KR20210087726A - Sensor apparatus for fine robot joint - Google Patents

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KR20210087726A KR1020200000802A KR20200000802A KR20210087726A KR 20210087726 A KR20210087726 A KR 20210087726A KR 1020200000802 A KR1020200000802 A KR 1020200000802A KR 20200000802 A KR20200000802 A KR 20200000802A KR 20210087726 A KR20210087726 A KR 20210087726A
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고제성
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김성연
김민호
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Abstract

The present invention provides a sensor apparatus for a fine robot joint, which comprises: a first engagement unit; a second engagement unit placed on a rear side of the first engagement unit; a connection unit placed between the first engagement unit and the second engagement unit; and a sensor unit installed on the connection unit to have a crack having a pair of crack surfaces, which selectively come in contact with each other, and in which an electric resistance changes in accordance with a change in the contact area between the pair of crack surfaces. In accordance with the present invention, the sensor apparatus for a fine robot joint is able to have the first engagement unit and the second engagement unit, which are installed on joint parts of a robot, the connection unit installed between the first engagement unit and the second engagement unit, and the sensor unit installed on the connection unit to have an electric resistance changed in accordance with a change in the contact area of the crack surface, have a greater gauge factor (GF) than that of the past, effectively detect even a very small change in the angle of each joint part of the robot, have a simpler structure, and provide easier manufacture of a product.

Description

미세 로봇 관절용 센서장치{Sensor apparatus for fine robot joint}Sensor apparatus for fine robot joint

본 발명은 미세 로봇 관절용 센서장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 로봇의 관절 부위에 설치되어 로봇 관절의 휘어진 정도를 측정하는 미세 로봇 관절용 센서장치에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor device for a micro-robot joint, and more particularly, to a sensor device for a micro-robot joint installed in a joint portion of a robot to measure the degree of bending of a robot joint.

일반적으로, 고감도 센서는 미세한 신호를 감지하여 이를 전기적 신호 등의 데이터로 전달하는 장치로서 현대산업에서 필수적으로 요구되는 부품 중 하나이다. 이와 같은 센서 중 압력이나 인장력을 측정하는 센서로서는 정전용량(capacitive) 센서, 압전기(piezoelectric) 센서, 스트레인 게이지 등이 알려져 있다.In general, a high-sensitivity sensor is a device that detects a minute signal and transmits it as data such as an electrical signal, and is one of the essential components in modern industry. Among such sensors, as a sensor for measuring pressure or tensile force, a capacitive sensor, a piezoelectric sensor, a strain gauge, and the like are known.

그러나 이와 같은 센서들은 특정 환경에서만 구동이 가능하거나, 압력 외의 다양한 환경적 요인에 의해 영향을 받아 측정값의 정확성이 저하되는 등의 문제가 존재함과 동시에 반복 구동 시 일정한 측정값을 확보하기 곤란한 문제가 존재한다. 또한 이들 센서는 자체의 구조적인 문제로 인하여 플렉시블 구조체를 제조하기 곤란하다는 문제가 존재한다.However, such sensors can be operated only in a specific environment or have problems such as reduced accuracy of measured values due to various environmental factors other than pressure. At the same time, it is difficult to secure constant measured values during repeated operation. exists In addition, these sensors have a problem in that it is difficult to manufacture a flexible structure due to their structural problems.

따라서 이러한 문제점을 보완할 수 있는 새로운 방식의 고감도 센서 및 음성인식 시스템의 개발이 요구되고 있다.Therefore, the development of a new high-sensitivity sensor and voice recognition system capable of supplementing these problems is required.

한편, 초소형 로봇 시스템을 구현하는 방식인 오리가미 구조에서, 로봇을 제어하는 여러 가지 액츄에이터들이 등장하고 있는데, 이와 동시에 로봇의 각 구조의 각도를 감지하는 센서의 필요성이 증대되었다. 이러한 구조에는 기존의 모션 센서들을 적용하기에는 크기가 크고 구조가 복잡하기에 적용에 어려움이 있었다.On the other hand, in the origami structure, which is a method of implementing a micro-robot system, various actuators for controlling the robot are appearing. At the same time, the need for a sensor for detecting the angle of each structure of the robot has increased. In this structure, it was difficult to apply the existing motion sensors because the size was large and the structure was complicated.

따라서 오리가미와 컴플라이언트 메커니즘과 같은 초소형 로봇의 관절 구조 등에 적용될 수 있는 미세 로봇 관절용 센서장치에 대한 개발이 요구된다.Therefore, it is required to develop a sensor device for micro-robot joints that can be applied to the joint structure of micro-robots such as origami and compliant mechanisms.

본 발명은 상기와 같은 필요에 의해 개발된 것으로서, 초소형 로봇 시스템의 관절 구조 등에 설치되어, 로봇의 각 구조의 변형 각도를 효과적으로 감지할 수 있는 미세 로봇 관절용 센서장치를 제공하는 데 목적이 있다.The present invention has been developed for the above needs, and it is an object of the present invention to provide a sensor device for a micro-robot joint that is installed in the joint structure of a micro-robot system and can effectively detect the deformation angle of each structure of the robot.

본 발명은, 제1결합부; 상기 제1결합부의 후방에 이격 배치되는 제2결합부; 상기 제1결합부와 제2결합부 사이에 배치되는 연결부; 및 상기 연결부에 설치되며, 서로 선택적으로 접촉되는 한 쌍의 크랙면을 갖는 크랙이 형성되고, 상기 한 쌍의 크랙면의 접촉 면적의 변화에 따라 전기적 저항이 변화하는 센서부를 포함하는 미세 로봇 관절용 센서장치를 제공한다.The present invention, a first coupling portion; a second coupling part spaced apart from the rear of the first coupling part; a connection part disposed between the first coupling part and the second coupling part; and a sensor part installed in the connection part, wherein a crack having a pair of crack surfaces selectively contacting each other is formed, and the electrical resistance changes according to a change in the contact area of the pair of crack surfaces. A sensor device is provided.

상기 연결부는, 판형으로 형성되며, 전단(前端;Front end)이 상기 제1결합부에 삽입되고, 후단(後端;Rear end)이 상기 제2결합부에 삽입된다.The connection part is formed in a plate shape, and a front end is inserted into the first coupling part, and a rear end is inserted into the second coupling part.

상기 연결부는, 좌우 폭이 상기 제1결합부의 폭보다 작다.The connecting portion, left and right width is smaller than the width of the first coupling portion.

상기 연결부는, 상하로 휘어지도록 변형되며, 상기 센서부는, 상기 연결부의 상면에 결합되며, 상기 연결부가 휘어짐에 따라 전기 저항이 변화되고, 상기 센서부와 전기적으로 연결되며, 상기 센서부의 전기 저항의 변화를 감지하여 상기 연결부의 휘어진 정도를 산출하는 제어부를 더 포함한다.The connection part is deformed to be bent up and down, and the sensor part is coupled to the upper surface of the connection part, the electrical resistance is changed as the connection part is bent, and is electrically connected to the sensor part, the electrical resistance of the sensor part The control unit further includes a control unit for detecting a change and calculating a degree of curvature of the connection unit.

상기 제1결합부는, 상기 연결부의 전단 측 부위를 상하로 감싸는 한 쌍의 제1결합부재를 포함한다.The first coupling part includes a pair of first coupling members enclosing the front end portion of the connection part up and down.

본 발명에 따른 미세 로봇 관절용 센서장치에 의하면, 로봇의 관절 부위에 설치되는 제1,2결합부와, 제1,2결합부의 사이에 설치되는 연결부와, 연결부에 설치되며 크랙면의 접촉면적의 변화에 따라 전기 저항이 변화되는 센서부를 구비함으로써, 종래에 비해 우수한 게이지팩터(GF; Gauge factor)를 갖는 미세 로봇 관절용 센서장치를 제공하게 되며, 로봇의 각 관절 부위의 매우 작은 각도 변화도 효과적으로 감지할 수 있고, 보다 단순한 구조를 가지며 제품 제조가 용이한 미세 로봇 관절용 센서장치를 제공하게 된다.According to the sensor device for a micro-robot joint according to the present invention, the first and second coupling parts installed in the joint part of the robot, the connection part installed between the first and second coupling parts, and the contact area of the crack surface installed in the connection part By having a sensor unit whose electrical resistance changes according to the change of the , it provides a sensor device for micro-robot joints having an excellent gauge factor (GF) compared to the prior art, and a very small angular change of each joint part of the robot is also provided. To provide a sensor device for a micro-robot joint that can effectively detect, has a simpler structure, and is easy to manufacture.

도 1은 본 발명에 따른 미세 로봇 관절용 센서장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 정면도이다.
도 3은 도 1의 평면도이다.
도 4는 도 1의 센서부에 형성되는 크랙을 확대하여 도시한 도면이다.1 is a perspective view of a sensor device for a micro-robot joint according to the present invention.
FIG. 2 is a front view of FIG. 1 ;
FIG. 3 is a plan view of FIG. 1 .
FIG. 4 is an enlarged view of cracks formed in the sensor unit of FIG. 1 .

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, which is merely exemplary, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 미세 로봇 관절용 센서장치(100)는, 초소형 로봇 시스템(미도시)의 관절 부위에 설치되는 것으로서, 제1결합부(110), 제2결합부(120), 연결부(130), 센서부(140) 및 제어부(150)를 포함한다.1 to 4, the sensor device 100 for a micro-robot joint according to the present invention is installed in the joint portion of the micro-robot system (not shown), the first coupling unit 110, the second coupling It includes a unit 120 , a connection unit 130 , a sensor unit 140 , and a control unit 150 .

상기 제1결합부(110)는, 초소형 로봇 시스템의 관절 부위 중, 일 측에 연결된다. 상기 제2결합부(120)는, 초소형 로봇 시트메의 관절 부위 중, 타 측에 연결된다. 상기 제1결합부(110)와 상기 제2결합부(120)는, 서로 이격되도록 배치된다. 즉, 상기 제1결합부(110)는 전방에 배치되고, 상기 제2결합부(120)는 후방에 배치된다. 그리고 상기 제1결합부(110)와 상기 제2결합부(120)는, 직육면체 형상으로 형성되며, 서로 마주보도록 배치된다.The first coupling unit 110 is connected to one side of the joint portion of the micro-robot system. The second coupling part 120 is connected to the other side of the joint portion of the micro robot seat me. The first coupling part 110 and the second coupling part 120 are disposed to be spaced apart from each other. That is, the first coupling part 110 is disposed at the front, and the second coupling part 120 is disposed at the rear. And the first coupling part 110 and the second coupling part 120 are formed in a rectangular parallelepiped shape and are disposed to face each other.

상기 연결부(130)는, 상기 제1결합부(110)와 상기 제2결합부(120)의 사이에 배치되며, 상기 제1결합부(110)와 상기 제2결합부(120)를 서로 연결한다. 더욱 상세하게는, 상기 연결부(130)는, 플레이트 형상으로 형성되며, 전단(前端;Front end) 측 부위가 상기 제1결합부(110)의 내부로 삽입되고, 후단(後端;Rear end) 측 부위가 상기 제2결합부(120)의 내부로 삽입된다. 이때, 상기 제1결합부(110)는, 한 쌍의 제1결합부재(111)를 포함하고, 상기 제2결합부(120)는, 한 쌍의 제2결합부재(121)를 포함할 수 있다. 상기 한 쌍의 제1결합부재(111)는, 상기 연결부(130)의 전단 측 부위에서 상하로 배치되며, 상기 연결부(130)의 전단 측 부위를 상하로 감싸도록 상기 연결부(130)에 안착된다. 상기 한 쌍의 제2결합부재(121)는, 상기 연결부(130)의 후단 측 부위에서 상하로 배치되며, 상기 연결부(130)의 후단 측 부위를 상하로 감싸도록 상기 연결부(130)에 안착된다.The connection part 130 is disposed between the first coupling part 110 and the second coupling part 120 , and connects the first coupling part 110 and the second coupling part 120 to each other. do. In more detail, the connection part 130 is formed in a plate shape, and a front end side portion is inserted into the first coupling part 110 , and a rear end portion is inserted into the first coupling part 110 , the rear end. The side portion is inserted into the second coupling part 120 . In this case, the first coupling part 110 may include a pair of first coupling members 111 , and the second coupling part 120 may include a pair of second coupling members 121 . have. The pair of first coupling members 111 are disposed up and down at the front end of the connecting part 130 and are seated on the connecting part 130 so as to surround the front end of the connecting part 130 up and down. . The pair of second coupling members 121 are disposed up and down at the rear end of the connecting portion 130 and are seated on the connecting portion 130 so as to surround the rear end of the connecting portion 130 up and down. .

상기 연결부(130)는, 플렉서블(Flexible) 소재로 형성된다. 따라서 상기 연결부(130)는, 전단과 후단이 각각 상기 제1결합부(110)와 상기 제2결합부(120)에 결합된 상태에서, 상하로 휘어지도록 변형이 가능하다. 상기 제1결합부(110)와 제2결합부(120)가 각각 초소형 로봇 시스템의 관절 부위에 각각 결합된 상태에서, 로봇의 관절 각도가 변화하는 경우, 상기 연결부(130)는 로봇의 관절이 움직이는 방향을 따라 휘어지게 된다. 한편, 상기 연결부(130)는, 좌우 폭이 상기 제1결합부(110) 및 상기 제2결합부(120)의 폭보다 작게 형성된다. 따라서 상기 연결부(130)는, 로봇의 관절 부위가 움직일 시에, 로봇의 다른 부품과 간섭되지 않게 된다.The connection part 130 is formed of a flexible material. Accordingly, the connection part 130 is deformable so as to be bent vertically while the front end and the rear end are coupled to the first coupling part 110 and the second coupling part 120, respectively. In a state in which the first coupling part 110 and the second coupling part 120 are respectively coupled to the joint parts of the micro robot system, when the joint angle of the robot changes, the connection part 130 is the joint of the robot. It bends in the direction it moves. On the other hand, the connecting portion 130, left and right width is formed smaller than the width of the first coupling portion 110 and the second coupling portion (120). Accordingly, when the joint portion of the robot moves, the connection unit 130 does not interfere with other parts of the robot.

상기 센서부(140)는, 전도체 소재로 형성되는 것으로서, 상기 연결부(130)의 상면에 부착된다. 그리고 상기 센서부(140)는, 서로 선택적으로 접촉되는 한 쌍의 크랙면을 갖는 크랙(141)이 형성된다. 로봇의 관절 부위가 움직임에 따라 상기 연결부(130)가 상하로 휘어지도록 변형이 되는데, 이 경우 상기 센서부(140)에 형성된 크랙(141)의 각 크랙면의 접촉 면적 역시 변화하게 된다. 그리고 상기 크랙(141)의 각 크랙면의 접촉면적이 변화하는 경우, 상기 센서부(140)의 전기적 저항의 크기 역시 변화하게 된다.The sensor unit 140 is formed of a conductive material and is attached to the upper surface of the connection unit 130 . In addition, the sensor unit 140 is formed with a crack 141 having a pair of crack surfaces selectively contacting each other. As the joint part of the robot moves, the connection part 130 is deformed to be bent up and down. In this case, the contact area of each crack surface of the crack 141 formed in the sensor part 140 also changes. And when the contact area of each crack surface of the crack 141 changes, the magnitude of the electrical resistance of the sensor unit 140 also changes.

상기 제어부(150)는, 상기 센서부(140)와 전기적으로 연결된다. 그리고 상기 제어부(150)는, 상기 센서부(140)의 전기 저항값의 변화를 감지한다. 이때, 상기 제어부(150)는, 입력받은 상기 센서부(140)의 전기 저항값의 변화를 기 설정된 기준테이블과 매칭시켜, 상기 연결부(130)의 휘어진 정도를 산출한다. 이에 따라 본 발명에 따른 미세 로봇 관절용 센서장치(100)는, 이것이 설치되는 로봇의 관절부위의 변형 각도를 산출할 수 있게 된다.The control unit 150 is electrically connected to the sensor unit 140 . In addition, the control unit 150 detects a change in the electrical resistance value of the sensor unit 140 . At this time, the control unit 150 matches the received change in the electrical resistance value of the sensor unit 140 with a preset reference table to calculate the degree of bending of the connection unit 130 . Accordingly, the sensor device 100 for a micro-robot joint according to the present invention can calculate the deformation angle of the joint portion of the robot in which it is installed.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 미세 로봇 관절용 센서장치(100)에 의하면, 로봇의 관절 부위(미도시)에 설치되는 제1,2결합부(110,120)와, 제1,2결합부(110,120)의 사이에 설치되는 연결부(130)와, 연결부(130)에 설치되며 크랙(141)이 갖는 크랙면의 접촉면적의 변화에 따라 전기 저항이 변화되는 센서부(140)를 구비함으로써, 종래에 비해 우수한 게이지팩터(GF; Gauge factor)를 갖는 미세 로봇 관절용 센서장치(100)를 제공하게 되며, 로봇의 각 관절 부위의 매우 작은 각도 변화도 효과적으로 감지할 수 있고, 보다 단순한 구조를 가지며 제품 제조가 용이한 미세 로봇 관절용 센서장치(100)를 제공하게 된다.As described above, according to the sensor device 100 for a micro-robot joint according to the present invention, the first and second coupling parts 110 and 120 installed in the joint portion (not shown) of the robot, and the first and second coupling By having a connection part 130 installed between the parts 110 and 120, and a sensor part 140 installed in the connection part 130 and having electrical resistance changed according to a change in the contact area of the crack surface of the crack 141, , provides a sensor device 100 for fine robot joints having an excellent gauge factor (GF) compared to the prior art, and can effectively detect even a very small angular change of each joint part of the robot, and has a simpler structure It provides a sensor device 100 for a micro-robot joint that has and is easy to manufacture.

100 : 미세 로봇 관절용 센서장치 110 : 제1결합부
120 : 제2결합부 130 : 연결부
140 : 센서부 150 : 제어부100: sensor device for micro-robot joints 110: first coupling part
120: second coupling part 130: connection part
140: sensor unit 150: control unit

Claims (5)

제1결합부;
상기 제1결합부의 후방에 이격 배치되는 제2결합부;
상기 제1결합부와 제2결합부 사이에 배치되는 연결부; 및
상기 연결부에 설치되며, 서로 선택적으로 접촉되는 한 쌍의 크랙면을 갖는 크랙이 형성되고, 상기 한 쌍의 크랙면의 접촉 면적의 변화에 따라 전기적 저항이 변화하는 센서부를 포함하는 미세 로봇 관절용 센서장치.a first coupling part;
a second coupling part spaced apart from the rear of the first coupling part;
a connection part disposed between the first coupling part and the second coupling part; and
A sensor for micro-robot joints that is installed in the connection part and includes a sensor part in which a crack having a pair of crack surfaces selectively contacting each other is formed, and the electrical resistance changes according to a change in the contact area of the pair of crack surfaces Device. 청구항 1에 있어서,
상기 연결부는, 판형으로 형성되며, 전단(前端;Front end)이 상기 제1결합부에 삽입되고, 후단(後端;Rear end)이 상기 제2결합부에 삽입되는 미세 로봇 관절용 센서장치.The method according to claim 1,
The connection part is formed in a plate shape, a front end is inserted into the first coupling part, and a rear end is inserted into the second coupling part. 청구항 1에 있어서,
상기 연결부는, 좌우 폭이 상기 제1결합부의 폭보다 작은 미세 로봇 관절용 센서장치.The method according to claim 1,
The connection unit, the left and right width of the sensor device for a micro-robot joint smaller than the width of the first coupling unit. 청구항 1에 있어서,
상기 연결부는, 상하로 휘어지도록 변형되며,
상기 센서부는, 상기 연결부의 상면에 결합되며, 상기 연결부가 휘어짐에 따라 전기 저항이 변화되고,
상기 센서부와 전기적으로 연결되며, 상기 센서부의 전기 저항의 변화를 감지하여 상기 연결부의 휘어진 정도를 산출하는 제어부를 더 포함하는 미세 로봇 관절용 센서장치.The method according to claim 1,
The connection part is deformed to be bent up and down,
The sensor unit is coupled to the upper surface of the connection unit, and the electrical resistance is changed as the connection unit is bent,
The sensor device for micro-robot joints further comprising a control unit electrically connected to the sensor unit, detecting a change in electrical resistance of the sensor unit, and calculating a degree of curvature of the connection unit. 청구항 1에 있어서,
상기 제1결합부는,
상기 연결부의 전단 측 부위를 상하로 감싸는 한 쌍의 제1결합부재를 포함하는 미세 로봇 관절용 센서장치.The method according to claim 1,
The first coupling part,
A sensor device for a micro-robot joint including a pair of first coupling members enclosing the front end of the connection part up and down.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230050589A (en) * 2021-10-08 2023-04-17 아주대학교산학협력단 Soft gripper sensor

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