WO2026005342A1 - 힘-토크 센서 및 로봇 - Google Patents

힘-토크 센서 및 로봇

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WO2026005342A1
WO2026005342A1 PCT/KR2025/007917 KR2025007917W WO2026005342A1 WO 2026005342 A1 WO2026005342 A1 WO 2026005342A1 KR 2025007917 W KR2025007917 W KR 2025007917W WO 2026005342 A1 WO2026005342 A1 WO 2026005342A1
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WO
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carrier
force
torque sensor
disposed
ball
Prior art date
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PCT/KR2025/007917
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English (en)
French (fr)
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송윤상
이용주
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LG Innotek Co Ltd
Original Assignee
LG Innotek Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current
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    • 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
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • 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
    • 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
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/165—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in capacitance
    • 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

Definitions

  • the present embodiment relates to a force-torque sensor.
  • Robots are used in a variety of fields, including industry, medicine, service, and other fields, and their scope of application is constantly expanding. To improve the performance and ensure safety of robotic systems, accurate monitoring and control of robot movements are essential. In particular, the forces and torques generated when a robot interacts with its environment or handles objects are crucial information.
  • Patent Document 1 KR 10-2023-0123723 A
  • the present embodiment seeks to provide a force-torque sensor capable of measuring z-axis force and torque force separately.
  • the first embodiment of the present invention seeks to provide a force-torque sensor having a ball that provides a pivot center to a moving part.
  • the second embodiment of the present invention seeks to provide a force-torque sensor including a structure for fixing an elastic member in a screw manner.
  • a force-torque sensor includes a fixed part; a moving part disposed within the fixed part; and a sensing part for detecting movement of the moving part with respect to the fixed part, wherein the moving part includes an inner carrier disposed within the fixed part and an outer carrier disposed between the inner carrier and the fixed part, wherein the inner carrier and the outer carrier move integrally in the z-axis direction with respect to the fixed part, a first ball is disposed between the inner carrier and the outer carrier, and the inner carrier can pivotally move with respect to the outer carrier about the first ball.
  • the inner carrier can move in a yaw direction, which is a rotational direction centered around the x-axis perpendicular to the z-axis, a pitch direction, which is a rotational direction centered around the y-axis perpendicular to each of the z-axis and the x-axis, and a roll direction, which is a rotational direction centered around the z-axis, relative to the outer carrier.
  • a yaw direction which is a rotational direction centered around the x-axis perpendicular to the z-axis
  • a pitch direction which is a rotational direction centered around the y-axis perpendicular to each of the z-axis and the x-axis
  • a roll direction which is a rotational direction centered around the z-axis, relative to the outer carrier.
  • the inner carrier and the outer carrier include a groove, and the first ball can be positioned between the groove of the inner carrier and the groove of the outer carrier.
  • the groove of the inner carrier may include a curved surface having a shape corresponding to the curved surface of the first ball.
  • the groove of the outer carrier can contact the first ball at two points.
  • the above first ball may be formed of one or more of ceramic, plastic, and metal.
  • the force-torque sensor includes a second ball disposed between the fixed part and the external carrier, and the diameter of the first ball may be larger than the diameter of the second ball.
  • the force-torque sensor includes a second ball disposed between the fixed part and the external carrier, and the first ball can overlap the second ball in a direction perpendicular to the z-axis.
  • the force-torque sensor may include an upper elastic member coupled to the inner carrier and the outer carrier.
  • the above force-torque sensor may include a lower elastic member coupled to the fixed part and the moving part.
  • a force-torque sensor includes a fixed part; a moving part disposed within the fixed part; and a sensing part for detecting movement of the moving part with respect to the fixed part, wherein the moving part includes an inner carrier disposed within the fixed part and an outer carrier disposed between the inner carrier and the fixed part, wherein the inner carrier and the outer carrier move integrally in the z-axis direction with respect to the fixed part, the outer carrier includes a groove, and the inner carrier includes a protrusion including a curved surface disposed within the groove of the outer carrier, and the inner carrier can pivotally move with respect to the outer carrier about the protrusion of the inner carrier.
  • a force-torque sensor includes a fixed part; a moving part disposed within the fixed part; and a sensing part for detecting movement of the moving part with respect to the fixed part, wherein the moving part includes an inner carrier disposed within the fixed part and an outer carrier disposed between the inner carrier and the fixed part, wherein the inner carrier and the outer carrier move integrally in the z-axis direction with respect to the fixed part, the inner carrier includes a groove, and the outer carrier includes a protrusion including a curved surface disposed within the groove of the inner carrier, and the inner carrier can pivotally move with respect to the outer carrier about the protrusion of the outer carrier.
  • a robot according to the first embodiment of the present invention may include the force-torque sensor.
  • a force-torque sensor comprises: a fixed part; a moving part disposed within the fixed part; a sensing part detecting movement of the moving part with respect to the fixed part; a first elastic member coupled to the moving part; and a first coupling member coupling the moving part and the first elastic member, wherein the first coupling member includes a head part disposed on the first elastic member and a coupling part coupled to the moving part by passing through the first elastic member, and the coupling part of the first coupling member may include a screw thread coupled to the moving part.
  • the above moving part includes an inner carrier and an outer carrier disposed between the inner carrier and the fixed part, and the first elastic member can be coupled to the inner carrier and the outer carrier.
  • the outer carrier may include a hole or groove having a screw thread
  • the first coupling member may include a first-first coupling member that engages with the screw thread of the outer carrier so that a portion of the first elastic member is fixed to the outer carrier.
  • the force-torque sensor may include a lead coupled to the inner carrier, at least a portion of the first elastic member is disposed between the lead and the inner carrier, the inner carrier includes a hole or groove having a thread, and the first coupling member may include a first-second coupling member coupled with the thread of the inner carrier such that the lead and a portion of the first elastic member are fixed to the inner carrier.
  • the force-torque sensor may include a second elastic member coupled to the fixed member and the movable member and positioned on the opposite side of the first elastic member with respect to the movable member.
  • the force-torque sensor may include a second coupling member that couples the fixed part and the second elastic member.
  • the second connecting member may include a head portion disposed below the second elastic member and a connecting portion that passes through the second elastic member and is connected to the fixing portion, and the connecting portion of the second connecting member may include a screw thread that is connected to the fixing portion.
  • the first elastic member includes an outer portion coupled with the outer carrier, an inner portion coupled with the inner carrier, and a connecting portion connecting the outer portion and the inner portion, and the connecting portion may include a shape that is bent at least three times.
  • the force-torque sensor may include a first magnet and a second magnet disposed on the inner carrier; a third magnet disposed on the outer carrier; a first sensor detecting the first magnet; a second sensor detecting the second magnet; and a third sensor detecting the third magnet.
  • the inner carrier includes a protrusion formed on an outer surface of the inner carrier
  • the outer carrier includes a groove formed on an inner surface of the outer carrier and in which the protrusion of the inner carrier is arranged, and when the inner carrier rotates about the z-axis by a predetermined angle or more with respect to the outer carrier, the protrusion of the inner carrier can come into contact with the groove of the outer carrier.
  • the outer carrier includes a protrusion formed on an outer surface of the outer carrier
  • the fixing portion includes a groove formed on an inner surface of the fixing portion and in which the protrusion of the outer carrier is arranged, and when the outer carrier rotates about the z-axis with respect to the fixing portion, the protrusion of the outer carrier can come into contact with the groove of the fixing portion.
  • the above force-torque sensor may include a shield can that surrounds at least a portion of the outer surface of the fixing member.
  • the force-torque sensor may include a shield plate disposed between the moving part and the second elastic member.
  • the force-torque sensor may include a first ball disposed between the inner carrier and the outer carrier; and a second ball disposed between the outer carrier and the fixed part.
  • a robot according to a second embodiment of the present invention may include a force-torque sensor.
  • the force-torque sensor according to this embodiment can measure Z-axis force and torque force separately. This minimizes the influence of noise due to crosstalk on the detection values for each axis. In other words, the measurement accuracy of the force-torque sensor can be improved.
  • the first embodiment of the present invention can reduce the number of parts and facilitate assembly.
  • a force-torque sensor that can be manufactured at a low cost can be provided through the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a force-torque sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a cross-sectional view taken along line A-A of Figure 1.
  • Figure 3 is a cross-sectional view taken along line B-B of Figure 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a force-torque sensor according to a first embodiment of the present invention, cut in a direction perpendicular to the z-axis and viewed from above.
  • Figure 5 is an exploded perspective view of a force-torque sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • Fig. 6 is a perspective view of a force-torque sensor according to a first embodiment of the present invention, with components such as leads and substrates omitted.
  • Figure 7 is a perspective view of Figure 6 with the upper cover omitted.
  • Figure 8 is a perspective view of Figure 7 with the upper elastic member and base omitted.
  • Figure 9 is a bottom perspective view of Figure 6 with the lower cover omitted.
  • Fig. 10 is a bottom perspective view of Fig. 9 with the lower elastic member, base, and upper cover omitted.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view showing the inner carrier, outer carrier, and first ball of the force-torque sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • Fig. 12 is an exploded perspective view viewed from a different direction than Fig. 11.
  • Fig. 13 is a cross-sectional view of a force-torque sensor according to the first modified example.
  • Figure 14 (a) is a bottom perspective view of the inner carrier of the force-torque sensor according to the first modified example, and (b) is a perspective view of the outer carrier.
  • Fig. 15 is a cross-sectional view of a force-torque sensor according to the second modified example.
  • Figure 16 (a) is a bottom perspective view of the inner carrier of the force-torque sensor according to the second modified example, and (b) is a perspective view of the outer carrier.
  • Fig. 17 is a perspective view for explaining the operating method of the force-torque sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a drawing for explaining a case where an external force having a component in the yaw direction or pitch direction is applied to a force-torque sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a drawing for explaining changes when an external force having a roll direction component is applied to a force-torque sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a drawing for explaining a case where an external force having a component in the z-axis direction is applied to a force-torque sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • Fig. 21 is a perspective view of a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 23 is a cross-sectional view taken along line B-B of Figure 21.
  • Figure 24 is a cross-sectional view of a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention, cut in a direction perpendicular to the z-axis and viewed from above.
  • Fig. 25 is an exploded perspective view of a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 is an exploded perspective view showing an upper elastic member, a lower elastic member, and related components of a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • Fig. 27 is a drawing illustrating a sensing unit of a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • Fig. 27 (a) is a drawing illustrating the arrangement structure of the first to third magnets
  • Fig. 27 (b) is a drawing illustrating the arrangement structure of the first to third sensors.
  • Figure 28 is a perspective view of Figure 21 with the substrate and lead removed.
  • Figure 29 is a perspective view of Figure 28 with the upper cover and connecting member removed.
  • Fig. 30 is a perspective view of Fig. 29 with the base and upper elastic member removed.
  • Figure 31 is a bottom perspective view of Figure 21 with the substrate removed.
  • Figure 32 is a bottom perspective view of Figure 31 with the lower cover and connecting member removed.
  • Figure 33 is a bottom perspective view of Figure 32 with the base and lower elastic member removed.
  • Figure 34 is a drawing showing a state in which the first ball is placed in the internal carrier.
  • Figure 35 is a perspective view of a force-torque sensor according to the first modified example.
  • Figure 36 is a side view of the first modified example with the shield can separated.
  • Figure 37 is a cross-sectional view of a force-torque sensor according to the second modified example.
  • Figure 38 is a bottom perspective view showing the arrangement structure of the shield plate in the second modified example.
  • Fig. 39 is a perspective view for explaining an operating method of a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 40 is a drawing for explaining changes when an external force having a component in the yaw direction is applied to a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 41 is a drawing for explaining changes when an external force having a roll direction component is applied to a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 42 is a drawing for explaining changes when an external force having a component in the z-axis direction is applied to a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • a component when a component is described as being 'connected', 'coupled', or 'connected' to another component, it may include not only cases where the component is 'connected', 'coupled', or 'connected' directly to the other component, but also cases where the component is 'connected', 'coupled', or 'connected' by another component between the component and the other component.
  • “above” or “below” when described as being formed or arranged “above” or “below” each component, “above” or “below” includes not only cases where the two components are in direct contact with each other, but also cases where one or more other components are formed or arranged between the two components. Furthermore, when expressed as “above” or “below,” the meaning may include not only the upward direction but also the downward direction based on one component.
  • one of the “internal carrier (210)” and the “external carrier (220)” may be referred to as the “first carrier” and the other may be referred to as the “second carrier”.
  • one of the “upper elastic member (400)” and the “lower elastic member (500)” may be referred to as the “first elastic member” and the other may be referred to as the “second elastic member”.
  • one of the “internal carrier (1210)” and the “external carrier (1220)” may be referred to as the “first carrier” and the other may be referred to as the “second carrier”.
  • one of the “upper elastic member (1400)” and the “lower elastic member (1500)” may be referred to as the “first elastic member” and the other may be referred to as the “second elastic member”.
  • first connecting member one of the “upper connecting member (1710)” and the “lower connecting member (1720)” may be referred to as the “first connecting member” and the other may be referred to as the “second connecting member”.
  • one of the “outer joining member (1710-1)” and the “inner joining member (1710-2)” may be referred to as the “first-first joining member” and the other as the “first-second joining member.”
  • one of the “outer joining member (1710-1)” and the “inner joining member (1710-2)” may be referred to as the “second-first joining member” and the other as the “second-second joining member.”
  • one of the z-axis, x-axis, and y-axis may be referred to as the “first axis,” the other as the “second axis,” and the other as the “third axis.”
  • first circumferential direction another may be referred to as a “second circumferential direction”
  • second circumferential direction another may be referred to as a “third circumferential direction.”
  • roll direction, yaw direction, and pitch direction may be referred to as “first to third directions.”
  • FIG. 1 is a perspective view of a force-torque sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line Z-axis of the force-torque sensor according to the first embodiment of the present invention and viewed from above.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the force-torque sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of the force-torque sensor according to the first embodiment of the present invention, with components such as leads and a substrate omitted.
  • FIG. 7 is a perspective view of FIG.
  • FIG. 6 is a perspective view of FIG. 6 with the upper cover omitted.
  • FIG. 8 is a perspective view of FIG. 7 with the upper elastic member and the base omitted.
  • FIG. 9 is a bottom perspective view of FIG. 6 with the lower cover omitted.
  • Fig. 10 is a bottom perspective view of Fig. 9 with the lower elastic member, base, and upper cover omitted.
  • Fig. 11 is an exploded perspective view showing the inner carrier, outer carrier, and first ball of the force-torque sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • Fig. 12 is an exploded perspective view viewed from a different direction from Fig. 11.
  • a force-torque sensor can be used to detect and measure forces and torques applied to a robot in real time.
  • a force-torque sensor can detect a force applied to the force-torque sensor.
  • a force-torque sensor can measure a force applied to the force-torque sensor.
  • a force-torque sensor can detect a torque applied to the force-torque sensor.
  • a force-torque sensor can measure a torque applied to the force-torque sensor.
  • a force-torque sensor can be a six-axis force-torque sensor.
  • a force-torque sensor can detect and measure forces in six directions, namely the x-axis, y-axis, z-axis, yaw, pitch, and roll directions.
  • a force-torque sensor can be a finger sensor of a robot.
  • the force-torque sensor may include a fixed part (100).
  • the fixed part (100) is a concept distinct from the moving part (200) and may be a part that is relatively fixed when the moving part (200) moves.
  • the force-torque sensor may include a base (110).
  • the fixing member (100) may include the base (110).
  • the base (110) may be disposed on the lower cover (130).
  • the base (110) may be disposed on the lower cover (130).
  • the base (110) may be disposed on the upper cover (120).
  • the base (110) may be disposed under the upper cover (120).
  • the base (110) may be disposed between the lower cover (130) and the upper cover (120).
  • the base (110) may include a groove (111).
  • the groove (111) may be a ball rail.
  • a second ball (620) may be placed in the groove (111).
  • the groove (111) may extend in the z-axis direction. The second ball (620) may move along the groove (111) of the base (110).
  • the force-torque sensor may include an upper cover (120).
  • the fixing member (100) may include the upper cover (120).
  • the upper cover (120) may be disposed on the base (110).
  • the upper cover (120) may be disposed on the base (110).
  • the upper cover (120) may be disposed between the base (110) and the lid (230).
  • the upper cover (120) may be coupled to an upper surface of the base (110).
  • the upper cover (120) may be coupled to the base (110).
  • the force-torque sensor may include a lower cover (130).
  • the fixing member (100) may include the lower cover (130).
  • the lower cover (130) may form a bottom portion of the force-torque sensor.
  • the lower cover (130) may be positioned opposite the lead (230).
  • the lower cover (130) may be positioned below the base (110).
  • the lower cover (130) may be coupled to a lower surface of the base (110).
  • the lower cover (130) may be coupled to the base (110).
  • the lower cover (130) may include a groove through which the substrate (140) passes.
  • the force-torque sensor may include a substrate (140).
  • the fixing member (100) may include the substrate (140). Sensors may be arranged on the substrate (140).
  • First to third sensors (340, 350, 360) may be arranged on the substrate (140).
  • the substrate (140) may be electrically connected to the first to third sensors (340, 350, 360).
  • the substrate (140) may output the electrical signals detected by the first to third sensors (340, 350, 360) to the outside of the force-torque sensor.
  • the force-torque sensor may include a plate (150).
  • the fixing member (100) may include the plate (150).
  • the plate (150) may be placed on the substrate (140).
  • the plate (150) may be a reinforcing plate.
  • the plate (150) may be placed on the lower surface of the substrate (140).
  • the plate (150) may reinforce the strength of the substrate (140) so that the first to third sensors (340, 350, 360) are placed in the correct positions.
  • the force-torque sensor may include a moving part (200).
  • the moving part (200) may be placed within the fixed part (100).
  • the moving part (200) may be placed on the fixed part (100).
  • the moving part (200) may move relative to the fixed part (100).
  • the moving part (200) may move relative to the fixed part (100).
  • the force-torque sensor may include an inner carrier (210).
  • the moving part (200) may include the inner carrier (210).
  • the inner carrier (210) may be disposed within the fixed part (100).
  • the inner carrier (210) may be disposed within the outer carrier (220).
  • the inner carrier (210) may be disposed on the fixed part (100).
  • the inner carrier (210) may be disposed within the base (110).
  • the inner carrier (210) may include a curved surface.
  • a first ball (610) may be disposed on the curved surface of the inner carrier (210).
  • the inner carrier (210) may be formed in a spherical shape at least partially.
  • the inner carrier (210) may be formed in a spherical shape at least partially so that the center of rotation does not change and remains constant. Through this, the inner carrier (210) moves as intended by the designer, so that the occurrence of crosstalk can be minimized.
  • the inner carrier (210) and the outer carrier (220) can move integrally in the z-axis direction with respect to the fixed part (100).
  • the inner carrier (210) can pivotally move with respect to the outer carrier (220) around the first ball (610).
  • the inner carrier (210) can move in a yaw direction, which is a rotational direction centered around the x-axis perpendicular to the z-axis with respect to the outer carrier (220), a pitch direction, which is a rotational direction centered around the y-axis perpendicular to each of the z-axis and the x-axis, and a roll direction, which is a rotational direction centered around the z-axis. That is, the inner carrier (210) can move in the yaw direction, the pitch direction, and the roll direction with respect to the outer carrier (220).
  • the inner carrier (210) may include a protrusion (211).
  • the protrusion (211) may protrude downward from the body of the inner carrier (210).
  • the protrusion (211) may be inserted into a hole (221) of the outer carrier (220).
  • the protrusion (211) may include a plurality of protrusions.
  • the protrusion (211) may include four protrusions.
  • the inner carrier (210) may include a protrusion (213).
  • the protrusion (213) may be formed on the outer surface of the inner carrier (210).
  • the protrusion (213) may protrude outward from the inner carrier (210).
  • the protrusion (213) may be arranged in a groove (225) of the outer carrier (220).
  • the inner carrier (210) may include a groove (215).
  • a first ball (610) may be placed in the groove (215).
  • the groove (215) of the inner carrier (210) may include a curved surface having a shape corresponding to the curved surface of the first ball (610).
  • the groove (215) may be formed in a shape corresponding to the shape of at least a portion of the first ball (610).
  • the force-torque sensor may include an outer carrier (220).
  • the moving part (200) may include the outer carrier (220).
  • the outer carrier (220) may be disposed between the inner carrier (210) and the fixed part (100).
  • the outer carrier (220) may be disposed between the inner carrier (210) and the base (110).
  • the outer carrier (220) may be disposed on the outside of the inner carrier (210).
  • the outer carrier (220) may be disposed within the fixed part (100).
  • the outer carrier (220) may be disposed on the fixed part (100).
  • the outer carrier (220) may be disposed within the base (110).
  • the outer carrier (220) may include a hole (221).
  • the hole (221) may penetrate the outer carrier (220) in the z-axis direction.
  • a protrusion (211) of the inner carrier (210) may be arranged in the hole (221).
  • the hole (221) may be formed between a cross-shaped rib and an inner circumferential surface of the outer carrier (220).
  • the hole (221) may include a plurality of holes.
  • the hole (221) may include four holes.
  • the outer carrier (220) may include a second groove (222).
  • the second groove (222) may be a ball rail.
  • a second ball (620) may be placed in the second groove (222).
  • the second ball (620) may move along the second groove (222).
  • the second groove (222) may extend in the z-axis direction.
  • the outer carrier (220) may include a groove (225).
  • the groove (225) may be formed on the inner surface of the outer carrier (220).
  • the groove (225) may be formed concavely on the inner surface of the outer carrier (220).
  • At least a portion of the protrusion (213) of the inner carrier (210) may be arranged in the groove (225) of the outer carrier (220).
  • the groove (225) can limit the movement of the inner carrier (210) within a preset range.
  • the inner carrier (210) rotates about the z-axis by a preset angle or more with respect to the outer carrier (220)
  • the protrusion (213) of the inner carrier (210) can come into contact with the groove (225) of the outer carrier (220).
  • the outer carrier (220) may include a groove (227).
  • a first ball (610) may be placed in the groove (227).
  • the groove (227) of the outer carrier (220) may contact the first ball (610) at two points.
  • the groove (227) of the outer carrier (220) may contact the first ball (610) at three points in the cross-section.
  • the groove (227) may be formed in a different shape from the first ball (610).
  • the force-torque sensor may include a lead (230).
  • the moving part (200) may include the lead (230).
  • the lead (230) may be connected to the internal carrier (210). At least a portion of the lead (230) may be disposed on the base (110). At least a portion of the lead (230) may be disposed on the upper cover (120). At least a portion of the lead (230) may be disposed on the fixed part (100). At least a portion of the lead (230) may protrude beyond the fixed part (100). An external force may be applied to at least a portion of the lead (230) that protrudes beyond the fixed part (100). The external force may be applied to the lead (230). The lead (230) may be moved by the external force.
  • the lead (230) may be coupled to the internal carrier (210).
  • the lead (230) may be disposed on the internal carrier (210).
  • the lead (230) can be placed on the inner carrier (210).
  • the lead (230) can move integrally with the inner carrier (210).
  • the lead (230) can be fixed to the inner carrier (210).
  • the internal carrier (210) can move with respect to the external carrier (220).
  • the internal carrier (210) and the external carrier (220) can move together with respect to the fixed part (100).
  • the first axis may be the x-axis
  • the second axis may be the y-axis
  • the third axis may be the z-axis.
  • the force-torque sensor may include a detection unit (300).
  • the detection unit (300) may be a sensing unit.
  • the detection unit (300) may be a sensor unit.
  • the detection unit (300) may detect movement of the moving unit (200) with respect to the fixed unit (100).
  • the detection unit (300) may detect movement of the moving unit (200) with respect to the fixed unit (100) in the x-axis direction.
  • the detection unit (300) may detect movement of the moving unit (200) with respect to the fixed unit (100) in the y-axis direction.
  • the detection unit (300) may detect movement of the moving unit (200) with respect to the fixed unit (100) in the yaw direction.
  • the detection unit (300) may detect movement of the moving unit (200) with respect to the fixed unit (100) in the pitch direction.
  • the detection unit (300) can detect the roll direction movement of the moving unit (200) with respect to the fixed unit (100).
  • the detection unit (300) can detect the z-axis direction movement of the moving unit (200) with respect to the fixed unit (100).
  • the force-torque sensor may include a first magnet (310).
  • the sensing unit (300) may include the first magnet (310).
  • the first magnet (310) may be disposed on the inner carrier (210).
  • the first magnet (310) may be disposed on the lower surface of the inner carrier (210).
  • the first magnet (310) may be disposed on the lower surface of the inner carrier (210).
  • the force-torque sensor may include a second magnet (320).
  • the sensing unit (300) may include the second magnet (320).
  • the second magnet (320) may be disposed on the inner carrier (210).
  • the second magnet (320) may be disposed on the lower surface of the inner carrier (210).
  • the second magnet (320) may be disposed on the lower surface of the inner carrier (210).
  • the force-torque sensor may include a third magnet (330).
  • the sensing unit (300) may include the third magnet (330).
  • the third magnet (330) may be disposed on the external carrier (220).
  • the third magnet (330) may be disposed on the lower surface of the external carrier (220).
  • the third magnet (330) may be disposed on the lower surface of the external carrier (220).
  • the force-torque sensor may include a first sensor (340).
  • the detection unit (300) may include the first sensor (340).
  • the first sensor (340) may be disposed on the fixing unit (100).
  • the first sensor (340) may be disposed on the substrate (140).
  • the first sensor (340) may be disposed on the lower cover (130).
  • the first sensor (340) may be disposed on the base (110).
  • the first sensor (340) may detect the first magnet (310).
  • the first sensor (340) may detect the magnetic force of the first magnet (310).
  • the first sensor (340) may detect the x-axis direction movement of the lead (230).
  • the first sensor (340) may detect the pitch direction tilt of the lead (230).
  • the first sensor (340) may be a Hall sensor.
  • the first sensor (340) may be a TMR sensor.
  • the force-torque sensor may include a second sensor (350).
  • the detection unit (300) may include the second sensor (350).
  • the second sensor (350) may be disposed on the fixing unit (100).
  • the second sensor (350) may be disposed on the substrate (140).
  • the second sensor (350) may be disposed on the lower cover (130).
  • the second sensor (350) may be disposed on the base (110).
  • the second sensor (350) may detect the second magnet (320).
  • the second sensor (350) may detect the magnetic force of the second magnet (320).
  • the second sensor (350) may detect the y-axis direction movement of the lead (230).
  • the second sensor (350) may detect the yaw direction tilt of the lead (230).
  • the second sensor (350) may be a Hall sensor.
  • the second sensor (350) may be a TMR sensor.
  • the first sensor (340) can detect movement in the y-axis direction and tilt in the yaw direction
  • the second sensor (350) can detect movement in the x-axis direction and tilt in the pitch direction.
  • the first sensor (340) detects the x-axis movement and pitch-direction tilt of the lead (230), but more accurate sensing can be achieved together with the detection value of the second sensor (350).
  • the second sensor (350) detects the y-axis movement and yaw-direction tilt of the lead (230), more accurate sensing can be achieved together with the detection value of the first sensor (340).
  • the first sensor (340) and the second sensor (350) may together detect roll direction tilt or movement. Alternatively, at least one of the first sensor (340) and the second sensor (350) may detect roll direction tilt or movement.
  • the force-torque sensor may include a third sensor (360).
  • the detection unit (300) may include the third sensor (360).
  • the third sensor (360) may be disposed on the fixing unit (100).
  • the third sensor (360) may be disposed on the substrate (140).
  • the third sensor (360) may be disposed on the lower cover (130).
  • the third sensor (360) may be disposed on the base (110).
  • the third sensor (360) may detect the third magnet (330).
  • the third sensor (360) may detect the magnetic force of the third magnet (330).
  • the third sensor (360) may be a Hall sensor.
  • the third sensor (360) may be a TMR sensor.
  • the force-torque sensor may include a capacitive sensing sensor. That is, the force-torque sensor may include a capacitive sensor.
  • the force-torque sensor may include a first electrode and a second electrode.
  • the force-torque sensor may include a control unit that applies power to the first electrode, and a sensing unit that measures a change in capacitance between the first electrode and the second electrode. At this time, the second electrode may be grounded.
  • the first electrode may be disposed on the fixing unit (100).
  • the second electrode may be disposed on at least one of the internal carrier (210) and the external carrier (220). When the internal carrier (210) and/or the external carrier (220) moves, the change in capacitance between the first electrode and the second electrode may be measured to calculate the amount of movement of the internal carrier (210) and/or the external carrier (220).
  • the force-torque sensor may include an elastic member.
  • the elastic member may restore the moving part (200) to its initial position when the external force is removed.
  • the elastic member may include an elastic member coupled to the inner carrier (210) and the outer carrier (220).
  • the elastic member may include an elastic member coupled to the outer carrier (220) and the fixed part (100).
  • the elastic member may have elasticity.
  • the elastic member may be formed of metal.
  • the elastic member may include a plate spring.
  • the elastic member may include a spring.
  • the force-torque sensor may include an upper elastic member (400).
  • the upper elastic member (400) may be coupled with the moving part (200).
  • the upper elastic member (400) may be coupled with the inner carrier (210) and the outer carrier (220).
  • the upper elastic member (400) may be coupled with the upper surface of the inner carrier (210) and the upper surface of the outer carrier (220).
  • the upper elastic member (400) may be coupled with the upper portion of the inner carrier (210) and the upper portion of the outer carrier (220).
  • the upper elastic member (400) may connect the inner carrier (210) and the outer carrier (220).
  • the upper elastic member (400) may elastically connect the inner carrier (210) and the outer carrier (220).
  • the upper elastic member (400) may movably support the inner carrier (210) relative to the outer carrier (220).
  • the upper elastic member (400) may include an inner portion (410).
  • the inner portion (410) may be coupled with the inner carrier (210).
  • the inner portion (410) may be disposed on the inner carrier (210).
  • the inner portion (410) may be disposed on an upper surface of the inner carrier (210).
  • the inner portion (410) may be fixed to the inner carrier (210).
  • the inner portion (410) may be adhesively bonded to the inner carrier (210).
  • the inner portion (410) may be movable as one piece with the inner carrier (210). At least a portion of the upper elastic member (400) may be disposed between the lead (230) and the inner carrier (210).
  • the upper elastic member (400) may include an outer portion (420).
  • the outer portion (420) may be coupled to an outer carrier (220).
  • the outer portion (420) may be disposed on the outer carrier (220).
  • the outer portion (420) may be disposed on an upper surface of the outer carrier (220).
  • the outer portion (420) may be fixed to the outer carrier (220).
  • the outer portion (420) may be adhesively bonded to the outer carrier (220).
  • the outer portion (420) may be movable as one piece with the outer carrier (220).
  • the upper elastic member (400) may include a connecting portion (430).
  • the connecting portion (430) may connect the inner portion (410) and the outer portion (420).
  • the connecting portion (430) may have elasticity.
  • the connecting portion (430) may include a bent portion.
  • the connecting portion (430) may include a bent shape.
  • the connecting portion (430) may include a shape that is bent multiple times.
  • the connecting portion (430) may include a shape that is bent at least three times.
  • the connecting portion (430) may be deformable.
  • the connecting portion (430) may be restored to its original state after being deformed.
  • the connecting portion (430) may include a zigzag shape.
  • the connecting portion (430) may include a plurality of connecting portions.
  • the connecting portion (430) may include four connecting portions.
  • the connecting portion (430) may include first to fourth connecting portions.
  • the connecting portion (430) may include a first connecting portion and a second connecting portion which are positioned on opposite sides with respect to the inner portion (410), and a third connecting portion and a fourth connecting portion which are positioned on opposite sides with respect to the inner portion (410).
  • the bent shape of the connecting portion (430) may be symmetrical in the rotational direction.
  • the force-torque sensor may include a lower elastic member (500).
  • the lower elastic member (500) may be coupled to the fixed part (100) and the movable part (200).
  • the lower elastic member (500) may be coupled to a lower surface of the base (110) and a lower surface of the external carrier (220).
  • the lower elastic member (500) may be coupled to a lower surface of the base (110) and a lower surface of the external carrier (220).
  • the lower elastic member (500) may connect the base (110) and the external carrier (220).
  • the lower elastic member (500) may elastically connect the base (110) and the external carrier (220).
  • the lower elastic member (500) may movably support the external carrier (220) with respect to the base (110).
  • the lower elastic member (500) can be placed on the opposite side of the upper elastic member (400) with respect to the moving part (200).
  • the lower elastic member (500) may include an inner portion (510).
  • the inner portion (510) may be coupled to an outer carrier (220).
  • the inner portion (510) may be disposed on the outer carrier (220).
  • the inner portion (510) may be disposed on a lower surface of the outer carrier (220).
  • the inner portion (510) may be fixed to the outer carrier (220).
  • the inner portion (510) may be bonded to the outer carrier (220) with an adhesive.
  • the inner portion (510) may move integrally with the outer carrier (220).
  • the lower elastic member (500) may include an outer portion (520).
  • the outer portion (520) may be coupled to the fixed portion (100).
  • the outer portion (520) may be coupled to the base (110).
  • the outer portion (520) may be coupled to the lower cover (130).
  • the outer portion (520) may be disposed on the base (110).
  • the outer portion (520) may be disposed on the lower surface of the base (110).
  • the outer portion (520) may be disposed on the lower cover (130).
  • the outer portion (520) may be fixed to the base (110).
  • the lower elastic member (500) may include a connecting portion (530).
  • the connecting portion (530) may connect the inner portion (510) and the outer portion (520).
  • the connecting portion (530) may have elasticity.
  • the connecting portion (530) may include a bent portion.
  • the connecting portion (530) may include a bent shape.
  • the connecting portion (530) may include a shape that is bent multiple times.
  • the connecting portion (530) may include a shape that is bent at least three times.
  • the connecting portion (530) may be deformable.
  • the connecting portion (530) may be restored to its original state after being deformed.
  • the connecting portion (530) may include a zigzag shape.
  • the connecting portion (530) may include a plurality of connecting portions.
  • the connecting portion (530) may include four connecting portions.
  • the connecting portion (530) may include first to fourth connecting portions.
  • the connecting portion (530) may include a first connecting portion and a second connecting portion which are positioned on opposite sides with respect to the inner portion (510), and a third connecting portion and a fourth connecting portion which are positioned on opposite sides with respect to the inner portion (510).
  • the bent shape of the connecting portion (530) may be symmetrical in the rotational direction.
  • the force-torque sensor may include a guide member.
  • the guide member may guide the movement of the moving part (200).
  • the guide member may guide the movement of the moving part (200) relative to the fixed part (100).
  • the guide member may guide the movement of the inner carrier (210) relative to the outer carrier (220).
  • the force-torque sensor may include a first ball (610).
  • the guide member may include the first ball (610).
  • the first ball (610) may be disposed between the inner carrier (210) and the outer carrier (220).
  • the first ball (610) may be disposed between a groove (215) of the inner carrier (210) and a groove (227) of the outer carrier (220).
  • the first ball (610) may guide movement of the inner carrier (210) with respect to the outer carrier (220).
  • the inner carrier (210) may move in the yaw direction, the pitch direction, and the roll direction with respect to the outer carrier (220) by the first ball (610). However, when the inner carrier (210) is to move in the z-axis direction, the first ball (610) and the outer carrier (220) may move together.
  • the first ball (610) may be formed of one or more of ceramic, plastic, and metal.
  • the diameter of the first ball (610) may be larger than the diameter of the second ball (620).
  • the first ball (610) may overlap the second ball (620) in a direction perpendicular to the z-axis.
  • the first ball (610) may provide a pivot center.
  • the first ball (610) may provide a pivot center for the inner carrier (210).
  • the first ball (610) may be positioned on the central axis of the inner carrier (210).
  • the first ball (610) may be positioned on the central axis of the outer carrier (220).
  • the first ball (610) may be formed in a spherical shape.
  • the force-torque sensor may include a second ball (620).
  • the guide member may include the second ball (620).
  • the second ball (620) may be positioned between the outer carrier (220) and the fixing member (100).
  • the second ball (620) may guide movement of the outer carrier (220) with respect to the base (110).
  • the outer carrier (220) may move in the z-axis direction with respect to the base (110) by the second ball (620). At this time, the outer carrier (220) may move together with the inner carrier (210) and the lead (230).
  • Fig. 13 is a cross-sectional view of a force-torque sensor according to the first modified example.
  • Fig. 14 (a) is a bottom perspective view of the inner carrier of the force-torque sensor according to the first modified example, and (b) is a perspective view of the outer carrier.
  • the first ball (610) may be formed integrally with the inner carrier (210).
  • the outer carrier (220) may include a groove (227).
  • the inner carrier (210) may include a protrusion (219) having a curved surface that is positioned in the groove (227) of the outer carrier (220).
  • the protrusion (219) of the inner carrier (210) may be formed in a hemispherical shape.
  • the inner carrier (210) may pivot relative to the outer carrier (220) about the protrusion (219) of the inner carrier (210).
  • Fig. 15 is a cross-sectional view of a force-torque sensor according to a second modified example.
  • Fig. 16 (a) is a bottom perspective view of the inner carrier of the force-torque sensor according to the second modified example, and (b) is a perspective view of the outer carrier.
  • the first ball (610) may be formed integrally with the outer carrier (220).
  • the inner carrier (210) may include a groove (215).
  • the outer carrier (220) may include a protrusion (229) having a curved surface that is positioned in the groove (215) of the inner carrier (210).
  • the protrusion (229) of the outer carrier (220) may be formed in a hemispherical shape.
  • the inner carrier (210) may pivot relative to the outer carrier (220) about the protrusion (229) of the outer carrier (220).
  • Fig. 17 is a perspective view for explaining an operating method of a force-torque sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • Fig. 18 is a diagram for explaining a case where an external force having a yaw or pitch direction component is applied to a force-torque sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • Fig. 19 is a diagram for explaining a change when an external force having a roll direction component is applied to a force-torque sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • Fig. 20 is a diagram for explaining a case where an external force having a z-axis direction component is applied to a force-torque sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • the lead (230) can rotate or tilt around the x-axis (see yaw in FIG. 17). At this time, the lead (230) can move integrally with the internal carrier (210) (see A, B in FIG. 18). Meanwhile, since the fixed part (100) is maintained in a fixed state, the second sensor (350) disposed on the fixed part (100) detects the second magnet (320) disposed on the internal carrier (210), so that the amount of movement of the lead (230) and the internal carrier (210) can be measured. Through this, the y-axis direction component and the yaw direction component of the external force applied to the lead (230) can be measured.
  • the lead (230) can rotate or tilt around the y-axis (see pitch in FIG. 17). At this time, the lead (230) can move integrally with the internal carrier (210). Meanwhile, since the fixed part (100) is maintained in a fixed state, the first sensor (340) arranged on the fixed part (100) detects the first magnet (310) arranged on the internal carrier (210), so that the amount of movement of the lead (230) and the internal carrier (210) can be measured. Through this, the x-axis direction component and the pitch direction component of the external force applied to the lead (230) can be measured.
  • the lead (230) can rotate or tilt around the z-axis (see roll in FIG. 17).
  • the lead (230) can move with respect to the fixed part (100) as an integral part with the internal carrier (210) (see a, b in FIG. 19).
  • the first sensor (340) arranged on the fixed part (100) detects the first magnet (310) arranged on the internal carrier (210), and the second sensor (250) detects the second magnet (320), so that the amount of movement of the lead (230) and the internal carrier (210) can be measured.
  • the force of the roll direction component of the external force applied to the lead (230) can be measured.
  • the lead (230) can move along the z-axis (see Fz in FIG. 17).
  • the lead (230) can move together with the inner carrier (210) and the outer carrier (220) with respect to the fixed part (100) (see A and B in FIG. 20).
  • the third sensor (360) arranged on the fixed part (100) detects the third magnet (330) arranged on the outer carrier (220), so that the amount of movement of the lead (230), the inner carrier (210), and the outer carrier (220) can be measured.
  • the force of the z-axis component of the external force applied to the lead (230) can be measured.
  • a robot may include a body.
  • the robot may include an arm member connected to the body.
  • the arm member of the robot may include a gripping portion.
  • the gripping portion may include, for example, a finger shape.
  • the force-torque sensor of the first embodiment of the present invention may be disposed on the gripping portion of the arm member.
  • the arm member of the robot may include a joint.
  • the force-torque sensor of the first embodiment of the present invention may be disposed on a joint of the arm member.
  • FIG. 21 is a perspective view of a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 21.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 21.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 21.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view taken along line Z-axis of a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention and viewed from above.
  • FIG. 25 is an exploded perspective view of a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 21.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 21.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 21.
  • FIG. 24 is
  • FIG. 26 is an exploded perspective view showing an upper elastic member, a lower elastic member, and related components of a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a drawing showing a sensing unit of a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 (a) is a drawing showing an arrangement structure of first to third magnets
  • FIG. 27 (b) is a drawing showing an arrangement structure of first to third sensors.
  • Fig. 28 is a perspective view of Fig. 21 with the substrate and lead removed.
  • Fig. 29 is a perspective view of Fig. 28 with the upper cover and the connecting member removed.
  • Fig. 30 is a perspective view of Fig. 29 with the base and the upper elastic member removed.
  • Fig. 31 is a bottom perspective view of Fig. 21 with the substrate removed.
  • Fig. 32 is a bottom perspective view of Fig. 31 with the lower cover and the connecting member removed.
  • Fig. 33 is a bottom perspective view of Fig. 32 with the base and the lower elastic member removed.
  • Fig. 34 is a drawing showing a state in which the first ball is arranged in the internal carrier.
  • a force-torque sensor can be used to detect and measure forces and torques applied to a robot in real time.
  • a force-torque sensor can detect a force applied to the force-torque sensor.
  • a force-torque sensor can measure a force applied to the force-torque sensor.
  • a force-torque sensor can detect a torque applied to the force-torque sensor.
  • a force-torque sensor can measure a torque applied to the force-torque sensor.
  • a force-torque sensor can be a six-axis force-torque sensor.
  • a force-torque sensor can detect and measure forces in six directions, namely the x-axis, y-axis, z-axis, yaw, pitch, and roll directions.
  • a force-torque sensor can be a finger sensor of a robot.
  • the force-torque sensor may include a fixed part (1100).
  • the fixed part (1100) is a concept distinct from the moving part (1200) and may be a part that is relatively fixed when the moving part (1200) moves.
  • the force-torque sensor may include a base (1110).
  • the fixing member (1100) may include the base (1110).
  • the base (1110) may be disposed on the lower cover (1130).
  • the base (1110) may be disposed on the lower cover (1130).
  • the base (1110) may be disposed on the upper cover (1120).
  • the base (1110) may be disposed under the upper cover (1120).
  • the base (1110) may be disposed between the lower cover (1130) and the upper cover (1120).
  • the base (1110) may include a groove (1111).
  • the groove (1111) may be a ball rail.
  • a second ball (1620) may be placed in the groove (1111).
  • the groove (1111) may extend in the z-axis direction.
  • the second ball (1620) may move along the groove (1111) of the base (1110).
  • the base (1110) may include a groove (1112).
  • the groove (1112) may be formed on the inner surface of the fixing portion (1100).
  • the groove (1112) may be formed on the inner surface of the base (1110).
  • the groove (1112) may be formed concavely on the inner surface of the fixing portion (1100).
  • the groove (1112) may be formed concavely on the inner surface of the base (1110).
  • a protrusion (1226) of an external carrier (1220) may be arranged in the groove (1112) of the fixing portion (1100).
  • the rotation of the external carrier (1220) with respect to the base (1110) can be prevented through the shape of the fit between the groove (1112) of the base (1110) and the protrusion (1226) of the external carrier (1220).
  • the protrusion (1226) of the external carrier (1220) can come into contact with the groove (1112) of the fixed part (1100).
  • the force-torque sensor may include an upper cover (1120).
  • the fixing member (1100) may include the upper cover (1120).
  • the upper cover (1120) may be disposed on the base (1110).
  • the upper cover (1120) may be disposed on the base (1110).
  • the upper cover (1120) may be disposed between the base (1110) and the lid (1230).
  • the upper cover (1120) may be coupled to an upper surface of the base (1110).
  • the upper cover (1120) may be coupled to the base (1110).
  • the force-torque sensor may include a lower cover (1130).
  • the fixing member (1100) may include the lower cover (1130).
  • the lower cover (1130) may form a bottom portion of the force-torque sensor.
  • the lower cover (1130) may be positioned opposite the lead (1230).
  • the lower cover (1130) may be positioned below the base (1110).
  • the lower cover (1130) may be coupled to a lower surface of the base (1110).
  • the lower cover (1130) may be coupled to the base (1110).
  • the lower cover (1130) may include a groove through which the substrate (1140) passes.
  • the force-torque sensor may include a substrate (1140).
  • the fixing member (1100) may include the substrate (1140). Sensors may be arranged on the substrate (1140).
  • First to third sensors (1340, 1350, 1360) may be arranged on the substrate (1140).
  • the substrate (1140) may be electrically connected to the first to third sensors (1340, 1350, 1360).
  • the substrate (1140) may output the omnidirectional signals detected by the first to third sensors (1340, 1350, 1360) to the outside of the force-torque sensor.
  • the force-torque sensor may include a plate (1150).
  • the fixing member (1100) may include the plate (1150).
  • the plate (1150) may be placed on the substrate (1140).
  • the plate (1150) may be a reinforcing plate.
  • the plate (1150) may be placed on the lower surface of the substrate (1140).
  • the plate (1150) may reinforce the strength of the substrate (1140) so that the first to third sensors (1340, 1350, 1360) are placed in the correct positions.
  • the force-torque sensor may include a moving part (1200).
  • the moving part (1200) may be positioned within the fixed part (1100).
  • the moving part (1200) may be positioned on the fixed part (1100).
  • the moving part (1200) may move relative to the fixed part (1100).
  • the moving part (1200) may move relative to the fixed part (1100).
  • the force-torque sensor may include an inner carrier (1210).
  • the moving part (1200) may include the inner carrier (1210).
  • the inner carrier (1210) may be disposed within the fixed part (1100).
  • the inner carrier (1210) may be disposed within the outer carrier (1220).
  • the inner carrier (1210) may be disposed on the fixed part (1100).
  • the inner carrier (1210) may be disposed within the base (1110).
  • the inner carrier (1210) may include a curved surface.
  • a first ball (1610) may be disposed on the curved surface of the inner carrier (1210).
  • the inner carrier (1210) may be formed in a spherical shape at least partially.
  • the inner carrier (1210) may be formed in a spherical shape at least partially so that the center of rotation does not change and remains constant. Through this, the internal carrier (1210) moves as intended by the designer, so the occurrence of crosstalk can be minimized.
  • the inner carrier (1210) may include a protrusion (1211).
  • the protrusion (1211) may be coupled with the upper elastic member (1400).
  • the protrusion (1211) of the inner carrier (1210) may be coupled with the hole (1411) of the inner side (1410) of the upper elastic member (1400).
  • the inner carrier (1210) may include a groove (1212).
  • the groove (1212) may have a thread.
  • the groove (1212) may be formed on the upper surface of the inner carrier (1210).
  • the groove (1212) may be formed on the outer circumferential surface of the inner carrier (1210).
  • An inner coupling member (1710-2) may be coupled to the groove (1212).
  • the groove (1212) may be formed alone.
  • the inner carrier (1210) may include a protrusion (1213).
  • the protrusion (1213) may be formed on the outer surface of the inner carrier (1210).
  • the protrusion (1213) may protrude outwardly from the inner carrier (1210).
  • the protrusion (1213) may be positioned in a groove (1225) of the outer carrier (1220).
  • the outer carrier (1220) may include a first groove (1221).
  • the first groove (1221) may be a ball rail.
  • a first ball (1610) may be placed in the first groove (1221).
  • the first ball (1610) may move along the first groove (1221).
  • the first ball (1610) may rotate while at least a portion of the first ball (1610) is accommodated in the first groove (1221).
  • the outer carrier (1220) may include a second groove (1222).
  • the second groove (1222) may be a ball rail.
  • a second ball (1620) may be placed in the second groove (1222).
  • the second ball (1620) may move along the second groove (1222).
  • the second groove (1222) may extend in the z-axis direction.
  • the outer carrier (1220) may include a groove (1224).
  • the groove (1224) may have a thread.
  • the groove (1224) may be formed on an upper surface of the outer carrier (1220).
  • the groove (1224) may be formed on an outer peripheral surface of the outer carrier (1220).
  • An outer coupling member (1710-1) may be coupled to the groove (1224).
  • the groove (1224) may be formed alone.
  • the outer carrier (1220) may include a groove (1225).
  • the groove (1225) may be formed on the inner surface of the outer carrier (1220).
  • the groove (1225) may be formed concavely on the inner surface of the outer carrier (1220).
  • the groove (1225) can limit the movement of the inner carrier (1210) within a preset range.
  • the inner carrier (1210) rotates about the z-axis by a preset angle or more with respect to the outer carrier (1220), the protrusion (1213) of the inner carrier (1210) can come into contact with the groove (1225) of the outer carrier (1220).
  • the outer carrier (1220) may include a protrusion (1226).
  • the protrusion (1226) may be formed on an outer surface of the outer carrier (1220).
  • the protrusion (1226) may protrude outwardly from the outer carrier (1220).
  • the protrusion (1226) may be positioned in a groove (1112) of the fixing member (1100).
  • the force-torque sensor may include a lead (1230).
  • the moving part (1200) may include the lead (1230).
  • the lead (1230) may be connected to an internal carrier (1210). At least a portion of the lead (1230) may be disposed on a base (1110). At least a portion of the lead (1230) may be disposed on an upper cover (1120). At least a portion of the lead (1230) may be disposed on a fixed part (1100). At least a portion of the lead (1230) may protrude beyond the fixed part (1100). An external force may be applied to at least a portion of the lead (1230) that protrudes beyond the fixed part (1100). The external force may be applied to the lead (1230). The lead (1230) may be moved by the external force.
  • the lead (1230) may be coupled to the internal carrier (1210).
  • the lead (1230) can be placed on the inner carrier (1210).
  • the lead (1230) can be placed on the inner carrier (1210).
  • the lead (1230) can move integrally with the inner carrier (1210).
  • the lead (1230) can be fixed to the inner carrier (1210).
  • the internal carrier (1210) can move with respect to the external carrier (1220).
  • the internal carrier (1210) and the external carrier (1220) can move together with respect to the fixed part (1100).
  • the first axis may be the x-axis
  • the second axis may be the y-axis
  • the third axis may be the z-axis.
  • the force-torque sensor may include a detection unit (1300).
  • the detection unit (1300) may detect movement of the moving unit (1200) with respect to the fixed unit (1100).
  • the detection unit (1300) may detect movement of the moving unit (1200) with respect to the fixed unit (1100) in the x-axis direction.
  • the detection unit (1300) may detect movement of the moving unit (1200) with respect to the fixed unit (1100) in the y-axis direction.
  • the detection unit (1300) may detect movement of the moving unit (1200) with respect to the fixed unit (1100) in the yaw direction.
  • the detection unit (1300) may detect movement of the moving unit (1200) with respect to the fixed unit (1100) in the pitch direction.
  • the detection unit (1300) can detect the roll direction movement of the moving unit (1200) with respect to the fixed unit (1100).
  • the detection unit (1300) can detect the z-axis direction movement of the moving unit (1200) with respect to the fixed unit (1100).
  • the force-torque sensor may include a first magnet (1310).
  • the sensing unit (1300) may include the first magnet (1310).
  • the first magnet (1310) may be disposed on the inner carrier (1210).
  • the first magnet (1310) may be disposed on the lower surface of the inner carrier (1210).
  • the first magnet (1310) may be disposed on the lower surface of the inner carrier (1210).
  • the force-torque sensor may include a second magnet (1320).
  • the sensing unit (1300) may include the second magnet (1320).
  • the second magnet (1320) may be disposed on the inner carrier (1210).
  • the second magnet (1320) may be disposed on the lower surface of the inner carrier (1210).
  • the second magnet (1320) may be disposed on the lower surface of the inner carrier (1210).
  • the force-torque sensor may include a third magnet (1330).
  • the sensing unit (1300) may include the third magnet (1330).
  • the third magnet (1330) may be disposed on the external carrier (1220).
  • the third magnet (1330) may be disposed on the lower surface of the external carrier (1220).
  • the third magnet (1330) may be disposed on the lower surface of the external carrier (1220).
  • the first sensor (1340) can detect movement in the y-axis direction and tilt in the yaw direction
  • the second sensor (1350) can detect movement in the x-axis direction and tilt in the pitch direction.
  • the first sensor (1340) and the second sensor (1350) may together detect roll tilt or movement. Alternatively, at least one of the first sensor (1340) and the second sensor (1350) may detect roll tilt or movement.
  • the force-torque sensor may include a third sensor (1360).
  • the detection unit (1300) may include the third sensor (1360).
  • the third sensor (1360) may be disposed on the fixing unit (1100).
  • the third sensor (1360) may be disposed on the substrate (1140).
  • the third sensor (1360) may be disposed on the lower cover (1130).
  • the third sensor (1360) may be disposed on the base (1110).
  • the third sensor (1360) may detect the third magnet (1330).
  • the third sensor (1360) may detect the magnetic force of the third magnet (1330).
  • the third sensor (1360) may be a Hall sensor.
  • the third sensor (1360) may be a TMR sensor.
  • the force-torque sensor may include a capacitive sensing sensor. That is, the force-torque sensor may include a capacitive sensor.
  • the force-torque sensor may include a first electrode and a second electrode.
  • the force-torque sensor may include a control unit that applies power to the first electrode, and a sensing unit that measures a change in capacitance between the first electrode and the second electrode. At this time, the second electrode may be grounded.
  • the first electrode may be disposed on the fixing unit (1100).
  • the second electrode may be disposed on at least one of the internal carrier (1210) and the external carrier (1220). When the internal carrier (1210) and/or the external carrier (1220) moves, the change in capacitance between the first electrode and the second electrode may be measured to calculate the amount of movement of the internal carrier (1210) and/or the external carrier (1220).
  • the force-torque sensor may include an elastic member.
  • the elastic member may restore the moving part (1200) to its initial position when the external force is removed.
  • the elastic member may include a spring that controls the z-axis movement of the moving part (1200).
  • the spring that controls the z-axis movement may be formed as a plate spring or a spring in the form of an etching method. In the second embodiment of the present invention, two springs using the etching method may be applied.
  • the force-torque sensor may include an upper elastic member (1400).
  • the upper elastic member (1400) may be coupled to a moving part (1200).
  • the upper elastic member (1400) may be coupled to an inner carrier (1210) and an outer carrier (1220).
  • the upper elastic member (1400) may be coupled to an upper surface of the inner carrier (1210) and an upper surface of the outer carrier (1220).
  • the upper elastic member (1400) may be coupled to an upper portion of the inner carrier (1210) and an upper portion of the outer carrier (1220).
  • the upper elastic member (1400) may connect the inner carrier (1210) and the outer carrier (1220).
  • the upper elastic member (1400) may elastically connect the inner carrier (1210) and the outer carrier (1220).
  • the upper elastic member (1400) can movably support the inner carrier (1210) relative to the outer carrier (1220).
  • the upper elastic member (1400) may include an inner portion (1410).
  • the inner portion (1410) may be coupled to an inner carrier (1210).
  • the inner portion (1410) may be disposed on the inner carrier (1210).
  • the inner portion (1410) may be disposed on an upper surface of the inner carrier (1210).
  • the inner portion (1410) may be fixed to the inner carrier (1210).
  • the inner portion (1410) may be adhesively bonded to the inner carrier (1210).
  • the inner portion (1410) may be movable as one piece with the inner carrier (1210).
  • At least a portion of the upper elastic member (1400) may be disposed between the lead (1230) and the inner carrier (1210).
  • the inner portion (1410) may include a hole (1411).
  • the hole (1411) may penetrate the inner portion (1410) in the z-axis direction.
  • a protrusion (1211) of the inner carrier (1210) may be inserted into the hole (1411).
  • the hole (1411) may be formed as a groove.
  • the upper elastic member (1400) may include an outer portion (1420).
  • the outer portion (1420) may be coupled to an outer carrier (1220).
  • the outer portion (1420) may be disposed on the outer carrier (1220).
  • the outer portion (1420) may be disposed on an upper surface of the outer carrier (1220).
  • the outer portion (1420) may be fixed to the outer carrier (1220).
  • the outer portion (1420) may be adhesively bonded to the outer carrier (1220).
  • the outer portion (1420) may be movable as one piece with the outer carrier (1220).
  • the outer portion (1420) may include a hole (1421).
  • the hole (1421) may penetrate the outer portion (1420) in the z-axis direction.
  • a protrusion (1223) of the external carrier (1220) may be inserted into the hole (1421).
  • the upper elastic member (1400) may include a connecting portion (1430).
  • the connecting portion (1430) may connect the inner portion (1410) and the outer portion (1420).
  • the connecting portion (1430) may have elasticity.
  • the connecting portion (1430) may include a bent portion.
  • the connecting portion (1430) may include a bent shape.
  • the connecting portion (1430) may include a shape that is bent multiple times.
  • the connecting portion (1430) may include a shape that is bent at least three times.
  • the connecting portion (1430) may be deformable.
  • the connecting portion (1430) may be restored to its original state after being deformed.
  • the connecting portion (1430) may include a zigzag shape.
  • the connecting portion (1430) may include a plurality of connecting portions.
  • the connecting portion (1430) may include four connecting portions.
  • the connecting portion (1430) may include first to fourth connecting portions.
  • the connecting portion (1430) may include a first connecting portion and a second connecting portion which are positioned on opposite sides with respect to the inner portion (1410), and a third connecting portion and a fourth connecting portion which are positioned on opposite sides with respect to the inner portion (1410).
  • the bent shape of the connecting portion (1430) may be symmetrical in the rotational direction.
  • the force-torque sensor may include a lower elastic member (1500).
  • the lower elastic member (1500) may be coupled to a fixed portion (1100) and a movable portion (1200).
  • the lower elastic member (1500) may be coupled to a lower surface of a base (1110) and a lower surface of an external carrier (1220).
  • the lower elastic member (1500) may be coupled to a lower surface of the base (1110) and a lower surface of the external carrier (1220).
  • the lower elastic member (1500) may connect the base (1110) and the external carrier (1220).
  • the lower elastic member (1500) may elastically connect the base (1110) and the external carrier (1220).
  • the lower elastic member (1500) may movably support the external carrier (1220) relative to the base (1110).
  • the lower elastic member (1500) can be placed on the opposite side of the upper elastic member (1400) with respect to the moving part (1200).
  • the lower elastic member (1500) may include an inner portion (1510).
  • the inner portion (1510) may be coupled to an outer carrier (1220).
  • the inner portion (1510) may be disposed on the outer carrier (1220).
  • the inner portion (1510) may be disposed on a lower surface of the outer carrier (1220).
  • the inner portion (1510) may be fixed to the outer carrier (1220).
  • the inner portion (1510) may be adhesively bonded to the outer carrier (1220).
  • the inner portion (1510) may be movable as one piece with the outer carrier (1220).
  • the lower elastic member (1500) may include an outer portion (1520).
  • the outer portion (1520) may be coupled to the fixing portion (1100).
  • the outer portion (1520) may be coupled to the base (1110).
  • the outer portion (1520) may be coupled to the lower cover (1130).
  • the outer portion (1520) may be disposed on the base (1110).
  • the outer portion (1520) may be disposed on the lower surface of the base (1110).
  • the outer portion (1520) may be disposed on the lower cover (1130).
  • the outer portion (1520) may be fixed to the base (1110).
  • the outer portion (1520) may be fixed to the base (1110) via the lower coupling member (1720).
  • the lower elastic member (1500) may include a connecting portion (1530).
  • the connecting portion (1530) may connect the inner portion (1510) and the outer portion (1520).
  • the connecting portion (1530) may have elasticity.
  • the connecting portion (1530) may include a bent portion.
  • the connecting portion (1530) may include a bent shape.
  • the connecting portion (1530) may include a shape that is bent multiple times.
  • the connecting portion (1530) may include a shape that is bent at least three times.
  • the connecting portion (1530) may be deformable.
  • the connecting portion (1530) may be restored to its original state after being deformed.
  • the connecting portion (1530) may include a zigzag shape.
  • the connecting portion (1530) may include a plurality of connecting portions.
  • the connecting portion (1530) may include four connecting portions.
  • the connecting portion (1530) may include first to fourth connecting portions.
  • the connecting portion (1530) may include a first connecting portion and a second connecting portion which are positioned on opposite sides with respect to the inner portion (1510), and a third connecting portion and a fourth connecting portion which are positioned on opposite sides with respect to the inner portion (1510).
  • the bent shape of the connecting portion (1530) may be symmetrical in the rotational direction.
  • the force-torque sensor may include a guide member.
  • the guide member may guide the movement of the moving part (1200).
  • the guide member may guide the movement of the moving part (1200) relative to the fixed part (1100).
  • the guide member may guide the movement of the inner carrier (1210) relative to the outer carrier (1220).
  • the force-torque sensor may include a first ball (1610).
  • the guide member may include the first ball (1610).
  • the first ball (1610) may be disposed between the inner carrier (1210) and the outer carrier (1220).
  • the first ball (1610) may guide movement of the inner carrier (1210) with respect to the outer carrier (1220).
  • the inner carrier (1210) may move in the yaw direction, the pitch direction, and the roll direction with respect to the outer carrier (1220) by the first ball (1610).
  • the first ball (1610) and the outer carrier (1220) may move together.
  • the force-torque sensor may include a second ball (1620).
  • the guide member may include the second ball (1620).
  • the second ball (1620) may be positioned between the outer carrier (1220) and the fixing member (1100).
  • the second ball (1620) may guide movement of the outer carrier (1220) relative to the base (1110).
  • the outer carrier (1220) may move in the z-axis direction relative to the base (1110) by the second ball (1620). At this time, the outer carrier (1220) may move together with the inner carrier (1210) and the lead (1230).
  • the force-torque sensor may include a coupling member.
  • the coupling member may couple two or more different members together.
  • the coupling member may be a screw.
  • the coupling member may be a bolt.
  • the force-torque sensor may include an upper coupling member (1710).
  • the upper coupling member (1710) may couple the moving member (1200) and the upper elastic member (1400).
  • the upper coupling member (1710) may include a head portion (1711).
  • the head portion (1711) may be placed on the upper elastic member (1400).
  • the upper coupling member (1710) may include a coupling portion (1712).
  • the coupling portion (1712) may pass through the upper elastic member (1400).
  • the coupling portion (1712) may be coupled to the moving portion (1200).
  • the coupling portion (1712) may include a screw thread coupled to the moving portion (1200).
  • the upper coupling member (1710) may include an inner coupling member (1710-2).
  • the inner coupling member (1710-2) may be coupled with the screw threads of the inner carrier (1210) such that the lead (1230) and a portion of the upper elastic member (1400) are secured to the inner carrier (1210).
  • the inner coupling member (1710-2) may secure the lead (1230) to the inner carrier (1210).
  • the inner coupling member (1710-2) may secure the inner portion (1410) of the upper elastic member (1400) to the inner carrier (1210).
  • the force-torque sensor may include a lower coupling member (1720).
  • the lower coupling member (1720) may couple the fixing member (1100) and the lower elastic member (1500).
  • the lower coupling member (1720) may fix the lower cover (1130) to the base (1110).
  • the lower coupling member (1720) may fix the outer portion (1520) of the lower elastic member (1500) between the base (1110) and the lower cover (1130).
  • the lower coupling member (1720) may penetrate the outer portion (1520) of the lower elastic member (1500).
  • the lower connecting member (1720) may include a head portion (1721).
  • the head portion (1721) may be positioned below the lower elastic member (1500).
  • the head portion (1721) may be positioned on the lower elastic member (1500).
  • the lower coupling member (1720) may include a coupling portion (1722).
  • the coupling portion (1722) may pass through the lower elastic member (1500).
  • the coupling portion (1722) may be coupled to the fixing portion (1100).
  • the coupling portion (1722) may be coupled to the base (1110).
  • the coupling portion (1722) may include a screw thread coupled to the fixing portion (1100).
  • the force-torque sensor may include a coupling member (1730).
  • the coupling member (1730) may secure the upper cover (1120) to the base (1110).
  • the coupling member (1730) may include screw threads.
  • the coupling member (1730) may be screw-coupled to the base (1110) through the upper cover (1120).
  • Fig. 35 is a perspective view of a force-torque sensor according to the first modified example.
  • Fig. 36 is a side view of the first modified example with the shield can removed.
  • the force-torque sensor may include a shield can (1810).
  • the shield can (1810) may surround at least a portion of the outer surface of the fixing member (1100).
  • the shield can (1810) may block external noise.
  • the shield can (1810) may be formed of metal.
  • the shield can (1810) may include an upper shield can (1811).
  • the upper shield can (1811) may be placed on the outer surface of the base (1110).
  • the upper shield can (1811) may be placed on the outer surface of the upper cover (1120).
  • the shield can (1810) may include a lower shield can (1812).
  • the lower shield can (1812) may be placed on the outer surface of the lower cover (1130).
  • the lower shield can (1812) may be placed on the lower surface of the lower cover (1130).
  • Fig. 37 is a cross-sectional view of a force-torque sensor according to a second modified example.
  • Fig. 38 is a bottom perspective view showing the arrangement structure of the shield plate in the second modified example.
  • the force-torque sensor may include a shield plate (1820).
  • the shield plate (1820) may be positioned between the moving part (1200) and the lower elastic member (1500).
  • the shield plate (1820) may block external noise.
  • the shield plate (1820) may be formed of metal.
  • Fig. 39 is a perspective view for explaining an operating method of a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • Fig. 40 is a diagram for explaining a change when an external force having a yaw component is applied to a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • Fig. 41 is a diagram for explaining a change when an external force having a roll component is applied to a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • Fig. 42 is a diagram for explaining a change when an external force having a z-axis component is applied to a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
  • the lead (1230) can rotate or tilt around the x-axis (see yaw in FIG. 39). At this time, the lead (1230) can move integrally with the internal carrier (1210). Meanwhile, since the fixed part (1100) is maintained in a fixed state, the second sensor (1350) disposed on the fixed part (1100) detects the second magnet (1320) disposed on the internal carrier (1210), so that the amount of movement of the lead (1230) and the internal carrier (1210) can be measured. Through this, the y-axis direction component and the yaw direction component of the external force applied to the lead (1230) can be measured.
  • a gap may be formed between a virtual straight line passing through the center of the second magnet (1320) and a virtual straight line passing through the center of the second sensor (1350).
  • the second sensor (1350) may recognize the change in the magnetic force of the second magnet (1320) and recognize the position of the second magnet (1320).
  • the second sensor (1350) may calculate the amount of movement of the internal carrier (1210) and calculate the y-axis component of the external force and the y-axis component of the external force.
  • the lead (1230) can rotate or tilt around the y-axis (see pitch in FIG. 39). At this time, the lead (1230) can move integrally with the internal carrier (1210). Meanwhile, since the fixed part (1100) is maintained in a fixed state, the first sensor (1340) disposed on the fixed part (1100) detects the first magnet (1310) disposed on the internal carrier (1210), so that the amount of movement of the lead (1230) and the internal carrier (1210) can be measured. Through this, the x-axis direction component and the pitch direction component of the external force applied to the lead (1230) can be measured.
  • the lead (1230) can rotate or tilt around the z-axis (see roll in FIG. 39).
  • the lead (1230) can move with respect to the fixed part (1100) as an integral part with the internal carrier (1210) (see (b) in FIG. 41).
  • the first sensor (1340) arranged on the fixed part (1100) detects the first magnet (1310) arranged on the internal carrier (1210)
  • the second sensor (1250) detects the second magnet (1320), so that the amount of movement of the lead (1230) and the internal carrier (1210) can be measured.
  • the force of the roll direction component of the external force applied to the lead (1230) can be measured.
  • the lead (1230) can move along the z-axis (see Fz in FIG. 39).
  • the lead (1230) can move with respect to the fixed part (1100) together with the internal carrier (1210) and the external carrier (1220) (see (b) in FIG. 42).
  • the third sensor (1360) arranged on the fixed part (1100) detects the third magnet (1330) arranged on the external carrier (1220), so that the amount of movement of the lead (1230), the internal carrier (1210), and the external carrier (1220) can be measured.
  • the force of the z-axis component of the external force applied to the lead (1230) can be measured.
  • a robot may include a body.
  • the robot may include an arm member connected to the body.
  • the arm member of the robot may include a gripping portion.
  • the gripping portion may include, for example, a finger shape.
  • a force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention may be disposed on the gripping portion of the arm member.
  • the arm member of the robot may include a joint.
  • the force-torque sensor according to a second embodiment of the present invention may be disposed on a joint of the arm member.

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Abstract

본 실시예는 고정부; 상기 고정부 내에 배치되는 이동부; 및 상기 고정부에 대한 상기 이동부의 이동을 감지하는 감지부를 포함하고, 상기 이동부는 상기 고정부 내에 배치되는 내부 캐리어와, 상기 내부 캐리어와 상기 고정부 사이에 배치되는 외부 캐리어를 포함하고, 상기 내부 캐리어와 상기 외부 캐리어는 상기 고정부에 대해 일체로 z축 방향으로 이동하고, 상기 내부 캐리어와 상기 외부 캐리어 사이에는 제1볼이 배치되고, 상기 내부 캐리어는 상기 제1볼을 중심으로 상기 외부 캐리어에 대해 피벗 이동하는 힘-토크 센서에 관한 것이다.

Description

힘-토크 센서 및 로봇
본 실시예는 힘-토크 센서에 관한 것이다.
로봇은 산업, 의료, 서비스 및 기타 다양한 분야에서 사용되며, 그 적용 범위는 점점 확대되고 있다. 로봇 시스템의 성능을 향상시키고 안전성을 확보하기 위해서는 로봇의 동작을 정확하게 모니터링하고 제어해야 한다. 특히 로봇이 환경과 상호작용하거나 물체를 다룰 때 발생하는 힘과 토크는 중요한 정보이다.
종래의 로봇 센서 기술은 주로 위치, 속도 및 가속도 등의 운동 상태를 감지하는 데 초점을 맞추었다. 그러나 힘과 토크는 로봇의 상호작용과 작업 환경에 대한 정보를 제공하는 데 있어서 결정적인 역할을 한다. 힘-토크 센서는 로봇이 물체를 안전하게 집거나 조작하고 환경에 대응하는 데 필수적이다. 또한, 이러한 센서를 활용하여 로봇의 작업 효율성을 높이고 오작동을 예방할 수 있다.
종래의 힘-토크 센서는 가해지는 외력을 각 축의 힘으로 분리할 수 없어 동시에 입력을 받아 그 힘을 분해하기에, 각 축 별 감지값에 크로스 토크(cross talk)에 따른 노이즈가 섞이는 문제가 있다. 특히, z축과 토크(torque) 힘이 혼합될 때 노이즈가 커지는 문제가 있다.
(특허문헌 1) KR 10-2023-0123723 A
본 실시예는 z축 힘과 토크 힘을 분리하여 측정 가능한 힘-토크 센서를 제공하고자 한다.
이를 통해, 로봇 제어 및 작업 프로세스를 향상시키고자 한다.
또한, 본 발명의 제1실시예는 이동부에 피벗 중심을 제공하는 볼을 구비한 힘-토크 센서를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 제2실시예는 나사 방식으로 탄성부재를 고정하는 구조를 포함하는 힘-토크 센서를 제공하고자 한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서는 고정부; 상기 고정부 내에 배치되는 이동부; 및 상기 고정부에 대한 상기 이동부의 이동을 감지하는 감지부를 포함하고, 상기 이동부는 상기 고정부 내에 배치되는 내부 캐리어와, 상기 내부 캐리어와 상기 고정부 사이에 배치되는 외부 캐리어를 포함하고, 상기 내부 캐리어와 상기 외부 캐리어는 상기 고정부에 대해 일체로 z축 방향으로 이동하고, 상기 내부 캐리어와 상기 외부 캐리어 사이에는 제1볼이 배치되고, 상기 내부 캐리어는 상기 제1볼을 중심으로 상기 외부 캐리어에 대해 피벗 이동할 수 있다.
상기 내부 캐리어는 상기 외부 캐리어에 대해 상기 z축에 수직한 x축을 중심으로 하는 회전 방향인 요 방향과, 상기 z축과 상기 x축 각각에 수직한 y축을 중심으로 하는 회전 방향인 피치 방향과, 상기 z축을 중심으로 하는 회전 방향인 롤 방향으로 이동할 수 있다.
상기 내부 캐리어와 상기 외부 캐리어는 홈을 포함하고, 상기 제1볼은 상기 내부 캐리어의 상기 홈과 상기 외부 캐리어의 상기 홈 사이에 배치될 수 있다.
상기 내부 캐리어의 상기 홈은 상기 제1볼의 곡면과 대응하는 형상의 곡면을 포함할 수 있다.
상기 z축과 평행하고 상기 제1볼의 중심을 지나도록 자른 단면 상에서, 상기 외부 캐리어의 상기 홈은 상기 제1볼과 2점에서 접촉할 수 있다.
상기 제1볼은 세라믹, 플라스틱 및 메탈 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.
상기 힘-토크 센서는 상기 고정부와 상기 외부 캐리어 사이에 배치되는 제2볼을 포함하고, 상기 제1볼의 직경은 상기 제2볼의 직경보다 클 수 있다.
상기 힘-토크 센서는 상기 고정부와 상기 외부 캐리어 사이에 배치되는 제2볼을 포함하고, 상기 제1볼은 상기 z축에 수직한 방향으로 상기 제2볼과 중첩될 수 있다.
상기 힘-토크 센서는 상기 내부 캐리어와 상기 외부 캐리어와 결합되는 상부 탄성부재를 포함할 수 있다.
상기 힘-토크 센서는 상기 고정부와 상기 이동부와 결합되는 하부 탄성부재를 포함할 수 있다.
제1변형례에 따른 힘-토크 센서는 고정부; 상기 고정부 내에 배치되는 이동부; 및 상기 고정부에 대한 상기 이동부의 이동을 감지하는 감지부를 포함하고, 상기 이동부는 상기 고정부 내에 배치되는 내부 캐리어와, 상기 내부 캐리어와 상기 고정부 사이에 배치되는 외부 캐리어를 포함하고, 상기 내부 캐리어와 상기 외부 캐리어는 상기 고정부에 대해 일체로 z축 방향으로 이동하고, 상기 외부 캐리어는 홈을 포함하고, 상기 내부 캐리어는 상기 외부 캐리어의 상기 홈에 배치되는 곡면을 포함하는 돌출부를 포함하고, 상기 내부 캐리어는 상기 내부 캐리어의 상기 돌출부를 중심으로 상기 외부 캐리어에 대해 피벗 이동할 수 있다.
제2변형례에 따른 힘-토크 센서는 고정부; 상기 고정부 내에 배치되는 이동부; 및 상기 고정부에 대한 상기 이동부의 이동을 감지하는 감지부를 포함하고, 상기 이동부는 상기 고정부 내에 배치되는 내부 캐리어와, 상기 내부 캐리어와 상기 고정부 사이에 배치되는 외부 캐리어를 포함하고, 상기 내부 캐리어와 상기 외부 캐리어는 상기 고정부에 대해 일체로 z축 방향으로 이동하고, 상기 내부 캐리어는 홈을 포함하고, 상기 외부 캐리어는 상기 내부 캐리어의 상기 홈에 배치되는 곡면을 포함하는 돌출부를 포함하고, 상기 내부 캐리어는 상기 외부 캐리어의 상기 돌출부를 중심으로 상기 외부 캐리어에 대해 피벗 이동할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 로봇은 상기 힘-토크 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서는 고정부; 상기 고정부 내에 배치되는 이동부; 상기 고정부에 대한 상기 이동부의 이동을 감지하는 감지부; 상기 이동부와 결합되는 제1탄성부재; 및 상기 이동부와 상기 제1탄성부재를 결합하는 제1결합부재를 포함하고, 상기 제1결합부재는 상기 제1탄성부재 상에 배치되는 헤드부와, 상기 제1탄성부재를 통과해서 상기 이동부와 결합되는 결합부를 포함하고, 상기 제1결합부재의 상기 결합부는 상기 이동부와 결합되는 나사산을 포함할 수 있다.
상기 이동부는 내부 캐리어와, 상기 내부 캐리어와 상기 고정부 사이에 배치되는 외부 캐리어를 포함하고, 상기 제1탄성부재는 상기 내부 캐리어와 상기 외부 캐리어와 결합될 수 있다.
상기 외부 캐리어는 나사산을 갖는 홀 또는 홈을 포함하고, 상기 제1결합부재는 상기 제1탄성부재의 일부가 상기 외부 캐리어에 고정되도록 상기 외부 캐리어의 상기 나사산과 결합되는 제1-1결합부재를 포함할 수 있다.
상기 힘-토크 센서는 상기 내부 캐리어와 결합되는 리드를 포함하고, 상기 제1탄성부재의 적어도 일부는 상기 리드와 상기 내부 캐리어 사이에 배치되고, 상기 내부 캐리어는 나사산을 갖는 홀 또는 홈을 포함하고, 상기 제1결합부재는 상기 리드와 상기 제1탄성부재의 일부가 상기 내부 캐리어에 고정되도록 상기 내부 캐리어의 상기 나사산과 결합되는 제1-2결합부재를 포함할 수 있다.
상기 힘-토크 센서는 상기 고정부와 상기 이동부와 결합되고 상기 이동부를 기준으로 상기 제1탄성부재의 반대편에 배치되는 제2탄성부재를 포함할 수 있다.
상기 힘-토크 센서는 상기 고정부와 상기 제2탄성부재를 결합하는 제2결합부재를 포함할 수 있다.
상기 제2결합부재는 상기 제2탄성부재의 아래에 배치되는 헤드부와, 상기 제2탄성부재를 통과해서 상기 고정부와 결합되는 결합부를 포함하고, 상기 제2결합부재의 상기 결합부는 상기 고정부와 결합되는 나사산을 포함할 수 있다.
상기 제1탄성부재는 상기 외부 캐리어와 결합되는 외측부와, 상기 내부 캐리어와 결합되는 내측부와, 상기 외측부와 상기 내측부를 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 연결부는 적어도 3회 절곡된 형상을 포함할 수 있다.
상기 힘-토크 센서는 상기 내부 캐리어에 배치되는 제1마그넷과 제2마그넷; 상기 외부 캐리어에 배치되는 제3마그넷; 상기 제1마그넷을 감지하는 제1센서; 상기 제2마그넷을 감지하는 제2센서; 및 상기 제3마그넷을 감지하는 제3센서를 포함할 수 있다.
상기 내부 캐리어는 상기 내부 캐리어의 외주면에 형성되는 돌기를 포함하고, 상기 외부 캐리어는 상기 외부 캐리어의 내주면에 형성되고 상기 내부 캐리어의 상기 돌기가 배치되는 홈을 포함하고, 상기 내부 캐리어가 상기 외부 캐리어에 대해 기설정된 각도 이상으로 z축을 기준으로 회전하는 경우 상기 내부 캐리어의 상기 돌기는 상기 외부 캐리어의 상기 홈과 접촉할 수 있다.
상기 외부 캐리어는 상기 외부 캐리어의 외주면에 형성되는 돌기를 포함하고, 상기 고정부는 상기 고정부의 내주면에 형성되고 상기 외부 캐리어의 상기 돌기가 배치되는 홈을 포함하고, 상기 외부 캐리어가 상기 고정부에 대해 z축을 기준으로 회전하는 경우 상기 외부 캐리어의 상기 돌기는 상기 고정부의 상기 홈과 접촉할 수 있다.
상기 힘-토크 센서는 상기 고정부의 외주면의 적어도 일부를 감싸는 쉴드캔을 포함할 수 있다.
상기 힘-토크 센서는 상기 이동부와 상기 제2탄성부재 사이에 배치되는 쉴드 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 힘-토크 센서는 상기 내부 캐리어와 상기 외부 캐리어 사이에 배치되는 제1볼; 및 상기 외부 캐리어와 상기 고정부 사이에 배치되는 제2볼을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 로봇은 힘-토크 센서를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 힘-토크 센서를 통해 z축 힘과 토크 힘을 분리하여 측정 가능하다. 이를 통해 각 축 별 감지값에 대한 크로스 토크에 따른 노이즈의 영향이 최소화될 수 있다. 즉, 힘-토크 센서의 측정 정확성이 향상될 수 있다.
나아가, 본 발명의 제1실시예를 통해 부품 수가 감소되고 조립이 용이해질 수 있다.
또한, 본 발명의 제2실시예를 통해 낮은 단가로 제작 가능한 힘-토크 센서를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A 바라본 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B에서 바라본 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서를 z축에 수직한 방향으로 자르고 위에서 바라본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서의 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서에서 리드와 기판 등의 구성을 생략한 사시도이다.
도 7은 도 6에서 상부 커버를 생략한 상태의 사시도이다.
도 8은 도 7에서 상부 탄성부재와 베이스를 생략한 상태의 사시도이다.
도 9는 도 6에서 하부 커버를 생략한 상태의 저면 사시도이다.
도 10은 도 9에서 하부 탄성부재, 베이스 및 상부 커버를 생략한 상태의 저면 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서의 내부 캐리어, 외부 캐리어 및 제1볼을 도시하는 분해사시도이다.
도 12는 도 11과 다른 방향에서 본 분해사시도이다.
도 13은 제1변형례에 따른 힘-토크 센서의 단면도이다.
도 14의 (a)는 제1변형례에 따른 힘-토크 센서의 내부 캐리어의 저면사시도이고 (b)는 외부 캐리어의 사시도이다.
도 15는 제2변형례에 따른 힘-토크 센서의 단면도이다.
도 16의 (a)는 제2변형례에 따른 힘-토크 센서의 내부 캐리어의 저면사시도이고, (b)는 외부 캐리어의 사시도이다.
도 17은 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서의 작동 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 18은 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서에 요 방향 또는 피치 방향의 성분을 갖는 외력이 작용한 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서에 롤 방향의 성분을 갖는 외력이 작용한 경우의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서에 z축 방향의 성분을 갖는 외력이 작용한 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서의 사시도이다.
도 22는 도 21의 A-A 바라본 단면도이다.
도 23은 도 21의 B-B에서 바라본 단면도이다.
도 24는 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서를 z축에 수직한 방향으로 자르고 위에서 바라본 단면도이다.
도 25는 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서의 분해사시도이다.
도 26은 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서의 상부 탄성부재와 하부 탄성부재 및 관련 구성을 도시하는 분해사시도이다.
도 27은 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서의 감지부를 도시하는 도면이다. 도 27의 (a)는 제1 내지 제3마그넷의 배치 구조를 도시하는 도면이고, 도 27의 (b)는 제1 내지 제3센서의 배치 구조를 도시하는 도면이다.
도 28은 도 21에서 기판과 리드를 제거한 상태의 사시도이다.
도 29는 도 28에서 상부 커버와 결합부재를 제거한 상태의 사시도이다.
도 30은 도 29에서 베이스와 상부 탄성부재를 제거한 상태의 사시도이다.
도 31은 도 21에서 기판을 제거한 상태의 저면사시도이다.
도 32는 도 31에서 하부 커버와 결합부재를 제거한 상태의 저면사시도이다.
도 33은 도 32에서 베이스와 하부 탄성부재를 제거한 상태의 저면사시도이다.
도 34는 내부 캐리어에 제1볼이 배치된 상태를 도시하는 도면이다.
도 35는 제1변형례에 따른 힘-토크 센서의 사시도이다.
도 36은 제1변형례에서 쉴드 캔을 분리한 상태의 측면도이다.
도 37은 제2변형례에 따른 힘-토크 센서의 단면도이다.
도 38은 제2변형례에서 쉴드 플레이트의 배치 구조를 도시하는 저면사시도이다.
도 39는 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서의 작동 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 40은 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서에 요 방향의 성분을 갖는 외력이 작용한 경우의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 41은 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서에 롤 방향의 성분을 갖는 외력이 작용한 경우의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 42는 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서에 z축 방향의 성분을 갖는 외력이 작용한 경우의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
이하에서 "내부 캐리어(210)"와 "외부 캐리어(220)" 중 하나를 "제1캐리어"라 하고 다른 하나를 "제2캐리어"라 할 수 있다.
이하에서 "상부 탄성부재(400)"와 "하부 탄성부재(500)" 중 하나를 "제1탄성부재"라 하고 다른 하나를 "제2탄성부재"라 할 수 있다.
이하에서 "내부 캐리어(1210)"와 "외부 캐리어(1220)" 중 하나를 "제1캐리어"라 하고 다른 하나를 "제2캐리어"라 할 수 있다.
이하에서 "상부 탄성부재(1400)"와 "하부 탄성부재(1500)" 중 하나를 "제1탄성부재"라 하고 다른 하나를 "제2탄성부재"라 할 수 있다.
이하에서 "상부 결합부재(1710)"와 "하부 결합부재(1720)" 중 하나를 "제1결합부재"라 하고 다른 하나를 "제2결합부재"라 할 수 있다.
이하에서 "외측 결합부재(1710-1)"와 "내측 결합부재(1710-2)" 중 하나를 "제1-1결합부재"라 하고 다른 하나를 "제1-2결합부재"라 할 수 있다. 또는, "외측 결합부재(1710-1)"와 "내측 결합부재(1710-2)" 중 하나를 "제2-1결합부재"라 하고 다른 하나를 "제2-2결합부재"라 할 수 있다.
이하에서 z축, x축, y축 중 하나를 "제1축"이라 하고 다른 하나를 "제2축"이라 하고 다른 하나를 "제3축"이라 할 수 있다.
이하에서 롤(roll) 방향, 요(yaw) 방향, 피치(pitch) 방향 중 하나를 "제1원주방향"이라 하고 다른 하나를 "제2원주방향"이라 하고 다른 하나를 "제3원주방향"이라 할 수 있다. 또는, 롤(roll) 방향, 요(yaw) 방향, 피치(pitch) 방향을 "제1 내지 제3방향"이라 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서의 구성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서의 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A 바라본 단면도이다. 도 3은 도 1의 B-B에서 바라본 단면도이다. 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서를 z축에 수직한 방향으로 자르고 위에서 바라본 단면도이다. 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서의 분해사시도이다. 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서에서 리드와 기판 등의 구성을 생략한 사시도이다. 도 7은 도 6에서 상부 커버를 생략한 상태의 사시도이다. 도 8은 도 7에서 상부 탄성부재와 베이스를 생략한 상태의 사시도이다. 도 9는 도 6에서 하부 커버를 생략한 상태의 저면 사시도이다. 도 10은 도 9에서 하부 탄성부재, 베이스 및 상부 커버를 생략한 상태의 저면 사시도이다. 도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서의 내부 캐리어, 외부 캐리어 및 제1볼을 도시하는 분해사시도이다. 도 12는 도 11과 다른 방향에서 본 분해사시도이다.
힘-토크 센서는 로봇에 가해지는 힘과 토크를 실시간으로 감지하고 측정하는데 사용될 수 있다. 힘-토크 센서는 힘-토크 센서에 가해지는 힘을 감지할 수 있다. 힘-토크 센서는 힘-토크 센서에 가해지는 힘을 측정할 수 있다. 힘-토크 센서는 힘-토크 센서에 가해지는 토크를 감지할 수 있다. 힘-토크 센서는 힘-토크 센서에 가해지는 토크를 측정할 수 있다. 힘-토크 센서는 6축 힘-토크 센서일 수 있다. 힘-토크 센서는 6축 즉, x축, y축, z축, 요(yaw), 피치(pitch), 롤(roll) 방향으로의 힘을 감지하고 측정할 수 있다. 힘-토크 센서는 로봇의 핑거 센서일 수 있다.
힘-토크 센서는 고정부(100)를 포함할 수 있다. 고정부(100)는 이동부(200)와 구분되는 개념으로 이동부(200)가 이동할 때 상대적으로 고정된 부분일 수 있다.
힘-토크 센서는 베이스(110)를 포함할 수 있다. 고정부(100)는 베이스(110)를 포함할 수 있다. 베이스(110)는 하부 커버(130)에 배치될 수 있다. 베이스(110)는 하부 커버(130) 상에 배치될 수 있다. 베이스(110)는 상부 커버(120)에 배치될 수 있다. 베이스(110)는 상부 커버(120)의 아래에 배치될 수 있다. 베이스(110)는 하부 커버(130)와 상부 커버(120) 사이에 배치될 수 있다.
베이스(110)는 홈(111)을 포함할 수 있다. 홈(111)은 볼 레일일 수 있다. 홈(111)에는 제2볼(620)이 배치될 수 있다. 홈(111)은 z축방향으로 연장될 수 있다. 제2볼(620)은 베이스(110)의 홈(111)을 따라 이동할 수 있다.
힘-토크 센서는 상부 커버(120)를 포함할 수 있다. 고정부(100)는 상부 커버(120)를 포함할 수 있다. 상부 커버(120)는 베이스(110)에 배치될 수 있다. 상부 커버(120)는 베이스(110) 상에 배치될 수 있다. 상부 커버(120)는 베이스(110)와 리드(230) 사이에 배치될 수 있다. 상부 커버(120)는 베이스(110)의 상면에 결합될 수 있다. 상부 커버(120)는 베이스(110)에 결합될 수 있다.
힘-토크 센서는 하부 커버(130)를 포함할 수 있다. 고정부(100)는 하부 커버(130)를 포함할 수 있다. 하부 커버(130)는 힘-토크 센서의 바닥부분을 형성할 수 있다. 하부 커버(130)는 리드(230)의 반대편에 배치될 수 있다. 하부 커버(130)는 베이스(110)의 아래에 배치될 수 있다. 하부 커버(130)는 베이스(110)의 하면에 결합될 수 있다. 하부 커버(130)는 베이스(110)에 결합될 수 있다. 하부 커버(130)는 기판(140)이 통과하는 홈을 포함할 수 있다.
힘-토크 센서는 기판(140)을 포함할 수 있다. 고정부(100)는 기판(140)을 포함할 수 있다. 기판(140)에는 센서가 배치될 수 있다. 기판(140)에는 제1 내지 제3센서(340, 350, 360)가 배치될 수 있다. 기판(140)은 제1 내지 제3센서(340, 350, 360)와 전기적으로 연결될 수 있다. 기판(140)은 제1 내지 제3센서(340, 350, 360)에서 감지된 전지적 신호를 힘-토크 센서 외부로 인출할 수 있다.
힘-토크 센서는 플레이트(150)를 포함할 수 있다. 고정부(100)는 플레이트(150)를 포함할 수 있다. 플레이트(150)는 기판(140)에 배치될 수 있다. 플레이트(150)는 보강판일 수 있다. 플레이트(150)는 기판(140)의 하면에 배치될 수 있다. 플레이트(150)는 제1 내지 제3센서(340, 350, 360)가 정위치에 배치되도록 기판(140)의 강도를 보강할 수 있다.
힘-토크 센서는 이동부(200)를 포함할 수 있다. 이동부(200)는 고정부(100) 내에 배치될 수 있다. 이동부(200)는 고정부(100) 상에 배치될 수 있다. 이동부(200)는 고정부(100)에 대해 이동할 수 있다. 외력이 가해지면 이동부(200)는 고정부(100)에 대해 이동할 수 있다.
힘-토크 센서는 내부 캐리어(210)를 포함할 수 있다. 이동부(200)는 내부 캐리어(210)를 포함할 수 있다. 내부 캐리어(210)는 고정부(100) 내에 배치될 수 있다. 내부 캐리어(210)는 외부 캐리어(220) 내에 배치될 수 있다. 내부 캐리어(210)는 고정부(100) 상에 배치될 수 있다. 내부 캐리어(210)는 베이스(110) 내에 배치될 수 있다. 내부 캐리어(210)는 곡면을 포함할 수 있다. 내부 캐리어(210)의 곡면에 제1볼(610)이 배치될 수 있다. 내부 캐리어(210)는 적어도 일부에서 구 형상으로 형성될 수 있다. 내부 캐리어(210)는 적어도 일부가 구 형상으로 형성되어 회전 중심이 변하지 않고 일정하게 유지될 수 있다. 이를 통해, 설계자의 의도대로 내부 캐리어(210)가 이동하므로 크로스톡(cross talk)의 발생이 최소화될 수 있다.
내부 캐리어(210)와 외부 캐리어(220)는 고정부(100)에 대해 일체로 z축 방향으로 이동할 수 있다. 내부 캐리어(210)는 제1볼(610)을 중심으로 외부 캐리어(220)에 대해 피벗 이동할 수 있다.
내부 캐리어(210)는 외부 캐리어(220)에 대해 z축에 수직한 x축을 중심으로 하는 회전 방향인 요 방향과, z축과 x축 각각에 수직한 y축을 중심으로 하는 회전 방향인 피치 방향과, z축을 중심으로 하는 회전 방향인 롤 방향으로 이동할 수 있다. 즉, 내부 캐리어(210)는 외부 캐리어(220)에 대해 요 방향, 피치 방향 및 롤 방향으로 이동할 수 있다.
내부 캐리어(210)는 돌출부(211)를 포함할 수 있다. 돌출부(211)는 내부 캐리어(210)의 몸체로부터 아래로 돌출될 수 있다. 돌출부(211)는 외부 캐리어(220)의 홀(221)에 삽입될 수 있다. 돌출부(211)는 복수의 돌출부를 포함할 수 있다. 돌출부(211)는 4개의 돌출부를 포함할 수 있다.
내부 캐리어(210)는 돌기(213)를 포함할 수 있다. 돌기(213)는 내부 캐리어(210)의 외주면에 형성될 수 있다. 돌기(213)는 내부 캐리어(210)로부터 외측으로 돌출될 수 있다. 돌기(213)는 외부 캐리어(220)의 홈(225)에 배치될 수 있다.
내부 캐리어(210)는 홈(215)을 포함할 수 있다. 홈(215)에는 제1볼(610)이 배치될 수 있다. 내부 캐리어(210)의 홈(215)은 제1볼(610)의 곡면과 대응하는 형상의 곡면을 포함할 수 있다. 홈(215)은 제1볼(610)의 적어도 일부의 형상과 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.
힘-토크 센서는 외부 캐리어(220)를 포함할 수 있다. 이동부(200)는 외부 캐리어(220)를 포함할 수 있다. 외부 캐리어(220)는 내부 캐리어(210)와 고정부(100) 사이에 배치될 수 있다. 외부 캐리어(220)는 내부 캐리어(210)와 베이스(110) 사이에 배치될 수 있다. 외부 캐리어(220)는 내부 캐리어(210)의 외측에 배치될 수 있다. 외부 캐리어(220)는 고정부(100) 내에 배치될 수 있다. 외부 캐리어(220)는 고정부(100) 상에 배치될 수 있다. 외부 캐리어(220)는 베이스(110) 내에 배치될 수 있다.
외부 캐리어(220)는 홀(221)을 포함할 수 있다. 홀(221)은 외부 캐리어(220)를 z축 방향으로 관통할 수 있다. 홀(221)에는 내부 캐리어(210)의 돌출부(211)가 배치될 수 있다. 홀(221)은 십자 형상의 리브와 외부 캐리어(220)의 내주면 사이에 형성될 수 있다. 홀(221)은 복수의 홀을 포함할 수 있다. 홀(221)은 4개의 홀을 포함할 수 있다.
외부 캐리어(220)는 제2홈(222)을 포함할 수 있다. 제2홈(222)은 볼 레일일 수 있다. 제2홈(222)에는 제2볼(620)이 배치될 수 있다. 제2볼(620)은 제2홈(222)을 따라 이동할 수 있다. 제2홈(222)은 z축방향으로 연장될 수 있다.
외부 캐리어(220)는 홈(225)을 포함할 수 있다. 홈(225)은 외부 캐리어(220)의 내주면에 형성될 수 있다. 홈(225)은 외부 캐리어(220)의 내주면에 오목하게 형성될 수 있다. 외부 캐리어(220)의 홈(225)에는 내부 캐리어(210)의 돌기(213)의 적어도 일부가 배치될 수 있다.
홈(225)은 내부 캐리어(210)의 이동을 기설정된 범위 내로 제한할 수 있다. 내부 캐리어(210)가 외부 캐리어(220)에 대해 기설정된 각도 이상으로 z축을 기준으로 회전하는 경우 내부 캐리어(210)의 돌기(213)는 외부 캐리어(220)의 홈(225)과 접촉할 수 있다.
외부 캐리어(220)는 홈(227)을 포함할 수 있다. 홈(227)에는 제1볼(610)이 배치될 수 있다. z축과 평행하고 제1볼(610)의 중심을 지나도록 자른 단면 상에서, 외부 캐리어(220)의 홈(227)은 제1볼(610)과 2점에서 접촉할 수 있다. 변형례로, 외부 캐리어(220)의 홈(227)은 단면 상에서 제1볼(610)과 3점에서 접촉할 수 있다. 홈(227)은 제1볼(610)과 상이한 형상으로 형성될 수 있다.
힘-토크 센서는 리드(230)를 포함할 수 있다. 이동부(200)는 리드(230)를 포함할 수 있다. 리드(230)는 내부 캐리어(210)와 연결될 수 있다. 리드(230)의 적어도 일부는 베이스(110) 상에 배치될 수 있다. 리드(230)의 적어도 일부는 상부 커버(120) 상에 배치될 수 있다. 리드(230)의 적어도 일부는 고정부(100) 상에 배치될 수 있다. 리드(230)의 적어도 일부는 고정부(100)보다 돌출될 수 있다. 고정부(100)보다 돌출된 리드(230)의 적어도 일부에는 외력이 가해질 수 있다. 리드(230)에는 외력이 가해질 수 있다. 리드(230)는 외력에 의해 이동할 수 있다. 리드(230)는 내부 캐리어(210)와 결합될 수 있다. 리드(230)는 내부 캐리어(210)에 배치될 수 있다. 리드(230)는 내부 캐리어(210) 상에 배치될 수 있다. 리드(230)는 내부 캐리어(210)와 일체로 이동할 수 있다. 리드(230)는 내부 캐리어(210)에 고정될 수 있다.
리드(230)에 제1축의 방향, 제2축의 방향, 제1축을 중심으로 하는 회전 방향, 제2축을 중심으로 하는 회전 방향, 및 제3축을 중심으로 하는 회전 방향으로 힘이 작용하면 내부 캐리어(210)는 외부 캐리어(220)에 대해 이동할 수 있다. 리드(230)에 제3축의 방향으로 힘이 작용하면 내부 캐리어(210)와 외부 캐리어(220)는 함께 고정부(100)에 대해 이동할 수 있다. 이때, 제1축은 x축이고, 제2축은 y축이고, 제3축은 z축일 수 있다.
힘-토크 센서는 감지부(300)를 포함할 수 있다. 감지부(300)는 센싱부일 수 있다. 감지부(300)는 센서부일 수 있다. 감지부(300)는 고정부(100)에 대한 이동부(200)의 이동을 감지할 수 있다. 감지부(300)는 고정부(100)에 대한 이동부(200)의 x축 방향 이동을 감지할 수 있다. 감지부(300)는 고정부(100)에 대한 이동부(200)의 y축 방향 이동을 감지할 수 있다. 감지부(300)는 고정부(100)에 대한 이동부(200)의 요(yaw) 방향 이동을 감지할 수 있다. 감지부(300)는 고정부(100)에 대한 이동부(200)의 피치(pitch) 방향 이동을 감지할 수 있다. 감지부(300)는 고정부(100)에 대한 이동부(200)의 롤(roll) 방향 이동을 감지할 수 있다. 감지부(300)는 고정부(100)에 대한 이동부(200)의 z축 방향 이동을 감지할 수 있다.
힘-토크 센서는 제1마그넷(310)을 포함할 수 있다. 감지부(300)는 제1마그넷(310)을 포함할 수 있다. 제1마그넷(310)은 내부 캐리어(210)에 배치될 수 있다. 제1마그넷(310)은 내부 캐리어(210)의 하면에 배치될 수 있다. 제1마그넷(310)은 내부 캐리어(210)의 하부에 배치될 수 있다.
힘-토크 센서는 제2마그넷(320)을 포함할 수 있다. 감지부(300)는 제2마그넷(320)을 포함할 수 있다. 제2마그넷(320)은 내부 캐리어(210)에 배치될 수 있다. 제2마그넷(320)은 내부 캐리어(210)의 하면에 배치될 수 있다. 제2마그넷(320)은 내부 캐리어(210)의 하부에 배치될 수 있다.
힘-토크 센서는 제3마그넷(330)을 포함할 수 있다. 감지부(300)는 제3마그넷(330)을 포함할 수 있다. 제3마그넷(330)은 외부 캐리어(220)에 배치될 수 있다. 제3마그넷(330)은 외부 캐리어(220)의 하면에 배치될 수 있다. 제3마그넷(330)은 외부 캐리어(220)의 하부에 배치될 수 있다.
힘-토크 센서는 제1센서(340)를 포함할 수 있다. 감지부(300)는 제1센서(340)를 포함할 수 있다. 제1센서(340)는 고정부(100)에 배치될 수 있다. 제1센서(340)는 기판(140)에 배치될 수 있다. 제1센서(340)는 하부 커버(130)에 배치될 수 있다. 제1센서(340)는 베이스(110)에 배치될 수 있다. 제1센서(340)는 제1마그넷(310)을 감지할 수 있다. 제1센서(340)는 제1마그넷(310)의 자기력을 감지할 수 있다. 제1센서(340)는 리드(230)의 x축 방향 이동을 감지할 수 있다. 제1센서(340)는 리드(230)의 피치(pitch) 방향 틸트를 감지할 수 있다. 제1센서(340)는 홀센서일 수 있다. 제1센서(340)는 TMR 센서일 수 있다.
힘-토크 센서는 제2센서(350)를 포함할 수 있다. 감지부(300)는 제2센서(350)를 포함할 수 있다. 제2센서(350)는 고정부(100)에 배치될 수 있다. 제2센서(350)는 기판(140)에 배치될 수 있다. 제2센서(350)는 하부 커버(130)에 배치될 수 있다. 제2센서(350)는 베이스(110)에 배치될 수 있다. 제2센서(350)는 제2마그넷(320)을 감지할 수 있다. 제2센서(350)는 제2마그넷(320)의 자기력을 감지할 수 있다. 제2센서(350)는 리드(230)의 y축 방향 이동을 감지할 수 있다. 제2센서(350)는 리드(230)의 요(yaw) 방향 틸트를 감지할 수 있다. 제2센서(350)는 홀센서일 수 있다. 제2센서(350)는 TMR 센서일 수 있다.
다만, 반대로 제1센서(340)가 y축 방향 이동과 요(yaw) 방향 틸트를 감지하고, 제2센서(350)가 x축 방향 이동과 피치(pitch) 방향 틸트를 감지할 수 있다.
이상에서, 제1센서(340)가 리드(230)의 x축 방향 이동과 피치(pitch) 방향 틸트를 감지하는 것으로 설명했으나, 제2센서(350)의 감지값과 함께 더 정확한 센싱이 이루어질 수 있다. 제2센서(350)에서 리드(230)의 y축 방향 이동과 요(yaw) 방향 틸트를 감지할 때도 제1센서(340)의 감지값과 함께 더 정확한 센싱이 이루어질 수 있다.
제1센서(340)와 제2센서(350)는 함께 롤 방향 틸트 또는 이동을 감지할 수 있다. 또는, 제1센서(340)와 제2센서(350) 중 어느 하나 이상이 롤 방향 틸트 또는 이동을 감지할 수 있다.
힘-토크 센서는 제3센서(360)를 포함할 수 있다. 감지부(300)는 제3센서(360)를 포함할 수 있다. 제3센서(360)는 고정부(100)에 배치될 수 있다. 제3센서(360)는 기판(140)에 배치될 수 있다. 제3센서(360)는 하부 커버(130)에 배치될 수 있다. 제3센서(360)는 베이스(110)에 배치될 수 있다. 제3센서(360)는 제3마그넷(330)을 감지할 수 있다. 제3센서(360)는 제3마그넷(330)의 자기력을 감지할 수 있다. 제3센서(360)는 홀센서일 수 있다. 제3센서(360)는 TMR 센서일 수 있다.
다른 실시예로 힘-토크 센서는 정전용량 센싱 방식의 센서를 포함할 수 있다. 즉, 힘-토크 센서는 정전용량 센서를 포함할 수 있다. 힘-토크 센서는 제1전극과 제2전극을 포함할 수 있다. 힘-토크 센서는 제1전극에 전원을 인가하는 제어부와, 제1전극과 제2전극 사이의 정전용량 변화를 측정하는 센싱부를 포함할 수 있다. 이때, 제2전극은 그라운드될 수 있다. 제1전극은 고정부(100)에 배치될 수 있다. 제2전극은 내부 캐리어(210)와 외부 캐리어(220) 중 어느 하나 이상에 배치될 수 있다. 내부 캐리어(210) 및/또는 외부 캐리어(220)가 이동하면 제1전극과 제2전극 사이의 정전용량 변화를 측정해서 내부 캐리어(210) 및/또는 외부 캐리어(220)의 이동량을 산출할 수 있다.
힘-토크 센서는 탄성부재를 포함할 수 있다. 탄성부재는 외력이 제거되는 경우 이동부(200)를 초기 위치로 복원시킬 수 있다. 탄성부재는 내부 캐리어(210)와 외부 캐리어(220)와 결합되는 탄성부재를 포함할 수 있다. 탄성부재는 외부 캐리어(220)와 고정부(100)와 결합되는 탄성부재를 포함할 수 있다. 탄성부재는 탄성을 가질 수 있다. 탄성부재는 금속으로 형성될 수 있다. 탄성부재는 판스프링을 포함할 수 있다. 탄성부재는 스프링을 포함할 수 있다.
힘-토크 센서는 상부 탄성부재(400)를 포함할 수 있다. 상부 탄성부재(400)는 이동부(200)와 결합될 수 있다. 상부 탄성부재(400)는 내부 캐리어(210)와 외부 캐리어(220)와 결합될 수 있다. 상부 탄성부재(400)는 내부 캐리어(210)의 상면과 외부 캐리어(220)의 상면과 결합될 수 있다. 상부 탄성부재(400)는 내부 캐리어(210)의 상부와 외부 캐리어(220)의 상부와 결합될 수 있다. 상부 탄성부재(400)는 내부 캐리어(210)와 외부 캐리어(220)를 연결할 수 있다. 상부 탄성부재(400)는 내부 캐리어(210)와 외부 캐리어(220)를 탄성적으로 연결할 수 있다. 상부 탄성부재(400)는 내부 캐리어(210)를 외부 캐리어(220)에 대해 이동 가능하게 지지할 수 있다.
상부 탄성부재(400)는 내측부(410)를 포함할 수 있다. 내측부(410)는 내부 캐리어(210)와 결합될 수 있다. 내측부(410)는 내부 캐리어(210)에 배치될 수 있다. 내측부(410)는 내부 캐리어(210)의 상면에 배치될 수 있다. 내측부(410)는 내부 캐리어(210)에 고정될 수 있다. 내측부(410)는 내부 캐리어(210)에 접착제로 접착될 수 있다. 내측부(410)는 내부 캐리어(210)와 일체로 이동할 수 있다. 상부 탄성부재(400)의 적어도 일부는 리드(230)와 내부 캐리어(210) 사이에 배치될 수 있다.
상부 탄성부재(400)는 외측부(420)를 포함할 수 있다. 외측부(420)는 외부 캐리어(220)와 결합될 수 있다. 외측부(420)는 외부 캐리어(220)에 배치될 수 있다. 외측부(420)는 외부 캐리어(220)의 상면에 배치될 수 있다. 외측부(420)는 외부 캐리어(220)에 고정될 수 있다. 외측부(420)는 외부 캐리어(220)에 접착제로 접착될 수 있다. 외측부(420)는 외부 캐리어(220)와 일체로 이동할 수 있다.
상부 탄성부재(400)는 연결부(430)를 포함할 수 있다. 연결부(430)는 내측부(410)와 외측부(420)를 연결할 수 있다. 연결부(430)는 탄성을 가질 수 있다. 연결부(430)는 절곡부를 포함할 수 있다. 연결부(430)는 절곡된 형상을 포함할 수 있다. 연결부(430)는 복수회 절곡된 형상을 포함할 수 있다. 연결부(430)는 적어도 3회 절곡된 형상을 포함할 수 있다. 연결부(430)는 변형될 수 있다. 연결부(430)는 변형된 후 원래상태로 복원될 수 있다. 연결부(430)는 지그재그 형상을 포함할 수 있다.
연결부(430)는 복수의 연결부를 포함할 수 있다. 연결부(430)는 4개의 연결부를 포함할 수 있다. 연결부(430)는 제1 내지 제4연결부를 포함할 수 있다. 연결부(430)는 내측부(410)를 중심으로 서로 반대편에 배치되는 제1연결부와 제2연결부와, 내측부(410)를 중심으로 서로 반대편에 배치되는 제3연결부와 제4연결부를 포함할 수 있다. 연결부(430)의 절곡된 형상은 회전 방향으로 대칭될 수 있다.
힘-토크 센서는 하부 탄성부재(500)를 포함할 수 있다. 하부 탄성부재(500)는 고정부(100)와 이동부(200)와 결합될 수 있다. 하부 탄성부재(500)는 베이스(110)의 하면과 외부 캐리어(220)의 하면과 결합될 수 있다. 하부 탄성부재(500)는 베이스(110)의 하부와 외부 캐리어(220)의 하부와 결합될 수 있다. 하부 탄성부재(500)는 베이스(110)와 외부 캐리어(220)를 연결할 수 있다. 하부 탄성부재(500)는 베이스(110)와 외부 캐리어(220)를 탄성적으로 연결할 수 있다. 하부 탄성부재(500)는 외부 캐리어(220)를 베이스(110)에 대해 이동 가능하게 지지할 수 있다. 하부 탄성부재(500)는 이동부(200)를 기준으로 상부 탄성부재(400)의 반대편에 배치될 수 있다.
하부 탄성부재(500)는 내측부(510)를 포함할 수 있다. 내측부(510)는 외부 캐리어(220)와 결합될 수 있다. 내측부(510)는 외부 캐리어(220)에 배치될 수 있다. 내측부(510)는 외부 캐리어(220)의 하면에 배치될 수 있다. 내측부(510)는 외부 캐리어(220)에 고정될 수 있다. 내측부(510)는 외부 캐리어(220)에 접착제로 접착될 수 있다. 내측부(510)는 외부 캐리어(220)와 일체로 이동할 수 있다.
하부 탄성부재(500)는 외측부(520)를 포함할 수 있다. 외측부(520)는 고정부(100)와 결합될 수 있다. 외측부(520)는 베이스(110)와 결합될 수 있다. 외측부(520)는 하부 커버(130)와 결합될 수 있다. 외측부(520)는 베이스(110)에 배치될 수 있다. 외측부(520)는 베이스(110)의 하면에 배치될 수 있다. 외측부(520)는 하부 커버(130) 상에 배치될 수 있다. 외측부(520)는 베이스(110)에 고정될 수 있다.
하부 탄성부재(500)는 연결부(530)를 포함할 수 있다. 연결부(530)는 내측부(510)와 외측부(520)를 연결할 수 있다. 연결부(530)는 탄성을 가질 수 있다. 연결부(530)는 절곡부를 포함할 수 있다. 연결부(530)는 절곡된 형상을 포함할 수 있다. 연결부(530)는 복수회 절곡된 형상을 포함할 수 있다. 연결부(530)는 적어도 3회 절곡된 형상을 포함할 수 있다. 연결부(530)는 변형될 수 있다. 연결부(530)는 변형된 후 원래상태로 복원될 수 있다. 연결부(530)는 지그재그 형상을 포함할 수 있다.
연결부(530)는 복수의 연결부를 포함할 수 있다. 연결부(530)는 4개의 연결부를 포함할 수 있다. 연결부(530)는 제1 내지 제4연결부를 포함할 수 있다. 연결부(530)는 내측부(510)를 중심으로 서로 반대편에 배치되는 제1연결부와 제2연결부와, 내측부(510)를 중심으로 서로 반대편에 배치되는 제3연결부와 제4연결부를 포함할 수 있다. 연결부(530)의 절곡된 형상은 회전 방향으로 대칭될 수 있다.
힘-토크 센서는 가이드부재를 포함할 수 있다. 가이드부재는 이동부(200)의 이동을 가이드할 수 있다. 가이드부재는 이동부(200)의 고정부(100)에 대한 이동을 가이드할 수 있다. 가이드부재는 내부 캐리어(210)의 외부 캐리어(220)에 대한 이동을 가이드할 수 있다.
힘-토크 센서는 제1볼(610)을 포함할 수 있다. 가이드부재는 제1볼(610)을 포함할 수 있다. 제1볼(610)은 내부 캐리어(210)와 외부 캐리어(220) 사이에 배치될 수 있다. 제1볼(610)은 내부 캐리어(210)의 홈(215)과 외부 캐리어(220)의 홈(227) 사이에 배치될 수 있다. 제1볼(610)은 내부 캐리어(210)의 외부 캐리어(220)에 대한 이동을 가이드할 수 있다. 내부 캐리어(210)는 제1볼(610)에 의해 외부 캐리어(220)에 대해 요 방향, 피치 방향, 롤 방향으로 이동할 수 있다. 다만, 내부 캐리어(210)가 z축 방향으로 이동하고자 하는 경우에는 제1볼(610)과 외부 캐리어(220)가 함께 이동할 수 있다.
제1볼(610)은 세라믹, 플라스틱 및 메탈 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 제1볼(610)의 직경은 제2볼(620)의 직경보다 클 수 있다. 제1볼(610)은 z축에 수직한 방향으로 제2볼(620)과 중첩될 수 있다.
제1볼(610)은 피벗(pivot) 중심을 제공할 수 있다. 제1볼(610)은 내부 캐리어(210)에 피벗 중심을 제공할 수 있다. 제1볼(610)은 내부 캐리어(210)의 중심축에 배치될 수 있다. 제1볼(610)은 외부 캐리어(220)의 중심축에 배치될 수 있다. 제1볼(610)은 구 형상으로 형성될 수 있다.
힘-토크 센서는 제2볼(620)을 포함할 수 있다. 가이드부재는 제2볼(620)을 포함할 수 있다. 제2볼(620)은 외부 캐리어(220)와 고정부(100) 사이에 배치될 수 있다. 제2볼(620)은 외부 캐리어(220)의 베이스(110)에 대한 이동을 가이드할 수 있다. 외부 캐리어(220)는 제2볼(620)에 의해 베이스(110)에 대해 z축 방향으로 이동할 수 있다. 이때, 외부 캐리어(220)는 내부 캐리어(210)와 리드(230)와 함께 이동할 수 있다.
이하에서는 제1변형례에 따른 힘-토크 센서의 구성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 13은 제1변형례에 따른 힘-토크 센서의 단면도이다. 도 14의 (a)는 제1변형례에 따른 힘-토크 센서의 내부 캐리어의 저면사시도이고 (b)는 외부 캐리어의 사시도이다.
제1변형례에서는 제1볼(610)이 내부 캐리어(210)와 일체로 형성될 수 있다. 외부 캐리어(220)는 홈(227)을 포함할 수 있다. 내부 캐리어(210)는 외부 캐리어(220)의 홈(227)에 배치되는 곡면을 포함하는 돌출부(219)를 포함할 수 있다. 내부 캐리어(210)의 돌출부(219)는 반구형으로 형성될 수 있다. 내부 캐리어(210)는 내부 캐리어(210)의 돌출부(219)를 중심으로 외부 캐리어(220)에 대해 피벗 이동할 수 있다.
이하에서는 제2변형례에 따른 힘-토크 센서의 구성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 15는 제2변형례에 따른 힘-토크 센서의 단면도이다. 도 16의 (a)는 제2변형례에 따른 힘-토크 센서의 내부 캐리어의 저면사시도이고, (b)는 외부 캐리어의 사시도이다.
제2변형례에서는 제1볼(610)이 외부 캐리어(220)와 일체로 형성될 수 있다. 내부 캐리어(210)는 홈(215)을 포함할 수 있다. 외부 캐리어(220)는 내부 캐리어(210)의 홈(215)에 배치되는 곡면을 포함하는 돌출부(229)를 포함할 수 있다. 외부 캐리어(220)의 돌출부(229)는 반구형으로 형성될 수 있다. 내부 캐리어(210)는 외부 캐리어(220)의 돌출부(229)를 중심으로 외부 캐리어(220)에 대해 피벗 이동할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서의 작동을 도면을 참조하여 설명한다.
도 17은 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서의 작동 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 도 18은 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서에 요 방향 또는 피치 방향의 성분을 갖는 외력이 작용한 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 19는 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서에 롤 방향의 성분을 갖는 외력이 작용한 경우의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 20은 본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서에 z축 방향의 성분을 갖는 외력이 작용한 경우를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서의 리드(230)에 y축 방향과 요 방향 중 어느 한 방향 이상의 성분을 갖는 외력이 작용하면 리드(230)는 x축을 중심으로 회전 또는 틸트될 수 있다(도 17의 yaw 참조). 이때, 리드(230)는 내부 캐리어(210)와 일체로 이동할 수 있다(도 18의 A, B 참조). 한편, 고정부(100)는 고정된 상태로 유지되므로 고정부(100)에 배치된 제2센서(350)가 내부 캐리어(210)에 배치된 제2마그넷(320)을 감지하여 리드(230)와 내부 캐리어(210)의 이동량이 측정될 수 있다. 이를 통해, 리드(230)에 가해진 외력의 y축 방향 성분의 힘과 요 방향 성분의 힘이 측정될 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서의 리드(230)에 x축 방향과 피치 방향 중 어느 한 방향 이상의 성분을 갖는 외력이 작용하면 리드(230)는 y축을 중심으로 회전 또는 틸트될 수 있다(도 17의 pitch 참조). 이때, 리드(230)는 내부 캐리어(210)와 일체로 이동할 수 있다. 한편, 고정부(100)는 고정된 상태로 유지되므로 고정부(100)에 배치된 제1센서(340)가 내부 캐리어(210)에 배치된 제1마그넷(310)을 감지하여 리드(230)와 내부 캐리어(210)의 이동량이 측정될 수 있다. 이를 통해, 리드(230)에 가해진 외력의 x축 방향 성분의 힘과 피치 방향 성분의 힘이 측정될 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서의 리드(230)에 롤 방향의 성분을 갖는 외력이 작용하면 리드(230)는 z축을 중심으로 회전 또는 틸트될 수 있다(도 17의 roll 참조). 리드(230)는 내부 캐리어(210)와 일체로 고정부(100)에 대해 이동할 수 있다(도 19의 a, b 참조). 이때, 고정부(100)에 배치된 제1센서(340)는 내부 캐리어(210)에 배치된 제1마그넷(310)을 감지하고 제2센서(250)가 제2마그넷(320)을 감지하여 리드(230)와 내부 캐리어(210)의 이동량이 측정될 수 있다. 이를 통해, 리드(230)에 가해진 외력의 롤 방향 성분의 힘이 측정될 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 힘-토크 센서의 리드(230)에 z축 방향 성분을 갖는 외력이 작용하면 리드(230)는 z축을 따라 이동할 수 있다(도 17의 Fz 참조). 리드(230)는 내부 캐리어(210)와 외부 캐리어(220)와 일체로 고정부(100)에 대해 이동할 수 있다(도 20의 A, B 참조). 이때, 고정부(100)에 배치된 제3센서(360)는 외부 캐리어(220)에 배치된 제3마그넷(330)을 감지하여 리드(230)와 내부 캐리어(210)와 외부 캐리어(220)의 이동량이 측정될 수 있다. 이를 통해, 리드(230)에 가해진 외력의 z축 방향 성분의 힘이 측정될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 로봇의 구성을 설명한다.
로봇은 몸체를 포함할 수 있다. 로봇은 몸체에 연결되는 암부재를 포함할 수 있다. 로봇의 암부재는 파지부를 포함할 수 있다. 파지부는 일례로 손가락 형상을 포함할 수 있다. 본 발명의 제1실시예의 힘-토크 센서는 암부재의 파지부에 배치될 수 있다. 로봇의 암부재는 관절을 포함할 수 있다. 본 발명의 제1실시예의 힘-토크 센서는 암부재의 관절에 배치될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서의 구성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 21은 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서의 사시도이다. 도 22는 도 21의 A-A 바라본 단면도이다. 도 23은 도 21의 B-B에서 바라본 단면도이다. 도 24는 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서를 z축에 수직한 방향으로 자르고 위에서 바라본 단면도이다. 도 25는 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서의 분해사시도이다. 도 26은 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서의 상부 탄성부재와 하부 탄성부재 및 관련 구성을 도시하는 분해사시도이다. 도 27은 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서의 감지부를 도시하는 도면이다. 도 27의 (a)는 제1 내지 제3마그넷의 배치 구조를 도시하는 도면이고, 도 27의 (b)는 제1 내지 제3센서의 배치 구조를 도시하는 도면이다. 도 28은 도 21에서 기판과 리드를 제거한 상태의 사시도이다. 도 29는 도 28에서 상부 커버와 결합부재를 제거한 상태의 사시도이다. 도 30은 도 29에서 베이스와 상부 탄성부재를 제거한 상태의 사시도이다. 도 31은 도 21에서 기판을 제거한 상태의 저면사시도이다. 도 32는 도 31에서 하부 커버와 결합부재를 제거한 상태의 저면사시도이다. 도 33은 도 32에서 베이스와 하부 탄성부재를 제거한 상태의 저면사시도이다. 도 34는 내부 캐리어에 제1볼이 배치된 상태를 도시하는 도면이다.
힘-토크 센서는 로봇에 가해지는 힘과 토크를 실시간으로 감지하고 측정하는데 사용될 수 있다. 힘-토크 센서는 힘-토크 센서에 가해지는 힘을 감지할 수 있다. 힘-토크 센서는 힘-토크 센서에 가해지는 힘을 측정할 수 있다. 힘-토크 센서는 힘-토크 센서에 가해지는 토크를 감지할 수 있다. 힘-토크 센서는 힘-토크 센서에 가해지는 토크를 측정할 수 있다. 힘-토크 센서는 6축 힘-토크 센서일 수 있다. 힘-토크 센서는 6축 즉, x축, y축, z축, 요(yaw), 피치(pitch), 롤(roll) 방향으로의 힘을 감지하고 측정할 수 있다. 힘-토크 센서는 로봇의 핑거 센서일 수 있다.
힘-토크 센서는 고정부(1100)를 포함할 수 있다. 고정부(1100)는 이동부(1200)와 구분되는 개념으로 이동부(1200)가 이동할 때 상대적으로 고정된 부분일 수 있다.
힘-토크 센서는 베이스(1110)를 포함할 수 있다. 고정부(1100)는 베이스(1110)를 포함할 수 있다. 베이스(1110)는 하부 커버(1130)에 배치될 수 있다. 베이스(1110)는 하부 커버(1130) 상에 배치될 수 있다. 베이스(1110)는 상부 커버(1120)에 배치될 수 있다. 베이스(1110)는 상부 커버(1120)의 아래에 배치될 수 있다. 베이스(1110)는 하부 커버(1130)와 상부 커버(1120) 사이에 배치될 수 있다.
베이스(1110)는 홈(1111)을 포함할 수 있다. 홈(1111)은 볼 레일일 수 있다. 홈(1111)에는 제2볼(1620)이 배치될 수 있다. 홈(1111)은 z축방향으로 연장될 수 있다. 제2볼(1620)은 베이스(1110)의 홈(1111)을 따라 이동할 수 있다.
베이스(1110)는 홈(1112)을 포함할 수 있다. 홈(1112)은 고정부(1100)의 내주면에 형성될 수 있다. 홈(1112)은 베이스(1110)의 내주면에 형성될 수 있다. 홈(1112)은 고정부(1100)의 내주면에 오목하게 형성될 수 있다. 홈(1112)은 베이스(1110)의 내주면에 오목하게 형성될 수 있다. 고정부(1100)의 홈(1112)에는 외부 캐리어(1220)의 돌기(1226)가 배치될 수 있다.
본 발명의 제2실시예에서는 베이스(1110)의 홈(1112)과 외부 캐리어(1220)의 돌기(1226) 사이의 형합 형상을 통해 외부 캐리어(1220)의 베이스(1110)에 대한 회전이 방지될 수 있다. 외부 캐리어(1220)가 고정부(1100)에 대해 z축을 기준으로 회전하는 경우 외부 캐리어(1220)의 돌기(1226)는 상기 고정부(1100)의 홈(1112)과 접촉할 수 있다.
힘-토크 센서는 상부 커버(1120)를 포함할 수 있다. 고정부(1100)는 상부 커버(1120)를 포함할 수 있다. 상부 커버(1120)는 베이스(1110)에 배치될 수 있다. 상부 커버(1120)는 베이스(1110) 상에 배치될 수 있다. 상부 커버(1120)는 베이스(1110)와 리드(1230) 사이에 배치될 수 있다. 상부 커버(1120)는 베이스(1110)의 상면에 결합될 수 있다. 상부 커버(1120)는 베이스(1110)에 결합될 수 있다.
힘-토크 센서는 하부 커버(1130)를 포함할 수 있다. 고정부(1100)는 하부 커버(1130)를 포함할 수 있다. 하부 커버(1130)는 힘-토크 센서의 바닥부분을 형성할 수 있다. 하부 커버(1130)는 리드(1230)의 반대편에 배치될 수 있다. 하부 커버(1130)는 베이스(1110)의 아래에 배치될 수 있다. 하부 커버(1130)는 베이스(1110)의 하면에 결합될 수 있다. 하부 커버(1130)는 베이스(1110)에 결합될 수 있다. 하부 커버(1130)는 기판(1140)이 통과하는 홈을 포함할 수 있다.
힘-토크 센서는 기판(1140)을 포함할 수 있다. 고정부(1100)는 기판(1140)을 포함할 수 있다. 기판(1140)에는 센서가 배치될 수 있다. 기판(1140)에는 제1 내지 제3센서(1340, 1350, 1360)가 배치될 수 있다. 기판(1140)은 제1 내지 제3센서(1340, 1350, 1360)와 전기적으로 연결될 수 있다. 기판(1140)은 제1 내지 제3센서(1340, 1350, 1360)에서 감지된 전지적 신호를 힘-토크 센서 외부로 인출할 수 있다.
힘-토크 센서는 플레이트(1150)를 포함할 수 있다. 고정부(1100)는 플레이트(1150)를 포함할 수 있다. 플레이트(1150)는 기판(1140)에 배치될 수 있다. 플레이트(1150)는 보강판일 수 있다. 플레이트(1150)는 기판(1140)의 하면에 배치될 수 있다. 플레이트(1150)는 제1 내지 제3센서(1340, 1350, 1360)가 정위치에 배치되도록 기판(1140)의 강도를 보강할 수 있다.
힘-토크 센서는 이동부(1200)를 포함할 수 있다. 이동부(1200)는 고정부(1100) 내에 배치될 수 있다. 이동부(1200)는 고정부(1100) 상에 배치될 수 있다. 이동부(1200)는 고정부(1100)에 대해 이동할 수 있다. 외력이 가해지면 이동부(1200)는 고정부(1100)에 대해 이동할 수 있다.
힘-토크 센서는 내부 캐리어(1210)를 포함할 수 있다. 이동부(1200)는 내부 캐리어(1210)를 포함할 수 있다. 내부 캐리어(1210)는 고정부(1100) 내에 배치될 수 있다. 내부 캐리어(1210)는 외부 캐리어(1220) 내에 배치될 수 있다. 내부 캐리어(1210)는 고정부(1100) 상에 배치될 수 있다. 내부 캐리어(1210)는 베이스(1110) 내에 배치될 수 있다. 내부 캐리어(1210)는 곡면을 포함할 수 있다. 내부 캐리어(1210)의 곡면에 제1볼(1610)이 배치될 수 있다. 내부 캐리어(1210)는 적어도 일부에서 구 형상으로 형성될 수 있다. 내부 캐리어(1210)는 적어도 일부가 구 형상으로 형성되어 회전 중심이 변하지 않고 일정하게 유지될 수 있다. 이를 통해, 설계자의 의도대로 내부 캐리어(1210)가 이동하므로 크로스톡(cross talk)의 발생이 최소화될 수 있다.
내부 캐리어(1210)는 돌기(1211)를 포함할 수 있다. 돌기(1211)는 상부 탄성부재(1400)와 결합될 수 있다. 내부 캐리어(1210)의 돌기(1211)는 상부 탄성부재(1400)의 내측부(1410)의 홀(1411)과 결합될 수 있다.
내부 캐리어(1210)는 홈(1212)을 포함할 수 있다. 홈(1212)은 나사산을 가질 수 있다. 홈(1212)은 내부 캐리어(1210)의 상면에 형성될 수 있다. 홈(1212)은 내부 캐리어(1210)의 외주면에 형성될 수 있다. 홈(1212)에는 내측 결합부재(1710-2)가 결합될 수 있다. 변형례로, 홈(1212)은 홀로 형성될 수 있다.
내부 캐리어(1210)는 돌기(1213)를 포함할 수 있다. 돌기(1213)는 내부 캐리어(1210)의 외주면에 형성될 수 있다. 돌기(1213)는 내부 캐리어(1210)로부터 외측으로 돌출될 수 있다. 돌기(1213)는 외부 캐리어(1220)의 홈(1225)에 배치될 수 있다.
힘-토크 센서는 외부 캐리어(1220)를 포함할 수 있다. 이동부(1200)는 외부 캐리어(1220)를 포함할 수 있다. 외부 캐리어(1220)는 내부 캐리어(1210)와 고정부(1100) 사이에 배치될 수 있다. 외부 캐리어(1220)는 내부 캐리어(1210)의 외측에 배치될 수 있다. 외부 캐리어(1220)는 고정부(1100) 내에 배치될 수 있다. 외부 캐리어(1220)는 고정부(1100) 상에 배치될 수 있다. 외부 캐리어(1220)는 베이스(1110) 내에 배치될 수 있다.
외부 캐리어(1220)는 제1홈(1221)을 포함할 수 있다. 제1홈(1221)은 볼 레일일 수 있다. 제1홈(1221)에는 제1볼(1610)이 배치될 수 있다. 제1볼(1610)은 제1홈(1221)을 따라 이동할 수 있다. 또는, 제1볼(1610)은 적어도 일부가 제1홈(1221)에 수용된 상태로 회전할 수 있다.
외부 캐리어(1220)는 제2홈(1222)을 포함할 수 있다. 제2홈(1222)은 볼 레일일 수 있다. 제2홈(1222)에는 제2볼(1620)이 배치될 수 있다. 제2볼(1620)은 제2홈(1222)을 따라 이동할 수 있다. 제2홈(1222)은 z축방향으로 연장될 수 있다.
외부 캐리어(1220)는 돌기(1223)를 포함할 수 있다. 돌기(1223)는 상부 탄성부재(1400)와 결합할 수 있다. 외부 캐리어(1220)의 돌기(1223)는 상부 탄성부재(1400)의 외측부(1420)의 홀(1421)과 결합될 수 있다.
외부 캐리어(1220)는 홈(1224)을 포함할 수 있다. 홈(1224)은 나사산을 가질 수 있다. 홈(1224)은 외부 캐리어(1220)의 상면에 형성될 수 있다. 홈(1224)은 외부 캐리어(1220)의 외주면에 형성될 수 있다. 홈(1224)에는 외측 결합부재(1710-1)가 결합될 수 있다. 변형례로, 홈(1224)은 홀로 형성될 수 있다.
외부 캐리어(1220)는 홈(1225)을 포함할 수 있다. 홈(1225)은 외부 캐리어(1220)의 내주면에 형성될 수 있다. 홈(1225)은 외부 캐리어(1220)의 내주면에 오목하게 형성될 수 있다.
홈(1225)은 내부 캐리어(1210)의 이동을 기설정된 범위 내로 제한할 수 있다. 내부 캐리어(1210)가 외부 캐리어(1220)에 대해 기설정된 각도 이상으로 z축을 기준으로 회전하는 경우 내부 캐리어(1210)의 돌기(1213)는 외부 캐리어(1220)의 홈(1225)과 접촉할 수 있다.
외부 캐리어(1220)는 돌기(1226)를 포함할 수 있다. 돌기(1226)는 외부 캐리어(1220)의 외부면에 형성될 수 있다. 돌기(1226)는 외부 캐리어(1220)로부터 외측으로 돌출될 수 있다. 돌기(1226)는 고정부(1100)의 홈(1112)에 배치될 수 있다.
힘-토크 센서는 리드(1230)를 포함할 수 있다. 이동부(1200)는 리드(1230)를 포함할 수 있다. 리드(1230)는 내부 캐리어(1210)와 연결될 수 있다. 리드(1230)의 적어도 일부는 베이스(1110) 상에 배치될 수 있다. 리드(1230)의 적어도 일부는 상부 커버(1120) 상에 배치될 수 있다. 리드(1230)의 적어도 일부는 고정부(1100) 상에 배치될 수 있다. 리드(1230)의 적어도 일부는 고정부(1100)보다 돌출될 수 있다. 고정부(1100)보다 돌출된 리드(1230)의 적어도 일부에는 외력이 가해질 수 있다. 리드(1230)에는 외력이 가해질 수 있다. 리드(1230)는 외력에 의해 이동할 수 있다. 리드(1230)는 내부 캐리어(1210)와 결합될 수 있다. 리드(1230)는 내부 캐리어(1210)에 배치될 수 있다. 리드(1230)는 내부 캐리어(1210) 상에 배치될 수 있다. 리드(1230)는 내부 캐리어(1210)와 일체로 이동할 수 있다. 리드(1230)는 내부 캐리어(1210)에 고정될 수 있다.
리드(1230)에 제1축의 방향, 제2축의 방향, 제1축을 중심으로 하는 회전 방향, 제2축을 중심으로 하는 회전 방향, 및 제3축을 중심으로 하는 회전 방향으로 힘이 작용하면 내부 캐리어(1210)는 외부 캐리어(1220)에 대해 이동할 수 있다. 리드(1230)에 제3축의 방향으로 힘이 작용하면 내부 캐리어(1210)와 외부 캐리어(1220)는 함께 고정부(1100)에 대해 이동할 수 있다. 이때, 제1축은 x축이고, 제2축은 y축이고, 제3축은 z축일 수 있다.
힘-토크 센서는 감지부(1300)를 포함할 수 있다. 감지부(1300)는 고정부(1100)에 대한 이동부(1200)의 이동을 감지할 수 있다. 감지부(1300)는 고정부(1100)에 대한 이동부(1200)의 x축 방향 이동을 감지할 수 있다. 감지부(1300)는 고정부(1100)에 대한 이동부(1200)의 y축 방향 이동을 감지할 수 있다. 감지부(1300)는 고정부(1100)에 대한 이동부(1200)의 요(yaw) 방향 이동을 감지할 수 있다. 감지부(1300)는 고정부(1100)에 대한 이동부(1200)의 피치(pitch) 방향 이동을 감지할 수 있다. 감지부(1300)는 고정부(1100)에 대한 이동부(1200)의 롤(roll) 방향 이동을 감지할 수 있다. 감지부(1300)는 고정부(1100)에 대한 이동부(1200)의 z축 방향 이동을 감지할 수 있다.
힘-토크 센서는 제1마그넷(1310)을 포함할 수 있다. 감지부(1300)는 제1마그넷(1310)을 포함할 수 있다. 제1마그넷(1310)은 내부 캐리어(1210)에 배치될 수 있다. 제1마그넷(1310)은 내부 캐리어(1210)의 하면에 배치될 수 있다. 제1마그넷(1310)은 내부 캐리어(1210)의 하부에 배치될 수 있다.
힘-토크 센서는 제2마그넷(1320)을 포함할 수 있다. 감지부(1300)는 제2마그넷(1320)을 포함할 수 있다. 제2마그넷(1320)은 내부 캐리어(1210)에 배치될 수 있다. 제2마그넷(1320)은 내부 캐리어(1210)의 하면에 배치될 수 있다. 제2마그넷(1320)은 내부 캐리어(1210)의 하부에 배치될 수 있다.
힘-토크 센서는 제3마그넷(1330)을 포함할 수 있다. 감지부(1300)는 제3마그넷(1330)을 포함할 수 있다. 제3마그넷(1330)은 외부 캐리어(1220)에 배치될 수 있다. 제3마그넷(1330)은 외부 캐리어(1220)의 하면에 배치될 수 있다. 제3마그넷(1330)은 외부 캐리어(1220)의 하부에 배치될 수 있다.
힘-토크 센서는 제1센서(1340)를 포함할 수 있다. 감지부(1300)는 제1센서(1340)를 포함할 수 있다. 제1센서(1340)는 고정부(1100)에 배치될 수 있다. 제1센서(1340)는 기판(1140)에 배치될 수 있다. 제1센서(1340)는 하부 커버(1130)에 배치될 수 있다. 제1센서(1340)는 베이스(1110)에 배치될 수 있다. 제1센서(1340)는 제1마그넷(1310)을 감지할 수 있다. 제1센서(1340)는 제1마그넷(1310)의 자기력을 감지할 수 있다. 제1센서(1340)는 리드(1230)의 x축 방향 이동을 감지할 수 있다. 제1센서(1340)는 리드(1230)의 피치(pitch) 방향 틸트를 감지할 수 있다. 제1센서(1340)는 홀센서일 수 있다. 제1센서(1340)는 TMR 센서일 수 있다.
힘-토크 센서는 제2센서(1350)를 포함할 수 있다. 감지부(1300)는 제2센서(1350)를 포함할 수 있다. 제2센서(1350)는 고정부(1100)에 배치될 수 있다. 제2센서(1350)는 기판(1140)에 배치될 수 있다. 제2센서(1350)는 하부 커버(1130)에 배치될 수 있다. 제2센서(1350)는 베이스(1110)에 배치될 수 있다. 제2센서(1350)는 제2마그넷(1320)을 감지할 수 있다. 제2센서(1350)는 제2마그넷(1320)의 자기력을 감지할 수 있다. 제2센서(1350)는 리드(1230)의 y축 방향 이동을 감지할 수 있다. 제2센서(1350)는 리드(1230)의 요(yaw) 방향 틸트를 감지할 수 있다. 제2센서(1350)는 홀센서일 수 있다. 제2센서(1350)는 TMR 센서일 수 있다.
다만, 반대로 제1센서(1340)가 y축 방향 이동과 요(yaw) 방향 틸트를 감지하고, 제2센서(1350)가 x축 방향 이동과 피치(pitch) 방향 틸트를 감지할 수 있다.
이상에서, 제1센서(1340)가 리드(1230)의 x축 방향 이동과 피치(pitch) 방향 틸트를 감지하는 것으로 설명했으나, 제2센서(1350)의 감지값과 함께 더 정확한 센싱이 이루어질 수 있다. 제2센서(1350)에서 리드(1230)의 y축 방향 이동과 요(yaw) 방향 틸트를 감지할 때도 제1센서(1340)의 감지값과 함께 더 정확한 센싱이 이루어질 수 있다.
제1센서(1340)와 제2센서(1350)는 함께 롤 방향 틸트 또는 이동을 감지할 수 있다. 또는, 제1센서(1340)와 제2센서(1350) 중 어느 하나 이상이 롤 방향 틸트 또는 이동을 감지할 수 있다.
힘-토크 센서는 제3센서(1360)를 포함할 수 있다. 감지부(1300)는 제3센서(1360)를 포함할 수 있다. 제3센서(1360)는 고정부(1100)에 배치될 수 있다. 제3센서(1360)는 기판(1140)에 배치될 수 있다. 제3센서(1360)는 하부 커버(1130)에 배치될 수 있다. 제3센서(1360)는 베이스(1110)에 배치될 수 있다. 제3센서(1360)는 제3마그넷(1330)을 감지할 수 있다. 제3센서(1360)는 제3마그넷(1330)의 자기력을 감지할 수 있다. 제3센서(1360)는 홀센서일 수 있다. 제3센서(1360)는 TMR 센서일 수 있다.
다른 실시예로 힘-토크 센서는 정전용량 센싱 방식의 센서를 포함할 수 있다. 즉, 힘-토크 센서는 정전용량 센서를 포함할 수 있다. 힘-토크 센서는 제1전극과 제2전극을 포함할 수 있다. 힘-토크 센서는 제1전극에 전원을 인가하는 제어부와, 제1전극과 제2전극 사이의 정전용량 변화를 측정하는 센싱부를 포함할 수 있다. 이때, 제2전극은 그라운드될 수 있다. 제1전극은 고정부(1100)에 배치될 수 있다. 제2전극은 내부 캐리어(1210)와 외부 캐리어(1220) 중 어느 하나 이상에 배치될 수 있다. 내부 캐리어(1210) 및/또는 외부 캐리어(1220)가 이동하면 제1전극과 제2전극 사이의 정전용량 변화를 측정해서 내부 캐리어(1210) 및/또는 외부 캐리어(1220)의 이동량을 산출할 수 있다.
힘-토크 센서는 탄성부재를 포함할 수 있다. 탄성부재는 외력이 제거되는 경우 이동부(1200)를 초기 위치로 복원시킬 수 있다. 탄성부재는 이동부(1200)의 z축 이동을 제어하는 스프링을 포함할 수 있다. z축 이동을 제어하는 스프링은 에칭 공법의 판스프링 또는 용수철 형태의 스프링으로 형성될 수 있다. 본 발명의 제2실시예에서는 에칭(etching) 공법의 스프링이 2개 적용될 수 있다.
힘-토크 센서는 상부 탄성부재(1400)를 포함할 수 있다. 상부 탄성부재(1400)는 이동부(1200)와 결합될 수 있다. 상부 탄성부재(1400)는 내부 캐리어(1210)와 외부 캐리어(1220)와 결합될 수 있다. 상부 탄성부재(1400)는 내부 캐리어(1210)의 상면과 외부 캐리어(1220)의 상면과 결합될 수 있다. 상부 탄성부재(1400)는 내부 캐리어(1210)의 상부와 외부 캐리어(1220)의 상부와 결합될 수 있다. 상부 탄성부재(1400)는 내부 캐리어(1210)와 외부 캐리어(1220)를 연결할 수 있다. 상부 탄성부재(1400)는 내부 캐리어(1210)와 외부 캐리어(1220)를 탄성적으로 연결할 수 있다. 상부 탄성부재(1400)는 내부 캐리어(1210)를 외부 캐리어(1220)에 대해 이동 가능하게 지지할 수 있다.
상부 탄성부재(1400)는 내측부(1410)를 포함할 수 있다. 내측부(1410)는 내부 캐리어(1210)와 결합될 수 있다. 내측부(1410)는 내부 캐리어(1210)에 배치될 수 있다. 내측부(1410)는 내부 캐리어(1210)의 상면에 배치될 수 있다. 내측부(1410)는 내부 캐리어(1210)에 고정될 수 있다. 내측부(1410)는 내부 캐리어(1210)에 접착제로 접착될 수 있다. 내측부(1410)는 내부 캐리어(1210)와 일체로 이동할 수 있다. 상부 탄성부재(1400)의 적어도 일부는 리드(1230)와 내부 캐리어(1210) 사이에 배치될 수 있다.
내측부(1410)는 홀(1411)을 포함할 수 있다. 홀(1411)은 내측부(1410)를 z축방향으로 관통할 수 있다. 홀(1411)에는 내부 캐리어(1210)의 돌기(1211)가 삽입될 수 있다. 변형례로, 홀(1411)은 홈으로 형성될 수 있다.
상부 탄성부재(1400)는 외측부(1420)를 포함할 수 있다. 외측부(1420)는 외부 캐리어(1220)와 결합될 수 있다. 외측부(1420)는 외부 캐리어(1220)에 배치될 수 있다. 외측부(1420)는 외부 캐리어(1220)의 상면에 배치될 수 있다. 외측부(1420)는 외부 캐리어(1220)에 고정될 수 있다. 외측부(1420)는 외부 캐리어(1220)에 접착제로 접착될 수 있다. 외측부(1420)는 외부 캐리어(1220)와 일체로 이동할 수 있다.
외측부(1420)는 홀(1421)을 포함할 수 있다. 홀(1421)은 외측부(1420)를 z축방향으로 관통할 수 있다. 홀(1421)에는 외부 캐리어(1220)의 돌기(1223)가 삽입될 수 있다.
상부 탄성부재(1400)는 연결부(1430)를 포함할 수 있다. 연결부(1430)는 내측부(1410)와 외측부(1420)를 연결할 수 있다. 연결부(1430)는 탄성을 가질 수 있다. 연결부(1430)는 절곡부를 포함할 수 있다. 연결부(1430)는 절곡된 형상을 포함할 수 있다. 연결부(1430)는 복수회 절곡된 형상을 포함할 수 있다. 연결부(1430)는 적어도 3회 절곡된 형상을 포함할 수 있다. 연결부(1430)는 변형될 수 있다. 연결부(1430)는 변형된 후 원래상태로 복원될 수 있다. 연결부(1430)는 지그재그 형상을 포함할 수 있다.
연결부(1430)는 복수의 연결부를 포함할 수 있다. 연결부(1430)는 4개의 연결부를 포함할 수 있다. 연결부(1430)는 제1 내지 제4연결부를 포함할 수 있다. 연결부(1430)는 내측부(1410)를 중심으로 서로 반대편에 배치되는 제1연결부와 제2연결부와, 내측부(1410)를 중심으로 서로 반대편에 배치되는 제3연결부와 제4연결부를 포함할 수 있다. 연결부(1430)의 절곡된 형상은 회전 방향으로 대칭될 수 있다.
힘-토크 센서는 하부 탄성부재(1500)를 포함할 수 있다. 하부 탄성부재(1500)는 고정부(1100)와 이동부(1200)와 결합될 수 있다. 하부 탄성부재(1500)는 베이스(1110)의 하면과 외부 캐리어(1220)의 하면과 결합될 수 있다. 하부 탄성부재(1500)는 베이스(1110)의 하부와 외부 캐리어(1220)의 하부와 결합될 수 있다. 하부 탄성부재(1500)는 베이스(1110)와 외부 캐리어(1220)를 연결할 수 있다. 하부 탄성부재(1500)는 베이스(1110)와 외부 캐리어(1220)를 탄성적으로 연결할 수 있다. 하부 탄성부재(1500)는 외부 캐리어(1220)를 베이스(1110)에 대해 이동 가능하게 지지할 수 있다. 하부 탄성부재(1500)는 이동부(1200)를 기준으로 상부 탄성부재(1400)의 반대편에 배치될 수 있다.
하부 탄성부재(1500)는 내측부(1510)를 포함할 수 있다. 내측부(1510)는 외부 캐리어(1220)와 결합될 수 있다. 내측부(1510)는 외부 캐리어(1220)에 배치될 수 있다. 내측부(1510)는 외부 캐리어(1220)의 하면에 배치될 수 있다. 내측부(1510)는 외부 캐리어(1220)에 고정될 수 있다. 내측부(1510)는 외부 캐리어(1220)에 접착제로 접착될 수 있다. 내측부(1510)는 외부 캐리어(1220)와 일체로 이동할 수 있다.
하부 탄성부재(1500)는 외측부(1520)를 포함할 수 있다. 외측부(1520)는 고정부(1100)와 결합될 수 있다. 외측부(1520)는 베이스(1110)와 결합될 수 있다. 외측부(1520)는 하부 커버(1130)와 결합될 수 있다. 외측부(1520)는 베이스(1110)에 배치될 수 있다. 외측부(1520)는 베이스(1110)의 하면에 배치될 수 있다. 외측부(1520)는 하부 커버(1130) 상에 배치될 수 있다. 외측부(1520)는 베이스(1110)에 고정될 수 있다. 외측부(1520)는 하부 결합부재(1720)를 통해 베이스(1110)에 고정될 수 있다.
하부 탄성부재(1500)는 연결부(1530)를 포함할 수 있다. 연결부(1530)는 내측부(1510)와 외측부(1520)를 연결할 수 있다. 연결부(1530)는 탄성을 가질 수 있다. 연결부(1530)는 절곡부를 포함할 수 있다. 연결부(1530)는 절곡된 형상을 포함할 수 있다. 연결부(1530)는 복수회 절곡된 형상을 포함할 수 있다. 연결부(1530)는 적어도 3회 절곡된 형상을 포함할 수 있다. 연결부(1530)는 변형될 수 있다. 연결부(1530)는 변형된 후 원래상태로 복원될 수 있다. 연결부(1530)는 지그재그 형상을 포함할 수 있다.
연결부(1530)는 복수의 연결부를 포함할 수 있다. 연결부(1530)는 4개의 연결부를 포함할 수 있다. 연결부(1530)는 제1 내지 제4연결부를 포함할 수 있다. 연결부(1530)는 내측부(1510)를 중심으로 서로 반대편에 배치되는 제1연결부와 제2연결부와, 내측부(1510)를 중심으로 서로 반대편에 배치되는 제3연결부와 제4연결부를 포함할 수 있다. 연결부(1530)의 절곡된 형상은 회전 방향으로 대칭될 수 있다.
힘-토크 센서는 가이드부재를 포함할 수 있다. 가이드부재는 이동부(1200)의 이동을 가이드할 수 있다. 가이드부재는 이동부(1200)의 고정부(1100)에 대한 이동을 가이드할 수 있다. 가이드부재는 내부 캐리어(1210)의 외부 캐리어(1220)에 대한 이동을 가이드할 수 있다.
힘-토크 센서는 제1볼(1610)을 포함할 수 있다. 가이드부재는 제1볼(1610)을 포함할 수 있다. 제1볼(1610)은 내부 캐리어(1210)와 외부 캐리어(1220) 사이에 배치될 수 있다. 제1볼(1610)은 내부 캐리어(1210)의 외부 캐리어(1220)에 대한 이동을 가이드할 수 있다. 내부 캐리어(1210)는 제1볼(1610)에 의해 외부 캐리어(1220)에 대해 요 방향, 피치 방향, 롤 방향으로 이동할 수 있다. 다만, 내부 캐리어(1210)가 z축 방향으로 이동하고자 하는 경우에는 제1볼(1610)과 외부 캐리어(1220)가 함께 이동할 수 있다.
힘-토크 센서는 제2볼(1620)을 포함할 수 있다. 가이드부재는 제2볼(1620)을 포함할 수 있다. 제2볼(1620)은 외부 캐리어(1220)와 고정부(1100) 사이에 배치될 수 있다. 제2볼(1620)은 외부 캐리어(1220)의 베이스(1110)에 대한 이동을 가이드할 수 있다. 외부 캐리어(1220)는 제2볼(1620)에 의해 베이스(1110)에 대해 z축 방향으로 이동할 수 있다. 이때, 외부 캐리어(1220)는 내부 캐리어(1210)와 리드(1230)와 함께 이동할 수 있다.
힘-토크 센서는 결합부재를 포함할 수 있다. 결합부재는 서로 다른 2개 이상의 부재를 서로 결합할 수 있다. 일례로, 결합부재는 나사일 수 있다. 결합부재는 볼트일 수 있다.
힘-토크 센서는 상부 결합부재(1710)를 포함할 수 있다. 상부 결합부재(1710)는 이동부(1200)와 상부 탄성부재(1400)를 결합할 수 있다.
상부 결합부재(1710)는 헤드부(1711)를 포함할 수 있다. 헤드부(1711)는 상부 탄성부재(1400) 상에 배치될 수 있다.
상부 결합부재(1710)는 결합부(1712)를 포함할 수 있다. 결합부(1712)는 상부 탄성부재(1400)를 통과할 수 있다. 결합부(1712)는 이동부(1200)와 결합될 수 있다. 결합부(1712)는 이동부(1200)와 결합되는 나사산을 포함할 수 있다.
상부 결합부재(1710)는 외측 결합부재(1710-1)를 포함할 수 있다. 외측 결합부재(1710-1)는 상부 탄성부재(1400)의 일부가 외부 캐리어(1220)에 고정되도록 외부 캐리어(1220)의 나사산과 결합될 수 있다. 외측 결합부재(1710-1)는 상부 탄성부재(1400)의 외측부(1420)를 외부 캐리어(1220)에 고정할 수 있다.
상부 결합부재(1710)는 내측 결합부재(1710-2)를 포함할 수 있다. 내측 결합부재(1710-2)는 리드(1230)와 상부 탄성부재(1400)의 일부가 내부 캐리어(1210)에 고정되도록 내부 캐리어(1210)의 나사산과 결합될 수 있다. 내측 결합부재(1710-2)는 리드(1230)를 내부 캐리어(1210)에 고정할 수 있다. 내측 결합부재(1710-2)는 상부 탄성부재(1400)의 내측부(1410)를 내부 캐리어(1210)에 고정할 수 있다.
힘-토크 센서는 하부 결합부재(1720)를 포함할 수 있다. 하부 결합부재(1720)는 고정부(1100)와 하부 탄성부재(1500)를 결합할 수 있다. 하부 결합부재(1720)는 하부 커버(1130)를 베이스(1110)에 고정할 수 있다. 하부 결합부재(1720)는 하부 탄성부재(1500)의 외측부(1520)를 베이스(1110)와 하부 커버(1130) 사이에 고정할 수 있다. 하부 결합부재(1720)는 하부 탄성부재(1500)의 외측부(1520)를 관통할 수 있다.
하부 결합부재(1720)는 헤드부(1721)를 포함할 수 있다. 헤드부(1721)는 하부 탄성부재(1500)의 아래에 배치될 수 있다. 헤드부(1721)는 하부 탄성부재(1500) 상에 배치될 수 있다.
하부 결합부재(1720)는 결합부(1722)를 포함할 수 있다. 결합부(1722)는 하부 탄성부재(1500)를 통과할 수 있다. 결합부(1722)는 고정부(1100)와 결합될 수 있다. 결합부(1722)는 베이스(1110)와 결합될 수 있다. 결합부(1722)는 고정부(1100)와 결합되는 나사산을 포함할 수 있다.
힘-토크 센서는 결합부재(1730)를 포함할 수 있다. 결합부재(1730)는 상부 커버(1120)를 베이스(1110)에 고정할 수 있다. 결합부재(1730)는 나사산을 포함할 수 있다. 결합부재(1730)는 상부 커버(1120)를 통과해서 베이스(1110)와 나사 결합될 수 있다.
이하에서는 제1변형례에 따른 힘-토크 센서의 구성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 35는 제1변형례에 따른 힘-토크 센서의 사시도이다. 도 36은 제1변형례에서 쉴드 캔을 분리한 상태의 측면도이다.
힘-토크 센서는 쉴드캔(1810)을 포함할 수 있다. 쉴드캔(1810)은 고정부(1100)의 외주면의 적어도 일부를 감쌀 수 있다. 쉴드캔(1810)은 외부 노이즈(noise)를 차단할 수 있다. 쉴드캔(1810)은 금속으로 형성될 수 있다.
쉴드캔(1810)은 상부 쉴드캔(1811)을 포함할 수 있다. 상부 쉴드캔(1811)은 베이스(1110)의 외주면에 배치될 수 있다. 상부 쉴드캔(1811)은 상부 커버(1120)의 외주면에 배치될 수 있다.
쉴드캔(1810)은 하부 쉴드캔(1812)을 포함할 수 있다. 하부 쉴드캔(1812)은 하부 커버(1130)의 외주면에 배치될 수 있다. 하부 쉴드캔(1812)은 하부 커버(1130)의 하면에 배치될 수 있다.
이하에서는 제2변형례에 따른 힘-토크 센서의 구성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 37은 제2변형례에 따른 힘-토크 센서의 단면도이다. 도 38은 제2변형례에서 쉴드 플레이트의 배치 구조를 도시하는 저면사시도이다.
힘-토크 센서는 쉴드 플레이트(1820)를 포함할 수 있다. 쉴드 플레이트(1820)는 이동부(1200)와 하부 탄성부재(1500) 사이에 배치될 수 있다. 쉴드 플레이트(1820)는 외부 노이즈(noise)를 차단할 수 있다. 쉴드 플레이트(1820)는 금속으로 형성될 수 있다.
쉴드 플레이트(1820)는 내부 쉴드 플레이트(1821)를 포함할 수 있다. 내부 쉴드 플레이트(1821)는 내부 캐리어(1210)에 배치될 수 있다. 내부 쉴드 플레이트(1821)는 내부 캐리어(1210)의 하면에 배치될 수 있다. 내부 쉴드 플레이트(1821)는 제1마그넷(1310)과 제2마그넷(1320)이 배치되는 홈을 포함할 수 있다. 홈은 내부 쉴드 플레이트(1821)가 절곡되어 형성될 수 있다.
쉴드 플레이트(1820)는 외부 쉴드 플레이트(1822)를 포함할 수 있다. 외부 쉴드 플레이트(1822)는 외부 캐리어(1220)에 배치될 수 있다. 외부 쉴드 플레이트(1822)는 외부 캐리어(1220)의 하면에 배치될 수 있다. 외부 쉴드 플레이트(1822)는 제3마그넷(1330)이 배치되는 홈을 포함할 수 있다. 홈은 외부 쉴드 플레이트(1822)가 절곡되어 형성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서의 작동을 도면을 참조하여 설명한다.
도 39는 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서의 작동 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 도 40은 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서에 요 방향의 성분을 갖는 외력이 작용한 경우의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 41은 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서에 롤 방향의 성분을 갖는 외력이 작용한 경우의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 42는 본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서에 z축 방향의 성분을 갖는 외력이 작용한 경우의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서의 리드(1230)에 y축 방향과 요 방향 중 어느 한 방향 이상의 성분을 갖는 외력이 작용하면 리드(1230)는 x축을 중심으로 회전 또는 틸트될 수 있다(도 39의 yaw 참조). 이때, 리드(1230)는 내부 캐리어(1210)와 일체로 이동할 수 있다. 한편, 고정부(1100)는 고정된 상태로 유지되므로 고정부(1100)에 배치된 제2센서(1350)가 내부 캐리어(1210)에 배치된 제2마그넷(1320)을 감지하여 리드(1230)와 내부 캐리어(1210)의 이동량이 측정될 수 있다. 이를 통해, 리드(1230)에 가해진 외력의 y축 방향 성분의 힘과 요 방향 성분의 힘이 측정될 수 있다.
보다 상세히, 도 40에 도시된 바와 같이 내부 캐리어(1210)와 제2마그넷(1320)이 요 방향으로 이동하면 제2마그넷(1320)의 중심을 지나는 가상의 직선과 제2센서(1350)의 중심을 지나는 가상의 직선 사이에 갭(도 40의 g)이 형성될 수 있다. 이때, 제2센서(1350)는 제2마그넷(1320)의 자기력의 변화를 인지하여 제2마그넷(1320)의 위치를 인식할 수 있다. 이를 통해, 제2센서(1350)는 내부 캐리어(1210)의 이동량을 산출하고 외력의 y축 방향 성분의 힘과 요 방향 성분의 힘을 산출할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서의 리드(1230)에 x축 방향과 피치 방향 중 어느 한 방향 이상의 성분을 갖는 외력이 작용하면 리드(1230)는 y축을 중심으로 회전 또는 틸트될 수 있다(도 39의 pitch 참조). 이때, 리드(1230)는 내부 캐리어(1210)와 일체로 이동할 수 있다. 한편, 고정부(1100)는 고정된 상태로 유지되므로 고정부(1100)에 배치된 제1센서(1340)가 내부 캐리어(1210)에 배치된 제1마그넷(1310)을 감지하여 리드(1230)와 내부 캐리어(1210)의 이동량이 측정될 수 있다. 이를 통해, 리드(1230)에 가해진 외력의 x축 방향 성분의 힘과 피치 방향 성분의 힘이 측정될 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서의 리드(1230)에 롤 방향의 성분을 갖는 외력이 작용하면 리드(1230)는 z축을 중심으로 회전 또는 틸트될 수 있다(도 39의 roll 참조). 리드(1230)는 내부 캐리어(1210)와 일체로 고정부(1100)에 대해 이동할 수 있다(도 41의 (b) 참조). 이때, 고정부(1100)에 배치된 제1센서(1340)는 내부 캐리어(1210)에 배치된 제1마그넷(1310)을 감지하고 제2센서(1250)가 제2마그넷(1320)을 감지하여 리드(1230)와 내부 캐리어(1210)의 이동량이 측정될 수 있다. 이를 통해, 리드(1230)에 가해진 외력의 롤 방향 성분의 힘이 측정될 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 힘-토크 센서의 리드(1230)에 z축 방향 성분을 갖는 외력이 작용하면 리드(1230)는 z축을 따라 이동할 수 있다(도 39의 Fz 참조). 리드(1230)는 내부 캐리어(1210)와 외부 캐리어(1220)와 일체로 고정부(1100)에 대해 이동할 수 있다(도 42의 (b) 참조). 이때, 고정부(1100)에 배치된 제3센서(1360)는 외부 캐리어(1220)에 배치된 제3마그넷(1330)을 감지하여 리드(1230)와 내부 캐리어(1210)와 외부 캐리어(1220)의 이동량이 측정될 수 있다. 이를 통해, 리드(1230)에 가해진 외력의 z축 방향 성분의 힘이 측정될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 로봇의 구성을 설명한다.
로봇은 몸체를 포함할 수 있다. 로봇은 몸체에 연결되는 암부재를 포함할 수 있다. 로봇의 암부재는 파지부를 포함할 수 있다. 파지부는 일례로 손가락 형상을 포함할 수 있다. 본 발명의 제2실시예의 힘-토크 센서는 암부재의 파지부에 배치될 수 있다. 로봇의 암부재는 관절을 포함할 수 있다. 본 발명의 제2실시예의 힘-토크 센서는 암부재의 관절에 배치될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 고정부;
    상기 고정부 내에 배치되는 이동부; 및
    상기 고정부에 대한 상기 이동부의 이동을 감지하는 감지부를 포함하고,
    상기 이동부는 상기 고정부 내에 배치되는 내부 캐리어와, 상기 내부 캐리어와 상기 고정부 사이에 배치되는 외부 캐리어를 포함하고,
    상기 내부 캐리어와 상기 외부 캐리어는 상기 고정부에 대해 일체로 z축 방향으로 이동하고,
    상기 내부 캐리어와 상기 외부 캐리어 사이에는 제1볼이 배치되고,
    상기 내부 캐리어는 상기 제1볼을 중심으로 상기 외부 캐리어에 대해 피벗 이동하는 힘-토크 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 캐리어는 상기 외부 캐리어에 대해 상기 z축에 수직한 x축을 중심으로 하는 회전 방향인 요 방향과, 상기 z축과 상기 x축 각각에 수직한 y축을 중심으로 하는 회전 방향인 피치 방향과, 상기 z축을 중심으로 하는 회전 방향인 롤 방향으로 이동하는 힘-토크 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내부 캐리어와 상기 외부 캐리어는 홈을 포함하고,
    상기 제1볼은 상기 내부 캐리어의 상기 홈과 상기 외부 캐리어의 상기 홈 사이에 배치되는 힘-토크 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 내부 캐리어의 상기 홈은 상기 제1볼의 곡면과 대응하는 형상의 곡면을 포함하는 힘-토크 센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 z축과 평행하고 상기 제1볼의 중심을 지나도록 자른 단면 상에서, 상기 외부 캐리어의 상기 홈은 상기 제1볼과 2점에서 접촉하는 힘-토크 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1볼은 세라믹, 플라스틱 및 메탈 중 어느 하나 이상으로 형성되는 힘-토크 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고정부와 상기 외부 캐리어 사이에 배치되는 제2볼을 포함하고,
    상기 제1볼의 직경은 상기 제2볼의 직경보다 큰 힘-토크 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고정부와 상기 외부 캐리어 사이에 배치되는 제2볼을 포함하고,
    상기 제1볼은 상기 z축에 수직한 방향으로 상기 제2볼과 중첩되는 힘-토크 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 내부 캐리어와 상기 외부 캐리어와 결합되는 상부 탄성부재를 포함하는 힘-토크 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고정부와 상기 이동부와 결합되는 하부 탄성부재를 포함하는 힘-토크 센서.
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