KR20200143613A

KR20200143613A - Apparatus for providing multidimensional motion information

Info

Publication number: KR20200143613A
Application number: KR1020190070932A
Authority: KR
Inventors: 김의겸; 도현민; 김휘수; 최태용; 박찬훈; 박동일; 박종우; 경진호; 김두형; 정희연
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2019-06-14
Filing date: 2019-06-14
Publication date: 2020-12-24
Also published as: KR102240791B1

Abstract

The present invention relates to an apparatus for providing multidimensional motion information. The apparatus for providing multidimensional motion information comprises: a ground part being a conductor having a position of which is changed by external force and including a flat module and an insertion module protruding from a bottom surface of the flat module; a sensor substrate part having a flat substrate, spaced apart from the flat module, and formed therein with a hole in which the insertion module is inserted; an electrode parts formed at a side of the hole and an edge of the hole of the sensor substrate part for receiving power to form capacitance together with the ground part; a force measuring part as a calculator to obtain vertical force or horizontal force to be applied to the ground part using the capacitance; a fixed part including a base module spaced apart from the bottom of the flat module and having a fixed position and a fixing module to fix the sensor substrate part to a top portion spaced apart from the flat module; and an elastic part fixed between the fixed part and the ground part to elastically support the ground part.

Description

Multi-dimensional motion information providing device {APPARATUS FOR PROVIDING MULTIDIMENSIONAL MOTION INFORMATION}

본 발명은 다차원 모션 정보 제공 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 정전용량의 값을 이용하며 다차원의 변위 또는 힘/토크와 같은 정보를 제공하는 다차원 모션 정보 제공 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for providing multidimensional motion information. More specifically, it relates to a multi-dimensional motion information providing apparatus that uses a value of capacitance and provides information such as multi-dimensional displacement or force/torque.

컴퓨터에서 사용되는 마우스는 버튼을 제외할 때 평면 상에서의 이차원 운동을 감지하여 모니터에 표시해 준다. 이와 같이 컴퓨터 마우스는 이차원의 변위 정보를 제공하므로 제공하는 정보에 한계가 있다. The mouse used in the computer detects two-dimensional motion on a plane and displays it on the monitor when the button is removed. As described above, since the computer mouse provides two-dimensional displacement information, the information provided is limited.

공간상의 하나의 점에서 최대한 표현할 수 있는 힘과 토크의 다차원 정보는 직교 좌표계에서의 직교한 세 축 방향으로 작용하는 힘(F_x, F_y, F_z)과 직교한 세 축을 중심으로의 토크(T_x, T_y, T_z)인 6축 정보이다. 따라서, 이러한 다축의 힘 및 토크를 감지하는 센서를 이용하여 6차원의 정보를 사용자에게 제공할 수가 있다. 이러한 다차원의 정보 제공 장치는 로봇 교시, 게임 조이스틱, 조그 셔틀, 또는 다차원 마우스 등으로의 활용이 가능하다. Multidimensional information of the force and torque that can be expressed at a point in space is the force acting in the three orthogonal directions in the Cartesian coordinate system (F _x , F _y , F _z ) and the torque around the three orthogonal axes ( T _x , T _y , T _z ) of 6-axis information. Accordingly, 6-dimensional information can be provided to a user by using a sensor that senses such multi-axis force and torque. Such a multidimensional information providing device can be used as a robot teaching, a game joystick, a jog shuttle, or a multidimensional mouse.

종래 정전용량의 변화를 이용한 6축의 힘/토크 센서가 알려져 있는데, 구성 요소가 복잡하고 각 파트의 조립이 어렵다는 문제가 있었다. Conventionally, a six-axis force/torque sensor using a change in capacitance has been known, but there is a problem that components are complex and assembly of each part is difficult.

대한민국 등록특허 제10-1470160호Korean Patent Registration No. 10-1470160

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판부의 홀에 전극을 형성하고 접지극인 그라운드부에 돌출 형성되어 상기 홀에 삽입되는 삽입 모듈을 형성하고, 상기 기판부를 고정시키는 고정부와 그라운드부 사이에 고정되어 그라운드부를 탄성 지지하는 탄성부에 의해 조립이 간단하고 센서의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 다차원 모션 정보 제공 장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve such a conventional problem, in which an electrode is formed in a hole in the substrate, and an insertion module is formed protruding in the ground, which is a ground electrode, to be inserted into the hole, and to fix the substrate. It is intended to provide a multidimensional motion information providing apparatus capable of improving the measurement accuracy of a sensor and simple assembly by an elastic portion that is fixed between the fixed portion and the ground portion to elastically support the ground portion.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 외력에 의해 위치가 변화하는 접지된 도전체로서, 평판 형태의 평판 모듈 및 상기 평판 모듈의 하면에 돌출 형성되는 삽입 모듈을 포함하는 그라운드부; 평판 형태의 기판으로, 상기 평판 모듈과 이격 형성되고, 상기 삽입 모듈이 이격 삽입될 수 있는 홀이 형성된 센서 기판부; 상기 홀의 측면 및 상기 센서 기판부 상면의 홀 가장자리에 형성되는 전극으로서, 전원을 인가 받아 상기 그라운드부와 함께 정전용량을 형성하는 전극부; 상기 정전용량 값을 이용하여 상기 그라운드부에 가해지는 수직 방향의 힘 또는 수평 방향의 힘을 구하는 연산 장치인 힘측정부; 상기 평판 모듈의 아래에 이격되어 위치가 고정되는 베이스 모듈 및 상기 베이스 모듈로부터 돌출되어 상기 평판 모듈로부터 이격된 상부에 상기 센서 기판부를 고정시키는 고정 모듈을 포함하는 고정부; 및 상기 고정부와 그라운드부 사이에 고정되어 상기 그라운드부를 탄성 지지하는 탄성부를 포함하는 다차원 모션 정보 제공 장치에 의해 달성될 수가 있다. The above object is, according to the present invention, as a grounded conductor whose position is changed by an external force, the ground portion including a flat plate module and an insertion module protruding from the lower surface of the flat plate; A sensor substrate portion having a flat plate shape, which is formed to be spaced apart from the flat panel module and formed with a hole through which the insertion module can be spaced apart; An electrode formed on a side surface of the hole and an edge of the hole on an upper surface of the sensor substrate, the electrode portion receiving power to form a capacitance together with the ground portion; A force measuring unit, which is a calculation device that calculates a force in a vertical direction or a force in a horizontal direction applied to the ground unit by using the capacitance value; A fixing part including a base module spaced below the flat panel module and fixed in position, and a fixing module protruding from the base module and fixing the sensor board part on an upper part spaced apart from the flat panel module; And an elastic part fixed between the fixed part and the ground part to elastically support the ground part.

여기서, 상기 홀은 원형의 홀이고, 상기 삽입 모듈은 원기둥 형태일 수 있다. Here, the hole is a circular hole, and the insertion module may have a cylindrical shape.

여기서, 상기 그라운드부는 상기 탄성부를 통해 접지될 수 있다. Here, the ground part may be grounded through the elastic part.

여기서, 평판 형태의 기판으로 상기 베이스 모듈에 고정되고, 유선 또는 무선으로 모션 정보를 사용자에게 전송하는 MCU 기판부를 더 포함하고, 상기 MCU 기판부의 접지극은 상기 탄성부와 전기적으로 연결될 수 있다. Here, the plate-shaped substrate further includes an MCU substrate portion fixed to the base module and transmitting motion information to a user by wire or wirelessly, and a ground electrode of the MCU substrate portion may be electrically connected to the elastic portion.

여기서, 상기 홀의 측면 및 상기 센서 기판부 상면의 홀 가장자리에 형성되는 전극은 일체로 형성될 수 있다. Here, electrodes formed on the side of the hole and the edge of the hole on the upper surface of the sensor substrate may be integrally formed.

여기서, 상기 전극부는 상기 홀의 원주 방향을 따라 분리 형성될 수 있다. Here, the electrode portion may be separately formed along the circumferential direction of the hole.

여기서, 상기 전극부는 상기 홀의 원주 방향을 따라 두 개 이상으로 등분될 수 있다. Here, the electrode portion may be equally divided into two or more along the circumferential direction of the hole.

여기서, 상기 평판 모듈과 상기 센서 기판부 사이의 이격 공간 및 상기 홀과 삽입 모듈 사이의 이격 공간에는 유전체가 형성될 수 있다. Here, a dielectric may be formed in a space between the flat panel module and the sensor substrate and a space between the hole and the insertion module.

여기서, 상기 유전체는 폴리머, 공기, 물 중 적어도 어느 하나일 수 있다. Here, the dielectric may be at least one of a polymer, air, and water.

여기서, 상기 삽입 모듈은 상기 평판 모듈 하면에 세 개 이상으로 돌출 형성되고, 상기 삽입 모듈에 대응되도록 상기 센서 기판부에 형성되는 상기 홀은 세 개 이상으로 형성될 수 있다. Here, the insertion module may be formed to protrude from a lower surface of the flat module in three or more holes, and three or more holes formed in the sensor substrate to correspond to the insertion module may be formed.

여기서, 상기 삽입 모듈 및 상기 홀은 동일 원주 상에 동일한 간격으로 서로 이격되도록 배치될 수 있다. Here, the insertion module and the hole may be disposed to be spaced apart from each other at the same distance on the same circumference.

여기서, 상기 힘측정부에서 측정된 수직 방향의 힘 및 수평 방향의 힘을 이용하여 상기 그라운드부에 가해지는 다축 힘과 다축 토크를 구하는 연산 장치인 연산부를 더 포함할 수 있다. Here, it may further include a calculation unit that is a calculation device that calculates the multi-axis force and the multi-axis torque applied to the ground unit using the force in the vertical direction and the force in the horizontal direction measured by the force measuring unit.

여기서, 상기 그라운드부에 고정되어 사용자가 파지하여 상기 그라운드부를 이동시키는 핸들부를 더 포함할 수 있다. Here, it may further include a handle portion fixed to the ground portion and gripped by a user to move the ground portion.

여기서, 상기 고정부는 상기 그라운드부를 향하여 돌출된 스토퍼 모듈을 더 포함하고, 상기 평판 모듈에는 상기 스토퍼 모듈의 단부가 이격 삽입되는 홈 또는 홀이 형성되어 상기 그라운드부가 이동할 때 상기 스토퍼 모듈과 접촉하여 상기 그라운드부의 이동 범위를 제한하는 접촉 모듈을 더 포함할 수 있다. Here, the fixing part further includes a stopper module protruding toward the ground part, and the flat module has a groove or a hole into which the end of the stopper module is spacedly inserted, so that when the ground part moves, the stopper module is in contact with the ground. It may further include a contact module for limiting the movement range of the negative.

여기서, 상기 그라운드부는 상기 고정부를 향하여 돌출된 스토퍼 모듈을 더 포함하고, 상기 베이스 모듈에는 상기 스토퍼 모듈의 단부가 이격 삽입되는 홈 또는 홀이 형성되어 상기 그라운드부가 이동할 때 상기 스토퍼 모듈과 접촉하여 상기 그라운드부의 이동 범위를 제한하는 접촉 모듈을 더 포함할 수 있다. Here, the ground portion further includes a stopper module protruding toward the fixing portion, and the base module has a groove or hole into which the end of the stopper module is spacedly inserted, so that when the ground portion moves, the stopper module is in contact with the It may further include a contact module limiting the movement range of the ground portion.

여기서, 상기 스토퍼 모듈의 단부는 반경 방향으로 돌출 형성될 수 있다. Here, the end of the stopper module may be formed to protrude in a radial direction.

여기서, 상기 스토퍼 모듈은 상기 고정 모듈의 상단에서 연장 형성될 수 있다. Here, the stopper module may extend from an upper end of the fixing module.

여기서, 상기 스토퍼 모듈과 상기 접촉 모듈은 상기 그라운드부가 이동할 때 상기 그라운드부와 상기 전극부 사이의 접촉을 막을 수 있다. Here, the stopper module and the contact module may prevent contact between the ground portion and the electrode portion when the ground portion moves.

여기서, 상기 고정 모듈은 원주 방향을 따라 등 간격으로 복수 개 형성되고, 상기 탄성부는 원주 방향을 따라 상기 고정 모듈 사이에 배치될 수 있다.Here, a plurality of the fixing modules may be formed at equal intervals along the circumferential direction, and the elastic portions may be disposed between the fixing modules along the circumferential direction.

상기한 바와 같은 본 발명의 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘 및 토크 센서에 따르면 기판상에 전극이 형성되는 원형의 홀에 이보다 작은 직경의 원기둥 형태의 접지극을 삽입하여 간극을 형성하므로 원의 크기와 중심만 맞추면 간극을 형성할 수가 있으므로 센서의 조립이 용이하다는 장점이 있다.According to the force sensor of the present invention and a multiaxial force and torque sensor using the same as described above, since a gap is formed by inserting a cylindrical earth electrode of a smaller diameter into a circular hole in which an electrode is formed on the substrate, the size and center of the circle There is an advantage that it is easy to assemble the sensor since it is possible to form a gap if it is aligned.

또한, 원형의 홀 측면에 형성되는 전극과 원기둥 형태의 접지극 사이는 곡면의 형태로 이격 배열되므로, 두 평판이 평면으로 이격 배열되는 경우와 비교하여 센싱 단면적을 증가시킬 수가 있어서, 센서의 민감도를 향상시킬 수 있다는 장점도 있다. In addition, since the electrode formed on the side of the circular hole and the cylindrical earth electrode are arranged spaced apart in a curved shape, the sensing cross-sectional area can be increased compared to the case where the two plates are spaced apart in a plane, thereby improving the sensitivity of the sensor. There is also an advantage of being able to do it.

또한, 탄성부를 통해 그라운드부를 용이하게 접지시킬 수가 있다는 장점도 있다. In addition, there is also an advantage that the ground portion can be easily grounded through the elastic portion.

또한, 스토퍼 모듈과 접촉 모듈에 의해 그라운드부의 이동을 제한하여 전극부가 그라운드부와 접촉하여 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수가 있다. In addition, by limiting the movement of the ground portion by the stopper module and the contact module, it is possible to prevent the occurrence of a short circuit when the electrode portion contacts the ground portion.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다차원 모션 정보 제공 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 분리 사시도이다.
도 3은 센싱 파트의 분리 사시도이다.
도 4는 도 3의 결합 사시도이다.
도 5는 도 3의 센싱 파트에 핸들부가 결합된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 센싱 구조를 설명하는 단면도이다.
도 7은 도 6에서 센서 기판부의 원형의 홀에 형성된 전극부를 확대하여 도시하는 사시도이다.
도 8은 도 6에 있어서 수직의 힘(normal force)이 가해질 때 그라운드부의 이동을 도시하는 단면도이다.
도 9은 도 6에 있어서 수직의 힘(normal force)이 도 8과는 다른 위치에서 가해질 때 그라운드부의 이동을 도시하는 단면도이다.
도 10은 도 6에에 있어서 수평의 힘(shear force)가 가해질 때 그라운드부의 이동을 도시하는 단면도이다.
도 11은 도 5의 평면도이다.
도 12는 도 4의 단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 다차원 모션 정보 제공 장치의 다양한 모션을 도시한다. 1 is a perspective view of an apparatus for providing multidimensional motion information according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view of FIG. 1.
3 is an exploded perspective view of a sensing part.
4 is a combined perspective view of FIG. 3.
5 is a perspective view illustrating a state in which a handle part is coupled to the sensing part of FIG. 3.
6 is a cross-sectional view illustrating a sensing structure according to the present invention.
7 is an enlarged perspective view illustrating an electrode portion formed in a circular hole of the sensor substrate portion in FIG. 6.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a movement of a ground portion when a normal force is applied in FIG. 6.
9 is a cross-sectional view showing the movement of the ground portion when a normal force in FIG. 6 is applied at a position different from that of FIG. 8.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the movement of a ground portion when a horizontal shear force is applied in FIG. 6.
11 is a plan view of FIG. 5.
12 is a cross-sectional view of FIG. 4.
13 shows various motions of the apparatus for providing multidimensional motion information according to the present invention.

실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of the embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다 Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and are common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to those who have, and the invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same elements throughout the specification.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 힘 센서 및 이를 이용한 다축 힘 및 토크 센서를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings for explaining a force sensor and a multiaxial force and torque sensor using the same according to embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다차원 모션 정보 제공 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분리 사시도이다. 1 is a perspective view of an apparatus for providing multidimensional motion information according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 1.

본 발명의 일 실시예에 따른 다차원 모션 정보 제공 장치(100)는 그라운드부(110), 센서 기판부(120), 전극부(130), 힘측정부(미도시), 고정부(150) 및 탄성부(160)를 포함하여 구성될 수가 있다. 또한, 핸들부(190)를 더 포함할 수가 있다. The apparatus 100 for providing multidimensional motion information according to an embodiment of the present invention includes a ground unit 110, a sensor substrate unit 120, an electrode unit 130, a force measurement unit (not shown), a fixing unit 150, and It may be configured to include an elastic portion 160. In addition, it may further include a handle unit 190.

도 2에 도시되어 있는 것과 같이 그라운드부(110), 센서 기판부(120), 전극부(130), 및 고정부(150)를 포함하는 센싱 파트(180)는 조립된 상태로 베이스 바디(195)에 고정될 수가 있다. 또한, 그라운드부(110)의 상부에는 핸들부(190)가 고정되어, 후술하는 바와 같이 베이스 바디(195)에 고정부(150)가 고정된 상태에서 사용자가 핸들부(190)를 파지하여 그라운드부(110)를 이동시킬 수가 있다. 그라운드부(110)가 이동할 때 본 발명에 따른 다차원 모션 정보 제공 장치(100)는 다차원의 정보를 얻을 수가 있는데, 본 실시예에서는 6차원의 정보를 얻는 것을 중심으로 설명하기로 한다. 여기서, 6차원이라고 하면 직교 좌표계에서의 직교한 세 축 방향으로 작용하는 힘(F_x, F_y, F_z)과 직교한 세 축을 중심으로의 토크(T_x, T_y, T_z)인 6축의 힘 정보를 의미할 수가 있다. 또한, 그라운드부(110)에 힘 또는 토크가 작용할 때 힘 또는 토크의 크기에 그라운드부(110)의 직선 이동 변위 또는 회전 이동 변위가 비례하므로 상기 정보는 변위 정보를 의미할 수도 있다. As shown in FIG. 2, the sensing part 180 including the ground part 110, the sensor substrate part 120, the electrode part 130, and the fixing part 150 is assembled and the base body 195 ) Can be fixed. In addition, the handle unit 190 is fixed to the upper portion of the ground unit 110, and as described later, the user grips the handle unit 190 while the fixing unit 150 is fixed to the base body 195 to ground. The unit 110 can be moved. When the ground unit 110 moves, the apparatus 100 for providing multi-dimensional motion information according to the present invention can obtain multi-dimensional information. In this embodiment, the description will focus on obtaining 6-dimensional information. Here, if we say 6D, the force acting in the three orthogonal axes in the Cartesian coordinate system (F _x , F _y , F _z ) and the torque around the three orthogonal axes (T _x , T _y , T _z ) are 6 It can mean axis force information. In addition, when a force or torque acts on the ground unit 110, since the linear displacement or rotational displacement of the ground unit 110 is proportional to the magnitude of the force or torque, the information may mean displacement information.

이하, 도 3 내지 도 12를 참조로, 센싱 파트에 관하여 설명하기로 한다. Hereinafter, a sensing part will be described with reference to FIGS. 3 to 12.

도 3은 센싱 파트의 분리 사시도이고, 도 4는 도 3의 결합 사시도이고, 도 5는 도 3의 센싱 파트에 핸들부가 결합된 상태를 도시하는 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 센싱 구조를 설명하는 단면도이고, 도 7은 도 6에서 센서 기판부의 원형의 홀에 형성된 전극부를 확대하여 도시하는 사시도이고, 도 8은 도 6에 있어서 수직의 힘(normal force)이 가해질 때 그라운드부의 이동을 도시하는 단면도이고, 도 9은 도 6에 있어서 수직의 힘(normal force)이 도 8과는 다른 위치에서 가해질 때 그라운드부의 이동을 도시하는 단면도이고, 도 10은 도 6에에 있어서 수평의 힘(shear force)가 가해질 때 그라운드부의 이동을 도시하는 단면도이고, 도 11은 도 5의 평면도이고, 도 12는 도 4의 단면도이다. 3 is an exploded perspective view of a sensing part, FIG. 4 is a combined perspective view of FIG. 3, FIG. 5 is a perspective view showing a state in which a handle part is coupled to the sensing part of FIG. 3, and FIG. 6 is a sensing structure according to the present invention. It is an explanatory cross-sectional view, and FIG. 7 is an enlarged perspective view showing an electrode portion formed in a circular hole of the sensor substrate in FIG. 6, and FIG. 8 is a movement of the ground portion when a normal force is applied in FIG. 6. 9 is a cross-sectional view showing the movement of the ground portion when a normal force in FIG. 6 is applied at a position different from that of FIG. 8, and FIG. 10 is a horizontal shear force in FIG. ) Is a cross-sectional view showing the movement of the ground portion when) is applied, FIG. 11 is a plan view of FIG. 5, and FIG. 12 is a cross-sectional view of FIG. 4.

그라운드부(110)는 사용자가 핸들부(190)를 파지하여 이동시키는 방법으로 외력이 가해지면 그에 따라 위치가 변화한다. 그라운드부(110)의 저면과 후술하는 고정부(150)의 상면 사이에는 스프링과 같은 탄성부(160)가 고정되는데, 따라서 그라운드부(110)를 탄성 지지하는 탄성부(160)에 의해 고정부(150)를 기준으로 그라운드부(110)는 수평 방향으로의 이동 및 회전 이동이 가능할 수가 있다. 이때, 그라운드부(110)에 가해지는 외력이 제거되면, 탄성부(160)의 탄성력에 의해 다시 그 위치가 복귀될 수 있다. The ground unit 110 is a method in which the user grips and moves the handle unit 190, and the position of the ground unit 110 changes accordingly when an external force is applied. An elastic portion 160 such as a spring is fixed between the bottom surface of the ground portion 110 and the top surface of the fixing portion 150 to be described later, and thus the fixing portion by the elastic portion 160 elastically supporting the ground portion 110 Based on 150, the ground unit 110 may be capable of moving and rotating in a horizontal direction. At this time, when the external force applied to the ground unit 110 is removed, the position may be restored again by the elastic force of the elastic unit 160.

그라운드부(110)는 접지된 도전체로 구성되어, 그라운드부(110), 후술하는 전극부(130) 및 그라운드부(110)와 전극부(130) 사이에 형성되는 유전체(140)에 의해 정전용량을 형성하게 된다. The ground part 110 is composed of a grounded conductor, and the capacitance is formed by the ground part 110, the electrode part 130 to be described later, and the dielectric 140 formed between the ground part 110 and the electrode part 130. Will form.

그라운드부(110)는 도시되어 있는 것과 같이 원형의 평판 형태의 평판 모듈(112) 및 평판 모듈(112)의 하면에 돌출 형성되는 삽입 모듈(114)로 구성될 수가 있다. 이때, 삽입 모듈(114)은 원기둥 형태로 돌출 형성되는 것이 바람직하다. As illustrated, the ground unit 110 may include a flat plate module 112 in a circular flat shape and an insertion module 114 protruding from a lower surface of the flat plate module 112. At this time, the insertion module 114 is preferably formed to protrude in a cylindrical shape.

이때, 도 6에 도시되어 있는 것과 같이 평판 모듈(112)은 후술하는 센서 기판부(120)와 소정 간격 이격된 상태로 수평 배치되며, 삽입 모듈(114)은 센서 기판부(120)에 형성되는 홀(122)의 측면에 이격되도록 삽입 배치된다. At this time, as shown in FIG. 6, the flat panel module 112 is horizontally disposed in a state spaced apart from the sensor substrate unit 120 to be described later by a predetermined distance, and the insertion module 114 is formed on the sensor substrate unit 120. It is inserted and arranged to be spaced apart from the side of the hole 122.

본 실시예에서는 삽입 모듈(114)이 세 개 형성되고, 이에 대응되도록 센서 기판부(120)에는 홀(122)이 세 개 배치된다. 또한, 삽입 모듈(114)은 평판 모듈(112)의 중심을 기준으로 동일 원주 상에 동일한 간격으로 서로 이격되도록 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 삽입 모듈(114)은 평판 모듈(112)의 중심을 기준으로 동일 원주 상에 120도의 간격으로 이격 배치될 수가 있다. 이에 대응되도록 센서 기판부(120)에 형성되는 홀(122)도 동일 원주 상에 동일한 간격으로 서로 이격 배치된다. In this embodiment, three insertion modules 114 are formed, and three holes 122 are disposed in the sensor substrate 120 to correspond thereto. In addition, the insertion module 114 is preferably disposed to be spaced apart from each other at equal intervals on the same circumference based on the center of the flat plate module 112. That is, the insertion module 114 may be spaced apart from the center of the flat plate module 112 at intervals of 120 degrees on the same circumference. To correspond to this, the holes 122 formed in the sensor substrate unit 120 are also disposed on the same circumference and spaced apart from each other at equal intervals.

도 4 및 도 11에 도시되어 있는 것과 같이 평판 모듈(112)의 가장자리에는 스토퍼 모듈의 상단부가 이격 삽입될 수 있도록 상하 관통하는 홀인 접촉 모듈(116)이 형성된다. 본 실시예에서는 평판 모듈(112)의 가장자리에 형성되어 홀의 가장자리 측면이 개방된 형태로 반원에 가까운 홀로 형성되어 있으나, 평판 모듈(112)의 내부에 형성되어 개방된 측면을 가지지 않은 형태인 원형의 홀로 형성될 수도 있다. 또한, 본 실시예에서는 평판 모듈(112)을 상하 관통하는 홀의 형태로 형성되어 있으나, 상단은 밀폐된 형태의 홈으로 형성될 수가 있다.As shown in FIGS. 4 and 11, a contact module 116, which is a hole that penetrates up and down, is formed at the edge of the flat plate module 112 so that the upper end of the stopper module can be spacedly inserted. In the present embodiment, a hole is formed at the edge of the flat plate module 112 so that the edge side of the hole is open and is formed as a hole close to a semicircle, but it is formed inside the flat panel module 112 and has a circular shape that does not have an open side. It may be formed as a hole. In addition, in the present embodiment, the flat plate module 112 is formed in the shape of a hole that penetrates up and down, but the upper end may be formed as a closed groove.

접촉 모듈(116)의 하단에는 홀의 내측면에서 반경 방향 반대 방향으로 플랜지 형태로 돌출된 플랜지 모듈(117)이 형성될 수가 있다. A flange module 117 protruding in a flange shape in a direction opposite to the radial direction from the inner side of the hole may be formed at the lower end of the contact module 116.

센서 기판부(120)는 평판 형태의 기판으로 예를 들어 PCB(PRINTED CIRCUIT BOARD)로 구성될 수가 있다. 센서 기판부(120)는 도 6에 도시되어 있는 것과 같이 그라운드부(110)의 평판 모듈(112)과 소정 간격 이격되도록 평행하게 배치된다. 평판 모듈(112)의 상면으로부터 수직 아래 방향으로 힘이 가해지면 평판 모듈(112)과 센서 기판부(120) 사이의 거리가 변화될 수가 있다. 이때, 본 발명에서는 외력이 가해지더라도 후술하는 스토퍼 모듈(155) 및 접촉 모듈(116)을 포함하는 구성에 의해 센서 기판부(120)와 평판 모듈(112) 사이는 서로 접촉하지 않는다. The sensor substrate unit 120 may be formed of a printed circuit board (PCB) as a flat board. As shown in FIG. 6, the sensor substrate unit 120 is disposed in parallel to be spaced apart from the flat panel module 112 of the ground unit 110 by a predetermined distance. When a force is applied in a vertical downward direction from the top surface of the flat panel module 112, the distance between the flat panel module 112 and the sensor substrate unit 120 may be changed. At this time, in the present invention, even if an external force is applied, the sensor substrate unit 120 and the flat panel module 112 do not contact each other due to the configuration including the stopper module 155 and the contact module 116 to be described later.

또한, 센서 기판부(120)에는 홀(122)이 형성되는데, 상기 홀(122)은 원형으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 홀(122)에는 전술한 그라운드부(110)의 삽입 모듈(114)이 삽입된다. 이때, 홀(122)의 측면과 삽입 모듈(114)의 외측면은 서로 이격되도록 배치되어 그라운드부(110)에 수평 방향으로 힘이 가해지면 홀(122)의 측면과 삽입 모듈(114) 사이의 거리가 변화될 수가 있다. 이때, 본 발명에서는 외력이 가해지더라도 스토퍼 모듈(155) 및 접촉 모듈(116)을 포함하는 구성에 의해 홀(122)의 측면과 삽입 모듈(114) 사이는 서로 접촉하지 않는다. In addition, a hole 122 is formed in the sensor substrate 120, and the hole 122 is preferably formed in a circular shape. In the hole 122, the insertion module 114 of the ground part 110 is inserted. At this time, the side surface of the hole 122 and the outer surface of the insertion module 114 are arranged to be spaced apart from each other so that when a force is applied to the ground part 110 in the horizontal direction, the side surface of the hole 122 and the insertion module 114 Distance can be changed. At this time, in the present invention, even if an external force is applied, the side surface of the hole 122 and the insertion module 114 do not contact each other due to the configuration including the stopper module 155 and the contact module 116.

이때, 도 6 및 도 7에 도시되어 있는 것과 같이 홀(122)의 측면 및 센서 기판부(120) 상면의 홀(122) 가장자리에는 일체로 형성되는 전극부(130)가 형성될 수가 있다. 즉, PCB 기판에 부품을 삽입하지 않고 상층과 하층 사이의 층간을 접속하기 위한 도금 도통홀을 비아홀(Via_Hole)이라고 하는데, 비아홀의 형태로 센서 기판부(120)에 전극부(130)가 형성될 수가 있다. 도 6의 도면에서는 센서 기판부(120)의 하면 상에도 전극이 형성되어 전극부(130) 전체의 단면의 형태가 'ㄷ'자 형태를 가지고 있으나, 센서 기판부(120)의 하면에는 전극이 반드시 형성될 필요는 없다. In this case, as illustrated in FIGS. 6 and 7, an electrode unit 130 integrally formed may be formed at the side of the hole 122 and at the edge of the hole 122 on the upper surface of the sensor substrate 120. That is, the plating conductive hole for connecting the layers between the upper layer and the lower layer without inserting a component into the PCB substrate is called a via hole (Via_Hole), and the electrode unit 130 is formed in the sensor substrate unit 120 in the form of a via hole. There can be. In the drawing of FIG. 6, an electrode is also formed on the lower surface of the sensor substrate unit 120 so that the shape of the entire cross section of the electrode unit 130 has a'U' shape, but the electrode is formed on the lower surface of the sensor substrate unit 120. It does not have to be formed.

설명의 편이를 위해서 홀(122)의 측면에 형성되는 전극부(130)를 측면 전극부(131), 센서 기판부(120)의 상면의 홀(122) 가장자리에 형성되는 전극부(130)를 상면 전극부(132)라고 하며 후술하기로 한다. 전술한 바와 같이 측면 전극부(131)와 상면 전극부(132)는 전기적으로 분리되지 않고 일체로 형성될 수 있다. 전극부(130)에 전원이 인가되면, 인접하게 형성되는 측면 전극부(131)와 삽입 모듈(114) 사이에 정전용량을 형성하게 되고 상면 전극부(132)와 평판 모듈(112) 사이에 정전용량을 형성하게 된다. For convenience of explanation, the electrode part 130 formed on the side of the hole 122 is provided as the side electrode part 131, and the electrode part 130 formed at the edge of the hole 122 on the upper surface of the sensor substrate part 120 is provided. It is referred to as the upper electrode part 132 and will be described later. As described above, the side electrode part 131 and the upper electrode part 132 are not electrically separated and may be integrally formed. When power is applied to the electrode unit 130, a capacitance is formed between the side electrode unit 131 and the insertion module 114 formed adjacent to each other, and the electrostatic capacity is formed between the upper electrode unit 132 and the flat panel module 112. To form a capacity.

이때, 전극부(130)는 도 7에 도시되어 있는 것과 같이 홀(122)의 원주 방향을 따라 제 1 전극부(130a)와 제 2 전극부(130b)로 분리 형성될 수 있으며, 바람직하게는 이등분될 수가 있다. 본 실시예에서는 두 개로 분리되어 있는 것을 중심으로 설명을 하나 이에 한정되지 않고 더 많은 개수로 등분되어 분리될 수도 있다. At this time, the electrode part 130 may be formed separately into a first electrode part 130a and a second electrode part 130b along the circumferential direction of the hole 122 as shown in FIG. 7, and preferably It can be bisected. In the present embodiment, the description is mainly divided into two, but the description is not limited thereto and may be divided into a larger number and separated.

이와 같이, 제 1 전극부(130a)와 제 2 전극부(130b)는 물리적 및 전기적으로 분리되며, 제 1 전극부(130a)와 제 2 전극부(130b)에 대하여 각각 정전용량을 측정하게 되고, 제 1 전극부(130a) 및 제 2 전극부(130b)에서 측정되는 정전용량의 값을 이용하여 삽입 모듈(114)의 중심에 가해지는 수직 방향의 힘 및 수평 방향의 힘을 측정한다. In this way, the first electrode unit 130a and the second electrode unit 130b are physically and electrically separated, and the capacitance is measured for the first electrode unit 130a and the second electrode unit 130b, respectively. , The force in the vertical direction and the force in the horizontal direction applied to the center of the insertion module 114 are measured using the values of capacitance measured by the first electrode unit 130a and the second electrode unit 130b.

평판 모듈(112)과 센서 기판부(120) 사이의 이격 공간 및 홀(122)과 삽입 모듈(114) 사이의 이격 공간에는 유전체(140)가 형성될 수가 있는데, 상기 유전체(140)로는 폴리머, 공기, 물 중 어느 하나가 형성될 수가 있고, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. A dielectric 140 may be formed in a space between the flat panel module 112 and the sensor substrate 120 and a space between the hole 122 and the insertion module 114. The dielectric 140 includes a polymer, Any one of air and water may be formed, but is not limited thereto.

힘측정부(미도시)는 연산 장치로서, 그라운드부(110)에 외력이 가해질 때 전극부(130)와 그라운드부(110) 사이에 형성되는 정전용량의 값을 이용하여 삽입 모듈(114)의 중심에 가해지는 수직 방향의 힘 또는 수평 방향의 힘을 구한다. 바람직하게는 제 1 전극부(130a)에 가해지는 정전용량 값 및 제 2 전극부(130b)에 가해지는 정전용량 값을 각각 구하여 이로부터 삽입 모듈(114)의 중심에 가해지는 수직 방향의 힘 또는 수평 방향의 힘을 연산한다. 힘측정부는 센서 기판부(120)에 형성될 수 있는데, 또는 후술하는 MCU 기판부에 형성될 수도 있다. The force measurement unit (not shown) is an operation device, and the insertion module 114 uses a value of the capacitance formed between the electrode unit 130 and the ground unit 110 when an external force is applied to the ground unit 110. Calculate the vertical or horizontal force applied to the center. Preferably, a capacitance value applied to the first electrode portion 130a and a capacitance value applied to the second electrode portion 130b are obtained, respectively, and the force in the vertical direction applied to the center of the insertion module 114 or Calculate the force in the horizontal direction. The force measuring unit may be formed on the sensor substrate unit 120, or may be formed on the MCU substrate to be described later.

유전체(140)를 사이에 두는 두 전극(110, 130) 사이의 정전용량 값은 두 전극(110, 130) 사이의 거리에 반비례한다. 도 8에 도시되어 있는 것과 같이 수직 방향의 힘에 의해 그라운드부(110)가 아래로 이동을 하게 되면 상면 전극부(132)와 평판 모듈(112) 사이의 거리가 감소하여 정전용량 값이 증가하게 된다. The capacitance value between the two electrodes 110 and 130 sandwiching the dielectric 140 is inversely proportional to the distance between the two electrodes 110 and 130. As shown in FIG. 8, when the ground part 110 moves downward by a force in the vertical direction, the distance between the upper electrode part 132 and the flat panel module 112 decreases, thereby increasing the capacitance value. do.

이때, 도 8에서와 같이 삽입 모듈(114)이 위치하는 중앙에 힘이 가해져 평판 모듈(112)이 수평을 유지한 상태에서 아래로 이동하는 경우에는, 제 1 전극부(130a) 및 제 2 전극부(130b)에서 각각 평판 모듈(112)과의 거리(d_1N, d_2N)가 같으므로 측정되는 정전용량 값은 모두 같다. At this time, as shown in FIG. 8, when a force is applied to the center where the insertion module 114 is located and the flat panel module 112 moves downward while maintaining the horizontal, the first electrode part 130a and the second electrode Since the distances d _1N and d _2N from the unit 130b to the flat panel modules 112 are the same, all measured capacitance values are the same.

하지만, 도 9에 도시되어 있는 것과 같이 삽입 모듈(114)의 중앙이 아닌 편심된 일측에 수직 방향의 힘이 가해지는 경우, 제 1 전극부(130a)와 제 2 전극부(130b)에서 상면 전극부(132) 각각은 평판 모듈(112)과의 거리(d_1N, d_2N)가 상호 달라지게 되어 제 1 전극부(130a)와 제 2 전극부(130b)에서의 정전용량 값이 각각 달라지게 된다. 이와 같이 제 1 전극부(130a)와 제 2 전극부(130b)에서의 정전용량 값의 변화를 함께 이용하여 힘측정부는 도시된 삽입 모듈(114)이 위치하는 곳에 가해지는 수직 방향의 힘을 구할 수가 있다. However, as shown in FIG. 9, when a force in the vertical direction is applied to one eccentric side of the insertion module 114 rather than the center, the upper electrode portion 130a and the second electrode portion 130b Each of the parts 132 has a different distance (d _1N , d _2N ) from the flat panel module 112 so that the capacitance values of the first electrode part 130a and the second electrode part 130b are different. do. In this way, by using the change in the capacitance value of the first electrode unit 130a and the second electrode unit 130b together, the force measurement unit can obtain the vertical force applied to the location where the illustrated insertion module 114 is located. There can be.

또한, 도 10에 도시되어 있는 것과 같이 그라운드부(110)에 수평 방향의 힘이 가해져 그라운드부(110)가 수평으로 이동(도면 상에는 좌에서 우로)하는 경우에는 측면 전극부(131)와 삽입 모듈(114) 사이의 거리가 변화하여 정전용량 값이 변화하게 된다. 보다 자세히는, 제 1 전극부(130a)의 측면 전극부(131)와 삽입 모듈(114) 사이는 거리(d_1s)가 멀어져서 정전용량 값이 작아지게 되고, 제 2 전극부(130b)의 측면 전극부(131)와 삽입 모듈(114) 사이는 거리(d_2s)가 가까워져서 정전용량 값이 커지게 된다. 이와 같이, 힘측정부는 제 1 전극부(130a)와 제 2 전극부(130b)에서 변화하는 정전용량의 값을 이용하여 도시된 삽입 모듈(114)에 가해지는 수평 방향의 힘을 구할 수가 있다. In addition, as shown in FIG. 10, when a horizontal force is applied to the ground part 110 and the ground part 110 moves horizontally (from left to right in the drawing), the side electrode part 131 and the insertion module The distance between (114) changes and the capacitance value changes. In more detail, the distance d _{1 s} between the side electrode portion 131 of the first electrode portion 130a and the insertion module 114 increases, so that the capacitance value decreases, and the second electrode portion 130b The distance d _2s between the side electrode part 131 and the insertion module 114 becomes close, so that the capacitance value increases. In this way, the force measurement unit may obtain a horizontal force applied to the illustrated insertion module 114 by using the values of the capacitances that change in the first electrode unit 130a and the second electrode unit 130b.

본 발명에서는 센서 기판부(120)에 형성된 원형의 홀(122) 크기보다 약간 작은 크기의 원기둥 형태의 삽입 모듈(114)이 삽입되어 홀(122)의 측면과 삽입 모듈(114) 사이에 간극이 형성되므로, 홀(122)과 삽입 모듈(114)의 중심 위치를 맞추면 수평 방향의 힘 측정을 위한 두 전극을 배치시킬 수가 있으므로, 가공이 편하고 가공오차가 적으며 조립이 쉬워지는 장점이 있다. In the present invention, a cylindrical insertion module 114 having a size slightly smaller than the size of the circular hole 122 formed in the sensor substrate unit 120 is inserted, so that a gap between the side surface of the hole 122 and the insertion module 114 is Therefore, if the center position of the hole 122 and the insertion module 114 is aligned, two electrodes for measuring force in the horizontal direction can be disposed, so that processing is easy, processing error is small, and assembly is easy.

나아가, 홀(122)의 측면에 형성되는 측면 전극부(131)와 원기둥 형태의 삽입 모듈(114) 사이는 곡면의 형태로 이격 형성되므로 평면의 형태로 두 전극이 배치되는 경우와 비교하여 센싱 단면적을 증가시킬 수가 있으므로, 센서의 민감도를 더욱 향상시킬 수가 있다. Furthermore, since the side electrode part 131 formed on the side of the hole 122 and the cylindrical insertion module 114 are spaced apart in the shape of a curved surface, the sensing cross-sectional area is compared with the case where the two electrodes are arranged in the shape of a plane. Since can be increased, the sensitivity of the sensor can be further improved.

이와 같이, 삽입 모듈(114)과 센서 기판부(120)의 홀(122)에 형성되는 전극부(130)로 구성되는 센서 구조에 의해 대응하는 위치에 작용하는 수평 방향의 힘 및 수직 방향의 힘을 구할 수가 있다. 이때, 본 발명에 따른 다차원 모션 정보 제공 장치(100)는 상기 센서 구조를 세 개 이상 구비하고, 각각을 서로 다른 방위각을 갖도록 배치시킬 수가 있다. 이때, 복수의 힘 센서 구조를 배치시키는 데 있어서 서로 다양한 방위각을 형성하도록 배치시킬 수도 있지만, 동일 평면상에 배치하되 동일 원주상에 동일한 간격으로 서로 이격되도록 배치함으로써 다양한 방향에서 가해지는 힘과 토크가 각 센서에 균등하게 분배되도록 하는 것이 바람직하다. In this way, by the sensor structure composed of the insertion module 114 and the electrode unit 130 formed in the hole 122 of the sensor substrate unit 120, the force in the horizontal direction and the force in the vertical direction acting on the corresponding position Can be saved. In this case, the apparatus 100 for providing multidimensional motion information according to the present invention may include three or more sensor structures, and may arrange each of them to have different azimuth angles. At this time, in the arrangement of the plurality of force sensor structures, they may be arranged to form various azimuth angles, but by placing them on the same plane but spaced apart from each other at equal intervals on the same circumference, the force and torque applied in various directions It is desirable to distribute evenly to each sensor.

본 실시예에서는 삽입 모듈(114)과 센서 기판부(120)의 홀에 형성된 전극부(130)로 구성되는 센서 구조가 3개 형성된다. 즉, 평판 모듈(112)의 하면에 원기둥 형태의 삽입 모듈(114)이 3개 형성되고, 이에 대응되도록 센서 기판부(120)에 홀이 3개 형성된다. 나아가, 상기 홀(122)은 센서 기판부(120)의 중심을 기준으로 동일 원주 상에 120도의 간격으로 정삼각형의 꼭지점의 위치에 대응되는 곳에 각각 형성된다.In this embodiment, three sensor structures including the insertion module 114 and the electrode unit 130 formed in the hole of the sensor substrate unit 120 are formed. That is, three cylindrical insertion modules 114 are formed on the lower surface of the flat plate module 112, and three holes are formed in the sensor substrate 120 to correspond thereto. Further, the holes 122 are formed on the same circumference with respect to the center of the sensor substrate 120 at intervals of 120 degrees to correspond to the positions of the vertices of the equilateral triangle.

연산 장치인 연산부(미도시)는 힘측정부가 복수의 센서 구조에 대하여 측정한 수직 방향의 힘 및 수평 방향의 힘을 이용하여 그라운드부(110)의 중심에 가해지는 다축 힘과 다축 토크를 구한다. 이때, 각각의 센서 구조에서 측정된 값을 수학적 식에 따라 연산을 하여 다축 힘과 다축 토크를 구할 수 있다. 또는, 다양한 크기와 방향에 가해지는 힘과 토크에 따라서 각 센서 구조에 형성되는 정전용량의 값이 변화하게 되므로, 이와 같이 다양한 크기와 방향에 따라서 변화되는 정전용량 값을 미리 테이블에 저장하여 이를 비교하여 다축 힘 및 토크를 구할 수도 있다. The calculation unit (not shown), which is a computing device, calculates a multiaxial force and a multiaxial torque applied to the center of the ground unit 110 by using the force in the vertical direction and the force in the horizontal direction measured by the force measuring unit for the plurality of sensor structures. At this time, the multi-axial force and multi-axial torque can be obtained by calculating the value measured in each sensor structure according to a mathematical equation. Alternatively, since the capacitance value formed in each sensor structure changes according to the force and torque applied to various sizes and directions, the capacitance values that change according to various sizes and directions are stored in a table in advance and compared. It is also possible to obtain the multiaxial force and torque.

연산부는 센서 기판부(120)에 형성될 수 있는데, 또는 후술하는 MCU 기판부(170)에 형성될 수도 있다. The operation unit may be formed on the sensor substrate unit 120 or may be formed on the MCU substrate unit 170 to be described later.

다시, 도 2를 참조하면, 고정부(150)는 센서 기판부(120)를 고정시키며, 그라운드부(110)가 이동할 때 기준이 되도록 위치가 고정된다. 고정부(150)는 베이스 바디(195)에 고정될 수가 있는데, 베이스 바디(195)와 고정부(150)는 일체로 형성될 수도 있으며, 경우에 따라서 베이스 바디의 구성은 생략될 수도 있다. Again, referring to FIG. 2, the fixing part 150 fixes the sensor substrate part 120, and the position of the fixing part 150 is fixed to become a reference when the ground part 110 moves. The fixing part 150 may be fixed to the base body 195, and the base body 195 and the fixing part 150 may be integrally formed, and in some cases, the configuration of the base body may be omitted.

이때, 고정부(150)는 평판 모듈(112)의 아래에 이격되어 베이스 바디(195)에 고정되는 원형의 평판 형태의 베이스 모듈(152) 및 베이스 모듈(152)로부터 상부로 돌출되어 평판 모듈(112)로부터 이격된 상단부에 센서 기판부(120)를 고정시키는 고정 모듈(154)을 포함할 수가 있다. At this time, the fixing part 150 protrudes upward from the base module 152 and the base module 152 in the shape of a circular plate that is spaced apart from the base body 195 and is fixed to the base body 195. It may include a fixing module 154 for fixing the sensor substrate 120 to the upper end spaced apart from 112.

이때, 고정 모듈(154)은 베이스 모듈(152)의 가장자리를 따라 등 간격으로 복수 개 배치될 수가 있다. 나아가, 도시되어 있는 것과 같이 전술한 탄성부(160)는 원주 방향을 따라 고정 모듈(154) 사이에 등 간격으로 복수 개 배치되는 것이 바람직하다. In this case, a plurality of fixing modules 154 may be disposed at equal intervals along the edge of the base module 152. Further, as shown, it is preferable that a plurality of the above-described elastic parts 160 are arranged at equal intervals between the fixing modules 154 along the circumferential direction.

고정모듈(154)의 상단부에는 하부보다 단면적이 작은 형태로 삽입돌출모듈(153)이 형성되어, 고정 모듈(154)의 상단에는 단턱이 형성된다. 센서 기판부(120)의 가장자리에는 상기 삽입돌출모듈(153)의 단면 형상에 대응되도록 삽입홀(124)이 형성되어, 상기 센서 기판부(120)의 삽입홀(124) 가장자리는 상기 단턱에 안착되어 그 위치가 고정될 수가 있다. An insertion protrusion module 153 is formed at the upper end of the fixing module 154 to have a smaller cross-sectional area than the lower portion, and a stepped portion is formed at the upper end of the fixing module 154. An insertion hole 124 is formed at the edge of the sensor substrate 120 to correspond to the cross-sectional shape of the insertion protrusion module 153, and the edge of the insertion hole 124 of the sensor substrate 120 is seated on the stepped jaw. So that the position can be fixed.

또한, 베이스 모듈(152)의 상면에는 평판 형태의 기판으로 연산부에서 구한 6차원 모션 정보를 사용자에게 전송하는 MCU 기판부(170)가 형성될 수가 있다. MCU 기판부(170)에는 접지를 위한 접지극이 형성될 수가 있는데, 상기 접지극은 탄성부(160)와 전기적으로 연결되어 탄성부(160)를 통해 전술한 그라운드부(110)는 접지될 수가 있다. 따라서, 전술한 탄성부(160)는 도전체로 구성되는 것이 바람직하다. Further, on the upper surface of the base module 152, an MCU substrate unit 170 that transmits 6-dimensional motion information obtained by the operation unit to a user in a flat board may be formed. A ground electrode for grounding may be formed on the MCU substrate unit 170. The ground electrode may be electrically connected to the elastic unit 160 so that the ground unit 110 may be grounded through the elastic unit 160. Therefore, it is preferable that the above-described elastic part 160 is made of a conductor.

MCU 기판부(170)는 도 1에서와 같이 유선의 케이블(197)을 통해 외부로 정보를 제공할 수가 있고, 또는 무선 통신을 통해 외부로 정보를 제공할 수가 있다.As shown in FIG. 1, the MCU substrate unit 170 may provide information to the outside through a wired cable 197 or may provide information to the outside through wireless communication.

이때, 고정부(150)에는 그라운드부(110)를 향하여 돌출된 스토퍼 모듈(155)이 형성될 수 있다. 바람직하게는, 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 고정 모듈(154)의 상단에 결합되어 고정 모듈(154)로부터 연장 형성되는 형태로 형성될 수가 있다. In this case, a stopper module 155 protruding toward the ground part 110 may be formed on the fixing part 150. Preferably, as shown in FIGS. 2 and 3, it may be coupled to the upper end of the fixing module 154 to extend from the fixing module 154.

전술한 바와 같이 그라운드부(110)의 평판 모듈(112)에는 상기 스토퍼 모듈(155)의 상단부가 이격 삽입되도록 상하 관통하는 홀인 접촉 모듈(116)이 형성된다. 이때, 스토퍼 모듈(155)의 상단부는 반경 방향으로 돌출된 형태를 가질 수가 있다. As described above, in the flat module 112 of the ground part 110, a contact module 116, which is a hole that penetrates up and down so that the upper end of the stopper module 155 is spacedly inserted, is formed. In this case, the upper end of the stopper module 155 may have a shape protruding in the radial direction.

따라서, 그라운드부(110)가 이동할 때 도 11에 도시되어 있는 것과 같이 스토퍼 모듈(155)의 상단부가 접촉 모듈(116)의 내측면과 접촉하여 그라운드부(110)의 수평 방향 이동을 제한시킬 수 있다. Therefore, when the ground unit 110 moves, the upper end of the stopper module 155 contacts the inner surface of the contact module 116 as shown in FIG. 11 to limit the horizontal movement of the ground unit 110. have.

또한, 도 12에 도시되어 있는 것과 같이 핸들부(190)의 저면에 스토퍼 모듈(155)의 상단면이 접촉하도록 하여 그라운드부(110)의 수직 아래 방향 이동을 제한시킬 수가 있다. In addition, as illustrated in FIG. 12, the upper surface of the stopper module 155 is brought into contact with the bottom surface of the handle unit 190 to limit the vertical downward movement of the ground unit 110.

도시되어 있지 않지만, 접촉 모듈은 상하 관통하는 홀이 아닌 상단이 밀폐된 형태의 홈으로 형성될 수가 있다. 이 경우, 스토퍼 모듈(155)의 상단면은 접촉 모듈(116) 상단의 밀폐된 면의 하면과 접촉하도록 하여 그라운드부(110)의 수직 아래 방향 이동을 제한시킬 수가 있다. Although not shown, the contact module may be formed as a groove having a closed upper end rather than a hole passing through the upper and lower ends. In this case, the upper surface of the stopper module 155 may be brought into contact with the lower surface of the sealed surface of the upper end of the contact module 116 to limit the vertical downward movement of the ground unit 110.

또한, 스토퍼 모듈(155)의 상단부에 반경 방향으로 돌출된 부분의 저면이 플랜지 모듈(117)과 접촉하도록 하여 그라운드부(110)의 수직 위 방향 이동을 제한시킬 수도 있다. In addition, the upper end of the stopper module 155 may have a bottom surface of a portion protruding in the radial direction in contact with the flange module 117 to limit the vertical upward movement of the ground part 110.

이와 같이, 그라운드부(110)가 이동을 할 때 스토퍼 모듈(155)이 접촉 모듈(116) 또는 접촉 모듈(116) 상단에 형성되는 핸들부(190)의 저면과 접촉하도록 하여 그라운드부(110)의 이동을 제한시키게 된다. 그라운드부(110)가 이동을 하여 그라운드부(110)와 센서 기판부(120)의 전극부(130)와 접촉을 하게 되면 쇼트가 발생하거나 모션 측정이 이루어지지 않게 되는데, 스토퍼 모듈(155) 및 접촉 모듈(116)의 구성에 의해 그라운드부(110)의 이동 범위를 제한하여 상기와 같은 문제를 해결하도록 한다. In this way, when the ground unit 110 moves, the stopper module 155 contacts the bottom surface of the contact module 116 or the handle unit 190 formed on the top of the contact module 116, so that the ground unit 110 Limits the movement of When the ground unit 110 moves and comes into contact with the ground unit 110 and the electrode unit 130 of the sensor substrate unit 120, a short circuit occurs or no motion measurement is made, but the stopper module 155 and the The above-described problem is solved by limiting the moving range of the ground unit 110 by the configuration of the contact module 116.

본 실시예에서는 스토퍼 모듈(155)이 고정부(150)에 형성되고 접촉 모듈(116)이 그라운드부(110)에 형성되어 있는 것을 중심으로 설명을 하였으나, 반대로 스토퍼 모듈이 그라운드부(110)의 하면에서 고정부(150)를 향하도록 돌출 형성되고, 고정부(150)의 베이스 모듈(152)에 홀 또는 홈의 형태로 접촉 모듈(116)이 형성되어 그라운드부(110)의 이동 범위를 제한시키도록 구성될 수도 있다. In the present embodiment, the description has been made focusing on that the stopper module 155 is formed on the fixing portion 150 and the contact module 116 is formed on the ground portion 110, but the stopper module is A contact module 116 is formed in the form of a hole or a groove in the base module 152 of the fixing part 150 and protruding from the lower surface toward the fixing part 150 to limit the movement range of the ground part 110 It may also be configured to allow.

도 13은 본 발명에 따른 다차원 모션 정보 제공 장치의 다양한 모션을 도시한다. 13 illustrates various motions of the apparatus for providing multidimensional motion information according to the present invention.

본 발명에 따른 다차원 모션 정보 제공 장치(100)는 도 13의 (a) 및 (b)에 도시되어 있는 것과 같이 수직 방향(Z)방향 및 수평 방향(XY)방향의 변위 정보를 얻을 수 있으며, 도 13의 (c) 및 (d)에 도시되어 있는 것과 같이 Z축 방향의 회전 변위 또는 X축 또는 Y축 방향의 회전 변위 정보를 얻을 수가 있다. The apparatus 100 for providing multidimensional motion information according to the present invention can obtain displacement information in the vertical direction (Z) direction and the horizontal direction (XY) direction as shown in (a) and (b) of FIG. 13, As shown in FIGS. 13C and 13D, rotational displacement in the Z-axis direction or rotational displacement information in the X-axis or Y-axis direction can be obtained.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various forms within the scope of the appended claims. Without departing from the gist of the present invention claimed in the claims, any person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs is considered to be within the scope of the description of the claims of the present invention to various ranges that can be modified.

100: 다차원 모션 정보 제공 장치
110: 그라운드부
112: 평판 모듈
114: 삽입 모듈
116: 접촉 모듈
117: 플랜지 모듈
120: 센서 기판부
122: 홀
124: 삽입홀
130: 전극부
130a: 제 1 전극부
130b: 제 2 전극부
131: 측면 전극부
132: 상면 전극부
140: 유전체
150: 고정부
152: 베이스 모듈
153: 삽입돌출모듈
154: 고정 모듈
155: 스토퍼 모듈
160: 탄성부
170: MCU 기판부
180: 센싱 파트
190: 핸들부
195: 베이스 바디
197: 케이블100: multidimensional motion information providing device
110: ground part
112: flat panel module
114: insert module
116: contact module
117: flange module
120: sensor board portion
122: Hall
124: insertion hole
130: electrode part
130a: first electrode part
130b: second electrode part
131: side electrode part
132: upper electrode portion
140: dielectric
150: fixing part
152: base module
153: insertion protrusion module
154: fixed module
155: stopper module
160: elastic part
170: MCU board part
180: sensing part
190: handle portion
195: base body
197: cable

Claims

A grounded conductor whose position is changed by an external force, the ground part including a flat plate module and an insertion module protruding from a lower surface of the flat plate module;
A sensor substrate portion formed in a flat plate shape, spaced apart from the flat plate module, and formed with a hole through which the insertion module can be spaced apart;
An electrode formed on a side surface of the hole and an edge of the hole on an upper surface of the sensor substrate, the electrode portion receiving power to form a capacitance together with the ground portion;
A force measurement unit that is a calculation device that obtains a vertical force or a horizontal force applied to the ground unit using the capacitance value;
A fixing part including a base module spaced below the flat panel module and fixed in position, and a fixing module protruding from the base module and fixing the sensor substrate part at an upper part spaced apart from the flat panel module; And
Multidimensional motion information providing device comprising an elastic portion fixed between the fixed portion and the ground portion elastically supporting the ground portion.

The method of claim 1,
The hole is a circular hole, and the insertion module has a cylindrical shape.

The method of claim 1,
The multidimensional motion information providing device that the ground part is grounded through the elastic part.

The method of claim 3,
Further comprising an MCU board unit fixed to the base module as a flat board and transmitting motion information to a user by wire or wirelessly,
The multidimensional motion information providing device of the ground electrode of the MCU board part is electrically connected to the elastic part.

The method of claim 2,
An apparatus for providing multidimensional motion information in which electrodes formed on the side of the hole and the edge of the hole on the upper surface of the sensor substrate are integrally formed.

The method of claim 2,
The multi-dimensional motion information providing device wherein the electrode unit is separately formed along the circumferential direction of the hole.

The method of claim 6,
The apparatus for providing multidimensional motion information in which the electrode unit is divided into two or more equal parts along the circumferential direction of the hole.

The method of claim 1,
A multidimensional motion information providing apparatus in which a dielectric is formed in a space between the flat panel module and the sensor substrate and a space between the hole and the insertion module.

The method of claim 8,
The dielectric material is at least one of a polymer, air, and water, a multidimensional motion information providing device.

The method of claim 2,
The insertion module is formed to protrude three or more on the lower surface of the flat module,
The apparatus for providing multidimensional motion information having three or more holes formed in the sensor substrate to correspond to the insertion module.

The method of claim 10,
The insertion module and the hole are multiaxial force and torque sensors disposed to be spaced apart from each other at equal intervals on the same circumference.

The method of claim 10,
Multi-dimensional motion information providing apparatus further comprising a calculation unit that is a calculation device that calculates the multi-axis force and the multi-axis torque applied to the ground unit using the force in the vertical direction and the horizontal direction measured by the force measuring unit.

The method of claim 1,
A multidimensional motion information providing apparatus further comprising a handle portion fixed to the ground portion and gripped by a user to move the ground portion.

The method of claim 1,
The fixing part further includes a stopper module protruding toward the ground part,
A multidimensional motion information providing apparatus further comprising a contact module in the flat panel module having a groove or a hole into which an end portion of the stopper module is spaced and inserted so as to contact the stopper module when the ground unit moves to limit a moving range of the ground unit.

The method of claim 1,
The ground portion further includes a stopper module protruding toward the fixing portion,
A multidimensional motion information providing apparatus further comprising a contact module in the base module having a groove or a hole into which an end portion of the stopper module is spaced and inserted so as to contact the stopper module when the ground part moves to limit a moving range of the ground part.

The method of claim 14 or 15,
An end portion of the stopper module protruding in a radial direction is a multidimensional motion information providing device.

The method of claim 14,
The stopper module is a multidimensional motion information providing device extending from an upper end of the fixed module.

The method of claim 14 or 15,
The stopper module and the contact module block contact between the ground part and the electrode part when the ground part moves.

The method of claim 1,
A plurality of the fixing modules are formed at equal intervals along the circumferential direction,
The apparatus for providing multidimensional motion information, wherein the elastic part is disposed between the fixed modules along a circumferential direction.