KR960006311B1 - 힘 및 모멘트 센서 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

힘 및 모멘트 센서

제1도 내지 제4도는 본 발명에 관한 힘 및 모멘트 센서의 한 실시예를 나타낸 것으로서,

제1도는 상기 센서의 전체 사시도.

제2도는 상부 디스크를 일부 절개해서 나타낸 상기 센서의 평면도.

제3도는 상기 센서의 정면도.

제4도는 브릿지요소의 부분 확대 정면도이다.

제5도 및 제6도는 종래의 힘 및 모멘트 센서의 한 실시예를 나타낸 것으로서,

제5도는 일부를 절개해서 나타낸 종래 센서의 정면도.

제6도는 일부를 절개해서 나타낸 종래 센서의 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

51 : 힘 및 모멘트 센서 52 : 상부플레이트

53 : 하부플레이트 54 : 브릿지요소

55,56 : 돌출부 57 : 홈

58 : 중심구멍 59 : 슬롯

60 : 중심구멍의 내측면

본 발명은 힘 및 모멘트를 감지하는 센서에 관한 것으로서, 특히 작업 공구가 이동중에 어떤 저항을 받았을때 로봇트 아암과 그 선단이 부착한 작업공구의 사이에 생기는 힘 또는 모멘트 또는 그 양쪽 모두를 감지하는데 유용한 센서에 관한 것이다. 최근 산업용 로봇트의 작업공구를 제어하기 위해서, 작업공구가 피 가공물에 닿았을때에 작업공구에 생기는 힘 및 모멘트를 감지 측정하고 이에 따라 로봇트의 구동기구를 제어하는 방식이 채용되고 있으나, 이와같은 제어방식에서는 일반적으로 로봇트 아암의 손목과 작업공구의 사이에 힘 및 모멘트를 감지하는 센서가 부착된다. 이 센서는 다성분의 힘과 모멘트를 정밀하게 연속적으로 감지하지 않으면 안된다. 전술한 종류의 힘 및 모멘트 센서로서는 종래부터 제5도 및 제6도에 나타낸 것이잘 알려져 있다(예를를면 일본국 특개소 63-78032호 공보 참조).

이 종래의 힘, 모멘트 센서(1)는 로봇트 아암에 접속되는 원형의 상부플레이트(2)와 작업공구를 부착하는 같은 원형의 하부플레이트(3)를 가지고 있다, 양 플레이트(2)(3)는 간격을 두고 복수(도면에서는 4개)의 브릿지요소(4)에 의해 서로 접속해 있고 양자의 사이에 원통형의 방을 구성하고 있다. 이 센서(1)는 운동중에 작업공구를 끼워서 하부플레이트(3)에 작용한 외력에 의해 해당 브릿지요소(4)에 생기는 굽힘현상에 의해 양 출력(2)(3) 사이에 작용하는 힘 또는 모멘트를 감지하도록 되어 있다.

이 센서(1)는 다음과 같이 형성되는 것이다. 즉, 먼저 2개의 플레이트(2)(3)를 그 사이에 원통형의 링크부재(5)를 통해서 용접등에 의해 접합하고, 다음에 4개의 브릿지요소(4)를 남도록 전술한 링크부재(5)의 중앙에 둘레 방향으로 4개의 슬롯(6)을 가공하고, 또 브릿지요소(4)의 상하플레이트(2)(3)와의 접합부 부근에 있어서 링크부재(6)로 경사 횡방향으로 2개의 슬롯(7)을 가공해서 팔각형의 브릿지요소(4)를 형성하도록 한것이다. 각 브릿지요소(4)는 모두 실질적으로 동일하게 형성되고, 플레이트(2)(3)의 둘레방향으로 같은 간격으로 배치되어 있다. 각 브릿지요소(4)는 팔각형의 상하 2개의 변만으로 양 플레이트(2)(3)에 접합된 형으로 되어 있다. 또한 각 브릿지요소(4)의 중심에는 원형의 관통구멍(8)이 형성되어 있다. 각 브릿지요소(4)의 굽힘을 감지하기 위해 브릿지요소(4)의 외면(9), 센서(1)의 중심축으로 평행한 2개의 측면(10), 해당중심축에 대해 경사한 4개의 측면(11) 및 중심의 관통구멍(8)의 내측면(12)에 굴곡 게이지 등의 감지장치가 접착된다. 또 "13"은 센서(1)의 로봇트 혹은 작업공구 부착용 나사구멍, "14"는 상하 플레이트(2)(3)에 설치된 중심구멍 "15", "16"은 각각 위치 결정을 위한 키 홈 및 키를 나타낸다. 종래의 센서(1)는 이상의 구성기이 때문에 8각형의 각 브릿지요소(4)의 중심에 설치한 관통구멍(8)의 내측면(12)은 만곡해 있는데 비해 외측의 센서(1)의 중심축에 따른 측면(10)은 평탄하다. 따라서 굴곡 게이지 등의 감지장치를 이들의 측면(12)(10)에 접착한 경우, 피 접착면의 곡률 반경이 달라서, 각 굴곡 게이지의 온도에 의한 저항 변화가 같지 않고, 온도 보상 정도가 나빠지는 결점이 있다. 또한 곡면에 접착하는 경우는 평면에 접착한 경우와는 전술한 감지온도의 초기조건이 다르기 때문에 온도 보상정도를 한층 나쁘게 하는 결과로 된다.

본 발명은 이와같은 종래 센서(1)의 난점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 브릿지요소의 측면에 접착한 굴곡 게이지등의 감지장치의 온도보상 정도가 양호함과 동시에, 낮음 코스트로 간단히 제조할 수 있는 힘 및 모멘트 센서를 제공하고자 하는 것이다. 전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 브릿지요소의 외측면에 중심구멍의 곡률과 같은 곡률을 가진 면을 설치하고 있다. 바깥둘레 부근에서 등각도 간격으로 배치된 복수의 브릿지요소는 다각형 또는 원형상 판재에 의해 구성되어 있는 것과 함께 관통하는 원형상의 중심구멍을 구비시키고 있는 힘, 모멘트 센서에 있어서, 상기 브릿지요소의 외측면에 상기 중심구멍의 곡률과 같은 곡률을 갖는 오목형상 원호면을 설치하고 있고 상기 중심구멍의 구성 벽면 및 오목형상 상호면에 각각 굴곡게이지를 접착하고 있다.

상기 브릿지요소를 구성하는 부재는 평면판으로 하는 것이 바람직하고 상기 브릿지요소의 센서 중심축에 연한 외측면은 상기 중심구멍의 곡률과 같은 곡률을 갖는 면을 설치하는 것이 바람직하다. 상기 중심축에 대해서 경사진 외측면에도 상기 중심구멍의 곡률과 같은 곡률을 갖는 면을 설치한 것이라고 할 수 있다. 이상의 구성에 따라 브릿지요소의 중심구멍의 구성벽면 및 오목형상 원호면은 같은 곡률을 갖고 있기 때문에 각각에 접착된 굴곡게이지의 베이스 및 접착층도 같은 곡률로 된다. 따라서 중심구멍의 구성벽면과 오목형상 원호면에 접착된 왜곡게이지의 온도에 의한 저항변화가 같아지게 된다. 또한 브릿지요소의 외측면에 중심구멍의 곡률과 같은 곡률을 갗는 오목형상 원호형상 면을 형성하는 가공은 공작기계에 의해 정밀하게 또한 간단하게 실행할 수 있다.

이하, 본 발명에 관한 힘 및 모멘트 센서의 실시예를 도면에 따라 설명한다. 제1도 내지 제4도에서 본 발명에 관한 힘 및 모멘트 센서(51)는 원형의 상부플레이트(52)와 같은 원형의 하부플레이트(53)를 4개의 브릿지요소(54)에 의해 서로 접속해서 구성하고 있다.

양 플레이트(52)(53)는 서로 평행이다. 브릿지요소(54)는 대략 8각형으로 모두 실질으로 동일하고, 양 플레이트(52)(53)의 바깥둘레 부근에 같은 간격으로 배치되어 있다. 이 센서(51)의 브릿지요소(54)는 원효상이 아니고, 평탄한 판상으로 하고 있다. 상부플레이트(52)의 하측 및 하부플레이트(53)의 상측에는 각각 돌출부(55)(56)가 형성해 있고, 양 돌출부(55)(56)의 사이에 방(63)이 형성되어 있다. 각 돌출부(55)(56)는 제2도에 나타낸 것처럼 둥근 기둥 모양의 측면을 서로 대향하는 4개의 평면으로 잘라내서 형성되는 형상으로, 각 평면에 면해서 전술한 브릿지요소(54)가 설치되어 있다. 각 브릿지요소(54)의 내측은 돌출부(55)(56)와의 사이에 설치한 홈(57)에 의해 돌출부(55)(56)에서 분리되고, 또 양측부는 2개의 슬릿(53)에 의해 돌출부(55)(56)로부터 분리되어 있어서 브릿지요소(54)는 그 상하 끝부분에서만 상하 양 플레이트(52)(53)에 접합되어 있다. 각 브릿지요소(54)의 중심 위치에는 그것을 관통하는 원형의 중심구멍(58)이 설치되어있다. 또한 각 브릿지요소(54)의 상하의 접속부분을 제외한 6개의 외측면 가운데 센서(51)의 중심축에 따르는 측면, 즉 중앙의 2개의 측면(61)은 오목한 모양으로 만곡형상되고, 다른 센서(51)의 중심축에 대해 경사한 4개의 측면(62)은 평면이다. 중앙의 2개의 측면(61)의 곡률반경은 중심구멍(58)의 곡률반경과 같다.

이와같은 오목한 모양의 원호면은 중심구멍(58)을 형성하는데 이용하는 드릴등의 공구를 이용해서 용이하게 형성할 수 있다. 제4도에 나타낸 것처럼 브릿지요소(54)의 중심구멍(58)과 원호상 측면(61)(의 저부)과의 거리(a)는, 측정정도를 저하시키지 않는 등의 때문에, 평면상 측면(62)과의 거리(b)에 같게되어 있다.

따라서 브릿지요소(54)는 정8각형은 아니고, 센서(51)의 중심축에 대해 직교하는 방향으로 조급 넓은 8각형이다. 상하 양 플레이트(52)(53)의 중심에는 작업공구 제어용의 배선배관등이 통과할 수 있는 큰 직경의 구멍(64)이 형성되어 있고 그 주위에는 부착용의 나사구멍(65)이 복수개 설치되어 있다. 또한 로봇트 아암 및 작업공구의 부착을 맞추어서 행하기 때문에 상부 플레이트(52)에는 키 홈(66)이 아래 플레이트(53)에는 키(67)가 설치되어 있다. 본 발명의 센서(51)는 와이어 커트 방전 가공 법과 종래로부터 공지의 밀링커터 내지 드릴 가공법을 병용함으로서 용이하게 제조할 수 있다.

이상과 같이 구성한 센서(51)를 사용해서 힘 및 모멘트를 감지 측정하는 경우 상하의 플레이트(52)(53)에 형성한 키 홈(66) 및 키(67)를 이용해서 맞추면서 상호 플레이트(52)의 부착구멍(64)에 볼트를 돌려넣음으로서 로봇트 아암에 부착됨과 동시에 하부플레이트(53)의 부착구멍(53)에 볼트를 돌려 넣음으로서 작업공구를 부착한다. 또 각 브릿지요소(54)의 원호상의 측면(61)과 중심구멍(58)의 내측면에 굴곡게이지를 저착하고, 또 필요에 따라 평탄한 측면(62) 및 외면(68)에도 같게 접착한다. 그래서 각 굴곡게이지의 출력라인에 의한 휘트 스톤 브릿지(Wheatstone bridge)회로를 구성하는 등, 공지의 방법에 의해 감지, 측정을 행하는것이다. 브릿지요소(54)의 경사진 4개의 평탄한 측면(62)에도 굴곡게이지를 접착하는 경우가 있는데, 이들측면(62)도 원호상의 측면(62)과 같은 중심구멍(58)의 곡률과 같은 곡률의 원호상으로 형성해도 좋다. 그러나 오목한 모양의 원호면은 브릿지요소(54)의 외측면이면 어디에 설치해도 좋고 굴곡게이지를 접착하는 장소에 따라 적절하게 설치하면 좋다. 또한 브릿지요소(54)의 형상은 이상 서술한 8각형에 한정되지 않고 다각형이면 좋으나 원형에도 실시 가능하다. 원형의 경우에는 전술한 측면(61)의 위치에 오목한 모양의 원호면을 설치하는 것이 바람직하다.

이상 설명에서 밝힌 것처럼 본 발명에 관한 힘 및 모멘트 센서(51)는 브릿지요소(54)의 외측면(61)을 중심구멍(58)과 같은 곡률로 되도록 형성해 있어서 해당 외측면(61)과 중심구명(58)의 내측면(60)에 접착하는 굴곡게이지등의 감지장치가 같은 곡률로 굽어서 부착되게 된다. 따라서 주위에 온도변화가 생겨도 각 감지창치가 같이 변화하며, 온도 보상정도를 향상시킬 수 있다.

또한 브릿지요소(54)의 외측면(61)을 원호상으로 가공하는 것만으로 충분하므로 대단히 간단하고 낮은 고스트로 실시할 수 있는 우수한 효과를 갖는다. 또한 브릿지요소(54) 자체를 평탄하게 형성하면 종래의 원호상으로 만곡한 브릿지요소(4)에 비해서 굴곡게이지등의 감지장치에 의해 감지한 굴곡의 해석이 용이하다는 이점이 생긴다. 또 브릿지요소(54)의 경사한 4개의 평탄한 측면(62)도 중심구멍(58)의 곡률과 같은 곡률의 원호상으로 형성하면 측정정도가 한충 양호하게 된다.

Claims (4)

1. 바깥둘레 부근에서 등각도 간격으로 배치된 복수의 브릿지요소에 의해서 서로 접속된 한쌍의 평행디스크 부재를 포함하여 상기 각 브릿지요소는 다각형 또는 원형상의 판재로 구성되어 있는 것과 함께 관통하는 원형상의 중심구멍을 구비시키고 있는 힘 모멘트 센서에 있어서, 상기 브릿지요소의 외측면에 상기 중심구멍의 곡률과 같은 곡률을 갖는 오목형상 원호면을 설치하고 있고 상기 중심구멍의 구성벽면 및 오목형상 원호면에 각각 굴곡게이지를 접착하고 있는 것을 특징으로 하는 힘 모멘트센서.
2. 제1항에 있어서, 브릿지요소를 구성하는 판재가 평면판인 것을 특정으로 하는 힘 모멘트센서.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 브릿지요소의 센서 중심측에 연한 외측면에, 상기 중심구멍의 곡률과 같은 곡률을 갖는 면을 설치한 것을 특징으로 하는 힘 모멘트센서.
4. 제3항에 있어서, 상기 중심축에 대해서 경사진 외측면에도 상기 중심구멍의 곡률과 같은 곡률을 갖는면을 설치한 것을 특징으로 하는 힘 모멘트센서.

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