KR20140117718A - 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치, 이를 이용한 재활훈련장치, 이를 이용한 로봇용 핑거 팁 및 이에 의한 전단 변형량 측정방법 - Google Patents

고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치, 이를 이용한 재활훈련장치, 이를 이용한 로봇용 핑거 팁 및 이에 의한 전단 변형량 측정방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140117718A
KR20140117718A KR1020130031864A KR20130031864A KR20140117718A KR 20140117718 A KR20140117718 A KR 20140117718A KR 1020130031864 A KR1020130031864 A KR 1020130031864A KR 20130031864 A KR20130031864 A KR 20130031864A KR 20140117718 A KR20140117718 A KR 20140117718A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polymer composite
resistance value
polymer
horizontal electrodes
measuring
Prior art date
Application number
KR1020130031864A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101466057B1 (ko
Inventor
박영빈
김동욱
홍보인
이다연
김형경
김병주
황상하
Original Assignee
국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단
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 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 filed Critical 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단
Priority to KR1020130031864A priority Critical patent/KR101466057B1/ko
Publication of KR20140117718A publication Critical patent/KR20140117718A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101466057B1 publication Critical patent/KR101466057B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/205—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using distributed sensing elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

본 발명은, 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치, 이를 이용한 재활훈련장치, 이를 이용한 로봇용 핑거 팁 및 이에 의한 전단 변형량 측정방법에 관한 것으로, 비전도성 고분자와 전도성 물질을 혼합하여 형성된 고분자 복합체 시트들이 적어도 두 개 이상 적층되는 구조를 가지는 고분자 복합체 유닛; 상기 고분자 복합체 유닛에 수평 방향을 따라 상호 마주하도록 설치되되, 상기 고분자 복합체 유닛의 수직 방향을 따라 상호 이격되게 설치되는 복수 쌍의 수평 전극들; 상기 각 수평 전극에 전기적으로 연결되며, 상기 고분자 복합체 유닛에 전단력이 가해지기 전 상기 각 수평 전극의 초기 저항값과, 상기 고분자 복합체 유닛에 전단력이 가해지면 상기 각 수평 전극의 변화된 저항값을 측정하는 저항측정모듈; 및 상기 변화된 저항값들에 근거하여, 상기 고분자 복합체 유닛의 전단 변형량을 도출하는 제어부를 포함한다.

Description

고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치, 이를 이용한 재활훈련장치, 이를 이용한 로봇용 핑거 팁 및 이에 의한 전단 변형량 측정방법{Apparatus of measuring the shear strain using polymer composites, rehabilitation training device therewith, finger tip for robot therewith, and method of measuring the shear strain using the same}
본 발명은 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치, 이를 이용한 재활훈련장치, 이를 이용한 로봇용 핑거 팁 및 이에 의한 전단 변형량 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전도성 물질이 포함된 고분자 복합체에 전단력을 가하고 이에 따라 변화되는 저항값을 측정하여 저항변화율에 따른 전단 변형량을 측정할 수 있는 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치, 이를 이용한 재활훈련장치, 이를 이용한 로봇용 핑거 팁 및 이에 의한 전단 변형량 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 힘을 측정하기 위한 센서로 로드 셀(load cell) 센서가 이용되고 있다. 로드 셀 센서는 통상 외력에 의해 탄성 변형이 가능한 탄성변형부를 구비하고 있고, 탄성변형부의 재료는 탄성비례한도가 높고 높은 응력에 견딜 수 있는 니켈, 크롬, 몰리브덴강을 열처리한 것을 사용하며, 저하중용으로는 알루미늄합금, 베늄구리를 사용한다. 따라서 전술한 것들 중 측정하려는 힘에 충분한 강도를 가진 재료를 선택하게 된다.
다만, 종래의 전단 변형 센서는 민감도가 낮고, 측정 범위가 넓지 않은 단점이 있어서, 사용 용도에 따라 다품종을 생산해야 하며 생산 비용이 증가되는 문제점이 있었다.
대한민국공개특허 제10-2012-0134270호
본 발명은 전도성 물질이 포함된 고분자 복합체에 전단력을 가하고 이에 따라 변화되는 저항값을 측정하여 저항변화율에 따른 전단 변형량을 측정할 수 있는 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치, 이를 이용한 재활훈련장치, 이를 이용한 로봇용 핑거 팁 및 이에 의한 전단 변형량 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 비전도성 고분자와 전도성 물질을 혼합하여 형성된 고분자 복합체 시트들이 적어도 두 개 이상 적층되는 구조를 가지는 고분자 복합체 유닛; 상기 고분자 복합체 유닛에 수평 방향을 따라 상호 마주하도록 설치되되, 상기 고분자 복합체 유닛의 수직 방향을 따라 상호 이격되게 설치되는 복수 쌍의 수평 전극들; 상기 각 수평 전극에 전기적으로 연결되며, 상기 고분자 복합체 유닛에 전단력이 가해지기 전 상기 각 수평 전극의 초기 저항값과, 상기 고분자 복합체 유닛에 전단력이 가해지면 상기 각 수평 전극의 변화된 저항값을 측정하는 저항측정모듈; 및 상기 변화된 저항값들에 근거하여, 상기 고분자 복합체 유닛의 전단 변형량을 도출하는 제어부를 포함하는 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 본 발명은, 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치를 이용하는 재활훈련장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면 본 발명은, 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치를 이용하는 로봇용 핑거 팁을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면 본 발명은, 비전도성 고분자와 전도성 물질을 혼합하여 형성한 고분자 복합체 시트들이 적어도 두 개 이상 적층되며, 수평 방향을 따라 상호 마주하는 한 쌍의 수평 전극이 수직 방향을 따라 상호 이격되어 적어도 두 쌍 이상 설치된 고분자 복합체 유닛에 전단력을 가하는 단계; 상기 고분자 복합체 유닛에 상기 전단력이 가해지면, 저항측정모듈을 이용하여 임의로 선택된 적어도 두 쌍 이상의 상기 수평 전극 사이의 변화된 저항값들을 측정하는 단계; 측정된 상기 변화된 저항값들을 제어부로 전송하여 상기 변화된 저항값들의 차이에 따른 상기 고분자 복합체 유닛의 저항변화율을 산출하는 단계; 및 상기 제어부는 저장된 데이터에 근거하여, 상기 저항변화율에 따른 상기 고분자 복합체 유닛의 전단 변형량을 도출하는 단계를 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정방법을 제공한다.
본 발명에 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치, 이를 이용한 재활훈련장치, 이를 이용한 로봇용 핑거 팁 및 이에 의한 전단 변형량 측정방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 고분자 복합체 유닛에 전단력이 가해지면 각 고분자 복합체 시트의 저항값을 측정하고, 측정된 저항값으로부터 고분자 복합체 유닛의 저항변화율을 산출함으로써 전단력이 가해진 고분자 복합체 유닛의 저항변화율에 따른 전단 변형량을 도출해 낼 수 있는 효과를 가질 수 있다. 특히, 저항변화율만으로 미세한 전단 변형량을 토출해낼 수 있다.
둘째, 고분자 복합체 유닛의 각 고분자 복합체 시트가 포함하는 전도성 물질의 중량비가 서로 다르기 때문에 같은 전단력에 의해 변화된 저항값이 모두 다르며, 이러한 특징을 이용하여 고분자 복합체 유닛의 저항변화율을 쉽게 산출할 수 있고 넓은 범위의 민감도를 갖는 효과를 가질 수 있다.
셋째, 전도성 물질의 혼합 비율을 다양하게 조절함으로써, 다양한 측정 범위를 갖는 전단 변형량 측정 센서를 제작할 수 있다.
넷째, 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치를 재활훈련장치 또는 기구에 적용함으로써, 예를 들어 다리를 다친 환자, 또는 다리 신경이 마비된 환자의 재활치료 시 환자의 발이 전단 방향으로 밀리는 정도를 파악하여 정확한 재활 치료가 가능하게 할 수 있다.
다섯째, 고분자 복합체 유닛이 평면 구조이므로, 측정 대상에 설치가 용이하며 사용이 편리한 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 다른 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치의 개략도이다.
도 2는 도 1에 따른 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치 중 전단력에 의해 변화된 고분자 복합체 유닛의 단면을 확대 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 따른 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치로 전단 변형량을 측정하는 방법이 도시된 블록도이다.
도 1 및 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치(100)에 대해 도시되어 있다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치(100)는, 고분자 복합체 유닛(110), 수평 전극(130) 및 저항측정모듈(150)을 포함한다. 먼저, 상기 고분자 복합체 유닛(110)은 직육면체 형태의 고분자 복합체 시트(111)들이 적어도 두 개 이상 적층되는 구조를 갖는다. 본 실시예에서 상기 고분자 복합체 시트(110)유닛은 세 개의 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)가 적층되어 형성되며, 이하의 설명에서는 이를 기준으로 설명하기로 한다. 그리고 세 개의 상기 각 고분자 복합체 시트는 적층되는 순서에 따라 제1 고분자 복합체 시트(111a), 제2 고분자 복합체 시트(111b), 제3 고분자 복합체 시트(111c)로 명명하기로 한다. 한편, 전술한 바와 같이, 상기 고분자 복합체 유닛(110)은 적어도 두 개 이상의 고분자 복합체 시트들이 적층되는 구조이므로, 적층되는 고분자 복합체 시트의 개수가 본 실시예보다 적거나 더 많을 수 있다.
상기 고분자 복합체 유닛(110)은 상기 고분자 복합체 시트(111)가 직육면체 형태로 형성됨에 따라, 상기 고분자 복합체 유닛(110)도 직육면체의 형태로 형성된다. 그러나 상기 고분자 복합체 시트(111)들의 형태는 직육면체의 형태에 한정될 필요 없이 다양한 형태로 형성될 수 있고, 상기 고분자 복합체 시트(111)들의 형태가 달라짐에 따라 상기 고분자 복합체 시트(111)들이 적층된 상기 고분자 복합체 유닛(110)의 형태도 달라질 수 있다.
상기 고분자 복합체 시트(111)들은 비전도성 고분자와 전도성 물질을 혼합하여 형성된다. 상기 비전도성 고분자로는 고무 또는 수지 중 어느 하나가 포함될 수 있으며, 상기 비전도성 고분자의 종류에 따라 상기 고분자 복합체 시트(111)의 강도도 달라질 수 있다. 상기 비전도성 고분자와 혼합되는 상기 전도성 물질은 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유 또는 금속 와이어 중 적어도 어느 하나 이상을 포함한다. 여기서 금속 와이어로는 예를 들어 니켈 와이어, 구리 와이어 등이 포함될 수 있다. 상기 전도성 물질은 상기 고분자 복합체 시트(111)들의 저항을 측정하기 위해 포함되는 것이며, 상기 전도성 물질은 일반적으로 강성을 보강하는 역할을 하므로 상기 전도성 물질이 포함되는 중량비(wt%)에 따라 상기 고분자 복합체 시트(111)들의 강성도 달라질 수 있다.
상기 고분자 복합체 유닛(110)을 이루는 상기 고분자 복합체 시트(111)들은 상측 방향을 따라 적층되는 순서대로 상기 전도성 물질의 중량비가 점진적으로 적게 포함된다. 본 실시예에서는 상기 제1 고분자 복합체 시트(111a)에 포함되는 상기 전도성 물질의 중량비가 가장 많고, 상기 제2 고분자 복합체 시트(111b)에 포함되는 상기 전도성 물질의 중량비는 상기 제1 고분자 복합체 시트(111a)보다 적으며, 상기 제3 고분자 복합체 시트(111c)에 포함되는 상기 전도성 물질의 중량비가 가장 적다. 따라서 상기 제1 고분자 복합체 시트(111a)의 강성이 가장 강하며, 상기 제3 고분자 복합체 시트(111c)의 강성이 가장 약하다.
상기 고분자 복합체 시트(111)들은 상기 전도성 물질이 포함됨으로써, 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 설치되는 상기 각 수평 전극(130)의 저항을 측정할 수 있다. 상기 수평 전극(130)은 상기 고분자 복합체 유닛(110)의 상면, 하면 또는 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c) 사이 중에서 적어도 두 곳 이상에 설치된다. 상기 수평 전극(130)은 전술한 바와 같이, 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)의 수평 방향을 따라 설치되되, 상호 마주하는 한 쌍으로 설치되며, 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)의 길이 방향을 따라 설치되거나, 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)의 길이 방향에 교차하는 방향 즉, 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)의 폭 방향을 따라 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 각 수평 전극(130)이 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)의 길이 방향에 따라 설치된다.
상기 수평 전극(130)에 전원이 인가되면, 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)에 포함된 상기 전도성 물질들이 네트워크를 형성하여 상기 수평 전극(130)이 전기적으로 연결됨으로써, 상기 각 수평 전극(130) 사이의 저항값을 측정할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에서는 상기 수평 전극(130)이 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)의 길이 방향을 따라서만 설치되지만, 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)의 길이 방향 및 폭 방향을 따라 모두 설치되어 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)에 두 쌍의 상기 수평 전극(130)이 설치될 수도 있다. 이는 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 가해질 전단력의 방향을 모를 경우를 대비하기 위한 것이고, 일반적으로는 상기 수평 전극(130)이 설치되는 방향과 동일한 방향으로 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 전단력이 가해진다.
상기 고분자 복합체 유닛(110)에 설치되는 상기 수평 전극(130)들 각각의 저항값은 모두 다르게 측정되는데, 이는 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)에 포함되는 상기 전도성 물질의 중량비가 다르기 때문이다. 상기 저항값은 상기 전도성 물질의 중량비와 반비례 관계를 가지므로, 상기 전도성 물질의 중량비가 크면 상기 저항값은 작게 측정되고, 상기 전도성 물질의 중량비가 작으면 상기 저항값은 크게 측정된다.
상기 저항측정모듈(150)은 상기 고분자 복합체 유닛(110)과는 별도로 구비되며, 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)에 설치된 상기 수평 전극(130)에 전기적으로 연결되어 상기 수평 전극(130) 각각의 저항값을 측정한다. 상기 저항측정모듈(150)이 측정하는 저항값은 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 전단력이 가해지기 전, 상기 수평 전극(130) 각각의 초기 저항값과, 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 전단력이 가해진 후, 상기 수평 전극(130) 각각의 변화된 저항값이다.
도 1을 참조하면, 상기 저항측정모듈(150)은 하나만 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 본 실시예에 해당하는 것일 뿐, 상기 저항측정모듈(150)이 하나만 구비되는 것으로 한정될 필요는 없다. 즉, 상기 저항측정모듈(150)은 상기 수평 전극(130)이 구비되는 개수만큼 구비되어, 상기 수평 전극(130) 각각의 초기 저항값 및 상기 수평 전극(130) 각각의 변화된 저항값을 동시에 측정할 수 있다.
도면에는 도시되지 않았지만, 상기 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치(100)는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 저항측정모듈(150)이 측정한 상기 수평 전극(130) 각각의 상기 초기 저항값 및 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 전단력이 가해진 후 상기 수평 전극(130) 각각의 변화된 저항값을 전송받는다. 상기 제어부는 상기 수평 전극(130) 각각의 상기 초기 저항값 및 변화된 저항값을 전송받고 상기 제어부에 저장된 데이터를 근거로 상기 고분자 복합체 유닛(110)의 전단 변형량을 도출한다.
상기 제어부는 전술한 바와 같이 상기 고분자 복합체 유닛(110)의 전단 변형량을 도출하기 위한 데이터가 저장되어 있다. 보다 구체적으로는 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)에 다양한 임의의 전단력을 가하는 실험을 하고, 상기 전단력 마다 상기 수평 전극(130) 각각의 변화되는 저항값과, 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)가 수평 방향을 따라 변화된 길이, 및 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)가 수직 방향을 따라 변화된 길이를 측정한 결과들이 상기 데이터로 저장되는 것이다.
상기와 같은 실험을 통해, 전단력을 가했을 때 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)의 전단 변형량은 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)의 수직 방향으로 변화된 길이에 대한 수평 방향으로 변화된 길이의 비율과 거의 유사하며, 이는 전단력에 의해 변화되는 상기 수평 전극(130) 각각의 저항변화율(ΔR/R0)에 비례한 것을 알 수 있다. 따라서 상기와 같은 실험을 통해 얻어진 수치들을 데이터로 상기 제어부에 저장해두면, 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 가해진 전단력에 의한 전단 변형량을 도출해낼 수 있다.
즉, 도 2를 참조하여 설명하면, 고분자 복합체 시트의 전단 변형량(γ)은, 고분자 복합체 시트의 수직 방향으로 변화된 길이(β)에 대한 고분자 복합체 시트의 수평 방향으로 변화된 길이(α)의 비율과 거의 유사하며, 상기 고분자 복합체 시트의 전단 변형량(γ)은 상기 고분자 복합체 시트의 저항변화율(ΔR/R0)에 비례하다. 이에 따라 γ ≒ α/β ∝ ΔR/R0 와 같은 공식을 구해낼 수 있다. 따라서 상기와 같은 공식에 근거하여 저항변화율에 따라 전단력이 가해진 고분자 복합체 유닛(110)의 전단 변형량을 도출할 수 있다.
전술한 바와 같은 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치를 이용하여 재활훈련장치를 제작할 수 있으며, 상기 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치가 설치된 재활훈련장치는 다리가 불편한 환자들의 발이 밀리는 정도를 미세한 범위까지 정확하게 측정할 수 있어 보다 집중된 재활 훈련을 할 수 있게 도와준다.
또는 상기와 같은 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치를 이용하여 로봇용 핑거 팁(finger tip)을 제작할 수 있다. 로봇용 핑거 팁(finger tip)이란 인공피부를 의미하는 것으로, 로봇용 핑거 팁이 예를 들어 달걀을 깨드리지 않고 떨어뜨리지 않도록 너무 강하거나 약하게 쥐지 않도록 하기 위해서는 사람의 피부가 촉감을 느끼는 것과 같이 압력과 전단력을 감지하는 센싱 기능이 필요하다. 따라서 사람과 같은 피부를 본 뜬 로봇용 핑거 팁에 상기와 같은 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치를 적용하면 보다 섬세한 작동을 할 수 있다.
도 3은 상기 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치(100)를 이용하여 전단 변형량을 측정하는 방법이 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정방법은, 먼저, 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 전단력을 가하는 단계가 이루어진다.(S205 단계) 이때, 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 가해지는 전단력의 방향은, 상기 고분자 복합체 유닛(110)을 이루는 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)에 상호 마주하는 상기 수평 전극(130)이 설치된 방향과 동일하다. 한편, 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 가해질 전단력의 방향이 먼저 선정된 경우, 상기 각 고분자 복합체 시트(111)에 설치된 상기 수평 전극(130)이 형성된 방향이 상기 전단력의 방향과 동일하도록 상기 고분자 복합체 유닛(110)을 배치할 수도 있다.
상기 고분자 복합체 유닛(110)에 전단력이 가해지면, 상기 고분자 복합체 유닛(110)은 전단력의 방향을 따라 변형된다. 이때 상기 저항측정모듈(150)을 이용하여 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 설치된 상기 수평 전극(130)들 중에서 선택된 두 개 이상의 상기 수평 전극(130) 각각의 변화된 저항값을 측정하는 단계가 이루어진다.(S210 단계)
보다 구체적으로는, 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 전단력이 가해지면, 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)는 전단 변형에 의하여 상기 전도성 물질들 사이의 거리가 변하게 되며, 이에 따라 저항값이 변하기 때문에 상기와 같이 변화된 저항값을 측정할 수 있다.
본 실시예에서는 상기 고분자 복합체 시트(111)들 중에서 상기 수평 전극(130) a와, 상기 수평 전극(130) d를 선택하고, 상기 수평 전극(130) a의 변화된 저항값과 상기 수평 전극(130) d의 변화된 저항값을 측정한다. 본 실시예에서는 상기 고분자 복합체 유닛(110)의 전단 변형량을 측정하기 위해 가장 큰 변위의 차를 갖는 상기 제1 고분자 복합체 시트(111a)의 하면에 설치된 상기 수평 전극(130) a의 변화된 저항값을 측정하고, 상기 제3 고분자 복합체 시트(111c)의 상면에 설치된 상기 수평 전극(130) d의 변화된 저항값을 측정하는 것이다.
상기와 같이 선택적으로 두 쌍의 상기 수평 전극(130)의 변화된 저항값을 측정하는 것은 본 실시예에서만 한정되는 것일 뿐이며, 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 설치된 모든 수평 전극 각각의 변화된 저항값을 측정할 수도 있다. 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 설치된 모든 수평 전극의 변화된 저항값을 측정하면 상기 고분자 복합체 유닛(110)의 전단 변형량을 보다 미세한 값까지 측정할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 선택된 상기 수평 전극(130) a와 d의 변화된 저항값들을 측정한 후에는, 상기 측정된 저항값들을 상기 제어부로 전송하고 상기 제어부는 상기 측정된 저항값들로 상기 고분자 복합체 유닛(110)의 저항변화율(ΔR/R0)을 산출하는 단계가 이루어진다.(S215 단계) 상기 저항변화율(ΔR/R0)은, 상기 수평 전극(130) a의 변화된 저항값과 상기 수평 전극(130) d의 변화된 저항값의 차를 초기 저항값으로 나눠 산출한다. 여기서 초기 저항값은 상기 수평 전극(130) a의 초기 저항값과 상기 수평 전극(130) d의 초기 저항값 중 어느 하나를 랜덤하게 선정할 수 있다.
한편, 여기서 상기 초기 저항값은 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 전단력을 가하기 전, 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 설치된 상기 수평 전극(130) a, b, c, d의 초기 저항값을 측정하는 단계를 통해 측정될 수 있다. 상기 초기 저항값은 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 전단력이 가해지기 전, 한 번의 측정을 통해 얻어진 결과값을 상기 제어부에 데이터로 저장해두면 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 전단력이 가해졌을 때마다 상기 초기 저항값을 재 측정할 필요가 없게 된다.
상기와 같이 선택된 상기 수평 전극(130) a와 d의 변화된 저항값으로 산출된 상기 저항변화율(ΔR/R0)이 산출되면, 상기 제어부는 저장된 데이터에 근거하여 산출된 상기 저항변화율(ΔR/R0)에 따른 상기 고분자 복합체 유닛(110)의 전단 변형량을 도출하는 단계가 이루어진다.(S220 단계)
전술에서 언급한 바와 같이, 상기 제어부에는 상기 고분자 복합체 유닛(110)에 임의의 전단력을 가하고, 이 때 상기 수평 전극(130) a, b, c, d의 변화된 저항값들을 측정하고 이때, 상기 각 고분자 복합체 시트(111a, 111b, 111c)의 변화된 수평 방향을 변위와, 변화된 수직 방향의 변위를 측정하는 실험을 다수 회 진행하여, 이를 통해 얻어진 결과 값들이 데이터로 저장되어 있다.
따라서 상기 S215 단계에서 상기 저항변화율(ΔR/R0)이 산출되면, 상기 제어부에 저장된 실험에 의해 얻어진 다량의 상기 데이터에 근거하여 상기 고분자 복합체 유닛(110)의 상기 저항변화율(ΔR/R0)로 상기 고분자 복합체 유닛(110)가해진 전단력에 의한 전단 변형량을 도출할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치
110: 고분자 복합체 유닛
111a: 제 1 고분자 복합체 시트
111b: 제2 고분자 복합체 시트
111c: 제3 고분자 복합체 시트
130: 수평 전극
150: 저항측정모듈

Claims (15)

  1. 비전도성 고분자와 전도성 물질을 혼합하여 형성된 고분자 복합체 시트들이 적어도 두 개 이상 적층되는 구조를 가지는 고분자 복합체 유닛;
    상기 고분자 복합체 유닛에 수평 방향을 따라 상호 마주하도록 설치되되, 상기 고분자 복합체 유닛의 수직 방향을 따라 상호 이격되게 설치되는 복수 쌍의 수평 전극들;
    상기 각 수평 전극에 전기적으로 연결되며, 상기 고분자 복합체 유닛에 전단력이 가해지기 전 상기 각 수평 전극의 초기 저항값과, 상기 고분자 복합체 유닛에 전단력이 가해지면 상기 각 수평 전극의 변화된 저항값을 측정하는 저항측정모듈; 및
    상기 변화된 저항값들에 근거하여, 상기 고분자 복합체 유닛의 전단 변형량을 도출하는 제어부를 포함하는 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 고분자 복합체 시트에 혼합되는 상기 전도성 물질의 중량비(wt%)는 모두 상이하며,
    상측 또는 하측 방향으로 적층되는 상기 각 고분자 복합체 시트일수록, 상기 각 고분자 복합체 시트에 혼합되는 상기 전도성 물질의 중량비는 점진적으로 줄어드는 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전도성 물질은 상기 비전도성 고분자에 비해 전도도가 높고, 상기 비전도성 고분자 보다 강성이 높은 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전도성 물질은 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유 또는 금속 와이어 중 어느 하나를 포함하는 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 비전도성 고분자는 천연 고무 또는 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 수평 전극은 상기 각 고분자 복합체 시트의 길이 방향 또는 상기 각 고분자 복합체 시트의 길이 방향과 교차하는 방향을 따라 설치되는 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 수평 전극은 상기 고분자 복합체 유닛의 하면, 상면 또는 상기 고분자 복합체 시트들 사이 중에서 적어도 두 곳 이상에 설치되는 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 고분자 복합체 유닛에 전단력이 가해지면, 상기 저항측정모듈은 상기 수평 전극들 중 적어도 두 개 이상의 상기 수평 전극을 선택하여 각각의 상기 변화된 저항값을 측정하는 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항의 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치를 이용하는 재활훈련장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항의 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치를 이용하는 로봇용 핑거 팁.
  11. 비전도성 고분자와 전도성 물질을 혼합하여 형성한 고분자 복합체 시트들이 적어도 두 개 이상 적층되며, 수평 방향을 따라 상호 마주하는 한 쌍의 수평 전극이 수직 방향을 따라 상호 이격되어 적어도 두 쌍 이상 설치된 고분자 복합체 유닛에 전단력을 가하는 단계;
    상기 고분자 복합체 유닛에 상기 전단력이 가해지면, 저항측정모듈을 이용하여 임의로 선택된 적어도 두 쌍 이상의 상기 수평 전극 사이의 변화된 저항값들을 측정하는 단계;
    측정된 상기 변화된 저항값들을 제어부로 전송하여 상기 변화된 저항값들의 차이에 따른 상기 고분자 복합체 유닛의 저항변화율을 산출하는 단계; 및
    상기 제어부는 저장된 데이터에 근거하여, 상기 저항변화율에 따른 상기 고분자 복합체 유닛의 전단 변형량을 도출하는 단계를 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 고분자 복합체 유닛의 저항변화율은,
    측정된 상기 변화된 저항값들의 차이를 선택된 상기 수평 전극들 중 어느 하나의 초기 저항값으로 나눈 비율인 것인 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 고분자 복합체 유닛에 전단력을 가하는 단계가 이루어지기 전,
    상기 저항측정모듈을 이용하여 상기 고분자 복합체 유닛에 설치된 상기 수평 전극들 각각의 상기 초기 저항값을 측정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 초기 저항값은 상기 제어부에 데이터로 저장되는 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 전단력을 가하는 단계에서,
    상기 전단력의 방향은 상기 수평 전극이 설치되는 방향과 동일한 방향인 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상측 또는 하측 방향을 따라 적층되는 상기 고분자 복합체 시트일수록 상기 전도성 물질의 중량비는 점진적으로 줄어들며,
    상기 수평 전극들 각각의 상기 초기 저항값은 상기 고분자 복합체 시트들이
    적층되는 방향을 따라 점진적으로 커지는 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정방법.
KR1020130031864A 2013-03-26 2013-03-26 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치, 이를 이용한 재활훈련장치, 이를 이용한 로봇용 핑거 팁 및 이에 의한 전단 변형량 측정방법 KR101466057B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130031864A KR101466057B1 (ko) 2013-03-26 2013-03-26 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치, 이를 이용한 재활훈련장치, 이를 이용한 로봇용 핑거 팁 및 이에 의한 전단 변형량 측정방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130031864A KR101466057B1 (ko) 2013-03-26 2013-03-26 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치, 이를 이용한 재활훈련장치, 이를 이용한 로봇용 핑거 팁 및 이에 의한 전단 변형량 측정방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140117718A true KR20140117718A (ko) 2014-10-08
KR101466057B1 KR101466057B1 (ko) 2014-11-28

Family

ID=51990710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130031864A KR101466057B1 (ko) 2013-03-26 2013-03-26 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치, 이를 이용한 재활훈련장치, 이를 이용한 로봇용 핑거 팁 및 이에 의한 전단 변형량 측정방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101466057B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180080430A (ko) * 2017-01-04 2018-07-12 한국표준과학연구원 압력 감지 스위치 및 압력 감지 장치

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101920782B1 (ko) 2017-02-22 2018-11-21 울산과학기술원 3축 스트레인 센서 및 이의 제조방법
KR101931749B1 (ko) 2017-03-03 2018-12-21 울산과학기술원 3차원 스트레인 센서 및 이의 제조방법
KR102104879B1 (ko) 2018-11-23 2020-04-27 울산과학기술원 3차원 스트레인 센서 및 이의 제조방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06218045A (ja) * 1993-01-29 1994-08-09 Matsuyama Iemasa 血液浄化装置
JP2007333548A (ja) 2006-06-15 2007-12-27 Ours:Kk センサーシート、及び、コントローラー
JP2012073150A (ja) * 2010-09-29 2012-04-12 Tokai Rubber Ind Ltd 静電容量型センサ
JP2012168064A (ja) * 2011-02-15 2012-09-06 Tokai Rubber Ind Ltd 外力計測装置とそれを備えるクッション体

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180080430A (ko) * 2017-01-04 2018-07-12 한국표준과학연구원 압력 감지 스위치 및 압력 감지 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR101466057B1 (ko) 2014-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101466057B1 (ko) 고분자 복합체를 이용한 전단 변형량 측정장치, 이를 이용한 재활훈련장치, 이를 이용한 로봇용 핑거 팁 및 이에 의한 전단 변형량 측정방법
CN103080714B (zh) 静电电容式传感器装置
US8826747B2 (en) Flexible tactile sensor apparatus
JP4368392B2 (ja) 変形センサシステム
KR101467354B1 (ko) 복합체 시트를 이용한 수직력 및 전단력 측정장치, 이를 이용한 재활훈련장치, 이를 이용한 로봇용 핑거 팁 및 이에 의한 수직력 및 전단력 측정방법
CN105224129A (zh) 一种压力感测输入装置
CN106441073A (zh) 一种用于大变形和触觉压力测量的介电柔性传感器
MX349262B (es) Material compuesto usado como un medidor de deformacion.
CN205080530U (zh) 压力感测输入装置
JP2013543405A5 (ko)
JP2014529070A5 (ko)
US10859449B2 (en) Distribution measuring sensor, distribution measuring sensor system, distribution measuring program, and recording medium
KR101470160B1 (ko) 평판형 힘/토크 센서
JP2015169532A (ja) シートセンサシステムおよびシートセンサ
CN107496053A (zh) 电子皮肤、制作方法和驱动方法
US10390698B2 (en) Conductive and stretchable polymer composite
CN204856438U (zh) 压力感测输入模块
KR101978467B1 (ko) 탄소섬유강화플라스틱 구조물의 균열 진전을 감지하는 센서 및 방법
Anton et al. A mechanical model of a non-uniform ionomeric polymer metal composite actuator
CN106970723A (zh) 操作输入装置
KR102151766B1 (ko) 스트레인 게이지, 그를 포함하는 스트레인 센서 및 이를 이용한 스트레인 측정 방법
John et al. Towards fully optimized conducting polymer bending sensors: the effect of geometry
WO2009023888A3 (de) Drucksensitive koordinatenmessvorrichtung
KR101926643B1 (ko) 전단력 및 압축력 측정장치
WO2016177571A3 (de) Verfahren und messanordnung zur spannungsmessung, anordnung mit einem sensor sowie verwendung eines sensors zur spannungsmessung

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170927

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181001

Year of fee payment: 5