KR101141719B1 - 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치 및 이에 의한 토크 센서의 조정 방법 - Google Patents

로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치 및 이에 의한 토크 센서의 조정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 로봇 관절의 차동 기어의 회전축 또는 감속기의 회전축에 결합되는 바와, 바의 양단에 결합되는 제1 및 제2 탄성 부재와, 각 탄성 부재에 변위를 발생시키는 제1 및 제2 변위 발생 유닛을 포함하는 토크 센서 조정부를 구성하여, 로봇 관절의 토크 센서로 일정량의 외부 토크를 연속적으로 인가하여 측정함으로써, 로봇 관절의 토크 센서의 동적인 테스트를 용이하게 수행할 수 있고, 로봇 관절의 토크 센서의 무한 반복적인 조정을 효율적으로 수행할 수 있는 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치 및 이에 의한 토크 센서의 조정 방법을 개시한다.
로봇 관절(robot joint), 토크 센서(torque sensor), 조정(calibration)

Description

로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치 및 이에 의한 토크 센서의 조정 방법{Device and Method of Calibrating Torque Sensor for Robot Joint}
본 발명은 로봇 관절의 토크 센서를 조정하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로봇 관절의 토크 센서로 일정량의 외부 토크를 연속적으로 인가하여 측정함으로써, 로봇 관절의 토크 센서의 동적인 테스트를 용이하게 수행할 수 있고, 로봇 관절의 토크 센서의 무한 반복적인 조정을 효율적으로 수행할 수 있는 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치 및 이에 의한 토크 센서의 조정 방법에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 로봇은 인체를 모방한 것으로서, 로봇의 관절은 인체의 관절과 유사하도록 구성된다.
예컨대, 로봇 관절은 일정 형상의 프레임과, 프레임의 일측에 설치되는 구동부와, 구동부의 구동축에 연결되는 차동 기어와, 차동 기어의 회전축의 회전을 감속하는 감속기와, 감속기의 회전축을 통해서 전달되는 토크를 측정하는 토크 센서로 이루지는데, 로봇 관절의 정밀하고 정확한 제어를 위해서는 로봇 관절의 토크 센서를 주기적 또는 정기적으로 조정하여야 한다. 종래에는 토크 센서에 무게 추 를 적용시켜 무게 추에 의해 제공되는 토크를 통해서 토크 센서를 조정하였으나, 무게 추는 토크 센서에 불연속적인 토크를 제공하게 되므로, 토크 센서의 연속적인 조정이 불가능하였고, 이로 인해 로봇 관절의 정밀한 제어를 수행하기 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 로봇 관절의 토크 센서로 일정량의 외부 토크를 연속적으로 인가하여 측정함으로써, 로봇 관절의 토크 센서의 동적인 테스트를 용이하게 수행할 수 있고, 로봇 관절의 토크 센서의 무한 반복적인 조정을 효율적으로 수행할 수 있는 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치 및 이에 의한 토크 센서의 조정 방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 일정 형상의 프레임과, 상기 프레임의 일측에 설치되는 구동부와, 상기 구동부의 구동축에 연결되는 차동 기어와, 상기 차동 기어의 회전축의 회전을 감속하는 감속기와, 상기 감속기의 회전축을 통해서 전달되는 토크를 측정하는 토크 센서로 이루지는 로봇 관절의 토크 센서를 조정하는 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치에 있어서, 상기 차동 기어의 회전축 또는 상기 감속기의 회전축에 결합 형성되는 토크 센서 조정부를 포함하되, 상기 토크 센서 조정부는, 상기 차동 기어의 회전축 또는 상기 감속기의 회전축에 일정 길이로 대칭 형성되는 바와, 상기 바의 양단에 각각 결합되는 제1 및 제2 탄성 부재와, 상기 각 탄성 부재의 단부에 결합되고, 상기 탄성 부재를 통해서 상기 바의 제1 및 제2 방향으로의 변위를 각각 연속적으로 발생시키는 제1 및 제2 변위 발생 유닛으로 이루어지고, 상기 토크 센서는 상기 각 변 위 발생 유닛에 의해 연속적으로 발생되는 상기 바의 변위로 인한 토크를 측정하는 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치에 있어서, 제1 및 제2 탄성 부재는 스프링일 수 있다.
본 발명에 따른 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치에 있어서, 제1 및 제2 변위 발생 유닛은 모터일 수도 있다.
본 발명에 따른 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 변위 발생 유닛은 상기 각 탄성 부재를 통해서 상기 바에 교대로 변위를 발생시킬 수도 있다.
본 발명에 따른 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치에 있어서, 상기 제1 변위 발생 유닛은 상기 제1 탄성 부재를 통해서 상기 바에 시계 방향으로의 변위를 발생시키고, 상기 제2 변위 발생 유닛은 상기 제2 탄성 부재를 통해서 상기 바에 반시계 방향으로의 변위를 발생시킬 수도 있다.
본 발명에 따른 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치에 있어서, 상기 토크 센서에 의해 측정되는 상기 바의 변위로 인한 토크를 전압 신호로 변환하고, 상기 변환된 전압 신호와 상기 전압 신호에 상응하는 토크를 대응시켜 토크 센서 조정 테이블을 형성하는 제어부를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 일정 형상의 프레임과, 상기 프레임의 일측에 설치되는 구동부와, 상기 구동부의 구동축에 연결되는 차동 기어와, 상기 차동 기어의 회전축의 회전을 감속하는 감속기와, 상기 감속기의 회전축을 통 해서 전달되는 토크를 측정하는 토크 센서로 이루지는 로봇 관절의 토크 센서를 조정하는 로봇 관절의 토크 센서의 조정 방법에 있어서, a) 상기 차동 기어의 회전축 또는 상기 감속기의 회전축에 결합 형성되는 토크 센서 조정부를 배치하는 단계와, b) 상기 토크 센서 조정부에 의해서 상기 차동 기어의 회전축 또는 상기 감속기의 회전축에 제1 방향으로의 제1 변위 또는 제2 방향으로의 제2 변위를 각각 연속적으로 발생시키는 단계와, c) 상기 토크 센서에 의해서 상기 제1 또는 제2 변위에 의한 토크를 측정하는 단계와, c) 상기 측정된 토크를 전압 신호로 변환하는 단계와, d) 상기 변환된 전압 신호와 상기 전압 신호에 상응하는 변위로 인한 토크를 대응시켜 토크 센서 조정 테이블을 형성하는 단계를 포함하는 로봇 관절의 토크 센서의 조정 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 로봇 관절의 토크 센서의 조정 방법에 있어서, 상기 b) 단계에서, 상기 토크 센서 조정부에 의해서 시계 방향으로의 제1 변위 또는 반시계 방향으로의 제2 변위를 각각 교대로 발생시켜, 상기 차동 기어의 회전축 또는 상기 감속기의 회전축에 변위를 연속적으로 발생시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 로봇 관절의 토크 센서로 일정량의 외부 토크를 연속적으로 인가하여 측정함으로써, 로봇 관절의 토크 센서의 동적인 테스트를 용이하게 수행할 수 있고, 로봇 관절의 토크 센서의 무한 반복적인 조정을 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치를 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1의 로봇 관절을 보여주는 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치는, 토크 센서 조정부로 이루어지되, 토크 센서 조정부는 바(210)와, 제1 및 제2 탄성 부재(221,222)와, 제1 및 제2 변위 발생 유닛(231,232)을 포함한다.
한편, 본 실시예에 의한 로봇 관절 토크 센서 조정 장치는 다양한 로봇 관절 에 적용될 수 있으나, 여기서는 도 2를 참조하여 로봇 관절 중 로봇 손(100)을 예로 들어 이하 상술하고자 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 로봇 관절 토크 센서 조정 장치의 토크 센서 조정부가 적용되는 로봇 손(100)은, 프레임(110)과, 구동부(120)와, 차동 기어(130)와, 감속기(140)와, 토크 센서(150)를 포함한다. 이때 구동부(120), 감속기(140) 및 토크 센서(150)의 한 쌍이 프레임(100)의 양측면에 설치될 수 있다.
프레임(frame)(110)은 인체의 손가락의 한 마디를 모방한 형상으로 형성될 수 있다. 한편, 프레임(110)의 상단에는 후술하는 차동 기어(130)가 안착 배치되는 관절부(111)가 형성된다. 프레임(110)은 관절부(111) 아래의 마주보는 양측면에 안착부(112)와 설치부(114)가 서로 등지게 형성되어 있다. 이때 안착부(112)에는 구동부(120)가 삽입 설치되고, 설치부(114)에는 토크 센서(150)이 설치된다. 프레임(110)의 양측면은 차동 기어(130)의 양쪽으로 돌출된 출력축(131)이 향하는 면이다. 프레임(110)의 양측면에는 각각 안착부(112)와 설치부(114)가 형성되어 있다.
한 쌍의 구동부(120)는 프레임(110)의 양측면에 각각 하나씩 설치되며, 서로 엇갈리게 설치되며, 로봇 손(100)을 움직일 수 있는 동력을 전달한다. 한 쌍의 구동부(120)는 각각 안착부(112)에 설치된다.
구동부(120)는 각각 프레임(110)의 측면에 다음과 같이 설치될 수 있다. 즉 프레임(110)의 일측면에는 구동부(120)의 일단에 상응하는 형상으로 만입된 안착부(112)가 형성되며, 안착부(112)에는 구동부(120)의 일단이 삽입되어 안착된다. 한편, 구동부(120)로는 BLDC(brushless DC) 모터가 사용될 수 있다. 주지하는 바와 같이, BLDC 모터는 효율성 및 신뢰성이 상대적으로 높으며, 구동시 발생되는 소음이 비교적 적으며, 수명이 반영구적이며, 저속 및 고속에서 토크가 비교적 크고, 고속 회전이 가능하여, 소형화를 요하는 로봇 손(100)의 관절의 구동부(120)로 바람직하다.
구동부(120)의 타단은 브라켓(bracket)(121)에 삽입되어 프레임(110)에 고정 설치된다. 여기서, 브라켓(121)은 프레임(110)의 측면에 결합되어 내측에 삽입 안착된 구동부(120)를 안정적으로지지 및 보호하는 기능을 담당한다.
차동 기어(differential gear)(130)는 프레임(110)의 상단에 형성된 관절부(111)에 삽입 배치된다. 차동 기어(130)의 입력축(131)은 구동부(120)의 구동축(122)에 연결되고 차동 기어(130)의 출력축은 제1 풀리(170)에 연결된다. 입력축(131) 및 구동축(122)의 양단은 적어도 하나의 베어링을 매개로 엔코더(160) 및 풀리(170,180)에 연결될 수 있다.
감속기(140)는 차동 기어(130)의 회전축, 즉 출력축(131)의 회전을 감속하며, 구동부(120)에 이웃하는 프레임(110)의 측면에 토크 센서(150)을 매개로 설치된다. 본 실시예에서는 한 쌍의 구동부(120)가 설치되기 때문에, 감속기(140) 또한 한 쌍이 설치된다. 예컨대, 차동 기어(130)의 출력축(131)의 회전과 연동하여 제1 풀리(170)가 회전하고, 제1 풀리(170)의 회전과 연동되어 제2 풀리(180)가 회전하고, 제2 풀리(180)의 회전을 감속기(140)가 감속하게 된다. 여기서, 제2 풀리(180)의 일단은 제1 풀리(170)의 회전과 연동되어 회전하도록 연결되고, 제2 풀리(180) 의 타단은 감속기(140)의 입력단에 결합된다. 한편, 제1 풀리(170)와 제2 풀리(180)는 무한궤도 형상의 벨트(190)에 의하여 회전 연동한다. 전술한 바와 같이, 감속기(140)는 실질적으로 차동 기어(130)의 회전축의 회전을 감속하게 된다.
감속기(140)의 타단은 브라켓(121)에 삽입되어 프레임(110)에 고정 설치된다. 여기서, 브라켓(121)은 프레임(110)의 측면 쪽에 결합되는 감속기(140)를 안정적으로 지지 및 보호하는 기능을 담당한다.
한편, 본 실시예에서, 감속기(140)는 하모닉 드라이브(harmonic drive)일 수 있다. 감속기(140)는 다수의 기어로 치합 구성된 일반 감속기일 수도 있으나, 일반 감속기의 경우 기어와 기어 사이의 맞물림 공간인 백래시(backlash)가 비교적 크기 때문에 회전 토크 제어 기능이 다소 저하되므로, 백래시가 상대적으로 적은 하모닉 드라이브를 적용하는 것이 바람직하다.
엔코더(encoder)(160)는 차동 기어(130)의 회전축(131)의 회전 속도 및 회전 위치를 감지한다. 즉, 엔코더(160)는 차동 기어(130)의 회전축(131)에 결합되어서, 차동 기어(130)로부터 감속기(140)로 전달되는 회전력의 회전 속도 및 회전 위치를 감지한다.
토크 센서(torque sensor)(150)는 프레임(110)과 감속기(140)에 개재되어 설치되며, 감속기(140)의 회전축을 통해서 전달되는 토크를 측정한다. 예컨대, 토크 센서(150)는, 감속기(140)의 일단에 결합 배치되고, 감속기(140)의 회전축에 대칭 형성되는 적어도 하나 이상의 빔(151)의 일측에 각각 형성되어 빔(151)의 변형량에 의한 토크를 측정하는 스트레인 게이지(strain gage)(152)를 포함한다. 주지하는 바와 같이, 스트레인 게이지(152)는 구조체의 변형되는 변형량을 측정하기 위하여 구조체 표면에 부착하는 게이지이다.
이때 프레임(110)에 토크 센서(150)와 감속기(140)은 다음과 같이 설치될 수 있다. 즉 프레임(110)의 일측면에는 토크 센서(150)의 일단에 상응하는 형상으로 만입된 설치부(114)가 형성되어 있다. 전술된 바와 같이 설치부(114)는 안착부(112)에 등지게 프레임(110)에 형성된다. 설치부(114)는 안착부(112)에 이웃하게 형성된다. 설치부(114)에 토크 센서(150)를 삽입한 후 볼트와 같은 체결 수단을 이용하여 프레임(110)에 고정 설치한다. 다음으로 토크 센서(150)의 타측에 감속기(140)를 볼트와 같은 체결 수단을 이용하여 체결한다. 그리고 감속기(140)에 제2 폴리(180)이 연결된다. 엔코더(160)에 연결된 제1 폴리(170)과 감속기(140)에 연결된 제2 풀리(180)은 벨트(190)을 매개로 서로 연결된다.
여기서, 스트레인 게이지(152)는 감속기(140)의 회전축으로부터 전달되는 외력에 의한 빔(151)의 변형량을 감지하고, 감지된 변형량에 의한 토크를 측정하게 된다. 한편, 본 실시예에서는, 구조체의 변형에 의한 전기 저항의 변화를 측정하여 구조체의 변형량을 정밀하게 측정하는 스트레인 게이지, 또는 구조체의 두 지점 사이의 미소한 거리변화를 측정하여 구조체의 변형량을 정밀하게 측정하는 스트레인 게이지가 선택적으로 이용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 토크 센서(150)를 감속기(140)와 일체화시켜 결합 형성함으로써, 소형화를 요하는 로봇 손(100)의 관절에 작용하는 외부 토크를 정밀하게 측정할 수 있다. 즉, 프레임(110)과 감속기(140) 사이에 토크 센서(150)를 개재시 켜 형성하여 토크 센서(150)를 구성하기 위한 공간을 최소화하여 로봇 손(100)을 효율적으로 소형화할 수 있다.
따라서 로봇 손(100)의 관절에 외부 토크를 제공하는 목표물에 안정적인 압력을 가하여, 목표물에 대한 로봇 손(100)의 과도한 가압으로 인한 로봇 손(100) 또는 목표물의 손상을 최소화할 수 있다. 한편, 로봇 손(100)을 포함하는 로봇의 다관절에 확장 적용하여, 소형화된 다관절에 작용되는 외부 토크를 정밀하고 효율적으로 측정하여 다관절의 손상을 최소화할 수도 있다.
토크 센서 조정부는 차동 기어(130)의 회전축, 즉 출력축(131) 또는 감속기(140)의 회전축에 결합 형성된다.
구체적으로, 토크 센서 조정부는, 차동 기어(130)의 회전축(131) 또는 감속기(140)의 회전축에 일정 길이로 대칭 형성되는 바(210)와, 바(210)의 양단에 각각 결합되는 제1 및 제2 탄성 부재(221,222)와, 각 탄성 부재(221,222)의 단부에 결합되고, 각 탄성 부재(221,222)를 통해서 바(210)의 제1 및 제2 방향으로의 변위를 각각 연속적으로 발생시키는 제1 및 제2 변위 발생 유닛(231.232)으로 이루어진다.
한편, 토크 센서(150)는 제1 또는 제2 변위 발생 유닛(231.232)에 의해 연속적으로 발생되는 바(210)의 변위로 인한 차동 기어(130)의 회전축(131) 또는 감속기(140)의 회전축의 토크를 측정한다.
여기서, 제1 및 제2 탄성 부재(221,222)는 일정 탄성 계수를 가진 스프링일 수 있다. 또한, 제1 및 제2 변위 발생 유닛(231,232)은 모터(motor)일 수 있다.
전술한 바와 같은 토크 센서 조정부에 의해서, 제1 변위 발생 유닛(231)은 제1 탄성 부재(221)를 통해서 바(210)에 차동 기어(130)의 회전축(131) 또는 감속기(140)의 회전축을 축으로 하여 시계 방향으로의 변위를 발생시킨다. 또는 제2 변위 발생 유닛(232)은 제2 탄성 부재(222)를 통해서 바(210)에 차동 기어(130)의 회전축(131) 또는 감속기(140)의 회전축을 축으로 하여 반시계 방향으로의 변위를 발생시킨다. 이후, 차동 기어(130)의 회전축(131) 또는 감속기(140)의 회전축에 발생되는 변위로 인한 토크가 토크 센서(150)에 의해 측정된다. 여기서, 제1 및 제2 변위 발생 유닛(231,232)에 의해 각각 발생되는 제1 및 제2 탄성 부재(221,222)의 변위(x1,x2), 및 제1 및 제2 탄성 부재(221,222)의 탄성 계수(k1,k2)에 의해서, 제1 및 제2 탄성 부재(221,222)에 결합된 바(210)에 토크(r*k1*x1, r*k2*x2)가 발생되고, 발생된 토크(r*k1*x1, r*k2*x2)는 토크 센서(150)에 의해서 측정되게 된다. 여기서, r은 차동 기어(130)의 회전축(131) 또는 감속기(140)의 회전축으로부터 바(210)의 양단, 즉 제1 및 제2 탄성 부재(221,222)가 각각 결합된 위치까지의 거리를 의미한다.
한편, 제1 및 제2 변위 발생 유닛(231,232)은 각 탄성 부재(221,222)를 통해서 바(210)에 교대로 변위를 발생시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 제어부는 토크 센서(150)에 의해 측정되는 바(210)의 변위로 인한 토크를 전압 신호로 변환하고, 변환된 전압 신호와 전압 신호에 상응하는 토크를 대응시켜 토크 센서 조정 테이블을 형성할 수 있다.
즉, 로봇 관절의 토크 센서(150)로 제1 및 제2 변위 발생 유닛(231,232)에 의해서 일정량의 외부 토크를 연속적으로 인가하여 이로 인한 토크를 측정함으로써, 로봇 관절의 토크 센서(150)의 동적인 테스트를 용이하게 수행할 수 있고, 로봇 관절의 토크 센서(150)의 무한 반복적인 조정을 효율적으로 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절의 토크 센서의 조정 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 로봇 관절의 토크 센서의 조정 방법은, 토크 센서 조정부 배치 단계(S310)와, 제1 및 제2 변위 발생 단계(S320)와, 토크 측정 단계(S330)와, 토크 변환 단계(S340)와, 토크 센서 조정 테이블 형성 단계(S350)로 이루어진다.
여기서, 본 실시예에 의한 토크 센서 조정 방법이 적용되는 로봇 관절의 토크 센서 조정 장치는, 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 로봇 관절의 토크 센서 조정 장치와 실질적으로 동일하므로 이하 도 1 및 2를 참조하여 상술하고자 한다. 한편, 본 실시예에 의한 토크 센서 조정 방법이 적용되는 로봇 관절의 토크 센서 조정 장치를 간략하게 요약하자면, 일정 형상의 프레임(110)과 프레임(110)의 일측에 설치되는 구동부(120)와, 구동부(120)의 구동축(122)에 연결되는 차동 기어(130)와, 차동 기어(130)의 회전축(131)의 회전을 감속하는 감속기(140)와, 감속기(140)의 회전축을 통해서 전달되는 토크를 측정하는 토크 센서(150)로 이루어질 수 있다.
우선, 토크 센서 조정부 배치 단계(S310)에서는, 차동 기어(130)의 회전축(131) 또는 감속기(140)의 회전축에 결합 형성되는 토크 센서 조정부를 배치한 다. 여기서, 토크 센서(150)는 감속기(140)의 회전축에 결합 형성되나, 감속기(140)의 회전축은 제1 및 제2 풀리(170,180)에 의해서 차동 기어(130)의 회전축(131)과 실질적으로 연동되어 회전하므로, 토크 센서 조정부는 차동 기어(130)의 회전축(131) 또는 감속기(140)의 회전축 중 어느 하나에 선택적으로 결합 형성되어 배치될 수 있다.
이후, 제1 및 제2 변위 발생 단계(S320)에서는, 토크 센서 조정부에 의해서 차동 기어(130)의 회전축(131) 또는 감속기(140)의 회전축에 제1 방향으로의 제1 변위 또는 제2 방향으로의 제2 변위를 각각 연속적으로 발생시킨다. 도 1 및 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 토크 센서 조정부는, 차동 기어(130)의 회전축(131) 또는 감속기(140)의 회전축에 일정 길이로 대칭 형성되는 바(210)와, 바(210)의 양단에 각각 결합되는 제1 및 제2 탄성 부재(221,222)와, 각 탄성 부재(221,222)의 단부에 결합되고 각 탄성 부재(221,222)를 통해서 바(210)의 제1 및 제2 방향으로의 변위를 각각 연속적으로 발생시키는 제1 및 제2 변위 발생 유닛(231.232)으로 이루어진다. 여기서, 토크 센서(150)는 제1 또는 제2 변위 발생 유닛(231.232)에 의해 연속적으로 발생되는 바(210)의 변위로 인한 차동 기어(130)의 회전축(131) 또는 감속기(140)의 회전축의 토크를 측정한다. 한편, 제1 또는 제2 변위 발생 유닛(231.232)은 바(210)의 시계 방향으로의 제1 변위 또는 반시계 방향으로의 제2 변위를 각각 교대로 발생시켜, 차동 기어(130)의 회전축(131) 또는 감속기(140)의 회전축에 변위를 연속적으로 발생시킬 수도 있다.
이후, 토크 측정 단계(S330)에서, 토크 센서는 제1 또는 제2 변위 발생 유 닛(231.232)에 의해 연속적으로 발생되는 바(210)의 변위로 인한 차동 기어(130)의 회전축(131) 또는 감속기(140)의 회전축의 토크를 측정한다. 예컨대, 제1 변위 발생 유닛(231)은 제1 탄성 부재(221)를 통해서 바(210)에 차동 기어(130)의 회전축(131) 또는 감속기(140)의 회전축을 축으로 하여 시계 방향으로의 변위를 발생시킨다. 또는 제2 변위 발생 유닛(232)은 제2 탄성 부재(222)를 통해서 바(210)에 차동 기어(130)의 회전축(131) 또는 감속기(140)의 회전축을 축으로 하여 반시계 방향으로의 변위를 발생시킨다. 이후, 차동 기어(130)의 회전축(131) 또는 감속기(140)의 회전축에 발생되는 변위로 인한 토크가 토크 센서(150)에 의해 측정된다. 여기서, 제1 및 제2 변위 발생 유닛(231,232)에 의해 각각 발생되는 제1 및 제2 탄성 부재(221,222)의 변위(x1,x2), 및 제1 및 제2 탄성 부재(221,222)의 탄성 계수(k1,k2)에 의해서, 제1 및 제2 탄성 부재(221,222)에 결합된 바(210)에 토크(r*k1*x1, r*k2*x2)가 발생되고, 발생된 토크(r*k1*x1, r*k2*x2)는 토크 센서(150)에 의해서 측정되게 된다. 여기서, r은 차동 기어(130)의 회전축(131) 또는 감속기(140)의 회전축으로부터 바(210)의 양단, 즉 제1 및 제2 탄성 부재(221,222)가 각각 결합된 위치까지의 거리를 의미한다.
이후, 토크 변환 단계(S340)에서는, 제어부가 토크 센서(150)에 의해서 측정된 토크를 상응하는 전압 신호로 변환한다.
이후, 제어부는 변환된 전압 신호와 전압 신호에 상응하는 변위로 인한 토크를 대응시켜 토크 센서 조정 테이블을 형성한다.
전술한 바와 같은 로봇 관절의 토크 센서의 조정 방법에 의하면, 토크 센 서(150)로 제1 및 제2 변위 발생 유닛(231,232)에 의해서 일정량의 외부 토크를 연속적으로 인가하여 이로 인한 토크를 측정함으로써, 로봇 관절의 토크 센서(150)의 동적인 테스트를 용이하게 수행할 수 있고, 로봇 관절의 토크 센서(150)의 무한 반복적인 조정을 효율적으로 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 이동 로봇의 자기위치 인식을 위한 천장영역 인식방법에 대해 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 로봇 관절을 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절의 토크 센서의 조정 방법에 따른 흐름도이다.

Claims (8)

  1. 일정 형상의 프레임과, 상기 프레임의 일측에 설치되는 구동부와, 상기 구동부의 구동축에 연결되는 차동 기어와, 상기 차동 기어의 회전축의 회전을 감속하는 감속기와, 상기 감속기의 회전축을 통해서 전달되는 토크를 측정하는 토크 센서로 이루지는 로봇 관절의 토크 센서를 조정하는 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치에 있어서,
    상기 차동 기어의 회전축 또는 상기 감속기의 회전축에 결합 형성되는 토크 센서 조정부를 포함하되,
    상기 토크 센서 조정부는, 상기 차동 기어의 회전축 또는 상기 감속기의 회전축에 일정 길이로 대칭 형성되는 바와, 상기 바의 양단에 각각 결합되는 제1 및 제2 탄성 부재와, 상기 각 탄성 부재의 단부에 결합되고, 상기 탄성 부재를 통해서 상기 바의 제1 및 제2 방향으로의 변위를 각각 연속적으로 발생시키는 제1 및 제2 변위 발생 유닛을 포함하되, 상기 제1 변위 발생 유닛은 상기 제1 탄성 부재를 통해서 상기 바에 시계 방향으로의 제1 변위를 발생시키고, 상기 제2 변위 발생 유닛은 상기 제2 탄성 부재를 통해서 상기 바에 반시계 방향으로의 제2 변위를 발생시키고,
    상기 토크 센서는 상기 각 변위 발생 유닛에 의해 연속적으로 발생되는 상기 바의 변위로 인한 토크를 측정하는 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 탄성 부재는 스프링인 것을 특징으로 하는 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 변위 발생 유닛은 모터인 것을 특징으로 하는 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 변위 발생 유닛은 상기 각 탄성 부재를 통해서 상기 바에 교대로 변위를 발생시키는 것을 특징으로 하는 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 토크 센서에 의해 측정되는 상기 바의 변위로 인한 토크를 전압 신호로 변환하고, 상기 변환된 전압 신호와 상기 전압 신호에 상응하는 토크를 대응시켜 토크 센서 조정 테이블을 형성하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 관절의 토크 센서의 조정 장치.
  7. 삭제
  8. 일정 형상의 프레임과, 상기 프레임의 일측에 설치되는 구동부와, 상기 구동부의 구동축에 연결되는 차동 기어와, 상기 차동 기어의 회전축의 회전을 감속하는 감속기와, 상기 감속기의 회전축을 통해서 전달되는 토크를 측정하는 토크 센서로 이루지는 로봇 관절의 토크 센서를 조정하는 로봇 관절의 토크 센서의 조정 방법에 있어서,
    a) 상기 차동 기어의 회전축 또는 상기 감속기의 회전축에 결합 형성되는 토크 센서 조정부를 배치하는 단계와,
    b) 상기 토크 센서 조정부에 의해서 상기 차동 기어의 회전축 또는 상기 감속기의 회전축에 제1 방향으로의 제1 변위 또는 제2 방향으로의 제2 변위를 각각 연속적으로 발생시키는 단계와,
    c) 상기 토크 센서에 의해서 상기 제1 또는 제2 변위에 의한 토크를 측정하는 단계와,
    c) 상기 측정된 토크를 전압 신호로 변환하는 단계와,
    d) 상기 변환된 전압 신호와 상기 전압 신호에 상응하는 변위로 인한 토크를 대응시켜 토크 센서 조정 테이블을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 b) 단계에서, 상기 토크 센서 조정부에 의해서 시계 방향으로의 제1 변위 또는 반시계 방향으로의 제2 변위를 각각 교대로 발생시켜, 상기 차동 기어의 회전축 또는 상기 감속기의 회전축에 변위를 연속적으로 발생시키는 것을 특징으로 하는 로봇 관절의 토크 센서의 조정 방법.
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