KR102212131B1 - 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘 및 토크 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘 및 토크 센서에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 힘 센서는 외력에 의해 위치가 변화하는 접지된 도전체로서, 평판 형태의 평판 모듈 및 상기 평판 모듈의 하면에 원기둥 형태로 돌출 형성되는 삽입 모듈을 포함하는 그라운드부, 평판 형태의 기판으로, 상기 평판 모듈과 이격 형성되고, 상기 삽입 모듈이 이격 삽입될 수 있는 원형의 홀이 형성된 기판부, 상기 홀의 측면 및 상기 기판부 상면의 홀 가장자리에 형성되는 전극으로서, 전원을 인가 받아 상기 그라운드부와 함께 정전용량을 형성하는 전극부 및 상기 정전용량 값을 이용하여 상기 그라운드부에 가해지는 수직 방향의 힘 또는 수평 방향의 힘을 구하는 힘측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘 및 토크 센서{FORCE SENSOR AND MULTIAXIAL FORCE/TORQUE SENSOR USING THE SAME}
본 발명은 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘 및 토크 센서에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 정전용량의 값을 이용하며 조립이 간단하고 정밀한 외력 측정이 가능한 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘 및 토크 센서에 관한 것이다.
산업용 로봇과 같은 기계 장치에는 작업 도중 가해지는 힘이나 토크를 측정하기 위한 센서가 구비된다. 이때, 기계 장치에는 다양한 방향으로 힘과 토크가 가해지면서 기계 장치의 동작에 영향을 미치므로, 기계 장치의 정확한 제어를 위해서는 이러한 힘과 토크를 측정할 수 있는 센서가 요구되었다.
한국 등록특허 제10-1470160호는 다양한 방향의 힘과 토크를 측정할 수 있는 평판형 힘/토크 센서에 관한 것으로, 센서 셀에 수직으로 외력이 가해지면 제 1 전극 과 제 2 전극 사이의 거리가 줄어들면서 정전용량(커패시턴스) 값이 증가하고, 센서 셀에 수평으로 외력이 가해지면 제1 전극과 제2 전극 사이의 대향 면적이 줄어들게 되면서 정전용량 값이 줄어드는 원리를 이용하여 수직항력과 수평항력을 측정할 수 있는 센서가 개시되었다.
하지만 상기와 같은 전극 구조의 경우 전극 사이의 거리 변화에 따른 정전용량 값의 변동은 크지만, 대향 면적의 변화에 따른 정전용량 값은 변동은 크지 않아 정밀한 수평항력의 측정이 어려운 문제점이 있었다.
이에, 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 판상의 제 1 전극(10)이 기판(S)에 형성된 홈에 삽입되도록 하고 기판(S) 상에 제 2 전극(20)을 형성하여 제 1 전극(10)에 수평 방향의 힘(shear force)이 가해질 때 두 전극(10, 20) 사이의 거리 변화에 따른 정전용량 값을 측정하도록 하여 센서 민감도를 향상시킬 수가 있었다. 하지만, 판상의 제 1 전극(10)이 기판(S)에 형성된 홈 사이에 일정 간격 이격되도록 설치하는데 어려움이 있었다. 특히, 다축의 힘 및 토크 센서를 구현하기 위해서는 도 1과 같은 센서 구성이 복수 개로 배치되어야 하는데, 각각의 센서 구성에 있어서 판상의 제 1 전극(10)과 기판(S)의 홈 사이에 일정 간격을 동시에 유지하도록 센서를 조립하는데 어려움이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1470160호
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 원형의 홀에 전극을 형성하고 상기 홀에 삽입되는 원기둥 형태의 접지극을 형성하도록 하여 조립이 간단하고 센서의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 힘 센서를 제공함에 있다.
또한, 복수의 원형의 홀에 전극을 형성하고 상기 홀에 삽입되는 원기둥 형태의 접지극을 형성하도록 하여 조립이 간단하고 센서의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 다축 힘 및 토크 센서를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 외력에 의해 위치가 변화하는 접지된 도전체로서, 평판 형태의 평판 모듈 및 상기 평판 모듈의 하면에 원기둥 형태로 돌출 형성되는 삽입 모듈을 포함하는 그라운드부; 평판 형태의 기판으로, 상기 평판 모듈과 이격 형성되고, 상기 삽입 모듈이 이격 삽입될 수 있는 원형의 홀이 형성된 기판부; 상기 홀의 측면 및 상기 기판부 상면의 홀 가장자리에 형성되는 전극으로서, 전원을 인가 받아 상기 그라운드부와 함께 정전용량을 형성하는 전극부; 및 상기 정전용량 값을 이용하여 상기 그라운드부에 가해지는 수직 방향의 힘 또는 수평 방향의 힘을 구하는 힘측정부를 포함하는 힘 센서에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 홀의 측면 및 상기 기판부 상면의 홀 가장자리에 형성되는 전극은 일체로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 전극부는 상기 홀의 원주 방향을 따라 분리 형성될 수 있다.
여기서, 상기 전극부는 상기 홀의 원주 방향을 따라 두 개 이상으로 등분될 수 있다.
여기서, 상기 평판 모듈과 상기 기판부 사이의 이격 공간 및 상기 홀과 삽입 모듈 사이의 이격 공간에는 유전체가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 유전체는 폴리머, 공기, 물 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 세 개 이상의 힘 센서 및 상기 힘 센서에 작용하는 다축의 힘과 토크를 구하는 연산부를 포함하고, 상기 힘 센서는 전술한 힘 센서 중 어느 하나의 힘 센서로서, 상기 연산부는 상기 세 개 이상의 힘 센서에서 측정된 각각의 수직 방향의 힘 및 수평 방향의 힘을 이용하여 다축 힘과 다축 토크를 구하는 다축 힘 및 토크 센서에 의해 달성될 수가 있다.
여기서, 상기 세 개 이상의 힘 센서는 동일 평면상에 배치되되, 동일 원주 상에 동일한 간격으로 서로 이격되도록 배치될 수 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 외력에 의해 위치가 변화하는 접지된 도전체로서, 평판 형태의 평판 모듈 및 상기 평판 모듈의 하면에 세 개 이상으로 돌출 형성되는 원기둥 형태의 삽입 모듈을 포함하는 그라운드부; 평판 형태의 기판으로, 상기 평판 모듈과 이격 형성되고, 세 개 이상의 상기 삽입 모듈이 각각 이격 삽입될 수 있는 복수의 원형의 홀이 형성된 기판부; 복수의 상기 홀에 대하여, 상기 홀의 측면 및 상기 기판부의 상면의 홀 가장자리에 형성되는 전극으로서, 전원을 인가 받아 상기 그라운드부와 함께 정전용량을 형성하는 복수의 전극부; 상기 복수의 전극부 각각에 대하여, 상기 정전용량 값을 이용하여 상기 그라운드부에 가해지는 수직 방향의 힘 또는 수평 방향의 힘을 측정하는 힘측정부; 및 상기 힘측정부에서 측정된 수직 방향의 힘 및 수평 방향의 힘을 이용하여 상기 그라운드부에 가해지는 다축 힘과 다축 토크를 구하는 연산부를 포함하는 다축 힘 및 토크 센서에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 홀의 측면 및 상기 기판부 상면의 홀 가장자리에 형성되는 전극은 일체로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 전극부는 상기 홀의 원주 방향을 따라 분리 형성될 수 있다.
여기서, 상기 전극부는 상기 홀의 원주 방향을 따라 두 개 이상으로 등분될 수 있다.
여기서, 상기 평판 모듈과 상기 기판부 사이의 이격 공간 및 상기 홀과 삽입 모듈 사이의 이격 공간에는 유전체가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 유전체는 폴리머, 공기, 물 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
여기서, 상기 삽입 모듈 및 상기 홀은 동일 원주 상에 동일한 간격으로 서로 이격되도록 배치될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘 및 토크 센서에 따르면 기판상에 전극이 형성되는 원형의 홀에 이보다 작은 직경의 원기둥 형태의 접지극을 삽입하여 간극을 형성하므로 원의 크기와 중심만 맞추면 간극을 형성할 수가 있으므로 센서의 조립이 용이하다는 장점이 있다.
또한, 원형의 홀 측면에 형성되는 전극과 원기둥 형태의 접지극 사이는 곡면의 형태로 이격 배열되므로, 두 평판이 평면으로 이격 배열되는 경우와 비교하여 센싱 단면적을 증가시킬 수가 있어서, 센서의 민감도를 향상시킬 수 있다는 장점도 있다.
도 1은 종래에 수평의 힘(shear force)이 가해질 때 두 전극 사이의 거리 변화에 따른 정전용량 값을 측정하도록 한 구조를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 3은 도 2에서 기판부의 원형의 홀에 형성된 전극부를 확대하여 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 2의 힘 센서에 있어서 수직의 힘(normal force)이 가해질 때 그라운드부의 이동을 도시하는 단면도이다.
도 5는 도 2의 힘 센서에 있어서 수직의 힘(normal force)이 도 4와는 다른 위치에서 가해질 때 그라운드부의 이동을 도시하는 단면도이다.
도 6은 도 2의 힘 센서에 있어서 수평의 힘(shear force)가 가해질 때 그라운드부의 이동을 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 힘 및 토크 센서의 분리 사시도이다.
도 8은 도 7의 결합 사시도이다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘 및 토크 센서를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서의 구조를 도시하는 단면도이고, 도 3은 도 2에서 기판부의 원형의 홀에 형성된 전극부를 확대하여 도시하는 사시도이고, 도 4는 도 2의 힘 센서에 있어서 수직의 힘(normal force)이 가해질 때 그라운드부의 이동을 도시하는 단면도이고, 도 5는 도 2의 힘 센서에 있어서 수직의 힘(normal force)이 도 4와는 다른 위치에서 가해질 때 그라운드부의 이동을 도시하는 단면도이고, 도 6은 도 2의 힘 센서에 있어서 수평의 힘(shear force)가 가해질 때 그라운드부의 이동을 도시하는 단면도이다.
도 2에 도시되어 있는 것과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 힘 센서(100)는 수직 방향의 힘(normal force)와 수평 방향의 힘(shear force)을 측정하기 위한 센서로, 그라운드부(110), 기판부(120), 전극부(130) 및 힘측정부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
그라운드부(110)는 외력을 전달받으면 그에 따라 위치가 변화한다. 도시되어 있지 않지만 그라운드부(110)의 저면에 복수 개의 스프링과 같은 탄성체를 형성하도록 하여 상면에 힘이 가해졌을 때 그라운드부(110)는 그 위치가 이동할 수가 있으며, 외력이 제거되었을 때 탄성력에 의해 다시 그 위치가 복귀될 수 있도록 구성될 수가 있다.
그라운드부(110)는 접지된 도전체로 구성되어, 후술하는 전극부(130) 및 그라운드부(110)와 전극부(130) 사이에 형성되는 유전체(140)에 의해 정전용량을 형성하게 된다.
그라운드부(110)는 도시되어 있는 것과 같이 평판 형태의 평판 모듈(112) 및 평판 모듈(112)의 하면에 원기둥 형태로 돌출 형성되는 삽입 모듈(114)로 구성될 수가 있다. 이때, 평판 모듈(112)은 후술하는 기판부(120)와 소정 간격 이격된 상태로 수평 배치되며, 삽입 모듈(114)은 기판부(120)에 형성되는 홀(122)의 측면에 이격되도록 삽입 배치된다.
기판부(120)는 평판 형태의 기판으로 예를 들어 PCB(PRINTED CIRCUIT BOARD)로 구성될 수가 있다. 기판부(120)는 도 2에 도시되어 있는 것과 같이 그라운드부(110)의 평판 모듈(112)과 소정 간격 이격되도록 평행하게 배치된다. 평판 모듈(112)의 상면으로부터 수직 아래 방향으로 힘이 가해지면 평판 모듈(112)과 기판부(120) 사이의 거리가 변화될 수가 있으며, 이때 외력이 가해지더라도 기판부(120)와 평판 모듈(112) 사이는 접촉하지 않도록 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 기판부(120)에는 원형의 홀(122)이 형성되는데, 상기 홀(122)에는 전술한 그라운드부(110)의 삽입 모듈(114)이 삽입된다. 이때, 홀(122)의 측면과 삽입 모듈(114)의 외측면은 서로 이격되도록 배치되어 그라운드부(110)에 수평 방향으로 힘이 가해지면 홀(122)의 측면과 삽입 모듈(114) 사이의 거리가 변화될 수가 있으며, 이때 외력이 가해지더라도 홀(122)의 측면과 삽입 모듈(114) 사이는 접촉하지 않도록 배치하는 것이 바람직하다.
이때, 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 홀(122)의 측면 및 기판부(120) 상면의 홀(122) 가장자리에는 일체로 형성되는 전극부(130)가 형성될 수가 있다. 즉, PCB 기판에 부품을 삽입하지 않고 상층과 하층 사이의 층간을 접속하기 위한 도금 도통홀을 비아홀(Via_Hole)이라고 하는데, 비아홀의 형태로 기판부(120)에 전극부(130)가 형성될 수가 있다. 도 2의 도면에서는 기판부(120)의 하면 상에도 전극이 형성되어 전극부(130) 전체의 단면의 형태가 'ㄷ'자 형태를 가지고 있으나, 기판부(120)의 하면에는 전극이 반드시 형성될 필요는 없다.
설명의 편이를 위해서 홀(122)의 측면에 형성되는 전극부(130)를 측면 전극부(131), 기판부(120)의 상면의 홀(122) 가장자리에 형성되는 전극부(130)를 상면 전극부(132)라고 하며 후술하기로 한다. 전술한 바와 같이 측면 전극부(131)와 상면 전극부(132)는 전기적으로 분리되지 않고 일체로 형성될 수 있다. 전극부(130)에 전원이 인가되면, 인접하게 형성되는 측면 전극부(131)와 삽입 모듈(114) 사이에 정전용량을 형성하게 되고 상면 전극부(132)와 평판 모듈(112) 사이에 정전용량을 형성하게 된다.
이때, 전극부(130)는 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 홀(122)의 원주 방향을 따라 제 1 전극부(130a)와 제 2 전극부(130b)로 분리 형성될 수 있으며, 바람직하게는 이등분될 수가 있다. 본 실시예에서는 두 개로 분리되어 있는 것을 중심으로 설명을 하나 이에 한정되지 않고 더 많은 개수로 등분되어 분리될 수도 있다.
이와 같이, 제 1 전극부(130a)와 제 2 전극부(130b)는 물리적 및 전기적으로 분리되며, 제 1 전극부(130a)와 제 2 전극부(130b)에 대하여 각각 정전용량을 측정하게 되고, 제 1 전극부(130a) 및 제 2 전극부(130b)에서 측정되는 정전용량의 값을 이용하여 그라운드부(110)에 가해지는 수직 방향의 힘 및 수평 방향의 힘을 측정한다.
평판 모듈(112)과 기판부(120) 사이의 이격 공간 및 홀(122)과 삽입 모듈(114) 사이의 이격 공간에는 유전체(140)가 형성될 수가 있는데, 상기 유전체(140)로는 폴리머, 공기, 물 중 어느 하나가 형성될 수가 있고, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
힘측정부(미도시)는 기판부(120)에 형성되는 연산 장치로서, 그라운드부(110)에 외력이 가해질 때 전극부(130)와 그라운드부(110) 사이에 형성되는 정전용량의 값을 이용하여 그라운드부(110)에 가해지는 수직 힘 또는 수평 힘을 구한다. 바람직하게는 제 1 전극부(130a)에 가해지는 정전용량 값 및 제 2 전극부(130b)에 가해지는 정전용량 값을 각각 구하여 이로부터 그라운드부(110)에 가해지는 수직 힘 또는 수평 힘을 연산한다.
유전체(140)를 사이에 두는 두 전극(110, 130) 사이의 정전용량 값은 두 전극(110, 130) 사이의 거리에 반비례한다. 도 4에 도시되어 있는 것과 같이 수직 방향의 힘에 의해 그라운드부(110)가 아래로 이동을 하게 되면 상면 전극부(132)와 평판 모듈(112) 사이의 거리가 감소하여 정전용량 값이 증가하게 된다.
이때, 도 4에서와 같이 그라운드부(110)의 중앙에 힘이 가해져 평판 모듈(112)이 수평을 유지한 상태에서 아래로 이동하는 경우에는, 제 1 전극부(130a) 및 제 2 전극부(130b)에서 각각 평판 모듈(112)과의 거리(d1N, d2N)가 같으므로 측정되는 정전용량 값은 모두 같다.
하지만, 도 5에 도시되어 있는 것과 같이 그라운드부(110)의 중앙이 아닌 편심된 일측에 수직 방향의 힘이 가해지는 경우, 제 1 전극부(130a)와 제 2 전극부(130b)에서 상면 전극부(132) 각각은 평판 모듈(112)과의 거리(d1N, d2N)가 상호 달라지게 되어 제 1 전극부(130a)와 제 2 전극부(130b)에서의 정전용량 값이 각각 달라지게 된다. 이와 같이 제 1 전극부(130a)와 제 2 전극부(130b)에서의 정전용량 값의 변화를 함께 이용하여 힘측정부는 그라운드부(110)에 가해지는 수직 방향의 힘을 구할 수가 있다.
또한, 도 6에서와 같이 그라운드부(110)에 수평 방향의 힘이 가해져 그라운드부(110)가 수평으로 이동(도면 상에는 좌에서 우로)하는 경우에는 측면 전극부(131)와 삽입 모듈(114) 사이의 거리가 변화하여 정전용량 값이 변화하게 된다. 보다 자세히는, 제 1 전극부(130a)의 측면 전극부(131)와 삽입 모듈(114) 사이는 거리(d1s)가 멀어져서 정전용량 값이 작아지게 되고, 제 2 전극부(130b)의 측면 전극부(131)와 삽입 모듈(114) 사이는 거리(d2s)가 가까워져서 정전용량 값이 커지게 된다. 이와 같이, 힘측정부는 제 1 전극부(130a)와 제 2 전극부(130b)에서 변화하는 정전용량의 값을 이용하여 그라운드부(110)에 가해지는 수평 방향의 힘을 구할 수가 있다.
본 발명에 따른 힘 센서(100)는 기판부(120)에 형성된 원형의 홀(122) 크기보다 약간 작은 크기의 원기둥 형태의 삽입 모듈(114)이 삽입되어 홀(122)의 측면과 삽입 모듈(114) 사이에 간극이 형성되므로, 홀(122)과 삽입 모듈(114)의 중심 위치를 맞추면 수평 방향의 힘 측정을 위한 두 전극을 배치시킬 수가 있으므로, 가공이 편하고 가공오차가 적으며 조립이 쉬워지는 장점이 있다.
나아가, 홀(122)의 측면에 형성되는 측면 전극부(131)와 원기둥 형태의 삽입 모듈(114) 사이는 곡면의 형태로 이격 형성되므로 평면의 형태로 두 전극이 배치되는 경우와 비교하여 센싱 단면적을 증가시킬 수가 있으므로, 센서의 민감도를 더욱 향상시킬 수가 있다.
이하, 도 7 내지 도 8을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 힘 및 토크 센서에 관하여 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 힘 및 토크 센서의 분리 사시도이고, 도 8은 도 7의 결합 사시도이다.
도 2 내지 도 6을 참조로 전술한 힘 센서(100)를 이용하여 힘 센서(100)에 가해지는 수직 방향의 힘 및 수평 방향의 힘을 구할 수가 있다. 이때, 본 발명에 따른 다축 힘 및 토크 센서(200)는 상기 힘 센서(100)를 세 개 이상 구비하고, 각각의 힘 센서(100)를 서로 다른 방위각을 갖도록 결합시켜 구성될 수가 있다. 이때, 복수의 힘 센서(100)를 배치시키는 데 있어서 서로 다양한 방위각을 형성하도록 배치시킬 수도 있지만, 복수의 힘 센서(100)를 동일 평면상에 배치하되 동일 원주상에 동일한 간격으로 서로 이격되도록 배치함으로써 다양한 방향에서 가해지는 힘과 토크가 각 센서에 균등하게 분배되도록 하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 다축의 힘 및 토크라고 하면 직교 좌표계에서의 직교하는 세 축의 방향으로 작용하는 힘(Fx, Fy, Fz) 및 토크(Tx, Ty, Tz)를 의미한다.
연산 장치인 연산부(미도시)는 힘측정부에서 각 힘 센서에 대하여 측정한 수직 방향의 힘 및 수평 방향의 힘을 이용하여 다축 힘과 다축 토크를 구한다. 이때, 각각의 힘 센서에서 측정된 값을 수학적 식에 따라 연산을 하여 다축 힘과 다축 토크를 구할 수 있다. 또는, 다양한 크기와 방향에 가해지는 힘과 토크에 따라서 각 힘 센서에 형성되는 정전용량의 값이 변화하게 되므로, 이와 같이 다양한 크기와 방향에 따라서 변화되는 정전용량 값을 미리 테이블에 저장하여 이를 비교하여 다축 힘 및 토크를 구할 수도 있다.
도 7 및 도 8에는 세 개의 힘 센서 구조를 이용한 다축 힘 및 토크 센서(200)를 도시하고 있다.
기판부(120)에는 세 개의 원형의 홀(122)이 형성되며, 상기 홀(122)은 동일 원주 상에 120도의 간격으로 정삼각형의 꼭지점의 위치에 대응되는 곳에 각각 형성된다. 각각의 홀(122)에는 전술한 바와 같이 홀(122)의 기판부(120)의 상면의 홀(122) 가장자리에 측면 전극부(131)와 상면 전극부(132)가 일체로 형성되며, 나아가 제 1 전극부(130a)와 제 2 전극부(130b)로 홀(122)의 원주 방향으로 분리된 형태로 전극부(130)가 형성된다.
또한, 그라운드부(110)는 외력에 의해 위치가 변화하는 접지된 도전체로서, 평판 형태의 평판 모듈(112)과 평판 모듈(112)의 하면에 원기둥 형태로 돌출 형성된 세 개의 삽입 모듈(114)이 형성되며, 각각의 삽입 모듈(114)은 기판부(120)에 형성된 홀(122)에 이격 삽입된다.
이와 같이 도 2 내지 도 6을 참조로 설명한 힘 센서(100) 구조가 단일의 기판부(120)에 세 개 형성된 형태로 제작될 수가 있다.
그라운드부(110)에 외력이 가해질 때, 힘측정부는 각각의 힘 센서 구조에 대하여 정전용량 값을 이용하여 수직 방향의 힘 및 수평 방향의 힘을 측정하게 되고, 연산부는 힘측정부에서 측정된 수직 방향의 힘 및 수평 방향의 힘을 이용하여 그라운드부(110)의 중심에 가해지는 다축 힘과 다축 토크를 구할 수가 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 힘 센서
110: 그라운드부
112: 평판 모듈
114: 삽입 모듈
120: 기판부
122: 홀
130: 전극부
130a: 제 1 전극부
130b: 제 2 전극부
131: 측면 전극부
132: 상면 전극부
140: 유전체
200: 다축 힘 및 토크 센서

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  9. 외력에 의해 위치가 변화하는 접지된 도전체로서, 평판 형태의 단일의 평판 모듈 및 상기 평판 모듈의 하면에 세 개 이상으로 돌출 형성되는 원기둥 형태의 삽입 모듈을 포함하는 그라운드부;
    평판 형태의 단일의 기판으로, 상기 평판 모듈과 이격 형성되고, 세 개 이상의 상기 삽입 모듈이 각각 이격 삽입될 수 있는 복수의 원형의 홀이 형성된 기판부;
    복수의 상기 홀에 대하여, 상기 홀의 측면 및 상기 기판부의 상면의 홀 가장자리에 형성되는 전극으로서 비아홀의 형태로 일체로 형성되며, 전원을 인가 받아 상기 그라운드부와 함께 정전용량을 형성하는 복수의 전극부;
    상기 복수의 전극부 각각에 대하여, 상기 정전용량 값을 이용하여 상기 그라운드부에 가해지는 수직 방향의 힘 또는 수평 방향의 힘을 측정하는 힘측정부; 및
    상기 힘측정부에서 측정된 수직 방향의 힘 및 수평 방향의 힘을 이용하여 상기 그라운드부에 가해지는 다축 힘과 다축 토크를 구하는 연산부를 포함하는 다축 힘 및 토크 센서.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 전극부는 상기 홀의 원주 방향을 따라 분리 형성되는 다축 힘 및 토크 센서.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전극부는 상기 홀의 원주 방향을 따라 두 개 이상으로 등분되는 다축 힘 및 토크 센서.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 평판 모듈과 상기 기판부 사이의 이격 공간 및 상기 홀과 삽입 모듈 사이의 이격 공간에는 유전체가 형성되는 다축 힘 및 토크 센서.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 유전체는 폴리머, 공기, 물 중 적어도 어느 하나인 다축 힘 및 토크 센서.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 삽입 모듈 및 상기 홀은 동일 원주 상에 동일한 간격으로 서로 이격되도록 배치되는 다축 힘 및 토크 센서.
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