KR102265155B1 - 센싱 그리퍼 및 그 제조방법 - Google Patents

센싱 그리퍼 및 그 제조방법 Download PDF

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KR102265155B1
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최영진
바바르자밀
차광열
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한양대학교 에리카산학협력단
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Abstract

센싱 그리퍼가 제공된다. 상기 센싱 그리퍼는, 제1 지골 및 상기 제1 지골의 적어도 일측 표면에 형성되고 상기 제1 지골보다 큰 연성을 가지며 상기 물체와 접촉 시 상기 물체에 가해지는 접촉 힘을 센싱하는 제1 센서 스킨을 포함하는 제1 마디부; 제2 지골 및 상기 제2 지골의 적어도 일측 표면에 형성되고 상기 제2 지골보다 큰 연성을 가지며 상기 물체와 접촉 시 상기 물체에 가해지는 접촉 힘을 센싱하는 제2 센서 스킨을 포함하는 제2 마디부; 및 상기 제1 마디부와 상기 제2 마디부를 연결하며, 상기 손가락부의 파지 동작 시 구부러지되, 구부러짐에 따른 자체 굽힘 각도를 센싱하는 관절부를 포함하며 적어도 둘 이상으로 구비되는 손가락부를 포함하되, 상기 제1 센서 스킨은, 상기 제1 지골의 적어도 일측 표면에 형성되는 제1 하부 센서 레이어; 상기 제1 하부 센서 레이어 상에 형성되며 외부로 노출되는 제1 상부 센서 레이어; 및 상기 제1 하부 센서 레이어와 제1 상부 센서 레이어 사이에 형성되며 광 도파 모드를 갖는 제1 코어 센서 레이어를 포함할 수 있다.

Description

센싱 그리퍼 및 그 제조방법{Force Sensing Gripper and Method for Manufacturing thereof}
본 발명은 센싱 그리퍼 및 그 제조방법에 관련된 것으로 보다 구체적으로는, 물체와 접촉 시 물체에 가해지는 접촉 힘뿐만 아니라 구부러짐 동작 시 관절의 굽힘 각도까지 동시에 센싱할 수 있는 센싱 그리퍼 및 그 제조방법에 관련된 것이다.
로봇 기술이 발달함에 따라, 산업 현장이나 가정 환경에서 많은 로봇들이 사용되고 있다. 산업용 로봇으로서 그리퍼(gripper)는 비정형적인 물건을 잡거나 쥐는데 사용된다.
일반적으로, 로봇 그리퍼와 핸드는 보통 단단한 링크를 사용하지만, 물체와 접촉 시에는 부드러운 접촉이 물체와의 상호 작용에 더 안정적이고 안전하기 때문에 손가락은 소프트하게 만들어지도록 요구된다.
종래의 SDM(shape deposition manufacturing) 손가락은 소프트 조인트와 팁으로 제조되지만 결국, 그리퍼 제작에 사용될 이러한 손가락에 센서를 적용하기 위해서는 물체와의 접촉 힘뿐만 아니라 벤딩이나 손가락의 조인트 각도를 측정하기 위한 접촉 센서나 다른 형태의 외부 압력 센서가 필요하다.
SDM 손가락의 제작은 일반적으로 복합하고 시간이 많이 걸리며 여러 번 시도할 때 실패가 잦아 완성에 많은 시간을 필요로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 물체와 접촉 시 물체에 가해지는 접촉 힘뿐만 아니라 구부러짐 동작 시 관절의 굽힘 각도까지 동시에 센싱할 수 있는 센싱 그리퍼 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 센싱 그리퍼를 쉽게 제조할 수 있는 힘 센싱 그리퍼 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 센싱 그리퍼를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 센싱 그리퍼는, 제1 지골 및 상기 제1 지골의 적어도 일측 표면에 형성되고 상기 제1 지골보다 큰 연성을 가지며 상기 물체와 접촉 시 상기 물체에 가해지는 접촉 힘을 센싱하는 제1 센서 스킨을 포함하는 제1 마디부; 제2 지골 및 상기 제2 지골의 적어도 일측 표면에 형성되고 상기 제2 지골보다 큰 연성을 가지며 상기 물체와 접촉 시 상기 물체에 가해지는 접촉 힘을 센싱하는 제2 센서 스킨을 포함하는 제2 마디부; 및 상기 제1 마디부와 상기 제2 마디부를 연결하며, 상기 손가락부의 파지 동작 시 구부러지되, 구부러짐에 따른 자체 굽힘 각도를 센싱하는 관절부를 포함하며 적어도 둘 이상으로 구비되는 손가락부를 포함하되, 상기 제1 센서 스킨은, 상기 제1 지골의 적어도 일측 표면에 형성되는 제1 하부 센서 레이어; 상기 제1 하부 센서 레이어 상에 형성되며 외부로 노출되는 제1 상부 센서 레이어; 및 상기 제1 하부 센서 레이어와 제1 상부 센서 레이어 사이에 형성되며 광 도파 모드를 갖는 제1 코어 센서 레이어를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 코어 센서 레이어는 복수 개로 형성되며, 복수 개의 상기 제1 코어 센서 레이어는 서로 교차되는 형태로 배열될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 센서 스킨은, 상기 제2 지골의 적어도 일측 표면에 형성되는 제2 하부 센서 레이어; 상기 제2 하부 센서 레이어 상에 형성되며 외부로 노출되는 제2 상부 센서 레이어; 및 상기 제2 하부 센서 레이어와 제2 상부 센서 레이어 사이에 형성되며 광 도파 모드를 갖는 제2 코어 센서 레이어를 포함하되, 상기 제2 코어 센서 레이어는 상기 제1 코어 센서 레이어보다 적은 개수로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 하부 센서 레이어와 상기 제2 하부 센서 레이어는 제1 엘라스토머로 이루어지고, 상기 제1 코어 센서 레이어와 상기 제2 코어 센서 레이어는 제2 엘라스토머로 이루어지며, 상기 제1 상부 센서 레이어와 상기 제2 상부 센서 레이어는 제3 엘라스토머로 이루어지되, 상기 제1 엘라스토머는 상대적으로 연성이 가장 작고, 상기 제3 엘라스토머는 상대적으로 연성이 가장 클 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 엘라스토머 및 상기 제3 엘라스토머는 색소를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 관절부는, 일 방향으로 연장되며 길이 방향 양측 단부가 각각 상기 제1 마디부와 제2 마디부에 결합되고 광 도파 모드를 갖는 코어 센서부; 및 상기 코어 센서부의 외주면을 감싸는 형태로 구비되는 외피부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 외피부는 색소를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 마디부와 상기 손바닥부 사이에 위치하는 제3 마디부를 더 포함하되, 상기 제3 마디부는 제3 지골 및 상기 제3 지골의 적어도 일측 표면에 형성되고 상기 제3 지골보다 큰 연성을 갖는 스킨을 포함하며, 상기 관절부는 상기 제2 마디부와 상기 제3 마디부 사이에 더 구비될 수 있다.
한편, 본 발명은, 센싱 그리퍼 제조방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 센싱 그리퍼 제조방법은, 센싱 그리퍼에 구비되는 손가락부의 말단 마디를 이루는 제1 지골 및 상기 손가락부의 중간 마디를 이루는 제2 지골을 동시 성형하는 지골 성형 단계; 상기 제1 지골 및 상기 제2 지골의 적어도 일측 표면에 물체와 접촉 시 상기 물체에 가해지는 접촉 힘을 센싱하는 센서 스킨을 형성하는 센서 스킨 형성 단계; 및 상기 제1 지골과 상기 제2 지골 사이에, 구부러짐 동작 시 자체 굽힘 각도를 센싱하는 관절부를 형성하는 관절부 형성 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 지골 성형 단계, 상기 센서 스킨 형성 단계 및 상기 관절부 형성 단계에서 사용되는 몰드는, 3D 프린팅을 통해 제작된 리지드 몰드에 엘라스토머를 채운 후 상기 엘라스토머를 건조시켜 만들어진 소프트 몰드일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 센서 스킨 형성 단계는, 상기 제1 지골 및 상기 제2 지골의 적어도 일측 표면에 하부 센서 레이어, 광 도파 모드를 갖는 코어 센서 레이어 및 외부로 노출되는 상부 센서 레이어를 차례로 적층시켜 다층 구조의 상기 센서 스킨을 형성하며, 형성된 상기 센서 스킨에서, 상기 하부 센서 레이어의 연성이 상대적으로 가장 작고, 상기 상부 센서 레이어의 연성이 상대적으로 가장 클 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 관절부 형성 단계는, 적어도 일측 표면에 상기 센서 스킨이 형성된 상기 제1 지골과 제2 지골 사이에 상기 제1 지골과 제2 지골을 연결하며 광 도파 모드를 갖는 코어 센서부 및 상기 코어 센서부의 외주면을 감싸는 외피부를 차례로 형성하여 상기 관절부를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 지골 및 상기 제1 지골의 적어도 일측 표면에 형성되고 상기 제1 지골보다 큰 연성을 가지며 상기 물체와 접촉 시 상기 물체에 가해지는 접촉 힘을 센싱하는 제1 센서 스킨을 포함하는 제1 마디부; 제2 지골 및 상기 제2 지골의 적어도 일측 표면에 형성되고 상기 제2 지골보다 큰 연성을 가지며 상기 물체와 접촉 시 상기 물체에 가해지는 접촉 힘을 센싱하는 제2 센서 스킨을 포함하는 제2 마디부; 및 상기 제1 마디부와 상기 제2 마디부를 연결하며, 상기 손가락부의 파지 동작 시 구부러지되, 구부러짐에 따른 자체 굽힘 각도를 센싱하는 관절부를 포함하며 적어도 둘 이상으로 구비되는 손가락부를 포함하되, 상기 제1 센서 스킨은, 상기 제1 지골의 적어도 일측 표면에 형성되는 제1 하부 센서 레이어; 상기 제1 하부 센서 레이어 상에 형성되며 외부로 노출되는 제1 상부 센서 레이어; 및 상기 제1 하부 센서 레이어와 제1 상부 센서 레이어 사이에 형성되며 광 도파 모드를 갖는 제1 코어 센서 레이어를 포함할 수 있다.
이에 따라, 물체와 접촉 시 물체에 가해지는 접촉 힘뿐만 아니라 동작 시 관절의 굽힘 각도까지 동시에 센싱할 수 있는 센싱 그리퍼가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 각 제조단계마다 소프트 몰드를 사용함으로써, 센싱 그리퍼를 쉽게 제조할 수 있는 센싱 그리퍼 제조방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센싱 그리퍼를 나타낸 참고도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센싱 그리퍼의 손가락부를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 손가락부의 제1 마디부를 나타낸 단면 모식도이다.
도 4는 도 3의 A-A'선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 코어 센서 레이어 패턴을 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 손가락부의 제2 마디부를 나타낸 단면 모식도이다.
도 7은 도 6의 B-B'선을 따라 자른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 코어 센서 레이어 패턴을 나타낸 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 관절부를 나타낸 단면도이다.
도 10은 도 9의 C-C'선을 따라 자른 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 손가락부의 제3 마디부를 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센싱 그리퍼 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 13은 도 12의 S110 단계에 사용되는 리지드 몰드, 소프트 몰드 및 이를 통해 성형된 지골들을 나타낸 참고도이다.
도 14는 도 12의 S120 단계에 사용되는 하부 센서 레이어 형성에 사용되는 리지드 몰드, 소프트 몰드 및 이를 통해 표면에 하부 센서 레이어가 형성된 지골들을 나타낸 참고도이다.
도 15는 도 12의 S120 단계에서 상부 센서 레이어 형성에 사용되는 리지드 몰드, 소프트 몰드 및 이를 통해 만들어진 제1 마디부 내지 제3 마디부를 나타낸 참고도이다.
도 16은 도 12의 S130 단계에 사용되는 리지드 몰드, 소프트 몰드 및 이를 통해 제조된 센싱 그리퍼의 손가락부를 나타낸 참고도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1 내지 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센싱 그리퍼를 설명하기 위한 도면들이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 센싱 그리퍼(10)는, 물체와 접촉되어 이를 그립 또는 파지하는 적어도 둘 이상으로 구비되는 손가락부(100)를 포함할 수 있다. 이때, 센싱 그리퍼(10)는 이러한 손가락부(100)를 지지하고 동작시키는 손바닥부(200) 및 손목부(300)를 더 포함할 수 있다.
이러한 손바닥부(200) 및 손목부(300)에 대해 간략히 설명하면, 먼저, 손바닥부(200)는 손가락부(100)의 장착 공간을 제공한다. 손바닥부(200)는 장착되는 손가락부(100)를 지지하는 홀더일 수 있다. 이러한 손바닥부(200)는 손가락부(100)와 손목부(300) 사이에 구비된다. 즉, 손바닥부(200)의 상측으로는 손가락부(100)가 장착되고, 이의 하측으로는 손목부(300)가 연결될 수 있다.
손목부(300)는 손바닥부(200) 하측에 연결될 수 있다. 이때, 손목부(300)에는 손가락부(100)를 동작시키는 적어도 하나의 엑추에이터(미도시)가 탑재될 수 있다. 적어도 하나의 엑추에이터(미도시)는 손바닥부(200)를 통해 손가락부(100)와 연결되어, 이를 동작시킬 수 있다. 이때, 엑추에이터(미도시)는 손가락부(100)의 형성 개수에 대응되는 개수로 구비될 수 있고, 하나의 통합형 엑추에이터(미도시)가 여러 개의 손가락부(100)를 동시에 제어할 수 있다. 이러한 엑추에이터(미도시)는 예컨대, 구동 모터 및 다양한 기어류의 조합으로 이루어질 수 있다.
손가락부(100)는 물체에 대한 파지가 가능하도록 적어도 둘 이상으로 구비될 수 있다. 손가락부(100)는 손바닥부(200)의 상측을 향하도록 손바닥부(200)에 장착될 수 있으며, 손목부(300)에 구비되는 엑추에이터(미도시)와 연결되어, 구부림 및 펴는 동작을 수행할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 손가락부(100)는 제1 마디부(110), 제2 마디부(120) 및 관절부(130)를 포함하여 형성될 수 있다.
제1 마디부(110)는 손가락부(100)에서 최외측 마디 부분으로 정의될 수 있다. 즉, 제1 마디부(110)는 물체를 그립 또는 파지할 때, 손가락부(100)에서 물체와 직접적으로 접촉되는 부분 또는 물체에 집중적으로 접촉되는 부분으로, 손가락부(100) 동작 시 힘이 집중되는 손가라부(100)의 말단 부분이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 마디부(110)는 제1 지골(111) 및 제1 센서 스킨(112)을 포함하여 형성될 수 있다.
제1 지골(111)은 제1 센서 스킨(112)의 형상을 지지하는 부재로, 실제 손가락에서의 손가락 뼈 역할을 하며, 이에 상응되는 설정 부피 및 형상을 가질 수 있다. 제1 지골(111)의 적어도 일측 표면은 제1 센서 스킨(112)으로 가려질 수 있다. 이러한 제1 지골(111)은 제1 센서 스킨(112)보다 강성을 가질 수 있다. 즉, 제1 지골(111)은 제1 센서 스킨(112)보다 연성이 약할 수 있다. 예를 들어, 제1 지골(111)은 내열성의 폴리우레탄 수지(ex. SMOOTH-ON 사의 Task 8)로 이루어질 수 있다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 제1 지골(111)은 다양한 종류의 세미-리지드 엘라스토머 소재로 이루어질 수 있다.
제1 센서 스킨(112)은 제1 지골(111)의 적어도 일측 표면에 형성될 수 있다. 제1 센서 스킨(112)은 제1 지골(111)을 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다.
제1 센서 스킨(112)은 제1 지골(111)보다 큰 연성을 가질 수 있다. 이에 따라, 물체와 접촉되는 제1 센서 스킨(112)은 가해지는 접촉 힘에 따라 변형될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 센서 스킨(112)은 물체와 접촉 시 물체에 가해지는 접촉 힘을 센싱할 수 있다. 이와 더불어, 제1 센서 스킨(112)은 접촉 지점의 위치 또한 센싱할 수 있다. 이와 같이, 제1 센서 스킨(112)에 의해 센싱된 접촉 힘과 접촉 지점의 위치에 관한 정보는 기록 및 저장되어, 물체에 대한 그립 또는 파지 작업을 수행하게 될 그리퍼(10)에 구비되는 손가락부(100)의 접촉 힘을 제어하는 설정 값으로 활용될 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 센서 스킨(112)은 다층 광 센서 구조로 이루어질 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에서, 제1 센서 스킨(112)은 제1 하부 센서 레이어(112a), 제1 상부 센서 레이어(112b) 및 제1 코어 센서 레이어(112c)를 포함하여 형성될 수 있다.
제1 하부 센서 레이어(112a)는 제1 지골(111)의 적어도 일측 표면에 층을 이루는 형태로 형성될 수 있다. 제1 하부 센서 레이어(112a)는 엘라스토머 소재로 이루어질 수 있다. 이때, 제1 상부 센서 레이어(112b)와 연성 차이를 갖기 위해, 제1 상부 센서 레이어(112b)와는 다른 종류의 엘라스토머로 이루어질 수 있다.
제1 하부 센서 레이어(112a)는 제1 상부 센서 레이어(112b)보다 상대적으로 연성이 작을 수 있다. 이는, 제1 마디부(110)가 물체와 접촉 시 제1 상부 센서 레이어(112b)만을 변형시켜 접촉 힘을 센싱하기 위함이다. 일례로, 제1 하부 센서 레이어(112a)는 세미-리지드 블랙 우레탄 캐스팅 수지(ex. SMOOTH-ON 사의 Task 13)로 이루어질 수 있다.
한편, 제1 하부 센서 레이어(112a)의 상면에는 적외선을 통과시키는 제1 코어 센서 레이어(112c)의 형성을 위한 도파관이 깊이 방향으로 구비될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에서, 제1 하부 센서 레이어(112a)는 서로 교차되는 2개의 도파관을 구비할 수 있다. 이를 통해, 제1 하부 센서 레이어(112a) 상에는 서로 교차되는 2개의 제1 코어 센서 레이어(112c)가 형성될 수 있다. 여기서, 도파관이 많이 형성될수록 그 만큼 제1 코어 센서 레이어(112c)의 형성 개수도 늘어나게 되며, 이에 따라, 접촉 힘을 센싱하는 센싱 감도 또한 더욱 향상될 수 있다.
이때, 제1 하부 센서 레이어(112a)의 내측에는 제1 코어 센서 레이어(112c)를 통과하는 적외선의 전반사 량을 늘려 센싱 감도를 향상시키기 위해, 색소가 분산될 수 있다.
제1 상부 센서 레이어(112b)는 제1 하부 센서 레이어(112a) 상에 형성될 수 있다. 제1 상부 센서 레이어(112b)는 제1 마디부(110)에서 외부로 노출되어, 물체와 접촉되는 부분이다. 이러한 제1 상부 센서 레이어(112b)는 엘라스토머 소재로 이루어질 수 있다. 이때, 제1 상부 센서 레이어(112b)는 제1 하부 센서 레이어(112a)와 연성 차이를 갖기 위해, 제1 하부 센서 레이어(112a)와는 다른 종류의 엘라스토머로 이루어질 수 있다.
제1 상부 센서 레이어(112b)는 제1 하부 센서 레이어(112a)보다 상대적으로 연성이 클 수 있다. 이를 통해, 물체와 접촉 시 물체와 직접 접촉되는 제1 상부 센서 레이어(112b)만이 변형될 수 있다. 일례로, 제1 상부 센서 레이어(112b)는 실리콘 수지(ex. SMOOTH-ON 사의 Eco-Flex 30)로 이루어질 수 있다.
제1 상부 센서 레이어(112b)는 제1 하부 센서 레이어(112a) 상에서, 제1 하부 센서 레이어(112a)의 상면에 깊이 방향으로 구비된 도파관에 형성되는 제1 코어 센서 레이어(112c)를 제1 하부 센서 레이어(112b)와 함께 감싸는 형태로 구비될 수 있다.
이때, 제1 상부 센서 레이어(112b)의 내측에는 제1 하부 센서 레이어(112a)와 마찬가지로, 제1 코어 센서 레이어(112c)를 통과하는 적외선의 전반사 량을 늘려 센싱 감도를 향상시키기 위해, 색소가 분산될 수 있다.
제1 코어 센서 레이어(112c)는 제1 하부 센서 레이어(112a)와 제1 상부 센서 레이어(112b) 사이에 형성될 수 있다. 제1 코어 센서 레이어(112c)는 복수 개로 구비될 수 있다.
도 5를 참조하면, 복수 개의 제1 코어 센서 레이어((112c)는 서로 교차되는 형태, 예컨대, 십자가 형태로 배열될 수 있다. 제1 코어 센서 레이어(112c)는 제1 하부 센서 레이어(112a)에 구비되는 십자가 구조를 이루는 2개의 도파관에 형성되어 십자가 구조를 이룰 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 코어 센서 레이어(112c)는 광 도파 모드를 가질 수 있다. 이를 위해, 도시하진 않았지만, 하나의 제1 코어 센서 레이어(112c)의 일측에는 제1 광원, 예컨대, LED가 구비되고, 타측에는 포토 다이오드가 구비될 수 있다. 이에 따라, 제1 광원으로부터 출사되는 광은 제1 코어 센서 레이어(112c)를 통과하여 포토 다이오드 측으로 입사되어 전기적 신호로 변환될 수 있다. 이때, 물체와 접촉 시 제1 상부 센서 레이어(112b) 및 제1 코어 센서 레이어(112c)는 변형되고, 그 접촉 힘에 따라, 변형되는 정도가 달라지게 된다. 이로 인해, 수광부인 포토 다이오드 측으로 입사되는 광량에도 변화가 생기므로, 포토 다이오드에 의해 생성되는 전기적 신호를 통해, 물체에 어느 정도의 접촉 힘이 가해졌는지 가늠할 수 있게 된다.
또한, 상기 하나의 제1 코어 센서 레이어(112c)와 교차 배치되는 다른 하나의 제1 코어 센서 레이어(112c)의 일측에는 제2 광원, 예컨대, IRED가 구비되고, 타측에는 포토 다이오드가 구비될 수 있다. 이에 따라, 제2 광원으로부터 출사되는 다른 하나의 제1 코어 센서 레이어(112c)를 통과하여 포토 다이오드 측으로 입사되고, 포토 다이오드에 의해 전기적 신호로 변환될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 서로 다른 2개의 광원을 사용하는 이유는 2개의 제1 코어 센서 레이어(112c)가 십자가 형태로 교차됨에 따라, 중심 부분을 공유하게 되는데, 이 경우, 2개의 제1 코어 센서 레이어(112c) 각각의 도파 모드에 간섭이 발생되는 것을 방지하기 위함이다.
한편, 제1 코어 센서 레이어(112c)는 제1 하부 센서 레이어(112a)와 제1 상부 센서 레이어(112b)의 중간 연성을 가질 수 있다. 즉, 제1 하부 센서 레이어(112a), 제1 코어 센서 레이어(112c) 및 제1 상부 센서 레이어(112b) 순으로 연성이 증가될 수 있다. 이를 위해, 제1 코어 센서 레이어(112c)는 제1 하부 센서 레이어(112a)와 제1 상부 센서 레이어(112b)와는 또 다른 엘라스토머 소재로 이루어질 수 있다. 일례로, 제1 코어 센서 레이어(112c)는 우레탄 러버(ex. SMOOTH-ON 사의 VytaFlex 30)로 이루어질 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제2 마디부(120)는 제2 지골(121) 및 제2 센서 스킨(122)을 포함하여 형성될 수 있다.
제2 지골(121)은 제2 센서 스킨(122)의 형상을 지지하는 부재로, 실제 손가락에서의 손가락 뼈 역할을 하며, 이에 상응되는 설정 부피 및 형상을 가질 수 있다. 제2 지골(121)의 적어도 일측 표면은 제2 센서 스킨(122)으로 가려질 수 있다. 이러한 제2 지골(121)은 제2 센서 스킨(122)보다 강성을 가질 수 있다. 즉, 제2 지골(121)은 제1 센서 스킨(122)보다 연성이 약할 수 있다.
이러한 제2 지골(121)은 제1 지골(111)과 동일한 재질로 구비될 수 있다. 예를 들어, 제2 지골(121)은 내열성의 폴리우레탄 수지(ex. SMOOTH-ON 사의 Task 8)로 이루어질 수 있다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 제2 지골(121)은 다양한 종류의 세미-리지드 엘라스토머 소재로 이루어질 수 있다.
제2 센서 스킨(122)은 제2 지골(121)의 적어도 일측 표면에 형성될 수 있다. 제2 센서 스킨(122)은 제2 지골(121)을 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다.
제2 센서 스킨(122)은 제2 지골(121)보다 큰 연성을 가질 수 있다. 이에 따라, 물체와 접촉되는 제2 센서 스킨(122)은 가해지는 접촉 힘에 따라 변형될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 센서 스킨(122)은 물체와 접촉 시 물체에 가해지는 접촉 힘을 센싱할 수 있다. 이와 더불어, 제2 센서 스킨(122)은 접촉 지점의 위치 또한 센싱할 수 있다. 이와 같이, 제2 센서 스킨(122)에 의해 센싱된 접촉 힘과 접촉 지점의 위치에 관한 정보는 기록 및 저장되어 파지 작업을 수행하는 그리퍼(10)의 힘을 제어하는 설정 값으로 활용될 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 센서 스킨(122)은 제1 센서 스킨(112)과 마찬가지로, 다층 광 센서 구조로 이루어질 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에서, 제2 센서 스킨(122)은 제2 하부 센서 레이어(122a), 제2 상부 센서 레이어(122b) 및 제2 코어 센서 레이어(122c)를 포함하여 형성될 수 있다.
제2 하부 센서 레이어(122a)는 제2 지골(121)의 적어도 일측 표면에 층을 이루는 형태로 형성될 수 있다. 제2 하부 센서 레이어(122a)는 엘라스토머 소재로 이루어질 수 있다. 이때, 제2 상부 센서 레이어(122b)와 연성 차이를 갖기 위해, 제2 상부 센서 레이어(122b)와는 다른 종류의 엘라스토머로 이루어질 수 있다.
제2 하부 센서 레이어(122a)는 제2 상부 센서 레이어(122b)보다 상대적으로 연성이 작을 수 있다. 이는, 제2 마디부(120)가 물체와 접촉 시 제2 상부 센서 레이어(122b)만을 변형시켜 접촉 힘을 센싱하기 위함이다.
이러한 제2 하부 센서 레이어(122a)는 제1 하부 센서 레이어(112a)와 동일한 재질로 구비될 수 있다. 일례로, 제2 하부 센서 레이어(122a)는 제1 하부 센서 레이어(112a)와 마찬가지로, 세미-리지드 블랙 우레탄 캐스팅 수지(ex. SMOOTH-ON 사의 Task 13)로 이루어질 수 있다.
한편, 제2 하부 센서 레이어(122a)의 상면에는 적외선을 통과시키는 제2 코어 센서 레이어(122c)의 형성을 위한 도파관이 깊이 방향으로 구비될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에서, 제2 하부 센서 레이어(122a)는 1개의 도파관을 구비할 수 있다. 이를 통해, 제2 하부 센서 레이어(122a) 상에는 1개의 제2 코어 센서 레이어(122c)가 형성될 수 있다. 이는, 제2 마디부(120)가 제1 마디부(110)와 달리 물체와의 접촉이 상대적으로 덜한 손가락부(100)의 일측 부분이기 때문이다.
이때, 제2 하부 센서 레이어(122a)의 내측에는 제2 코어 센서 레이어(122c)를 통과하는 적외선의 전반사 량을 늘려 센싱 감도를 향상시키기 위해, 색소가 분산될 수 있다.
제2 상부 센서 레이어(122b)는 제2 하부 센서 레이어(122a) 상에 형성될 수 있다. 제2 상부 센서 레이어(122b)는 제2 마디부(120)에서 외부로 노출되어, 물체와 접촉되는 부분이다. 이러한 제2 상부 센서 레이어(122b)는 엘라스토머 소재로 이루어질 수 있다. 이때, 제2 상부 센서 레이어(122b)는 제2 하부 센서 레이어(122a)와 연성 차이를 갖기 위해, 제2 하부 센서 레이어(122a)와는 다른 종류의 엘라스토머로 이루어질 수 있다.
제2 상부 센서 레이어(122b)는 제2 하부 센서 레이어(122a)보다 상대적으로 연성이 클 수 있다. 이를 통해, 물체와 접촉 시 물체와 직접 접촉되는 제2 상부 센서 레이어(122b)만이 변형될 수 있다.
이러한 제2 상부 센서 레이어(122b)는 제1 상부 센서 레이어(112b)와 동일한 재질로 구비될 수 있다. 일례로, 제2 상부 센서 레이어(122b)는 제1 상부 센서 레이어(112b)와 마찬가지로, 실리콘 수지(ex. SMOOTH-ON 사의 Eco-Flex 30)로 이루어질 수 있다.
제2 상부 센서 레이어(122b)는 제2 하부 센서 레이어(122a) 상에서, 제2 하부 센서 레이어(122a)의 상면에 깊이 방향으로 구비된 도파관에 형성되는 제2 코어 센서 레이어(122c)를 제2 하부 센서 레이어(122b)와 함께 감싸는 형태로 구비될 수 있다.
이때, 제2 상부 센서 레이어(122b)의 내측에는 제2 하부 센서 레이어(122a)와 마찬가지로, 제2 코어 센서 레이어(122c)를 통과하는 적외선의 전반사 량을 늘려 센싱 감도를 향상시키기 위해, 색소가 분산될 수 있다.
제2 코어 센서 레이어(122c)는 제2 하부 센서 레이어(122a)와 제2 상부 센서 레이어(122b) 사이에 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서, 제2 코어 센서 레이어(122c)는 제1 코어 센서 레이어(112c)보다 적은 개수로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서는 제1 코어 센서 레이어(112c)가 십자가 형태를 이루는 2개로 구비됨에 따라, 제2 코어 센서 레이어(122c)는 1개로 구비될 수 있다. 이는, 제2 코어 센서 레이어(122c)가 구비되는 제2 마디부(120)가 제1 마디부(110)보다 물체와의 접촉이 상대적으로 덜하기 때문이다.
즉, 도 8을 참조하면, 제2 하부 센서 레이어(122a)와 제2 상부 센서 레이어(122b) 사이에는 하나의 제2 코어 센서 레이어((122c)가 일 방향으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 코어 센서 레이어(122c)는 광 도파 모드를 가질 수 있다. 이를 위해, 도시하진 않았지만, 제2 코어 센서 레이어(122c)의 일측에는 LED나 IRED 등의 광원이 구비되고, 타측에는 포토 다이오드가 구비될 수 있다. 이에 따라, 상기 광원으로부터 출사되는 광, 예컨대, 적외선은 제2 코어 센서 레이어(122c)를 통과하여 포토 다이오드 측으로 입사되고, 포토 다이오드에 의해 전기적 신호로 변환될 수 있다.
한편, 제2 코어 센서 레이어(122c)는 제2 하부 센서 레이어(122a)와 제2 상부 센서 레이어(122b)의 중간 연성을 가질 수 있다. 즉, 제2 하부 센서 레이어(122a), 제2 코어 센서 레이어(122c) 및 제2 상부 센서 레이어(122b) 순으로 연성이 증가될 수 있다. 이를 위해, 제2 코어 센서 레이어(122c)는 제2 하부 센서 레이어(122a)와 제2 상부 센서 레이어(122b)와는 또 다른 엘라스토머 소재로 이루어질 수 있다. 이러한 제2 코어 센서 레이어(122c)는 제1 코어 센서 레이어(112c)와 동일한 재질로 구비될 수 있다. 일례로, 제2 코어 센서 레이어(122c)는 제1 코어 센서 레이어(112c)와 마찬가지로, 우레탄 러버(ex. SMOOTH-ON 사의 VytaFlex 30)로 이루어질 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 관절부(130)는 제1 마디부(110)와 제2 마디부(120) 사이에 구비될 수 있다. 관절부(130)는 제1 마디부(110)와 제2 마디부(120)를 연결할 수 있다. 손가락부(100)는 이러한 관절부(130)에 의해 구부러짐 동작 및 펴짐 동작을 수행할 수 있다.
관절부(130)는 손가락부(100)가 물체를 파지하려고 할 때, 구부러짐으로써, 제1 마디부(110) 또는 제1 마디부(110)와 제2 마디부(120)를 물체에 접촉 가능하게 할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 관절부(130)는 구부러짐에 따른 자체 굽힘 각도를 센싱할 수 있다. 이와 같이, 관절부(130)에 의해 센싱된 관절의 굽힘 각도에 관한 정보는 기록 및 저장되어, 물체에 대한 그립 또는 파지 작업을 수행하게 될 그리퍼(10)에 구비되는 손가락부(100)의 굽힘 각도를 제어하는 설정 값으로 활용될 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 관절부(130)는 코어 센서부(131) 및 외피부(132)를 포함하여 형성될 수 있다.
코어 센서부(131)는 일 방향으로 연장될 수 있다. 코어 센서부(131)의 길이 방향 양측 단부는 제1 마디부(110) 및 제2 마디부(120)에 각각 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 코어 센서부(131)는 광 도파 모드를 가질 수 있다. 이를 위해, 도시하진 않았지만, 코어 센서부(131)의 길이 방향 일측에는 LED나 IRED 등의 광원이 구비되고, 타측에는 포토 다이오드가 구비될 수 있다. 이에 따라, 광원으로부터 출사되는 광, 예컨대, 적외선은 코어 센서부(131)를 길이 방향으로 통과하여 포토 다이오드 측으로 입사되고, 포토 다이오드에 의해 전기적 신호로 변환될 수 있다.
이러한 코어 센서부(131)는 엘라스토머 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 코어 센서부(131)는 세미-리지드 블랙 우레탄 캐스팅 수지(ex. SMOOTH-ON 사의 Task 13)로 이루어질 수 있다.
외피부(132)는 코어 센서부(131)의 외주면을 감싸는 형태로 구비될 수 있다. 이에 따라, 외피부(132)만이 외부로 노출될 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 외피부(132)는 코어 센서부(131)를 통과하는 광, 예컨대, 적외선의 전반사 량을 늘려 센싱 감도를 향상시키기 위해, 내부에 색소를 포함할 수 있다.
이러한 외피부(132)는 코어 센서부(131)와 마찬가지로 엘라스토머 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 외피부(132)는 세미-리지드 블랙 우레탄 캐스팅 수지(ex. SMOOTH-ON 사의 Task 13)로 이루어질 수 있다.
한편, 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 손가락부(100)는 제3 마디부(140)를 더 포함할 수 있다.
제3 마디부(140)는 제2 마디부(120)와 손바닥부(200) 사이에 위치할 수 있다. 이때, 제2 마디부(120)와 제3 마디부(140)를 연결하기 위해, 제2 마디부(120)와 제3 마디부(140) 사이에는 관절부(130)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 손가락부(100)는 실제 손가락과 같은 관절 동작을 수행할 수 있다.
이러한 제3 마디부(140)는 제3 지골(141) 및 스킨(142)을 포함하여 형성될 수 있다.
제3 지골(141)은 스킨(142)의 형상을 지지하는 부재로, 실제 손가락에서의 손가락 뼈 역할을 하며, 이에 상응되는 설정 부피 및 형상을 가질 수 있다. 제3 지골(141)의 적어도 일측 표면은 스킨(142)에 의해 가려질 수 있다. 이러한 제3 지골(141)은 제1 지골(111) 및 제2 지골(121)과 동일한 재질로 구비되며 동일한 역할을 하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
스킨(142)는 제3 지골(141)의 적어도 일측 표면에 형성될 수 있다. 이때, 스킨(142)은 제3 지골(141)보다 큰 연성을 가질 수 있다. 이때, 스킨(142)은 제3 지골(141)을 외부 환경으로부터 보호하는 역할만 할 뿐, 센서로서 작용하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 스킨(142)은 제3 지골(141)과 접하는 하부 레이어(142a) 및 하부 레이어(142a)를 덮는 상부 레이어(142b)를 포함할 수 있다. 이때, 하부 레이어(142a)와 상부 레이어(142b)는 동일 또는 다른 종류의 엘라스토머로 이루어질 수 있다. 하지만, 이는, 일례일 뿐, 스킨(142)은 단층으로도 구비될 수 있다. 또한, 스킨(142)은 필요에 따라 생략될 수도 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 센싱 그리퍼 제조방법에 대하여, 도 12 내지 도 16을 참조하여 설명하기로 한다. 이때, 각 구성들의 도면 부호는 도 1 내지 도 11을 참조한다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센싱 그리퍼 제조방법을 나타낸 흐름도이며, 도 13은 도 12의 S110 단계에 사용되는 리지드 몰드, 소프트 몰드 및 이를 통해 성형된 지골들을 나타낸 참고도이고, 도 14는 도 12의 S120 단계에 사용되는 하부 센서 레이어 형성에 사용되는 리지드 몰드, 소프트 몰드 및 이를 통해 표면에 하부 센서 레이어가 형성된 지골들을 나타낸 참고도이며, 도 15는 도 12의 S120 단계에서 상부 센서 레이어 형성에 사용되는 리지드 몰드, 소프트 몰드 및 이를 통해 만들어진 제1 마디부 내지 제3 마디부를 나타낸 참고도이고, 도 16은 도 12의 S130 단계에 사용되는 리지드 몰드, 소프트 몰드 및 이를 통해 제조된 센싱 그리퍼의 손가락부를 나타낸 참고도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 센싱 그리퍼 제조방법은, 지골 성형 단계(S110), 센서 스킨 형성 단계(S120) 및 관절부 형성 단계(S130)를 포함할 수 있다.
먼저, 도 13을 참조하면, 지골 성형 단계(S110)는 제1 지골(111) 및 제2 지골(121)을 동시 성형하는 단계이다. 이때, 지골 성형 단계(S110)에서는 제3 지골(141) 또한 동시 성형할 수 있다.
지골 형성 단계(S110)에서는 먼저, 3D 프린팅을 통해 제1 지골(111), 제2 지골(121) 및 제3 지골(141)이 양각 형성된 리지드 몰드(RM1)를 제작한다. 그 다음, 지골 형성 단계(S110)에서는 이러한 리지드 몰드(RM1)에 엘라스토머를 채운다. 이때, 엘라스토머로는 SMOOTH-ON 사의 Dragon Skin 30 제품이 사용될 수 있으나, 원하는 신축성에 따라 다양한 엘라스토머 제품이 사용될 수 있음은 물론이다.
그 다음, 지골 형성 단계(S110)에서는 엘라스토머가 채워진 리지드 몰드(RM1)를 진공 챔버에 넣어 기포를 제거한 후, 오븐에 넣고 건조시킨다. 그 다음, 지골 형성 단계(S110)에서는 리지드 몰드(RM1)로부터 엘라스토머가 건조되어 만들어진 소프트 몰드(SM1)를 떼어낸다.
그 다음, 지골 형성 단계(S110)에서는 지골 성형을 위한 엘라스토머, 예컨대, SMOOTH-ON 사의 Task 8 제품을 소프트 몰드(SM1)에 빠르게 넣고, 이것이 완전히 굳을 때까지 대략 15분 정도 기다린다. 이를 통해, 지골 형성 단계(S110)에서는 손가락부(100)의 제1 마디부(110)를 이루는 제1 지골(111), 손가락부(100)의 제2 마디부(120)를 이루는 제2 지골(121) 및 손가락부(100)의 제3 마디부(140)를 이루는 제3 지골(141)을 하나의 소프트 몰드(SM1)로 동시에 성형하게 된다.
다음으로, 센서 스킨 형성 단계(S120)는 제1 지골(111) 및 제2 지골(121)의 적어도 일측 표면에 물체와 접촉 시 물체에 가해지는 접촉 힘을 센싱하는 센서 스킨(112, 122)을 형성하는 단계이다.
도 14를 참조하면, 먼저, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 먼저, 제1 지골(111)의 표면에 형성될 제1 하부 센서 레이어(112a), 제2 지골(121)의 표면에 형성될 제2 하부 센서 레이어(122a) 및 제3 지골(141)의 표면에 형성될 하부 레이어(142a)의 형태가 양각 형성된 리지드 몰드(RM2)를 제작한다. 그 다음, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 이러한 리지드 몰드(RM2)에 엘라스토머를 채운다. 이때, 엘라스토머로는 SMOOTH-ON 사의 Dragon Skin 30 제품이 사용될 수 있으나, 원하는 신축성에 따라 다양한 엘라스토머 제품이 사용될 수 있음은 물론이다.
그 다음, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 엘라스토머가 채워진 리지드 몰드(RM2)를 진공 챔버에 넣어 기포를 제거한 후, 오븐에 넣고 건조시킨다. 그 다음, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 리지드 몰드(RM2)로부터 엘라스토머가 건조되어 만들어진 소프트 몰드(SM2)를 떼어낸다.
그 다음, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 소프트 몰드(SM2)에 Easy Release 스프레이를 뿌려준다. 그 다음, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 소프트 몰드(SM2)에 제1 지골(111), 제2 지골(121) 및 제3 지골(141)을 넣은 후, 제1 하부 센서 레이어(112a), 제2 하부 센서 레이어(122a) 및 하부 레이어(142a)가 형성될 공간에 엘라스토머, 예컨대, SMOOTH-ON 사의 Task 13 제품을 채우고 오븐에서 30분간 건조시킨다. 이때, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 엘라스토머에 색소를 첨가할 수 있다. 이를 통해, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 제1 지골(111)의 표면에 제1 하부 센서 레이어(112a), 제2 지골(121)의 표면에 제2 하부 센서 레이어(122a) 및 제3 지골의 표면에 하부 레이어(142a)를 하나의 소프트 몰드(SM2)로 동시에 형성하게 된다.
그 다음, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 제1 하부 센서 레이어(112a) 및 제2 하부 센서 레이어(122a)에 형성되어 있는 도파관들의 길이 방향 일측에 서로 다른 광원인 LED 및 IRED를 부착하고, 각각의 광원에 대응되는 포토 다이오드를 도파관들의 길이 방향 타측에 부착한다.
그 다음, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 엘라스토머, 예컨대, SMOOTH-ON 사의 Vyta Flex 30 제품을 도파관을 따라 넘치지 않게 채우고 건조시켜, 제1 코어 센서 레이어(112c) 및 제2 코어 센서 레이어(122c)를 형성할 수 있다. 이때, 스킨 형성 단계(S120)에서는 엘라스토머를 도파관에 채우기 전, 진공 챔버에서 이의 내부에 생성되어 있는 기포를 제거하는 과정을 진행하는 것이 바람직하다.
도 15를 참조하면, 그 다음, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 제1 코어 센서 레이어(112c)가 형성된 제1 하부 센서 레이어(112a) 상에 형성될 제1 상부 센서 레이어(112b), 제2 코어 센서 레이어(122c)가 형성된 제2 하부 센서 레이어(122a) 상에 형성될 제2 상부 센서 레이어(122b) 및 하부 센서 레이어(142a) 상에 형성될 상부 레이어(142b)의 형태가 양각 형성된 리지드 몰드(RM3)를 제작한다. 그 다음, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 이러한 리지드 몰드(RM3)에 엘라스토머, 예컨대, SMOOTH-ON 사의 Dragon Skin 30 제품을 채운다.
그 다음, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 엘라스토머가 채워진 리지드 몰드(RM3)를 진공 챔버에 넣어 기포를 제거한 후, 오븐에 넣고 건조시킨다. 그 다음, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 리지드 몰드(RM3)로부터 엘라스토머가 건조되어 만들어진 소프트 몰드(SM3)를 떼어낸다.
그 다음, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 소프트 몰드(SM3)에 Easy Release 스프레이를 뿌려준다. 그 다음, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 소프트 몰드(SM3)에 제1 하부 센서 레이어(112a) 및 제1 코어 센서 레이어(112c)가 형성된 제1 지골(111), 제2 하부 센서 레이어(122a) 및 제2 코어 센서 레이어(122c)가 형성된 제2 지골(121) 및 하부 센서 레이어(142a)가 형성된 제3 지골(141)을 넣은 후, 제1 상부 센서 레이어(112b), 제2 상부 센서 레이어(122b) 및 상부 레이어(142b)가 형성될 공간에 엘라스토머, 예컨대, SMOOTH-ON 사의 Eco-Flex 30 제품을 채우고 오븐에서 30분간 건조시킨다. 이때, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 상기 엘라스토머에 색소를 첨가할 수 있다. 이를 통해, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 제1 코어 센서 레이어(112c)가 형성된 제1 하부 센서 레이어(112a) 상에 제1 상부 센서 레이어(112b), 제2 코어 센서 레이어(122c)가 형성된 제2 하부 센서 레이어(122a) 상에 제2 상부 센서 레이어(122b) 및 하부 레이어(142a) 상에 상부 레이어(142b)를 하나의 소프트 몰드(SM3)로 동시에 형성하게 된다. 즉, 센서 스킨 형성 단계(S120)에서는 제1 지골(111)의 표면에 제1 센서 스킨(112)이 형성된 제1 마디부(110), 제2 지골(121)의 표면에 제2 센서 스킨(122)이 형성된 제2 마디부(120) 및 제3 지골(141)의 표면에 스킨(142)이 형성된 제3 마디부(140)를 동시에 성형하게 된다.
마지막으로, 관절부 형성 단계(S130)는 제1 지골(111)과 제2 지골(121) 사이에, 즉, 제1 마디부(110)와 제2 마디부(120) 사이에, 구부러짐 동작 시 자체 굽힘 각도를 센싱하는 관절부(130)를 형성하는 단계이다.
관절부 형성 단계(S130)에서는 제1 마디부(110)와 제2 마디부(120) 사이에 광 도파 모드를 갖는 코어 센서부(131) 및 코어 센서부(131)의 외주면을 감싸는 외피부(132)를 차례로 형성하는 관절부(130)를 형성할 수 있다. 또한, 관절부 형성 단계(S130)에서는 제2 마디부(120)와 제3 마디부(140) 사이에도 관절부(130)를 형성할 수 있다.
이를 위해, 관절부 형성 단계(S130)에서는 전술한 바와 같은 방식으로, 리지드 몰드(RM4) 및 소프트 몰드(SM4)를 제작한 다음, 소프트 몰드(SM4)의 해당 위치에 제1 마디부(110), 제2 마디부(120) 및 제3 마디부(140)를 위치시킨다. 그 다음, 관절부 형성 단계(S130)에서는 관절부(130)가 형성될 부분의 길이 방향 일측과 타측에 각각, 예컨대, LED와 포토 다이오드를 고정시킨다. 그 다음, 관절부 형성 단계(S130)에서는 관절부(130)가 형성될 소프트 몰드(SM4) 영역에 엘라스토머, 예컨대, SMOOTH-ON 사의 Task 13 제품을 채우고 오븐에서 30분간 건조시켜, 코어 센서부(131)를 형성한 후, 다시 동일한 엘라스토머를 코어 센서부(131) 주변으로 채운 후 건조시켜, 코어 센서부(131)의 외주면에 외피부(132)를 형성한다. 이때, 외피부(132) 형성을 위한 엘라스토머에는 색소가 첨가될 수 있다.
이와 같은 관절부 형성 단계(S130)가 완료되면, 관절부(130)에 의해 각각 연결된 제1 마디부(110), 제2 마디부(120) 및 제3 마디부(140)를 구비하는 손가락부(100)가 제조된다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10; 힘 센싱 그리퍼 100; 손가락부
200; 손바닥부 300; 손목부
110; 제1 마디부 111; 제1 지골
112; 제1 센서 스킨 112a; 제1 하부 센서 레이어
112b; 제1 상부 센서 레이어 112c; 제2 코어 센서 레이어
120; 제2 마디부 121; 제2 지골
122; 제2 센서 스킨 122a; 제2 하부 센서 레이어
122b; 제2 상부 센서 레이어 122c; 제2 코어 센서 레이어
130; 관절부 131; 코어 센서부
132; 외피부 140; 제3 마디부
141; 제3 지골 142; 스킨
142a; 하부 레이어 142b; 상부 레이어

Claims (12)

  1. 제1 지골 및 상기 제1 지골의 적어도 일측 표면에 형성되고 상기 제1 지골보다 큰 연성을 가지며 물체와 접촉 시 상기 물체에 가해지는 접촉 힘을 센싱하는 제1 센서 스킨을 포함하는 제1 마디부;
    제2 지골 및 상기 제2 지골의 적어도 일측 표면에 형성되고 상기 제2 지골보다 큰 연성을 가지며 상기 물체와 접촉 시 상기 물체에 가해지는 접촉 힘을 센싱하는 제2 센서 스킨을 포함하는 제2 마디부; 및
    상기 제1 마디부와 상기 제2 마디부를 연결하며, 손가락부의 파지 동작 시 구부러지되, 구부러짐에 따른 자체 굽힘 각도를 센싱하는 관절부;를 포함하며 적어도 둘 이상으로 구비되는 손가락부를 포함하되,
    상기 제1 센서 스킨은,
    상기 제1 지골의 적어도 일측 표면에 형성되는 제1 하부 센서 레이어;
    상기 제1 하부 센서 레이어 상에 형성되며 외부로 노출되는 제1 상부 센서 레이어; 및
    상기 제1 하부 센서 레이어와 제1 상부 센서 레이어 사이에 형성되며 광 도파 모드를 갖는 제1 코어 센서 레이어를 포함하는, 센싱 그리퍼.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 코어 센서 레이어는 복수 개로 형성되며, 복수 개의 상기 제1 코어 센서 레이어는 서로 교차되는 형태로 배열되는, 센싱 그리퍼.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 센서 스킨은,
    상기 제2 지골의 적어도 일측 표면에 형성되는 제2 하부 센서 레이어;
    상기 제2 하부 센서 레이어 상에 형성되며 외부로 노출되는 제2 상부 센서 레이어; 및
    상기 제2 하부 센서 레이어와 제2 상부 센서 레이어 사이에 형성되며 광 도파 모드를 갖는 제2 코어 센서 레이어를 포함하되,
    상기 제2 코어 센서 레이어는 상기 제1 코어 센서 레이어보다 적은 개수로 형성되는, 센싱 그리퍼.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 하부 센서 레이어와 상기 제2 하부 센서 레이어는 제1 엘라스토머로 이루어지고, 상기 제1 코어 센서 레이어와 상기 제2 코어 센서 레이어는 제2 엘라스토머로 이루어지며, 상기 제1 상부 센서 레이어와 상기 제2 상부 센서 레이어는 제3 엘라스토머로 이루어지되,
    상기 제1 엘라스토머는 상대적으로 연성이 가장 작고, 상기 제3 엘라스토머는 상대적으로 연성이 가장 큰, 센싱 그리퍼.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 엘라스토머 및 상기 제3 엘라스토머는 색소를 포함하는, 센싱 그리퍼.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 관절부는,
    일 방향으로 연장되며 길이 방향 양측 단부가 각각 상기 제1 마디부와 제2 마디부에 결합되고 광 도파 모드를 갖는 코어 센서부; 및
    상기 코어 센서부의 외주면을 감싸는 형태로 구비되는 외피부를 포함하는, 센싱 그리퍼.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 외피부는 색소를 포함하는, 센싱 그리퍼.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 마디부와 상기 손바닥부 사이에 위치하는 제3 마디부를 더 포함하되,
    상기 제3 마디부는 제3 지골 및 상기 제3 지골의 적어도 일측 표면에 형성되고 상기 제3 지골보다 큰 연성을 갖는 스킨을 포함하며,
    상기 관절부는 상기 제2 마디부와 상기 제3 마디부 사이에 더 구비되는, 센싱 그리퍼.
  9. 센싱 그리퍼에 구비되는 손가락부의 말단 마디를 이루는 제1 지골 및 상기 손가락부의 중간 마디를 이루는 제2 지골을 동시 성형하는 지골 성형 단계;
    상기 제1 지골 및 상기 제2 지골의 적어도 일측 표면에 물체와 접촉 시 상기 물체에 가해지는 접촉 힘을 센싱하는 센서 스킨을 형성하는 센서 스킨 형성 단계; 및
    상기 제1 지골과 상기 제2 지골 사이에, 구부러짐 동작 시 자체 굽힘 각도를 센싱하는 관절부를 형성하는 관절부 형성 단계;를 포함하는, 센싱 그리퍼 제조방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 지골 성형 단계, 상기 센서 스킨 형성 단계 및 상기 관절부 형성 단계에서 사용되는 몰드는, 3D 프린팅을 통해 제작된 리지드 몰드에 엘라스토머를 채운 후 상기 엘라스토머를 건조시켜 만들어진 소프트 몰드인, 센싱 그리퍼 제조방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 센서 스킨 형성 단계는,
    상기 제1 지골 및 상기 제2 지골의 적어도 일측 표면에 하부 센서 레이어, 광 도파 모드를 갖는 코어 센서 레이어 및 외부로 노출되는 상부 센서 레이어를 차례로 적층시켜 다층 구조의 상기 센서 스킨을 형성하며,
    형성된 상기 센서 스킨에서, 상기 하부 센서 레이어의 연성이 상대적으로 가장 작고, 상기 상부 센서 레이어의 연성이 상대적으로 가장 큰, 센싱 그리퍼 제조방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 관절부 형성 단계는,
    적어도 일측 표면에 상기 센서 스킨이 형성된 상기 제1 지골과 제2 지골 사이에 상기 제1 지골과 제2 지골을 연결하며 광 도파 모드를 갖는 코어 센서부 및 상기 코어 센서부의 외주면을 감싸는 외피부를 차례로 형성하여 상기 관절부를 형성하는, 센싱 그리퍼 제조방법.
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