KR20040098324A - 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서 - Google Patents

로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR20040098324A
KR20040098324A KR1020030030640A KR20030030640A KR20040098324A KR 20040098324 A KR20040098324 A KR 20040098324A KR 1020030030640 A KR1020030030640 A KR 1020030030640A KR 20030030640 A KR20030030640 A KR 20030030640A KR 20040098324 A KR20040098324 A KR 20040098324A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor
moment
force
center
block
Prior art date
Application number
KR1020030030640A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100471641B1 (ko
Inventor
김갑순
Original Assignee
대한민국 (경상대학교 총장)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대한민국 (경상대학교 총장) filed Critical 대한민국 (경상대학교 총장)
Priority to KR10-2003-0030640A priority Critical patent/KR100471641B1/ko
Publication of KR20040098324A publication Critical patent/KR20040098324A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100471641B1 publication Critical patent/KR100471641B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/14—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/1407—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs
    • G01L3/1428—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers
    • G01L3/1457—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers involving resistance strain gauges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/226—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping

Abstract

본 발명은 3개 방향의 힘(Fx, Fy, Fz)과 3개 방향의 모멘트(Mx, My, Mz)를 동시에 측정할 수 있는 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서에 관한 것으로, 중앙 상부중심블록을 중심으로 앞쪽으로 수평으로 사각홀이 있는 1개의 평행평판보와 1개의 상부힘/모멘트 전달블록과 뒤쪽으로 수평으로 사각홀이 있는 1개의 평행평판보와 1개의 상부힘/모멘트 전달블록이 일직선으로 결합되어 모멘트 Mz를 감지하는 상부감지센서와; 중앙 하부중심블록을 중심으로 좌측으로 수평으로 사각홀이 있고 서로 직각을 이루고 있는 2개의 평행평판보와 1개의 하부힘/모멘트전달블록과, 우측으로 수평으로 사각홀이 있고 서로 직각을 이루고 있는 2개의 평행평판보와 1개의 하부힘/모멘트 전달블록과 일직선으로 결합되어 힘 Fx, Fy와 모멘트 Mx, My를 감지하는 하부감지센서; 및 상부로는 중앙 상부중심블록과 하부로는 중앙 하부중심블록과 수직으로 사각홀이 있는 1개의 평행평판보를 일직선으로 결합하여 힘 Fz를 감지하는 중앙부감지센서를 구비하되; 상기 상부감지센서와 중앙부감지센서 및 하부감지센서를 한 몸체로 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 본 발명품에 따른 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서는 서로 독립되어 있는 상부감지센서와 중앙부감지센서 및 하부감지센서로 구분되어 있고, 설계변수가 두께, 폭, 길이 중앙 중심블록의 수직축으로부터 각 평행평판보의 끝지점까지의 거리 및 평판보사이의 거리로 매우 많은 변수를 가지고 있으므로 같은 정격변형률을 갖고 각각의 힘(Fx, Fy, Fz)과 각각의 모멘트(Mx, My, Mz)의 같거나 각각 다른 정격용량을 갖는 6축 힘/모멘트센서를 설계할 수 있고, 아울러 상호간섭오차가 이론해석과 유한요소해석결과 모두 0 인 우수한 센서로서 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서 뿐만 아니라, 산업용 6축 힘/모멘트 센서로 사용될 수 있다.

Description

로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서{6-axis force/moment for robot's gripper}
본 발명은 3개 방향의 힘(force)과 3개 방향의 모멘트(moment)를 동시에 측정할 수 있는 로봇 그리퍼용 6축 /모멘트 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 6축 힘/모멘트 센서의 각 센서(힘 Fx 센서, Fy 센서, Fz 센서, 모멘트 Mx 센서, My 센서, Mz 센서)의 모두 같은 정격출력을 갖고 정격용량(정격힘 및 모멘트)을 모두 같게(예를 들어, 힘 Fx=Fy=Fz=100 N, 모멘트 Mx=My=Mz=10 Nm) 혹은 모두 다르게( 예를 들어,힘 Fx=70 N, Fy=90 N, Fz=100 N, 모멘트 Mx=5 Nm, My=7 Nm, Mz=10 Nm) 설계할 수 있어 로봇 그리퍼가 작용하는 방향에 따라 힘 및 모멘트의 정격용량을 다르게 설계할 수 있는 구조를 가진 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서에 관한 것이다.
지금까지 인공지능 로봇의 그리퍼를 제작하는 힘센서는 한 방향 힘감지센서(로드셀)로서, 이것은 로봇의 그리퍼가 잡는 방향의 힘만 측정할 수 있는 것이다. 미지물체를 파괴하거나 떨어지지 않도록 안전하게 잡기 위해서는 물체의 잡는 방향의 힘과 물체의 무게를 측정할 수 있는 힘들을 측정해야 하고, 또한 물체가 그리퍼 내의 어느 위치에 있는지를 파악하기 위해서는 3방향의 모멘트를 측정해야 한다. 그러나 위에서 설명한 로봇의 그리퍼는 한 방향의 힘만 측정하므로 미지물체를 안전하게 잡을 수 없을 뿐만 아니라, 그리퍼 내에서 물체의 위치를 정확하게 파악할 수 없었다.
따라서 미지물체를 깨뜨리거나 떨어뜨리지 않도록 안전하게 잡고, 물체의 위치를 로봇 그리퍼 내에서의 위치를 파악하기 위해서는 로봇 그리퍼를 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서로 로봇의 그리퍼를 구성하여 제작해야 한다. 따라서 로봇 그리퍼는 물체를 잡는 방향의 힘과 물체의 무게를 측정할 수 있는 힘들 및 그리퍼 내에서 물체의 위치를 파악하기 위한 모멘트들의 정격용량이 각각 다르기 때문에 같은 정격출력을 갖고 다른 정격용량을 갖는 6축 힘/모멘트 센서로 구성되어야 한다.
즉 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서의 구조는 같은 정격출력을 갖고 다양한 정격용량을 갖는 6축 힘/모멘트 센서로 설계되어야 한다.
한편, 종래에도 다양한 구조의 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서들이 제안되었는바, 그중 도 4(a)와 같은 일본특허 제3,044,233호에 나타난 6분력 로드셀은 힘 Fz과 모멘트 Mx, My를 감지하는 상부 감지센서와, 힘 Fx, Fy와 모멘트 Mz를 감지하는 하부 감지센서로 구성되어 있다. 상부 감지센서 및 하부 감지센서 모두 감지부의 폭(b), 두께(t), 길이(l)의 크기를 조절하여 각 센서를 설계하기 때문에 힘 Fx 센서, Fy 센서, Fz 센서 혹은 모멘트 Mx 센서, My 센서, Mz 센서의 정격용량을 모두 같도록 설계 혹은 원하는 정격용량으로 6축 힘/모멘트 센서로 설계할 수 없기 때문에 도 4(a)에 나타낸 6축 로드셀은 로봇 그리퍼용 센서로 부적합하였다.
또한 종래 상기 일본특허 제3,044,233호는 도 4(b)에 도시된 바와 같이 다수의 스트레인게이지가 부착되어 있는 수평방향으로 사각 수평관통홀이 있는 평행평판 4개가 상부 힘/모멘트 전달블록(101)을 중심으로 십자형으로 결합하여 힘 Fz와 모멘트 Mx, My를 감지하는 상부센서(100), 다수의 스트레인게이지가 부착되어 있는 수직방향으로 사각 수평관통홀이 있는 평행평판 4개가 하부 힘/모멘트 전달블록(102)을 중심으로 십자형으로 결합하여 모멘트 Mz를 감지하는 하부센서(103), 상부센서(100)와 하부센서(103)를 연결하며 다수의 스트레인게이지가 부착되어 있는 4개의 수직보로 힘 Fx와 Fy를 감지하는 중간부센서(104)로 구성되어 있는데, 이와 같은 종래 센서는 상부센서와 하부센서를 고정하는 수직보의 크기가 작으면 스트레인게이지를 부착할 수 없을 뿐만 아니라, 힘 Fx 센서와 Fy 센서의 강성도가 매우 작아져 동적인 상태에서의 힘 및 모멘트 측정이 불가능해 진다. 그리고, 이와 같은 구조의 특성상 힘 Fx 센서와 Fy 센서의 정격용량을 100 N이하로는 설계할 수 없다.
따라서 상기와 같은 종래 6축 힘/모멘트 감지센서는 3개의 힘센서의 용량 및 3개의 모멘트센서의 용량을 모두 다르게 설계할 수 없는 단점을 가지고 있다.
한편, 도 5로 제안된 종래 미국특허 제4,763,531호의 6축 힘/모멘트센서는 도면에 도시된 바와 같이 외부링(112)(112')과 허브(111)(111')의 사이에 스트레인게이지가 부착된 4개의 빔(114~117)(114'∼117')을 각각 90˚ 간격으로 연결하여 상부센서(110)와 하부센서(110')를 형성하고, 이 상부센서(110)와 하부센서(110')를 보울트로 연결하여 다분력 로드셀로 구성되었다.
이와 같은 종래 로드셀은 상부센서(110)와 하부센서(110')가 서로 분리되어 있음에 따라 가공이 용이하다는 장점을 가지고 있으나, 각각의 힘과 모멘트를 측정하기 위한 감지부가 사각형의 빔(114~117)(114'∼117')으로 형성되어 있음에 따라 힘 Fx 센서, Fy 센서, Fz 센서 혹은, 모멘트 Mx 센서, My 센서, Mz 센서의 정격용량을 모두 같도록 설계 혹은 원하는 정격용량으로 6축 힘/모멘트 센서를 설계할 수 없는 단점이 있었다.
도 6은 종래의 힘/모멘트 감지센서의 또 다른 일 예를 나타낸 미국특허 5,889,214호로서, 도면에 도시된 것처럼, 십자형 빔(213, 213', 213")과, 상기 빔(213, 213')의 끝점을 연결하는 상부링(210)과, 상기 빔(213, 213")의 끝점을 연결하는 하부링(220)으로 구성되어 있다. 이와 같은 로드셀은 힘 Fx 센서와 모멘트 Mz 센서의 감지부, 힘 Fy 센서와 모멘트 Mz 센서의 감지부, 힘 Fz 센서와 모멘트 Mx 센서의 감지부와 My 센서의 감지부가 각각 공유하므로 힘/모멘트의 비를 10:1(3개의 힘센서의 정격용량을 100 N, 3개의 모멘트센서의 용량을 10 Nm)부터 20:1까지로 설계 가능하지만, 3개의 힘센서의 용량 및 3개의 모멘트센서의 용량을 모두 다르게 설계할 수 없다. 그리고 힘 Fx 가 가해질 때 My 감지센서로부터 출력되는 상호간섭오차와 힘 Fy가 가해질 때 Mx 감지센서로부터 출력되는 상호간섭오차가 5~10%로, 이같이 상호간섭오차가 매우 큼에 따라 힘 Fx, Fy, Fz과 모멘트 Mx, My, Mz의 정밀측정에 사용할 수 없다는 문제점이 있다.
따라서 상기와 같이 종래의 6축 힘/모멘트 센서들의 구조는 같은 정격출력을 갖고 다양한 정격용량을 갖는 6축 힘/모멘트 센서를 설계할 수 없는 문제점을 가지고 있다. 예를 들면, 정격출력은 모두 0.5 mV/V이고, 힘 Fx 센서의 정격용량은 50 N, Fy 센서는 40 N, Fz 센서는 60 N, 모멘트 Mx 센서는 5 Nm, My 센서는 7 Nm, Mz 센서는 4 Nm인 6축 힘/모멘트 센서를 설계 및 제작할 수 없기 때문에, 상기 6축 힘/모멘트 센서들은 각 센서의 다양한 정격용량을 요구하는 로봇의 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서의 구조로 적당하지 않다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 같은 정격출력을 가지고 3개의 힘센서의 용량이 모두 같게 그리고 3개의 모멘트센서의 용량이 모두 같게 설계할 수 있을 뿐만 아니라, 3개의 힘센서 및 3개의 모멘트센서를 모두 다르게 설계할 수 있고, 상호간섭오차가 매우 작아 3개 방향의 힘과 3개 방향의 모멘트를 동시에 정확하게 측정할 수 있는 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서에 있어서, 수평방향으로 사각 수평관홀이 각각 형성되고 4개의 스트레인게이지가 부착된 2개의 평행평판보가 중앙의 상부중심블록을 중심으로 앞뒤 2개의 힘과 모멘트전달블록과 일직선으로 결합시켜 모멘트 Mz를 감지하는 상부감지센서와; 수평 및 수직방향으로 사각 수평관홀이 각각 형성되고 16개의 스트레인게이지가 부착된 4개의 평행평판보가 중앙의 하부중심블록을 중심으로 좌우 2개의 힘과 모멘트전달블록과 일직선으로 결합시켜 힘 Fx, Fy와 모멘트 Mx, My를 감지하는 하부감지센서및; 수평방향으로 사각 수평관홀이 형성되고 4개의 스트레인게이지가 부착된 1개의 평행평판보가 상부감지센서와 하부감지센서를 결합시켜 힘 Fz 를 감지하는 중앙부감지센서를 구성하되; 상기 상부감지센서, 중앙부감지센서 및 하부감지센서가 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서의 구성 사시도,
도 2는 도 1의 설계치수를 나타낸 구성 사시도,
도 3은 본 발명에 스트레인게이지들의 부착위치를 나타낸 구성도,
도 4 내지 도 6은 종래의 6축 힘/모멘트 센서의 실시예들을 나타낸 도면들이다.
-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-
1 : 상부감지센서, 2 : 하부감지센서,
3 : 중앙부 감지센서, 10a, 10b : 상부 힘/모멘트 전달블록,
11a, 11b : 하부 힘/모멘트 전달블록,
12 : 중앙 하부 중심블록,
13 : 중앙 상부 중심블록,
20a, 20b : 상부 힘/모멘트 전달블록의 고정홀,
21a, 21b : 하부 힘/모멘트 전달블록의 고정홀
30a, 30b : 힘 Fx 센서 및 모멘트 My 센서의 감지 평행평판보,
31a, 31b : 힘 Fy 센서 및 모멘트 Mx 센서의 감지 평행평판보,
32 : 힘 Fz 센서의 감지 평판보,
33a, 33b : 모멘트 Mz 센서의 감지 평행편판보,
S1~S24 : 스트레인게이지.
이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명은 6개 방향의 힘과 모멘트를 동시에 측정하는 6축 힘/모멘트 센서구조에 있어서, 중앙 상부중심블록(13)을 중심으로 앞쪽으로 1개의 평행평판보(33b)와 1개의 상부힘/모멘트전달블록(10a)과 뒤쪽으로 1개의 평행평판보(33a)와 1개의 상부힘/모멘트 전달블록(10b)이 일직선으로 결합되어 모멘트 Mz를 감지하는 상부감지센서(1)와; 중앙 하부중심블록(12)을 중심으로 좌측으로 2개의 평행평판보(30a, 30b)와 1개의 하부힘/모멘트전달블록(11a)과 우측으로 2개의 평행평평판보(31a, 31b)와 1개의 하부힘/모멘트전달블록(11b)이 일직선으로 결합되어 힘 FX, Fy와 모멘트 Mx, My를 감지하는 하부감지센서(2); 및 상부로는 중앙 상부중심블록(13)과 하부로는 중앙 하부중심블록(12) 사이에 1개의 평판보(32)를 매개로 일직선으로 결합하여 힘 Fz를 감지하는 중앙부감지센서를 구비하되; 상기 하부감지센서(1)와 중앙부감지센서(3) 및 하부감지센서(3)를 한 몸체로 구성되어 있다.
한편, 도 1은 발명에 따른 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서를 나타낸 도면으로, 중앙 상부중심블록(13)을 중심으로 앞쪽으로 1개의 평행평판보(33b)와 1개의 상부힘/모멘트전달블록(10a)과 뒤쪽으로 1개의 평행평판보(33a)와 1개의 상부힘/모멘트전달블록(10b)이 일직선으로 결합되어 모멘트 Mz를 감지하는 상부감지센서(1)를 형성하는데, 상기 평행평판보(33a, 33b)는 두개의 크기가 같은 평판보를 결합한 것으로 사각형을 수평방향으로 관통된 형상이고, 상기 중앙 하부중심블록(12)을 중심으로 좌측으로 2개의 평행평판보(30a, 31a)와 1개의 하부힘/모멘트전달블록(11a)과 우측으로 2개의 평행평판보(30b, 31b)와 1개의 하부힘/모멘트전달블록(11b)이 일직선으로 결합되어 힘 Fx, Fy와 모멘트 Mx, My를 감지하는 하부감지센서(2)를 형성하는데, 평행평판보(30a, 30b)는 두개의 크기가 같은 평판보를 결합한 것으로 사각형을 수평방향으로 관통된 형상이고 평행평판보(31a, 31b)는 두개의 크기가 같은 평판보를 결합한 것으로 사각형을 수직방향으로 관통된 형상으로 되어 있다.
그리고 상부로는 중앙 상부중심블록(13)과 하부로는 중앙 하부중심블록(12)과 1개의 평행평판보(32)를 일직선으로 결합하여 힘 Fz를 감지하는 중앙부감지센서 (3)를 형성하는데, 평행평판보(32)는 두개의 크기가 같은 평판보를 결합한 것으로 사각형을 수평방향으로 관통된 형상이고 평행평판보(31a, 31b)는 두개의 크기가 같은 평판보를 결합한 것으로 사각형을 수직방향으로 관통된 형상으로 되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서의 설계변수(치수)를 나타낸 도면으로, 하부감지센서(2)의 평행평판보 (30a)와 평행평판보(30b) 그리고 평행평판보(31a)와 평행평판보(31b)는 각각 2개의 같은 크기 평판보로 구성되고, 그것의 크기는 평행평판보(30a, 30b)가 설계변수인 평판보의 두께(t1), 폭(b1), 길이(l1), 중앙 하부중심블록(12)의 수직중심축으로부터 각 보의 끝점까지의 거리(d1), 두 평판보 사이의 거리 (d2)이고, 평행평판보 (31a, 31b)가 평판보의 두께 (t2), 폭(b2), 길이(l2), 중앙 하부중심블록(12)의 수직중심축으로부터 각 보의 끝점까지의 거리(d3), 두 평판보 사이의 거리(d4)이고;
중앙부감지센서(3)의 평행평판보(32)는 2개의 같은 크기 평판보로 구성되고, 그것의 크기는 설계변수인 평판보의 두께(t3), 폭(b3), 길이(l3) 중앙 하부중심블록(12)의 수직중심축으로부터 각 보의 끝점까지의 거리 (d5)이며;
상부감지센서(1)의 평행평판보(33a)와 평행평판보(33b)는 각각 2개의 같은 크기 평판보로 구성되고, 그것의 크기는 설계변수인 평판보의 두께(t4), 폭(b4), 길이(l4), 중앙 하부중심블록(12)의 수직중심축으로부터 각 보의 끝점까지의 거리 (d6), 두 평판보 사이의 거리 (d7)이다.
도 3은 스트레인게이지의 부착위치를 나타낸 도면으로, 힘 Fx를 감지하는 스트레인 게이지(S1~S4)와 모멘트 My를 감지하는 스트레인 게이지(S17~S20)는 평행평판보(30a, 30b)의 상하면에 각각 부착되고, 힘 Fy를 감지하는 스트레인게이지 (S5~S8)와 모멘트 Mx를 감지하는 스트레인 게이지(S13~S16)는 평행평판보(31a, 31b)의 앞뒷면에 각각 부착되며, 힘 Fz를 감지하는 스트레인게이지(S9~S12)는 평행평판보(32)의 좌우면에 각각 부착된다. 그리고 모멘트 Mz를 감지하는 스트레인 게이지(S21~S24)는 평행평판보(33a, 33b)의 상하면에 각각 부착된다. 또한 각각의 힘과 모멘트를 감지하는 4개씩의 스트레인게이지는 휘스톤브리지를 구성한다.
따라서 하부 힘/모멘트 전달블록(11a, 11b)을 고정홀(21a, 21b)을 이용하여 고정하고 상부 힘/모멘트 전달블록(10a, 10b)에 고정홀(20a, 20b)을 이용하여 외부 힘모멘트 블록과 고정하여 힘과 모멘트를 가하면 상부감지센서(1)를 구성하는 평행평판보(33a, 33b)와 중앙부감지센서를 구성하는 평행평판보(32) 및 하부감지센서(2)를 구성하는 평행평판보(30a, 30b, 31a, 31b)에 힘과 모멘트가 전달된다. 그러면 상부감지센서를 구성하는 평행평판보(33a, 33b)에 부착된 스트레인게이지 (S20~S24)와 중앙부감지센서를 구성하는 평행평판보(32)에 부착된 스트레인게이지 (S9~S12) 및 하부감지센서를 구성하는 평행평판보(30a, 30b, 31a, 31b)에 부착된 스트레인게이지 (S1~S8, S13~S20)로부터 가해지는 힘 및 모멘트에 상응하는 전압값이 출력된다.
상기와 같이 구성된 발명품에 따른 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서중 힘 Fx 및 모멘트 My를 감지하는 평행평판보(30a, 30b)의 크기를 나타내는 t1, b1, l1, d1, d2를 결정하는 식은 [식 1]과 [식 2]이며, 이것은 힘 Fx와 모멘트 My를 감지하기 위한 변형률을 계산하는 식이다. 힘 Fy 및 모멘트 Mx를 감지하는 평행평판보(31a, 31b)의 크기를 나타내는 t2, b2, l2, d3, d4를 결정하는 식은 평행평판보(30a, 30b)과 평행평판보(31a, 31b)이 중앙 하부중심블록(12)를 기준으로 좌우대칭이고 단지 평행편판보가 수평과 수직으로 놓인 것만 다르므로 [식 1]과 [식 2]을 사용할 수 있다. 즉 [식 1]과 [식 2]에 크기를 나타내는 t1, b1, l1, d1, d2를 t2, b2, l2, d3, d4로 대치하면 평행평판보(31a, 31b)의 크기 t2, b2, l2, d3, d4를 결정할 수 있다.
또한 모멘트 Mz를 감지하는 평행평판보(33a, 33b)의 크기를 나타내는 t4, b4, l4, d6, d7를 결정하는 식도 평행평판보(30a, 30b)을 90°회전시킨 것과 같으므로 [식 1]과 [식 2]을 사용할 수 있으며 [식 1]과 [식 2]에 크기를 나타내는 t1, b1, l1, d1, d2를 t4, b4, l4, d6, d7로 대치하면 평행평판보(33a, 33b)의 크기t4, b4, l4, d6, d7를 결정할 수 있다.
그리고 힘 Fz를 감지하는 평행평판보(32)의 크기를 나타내는 t3,b3,l3, d5를 결정하는 식은 [식 3]이며, 이것은 힘 Fz를 감지하기 위한 변형률을 계산하는 식이다.
[식 1]
[식 2]
여기서,
[식 3]
여기서,
따라서 위의 [식 1~3]를 이용하여, 상기(t1)(t2)(b1)(b2)(l1)(l2)(d1)(d2) (d3)(d4) 크기를 결정하여 하부감지센서의 평행평판보(30a, 30b)와 평행평판보 (31a, 31b)와 크기 (t3)(b3)(l3)(d5)를 결정하여 중앙부감지센서의 평행평판보(32)및 상기(t4)(b4)(l4)(d6)(d7) 크기를 결정하여 상부감지센서의 평행평판보(33a)와 평행평판보(33b)를 설계할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서는 서로 독립되어 있는 상부감지센서와 중앙부감지센서 및 하부감지센서로 구분되어 있고, 설계변수가 두께(t1~t4), 폭(b1~b4), 길이(l1~l4) 중앙 중심블록의 수직축으로부터 각 평행평판보의 끝지점까지의 거리(d1, d3, d6) 및 평판보사이의 거리(d2, d4, d5, d7)으로 매우 많은 변수를 가지고 있으므로 같은 정격변형률을 갖고 각각의 힘(Fx, Fy, Fz)와 각각의 모멘트(Mx, My, Mz)의 같은 용량을 갖거나, 혹은 각각 다른 정격용량을 갖는 6축 힘/모멘트 센서를 설계할 수 있고, 아울러 상호간섭오차가 이론해석과 유한요소해석결과 모두 0인 우수한 센서로서 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서 뿐만 아니라, 산업용 6축 힘/모멘트 센서로 다양하게 사용될 수 있는 잇점이 있다.

Claims (2)

  1. 6개 방향의 힘과 모멘트를 동시에 측정하는 6축 힘/모멘트 센서구조에 있어서,
    중앙 상부중심블록(13)을 중심으로 앞쪽으로 1개의 평행평판보(33b)와 1개의 상부힘/모멘트전달블록(10a)과 뒤쪽으로 1개의 평행평판보(33a)와 1개의 상부힘/모멘트 전달블록(10b)이 일직선으로 결합되어 모멘트 Mz를 감지하는 상부감지센서(1)와; 중앙 하부중심블록(12)을 중심으로 좌측으로 2개의 평행평판보(30a, 30b)와 1개의 하부힘/모멘트 전달블록(11a)과 우측으로 2개의 평행평판보(31a, 31b)와 1개의 하부힘/모멘트전달블록(11b)이 일직선으로 결합되어 힘 FX, Fy와 모멘트 Mx, My를 감지하는 하부감지센서(2)및; 상부로는 중앙 상부중심블록(13)과 하부로는 중앙 하부중심블록(12) 사이에 1개의 평판보(32)를 매개로 일직선으로 결합하여 힘 Fz를 감지하는 중앙부감지센서(3)를 구비하되; 상기 하부감지센서(1)와 중앙부감지센서(3) 및 하부감지센서(3)를 한 몸체로 구성된 것을 특징으로 하는 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 하부감지센서(2)의 하부 중앙블록을 중심으로 가까운 좌우 2개 평행평판보의 상면과 하면에 힘 Fx와 모멘트 My를 감지하는 각각 4개씩의 스트레인게이지와; 이 하부감지센서(2)의 하부 힘/모멘트 전달블록에 가까운 좌우 2개 평행평판보의 전면과 후면에 힘 Fy와 모멘트 Mx를 감지하는 각각 4개씩의 스트레인게이지와; 상기 중앙부감지센서(3)의 1개 평행평판보의 좌면과 우면에 힘 Fz를 감지하는 4개의 스트레인게이지 및; 상기 상부감지센서(1)의 상부 중앙블록을 중심으로 전후 2개 평행평판보의 상면과 하면에 모멘트 Mz를 감지하는 4개의 스트레인게이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서.
KR10-2003-0030640A 2003-05-14 2003-05-14 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서 KR100471641B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0030640A KR100471641B1 (ko) 2003-05-14 2003-05-14 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0030640A KR100471641B1 (ko) 2003-05-14 2003-05-14 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040098324A true KR20040098324A (ko) 2004-11-20
KR100471641B1 KR100471641B1 (ko) 2005-03-09

Family

ID=37376232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-0030640A KR100471641B1 (ko) 2003-05-14 2003-05-14 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100471641B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9513179B2 (en) 2014-01-20 2016-12-06 Good Vibrations Engineering Ltd. Force moment sensor

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100760123B1 (ko) * 2006-11-01 2007-09-18 경상대학교산학협력단 인간형 로봇의 발목 6축 힘/모멘트 센서

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9513179B2 (en) 2014-01-20 2016-12-06 Good Vibrations Engineering Ltd. Force moment sensor

Also Published As

Publication number Publication date
KR100471641B1 (ko) 2005-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liang et al. Design and fabrication of a six-dimensional wrist force/torque sensor based on E-type membranes compared to cross beams
KR100753755B1 (ko) 로봇팔목 6축 힘/모멘트 센서
KR100199691B1 (ko) 6분력 로드셀
EP0632884B1 (en) Six axis load cell
US20130239701A1 (en) Multi-axis loadcell
KR20000068544A (ko) 다축 로드 셀
KR102183179B1 (ko) 스트레인게이지 방식의 다축 힘토크센서
US4385527A (en) Aircraft weighing systems
CN108981987B (zh) 一种小维间耦合弹性梁六维力传感器
KR100347334B1 (ko) 고정밀 6축 힘/모멘트 감지센서
KR100471642B1 (ko) 소형 6축 힘/모멘트 센서
KR100471641B1 (ko) 로봇 그리퍼용 6축 힘/모멘트 센서
KR100760123B1 (ko) 인간형 로봇의 발목 6축 힘/모멘트 센서
Sun et al. Design and optimization of a novel six-axis force/torque sensor with good isotropy and high sensitivity
CN108760131A (zh) 一种用于汽车悬架试验台的六分力传感器及检测方法
CN209878197U (zh) 一种基于惠斯通四分之一电桥的六维力传感器
JPH0378637A (ja) 多分力・力検出器
RU2437070C2 (ru) Тензорезисторный датчик силы
KR101455307B1 (ko) 감지부 분리형 6축 로드셀
KR20070084805A (ko) 지능형 그리퍼용 3축 힘센서
CN107750329B (zh) 多轴测力传感器本体
CN213091126U (zh) 一种风洞半模天平
KR20070084803A (ko) 지능형 그리퍼용 소형 3축 힘센서
KR20080016995A (ko) 플랫폼 밸런스
KR102015784B1 (ko) 다축 로드 셀

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100202

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee