力やモメントを感じたい

力やモメントを感じたい

 

物体に力を加えると、加えられた力の人きさに応じて物体が動いたり、変形したりします。

 

この変化を利用することで、物体に力やモーメントが加えられたことを検出し、加えられた力またはモーメントの大きさを測ることができます。

 

プラスチックの定規に力を加えて変形させても、力を加えるのをやめると定規はもとの形に戻ります。

 

しかし、割り箸に同じように力を加えると、割り簡は折れてしまうでしょう。

 

センサとして使うためには、割り箸のように簡単に壊れてしまっては困ります。

 

プラスチックの定規のように、(一定の範囲内で)力を加えると変形し力を加えるのをやめるともとの形に戻るものを弾性体と呼びます。

 

力やモーメントを測るセンサの内部には弾性体があり、その弾性体の変位・変形を測ることで力やモーメントを測定しています。

力やモメントを感じたい記事一覧

弾性体に生じる変形を測るには、ひずみゲージと呼ばれる部品がよく使われます。ひずみゲージの内部には電流を通す導線が入っており、その導線が伸びたり縮んだりすると導線の太さが細くなったり太くなったりし、抵抗の値が変化します。この抵抗の値の変化をオームの法則に基づいて検出することにより、物体の変形量を求めることができます。一般に、2つのひずみゲージを1対として弾性体に貼りつけ、対になった2つのひずみゲージ...

ひずみゲージでは、物体の変形を検出しましたが、静電容量を利用して物体の変位を検出する方法もあります。導体がくっつかないように間隔を開け,導体問に電圧差を生じさせると、その間に一定量の電荷を貯めることができます。貯めることができる電荷の量を静電容量と呼びますが、この静電容量は2つの導体の間隔によって変化するため、静電容量を測ることで変位を検出し、力やモーメントを測ることができます。

静電容量型のセンサでは2つの導体間に電圧をかけることで電荷を発生させていました。逆に1つの導体に力を加えて変形させると内部の電荷が移動し、導体の両端に電圧差が生じます。この現象を圧電効果といい、導体に発生した電圧差を検出することで、導体に加えられた力を測ることが出来ます。

1対のひずみゲージや1対の導体間の静電容量の差、1つの圧電素子の電圧によって検出できるのは、ひずみゲージで例をあげたように、1方向の力やモーメントだけです。しかし、私たちやロボットは3次元空間、前後・左右・上下方向とそれぞれの軸周りの回転という6つの自由度がある空間で動いています。この3方向に加えられる力と3つの軸周りのモーメント、それぞれを独立に求めるために対となるひずみゲージの数を増やし、ひず...

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