KR20070084805A - 3-axis force sensor for an intelligent gripper - Google Patents

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KR20070084805A
KR20070084805A KR1020060017022A KR20060017022A KR20070084805A KR 20070084805 A KR20070084805 A KR 20070084805A KR 1020060017022 A KR1020060017022 A KR 1020060017022A KR 20060017022 A KR20060017022 A KR 20060017022A KR 20070084805 A KR20070084805 A KR 20070084805A
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김갑순
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경상대학교산학협력단
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Abstract

A small 3-axis force sensor for an intelligent gripper is provided to be used as a small 6-axis force/moment sensor as an excellent sensor to have a zero mutual interference in both a theoretical analysis and a finite element analysis result. A small 3-axis force sensor in size and capacity for an intelligent gripper includes a plurality of cantilever plates(10a,10b,20a,20b,30), a force transmission block(40), a center body block(60), a first fixing block(90), a second fixing block(70), a screw hole(50) of the fixing block, and a pair of screw holes(80) of the force transmission block. A vertical sensing sensor is coupled to the force transmission block and the center body block at both ends of one of the cantilever plates to sense force Fz. Two of the cantilever plates have a rectangular through hole in a horizontal direction to detect force Fx. Two of the cantilever plates have a rectangular through hole in a vertical direction to sense force Fy. The horizontal sensing sensor coupled to the first fixing block at right side and to the second fixing block at left side is formed in a shape of "T".

Description

지능형 그리퍼용 3축 힘센서{3-axis force sensor for an intelligent gripper}3-axis force sensor for an intelligent gripper

도 1은 본 발명에 따른 지능형 그리퍼용 3축 힘센서의 구성을 나타낸 사시도,1 is a perspective view showing the configuration of a three-axis force sensor for an intelligent gripper according to the present invention,

도 2는 본 발명의 설계변수(치수)를 나타낸 도면,2 is a view showing a design variable (dimensions) of the present invention;

도 3은 본 발명에 스트레인게이지의 부착위치를 나타낸 도면,3 is a view showing the attachment position of the strain gauge in the present invention,

도 4 내지 도 7은 지능형 로봇의 그리퍼로 사용 가능한 종래 6축 힘/모멘트 센서(힘 Fx 센서, 힘 Fy 센서, 힘 Fz 센서, 모멘트 Mx 센서, 모멘트 My 센서, 모멘트 Mz 센서)의 실시 예들을 나타낸 도면들이다.4 to 7 illustrate embodiments of a conventional 6-axis force / moment sensor (force Fx sensor, force Fy sensor, force Fz sensor, moment Mx sensor, moment My sensor, moment Mz sensor) that can be used as a gripper of an intelligent robot. The drawings.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 --Explanation of symbols for the main parts of the drawings-

10a, 10b : 힘 Fx를 감지하는 Fx 감지센서(평행평판보), 10a, 10b: Fx sensor (parallel flat beam) to detect the force Fx,

20a, 20b : 힘 Fy를 감지하는 Fy 감지센서(평행평판보),20a, 20b: Fy sensor (parallel flat beam) to detect the force Fy,

30 : 힘 Fz를 감지하는 Fz 감지센서(평행평판보), 30: Fz sensor (parallel flat beam) to detect the force Fz,

40 : 힘전달블록,40: power transmission block,

50 : 힘전달블록의 나사홀50: screw hole of the force transmission block

60 : 중앙몸체블록60: center body block

70 : 고정블록170: fixed block 1

80 : 고정블록1의 나사홀80: screw hole of fixing block 1

90 : 고정블록290: fixed block 2

100 : 고정블록2의 나사홀100: screw hole of fixing block 2

S1~S12 : 스트레인게이지 S1 ~ S12: Strain Gage

본 발명은 3개방향의 힘(Fx, Fy, Fz)을 동시에 측정할 수 있고, 크기와 정격용량을 다양하게 설계할 수 있는, 즉 크기가 가로의 길이가 100 mm 이하, 세로의 길이가 30 mm 이하, 높이가 10 mm 이하이며, 최소 정격용량이 힘 Fx=Fy=Fz=10 N 이하인 지능형 그리퍼용 3축 힘센서에 관한 것으로, 특히 지능형 그리퍼용 3축 힘센서의 각 센서(힘 Fx 센서, Fy 센서, Fz 센서)의 모두 같은 정격출력을 갖고 정격용량(정격힘)를 모두 같게(힘 Fx=Fy=Fz=10 N) 혹은, 모두 다르게(힘 Fx=10 N, Fy=15 N, Fz=20 N) 설계할 수 있는 구조를 가진 지능형 그리퍼용 3축 힘센서에 관한 것이다. The present invention can measure the forces in three directions (Fx, Fy, Fz) at the same time, and can be designed in a variety of sizes and rated capacity, that is, the horizontal length is 100 mm or less, the vertical length is 30 It relates to a three-axis force sensor for intelligent grippers with a height of 10 mm or less and a height of 10 mm or less and a minimum rated capacity of force Fx = Fy = Fz = 10 N or less.In particular, each sensor of the three-axis force sensor for intelligent grippers (force Fx sensor , Fy sensor, Fz sensor) all have the same rated output and the rated capacity (rated force) are all equal (force Fx = Fy = Fz = 10 N) or all differently (force Fx = 10 N, Fy = 15 N, Fz = 20 N) Three-axis force sensor for intelligent gripper with a design that can be designed.

지금까지 지능형 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 한다. 그러나 위에서 설명한 로봇의 그리퍼는 한 방향의 힘만 측정하므로 미지물체를 안전하게 잡을 수 없었다.Until now, the force sensor that manufactures the gripper of an intelligent robot is a one-way force sensor (load cell), which can measure only the force in the direction of the gripper of the robot. In order to safely grasp the unknown object from falling or falling, it is necessary to measure the force in the direction in which the object is held and the force capable of measuring the weight of the object. However, the gripper of the robot described above only measured the force in one direction and could not grasp the unknown object safely.

따라서 미지물체를 손상시키거나 떨어뜨리지 않도록 안전하게 잡기 위해서는 지능형 그리퍼용 3축 힘센서로 지능형 로봇의 그리퍼를 구성하여 제작해야 한다. 따라서 지능형 로봇의 그리퍼는 물체를 잡는 방향의 힘과 물체의 무게를 측정할 수 있는 힘들의 정격용량이 각각 다르기 때문에 같은 정격출력을 갖고 다른 정격용량을 갖는 지능형 그리퍼용 3축 힘센서로 구성되어야 한다. Therefore, in order to safely grasp the unknown object from being damaged or dropped, the gripper of the intelligent robot should be composed and manufactured by the 3-axis force sensor for the intelligent gripper. Therefore, the gripper of the intelligent robot has to be composed of a three-axis force sensor for intelligent gripper having the same rated output and different rated capacity because the force in the direction of holding the object and the force capable of measuring the weight of the object are different.

즉 지능형 로봇의 그리퍼 구조는 같은 정격출력을 갖고 다양한 정격용량을 갖는 지능형 그리퍼용 3축 힘센서로 설계되어야 한다. That is, the gripper structure of the intelligent robot should be designed as a three-axis force sensor for intelligent gripper with the same rated power and different rated capacity.

한편, 종래에도 다양한 구조의 지능형 로봇의 그리퍼로 사용이 가능한 6축 힘/모멘트 센서들이 제안되었는바, 그중 도 4(a), (b)와 같은 대한민국 특허 제 0471642호에 나타난 6축 힘/모멘트센서는 3개 방향의 힘과 3개 방향의 모멘트를 동시에 측정하는 6축 힘/모멘트 센서구조에 있어서, 상부 힘/모멘트 전달블록(50)을 중심으로 전후 및 좌우에 각각 1개씩의 감지평판보(30a~30d)가 십자형으로 연결되어 있고 각 평행평판보 끝에는 상부 고정블록(60a~60d)이 각각 결합되어 힘 Fz, 모멘트 Mx, My를 감지하는 상부감지센서와; 하부 힘/모멘트 전달블록(70a) 중앙에 수직으로 2개의 감지평판보(40a, 40b)가 일직선으로 결합되고 그 끝에 중앙 고정블록(70b)이 결합되어 힘 Fx, Fy 및 모멘트 Mz를 감지하는 하부감지센서(20)로 이루어지되; 상기 상부감지센서(10)와 하부감지센서(20)가 분리되고 이것을 나사를 이용하여 고정하여 한 몸체로 구성되어 있다. 이 6축 힘/모멘트센서는 3개의 힘센서(힘 Fx 센서, 힘 Fy 센서, 힘 Fz 센서)와 3개의 모멘트 센서(모멘트 Mx 센서, 모멘트 My 센서, 모멘트 Mz 센서)로 구성되어 있어 지능형 로봇의 그리퍼 센서로 사용할 수 있으나, 미지물체를 안전하게 잡기 위해 필요한 3개의 힘센서(힘 Fx 센서, 힘 Fy 센서, 힘 Fz 센서)보다 3개의 모멘트 센서가 더 있으므로 가격이 2배 이상 높다는 단점을 가지고 있다. Meanwhile, a six-axis force / moment sensor has been proposed that can be used as a gripper for an intelligent robot having various structures. Among them, six-axis force / moment shown in Korean Patent No. 0471642 as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) has been proposed. The sensor is a six-axis force / moment sensor structure that simultaneously measures the force in three directions and the moment in three directions, one sensing plate beam at the front, rear, left, and right sides of the upper force / moment transfer block 50, respectively. 30a to 30d are cross-connected and the upper fixed block (60a ~ 60d) is coupled to each end of the parallel plate beam, the upper sensing sensor for detecting the force Fz, moment Mx, My; Two sensing flat beams 40a and 40b are vertically coupled to the center of the lower force / moment transfer block 70a, and the center fixed block 70b is coupled to the bottom to sense forces Fx, Fy and moment Mz. Consisting of a sensor 20; The upper detecting sensor 10 and the lower detecting sensor 20 are separated and fixed to each other using screws to form a body. This 6-axis force / moment sensor consists of three force sensors (force Fx sensor, force Fy sensor, force Fz sensor) and three moment sensors (moment Mx sensor, moment My sensor, moment Mz sensor). It can be used as a gripper sensor, but it has the disadvantage that the price is more than twice as high because there are three more moment sensors than the three force sensors (force Fx sensor, force Fy sensor, force Fz sensor) needed to safely hold the unknown object.

그중 도 5(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 5(a)에 나타낸 6축 로드셀은 로봇 그리퍼용 센서로 부적합하였다.Among them, the six-component load cell shown in Japanese Patent No. 3,044,233 as shown in FIG. 5 (a) is composed of an upper sensing sensor sensing force Fz, moment Mx and My, and a lower sensing sensor sensing force Fx, Fy and moment Mz. have. Both the upper and lower sensing sensors design each sensor by adjusting the width (b), thickness (t), and length (l) of the sensing unit, so the force Fx sensor, Fy sensor, Fz sensor, or moment Mx sensor, My The 6-axis load cell shown in FIG. 5 (a) was not suitable as a robot gripper sensor because the sensor and Mz sensor could not be designed to have the same rated capacity or designed as a 6-axis force / moment sensor at a desired rated capacity.

또한 종래 상기 일본특허 제3,044,233호는 도 5(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 스트레 인게이지를 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. In addition, Japanese Patent No. 3,044,233, as shown in FIG. 5 (b), shows four parallel flat plates having rectangular horizontal through-holes in a horizontal direction in which a plurality of strain gauges are attached to the upper force / moment transfer block 101. The upper sensor 100 that detects the force Fz and the moment Mx, My by combining crosswise to the center, and four parallel flat plates with a rectangular horizontal through-hole in the vertical direction to which a plurality of strain gauges are attached Four vertical beams force Fx and a plurality of strain gauges attached to the lower sensor 103, the upper sensor 100 and the lower sensor 103, which are coupled to each other in a cross shape to detect the moment Mz. The middle sensor 104 for detecting Fy, but such a conventional sensor can not be attached to the strain gauge if the size of the vertical beam fixing the upper sensor and the lower sensor is small. The stiffness of the force Fx sensor and Fy sensor is very small, making dynamic force and moment measurements impossible. In addition, the rated capacity of the force Fx sensor and Fy sensor cannot be designed to be 100 N or less due to the characteristics of such a structure.

따라서 상기와 같은 종래 6축 힘/모멘트 감지센서는 3개의 힘센서의 용량 및 3개의 모멘트센서의 용량을 모두 다르게 설계할 수 없는 단점을 가지고 있을 뿐만 아니라 미지물체를 안전하게 잡기 위해 필요한 3개의 힘센서(힘 Fx 센서, 힘 Fy 센서, 힘 Fz 센서)보다 3개의 모멘트 센서가 더 있으므로 가격이 2배 이상 높다는 단점을 가지고 있다. Therefore, the conventional 6-axis force / moment sensor as described above has the disadvantage that the capacity of the three force sensors and the capacity of the three moment sensors can not all be designed differently, but also the three force sensors required to safely grasp the unknown object. There are three more moment sensors than (force Fx sensor, force Fy sensor, force Fz sensor), so the price is more than twice as high.

한편, 도 6으로 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.On the other hand, the six-axis force / moment sensor of the conventional US Patent No. 4,763,531 proposed in Figure 6 has a strain gauge between the outer ring 112, 112 'and the hub 111, 111' as shown in the figure The four beams 114 to 117 (114 'to 117') are attached to each other at 90 ° intervals to form the upper sensor 110 and the lower sensor 110 ', and the upper sensor 110 and the lower sensor. The 110 'was connected to the bowl to form a multi-component load cell.

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 단점 뿐만 아니라 미지물체를 안전하게 잡기 위해 필요한 3개의 힘센서(힘 Fx 센서, 힘 Fy 센서, 힘 Fz 센서)보다 3개의 모멘트 센서가 더 있으므로 가격이 2배 이상 높다는 단점을 가지고 있다. Such a conventional load cell has an advantage that the upper sensor 110 and the lower sensor 110 'is easy to process as it is separated from each other, but the sensing unit for measuring the respective force and moment of the rectangular beam 114 ~ 117) (114 'to 117'), so that the rated capacity of the force Fx sensor, Fy sensor, Fz sensor, or moment Mx sensor, My sensor, and Mz sensor are all the same or 6 axes with the desired rated capacity. In addition to the disadvantages of not being able to design force / moment sensors, the price is more than doubled because there are three more moment sensors than the three force sensors (force Fx sensor, force Fy sensor, force Fz sensor) needed to safely grasp unknown objects. It has a disadvantage.

도 7은 종래의 힘/모멘트 감지센서의 또 다른 일예를 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. FIG. 7 is a U.S. Patent No. 5,889,214 showing another example of a conventional force / moment sensor, as shown in the figure, of the cross beams 213, 213 ', 213 "and the beams 213, 213'. It consists of an upper ring 210 connecting the end points, and a lower ring 220 connecting the end points of the beams (213, 213 "). These load cells share the sensing part of the force Fx sensor and the moment Mz sensor, the sensing part of the force Fy sensor and the moment Mz sensor, the sensing part of the force Fz sensor and the moment Mx sensor, and the sensing part of the My sensor, respectively. Can be designed from 10: 1 (the rated capacity of three force sensors to 100 N and the capacity of three moment sensors to 10 Nm) to 20: 1, but the capacity of three force sensors and the capacity of three moment sensors Not all can be designed differently. And when the force Fx is applied, the interference interference output from My sensor and the force Fy is applied, the interference interference output from Mx sensor is 5 ~ 10%. , Fz and moments Mx, My, Mz can not be used for precise measurement.

따라서 상기와 같이 종래의 6축 힘/모멘트 센서들의 구조는 같은 정격출력을 갖고 다양한 정격용량을 갖는 6축 힘/모멘트 센서를 설계할 수 없고 센서의 작은 크기와 적은 정격용량을 설계할 수 없는 문제점을 가지고 있다. 예를 들면, 정격출력은 모두 0.5 mV/V이고, 힘 Fx 센서의 정격용량은 10 N, Fy 센서는 15 N, Fz 센서는 20 N, 모멘트 Mx 센서는 1 Nm, My 센서는 2 Nm, Mz 센서는 1.5 Nm인 6축 힘/모멘트 센서를 설계 및 제작할 수 없다. 따라서 상기 6축 힘/모멘트 센서는 각 센서의 다양한 정격용량 및 센서의 작은 크기와 적은 정격용량을 가진 6축 힘/모멘트 센서의 구조로 적당하지 않을 뿐만 아니라 미지물체를 안전하게 잡기 위해 필요한 3개의 힘센서(힘 Fx 센서, 힘 Fy 센서, 힘 Fz 센서)보다 3개의 모멘트 센서가 더 있으므로 가격이 2배 이상 높다는 단점을 가지고 있다. Therefore, as described above, the conventional six-axis force / moment sensors have a problem in that they cannot design a six-axis force / moment sensor having the same rated output and various rated capacities, and cannot design a small size and a small rated capacity of the sensor. Have For example, the rated output is all 0.5 mV / V, the rated capacity of the force Fx sensor is 10 N, Fy sensor is 15 N, Fz sensor is 20 N, moment Mx sensor is 1 Nm, My sensor is 2 Nm, Mz The sensor cannot design and build a 6-axis force / moment sensor with 1.5 Nm. Therefore, the 6-axis force / moment sensor is not suitable for the structure of the 6-axis force / moment sensor having various rated capacities of each sensor and the small size and low rated capacities of the sensors, and the three forces required to safely grasp the unknown object. There are three more moment sensors than sensors (force Fx sensor, force Fy sensor, force Fz sensor), which has the disadvantage of being more than twice as expensive.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 같은 정격출력을 가지고 3개의 힘센서의 용량이 모두 같게 설계할 수 있을 뿐만 아니라 3개의 힘센서를 모두 다르게 설계할 수 있고, 즉 크기가 가로의 길이가 100 mm 이하, 세로의 길이가 30 mm 이하, 높이가 10 mm 이하이고, 최소 정격용량이 힘 Fx=Fy=Fz=10 N 이하이며, 상호간섭오차가 매우 작아 3개 방향의 힘을 동시에 정확하게 측정할 수 있는 지능형 그리퍼용 3축 힘센서를 제공함에 그 목적이 있다. Therefore, the present invention has been invented to solve the above problems, not only can the capacity of the three force sensors have the same rated power, but also all three force sensors can be designed differently, that is, the size The horizontal length is 100 mm or less, the vertical length is 30 mm or less, the height is 10 mm or less, and the minimum rated capacity is the force Fx = Fy = Fz = 10 N or less, and the mutual interference error is very small. The objective is to provide a three-axis force sensor for intelligent grippers that can simultaneously and accurately measure force.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 지능형 그리퍼용 3축 힘센서에 있어서, 수평방향으로 사각관통홀이 있는 1개의 평행평판보의 양 끝에 힘전달블록과 중앙몸체블록이 결합된 힘 Fz를 감지하는 세로감지센서와; 중앙몸체블록을 중심으로 힘 Fx를 감지하는 수평방향으로 사각관통홀이 있는 2개의 평행평판보가 좌우로 결합되고 이들의 평행평판보의 각각의 한쪽 끝에 힘 Fy를 감지하는 수직방향으로 사각관통홀이 있는 2개의 평행평판보가 좌측으로는 고정블록1과 우측으로는 고정블록2와 결합되는 가로감지센서가 한글 "ㅗ"자 형태를 이루며 한 몸체로 구성되는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a three-axis force sensor for an intelligent gripper, which detects a force Fz combined with a force transmission block and a central body block at both ends of a parallel plate beam having a rectangular through hole in a horizontal direction. A vertical sensor; Two parallel flat beams with horizontal through-holes in the horizontal direction detecting force Fx are combined left and right around the central body block, and the vertical through-holes in the vertical direction detecting force Fy at each end of their parallel flat beams. The two horizontal flat beams are fixed to the fixed block 1 on the left and the fixed block 2 is coupled to the fixed block 2 to form a Korean "ㅗ" shape, characterized in that composed of one body.

이하, 본 발명을 첨부된 예시 도면에 의거 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 3개 방향의 힘을 동시에 측정하는 지능형 그리퍼용 3축 힘센서구조에 있어서, 수평방향으로 사각관통홀이 있는 1개의 평행평판보(30)의 양 끝에 힘전달블록(40)과 중앙몸체블록(60)이 결합된 힘 Fz를 감지하는 세로감지센서와; 중앙몸체블록(60)을 중심으로 힘 Fx를 감지하는 수평방향으로 사각관통홀이 있는 2개의 평행평판보(10a, 10b)가 좌우로 결합되고 이들의 평행평판보(10a, 10b)의 각각의 한쪽 끝에 힘 Fy를 감지하는 수직방향으로 사각관통홀이 있는 2개의 평행평판보(20a, 20b)가 좌측으로는 고정블록1(70)과 우측으로는 고정블록2(90)와 결합되는 가로감지센서가 한글 "ㅗ"자 형태를 이루며 한 몸체로 구성되는 것을 특징으로 한다. The present invention is a three-axis force sensor structure for an intelligent gripper for measuring the force in three directions at the same time, the force transmission block 40 and the center at both ends of one parallel plate beam 30 with a rectangular through-hole in the horizontal direction And vertical detection sensor for detecting the force Fz coupled to the body block 60; Two parallel flat beams 10a, 10b having a rectangular through-hole in the horizontal direction for detecting the force Fx around the central body block 60 are coupled to the left and right of each of the parallel flat beams 10a and 10b. Two horizontal flat beams 20a and 20b having rectangular through-holes in the vertical direction for detecting the force Fy at one end are horizontally sensed to be combined with the fixed block 1 (70) to the left and the fixed block 2 (90) to the right. The sensor forms a Korean "ㅗ" shape, characterized in that composed of a body.

한편, 도 1은 본 발명에 따른 지능형 그리퍼용 3축 힘센서의 구성도를 나타낸 도면으로서, 수평방향으로 사각관통홀이 있는 1개의 평행평판보(30)의 양 끝에 힘전달블록(40)과 중앙몸체블록(60)이 결합된 힘 Fz를 감지하는 세로감지센서와; 중앙몸체블록(60)을 중심으로 힘 Fx를 감지하는 수평방향으로 사각관통홀이 있는 2개의 평행평판보(10a, 10b)가 좌우로 결합되고 이들의 평행평판보(10a, 10b)의 각각의 한쪽 끝에 힘 Fy를 감지하는 수직방향으로 사각관통홀이 있는 2개의 평행평판보(20a, 20b)가 좌측으로는 고정블록1(90)과 우측으로는 고정블록2(70)와 결합되는 가로감지센서가 한글 "ㅗ"자 형태를 이루며 한 몸체로 구성되어 있으며, 힘전달블록의 나사홀(50)은 힘을 센서에 전달하기 위해 부착되는 하우징 등을 고정하기 위 하여 사용되고, 고정블록1의 나사홀(80)과 고정블록2의 나사홀(100)은 그리퍼에 고정하기 위하여 사용된다. On the other hand, Figure 1 is a diagram showing the configuration of the three-axis force sensor for intelligent gripper according to the present invention, the force transmission block 40 and both ends of one parallel plate beam 30 with a rectangular through-hole in the horizontal direction A vertical sensing sensor for detecting a force Fz to which the central body block 60 is coupled; Two parallel flat beams 10a, 10b having a rectangular through-hole in the horizontal direction for detecting the force Fx around the central body block 60 are coupled to the left and right of each of the parallel flat beams 10a and 10b. Horizontal sensing, in which two parallel flat beams 20a, 20b having a rectangular through-hole in the vertical direction for detecting the force Fy at one end are combined with the fixed block 1 (90) on the left and the fixed block 2 (70) on the right. The sensor is composed of one body, forming the Hangul "ㅗ" shape, the screw hole 50 of the force transmission block is used to fix the housing and the like attached to transfer the force to the sensor, the screw of the fixed block 1 The hole 80 and the screw hole 100 of the fixing block 2 are used to fix the gripper.

도 2는 본 발명은 설계변수(치수)를 나타낸 도면으로, 평행평판보(10a, 10b, 20a, 20b)의 설계변수는 두께 t, 폭 b, 길이l의 크기이고, 평행평판보(30)의 설계변수는 두께 t1, 폭 b1, 길이l1의 크기이다. 2 is a view showing a design variable (dimensions) of the present invention, wherein the design variables of the parallel flat beams 10a, 10b, 20a, and 20b are the thickness t, the width b, and the length l, and the parallel flat beam 30 The design variables for are the thickness t1, the width b1, and the length l1.

도 3은 스트레인게이지의 부착위치를 나타낸 도면으로, 힘 Fx를 감지하는 스트레인 게이지(S1~S4)는 평행평판보(10a, 10b)의 상하면에 각각 부착되고, 힘 Fy를 감지하는 스트레인 게이지(S5~S8)는 평행평판보(20a, 20b)의 앞뒤면에 각각 부착되며, 힘 Fz를 감지하는 스트레인 게이지(S9~S12)는 평행평판보(30)의 좌우면에 부착된다. 3 is a view showing the attachment position of the strain gauge, the strain gauge (S1 ~ S4) for detecting the force Fx is attached to the upper and lower surfaces of the parallel plate beams (10a, 10b), respectively, the strain gauge (S5) for detecting the force Fy S8 is attached to the front and rear surfaces of the parallel plate beams 20a and 20b, respectively, and the strain gauges S9 to S12 for detecting the force Fz are attached to the left and right surfaces of the parallel plate beams 30.

또한 각각의 힘을 감지하는 4개씩의 스트레인게이지는 휘스톤브리지를 구성한다.In addition, four strain gauges that detect each force form a Wheatstone Bridge.

따라서 고정블록1(70)과 고정블록2(90)를 각각 나사홀(80)과 나사홀(100)을 이용하여 고정하고 힘전달블록(40)에 나사홀(50)을 이용하여 외부 하우징 등과 고정하여 힘을 가하면(미지물체를 잡으면), 평행평판보(10a, 10b, 20a, 20b, 30)에 힘이 전달된다. 그러면 평행평판보(10a, 10b, 20a, 20b, 30)에 부착된 스트레인게이지(S1~S12)로부터 가해지는 힘에 상응하는 전압값이 출력된다. Therefore, the fixed block 1 (70) and the fixed block 2 (90) is fixed using the screw hole 80 and the screw hole 100, respectively, and the outer housing using the screw hole 50 in the force transmission block 40, etc. When a fixed force is applied (holding an unknown object), the force is transmitted to the parallel flat beams 10a, 10b, 20a, 20b and 30. Then, a voltage value corresponding to the force applied from the strain gauges S1 to S12 attached to the parallel plate beams 10a, 10b, 20a, 20b, and 30 is output.

상기와 같이 구성된 발명품에 따른 지능형 그리퍼용 3축 힘센서중 힘 Fx 및 Fy를 감지하는 평행평판보(10a, 10b, 20a, 20b)의 크기를 나타내는 t, b, l을 결정하는 식은 [식 1]이며, 이것은 힘 Fx와 Fy를 감지하기 위한 변형률을 계산하는 식 이다. 그리고 힘 Fz를 감지하는 평행평판보(30)의 크기를 나타내는 t1, b1, l1을 결정하는 식은 [식 2]이며, 이것은 힘 Fz를 감지하기 위한 변형률을 계산하는 식이다. Equation 1 for determining the t, b, l representing the size of the parallel plate beam 10a, 10b, 20a, 20b for detecting the forces Fx and Fy of the three-axis force sensor for intelligent gripper according to the invention configured as described above [Equation 1 ], Which calculates the strain for detecting the forces Fx and Fy. And the equation for determining t1, b1, l1 representing the size of the parallel plate beam 30 for detecting the force Fz is [Equation 2], which is the formula for calculating the strain for detecting the force Fz.

[식 1][Equation 1]

Figure 112006012800988-PAT00001
Figure 112006012800988-PAT00001

[식 2][Equation 2]

Figure 112006012800988-PAT00002
Figure 112006012800988-PAT00002

여기서, here,

Figure 112006012800988-PAT00003
Figure 112006012800988-PAT00003

Figure 112006012800988-PAT00004
Figure 112006012800988-PAT00004

이다. to be.

따라서 위의 [식 1]를 이용하여, 크기 t, b, l를 결정하여 평행평판보(10a, 10b, 20a, 20b)와 크기 t1, b1, l1을 결정하여 평행평판보(30)를 설계할 수 있다. Therefore, by using the above [Equation 1], determine the size of the parallel plate beams (10a, 10b, 20a, 20b) and the size t1, b1, l1 by determining the size t, b, l to design the parallel plate beam 30 can do.

상기와 같이 본 발명에 따른 지능형 그리퍼용 3축 힘센서는 서로 독립되어 있는 평행평판보로 구분되어 있고, 설계변수가 두께(t, t1), 폭(b, b1), 길이(l, l1)으로 되어 있으므로 같은 정격변형률을 갖고 각각의 힘(Fx, Fy, Fz)의 같은 용량을 갖거나, 혹은 각각 다른 정격용량을 갖으며, 크기와 정격용량이 매우 작은, 즉 크기가 가로의 길이가 100 mm 이하, 세로의 길이가 30 mm 이하, 높이가 10 mm 이하이며, 최소 정격용량이 힘 Fx=Fy=Fz=10 N 이하인 지능형 그리퍼용 3축 힘센서를 설계할 수 있고, 아울러 상호간섭오차가 이론해석과 유한요소해석결과 모두 0인 우수한 센서로서 6축 힘/모멘트 센서로 사용될 수 있다. As described above, the three-axis force sensor for intelligent gripper according to the present invention is divided into parallel flat beams which are independent of each other, and the design variables are thickness t, t1, width b, b1, and length l1, l1. They have the same rated strain and the same capacity of each force (Fx, Fy, Fz), or have different rated capacity, each with very small size and rated capacity, i.e. 100 mm in length Three-axis force sensors for intelligent grippers with a longitudinal length of 30 mm or less and a height of 10 mm or less and a minimum rated capacity of Fx = Fy = Fz = 10 N or less can be designed and mutual interference error It is an excellent sensor with both zero analysis and finite element analysis results and can be used as a 6-axis force / moment sensor.

Claims (2)

3개 방향의 힘(Fx, Fy, Fz)를 동시에 측정하는 지능형 그리퍼용 3축 힘센서구조에 있어서, 수평방향으로 사각관통홀이 있는 1개의 평행평판보(30)의 양 끝에 힘전달블록(40)과 중앙몸체블록(60)이 결합된 힘 Fz를 감지하는 세로감지센서와; 중앙몸체블록(60)을 중심으로 힘 Fx를 감지하는 수평방향으로 사각관통홀이 있는 2개의 평행평판보(10a, 10b)가 좌우로 결합되고 이들의 평행평판보(10a, 10b)의 각각의 한쪽 끝에 힘 Fy를 감지하는 수직방향으로 사각관통홀이 있는 2개의 평행평판보(20a, 20b)가 좌측으로는 고정블록1(70)과 우측으로는 고정블록2(90)와 결합되는 가로감지센서가 한글 "ㅗ"자 형태를 이루며 한 몸체로 구성되는 것을 특징으로 하는 지능형 그리퍼용 3축 힘센서.In the three-axis force sensor structure for the intelligent gripper that simultaneously measures the forces in three directions (Fx, Fy, Fz), the force transmission block at both ends of one parallel plate beam 30 having a rectangular through-hole in the horizontal direction ( 40 and the vertical sensing sensor for detecting the force Fz coupled to the central body block 60; Two parallel flat beams 10a, 10b having a rectangular through-hole in the horizontal direction for detecting the force Fx around the central body block 60 are coupled to the left and right of each of the parallel flat beams 10a and 10b. Two horizontal flat beams 20a and 20b having rectangular through-holes in the vertical direction for detecting the force Fy at one end are horizontally sensed to be combined with the fixed block 1 (70) to the left and the fixed block 2 (90) to the right. 3-axis force sensor for intelligent gripper, characterized in that the sensor is composed of a single body forming the Hangul "ㅗ" shape. 제 1항에 있어서, 힘 Fx와 Fy를 감지하기 위하여 서로 90도 방향으로 위치하고 가로방향으로 놓인 사각관통홀이 있는 평행평판보(10a, 10b)과 평행평판보(20a, 20b)의 상하 및 앞뒤에 각각 4개씩의 스트레인게이지, 즉 총 8개의 스트레인게이지와; 힘 Fz를 감지하기 위하여 세로방향으로 놓인 사각관통홀이 있는 평행평판보(30)의 좌우에 4개씩의 스트레인게이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 그러퍼용 3축 힘센서.2. The upper and lower sides of the parallel flat beams 10a and 10b and parallel flat beams 20a and 20b according to claim 1, wherein the horizontal flat beams 10a and 10b and the horizontal flat beams are disposed in a 90 degree direction to each other to sense the forces Fx and Fy. Four strain gauges each, i.e., a total of eight strain gauges; An intelligent gripper three-axis force sensor, characterized in that it comprises four strain gauges on the left and right sides of the parallel plate beam (30) having a rectangular through-hole placed in the vertical direction to detect the force Fz.
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