KR20090008778A - 광섬유의 미소굽힘 특성을 이용한 촉각센서와 그 제조방법및 이를 이용한 분포형 하중 측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광섬유의 미소굽힘 특성을 이용한 촉각센서와 그 제조방법 및 이를 이용한 분포형 하중측정장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 빛이 미소굽힘을 가지고 있는 광섬유를 통과할 때, 광의 강도가 변하는 현상을 이용하여 지능형 로봇의 촉각기능을 미세하게 제어할 수 있는 촉각센서 및 그 제조방법 및 이를 이용한 분포형 하중 측정장치에 대한 것이다.
본 발명에 따른 광섬유의 미소굽힘 특성을 이용한 촉각센서는 외부에서 입력된 빛이 통과하는 코어와, 이러한 코어를 둘러싸고 있는 클래딩으로 이루어진 제1광섬유와, 이러한 광섬유에 수직한 방향으로 광섬유 위에 배치되어 있는 제2광섬유와, 이러한 두 개의 제1, 제2광섬유가 배치되어 있는 상태에서 몰딩된 실리콘 고무를 포함하는 것을 특징으로 한다.
광섬유, 촉각센서.
Description
본 발명은 광섬유의 미소굽힘 특성을 이용한 촉각센서와 그 제조방법및 이를 이용한 분포형 하중 측정장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 빛이 미소굽힘을 가지고 있는 광섬유를 통과할 때, 광의 강도가 변하는 현상을 이용하여 지능형 로봇의 촉각기능을 미세하게 제어할 수 있는 촉각센서 및 그 제조방법 및 이를 이용한 분포형 하중 측정장치에 대한 것이다.
현재 접촉을 통한 주변 환경의 정보, 즉 접촉력, 진동, 표면의 거칠기, 열전도도에 대한 온도변화 등을 획득하는 촉각기능은 차세대 정보수집 매체로 인식되고 있다. 또한 이같은 촉각 감각을 대체할 수 있는 생체모방형 촉각센서는 혈관 내의 미세수술, 암진단 등의 각종 의료 진단 및 시술에서 사용된다. 뿐만 아니라, 향후 가상환경 구현기술에서 중요한 촉각제시기술에 적용될 수 있기 때문에 그 중요성이 더해지고 있다.
이러한 생체모방형 촉각센서는 이미 산업용 로봇의 손목에 사용되고 있는 6 자유도의 힘/토크 센서와 로봇의 그립퍼 용으로 접촉압력 및 순간적인 미끄러짐을 감지할 수 있는 것이 개발된 바 있으나, 이는 감지부의 크기가 비교적 큰 관계로 민감도가 낮은 문제점을 안고 있다.
이러한 것에 대한 대책으로 미소 기전 시스템(Micro-electro Mechanical System,MEMS)을 기반으로 하여 전기신호를 이용하는 형식의 센서가 개발되었다. 이러한 센서의 경우에는 크기면에서 소형화를 이루기는 하였지만, 센서의 개수가 증가함에 따라 많은 배선을 필요로 한다. 예를 들어 압저항형 재료를 이용한 촉각센서의 경우 하나의 감지부에 최소 4개의 배선이 필요하게 된다. 따라서 100개의 감지부를 가지는 센서의 경우에는 400개의 배선이 필요하게 된다. 이러한 배선은 장치의 구조를 복잡하게 하므로 아직까지 풀어야 할 숙제로 남아 있다.
또한 이러한 촉각센서의 제조는 통상적으로 반도체의 증착 및 식각공정을 이용하여 이루어짐으로써, 작업공정이 매우 까다롭다. 거기다가 고순도와 초고진공을 요구하는 것이 반도체의 공정인 바 수많은 장치와 부대설비가 필요하다.
그리고 이렇게 제조된 촉각센서를 이용한 외부 하중을 측정하는 시스템의 경우에는 전기적인 신호의 제어에 따른 부대장치를 많이 포함하고 있다. 이것은 외부하중에 대한 정확한 측정을 위해 복잡한 구성을 취할 수 밖에 없어 그 구성이 어렵고 제어하기가 어려운 단점을 가지고 있었다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 미세한 크기를 갖는 광섬유를 서로 수직하게 배치하는 방법으로 광섬유의 미소 굽힘 현상을 유도하고, 이러한 광섬유를 포함하는 촉각센서에서 발생하는 빛의 강도변화를 측정하여 외부에서 작용하는 하중에 대한 분포를 측정하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 제 2의 목적은 이러한 촉각센서를 제조하는 방법에 대한 것으로써 본 발명에 따른 촉각센서는 전기적 신호를 이용하지 않기 때문에 복잡한 배선없이도 광섬유들을 수직으로 배치하고 몰딩 방법을 통해 제작한 실리콘 고무로 이루어진 외형을 통해 배치된 광섬유들을 고정하는 방법으로 용이하게 제조하면서도 외부의 하중에 대한 정밀한 측정을 하는 데 있다.
본 발명의 제 3의 목적은 이러한 촉각센서를 통하여 지능형 로봇 등에 촉각기능을 구현하기 위하여, 광원으로써 LED를 사용하고, 광섬유를 통과하는 동안에 발생하는 빛의 강도의 변화를 측정하기 위해 CCD를 사용하여 간단하게 외부의 하중을 측정할 수 있는 장치를 구현하는 것이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
본 발명에 따른 광섬유의 미소굽힘 특성을 이용한 촉각센서는 외부에서 입력 된 빛이 통과하는 코어와, 이러한 코어를 둘러싸고 있는 클래딩으로 이루어진 제1광섬유와, 이러한 광섬유에 수직한 방향으로 광섬유 위에 배치되어 있는 제2광섬유와, 이러한 두 개의 제1, 제2광섬유가 배치되어 있는 상태에서 몰딩된 실리콘 고무를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 실리콘 고무상면에는 광섬유가 교차하는 지점마다 수직하중(F)이 집중될 수 있도록 돌출된 접촉부를 더 포함한다. 이러한 접촉부는 재질이 실리콘으로 이루어져 있다.
특히, 이러한 강도 데이터의 측정에 있어서, 강도데이터와 함께 하중의 위치를 동시에 측정할 수 있다.
특히, 이러한 광섬유를 가지고 있는 실리콘 고무는 유연성을 가지고 있어서 측정대상에 대한 부착이 용이한 것을 특징으로 한다.
이러한 광섬유의 미소굽힘 특성을 이용한 촉각센서의 경우에는 소형이므로 이에 적합한 몰드를 구비하는 것이 필요하다. 이러한 몰드에 대한 준비가 완료되면 여러 개의 광섬유를 서로 직교하도록 배치하여 외부에서 하중이 작용하였을 때 통과하는 빛이 강도변화를 일으킬 수 있도록 한다. 이렇게 수직으로 배치된 광섬유에 액상인 실리콘 고무를 붓고 양생하는 과정을 거치게 된다. 이렇게 양생을 거치게 되면 실리콘 고무는 외부의 하중을 받아도 변형되지 않고 현재의 상태를 유지하는 탄성체로 변화된다. 이러한 탄성체를 몰드로부터 탈형시키면, 촉각센서를 얻을 수 있다.
특히, 광섬유의 개수가 많을 때에는 광섬유의 정렬을 위하여 정렬용 틀을 사 용하는 것이 가능하다.
특히, 이러한 정렬용 틀에는 광섬유의 적합한 배치를 위하여 실리콘 웨이퍼를 습식 식각하여 만들어진 V자형 홈을 가지고 있다.
또한 분포형 하중 측정장치의 경우에는 빛을 발생시키는 LED와 이러한 LED로부터 나온 빛이 투과하는 분포형 촉각센서 및 이러한 분포형 촉각센서에서 나온 빛의 강도를 측정하는 CCD카메라로 구성되어 있다.
특히, 이러한 분포형 촉각센서는 다수의 가로방향 광섬유와 세로 방향의 광섬유가 수직으로 교차배열되어 있다.
특히, 이러한 분포형 촉각센서는 광섬유 들이 교차하는 지점에 접촉부를 가지고 있어서 접촉부에 대한 2차원 강도의 분포와 위치를 측정할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 광섬유의 미소굽힘 특성을 이용한 촉각센서는 광섬유 특유의 유연성, 내구성, 내부식성, 전자기파의 영향을 배제할 수 있는 특성을 가지고 있어서 종래의 센서가 사용할 수 없었던 곡률반경이 큰 환경이나 임의의 형상에도 적용가능하다. 또한 굳이 이러한 형상에 한정하지 않더라도 다양한 분야에 적용이 가능할 것이다.
뿐만 아니라, 종래의 센서와 달리 광섬유를 이용하므로, 전기적인 신호를 이용할 수 있는 시스템을 구비하고 있지 않아도 되며, 광섬유 다발을 이용하여 복잡한 배선의 문제가 발생하지 않는다.
또한 통상적으로 촉각센서의 구현에 사용되는 반도체 공정에 의해 제조되는 것이 아니라, 몰딩 공정에 의해서 제조되므로 촉각센서의 제조가 용이하다.
또한 이러한 촉각센서에 적용되는 분포형 하중을 측정할 수 있는 장치 역시 소형 LED를 촉각센서의 광원으로 사용하고, CCD를 광 강도 검출장치로 사용하여 간단하게 구성할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1a 및 도 1b는 전반사의 원리를 이용한 광섬유(10)의 구조를 보여주는 단면도이다. 도 1a에 도시된 바와 같이 광섬유로 들어온 빛은 전반사라는 과정을 통해 외부로 방출되지 않고 내부로 진행을 한다. 이때 빛이 통과하는 경로를 코어(11)라고 하고, 이러한 코어(11)의 외주면을 둘러싸고 있는 층을 클래딩(12)이라고 한다. 이때 코어(11)의 경우에는 클래딩(12)보다 굴절률이 높아야 빛이 전반사를 겪는다. 통상적으로 클래딩(12)으로 사용되는 물질은 플라스틱이고, 코어(11)를 구성하고 있는 물질은 유리이다. 따라서 도 1b에 도시된 바와 같이 광섬유(10)를 구부려도 빛은 광섬유의 코어(11)를 따라 진행하게 된다.
전반사라고 하는 것은 입사된 빛이 굴절하지 않고 계속하여 반사되는 현상을 말한다. 스넬의 법칙에 의하면 반사면에 대해서 빛의 입사각이 일정각 이상이 되면, 빛은 코어(11)를 빠져나와서 클래딩(12)으로 진행하지 못하고, 광섬유(10)를 통하여 진행하게 된다. 하지만 일정 정도 이하의 곡률반경을 갖도록 만들게 되면, (즉 빛의 입사각을 작게 하면) 빛은 전반사를 일으키지 않고, 코어(11)에서 클래 딩(12)으로 투과한다. 이때 빛의 강도 저하현상이 발생한다.
도 2a는 본 발명에 따른 광섬유(10)에 미소굽힘을 일으켰을 때의 빛의 진행상태를 보여주는 단면도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이 빛은 왼쪽에서 오른쪽으로 진행하다가 빛의 입사각이 0도에 가까워지면 코어(11)층으로 전반사되는 것이 아니라, 클래딩(12)층을 투과하게 된다. 이로 말미암아 도 2b에 보여진 바와 같이 입사된 빛의 강도(Ii)가 출력된 빛의 강도(Io)보다 커지게 된다. 이러한 입사된 빛(21)과 출력된 빛(23)간의 강도의 차이는 CCD(Charge Coupled Device)(113)에서 센싱이 가능하다.
도 3은 본 발명에 따른 광섬유(10)에 수직방향의 힘이 가해져 있을 때를 보여주는 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 광섬유(10)들을 수직으로 배치하고 나서 외부에서 하중이 접촉부(42)에 작용하면, 광섬유는 유연한 성질을 가지므로 두 개의 광섬유 모두에서 미소 굽힘 현상이 발생한다. 그리고 이러한 미소 굽힘 현상은 진행하던 빛의 강도를 저하시키는 효과를 일으킨다.
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 단위 촉각센서(101)의 구조를 보여주는 평면도와 단면도이다. 외부에서 수직하중(F)이 가해지기 전까지는 단위 촉각센서(101)를 통과하는 빛은 강도(I) 저하현상이 발생하지 않고 그대로 진행한다. 하지만, 도 4b에 도시된 바와 같이 외부에서 하중(F)이 주어지게 되면, 입사광(21)은 미세굽힘 현상이 일어난 지점을 지나게 되면서 광섬유(10)의 코어(11)에서 빠져나와 클래딩(12)으로 진행한다. 앞에서 상술한 바와 같이 미소굽힘 현상은 LED(111)에서 입사된 빛(21)의 강도 저하를 일으키고 이로부터 외부의 하중(F)에 대한 계산 이 가능하다. 도 4a에 도시된 바와 같이 광섬유(10)는 실리콘 고무(41)에 둘러싸여 있어서, 유연성을 가지게 된다. 또한 외부의 충격으로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 측정대상에 부착하는 것이 용이한 장점을 가진다. 또한 이러한 광섬유(10)가 교차하는 지점의 실리콘 고무(41)위에는 실리콘고무와 동일한 재질로 제작된 접촉부(42)를 가지고 있다.
도 5는 본 발명에 따른 단위 촉각센서(101)의 제조과정을 보여주는 절차도이다. 도 5에서 보여진 바와 같이 먼저 광섬유를 배치할 몰드(미도시)를 준비하여야 한다(S10). 이러한 몰드가 준비되었으면, 여기에 빛이 통과할 광섬유(10)를 배치한다. 이러한 광섬유(10)는 2개를 준비하여 상호교차되도록 배치한다. 물론 이때 제조하고자 하는 것이 분포형 촉각센서(102)라면 여러 개의 광섬유(10)를 필요로 하므로 이의 수직적인 배열을 위하여 정밀한 정렬이 필요하다(S20). 이러한 광섬유(10)의 배치작업이 끝나면, 액체상태인 실리콘 고무(41)를 천천히 부어 몰드를 채운다. 실리콘 고무(41)는 시간이 경과함에 따라 실리콘 고무(41)로 이루어진 외형이 완성된다(S30). 이러한 경화과정을 거치게 되면 유연성을 가지는 실리콘고무(41)에 광섬유(10)가 둘러싸인 상태가 된다. 이러한 실리콘 고무(41)의 유연성 때문에 본 발명에 따른 촉각센서(100)는 측정대상에 부착이 용이하다.
실리콘 고무(41)로 이루어진 외형에 위와 같은 양생과정을 거치면, 몰드로부터 촉각센서(100)를 분리한다. 이렇게 되면 광섬유(10)를 포함하는 촉각센서(100)의 제조는 완료된다(S40). 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 촉각센서(100)는 종래의 반도체공정을 사용하지 않으므로 아주 쉽게 제작할 수 있다.
도 6a는 본 발명에 따른 분포형 촉각센서(102)의 구조를 보여주는 평면도이고 도 6b는 그 측면도이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 분포형 촉각센서(102)의 경우에는 가로 방향의 8개의 제1광섬유(10a)와 세로 방향의 8개의 광섬유(10b)가 직물의 구조처럼 엮여 있는 모습을 보여준다. 물론 8개 이상의 광섬유를 사용하여 더 많은 접촉부(42)를 갖도록 하는 것도 가능하다. 이처럼 16개의 광섬유(10)가 서로 직각으로 배치되어 있다고 하더라도 기본적인 원리는 도 4a에 도시된 단위 촉각센서(101)의 구동원리와 동일하다. 즉 어떠한 실리콘고무(41)의 위에 배치된 접촉부(42)가 눌리게 되면, 그 지점의 실리콘고무(41) 아래에 배치되어 있는 광섬유(10) 사이에서 빛의 강도 저하현상이 일어난다. 이를 통해 빛의 강도(I) 저하가 발생하는 지점을 찾기 쉽고, 이러한 빛의 강도(I) 저하 현상은 그 지점에 하중이 작용하고 있음을 예시하는 것이 된다. 이를 통해 본 발명에 따른 분포형 촉각센서(102)의 경우에는 하중의 크기뿐만 아니라, 하중이 작용하는 지점까지 알아낼 수 있는 2차원적인 정보를 제공하는 것이 가능하다.
도 7은 본 발명에 따른 분포형 촉각센서(102)의 하나의 접촉부(42)에 하중(F)이 작용할 때, 이를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 즉 의도적으로 접촉부(42)를 부가하는 방법을 취하는 것에 의해서 특정한 한 지점(X=2,Y=5)에 어느 정도의 힘이 가해졌는가를 쉽게 알 수 있는 특징을 가진다.
도 8은 본 발명에 따른 분포형 촉각센서(102)에 분포 하중이 작용할 때, 이를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 8에 도시된 그래프를 통해 어떤 특정지점에 작용하는 하중(F)의 크기 뿐만 아니라, 하중이 작용하고 있는 위치와 크기에 대한 데이터도 얻을 수 있다. 이는 빛의 강도 저하와 외부의 하중이 서로 밀접한 관련을 가지고 있기 때문에 가능한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 분포형 촉각센서에 하중이 작용할 때 빛의 강도변화를 보여주는 그래프이다. 이 그래프에서 외부의 접촉하중이 증가함에 따라 출력되는 빛의 강도는 직선적으로 감소함을 알 수 있다. 예를 들어 이 그래프에서는 하중 증가에 따른 빛의 강도가 -20.1388cd/N의 기울기를 가지고 감소함을 알 수 있다. 이로부터 도 7의 각각의 하중점에 대한 결과는 하중의 크기에 따라 직선적으로 변하는 것과 일치한다는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 분포형 촉각센서(100)에 하중(F)이 작용할 때 시간의 경과에 따른 빛의 강도 변화를 보여주는 그래프이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 시간의 경과에 따라 하중이 증가하면 빛의 강도(I)는 이에 반비례하면서 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 촉각센서가 외부 하중에 즉각적인 결과를 보여주는 그래프라고 할 수 있다. 따라서 촉각센서(100)를 사용하기 전에 먼저 이러한 결과가 나오는 지에 대한 교정 작업을 수행한 후 외부 하중(F)에 대한 측정을 수행하여야 한다.
도 11은 본 발명에 따른 촉각센서를 이용한 빛의 강도 변화를 감지하여 외부 하중을 측정하는 장치를 보여주는 구성도이다. 이는 일종의 분포형 하중 측정 장치라고 할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이 광원인 LED(111)에서 나온 빛(21)은 광섬유 다발(112)을 통과하게 된다. 이러한 광섬유 다발(112)은 광섬유(10)들을 하나의 배선처럼 사용하기 위한 것으로 이러한 광섬유 다발(112)로 말미암아 분포형 하중 측정장치는 간단하게 구성된다. 또한 본 발명에서는 분포형 촉각센서(102)의 모델로서 8개×8개의 가로 세로 방향으로 직교하는 광섬유(10)로 구성되어 있으므로, LED(111)로부터 나온 빛(21)은 총 16개의 광섬유 다발(112)로 입사된다. 그리고 광섬유(10)를 통과한 빛은 분포형 촉각센서(102)로 입사된다. 이때 외부 하중(F)이 작용하면, 이에 따라 빛의 강도(I) 변화가 발생한다. 이러한 빛의 강도(I) 변화를 측정하는 장치가 CCD(113)이다.
이와 같이 본 발명에 따른 분포형 하중 측정장치는 전기신호를 사용하는 종래의 촉각센서(100)와 달리 간단한 구성만으로도 정밀한 2차원 강도 분포를 측정할 수 있는 장점을 갖는다.
도 12는 본 발명에 따른 광섬유 다발(112)의 끝단을 정렬하기 위한 정렬용 틀(121)의 사시도이다. 이러한 정렬용 틀(121)을 제작하기 위해서는 정렬용 틀(121)의 원재료인 실리콘 웨이퍼를 습식 식각하여 V자홈(122)을 만드는 공정이 필요하다. 이렇게 만들어진 V자 홈에는 광섬유(10)들을 고정하여 정렬시킨다. 이와 같은 과정을 거쳐 정렬된 광섬유(10)들은 광섬유 다발(112)의 형태로 광원과 광측정장치에 연결되어 외부 하중의 크기 및 분포를 측정할 수 있는 분포형 하중 측정장치가 완성된다.
도 1a는 전반사의 원리를 이용한 광섬유의 구조를 보여주는 단면도.
도 1b는 광섬유의 굽힘 상태를 보여주는 단면도.
도 2a는 본 발명에 따른 광섬유(10)에 미소굽힘을 일으켰을 때의 빛의 진행상태를 보여주는 모식도.
도 2b는 광섬유(10)를 빛이 통과할 때 빛의 강도변화 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 광섬유(10)에 수직방향의 힘이 가해져 있을 때를 보여주는 사시도.
도 4a는 본 발명에 따른 단위 촉각센서의 구조를 보여주는 평면도.
도 4b는 본 발명에 따른 단위 촉각센서의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 촉각센서의 제조과정을 보여주는 절차도.
도 6a는 본 발명에 따른 분포형 촉각센서의 구조를 보여주는 평면도.
도 6b는 본 발명에 따른 분포형 촉각센서의 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 분포형 촉각센서의 점 하중 측정결과를 보여주는 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 분포형 촉각센서의 분포 하중 측정결과를 보여주는 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 분포형 촉각센서에 하중이 작용할 때 빛의 강도변화를 보여주는 그래프.
도 10는 본 발명에 따른 분포형 촉각센서에 하중이 작용할 때 시간의 경과에 따른 빛의 강도 변화를 보여주는 그래프.
도 11은 본 발명에 따른 촉각센서를 이용한 빛의 강도 변화를 감지하여 외부 하중을 측정하는 장치를 보여주는 구성도.
도 12는 본 발명에 따른 광섬유 다발의 끝단을 정렬하기 위한 정렬용 틀의 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10:광섬유,
10a:제1광섬유,
10b:제2광섬유,
11:코어,
12:클래딩,
21;입사광,
22:광섬유에서 새어나가는 빛,
23:출력광,
41:실리콘 고무,
42:접촉부,
100:촉각센서,
101:단위촉각센서,
102:분포형촉각센서,
111:LED,
112:광섬유 다발,
113:CCD센서,
121:광섬유 정렬용 틀,
122:V자홈.
Claims (11)
- 외부에서 입력된 빛(21)이 통과하는 코어(11)와, 상기 코어(11)를 둘러싸고 있는 클래딩(12)으로 이루어진 제1광섬유(10a);상기 제1광섬유(10a) 위에 직교 방향으로 배치되어 있는 제2광섬유(10b);상기 제1, 제2광섬유(10a,10b)이 배치되어 있는 상태에서 몰딩된 실리콘 고무(41);를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 미소굽힘 특성을 이용한 촉각센서.
- 제 1항에 있어서,상기 실리콘 고무(41) 상면에는 상기 광섬유(10)가 교차하는 지점마다 수직하중(F)이 집중될 수 있도록 돌출된 접촉부(42)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 미소굽힘 특성을 이용한 촉각센서.
- 제 2항에 있어서,상기 접촉부(42)는 재질이 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광섬유의 미소굽힘 특성을 이용한 촉각센서.
- 제 2항에 있어서,상기 수직하중(F)에 대한 강도데이터에 기초하여 상기 수직하중(F)의 위치와 강도를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 광섬유의 미소 굽힘 특성을 이용한 촉각센서.
- 제 1항에 있어서,상기 광섬유(10)를 둘러싸고 있는 실리콘 고무(41)는 유연성을 가지고 있어서 측정대상에 부착이 용이한 것을 특징으로 하는 광섬유의 미소 굽힘 특성을 이용한 촉각센서.
- 광섬유(10)를 성형할 수 있는 몰드를 준비하는 단계(S10);상기 몰드상에 상기 여러 개의 광섬유(10)를 상호 교차하도록 배치하는 단계(S20);상기 광섬유(10)가 배치된 몰드에 액상인 상기 실리콘 고무(41)를 붓고 양생시키는 단계(S30);및상기 몰드를 탈형시키고, 상기 광섬유(10)를 포함하는 상기 실리콘 고무(41)를 상기 몰드에서 분리하는 단계(S40);로 이루어진 것을 특징으로 하는 광섬유의 미소굽힘 특성을 이용한 촉각센서의 제조방법.
- 제 6항에 있어서,상기 배치 단계(S20)에서 상기 광섬유(10)의 정렬을 위해서 정렬용 틀(121)을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 미소굽힘 특성을 이 용한 촉각센서의 제조방법.
- 제 7항에 있어서,상기 정렬용 틀(121)은 실리콘 웨이퍼를 습식 식각하여 만들어진 V자형태의 홈(122)을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 광섬유의 미소굽힘 특성을 이용한 촉각센서의 제조방법.
- 분포형 하중 측정 장치에 있어서,일정한 강도의 빛(21)을 출력하는 LED(111);상기 LED(111)에서 나온 빛(21)이 통과하는 분포형 촉각센서(102);및상기 분포형 촉각센서(102)에서 나온 빛(23)의 강도를 측정하는 CCD(113);로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 분포형 하중 측정 장치.
- 제 9항에 있어서,상기 분포형 촉각센서(102)는 다수의 가로 방향의 제1광섬유(10a)와 다수의 세로 방향의 제2광섬유(10b)가 직각으로 교차 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 분포형 하중 측정장치.
- 제 9항에 있어서,상기 분포형 하중 측정장치는 상기 분포형 촉각센서(102)의 접촉부(42)에 대 한 2차원 강도의 분포와 위치를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 분포형 하중 측정장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020070072015A KR20090008778A (ko) | 2007-07-19 | 2007-07-19 | 광섬유의 미소굽힘 특성을 이용한 촉각센서와 그 제조방법및 이를 이용한 분포형 하중 측정장치 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012008639A1 (ko) * | 2010-07-15 | 2012-01-19 | 금호전기주식회사 | 발광 효율이 향상된 광섬유를 이용한 유연한 평면 발광체를 제조하는 방법 |
| KR101497107B1 (ko) * | 2012-10-31 | 2015-03-03 | 전진홍 | 건물 안전도 측정시스템 |
| KR20210123103A (ko) | 2020-04-02 | 2021-10-13 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 광섬유 지지유닛 및 이를 이용한 광센서 제조방법 |
| CN114486016A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-05-13 | 之江实验室 | 一种基于液囊结构的微纳光纤触觉传感器 |
| WO2022121716A1 (zh) * | 2020-12-09 | 2022-06-16 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 触觉传感器及其参数测试方法、装置、设备、程序及介质 |
| KR20220115084A (ko) | 2021-02-09 | 2022-08-17 | 우주라컴퍼니 주식회사 | 통전 테스트와 맵핑 방식을 이용하는 애완동물용 심전도 측정장치 |
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2007
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012008639A1 (ko) * | 2010-07-15 | 2012-01-19 | 금호전기주식회사 | 발광 효율이 향상된 광섬유를 이용한 유연한 평면 발광체를 제조하는 방법 |
| KR101127871B1 (ko) * | 2010-07-15 | 2012-03-21 | 금호전기주식회사 | 발광 효율이 향상된 광섬유를 이용한 유연한 평면 발광체를 제조하는 방법 |
| KR101497107B1 (ko) * | 2012-10-31 | 2015-03-03 | 전진홍 | 건물 안전도 측정시스템 |
| KR20210123103A (ko) | 2020-04-02 | 2021-10-13 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 광섬유 지지유닛 및 이를 이용한 광센서 제조방법 |
| WO2022121716A1 (zh) * | 2020-12-09 | 2022-06-16 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 触觉传感器及其参数测试方法、装置、设备、程序及介质 |
| KR20220115084A (ko) | 2021-02-09 | 2022-08-17 | 우주라컴퍼니 주식회사 | 통전 테스트와 맵핑 방식을 이용하는 애완동물용 심전도 측정장치 |
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