KR101685800B1 - 다축 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘을 감지할 수 있는 집게 - Google Patents

다축 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘을 감지할 수 있는 집게 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다축 힘을 측정할 수 있는 다축 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘을 감지할 수 있는 집게를 개시한다. 본 발명에 따른 다축 힘 센서는 제1 부재 및 상기 제1 부재의 일측에 돌출되게 형성된 제1 돌출모듈을 포함하여 구성된 제1 동작부, 상기 제1 부재의 일단에 형성되는 탄성체인 탄성부, 상기 탄성부를 사이에 두고 일단이 상기 제1 부재의 일단과 마주보도록 형성된 제2 부재 및 상기 제1 돌출모듈과 마주보도록 상기 제2 부재의 일측에 돌출되게 형성된 제2 돌출모듈을 포함하여 구성된 제2 동작부 및 상기 제1 돌출 모듈에 형성된 전극부를 포함하여 이루어지며, 상기 전극부는 전원을 인가받으면 상기 제2 동작부와 함께 정전용량을 형성하며, 상기 제2 동작부와의 상대적인 위치 변화에 따라 달라지는 상기 정전용량의 값을 이용하여 상기 제1 동작부 또는 상기 제2 동작부에 가해지는 다축 힘 값을 구함으로써, 단순한 구조로 정밀한 힘 측정을 할 수 있는 힘 센서를 제공한다.

Description

다축 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘을 감지할 수 있는 집게{MULTI-AXIAL FORCE SENSOR AND GRASPER FOR SENSING MULTI-AXIAL FORCE USING THE SAME}
본 발명은 다축 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘을 감지할 수 있는 집게에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 간단한 구조로 세밀하게 힘 측정을 할 수 있는 다축 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘을 감지할 수 있는 집게에 관한 것이다.
최근 산업현장에서는 생산성 향상 및 공장 자동화 추세에 따라 로봇이 조립(assembling), 연마(polishing), 디버링(deburing) 등과 같은 작업에까지 활용되고 있다.
그리고 로봇의 활용 분야가 확장됨에 따라 로봇에 요구되는 기능 또한 다양해지고 있고, 이에 로봇의 위치 제어 외에 여러 방향의 힘을 정확하게 측정하여 이를 제어해야 할 필요성이 점차 증가하고 있다.
힘은 3차원 공간에서 임의의 방향으로 작용한다. 따라서 일자유도의 힘 센서가 사용되면 많은 수의 힘 센서가 필요하다.
그러나 많은 수의 힘 센서를 사용하는 것은 공간상의 제약으로 인해 바람직하지 못하므로, 최소한의 힘 센서를 이용하여 다축 힘을 측정하는 다양한 장치가 개발되고 있다.
특히, 로봇을 환자에게 장착하고 수술자가 원격으로 로봇을 조종하여 시행하는 최소침습수술의 경우 로봇의 집게를 이용해 수술을 행하는데 있어서 환부에 가해지는 집게의 압력을 정확하게 수술자에게 제공할 수 있는 힘 센서가 필요하다.
또한, 절개 부위를 최소화하기 위해서는 로봇의 집게가 그만큼 작아져야 하며, 그에 따라 다수개의 센서를 로봇의 집게에 장착하기 어려운 문제가 있으므로 최소한의 센서로 집게에 가해지는 다축 힘을 정확하게 수술자에게 제공할 수 있는 장치가 요구되었다.
본 발명의 목적은 다축 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘을 감지할 수 있는 집게를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 단순한 구조로 정밀한 힘 측정을 할 수 있는 다축 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘을 감지할 수 있는 집게를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 수술시 사용되는 로봇 집게가 환부에 가하는 힘을 정확하게 측정할 수 있도록 하는 다축 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘을 감지할 수 있는 집게를 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명에 따른 다축 힘 센서는 제1 부재 및 상기 제1 부재의 일측에 돌출되게 형성된 제1 돌출모듈을 포함하여 구성된 제1 동작부, 상기 제1 부재의 일단에 형성되는 탄성체인 탄성부, 상기 탄성부를 사이에 두고 일단이 상기 제1 부재의 일단과 마주보도록 형성된 제2 부재 및 상기 제1 돌출모듈과 마주보도록 상기 제2 부재의 일측에 돌출되게 형성된 제2 돌출모듈을 포함하여 구성된 제2 동작부 및 상기 제1 돌출 모듈에 형성된 전극부를 포함하여 이루어지며, 상기 전극부는 전원을 인가받으면 상기 제2 동작부와 함께 정전용량을 형성하며, 상기 제2 동작부와의 상대적인 위치 변화에 따라 달라지는 상기 정전용량의 값을 이용하여 상기 제1 동작부 또는 상기 제2 동작부에 가해지는 다축힘 값을 구하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전극부는 상기 제1 돌출모듈의 끝단에 형성되되 서로 다른 각도를 이루도록 이격되어 형성된 두 개의 이상의 전극을 포함하는 제1 전극 및 상기 제1 돌출모듈의 측면에 형성되되 상기 제1 전극과 일정 간격 이상 이격되어 형성된 전극인 제2 전극을 포함하여 이루어지며, 상기 제1 전극은 전원을 인가받으면 상기 제2 돌출모듈과 함께 정전용량을 형성하고, 상기 제2 전극은 전원을 인가받으면 상기 제2 부재와 함께 정전용량을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 돌출모듈은 상기 제1 부재의 일측에 돌출되게 형성된 ㄱ자 모양의 부재로 형성되되 끝단의 형태는 교각을 형성하는 상기 제1 전극과 동일한 형태로 형성되며, 상기 제2 돌출모듈은 상기 제1 돌출모듈의 끝단을 감싸도록 일정 간격으로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 외력에 따라 상기 전극부와 상기 제2 동작부의 상대적인 위치가 변하더라도 상기 제1 전극은 상기 제2 부재보다 상기 제2 돌출모듈에 더 인접되도록 형성되고 상기 제2 전극은 상기 제2 돌출모듈보다 상기 제2 부재에 더 인접되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 동작부는 상기 제2 전극과 마주보는 상기 제2 부재의 표면에 돌출되게 형성된 근접 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기의 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명에 따른 다축 힘을 감지할 수 있는 집게는 두 개의 다축 힘 센서, 상기 두 개의 다축 힘 센서에 각각 포함된 제1 부재의 타단이나 제2 부재의 타단을 서로 연결하는 회동축, 상기 두 개의 다축 힘 센서가 상기 회동축을 중심으로 집는 동작을 할 수 있도록 동력을 공급하는 동력부 및 상기 힘 센서에 작용하는 힘을 구하는 연산부를 포함하고, 상기 다축 힘 센서는 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 다축 힘 센서이며, 상기 연산부는 상기 집는 동작에 따라 상기 두 다축 힘 센서의 제1 전극 또는 제2 전극으로부터 측정된 정전용량 값이 변하면 이를 이용하여 상기 두 개의 다축 힘 센서에 가해지는 다축 힘을 구하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연산부는 제1 전극 및 제2 전극의 정전용량에 따른 다축 힘 값이 저장된 테이블을 포함하며, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에서 측정된 정전용량 값을 상기 테이블에 대입하여 두 개의 다축 힘 센서에 가해진 다축 힘 값을 구하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 제1 동작부, 제2 동작부, 탄성부 및 센서부를 포함하여 구성됨으로써 단순한 구조로 정밀한 힘 측정을 할 수 있는 다축 힘 센서가 제공된다.
또한, 회동축을 이용해 다축 힘 센서를 서로 결합하여 집게를 형성하고 연산부를 이용해 상기 다축 힘 센서에서 측정된 정보를 바탕으로 외력에 대한 다축 힘 값을 구함으로써, 집게가 너무 강한 힘을 환부에 가하면서 발생하는 손상문제를 해결할 수 있는 다축 힘을 감지할 수 있는 집게가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 힘 센서를 도시한 것이다.
도 2는 다축 힘 센서에 외력이 가해졌을 때의 동작을 도시한 것이다.
도 3은 다른 형태의 전극부 형상을 도시한 것이다.
도 4 내지 7은 외력이 가해졌을 때 전극부와 제2 돌출모듈의 위치변화를 도시한 것이다.
도 8은 다른 형태의 제2 동작부를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 힘을 감지할 수 있는 집게를 도시한 것이다.
도 10은 다축 힘을 감지할 수 있는 집게의 동작을 도시한 것이다.
본 발명은 다축 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘을 감지할 수 있는 집게에 관한 것으로 도 1 내지 도 10을 참고로 본 발명에 따른 장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 힘 센서를 도시한 것이다.
도면에 도시된 것과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 제1 동작부(100), 제2 동작부(200), 탄성부(300) 및 전극부(400)를 포함하여 구성된다.
도면에 도시된 것과 같이 제1 동작부(100)는 제1 부재(110) 및 상기 제1 부재의 일측에 돌출되게 형성된 제1 돌출모듈(120)을 포함하여 구성되며, 제2 동작부(200)는 제2 부재(210) 및 상기 제2 부재의 일측에 돌출되게 형성된 제2 돌출모듈(220)을 포함하여 구성된다.
그리고 상기 제1 부재(110)와 상기 제2 부재(210)의 일단은 탄성부(300)를 사이에 두고 서로 연결되게 된다.
상기 탄성부(300)는 탄성력이 있는 부재로서, 상기 제1 부재(110) 또는 상기 제2 부재(210)에 외력이 가해질 경우 수축 동작을 하게 되고, 외력이 해제되면 원복 동작을 하면서 상기 제1 부재(110)와 제2 부재(210) 사이의 위치 변화를 제어하게 된다.
그리고 제1 부재(110)의 일측에 돌출되게 형성된 제1 돌출모듈(120)과 제2 부재(210)의 일측에 돌출되게 형성된 제2 돌출모듈(220)은 서로 마주보도록 이격되어 형성됨으로써, 상기 제1 부재(110) 또는 상기 제2 부재(210)에 외력이 가해질 경우 제1 돌출모듈(120)과 제2 돌출모듈(220) 사이의 위치도 탄성부(300)에 의해 제어된다.
전극부(400)는 상기 제1 돌출모듈(120)에 형성되는 전극을 포함하여 구성되며, 외부로부터 전원을 인가받으면 상기 제2 동작부(200)와 함께 정전 용량을 형성하도록 하는 장치이다.
도 1에서 평면도 A-A와 B-B에 도시된 것과 같이 상기 전극부(400)는 제1 돌출모듈(120)의 일면에 형성되는 전극으로 상기 제2 돌출모듈(220)과 서로 이격되어 형성된다.
이때, 전극부(400)와 함께 정전 용량을 형성하기 위해서 상기 제2 동작부(200)는 그라운드 전위를 가지는 도체로 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명에 따른 다축 힘 센서는 외력이 가해지면 탄성부(300)에 의해 제1 동작부(100)에 형성된 전극부(400)와 제2 동작부(200) 사이의 상대적인 위치가 달라지며, 이때 전극부(400)와 제2 동작부(200) 사이에 형성되는 정전 용량의 값도 상기 상대적인 위치에 따라 변화하게 되므로 이를 이용하여 제1 동작부(100) 또는 제2 동작부(200)에 가해진 외력을 구하게 된다.
이때, 상기 전극부(400)와 제2 동작부(200) 사이의 상대적인 위치는 탄성부(300)의 탄성력에 따라 차이가 발생하므로, 현장에 맞게 상기 탄성부의 탄성력을 조절하여 정전용량의 변화를 유도하는 것이 바람직하다.
더욱 상세히 설명하면, 동일한 크기의 외력을 제1 동작부(100) 또는 제2 동작부(200)에 가했을 때 상기 탄성부(300)의 탄성력이 클수록 상기 상대적인 위치 변화가 커지며, 탄성부의 탄성력이 작을수록 상기 상대적인 위치 변화가 더 작아지게 된다.
즉, 상대적인 위치 변화가 작도록 탄성부(300)의 탄성력을 작게 형성할 경우 힘의 측정 범위가 넓어지지만 세밀한 힘의 측정이 어려우며, 상대적인 위치 변화가 크도록 탄성부(300)의 탄성력을 크게 형성할 경우 더욱 세밀한 힘 측정이 가능해지지만 탄성부가 수축되는 양은 한도가 있으므로 힘의 측정 범위가 좁아지게 되므로, 현장에 따라 적합한 탄성력을 가진 탄성부를 포함하여 구성하는 것이 좋다.
그리고, 본 발명의 전극부(400)는 다축 힘을 감지하기 위하여 다양한 형태의 전극을 형성할 수 있다.
도 3 내지 도 8을 참고하여 본 발명에 따른 전극부(400)의 구조와 이를 이용한 다축 힘 측정 방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 전극부(400)는 제1 동작부(100) 또는 제2 동작부(200)에 가해지는 외력의 x축과 y축 성분의 힘을 측정할 수 있는 제1 전극(410) 및 z축 성분의 힘을 측정할 수 있는 제2 전극(420)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 전극(410)은 도 1이나 도 2에 도시된 것과 같이 두 개 이상의 전극이 서로 다른 각도를 갖도록 이격되어 제1 돌출모듈(120)의 끝단에 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 두 개의 전극을 이용한 제1 전극의 형태를 도시한 도 1과 세 개의 전극을 이용한 제1 전극의 형태를 도시한 도 3과 같이 제1 전극의 전극 개수와 배치는 다양하게 형성될 수 있다.
이때, 제1 전극의 전극 개수가 늘어날수록 더욱 정밀한 힘 측정이 가능하나 그에 따라 구조가 복잡해짐으로, 현장에 맞게 전극 개수를 조절하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기와 같은 제1 전극(410)의 배치를 위하여 상기 제1 돌출모듈(120)은 상기 제1 부재(110)의 일측에 돌출되게 형성된 ㄱ자 모양의 부재로 형성될 수 있으며, 이때 제1 돌출모듈(120)의 끝단 형태는 교각을 형성하는 상기 제1 전극(410)과 동일한 형태로 형성되도록 하여 제1 돌출모듈(120)의 공간 낭비를 최소화 한다.
상기와 같이 형성된 제1 전극(410)은 전원을 인가받으면 그라운드 전위를 가진 제2 돌출모듈(220)과 함께 정전용량을 형성하게 된다.
외력이 가해졌을 때 전극부와 제2 돌출모듈의 위치변화를 도시한 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하면, 평면도인 도 4에 도시된 것과 같이 외력이 제2 돌출모듈에 F1 방향으로 가해질 경우 제1 전극의 두 전극(411, 412)과 제2 돌출모듈(220) 사이의 거리가 가까워지며, 그에 따라 두 전극(411, 412)에서 각각 측정되는 정전용량의 값도 커지게 된다.
하지만, 평면도인 도 5 및 단면도인 도 6에 도시된 것과 같이 외력이 제2 돌출모듈에 F2 방향으로 가해질 경우 제1 전극(410)의 전극(411)과 제2 돌출모듈(220) 사이의 거리는 가까워져 정전 용량이 커지지만, 전극(412)과 제2 돌출모듈(220) 사이의 거리는 멀어지면서 정전 용량이 작아지게 된다.
이와 같이 제2 돌출모듈에 가해지는 외력의 방향에 따라 각각의 전극(411,412)에서 형성되는 정전용량의 값이 달라지므로, 이러한 제1 전극(410)의 특징을 이용하여 제1 동작부(100) 또는 제2 동작부(200)에 가해지는 외력의 x축 및 y축 성분의 힘을 측정하게 된다.
제2 전극(420)은 도면에 도시된 것과 같이 제1 전극(410)과 이격되어 형성된 전극으로 전원을 인가받으면 그라운드 전위를 가진 제2 부재(210)와 함께 정전용량을 형성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 도 7에 도시된 것과 같이 외력이 제2 부재(210)에 F3 방향으로 가해질 경우 제2 전극(420)과 제2 부재(210) 사이의 거리가 가까워지면서 정전용량 값이 커지게 되므로 이를 이용하여 제1 동작부(100) 또는 제2 동작부(200)에 가해지는 외력의 z축 성분의 힘을 측정하게 된다.
또한, 도 7에 도시된 것과 같이 F3 방향으로 가해지는 외력에 의해 제2 부재(210)가 제1 전극(410) 및 제2 전극(420)에 근접하게 될 경우, 제1 전극(410)과 제2 돌출모듈(220) 사이의 거리보다 제1 전극(410)과 제2 부재(410) 사이의 거리가 더 가까워지면 정전용량이 제1 전극(410)과 제2 부재(410) 사이에 형성되면서, 제1 전극이 정상적인 역할을 못하는 문제가 발생할 수도 있다.
따라서, 상기 문제를 해결하기 위해서는 외력에 따라 전극부(400)와 제2 동작부(200)의 상대적인 위치가 변하더라도 제1 전극(410)은 제2 부재(210)보다 제2 돌출모듈(220)에 더 인접되도록 형성되고, 제2 전극(420)은 제2 돌출모듈(220)보다 제2 부재(210)에 더 인접되도록 형성되어야 한다.
도 8은 상기 문제를 개선할 수 있는 제2 동작부(200)의 구조를 도시한 것으로, 제2 전극(420)과 마주보는 제2 부재(210)의 표면에 돌출되게 형성된 근접모듈(230)을 제2 동작부(200)에 더 포함함으로써 제1 전극(410)과 제2 부재(210) 사이의 간격을 확보할 수 있으며, 제1 전극(410)과 마주보는 제2 부재(210)의 면에 홈(H)을 형성하여 제1 전극(410)과 제2 부재(210) 사이의 간격을 더 확보할 수도 있다.
상기와 같은 제2 동작부(200)의 구조로 정전용량이 제1 전극(410)과 제2 부재(410) 사이에 형성되면서 제1 전극이 정상적인 역할을 못하는 상기 문제를 개선할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 다축 힘 센서를 이용하여 다축 힘을 감지할 수 있는 집게를 도 9 및 도 10을 참고하여 설명하면 다음과 같다.
도 9에 도시된 것과 같이 본 발명에 따른 다축 힘을 감지할 수 있는 집게는 두 개의 다축 힘 센서, 회동축(500), 동력부(미도시), 및 연산부(미도시)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
먼저, 다축 힘 센서의 구조는 상기 본 발명에 따른 다축 힘 센서에 대한 설명에 상세히 기재되어 있으므로 이에 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
회동축(500)은 상기 두 개의 다축 힘 센서를 이용하여 집는 동작을 할 수 있도록 서로 연결하는 부재이다.
도 9에는 두 개의 다축 힘 센서에 포함된 각각의 제1 부재(110)의 타단을 회동축에 연결한 구조를 도시한 것으로, 그에 따라 제2 부재(210)는 자연스럽게 대상 물체(T)를 집게 되는 말단이 된다.
또한, 회동축(500)이 두 개의 다축 힘 센서에 포함된 각각의 제2 부재(210)의 타단을 연결할 수도 있으며, 이와 같은 경우에는 제1 부재(110)가 대상 물체를 집게 되는 말단이 된다.
동력부는 상기 두 개의 다축 힘 센서가 상기 회동축을 중심으로 집는 동작을 할 수 있도록 동력을 공급하는 장치로서, 두 개의 다축 힘 센서에 각각 와이어를 연결하고 모터를 이용해 상기 와이어를 감거나 푸는 방식으로 동작을 제어할 수 있다.
상기 동력부의 동력에 의하여 두 개의 다축 힘 센서는 도 10에 도시된 것과 같이 대상 물체를 집는 동작을 수행하게 된다.
연산부는 상기 두 개의 다축 힘 센서가 집는 동작을 할 때 전극부(400)에서 형성되는 정전용량의 값을 이용하여 두 개의 다축 힘 센서에 가해지는 다축 힘 값을 구하는 장치이다.
이를 위하여 상기 연산부는 상기 두 개의 다축 힘 센서에 포함된 제1 전극(410) 및 제2 전극(420)의 정전용량에 따른 다축 힘 값이 저장된 테이블을 포함하며, 제1 전극 및 제2 전극에서 측정된 정전용량 값을 상기 테이블에 대입함으로써 두 개의 다축 힘 센서에 가해진 두 방향의 전단력(x축 및 y축 힘)과 하나의 수직력(z축 힘)을 측정할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 다축 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘을 감지할 수 있는 집게를 첨부된 도면을 참조로 구체적인 실시예로 한정되게 설명하였으나 이는 하나의 실시예일 뿐이며, 첨부된 특허청구범위에서 청구된 발명의 사상 및 그 영역을 이탈하지 않으면서 다양한 변화 및 변경이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.
100 : 제1 동작부 110 : 제1 부재
120 : 제1 돌출모듈 200 : 제2 동작부
210 : 제2 부재 220 : 제2 돌출모듈
300 : 탄성부 400 : 전극부
410 : 제1 전극 420 : 제2 전극
500 : 회동축

Claims (7)

  1. 제1 부재 및 상기 제1 부재의 일측에 ㄱ자 모양으로 돌출되게 형성된 제1 돌출모듈을 포함하여 구성된 제1 동작부;
    상기 제1 부재의 일단에 형성되는 탄성체인 탄성부;
    상기 탄성부를 사이에 두고 일단이 상기 제1 부재의 일단과 마주보도록 형성된 제2 부재 및 상기 제1 돌출모듈과 마주보도록 상기 제2 부재의 일측에 돌출되고 상기 제 1 돌출모듈의 끝단을 감싸도록 일정간격 이격되도록 형성되는 제2 돌출모듈을 포함하여 구성된 제2 동작부; 및
    상기 제1 돌출 모듈에 형성된 전극부;
    를 포함하여 이루어지며,
    상기 전극부는 전원을 인가받으면 상기 제2 동작부와 함께 정전용량을 형성하며, 상기 제2 동작부와의 상대적인 위치 변화에 따라 달라지는 상기 정전용량의 값을 이용하여 상기 제1 동작부 또는 상기 제2 동작부에 가해지는 다축 힘 값을 구하는 다축 힘 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극부는
    상기 제1 돌출모듈의 끝단에 형성되되 서로 다른 각도를 이루도록 이격되어 형성된 두 개의 이상의 전극을 포함하는 제1 전극; 및
    상기 제1 돌출모듈의 측면에 형성되되 상기 제1 전극과 일정 간격 이상 이격되어 형성된 전극인 제2 전극;
    을 포함하여 이루어지며,
    상기 제1 전극은 전원을 인가받으면 상기 제2 돌출모듈과 함께 정전용량을 형성하고, 상기 제2 전극은 전원을 인가받으면 상기 제2 부재와 함께 정전용량을 형성하는 다축 힘 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 돌출모듈의 끝단의 형태는 교각을 형성하는 상기 제1 전극과 동일한 형태로 형성되는 다축 힘 센서.
  4. 제2항에 있어서,
    외력에 따라 상기 전극부와 상기 제2 동작부의 상대적인 위치가 변하더라도 상기 제1 전극은 상기 제2 부재보다 상기 제2 돌출모듈에 더 인접되도록 형성되고 상기 제2 전극은 상기 제2 돌출모듈보다 상기 제2 부재에 더 인접되도록 형성되는 다축 힘 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 동작부는 상기 제2 전극과 마주보는 상기 제2 부재의 표면에 돌출되게 형성된 근접 모듈을 더 포함하는 다축 힘 센서.
  6. 두 개의 다축 힘 센서;
    상기 두 개의 다축 힘 센서에 각각 포함된 제1 부재의 타단이나 제2 부재의 타단을 서로 연결하는 회동축;
    상기 두 개의 다축 힘 센서가 상기 회동축을 중심으로 집는 동작을 할 수 있도록 동력을 공급하는 동력부; 및
    상기 힘 센서에 작용하는 힘을 구하는 연산부;
    를 포함하고, 상기 다축 힘 센서는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 다축 힘 센서이며, 상기 연산부는 상기 집는 동작에 따라 상기 두 다축 힘 센서의 제1 전극 또는 제2 전극으로부터 측정된 정전용량 값이 변하면 이를 이용하여 상기 두 개의 다축 힘 센서에 가해지는 다축 힘을 구하는 다축 힘을 감지할 수 있는 집게.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연산부는 제1 전극 및 제2 전극의 정전용량에 따른 다축 힘 값이 저장된 테이블을 포함하며, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에서 측정된 정전용량 값을 상기 테이블에 대입하여 두 개의 다축 힘 센서에 가해진 다축 힘 값을 구하는 다축 힘을 감지할 수 있는 집게.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102288972B1 (ko) * 2020-03-19 2021-08-13 성균관대학교산학협력단 정전용량형 힘센서
DE102020109109A1 (de) * 2020-04-01 2021-10-07 WELLGO Systems GmbH Sensor zur Detektion einer Kraft und/oder eines Drehmoments
JP7381091B2 (ja) * 2021-01-25 2023-11-15 株式会社東洋電制製作所 触覚センサ装置及びこれを用いたロボットハンド装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012127764A (ja) 2010-12-14 2012-07-05 Iai:Kk 触覚センサ、把持装置、及びアクチュエータシステム
KR101250634B1 (ko) 2011-04-26 2013-04-03 한국과학기술원 힘 센서 및 이를 이용한 로봇

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3904234A (en) * 1973-10-15 1975-09-09 Stanford Research Inst Manipulator with electromechanical transducer means
CA1276710C (en) * 1983-11-30 1990-11-20 Kazuo Asakawa Robot force controlling system
US5293781A (en) * 1987-11-09 1994-03-15 California Institute Of Technology Tunnel effect measuring systems and particle detectors
US5421213A (en) * 1990-10-12 1995-06-06 Okada; Kazuhiro Multi-dimensional force detector
US5373747A (en) * 1991-03-30 1994-12-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Robot hand and robot
US5245872A (en) * 1991-07-12 1993-09-21 Cooper William L Device for precise measurement of force
JP4295883B2 (ja) * 1999-12-13 2009-07-15 株式会社ワコー 力検出装置
US6785572B2 (en) * 2001-11-21 2004-08-31 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Tactile feedback and display in a CT image guided robotic system for interventional procedures
JP3726057B2 (ja) * 2001-12-28 2005-12-14 本田技研工業株式会社 脚式移動ロボットおよびその床反力検出装置
US8277446B2 (en) * 2009-04-24 2012-10-02 Tyco Healthcare Group Lp Electrosurgical tissue sealer and cutter
JP5821328B2 (ja) * 2010-07-26 2015-11-24 セイコーエプソン株式会社 電子機器装置、ロボットハンド及びロボット
US9174339B2 (en) * 2010-11-22 2015-11-03 Vanderbilt University Control system for a grasping device
JP2012122823A (ja) * 2010-12-08 2012-06-28 Seiko Epson Corp 検出装置、電子機器、及びロボット
JP5875382B2 (ja) * 2011-02-15 2016-03-02 キヤノン株式会社 力覚センサ、ロボット装置、ロボットハンド及び検出装置
JP5936374B2 (ja) * 2011-02-15 2016-06-22 キヤノン株式会社 圧電振動型力センサ及びロボットハンド並びにロボットアーム
US8504205B2 (en) * 2011-03-17 2013-08-06 Harris Corporation Robotic grasping device with multi-force sensing at base of fingers
US8966996B2 (en) * 2011-07-27 2015-03-03 Tri-Force Management Corporation Force sensor
KR101266210B1 (ko) * 2011-09-22 2013-05-21 성균관대학교산학협력단 6축 힘/토크 센서
KR101839444B1 (ko) * 2011-10-31 2018-04-27 삼성전자 주식회사 힘 측정 장치 및 상기 힘 측정 장치를 포함하는 로봇 팔
US20130160567A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 Canon Kabushiki Kaisha Force sensor
JP5543539B2 (ja) * 2012-07-25 2014-07-09 ファナック株式会社 力制御電動ハンド
TWI470197B (zh) * 2012-12-20 2015-01-21 Ind Tech Res Inst 電容式剪力感測器及其製造方法
JP2014163815A (ja) * 2013-02-26 2014-09-08 Seiko Epson Corp 力検出装置およびロボット
KR101465384B1 (ko) * 2014-01-07 2014-11-26 성균관대학교산학협력단 힘 측정이 가능한 수술용 집게

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012127764A (ja) 2010-12-14 2012-07-05 Iai:Kk 触覚センサ、把持装置、及びアクチュエータシステム
KR101250634B1 (ko) 2011-04-26 2013-04-03 한국과학기술원 힘 센서 및 이를 이용한 로봇

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