JPH11118625A - 荷重測定装置 - Google Patents
荷重測定装置Info
- Publication number
- JPH11118625A JPH11118625A JP27833797A JP27833797A JPH11118625A JP H11118625 A JPH11118625 A JP H11118625A JP 27833797 A JP27833797 A JP 27833797A JP 27833797 A JP27833797 A JP 27833797A JP H11118625 A JPH11118625 A JP H11118625A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- load
- deformation
- representative
- transfer coefficient
- coefficient matrix
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 測定可能な対象物を広くする。
【解決手段】 被測定物の荷重作用範囲に設定する代表
作用点に加える複数の代表荷重以上の数の変形検出器１
と記憶装置及び演算装置４を備え、変形検出器１は被測
定物の任意の位置に取り付け、記憶装置と演算装置４
は、代表作用点に既知の荷重を加えて較正を行なうと、
変形検出器１が出力する各荷重毎の較正変形データを入
力して荷重−変形伝達係数行列を作成し、これを逆変換
して変形−荷重伝達係数行列を記憶し、代表作用点に分
散して作用する荷重を等価の単一荷重に置き換える荷重
変換式を記憶し、荷重作用範囲に荷重が加わると、変形
検出器から入力した変形列ベクトルと変形−荷重伝達係
数行列の積を演算して、代表作用点に分散して作用する
仮想の荷重を求め、これらから荷重変換式を用いて荷重
の大きさと作用点を求める荷重測定装置。
作用点に加える複数の代表荷重以上の数の変形検出器１
と記憶装置及び演算装置４を備え、変形検出器１は被測
定物の任意の位置に取り付け、記憶装置と演算装置４
は、代表作用点に既知の荷重を加えて較正を行なうと、
変形検出器１が出力する各荷重毎の較正変形データを入
力して荷重−変形伝達係数行列を作成し、これを逆変換
して変形−荷重伝達係数行列を記憶し、代表作用点に分
散して作用する荷重を等価の単一荷重に置き換える荷重
変換式を記憶し、荷重作用範囲に荷重が加わると、変形
検出器から入力した変形列ベクトルと変形−荷重伝達係
数行列の積を演算して、代表作用点に分散して作用する
仮想の荷重を求め、これらから荷重変換式を用いて荷重
の大きさと作用点を求める荷重測定装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、荷重の大きさと作
用点の位置を測定する荷重測定装置に関する。
用点の位置を測定する荷重測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ロボットハンドの指先に加わる荷重を測
定する装置は、特開平１−１８９５３５号公報に開示さ
れているように、指に相当する柱を途中で直角に折り曲
げて垂直部と水平部を形成し、指先に相当する柱の先端
に加わる荷重によって、柱の垂直部または水平部を曲げ
るモーメントが発生する構成にし、柱の垂直部と水平部
にひずみゲージを所定の位置に貼り付けている。
定する装置は、特開平１−１８９５３５号公報に開示さ
れているように、指に相当する柱を途中で直角に折り曲
げて垂直部と水平部を形成し、指先に相当する柱の先端
に加わる荷重によって、柱の垂直部または水平部を曲げ
るモーメントが発生する構成にし、柱の垂直部と水平部
にひずみゲージを所定の位置に貼り付けている。
【０００３】ひずみゲージは、増幅器とＡ／Ｄ変換器を
介して電子計算機に接続している。
介して電子計算機に接続している。
【０００４】電子計算機は、ひずみゲージの出力から、
柱の垂直部と水平部に作用するモーメントを求める理論
式と、柱の垂直部と水平部に作用するモーメントから、
柱の先端に加わる荷重の大きさ、方向と作用点を求める
理論式を記憶している。
柱の垂直部と水平部に作用するモーメントを求める理論
式と、柱の垂直部と水平部に作用するモーメントから、
柱の先端に加わる荷重の大きさ、方向と作用点を求める
理論式を記憶している。
【０００５】ロボットハンドの指先に荷重が加わると、
ひずみゲージが出力し、電子計算機において、記憶して
いる理論式によって指先荷重の大きさ、方向と作用点の
位置を演算する。
ひずみゲージが出力し、電子計算機において、記憶して
いる理論式によって指先荷重の大きさ、方向と作用点の
位置を演算する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な従来例においては、ひずみゲージを所定の位置に貼り
付け、ひずみと荷重の関係を材料力学理論から求めてい
るので、ひずみゲージを所定の位置に貼り付けられない
構造や形状の被測定物や、材料力学の理論式が求められ
ない構造や形状の被測定物には使用することができな
い。
な従来例においては、ひずみゲージを所定の位置に貼り
付け、ひずみと荷重の関係を材料力学理論から求めてい
るので、ひずみゲージを所定の位置に貼り付けられない
構造や形状の被測定物や、材料力学の理論式が求められ
ない構造や形状の被測定物には使用することができな
い。
【０００７】従って、測定可能な対象物が限定されて狭
い。
い。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、被測定物の荷
重作用範囲に設定する代表作用点に加える複数の代表荷
重以上の数の変形検出器と、記憶装置及び演算装置を備
え、各変形検出器は、被測定物の任意の位置に取り付
け、記憶装置と演算装置は、被測定物の代表作用点に順
次既知の荷重を加えて較正を行なうと、変形検出器が出
力する各荷重毎の較正変形データを入力して荷重−変形
伝達係数行列を作成し、荷重−変形伝達係数行列を変形
−荷重伝達係数行列に逆変換して、変形−荷重伝達係数
行列を記憶し、また、代表作用点に分散して作用する荷
重を、これらと等価の単一荷重に置き換える分散荷重−
単一荷重変換式を記憶し、被測定物の荷重作用範囲に単
一の荷重が加わると、変形検出器が出力する変形データ
を入力し、記憶した変形−荷重伝達係数行列と、変形検
出器から入力した変形列ベクトルの積を演算して、代表
作用点に分散して作用する仮想の荷重を求め、これらの
荷重から、記憶した分散荷重−単一荷重変換式を用いて
単一荷重の大きさと作用点を求めることを特徴とする荷
重測定装置である。
重作用範囲に設定する代表作用点に加える複数の代表荷
重以上の数の変形検出器と、記憶装置及び演算装置を備
え、各変形検出器は、被測定物の任意の位置に取り付
け、記憶装置と演算装置は、被測定物の代表作用点に順
次既知の荷重を加えて較正を行なうと、変形検出器が出
力する各荷重毎の較正変形データを入力して荷重−変形
伝達係数行列を作成し、荷重−変形伝達係数行列を変形
−荷重伝達係数行列に逆変換して、変形−荷重伝達係数
行列を記憶し、また、代表作用点に分散して作用する荷
重を、これらと等価の単一荷重に置き換える分散荷重−
単一荷重変換式を記憶し、被測定物の荷重作用範囲に単
一の荷重が加わると、変形検出器が出力する変形データ
を入力し、記憶した変形−荷重伝達係数行列と、変形検
出器から入力した変形列ベクトルの積を演算して、代表
作用点に分散して作用する仮想の荷重を求め、これらの
荷重から、記憶した分散荷重−単一荷重変換式を用いて
単一荷重の大きさと作用点を求めることを特徴とする荷
重測定装置である。
【０００９】
【発明の効果】本発明においては、所定数の変形検出器
を被測定物の任意の位置に取り付け、その取付状態で、
較正を行なって変形−荷重伝達係数行列を記憶し、ま
た、代表作用点に分散して作用する荷重を、これらと等
価の単一荷重に置き換える分散荷重−単一荷重変換式を
記憶し、被測定物の荷重作用範囲に単一の荷重が加わる
と、単一荷重の大きさと作用点を求める。
を被測定物の任意の位置に取り付け、その取付状態で、
較正を行なって変形−荷重伝達係数行列を記憶し、ま
た、代表作用点に分散して作用する荷重を、これらと等
価の単一荷重に置き換える分散荷重−単一荷重変換式を
記憶し、被測定物の荷重作用範囲に単一の荷重が加わる
と、単一荷重の大きさと作用点を求める。
【００１０】従って、変形検出器を被測定物の任意の位
置に取り付け、また、材料力学の理論式を使用せず、較
正変形データを使用するので、被測定物の構造や形状が
限定されず、測定可能な対象物が広い。
置に取り付け、また、材料力学の理論式を使用せず、較
正変形データを使用するので、被測定物の構造や形状が
限定されず、測定可能な対象物が広い。
【００１１】
【発明の実施の形態】荷重測定装置は、図１に示すよう
に、変形検出器１、増幅器２、Ａ／Ｄ変換器３と電子計
算機４を順次接続している。
に、変形検出器１、増幅器２、Ａ／Ｄ変換器３と電子計
算機４を順次接続している。
【００１２】変形検出器１は、ひずみゲージである。変
形検出器１と増幅器２は、動ひずみ計を構成している。
形検出器１と増幅器２は、動ひずみ計を構成している。
【００１３】電子計算機４は、記憶装置と演算装置など
を内蔵し、表示装置５を接続している。Ａ／Ｄ変換器３
は、電子計算機４に内蔵してもよい。
を内蔵し、表示装置５を接続している。Ａ／Ｄ変換器３
は、電子計算機４に内蔵してもよい。
【００１４】被測定物の荷重作用範囲には、代表作用点
を複数個所に設定し、各代表作用点にそれぞれ代表荷重
Ｆ1，Ｆ2，・・・，Ｆnを所定の方向に加えることを想
定する。変形検出器１の数ｍは、代表荷重Ｆ1〜Ｆnの数
ｎ以上である。ｍ個の変形検出器１は、それぞれ、被測
定物の任意の位置に取り付ける。
を複数個所に設定し、各代表作用点にそれぞれ代表荷重
Ｆ1，Ｆ2，・・・，Ｆnを所定の方向に加えることを想
定する。変形検出器１の数ｍは、代表荷重Ｆ1〜Ｆnの数
ｎ以上である。ｍ個の変形検出器１は、それぞれ、被測
定物の任意の位置に取り付ける。
【００１５】先ず、被測定物の各代表作用点には、順
次、既知の荷重｛Ｆ｝を所定の方向に加えて較正を行な
う。
次、既知の荷重｛Ｆ｝を所定の方向に加えて較正を行な
う。
【００１６】各代表作用点の既知の荷重｛Ｆ｝について
それぞれ変形検出器１が出力する較正変形データ｛ε｝
は、順次、電子計算機４に入力し、演算装置において、
｛ε｝＝［Ａ］｛Ｆ｝の行列式を満たす荷重−変形伝達
係数行列［Ａ］を作成し、荷重−変形伝達係数行列
［Ａ］を変形−荷重伝達係数行列［Ｂ］に逆変換し、
｛Ｆ｝＝［Ｂ］｛ε｝の行列式を満たす変形−荷重伝達
係数行列［Ｂ］を記憶装置に記憶する。
それぞれ変形検出器１が出力する較正変形データ｛ε｝
は、順次、電子計算機４に入力し、演算装置において、
｛ε｝＝［Ａ］｛Ｆ｝の行列式を満たす荷重−変形伝達
係数行列［Ａ］を作成し、荷重−変形伝達係数行列
［Ａ］を変形−荷重伝達係数行列［Ｂ］に逆変換し、
｛Ｆ｝＝［Ｂ］｛ε｝の行列式を満たす変形−荷重伝達
係数行列［Ｂ］を記憶装置に記憶する。
【００１７】また、第１，第２，・・・，第ｎ代表作用
点に分散して作用する第１，第２，・・・，第ｎ荷重Ｆ
1，Ｆ2，・・・，Ｆnを、これらと等価の単一荷重Ｗに
置き換える次の分散荷重−単一荷重変換式を記憶する。
点に分散して作用する第１，第２，・・・，第ｎ荷重Ｆ
1，Ｆ2，・・・，Ｆnを、これらと等価の単一荷重Ｗに
置き換える次の分散荷重−単一荷重変換式を記憶する。
【００１８】Ｗ＝Ｆ1＋Ｆ2＋・・・＋Ｆn α＝（β1Ｆ1＋β2Ｆ2＋・・・＋βnＦn）／Ｗ ここで、αは、単一荷重Ｗの作用点の位置である。
β1，β2，・・・，βnは、第１，第２，・・・，第ｎ
代表作用点の位置である。
β1，β2，・・・，βnは、第１，第２，・・・，第ｎ
代表作用点の位置である。
【００１９】次に、被測定物の荷重作用範囲に単一の移
動荷重Ｗが所定の方向に加わると、短い時間間隔毎に、
変形検出器１が出力する変形データ｛ε｝は、電子計算
機４に入力し、演算装置において、記憶装置に記憶した
変形−荷重伝達係数行列［Ｂ］と、変形検出器１から入
力した変形列ベクトル｛ε｝の積を演算し、即ち、変形
−荷重伝達係数行列［Ｂ］の各行ベクトルの各要素と変
形列ベクトル｛ε｝の各要素の積和をそれぞれ演算し、
｛Ｆ｝＝［Ｂ］｛ε｝の行列式に基づいて、各代表作用
点に分散して作用するその時刻の仮想の荷重｛Ｆ｝を求
め、これらの荷重Ｆ1，Ｆ2，・・・，Ｆnから、記憶し
た分散荷重−単一荷重変換式を用いてその時刻の単一荷
重の大きさＷと作用点の位置αを求め、時々刻々と変化
する移動荷重の大きさＷと作用点の位置αを表示装置５
にリアルタイムで表示する。
動荷重Ｗが所定の方向に加わると、短い時間間隔毎に、
変形検出器１が出力する変形データ｛ε｝は、電子計算
機４に入力し、演算装置において、記憶装置に記憶した
変形−荷重伝達係数行列［Ｂ］と、変形検出器１から入
力した変形列ベクトル｛ε｝の積を演算し、即ち、変形
−荷重伝達係数行列［Ｂ］の各行ベクトルの各要素と変
形列ベクトル｛ε｝の各要素の積和をそれぞれ演算し、
｛Ｆ｝＝［Ｂ］｛ε｝の行列式に基づいて、各代表作用
点に分散して作用するその時刻の仮想の荷重｛Ｆ｝を求
め、これらの荷重Ｆ1，Ｆ2，・・・，Ｆnから、記憶し
た分散荷重−単一荷重変換式を用いてその時刻の単一荷
重の大きさＷと作用点の位置αを求め、時々刻々と変化
する移動荷重の大きさＷと作用点の位置αを表示装置５
にリアルタイムで表示する。
【００２０】電子計算機４において、各代表作用点の既
知の荷重｛Ｆ｝毎の較正変形データ｛ε｝から荷重−変
形伝達係数行列［Ａ］を経て変形−荷重伝達係数行列
［Ｂ］を作成する手順は、図２のフローチャートに示す
ように、次の通りである。
知の荷重｛Ｆ｝毎の較正変形データ｛ε｝から荷重−変
形伝達係数行列［Ａ］を経て変形−荷重伝達係数行列
［Ｂ］を作成する手順は、図２のフローチャートに示す
ように、次の通りである。
【００２１】 代表荷重Ｆjの数ｎと変形検出器１の
数ｍを決定し、その数ｎ，ｍ（ｎ≦ｍ）を電子計算機４
に入力する。
数ｍを決定し、その数ｎ，ｍ（ｎ≦ｍ）を電子計算機４
に入力する。
【００２２】代表作用点の数ないし代表荷重の数ｎは、
被測定物の大きさや形状、被測定物の荷重作用範囲の大
きさや形状に応じて決定する。
被測定物の大きさや形状、被測定物の荷重作用範囲の大
きさや形状に応じて決定する。
【００２３】例えば、図３に平面図を示す片持ち梁にお
いて、梁１１の自由端側の半分弱が荷重作用範囲１２で
ある場合、荷重作用範囲１２の両端の２個所と中間の２
個所の合計４個所に代表作用点１３〜１６を等間隔に設
定する。第１，第２，第３，第４代表作用点１３〜１６
の位置は、梁１１の固定端からの距離がそれぞれβ1，
β2，β3，β4である。各代表作用点１３〜１６にそれ
ぞれ代表荷重Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3，Ｆ4を梁１１と直角方向に
加えることを想定する。
いて、梁１１の自由端側の半分弱が荷重作用範囲１２で
ある場合、荷重作用範囲１２の両端の２個所と中間の２
個所の合計４個所に代表作用点１３〜１６を等間隔に設
定する。第１，第２，第３，第４代表作用点１３〜１６
の位置は、梁１１の固定端からの距離がそれぞれβ1，
β2，β3，β4である。各代表作用点１３〜１６にそれ
ぞれ代表荷重Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3，Ｆ4を梁１１と直角方向に
加えることを想定する。
【００２４】変形検出器１は、図３の平面図と図４の側
面図に示すように、梁１１の荷重作用範囲１２ではない
固定端側部分の任意の６個所にそれぞれ取り付ける。
面図に示すように、梁１１の荷重作用範囲１２ではない
固定端側部分の任意の６個所にそれぞれ取り付ける。
【００２５】従って、想定する代表荷重Ｆ1〜Ｆ4の数ｎ
は、４となる。使用する変形検出器１の数ｍは、６とな
る。
は、４となる。使用する変形検出器１の数ｍは、６とな
る。
【００２６】この場合、｛ε｝＝［Ａ］｛Ｆ｝の行列式
は、
は、
【００２７】
【数１】 となる。
【００２８】また、｛Ｆ｝＝［Ｂ］｛ε｝の行列式は、
【００２９】
【数２】 となる。
【００３０】 被測定物の各代表作用点に、順次、既
知の荷重｛Ｆ｝を所定の方向に加えて較正を行なう。
知の荷重｛Ｆ｝を所定の方向に加えて較正を行なう。
【００３１】Ｆj(j=k)＝１（既知の単位荷重） Ｆj（ｊ≠ｋ）＝０ ｋ＝１〜ｎ これらの式のように、１つの代表作用点に既知の単位荷
重を所定の方向に加え、その他の全ての代表作用点に荷
重を加えない。この荷重条件で変形検出器１が出力する
較正変形データ｛ε｝を電子計算機４に入力する。
重を所定の方向に加え、その他の全ての代表作用点に荷
重を加えない。この荷重条件で変形検出器１が出力する
較正変形データ｛ε｝を電子計算機４に入力する。
【００３２】図３に示す片持ち梁１１においては、較正
時の荷重｛Ｆ｝は、横書すると、ｋ＝１のとき｛１ ０
０ ０｝、ｋ＝２のとき｛０ １ ０ ０｝、ｋ＝３
のとき｛０ ０ １ ０｝、ｋ＝４のとき｛０ ０ ０
１｝となる。
時の荷重｛Ｆ｝は、横書すると、ｋ＝１のとき｛１ ０
０ ０｝、ｋ＝２のとき｛０ １ ０ ０｝、ｋ＝３
のとき｛０ ０ １ ０｝、ｋ＝４のとき｛０ ０ ０
１｝となる。
【００３３】 較正変形データ｛ε｝から荷重−変形
伝達係数行列［Ａ］の列の各要素Ａikを算出する。
伝達係数行列［Ａ］の列の各要素Ａikを算出する。
【００３４】ｋ番目の荷重条件Ｆk＝１で変形検出器１
が出力した較正変形データ｛ε1・・εi・・εm｝から
荷重−変形伝達係数行列［Ａ］のｋ列の各要素Ａikを次
の式を用いて算出する。
が出力した較正変形データ｛ε1・・εi・・εm｝から
荷重−変形伝達係数行列［Ａ］のｋ列の各要素Ａikを次
の式を用いて算出する。
【００３５】Ａik＝εi／Ｆk ｉ＝１〜ｍ Ｆk＝１であるので、上式は、 Ａik＝εi ｉ＝１〜ｍ となる。
【００３６】 上記のステップ，をｋ＝１〜ｎに
ついて繰り返し、荷重−変形伝達係数行列［Ａ］の全列
の各要素Ａikを算出する。即ち、ｍ行ｎ列の荷重−変形
伝達係数行列［Ａ］を作成する。
ついて繰り返し、荷重−変形伝達係数行列［Ａ］の全列
の各要素Ａikを算出する。即ち、ｍ行ｎ列の荷重−変形
伝達係数行列［Ａ］を作成する。
【００３７】 ｍ行ｎ列の荷重−変形伝達係数行列
［Ａ］をｎ行ｍ列の変形−荷重伝達係数行列［Ｂ］に逆
変換する。
［Ａ］をｎ行ｍ列の変形−荷重伝達係数行列［Ｂ］に逆
変換する。
【００３８】行列の逆変換の方法には、最小二乗法が例
示される。最小二乗法を用いて変形−荷重伝達係数行列
［Ｂ］を求めると、 ［Ｂ］＝（［Ａ］T［Ａ］）-1［Ａ］T となる。
示される。最小二乗法を用いて変形−荷重伝達係数行列
［Ｂ］を求めると、 ［Ｂ］＝（［Ａ］T［Ａ］）-1［Ａ］T となる。
【００３９】ここで、［Ａ］Tは、［Ａ］のｉ行ｋ列の
要素Ａikをｋ行ｉ列に並べ換えた転置行列である。
要素Ａikをｋ行ｉ列に並べ換えた転置行列である。
【００４０】荷重−変形伝達係数行列［Ａ］の逆変換に
より得られた変形−荷重伝達係数行列［Ｂ］は、電子計
算機４に記憶する。
より得られた変形−荷重伝達係数行列［Ｂ］は、電子計
算機４に記憶する。
【００４１】被測定物の荷重作用範囲に単一の移動荷重
Ｗが加わると、電子計算機４は、短い時間間隔毎に、変
形検出器１から入力する変形データ｛ε｝と、記憶した
変形−荷重伝達係数行列［Ｂ］の積を演算してその時刻
の仮想の荷重｛Ｆ｝を求め、これらの荷重Ｆ1，Ｆ2，・
・・，Ｆnから、記憶した分散荷重−単一荷重変換式を
用いて、その時刻の単一荷重の大きさＷと作用点の位置
αを求め、時々刻々と変化する移動荷重の大きさＷと作
用点の位置αをリアルタイムで表示する。
Ｗが加わると、電子計算機４は、短い時間間隔毎に、変
形検出器１から入力する変形データ｛ε｝と、記憶した
変形−荷重伝達係数行列［Ｂ］の積を演算してその時刻
の仮想の荷重｛Ｆ｝を求め、これらの荷重Ｆ1，Ｆ2，・
・・，Ｆnから、記憶した分散荷重−単一荷重変換式を
用いて、その時刻の単一荷重の大きさＷと作用点の位置
αを求め、時々刻々と変化する移動荷重の大きさＷと作
用点の位置αをリアルタイムで表示する。
【００４２】図３に示す片持ち梁１１において、仮想の
荷重Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3，Ｆ4を求める式は、具体的には、数
２の行列式を展開して Ｆ1＝Ｂ11ε1＋Ｂ12ε2＋・・・＋Ｂ16ε6 Ｆ2＝Ｂ21ε1＋Ｂ22ε2＋・・・＋Ｂ26ε6 Ｆ3＝Ｂ31ε1＋Ｂ32ε2＋・・・＋Ｂ36ε6 Ｆ4＝Ｂ41ε1＋Ｂ42ε2＋・・・＋Ｂ46ε6 となる。
荷重Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3，Ｆ4を求める式は、具体的には、数
２の行列式を展開して Ｆ1＝Ｂ11ε1＋Ｂ12ε2＋・・・＋Ｂ16ε6 Ｆ2＝Ｂ21ε1＋Ｂ22ε2＋・・・＋Ｂ26ε6 Ｆ3＝Ｂ31ε1＋Ｂ32ε2＋・・・＋Ｂ36ε6 Ｆ4＝Ｂ41ε1＋Ｂ42ε2＋・・・＋Ｂ46ε6 となる。
【００４３】また、分散荷重−単一荷重変換式は、具体
的には、 Ｗ＝Ｆ1＋Ｆ2＋Ｆ3＋Ｆ4 α＝（β1Ｆ1＋β2Ｆ2＋β3Ｆ3＋β4Ｆ4）／Ｗ となる。
的には、 Ｗ＝Ｆ1＋Ｆ2＋Ｆ3＋Ｆ4 α＝（β1Ｆ1＋β2Ｆ2＋β3Ｆ3＋β4Ｆ4）／Ｗ となる。
【００４４】図４の側面図は、仮想の荷重Ｆ1，Ｆ2，Ｆ
3，Ｆ4とその作用点の位置β1，β2，β3，β4、及び、
単一の移動荷重Ｗとその作用点の位置αを示す。
3，Ｆ4とその作用点の位置β1，β2，β3，β4、及び、
単一の移動荷重Ｗとその作用点の位置αを示す。
【００４５】＜検証例＞図５に示すような、平板２１に
円形断面の軸孔２２が貫通した滑り軸受のような被測定
物において、軸孔２２の内周面２３に径方向に作用する
単一の荷重を測定する。
円形断面の軸孔２２が貫通した滑り軸受のような被測定
物において、軸孔２２の内周面２３に径方向に作用する
単一の荷重を測定する。
【００４６】軸孔２２の軸芯方向の荷重分布は、一様で
あるものとして、図５に示すように、軸孔２２の中心を
極点とする２次元極座標を定義し、極点を通る定直線Ｒ
から反時計回りに角度θを定義する。荷重の作用点の位
置は、荷重の方向θとしてあらわされる。荷重は、その
大きさＷと方向θが測定される。
あるものとして、図５に示すように、軸孔２２の中心を
極点とする２次元極座標を定義し、極点を通る定直線Ｒ
から反時計回りに角度θを定義する。荷重の作用点の位
置は、荷重の方向θとしてあらわされる。荷重は、その
大きさＷと方向θが測定される。
【００４７】被測定物の荷重作用範囲である軸孔２２の
内周面２３には、代表作用点２４を８個所に等間隔に設
定し、各代表作用点２４にそれぞれ代表荷重Ｆ1，Ｆ2，
Ｆ3，Ｆ4，Ｆ5，Ｆ6，Ｆ7，Ｆ8を径方向に加えることを
想定する。代表荷重Ｆ1〜Ｆ8の数ｎは、８になる。変形
検出器１は、代表荷重の数ｎ以上の数ｍ、２６とし、平
板２１の両側の板面の任意の２６個所にそれぞれ取り付
ける。
内周面２３には、代表作用点２４を８個所に等間隔に設
定し、各代表作用点２４にそれぞれ代表荷重Ｆ1，Ｆ2，
Ｆ3，Ｆ4，Ｆ5，Ｆ6，Ｆ7，Ｆ8を径方向に加えることを
想定する。代表荷重Ｆ1〜Ｆ8の数ｎは、８になる。変形
検出器１は、代表荷重の数ｎ以上の数ｍ、２６とし、平
板２１の両側の板面の任意の２６個所にそれぞれ取り付
ける。
【００４８】先ず、各代表作用点２４に順次既知の荷重
を径方向に加えて較正を行ない、２６行８列の荷重−変
形伝達係数行列［Ａ］を作成し、これを最小二乗法を用
いて逆変換し、８行２６列の変形−荷重伝達係数行列
［Ｂ］を作成して記憶し、また、８個所の代表作用点２
４に分散して径方向に作用する８つの荷重Ｆ1〜Ｆ8のベ
クトル和を求める分散荷重−単一荷重変換式を記憶す
る。
を径方向に加えて較正を行ない、２６行８列の荷重−変
形伝達係数行列［Ａ］を作成し、これを最小二乗法を用
いて逆変換し、８行２６列の変形−荷重伝達係数行列
［Ｂ］を作成して記憶し、また、８個所の代表作用点２
４に分散して径方向に作用する８つの荷重Ｆ1〜Ｆ8のベ
クトル和を求める分散荷重−単一荷重変換式を記憶す
る。
【００４９】次に、軸孔２２の内周面２３には、大きさ
Ｗと方向θが既知の荷重を加え、この荷重状態で荷重の
大きさＷと方向θを測定し、測定誤差を算出する。その
結果は、次の表１に示す。
Ｗと方向θが既知の荷重を加え、この荷重状態で荷重の
大きさＷと方向θを測定し、測定誤差を算出する。その
結果は、次の表１に示す。
【００５０】
【表１】 この表１から明らかなように、上記の荷重測定装置は、
変形検出器１の取付位置が任意である上、測定誤差が荷
重の大きさＷについて１％以内、荷重の方向θについて
０．５度以内であって少ない。
変形検出器１の取付位置が任意である上、測定誤差が荷
重の大きさＷについて１％以内、荷重の方向θについて
０．５度以内であって少ない。
【００５１】＜応用例＞上記の荷重測定装置は、ロボッ
トハンドの指先の力覚センサになる。ロボットハンドの
指先の一定範囲に、直交するＸ軸方向とＹ軸方向にそれ
ぞれ成分を有する移動荷重が作用する場合、その荷重の
Ｘ軸方向成分とＹ軸方向成分の大きさと作用点の位置を
測定する。
トハンドの指先の力覚センサになる。ロボットハンドの
指先の一定範囲に、直交するＸ軸方向とＹ軸方向にそれ
ぞれ成分を有する移動荷重が作用する場合、その荷重の
Ｘ軸方向成分とＹ軸方向成分の大きさと作用点の位置を
測定する。
【００５２】指先の荷重作用範囲３１には、図６に示す
ように、代表作用点３２を４個所に設定し、各代表作用
点３２にそれぞれＸ軸方向の代表荷重Ｆ1，Ｆ3，Ｆ5，
Ｆ7とＹ軸方向の代表荷重Ｆ2，Ｆ4，Ｆ6，Ｆ8を加える
ことを想定する。代表荷重Ｆ1〜Ｆ8の数ｎは、８にな
る。変形検出器１は、代表荷重の数ｎ以上の数ｍ、例え
ば１１とし、それぞれ、荷重作用範囲３１付近の任意の
位置に取り付ける。
ように、代表作用点３２を４個所に設定し、各代表作用
点３２にそれぞれＸ軸方向の代表荷重Ｆ1，Ｆ3，Ｆ5，
Ｆ7とＹ軸方向の代表荷重Ｆ2，Ｆ4，Ｆ6，Ｆ8を加える
ことを想定する。代表荷重Ｆ1〜Ｆ8の数ｎは、８にな
る。変形検出器１は、代表荷重の数ｎ以上の数ｍ、例え
ば１１とし、それぞれ、荷重作用範囲３１付近の任意の
位置に取り付ける。
【００５３】先ず、各代表作用点３２に順次既知の荷重
をＸ軸方向またはＹ軸方向に加えて較正を行ない、８行
１１列の変形−荷重伝達係数行列［Ｂ］を作成して記憶
し、また、Ｘ軸方向とＹ軸方向について、それぞれ、４
個所の代表作用点３２に分散して作用する４つの荷重Ｆ
1，Ｆ3，Ｆ5，Ｆ7または荷重Ｆ2，Ｆ4，Ｆ6，Ｆ8を、こ
れらと等価の単一荷重に置き換える分散荷重−単一荷重
変換式を記憶する。
をＸ軸方向またはＹ軸方向に加えて較正を行ない、８行
１１列の変形−荷重伝達係数行列［Ｂ］を作成して記憶
し、また、Ｘ軸方向とＹ軸方向について、それぞれ、４
個所の代表作用点３２に分散して作用する４つの荷重Ｆ
1，Ｆ3，Ｆ5，Ｆ7または荷重Ｆ2，Ｆ4，Ｆ6，Ｆ8を、こ
れらと等価の単一荷重に置き換える分散荷重−単一荷重
変換式を記憶する。
【００５４】次に、荷重作用範囲３１に移動荷重が加わ
ると、短い時間間隔毎に、変形検出器１から入力する変
形データ｛ε｝と、記憶した変形−荷重伝達係数行列
［Ｂ］の積を演算して、各代表作用点３２に分散して作
用するその時刻の仮想の荷重｛Ｆ｝を求め、Ｘ軸方向と
Ｙ軸方向について、それぞれ、それらの荷重Ｆ1，Ｆ3，
Ｆ5，Ｆ7または荷重Ｆ2，Ｆ4，Ｆ6，Ｆ8から、記憶した
分散荷重−単一荷重変換式を用いて、その時刻の移動荷
重のＸ軸方向成分とＹ軸方向成分の大きさと作用点の位
置を求める。
ると、短い時間間隔毎に、変形検出器１から入力する変
形データ｛ε｝と、記憶した変形−荷重伝達係数行列
［Ｂ］の積を演算して、各代表作用点３２に分散して作
用するその時刻の仮想の荷重｛Ｆ｝を求め、Ｘ軸方向と
Ｙ軸方向について、それぞれ、それらの荷重Ｆ1，Ｆ3，
Ｆ5，Ｆ7または荷重Ｆ2，Ｆ4，Ｆ6，Ｆ8から、記憶した
分散荷重−単一荷重変換式を用いて、その時刻の移動荷
重のＸ軸方向成分とＹ軸方向成分の大きさと作用点の位
置を求める。
【図１】本発明の実施形態の荷重測定装置の基本構成を
示すブロック線図。
示すブロック線図。
【図２】同荷重測定装置において変形−荷重伝達係数行
列を作成する手順を示すフローチャート。
列を作成する手順を示すフローチャート。
【図３】同荷重測定装置において被測定物となる片持ち
梁の平面図。
梁の平面図。
【図４】同荷重測定装置において被測定物となる片持ち
梁の側面図。
梁の側面図。
【図５】同荷重測定装置の検証例における被測定物の斜
視図。
視図。
【図６】同荷重測定装置の応用例のロボットハンドの指
先力覚センサの斜視図。
先力覚センサの斜視図。
１ 変形検出器，ひずみゲージ ４ 電子計算機，記憶装置と演算装置 １１ 片持ち梁，被測定物 １２ 荷重作用範囲 １３〜１６ 代表作用点 ２１ 軸孔が貫通した平板，被測定物 ２３ 軸孔の内周面，荷重作用範囲 ２４ 代表作用点 ３１ 荷重作用範囲 ３２ 代表作用点 ｛Ｆ｝，Ｆ1〜Ｆn 代表荷重，仮想の荷重 ｛ε｝，ε1〜εn 較正変形データ，変形データ ［Ａ］ 荷重−変形伝達係数行列 ［Ｂ］ 変形−荷重伝達係数行列 ｎ 想定する代表荷重の数 ｍ 使用する変形検出器の数 Ｗ 移動荷重の大きさ α 移動荷重の作用点の位置 θ 荷重の方向
フロントページの続き (72)発明者 稲垣 瑞穂 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 川本 敦史 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 森 信行 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 鈴木 俊之 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 被測定物の荷重作用範囲に設定する代表
作用点に加える複数の代表荷重以上の数の変形検出器
と、記憶装置及び演算装置を備え、 各変形検出器は、被測定物の任意の位置に取り付け、 記憶装置と演算装置は、被測定物の代表作用点に順次既
知の荷重を加えて較正を行なうと、変形検出器が出力す
る各荷重毎の較正変形データを入力して荷重−変形伝達
係数行列を作成し、荷重−変形伝達係数行列を変形−荷
重伝達係数行列に逆変換して、変形−荷重伝達係数行列
を記憶し、また、代表作用点に分散して作用する荷重
を、これらと等価の単一荷重に置き換える分散荷重−単
一荷重変換式を記憶し、 被測定物の荷重作用範囲に単一の荷重が加わると、変形
検出器が出力する変形データを入力し、記憶した変形−
荷重伝達係数行列と、変形検出器から入力した変形列ベ
クトルの積を演算して、代表作用点に分散して作用する
仮想の荷重を求め、これらの荷重から、記憶した分散荷
重−単一荷重変換式を用いて単一荷重の大きさと作用点
を求めることを特徴とする荷重測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27833797A JPH11118625A (ja) | 1997-10-13 | 1997-10-13 | 荷重測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27833797A JPH11118625A (ja) | 1997-10-13 | 1997-10-13 | 荷重測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11118625A true JPH11118625A (ja) | 1999-04-30 |
Family
ID=17595935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27833797A Pending JPH11118625A (ja) | 1997-10-13 | 1997-10-13 | 荷重測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11118625A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005029028A1 (en) * | 2003-09-16 | 2005-03-31 | Toudai Tlo, Ltd. | Optical tactile sensor and method of reconstructing force vector distribution using the sensor |
| WO2005029027A1 (ja) * | 2003-09-16 | 2005-03-31 | Toudai Tlo, Ltd. | 光学式触覚センサを用いた力ベクトル再構成法 |
| US7659502B2 (en) | 2004-06-16 | 2010-02-09 | Toudai Tlo, Ltd. | Optical tactile sensor |
| JP2011131058A (ja) * | 2009-12-23 | 2011-07-07 | Biosense Webster (Israel) Ltd | 感圧カテーテル用のアクチュエータベース較正システム |
| WO2021210207A1 (ja) | 2020-04-13 | 2021-10-21 | 住友電気工業株式会社 | 処理システム、表示システム、処理装置、処理方法および処理プログラム |
| WO2022123731A1 (ja) | 2020-12-10 | 2022-06-16 | 住友電気工業株式会社 | 処理システム、表示システム、処理装置、処理方法および処理プログラム |
-
1997
- 1997-10-13 JP JP27833797A patent/JPH11118625A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005029028A1 (en) * | 2003-09-16 | 2005-03-31 | Toudai Tlo, Ltd. | Optical tactile sensor and method of reconstructing force vector distribution using the sensor |
| WO2005029027A1 (ja) * | 2003-09-16 | 2005-03-31 | Toudai Tlo, Ltd. | 光学式触覚センサを用いた力ベクトル再構成法 |
| JP2007518966A (ja) * | 2003-09-16 | 2007-07-12 | 株式会社東京大学Ｔｌｏ | 光学式触覚センサ及び該センサを用いた力ベクトル分布再構成法 |
| US7420155B2 (en) | 2003-09-16 | 2008-09-02 | Toudai Tlo, Ltd. | Optical tactile sensor and method of reconstructing force vector distribution using the sensor |
| US7460964B2 (en) | 2003-09-16 | 2008-12-02 | Toudai Tlo, Ltd. | Force vector reconstruction method using optical tactile sensor |
| US7659502B2 (en) | 2004-06-16 | 2010-02-09 | Toudai Tlo, Ltd. | Optical tactile sensor |
| JP2011131058A (ja) * | 2009-12-23 | 2011-07-07 | Biosense Webster (Israel) Ltd | 感圧カテーテル用のアクチュエータベース較正システム |
| WO2021210207A1 (ja) | 2020-04-13 | 2021-10-21 | 住友電気工業株式会社 | 処理システム、表示システム、処理装置、処理方法および処理プログラム |
| WO2021210037A1 (ja) | 2020-04-13 | 2021-10-21 | 住友電気工業株式会社 | 切削システム、表示システム、処理装置、処理方法および処理プログラム |
| WO2022123731A1 (ja) | 2020-12-10 | 2022-06-16 | 住友電気工業株式会社 | 処理システム、表示システム、処理装置、処理方法および処理プログラム |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Labuschagne et al. | Comparison of linear beam theories | |
| Li et al. | Detection of crack location and size in structures using wavelet finite element methods | |
| Almeida et al. | Identification of rigid body properties from vibration measurements | |
| Hou et al. | Optimal design of a hyperstatic Stewart platform-based force/torque sensor with genetic algorithms | |
| CN108120698B (zh) | 面向柔性薄板结构载荷分布监测的光纤层析成像方法 | |
| Li et al. | A dynamic pre-travel error prediction model for the kinematic touch trigger probe | |
| Kot et al. | Mass spring models with adjustable Poisson’s ratio | |
| Tongpadungrod et al. | An approach to optimise the critical sensor locations in one-dimensional novel distributive tactile surface to maximise performance | |
| CN110008521B (zh) | 一种基于子区域插值的分布动载荷时域识别方法 | |
| Karami et al. | Static and stability analyses of arbitrary straight-sided quadrilateral thin plates by DQM | |
| Fu et al. | Quantification of large and localized deformation in granular materials | |
| Zhao et al. | The application research of inverse finite element method for frame deformation estimation | |
| JPH11118625A (ja) | 荷重測定装置 | |
| CN111400898B (zh) | 基于主模态法和应变的阵列天线振动变形预测方法及设备 | |
| Di et al. | Eigen-parameter decomposition of element matrices for structural damage detection | |
| Hernández-Martínez et al. | Characterization of a cable-based parallel mechanism for measurement purposes# | |
| CN113392547B (zh) | 一种考虑空间相关性的频域分布随机动载荷识别方法 | |
| JP2004264235A (ja) | 構造物の損傷部位検出装置、及び構造物の損傷部位検出方法 | |
| Calkins et al. | A practical method for evaluating measurement system uncertainty | |
| Schaefer et al. | 3D small strain large deflection beam shape sensing including poisson effect | |
| Rus et al. | Boundary integral equation for inclusion and cavity shape sensitivity in harmonic elastodynamics | |
| JPH11108780A (ja) | 複数分力測定装置 | |
| Liu et al. | Slow convergence of the BEM with constant elements in solving beam bending problems | |
| Tong et al. | A novel nonlinear parameter estimation method of soft tissues | |
| Rabuffetti et al. | Optimised procedure for the calibration of the force platform location |