KR101879811B1 - 수직 전단력 촉각센서, 이의 제조 방법 및 촉각 센서 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세 하중의 감지를 위한 촉각 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 탄성계수를 갖는 다수개의 층으로 센서 감지층을 구성하고, 전단 변화에 민감하도록 센서를 배치하여 전단력 발생 시 변형률을 증폭시키고, 민감도를 향상시킨 수직 전단력 촉각센서에 관한 것이다.
Description
본 발명은 미세 하중의 감지를 위한 촉각 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 탄성계수를 갖는 다수개의 층으로 센서 감지층을 구성하고, 전단 변화에 민감하도록 센서를 배치하여 전단력 발생 시 변형률을 증폭시키고, 민감도를 향상시킨 수직 전단력 촉각센서에 관한 것이다.
접촉을 통한 주변 환경의 정보, 즉 접촉력, 진동, 표면의 거칠기, 열전도도에 대한 온도변화 등을 획득하는 촉각 기능은 차세대 정보수집 매체로 인식되고 있다. 촉각 감각을 대체할 수 있는 생체 모방 형 촉각센서는 혈관 내의 미세수술, 암진단 등의 각종 의료진단 및 시술에 사용될 뿐만 아니라 향후 가상환경 구현기술에서 중요한 촉각 제시 기술에 적용될 수 있기 때문에 그 중요성이 더해지고 있다.
생체모방 형 촉각센서는 이미 산업용 로봇의 손목에 사용되고 있는 6-way 자유도의 힘/토크 센서와 로봇의 그리퍼(gripper)용으로 접촉 압력 및 순간적인 미끄러짐을 감지할 수 있으나, 이는 감지부의 크기가 비교적 큰 관계로 민감도가 낮은 문제점이 있었다.
한편, 미소기전집적시스템(MEMS) 제작기술을 이용하여 촉각센서의 개발 가능성을 제시한 바 있고, 공정기술이 발전된 실리콘 웨이퍼나 최근에는 유연한 소재를 이용한 촉각센서가 개발되고 있다. 그러나 지금까지 개발된 촉각센서들은 대부분 수직 하중만을 감지하도록 구성이 되어 있어 수직하중, 전단하중 및 비틀림 하중을 정확히 구분하여 측정하기가 힘들고, 특히 전단하중을 정확하게 감지하기 위해서는, 복잡한 추가 측정 회로 및 장치들이 요구되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 속하는 기술분야에서는 미세 하중 예를 들면 수직 하중(normal force), 전단 하중(shear force) 및 비틀림 하중(torsion force)을 정확하게 감지함과 동시에 하중의 방향성에 대한 구별이 뛰어난 감지능력을 가지며, 휘어짐 및 복원력이 우수하고 유연성 및 신축성이 뛰어나고, 더불어 사람이나 동물의 피부처럼 질감이나 감도가 우수한 촉각센서의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 표면에 수직으로 전단력 센서가 배치되며 서로 다른 탄성계수를 갖는 다중의 층으로 된 센서 감지층에 센서가 구성되도록 하여, 탄성체의 특성에 의한 이력현상이 줄어들고 수직압력에는 둔감하나 전단력의 감지는 더욱 용이한 수직 전단력 촉각센서를 제공함에 있다.
또한, 센서 감지층에 삽입되는 센서를 스트레인 게이지 형태로 구성하여 다증층의 구조에 구성됨으로써 외부층에서 발생된 전단하중에 의하여 변형이 크게 일어나며 내부층으로 갈수록 증폭되어 전단력의 감지가 용이한 수직 전단력 촉각센서를 제공함에 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 수직 전단력 촉각센서는, 일면에 인가되는 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 외층(110)과, 상기 외층(110)의 타면에 배치되며, 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 적어도 하나 이상의 내층(120)을 포함하는 감지층; 및 상기 감지층에 내설되며, 상기 감지층의 일면의 법선과 평행하게 배치되는 센서(150)를 포함하며, 상기 외층(110)에서 내층(120)으로 갈수록 탄성계수가 낮게 이루어지고, 상기 센서(150)는, 상기 외층(110)과 내층(120)의 경계에 내설되되, 일측이 상기 외층(110)에 내설되고, 타측이 상기 내층(120)에 내설된다.
또한, 상기 센서(150)는, 스트레인 게이지 형태로 이루어진다.
또한, 상기 센서(150)는, 전기가 통하는 전도성 물질로, 금속, 금속 나노입자, 금속 나노와이어, 액체금속, 전도성고분자, 카본나노튜브, 그래핀, 인듐 주석 산화물(ITO) 중 선택되는 어느 하나이다.
이때, 상기 감지층은, 일면에 인가되는 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 외층; 상기 외층의 타면에 배치되며, 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 적어도 하나 이상의 내층; 을 포함하며, 상기 외층에서 내층으로 갈수록 탄성계수가 낮게 이루어진다.
특히, 상기 센서는, 상기 외층과 내층의 경계에 내설된다.
아울러, 상기 외층(110)은, 폴리디메틸실록산(PDMS) 재질로 이루어지며, 상기 내층(120)은 에코플렉스 재질로 이루어진다.
본 발명의 일실시 예에 따른 촉각 센서를 제조하는 방법은, 일면에 인가되는 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 외층(110)과, 상기 외층(110)의 타면에 배치되며, 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 적어도 하나 이상의 내층(120)을 포함하는 감지층 및 상기 감지층에 내설되며, 상기 감지층의 일면의 법선과 평행하게 배치되는 센서(150)를 포함하는, 촉각 센서를 제조하는 방법에 있어서, 금형에 내층(120)의 원료를 충전하는 단계; 센서(150) 성형을 위해 상기 내층(120)에 패턴을 형성하는 단계; 상기 패턴에 플라즈마 표면 처리하는 단계; 상기 패턴에 전도성 재질을 전사하는 단계; 상기 센서(150)와 외부가 통전되도록 와이어링하는 단계; 금형에 외층(110)의 원료를 충전하는 단계; 및 상기 내층(120) 및 외층(110)을 경화시켜 금형으로부터 분리하는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예의 촉각 센서를 제조하는 방법은, 일면에 인가되는 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 외층(110)과, 상기 외층(110)의 타면에 배치되며, 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 적어도 하나 이상의 내층(120)을 포함하는 감지층 및 상기 감지층에 내설되며, 상기 감지층의 일면의 법선과 평행하게 배치되는 센서(150)를 포함하는, 촉각 센서를 제조하는 방법에 있어서, 금형에 내층(120)의 원료를 충전하는 단계; 금형에 센서(150)를 삽입하는 단계; 상기 센서(150)와 외부가 통전되도록 와이어링하는 단계; 금형에 외층(110)의 원료를 충전하는 단계; 및 상기 내층(120) 및 외층(110)을 경화시켜 금형으로부터 분리하는 단계를 포함하되, 상기 센서(150)는, 상기 외층(110)과 내층(120)의 경계에 내설되되, 일측이 상기 외층(110)에 내설되고, 타측이 상기 내층(120)에 내설된다.
본 발명의 추가 실시 예에 따른 수직 하중, 전단 하중 및 비틀림 하중, 방향성을 감지할 수 있는 촉각 센서 시스템은, 일면에 인가되는 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 외층(210)과, 상기 외층(210)의 타면에 배치되며, 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 적어도 하나 이상의 내층(220)을 포함하는 감지층; 및 상기 감지층에 내설되며, 상기 감지층의 일면과 평행하게 배치되는 제1 센서(255); 상기 감지층에 내설되며, 상기 감지층의 일면의 법선과 평행하게 배치되되, 상기 감지층의 전후좌우 4방향에 각각 구비된 제2 센서(251-254)를 포함하며, 상기 외층(210)에서 내층(220)으로 갈수록 탄성계수가 낮게 이루어지고, 상기 제2 센서(251-254)는, 상기 외층(210)과 내층(220)의 경계에 내설되되, 일측이 상기 외층(210)에 내설되고, 타측이 상기 내층(220)에 내설된다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 수직 전단력 촉각센서는, 수직 하중, 전단 하중 및 비틀림 하중을 구분하게 응용될 수 있으며 특히 수직 하중에 둔감하게 전단 하중을 정확하게 감지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 촉각 센서 정면도
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 촉각 센서 측면도
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 촉각 센서 측면도(전단력 발생 시)
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 촉각 센서를 만드는 실시 예 공정
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 촉각 센서를 이용한 수직하중, 전단 하중 및 비틀림 하중, 방향성을 감지할 수 있는 촉각 센서 시스템 평면도
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 촉각 센서를 이용한 수직하중, 전단 하중 및 비틀림 하중, 방향성을 감지할 수 있는 촉각 센서 시스템 측면도
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 촉각 센서 측면도
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 촉각 센서 측면도(전단력 발생 시)
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 촉각 센서를 만드는 실시 예 공정
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 촉각 센서를 이용한 수직하중, 전단 하중 및 비틀림 하중, 방향성을 감지할 수 있는 촉각 센서 시스템 평면도
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 촉각 센서를 이용한 수직하중, 전단 하중 및 비틀림 하중, 방향성을 감지할 수 있는 촉각 센서 시스템 측면도
생체피부의 감각 수용체 중 마이스너 소체(Meissner's corpuscles)와 메르켈 소체(Merkel's discs)는 가벼운 접촉감과 같은 민감한 촉각에 반응하는 수용체로서 표피와 진피 사이 경계부분에 존재하며, 특히 손가락의 지문을 이루는 표피와 진피 사이의 굴곡진 영역에 집중되어 분포한다. 반면에 루피니 소체(Ruffini corpuscle)는 피부의 늘어짐을 감지하는 수용체로서 피부의 진피 깊숙한 영역에 자리 잡고 있으며, 파치니 소체(Pacinian corpuscles)는 진동과 강한 압력, 특히 진동 인식을 통해 표면질감(거칠기)을 인지하는 역할을 하는 것으로 알려져 있으며 피하지방층에 위치하고 있다. 위와 같이 생체 피부는 오랜 기간 동안 진화를 통하여 매우 효율적으로 적응해온 결과물로써 각각의 감각 수용체들의 배치 형태 및 표피, 진피, 피하지방의 재질은 다양한 촉감을 느끼기 위해 최적화 되어 있다.
위와 같이 다양한 촉감의 감지에 최적화된 생체 피부는 서로 다른 물성을 가지는 여러 개의 층으로 이루어져 있으며 각각의 감각 수용체들은 외부에서 자극된 힘을 잘 전달받을 수 있는 곳에 위치해 있다. 특히 감각 수용체들 중 전단력 감지에 가장 중요한 역할을 하는 루피니 소체는 전단에 의하여 변형이 잘 일어나는 구조를 가지고 있는 점에 착안하여 본 발명의 일실시 예에 따른 촉각 센서는 전단력 센서를 2개의 층을 갖는 감지층에 삽입하는 구조로 구성하였다. 특히 각 층이 서로 다른 탄성계수를 갖도록 구성하여 전단력이 발생하였을 때 전단력이 증폭될 수 있는 구조로 이루어짐에 그 특징이 있다.
이하 본 발명의 일실시 예에 따른 촉각 센서(100)에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1에는 본 발명의 일실시 예에 따른 촉각 센서(100)의 정면도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 일실시 예에 따른 촉각 센서(100)의 측면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일실시 예에 따른 수직 전단력 촉각센서(100)는 감지층(110, 120)과 감지층(110, 120)에 내설되는 센서(150)를 포함하여 이루어진다.
감지층은 외측에 구성된 외층(110)과 내측에 구성된 내층(120)의 이중층으로 이루어질 수 있다. 도면상에는 감지층이 외층과 내층의 이중층 구조로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 내층을 복수 층으로 구성하여 감지층이 멀티층 구조로 이루어질 수도 있다.
또한, 외층(110)의 탄성계수가 내층(120)의 탄성계수보다 높게 구성된다. 즉 내측으로 갈수록 탄성계수가 낮은 재질로 이루어질 수 있고, 다시 말해 외층(110)은 딱딱한 재질 일 예로 PDMS 재질로 이루어질 수 있고, 내층(120)은 유연한 재질 일 예로 에코플렉스 재질로 이루어질 수 있다. 위와 같이 외층(110)과 내층(120)의 탄성계수를 달리하게 되면, 도 3에 도시된 바와 같이 외층(110)의 상면에 전단력이 발생되었을 때, 상대적으로 외층(110) 보다 내층(120)의 변형률이 증가하게 되고, 전단력이 센서 내부로 갈수록 증폭될 수 있다.
이때 감지층 내부에는 전단력의 감지를 위한 센서(150)가 내설될 수 있다. 센서(150)는 전단력에 의한 변형률을 증폭하기 위해 스트레인 게이지 형태로 이루어질 수 있다. 특히 스트레인 게이지 형태로 이루어진 센서(150)를 상하 길이 방향으로 내설(감지층의 외면에서 법선 방향으로 평행하게 내설)하여 전단력에 의한 민감도를 더욱 증가시켜 미세한 전단력도 감지할 수 있는 센서(150)의 구현이 가능하다. 특히 전단 변형이 집중적으로 이루어지는 내층(120)에 의해 센서(150)는 도 3에 도시된 바와 같이 굽힘 변형되어 저항 변화에 민감해 지도록 구성하였다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시 예에 따른 수직 전단력 촉각센서의 제조 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 4에는 본 발명의 일실시 예에 따른 촉각센서의 제조 방법 공정도가 도시되어 있다.
우선 2개의 층으로 이루어진 감지층(110, 120)을 갖는 전단력 센서를 구현하기 위해, 주조 방식을 이용한다. 도 4(1)와 같이 주사기를 사용하여 내층(120) 성형을 위한 엘라스토머를 충전하여 최종 경화시킨다. 주조 시에는 스트레인 게이지 형태로 이루어진 센서(150)의 성형을 위한 패턴이 삽입된 상태에서 이루어지는 것이 바람직하다. 내층(110)의 경화가 완료 된 후, 몰드로부터 엘라스토머를 제거하고 도 4(2)와 같이 패턴된 면에 플라즈마 표면처리를 하여 센서 성형을 위한 DI water 기반의 실버나노와이어가 표면에 전사되기 쉽도록 구성한다. 센서 성형을 위한 재질로는 위 실버나노와이어는 물론 전기가 통하는 전도성 재질이면 어떠한 재질도 가능하다. 다음으로 도 4(3)에 도시된 바와 같이 패턴에 실버나노와이어를 충전하여 센서(150)를 성형하는 단계를 수행한다. 다음으로 도 4(4)에 도시된 바와 같이 실버나노와이어의 전도성을 높이기 위하여 고온에서 30분간 annealing을 진행하였고, 도 4(5)에 도시된 바와 같이 액체 금속(EGaIn)과 전도성 섬유를 활용하여 실버나노와이어에 와이어링을 한다. 이를 통해 유연성을 확보할 뿐 아니라 스트레칭에 의한 변형에 대해 내구성도 확보하게 되었음. 마지막으로 도 4(6)에 도시된 바와 같이 외층(110)의 성형을 위해 동일한 방식으로 몰드에 주조방식을 통해 2개의 층 구조를 구현하였다.
위 제조 방법 외에 다른 실시 예로 내층(120) 성형을 위한 엘라스토머를 충전한 후 금속 재질의 센서(150)를 삽입한 다음 내층(110)의 경화가 완료 된 후, 몰드로부터 엘라스토머를 제거한다. 다음으로 센서(150)의 전도성을 높이기 위하여 고온에서 30분간 annealing을 진행하였고, 액체 금속(EGaIn)과 전도성 섬유를 활용하여 실버나노와이어에 와이어링을 한다. 이를 통해 유연성을 확보할 뿐 아니라 스트레칭에 의한 변형에 대해 내구성도 확보하게 된다. 마지막으로 외층(110)의 성형을 위해 동일한 방식으로 몰드에 주조방식을 통해 2개의 층 구조를 구현할 수 있다.
본 발명의 추가 실시 예로 도 5에는 본 발명의 일실시 예에 따른 수직 전단력 촉각센서를 이용한 수직하중, 전단 하중 및 비틀림 하중, 방향성을 감지할 수 있는 촉각 센서 시스템(200)의 평면도가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명의 일실시 예에 따른 수직 전단력 촉각센서를 이용한 수직하중, 전단 하중 및 비틀림 하중, 방향성을 감지할 수 있는 촉각 센서 시스템(200)의 측면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일실시 예에 의하여 개발된 스트레인 게이지형태의 촉각 센서를 4방향에 수직으로 위치시켜 전단하중의 방향성에 따라 감지가 일어나도록 했고, 표면에 평행하게 스트레인 게이지 촉각센서를 위치함으로써 수직하중을 감지하게 했으며 이들의 조합으로 비틀림 하중 감지하게 함으로써 수직하중, 전단 하중 및 비틀림 하중을 구분하며 특히 전단 하중을 정확하게 감지할 수 있는 촉각 센서 시스템을 을 구성할 수 있다. 보다 상세히 설명하면,
도시된 바와 같이 본 발명의 일실시 예에 따른 촉각 센서 시스템(200)은 감지층(210, 220)과 감지층(210, 220)에 내설되는 제1 센서(255) 및 제2 센서(252~254)를 포함하여 이루어진다.
감지층은 외측에 구성된 외층(210)과 내측에 구성된 내층(220)의 이중층으로 이루어질 수 있다. 또한, 외층(210)의 탄성계수가 내층(220)의 탄성계수보다 높게 구성된다. 위 감지층의 구성은 상술된 수직 전단력 촉각센서(100)의 구성과 동일하므로 이하 상세 설명은 생략한다.
이때 감지층 내부에는 수직하중, 전단 하중 및 비틀림 하중, 방향성을 감지할 수 있는 제1 센서(255) 및 제2 센서(251~254)가 내설될 수 있다. 센서는 수직력, 전단력에 의한 변형률을 증폭하기 위해 스트레인 게이지 형태로 이루어질 수 있다. 특히 스트레인 게이지 형태로 이루어진 센서 중 제1 센서(255)는 감지층의 일면(하중이 감지되는 면)에 평행하게 배치하여 수직력에 의한 민감도를 더욱 증가시켰고, 제2 센서(251~254)는 감지층의 일면에서 법선방향으로 평행한 상하 길이 방향으로 내설하여 전단력에 의한 민감도를 더욱 증가시켜 미세한 전단력도 감지할 수 있는 센서의 구현이 가능하다. 또한, 제2 센서(251~254)는 제1 센서(255)를 중심으로 감지층의 전후좌우 4방향에 각각 배치시켜 하중의 방향성을 감지할 수 있도록 구성하였다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
100 : 촉각 센서
110 : 외층 120 : 내층
150 : 센서
200 : 촉각 센서 시스템
210 : 외층 220 : 내층
251~254 : 제2 센서 255 : 제1 센서
110 : 외층 120 : 내층
150 : 센서
200 : 촉각 센서 시스템
210 : 외층 220 : 내층
251~254 : 제2 센서 255 : 제1 센서
Claims (9)
- 일면에 인가되는 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 외층(110)과, 상기 외층(110)의 타면에 배치되며, 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 적어도 하나 이상의 내층(120)을 포함하는 감지층; 및
상기 감지층에 내설되며, 상기 감지층의 일면의 법선과 평행하게 배치되는 센서(150)를 포함하며,
상기 외층(110)에서 내층(120)으로 갈수록 탄성계수가 낮게 이루어지고,
상기 센서(150)는, 상기 외층(110)과 내층(120)의 경계에 내설되되, 일측이 상기 외층(110)에 내설되고, 타측이 상기 내층(120)에 내설되는, 수직 전단력 촉각센서.
- 제 1항에 있어서,
상기 센서(150)는,
스트레인 게이지 형태로 이루어지는, 수직 전단력 촉각센서.
- 제 2항에 있어서,
상기 센서(150)는, 전기가 통하는 전도성 물질로,
금속, 금속 나노입자, 금속 나노와이어, 액체금속, 전도성고분자, 카본나노튜브, 그래핀, 인듐 주석 산화물(ITO) 중 선택되는 어느 하나인, 수직 전단력 촉각센서.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 외층(110)은, 폴리디메틸실록산(PDMS) 재질로 이루어지며, 상기 내층(120)은 에코플렉스 재질로 이루어지는, 수직 전단력 촉각센서.
- 일면에 인가되는 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 외층(110)과, 상기 외층(110)의 타면에 배치되며, 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 적어도 하나 이상의 내층(120)을 포함하는 감지층 및 상기 감지층에 내설되며, 상기 감지층의 일면의 법선과 평행하게 배치되는 센서(150)를 포함하는, 촉각 센서를 제조하는 방법에 있어서,
금형에 내층(120)의 원료를 충전하는 단계;
센서(150) 성형을 위해 상기 내층(120)에 패턴을 형성하는 단계;
상기 패턴에 플라즈마 표면 처리하는 단계;
상기 패턴에 전도성 재질을 전사하는 단계;
상기 센서(150)와 외부가 통전되도록 와이어링하는 단계;
금형에 외층(110)의 원료를 충전하는 단계; 및
상기 내층(120) 및 외층(110)을 경화시켜 금형으로부터 분리하는 단계;
를 포함하는, 수직 전단력 촉각센서의 제조 방법.
- 일면에 인가되는 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 외층(110)과, 상기 외층(110)의 타면에 배치되며, 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 적어도 하나 이상의 내층(120)을 포함하는 감지층 및 상기 감지층에 내설되며, 상기 감지층의 일면의 법선과 평행하게 배치되는 센서(150)를 포함하는, 촉각 센서를 제조하는 방법에 있어서,
금형에 내층(120)의 원료를 충전하는 단계;
금형에 센서(150)를 삽입하는 단계;
상기 센서(150)와 외부가 통전되도록 와이어링하는 단계;
금형에 외층(110)의 원료를 충전하는 단계; 및
상기 내층(120) 및 외층(110)을 경화시켜 금형으로부터 분리하는 단계를 포함하되,
상기 센서(150)는, 상기 외층(110)과 내층(120)의 경계에 내설되되, 일측이 상기 외층(110)에 내설되고, 타측이 상기 내층(120)에 내설되는, 수직 전단력 촉각센서의 제조 방법.
- 수직 하중, 전단 하중 및 비틀림 하중, 방향성을 감지할 수 있는 촉각 센서 시스템에 있어서,
일면에 인가되는 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 외층(210)과, 상기 외층(210)의 타면에 배치되며, 외부의 하중에 의해 탄성 변형되는 적어도 하나 이상의 내층(220)을 포함하는 감지층; 및
상기 감지층에 내설되며, 상기 감지층의 일면과 평행하게 배치되는 제1 센서(255);
상기 감지층에 내설되며, 상기 감지층의 일면의 법선과 평행하게 배치되되, 상기 감지층의 전후좌우 4방향에 각각 구비된 제2 센서(251-254)를 포함하며,
상기 외층(210)에서 내층(220)으로 갈수록 탄성계수가 낮게 이루어지고,
상기 제2 센서(251-254)는, 상기 외층(210)과 내층(220)의 경계에 내설되되, 일측이 상기 외층(210)에 내설되고, 타측이 상기 내층(220)에 내설되는, 수직 하중, 전단 하중 및 비틀림 하중, 방향성을 감지할 수 있는 촉각 센서 시스템.
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| KR20230001375A (ko) * | 2021-06-28 | 2023-01-04 | 서울대학교산학협력단 | 나노튜브 반도체 소자 및 이를 포함하는 전단력 센서 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007218906A (ja) * | 2006-01-20 | 2007-08-30 | Univ Of Tokyo | ３次元構造体およびその製造方法 |
| JP2008281403A (ja) * | 2007-05-09 | 2008-11-20 | Univ Of Tokyo | 剪断力検出装置及び物体把持システム |
| JP2009294140A (ja) * | 2008-06-06 | 2009-12-17 | Advanced Telecommunication Research Institute International | 触覚センサアレイ |
| KR20110049593A (ko) * | 2009-11-05 | 2011-05-12 | 삼성테크윈 주식회사 | 그래핀을 포함하는 센서와 이의 제조 방법 |
| KR20130085157A (ko) * | 2012-01-19 | 2013-07-29 | 삼성전자주식회사 | 유연 촉각 센서 장치 |
| KR20140078704A (ko) * | 2011-09-24 | 2014-06-25 | 프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하바드 칼리지 | 인공 피부 및 탄성 스트레인 센서 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007218906A (ja) * | 2006-01-20 | 2007-08-30 | Univ Of Tokyo | ３次元構造体およびその製造方法 |
| JP2008281403A (ja) * | 2007-05-09 | 2008-11-20 | Univ Of Tokyo | 剪断力検出装置及び物体把持システム |
| JP2009294140A (ja) * | 2008-06-06 | 2009-12-17 | Advanced Telecommunication Research Institute International | 触覚センサアレイ |
| KR20110049593A (ko) * | 2009-11-05 | 2011-05-12 | 삼성테크윈 주식회사 | 그래핀을 포함하는 센서와 이의 제조 방법 |
| KR20140078704A (ko) * | 2011-09-24 | 2014-06-25 | 프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하바드 칼리지 | 인공 피부 및 탄성 스트레인 센서 |
| KR20130085157A (ko) * | 2012-01-19 | 2013-07-29 | 삼성전자주식회사 | 유연 촉각 센서 장치 |
| KR20160080353A (ko) * | 2014-12-29 | 2016-07-08 | 한국기계연구원 | 3차원 구조를 갖는 촉각센서 |
Non-Patent Citations (2)
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| 김성기 외 4인. 생체모사 피부형 전단력 센서 개발. 대한기계학회 춘추학술대회, 2015년 11월, pp 3210~3212. * |
| 김성기 외 4인. 생체모사 피부형 전단력 센서 개발. 대한기계학회 춘추학술대회, 2015년 11월, pp 3210~3212. 1부. * |
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