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WO2018105209A1 - トルクセンサ - Google Patents

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Publication number
WO2018105209A1
WO2018105209A1 PCT/JP2017/035633 JP2017035633W WO2018105209A1 WO 2018105209 A1 WO2018105209 A1 WO 2018105209A1 JP 2017035633 W JP2017035633 W JP 2017035633W WO 2018105209 A1 WO2018105209 A1 WO 2018105209A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
strain
protrusion
region
torque sensor
torque
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.)
Ceased
Application number
PCT/JP2017/035633
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
鈴木　隆史
池田　隆男
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.)
Nidec Copal Electronics Corp
Original Assignee
Nidec Copal Electronics 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 Nidec Copal Electronics Corp filed Critical Nidec Copal Electronics Corp
Priority to KR1020197011293A priority Critical patent/KR102368172B1/ko
Priority to EP17879378.2A priority patent/EP3553485B1/en
Priority to CN201780068876.1A priority patent/CN109923389A/zh
Publication of WO2018105209A1 publication Critical patent/WO2018105209A1/ja
Priority to US16/393,021 priority patent/US11085839B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2231—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being disc- or ring-shaped, adapted for measuring a force along a single direction
    • G01L1/2237—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being disc- or ring-shaped, adapted for measuring a force along a single direction the direction being perpendicular to the central axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/085—Force or torque sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/108—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving resistance strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0061—Force sensors associated with industrial machines or actuators

Definitions

  • the embodiment of the present invention relates to a torque sensor provided at a joint of a robot arm, for example.
  • This type of torque sensor includes a first structure to which torque is applied, a second structure to which torque is output, and a plurality of strain generating units that connect the first structure and the second structure.
  • the strain sensor is arranged in these strain generating portions (see, for example, Patent Documents 1, 2, and 3).
  • the embodiment of the present invention provides a torque sensor capable of independently setting the sensitivity and allowable torque of the strain sensor or the mechanical strength of the torque sensor.
  • the torque sensor according to the present embodiment includes a first region, a second region, and a plurality of third regions that connect the first region and the second region, and the torque to be measured includes the third region.
  • a torque sensor that is transmitted between the first region and the second region through the first strain region provided between the first region and the second region and provided with a first resistor.
  • a second strain generating portion provided between the first region and the second region at a position away from the first strain generating portion and provided with a second resistor.
  • the present invention can provide a torque sensor capable of independently setting the sensitivity and allowable torque of the strain sensor or the mechanical strength of the torque sensor.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1.
  • FIGS. 7A, 7B, and 7C are views for explaining different operations of the torque sensor of the present embodiment.
  • FIGS. 9A and 9B are diagrams for explaining the operation of the bridge circuit. The figure shown in order to demonstrate the output voltage in the different operating conditions of a bridge circuit.
  • the torque sensor 10 includes a first structure (first region) 11, a second structure 12 (second region), a plurality of beam portions (third region) 13, and a first strain generating portion. 14 and a second strain generating portion 15 are provided.
  • the first structure 11, the second structure 12, the plurality of beam portions 13, the first strain-generating portion 14, and the second strain-generating portion 15 are made of, for example, metal, but are mechanical to the applied torque. If sufficient strength can be obtained, a material other than metal can be used.
  • the first structure 11 to which torque is applied and the second structure 12 that outputs torque are annular.
  • the diameter of the second structure 12 is smaller than the diameter of the first structure 11.
  • the second structure 12 is arranged concentrically with the first structure 11, and the first structure 11 and the second structure 12 include a plurality of beam portions 13 and a first strain-generating portion 14 that are arranged radially. And the second strain generating part 15.
  • the second structure 12 has a hollow portion 12a.
  • the first strain-generating portion 14 and the second strain-generating portion 15 are arranged at positions symmetrical with respect to the centers of the first structure 11 and the second structure 12 (the center of torque action).
  • the first strain generating portion 14 includes a first protrusion 14 a, a second protrusion 14 b, and a first strain body 16.
  • the first protrusion 14 a protrudes from the first structure 11, and the second protrusion 14 b protrudes from the second structure 12.
  • a first gap is provided between the first protrusion 14 a and the second protrusion 14 b, and the first protrusion 14 a and the second protrusion 14 b are connected by a first strain body 16.
  • the first strain body 16 includes, for example, a plurality of strain sensors (hereinafter referred to as strain gauges) as resistors to be described later.
  • the second strain generating portion 15 includes a third protrusion 15a, a fourth protrusion 15b, and a second strain body 17.
  • the third protrusion 15 a protrudes from the first structure 11, and the fourth protrusion 15 b protrudes from the second structure 12.
  • a second gap is provided between the third protrusion 15 a and the fourth protrusion 15 b, and the third protrusion 15 a and the fourth protrusion 15 b are connected by the second strain body 17.
  • the second strain body 17 includes, for example, a plurality of strain gauges as a resistor described later.
  • the first structure 11, the second structure 12, and the beam portion 13 have a first thickness T1, and the first strain portion 14 and the second strain portion 15 are thinner than the first thickness T1. It has a second thickness T2.
  • the substantial thickness (second thickness T2) for obtaining the rigidity of the first strain generating portion 14 and the second strain generating portion 15 is the thickness of the first strain generating body 16 and the second strain generating body 17, respectively. It corresponds to. Specifically, when the first thickness T1 is, for example, 10 mm, the second thickness T1 is, for example, about 0.7 mm.
  • the strength of the beam portion 13 is defined by the width of the beam portion 13 assuming that the thicknesses of the first structure 11 and the second structure 12 are equal.
  • the substantial rotation angle of the first structure 11 relative to the second structure 12 is determined by the strength of the plurality of beam portions 13 according to the torque applied to the first structure 11.
  • first strain body 16 and the second strain body 17 are strains generated in the first strain section 14 and the second strain section 15 according to the rotation angle of the first structure 11 with respect to the second structure 12. Are detected by a plurality of strain gauges.
  • the thickness of the first protrusion 14a, the second protrusion 14b, the third protrusion 15a, and the fourth protrusion 15b is set to, for example, a third thickness T3 that is thinner than the first thickness T1 and thicker than the second thickness T2.
  • the thickness of the first protrusion 14a, the second protrusion 14b, the third protrusion 15a, and the fourth protrusion 15b with respect to the thickness T1 of the first structure 11 and the second structure 12 can be changed.
  • the sensitivity of the torque sensor 10 can be adjusted by adjusting these thicknesses T1, T2, and T3.
  • the lengths of the first protrusion 14a and the second protrusion 14b of the first strain-generating part 14 and the lengths of the third protrusion 15a and the fourth protrusion 15b of the second strain-generating part 15 are set to L1, respectively.
  • the length L2 of the first gap provided between the protrusion 14a and the second protrusion 14b, and the second gap provided between the third protrusion 15a and the fourth protrusion 15b of the second strain generating portion 15 are illustrated.
  • Each length L2 is set shorter than L1.
  • the total length of the first protrusion 14a and the second protrusion 14b and the total length of the third protrusion 15a and the fourth protrusion 15b are the lengths L3 of the plurality of beam portions 13, respectively. 2 is shorter (FIG. 2 shows only the lengths L1 and L2 on the first strain generating portion 14 side, and L3 is not shown).
  • the amount of strain generated in the first strain portion 14 and the second strain portion 15 when the torque is applied to the first structure 11 is adjusted. can do.
  • the length L2 of the first gap and the length L2 of the second gap are shorter than the length L1 of the first protrusion 14a, the second protrusion 14b, the third protrusion 15a, and the fourth protrusion 15b.
  • the length L1 of the protrusion 14a, the second protrusion 14b, the third protrusion 15a, and the fourth protrusion 15b is shorter than the length L3 of the plurality of beam portions 13. For this reason, when a torque is applied to the first structure 11, the strain amount of the first strain-generating portion 14 and the second strain-generating portion 15 is larger than the strain amount of the beam portion 13. For this reason, the bridge circuit described later can obtain a large gain.
  • the allowable torque (maximum torque) and mechanical strength of the torque sensor 10 are independent of the first strain-generating portion 14 and the second strain-generating portion 15, and the first structure 11, the second structure 12, and the like.
  • the thickness and width of the plurality of beam portions 13 can be set.
  • the sensitivity of the torque sensor 10 can be set by the thickness of the first strain body 16 and the second strain body 17.
  • the first strain generating portion 14 includes a first housing portion 14 c for housing the first strain body 16, and the second strain portion 15 is a second housing portion 15 c for housing the second strain body 17. have.
  • the first housing portion 14 c positions the first strain body 16 with respect to the first strain portion 14, and the second housing portion 15 c positions the second strain body 17 with respect to the second strain portion 15.
  • the first accommodating portion 14c is configured by a substantially frame-shaped protrusion provided on the first protrusion 14a and the second protrusion 14b, and the second accommodating portion 15c is provided on the third protrusion 15a and the fourth protrusion 15b. It is constituted by a substantially frame-shaped protrusion.
  • the first accommodating portion 14c has a gap corresponding to the gap between the first protrusion 14a and the second protrusion 14b, and the second accommodating portion 15c is a gap between the third protrusion 15a and the fourth protrusion 15b. It has a gap corresponding to.
  • the first strain body 16 and the second strain body 17 are respectively provided in the first housing section 14 c and the second housing section 15 c from above the first housing section 14 c and the second housing section 15 c. Be contained.
  • FIG. 4 in a state where the first strain body 16 and the second strain body 17 are housed in the first housing portion 14c and the second housing portion 15c, respectively, It is fixed to the protrusion 14a and the second protrusion 14b by, for example, welding.
  • the second strain body 17 is fixed to the third protrusion 15a and the fourth protrusion 15b by, for example, welding.
  • the fixing method of the first strain body 16 and the second strain body 17 is not limited to welding, and is sufficient for the torque applied to the first strain body 16 and the second strain body 17. Any method may be used as long as the first strain body 16 and the second strain body 17 can be fixed to the first protrusion 14a to the fourth protrusion 15b with sufficient strength. Wirings (not shown) of the first strain body 16 and the second strain body 17 are covered with an insulating member 32 (shown in FIG. 6).
  • FIG. 5 shows an example of the strain gauge 21 provided on the first strain body 16 and the second strain body 17, and shows a cross section of the end of the strain gauge 21.
  • the strain gauge 21 includes, for example, an insulating film 21a, a thin film resistor (strain sensitive film) 21b, an adhesive film 21c, a wiring 21d, an adhesive film 21e, and a glass film 21f as a protective film.
  • an insulating film 21a is provided on the first metal strainer 16 (second strainer 17), and a thin film resistor 21b made of, for example, a Cr—N resistor is provided on the insulating film 21a.
  • the thin film resistor 21b can be linear or bent into a plurality of shapes.
  • a wiring 21d as an electrode lead made of, for example, copper (Cu) is provided at an end on the thin film resistor 21b with an adhesive film 21c interposed.
  • An adhesive film 21e is provided on the wiring 21d.
  • the insulating film 21a, the thin film resistor 21b, and the adhesive film 21e are covered with a glass film 21f.
  • the adhesive film 21c enhances the adhesion between the wiring 21d and the thin film resistor 21b
  • the adhesive film 21e enhances the adhesion between the wiring 21d and the glass film 21f.
  • the adhesive films 21c and 21e are films containing chromium (Cr), for example.
  • the configuration of the strain gauge 21 is not limited to this.
  • Each of the first strain body 16 and the second strain body 17 includes, for example, two strain gauges 21 shown in FIG. 5, and the four strain gauges 21 constitute a bridge circuit described later.
  • FIG. 6 shows the relationship between the torque sensor 10 and the speed reducer 30 provided at one of the joints of the robot, for example.
  • the first structure 11 of the torque sensor 10 is attached to the speed reducer 30 by bolts 31a, 31b, 31c, 31d.
  • the reduction gear 30 is connected to a motor (not shown).
  • An insulating member 32 is attached to the second structure 12 of the torque sensor 10 by bolts 31e and 31f.
  • the insulating member 32 covers lead wires of a plurality of strain gauges 21 (not shown).
  • the insulating member 32, the first strain generating portion 14, and the second strain generating portion 15 are covered with a lid 33.
  • the lid 33 is attached to the second structure 12 by bolts 31g and 31h.
  • the second structure 12 is attached to, for example, the other joint of the robot (not shown).
  • FIG. 7A, 7B, and 7C show the operation of the torque sensor 10, and FIG. 7A shows the case where torque is applied to the first structure 11, and FIG. FIG. 7B shows a case where a thrust force is applied to the first structure 11 in the illustrated X-axis direction, and FIG. 7C illustrates a case where a thrust force is applied to the first structure 11 in the illustrated Y-axis direction. ing.
  • FIG. 8 schematically shows the bridge circuit 40 provided in the torque sensor 10.
  • each of the first strain body 16 of the first strain section 14 and the second strain body 17 of the second strain section 15 includes two strain gauges 21.
  • the first strain body 16 includes strain gauges 21-1 and 21-2
  • the second strain body 17 includes strain gauges 21-3 and 21-4.
  • the first strain body 16 and the second strain body 17 are arranged symmetrically with respect to the centers of the first structure body 11 and the second structure body 12, and the strain gauges 21-1, 21-2, and the strain gauge 21 -3 and 21-4 are also arranged symmetrically with respect to the centers of the first structure 11 and the second structure 12.
  • the strain gauge 21-1 and the strain gauge 21-3 are connected in series, and the strain gauge 21-2 and the strain gauge 21-4 are connected in series.
  • the strain gauges 21-1 and 21-3 connected in series are connected in parallel to the strain gauges 21-2 and 21-4 connected in series.
  • a power supply Vo, for example, 5 V is supplied to a connection point between the strain gauge 21-2 and the strain gauge 21-4, and a connection point between the strain gauge 21-1 and the strain gauge 21-3 is grounded, for example.
  • the output voltage Vout + is output from the connection point between the strain gauge 21-1 and the strain gauge 21-2
  • the output voltage Vout ⁇ is output from the connection point between the strain gauge 21-3 and the strain gauge 21-4. From the output voltage Vout + and the output voltage Vout ⁇ , the output voltage Vout of the torque sensor 10 expressed by the equation (1) is obtained.
  • FIG. 9A shows a change in the resistance value of the bridge circuit 40 when torque is applied to the torque sensor 10, as shown in FIG. 7A, and FIG. As shown in (), the change in the resistance value of the bridge circuit 40 when, for example, a thrust force in the X-axis direction is applied to the torque sensor 10 is shown.
  • ⁇ R is a value of change in resistance value.
  • FIG. 10 shows the result of obtaining the output voltage Vout of the torque sensor 10 from the equation (1) under different conditions (1) to (6).
  • the output voltage Vout of the torque sensor 10 is all 0V. That is, when a thrust force is applied to the first structure 11 and the second structure 12, and / or when a temperature change is applied to the strain gauges 21-1 and 21-2, the thrust force and the temperature change cancel each other. As a result, the output voltage Vout of the torque sensor 10 is 0V.
  • the first structure 11 and the second structure 12 are connected by the plurality of beam portions 13, and the first structure 11 and the second structure 12 are the first strain generating portion. 14 and the second strain generating portion 15.
  • the thickness T1 of the plurality of beam portions 13 is a substantial thickness for obtaining the rigidity of the first strain-generating portion 14 and the second strain-generating portion 15 (of the first strain-generating body 16 and the second strain-generating body 17). Thickness) is set to be thicker than T2. For this reason, the allowable torque of the torque sensor 10 and the mechanical strength of the torque sensor 10 are defined by the first structure 11, the second structure 12, and the beam portion 13. Therefore, by changing the thickness T1 of the first structure 11, the second structure 12, and the beam part 13 or changing the number of the beam parts 13, the allowable torque of the torque sensor 10 and the mechanical force of the torque sensor 10 are changed. It is possible to freely set the strength as required.
  • the first strain generating portion 14 is a strain that connects the first protrusion 14a and the second protrusion 14b provided in the first structure 11 and the second structure 12, respectively, and the first protrusion 14a and the second protrusion 14b.
  • the first strain body 16 having the gauges 21-1 and 21-2, and the second strain section 15 includes third protrusions 15a provided on the first structure body 11 and the second structure body 12, respectively.
  • the second projecting body 17 includes a fourth protrusion 15b and strain gauges 21-3 and 21-4 that connect the third protrusion 15a and the fourth protrusion 15b.
  • the first strain body 16 and the second strain body 17 include the first structure 11, the second structure 12, the plurality of beam portions 13, the first protrusion 14a, the second protrusion 14b, the third protrusion 15a, and the fourth. It is independent from the protrusion 15b. For this reason, it is possible to freely set the size including the shape, thickness and / or width of the first strain body 16 and the second strain body 17.
  • first strain body 16 and the second strain body 17 are the first structure body 11, the second structure body 12, the plurality of beam portions 13, the first protrusions 14a, the second protrusions 14b, the third protrusions 15a, and the first protrusions. It is independent of the four protrusions 15b. Therefore, the sensitivity and size of the strain gauges 21-1, 21-2, 21-3, and 21-4 provided in the first strain body 16 and the second strain body 17 are also the same as those in the first strain body 16 and the first strain body 16. It is possible to set according to the size of the two strain bodies 17. Therefore, the sensitivity and size of the strain gauges 21-1, 21-2, 21-3, 21-4 can be easily set.
  • the length L1 of the first gap provided between the first protrusion 14a and the second protrusion 14b of the first strain-generating part 14, and the third protrusion 15a and the fourth protrusion 15b of the second strain-generating part 15 are provided.
  • the length L1 of the second gap provided between the first projection 14a, the second projection 14b, the third projection 15a and the fourth projection 15b is shorter than the length L2, and the first projection 14a, the second projection
  • the length L2 of 14b, the 3rd protrusion 15a, and the 4th protrusion 15b is shorter than the length L3 of the some beam part 13.
  • the first strained portion 14 and the second strained portion 15 can generate a strain larger than that of the beam portion 13.
  • the first strain body 16 and the second strain body 17 can generate a larger strain than the beam portion 13
  • the first strain body 16 and the second strain body 17 are provided in the first strain body 16 and the second strain body 17.
  • the gains of the strain gauges 21-1, 21-2, 21-3, 21-4 can be increased. Therefore, it is resistant to noise, and it is possible to improve the torque detection accuracy.
  • the first strain body 16 is configured separately from the first projection 14a and the second projection 14b
  • the second strain body 17 is configured separately from the third projection 15a and the fourth projection 15b. Yes. Therefore, the fine strain gauges 21-1, 21-2, 21-3, and 21-4 can be easily formed on the first strain body 16 and the second strain body 17.
  • the torque sensor 10 can be configured by attaching the second projecting body 17 provided with ⁇ 4 to the third protrusion 15a and the fourth protrusion 15b of the second strain generating section 15. For this reason, manufacture of the torque sensor 10 is easy.
  • first strained portion 14 provided with the first strained body 16 and the second strained portion 15 provided with the second strained body 17 include the first structure 11 and the second structure 12. It is arranged at a symmetrical position with respect to the center. For this reason, it is possible to cancel the thrust force and detect only the torque.
  • first strain body 16 is provided with a pair of strain gauges 21-1, 21-2
  • second strain body 17 is provided with a pair of strain gauges 21-3, 21-4.
  • -1, 21-2, 21-3, and 21-4 constitute a bridge circuit 40.
  • the second structure 12 has a hollow portion 12a. For this reason, wiring of a plurality of strain gauges and wiring necessary for controlling the robot can be passed through the hollow portion 12a, and the space can be used effectively.
  • first structure 11 and the second structure 12 are arranged concentrically, and the first structure 11 and the second structure 12 are connected by a plurality of beam portions 13.
  • the present invention is not limited to this, and the following configuration is also possible.
  • the first structure and the second structure are arranged in parallel with the first structure and the second structure being linear.
  • the first structure and the second structure are connected by a plurality of beam portions.
  • a first sensor unit having a strain body provided with a resistor and a second sensor unit having the same configuration as the first sensor unit are arranged in the longitudinal center of the first structure and the second structure.
  • the first sensor unit and the second sensor unit connect the first structure and the second structure.
  • the longitudinal center of the second structure of the first sensor unit and the second structure of the second sensor unit are equidistant from the center of torque operation, and the first sensor unit and the second sensor unit are parallel to each other.
  • the first sensor unit and the second sensor unit are arranged at various positions. That is, the strain-generating body of the first sensor unit and the strain-generating body of the second sensor unit are arranged at symmetrical positions with respect to the torque action center. Also with this configuration, it is possible to obtain the same effect as in the above embodiment.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
  • various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
  • the torque sensor according to the embodiment of the present invention can be applied to a joint of a robot arm, for example.
  • SYMBOLS 10 ... Torque sensor, 11 ... 1st structure, 12 ... 2nd structure, 13 ... Beam part, 14 ... 1st strain part, 14a ... 1st protrusion, 14b ... 2nd protrusion, 15 ... 2nd strain Part, 15a ... third projection, 15b ... fourth projection, 16 ... first strain body, 17 ... second strain body, 21, 21-1, 21-2, 21-3, 21-4 ... strain gauge .

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Abstract

歪センサの感度や許容トルク、あるいはトルクセンサの機械的な強度を独立に設定することが可能なトルクセンサを提供する。トルクセンサは、第１領域と、第２領域と、第１領域と第２領域を連結する複数の第３領域とを具備し、計測すべきトルクが第３領域を介して第１領域と第２領域間に伝達される。第１起歪部１４は、第１領域１１と前記第２領域１２との間に設けられ、第１抵抗体が設けられる。第２起歪部１５は、第１領域１１と第２領域１２との間で、第１起歪部から離れた位置に設けられ、第２抵抗体が設けられる。

Description

トルクセンサ
　本発明の実施形態は、例えばロボットアームの関節に設けられるトルクセンサに関する。
　この種のトルクセンサは、トルクが印加される第１の構造体と、トルクが出力される第２の構造体と、第１の構造体と第２の構造体とを連結する複数の起歪部を有し、これら起歪部に歪センサが配置されている（例えば特許文献１、２、３参照）。
特開２０１３－０９６７３５号公報 特開２０１５－０４９２０９号公報 特許第５６４０９０５号公報
　トルクセンサにおいて、歪センサの感度や許容トルク（最大トルク）、あるいはトルクセンサの機械的な強度を独立に設定することが困難であった。
　本発明の実施形態は、歪センサの感度や許容トルク、あるいはトルクセンサの機械的な強度を独立に設定することが可能なトルクセンサを提供する。
　本実施形態のトルクセンサは、第１領域と、第２領域と、前記第１領域と前記第２領域を連結する複数の第３領域とを具備し、計測すべきトルクが前記第３領域を介して前記第１領域と前記第２領域間に伝達されるトルクセンサであって、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、第１抵抗体が設けられた第１起歪部と、前記第１領域と前記第２領域との間で、前記第１起歪部から離れた位置に設けられ、第２抵抗体が設けられた第２起歪部と、を具備する。
　本発明は、歪センサの感度や許容トルク、あるいはトルクセンサの機械的な強度を独立に設定することが可能なトルクセンサを提供できる。
本実施形態に係るトルクセンサを示す平面図。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図。 図１に示すトルクセンサを分解して示す斜視図。 図３に示すトルクセンサの組み立て状態を示す斜視図。 抵抗体の一例を示す断面図。 図１に示すトルクセンサとロボットの関節との関係を示す斜視図。 図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本実施形態のトルクセンサの異なる動作を説明するために示す図。 本実施形態のトルクセンサに適用されるブリッジ回路の一例を示す図。 図９（ａ）（ｂ）は、ブリッジ回路の動作を説明するために示す図。 ブリッジ回路の異なる動作条件における出力電圧を説明するために示す図。
　以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には同一符号を付している。
　図１、図２において、トルクセンサ１０は、第１構造体（第１領域）１１、第２構造体１２（第２領域）、複数の梁部（第３領域）１３、第１起歪部１４、第２起歪部１５を具備している。第１構造体１１、第２構造体１２、複数の梁部１３、第１起歪部１４、第２起歪部１５は、例えば金属により構成されるが、印加されるトルクに対して機械的な強度を十分に得ることができれば、金属以外の材料を使用することも可能である。
　トルクが印加される第１構造体１１と、トルクを出力する第２構造体１２は、環状である。第２構造体１２の径は、第１構造体１１の径より小さい。第２構造体１２は、第１構造体１１と同心状に配置され、第１構造体１１と第２構造体１２は、放射状に配置された複数の梁部１３と、第１起歪部１４及び第２起歪部１５により連結される。また、第２構造体１２は、中空部１２ａを有している。
　第１起歪部１４と第２起歪部１５は、第１構造体１１及び第２構造体１２の中心（トルクの作用中心）に対して対称な位置に配置されている。
　図２に示すように、第１起歪部１４は、第１突起１４ａと、第２突起１４ｂと、第１起歪体１６を具備している。第１突起１４ａは、第１構造体１１から突出され、第２突起１４ｂは、第２構造体１２から突出されている。第１突起１４ａと第２突起１４ｂとの相互間には、第１間隙が設けられ、第１突起１４ａと第２突起１４ｂは、第１起歪体１６により連結されている。第１起歪体１６は、後述する抵抗体としての例えば複数の歪センサ（以下、歪ゲージと称す）を具備している。
　第２起歪部１５は、第３突起１５ａと、第４突起１５ｂと、第２起歪体１７を具備している。第３突起１５ａは、第１構造体１１から突出され、第４突起１５ｂは、第２構造体１２から突出されている。第３突起１５ａと第４突起１５ｂとの相互間には、第２間隙が設けられ、第３突起１５ａと第４突起１５ｂは、第２起歪体１７により連結されている。第２起歪体１７は、後述する抵抗体として例えば複数の歪ゲージを具備している。
　第１構造体１１、第２構造体１２及び梁部１３は、第１の厚さＴ１を有し、第１起歪部１４及び第２起歪部１５は、第１の厚さＴ１より薄い第２の厚さＴ２を有している。第１起歪部１４及び第２起歪部１５の剛性を得るための実質的な厚さ（第２の厚さＴ２）は、それぞれ第１起歪体１６及び第２起歪体１７の厚さに相当する。具体的には、第１の厚さＴ１が例えば１０ｍｍである場合、第２の厚さＴ１は、例えば０．７ｍｍ程度である。
　梁部１３の強度は、第１構造体１１及び第２構造体１２の厚さが等しいと仮定した場合、梁部１３の幅により規定される。複数の梁部１３の強度により、第１構造体１１に印加されたトルクに応じて、第２構造体１２に対する第１構造体１１の実質的な回転角が決定される。
　また、第２構造体１２に対する第１構造体１１の回転角に応じて第１起歪部１４、第２起歪部１５に発生した歪が第１起歪体１６及び第２起歪体１７に設けられた複数の歪ゲージにより検出される。
　第１突起１４ａ、第２突起１４ｂ、第３突起１５ａ、第４突起１５ｂの厚さは、例えば第１の厚さＴ１より薄く、第２の厚さＴ２より厚い第３の厚さＴ３に設定されている。第１構造体１１、第２構造体１２の厚さＴ１に対する第１突起１４ａ、第２突起１４ｂ、第３突起１５ａ、第４突起１５ｂの厚さは、変更可能である。これらの厚さＴ１、Ｔ２、Ｔ３を調整することにより、トルクセンサ１０の感度を調整することが可能である。
　第１起歪部１４の第１突起１４ａと第２突起１４ｂの長さ、及び第２起歪部１５の第３突起１５ａと第４突起１５ｂの長さは、それぞれＬ１に設定され、第１突起１４ａと第２突起１４ｂとの間に設けられた第１間隙の長さＬ２と、第２起歪部１５の第３突起１５ａと第４突起１５ｂとの間に設けられた第２間隙の長さＬ２は、それぞれＬ１より短く設定されている。さらに、第１突起１４ａと第２突起１４ｂの合計の長さ、及び第３突起１５ａと第４突起１５ｂの合計の長さ、すなわち２×Ｌ１は、複数の梁部１３のそれぞれの長さＬ３より短い（尚、図２は、第１起歪部１４側の長さＬ１、Ｌ２のみを示し、Ｌ３は図示していない）。
　これらの長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３を調整することにより、第１構造体１１にトルクが印加された場合において、第１起歪部１４及び第２起歪部１５に発生される歪量を調整することができる。具体的には、第１間隙の長さＬ２と第２間隙の長さＬ２は、第１突起１４ａ、第２突起１４ｂ、第３突起１５ａ及び第４突起１５ｂの長さＬ１より短く、第１突起１４ａ、第２突起１４ｂ、第３突起１５ａ及び第４突起１５ｂの長さＬ１は、複数の梁部１３の長さＬ３より短い。このため、第１構造体１１にトルクが印加された場合、第１起歪部１４及び第２起歪部１５の歪量は、梁部１３の歪量より大きくなる。このため、後述するブリッジ回路は、大きなゲインを得ることが可能である。
　また、トルクセンサ１０の許容トルク（最大トルク）及び機械的な強度は、第１起歪部１４及び第２起歪部１５とは、独立して第１構造体１１、第２構造体１２及び複数の梁部１３の例えば厚さ及び幅により設定することができる。
　さらに、トルクセンサ１０の感度は、第１起歪体１６及び第２起歪体１７の厚さにより設定することができる。
　図３、図４は、第１起歪部１４、第２起歪部１５を具体的に示している。第１起歪部１４は、第１起歪体１６を収容するための第１収容部１４ｃを有し、第２起歪部１５は、第２起歪体１７を収容する第２収容部１５ｃを有している。第１収容部１４ｃは、第１起歪部１４に対して第１起歪体１６を位置決めし、第２収容部１５ｃは、第２起歪部１５に対して第２起歪体１７を位置決めする。第１収容部１４ｃは、第１突起１４ａ及び第２突起１４ｂ上に設けられたほぼ枠状の突起により構成され、第２収容部１５ｃは、第３突起１５ａ及び第４突起１５ｂ上に設けられたほぼ枠状の突起により構成されている。第１収容部１４ｃは、第１突起１４ａと第２突起１４ｂとの間の間隙に対応した間隙を有し、第２収容部１５ｃは、第３突起１５ａと第４突起１５ｂとの間の間隙に対応した間隙を有している。
　図３に示すように、第１起歪体１６及び第２起歪体１７は、第１収容部１４ｃ及び第２収容部１５ｃの上方から第１収容部１４ｃ及び第２収容部１５ｃ内にそれぞれ収容される。図４に示すように、第１起歪体１６及び第２起歪体１７が第１収容部１４ｃ及び第２収容部１５ｃにそれぞれ収容された状態において、第１起歪体１６は、第１突起１４ａと第２突起１４ｂに例えば溶接により固定される。また、第２起歪体１７は、第３突起１５ａ、第４突起１５ｂに例えば溶接により固定される。第１起歪体１６及び第２起歪体１７の固定方法は、溶接に限定されるものではなく、第１起歪体１６及び第２起歪体１７に印加されるトルクに対して、十分な強度で、第１突起１４ａ乃至第４突起１５ｂに第１起歪体１６及び第２起歪体１７を固定できる方法であればよい。第１起歪体１６及び第２起歪体１７の図示せぬ配線は、絶縁部材３２（図６に示す）により覆われる。
　図５は、第１起歪体１６及び第２起歪体１７に設けられた歪ゲージ２１の一例を示すものであり、歪ゲージ２１の端部の断面を示している。歪ゲージ２１は、例えば絶縁膜２１ａ、薄膜抵抗体（感歪膜）２１ｂ、接着膜２１ｃ、配線２１ｄ、接着膜２１ｅ、保護膜としてのガラス膜２１ｆを具備している。例えば金属製の第１起歪体１６（第２起歪体１７）上に絶縁膜２１ａが設けられ、絶縁膜２１ａ上に例えばＣｒ－Ｎ抵抗体により構成された薄膜抵抗体２１ｂが設けられる。薄膜抵抗体２１ｂは、直線状又は複数に屈曲された形状などが可能である。薄膜抵抗体２１ｂ上の端部に接着膜２１ｃを介在して、例えば銅（Ｃｕ）により構成された電極リードとしての配線２１ｄが設けられる。配線２１ｄ上には接着膜２１ｅが設けられる。絶縁膜２１ａ、薄膜抵抗体２１ｂ、及び接着膜２１ｅは、ガラス膜２１ｆにより覆われる。接着膜２１ｃは、配線２１ｄと薄膜抵抗体２１ｂとの密着性を高め、接着膜２１ｅは、配線２１ｄとガラス膜２１ｆとの密着性を高めている。接着膜２１ｃ、２１ｅは、例えばクロム（Ｃｒ）を含む膜である。歪ゲージ２１の構成は、これに限定されるものではない。
　第１起歪体１６及び第２起歪体１７のそれぞれは、図５に示す歪ゲージ２１を例えば２個ずつ具備し、４個の歪ゲージ２１により、後述するブリッジ回路が構成される。
　図６は、上記トルクセンサ１０と、例えばロボットの関節の一方に設けられた減速機３０との関係を示している。トルクセンサ１０の第１構造体１１は、ボルト３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄにより減速機３０に取着される。減速機３０は図示せぬモータに連結されている。トルクセンサ１０の第２構造体１２には、絶縁部材３２がボルト３１ｅ、３１ｆにより取着される。絶縁部材３２は、図示せぬ複数の歪ゲージ２１のリード線を覆う。絶縁部材３２、第１起歪部１４及び第２起歪部１５は、蓋体３３により覆われる。蓋体３３は、ボルト３１ｇ、３１ｈにより第２構造体１２に取着される。さらに、第２構造体１２は、例えば図示せぬロボットの関節の他方に取着される。
　図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、上記トルクセンサ１０の動作を示すものであり、図７（ａ）は、第１構造体１１にトルクが印加された場合を示し、図７（ｂ）は、第１構造体１１に図示Ｘ軸方向にスラスト力が印加された場合を示し、図７（ｃ）図示Ｙ軸方向に第１構造体１１にスラスト力が印加された場合を示している。
　図７（ａ）に示すように、第１構造体１１にトルクが印加された場合、複数の梁部１３、第１起歪部１４及び第２起歪部１５が弾性変形し、第１構造体１１は、第２構造体１２に対して回動される。第１起歪部１４及び第２起歪部１５の弾性変形に伴い、後述するブリッジ回路のバランスが崩れ、トルクが検出される。
　図７（ｂ）に示すように、第１構造体１１にＸ軸方向にスラスト力が印加された場合、複数の梁部１３、第１起歪部１４及び第２起歪部１５が弾性変形し、第１構造体１１は、第２構造体１２に対してＸ軸方向に移動される。第１起歪部１４及び第２起歪部１５の弾性変形に伴いブリッジ回路のバランスが崩れる。しかし、後述するようにトルク、及びスラスト力は検出されない。
　図７（ｃ）に示すように、第１構造体１１に図示Ｙ軸方向にスラスト力が印加された場合、複数の梁部１３、第１起歪部１４及び第２起歪部１５が弾性変形し、第１構造体１１は、第２構造体１２に対してＹ軸方向に移動される。第１起歪部１４及び第２起歪部１５の弾性変形に伴いブリッジ回路のバランスが崩れる。しかし、後述するようにトルク、及びスラスト力は検出されない。
　図８は、本トルクセンサ１０に設けられたブリッジ回路４０を概略的に示している。前述したように、第１起歪部１４の第１起歪体１６、及び第２起歪部１５の第２起歪体１７は、それぞれ２つの歪ゲージ２１を具備している。具体的には、第１起歪体１６は、歪ゲージ２１－１、２１－２を具備し、第２起歪体１７は、歪ゲージ２１－３、２１－４を具備している。第１起歪体１６と第２起歪体１７は、第１構造体１１及び第２構造体１２の中心に対して対称に配置され、歪ゲージ２１－１、２１－２と、歪ゲージ２１－３、２１－４も第１構造体１１及び第２構造体１２の中心に対して対称に配置される。
　ブリッジ回路４０において、歪ゲージ２１－１と歪ゲージ２１－３は直列接続され、歪ゲージ２１－２と歪ゲージ２１－４は直列接続される。直列接続された歪ゲージ２１－１、２１－３は、直列接続された歪ゲージ２１－２、２１－４と並列接続される。歪ゲージ２１－２と歪ゲージ２１－４の接続点に電源Ｖｏ、例えば５Ｖが供給され、歪ゲージ２１－１と歪ゲージ２１－３の接続点は、例えば接地される。歪ゲージ２１－１と歪ゲージ２１－２の接続点から出力電圧Ｖout+が出力され、歪ゲージ２１－３と歪ゲージ２１－４の接続点から出力電圧Ｖout-が出力される。出力電圧Ｖout+及び出力電圧Ｖout-から式（１）で示すトルクセンサ１０の出力電圧Ｖoutが得られる。
　Ｖout＝（Ｖout+－Ｖout-）
　　　　＝（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）－Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４））・Ｖｏ　　　…（１）
　ここで、
　　Ｒ１は、歪ゲージ２１－１の抵抗値
　　Ｒ２は、歪ゲージ２１－２の抵抗値
　　Ｒ３は、歪ゲージ２１－３の抵抗値
　　Ｒ４は、歪ゲージ２１－４の抵抗値
であり、トルクセンサ１０にトルクが印加されていない状態において、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒである。
　図９（ａ）は、図７（ａ）に示すように、トルクセンサ１０にトルクが印加された場合におけるブリッジ回路４０の抵抗値の変化を示し、図９（ｂ）は、図７（ｂ）に示すように、トルクセンサ１０に例えばＸ軸方向のスラスト力が印加された場合におけるブリッジ回路４０の抵抗値の変化を示している。図９（ａ）（ｂ）において、ΔＲは、抵抗値の変化の値である。
　図１０は、（１）乃至（６）の異なる条件におけるトルクセンサ１０の出力電圧Ｖoutを式（１）から求めた結果を示すものである。
　図１０において、
（１）は、トルクセンサ１０にトルク及びスラスト力のいずれもが印加されていない場合
（２）は、トルクセンサ１０にトルクを印加した場合
（３）は、トルクセンサ１０にスラスト力を印加した場合
（４）は、トルクセンサ１０の歪ゲージ２１－１、２１－２に温度変化ΔＴを与えた場合
（５）は、トルクセンサ１０にトルクを印加し、歪ゲージ２１－１、２１－２に温度変化ΔＴを与えた場合
（６）は、トルクセンサ１０にスラスト力を印加し、歪ゲージ２１－１、２１－２に温度変化ΔＴを与えた場合
　図１０において、Ｒ・（１＋α・ΔＴ）は、抵抗の温度係数がα、温度変化ΔＴの時の抵抗値を示している。
　（１）（３）（４）（６）に示す条件の場合、トルクセンサ１０の出力電圧Ｖoutは、いずれも０Ｖである。すなわち、第１構造体１１、第２構造体１２にスラスト力が印加された場合、及び／又は歪ゲージ２１－１、２１－２に温度変化が与えられた場合、スラスト力や温度変化が相殺され、トルクセンサ１０の出力電圧Ｖoutは、いずれも０Ｖとなる。
　また、（２）に示すトルクセンサ１０にトルクを印加した場合、及び（５）に示すトルクセンサ１０にトルクを印加し、歪ゲージ２１－１、２１－２に温度変化を与えた場合、トルクセンサ１０の出力電圧Ｖoutとして、－ΔＲ／Ｒ・Ｖｏが出力される。この出力電圧Ｖoutは、抵抗の温度係数αや温度変化ΔＴを含まない値である。したがって、上記トルクセンサ１０は、スラスト力や温度変化を相殺してトルクのみを検出することが可能である。
（実施形態の効果）
　上記本実施形態によれば、第１構造体１１と第２構造体１２は、複数の梁部１３によって連結され、さらに、第１構造体１１と第２構造体１２は、第１起歪部１４及び第２起歪部１５により連結されている。複数の梁部１３の厚さＴ１は、第１起歪部１４及び第２起歪部１５の剛性を得るための実質的な厚さ（第１起歪体１６及び第２起歪体１７の厚さ）Ｔ２より厚く設定されている。このため、トルクセンサ１０の許容トルクやトルクセンサ１０の機械的な強度は、第１構造体１１、第２構造体１２及び梁部１３により規定される。したがって、第１構造体１１、第２構造体１２及び梁部１３の厚さＴ１を変えたり、梁部１３の数を変えたりすることにより、トルクセンサ１０の許容トルクやトルクセンサ１０の機械的な強度を必要に応じて自由に設定することが可能である。
　また、第１起歪部１４は、第１構造体１１、第２構造体１２にそれぞれ設けられた第１突起１４ａ及び第２突起１４ｂと、第１突起１４ａと第２突起１４ｂを連結する歪ゲージ２１－１、２１－２を有する第１起歪体１６とにより構成され、第２起歪部１５は、第１構造体１１、第２構造体１２にそれぞれ設けられた第３突起１５ａ及び第４突起１５ｂと、第３突起１５ａと第４突起１５ｂを連結する歪ゲージ２１－３、２１－４が設けられた第２起歪体１７により構成されている。第１起歪体１６及び第２起歪体１７は、第１構造体１１、第２構造体１２、複数の梁部１３、第１突起１４ａ、第２突起１４ｂ、第３突起１５ａ及び第４突起１５ｂから独立している。このため、第１起歪体１６及び第２起歪体１７の形状や厚さ及び／又は幅を含むサイズを自由に設定することが可能である。
　さらに、第１起歪体１６及び第２起歪体１７が第１構造体１１、第２構造体１２、複数の梁部１３、第１突起１４ａ、第２突起１４ｂ、第３突起１５ａ及び第４突起１５ｂから独立している。このため、第１起歪体１６及び第２起歪体１７に設けられる歪ゲージ２１－１、２１－２、２１－３、２１－４の感度やサイズも、第１起歪体１６及び第２起歪体１７のサイズに応じて設定することが可能である。したがって、歪ゲージ２１－１、２１－２、２１－３、２１－４の感度やサイズを容易に設定することが可能である。
　また、第１起歪部１４の第１突起１４ａと第２突起１４ｂとの間に設けられた第１間隙の長さＬ１と、第２起歪部１５の第３突起１５ａと第４突起１５ｂとの間に設けられた第２間隙の長さＬ１は、第１突起１４ａ、第２突起１４ｂ、第３突起１５ａ及び第４突起１５ｂの長さＬ２より短く、第１突起１４ａ、第２突起１４ｂ、第３突起１５ａ及び第４突起１５ｂの長さＬ２は、複数の梁部１３の長さＬ３より短い。このため、第１起歪部１４及び第２起歪部１５は、梁部１３より大きな歪を発生することができる。
　しかも、第１起歪体１６及び第２起歪体１７は、梁部１３と比較して大きな歪を発生することができるため、第１起歪体１６及び第２起歪体１７に設けられた歪ゲージ２１－１、２１－２、２１－３、２１－４のゲインを大きくすることが可能である。したがって、ノイズに強く、トルクの検出精度を向上させることが可能である。
　また、第１起歪体１６は、第１突起１４ａ及び第２突起１４ｂと別体に構成され、第２起歪体１７は、第３突起１５ａ及び第４突起１５ｂと別体に構成されている。このため、第１起歪体１６及び第２起歪体１７に微細な歪ゲージ２１－１、２１－２、２１－３、２１－４を容易に形成することができる。
　さらに、歪ゲージ２１－１、２１－２が設けられた第１起歪体１６を第１起歪部１４の第１突起１４ａ及び第２突起１４ｂに取着し、歪ゲージ２１－３、２１－４が設けられた第２起歪体１７を第２起歪部１５の第３突起１５ａ及び第４突起１５ｂ取着することによりトルクセンサ１０を構成できる。このため、トルクセンサ１０の製造が容易である。
　また、第１起歪体１６が設けられた第１起歪部１４と、第２起歪体１７が設けられた第２起歪部１５は、第１構造体１１及び第２構造体１２の中心に対して対称な位置に配置されている。このため、スラスト力を相殺でき、トルクのみを検出することが可能である。
　さらに、第１起歪体１６に一対の歪ゲージ２１－１、２１－２が設けられ、第２起歪体１７に一対の歪ゲージ２１－３、２１－４が設けられ、これら歪ゲージ２１－１、２１－２、２１－３、２１－４によりブリッジ回路４０が構成されている。このため、歪ゲージ２１－１、２１－２、２１－３、２１－４の温度係数の影響を相殺することが可能である。
　また、同心状に配置された第１構造体１１及び第２構造体１２において、第２構造体１２は、中空部１２ａを有している。このため、中空部１２ａに複数の歪ゲージの配線やロボットの制御に必要な配線を通すことが可能であり、スペースの有効利用が可能である。
　尚、本実施形態において、第１構造体１１及び第２構造体１２は同心状に配置され、第１構造体１１と第２構造体１２が複数の梁部１３により連結されていた。しかし、これに限定されるものではなく、次のような構成とすることも可能である。
　例えば第１構造体及び第２構造体を直線状として第１構造体と第２構造体を平行に配置する。複数の梁部により第１構造体と第２構造体を連結する。さらに、第１構造体と第２構造体の長手方向中央部に、抵抗体が設けられた起歪体を有する第１センサ部と、第１センサ部と同一構成の第２センサ部を配置し、第１センサ部と第２センサ部とで第１構造体と第２構造体を連結する。第１センサ部の第２構造体と第２センサ部の第２構造体の長手方向中央部がトルクの作用中心から等距離で、第１センサ部と第２センサ部が互いに平行にとなるような位置に第１センサ部と第２センサ部を配置する。すなわち、第１センサ部の起歪体と第２センサ部の起歪体をトルクの作用中心に対して対称の位置に配置する。この構成によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
　その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
　本発明の実施形態に係るトルクセンサは、例えばロボットアームの関節に適用することが可能である。
　１０…トルクセンサ、１１…第１構造体、１２…第２構造体、１３…梁部、１４…第１起歪部、１４ａ…第１突起、１４ｂ…第２突起、１５…第２起歪部、１５ａ…第３突起、１５ｂ…第４突起、１６…第１起歪体、１７…第２起歪体、２１、２１－１、２１－２、２１－３、２１－４…歪ゲージ。

Claims (7)

  1. 　第１領域と、第２領域と、前記第１領域と前記第２領域を連結する複数の第３領域とを具備し、計測すべきトルクが前記第３領域を介して前記第１領域と前記第２領域間に伝達されるトルクセンサであって、
    　前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、第１抵抗体が設けられた第１起歪部と、
    　前記第１領域と前記第２領域との間で、前記第１起歪部から離れた位置に設けられ、第２抵抗体が設けられた第２起歪部と、
    　を具備することを特徴とするトルクセンサ。
  2. 　前記複数の第３領域は、第１の厚さを有し、前記第１起歪部及び前記第２起歪部は、前記第１の厚さより薄い第２の厚さを有することを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
  3. 　前記第１起歪部と前記第２起歪部は、前記第１領域及び前記第２領域の前記トルクの作用中心に対して対称な位置に配置されることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
  4. 　前記第１起歪部は、前記第１領域から突出された第１突起と、前記第２領域から突出された第２突起と、前記第１突起と第２突起を連結する前記第１抵抗体が設けられた第１起歪体を具備し、
    　前記第２起歪部は、前記第１領域から突出された第３突起と、前記第２領域から突出された第４突起と、前記第３突起と第４突起を連結する前記第２抵抗体が設けられた第２起歪体を具備することを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
  5. 　前記第１起歪体に設けられた前記第１抵抗体は、第１歪ゲージ及び第２歪ゲージを含み、前記第２起歪体に設けられた前記第２抵抗体は、第３歪ゲージ及び第４歪ゲージを含み、前記第１歪ゲージ、第２歪ゲージ、第３歪ゲージ及び第４歪ゲージによりブリッジ回路が構成されることを特徴とする請求項４記載のトルクセンサ。
  6. 　前記第１突起と前記第２突起の合計の長さ、及び前記第３突起と前記第４突起の合計の長さは、それぞれ前記複数の第３領域の長さより短いことを特徴とする請求項４記載のトルクセンサ。
  7. 　前記第１領域及び前記第２領域は、環状であり、前記第２領域は、中空部を具備することを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
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