KR102125571B1

KR102125571B1 - 6-axis compliance device with variable compliance capability

Info

Publication number: KR102125571B1
Application number: KR1020180129511A
Authority: KR
Inventors: 김한성; 전동화
Original assignee: 경남대학교 산학협력단; 주식회사 스맥
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2020-06-22
Also published as: KR20200047968A

Abstract

본 발명은 작업이 이루어지는 작업점에 발생하는 X, Y, Z축 각각에 대한 3개의 힘과, X, Y, Z축 각각을 회전 중심으로 하는 3개의 모멘트를 측정하고, 외력에 대한 변형을 허용하여 유연성을 가지면서 강성을 조절할 수 있는 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치치에 관한 것으로, X-Y-Z의 3축으로 된 고정좌표계의 고정원점이 정의되는 고정프레임과, 상기 고정프레임의 상방으로 이격되어 상기 고정프레임의 고정좌표계를 기준으로 이동 가능하게 설치되고, x-y-z의 3축으로 된 이동좌표계의 이동원점이 정의되는 이동프레임과, 상기 고정프레임과 이동프레임 사이에 설치되고, 상기 고정프레임에 대하여 상기 이동프레임을 탄성 지지하는 순응장치부와, 상기 이동프레임의 이동원점에 외력이 작용하여 상기 고정프레임의 고정원점을 기준으로 상기 이동프레임의 이동원점이 위치 이동하는 경우 상기 순응장치부로부터 탄성변형량을 감지하여 상기 고정좌표계를 기준으로 상기 이동프레임의 이동원점에 작용하는 3축 각각의 방향에 대한 3개의 힘과 3축 각각의 방향을 회전중심으로 하는 3개의 모멘트를 측정하는 감지측정부와, 상기 이동프레임의 이동원점에 외력이 작용하는 경우 상기 외력에 대한 상기 순응장치부의 강성을 변화시키도록 상기 순응장치부의 탄성변형량을 조절하는 탄성조절부를 포함하여 이루어진다.The present invention measures three forces for each of the X, Y, and Z axes that occur at the work point where the work is performed, and measures three moments centered around each of the X, Y, and Z axes, and allows deformation against external forces. A flexible frame having a variable stiffness structure capable of adjusting stiffness while having flexibility, and thus a compliant device having a function of measuring a six-axis force/moment, wherein a fixed frame defining a fixed origin of a three-axis fixed coordinate system of XYZ and the fixed It is spaced upward from the frame and is movably installed based on the fixed coordinate system of the fixed frame, and is provided between the fixed frame and the moving frame, and a moving frame in which the moving origin of the three-axis moving coordinate system of xyz is defined. The adaptive unit for elastically supporting the moving frame with respect to the fixed frame, and the adapting unit when the moving origin of the moving frame is moved based on the fixed origin of the fixed frame by an external force acting on the moving origin of the moving frame A sensory measurement that measures the amount of elastic deformation from three forces for each of the three axes acting on the moving origin of the moving frame based on the fixed coordinate system and three moments of each of the three axes as the center of rotation. And, when the external force acts on the moving origin of the moving frame, it comprises an elastic adjustment unit for adjusting the amount of elastic deformation of the adaptation unit to change the rigidity of the adaptation unit for the external force.

Description

Adaptation device with variable stiffness structure and 6-axis force/moment measurement function{6-AXIS COMPLIANCE DEVICE WITH VARIABLE COMPLIANCE CAPABILITY}

본 발명은 작업로봇에 설치되는 순응장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작업로봇에 결합된 작업공구를 대상물의 표면에 접촉시켜 작업을 수행하는 경우 작업공구가 일정한 압력으로 대상물과 접촉하도록 작업공구와 대상물의 접촉력을 3축 방향에 작용하는 3개의 힘과 3축 방향의 중심을 기준으로 회전하여 발생하는 3개의 모멘트를 측정하고, 대상물의 강성 및 수행작업에 따라 강성을 조절할 수 있는 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치에 관한 것이다.The present invention relates to a compliant device installed on a work robot, and more specifically, when performing a work by contacting the work tool coupled to the work robot to the surface of the object, the work tool is in contact with the object at a constant pressure. It is a variable stiffness structure that can measure the three moments generated by rotating the contact force of the object on the three-axis direction and the center of the three-axis direction, and adjust the stiffness according to the stiffness and performance of the object. It relates to an adaptive device with a 6-axis force/moment measurement function.

산업 기술이 발달함에 따라 다양한 분야에 산업용 로봇이 설치되어 다양한 작업을 수행하고 있다. 이러한 산업용 로봇에는 수행하는 작업에 따라 작업공구가 설치된다. 이때, 작업을 수행하는 산업용 로봇 즉, 작업로봇이 작업공구를 통해 작업을 수행하는 경우 작업공구가 작업의 대상이 되는 대상물의 표면을 높은 압력으로 푸시하게 되면 작업공구 및 대상물이 손상된다. 따라서, 작업로봇에는 도 1에 도시된 바와 같이 작업공구와 대상물의 접촉력을 감지하여 작업공구가 대상물을 강한 힘으로 푸시하여 손상되지 않도록 작업로봇을 제어하는 F/T센서가 부착된다.As industrial technology develops, industrial robots are installed in various fields to perform various tasks. A work tool is installed in the industrial robot according to the work performed. At this time, when the industrial robot performing the work, that is, the work robot performs the work through the work tool, the work tool and the object are damaged when the work tool pushes the surface of the target object with high pressure. Accordingly, an F/T sensor is attached to the work robot to detect the contact force between the work tool and the object and control the work robot so that the work tool is not damaged by pushing the object with strong force.

상기 F/T센서는 도 1에 도시된 바와 같이 내부가 중공인 하우징(10)과, 평면상 '╋'지 형상으로 상기 하우징의 내부에 설치되고, 외력이 작용하는 경우 탄성변형하는 빔(20)과, 상기 빔(20)의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 일면에 각각 부착되어 빔(20)의 변형량을 감지하는 복수의 스트레인게이지(30)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 스트레인게이지(30)로부터 제공되는 빔(20)의 변형량을 전송받아 빔(20)에 작용하는 외력을 계산하는 제어부를 더 포함할 수도 있다.The F/T sensor has a hollow housing 10 as illustrated in FIG. 1 and a beam 20 that is elastically deformed when an external force is applied to the housing 10 in a planar'╋' shape. ) And a plurality of strain gauges 30 respectively attached to at least one of the upper and lower surfaces of the beam 20 to sense the amount of deformation of the beam 20. Here, the controller may further include a control unit that receives the deformation amount of the beam 20 provided from the strain gauge 30 and calculates an external force acting on the beam 20.

즉, F/T센서는 작업로봇이 작업을 수행하기 위하여 대상물에 근접하는 경우 작업공구와 대상물의 표면이 접촉하여 작업공구에 접촉력이 형성되면, 빔(20)이 접촉력에 의해 변형하게 되고, 스트레인게이지(30)가 빔(20)의 변형량을 감지하여 작업공구에 형성된 외력에 대한 정보를 얻게 되는 것이다. 따라서, F/T센서를 통해 작업공구가 대상물에 접촉하여 형성되는 힘에 대한 정보를 얻게 됨으로 작업로봇을 제어하여 작업공구 및 대상물이 손상되지 않게 되는 것이다.That is, in the case where the working robot approaches the object in order to perform the work, the F/T sensor makes contact with the work tool and the surface of the object to form a contact force, and the beam 20 is deformed by the contact force. The gauge 30 detects the amount of deformation of the beam 20 to obtain information on the external force formed in the work tool. Accordingly, the work tool and the object are not damaged by controlling the work robot by obtaining information about the force formed by the work tool contacting the object through the F/T sensor.

하지만, F/T센서는 도 1에 도시된 바와 같이 접촉이 발생하게 되면 접촉에 의한 충격을 흡수하지 못하는 구조를 가지고 있다. 예컨대, 작업로봇이 대상물에 부품을 삽입하는 조립작업을 수행하는 경우 부품과 대상물의 접촉이 시작되는 순간에는 F/T센서로부터 부품과 대상물의 접촉력에 대한 정보를 제공받지 못한다. 즉, 작업로봇이 부품이 대상물과 접촉하여 발생한 접촉력에 대한 정보가 없음으로 기입력된 구동속도로 부품을 대상물에 가져가게 된다. 따라서, 부품과 대상물이 접촉하는 순간 강한 접촉력이 발생하여 부품이나 대상물이 손상되는 문제가 발생하게 된다.However, as shown in FIG. 1, the F/T sensor has a structure that cannot absorb an impact due to contact. For example, when the working robot performs an assembly operation of inserting a part into an object, the F/T sensor does not receive information about the contact force between the part and the object at the moment when the part and the object start contacting. That is, since the working robot does not have information on the contact force generated by the part contacting the object, the part is brought to the object at a pre-entered driving speed. Therefore, a strong contact force is generated at the moment when the part and the object come into contact, which causes a problem of damage to the part or the object.

상술한 F/T센서의 문제점을 보완하기 위하여 부품이 대상물의 표면과 근접한 곳에 위치하게 되면 작업로봇의 구동속도를 줄인 후 부품을 대상물의 표면에 접촉시켜 부품과 대상물의 표면이 접촉하는 순간 발생하는 접촉력을 감소시키고, 이후 부품과 대상물이 접촉하여 F/T센서에 접촉력에 대한 정보가 생성되면 작업로봇을 정상속도로 구동하게 된다. 따라서, F/T센서로부터 외력에 대한 정보가 제공되기 전까지 작업로봇의 구동속도가 감소하게 됨으로 작업을 수행하는데 소요되는 시간이 길어지게 된다.In order to compensate for the above-described problem of the F/T sensor, when the part is located close to the surface of the object, the operation speed of the working robot is reduced, and then the part is brought into contact with the surface of the object. When the contact force is reduced and the contact information between the part and the object is generated in the F/T sensor, the working robot is driven at a normal speed. Therefore, the operation speed of the working robot decreases before the information on the external force is provided from the F/T sensor, which increases the time required to perform the work.

특히, 대상물에 부품을 결합하는 조립작업의 경우 대상물에 부품을 삽입할 위치까지 이동하여 대상물과 부품을 접촉한 후 부품이 대상물에 삽입될 정도의 힘으로 부품을 대상물을 향해 푸시하여야 한다. 즉, 조립작업의 경우 부품을 대상물에 접촉하면서 삽입 시 강한 힘으로 푸시해야 됨으로 작업로봇이 부품과 대상물이 접촉하는 순간 발생하는 접촉력을 감소하면서 강한 힘으로 부품을 푸시해야 되는 작업이다.Particularly, in the case of an assembly operation in which a part is coupled to an object, the part must be pushed toward the object with a force sufficient to be inserted into the object after the object is brought into contact with the object by moving to the position to insert the part into the object. That is, in the case of the assembly work, the part must be pushed with a strong force upon insertion while contacting the object, so the work robot must push the part with a strong force while reducing the contact force that occurs when the part and the object come into contact.

하지만, F/T센서의 경우 상술한 바와 같이 작업공구 또는 부품이 대상물과 접촉하는 순간 발생하는 접촉력을 감소하지 못하는 구조로써, 특히 작업로봇이 조립작업을 수행하는 경우 부품과 대상물이 접촉하여 F/T센서로부터 힘에 대한 정보고 제공되기 전까지 작업로봇의 구동속도를 감소시켜야 됨으로 작업에 소요되는 시간이 길어진다는 문제가 있다.However, in the case of the F/T sensor, as described above, it is a structure that does not reduce the contact force that occurs when the work tool or part comes into contact with the object, and in particular, when the work robot performs the assembly, the part and the object come into contact with the F/T sensor. There is a problem in that the time required for the operation is increased because the driving speed of the working robot must be reduced before information about the force is provided from the T sensor.

한편, F/T센서와 달리 장치에 작용하는 충격량을 흡수하는 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 유연성을 가진 순응장치도 제시되었다. 도 2에 도시된 순응장치는 X-Y-Z의 3축으로 된 고정좌표계의 고정원점이 정의되는 고정프레임(40)과, 상기 고정프레임(40)의 상방으로 이격되어 상기 고정프레임(40)의 고정좌표계를 기준으로 이동 가능하게 설치되고, x-y-z의 3축으로 된 이동좌표계의 이동원점이 정의되는 이동프레임(50)과, 상기 고정프레임(40)과 이동프레임(50) 사이에 설치되고, 상기 고정프레임(40)에 대하여 상기 이동프레임(50)을 탄성 지지하고, 상기 이동프레임(50)의 이동원점에 외력이 작용하여 상기 고정프레임(40)의 고정원점을 기준으로 상기 이동프레임(50)의 이동원점이 위치 이동하는 경우 변형량을 감지하는 순응장치부(60)를 포함하여 이루어진다.On the other hand, unlike the F/T sensor, it was also proposed to absorb the amount of impact acting on the device, that is, a flexible adaptation device as shown in FIG. 2. The adaptation apparatus shown in FIG. 2 is a fixed frame 40 in which a fixed origin of a fixed coordinate system in three axes of XYZ is defined, and a fixed coordinate system of the fixed frame 40 is spaced upwardly from the fixed frame 40. It is installed to be movable as a reference, and is installed between the moving frame 50 and the moving frame 50, where the moving origin of the three-axis moving coordinate system is defined, and the fixed frame 40 and the moving frame 50, and the fixed frame 40 With respect to ), the moving frame 50 is elastically supported, and an external force acts on the moving origin of the moving frame 50 to locate the moving origin of the moving frame 50 based on the fixed origin of the fixed frame 40 It comprises a compliant device unit 60 for detecting the amount of deformation when moving.

여기서, 순응장치부(60)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 고정프레임(40)에 대하여 상기 이동프레임(50)을 탄성 지지하는 3개의 순응장치모듈과, 상기 순응장치모듈 각각에 결합되고, 상기 이동프레임(50)에 외력이 작용하는 경우 상기 순응장치모듈 각각의 탄성변형량을 감지하는 감지부를 포함하여 이루어진다.Here, the adaptation device unit 60 is coupled to each of the three adaptive device modules elastically supporting the movable frame 50 with respect to the fixed frame 40, as shown in Figure 2, each of the adaptive device module, When the external force acts on the moving frame 50, it comprises a sensing unit for sensing the amount of elastic deformation of each of the adaptive device modules.

또한, 순응장치모듈 각각은, 도 2에 도시된 바와 같이 일단이 상기 고정프레임(40)에 볼조인트 결합되는 실린더와, 일단이 상기 실린더에 슬라이딩 이동 가능하게 결합되고, 타단이 상기 이동프레임(50)에 볼조인트 결합되는 로드와, 상기 실린더에 대하여 상기 로드를 탄성 지지하는 스프링이 구비되는 탄성변형부재(61)를 포함하여 이루어진다. 이때, 감지부는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 실린더의 외주면에 설치되어 상기 이동프레임(50)에 외력이 작용하여 탄성변형부재(61)가 탄성 변형하는 경우 변위를 측정하는 변위센서로 이루어진다.In addition, each of the adaptive device modules, as shown in Figure 2, the cylinder is coupled to the ball joint is coupled to the fixed frame 40, one end is slidably coupled to the cylinder, the other end is the moving frame 50 ) And a rod coupled to the ball joint and an elastic deformation member 61 provided with a spring elastically supporting the rod with respect to the cylinder. At this time, the sensing unit is installed on the outer circumferential surface of the cylinder as shown in Figure 2 is composed of a displacement sensor for measuring the displacement when the elastic deformation member 61 is elastically deformed by an external force acting on the moving frame 50.

즉, 도 2에 도시된 순응장치는 이동프레임(50)에 외력이 작용하게 되면 탄성변형부재(61)가 탄성변형하면서 외력의 일부를 흡수하는 구조를 가진다. 따라서, 작업로봇에 설치되어 작업을 수행하는 경우 작업공구나 또는 부품이 대상물과 접촉하는 순간 발생하는 접촉력을 흡수하여 작업공구, 부품 및 대상물의 손상을 방지할 수 있다. 하지만, 도 2에 도시된 순응장치의 경우 탄성변형부재(61)의 탄성력에 의해 장치의 강성이 결정된다. 예컨대, 탄성변형부재(61)의 스프링강성이 낮은 경우 이동프레임(50)에 작은 외력이 작용하여도 쉽게 탄성변형하게 되지만, 반대로 스프링강성이 높은 경우 이동프레임(50)에 동일한 외력이 작용하여도 변형되지 않게 된다.That is, when the external force acts on the moving frame 50, the conforming device illustrated in FIG. 2 has a structure in which the elastic deformation member 61 absorbs a part of the external force while elastically deforming. Therefore, when the work is installed on the work robot, it is possible to prevent damage to the work tool, the parts and the object by absorbing the contact force generated at the moment when the work tool or the part contacts the object. However, in the case of the adaptation device shown in FIG. 2, the rigidity of the device is determined by the elastic force of the elastic deformation member 61. For example, when the spring rigidity of the elastic deformation member 61 is low, it is easily elastically deformed even if a small external force acts on the moving frame 50. On the contrary, when the spring rigidity is high, even if the same external force acts on the moving frame 50, It will not deform.

따라서, 도 2에 도시된 순응장치의 경우 작업에 따라 적절한 강성을 형성하여 작업을 수행할 수 있지만, 조립작업과 같이 부품이 대상물과 접촉하는 경우 접촉력을 흡수하고, 부품을 대상물에 삽입하는 경우 강한 힘으로 푸시해야 되는 작업의 경우 작업이 정확히 이루어지지 않는 문제점이 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 순응장치를 통해 조립작업을 수행하는 경우 부품이 대상물과 접촉하는 순간 발생하는 접촉력을 탄성변형부재(61)가 흡수하여 부품 및 대상물의 손상을 방지할 수 있지만, 부품을 대상물에 강한 힘으로 푸시하여 삽입하는 작업 시 탄성변형부재(61)가 부품이 대상물을 푸시하는 힘을 흡수하여 부품이 대상물에 삽입되지 못하는 문제가 발생하게 된다.Therefore, in the case of the adaptation device shown in FIG. 2, it is possible to perform work by forming appropriate rigidity according to the operation, but absorbs contact force when a part contacts an object, such as an assembly operation, and is strong when inserting a part into the object. In the case of a task that needs to be pushed by force, there is a problem in that the task is not accurately performed. For example, when the assembly is performed through the adaptive device shown in FIG. 2, the elastic deformation member 61 absorbs the contact force generated at the moment when the part comes into contact with the object, thereby preventing damage to the part and the object. During the operation of pushing and inserting the object with a strong force, the elastic deformation member 61 absorbs the force of the part pushing the object, causing a problem that the part cannot be inserted into the object.

즉, 단순히 작업공구를 대상물과 접촉시킨 후 일정한 압력으로 대상물의 표면을 이동하는 디버링, 버핑, 폴리싱, 글라인딩 및 샌딩 등과 같은 작업은 도 1 및 도 2에 도시된 F/T센서나 탄성변형부재(61)의 강성이 일정한 순응장치로 수행가능하다. 하지만, 조립작업처럼 작업의 단계에 따라 부품과 대상물의 충격을 흡수하거나 강한 힘을 전달해야되는 복합적인 힘의 변형이 필요한 작업의 경우 도 1에 도시된 F/T센서는 부품과 대상물이 접촉하는 순간 부품과 대상물의 접촉력을 부품, 대상물 및 작업로봇에 전달하게 됨으로 부품 및 대상물이 손상되고, 도 2에 도시된 순응장치는 부품과 대상물이 접촉하는 순간 부품과 대상물의 접촉력을 흡수하여 부품 및 대상물의 손상을 방지할 수 있지만, 부품을 대상물에 삽입하는 경우 부품을 대상물에 강한 힘으로 푸시할 수 없게 됨으로 부품을 대상물에 삽입할 수 없다는 문제가 있다.That is, operations such as deburring, buffing, polishing, grinding and sanding, which simply move the tool in contact with the object and then move the surface of the object with a constant pressure, are the F/T sensor or elastic deformation shown in FIGS. 1 and 2. The rigidity of the member 61 can be performed with a constant adaptive device. However, the F/T sensor shown in FIG. 1 is in contact with the part and the object in the case of a work that requires the transformation of a complex force that absorbs the impact of the part and the object or transmits a strong force depending on the stage of the work, such as an assembly operation. The instantaneous part and object contact force is transmitted to the part, object and work robot, thereby damaging the part and object, and the acclimatization device shown in FIG. Although it is possible to prevent the damage, there is a problem that the part cannot be inserted into the object because the part cannot be pushed with a strong force to the object when the part is inserted into the object.

따라서, 작업로봇이 단순히 작업공구를 대상물의 표면에 접촉시키도록 일정한 힘을 유지하는 작업뿐만 아니라 조립작업과 같이 작업의 단계에 따라 대상물에 가하는 힘이 변화하는 작업에 투입하여 자동화시스템의 작업범위를 확장하기 위해서는 힘을 감지하고, 유연성을 가지면서 선택적으로 강성을 변화할 수 있는 장치의 개발이 필요한 시점이다.Therefore, the working robot simply applies the work tool to the surface of the object to maintain the constant force, as well as the assembly process, such as the assembly step, the force applied to the object is changed into the task to change the working range of the automation system. In order to expand, it is time to develop a device that senses force and has flexibility and can selectively change the stiffness.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 작업이 이루어지는 작업점에 발생하는 X, Y, Z축 각각에 대한 3개의 힘과, X, Y, Z축 각각을 회전 중심으로 하는 3개의 모멘트를 측정하고, 외력에 대한 변형을 허용하여 유연성을 가지면서 강성을 조절할 수 있는 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치치를 제공하는데 있다.The object of the present invention was devised in order to solve the above problems, the three forces for each of the X, Y, and Z axes generated at the work point where the work is made, and each of the X, Y, and Z axes as a center of rotation. It is to provide an adaptive device having a six-axis force/moment measurement function of a variable stiffness structure capable of measuring three moments, allowing for deformation against external forces, and having flexibility while controlling stiffness.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치는, X-Y-Z의 3축으로 된 고정좌표계의 고정원점이 정의되는 고정프레임과, 상기 고정프레임의 상방으로 이격되어 상기 고정프레임의 고정좌표계를 기준으로 이동 가능하게 설치되고, x-y-z의 3축으로 된 이동좌표계의 이동원점이 정의되는 이동프레임과, 상기 고정프레임과 이동프레임 사이에 설치되고, 상기 고정프레임에 대하여 상기 이동프레임을 탄성 지지하는 순응장치부와, 상기 이동프레임의 이동원점에 외력이 작용하여 상기 고정프레임의 고정원점을 기준으로 상기 이동프레임의 이동원점이 위치 이동하는 경우 상기 순응장치부로부터 탄성변형량을 감지하여 상기 고정좌표계를 기준으로 상기 이동프레임의 이동원점에 작용하는 3축 각각의 방향에 대한 3개의 힘과 3축 각각의 방향을 회전중심으로 하는 3개의 모멘트를 측정하는 감지측정부와, 상기 이동프레임의 이동원점에 외력이 작용하는 경우 상기 외력에 대한 상기 순응장치부의 강성을 변화시키도록 상기 순응장치부의 탄성변형량을 조절하는 탄성조절부를 포함하여 이루어진다.To achieve the above object, the adaptive device having a six-axis force/moment measurement function of a variable stiffness structure according to the present invention includes a fixed frame in which a fixed origin of a three-axis fixed coordinate system of XYZ is defined, and the fixed frame It is spaced upwardly and is movably installed based on the fixed coordinate system of the fixed frame, and is installed between the fixed frame and the moving frame, and the moving frame in which the moving origin of the three-axis moving coordinate system is defined and fixed. When the moving origin of the moving frame moves based on the fixed origin of the fixed frame by an external force acting on the moving origin of the moving frame and the acclimatization unit supporting the moving frame elastically with respect to the frame. Sensing measurement unit that detects elastic deformation and measures three forces for each of the three axes acting on the moving origin of the moving frame based on the fixed coordinate system and three moments with each of the three axes as the center of rotation. And, when the external force acts on the moving origin of the moving frame comprises an elastic adjustment unit for adjusting the amount of elastic deformation of the adaptation unit to change the rigidity of the adaptation unit for the external force.

또한, 상기 순응장치부는, 상기 고정프레임과 이동프레임 사이에 각각이 120도 각도의 간격으로 설치된 3개의 제1 순응장치모듈, 제2 순응장치모듈 및 제3 순응장치모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the acclimatization unit is characterized in that it comprises three first acclimation device modules, second acclimation device modules, and third acclimation device modules, each of which is installed at an interval of 120 degrees between the fixed frame and the moving frame. .

또한, 상기 제1 순응장치모듈, 제2 순응장치모듈 및 제3 순응장치모듈 각각은, 일단이 상기 고정프레임에 고정 설치되어 고정점이 형성되고, 타단이 자유단인 제1 탄성편과, 하단이 상기 제1 탄성편의 타단에 볼조인트로 회전 가능하게 결합되고, 상단이 상기 이동프레임에 볼조인트로 회전 가능하게 결합되는 제1 링크부재와, 상기 제1 탄성편과 서로 평행하도록 일단이 상기 고정프레임에 고정 설치되어 고정점이 형성되고, 타단이 자유단인 제2 탄성편과, 하단이 상기 제2 탄성편의 타단에 볼조인트로 회전 가능하게 결합되고, 상단이 상기 이동프레임에 볼조인트로 회전 가능하게 결합되는 제2 링크부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, each of the first adaptive device module, the second adaptive device module, and the third adaptive device module, one end is fixedly installed on the fixed frame to form a fixed point, and the first elastic piece having a free end of the other end and a lower end thereof. A first link member rotatably coupled to the other end of the first elastic piece with a ball joint, and an upper end rotatably coupled with a ball joint to the moving frame, and one end of the fixed frame so as to be parallel to the first elastic piece. It is fixed to the fixed point is formed, the other end of the second elastic piece is a free end, the lower end is rotatably coupled to the other end of the second elastic piece with a ball joint, the upper end is rotatable with a ball joint to the moving frame It characterized in that it comprises a second link member to be coupled.

또한, 상기 감지측정부는, 상기 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 일면에 각각 부착되어 상기 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 탄성변형량을 감지하는 복수의 스트레인게이지와, 상기 스트레인게이지 각각의 신호를 전송받아 상기 스트레인게이지 각각의 탄성변형량으로부터 상기 고정좌표계를 기준으로 상기 이동프레임의 이동원점에 작용하는 X축 방향에 대한 F_X, Y축 방향에 대한 F_Y, Z축 방향에 대한 F_Z 각각의 3개의 힘 및 X축 방향을 회전중심으로 하는 M_X, Y축 방향을 회전중심으로 하는 M_Y, Z축 방향을 회전중심으로 하는 M_Z 각각의 3개의 모멘트를 계산하는 마이크로콘트롤러을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the sensing unit is attached to each of at least one of the upper and lower surfaces of each of the first elastic piece and the second elastic piece, a plurality of sensing elastic deformation amounts of the first elastic piece and the second elastic piece, respectively of the strain gage and the strain gauge transmits a respective signal receiving the strain gauges respectively from the elastic deformation amount of the F _X, Y-axis direction on the X-axis direction acting on the moving origin of the mobile frame relative to the fixed coordinate system, F _Y, as F _Z rotate each of the three forces and the X-axis M _Y, Z axis direction to the M _X, Y-axis direction to the central rotation direction with a center of rotation centered about the Z-axis direction M _Z each It is characterized by including a microcontroller to calculate the three moments.

또한, 상기 탄성조절부는, 상기 제1 순응장치모듈, 제2 순응장치모듈 및 제3 순응장치모듈 각각에 설치되는 3개의 제1 탄성조절모듈, 제2 탄성조절모듈 및 제3 탄성조절모듈을 포함하고, 상기 제1 탄성조절모듈, 제2 탄성조절모듈 및 제3 탄성조절모듈 각각은, 상기 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 일단부에 길이방향을 따라 이동 가능하게 결합되어 상기 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 고정점의 위치를 조절하는 탄성변형조절부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the elastic adjustment unit includes three first elastic adjustment modules, second elastic adjustment modules, and third elastic adjustment modules installed in each of the first adaptive device module, the second adaptive device module, and the third adaptive device module. And, each of the first elastic adjustment module, the second elastic adjustment module and the third elastic adjustment module, the first elastic piece and the second elastic piece are coupled to be movable along the longitudinal direction at one end of each of the first It characterized in that it comprises an elastic deformation adjusting member for adjusting the position of each of the elastic piece and the second elastic piece fixed point.

또한, 상기 탄성조절부는, 회전축이 상기 고정프레임의 하방을 향하도록 상기 고정프레임에 설치되는 회전모터와, 원판 형상으로 상기 회전모터의 회전축에 결합되어 함께 회전하는 회전원판을 더 포함하고, 상기 제1 탄성조절모듈, 제2 탄성조절모듈 및 제3 탄성조절모듈 각각은, 일단이 상기 회전원판에 볼조인트 결합되는 조절링크와, 상기 고정프레임의 하면에 상기 제1 탄성편 및 제2 탄성편의 길이 방향을 따라 설치되는 가이드와, 상기 가이드의 길이 방향을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 설치되고, 하면에 상기 조절링크의 타단이 볼조인트 결합되며, 상면에 상기 탄성변형조절부재가 결합되는 슬라이더를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the elastic adjustment unit further includes a rotating motor installed on the fixed frame so that the rotating shaft faces downward of the fixed frame, and a rotating disc coupled to the rotating shaft of the rotating motor in a disc shape and rotating together, 1, each of the elastic adjustment module, the second elastic adjustment module and the third elastic adjustment module, an adjustment link having a ball joint coupled to the rotating disk, and a length of the first elastic piece and the second elastic piece on the lower surface of the fixed frame It includes a guide that is installed along the direction, a slider that is slidably installed along the longitudinal direction of the guide, the other end of the adjustment link is ball-joined to the lower surface, and the slider to which the elastic deformation adjusting member is coupled to the upper surface. It is characterized by.

본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치는, 순응장치부를 통해 이동프레임의 이동원점에 외력이 작용하는 경우 외력을 탄성변형량으로 변화함으로 장치의 유연성을 확보할 수 있다.The adaptive device having a six-axis force/moment measurement function of a variable stiffness structure according to the present invention can secure flexibility of the device by changing the external force into an elastic deformation amount when an external force acts on the moving origin of the moving frame through the adaptive device part. have.

또한, 감지측정부를 통해 순응장치부의 탄성변형량을 감지 및 측정함으로 이동프레임의 이동원점에 작용하는 x, y, z축 각각에 대한 3개의 힘과, x, y, z축 각각을 회전중심으로 하는 3개의 모멘트를 감지 및 측정하여 작업 시 발생하는 힘에 대한 정보를 제공받아 힘이 변화하는 작업을 수행하는 작업로봇을 손쉽게 제어할 수 있다.In addition, by detecting and measuring the elastic deformation amount of the adaptive unit through the sensing measurement unit, three forces for each of the x, y, and z axes acting on the moving origin of the moving frame, and each of the x, y, and z axes as a rotation center By detecting and measuring three moments, it is possible to easily control the work robot that performs the task of changing the force by receiving information on the force generated during the work.

또한, 탄성조절부를 통해 순응장치부의 강성을 변화함으로써, 힘이 변화하는 작업의 단계에 따라 순응장치부의 강성을 변화하여 장치의 강성을 조절할 수 있게 된다.In addition, by changing the stiffness of the compliant device through the elastic adjustment unit, it is possible to adjust the stiffness of the device by changing the stiffness of the compliant device according to the step of the work in which the force changes.

도 1은 종래 기술에 따른 F/T센서를 도시한 사시도이고,
도 2는 종래 기술에 따른 강성이 일정한 순응장치를 도시한 사시도이며,
도 3은 본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치의 실시예를 도시한 사시도이고,
도 4는 도 3의 실시예 중 순응장치부의 결합관계를 도시한 사시도이며,
도 5는 도 3의 실시예 중 이동프레임에 외력이 작용하는 경우 순응장치부가 탄성변형한 상태를 도시한 도면이고,
도 6은 도 3의 실시예 중 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치와 마이크로콘트롤러의 연결관계를 도시한 개념도이며,
도 7은 도 3의 실시예 중 순응장치부의 제1 순응장치모듈, 제2 순응장치모듈 및 제3 순응장치모듈 각각이 고정프레임 및 이동프레임 사이에 결합된 일 실시예를 도시한 도면이고,
도 8은 도 7의 실시예 중 순응장치부의 제1 순응장치모듈, 제2 순응장치모듈 및 제3 순응장치모듈 각각이 고정프레임 및 이동프레임 사이에 결합된 다른 실시예를 도시한 도면이며,
도 9는 도 3의 실시예 중 제1 순응장치모듈을 고정프레임 및 이동프레임으로부터 분해 도시한 부분 분해도이고,
도 10은 도 9의 실시예 중 제1 탄성편이 고정프레임에 고정 설치되는 경우 제1 탄성편의 일단에 고정점이 형성된 상태를 도시한 도면이며,
도 11은 도 3의 실시예 중 탄성조절부를 분해 도시한 부분 분해도이고,
도 12는 도 11의 실시예를 정면에서 바라본 상태를 도시한 정면도이며,
도 13은 도 12의 실시예 중 탄성변형조절부재와 제1 탄성편 및 제2 탄성편의 결합관계와, 탄성변형조절부재, 조절링크, 가이드 및 슬라이더의 결합관계를 도시한 도면이고,
도 14는 도 3의 실시예를 하방에서 바라본 저면도이며,
도 15는 도 14의 실시예 중 탄성변형조절부재가 고정프레임의 측면과 접촉하여 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 일단에 위치하는 경우 제1 탄성편 및 제2 탄성편에 형성된 고정점을 도시한 도면이고,
도 16은 도 14의 실시예 중 회전모터의 회전구동에 따른 탄성변형조절부재의 작동상태를 도시한 도면이며,
도 17은 도 16의 실시예 중 탄성변형조절부재가 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 길이방향을 따라 이동하여 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 일단부에 위치하는 경우 제1 탄성편 및 제2 탄성편에 형성된 고정점을 도시한 도면이다.1 is a perspective view showing an F/T sensor according to the prior art,
Figure 2 is a perspective view showing a conforming device having a constant rigidity according to the prior art,
Figure 3 is a perspective view showing an embodiment of the adaptive device having a six-axis force / moment measurement function of the variable stiffness structure according to the present invention,
Figure 4 is a perspective view showing the coupling relationship of the adaptation unit of the embodiment of Figure 3,
5 is a view showing a state in which the adaptive device is elastically deformed when an external force is applied to the moving frame in the embodiment of FIG. 3,
6 is a conceptual diagram showing a connection relationship between a microcontroller and a compliant device having a 6-axis force/moment measurement function of a variable stiffness structure in the embodiment of FIG. 3,
7 is a view showing an embodiment in which each of the first adaptive device module, the second adaptive device module, and the third adaptive device module of the adaptive device part is coupled between the fixed frame and the moving frame,
8 is a view showing another embodiment in which each of the first adaptive device module, the second adaptive device module, and the third adaptive device module of the adaptive device part is coupled between the fixed frame and the moving frame,
9 is a partially exploded view of the first adaptive device module from the fixed frame and the moving frame in the embodiment of FIG. 3,
FIG. 10 is a view showing a state in which a fixing point is formed at one end of the first elastic piece when the first elastic piece is fixed to the fixed frame in the embodiment of FIG. 9,
11 is a partially exploded view showing the elastic adjustment part in the embodiment of Figure 3,
12 is a front view showing a state viewed from the front of the embodiment of FIG. 11,
13 is a view showing the coupling relationship between the elastic deformation adjusting member and the first elastic piece and the second elastic piece of the embodiment of FIG. 12, and the coupling relationship between the elastic deformation adjusting member, the adjusting link, the guide and the slider,
14 is a bottom view of the embodiment of FIG. 3 as viewed from below;
15 is a fixed point formed on the first elastic piece and the second elastic piece when the elastic deformation adjusting member contacts the side surface of the fixed frame and is located at one end of each of the first elastic piece and the second elastic piece in FIG. It is a drawing showing
16 is a view showing the operating state of the elastic deformation control member according to the rotational drive of the rotary motor in the embodiment of FIG. 14,
FIG. 17 is a first case in which the elastic deformation adjusting member moves in the longitudinal direction of each of the first elastic piece and the second elastic piece, and is located at one end of each of the first elastic piece and the second elastic piece in the embodiment of FIG. 16. It is the figure which showed the fixed point formed in the elastic piece and the 2nd elastic piece.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a compliant device having a six-axis force/moment measurement function of a variable stiffness structure according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치는, 도 3 내지 6에 도시된 바와 같이 고정프레임(100), 이동프레임(200), 순응장치부(400), 감지측정부(400) 및 탄성조절부(500)를 포함하여 이루어진다.The adaptive device having a 6-axis force/moment measurement function of a variable stiffness structure according to the present invention includes a fixed frame 100, a moving frame 200, and a conforming device 400, as shown in FIGS. It comprises a measuring unit 400 and the elastic adjustment unit 500.

고정프레임(100)은 도 3 내지 6에 도시된 바와 같이 X-Y-Z의 3축으로 된 고정좌표계의 고정원점(110)이 정의된다. 이때, 고정프레임(100)은 작업로봇의 손목부에 설치되게 된다. 따라서, 고정프레임(100)의 고정좌표계와 작업로봇의 손목부에 형성되는 손목좌표계의 방향이 일치하도록 정의하는 것이 좋다. 이는 후술하는 이동프레임(200)의 이동좌표계가 위치 변화하는 경우 고정좌표계에 대한 이동좌표계의 측정을 용이하게 하면서 작업로봇의 손목부에 대한 이동좌표계의 위치 이동을 용이하게 측정하기 위함이다.The fixed frame 100 is defined as a fixed origin 110 of a fixed coordinate system with three axes of X-Y-Z as shown in FIGS. 3 to 6. At this time, the fixed frame 100 is installed on the wrist portion of the working robot. Therefore, it is good to define that the direction of the wrist coordinate system formed on the wrist portion of the working robot and the fixed coordinate system of the fixed frame 100 coincide. This is to facilitate the measurement of the moving coordinate system for the fixed coordinate system when the moving coordinate system of the moving frame 200 to be described later changes position, and to easily measure the movement of the moving coordinate system relative to the wrist portion of the working robot.

이동프레임(200)은 도 3 내지 6에 도시된 바와 같이 상기 고정프레임(100)의 상방으로 이격되어 상기 고정프레임(100)의 고정좌표계를 기준으로 이동 가능하게 설치되고, x-y-z의 3축으로 된 이동좌표계의 이동원점(210)이 정의된다. 여기서, 이동프레임(200)의 상면에는 작업공구가 설치된다. 즉, 작업로봇이 구동하여 작업공구가 대상물과 접촉하는 경우 작업공구와 대상물 사이에 발생하는 접촉력에 의해 이동프레임(200)의 이동원점(210)이 고정프레임(100)의 고정좌표계를 기준으로 이동하게 되는 것이다. 따라서, 고점프레임(100)의 고정좌표계를 기준으로 이동프레임(200)의 이동원점(210)의 이동을 감지하게 되면 작업공구와 대상물이 접촉하여 발생하는 접촉력에 대한 정보를 얻을 수 있게 되는 것이다.The moving frame 200 is spaced upward from the fixed frame 100 as shown in FIGS. 3 to 6 and is movably installed based on a fixed coordinate system of the fixed frame 100, and has three axes of xyz. The moving origin 210 of the moving coordinate system is defined. Here, a work tool is installed on the upper surface of the moving frame 200. That is, when the work robot is driven and the work tool contacts the object, the moving origin 210 of the moving frame 200 is moved based on the fixed coordinate system of the fixed frame 100 by the contact force generated between the work tool and the object. Is done. Accordingly, when the movement origin 210 of the moving frame 200 is detected based on the fixed coordinate system of the high-point frame 100, information on the contact force generated by contact between the work tool and the object can be obtained.

순응장치부(300)는 도 3 내지 9에 도시된 바와 같이 상기 고정프레임(100)과 이동프레임(200) 사이에 설치되고, 상기 고정프레임(100)에 대하여 상기 이동프레임(200)을 탄성 지지하게 된다. 즉, 순응장치부(300)는 도 5에 도시된 바와 같이 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 외력을 탄성변형에 사용함으로 이동원점(210)에 작용하는 외력이 고정프레임(100)을 통과하여 작업로봇에 전달되지 않게 된다. 또한, 순응장치부(300)는 이동프레임(200)에 작업공구가 설치된 경우 작업공구와 대상물이 접촉하여 발생하는 접촉력을 탄성변형에 사용함으로 작업공구과 대상물 사이에 발생하는 접촉력을 상쇄시켜 작업공구와 대상물의 손상을 방지할 수 있게 되는 것이다.Adaptation device 300 is installed between the fixed frame 100 and the moving frame 200, as shown in Figures 3 to 9, and elastically supports the moving frame 200 with respect to the fixed frame 100 Is done. That is, when the external force acts on the moving origin 210 of the moving frame 200, as shown in FIG. 5, the acclimatization unit 300 uses an external force for elastic deformation, so that the external force acting on the moving origin 210 It passes through the fixed frame 100 and is not transmitted to the working robot. In addition, when the work tool is installed in the moving frame 200, the adaptive device unit 300 uses the contact force generated by contact between the work tool and the object for elastic deformation, thereby canceling the contact force generated between the work tool and the object to compensate for the work tool. It is possible to prevent damage to the object.

이때, 순응장치부(300)는 도 7 및 8에 도시된 바와 같이 상기 고정프레임(100)과 이동프레임(200) 사이에 각각이 120도 각도의 간격으로 설치된 3개의 제1 순응장치모듈(310), 제2 순응장치모듈(320) 및 제3 순응장치모듈(330)을 포함하여 이루어지고, 각각의 순응장치모듈(310, 320, 330)은 제1 탄성편(311), 제1 링크부재(312), 제2 탄성편(313), 제2 링크부재(314)를 포함하여 이루어지고 각각의 구성은 다음과 같다.At this time, the acclimatization unit 300, as shown in FIGS. 7 and 8, each of the three first acclimatization module module 310 is installed between the fixed frame 100 and the moving frame 200 at an interval of 120 degrees ), the second adaptive device module 320 and the third adaptive device module 330, and each adaptive device module 310, 320, 330 includes a first elastic piece 311, a first link member 312, the second elastic piece 313, and the second link member 314, and each configuration is as follows.

먼저, 제1 탄성편(311)은 도 9에 도시된 바와 같이 일단이 상기 고정프레임(100)에 고정 설치되어 고정점이 형성되고, 타단이 자유단으로 이루어진다. 즉, 제1 탄성편(311)은 도 10에 도시된 바와 같이 일단이 고정프레임(100)에 고정 설치되고, 고정되는 위치에 고정점이 형성되어 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 후술하는 제1 링크부재(312)가 제1 탄성편(311)의 자유단인 타단을 누르게 됨으로 제1 탄성편(311)이 탄성변형하게 되는 것이다. 따라서, 제1 탄성편(311)은 외팔보 구조를 가지게 되고, 이러한 구조를 통해 장치의 유연성(Flexible)을 확보하게 되는 것이다.First, as shown in FIG. 9, the first elastic piece 311 has one end fixed to the fixed frame 100 to form a fixed point, and the other end is a free end. That is, as shown in FIG. 10, the first elastic piece 311 has one end fixedly installed in the fixed frame 100, and a fixed point is formed at a fixed position, thereby exerting an external force at the moving origin 210 of the moving frame 200. In this case, the first elastic member 311 is elastically deformed because the first link member 312 described later presses the other end, which is the free end of the first elastic piece 311. Accordingly, the first elastic piece 311 has a cantilever structure, and through this structure, flexibility of the device is secured.

다음으로 제1 링크부재(312)는 도 9에 도시된 바와 같이 하단이 상기 제1 탄성편(311)의 타단에 볼조인트로 회전 가능하게 결합되고, 상단이 상기 이동프레임(200)에 볼조인트로 회전 가능하게 결합된다. 이때, 제1 링크부재(312)의 하단은 제1 탄성편(311)의 타단에 제1 탄성편(311)의 좌우 폭 길이방향의 중심에 설치된다. 이는 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 외력이 제1 링크부재(312)를 통해 제1 탄성편(311)의 타단으로 전달되는데, 여기서, 제1 링크부재(312)의 하단이 제1 탄성편(311)의 좌우 폭 길이방향의 중심에 설치되면 외력에 의한 제1 탄성편(311)의 비틀림 변형을 방지할 수 있기 때문이다. 즉, 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 제1 탄성편(311)의 비틀림 변형을 없애 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 작용하는 외력에 대한 정보를 감지 및 측정하는 과정을 단순화하기 위함이다.Next, as shown in Figure 9, the first link member 312 is rotatably coupled to the other end of the first elastic piece 311 with a ball joint, and the upper end is a ball joint to the moving frame 200. Is rotatably combined. At this time, the lower end of the first link member 312 is installed at the other end of the first elastic piece 311 at the center of the left and right widths of the first elastic piece 311 in the longitudinal direction. This is when the external force acts on the moving origin 210 of the moving frame 200, the external force is transmitted to the other end of the first elastic piece 311 through the first link member 312, where the first link member 312 This is because when the lower end of the first elastic piece 311 is installed at the center of the left and right widths in the longitudinal direction, distortion of the first elastic piece 311 due to external force can be prevented. That is, when an external force acts on the moving origin 210 of the moving frame 200, information on external force acting on the moving origin 210 of the moving frame 200 is eliminated by eliminating the torsional deformation of the first elastic piece 311. This is to simplify the process of sensing and measuring.

계속하여 제2 탄성편(313)은 도 9에 도시된 바와 같이 상기 제1 탄성편(311)과 서로 평행하도록 일단이 상기 고정프레임(100)에 고정 설치되어 고정점이 형성되고, 타단이 자유단으로 이루어진다. 즉, 제2 탄성편(313)은 도 9에 도시된 바와 같이 제1 탄성편(311)과 평행하도록 일단이 고정프레임(100)에 고정 설치되고, 고정되는 위치에 고정점이 형성되어 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 후술하는 제2 링크부재(314)가 제2 탄성편(313)의 자유단인 타단을 누르게 됨으로 제2 탄성편(313)이 탄성변형하게 되는 것이다. 따라서, 제2 탄성편(313)은 제1 탄성편(311)과 동일한 외팔보 구조를 가지게 되고, 이러한 구조를 통해 장치의 유연성을 확보하게 되는 것이다.Subsequently, as shown in FIG. 9, the second elastic piece 313 has one end fixed to the fixed frame 100 so as to be parallel to the first elastic piece 311, so that a fixed point is formed, and the other end is free. Is made of That is, as shown in FIG. 9, the second elastic piece 313 has one end fixedly installed in the fixed frame 100 so as to be parallel to the first elastic piece 311, and a fixed point is formed at a fixed position to move the frame ( When the external force acts on the moving origin 210 of 200, the second link member 314, which will be described later, presses the other end, which is the free end of the second elastic piece 313, so that the second elastic piece 313 elastically deforms. Will be. Accordingly, the second elastic piece 313 has the same cantilever structure as the first elastic piece 311, and thus the flexibility of the device is secured through this structure.

마지막으로 제2 링크부재(314)는 도 9에 도시된 바와 같이 하단이 상기 제2 탄성편(313)의 타단에 볼조인트로 회전 가능하게 결합되고, 상단이 상기 이동프레임(200)에 볼조인트로 회전 가능하게 결합된다. 이때, 제2 링크부재(314)의 하단은 제2 탄성편(313)의 타단에 제2 탄성편(313)의 좌우 폭 길이방향의 중심에 설치된다. 이는 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 외력이 제2 링크부재(314)를 통해 제2 탄성편(313)의 타단으로 전달되는데, 여기서, 제2 링크부재(314)의 하단이 제2 탄성편(313)의 좌우 폭 길이방향의 중심에 설치되면 외력에 의한 제2 탄성편(313)의 비틀림 변형을 방지할 수 있기 때문이다. 즉, 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 제2 탄성편(313)의 비틀림 변형을 없애 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 작용하는 외력에 대한 정보를 감지 및 측정하는 과정을 단순화하기 위함이다.Finally, as shown in FIG. 9, the second link member 314 is rotatably coupled to the other end of the second elastic piece 313 with a ball joint, and the upper end is a ball joint to the moving frame 200. Is rotatably combined. At this time, the lower end of the second link member 314 is installed at the other end of the second elastic piece 313 at the center of the left and right widths of the second elastic piece 313 in the longitudinal direction. This is when the external force acts on the moving origin 210 of the moving frame 200, the external force is transmitted to the other end of the second elastic piece 313 through the second link member 314, where the second link member 314 This is because when the lower end of the second elastic piece 313 is installed at the center of the left and right widths in the longitudinal direction, distortion of the second elastic piece 313 due to external force can be prevented. That is, when an external force acts on the moving origin 210 of the moving frame 200, information on the external force acting on the moving origin 210 of the moving frame 200 is removed by eliminating the torsional deformation of the second elastic piece 313. This is to simplify the process of sensing and measuring.

여기서, 제1 링크부재(312) 및 제2 링크부재(314)는 도 7에 도시된 바와 같이 도면상 상방에서 바라보는 경우 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 길이방향과 평행하도록 설치될 수도 있고, 도 8에 도시된 바와 같이 제1 순응장치모듈(310)의 제2 링크부재(314)와 제2 순응장치모듈(320)의 제1 링크부재(312)가 도면상 상방에서 바라보는 경우 180도 각도를 형성하도록 설치될 수도 있다. 이는 제1 링크부재(312) 및 제2 링크부재(314)의 결합된 형상에 따라 후술하는 감지측정부(400)에서 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 탄성변형량에 따른 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 작용하는 외력을 측정하는 수식이 달라지게 됨으로 사용자의 선택에 따라 제1 링크부재(312) 및 제2 링크부재(314) 각각이 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 다양한 형상으로 결합될 수 있다.Here, when the first link member 312 and the second link member 314 are viewed from above in the figure as shown in FIG. 7, the length of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 8, the second link member 314 of the first adaptive device module 310 and the first link member 312 of the second adaptive device module 320 may be installed as shown in FIG. 8. When viewed from above in the drawing, it may be installed to form an angle of 180 degrees. This is the amount of elastic deformation of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 in the sensing measurement unit 400 to be described later according to the combined shape of the first link member 312 and the second link member 314 Since the formula for measuring the external force acting on the moving origin 210 of the moving frame 200 according to the change, the first link member 312 and the second link member 314 are respectively shown in FIGS. As shown in Figure 8 can be combined in a variety of shapes.

따라서, 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 제1 순응장치모듈(310), 제2 순응장치모듈(320) 및 제3 순응장치모듈(330) 각각의 제1 링크부재(312) 및 제2 링크부재(314) 각각을 통해 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313)을 탄성 변형시킴으로 작업공구와 대상물 사이에 발생하는 접촉력을 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313)의 탄성변형에 사용하는 구조를 가지게 됨으로 장치의 유연성을 확보할 수 있게 되는 것이다. 또한, 장치의 유연성을 확보함으로써, 작업공구나 또는 조립부품이 대상물과 접촉하여 접촉력에 의해 손상되는 현상을 방지할 수 있게 되는 것이다.Accordingly, when an external force acts on the moving origin 210 of the moving frame 200, the first link of each of the first adaptive device module 310, the second adaptive device module 320, and the third adaptive device module 330 The elastic elastic deformation of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 through each of the member 312 and the second link member 314 allows the first elastic piece 311 to generate a contact force between the work tool and the object. ) And the structure used for elastic deformation of the second elastic piece 313 is to ensure the flexibility of the device. In addition, by securing the flexibility of the device, it is possible to prevent the phenomenon that the work tool or the assembly component is in contact with the object and is damaged by the contact force.

감지측정부(400)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하여 상기 고정프레임(100)의 고정원점(110)을 기준으로 상기 이동프레임(200)의 이동원점(210)이 위치 이동하는 경우 상기 순응장치부(300)로부터 탄성변형량을 감지하여 상기 고정좌표계를 기준으로 상기 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 작용하는 3축 각각의 방향에 대한 3개의 힘과 3축 각각의 방향을 회전중심으로 하는 3개의 모멘트를 측정하게 된다. 이때, 감지측정부(400)는 스트레인게이지(410) 및 마이크로콘트롤러(420)를 포함하여 이루어지고, 각각의 구성은 다음과 같다.As illustrated in FIG. 6, the sensing measurement unit 400 acts on the basis of the fixed origin 110 of the fixed frame 100 by applying an external force to the moving origin 210 of the moving frame 200. When the moving origin 210 of 200 moves, each of the three axes acting on the moving origin 210 of the moving frame 200 based on the fixed coordinate system by detecting the elastic deformation amount from the adaptive device 300. The three forces against the direction of and the three moments with each axis as the center of rotation are measured. At this time, the detection measurement unit 400 is made of a strain gauge 410 and a microcontroller 420, each configuration is as follows.

먼저, 스트레인게이지(410)는 도 3 내지 6에 도시된 바와 같이 복수 개가 상기 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 일면에 각각 부착되어 상기 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 탄성변형량을 감지하게 된다. 여기서, 스트레인게이지(410)는 물체가 외력에 의해 변형되는 경우 변형량을 측정하는 측정기로써, 물체의 표면에 부착하여 물체가 외력에 의해 변형하는 경우 스트레인게이지(410)가 변형하면서 인장방향으로 길이가 증가하여 스트레인게이지(410)의 단면적이 감소되면서 전기저항이 증가하게 된다. 이때, 증가된 증가분을 감지하여 물체의 변형량을 측정하게 되는 것이다.First, as shown in FIGS. 3 to 6, the strain gauge 410 is attached to at least one of the upper and lower surfaces of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313, respectively. The elastic deformation amount of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 is sensed. Here, the strain gauge 410 is a measuring device that measures the amount of deformation when an object is deformed by an external force. When the object is deformed by an external force by attaching to the surface of the object, the strain gauge 410 is deformed and has a length in the tensile direction. As the cross-sectional area of the strain gauge 410 increases, the electrical resistance increases. At this time, the amount of deformation of the object is measured by sensing the increased increment.

즉, 스트레인게이지(410)를 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각에 부착하고, 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하게 되면 외력에 의해 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각이 탄성 변형하게 되고, 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각에 부착된 스트레인게이지(410) 또한 함께 변형하게 됨으로 스트레인게이지(410)로부터 전기저항의 변형을 감지하여 후술하는 마이크로콘트롤러(420)를 통해 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 탄성 변형량을 측정할 수 있게 되는 것이다.That is, when the strain gauge 410 is attached to each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313, and an external force acts on the moving origin 210 of the moving frame 200, the first is caused by the external force. Each of the elastic piece 311 and the second elastic piece 313 is elastically deformed, and the strain gauge 410 attached to each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 is also deformed together. It is possible to measure the amount of elastic deformation of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 through the microcontroller 420 to be described later by detecting the deformation of the electrical resistance from the gauge 410.

다음으로 마이크로콘트롤러(420)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 스트레인게이지(410) 각각의 신호를 전송받아 상기 스트레인게이지(410) 각각의 탄성변형량으로부터 상기 고정좌표계를 기준으로 상기 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 작용하는 X축 방향에 대한 F_X, Y축 방향에 대한 F_Y, Z축 방향에 대한 F_Z 각각의 3개의 힘 및 X축 방향을 회전중심으로 하는 M_X, Y축 방향을 회전중심으로 하는 M_Y, Z축 방향을 회전중심으로 하는 M_Z 각각의 3개의 모멘트를 계산한다. 여기서, 마이크로콘트롤러(420)와 스트레인게이지(410)는 전선을 통해 서로 연결되어 있고, 스트레인게이지(410)로부터 실시간으로 전송되는 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 탄성변형량에 대한 데이터를 저장하고, 저장된 데이터로부터 이동좌표계의 x축, y축 및 z축 각각의 방향에 대한 힘과, 각각의 축을 회전중심으로 하는 모멘트를 계산하여 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 작용하는 외력에 대한 정보를 제공하게 되는 것이다.Next, the microcontroller 420 receives the signals of each of the strain gauges 410 as shown in FIG. 6, and the moving frame 200 based on the fixed coordinate system from the elastic deformation amount of each of the strain gauges 410. F _X for the X-axis direction, F _Y for the _Y- axis direction, and F _Z for the Z-axis direction acting on the moving origin 210 of M _X , Y with the X-axis direction as the center of rotation. the three moments of each of the M _Z M _Y, Z axis direction to the axial direction as the center of rotation as the center of rotation is calculated. Here, the microcontroller 420 and the strain gauge 410 are connected to each other through a wire, and the elasticity of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 transmitted in real time from the strain gauge 410 The origin of movement of the moving frame 200 is calculated by storing the data on the amount of deformation and calculating the force for each direction of the x-axis, y-axis, and z-axis of the moving coordinate system and the moment about each axis as the center of rotation. 210) is to provide information about the external force acting.

탄성조절부(500)는 도 11에 도시된 바와 같이 상기 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 상기 외력에 대한 상기 순응장치부(300)의 강성을 변화시키도록 상기 순응장치부(300)의 탄성변형량을 조절한다. 이때, 탄성조절부(500)는 도 11 내지 13에 도시된 바와 같이 상기 제1 순응장치모듈(310), 제2 순응장치모듈(320) 및 제3 순응장치모듈(330) 각각에 설치되는 3개의 제1 탄성조절모듈(510), 제2 탄성조절모듈(520) 및 제3 탄성조절모듈(530)을 포함하여 이루어지고, 각각의 제1 탄성조절모듈(510), 제2 탄성조절모듈(520) 및 제3 탄성조절모듈(530)은 상기 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 일단부에 길이방향을 따라 이동 가능하게 결합되어 상기 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점의 위치를 조절하는 탄성변형조절부재(511)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 11, the elastic adjustment unit 500 is configured to change the stiffness of the adaptive device 300 to the external force when an external force acts on the moving origin 210 of the moving frame 200. The amount of elastic deformation of the adaptive device 300 is adjusted. At this time, the elastic adjustment unit 500 is installed in each of the first compliance device module 310, the second compliance device module 320 and the third compliance device module 330 as shown in Figures 11 to 13 It comprises a first elastic adjustment module 510, a second elastic adjustment module 520 and a third elastic adjustment module 530, each of the first elastic adjustment module 510, the second elastic adjustment module ( 520) and the third elastic adjustment module 530 is coupled to the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 so as to be movable along the longitudinal direction to the first elastic piece 311 And an elastic deformation adjusting member 511 for adjusting the position of each fixed point of the second elastic piece 313.

즉, 탄성변형조절부재(511)는 도 11 내지 13에 도시된 바와 같이 내부에 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각이 삽입 결합되는데, 일면이 고정프레임(100)의 외측면과 접촉하거나 또는 이격되도록 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 길이방향을 따라 이동 가능하게 결합되고, 타면에 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313)의 고정점이 형성된다. 따라서, 탄성변형조절부재(511)의 타면이 외팔보의 고정단이 되는 것이고, 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 타단이 외발보의 자유단이 되는 것이다.That is, the elastic deformation adjusting member 511 is coupled to each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313, as shown in Figures 11 to 13, one side of the fixed frame 100 The first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 are movably coupled along the longitudinal direction of the first elastic piece 311 and the second elastic piece ( The fixing point of 313) is formed. Accordingly, the other surface of the elastic deformation adjusting member 511 becomes a fixed end of the cantilever beam, and the other end of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 becomes a free end of the outer beam.

이러한 탄성변형조절부재(511)의 일면을 고정프레임(100)의 외측면으로부터 이격되도록 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 길이방향을 따라 이동하게 되면 탄성변형조절부재(511)의 타면이 이동하게 됨으로 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점 위치를 조절하게 되는 것이다.When one surface of the elastic deformation adjusting member 511 is moved along the longitudinal direction of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 so as to be separated from the outer surface of the fixed frame 100, the elastic deformation adjusting member By moving the other surface of the 511, the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 are to adjust the position of each fixed point.

여기서, 탄성변형조절부재(511)를 통해 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점 위치를 조절하기 위하여 탄성조절부(500)는 도 12에 도시된 바와 같이 회전축(541)이 상기 고정프레임(100)의 하방을 향하도록 상기 고정프레임(100)에 설치되는 회전모터(540)와, 원판 형상으로 상기 회전모터(540)의 회전축(541)에 결합되어 함께 회전하는 회전원판(550)을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 탄성조절모듈(510), 제2 탄성조절모듈(520) 및 제3 탄성조절모듈(530) 각각은 일단이 상기 회전원판(500)에 볼조인트 결합되는 조절링크(512)와, 상기 고정프레임(100)의 하면에 상기 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313)의 길이 방향을 따라 설치되는 가이드(513)와, 상기 가이드(513)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 설치되고, 하면에 상기 조절링크(512)의 타단이 볼조인트 결합되며, 상면에 상기 탄성변형조절부재(511)가 결합되는 슬라이더(514)를 포함하여 이루어진다.Here, in order to adjust the position of the fixed point of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 through the elastic deformation adjusting member 511, the elastic adjustment part 500 is rotated as shown in FIG. Rotating motor 540 is installed on the fixed frame 100 so that the 541 is directed downward of the fixed frame 100, and is coupled to the rotating shaft 541 of the rotating motor 540 in a disc shape to rotate together. It comprises a rotating disk 550, the first elastic adjustment module 510, the second elastic adjustment module 520 and the third elastic adjustment module 530, each of which is one end to the rotating disk 500 Adjusting link 512 that is coupled to the ball joint, a guide 513 installed along the longitudinal direction of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 on the lower surface of the fixed frame 100, and Slider 514 is installed to be slidably moved along the longitudinal direction of the guide 513, the other end of the adjustment link 512 is ball-joined to the lower surface, and the elastic deformation adjusting member 511 is coupled to the upper surface. Including.

즉, 도 13에 도시된 바와 같이 탄성변형조절부재(511)가 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 일단부에 위치하는 경우 탄성변형조절부재(511)의 타면에 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점이 형성되고, 이때 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 자유단이 탄성 변형하게 된다. 여기서, 탄성변형조절부재(511)가 가이드(513) 및 슬라이더(514)에 결합된 상태임으로 탄성변형조절부재(511)가 삽입 결합된 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 일단부는 외팔보의 고정단이 되어 변형하지 않는 구조가 되는 것이다.That is, as shown in FIG. 13, when the elastic deformation adjusting member 511 is located at one end of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313, on the other surface of the elastic deformation adjusting member 511 The fixed points of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 are formed, and when the external force acts on the moving origin 210 of the moving frame 200, the first elastic piece 311 and the second elastic piece 311 Each free end of the elastic piece 313 is elastically deformed. Here, the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 in which the elastic deformation adjusting member 511 is inserted into the elastic deformation adjusting member 511 is coupled to the guide 513 and the slider 514 Each one end becomes a fixed end of the cantilever beam so that it does not deform.

예컨대, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 탄성변형조절부재(511)의 일면이 고정프레임(100)의 외측면에 접촉한 경우를 제1 상태라 지칭하는 경우 도 15에 도시된 바와 같이 제1 상태의 탄성변형조절부재(511)의 타면에 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점이 형성되고, 상기 고정점을 기준으로 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 자유단이 탄성 변형하게 된다. For example, as shown in FIGS. 14 and 15, when one surface of the elastic deformation adjusting member 511 contacts the outer surface of the fixed frame 100, the first state is referred to as the first state as shown in FIG. A fixed point of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 is formed on the other surface of the elastic deformation adjusting member 511 in one state, and the first elastic piece 311 and the first 2 Each free end of the elastic piece 313 is elastically deformed.

계속하여 도 16 및 17에 도시된 바와 같이 탄성변형조절부재(511)의 일면이 고정프레임(100)의 외측면으로부터 이격된 경우를 제2 상태라 지칭하는 경우 도 17에 도시된 바와 같이 제2 상태의 탄성변형조절부재(511)의 타면에 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점이 형성되는데, 이 경우 도 15에 도시된 제1 상태보다 고정점으로부터 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313)의 자유단 끝단까지의 거리가 상대적으로 짧아지게 된다.Subsequently, as shown in FIGS. 16 and 17, when one surface of the elastic deformation adjusting member 511 is spaced apart from the outer surface of the fixed frame 100 is referred to as a second state, as shown in FIG. A fixed point of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 is formed on the other surface of the elastic deformation adjusting member 511 in a state. In this case, the first point from the fixed point than the first state shown in FIG. The distances between the elastic pieces 311 and the second elastic pieces 313 to the free ends are relatively short.

즉, 도 15 및 17에 도시된 제1 상태 및 제2 상태 각각에 동일한 외력이 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 작용하는 경우 제2 상태의 고정점으로부터 탄성편(311, 313)의 끝단까지 길이가 제1 상태의 고정점으로부터 탄성편(311, 313)의 끝단까지 길이보다 짧은 구조가 됨으로 동일한 외력에 의한 탄성편(311, 313) 각각의 탄성 변형량이 상대적으로 적어지게 되는 것이다. 이는 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 자유단에 외력이 작용하는 경우 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각이 고정점으로부터 자유단의 끝단까지의 거리에 비례하여 모멘트가 형성되기 때문이다.That is, when the same external force in each of the first and second states shown in FIGS. 15 and 17 acts on the moving origin 210 of the moving frame 200, the elastic pieces 311 and 313 from the fixed points in the second state The length of the elastic pieces 311 and 313 is shorter than the length from the fixed point in the first state to the ends of the elastic pieces 311 and 313, so that the elastic deformation of each of the elastic pieces 311 and 313 by the same external force is relatively small. . This means that when an external force acts on each of the free ends of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313, each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 ends the free end from the fixed point. This is because the moment is formed in proportion to the distance to.

따라서, 탄성변형조절부재(511)가 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 일단부에 고정점을 형성하고, 가이드(513) 및 슬라이더(514)가 탄성변형조절부재(511)를 고정시키게 됨으로써, 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점이 탄성변형조절부재(511)의 타면에 형성되면서 고정점의 위치를 조절할 수 있게 되는 것이다.Therefore, the elastic deformation adjusting member 511 forms a fixed point at one end of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313, and the guide 513 and the slider 514 are elastic deformation adjusting members By fixing 511, the fixing point of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 is formed on the other surface of the elastic deformation adjusting member 511 so that the position of the fixing point can be adjusted.

이는 결과적으로 순응장치의 유연성을 조절하게 되는 것임으로 순응장치의 강성을 작업에 따라 조절할 수 있게 되는 것이다. 즉, 본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치는 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 두께를 변화하여 장치의 강성을 조절하는 것이 아니라 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점의 위치를 탄성변형조절부재(511)를 통해 변화하여 최종적으로 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 탄성변형량을 조절하여 장치의 강성을 조절하는 구조인 것이다.As a result, the flexibility of the adaptive device is adjusted, so that the rigidity of the adaptive device can be adjusted according to the operation. That is, in the adaptive device having a six-axis force/moment measurement function of the variable stiffness structure according to the present invention, it is possible to adjust the rigidity of the device by changing the thickness of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313. In addition, the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 by changing the position of each of the fixed point through the elastic deformation adjusting member 511, finally the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 ) It is a structure to control the rigidity of the device by adjusting the amount of elastic deformation.

또한, 도 12에 도시된 바와 같이 회전모터(540), 회전원판(550)과 각각의 조절링크(512)를 통해 탄성변형조절부재(511)의 이동을 자동으로 조절할 수 있게 됨으로 본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치를 작업로봇에 설치하여 조립작업과 같은 작업의 단계에 따라 힘의 조절이 필요한 작업을 수행하는 경우 작업을 단계에 따라 장치의 강성을 변화하여 작업을 순조롭게 수행할 수 있게 된다.In addition, as shown in FIG. 12, the movement of the elastic deformation adjusting member 511 can be automatically adjusted through the rotating motor 540, the rotating disk 550, and the respective adjusting links 512. When a work device requiring adjustment of the force is performed according to the steps of the work such as assembly work by installing the adaptive device with the variable-stiffness structure 6-axis force/moment measurement function on the working robot, the work changes the stiffness of the device according to the steps. By doing so, the work can be performed smoothly.

따라서, 본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치를 통해 작업공구가 대상물에 가하는 힘을 조절할 수 있게 됨으로 작업로봇이 조립작업과 같은 단계별로 힘의 조절이 필요한 작업을 수행할 수 있게 되는 것이다.Therefore, the work robot needs to adjust the force step by step, such as the assembly work, because it is possible to control the force applied to the work tool through the adaptive device having a six-axis force/moment measurement function of the variable stiffness structure according to the present invention. You will be able to do it.

이하에서는 도 14 및 도 15와 도 16 및 도 17의 탄성변형조절부재(511)의 이동에 따른 탄성편(311, 313)의 강성변화를 수치적으로 설명하되, 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313)의 고정점 위치 변화가 동일하게 작용함으로 제1 탄성편(311)의 강성변화에 대해서만 설명한다.Hereinafter, the stiffness change of the elastic pieces 311 and 313 according to the movement of the elastic deformation adjusting member 511 of FIGS. 14 and 15 and FIGS. 16 and 17 will be described numerically, but the first elastic piece 311 and Since the change in the position of the fixed point of the second elastic piece 313 works the same, only the stiffness change of the first elastic piece 311 will be described.

먼저, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 탄성변형조절부재(511)의 일면이 고정프레임(100)의 외측면에 접촉한 경우 제1 탄성편(311)의 좌우 폭의 거리를 b라하고, 제1 탄성편(311)의 두께를 h, 제1 탄성편(311)의 고정점으로부터 끝단까지의 거리를 l이라 지칭하고, 각각의 상수에 대한 수치는 다음과 같다.First, as shown in FIGS. 14 and 15, when one surface of the elastic deformation adjusting member 511 contacts the outer surface of the fixed frame 100, b is the distance between the left and right widths of the first elastic piece 311. , The thickness of the first elastic piece 311 is referred to as h, and the distance from the fixed point to the end of the first elastic piece 311 is referred to as l, and numerical values for each constant are as follows.

즉, 제1 탄성편(311)은 길이 24mm에 좌우 폭이 18mm이고, 두께가 0.5mm가 되고, 순응장치의 강성행렬 K는 다음과 같이 수식으로 표현된다.That is, the first elastic piece 311 has a length of 24 mm, a width of 18 mm on the left and right, and a thickness of 0.5 mm, and the stiffness matrix K of the adaptive device is expressed by the following equation.

여기서, 수학식 2의 θ는 제1 탄성편(311)과 제1 링크부재(312)가 이루는 각도를 의미하고, 여기서는 45도라 정의한다. 계속하여 상기 수학식 2를 행렬로 표현하게 되면 다음과 같다.Here, θ in Equation 2 means an angle formed by the first elastic piece 311 and the first link member 312, and is defined as 45 degrees. Subsequently, Equation 2 is expressed as a matrix as follows.

여기서, 수학식 3의

는 조인트 강성을 의미하고, 다음과 같이 수식으로 표현할 수 있다.Here, the equation (3)

Means joint stiffness and can be expressed by the following equation.

여기서, 수학식 2의 E는 제1 탄성편의 종탄성계수를 의미하는데, 제1 탄성편(311)의 재질지 SUS304라 가정하는 경우 E의 값은 190GPa이 된다. 즉, 조인트 강성

가 된다. 따라서, 조인트 강성을 수학식 3에 대입하게 되면 다음과 같은 강성행렬 값을 도출할 수 있다.Here, E in Equation (2) means the longitudinal modulus of elasticity of the first elastic piece, and assuming that the first elastic piece 311 is SUS304, the value of E is 190 GPa. In other words, joint stiffness

Becomes. Therefore, if the joint stiffness is substituted into Equation 3, the following stiffness matrix value can be derived.

다음으로 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이 탄성변형조절부재(511)의 일면이 고정프레임(100)의 외측면으로부터 이격된 경우 제1 탄성편(311)의 좌우 폭의 거리를 b라하고, 제1 탄성편(311)의 두께를 h, 제1 탄성편(311)의 고정점으로부터 끝단까지의 거리를 l이라 지칭한다.Next, as shown in FIGS. 16 and 17, when one surface of the elastic deformation adjusting member 511 is spaced apart from the outer surface of the fixed frame 100, the distance between the left and right widths of the first elastic piece 311 is called b. , The thickness of the first elastic piece 311 is referred to as h, and the distance from the fixed point to the end of the first elastic piece 311 is referred to as l.

이때, 제1 탄성편(311)의 두께(h) 및 좌우 폭(b)은 수학식 1과 동일하고, 탄성변형조절부재(511)가 이동하여 제1 탄성편(311)의 고정점 위치가 이동하여 제1 탄성편(311)의 고정점으로부터 끝단까지의 거리(l)가 감소하게 된다. 여기서, 탄성변형조절부재(511)가 처음 위치로부터 5mm 이동하여 고정점의 위치가 5mm이동한 상태를 가정하여 제1 탄성편(311)의 고정점으로부터 끝단까지의 거리(l)를 19mm라 가정한다. At this time, the thickness (h) and the left and right widths (b) of the first elastic piece 311 are the same as in Equation 1, and the elastic deformation adjusting member 511 moves so that the fixed point position of the first elastic piece 311 is By moving, the distance l from the fixed point of the first elastic piece 311 to the end is reduced. Here, assuming that the elastic deformation adjusting member 511 moves 5 mm from the initial position and the position of the fixed point moves 5 mm, the distance l from the fixed point of the first elastic piece 311 to the end is assumed to be 19 mm. do.

상술한 수학식 4를 통해 조인트 강성

을 도출할 수 있고, 도출된 조인트 강성

를 수학식 3에 대입하게 되면 다음과 같은 강성행렬을 구할 수 있다.Joint stiffness through Equation 4 above

And the derived joint stiffness

Substituting into Equation 3, the following stiffness matrix can be obtained.

즉, 수학식 5의 강성행령과 수학식 6의 강성행렬을 비교하게 되면 탄성변형조절부재(511)가 이동하여 제1 탄성편(311)의 고정점으로부터 제1 탄성편(311)의 끝단까지의 길이가 짧아진 상태인 경우 강성행렬이 더 높은 수치를 가지게 됨을 알 수 있다.That is, when the stiffness matrix of Equation 5 and the stiffness matrix of Equation 6 are compared, the elastic deformation adjusting member 511 moves to reach the end of the first elastic piece 311 from the fixed point of the first elastic piece 311. It can be seen that the stiffness matrix has a higher value when the length of is shortened.

따라서, 본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치는 탄성변형조절부재(511)를 통해 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점 위치를 조절함으로 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점으로부터 끝단까지의 거리를 변화하여 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 탄성변형량을 조절하게 되고, 이는 최종적으로 순응장치의 강성을 조절하게 되는 것이다.Therefore, the adaptive device having the six-axis force/moment measurement function of the variable stiffness structure according to the present invention is a fixed point of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 through the elastic deformation adjusting member 511 The amount of elastic deformation of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 by changing the distance from the fixed point to the end of each of the first elastic piece 311 and the second elastic piece 313 by adjusting the position To adjust the stiffness of the adaptive device.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.The embodiments of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the items described in the claims, and a person having ordinary knowledge in the technical field of the present invention can improve and modify the technical spirit of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention as long as it is apparent to those skilled in the art.

100 : 고정프레임 110 : 고정원점
200 : 이동프레임 210 : 이동원점
300 : 순응장치부 310 : 제1 순응장치모듈
311 : 제1 탄성편 312 : 제1 링크부재
313 : 제2 탄성편 314 : 제2 링크부재
320 : 제2 순응장치모듈 330 : 제3 순응장치모듈
400 : 감지측정부
410 : 스트레인게이지 420 : 마이크로콘트롤러
500 : 탄성조절부 510 : 제1 탄성조절모듈
511 : 탄성변형조절부재 512 : 조절링크
513 : 가이드 514 : 슬라이더
520 : 제2 탄성조절모듈 530 : 제3 탄성조절모듈
540 : 회전모터 541 : 회전축
550 : 회전원판100: fixed frame 110: fixed origin
200: moving frame 210: moving origin
300: acclimatization unit 310: the first acclimatization module
311: first elastic piece 312: first link member
313: second elastic piece 314: second link member
320: second adaptive device module 330: third adaptive device module
400: detection measurement unit
410: strain gauge 420: microcontroller
500: elastic adjustment unit 510: first elastic adjustment module
511: elastic deformation adjusting member 512: adjusting link
513: Guide 514: Slider
520: second elastic adjustment module 530: third elastic adjustment module
540: rotating motor 541: rotating shaft
550: rotating disc

Claims

A fixed frame in which a fixed origin of a fixed coordinate system of three axes of XYZ is defined, and a movable frame spaced apart above the fixed frame and installed to be movable based on the fixed coordinate system of the fixed frame, and of a three-axis moving coordinate system of xyz A moving frame in which a moving origin is defined, an adaptation unit installed between the fixed frame and the moving frame, and elastically supporting the moving frame with respect to the fixed frame, and an external force acting on the moving origin of the moving frame to fix the fixed frame When the moving origin of the moving frame is moved based on the fixed origin of the, the elastic deformation amount is sensed from the acclimatization unit and three for each of the three axes acting on the moving origin of the moving frame based on the fixed coordinate system. A sensing measurement unit for measuring three moments having a force and a direction of each of the three axes as a rotational center, and when the external force acts on the moving origin of the moving frame, the adaptation to change the rigidity of the adaptation unit for the external force It includes an elastic adjustment unit for adjusting the amount of elastic deformation of the device unit,
The acclimatization unit,
Between the fixed frame and the moving frame, each comprises three first adaptive device modules, second adaptive device modules, and third adaptive device modules installed at an interval of 120 degrees,
Each of the first compliant device module, the second compliant device module and the third compliant device module,
One end is fixed to the fixed frame is formed to form a fixed point, the other end of the first elastic piece is a free end,
The lower end is rotatably coupled to the other end of the first elastic piece with a ball joint, and the first link member is rotatably coupled to the moving frame with a ball joint,
A second elastic piece having one end fixed to the fixed frame so as to be parallel to the first elastic piece and forming a fixed point, and the other end having a free end,
The six-axis force of the variable stiffness structure, characterized in that the lower end is rotatably coupled to the other end of the second elastic piece with a ball joint, and the upper end comprises a second link member rotatably coupled to the moving frame with a ball joint. /Adaptive device with moment measurement function.

delete

According to claim 1,
The detection measurement unit,
A plurality of strain gauges respectively attached to at least one of the upper and lower surfaces of the first elastic piece and the second elastic piece to sense the amount of elastic deformation of each of the first elastic piece and the second elastic piece;
F _X for the X-axis direction, F _Y for the Y-axis direction, and Z-axis for the Y-axis direction acting on the moving origin of the moving frame based on the fixed coordinate system from the elastic deformation amount of each of the strain gauges. Calculate the three forces of F _{Z for} each direction and the three moments of M _X with the rotational center in the _X- axis direction, M _Y with the rotational center in the _Y- axis, and M _Z with the rotational center in the Z-axis direction. Adaptation device having a six-axis force / moment measurement function of a variable stiffness structure, characterized in that it comprises a microcontroller.

According to claim 1,
The elastic adjustment unit,
It includes three first elastic adjustment modules, a second elastic adjustment module and a third elastic adjustment module installed on each of the first adaptive device module, the second adaptive device module and the third adaptive device module,
Each of the first elastic adjustment module, the second elastic adjustment module and the third elastic adjustment module,
And an elastic deformation adjusting member which is movably coupled to one end portion of each of the first elastic piece and the second elastic piece to adjust a position of a fixed point of each of the first elastic piece and the second elastic piece. Adaptation device having a 6-axis force/moment measurement function of a variable stiffness structure, characterized in that.

The method of claim 5,
The elastic adjustment unit,
A rotating motor installed on the fixed frame so that the rotating shaft faces downward of the fixed frame,
Further comprising a rotating disk that is coupled to the rotating shaft of the rotating motor in a disk shape to rotate together,
Each of the first elastic adjustment module, the second elastic adjustment module and the third elastic adjustment module,
Once the control link is coupled to the ball to the rotating disk,
A guide installed along the longitudinal direction of the first elastic piece and the second elastic piece on the lower surface of the fixed frame,
6 of a variable stiffness structure comprising a slider that is slidably installed along the longitudinal direction of the guide, the other end of the adjusting link is ball-joined to the lower surface, and the elastic deformation adjusting member is coupled to the upper surface. Adaptation device with axial force/moment measurement.