KR20110061963A

KR20110061963A - 로드셀을 이용한 토크 측정 장치

Info

Publication number: KR20110061963A
Application number: KR1020090118519A
Authority: KR
Inventors: 이동훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-06-10

Abstract

로드셀을 이용한 토크 측정 장치를 개시한다. 토크 측정 장치는 중심축을 중심으로 배치되는 제1 링크와, 중심축을 중심으로 배치되고 제1 링크와 결합하는 제2 링크와, 제1 링크에 중심축 방향으로 돌출 형성되는 측정핀과, 제2 링크에 형성되어 측정핀을 수용하는 수용홈과, 수용홈의 일측 측면에 고정 설치되는 로드셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

로드셀을 이용한 토크 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING TORQUE WITH LOAD CELL}

본 발명은 로드셀을 이용하여 토크를 측정하는 장치에 관한 것이다.

로보트의 팔과 같이 샤프트를 내장하는 시스템에 있어서 정확하고 신뢰성 있는 방식으로 샤프트에 가해지는 토크를 감지하고 측정하는 것이 필요하다.

종래에는 토크를 측정하기 위하여 샤프트에 직접 부착된 접촉식 센서를 이용했다. 예를 들면, 하나 이상의 스트레인 게이지가 샤프트의 외주면에 직접 부착되고 인가된 스트레인에 의해 인가된 토크가 발생되며 브릿지 회로 또는 다른 잘 공지된 수단에 의해 측정되는 저항 변경을 검출하여 토크를 측정하는 스트레인 게이지(strain gauge) 타입의 토크 검출 장치가 있다.

다른 유형의 토크 검출 장치로는, 샤프트 상에 마그네토리스트릭티브 물질(magnetorestrictive materials)이 위치되고, 이 마그네토리스트릭티브 물질에 인가되는 토크의 결과인 외부 플럭스의 존재를 검출하도록 센서가 배치되는 비접촉식 토크 센서가 있다.

그러나 이러한 토크 센서의 문제점은 가격이 높다는 것이다.

따라서 본 발명에서는 고가의 토크 센서를 대체할 수 있는 수단으로서, 토크 센서에 비하여 상대적으로 저가인 로드셀을 이용하여 토크를 측정하는 장치를 개시한다.

본 발명의 일 측면은 로드셀을 이용하여 토크를 측정하는 장치를 개시한다.

본 발명의 사상에 따른 토크 측정 장치는 중심축을 중심으로 배치되는 제1 링크와; 상기 중심축을 중심으로 배치되고 상기 제1 링크와 결합하는 제2 링크와; 상기 제1 링크에 상기 중심축 방향으로 돌출 형성되는 측정핀과; 상기 제2 링크에 형성되어 상기 측정핀을 수용하는 수용홈과; 상기 수용홈의 일측 측면에 고정 설치되는 로드셀;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 토크 측정 장치는 상기 로드셀의 영점을 세팅하기 위하여, 상기 제2 링크의 외부에서 상기 수용홈 방향으로 상기 제2 링크를 관통하는 볼트를 더 포함할 수 있다.

상기 토크 측정 장치는 상기 수용홈 내에 상기 로드셀과 마주보는 위치에 고정 설치되는 하나의 로드셀을 더 포함할 수 있다.

상기 토크 측정 장치는 상기 제1 링크에 상기 중심축 방향으로 돌출 형성되는 측정핀;과 상기 제2 링크에 형성되어 상기 측정핀을 수용하는 수용홈;과 상기 수용홈의 일측 측면에 고정 설치되는 로드셀;을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 링크에 돌출 형성되는 두 개의 측정핀 및 상기 제2 링크에 형성되는 두 개의 수용홈은 각각 상기 중심축을 중심으로 서로 대칭되는 위치에 형성될 수 있다.

위와 같은 구성을 가지는 토크 측정 장치는 고가의 토크 센서에 비하여 낮은 비용으로 물체에 작용하는 단방향 내지 양방향의 토크를 측정할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 측정 장치의 구성을 도시한 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 토크 측정 장치(1)는 중심축(10)을 중심으로 배치되는 제1 링크(50)와, 중심축(10)을 중심으로 배치되고 제 1링크(50)와 축 결합하는 제2 링크(100)를 구비한다.

제 1링크(50)에는 제 2링크(100)와의 결합면 방향으로 측정핀(60)이 돌출 형성되어 있고, 제 2링크(100)에는 제 1링크(50)와의 결합면 방향으로 측정핀(60)이 수용되는 수용홈(110)이 형성되어 있다.

측정핀(60)과 수용홈(110)은 각각 제1 링크(50)와 제2 링크(100)의 중심으로부터 소정 거리 떨어진 곳에 위치하게 된다.

수용홈(110)의 일측 측면에는 로드셀(120)이 고정 설치된다. 로드셀(120)의 로드 버튼(121)은 수용홈(110)의 타측 측면을 향하여 있다.

제1 링크(50)와 제2 링크(100)는 중심축(10)을 중심으로 축 결합하는데, 제1 링크(50)에 돌출 형성된 측정핀(60)은 제2 링크에 형성된 수용홈(110) 내부로 수용된다. 측정핀(60)의 일측 측면은 로드셀(120)의 로드 버튼(121)과 접촉하고, 타측 측면은 수용홈(110)의 측면에 접촉할 수 있다.

제1 링크(50)와 제2 링크(100)가 결합된 상태에서, 제1 링크(50)에 시계 방향(정방향) 비틀림이 가해지면, 측정핀(60)은 로드셀(120)의 로드 버튼(121)을 누 르게 된다.

이 때 로드셀(120)의 출력 값과 제2 링크(100)의 중심으로부터 로드셀(120)의 로드 버튼(121)까지의 길이의 곱으로 제1 링크(50)에 작용하는 토크의 값이 계산된다.

제1 링크(50)에 비틀림이 가하여지지 않는 상태에서 측정핀(60)의 로드셀(120) 반대쪽 측면이 수용홈(110)과 접촉하는 경우에는 로드셀(120)에는 초기 하중이 가하여 지므로, 제1 링크(50)에 작용하는 토크의 값을 계산할 때에는 초기 하중 값을 고려하여야 한다.

이와 같은 작용에 의하여 제1 링크(50)에 가하여지는 정방향의 토크 값을 로드셀(120)을 이용하여 측정할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 토크 측정 장치에서 제1 링크(50)와 제2 링크(100)가 결합된 상태를 도시한 정면도이다.

볼트(130)는 로드셀(120)의 영점 세팅을 위하여 필요한 구성이다.

볼트(130)는 제2 링크(100)의 외부에서 수용홈(110) 방향으로 제2 링크(100)을 관통하여, 볼트(130)의 나사부 끝단은 수용홈(110) 내부에 이르게 된다.

볼트(130)의 나사부 방향의 연장선이 로드셀(120)의 로드 버튼(121)을 통과하도록 볼트(130)의 진입 방향을 결정하는 것이 바람직하다.

제1 링크(50)와 제2 링크(100)가 결합된 상태에서 볼트(130)를 제2 링크(100)의 수용홈(110) 내부로 진입시키면 볼트(130)는 측정핀(60)의 로드셀(120) 반대쪽 측면을 밀어서 측정핀(60)을 로드셀(120) 방향으로 변위시킨다. 측정핀(60) 이 로드셀(120)의 로드 버튼(121)과 접촉하는 순간부터 로드셀(120)에 하중을 가하기 때문에 로드셀(120)은 일정 수치의 초기 하중을 받는 상태가 된다. 로드셀(120)에 작용하는 하중이 목적하는 초기 하중에 이르면 영점 세팅이 완료된다.

제1 링크(50)의 정방향 토크 값은 로드셀(120)의 출력 값과 영점 세팅을 통해 결정된 초기 하중 값과의 차이를 통하여 계산할 수 있다.

이와 같이 볼트(130) 구성을 추가함으로써 정방향 토크를 보다 정밀하게 측정할 수 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크 측정 장치에서 제1 링크(50)와 제2 링크(100)가 결합된 상태에서 측정핀(60)이 수용홈(110)에 수용된 부분을 확대하여 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 정방향 및 역방향 토크를 모두 측정하기 위하여 제2 링크에 형성된 수용홈(110)의 양측 측면 벽에 각각 하나의 로드셀(120)을 고정 설치한다. 이 때 두 개의 로드셀(120)의 로드 버튼(121)은 서로를 마주보는 형태이다.

두 개의 로드셀(120)은 서로 대칭되는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

제1 링크(50)와 제2 링크(100)는 중심축(10)을 중심으로 축 결합되는데, 제1 링크(50)에 돌출 형성된 측정핀(60)은 제2 링크(100)에 형성된 수용홈(110) 내부의 두 개의 로드셀(120) 사이로 수용된다.

이 때 서로 마주보는 로드셀(120)의 로드 버튼(121) 사이의 간격은 측정핀(60)의 좌우 너비와 동일하도록 구성하는 것이 이상적이지만, 로드셀(120)의 로 드 버튼(121) 사이의 간격을 측정핀(60)의 좌우 너비보다 일정 정도 좁게 구성하여 측정핀(60)이 로드셀(120)의 로드 버튼(121) 사이로 들어갈 때 두 개의 로드셀(120)에 초기 하중이 가해지도록 할 수도 있다. 로드셀(120)에 초기 하중이 가해지는 경우, 제1 링크(50)에 가해지는 토크 값은 두 개의 로드셀(120)에 출력되는 하중 값을 종합적으로 계산하여 구할 수 있다.

하나의 로드셀(120)을 더 구비함으로써 정방향 및 역방향의 토크를 모드 측정할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크 측정 장치에서 제1 링크(50)와 제2 링크(100)가 결합된 상태에서 측정핀(60)이 수용홈(110)에 수용된 부분을 확대하여 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 수용홈(110)의 양측 측면에는 각각 하나씩의 로드셀(120)이 고정 설치되고, 로드셀(120)과 측정핀(60) 사이에 지지판(140)이 구비되고, 각각의 지지판(140)은 수용홈(110)의 측면 벽에 하나 이상의 동일한 탄성부재(150)와 결합되어 고정된다.

측정핀(60)이 수용홈(110) 내부로 수용된 상태에서, 지지판(140)과 로드셀(120)의 로드 버튼(121), 그리고 측정핀(60)과 양쪽의 지지판(140)은 서로 밀착되도록 구성한다.

이 때 양 로드셀(120)에는 초기 하중이 가하여 질 수 있지만, 탄성부재(150)의 탄성력 때문에 동일한 초기 하중 값을 갖게 된다.

제1 링크(50)에 정방향 내지 역방향 비틀림이 작용할 때 측정핀(60)은 하나 의 로드셀(120)의 로드 버튼(121)을 누르게 되는데, 지지판(140)을 통하여 측정핀(60)으로 전달되는 양측의 탄성부재(150)의 탄성력은 크기는 같고 방향이 반대이기 때문에 서로 상쇄된다. 따라서 제1 링크(50)에 작용하는 토크 값을 계산할 때에는 탄성부재(150)의 탄성력을 고려할 필요가 없다.

초기 상태에서 로드셀(120)에 초기 하중이 작용할 수 있으며, 이에 대하여 최종 토크 값 계산에 관한 설명은 중복을 피하기 위하여 생략한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크 측정 장치에서 제1 링크(50)와 제2 링크(100)가 결합된 상태를 도시한 정면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 토크 측정 장치는 정방향 및 역방향 토크를 모두 측정하기 위하여 제1 링크(50)에 형성된 두 개의 측정핀(60, 70), 제2 링크(100)에 형성된 두 개의 수용홈(110, 160), 각각의 수용홈(110, 160)의 측면 벽에 고정 설치되는 로드셀(120)을 구비한다.

제1 링크(50)와 제2 링크(100)가 결합되었을 때 수용홈(110)의 내부에는 로드셀(120) 반대 방향으로 로드셀(120) 로드 버튼(121)의 최대 변위 이상의 공간이 확보되어야 한다. 왜냐하면 제1 링크(50)에 정방향 내지 역방향 비틀림이 가하여질 때 수용홈(110)의 내측 측면이 측정핀(60)의 변위를 구속하여서는 아니되기 때문이다.

비교적 단순한 구성으로 제1 링크(50)에 가하여지는 양방향 토크를 측정할 수 있게 된다.

제1 링크(50)에 돌출 형성되는 두 개의 측정핀(60, 70) 및 제2 링크(100)에 형성되는 두 개의 수용홈(110, 160)은 각각 중심축(10)을 중심으로 서로 대칭되는 위치에 형성될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 측정 장치의 구성을 도시한 사시도.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 토크 측정 장치에서 제1 링크와 제2 링크가 결합된 상태를 도시한 정면도.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크 측정 장치에서 제1 링크와 제2 링크가 결합된 상태에서 측정핀이 수용홈에 수용된 부분을 확대하여 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크 측정 장치에서 제1 링크와 제2 링크가 결합된 상태에서 측정핀이 수용홈에 수용된 부분을 확대하여 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토크 측정 장치에서 제1 링크와 제2 링크가 결합된 상태를 도시한 정면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

1 : 토크 측정 장치

10 : 중심축 50 : 제1 링크

100 : 제2 링크 60 : 측정핀

70 : 제2 측정핀 110 : 수용홈

120 : 로드셀 121 : 로드 버튼

130 : 볼트 140 : 지지판

150 : 탄성부재 160 : 제2 수용홈

Claims

중심축을 중심으로 배치되는 제1 링크;

상기 중심축을 중심으로 배치되고 상기 제1 링크와 결합하는 제2 링크;

상기 제1 링크의 일측에 상기 중심축 방향으로 돌출 형성되는 측정핀;

상기 제2 링크의 일측에 형성되어 상기 측정핀을 수용하는 수용홈;

상기 수용홈의 일측 측면에 고정 설치되는 로드셀;을

포함하는 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 로드셀의 영점을 세팅하기 위하여, 상기 제2 링크를 상기 제2 링크의 외부에서 상기 수용홈 방향으로 관통하는 볼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 수용홈 내에 상기 로드셀과 마주보는 위치에 고정 설치되는 하나의 로드셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 링크의 타측에 상기 중심축 방향으로 돌출 형성되는 제2 측정핀;

상기 제2 링크의 타측에 형성되어 상기 제2 측정핀을 수용하는 제2 수용홈;

상기 제2 수용홈의 일측 측면에 고정 설치되는 로드셀;을

더 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치.
제4항에 있어서,

상기 제1 링크에 돌출 형성되는 두 개의 측정핀 및 상기 제2 링크에 형성되는 두 개의 수용홈은 각각 상기 중심축을 중심으로 서로 대칭되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치.