Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JPH0585853B2 - - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JPH0585853B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0585853B2
JPH0585853B2 JP60179826A JP17982685A JPH0585853B2 JP H0585853 B2 JPH0585853 B2 JP H0585853B2 JP 60179826 A JP60179826 A JP 60179826A JP 17982685 A JP17982685 A JP 17982685A JP H0585853 B2 JPH0585853 B2 JP H0585853B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
force
detection device
torque detection
strain
hand
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP60179826A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6263827A (en
Inventor
Hajime Kuwabara
Yutaka Ono
Mitsuhiro Nikaido
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP60179826A priority Critical patent/JPS6263827A/en
Publication of JPS6263827A publication Critical patent/JPS6263827A/en
Publication of JPH0585853B2 publication Critical patent/JPH0585853B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔産業上の利用分野〕 本発明は、組立用ロボツトなどにおいて、手首
にかかる力やトルク(6軸力)の大きさを検出す
る力・トルク検出装置に関するものである。 〔従来の技術〕 一般に、ロボツトを使用して組立作業などを行
なわせる場合、部品の位置にずれなどがあると、
部品に無理な力が加わり、これを破損してしまう
ことがある。従来、これを防止するために、組み
立ての際に部品に加わる力やモーメントを検出し
て、ロボツトの位置や姿勢を調節する方法がとら
れている。このような場合、X,Y,Zの3直交
軸方向の力x,y,zと、各軸まわりのモーメ
ントMx,My,Mzを測定する必要がある。 例えば、第6図に示す如く、ロボツトのハンド
部1により部品2を掴み、穴3に挿入する場合を
考えてみると、第6図aの如く、挿入が正常に行
なわれた場合には、ハンド部1および部品2には
余分な力が加わらず、部品2を破損してしまうこ
とはない。しかしながら、第6図bの如く、ハン
ド部1による部品2の把握状態(姿勢)の変化
や、位置決めのずれなどが生じると、ハンド部1
および部品2に無理な力が加わり、部品2を破損
してしまうことがある。したがつて、部品2の挿
入の際には、ハンド部1に働く力やモーメントを
検出して、部品2の挿入が滑らかに行なわれるよ
うに、ハンド部1の位置や姿勢を制御する必要が
ある。 第7図は従来の力・トルク検出装置の一例を示
す構成図である。図に示す装置は、アーム側およ
びハンド側にそれぞれ連結される連結部材4,5
の間を、複数のビーム(はり)6〜13によつて結
合するとともに、各ビーム6〜13に歪みゲージ14
〜21を取り付け、上記6軸方向の力を検出するよ
うにしたものである。すなわち、連結部材4,5
の間に力が加えられると、その力の方向に応じて
各ビーム6〜13に歪みを生じ、歪みゲージ14〜21
を介して各軸方向の力成分が測定される。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記のような構成を有する力・
トルク検出装置においては、ビーム6〜13の歪み
を利用して力の大きさを測定しているために、ビ
ーム6〜13の径を小さくしなければならず、衝撃
力に弱いという欠点を有している。すなわち、ロ
ボツトにおいては、誤操作によるハンド部の衝突
は避けることができず、ハンド部を周囲の機械等
にぶつけてしまうと、かなりの確率でビーム6〜
13を破損してしまうか、永久ひずみが残つて、ゼ
ロ出力が変化してしまう。 これは、検出感度を上げるために、ビーム6〜
13の歪み量を大きくとつているためである。一般
的に、永久ひずみを残さないための最大ひずみ量
は1000μストレイン程度であるので、これに衝撃
力のマージンを10倍みて、ビーム6〜13を100μ
ストレイン以内で使用したとすると、レンジの1
%を読むためには、1μストレインの歪みを検出
しなければならない。1μストレインの歪みによ
り歪みゲージ14〜21に発生する電圧は、印加電圧
を5〔V〕、ゲージフアクタを2とした場合でも、
10〔μv〕という微小な電圧であり、検出の限界で
ある。このため、耐衝撃性を犠牲にして、ビーム
6〜13の歪み量を1000μストレインに設定し、0.1
%の実用的な分解能を得ることが一般的であり、
衝突によつて10000μストレイン程度の力が加わ
ると、ビーム6〜13の破損や永久ひずみを生じて
しまう。また、ビーム6〜13の歪みを大きくとる
ことは、ビーム6〜13の剛性を下げることであ
り、高精度の位置決めを行なうロボツトにとつて
は好ましいことではない。 本発明は、上記のような従来装置の欠点をなく
し、小さな歪み量で力の検出を行なうことができ
るとともに、剛性の高い力・トルク検出装置を簡
単な構成により実現することを目的としたもので
ある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の力・トルク検出装置は、アーム側およ
びハンド側にそれぞれ連結される2つの連結部材
を、互に並行な六角形の対向面を有するように形
成するとともに、これらの対向面を底面として想
定される六角筒における各長方形側面部の対角線
上に、それぞれ方向を変えて6つの振動形力検出
器を配置するようにしたものである。 〔作用〕 このように構成された力・トルク検出装置にお
いては、6軸方向の力を振動形力検出器の配置さ
れた軸方向の力成分に変換することができ、ハン
ド部に働く力を高精度に検出することができる。
また、振動形力検出器は極めて小さな歪み量で力
の検出を行なうことができるので、剛性の高い
力・トルク検出装置を実現することができる。 〔実施例〕 第1図は本発明の力・トルク検出装置の一実施
例を示す構成図である。図において、22,24
は互に並行な六角形の対向面23,25を有する
とともにアーム側およびハンド側にそれぞれ連結
される2つの連結部材、26〜31はこれらの対
向面23,25を底面として想定される六角筒に
おける各長方形側面部の対角線上に、それぞれ方
向を変えて配置された6つの振動形力検出器であ
る。第2図は振動形力検出器26〜31の配置状
態の概要を示す展開図である。 振動形力検出器26〜31を上記のように配置
した力・トルク検出装置においては、ハンド側の
連結部材24に力が働くと、この力は各振動形力
検出器26〜31における軸方向の力成分に分け
られ、各振動形力検出器26〜31によつて検出
される。例えば、連結部材24のZ方向にzなる
軸力が作用したとすると、この軸力zは6つの振
動形力検出器26〜31の軸力1〜6と釣り合
い、この関係を式で示せば、次式のように表わさ
れる。 Fz=K31・1+K32・2+K33・3+K34・4 +K35・5+K36・6 ここで、K31〜K36は係数であり、力・トルク
検出装置の形状に応じて一義的に決まるものであ
る。また、、x,y,Mx,My,Mzについても
同様の式が成り立ち、これらの関係をマトリクス
で示せば、次式のように表わされる。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a force/torque detection device for detecting the magnitude of force or torque (six-axis force) applied to the wrist in an assembly robot or the like. [Prior art] Generally, when using robots to perform assembly work, etc., if there is a misalignment of parts,
Unreasonable force may be applied to the parts, causing them to break. Conventionally, in order to prevent this, a method has been used to detect the force or moment applied to parts during assembly and adjust the position and attitude of the robot. In such a case, it is necessary to measure the forces x, y, z in the directions of the three orthogonal axes X, Y, Z, and the moments Mx, My, Mz around each axis. For example, as shown in FIG. 6, if we consider the case where a robot's hand 1 grasps a component 2 and inserts it into a hole 3, if the insertion is performed normally as shown in FIG. 6a, No extra force is applied to the hand portion 1 and the component 2, and the component 2 will not be damaged. However, as shown in FIG. 6b, if the grasping state (posture) of the component 2 by the hand section 1 changes or the positioning shifts, the hand section 1
Also, excessive force may be applied to the part 2, resulting in damage to the part 2. Therefore, when inserting the part 2, it is necessary to detect the force and moment acting on the hand part 1 and control the position and posture of the hand part 1 so that the part 2 can be inserted smoothly. be. FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of a conventional force/torque detection device. The device shown in the figure has connecting members 4 and 5 connected to the arm side and the hand side, respectively.
are connected by a plurality of beams 6 to 13, and strain gauges 14 are attached to each beam 6 to 13.
21 is attached to detect the force in the six axial directions. That is, the connecting members 4, 5
When a force is applied between the
The force components in each axial direction are measured via. [Problems to be solved by the invention] However, the power and
In the torque detection device, since the magnitude of force is measured using the distortion of beams 6 to 13, the diameters of beams 6 to 13 must be made small, which has the disadvantage of being weak against impact force. are doing. In other words, in robots, collisions of the hand due to incorrect operation cannot be avoided, and if the hand collides with surrounding machinery, there is a high probability that beam 6~
13 will be damaged or permanent distortion will remain, resulting in a change in zero output. This is done in beam 6 to increase detection sensitivity.
This is because the amount of distortion of 13 is increased. Generally, the maximum amount of strain to avoid leaving permanent strain is about 1000μ strain, so considering the margin of impact force by 10 times this, beams 6 to 13 are strained to 100μ.
If used within the strain, 1 of the microwave
To read the %, a distortion of 1μ strain must be detected. Even when the applied voltage is 5 [V] and the gauge factor is 2, the voltage generated in strain gauges 14 to 21 due to the strain of 1μ strain is as follows:
The voltage is as small as 10 [μv], which is the limit of detection. Therefore, at the expense of impact resistance, the strain amount of beams 6 to 13 is set to 1000μ strain, and 0.1
It is common to obtain a practical resolution of %,
If a force of about 10,000 μ strain is applied due to a collision, the beams 6 to 13 will be damaged or permanently deformed. Furthermore, increasing the distortion of the beams 6 to 13 reduces the rigidity of the beams 6 to 13, which is not preferable for robots that perform highly accurate positioning. The present invention aims to eliminate the drawbacks of the conventional devices as described above, to detect force with a small amount of distortion, and to realize a highly rigid force/torque detection device with a simple configuration. It is. [Means for Solving the Problems] The force/torque detection device of the present invention has two connecting members connected to the arm side and the hand side, respectively, formed so as to have parallel hexagonal opposing surfaces. At the same time, six vibrating force detectors are arranged in different directions on the diagonals of each rectangular side surface of a hexagonal cylinder whose bottom surface is assumed to be these opposing surfaces. [Operation] The force/torque detection device configured as described above can convert forces in the six axial directions into force components in the axial direction where the vibrating force detector is arranged, and the force acting on the hand section can be It can be detected with high precision.
Further, since the vibrating force detector can detect force with an extremely small amount of distortion, a highly rigid force/torque detection device can be realized. [Embodiment] FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the force/torque detection device of the present invention. In the figure, 22, 24
are two connecting members having parallel hexagonal opposing surfaces 23 and 25 and connected to the arm side and the hand side, respectively, and 26 to 31 are hexagonal cylinders that are assumed to have these opposing surfaces 23 and 25 as the bottom surface. Six vibrating force detectors are arranged diagonally on each rectangular side surface in different directions. FIG. 2 is a developed view showing an outline of the arrangement of the vibration force detectors 26 to 31. In the force/torque detection device in which the vibrating force detectors 26 to 31 are arranged as described above, when a force acts on the hand-side connecting member 24, this force is applied to each vibrating force detector 26 to 31 in the axial direction. The force is divided into force components and detected by each of the vibrating force detectors 26 to 31. For example, if an axial force z acts on the connecting member 24 in the Z direction, this axial force z is balanced with the axial forces 1 to 6 of the six vibrating force detectors 26 to 31, and this relationship can be expressed as , is expressed as the following equation. Fz=K31.1+K32.2+K33.3+K34.4 +K35.5+K36.6 Here, K31 to K36 are coefficients, which are uniquely determined according to the shape of the force/torque detection device. Further, a similar formula holds true for x, y, Mx, My, and Mz, and if these relationships are expressed in a matrix, they can be expressed as the following formula.

【表】 すなわち、K11〜K66は力・トルク検出装置の
幾何学的な形状により決まる定数であり、各振動
形力検出器26〜31の出力1〜6を上式に代入
して演算することにより、6軸方向の力x〜Mz
を求めることができる。 さらに、実際の作業状態においては、第3図に
示す如く、ハンド部Hの先端における力x′〜
Mz′を測定することが必要とされるが、これらの
力は力・トルク検出装置Sにより検出された力
x〜Mzから次のようにして求めることができ
る。 いま、x〜Mzとx′〜Mz′との関係を
[Table] In other words, K11 to K66 are constants determined by the geometrical shape of the force/torque detection device, and can be calculated by substituting outputs 1 to 6 of each vibrating force detector 26 to 31 into the above formula. Therefore, the force x ~ Mz in the six axial directions is
can be found. Furthermore, in actual working conditions, as shown in FIG.
It is necessary to measure Mz′, but these forces are the forces detected by the force/torque detection device S.
It can be obtained from x~Mz as follows. Now, let us consider the relationship between x~Mz and x′~Mz′.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明の力・トルク検出
装置では、アーム側およびハンド側にそれぞれ連
結される2つの連結部材を、互に並行な六角形の
対向面を有するように形成するとともに、これら
の対向面を底面として想定される六角筒における
各長方形側面図の対角線上に、それぞれ方向を変
えて6つの振動形力検出器を配置するようにして
いるので、6軸方向の力を振動形力検出器の配置
された軸方向の力成分に変換することができ、ハ
ンド部に働く力を振動形力検出器により高精度に
検出することができるので、小さな歪み量で力の
検出を行なうことができるとともに、剛性の高い
力・トルク検出装置を簡単な構成により実現する
ことができる。
As explained above, in the force/torque detection device of the present invention, the two connecting members connected to the arm side and the hand side, respectively, are formed to have parallel hexagonal opposing surfaces, and Six vibrating force detectors are arranged in different directions on the diagonal of each rectangular side view of a hexagonal cylinder whose bottom surface is assumed to be the opposite surface of the hexagonal tube. It can be converted into a force component in the axial direction where the force detector is placed, and the force acting on the hand can be detected with high precision by the vibrating force detector, so force can be detected with a small amount of distortion. In addition, a highly rigid force/torque detection device can be realized with a simple configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第5図は本発明の力・トルク検出装置
の一実施例を示す構成図、第6図および第7図は
従来の力・トルク検出装置の一例を示す構成図で
ある。 4,5,22,24……連結部材、6〜13…
…ビーム、14〜21……歪みゲージ、26〜3
1……振動形力検出器、32……弦、33……シ
エル、34……絶縁材、35……磁石、36取付
け部、37……共振部、38,39……圧電素
子。
1 to 5 are block diagrams showing one embodiment of the force/torque detection device of the present invention, and FIGS. 6 and 7 are block diagrams showing an example of the conventional force/torque detection device. 4, 5, 22, 24... connection member, 6-13...
...Beam, 14-21...Strain gauge, 26-3
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Vibrating force detector, 32... String, 33... Shell, 34... Insulating material, 35... Magnet, 36 Mounting part, 37... Resonating part, 38, 39... Piezoelectric element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 互に並行な六角形の対向面を有するとともに
アーム側およびハンド側にそれぞれ連結された2
つの連結部材と、これらの対向面を底面として想
定される六角筒における各長方形側面部の対角線
上にそれぞれ方向を変えて配置された6つの振動
形力検出器とを具備してなる力・トルク検出装
置。
1 having parallel hexagonal opposing surfaces and connected to the arm side and the hand side, respectively.
and six vibrating force detectors arranged in different directions on the diagonal of each rectangular side of a hexagonal tube whose opposing surfaces are assumed to be the bottom surface. Detection device.
JP60179826A 1985-08-15 1985-08-15 Force/torque detecting device Granted JPS6263827A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60179826A JPS6263827A (en) 1985-08-15 1985-08-15 Force/torque detecting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60179826A JPS6263827A (en) 1985-08-15 1985-08-15 Force/torque detecting device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6263827A JPS6263827A (en) 1987-03-20
JPH0585853B2 true JPH0585853B2 (en) 1993-12-09

Family

ID=16072566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60179826A Granted JPS6263827A (en) 1985-08-15 1985-08-15 Force/torque detecting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6263827A (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2623284B1 (en) * 1987-11-13 1990-08-10 Logabex SENSOR OF SPATIAL EFFORTS
JP2007315878A (en) * 2006-05-25 2007-12-06 Mitsubishi Electric Corp Multi-axis force sensor
FR2948454B1 (en) * 2009-07-21 2011-09-23 Lisi Automotive Former MEASUREMENT ARRANGEMENT FOR ESTABLISHING TORQUE AND AXIAL TENSION OF A NUT SCREW CONNECTION
CN104062108B (en) * 2014-06-04 2016-06-15 浙江工业大学 Multi-functional Mechanics Performance Testing testing machine

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6263827A (en) 1987-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102183179B1 (en) Multi-axis force-torque sensor using straingauges
US4488441A (en) Apparatus for simultaneous measurement of mutually perpendicular forces and moments
JP6476730B2 (en) Force detection device and robot
US7441470B2 (en) Strain gauge type sensor and strain gauge type sensor unit using the same
US4577513A (en) Strain sensing arrangement
US20120180575A1 (en) Capacitance-type force sensor
JPS6179129A (en) Six-axial force sensor
US10578500B2 (en) Force detecting device and robot
JPH06221943A (en) Device for measuring forces and moments of multiple components
KR20140067650A (en) Torque sensor
Jin et al. A six-component silicon micro force sensor
JP2767766B2 (en) 6-axis force sensor
Kim et al. High stiffness capacitive type torque sensor with flexure structure for cooperative industrial robots
CN116324361A (en) Torque Sensor Elements and Torque Sensors
JPH0585853B2 (en)
US20230273085A1 (en) Multi-axis force sensing device and calibration method thereof
US20050120809A1 (en) Robotic force sensing device
KR101280899B1 (en) 1-axis torque sensor for robot joint
JP2024112411A (en) Force Sensor
JPH01119731A (en) Multi-axis force sensor
CN224175991U (en) Multidimensional force sensor
KR20140083158A (en) Apparatus for 1-axis torque sensor and robot joint including the same
JPH0582535B2 (en)
JP7537731B2 (en) Force Transducer
CN114778044B (en) Three-dimensional force sensor and robotic arm