KR20190085816A - Force Sensor and Manufacturing Method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 외력 센서 및 그 제조 방법에 관련된 것으로 보다 구체적으로는 광학적인 방식으로 외력을 센싱하는 외력 센서 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.The present invention relates to an external force sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an external force sensor that senses an external force in an optical manner and a method of manufacturing the same.
물체와의 안정적인 접촉과 외형상의 적응을 위하여, 대부분의 로봇 그리퍼와 핸드는 소프트 재질의 피부를 포함하고 있다. 여기에 물체와의 접촉 지점에 힘을 측정하기 위한 센서를 집적하는데, 이는 로봇 그리퍼 혹은 핸드의 부피가 커지게 되고 이는 힘 측정 더욱 어렵게 만들뿐만 아니라 센서 자체를 보정해야하는 문제를 가지고 있다. 게다가 이러한 센서들은 상당히 비싸다. For stable contact with objects and adaptation to appearance, most robot grippers and hands contain soft-skinned skin. Here, a sensor for measuring the force at the point of contact with the object is integrated, which causes the robot gripper or the hand to become bulky, which makes the force measurement more difficult, as well as the problem of correcting the sensor itself. In addition, these sensors are quite expensive.
이에 본 발명자는 물체와의 안정적인 접촉을 제공하면서도 제조가 용이하며 소형화가 가능한 외력 센서 및 그 제조 방법을 발명하게 되었다.Thus, the present inventor invented an external force sensor capable of providing stable contact with an object while being easy to manufacture and capable of miniaturization, and a manufacturing method thereof.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 가해진 외력의 크기와 위치를 찾을 수 있는 외력 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an external force sensor capable of finding the magnitude and position of an applied external force and a method of manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 용이한 제조가 가능한 외력 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide an external force sensor capable of easy manufacture and a method of manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 적응형 파지를 제공하는 외력 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide an external force sensor that provides an adaptive grip and a method of manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 광학 방식으로 외력을 센싱하는 외력 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide an external force sensor for sensing an external force in an optical manner and a method of manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 소형화가 가능한 외력 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide an external force sensor capable of miniaturization and a manufacturing method thereof.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서는 내부층 및 상기 내부층의 외연의 일 측면, 상기 내부층의 단부 및 상기 내부층의 타 측면의 적어도 일부를 감싸는 적어도 하나의 외력 센싱부를 포함하되, 상기 외력 센싱부는, 유연성을 가지는 도파관 바디(wave guide body) 및 상기 도파관 바디에 내측에 삽입되어 광 경로를 제공하는 코어(core)를 포함할 수 있다.The external force sensor according to an embodiment of the present invention includes an inner layer and at least one external force sensing portion surrounding at least one portion of one side of the outer edge of the inner layer, an end of the inner layer, and another side of the inner layer, The external force sensing unit may include a wave guide body having flexibility and a core inserted into the wave guide body to provide an optical path.
일 실시 예에 따르면, 상기 도파관 바디의 일 단에는 발광부가 장착되도록 개구된 발광부 장착홈이 마련되고, 상기 도파관 바디의 타 단에는 수광부가 장착되도록 개구된 수광부 장착홈이 마련될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a light emitting portion mounting groove is provided at one end of the waveguide body to mount a light emitting portion, and a light receiving portion mounting groove opened to mount a light receiving portion may be provided at the other end of the waveguide body.
일 실시 예에 따르면, 인가된 외력에 따라 상기 도파관 바디 및 상기 코어에 변형이 수반될 수 있다.According to one embodiment, deformation may be involved in the waveguide body and the core in accordance with an applied external force.
일 실시 예에 따르면, 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 변형에 의한 상기 수광부에서 수광되는 광에 따라 외력의 세기 및 외력의 인가 위치를 제공할 수 있다.According to an embodiment, the control unit may further provide the intensity of the external force and the application position of the external force according to the light received by the light-receiving unit due to the deformation.
일 실시 예에 따르면, 상기 외력 센싱부는 "U"자 형상을 따라 굽혀져, 상기 내부층의 외연의 일 측면, 상기 내부층의 단부 및 상기 내부층의 타 측면 중 적어도 하나를 감쌀 수 있다.According to one embodiment, the external force sensing portion may be bent along a "U" shape to cover at least one of the one side of the outer edge of the inner layer, the end of the inner layer, and the other side of the inner layer.
일 실시 예에 따르면, 상기 외력 센싱부의 일부와 주변 영역을 덮는 플레이트를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the sensor may further include a plate covering a part of the external force sensing part and a peripheral area.
일 실시 예에 따르면, 상기 플레이트는 상기 외부로 노출될 수 있다.According to one embodiment, the plate may be exposed to the outside.
일 실시 예에 따르면, 상기 외력 센싱부는 2개이며, 각각의 외련 센싱부는 서로 이격될 수 있다.According to one embodiment, the number of the external force sensing units is two, and each of the external sensing units may be spaced apart from each other.
일 실시 예에 따르면, 상기 외력 센싱부는 4개이며, 각각의 외력 센싱부는 상기 내부층의 길이방향 단면에서 보았을 때를 기준으로, 원주 방향으로 배치될 수 있다.According to one embodiment, the number of the external force sensing portions is four, and each of the external force sensing portions may be disposed in the circumferential direction with respect to the longitudinal cross section of the internal layer.
본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서의 제조 방법은 유연성을 가지는 도파관 바디 및 상기 도파관 바디에 내측에 삽입되어 광 경로를 제공하는 코어를 포함하는 외력 센싱부를 준비하는 단계, 홀딩 베이스를 준비하는 단계, 상기 홀딩 베이스 외주면에 제1 레이어를 형성하는 단계, 상기 제1 레이어 상에 상기 준비된 외력 센싱부를 "U" 형상으로 고정하는 단계 및 상기 고정된 외력 센싱부에 제2 레이어를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing an external force sensor according to an embodiment of the present invention includes preparing an external force sensing unit including a flexible waveguide body and a core inserted into the waveguide body to provide an optical path, A step of forming a first layer on the outer surface of the holding base, a step of fixing the prepared external force sensing part on the first layer in a "U " shape, and a step of forming a second layer on the fixed external force sensing part can do.
일 실시 예에 따르면, 상기 외력 센싱부를 준비하는 단계는, 상기 도파관 바디의 일 단에 발광부가 장착되도록 개구된 발광부 장착홈을 형성하고 상기 도파관 바디의 타 단에 수광부가 장착되도록 개구된 수광부 장착홈을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of preparing the external force sensing unit may include the steps of forming a light emitting unit mounting groove opened to mount a light emitting unit on one end of the waveguide body, mounting the light receiving unit on the other end of the waveguide body, Thereby forming a groove.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 레이어를 형성하는 단계는, 제1 레이어 형성부가 마련된 제1 레이어 몰드를 준비하는 단계 및 상기 제1 레이어 형성부에 상기 홀딩 베이스를 넣고 상기 제1 레이어 형성 용액을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the first layer may include preparing a first layer mold having a first layer forming unit, placing the holding base in the first layer forming unit, And injecting.
일 실시 예에 따르면, 상기 홀딩 베이스는 제1 장착부가 마련된 날개를 더 포함하고, 상기 제1 레이어 몰드는 상기 제1 장착부가 결합하는 결합부를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the holding base may further include a wing provided with a first mounting portion, and the first layer mold may further include a coupling portion to which the first mounting portion is coupled.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 레이어를 형성하는 단계는, 제2 레이어 형성부가 마련된 제2 레이어 몰드를 준비하는 단계 및 상기 제2 레이어 형성부에 상기 고정된 외력 센싱부를 넣고 상기 제2 레이어 형성 용액을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the second layer may include preparing a second layer mold having a second layer forming unit, inserting the fixed external force sensing unit into the second layer forming unit, And injecting a solution.
일 실시 예에 따르면, 상기 홀딩 베이스는 제1 장착부가 마련된 날개를 더 포함하고, 상기 제2 레이어는 상기 제1 장착부가 결합하는 결합부를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the holding base may further include a wing provided with a first mounting portion, and the second layer may further include a coupling portion to which the first mounting portion is coupled.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 레이어는 상기 외력 센싱부와 상기 제1 레이어의 사이 공간에 의하여 정의되는 내부층을 형성할 수 있다.According to an embodiment, the second layer may form an inner layer defined by a space between the external sensing unit and the first layer.
일 실시 예에 따르면, 상기 고정하는 단계는, 상기 "U" 형상으로 고정된 외력 센싱부의 불록부를 덮는 플레이트를 더 고정하는 것을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the fixing step may further comprise fixing a plate covering the protrusions of the external force sensing part fixed in the "U" shape.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 레이어를 형성하는 단계 이후, 상기 제2 레이어 중 상기 플레이트를 덮는 영역을 제거하여 상기 플레이트를 노출시킬 수 있다.According to one embodiment, after forming the second layer, an area covering the plate among the second layers may be removed to expose the plate.
본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서는 내부층 및 상기 내부층의 외연의 일 측면, 상기 내부층의 단부 및 상기 내부층의 타 측면의 적어도 일부를 감싸는 적어도 하나의 외력 센싱부를 포함하되, 상기 외력 센싱부는, 유연성을 가지는 도파관 바디(wave guide body) 및 상기 도파관 바디에 내측에 삽입되어 광 경로를 제공하는 코어(core)를 포함할 수 있다.The external force sensor according to an embodiment of the present invention includes an inner layer and at least one external force sensing portion surrounding at least one portion of one side of the outer edge of the inner layer, an end of the inner layer, and another side of the inner layer, The external force sensing unit may include a wave guide body having flexibility and a core inserted into the wave guide body to provide an optical path.
본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서는 광학 방식을 이용하여 가해진 외력의 크기와 위치에 관련된 데이터를 제공할 수 있다. The external force sensor according to an embodiment of the present invention can provide data related to the magnitude and position of the applied external force by using the optical system.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 에에 따른 외력 센서 제조 방법의 단계 S110을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 에에 따른 외력 센서 제조 방법의 단계 S120을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 에에 따른 외력 센서 제조 방법의 단계 S130을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시 에에 따른 외력 센서 제조 방법의 단계 S140을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 에에 따른 외력 센서 제조 방법의 단계 S150을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서의 실험 결과를 도시한다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서의 적용 예를 도시한다.1 is a view for explaining an external force sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a method of manufacturing an external force sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining step S110 of the method of manufacturing an external force sensor according to one embodiment of the present invention in detail.
4 is a diagram for explaining step S120 of the method of manufacturing an external force sensor according to one embodiment of the present invention in detail.
5 to 7 are views for explaining step S130 of the method of manufacturing an external force sensor according to one embodiment of the present invention in detail.
8 and 9 are views for explaining step S140 of the method of manufacturing an external force sensor according to one embodiment of the present invention in detail.
10 to 12 are views for explaining step S150 of the method of manufacturing an external force sensor according to one embodiment of the present invention in detail.
13 to 16 show experimental results of an external force sensor according to an embodiment of the present invention.
17 shows an application example of an external force sensor according to an embodiment of the present invention.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
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 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it may be directly formed on another element, or a third element may be interposed therebetween. Also, in the drawings, the shape and thickness are exaggerated for an effective description of the technical content.
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.Also, while the terms first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in any one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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. The singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms such as " comprises "or" having "are intended to specify the presence of stated features, integers, Should not be understood to exclude the presence or addition of one or more other elements, elements, or combinations thereof. Also, in this specification, the term "connection " is used to include both indirectly connecting and directly connecting a plurality of components.
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.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining an external force sensor according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서는, 내부층(미도시), 상기 내부층의 외연의 일 측면, 상기 내부층의 단부 및 상기 내부층의 타 측면을 감싸는 적어도 하나의 외력 센싱부(120, 130) 및 상기 외력 센싱부의 적어도 일부를 덮는 외부층(110)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이하 각 구성에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.1, an external force sensor according to an embodiment of the present invention includes an inner layer (not shown), one side of the outer edge of the inner layer, at least one of the ends of the inner layer and the other side of the inner layer And an
상기 내부층은 외력 센싱부(20, 130)를 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 상기 내부층은 상기 외력 센싱부(120, 130)의 내측에 위치하며, 상기 외력 센싱부(120, 130)에 외력이 가해지는 경우, 상기 외력 센싱부(120, 130)가 외력 방향으로 휘어지는 것을 지지할 수 있다. 상기 내부층은 Dragon Skin 30 A/B를 각각 1:1로 혼합된 용액으로 제조될 수 있다.The inner layer may support the external
상기 외력 센싱부(120, 130)는 상기 내부층의 외연의 일 측면, 상기 내부층의 단부 및 상기 내부층의 타 측면 중 적어도 일부를 감싸도록 배치될 수 있다. 다른 관점에서, 상기 외력 센싱부(120, 130)는 "U"자 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 외력 센싱부(120, 130)의 길이방향 중심부가 "U"자 형상의 볼록한 형상을 이룰 수 있다.The external
상기 외력 센싱부(120)의 일 단에는 발광부(122)가 마련되고, 타 단에는 수광부(124)가 마련될 수 있다. 또한 상기 외력 센싱부(130)의 일 단에는 발광부(132)가 마련되고, 타 단에는 수광부(134)가 마련될 수 있다. 이로써, 상기 외력 센싱부(120)는 도 1에 도시된 L1의 광을 발광하고 수광할 수 있으며, 상기 외력 센싱부(130)는 도 1에 도시된 L2의 광을 발광하고 수광할 수 있다.A
도 1에는 외력 센싱부가 외력 센싱부(120) 및 상기 외력 센싱부(130)로 2개인 것을 상정하였다. 이 경우, 상기 외력 센싱부(120) 및 상기 외력 센싱부(130)는 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이와 달리, 상기 외력 센싱부는 더 많거나 더 적을 수 있다. 예를 들어, 상기 외력 센싱부는 4개일 수 있다. 이 경우, 외부층의 길이방향 단면에서 보았을 때 기준으로, 각각의 외력 센싱부는 원주 방향으로 배치될 수 있다. 다른 관점에서, 외부층의 길이방향 단면에서 보았을 때 외력 센싱부는 마름모 형상을 이룰 수 있다.In FIG. 1, it is assumed that the external
이하 외력 센싱부에 대해 상세히 설명한다. 외력 센싱부(120)과 외력 센싱부(130)의 각 구성은 서로 동일하므로, 외력 센싱부(120)을 기준으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the external force sensing unit will be described in detail. Since the components of the external
상기 외력 센싱부(120)는 도 3(e, f)을 참조하면, 유연성을 가지는 도파관 바디(wave guide body; 220) 및 상기 도파관 바디에 내측에 삽입되어 광 경로를 제공하는 코어(core; 230)를 포함할 수 있다.3 (e) and (f), the external
상기 도파관 바디(220)는 ELASTOSIL M4601 M4601 A/B 파트가 각각 9:1 비율로 섞인 용액으로 제조될 수 있고, 상기 코어(230)는 VytaFlex 20 A/B를 1:1로 혼합한 용액으로 제조될 수 있다. 이로써, 상기 도파관 바디(220) 및/또는 코어(230)는 유연성을 가질 수 있다.The
상기 도파관 바디(220) 및/또는 상기 코어(230)가 유연성을 가지기 때문에 상기 외력 센싱부(120)는 앞서 설명한 바와 같이 용이하게 "U"자 형상을 굽혀진 상태로 배치될 수 있다.Since the
또한, 상기 도파관 바디(220) 및/또는 상기 코어(230)가 유연성을 가지기 때문에, 외력이 인가되는 경우 코어(230)가 제공하는 광 경로가 변형될 수 있다. 광 경로가 변형되는 경우, 수광부에서의 센싱 신호 변경이 발생하므로 외력이 센싱될 수 있는 것이다.In addition, since the
외력 센싱을 위하여, 외력 센싱부(120)의 일 단에는 발광부(122)가 장착되고, 외력 센싱부(130)의 타 단에는 수광부(124)가 마련될 수 있다. 이를 위하여, 도 3(e, f)에 도시된 바와 같이, 상기 외력 센싱부(120)의 도파관 바디(220)의 일 단에는 발광부 장착홈(240)이 마련되고, 타 단에는 수광부 장착홈(242)이 마련될 수 있다. 즉, 상기 발광부(122)가 상기 발광부 장착홈(240)에 끼움 결합되고, 상기 수광부(124)가 상기 수광부 장착홈(242)에 끼움 결합될 수 있다. A
이에 따라 상기 발광부(122)에서 발광된 광은 상기 코어(230)를 거쳐서 상기 수광부(124)에 이를 수 있다. 광이 진행하는 동안, 외력에 의하여 상기 코어(230) 및/또는 상기 도파관 바디(220)에 변형이 발생하는 경우, 광 파워 로스(light power loss)가 발생할 수 있다. 이에 따라 외력의 세기 및 외력이 가해진 위치가 센싱될 수 있는 것이다. 다른 관점에서 도 1에 도시된 바와 같이 Fa 방향의 외력 또는 Fb 방향의 외력이 인가되는 경우에 외력의 세기 및 외력이 가해진 위치가 센싱될 수 있다.The light emitted from the
상기 외부층(110)은 외부 힘이 직접 가해지거나 외부 물체가 직접 접촉되는 접촉면을 제공할 수 있다. 적응형 파지를 위하여 상기 외부층(110)은 유연 소재로 이루어질 수 있다. 상기 외부층(110)은 Dragon Skin 30 A/B를 각각 1:1로 혼합된 용액으로 제조될 수 있다.The
상기 외부층(110)은 상기 외력 센싱부(120, 130)의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 이로써, 상기 외부층(110)은 상기 외력 센싱부(120, 130)를 보호할 수 있다. 상기 외부층(110)은 유연 소재로 이루어지기 때문에, 외부에서 가해진 외력을 상기 외력 센싱부(120, 130)로 전달할 수 있다. 즉, 상기 외부층(110)은 상기 외력 센싱부(120, 130)를 보호하면서도 외력을 전달하는 기능을 수행할 수 있다.The
이와 달리 상기 외부층(110)은 상기 외력 센싱부(120, 130)를 외부로 노출시키되, 상기 외력 센싱부(120, 130) 간의 측면을 메우도록 형성될 수 있다.Alternatively, the
상기 외부층(110)의 형상은 도 1에 도시된 바와 같이, 육면체 형상을 가질 수도 있고, 원기둥 형상을 가질 수도 있다. 일 실시 예에 따른 외력 센서의 적용에 따라 상기 외부층의 형상은 다양하게 변형될 수 있다.As shown in FIG. 1, the
상기 외부층(110) 상에는 플레이트(140)가 마련될 수 있다. 상기 플레이트(140)는 상기 외력 센싱부(120, 130) 중 볼록한 영역, 즉 U 형상의 꺽인 부분을 덮을 수 있다. 이는 상기 플레이트(140)에 외력이 가해진 경우, 즉 외력 센서(100)의 팁(tip) 부분에 외력이 가해진 경우, 넓은 범위의 외력을 센싱하기 위함이다. 만약, 플레이트(140)가 없이 외력 센싱부(120, 130)만으로 구성된 경우에 있어서, 외력 센싱부(120)와 외력 센싱부(130) 사이에 외력이 가해진 경우 외력 센싱이 용이하지 않을 수 있다. 이 경우, 외력 센싱부(120, 130)에 직접 외력이 가해진 것은 아니므로 외력 센싱부(120, 130)가 충분히 변형되지 못할 수 있기 때문이다. 그러나, 상기 플레이트(140)가 상기 외력 센싱부(120, 130)의 이격 공간을 덮도록 구성되므로, 외력 센싱부(120)와 외력 센싱부(130) 사이에 외력이 가해지더라도 외력 센싱부(120, 130)에 변형이 수반될 수 있다. 이로써, 보다 넓은 범위의 외력 센싱이 가능해지는 것이다.A
도 1을 참조하면, 상기 플레이트(140)가 상기 외부층(110)에 덮혀 있지 않고 노출되어 있으나, 이와 달리, 상기 플레이트(140)가 상기 외부층(110)에 의하여 덮혀질 수 있음은 물론이다.1, the
일 실시 예에 따른 외력 센서(100)는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 발광부(122, 132) 및 상기 수광부(124, 134)를 제어할 수 있다. 즉, 상기 제어부는 상기 발광부(122, 132)의 On/Off를 제어할 수 있고, 상기 수광부(124, 134)로부터 수광되는 광의 세기를 분석할 수 있다. 상기 제어부는 수광되는 광의 세기에 기반하여 외력의 세기 및 외력이 가해진 위치를 제공할 수 있다.The
이상 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서를 설명하였다. 이하 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서의 제조 방법이 설명된다.The external force sensor according to one embodiment of the present invention has been described with reference to FIG. Hereinafter, a method of manufacturing an external force sensor according to an embodiment of the present invention will be described.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시 에에 따른 외력 센서 제조 방법의 단계 S110을 상세하게 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 에에 따른 외력 센서 제조 방법의 단계 S120을 상세하게 설명하기 위한 도면이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 에에 따른 외력 센서 제조 방법의 단계 S130을 상세하게 설명하기 위한 도면이고, 도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시 에에 따른 외력 센서 제조 방법의 단계 S140을 상세하게 설명하기 위한 도면이고, 도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 에에 따른 외력 센서 제조 방법의 단계 S150을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a method of manufacturing an external force sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a view for explaining step S110 of an external force sensor manufacturing method according to one embodiment of the present invention in detail; FIG. 4 is a view for explaining step S120 of the method of manufacturing an external force sensor according to one embodiment of the present invention in detail; And FIGS. 5 to 7 are diagrams for explaining step S130 of the method of manufacturing an external force sensor according to an embodiment of the present invention in detail, and FIGS. 8 and 9 are views for explaining steps of the external force sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention FIGS. 10 to 12 are views for explaining step S150 of the method of manufacturing an external force sensor according to an embodiment of the present invention in detail. FIG.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서의 제조 방법은 유연성을 가지는 도파관 바디 및 상기 도파관 바디에 내측에 삽입되어 광 경로를 제공하는 코어를 포함하는 외력 센싱부를 준비하는 단계(S110), 홀딩 베이스를 준비하는 단계(S120), 상기 홀딩 베이스 외주면에 제1 레이어를 형성하는 단계(S130), 상기 제1 레이어 상에 상기 준비된 외력 센싱부를 "U" 형상으로 고정하는 단계(S140) 및 상기 고정된 외력 센싱부에 제2 레이어를 형성하는 단계(S150) 중 적어도 하나의 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 이하 각 단계에 대하여 상술하기로 한다.Referring to FIG. 2, a method of manufacturing an external force sensor according to an embodiment of the present invention includes preparing an external force sensing unit including a waveguide body having flexibility and a core inserted into the waveguide body to provide an optical path A step S140 of forming a first layer on the outer circumferential surface of the holding base S130, a step S140 of fixing the prepared external force sensing unit in a "U" shape on the first layer S140 And forming a second layer on the fixed external force sensing unit (S150). Each step will be described in detail below.
단계 S110Step S110
단계 S110에서, 유연성을 가지는 도파관 바디 및 상기 도파관 바디에 내측에 삽입되어 광 경로를 제공하는 코어를 포함하는 외력 센싱부가 준비될 수 있다. 이는 도 1을 참조하여 설명한 외력 센싱부(120, 130)를 준비하는 단계일 수 있다. In step S110, an external force sensing unit including a flexible waveguide body and a core inserted into the waveguide body to provide an optical path may be prepared. This may be a step of preparing the external
단계 S110은, 도파관 바디 몰드를 준비하는 단계(S210), 도파관 바디를 형성하는 단계(S220), 코어 몰드를 준비하는 단계(S230) 및 도파관 바디에 코어를 형성하는 단계(S240) 중 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다. 보다 구체적인 설명을 위하여 도 3을 참조하기로 한다.Step S110 includes the steps of preparing a waveguide body mold S210, forming a waveguide body S220, preparing a core mold S230, and forming a core on the waveguide body S240. Step < / RTI > For a more detailed description, FIG. 3 will be referred to.
단계 S210에서 따라 도 3(a)에 도시된 바와 같이 도파관 바디 몰드(200)가 준비될 수 있다. 상기 도파관 바디 몰드는 도파관 바디를 형성하기 위한 몰드를 의미할 수 있다. 상기 도파관 바디 몰드는 예를 들어, 3D 프린팅 공정을 통하여 형성될 수 있다. 상기 도파관 바디 몰드에는 형성하고자 하는 도파관 바디에 상응하는 형상이 제공될 수 있다.In step S210, the
단계 S220에서 따라 도 3(b) 및 도 3(c)에 도시된 바와 같이 도파관 바디(220)가 형성될 수 있다. 이를 위하여, 상기 도파관 바디 몰드(200)의 외면에는 이지 릴리즈 스프레이(easy release spray)가 도포될 수 있다. 이후 약 5분간 드라이(dry)될 수 있다. 한편 도파관 바디(200)를 형성할 도파관 바디 용액(210)이 준비될 수 있다. 상기 도파관 바디 용액(210)은 ELASTOSIL M4601 M4601 A/B 파트가 각각 9:1 비율로 섞인 용액일 수 있다. A/B에 따라 도파관 바디 용액으로부터 형성되는 도파관 바디의 유연성 특성이 가변될 수 있다. 본 실시 예에서는 A/B 파트를 각각 9:1로 혼합하여 충분한 유연성을 제공하였다. 준비된 도파관 바디 용액(210)은 진공 챔버에서 탈포 작업을 거칠 수 있다. 이후 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 준비된 도파관 바디 용액(210)은 상기 도파관 바디 몰드(200)에 제공될 수 있다. 이후 오븐에서 화씨 약60도의 온도에서 약 1시간 경과 후 도파관 바디 용액(210)는 굳어서 도파관 바디(220)가 될 수 있다. In step S220, the
단계 S230에 따라 코어 몰드가 준비될 수 있다. 코어 몰드는 형성된 도파관 바디(220)에 코어를 형성하는 몰드를 의미할 수 있다. 이 때, 코어 몰드에는 발광부 장착홈(240)와 수광부 장착홈(242)를 형성하기 위한 구성이 마련될 수 있다.The core mold may be prepared according to step S230. The core mold may refer to a mold that forms a core in the formed
단계 S240에 따라 도파관 바디에 코어가 형성될 수 있다.The core may be formed in the waveguide body according to step S240.
도 3(d)에 도시된 바와 같이, 코어 몰드가 준비된 상태에서, 상기 도파관 바디(220)가 끼움 결합하고, 끼움 결합된 도파관 바디(220)에 코어 용액(230)이 채워질 수 있다. 이를 위하여 먼저 VytaFlex 20 A/B를 1:1 혼합하고 진공 챔버에서 6분 내지 10분간 탈포될 수 있다. 이로써, 코어 용액(230)이 준비될 수 있다. 준비된 코어 용액(230)은 상기 도파관 바디(220)에 의하여 정의된 코어 영역에 부어(pouring)질 수 있다. 이후 오븐에서 화씨 약 60도의 온도로 약 1시간 경과 후 코어 용액은 코어가 될 수 있다.As shown in FIG. 3D, the
한편, 도파관 바디(220)의 일 단에는 발광부 장착홈(240)이 형성되고 타 단에는 수광부 장착홈(242)이 형성될 수 있다.On the other hand, a
이로써, 도 3(e)에 도시된 바와 같이 도파관 바디(220), 코어(230), 발광부 장착홈(240), 수광부 장착홈(242)이 마련될 수 있다.3 (e), the
이후 도 3(f)에 도시된 바와 같이, 상기 도파관 바디(220)의 노출된 면을 도파관 바디 덮개(250)로 덮음으로써, 외력 센싱부 제조가 완료될 수 있다.3 (f), by covering the exposed surface of the
단계 S120Step S120
단계 120에서 홀딩 베이스가 준비될 수 있다. 홀딩 베이스는 상기 외력 센싱부를 고정하기 위한 제1 레이어를 형성하기 위한 지지대 역할을 수행할 수 있다.In
상세한 설명을 위하여 도 4(a, b)를 참조하면, 상기 홀딩 베이스(300)는 뼈대(310), 고정부(320), 상기 뼈대(310)의 일 측에서 연장하는 날개(330), 상기 날개에 마련된 제1 장착부(340)를 포함하여 이루어질 수 있다.4 (a) and (b), the holding
단계 S130Step S130
단계 S130에서, 상기 홀딩 베이스 외주면에 제1 레이어가 형성될 수 있다. 이를 위하여, 단계 S130은 제1 레이어 형성부가 마련된 제1 레이어 몰드를 준비하는 단계(S310) 및 상기 제1 레이어 형성부에 상기 홀딩 베이스를 넣고 상기 제1 레이어 형성 용액을 넣는 단계(S320)를 포함할 수 있다. 보다 구체적인 설명을 위하여 도 5 내지 도 7을 참조하기로 한다.In step S130, a first layer may be formed on the outer surface of the holding base. For this, step S130 includes preparing a first layer mold having a first layer forming unit (S310), and inserting the holding base into the first layer forming unit and inserting the first layer forming solution (S320) can do. 5 to 7 will be referred to for a more detailed description.
단계 S310에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 레이어 몰드(400)가 준비될 수 있다. 상기 제1 레이어 몰드(400)의 중심부에는 제1 레이어 형성부(410)가 마련될 수 있다. 또한 상기 제1 레이어 몰드(400)의 일 측에는 상기 홀딩 베이스(300)의 제1 장착부(340)와 결합하는 결합부(440)가 마련될 수 있다.In step S310, as shown in FIG. 5, the
단계 S320에서 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 홀딩 베이스(300)가 상기 제1 레이어 몰드(400)에 수용될 수 있다. 구체적으로 상기 홀딩 베이스(300)의 고정부(320)가 상기 제1 레이어 형성부(410)에 수용될 수 있다. 이 때, 상기 홀딩 베이스(300)의 제1 장착부(340)와 상기 제1 레이어 몰드(400)의 결합부(440)는 서로 결합될 수 있다. 이에 따라 상기 홀딩 베이스(300)가 상기 제1 레이어 몰드(400)에 대하여 상대 이동하는 것이 방지될 수 있다.In step S320, the holding
상기 홀딩 베이스(300)가 상기 제1 레이어 몰드(400)에 수용된 상태에서, 상기 홀딩 베이스(300)와 상기 제1 레이어 몰드(400)의 틈(gap) 사이로 제1 레이어 형성 용액이 주입(Is)될 수 있다. 제1 레이어 형성 용액은 Dragon Skin 30 A/B를 각각 1:1로 혼합된 용액일 수 있다. 상기 제1 레이어 형성 용액은 진공 챔버에서 탈포될 수 있다. 이후 상기 제1 레이어 형성 용액은 틈(gap) 사이로 주입될 수 있다. 주입 후 오븐에서 화씨 약 60도의 온도로 약 2시간 경과 후에 제1 레이어(500)가 형성될 수 있다. 상기 홀딩 베이스(300)를 상기 제1 레이어 몰드(400)로부터 원활하게 분리하기 위하여, 이지 릴레이 스프레이가 제1 레이어 용액의 주입 전에 코팅될 수 있음은 물론이다. 형성된 제1 레이어(500)를 구체적으로 설명하기 위하여 도 7을 참조하기로 한다. The first layer forming solution is injected between the holding
도 7을 참조하면, 상기 홀딩 베이스(300)의 날개(330)에서 상기 홀딩 베이스(300)의 고정부(320) 방향으로 제1 레이어(500)가 형성될 수 있다. 상기 제1 레이어(500)의 크기 및 형상은 상기 제1 레이어 형성부(410)의 크기 및 형상에 대응할 수 있다. 또한, 상기 고정부(320)를 상기 제1 레이어(500)가 둘러싸기 때문에, 상기 제1 레이어(500)가 의도치 않게 상기 홀딩 베이스(300)로부터 분리되는 현상이 방지될 수 있다. 이를 위하여 상기 고정부(320)의 폭은 상기 뼈대(310)의 폭 보다 넓을 수 있다.Referring to FIG. 7, the
이로써 단계 S130에 따라 상기 홀딩 베이스(300) 외주면에 상기 제1 레이어(500)가 형성될 수 있다.Thus, the
단계 S140Step S140
단계 S140에서 상기 제1 레이어 상에 상기 준비된 외력 센싱부가 "U" 형상으로 고정될 수 있다. 단계 S140의 구체적인 설명을 위하여 도 8을 참조하기로 한다.In step S140, the prepared external force sensing unit on the first layer may be fixed in a "U" shape. Reference will be made to Fig. 8 for a detailed description of step S140.
도 8을 참조하면, 상기 제1 레이어(500) 외주면을 따라 단계 S110에서 제조된 외력 센싱부(120, 130)가 고정될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 상기 외력 센싱부(120, 130)는 일 단이 상기 제1 레이어(500)의 일 측에 배치되고 타 단이 상기 제2 레이어(500)의 타 측에 배치되도록 준비될 수 있다. 이로써, 상기 외력 센싱부(120, 130)는 "U"자 형상으로 상기 제1 레이어(500)의 외면이 배치될 수 있다.Referring to FIG. 8, the
이 때, 상기 외력 센싱부(120, 130)의 U자 형상 중 볼록부와 상기 제1 레이어(500) 사이에는 틈(gap)이 마련될 수 있다. 상기 상기 외력 센싱부(120, 130)의 U자 형상 중 볼록부와 상기 제1 레이어(500) 사이에 틈(gap)이 제공됨에 따라, 상기 외력 센싱부(120, 130)가 자연스러운 굴곡을 형성할 수 있다. 만약 틈이 없는 경우, 상기 외력 센싱부(120, 130)는 상기 제1 레이어(500)가 제공하는 외연을 따라 U자 형상으로 굽혀지기 때문에 소재의 특성에 따라 들뜸 현상이 방지할 수 있으나, 틈을 제공함으로써, 외력 센싱부(120, 130)가 안정적으로 U자 형상으로 굽혀질 수 있다.At this time, a gap may be formed between the U-shaped convex portion of the external
또한 일 실시 예에 따르면, 도 9(a, b)에 도시된 바와 같이, 플레이트(140)가 배치될 수 있다. 상기 플레이트(140)는 상기 외력 센싱부(120, 130)의 U자 형상 중 볼록부를 덮도록 배치될 수 있다. 다른 관점에서, 상기 플레이트(140)는 상기 외력 센싱부(120)와 상기 외력 센싱부(130) 사이의 이격 공간을 덮도록 배치될 수 있다.Also, according to one embodiment, the
이로써 단계 S140에 따라 상기 레이어(500) 상에 상기 외력 센싱부(120, 130)가 U자 형상으로 고정될 수 있다.As a result, the external
단계 S150Step S150
단계 S150에서 상기 고정된 외력 센싱부에 제2 레이어가 형성될 수 있다. 이를 위하여 단계 S150은 제2 레이어 형성부가 마련된 제2 레이어 몰드를 준비하는 단계(S410) 및 상기 제2 레이어 형성부에 상기 고정된 외력 센싱부를 넣고 상기 제2 레이어 형성 용액을 주입하는 단계(S420)를 포함할 수 있다. 단계 S150의 구체적인 설명을 위하여 도 10 및 도 11을 참조하기로 한다.In step S150, a second layer may be formed on the fixed external force sensing unit. For this purpose, step S150 includes preparing a second layer mold having a second layer forming unit (S410), injecting the second layer forming solution into the second layer forming unit with the fixed external force sensing unit (S420) . ≪ / RTI > Refer to FIGS. 10 and 11 for a detailed description of step S150.
단계 S410에서, 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 제2 레이어 몰드(600)가 준비될 수 있다. 상기 제2 레이어 몰드(600)의 중심부에는 제2 레이어 형성부(610)이 마련될 수 있다. 또한 상기 제2 레이어 몰드(600)의 일 측에는 상기 홀딩 베이스(300)의 제1 장착부(340)가 결합하는 결합부(640)가 마련될 수 있다. 상기 제2 레이어 몰드(600)의 제2 레이어 형성부(610)의 형상 및 크기는 당업자의 설계에 따라 다양할 수 있다. 도 10(b)에 도시된 바와 같이 제2 레이어 형성부가 육면체 형상일 수도 있고 도 10(c)에 도시되 바와 같이, 제2 레이어 형성부(610')는 원기둥 형상일 수 있다.In step S410, the
단계 S420에서 도 10(a)에 도시된 바와 같이, 제2 레이어 형성부(610)에 상기 고정된 외력 센성부(120, 130)가 수용될 수 있다. 즉, 상기 제2 레이어 형성부(610) 내에 외력 센싱부(120, 130), 제1 레이어(500)가 마련된 홀딩 베이스(300)가 수용될 수 있다. 수용된 상태에서 제2 레이어 형성 용액이 주입(Is)될 수 있다. 제2 레이어 형성 용액은 Dragon Skin 30 A/B를 각각 1:1로 혼합된 용액일 수 있다. 상기 제2 레이어 형성 용액은 진공 챔버에서 탈포될 수 있다. 상기 탈포된 제2 레이어 형성 용액은 틈(gap) 사이로 주입(Is)될 수 있다. 주입 후 오븐에서 화씨 약 60도의 온도에서 약 2시간 경과 후에 제2 레이어가 형성될 수 있다. 제2 레이어를 상기 제2 레이어 형성부(610)로부터 원활하게 분리하기 위하여, 이지 릴레이 스프레이가 제2 레이어 용액의 주입 전에 코팅될 수 있음은 물론이다. In step S420, the fixed external
제2 레이어 형성 후에는 상기 홀딩 베이스(300)를 분리할 수 있다. 이 때, 상기 홀딩 베이스(300)와 상기 제1 레이어(500)가 결합된 부분은, 상기 홀딩 베이스(300) 제거 후에 로봇과 연결되는 연결부로 활용될 수 있다. After the formation of the second layer, the holding
형성된 제2 레이어를 구체적으로 설명하기 위하여 도 11을 참조하기로 한다.Reference will be made to Fig. 11 to specifically describe the formed second layer.
도 11을 참조하면, 상기 제2 레이어는 상기 외력 센싱부(120, 130)를 고정하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 레이어는 상기 외력 센싱부(120, 130)들의 사이 공간을 덮을 수 있다. 구체적으로 상기 제2 레이어는 상기 외력 센싱부(120)와 상기 외력 센싱부(130)의 측면을 채울 수 있다. 이에 따라 도 1에 도시된 외부층(110)이 제공될 수 있다. 또한, 상기 제2 레이어는 상기 외력 센싱부(120. 130)의 측면을 외부로 노출시킬 수도 있고 덮을 수도 있다.Referring to FIG. 11, the second layer may be formed to fix the external
또한, 상기 제2 레이어는 앞서 도 8을 참조하여 설명한 외력 센싱부(120, 130)와 제1 레이어(500) 사이의 틈을 채울 수 있다. 이에 따라 상기 제2 레이어는 상기 외력 센싱부(120, 130) 외부에서 가해지는 외력에 대하여 상기 외력 센싱부(120, 130)을 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 이로써, 보다 강한 외력에 대하여 안정적으로 동작할 수 있다.In addition, the second layer may fill a gap between the
또한 도 11에 도시된 바와 같이, 플레이트(140)가 형성될 수 있다. 상기 제2 레이어가 상기 플레이트(140)의 상면을 덮도록 형성된 경우, 상기 제2 레이어의 일부를 제거함으로써, 상기 플레이트(140)의 상면을 외부로 노출시킬 수 있다. 이로써, 외력에 대하여 상기 플레이트(140)가 보다 민감하게 반응할 수 있다.Also, as shown in FIG. 11, a
한편 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 레이어까지 형성된 외력 센싱부(120, 130)의 일 단에는 발광부가 장착되고, 타 단에는 수광부가 장착될 수 있다. 구체적으로 외력 센싱부의 발광부 장착홈에는 발광부(122, 132)가 장착되고 수광부 장착홈에는 수광부(124, 134)가 장착될 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 12, light emitting units may be mounted on one end of the external
이상 도 2 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서의 제조 방법을 설명하였다. 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 외력 센서의 센싱 실험 결과가 설명된다. 2 to 12, a method of manufacturing an external force sensor according to an embodiment of the present invention has been described. The results of the sensing experiment of the external force sensor manufactured according to the embodiment of the present invention will be described.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서의 실험 결과를 도시한다.13 to 16 show experimental results of an external force sensor according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서의 측면에 접촉 면적 9mm2, 33mm2, 150mm2의 물체로 0에서 6N의 힘을 가했다. 이 때, 외력 센서의 측면 중 발광부가 위치한 측면에 힘을 가한 경우 도 13에 도시된 바와 같은 실험 결과를 얻을 수 있었고, 외력 센서의 측면 중 수광부가 위치한 측면에 힘을 가한 경우 도 14에 도시된 바와 같은 실험 결과를 얻을 수 있었다. A force of 0 to 6 N was applied to the side surface of the external force sensor according to an embodiment of the present invention with an object having contact areas of 9
도 13 및 도 14를 참조하면, 외력의 접촉 면적에 따라 수광부에서의 광 파워 로스 정도가 달라짐을 확인할 수 있었고, 외력의 크기에 따라 수광부에서의 광 파워 로스 정도가 달라짐을 확인할 수 있었다. 13 and 14, it can be seen that the degree of optical power loss in the light receiving portion varies depending on the contact area of the external force, and the degree of optical power loss in the light receiving portion varies depending on the magnitude of the external force.
또한 도 13 및 도 14를 대비하면, 접촉 면적 및 외력의 크기가 동일하더라도 외력이 가해진 위치에 따라 광 파워 로스 정도가 달라짐을 확인할 수 있었다. 즉, 외력 센싱부 중 발광부가 위치한 측면에 외력이 인가된 경우와 외력 센싱부 중 수광부가 위치한 측면에 외력이 인가된 경우, 서로 다른 광 파워 로스를 제공함을 확인할 수 있었다.13 and 14, it can be seen that even if the contact area and the magnitude of the external force are the same, the optical power loss varies depending on the position where the external force is applied. That is, it can be confirmed that the optical power loss is provided when an external force is applied to the side of the external sensing unit where the light emitting unit is located and when an external force is applied to the side of the external sensing unit.
이에 따라 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서는 외력 인가 위치, 외력 인가 면적 및 외력의 세기와 관련된 데이터를 제공할 수 있는 것으로 사료된다.Accordingly, the external force sensor according to an embodiment of the present invention can provide data related to the external force application position, the external force application area, and the external force.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서의 단면(fingertip)의 중심부에 0에서 6N의 힘을 가하였다. 즉, 외력 센싱부(120)의 U 형상의 볼록부와 외력 센싱부(120)의 U 형상의 볼록부의 중심부에 힘이 가해진 경우이다. 도 15를 참조하면, 외력 센싱부(120, 도 15의 senosr1)과 외력 센싱부(130, 도 150의 sensor2)에서 광 파워 로스가 발생함을 확인할 수 있었다.Also, a force of 0 to 6 N was applied to the center of the fingertip of the external force sensor according to an embodiment of the present invention. That is, a force is applied to the U-shaped convex portion of the external
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서의 단면에 외력 센싱부(120) 방향으로 편차를 주어 외력을 인가하였다. 즉, 외력 센싱부(120)의 U 형상의 볼록부에 외력을 인가하였다. 이 경우에도 외력의 크기는 0에서 6N으로 하였다. 도 16에 도시된 바와 같이, 외력에 따라 외력 센싱부(120)에서 광 파워 로스는 크게 나타나는 반면, 외력 센싱부(130)에서의 광 파워 로스는 외력과 무관하게 움직임을 알 수 있었다.In addition, an external force is applied to the end face of the external force sensor according to an embodiment of the present invention with a deviation in the direction of the external
이에 따라 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서는 핑거 팁의 어느 부위에 외력이 얼마나 가해졌는지에 대한 데이터를 제공할 수 있는 것으로 사료된다.Accordingly, it is considered that the external force sensor according to the embodiment of the present invention can provide data on how much external force is applied to which portion of the finger tip.
이상 도 1 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서, 외력 센서의 제조 방법 및 실험 결과를 설명하였다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서는 도 17에 도시된 바와 같이, 로봇 손의 단부에 장착되어, 외력 인가와 관련된 센서 데이터 예를 들어, 외력의 크기, 외력의 인가 위치와 관련된 센서 데이터를 제공하는 데 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 특히, 본 발명의 일 실시 에에 따른 외력 센서는 핑거 팁의 상면에 수직한 외력 및 측면에 가해지는 힘을 측정할 수 있다.The external force sensor, the method of manufacturing the external force sensor, and the experimental result according to the embodiment of the present invention have been described with reference to FIGS. As shown in FIG. 17, the external force sensor according to an embodiment of the present invention is mounted on an end of a robot hand and detects sensor data related to application of external force, for example, sensor data related to the magnitude of external force, It can be used to provide. Particularly, the external force sensor according to an embodiment of the present invention can measure the external force perpendicular to the upper surface of the finger tip and the force applied to the side surface.
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 외력 센서는 단단한 로봇 그리퍼 예를 들어, 로봇 핸드에 적용되어 안전하고 견고한 파지를 위해 부드러운 접촉을 제공할 수 있다. Also, the external force sensor according to an embodiment of the present invention can be applied to a robotic gripper, for example, a robotic hand to provide smooth contact for safe and robust gripping.
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
Claims (18)
상기 내부층의 외연의 일 측면, 상기 내부층의 단부 및 상기 내부층의 타 측면의 적어도 일부를 감싸는 적어도 하나의 외력 센싱부;를 포함하되,
상기 외력 센싱부는, 유연성을 가지는 도파관 바디(wave guide body) 및 상기 도파관 바디에 내측에 삽입되어 광 경로를 제공하는 코어(core)를 포함하는, 외력 센서.Inner layer; And
At least one external force sensing portion surrounding one side of the outer edge of the inner layer, an end of the inner layer, and at least a portion of the other side of the inner layer,
Wherein the external force sensing unit includes a wave guide body having flexibility and a core inserted in the wave guide body to provide an optical path.
상기 도파관 바디의 일 단에는 발광부가 장착되도록 개구된 발광부 장착홈이 마련되고, 상기 도파관 바디의 타 단에는 수광부가 장착되도록 개구된 수광부 장착홈이 마련된, 외력 센서.The method according to claim 1,
Wherein the waveguide body is provided with a light emitting part mounting groove opened to mount a light emitting part on one end of the waveguide body and a light receiving part mounting groove opened to mount a light receiving part on the other end of the waveguide body.
인가된 외력에 따라 상기 도파관 바디 및 상기 코어에 변형이 수반되는, 외력 센서.3. The method of claim 2,
Wherein the waveguide body and the core are deformed according to an applied external force.
제어부를 더 포함하며,
상기 제어부는, 상기 변형에 의한 상기 수광부에서 수광되는 광에 따라 외력의 세기 및 외력의 인가 위치를 제공하는, 외력 센서.The method of claim 3,
And a control unit,
Wherein the control unit provides the intensity of the external force and the applied position of the external force in accordance with the light received by the light receiving unit due to the deformation.
상기 외력 센싱부는 "U"자 형상을 따라 굽혀져, 상기 내부층의 외연의 일 측면, 상기 내부층의 단부 및 상기 내부층의 타 측면 중 적어도 하나를 감싸는, 외력 센서.The method according to claim 1,
Wherein the external force sensing portion is bent along a "U" shape to surround at least one of the one side of the outer edge of the inner layer, the end of the inner layer, and the other side of the inner layer.
상기 외력 센싱부의 일부와 주변 영역을 덮는 플레이트를 더 포함하는 외력 센서.The method according to claim 1,
And a plate covering a part of the external force sensing part and a peripheral area.
상기 플레이트는 상기 외부로 노출된 외력 센서.The method according to claim 6,
And the plate is exposed to the outside.
상기 외력 센싱부는 2개이며,
각각의 외련 센싱부는 서로 이격된 외력 센서.The method according to claim 1,
The external force sensing unit is two,
Each external sensing unit is spaced apart from the external sensor.
상기 외력 센싱부는 4개이며,
각각의 외력 센싱부는 상기 내부층의 길이방향 단면에서 보았을 때를 기준으로, 원주 방향으로 배치되는 외력 센서.The method according to claim 1,
The external force sensing unit is four,
Wherein each of the external force sensing portions is disposed in a circumferential direction with respect to a view in a longitudinal cross section of the internal layer.
홀딩 베이스를 준비하는 단계;
상기 홀딩 베이스 외주면에 제1 레이어를 형성하는 단계;
상기 제1 레이어 상에 상기 준비된 외력 센싱부를 "U" 형상으로 고정하는 단계; 및
상기 고정된 외력 센싱부에 제2 레이어를 형성하는 단계;를 포함하는 외력 센서 제조 방법.Preparing an external force sensing unit including a waveguide body having flexibility and a core inserted into the waveguide body to provide an optical path;
Preparing a holding base;
Forming a first layer on the outer surface of the holding base;
Fixing the prepared external force sensing unit on the first layer in a "U"shape; And
And forming a second layer on the fixed external force sensing unit.
상기 외력 센싱부를 준비하는 단계는,
상기 도파관 바디의 일 단에 발광부가 장착되도록 개구된 발광부 장착홈을 형성하고 상기 도파관 바디의 타 단에 수광부가 장착되도록 개구된 수광부 장착홈을 형성하는 단계를 더 포함하는, 외력 센서 제조 방법.11. The method of claim 10,
The step of preparing the external-
Further comprising the step of forming a light emitting portion mounting groove opened to mount the light emitting portion on one end of the waveguide body and forming a light receiving portion mounting groove opened to mount the light receiving portion on the other end of the waveguide body.
상기 제1 레이어를 형성하는 단계는,
제1 레이어 형성부가 마련된 제1 레이어 몰드를 준비하는 단계; 및
상기 제1 레이어 형성부에 상기 홀딩 베이스를 넣고 상기 제1 레이어 형성 용액을 주입하는 단계;를 포함하는 외력 센서 제조 방법.11. The method of claim 10,
Wherein forming the first layer comprises:
Preparing a first layer mold provided with a first layer forming portion; And
And injecting the first layer forming solution by inserting the holding base into the first layer forming portion.
상기 홀딩 베이스는 제1 장착부가 마련된 날개를 더 포함하고,
상기 제1 레이어 몰드는 상기 제1 장착부가 결합하는 결합부를 더 포함하는 외력 센서 제조 방법.13. The method of claim 12,
Wherein the holding base further comprises a wing provided with a first mounting portion,
Wherein the first layer mold further comprises a coupling portion to which the first mounting portion is coupled.
상기 제2 레이어를 형성하는 단계는,
제2 레이어 형성부가 마련된 제2 레이어 몰드를 준비하는 단계; 및
상기 제2 레이어 형성부에 상기 고정된 외력 센싱부를 넣고 상기 제2 레이어 형성 용액을 주입하는 단계;를 포함하는 외력 센서 제조 방법.11. The method of claim 10,
Wherein forming the second layer comprises:
Preparing a second layer mold provided with a second layer forming portion; And
And injecting the second layer forming solution by inserting the fixed external force sensing portion into the second layer forming portion.
상기 홀딩 베이스는 제1 장착부가 마련된 날개를 더 포함하고,
상기 제2 레이어는 상기 제1 장착부가 결합하는 결합부를 더 포함하는 외력 센서 제조 방법.15. The method of claim 14,
Wherein the holding base further comprises a wing provided with a first mounting portion,
Wherein the second layer further comprises a coupling portion to which the first mounting portion is coupled.
상기 제2 레이어는 상기 외력 센싱부와 상기 제1 레이어의 사이 공간에 의하여 정의되는 내부층을 형성하는 외력 센서 제조 방법.15. The method of claim 14,
Wherein the second layer forms an inner layer defined by a space between the external force sensing unit and the first layer.
상기 고정하는 단계는,
상기 "U" 형상으로 고정된 외력 센싱부의 불록부를 덮는 플레이트를 더 고정하는 것을 포함하는 외력 센서 제조 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the fixing step comprises:
Further comprising fixing a plate covering an annular portion of the external force sensing portion fixed in the "U" shape.
상기 제2 레이어를 형성하는 단계 이후, 상기 제2 레이어 중 상기 플레이트를 덮는 영역을 제거하여 상기 플레이트를 노출시키는 외력 센서 제조 방법.18. The method of claim 17,
Wherein the step of forming the second layer removes a region of the second layer that covers the plate to expose the plate.
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|---|---|---|---|---|
| KR20220106020A (en) * | 2021-01-21 | 2022-07-28 | 한양대학교 에리카산학협력단 | Composite stiffness sensor and manufacturing method thereof |
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| KR102033845B1 (en) | 2019-10-17 |
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