KR20200047968A - 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치 - Google Patents

가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 작업이 이루어지는 작업점에 발생하는 X, Y, Z축 각각에 대한 3개의 힘과, X, Y, Z축 각각을 회전 중심으로 하는 3개의 모멘트를 측정하고, 외력에 대한 변형을 허용하여 유연성을 가지면서 강성을 조절할 수 있는 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치치에 관한 것으로, X-Y-Z의 3축으로 된 고정좌표계의 고정원점이 정의되는 고정프레임과, 상기 고정프레임의 상방으로 이격되어 상기 고정프레임의 고정좌표계를 기준으로 이동 가능하게 설치되고, x-y-z의 3축으로 된 이동좌표계의 이동원점이 정의되는 이동프레임과, 상기 고정프레임과 이동프레임 사이에 설치되고, 상기 고정프레임에 대하여 상기 이동프레임을 탄성 지지하는 순응장치부와, 상기 이동프레임의 이동원점에 외력이 작용하여 상기 고정프레임의 고정원점을 기준으로 상기 이동프레임의 이동원점이 위치 이동하는 경우 상기 순응장치부로부터 탄성변형량을 감지하여 상기 고정좌표계를 기준으로 상기 이동프레임의 이동원점에 작용하는 3축 각각의 방향에 대한 3개의 힘과 3축 각각의 방향을 회전중심으로 하는 3개의 모멘트를 측정하는 감지측정부와, 상기 이동프레임의 이동원점에 외력이 작용하는 경우 상기 외력에 대한 상기 순응장치부의 강성을 변화시키도록 상기 순응장치부의 탄성변형량을 조절하는 탄성조절부를 포함하여 이루어진다.

Description

가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치{6-AXIS COMPLIANCE DEVICE WITH VARIABLE COMPLIANCE CAPABILITY}
본 발명은 작업로봇에 설치되는 순응장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작업로봇에 결합된 작업공구를 대상물의 표면에 접촉시켜 작업을 수행하는 경우 작업공구가 일정한 압력으로 대상물과 접촉하도록 작업공구와 대상물의 접촉력을 3축 방향에 작용하는 3개의 힘과 3축 방향의 중심을 기준으로 회전하여 발생하는 3개의 모멘트를 측정하고, 대상물의 강성 및 수행작업에 따라 강성을 조절할 수 있는 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치에 관한 것이다.
산업 기술이 발달함에 따라 다양한 분야에 산업용 로봇이 설치되어 다양한 작업을 수행하고 있다. 이러한 산업용 로봇에는 수행하는 작업에 따라 작업공구가 설치된다. 이때, 작업을 수행하는 산업용 로봇 즉, 작업로봇이 작업공구를 통해 작업을 수행하는 경우 작업공구가 작업의 대상이 되는 대상물의 표면을 높은 압력으로 푸시하게 되면 작업공구 및 대상물이 손상된다. 따라서, 작업로봇에는 도 1에 도시된 바와 같이 작업공구와 대상물의 접촉력을 감지하여 작업공구가 대상물을 강한 힘으로 푸시하여 손상되지 않도록 작업로봇을 제어하는 F/T센서가 부착된다.
상기 F/T센서는 도 1에 도시된 바와 같이 내부가 중공인 하우징(10)과, 평면상 '╋'지 형상으로 상기 하우징의 내부에 설치되고, 외력이 작용하는 경우 탄성변형하는 빔(20)과, 상기 빔(20)의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 일면에 각각 부착되어 빔(20)의 변형량을 감지하는 복수의 스트레인게이지(30)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 스트레인게이지(30)로부터 제공되는 빔(20)의 변형량을 전송받아 빔(20)에 작용하는 외력을 계산하는 제어부를 더 포함할 수도 있다.
즉, F/T센서는 작업로봇이 작업을 수행하기 위하여 대상물에 근접하는 경우 작업공구와 대상물의 표면이 접촉하여 작업공구에 접촉력이 형성되면, 빔(20)이 접촉력에 의해 변형하게 되고, 스트레인게이지(30)가 빔(20)의 변형량을 감지하여 작업공구에 형성된 외력에 대한 정보를 얻게 되는 것이다. 따라서, F/T센서를 통해 작업공구가 대상물에 접촉하여 형성되는 힘에 대한 정보를 얻게 됨으로 작업로봇을 제어하여 작업공구 및 대상물이 손상되지 않게 되는 것이다.
하지만, F/T센서는 도 1에 도시된 바와 같이 접촉이 발생하게 되면 접촉에 의한 충격을 흡수하지 못하는 구조를 가지고 있다. 예컨대, 작업로봇이 대상물에 부품을 삽입하는 조립작업을 수행하는 경우 부품과 대상물의 접촉이 시작되는 순간에는 F/T센서로부터 부품과 대상물의 접촉력에 대한 정보를 제공받지 못한다. 즉, 작업로봇이 부품이 대상물과 접촉하여 발생한 접촉력에 대한 정보가 없음으로 기입력된 구동속도로 부품을 대상물에 가져가게 된다. 따라서, 부품과 대상물이 접촉하는 순간 강한 접촉력이 발생하여 부품이나 대상물이 손상되는 문제가 발생하게 된다.
상술한 F/T센서의 문제점을 보완하기 위하여 부품이 대상물의 표면과 근접한 곳에 위치하게 되면 작업로봇의 구동속도를 줄인 후 부품을 대상물의 표면에 접촉시켜 부품과 대상물의 표면이 접촉하는 순간 발생하는 접촉력을 감소시키고, 이후 부품과 대상물이 접촉하여 F/T센서에 접촉력에 대한 정보가 생성되면 작업로봇을 정상속도로 구동하게 된다. 따라서, F/T센서로부터 외력에 대한 정보가 제공되기 전까지 작업로봇의 구동속도가 감소하게 됨으로 작업을 수행하는데 소요되는 시간이 길어지게 된다.
특히, 대상물에 부품을 결합하는 조립작업의 경우 대상물에 부품을 삽입할 위치까지 이동하여 대상물과 부품을 접촉한 후 부품이 대상물에 삽입될 정도의 힘으로 부품을 대상물을 향해 푸시하여야 한다. 즉, 조립작업의 경우 부품을 대상물에 접촉하면서 삽입 시 강한 힘으로 푸시해야 됨으로 작업로봇이 부품과 대상물이 접촉하는 순간 발생하는 접촉력을 감소하면서 강한 힘으로 부품을 푸시해야 되는 작업이다.
하지만, F/T센서의 경우 상술한 바와 같이 작업공구 또는 부품이 대상물과 접촉하는 순간 발생하는 접촉력을 감소하지 못하는 구조로써, 특히 작업로봇이 조립작업을 수행하는 경우 부품과 대상물이 접촉하여 F/T센서로부터 힘에 대한 정보고 제공되기 전까지 작업로봇의 구동속도를 감소시켜야 됨으로 작업에 소요되는 시간이 길어진다는 문제가 있다.
한편, F/T센서와 달리 장치에 작용하는 충격량을 흡수하는 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 유연성을 가진 순응장치도 제시되었다. 도 2에 도시된 순응장치는 X-Y-Z의 3축으로 된 고정좌표계의 고정원점이 정의되는 고정프레임(40)과, 상기 고정프레임(40)의 상방으로 이격되어 상기 고정프레임(40)의 고정좌표계를 기준으로 이동 가능하게 설치되고, x-y-z의 3축으로 된 이동좌표계의 이동원점이 정의되는 이동프레임(50)과, 상기 고정프레임(40)과 이동프레임(50) 사이에 설치되고, 상기 고정프레임(40)에 대하여 상기 이동프레임(50)을 탄성 지지하고, 상기 이동프레임(50)의 이동원점에 외력이 작용하여 상기 고정프레임(40)의 고정원점을 기준으로 상기 이동프레임(50)의 이동원점이 위치 이동하는 경우 변형량을 감지하는 순응장치부(60)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 순응장치부(60)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 고정프레임(40)에 대하여 상기 이동프레임(50)을 탄성 지지하는 3개의 순응장치모듈과, 상기 순응장치모듈 각각에 결합되고, 상기 이동프레임(50)에 외력이 작용하는 경우 상기 순응장치모듈 각각의 탄성변형량을 감지하는 감지부를 포함하여 이루어진다.
또한, 순응장치모듈 각각은, 도 2에 도시된 바와 같이 일단이 상기 고정프레임(40)에 볼조인트 결합되는 실린더와, 일단이 상기 실린더에 슬라이딩 이동 가능하게 결합되고, 타단이 상기 이동프레임(50)에 볼조인트 결합되는 로드와, 상기 실린더에 대하여 상기 로드를 탄성 지지하는 스프링이 구비되는 탄성변형부재(61)를 포함하여 이루어진다. 이때, 감지부는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 실린더의 외주면에 설치되어 상기 이동프레임(50)에 외력이 작용하여 탄성변형부재(61)가 탄성 변형하는 경우 변위를 측정하는 변위센서로 이루어진다.
즉, 도 2에 도시된 순응장치는 이동프레임(50)에 외력이 작용하게 되면 탄성변형부재(61)가 탄성변형하면서 외력의 일부를 흡수하는 구조를 가진다. 따라서, 작업로봇에 설치되어 작업을 수행하는 경우 작업공구나 또는 부품이 대상물과 접촉하는 순간 발생하는 접촉력을 흡수하여 작업공구, 부품 및 대상물의 손상을 방지할 수 있다. 하지만, 도 2에 도시된 순응장치의 경우 탄성변형부재(61)의 탄성력에 의해 장치의 강성이 결정된다. 예컨대, 탄성변형부재(61)의 스프링강성이 낮은 경우 이동프레임(50)에 작은 외력이 작용하여도 쉽게 탄성변형하게 되지만, 반대로 스프링강성이 높은 경우 이동프레임(50)에 동일한 외력이 작용하여도 변형되지 않게 된다.
따라서, 도 2에 도시된 순응장치의 경우 작업에 따라 적절한 강성을 형성하여 작업을 수행할 수 있지만, 조립작업과 같이 부품이 대상물과 접촉하는 경우 접촉력을 흡수하고, 부품을 대상물에 삽입하는 경우 강한 힘으로 푸시해야 되는 작업의 경우 작업이 정확히 이루어지지 않는 문제점이 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 순응장치를 통해 조립작업을 수행하는 경우 부품이 대상물과 접촉하는 순간 발생하는 접촉력을 탄성변형부재(61)가 흡수하여 부품 및 대상물의 손상을 방지할 수 있지만, 부품을 대상물에 강한 힘으로 푸시하여 삽입하는 작업 시 탄성변형부재(61)가 부품이 대상물을 푸시하는 힘을 흡수하여 부품이 대상물에 삽입되지 못하는 문제가 발생하게 된다.
즉, 단순히 작업공구를 대상물과 접촉시킨 후 일정한 압력으로 대상물의 표면을 이동하는 디버링, 버핑, 폴리싱, 글라인딩 및 샌딩 등과 같은 작업은 도 1 및 도 2에 도시된 F/T센서나 탄성변형부재(61)의 강성이 일정한 순응장치로 수행가능하다. 하지만, 조립작업처럼 작업의 단계에 따라 부품과 대상물의 충격을 흡수하거나 강한 힘을 전달해야되는 복합적인 힘의 변형이 필요한 작업의 경우 도 1에 도시된 F/T센서는 부품과 대상물이 접촉하는 순간 부품과 대상물의 접촉력을 부품, 대상물 및 작업로봇에 전달하게 됨으로 부품 및 대상물이 손상되고, 도 2에 도시된 순응장치는 부품과 대상물이 접촉하는 순간 부품과 대상물의 접촉력을 흡수하여 부품 및 대상물의 손상을 방지할 수 있지만, 부품을 대상물에 삽입하는 경우 부품을 대상물에 강한 힘으로 푸시할 수 없게 됨으로 부품을 대상물에 삽입할 수 없다는 문제가 있다.
따라서, 작업로봇이 단순히 작업공구를 대상물의 표면에 접촉시키도록 일정한 힘을 유지하는 작업뿐만 아니라 조립작업과 같이 작업의 단계에 따라 대상물에 가하는 힘이 변화하는 작업에 투입하여 자동화시스템의 작업범위를 확장하기 위해서는 힘을 감지하고, 유연성을 가지면서 선택적으로 강성을 변화할 수 있는 장치의 개발이 필요한 시점이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 작업이 이루어지는 작업점에 발생하는 X, Y, Z축 각각에 대한 3개의 힘과, X, Y, Z축 각각을 회전 중심으로 하는 3개의 모멘트를 측정하고, 외력에 대한 변형을 허용하여 유연성을 가지면서 강성을 조절할 수 있는 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치는, X-Y-Z의 3축으로 된 고정좌표계의 고정원점이 정의되는 고정프레임과, 상기 고정프레임의 상방으로 이격되어 상기 고정프레임의 고정좌표계를 기준으로 이동 가능하게 설치되고, x-y-z의 3축으로 된 이동좌표계의 이동원점이 정의되는 이동프레임과, 상기 고정프레임과 이동프레임 사이에 설치되고, 상기 고정프레임에 대하여 상기 이동프레임을 탄성 지지하는 순응장치부와, 상기 이동프레임의 이동원점에 외력이 작용하여 상기 고정프레임의 고정원점을 기준으로 상기 이동프레임의 이동원점이 위치 이동하는 경우 상기 순응장치부로부터 탄성변형량을 감지하여 상기 고정좌표계를 기준으로 상기 이동프레임의 이동원점에 작용하는 3축 각각의 방향에 대한 3개의 힘과 3축 각각의 방향을 회전중심으로 하는 3개의 모멘트를 측정하는 감지측정부와, 상기 이동프레임의 이동원점에 외력이 작용하는 경우 상기 외력에 대한 상기 순응장치부의 강성을 변화시키도록 상기 순응장치부의 탄성변형량을 조절하는 탄성조절부를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 순응장치부는, 상기 고정프레임과 이동프레임 사이에 각각이 120도 각도의 간격으로 설치된 3개의 제1 순응장치모듈, 제2 순응장치모듈 및 제3 순응장치모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 순응장치모듈, 제2 순응장치모듈 및 제3 순응장치모듈 각각은, 일단이 상기 고정프레임에 고정 설치되어 고정점이 형성되고, 타단이 자유단인 제1 탄성편과, 하단이 상기 제1 탄성편의 타단에 볼조인트로 회전 가능하게 결합되고, 상단이 상기 이동프레임에 볼조인트로 회전 가능하게 결합되는 제1 링크부재와, 상기 제1 탄성편과 서로 평행하도록 일단이 상기 고정프레임에 고정 설치되어 고정점이 형성되고, 타단이 자유단인 제2 탄성편과, 하단이 상기 제2 탄성편의 타단에 볼조인트로 회전 가능하게 결합되고, 상단이 상기 이동프레임에 볼조인트로 회전 가능하게 결합되는 제2 링크부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감지측정부는, 상기 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 일면에 각각 부착되어 상기 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 탄성변형량을 감지하는 복수의 스트레인게이지와, 상기 스트레인게이지 각각의 신호를 전송받아 상기 스트레인게이지 각각의 탄성변형량으로부터 상기 고정좌표계를 기준으로 상기 이동프레임의 이동원점에 작용하는 X축 방향에 대한 FX, Y축 방향에 대한 FY, Z축 방향에 대한 FZ 각각의 3개의 힘 및 X축 방향을 회전중심으로 하는 MX, Y축 방향을 회전중심으로 하는 MY, Z축 방향을 회전중심으로 하는 MZ 각각의 3개의 모멘트를 계산하는 마이크로콘트롤러을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탄성조절부는, 상기 제1 순응장치모듈, 제2 순응장치모듈 및 제3 순응장치모듈 각각에 설치되는 3개의 제1 탄성조절모듈, 제2 탄성조절모듈 및 제3 탄성조절모듈을 포함하고, 상기 제1 탄성조절모듈, 제2 탄성조절모듈 및 제3 탄성조절모듈 각각은, 상기 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 일단부에 길이방향을 따라 이동 가능하게 결합되어 상기 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 고정점의 위치를 조절하는 탄성변형조절부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탄성조절부는, 회전축이 상기 고정프레임의 하방을 향하도록 상기 고정프레임에 설치되는 회전모터와, 원판 형상으로 상기 회전모터의 회전축에 결합되어 함께 회전하는 회전원판을 더 포함하고, 상기 제1 탄성조절모듈, 제2 탄성조절모듈 및 제3 탄성조절모듈 각각은, 일단이 상기 회전원판에 볼조인트 결합되는 조절링크와, 상기 고정프레임의 하면에 상기 제1 탄성편 및 제2 탄성편의 길이 방향을 따라 설치되는 가이드와, 상기 가이드의 길이 방향을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 설치되고, 하면에 상기 조절링크의 타단이 볼조인트 결합되며, 상면에 상기 탄성변형조절부재가 결합되는 슬라이더를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치는, 순응장치부를 통해 이동프레임의 이동원점에 외력이 작용하는 경우 외력을 탄성변형량으로 변화함으로 장치의 유연성을 확보할 수 있다.
또한, 감지측정부를 통해 순응장치부의 탄성변형량을 감지 및 측정함으로 이동프레임의 이동원점에 작용하는 x, y, z축 각각에 대한 3개의 힘과, x, y, z축 각각을 회전중심으로 하는 3개의 모멘트를 감지 및 측정하여 작업 시 발생하는 힘에 대한 정보를 제공받아 힘이 변화하는 작업을 수행하는 작업로봇을 손쉽게 제어할 수 있다.
또한, 탄성조절부를 통해 순응장치부의 강성을 변화함으로써, 힘이 변화하는 작업의 단계에 따라 순응장치부의 강성을 변화하여 장치의 강성을 조절할 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 F/T센서를 도시한 사시도이고,
도 2는 종래 기술에 따른 강성이 일정한 순응장치를 도시한 사시도이며,
도 3은 본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치의 실시예를 도시한 사시도이고,
도 4는 도 3의 실시예 중 순응장치부의 결합관계를 도시한 사시도이며,
도 5는 도 3의 실시예 중 이동프레임에 외력이 작용하는 경우 순응장치부가 탄성변형한 상태를 도시한 도면이고,
도 6은 도 3의 실시예 중 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치와 마이크로콘트롤러의 연결관계를 도시한 개념도이며,
도 7은 도 3의 실시예 중 순응장치부의 제1 순응장치모듈, 제2 순응장치모듈 및 제3 순응장치모듈 각각이 고정프레임 및 이동프레임 사이에 결합된 일 실시예를 도시한 도면이고,
도 8은 도 7의 실시예 중 순응장치부의 제1 순응장치모듈, 제2 순응장치모듈 및 제3 순응장치모듈 각각이 고정프레임 및 이동프레임 사이에 결합된 다른 실시예를 도시한 도면이며,
도 9는 도 3의 실시예 중 제1 순응장치모듈을 고정프레임 및 이동프레임으로부터 분해 도시한 부분 분해도이고,
도 10은 도 9의 실시예 중 제1 탄성편이 고정프레임에 고정 설치되는 경우 제1 탄성편의 일단에 고정점이 형성된 상태를 도시한 도면이며,
도 11은 도 3의 실시예 중 탄성조절부를 분해 도시한 부분 분해도이고,
도 12는 도 11의 실시예를 정면에서 바라본 상태를 도시한 정면도이며,
도 13은 도 12의 실시예 중 탄성변형조절부재와 제1 탄성편 및 제2 탄성편의 결합관계와, 탄성변형조절부재, 조절링크, 가이드 및 슬라이더의 결합관계를 도시한 도면이고,
도 14는 도 3의 실시예를 하방에서 바라본 저면도이며,
도 15는 도 14의 실시예 중 탄성변형조절부재가 고정프레임의 측면과 접촉하여 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 일단에 위치하는 경우 제1 탄성편 및 제2 탄성편에 형성된 고정점을 도시한 도면이고,
도 16은 도 14의 실시예 중 회전모터의 회전구동에 따른 탄성변형조절부재의 작동상태를 도시한 도면이며,
도 17은 도 16의 실시예 중 탄성변형조절부재가 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 길이방향을 따라 이동하여 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 일단부에 위치하는 경우 제1 탄성편 및 제2 탄성편에 형성된 고정점을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치는, 도 3 내지 6에 도시된 바와 같이 고정프레임(100), 이동프레임(200), 순응장치부(400), 감지측정부(400) 및 탄성조절부(500)를 포함하여 이루어진다.
고정프레임(100)은 도 3 내지 6에 도시된 바와 같이 X-Y-Z의 3축으로 된 고정좌표계의 고정원점(110)이 정의된다. 이때, 고정프레임(100)은 작업로봇의 손목부에 설치되게 된다. 따라서, 고정프레임(100)의 고정좌표계와 작업로봇의 손목부에 형성되는 손목좌표계의 방향이 일치하도록 정의하는 것이 좋다. 이는 후술하는 이동프레임(200)의 이동좌표계가 위치 변화하는 경우 고정좌표계에 대한 이동좌표계의 측정을 용이하게 하면서 작업로봇의 손목부에 대한 이동좌표계의 위치 이동을 용이하게 측정하기 위함이다.
이동프레임(200)은 도 3 내지 6에 도시된 바와 같이 상기 고정프레임(100)의 상방으로 이격되어 상기 고정프레임(100)의 고정좌표계를 기준으로 이동 가능하게 설치되고, x-y-z의 3축으로 된 이동좌표계의 이동원점(210)이 정의된다. 여기서, 이동프레임(200)의 상면에는 작업공구가 설치된다. 즉, 작업로봇이 구동하여 작업공구가 대상물과 접촉하는 경우 작업공구와 대상물 사이에 발생하는 접촉력에 의해 이동프레임(200)의 이동원점(210)이 고정프레임(100)의 고정좌표계를 기준으로 이동하게 되는 것이다. 따라서, 고점프레임(100)의 고정좌표계를 기준으로 이동프레임(200)의 이동원점(210)의 이동을 감지하게 되면 작업공구와 대상물이 접촉하여 발생하는 접촉력에 대한 정보를 얻을 수 있게 되는 것이다.
순응장치부(300)는 도 3 내지 9에 도시된 바와 같이 상기 고정프레임(100)과 이동프레임(200) 사이에 설치되고, 상기 고정프레임(100)에 대하여 상기 이동프레임(200)을 탄성 지지하게 된다. 즉, 순응장치부(300)는 도 5에 도시된 바와 같이 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 외력을 탄성변형에 사용함으로 이동원점(210)에 작용하는 외력이 고정프레임(100)을 통과하여 작업로봇에 전달되지 않게 된다. 또한, 순응장치부(300)는 이동프레임(200)에 작업공구가 설치된 경우 작업공구와 대상물이 접촉하여 발생하는 접촉력을 탄성변형에 사용함으로 작업공구과 대상물 사이에 발생하는 접촉력을 상쇄시켜 작업공구와 대상물의 손상을 방지할 수 있게 되는 것이다.
이때, 순응장치부(300)는 도 7 및 8에 도시된 바와 같이 상기 고정프레임(100)과 이동프레임(200) 사이에 각각이 120도 각도의 간격으로 설치된 3개의 제1 순응장치모듈(310), 제2 순응장치모듈(320) 및 제3 순응장치모듈(330)을 포함하여 이루어지고, 각각의 순응장치모듈(310, 320, 330)은 제1 탄성편(311), 제1 링크부재(312), 제2 탄성편(313), 제2 링크부재(314)를 포함하여 이루어지고 각각의 구성은 다음과 같다.
먼저, 제1 탄성편(311)은 도 9에 도시된 바와 같이 일단이 상기 고정프레임(100)에 고정 설치되어 고정점이 형성되고, 타단이 자유단으로 이루어진다. 즉, 제1 탄성편(311)은 도 10에 도시된 바와 같이 일단이 고정프레임(100)에 고정 설치되고, 고정되는 위치에 고정점이 형성되어 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 후술하는 제1 링크부재(312)가 제1 탄성편(311)의 자유단인 타단을 누르게 됨으로 제1 탄성편(311)이 탄성변형하게 되는 것이다. 따라서, 제1 탄성편(311)은 외팔보 구조를 가지게 되고, 이러한 구조를 통해 장치의 유연성(Flexible)을 확보하게 되는 것이다.
다음으로 제1 링크부재(312)는 도 9에 도시된 바와 같이 하단이 상기 제1 탄성편(311)의 타단에 볼조인트로 회전 가능하게 결합되고, 상단이 상기 이동프레임(200)에 볼조인트로 회전 가능하게 결합된다. 이때, 제1 링크부재(312)의 하단은 제1 탄성편(311)의 타단에 제1 탄성편(311)의 좌우 폭 길이방향의 중심에 설치된다. 이는 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 외력이 제1 링크부재(312)를 통해 제1 탄성편(311)의 타단으로 전달되는데, 여기서, 제1 링크부재(312)의 하단이 제1 탄성편(311)의 좌우 폭 길이방향의 중심에 설치되면 외력에 의한 제1 탄성편(311)의 비틀림 변형을 방지할 수 있기 때문이다. 즉, 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 제1 탄성편(311)의 비틀림 변형을 없애 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 작용하는 외력에 대한 정보를 감지 및 측정하는 과정을 단순화하기 위함이다.
계속하여 제2 탄성편(313)은 도 9에 도시된 바와 같이 상기 제1 탄성편(311)과 서로 평행하도록 일단이 상기 고정프레임(100)에 고정 설치되어 고정점이 형성되고, 타단이 자유단으로 이루어진다. 즉, 제2 탄성편(313)은 도 9에 도시된 바와 같이 제1 탄성편(311)과 평행하도록 일단이 고정프레임(100)에 고정 설치되고, 고정되는 위치에 고정점이 형성되어 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 후술하는 제2 링크부재(314)가 제2 탄성편(313)의 자유단인 타단을 누르게 됨으로 제2 탄성편(313)이 탄성변형하게 되는 것이다. 따라서, 제2 탄성편(313)은 제1 탄성편(311)과 동일한 외팔보 구조를 가지게 되고, 이러한 구조를 통해 장치의 유연성을 확보하게 되는 것이다.
마지막으로 제2 링크부재(314)는 도 9에 도시된 바와 같이 하단이 상기 제2 탄성편(313)의 타단에 볼조인트로 회전 가능하게 결합되고, 상단이 상기 이동프레임(200)에 볼조인트로 회전 가능하게 결합된다. 이때, 제2 링크부재(314)의 하단은 제2 탄성편(313)의 타단에 제2 탄성편(313)의 좌우 폭 길이방향의 중심에 설치된다. 이는 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 외력이 제2 링크부재(314)를 통해 제2 탄성편(313)의 타단으로 전달되는데, 여기서, 제2 링크부재(314)의 하단이 제2 탄성편(313)의 좌우 폭 길이방향의 중심에 설치되면 외력에 의한 제2 탄성편(313)의 비틀림 변형을 방지할 수 있기 때문이다. 즉, 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 제2 탄성편(313)의 비틀림 변형을 없애 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 작용하는 외력에 대한 정보를 감지 및 측정하는 과정을 단순화하기 위함이다.
여기서, 제1 링크부재(312) 및 제2 링크부재(314)는 도 7에 도시된 바와 같이 도면상 상방에서 바라보는 경우 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 길이방향과 평행하도록 설치될 수도 있고, 도 8에 도시된 바와 같이 제1 순응장치모듈(310)의 제2 링크부재(314)와 제2 순응장치모듈(320)의 제1 링크부재(312)가 도면상 상방에서 바라보는 경우 180도 각도를 형성하도록 설치될 수도 있다. 이는 제1 링크부재(312) 및 제2 링크부재(314)의 결합된 형상에 따라 후술하는 감지측정부(400)에서 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 탄성변형량에 따른 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 작용하는 외력을 측정하는 수식이 달라지게 됨으로 사용자의 선택에 따라 제1 링크부재(312) 및 제2 링크부재(314) 각각이 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 다양한 형상으로 결합될 수 있다.
따라서, 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 제1 순응장치모듈(310), 제2 순응장치모듈(320) 및 제3 순응장치모듈(330) 각각의 제1 링크부재(312) 및 제2 링크부재(314) 각각을 통해 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313)을 탄성 변형시킴으로 작업공구와 대상물 사이에 발생하는 접촉력을 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313)의 탄성변형에 사용하는 구조를 가지게 됨으로 장치의 유연성을 확보할 수 있게 되는 것이다. 또한, 장치의 유연성을 확보함으로써, 작업공구나 또는 조립부품이 대상물과 접촉하여 접촉력에 의해 손상되는 현상을 방지할 수 있게 되는 것이다.
감지측정부(400)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하여 상기 고정프레임(100)의 고정원점(110)을 기준으로 상기 이동프레임(200)의 이동원점(210)이 위치 이동하는 경우 상기 순응장치부(300)로부터 탄성변형량을 감지하여 상기 고정좌표계를 기준으로 상기 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 작용하는 3축 각각의 방향에 대한 3개의 힘과 3축 각각의 방향을 회전중심으로 하는 3개의 모멘트를 측정하게 된다. 이때, 감지측정부(400)는 스트레인게이지(410) 및 마이크로콘트롤러(420)를 포함하여 이루어지고, 각각의 구성은 다음과 같다.
먼저, 스트레인게이지(410)는 도 3 내지 6에 도시된 바와 같이 복수 개가 상기 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 일면에 각각 부착되어 상기 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 탄성변형량을 감지하게 된다. 여기서, 스트레인게이지(410)는 물체가 외력에 의해 변형되는 경우 변형량을 측정하는 측정기로써, 물체의 표면에 부착하여 물체가 외력에 의해 변형하는 경우 스트레인게이지(410)가 변형하면서 인장방향으로 길이가 증가하여 스트레인게이지(410)의 단면적이 감소되면서 전기저항이 증가하게 된다. 이때, 증가된 증가분을 감지하여 물체의 변형량을 측정하게 되는 것이다.
즉, 스트레인게이지(410)를 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각에 부착하고, 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하게 되면 외력에 의해 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각이 탄성 변형하게 되고, 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각에 부착된 스트레인게이지(410) 또한 함께 변형하게 됨으로 스트레인게이지(410)로부터 전기저항의 변형을 감지하여 후술하는 마이크로콘트롤러(420)를 통해 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 탄성 변형량을 측정할 수 있게 되는 것이다.
다음으로 마이크로콘트롤러(420)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 스트레인게이지(410) 각각의 신호를 전송받아 상기 스트레인게이지(410) 각각의 탄성변형량으로부터 상기 고정좌표계를 기준으로 상기 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 작용하는 X축 방향에 대한 FX, Y축 방향에 대한 FY, Z축 방향에 대한 FZ 각각의 3개의 힘 및 X축 방향을 회전중심으로 하는 MX, Y축 방향을 회전중심으로 하는 MY, Z축 방향을 회전중심으로 하는 MZ 각각의 3개의 모멘트를 계산한다. 여기서, 마이크로콘트롤러(420)와 스트레인게이지(410)는 전선을 통해 서로 연결되어 있고, 스트레인게이지(410)로부터 실시간으로 전송되는 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 탄성변형량에 대한 데이터를 저장하고, 저장된 데이터로부터 이동좌표계의 x축, y축 및 z축 각각의 방향에 대한 힘과, 각각의 축을 회전중심으로 하는 모멘트를 계산하여 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 작용하는 외력에 대한 정보를 제공하게 되는 것이다.
탄성조절부(500)는 도 11에 도시된 바와 같이 상기 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 상기 외력에 대한 상기 순응장치부(300)의 강성을 변화시키도록 상기 순응장치부(300)의 탄성변형량을 조절한다. 이때, 탄성조절부(500)는 도 11 내지 13에 도시된 바와 같이 상기 제1 순응장치모듈(310), 제2 순응장치모듈(320) 및 제3 순응장치모듈(330) 각각에 설치되는 3개의 제1 탄성조절모듈(510), 제2 탄성조절모듈(520) 및 제3 탄성조절모듈(530)을 포함하여 이루어지고, 각각의 제1 탄성조절모듈(510), 제2 탄성조절모듈(520) 및 제3 탄성조절모듈(530)은 상기 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 일단부에 길이방향을 따라 이동 가능하게 결합되어 상기 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점의 위치를 조절하는 탄성변형조절부재(511)를 포함하여 이루어진다.
즉, 탄성변형조절부재(511)는 도 11 내지 13에 도시된 바와 같이 내부에 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각이 삽입 결합되는데, 일면이 고정프레임(100)의 외측면과 접촉하거나 또는 이격되도록 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 길이방향을 따라 이동 가능하게 결합되고, 타면에 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313)의 고정점이 형성된다. 따라서, 탄성변형조절부재(511)의 타면이 외팔보의 고정단이 되는 것이고, 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 타단이 외발보의 자유단이 되는 것이다.
이러한 탄성변형조절부재(511)의 일면을 고정프레임(100)의 외측면으로부터 이격되도록 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 길이방향을 따라 이동하게 되면 탄성변형조절부재(511)의 타면이 이동하게 됨으로 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점 위치를 조절하게 되는 것이다.
여기서, 탄성변형조절부재(511)를 통해 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점 위치를 조절하기 위하여 탄성조절부(500)는 도 12에 도시된 바와 같이 회전축(541)이 상기 고정프레임(100)의 하방을 향하도록 상기 고정프레임(100)에 설치되는 회전모터(540)와, 원판 형상으로 상기 회전모터(540)의 회전축(541)에 결합되어 함께 회전하는 회전원판(550)을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 탄성조절모듈(510), 제2 탄성조절모듈(520) 및 제3 탄성조절모듈(530) 각각은 일단이 상기 회전원판(500)에 볼조인트 결합되는 조절링크(512)와, 상기 고정프레임(100)의 하면에 상기 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313)의 길이 방향을 따라 설치되는 가이드(513)와, 상기 가이드(513)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 설치되고, 하면에 상기 조절링크(512)의 타단이 볼조인트 결합되며, 상면에 상기 탄성변형조절부재(511)가 결합되는 슬라이더(514)를 포함하여 이루어진다.
즉, 도 13에 도시된 바와 같이 탄성변형조절부재(511)가 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 일단부에 위치하는 경우 탄성변형조절부재(511)의 타면에 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점이 형성되고, 이때 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 외력이 작용하는 경우 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 자유단이 탄성 변형하게 된다. 여기서, 탄성변형조절부재(511)가 가이드(513) 및 슬라이더(514)에 결합된 상태임으로 탄성변형조절부재(511)가 삽입 결합된 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 일단부는 외팔보의 고정단이 되어 변형하지 않는 구조가 되는 것이다.
예컨대, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 탄성변형조절부재(511)의 일면이 고정프레임(100)의 외측면에 접촉한 경우를 제1 상태라 지칭하는 경우 도 15에 도시된 바와 같이 제1 상태의 탄성변형조절부재(511)의 타면에 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점이 형성되고, 상기 고정점을 기준으로 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 자유단이 탄성 변형하게 된다.
계속하여 도 16 및 17에 도시된 바와 같이 탄성변형조절부재(511)의 일면이 고정프레임(100)의 외측면으로부터 이격된 경우를 제2 상태라 지칭하는 경우 도 17에 도시된 바와 같이 제2 상태의 탄성변형조절부재(511)의 타면에 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점이 형성되는데, 이 경우 도 15에 도시된 제1 상태보다 고정점으로부터 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313)의 자유단 끝단까지의 거리가 상대적으로 짧아지게 된다.
즉, 도 15 및 17에 도시된 제1 상태 및 제2 상태 각각에 동일한 외력이 이동프레임(200)의 이동원점(210)에 작용하는 경우 제2 상태의 고정점으로부터 탄성편(311, 313)의 끝단까지 길이가 제1 상태의 고정점으로부터 탄성편(311, 313)의 끝단까지 길이보다 짧은 구조가 됨으로 동일한 외력에 의한 탄성편(311, 313) 각각의 탄성 변형량이 상대적으로 적어지게 되는 것이다. 이는 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 자유단에 외력이 작용하는 경우 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각이 고정점으로부터 자유단의 끝단까지의 거리에 비례하여 모멘트가 형성되기 때문이다.
따라서, 탄성변형조절부재(511)가 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 일단부에 고정점을 형성하고, 가이드(513) 및 슬라이더(514)가 탄성변형조절부재(511)를 고정시키게 됨으로써, 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점이 탄성변형조절부재(511)의 타면에 형성되면서 고정점의 위치를 조절할 수 있게 되는 것이다.
이는 결과적으로 순응장치의 유연성을 조절하게 되는 것임으로 순응장치의 강성을 작업에 따라 조절할 수 있게 되는 것이다. 즉, 본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치는 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 두께를 변화하여 장치의 강성을 조절하는 것이 아니라 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점의 위치를 탄성변형조절부재(511)를 통해 변화하여 최종적으로 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 탄성변형량을 조절하여 장치의 강성을 조절하는 구조인 것이다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이 회전모터(540), 회전원판(550)과 각각의 조절링크(512)를 통해 탄성변형조절부재(511)의 이동을 자동으로 조절할 수 있게 됨으로 본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치를 작업로봇에 설치하여 조립작업과 같은 작업의 단계에 따라 힘의 조절이 필요한 작업을 수행하는 경우 작업을 단계에 따라 장치의 강성을 변화하여 작업을 순조롭게 수행할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치를 통해 작업공구가 대상물에 가하는 힘을 조절할 수 있게 됨으로 작업로봇이 조립작업과 같은 단계별로 힘의 조절이 필요한 작업을 수행할 수 있게 되는 것이다.
이하에서는 도 14 및 도 15와 도 16 및 도 17의 탄성변형조절부재(511)의 이동에 따른 탄성편(311, 313)의 강성변화를 수치적으로 설명하되, 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313)의 고정점 위치 변화가 동일하게 작용함으로 제1 탄성편(311)의 강성변화에 대해서만 설명한다.
먼저, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 탄성변형조절부재(511)의 일면이 고정프레임(100)의 외측면에 접촉한 경우 제1 탄성편(311)의 좌우 폭의 거리를 b라하고, 제1 탄성편(311)의 두께를 h, 제1 탄성편(311)의 고정점으로부터 끝단까지의 거리를 l이라 지칭하고, 각각의 상수에 대한 수치는 다음과 같다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
즉, 제1 탄성편(311)은 길이 24mm에 좌우 폭이 18mm이고, 두께가 0.5mm가 되고, 순응장치의 강성행렬 K는 다음과 같이 수식으로 표현된다.
Figure pat00004
Figure pat00005
여기서, 수학식 2의 θ는 제1 탄성편(311)과 제1 링크부재(312)가 이루는 각도를 의미하고, 여기서는 45도라 정의한다. 계속하여 상기 수학식 2를 행렬로 표현하게 되면 다음과 같다.
Figure pat00006
Figure pat00007
여기서, 수학식 3의
Figure pat00008
는 조인트 강성을 의미하고, 다음과 같이 수식으로 표현할 수 있다.
Figure pat00009
여기서, 수학식 2의 E는 제1 탄성편의 종탄성계수를 의미하는데, 제1 탄성편(311)의 재질지 SUS304라 가정하는 경우 E의 값은 190GPa이 된다. 즉, 조인트 강성
Figure pat00010
가 된다. 따라서, 조인트 강성을 수학식 3에 대입하게 되면 다음과 같은 강성행렬 값을 도출할 수 있다.
Figure pat00011
다음으로 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이 탄성변형조절부재(511)의 일면이 고정프레임(100)의 외측면으로부터 이격된 경우 제1 탄성편(311)의 좌우 폭의 거리를 b라하고, 제1 탄성편(311)의 두께를 h, 제1 탄성편(311)의 고정점으로부터 끝단까지의 거리를 l이라 지칭한다.
이때, 제1 탄성편(311)의 두께(h) 및 좌우 폭(b)은 수학식 1과 동일하고, 탄성변형조절부재(511)가 이동하여 제1 탄성편(311)의 고정점 위치가 이동하여 제1 탄성편(311)의 고정점으로부터 끝단까지의 거리(l)가 감소하게 된다. 여기서, 탄성변형조절부재(511)가 처음 위치로부터 5mm 이동하여 고정점의 위치가 5mm이동한 상태를 가정하여 제1 탄성편(311)의 고정점으로부터 끝단까지의 거리(l)를 19mm라 가정한다.
상술한 수학식 4를 통해 조인트 강성
Figure pat00012
을 도출할 수 있고, 도출된 조인트 강성
Figure pat00013
를 수학식 3에 대입하게 되면 다음과 같은 강성행렬을 구할 수 있다.
Figure pat00014
즉, 수학식 5의 강성행령과 수학식 6의 강성행렬을 비교하게 되면 탄성변형조절부재(511)가 이동하여 제1 탄성편(311)의 고정점으로부터 제1 탄성편(311)의 끝단까지의 길이가 짧아진 상태인 경우 강성행렬이 더 높은 수치를 가지게 됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치는 탄성변형조절부재(511)를 통해 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점 위치를 조절함으로 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 고정점으로부터 끝단까지의 거리를 변화하여 제1 탄성편(311) 및 제2 탄성편(313) 각각의 탄성변형량을 조절하게 되고, 이는 최종적으로 순응장치의 강성을 조절하게 되는 것이다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
100 : 고정프레임 110 : 고정원점
200 : 이동프레임 210 : 이동원점
300 : 순응장치부 310 : 제1 순응장치모듈
311 : 제1 탄성편 312 : 제1 링크부재
313 : 제2 탄성편 314 : 제2 링크부재
320 : 제2 순응장치모듈 330 : 제3 순응장치모듈
400 : 감지측정부
410 : 스트레인게이지 420 : 마이크로콘트롤러
500 : 탄성조절부 510 : 제1 탄성조절모듈
511 : 탄성변형조절부재 512 : 조절링크
513 : 가이드 514 : 슬라이더
520 : 제2 탄성조절모듈 530 : 제3 탄성조절모듈
540 : 회전모터 541 : 회전축
550 : 회전원판

Claims (6)

  1. X-Y-Z의 3축으로 된 고정좌표계의 고정원점이 정의되는 고정프레임과,
    상기 고정프레임의 상방으로 이격되어 상기 고정프레임의 고정좌표계를 기준으로 이동 가능하게 설치되고, x-y-z의 3축으로 된 이동좌표계의 이동원점이 정의되는 이동프레임과,
    상기 고정프레임과 이동프레임 사이에 설치되고, 상기 고정프레임에 대하여 상기 이동프레임을 탄성 지지하는 순응장치부와,
    상기 이동프레임의 이동원점에 외력이 작용하여 상기 고정프레임의 고정원점을 기준으로 상기 이동프레임의 이동원점이 위치 이동하는 경우 상기 순응장치부로부터 탄성변형량을 감지하여 상기 고정좌표계를 기준으로 상기 이동프레임의 이동원점에 작용하는 3축 각각의 방향에 대한 3개의 힘과 3축 각각의 방향을 회전중심으로 하는 3개의 모멘트를 측정하는 감지측정부와,
    상기 이동프레임의 이동원점에 외력이 작용하는 경우 상기 외력에 대한 상기 순응장치부의 강성을 변화시키도록 상기 순응장치부의 탄성변형량을 조절하는 탄성조절부를 포함하여 이루어진 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 순응장치부는,
    상기 고정프레임과 이동프레임 사이에 각각이 120도 각도의 간격으로 설치된 3개의 제1 순응장치모듈, 제2 순응장치모듈 및 제3 순응장치모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 순응장치모듈, 제2 순응장치모듈 및 제3 순응장치모듈 각각은,
    일단이 상기 고정프레임에 고정 설치되어 고정점이 형성되고, 타단이 자유단인 제1 탄성편과,
    하단이 상기 제1 탄성편의 타단에 볼조인트로 회전 가능하게 결합되고, 상단이 상기 이동프레임에 볼조인트로 회전 가능하게 결합되는 제1 링크부재와,
    상기 제1 탄성편과 서로 평행하도록 일단이 상기 고정프레임에 고정 설치되어 고정점이 형성되고, 타단이 자유단인 제2 탄성편과,
    하단이 상기 제2 탄성편의 타단에 볼조인트로 회전 가능하게 결합되고, 상단이 상기 이동프레임에 볼조인트로 회전 가능하게 결합되는 제2 링크부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 감지측정부는,
    상기 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나의 일면에 각각 부착되어 상기 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 탄성변형량을 감지하는 복수의 스트레인게이지와,
    상기 스트레인게이지 각각의 신호를 전송받아 상기 스트레인게이지 각각의 탄성변형량으로부터 상기 고정좌표계를 기준으로 상기 이동프레임의 이동원점에 작용하는 X축 방향에 대한 FX, Y축 방향에 대한 FY, Z축 방향에 대한 FZ 각각의 3개의 힘 및 X축 방향을 회전중심으로 하는 MX, Y축 방향을 회전중심으로 하는 MY, Z축 방향을 회전중심으로 하는 MZ 각각의 3개의 모멘트를 계산하는 마이크로콘트롤러을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 탄성조절부는,
    상기 제1 순응장치모듈, 제2 순응장치모듈 및 제3 순응장치모듈 각각에 설치되는 3개의 제1 탄성조절모듈, 제2 탄성조절모듈 및 제3 탄성조절모듈을 포함하고,
    상기 제1 탄성조절모듈, 제2 탄성조절모듈 및 제3 탄성조절모듈 각각은,
    상기 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 일단부에 길이방향을 따라 이동 가능하게 결합되어 상기 제1 탄성편 및 제2 탄성편 각각의 고정점의 위치를 조절하는 탄성변형조절부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탄성조절부는,
    회전축이 상기 고정프레임의 하방을 향하도록 상기 고정프레임에 설치되는 회전모터와,
    원판 형상으로 상기 회전모터의 회전축에 결합되어 함께 회전하는 회전원판을 더 포함하고,
    상기 제1 탄성조절모듈, 제2 탄성조절모듈 및 제3 탄성조절모듈 각각은,
    일단이 상기 회전원판에 볼조인트 결합되는 조절링크와,
    상기 고정프레임의 하면에 상기 제1 탄성편 및 제2 탄성편의 길이 방향을 따라 설치되는 가이드와,
    상기 가이드의 길이 방향을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 설치되고, 하면에 상기 조절링크의 타단이 볼조인트 결합되며, 상면에 상기 탄성변형조절부재가 결합되는 슬라이더를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변강성 구조의 6축 힘/모멘트 측정 기능을 갖는 순응장치.
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