KR101724016B1 - 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치 - Google Patents

전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 서로 조립되는 두 개의 부품들을 각각 전도성 복합소재로 형성하고, 서로 접촉하는 부분을 폴리싱을 통해 전도성 물질을 노출시켜 전기적 네트워크를 형성하도록 하여, 두 개의 부품 간의 접촉 면적이나 표면 압력에 따른 저항 변화를 측정함으로써, 별도의 변위 센서나 압력 센서를 부착할 필요하지 않고, 변위나 압력에 대해 자체 센싱(In-situ self-sensing)이 가능하기 때문에, 장치에서 두 개의 부품의 조립시 조립 위치의 확인이 가능하며, 상기 장치의 사용 중에는 두 개의 부품 사이의 변형이나 파손 등을 스스로 감지할 수 있다.

Description

전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치{In-situ self-sensing mechanism using conductive composites}
본 발명은 전도성 복합소재를 이용하여 자체 센싱이 가능한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서로 접하는 접촉면을 탄소섬유강화플라스틱으로 제작하여 상기 접촉면에서 발생된 변위나 압력 변화를 센싱할 수 있는 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 탄소섬유나 탄소나노튜브를 이용한 전도성 복합소재는 기계장치나 로봇 등 다양한 산업 분양의 소재로 사용이 점차 늘고 있다. 상기 전도성 복합소재는, 전도성을 갖는 탄소섬유나 탄소나노튜브가 전도성을 갖지 않는 수지에 함침된 구조를 가진다. 따라서, 상기 전도성 복합소재의 표면은 수지가 덮고 있으므로, 표면에 전류가 흐르지 않는다.
그러나, 상기 탄소섬유강화플라스틱으로 제조된 제품의 경우, 변위나 압력을 측정하기 위해서는 스트레인 게이지나 다이아프램 형태의 압력 센서 등을 별도로 설치해야 한다.
대한민국공개특허 제10-2012-0134270호
본 발명의 목적은, 별도의 센서를 설치할 필요없이 변위나 압력을 센싱할 수 있는 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치는, 적어도 일부가 제1전도성 복합소재를 포함하도록 형성되고, 적어도 일부분의 표면에 상기 제1전도성 복합소재의 제1전도성 물질이 노출되어 제1센싱부를 형성하는 제1부품과; 상기 제1부품과 조립되고, 적어도 일부가 제2전도성 복합소재를 포함하도록 형성되고, 상기 제1센싱부와 마주보는 표면에서 상기 제2전도성 복합소재의 제2전도성 물질이 노출되어 상기 제1센싱부와 접촉에 의해 전기적 네트워크를 형성하는 제2센싱부를 형성하는 제2부품과; 상기 제1부품과 상기 제2부품 사이에 연결되어, 상기 제1센싱부와 상기 제2센싱부의 접촉 면적에 따라 변하는 저항값을 측정하는 저항 측정 모듈과; 상기 저항 측정 모듈에서 측정된 저항값에 따라 상기 제1부품과 상기 제2부품 사이에 발생된 변위를 도출하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치는, 적어도 일부가 제1전도성 복합소재를 포함하도록 형성되고, 적어도 일부분의 표면에 상기 제1전도성 복합소재의 제1전도성 물질이 노출되어 제1센싱부를 형성하는 제1부품과; 상기 제1부품과 조립되고, 적어도 일부가 제2전도성 복합소재를 포함하도록 형성되고, 상기 제1센싱부와 마주보는 표면에서 상기 제2전도성 복합소재의 제2전도성 물질이 노출되어 상기 제1센싱부와 접촉에 의해 전기적 네트워크를 형성하는 제2센싱부를 형성하는 제2부품과; 상기 제1부품과 상기 제2부품 사이에 연결되어, 상기 제1센싱부와 상기 제2센싱부의 표면 압력에 따라 변하는 저항값을 측정하는 저항 측정 모듈과; 상기 저항 측정 모듈에서 측정된 저항값에 따라 상기 제1부품과 상기 제2부품 사이에 발생된 압력을 도출하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치는, 적어도 일부가 탄소섬유강화플라스틱을 포함하도록 형성되고, 표면 중 적어도 일부분이 폴리싱되어 상기 탄소섬유강화플라스틱의 탄소섬유가 노출되어 제1센싱부를 형성하는 제1부품과; 상기 제1부품과 조립되고, 적어도 일부가 탄소섬유강화플라스틱으로 이루어지며, 상기 제1센싱부와 마주보는 표면 중 적어도 일부분이 폴리싱되어 상기 탄소섬유가 노출되어 상기 제1센싱부와 접촉에 의해 전기적 네트워크를 형성하는 제2센싱부를 형성하는 제2부품과; 상기 제1부품과 상기 제2부품 사이에 연결되어, 상기 제1부품과 상기 제2부품 사이의 저항값을 측정하는 멀티 미터와; 상기 멀티 미터에서 측정된 저항값을 미리 설정된 저항값과 비교하여, 상기 제1부품과 상기 제2부품 사이에 발생된 변위와 압력을 도출하고 그에 따라 상기 제1부품과 상기 제2부품의 조립 위치, 변형 및 움직임을 판단하는 제어부를 포함한다.
본 발명은, 서로 조립되는 두 개의 부품들을 각각 전도성 복합소재로 형성하고, 서로 접촉하는 부분을 폴리싱을 통해 전도성 물질을 노출시켜 전기적 네트워크를 형성하도록 하여, 두 개의 부품 간의 접촉 면적이나 표면 압력에 따른 저항 변화를 측정함으로써, 별도의 변위 센서나 압력 센서를 부착할 필요하지 않고, 변위나 압력에 대해 자체 센싱(In-situ self-sensing)이 가능하기 때문에, 장치에서 두 개의 부품의 조립시 조립 위치의 확인이 가능하며, 상기 장치의 사용 중에는 두 개의 부품 사이의 변형이나 파손 등을 스스로 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치가 도시된 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치에서 제1,2센싱부의 겹쳐진 면적에 따른 저항 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 1에 도시된 장치에서 제1,2센싱부의 표면 압력에 따른 저항 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치가 체결부재에 의해 체결되는 장치인 경우를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치가 로봇 암인 경우를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치가 도시된 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치는, 제1부품(11), 상기 제1부품(11)과 조립되는 제2부품(12), 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)사이의 저항 변화를 측정하는 저항 측정 모듈(14) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)은 상호 조립되어 하나의 장치를 이루는 부품이다. 상기 장치는, 다양한 기계 장치, 로봇 등을 포함한다. 상기 조립은 별도의 부재에 의해 연결되거나 체결되는 것은 물론, 상하 또는 좌우방향으로 서로 접촉되게 배치되는 것도 포함한다.
상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)은, 각각 전도성 복합소재로 이루어진다. 상기 전도성 복합소재는, 전도성 물질이 비전도성 매트릭스에 함침되어 이루어진다. 상기 전도성 물질은, 탄소나노튜브, 그래핀 및 탄소섬유 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 비전도성 매트릭스는 고분자 수지인 것으로 예를 들어 설명한다. 이하, 본 실시예에서는 상기 전도성 물질로 탄소섬유를 사용하여, 상기 전도성 복합소재는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)인 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)은 서로 동일한 전도성 복합소재로 이루어지는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 서로 다른 전도성 복합소재로 각각 이루어지는 것도 가능하다.
상기 제1부품(11)은, 전체가 상기 탄소섬유강화플라스틱으로 이루어지는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 제2부품(12)과 마주하는 부분만 상기 탄소섬유강화플라스틱으로 이루어지는 것도 가능하다. 상기 제1부품(11)에서 상기 제2부품(12)과 마주하는 표면 중 적어도 일부분은 상기 탄소섬유가 노출되도록 폴리싱된다. 즉, 상기 제1부품(11)은 상기 탄소섬유가 상기 고분자 수지에 함침되어 형성되므로, 상기 고분자 수지가 표면을 덮고 있으므로 상기 탄소섬유가 노출되지 않는다. 따라서, 상기 제1부품(11)에서 상기 제2부품(12)과 마주하는 표면을 폴리싱하여 상기 고분자 수지를 벗겨내면, 상기 탄소섬유가 외부로 노출되어 노출된 탄소섬유를 통해 전류가 통하게 된다.
도 1을 참조하면, 상기 제1부품(11)의 하면이 상기 제2부품(12)의 상면과 마주하므로, 상기 제1부품(11)의 하면을 폴리싱하여 상기 탄소섬유가 노출되는 제1센싱부(11a)를 형성하는 것으로 예를 들어 설명한다. 여기서, 상기 제1부품(11)의 하면 전체를 폴리싱하는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 하면 중 적어도 일부분만을 폴리싱하는 것도 가능하다. 폴리싱하는 면적은 변위나 압력을 센싱하고자 하는 위치, 센싱 면적 및 센싱 민감도 등에 따라 설정할 수 있다.
상기 제2부품(12)은, 전체가 상기 탄소섬유강화플라스틱으로 이루어지는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 제1부품(11)과 마주하는 부분만 상기 탄소섬유강화플라스틱으로 이루어지는 것도 가능하다. 상기 제2부품(12)에서 상기 제1부품(11)과 마주하는 표면 중 적어도 일부분은 상기 탄소섬유가 노출되도록 폴리싱된다. 즉, 상기 제2부품(12)은 상기 탄소섬유가 상기 고분자 수지에 함침되어 형성되므로, 상기 고분자 수지가 표면을 덮고 있으므로 상기 탄소섬유가 노출되지 않는다. 따라서, 상기 제2부품(12)에서 상기 제1부품(11)과 마주하는 표면을 폴리싱하여 상기 고분자 수지를 벗겨내면, 상기 탄소섬유가 외부로 노출되어 노출된 탄소섬유를 통해 전류가 통하게 된다.
도 1을 참조하면, 상기 제2부품(12)의 상면이 상기 제1부품(11)의 하면과 마주하므로, 상기 제2부품(12)의 상면을 폴리싱하여 상기 탄소섬유가 노출되는 제2센싱부(12a)를 형성하는 것으로 예를 들어 설명한다. 여기서, 상기 제2부품(12)의 하면 전체를 폴리싱하는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 하면 중 적어도 일부분만을 폴리싱하는 것도 가능하다. 폴리싱하는 면적은 변위나 압력을 센싱하고자 하는 위치, 센싱 면적 및 센싱 민감도 등에 따라 설정할 수 있다.
상기 저항 측정 모듈(14)은, 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)사이에 연결되어, 상기 제1센싱부(11a)와 상기 제2센싱부(12a)의 접촉 면적과 표면 압력에 따라 변하는 저항값을 측정하는 멀티 미터(Multi-meter)이다. 상기 저항 측정 모듈(14)이 연결되는 부분에는 전극이 구비된다.
상기 제어부(미도시)는, 상기 저항 측정 모듈(14)에서 측정된 저항값에 따라 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)사이에 발생된 변위나 압력을 도출한다. 상기 제어부(미도시)에는 실험 등에 의해 미리 구해진 데이터들에 따른 기준값이 저장되어, 상기 저항 측정 모듈(14)에서 측정된 저항값에 따른 변위나 압력을 도출할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 센싱 방법을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 1a 및 도 2를 참조하면, 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)을 조립하고자 할 경우나 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)이 조립되어 사용되는 동안 변형 등을 알아보고자 할 경우, 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12) 사이에 상기 저항 측정 모듈(14)을 연결한다.
상기 저항 측정 모듈(14)은, 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)사이의 저항을 측정한다.
상기 제1부품(11)의 제1센싱부(11a)와 상기 제2부품(12)의 제2센싱부(12a)의 접촉 면적, 즉 겹쳐진 면적에 따라 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)사이의 저항이 달라진다. 즉, 상기 제1센싱부(11a)와 상기 제2센싱부(12a)는 각각 탄소섬유가 노출되어 상호간에 전류가 흐르게 된다. 이 때, 상기 제1센싱부(11a)와 상기 제2센싱부(12a)의 겹쳐진 면적이 넓을수록 전기적 네트워크가 많이 형성되기 때문에 저항이 낮게 측정된다. 한편, 상기 제1센싱부(11a)와 상기 제2센싱부(12a)의 겹쳐진 면적이 좁을수록 상호간에 전기적 네트워크의 형성이 덜 되기 때문에 저항이 높게 측정된다. 따라서, 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)사이에서 측정된 저항에 따라 상기 제1센싱부(11a)와 상기 제2센싱부(12a)의 겹쳐진 면적을 판단할 수 있다. 상기 제1센싱부(11a)와 상기 제2센싱부(12a)의 겹쳐진 면적에 따라 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)의 조립 위치가 정확한지 여부나 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12) 중 어느 하나에서 변형 등이 발생하였는지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12) 중 적어도 하나를 조립 위치까지 이동시킬 경우, 상기 저항 변화에 따라 상기 조립 위치까지 이동이 완료되었는지 여부를 판단할 수 있다.
따라서, 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)은, 별도의 변위센서를 설치하지 않고도 자체적으로 상호간의 변위를 센싱할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 장치에서 제1,2센싱부의 겹쳐진 면적에 따른 저항 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 상기 제1,2센싱부(11a)(12a)의 겹쳐진 면적(Overlapped length)에 따른 저항변화를 알 수 있다. 상기 제1,2센싱부(11a)(12a)에서 겹쳐진 면적이 증가할수록 저항 변화가 줄어드는 것을 알 수 있다. 도 2는 폴리싱할 때 가해진 힘(F)과 시간을 변화시키면서 상기 제1,2센싱부(11a)(12a)의 겹쳐진 면적에 따른 저항 변화를 실험해 본 결과이다. 도 2의 A 내지 C는 폴리싱할 때 가해진 힘과 시간에 따라 서로 다른 샘플을 나타내며, A는 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)에 가해진 힘(F)이 약 4N으로 약 2분간 가해진 상태이고, B는 상기 힘(F)이 약 8N으로 약 2분간 가해진 상태이고, C는 상기 힘(F)이 약 13N으로 약 2분 30초 가해진 상태를 나타낸다. 여기서, 상기 힘(F)는 폴리싱할 때 가해진 힘이다. 여기서, 상기 힘(F)은 사포로 샘플이나 부품을 누를 때 가해진 힘을 나타낸다. 다만, 이에 한정되지 않고, 폴리싱은 사포 이외에 다른 방법을 이용하는 것도 물론 가능하다.
한편, 도 1b 및 도 3을 참조하면, 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12) 사이에 상기 저항 측정 모듈(14)을 연결하여 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)사이에 가해진 압력을 확인할 수 있다.
상기 제1부품(11)의 제1센싱부(11a)와 상기 제2부품(12)의 제2센싱부(12a)가 겹쳐진 상태에서 상기 제1센싱부(11a)와 상기 제2센싱부(12a)사이에 가해지는 표면 압력에 따라 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)사이의 저항이 달라진다. 즉, 상기 제1센싱부(11a)와 상기 제2센싱부(12a)는 각각 탄소섬유가 노출되어 상호간에 전류가 흐르게 된다. 이 때, 상기 제1센싱부(11a)와 상기 제2센싱부(12a)사이에 표면 압력이 커서 접촉하는 힘이 클수록 노출된 탄소섬유들끼리 보다 잘 접촉되어 전기적 네트워크가 많이 형성되기 때문에 저항이 낮게 측정된다. 한편, 상기 제1센싱부(11a)와 상기 제2센싱부(12a)의 표면 압력이 작을수록 노출된 탄소섬유들끼리의 접촉이 줄어들게 되어 전기적 네트워크의 형성이 덜 되기 때문에 저항이 높게 측정된다. 즉, 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)사이에서 측정된 저항에 따라 상호간의 표면 압력을 판단할 수 있다.
따라서, 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)은, 별도의 압력센서를 설치하지 않고도 자체적으로 상호간의 표면 압력을 센싱할 수 있다. 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)사이의 접촉 저항은, 상기 탄소섬유강화플라스틱의 압전저항((piezoresistivity)보다 더 우세하므로 부품 내부의 변형보다 서로 다른 부품간의 접촉 저항을 우선적으로 감지할 수 있다.
상기와 같은 압력 센싱을 통해 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12)간의 볼트 체결 혹은 리벳팅이 얼마나 진행되었는지를 판단할 수 있으며, 로봇 암의 관절 부위에 걸리는 하중 등을 판단할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 장치에서 제1,2센싱부의 표면 압력에 따른 저항 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 상기 제1,2센싱부(11a)(12a)에 가해진 하중(Mass)에 따른 저항변화를 알 수 있다. 상기 제1,2센싱부(11a)(12a)에 가해진 하중이 증가할수록 저항 변화가 줄어드는 것을 알 수 있다. 여기서, 가해진 하중(Mass)은 폴리싱이 끝난 두 개의 부품을 겹쳐 놓고, 그 위에 가해지는 하중이다. 도 3은 폴리싱할 때 가해진 힘(F)과 시간을 변화시키면서 상기 제1,2센싱부(11a)(12a)에 가해진 하중(Mass)에 따른 저항변화를 실험해 본 결과이다. 도 3의 D 내지 G는 폴리싱할 때 가해진 힘과 시간에 따라 서로 다른 샘플을 나타내며, D는 상기 제1부품(11)과 상기 제2부품(12) 중 적어도 하나에 가해진 힘(F)이 약 4N으로 약 2분간 가해진 상태이고, E는 상기 힘(F)이 4N으로 약 2분 30초 가해진 상태이고, F는 상기 힘(F)이 약 8N으로 약 2분간 가해진 상태이고, G는 상기 힘(F)이 약 13N으로 약 2분 30초 가해진 상태를 나타낸다. 여기서, 상기 힘(F)는 폴리싱할 때의 가해지는 힘이다. 예를 들어, 사포를 이용하여 폴리싱하는 경우, 사포로 샘플이나 부품을 누르는 힘을 나타낸다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 장치는, 별도의 변위 센서나 압력 센서를 부착할 필요하지 않고, 변위나 압력에 대해 장치의 자체 센싱(In-situ self-sensing)이 가능하기 때문에, 장치에서 두 개의 부품의 조립시 조립 위치의 확인이 가능하며, 상기 장치의 사용 중에는 두 개의 부품 사이의 변형이나 파손 등을 스스로 감지할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치가 체결부재에 의해 체결되는 장치인 경우를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치는, 제1부품(21)에서 제2부품(22)과 마주하는 표면 중에서 적어도 일부분만이 폴리싱되어 제1센싱부(21a)를 이루고, 상기 제2부품(22)에서 상기 제1센싱부(21a)에 대응되는 부분만이 폴리싱되어 제2센싱부(22a)를 이루는 것이 상기 실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로 유사 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
즉, 상기 제1부품(21)과 상기 제2부품(22)은 각각 상기 전도성 복합소재로 형성된다.
상기 제1센싱부(21a)는, 상기 제1부품(21)의 하면 중에서 일부분만 폴리싱되어 형성된다.
상기 제2센싱부(22a)는, 상기 제2부품(22)의 상면 중에서 일부분만 폴리싱되어 형성된다. 이 때, 상기 제2센싱부(22a)는 상기 제1센싱부(21)에 접촉되는 부분에 위치된다.
다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제1부품(21)의 하면 전체와 상기 제2부품(22)의 상면 전체가 폴리싱되는 것도 물론 가능하다.
도 4를 참조하면, 상기 제1센싱부(21a)와 상기 제2센싱부(22a)의 접촉 면적에 따른 저항 변화를 멀티 미터(24)를 통해 측정함으로써, 제1체결홀(21b)과 제2체결홀(22b)의 위치 확인 가능하므로 볼트(25) 등의 체결부재를 이용한 체결이 용이하다.
따라서, 별도의 변위 센서를 구비하지 않고서도, 상기 제1센싱부(21a)와 상기 제2센싱부(22a)의 접촉 면적에 따른 저항 변화를 통해 상기 제1,2부품(21)(22)의 변위를 자체 센싱하여, 조립을 위한 정확한 위치를 확인할 수 있다.
또한, 이에 한정되지 않고, 기계 장치의 중심 축 등의 일치 여부를 확인하는 것도 물론 가능하다.
한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치가 로봇 암인 경우를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 로봇 암의 관절을 이루는 제1부품(31)과 제2부품(32)을 포함하고, 상기 제1부품(31)과 상기 제2부품(32)을 각각 탄소섬유강화플라스틱으로 제작하고, 상기 제1부품(31)에서 상기 제2부품(32)과 마주하는 표면 중에서 적어도 일부분만을 폴리싱하여 제1센싱부(31a)를 이루고, 상기 제2부품(32)에서 상기 제1센싱부(31a)에 대응되는 부분만이 폴리싱되어 제2센싱부(32a)를 이루는 것이 상기 실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로 유사 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
따라서, 상기 제1센싱부(31a)와 상기 제2센싱부(32a)사이의 저항 변화를 통해 상기 제1센싱부(31a)와 상기 제2센싱부(32a)의 변위 센싱이 가능하며, 그에 따라 상기 제1부품(31)의 회전을 감지할 수 있다.
또한, 상기 제1센싱부(31a)와 상기 제2센싱부(32a)사이의 저항 변화를 통해 상기 제1센싱부(31a)와 상기 제2센싱부(32a)의 압력 센싱이 가능하며, 그에 따라 상기 로봇 암에 걸리는 하중을 확인할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
11,21,31: 제1부품 11a,21a, 31a: 제1센싱부
12,22,32: 제2부품 12a,22a,32a: 제2센싱부
14: 저항 측정 모듈

Claims (14)

  1. 적어도 일부가 제1전도성 복합소재를 포함하도록 형성되고, 적어도 일부분의 표면에 상기 제1전도성 복합소재의 제1전도성 물질이 노출되어 제1센싱부를 형성하는 제1부품과;
    상기 제1부품과 조립되고, 적어도 일부가 제2전도성 복합소재를 포함하도록 형성되고, 상기 제1센싱부와 마주보는 표면에서 상기 제2전도성 복합소재의 제2전도성 물질이 노출되어 상기 제1센싱부와 접촉에 의해 전기적 네트워크를 형성하는 제2센싱부를 형성하는 제2부품과;
    상기 제1부품과 상기 제2부품 사이에 연결되어, 상기 제1센싱부와 상기 제2센싱부의 접촉 면적에 따라 변하는 저항값을 측정하는 저항 측정 모듈과;
    상기 저항 측정 모듈에서 측정된 저항값에 따라 상기 제1부품과 상기 제2부품 사이에 발생된 변위를 도출하는 제어부를 포함하는 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1,2센싱부는,
    상기 제1,2전도성 복합소재의 각 표면을 폴리싱하여, 상기 제1,2전도성 물질이 각각 노출되게 형성된 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1,2센싱부는,
    상기 제1,2전도성 복합소재의 표면 중 서로 마주하는 일부분을 폴리싱하여 상기 제1,2전도성 물질이 각각 노출되게 형성된 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1,2전도성 복합소재는,
    상기 제1,2전도성 물질이 각각 제1,2비전도성 매트릭스에 함침된 구조로 이루어진 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1,2전도성 물질은,
    탄소나노튜브, 그래핀 및 탄소섬유 중 적어도 하나를 포함하는 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1,2비전도성 매트릭스는,
    고분자 수지를 포함하는 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1부품과 상기 제2부품은, 체결부재에 의해 상호 체결되는 부품인 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1부품과 상기 제2부품 사이의 저항값에 따라 상기 제1부품과 상기 제2부품의 체결 위치를 판단하는 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 적어도 일부가 제1전도성 복합소재를 포함하도록 형성되고, 적어도 일부분의 표면에 상기 제1전도성 복합소재의 제1전도성 물질이 노출되어 제1센싱부를 형성하는 제1부품과;
    상기 제1부품과 조립되고, 적어도 일부가 제2전도성 복합소재를 포함하도록 형성되고, 상기 제1센싱부와 마주보는 표면에서 상기 제2전도성 복합소재의 제2전도성 물질이 노출되어 상기 제1센싱부와 접촉에 의해 전기적 네트워크를 형성하는 제2센싱부를 형성하는 제2부품과;
    상기 제1부품과 상기 제2부품 사이에 연결되어, 상기 제1센싱부와 상기 제2센싱부의 표면 압력에 따라 변하는 저항값을 측정하는 저항 측정 모듈과;
    상기 저항 측정 모듈에서 측정된 저항값에 따라 상기 제1부품과 상기 제2부품 사이에 발생된 압력을 도출하는 제어부를 포함하고,
    상기 제1부품과 상기 제2부품은, 체결부재에 의해 상호 체결되는 부품이고,
    상기 제어부는,
    상기 제1부품과 상기 제2부품 사이의 저항값에 따라 상기 제1부품과 상기 제2부품의 체결 정도를 판단하는 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.
  14. 적어도 일부가 탄소섬유강화플라스틱을 포함하도록 형성되고, 표면 중 적어도 일부분이 폴리싱되어 상기 탄소섬유강화플라스틱의 탄소섬유가 노출되어 제1센싱부를 형성하는 제1부품과;
    상기 제1부품과 조립되고, 적어도 일부가 탄소섬유강화플라스틱으로 이루어지며, 상기 제1센싱부와 마주보는 표면 중 적어도 일부분이 폴리싱되어 상기 탄소섬유가 노출되어 상기 제1센싱부와 접촉에 의해 전기적 네트워크를 형성하는 제2센싱부를 형성하는 제2부품과;
    상기 제1부품과 상기 제2부품 사이에 연결되어, 상기 제1부품과 상기 제2부품 사이의 저항값을 측정하는 멀티 미터와;
    상기 멀티 미터에서 측정된 저항값을 미리 설정된 저항값과 비교하여, 상기 제1부품과 상기 제2부품 사이에 발생된 변위와 압력을 도출하고 그에 따라 상기 제1부품과 상기 제2부품의 조립 위치, 변형 및 움직임을 판단하는 제어부를 포함하는 전도성 복합소재를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.
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US11855622B2 (en) 2020-09-07 2023-12-26 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Touch sensing device and electronic device including touch sensing device

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