KR102088978B1 - 축 강성이 분리되고 등방성이 강화된 6축 힘/토크 센서 - Google Patents

Abstract

개시되는 발명은 6축 힘/토크 센서에 관한 것으로서, 상단 플랫폼과 하단 플랫폼, 그리고 상기 상단 플랫폼과 하단 플랫폼 사이에 배치되고 120° 등간격으로 배열된 3개의 센서 유닛을 포함하고, 상기 각 센서 유닛은, 상기 하단 플랫폼에 대해 고정되는 제1 발과 상기 상단 플랫폼에 대해 고정되는 제2 발, 그리고 상기 제1 발로부터 제2 발까지 연장되는 굴곡진 다리를 포함하고, 또한 상기 다리 상에는 XY 평면에 수직한 3개의 제1 힌지와 상기 XY 평면상에 놓인 3개의 제2 힌지가 구비되는 한편 상기 3개의 제1 힌지와 3개의 제2 힌지는 각각 정삼각형 배열을 이루면서 각 정삼각형은 수심을 기준으로 하여 하나의 원점에 대해 등간격을 이루는 것을 특징으로 한다.

Description

축 강성이 분리되고 등방성이 강화된 6축 힘/토크 센서{6 axis force/torque sensor having enhanced characteristics of axis stiffness decoupling and isotropy}

본 발명은 6축 힘/토크 센서에 관한 것으로서, 외부에서 작용하는 힘과 토크를 받는 축의 강성이 서로 분리되어 영향을 주지 않고, 외력의 방향에 관계없이 동일한 크기의 힘이 작용하면 동일한 변위가 발생하는 등방성이 강화된 6축 힘/토크 센서에 관한 것이다.

산업용 로봇이나 보행 로봇, 자체 구동기능을 갖춘 의수나 의족과 같이 동력에 의해 관절 운동을 하는 기구에는 힘/토크 센서가 구비된다. 힘/토크 센서를 통해 검출된 힘과 토크는 피드백 제어에 사용되고, 이를 통해 정밀한 운동이 구현된다.

힘/토크 센서는 자체에 구비된 축에 외력이 작용하여 발생하는 변형량을 통해 힘과 토크를 측정하는데, 다축, 예를 들어 3축 방향의 힘과 3축 방향의 토크의 6축에 대해 힘과 토크를 측정할 수 있다.

그런데, 다축 방향에 대한 힘과 토크를 측정하기 위해서는 이에 대응하는 복수의 축을 구비해야 하는데, 외력에 대해 각각의 축이 변형할 때 서로에 대해 영향을 미치게 되면 정확한 측정이 어렵게 되고, 이에 대한 보정이 필요해진다. 또한, 축을 적절히 설계하지 못하면 외력이 작용하는 방향에 영향을 받아 동일한 크기의 외력이 작용해도 그 측정 결과가 동일하게 나타나지 못할 수도 있다.

따라서, 다축 힘/토크 센서를 설계할 때에는 각 축의 강성이 분리되어 서로 영향을 미치지 않으면서, 동일한 크기의 외력이 작용하면 그 작용방향에 관계없이 동일한 변형이 발생하도록 하는 것이 바람직하다.

한국등록특허 제10-1335432호 (2013.11.22 등록)

본 발명은 각 축의 강성이 분리되어 서로 영향을 미치지 않으면서, 동일한 크기의 외력이 작용하면 그 작용방향에 관계없이 동일한 변형이 발생하게 되는 6축 힘/토크 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 6축 힘/토크 센서에 관한 것으로서, 상단 플랫폼과 하단 플랫폼, 그리고 상기 상단 플랫폼과 하단 플랫폼 사이에 배치되고 120° 등간격으로 배열된 3개의 센서 유닛을 포함하고, 상기 각 센서 유닛은, 상기 하단 플랫폼에 대해 고정되는 제1 발과 상기 상단 플랫폼에 대해 고정되는 제2 발, 그리고 상기 제1 발로부터 제2 발까지 연장되는 굴곡진 다리를 포함하고, 또한 상기 다리 상에는 XY 평면에 수직한 3개의 제1 힌지와 상기 XY 평면상에 놓인 3개의 제2 힌지가 구비되는 한편 상기 3개의 제1 힌지와 3개의 제2 힌지는 각각 정삼각형 배열을 이루면서 각 정삼각형은 수심을 기준으로 하여 하나의 원점에 대해 등간격을 이루는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 3개 센서 유닛의 XY 평면과 Z축 각각에 대한 힘 강성 및 토크 강성은 상기 제1 힌지 및 제2 힌지의 강성과 상기 정삼각형 배열의 기하학적 요소로 계산되며, 특히 상기 정삼각형 배열의 기하학적 요소는 상기 정삼각형의 수선의 발의 길이와, 상기 수심과 상기 원점 사이의 거리인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 각 센서 유닛에 있어, 상기 3개의 제1 힌지가 이루는 정삼각형은 서로 동일하고, 또한 상기 3개의 제2 힌지가 이루는 정삼각형도 서로 동일하며, 상기 3개의 제1 힌지의 강성은 서로 동일하고, 상기 3개의 제2 힌지의 강성도 서로 동일하다.

그리고, 상기 각 센서 유닛에 있어, 상기 제1 발과 제2 발에 가장 가까운 제1 힌지 및 제2 힌지에 각각 스트레인 게이지 모듈이 부착된다.

외력에 대한 상기 제1 힌지 및 제2 힌지의 변형량은 각도 변화로 나타나고, 측정된 6개의 변위각을 통해 상기 상단 또는 하단 플랫폼의 변형 정도 및 외력의 방향과 크기를 산출할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 각 센서 유닛에 있어, 상기 제1 힌지 및 제2 힌지는 XY 평면과 Z축에 대한 각각의 힘 강성이 서로 동일하고, 또한 XY 평면과 Z축에 대한 각각의 토크 강성이 서로 동일하게 설계될 수 있다.

그리고, 상기 제1 힌지 및 제2 힌지는 중앙부가 오목한 서큘러 힌지일 수 있다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 6축 힘/토크 센서는 각 축의 강성이 분리되어 서로 영향을 미치지 않으면서, 동일한 크기의 외력이 작용하면 그 작용방향에 관계없이 동일한 변형이 발생하는 등방성이 강화됨으로써, 단순화된 구조로서 정확한 힘/토크의 측정이 가능하다.

도 1은 본 발명의 6축 힘/토크 센서에 대한 사시도.
도 2는 도 1의 6축 힘/토크 센서를 분해 도시한 사시도.
도 3은 힌지의 축이 XY 평면에 수직하게 배치되는 인 프레인 타입을 도시한 개념도.
도 4는 힌지의 축이 XY 평면에 놓여있는 아웃 오브 프레인 타입을 도시한 개념도.
도 5는 본 발명의 6축 힘/토크 센서에 포함되는 3개 센서 유닛 중의 하나를 확대 도시한 도면.
도 6은 도 5의 센서 유닛에 포함된 2개의 정삼각형 힌지 배치를 도시한 평면도.
도 7은 도 6의 힌지 배치를 3개의 센서 유닛 전체로 확장하여 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 6축 힘/토크 센서에 스트레인 게이지 모듈이 부착되는 부위를 표시한 도면.
도 9는 본 발명의 6축 힘/토크 센서에 대해 수평과 수직방향으로 동일한 크기의 힘을 각각 작용시켰을 때의 인 프레인 타입 힌지와 아웃 오브 프레인 타입 힌지의 변형을 모사 실험한 결과를 도시한 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 6축 힘/토크 센서(10)에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 6축 힘/토크 센서(10)에 대한 사시도면이고, 도 2는 도 1의 6축 힘/토크 센서(10)를 분해 도시한 사시도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 6축 힘/토크 센서(10)는 상단 플랫폼(100)과 하단 플랫폼(200), 그리고 상단 플랫폼(100)과 하단 플랫폼(200) 사이에 배치되는 3개의 센서 유닛(300)을 포함한다.

각 센서 유닛(300)은, 하단 플랫폼(200)에 대해 고정되는 제1 발(310)과, 상단 플랫폼(100)에 대해 고정되는 제2 발(320), 그리고 제1 발(310)로부터 제2 발(320)까지 연장되는 굴곡진 다리를 포함한다. 따라서, 상단 플랫폼(100)과 하단 플랫폼(200) 사이에 외력이 작용하여 상대운동이 일어나면 각 센서 유닛(300)의 굴곡진 다리에 외력의 방향과 힘에 대응하는 변형이 발생하고, 이 변형량으로부터 각 축 방향에 대한 힘과 토크를 산출할 수 있게 된다.

여기서, 3개의 센서 유닛(300)을 어떻게 배치할 것인지, 그리고 다리의 형태(힌지의 배열)를 어떻게 설계할 것인지에 본 발명의 중요한 특징이 있는바, 이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 그 기본적인 설계개념에 대해 설명한 후, 이 설계개념이 실제에 있어서 어떻게 적용되어 있는지를 순차적으로 설명하기로 한다.

도 3은 탄성 변형을 하는 힌지(토션 스프링)의 축이 XY 평면에 수직하게 배치되는 인 프레인(In-plane) 타입을 도시한 개념도이고, 도 4는 힌지의 축이 XY 평면에 놓여있는 아웃 오브 프레인(Out-of-plane) 타입을 도시한 개념도이다.

도 3의 (a)를 보면, 3개 힌지의 축과 XY 평면이 만나는 점이 정삼각형을 이루고 있다. 토션 스프링의 역할을 하는 3개 힌지의 강성(kθμ)은 모두 동일하고, 이런 3개 힌지의 정삼각형 배열은 동일한 크기로서 모두 3개가 구비된다. 그리고, 도 3의 (b)와 같이, 각 정삼각형 배열은 하나의 원점에 대해 120° 등간격(등각도 및 등거리)으로 점 대칭을 이루게 된다(문자 μ는 인 프레인 타입을 의미함).

이와 같이, 3개 힌지의 인 프레인 타입 정삼각형 배열 3개를 120° 등간격으로 배치하면, 9개 힌지 전체의 강성(kμ)은 아래의 행렬로 표현된다.

...... (식 1)

위의 (식 1)에서, K_Fxy는 XY 평면상에 작용하는 힘에 대한 강성이고, K_MZ은 Z축에 작용하는 토크에 대한 강성을 의미한다. 그리고, 기하학적 변수로서 pμ는 정삼각형 수심에서의 발의 길이를 나타내며, Lμ는 원점에서 수심까지의 거리를 나타낸다.

위의 (식 1)로 표현된 바와 같이, 인 프레인 타입 힌지(331)의 강성은 대각화되어 있다. 즉, 인 프레인 타입 힌지(331)의 강성은 대각행렬로 표현되며, 이는 3개 힌지의 정삼각형 배열의 각 강성은 서로 분리되어 있음을 의미한다.

도 4의 아웃 오브 프레인 타입의 3개 힌지로 이루어진 정삼각형 배열도 유사한 방식으로 구성할 수 있다.

도 4의 (a)를 보면, XY 평면에 놓인 3개 힌지의 축은 정삼각형의 각 변 위에 놓여 있다. 다시 말해, 3개 힌지 축의 연장선은 3개의 교차점을 만들면서 정삼각형을 이루고 있다. 마찬가지로 토션 스프링의 역할을 하는 3개 힌지의 강성(kθν)은 모두 동일하며, 도 4의 (b)처럼 이런 3개 힌지의 정삼각형 배열 3개는 점 대칭을 이루도록 120° 등간격으로 배치된다(문자 ν는 아웃 오브 프레인 타입을 의미함).

이와 같이, 3개 힌지의 아웃 오브 프레인 타입 정삼각형 배열 3개를 120° 등간격으로 배치하면, 9개 힌지 전체의 강성(kν)은 아래의 행렬로 표현된다.

...... (식 2)

위의 (식 2)에서, K_FZ는 Z축에 작용하는 힘에 대한 강성이고, K_MXY는 XY 평면상에 작용하는 토크에 대한 강성을 의미한다. 그리고, 기하학적 변수로서 pν는 정삼각형 수심에서의 발의 길이를 나타내며, Lν는 원점에서 수심까지의 거리를 나타낸다.

위의 (식 2)로 표현된 바와 같이, 아웃 오브 타입 힌지의 강성 역시 대각행렬로 표현되며, 이로써 아웃 오브 프레인 타입 힌지(332)의 강성도 서로 분리되어 있음을 확인할 수 있다.

위와 같은 인 프레인 타입으로 9개의 힌지를 정삼각형 3개로 등간격으로 배열하고, 이에 중첩적으로 아웃 오브 프레인 타입으로 9개의 힌지를 정삼각형 3개로 등간격으로 배열하면 총 6개의 강성이 얻어지고, (식 1) 밑 (식 2)의 행렬은 모두 대각행렬이기 때문에 대각성분들끼리 더하면 전체 강성행렬이 아래의 (식 3)으로 간단히 얻어진다.

......(식 3)

위 (식 3)에 나타난 것처럼, 3개의 힘 성분과 3개의 토크 성분이 전체 강성에 포함되어 있으며, 이는 곧 인 프레인 타입의 정삼각형 배열 3개와 아웃 오브 프레인 타입의 정삼각형 배열 3개를 조합하면 6축 힘/토크 센서(10)를 만들 수 있다는 것을 말한다.

도 5는 본 발명의 6축 힘/토크 센서(10)에 포함되는 3개의 센서 유닛(300) 중의 하나를 확대 도시한 것이다. 전술한 바와 같이, 각 센서 유닛(300)은 하단 플랫폼(200)에 대해 고정되는 제1 발(310)과 상단 플랫폼(100)에 대해 고정되는 제2 발(320), 그리고 제1 발(310)로부터 제2 발(320)까지 연장되는 굴곡진 다리를 포함하고 있으며, 이 다리 상에 총 6개의 힌지, 즉 토션 스프링이 구비되어 있다.

6개의 힌지 중 3개의 힌지는 인 프레인 타입으로 형성되고, 나머지 3개는 아웃 오브 프레인 타입으로 형성된다. 상단 및 하단 플랫폼(200)을 따르는 평면을 XY 평면이라 한다면, 인 프레인 타입 힌지인 제1 힌지(331)는 XY 평면에 대해 수직하게 세워지고, 아웃 오브 프레인 타입 힌지인 제2 힌지(332)는 XY 평면상에 놓인다(이하에서는, 발명을 쉽게 이해할 수 있도록 인 프레인 타입 힌지와 아웃 오브 프레인 타입 힌지로 설명하기로 한다).

도 6은 도 5의 센서 유닛(300)을 평면도로 도시하고, 제1 발(310)에서 제2 발(320)까지 연장되는 굴곡진 다리 위에 형성되어 있는 XY 평면에 대해 수직하게 세워지거나 XY 평면상에 놓인 각 힌지를 타입별로 묶어 그 배치가 도 3 및 도 4의 정삼각형 배치로서 어떻게 구현되어 있는지를 보여주고 있다.

인 프레인 타입 힌지(331)는 XY 평면에 대해 수직하게 세워져 있으므로, 그 중심을 연결하면 하나의 정삼각형이 만들어져 있음을 확인할 수 있다. 그리고, 아웃 오브 프레인 타입 힌지(332)는 XY 평면상에 놓여 있으므로, 각 힌지의 중심선을 연장하면 역시 하나의 정삼각형이 만들어져 있다. 또한, 인 프레인 타입 힌지(331)와 아웃 오브 프레인 타입 힌지(332)는 하나의 다리 위에 이격 형성되어 있으므로, 두 개의 정삼각형은 서로 중첩되어 있다. 이와 같이 인 프레인 타입 힌지(331)와 아웃 오브 프레인 타입 힌지(332)의 각 정삼각형을 하나의 다리 위에 중첩 배치하게 되면 별도로 각 힌지(331, 332)를 구성하는 것에 비해 설계와 가공이 용이해지는 장점이 있다.

각 정삼각형의 수심은 일치하지 않아도 무방하며, 인 프레인 타입 힌지(331)와 아웃 오브 프레인 타입 힌지(332)가 각각 정삼각형을 이루도록 배치되는 한 다리의 굴곡진 형태는 다양하게 바뀔 수 있다.

도 7은 상단 및 하단 플랫폼(200) 전체로 확장하여 3개의 센서 유닛(300)을 한 번에 도시하고 있다. 도 7을 보면, 하나의 원점을 중심으로 3개의 센서 유닛(300)이 120°등간격으로 회전 배치되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 6축 힘/토크 센서(10)는 (식 3)으로 표현되는 6개의 서로 분리된 축 강성을 모두 구비하고 있는 것이다.

위와 같이, 본 발명의 6축 힘/토크 센서(10)는 하나의 원점에 대해 3개의 센서 유닛(300)이 120°등간격으로 회전 배치되고, 또한 각 센서 유닛(300)의 다리에 인 프레인 타입 힌지(331)와 아웃 오브 프레인 타입 힌지(332)가 각각 정삼각형을 이루도록 배치되어 있음에 따라, 6축의 강성이 서로 분리되어 있다. 따라서, 본 발명의 6축 힘/토크 센서(10)는 6개 축이 서로 영향을 미치지 않아 힘/토크의 측정 정밀도가 높은 수준으로 보장된다.

또한, 본 발명의 6축 힘/토크 센서(10)는 동일한 크기의 외력이 작용하면 그 작용방향에 관계없이 동일한 변형이 발생하도록 설계될 수 있다. 모든 방향에 대해 동일성이 유지된다는 측면에서 이를 등방성(isotropy)이라 부를 수 있다.

(식 1) 및 (식 2)로 되돌아가면, XY 평면과 Z축에 대한 힘 강성 및 토크 강성은 모두 각 힌지의 강성과 기하학적 요소에 의해 결정됨을 알 수 있다. 그런데, 각 힌지의 강성과 그 배치에 따른 기하학적 요소는 모두 설계자가 결정할 수 있는 인자이다.

따라서, XY 평면과 Z축에 대한 각각의 힘 강성이 서로 동일하도록 설계하고(K_Fxy = K_Fz), 또한 XY 평면과 Z축에 대한 각각의 토크 강성이 동일하도록 설계하면(K_Mz = K_Mxy), XYZ 모든 방향에 대한 등방성을 확보할 수 있다. 도 7은 축 강성의 분리와 등방성을 함께 확보한 3개 센서 유닛(300)의 배치를 도시하고 있다.

도 8은 본 발명의 6축 힘/토크 센서(10)에 스트레인 게이지 모듈(400)이 부착되는 부위를 표시한 도면이다. 스트레인 게이지 모듈(400)은 하나의 센서 유닛(300)에 대해 2개씩 총 6개가 부착되며, 각 센서 유닛(300)별로 제1 발(310)과 제2 발(320)에 가장 가까운 인 프레인 타입 힌지(331)와 아웃 오브 프레인 타입 힌지(332)에 각각 하나씩 스트레인 게이지 모듈(400)이 부착된다. 인 프레인 타입 힌지(331)의 스트레인 게이지 모듈(400)은 (식 1)에 의거하여 XY 평면에 대한 힘 강성과 Z축에 대한 토크 강성에 따른 변형량을 검출하고, 아웃 오브 프레인 타입 힌지(332)의 스트레인 게이지 모듈(400)은 (식 2)에 따라 Z축에 대한 힘 강성과 XY 평면에 대한 토크 강성에 따른 변형량을 검출한다. 변형량은 힌지의 각도 변화로 나타나고, 측정된 6개의 변위각을 통해 상단 또는 하단 플랫폼(200)의 변형 정도 및 외력의 방향과 크기를 산출하게 된다.

힘의 크기와 위치정보(wrench)는 스트레인 게이지 모듈(400)이 부착된 라인 벡터들의 자코비안 변환을 통해 6개의 변위각으로부터 산출되며, 이와 관련된 정보는 "Flexures: Elements of Elastic Mechanisms(by Stuart T. Smith)"을 참조할 수 있다.

그리고, 도 5 내지 도 8을 보면, 인 프레인 타입 힌지(331)의 단면 형태가 가운데가 오목한 서큘러(circular) 힌지인 것을 확인할 수 있다. 서큘러 힌지는 힌지의 변형이 오목면의 중심에 집중되도록 유도하는 역할을 하며, 변형의 중심이 집중되는 만큼 정확한 변형의 발생과 측정에 기여한다. 도시된 실시형태는 양면이 오목한 형태이지만, 어느 한쪽만 오목하게 형성할 수도 있다. 그리고, 평면도 상에는 나타나지 않지만 아웃 오브 프레인 타입 힌지(332)도 서큘러 힌지로 구성되며, 스트레인 게이지 모듈(400)은 오목면의 중심에 맞춰 부착되는 것이 적절하다.

도 9는 본 발명의 6축 힘/토크 센서(10)에 대해 수평과 수직방향으로 동일한 크기의 힘을 각각 작용시켰을 때의 인 프레인 타입 힌지(331)와 아웃 오브 프레인 타입 힌지(332)의 변형을 모사 실험한 결과를 보여준다. 도 9의 (a)는 수평 방향으로 외력을 가한 경우로서, 인 프레인 타입 힌지(331)에만 주로 변형이 발생함을 확인할 수 있다. 반대로 수직 방향으로 외력을 가한 도 9의 (b)에서는 아웃 오브 프레인 타입 힌지(332)에서만 변형이 나타난다. 이는 힌지 자체가 형성되는 방향이 서로 수직을 이루고 있으면서 그 기하학적 배치를 통해 축 강성이 서로 분리되어 있기 때문이며, 이 결과는 본 발명의 6축 힘/토크 센서(10)가 대각화된 강성을 가지고 있음을 확인시켜 준다.

또한, 정량적으로 분석해보면, 수평과 수직방향으로 동일한 크기의 힘을 각각 작용시켰을 때의 변형 정도가 서로 동등함도 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 6축 힘/토크 센서(10)는 모든 방향에 대해 동일하게 반응하는 등방성을 확보하고 있음을 확인할 수 있으며, 축 강성의 분리와 등방성을 통해 임의의 방향으로 작용하는 외력에 대해서도 정확한 검출이 가능하게 된다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10: 6축 힘/토크 센서 100: 상단 플랫폼
200: 하단 플랫폼 300: 센서 유닛
310: 제1 발 320: 제2 발
330: 다리 331: 제1 힌지(인 프레인 타입 힌지)
332: 제2 힌지(아웃 오브 프레인 타입 힌지)
400: 스트레인 게이지 모듈

Claims (8)

1. 상단 플랫폼;
   하단 플랫폼; 및
   상기 상단 플랫폼과 하단 플랫폼 사이에 배치되고, 120° 등간격으로 배열된 3개의 센서 유닛을 포함하고,
   상기 각 센서 유닛은, 상기 하단 플랫폼에 대해 고정되는 제1 발과 상기 상단 플랫폼에 대해 고정되는 제2 발, 그리고 상기 제1 발로부터 제2 발까지 연장되는 굴곡진 다리를 포함하고, 또한 상기 다리 상에는 XY 평면에 수직한 3개의 제1 힌지와 상기 XY 평면상에 놓인 3개의 제2 힌지가 구비되는 한편 상기 3개의 제1 힌지와 3개의 제2 힌지는 각각 정삼각형 배열을 이루면서 각 정삼각형은 수심을 기준으로 하여 하나의 원점에 대해 등간격을 이루는 것을 특징으로 하는 6축 힘/토크 센서.
2. 제1항에 있어서,
   상기 3개 센서 유닛의 XY 평면과 Z축 각각에 대한 힘 강성 및 토크 강성은 상기 제1 힌지 및 제2 힌지의 강성과 상기 정삼각형 배열의 기하학적 요소로 계산되는 것을 특징으로 하는 6축 힘/토크 센서.
3. 제2항에 있어서,
   상기 정삼각형 배열의 기하학적 요소는 상기 정삼각형의 수선의 발의 길이와, 상기 수심과 상기 원점 사이의 거리인 것을 특징으로 하는 6축 힘/토크 센서.
4. 제3항에 있어서,
   상기 각 센서 유닛에 있어, 상기 3개의 제1 힌지가 이루는 정삼각형은 서로 동일하고, 또한 상기 3개의 제2 힌지가 이루는 정삼각형도 서로 동일하며, 상기 3개의 제1 힌지의 강성은 서로 동일하고, 상기 3개의 제2 힌지의 강성도 서로 동일한 것을 특징으로 하는 6축 힘/토크 센서.
5. 제1항에 있어서,
   상기 각 센서 유닛에 있어, 상기 제1 발과 제2 발에 가장 가까운 제1 힌지 및 제2 힌지에 각각 스트레인 게이지 모듈이 부착되는 것을 특징으로 하는 6축 힘/토크 센서.
6. 제5항에 있어서,
   외력에 대한 상기 제1 힌지 및 제2 힌지의 변형량은 각도 변화로 나타나고, 측정된 6개의 변위각을 통해 상기 상단 또는 하단 플랫폼의 변형 정도 및 외력의 방향과 크기를 산출하는 것을 특징으로 하는 6축 힘/토크 센서.
7. 제2항에 있어서,
   상기 각 센서 유닛에 있어, 상기 제1 힌지 및 제2 힌지는 XY 평면과 Z축에 대한 각각의 힘 강성이 서로 동일하고, 또한 XY 평면과 Z축에 대한 각각의 토크 강성이 서로 동일한 것을 특징으로 하는 6축 힘/토크 센서.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 힌지 및 제2 힌지는 중앙부가 오목한 서큘러 힌지인 것을 특징으로 하는 6축 힘/토크 센서.
   

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