研究開発された技術紹介

6軸力覚センサを組み込むことにより産業用ロボットの力制御、組立、研磨など様々な高度な自動化作業が可能である。歪ゲージ式6軸力覚センサは、高価格であり、過負荷対策が不十分なため実際のロボット市場へ普及率は少ない。当社の静電容量型6軸力覚センサの特徴は低価格、高性能、高信頼性であり、本事業では機構部品の製法を従来の切削加工と同様の精度を確保しつつ、量産化に適したプレス加工に置き換えることで更なる大幅な低価格化を実現し、市場拡大と新規市場の創出を図る

切削加工により製造されていた静電容量型6軸力覚センサ起歪体部品をプレス加工で製造する
・金属材料によるセンサ強度を確保→加工組立精度：±10μm水準を維持
・大幅な低価格化→製品価格：現状の半額程度
(新技術)
<ハイテン用スプリングバック予測技術の高度化>
・精密プレス加工
‐切断面の総せん断加工による精度の向上
‐複数個所の同時プレス加工
‐ハイテン材加工の基礎開発
<静電量型プレス加工>
・力覚センサー
‐大量生産向け
‐加工速度が著しく速い
‐安価

・精密プレス加工技術及び力覚センサ構造の開発
‐精密プレス技術を用い、ダイアフラム部厚さ及び機能部品形状の寸法精度(含平坦度)±10μmの厚板ステンレス鋼板による総せん断打ち抜き加工を実現
‐従来ネジによる部品結合の一部をプレスによる結合に替えて作業時間を短縮
‐力検出部の起歪体構造のシミュレーションに基づき起歪体設計を行い、プレス加工に適したセンサ機構部設計の最適化を図った
・力覚センサ構造の開発
‐外力によるダイアフラムの微小な変形による静電容量の変化を検出するため、耐ノイズ性や応答性に優れた力-変位検出回路基板を開発
‐回路基板は検出電極基板とマイコン基板とで構成されるが、マイコンの信号処理ソフト部では、処理の高速化(サンプリング周波数約6kHz)及び各種データ通信方式に対応したマイコン動作ソフトウェアを開発
・センサ評価
‐試作センサに関する静特性評価及び外部環境に対する信頼性評価の結果、本センサがロボットへの適用に十分な性能と信頼性を有し、力覚センサ製品として優れていることを確認
‐試作センサ及びFA制御システムソフトをロボットへ適用し、実機での動作を確認
・感度特性測定結果：目標定格荷重
～各軸方向の感度を測定した。評価範囲は目標定格の200Nと4Nmのレンジで行った。試作センサの有する力感度特性が目標仕様を達成していることを確認。静止ノイズの最も大きかったFz軸出力における静止ノイズ量は0.26%FS(rms)と低く良好な特性が得られた～

出展：「日本ロボット学会第30回記念学術講演会」の企業展示に出展(H24.9)

成果から得たノウハウと派生技術を応用して力覚センサの回路基板の性能向上および、機構部の構造を応用展開したことにより、ユーザーが使いやすい仕様のセンサを開発、製造、販売することが可能になった。

プロジェクトテーマのプレス加工について低価格化を狙っていたが、十分な成果を得ることができず、最終的には切削加工の方が良いとエンドユーザーからの要望があったため、研究を終了とした。しかしながら本事業をもとに得たノウハウや派生技術を活かし製品化を実現することはでき大きな売上へと繋げることができた。

・低コスト化→開発したセンサのプレス化は、従来の切削加工比で部品単価が1/10となる
・量産化→プレス化により、量産化が可能となる
・多品種少量生産→ダイアフラムの厚みを変えることで、定格荷重を容易に変更できる

研究・サンプル提供・検証活動を継続しつつ、H27年度の事業化を目指す
・センサの強度、剛性向上、特に接合強度の点から、ロウ付けは接着よりも桁違いの接合強度が得られることが明確である
・力覚センサには非常に高い接合強度が必要なため、本研究によりロウ付け接合手法の高い有効性を確認することができた。今後も接合手法への様々な模索を継続し、サンプル加工依頼等を通じて実際の適用を試みる。補完研究により試作を重ね、検証を継続する予定
・H27年度の事業化を目指す。ロボットメーカー、ロボットユーザーに販路開拓を実施する予定