage Vout is a value that does not include the temperature coefficient ⁇ of the resistor and the temperature change ⁇ T. Therefore, the torque sensor 10 can detect only the torque by canceling the thrust force and temperature change.
- the first part 11 a and the second part 11 b of the first structure 11, and the fifth part 12 a and the sixth part 12 b of the second structure 12 include a plurality of parts.
- the beams 13 are connected.
- the third portion 11c of the first structure 11 and the seventh portion 12c of the second structure 12 are connected by the first strain generating portion 14, and the fourth portion 11d of the first structure 11 and the seventh portion 12c are connected to each other.
- the eighth portion 12d of the two structures 12 is connected by a second strain generating portion 15, and the first strain generating portion 14 and the second strain generating portion 15 are connected by a strain generating body 16 provided with a bridge circuit 30. Has been.
- the third portion 11c of the first structure 11, the seventh portion 12c and the first strain generating portion 14 of the second structure 12, the fourth portion 11d of the first structure 11, and the second structure By appropriately setting the width, thickness, and length of the eighth portion 12d and the second strain generating portion 15 of the body 12, and the strain generating body 16, the strain gauges 21-1, 21-2, 21-3,
- the sensitivity of 21-4 can be set independently of the first portion 11a and the second portion 11b of the first structure 11, and the fifth portion 12a and the sixth portion 12b of the second structure 12. Is possible.
- the strain body 16 is configured separately from the first strain section 14 and the second strain section 15. For this reason, the size and shape of the strain generating body 16 and the strain gauges 21-1, 21-2, 21-3, and 21-4 are set to the first portion 11a, the second portion 11b, and the second portion of the first structure 11.
- the second structure 12 can be set independently from the fifth portion 12a and the sixth portion 12b. Therefore, the areas of the strain generating body 16 and the strain gauges 21-1, 21-2, 21-3, 21-4 can be miniaturized.
- strain body 16 is configured separately from the first strain section 14 and the second strain section 15, fine strain gauges 21-1, 21-2, 21 are formed on the strain body 16. -3, 21-4 can be easily manufactured.
- the first strain generating portion 14 and the second strain generating portion 15 are disposed symmetrically with respect to the centers of the substantially annular first structure 11 and second structure 12, and the first strain generating portion 14 and the second strain generating portion 15.
- the strain body 16 that connects the strain sections 15 is disposed at the center of the first structure 11 and the second structure 12. For this reason, it is possible to detect torque by one strain generating body 16.
- the third portion 11c and the fourth portion 11d of the first structure 11 are wider than the first portion 11a and the second portion 11b of the first structure 11.
- the width is not limited to this, and may be the same width as the first portion 11a and the second portion 11b.
- the widths of the seventh portion 12c and the eighth portion 12d of the second structure 12 are narrower than those of the fifth portion 12a and the sixth portion 12b of the second structure 12, It is good also as a width
- the third portion 11c and the fourth portion 11d of the first structure 11, the seventh portion 12c and the eighth portion 12d of the second structure 12, the first strain portion 14 and the second strain portion. 15 is formed separately from the first part 11 a and the second part 11 b of the first structure 11 and the fifth part 12 a and the sixth part 12 b of the second structure 12.
- the present invention is not limited to this, and these may be integrally formed.
- first structure 11 and the second structure 12 include a plurality of portions having different widths.
- the shapes of the first structure body and the second structure body 12 are simplified.
- the first structure 41 to which torque is applied and the second structure 42 to which torque is output are formed in an annular shape, and the second structure 42 is in relation to the first structure 41. They are arranged concentrically.
- the first structure 41 and the second structure 42 are connected by a plurality of beam portions 43 arranged radially.
- the widths and thicknesses of the first structure 41, the second structure 42, and the beam portion 43 are set to be approximately equal.
- the present invention is not limited to this, and the width and thickness of the first structure 41, the second structure 42, and the beam portion 43 can be deformed according to the allowable torque.
- a first strain portion 44 and a second strain portion 45 are provided on the top of the first structure 41 and the second structure 42.
- the first strain generating portion 44 and the second strain generating portion 45 are arranged at positions symmetrical with respect to the centers of the first structure 41 and the second structure 42.
- first end 44 a of the first strain-generating portion 44 is provided in the first structure 41, and the second end 44 b is positioned substantially at the center of the second structure 42, and the second An intermediate portion 44 c between the end portion 44 b and the first end portion 44 a is provided in the second structure 42.
- the first end 45a of the second strain generating portion 45 is provided in the first structure 41, and the second end 45b is positioned substantially at the center of the second structure 42, and the second end 45b and the second end 45b An intermediate portion 45c between the first end portion 45a and the second structure body 42 is provided.
- the second end portion 44b of the first strain generating portion 44 is opposed to the second end portion 45b of the second strain generating portion 45 with a predetermined distance therebetween.
- the length between the first end portion 44a and the intermediate portion 44c of the first strain generating portion 44, and the length between the intermediate portion 44c and the second end portion 44b are the first strain generating portions of the first embodiment.
- the length between the first end portion 45a and the intermediate portion 45c of the second strain generating portion 45 and the length between the intermediate portion 45c and the second end portion 45b are the same as those of the first strain portion 45. This is the same as the second strain generating portion 15 of the embodiment.
- the first strained portion 44 and the second strained portion 45 have a width substantially equal to the width of the beam portion 43.
- variety of the 1st strain part 44 and the 2nd strain part 45 is not limited to this, It can deform
- the second end portion 44 b of the first strain generating portion 44 and the second end portion 45 b of the second strain generating portion 45 are connected by a strain generating body 46.
- a bridge circuit 30 shown in FIG. 4 is formed on the upper surface of the strain generating body 46 as in the first embodiment.
- the first structure 41 is connected to, for example, a motor speed reducer provided at a joint of the robot (not shown), and the second structure 42 is connected to the robot as shown in FIG. Connected to the joint portion 51.
- the first structure 41 rotates in the arrow A direction with respect to the second structure 42.
- the plurality of beam portions 43 are elastically deformed.
- the first end portion 44a of the first strain generating portion 44 is rotated in the direction of arrow A with respect to the intermediate portion 44c, and the second end portion 44b is moved substantially parallel to the X axis.
- first end 45a of the second strain generating portion 45 is rotated in the direction of arrow A with respect to the intermediate portion 45c, and the second end 45b is substantially parallel to the X axis and is the first strain generating portion 44.
- the second end 44b is moved in the opposite direction.
- strain is generated in the strain generating body 46, and this strain is detected by the bridge circuit 30.
- the operation of the bridge circuit 30 is the same as that of the first embodiment, and the thrust force and the temperature change are offset by the second embodiment, and only the torque can be detected.
- the first structure 41 and the second structure 42 have the same width, and the plurality of beam portions 43 have the same width. For this reason, since the configuration of the second embodiment is simplified compared to the first embodiment, it is easy to manufacture.
- first structures 11 and 41 and the second structures 12 and 42 are arranged concentrically, and the first structures 11 and 41 and the second structures 12 and 42 are arranged. Are connected by a plurality of beam portions 13 and 43.
- the present invention is not limited to this, and the following configuration is also possible.
- first structure and the second structure are linearly arranged, the first structure and the second structure are arranged in parallel, and the first structure and the second structure are connected by a plurality of beam portions.
- a first sensor part and a second sensor part are provided in the longitudinal center of the first structure and the second structure.
- the first sensor unit has a strain generating portion in which a first end is connected to the first structure, an intermediate portion is connected to the second structure, and a second end is extended from the second structure.
- the second sensor unit has the same configuration as the first sensor unit.
- the second end portion as the strain-generating portion of the first sensor portion and the second end portion as the strain-generating portion of the second sensor portion is a torque action center
- the first sensor portion and the second sensor portion are A 1st sensor part and a 2nd sensor part are arrange
- the second end portion as the strain generating portion of the first sensor portion and the second end portion as the strain generating portion of the second sensor portion are connected by the strain generating body provided with the resistor. That is, the strain-generating body is arranged so that the central portion of the strain-generating body coincides with the torque action center. Also with this configuration, it is possible to obtain the same effect as in the above embodiment.
- the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
- various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
- the present invention can be applied to, for example, a torque sensor provided at a joint of a robot arm.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Measurement Of Force In General (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
歪センサの感度や許容トルク、あるいはトルクセンサ機械的な強度を独立に設定することが可能なトルクセンサを提供する。トルクセンサは、第1領域と、第2領域と、第1領域と第2領域を連結する複数の第3領域とを具備し、計測すべきトルクが第3領域を介して第1領域と第2領域間に伝達される。第1起歪部14は、第1端部14aが第1領域11に設けられ、第1中間部14cが第2構造体12に設けられる。第2起歪部15は、第3端部15aが第1領域11に設けられ、第2中間部15cが第2領域12に設けられ、第4端部15bが第1起歪部14の第2端部14bの近傍に配置される。抵抗体が設けられた起歪体16は、第1起歪部14の第2端部14bと第2起歪部15の前記第4端部15bを連結する。
Description
本発明の実施形態は、例えばロボットアームの関節に設けられるトルクセンサに関する。
この種のトルクセンサは、トルクが印加される第1の構造体と、トルクが出力される第2の構造体と、第1の構造体と第2の構造体とを連結する複数の起歪部を有し、これら起歪部に歪センサが配置されている(例えば特許文献1、2、3参照)。
トルクセンサにおいて、歪センサの感度や許容トルク(最大トルク)、あるいはトルクセンサの機械的な強度を独立に設定することが困難であった。
本発明の実施形態は、歪センサの感度や許容トルク、あるいはトルクセンサの機械的な強度を独立に設定することが可能なトルクセンサを提供する。
本実施形態のトルクセンサは、第1領域と、第2領域と、前記第1領域と前記第2領域を連結する複数の第3領域とを具備し、計測すべきトルクが前記第3領域を介して前記第1領域と前記第2領域間に伝達されるトルクセンサであって、第1端部、第2端部、及び前記第1端部と前記第2端部の間の第1中間部を有し、前記第1端部が前記第1領域に設けられ、前記第1中間部が前記第2領域に設けられた第1起歪部と、第3端部、第4端部、及び前記第3端部と前記第4端部の間の第2中間部を有し、前記第3端部が前記第1領域に設けられ、第2中間部が前記第2領域に設けられ、前記第4端部が前記第1起歪部の前記第2端部の近傍に配置された第2起歪部と、前記第1起歪部の前記第2端部と前記第2起歪部の前記第4端部を連結し、抵抗体が設けられた起歪体と、を具備する。
本発明によれば、歪センサの感度や許容トルク、あるいはトルクセンサの機械的な強度を独立に設定することが可能なトルクセンサを提供できる。
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には同一符号を付している。
(第1の実施形態)
図1、図2において、トルクセンサ10は、第1構造体(第1領域)11、第2構造体(第2領域)12、複数の梁部(第3領域)13、第1起歪部14、第2起歪部15を具備している。
図1、図2において、トルクセンサ10は、第1構造体(第1領域)11、第2構造体(第2領域)12、複数の梁部(第3領域)13、第1起歪部14、第2起歪部15を具備している。
トルクが印加される第1構造体11と、トルクを出力する第2構造体12は、ほぼ環状に形成されている。
第1構造体11は、第1の幅W1を有する円弧状の第1の部分11a及び第2の部分11bと、第1の幅W1より狭い第2の幅W2を有する円弧状の第3の部分11c及び第4の部分11dを具備している。第1構造体11の第3の部分11c及び第4の部分11dは、第1構造体11の第1の部分11aと第2の部分11bの間に配置されている。
第2構造体12は、円弧状の第5の部分12a及び第6の部分12bと、円弧状の第7の部分12c及び第8の部分12dを具備している。第2構造体12の第7の部分12c及び第8の部分12dは、第2構造体12の第5の部分12aと第6の部分12bの間に配置されている。第2構造体12の第5の部分12a及び第6の部分12bは、例えば第1構造体11と同様の第1の幅W1を有し、第7の部分12c及び第8の部分12dは、第1の幅W1より狭い第2の幅W2を有している。第2構造体12の第5の部分12a、第6の部分12b、第7の部分12c及び第8の部分12dの幅は、これに限定されるものではなく、変形可能である。
第2構造体12は、第1構造体11と同心状に配置され、第1構造体11の第1の部分11aと第2構造体12の第5の部分12a、及び第1構造体11の第2の部分11bと第2構造体12の第6の部分12bは、放射状に配置された複数の梁部13により連結されている。
梁部13の幅W3は、例えば第1構造体11の第1の部分11a、第2の部分11b、及び第2構造体12の第5の部分12a、第6の部分12bの幅W1より狭く、第1構造体11の第3の部分11c、第4の部分11d、及び第2構造体12の第7の部分12c、第8の部分12dの幅W2より広く設定されている。梁部13の幅W3は、これに限定されるものではなく、変形可能である。
また、梁部13のうち、第1構造体11の第3の部分11c、第4の部分11d、及び第2構造体12の第7の部分12c、第8の部分12dに隣接する4つの部分の幅W3aは、いずれも第3の部分11c、第4の部分11d、及び第7の部分12c、第8の部分12dの幅W2と同等に設定されている。
梁部13の強度は、梁部13と第1構造体11及び第2構造体12の厚さが等しいと仮定した場合、梁部13の幅により規定される。複数の梁部13の強度により、第1構造体11に印加されたトルクに応じて、第2構造体12に対する第1構造体11の実質的な回転角が決定される。
第1構造体11の第3の部分11cと第2構造体12の第7の部分12cは、第1起歪部14により連結されている。第1起歪部14は、第1端部14a、第2端部14b、及び第1端部14aと第2端部14bとの間の中間部14cを有し、第1端部14aは第1構造体11の第3の部分11cに連結され、中間部14cは第2構造体12の第7の部分12cに連結されている。第1起歪部14の第2端部14bは、第2構造体12のほぼ中央部に延出されている。
第1構造体11の第4の部分11dと第2構造体12の第8の部分12dは、第2起歪部15により連結されている。第2起歪部15は、第1端部15a、第2端部15b、及び第1端部15aと第2端部15bとの間の中間部15cを有し、第1端部15aは第1構造体11の第4の部分11dに連結され、中間部15cは第2構造体12の第8の部分12dに連結されている。第2起歪部15の第2端部15bは、第2構造体12のほぼ中央部に延出され、第1起歪部14の第2端部14bと所定間隔離間して対向されている。
第1起歪部14と第2起歪部15は、第4の幅W4を有している。第4の幅W4は、例えば第1の幅W1以上に設定されている。しかし、これに限定されるものではなく、第1の幅W1以下で、第2の幅W2以上であってもよい。
第1構造体11、第2構造体12、複数の梁部13、第1起歪部14、第2起歪部15は、例えば金属により構成されるが、印加されるトルクに対して機械的な強度を十分に得ることができれば、金属以外の材料を使用することも可能である。
また、第1構造体11の第3の部分11c、第4の部分11d、第2構造体12の第7の部分12c、第8の部分12d、第1起歪部14、及び第2起歪部15は、第1構造体11の第1の部分11a、第2の部分11b、及び第2構造体12の第5の部分12a、第6の部分12bと別体に形成し、第1構造体11の第1の部分11a、第2の部分11b、及び第2構造体12の第5の部分12a、第6の部分12bに取着してもよい。
図2に示すように、第1起歪部14において、第1端部14aと中間部14cとの間の長さL1は、中間部14cと第2端部14bとの間の長さL2より短く設定されている。第2起歪部15において、第1端部15aと中間部15cとの間の長さL1は、中間部15cと第2端部15bとの間の長さL2より短く設定されている。
第1起歪部14の第2端部14bと第2起歪部15の第2端部15bは、起歪体16により連結されている。後述するように、起歪体16の表面には、ブリッジ回路を構成する抵抗体としての複数の歪センサ(以下、歪ゲージと称す)が設けられている。
上記のように、第1の実施形態に係るトルクセンサ10は、第1起歪部14と第2起歪部15が第1構造体11と第2構造体12の中心(トルクの作用中心)に対して対称の位置に配置され、第1起歪部14と第2起歪部15を接続する起歪体16は、第1構造体11と第2構造体12の中心部に配置されている。
第1起歪部14と第2起歪部15は、起歪体16に歪を伝達する例えばレバーとして機能する。すなわち、第1起歪部14の中間部14c及び第2起歪部15の中間部15cは、支点として作用し、第1起歪部14の第1端部14a及び第2起歪部15の第1端部15aは、力点として作用し、第1起歪部14の第2端部14b及び第2起歪部15の第2端部15bは、作用点として作用する。このため、第1起歪部14と第2起歪部15は、第1構造体11に印加されたトルクを増幅して起歪体16に伝達することができる。すなわち、第1起歪部14、第2起歪部15は、第2構造体12に対する第1構造体11の回転角に応じて発生した歪を増幅して起歪体16に伝達する。
尚、第1構造体11、第2構造体12、及び複数の梁部13の幅を全て同一とし、第1構造体11の第1の部分11a、第2の部分11b、及び第2構造体12の第5の部分12a、第6の部分12bの厚さを、第1構造体11の第3部分11c、第4部分11d、及び第2構造体12の第7の部分12c、第8の部分12dの厚さより厚くしてもよい。
第1構造体11の第3部分11c、第4部分11dの厚さと第1起歪部14の厚さは等しく、第2構造体12の第7の部分12c、第8の部分12dの厚さと第2起歪部15の厚さは等しく設定しているが、これに限定されるものではない。例えば第1構造体11の第3部分11c及び第4部分11dの幅と、第1起歪部14の幅を等しく、第2構造体12の第7の部分12c及び第8の部分12dの幅と、第2起歪部15の幅を等しく設定し、第1構造体11の第3部分11c及び第4部分11dの厚さを、第1起歪部14の厚さより薄くし、第2構造体12の第7の部分12c及び第8の部分12dの厚さを、第2起歪部15の厚さより薄く設定してもよい。
すなわち、第1構造体11の第3部分11c、第4部分11d、及び第2構造体12の第7の部分12c、第8の部分12dの剛性が、第1構造体11の第1の部分11a、第2の部分11b、及び第2構造体12の第5の部分12a、第6の部分12b、第1起歪部14、及び第2起歪部15の剛性より低ければよい。
図3は、起歪体16に設けられた歪ゲージ21の一例を示すものであり、歪ゲージ21の端部の断面を示している。歪ゲージ21は、例えば絶縁膜21a、薄膜抵抗体(感歪膜)21b、接着膜21c、配線21d、接着膜21e、保護膜としてのガラス膜21fを具備している。例えば金属製の起歪体16上に絶縁膜21aが設けられ、絶縁膜21a上に例えばCr-N抵抗体により構成された薄膜抵抗体21bが設けられる。薄膜抵抗体21bは、直線状又は複数に屈曲された形状などが可能である。薄膜抵抗体21b上の端部に接着膜21cを介在して、例えば銅(Cu)により構成された電極リードとしての配線21dが設けられる。配線21d上には接着膜21eが設けられる。絶縁膜21a、薄膜抵抗体21b、及び接着膜21eは、ガラス膜21fにより覆われる。接着膜21cは、配線21dと薄膜抵抗体21bとの密着性を高め、接着膜21eは、配線21dとガラス膜21fとの密着性を高めている。接着膜21c、21eは、例えばクロム(Cr)を含む膜である。歪ゲージ21の構成は、これに限定されるものではない。
図4に示すように、起歪体16は、4個の歪ゲージ21-1、21-2、21-3、21-4を具備し、4個の歪ゲージ21-1、21-2、21-3、21-4によりブリッジ回路30が構成される。
起歪体16の中心(重心)は、第1構造体11及び第2構造体12の中心に配置され、歪ゲージ21-1、21-2と、歪ゲージ21-3、21-4は、第1構造体11及び第2構造体12の中心に対して対称の位置に配置される。
ブリッジ回路30において、歪ゲージ21-1と歪ゲージ21-3は直列接続され、歪ゲージ21-2と歪ゲージ21-4は直列接続される。直列接続された歪ゲージ21-1、21-3は、直列接続された歪ゲージ21-2、21-4と並列接続される。歪ゲージ21-2と歪ゲージ21-4の接続点に電源Vo、例えば5Vが供給され、歪ゲージ21-1と歪ゲージ21-3の接続点は、例えば接地される。歪ゲージ21-1と歪ゲージ21-2の接続点から出力電圧Vout+が出力され、歪ゲージ21-3と歪ゲージ21-4の接続点から出力電圧Vout-が出力される。出力電圧Vout+及び出力電圧Vout-から式(1)で示すトルクセンサ10の出力電圧Voutが得られる。
Vout=Vout+-Vout-
=(R1/(R1+R2)-R3/(R3+R4))・Vo …(1)
ここで、
R1は、歪ゲージ21-1の抵抗値
R2は、歪ゲージ21-2の抵抗値
R3は、歪ゲージ21-3の抵抗値
R4は、歪ゲージ21-4の抵抗値
であり、トルクセンサ10にトルクが印加されていない状態において、R1=R2=R3=R4=Rである。
=(R1/(R1+R2)-R3/(R3+R4))・Vo …(1)
ここで、
R1は、歪ゲージ21-1の抵抗値
R2は、歪ゲージ21-2の抵抗値
R3は、歪ゲージ21-3の抵抗値
R4は、歪ゲージ21-4の抵抗値
であり、トルクセンサ10にトルクが印加されていない状態において、R1=R2=R3=R4=Rである。
図5は、トルクセンサ10にトルクが印加された場合の動作を示している。トルクセンサ10は、例えば図示せぬロボットの関節に設けられる。第1構造体11は、例えば図示せぬモータに連結された減速機に取着され、第2構造体12は、関節に取着される。
第1構造体11に対して図示矢印A方向にトルクが印加された場合、第1構造体11は、第2構造体12対して矢印A方向に回動する。このため、複数の梁部13が弾性変形する。この時、第1構造体11の第3の部分11c、第4の部分11dは、第1構造体11の第1の部分11a、第2の部分11bより幅が狭く、第2構造体12の第7の部分12c、第8の部分12dは、第2構造体12の第5の部分12a、第6の部分12bより幅が狭いため、第1構造体11の第1の部分11a、第2の部分11b、及び第2構造体12の第5の部分12a、第6の部分12bより大きく弾性変形する。
第1構造体11の第3の部分11cと第2構造体12の第7の部分12cに連結された第1起歪部14は、第1端部14aと中間部14cとの間の部分が、中間部14cと第2端部14bとの間の部分より大きく変形し、第1構造体11の第4の部分11dと第2構造体12の第8の部分12dに連結された第2起歪部15は、第1端部15aと中間部15cとの間の部分が、中間部15cと第2端部15bとの間の部分より大きく変形する。このような動作により、第1起歪部14の第2端部14bと第2起歪部15の第2端部15bは、図示X軸に対してほぼ平行で、互いに異なる方向に移動する。
第1起歪部14の第2端部14bと第2起歪部15の第2端部15bの移動に伴い起歪体16に歪が発生し、この歪がブリッジ回路30により検出される。
図6(a)は、トルクセンサ10にトルクが印加された場合におけるブリッジ回路30の抵抗値の変化を示し、図6(b)は、トルクセンサ10に例えばX軸方向のスラスト力が印加された場合におけるブリッジ回路30の抵抗値の変化を示している。図6(a)(b)において、ΔRは、抵抗値の変化の値である。
図7は、(1)乃至(6)の異なる条件におけるトルクセンサ10の出力電圧Voutを式(1)から求めた結果を示すものである。
図7において、
(1)は、トルクセンサ10にトルク及びスラスト力のいずれもが印加されていない場合を示している。
(1)は、トルクセンサ10にトルク及びスラスト力のいずれもが印加されていない場合を示している。
(2)は、トルクセンサ10にトルクを印加した場合を示している。
(3)は、トルクセンサ10にスラスト力を印加した場合を示している。
(4)は、トルクセンサ10の歪ゲージ21-1、21-2に温度変化ΔTを与えた場合を示している。
(5)は、トルクセンサ10にトルクを印加し、歪ゲージ21-1、21-2に温度変化ΔTを与えた場合を示している。
(6)は、トルクセンサ10にスラスト力を印加し、歪ゲージ21-1、21-2に温度変化ΔTを与えた場合を示している。
図7において、R・(1+α・ΔT)は、抵抗の温度係数がα、温度変化ΔTの時の抵抗値を示している。
(1)(3)(4)(6)に示す条件の場合、トルクセンサ10の出力電圧Voutは、いずれも0Vである。すなわち、第1構造体11、第2構造体12にスラスト力が印加された場合、及び/又は歪ゲージ21-1、21-2に温度変化が与えられた場合、スラスト力や温度変化が相殺され、トルクセンサ10の出力電圧Voutは、いずれも0Vとなる。
(2)に示すトルクを印加した場合、及び(5)に示すトルクと歪ゲージ21-1、21-2に温度変化を与えた場合、トルクセンサ10の出力電圧Voutとして、-ΔR/R・Voが出力される。この出力電圧Voutは、抵抗の温度係数αや温度変化ΔTを含まない値である。したがって、上記トルクセンサ10は、スラスト力や温度変化を相殺してトルクのみを検出することが可能である。
(第1の実施形態の効果)
上記第1の実施形態によれば、第1構造体11の第1の部分11a及び第2の部分11bと、第2構造体12の第5の部分12a及び第6の部分12bは、複数の梁部13により連結されている。このため、第1構造体11の第1の部分11a及び第2の部分11bと、第2構造体12の第5の部分12a及び第6の部分12b、及び複数の梁部13の幅や厚さを適宜設定することにより、トルクセンサ10に印加される許容トルクあるいは機械的な強度を独立して設定することが可能である。
上記第1の実施形態によれば、第1構造体11の第1の部分11a及び第2の部分11bと、第2構造体12の第5の部分12a及び第6の部分12bは、複数の梁部13により連結されている。このため、第1構造体11の第1の部分11a及び第2の部分11bと、第2構造体12の第5の部分12a及び第6の部分12b、及び複数の梁部13の幅や厚さを適宜設定することにより、トルクセンサ10に印加される許容トルクあるいは機械的な強度を独立して設定することが可能である。
また、第1構造体11の第3の部分11cと第2構造体12の第7の部分12cは、第1起歪部14により連結され、第1構造体11の第4の部分11dと第2構造体12の第8の部分12dは、第2起歪部15により連結され、第1起歪部14と第2起歪部15は、ブリッジ回路30が設けられた起歪体16により連結されている。このため、第1構造体11の第3の部分11cと第2構造体12の第7の部分12c及び第1起歪部14と、第1構造体11の第4の部分11dと第2構造体12の第8の部分12d及び第2起歪部15と、起歪体16の幅や厚さ、長さを適宜設定することにより、歪ゲージ21-1、21-2、21-3、21-4の感度を第1構造体11の第1の部分11a、第2の部分11b、及び第2構造体12の第5の部分12a、第6の部分12bから独立して設定することが可能である。
さらに、起歪体16は、第1起歪部14と第2起歪部15と別体に構成されている。このため、起歪体16及び歪ゲージ21-1、21-2、21-3、21-4のサイズや形状を第1構造体11の第1の部分11a、第2の部分11b、及び第2構造体12の第5の部分12a、第6の部分12bから独立して設定することが可能である。したがって、起歪体16及び歪ゲージ21-1、21-2、21-3、21-4の面積を微細化することが可能である。
しかも、起歪体16は、第1起歪部14と第2起歪部15と別体に構成されているため、起歪体16上に微細な歪ゲージ21-1、21-2、21-3、21-4を容易に製造することが可能である。
また、第1起歪部14と第2起歪部15は、ほぼ環状の第1構造体11及び第2構造体12の中心に対して対称に配置され、第1起歪部14と第2起歪部15を接続する起歪体16は、第1構造体11と第2構造体12の中心部に配置されている。このため、1つの起歪体16によりトルクを検出することが可能である。
さらに、1つの起歪体16にブリッジ回路30を設けることにより、スラスト力や温度変化を相殺してトルクのみを検出することが可能である。
尚、第1の実施形態において、第1構造体11の第3の部分11c及び第4の部分11dの幅は、第1構造体11の第1の部分11a及び第2の部分11bより幅を狭くしたが、これに限らず、第1の部分11a及び第2の部分11bと同等の幅としてもよい。同様に、第2構造体12の第7の部分12c及び第8の部分12dの幅は、第2構造体12の第5の部分12a及び第6の部分12bより幅を狭くしたが、第5の部分12a及び第6の部分12bと同等の幅としてもよい。
また、第1構造体11の第3の部分11c及び第4の部分11d、第2構造体12の第7の部分12c及び第8の部分12d、第1起歪部14及び第2起歪部15は、第1構造体11の第1の部分11a及び第2の部分11b及び第2構造体12の第5の部分12a及び第6の部分12bと別体として形成した。しかし、これに限らず、これらを一体的に形成してもよい。
(第2の実施形態)
図8、図9は、第2の実施形態に係るトルクセンサ40を示している。
図8、図9は、第2の実施形態に係るトルクセンサ40を示している。
第1の実施形態において、第1構造体11及び第2構造体12は、幅が異なる複数の部分を具備していた。これに対して、第2の実施形態は、第1構造体及び第2構造体12の形状が単純化されている。
図8、図9において、トルクが印加される第1構造体41とトルクが出力される第2構造体42は、環状に形成され、第2構造体42は、第1構造体41に対して同心状に配置されている。第1構造体41と第2構造体42は、放射状に配置された複数の梁部43により連結されている。第1構造体41、第2構造体42及び梁部43の幅や厚さは、ほぼ等しく設定されている。しかし、これに限定されるものではなく、第1構造体41、第2構造体42及び梁部43の幅や厚さは、許容トルクに応じて変形可能である。
第1構造体41と第2構造体42の上部には、第1起歪部44、第2起歪部45が設けられる。第1起歪部44と第2起歪部45は、第1構造体41と第2構造体42の中心に対して対称な位置に配置されている。
具体的には、第1起歪部44の第1端部44aは、第1構造体41に設けられ、第2端部44bは、第2構造体42のほぼ中央部に位置され、第2端部44bと第1端部44aとの間の中間部44cは、第2構造体42に設けられている。
第2起歪部45の第1端部45aは、第1構造体41に設けられ、第2端部45bは、第2構造体42のほぼ中央部に位置され、第2端部45bと第1端部45aとの間の中間部45cは、第2構造体42に設けられている。
第1起歪部44の第2端部44bは、第2起歪部45の第2端部45bと所定間隔離間して対向されている。
第1起歪部44の第1端部44aと中間部44cとの間の長さ、中間部44cと第2端部44bとの間の長さは、第1の実施形態の第1起歪部14と同様であり、第2起歪部45の第1端部45aと中間部45cとの間の長さ、中間部45cと第2端部45bとの間の長さは、第1の実施形態の第2起歪部15と同様である。
第1起歪部44と第2起歪部45は、梁部43の幅とほぼ同等の幅を有している。しかし、第1起歪部44と第2起歪部45の幅は、これに限定されるものではなく、変形可能である。
第1起歪部44の第2端部44bと第2起歪部45の第2端部45bは、起歪体46により連結される。起歪体46の上面には、第1の実施形態と同様、図4に示すブリッジ回路30が形成されている。
上記構成のトルクセンサ40において、第1構造体41は、例えば図示せぬロボットの関節に設けられたモータの減速機に連結され、第2構造体42は、図9に示すように、ロボットの関節部分51に連結される。この状態において、第1構造体41に対して図8に示す矢印A方向のトルクが印加された場合、第1構造体41は、第2構造体42対して矢印A方向に回動する。このため、複数の梁部43が弾性変形する。これとともに、第1起歪部44の第1端部44aは、中間部44cに対して矢印A方向に回動され、第2端部44bは、X軸にほぼ平行に移動される。また、第2起歪部45の第1端部45aは、中間部45cに対して矢印A方向に回動され、第2端部45bは、X軸にほぼ平行で、第1起歪部44の第2端部44bと反対方向に移動される。
第1起歪部44の第2端部44bと第2起歪部45の第2端部45bの移動に伴い起歪体46に歪が発生し、この歪がブリッジ回路30により検出される。
ブリッジ回路30の動作は、第1の実施形態と同様であり、第2の実施形態によっても、スラスト力や温度変化が相殺され、トルクのみを検出することができる。
(第2の実施形態の効果)
第2の実施形態によっても第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
第2の実施形態によっても第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
しかも、第2の実施形態において、第1構造体41及び第2構造体42は、同じ幅であり、複数の梁部43の幅もそれぞれ同じである。このため、第2の実施形態の構成は、第1の実施形態に比べて簡単化されているため、製造が容易である。
尚、上記第1、第2の実施形態において、第1構造体11、41及び第2構造体12、42は同心状に配置され、第1構造体11、41と第2構造体12、42が複数の梁部13、43により連結されていた。しかし、これに限定されるものではなく、次のような構成とすることも可能である。
例えば第1構造体及び第2構造体を直線状として第1構造体と第2構造体を平行に配置し、複数の梁部により第1構造体と第2構造体を連結する。さらに、第1構造体と第2構造体の長手方向中央部に、第1センサ部と、第2センサ部を設ける。第1センサ部は、第1端部が第1構造体に連結され、中間部が第2構造体に連結され、第2端部が第2構造体から延出された起歪部を有している。第2センサ部は、第1センサ部と同一構成である。第1センサ部の起歪部としての第2端部と、第2センサ部の起歪部としての第2端部との間がトルクの作用中心となり、第1センサ部と第2センサ部が互いに平行にとなるような位置に第1センサ部と第2センサ部を配置する。この状態で、第1センサ部の起歪部としての第2端部と、第2センサ部の起歪部としての第2端部とを抵抗体が設けられた起歪体により連結する。すなわち、起歪体の中心部がトルクの作用中心と一致するように起歪体を配置する。この構成によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明は、例えばロボットアームの関節に設けられるトルクセンサに適用することが可能である。
10、40…トルクセンサ、11、41…第1構造体、12、42…第2構造体、13、43…梁部、14、44…第1起歪部、15、45…第2起歪部、16、46…起歪体、30…ブリッジ回路、21-1、21-2、21-3、21-4…歪ゲージ。
Claims (6)
- 第1領域と、第2領域と、前記第1領域と前記第2領域を連結する複数の第3領域とを具備し、計測すべきトルクが前記第3領域を介して前記第1領域と前記第2領域間に伝達されるトルクセンサであって、
第1端部、第2端部、及び前記第1端部と前記第2端部の間の第1中間部を有し、前記第1端部が前記第1領域に設けられ、前記第1中間部が前記第2領域に設けられた第1起歪部と、
第3端部、第4端部、及び前記第3端部と前記第4端部の間の第2中間部を有し、前記第3端部が前記第1領域に設けられ、第2中間部が前記第2領域に設けられ、前記第4端部が前記第1起歪部の前記第2端部の近傍に配置された第2起歪部と、
前記第1起歪部の前記第2端部と前記第2起歪部の前記第4端部を連結し、抵抗体が設けられた起歪体と、
を具備することを特徴とするトルクセンサ。 - 前記第1起歪部は、前記第1中間部と前記第2端部との間の長さが、前記第1中間部と前記第1端部との間の長さより長く、前記第2起歪部は、前記第2中間部と前記第4端部との間の長さが、前記第2中間部と前記第3端部との間の長さより長いことを特徴とする請求項1記載のトルクセンサ。
- 前記第1起歪部と前記第2起歪部は、前記第1領域及び前記第2領域の前記トルクの作用中心に対して対称な位置に配置され、前記起歪体は、前記第1領域及び前記第2領域の前記トルクの作用中心に配置されることを特徴とする請求項1記載のトルクセンサ。
- 前記起歪体は、複数の歪ゲージを含むブリッジ回路を具備することを特徴とする請求項1記載のトルクセンサ。
- 前記第1領域及び前記第2領域のうち前記第3領域に連結される部分の幅は、前記第1起歪部及び前記第2起歪部に連結される部分の幅より広いことを特徴とする請求項1記載のトルクセンサ。
- 前記第1領域及び前記第2領域のうち前記第3領域に連結される部分の幅と、前記第1起歪部及び前記第2起歪部に連結される部分の幅は、等しいことを特徴とする請求項1記載のトルクセンサ。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201780068842.2A CN109952497B (zh) | 2016-12-07 | 2017-09-29 | 扭矩传感器 |
EP17879216.4A EP3553484B1 (en) | 2016-12-07 | 2017-09-29 | Torque sensor |
US16/394,442 US11105693B2 (en) | 2016-12-07 | 2019-04-25 | Torque sensor |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016237779A JP6808469B2 (ja) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | トルクセンサ |
JP2016-237779 | 2016-12-07 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
US16/394,442 Continuation US11105693B2 (en) | 2016-12-07 | 2019-04-25 | Torque sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2018105210A1 true WO2018105210A1 (ja) | 2018-06-14 |
Family
ID=62492190
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2017/035634 WO2018105210A1 (ja) | 2016-12-07 | 2017-09-29 | トルクセンサ |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11105693B2 (ja) |
EP (1) | EP3553484B1 (ja) |
JP (1) | JP6808469B2 (ja) |
CN (1) | CN109952497B (ja) |
WO (1) | WO2018105210A1 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6869710B2 (ja) * | 2016-12-09 | 2021-05-12 | 日本電産コパル電子株式会社 | 起歪体およびその起歪体を備えた力覚センサ |
JP6968739B2 (ja) * | 2018-03-29 | 2021-11-17 | 日本電産コパル電子株式会社 | トルクセンサ |
JP6976892B2 (ja) * | 2018-03-29 | 2021-12-08 | 日本電産コパル電子株式会社 | トルクセンサ |
JP2020012660A (ja) * | 2018-07-13 | 2020-01-23 | 日本電産コパル電子株式会社 | トルクセンサ |
CN114303046A (zh) * | 2019-10-09 | 2022-04-08 | 日本电产科宝电子株式会社 | 应变传感器的固定装置和使用该固定装置的扭矩传感器 |
CN112798151A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-05-14 | 松诺盟科技有限公司 | 扭矩传感器力臂结构及扭矩传感器 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001304985A (ja) * | 2000-04-25 | 2001-10-31 | Nissan Motor Co Ltd | トルク計測装置 |
US20040007082A1 (en) * | 2002-07-09 | 2004-01-15 | Siegfried Herbold | Torque testing device |
JP2010066181A (ja) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | Kazuaki Sakai | 力およびトルク検出機構 |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5139416Y2 (ja) | 1971-03-26 | 1976-09-27 | ||
JPS5640905B2 (ja) | 1973-10-31 | 1981-09-24 | ||
DE3611336A1 (de) * | 1986-04-04 | 1987-10-15 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Kraft-drehmoment-fuehler |
WO2005085981A1 (en) * | 2004-02-03 | 2005-09-15 | Nokia Corporation | Method and device for implementing vibration output commands in mobile terminal devices |
CN101118194A (zh) * | 2007-09-14 | 2008-02-06 | 哈尔滨工业大学 | 提供转矩和弯矩过载保护的关节力矩传感器 |
JP2009288198A (ja) * | 2008-05-30 | 2009-12-10 | Sony Corp | トルク計測装置並びにアクチュエータ駆動制御システム |
JP2011209099A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Sony Corp | トルクセンサおよびロボット装置 |
JP5571482B2 (ja) * | 2010-07-02 | 2014-08-13 | 太陽誘電株式会社 | 踏力センサ及びそれを利用した電動アシスト車 |
JP5640905B2 (ja) | 2011-06-14 | 2014-12-17 | トヨタ自動車株式会社 | 起歪体及びこれを含む装置 |
CN103430000B (zh) * | 2011-07-27 | 2015-06-24 | 三角力量管理株式会社 | 力传感器 |
JP5699904B2 (ja) * | 2011-10-28 | 2015-04-15 | トヨタ自動車株式会社 | 起歪体及びトルクセンサ |
CN104215372B (zh) * | 2013-05-31 | 2016-07-13 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种机械臂关节扭矩测量装置 |
JP6135408B2 (ja) | 2013-09-04 | 2017-05-31 | トヨタ自動車株式会社 | トルクセンサ、駆動装置、及びロボット |
DE102014210379B4 (de) * | 2014-06-02 | 2016-03-24 | Kuka Roboter Gmbh | Drehmomentsensor und Verfahren zum Erfassen von an oder in einem Gelenk eines Gelenkarmroboters auftretenden Drehmomenten |
DE102016012324A1 (de) * | 2016-10-17 | 2018-04-19 | Franka Emika Gmbh | Drehmomentsensorvorrichtung und Verfahren zum Erfassen von Drehmomenten |
JP2018091813A (ja) * | 2016-12-07 | 2018-06-14 | 日本電産コパル電子株式会社 | トルクセンサ |
JP6976892B2 (ja) * | 2018-03-29 | 2021-12-08 | 日本電産コパル電子株式会社 | トルクセンサ |
US10704342B2 (en) * | 2018-05-21 | 2020-07-07 | 2M-Tek, Inc. | Hydraulic actuator with integral torque turn monitoring |
-
2016
- 2016-12-07 JP JP2016237779A patent/JP6808469B2/ja active Active
-
2017
- 2017-09-29 WO PCT/JP2017/035634 patent/WO2018105210A1/ja unknown
- 2017-09-29 CN CN201780068842.2A patent/CN109952497B/zh active Active
- 2017-09-29 EP EP17879216.4A patent/EP3553484B1/en active Active
-
2019
- 2019-04-25 US US16/394,442 patent/US11105693B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001304985A (ja) * | 2000-04-25 | 2001-10-31 | Nissan Motor Co Ltd | トルク計測装置 |
US20040007082A1 (en) * | 2002-07-09 | 2004-01-15 | Siegfried Herbold | Torque testing device |
JP2010066181A (ja) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | Kazuaki Sakai | 力およびトルク検出機構 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
See also references of EP3553484A4 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20190310146A1 (en) | 2019-10-10 |
EP3553484A1 (en) | 2019-10-16 |
JP6808469B2 (ja) | 2021-01-06 |
EP3553484A4 (en) | 2020-07-29 |
CN109952497A (zh) | 2019-06-28 |
JP2018091814A (ja) | 2018-06-14 |
US11105693B2 (en) | 2021-08-31 |
EP3553484B1 (en) | 2021-09-01 |
CN109952497B (zh) | 2021-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2018105209A1 (ja) | トルクセンサ | |
WO2018105210A1 (ja) | トルクセンサ | |
JP5699904B2 (ja) | 起歪体及びトルクセンサ | |
US20120180575A1 (en) | Capacitance-type force sensor | |
TWI787457B (zh) | 轉矩感測器 | |
CN111684250B (zh) | 扭矩传感器 | |
JP2020012655A (ja) | トルクセンサの取り付け構造 | |
TWI818989B (zh) | 轉矩感測器 | |
JP6935602B2 (ja) | トルクセンサ | |
JP6987676B2 (ja) | トルクセンサ | |
JP7062827B2 (ja) | トルクセンサ | |
TWI804581B (zh) | 轉矩感測器 | |
JP7091545B2 (ja) | トルクセンサ | |
JP2020012656A (ja) | トルクセンサの取り付け構造 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17879216 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2017879216 Country of ref document: EP Effective date: 20190708 |