(57)【要約】      （修正有）【課題】構造が簡単であり実装しやすい多軸力センサを提供する。【解決手段】多軸力センサは弾性体１を備え、弾性体１は、上部部材２、下部部材３、及び少なくとも三つの矩形断面の力測定部材４を含む。力測定部材４は上部部材２と下部部材３との間に設置され、その上端が上部部材２に接続され下端が下部部材３に接続される。また力測定部材４は、前壁面、後壁面、左壁面および右壁面を有し、前壁面と後壁面とは互いに対向し、左壁面と右壁面とは互いに対向する。多軸力センサはさらに、少なくとも四つの歪みゲージを備え、歪みゲージは、縦歪み、横歪み、＋４５°方向の剪断歪み及び−４５°方向の剪断歪みを同時に測定するように、力測定部材４の壁面上に貼り付けられる。【選択図】図１
2013195419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体と、少なくとも四つの歪みゲージと、を備える多軸力センサであって、
前記弾性体は、上部部材、下部部材、及び少なくとも三つの力測定部材を含み、前記力測定部材は、矩形断面を有し、前記力測定部材は、前記上部部材と前記下部部材との間に設置され、その上端が前記上部部材に接続され、その下端が前記下部部材に接続され、
前記力測定部材は、前壁面と、後壁面と、左壁面と、右壁面とを有し、前記前壁面と前記後壁面とは互いに対向し、前記左壁面と前記右壁面とは互いに対向し、
前記歪みゲージは、縦歪み、横歪み、＋４５°方向の剪断歪み及び−４５°方向の剪断歪みを同時に測定するように、前記力測定部材の壁面上に貼り付けられ、その中、少なくとも二つの前記歪みゲージは、前記力測定部材の縦歪みと横歪みを同時に測定するように、前記力測定部材の同一壁面の中間部にそれぞれ縦・横方向に貼り付けられ、また、少なくとも二つの前記歪みゲージは、前記力測定部材の＋/−４５°方向の剪断歪みを同時に測定するように、前記力測定部材の同一壁面の中間部にそれぞれ＋/−４５°の方向に貼り付けられる、ことを特徴とする多軸力センサ。
【請求項２】
前記力測定部材の一つの壁面の中間部に少なくとも四つの歪みゲージが貼り付けられ、前記歪みゲージは、縦歪み、横歪み及び＋/−４５°方向の剪断歪みを同時に測定するように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられることを特徴とする請求項１に記載の多軸力センサ。
【請求項３】
前記力測定部材の二つの対向する壁面に四つずつの歪みゲージが貼り付けられ、前記四つの歪みゲージは、縦歪み、横歪み及び＋/−４５°方向の剪断歪みを測定するように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられることを特徴とする請求項２に記載の多軸力センサ。
【請求項４】
前記力測定部材の二つの対向する壁面に五つずつの歪みゲージが貼り付けられ、その中、四つの歪みゲージは、縦歪み、横歪み及び＋/−４５°方向の剪断歪みをそれぞれ測定するように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられ、もう一つの歪みゲージは、縦歪みを測定するように縦方向に貼り付けられることを特徴とする請求項２に記載の多軸力センサ。
【請求項５】
前記力測定部材の二つの対向する壁面の中で、一つの壁面に四つの歪みゲージが貼り付けられ、前記四つの歪みゲージは、縦歪み、横歪み及び＋/−４５°方向の剪断歪みをそれぞれ測定するようにそれぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられ、
もう一つの壁面に四つの歪みゲージが貼り付けられ、その中、二つの歪みゲージは、縦歪みを測定するように縦方向に貼り付けられ、もう二つの歪みゲージは、＋/−４５°方向の剪断歪みをそれぞれ測定するように、それぞれ＋/−４５°の方向に貼り付けられることを特徴とする請求項２に記載の多軸力センサ。
【請求項６】
前記力測定部材の二つの対向する壁面に三つずつの歪みゲージが貼り付けられ、その中の二つの歪みゲージは、＋/−４５°方向の剪断歪みを測定するように、それぞれ＋/−４５°の方向に貼り付けられ、もう一つの歪みゲージは縦歪みを測定するように縦方向に貼り付けられ、
前記力測定部材の他の二つの対向する壁面に二つずつの歪みゲージが貼り付けられ、前記歪みゲージは、縦歪み、横歪みを測定するようにそれぞれ縦・横方向に貼り付けられることを特徴とする請求項１に記載の多軸力センサ。
【請求項７】
前記力測定部材の二つの対向する壁面に四つずつの歪みゲージが貼り付けられ、その中の二つの歪みゲージは、前記力測定部材の上方部と下方部の縦歪みを測定するよう、に前記力測定部材の上方部と下方部に縦方向に貼り付けられ、もう二つの歪みゲージは、前記力測定部材の中間部の縦歪みと横歪みを測定するように、前記力測定部材の中間部にそれぞれ縦・横方向に貼り付けられ、
前記力測定部材の他の二つの対向する壁面において、一つの壁面に五つの歪みゲージが貼り付けられ、前記五つの歪みゲージの中で、三つの歪みゲージは、前記力測定部材の上方部、中間部と下方部の縦歪みを測定するように縦方向に上中下に並んで貼り付けられ、もう二つの歪みゲージは、前記中間部の＋/−４５°方向の剪断歪みを測定するように前記力測定部材の中間部にそれぞれ＋/−４５°の方向に貼り付けられ、また、前記力測定部材のもう一つの壁面に、前記力測定部材の上方部、中間部と下方部の縦歪みを測定するように、三つの歪みゲージが縦方向に上中下に並んで貼り付けられることを特徴とする請求項１に記載の多軸力センサ。
【請求項８】
前記力測定部材の二つの対向する壁面に二つずつの歪みゲージが貼り付けられ、前記歪みゲージは、＋/−４５°方向の剪断歪みを測定するようにそれぞれ＋/−４５°の方向に貼り付けられ、
前記力測定部材の他の二つの対向する壁面に二つずつの歪みゲージが貼り付けられ、前記歪みゲージは、縦歪み、横歪みを測定するようにそれぞれ縦・横方向に貼り付けられることを特徴とする請求項１に記載の多軸力センサ。
【請求項９】
前記力測定部材の一つの壁面に二つの歪みゲージが貼り付けられ、前記歪みゲージは、＋/−４５°方向の剪断歪みを測定するようにそれぞれ＋/−４５°の方向に貼り付けられ、また、前記壁面と対向する壁面に二つの歪みゲージが貼り付けられ、前記歪みゲージは、縦歪み、横歪みを測定するようにそれぞれ縦・横方向に貼り付けられることを特徴とする請求項１に記載の多軸力センサ。
【請求項１０】
前記上部部材の下端にはＮ個の上突出部が延設され、前記下部部材の上端にはＮ個の下突出部が延設され、前記Ｎ個の上突出部と前記Ｎ個の下突出部とは構造的に一対一で対応し両者が相互カップリングし且つ相互カップリングの位置にはギャップがあり、前記上部部材と前記下部部材とは相対変位を生じて一部のギャップが消えた後、前記上突出部は前記下突出部と一体となって接触し、これにより、両者は互いに位置決めされ、Ｎは３又は３以上であることを特徴とする請求項１に記載の多軸力センサ。
【請求項１１】
前記上突出部が前記下突出部とカップリングする位置に存在するギャップにシムを挟んでいることを特徴とする請求項１０に記載の多軸力センサ。
【請求項１２】
前記上部部材は、前記力測定部材との接続部分の上方に溝を有し、
前記下部部材は、前記力測定部材との接続部分の下方に溝を有することを特徴とする請求項１に記載の多軸力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセンサに関し、特に多軸力センサ（ｍｕｌｔｉ−ａｘｉｓ  ｆｏｒｃｅ  ｓｅｎｓｏｒ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
多軸力センサは、航空宇宙、自動車、ロボット、自動化設備、医療器具及びスポーツ器材等への応用に広く用いられている。例えば、風洞試験での六分力天秤（ｓｉｘ−ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｂａｌａｎｃｅ）、自動車道路テストでのホイール六分力センサ（ｓｉｘ−ａｘｉｓ  ｗｈｅｅｌ  ｆｏｒｃｅ  ｓｅｎｓｏｒ）、自動車衝突試験での人体を模擬した多軸力センサなどが挙げられる。
【０００３】
デカップリングの方法によって、多軸力センサは、構造デカップリング型多軸力センサと、計算法デカップリング型多軸力センサとに分類される。弾性体の設計、歪みゲージの貼り方とブリッジの組み方は、多軸力センサの設計のキーポイントである。構造デカップリングとは、センサの弾性体と歪みゲージの貼り方によって軸の間のカップリングが解消され、センサから有用な力信号を出力することをいう。計算法デカップリングとは、センサから出力された信号のカップリングが大きいため、力信号と直接対応することができなく、特定の計算法で、出力信号をデカップリングすることだけによって有用な力信号を得ることができることをいう。構造デカップリング型多軸力センサ又は計算法デカップリング型多軸力センサのいずれも、工業ロボット分野で、複雑な作業環境の中で作業ができるように、過負荷保護の機能を有する必要がある。            
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施例は構造が簡単であり且つ実装しやすい多軸力センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施例に係る多軸力センサは弾性体を備える。
上記弾性体は、上部部材、下部部材、及び少なくとも三つの力測定部材を含み、上記力測定部材は、矩形断面を有し、上記力測定部材は上記上部部材と上記下部部材との間に設置され、その上端が上記上部部材に接続され、その下端が上記下部部材に接続される。
上記力測定部材は、前壁面、後壁面、左壁面および右壁面を有し、前壁面と後壁面とは互いに対向し、左壁面と右壁面とは互いに対向する。
【０００６】
上記多軸力センサはさらに、少なくとも四つの歪みゲージを備え、上記歪みゲージは、縦歪み、横歪み、＋４５°方向の剪断歪み及び−４５°方向の剪断歪みを同時に測定するように、上記力測定部材の壁面上に貼り付けられる。その中、少なくとも二つの歪みゲージは、力測定部材の縦歪みと横歪みを同時に測定するように、力測定部材の同一壁面の中間部にそれぞれ縦・横方向に貼り付けられ、また、少なくとも二つの歪みゲージは、力測定部材の＋/−４５°方向の剪断歪みを同時に測定するように、力測定部材の同一壁面の中間部にそれぞれ＋/−４５°の方向に貼り付けられる。
【０００７】
好ましい実施形態において、少なくとも四つの歪みゲージは、縦歪み、横歪み及び＋/−４５°方向の剪断歪みを同時に測定するように、上記力測定部材の一つの壁面の中間部にそれぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられる。
【０００８】
他の好ましい実施形態において、上記上部部材の下端にはＮ個の上突出部が延設され、上記下部部材の上端にはＮ個の下突出部が延設され、上記Ｎ個の上突出部と上記Ｎ個の下突出部とは構造的に一対一で対応し両者が相互カップリングし、且つ相互カップリングの位置にはギャップがある。上記上部部材と上記下部部材とは相対変位を生じて一部のギャップが消えた後、上記上突出部は上記下突出部と一体となって接触し、これにより、両者は互いに位置決めされる。なお、Ｎは３又は３以上の整数である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態に係る多軸力センサは、弾性体と歪みゲージとを備え、上記歪みゲージは、縦歪み、横歪み及び＋/−４５°方向の剪断歪みを同時に測定するように弾性体の力測定部材に貼られる。多軸力センサが力を受ける時、力測定部材に歪みが発生し、歪みゲージは歪みを電気信号に変換し出力する。この多軸力センサは、構造が簡単であり、実装しやすく、構造デカップリングすることもでき、且つ計算法デカップリングすることもでき、センサに印加した力あるいはモーメントを測定することができる。また、多軸力センサは、相互カップリングする上突出部と下突出部を有し、上記上突出部と上記下突出部は過負荷保護の役割を担ってセンサの損傷を防ぎ、ひどくて複雑な作業環境で作業できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の実施例と従来技術の技術案をより明瞭に説明するため、以下、実施例又は従来技術の説明に必要な図面を簡単に紹介する。なお、以下の説明中の図面は本発明が例示の目的のみで開示されている実施例であり、当業者は創造的な労働を経ずに、これらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。
【図１】図１は、本発明に係るシム無しの多軸力センサの構造を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明に係るシムがある多軸力センサの構造を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明に係る多軸力センサの正面図である。
【図４】図４は、図３に示す多軸力センサにおける力測定部材の部分拡大図である。
【図５】図５は、本発明の実施例一に係る多軸力センサの構造を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施例一に係る多軸力センサにおける歪みゲージのブリッジ接続を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施例二に係る多軸力センサの構造を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施例三に係る多軸力センサの構造を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施例三に係る多軸力センサにおける歪みゲージのブリッジ接続を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例四に係る多軸力センサの構造を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例四に係る多軸力センサにおける歪みゲージのブリッジ接続を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施例五に係る多軸力センサの構造を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施例五に係る多軸力センサにおける歪みゲージのブリッジ接続を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施例六に係る多軸力センサの構造を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施例六に係る多軸力センサにおける歪みゲージのブリッジ接続を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施例七に係る多軸力センサの構造を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施例七に係る多軸力センサにおける歪みゲージのブリッジ接続を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施例八に係る多軸力センサの構造を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施例八に係る多軸力センサにおける歪みゲージのブリッジ接続を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施例における図面を参照しながら、本発明の実施例の技術案を明確且つ完全に説明する。なお、ここに記載された実施例は、本発明の一部の実施例だけであり、全ての実施例ではない。本発明の実施例に基づいて、当業者が創造的な労働を経ずに想到できるいずれの他の実施例は、本発明の保護範囲内である。
【００１２】
本発明の実施例に係る多軸力センサは弾性体を備える。上記弾性体は、上部部材、下部部材、及び少なくとも三つの矩形断面の力測定部材を含む。上記力測定部材は、上記上部部材と上記下部部材との間に設置され、上記力測定部材の上端が上記上部部材に接続され、その下端が上記下部部材に接続され、前壁面、後壁面、左壁面および右壁面を有する。上記前壁面と上記後壁面とは互いに対向し、上記左壁面と上記右壁面とは互いに対向する。上記多軸力センサはさらに少なくとも四つの歪みゲージを備える。上記歪みゲージは、縦歪み、横歪み、＋/−４５°方向の剪断歪みを同時に測定するように、上記力測定部材の壁面上に貼り付けられる。ここで、少なくとも二つの歪みゲージは、力測定部材の縦歪みと横歪みを同時に測定するように、力測定部材の同一壁面の中間部にそれぞれ縦・横方向に貼り付けられ、また、少なくとも二つの歪みゲージは、力測定部材の＋/−４５°方向の剪断歪みを同時に測定するように、力測定部材の同一壁面の中間部にそれぞれ＋/−４５°の方向に貼り付けられる。歪みゲージのブリッジの組み方は、フルブリッジ接続又はハーフブリッジ接続が採用される。
【００１３】
以下、図１乃至図４を参照して、多軸力センサの構造を詳しく説明する。
【００１４】
好ましい実施形態において、上記力測定部材の一つの壁面の中間部に少なくとも四つの歪みゲージが貼り付けられ、上記歪みゲージは、縦歪み、横歪み及び＋/−４５°方向の剪断歪みを同時に測定するように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられる。
【００１５】
ここで、「＋４５°の方向」とは横方向となす角度が＋４５°のことをいう。また、「−４５°の方向」とは縦方向となす角度が−４５°のことをいう。
【００１６】
図１は本発明に係るシム無しの多軸力センサの構造を示す斜視図である。
【００１７】
図１に示すように、多軸力センサにおける弾性体１は上部部材２、下部部材３及び少なくとも三つの力測定部材４を備え、上部部材２と下部部材３とは力測定部材４を通じて接続され、言い換えれば、力測定部材４は上部部材２と下部部材３との間に設置され、その上端が上部部材２に接続され、その下端が下部部材３に接続される。
【００１８】
上部部材２の下端にはＮ個の上突出部５が延設され、下部部材３の上端にはＮ個の下突出部６が延設され、Ｎ個の上突出部５とＮ個の下突出部とは構造的に一対一で対応し両者が相互カップリングし、且つ相互カップリングの位置にはギャップ７がある。上記上部部材と上記下部部材とは相対変位を生じて一部のギャップが消えた後、上記上突出部は上記下突出部と一体となって接触し、これにより、両者は互いに位置決めされる。なお、Ｎは３又は３以上の整数である。
【００１９】
一つの実施形態において、上突出部５が下突出部６とカップリングする位置に存在するギャップ７には、シムを挟まない。図１はシム無しの多軸力センサの構造を示す斜視図である。
【００２０】
もう一つの実施形態において、図２はシムのある多軸力センサの構造を示す斜視図であり、上突出部５が下突出部６とカップリングする位置に存在するギャップ７には、シム１０を挟んでいる。
【００２１】
図３は本発明に係る多軸力センサの正面図である。
【００２２】
図３に示すように、上部部材２は、力測定部材４との接続部分の上方には溝８を有し、下部部材３は、力測定部材４との接続部分の下方には溝９を有する。
【００２３】
図４は図３に示す多軸力センサにおける力測定部材の部分拡大図である。
【００２４】
力測定部材４の壁面（図３に示すＩ位置）に少なくとも一つの歪みゲージが貼られる。例えば、図４に示すように、力測定部材４の壁面にひずみロゼット１１が貼られた。ここで、ひずみロゼットは、高感度ゲート（敏感柵；ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｇａｔｅ）を二つ以上有する抵抗歪みケージである。具体的に実施する時、ひずみロゼット１１は複数個の歪みゲージＲｎにより代替されることができる。
【００２５】
本発明の実施例に係る多軸力センサは、弾性体１には相互カップリングする上突出部５と下突出部６が設置され、且つ上突出部５と下突出部６がカップリングする位置にはギャップ７が存在する。このようにすれば、以下の作用効果を奏することができる。多軸力センサが力或いはモーメントを受ける時、弾性体１における上部部材２と下部部材３との間には相対変位が発生し、上突出部５と下突出部６との間の一部のギャップ７が狭くなる。また、負荷した力或いはモーメントが特定の値を超えると、上突出部５と下突出部６との間のギャップ７が消えて上突出部が下突出部と一体となって接触することで、過負荷保護機能が実現でき、力測定部材４上の歪みゲージの損傷を防ぐことができる。
【００２６】
本発明の実施例に係る多軸力センサは、上部部材２に溝８が配設され、下部部材３に溝９が配設される。このようにすれば、以下の作用効果を奏することができる。上部部材２および下部部材３に溝をあけることで、弾性体の剛性を低減する。また、負荷した力或いはモーメントが特定の値を超えると、溝８と溝９により、上部部材２と下部部材３との間の相対変位をより大きくさせることができ、且つ、上突出部５が下突出部６と一体となって接触することが確保でき、力測定部材４の歪みゲージの損傷を防ぐことができる。
【００２７】
好ましくは、図２に示すように、上部部材２と下部部材３はリング状の構造に形成され、少なくとも三つの力測定部材４は、上部部材２と下部部材３とを接続するように上部部材２と下部部材３との周辺に配設される。具体的に実施する時、複数個の力測定部材４は均一に又は不均一に配設されてもよい。
【００２８】
好ましくは、力測定部材４は断面が矩形であり、前壁面、後壁面、左壁面および右壁面を有する。ここで、前壁面は弾性体の外側に向いた面であり、後壁面は弾性体の中軸線に向いた面であり、左壁面と右壁面は力測定部材４の両側に位置する面である。また、前壁面は後壁面と互いに対向し、左壁面は右壁面と互いに対向する。
【００２９】
なお、本発明の実施例では、上部部材２と下部部材３がリング状に形成される例を用いて説明を行ったが、上部部材２と下部部材３は、例えば四方形、六方形、八方形など他の構造を採用してもよい。上部部材２と下部部材３は同一又は異なる構造を有してもよく、互いに平行に又は非平行に設置されてもよく、穴を有しても良い。
【００３０】
多軸力センサにおいて、上突出部、下突出部、シム、上部部材の溝及び下部部材の溝は、過負荷保護構造に構成されており、任意の形状をなす。上突出部が下突出部と構造的カップリングし且つ過負荷の時は両者が互いに位置決めさればよい。具体的な実施では過負荷保護機能が要らないと、多軸力センサにおいて過負荷保護構造が設置されなくてもよい。
【００３１】
本発明の実施例に係る多軸力センサは、構造が簡単、小型であり、実装しやすく、構造デカップリングすることができ、且つ計算法デカップリングすることもでき、また、過負荷保護の機能を持っており、ひどくて複雑な作業環境で作業できる。以下は図５乃至図１９を参照して本発明の実施例に係る多軸力センサの歪みゲージの貼り方と歪みゲージブリッジの組み方を詳しく説明する。
【００３２】
図５は本発明の実施例一に係る多軸力センサの構造を示す図である。
本発明の実施例一に係る多軸力センサは、力測定部材の一つの壁面に四つの歪みゲージが貼り付けられ、この四つの歪みゲージは、縦歪み、横歪み及び＋/−４５°方向の剪断歪みをそれぞれ測定するように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられる。
【００３３】
図５に示すように、多軸力センサは力測定部材を三つ有し、それぞれは力測定部材４ａ、力測定部材４ｂと力測定部材４ｃである。具体的に以下のように、各力測定部材の前壁面にはそれぞれ四つの歪みゲージが貼り付けられる。
力測定部材４ａの前壁面に、図５に示す歪みゲージＲ１１、歪みゲージＲ１３、歪みゲージＲ１４及び歪みゲージＲ１２のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた四つの歪みゲージがある。
【００３４】
力測定部材４ｂの前壁面に、図５に示す歪みゲージＲ２１、歪みゲージＲ２３、歪みゲージＲ２４及び歪みゲージＲ２２のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた四つの歪みゲージがある。
力測定部材４ｃの前壁面に、図５に示す歪みゲージＲ３１、歪みゲージＲ３３、歪みゲージＲ３４及び歪みゲージＲ３２のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた四つの歪みゲージがある。
【００３５】
具体的に実施する時、力測定部材の同一壁面にそれぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた四つの歪みゲージは、重なり合う又は重なり合わなくてもよい。また、上記四つの歪みゲージをひずみロゼットに変換しても良い。
【００３６】
図６は本発明の実施例一に係る多軸力センサにおける歪みゲージのブリッジ接続を示す図である。
本発明の実施例一に係る多軸力センサは、歪みゲージのブリッジ回路に抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂが加えられ、且つ力測定部材が力を受ける時に抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂの抵抗値が変わらない。図６に示すように、本実施例一に使用した歪みゲージのブリッジ接続方式において、六つのチャンネルの出力信号を形成し、それぞれは信号ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、ＣＨ５、ＣＨ６である。具体的に以下のとおりである。
【００３７】
Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒａ、Ｒｂは図６に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１１、Ｒ１３の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１１、△Ｒ１３とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＣＨ１を得る。
Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒａ、Ｒｂは図６に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１２、Ｒ１４の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１２、△Ｒ１４とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＣＨ２を得る。
【００３８】
Ｒ３１、Ｒ３３、Ｒａ、Ｒｂは図６に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ３１、Ｒ３３の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ３１、△Ｒ３３とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＣＨ３を得る。
Ｒ３２、Ｒ３４、Ｒａ、Ｒｂは図６に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ３２、Ｒ３４の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ３２、△Ｒ３４とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＣＨ４を得る。
【００３９】
Ｒ２１、Ｒ２３、Ｒａ、Ｒｂは図６に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ２１、Ｒ２３の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ２１、△Ｒ２３とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＣＨ５を得る。
Ｒ２２、Ｒ２４、Ｒａ、Ｒｂは図６に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ２２、Ｒ２４の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ２２、△Ｒ２４とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＣＨ６を得る。
【００４０】
多軸力センサの六つのチャンネルの出力信号ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、ＣＨ５、ＣＨ６を得た後、行列算法によりデカップリングすることで、センサに負荷した力とモーメント信号の値を得ることができる。本実施例では、以下のような行列算法によりデカップリングする。
［Ｆ］＝［Ｃ］［ＣＨ］。
上式中、［Ｆ］行列は、力信号ＦＸ、ＦＹ、ＦＺと、モーメント信号ＭＸ、ＭＹ、ＭＺとを含む。ここで、信号ＦＸは図５に示すＸ軸方向の力信号、信号ＦＹは図５に示すＹ軸方向の力信号、信号ＦＺは図５に示すＺ軸方向（右手の法則で求める）の力信号である。信号ＭＸは図５に示すＸ軸方向のモーメント信号、信号ＭＹは図５に示すＹ軸方向のモーメント信号、信号ＭＺは図５に示すＺ軸方向のモーメント信号である。
【００４１】
［Ｃ］行列は係数行列であり、センサの校正で得られる。具体的に実施する時、校正装置を用いて多軸力センサに所定の既知の力又はモーメントを加え、センサの各チャンネルの出力信号を記録することで、センサの出力信号、及び既知の力とモーメントの関係が得られる。これにより、行列係数［Ｃ］を求めることができる。
［ＣＨ］行列は多軸力センサの出力信号行列である。
【００４２】
なお、マイクロプロセッサを使用する又はセンサ内に所定の電気回路を付加することで、行列算法係数［Ｃ］及び［Ｆ］＝［Ｃ］［ＣＨ］を求めることができる。
【００４３】
図７は本発明の実施例二に係る多軸力センサの構造を示す図である。
本発明の実施例二に係る多軸力センサは、力測定部材の二つの対向する壁面に二つずつの歪みゲージが貼り付けられ、そのうちの一つの壁面にある歪みゲージは、＋/−４５°方向の剪断歪みを測定するように、それぞれ＋/−４５°の方向に貼り付けられ、もう一つの壁面にある歪みゲージは、縦歪み、横歪みを測定するように、それぞれ縦・横方向に貼り付けられる。
【００４４】
図７に示すように、多軸力センサは力測定部材を三つ有し、それぞれ力測定部材４ａ、力測定部材４ｂと力測定部材４ｃである。具体的に以下のように、各力測定部材には、四つの歪みゲージが貼り付けられる。
力測定部材４ａの前壁面にそれぞれ縦・横方向に歪みゲージＲ１１と歪みゲージＲ１３が貼られ、力測定部材４ａの後壁面にそれぞれ＋/−４５°の方向に歪みゲージＲ１４及び歪みゲージＲ１２が貼られる。  
【００４５】
力測定部材４ｂの前壁面にそれぞれ縦・横方向に歪みゲージＲ２１と歪みゲージＲ２３が貼られ、力測定部材４ｂの後壁面にそれぞれ＋/−４５°の方向に歪みゲージＲ２４と歪みゲージＲ２２が貼られる。
力測定部材４ｃの前壁面にそれぞれ縦・横方向に歪みゲージＲ３１と歪みゲージＲ３３が貼られ、力測定部材４ｃの後壁面にそれぞれ＋/−４５°の方向に歪みゲージＲ３４と歪みゲージＲ３２が貼られる。
【００４６】
具体的に実施する時、力測定部材の同一壁面に貼られた歪みゲージは、重なり合う又は重なり合わなくても良い。また、上記の力測定部材の同一壁面に貼られた二つの歪みゲージをひずみロゼットに変換しても良い。
【００４７】
本発明の実施例二に係る多軸力センサの歪みゲージのブリッジ接続方式とデカップリング原理は、上記実施例一と同じであるため、ここで詳しく説明しない。
【００４８】
図８は本発明の実施例三に係る多軸力センサの構造を示す図である。
本発明の実施例三に係る多軸力センサは、力測定部材の二つの対向する壁面に、＋/−４５°方向の剪断歪みを測定するようにそれぞれ＋/−４５°の方向に二つずつの歪みゲージが貼り付けられ、また、力測定部材の他の二つの対向する壁面に、縦歪み、横歪みを測定するようにそれぞれ縦・横方向に二つずつの歪みゲージが貼り付けられる。
【００４９】
図８に示すように、多軸力センサは力測定部材を三つ有し、それぞれは力測定部材４ａ、力測定部材４ｂと力測定部材４ｃである。具体的に以下のように、各力測定部材には、八つの歪みゲージが貼り付けられる。
【００５０】
力測定部材４ａの前壁面にそれぞれ＋/−４５°の方向に歪みゲージＲ１４と歪みゲージＲ１２が貼られ、力測定部材４ａの後壁面にそれぞれ＋/−４５°の方向に歪みゲージＲ１８と歪みゲージＲ１６が貼られ、力測定部材４ａの左壁面にそれぞれ縦・横方向に歪みゲージＲ１１と歪みゲージＲ１３が貼られ、力測定部材４ａの右壁面にそれぞれ縦・横方向に歪みゲージＲ１５と歪みゲージＲ１７が貼られる。
【００５１】
力測定部材４ｂの前壁面にそれぞれ＋/−４５°の方向に歪みゲージＲ２４と歪みゲージＲ２２が貼られ、力測定部材４ｂの後壁面にそれぞれ＋/−４５°の方向に歪みゲージＲ２８と歪みゲージＲ２６が貼られ、力測定部材４ｂの左壁面にそれぞれ縦・横方向に歪みゲージＲ２１と歪みゲージＲ２３が貼られ、力測定部材４ｂの右壁面にそれぞれ縦・横方向に歪みゲージＲ２５と歪みゲージＲ２７が貼られる。
【００５２】
力測定部材４ｃの前壁面にそれぞれ＋/−４５°の方向に歪みゲージＲ３４と歪みゲージＲ３２が貼られ、力測定部材４ｃの後壁面にそれぞれ＋/−４５°の方向に歪みゲージＲ３８と歪みゲージＲ３６が貼られ、力測定部材４ｃの左壁面にそれぞれ縦・横方向に歪みゲージＲ３１と歪みゲージＲ３３が貼られ、力測定部材４ｃの右壁面にそれぞれ縦・横方向に歪みゲージＲ３５と歪みゲージＲ３７が貼られる。
【００５３】
具体的に実施する時、力測定部材の同一壁面にそれぞれ＋/−４５°の方向に貼られた二つの歪みゲージは、重なり合う又は重なり合わなくても良く、力測定部材の同一壁面にそれぞれ縦・横方向に貼られた二つの歪みゲージは、重なり合う又は重なり合わなくても良い。また、上記の力測定部材の同一壁面に貼られた二つの歪みゲージをひずみロゼットに変換しても良い。
【００５４】
図９は本発明の実施例三に係る多軸力センサにおける歪みゲージのブリッジ接続を示す図である。
本発明の実施例三に係る多軸力センサに使用した歪みゲージブリッジ接続方式において、六つのチャンネルの出力信号を形成し、それぞれは信号ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、ＣＨ５、ＣＨ６である。具体的に以下のとおりである。
【００５５】
Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ１５、Ｒ１７は図９に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ１５、Ｒ１７の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１１、△Ｒ１３、△Ｒ１５、△Ｒ１７とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＣＨ１を得る。
Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ１６、Ｒ１８は図９に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ１６、Ｒ１８の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１２、△Ｒ１４、△Ｒ１６、△Ｒ１８とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＣＨ２を得る。
【００５６】
Ｒ３１、Ｒ３３、Ｒ３５、Ｒ３７は図９に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ３１、Ｒ３３、Ｒ３５、Ｒ３７の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ３１、△Ｒ３３、△Ｒ３５、△Ｒ３７とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＣＨ３を得る。
Ｒ３２、Ｒ３４、Ｒ３６、Ｒ３８は図９に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ３２、Ｒ３４、Ｒ３６、Ｒ３８の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ３２、△Ｒ３４、△Ｒ３６、△Ｒ３８とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＣＨ４を得る。
【００５７】
Ｒ２１、Ｒ２３、Ｒ２５、Ｒ２７は図９に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ２１、Ｒ２３、Ｒ２５、Ｒ２７の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ２１、△Ｒ２３、△Ｒ２５、△Ｒ２７とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＣＨ５を得る。
Ｒ２２、Ｒ２４、Ｒ２６、Ｒ２８は図９に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ２２、Ｒ２４、Ｒ２６、Ｒ２８の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ２２、△Ｒ２４、△Ｒ２６、△Ｒ２８とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＣＨ６を得る。
【００５８】
多軸力センサの六つのチャンネルの出力信号ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、ＣＨ５、ＣＨ６を得た後、行列算法によりデカップリングすることで、センサに負荷した力とモーメント信号の値を得ることができる。デカップリングの原理は上記実施例一と同じであるため、ここで詳しく説明しない。
【００５９】
図１０は本発明の実施例四に係る多軸力センサの構造を示す図である。
本発明の実施例四に係る多軸力センサは、力測定部材の二つの対向する壁面にそれぞれ四つずつの歪みゲージが貼り付けられる。上記四つの歪みゲージは、縦歪み、横歪み及び＋/−４５°方向の剪断歪みを測定するように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられる。
【００６０】
図１０に示すように、多軸力センサは四つの力測定部材を有し、それぞれは力測定部材４ａ、力測定部材４ｂ、力測定部材４ｃと力測定部材４ｄである。具体的に以下のように、各力測定部材の前壁面と後壁面には、それぞれ四つずつの歪みゲージが貼り付けられる。
【００６１】
力測定部材４ａの前壁面に、図１０に示す歪みゲージＲ１１、歪みゲージＲ１３、歪みゲージＲ１４と歪みゲージＲ１２のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた四つの歪みゲージがある。
力測定部材４ａの後壁面に、図１０に示す歪みゲージＲ１５、歪みゲージＲ１７、歪みゲージＲ１８と歪みゲージＲ１６のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた四つの歪みゲージがある。
【００６２】
力測定部材４ｂの前壁面に、図１０に示す歪みゲージＲ２１、歪みゲージＲ２３、歪みゲージＲ２４と歪みゲージＲ２２のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた四つの歪みゲージがある。
力測定部材４ｂの後壁面に、図１０に示す歪みゲージＲ２５、歪みゲージＲ２７、歪みゲージＲ２８と歪みゲージＲ２６のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた四つの歪みゲージがある。
【００６３】
力測定部材４ｃの前壁面に、図１０に示す歪みゲージＲ３１、歪みゲージＲ３３、歪みゲージＲ３４と歪みゲージＲ３２のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた四つの歪みゲージがある。
力測定部材４ｃの後壁面に、図１０に示す歪みゲージＲ３５、歪みゲージＲ３７、歪みゲージＲ３８と歪みゲージＲ３６のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた四つの歪みゲージがある。
【００６４】
力測定部材４ｄの前壁面に、図１０に示す歪みゲージＲ４１、歪みゲージＲ４３、歪みゲージＲ４４と歪みゲージＲ４２のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた四つの歪みゲージがある。
力測定部材４ｄの後壁面に、図１０に示す歪みゲージＲ４５、歪みゲージＲ４７、歪みゲージＲ４８と歪みゲージＲ４６のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた四つの歪みゲージがある。
【００６５】
具体的に実施する時、力測定部材の同一壁面にそれぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた四つの歪みゲージは、重なり合う又は重なり合わなくても良い。また、上記四つの歪みゲージをひずみロゼットに変換しても良い。
【００６６】
図１１は本発明の実施例四に係る多軸力センサにおける歪みゲージのブリッジ接続を示す図である。
本発明の実施例四に係る多軸力センサに使用した歪みゲージブリッジ接続方式において、三つの力信号ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ及び三つのモーメント信号ＭＸ、ＭＹ、ＭＺを形成することができる。具体的に以下のとおりである。
【００６７】
Ｒ２６、Ｒ２８、Ｒ４６、Ｒ４８は図１１に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ２６、Ｒ２８、Ｒ４６、Ｒ４８の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ２６、△Ｒ２８、△Ｒ４６、△Ｒ４８とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＦＸを得る。ここで、信号ＦＸは図１０に示すＸ軸方向の力信号を意味する。
【００６８】
Ｒ１６、Ｒ１８、Ｒ３６、Ｒ３８は図１１に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１６、Ｒ１８、Ｒ３６、Ｒ３８の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１６、△Ｒ１８、△Ｒ３６、△Ｒ３８とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＦＹを得る。ここで、信号ＦＹは図１０に示すＹ軸方向の力信号を意味する。
【００６９】
Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ２５、Ｒ２７、Ｒ３５、Ｒ３７、Ｒ４５、Ｒ４７は図１１に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ２５、Ｒ２７、Ｒ３５、Ｒ３７、Ｒ４５、Ｒ４７の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１５、△Ｒ１７、△Ｒ２５、△Ｒ２７、Ｒ３５、△Ｒ３７、△Ｒ４５、△Ｒ４７とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＦＺを得る。ここで、信号ＦＺは図１０に示すＺ軸方向（右手の法則で求める）の力信号を意味する。
【００７０】
Ｒ２１、Ｒ２３、Ｒ４１、Ｒ４３は図１１に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ２１、Ｒ２３、Ｒ４１、Ｒ４３の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ２１、△Ｒ２３、△Ｒ４１、△Ｒ４３とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＭＸを得る。ここで、信号ＭＸは図１０に示すＸ軸方向のモーメント信号を意味する。
【００７１】
Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ３１、Ｒ３３は図１１に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ３１、Ｒ３３の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１１、△Ｒ１３、△Ｒ３１、△Ｒ３３とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＭＹを得る。ここで、信号ＭＹは図１０に示すＹ軸方向のモーメント信号を意味する。
【００７２】
Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ２２、Ｒ２４、Ｒ３２、Ｒ３４、Ｒ４２、Ｒ４４は図１１に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ２２、Ｒ２４、Ｒ３２、Ｒ３４、Ｒ４２、Ｒ４４の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１２、△Ｒ１４、△Ｒ２２、△Ｒ２４、△Ｒ３２、△Ｒ３４、△Ｒ４２、△Ｒ４４とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＭＺを得る。ここで、信号ＭＺは図１０に示すＺ軸方向のモーメント信号を意味する。
【００７３】
なお、本実施例四では、６つの軸の信号ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ、ＭＸ、ＭＹとＭＺを獲得する方法を提供する。具体的に実施する時、前記信号中の一つ又は複数個の信号のブリッジ歪みゲージを減少することで、６つ以下の軸の出力信号を得ることができる。
【００７４】
図１２は本発明の実施例五に係る多軸力センサの構造を示す図である。
本発明の実施例五に係る多軸力センサは、力測定部材の二つの対向する壁面に五つずつの歪みゲージが貼り付けられ、そのうち、四つの歪みゲージは、縦歪み、横歪み及び＋/−４５°方向の剪断歪みをそれぞれ測定するようにそれぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられ、もう一つの歪みゲージは縦歪みを測定するように縦方向に貼り付けられる。
【００７５】
図１２に示すように、多軸力センサは四つの力測定部材を有し、それぞれは力測定部材４ａ、力測定部材４ｂ、力測定部材４ｃと力測定部材４ｄである。具体的に以下のように、各力測定部材の前壁面と後壁面には、それぞれ五つずつの歪みゲージが貼り付けられる。
【００７６】
力測定部材４ａの前壁面に五つの歪みゲージがあり、その中の四つの歪みゲージは、図１２に示す歪みゲージＲ１１、歪みゲージＲ１３、歪みゲージＲ１４と歪みゲージＲ１２のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられ、もう一つの歪みゲージは、図１２に示す歪みゲージＲ１９のように縦方向に貼り付けられる。
【００７７】
力測定部材４ａの後壁面に五つの歪みゲージがあり、その中の四つの歪みゲージは、図１２に示す歪みゲージＲ１５、歪みゲージＲ１７、歪みゲージＲ１８と歪みゲージＲ１６のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられ、もう一つの歪みゲージは、図１２に示す歪みゲージＲ１０のように縦方向に貼り付けられる。
【００７８】
力測定部材４ｂの前壁面に五つの歪みゲージがあり、その中の四つの歪みゲージは、図１２に示す歪みゲージＲ２１、歪みゲージＲ２３、歪みゲージＲ２４と歪みゲージＲ２２のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられ、もう一つの歪みゲージは、図１２に示す歪みゲージＲ２９のように縦方向に貼り付けられる。
【００７９】
力測定部材４ｂの後壁面に五つの歪みゲージがあり、その中の四つの歪みゲージは、図１２に示す歪みゲージＲ２５、歪みゲージＲ２７、歪みゲージＲ２８と歪みゲージＲ２６のようにそれぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられ、もう一つの歪みゲージは、図１２に示す歪みゲージＲ２０のように縦方向に貼り付けられる。
【００８０】
力測定部材４ｃの前壁面に五つの歪みゲージがあり、その中の四つの歪みゲージは、図１２に示す歪みゲージＲ３１、歪みゲージＲ３３、歪みゲージＲ３４と歪みゲージＲ３２のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられ、もう一つの歪みゲージは、図１２に示す歪みゲージＲ３９のように縦方向に貼り付けられる。
【００８１】
力測定部材４ｃの後壁面に五つの歪みゲージがあり、その中の四つの歪みゲージは、図１２に示す歪みゲージＲ３５、歪みゲージＲ３７、歪みゲージＲ３８と歪みゲージＲ３６のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられ、もう一つの歪みゲージは、図１２に示す歪みゲージＲ３０のように縦方向に貼り付けられる。
【００８２】
力測定部材４ｄの前壁面に五つの歪みゲージがあり、その中の四つの歪みゲージは、図１２に示す歪みゲージＲ４１、歪みゲージＲ４３、歪みゲージＲ４４と歪みゲージＲ４２のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられ、もう一つの歪みゲージは、図１２に示す歪みゲージＲ４９のように縦方向に貼り付けられる。
力測定部材４ｄの後壁面に五つの歪みゲージがあり、その中の四つの歪みゲージは、図１２に示す歪みゲージＲ４５、歪みゲージＲ４７、歪みゲージＲ４８と歪みゲージＲ４６のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられ、もう一つの歪みゲージは、図１２に示す歪みゲージＲ４０のように縦方向に貼り付けられる。
【００８３】
具体的に実施する時、力測定部材の同一壁面にそれぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた五つの歪みゲージは、重なり合う又は重なり合わなくても良い。また、力測定部材の同一壁面に貼られた複数個の歪みゲージをひずみロゼットに変換しても良い。
【００８４】
図１３は本発明の実施例五に係る多軸力センサにおける歪みゲージのブリッジ接続を示す図である。
本発明の実施例五に係る多軸力センサに使用した歪みゲージブリッジ接続方式において、三つの力信号ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ及び三つのモーメント信号ＭＸ、ＭＹ、ＭＺを形成する。具体的に以下のとおりである。
【００８５】
Ｒ２６、Ｒ２８、Ｒ４６、Ｒ４８は図１３に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ２６、Ｒ２８、Ｒ４６、Ｒ４８の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ２６、△Ｒ２８、△Ｒ４６、△Ｒ４８とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＦＸを得る。
【００８６】
Ｒ１６、Ｒ１８、Ｒ３６、Ｒ３８は図１３に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１６、Ｒ１８、Ｒ３６、Ｒ３８の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１６、△Ｒ１８、△Ｒ３６、△Ｒ３８とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＦＹを得る。
【００８７】
Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ２１、Ｒ２３、Ｒ２５、Ｒ２７、Ｒ３１、Ｒ３３、Ｒ３５、Ｒ３７、Ｒ４１、Ｒ４３、Ｒ４５、Ｒ４７は図１３に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ２１、Ｒ２３、Ｒ２５、Ｒ２７、Ｒ３１、Ｒ３３、Ｒ３５、Ｒ３７、Ｒ４１、Ｒ４３、Ｒ４５、Ｒ４７の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１１、△Ｒ１３、△Ｒ１５、△Ｒ１７、△Ｒ２１、△Ｒ２３、△Ｒ２５、△Ｒ２７、△Ｒ３１、△Ｒ３３、△Ｒ３５、△Ｒ３７、△Ｒ４１、△Ｒ４３、△Ｒ４５、△Ｒ４７とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＦＺを得る。
【００８８】
Ｒ２０、Ｒ２９、Ｒ４０、Ｒ４９は図１３に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ２０、Ｒ２９、Ｒ４０、Ｒ４９の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ２０、△Ｒ２９、△Ｒ４０、△Ｒ４９とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＭＸを得る。
【００８９】
Ｒ１０、Ｒ１９、Ｒ３０、Ｒ３９は図１３に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１０、Ｒ１９、Ｒ３０、Ｒ３９の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１０、△Ｒ１９、△Ｒ３０、△Ｒ３９とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＭＹを得る。
【００９０】
Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ２２、Ｒ２４、Ｒ３２、Ｒ３４、Ｒ４２、Ｒ４４は図１３に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ２２、Ｒ２４、Ｒ３２、Ｒ３４、Ｒ４２、Ｒ４４の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１２、△Ｒ１４、△Ｒ２２、△Ｒ２４、△Ｒ３２、△Ｒ３４、△Ｒ４２、△Ｒ４４とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＭＺを得る。
【００９１】
なお、本実施例五では、６つの軸の信号ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ、ＭＸ、ＭＹとＭＺを獲得する方法を提供する。具体的に実施する時、前記信号中の一つ又は複数個の信号のブリッジ歪みゲージを減少することで、６つ以下の軸の出力信号を得ることができる。
【００９２】
図１４は本発明の実施例六に係る多軸力センサの構造を示す図であ る。
本発明の実施例六に係る多軸力センサは、力測定部材の二つの対向する壁面に三つずつの歪みゲージが貼り付けられ、その中の二つの歪みゲージは、＋/−４５°方向の剪断歪みを測定するようにそれぞれ＋/−４５°の方向に貼り付けられ、もう一つの歪みゲージは縦歪みを測定するように縦方向に貼り付けられる。
力測定部材の他の二つの対向する壁面に二つずつの歪みゲージが貼り付けられ、上記歪みゲージは、縦歪み、横歪みを測定するようにそれぞれ縦・横方向に貼り付けられる。
【００９３】
図１４に示すように、多軸力センサは四つの力測定部材を有し、それぞれは力測定部材４ａ、力測定部材４ｂ、力測定部材４ｃと力測定部材４ｄである。具体的に以下のように、各力測定部材の四つの壁面には、歪みゲージが貼り付けられる。
力測定部材４ａの前壁面に歪みゲージＲ１２、歪みゲージＲ１４と歪みゲージＲ１９が貼られ、ここで、Ｒ１４とＲ１２はそれぞれ＋/−４５°の方向に貼られ、Ｒ１９は縦方向に貼られる。
【００９４】
力測定部材４ａの後壁面に歪みゲージＲ１６、歪みゲージＲ１８と歪みゲージＲ１０が貼られ、ここで、Ｒ１８とＲ１６はそれぞれ＋/−４５°の方向に貼られ、Ｒ１０は縦方向に貼られる。
力測定部材４ａの左壁面にそれぞれ縦・横方向に歪みゲージＲ１１と歪みゲージＲ１３が貼られる。
【００９５】
力測定部材４ａの右壁面にそれぞれ縦・横方向に歪みゲージＲ１５と歪みゲージＲ１７が貼られる。
力測定部材４ｂの前壁面に歪みゲージＲ２２、歪みゲージＲ２４と歪みゲージＲ２９が貼られ、ここで、Ｒ２４とＲ２２はそれぞれ＋/−４５°の方向に貼られ、Ｒ２９は縦方向に貼られる。
【００９６】
力測定部材４ｂの後壁面に歪みゲージＲ２６、歪みゲージＲ２８と歪みゲージＲ２０が貼られ、ここで、Ｒ２８とＲ２６はそれぞれ＋/−４５°の方向に貼られ、Ｒ２０は縦方向に貼られる。
力測定部材４ｂの左壁面にそれぞれ縦・横方向に歪みゲージＲ２１と歪みゲージＲ２３が貼られる。
力測定部材４ｂの右壁面にそれぞれ縦・横方向に歪みゲージＲ２５と歪みゲージＲ２７が貼られる。
【００９７】
力測定部材４ｃの前壁面に歪みゲージＲ３２、歪みゲージＲ３４と歪みゲージＲ３９が貼られ、ここで、Ｒ３４とＲ３２はそれぞれ＋/−４５°の方向に貼られ、Ｒ３９は縦方向に貼られる。
力測定部材４ｃの後壁面に歪みゲージＲ３６、歪みゲージＲ３８と歪みゲージＲ３０が貼られ、ここで、Ｒ３８とＲ３６はそれぞれ＋/−４５°の方向に貼られ、Ｒ３０は縦方向に貼られる。
【００９８】
力測定部材４ｃの左壁面にそれぞれ縦・横方向に歪みゲージＲ３１と歪みゲージＲ３３が貼られる。
力測定部材４ｃの右壁面にそれぞれ縦・横方向に歪みゲージＲ３５と歪みゲージＲ３７が貼られる。
力測定部材４ｄの前壁面に歪みゲージＲ４２、歪みゲージＲ４４と歪みゲージＲ４９が貼られ、ここで、Ｒ４４とＲ４２はそれぞれ＋/−４５°の方向に貼られ、Ｒ４９は縦方向に貼り付けられる。
【００９９】
力測定部材４ｄの後壁面に歪みゲージＲ４６、歪みゲージＲ４８と歪みゲージＲ４０が貼られ、ここで、Ｒ４８とＲ４６はそれぞれ＋/−４５°の方向に貼り付けられ、Ｒ４０は縦方向に貼り付けられる。
力測定部材４ｄの左壁面にそれぞれ縦・横方向に歪みゲージＲ４１と歪みゲージＲ４３が貼られる。
力測定部材４ｄの右壁面にそれぞれ縦・横方向に歪みゲージＲ４５と歪みゲージＲ４７が貼られる。
【０１００】
具体的に実施する時、力測定部材の同一壁面に貼られた歪みゲージは、重なり合う又は重なり合わなくても良い。上記の力測定部材の同一壁面に貼られた二つ又は三つの歪みゲージをひずみロゼットに変換しても良い。
【０１０１】
図１５は本発明の実施例六に係る多軸力センサにおける歪みゲージのブリッジ接続を示す図である。
本発明の実施例六に係る多軸力センサに使用した歪みゲージブリッジ接続方式において、三つの力信号ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ及び三つのモーメント信号ＭＸ、ＭＹ、ＭＺを形成する。具体的に以下のとおりである。
【０１０２】
Ｒ２６、Ｒ２８、Ｒ４６、Ｒ４８は図１５に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ２６、Ｒ２８、Ｒ４６、Ｒ４８の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ２６、△Ｒ２８、△Ｒ４６、△Ｒ４８とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＦＸを得る。
【０１０３】
Ｒ１６、Ｒ１８、Ｒ３６、Ｒ３８は図１５に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１６、Ｒ１８、Ｒ３６、Ｒ３８の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１６、△Ｒ１８、△Ｒ３６、△Ｒ３８とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＦＹを得る。
【０１０４】
Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ２１、Ｒ２３、Ｒ２５、Ｒ２７、Ｒ３１、Ｒ３３、Ｒ３５、Ｒ３７、Ｒ４１、Ｒ４３、Ｒ４５、Ｒ４７は図１５に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ２１、Ｒ２３、Ｒ２５、Ｒ２７、Ｒ３１、Ｒ３３、Ｒ３５、Ｒ３７、Ｒ４１、Ｒ４３、Ｒ４５、Ｒ４７の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１１、△Ｒ１３、△Ｒ１５、△Ｒ１７、△Ｒ２１、△Ｒ２３、△Ｒ２５、△Ｒ２７、△Ｒ３１、△Ｒ３３、△Ｒ３５、△Ｒ３７、△Ｒ４１、△Ｒ４３、△Ｒ４５、△Ｒ４７とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＦＺを得る。
【０１０５】
Ｒ２０、Ｒ２９、Ｒ４０、Ｒ４９は図１５に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ２０、Ｒ２９、Ｒ４０、Ｒ４９の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ２０、△Ｒ２９、△Ｒ４０、△Ｒ４９とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＭＸを得る。
【０１０６】
Ｒ１０、Ｒ１９、Ｒ３０、Ｒ３９は図１５に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１０、Ｒ１９、Ｒ３０、Ｒ３９の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１０、△Ｒ１９、△Ｒ３０、△Ｒ３９とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＭＹを得る。
【０１０７】
Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ２２、Ｒ２４、Ｒ３２、Ｒ３４、Ｒ４２、Ｒ４４は図１５に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ２２、Ｒ２４、Ｒ３２、Ｒ３４、Ｒ４２、Ｒ４４の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１２、△Ｒ１４、△Ｒ２２、△Ｒ２４、△Ｒ３２、△Ｒ３４、△Ｒ４２、△Ｒ４４とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＭＺを得る。
【０１０８】
なお、本実施例六では、６つの軸の信号ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ、ＭＸ、ＭＹとＭＺを獲得する方法を提供する。具体的に実施する時、前記信号中の一つ又は複数個の信号のブリッジ歪みゲージを減少することで、６つ以下の軸の出力信号を得ることができる。
【０１０９】
図１６は本発明の実施例七に係る多軸力センサの構造を示す図である。
本発明の実施例七に係る多軸力センは、力測定部材の二つの対向する壁面に四つずつの歪みゲージが貼り付けられ、その中の二つの歪みゲージは、上記力測定部材の上方部と下方部の縦歪みを測定するように上記力測定部材の上方部と下方部に縦方向に貼り付けられ、もう二つの歪みゲージは、上記力測定部材の中間部の縦歪みと横歪みを測定するように上記力測定部材の中間部にそれぞれ縦・横方向に貼り付けられる。
【０１１０】
力測定部材の他の二つの対向する壁面について、一つの壁面に五つの歪みゲージが貼り付けられる。上記五つの歪みゲージの中で、三つの歪みゲージは、上記力測定部材の上方部、中間部と下方部の縦歪みを測定するように縦方向に上中下に並んで貼り付けられ、もう二つの歪みゲージは、上記中間部の＋/−４５°方向の剪断歪みを測定するように上記力測定部材の中間部にそれぞれ＋/−４５°の方向に貼り付けられる。もう一つの壁面には、上記力測定部材の上方部、中間部と下方部の縦歪みを測定するように、三つの歪みゲージが縦方向に上中下に並んで貼り付けられる。
【０１１１】
図１６に示すように、多軸力センサは四つの力測定部材を有し、それぞれは力測定部材４ａ、力測定部材４ｂ、力測定部材４ｃと力測定部材４ｄである。具体的に以下のように、各力測定部材の四つの壁面には、歪みゲージが貼り付けられる。
力測定部材４ａの前壁面に歪みゲージＲ１０１、歪みゲージＲ１０２、歪みゲージＲ１０３、歪みゲージＲ１０４と歪みゲージＲ１０５が貼られ、ここで、Ｒ１０１、Ｒ１０２とＲ１０５は縦方向に上中下に並んで貼られ、Ｒ１０４とＲ１０３は力測定部材の中間部にそれぞれ＋/−４５°の方向に貼られる。
【０１１２】
力測定部材４ａの後壁面に、歪みゲージＲ１１０、歪みゲージＲ１０７と歪みゲージＲ１０６が上中下に並んで貼られる。
力測定部材４ａの左壁面に歪みゲージＲ１１１、歪みゲージＲ１１２、歪みゲージＲ１１３と歪みゲージＲ１１４が貼られ、ここで、Ｒ１１４とＲ１１１は力測定部材の上方部と下方部に縦方向に貼られ、Ｒ１１２とＲ１１３は力測定部材の中間部にそれぞれ縦・横方向に貼られる。
【０１１３】
力測定部材４ａの右壁面に歪みゲージＲ１１５、歪みゲージＲ１１６、歪みゲージＲ１１７と歪みゲージＲ１１８が貼られ、ここで、Ｒ１１８とＲ１１５は力測定部材の上方部と下方部に縦方向に貼られ、Ｒ１１６とＲ１１７は力測定部材の中間部にそれぞれ縦・横方向に貼られる。
【０１１４】
力測定部材４ｂの前壁面に歪みゲージＲ２０１、歪みゲージＲ２０２、歪みゲージＲ２０３、歪みゲージＲ２０４と歪みゲージＲ２０５が貼られ、ここで、Ｒ２０５、Ｒ２０２とＲ２０１は縦方向に上中下に並んで貼られ、Ｒ２０４とＲ２０３は力測定部材の中間部にそれぞれ＋/−４５°の方向に貼られる。
【０１１５】
力測定部材４ｂの後壁面に、歪みゲージＲ２１０、歪みゲージＲ２０７と歪みゲージＲ２０６が上中下に並んで貼られる。
力測定部材４ｂの左壁面に歪みゲージＲ２１１、歪みゲージＲ２１２、歪みゲージＲ２１３と歪みゲージＲ２１４が貼られ、ここで、Ｒ２１４とＲ２１１は力測定部材の上方部と下方部に縦方向に貼られ、Ｒ２１２とＲ２１３は力測定部材の中間部にそれぞれ縦・横方向に貼られる。
【０１１６】
力測定部材４ｂの右壁面に歪みゲージＲ２１５、歪みゲージＲ２１６、歪みゲージＲ２１７と歪みゲージＲ２１８が貼られ、ここで、Ｒ２１８とＲ２１５は力測定部材の上方部と下方部に縦方向に貼られ、Ｒ２１６とＲ２１７は力測定部材の中間部にそれぞれ縦・横方向に貼られる。
【０１１７】
力測定部材４ｃの前壁面に歪みゲージＲ３０１、歪みゲージＲ３０２、歪みゲージＲ３０３、歪みゲージＲ３０と歪みゲージＲ３０５が貼られ、ここで、Ｒ３０５、Ｒ３０２とＲ３０１は縦方向に上中下に並んで貼られ、Ｒ３０４とＲ３０３は力測定部材の中間部にそれぞれ＋/−４５°の方向に貼られる。
力測定部材４ｃの後壁面に、歪みゲージＲ３１０、歪みゲージＲ３０７と歪みゲージＲ３０６が上中下に並んで貼られる。
【０１１８】
力測定部材４ｃの左壁面に歪みゲージＲＲ３１１、歪みゲージＲ３１２、歪みゲージＲ３１３と歪みゲージＲ３１４が貼られ、ここで、Ｒ３１４とＲ３１１は力測定部材の上方部と下方部に縦方向に貼られ、Ｒ３１２とＲ３１３は力測定部材の中間部にそれぞれ縦・横方向に貼られる。
【０１１９】
力測定部材４ｃの右壁面に歪みゲージＲ３１５、歪みゲージＲ３１６、歪みゲージＲ３１７と歪みゲージＲ３１８が貼られ、ここで、Ｒ３１８とＲ３１５は力測定部材の上方部と下方部に縦方向に貼られ、Ｒ３１６とＲ３１７は力測定部材の中間部にそれぞれ縦・横方向に貼られる。
【０１２０】
力測定部材４ｄの前壁面に歪みゲージＲ４０１、歪みゲージＲ４０２、歪みゲージＲ４０３、歪みゲージＲ４０４と歪みゲージＲ４０５が貼られ、ここで、Ｒ４０５、Ｒ４０２とＲ４０１は縦方向に上中下に並んで貼られ、Ｒ４０４とＲ４０３は力測定部材の中間部にそれぞれ＋/−４５°の方向に貼られる。
力測定部材４ｄの後壁面には、歪みゲージＲ４１０、歪みゲージＲ４０７と歪みゲージＲ４０６が上中下に並んで貼られる。
【０１２１】
力測定部材４ｄの左壁面に歪みゲージＲ４１１、歪みゲージＲ４１２、歪みゲージＲ４１３と歪みゲージＲ４１４が貼られ、ここで、Ｒ４１４とＲ４１１は力測定部材の上方部と下方部に縦方向に貼られ、Ｒ４１２とＲ４１３は力測定部材の中間部にそれぞれ縦・横方向に貼られる。
【０１２２】
力測定部材４ｄの右壁面に歪みゲージＲ４１５、歪みゲージＲ４１６、歪みゲージＲ４１７と歪みゲージＲ４１８が貼られ、ここで、Ｒ４１８とＲ４１５は力測定部材の上方部と下方部に縦方向に貼られ、Ｒ４１６とＲ４１７は力測定部材の中間部にそれぞれ縦・横方向に貼られる。
【０１２３】
具体的に実施する時、力測定部材の同一壁面にそれぞれ＋/−４５°の方向に貼られた二つの歪みゲージは、重なり合う又は重なり合わなくても良い。力測定部材の同一壁面にそれぞれ縦・横方向に貼られた二つの歪みゲージは、重なり合う又は重なり合わなくても良い。上記の力測定部材の同一壁面に貼られた複数個の歪みゲージをひずみロゼットに変換しても良い。
【０１２４】
図１７は本発明の実施例七に係る多軸力センサおける歪みゲージのブリッジ接続を示す図である。
本発明の実施例七に係る多軸力センサに使用した歪みゲージブリッジ接続方式において、三つの力信号ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ及び三つのモーメント信号ＭＸ、ＭＹ、ＭＺを形成する。具体的に以下のとおりである。
【０１２５】
Ｒ１０５、Ｒ１０６、Ｒ２１４、Ｒ２１５、Ｒ３０１、Ｒ３１０、Ｒ４１１、Ｒ４１８、Ｒ１０１、Ｒ１１０、Ｒ２１１、Ｒ２１８、Ｒ３０５、Ｒ３０６、Ｒ４１４、Ｒ４１５は図１７に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１０５、Ｒ１０６、Ｒ２１４、Ｒ２１５、Ｒ３０１、Ｒ３１０、Ｒ４１１、Ｒ４１８、Ｒ１０１、Ｒ１１０、Ｒ２１１、Ｒ２１８、Ｒ３０５、Ｒ３０６、Ｒ４１４、Ｒ４１５の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１０５、△Ｒ１０６、△Ｒ２１４、△Ｒ２１５、△Ｒ３０１、△Ｒ３１０、△Ｒ４１１、△Ｒ４１８、△Ｒ１０１、△Ｒ１１０、△Ｒ２１１、△Ｒ２１８、△Ｒ３０５、△Ｒ３０６、△Ｒ４１４、△Ｒ４１５とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＦＸを得る。
【０１２６】
Ｒ１１４、Ｒ１１５、Ｒ２０１、Ｒ２１０、Ｒ３１１、Ｒ３１８、Ｒ４０５、Ｒ４０６、Ｒ１１１、Ｒ１１８、Ｒ２０５、Ｒ２０６、Ｒ３１４、Ｒ３１５、Ｒ４１０、Ｒ４０１は図１７に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１１４、Ｒ１１５、Ｒ２０１、Ｒ２１０、Ｒ３１１、Ｒ３１８、Ｒ４０５、Ｒ４０６、Ｒ１１１、Ｒ１１８、Ｒ２０５、Ｒ２０６、Ｒ３１４、Ｒ３１５、Ｒ４１０、Ｒ４０１の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１１４、△Ｒ１１５、△Ｒ２０１、△Ｒ２１０、△Ｒ３１１、△Ｒ３１８、△Ｒ４０５、△Ｒ４０６、△Ｒ１１１、△Ｒ１１８、△Ｒ２０５、△Ｒ２０６、△Ｒ３１４、△Ｒ３１５、△Ｒ４１０、△Ｒ４０１とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＦＹを得る。
【０１２７】
Ｒ１１３、Ｒ１１７、Ｒ２１３、Ｒ２１７、Ｒ３１３、Ｒ３１７、Ｒ４１３、Ｒ４１７、Ｒ１１２、Ｒ１１６、Ｒ２１２、Ｒ２１６、Ｒ３１２、Ｒ３１６、Ｒ４１２、Ｒ４１６は図１７に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１１３、Ｒ１１７、Ｒ２１３、Ｒ２１７、Ｒ３１３、Ｒ３１７、Ｒ４１３、Ｒ４１７、Ｒ１１２、Ｒ１１６、Ｒ２１２、Ｒ２１６、Ｒ３１２、Ｒ３１６、Ｒ４１２、Ｒ４１６の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１１３、△Ｒ１１７、△Ｒ２１３、△Ｒ２１７、△Ｒ３１３、△Ｒ３１７、△Ｒ４１３、△Ｒ４１７、△Ｒ１１２、△Ｒ１１６、△Ｒ２１２、△Ｒ２１６、△Ｒ３１２、△Ｒ３１６、△Ｒ４１２、△Ｒ４１６とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＦＺを得る。
【０１２８】
Ｒ２０２、Ｒ２０７、Ｒ４０２、Ｒ４０７は図１７に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ２０２、Ｒ２０７、Ｒ４０２、Ｒ４０７の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ２０２、△Ｒ２０７、△Ｒ４０２、△Ｒ４０７とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＭＸを得る。
【０１２９】
Ｒ１０２、Ｒ１０７、Ｒ３０２、Ｒ３０７は図１７に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１０２、Ｒ１０７、Ｒ３０２、Ｒ３０７の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１０２、△Ｒ１０７、△Ｒ３０２、△Ｒ３０７とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＭＹを得る。
【０１３０】
Ｒ１０３、Ｒ１０４、Ｒ２０３、Ｒ２０４、Ｒ３０３、Ｒ３０４、Ｒ４０３、Ｒ４０４は図１７に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１０３、Ｒ１０４、Ｒ２０３、Ｒ２０４、Ｒ３０３、Ｒ３０４、Ｒ４０３、Ｒ４０４の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１０３、△Ｒ１０４、△Ｒ２０３、△Ｒ２０４、△Ｒ３０３、△Ｒ３０４、△Ｒ４０３、△Ｒ４０４とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＭＺを得る。
【０１３１】
なお、本実施例七では、６つの軸の信号ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ、ＭＸ、ＭＹとＭＺを獲得する方法を提供する。具体的に実施する時、前記信号中の一つ又は複数個の信号のブリッジ歪みゲージを減少することで、６つ以下の軸の出力信号を得ることができる。
【０１３２】
図１８は本発明の実施例八に係る多軸力センサの構造を示す図である。
本発明の実施例八に係る多軸力センサは、力測定部材の二つの対向する壁面の中で、一つの壁面に四つの歪みゲージが貼り付けられる。上記四つの歪みゲージは、縦歪み、横歪み及び＋/−４５°方向の剪断歪みをそれぞれ測定するようにそれぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼り付けられる。
【０１３３】
もう一つの壁面に四つの歪みゲージが貼り付けられ、その中、二つの歪みゲージは、縦歪みを測定するように縦方向に貼り付けられ、もう二つの歪みゲージは、＋/−４５°方向の剪断歪みをそれぞれ測定するようにそれぞれ＋/−４５°の方向に貼り付けられる。
【０１３４】
図１８に示すように、多軸力センサは四つの力測定部材を有し、それぞれは力測定部材４ａ、力測定部材４ｂ、力測定部材４ｃと力測定部材４ｄである。具体的に以下のように、各力測定部材の前壁面と後壁面には、四つずつの歪みゲージが貼り付けられる。
力測定部材４ａの前壁面に四つの歪みケージがあり、ここで、二つの歪みゲージは、図１８に示す歪みゲージＲ１１と歪みゲージＲ１３のように縦方向に貼られ、もう二つの歪みゲージは、図１８に示す歪みゲージＲ１４と歪みゲージＲ１２のようにそれぞれ＋/−４５°の方向に貼られる。
【０１３５】
力測定部材４ａの後壁面に、図１８に示す歪みゲージＲ１５、歪みゲージＲ１７、歪みゲージＲ１８と歪みゲージＲ１６のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた四つの歪みゲージがある。
力測定部材４ｂの前壁面に四つの歪みケージがあり、ここで、二つの歪みゲージは、図１８に示す歪みゲージＲ２１と歪みゲージＲ２３のように縦方向に貼られ、もう二つの歪みゲージは、図１８に示す歪みゲージＲ２４と歪みゲージＲ２２のようにそれぞれ＋/−４５°の方向に貼られる。
【０１３６】
力測定部材４ｂの後壁面に、図１８に示す歪みゲージＲ２５、歪みゲージＲ２７、歪みゲージＲ２８と歪みゲージＲ２６のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた四つの歪みゲージがある。
力測定部材４ｃの前壁面に四つの歪みケージがあり、ここで、二つの歪みゲージは、図１８に示す歪みゲージＲ３１と歪みゲージＲ３３のように縦方向に貼られ、もう二つの歪みゲージは、図１８に示す歪みゲージＲ３４と歪みゲージＲ３２のようにそれぞれ＋/−４５°の方向に貼られる。
【０１３７】
力測定部材４ｃの後壁面に、図１８に示す歪みゲージＲ３５、歪みゲージＲ３７、歪みゲージＲ３８と歪みゲージＲ３６のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた四つの歪みゲージがある。
力測定部材４ｄの前壁面に四つの歪みケージがあり、ここで、二つの歪みゲージは、図１８に示す歪みゲージＲ４１と歪みゲージＲ４３のように縦方向に貼られ、もう二つの歪みゲージは、図１８に示す歪みゲージＲ４４と歪みゲージＲ４２のようにそれぞれ＋/−４５°の方向に貼られる。
【０１３８】
力測定部材４ｄの後壁面に、図１８に示す歪みゲージＲ４５、歪みゲージＲ４７、歪みゲージＲ４８と歪みゲージＲ４６のように、それぞれ縦・横方向と＋/−４５°の方向に貼られた四つの歪みゲージがある。
【０１３９】
具体的に実施する時、力測定部材の同一壁面に貼られた四つの歪みゲージは、重なり合う又は重なり合わなくても良い。また、上記力測定部材の同一壁面に貼られた複数個の歪みゲージをひずみロゼットに変換しても良い。
【０１４０】
図１９は本発明の実施例八に係る多軸力センサにおける歪みゲージのブリッジ接続を示す図である。
本発明の実施例八に係る多軸力センサに使用した歪みゲージブリッジ接続方式において、三つの力信号ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ及び三つのモーメント信号ＭＸ、ＭＹ、ＭＺを形成する。具体的に以下のとおりである。
【０１４１】
Ｒ２６、Ｒ２８、Ｒ４６、Ｒ４８は図１９に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ２６、Ｒ２８、Ｒ４６、Ｒ４８の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ２６、△Ｒ２８、△Ｒ４６、△Ｒ４８とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＦＸを得る。
Ｒ１６、Ｒ１８、Ｒ３６、Ｒ３８は図１９に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１６、Ｒ１８、Ｒ３６、Ｒ３８の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１６、△Ｒ１８、△Ｒ３６、△Ｒ３８とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＦＹを得る。
【０１４２】
Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ２５、Ｒ２７、Ｒ３５、Ｒ３７、Ｒ４５、Ｒ４７は図１９に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ２５、Ｒ２７、Ｒ３５、Ｒ３７、Ｒ４５、Ｒ４７の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１５、△Ｒ１７、△Ｒ２５、△Ｒ２７、Ｒ３５、△Ｒ３７、△Ｒ４５、△Ｒ４７とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＦＺを得る。
Ｒ２１、Ｒ２３、Ｒ４１、Ｒ４３は図１９に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ２１、Ｒ２３、Ｒ４１、Ｒ４３の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ２１、△Ｒ２３、△Ｒ４１、△Ｒ４３とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＭＸを得る。
【０１４３】
Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ３１、Ｒ３３は図１９に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ３１、Ｒ３３の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１１、△Ｒ１３、△Ｒ３１、△Ｒ３３とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＭＹを得る。
Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ２２、Ｒ２４、Ｒ３２、Ｒ３４、Ｒ４２、Ｒ４４は図１９に示すようなブリッジ回路を構成する。弾性体が力を受けて歪みを生じた時、Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ２２、Ｒ２４、Ｒ３２、Ｒ３４、Ｒ４２、Ｒ４４の抵抗値の変化をそれぞれ△Ｒ１２、△Ｒ１４、△Ｒ２２、△Ｒ２４、△Ｒ３２、△Ｒ３４、△Ｒ４２、△Ｒ４４とし、ひずみを電気信号に変更することで、信号ＭＺを得る。
【０１４４】
なお、本実施例八では、６つの軸の信号ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ、ＭＸ、ＭＹとＭＺを獲得する方法を提供する。具体的に実施する時、前記信号中の一つ又は複数個の信号のブリッジ歪みゲージを減少することで、６つ以下の軸の出力信号を得ることができる。
【０１４５】
具体的に、本発明の実施例に係る多軸力センサは以下のような有益な効果を有する。
（１）、本発明の実施例に係る多軸力センサは、弾性体と、弾性体の力測定部材に貼られた歪みゲージと、を備える。多軸力センサが力を受ける時、力測定部材に歪みが発生し、歪みゲージが当該歪みを電気信号に変換し出力する。この多軸力センサは、構造が簡単であり、実装しやすく、構造デカップリングすることができ、且つ計算法デカップリングすることもでき、センサに負荷した力とモーメントを測定できる。
（２）、本発明の実施例に係る多軸力センサは、相互カップリングする上突出部と下突出部とを有することで、上記上突出部と上記下突出部は過負荷保護の役割を担ってセンサの損傷を防ぎ、ひどくて複雑な作業環境で作業できる。
【０１４６】
上記述べたのは本発明の好ましい実施例である。なお、本発明の原理から逸脱しない範囲内で、当業者には若干の改善および変更が可能であり、これらの改善および変更も本発明の保護範囲内である。
【符号の説明】
【０１４７】
１  弾性体
２  上部部材
３  下部部材
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４d  力測定部材
５  上突出部
６  下突出部
７  ギャップ
８、９  溝
１０  シム
１１  ひずみロゼット
Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２３、Ｒ２４、Ｒ２２、Ｒ３１、Ｒ３３、Ｒ３４、Ｒ３２、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ２５、Ｒ２６、Ｒ２７、Ｒ２８、Ｒ３５、Ｒ３６、Ｒ３７、Ｒ３８、Ｒ４１、Ｒ４３、Ｒ４４、Ｒ４２、Ｒ４５、Ｒ４６、Ｒ４７、Ｒ４８、Ｒ１９、Ｒ１０、Ｒ２９、Ｒ２０、Ｒ３９、Ｒ３０、Ｒ４９、Ｒ４０、Ｒ１０１、Ｒ１０２、Ｒ１０３、Ｒ１０４、Ｒ１０５、Ｒ１０６、Ｒ１０７、Ｒ１１０、Ｒ１１１、Ｒ１１２、Ｒ１１３、Ｒ１１４、Ｒ１１５、Ｒ１１６、Ｒ１１７、Ｒ１１８、Ｒ２０１、Ｒ２０２、Ｒ２０３、Ｒ２０４、Ｒ２０５、Ｒ２０６、Ｒ２０７、Ｒ２１０、Ｒ２１１、Ｒ２１２、Ｒ２１３、Ｒ２１４、Ｒ２１５、Ｒ２１６、Ｒ２１７、Ｒ２１８、Ｒ３０１、Ｒ３０２、Ｒ３０３、Ｒ３０４、Ｒ３０５、Ｒ３０６、Ｒ３０７、Ｒ３１０、Ｒ３１１、Ｒ３１２、Ｒ３１３、Ｒ３１４、Ｒ３１５、Ｒ３１６、Ｒ３１７、Ｒ３１８、Ｒ４０１、Ｒ４０２、Ｒ４０３、Ｒ４０４、Ｒ４０５、Ｒ４０６、Ｒ４０７、Ｒ４１０、Ｒ４１１、Ｒ４１２、Ｒ４１３、Ｒ４１４、Ｒ４１５、Ｒ４１６、Ｒ４１７、Ｒ４１８  歪みゲージ
Ｒａ、Ｒｂ：抵抗
ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、ＣＨ５、ＣＨ６：出力信号
【図１】
2013195419.tif 000003
【図２】
2013195419.tif 000004
【図３】
2013195419.tif 000005
【図４】
2013195419.tif 000006
【図５】
2013195419.tif 000007
【図６】
2013195419.tif 000008
【図７】
2013195419.tif 000009
【図８】
2013195419.tif 000010
【図９】
2013195419.tif 000011
【図１０】
2013195419.tif 000012
【図１１】
2013195419.tif 000013
【図１２】
2013195419.tif 000014
【図１３】
2013195419.tif 000015
【図１４】
2013195419.tif 000016
【図１５】
2013195419.tif 000017
【図１６】
2013195419.tif 000018
【図１７】
2013195419.tif 000019
【図１８】
2013195419.tif 000020
【図１９】
2013195419.tif 000021