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JP3459939B2 - Force sensor - Google Patents

Force sensor

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JP3459939B2
JP3459939B2 JP07266199A JP7266199A JP3459939B2 JP 3459939 B2 JP3459939 B2 JP 3459939B2 JP 07266199 A JP07266199 A JP 07266199A JP 7266199 A JP7266199 A JP 7266199A JP 3459939 B2 JP3459939 B2 JP 3459939B2
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JP
Japan
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sensor
cross
axis
force
sensor element
Prior art date
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Japanese (ja)
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清 永井
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Kansai Technology Licensing Organization Co Ltd
Original Assignee
Kansai Technology Licensing Organization Co Ltd
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Publication date
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  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、ロボットの指
先部や腕部等に作用するx,y,z軸方向の力やx,
y,z軸回りのモーメントを検出するための力覚センサ
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to, for example, forces in the x, y and z axis directions acting on a fingertip portion or an arm portion of a robot and x,
The present invention relates to a force sensor for detecting moments around y and z axes.

【0002】[0002]

【従来の技術】力やモーメントを検出するセンサとして
は、図19中(a)に示すように、例えば、z軸方向
(紙面と直交方向)に貫通する矩形状のスリット1が設
けられた平行平板型のセンサ2が知られている。このセ
ンサ2にy軸方向の並進力fが作用した場合のx軸方向
の位置と部材表面のひずみの関係は、同図中(b)で表
されるようにy軸に対して線対称となり、かつ上部と下
部で逆符号となる。ここで、引張り方向の応力が作用す
るときにひずみは正となり、圧縮方向の応力が作用する
ときに負となる。また、センサ2にz軸回りのモーメン
トmが作用した場合のX軸方向の位置とひずみの関係は
同図中(c)で表されるように原点に対して対称とな
る。なお、図19中(b)(c)中の実線は、センサ2
の上部、つまり、上面Pにおけるひずみを示し、点線は
下部、つまり、下面Qにおけるひずみを示している。
2. Description of the Related Art As a sensor for detecting a force or a moment, as shown in FIG. 19 (a), for example, a parallel slit provided with a rectangular slit 1 penetrating in the z-axis direction (direction orthogonal to the paper surface). A flat plate type sensor 2 is known. When the translational force f in the y-axis direction is applied to the sensor 2, the relationship between the position in the x-axis direction and the strain on the member surface is line symmetric with respect to the y-axis as shown by (b) in the figure. , And the upper and lower parts have opposite signs. Here, the strain becomes positive when the stress in the tensile direction acts, and becomes negative when the stress in the compression direction acts. Further, the relationship between the position in the X-axis direction and the strain when the moment m about the z-axis acts on the sensor 2 is symmetric with respect to the origin, as shown by (c) in the figure. The solid lines in (b) and (c) of FIG.
Of the upper part, that is, the upper surface P, and the dotted line represents the lower part, that is, the lower surface Q.

【0003】図19中(b)(c)のように、スリット
1とセンサ素材との境界部ではひずみが大きくなるの
で、通常、この境界部にひずみゲージA〜H等のひずみ
検出素子を取り付けてセンサ2のひずみを検出する。こ
こでは、各ひずみゲージA〜Hで検出されるひずみをε
A 〜εH とする。y軸方向の力fによる等価ひずみεf
の検出においては、z軸回りのモーメントmによるひず
みεm をキャンセルするために、次の式(1)中のいず
れかの加算値または減算値を用いることができる。 εf =−εA −εB ,εC +εD ,εE +εF ,−εG −εH , −εA +εD ,−εB +εC ,εE −εH ,εF −εG ……(1) 力(外力)が正のとき等価ひずみεf が正として出力さ
れ、モーメント(外モーメント)が正のとき等価ひずみ
εm が正として出力される。
As shown in FIGS. 19 (b) and 19 (c), since strain increases at the boundary between the slit 1 and the sensor material, strain detecting elements such as strain gauges A to H are usually attached to this boundary. The strain of the sensor 2 is detected. Here, the strain detected by each strain gauge A to H is ε
Let A to ε H. Equivalent strain ε f due to force f in the y-axis direction
In the detection, in order to cancel the distortion epsilon m by moment m around the z-axis, it is possible to use either the addition value or subtraction value in the following formula (1). ε f = −ε A −ε B , ε C + ε D , ε E + ε F , −ε G −ε H , −ε A + ε D , −ε B + ε C , ε E −ε H , ε F −ε G (1) When the force (external force) is positive, the equivalent strain ε f is output as positive, and when the moment (external moment) is positive, the equivalent strain ε m is output as positive.

【0004】一方、z軸回りのモーメントmによる等価
ひずみεm の検出においては、y軸方向の力fによる等
価ひずみεf をキャンセルするために、次の式(2)中
のいずれかの加算値または減算値を用いることができ
る。 εm =−εA −εD ,εB +εC ,−εA +εB ,εC −εD ……(2) また、モーメントmによる等価ひずみεm の検出は、次
の式(3)により行うこともできる。 εm =−εA −εF ,εB +εE ,εC +εH ,−εD −εG , −εA +εH ,εB −εG ,εC −εF ,−εD +εE , εE +εH ,−εF −εG ,εE −εF ,−εG +εH ……(3)
On the other hand, in the detection of the equivalent strain epsilon m by moment m around the z-axis, in order to cancel an equivalent strain epsilon f by y-axis direction force f, any of the addition in the following formula (2) Values or subtracted values can be used. ε m = -ε A -ε D, ε B + ε C, -ε A + ε B, ε C -ε D ...... (2) In addition, the detection of the equivalent strain epsilon m by moment m, the following equation (3) It can also be done by. ε m = −ε A −ε F , ε B + ε E , ε C + ε H , −ε D −ε G , −ε A + ε H , ε B −ε G , ε C −ε F , −ε D + ε E , Ε E + ε H , −ε F −ε G , ε E −ε F , −ε G + ε H …… (3)

【0005】従って、式(1)(2)または式(1)
(3)から任意に一つずつ加算値または減算値を選ぶこ
とにより、次の数1のように、力fによる等価ひずみε
f とモーメントmによる等価ひずみεm とが独立に検出
できる。ただし、式(3)を用いた場合、出力が小さく
なる場合がある。
Therefore, equations (1) and (2) or equation (1)
By selecting the addition value or the subtraction value one by one from (3), the equivalent strain ε due to the force f can be expressed by the following equation 1.
equivalent strain epsilon m by f and the moment m can be detected independently. However, when the formula (3) is used, the output may be small.

【数1】 [Equation 1]

【0006】次に、上記式(1)または(2)を用いて
等価ひずみεf またはεm を求める場合に用いるホイー
トストンブリッジ回路の構成例を示す。図20中(a)
は、図19中(a)のA及びBの位置にひずみゲージを
設け、式(1)中のεf =ε A +εB を用いてひずみε
f を求める場合の例で、ホイートストンブリッジ回路の
一方の対角位置に等価ひずみゲージA及びBを配置し、
他方の対角位置に2つの固定抵抗R1 、R2 を配置し
て、入力電圧Einに応じた出力電圧Eout を測定してε
f を求めるものである。
Next, using the above formula (1) or (2),
Equivalent strain εfOr εmTo use when seeking
The structural example of a Toston bridge circuit is shown. FIG. 20 (a)
Are strain gauges at positions A and B in (a) of FIG.
Provided, ε in equation (1)f= Ε A+ ΕBThe strain ε
fIn the example of obtaining
Equivalent strain gauges A and B are arranged at one diagonal position,
Two fixed resistors R on the other diagonal position1, R2Place
Input voltage EinOutput voltage E according tooutAnd measure ε
fIs to seek.

【0007】図20中(b)は式(2)中のεm =εA
+εD を用いて等価ひずみεm を求める例である。ま
た、同図中(c)は式(2)中のεm =εA −εB を用
いて等価ひずみεm を求める例で、この場合、ホイート
ストンブリッジ回路の隣合う位置にひずみゲージA及び
Bを配置し、他の位置に固定抵抗Rを配置している。さ
らに、同図中(d)は、式(1)中のεf =εA −εD
を用いて等価ひずみεfを求める例である。
FIG. 20B shows ε m = ε A in the equation (2).
This is an example of obtaining the equivalent strain ε m by using + ε D. Further, (c) in the figure is an example of obtaining the equivalent strain ε m by using ε m = ε A −ε B in the equation (2). In this case, the strain gauge A and the strain gauge A are provided at adjacent positions in the Wheatstone bridge circuit. B is arranged, and the fixed resistor R is arranged at other positions. Further, (d) in the figure is ε f = ε A −ε D in the equation (1).
This is an example of finding the equivalent strain ε f using.

【0008】上記した平行平板型のセンサ2はy軸方向
の並進力fとz軸回りのモーメントmの検出が可能な2
分力センサであり、ロボットの指先部等においてx,
y,z軸方向の力とモーメント、つまり、6分力を検出
するためには、上記のようなセンサ2を複数組み合わせ
た構造とする必要がある。従来、平行平板型のセンサを
複数組み合わせたものとして、図21に示す、いわゆる
立体十字形センサ3が知られている。
The parallel plate type sensor 2 described above is capable of detecting the translational force f in the y-axis direction and the moment m about the z-axis.
It is a component force sensor, and x,
In order to detect the forces and moments in the y- and z-axis directions, that is, the 6-component force, it is necessary to have a structure in which a plurality of the above-described sensors 2 are combined. Conventionally, a so-called three-dimensional cross sensor 3 shown in FIG. 21 is known as a combination of a plurality of parallel plate type sensors.

【0009】この立体十字形センサ3は、平行平板型の
センサ2をx,y,zの3軸方向に立体的に交差させて
一体化したものであるから、6分力を各々独立に検出で
き、かつ、力の検出にひずみゲージを用いた場合、セン
サ3に加わる力と対応するひずみ出力とが比例する関係
になって検出精度も良好となる。しかしながら、立体十
字形センサ3は構造が複雑であるため、加工がしにく
く、小型化が困難な問題がある。
Since the three-dimensional cross sensor 3 is formed by integrating the parallel plate type sensors 2 in a three-dimensional manner in the directions of the three axes x, y, and z, the six-component force is independently detected. In addition, when a strain gauge is used to detect the force, the force applied to the sensor 3 and the corresponding strain output are in a proportional relationship, and the detection accuracy is also good. However, since the three-dimensional cross sensor 3 has a complicated structure, it is difficult to process and it is difficult to reduce the size.

【0010】また、従来、図22に示すように、各々円
板状の上部連結部4と中間連結部材5との間に第1十字
形センサ6を配置するとともに、中間連結部材5の下部
に第2十字形センサ7を配置し、この第2十字形センサ
7の下面中央部に下部連結部8を設けた6分力力覚セン
サ9が知られている(特開平1-156632号公報参照)。こ
のセンサ9は、上部連結部4が一方の剛体に、下部連結
部8が他方の剛体に各々接続され、2つの剛体間の6分
力の測定に用いられる。
Further, conventionally, as shown in FIG. 22, a first cross-shaped sensor 6 is arranged between a disc-shaped upper connecting portion 4 and an intermediate connecting member 5, and at the lower portion of the intermediate connecting member 5. There is known a 6-component force sensor 9 in which a second cross-shaped sensor 7 is arranged and a lower connecting portion 8 is provided at the center of the lower surface of the second cross-shaped sensor 7 (see Japanese Patent Laid-Open No. 1-156632). ). The sensor 9 has an upper connecting portion 4 connected to one rigid body and a lower connecting portion 8 connected to the other rigid body, and is used for measuring a 6-component force between two rigid bodies.

【0011】図23及び図24に示すように、第1及び
第2十字形センサ6、7は各々2つの平行平板型のセン
サ要素6a、6b及び7a、7bを十字型に交差させて
一体化させたもので、第1十字形センサ6の各センサ要
素6a、6bには厚み方向に貫通するスリット6cが形
成され、第2十字形センサ7の各センサ要素7a、7b
には幅方向に貫通するスリット7cが形成されている。
なお、10はひずみゲージである。
As shown in FIGS. 23 and 24, the first and second cruciform sensors 6 and 7 are formed by intersecting two parallel plate type sensor elements 6a, 6b and 7a, 7b in a cruciform shape. The slits 6c penetrating in the thickness direction are formed in the sensor elements 6a, 6b of the first cross-shaped sensor 6, and the sensor elements 7a, 7b of the second cross-shaped sensor 7 are formed.
A slit 7c is formed therethrough in the width direction.
In addition, 10 is a strain gauge.

【0012】上記第1十字形センサ6の一方のセンサ要
素6aの両端部は、孔6dを用いて上部連結部4に接続
され、第1十字形センサ6の他方のセンサ要素6bの両
端部は中間連結部材5に接続されている。また、第2十
字形センサ7の双方のセンサ要素7a、7bの両端部は
孔7dを用いて中間連結部材5に接続されている。その
ため、6分力力覚センサ9における各センサ要素6a、
6b及び7a、7bの接続関係を模式的に表すと、図2
5に示すように、第1十字形センサ6のセンサ要素6b
の両端部が中間連結部材5によって、第2十字形センサ
7の1対のセンサ要素7a、7bの各両端部に接続され
ていることになる。
Both ends of one sensor element 6a of the first cross sensor 6 are connected to the upper connecting portion 4 by using holes 6d, and both ends of the other sensor element 6b of the first cross sensor 6 are connected. It is connected to the intermediate connecting member 5. Further, both ends of both sensor elements 7a and 7b of the second cross-shaped sensor 7 are connected to the intermediate connecting member 5 using holes 7d. Therefore, each sensor element 6a in the 6-component force sensor 9,
A schematic representation of the connection relationship between 6b and 7a, 7b is shown in FIG.
5, the sensor element 6b of the first cross sensor 6
Both ends of the pair of sensor elements 7a and 7b of the second cross-shaped sensor 7 are connected by the intermediate connecting member 5.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記6分力
力覚センサ9では、第2十字形センサ7が図25中のz
軸方向の並進力と、x軸,y軸回りのモーメントを検出
するために用いられる。具体的には、第2十字形センサ
7のセンサ要素7bがx軸回りのモーメントの検出に、
センサ要素7aがy軸回りのモーメントの検出に用いら
れる。この場合、中間連結部材5によってセンサ要素7
a、7bの長手方向両端部同士が連結されているため、
第2十字形センサ7の設計において、x軸,y軸回りの
モーメント検出の感度を上げるためには第2十字形セン
サ7のねじり剛性を十分に低くすることが要求される一
方で、第2十字形センサ7全体の剛性はある程度高くす
ることが要求され、係る相反する2つの要求を満足させ
る必要上、第2十字形センサ7の設計が困難になるとい
う問題を有していた。
By the way, in the above-described 6-component force sensor 9, the second cross-shaped sensor 7 is replaced by z in FIG.
It is used to detect the translational force in the axial direction and the moments around the x and y axes. Specifically, the sensor element 7b of the second cross-shaped sensor 7 detects the moment around the x-axis,
The sensor element 7a is used to detect the moment about the y-axis. In this case, the sensor element 7 is connected by the intermediate connecting member 5.
Since both longitudinal ends of a and 7b are connected,
In the design of the second cross-shaped sensor 7, it is required to sufficiently reduce the torsional rigidity of the second cross-shaped sensor 7 in order to increase the sensitivity of moment detection about the x-axis and the y-axis. The rigidity of the cross-shaped sensor 7 as a whole is required to be increased to some extent, and it is necessary to satisfy the two contradictory requirements. Therefore, there is a problem that the design of the second cross-shaped sensor 7 becomes difficult.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決して、小型化が容易で、かつ、各成分ごとの設計を
独立に行って、6分力等の各力成分等を独立に検出でき
る力覚センサを提供することを目的とする。そのため、
本発明の請求項1の力覚センサは、測定対象物である2
つの剛体の間に配置され、これら剛体間に作用するx,
y,z軸方向の力とx,y,z軸回りのモーメントとを
検出する6分力力覚センサであって、互いに直交する第
1軸及び第2軸方向に各々延びる一方及び他方のセンサ
要素を各長手方向中間部で十字状に交差させて一体化し
てなる第1十字形センサと、上記第1軸方向及び第2軸
方向に各々延びる一方及び他方のセンサ要素を各長手方
向中間部で十字状に交差させて一体化してなるととも
に、上記第1十字形センサとの間に上記第1軸及び第2
軸の双方に直交する第3軸方向の間隔を隔てて平行に配
置された第2十字形センサと、第1及び第2十字形セン
サにおける一方のセンサ要素の長手方向両端部同士を各
々連結する1対の連結部と、第1十字形センサにおける
他方のセンサ要素の長手方向両端部と上記一方の剛体と
を接続する第1接続部と、第2十字形センサにおける他
方のセンサ要素の長手方向両端部と上記他方の剛体とを
接続する第2接続部とを備え、第1、第2十字形センサ
のいずれか一方は上記第3軸方向の並進力と第1軸、第
2軸回りの各モーメントの検出に用いられ、第1、第2
十字形センサの他方は第1、第2軸方向の各並進力と第
3軸回りのモーメントの検出に用いられることを特徴と
するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems and facilitates miniaturization, and each component is designed independently to identify each force component such as 6-component force. An object of the present invention is to provide a force sensor that can be independently detected. for that reason,
The force sensor according to claim 1 of the present invention is a measurement object 2
Placed between two rigid bodies and acting between them, x,
A six-component force sensor that detects forces in the y- and z-axis directions and moments around the x, y, and z-axes, and one and the other of the sensors extending respectively in the first axis and the second axis directions orthogonal to each other. A first cross-shaped sensor in which elements are integrated by intersecting each other in a cross shape in a longitudinal direction, and one and the other sensor elements extending in the first axial direction and the second axial direction, respectively, are provided in the longitudinal intermediate portions. And are integrated with each other by crossing in a cross shape between the first shaft and the second cross sensor with the first cross sensor.
A second cross-shaped sensor, which is arranged in parallel at a distance in the third axial direction orthogonal to both axes, and two longitudinal ends of one of the sensor elements of the first and second cross-shaped sensors are connected to each other. A pair of connecting portions, a first connecting portion that connects both longitudinal ends of the other sensor element in the first cross sensor and the one rigid body, and a longitudinal direction of the other sensor element in the second cross sensor. A second connecting portion that connects both end portions and the other rigid body is provided, and one of the first and second cross-shaped sensors has a translational force in the third axial direction and a rotational force about the first axis and the second axis. Used to detect each moment, the first and second
The other one of the cross-shaped sensors is characterized by being used for detecting each translational force in the first and second axis directions and the moment about the third axis.

【0015】請求項2の力覚センサは、請求項1の構成
において、上記第1又は第2十字形センサにおける一方
及び他方のセンサ要素は大略直方体状のセンサ素材にス
リットが形成された平行平板型のセンサ要素であり、上
記第1、第2十字形センサのいずれか一方における上記
一方のセンサ要素には第2軸方向に貫通するスリットが
形成されるとともに上記他方のセンサ要素には第1軸方
向に貫通するスリットが形成され、かつ第1、第2十字
形センサの他方における上記一方及び他方のセンサ要素
には各々第3軸方向に貫通するスリットが形成されてい
ることを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in the structure of the first aspect, one or the other sensor element of the first or second cross sensor is a parallel plate in which a slit is formed in a substantially rectangular parallelepiped sensor material. Of the first and second cross-shaped sensors, a slit penetrating in the second axial direction is formed in the one sensor element and the other sensor element is provided with the first sensor element. A slit penetrating in the axial direction is formed, and a slit penetrating in the third axial direction is formed in each of the one and the other sensor elements of the other of the first and second cross-shaped sensors. It is a thing.

【0016】請求項3の力覚センサは、請求項1または
2の構成において、上記第1及び第2十字形センサ並び
に上記連結部は同一素材により一体に形成されているこ
とを特徴とするものである。
A force sensor according to a third aspect is the force sensor according to the first or second aspect, characterized in that the first and second cross-shaped sensors and the connecting portion are integrally formed of the same material. Is.

【0017】請求項4の力覚センサは、測定対象物であ
る2つの剛体の間に配置され、これら剛体間に作用する
x,y,z軸方向の力を検出する3分力力覚センサであ
って、互いに直交する第1軸及び第2軸方向に各々延び
る一方及び他方のセンサ要素を各長手方向中間部で十字
状に交差させて一体化してなる十字形センサと、上記十
字形センサにおける他方のセンサ要素の長手方向両端部
と上記一方の剛体とを点接触により接続する第1接続部
と、上記十字形センサにおける一方のセンサ要素の長手
方向両端部と上記他方の剛体とを接続する第2接続部と
を備え、上記第1軸、第2軸及び該第1軸を第2軸の双
方と直交する第3軸からなる座標系の原点が上記第1接
続部における上記一方の剛体との点接触による接続点と
一致するように定められていることを特徴とするもので
ある。
A force sensor according to a fourth aspect of the present invention is arranged between two rigid bodies as an object to be measured, and the three-component force sensor detects the forces acting between the rigid bodies in the x-, y-, and z-axis directions. And a cross-shaped sensor in which one and the other sensor elements extending in the first axis direction and the second axis direction which are orthogonal to each other are made to intersect each other in a cross shape in the longitudinal middle portion, and are integrated. In the cross-shaped sensor, the first connecting portion connecting both ends in the longitudinal direction of the other sensor element and the one rigid body by point contact, and connecting the both ends in the longitudinal direction of the one sensor element in the cross sensor and the other rigid body. A second connecting portion for connecting the first shaft , the second shaft, and the second shaft to the second shaft.
It is characterized in that the origin of the coordinate system composed of the third axis orthogonal to the direction is determined so as to coincide with the connection point of the first connection portion by point contact with the one rigid body.

【0018】請求項5の力覚センサは、請求項4の構成
において、上記十字形センサにおける一方及び他方のセ
ンサ要素は大略直方体状のセンサ素材にスリットが形成
された平行平板型のセンサ要素であり、上記一方のセン
サ要素には第2軸方向に貫通するスリットが形成される
とともに上記他方のセンサ要素には第1軸方向に貫通す
るスリットが形成されていることを特徴とするものであ
る。
In the force sensor according to a fifth aspect of the present invention, in the structure of the fourth aspect, one and the other sensor elements of the cross sensor are parallel plate type sensor elements in which slits are formed in a sensor material having a substantially rectangular parallelepiped shape. And a slit penetrating in the second axial direction is formed in the one sensor element, and a slit penetrating in the first axial direction is formed in the other sensor element. .

【0019】ここで、請求項4または5の構成により、
第1軸乃至第3軸方向の並進力を検出できる理由を説明
する。図18に示すセンサ2の座標系Σ1 の原点O1
x1軸方向には両スリット1の中央位置、y1軸方向に
は厚み方向の中央位置、z1軸方向には奥行方向の中央
位置となるように定められている。上述した内容から明
らかなように、このセンサ2は本来、y1軸方向の並進
力とz1軸回りのモーメントとを検出する2分力センサ
としての役割を有する。
Here, according to the structure of claim 4 or 5,
The reason why the translational force in the first to third axis directions can be detected will be described. The origin O 1 of the coordinate system Σ 1 of the sensor 2 shown in FIG. 18 is the center position of both slits 1 in the x1 axis direction, the center position in the thickness direction in the y1 axis direction, and the center position in the depth direction in the z1 axis direction. It is set to be. As is clear from the above description, the sensor 2 originally has a role as a two-component force sensor that detects the translational force in the y1 axis direction and the moment about the z1 axis.

【0020】ところで、上記座標系Σ1 をz1軸方向に
平行移動させ、Oを原点とする座標系Σとしても、y1
軸方向の並進力、z1軸回りのモーメントともに座標系
Σ1で測定したものをそのまま用いることができる。す
なわち、座標系Σ1 における並進力、モーメントをそれ
ぞれfy1、mz1、座標系Σにおける並進力、モーメント
をそれぞれfy 、mz とすると、 fy =fy1、mz =mz1 ……(4)
By the way, even if the coordinate system Σ 1 is translated in the z1 axis direction and the coordinate system Σ whose origin is O is set, y1
For the translational force in the axial direction and the moment about the z1 axis, those measured in the coordinate system Σ 1 can be used as they are. That is, assuming that the translational force and moment in the coordinate system Σ 1 are f y1 and m z1 , respectively, and the translational force and moment in the coordinate system Σ are f y and m z , respectively, f y = f y1 , m z = m z1. (4)

【0021】これに対して、座標系Σ1 をy1軸方向へ
平行移動させて、O’を原点とする座標系Σ’とする
と、x’軸方向の並進力を検出できるようになる場合が
ある。すなわち、z1軸回りのモーメントをmz1、z’
軸回りのモーメントをmz ’、x’軸方向の並進力をf
x ’、両座標系Σ1 、Σ’間のy1軸方向の距離をLと
すると、以下の式(5)の関係が成立する。 mz1=mz ’−fx ’・L ……(5)
On the other hand, if the coordinate system Σ 1 is moved in parallel in the y1 axis direction to make the coordinate system Σ ′ whose origin is O ′, it may be possible to detect the translational force in the x ′ axis direction. is there. That is, the moment about the z1 axis is m z1 , z ′
Moment about the axis is m z ', translational force in the x'axis direction is f
When the distance in the y1 axis direction between x ′ and both coordinate systems Σ 1 and Σ ′ is L, the relationship of the following expression (5) is established. m z1 = m z '-f x ' L (5)

【0022】式(5)からO’に並進力fx ’とfy
が作用し、モーメントmz ’が作用しない場合、次の式
(6)が成立する。 fy ’=fy1、fx ’=−mz1/L ……(6) この式(6)は、O’に並進力fx ’とfy ’が作用
し、モーメントmz ’が作用しない場合、センサ2は
x’軸方向及びy’軸方向の2方向の並進力、換言すれ
ば、センサ2の長手方向と厚み方向の2方向の並進力を
検出する2分力センサとして用いることができることを
意味する。
From equation (5), the translational forces f x 'and f y '
And the moment m z 'does not act, the following equation (6) is established. f y '= f y1 , f x ' = -m z1 / L (6) In this equation (6), the translational forces f x 'and f y ' act on O'and the moment m z 'acts. If not, the sensor 2 should be used as a two-component force sensor that detects the translational force in the two directions of the x′-axis direction and the y′-axis direction, in other words, the translational force in the two directions of the longitudinal direction and the thickness direction of the sensor 2. Means that you can.

【0023】上記請求項4または5の構成では、図18
のセンサ2等を各センサ要素として、このセンサ要素を
第1軸方向及び第2軸方向に交差させて一体化すること
により、第1軸乃至第3軸方向の並進力を検出できる3
分力力覚センサとしている。すなわち、第1軸方向に延
びる上記一方のセンサ要素は第1軸方向(長手方向)及
び第3軸方向(厚み方向)の2方向の並進力を検出で
き、第2軸方向に延びる上記他方のセンサ要素は第2軸
方向及び第3軸方向の並進力を検出できるので、全体と
して、第1軸乃至第3軸の3方向の並進力の検出が可能
となる。第3軸方向の並進力は重複して検出されるが、
この点は特に差し支えない。
In the structure of claim 4 or 5, the configuration of FIG.
The sensor 2 and the like as above are used as respective sensor elements, and the sensor elements are made to intersect with each other in the first axis direction and the second axis direction so as to be integrated with each other, whereby translational forces in the first axis to the third axis directions can be detected.
It is used as a force sensor. That is, the one sensor element extending in the first axial direction can detect translational forces in two directions of the first axial direction (longitudinal direction) and the third axial direction (thickness direction), and the other sensor element extending in the second axial direction. Since the sensor element can detect translational forces in the second axis direction and the third axis direction, it is possible to detect translational forces in the three directions of the first axis to the third axis as a whole. Although the translational force in the third axis direction is detected redundantly,
This point is not particularly problematic.

【0024】なお、請求項4において、上記第1軸乃至
第3軸からなる座標系の原点は上記第1接続部における
上記一方の剛体との点接触による接続点と一致するよう
に定められているが、これは、座標系の原点が本来の位
置である十字形センサの厚み方向の中央位置から第3軸
方向へずれていることを意味する。また、上記第1接続
部は上記一方の剛体と点接触により接続されているが、
これは、上記原点(点接触による接続点)において第1
軸乃至第3軸回りのモーメントを発生させないためであ
り、このことにより、上記式(6)が成立して、3方向
の並進力の検出が可能な3分力力覚センサが構成される
ことになる。
In the fourth aspect, the origin of the coordinate system composed of the first axis to the third axis is determined so as to coincide with the connection point of the first connecting portion by point contact with the one rigid body. However, this means that the origin of the coordinate system deviates from the center position in the thickness direction of the cross sensor, which is the original position, in the third axis direction. Further, the first connecting portion is connected to the one rigid body by point contact,
This is the first point at the origin (connection point by point contact).
This is because a moment about the axis to the third axis is not generated, and by this, the above-mentioned formula (6) is established and a three-component force force sensor capable of detecting translational forces in three directions is configured. become.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態
を説明する。図1に示すように、本実施の形態の6分力
力覚センサ12は、z軸(第3軸)方向の間隔を隔てて
互いに平行に配置された第1十字形センサ13と第2十
字形センサ14を備えている。第1及び第2十字形セン
サ13、14は各々x軸(第1軸)方向に延びる平行平
板型の一方のセンサ要素13a、14aと、各々y軸
(第2軸)方向に延びる平行平板型の他方のセンサ要素
13b、14bを各長手方向中間部で互いに直交させて
一体化してなる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A first embodiment of the present invention will be described below. As shown in FIG. 1, the 6-component force sensor 12 of the present embodiment includes a first cross-shaped sensor 13 and a 20th cross-shaped sensor 13 which are arranged in parallel with each other with a space in the z-axis (third axis) direction. The character sensor 14 is provided. The first and second cruciform sensors 13 and 14 are parallel plate type one sensor elements 13a and 14a extending in the x-axis (first axis) direction, and parallel plate type sensors extending in the y-axis (second axis) direction, respectively. The other sensor elements 13b and 14b are integrated at right angles to each other at their longitudinal intermediate portions.

【0026】6分力力覚センサ12は、さらに、第1及
び第2十字形センサ13、14の各一方のセンサ要素1
3a、14aの長手方向両端部同士を各々連結する1対
の連結部15と、第1十字形センサ13の他方のセンサ
要素13bの長手方向両端部を一方の剛体、例えば、ロ
ボットの指先部(不図示)に接続するための1対の第1
接続部16と、第2十字形センサ14の他方のセンサ要
素14bの長手方向両端部を他方の剛体、例えば、ロボ
ットのハンド(不図示)に接続するための1対の第2接
続部17とを備えている。
The 6-component force sensor 12 further includes a sensor element 1 of one of the first and second cross sensors 13 and 14.
A pair of connecting portions 15 for connecting both longitudinal end portions of 3a and 14a, and one longitudinal end portion of the other sensor element 13b of the first cross sensor 13 to one rigid body, for example, a fingertip portion of a robot ( A pair of first for connecting to (not shown)
A connecting portion 16 and a pair of second connecting portions 17 for connecting both longitudinal ends of the other sensor element 14b of the second cross-shaped sensor 14 to the other rigid body, for example, a robot hand (not shown). Is equipped with.

【0027】上記第1十字形センサ13の一方のセンサ
要素13aには、中央の交差部13cの両側にy軸方向
へ貫通する矩形状のスリット13dが各々形成され、ま
た、他方のセンサ要素13bには、上記交差部13cの
両側にx軸方向へ貫通する矩形状のスリット13eが各
々形成されている。また、第2十字形センサ14の一方
及び他方のセンサ要素14a、14bには、中央の交差
部14cの両側に各1対のz軸方向に貫通する矩形状の
スリット14d、14eが形成されている。
In one sensor element 13a of the first cross-shaped sensor 13, rectangular slits 13d penetrating in the y-axis direction are formed on both sides of a central intersection 13c, and the other sensor element 13b. The rectangular slits 13e penetrating in the x-axis direction are formed on both sides of the intersection 13c. Further, one and the other sensor elements 14a, 14b of the second cross-shaped sensor 14 are provided with a pair of rectangular slits 14d, 14e penetrating in the z-axis direction on both sides of the central intersection 14c. There is.

【0028】上記6分力力覚センサ12における第1十
字形センサ13の座標系の原点Oは、x,y軸方向につ
いては、交差部13cの中央位置であり、z軸方向につ
いては第1十字形センサ13の厚み方向の中央位置であ
る。また、第2十字形センサ14の座標系の原点は、本
来この第2十字形センサ14の厚み方向の中央位置であ
るが、上述の式(4)からこの第2十字形センサ14の
原点をz軸方向へ移動させて上記第1十字形センサ13
の原点Oと一致させても、第2十字形センサ14におけ
る力やモーメントは変化しないため、第2十字形センサ
14の座標系の原点も上記原点Oであると考えることが
できる。
The origin O of the coordinate system of the first cross-shaped sensor 13 in the six-component force sensor 12 is the center position of the intersection 13c in the x and y axis directions, and the first in the z axis direction. It is the center position of the cross sensor 13 in the thickness direction. Further, although the origin of the coordinate system of the second cross sensor 14 is originally the center position in the thickness direction of the second cross sensor 14, the origin of the second cross sensor 14 is determined from the above equation (4). The first cross-shaped sensor 13 is moved by moving in the z-axis direction.
Since the force and moment in the second cross sensor 14 do not change even if they coincide with the origin O, the origin of the coordinate system of the second cross sensor 14 can be considered to be the origin O.

【0029】上記6分力力覚センサ12を各十字形セン
サ13、14のセンサ要素単位に分割して模式的に示す
と、図2中(a)に示すようになり、力の作用端である
ロボットの指先部側から、第1接続部16、第1十字形
センサ13の他方のセンサ要素13b、一方のセンサ要
素13a、連結部15、第2十字形センサ14の一方の
センサ要素14a、他方のセンサ要素14b、第2接続
部17、6分力力覚センサ12の固定端であるロボット
のハンドの順に力やモーメントが伝達されることにな
る。
When the 6-component force sensor 12 is divided into sensor elements of the cross sensors 13 and 14 and schematically shown, it becomes as shown in FIG. From the fingertip side of a robot, the first connecting portion 16, the other sensor element 13b of the first cross sensor 13, the one sensor element 13a, the connecting portion 15, and the one sensor element 14a of the second cross sensor 14, The force and the moment are transmitted in order of the other sensor element 14b, the second connecting portion 17, and the robot hand that is the fixed end of the 6-component force sensor 12.

【0030】本実施の形態では、各々2分力センサであ
る各センサ要素13b、13a、14a、14bが全て
直列に接続されている。換言すれば、第1十字形センサ
13のセンサ要素13a、13b同士、第2十字形セン
サ14のセンサ要素14a、14b同士が交差部13
c、14cのみで互いに連結されており、2つの十字形
センサ13、14が各一方のセンサ要素13a、14a
の長手方向両端部のみで連結されている。そのため、前
記従来例の6分力力覚センサ9(図24)と異なり、各
センサ要素13a、13b、14a、14bの設計は全
く独立に行うことができ、かつ、各センサ要素における
検出対象外の力やモーメントに対してはできる限り剛性
が高くなるように設計すればよい。
In the present embodiment, each sensor element 13b, 13a, 14a, 14b, which is a two-component force sensor, is connected in series. In other words, the sensor elements 13 a and 13 b of the first cross sensor 13 and the sensor elements 14 a and 14 b of the second cross sensor 14 intersect with each other at the intersection portion 13.
c, 14c, and the two cross-shaped sensors 13, 14 are connected to each other only by one of the sensor elements 13a, 14a.
Are connected only at both longitudinal ends. Therefore, unlike the 6-component force sensor 9 (FIG. 24) of the conventional example, each sensor element 13a, 13b, 14a, 14b can be designed completely independently, and each sensor element is not a detection target. It should be designed to have as high a rigidity as possible with respect to the force and moment.

【0031】具体的には、例えば、第1十字形センサ1
3の他方のセンサ要素13bは、z軸方向の並進力とx
軸回りのモーメントの検出に用いられ(図2中
(b))、z軸方向の並進力のために他方のセンサ要素
13bの表面(つまり上面)側に2つのひずみゲージA
3、B3が取り付けられ、x軸回りのモーメントの検出
のためにセンサ要素13bの表面側と裏面(つまり、下
面側)に各1つのひずみゲージA4、D4が取り付けら
れる。
Specifically, for example, the first cross-shaped sensor 1
The other sensor element 13b of 3 has a translational force in the z-axis direction and x
Two strain gauges A are used to detect the moment around the axis ((b) in FIG. 2), and the translational force in the z-axis direction causes the other sensor element 13b to have the surface (that is, the upper surface) side of the other sensor element 13b.
3 and B3 are attached, and one strain gauge A4 and D4 are attached to the front surface side and the back surface (that is, the lower surface side) of the sensor element 13b for detecting the moment around the x-axis.

【0032】なお、各ひずみゲージは、各スリット13
eにおける他方のセンサ要素13bの長手方向中間部寄
りの端部に対応する位置に取り付けられる。そして、ひ
ずみゲージA3、B3の出力は、図20中(a)と同一
のホイートストンブリッジ回路に入力され、ひずみゲー
ジA4、D4の出力は図14中(b)と同一のホイート
ストンブリッジ回路に入力される。なお、図2中(b)
乃至(e)において、黒で塗り潰して示すひずみゲージ
は表面側に取り付けられていることを意味し、ハッチン
グで示すひずみゲージは裏面側に取り付けられているこ
とを意味する。
Each strain gauge has a slit 13
It is attached to a position corresponding to the end portion of the other sensor element 13b in the e direction near the middle portion in the longitudinal direction. The outputs of the strain gauges A3 and B3 are input to the same Wheatstone bridge circuit as in FIG. 20A, and the outputs of the strain gauges A4 and D4 are input to the same Wheatstone bridge circuit as in FIG. 14B. It In addition, in FIG. 2 (b)
In (e) to (e), the strain gauges shown in black are attached to the front surface side, and the strain gauges shown in hatching are attached to the back surface side.

【0033】また、第1十字形センサ13の一方のセン
サ要素13aはz軸方向の並進力とy軸回りのモーメン
トの検出に用いられ(同図中(c))、z軸方向の並進
力の検出のために表面側に2つのひずみゲージA3’、
B3’が取り付けられる一方、y軸回りのモーメントの
検出のために表面側及び裏面側に各1つのひずみゲージ
A5、D5が取り付けられる。各組のひずみゲージのホ
イートストンブリッジ回路との接続は、上記他方のセン
サ要素13bの各ひずみゲージと同様に行われる。な
お、念のため、第1十字形センサ13の上面図及び下面
図を各々図3及び図4に示す。
The one sensor element 13a of the first cross sensor 13 is used for detecting the translational force in the z-axis direction and the moment about the y-axis ((c) in the figure), and the translational force in the z-axis direction. Two strain gauges A3 'on the surface side for the detection of
While B3 ′ is attached, one strain gauge A5, D5 is attached on each of the front surface side and the back surface side for detecting the moment around the y-axis. The connection of the strain gauges of each set to the Wheatstone bridge circuit is performed in the same manner as the strain gauges of the other sensor element 13b. As a precaution, a top view and a bottom view of the first cross sensor 13 are shown in FIGS. 3 and 4, respectively.

【0034】第2十字形センサ14の一方のセンサ要素
14aは、y軸方向の並進力とz軸回りのモーメントの
検出に用いられ(同図中(d))、y軸方向の並進力の
検出のために裏面(図2中(a)の手前側の反対側の側
面)側に2つのひずみゲージA2、B2が取り付けら
れ、z軸回りのモーメントの検出のために裏面側及び表
面(図2中(a)の手前側の側面)側に各1つのひずみ
ゲージA6、D6が取り付けられている。
One of the sensor elements 14a of the second cross-shaped sensor 14 is used for detecting the translational force in the y-axis direction and the moment about the z-axis ((d) in the figure), and the translational force in the y-axis direction is detected. Two strain gauges A2 and B2 are attached to the back surface (side surface opposite to the front side of (a) in FIG. 2) for detection, and the back surface and front surface (FIG. Two strain gauges A6 and D6 are attached to the inside of 2 (a side surface on the front side).

【0035】また、第2十字形センサ14の他方のセン
サ要素14bはx軸方向の並進力とz軸回りのモーメン
トの検出に用いられ(同図中(e))、x軸方向の並進
力の検出のために表面側に2つのひずみゲージA1、B
1が取り付けられる一方、z軸回りのモーメントの検出
のために表面側及び裏面側に各1つのひずみゲージA
6’、D6’が取り付けられる。上記構成では、Z軸方
向の並進力とz軸回りのモーメントとが各2箇所で重複
して検出されることになるが、この点は特に問題ではな
く、6分力力覚センサ12の構造を単純化できることの
メリットの方が遙に大きいと言える。
The other sensor element 14b of the second cross-shaped sensor 14 is used for detecting the translational force in the x-axis direction and the moment about the z-axis ((e) in the figure), and the translational force in the x-axis direction. Two strain gauges A1 and B on the front side for detecting
1 is attached, while one strain gauge A is provided on each of the front surface side and the back surface side for detecting the moment around the z-axis.
6'and D6 'are attached. In the above-described configuration, the translational force in the Z-axis direction and the moment about the z-axis are detected in duplicate at each of two places, but this point is not a particular problem, and the structure of the 6-component force sensor 12 is not limited. It can be said that the merit of being able to simplify is much greater.

【0036】実際の検出に際しては、重複部分のひずみ
ゲージの一方(例えば、図2中(c)のひずみゲージA
3’、B3’と同図中(e)のひずみゲージA6’、B
6’等)を省略したり、或いは重複部分の4つのひずみ
ゲージを1つのホイートストンブリッジ回路内で利用す
ることができる。例えば、図5中(a)に示すように、
z軸方向の並進力の検出に第1十字形センサ13におけ
る4つのひずみゲージA3,B3,A3’,B3’を用
いる場合、ひずみゲージA3,B3をホイートストンブ
リッジ回路の一方の対角位置に直列に接続し、ひずみゲ
ージA3’,B3’を他方の対角位置に直列に入力する
ことができる。R3 、R4 は固定抵抗である。
In actual detection, one of the strain gauges at the overlapping portion (for example, strain gauge A in (c) of FIG. 2) is used.
3'and B3 'and strain gauges A6' and B of (e) in the figure.
6 ') can be omitted, or four strain gauges in the overlapping portion can be used in one Wheatstone bridge circuit. For example, as shown in FIG.
When the four strain gauges A3, B3, A3 ′, B3 ′ in the first cross sensor 13 are used to detect the translational force in the z-axis direction, the strain gauges A3, B3 are connected in series at one diagonal position of the Wheatstone bridge circuit. , And the strain gauges A3 ′ and B3 ′ can be input in series at the other diagonal position. R 3 and R 4 are fixed resistors.

【0037】また、z軸方向の並進力の検出は、図5中
(b)のように、図2中(b)のひずみゲージA3,B
3をホイートストンブリッジ回路の一方の対角位置に各
々接続するとともに、ひずみゲージC’,D’を他方の
対角位置に接続して行うこともできる。ここで、ひずみ
ゲージC’,D’は各々図2中(b)のひずみゲージA
3,B3の裏面側、つまり、第2センサ要素13bの下
面側におけるひずみゲージA3,B3に対応する位置に
取り付けられるゲージである。
Further, the translational force in the z-axis direction is detected by the strain gauges A3 and B shown in FIG. 2B as shown in FIG. 5B.
3 may be connected to one diagonal position of the Wheatstone bridge circuit, and the strain gauges C ′ and D ′ may be connected to the other diagonal position. Here, the strain gauges C ′ and D ′ are the strain gauges A in FIG.
The gauges are attached to the back surface sides of B3 and B3, that is, the positions corresponding to the strain gauges A3 and B3 on the bottom surface side of the second sensor element 13b.

【0038】一方、例えば、x軸回りのモーメントの検
出に4つのひずみゲージを用いる場合、図5中(c)に
示すように、図2のひずみゲージA6,D6をホイート
ストンブリッジ回路の一方の対角位置に各々接続し、ひ
ずみゲージA6’,D6’を他方の対角位置に各々接続
すればよい。また、x軸回りのモーメントの検出は、図
5中(d)のように、図2中(のひずみゲージA6,D
6をホイートストンブリッジ回路の一方の対角位置に各
々接続するとともに、ひずみゲージC’,B’を他方の
対角位置に接続して行うこともできる。ここで、ひずみ
ゲージC’,B’は各々図2中(d)のひずみゲージA
6,D6と反対側の側面におけるひずみゲージA6,D
6に対応する位置に取り付けられるゲージである。
On the other hand, for example, when four strain gauges are used to detect the moment around the x-axis, the strain gauges A6 and D6 of FIG. 2 are connected to one pair of the Wheatstone bridge circuit as shown in (c) of FIG. The strain gauges A6 ′ and D6 ′ may be connected to the other diagonal positions, respectively. In addition, the detection of the moment around the x-axis is performed as shown in (d) of FIG.
6 may be connected to one diagonal position of the Wheatstone bridge circuit, and the strain gauges C ′ and B ′ may be connected to the other diagonal position. Here, the strain gauges C ′ and B ′ are the strain gauges A in FIG.
6, Strain gauges A6, D on the side opposite to D6
6 is a gauge attached to a position corresponding to 6.

【0039】なお、図2に示すひずみゲージの取付位置
の単なる1例であって、各センサ要素13b、13a、
14a、14bに対して、前記した図19中(a)と前
記式(1)とで示される各種組合せ位置にひずみゲージ
を取り付けることが可能である。
It should be noted that this is merely an example of the mounting position of the strain gauge shown in FIG. 2, and the sensor elements 13b, 13a,
It is possible to attach strain gauges to 14a and 14b at various combined positions shown by (a) in FIG. 19 and the formula (1).

【0040】以下、6分力力覚センサ12における力、
モーメントと等価ひずみとの関係を説明する。6分力力
覚センサにおける力、モーメントとひずみの関係は、以
下の数2で表される。
The force in the 6-minute force sensor 12 will be described below.
The relationship between the moment and the equivalent strain will be described. The relationship between force, moment and strain in the 6-component force sensor is expressed by the following mathematical expression 2.

【数2】 [Equation 2]

【0041】次に、ひずみと、前記ホイートストンブリ
ッジ回路を介してひずみゲージに接続されたアンプから
の出力電圧との関係は、以下の数3のようになる。
Next, the relationship between the strain and the output voltage from the amplifier connected to the strain gauge through the Wheatstone bridge circuit is expressed by the following mathematical expression 3.

【数3】 [Equation 3]

【0042】数2中の式(7)及び数3中の式(8)か
ら次の式(9)が成り立つ。 V=AF 但し、A=KC ……(9) 6分力力覚センサの特性を明らかにするために、基礎式
を正規化して式(7)より以下の数4中の式(10)を
得る。設計の際には、式(10)を満たしながら、望み
の定格の力Fを与えたときにひずみが弾性限界値になる
ようにする。
From the formula (7) in the formula 2 and the formula (8) in the formula 3, the following formula (9) is established. V = AF However, A = KC (9) In order to clarify the characteristic of the 6-component force sensor, the basic equation is normalized and the equation (10) in the following equation 4 is obtained from the equation (7). obtain. In designing, the strain is set to the elastic limit value when the desired rated force F is applied while satisfying the expression (10).

【数4】 [Equation 4]

【0043】式(10)は次の数5中の式(11)と同
じである。
The equation (10) is the same as the equation (11) in the following equation (5).

【数5】 [Equation 5]

【0044】 式(11)中におけるCの固有値は σi =1,i=1,2,……,6 ……(12) であり、この場合の条件数condC(最大の固有値/
最小の固有値)は condC=σmax /σmin =1 ……(13) となる。これは成分ごとの感度が同一となり、理想的な
状態であることを意味する。実際の6分力力覚センサは
様々な影響により理想から多少ずれるが、特性を表す行
列C(数2参照)あるいは行列A(式(9)参照)を同
定して用いればよい。設計時に理想的な特性と設計しや
すさを持つことが重要であり、本発明の構造を用いる場
合には多少ずれても理想に近い特性が実現できる。
[0044] The eigenvalue of C in equation (11) is       σi= 1, i = 1, 2, ..., 6 (12) And the condition number condC (maximum eigenvalue /
The smallest eigenvalue) is       condC = σmax/ Σmin= 1 …… (13) Becomes This has the same sensitivity for each component, which is ideal
It means a state. The actual 6-minute force sensor is
Lines that show characteristics although they deviate slightly from ideal due to various influences
Column C (see equation 2) or matrix A (see equation (9))
It may be used after setting. Ideal characteristics and design
When it is important to have a structure and the structure of the present invention is used,
In this case, even if it deviates a little, the characteristics close to the ideal can be realized.

【0045】なお、上記の実施の形態では、各センサ要
素13a、13b、14a、14bを平行平板型に構成
したが、実際には図6中(a)に示すように、例えば、
センサ要素13aのスリット13dを有する部分の厚み
を薄く形成するために、スリット13dの上部及び下部
に各々溝13fを設けることもできる。また、各センサ
要素13a等には必ずしもスリット13d等を設ける必
要はなく、図6中(b)に示すように、スリット13d
を有するセンサ要素13a等よりセンサ要素13a’等
全体の厚みを小さくするようにしてもよい。この場合
も、実際に力やモーメントによるひずみを検出する部分
の近傍に溝13f’を設けることが好ましい。
In the above embodiment, each sensor element 13a, 13b, 14a, 14b is formed as a parallel plate type. However, as shown in FIG.
In order to reduce the thickness of the portion of the sensor element 13a having the slit 13d, grooves 13f may be provided at the upper and lower portions of the slit 13d. Further, it is not always necessary to provide the slit 13d or the like on each sensor element 13a or the like, and as shown in FIG.
The thickness of the entire sensor element 13a ′ or the like may be made smaller than that of the sensor element 13a or the like having the above. Also in this case, it is preferable to provide the groove 13f 'in the vicinity of the portion where the strain due to the force or the moment is actually detected.

【0046】なお、図6中(b)のスリットを有しない
センサ要素13a’等における力の定格の調整は、主と
して、同図中に示す溝13f’の幅c、溝13f’を設
けた薄肉部の厚みh’、センサ要素13a’等の奥行寸
法d(紙面と直交方向の寸法)により調整され、モーメ
ントの定格の調整は、上記c,h,dの他、センサ要素
13a’等の中心と溝13f’の端部間の間隔寸法bを
用いて調整される。この場合、bは力の定格とは無関係
であるので、b以外のパラメータを用いて力の定格を決
定した後、bを用いてモーメントの定格を調整できる。
The adjustment of the force rating of the sensor element 13a 'having no slit shown in FIG. 6B is mainly performed by adjusting the width c of the groove 13f' and the thin wall having the groove 13f 'shown in FIG. The thickness h'of the portion, the depth dimension d (dimension in the direction orthogonal to the paper surface) of the sensor element 13a ', etc. are adjusted, and the moment rating is adjusted by adjusting the center of the sensor element 13a', etc. in addition to the above c, h, d. It is adjusted using the distance b between the ends of the groove 13f 'and the groove 13f'. In this case, since b is independent of the force rating, the moment rating can be adjusted using b after determining the force rating using parameters other than b.

【0047】一方、図6中(a)のスリット13dを有
するセンサ要素13a等においても、上記と同様のパラ
メータを用いて力とモーメントの定格を定めることがで
きるが、この場合、上記薄肉部の厚みh’に代えて、図
6中(a)のh及びaの寸法を用いて定格の調整を行え
るが,各センサ要素13a等を大きくしないで,定格を
大きくできるので,合理的である。
On the other hand, in the sensor element 13a having the slit 13d shown in FIG. 6A, the ratings of the force and moment can be determined by using the same parameters as described above. The rating can be adjusted by using the dimensions h and a in FIG. 6A instead of the thickness h ′, but it is rational because the rating can be increased without increasing the size of each sensor element 13a or the like.

【0048】[0048]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図7に示
すように、ロボットハンド20には、複数本、例えば、
3本の指21(図7では2本のみ示す)が設けられてい
る。各指21は複数のリンク部21a乃至21cと隣接
するリンク部を回動自在に接続する複数の関節21d〜
21fとを有し、最も先端側の関節21fは本発明の6
分力力覚センサ22を介して指先部材23に接続されて
いる。そして、各関節21d〜21fの回転動作に応じ
て、3本の指21の指先部材23間に、図示しない対象
物を把持できるようになっている。その際、6分力力覚
センサ22は、指先部材23と関節21fとの間で生じ
るx,y,z軸方向の力とx,y,z軸回りのモーメン
トを検出するようになっている。なお、ロボットハンド
20は図示しない手首機構により回動自在に支持されて
いてもよい。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. As shown in FIG. 7, the robot hand 20 has a plurality of, for example,
Three fingers 21 (only two are shown in FIG. 7) are provided. Each finger 21 has a plurality of joints 21d to 21d that connect the link portions adjacent to the plurality of link portions 21a to 21c in a rotatable manner.
21f, and the most distal joint 21f is 6 of the present invention.
It is connected to the fingertip member 23 via the force-force sensor 22. Then, an object (not shown) can be gripped between the fingertip members 23 of the three fingers 21 in accordance with the rotational movement of each of the joints 21d to 21f. At that time, the 6-component force sensor 22 detects the forces in the x, y, z axis directions and the moments about the x, y, z axes generated between the fingertip member 23 and the joint 21f. . The robot hand 20 may be rotatably supported by a wrist mechanism (not shown).

【0049】6分力力覚センサ22は、具体的には、例
えば、図8に示すような形状であり、第1接続部16が
中央の孔16aで上記最も先端側の関節21f(一方の
剛体)に回動自在に接続されるようになっている。そし
て、本実施例では、第1接続部16と6分力力覚センサ
本体部24とが1対の接続先端部16bを介して一体的
に接続された形態として構成され、これら各部が超々ジ
ュラルミン等の素材によって形成されている。
The 6-component force sensor 22 has a concrete shape, for example, as shown in FIG. 8, in which the first connecting portion 16 is the central hole 16a and the joint 21f at the most distal end side (one side). Rigid body) is rotatably connected. Further, in this embodiment, the first connecting portion 16 and the 6-component force sensor body 24 are integrally connected via the pair of connecting tips 16b, and each of these portions is super super duralumin. It is formed of a material such as.

【0050】図9及び図10に示すように、第1接続部
16の接続先端部16b寄りの部分には厚肉部16cが
形成され、この厚肉部16cは孔16aを中心とする円
弧状の輪郭を有している。そして、上記1対の接続先端
部16bは、6分力力覚センサ本体部24における第1
十字形センサ13の他方のセンサ要素13bの長手方向
両端部に一体的に接続されている。なお、6分力力覚セ
ンサ本体部24の各構成部分に、前記したのと同一の参
照番号を付して示す。
As shown in FIGS. 9 and 10, a thick portion 16c is formed in the portion of the first connecting portion 16 near the connecting tip portion 16b, and the thick portion 16c has an arc shape centered on the hole 16a. Has a contour of. The pair of connection tip portions 16b are the first portion of the 6-minute force / force sensor main body portion 24.
The other cross-shaped sensor 13 is integrally connected to both ends in the longitudinal direction of the other sensor element 13b. In addition, the same reference numerals as those described above are given to the respective components of the 6-component force sensor body 24.

【0051】図11に示すように、第1十字形センサ1
3の各センサ要素13a、13bには、スリット13
d、13eが設けられている。また、図12乃至図14
にも示すように、一方のセンサ要素13aの両端部には
1対の連結部15の一端が一体的に接続され、これら連
結部15の他端は第2十字形センサ14における一方の
センサ要素14aの長手方向両端部に一体的に接続され
ている。そして、第2十字形センサ14の他方のセンサ
要素14bの長手方向両端部には孔14fが設けられ、
孔14fは図示しない前記第2接続部を介して他方の剛
体である前記指先部材23と接続用されるようになって
いる。なお、6分力力覚センサ本体部25(図9)の径
方向寸法Aは、例えば、10数mm程度、軸方向寸法B
は、例えば、10mm弱程度であり、6分力力覚センサを
十分小型化できる。
As shown in FIG. 11, the first cross-shaped sensor 1
In each of the sensor elements 13a and 13b of No. 3, the slit 13
d and 13e are provided. Also, FIGS.
As also shown in FIG. 1, one end of a pair of connecting portions 15 is integrally connected to both ends of the one sensor element 13 a, and the other end of these connecting portions 15 is one of the sensor elements in the second cross-shaped sensor 14. 14a is integrally connected to both ends in the longitudinal direction. Then, holes 14f are provided at both longitudinal ends of the other sensor element 14b of the second cross-shaped sensor 14.
The hole 14f is adapted to be connected to the other fingertip member 23, which is a rigid body, via the second connecting portion (not shown). In addition, the radial dimension A of the 6-component force sensor body 25 (FIG. 9) is, for example, about 10 mm and the axial dimension B.
Is, for example, about 10 mm, and the 6-minute force sensor can be sufficiently miniaturized.

【0052】上記実施例では、第1接続部16、第1十
字形センサ13、連結部15及び第2十字形センサ14
を一体的に構成し、これにより、部品点数を削減すると
共にセンサ全体の小型化を促進できる等の利点がある
が、上記各部は別部材として構成しても差し支えない。
また、図1又は図9における第1十字形センサ13と第
2十字形センサ14における各スリット13d、13e
及び14d、14eの向きを逆にして、第1十字形セン
サ13のスリット13d、13eをz軸方向に貫通する
ものとする一方、第2十字形センサ14のスリット14
d、14eをy,x軸方向に貫通するものとすることも
できる。
In the above embodiment, the first connecting portion 16, the first cross-shaped sensor 13, the connecting portion 15 and the second cross-shaped sensor 14 are provided.
This has the advantage that the number of parts can be reduced and the miniaturization of the entire sensor can be promoted, etc., but the above-mentioned respective parts may be configured as separate members.
Further, the slits 13d and 13e in the first cross sensor 13 and the second cross sensor 14 shown in FIG. 1 or FIG.
And 14d and 14e are reversed in direction so as to penetrate the slits 13d and 13e of the first cross-shaped sensor 13 in the z-axis direction, while the slit 14 of the second cross-shaped sensor 14 is formed.
It is also possible to penetrate d and 14e in the y and x axis directions.

【0053】次に、本発明の第2の実施の形態を説明す
る。図15に示すように、この実施の形態はx,y,z
軸方向の並進力が検出可能な3分力力覚センサ26に関
するものである。この力覚センサ26は、x軸及びy軸
方向に各々延びる大略直方体状の一方及び他方のセンサ
要素26a、26bを各長手方向中間部26cで十字状
に交差させて一体化してなる十字形センサであり、一方
のセンサ要素26aには交差部26cの両側にy軸方向
に貫通するスリット26dが形成されるとともに他方の
センサ要素26bにはx軸方向に貫通するスリット26
eが形成されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 15, in this embodiment, x, y, z
The present invention relates to a three-component force sensor 26 capable of detecting a translational force in the axial direction. The force sensor 26 is a cross-shaped sensor in which one and the other sensor elements 26a and 26b, each of which has a substantially rectangular parallelepiped shape extending in the x-axis direction and the y-axis direction, are integrated by intersecting each other in a cross shape at each longitudinal intermediate portion 26c. Slits 26d penetrating in the y-axis direction are formed on both sides of the intersection portion 26c in one sensor element 26a, and a slit 26d penetrating in the x-axis direction is formed in the other sensor element 26b.
e is formed.

【0054】力覚センサ26における他方のセンサ要素
26bの長手方向両端部は第1接続部27の二股状先端
部27aに接続されている。この第1接続部27の基端
部27bにはボール28が設けられるとともに、図示し
ない一方の剛体には球面状の受け部が形成され、上記ボ
ール28が上記受け部に回転自在に支持されることによ
り、上記基端部27bと上記一方の剛体との間にボール
継手(自在継手)が構成されている。また、力覚センサ
26における一方のセンサ要素26aの長手方向両端部
には、第2接続部30における二股状基端部30aが接
続されとともに、この第2接続部30における先端部3
0bは、図示しない他方の剛体に接続されている。
Both ends in the longitudinal direction of the other sensor element 26b of the force sensor 26 are connected to the forked tip portion 27a of the first connecting portion 27. A ball 28 is provided on a base end portion 27b of the first connecting portion 27, and a spherical receiving portion is formed on one rigid body (not shown), and the ball 28 is rotatably supported by the receiving portion. As a result, a ball joint (universal joint) is formed between the base end portion 27b and the one rigid body. Further, the forked base end portion 30a of the second connection portion 30 is connected to both longitudinal end portions of one sensor element 26a of the force sensor 26, and the tip end portion 3 of the second connection portion 30 is connected.
0b is connected to the other rigid body (not shown).

【0055】この場合、ボール28の中心位置を座標系
の原点Oとすると、ボール28は上記一方の剛体の受け
部に対して回転自在であることから、原点Oにはx,
y,z軸方向の並進力のみが作用し、x,y,z軸回り
のモーメントは作用しないことになって、各センサ要素
26a、26bについて上述の式(6)が成立すること
になる。なお、上記原点Oは、力覚センサ26における
通常の原点位置である各力覚センサ26の厚み方向中央
位置からz軸方向へずれていることになる。
In this case, assuming that the center position of the ball 28 is the origin O of the coordinate system, the ball 28 is rotatable with respect to the receiving portion of the one rigid body.
Only the translational forces in the y- and z-axis directions act, and the moments around the x-, y-, and z-axes do not act, and the above equation (6) is established for each sensor element 26a, 26b. The origin O is displaced in the z-axis direction from the center position in the thickness direction of each force sensor 26, which is a normal origin position in the force sensor 26.

【0056】図16に力覚センサ26廻りの各部の接続
関係を模式的に示す。上記他方のセンサ要素26bに関
する本来の座標系Σ1 の原点O1 はセンサ要素26bの
厚み方向の中央位置であり、センサ要素26bはx1軸
回りのモーメントmx1とz1軸方向の並進力fz1の検出
に用いられるべきものである。しかし、本実施の形態で
は、座標系Σの原点Oをボール28の中心位置とし、か
つ、原点Oに対してモーメントが作用しないようにして
いるので、センサ要素26bは、原点をOとする座標系
Σにおけるy方向及びz方向の並進力の検出用の2分力
センサを構成する。
FIG. 16 schematically shows the connection relation of each part around the force sensor 26. The origin O 1 of the original coordinate system Σ 1 with respect to the other sensor element 26b is the central position in the thickness direction of the sensor element 26b, and the sensor element 26b has a moment m x1 about the x1 axis and a translational force f z1 in the z1 axis direction. Should be used for the detection of However, in the present embodiment, the origin O of the coordinate system Σ is set to the center position of the ball 28, and the moment is not applied to the origin O. Therefore, the sensor element 26b coordinates the origin O. A two-component force sensor for detecting translational forces in the y direction and the z direction in the system Σ is configured.

【0057】すなわち、座標系Σにおけるy軸方向及び
z軸方向の並進力を各々fy 、fz、各原点O1 、O間
の距離をLとすると、前述の式(6)から次の式(1
4)が成立する。 fz =fz1、fy =−mx1/L ……(14) 同様に、一方のセンサ要素26aにおける本来の座標系
Σ2 の原点O2 をセンサ要素26aの厚み方向の中央位
置とすると、この座標系Σ2 において、センサ要素26
aはz2軸方向の並進力fz2とy2軸回りのモーメント
y2の検出に用いられるべきものである。しかし、本実
施の形態では、ボール28の中心位置を原点Oとする座
標系Σを用い、かつ原点Oにはモーメントが作用しない
ため、座標系Σにおけるx,z軸方向の並進力をfx
z とすると、上述の式(6)から以下の式(15)の
関係が成立する。 fz =fz2、fx =my2/L ……(15)
That is, assuming that the translational forces in the y-axis direction and the z-axis direction in the coordinate system Σ are f y and f z , respectively, and the distance between the origins O 1 and O is L, the following equation (6) is obtained. Expression (1
4) is established. f z = f z1 , f y = −m x1 / L (14) Similarly, if the origin O 2 of the original coordinate system Σ 2 of one sensor element 26a is the center position of the sensor element 26a in the thickness direction. , In this coordinate system Σ 2 , the sensor element 26
a is to be used for detecting the translational force f z2 in the z2 axis direction and the moment m y2 about the y2 axis. However, in the present embodiment, the coordinate system Σ with the center position of the ball 28 as the origin O is used, and since no moment acts on the origin O, the translational forces in the x and z axis directions in the coordinate system Σ are f x. ,
If f z , the relationship of the following expression (15) is established from the above expression (6). f z = f z2 , f x = my2 / L (15)

【0058】式(14)、(15)から、力覚センサ2
6はx,y,z軸方向の3方向の並進力の検出が可能な
3分力センサを構成することが分かる。このように、本
実施の形態では、3方向の並進力のみの検出が必要な場
合、上記第1の実施の形態より一層単純な構造で力覚セ
ンサを構成することができる。
From the expressions (14) and (15), the force sensor 2
It can be seen that 6 constitutes a three-component force sensor capable of detecting translational forces in the three directions of the x, y, and z axes. As described above, in the present embodiment, when it is necessary to detect only the translational forces in three directions, the force sensor can be configured with a simpler structure than the first embodiment.

【0059】図17に本発明の第3の実施の形態を示
す。この実施の形態の力覚センサ31は、x軸方向に貫
通する2つのスリット31bを有する平行平板型のセン
サ要素31aを1つのみ用いたもので、センサ要素31
aの長手方向両端部における上面側は、上記と同様の第
1接続部27及びボール28を用いて、図示しない一方
の剛体に接続されている。また、センサ要素31aの長
手方向中間部における下面側は第2接続部32を介し
て、図示しない他方の剛体に接続されている。
FIG. 17 shows a third embodiment of the present invention. The force sensor 31 of this embodiment uses only one parallel plate type sensor element 31a having two slits 31b penetrating in the x-axis direction.
The upper surface side at both ends in the longitudinal direction of a is connected to one rigid body (not shown) using the same first connecting portion 27 and ball 28 as described above. Further, the lower surface side of the sensor element 31a in the longitudinal middle portion is connected to the other rigid body (not shown) through the second connecting portion 32.

【0060】この場合も、座標系Σの原点Oはボール2
8の中心位置とされており、センサ要素31aの厚み方
向中間位置である本来の原点O1 からずれていて、か
つ、原点Oに対してモーメントが作用しないため、力覚
センサ31は、y軸及びz軸方向の並進力を検出する2
分力センサとなる。すなわち、座標系Σにおけるy軸方
向及びz軸方向の並進力を各々fy 、fz 、各原点
1 、O間の距離をLとすると、前述の式(6)から次
の式(16)が成立する。 fz =fz1、fy =−mx1/L ……(16)
Also in this case, the origin O of the coordinate system Σ is the ball 2
8 is the center position of the sensor element 31a, is deviated from the original origin O 1 which is the intermediate position in the thickness direction of the sensor element 31a, and no moment acts on the origin O. And detecting the translational force in the z-axis direction 2
It becomes a force sensor. That is, assuming that the translational forces in the y-axis direction and the z-axis direction in the coordinate system Σ are f y and f z , respectively, and the distance between the origins O 1 and O is L, the following equation (16) is obtained from the above equation (6). ) Is established. f z = f z1 , f y = −m x1 / L (16)

【0061】[0061]

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項1の力覚
センサは、第1十字形センサにおける他方のセンサ要
素、一方のセンサ要素及び第2十字形センサにおける一
方のセンサ要素、他方のセンサ要素を全て直列に接続し
たので、力の検出にひずみゲージを用いた場合、6分力
力覚センサに加わる力と対応する等価ひずみ出力が理想
的な線形関係になり、各成分を完全に独立して取り出せ
る利点がある。また、各センサ要素の設計は、力やモー
メントの成分ごとに行えばよいので、定格に合わせた設
計が行いやすくなる。さらに、従来の、いわゆる立体十
字形センサと比べて構造が単純になるので、小型化しや
すい利点もある。
As described above, according to the force sensor of claim 1 of the present invention, the other sensor element in the first cross sensor, the one sensor element, and the one sensor element in the second cross sensor, the other Since all the sensor elements of are connected in series, when a strain gauge is used to detect the force, the force applied to the 6-minute force sensor and the equivalent strain output corresponding to it have an ideal linear relationship, and each component is completely Has the advantage that it can be taken out independently. Moreover, since the design of each sensor element may be performed for each component of force and moment, it is easy to design according to the rating. Further, since the structure is simpler than that of the conventional so-called three-dimensional cross sensor, there is an advantage that the size can be easily reduced.

【0062】請求項2の力覚センサは、第1及び第2十
字形センサの各センサ要素をスリットを有する平行平板
型のセンサ要素としたので、各センサ要素を簡単、安価
に構成できる利点がある。
According to the force sensor of the second aspect, since each sensor element of the first and second cross-shaped sensors is a parallel plate type sensor element having a slit, there is an advantage that each sensor element can be configured easily and inexpensively. is there.

【0063】請求項3の力覚センサは、第1及び第2十
字形センサ並びに連結部を一体に構成したので、部品点
数を削減できるとともに、小型化を図る上で有利にな
る。
In the force sensor of the third aspect, the first and second cross-shaped sensors and the connecting portion are integrally formed, so that the number of parts can be reduced and the size can be reduced.

【0064】請求項4の力覚センサは、座標系の原点位
置を本来の原点位置から平行移動させるとともに、この
原点位置にモーメントが作用しないようにしたので、1
つの十字形センサを用いた簡単な構成で3方向の並進力
を検出できるようになる。
According to the force sensor of the fourth aspect, the origin position of the coordinate system is moved in parallel from the original origin position, and the moment is prevented from acting on the origin position.
It becomes possible to detect translational forces in three directions with a simple configuration using two cross-shaped sensors.

【0065】請求項5の力覚センサは、1つの平行平板
型センサを用いた単純な構成で、上記3分力力覚センサ
を構成できる利点がある。
The force sensor of claim 5 has an advantage that the three-minute force sensor can be constructed with a simple configuration using one parallel plate type sensor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態における6分力力覚センサ
を示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a 6-component force sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】上記6分力力覚センサにおける各センサ要素の
接続関係を模式的に示すとともに各センサ要素へのひず
みゲージの取付例を示す説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the connection relationship of each sensor element in the 6-component force sensor and showing an example of attaching a strain gauge to each sensor element.

【図3】上記6分力力覚センサにおける第1十字形セン
サの上面図。
FIG. 3 is a top view of a first cross-shaped sensor in the 6-component force sensor.

【図4】上記6分力力覚センサにおける第1十字形セン
サの下面図。
FIG. 4 is a bottom view of a first cross-shaped sensor in the 6-component force sensor.

【図5】上記6分力力覚センサにおけるひずみゲージと
ホイートストンブリッジ回路との接続関係を例示する説
明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a connection relationship between a strain gauge and a Wheatstone bridge circuit in the 6-component force sensor.

【図6】上記実施の形態におけるセンサ要素の変形例を
示す説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a modification of the sensor element according to the above embodiment.

【図7】本発明の実施例におけるロボットハンドを示す
説明図。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a robot hand according to an embodiment of the present invention.

【図8】上記ロボットハンドに取り付けられる6分力力
覚センサを示す斜視図。
FIG. 8 is a perspective view showing a 6-component force sensor attached to the robot hand.

【図9】図8の6分力力覚センサを示す正面図。9 is a front view showing the 6-component force sensor of FIG. 8. FIG.

【図10】図8の6分力力覚センサを示す部分断面側面
図。
FIG. 10 is a partial cross-sectional side view showing the 6-component force sensor of FIG.

【図11】図9のXI−XI線に沿う断面図。11 is a cross-sectional view taken along the line XI-XI of FIG.

【図12】図9のXII 方向矢視図。FIG. 12 is a view on arrow XII in FIG.

【図13】図12のXIII−XIII線に沿う断面図。13 is a sectional view taken along line XIII-XIII in FIG.

【図14】図12のXIV −XIV 線に沿う断面図。14 is a sectional view taken along line XIV-XIV in FIG.

【図15】本発明の第2の実施の形態における3分力力
覚センサを示す斜視図。
FIG. 15 is a perspective view showing a three-component force sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図16】図15の力覚センサにおける各部の接続関係
を模式的に示す説明図。
16 is an explanatory diagram schematically showing the connection relationship of each part in the force sensor of FIG.

【図17】本発明の第3の実施の形態における2分力力
覚センサを示す斜視図。
FIG. 17 is a perspective view showing a two-component force sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図18】平行平板型センサで2方向の並進力を検出す
る原理を説明する説明図。
FIG. 18 is an explanatory diagram illustrating the principle of detecting a translational force in two directions with a parallel plate sensor.

【図19】平行平板型センサと該センサにおける並進力
及びモーメントによる各ひずみと位置との関係を示す説
明図。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing a relationship between a parallel plate type sensor and each strain and position due to a translational force and a moment in the sensor.

【図20】図19のセンサの各種位置にひずみゲージを
取り付けた場合のひずみゲージとホイートストンブリッ
ジ回路との接続関係を示す説明図。
20 is an explanatory diagram showing a connection relationship between the strain gauge and the Wheatstone bridge circuit when the strain gauge is attached to various positions of the sensor of FIG.

【図21】従来の立体十字形6分力センサを示す斜視
図。
FIG. 21 is a perspective view showing a conventional three-dimensional cruciform six-component force sensor.

【図22】従来の他の6分力センサを示す正面図。FIG. 22 is a front view showing another conventional 6-component force sensor.

【図23】図22のセンサにおける第1十字形センサを
示す平面図。
23 is a plan view showing a first cross-shaped sensor in the sensor of FIG. 22. FIG.

【図24】図22のセンサにおける第2十字形センサを
示す平面図。
24 is a plan view showing a second cross-shaped sensor in the sensor of FIG. 22. FIG.

【図25】図22の6分力センサにおける各センサ要素
の接続関係を示す説明図。
FIG. 25 is an explanatory diagram showing a connection relationship of each sensor element in the 6-component force sensor of FIG. 22.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 6分力力覚センサ 13 第1十字形センサ 13a 一方のセンサ要素 13b 他方のセンサ要素 13d、13e スリット 14 第2十字形センサ 14a 一方のセンサ要素 14b 他方のセンサ要素 14d、14e スリット 15 連結部 16 第1接続部 17 第2接続部 22 6分力力覚センサ 26 3分力力覚センサ 12 6-minute force sensor 13 First cross sensor 13a One sensor element 13b The other sensor element 13d, 13e slit 14 Second cross sensor 14a One sensor element 14b the other sensor element 14d, 14e slit 15 Connection 16 First connection 17 Second connection part 22 6-minute force sensor 26 3 minute force sensor

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 測定対象物である2つの剛体の間に配置
され、これら剛体間に作用するx,y,z軸方向の力と
x,y,z軸回りのモーメントとを検出する6分力力覚
センサであって、 互いに直交する第1軸及び第2軸方向に各々延びる一方
及び他方のセンサ要素を各長手方向中間部で十字状に交
差させて一体化してなる第1十字形センサと、 上記第1軸及び第2軸方向に各々延びる一方及び他方の
センサ要素を各長手方向中間部で十字状に交差させて一
体化してなるとともに、上記第1十字形センサとの間に
上記第1軸及び第2軸の双方と直交する第3軸方向の間
隔を隔てて平行に配置された第2十字形センサと、 第1及び第2十字形センサにおける一方のセンサ要素の
長手方向両端部同士を各々連結する1対の連結部と、 第1十字形センサにおける他方のセンサ要素の長手方向
両端部と上記一方の剛体とを接続する第1接続部と、 第2十字形センサにおける他方のセンサ要素の長手方向
両端部と上記他方の剛体とを接続する第2接続部とを備
え、 第1、第2十字形センサのいずれか一方は上記第3軸方
向の並進力と第1軸、第2軸回りの各モーメントの検出
に用いられ、第1、第2十字形センサの他方は第1、第
2軸方向の各並進力と第3軸回りのモーメントの検出に
用いられることを特徴とする力覚センサ。
1. A 6-minute unit which is arranged between two rigid bodies which are objects to be measured and which detects forces acting in the x, y and z axis directions and moments around the x, y and z axes acting between these rigid bodies. A force sensor, which is a first cross sensor in which first and second sensor elements extending in directions of first and second axes that are orthogonal to each other are integrated by intersecting each other in a cross shape at an intermediate portion in each longitudinal direction. And one and the other of the sensor elements extending in the first axis direction and the second axis direction, respectively, are made to intersect with each other in the shape of a cross at each longitudinal intermediate portion, and are integrated with each other. A second cross-shaped sensor arranged in parallel with a third axial direction orthogonal to both the first axis and the second axis, and both longitudinal ends of one of the sensor elements of the first and second cross-shaped sensors. A pair of connecting parts for connecting the parts, and a first cross-shaped section A first connecting portion that connects both ends of the other sensor element in the longitudinal direction to the one rigid body, and connects both ends of the other sensor element in the second cross sensor in the longitudinal direction to the other rigid body. A second connecting portion, and one of the first and second cross-shaped sensors is used for detecting the translational force in the third axis direction and each moment about the first axis and the second axis. The other of the second cross-shaped sensors is a force sensor which is used to detect each translational force in the first and second axis directions and a moment about the third axis.
【請求項2】 上記第1又は第2十字形センサにおける
一方及び他方のセンサ要素は大略直方体状のセンサ素材
にスリットが形成された平行平板型のセンサ要素であ
り、上記第1、第2十字形センサのいずれか一方におけ
る上記一方のセンサ要素には第2軸方向に貫通するスリ
ットが形成されるとともに上記他方のセンサ要素には第
1軸方向に貫通するスリットが形成され、かつ第1、第
2十字形センサの他方における上記一方及び他方のセン
サ要素には各々第3軸方向に貫通するスリットが形成さ
れていることを特徴とする請求項1記載の力覚センサ。
2. One or the other sensor element in the first or second cross sensor is a parallel plate type sensor element in which slits are formed in an approximately rectangular parallelepiped sensor material, and the first and second tenth sensor elements are provided. A slit penetrating in the second axial direction is formed in the one sensor element of any one of the character-shaped sensors, and a slit penetrating in the first axial direction is formed in the other sensor element, and the first, The force sensor according to claim 1, wherein slits penetrating in the third axis direction are formed in the one and the other sensor elements of the other of the second cross-shaped sensors.
【請求項3】 上記第1及び第2十字形センサ並びに上
記連結部は同一素材により一体に形成されていることを
特徴とする請求項1または2記載の力覚センサ。
3. The force sensor according to claim 1, wherein the first and second cross-shaped sensors and the connecting portion are integrally formed of the same material.
【請求項4】 測定対象物である2つの剛体の間に配置
され、これら剛体間に作用するx,y,z軸方向の力を
検出する3分力力覚センサであって、 互いに直交する第1軸及び第2軸方向に各々延びる一方
及び他方のセンサ要素を各長手方向中間部で十字状に交
差させて一体化してなる十字形センサと、 上記十字形センサにおける他方のセンサ要素の長手方向
両端部と上記一方の剛体とを点接触により接続する第1
接続部と、 上記十字形センサにおける一方のセンサ要素の長手方向
両端部と上記他方の剛体とを接続する第2接続部とを備
え、 上記第1軸、第2軸及び該第1軸と第2軸の双方と直交
する第3軸からなる座標系の原点が上記第1接続部にお
ける上記一方の剛体との点接触による接続点と一致する
ように定められていることを特徴とする力覚センサ。
4. A three-component force sensor that is arranged between two rigid bodies that are objects to be measured and that detects forces acting in the x, y, and z-axis directions between these rigid bodies, which are orthogonal to each other. A cross-shaped sensor in which one and the other sensor elements extending in the first axis direction and the second axis direction, respectively, are integrated by intersecting each other in a cross shape at each longitudinal intermediate portion, and the length of the other sensor element in the cross-shaped sensor. First connecting point end contact between both ends in the direction and the one rigid body
A connecting part and a second connecting part for connecting both ends in the longitudinal direction of one sensor element of the cross sensor and the other rigid body, the first shaft , the second shaft, and the first shaft and the first shaft. Orthogonal to both two axes
The force sensor is characterized in that the origin of the coordinate system consisting of the third axis is set so as to coincide with the connection point of the first connection portion by point contact with the one rigid body.
【請求項5】 上記十字形センサにおける一方及び他方
のセンサ要素は大略直方体状のセンサ素材にスリットが
形成された平行平板型のセンサ要素であり、上記一方の
センサ要素には第2軸方向に貫通するスリットが形成さ
れるとともに上記他方のセンサ要素には第1軸方向に貫
通するスリットが形成されていることを特徴とする請求
項4記載の力覚センサ。
5. The one and the other sensor elements in the cross-shaped sensor are parallel plate type sensor elements in which slits are formed in an approximately rectangular parallelepiped sensor material, and the one sensor element is arranged in the second axis direction. The force sensor according to claim 4, wherein a slit penetrating therethrough is formed and a slit penetrating in the first axial direction is formed in the other sensor element.
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JP4909583B2 (en) * 2005-12-16 2012-04-04 株式会社昭和測器 Multi-axis load cell
JP6413652B2 (en) * 2013-11-05 2018-10-31 日本精工株式会社 Force sensor
TWI485376B (en) * 2014-03-11 2015-05-21 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Multidimensional force/torque sensor
JP2017058337A (en) * 2015-09-18 2017-03-23 株式会社東芝 Inner force sensor
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