(57)【要約】【課題】  離れた距離の対象物から力センサに入力される外力を減衰することができる力検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】  外力を検出する力センサと、力センサに外力を減衰させて入力する減衰機構を備えた力検出装置であって、減衰機構は、力センサの入力部に設けられた伝達部材と、一端が力センサの固定部に設けられた支持部材と、支持部材の他端に枢動可能に支持された可倒軸とを備え、可倒軸は伝達部材に屈曲可能に接続されている。【選択図】  図１
2013019765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力を検出する力センサと、前記力センサに外力を減衰させて入力する減衰機構を備えた力検出装置であって、
前記減衰機構は、
前記力センサの入力部に設けられた伝達部材と、
一端が前記力センサの固定部に設けられた支持部材と、
前記支持部材の他端に枢動可能に支持された可倒軸とを備え、
前記可倒軸は前記伝達部材に屈曲可能に接続されていることを特徴する力検出装置。
【請求項２】
前記支持部材は、前記可倒軸の重心位置を支持することを特徴とする請求項１に記載の力検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれかの力検出装置と、回転駆動部とを備えた自動ねじ締め装置であって、
前記回転駆動部の回転力を、前記回転駆動部に設けた第１のプーリから前記力検出装置の前記伝達部材に設けた第２のプーリにベルトで伝達し、
前記第２のプーリにより前記力検出装置の前記可倒軸を回転させることを特徴とする自動ねじ締め装置。
【請求項４】
一対の請求項１または請求項２のいずれかの力検出装置を備えた把持装置であって、
前記一対の力検出装置をそれぞれサーボモータに設置し、
前記一対の力検出装置の前記可倒軸の先端で物体を把持するように、前記一対の力検出装置を駆動することを特徴とする把持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力検出装置、自動ねじ締め装置および把持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、産業用ロボットのロボットアームやロボットハンドには、手先部の作業動作を制御するための力センサが組み込まれている。
【０００３】
図５に、従来の力センサ（特許文献１）を示す。特許文献１の力センサ５００は、受力体５１０を備える外側箱状構造体５００に、天板および側面に電極Ｅ１〜Ｅ９を配置した内側箱状構造体５７０を収容して、外側箱状構造体５００と内側箱状構造体５７０の間に容量素子を形成し、受力体５１０に作用した外力を外側箱状構造体５００に伝達させ、外側箱状構造体５００の変位を静電容量値に基づいて検出するものである。
【０００４】
また、図６に、力センサを用いた自動ねじ締め装置（特許文献２）を示す。特許文献２の自動ねじ締め装置６００は、ロボットアーム先端６０５に取り付けられ、これに作用する外力を検出する力センサ６１２と、力センサ６１２に取り付けられ、螺合部品６０１を把持し軸心を中心に回転駆動する把持回転装置６１４と、力センサ６１２で検出した軸方向の外力が設定した押付力となるようにロボットアーム先端６０５を力制御する力制御装置６１６とを備える。
【０００５】
また、図７に、力センサを用いた把持装置（特許文献３）を示す。特許文献３の把持装置７００は、物体を把持するための弾性体７４０を備えた２本のフィンガ７３８と、２本のフィンガ７３８を互いに接近させて物体を把待させるモータ７１４と、フィンガ７３８に設けられ、フィンガ７３８で物体を杷持する力を検出する力センサ７３６と、物体が弾性体に近接し又は接触したことを検出する接触センサ７４２と、接触センサ７４２による検出に応答して、力センサ７３６の出力が設定値になるようにモータ７１４を制御するモータ制御手段７２６とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３０１７３１号公報（平成１６年１０月２８日公開）
【特許文献２】特開２０１０−２６４５１４号公報（平成２２年１１月２５日公開）
【特許文献３】特開平４−２７５８９２号公報（平成４年１０月１日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の力センサ５００は、受力体５１０に過度の外力が作用すると、元の形状に復帰できなくなったり、構造体に亀裂が発生するなど、機械的な損傷を被る問題があった。
【０００８】
また、特許文献２の自動ねじ締め装置６００は、力センサ６１２と螺合部品６０１の間に把持回転装置６１４が介在し、力センサ６１２と螺合部品６０１の距離Ｌが長くなるため、螺合部品６０１の傾きなどにより先端に横方向の外力が働くと、力センサ６１２には、てこの作用により外力が増幅されて作用するため、力センサ６１２の損傷がより生じやすくなる問題があった。
【０００９】
また、特許文献３の把持装置７００も、把持する物体からの反力がフィンガ７３８を介して力センサ７３６に伝達されるため、力センサ７３６の損傷がより生じやすくなる問題があった。
【００１０】
本発明は、離れた対象物から力センサに加わる横からの外力を減衰して測定することができる力検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
外力を検出する力センサと、力センサに外力を減衰させて入力する減衰機構を備えた力検出装置であって、減衰機構は、力センサの入力部に設けられた伝達部材と、一端が力センサの固定部に設けられた支持部材と、支持部材の他端に枢動可能に支持された可倒軸とを備え、可倒軸は伝達部材に屈曲可能に接続されていることを特徴する。
【発明の効果】
【００１２】
離れた距離の対象物から力センサに入力される外力を減衰して測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の力検出装置の正面図である。
【図２】本発明の力検出装置に外力が加わったときの正面図である。
【図３】本発明の力検出装置を用いた自動ねじ締め装置の正面図である。
【図４】本発明の力検出装置を用いた把持装置の正面図である。
【図５】従来の力センサの断面図である。
【図６】従来の自動ねじ締め装置の構成図である。
【図７】従来のロボットハンド機構の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１の力検出装置１００の正面図である。力検出装置１００は、作業対象のワークＷから外力を検出するための力センサ１０と、力センサ１０に外力を減衰させて入力する減衰機構２０を備えている。
【００１６】
力センサ１０は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対して、各軸方向に与えられる力（Ｆx、Ｆｙ、Ｆｚ）と、各軸の回転方向に与えられるモーメント（Ｍx、Ｍｙ、Ｍｚ）の６成分を測定する６軸力センサや、これらのうち３成分を測定する３軸力センサなどである。
【００１７】
力センサ１０は、減衰された外力が入力される入力部１０ａと、基幹装置に固定される固定部１０ｂを有し、外力によって入力部１０ａと固定部１０ｂの間に生じる歪みを電気信号に変換して出力する。
【００１８】
減衰機構２０は、外力が印加されることにより傾倒する可倒軸２１と、可倒軸２１で減衰された外力を力センサ１０の入力部１０ｂに伝達する伝達部材２２と、可倒軸２１を支持する支持部材２３を備えている。これらの可倒軸２１、伝達部材２２、支持部材２３は、剛性を有する部材で形成されている。
【００１９】
可倒軸２１は、外力が印加される先端２１ａから後端２１ｂまで、一本の軸状に形成されたものである。また、伝達部材２２は、可倒軸２１を接続する軸部２２ａが面部２２ｂの中心に一体形成されたものである。
【００２０】
そして、可倒軸２１の後端２１ｂと伝達部材２２の軸部２２ａがユニバーサルジョイント２５を介して屈曲可能に接続されており、伝達部材２２の面部２２ｂと力センサ１０の入力部１０ｂが全面で固定されている。
【００２１】
支持部材２３は、力センサ１０の固定部１０ｂに固定される基部２３ａと、基部２３ａから力センサ１０の入力部１０ｂ下方に延びる腕部と、腕部先端に形成された支持部２３ｂとからなる。支持部２３ｂは、可倒軸２１がぐらつかないように可倒軸２１の先端２１ａと後端２１ｂの間を支持するものであり、可倒軸２１をｘ軸およびｙ軸周りに傾倒可能にするピロボール２６と、可倒軸３をｚ軸で枢動可能にするロータリーブッシュ２７が組み込まれている。
【００２２】
上記の構成により、減衰機構２０は、外力が印加されない状態で、可倒軸２１が支持部２３ｂにより伝達部材２２の軸部２２ａと真直ぐになるように支持されており、先端２１ａに外力が印加されると、可倒軸２１が支持部２３ｂを中心に軸部２２ａに対して、ｘ軸、ｙ軸周りに傾倒するようになっている。
【００２３】
図２は、外力が印加されたときの減衰機構２０の動作を説明するための正面図である。図２に示すように、可倒軸２１の先端２１ａに横方向の外力Ｆｘが印加されると、可倒軸２１は支持部２３ｂが支点となって、可倒軸２１の後端２１ｂが外力Ｆｘと反対方向に移動するため、可倒軸２１と伝達部材２２がユニバーサルジョイント２５で屈曲して、可倒軸２１が軸部２２ａに対して、ｘ軸、ｙ軸周りに傾倒した状態となる。
【００２４】
図１の構成において、可倒軸２１の先端２１ａから支持部２３ｂまでの長さをＬ１とし、支持部２３ｂからユニバーサルジョイント２５までの長さをＬ２とし、ユニバーサルジョイント２５から力センサ１０の中心までの長さをＬ３とする。
【００２５】
可倒軸２１が傾倒しない従来の力センサの場合、先端２１ａに横方向の外力Ｆｘが働いたとき、力センサ１０に伝わるモーメントＭは、モーメントＭ＝Ｆｘ・（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）となり、対象物から力センサ１０までの距離（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）が離れるほど、力センサ１０に外力Ｆｘが増幅されて入力される。
【００２６】
一方、本発明の減衰機構２０を備えた力検出装置１００は、てこの原理により、Ｍ＝Ｆｘ・（Ｌ１／Ｌ２）・Ｌ３に減衰させることができ、また、Ｌ１〜Ｌ３の長さを変えることにより、減衰量を調整することができる。
【００２７】
したがって、本発明の力検出装置１００によれば、力センサ１０に入力される力を減衰する減衰機構２０を備えているので、対象物から力センサ１０までの距離（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）が離れ、可倒軸２１の先端に横方向の外力Ｆｘが印加された場合でも、減衰機構２０のてこの作用により力センサ１０に入力される外力を仕様の範囲内に抑えて測定することができる。
【００２８】
なお、支持部２３ｂは、ユニバーサルジョイント２５から先端２１ａまでの重心位置を支持するのが望ましい。重心位置を支持している構造では、力検出装置１００が横に動いたとき、可倒軸２１の慣性力を支持部２３ｂが完全に受け止めるため可倒軸２１が支持部２３ｂを中心に回ろうとする回転モーメントを発生せず、したがって慣性力が力センサ１０に伝わらないので、力センサ１０に慣性によるノイズが印加されず、先端２１ａに受けた外力だけを高感度で測定することができる。
【実施例２】
【００２９】
図３は、本発明の力検出装置１００を用いた自動ねじ締め装置２００の正面図である。自動ねじ締め装置２００は、可倒軸２１を回転させるためのモータ３０と、プーリ３１、３２と、ベルト３３とを備えている。
【００３０】
モータ３０は、支持部材２３の基部２３ａから腕部と反対側に延びた設置部２３ｃに設置されており、ベルト３３によって、モータ３０側の回転軸に設けられた第１のプーリ３１から伝達部材２２の軸部２２ａに設けられた第２のプーリ３２へ回転力が伝達される。第２のプーリ３２は、軸部２２ａを軸として回転し、可倒軸２１をユニバーサルジョイント２５とともに回転させるようになっている。また、可倒軸２１の先端２１ａには、各種のねじ３５に対応したビットが取り付けられている。
【００３１】
上記の構成により、本発明の自動ねじ締め装置２００は、モータ３０によって可倒軸２１を回転させて、先端２１ａに設けたビットでねじ３５を対象物Ｗにねじ締めすることができる。そして、ねじ締め中にねじ３５が傾くなどにより、先端２１ａに横方向の外力Ｆｘが働いたとき、可倒軸２１を回転させながら軸部２２ａに対してｘ軸、ｙ軸周りに傾倒させることができる。
【００３２】
したがって、本発明の自動ねじ締め装置２００によれば、ねじ締めする対象物から力センサ１０までの距離が離れ、可倒軸２１の先端２１ａに横方向の外力Ｆｘが印加された場合でも、減衰機構２０のてこの作用により力センサ１０に入力される外力を減衰させ、仕様の範囲内に抑えて測定することができる。
【００３３】
このため、ねじ締め中に生じる外力を検出することができ、ねじ締め作業を自動化し、ねじの傾きや締め付け力を制御することができる。
【００３４】
なお、モータ３０の重量が力センサ１０にかからないように、モータ３０が支持部材２３に載置され、モータ３０の回転力をベルト３３を介して第１のプーリ３１から第２のプーリ３２に伝達させ、可倒軸２１を回転させているため、モータ３０の重量に関係なく、力センサ１０の測定感度を維持することができる。
【実施例３】
【００３５】
図４は、本発明の力検出装置１００を用いた把持装置３００の正面図である。把持装置３００は、サーボモータ４０を介して基幹装置に設置された一対の力検出装置１００Ａ、１００Ｂを備えている。それぞれの力検出装置１００Ａ、１００Ｂは、可倒軸２１の先端２１ａにワークＷを把持するための把持部４１が設けられ、サーボモータ４０により両把持部４０を開閉動作できるように構成されている。
【００３６】
本発明の把持装置３００によれば、対象物Ｗを把持したときの反力Ｆｘが把持部４１から可倒軸２１の先端２１ａの横方向に印加されるが、力検出装置１００Ａ、１００Ｂに備えられた減衰機構２０のてこの作用により、それぞれの力センサ１０に入力される外力を減衰させ、仕様の範囲内に抑えられるので、力センサ１０から離れた把持部４１に生じる反力Ｆｘを測定することができる。
【００３７】
また、力検出装置１００Ａ、１００Ｂの把持部４１に生じる反力Ｆｘをサーボモータ４０にフィードバックすれば、対象物Ｗの硬さに応じて把持力を最適に調整することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  力センサ
２０  減衰機構
２１  可倒軸
２２  伝達部材
２３  支持部材
２５  ユニバーサルジョイント
２６  ピロボール
２７  ロータリーブッシュ
３０  モータ
３１、３２  プーリ
３３  ベルト
４０  サーボモータ
４１  把持部
【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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