KR101912716B1

KR101912716B1 - 힘 측정 장치를 포함하는 로봇 팔

Info

Publication number: KR101912716B1
Application number: KR1020110112876A
Authority: KR
Inventors: 최현도; 김연호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2018-10-30
Also published as: US20130110289A1; US9174345B2; KR20130048002A

Abstract

축 방향의 힘을 정확히 측정할 수 있는 힘 측정 장치를 포함하며, 동작시 축 방향의 힘 측정에 영향을 주지 않는 로봇 팔이 개시된다. 개시된 로봇 팔은 축 방향을 갖는 파이프 형태의 탄성변형 가능한 몸체, 상기 몸체의 표면에 부착되어 상기 몸체의 인장 및 압축을 적어도 3개의 방향을 따라 측정하는 힘 측정 장치, 몸체의 작동단에 피봇회전 가능하게 설치된 한 쌍의 집게, 및 각각의 집게의 종단에 연결되어 집게의 동작을 제어하는 케이블을 포함하며, 집게의 종단에서 케이블은 몸체의 축에 수직한 방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 집게를 구동하기 위한 케이블의 장력이 로봇 팔의 축 방향으로는 작용하지 않기 때문에 축 방향의 힘 측정에 영향을 주지 않는다.

Description

힘 측정 장치를 포함하는 로봇 팔{Robot arm including force sensing apparatus}

개시된 실시예들은 힘 측정 장치를 포함하는 로봇 팔에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축 방향의 힘을 정확히 측정할 수 있는 힘 측정 장치를 포함하며, 동작시 축 방향의 힘 측정에 영향을 주지 않는 로봇 팔에 관한 것이다.

최근 로봇 기술이 발달함에 따라 다양한 용도의 로봇들이 개발되어 상용화되고 있다. 예를 들어, 환자의 수술부위와 연결된 원격 조종형 수술로봇은 의사가 원격에서 내시경 화면을 통해 수술부위를 보면서 편안하게 미세한 수술 작업을 수행할 수 있도록 도와준다. 이러한 수술로봇을 사용할 경우, 의사가 손을 움직일 때의 손떨림을 제거할 수 있으며, 원격 수술팔이 의사의 손의 움직임을 축소하여 재현할 수 있어서 매우 정밀한 수술이 가능하게 된다.

그러나, 현재까지 상용화 된 수술로봇은 수술부위에 대한 정보로서 단지 내시경의 영상정보만을 제공하고 있어서, 일반적인 수술에서 기대할 수 있는 촉감정보를 얻을 수 없다. 즉, 손으로 직접 수술하는 경우와 비교하여, 의사는 수술팔에 부착된 수술도구가 수술부위에 어느 정도의 힘을 가하고 있는 지를 정확하게 알 수 없다. 따라서, 수술팔에 부착된 수술도구와 수술부위가 접촉하는 세기 등에 관한 정보가 영상정보와 함께 의사에게 전달될 경우, 수술부위의 절제와 소작, 봉합 등에 필요한 미세한 조작에 많은 도움을 줄 수 있다. 이를 위해서는, 수술팔에 부착된 수술도구와 수술부위 사이에 작용하는 힘을 정확하게 측정하는 것이 중요하다.

이에 따라, 수술로봇의 작동단 등에 정교한 힘 측정 장치를 설치하려는 연구가 진행되고 있다. 그러나, 지금까지 제안된 힘 측정 장치는 모든 방향의 힘을 정확하게 측정하지 못하거나, 공간이 협소한 수술로봇의 팔 부위에 장착하기가 어렵고, 또는 강한 전자기장이 있는 환경에서는 오작동할 가능성이 있다. 특히, 로봇 팔의 축 방향으로 작용하는 힘을 측정하기 어렵다. 더욱이, 로봇 팔의 작동단에 설치된 집게 등이 동작하는 동안 로봇 팔의 축 방향으로 반작용이 발생할 수 있기 때문에, 축 방향의 힘 측정이 더욱 어렵다.

축 방향의 힘을 정확히 측정할 수 있는 힘 측정 장치를 포함하며, 동작시 축 방향의 힘 측정에 영향을 주지 않는 로봇 팔이 제공된다.

본 발명의 일 유형에 따른 로봇 팔은, 축 방향을 따라 연장된 파이프 형태의 탄성변형 가능한 몸체; 상기 몸체의 작동단에 연결된 도구; 상기 도구의 종단에 연결되어 상기 도구의 동작을 제어하는 케이블; 및 상기 몸체의 표면에 부착되어 상기 몸체에 작용하는 힘을 측정하는 힘 측정 장치;를 포함하며, 여기서 상기 도구의 종단에서 상기 케이블은 상기 몸체의 축에 수직한 방향을 따라 이동하도록 구성되어 있다.

일 예에서, 상기 케이블은 상기 도구의 종단에서 상기 몸체의 축에 수직한 방향을 따라 서로 반대 방향으로 이동하도록 구성된 한 쌍의 케이블을 포함할 수 있다.

또한, 상기 로봇 팔은 상기 몸체의 작동단에서 상기 몸체를 덮는 덮개를 더 포함할 수 있으며, 상기 도구는 상기 덮개에 피봇회전 가능하게 설치될 수 있다.

상기 도구는 예를 들어 한 쌍의 집게를 포함할 수 있으며, 상기 덮개는 상기 한 쌍의 집게를 피봇회전시키기 위한 힌지, 및 상기 한 쌍의 집게가 벌어지는 방향으로 상기 한 쌍의 집게에 탄성력을 제공하도록 상기 힌지에 결합된 토션 스프링을 포함할 수 있다.

또한, 상기 로봇 팔은, 상기 몸체 내에 배치된 베이스 프레임; 및 상기 베이스 프레임에 설치된 것으로, 축 방향에 평행한 상기 케이블의 이동 방향을 축에 수직한 방향으로 전환시키는 방향 전환부;를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 케이블은 상기 도구의 종단에서 상기 몸체의 축에 수직한 방향을 따라 서로 반대 방향으로 이동하도록 구성된 한 쌍의 케이블을 포함하며, 상기 도구는 상기 한 쌍의 케이블과 각각 연결된 한 쌍의 집게를 포함하고, 상기 한 쌍의 집게는 제 1 집게와 제 2 집게를 포함하며, 상기 한 쌍의 케이블은 제 1 케이블과 제 2 케이블을 포함하고, 상기 방향 전환부는 제 1 방향 전환부와 제 2 방향 전환부를 포함하며, 상기 제 1 케이블은 상기 제 1 방향 전환부에 연동되어 상기 제 2 집게의 종단에 결합되어 있으며, 상기 제 2 케이블은 상기 제 2 방향 전환부에 연동되어 상기 제 1 집게의 종단에 결합되어 있고, 상기 제 1 방향 전환부는 상기 몸체의 중심을 기준으로 상기 제 2 집게의 종단과 반대쪽에 배치되어 있으며, 상기 제 2 방향 전환부는 상기 몸체의 중심을 기준으로 상기 제 1 집게의 종단과 반대쪽에 배치될 수 있다.

또한, 상기 제 1 케이블은 상기 제 1 방향 전환부와 상기 제 2 집게의 종단 사이에서 상기 몸체의 축에 수직한 방향으로 이동하도록 배치될 수 있으며, 상기 제 2 케이블은 상기 제 2 방향 전환부와 상기 제 1 집게의 종단 사이에서 상기 몸체의 축에 수직한 방향으로 이동하도록 배치될 수 있고, 여기서 상기 제 1 케이블과 제 2 케이블은 동시에 서로 반대 방향으로 이동할 수 있다.

예를 들어, 각각의 방향 전환부는 적어도 하나의 풀리를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 각각의 방향 전환부는 2개의 풀리를 포함하며, 각각의 케이블은 상기 2개의 풀리에 서로 반대 방향으로 감길 수 있다.

한편, 상기 힘 측정 장치는, 상기 몸체의 표면에 부착된 적어도 3개의 광섬유 격자 소자; 각각의 광섬유 격자 소자에 광을 제공하는 광원; 및 각각의 광섬유 격자 소자에서 반사된 광 또는 각각의 광섬유 격자 소자를 투과한 광을 감지하는 광검출기;를 포함할 수 있다.

상기 적어도 3개의 광섬유 격자 소자는, 예를 들어, 상기 몸체의 축 방향을 따라 연장될 수 있다.

또한, 예를 들어, 상기 적어도 3개의 광섬유 격자 소자는 방위각 방향을 따라 일정한 간격으로 적어도 3개의 서로 다른 위치에서 상기 몸체의 표면에 각각 부착될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 힘 측정 장치는 서로 인접하는 두 광섬유 격자 소자 사이의 상기 몸체에 각각 형성된 적어도 3개의 개구를 더 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 집게가 설치되어 있는 상기 몸체의 작동단을 상기 몸체의 상부로 가정하였을 때, 상기 개구의 중심은 인접한 두 광섬유 격자 소자 사이에서 상기 광섬유 격자 소자의 중심보다 낮은 위치에 배치될 수 있다.

또한, 상기 힘 측정 장치는 상기 광섬유 격자 소자를 상기 몸체에 부착시키는 접착제를 더 포함할 수 있으며, 상기 접착제는 상기 광섬유 격자 소자를 전체적으로 덮도록 상기 몸체에 도포될 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 몸체는, 서로 떨어져 있는 상부 부분과 하부 부분; 상기 몸체의 상부 부분과 하부 부분 사이를 연결하며 상기 몸체의 축에 수직한 방향으로 연장된 적어도 3개의 탄성보; 및 상기 탄성보와 상기 몸체의 상부 부분 사이 및 상기 탄성보와 상기 몸체의 하부 부분 사이에 각각 형성된 간극;을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 탄성보의 제 1 단부는 상기 몸체의 상부 부분과 연결될 수 있으며, 상기 제 1 단부의 반대쪽에 배치된 상기 탄성보의 제 2 단부는 상기 몸체의 하부 부분과 연결될 수 있다.

또한, 상기 몸체는 서로 인접한 두 탄성보 사이에 각각 형성된 적어도 3개의 스토퍼를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 스토퍼는, 상기 몸체의 상부 부분을 향해 상기 몸체의 하부 부분으로부터 상기 몸체의 축 방향으로 돌출하여 연장된 제 1 돌출부; 및 상기 제 1 돌출부를 감싸도록, 상기 몸체의 하부 부분을 향해 상기 몸체의 상부 부분으로부터 상기 몸체의 축 방향으로 돌출하여 연장된 제 2 돌출부;를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제 1 돌출부는 폭이 상대적으로 좁은 중간부와 폭이 상대적으로 넓은 단부를 포함할 수 있으며, 상기 제 2 돌출부는 폭이 상대적으로 좁은 중간부와 폭이 상대적으로 넓은 단부를 포함할 수 있고, 상기 제 1 돌출부와 제 2 돌출부는 서로 상보적인 형태로 맞물려 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 각각의 광섬유 격자 소자는 상기 스토퍼를 가로질러 상기 몸체에 부착될 수 있다.

다른 실시예에서, 각각의 광섬유 격자 소자는 상기 탄성보를 가로질러 상기 몸체에 부착될 수 있다.

또한, 상기 힘 측정 장치는 상기 광섬유 격자 소자를 상기 몸체에 부착시키는 접착제를 더 포함할 수 있으며, 상기 접착제는 상기 광섬유 격자 소자의 양단부만을 각각 덮도록 상기 몸체에 도포될 수 있다.

개시된 로봇 팔의 힘 측정 장치는 광섬유형 스트레인 게이지(strain gauge)를 사용하기 때문에 전자기장의 영향 없이 정확하게 힘을 측정할 수 있다. 또한, 개시된 로봇 팔의 힘 측정 장치는 로봇 팔의 축 방향을 포함하여 모든 방향의 힘을 정확하게 측정할 수 있다. 특히, 개시된 힘 측정 장치를 포함하는 로봇 팔의 경우, 작동단에 설치된 집게를 구동하기 위한 케이블의 장력이 로봇 팔의 축 방향으로는 작용하지 않고, 축에 수직한 방향으로만 작용하기 때문에 축 방향의 힘 측정에 영향을 주지 않는다. 또한, 두 개의 케이블이 축에 수직한 방향을 따라 서로 반대 방향으로 이동하기 때문에, 축에 수직한 방향으로 작용하는 두 케이블의 장력이 서로 상쇄될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 로봇 팔의 동작 원리를 개략적으로 보이는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 방향 전환부의 구성 및 동작을 개략적으로 보인다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 로봇 팔의 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 로봇 팔의 힘 측정 장치를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 광섬유 격자 소자를 몸체에 부착하기 위한 예를 개략적으로 보인다.
도 6은 다른 실시예에 따른 힘 측정 장치를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 광섬유 격자 소자를 몸체에 부착하기 위한 예를 개략적으로 보인다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 힘 측정 장치를 포함하는 로봇 팔에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 로봇 팔의 동작 원리를 개략적으로 보이는 개념도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 로봇 팔(10)은 축 방향을 따라 연장된 파이프 형태의 몸체(11), 몸체(11)의 작동단에 피봇회전 가능하게 설치된 한 쌍의 집게(25, 26) 및 각각의 집게(25, 26)의 종단에 연결되어 집게(25, 26)의 동작을 제어하는 한 쌍의 케이블(23, 24)을 포함할 수 있다. 또한, 몸체(11)의 작동단에는 몸체(11)를 덮는 덮개(30)가 더 배치될 수 있다. 그러면, 집게(25, 26)는 힌지(27)를 통해 덮개(30)에 피봇회전 가능하게 설치될 수 있다. 비록 도 1에는 몸체(11)의 작동단에 집게(25, 26)가 설치되어 있는 것으로 예시적으로 도시되어 있지만, 다양한 다른 도구들이 몸체(11)의 작동단에 연결되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 수술용 칼, 가위, 흡입기, 소형 카메라, 소작기(cautery) 등과 같은 다양한 도구들이 몸체(11)의 작동단에 피봇회전 가능하게 연결될 수 있다. 따라서, 집게(25, 26)는 설명의 편의를 위한 하나의 예이며, 본 실시예는 이에 한정되는 것이 아니다. 이하에서는, 단지 편의상 몸체(11)의 작동단에 집게(25, 26)가 설치된 것으로 설명한다. 또한, 도 1에는 도시되지 않았지만, 몸체(11)에는 이후 설명될 힘 측정 장치가 설치될 수 있다.

힌지(27)에는 집게(25, 26)와 결합되는 토션 스프링(28)이 함께 설치될 수 있다. 토션 스프링(28)은 집게(25, 26)가 벌어지는 방향으로 탄성력을 제공하여, 평상시에 한 쌍의 집게(25, 26)가 열려 있을 수 있다. 이 경우에, 한 쌍의 케이블(23, 24)을 당기면 집게(25, 26)가 닫히면서 수술도구와 같은 대상물을 잡을 수 있으며, 케이블(23, 24)을 풀면 집게(25, 26)는 다시 열리게 된다.

본 실시예에서, 작은 힘으로 케이블(23, 24)을 당겨 큰 그립력(grip force)을 얻기 위해서는, 집게(25, 26)의 피봇축과 케이블(23, 24)의 작용점과의 거리가 길수록 유리하다. 즉, 케이블(23, 24)과 집게(25, 26) 사이의 연결부가 힌지(27)와 멀어질수록 유리할 수 있다. 또한, 케이블(23, 24)이 집게(25, 26)를 당길 때, 케이블(23, 24)과 집게(25, 26) 사이에 발생하는 장력이 몸체(11)에 작용하게 되면 몸체(11)에 변형이 일어날 수 있다. 이 경우, 몸체(11)의 변형을 통해 몸체(11)에 작용하는 외력을 측정하는 힘 측정 장치의 측정 결과에 영향을 줄 수 있다. 특히, 몸체(11)의 축 방향으로 장력이 작용하게 되면, 축 방향으로 작용하는 외력의 측정 결과에 큰 왜곡이 발생할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상술한 사항들을 고려하여, 로봇 팔(10)의 케이블(23, 24)과 집게(25, 26)가 설계된다. 예를 들어, 몸체(11) 내에는 베이스 프레임(22)이 배치되어 있으며, 베이스 프레임(22)에는 축 방향에 평행한 케이블(23, 24)의 이동 방향을 축에 수직한 방향으로 전환시키는 방향 전환부(20, 21)가 배치되어 있다. 각각의 케이블(23, 24)은 상기 방향 전환부(20, 21)와 연동되어 있으며, 대응하는 집게(25, 26)의 종단에 결합되어 있다. 예를 들어, 제 1 케이블(23)은 제 1 방향 전환부(20)에 연동된 후 제 2 집게(26)의 종단에 결합되어 있으며, 또한 제 2 케이블(24)은 제 2 방향 전환부(21)에 연동된 후 제 1 집게(25)의 종단에 결합되어 있다. 여기서, 제 1 케이블(23)과 제 1 방향 전환부(20)는 몸체(11)의 중심을 기준으로 제 2 집게(26)의 종단과 반대쪽에 배치될 수 있으며, 또한 제 2 케이블(24)과 제 2 방향 전환부(21)는 몸체(11)의 중심을 기준으로 제 1 집게(25)의 종단과 반대쪽에 배치될 수 있다. 따라서, 케이블(23, 24)과 집게(25, 26) 사이의 연결부가 힌지(27)와 가능한 멀어질 수 있다.

또한, 각각의 케이블(23, 24)은 방향 전환부(20, 21)와 각각의 집게(25, 26)의 종단 사이에서 몸체(11)의 축에 수직한 방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 로봇 팔(10)의 동작시, 케이블(23, 24)의 장력은 축에 수직한 방향으로만 작용하고, 축 방향으로는 작용하지 않는다. 이에 따라, 이후에 설명한 힘 측정 장치가 몸체(11)에 작용하는 힘을 측정할 때, 축 방향의 힘 측정 결과에 왜곡이 발생하지 않는다. 또한, 방향 전환부(20, 21)와 집게(25, 26)의 종단 사이에서 두 케이블(23, 24)은 동시에 서로 반대 방향으로 이동하므로, 몸체(11)의 축에 수직한 방향으로 작용하는 두 케이블(23, 24)의 장력은 서로 상쇄될 수 있다. 따라서, 로봇 팔(10)의 동작시 축 방향으로도 그리고 축에 수직한 방향으로도 케이블(23, 24)의 장력이 거의 작용하지 않으므로, 몸체(11)에 작용하는 힘의 정확한 측정이 가능하게 된다.

이러한 방향 전환부(20, 21)는 예를 들어 적어도 하나의 풀리(pulley)로 구현될 수 있다. 도 2는 도 1에 도시된 방향 전환부(20, 21)의 구성 및 동작을 개략적으로 보인다. 도 1에는 편의상 두 방향 전환부(20, 21)와 케이블(23, 24)이 베이스 프레임(22)의 동일면에 배치된 것으로 도시되어 있지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스 프레임(22)의 양쪽면에 방향 전환부(20, 21)와 케이블(23, 24)이 각각 하나씩 배치될 수도 있다. 예를 들어, 도 2에는 제 2 집게(26)와 관련된 제 1 케이블(23)과 제 1 방향 전환부(20)가 도시되어 있다. 편의상, 도 2는 몸체(11)를 도시하고 있지 않다.

도 2를 참조하면, 제 1 케이블(23)은 두 개의 풀리(20a, 20b)에 감겨 있으며 상기 두 개의 풀리(20a, 20b)에 의해 이동 방향이 전환될 수 있다. 예컨대, 제 1 케이블(23)은 제 1 풀리(20a)와 제 2 풀리(20b)에 서로 반대 방향으로 감겨 있으며, 제 2 풀리(20b)를 통해 제 1 케이블(23)의 종단이 제 2 집게(26)이 종단(26b)에 결합될 수 있다. 제 2 집게(26)가 토션 스프링(28)에 의해 열려 있는 동안, 제 2 집게(26)의 종단(26b)과 제 2 풀리(20b)는 몸체(11)의 중심을 기준으로 서로 반대쪽 끝에 위치할 수 있으며, 제 2 집게(26)의 종단(26b)과 제 2 풀리(20b) 사이에서 제 1 케이블(23)은 축에 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 이러한 구조에서, 축 방향으로 제 1 케이블(23)을 당기면, 제 1 풀리(20a)와 제 2 풀리(20b)는 서로 반대 방향으로 회전하게 되며, 제 2 집게(26)의 종단(26b)과 제 2 풀리(20b) 사이에서 제 1 케이블(23)은 도면에서 우측 방향으로 축에 수직하게 이동하게 된다. 그러면, 제 2 집게(26)가 닫히면서 제 2 집게(26)의 대상물측 종단(26a)이 대상물과 접촉하게 될 수 있다. 한편, 도 2에 도시된 베이스 프레임(22)의 반대쪽 면에 배치된 제 2 케이블(24)은, 상술한 원리에 따라 도면에서 좌측 방향으로 축에 수직하게 이동할 수 있다. 따라서, 각각의 케이블(23, 24)에는 축 방향으로 장력이 발생하지 않으며, 두 케이블(23, 24)에서 각각 발생하는 축에 수직한 방향의 장력은 서로 반대 방향이므로 상쇄될 수 있다.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 로봇 팔(10)의 개략적인 사시도를 도시하고 있다. 도 3을 참조하면, 로봇 팔(10)은 예를 들어 원통형의 몸체(11)를 가지며, 몸체(11)의 작동단에는 덮개(30)와 집게(25, 26)가 설치될 수 있다. 몸체(11) 내에는 상술한 케이블(23, 24)과 방향 전환부(20, 21) 등의 부품들이 설치될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 로봇 팔(10)의 하부는 로봇의 다른 관절 부위와 결합될 수 있다. 또한, 몸체(11)에는 광섬유 격자 소자(FBG; fiber Bragg grating)(13)를 포함하는 후술할 힘 측정 장치들이 더 설치될 수 있다. 힘 측정 장치는, 예를 들어, 집게(25, 26)가 잡은 수술도구와 생체조직 사이에 작용하는 힘을 측정할 수 있으며, 측정된 힘을 수술용 로봇의 작동자에게 반환할 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 로봇 팔(10)의 힘 측정 장치의 일 예를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 4를 참조하면, 힘 측정 장치는 축 방향(즉, z-축 방향)을 따라 연장된 몸체(11)의 표면에 부착되어 있으며 몸체(11)의 축 방향을 따라 연장된 적어도 3개의 광섬유 격자 소자(FBG; fiber Bragg grating)(13), 각각의 광섬유 격자 소자(13)에 광을 제공하는 광원(32), 및 각각의 광섬유 격자 소자(13)에서 반사된 광 또는 각각의 광섬유 격자 소자(13)를 투과한 광을 감지하는 광검출기(33)를 포함할 수 있다. 광섬유 격자 소자(13)는 매우 가는 광섬유로 이루어질 수 있다. 따라서, 광섬유 격자 소자(13)를 몸체(11)에 용이하게 부착할 수 있도록, 몸체(11)의 표면에는 광섬유 격자 소자(13)가 안착되는 축 방향의 홈(12)이 더 형성될 수 있다. 여기서, 광섬유 격자 소자(13)가 몸체(11)의 축 방향을 따라 연장되어 있다는 것은 광섬유 격자 소자(13)가 몸체(11)의 축 방향과 반드시 평행하다는 것을 의미하지는 않으며, 광섬유 격자 소자(13)의 배열 방향이 몸체(11)의 축 방향 성분을 포함하고 있다는 것으로 해석될 수 있다.

몸체(11)는 작은 힘에도 민감하게 탄성변형을 일으킬 수 있는 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 몸체(11)는 폴리프로필렌(PP)과 같이 탄성변형이 큰 플라스틱 재료로 이루어질 수 있다. 도 4에는 몸체(11)가 원통형인 것으로 도시되어 있지만, 이는 단지 하나의 예일 뿐이며, 다각통형으로 몸체(11)가 형성될 수도 있다. 몸체(11)의 상부와 하부에는 몸체(11)를 로봇 팔(10)의 다른 부품들에 고정하기 위하여 볼트 홀(14)이 형성될 수 있다.

광섬유 격자 소자(13)는 접착제(40, 도 5 참조)를 통해 몸체(11)에 부착될 수 있다. 도 4의 실시예에서, 몸체(11)에 힘이 작용할 경우, 몸체(11) 전체가 탄성변형될 수 있다. 따라서, 광섬유 격자 소자(13)가 몸체(11)와 동일하게 변형될 수 있도록, 도 5에 도시된 바와 같이, 접착제(50)는 광섬유 격자 소자(13)를 전체적으로 덮도록 몸체(11)에 도포될 수 있다.

이러한 구조에서, 힘 측정 장치는 광섬유 격자 소자(13)의 인장 및 수축 정도를 측정하여 몸체(11)에 작용하는 힘의 세기 및 방향을 구할 수 있다. 광섬유 격자 소자(13)는 광섬유 내에 굴절률이 주기적으로 변화하는 격자(13a, 도 5 참조)를 배치한 것이다. 예컨대, 굴절률이 서로 다른 두 재료를 광섬유의 코어 내에 교대로 반복 배치함으로써 광섬유 격자 소자(13)가 형성될 수 있다. 이러한 격자(13a)로 인하여, 광섬유 격자 소자(13)의 내부를 진행하는 광 중에서 특정 파장의 광이 반사된다. 반사되는 광의 파장은 격자(13a)의 배열 주기에 따라 달라질 수 있다. 광섬유 격자 소자(13)가 늘어나거나 줄어들면 격자의 배열 주기도 그와 함께 늘어나거나 줄어드므로, 반사광의 파장도 그에 따라 변화하게 된다. 따라서, 격자(13a)에 의해 반사되는 광의 파장을 광섬유 격자 소자(13)의 입력단에서 측정하거나, 광섬유 격자 소자(13)를 투과하는 광의 파장을 광섬유 격자 소자(13)의 출력단에서 측정하면, 상기 광섬유 격자 소자(13)가 늘어나거나 줄어드는 정도를 정확히 측정할 수 있다. 이러한 광섬유 격자 소자(13)를 몸체(11)의 축 방향을 따라 부착하면, 몸체(11)가 인장 또는 수축 정도에 따라 광섬유 격자 소자(13)도 함께 늘어나거나 줄어드므로, 반사광 또는 투과광의 측정을 통해 몸체(11)의 인장 또는 수축 정도를 정확하게 계산할 수 있다.

또한, 힘 측정 장치는 광원(32)에서 방출된 광을 광섬유 격자 소자(13)에 전달하고, 광섬유 격자 소자(13)에서 출력되는 광을 광검출기(33)에 전달하는 광전달 부재(31)를 더 포함할 수 있다. 광전달 부재(31)는 예를 들어 광섬유일 수 있다. 광원(32)과 광검출기(33) 등은 몸체(11)에 직접 부착되지 않고, 광전달 부재(31)를 통해 사용자의 컴퓨터(도시되지 않음)나 또는 전용의 계산 회로(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 비록 도 4에는 광섬유 격자 소자(13)의 입력단과 출력단에 모두 광검출기(33)가 배치된 것으로 도시되어 있으나, 광섬유 격자 소자(13)의 입력단과 출력단 중에서 어느 한쪽에만 광검출기(33)가 배치될 수도 있다.

본 실시예에 따르면, 몸체(11)의 인장 및 압축 정도를 적어도 3개의 방향을 따라 측정하기 위하여 적어도 3개의 광섬유 격자 소자(13)가 몸체(11)의 표면에서 적어도 3개의 서로 다른 위치에 각각 부착될 수 있다. 특히, 온도 변화 등에 의한 오차를 보상할 수 있도록 4개 또는 그 이상의 광섬유 격자 소자(13)가 몸체(11)의 표면에 부착될 수 있다. 도 4에는 하나의 광섬유 격자 소자(13)에만 광원(32)과 광검출기(33)가 연결된 것으로 도시되어 있지만, 각각의 광섬유 격자 소자(13)에 광원(32)과 광검출기(33)가 모두 배치될 수 있다. 이러한 광섬유 격자 소자(13)들은 방위각 방향을 따라 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 4개의 광섬유 격자 소자(13)가 사용되는 경우, 광섬유 격자 소자(13)들은 방위각 방향을 따라 90도 간격으로 각각 배치될 수 있다.

도 4에는 광섬유 격자 소자(13)가 몸체(11)의 외측 표면에 부착되는 것으로 도시되어 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 광섬유 격자 소자(13)는 몸체(11)의 내측 표면에 배치될 수도 있다. 이 경우, 광전달 부재(31), 광원(32) 및 광검출기(33)는 다른 부품들과 함께 몸체(11)의 내부 공간에 배치될 수도 있다.

힘 측정 장치의 성능(예를 들어, 분해능, 측정범위, 오차 발생율)을 향상시키기 위해서는, 몸체(11)의 탄성변형율이 크고 몸체(11)에 작용하는 힘의 방향에 따른 민감도 차이가 작은 것이 유리하다. 예를 들어, 축 방향(z-축 방향)으로 작용하는 힘에 대한 민감도와 축 방향에 수직한 방향(x-축 또는 y-축 방향)으로 작용하는 힘에 대한 민감도 차이가 작을수록 유리하다. 방향별로 민감도 차이가 클 경우 힘의 계산에 오차가 증가할 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 인접하는 두 광섬유 격자 소자(13) 사이의 몸체(11)에 개구(15)를 형성할 수 있다. 이 경우, 힘 측정 장치의 특성은 개구(15)의 크기와 위치에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 몸체(11)의 상단부에 힘이 작용한다고 가정할 때, 몸체(11)의 변형이 가장 많이 일어나는 부분에 광섬유 격자 소자(13)가 배치되는 것이 유리하며, 변형이 가장 작게 일어나는 부분에 개구(15)가 형성될 수 있다. 개구(15)의 형성으로 인해, 몸체(11)의 다른 부분에서 일어나는 변형을 더욱 증가시킬 수 있다. 또한, 개구(15)는 축 방향으로의 변형 정도(예를 들어, z-방향의 민감도)와 축에 수직한 방향으로의 변형 정도(예를 들어, x-방향 및 y-방향의 민감도) 사이의 차이가 최소화되도록 배치될 수 있다.

예를 들어, 개구(15)는 몸체(11)의 상부와 하부에 각각 배치된 볼트 홀(14)과 약 45도의 각도를 이루는 위치에 배치될 수 있다. 즉, 볼트 홀(14)의 중심과 개구(15)의 중심 사이의 연장선은 수평면과 약 45도의 각도를 이룰 수 있다. 이 경우, 인접한 두 개구(15) 사이의 영역 중 힘이 작용하는 몸체(11)의 상단부에서 가장 큰 변형이 일어날 수 있다. 따라서, 광섬유 격자 소자(13)는 변형이 가장 크게 일어나는 두 개구(15) 사이의 몸체(11)의 상단부에 배치될 수 있다. 또한, 광섬유 격자 소자(13)를 기준으로 개구(15)의 위치를 나타낼 때, 개구(15)의 중심은 인접한 두 광섬유 격자 소자(13) 사이에서 광섬유 격자 소자(13)의 중심보다 낮은 위치에 배치될 수 있다. 이러한 개구(15)는 다수의 광섬유 격자 소자(13)들 사이마다 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 4개의 광섬유 격자 소자(13)가 사용되는 경우, 몸체(11)에는 4개의 개구(15)가 형성될 수 있다. 그러면, 힘 측정 장치(20)의 민감도가 더욱 향상되는 동시에, 방향별 민감도의 차이를 최소화할 수 있다. 여기서, 낮은 위치라는 표현은 힘이 주로 작용하는 힘 측정 장치(20)의 작동단을 몸체(11)의 상단부로 가정하였을 경우를 기준으로 나타낸 것이다.

도 6은 다른 실시예에 따른 힘 측정 장치의 구조를 예시적으로 보이는 개략적인 사시도이다. 도 6의 실시예는, 개구(15) 대신에 몸체(11)의 상하부를 연결하는 얇은 탄성보(17)를 형성하여 몸체(11)의 탄성 변형을 향상시키기 위한 것이다. 도 6을 참조하면, 몸체(11)는 축에 수직한 방향의 얇은 탄성보(17)를 사이에 두고 서로 떨어져 있는 상부 부분(11a)과 하부 부분(11b)으로 나뉜다. 상부 부분(11a)과 하부 부분(11b)은 탄성보(17)를 통해 서로 연결되어 있다. 도 6에는, 탄성보(17)의 우측단이 몸체(11)의 상부 부분(11a)과 연결되고, 좌측단이 하부 부분(11b)과 연결되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 이는 단지 한 예일 뿐이며, 탄성보(17)의 우측단이 하부 부분(11b)과 연결되고 좌측단이 상부 부분(11a)과 연결될 수도 있다. 탄성보(17)와 하부 부분(11a) 사이 및 탄성보(17)와 상부 부분(11b) 사이는 각각 절삭되어 간극(16)이 형성되어 있다. 예를 들어, 하나의 단일한 몸체(11)를 와이어 방전가공법(wire electrical discharge machining; wire EDM)으로 부분적으로 절삭하여 탄성보(17), 상부 부분(11a) 및 하부 부분(11b)을 형성할 수 있다.

이러한 탄성보(17)는 인접하는 두 광섬유 격자 소자(13)들 사이마다 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 4개의 광섬유 격자 소자(13)가 사용되는 경우, 몸체(11)에는 4개의 탄성보(17)가 형성될 수 있다. 따라서, 몸체(11)에 힘이 작용할 때 탄성보(17)와 하부 부분(11a) 사이의 간극(16) 및 탄성보(17)와 상부 부분(11b) 사이의 간극(16)이 쉽게 벌어질 수 있으므로, 몸체(11)의 탄성변형이 더욱 증가할 수 있다. 본 실시예의 경우, 탄성보(17)가 쉽게 파손되는 것을 방지하기 위하여, 몸체(11)는 예컨대 티타늄(Ti)과 같이 강성이 우수한 금속 재료로 이루어질 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 힘 측정 장치는 탄성보(17)의 지나친 변형을 방지하기 위하여 인접한 두 탄성보(17) 사이에 형성된 스토퍼(stopper)(18)를 더 포함할 수 있다. 스토퍼(18)는 간극(16)에 의해 나누어진 몸체(11)의 상부 부분(11a)과 하부 부분(11b)으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 스토퍼(18)는 상부 부분(11a)을 향해 하부 부분(11b)으로부터 축 방향으로 돌출하여 연장된 제 1 돌출부(18a)와 상기 하부 부분(11b)의 제 1 돌출부(18a)를 감싸도록 하부 부분(11b)을 향해 상부 부분(11a)으로부터 축 방향으로 돌출하여 연장된 제 2 돌출부(18b)로 구성될 수 있다. 하부 부분(11b)의 제 1 돌출부(18a)는 폭이 상대적으로 좁은 중간부와 폭이 상대적으로 넓은 단부를 가질 수 있으며, 상부 부분(11a)의 제 2 돌출부(18b)도 마찬가지로 폭이 상대적으로 좁은 중간부와 폭이 상대적으로 넓은 단부를 가질 수 있다. 즉, 하부 부분(11b)의 제 1 돌출부(18a)와 상부 부분(11a)의 제 2 돌출부(18b)는 서로 상보적인 형태로 맞물려 형성될 수 있다.

예컨대, 'Ω' 형상으로 굽어진 간극(16)에 의해 몸체(11)가 상부 부분(11a)과 하부 부분(11b)으로 나뉘면서, 서로 상보적인 형태의 제 2 돌출부(18b)와 제 1 돌출부(18a)가 각각 형성될 수 있다. 이러한 제 1 돌출부(18a)와 제 2 돌출부(18b)는 서로 걸리도록 형성되어 있어서, 탄성보(17)의 지나친 변형을 방지할 수 있는 스토퍼(18)의 역할을 하게 된다. 예를 들어, 몸체(11)의 상부 부분(11a)이 +z 방향으로 큰 힘을 받으면 도 6의 B로 표시된 부분에서 제 1 돌출부(18a)와 제 2 돌출부(18b)가 서로 접촉하게 된다. 그러면, 상부 부분(11a)은 +z 방향으로의 이동이 제한된다. 또한, 몸체(11)의 상부 부분(11a)이 -z 방향으로 큰 힘을 받으면 도 6의 A로 표시된 부분에서 제 1 돌출부(18a)와 제 2 돌출부(18b)가 서로 접촉하게 된다. 그러면, 상부 부분(11a)은 -z 방향으로의 이동이 제한된다. 따라서, 힘 측정 장치의 측정 범위를 넘는 큰 힘이 몸체(11)에 작용하더라도, 탄성보(17)가 탄성복원될 수 있는 한도를 넘어 변형되는 것을 스토퍼(18)가 방지할 수 있다.

탄성보(17)와 스토퍼(18)는, 예를 들어, 와이어 방전가공법을 이용하여 단일한 몸체(11)에 다수의 간극(16)을 형성함으로써 모놀리식(monolithic) 방식으로 형성될 수 있다. 각각의 간극(16)은 축에 수직한 방향으로 형성되어 있는 양측부와, 'Ω' 형태로 만곡되어 스토퍼(18)를 형성하는 중심부를 가질 수 있다. 인접한 두 간극(16)은 축 방향으로는 서로 떨어져 있고 방위각 방향으로는 서로 중첩될 수 있다. 또한, 몸체(11)의 축에 수직한 방향으로 연장되어 있는 각각의 간극(16)의 양측부는 인접한 다른 간극(16)의 일측과 평행하게 배치되어 있어서, 두 간극(16) 사이에 탄성보(17)가 형성될 수 있다. 즉, 간극(16)은 몸체(11)의 하부 부분(11b)과 탄성보(17) 사이에서 시작하여 스토퍼(18)를 지나 몸체(11)의 상부 부분(11a)과 다른 탄성보(17) 사이까지 연장될 수 있다. 예를 들어, 4개의 탄성보(17)와 4개의 스토퍼(18)를 형성하고자 하는 경우, 4개의 간극(16)이 몸체(11)에 형성될 수 있다. 또한, 간극(16)의 양쪽 단부에는, 몸체(11)가 반복적으로 탄성변형되는 동안 피로에 의해 몸체(11)가 찢어지는 것을 방지하기 위하여 개구(19a, 19b)가 각각 형성될 수 있다.

한편, 도 6에서, 광섬유 격자 소자(13)는 스토퍼(18)를 가로질러 몸체(11)에 부착되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 이는 단지 하나의 예일 뿐이며, 광섬유 격자 소자(13)는 탄성보(17)를 가로질러 몸체(11)에 부착될 수도 있다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 광섬유 격자 소자(13)는 접착제(40a, 40b)를 통해 몸체(11)에 부착될 수 있다. 도 6의 실시예의 경우, 몸체(11)에 힘이 작용하면, 몸체(11)의 전체가 탄성변형되는 것이 아니라 간극(16)의 주변에서 주로 변형이 일어난다. 따라서, 광섬유 격자 소자(13)가 전체적으로 몸체(11)에 부착되어 있으면, 간극(16)의 주변에서 광섬유 격자 소자(13)에 지나친 인장력이 작용하면서 광섬유 격자 소자(13)가 끊어질 수도 있다. 따라서, 도 7에 도시된 것처럼, 접착제(40a, 40b)는 광섬유 격자 소자(13)의 양단부만을 각각 덮도록 몸체(11)에 도포될 수 있다. 또한, 상기 광섬유 격자 소자(13)는 몸체(11)의 내측 표면에 부착될 수도 있다.

상술한 힘 측정 장치들을 포함하는 로봇 팔(10)은 작동단에 작용하는 힘의 크기와 방향을 정확히 측정할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 로봇 팔(10)은 예를 들어 소작기(cautery) 등과 같은 의료용 수술로봇 등에서 유용하게 사용될 수 있다.

지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 힘 측정 장치를 포함하는 로봇 팔에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.

10.....로봇 팔 11.....몸체
12.....홈 13.....광섬유 격자 소자
14.....볼트 홀 15, 19a, 19b.....개구
16.....간극 17.....탄성보
18.....스토퍼 20, 21.....방향 전환부
22.....베이스 프레임 23, 24.....케이블
25, 26.....집게 27.....힌지
28.....토션 스프링 30.....덮개
40.....접착제 31.....광전달 부재
32.....광원 33.....광검출기

Claims

축 방향을 따라 연장된 파이프 형태의 탄성변형 가능한 몸체;
상기 몸체의 작동단에 연결된 도구;
상기 도구의 종단에 연결되어 상기 도구의 동작을 제어하는 케이블; 및
상기 몸체의 표면에 부착되어 상기 몸체에 작용하는 힘을 측정하는 힘 측정 장치;를 포함하며,
상기 도구의 종단에서 상기 케이블은 상기 몸체의 축에 수직한 방향을 따라 이동하도록 구성되고,
상기 힘 측정 장치는:
상기 몸체의 표면에 부착된 복수의 광섬유 격자 소자;
각각의 광섬유 격자 소자에 광을 제공하는 광원;
각각의 광섬유 격자 소자에서 반사된 광 또는 각각의 광섬유 격자 소자를 투과한 광을 감지하는 광검출기; 및
상기 몸체에 각각 형성된 것으로, 서로 인접하는 두 광섬유 격자 소자 사이에 위치하는 복수의 개구;를 포함하며,
상기 개구는 상기 몸체의 축 방향으로의 상기 몸체의 변형 정도와 상기 몸체의 축에 수직한 방향으로의 상기 몸체의 변형 정도 사이의 차이가 최소화가 되는 위치에 배치되는, 로봇 팔.
제 1 항에 있어서,
상기 케이블은 상기 도구의 종단에서 상기 몸체의 축에 수직한 방향을 따라 서로 반대 방향으로 이동하도록 구성된 한 쌍의 케이블을 포함하는 로봇 팔.
제 1 항에 있어서,
상기 몸체의 작동단에서 상기 몸체를 덮는 덮개를 더 포함하며, 상기 도구는 상기 덮개에 피봇회전 가능하게 설치되어 있는 로봇 팔.
제 3 항에 있어서,
상기 도구는 한 쌍의 집게를 포함하며, 상기 덮개는 상기 한 쌍의 집게를 피봇회전시키기 위한 힌지, 및 상기 한 쌍의 집게가 벌어지는 방향으로 상기 한 쌍의 집게에 탄성력을 제공하도록 상기 힌지에 결합된 토션 스프링을 포함하는 로봇 팔.
제 1 항에 있어서,
상기 몸체 내에 배치된 베이스 프레임; 및
상기 베이스 프레임에 설치된 것으로, 축 방향에 평행한 상기 케이블의 이동 방향을 축에 수직한 방향으로 전환시키는 방향 전환부;를 더 포함하는 로봇 팔.
제 5 항에 있어서,
상기 케이블은 상기 도구의 종단에서 상기 몸체의 축에 수직한 방향을 따라 서로 반대 방향으로 이동하도록 구성된 한 쌍의 케이블을 포함하며,
상기 도구는 상기 한 쌍의 케이블과 각각 연결된 한 쌍의 집게를 포함하고,
상기 한 쌍의 집게는 제 1 집게와 제 2 집게를 포함하며, 상기 한 쌍의 케이블은 제 1 케이블과 제 2 케이블을 포함하고, 상기 방향 전환부는 제 1 방향 전환부와 제 2 방향 전환부를 포함하며,
상기 제 1 케이블은 상기 제 1 방향 전환부에 연동되어 상기 제 2 집게의 종단에 결합되어 있으며, 상기 제 2 케이블은 상기 제 2 방향 전환부에 연동되어 상기 제 1 집게의 종단에 결합되어 있고,
상기 제 1 방향 전환부는 상기 몸체의 중심을 기준으로 상기 제 2 집게의 종단과 반대쪽에 배치되어 있으며, 상기 제 2 방향 전환부는 상기 몸체의 중심을 기준으로 상기 제 1 집게의 종단과 반대쪽에 배치되어 있는 로봇 팔.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 케이블은 상기 제 1 방향 전환부와 상기 제 2 집게의 종단 사이에서 상기 몸체의 축에 수직한 방향으로 이동하도록 배치되며, 상기 제 2 케이블은 상기 제 2 방향 전환부와 상기 제 1 집게의 종단 사이에서 상기 몸체의 축에 수직한 방향으로 이동하도록 배치되고, 상기 제 1 케이블과 제 2 케이블은 동시에 서로 반대 방향으로 이동하도록 배치되는 로봇 팔.
제 6 항에 있어서,
각각의 방향 전환부는 적어도 하나의 풀리를 포함하는 로봇 팔.
제 8 항에 있어서,
각각의 방향 전환부는 2개의 풀리를 포함하며, 각각의 케이블은 상기 2개의 풀리에 서로 반대 방향으로 감겨 있는 로봇 팔.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 광섬유 격자 소자는 상기 몸체의 축 방향을 따라 연장되어 있는 로봇 팔.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 광섬유 격자 소자는 방위각 방향을 따라 일정한 간격으로 복수의 서로 다른 위치에서 상기 몸체의 표면에 각각 부착되는 로봇 팔.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 도구가 설치되어 있는 상기 몸체의 작동단을 상기 몸체의 상부로 가정하였을 때, 상기 개구의 중심은 인접한 두 광섬유 격자 소자 사이에서 상기 광섬유 격자 소자의 중심보다 낮은 위치에 배치되는 로봇 팔.
제 1 항에 있어서,
상기 힘 측정 장치는 상기 광섬유 격자 소자를 상기 몸체에 부착시키는 접착제를 더 포함하며, 상기 접착제는 상기 광섬유 격자 소자를 전체적으로 덮도록 상기 몸체에 도포되어 있는 로봇 팔.
축 방향을 따라 연장된 파이프 형태의 탄성변형 가능한 몸체;
상기 몸체의 작동단에 연결된 도구;
상기 도구의 종단에 연결되어 상기 도구의 동작을 제어하는 케이블; 및
상기 몸체의 표면에 부착되어 상기 몸체에 작용하는 힘을 측정하는 힘 측정 장치;를 포함하며,
상기 도구의 종단에서 상기 케이블은 상기 몸체의 축에 수직한 방향을 따라 이동하도록 구성되고,
상기 몸체는:
서로 떨어져 있는 상부 부분과 하부 부분;
상기 몸체의 상부 부분과 하부 부분 사이를 연결하며 상기 몸체의 축에 수직한 방향으로 연장된 복수의 탄성보;
상기 탄성보와 상기 몸체의 상부 부분 사이 및 상기 탄성보와 상기 몸체의 하부 부분 사이에 각각 형성된 간극; 및
서로 인접한 두 탄성보 사이에 각각 형성된 복수의 스토퍼;를 포함하는, 로봇 팔.
제 16 항에 있어서,
상기 탄성보의 제 1 단부는 상기 몸체의 상부 부분과 연결되며, 상기 제 1 단부의 반대쪽에 배치된 상기 탄성보의 제 2 단부는 상기 몸체의 하부 부분과 연결되는 로봇 팔.
삭제
제 16 항에 있어서,
상기 스토퍼는:
상기 몸체의 상부 부분을 향해 상기 몸체의 하부 부분으로부터 상기 몸체의 축 방향으로 돌출하여 연장된 제 1 돌출부; 및
상기 제 1 돌출부를 감싸도록, 상기 몸체의 하부 부분을 향해 상기 몸체의 상부 부분으로부터 상기 몸체의 축 방향으로 돌출하여 연장된 제 2 돌출부;를 포함하는 로봇 팔.
제 19 항에 있어서,
상기 제 1 돌출부는 폭이 상대적으로 좁은 중간부와 폭이 상대적으로 넓은 단부를 포함하며, 상기 제 2 돌출부는 폭이 상대적으로 좁은 중간부와 폭이 상대적으로 넓은 단부를 포함하고, 상기 제 1 돌출부와 제 2 돌출부는 서로 상보적인 형태로 맞물려 형성되는 로봇 팔.
제 16 항에 있어서,
각각의 광섬유 격자 소자는 상기 스토퍼를 가로질러 상기 몸체에 부착되어 있는 로봇 팔.
제 16 항에 있어서,
각각의 광섬유 격자 소자는 상기 탄성보를 가로질러 상기 몸체에 부착되어 있는 로봇 팔.
제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
상기 힘 측정 장치는 상기 광섬유 격자 소자를 상기 몸체에 부착시키는 접착제를 더 포함하며, 상기 접착제는 상기 광섬유 격자 소자의 양단부만을 각각 덮도록 상기 몸체에 도포되어 있는 로봇 팔.