JPH02268237A - 力‐モーメント・センサ - 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、力及びモーメントを感知するセンサに関し
、より詳細には、作業工具が移動中に何らかの抵抗を受
けた際に、ロボット・アームとその先端に取り付けた作
業工具の間に生じる力あるいはモーメントまたはその双
方を感知するのに有用なセンサ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ているが、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。

前記種類の力・モーメントセンサとしては、従来より、
第５図及び第６図に示すものが公知である（例えば、特
開昭６３−７８０３２号公報を参照）。

この従来の力・モーメントセンサ（１）は、ロボット・
アームに接続される円形の上部プレート（２）と、作業
工具を取り付ける同じく円形の下部プレート（３）を有
している。両プレート（２）　（３）は、間隔をおいて
複数（図では四つ）のブリッジ要素（４）によって相互
に接続してあり、両者の間に円筒形の室を形成している
。このセンサ（１）は、運動中に作業工具を介して下部
プレート（３）に作用した外力により当該ブリッジ要素
（４）に生じる歪みによって、両プレー）（２）　（３
）間に作用する力ないしモーメントを感知するようにな
っている。

このセンサ（１）は、次のようにして形成されるもので
ある。すなわち、まず二つのプレート（２）（３）をそ
の間に円筒形のリング部材（５）を介して溶接等により
接合し、次に、四つのブリッジ要素（４）を残すように
前記リング部材（５）の中央に周方向に四つのスロット
（６）を加工し、さらに、ブリッジ要素（４）の上下プ
レート（２）　（３）との接合部付近において、リング
部材（６）に斜め横方向に二つのスロット（７）を加工
して、八角形のブリッジ要素（４）を形成するというも
のである。

各ブリッジ要素（４）はすべて実質的に同一に形成され
、プレート（２）　（３）の周方向に等間隔に配置され
ている。各ブリッジ要素（４）は、八角形の上下二つの
辺のみで両プレー）（２）　（３）に接合された形にな
っている。また各ブリッジ要素（４）の中心には、円形
の貫通孔（８）が形成しである。

各ブリッジ要素（４）の歪みを感知するため、ブリッジ
要素（４）の外面（９）、センサ（１）の中心軸に平行
な二つの側面（１０）、当該中心軸に対して傾斜した四
つの側面（１１）及び中心の貫通孔（８）の内側面（１
２）に、歪みゲージ等の感知装置が接着される。

なお、（１３）はセンサ（１）のロボットあるいは作業
工具取付用のネジ孔、（１４）は上下プレート（２）（
３）に設けた中心孔、（１５）　（１６）はそれぞれ位
置決めをするためのキー溝及びキーである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のセンサ（１）は、以上の構成であるため、八角形
の各ブリッジ要素（４）の中心に設けた貫通孔（８）の
内側面（１２）は湾曲しているのに対し、外側のセンサ
（１）の中心軸に沿った側面（１０）は平坦である。従
って、歪みゲージ等の感知装置をこれらの側面（１２）
　（１０）に接着した場合、被接着面の曲率半径が異な
り、各歪みゲージの温度による抵抗変化が等しくならず
、温度補償精度が悪くなる難点がある。

また、曲面に接着する場合は、平面に接着した場合とは
前記感知装置の初期条件が異なるため、温度補償精度を
一層悪くする結果となる。

この発明は、このような従来センサ（１）の難点を解消
すべくなされたものであり、その目的とするところは、
ブリッジ要素の側面に接着した歪みゲージ等の感知装置
の温度補償精度が良好であると共に、低コストで簡単に
製造できるカーモーメント・センサを提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するため、この発明では、ブリッジ要素
の外側面に、中心孔の曲率と同じ曲率を持つ面を設けて
いる。

前記ブリッジ要素は、円弧状としてもよいが、平板状と
するのが好ましい。

また、前記中心孔の曲率と同じ曲率を持つ面は、前記ブ
リッジ要素のセンサの中心軸に沿う外側面に設けるのが
好ましい。しかし、さらに、前記中心軸に対して傾斜し
た外側面にも、前記中心孔の曲率と同じ曲率を持つ面を
設けることができる。

〔作用］ 以上のように構成したので、ブリッジ要素外側面の歪み
ゲージ等の感知装置を接着する面が、中心孔の内側面の
曲率と同じ曲率を持ち、従って当該各面に接着された感
知装置のベース及び接着層も同じ曲率となる。

そこで、中心孔の内側面と外側面に接着された感知装置
の温度による抵抗変化（温度特性）が等しくなり、温度
補償精度を向上させることができる。

［実施例］ 以下、この発明に係るカーモーメント・センサの実施例
を図面に従って説明する。

第１図〜第４図において、この発明に係るカーモーメン
ト・センサ（５１）は、円形の上部プレート（５２）と
同じく円形の下部プレート（５３）を四つのブリッジ要
素（５４）によって相互に接続して構成しである。両プ
レート（５２）　（５３）は互いに平行である。

ブリッジ要素（５４）は略式角形で、すべて実質的に同
一であり、両プレート（５２）　（５３）の外周付近に
等間隔に配置されている。このセンサ（５１）のブリッ
ジ要素（５４）は円弧状ではなく、平坦な板状としてい
る。

上部プレート（５２）の下側及び下部プレート（５３）
の上側には、それぞれ突出部（５５）　（５６）が形成
してあり、両突出部（５５）　（５６）の間に室（６３
）が形成しである。各突出部（５５）　（５６）は、第
２図に明瞭に示すように、円柱形の側面を互いに対向す
る四つの平面で落として形成される形状であり、各平面
に面して前記ブリッジ要素（５４）が設けられている。

各ブリッジ要素（５４）の内側は、突出部（５５）　（
５６）との間に設けた溝（５７）によって突出部（５５
）　（５６）から分離され、また両側部は二つのスリッ
ト（５９）によって突出部（５５）　（５６）から分離
されているので、ブリッジ要素（５４）はその上下端部
のみで上下両プレート（５２）　（５３）に接合されて
いる。

各ブリッジ要素（５４）の中心位置には、それを貫通す
る円形の中心孔（５８）が設けである。また、各ブリッ
ジ要素（５４）の上下の接続部分を除く六つの外側面の
うち、センサ（５１）の中心軸に沿う側面すなわち、中
央の二つの側面（６１）は凹状に湾曲形成され、他のセ
ンサ（５１）の中心軸に対して傾斜した四つの側面（６
２）は平面である。中央の二つの側面（６１）の曲率半
径は、中心孔（５８）のそれと等しい。

このような凹状円弧面は、中心孔（５８）を形成するの
に用いるドリル等の工具と同一の工具を用いて容易に形
成することができる。

第４図に示すように、ブリッジ要素（５４）の中心孔（
５８）と円弧状側面（６１）　（の底部）との距離（ａ
）は、測定精度を低下させない等のため・平面状側面（
６２）との距離（ｂ）に等しくなっている。従って、こ
のブリッジ要素（５４）は正八角形ではな（、少しセン
サ（５１）の中心軸に対して直交する方向に広がった大
角形である。

上下両プレー１−　（５２）　（５３）の中心には、作
業工具制御用の配線、配管等を通すことのできる大径の
透孔（６４）が形成され、その周囲には取付用のネジ孔
（６５）が複数個設けである。また、ロボット・アーム
及び作業工具の取付を整合して行うため、上プレート（
５２）にはキー溝（６６）が、下プレート（５３）には
キー（６７）が設けである。

この発明のセンサ（５１）は、ワイヤカット放電加工法
と従来より公知のフライスないしドリル加工法を併用す
ることにより、容易に製造することができる。

以上のように構成したセンサ（５１）を使用して、力及
びモーメントを感知・測定する場合は、上下のプレート
（５２）　（５３）に形成したキー溝（６６）及びキー
　（６７）を利用して整合させながら、上部プレート（
５２）の取付孔（６４）にボルトをネジ込むことによっ
てロボット・アームに取り付けると共に、下部プレー）
　（５３）の取付孔（６４）にボルトをネジ込むことに
よって作業工具を取り付ける。さらに、各ブリッジ要素
（５４）の円弧状の側面（６１）と中心孔（５８）のす
る。そして、各歪みゲージの出力ラインによりホイート
ストン・ブリッジ回路を構成する等、公知の方法により
感知・測定を行うのである。

ブリッジ要素（５４）の傾斜した四つの平坦な側面（６
２）にも歪みゲージを接着する場合があるので、これら
の側面（６２）も円弧状の側面（６２）と同様に中心孔
（５８）の曲率と同じ曲率の円弧状に形成してもよい。

しかし、凹状円弧面はブリッジ要素（５４）の外側面で
あればどこに設けてもよく、歪みゲージを接着する場所
に応じて適宜膜ければよい。

またブリッジ要素（５４）の形状は、以上に述べたよう
な六角形に限られず、多角形であればよいが、円形でも
実施可能である。円形の場合には、前記側面（６１）の
位置に凹状円弧面を設けるのが好ましい。

〔発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、この発明に係るカーモ
ーメント・センサ（５１）は、ブリッジ要素（５４）の
外側面（６１）を中心孔（５８）と同じ曲率となるよう
に形成しているので、当該外側面（６１）と中心孔（５
８）の内側面（６０）に接着する歪みゲージ等の感知装
置が同一の曲率で曲げられて取り付けられることになる
。従って周囲に温度変化が生じても各感知装置が同様に
変化し、温度補償精度を向上させることができる。また
、ブリッジ要素（５４）の外側面（６１）を円弧状に加
工するのみでよいので、非常に簡単にかつ低コストで実
施できるという優れた効果を有する。

また、ブリッジ要素（５４）自体を平坦に形成すると、
従来の円弧状に湾曲したブリッジ要素（４）に比べて、
歪みゲージ等の感知装置によって感知した歪みの解析が
容易であるという利点が生じる。

さらに、ブリッジ要素（５４）の傾斜した四つの平坦な
側面（６２）も、中心孔（５８）の曲率と同じ曲率の円
弧状に形成すると、測定精度が一層良好となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、この発明に係るカーモーメント
・センサの一実施例を示したもので、第１図は同センサ
の全体斜視図、第２図は上部ディスクを一部切欠して示
す同センサの平面図、第３図は同センサの正面図、第４
図はブリッジ要素の部分拡大正面図である。 第５図及び第６図は、従来のカーモーメント・センサの
一例を示すもので、第５図は一部を切欠して示す同セン
サの正面図、第６図は一部を切欠して示す平面図である
。 （５１）・・・カーモーメント・センサ（５２）・・・
上部プレート（５３）・・・下部プレート（５４）・・
・ブリッジ要素　　（５５）　（５６）・・・突出部（
５７）・・・溝　　　　　　　（５８）・・・中心孔（
５９）・・・スロワ）　　　　　（６０）・・・中心孔
の内側面（６１）　（６２）・・・ブリッジ要素の外側
面（６３）・・・室 （６８）・・・ブリッジ要素の外面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外周付近で間隔をおいて配置された複数のブリッジ
   要素によって互いに接続された、一対の平行なディスク
   部材を含み、前記各ブリッジ要素は多角形または円形で
   あって、かつ中心にそれを貫通する孔を有しているカー
   モーメント・センサにおいて、 前記ブリッジ要素の外側面に、前記中心孔の曲率と同じ
   曲率を持つ面を設けたことを特徴とするカーモーメント
   ・センサ。 ２、前記ブリッジ要素が平板状である請求項１に記載の
   カーモーメント・センサ。 ３、前記ブリッジ要素のセンサの中心軸に沿う外側面に
   、前記中心孔の曲率と同じ曲率を持つ面を設けた請求項
   １または２に記載のカーモーメント・センサ。 ４、さらに、前記中心軸に対して傾斜した外側面にも、
   前記中心孔の曲率と同じ曲率を持つ面を設けた請求項３
   に記載のカーモーメント・センサ。