KR101853181B1 - 미끄럼 감지 센서 및 미끄럼을 감지하는 로봇손 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미끄럼 감지 센서 및 미끄럼을 감지하는 로봇손에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 미끄럼 감지 센서는 이동하는 바디부의 표면에 고정되는 베이스층, 베이스층의 상면에 고정되며 비압축성 유전체로 형성되는 유전체층, 유전체층의 상면에 위치하고 물체와 접촉하여 미끄러질 때 유전체층과 분리되는 접촉층, 베이스층과 유전체층 사이에 위치하는 제 1 전극, 제 1 전극의 상부에 위치하며 접촉층의 하면에 고정되는 제 2 전극 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 캐패시턴스 변화를 감지하여 미끄럼을 감지하는 미끄럼 감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

미끄럼 감지 센서 및 미끄럼을 감지하는 로봇손{SLIDING SENSOR AND ROBOT HAND SENSING SLIDING}
본 발명은 미끄럼 감지 센서 및 미끄럼을 감지하는 로봇손에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 물체와 접촉하는 면에 미끄러짐이 발생하였을 때 캐퍼시턴스 값의 변화를 이용하여 이를 감지하는 미끄럼 감지 센서 및 미끄럼을 감지하는 로봇손에 관한 것이다.
최근에는 산업체에서 이용되는 산업용 로봇뿐만 아니라 일반 가정이나 사무실 등에서 가사일이나 사무 보조로 사용되는 로봇이 실용화되고 있다.
이러한 로봇 중에서 사람의 손에 대응하도록 다수의 손가락 관절을 이용하여 물건을 파지하는 로봇손이 장착된 로봇도 개발되고 있는데, 종래에는 로봇손으로 물건을 파지할 때 미끄럼이 발생하는 경우에도 동일한 관절 형태를 유지하며 물건을 파지하도록 제어하여 물건을 제대로 파지하지 못하는 경우가 발생하였다.
등록특허 10-1088412
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 내부에 분리층을 형성하여 미끄러짐이 발생하였을 때 진동으로 인해 분리층 사이에 위치 변화가 발생하도록 하고 위치 변화에 따른 캐패시턴스 값의 변화를 이용하여 접촉하는 물체 사이에 미끄러짐이 발생하였음을 감지하는 미끄럼 감지 센서를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 물체와 접촉하는 로봇 손의 표면에 상기 미끄럼 감지 센서를 장착하여 미끄럼을 감지하는 로봇손을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 이동하는 바디부의 표면에 고정되는 베이스층; 상기 베이스층의 상면에 고정되며 비압축성 유전체로 형성되는 유전체층; 상기 유전체층의 상면에 위치하고 물체와 접촉하여 미끄러질 때 상기 유전체층과 분리되는 접촉층; 상기 베이스층과 상기 유전체층 사이에 위치하는 제 1 전극; 상기 제 1 전극의 상부에 위치하며 상기 접촉층의 하측면에 고정되는 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 캐패시턴스 변화를 감지하여 미끄럼을 감지하는 미끄럼 감지부를 포함하는 미끄럼 감지 센서에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 베이스층과 상기 접촉층은 유연한 재료로 형성되며, 상기 접촉층은 연신률이 높아 쉽게 늘어나는 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 베이스층은 엔비아르(NBR)로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 접촉층은 에코플렉스(ecoflex)로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 유전체층은 종이로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 베이스층에는 상기 제 1 전극이 삽입되는 홈이 형성될 수 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 다수의 관절로 형성된 로봇손; 및
외부의 물체와 접촉하는 상기 로봇손의 표면에 형성되는 전술한 미끄럼 감지 센서를 포함하는 미끄럼을 감지하는 로봇손에 의해 달성될 수가 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 미끄럼 감지 센서 및 미끄러짐을 감지하는 로봇손에 따르면 내부에 분리층을 형성하여 미끄러짐이 발생하였을 때 진동으로 인해 접촉면에 발생하는 변위를 이용하여 미끄러짐을 감지하도록 하여 간단한 구조로 미끄러짐을 감지할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 미끄러짐을 감지하는 로봇손은 물건을 파지할 때 미끄러짐을 감지하여 이에 따라 로봇손의 동작을 제어하도록 함으로써 물건의 파지 능력을 향상시킬 수가 있다는 장점도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미끄럼 감지 센서의 내부 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미끄럼 감지 센서에 물체가 닿아 수직력이 가해졌을 때의 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 미끄럼 감지 센서에 물체가 닿아 전단력을 받지만 미끄러지지 않은 상태의 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 미끄럼 감지 센서에 물체가 닿아 전단력을 받아 미끄러지고 있는 상태의 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미끄러짐을 감지하는 로봇손을 도시하는 도면이다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 미끄럼 감지 센서 및 미끄럼을 감지하는 로봇손을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미끄럼 감지 센서의 내부 측면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 미끄럼 감지 센서에 물체가 닿아 수직력이 가해졌을 때의 모습을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 미끄럼 감지 센서에 물체가 닿아 전단력을 받지만 미끄러지지 않은 상태의 모습을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 미끄럼 감지 센서에 물체가 닿아 전단력을 받아 미끄러지고 있는 상태의 모습을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미끄러짐을 감지하는 로봇손을 도시하는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미끄럼 감지 센서(100)는 베이스층(110), 유전체층(120), 접촉층(130), 제 1 전극(140), 제 2 전극(150) 및 미끄럼 감지부(미도시)를 포함하여 구성될 수가 있다.
본 발명에 따른 미끄럼 감지 센서(100)는 베이스층(110), 유전체층(120), 접촉층(130) 순으로 차례대로 층으로 형성되며, 가장 아래에 있는 베이스층(110)은 도 5에 도시된 로봇손(300)의 손가락 끝마디와 같이 이동하면서 물체(200)와 접촉하도록 하는 바디부의 표면에 고정된다. 이하, 설명에 있어서는 베이스층(110)에서 유전체층(120), 접촉층(130)으로 향하는 방향을 상부 방향이라고 정의하기로 한다.
베이스층(110)은 로봇손(300)의 손가락면과 같이 굴곡면상에 형성될 수 있으므로 유연한 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 또한 탄성력이 강하여 잘 늘어나지 않는 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 베이스층(110)은 엔비아르(NBR)로 형성될 수가 있는데, 베이스층(110)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니다.
유전체층(120)은 유전체로 형성되어 베이스층(110)의 상면에 형성되며 베이스층(110)에 고정될 수가 있다. 즉, 본 발명에서 유전체층(120)은 베이스층(110)에 접착되어 서로 분리되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 유전체층(120)도 베이스층(110)과 마찬가지로 유연한 재료로 형성되는 것이 바람직하며, 유전체층(120)에 수직한 방향으로 변형이 일어나지 않도록 비압축성 유전체로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 유전체층(120)은 종이로 형성될 수가 있는데, 유전체층(120)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니다. 유전체층(120)은 후술할 제 1 전극(140)과 제 2 전극(150) 사이에 위치하여 제 1 전극(140) 및 제 2 전극(150)과 함께 캐패시턴스를 형성하도록 한다.
접촉층(130)은 물체(200)와 접촉하는 층으로 유전체층(120)의 상면에 형성되고 접촉층(130)과 유전체층(120) 사이에는 베이스층(110)과 유전체층(120)처럼 상호 접착되지 않아서 서로 분리되어 미끄러지도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 유전체층(120)과 접촉층(130)은 상호간의 마찰력으로 접촉을 유지하게 되며, 접촉층(130)이 외부의 물체(200)와 접촉하여 미끄러지게 되면 미끄러질 때 발생하는 진동으로 유전체층(120)과 접촉층(130)은 상호 분리가 될 수가 있다. 이와 관련해서는 도 4를 참조로 후술하기로 한다.
접촉층(130)도 유연한 재료로 형성되는 것이 바람직하며, 특히 연신률이 좋아서 쉽게 늘어나는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 접촉층(130)은 에코플렉스(ecoflex)로 형성될 수가 있는데, 접촉층(130)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니다.
제 1 전극(140)과 제 2 전극(150)은 각각 베이스층(110)과 유전체층(120) 사이 및 유전체층(120)과 접촉층(130) 사이에 형성되어 유전체층(120)과 함께 캐패시턴스를 형성한다.
제 1 전극(140)은 베이스층(110)과 유전체층(120) 사이에 형성되는데, 베이스층(110)과 유전체층(120)은 상호 분리되지 않으므로 제 1 전극(140)의 위치는 고정될 수가 있다. 이때, 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 베이스층(110)에는 제 1 전극(140)이 삽입될 수 있도록 홈이 형성되어, 홈에 제 1 전극(140)이 삽입되더라고 제 1 전극(140)이 베이스층(110)의 상면으로 돌출되지 않도록 할 수가 있다. 따라서, 베이스층(110)과 유전체층(120) 사이에 제 1 전극(140)이 형성되더라도 제 1 전극(140)에 의한 돌출면을 형성하지 않도록 할 수가 있다.
제 2 전극(150)은 유전체층(120)과 접촉층(130) 사이에 형성되는데, 바람직하게는 접촉층(130)의 하면에 고정되어 형성될 수가 있다. 전술한 바와 같이 유전체층(120)과 접촉층(130)은 상호 분리되는 층이므로 접촉층(130)이 분리되어 미끄러짐에 따라서 접촉층(130)에 고정된 제 2 전극(150)의 위치가 달라질 수가 있다. 그러므로, 접촉층(130)이 분리되어 미끄러짐에 따라서 제 2 전극(150)의 위치가 변하게 되고, 제 2 전극(150)의 위치가 변하게 됨에 따라서 제 1 전극(140)과 제 2 전극(150) 사이에 투영되는 교차 면적이 달라져서 캐패시턴스의 변화가 발생하게 된다.
미끄럼 감지부(미도시)는 제 1 전극(140)과 제 2 전극(150)으로부터 발생하는 전기 신호를 수신하여 제 1 전극(140)과 제 2 전극(150) 사이의 캐패시턴스 값을 계산하고, 캐패시턴스 값의 변화를 감지하여 전술한 구성의 미끄럼 감지 센서(100)가 물체(200)와 접촉할 때 미끄럼이 발생하였음을 감지한다. 참고로, 캐패시턴스 값은 제 1 전극(140)과 제 2 전극(150) 사이의 거리에 반비례하고 제 1 전극(140)과 제 2 전극(150) 사이에 투영되는 교차 면적에 비례하며 유전체의 유전율이 비례한다.
지금부터는 상술한 미끄럼 감지 센서(100)의 동작에 대해서 도 2 내지 도 4를 참조로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 미끄럼 감지 센서(100)에 물체(200)가 닿아 수직력이 가해졌을 때의 모습을 도시한다. 전술한 바와 같이 유전체층(120)은 비압축성 재질로 형성된다. 따라서, 미끄럼 감지 센서(100)에 수직력이 가해질 때 접촉층(130)이 약간 눌리지만 유전체층(120)에 변형이 발생하지 않고, 제 1 전극(140)과 제 2 전극(150) 사이의 위치 변화는 발생하지 않는다. 그러므로, 미끄럼 감지부(미도시)에서 계산하는 캐패시턴스 값의 변화는 발생하지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 미끄럼 감지 센서(100)에 물체(200)가 닿아 수직력과 함께 수평 방향의 전단력을 받지만 미끄러지지 않는 상태의 모습을 도시한다. 이 상태에서는 접촉층(130)과 물체(200) 사이의 전단력을 유전체층(120)과 접촉층(130) 사이의 마찰력이 상쇄시키기 때문에 접촉층(130)은 유전체층(120)에 불어서 움직이지 않는다. 따라서, 이 경우에도 도 2의 경우와 마찬가지로 제 1 전극(140)과 제 2 전극(150) 사이의 위치 변화는 발생하지 않는다. 그러므로, 미끄럼 감지부(미도시)에서 계산하는 캐패시턴스 값의 변화는 발생하지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 미끄럼 감지 센서(100)에 물체(200)가 닿아 수직력과 함께 수평 방향의 전단력을 받아 미끄러짐이 발생한 상태의 모습을 도시한 도면이다. 물체(200)와 접촉층(130) 사이에 미끄러짐이 발생할 때 진동이 발생할 수가 있다. 물체(200)와 접촉층(130) 사이에 미끄러짐이 발생하면 접촉층(130)에 진동이 발생하게 되고, 발생한 진동은 유전체층(120)과 접촉층(130) 사이의 면에도 전달되게 된다. 이때, 유전체층(120)과 접촉층(130)은 전술한 바와 같이 분리되는 층이기 때문에 유전체층(120)과 접촉층(130) 사이의 면이 진동에 의해 부분적으로 분리가 발생하게 된다. 이렇게 부분적으로 분리된 부분은 마찰력이 작용하지 않으므로 물체(200)가 미끄러지는 방향으로 함께 이동하게 된다. 따라서, 전단력이 가해지는 물체(200)의 전단부에 위치한 접촉층(130)은 재질의 특성으로 약간 늘어나게 되고, 전단력이 가해지는 물체(200)의 후단부에 위치한 접촉층(130)은 물체(200)가 후단으로 밀리면서 압축되어 주름이 발생할 수가 있다.
접촉층(130)이 분리되어 이동함에 따라서 접촉층(130)의 하면에 고정된 제 2 전극(150)도 함께 이동을 하게 되고, 이는 제 1 전극(140)과 제 2 전극(150) 사이의 투영되는 교차 면적에 변화를 가져오게 된다. 따라서, 미끄럼 감지부(미도시)에서 계산하는 캐패시턴스 값의 변화가 발생하여 미끄러짐이 발생하였음을 감지할 수가 있다.
도 2 내지 도 4를 참조로 전술한 바와 같이 미끄럼이 발생하는 도 4의 경우에 있어서만 캐패시턴스 값의 변화가 발생하므로, 캐패시턴스 값의 변화로 미끄러짐을 감지할 수가 있는 것이다.
도 1 내지 도 4를 참조로 설명한 본 발명에 따른 미끄럼 감지 센서(100)는 도 5와 같이 다수의 손가락 관절로 형성된 로봇손(300)의 파지면에 형성되어서 물체(200)와 로봇손(300) 사이에 미끄러짐이 발생함을 감지할 수가 있다. 미끄러짐이 발생하였을 때 각 손가락 관절의 위치를 다르게 제어함으로써 로봇손(300)을 통해 더욱 정밀하게 물체(200)를 파지할 수가 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 미끄럼 감지 센서 110: 베이스층
120: 유전체층 130: 접촉층
140: 제 1 전극 150: 제 2 전극
200: 물체 300: 로봇손

Claims (7)

  1. 이동하는 바디부의 표면에 고정되는 베이스층;
    상기 베이스층의 상면에 고정되며 비압축성 유전체로 형성되는 유전체층;
    상기 유전체층의 상면에 위치하고 물체와 접촉하여 미끄러질 때 상기 유전체층과 분리되는 접촉층;
    상기 베이스층과 상기 유전체층 사이에 위치하는 제 1 전극;
    상기 제 1 전극의 상부에 위치하며 상기 접촉층의 하면에 고정되는 제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 캐패시턴스 변화를 감지하여 미끄럼을 감지하는 미끄럼 감지부를 포함하고,
    상기 접촉층은 연신률이 높아 쉽게 늘어나는 재료로 형성되는 미끄럼 감지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스층과 상기 접촉층은 유연한 재료로 형성되는 미끄럼 감지 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스층은 엔비아르(NBR)로 형성되는 미끄럼 감지 센서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 접촉층은 에코플렉스(ecoflex)로 형성되는 미끄럼 감지 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체층은 종이로 형성되는 미끄럼 감지 센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스층에는 상기 제 1 전극이 삽입되는 홈이 형성된 미끄럼 감지 센서.
  7. 다수의 관절로 형성된 로봇손; 및
    외부의 물체와 접촉하는 상기 로봇손의 표면에 형성되는 상기 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 미끄럼 감지 센서를 포함하는 미끄럼을 감지하는 로봇손.
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