KR101255665B1 - Apparatus for measuring torque using optical sensor - Google Patents

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Abstract

토크를 측정하고자 하는 샤프트가 결합되는 내부 몸체; 상기 내부 몸체를 에워싸도록 고정 배치되는 외부 몸체; 상기 내부 몸체와 상기 외부 몸체 사이에 배치되어 상기 내부 몸체와 상기 외부몸체를 연결하는 적어도 하나의 빔; 및 상기 내부 몸체와 상기 외부 몸체 사이에 마련되어 상기 샤프트에 가해지는 토크에 의해 발생하는 상기 외부 몸체에 대한 상기 내부 몸체의 상대적인 회전 변형량을 측정하는 광학 센서 유닛;을 포함하는 광학 센서를 이용한 토크 측정 장치가 개시된다. 상기 구성에 의하여 주변 온도나 환경에 의하여 오차 발생을 최소화하여 보다 정확한 데이터를 획득할 수 있으며, 토크 측정 장치의 부피를 최소화하여 소형화된 기계 장치의 토크를 용이하게 측정할 수 있다.An inner body to which a shaft to measure torque is coupled; An outer body fixedly disposed to enclose the inner body; At least one beam disposed between the inner body and the outer body to connect the inner body and the outer body; And an optical sensor unit provided between the inner body and the outer body to measure a relative amount of rotational deformation of the inner body with respect to the outer body caused by the torque applied to the shaft. Is disclosed. By the above configuration, it is possible to obtain more accurate data by minimizing the occurrence of errors due to the ambient temperature or the environment, and to easily measure the torque of the miniaturized mechanical device by minimizing the volume of the torque measuring device.

Description

광학 센서를 이용한 토크 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING TORQUE USING OPTICAL SENSOR}Torque measuring device using optical sensor {APPARATUS FOR MEASURING TORQUE USING OPTICAL SENSOR}

본 발명은 토크 측정 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 광학 센서를 이용한 토크 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a torque measuring device, and more particularly, to a torque measuring device using an optical sensor.

로봇 기술이 빠르게 발전함에 따라 로봇의 이용은 사회 여러 분야로 확대되었다. 최근에는 서비스 로봇의 개발이 활발해짐에 따라 기존 산업용 로봇에 비해 사람과 더 가까이에서 작업을 수행하게 되면서 로봇의 안정성이 새로운 고려 사항으로 떠올랐다. With the rapid development of robot technology, the use of robots has expanded into various fields of society. In recent years, as the development of service robots has become more active, the stability of robots has emerged as a new consideration as they work more closely with humans than existing industrial robots.

로봇의 안정성 확보를 위한 방법 중 하나로 로봇의 각 관절에 가해지는 토크값을 측정하는 방법이 있다. 상기 토크값을 측정하는 장치들은 예시적으로 전자식 스트레인 게이지와 기계식 스트레인 게이지를 사용하여 왔다. One of the methods to secure the stability of the robot is to measure the torque value applied to each joint of the robot. Devices for measuring the torque value have exemplarily used an electronic strain gauge and a mechanical strain gauge.

상기 전자식 스트레인 게이지는 토크값을 측정하기 위한 대상물에 스트레인 게이지를 부착하여 외력을 가하고, 외력이 가해진 결과에 의하여 대상물의 구조가 일부 변형되면 대상물에 부착된 스트레인 게이지도 변형하게 된다. 이때, 스트레인 게이지의 저항값이 변하게 되면서 변화한 저항값을 통해 대상물의 토크값을 측정하는 방식이다. The electronic strain gauge attaches a strain gauge to an object for measuring torque, and applies an external force, and when the structure of the object is partially deformed by the result of the external force, the strain gauge attached to the object is also deformed. At this time, as the resistance value of the strain gauge is changed, the torque value of the target object is measured through the changed resistance value.

상기 전자식 스트레인 게이지의 경우 전류값에 의해 토크값을 측정하기 때문에 온도, 주변환경에 따라 오차가 발생한다. 예시적으로 온도가 너무 높거나 낮은 경우 전류값이 변화하기 때문에 정확하게 대상물의 토크값을 측정하는데 문제가 있다.In the case of the electronic strain gauge, because the torque value is measured by the current value, an error occurs depending on the temperature and the surrounding environment. For example, since the current value changes when the temperature is too high or low, there is a problem in accurately measuring the torque value of the object.

이에 반해 기계식 스트레인 게이지의 경우 토크값이 측정되는 대상물을 샤프트에 장착하고, 샤프트에 가해지는 토크에 의해 회전 변형량을 기계적으로 측정하여 대상물의 변형률을 측정한다. On the other hand, in the case of a mechanical strain gauge, the object to which the torque value is measured is mounted on the shaft, and the strain of the object is measured by mechanically measuring the amount of rotational deformation by the torque applied to the shaft.

한편, 상기 전자식 스트레인 게이지의 문제점을 해결하기 위하여 광학 센서를 이용하여 토크를 측정하기도 한다. 이를 위하여 발광부와 수광부가 각각 구비된 디스크 및 디스크에 결합되는 샤프트를 제공하고, 샤프트에 토크를 가하여 디스크의 회전 변화를 광학 센서로 측정하고, 측정된 회전 변화를 통해 대상물의 토크값을 측정한다.Meanwhile, in order to solve the problem of the electronic strain gauge, torque may be measured using an optical sensor. To this end, the light emitting unit and the light receiving unit are provided with a disc and a shaft coupled to the disc, and torque is applied to the shaft to measure the rotation change of the disc with an optical sensor, and the torque value of the object is measured through the measured rotation change. .

상기 광학 센서를 이용하여 토크를 측정하는 방식은 발광부와 수광부가 각각 구비되는 최소한 두개의 디스크가 구비되어야 하며, 각각의 디스크는 샤프트에 가해지는 토크에 의한 회전 변화를 측정할 수 있도록 소정 간격 이격되어야 한다. 이로 인하여 상기 토크 측정 장치가 구비되기 위해서 소정의 부피가 필요로 하는데 로봇 관절과 같이 소형화된 기계에서는 이로 인한 불편함이 있었다. The torque measuring method using the optical sensor should include at least two disks each having a light emitting part and a light receiving part, and each disk should be spaced apart from each other by a predetermined interval so as to measure a change in rotation caused by torque applied to the shaft. Should be. For this reason, a predetermined volume is required for the torque measuring device to be provided, but there is an inconvenience in the miniaturized machine such as a robot joint.

본 발명은 측정된 토크값이 온도나 주변 환경에 의해 오차가 발생하는 것을 최소화하여 보다 정확한 데이터를 획득할 수 있는 광학 센서를 이용한 토크 측정 장치를 제공한다.The present invention provides a torque measuring device using an optical sensor that can obtain a more accurate data by minimizing the error of the measured torque value due to temperature or the surrounding environment.

본 발명은 토크를 측정하기 위한 장치의 부피를 최소화하여 소형화된 기계 장치의 토크를 용이하게 측정할 수 있는 광학 센서를 이용한 토크 측정 장치를 제공한다.The present invention provides a torque measuring device using an optical sensor that can easily measure the torque of the miniaturized mechanical device by minimizing the volume of the device for measuring the torque.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 센서를 이용한 토크 측정 장치는, 토크를 측정하고자 하는 대상물에 토크 측정 샤프트가 결합되는 내부 몸체; 상기 내부 몸체를 에워싸도록 고정 배치되는 외부 몸체; 상기 내부 몸체와 상기 외부 몸체 사이에 배치되어 상기 내부 몸체와 상기 외부몸체를 연결하는 적어도 하나의 빔; 및 상기 내부 몸체와 상기 외부 몸체 사이에 마련되어 상기 샤프트에 가해지는 토크에 의해 발생하는 상기 외부 몸체에 대한 상기 내부 몸체의 상대적인 회전 변형량을 측정하는 광학 센서 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Torque measuring apparatus using an optical sensor according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the inner body coupled to the torque measuring shaft to the object to measure the torque; An outer body fixedly disposed to enclose the inner body; At least one beam disposed between the inner body and the outer body to connect the inner body and the outer body; And an optical sensor unit provided between the inner body and the outer body to measure a relative amount of rotational deformation of the inner body with respect to the outer body caused by the torque applied to the shaft.

상기 내부 몸체 및 외부 몸체는 원형체로 형성되어 동일한 평면상에 배치될 수 있다. 이로 인하여 토크 측정 장치를 컴팩트(compact)하게 형성하고 부피를 최소화하고, 소형화된 기계 장치의 토크값을 보다 용이하게 측정할 수 있게 된다.The inner body and the outer body may be formed in a circular shape and disposed on the same plane. This makes it possible to form the torque measuring device compactly, minimize the volume, and more easily measure the torque value of the miniaturized mechanical device.

상기 빔은, 내부 몸체의 회전 방향을 향하는 제1 측면의 두께가 내부 몸체의 회전 방향과 교차하는 방향을 향하는 제2 측면의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 빔에 의하여 샤프트에 과다한 힘이 가해져 빔이 변형되는 것을 방지하기 위함이다.The beam may have a thickness greater than a thickness of the first side facing the direction of rotation of the inner body and a thickness of the second side facing the direction of rotation of the inner body. This is to prevent the beam from being deformed by applying excessive force to the shaft by the beam formed as described above.

또한, 빔은 내부 몸체 및 외부 몸체 사이 원형을 따라 일정 간격으로 복수개 배치될 수 있다. 예시적으로 빔은 72°간격으로 5개 구비될 수 있으며, 내부 몸체와 외부 몸체 사이에 구비되는 빔의 개수와 간격을 발명에서 요구되는 조건에 따라 변경될 수 있다. In addition, a plurality of beams may be arranged at regular intervals along a circle between the inner body and the outer body. For example, five beams may be provided at intervals of 72 °, and the number and spacing of the beams provided between the inner body and the outer body may be changed according to conditions required by the present invention.

이때, 내부 몸체, 외부 몸체 및 빔은 일체형으로 형성되어 강성이 보다 향상된 토크 측정 장치가 제공된다. 상기와 같이 토크 측정 장치의 강성이 향상됨에 따라 보다 정확한 토크를 측정할 수 있다.At this time, the inner body, the outer body and the beam is formed integrally to provide a torque measuring device with improved rigidity. As the rigidity of the torque measuring device is improved as described above, more accurate torque may be measured.

한편, 상기 광학 센서 유닛은, 상기 내부 몸체에 장착되는 제1 브라켓; 상기 제1 브라켓에 일 단부에 연장 형성되며, 상기 샤프트에 가해지는 토크에 의해 발생하는 상기 외부 몸체에 대한 상기 내부 몸체의 상대적인 회전 변형량에 변형되는 인터럽터; 상기 인터럽터의 일 단면을 수용하고, 상기 인터럽터의 변형에 따른 변형량을 측정하기 위한 발광부 및 수광부를 구비하는 포토인터럽터; 및 상기 포토인터럽터가 장착되고, 상기 외부 몸체에 고정되는 제2 브라켓;를 구비하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the optical sensor unit, the first bracket is mounted to the inner body; An interrupter extending at one end of the first bracket, the interrupter being deformed to a relative amount of rotational deformation of the inner body relative to the outer body caused by torque applied to the shaft; A photointerrupter accommodating one end surface of the interrupter and having a light emitting part and a light receiving part for measuring a deformation amount according to deformation of the interrupter; And a second bracket on which the photointerrupter is mounted and fixed to the outer body.

상기 제1 브라켓은 내부 몸체에 장착되도록 적어도 하나의 볼트가 결속되는 슬롯이 형성될 수 있다. 상기 슬롯은 광학 센서 유닛이 장착되는 위치를 조절할 수 있도록 길이 방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하다.The first bracket may be formed with a slot to which at least one bolt is coupled to be mounted on the inner body. The slot is preferably formed long in the longitudinal direction to adjust the mounting position of the optical sensor unit.

도한, 제2 브라켓은 포토인터럽터가 장착되는 플랜트; 및 플랜트 하부에 구비되며, 외부 몸체에 장착되어 고정되는 적어도 하나의 볼트가 결합되는 볼트체결홀;을 구비한다. 상기 제2 브라켓은 포토인터럽터가 안정적으로 외부 몸체에 장착될 수 있는 가이드를 한다.In addition, the second bracket is a plant to which the photointerrupter is mounted; And a bolt fastening hole provided at the bottom of the plant and coupled to at least one bolt mounted and fixed to the outer body. The second bracket is a guide that the photointerrupter can be stably mounted on the outer body.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 센서를 이용한 토크 측정 장치에 있어서, 광학식 센서인 포토인터럽터를 이용하여 토크값을 측정함에 따라 온도 환경이나 전자기파 등의 간섭을 최소화하기 대문에 보다 정확하게 토크값을 획득할 수 있다.As described above, in the torque measuring device using the optical sensor according to the present invention, the torque value is measured more accurately because the torque value is measured using a photointerrupter, which is an optical sensor, in order to minimize interference with a temperature environment or electromagnetic waves. Can be obtained.

본 발명에 따른 광학 센서를 이용한 토크 측정 장치에 있어서, 포토인터럽터가 구비된 내부 몸체 및 외부 몸체가 동일 평면상에 구비되기 때문에 토크측정을 위한 장치의 부피를 최소화할 수 있기 때문에 소형화된 기계의 토크 측정이 용이해질 수 있다. In the torque measuring device using the optical sensor according to the present invention, since the inner body and the outer body provided with a photo interrupter is provided on the same plane, the torque of the miniaturized machine because the volume of the device for torque measurement can be minimized Measurement can be facilitated.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 센서를 이용한 토크 측정 장치가 토크를 측정하고자 하는 대상물에 장착된 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 토크 측정 장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 토크 측정 장치의 외부 몸체, 내부 몸체 및 빔을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학 센서 유닛을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광학 센서 유닛을 이용하여 토크값을 측정하는 과정을 보여주는 도면이다. 1 is a view showing a state in which a torque measuring device using an optical sensor according to an embodiment of the present invention is mounted on an object to measure torque.
2 is a perspective view showing a torque measuring device according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view illustrating an outer body, an inner body, and a beam of the torque measuring device according to the embodiment of the present invention.
4 is a perspective view illustrating an optical sensor unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a process of measuring a torque value using an optical sensor unit according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

본 발명의 설명에 파서 본 발명의 실시예의 토크 측정 장치는 로봇, 의료기계 등의 장치 관절의 토크를 측정하는데에 쓰인다. 이때, 본 발명의 실시예는 로봇, 의료기계 등의 장치에 에 구비되는 예를 들지만 로봇, 의료기계 이외에도 자동차와 같은 장치에도 구비될 수 있음은 물론이다. Parsing the description of the present invention The torque measuring device of the embodiment of the present invention is used to measure the torque of device joints, such as robots and medical machines. At this time, the embodiment of the present invention is an example provided in a device such as a robot, a medical machine, but may be provided in a device such as a vehicle in addition to the robot, medical machine, of course.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 센서를 이용한 토크 측정 장치가 토크를 측정하고자 하는 대상물에 장착된 상태를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 토크 측정 장치를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 토크 측정 장치의 외부 몸체, 내부 몸체 및 빔을 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학 센서 유닛을 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광학 센서 유닛을 이용하여 토크값을 측정하는 과정을 보여주는 도면이다. 1 is a view illustrating a state in which a torque measuring device using an optical sensor according to an embodiment of the present invention is mounted on an object to measure torque, and FIG. 2 illustrates a torque measuring device according to an embodiment of the present invention. 3 is a perspective view illustrating an outer body, an inner body, and a beam of a torque measuring device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view showing an optical sensor unit according to an embodiment of the present invention. 5 is a view showing a process of measuring the torque value using the optical sensor unit according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 토크 측정 장치(100)는 토크를 측정하고자 하는 대상물(30)에 토크 측정 샤프트(70)가 결합되고, 샤프트(70)에 가해지는 토크에 의해 발생하는 변형량을 측정하는 각종 장치를 포함할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예의 샤프트(70)는 설명의 편의상 원형체의 샤프트를 예를 들고, 샤프트(70)의 회전에 따른 변형량을 측정하는 예를 들지만, 발명의 조건에 따라 샤프트의 형태와 샤프트에 가해지는 토크에 의해 발생하는 변형 조건은 달라질 수 있음은 물론이다.1 and 2, in the torque measuring device 100 according to the exemplary embodiment of the present invention, a torque measuring shaft 70 is coupled to an object 30 on which torque is to be measured, and is applied to the shaft 70. Various devices for measuring the amount of deformation generated by the torque can be included. On the other hand, the shaft 70 of the embodiment of the present invention is an example for measuring the amount of deformation according to the rotation of the shaft 70, for example for the convenience of the description of the circular shaft, but the shape of the shaft and the shaft according to the conditions of the invention Of course, the deformation conditions caused by the applied torque may vary.

상기 토크 측정 장치에 대해 보다 자세하게 살펴보면, 상기 샤프트(70)가 결합되는 내부 몸체(140)와 상기 내부 몸체(140)를 에워싸도록 고정 배치되는 외부 몸체(120), 내부 및 외부 몸체(120, 140) 사이에 배치되어 내부 및 외부 몸체(120, 140)를 연결하는 빔(160) 및 샤프트(70)가 토크 변형하면 외부 몸체(120)에 대한 내부 몸체(140)의 상대적인 회전 변형량을 측정하는 광학 센서 유닛(180)을 포함한다. Looking in more detail with respect to the torque measuring device, the outer body 120, the inner and outer body 120, which is fixed to surround the inner body 140 and the inner body 140 to which the shaft 70 is coupled, When the beam 160 and the shaft 70 that are disposed between the 140 and connecting the inner and outer bodies 120 and 140 are torque-deformed, the relative rotational deformation of the inner body 140 relative to the outer body 120 is measured. The optical sensor unit 180 is included.

상기 내부 몸체(140) 및 외부 몸체(120)는 동일한 평면상에 구비될 수 있으며, 빔(160)은 내부 몸체(140)와 외부 몸체(120) 사이에 적어도 하나 이상 구비되어 내부 몸체(140)와 외부 몸체(120)를 연결할 수 있다. The inner body 140 and the outer body 120 may be provided on the same plane, at least one beam 160 is provided between the inner body 140 and the outer body 120, the inner body 140 And the outer body 120 can be connected.

또한, 광학 센서 유닛(180)은 내부 몸체(140)와 외부 몸체(120) 사이 일 부분에 장착되고, 샤프트(70)가 회전하면, 샤프트(70)의 회전에 따른 외부 몸체(120)와 내부 몸체(140)의 상대적인 변형량을 측정할 수 있다. In addition, the optical sensor unit 180 is mounted to a portion between the inner body 140 and the outer body 120, and when the shaft 70 rotates, the outer body 120 and the inner body according to the rotation of the shaft 70 The relative amount of deformation of the body 140 may be measured.

상기 내부 몸체(140), 외부 몸체(120) 및 빔(160)을 보다 자세하게 살펴보기 위하여 도 3을 참고하면, 내부 몸체(140) 및 외부 몸체(120)는 동일한 평면상에 구비되는 디스크가 될 수 있다. 다시 말해 외부 몸체(120)는 도넛(donut)형상으로 형성되고, 내부 몸체(140)는 그러한 외부 몸체(120) 내에 구비된다. 이렇게 형성된 토크 측정 장치(100)는 동일한 평면 상에 형성되기 때문에 종래의 토크 측정 장치(100)보다 컴팩트(compact)한 부피를 가질 수 있다. Referring to FIG. 3 to examine the inner body 140, the outer body 120, and the beam 160 in more detail, the inner body 140 and the outer body 120 may be disks provided on the same plane. Can be. In other words, the outer body 120 is formed in a donut shape, and the inner body 140 is provided in the outer body 120. The torque measuring device 100 thus formed may have a volume that is more compact than that of the conventional torque measuring device 100 because it is formed on the same plane.

또한, 내부 몸체(140) 및 외부 몸체(120)는 원형체로 형성될 수 있다. 토크 측정 장치(100)에 토크 모멘트를 가하는 샤프트(70)의 형태가 원형체이기 때문에 샤프트(70)의 토크 모멘트를 적절하게 전달받을 수 있도록 샤프트(70)와 동일한 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 하지만, 발명의 조건에 따라 샤프트(70), 내부 및 외부 몸체(120, 140)의 형태는 변할 수 있으며, 내부 및 외부 몸체(120, 140)의 형태는 샤프트(70)의 형태와 동일한 형태로 형성되어 샤프트(70)의 토크 모멘트를 적절하게 전달받을 수 있어야 한다. In addition, the inner body 140 and the outer body 120 may be formed in a circular body. Since the shaft 70 that applies the torque moment to the torque measuring device 100 has a circular shape, the shaft 70 is preferably formed in the same shape as the shaft 70 so that the torque moment of the shaft 70 can be properly transmitted. However, according to the conditions of the invention, the shape of the shaft 70, the inner and outer body (120, 140) can be changed, the shape of the inner and outer body (120, 140) in the same form as the shape of the shaft 70 It should be formed to be able to properly receive the torque moment of the shaft 70.

한편, 내부 몸체(140) 및 외부 몸체(120)에는 후술할 광학 센서 유닛(180)이 장착될 수 있도록 장착부(122, 142)가 구비된다. 우선, 내부 몸체(140)에는 광학 센서 유닛(180)를 내부 몸체(140)에 장착할 수 있도록 제1 장착부(142)가 구비되고, 내부 몸체(140) 외면에서 돌출 형성될 수 있다. 또한, 광학 센서 유닛(180)가 내부 몸체(140)에 장착되면 이를 고정하기 위한 볼트가 체결되는 볼트체결홀이 구비되며, 볼트체결홀은 적어도 하나 이상 형성되는 것이 바람직하다. On the other hand, the inner body 140 and the outer body 120 is provided with mounting portions 122, 142 so that the optical sensor unit 180 to be described later is mounted. First, the inner body 140 may be provided with a first mounting part 142 to mount the optical sensor unit 180 on the inner body 140, and may protrude from an outer surface of the inner body 140. In addition, when the optical sensor unit 180 is mounted to the inner body 140 is provided with a bolt fastening hole for fastening the bolt for fixing it, preferably at least one bolt fastening hole is formed.

외부 몸체(120) 또한 광학 센서 유닛(180)이 외부 몸체(120)에 장착될 수 있는 제2 장착부(122)가 형성된다. 이때, 제2 장착부(122)는 외부 몸체(120) 단면에 홀을 형성하고 볼트를 체결할 수 있는 구조로 형성되어 있으며, 제1 장착부(142)와 대향되도록 형성되어 적절하게 광학 센서 유닛(180)이 내부 및 외부 몸체(120, 140)에 고정될 수 있게 한다. The outer body 120 is also provided with a second mounting portion 122 through which the optical sensor unit 180 can be mounted on the outer body 120. At this time, the second mounting portion 122 is formed in a structure capable of forming a hole in the cross section of the outer body 120 and fastening the bolts, and is formed to face the first mounting portion 142 to suitably the optical sensor unit 180 ) Can be secured to the inner and outer bodies 120, 140.

또한, 내부 몸체(140) 및 외부 몸체(120)에는 복수의 볼트 체결홀(124, 144)이 형성된다. 상기 내부 몸체(140)에 형성된 볼트 체결홀(144)은 내부 몸체(140)가 샤프트(70)와 결합되도록 고정하는 체결홀이라 할 수 있으며, 외부 몸체(120)에 형성된 볼트 체결홀(124)은 샤프트(70) 이외의 토크 측정 장치(100)와 결합되기 위한 체결홀이라 할 수 있다. 상기 볼트 체결홀은 발명에서 요구되는 조건에 따라 적어도 하나 이상 형성되어 샤프트(70) 및 각종 장비와 결합될 수 있다.In addition, a plurality of bolt fastening holes 124 and 144 are formed in the inner body 140 and the outer body 120. The bolt fastening hole 144 formed in the inner body 140 may be referred to as a fastening hole for fixing the inner body 140 to be coupled to the shaft 70, and the bolt fastening hole 124 formed in the outer body 120. Silver may be referred to as a fastening hole for coupling with the torque measuring device 100 other than the shaft (70). The bolt fastening hole is formed at least one or more according to the conditions required in the invention can be combined with the shaft 70 and various equipment.

여기서, 내부 몸체(140)와 외부 몸체(120) 사이에는 다수의 빔(160)이 구비된다. 빔(160)은 내부 몸체(140)와 외부 몸체(120)를 연결하는 연결체가 됨과 동시에 샤프트(70)가 회전하면 회전 모멘트를 전달받기도 한다.Here, a plurality of beams 160 are provided between the inner body 140 and the outer body 120. The beam 160 becomes a connecting body connecting the inner body 140 and the outer body 120 and at the same time receives a rotation moment when the shaft 70 rotates.

여기서, 빔(160)은 내부 몸체(140)의 회전 방향을 향하는 제1 측면(162)의 두께가 내부 몸체(140)의 회전 방향과 교차하는 방향을 향하는 제2 측면(164)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. Here, the beam 160 is thicker than the thickness of the second side 164 facing the direction of rotation of the inner body 140, the thickness of the first side 162 in the direction of rotation of the inner body 140. Can be formed.

예시적으로 샤프트(70)가 시계 방향으로 회전한다고 가정하면, 내부 몸체(140) 또한 샤프트(70)의 회전 방향으로 회전 변형이 일어난다. 이때, 내부 몸체(140)의 회전 변형이 일어나는 방향으로 토크 모멘트가 발생하게 되고, 발생한 토크 모멘트는 빔(160)으로 전달된다. 이때, 회전 모멘트를 보다 직접적으로 전달받는 제1 측면(162)은 회전 모멘트에 의해 빔(160)의 형태 등이 변형되는 것을 방지하기 위하여 회전 모멘트가 발생하는 방향과 동일한 방향으로 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 이로 인하여 빔(160)은 보다 향상된 강성을 가질 수 있으며, 샤프트(70)의 회전 모멘트에 의하여 변형이 쉽게 일어나지 않기 때문에 보다 정확하게 내부 몸체(140)의 변형량이 측정될 수 있다. For example, assuming that the shaft 70 rotates in the clockwise direction, the inner body 140 also undergoes rotational deformation in the rotational direction of the shaft 70. At this time, a torque moment is generated in a direction in which the rotational deformation of the inner body 140 occurs, and the generated torque moment is transmitted to the beam 160. In this case, the first side 162 which receives the rotation moment more directly may have a thick thickness in the same direction as the direction in which the rotation moment occurs so as to prevent the shape of the beam 160 from being deformed by the rotation moment. have. As a result, the beam 160 may have more improved rigidity, and the deformation amount of the inner body 140 may be measured more accurately because the deformation is not easily caused by the rotation moment of the shaft 70.

이때, 제1 측면(162)의 두께는 약 3mm ~ 5mm 사이로 형성되며, 제2 측면(164)의 두께는 2mm ~ 4mm 사이로 형성될 수 있다. 즉, 제1 측면(162)과 제2 측면(164)은 거의 정사각형에 가까운 형상이지만, 빔(160)의 일 측면의 두께를 다소 두껍게 형성함으로써, 빔(160)의 강성 향상을 꾀할 수 있다. In this case, the thickness of the first side 162 may be formed between about 3 mm and 5 mm, and the thickness of the second side 164 may be formed between 2 mm and 4 mm. That is, although the first side surface 162 and the second side surface 164 have a shape almost close to a square, the thickness of one side of the beam 160 is formed to be somewhat thick, thereby improving the rigidity of the beam 160.

또한, 빔(160)은 내부 몸체(140)와 외부 몸체(120) 사이에 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 예시적으로 각 빔(160)은 72°도 간격으로 5개가 배치되어 있지만, 각 빔(160)의 간격 및 개수는 발명에서 요구되는 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.In addition, the beam 160 may be disposed at regular intervals between the inner body 140 and the outer body 120. For example, five beams 160 are arranged at intervals of 72 °, but the distance and number of each beam 160 may be variously changed according to the conditions required by the present invention.

한편, 상기 내부 몸체(140), 외부 몸체(120) 및 빔(160)은 티타늄으로 제작될 수 있으며, 일체형으로 형성될 수 있다. 상기와 같이 내부 및 외부 몸체(120, 140)와 빔(160)을 형성함에 따라 토크 측정 장치(100)의 강성이 향상될 수 있기 때문에 보다 정확하게 토크값을 측정할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 실시예는 내부 및 외부 몸체(120, 140)와 빔(160)은 티타늄으로 형성된 예를 들어 설명하지만, 티타늄 이외에도 토크를 측정할 수 있는 다양한 재질로 형성될 수 있다. On the other hand, the inner body 140, the outer body 120 and the beam 160 may be made of titanium, it may be formed integrally. As the internal and external bodies 120 and 140 and the beam 160 are formed as described above, since the rigidity of the torque measuring device 100 may be improved, the torque value may be more accurately measured. In addition, in the embodiment of the present invention, the inner and outer bodies 120 and 140 and the beam 160 are described using, for example, titanium, but may be formed of various materials capable of measuring torque in addition to titanium.

한편, 도 4를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 광학 센서 유닛(180)을 살펴보면, 광학 센서 유닛(180)은 내부 몸체(140)에 장착되는 제1 브라켓(182), 제1 브라켓(182) 일 단부에서 연장 형성되며, 샤프트(70)에 가해지는 토크에 의해 발생하는 외부 몸체(120)에 대한 내부 몸체(140)의 상대적인 회전 변형량에 의해 변형되는 인터럽터(184), 인터럽터(184)의 일 단면을 수용하고 인터럽터(184)의 변형에 따른 변형량을 측정하기 위한 발광부(185) 및 수광부(187)를 구비하는 포토인터럽터(186) 및 포터인터럽터(184)가 장착되고 외부 몸체(120)에 고정되는 제2 브라켓(188, 189)을 구비한다.Meanwhile, referring to FIG. 4, an optical sensor unit 180 according to an embodiment of the present invention will be described. The optical sensor unit 180 may include a first bracket 182 and a first bracket 182 mounted on the inner body 140. ) Of the interrupter 184 and the interrupter 184 extending from one end and deformed by the amount of rotational deformation of the inner body 140 relative to the outer body 120 generated by the torque applied to the shaft 70. The photointerrupter 186 and the porter interrupter 184 including the light emitting unit 185 and the light receiving unit 187 for accommodating one end surface and measuring the deformation amount according to the deformation of the interrupter 184 are mounted and the outer body 120 is mounted. And second brackets 188 and 189 fixed thereto.

상기 제1 브라켓(182)에는 제1 장착부(142)와 결속되는 슬롯(181)이 형성된다. 상기 슬롯(181)은 광학 센서 유닛(180)이 내부 및 외부 몸체(120, 140)에 장착되는 장착 위치를 조절할 수 있도록 길이 방향으로 길게 형성될 수 있으며, 제1 장착부(142)와 함께 볼트가 체결되어 내부 몸체(140)에 고정될 수 있다. The first bracket 182 is formed with a slot 181 that is engaged with the first mounting portion 142. The slot 181 may be formed long in the longitudinal direction to adjust the mounting position in which the optical sensor unit 180 is mounted to the inner and outer bodies 120, 140, the bolt is provided with the first mounting portion 142 It may be fastened to the inner body 140.

한편, 인터럽터(184)는 제1 브라켓(182)의 일 단면에서 연장 형성될 수 있다. 이때, 인터럽터(184)은 제1 브라켓(182)의 일 단면에 대해 수직으로 절곡 형성될 수 있으며, 샤프트(70)에 토크 모멘트가 가해지면, 내부 몸체(140)에 가해지는 토크에 의해 위치 변형이 일어날 수 있다. Meanwhile, the interrupter 184 may extend from one end surface of the first bracket 182. In this case, the interrupter 184 may be bent vertically with respect to one end face of the first bracket 182. When a torque moment is applied to the shaft 70, the interrupter 184 may be deformed by a torque applied to the inner body 140. This can happen.

상기 인터럽터(184)의 위치 변형을 측정할 수 있도록 포토인터럽터(186)가 구비된다. 포토인터럽터(186)는 인터럽터(184)의 일 단면을 수용하고, 수용된 인터럽터(184)의 단면이 위치 변형된 변형량을 측정하여 토크를 추정할 수 있으며, 이를 위하여 전원이 연결된 다수의 전선이 구비될 수 있다. The photointerrupter 186 is provided to measure the positional deformation of the interrupter 184. The photointerrupter 186 accommodates one end face of the interrupter 184 and estimates torque by measuring a deformation amount in which the end face of the interrupter 184 is accommodated. For this purpose, a plurality of wires connected to a power source may be provided. Can be.

이를 위하여 포토인터럽터(186)에는 인터럽터(184)의 변형량을 측정할 수 있는 발광부(185)와 수광부(187)를 구비할 수 있다. 발광부(185)와 수광부(187)에 대해 보다 자세히 살펴보기 위하여 도 5를 참고하면, 샤프트(70)애 토크가 가정되면, 외부 몸체(120)는 고정되어 있고, 내부 몸체(140)는 샤프트(70)에 연결되어 있기 때문에 외부 몸체(120)와 내부 몸체(140)에 상대적인 미세 회전 변형이 일어나고, 발생한 회전 변형은 인터럽터(184)가 위치 변형한 거리(d)라고 가정할 수 있으며, 변형된 거리(d)는 발광부(185)와 수광부(187)에서 측정하고, 측정된 변형량으로부터 토크값을 추정할 수 있게 된다. To this end, the photointerrupter 186 may include a light emitting unit 185 and a light receiving unit 187 capable of measuring the amount of deformation of the interrupter 184. Referring to FIG. 5 to examine the light emitter 185 and the light receiver 187 in more detail, if torque is assumed in the shaft 70, the outer body 120 is fixed and the inner body 140 is a shaft. Since it is connected to (70), the micro-rotational deformation occurs relative to the outer body 120 and the inner body 140, it can be assumed that the rotational deformation is the distance (d) the position deformation of the interrupter 184, The distance d is measured by the light emitter 185 and the light receiver 187, and the torque value can be estimated from the measured deformation amount.

이때, 발광부(185)는 적외선 LED로 구성될 수 있으며, 수광부(187)는 상기 적외선 LED의 광원을 측정하는 측정기로 구성될 수 있다. 상기와 같이 발광부(185) 및 수광부(187)를 이용하여 외부 몸체(120)에 대한 내부 몸체(140)의 회전 변형량을 측정함에 따라 기타 전파의 간섭이 없고, 경량화가 가능하며, 가볍기 때문에 사용이 용이해질 수 있다. 즉, 동일 평면상에 구비된 내부 및 외부 몸체(120, 140) 내에 외부 몸체(120)에 대한 내부 몸체(140)의 회전 변형량을 측정할 수 있기 때문에 기존의 토크 측정 장치에 대하여 컴팩트한 부피를 가질 수 있다. 이로 인하여 소형화된 로봇의 관절이나, 의료기기 조인트의 토크를 용이하게 측정할 수 있게 된다. In this case, the light emitter 185 may be configured as an infrared LED, and the light receiver 187 may be configured as a measuring device for measuring a light source of the infrared LED. As described above, by measuring the rotational deformation of the inner body 140 with respect to the outer body 120 by using the light emitting unit 185 and the light receiving unit 187, there is no interference of other radio waves, it is possible to lighten, and use because it is light This can be facilitated. That is, since the rotational deformation of the inner body 140 with respect to the outer body 120 can be measured in the inner and outer bodies 120 and 140 provided on the same plane, Can have This makes it possible to easily measure the torque of the joint of the miniaturized robot or the medical device joint.

한편, 포토인터럽터(186)는 제2 브라켓(188, 189)에 장착될 수 있다. 이를 위하여, 제2 브라켓(188, 189)에는 포토인터럽터(186)가 장착될 수 있도록 플랜트(188)와 플랜트(188)의 일 단에서 절곡 형성되어 외부 몸체(120)에 광학 센서 유닛(180)이 고정되도록 적어도 하나의 볼트가 체결되는 볼트체결홀(189)이 구비된다. The photointerrupter 186 may be mounted on the second brackets 188 and 189. To this end, the second brackets 188 and 189 may be bent at one end of the plant 188 and the plant 188 so that the photointerrupter 186 may be mounted on the second brackets 188 and 189, and the optical sensor unit 180 may be formed on the outer body 120. The bolt fastening hole 189 to which at least one bolt is fastened is provided to fix the bolt.

여기서, 광학 센서 유닛(180)은 제1 브라켓(182)이 내부 몸체(140)에 장착되고, 제2 브라켓(188, 189)이 외부 몸체(120)에 장착되기 위하여 역 방향으로 내부 몸체(140)와 외부 몸체(120)에 고정될 수 있다. Here, the optical sensor unit 180 has an inner body 140 in a reverse direction so that the first bracket 182 is mounted on the inner body 140, and the second brackets 188, 189 are mounted on the outer body 120. ) And the outer body 120.

이상과 같이 본 발명의 일실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

30: 대상물 70: 샤프트
100: 토크 측정 장치 120: 외부 몸체
122: 제2 장착부 124, 144: 볼트 체결홀
140: 내부 몸체 142: 제1 장착부
160: 빔 162: 제1 측면
164: 제2 측면 180: 광학 센서 유닛
181: 슬롯 182: 제1 브라켓
184: 인터럽터 185: 발광부
186: 포토인터럽터 187: 수광부
188: 플랜트 189: 볼트체결홀30: object 70: shaft
100: torque measuring device 120: outer body
122: second mounting portion 124, 144: bolt fastening hole
140: inner body 142: first mounting portion
160: beam 162: first side
164: second side 180: optical sensor unit
181: slot 182: first bracket
184: interrupter 185: light emitting unit
186: photointerrupter 187: light receiving unit
188 plant 189 bolted hole

Claims (8)

토크를 측정하고자 하는 샤프트가 결합되는 내부 몸체;
상기 내부 몸체를 에워싸도록 고정 배치되는 외부 몸체;
상기 내부 몸체와 상기 외부 몸체 사이에 배치되어 상기 내부 몸체와 상기 외부 몸체를 연결하는 적어도 하나의 빔; 및
상기 내부 몸체의 외주면과 상기 외부 몸체의 내주면 사이의 영역 내에 배치되어 상기 샤프트에 가해지는 토크에 의해 발생하는 상기 외부 몸체에 대한 상기 내부 몸체의 상대적인 회전 변형량을 측정하는 광학 센서 유닛;을 포함하고,
상기 내부 몸체 및 상기 외부 몸체는, 원형체로 형성되어 동일한 평면상에 배치되며,
상기 광학 센서 유닛은, 상기 내부 몸체의 외주면에서 상기 외부 몸체의 내주면을 향하는 방향으로 배치되어 상기 샤프트에 가해지는 토크에 의해 발생하는 상기 외부 몸체에 대한 상기 내부 몸체의 상대적인 회전 변형량에 의해 위치 변형되는 인터럽터와, 상기 외부 몸체의 내주면에서 상기 내부 몸체의 외주면을 향하는 방향으로 배치되어 상기 인터럽터의 위치 변형량을 측정하는 포토인터럽터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 센서를 이용한 토크 측정 장치.An inner body to which a shaft to measure torque is coupled;
An outer body fixedly disposed to enclose the inner body;
At least one beam disposed between the inner body and the outer body to connect the inner body and the outer body; And
An optical sensor unit disposed in an area between an outer circumferential surface of the inner body and an inner circumferential surface of the outer body to measure a relative amount of rotational deformation of the inner body relative to the outer body caused by torque applied to the shaft;
The inner body and the outer body is formed in a circular shape and disposed on the same plane,
The optical sensor unit is disposed in a direction from the outer circumferential surface of the inner body toward the inner circumferential surface of the outer body and is positionally deformed by a relative amount of rotational deformation of the inner body relative to the outer body caused by torque applied to the shaft. And an interrupter, and a photointerrupter arranged in a direction from an inner circumferential surface of the outer body toward an outer circumferential surface of the inner body to measure a position deformation amount of the interrupter. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 빔은,
상기 내부 몸체의 회전 방향을 향하는 제1 측면의 두께가 상기 내부 몸체의 회전 방향과 교차하는 방향을 향하는 제2 측면의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 광학 센서를 이용한 토크 측정 장치.The method of claim 1,
The beam,
And a thickness of the first side facing the direction of rotation of the inner body is thicker than a thickness of the second side facing the direction of rotation of the inner body. 제3항에 있어서,
상기 빔은 상기 내부 몸체 및 상기 외부 몸체 원주 방향을 따라 일정 간격으로 복수 개 배치된 것을 특징으로 하는 광학 센서를 이용한 토크 측정 장치.The method of claim 3,
The beam measuring device using an optical sensor, characterized in that a plurality of beams are arranged at regular intervals in the circumferential direction of the inner body and the outer body. 제4항에 있어서,
상기 내부 몸체, 상기 외부 몸체 및 상기 빔은 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 광학 센서를 이용한 토크 측정 장치.5. The method of claim 4,
The inner body, the outer body and the beam is a torque measuring device using an optical sensor, characterized in that formed integrally. 제1항에 있어서,
상기 광학 센서 유닛은,
상기 인터럽터의 일 단부에서 연장 형성되고, 상기 내부 몸체에 고정되는 제1 브라켓; 및
상기 포토인터럽터가 장착되고, 상기 외부 몸체에 고정되는 제2 브라켓;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 센서를 이용한 토크 측정 장치.The method of claim 1,
The optical sensor unit,
A first bracket extending from one end of the interrupter and fixed to the inner body; And
And a second bracket on which the photointerrupter is mounted and fixed to the outer body. 제6항에 있어서,
상기 제1 브라켓은 상기 내부 몸체에 장착되도록 적어도 하나의 볼트가 결속되는 슬롯이 형성된 것을 특징으로 하는 광학 센서를 이용한 토크 측정 장치.The method according to claim 6,
The first bracket is a torque measuring device using an optical sensor, characterized in that the slot is formed to bind at least one bolt to be mounted to the inner body. 제6항에 있어서,
상기 제2 브라켓은,
상기 포토인터럽터가 장착되는 플랜트; 및
상기 플랜트 하부에 절곡되어 구비되며, 상기 외부 몸체에 고정되도록 적어도 하나의 볼트가 체결되는 볼트체결홀; 을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 센서를 이용한 토크 측정 장치.The method according to claim 6,
The second bracket,
A plant on which the photointerrupter is mounted; And
A bolt fastening hole provided at a lower portion of the plant and fastened to at least one bolt to be fixed to the outer body; Torque measuring device using an optical sensor characterized in that it comprises a.
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