KR101279285B1 - 로봇용 힘 센서 및 이를 이용한 외골격 로봇 - Google Patents

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KR101279285B1
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김갑일
오성남
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명지대학교 산학협력단
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Abstract

로봇용 힘 센서 및 이를 이용한 외골격 로봇이 개시된다. 개시된 로봇용 힘 센서는 일부분에 수직 관통구 및 수평 관통구가 형성되는 제1 센서부; 일단이 상기 제1 센서부와 연결되고, 일부분에 수직 관통구가 형성되며, 상기 제1 센서부와 교차하는 방향으로 배열되는 제2 센서부; 상기 제1 센서부 및 제2 센서부의 상면을 덮는 제1 케이스; 및 상기 제1 센서부 및 제2 센서부의 하면을 덮는 제2 케이스를 포함한다. 본 발명에 따르면, 외골격 로봇을 착용하는 사용자의 움직임을 효율적으로 감지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 외골격 로봇의 제조에 필요한 힘 센서의 구조를 간소화함으로써 외골격 로봇의 제조 단가를 줄일 수 있는 장점이 있다.

Description

로봇용 힘 센서 및 이를 이용한 외골격 로봇{FORCE SENSOR FOR ROBOT AND EXOSKELETON ROBOT USING THE SAME}
본 발명의 실시예들은 로봇용 힘 센서 및 이를 이용한 외골격 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외골격 로봇을 착용하는 사용자의 움직임을 효율적으로 감지할 수 있는 로봇용 힘 센서 및 이를 이용한 외골격 로봇에 관한 것이다.
외골격 로봇은 이를 착용한 사용자의 움직임 방향으로 힘을 증강시켜주기 위한 근력 지원 로봇을 의미하여, 최근 활발히 연구되고 있는 신기술 분야 중 하나이다.
외골격 로봇을 착용한 사용자는 작은 힘으로도 무거운 물체를 들 수 있으며, 동일한 힘으로 높고 더 멀리 도약할 수 있게 되므로, 외골격 로봇은 군사용 목적 등으로 다양하게 응용되고 있다.
일반적으로, 외골격 로봇의 상체 혹은 하체에서 착용자의 근력을 지원하는 방향은 착용자의 움직임 방향과 동일한 상하, 좌우, 앞뒤이므로, 외골격 로봇에 장착되는 힘 센서는 착용자의 상하, 좌우, 앞뒤 움직임을 정확하게 감지할 필요가 있다.
즉, 외골격 로봇은 착용자의 움직임을 정확하게 감지하여 이에 해당하는 방향으로 착용자의 힘을 증강시키는 제어를 수행해야 한다.
그러나, 현재까지는 이러한 외골격 로봇의 힘을 적절하게 측정할 센서가 없는 실정이다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 외골격 로봇을 착용하는 사용자의 움직임을 효율적으로 감지할 수 있는 로봇용 힘 센서 및 이를 이용한 외골격 로봇을 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 일부분에 수직 관통구 및 수평 관통구가 형성되는 제1 센서부; 일단이 상기 제1 센서부와 연결되고, 일부분에 수직 관통구가 형성되며, 상기 제1 센서부와 교차하는 방향으로 배열되는 제2 센서부; 상기 제1 센서부 및 제2 센서부의 상면을 덮는 제1 케이스; 및 상기 제1 센서부 및 제2 센서부의 하면을 덮는 제2 케이스를 포함하는 로봇용 힘 센서가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 케이스; 일단이 상기 제1 케이스와 체결되며, 중단에 적어도 하나의 관통구가 형성되는 제1 센서부; 일단이 상기 제1 센서부의 타단과 연결되고, 중단에 적어도 하나의 관통구가 형성되며, 상기 제1 센서부와 교차하는 방향으로 배열되는 제2 센서부; 및 상기 제2 센서부의 타단과 체결되는 제2 케이스를 포함하되, 상기 제1 케이스에는 상기 제1 센서부의 중단 및 타단의 형상과 상기 제2 센서부의 형상에 상응하는 소정의 높이의 제1 수용 공간이 형성되며, 상기 제2 케이스에는 상기 제1 센서부의 형상과 상기 제2 센서부의 일단 및 중단의 형상에 상응하는 소정의 높이의 제2 수용 공간이 형성되는 로봇용 힘 센서가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 가동 부위에 부착되어 착용자의 움직임을 감지하는 하나 이상의 힘 센서를 포함하는 외골격 로봇에 있어서, 상기 힘 센서는, 상기 착용자의 움직임에 의해 발생된 부하를 전달받는 제1 케이스; 일단이 상기 제1 케이스와 체결되며, 중단에 적어도 하나의 관통구가 형성되는 제1 센서부; 일단이 상기 제1 센서부의 타단과 연결되고, 중단에 적어도 하나의 관통구가 형성되며, 상기 제1 센서부와 교차하는 방향으로 배열되는 제2 센서부; 및 상기 제2 센서부의 타단과 체결되며, 상기 가동 부위에 부착되는 제2 케이스를 포함하는 외골격 로봇이 제공된다.
본 발명에 따르면, 외골격 로봇을 착용하는 사용자의 움직임을 효율적으로 감지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 외골격 로봇의 제조에 필요한 힘 센서의 구조를 간소화함으로써 외골격 로봇의 제조 단가를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 힘 센서가 장착된 외골격 로봇의 사시도를 도시하는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 힘 센서의 사시도를 도시하는 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 힘 센서의 정면도를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 힘 센서의 분해 사시도를 도시하는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 센서부 및 제2 센서부 중 제1 센서부만을 실선으로 나타낸 사시도를 도시하는 도면이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 센서부 및 제2 센서부 중 제2 센서부만을 실선으로 나타낸 사시도를 도시하는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 센서부 및 제2 센서부의 평면도를 도시하는 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 케이스 및 하부 케이스와 체결된 제1 센서부 및 제2 센서부의 평면도를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 힘 센서를 아래에서 보는 분해 사시도를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 케이스에 형성된 제1 수용 공간의 확대도를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 케이스에 형성된 제2 수용 공간의 확대도를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서에 외압이 작용할 때의 동작 상태를 도시하는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 발명에 따른 로봇용 힘 센서는 움직임의 감지가 필요한 장비에는 제한 없이 적용될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서는 외골격 로봇에 적용되어 외골격 로봇 착용자의 움직임을 감지하는 데 용이하게 사용될 수 있으므로, 이하에서는 외골격 로봇에 로봇용 힘 센서를 적용한 일례를 중심으로 설명하기로 한다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 로봇용 힘 센서가 장착된 외골격 로봇의 사시도를 도시하는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇용 힘 센서(100)(이하, 설명의 편의를 위하여 '힘 센서'라 함)는 착용자의 힘이 가해질 수 있는 외골격 로봇의 여러 측정 포인트에 부착되어 착용자의 움직임을 감지하게 된다.
일례로, 외골격 로봇의 여러 측정 포인트 중 외골격 로봇의 어깨 부위에 장착된 힘 센서(100)는 착용자의 어깨에 연결되어 착용자 어깨의 전후, 좌우 및 상하로의 움직임을 감지한다. 계속하여, 감지된 움직임 정보가 외골격 로봇의 제어부(미도시)에 제공되면, 제어부(미도시)는 감지된 움직임 방향으로 외골격 로봇의 특정 부위, 예를 들어 어깨 부위를 움직이게 한다. 따라서, 착용자는 적은 힘을 주더라도 외골격 로봇에 의해 추가적인 힘이 가해지므로, 적은 힘으로도 큰 힘을 필요로 하는 일을 수행할 수 있다.
마찬가지로, 외골격 로봇의 힘 측정 포인트 중 외골격 로봇의 골반 부위에 장착된 힘 센서(100)는 착용자의 골반에 연결되어 착용자 골반의 전후, 좌우 및 상하로의 움직임을 감지하고 이를 제어부(미도시)에 제공함으로써 착용자의 움직임 방향으로 힘이 증가될 수 있도록 한다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 착용자의 움직임 감지를 위해서는 이하 설명하는 바와 같이, 쌍안경 구조의 관통구에 부착된 스트레인 게이지가 이용될 수 있다. 스트레인 게이지는 물체가 외력 등에 의해 변형될 때, 물체에 부착되어 변형에 따른 전기저항의 증가분을 측정함으로써 물체의 변형률을 측정하는 것을 의미한다.
요컨대, 착용자의 움직임에 따라 쌍안경 구조의 관통구가 변형되게 되면 스트레인 게이지가 이 변형량을 측정하며, 힘 센서(100)는 측정된 변형량 정보로부터 착용자의 움직임을 감지하여 착용자의 움직임 방향에 상응하는 방향으로 힘이 증가되도록 감지된 움직임 정보를 제어부(미도시)에 제공한다.
한편, 본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 스트레인 게이지가 쌍안경 구조의 관통구에 부착된 것으로 가정하여 설명하기로 하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 원통형 구조로 된 관통구 등 변형률을 측정하는 데 적합한 다양한 구조와 측정 센서가 본 발명에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 힘 센서(100)가 외골격 로봇의 여러 측정 포인트 중 어깨 부위, 골반 부위, 발목 부위 등에 장착되어 착용자의 움직임을 감지하는 것으로 가정하여 설명하기로 하나, 본 발명이 이에 한정되지 않고 움직임의 측정이 필요한 다양한 측정 포인트에 장착될 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
본 발명에 따르면, 외골격 로봇을 착용하는 사용자의 움직임을 효율적으로 측정할 수 있는 바, 이하 도 2 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 로봇용 힘 센서(100)의 구조를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 로봇용 힘 센서의 사시도와 정면도를 도시하는 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 로봇용 힘 센서의 분해 사시도를 도시하는 도면이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇용 힘 센서(100)는 상부 케이스(110), 하부 케이스(120), 제1 센서부(130), 제2 탄성부(140) 및 복수의 스트레인 게이지(150)를 포함할 수 있다.
이때, 상부 케이스(110) 및 하부 케이스(120)는 원판 형상일 수 있으며, 각각의 원판의 중심이 일치된 상태로 제1 센서부(130) 및 제2 센서부(140)의 상면(102)과 하면(104)을 덮게 된다.
제1 센서부(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, x축 방향으로 연장 형성되고, 제2 센서부(140)는 y축 방향으로 연장 형성되어 각각의 단부가 서로 연결되게 되며, 제1 및 제2 센서부(130, 140)는 전체적으로 T자 형상의 구조를 갖는다.
이하 설명하는 바와 같이, 이러한 T자 형상의 구조는 외골격 로봇에 가해지는 착용자의 상하(일례로, z축), 좌우(일례로, y축), 앞뒤(일례로, x축)의 3축 방향 힘을 가장 효율적으로 측정할 수 있도록 하는 장점을 갖는다. 이때, 3축 방향의 움직임에 대한 x, y, z축의 설정은 힘 센서(100)가 외골격 로봇에 부착되는 위치 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 본 발명에서 상부 케이스(110)는 외골격 로봇 착용자에 연결되어 부하를 받는 부분에 해당하며, 하부 케이스(120)는 외골격 로봇의 여러 측정 포인트에 부착되어 힘 센서(100)를 고정하는 부분에 해당한다. 반대로, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상부 케이스(110)가 착용자에 연결되고 하부 케이스(120)가 외골격 로봇에 부착될 수도 있으나, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 전자를 기준으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상부 및 하부 케이스(110, 120)에는 각각 수용 공간(112, 122)이 형성될 수 있으며, 제1 및 제2 센서부(130, 140)는 가해지는 외압에 따라 이 수용 공간(112, 122) 내에서 변형되게 된다.
이러한 상부 및 하부 케이스(110 및 120)에 대해서는 도 6 내지 도 9에서 보다 상세하게 설명하기로 하며, 먼저, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 센서부(130, 140)를 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 센서부의 사시도를 도시하는 도면이며, 도 4a는 제1 및 제2 센서부 중 제1 센서부만을 실선으로 나타낸 사시도를, 도 4b는 제2 센서부만을 실선으로 나타낸 사시도를 각각 도시한다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 센서부의 평면도를 도시하는 도면이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 제1 센서부(130) 및 제2 센서부(140)는 앞서 설명한 바와 같이, 각각의 단부가 서로 연결되어 전체적으로 T자 형상의 구조를 갖는다.
그리고, 제1 센서부(130) 및 제2 센서부(140)는 각각에 형성된 쌍안경 형상의 관통구(134a, 134b, 144a)의 측벽, 예를 들어 가장 얇은 측벽에 형성된 복수의 스트레인 게이지(150)를 포함할 수 있다.
T자 형상의 제1 및 제2 센서부(130, 140)는 외골격 로봇 착용자의 움직임 즉, 힘 센서(100)에 가해지게 되는 외압에 따라 변형될 수 있고, 특히 쌍안경 형상의 관통구에 변형이 집중되므로, 스트레인 게이지는 쌍안경 형상의 관통구에 부착되어 변형량을 측정한다. 그리고, 이 측정된 변형량으로부터 힘 센서(100)는 외압의 방향과 크기를 분석하고 착용자의 움직임을 감지하게 된다.
보다 상세하게, 제1 센서부(130)의 일단(132)은 상부 케이스(110)와 체결되며, 중단(134)에는 쌍안경 형상의 수직 관통구(134a) 및 쌍안경 형상의 수평 관통구(134b)가 형성된다.
그리고, 제1 센서부(130)의 타단(136)은 이하 설명하는 제2 센서부(140)의 일단(142)과 연결되며, 이에 따라 제1 센서부(130) 및 제2 센서부(140)는 전체적으로 T자형으로 형성될 수 있다.
계속하여, 제2 센서부(140)의 일단(142)은 제1 센서부(130)의 타단(136)과 연결되고, 중단(144)에는 쌍안경 형상의 수직 관통구(144a)가 형성된다.
그리고, 제2 센서부(140)의 타단(146)은 하부 케이스(120)와 체결되며, 제2 센서부(140)는 전체적으로 제1 센서부(130)와 직교하는 방향으로 동일 평면상에 놓여지게 된다.
요컨대, 제1 센서부(130) 및 제2 센서부(140)는 각각의 단부가 서로 연결되어 동일 평면상에 놓여지게 되며, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 전체적으로 T자형의 구조를 갖게 된다.
또한, 제1 및 제2 센서부(130, 140) 각각의 단부가 서로 연결되어 전체적으로 T자형의 구조를 가지게 됨에 따라, 제1 센서부(130)와 제2 센서부(140) 사이에는 제1 센서부의 중단(134)의 일측면과 제2 센서부의 일단(142)의 일측면에 의해 형성된 이격 공간(148)이 존재할 수 있다.
이러한 이격 공간(148)이 존재하는 T자형 구조는 원판 형상의 상부 및 하부 케이스(110, 120)와 체결된 제1 및 제2 센서부(130, 140)가 외골격 로봇 착용자의 상하(z축), 좌우(y축), 앞뒤(x축)의 3축 방향 움직임을 가장 효율적으로 측정할 수 있도록 하는 장점을 갖는다. 이때, 3축 방향의 움직임에 대한 x, y, z축의 설정은 실시예에 따라 다양하게 설정될 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
보다 상세하게, 도 4a를 참조하면, 제1 센서부의 일단(132)은 상부 케이스(110)와 체결된 상태이므로, 일단(132)에 가까운 쌍안경 형상의 수직 관통구(134a)에 부착된 스트레인 게이지(150)는 y축 방향의 움직임에 대하여 감지할 수 있다.
그리고, 제1 센서부의 타단(136)은 상부 및 하부 케이스(110, 120) 어디에도 체결되지 않은 상태로서 수용 공간(112, 122) 내에서 z축 방향으로 변형 가능하므로, 타단(136)에 가까운 쌍안경 형상의 수평 관통구(134b)에 부착된 스트레인 게이지(150)는 z축 방향의 움직임에 대하여 감지할 수 있다.
마찬가지로, 도 4b를 참조하면, 제2 센서부의 타단(146)은 하부 케이스(120)와 체결된 상태이므로, 중단(144)에 형성된 쌍안경 형상의 수직 관통구(144a)에 부착된 스트레인 게이지(150)는 x축 방향의 움직임에 대하여 감지할 수 있다.
계속하여, 도 3 및 도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 및 하부 케이스(110, 120)를 보다 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇용 힘 센서(100)를 아래에서 보는 분해 사시도를 도시하는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 스트레인 게이지(150)가 부착된 제1 및 제2 센서부(130, 140)는 상부 및 하부 케이스(110, 120)와 체결되며, 이때 제1 센서부(130)의 일단(132)이 상부 케이스(110)와 체결되고, 제2 센서부(140)의 타단(146)이 하부 케이스(120)와 체결됨은 앞서 설명한 바와 같다.
먼저, 상부 케이스(110)에는 상부 케이스(110)에 가해지는 외압에 따라 제1 및 제2 센서부(130, 140)가 변형될 수 있도록 제1 센서부의 중단(134) 및 타단(136)의 형상과 제2 센서부의 일단(142), 중단(144) 및 타단(146)의 형상에 상응하는 소정의 높이의 제1 수용 공간(112)이 형성될 수 있다.
그리고, 하부 케이스(120)에는 상부 케이스(110)에 가해지는 외압에 따라 제1 및 제2 센서부(130, 140)가 변형될 수 있도록 제1 센서부의 일단(132), 중단(134) 및 타단(136)의 형상과 제2 센서부의 일단(142) 및 중단(144)의 형상에 상응하는 소정의 높이의 제2 수용 공간(122)이 형성될 수 있다.
요컨대, 상부 케이스(110) 및 하부 케이스(120) 각각에는 제1 센서부(130) 및 제2 센서부(140)의 형상에 상응하는 수용 공간(112, 122)이 형성될 수 있고, 제1 및 제2 센서부(130, 140)는 이러한 수용 공간(112, 122) 내에서 외압에 따라 변형을 일으키게 된다.
예를 들어, 외골격 로봇의 착용자가 z축 방향으로 움직이는 경우, 제1 및 제2 센서부(130, 140)는 z축 방향으로 변형을 일으키게 되며, 이때 제1 센서부(130)의 쌍안경 형상의 수평 관통구(134b)에 부착된 스트레인 게이지(150)가 변형량을 측정하여 착용자의 z축 방향으로의 움직임을 감지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 수용 공간(112) 및 제2 수용 공간(122) 각각에는 제1 및 제2 센서부(130, 140)의 최대 변형 범위를 제한하기 위한 단차가 형성될 수 있다.
보다 상세하게, 도 7을 참조하면, 상부 케이스(110)의 제1 수용 공간(112)은 제2 센서부의 타단(136)의 형상에 상응하는 제1-1 수용 공간(112a) 및 제1 센서부의 중단(134) 및 타단(136)의 형상과 제2 센서부의 일단(142) 및 중단(144)의 형상에 상응하는 제1-2 수용 공간(112b)를 포함할 수 있다.
이때, 제1-1 수용 공간(112a)과 제1-2 수용 공간(112b)는 서로 소통되어 있으며, 제1 및 제2 센서부(130, 140)의 상면과 평행하게 단차를 갖고 형성된다.
즉, 제1-1 수용 공간(112a)의 높이(h1)는 제1-2 수용 공간(112b)의 높이(h2)보다 낮게 형성됨으로써, 제1 수용 공간(112)에는 제1 및 제2 센서부(130, 140)의 최대 변형 범위의 설정을 위한 단차가 형성되게 된다.
또한, 도 8을 참조하면, 하부 케이스(120)의 제2 수용 공간(122)은 제1 센서부의 일단(132)의 형상에 상응하는 제2-1 수용 공간(122a) 및 제1 센서부의 중단(134) 및 타단(136)의 형상과 제2 센서부의 일단(142) 및 중단(144)의 형상에 상응하는 제2-2 수용 공간(122b)를 포함할 수 있다.
마찬가지로, 제2-1 수용 공간(122a) 및 제2-2 수용 공간(122b)는 서로 소통되어 있으며, 제1 및 제2 센서부(130, 140)의 하면과 평행하게 단차를 갖고 형성된다.
즉, 제2-1 수용 공간(122a)의 높이(h3)는 제2-2 수용 공간(122b)의 높이(h4)보다 낮게 형성됨으로써, 제2 수용 공간(122)에도 제1 및 제2 센서부(130, 140)의 최대 변형 범위의 설정을 위한 단차가 형성되게 된다.
이러한 제1 및 제2 수용 공간(112, 122) 내에 형성된 단차에 의해 제1 및 제2 센서부(130, 140)의 변형 한계치나 스트레인 게이지(150)의 측정 한계치를 벗어나는 외압에도 힘 센서(100)가 파손되지 않고 유효하게 외골격 로봇 착용자의 움직임을 감지할 수 있게 된다.
한편, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 제1-1 수용 공간(112a)의 높이(h1) 및 제2-1 수용 공간(122a)의 높이(h3)가 각각 제1-2 수용 공간(112b)의 높이(h2) 및 제2-2 수용 공간(122b)의 높이(h4)의 절반에 상응하는 것으로 가정하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 제1-1 수용 공간(112a)의 높이(h1) 및 제2-1 수용 공간(122a)의 높이(h3)는 각각 제1-2 수용 공간(112b)의 높이(h2) 및 제2-2 수용 공간(122b)의 높이(h4) 내에서 제1 및 제2 센서부(130, 140)의 최대 변형 범위를 제한하기 위한 높이로 다양하게 존재할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서(100)에 외압이 작용할 때의 동작 상태를 도시하는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 외압이 제1 및 제2 센서부(130, 140)의 변형 한계치나 스트레인 게이지(150)의 측정 한계치를 벗어나는 경우에도, 제2-1 수용 공간(122a)에 의해 설정된 최대 변형 범위 내에서만 제1 및 제2 센서부(130, 140)가 변형되게 됨을 확인할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 적은 수의 센서로도 외골격 로봇에 가해지는 착용자의 힘을 효율적으로 측정할 수 있으며, 외골격 로봇의 제조에 필수적인 힘 센서의 구조를 단순화함으로써 결과적으로 외골격 로봇의 제조 단가를 감소시킬 수 있는 장점을 갖는다.
이상과 같이 본 발명에서는 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 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 외골격 로봇용 힘 센서 102 : 제1 접촉 평면
104 : 제2 접촉 평면 110 : 상부 케이스
112 : 제1 수용 공간 120 : 하부 케이스
122 : 제2 수용 공간 130 : 제1 센서부
132, 134, 136 : 제1 센서부의 일단, 중단, 타단
140 : 제2 센서부
142, 144, 146 : 제2 센서부의 일단, 중단, 타단
150 : 스트레인 게이지

Claims (12)

  1. 일부분에 수직 관통구 및 수평 관통구가 형성되는 제1 센서부;
    일단이 상기 제1 센서부와 연결되고, 일부분에 수직 관통구가 형성되며, 상기 제1 센서부와 교차하는 방향으로 배열되는 제2 센서부;
    상기 제1 센서부 및 제2 센서부의 상면을 덮는 제1 케이스; 및
    상기 제1 센서부 및 제2 센서부의 하면을 덮는 제2 케이스
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇용 힘 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서부의 수직 관통구 및 수평 관통구는 각각 쌍안경 형상의 수직 관통구 및 쌍안경 형상의 수평 관통구이며,
    상기 제1 센서부는 상기 쌍안경 형상의 수직 관통구 및 쌍안경 형상의 수평 관통구 각각의 가장 얇은 측벽에 형성되는 복수의 스트레인 게이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇용 힘 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 센서부의 수직 관통구는 쌍안경 형상의 수직 관통구이며,
    상기 제2 센서부는 상기 쌍안경 형상의 수직 관통구의 가장 얇은 측벽에 형성되는 복수의 스트레인 게이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇용 힘 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 센서부는 일단이 상기 제1 케이스와 체결되고, 중단에 상기 제1 센서부의 수직 관통구 및 수평 관통구가 형성되며,
    상기 제2 센서부는 일단이 상기 제1 센서부의 타단과 연결되고, 중단에 상기 제2 센서부의 수직 관통구가 형성되며, 타단이 상기 제2 케이스와 체결되는 것을 특징으로 하는 로봇용 힘 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 케이스에는 상기 제1 케이스에 가해지는 외압에 따라 상기 제1 센서부 및 제2 센서부가 변형되도록 상기 제1 센서부의 중단 및 타단의 형상과 상기 제2 센서부의 형상에 상응하는 소정의 높이의 제1 수용 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 로봇용 힘 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 수용 공간은 상기 제2 센서부의 타단의 형상에 상응하는 제1-1 수용 공간 및 상기 제1 센서부의 중단 및 타단의 형상과 상기 제2 센서부의 일단 및 중단의 형상에 상응하는 제1-2 수용 공간을 포함하되,
    상기 제1-1 수용 공간의 높이는 상기 제1-2 수용 공간의 높이보다 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇용 힘 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1-1 수용 공간 및 제1-2 수용 공간은 서로 소통되며 상기 제1 센서부 및 제2 센서부의 상면과 평행하게 단차를 갖고 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇용 힘 센서.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제2 케이스에는 상기 제1 케이스에 가해지는 외압에 따라 상기 제1 센서부 및 제2 센서부가 변형되도록 상기 제1 센서부의 형상과 상기 제2 센서부의 일단 및 중단의 형상에 상응하는 소정의 높이의 제2 수용 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 로봇용 힘 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 수용 공간은 상기 제1 센서부의 일단의 형상에 상응하는 제2-1 수용 공간 및 상기 제1 센서부의 중단 및 타단의 형상과 상기 제2 센서부의 일단 및 중단의 형상에 상응하는 제2-2 수용 공간을 포함하되,
    상기 제2-1 수용 공간의 높이는 상기 제2-2 수용 공간의 높이보다 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇용 힘 센서.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2-1 수용 공간 및 제2-2 수용 공간은 서로 소통되며 상기 제1 센서부 및 제2 센서부의 하면과 평행하게 단차를 갖고 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇용 힘 센서.
  11. 제1 케이스;
    일단이 상기 제1 케이스와 체결되며, 중단에 적어도 하나의 관통구가 형성되는 제1 센서부;
    일단이 상기 제1 센서부의 타단과 연결되고, 중단에 적어도 하나의 관통구가 형성되며, 상기 제1 센서부와 교차하는 방향으로 배열되는 제2 센서부; 및
    상기 제2 센서부의 타단과 체결되는 제2 케이스를 포함하되,
    상기 제1 케이스에는 상기 제1 센서부의 중단 및 타단의 형상과 상기 제2 센서부의 형상에 상응하는 소정의 높이의 제1 수용 공간이 형성되며,
    상기 제2 케이스에는 상기 제1 센서부의 형상과 상기 제2 센서부의 일단 및 중단의 형상에 상응하는 소정의 높이의 제2 수용 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 로봇용 힘 센서.
  12. 적어도 하나의 가동 부위에 부착되어 착용자의 움직임을 감지하는 하나 이상의 힘 센서를 포함하는 외골격 로봇에 있어서, 상기 힘 센서는,
    상기 착용자의 움직임에 의해 발생된 부하를 전달받는 제1 케이스;
    일단이 상기 제1 케이스와 체결되며, 중단에 적어도 하나의 관통구가 형성되는 제1 센서부;
    일단이 상기 제1 센서부의 타단과 연결되고, 중단에 적어도 하나의 관통구가 형성되며, 상기 제1 센서부와 교차하는 방향으로 배열되는 제2 센서부; 및
    상기 제2 센서부의 타단과 체결되며, 상기 가동 부위에 부착되는 제2 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 외골격 로봇.
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