JPS60177233A - 多分力検出器 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、小形で安価な多分力検出器に関するもので
ある。

〔従来技術〕

産業用ロボットのような複雑な構造体において、各関節
等が受ける”力”や“モーメント”の複合力を同時に高
精度で検出するにめの多分力検出器忙おいて、従来、歪
ゲージや圧電素子を用いたものがあるが、いずれも高価
であり、しかも大形であるので卓上形ロボットのような
小形のロボットには使用できないという欠点があった。

〔発明の概要〕

この発明は、こｎらの欠点を解決するため、複数の位置
センサを組み合せ、両者の相対位置の変化により各方向
に作用する力を検出するようにしｋものであり、七力目
的は小形で安価な多分力検出器を実現することＶＣある
。以下、この発明を図面について説明する。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の一実施例であり、多分力検出器の外
観を示している。この図で、１は筐体で、円柱状をして
おり１円柱の軸と同軸上忙軸２が設けられている。なお
、この明細書では、第１図の軸２の細心方向を２軸、こ
れと直角をな丁子面上の直交方向をＸ軸、ｙ軸と定義て
る。軸２は筐体１に対し、半径方向および円周方向に移
動可能であり、軸２の軸心を２軸とした場合、ｚｉｉｌ
ｌまわりｎモーメン）Ｍ、、およびＸ軸方向の力Ｆ、、
）ｒ軸方向の力Ｆアが軸２に作用１石場合、そｎＫ応じ
た出力が信号＃３より出力さｊる構造となっている。

第２図に第１図の多分力検出器を分解した様子を示す。

軸２ＫＧ！円盤４が固定さｊており、円盤４の円周上に
は等間隔ＶＣ４個のイメージセ／す５ａｎ　５　ｂｒ　
５０．　５　ｄ　（以下総称するときは５という。他の
符号についても同様とする）および板ばね６ａ、６ｂ、
６ｃ、６ｄが内側を固着して設けられている。また、円
盤４の上面には摩擦係数の小さな材料よりなる板、例え
ば弗素樹脂板７があり、上部板Ｂとの間を滑り易＜シ工
いる。円盤４の外側には円盤４とｉぼ同じ厚さをもつリ
ング９が位貴し、板ばね６八〜６ｄの外側はリング９の
内側に固定され、リング９と円盤４は同心構造となって
いる。また、リング９の内側には発光体１０ａ、１０ｂ
、１０ｃ、１０ｄが４個等間隔に設けらｎｉおり、イメ
ージセンサ５ａ〜５ｄと対向している。リング９の下方
には下部板１１があり、下部板１１の上面には摩擦係数
の小さな材料、例えば弗素樹脂板１２があり、円盤４が
下部板１１に対し滑り易くなっている。

上記のように、円盤４は弗素樹脂板７，１２を介して上
部板８と下部板１１Ｖｃ拘束さ贅ており、２＠まわり、
およびｘ、Ｘ軸方向のみ移動可能となっている。また、
板ばね６８〜６ｄの作用により２軸まわり、およびｘｙ
軸方向の力に比例した変位をするよう忙構成されている
。発光体１０は第３図に示すように、発光素子１３．ス
リント１４゜ケース１５よりなり、平行＋１６を発てる
ように構成されている。

第４図は２軸忙直角な面での断面図である。イメージセ
ンサ５ａ〜５ｄ、発光体１０ａ〜１０ｄｌ板ばね６ａ〜
６ｄの位置関係がより明確に示さｊている。板ばね６＆
〜６ｄは、前述のように力に比例した変位を生じせしめ
る役目であり、板はねに限ることな（円盤４とリング９
０間を埋める高、分子材料等の弾性材であってもよい。

次に、このような構成により力が検出できる原理を説明
する。

第５図はイメージセンサ５と発光体１ｏを対向させた様
子を示している。それぞｊの向い合った面の中心をＡ、
Ｂとするとき、Ａ点、Ｂ点間のＸ軸方向の距離なｐ、ｙ
軸方向の距離をｑとてる。

発光体１０より出Ｔこ元はイメージセンサ５に入るが、
イメージセンサ５の出力は演算回路１７に入り、イメー
ジセンサ５の久方位置等のデ〜りを基に所要の演算処理
が施されて、その出方特性は第６図の火線で示さするよ
うに、Ｘ軸方向の距離ｐに比例した特性となる。この出
力特性は、ｙ軸方向の距離ｑｉｃｉ！はとんど依存しな
い。

この出力特性を Ｖ二αＰ で表１゜こ〜にαは定数である。

第７図は、第４図に示す基準位置からθ方向にδだけ移
動し定状態を示したものである。

この状態において、イメージセンサ５ａ〜５ｄと発光体
１０ａ〜ＩＱｄのそれぞれの対向面の横方向のずれ一３
ｔ（第５図におけるＸ軸方向の移動量つまり距離ｐＫ相
当）は、イメージセンサ５ａにおいてｐ＋、５ｂＶｃお
いてｐ２＋５ｃにおい一′Ｃｐ３゜５ｄにおいてｐ４　
と置けば、 ｐ＋”δｅ０８θ１ｐ２−δａｉｍθ１ｐ３＝δｃｏｓ
θ。

ｐ４−δｓｉｍθ であるから、各イメージセンサ５ａ〜５ｄの演算後の出
力は、それぞれ ■、＝−αδｅｏｌｌθ、ｖ、＝−αδａｉｎθＩＶ、
−−αδｃｏＩＩθ、■４−αδｓｉｎθとなる。

第８図は、第４図に示す基準位置がθ′だけ回転した場
合であり、この時の出方は、円盤４の半径なｒとすると
同様にして Ｖ；　＝ｖ；　＝Ｖ’、＝ｖ：　＝α　ｒ　ａ　ｉｎ　
ｆ）’ｘｃｔ　ｒ　ｆｌ’となる。

両者が混在する場合は和となり、各出力はＥ＋　＝Ｖｒ
　＋Ｖ’＋　、Ｅ　ｘ　＝Ｖｓ　十Ｖ’ｚ　。

Ｅ　Ｊ　＝’Ｖｓ　＋Ｖ′ｊ、Ｅ４　”Ｖ４＋Ｖ’＜と
なる。

さて、これらの出力を用い、適宜の周知演算手段により
演算を行えば、各方向の変位を検出゛できることになる
。

回転方向　Ｅ　、　＝　Ｅ　＋　＋Ｅ　ｘ　＋　Ｅ　ｓ
　＋Ｂ　４　＝　４αｒθ′ｙ軸方向　Ｅ、＝Ｅ４　Ｅ
２”２αδａｉｎθＸ軸方向　Ｅ　Ｘ　＝　Ｅ　Ｂ　Ｅ
　１＝　２αδｃｏｔθすなわち、 θ′二Ｅ、／４αｒ ６＝土丙Ｆ■ ２α ′ＦＪｘ θ＝ｊａｎ’− Ｅ。

により、そｊぞｒの変位を検出できる。ｉた、変位はそ
の方向に作用する力に比例するので、結局。

力の大きさ、方向を検出できることになる。

なお、以上の説明では、リング９に発光体１０を、円盤
４にイメージセンサ５を配置したが、逆ｎ配置でもよい
ことは、その原理より考え明らかである。また、発光体
１０とイメージセンサ５の゛組み合せに限ることなく、
第６図に示すよ５な特２性が得らｎる位置センサであれ
ば、この発明に適用できる。

さらに、上記実施例では円盤４とリング９を用一般的に
は盤体であればよい。また、同様にリング９も他の形状
のものでよ（、環状体であｎばよい。マタ、複数個の位
置センサは必ずしも等間隔に配置する必要はなく、不等
間隔でも補正を加え詐はよい。

〔発明の効果〕

以上説明し瓦ように、この発明は盤体を環状体の中に同
心となるように力に比例しに変位を生ずる弾性体で支持
し、盤体の外周と環状体の内周との間に位置センサを複
数個設けて、環状体と盤体との相対位置を検出し、その
位置の変化により多１向に作用する力を同時に検出で會
ろようにシたので、安価で、しかも小形の多分力検出器
が実現できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の外観図、第２図ノはその
内部の構成を示す分解斜視図、第３図は発光体の細部を
示す側断面図、第４図は第１図の実施例の平断面図、第
５図は発光体とイメージセンサの位置関係を説明する１
こめの図、第６図はイメージセンサの出力特性図、第７
図、第８図はそｉぞれリング状体と円盤の相対変位を説
明するための図である。 図中、１は筐体、２は軸、３は信号線、４は円盤、５は
イメージセンサ、６は板ばね、７，１２は弗素樹脂板、
８は上部板、９はリング、１０は発光体、１１は下部板
、１３は発光素子、１４ｉまスリット、１５はケース、
１６は平行光、１７は演算回路である。 第１図 第２図 第３図 投 第４図 第５図 ］ｌ 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 盤体な環状体の中に同心となるように力に比例しん変位
   を生ずる弾性体で２軸のまわりとＸ軸。 Ｘ軸方向に変位可能に支持するとともに、前記盤体力外
   周と前記環状体の内周との間に対向するように前記盤体
   と環状体の相対変位を検出する位置センサを複数個配置
   したことを特徴とする多分力検出器。