JPH01140033A - 力−モーメント・センサの製造方法 - 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、力やモーメントを感知するセンサの製造方
法に関し、より詳細には、ロボットのアームとその先端
に取り付けた工具の間に生じる力あるいはモーメントま
たはその双方を感知するセンサの製造方法に関するもの
である。

〔従来の技術〕

近年、産業用ロボットの作業工具を制御するために、作
業工具が被加工物に当接した際に作業工具に生じる力や
モーメントを感知・測定し、これによってロボットの駆
動機構を制御する方式が採用されつつある。このような
制御方式では、一般にロボット・アームの手首と作業工
具の間に力やモーメントを感知するセンサが取り付けら
れる。

このセンサは、多成分の力とモーメントを精密かつ連続
的に感知しなければならない。

従来より、この種のカーモーメント・センサの製造方法
として溶接を用いる方法が知られている。この方法は大
路次のようなものである。

すなわち、第７図に示したような円形のプレート部材（
１）と上端を開口した浅い円筒形のカップ部材（２）を
形成し、プレート部材（１）の突出部（１ａ）をカップ
部材（２）の開口部より嵌入してこれらの互いに対向す
る端面（３）（４）を接触させた後、電子ビーム溶接に
よって両者を接合・一体化する。こうして作られた中空
の偏平な円筒形部材の側面に、周方向に等間隔に複数（
図では４個）のスリット（５）をフライス加工により形
成して、プレート部材（１）とカップ部材（２）のプレ
ート部（２ａ）を接続するブリッジ部（６）を４個形成
する。ブリッジ部（６）には、さらに第８図に見るよう
に、周囲に傾斜した溝（７）を４個フライス加工によっ
て形成して略へ角形となるようにすると共に、中心部に
孔（８）をドリル加工により形成する。また、円筒形部
材の中心には、それを貫通する中心孔（９）・を、プレ
ート部材（１）とカップ部材（２）の中心に設けた孔（
１ｂ）　　（２ｂ）を利用してドリル加工により形成す
る、というものである。

しかしながら、この従来の方法では、形成されるブリッ
ジ部（６）は、第９図に見るように、表面および裏面の
いずれもが円筒面状に湾曲している。このため、このブ
リッジ部（６）に作用する力やモーメントによってそこ
に生じた歪を歪ゲージなどの検知器で取り出した場合、
その解析が非常に困難であり、このため力やモーメント
の感知特性が必ずしも満足し得るものではなかった。

さらに、この種のカーモーメント・センサの製造方法と
して、溶接法以外に１つの円柱形のブロックの内部をワ
イヤカット放電加工法によってくり抜いて上記と同様の
ブリフジ部を形成する方法も知られている。しかし、こ
の方法は加工コストが非常に高いという難点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、ブリフジ部の感知特性
が良好であると共に簡易かつ低コストで実施できるカー
モーメント・センサの製造方法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、この発明では以下のｆａｔ〜
（ｄｌの各工程から成る技術的手段を講じている（ａ）
　　片側に突出部（１４）を備えたプレート部材（１１
）であって、この突出部（１４）がプレート部（１３）
に直角な少なくとも３つの平坦な外側面（１４ａ　）を
有しているものを形成する工程。

（ｂ）　　一端を開口したカップ部材（１２）であって
、その側壁（１７）が上記プレート部材（１１）の平坦
な外側面（１４ａ　）と同数の底部（１９）に直角な平
坦な内側面（１７ａ）を有すると共に、これらの内側面
（１７ａ）は上記プレート部材（１１）の平坦な外側面
（１４ａ）とそれぞれ密接可能とされているものを形成
する工程。

（Ｃ）　　上記プレート部材（１１）を上記力・ノブ部
材（１２）に嵌合して、上記突出部（１４）の外側面（
１４ａ）と上記側壁（１７）の内側面（１７ａ）とをそ
れぞれ密接させる工程。

（ｄ）　　上記プレート部材（１１）と上記カップ部材
（１２）の接合部を溶接により固着する工程。

〔作用〕 上記技術的手段によれば、プレート部材（１１）とカッ
プ部材（１２）は、いずれもフラットエンドミル等によ
り容易に加工できる形状であり、しかもプレート部材（
１１）とカップ部材（１２）を嵌合する際に、プレート
部材（１１）の平坦な外側面（１４ａ）とカップ部材（
１２）の平坦な内側面（１７ａ）とを合致させればよい
ので、嵌合作業は容易に行うことができる。

また、カップ部材（１２）の側壁（１７）の平坦な内側
面（１７ａ　）に対応する部分にブリッジ部（２４）を
形成すると、ブリッジ部（２４）の内側面を平坦なもの
とすることができる。従って、ブリッジ部（２４）の外
側面をフライス加工等によって平坦とすれば、平板状の
ブリッジ部（２４）を形成することができることになる
。

〔実施例〕

以下、添付図面に基いてこの発明の方法の１実施例を説
明する。

まず第１に、第１図および第２図に示すようなプレート
部材（１１）と、第３図および第４図に示すようなカッ
プ部材（１２）を形成する。これらは、通常はアルミニ
ウム合金などの金属材料をフラットエンドミルでフライ
ス加工すること等により、容易に得ることができるもの
である。

プレート部材（１１）は、円板状のプレート部（１３）
の片側に角を丸めた正方形板状の突出部（１４）を形成
すると共に、この突出部（１４）の上にさらにそれより
も小さい同様の形状の突出部（１５）を形成して構成さ
れている。各突出部（１４）　　（１５）は、いずれも
プレート部（１３）の中心と同心で、同じ側にある平坦
な外側面（１４ａ）（１５ａ）が互いに平行となるよう
に配置されている。プレート部材（１１）の中心には、
中心軸の方向にプレート部材（１１）を貫通して孔（１
６）が形成されている。

カップ部材（１２）は、一端を開口した浅い円筒形をし
ており、側壁（１７）の内側は角を丸めた正四角柱の側
面のように形成されている。こうして、側壁（１７）の
中には正四角柱形の空間（１８）が、またその内側面に
は互いに対向する４つの平坦な内側面（１７ａ）が形成
されていることになる。

この平坦な内側面（１７ａ）は、上記プレート部材（１
１）の大きい方の突出部（１４）の平坦な外側面（１４
ａ　）にそれぞれ対応するものであり、後述のようにプ
レート部材（１１）をカップ部材（１２）に嵌合した際
に、各内側面（１７ａ）が各外側面（１４ａ）に密接す
るように形成されている。

カップ部材（１２）の底部（１９）の内側には、側壁（
１７）との接続部分において側壁（１７）の内側面に沿
って角を丸めた正方形状の溝（２０）が形成されている
。また、底部（１９）の中心には、中心軸の方向に底部
（１９）を貫通する孔（２１）が設けである。

なお、（２２）は、底部（１９）の下側の端縁に形成さ
れたインデックス用のノツチである。このノツチ（２２
）は、この実施例では、側壁（１７）の内側面の互いに
対向する２つの角部を結ぶ直線上に設けである。このノ
ツチ（２２）は、後述のようにプレート部材（１１）と
カップ部材（１２）を接合して一体化したときに、内部
の空間（１８）の方向ないし位置関係が外部からは判断
できなくなるので、接合・一体化した後にフライス加工
等する際の目印とするためのものである。

次の工程は、上記のように形成したプレート部材（１１
）とカップ部材（１２）とを接合して一体化することで
ある。この工程は次のようにして行われる。すなわち、
カップ部材（１２）の開口部よりプレート部材（１１）
の突出部（１４）　　（１５）を内部の空間（１８）の
中に嵌入し、プレート部材（１１）のプレート部（１３
）の端面（１３ａ　）とカップ部材（１２）の側壁（１
７）の端面（１７ｂ　）とが接触するまで押入れる。こ
のときの状態は第５図に示しである。次いで、プレート
部材（１１）とカップ部材（１２）の接合部の周囲に電
子ビーム溶接を施し、これら両者を固着一体化するので
ある。こうして、カーモーメント・センサの半加工品が
完成するこの半加工品は、第５図に見るように、内部に
四角柱形の空間（１８）を有しており、また、カップ部
材（１２）の側壁（１７）の内側面（Ｌ７ａ）がプレー
ト部材（１１）の突出部（１４）の外側面（１４ａ）に
密接している。この突出部（１４）ともう１つの突出部
（１５）と側壁（１７）とによって、カップ部材（１２
）の内側に形成した溝（２０）と同一形状のもう１つの
溝（２３）が、ｍ　（２０）に対向して形成されている
。こうして、カップ部材（１２）だけでな（、プレート
部材（１１）の方にも角を丸めた正方形の溝が互いに対
向して設けられることになる。

プレート部材（１１）とカップ部材（１２）は上述のよ
うにして接合・一体化されるため、プレート部材（１１
）の突出部（１４）とカップ部材（１２）の側壁（１７
）とは、互いに密接して嵌合し得るような寸法および形
状で形成する。

この半加工品は、従来より公知の方法でフライス加工や
ドリル加工が施され、第６図に示すようなセンサの完成
品とされるのである。すなわち、上記の半加工品の側面
には、フライス加工により、カップ部材（１２）の側壁
（１７）の４つの平坦な内側面（１７ａ）の部分にブリ
ッジ部（２４）を残すように、４つのスリット（２５）
が等間隔に形成され、プレート部（１３）と底部（１９
）が４つのブリッジ部（２４）のみで接続されるように
する。また、各ブリッジ部（２４）の外側面には、フラ
イス加工を施して平坦面とすると共に、中心には貫通孔
（２６）をドリル加工により形成する。ブリッジ部（２
４）の周囲には、さらにプレート部（１３）および底部
（１９）との接続部分の近傍で斜めに４本の溝（２７）
がフライス加工により形成され、略へ角形状とされる。

さらに、プレート部（１３）と底部（１９）の中心には
、それらに設けた孔（１６）　　（２１）を利用してこ
のセンサを貫通する透孔（２８）が形成される。

以上のように加工することにより、ブリッジ部（２４）
は外側面のみならず内側面までも平坦面とすることがで
き、従ってブリッジ部材（２４）を平坦な板状に形成す
ることが可能となる。

なお、この実施例では、平坦な外側面（１４ａ　）と平
坦な内側面（１７ａ）を各々４つずつとしたが、少なく
とも３つあれば実施可能である。また、感知性能の向上
のため、各外側面（１４ａ）及び内側面（１７ａ）はい
ずれも同一として、突出部（１４）の外側および側壁（
１７）の内側が正多角形となるようにするのが好ましい
。

〔発明の効果〕

この発明は上述のような構成を有するものであるから、
ブリッジ部（２４）を平坦な板状とすることができるた
め、起歪部が平板状となり、感知特性が直線的となって
非常に良好であるという効果を有するものである。また
、この発明は、溶接によって接合しているので低コスト
で実施できると共に、プレート部材（１１）とカップ部
材（１２）がフラットエンドミル等によって容易に加工
でき、しかも両者の接合・一体化の作業も簡単であるた
め、実施も簡易に行えるとうい効果をも有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法に用いるプレート部材の１実
施例を示す平面図。第２図は、同半断面正面図。第３図
は、この発明の方法に用いるカップ部材の１実施例を示
す平面図。第４図は、同半断面正面図。第５図は、上記
プレート部材とカップ部材を用いて製造したカーモーメ
ント・センサの半加工品の半断面正面図。第６図は、第
５図の半加工品を用いて製造したカーモーメント・セン
サの完成品の半断面正面図。第７図ないし第９図は、従
来の方法の一例を示す図であって、第７図はプレート部
材とカップ部材を接合する前の状態を示す断面図、第８
図は完成したカーモーメント・センサの半断面正面図、
第９図は同平面図である。 （１１）・・・プレート部材　（１２）・・・カップ部
材（１３）・・・プレート部　（１３ａ　）・・・端面
（１４）　　（１５）・・・突出部　（１４ａ　）　　
（１５ａ　）・・・平坦な外側面　　（１６）　　（２
１）・・・孔　（１７）・・・側壁（１７ａ）・・・平
坦な内側面　　（１８）・・・空間（１９）・・・底部
　（２０）　　（２３）・・・溝　（２２）・・・イン
デンクス用ノツチ　（２４）・・・ブリッジ部　（２５
）・・・スリン）　　（２６）・・・貫通孔　（２７）
・・・溝（２８）・・・透孔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、片側に突出部（１４）を備えたプレート部材（１１
   ）であって、この突出部（１４）がプレート部（１３）
   に直角な少なくとも３つの平坦な外側面（１４ａ）を有
   しているものを形成する工程と、 一端を開口したカップ部材（１２）であって、その側壁
   （１７）が上記プレート部材（１１）の平坦な外側面（
   １４ａ）と同数の平坦な内側面（１７ａ）を有すると共
   に、これらの内側面（１７ａ）は上記プレート部材（１
   １）の平坦な外側面（１４ａ）とそれぞれ密接可能とさ
   れているものを形成する工程と、 上記プレート部材（１１）を上記カップ部材（１２）に
   嵌合して、上記突出部（１４）の外側面（１４ａ）と上
   記側壁（１７）の内側面（１７ａ）とをそれぞれ密接さ
   せる工程と、 上記プレート部材（１１）と上記カップ部材（１２）の
   接合部を溶接により固着する工程とを含むことを特徴と
   するカーモーメント・センサの製造方法。 ２、上記プレート部材（１１）の平坦な外側面（１４ａ
   ）と上記カップ部材（１２）の平坦な内側面（１７ａ）
   が、いずれも４つ形成されており、しかも、これらの外
   側面（１４ａ）と内側面（１７ａ）がそれぞれ正四角柱
   の側面を形成するように配設されている特許請求の範囲
   第１項に記載の製造方法。