(57)【要約】【課題】  ハンドルに加えられた外力を高精度に検出することが出来る力検出装置を提供する。【解決手段】  本発明に係る力検出装置１は、支持体４に対し、ハンドル３が、台車の前進・後退方向に沿う第１軸方向とこれに直交する第２軸方向に往復移動可能に配備されると共に、支持体４には、ハンドル３に加えられた外力を検出するための一対の力検出部２、２が、前記第２軸方向に離間して並設され、ハンドル３には、前記一対の力検出部２、２に向けて一対の押圧部31、31が突設されている。各力検出部２には、前記押圧部31により押圧されて前記第１軸方向の力のみを検出することが可能な力センサ21が配備されると共に、前記押圧部31が係合する係合受け部が設けられ、該係合受け部によって、各押圧部31が支持体４に対して前記第１軸方向の相対移動と第１軸及び第２軸に直交する第３軸回りの相対回転とが可能に支持されると共に、第２軸方向の相対移動が規制されている。【選択図】      図３
2006322838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者によって被対象物の前後方向及び／又は左右方向に加えられた操作力を検出するための力検出装置であって、
支持体(４)に対し、操作者が把持して操作力を加えるべきハンドル(３)が、前記前進・後退方向に沿う第１軸方向とこれに直交する第２軸方向に往復移動可能に配備されると共に、前記支持体(４)には、該ハンドル(３)に加えられた外力を検出するための一対の力検出部(２)(２)が、前記第２軸方向に離間して並設され、該ハンドル(３)には、前記一対の力検出部(２)(２)に向けて一対の押圧部(31)(31)が突設され、各力検出部(２)には、前記押圧部(31)により押圧されて前記第１軸方向の力のみを検出することが可能な力センサ(21)が配備されると共に、前記押圧部(31)が係合する係合受け部が設けられ、該係合受け部によって、各押圧部(31)が支持体(４)に対して前記第１軸方向の相対移動と第１軸及び第２軸に直交する第３軸回りの相対回転とが可能に支持されると共に、第２軸方向の相対移動が規制されていることを特徴とする力検出装置。
【請求項２】
前記一対の押圧部(31)(31)は、前記第１軸方向に伸びるハンドル(３)の中心線に対して互いに線対称となる位置に設けられている請求項１に記載の力検出装置。
【請求項３】
前記ハンドル(３)と支持体(４)とは、弾性部材によって互いに連結され、該弾性部材の弾性力によって、前記ハンドル(３)は、前記第１軸方向に沿って支持体(４)に接近する方向に付勢されている請求項１又は請求項２に記載の力検出装置。
【請求項４】
前記力検出部(２)には、前記押圧部(31)の支持体(４)に対する前記第１軸方向の相対移動をガイドすると共に、前記第２軸方向の相対移動を規制する一対のガイド面(23b)(23b)が、前記第２軸方向に互いに対向して形成されており、該一対のガイド面(23b)(23b)によって、前記係合受け部が構成されている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の力検出装置。
【請求項５】
前記各押圧部(31)は、前記力検出部(２)の力センサ(21)に圧接されるべき圧接部(35)と、前記第３軸方向に伸びて該圧接部(35)を貫通する枢軸(33)と、該枢軸(33)の両端部に設けられ前記力検出部(２)の係合受け部に沿って転動するローラ(32)とを有し、前記圧接部(35)は、枢軸(33)を中心とする回動が可能であり、該圧接部(35)には、前記枢軸(33)が貫通する中央部から前記第２軸方向の両側に向けて、一対のバネ掛け片(36)(36)が突設され、両バネ掛け片(36)(36)の先端部と前記支持体(４)との間には、前記力検出部(２)の両側を前記第１軸方向に沿って伸びる一対のコイルバネ(６)(６)が張設されており、両押圧部(31)(31)と前記支持体(４)とを連結する４本のコイルバネ(６)〜(６)によって、前記弾性部材が構成されている請求項１乃至請求項４の何れかに記載の力検出装置。
【請求項６】
前記ハンドル(３)は略矩形状を呈し、操作者が把持すべき把持部(30a)と、該把持部(30a)の両端から略垂直に伸びる一対の側部(30b)(30b)と、各側部(30b)(30b)の先端部を互いに連結して前記把持部(30a)と略平行に伸びる基部(30c)とを有し、前記把持部(30a)が前記第２軸方向に伸びると共に、前記基部(30c)に前記一対の押圧部(31)(31)がそれぞれ取り付けられている請求項１乃至請求項５の何れかに記載の力検出装置。
【請求項７】
前記支持体(４)は、前記第３軸方向に対向配備された平板状のトッププレート(41)とベースプレート(42)とを互いに連結して構成され、該トッププレート(41)及びベースプレート(42)の両対向面の間には、両対向面上をそれぞれ摺動する一対の摺動部を有する一対のハンドル支持部(５)(５)が配備されており、両ハンドル支持部(５)(５)は、前記ハンドル(３)の両側部(30b)(30b)にそれぞれ取り付けられている請求項６に記載の力検出装置。
【請求項８】
操作者によって被対象物の前進・後退方向及び／又は左右旋回方向に加えられた操作力を検出するための力検出装置(１)と、該力検出装置(１)の検出結果に応じて制御される動力源とを具えた移動体において、
前記力検出装置(１)は、操作者が把持して操作力を加えるべきハンドル(３)と、該ハンドル(３)を支持する支持体(４)とから構成され、前記ハンドル(３)は、支持体(４)に対し、前記前進・後退方向に沿う第１軸方向とこれに直交する第２軸方向に往復移動可能に配備されると共に、前記支持体(４)には、該ハンドル(３)に加えられた外力を検出するための一対の力検出部(２)(２)が、前記第２軸方向に離間して並設され、該ハンドル(３)には、前記一対の力検出部(２)(２)に向けて一対の押圧部(31)(31)が突設され、各力検出部(２)には、前記押圧部(31)により押圧されて前記第１軸方向の力のみを検出することが可能な力センサ(21)が配備されると共に、前記押圧部(31)が係合する係合受け部が設けられ、該係合受け部によって、各押圧部(31)が支持体(４)に対して前記第１軸方向の相対移動と第１軸及び第２軸に直交する第３軸回りの相対回転とが可能に支持されると共に、第２軸方向の相対移動が規制されていることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人力を動力によって補助するパワーアシスト機能を有する電動車両等に用いられる力検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、人力を動力によって補助するパワーアシスト機能を有する台車が提案されている。図１５は、従来のパワーアシスト付台車のハンドル(７)の構成を示しており、手押しハンドル(74)の両端部には、それぞれロードセル(71)が取り付けられた一対の接続金具(73)(73)が着脱可能に設けられ、両接続金具(73)(73)は、Ｕ字状のバーハンドル(72)の両端部に嵌入されている。操作者がバーハンドル(72)に対して力を加えると、２つのロードセル(71)(71)がこれを検知し、両ロードセル(71)(71)の検知結果に基づいて、モータ(図示省略)に与えるトルクを制御して、パワーアシスト機能を実現している(特許文献１参照)。
【０００３】
しかしながら、上記従来のハンドル(７)の構成によれば、バーハンドル(72)に台車の前進・後退方向の力が加えられた場合には、２つのロードセル(71)(71)によってこの力を検知することが出来るが、２つのロードセル(71)(71)がＵ字状のバーハンドル(72)の両端部に嵌入されているため、バーハンドル(72)に前記前進・後退方向に直交する左右方向の力が加えられた場合には、２つのロードセル(71)(71)によってはこの力を検知することが出来ない問題があった。
【０００４】
この問題を解決すべく、図１６(ａ)に示す様な力検出装置が提案されている(特許文献２参照)。ハンドル(81)はＣ字状を呈し、該ハンドル(81)の両端部は、一対の板バネ(82)(82)を介して車体(84)に連結されている。各板バネ(82)と対向して車体(84)側には、該板バネ(82)の変位を検知するセンサ(83)が設けられている。
【０００５】
図１６(ａ)に示す如く、ハンドル(81)に車体(84)の後退方向の力Ｆ１が加えられた場合、２つの板バネ(82)(82)には、引っ張り方向の力が加えられ、これによって、２つの板バネ(82)(82)は同一方向に撓むことになる。
一方、図１６(ｂ)に示す如く、ハンドル(81)に図中左方向の力Ｆ２が加えられた場合、ハンドル(81)に回転モーメントが作用して、ハンドル(81)が回動し、２つの板バネ(82)(82)の内、左側の板バネ(82)には押圧方向の力が加えられる一方、右側の板バネ(82)には引っ張り方向の力が加えられ、これによって、２つの板バネ(82)(82)は互いに反対方向に撓むことになる。
【０００６】
上述の力検出装置によれば、ハンドル(81)は、一対の板バネ(82)(82)を介して車体(84)に連結されているので、一対のセンサ(83)(83)により検出した２つの板バネ(82)(82)の変位、両板バネ(82)(82)の弾性係数、及びハンドル(81)の形状等に基づいて、ハンドル(81)に対して加えられた車体(84)の前進・後退方向の力のみならず、左右旋回方向の力も検出することが出来る。
【特許文献１】特開平６−３０４２０４号公報
【特許文献２】特許第３１７０４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、両板バネ(82)(82)の変位からハンドル(81)に加えられた前進・後退方向及び左右旋回方向の力を高精度に算出するためには、各板バネ(82)が、前進・後退方向の力のみを受けて変位する様に連結機構を構成する必要がある。
しかしながら、図１６(ａ)及び(ｂ)に示す従来の連結機構において、ハンドル(81)は、一対の板バネ(82)(82)を介して車体(84)に連結されているに過ぎないため、ハンドル(81)に加えられる力の方向によって、ハンドル(81)が様々な方向に揺動し、これに伴って、各板バネ(82)には、様々な方向の力が加わることになる。従って、様々な方向の力を受けた板バネ(82)の変位がセンサ(83)によって計測され、この変位に基づいて、ハンドル(81)に加えられた前進・後退方向及び左右旋回方向の力が算出されることになる。
この結果、ハンドル(81)に実際に加えられた前進・後退方向及び左右旋回方向の力と、板バネ(82)の変位に基づいて算出した値との間に差異が生じ、ハンドル(81)に加えられた力の検出精度が悪い問題があった。
そこで、本発明の目的は、ハンドルに加えられた左右旋回方向の力を従来よりも高精度に検出することが出来る力検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の力検出装置(１)は、操作者によって被対象物の前後方向及び／又は左右方向に加えられた操作力を検出するためのものであって、支持体(４)に対し、操作者が把持して操作力を加えるべきハンドル(３)が、前記前進・後退方向に沿う第１軸方向とこれに直交する第２軸方向に往復移動可能に配備されると共に、前記支持体(４)には、該ハンドル(３)に加えられた外力を検出するための一対の力検出部(２)(２)が、前記第２軸方向に離間して並設され、該ハンドル(３)には、前記一対の力検出部(２)(２)に向けて一対の押圧部(31)(31)が突設されている。
各力検出部(２)には、前記押圧部(31)により押圧されて前記第１軸方向の力のみを検出することが可能な力センサ(21)が配備されると共に、前記押圧部(31)が係合する係合受け部が設けられ、該係合受け部によって、各押圧部(31)が支持体(４)に対して前記第１軸方向の相対移動と第１軸及び第２軸に直交する第３軸回りの相対回転とが可能に支持されると共に、第２軸方向の相対移動が規制されている。
【０００９】
具体的には、前記力検出部(２)には、前記押圧部(31)の支持体(４)に対する前記第１軸方向の相対移動をガイドすると共に、前記第２軸方向の相対移動を規制する一対のガイド面(23b)(23b)が、前記第２軸方向に互いに対向して形成されており、該一対のガイド面(23b)(23b)によって、前記係合受け部が構成されている。
【００１０】
上記本発明の力検出装置(１)において、ハンドル(３)に対して前記第１軸方向の力が加えられた場合、各押圧部(31)は、力検出部(２)の一対のガイド面(23b)(23b)にガイドされて前記第１軸方向に移動し、力検出部(２)の力センサ(21)を押圧する。これによって、両力センサ(21)(21)には、同一方向の力が加えられ、これに基づいて、力検出装置(１)を具えた移動体には前進方向の駆動力が与えられることになる。
【００１１】
これに対し、前記第２軸方向の力がハンドル(３)に加えられた場合、ハンドル(３)には、前記各押圧部(31)と力検出部(２)の係合受け部との係合部を中心として、前記第３軸回りの回動力が作用することになる。ここで、各押圧部(31)は、前記一対のガイド面(23b)(23b)によって、前記第２軸方向の移動が規制されているので、各押圧部(31)は、一方のガイド面(23b)に押し付けられ、該ガイド面(23b)によって、各押圧部(31)に生じる力の内、前記第２軸方向の分力が受け止められる。
又、各押圧部(31)に生じる力の内、前記第１軸方向の分力を受けて、一方の押圧部(31)は、ガイド面(23b)に沿って力センサ(21)に接近する方向に移動し、他方の押圧部(31)は、ガイド面(23b)に沿って力センサ(21)から離間する方向に移動する。
【００１２】
この結果、両力センサ(21)(21)には、前記第１軸方向に沿って互いに異なる方向の力が作用し、これに基づいて、力検出装置(１)を具えた移動体には左或いは右旋回方向の駆動力が与えられることになる。
従って、本発明の力検出装置(１)によれば、ハンドル(３)に前記第２軸方向の力、即ち移動体の前進・後退方向とは直交する方向の力が加えられた場合でも、力センサ(21)に前記第２軸方向の力が加わることはなく、この結果、ハンドル(３)に加えられた外力の検出精度が従来よりも向上する。
【００１３】
具体的構成において、前記一対の押圧部(31)(31)は、前記第１軸方向に伸びるハンドル(３)の中心線に対して互いに線対称となる位置に設けられている。
【００１４】
該具体的構成によれば、前記一対の押圧部(31)(31)が、ハンドル(３)の中心線に対して互いに線対称となる位置に設けられているので、ハンドル(３)の中心部に前記第１軸方向の力が加えられたときに、ハンドル(３)に前記第３軸回りの回動力が作用することはなく、これによって、移動体は前進・後退方向に駆動される。
【００１５】
又、具体的構成において、前記ハンドル(３)と支持体(４)とは、弾性部材によって互いに連結され、該弾性部材の弾性力によって、前記ハンドル(３)は、前記第１軸方向に沿って支持体(４)に接近する方向に付勢されている。
【００１６】
該具体的構成において、前記各押圧部(31)は、弾性部材の弾性力によって、力検出部(２)の力センサ(21)に押し付けられ、これによって力センサ(21)には、一定の予圧が加えられることになる。この結果、ハンドル(３)に外力が加えられていないときには一定の予圧が、ハンドル(３)に外力が加えられたときには予圧と外力との合力が、力センサ(21)によって検出されることになる。
該具体的構成によれば、力センサ(21)の検出値と予圧との差により、ハンドル(３)に加えられた外力を求めることが出来るので、力センサ(21)として、前記１軸方向に沿う押圧力のみを計測することが出来る圧力センサを用いることが可能となる。
【００１７】
更に具体的構成において、前記各押圧部(31)は、前記力検出部(２)の力センサ(21)に圧接されるべき圧接部(35)と、前記第３軸方向に伸びて該圧接部(35)を貫通する枢軸(33)と、該枢軸(33)の両端部に設けられ前記力検出部(２)の係合受け部に沿って転動するローラ(32)とを有し、前記圧接部(35)は、枢軸(33)を中心とする回動が可能であり、該圧接部(35)には、前記枢軸(33)が貫通する中央部から前記第２軸方向の両側に向けて、一対のバネ掛け片(36)(36)が突設され、両バネ掛け片(36)(36)の先端部と前記支持体(４)との間には、前記力検出部(２)の両側を前記第１軸方向に沿って伸びる一対のコイルバネ(６)(６)が張設されており、両押圧部(31)(31)と前記支持体(４)とを連結する４本のコイルバネ(６)〜(６)によって、前記弾性部材が構成されている。
【００１８】
該具体的構成において、前記各押圧部(31)は、該押圧部(31)の圧接部(35)と支持体(４)との間に張設された一対のコイルバネ(６)(６)の弾性力によって、力検出部(２)の力センサ(21)に押し付けられ、これによって力センサ(21)には一定の予圧が加えられることになる。前記圧接部(35)は、その中央部を貫通する枢軸(33)を中心とする前記第３軸回りの回動が可能であり、前記一対のコイルバネ(６)(６)は、該圧接部(35)の中央部から前記第２軸方向の両側に向けて突設された一対のバネ掛け片(36)(36)に係止されているので、前記圧接部(35)は、両コイルバネ(６)(６)の弾性力が互いに等しくなる様に前記枢軸(33)を中心として自由に回動する。これにより、各押圧部(31)は、両コイルバネ(６)(６)の弾性力により常に前記１軸方向に付勢されることになるので、両押圧部(31)(31)の前記第１軸方向に沿うスムーズな往復移動が実現される。
【００１９】
更に具体的構成において、前記ハンドル(３)は略矩形状を呈し、操作者が把持すべき把持部(30a)と、該把持部(30a)の両端から略垂直に伸びる一対の側部(30b)(30b)と、各側部(30b)(30b)の先端部を互いに連結して前記把持部(30a)と略平行に伸びる基部(30c)とを有し、前記把持部(30a)が前記第２軸方向に伸びると共に、前記基部(30c)に前記一対の押圧部(31)(31)がそれぞれ取り付けられている。
【００２０】
更に又、具体的構成において、前記支持体(４)は、前記第３軸方向に対向配備された平板状のトッププレート(41)とベースプレート(42)とを互いに連結して構成され、該トッププレート(41)及びベースプレート(42)の両対向面の間には、両対向面上をそれぞれ摺動する一対の摺動部を有する一対のハンドル支持部(５)(５)が配備されており、両ハンドル支持部(５)(５)は、前記ハンドル(３)の両側部(30b)(30b)にそれぞれ取り付けられている。
【００２１】
該具体的構成によれば、ハンドル(３)は、トッププレート(41)の裏面とベースプレート(41)の表面の間で、前記第３軸方向の移動が規制されると共に、トッププレート(41)の裏面及びベースプレート(41)の表面に沿う平行移動が可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の力検出装置によれば、ハンドルに加えられた左右旋回方向の力を従来よりも高精度に検出することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の力検出装置をパワーアシスト機能付き台車に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
図１に示す如く、本発明のパワーアシスト機能付き台車(10)は、荷台(15)を具え、該荷台(15)の裏面には、一対の駆動輪(11)(11)が台車(10)の進行方向の前部に配備されると共に、一対の補助輪(16)(16)が台車(10)の後部に配備されている。両駆動輪(11)(11)には、両駆動輪(11)(11)をそれぞれ個別に駆動するモータ(13)(13)が連結されている。荷台(15)の後端部には、一対の支柱(14)(14)が立設され、両支柱(14)(14)上に力検出装置(１)が配備されている。力検出装置(１)には、操作者が把持して操作力を加えるべきハンドル(３)が配備されており、操作者がハンドル(３)に対して力を加えると、力検出装置(１)が台車(10)の前進・後退方向及び／又は左右旋回方向の操作力を検知し、該検知結果に基づいて、両モータ(13)(13)に与えるトルクを制御し、両モータ(13)(13)の回転速度や回転方向を制御することにより、パワーアシスト機能を実現している。
以下、台車(10)の前進・後退方向を第１軸方向、該第１軸方向に直交する左右方向を第２軸方向、前記第１軸方向及び第２軸方向に直交する方向を第３軸方向と言う。
【００２４】
図２及び図３に示す如く、本発明の力検出装置(１)は、支持体(４)を具え、該支持体(４)は、共に略Ｕ字状のトッププレート(41)とベースプレート(42)とを２本の支柱(46)(46)、側板(44)及び４枚の四角柱状のバネ掛け板(43)〜(43)により互いに連結して構成されている。ベースプレート(42)の表面には、ハンドル(３)に加えられた外力を検出するための一対の力検出部(２)(２)が並設されている。
支持体(４)に対して前記第１軸方向には、矩形状の枠体から構成されたハンドル(３)が配備されており、該ハンドル(３)は、４本のコイルバネ(６)〜(６)により支持体(４)に連結されている。ハンドル(３)には、両力検出部(２)(２)に対向して一対の押圧部(31)(31)が配備される共に、ハンドル(３)の両側部には、トッププレート(41)の裏面及びベースプレート(42)の表面とそれぞれ摺接するハンドル支持部(５)が配備されている。
【００２５】
図３に示す如く、各力検出部(２)は、ベースプレート(42)上に立設されたレール部材(22)と、レール部材(22)の上部を覆う上板(24)とによって囲まれた空間の内部に、力センサ(21)を収容して構成される。
図４及び図５は、図２に示す力検出装置(１)のトッププレート(41)を取り外した状態を示しており、図４に示す如く、各力検出部(２)の両側には、コイルバネ(６)(６)が配備され、各コイルバネ(６)は、ベースプレート(42)に立設されたバネ掛け板(43)と押圧部(31)との間に張設されている。ハンドル(３)は、４つのコイルバネ(６)〜(６)の弾性力により力検出部(２)に接近する方向に付勢されており、これによって、力検出部(２)の力センサ(21)には、一定の予圧が加えられている。
又、図５に示す如く、各力検出部(２)はベースプレート(42)の裏面側からねじ止めされ、ベースプレート(42)上に固定されている。
以下、力検出装置(１)の各部について詳細に説明する。
【００２６】
ハンドル
図６及び図７に示す如く、ハンドル(３)は、操作者が把持すべき把持部(30a)と、該把持部(30a)の両端から垂直に伸びる一対の側部(30b)(30b)と、各側部(30b)(30b)の先端部を互いに連結して把持部(30a)と平行に伸びる基部(30c)とからなる矩形状の枠体から構成される。
ハンドル(３)の基部(30c)には、該基部(30c)に直交するハンドル(３)の中心線に対して互いに線対称となる位置に、前記力検出部(２)に向けて突出する一対の押圧部(31)(31)がそれぞれ取り付けられている。
【００２７】
押圧部
図８に示す如く、各押圧部(31)は、一対の略Ｔ字状の取付板(34)(34)と、両取付板(34)(34)に支持された円柱状の枢軸(33)と、該枢軸(33)の両端に固定された一対のローラ(32)(32)と、前記力検出部(２)の力センサ(21)に圧接されるべき圧接部(35)とから構成され、該圧接部(35)を枢軸(33)が貫通している。
各取付板(34)には、ハンドル(３)の基部(30c)の上面及び下面に突設された一対の円柱状の位置決めピン(39b)(39b)がそれぞれ嵌入される一対の嵌合孔(34a)(34a)と、小孔(34b)とが開設されており、各取付板(34)は、該小孔(34b)とハンドル(３)の基部(30c)の上面及び下面に開設されたねじ孔(39a)を通して、ねじ(37)によりハンドル(３)の基部(30c)の上面及び下面に固定されている。又、前記力検出部(２)に向けて突出した各取付板(34)の突出部には、軸受部(34c)が上方及び下方に向けてそれぞれ突設され、各軸受部(34c)の内部を枢軸(33)が貫通している。ローラ(32)(32)は、両取付板(34)(34)の軸受部(34c)に嵌入されると共に、枢軸(33)の両端部には、止め輪(38)(38)がそれぞれ取り付けられ、これによってローラ(32)(32)に抜け止めが施されている。
【００２８】
圧接部(35)は、一対の取付板(34)(34)の間に設けられ、該圧接部(35)には、直方体状の中央部に貫通孔(35a)が開設されており、該貫通孔(35a)を枢軸(33)が貫通している。これによって、圧接部(35)は枢軸(33)を中心に回転が可能となっている。圧接部(35)の両側には、外側に向けて一対のバネ掛け片(36)(36)が突設され、各バネ掛け片(36)の端部には、バネ掛け孔(36a)が開設されており、該バネ掛け孔(36a)に、前記コイルバネ(６)の一端が係止されることになる。
【００２９】
ハンドル支持部
図９に示す如く、ハンドル支持部(５)は、一対のＵ字状の側板(51a)(51b)の間に、ハンドル(３)の側部(30b)及び連結部材(57)を挟んだ状態で、両側板(51a)(51b)を互いにねじ止めしてハンドル(３)の側部(30b)に取り付けられている。
両側板(51a)(51b)には、切り欠き部(56)がそれぞれ形成されており、内側の側板(51a)は、切り欠き部(56)がハンドル(３)の基部(30c)を跨いだ状態で、ハンドル(３)の側部(30b)に固定されている。
内側の側板(51a)の外側の側板(51b)との対向面の４つの角部には、外側の側板(51b)に向けて円柱状の軸部(54)がそれぞれ突設されており、各軸部(54)には、ローラ(52)及びスペーサ(53)が嵌入され、これによって、各ローラ(52)は軸部(54)を中心に回転可能となっている。
【００３０】
ハンドル(３)の側部(30b)を挟んで上側に位置する一対の軸部(54)(54)に嵌入されたローラ(52)(52)は、図２に示すトッププレート(41)の裏面上を転動し、下側に位置する一対の軸部(54)(54)に嵌入されたローラ(52)(52)は、図２に示すベースプレート(42)の表面上を転動する。これによって、ハンドル(３)は、図２に示すトッププレート(41)の裏面とベースプレート(42)の表面の間で、前記第３軸方向の移動が規制されると共に、トッププレート(41)の裏面及びベースプレート(42)の表面に沿う平行移動が可能となっている。
【００３１】
力検出部
図１０に示す如く、力検出部(２)は、ベースプレート(42)上に立設された略Ｌ字状のレール部(22)の上面に上板(24)をねじ止めして形成した空間の内部に、前記第１軸方向の力のみを検出することが可能な力センサ(21)を収容して構成されている。該力センサ(21)は、例えば、ロードセル、若しくは超磁歪式や感圧ゴム式等の圧力センサから構成される。
図２及び図３に示す如く、一対の力検出部(２)(２)は、前記第１軸方向に伸びるハンドル(３)の中心線に対して互いに線対称となる様に、ベースプレート(42)の表面上に並設されている。
【００３２】
図１０に示すレール部(22)には、前記押圧部(31)との対向部から奥部に配備された力センサ(21)に向けて、前記第１軸方向に沿うガイド溝(23)が凹設されており、該ガイド溝(23)には、図６に示す押圧部(31)の上下に配備された一対のローラ(32)(32)の内、下側のローラ(32)が係合する。
又、図１０に示す上板(24)の前記押圧部(31)との対向部には、半楕円状の切り欠き部(25)が凹設されており、該切り欠き部(25)には、図６に示す押圧部(31)の上側のローラ(32)が係合することになる。
図１０に示すガイド溝(23)及び切り欠き部(25)には、押圧部(31)の前記第１軸方向の移動をガイドすると共に、前記第２軸方向の移動を規制する一対のガイド面(23b)(23b)が、前記第２軸方向に互いに対向して形成されている。
一対のガイド面(23b)(23b)は、ローラ(32)の外径に対して一定の僅かな遊びを持って形成されており、これによって、押圧部(31)の一対のローラ(32)(32)が、ガイド溝(23)及び切り欠き部(25)にそれぞれ係合した状態で、各押圧部(31)の力検出部(２)に対する前記第１軸方向の相対移動と、前記一定の遊びの範囲内における前記第３軸回りの相対回転とが可能となると共に、前記第２軸方向の相対移動が規制されている。
【００３３】
ベースプレート(42)上には、力検出部(２)の奥方の両側に、該力検出部(２)を挟んで一対のバネ掛け板(43)(43)が立設されており、各バネ掛け板(43)に前記コイルバネ(６)の一端が係止されることになる。
【００３４】
押圧部と力検出部の連結構造
図１１及び図１２に示す如く、各バネ掛け板(43)には、前記第１軸方向に沿って伸びる円柱状のバネポスト(47)がそれぞれ挿通されており、該バネポスト(47)の一端と、図８に示す押圧部(31)の圧接部(35)のバネ掛け片(36)の一端との間にコイルバネ(６)が張設されている。一対のコイルバネ(６)(６)の弾性力によって、図８に示す押圧部(31)の圧接部(35)は、図１０に示す力検出部(２)の力センサ(21)に対して前記第１軸方向に押し付けられており、これによって、力センサ(21)に一定の予圧が加えられている。従って、ハンドル(３)に外力が加えられていないときには、力センサ(21)によって一定の予圧が検出され、ハンドル(３)に外力が加えられたときには、力センサ(21)によって予圧と外力の合力が検出されることになる。
【００３５】
バネ掛け板(43)から力検出部(２)側に突出するバネポスト(47)の突出量は、バネ掛け板(43)の背面側に設けた予圧調整ナット(48)により調整が可能となっており、これによって、一対のコイルバネ(６)(６)によって力センサ(21)に加えられる予圧の大きさを調整できる様になっている。
又、圧接部(35)は、両コイルバネ(６)(６)の弾性力が互いに等しくなる様に枢軸(33)を中心として自由に回動し、これにより、押圧部(31)は、両コイルバネ(６)(６)の弾性力によって、常に前記１軸方向に付勢されることになるので、両押圧部(31)(31)の前記第１軸方向に沿うスムーズな往復移動が実現される。
【００３６】
図１３(ａ)に示す如く、ハンドル(３)に対して前記第１軸方向の力Ｆ１が加えられた場合、押圧部(31)は、図１０に示す力検出部(２)のガイド溝(23)及び切り欠き部(25)に沿って前記第１軸方向に移動して、力検出部(２)の奥部に配備された力センサ(21)を押圧する。これにより、各力センサ(21)にハンドル(３)に加えられた力Ｆ１の２分の１に相当する力Ｆ２が加えられ、各力センサ(21)によって、該力Ｆ２と予圧との合力が検出されることになる。
ハンドル(３)の操作によって実際に各力センサ(21)に加えられた力は、各力センサ(21)の検出値と予圧との差により求めることが出来、これに基づいて、図１に示す両モータ(13)(13)の回転速度や回転方向を制御する。上述の場合、両力センサ(21)(21)に加えられた力は互いに等しくなるので、これに基づいて、両モータ(13)(13)は、互いに等しい回転速度で同一方向に駆動され、これによって、台車(10)には前進方向の駆動力が与えられることになる。
【００３７】
これに対し、図１３(ｂ)に示す如く、ハンドル(３)に対して前記第２軸方向の力Ｆ３が加えられた場合、ハンドル(３)には、一対の押圧部(31)(31)と力検出部(２)(２)との係合部を中心として、前記第３軸回りの時計回りの回動力Ｒ１が作用することになる。
ここで、各押圧部(31)は、一対のガイド面(23b)(23b)によって、前記第２軸方向の移動が規制されているので、図８に示す押圧部(31)のローラ(32)の外周面が、ガイド溝(23)及び切り欠き部(25)の一対のガイド面(23b)(23b)の内、右側のガイド面(23b)に押し付けられ、該ガイド面(23b)によって、各押圧部(31)に生じる力の内、前記第２軸方向の分力が受け止められる。
【００３８】
又、一対の押圧部(31)(31)の内、左側の押圧部(31)は、前記第１軸方向に沿う分力Ｆ４を受けて、力センサ(21)に接近する方向へ移動する。一方、右側の押圧部(31)は、前記第１軸方向に沿う分力Ｆ５を受けて、予圧に抗して力センサ(21)から離間する方向へ移動する。
この結果、左側の力センサ(21)によって、両コイルバネ(６)(６)を圧縮する方向の力(以下、圧縮力と言う)Ｆ４と予圧との合力が検出され、右側の力センサ(21)によって、両コイルバネ(６)(６)を伸長する方向の力(以下、伸長力と言う)Ｆ５と予圧との合力が検出されることになる。
そして、各力センサ(21)の検出値と予圧との差により、ハンドル(３)の操作によって実際に各力センサ(21)に加えられた力を求め、これに基づいて、図１に示す両モータ(13)(13)の回転速度や回転方向を制御する。上述の場合、各力センサ(21)の検出値と予圧との差により、左側の力センサ(21)に対しては正方向の力、右側の力センサ(21)に対しては負方向の力がそれぞれ加えられたことが検出される。これに基づいて、図１に示す左側のモータ(13)の回転速度が右側のモータ(13)の回転速度よりも大きくなる様に、両モータ(13)(13)が駆動され、或いは左側のモータ(13)が正転方向、右側のモータ(13)が逆転方向に駆動され、これによって、台車(10)には、右旋回方向の駆動力が与えられることになる。
【００３９】
逆に、図１３(ｂ)に示す力Ｆ３とは反対方向、即ち右方向の力がハンドルに加えられた場合、ハンドル(３)には前記第３軸回りの反時計回りの回動力が作用し、これによって、右側の力センサ(21)には圧縮力、左側の力センサ(21)には伸長力がそれぞれ作用することになる。
そして、各力センサ(21)の検出値と予圧との差により、右側の力センサ(21)に対しては正方向の力、左側の力センサ(21)に対しては負方向の力がそれぞれ加えられたことが検出される。これに基づいて、両モータ(13)(13)は、図１に示す右側のモータ(13)の回転速度が左側のモータ(13)の回転速度よりも大きくなる様に駆動され、或いは右側のモータ(13)が正転方向、左側のモータ(13)が逆転方向に駆動され、これによって、台車(10)には、左旋回方向の駆動力が与えられることになる。
【００４０】
従って、本発明の力検出装置(１)によれば、ハンドル(３)に前記第２軸方向の力、即ち図１に示す台車(10)の前進・後退方向とは直交する方向の力が加えられた場合でも、力センサ(21)に前記第２軸方向の力が加わることはなく、この結果、ハンドル(３)に加えられた左右旋回方向の力の検出精度が従来よりも向上する。
【００４１】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、本実施例において、ハンドル(３)は、図６に示す如く矩形状の枠体を用いて構成したが、これに限らず、図１４に示す如く、ハンドル(３)の基部(30c)が一対の押圧部(31)(31)の間で切り離された枠体を、ハンドル(３)として用いることも可能である。これによって、力検出精度を損なうことなく、力検出装置(１)の軽量化を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の力検出装置を実施したパワーアシスト付き台車の外観を簡略化して示す斜視図である。
【図２】本発明の力検出装置の外観を示す斜視図である。
【図３】該力検出装置の構成を示す分解斜視図である。
【図４】該力検出装置からトッププレートを取り外した状態を上方側から見た斜視図である。
【図５】該力検出装置からトッププレートを取り外した状態を下方側から見た斜視図である。
【図６】ハンドル及び押圧部の外観を示す斜視図である。
【図７】該ハンドル及び押圧部の平面図である。
【図８】押圧部の構成を示す分解斜視図である。
【図９】ハンドル支持部の構成を示す分解斜視図である。
【図１０】力検出部の外観を示す斜視図である。
【図１１】押圧部と力検出部の連結構造を上方側から見た斜視図である。
【図１２】押圧部と力検出部の連結構造を下方側から見た斜視図である。
【図１３】ハンドルに加えられた外力の方向を検出する原理を説明する図である。
【図１４】本発明の力検出装置の他の構成をトッププレートを取り外して示す斜視図である。
【図１５】従来のハンドルの構成を示す分解斜視図である。
【図１６】従来の力検出装置を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
(１)  力検出装置
(10)  台車
(13)  モータ
(２)  力検出部
(21)  力センサ
(22)  レール部
(23)  溝部
(23b)  ガイド面
(３)  ハンドル
(31)  押圧部
(32)  ローラ
(33)  枢軸
(35)  圧接部
(４)  支持体
(41)  トッププレート
(42)  ベースプレート
(43)  バネ掛け板
(５)  ハンドル支持部
(６)  コイルバネ
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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