6軸力覚センサとは？仕組み（ひずみゲージ式・静電容量式・MEMS式）と種類、定格容量・分解能・価格の選び方

6軸力覚センサとは

6軸力覚センサは、3軸の荷重と各軸まわりのモーメントを同時に検出するセンサです。新東工業は、ロボットに付けることで人の手作業のような制御ができると説明しています。レプトリノは、位置決めの誤差を力で直すハイブリッド制御に使えるとしています。

比較ページには、日本法人のあるメーカーが自社で作るか自社ブランドで売る6軸力覚センサを、各社の代表の型式で載せています。1軸だけを測るロードセル、3軸だけの力覚センサ、フォースプレート、ロボット本体は載せていません。

力を読む仕組み

• ひずみゲージ方式は、荷重で変形した起歪体のひずみを、電気抵抗の変化で読みます。レプトリノ・共和電業・テック技販がこの方式です
• 静電容量方式は、2枚の電極のすき間が荷重で変わったときの、静電容量の変化を読みます。ワコーテックのDynPickがこの方式で、構造が簡単なので大量に作れ、値段を抑えたとしています
• ミネベアミツミのMMS101は、MEMSチップと金属の構造体を組み合わせて6軸を読みます
• OnRobotのHEXは光学式で、突発的な衝撃に耐える作りです

3つの種類

ロボット手首用（変換器内蔵）

• ロボットの手首とハンドのあいだに付け、デジタルの信号で出します
• ワコーテックのWEF-6A200-4-RCDは、定格200N・4N・mで、アンプなしにRS422で出します
• 新東工業のZYXerは全型式の分解能が1/4000で、ZYX160A302は定格±3,000Nです
• ファナックのFS-15iAは、ファナックのロボットの力制御機能と組み合わせる純正品です

小型・指先用

• ロボットハンドの指先や、装置の狭い所に組み込みます
• ミネベアミツミのMMS101は直径9.6mm・3gで、SPIのデジタル信号で出します
• レプトリノのCFS018CA201Uは外径18mmで、USBでパソコンにつなぎます

ひずみ出力の6分力計（試験・研究用）

• ひずみの信号をそのまま出し、ひずみアンプやひずみ測定器につないで読みます
• 共和電業のLFM-A-1KNは中心に穴のあるセンタホール型で、配線を中に通せます
• テック技販のUSX10-H10-500Nは30×30×10mmの箱形で、レバーやハンドルの操作力の計測に使います

仕様の見方

定格容量

• 使うときにかかる最大の荷重から選び、治具の質量も入れます
• センサから離れた所に力がかかる使い方では、モーメントが大きくなります
• ワコーテックは、定格を超えるとセンサが故障しやすくなるとしています

許容過負荷

• 定格を超えて、センサが耐えられる負荷です。超えると塑性変形するおそれがあります
• 新東工業のZYX080A501Zは±500%R.C.、ファナックのFS-15iAは定格の10倍です
• ワコーテックのDynPickと、レプトリノのPFS・BFSシリーズは、ストッパーで過負荷から守れます

分解能

• 定格容量に対する、最小の検出荷重の割合です
• レプトリノのBFSシリーズは1/10000で、定格±500Nなら±0.05Nまで読めます

非直線性と他軸干渉

• 非直線性は荷重とセンサの出力の誤差、他軸干渉は荷重をかけていない軸から出る値です
• 書き方は%FS・%R.O.とメーカーで違うので、同じ項目どうしで比べます

取付けと出力

• ワコーテックの多くの型はロボットのフランジに合わせていないので、配布のCADデータからアダプタを作ります
• 協働ロボット用のワコーテックのWKF-Cシリーズは、ISO 9409-1-50-M6のフランジにそのまま付けられます
• 新東工業のZYXerは、Ethernet・EtherCAT・アナログ・USBで出すとき、別の変換器をつなぎます
• レプトリノは、USBが標準で、RS-422・イーサネット・アナログを選べます

校正と値段

• レプトリノは、校正証明書とトレーサビリティ体系図を含む検査成績書を出せます
• ワコーテックは校正は受けず、出荷時と同じ荷重で特性を確かめる出力特性チェックサービスをしています
• 値段を公式に出しているのはレプトリノで、FFS055YA501U6は152,000円、CFS018CA201Uは192,000円です（どちらも税抜）。特注は標準価格の1.5倍程度で見積もります
• レプトリノとワコーテックは、買う前に試せる貸出機を用意しています