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JP2010066181A6 - Force and torque detection mechanism - Google Patents

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JP2010066181A6
JP2010066181A6 JP2008234172A JP2008234172A JP2010066181A6 JP 2010066181 A6 JP2010066181 A6 JP 2010066181A6 JP 2008234172 A JP2008234172 A JP 2008234172A JP 2008234172 A JP2008234172 A JP 2008234172A JP 2010066181 A6 JP2010066181 A6 JP 2010066181A6
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force
detection
intermediate ring
shaft
outer peripheral
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JP2008234172A
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一昭 酒井
寿彦 安田
勝之 田中
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Shiga Prefectural Government.
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Abstract

【課題】構造が簡単かつ精度および感度の高い、力およびトルク検出機構を提供する。
【解決手段】外周部リム5と軸部ボス6との間に中間リング15を設け、前記中間リング15と前記軸部ボス6との間に前記外周部リム5加えられた力を検出する領域を確保する。該領域内に前記中間リング15と前記軸部ボス6とを連結する半径方向に逐次断面変化する台形柱型小ア−ム16〜19を複数設ける。前記中間リング11と、前記小ア−ム16〜19と、前記軸部ボス6と、を一体化した機構にする。係る機構により、前記外周部リム5に加えられた力が中間ア−ム11〜14を介して前記中間リング15に伝達される。前記中間リング15によって、前記外周部リム5に加えられた力を、均等に、前記小ア−ム16〜19に伝達する。さらに、台形柱型の前記小アーム16〜19の力検出領域に、均一な高応力状態を生じさせる。該力検出領域を用いて、前記外周部リム5に加えられた力を、高感度かつ高精度に検知する。
【選択図】図1
A force and torque detection mechanism having a simple structure and high accuracy and sensitivity is provided.
An area in which an intermediate ring is provided between an outer peripheral rim and a shaft boss, and a force applied to the outer rim is detected between the intermediate ring and the shaft boss. Secure. A plurality of trapezoidal columnar small arms 16 to 19 that sequentially change in cross section in the radial direction for connecting the intermediate ring 15 and the shaft boss 6 are provided in the region. The intermediate ring 11, the small arms 16-19, and the shaft boss 6 are integrated. By such a mechanism, the force applied to the outer peripheral rim 5 is transmitted to the intermediate ring 15 via the intermediate arms 11 to 14. The intermediate ring 15 transmits the force applied to the outer peripheral rim 5 evenly to the small arms 16 to 19. Further, a uniform high stress state is generated in the force detection region of the trapezoidal column type small arms 16 to 19. Using the force detection region, the force applied to the outer peripheral rim 5 is detected with high sensitivity and high accuracy.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、軸に作用する力およびトルクの検出機構に関する。   The present invention relates to a mechanism for detecting force and torque acting on a shaft.

電動車椅子等に用いられるトルク検出装置として、特開平3−15468号広報及び特開平6−304205号広報によれば、使用者がハンドリムを操作するときに発生する操作トルクを、車輪とハンドリムとの相互間にひずみゲージを装着して測定し、この操作力に応じた電流を駆動モータに供給して、補助(アシスト)駆動力を発生させる方式の発明(従来技術1)が開示されている。   According to Japanese Patent Laid-Open No. 3-15468 and Japanese Patent Laid-Open No. 6-304205, as torque detection devices used for electric wheelchairs, etc., an operation torque generated when a user operates a hand rim is determined between a wheel and a hand rim. An invention (prior art 1) is disclosed in which a strain gauge is mounted between each other and measured, and a current corresponding to this operating force is supplied to the drive motor to generate an assist drive force.

また、ロードセルを用いてハンドリムに加えられた力を検出するもの(従来技術2)や、ハンドリムと車輪を弾性的に係合し、トルクによって生じる両者の回転角の差を検出して、この差からトルクを検出するもの(従来技術3、特開平7−136218号広報)が提案されている。   Also, the force applied to the hand rim using the load cell (conventional technology 2), the hand rim and the wheel are elastically engaged, and the difference between the rotation angles caused by the torque is detected. For detecting torque from the above (conventional technology 3, Japanese Patent Laid-Open No. 7-136218).

また、トルク検出装置として、車輪を支持する車輪ハブと、この車輪ハブと同心に位置決めされると共に相対的に回転しうるハンドリムハブと、車輪ハブと回転軸に沿って移動可能な中空円筒状のスライダを備え、スライダの位置を検出する位置センサの装着によりトルク検出を行うもの(従来技術4、特開平9−311085号広報)も提案されている。これらの従来技術には、簡易な構造で力あるいはトルクの高精度の検出を可能とするものはない。
特開平3−15468号広報 特開平6−304205号広報 特開平7−136218号広報 特開平9−311085号広報
Further, as a torque detection device, a wheel hub that supports a wheel, a hand rim hub that is positioned concentrically with the wheel hub and that can rotate relatively, and a hollow cylindrical shape that is movable along the wheel hub and a rotation axis. There has also been proposed a device that includes a slider and detects torque by mounting a position sensor that detects the position of the slider (Prior Art 4, Japanese Patent Laid-Open No. 9-311085). None of these prior arts enables a highly accurate detection of force or torque with a simple structure.
JP-A-3-15468 JP-A-6-304205 JP-A-7-136218 JP-A-9-311085

酒井一昭、安田寿彦、川久保直之、田中勝之著 「片手用車椅子のための操作トルク検出機構に関する研究」 (社)日本機械学会関西支部第83期定時総会講演会講演論文集 No.084−1 12−26頁 2008年Kazuaki Sakai, Toshihiko Yasuda, Naoyuki Kawakubo, and Katsuyuki Tanaka “Study on Operating Torque Detection Mechanism for One-Handed Wheelchairs” The Japan Society of Mechanical Engineers Kansai Branch 084-1 12-26 2008

上記の従来技術1〜4では、ロードセルや角度検出装置や位置センサなどを車輪とハンドリムの相互間に設置する必要があり、トルク検出機構が大型化かつ複雑化する。このようなトルク検出機構は、その設置可能箇所が狭い場合には使用することができない。このような問題に鑑みて、本発明は、複雑な構成要素を必要とせず単純な機構で精度の高い、力およびトルク検出を可能とする手段を提供することを課題とする。   In the above prior arts 1 to 4, it is necessary to install a load cell, an angle detection device, a position sensor, and the like between the wheel and the hand rim, and the torque detection mechanism becomes large and complicated. Such a torque detection mechanism cannot be used when the installation location is narrow. In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a means capable of detecting force and torque with high accuracy with a simple mechanism without requiring complicated components.

以上の課題を解決するために、請求項1では、軸に力を伝達する機構において、力が作用する外周部リムと前記軸と一体化した軸部ボスとの間に設置された中間リングと、前記中間リングと前記軸部ボスを連結する複数の力検出用小ア−ムと、で構成され、該力検出用小ア−ムの表面部の変形量を検出することによって、前記軸に働く力あるいはトルクを検出する機構を備えていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, in claim 1, in the mechanism for transmitting force to the shaft, an intermediate ring installed between the outer peripheral rim on which the force acts and the shaft boss integrated with the shaft; A plurality of force detecting small arms connecting the intermediate ring and the shaft boss, and detecting the amount of deformation of the surface portion of the force detecting small arm. A mechanism for detecting a working force or torque is provided.

請求項2では、前記請求項1の前記力検出用小アームの前記中間リングの半径と直交する断面において、該断面の位置が軸部から外周部へ向かって変化するときに、前記力検出用小アームの該断面の面積が逐次減少する矩形断面を有する、略台形柱型とすることによって、前記力検出用小アームの表面部に応力あるいは変形量が一様な力検出領域を生成して、該力検出領域内においては、応力検出位置あるいは変形量検出位置に依存することなく、外周部リムに加えられた力を検出できる構造を有することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the cross section perpendicular to the radius of the intermediate ring of the small arm for force detection according to the first aspect, the position of the cross section changes from the shaft portion toward the outer peripheral portion. By forming a substantially trapezoidal columnar shape having a rectangular cross section in which the area of the cross section of the small arm decreases sequentially, a force detection region with uniform stress or deformation is generated on the surface portion of the small arm for force detection. The force detection area has a structure capable of detecting the force applied to the outer peripheral rim without depending on the stress detection position or the deformation amount detection position.

請求項3では、前記請求項1の前記中間リングの厚みあるいは幅を該中間リングの変形が極小となるように調整する手法、あるいは前記中間リングの材料を該中間リングの変形が極小となる材料とする手法、前記中間リングの設置位置を前記軸部ボスの外側近傍に設置するなどの手法によって、前記外周部リムに力が加わった場合の前記中間リングの変形を抑制して、前記外周部リムに加える力の作用点に依存することなく、前記力検出用小アーム表面の応力状態、あるいは前記力検出用小アームの変形状態を、すべての前記力検出用小アームにおいて、ほぼ等しくすることによって、前記軸部ボスと一体化している軸に作用する力あるいはトルクを、前記外周部リムに加えられた力の作用点に依存することなく検出できる構造を備えていることを特徴とする。   The method of adjusting the thickness or width of the intermediate ring according to claim 1 so that the deformation of the intermediate ring is minimized, or the material of the intermediate ring is a material that minimizes the deformation of the intermediate ring. The outer ring portion is restrained from being deformed when a force is applied to the outer ring rim by a method such as setting the position of the intermediate ring near the outside of the shaft boss. Regardless of the point of action of the force applied to the rim, the stress state on the surface of the small arm for force detection or the deformation state of the small arm for force detection should be substantially equal in all the small arms for force detection. Therefore, a force or torque acting on the shaft integrated with the shaft boss can be detected without depending on the point of application of the force applied to the outer peripheral rim. And wherein the door.

請求項4では、前記請求項1の前記中間リングの設置によって、前記中間リング内部に設置する応力測定領域あるいは変形量測定検出領域における、応力分布あるいは変形量分布を調整する機能を有することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, the installation of the intermediate ring according to the first aspect has a function of adjusting a stress distribution or a deformation amount distribution in a stress measurement region or a deformation amount measurement detection region installed inside the intermediate ring. And

請求項5では、前記力検出用小アームによって検出された力から前記軸部ボスに取り付けられた前記軸に作用するトルクを検出できる構造であることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, the torque acting on the shaft attached to the shaft boss can be detected from the force detected by the small arm for detecting force.

第一発明、第三発明および第四発明によれば、前記外周部リムに力が加えられたときに、力の作用点の位置に依存することなく、軸部近傍に設置されたすべての前記力検出用小アーム表面に、他の前記力検出用小アーム表面と、応力分布あるいは変形量分布が、ほぼ等しい応力測定領域あるいは変形量測定領域が生成される。このことにより、該応力測定領域あるいは該変形量測定領域にひずみゲージなどの力あるいは変形量検出デバイスを設置することによって、外周部リムに加えられた力の作用点の位置に依存せずに、外周部リムに加えられた力を検出できる。   According to the first invention, the third invention, and the fourth invention, when a force is applied to the outer peripheral rim, all the devices installed in the vicinity of the shaft portion are not dependent on the position of the point of application of the force. On the surface of the small force detection arm, a stress measurement region or deformation amount measurement region is generated in which the stress distribution or deformation amount distribution is substantially the same as the other force detection small arm surfaces. Thus, by installing a force such as a strain gauge or a deformation amount detection device in the stress measurement region or the deformation amount measurement region, without depending on the position of the point of application of the force applied to the outer peripheral rim, The force applied to the outer peripheral rim can be detected.

第二発明によれば、外周部リムに加えられた力によって、前記力検出用小アームに、応力あるいは変形量が均一な領域を生成することができ、このことによって、応力あるいは変形量を測定するための検出デバイスの設置位置の選択範囲が広くなり、力あるいは変形量の検出デバイスの設置位置の精度が要求されることなく、外周部リムに加えられた力の正確な測定が可能となる。したがって、ゲ―ジ等の貼り付けの人為的作業による貼付け位置にずれが生じても同じひずみ量の検出が可能となる十分な貼り付け領域が確保できる。このため、検出される力のばらつきが小さくなる。また、断面積の大きさは、適宜、変更可能であるので、必要かつ十分な力の検出感度が得られる。   According to the second invention, an area where the stress or deformation amount is uniform can be generated in the small arm for force detection by the force applied to the outer peripheral rim, thereby measuring the stress or deformation amount. The range of selection of the installation position of the detection device to perform is widened, and it is possible to accurately measure the force applied to the outer rim without requiring accuracy of the installation position of the detection device of force or deformation amount. . Therefore, even if there is a deviation in the affixing position due to the artificial work of affixing the gage or the like, a sufficient affixing region that can detect the same strain amount can be secured. For this reason, variation in the detected force is reduced. In addition, since the size of the cross-sectional area can be changed as appropriate, necessary and sufficient force detection sensitivity can be obtained.

第五発明によれば、前記力検出用小アームに設置した応力検出デバイスあるいは変形量検出デバイスによって検出した外周部リムに作用する力から、軸に作用するトルクを導出することが可能となる。   According to the fifth invention, it is possible to derive the torque acting on the shaft from the force acting on the outer peripheral rim detected by the stress detecting device or the deformation amount detecting device installed on the small arm for detecting force.

第一発明、第二発明、第三発明、第四発明および第五発明によれば、複雑な機構を設けることなく、軸近傍に設置された単純な機構によって、軸に作用する力およびトルクが検出できる。   According to the first invention, the second invention, the third invention, the fourth invention and the fifth invention, the force and torque acting on the shaft can be reduced by a simple mechanism installed in the vicinity of the shaft without providing a complicated mechanism. It can be detected.

第一発明、第二発明、第三発明および第四発明によれば、前記外周部リムに加えられた力の検出領域を、軸取り付け部である軸部ボス近傍のすぐ外側部分に確保できる。   According to the first invention, the second invention, the third invention, and the fourth invention, the detection area of the force applied to the outer peripheral rim can be ensured in the immediate outer portion in the vicinity of the shaft boss that is the shaft mounting portion.

第一発明、第二発明、第三発明、第四発明および第五発明によれば、中空軸など軸径の大きな軸の外側近傍に、軸に作用する力およびトルクを検出する機構を設置することができる。   According to the first invention, the second invention, the third invention, the fourth invention and the fifth invention, a mechanism for detecting the force and torque acting on the shaft is installed near the outside of the shaft having a large shaft diameter such as a hollow shaft. be able to.

第一発明、第二発明、第三発明、第四発明および第五発明によれば、前記中間リングの設置によって、該中間リングの内側に形成される、力あるいは変形量の検出領域内に新たな応力状態を発生させ、前記力あるいは変形量の検出領域内に設置された前記力検出用小アームの設置位置の違いによる該力検出用小アーム表面の応力状態のばらつきを低減させて、検出応力のばらつきを減少させる役目を果たす効果がある。この効果によって、前記力検出用小アームの設置数、前記力検出用小アームの取付位置、および前記力検出用小アームの寸法が、任意に設定できる。さらに、前記中間リングの内側の力あるいは変形量の検出領域内に設置する前記力検出用小アームの形状断面は任意の寸法設計が可能であるので、力あるいは変形量の検出感度および検出領域を任意に調整できる。また、前記力検出用小アームの表裏両面および側面が平滑な平面を有しているため、ひずみゲージ等の貼り付けが容易となる。   According to the first invention, the second invention, the third invention, the fourth invention, and the fifth invention, a new force or deformation amount detection area is formed inside the intermediate ring by the installation of the intermediate ring. Detection by reducing the variation in the stress state on the surface of the small arm for detecting force due to the difference in the installation position of the small arm for detecting force installed in the detection region of the force or deformation amount This has the effect of reducing the variation in stress. With this effect, the number of installed force detection small arms, the mounting position of the small force detection arm, and the size of the small force detection arm can be arbitrarily set. Furthermore, since the cross section of the shape of the small arm for detecting the force installed in the detection region of the force or deformation amount inside the intermediate ring can be designed with any size, the detection sensitivity and detection region of the force or deformation amount can be increased. Can be adjusted arbitrarily. Further, since both the front and back surfaces and the side surfaces of the small arm for force detection have a smooth flat surface, it is easy to attach a strain gauge or the like.

この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1に示すように、力およびトルク検出機構は、力およびトルクの検出部を有する力検出用小アーム16〜19と、力およびトルクの検出部の応力状態を調節する中間リング15と、から構成される。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the force and torque detection mechanism includes force detection small arms 16 to 19 having a force and torque detection unit, and an intermediate ring 15 that adjusts the stress state of the force and torque detection unit. Composed.

図1に示すように、当該力およびトルク検出機構の前記中間リング15は外周部リム5と軸部ボス6との間に設けられ、また、前記中間リング15と前記軸部ボス6の間に台形柱型の前記力検出用小アーム16〜19が設けられている。   As shown in FIG. 1, the intermediate ring 15 of the force and torque detection mechanism is provided between the outer peripheral rim 5 and the shaft boss 6, and between the intermediate ring 15 and the shaft boss 6. The trapezoidal columnar small arms 16 to 19 for force detection are provided.

図1に示した本発明の力およびトルク検出機構は、図2に示す従来機構から、図3に示す工程により段階的に構築される。   The force and torque detection mechanism of the present invention shown in FIG. 1 is constructed stepwise from the conventional mechanism shown in FIG. 2 by the process shown in FIG.

図2に示す従来機構においては、外周部リム5に操作力Fが作用した場合、図4に示すようにア―ム1〜4に生じる応力状態は、前記ア―ム1〜4と操作力Fの相対的位置の違いによって、図5に示すように軸部ボス6近傍で大きく異なる。図5中の、ア―ム位置は軸部ボス6から外周部リム5までの間において、アームを均等に要素分割した位置番号で示したものである。図5は、図2の示す位置に操作力Fを作用させた場合のFEM解析結果である。   In the conventional mechanism shown in FIG. 2, when an operating force F acts on the outer peripheral rim 5, the stress state generated in the arms 1 to 4 as shown in FIG. Due to the difference in the relative position of F, as shown in FIG. The arm position in FIG. 5 is indicated by a position number obtained by equally dividing the arm between the shaft boss 6 and the outer peripheral rim 5. FIG. 5 shows the FEM analysis results when the operating force F is applied to the position shown in FIG.

図6に示す、中間リング15を設置することによって、力検出用小アーム7〜10に生じる応力状態は、図7および図8に示すように、力検出用小ア―ム7〜10と操作力Fの相対的位置の違いによらず、図9に示すようにほぼ等しくなる。図9は、中間リング15が設けられたことによって、力検出用小アーム7〜10に生じる応力状態のばらつきが低減する、中間リング15の効果を示すものである。図9は、図6に示す位置に操作力Fを作用させた場合のFEM解析結果である。   By installing the intermediate ring 15 shown in FIG. 6, the stress state generated in the force detection small arms 7 to 10 is operated with the force detection small arms 7 to 10 as shown in FIGS. Regardless of the difference in the relative position of the force F, they are substantially equal as shown in FIG. FIG. 9 shows the effect of the intermediate ring 15 in which the variation in the stress state generated in the force detection small arms 7 to 10 is reduced by providing the intermediate ring 15. FIG. 9 shows the FEM analysis results when the operating force F is applied to the position shown in FIG.

図10は、図1の力検出用小アーム16〜19の表面に均一な応力分布領域、あるいは均一な変形量分布領域を生成するための、略台形柱型力検出用小アームを示す。   FIG. 10 shows a substantially trapezoidal columnar force detection small arm for generating a uniform stress distribution region or a uniform deformation amount distribution region on the surface of the force detection small arms 16 to 19 of FIG.

図1に、図10の略台形柱型力検出用小アーム16〜19を、中間リング15と軸部ボス6との間に設置した、本発明の力およびトルク検出機構を備えたハンドル機構を示す。図11に示す位置に操作力Fを加えた場合、図11および図12に示すように、力検出用小アームには、均一な応力状態が発生する。図13は、中間リング15を設け、かつ、力検出用小アーム16〜19を略台形柱型力検出用小アームとすることによって、略台形型力検出用小アーム16〜19に均一かつ同様の応力分布が生じることを示している。図13は、図11の示す位置に操作力Fを作用させた場合のFEM解析結果である。   FIG. 1 shows a handle mechanism equipped with the force and torque detection mechanism of the present invention in which the substantially trapezoidal columnar force detection small arms 16 to 19 of FIG. 10 are installed between the intermediate ring 15 and the shaft boss 6. Show. When the operating force F is applied to the position shown in FIG. 11, a uniform stress state is generated in the small arm for force detection as shown in FIGS. In FIG. 13, the intermediate ring 15 is provided, and the force detection small arms 16 to 19 are substantially trapezoidal columnar force detection small arms, so that they are uniform and similar to the substantially trapezoidal force detection small arms 16 to 19. It is shown that the stress distribution is generated. FIG. 13 shows the FEM analysis results when the operating force F is applied to the position shown in FIG.

図1に示す、外周部リム5、中アーム11〜14、中間リング15、略台形型力検出用小アーム16〜19および軸部ボス6は一体となっている。これにより、力およびトルク検出機構を有するハンドリムとして利用できる。   The outer peripheral rim 5, the middle arms 11 to 14, the intermediate ring 15, the substantially trapezoidal force detection small arms 16 to 19 and the shaft boss 6 shown in FIG. 1 are integrated. Thereby, it can utilize as a hand rim which has a force and a torque detection mechanism.

図14に示すように、図1に示す中間リング15、力検出用小ア―ム16〜19および軸部ボス6の3種類の要素を一体化することによって、各種機械装置等の駆動操作軸へ容易に取り付けられるトルク検出用ユニットを形成することができる。該トルク検出用ユニットは、中間ア―ムとトルク検出機構の接続を容易とする、本発明の実施形態の一例である。   As shown in FIG. 14, by integrating the three types of elements of the intermediate ring 15, the force detecting small arms 16 to 19 and the shaft boss 6 shown in FIG. It is possible to form a torque detection unit that can be easily attached. The torque detection unit is an example of an embodiment of the present invention that facilitates connection of an intermediate arm and a torque detection mechanism.

図15は、図14に示すトルク検出用ユニットとハンドリムの一部分であるリムおよび中ア―ムを連結させてトルク検出機構を有するハンドリムとして利用できるように完成させたものである。   FIG. 15 is completed so that the torque detection unit shown in FIG. 14 can be used as a hand rim having a torque detection mechanism by connecting the rim and middle arm which are part of the hand rim.

上記の実施形態によれば、機械装置等の駆動回転軸付近に容易にトルク検出機構を構築することができ、誤差の少ない信頼性の高い操作力の検出機構として利用できる。   According to the above-described embodiment, a torque detection mechanism can be easily constructed in the vicinity of a drive rotation shaft of a mechanical device or the like, and can be used as a highly reliable operation force detection mechanism with few errors.

図16に示す3本のハンドリムを有する片手用車椅子の、ハンドリム24〜26に、図15に示すような本発明の機構を図16のような形態で設けることによって、操作トルク検出機構を備えた操作機構とすることができる。   16 is provided with a mechanism of the present invention as shown in FIG. 16 on the hand rims 24 to 26 of the one-handed wheelchair having three hand rims shown in FIG. It can be an operating mechanism.

図17に示すように、バルブのハンドルへ、本発明の機構を設けることによって、バルブ開閉時の弁棒に生じる操作トルクを検出する用途にも適用できる。   As shown in FIG. 17, by providing the valve handle with the mechanism of the present invention, the present invention can also be applied to the use of detecting the operating torque generated in the valve rod when the valve is opened and closed.

この発明における力およびトルク検出機構部を備えたハンドル機構の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the handle mechanism provided with the force and torque detection mechanism part in this invention. 従来のハンドル機構の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the conventional handle mechanism. この発明に係る力およびトルク検出機構部を、図2に示すハンドル機構の、軸部に段階的に形成される様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that the force and torque detection mechanism part which concerns on this invention is formed in a shaft part of the handle | steering-wheel mechanism shown in FIG. 2 in steps. 図2に示す従来のハンドル機構に操作力Fが作用した場合に中間ア―ム1に生じる応力状態を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a stress state generated in the intermediate arm 1 when an operating force F acts on the conventional handle mechanism shown in FIG. 2. 図2に示したハンドル機構のアームに生じる最大主応力とア―ム位置との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a maximum principal stress generated in an arm of the handle mechanism shown in FIG. 2 and an arm position. この発明における機構形成の第1段階として、図1に示すハンドル機構に中間リングを設けた図である。FIG. 2 is a view in which an intermediate ring is provided on the handle mechanism shown in FIG. 1 as a first stage of mechanism formation in the present invention. 図6に示す第1段階の改良を施したハンドル機構に操作力Fが作用した場合に中間ア―ム1および力検出用小アーム7〜10に生じる応力状態を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a stress state generated in the intermediate arm 1 and the force detection small arms 7 to 10 when an operating force F is applied to the handle mechanism that has been improved in the first stage shown in FIG. 6. 図6に示すハンドル機構の軸部近傍の力検出用小アーム7〜10に生じる応力状態の拡大図である。It is an enlarged view of the stress state which arises in the small arms 7-10 for force detection near the axial part of the handle mechanism shown in FIG. 図6に開示したハンドル機構の中間ア―ム1および力検出用小アーム7〜10に生じる最大主応力とア―ム位置との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the largest principal stress which arises in the intermediate | middle arm 1 of the handle mechanism disclosed in FIG. 6, and the small arms 7-10 for force detection, and an arm position. 中間リング15の半径方向に断面が逐次変化する擬似平等強さの形状断面を有する力検出用小ア―ムの図である。FIG. 5 is a diagram of a small arm for force detection having a quasi-equal strength shaped cross section in which the cross section sequentially changes in the radial direction of the intermediate ring 15; 図10に示すハンドル機構に操作力Fが作用した場合の中間ア―ム1および力検出用小アーム16〜19に生じる応力状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the stress state which arises in the intermediate | middle arm 1 and the force detection small arms 16-19 when the operating force F acts on the handle mechanism shown in FIG. 図10に示すハンドル機構の軸部近傍の力検出用小アーム16〜19に生じる応力状態の拡大図である。It is an enlarged view of the stress state which arises in the small arms 16-19 for force detection near the axial part of the handle mechanism shown in FIG. 図10に示すハンドル機構の中間ア―ム1および力検出用小アーム16〜19に生じる最大主応力とア―ム位置との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the largest principal stress which arises in the intermediate | middle arm 1 of the handle mechanism shown in FIG. 10, and the small arms 16-19 for force detection, and an arm position. この発明の実施例を示すトルク検出ユニットを示す図である。It is a figure which shows the torque detection unit which shows the Example of this invention. 図14のトルク検出用ユニットをハンドル機構に用いたトルク検出機構付ハンドル機構を示す図である。It is a figure which shows the handle mechanism with a torque detection mechanism which used the unit for torque detection of FIG. 14 for the handle mechanism. この発明の実施形態を示す図15のハンドル機構を、ハンドリムとして片手用車椅子に利用した図である。It is the figure which utilized the handle mechanism of FIG. 15 which shows embodiment of this invention for the wheelchair for one hand as a hand rim. この発明の実施形態をバルブの開閉操作を行うハンドル部に構築した図である。It is the figure which built this embodiment of this invention in the handle | steering-wheel part which opens and closes a valve | bulb.

符号の説明Explanation of symbols

1 ア―ム1
2 ア―ム2
3 ア―ム3
4 ア―ム4
5 外周部リム
6 軸部ボス
7 力検出用小ア―ム1
8 力検出用小ア―ム2
9 力検出用小ア―ム3
10 力検出用小ア―ム4
11 中間ア―ム1
12 中間ア―ム2
13 中間ア―ム3
14 中間ア―ム4
15 中間リング
16 略台形型力検出用小ア―ム1
17 略台形型力検出用小ア―ム2
18 略台形型力検出用小ア―ム3
19 略台形型力検出用小ア―ム4
20 ひずみゲ―ジ
21 トルク検出機構ユニット用リム
22 トルク検出機構ユニット
23 トルク検出機構ユニット取付用ア―ム
24 左折用ハンドリム
25 直進用ハンドリム
26 右折用ハンドリム
27 ハンドル
1 Arm 1
2 Arm 2
3 Arm 3
4 Arm 4
5 Outer rim 6 Shaft boss 7 Force detection small arm 1
8 Small arm for force detection 2
9 Small arm for force detection 3
10 Small arm for force detection 4
11 Intermediate Arm 1
12 Intermediate Arm 2
13 Intermediate Arm 3
14 Intermediate Arm 4
15 Intermediate ring 16 Small trapezoidal force detection arm 1
17 Small trapezoidal force detection arm 2
18 Small trapezoidal force detection arm 3
19 Small trap 4 for trapezoidal force detection
20 Strain gauge 21 Torque detection mechanism unit rim 22 Torque detection mechanism unit 23 Torque detection mechanism unit mounting arm 24 Left hand rim 25 Straight hand rim 26 Right hand rim 27 Handle

Claims (5)

軸に力を伝達する機構において、力が作用する外周部リムと前記軸と一体化した軸部ボスとの間に設置された中間リングと、前記中間リングと前記軸部ボスを連結する複数の力検出用小ア−ムと、で構成され、該力検出用小ア−ムの表面部の変形量を検出することによって、前記軸に働く力あるいはトルクを検出する機構を備えていることを特徴とする力およびトルク検出機構。 In the mechanism for transmitting the force to the shaft, an intermediate ring installed between the outer peripheral rim on which the force acts and the shaft boss integrated with the shaft, and a plurality of connecting the intermediate ring and the shaft boss A force detecting small arm, and a mechanism for detecting a force or torque acting on the shaft by detecting a deformation amount of a surface portion of the force detecting small arm. Feature force and torque detection mechanism. 前記請求項1の前記力検出用小アームの前記中間リングの半径と直交する断面において、該断面の位置が軸部から外周部へ向かって変化するときに、前記力検出用小アームの該断面の面積が逐次減少する矩形断面を有する、略台形柱型とすることによって、前記力検出用小アームの表面部に応力あるいは変形量が一様な力検出領域を生成して、該力検出領域内においては、応力検出位置あるいは変形量検出位置に依存することなく、外周部リムに加えられた力を検出できる構造を有することを特徴とする請求項1記載の力およびトルク検出機構。 In the cross section orthogonal to the radius of the intermediate ring of the small arm for force detection according to claim 1, the cross section of the small arm for force detection when the position of the cross section changes from the shaft portion toward the outer peripheral portion. By generating a substantially trapezoidal column shape having a rectangular cross section in which the area of the force decreases successively, a force detection region having a uniform stress or deformation amount is generated on the surface portion of the small force detection arm, and the force detection region The force and torque detection mechanism according to claim 1, wherein the force and torque detection mechanism has a structure capable of detecting a force applied to the outer peripheral rim without depending on a stress detection position or a deformation amount detection position. 前記請求項1の前記中間リングの厚みあるいは幅を該中間リングの変形が極小となるように調整する手法、あるいは前記中間リングの材料を該中間リングの変形が極小となる材料とする手法、前記中間リングの設置位置を前記軸部ボスの外側近傍に設置するなどの手法によって、前記外周部リムに力が加わった場合の前記中間リングの変形を抑制して、前記外周部リムに加える力の作用点に依存することなく、前記力検出用小アーム表面の応力状態、あるいは前記力検出用小アームの変形状態を、すべての前記力検出用小アームにおいて、ほぼ等しくすることによって、前記軸部ボスと一体化している軸に作用する力あるいはトルクを、前記外周部リムに加えられた力の作用点に依存することなく検出できる構造を備えていることを特徴とする請求項1に記載の力およびトルク検出機構。 A method of adjusting the thickness or width of the intermediate ring according to claim 1 so that deformation of the intermediate ring is minimized, or a method of using the material of the intermediate ring as a material that minimizes deformation of the intermediate ring, The deformation of the intermediate ring when a force is applied to the outer peripheral rim is suppressed by a method such as setting the installation position of the intermediate ring near the outside of the shaft boss, and the force applied to the outer peripheral rim is reduced. By making the stress state of the surface of the small arm for force detection or the deformation state of the small arm for force detection substantially equal in all the small arms for force detection without depending on the point of action, the shaft portion It is characterized by having a structure capable of detecting the force or torque acting on the shaft integrated with the boss without depending on the point of application of the force applied to the outer peripheral rim. Force and torque detection mechanism according to claim 1. 前記請求項1の前記中間リングの設置によって、前記中間リング内部に設置する応力測定領域あるいは変形量測定検出領域における、応力分布あるいは変形量分布を調整する機能を有することを特徴とする請求項1に記載の力およびトルク検出機構。 2. A function of adjusting a stress distribution or a deformation amount distribution in a stress measurement region or a deformation amount measurement detection region installed inside the intermediate ring by installing the intermediate ring according to claim 1. The force and torque detection mechanism described in 1. 前記力検出用小アームによって検出された力から前記軸部ボスに取り付けられた前記軸に作用するトルクを検出できる構造であることを特徴とする請求項1に記載の力およびトルク検出機構。 The force and torque detection mechanism according to claim 1, wherein a torque acting on the shaft attached to the shaft boss can be detected from a force detected by the small arm for force detection.
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