(57)【要約】【課題】短時間で容易に製作でき、安価な高精度の多軸力覚センサおよびその製造方法を提供する。【解決手段】固定部と受力部と同軸の配置面内に配置された複数の弾性ロッドを持ち、固定部と受力部の間でこれらを多軸方向に相対変位させるロッド構造体と、この相対変位を計測する光学変位センサとを備えた多軸力覚センサにおいて、弾性ロッドの配置面が、筒面あるいは平面であり、ロッド構造体が、配置面に沿った面部分を持つ打ち抜き加工可能な筒体あるいは平板素材から、打ち抜き加工によって一体のまま成型されたものである。【効果】精度が高く、短時間で容易に製作できる低価格になる。【選択図】図２
2010210558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、荷重を受ける受力部と、上記固定部および上記受力部を通る軸心と同軸の配置面に沿って配置されて荷重によって弾性変形する複数の弾性ロッドを持ち、上記固定部および上記受力部間に連結されて上記受力部を上記固定部に対して多軸方向に変位させ得るロッド構造体と、上記受力部および上記固定部間の変位を計測する光学変位センサとを備えた多軸力覚センサにおいて、
上記弾性ロッドの上記配置面が、筒面あるいは平面であり、
上記ロッド構造体が、上記配置面に沿った面部分を持つ打ち抜き加工可能な素材から、打ち抜き加工によって一体のまま成型されたものであることを特徴とする多軸力覚センサ。
【請求項２】
上記ロッド構造体が、上記固定部に連結される第１フランジと、この第１フランジに対して同軸に配置され、上記受力部に連結される第２フランジとを備え、上記弾性ロッドが上記第１および第２フランジ間に連結されていて、上記第１フランジ、上記第２フランジおよび上記弾性ロッドが一体に連続した一部品であることを特徴とする請求項１に記載の多軸力覚センサ。
【請求項３】
上記第１および第２フランジが、互いに軸方向に離間したものであることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の多軸力覚センサ。
【請求項４】
上記弾性ロッドの上記配置面が、円筒面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の多軸力覚センサ。
【請求項５】
上記弾性ロッドの上記配置面が、正多角柱の平面部分であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の多軸力覚センサ。
【請求項６】
上記弾性ロッドの上記配置面が、平面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の多軸力覚センサ。
【請求項７】
上記ロッド構造体が、上記固定部に連結される平板である第１フランジと、この第１フランジを囲んで第１フランジの法線軸と同軸に配置され、上記受力部に連結される環状体である第２フランジとを備え、上記弾性ロッドが上記第１および第２フランジ間に径方向に連結されていて、上記第１フランジ、上記第２フランジおよび上記弾性ロッドが一体に連続した一部品であることを特徴とする請求項６に記載の多軸力覚センサ。
【請求項８】
上記ロッド構造体が、上記第１および第２フランジ間に変位ストッパを備えていることを特徴とする請求項２あるいは７に記載の多軸力覚センサ。
【請求項９】
上記変位ストッパが、上記第１および第２フランジから延びて互いに所定の遊び間隙をもって嵌合し合う係合部を備えていることを特徴とする請求項８に記載の多軸力覚センサ。
【請求項１０】
上記変位ストッパが、上記弾性ロッドと同一面内に設けられていることを特徴とする請求項２〜８および９のいずれか一項に記載の多軸力覚センサ。
【請求項１１】
固定部と、荷重を受ける受力部と、上記固定部および上記受力部を通る軸心と同軸の配置面に沿って配置されて荷重によって弾性変形する複数の弾性ロッドを持ち、上記固定部および上記受力部間に連結されて上記受力部を上記固定部に対して多軸方向に変位させ得るロッド構造体と、上記受力部および上記固定部間の変位を計測する光学変位センサとを備えた多軸力覚センサであって、
上記弾性ロッドの上記配置面が、筒面あるいは平面であり、
上記ロッド構造体が、上記配置面に沿った面部分を持つ打ち抜き加工可能な素材から、打ち抜き加工によって一体のまま成型されたものである多軸力覚センサを製造するために、
上記配置面に沿った面部分を持つ打ち抜き加工可能な素材を用意する工程と、
上記素材の上記配置面に対する打ち抜き加工により、第１フランジと、この第１フランジに対して同軸に配置された第２フランジと、上記第１フランジおよび上記第２フランジ間に連結された上記複数の弾性ロッドとを形成して、一体に連続した一部品である上記ロッド構造体を作製する工程と、
上記第１フランジと上記受力部とを連結し、上記第２フランジと上記固定部とを連結する工程と、
上記受力部および上記固定部間に変位を計測する光学変位センサを設ける工程とを備えたことを特徴とする多軸力覚センサの製造方法。
【請求項１２】
上記弾性ロッドの上記配置面が、円筒面、平多角形の平面部分あるいは平面であることを特徴とする請求項１１に記載の多軸力覚センサの製造方法。
【請求項１３】
上記ロッド構造体が、上記第１および第２フランジ間に変位ストッパを備え、上記変位ストッパが、上記弾性ロッドと同一面内に設けられていて、上記弾性ロッドの打ち抜き加工時に打ち抜き加工により上記第１フランジと第２フランジを結合した柱状部分が成型され、この部分に上記第１フランジと第２フランジを切り離すように、ラビリンス上の間隙を作成する加工を行うことで上記変位ストッパが形成されることを特徴とする請求項１１あるいは１２に記載の多軸力覚センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、物体に生じた歪を計測することにより、その物体に加えられた力およびトルクを測定する多軸力覚センサの構成とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
力覚センサは物体に加えられた力やトルクといった荷重を計測するためのセンサである。起歪体と呼ばれる力覚センサの構造体に対して荷重が加えられた際に、起歪体に生じた変形を歪ゲージ等のセンサで計測し、予め調べておいた既知の荷重と変形量との関係と対比することで、加えられた荷重を推定することを計測原理としている。３軸方向の力と３軸周りのトルクを計測可能な６軸力覚センサといった多軸力覚センサの場合、１軸方向の荷重のみを計測する力覚センサ、いわゆるロードセルと異なって同時に複数方向からの荷重を受けるため、推定する力の誤差が増大する傾向がある。これを防ぐため、特定の荷重に対して起歪体の特定の部位が主に変形するなど、誤差の生じにくい起歪体の構造やセンサの配置方法などがこれまで提案されてきている。
【０００３】
例えば特許文献１では、部材の厚みを減らして板バネ状にした部分を起歪体中に設けることによって、その部分で加えられた力やモーメントによるねじりやたわみなどを吸収し、歪ゲージが取り付けられたアーム部には軸力やモーメントに対して主に曲げの応力のみが生じるようしている。また、特定の方向の力に対しては、特定のアームに応力が発生するようにしている。これらの工夫によって、特定の方向の力に対して特定の歪センサのみに抵抗値の増減が起きるようになり、複数の軸力が同時に作用した際にもそれぞれの力が干渉を起こすことがなく、精度のよい測定を可能にしている。
【０００４】
また特許文献２および特許文献３では、歪ゲージで歪を計測するのではなく、４分割フォトダイオードによる変位センサを用いた力覚センサが述べられている。歪ゲージではなく４分割フォトダイオードを用いたことによって、手間のかかる歪ゲージ貼り付け作業が不要となっている。
【０００５】
さらに非特許文献１では、薄い平板を加工したものをリング状に丸めることで、スチュアートプラットフォーム構造と呼ばれる、力覚センサ構造体として好ましい特性が期待される起歪体を容易に構成する方法が述べられており、この構造に歪ゲージを取り付けることで小型の６軸力覚センサを構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５７−１６９６４３号公報（第２頁下段左欄４行〜第３頁上段左欄６行および図９）
【特許文献２】特許第２７６７４８０号（第３頁右欄４０行〜第３頁右欄３３行）
【特許文献３】特開２００７−３１５８７８号公報（第５頁パラグラフ１３〜１５）
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Modeling Analysis of a Six-axis Force/Tactile Sensor for Robot Fingers and a Method for Decreasing Error（羅明華、清水悦郎、章菲菲、伊藤雅則）電気学会論文集Ｅ分冊、１２５巻８号、２００５年、ＰＰ．３４３−３４９（第４頁〜第５頁、第３節）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、これまでに様々な力覚センサが提案されてきているが、精度の良い力覚センサを作ろうとすると多くの時間や手間、生産工程が必要で製作コストが増大したり、また逆に、簡易な生産方法では精度のよい力覚センサが作ることが難しいという問題があった。
【０００９】
たとえば特許文献１で述べられている力覚センサでは複雑な起歪体構造となっているが、このような構造を作成するためには様々な方向から機械加工を行う必要があり、起歪体の製作に多くの工程や時間を必要とすることになる。また、歪ゲージを小さな起歪体の各所に正確に貼り付けるためには熟練者の精密な作業を必要とするため、自動化が困難であり、製作には多くの時間や人手を要するものとなる。
【００１０】
これに対して、特許文献２で述べられている力覚センサでは、歪ゲージに変えて光学変位センサを用いることで、歪ゲージを用いる場合に比べて光学変位センサの取付が大幅に簡易化されており、製作に要する時間も少なくなると考えられる。しかしながら、起歪体は複雑で機械加工や放電加工で作られるため、製作には多くの時間を必要としている。特許文献３では比較的簡単な構造を用いているが、やはり製作には時間を要する。
【００１１】
非特許文献１で述べられている力覚センサでは歪ゲージを用いているものの、起歪体は金属板を加工したものを円筒形に成型して製作を行っている。平板に対して歪ゲージの貼り付けを行うことで小さな起歪体でも比較的容易に作業が行え、更に起歪体の製作も簡易になるという利点がある。しかし、平板を曲げて作成した円筒の接合部付近とそれ以外の部分で力の伝達特性が異なるという構造の特性が生じ、力覚センサとして良い精度が得られていない。また、歪ゲージを貼り付けた後に形状を変形させると、歪ゲージ付近に生じた塑性変形によって歪が不規則に分布する事になるため、計測に悪影響を及ぼすことが懸念される。
【００１２】
歪ゲージは貼り付けられた部分に生じた微小な変形を計測するセンサである。このため、もしもその部位に残留応力などが存在すると、荷重によって生じる歪みが不均一になってしまい、正確な測定を行うことが出来ない。このようなことがないよう、歪ゲージの貼り付けを行う部位は特に丁寧に加工が為されたり、加工後に焼き鈍して残留応力の除去を行ったりする。
【００１３】
このような理由から、起歪体の加工には主に切削などの機械加工が用いられる事になる。しかし、機械加工は一つ一つの加工に多くの時間を要するため、量産効果によるコストダウンも得にくい。
【００１４】
従ってこの発明の目的は、精度が高く、生産工程数が少なく、短時間で製作でき、生産コストが安価な多軸力覚センサおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明の多軸力覚センサは、固定部と、荷重を受ける受力部と、上記固定部および上記受力部を通る軸心と同軸の配置面に沿って配置されて荷重によって弾性変形する複数の弾性ロッドを持ち、上記固定部および上記受力部間に連結されて上記受力部を上記固定部に対して多軸方向に変位させ得るロッド構造体と、上記受力部および上記固定部間の変位を計測する光学変位センサとを備えた多軸力覚センサにおいて、上記弾性ロッドの上記配置面が、筒面あるいは平面であり、上記ロッド構造体が、上記配置面に沿った面部分を持つ打ち抜き加工可能な素材から、打ち抜き加工によって一体のまま成型されたものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の多軸力覚センサおよびその製造方法によれば、センサの精度が高くなり、少ない工程で安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の一実施の形態の多軸力覚センサを示す斜視図である。
【図２】図１の多軸力覚センサの受力部を除去して内部を示す斜視図である。
【図３】図１の多軸力覚センサの起歪体を示す分解斜視図である。
【図４】図１の多軸力覚センサのロッド構造体の平面図である。
【図５】図５のロッド構造体の側面図である。
【図６】図５のロッド構造体を筒状素材から打ち抜き加工する様子を示す図である。
【図７】図１の多軸力覚センサの光学変位センサを示す斜視図である。
【図８】図１の多軸力覚センサの概略断面図である。
【図９】この発明の別の実施の形態による多軸力覚センサの六角柱状のロッド構造体を示す斜視図である。
【図１０】この発明のさらに別の実施の形態による多軸力覚センサを示す分解概略斜視図である。
【図１１】この発明のさらに別の実施の形態による多軸力覚センサの変位ストッパを持つロッド構造体を示す斜視図である。
【図１２】図１１のロッド構造体の変位ストッパ周辺部の拡大側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下にこの発明にかかる多軸力覚センサおよびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
実施の形態１．
図１には多軸力覚センサ１の外観を斜視図で示し、図２には光学変位センサの配置を示すために受力部を除去した多軸力覚センサ１を斜視図で示してある。この発明の多軸力覚センサ１は、測定対象である力やトルクなどの荷重によって、変形を生ずるよう設計された起歪体２と呼ばれる多軸力覚センサ構造部に生じた変位を、多軸力覚センサ１に取り付けられた光学変位センサ１０で計測することで、加えられた荷重を推定するものである。
【００２０】
図３、図４および図５に示すように、起歪体２は、第１プレートである円板状の受力部３と第２プレートである円板状の固定部４との間に、シリンダとも呼ばれるロッド構造体５を結合して構成されている。ロッド構造体５は、環状の第１フランジ６と第２フランジ７との間を６本の弾性ロッド８によって結合した構成になっている。受力部３は第１フランジ６に、また固定部４は第２フランジ７に、ネジ止めや圧入等の手段によって結合されて一体化されており、荷重は受力部３で受け、固定部４は使用される際に機器等に固定される。
【００２１】
弾性ロッド８にはリング形状をした主に荷重によって変形を生ずる部分が設けられており、第１フランジ６と第２フランジ７と弾性ロッド８の連結部分の中心を結んだ弾性ロッド８の軸方向に対して、所定の剛性を持つように設計されている。弾性ロッド８の剛性は、受力部に加えられた荷重に対する、受力部の固定部に対する相対変位、つまり受力部の剛性が、設計者が意図した値となるように計算や解析によって決定されている。６本の弾性ロッド８は、２本ずつが同じ角度だけ向かい合うよう傾けて配置されており、３組の弾性ロッド８はロッド構造体５の円周上の配置面Ｐ（図１参照）に沿って均等に配置されている。このようなロッド構成を取るとスチュアートプラットフォームと呼ばれる構造に近い構造にする事ができる。加重によって生じる受力部３と固定部４との間の相対変位が、起歪体２の大きさに対して微小で、弾性ロッド８の軸方向の荷重に対して、弾性ロッド８の第１および第２フランジ６および７への連結部分で生じるモーメントが無視できるほど小さいと仮定すると、起歪体２の受力部に加えられた軸力およびモーメントの６軸の荷重は、６本の弾性ロッド８の軸方向の圧縮引っ張り力へすべて変換される。このため、弾性ロッド８には単軸のみの荷重が作用するために非線形的な変形が生じにくくなり、後述する校正作業で作成する剛性行列を用いて、高い精度で荷重を推定することが可能となる。
【００２２】
このように、多軸力覚センサ１は、使用時に機器に固定される円板状の固定部４と、固定部４に対して共通の軸心ＣＬを持つように平行に同軸配置され、荷重を受ける円板状の受力部３と、受力部３および固定部４を通る軸心ＣＬと同軸のほぼ円筒面状の配置面Ｐに沿って配置されて荷重によって弾性変形する複数の弾性ロッド８を持ち、固定部４および受力部３間に連結されて受力部３を固定部４に対して多軸方向に変位させ得るロッド構造体５と、受力部３および固定部４間の変位を計測する光学変位センサ１０とを備えている。弾性ロッド８の配置面Ｐは、図１に示す例では多軸力覚センサ１の軸心ＣＬを同心に囲む円筒面である。しかしながら後に詳述するように、軸心ＣＬと同心の多角柱の平面部分であったり、あるいは軸心ＣＬに直角な円板上の平面であってもよい。
【００２３】
ロッド構造体５は、配置面Ｐに沿った面部分を持つ打ち抜き加工可能な図６に示すような円筒形の素材９から、打ち抜き加工によって一体のまま成型されたものであり、固定部４に連結された第１フランジ６と、この第１フランジ６に対して同軸に軸方向に離間して配置され、受力部３に連結される第２フランジ７とを備え、弾性ロッド８が第１フランジ６および第２フランジ７間に連結されていて、第１フランジ６、第２フランジ７および弾性ロッド８が一体に連続した一部品とされている。
【００２４】
図６には、このようなロッド構造体５の製造方法を示す。まず、ロッド構造体５の素材として一定の厚さと高さおよび外径をもつ円筒形の素材９を準備する。この円筒形の素材９は、ロッド構造体５と同一の外径と厚みをもつパイプ状の部材をロッド構造体５と同じ高さに切断することで製作される。素材９の厚さは、弾性ロッド８を成型する際に行う打ち抜き加工の加工可能な板厚によって制限され、その厚さは材質によって異なるが、たとえばアルミニウム合金を用いた場合は３ｍｍ程度である。すなわち素材９は、上記述の弾性ロッド８が配置される円筒面である配置面Ｐに沿った面部分を持つ打ち抜き加工可能である。
【００２５】
次に、図６に示すように、円筒形の素材９に対して、円筒の径方向に打ち抜き加工を繰り返し行い、弾性ロッド８を成型していく。向かい合った２本の弾性ロッド８の３組は互いに回転対称な形状になっているため、弾性ロッド８一組の打ち抜きによる成型が完了すれば、素材９を回転させることで同じ型を用いて他の２組の弾性ロッド８も成型することが可能である。一旦打ち抜き型を製作すれば、素材９をプレス機にかけるだけでロッド構造体５を短時間に大量に製作することが可能になる。打ち抜き型の製作の為の費用が必要であるが、量産効果を考慮すればロッド構造体５一つ当たりの製作コストは機械加工に比べかなり小さくなる。また、ロッド構造体５の基となる素材９もパイプ状部材から容易に製作できるため、多軸力覚センサ１の起歪体２を極めて容易に製作することが可能になる。また、すべての弾性ロッド８と第１フランジ６と第２フランジ７と連続した一体の一部品として製作されるために、それぞれの弾性ロッド８の間には接合部分や結合部分が無く、力の伝達条件が均質なものとなっている。このため、多軸力覚センサ１の起歪体２として良好な特性を得ることが可能になっている。
【００２６】
このように円筒形の素材９の配置面Ｐに沿った面部分を打ち抜き加工することにより、第１フランジ６と、この第１フランジ６に対して共通の軸心ＣＬをもって同軸に配置された第２フランジ７と、第１フランジ６および第２フランジ７間に連結された複数の弾性ロッド８とが形成されて、一体に連続した一部品であるロッド構造体５が製作できる。
【００２７】
図７には、起歪体２の変位を計測する光学変位センサ１０を示す。光学変位センサ１０は、スポット光１３を照射するスポット光源１１と４分割フォトダイオード１２によって構成される。４分割フォトダイオード１２の受光面の中心付近へ入射するスポット光１３の、４つの受光面の入光量の比を計算することで、４分割フォトダイオード１２とスポット光源１１の相対変位を計測することが可能であり、受光平面内の２次元変位を計測することが出来る。たとえば、素子の受光量を左上からＣＣＷの方向にＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４とすれば、２次元変位ｄｘ、ｄｙをｄｘ＝Ｖ１＋Ｖ２−（Ｖ３＋Ｖ４）、ｄｙ＝Ｖ１−Ｖ２−Ｖ３＋Ｖ４で表すことが可能である。
【００２８】
次に図８に示すように、スポット光源１１を受力部３に固定し、４分割フォトダイオード１２を固定部４に固定して、３組の光学変位センサ１０を起歪体２内に取り付けることで、受力部３と固定部４の６つの独立した相対変位が計測できるようになる。この相対変位を変換すれば、受力部３の固定部４に対する３軸並進運動と３軸回転運動の６軸変位を知ることができる。光学変位センサ１０の起歪体２への組付けは、４分割フォトダイオード１２とスポット光源１１の受力部３と固定部４への取付および、スポット光１３の光軸の４分割フォトダイオード１２受光面に対する簡単な調整だけである。このため、多数の歪ゲージの人の手による狭隘な場所への正確に位置決めしながらの貼り付け作業に比べると、極めて容易な作業であり、組み付け作業の自動化も可能になる。
【００２９】
光学変位センサ１０の起歪体２への組み付け後、既知の荷重を受力部３に与えた際の固定部４に対する変位の計測を行い、荷重と変位との間の関係を求める校正作業を行う。この関係を線形なものと仮定すれば、求まる関係式は剛性行列と呼ばれるものとなる。この剛性行列を用いると、未知の荷重に対して計測した変位から、その荷重の値を推定することが可能になる。なお、多軸力覚センサ１の構成要素としては、図示や上述したものの他に外周部を覆うカバーや光学変位センサ用電気回路、変位から力を演算する回路および演算結果を表示する表示部等があるが、これらは公知のものでよく、この発明を説明する上で必須でないため図示を省略している。
【００３０】
このようなロッド構造体５の製造においては、打ち抜き加工を用いているのでロッド構造体５の弾性ロッド８およびその周辺部に残留応力が残る可能性がある。このため、もしも歪ゲージを弾性ロッド８周辺に貼り付けて荷重に対するロッド構造体５の変形を計測する場合には、残留応力によって荷重により生じるひずみが影響を受け、結果として多軸力覚センサ１の計測精度が落ちてしまう恐れがある。
【００３１】
しかしながら、この発明の多軸力覚センサ１においては、光学変位センサ１０により受力部３と固定部４の相対変位を直接計測しているため、たとえロッド構造体５に残留応力が残っていたとしても影響を受けることがない。これは、たとえ弾性ロッド８の各所に不均一な残留応力が存在して荷重による歪に偏りが生じたとしても、それは局所的な影響であって弾性ロッド８全体として考えれば、弾性ロッド８の軸方向の剛性としては一定となることや、もしも残留応力によってそれぞれの弾性ロッド８間に多少の剛性のばらつきが生じたとしても、剛性行列を求める校正作業によってこの影響を無くすことができるからである。
【００３２】
このため、この発明の多軸力覚センサ１およびその製造方法によれば、円筒形の素材９を基に容易に起歪体２を製造できるだけでなく、光学変位センサ１０を用いることで容易に起歪体２に光学変位センサ１０を組み付けることが可能になり、さらに打ち抜き加工の際に生じた残留応力の影響を受けることなく受力部３の変位を計測することができる。従って、短時間、小工程数で低コストでありながら精度の高い多軸力覚センサ１を製作することが可能になる。
【００３３】
実施の形態２．
図９に示す多軸力覚センサのロッド構造体１５は、円筒形ではなく、正六角柱の筒形状のものであって、第１フランジ１６および第２フランジ１７が正六角形の環状で、弾性ロッド１８が湾曲しておらずに平板状である。多軸力覚センサのその他の構成は、先に説明したものと同様のものである。素材９が図６に示すような円筒形のものである場合には、打ち抜かれる面である配置面Ｐが曲面であるため、打ち抜き型の製作は曲面の影響を考慮しなければならないが、図９に示すような六角筒などの正多角柱の場合には、弾性ロッド１８の配置面Ｐを正多角柱の平面部分として、打ち抜いて弾性ロッド８を形成する面部分を平面にできるため、打ち抜き型の製作が容易になるという利点がある。
【００３４】
実施の形態３．
図１０に示す起歪体２２のロッド構造体２５においては、弾性ロッド２８の配置面Ｐが、円板状の平面であり、弾性ロッド２８が筒面ではなく平面上に配置されている。ロッド構造体２５は、受力部２３の内側面（図１０で下面）の中央部に設けた凸部２３ａに連結される円板である第１フランジ２６と、この第１フランジ２６を囲んで同軸に配置され、円環状の固定部４に連結される環状体である第２フランジ２７とを備えている。弾性ロッド２８は、第１フランジ２６および第２フランジ２７間に径方向に連結されていて、第１フランジ２６、第２フランジ２７および弾性ロッド２８が一体に連続した一部品である。受力部２３と固定部２４との間に設けられる光学変位センサ１０は、受力部２３と固定部２４との間で、弾性ロッド２８間の空間内に配置されている。
【００３５】
この構成においても、弾性ロッド２８は２本が径方向に向かい合って傾けられた組として、３組が均等に配置されている。またロッド構造体２５の素材は円板となるので、すべての弾性ロッド２８が同一平面上に配置されており、円筒形状や六角筒形状を打ち抜くのに比べて工程数が少なくなる上、基となる素材も平板であるために入手もより容易となる。
【００３６】
実施の形態４．
図１１および１２に示すロッド構造体５には、多軸力覚センサ１に過大な荷重が加えられた際、起歪体２が塑性変形を起こすなどの破損が発生することを防ぐため、安全装置として第１フランジ６および第２フランジ７間にリミッタあるいは変位ストッパ３６が設けられている。変位ストッパ３６は、第１フランジ６および第２フランジ７から互いに向き合って延びて、互いに所定の遊び間隙３９をもって嵌合し合う支柱状の第１係合部３７および第２係合部３８を備えている。この変位ストッパ３６は、弾性ロッド８が配置されている配置面Ｐと同一面内に設けられているため、弾性ロッド８の打ち抜き加工時に打ち抜き加工により形成することができる。
【００３７】
第１係合部３７と第２係合部３８との間の間隙３９は、例えば図１２に示すような曲がりくねったラビリンス型のものであって、多軸力覚センサ１の軸方向と周方向とについてそれぞれ一定の幅Ｗ１およびＷ２にされている。間隙３９の幅Ｗ１およびＷ２は、起歪体２に許容外の変位が生じた際に間隙３９のいずれかの部分が狭まって、切り離されている第１係合部３７と第２係合部３８とが互いに接触してそれ以上の変位を制限する変位ストッパ３６の作用をする様に設計する。
【００３８】
間隙３９の幅の大きさについては、たとえば起歪体２の軸心ＣＬ方向の定格荷重に対する軸方向の剛性が３０μｍ程度で、起歪体が定格荷重の４倍程度までは塑性変形を生じないように設計された場合には、間隙３９の軸方向の幅Ｗ１は３０μｍの４倍の１２０μｍ以下に設定する。起歪体２の周方向変位（回転変位）を制限するには起歪体２の軸心ＣＬ（回転中心）から間隙３９までの距離に、制限する回転角をかけた値を間隙３９の周方向の幅Ｗ２として設計する。６軸の変位によって変位ストッパ３６に生じる変位の大きさを見積もりつつ、間隙３９の幅Ｗ１およびＷ２を調整する。幅が数１０μｍの間隙３９の加工は通常の機械加工では難しいが、たとえばワイヤ放電加工機のワイヤ線にφ数１０μｍのものを用い、加工速度、加工回数を調整することにより十分加工することが可能である。
【００３９】
変位ストッパ３６を設けない場合は、変形により接触しない程度の長さに支柱状の第１係合部３７および第２係合部３８を切断しておけば良いため、これらの支柱状の第１および第２係合部３７および３８を持つように打ち抜いた同一のロッド構造体５から、変位ストッパ３６を持つものと持たないものの両方を選択的に製造することができる。
【００４０】
以上に図示して説明した多軸力覚センサは単なる例であって様々な変形が可能であり、またそれぞれの具体例の特徴を全てあるいは選択的に組み合わせて用いることもできる。例えば、図１１および１２に示すストッパ３６を図９あるいは１０に示すロッド構造体１５あるいは２５に組み合わせることができる。また、図１１中では変位ストッパ３６は３箇所に設けられているが、これより多くても良いし少なくても良い。ただし、変位ストッパ３６の数が少なかったり、間隙３９の長さが短くなって接触面積が小さすぎたりすると、変位の方向によっては変形を制限することが出来なかったり、過大な荷重に対して変形を十分に抑制出来なかったりするので、出来るだけ数を増やし、接触面積も大きくしておくのが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
この発明は物体に生じた歪を計測して物体に加えられた力およびトルクを測定する多軸力覚センサとその製造方法として利用できるものである。
【符号の説明】
【００４２】
１  多軸力覚センサ、２、２２  起歪体、３、２３  受力部、４、２４  固定部、５、２５  ロッド構造体、６、１６、２６  第１フランジ、７、１７、２７  第２フランジ、８、２８  弾性ロッド、９  素材、１０  光学変位センサ、１１  スポット光源、１２  ４分割フォトダイオード、１３  スポット光、１５  ロッド構造体、１８  弾性ロッド、２３ａ  凸部、３６  変位ストッパ、３７  第１係合部、３８  第２係合部、３９  間隙、ＣＬ  軸心、Ｐ  配置面、Ｗ１、Ｗ２  幅。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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