KR101443012B1 - 압력센서를 이용한 안전위치제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조이스틱을 이용하여 물체의 위치를 제어할 수 있는 위치제어장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 물체에 작용하는 압력을 감지하여 압력이 작용할 경우 물체의 움직임을 제한할 수 있는 조이스틱을 이용한 위치제어장치에 대한 것이다.
본 발명에 따른 조이스틱을 이용한 위치제어장치는 스틱수단과, 감지수단과, 모터와, 가압수단을 포함한다. 상기 스틱수단은 일단에 하중이 작용하면 상기 일단과 타단 사이의 일 지점을 중심으로 회전할 수 있는 스틱바를 구비한다. 상기 감지수단은 상기 스틱수단의 회전의 위치를 감지한다. 상기 모터는 압력센서로부터 압력이 측정되면 구동된다. 상기 가압수단은 상기 압력이 증가하는 방향으로 상기 스틱바가 회전하는 것을 방해하도록 상기 압력센서에서 측정되는 압력에 비례하여 상기 모터의 구동으로 압력을 가한다.
본 발명에 의하면, 스틱바의 회전으로 압력이 감지되면 모터가 작용하여 제1기어 및 제2기어를 회전시킨다. 그러면 스프링이 수축하여 스틱바에 압력을 가한다. 이로 인하여 스틱바를 작동시키는 조작자에게 압력이 전달되어 조작자가 그 압력을 감지할 수 있다. 또한, 이 경우 물체를 움직이기 위하여 스틱바를 움직이는데 더 큰 하중이 들어가므로 조작자의 오동작을 막을 수 있다.

Description

압력센서를 이용한 안전위치제어장치{Safety position control apparatus using by pressure sensor}

본 발명은 압력센서를 이용하여 장치의 위치를 안전한 범위 내에서 제어할 수 있는 안전위치제어장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 장치에 작용하는 압력을 감지하여 압력이 설정치를 벗어날 경우 그 장치의 위치를 제한할 수 있도록 압력센서를 이용한 안전위치제어장치에 대한 것이다.

로봇팔과 같은 물체의 위치를 제어하는데에도 조이스틱이 이용된다. 즉 조이스틱을 움직여서 로봇팔 등의 물체의 위치를 제어한다. 조작자가 조이스틱을 회전시키면 조이스틱이 회전된 위치를 검출하여 조이스틱이 이동한 거리에 비례하여 로봇팔 등을 움직여서 로봇팔 등을 제어한다.

공개특허 제10-1994-0000955호는 이러한 조이스틱 및 이를 이용한 위치검출방법에 대한 것이며, 공개특허 제10-1999-0061783호는 조이스틱의 조작에 의한 물체 구동방법에 대한 것이다.

그런데 종래의 경우 조이스틱을 움직여서 물체나 로봇팔 등을 제어할 때 물체가 다른 물체에 접촉하여 압력이 가해지면 조작자가 시각적으로 확인할 수 있을 뿐 감각적으로 느낄 수 없다. 그래서 조작자가 시각적으로 확인하지 못하여 계속 조이스틱을 동작시킬 경우 로봇팔 등에 과도한 압력이 작용할 수 있다. 이 경우 로봇팔 등이 과도한 하중으로 인하여 손상이 될 수 있다는 문제점이 있다.

또한 로봇팔 등의 물체의 위치를 제어할 때 그 위치의 제어가 정밀할 경우 조작자가 시각적으로만 확인하여 그 위치를 정확하게 제어하기가 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 물체에 압력을 감지하는 압력센서를 장착하여 압력센서에서 측정된 값을 사용하여 그 측정된 값이 정해진 값 이상일 경우 조작자가 조작하는 조이스틱에 압력으로 전달하여 조작자가 감각적으로 그 압력을 느끼게 함으로써 물체의 위치를 안전한 범위 내로 제어할 수 있는 압력센서를 이용한 안전위치제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 압력센서에서 측정된 값이 설정값 이상일 경우 조이스틱의 움직임을 물리적으로 제한할 수 있는 압력센서를 이용한 안전위치제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 압력센서를 이용한 안전위치제어장치는 압력센서와, 스틱수단과, 감지수단과, 모터 및 가압수단을 포함한다. 상기 압력센서는 장치에 설치된다. 상기 스틱수단은 일단에 하중이 작용하면 상기 일단과 타단 사이의 일 지점을 중심으로 회전할 수 있는 스틱바를 구비한다. 상기 감지수단은 상기 스틱바의 회전에 비례하여 상기 장치를 이동시키기 위하여 상기 스틱바의 회전의 위치를 감지한다. 상기 모터는 상기 압력센서로부터 측정된 값이 기준치 이상이면 구동된다. 상기 가압수단은 상기 압력센서에서 측정된 값이 증가하는 방향으로 상기 스틱바가 회전하는 것을 방해하도록 상기 압력센서에서 측정되는 값에 비례하여 상기 모터의 구동으로 상기 스틱바에 압력을 가한다.

또한, 상기의 안전위치제어장치에 있어서, 상기 가압수단은 상기 압력센서에서 측정되는 값에 비례하여 상기 스틱바의 회전각도를 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 안전위치제어장치에 있어서, 상기 스틱수단의 상기 스틱바는 상기 일지점에 볼이 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 스틱수단은 상기 스틱바의 상기 일단이 삽입되고 상기 타단이 노출되며, 상기 스틱바가 상기 볼을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 볼이 결합되는 하우징을 더 구비한다.

또한, 상기의 안전위치제어장치에 있어서, 상기 하우징은 상부에 상기 스틱바가 상기 볼을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 스틱바를 감싸는 돌기가 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 가압수단은 상기 돌기를 감싸서 상기 돌기와 나사결합하는 제1기어와, 상기 모터에 의하여 회전하며 상기 제1기어를 상기 돌기를 따라 이동시켜 상기 제1기어와 상기 스틱바의 일단과의 거리가 조절되도록 상기 제1기어와 이물림하는 제2기어와, 일단은 상기 스틱바에 지지되고 상기 제1기어가 상기 스틱바의 일단으로 이동하면 상기 스틱바에 힘을 가할 수 있도록 상기 제1기어에 의하여 압축되는 스프링을 구비한다.

또한, 상기의 안전위치제어장치에 있어서, 상기 가압수단은 상기 제1기어의 상부에서 슬라이딩을 할 수 있게 상기 스프링의 타단을 지지하여 상기 스틱바를 감싸는 환형링을 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 안전위치제어장치에 있어서, 상기 감지수단은 상기 스틱바의 타단에 결합된 자석과, 상기 자석의 위치를 감지할 수 있도록 상기 하우징에 창착된 복수의 마그네틱 센서를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 스틱바의 회전으로 압력센서에 측정되는 값이 기준치 보다 크면 모터가 작용하여 제1기어 및 제2기어를 회전시킨다. 그러면 스프링이 수축하여 스틱바에 압력을 가한다. 이로 인하여 스틱바를 작동시키는 조작자에게 압력이 전달되어 조작자가 그 압력을 감지할 수 있다. 또한, 이 경우 물체를 움직이기 위하여 스틱바를 움직이는데 더 큰 하중이 들어가므로 조작자의 오동작을 막을 수 있다.

또한, 압력센서에서 측정되는 값이 기준치보다 크면 제1기어가 이동하여 스틱바의 회전각도를 물리적으로 제한한다. 즉 스틱바가 과도하게 회전하는 것을 방지시킬 수가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 조이스틱을 이용한 위치제어장치의 일 실시예의 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 실시예의 배면도,
도 4는 도 2에 도시된 실시예의 일부를 절개한 사시도,
도 5는 도 2에 도시된 실시예의 분리사시도,
도 6은 도 2에 도시된 실시예의 분리정면도,
도 7은 도 2에 도시된 실시예의 단면도,
도 8은 도 2에 도시된 실시예가 동작한 단면도,
도 9는 도 1의 실시예에 사용되는 압력센서의 사시도,
도 10은 도 9의 압력센서의 신호처리를 나타내는 개념도이다.

도 1 내지 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 압력센서를 이용한 안전위치제어장치의 일 실시예를 설명한다.

본 발명에 따른 압력센서를 이용한 안전위치제어장치는 압력센서(5)와, 스틱수단(10)과, 감지수단(20)과, 모터(25)와, 가압수단(30)을 포함한다.

압력센서(5)는 도 9에 도시되었으며, 위치를 제어할 장치에 장착된다. 본 실시예의 경우 압력센서(5)는 로봇팔(40)에 장착되었다. 그리고 센서로서 압력센서가 사용되었지만, 변위센서 등이 사용될 수도 있다. 압력센서(5)는 도 10에 도시된 바와 같이 로봇팔(40)의 유압시스템에서 아날로그의 압력신호가 유입되면 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 신호처리한다. 디지털 데이터로 신호가 변환되면 압력센서(5)의 중앙처리부는 필터링을 한다. 이때 LPF 디지털필터 계수는 작업자가 설정할 수 있다. 중앙처리부에서 필터링을 하여 이상이 없으면 다시 디지털 데이터를 아날로그 데이터로 신호처리하여 출력된다.

스틱수단(10)은 스틱바(11)와, 하우징(17)을 구비한다.

스틱바(11)는 일단(12)과 타단(13)의 사이에 볼(14)이 형성되어 있다. 그리고 볼(14)과 일단(12)의 사이에는 돌기된 지지편(15)을 구비한다.

하우징(17)은 스틱바(11)의 일단(12)이 외부로 노출되고 타단(13)이 내부로 삽입될 수 있도록 관통공이 형성된다. 또한 하우징(17)은 관통공에서 스틱바(11)를 감쌀 수 있도록 돌기(18)가 외부로 돌출된다. 스틱바(11)는 볼(14)을 중심으로 회전할 수 있도록 볼(14)이 관통공에 결합된다. 스틱바(11)가 회전될 수 있어야 되므로 돌기(18)와 스틱바(11)의 사이에는 일정한 간격이 있어야 한다. 그래서 조작자가 스틱바(11)의 일단(12)을 잡고 이동시키면 스틱바(11)가 볼(14)을 중심으로 회전하여 타단(13)이 이동된다.

감지수단(20)은 스틱바(11)가 볼(14)을 중심으로 회전하면 그 회전 각도를 측정하는 역할을 한다. 이를 위하여 감지수단(20)은 자석(21)과 복수의 마그네틱센서(23)를 구비한다. 자석(21)은 스틱바(11)의 타단(13)에 결합된다.

마그네틱센서(23)는 자석(21)의 위치를 감지할 수 있도록 하우징(17)의 바닥에 설치된다. 본 실시예의 경우 네 개의 마그네틱센서(23a, 23b, 23c, 23d)가 설치되어 자석(21)의 위치를 감지한다. 즉 스틱바(11)가 회전하면 자석(21)의 위치가 달라지므로 자기장이 변화한다. 네 개의 마그네틱센서(23a~23d)는 자기장을 측정하여 자석(21)의 위치를 감지할 수 있다. 그래서 스틱바(11)의 타단(13)의 이동거리 및 스틱바(11)의 회전 각도를 계산할 수 있다. 감지수단(20)에서 스틱바(11)의 타단(13)의 이동거리가 계산되면 스틱바(11)의 이동거리에 비례하여 로봇팔 등의 장치를 이동시킬 수 있다. 이때 만약 로봇팔 등이 이동하여 다른 물체에 접촉하면 압력센서(5)에 의하여 그 압력이 측정된다. 그래서 스틱바(11)가 계속 회전하면 그 압력은 계속 증가하게 된다.

모터(25)는 압력센서(5)에 의하여 측정되는 측정값이 기준치 이상이면 구동된다.

압력센서(5)에서 측정되는 값이 기준치 이상일 경우 가압수단(30)은 그 값이 증가하는 방향으로 스틱바(11)가 회전하는 것을 방해하도록 그 측정값에 비례하여 모터(25)의 구동으로 스틱바(11)에 압력을 가할 뿐만 아니라, 그 측정값에 비례하여 스틱바(11)의 회전각도를 제한하는 역할을 한다.

즉 가압수단(30)은 압력센서(5)에서 측정된 압력이 증가하는 방향으로 스틱바(11)가 회전하는 것을 방해하도록 압력센서(5)에서 측정된 압력에 비례하여 모터(25)의 구동으로 스틱바(11)에 압력을 가할 뿐만 아니라, 압력센서(5)에서 측정되는 압력에 비례하여 스틱바(11)의 회전각도를 제한하는 역할을 한다.

이를 위하여 가압수단(30)은 제1기어(31)와, 제2기어(33)와, 스프링(35)과, 환형링(37)을 구비한다.

제1기어(31)는 돌기(18)를 감싸며 돌기(18)와 나사결합한다. 그래서 제1기어(31)를 회전하면 제1기어(31)는 돌기(18)를 따라서 화살표 1 또는 화살표 3의 방향으로 이동할 수 있다.

제2기어(33)는 모터(25)에 의하여 회전하도록 결합되며, 제1기어(31)와 이물림을 한다. 그래서 제2기어(33)가 회전하면 제1기어(31)가 회전하여 돌기(18)를 따라 이동한다.

스프링(35)은 일단이 스틱바(11)의 지지편(15)에 지지되도록 지지편(15)과 제1기어(31)의 사이에 장착된다.

환형링(37)은 제1기어(31)의 상부에서 슬라이딩을 할 수 있게 제1기어(31)의 상부에 위치하여 스프링(35)의 타단을 지지한다. 그래서 제1기어(31)가 상승하면 환형링(37)이 상승하여 스프링(35)이 수축된다. 그리고 제1기어(31)가 하강하면 환형링(37)이 하강하여 스프링(35)이 원래의 모양으로 복귀한다.

이하에서는 본 실시예의 동작을 설명한다. 제1기어(33)가 상승하지 아니한 경우에는 스틱바(11)는 도 7의 각도 a 만큼 회전할 수 있다. 즉 스틱바(11)를 도 7의 각도 a의 범위 내에서 이동시켜 로봇팔(40)을 이동시킬 수 있다.

스틱바(11)를 회전시키면 로봇팔(40)이 이동하고 이때 로봇팔(40)에 압력이 가해지면 그 압력은 압력센서에서 감지된다. 감지된 압력이 기준치 이상이면 모터(25)가 동작하여 제2기어(33)가 회전하고 이로 인하여 제1기어(31)가 화살표 1의 방향으로 상승한다. 그러면 도 8과 같이 스프링(35)이 수축한다. 스프링(35)이 수축하면 스프링(35)은 지지편(15)으로 압력을 가하므로 압력은 스틱바(11)로 전달되어 조작자에게 감지된다. 조작자는 로봇팔(40)을 이동시키도록 스틱바(11)를 회전시키기 위해서는 더 큰 힘을 가해야만 스틱바(11)를 회전시킬 수 있다. 따라서 스틱바(11)의 회전이 더욱 어려워진다. 한편 이 경우 제1기어(31)가 상승하므로 스틱바(11)는 각도 b 만큼 회전시킬 수 있다. 따라서 회전시킬 수 있는 각도가 줄어든다. 그래서 제1기어(31)가 상승하면 스틱바(11)의 회전각도가 제한될 뿐만 아니라 스프링(35)이 수축되어 스틱바(11)에 압력을 가하므로 스틱바(11)를 회전시키기가 힘들어진다.

스틱바(11)를 복귀시키도록 이동시키면 압력센서에서 측정되는 압력은 작아지므로 모터(25)가 반대로 회전하여 제1기어(31)가 화살표 3의 방향으로 이동한다. 그러면 스프링(11)은 원래의 길이로 복귀하므로 스틱바(11)에 작용하는 압력은 줄어들고 스틱바(11)를 회전시킬 수 있는 각도는 도 7과 같이 늘어난다.

따라서 본 실시예에 의하면 압력센서에 작용하는 압력이 기준치 이상으로 작용하면 스틱바(11)의 회전각도를 구속할 뿐 아니라 스틱바(11)에 압력을 가하여 그 회전을 힘들게 할 수 있다.

10 : 스틱수단 11 : 스틱바
12 : 일단 13 : 타단
14 : 볼 15 : 지지편
17 : 하우징 18 : 돌기
20 : 감지수단 21 : 자석
23 : 마그네틱센서 25 : 모터
30 : 가압수단 31 : 제1기어
33 : 제2기어 35 : 스프링
37 : 환형링 40 : 로봇팔

Claims (6)

1. 위치를 제어할 장치에 설치되어 상기 장치에 작용하는 압력을 측정하는 압력센서와,
   일단에 하중이 작용하면 상기 일단과 타단 사이의 일 지점을 중심으로 회전할 수 있는 스틱바를 구비한 스틱수단과,
   상기 스틱바의 회전에 비례하여 상기 장치를 이동시키기 위하여 상기 스틱바의 회전의 위치를 감지하는 감지수단과,
   상기 압력센서로부터 측정된 값이 기준치 이상이면 구동되는 모터와,
   상기 압력센서에서 측정된 값이 증가하는 방향으로 상기 스틱바가 회전하는 것을 방해하도록 상기 압력센서에서 측정되는 값에 비례하여 상기 모터의 구동으로 상기 스틱바에 압력을 가하는 가압수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 안전위치제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 가압수단은
   상기 압력센서에서 측정되는 값에 비례하여 상기 스틱바의 회전각도를 제한하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 안전위치제어장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 스틱수단은
   상기 스틱바는 상기 일지점에 볼이 형성되고,
   상기 스틱바의 상기 일단이 삽입되고 상기 타단이 노출되며, 상기 스틱바가 상기 볼을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 볼이 결합되는 하우징을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 안전위치제어장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 하우징은 상부에 상기 스틱바가 상기 볼을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 스틱바를 감싸는 돌기가 형성되고,
   상기 가압수단은 상기 돌기를 감싸서 상기 돌기와 나사결합하는 제1기어와, 상기 모터에 의하여 회전하며 상기 제1기어를 상기 돌기를 따라 이동시켜 상기 제1기어와 상기 스틱바의 일단과의 거리가 조절되도록 상기 제1기어와 이물림하는 제2기어와, 일단은 상기 스틱바에 지지되고 상기 제1기어가 상기 스틱바의 일단으로 이동하면 상기 스틱바에 힘을 가할 수 있도록 상기 제1기어에 의하여 압축되는 스프링을 구비하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 안전위치제어장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 가압수단은
   상기 제1기어의 상부에서 슬라이딩을 할 수 있게 상기 스프링의 타단을 지지하여 상기 스틱바를 감싸는 환형링을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 안전위치제어장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감지수단은
   상기 스틱바의 타단에 결합된 자석과,
   상기 자석의 위치를 감지할 수 있도록 상기 하우징에 창착된 복수의 마그네틱 압력센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 안전위치제어장치.

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