KR102683472B1 - Hybrid type Multi-modal sensor module that mimics a finger - Google Patents
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Abstract
본 발명은 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 손가락형 촉각센서 모듈로서, 신축성 재료로 구성되며 손가락 끝단부 표면 형태를 모사한 전방커버와, 상기 전방커버와 결합되는 후방커버; 상기 전방커버와 후방커버 사이에 위치되며 접촉되어 인가되는 힘에 대한 압력분포를 측정하는 압력센서부; 및 상기 압력센서부 후방에 위치되며, 인가되는 힘에 대한 3축힘을 측정하는 3축센서부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에 관한 것이다. The present invention relates to a finger-mimicking hybrid multimodal tactile sensor module, and more specifically, to a finger-type tactile sensor module, which includes a front cover made of elastic material and imitating the surface shape of the tip of the finger, and a device coupled to the front cover. rear cover; A pressure sensor unit located between the front cover and the rear cover and measuring the pressure distribution of the force applied by contact; and a 3-axis sensor unit located behind the pressure sensor unit and measuring a 3-axis force with respect to the applied force.
Description
본 발명은 물체를 파지 하기 위한 로봇 손에 부착되어 촉각을 감지하는 인간 손가락 모방형 촉각센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체 촉감 기관의 동작 원리와 피부의 기계적 감각 특성을 모사하여 다양한 양상의 촉감을 감지하는 촉각센서 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a human finger-mimicking tactile sensor that is attached to a robot hand for grasping an object and detects tactile sensation. More specifically, it relates to various aspects of tactile sensation by simulating the operating principle of the human tactile organ and the mechanical sensory characteristics of the skin. It relates to a tactile sensor module that detects.
로봇 제조 기술이 급격히 발전하고 있는데 반해 로봇을 활용할 수 있는 분야는 지극히 제한되어 있다. 그 이유는 인간이 지니고 있는 피부나 촉감을 감지할 수 있는 감각기관의 부재로 인해 정밀한 제어가 어렵기 때문이다. 인간은 피부 접촉에 대한 촉감(압력)을 감지할 수 있으며, 이러한 압력 감지 분포는 전 피부에 걸쳐 형성되어 있다. While robot manufacturing technology is rapidly developing, the areas where robots can be utilized are extremely limited. This is because precise control is difficult due to the absence of human skin or sensory organs that can sense touch. Humans can sense the touch (pressure) of skin contact, and this pressure sensing distribution is formed over the entire skin.
그러나 현재 개발되고 있는 로봇에 적용되는 촉감 감지 센서들은 측정 분포에 한계를 가지고 있어 인간의 손처럼 정교한 조작을 하는데에는 어려움이 많다.However, the tactile sensors applied to robots currently being developed have limitations in measurement distribution, making it difficult to perform precise operations like human hands.
뿐만 아니라, 종래의 촉각을 감지하는 장치는 압각, 온각, 미끄럼각 등 각각의 촉감을 따로 감지할 수 있었지 통합적으로 감지하지는 못하였으며 센싱 감도 및 센서의 내구성이 떨어진다는 문제가 있다.In addition, conventional tactile sensing devices can detect each tactile sensation such as pressure, heat, and sliding angle separately, but cannot detect them in an integrated manner, and there is a problem of poor sensing sensitivity and sensor durability.
따라서 로봇의 전 분야에 걸친 광범위한 활용을 위해서는 실제 인간 손가락을 모방하여 인체가 촉감을 감지하는 방식으로 다양한 감각을 정밀하게 센싱할 수 있는 촉각센서의 개발이 요구되고 있는 실정이다.Therefore, in order to widely utilize robots in all fields, there is a need to develop a tactile sensor that can precisely sense various senses in a way that the human body senses touch by imitating actual human fingers.
또한 사람의 촉각 감지 능력을 결정하는 기계적 감각 수용체는 대부분 손가락 끝부분에 분포하고 있다. 이 수용체들은 피부의 진피와 표피에 분포한다. 이러한 내용을 바탕으로 사람의 손가락과 비슷한 구조로 손가락 모듈을 개발하기 위해서는 하이브리드형 구조가 요구되고 있다. In addition, most of the mechanosensory receptors that determine a person's tactile sensing ability are distributed at the tips of the fingers. These receptors are distributed in the dermis and epidermis of the skin. Based on this, a hybrid structure is required to develop a finger module with a structure similar to that of a human finger.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 인간 손가락 구조를 모방한 촉각센서를 사용자에게 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention was devised to solve the above-described conventional problems, and according to an embodiment of the present invention, the purpose is to provide users with a tactile sensor that imitates the structure of a human finger.
본 발명의 실시예에 따르면, 인간의 피부와 같이 정밀한 압력 분포와 감촉, 그리고 튼튼한 내구성을 가지는 촉각센서를 사용자에게 제공하는데 그 목적이 있다.According to an embodiment of the present invention, the purpose is to provide users with a tactile sensor that has precise pressure distribution and texture, and strong durability, similar to human skin.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 개발된 촉각센서는 각 분야의 활용도에 맞게 만들어진 로봇에 한 몸처럼 장착이 가능하도록 손가락 모듈 형태로 사용자에게 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the purpose of the developed tactile sensor is to provide users in the form of a finger module so that it can be mounted as one body on a robot made to suit each field of use.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly apparent to those skilled in the art from the description below. It will be understandable.
본 발명의 제1목적은 손가락형 촉각센서 모듈로서, 신축성 재료로 구성되며 손가락 끝단부 표면 형태를 모사한 전방커버와, 상기 전방커버와 결합되는 후방커버; 상기 전방커버와 후방커버 사이에 위치되며 접촉되어 인가되는 힘에 대한 압력분포를 측정하는 압력센서부; 및 상기 압력센서부 후방에 위치되며, 인가되는 힘에 대한 3축힘을 측정하는 3축센서부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈로서 달성될 수 있다. The first object of the present invention is a finger-type tactile sensor module, which includes a front cover made of elastic material and simulating the surface shape of the tip of the finger, and a rear cover coupled to the front cover; A pressure sensor unit located between the front cover and the rear cover and measuring the pressure distribution of the force applied by contact; and a 3-axis sensor unit located behind the pressure sensor unit and measuring a 3-axis force for the applied force.
그리고 상기 전방커버 표면에는 지문모사 패턴이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the front cover may be characterized in that a fingerprint-mimicking pattern is formed on the surface.
또한 신축성 재료로 구성되며 전방면에 상기 압력센서부가 삽입되어지는 쿠션부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, it may be characterized by further comprising a cushion member made of an elastic material and into which the pressure sensor unit is inserted on the front surface.
그리고 상기 압력센서부는, 복수의 압력센서가 X축 방향으로 연결된 어레이 형태로 구성되는 X축 레이어부와, 복수의 압력센서가 Y축 방향으로 연결된 어레이 형태로 구성되는 Y축 레이어부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the pressure sensor unit includes an You can do this.
또한 상기 쿠션부재의 전방면에는 다수의 돌기부가 형성되어 격자 패턴의 삽입단이 마련되며, 상기 격자 패턴의 X방향 삽입단 각각에 상기 X축 레이어부가 삽입 고정되고, Y방향 삽입단 각각에 상기 Y축 레이어부가 삽입 고정되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, a plurality of protrusions are formed on the front surface of the cushion member to provide insertion ends of the grid pattern, the X-axis layer portion is inserted and fixed to each of the The axis layer portion may be inserted and fixed.
그리고 상기 3축 센서부는, 홀이 형성된 프레임; 서로 소정각도 원주방향으로 이격되어 상기 홀에 구비된 브릿지; 및 상기 브릿지와 상기 프레임간의 연결단 각각에 구비되는 힘센서;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And the 3-axis sensor unit includes a frame in which a hole is formed; Bridges provided in the hole and spaced apart from each other in the circumferential direction at a predetermined angle; and a force sensor provided at each connection end between the bridge and the frame.
또한 상기 브릿지는 격자 형태를 이루며, 상기 격자 형태 중심단에 전방으로 돌출된 돌출단이 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the bridge may be in the form of a lattice, and may be characterized in that a protruding end protruding forward is provided at the central end of the lattice form.
그리고 상기 돌출단 일측에 구비되어 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. It may further include a temperature sensor provided on one side of the protruding end to measure temperature.
또한 상기 압력센서부에서 측정된 압력값을 기반으로 터치 위치, 크기, 압력분포를 분석하는 신호처리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, it may further include a signal processing unit that analyzes the touch location, size, and pressure distribution based on the pressure value measured by the pressure sensor unit.
그리고 상기 신호처리부는 상기 3축 센서부의 연결단 각각에 설치된 복수의 힘센서에서 측정된 값과의 상호관계를 기반으로 3축 힘방향과 크기를 측정하고, 이를 기반으로 미끄러짐, 진동에 대한 촉감을 분석하고, 상기 온도센서에서 측정된 온도값을 기반으로 온열감을 분석하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the signal processing unit measures the direction and magnitude of the 3-axis force based on the correlation with the values measured by a plurality of force sensors installed at each connection end of the 3-axis sensor unit, and provides tactile sensations for slipping and vibration based on this. It may be characterized by analyzing the thermal sensation based on the temperature value measured by the temperature sensor.
또한 상기 전방커버와 상기 후방커버 하단에 연결되는 링크부재를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, it may further include a link member connected to the bottom of the front cover and the rear cover.
본 발명의 실시예에 따른 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈 및 그 제조방법에 따르면, 인간 손가락 구조를 모방한 촉각센서를 사용자에게 제공할 수 있는 효과를 갖는다. According to the finger-mimicking hybrid multimodal tactile sensor module and its manufacturing method according to an embodiment of the present invention, it is possible to provide users with a tactile sensor that imitates the structure of a human finger.
본 발명의 실시예에 따른 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈 및 그 제조방법에 따르면, 인간의 피부와 같이 정밀한 압력 분포와 감촉, 그리고 튼튼한 내구성을 가지는 촉각센서를 사용자에게 제공할 수 있는 효과를 갖는다. According to the finger-mimicking hybrid multimodal tactile sensor module and its manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the effect of providing the user with a tactile sensor with precise pressure distribution and texture and strong durability like human skin is achieved. have
또한, 본 발명의 실시예에 따른 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈 및 그 제조방법에 따르면, 개발된 촉각센서는 각 분야의 활용도에 맞게 만들어진 로봇에 한 몸처럼 장착이 가능하도록 손가락 모듈 형태로 사용자에게 제공할 수 있는 효과를 갖는다. In addition, according to the finger-mimicking hybrid multimodal tactile sensor module and its manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the developed tactile sensor is in the form of a finger module so that it can be mounted as one body on a robot made for use in each field. It has effects that can be provided to users.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the effects that can be obtained from the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈의 분해 사시도,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈의 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈의 구성부품 사진,
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 압력센서 X축 레이어, 압력센서 Y축 레이어,
도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 1축 압력센서부 사진,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3축 힘센서부 프레임 평면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 3축 힘센서부 사진,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈의 조립과정 사진
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실험예에 따른 3축 힘센서부의 특성평가,
도 9a는 본 발명의 실험예에 따른 압력 분해능 특성평가
도 9b는 본 발명의 실험예에 따른 압력센서부의 측정범위 특성평가,
도 10a는 본 발명의 실험예에 따른 방향성(미끄러짐)측정결과
도 10b는 본 발명의 실험예에 따른 진동특성측정 결과,
도 11은 본 발명의 실험예에 따른 압력특성 측정결과,
도 12는 본 발명의 실험예에 따른 온도 특성측정결과를 나타낸 것이다. The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention and serve to further understand the technical idea of the present invention along with the detailed description of the invention, so the present invention is limited only to the matters described in such drawings. It should not be interpreted as such.
1 is an exploded perspective view of a finger-mimicking hybrid multimodal tactile sensor module according to an embodiment of the present invention;
2A to 2C are perspective views of a finger-mimicking hybrid multimodal tactile sensor module according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a photograph of the components of a finger-mimicking hybrid multimodal tactile sensor module according to an embodiment of the present invention;
Figure 4a shows a pressure sensor X-axis layer, a pressure sensor Y-axis layer, according to an embodiment of the present invention.
Figure 4b is a photograph of a uniaxial pressure sensor manufactured according to an embodiment of the present invention;
Figure 5 is a plan view of a three-axis force sensor frame according to an embodiment of the present invention;
Figure 6 is a photograph of a 3-axis force sensor unit manufactured according to an embodiment of the present invention;
Figure 7 is a photograph of the assembly process of the finger-mimicking hybrid multimodal tactile sensor module according to an embodiment of the present invention.
Figures 8a to 8c show characteristic evaluation of the three-axis force sensor unit according to an experimental example of the present invention;
Figure 9a shows pressure resolution characteristic evaluation according to an experimental example of the present invention.
Figure 9b is an evaluation of the measurement range characteristics of the pressure sensor unit according to an experimental example of the present invention;
Figure 10a shows the directional (slip) measurement results according to an experimental example of the present invention.
Figure 10b shows the results of vibration characteristics measurement according to an experimental example of the present invention,
11 shows pressure characteristic measurement results according to an experimental example of the present invention,
Figure 12 shows the temperature characteristic measurement results according to an experimental example of the present invention.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it may be formed directly on the other element or that a third element may be interposed between them. Also, in the drawings, the thickness of components is exaggerated for effective explanation of technical content.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described herein will be explained with reference to cross-sectional views and/or plan views, which are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content. Therefore, the shape of the illustration may be changed depending on manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in form produced according to the manufacturing process. For example, an area shown as a right angle may be rounded or have a shape with a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have properties, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate a specific shape of the region of the device and are not intended to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first and second are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, 'comprises' and/or 'comprising' does not exclude the presence or addition of one or more other elements.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.In describing specific embodiments below, various specific details have been written to explain the invention in more detail and to aid understanding. However, a reader with sufficient knowledge in the field to understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific details. In some cases, it is mentioned in advance that when describing the invention, parts that are commonly known but are not significantly related to the invention are not described in order to prevent confusion without any reason in explaining the invention.
이하에서는 본 발명의 실시예, 제작예에 따른 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈의 구성, 기능 및 조립방법 등에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the configuration, function, and assembly method of the finger-mimicking hybrid multi-modal tactile sensor module according to the embodiment and production example of the present invention will be described.
먼저, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈의 분해 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈의 사시도를 도시한 것이다. 또한 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈의 구성부품 사진을 도시한 것이다. First, Figure 1 shows an exploded perspective view of a finger-mimicking hybrid multimodal tactile sensor module according to an embodiment of the present invention. 2A to 2C show a perspective view of a finger-mimicking hybrid multimodal tactile sensor module according to an embodiment of the present invention. Additionally, Figure 3 shows a photograph of the components of a finger-mimicking hybrid multimodal tactile sensor module according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈(100)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 전체적으로 전방커버(10), 후방커버(60), 1축 압력센서부(20), 쿠션부재(30), 3축 센서부(40), 신호처리부(50), 링크부재(70) 등을 포함함을 알 수 있다. As shown in Figures 1 to 3, the finger-mimicking hybrid multimodal tactile sensor module 100 according to an embodiment of the present invention includes a front cover 10, a rear cover 60, and a uniaxial pressure sensor unit ( 20), it can be seen that it includes a cushion member 30, a 3-axis sensor unit 40, a signal processing unit 50, a link member 70, etc.
실리콘 재질의 전방커버(10)와 1축 압력센서부(20)는 센서보호와 압력측정 기능을 수행하며 표피 역할을 하도록 구성된다. 또한 3축 센서부(40)는 후에 설명되는 바와 같이, 미끄러짐, 진동, 온도 등 3축 힘 측정을 위한 것이며, 진피 역할을 하도록 구성된다. 또한 신호처리부(회로보드)(50)와 후방커버(60)는 신호처리 및 센서 보호 기능을 하며, 손톱 역할을 수행하고, 링크부재(70)는 뼈대 및 관절 역할을 하도록 구성된다. The front cover (10) made of silicone and the uniaxial pressure sensor unit (20) perform sensor protection and pressure measurement functions and are configured to serve as a skin. In addition, as will be explained later, the 3-axis sensor unit 40 is for measuring 3-axis forces such as slip, vibration, and temperature, and is configured to serve as the dermis. In addition, the signal processing unit (circuit board) 50 and the rear cover 60 perform signal processing and sensor protection functions and serve as nails, and the link member 70 is configured to serve as a skeleton and joints.
먼저, 전방커버(10)는 신축성 재료로 구성되며 손가락 끝단부 표면 형태를 모사하도록 구성된다. 구체적 실시예에서 전방커버(10)는 실리콘 재질로 구성되며, 전방커버(10) 표면에는 지문모사 패턴(11)이 형성되어 진다. 그리고 후방커버(60)는 전방커버(10)와 결합되게 되며 후방커버(60)와 전방커버(10) 사이에 1축 압력센서부(20)와, 쿠션부재(30), 3축 센서부(40), 신호처리부(50)가 내장되어 설치되게 된다. First, the front cover 10 is made of elastic material and is configured to mimic the surface shape of the fingertip. In a specific embodiment, the front cover 10 is made of a silicone material, and a fingerprint simulation pattern 11 is formed on the surface of the front cover 10. And the rear cover 60 is combined with the front cover 10, and between the rear cover 60 and the front cover 10, a 1-axis pressure sensor unit 20, a cushion member 30, and a 3-axis sensor unit ( 40), the signal processing unit 50 is installed built-in.
압력센서부(20)는 전방커버(10)와 후방커버(60) 사이에 위치되며, 접촉되어 인가되는 힘에 대한 압력분포를 측정하도록 구성된다. 그리고 신축성 재료로 구성된 쿠션부재(30, 고무몰드)의 전방면에 압력센서부(20)가 삽입되어지도록 구성된다. The pressure sensor unit 20 is located between the front cover 10 and the rear cover 60 and is configured to measure the pressure distribution of the force applied by contact. And the pressure sensor unit 20 is configured to be inserted into the front surface of the cushion member 30 (rubber mold) made of elastic material.
사람은 피부 접촉에 대한 촉감(압력)을 감지할 수 있으며, 압력 감지 분포는 모든 피부에 걸쳐 형성되어 있다. 그러나 종래 로봇에 적용되는 촉감(압력) 감지 센서들은 측정 분포에 한계를 가지고 있어 사람의 손처럼 정교한 조작을 하는데 어려움이 많다. Humans can sense the touch (pressure) of skin contact, and pressure sensing distribution is formed across all skin. However, tactile (pressure) detection sensors applied to conventional robots have limitations in measurement distribution, making it difficult to operate as precisely as a human hand.
따라서 실제 사람 손과 같은 정교한 역할을 할 수 있는 로봇을 개발하기 위해서는 손가락 전체에 대한 촉감(압력) 감지가 가능하여야 한다. 이를 위해 본 발명의 실시예에서는 사람 손가락 한마디 정도되는 크기(약 2 cm x 3 cm)의 고무 몰드에 64개의 고성능 압력센서들을 몰드 전 범위에 걸쳐 집적시키기 위한 설계를 하였다. Therefore, in order to develop a robot that can play a sophisticated role like a real human hand, it must be able to detect tactile sensation (pressure) for the entire finger. To this end, in an embodiment of the present invention, a design was designed to integrate 64 high-performance pressure sensors throughout the entire mold into a rubber mold about the size of a human finger (about 2 cm x 3 cm).
손가락 형태의 3차원 곡률 부분에 평면형 FPCB 센서를 부착시키기 위해서는 FPCB의 자유도가 어느 정도 필요하다. 이를 구현하기 위해 압력센서부(20)를 X축 레이어부(가로형)(21)와 Y축 레이어부(세로형)(22)로 따로 설계하였다. In order to attach a planar FPCB sensor to a finger-shaped 3D curvature, a certain degree of freedom of the FPCB is required. To implement this, the pressure sensor unit 20 was designed separately into an X-axis layer unit (horizontal type) (21) and a Y-axis layer unit (vertical type) (22).
이러한 X축 레이어부(21)는 다수의 압력센서셀(23)이 가로방향으로 전극(24)에 의해 연결되어 X축 어레이 형태를 가진다. 또한 Y축 레이어부(22)는 다수의 압력센서셀(23)이 가로방향으로 전극(24)에 의해 연결되어 Y축 어레이 형태를 가진다. This X-axis layer portion 21 has a plurality of pressure sensor cells 23 connected by electrodes 24 in the horizontal direction to form an X-axis array. In addition, the Y-axis layer portion 22 has a Y-axis array form in which a plurality of pressure sensor cells 23 are connected by electrodes 24 in the horizontal direction.
각 레이어부(21, 22)에 전기신호를 잘 전달하기 위해 실버 잉크를 베이스로 입혔고, 각 셀 부분에 전도성 물질인 카본잉크를 도포 하였다. 실버 잉크는 카본잉크를 금속 전극에 잘 접착시키기 위한 매개체이며 실질적인 센서의 특성은 압저항 기반 카본잉크에 의해 구현된다. 후에 실험예에서 설명되는 바와 같이, 가로형과 세로형 레이어부(21, 22)를 위치에 맞게 포갠 후 카본잉크가 도포된 셀 부분에 압력을 가해 센서의 특성을 확인하였다. In order to transmit electrical signals well, each layer part (21, 22) was coated with silver ink as a base, and carbon ink, a conductive material, was applied to each cell part. Silver ink is a medium for adhering carbon ink to metal electrodes, and the actual sensor characteristics are realized by piezoresistance-based carbon ink. As explained later in the experimental example, the horizontal and vertical layer parts 21 and 22 were stacked in the correct position, and then pressure was applied to the cell portion where carbon ink was applied to confirm the characteristics of the sensor.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 압력센서 X축 레이어부와, 압력센서 Y축 레이어부를 도시한 것이다 ,그리고 도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 1축 압력센서부 사진을 나타낸 것이다. Figure 4a shows a pressure sensor .
또한 쿠션부재(30)의 전방면에는 다수의 돌기부(31)가 형성되어 격자 패턴(32)의 삽입단이 마련되도록 구성된다. 그리고 이러한 격자 패턴(32)의 X방향 삽입단 각각에 X축 레이어부(21)가 삽입 고정되고, 격자패턴(32)의 Y방향 삽입단 각각에 상기 Y축 레이어부(22)가 삽입 고정되도록 구성된다. In addition, a plurality of protrusions 31 are formed on the front surface of the cushion member 30 to provide insertion ends for the grid pattern 32. And the X-axis layer portion 21 is inserted and fixed into each of the It is composed.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 상기 3축 센서부(41)는, 홀(42)이 형성된 프레임(41)과, 서로 소정각도 원주방향으로 이격되어 홀(42)에 구비된 브릿지(43)와, 브릿지(43)와 프레임(41)간의 연결단 각각에 구비되는 힘센서(47)를 포함하여 구성될 수 있다. And the three-axis sensor unit 41 according to an embodiment of the present invention includes a frame 41 in which a hole 42 is formed, a bridge 43 provided in the hole 42 and spaced apart from each other in the circumferential direction at a predetermined angle, and , It may be configured to include a force sensor 47 provided at each connection end between the bridge 43 and the frame 41.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3축 힘센서부 프레임 평면도를 도시한 것이다. 그리고 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 3축 힘센서부 사진을 나타낸 것이다. Figure 5 shows a plan view of a three-axis force sensor frame according to an embodiment of the present invention. And Figure 6 shows a photograph of a three-axis force sensor unit manufactured according to an embodiment of the present invention.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 브릿지(43)는 격자 형태를 이루며, 격자 형태 중심단에 전방으로 돌출된 돌출단(44)이 구비됨을 알 수 있다. 그리고 돌출단(44) 일측에 구비되어 온도를 측정하는 온도센서(45)를 포함하여 구성된다. As shown in FIGS. 5 and 6, the bridge 43 has a lattice shape, and a protruding end 44 protruding forward is provided at the center end of the lattice shape. And it is configured to include a temperature sensor 45 that is provided on one side of the protruding end 44 and measures temperature.
사람의 피부는 압력 외에 물체의 미끄러짐, 진동, 온열감 등 다양한 촉감을 감지하는 능력을 가지고 있다. 이러한 사람 손가락을 모방하기 위한 센서를 제작하기 위해서는 3축 방향의 힘(수직력 z-force, 수평력 x and y directional force)을 감지할 수 있어야 한다. In addition to pressure, human skin has the ability to sense various tactile sensations, such as the sliding of an object, vibration, and warmth. In order to manufacture a sensor to imitate a human finger, it must be able to detect forces in three axes (vertical force z-force, horizontal force x and y directional force).
본 발명의 실시예에서는, 3축 힘을 감지하기 위해 사람 손가락 크기의 Multiple-bending beam 구조의 알루미늄 프레임(21 mm x 27.75 mm x 8.5 mm)(41) 기구부를 설계하였다.In an embodiment of the present invention, an aluminum frame (21 mm x 27.75 mm x 8.5 mm) (41) mechanism with a multiple-bending beam structure the size of a human finger was designed to detect three-axis force.
3축 힘 감지 특성을 구현하기 위해 4개의 bending beam으로 구성된 브릿지(43)에 상용 반도체 게이지를 센서(힘센서(47))의 감지부로 활용하였고, 매우 작은 크기의 반도체 게이지의 도선 작업을 원활하게 하기 위해 전용 FPCB(46)를 제작하여 하였다. In order to implement 3-axis force sensing characteristics, a commercial semiconductor gauge was used as a sensing part of the sensor (force sensor 47) in the bridge 43, which is composed of 4 bending beams, and the conductor work of very small sized semiconductor gauges was smoothed. To do this, a dedicated FPCB (46) was manufactured.
브릿지(43)의 중앙에 작은 구멍을 뚫어 온도센서(45)를 부착할 수 있게 활용 하였고, 소형 써미스터를 이용하여 물체의 온열감을 감지할 수 있도록 하였다. A small hole was drilled in the center of the bridge (43) to attach a temperature sensor (45), and a small thermistor was used to detect the warmth of an object.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈의 조립과정 사진을 나타낸 것이다. Figure 7 shows a photograph of the assembly process of a finger-mimicking hybrid multimodal tactile sensor module according to an embodiment of the present invention.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 손가락 모듈은 표피 역할을 하는 전방커버(10), 압력센서부(20), 쿠션부재(30) 부분과 진피 역할을 하는 3축 센서부(40) 부분, 그리고 손톱 역할을 하는 신호처리부(50)와 후방커버(60) 부분으로 구성된다. As mentioned above, the hybrid finger module according to an embodiment of the present invention includes a front cover 10, a pressure sensor unit 20, a cushion member 30 that serves as the epidermis, and a 3-axis sensor unit that serves as the dermis. It consists of a part (40), a signal processing part (50) that acts as a nail, and a rear cover (60) part.
표피 부분은 지문패턴이 형성된 최외곽 앞 덮개인 전방커버(10)와 그 바로 후방 압력 측정이 가능한 64개 어레이를 가진 1축 압력센서부(20)로 구성되어 있으며 64개의 압력센서가 손가락 한마디 전체를 고르게 측정할 수 있도록 설계되었다. 이때 2 레이어부(X축 레이어부(21), Y축 레이어부(22))로 구성된 전극이 각각의 위치에 정확하게 분포될 수 있도록 1축 압력센서부(20)의 쿠션부재(30)에 격자패턴(32)을 형성하였고, 1축 센서 최상층에 금속 퍽을 부착하여 외부 힘이 압력센서에 집중될 수 있도록 설계하였다. The epidermal part is composed of the front cover (10), which is the outermost front cover with a fingerprint pattern, and a uniaxial pressure sensor unit (20) with 64 arrays capable of measuring pressure immediately behind it, and 64 pressure sensors measure the entire finger. It is designed to measure evenly. At this time, a grid is provided on the cushion member 30 of the single-axis pressure sensor unit 20 so that the electrodes composed of two layers (X-axis layer unit 21 and Y-axis layer unit 22) can be accurately distributed at each location. A pattern (32) was formed, and a metal puck was attached to the top layer of the 1-axis sensor so that external force could be concentrated on the pressure sensor.
진피 부분은 물체의 다양한 특성(미끄러짐, 진동, 온열감)을 감지할 수 있는 3축 센서부(40)로 설계되었다. The dermal part is designed with a 3-axis sensor unit 40 that can detect various characteristics of the object (slip, vibration, and warmth).
또한 손톱 부분은 하이브리드 센서의 신호처리를 위한 신호처리부(50)와 그 신호처리 보드를 보호하는 후방커버(60)로 구성된다. 또한 신호처리부(50)에 커넥터를 연결하여 전원 케이블이 쉽게 탈부착될 수 있도록 설계하였다. Additionally, the nail portion consists of a signal processing unit 50 for signal processing of the hybrid sensor and a rear cover 60 that protects the signal processing board. In addition, the power cable was designed to be easily attached and detached by connecting a connector to the signal processing unit 50.
그리고 신호처리부(50)는 압력센서부(20)에서 측정된 압력값을 기반으로 터치 위치, 크기, 압력분포를 분석하게 된다. 또한 신호처리부(50)는 3축 센서부(40)의 연결단 각각에 설치된 복수의 힘센서(47)에서 측정된 값과의 상호관계를 기반으로 3축 힘방향과 크기를 측정하고, 이를 기반으로 미끄러짐, 진동에 대한 촉감을 분석하며, 온도센서(45)에서 측정된 온도값을 기반으로 온열감을 분석하도록 구성된다. And the signal processing unit 50 analyzes the touch location, size, and pressure distribution based on the pressure value measured by the pressure sensor unit 20. In addition, the signal processing unit 50 measures the direction and magnitude of the three-axis force based on the correlation with the values measured by the plurality of force sensors 47 installed at each connection end of the three-axis sensor unit 40, and based on this It analyzes the tactile sensation of slipping and vibration, and is configured to analyze the thermal sensation based on the temperature value measured by the temperature sensor 45.
이하에서는 앞서 언급한 본 발명의 실시예에 따른 제작된 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈에 대한 실험예, 특성평가 결과에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, experimental examples and characteristic evaluation results for the finger-mimicking hybrid multimodal tactile sensor module manufactured according to the above-mentioned embodiment of the present invention will be described.
먼저, 본 발명의 실험예에서는 3축 힘 센서의 특성을 평가하였다. First, in an experimental example of the present invention, the characteristics of a three-axis force sensor were evaluated.
3축 힘 센서의 사양은 다음과 같다.The specifications of the 3-axis force sensor are as follows.
측정범위: Fz < 10 N, Fx·Fy < 5 NMeasuring range: Fz < 10 N, Fx·Fy < 5 N
반복도 오차: 1 % 이하Repeatability error: less than 1%
히스테리시스 오차: 1 % 이하Hysteresis error: less than 1%
비선형성 오차: 1.5 % 이하Nonlinearity error: less than 1.5%
제작된 촉각센서의 3축 힘 특성 평가는 ISO 376 국제 표준 교정 절차에 따라 한국표준과학연구원의 20 N 실하중 힘표준기 (불확도: 0.05 % 이내)를 이용하여 진행하였고 그 결과에 대한 시험성적서를 발급받았다. The evaluation of the 3-axis force characteristics of the manufactured tactile sensor was conducted using a 20 N live load force standard (uncertainty: within 0.05%) of the Korea Research Institute of Standards and Science according to the ISO 376 international standard calibration procedure, and a test report was issued for the results. received.
센서의 수직 힘 감지 특성을 위해 10 N의 힘을 5단계(2·4·6·8·10 N)로 나누어 하중을 증가/감소시키며 3번을 반복 측정하였고 그 결과 반복도 오차 1 % 이하, 히스테리시스 오차: 1 % 이하, 비선형성 오차 1.5 % 이하의 높은 성능 결과를 확인할 수 있었다. For the vertical force detection characteristics of the sensor, a force of 10 N was divided into 5 levels (2, 4, 6, 8, 10 N) and the load was increased/decreased and the measurement was repeated 3 times. As a result, the repeatability error was less than 1%, High performance results were confirmed with hysteresis error: less than 1% and nonlinearity error less than 1.5%.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실험예에 따른 3축 힘센서부의 특성평가를 나타낸 것이다.Figures 8a to 8c show characteristic evaluation of the three-axis force sensor unit according to an experimental example of the present invention.
또한 센서에 일정한 힘을 한 방향으로만(X축 또는 Y축) 가해주면서 측정한 결과 X축과 Y축 힘이 서로 간의 간섭없이 측정 가능함으로써 이상적인 3축 센서의 특성을 나타냄을 알 수 있다. In addition, as a result of measuring while applying a constant force to the sensor in only one direction (X-axis or Y-axis), it can be seen that the X-axis and Y-axis forces can be measured without interference with each other, showing the characteristics of an ideal 3-axis sensor.
그리고 본 발명의 실험예에서는 압력센서부의 특성을 평가하였다.And in an experimental example of the present invention, the characteristics of the pressure sensor unit were evaluated.
압력센서부의 사양은 다음과 같다. The specifications of the pressure sensor part are as follows.
압력 분해능: 0.66 kPa (≒ 0.21 gf)Pressure resolution: 0.66 kPa (≒ 0.21 gf)
감지압력 범위: 0 ~ 150 kPa (접촉면적: Φ2 mm, ≒ 0 ~ 50 gf)Sensing pressure range: 0 ~ 150 kPa (contact area: Φ2 mm, ≒ 0 ~ 50 gf)
손가락 한마디 정도의 면적(2 cm x 3 cm)에 64개 어레이 형성64 arrays formed in an area the size of a finger (2 cm x 3 cm)
손가락 형태의 3차원 곡률에 부착가능한 구조A structure that can be attached to a finger-shaped 3D curvature
한국표준과학연구원에서 직접 제작한 센서 특성 평가 장치를 이용하여 압력센서의 특성을 평가하였고, 국가 공인 시험 기관인 주식회사 피디케이에서 시험 성적서를 발급받았다. The characteristics of the pressure sensor were evaluated using a sensor characteristic evaluation device manufactured by the Korea Research Institute of Standards and Science, and a test report was issued by PDK Co., Ltd., a nationally recognized testing agency.
도 9a는 본 발명의 실험예에 따른 압력 분해능 특성평가, 도 9b는 본 발명의 실험예에 따른 압력센서부의 측정범위 특성평가를 나타낸 것이다. Figure 9a shows pressure resolution characteristic evaluation according to an experimental example of the present invention, and Figure 9b shows measurement range characteristic evaluation of the pressure sensor unit according to an experimental example of the present invention.
거리 미세조절기와 디지털 멀티미터를 이용하여 센서의 저항값과 저울의 지시값을 3번 반복 측정한 결과 압력센서의 최소 감지 압력은 0.66 kPa (≒ 0.21 gf)로 측정되었다. As a result of repeatedly measuring the sensor's resistance value and the scale's indication value three times using a fine distance controller and a digital multimeter, the minimum detection pressure of the pressure sensor was measured to be 0.66 kPa (≒ 0.21 gf).
거리 미세조절기에 부착된 지름 2 mm 정도의 metal tip을 이용하여 압력센서에 10·20·30·40·50 gf의 힘을 3회 반복 측정하여 센서의 저항 출력값을 확인한 결과 0 ~ 150 kPa (≒ 0 ~ 50 gf)의 감지 압력 범위를 확인하였다. Using a metal tip with a diameter of about 2 mm attached to a fine distance controller, a force of 10, 20, 30, 40, and 50 gf was repeatedly measured three times on the pressure sensor, and the resistance output value of the sensor was confirmed to be 0 ~ 15 kPa (≒ The detection pressure range of 0 to 50 gf) was confirmed.
다음으로, 하이브리드형 손가락 모듈의 멀티모달 특성을 평가하였다. Next, the multimodal characteristics of the hybrid finger module were evaluated.
1) 방향성(미끄러짐)1) Directionality (slip)
2) 진동 특성2) Vibration characteristics
3) 압력 특성3) Pressure characteristics
4) 온도 특성4) Temperature characteristics
도 10a는 본 발명의 실험예에 따른 방향성(미끄러짐) 측정결과를 나타낸 것이고, 도 10b는 본 발명의 실험예에 따른 진동특성측정 결과, 도 11은 본 발명의 실험예에 따른 압력특성 측정결과, 도 12는 본 발명의 실험예에 따른 온도 특성측정결과를 나타낸 것이다. Figure 10a shows the directionality (slip) measurement results according to an experimental example of the present invention, Figure 10b shows the vibration characteristic measurement results according to an experimental example of the present invention, Figure 11 shows the pressure characteristic measurement results according to an experimental example of the present invention, Figure 12 shows the temperature characteristic measurement results according to an experimental example of the present invention.
하이브리드형 손가락 모듈에 손가락을 접촉한 상태에서 동·서·남·북으로 방향을 바꾸어 주며 측정한 결과, 힘의 세기와 방향성(미끄러짐)이 일치함을 나타내었다. As a result of measuring while changing the direction to east, west, south, and north while the finger was in contact with the hybrid finger module, the strength and direction (slip) of the force were consistent.
또한 센서에 주기적인 진동이 가해졌을 때 나타나는 그래프 특성을 통해, 다양한 물체의 진동 특성을 구별할 수 있는 가능성을 확인하였다. Additionally, the possibility of distinguishing the vibration characteristics of various objects was confirmed through the graph characteristics that appear when periodic vibration is applied to the sensor.
그리고 손가락 모듈 내에 분포하고 있는 64개 어레이 압력센서의 성능을 평가하였고 그 결과 손가락 모듈 전 부분에 걸쳐 압력 측정이 가능함을 확인하였다. Additionally, the performance of 64 array pressure sensors distributed within the finger module was evaluated, and as a result, it was confirmed that pressure measurement was possible throughout the entire finger module.
마지막으로 온도센서의 특성 평가를 시행한 결과, 높은 온도의 금속(90 ℃)을 손가락 모듈에 갖다 대었을 때 온도 값이 급격하게 증가하였고 상온에 있는 금속을 갖다 대었을 때는 온도 값이 감소하였다. 촉각센서 내부의 온도는 전원이 공급되면 서서히 올라가 상온보다 3~8℃ 정도 높게 평형상태를 유지하기 때문에 열전도도가 높은 상온의 금속을 접촉하면 온도가 내려가게 된다. 그리고 이를 바탕으로 다양한 물체의 온열감 측정이 가능함을 확인하였다. Finally, as a result of evaluating the characteristics of the temperature sensor, when a high temperature metal (90 ℃) was touched to the finger module, the temperature value increased rapidly, and when a metal at room temperature was touched, the temperature value decreased. The temperature inside the tactile sensor gradually rises when power is supplied and maintains an equilibrium state of 3 to 8°C higher than room temperature, so when it comes in contact with a room temperature metal with high thermal conductivity, the temperature drops. Based on this, it was confirmed that it was possible to measure the thermal sensation of various objects.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.In addition, the apparatus and method described above are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but all or part of each embodiment can be selectively combined so that various modifications can be made. It may be composed.
10:전방커버
11:지문모사 패턴
20:압력센서부
21:X축 레이어부
22:Y축 레이어부
23:압력센서 셀
24:전극
30:쿠션부재
31:돌기부
32:격자패턴 삽입단
40:3축 센서부
41:프레임
42:홀
43:브릿지부
44:돌출단
45:온도센서
46:FPCB
50:신호처리부
60:후방커버
70:링크부재
100:손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈10: Front cover
11:Fingerprint imitation pattern
20: Pressure sensor unit
21:X-axis layer part
22: Y-axis layer part
23: Pressure sensor cell
24:electrode
30: Cushion member
31:Protrusion
32: Grid pattern insertion edge
40:3-axis sensor unit
41:Frame
42:Hole
43: Bridge part
44: Protruding end
45: Temperature sensor
46:FPCB
50: Signal processing unit
60: Rear cover
70: Link absence
100: Finger imitation hybrid multimodal tactile sensor module
Claims (13)
신축성 재료로 구성되며 손가락 끝단부 표면 형태를 모사한 전방커버와, 상기 전방커버와 결합되는 후방커버; 상기 전방커버와 후방커버 사이에 위치되며 접촉되어 인가되는 힘에 대한 압력분포를 측정하는 압력센서부; 및 상기 압력센서부 후방에 위치되며, 인가되는 힘에 대한 3축힘을 측정하는 3축센서부; 및 신축성 재료로 구성되며 전방면에 상기 압력센서부가 삽입되어지는 쿠션부재;를 포함하고,
상기 전방커버 표면에는 지문모사 패턴이 형성되며,
상기 압력센서부는, 복수의 압력센서가 X축 방향으로 연결된 어레이 형태로 구성되는 X축 레이어부와, 복수의 압력센서가 Y축 방향으로 연결된 어레이 형태로 구성되는 Y축 레이어부를 포함하고,
상기 쿠션부재의 전방면에는 다수의 돌기부가 형성되어 격자 패턴의 삽입단이 마련되며, 상기 격자 패턴의 X방향 삽입단 각각에 상기 X축 레이어부가 삽입 고정되고, Y방향 삽입단 각각에 상기 Y축 레이어부가 삽입 고정되며,
상기 3축 센서부는, 홀이 형성된 프레임와, 서로 소정각도 원주방향으로 이격되어 상기 홀에 구비된 브릿지와, 상기 브릿지와 상기 프레임간의 연결단 각각에 구비되는 힘센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈.
As a finger-type tactile sensor module,
A front cover made of elastic material and simulating the surface shape of the tip of a finger, and a rear cover coupled to the front cover; A pressure sensor unit located between the front cover and the rear cover and measuring the pressure distribution of the force applied by contact; and a 3-axis sensor unit located behind the pressure sensor unit and measuring a 3-axis force with respect to the applied force. And a cushion member made of elastic material and into which the pressure sensor unit is inserted on the front surface,
A fingerprint imitation pattern is formed on the front cover surface,
The pressure sensor unit includes an
A plurality of protrusions are formed on the front surface of the cushion member to provide insertion ends of the grid pattern, the X-axis layer portion is inserted and fixed to each of the The layer part is inserted and fixed,
The three-axis sensor unit includes a frame in which a hole is formed, a bridge provided in the hole at a predetermined angle in the circumferential direction, and a force sensor provided at each connection end between the bridge and the frame. Hybrid multimodal tactile sensor module.
상기 브릿지는 격자 형태를 이루며,
상기 격자 형태 중심단에 전방으로 돌출된 돌출단이 구비되는 것을 특징으로 하는 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈.
According to clause 1,
The bridge forms a lattice shape,
A finger-mimicking hybrid type multimodal tactile sensor module, characterized in that a protruding end protruding forward is provided at the central end of the grid shape.
상기 돌출단 일측에 구비되어 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈.
According to clause 7,
A finger-mimicking hybrid type multimodal tactile sensor module, characterized in that it further includes a temperature sensor provided on one side of the protruding end to measure temperature.
상기 압력센서부에서 측정된 압력값을 기반으로 터치 위치, 크기, 압력분포를 분석하는 신호처리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈.
According to clause 8,
A finger-mimicking hybrid multimodal tactile sensor module further comprising a signal processing unit that analyzes the touch location, size, and pressure distribution based on the pressure value measured by the pressure sensor unit.
상기 신호처리부는
상기 3축 센서부의 연결단 각각에 설치된 복수의 힘센서에서 측정된 값과의 상호관계를 기반으로 3축 힘방향과 크기를 측정하고, 이를 기반으로 미끄러짐, 진동에 대한 촉감을 분석하고,
상기 온도센서에서 측정된 온도값을 기반으로 온열감을 분석하는 것을 특징으로 하는 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈.
According to clause 9,
The signal processing unit
The three-axis force direction and magnitude are measured based on the correlation with the values measured by the plurality of force sensors installed at each connection end of the three-axis sensor unit, and based on this, the tactile sensations for slipping and vibration are analyzed,
A finger-mimicking hybrid multimodal tactile sensor module, characterized in that it analyzes a sense of warmth based on the temperature value measured by the temperature sensor.
상기 전방커버와 상기 후방커버 하단에 연결되는 링크부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈.
According to clause 10,
A finger-mimicking hybrid type multimodal tactile sensor module, further comprising a link member connected to the bottom of the front cover and the rear cover.
X축 레이어부와 Y축 레이어부 각각을 쿠션부재의 격자 패턴 삽입단에 삽입하여 고정설치하는 단계;
신호처리부와 3축 센서부를 조립하는 단계; 및
전방커버와 후방커버 사이에 상기 압력센서부가 고정된 쿠션부재와, 신호처리부가 조립된 3축 센서부를 위치시키고, 링크부재를 조립하여 상기 전방커버와 후방커버를 체결시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 손가락 모방 하이브리드형 멀티모달 촉각센서 모듈의 제작방법.
A method of manufacturing a multimodal tactile sensor module according to any one of claims 1 and 7 to 11,
Inserting and fixing each of the X-axis layer portion and the Y-axis layer portion into the grid pattern insertion end of the cushion member;
Assembling a signal processing unit and a 3-axis sensor unit; and
Positioning the cushion member to which the pressure sensor is fixed and the 3-axis sensor unit to which the signal processing unit is assembled between the front cover and the rear cover, and assembling the link member to fasten the front cover and the rear cover. Method of manufacturing a finger-mimicking hybrid multimodal tactile sensor module.
A robot, characterized in that the fingertip part of the robot hand is connected to the link member of the multimodal tactile sensor module according to any one of claims 1 and 7 to 11.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220077629A KR102683472B1 (en) | 2022-06-24 | Hybrid type Multi-modal sensor module that mimics a finger |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220077629A KR102683472B1 (en) | 2022-06-24 | Hybrid type Multi-modal sensor module that mimics a finger |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240000876A KR20240000876A (en) | 2024-01-03 |
| KR102683472B1 true KR102683472B1 (en) | 2024-07-10 |
Family
ID=
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006136983A (en) * | 2004-11-12 | 2006-06-01 | Sharp Corp | Detection method in distribution type tactile sensor for robot hand and robot hand |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006136983A (en) * | 2004-11-12 | 2006-06-01 | Sharp Corp | Detection method in distribution type tactile sensor for robot hand and robot hand |
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