KR102076606B1 - Sensing device - Google Patents
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Abstract
센싱 장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 장치는, 본체 중앙부, 상기 본체 중앙부의 외측을 둘러싸도록 배치되는 본체 외면부 및 상기 본체 중앙부의 외면으로부터 상기 본체 외면부의 내면을 향하여 연장되는 복수의 감지 브릿지를 포함하는 센서 본체, 상기 복수의 감지 브릿지에 설치되는 복수의 스트레인 게이지, 및, 상기 복수의 스트레인 게이지의 저항의 변화를 검출하는 복수의 검출 회로부를 포함하고, 상기 복수의 스트레인 게이지는, 상기 복수의 검출 회로부와 일대일로 연결된다.A sensing device is disclosed. The sensing device according to an embodiment of the present invention includes a main body center portion, a main body outer surface portion disposed to surround the outside of the main body central portion, and a plurality of sensing bridges extending from the outer surface of the main body portion toward the inner surface of the main body outer surface portion. A sensor main body, a plurality of strain gauges provided in the plurality of sensing bridges, and a plurality of detection circuits for detecting a change in the resistance of the plurality of strain gauges, the plurality of strain gauges are the plurality of detection circuits One-to-one connection with
Description
본 발명은 복수의 스트레인 게이지의 저항값을 독립적으로 측정하여 활용하는 센싱 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a sensing device that independently measures and utilizes resistance values of a plurality of strain gauges.
산업용 다관절 로봇 또는 액츄에이터에는, 토크 센서가 사용될 수 있다. 상기 토크 센서는 여러 방향의 힘에 의하여 발생하는 토크(회전 모멘트)를 측정하도록 구비될 수 있다. 일례로, 상기 토크에는 모터의 축방향에 대한 토크 (z축에 대한 회전방향 모멘트) 및 x,y축에 대한 벤딩(또는 비틀림) 모멘트가 포함될 수 있다.In industrial articulated robots or actuators, torque sensors can be used. The torque sensor may be provided to measure torque (rotation moment) generated by forces in various directions. For example, the torque may include a torque (axial moment about the z axis) and a bending (or torsional) moment about the x and y axes of the motor.
상기 토크를 용이하게 감지하기 위하여, 상기 토크 센서에는 센서 바디 및 상기 센서 바디에 부착되는 복수의 스트레인 게이지가 포함될 수 있다.In order to easily detect the torque, the torque sensor may include a sensor body and a plurality of strain gauges attached to the sensor body.
스트레인 게이지란, 구조체가 변형을 일으킬 때 구조체에 부착된 스트레인 게이지 역시 함께 변형되어 전기적 저항이 변하는 것에 기초하여, 구조체의 변형률을 측정하는 것이다.A strain gauge is a measure of the strain of a structure based on a strain gauge attached to the structure when the structure causes deformation, so that the electrical resistance changes.
한편 스트레인 게이지의 저항의 변화를 감지하기 위하여 브릿지 회로가 이용된다.On the other hand, a bridge circuit is used to detect a change in the resistance of the strain gauge.
도 9를 참고하면, 종래에는 복수의 스트레인 게이지의 저항(RG1+ΔR1, RG2+ΔR2, RG3+ΔR3, RG4+ΔR4)으로 하나의 브릿지 회로를 구성하고, 브릿지 회로의 출력 전압(VO) 값을 이용하여 복수의 스트레인 게이지의 저항의 변화를 측정하였다.Referring to FIG. 9, conventionally, one bridge circuit is composed of resistors RG1 + ΔR1, RG2 + ΔR2, RG3 + ΔR3, RG4 + ΔR4 of a plurality of strain gauges, and the output voltage VO of the bridge circuit is changed. The change of the resistance of the some strain gauge was measured.
출력 전압(Vo)과 입력 전압(Vex)의 관계는 아래와 같은 수식으로 나타낼 수 있다.The relationship between the output voltage Vo and the input voltage Vex can be expressed by the following equation.
상기의 식에서, RG1, RG2, RG3, RG4는 하나의 브릿지 회로를 구성하는 스트레인 게이지 들의 기본 저항값이고, ΔR1, ΔR2, ΔR3, ΔR4는 상기 스트레인 게이지 들의 저항 변화값이다.In the above formula, RG1, RG2, RG3, and RG4 are basic resistance values of strain gauges constituting one bridge circuit, and ΔR1, ΔR2, ΔR3, and ΔR4 are resistance change values of the strain gauges.
도9와 같이 4개의 스트레인게이지로 브릿지 회로를 구성하면, 상기의 수식과 같이 복수의 스트레인 게이지의 저항들(RG1+ΔR1, RG2+ΔR2, RG3+ΔR3, RG4+ΔR4)은 서로 독립적으로 동작하지 않고 복수의 스트레인 게이지의 저항들 모두가 출력 전압(VO)에 영항을 미치게 된다. If the bridge circuit is composed of four strain gauges as shown in Fig. 9, the resistors RG1 + ΔR1, RG2 + ΔR2, RG3 + ΔR3, RG4 + ΔR4 of the plurality of strain gauges do not operate independently of each other as shown in the above equation. Instead, all of the resistors of the plurality of strain gauges affect the output voltage VO.
통상적으로 RG1= RG2= RG3= RG4로 조정하여 출력전압이 “0”가 되도록 하는데, 이것이 Offset calibration이다. 이 경우 각각의 스트레인 게이지와 직열로 작은 저항체를 연결하여 조정을 한다. Normally, adjust RG1 = RG2 = RG3 = RG4 so that the output voltage is “0”, which is offset calibration. In this case, adjust each strain gauge by connecting a small resistor in series.
그러나, 이러한 저항은 온도에 따른 변화율을 갖고 있기 때문에 정확하게 calibration하는 것이 매우 힘들다. 또한, 저항 변화값인 ΔR1 ΔR2 ΔR3, ΔR4 는 센서의 감도를 나타내는 것으로 각각의 감도가 일치하도록 조정할 필요가 있다.However, because these resistors have a rate of change with temperature, it is very difficult to calibrate correctly. In addition, ΔR1 ΔR2 ΔR3 and ΔR4, which are resistance change values, indicate the sensitivity of the sensor.
따라서 종래의 방식은 캘리브레이션(Calivration)이 매우 어려우며, 특히 회전 모멘트와 함께 벤딩 모멘트가 발생하는 경우 벤딩 모멘트를 정확히 측정하여 회전 모멘트를 보정하기 힘든 문제가 발생할 수 있었다. 또한 어느 하나의 스트레인 게이지가 고장나는 경우에도 토크를 측정할 수 없는 문제가 발생할 수 있었다.Therefore, the conventional method is very difficult to calibrate, especially when a bending moment occurs along with the rotation moment, it may be difficult to correct the rotation moment by accurately measuring the bending moment. In addition, even if one strain gage failed, there was a problem that the torque could not be measured.
통상적으로 산업용 다관절 로봇 또는 액츄에이터에는 회전 모멘트 이외에도 벤딩 모멘트가 다양한 방향에서 발생할 수 있다. 따라서 복수의 스트레인 게이지를 이용하여, 회전 모멘트뿐만 아니라 다양한 방향에서 발생하는 벤딩 모멘트까지도 정확하게 측정하여 회전모멘트를 보정할 필요성이 대두되었다.Typically, industrial articulated robots or actuators may have bending moments in various directions in addition to rotational moments. Therefore, by using a plurality of strain gauges, the necessity of correcting the rotation moment by accurately measuring not only the rotation moment but also the bending moment occurring in various directions has emerged.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 복수의 스트레인 게이지의 저항값을 독립적으로 측정하여 활용하는 센싱 장치를 제공하기 위함이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a sensing device for independently measuring and utilizing the resistance value of a plurality of strain gauges.
본 실시예에 따른 센싱 장치는, 본체 중앙부, 상기 본체 중앙부의 외측을 둘러싸도록 배치되는 본체 외면부 및 상기 본체 중앙부의 외면으로부터 상기 본체 외면부의 내면을 향하여 연장되는 복수의 감지 브릿지를 포함하는 센서 본체, 상기 복수의 감지 브릿지에 설치되는 복수의 스트레인 게이지, 및, 상기 복수의 스트레인 게이지의 저항의 변화를 검출하는 복수의 검출 회로부를 포함하고, 상기 복수의 스트레인 게이지는, 상기 복수의 검출 회로부와 일대일로 연결된다.The sensing device according to the present embodiment includes a main body, a main body outer surface disposed to surround the outside of the main body, and a plurality of sensing bridges extending from the outer surface of the main body toward the inner surface of the main body outer surface. And a plurality of strain gauges provided in the plurality of sensing bridges, and a plurality of detection circuit units for detecting a change in resistance of the plurality of strain gauges, wherein the plurality of strain gauges are one-to-one with the plurality of detection circuit units. Leads to.
이 경우 상기 복수의 스트레인 게이지 각각의 저항은, 일대일로 연결되는 브릿지 회로의 저항을 구성할 수 있다.In this case, the resistance of each of the plurality of strain gauges may constitute a resistance of a bridge circuit connected one-to-one.
한편 상기 복수의 스트레인 게이지는, 상기 복수의 감지 브릿지 각각의 양 측면에 설치될 수 있다.Meanwhile, the plurality of strain gauges may be installed at both sides of each of the plurality of sensing bridges.
이 경우 상기 복수의 검출 회로부에서 각각 검출되는 상기 복수의 스트레인 게이지의 저항의 변화에 기초하여, 축 방향을 기준으로 하는 회전 모멘트 및 반경 방향을 기준으로 하는 벤딩 모멘트 중 적어도 하나를 결정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.In this case, the controller may further determine at least one of a rotation moment based on an axial direction and a bending moment based on a radial direction based on a change in resistance of the plurality of strain gauges respectively detected by the plurality of detection circuit units. It may include.
이 경우 상기 제어부는, 상기 복수의 감지 브릿지 각각의 제1 측면에 설치된 스트레인 게이지들의 저항이 증가하고 상기 복수의 감지 브릿지 각각의 제2 측면에 설치된 스트레인 게이지들의 저항이 감소하면, 동력 장치의 축 방향을 기준으로 하는 회전 모멘트가 가해진 것으로 결정할 수 있다.In this case, when the resistance of the strain gauges installed on the first side of each of the plurality of sensing bridges increases and the resistance of the strain gauges installed on the second side of each of the plurality of sensing bridges decreases, It can be determined that the rotation moment based on the applied.
한편 상기 제어부는, 상기 복수의 검출 회로부에서 각각 검출된 상기 복수의 스트레인 게이지의 저항의 증감여부 및 증감량 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 센서 본체에 가해지는 벤딩 모멘트의 방향을 결정할 수 있다.The controller may determine a direction of a bending moment applied to the sensor main body based on at least one of increasing and decreasing resistances of the plurality of strain gauges respectively detected by the plurality of detection circuit units.
이 경우 상기 제어부는, 제1 감지 브릿지의 일 측면에 설치된 제1 스트레인 게이지의 저항과 상기 제1 감지 브릿지의 일 측면과 마주 보는 제2 감지 브릿지의 일측면에 설치된 제2 스트레인 게이지의 저항이 동일하게 감소하면, 제1 라인에 작용하는 힘에 의해 발생하는 벤딩 모멘트의 방향을 결정하고, 상기 제1 라인은, 상기 제1 감지 브릿지 및 상기 제2 감지 브릿지와 예각을 이루고, 상기 제1 라인과 상기 제1 감지 브릿지가 이루는 각도는, 상기 제1 라인과 상기 제2 감지 브릿지가 이루는 각도와 동일할 수 있다.In this case, the control unit, the resistance of the first strain gauge provided on one side of the first sensing bridge and the resistance of the second strain gauge provided on one side of the second sensing bridge facing one side of the first sensing bridge is the same. Decreasingly, the direction of the bending moment generated by the force acting on the first line is determined, and the first line forms an acute angle with the first sensing bridge and the second sensing bridge, The angle formed by the first sensing bridge may be the same as the angle formed by the first line and the second sensing bridge.
한편 상기 제어부는, 제1 감지 브릿지의 일 측면에 설치된 제3 스트레인 게이지의 저항과 상기 제1 감지 브릿지의 다른 측면에 설치된 제4 스트레인 게이지의 저항이 동일하게 감소하면, 제2 라인에 작용하는 힘에 의해 발생하는 벤딩 모멘트의 방향을 결정하고, 상기 제2 라인은, 상기 제1 감지 브릿지의 일측면 및 상기 제1 감지 브릿지의 다른 측면과 예각을 이루고, 상기 제2 라인과 상기 제1 감지 브릿지의 일측면이 이루는 각도는, 상기 제2 라인과 상기 제1 감지 브릿지의 다른 측면이 이루는 각도와 동일할 수 있다.On the other hand, when the resistance of the third strain gauge provided on one side of the first sensing bridge and the resistance of the fourth strain gauge provided on the other side of the first sensing bridge are equally reduced, a force acting on the second line. Determine a direction of bending moment generated by the second line, wherein the second line forms an acute angle with one side of the first sensing bridge and the other side of the first sensing bridge, and the second line and the first sensing bridge The angle formed by one side of the may be the same as the angle formed by the other side of the second line and the first sensing bridge.
본 발명은, 복수의 스트레인 게이지의 저항을 복수의 검출 회로부에 일대일로 연결함으로써, 각각의 스트레인 게이지의 저항 변화를 독립적으로 측정이 가능하다. 따라서 벤딩 모멘트에 의한 보정, 선형 보정, 온도 보정, 감도 보정 등의 캘리브레이션(Calivration)을 용이하고 정확하게 수행할 수 있으며, 어느 하나의 스트레인 게이지가 고장나는 경우에도 토크를 측정할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, the resistance change of each strain gauge can be independently measured by connecting the resistances of the plurality of strain gauges to the plurality of detection circuits one-to-one. Therefore, calibration by bending moment, linear correction, temperature correction, sensitivity correction, and the like can be easily and accurately performed, and there is an advantage in that torque can be measured even when one strain gauge fails.
또한 본 발명은, 회전 모멘트의 측정을 위하여 복수의 스트레인 게이지가 측면에 설치되는 경우, 동일한 스트레인 게이지에서 측정된 값을 조합하여 벤딩 모멘트를 측정하기 때문에, 측정의 정확도를 향상시키고 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention, when a plurality of strain gauges are installed on the side for the measurement of the rotation moment, because the bending moment is measured by combining the values measured in the same strain gauge, it is possible to improve the accuracy of the measurement and reduce the cost There is an advantage.
또한 XY 평면 상에서, 스트레인 게이지가 설치되지 않은 라인에 힘이 작용하여 벤딩 모멘트가 발생하는 경우에도, 복수의 스트레인 게이지에서 측정되는 값들을 종합하여 판단함으로써, 벤딩 모멘트의 정확한 방향 및 크기를 측정할 수 있는 장점이 있다.In addition, even when a bending moment occurs due to a force acting on a line without a strain gage on the XY plane, by measuring the values measured in a plurality of strain gages together, the exact direction and size of the bending moment can be measured. There is an advantage.
또한 센싱 장치는 기본적으로 Z축 방향을 기준으로 한 회전 모멘트를 측정하기 위함이나, 벤딩 모멘트가 함께 발생하는 경우에는 정확한 회전 모멘트를 측정할 수 없다. 다만 본 발명은 각각의 스트레인 게이지의 저항 변화를 독립적으로 측정하여 스트레인 게이지 간의 상호 작용을 차단하기 때문에, 벤딩 모멘트를 정확히 측정하고, 벤딩 모멘트의 영향에 대한 보정을 용이하게 수행할 수 있는 장점이 있다.Also, the sensing device basically measures the rotation moment based on the Z-axis direction, but when the bending moment occurs together, the sensing device cannot measure the accurate rotation moment. However, since the present invention blocks the interaction between the strain gauges by measuring the resistance change of each strain gauge independently, there is an advantage that it is possible to accurately measure the bending moment and to easily compensate for the influence of the bending moment. .
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 토크 센서의 구성을 보여주는 전방 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 토크 센서의 구성을 보여주는 후방 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 토크 센서의 구성을 보여주는 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 센서 본체의 구성을 보여주는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 센서 본체의 구성을 보여주는 정면도이다.
도 6은 도 1의 VI-VI'를 따라 절개한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 토크 센서를 포함하는 동력 전달장치의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 센서 본체의 구성을 보여주는 정면도이다.
도 9는 종래의 검출 회로부를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른, 센싱 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른, 복수의 스트레인 게이지의 배치를 설명하기 위한 센서 본체의 정면도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른, 제1 스트레인 게이지(1011)와 연결되는 제1 검출 회로부(1010)를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른, 축 방향, 즉 Z축 방향을 기준으로 하는 회전 모멘트가 발생하는 경우의 회전 모멘트의 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 Y축 방향을 기준으로 하는 토크, 즉 Y축 방향을 기준으로 하는 벤딩 모멘트가 발생한 경우를 도시한 도면이다.
도 15는 Y축으로부터 60도 방향을 기준으로 하는 토크, 즉 Y축으로부터 60도 방향을 기준으로 하는 벤딩 모멘트가 발생한 경우를 도시한 도면이다.
도 16은 Y축으로부터 30도 방향을 기준으로 하는 토크, 즉 Y축으로부터 30도 방향을 기준으로 하는 벤딩 모멘트가 발생한 경우를 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른, 복수의 스트레인 게이지의 배치를 설명하기 위한 센서 본체의 정면도이다.1 is a front perspective view showing a configuration of a torque sensor according to a first embodiment of the present invention.
2 is a rear perspective view showing the configuration of the torque sensor according to the first embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view showing the configuration of the torque sensor according to the first embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing the configuration of a sensor main body according to a first embodiment of the present invention.
5 is a front view showing the configuration of the sensor body according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI 'of FIG. 1.
7 is a cross-sectional view showing the configuration of a power transmission device including a torque sensor according to the first embodiment of the present invention.
8 is a front view showing the configuration of a sensor main body according to a second embodiment of the present invention.
9 is a view showing a conventional detection circuit.
10 is a block diagram illustrating a sensing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a front view of a sensor main body for explaining an arrangement of a plurality of strain gauges according to an exemplary embodiment.
FIG. 12 is a diagram illustrating a first
FIG. 13 is a diagram for describing a method of determining a rotation moment when a rotation moment is generated based on an axial direction, that is, a Z axis direction, according to an embodiment of the present disclosure.
14 is a diagram illustrating a case where a torque based on the Y-axis direction, that is, a bending moment based on the Y-axis direction, is generated.
FIG. 15 is a diagram illustrating a case in which a torque based on a 60 degree direction from the Y axis, that is, a bending moment based on a 60 degree direction from the Y axis occurs.
FIG. 16 is a diagram illustrating a case where a torque based on a 30 degree direction from the Y axis, that is, a bending moment based on a 30 degree direction from the Y axis occurs.
17 is a front view of a sensor main body for explaining an arrangement of a plurality of strain gauges according to another exemplary embodiment.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다. Hereinafter, with reference to the drawings will be described a specific embodiment of the present invention. However, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can easily suggest other embodiments within the scope of the same idea.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 토크 센서의 구성을 보여주는 전방 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 토크 센서의 구성을 보여주는 후방 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 토크 센서의 구성을 보여주는 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 센서 본체의 구성을 보여주는 사시도이다.1 is a front perspective view showing a configuration of a torque sensor according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a rear perspective view showing a configuration of a torque sensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an exploded perspective view showing the configuration of the torque sensor according to the first embodiment, and FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the sensor main body according to the first embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 토크 센서(100)는 동력 장치(200, 도 7 참조)에 결합되어 상기 동력 장치(200)에서 발생되는 힘에 의한 토크를 감지할 수 있다. 1 to 4, the
방향을 정의한다. 상기 토크 센서(100)를 기준으로, 상기 동력장치(200)의 출력측, 즉 감속기(250)가 위치하는 방향을 "전방"이라 하고, 그 반대방향 즉 부하장치(미도시)가 결합되는 방향을 "후방"이라 이름한다. 그리고, 동력장치(200)의 축(212)이 연장되는 방향을 "축방향" 또는 "z축 방향"이라 이름하고, 도 7을 기준으로 상기 축방향에 수직한 방향을 "반경 방향"이라 이름한다. 그리고, 상기 반경 방향에는, "x축 방향" 및 "y축 방향"이 포함될 수 있다 (도 4 참조).Define the direction. Based on the
상기 토크 센서(100)에는, 센서 보드(150)가 설치되는 센서 본체(110)가 포함된다. 일례로, 상기 센서 본체(110)는 링 형상을 가질 수 있다. The
상기 센서 본체(110)에는, 상기 센서 보드(150)가 설치되는 본체 중앙부(111)와, 상기 본체 중앙부(111)로부터 반경 방향으로 연장되는 다수의 브릿지(120,130) 및 상기 다수의 브릿지(120,130)의 반경방향 외측 단부를 연결하며 상기 센서 본체(410)의 외주면을 형성하는 본체 외면부(112)가 포함된다. The sensor
상기 다수의 브릿지(120,130)에는, 상기 센서 본체(110)의 강성을 보강하기 위한 보강 브릿지(120) 및 스트레인 게이지(140)가 설치되어 토크를 감지하는 감지 브릿지(130)가 포함된다. The plurality of
상기 본체 외면부(112)는 링 형상을 가지며, 상기 본체 중앙부(111)의 외측을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 그리고, 상기 본체 외면부(112)에는, 외부 부품, 일례로 동력장치(200)에 체결되는 제 1 외부체결부(118)가 포함될 수 있다. 상기 제 1 외부체결부(118)는 다수 개가 구비되어 원주 방향으로 배열될 수 있다.The main body
상기 본체 중앙부(111)는 대략 원통 형상을 가질 수 있다. 상기 본체 중앙부(111)에는, 외부 부품, 일례로 부하장치(미도시)에 체결되는 제 2 외부체결부(119)가 포함될 수 있다. 상기 제 2 외부체결부(119)는 다수 개가 구비되어 원주 방향으로 배열될 수 있다.The
상기 센서 보드(150)는 상기 센서 본체(110)의 함몰부(114)에 배치될 수 있다. 상기 함몰부(114)는 상기 본체 외면부(112)를 기준으로 볼 때, 상기 센서 본체(110)의 중앙부 내측에 함몰되는 공간부로서 이해되며, 상기 센서 보드(150)가 수용되는 공간을 제공할 수 있다.The
그리고, 센서 보드(150)는 상기 본체 중앙부(111)의 전면부에 위치되며, 상기 다수의 브릿지(120,130)의 전방에 구비되는 보드 안착부(125)에 지지되도록 구성될 수 있다. 상세히, 상기 보드 안착부(125)는 상기 다수의 브릿지(120,130) 중, 보강 브릿지(120)의 전면으로부터 전방으로 돌출되며 상기 센서 보드(150)의 후면을 지지할 수 있다.In addition, the
상기 센서 보드(150)가 상기 보드 안착부(125)에 지지됨으로서, 상기 센서 보드(150)의 후면은 상기 본체 중앙부(111)로부터 S1만큼 이격하도록 위치될 수 있다 (도 6 참조).Since the
그리고, 상기 보드 안착부(125)에 의하여, 상기 센서 보드(150)는 다수의 브릿지(120,130) 중 감지 브릿지(130)로부터 전방으로 이격되도록 위치될 수 있다. 즉, 상기 보드 안착부(125)는 상기 센서 보드(150)가 상기 보강 브릿지(120)에 지지되도록 하고 상기 감지 브릿지(130)에는 지지되지 않도록 하는 "턱"을 형성할 수 있다. The
이와 같은 배치에 의하여, 상기 센서 보드(150)로부터 전달되는 힘, 일례로 센서 보드(150)의 체결력이 상기 감지 브릿지(130)에 직접 작용하지 않으므로, 감지하고자 하는 토크 이외의 힘이 상기 감지 브릿지(130) 또는 스트레인 게이지(140)에 작용하는 것을 방지할 수 있다. By such arrangement, since the force transmitted from the
상기 보드 안착부(125)는 상기 보강 브릿지(120)의 반경방향 외측부에 위치되며, 상기 본체 외면부(112)의 내주면에 결합될 수 있다. 그리고, 상기 보드 안착부(125)는 다수 개가 구비되어, 원주 방향으로 이격하여 배치될 수 있다. 일례로, 상기 보드 안착부(125)는 3개가 구비될 수 있다. The
상기 보드 안착부(125)에는, 보드 체결부재(161)가 결합되는 본체 체결공(126)이 형성된다. 상기 보드 체결부재(161)는 프론트 커버(180)의 프론트커버 체결공(184)에 결합되어 센서 보드(150)의 보드 체결공(155)을 관통하며, 상기 본체 체결공(126)에 체결될 수 있다. 상기 본체 체결공(126)은 상기 보드 안착부(125)의 수에 대응하여 다수 개가 형성될 수 있다. 이러한 체결구조에 의하여, 상기 센서 보드(150)는 상기 센서 본체(110)에 안정적으로 체결될 수 있다. The
상기 센서 본체(110)에는, 상기 본체 중앙부(111)로부터 전방으로 돌출되는 돌출부(113)가 더 포함된다. 상기 돌출부(113)는 중공의 실린더 형상을 가지며, 상기 돌출부(113)의 내부에는 동력장치(200)에 연결되는 장치 케이블이 위치하는 본체 관통부(117)가 형성될 수 있다. 상기 장치 케이블은 동력장치(200)에 연결되어 전기적 신호를 전달하는 케이블로서 이해될 수 있다. 그리고, 상기 함몰부(114)는 상기 돌출부(113)의 외측 공간으로 정의될 수 있다. The sensor
상기 본체 관통부(117)는 상기 본체 중앙부(111)의 내부로부터 상기 돌출부(113)의 내부까지 형성될 수 있다.The body through
상기 센서 보드(150)는 원판 형상을 가지며, 다수의 센싱부품(151)이 설치될 수 있다. 상기 센서 보드(150)의 대략 중앙부에는, 상기 돌출부(113)가 삽입되는 보드 관통홀(156)이 형성된다. 상기 센서 본체(110)에 상기 센서 보드(150)가 결합되면, 상기 돌출부(113)는 상기 보드 관통홀(156)에 삽입되어 전방으로 돌출될 수 있다. The
상기 센서 보드(150)에는, 커넥터(170)가 결합될 수 있는 커넥터 포트(158)가 더 포함된다. 상기 커넥터 포트(158)에는 보드 케이블(172)이 연결되어 상기 센서 보드(150)의 전기적 신호를 외부로 전달하거나, 외부의 전기적 신호를 상기 센서 보드(150)에 전달할 수 있다. The
일례로, 상기 보드 케이블(172)은 스트레인 게이지(140)와 상기 센서 보드(150)를 연결할 수 있다. 도면에 도시되지는 않았으나, 센서 본체(110)에는 상기 보드 케이블(172)의 위치를 가이드 하는 홀이 형성될 수 있다. 이러한 케이블 가이드 구조에 의하여, 상기 스트레인 게이지(140)와 센서 보드(150) 사이에서 전달되는 신호에서 노이즈의 발생을 감소시킬 수 있다.For example, the
상기 토크 센서(100)에는, 상기 센서 본체(110)의 전방부에 결합되는 프론트 커버(180) 및 상기 센서 본체(110)의 후방부에 결합되는 리어 커버(190)가 포함된다. The
상기 프론트 커버(180)에는, 대략 원판 형상을 가지는 프론트커버 본체(181) 및 상기 프론트커버 본체(181)의 중앙부에 형성되며 상기 보드 관통홀(156)에 정렬되는 프론트커버 관통부(182)가 포함된다. 상기 장치 케이블은 상기 본체 관통부(117), 및 프론트커버 관통부(182)를 통하여 전후 방향으로 연장되며, 동력장치(200)에 접속될 수 있다. The
상기 프론트 커버(180)에는, 상기 커넥터 포트(158)가 삽입되는 포트 관통부(183)가 더 포함된다. 상기 커넥터 포트(158)는 상기 포트 관통부(183)를 통하여 외부에 노출될 수 있다. The
상기 프론트커버 본체(181)에는, 상기 보드 체결공(155)에 정렬되는 프론트커버 체결공(184)이 포함된다. 상기 프론트커버 체결공(184)은 상기 보드 체결공(155)의 수에 대응하여 다수 개가 형성되며, 상기 보드 체결부재(161)가 결합될 수 있다.The
상기 리어 커버(190)에는, 원판 형상의 리어커버 본체(191) 및 상기 리어커버 본체(191)의 대략 중앙부에 관통하도록 형성되어 상기 센서 본체(110)의 본체 중앙부(111)가 삽입되는 리어커버 관통부(192)가 포함된다. 그리고, 상기 리어커버 관통부(192)의 외측에는, 커버체결부재(162)가 결합되는 리어커버 체결공(194)이 형성된다. 상기 리어 커버(190)는 상기 커버체결부재(162)에 의하여 상기 센서본체(110)에 결합될 수 있다. The
상기 프론트 커버(180)와 상기 리어 커버(190)는 동력장치(200) 또는 부하장치에 연결될 때, 제거될 수도 있다. The
상기 보강 브릿지(120)는 바(bar) 형상을 가질 수 있다. 상세히, 상기 보강 브릿지(120)는 상기 본체 중앙부(111)로부터 반경방향 외측으로 연장되며, 상기 본체 외면부(112)의 내주면에 결합되도록 구성될 수 있다. 상기 보강 브릿지(120)는 상기 본체 중앙부(111)로부터 상기 본체 외면부(112)를 향하여, 그 단면적이 감소하도록 구성될 수 있다.The
상기 보강 브릿지(120)는 다수 개가 구비되며, 상기 다수 개의 보강 브릿지(120)는 각각, 상기 본체 중앙부(111)의 서로 다른 지점으로부터 반경방향 외측으로 연장될 수 있다. 일례로, 상기 보강 브릿지(120)의 수는 적어도 3개 이상 구비될 수 있다. 도 4에는 3개의 보강 브릿지(120)가 구비되는 것으로 도시되나, 4개 이상의 보강 브릿지(120)가 구비될 수도 있다.The
상기 감지 브릿지(130)는 바(bar) 형상을 가질 수 있다. 상세히, 상기 감지 브릿지(120)는 상기 본체 중앙부(111)로부터 반경방향 외측으로 연장되며, 상기 본체 외면부(112)의 내주면에 결합되도록 구성될 수 있다. 상기 보강 브릿지(120)는 상기 본체 중앙부(111)로부터 상기 본체 외면부(112)를 향하여, 그 단면적이 일정하도록 구성될 수 있다.The
반경 방향을 기준으로, 상기 감지 브릿지(130)의 양측면 중, 적어도 하나의 측면에는 스트레인 게이지(140)가 부착될 수 있다. 상기 스트레인 게이지(140)는 동력장치(200)와 부하장치(미도시)의 사이에서 발생되는 비틀림의 크기를 감지하도록 구성될 수 있다. 상기 부하장치는 도 7에서 토크 센서(100)를 기준으로, 상기 동력장치(200)의 반대편에 위치되는 장치로서 이해될 수 있다. Based on the radial direction, the
일례로, 상기 스트레인 게이지(140)는 상기 감지 브릿지(130)의 양측면에 배치될 수 있다. 이러한 스트레인 게이지(140)의 배치에 의하여, 상기 스트레인 게이지(140)는 상기 감지 브릿지(130)의 3차원 변형, 즉 3축(x,y,z축)에서의 변형을 용이하게 감지할 수 있다. For example, the
상기 감지 브릿지(130)는 다수 개가 구비되며, 상기 다수 개의 감지 브릿지(130)는 각각, 상기 본체 중앙부(111)의 서로 다른 지점으로부터 반경방향 외측으로 연장될 수 있다. 일례로, 상기 감지 브릿지(120)의 수는 적어도 3개 이상 구비될 수 있다. 도 4에는 3개의 감지 브릿지(120)가 구비되는 것으로 도시되나, 4개 이상의 감지 브릿지(130)가 구비될 수도 있다.The
상기 다수 개의 보강 브릿지(120)와, 상기 다수 개의 감지 브릿지(130)는 서로 교번하여 원주 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 다수 개의 보강 브릿지(120) 중 어느 하나의 보강 브릿지(120)는 2개의 가장 인접한 감지 브릿지(130)의 사이 공간에 위치될 수 있다.The plurality of reinforcement bridges 120 and the plurality of sensing
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 센서 본체의 구성을 보여주는 정면도이고, 도 6은 도 1의 VI-VI'를 따라 절개한 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 토크 센서를 포함하는 동력 전달장치의 구성을 보여주는 단면도이다.5 is a front view showing the configuration of the sensor main body according to the first embodiment of the present invention, Figure 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI 'of Figure 1, Figure 7 is a first embodiment of the present invention Sectional drawing showing the configuration of a power transmission device including a torque sensor.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 센서 본체(110)에는, 대략 원통형상을 가지는 본체 중앙부(111)와, 상기 본체 중앙부(111)를 둘러싸도록 배치되며 대략 링 형상을 가지는 본체 외면부(112) 및 상기 본체 중앙부(111)의 외주면으로부터 상기 본체 외면부(112)의 내주면으로 향하여 연장되는 다수의 브릿지(120,130)가 포함된다.5 to 7, the
상기 다수의 브릿지(120,130)에는, 상기 센서 본체(110)의 강성을 보강하는 다수의 보강 브릿지(120)가 포함될 수 있다. 상기 다수의 보강 브릿지(120)는 감지대상이 되는 토크이외의 외력에 의하여, 센서 본체(110)가 쉽게 변형되는 것을 방지할 수 있다. The plurality of
상기 다수의 보강 브릿지(120)는 등간격으로 배열될 수 있다. 일례로, 도 5에 도시되는 바와 같이, 상기 보강 브릿지(120)가 3개 구비되는 경우, 상기 다수의 보강 브릿지(120)간에 이루는 중심 각도는 120도일 수 있다.The plurality of reinforcement bridges 120 may be arranged at equal intervals. For example, as shown in FIG. 5, when three
상기 본체 중앙부(111)로부터 상기 본체 외면부(112)를 향하는 방향을 기준으로, 상기 보강 브릿지(120)의 가로(원주방향) 폭 또는 그 단면적은 감소하도록 구성될 수 있다. 일례로, 상기 보강 브릿지(120) 중, 상기 본체 외면부(112)보다 상기 본체 중앙부(111)에 가까운 부분의 제 1 폭(w1)은, 상기 본체 중앙부(111)보다 상기 본체 외면부(112)에 가까운 부분의 제 2 폭(w2)보다 크게 형성될 수 있다. The width (circumferential direction) of the reinforcing
상기 보강 브릿지(120)에는, 상기 본체 외면부(112)에 결합되는 브릿지보강부(126)가 포함된다. 상기 브릿지보강부(126)는, 상기 제 2 폭(w2)이 형성되는 보강 브릿지(120)의 일부분보다 더 외측에 위치될 수 있다. 상기 보강 브릿지(120)와 상기 본체 외면부(112)의 결합력을 높이기 위하여, 상기 브릿지보강부(126)의 제 3 폭(w3)은 상기 제 2 폭(w2)보다 크게 형성될 수 있다.The reinforcing
상기 다수의 브릿지(120,130)에는, 토크를 감지하기 위한 스트레인 게이지(140)가 설치되는 다수의 감지 브릿지(130)가 포함될 수 있다. 상기 스트레인 게이지(140)는 3차원 방향에서 발생되는 토크, 즉 동력장치(200)의 축(212, 도 7 참조) 방향을 기준으로 하는 회전 모멘트, 반경방향(x,y축 방향)을 기준으로 발생되는 벤딩 모멘트를 감지하도록 구성될 수 있다.The plurality of
상세히, 상기 스트레인 게이지(140)는 z축 방향을 기준으로 발생되는 토크(Tr)와, x축 방향으로의 제 1 벤딩모멘트(M1) 및 y축 방향으로의 제 2 벤딩모멘트(M2)를 용이하게 감지할 수 있다 (도 4,5 참조).In detail, the
상기 다수의 감지 브릿지(130)는 등간격으로 배열될 수 있다. 일례로, 도 5에 도시되는 바와 같이, 상기 감지 브릿지(130)가 3개 구비되는 경우, 상기 다수의 감지 브릿지(130)간에 이루는 중심 각도는 120도일 수 있다. 그리고, 상기 다수의 보강 브릿지(120) 및 상기 다수의 감지 브릿지(130)는 서로 교번하여 원주 방향으로 배열될 수 있다. 이와 같은 배치구조에 의하여, 상기 토크 센서(100)의 강도를 보강함과 함께, 토크 감지도를 용이하게 개선할 수 있다. The plurality of sensing
상기 본체 중앙부(111)로부터 상기 본체 외면부(112)를 향하는 방향을 기준으로, 상기 감지 브릿지(130)의 가로(원주방향) 폭 또는 그 단면적은 일정하도록 구성될 수 있다. 일례로, 상기 감지 브릿지(130)의 폭은 제 1 폭(w4)으로 구성될 수 있다. 상기 제 1 폭(w4)은 상기 보강 브릿지(120)의 제 1~3 폭(w1,w2,w3)보다 각각 작게 형성될 수 있다. The width (circumferential direction) width or cross-sectional area of the
상기 감지 브릿지(130)에는, 상기 본체 외면부(112)에 결합되는 제 1 감지브릿지보강부(136)가 포함된다. 상기 제 1 감지브릿지보강부(136)는, 상기 제 1 폭(w4)이 형성되는 감지 브릿지(130)의 일부분("감지브릿지 본체"라 이름함)보다 더 반경방향 외측에 위치될 수 있다. 상기 감지 브릿지(130)와 상기 본체 외면부(112)의 결합력을 높이기 위하여, 상기 제 2 브릿지보강부(136)의 제 2 폭(w5)은 상기 제 1 폭(w4)보다 크게 형성될 수 있다.The
상기 감지 브릿지(130)에는, 상기 본체 중앙부(111)에 결합되는 제 2 감지브릿지보강부(137)가 포함된다. 상기 제 2 감지브릿지보강부(137)는, 상기 제 1 폭(w4)이 형성되는 감지브릿지 본체보다 더 반경방향 내측에 위치될 수 있다. 상기 감지 브릿지(130)와 상기 본체 중앙부(111)의 결합력을 높이기 위하여, 상기 제 2 감지브릿지보강부(137)의 제 3 폭(w6)은 상기 제 1 폭(w4)보다 크게 형성될 수 있다.The
상기 스트레인 게이지(140)에는, 상기 감지 브릿지(130)의 일 측면에 배치되는 제 1 스트레인게이지(140a) 및 상기 감지 브릿지(130)의 타 측면에 배치되는 제 2 스트레인게이지(140b)가 포함된다. 상기 일 측면과 상기 타 측면은 서로 마주보는 측면을 형성할 수 있다. 이와 같이, 각 감지 브릿지(130)에 다수 개의 스트레인 게이지(140)가 구비되어, 상기 토크 센서(100)에서 발생되는 토크를 용이하게 감지할 수 있다.The
상기 센서 본체(110)에는, 상기 보강 브릿지(120)와 상기 감지 브릿지(130)의 사이에 형성되는 관통홀(114)이 포함된다. 상기 관통홀(114)에 의하여, 상기 보강 브릿지(120)와 상기 감지 브릿지(130)는 직접 결합되지 않으므로 상기 보강 브릿지(120)에 전달되는 힘이 상기 감지 브릿지(130)에 전달되는 것을 방지할 수 있다.The
상기 토크 센서(100)는 구동력을 발생시키는 동력장치(200)에 결합될 수 있다. 상세히, 상기 토크 센서(100)의 일측에는, 상기 동력장치(200)가 결합되고 그 반대측에는 부하장치(미도시)가 결합될 수 있다. 이 때, 상기 토크 센서(100)에 구비되는 프론트 커버(180) 또는 리어 커버(190)는 결합된 상태 또는 분리된 상태에서 상기 동력장치(200) 및 부하장치에 결합될 수 있다. The
상기 동력장치(200) 및 토크 센서(100)는 하우징(201)의 내부에 배치될 수 있다.The
상기 동력장치(200)에는, 모터 구동부(215, 메인보드)에 의하여 회전하는 모터(210) 및 상기 모터(210)의 구동에 의하여 회전하는 축(212)이 포함된다. 상기 축(212)의 외주면에는 상기 축(212)에 접촉 가능하게 구비되어 상기 축(212)의 회전을 가이드 하는 베어링(230)이 더 포함된다. 그리고, 상기 동력장치(200)에는, 상기 모터(210)의 회전량을 감지하는 엔코더(220)가 더 포함될 수 있다.The
상기 축(212)의 내부에는, 상기 모터 구동부(215)에 연결되는 장치 케이블이 삽입되는 케이블삽입부(213)가 형성된다. Inside the
상기 동력장치(200)에는, 상기 모터(210)와 상기 토크 센서(100)의 사이에 배치되어 모터(210)의 회전속도를 감소시키는 감속기(250)가 더 포함된다. 상기 감속기(250)는 상기 토크 센서(100)의 전방부에 결합될 수 있다.The
이하에서는, 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 제 1 실시예와 비교하여 다수의 브릿지의 구성에 있어서만 차이가 있으므로 차이점을 위주로 설명하며, 제 1 실시예와 동일한 부분에 대하여는 상기 제 1 실시예의 설명과 도면부호를 원용한다.Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. Since the present embodiment differs only in the configuration of a plurality of bridges compared to the first embodiment, the differences will be mainly described. The same parts as those of the first embodiment will be described with reference to the first embodiment.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 센서 본체의 구성을 보여주는 정면도이다.8 is a front view showing the configuration of a sensor main body according to a second embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 센서 본체(510)에는, 본체 중앙부(511)와, 상기 본체 중앙부(511)의 외측을 둘러싸도록 배치되며 대략 링 형상을 가지는 본체 외면부(512) 및 상기 본체 중앙부(511)의 외주면으로부터 상기 본체 외면부(512)의 내주면으로 향하여 연장되는 다수의 브릿지(520,530)가 포함된다.Referring to FIG. 8, the sensor main body 510 according to the second embodiment of the present invention includes a main
상기 다수의 브릿지(520,530)에는, 상기 센서 본체(510)의 강성을 보강하는 다수의 보강 브릿지(520)가 포함될 수 있다. 상기 다수의 보강 브릿지(520)는 감지대상이 되는 토크이외의 외력에 의하여, 센서 본체(510)가 쉽게 변형되는 것을 방지할 수 있다. 상기 다수의 보강 브릿지(520)에 관한 설명은, 제 1 실시예의 보강 브릿지(120)의 설명을 원용한다. The plurality of
상기 다수의 브릿지(520,530)에는, 토크를 감지하기 위한 스트레인 게이지(540)가 설치되는 다수의 감지 브릿지(530)가 포함될 수 있다. 상기 스트레인 게이지(540)는 3차원 방향에서 발생되는 토크, 즉 동력장치(200)의 축(212, 도 7 참조) 방향을 기준으로 하는 회전 모멘트, 반경방향(x,y축 방향)을 기준으로 발생되는 벤딩 모멘트를 감지하도록 구성될 수 있다.The plurality of
상세히, 상기 스트레인 게이지(540)는 z축 방향을 기준으로 발생되는 토크(Tr)와, x축 방향으로의 제 1 벤딩모멘트(M1) 및 y축 방향으로의 제 2 벤딩모멘트(M2)를 용이하게 감지할 수 있다 (도 4,8 참조).In detail, the
상기 다수의 감지 브릿지(530)는 등간격으로 배열될 수 있다. 일례로, 도 5에 도시되는 바와 같이, 상기 감지 브릿지(530)가 3개 구비되는 경우, 상기 다수의 감지 브릿지(530)간에 이루는 중심 각도는 120도일 수 있다. 그리고, 상기 다수의 보강 브릿지(120) 및 상기 다수의 감지 브릿지(130)는 서로 교번하여 원주 방향으로 배열될 수 있다. 이와 같은 배치구조에 의하여, 상기 토크 센서(100)의 강도를 보강함과 함께, 토크 감지도를 용이하게 개선할 수 있다. The plurality of sensing
상기 센서 본체(510)에는, 상기 보강 브릿지(520)와 상기 감지 브릿지(530)의 사이에 형성되는 제 1 관통홀(514)이 포함된다. 상기 제 1 관통홀(514)에 의하여, 상기 보강 브릿지(520)와 상기 감지 브릿지(530)는 직접 결합되지 않으므로 상기 보강 브릿지(520)에 전달되는 힘이 상기 감지 브릿지(530)에 전달되는 것을 방지할 수 있다.The sensor body 510 includes a first through
상기 감지 브릿지(530)에는 제 2 관통홀(535)이 형성된다. 상기 제 2 관통홀(535)은 상기 감지 브릿지(530)의 변형을 위한 자유도를 확보하는 점에서, "브릿지관통홀"이라 이름할 수 있다. 상세히, 상기 감지 브릿지(530)에는, 상기 본체 중앙부(511)의 외면에 결합되는 제 1 결합부(531) 및 상기 제 1 결합부(531)로부터 반경방향 외측으로 연장되는 2개의 연장부(533,534)가 포함된다. A second through
상기 2개의 연장부(533,534)에는 원주 방향으로 서로 이격되는 제 1 연장부(533) 및 제 2 연장부(534)가 포함될 수 있다. 상기 제 1,2 연장부(533,534)간의 이격된 거리는, 반경방향 외측으로 갈수록 점점 벌어지도록 형성될 수 있다. The two
상기 감지 브릿지(530)에는 상기 2개의 연장부(533,534)로부터 반경방향 외측으로 연장되며 상기 본체 외면부(512)에 결합되는 제 2 결합부(532)가 더 포함된다. The
상기 본체 중앙부(511)로부터 상기 본체 외면부(512)를 향하는 방향을 기준으로, 상기 제 1 결합부(531)의 원주방향 폭은 제 1 폭(w7)을 형성하며, 상기 제 2 결합부(532)의 원주방향 폭은 제 2 폭(w8)을 형성할 수 있다. 상기 제 2 폭(w8)은 상기 제 1 폭(w7)보다 크게 형성될 수 있다.The circumferential width of the
그리고, 상기 본체 중앙부(511)로부터 상기 본체 외면부(512)를 향하는 방향을 기준으로, 상기 제 1,2 연장부(533,534)의 원주방향 폭은 제 3 폭(w9)을 형성할 수 있다. 상기 제 3 폭(w9)은 상기 제 1 폭(w7) 또는 상기 제 2 폭(w8)보다 작게 형성될 수 있다. The circumferential widths of the first and
상기 제 1,2 결합부(531,532) 및 상기 제 1,2 연장부(533,534)에 의하여, 상기 제 2 관통홀(535)이 정의될 수 있다. 즉, 상기 제 2 관통홀(535)은 상기 상기 제 1,2 결합부(531,532) 및 상기 제 1,2 연장부(533,534)의 내부 공간으로서 이해될 수 있다. 상기 제 2 관통홀(535)이 형성됨으로써, 상기 감지 브릿지(530)는 상기 감지 브릿지(530)에 전달되는 힘 또는 토크에 의하여 변형이 용이하게 이루어질 수 있으며, 이에 따라 스트레인 게이지(540)의 토크 감지도가 향상될 수 있다. The second through
상기 스트레인 게이지(540)에는, 상기 제 1 연장부(533)의 외면에 배치되는 제 1 스트레인게이지(540a) 및 상기 제 2 연장부(534)의 외면에 배치되는 제 2 스트레인게이지(540b)가 포함된다. 상기 제 1 연장부(533)의 외면과 상기 제 2 연장부(534)의 외면은 서로 마주보는 측면을 형성할 수 있다. 이와 같이, 각 감지 브릿지(530)에 다수 개의 스트레인 게이지(540)가 구비되어, 상기 토크 센서(100)에서 발생되는 토크를 용이하게 감지할 수 있다.The
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른, 센싱 장치를 설명하기 위한 블록도이다.10 is a block diagram illustrating a sensing device according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른, 복수의 스트레인 게이지의 배치를 설명하기 위한 센서 본체의 정면도이다.FIG. 11 is a front view of a sensor main body for explaining an arrangement of a plurality of strain gauges according to an exemplary embodiment.
본 발명의 실시 예에 따른 센싱 장치는, 복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061) 및 복수의 검출 회로부(1010, 1020, 1030, 1040, 1050, 1060)를 포함할 수 있다.The sensing device according to an embodiment of the present invention may include a plurality of
복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061)는, 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050)에 설치될 수 있다.The plurality of
구체적으로 복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061)는, 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 양 측면에 설치될 수 있다.In detail, the plurality of
구체적으로 제1 감지 브릿지(1010)의 양 측면(1110a, 1110b)에는 각각 제1 스트레인 게이지(1011) 및 제2 스트레인 게이지(1021)가 설치될 수 있다.In detail, the
또한 제2 감지 브릿지(1030)의 양 측면(1130a, 1130b)에는 각각 제3 스트레인 게이지(1031) 및 제4 스트레인 게이지(1041)가 설치될 수 있다.In addition, the
또한 제3 감지 브릿지(1050)의 양 측면(1150a, 1150b)에는 각각 제5 스트레인 게이지(1051) 및 제6 스트레인 게이지(1061)가 설치될 수 있다.In addition, the
한편 감지 브릿지가 두개의 연장부를 포함하는 제2 실시 예에서는, 하나의 감지 브릿지(1130)에 설치되는 두개의 스트레인 게이지(1031, 1041) 중 하나의 스트레인 게이지(1031)는 두개의 연장부(1132a, 1132b) 중 하나의 연장부(1232a)의 외면에 설치될 수 있으며, 다른 하나의 스트레인 게이지(1041)는 다른 하나의 연장부(1232b)의 외면에 설치될 수 있다.On the other hand, in the second embodiment in which the sensing bridge includes two extensions, one
한편 이하에서는 감지 브릿지가 두개의 연장부를 포함하는 제2 실시 예의 예를 들어 설명하나 이에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 장치는 제1 실시 예에도 적용될 수 있다.Meanwhile, hereinafter, the sensing bridge is described as an example of the second embodiment including two extension parts, but is not limited thereto. The sensing device according to the embodiment of the present invention may also be applied to the first embodiment.
복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061)에 각각 포함되는 저항의 저항값은, 복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061)에 가해지는 토크량에 비례하여 변화할 수 있다.The resistance values of the resistors included in the plurality of
한편, 복수의 검출 회로부(1010, 1020, 1030, 1040, 1050, 1060)은 각각 복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061)의 저항의 변화를 검출할 수 있다.Meanwhile, the plurality of
이와 관련해서는 도 12를 함께 참고하여 설명한다. This will be described with reference to FIG. 12 together.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른, 제1 스트레인 게이지(1011)와 연결되는 제1 검출 회로부(1010)를 도시한 도면이다.FIG. 12 is a diagram illustrating a first
제1 스트레인 게이지(1011)는 제1 검출 회로부(1010)과 연결될 수 있다.The
또한 제1 스트레인 게이지(1011)은 저항(1211)을 포함할 수 있으며, 제1 스트레인 게이지(1011)에 포함되는 저항(1211)는 제1 검출 회로부(1010)에 포함되는 브릿지 회로의 저항을 구성할 수 있다.In addition, the
구체적으로, 스트레인 게이지의 저항의 변화를 측정하기 위하여, 제1 검출 회로부(1010)는 브릿지 회로, 예를 들어 휘스톤 브릿지 회로를 포함할 수 있다.Specifically, in order to measure a change in resistance of the strain gauge, the first
또한 브릿지 회로는 스트레인 게이지에 포함되지 않는 세개의 저항(Ra, Rb, Rc) 및 제1 스트레인 게이지(1011)에 포함되는 저항(1211)으로 구성될 수 있다.Also, the bridge circuit may include three resistors Ra, Rb, and Rc not included in the strain gauge, and a
한편 제1 검출 회로부(1010)는 제1 스트레인 게이지(1011)에 포함되는 저항(1211)의 저항값을 나타내는 신호를 제어부(1090)에 출력하고, 제어부(1090)는 제1 검출 회로부(1010)로부터 수신되는 신호에 기초하여 제1 스트레인 게이지(1011)에 가해지는 토크를 산출할 수 있다.Meanwhile, the first
구체적으로 제어부(1090)는 브릿지 회로의 입력 전압(Vex), 스트레인 게이지에 포함되지 않는 세개의 저항의 저항값(Ra, Rb, Rc), 아무런 토크가 가해지지 않는 경우 제1 검출 회로부(1010)에 포함된 저항(1211)의 저항값(RG1)을 알고 있다. 따라서 제어부(1090)는 브릿지 회로의 출력 전압(Vo)을 이용하여 제1 스트레인 게이지(1011)에 포함되는 저항(1211)의 저항 변화량(ΔR1)을 산출하고, 저항 변화량(ΔR1)에 기초하여 제1 스트레인 게이지(1011)에 가해지는 토크를 산출할 수 있다.In detail, the
한편 복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061)는, 복수의 검출 회로부(1010, 1020, 1030, 1040, 1050, 1060)와 일대일로 연결될 수 있다. 또한 도 12에서 설명한 제1 스트레인 게이지(1011) 및 제1 검출 회로부(1010)의 설명은 다른 스트레인 게이지 및 다른 검출 회로부에 그대로 적용될 수 있다.Meanwhile, the plurality of
예를 들어, 제2 스트레인 게이지(1021)는 제2 검출 회로부(1020)와 연결되며, 제2 스트레인 게이지(1021)에 포함되는 저항은 제2 검출 회로부(1020)에 포함되는 브릿지 회로의 저항을 구성할 수 있다. 또한 제어부(1090)는 제2 검출 회로부(1020)에서 출력하는 출력 전압에 기초하여 제2 스트레인 게이지(1021)에 포함되는 저항의 저항 변화량 및 제2 스트레인 게이지(1021)에 가해지는 토크를 산출할 수 있다.For example, the
다른 예를 들어, 제6 스트레인 게이지(1061)는 제6 검출 회로부(1060)와 연결되며, 제6 스트레인 게이지(1061)에 포함되는 저항은 제6 검출 회로부(1060)에 포함되는 브릿지 회로의 저항을 구성할 수 있다. 또한 제어부(1090)는 제6 검출 회로부(1060)에서 출력하는 출력 전압에 기초하여 제6 스트레인 게이지(1061)에 포함되는 저항의 저항 변화량 및 제6 스트레인 게이지(1061)에 가해지는 토크를 산출할 수 있다.For another example, the
이와 같은 방식으로, 제어부(1090)는 복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061) 각각의 저항 변화량 및 복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061) 각각에 가해지는 토크를 산출할 수 있다.In this manner, the
한편 제어부(1090)는 중앙처리장치, 마이크로 프로세서, 프로세서 등의 용어와 혼용될 수 있다. The
한편 제어부(1090)는 복수의 검출 회로부(1010, 1020, 1030, 1040, 1050, 1060)에서 각각 검출되는 복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061)의 저항의 변화에 기초하여, 동력 장치(200)의 축(212, 도 7 참조) 방향을 기준으로 하는 회전 모멘트 및 반경 방향을 기준으로 하는 벤딩 모멘트를 결정할 수 있다.Meanwhile, the
축 방향을 기준으로 하는 회전 모멘트를 결정하는 방법에 대해서는 도 13, 반경 방향을 기준으로 하는 벤딩 모멘트를 결정하는 방법에 대해서는 도 14 내지 도 16을 참고하여 구체적으로 설명한다.A method of determining the rotation moment based on the axial direction will be described in detail with reference to FIGS. 13 to 16 and a method of determining the bending moment based on the radial direction.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른, 축 방향, 즉 Z축 방향을 기준으로 하는 회전 모멘트가 발생하는 경우의 회전 모멘트의 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 13 is a diagram for describing a method of determining a rotation moment when a rotation moment is generated based on an axial direction, that is, a Z axis direction, according to an embodiment of the present disclosure.
제어부(1090)는, 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 제1 측면에 설치된 스트레인 게이지들의 저항이 증가하고, 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 제2 측면에 설치된 스트레인 게이지들의 저항이 감소하면, 축 방향을 기준으로 하는 회전 모멘트가 가해진 것으로 결정할 수 있다.The
구체적으로, 도면 상에서 도면이 도시된 지면을 수직으로 관통하는 방향이 Z축의 방향일 수 있다. 그리고 센서 본체가 Z축 방향을 기준으로 회전하는 경우, 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 제1 측면에 설치된 스트레인 게이지들의 저항이 증가하고, 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 제2 측면에 설치된 스트레인 게이지들의 저항이 감소할 수 있다.Specifically, the direction of vertically penetrating the ground on which the drawing is shown on the drawing may be the direction of the Z axis. When the sensor body rotates based on the Z-axis direction, the resistances of the strain gauges installed on the first side surfaces of each of the plurality of
예를 들어 센서 본체가 시계 방향(CW)으로 회전하는 경우, 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 좌측면의 변위는 증가하고, 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 우측면의 변위는 감소할 수 있다. For example, when the sensor main body rotates clockwise (CW), the displacement of the left side of each of the plurality of
이 경우 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 좌측면에 설치된 스트레인 게이지(1011, 1031, 1051)의 변위는 증가하고 저항은 감소할 수 있다. 또한 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 우측면에 설치된 스트레인 게이지(1021, 1041, 1061)의 변위는 감소하고 저항은 증가할 수 있다.In this case, the displacement of the
반대로, 센서 본체가 반시계 방향(CCW)으로 회전하는 경우, 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 좌측면의 변위는 감소하고, 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 우측면의 변위는 증가할 수 있다. On the contrary, when the sensor main body rotates in the counterclockwise direction (CCW), the displacement of the left side of each of the plurality of
이 경우 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 좌측면에 설치된 스트레인 게이지(1011, 1031, 1051)의 변위는 감소하고 저항은 증가할 수 있다. 또한 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 우측면에 설치된 스트레인 게이지(1021, 1041, 1061)의 변위는 증가하고 저항은 감소할 수 있다.In this case, the displacement of the
Z축을 기준으로 한 회전이 있는 경우, 스트레인 게이지의 변형량의 예시는 다음과 같다.An example of the strain gauge strain when there is a rotation about the Z axis is as follows.
스트레인 게이지Left side
Strain gauge
스트레인 게이지Right side
Strain gauge
CW
CW
변위
(mm)
Displacement
(mm)
CCW
CCW
변위
(mm)
Displacement
(mm)
즉 제어부(1090)는, 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 제1 측면에 설치된 스트레인 게이지들의 저항이 증가하고, 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 제2 측면에 설치된 스트레인 게이지들의 저항이 감소하면, 축 방향을 기준으로 하는 회전 모멘트가 가해진 것으로 결정할 수 있다.That is, the
또한 제어부(1090)는, 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 좌측면에 설치된 스트레인 게이지(1011, 1031, 1051)의 저항이 감소하고, 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 우측면에 설치된 스트레인 게이지(1021, 1041, 1061)의 저항이 증가하면, 센서 본체가 시계 방향(CW)으로 회전하는 것으로 결정할 수 있다.In addition, the
또한 제어부(1090)는, 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 좌측면에 설치된 스트레인 게이지(1011, 1031, 1051)의 저항이 증가하고, 복수의 감지 브릿지(1010, 1030, 1050) 각각의 우측면에 설치된 스트레인 게이지(1021, 1041, 1061)의 저항이 감소하면, 센서 본체가 반시계 방향(CCW)으로 회전하는 것으로 결정할 수 있다.In addition, the
또한 제어부(1090)는 복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061)의 저항에 기초하여, Z축을 기준으로 하는 회전 모멘트의 크기를 산출할 수 있다.Also, the
한편 제어부(1190)는, 복수의 검출 회로부(1010, 1020, 1030, 1040, 1050, 1060)에서 각각 검출된 복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061)의 저항의 증감여부 및 증감량 중 적어도 하나에 기초하여, 센서 본체에 가해지는 벤딩 모멘트의 방향을 결정할 수 있다.The controller 1190 may increase or decrease the resistance of the plurality of
이와 관련된 다양한 실시 예는 도 14 내지 도 16에서 설명한다.Various embodiments related to this will be described with reference to FIGS. 14 to 16.
도 14는 Y축 방향을 기준으로 하는 토크, 즉 Y축 방향을 기준으로 하는 벤딩 모멘트가 발생한 경우를 도시한 도면이다.14 is a diagram illustrating a case in which a torque based on the Y axis direction, that is, a bending moment based on the Y axis direction occurs.
외력이 센서 본체의 제1 라인(1410) 상의 지점에 Z축 방향(또는 -Z축 방향)으로 가해지는 경우, 스트레인 게이지의 변형량의 예시는 다음과 같다.When an external force is applied to the point on the
외력이 센서 본체의 제1 라인(1410) 상의 지점에 Z축 방향(또는 -Z축 방향)으로 가해지는 경우, 반경 방향(XY 평면) 상에 위치하고 제1 라인(1410)과 수직인 방향을 기준으로 하는 벤딩 모멘트가 발생할 수 있다.When an external force is applied to the point on the
그리고 제어부(1090)는, 복수의 검출 회로부(1010, 1020, 1030, 1040, 1050, 1060)에서 각각 검출된 복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061)의 저항의 증감여부 및 증감량 중 적어도 하나에 기초하여, 제1 라인(1410)에 작용하는 힘에 의해 발생하는 벤딩 모멘트의 방향을 결정할 수 있다.In addition, the
예를 들어, 제2 감지 브릿지(1130)의 일 측면(1130b)에 설치된 제4 스트레인 게이지(1041)의 저항과 제2 감지 브릿지(1130)의 일 측면(1130b)과 마주 보는 제3 감지 브릿지(1150)의 일측면(1150a)에 설치된 제5 스트레인 게이지(1051)의 저항이 동일하게 감소하는 경우, 제어부(1090)는 제1 라인(1410) 상의 지점에 Z축 방향(또는 -Z축 방향)힘이 작용한 것으로 결정할 수 있다. 이 경우 제1 라인(1410)은 제2 감지 브릿지(1130) 및 제3 감지 브릿지(1150)와 예각을 이루고, 제1 라인(1410)과 제2 감지 브릿지(1130)가 이루는 각도(θ2)는, 제1 라인(1410)과 제3 감지 브릿지(1150)가 이루는 각도(θ1)와 동일할 수 있다.For example, a third sense bridge facing the resistance of the
또한 제어부(1090)는 반경 방향(XY 평면) 상에 위치하고 제1 라인(1410)과 수직인 Y축 방향을 기준으로 하는 벤딩 모멘트(M3)가 발생한 것으로 결정할 수 있다.In addition, the
다른 실시 예로써, 제4 스트레인 게이지(1041) 및 제2 감지 브릿지(1130)를 제외한 다른 스트레인 게이지를 이용한 판단도 가능하다.As another example, it is also possible to use a strain gauge other than the
예를 들어, 제1 감지 브릿지(1110)의 일 측면(1110a)에 설치된 제1 스트레인 게이지(1011)의 저항과 제1 감지 브릿지(1110)의 다른 측면(1110b)에 설치된 제2 스트레인 게이지(1021)의 저항이 동일하게 증가하는 경우, 제어부(1090)는 제1 라인(1410) 상의 지점에 Z축 방향(또는 -Z축 방향)힘이 작용한 것으로 결정하고, Y축 방향을 기준으로 하는 벤딩 모멘트(M3)가 발생한 것으로 결정할 수 있다.For example, the resistance of the
또 다른 예를 들어, 제3 스트레인 게이지(1031)의 저항과 제6 스트레인 게이지(1061)의 저항이 동일하게 감소하는 경우, 제어부(1090)는 제1 라인(1410) 상의 지점에 Z축 방향(또는 -Z축 방향)힘이 작용한 것으로 결정하고, Y축 방향을 기준으로 하는 벤딩 모멘트(M3)가 발생한 것으로 결정할 수 있다.For another example, when the resistance of the
이러한 방식으로, 도 14와 같은 상황에서는 복수의 스트레인 게이지 중 일부의 저항값만을 이용하여 벤딩 모멘트의 방향을 결정할 수도 있으나, 실제 구현에 있어서는 복수의 스트레인 게이지 전부의 저항값을 이용하여 벤딩 모멘트의 방향을 결정하는 것이 오차를 최소화할 수 있을 것이다.In this manner, in the situation as shown in FIG. 14, the direction of the bending moment may be determined using only resistance values of some of the plurality of strain gauges, but in actual implementation, the direction of the bending moment may be used by using the resistance values of all of the plurality of strain gauges. Determining this will minimize the error.
또한 제어부(1090)는 복수의 스트레인 게이지 중 일부 또는 전부의 저항을 이용하여 벤딩 모멘트(M3)의 크기를 산출할 수 있다.In addition, the
도 15는 Y축으로부터 60도 방향을 기준으로 하는 토크, 즉 Y축으로부터 60도 방향을 기준으로 하는 벤딩 모멘트가 발생한 경우를 도시한 도면이다.FIG. 15 is a diagram illustrating a case where a torque based on a 60 degree direction from the Y axis, that is, a bending moment based on a 60 degree direction from the Y axis occurs.
외력이 센서 본체의 제2 라인(1510) 상의 지점에 Z축 방향(또는 -Z축 방향)으로 가해지는 경우, 스트레인 게이지의 변형량의 예시는 다음과 같다.When the external force is applied to the point on the
외력이 센서 본체의 제2 라인(1510) 상의 지점에 Z축 방향(또는 -Z축 방향)으로 가해지는 경우, 반경 방향(XY 평면) 상에 위치하고 제2 라인(1510)과 수직인 방향을 기준으로 하는 벤딩 모멘트가 발생할 수 있다.When an external force is applied to the point on the
그리고 제어부(1090)는, 복수의 검출 회로부(1010, 1020, 1030, 1040, 1050, 1060)에서 각각 검출된 복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061)의 저항의 증감여부 및 증감량 중 적어도 하나에 기초하여, 제2 라인(1510)에 작용하는 힘에 의해 발생하는 벤딩 모멘트의 방향을 결정할 수 있다.In addition, the
예를 들어, 제3 감지 브릿지(1150)의 일 측면에 설치된 제5 스트레인 게이지(1051)의 저항과 제3 감지 브릿지(1150)의 다른 측면에 설치된 제6 스트레인 게이지(1061)의 저항이 동일하게 감소하는 경우, 제어부(1090)는 제2 라인(1510) 상의 지점에 Z축 방향(또는 -Z축 방향)힘이 작용한 것으로 결정할 수 있다. 이 경우 제2 라인(1510)은 제3 감지 브릿지(1150)의 일측면 및 제3 감지 브릿지(1150)의 다른 측면과 예각을 이루고, 제2 라인(1510)과 제3 감지 브릿지(1150)의 일측면이 이루는 각도(θ4)는, 제2 라인(1510)과 제3 감지 브릿지의 다른 측면이 이루는 각도(θ3)와 동일할 수 있다.For example, the resistance of the
또한 제어부(1090)는 반경 방향(XY 평면) 상에 위치하고 제2 라인(1510)과 수직인 특정 축을 기준으로 하는 벤딩 모멘트(M4)가 발생한 것으로 결정할 수 있다.Also, the
다른 예로써, 제1 스트레인 게이지(1011)의 저항과 제4 스트레인 게이지(1041)의 저항이 동일하게 증가하는 경우, 제어부(1090)는 제2 라인(1510) 상의 지점에 Z축 방향(또는 -Z축 방향)힘이 작용한 것으로 결정하고, 상기 특정 축을 기준으로 하는 벤딩 모멘트(M4)가 발생한 것으로 결정할 수 있다.As another example, when the resistance of the
또 다른 예로써, 제2 스트레인 게이지(1021)의 저항과 제3 스트레인 게이지(1031)의 저항이 동일하게 증가하는 경우, 제어부(1090)는 제2 라인(1510) 상의 지점에 Z축 방향(또는 -Z축 방향)힘이 작용한 것으로 결정하고, 상기 특정 축을 기준으로 하는 벤딩 모멘트(M4)가 발생한 것으로 결정할 수 있다.As another example, when the resistance of the
또한 실제 구현에 있어서, 제어부는 복수의 스트레인 게이지 전부의 저항값을 이용하여 벤딩 모멘트의 방향을 결정함으로써 오차를 최소화 할 수 있다.Also, in actual implementation, the controller may minimize the error by determining the direction of the bending moment by using the resistance values of all the plurality of strain gauges.
또한 제어부(1090)는 복수의 스트레인 게이지 중 일부 또는 전부의 저항을 이용하여 벤딩 모멘트(M4)의 크기를 산출할 수 있다.In addition, the
도 16은 Y축으로부터 30도 방향을 기준으로 하는 토크, 즉 Y축으로부터 30도 방향을 기준으로 하는 벤딩 모멘트가 발생한 경우를 도시한 도면이다.FIG. 16 is a diagram illustrating a case where a torque based on a 30 degree direction from the Y axis, that is, a bending moment based on a 30 degree direction from the Y axis occurs.
외력이 센서 본체의 제3 라인(1610) 상의 지점에 Z축 방향(또는 -Z축 방향)으로 가해지는 경우, 스트레인 게이지의 변형량의 예시는 다음과 같다.When an external force is applied to the point on the
외력이 센서 본체의 제3 라인(1610) 상의 지점에 Z축 방향(또는 -Z축 방향)으로 가해지는 경우, 도 14와 도 15에서 설명한 방식으로는 벤딩 모멘트의 방향 결정이 불가능하다.When an external force is applied to the point on the
이 경우 제어부(1090)는 복수의 검출 회로부(1010, 1020, 1030, 1040, 1050, 1060)에서 각각 검출된 복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061)의 저항의 증감여부 및 증감량을 모두 고려하여, 제3 라인(1610)에 작용하는 힘에 의해 발생하는 벤딩 모멘트(M5)의 방향 및 크기를 산출할 수 있다. 이 경우 벤딩 모멘트(M5)의 방향 및 크기를 산출하는 구체적인 방식은, 스트레인 게이지 및 센서 본체의 특성에 따라 달라질 수 있다.In this case, the
도 17은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른, 복수의 스트레인 게이지의 배치를 설명하기 위한 센서 본체의 정면도이다.FIG. 17 is a front view of a sensor main body for explaining an arrangement of a plurality of strain gauges, according to another exemplary embodiment.
앞서 세개의 감지 브릿지 및 여섯개의 스트레인 게이지가 배치되는 실시 예에 대하여 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 감지 브릿지 및 스트레인 게이지의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.Although the above-described embodiment in which three sensing bridges and six strain gauges are disposed is not limited thereto, the number of sensing bridges and strain gauges may be variously changed.
예를 들어 도 17에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 장치는 네개의 감지 브릿지(1710, 1730, 1750, 1830) 및 네개의 감지 브릿지(1710, 1730, 1750, 1830)의 양 측면에 설치되는 여덟개의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061, 1071, 1081)을 포함할 수 있다.For example, as shown in FIG. 17, the sensing device according to the embodiment of the present invention includes four sensing
또한 여덟 개의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061, 1071, 1081)는 여덟개의 검출 회로부와 일대일로 연결될 수 있다.In addition, eight
그리고 앞서 설명한 다양한 방식에 따라 벤딩 모멘트의 방향 및 크기를 결정할 수 있다.In addition, the direction and size of the bending moment may be determined according to the various methods described above.
예를 들어, 제5 스트레인 게이지(1051)과 제6 스트레인 게이지(1061)의 저항이 동일하게 감소하고, 제4 스트레인 게이지(1041)와 제7 스트레인 게이지(1071)의 저항이 동일하게 감소하며, 제3 스트레인 게이지(1031)와 제8 스트레인 게이지(1081)의 저항이 동일하게 증가하고, 제1 스트레인 게이지(1011)와 제2 스트레인 게이지(1021)의 저항이 동일하게 증가하면, 제어부(1090)은 제4 라인(1810)에 작용하는 힘에 의하여 X축 방향의 벤딩 모멘트(M6)가 발생한 것으로 결정할 수 있다.For example, the resistances of the
다른 예를 들어, 제6 스트레인 게이지(1061)과 제7 스트레인 게이지(1071)의 저항이 동일하게 감소하고, 제5 스트레인 게이지(1051)와 제8 스트레인 게이지(1081)의 저항이 동일하게 감소하며, 제1 스트레인 게이지(1011)와 제4 스트레인 게이지(1041)의 저항이 동일하게 증가하고, 제2 스트레인 게이지(1021)와 제3 스트레인 게이지(1031)의 저항이 동일하게 증가하면, 제어부(1090)은 제5 라인(1820)에 작용하는 힘에 의하여 제1 축 방향의 벤딩 모멘트(M7)가 발생한 것으로 결정할 수 있다.In another example, the resistances of the
또 다른 예를 들어, 제8 스트레인 게이지(1081)과 제7 스트레인 게이지(1071)의 저항이 동일하게 감소하고, 제1 스트레인 게이지(1011)와 제6 스트레인 게이지(1061)의 저항이 동일하게 감소하며, 제2 스트레인 게이지(1021)와 제5 스트레인 게이지(1051)의 저항이 동일하게 증가하고, 제3 스트레인 게이지(1031)와 제4 스트레인 게이지(1041)의 저항이 동일하게 증가하면, 제어부(1090)은 제6 라인(1830)에 작용하는 힘에 의하여 X축 방향의 벤딩 모멘트(M8)가 발생한 것으로 결정할 수 있다.In another example, the resistances of the
이와 같이 본 발명은, 복수의 스트레인 게이지의 저항을 복수의 검출 회로부에 일대일로 연결함으로써, 각각의 스트레인 게이지의 저항 변화를 독립적으로 측정이 가능하다. 따라서 벤딩 모멘트에 의한 보정, 선형 보정, 온도 보정, 감도 보정 등의 캘리브레이션(Calivration)을 용이하고 정확하게 수행할 수 있으며, 어느 하나의 스트레인 게이지가 고장나는 경우에도 토크를 측정할 수 있는 장점이 있다.As described above, the present invention can independently measure the resistance change of each strain gauge by connecting the resistances of the plurality of strain gauges to the plurality of detection circuits one-to-one. Therefore, calibration by bending moment, linear correction, temperature correction, sensitivity correction, and the like can be easily and accurately performed, and there is an advantage in that torque can be measured even when one strain gauge fails.
예를 들어, 스트레인 게이지들의 기본 저항값은 온도에 따른 변화율을 가지게 된다. 따라서, 종래의 복수의 스트레인 게이지로 하나의 브릿지 회로를 구성하는 방식에서는, 통상적으로 복수개의 스트레인 게이지의 기본 저항값을 동일하게 조정하여 출력 전압 값이 0이 되도록 하는 Offset calibration의 과정을 거쳤다. 다만 이러한 경우, 복수의 스트레인 게이지의 저항들이 서로 독립적으로 동작하지 않고, 복수의 스트레인 게이지의 저항들 모두가 출력 전압(Vo)에 영향을 미치게 된다. 즉, 브릿지 회로에서 출력되는 값은 하나(출력 전압)인데 반해, 출력 전압 값에 영향을 미칠 수 있는 요소는 모든 스트레인 게인지들의 기본 저항 값들이기 때문에, 정확한 calibration이 매우 어려운 문제가 발생할 수 있었다.For example, the basic resistance values of strain gauges have a rate of change with temperature. Therefore, in the conventional method of configuring one bridge circuit using a plurality of strain gauges, the offset resistance is generally adjusted by adjusting the basic resistance values of the plurality of strain gauges to be equal to zero. In this case, however, the resistances of the plurality of strain gauges do not operate independently of each other, and all of the resistances of the plurality of strain gauges affect the output voltage Vo. In other words, the output value from the bridge circuit is only one (output voltage), but since the factors that can affect the output voltage values are the basic resistance values of all strain gauges, accurate calibration may be very difficult.
다만 본 발명에 따르면, 각각의 검출 회로부(1010, 1020, 1030, 1040, 1050, 1060)에서 출력되는 값은 하나(출력 전압)이고, 각각 출력 전압 값에 영향을 미칠 수 있는 요소 역시 하나(해당하는 스트레인 게이지의 저항)이다.However, according to the present invention, the value output from each
따라서 복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061) 각각의 기본 저항값을 정확히 산출하고, 복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061)들의 기본 저항값을 동일하게 조정할 수 있다. 이에 따라 정확하고 빠른 calibration이 가능한 장점이 있다.Therefore, the basic resistance values of each of the plurality of
또한 복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061) 각각의 저항 변화값은 센서의 감도를 나타낼 수 있다. 그리고 복수의 스트레인 게이지 (1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061) 각각의 감도를 일치시키는 과정을 거쳐야 한다. 다만 종래의 복수의 스트레인 게이지로 하나의 브릿지 회로를 구성하는 방식에서는, 복수의 스트레인 게이지의 저항들이 서로 독립적으로 동작하지 않고, 복수의 스트레인 게이지의 저항 변화 값들 모두가 출력 전압(Vo)에 영향을 미치게 되어, 정확한 감도 보정이 매우 어려운 문제가 발생할 수 있다.In addition, the resistance change value of each of the plurality of
다만 본 발명에 따르면, 복수의 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061) 각각의 저항 변화값을 독립적으로 산출하고, 각 스트레인 게이지(1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061) 간의 저항 변화값이 일치하도록(즉, 감도가 일치하도록) 조절할 수 있다. 이에 따라 정확하고 빠른 감도 보정이 가능한 장점이 있다.However, according to the present invention, the resistance change value of each of the plurality of
또한 본 발명은, 회전 모멘트의 측정을 위하여 복수의 스트레인 게이지가 측면에 설치되는 경우, 동일한 스트레인 게이지에서 측정된 값을 조합하여 벤딩 모멘트를 측정하기 때문에, 측정의 정확도를 향상시키고 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention, when a plurality of strain gauges are installed on the side for the measurement of the rotation moment, because the bending moment is measured by combining the values measured in the same strain gauge, it is possible to improve the accuracy of the measurement and reduce the cost There is an advantage.
또한 XY 평면 상에서, 스트레인 게이지가 설치되지 않은 라인에 힘이 작용하여 벤딩 모멘트가 발생하는 경우에도, 복수의 스트레인 게이지에서 측정되는 값들을 종합하여 판단함으로써, 벤딩 모멘트의 정확한 방향 및 크기를 측정할 수 있는 장점이 있다.In addition, even when a bending moment occurs due to a force acting on a line without a strain gage on the XY plane, by measuring the values measured in a plurality of strain gages together, the exact direction and size of the bending moment can be measured. There is an advantage.
또한 센싱 장치는 기본적으로 Z축 방향을 기준으로 한 회전 모멘트를 측정하기 위함이나, 벤딩 모멘트가 함께 발생하는 경우에는 정확한 회전 모멘트를 측정할 수 없다. 다만 본 발명은 각각의 스트레인 게이지의 저항 변화를 독립적으로 측정하여 스트레인 게이지 간의 상호 작용을 차단하기 때문에, 벤딩 모멘트를 정확히 측정하고, 벤딩 모멘트의 영향에 의한 회전 모멘트의 보정을 용이하게 수행할 수 있는 장점이 있다.Also, the sensing device basically measures the rotation moment based on the Z-axis direction, but when the bending moment occurs together, the sensing device cannot measure the accurate rotation moment. However, since the present invention blocks the interaction between the strain gauges by measuring the resistance change of each strain gauge independently, it is possible to accurately measure the bending moment and to easily correct the rotation moment due to the influence of the bending moment. There is an advantage.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The present invention described above can be embodied as computer readable codes on a medium on which a program is recorded. The computer readable medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable media include hard disk drives (HDDs), solid state disks (SSDs), silicon disk drives (SDDs), ROMs, RAMs, CD-ROMs, magnetic tapes, floppy disks, optical data storage devices, and the like. There is this. The foregoing detailed description should not be construed as limiting in all respects, but should be considered as illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.
1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061: 스트레인 게이지1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1061: strain gauge
Claims (9)
상기 복수의 감지 브릿지에 설치되는 복수의 스트레인 게이지;
상기 복수의 스트레인 게이지의 저항의 변화를 검출하는 복수의 검출 회로부; 및
제어부;를 포함하고,
상기 복수의 스트레인 게이지는,
상기 복수의 검출 회로부와 일대일로 연결되고,
상기 복수의 감지 브릿지 각각의 양 측면에 설치되고,
상기 제어부는,
상기 복수의 검출 회로부에서 각각 검출되는 상기 복수의 스트레인 게이지의 저항의 변화에 기초하여, 반경 방향을 기준으로 하는 벤딩 모멘트를 결정하는
센싱 장치.A sensor body including a main body portion, a main body outer surface portion disposed to surround the outside of the main body central portion, and a plurality of sensing bridges extending from an outer surface of the main body portion toward an inner surface of the main body outer surface portion;
A plurality of strain gauges installed in the plurality of sensing bridges;
A plurality of detection circuit units for detecting a change in resistance of the plurality of strain gauges; And
A control unit;
The plurality of strain gauges,
Connected to the plurality of detection circuits one-to-one,
Installed on both sides of each of the plurality of sensing bridges,
The control unit,
A bending moment based on a radial direction is determined based on a change in resistance of the plurality of strain gauges respectively detected by the plurality of detection circuit units.
Sensing device.
상기 제어부는,
상기 복수의 검출 회로부에서 각각 검출된 상기 복수의 스트레인 게이지의 저항의 증감여부 및 증감량 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 센서 본체에 가해지는 벤딩 모멘트의 방향을 결정하는
센싱 장치.The method of claim 6,
The control unit,
The direction of the bending moment applied to the sensor body is determined based on at least one of the increase and decrease of the resistance and the increase or decrease of the resistance of the plurality of strain gauges respectively detected by the plurality of detection circuit units.
Sensing device.
상기 제어부는,
제1 감지 브릿지의 일 측면에 설치된 제1 스트레인 게이지의 저항과 상기 제1 감지 브릿지의 일 측면과 마주 보는 제2 감지 브릿지의 일측면에 설치된 제2 스트레인 게이지의 저항이 동일하게 감소하면, 제1 라인에 작용하는 힘에 의해 발생하는 벤딩 모멘트의 방향을 결정하고,
상기 제1 라인은, 상기 제1 감지 브릿지 및 상기 제2 감지 브릿지와 예각을 이루고,
상기 제1 라인과 상기 제1 감지 브릿지가 이루는 각도는, 상기 제1 라인과 상기 제2 감지 브릿지가 이루는 각도와 동일한
센싱 장치.The method of claim 7, wherein
The control unit,
When the resistance of the first strain gauge provided on one side of the first sensing bridge and the resistance of the second strain gauge provided on one side of the second sensing bridge facing the side of the first sensing bridge are equally reduced, the first Determine the direction of bending moment generated by the force acting on the line,
The first line forms an acute angle with the first sensing bridge and the second sensing bridge,
An angle between the first line and the first sensing bridge is equal to an angle between the first line and the second sensing bridge.
Sensing device.
상기 제어부는,
제1 감지 브릿지의 일 측면에 설치된 제3 스트레인 게이지의 저항과 상기 제1 감지 브릿지의 다른 측면에 설치된 제4 스트레인 게이지의 저항이 동일하게 감소하면, 제2 라인에 작용하는 힘에 의해 발생하는 벤딩 모멘트의 방향을 결정하고,
상기 제2 라인은, 상기 제1 감지 브릿지의 일측면 및 상기 제1 감지 브릿지의 다른 측면과 예각을 이루고,
상기 제2 라인과 상기 제1 감지 브릿지의 일측면이 이루는 각도는, 상기 제2 라인과 상기 제1 감지 브릿지의 다른 측면이 이루는 각도와 동일한
센싱 장치.The method of claim 7, wherein
The control unit,
When the resistance of the third strain gauge provided on one side of the first sensing bridge and the resistance of the fourth strain gauge provided on the other side of the first sensing bridge are equally reduced, bending caused by the force acting on the second line Determine the direction of the moment,
The second line forms an acute angle with one side of the first sensing bridge and the other side of the first sensing bridge,
An angle between the second line and one side of the first sensing bridge is equal to an angle between the second line and the other side of the first sensing bridge.
Sensing device.
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