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3축 힘의 방향 및 3축 모멘트 방향을 갖는 6축 힘센서 구조에 있어서,외부로부터 외력을 전달받는 범퍼축(12) 및 십자형태로 4 개의 수평보(11a, 11b, 11c, 11d)를 가지며 상기 범퍼축(12) 하부에 연결되어 상기 외력을 전달받는 누름부재(11)로 구성된 범퍼(10);상기 누름부재(11) 하부에 위치하며 적어도 네 부분의 힘센서(21, 22, 23, 24) 분포를 갖는 제 1힘센서 필름(20)으로 구성된 1축 힘 및 2축 모멘트 측정용 힘센서 필름;상기 4 개의 수평보(11a, 11b, 11c, 11d)의 각 길이방향 끝단 수직면에 위치하며 개별 힘센서 분포를 갖는 제 2힘센서 필름(31), 제 3힘센서 필름(32), 제 4힘센서 필름(33) 및 제 5힘센서 필름(34)으로 구성된 2축 힘 측정용 힘센서 필름;상기 4 개의 수평보(11a, 11b, 11c, 11d) 중 중심축이 동일한 2 개의 수평보(11a, 11c)의 각 너비방향 측단 수직면에 위치하며 개별 힘센서 분포를 갖는 제 6힘센서 필름(41), 제 7힘센서 필름(42), 제 8힘센서 필름(43), 제 9힘센서 필름(44)으로 구성된 1축 모멘트 측정용 힘센서 필름;상기 누름부재(11)와 상기 제 1힘센서 필름(20) 사이에 위치하는 패드(50);상기 제 1힘센서 필름(20)의 하부에 위치하여 상기 외력의 작용에 반작용하는 하판(60); 및상기 하판(60)과 가장자리에서 접하고 상기 범퍼축(12)의 상단을 외부로 돌출시키기 위한 제 1홀(71)과 상기 각 힘센서 필름(20, 31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44)과 연결되는 신호 입출력선을 인출하는 제 2홀(72)이 형성되어 있으며 상기 범퍼(10)의 상부에서 상기 힘센서 필름(20, 31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44) 및 상기 범퍼(10)를 일정 갭을 가져 함입하는 상판(70);을 포함하는 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 6축 힘센서 구조
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2
제 1항에 있어서,상기 상판(70) 및 상기 하판(60)은 금속 또는 고분자 물질로 제조된 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 6축 힘센서 구조
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3
제 1항에 있어서,상기 제 1힘센서 필름(20)은 서로 직교하는 방향으로 상기 각 방향에 대응하는 네 부분의 힘센서(21, 22, 23, 24) 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 6축 힘센서 구조
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4
제 1항에 있어서,상기 힘센서 필름(20, 31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44)은 접촉저항형의 필름, 정전용량형의 필름 및 압전필름 중 어느 하나의 필름인 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 6축 힘센서 구조
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5
제 1항에 있어서,상기 범퍼(10)의 소재는 금속 또는 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 6축 힘센서 구조
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6
제 1항에 있어서,상기 패드(50)는 실리콘 패드 또는 고분자 패드인 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 6축 힘센서 구조
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7
제 1항에 있어서,상기 상판(70)은 가장자리에서 상기 하판(60) 가장자리에 형성된 다수의 나사홀(61)과 볼트(62) 결합거나 상기 하판(60)과 접하는 부위에 접착제로 접착되 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 6축 힘센서 구조
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8
제 1항에 있어서,상기 상판(70)은 상기 누름부재(11) 및 상기 범퍼축(12)과 맞춤되는 오목구조를 가지되, 상기 누름부재(11) 외측의 수직면은 대면하는 상기 상판(70) 내측의 수직면과 제 1갭(81)을 형성하고 상기 범퍼축(12) 외측의 수직면은 대면하는 상기 상판(70) 내측의 수직면과 제 2갭(82)을 형성하며,상기 상판(70) 내측 수평면과 대면하는 상기 누름부재(11) 외측의 수평면은 상기 상판(70) 내측의 수평면과 제 3갭(83)을 형성하는 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 6축 힘센서 구조
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9
제 8항에 있어서,상기 제 1갭(81) 및 상기 제 2갭(82)에 대응하는 거리는 0
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10
제 8항에 있어서,상기 제 3갭(83)에 대응하는 거리는 0
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11
제 8항에 있어서,상기 제 1힘센서 필름(20)은 상기 누름부재(11)의 하면과 맞춤되어 크기가 동일한 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 6축 힘센서 구조
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12
제 1항에 있어서,상기 1축 힘 및 2축 모멘트 측정용 힘센서 필름은,상기 상판(70)과 상기 누름부재(11)의 상면 사이에 위치하며 적어도 네 부분의 힘센서(91, 92, 93, 94) 분포를 갖는 제 10힘센서 필름(90)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 6축 힘센서 구조
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13
제 12항에 있어서,상기 제 10힘센서 필름(90)은 서로 직교하는 방향으로 상기 각 방향에 대응하는 네 부분의 힘센서(91, 92, 93, 94) 분포를 가지며,상기 제 1힘센서 필름(20)과 상기 제 10힘센서 필름(90)은 상하로 동일한 힘센서 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 6축 힘센서 구조
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14
상판(70)에 형성된 제 1홀(71)을 통해 외부로 노출된 범퍼축(12)이 외력을 전달받는 제 1전달단계(S100);상기 범퍼축(12) 하부에 연결되며 십자형태로 4 개의 수평보(11a, 11b, 11c, 11d)를 갖는 누름부재(11)가 상기 범퍼축(12)으로부터 상기 외력을 전달받는 제 2전달단계(S110);상기 누름부재(11) 하부에 위치한 적어도 네 부분의 힘센서 분포를 갖는 제 1힘센서 필름(20) 및 상기 4 개의 수평보(11a, 11b, 11c, 11d)의 길이방향 끝단 수직면과 너비방향 측단 수직면에 각각 위치하는 제 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9힘센서 필름(31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44)이 상기 외력을 전달받는 제 3전달단계(S120);상기 힘센서 필름(20, 31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44)의 각 힘센서가 상기 외력의 분력에 대응하는 각 전기 신호를 출력하는 단계(S130); 연산수단이 상기 각 힘센서 필름(20, 31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44)과 연결된 신호 입출력선을 통해 상기 각 전기 신호를 입력받는 단계(S140); 및상기 연산수단이 상기 각 전기 신호에 기초하여 상기 외력에 의한 3축 힘과 3축 모멘트를 산출하는 단계(S150);를 포함하는 것을 특징으로 하는 6축 힘센서 구조에 의한 힘 및 모멘트 측정방법
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15
제 14항에 있어서,상기 연산수단의 1축 힘 산출단계(S150)는, 상기 연산수단이 다음의 수학식Fz = F1 + F2 + F3 + F4에 기초하여 상기 Fz 크기를 산출하는 단계;인 것을 특징으로 하는 6축 힘센서 구조에 의한 힘 및 모멘트 측정방법:상기 수학식에서 Fz는 상기 범퍼축(12)의 축 방향의 힘크기이며, F1, F2, F3, F4는 상기 제 1힘센서 필름(20)의 각 힘센서(21, 22, 23, 24)에 작용하는 힘의 크기이다
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16
제 14항에 있어서,상기 연산수단의 2축 모멘트 산출단계(S150)는, 상기 연산수단이 다음의 수학식Mx = (F4-F2)a, My = (F1-F3)b에 기초하여 상기 Mx 크기 및 상기 My 크기를 산출하는 단계;인 것을 특징으로 하는 6축 힘센서 구조에 의한 힘 및 모멘트 측정방법:상기 수학식에서 Mx는 상기 4 개의 수평보(11a, 11b, 11c, 11d) 중 중심축이 동일한 2 개의 수평보(11a, 11c)가 형성하는 임의의 x축을 중심으로 하는 모멘트 크기이고, F4 및 F2는 상기 제 1힘센서 필름(20)상의 상기 범퍼축(12) 중심에 대칭하여 분포하는 제 4힘센서(24)와 제 2힘센서(22)에 작용하는 각 힘의 크기, a는 상기 범퍼축(12) 중심과 상기 제 2힘센서(22) 중심 간의 거리이며,My는 상기 x축에 수직하며 상기 4 개의 수평보(11a, 11b, 11c, 11d) 중 나머지 2 개의 수평보(11b, 11d)로 형성된 y축을 중심으로 하는 모멘트 크기이고, F1 및 F3는 상기 제 4힘센서(24)와 상기 제 2힘센서(22)를 잇는 선에 수직으로 상기 범퍼축(12) 중심에 대칭하여 분포하는 제 1힘센서(21)와 제 3힘센서(23)에 작용하는 각 힘의 크기, b는 상기 범퍼축(12) 중심과 상기 제 1힘센서(21) 중심 간의 거리이다
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제 14항에 있어서,상기 연산수단의 2축 힘 산출단계(S150)는, 상기 연산수단이 다음의 수학식Fx = F9 - F10 , Fy = F11 - F12에 기초하여 상기 Fx 크기 및 상기 Fy 크기를 산출하는 단계;인 것을 특징으로 하는 6축 힘센서 구조에 의한 힘 및 모멘트 측정방법:상기 수학식에서 Fx는 상기 4 개의 수평보(11a, 11b, 11c, 11d) 중 길이방향 중심축이 동일한 2 개의 수평보(11a, 11c)로 형성된 임의의 x축에 작용하는 힘의 크기, F9 및 F10은 상기 x축 양 방향 끝단 수직면에 대향하여 위치하는 2 개의 힘센서 필름(31, 33) 각각에 작용하는 힘의 크기이며,Fy는 상기 x축에 수직이며 상기 4 개의 수평보 중 나머지 2 개의 수평보(11b, 11d)로 형성된 y축에 작용하는 힘의 크기, F11 및 F12는 상기 y축 양 방향 끝단 수직면에 대향하여 위치하는 2 개의 힘센서 필름(32, 34) 각각에 작용하는 힘의 크기이다
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제 14항에 있어서,상기 연산수단의 1축 모멘트 산출단계(S150)는, 상기 연산수단이 다음의 수학식Mz = (F13 - F15)a + (F14 - F16)a에 기초하여 상기 Mz의 크기를 산출하는 단계;인 것을 특징으로 하는 6축 힘센서 구조에 의한 힘 및 모멘트 측정방법:상기 수학식에서 Mz는 범퍼축(12) 중심을 z축으로 하는 모멘트의 크기, F13, F14, F15 및 F16은 상기 4 개의 수평보(11a, 11b, 11c, 11d) 중 길이방향 중심축이 동일한 2 개의 수평보(11a, 11c)의 너비방향 측단 수직면에 위치한 각 힘센서 필름(41, 42, 43, 44)에 작용하는 각 힘의 크기로서 F13 과 F15 , F14 와 F16는 각각 힘작용선이 일치함, 그리고 a는 상기 범퍼축(12)과 상기 각 힘센서 필름(41, 42, 43, 44) 중심과의 거리이다
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상판(70)에 형성된 제 1홀(71)을 통해 외부로 노출된 범퍼축(12)이 외력을 전달받는 제 1전달단계(S200);상기 범퍼축(12) 하부에 연결되며 십자형태로 4 개의 수평보(11a, 11b, 11c, 11d)를 갖는 누름부재(11)가 상기 범퍼축(12)으로부터 상기 외력을 전달받는 제 2전달단계(S210);상기 누름부재(11) 하부에 위치한 적어도 네 부분의 힘센서(21, 22, 23, 24) 분포를 갖는 제 1힘센서 필름(20), 상기 누름부재(11) 상부에 위치하면서 상기 제 1힘센서 필름(20)과 동일한 부분에 힘센서 분포를 갖는 제 10힘센서 필름(90) 및 상기 4 개의 수평보(11a, 11b, 11c, 11d)의 길이방향 끝단 수직면과 너비방향 측단 수직면에 각각 위치하는 제 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9힘센서 필름(31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44)이 상기 외력을 전달받는 제 3전달단계(S220);상기 힘센서 필름(20, 31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44, 90)의 각 힘센서가 상기 외력의 분력에 대응하는 각 전기 신호를 출력하는 단계(S230); 연산수단이 상기 힘센서 필름(20, 31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44, 90)과 연결된 신호 입출력선을 통해 상기 각 전기 신호를 입력받는 단계(S240); 및상기 연산수단이 상기 각 전기 신호에 기초하여 상기 외력에 의한 3축 힘과 3축 모멘트를 산출하는 단계(S250);를 포함하는 것을 특징으로 하는 6축 힘센서 구조에 의한 힘 및 모멘트 측정방법
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제 19항에 있어서,상기 외력은 상기 범퍼축(12)에 대한 압축력 또는 인장력이며,상기 연산수단의 1축 힘 산출단계(S250)는, 상기 연산수단이 다음의 수학식F-z = F1 + F2 + F3 + F4 , F+z = F5 + F6 + F7 + F8 에 기초하여 상기 F-z 크기 또는 상기 F+z 크기를 산출하는 단계;인 것을 특징으로 하는 6축 힘센서 구조에 의한 힘 및 모멘트 측정방법:상기 수학식에서 F-z는 상기 범퍼축(12)의 압축 방향의 힘의 크기이고 F1, F2, F3, F4는 상기 제 1힘센서 필름(20)상의 각 힘센서(21, 22, 23, 24)에 작용하는 힘의 크기이며, F+z는 상기 범퍼축(12)의 인장 방향의 힘의 크기이고 F5, F6, F7, F8는 상기 제 10힘센서 필름(90)상의 각 힘센서(91, 92, 93, 94)에 작용하는 힘의 크기이다
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제 19항에 있어서,상기 외력은 상기 범퍼축(12)에 대한 압축력 또는 인장력이며,상기 연산수단의 2축 모멘트 산출단계(S250)는, 상기 연산수단이 다음의 수학식Mx = (F4-F2)a + (F6-F8)a, My = (F1-F3)a + (F7-F5)a에 기초하여 상기 Mx 크기 및 상기 My 크기를 산출하는 단계;인 것을 특징으로 하는 6축 힘센서 구조에 의한 힘 및 모멘트 측정방법:상기 수학식에서 Mx는 상기 4 개의 수평보(11a, 11b, 11c, 11d) 중 중심축이 동일한 2 개의 수평보(11a, 11c)가 형성하는 임의의 x축을 중심으로 하는 모멘트의 크기이고, F1, F2, F3 및 F4는 상기 제 1힘센서 필름(20)상에 상기 범퍼축(12)을 중심으로 90°사이 각을 가지고 상기 범퍼축(12) 중심으로부터 등 거리 a로 분포하는 제 1힘센서(21), 제 2힘센서(22), 제 3힘센서(23) 및 제 4힘센서(24)에 작용하는 각 힘의 크기이며,My는 상기 x축에 수직하며 상기 4 개의 수평보(11a, 11b, 11c, 11d) 중 나머지 2 개의 수평보(11b, 11d)로 형성된 y축을 중심으로 하는 모멘트의 크기이고, F5, F6, F7 및 F8은 상기 제 2힘센서 필름(90)상에 상기 범퍼축(12)을 중심으로 90°사이 각을 가지고 상기 범퍼축(12) 중심으로부터 등 거리 a로 분포하고 상기 제 1힘센서(21), 상기 제 2힘센서(22), 상기 제 3힘센서(23) 및 상기 제 4힘센서(24)와 상하로 대응하는 제 5힘센서(91), 제 6힘센서(92), 제 7힘센서(93) 및 제 8힘센서(94)에 작용하는 각 힘의 크기이다
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22
제 19항에 있어서,상기 연산수단의 2축 힘 산출단계(S250)는, 상기 연산수단이 다음의 수학식Fx = F9 - F10 , Fy = F11 - F12에 기초하여 상기 Fx 크기 및 상기 Fy 크기를 산출하는 단계;인 것을 특징으로 하는 6축 힘센서 구조에 의한 힘 및 모멘트 측정방법:상기 수학식에서 Fx는 상기 4 개의 수평보(11a, 11b, 11c, 11d) 중 길이방향 중심축이 동일한 2 개의 수평보(11a, 11c)로 형성된 임의의 x축에 작용하는 힘의 크기, F9 및 F10은 상기 x축 양 방향 끝단 수직면에 대향하여 위치하는 2 개의 힘센서 필름(31, 33) 각각에 작용하는 힘의 크기이며,Fy는 상기 x축에 수직이며 상기 4 개의 수평보 중 나머지 2 개의 수평보(11b, 11d)로 형성된 y축에 작용하는 힘의 크기, F11 및 F12는 상기 y축 양 방향 끝단 수직면에 대향하여 위치하는 2 개의 힘센서 필름(32, 34) 각각에 작용하는 힘의 크기이다
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제 19항에 있어서,상기 연산수단의 1축 모멘트 산출단계(S250)는, 상기 연산수단이 다음의 수학식Mz = (F13 - F15)a + (F14 - F16)a에 기초하여 상기 Mz의 크기를 산출하는 단계;인 것을 특징으로 하는 6축 힘센서 구조에 의한 힘 및 모멘트 측정방법:상기 수학식에서 Mz는 범퍼축(12) 중심을 z축으로 하는 모멘트의 크기, F13, F14, F15 및 F16은 상기 4 개의 수평보(11a, 11b, 11c, 11d) 중 길이방향 중심축이 동일한 2 개의 수평보(11a, 11c)의 너비방향 측단 수직면에 위치한 각 힘센서 필름(41, 42, 43, 44)에 작용하는 각 힘의 크기로서 F13 과 F15 , F14 와 F16는 각각 힘작용선이 일치함, 그리고 a는 상기 범퍼축(12)과 상기 각 힘센서 필름(41, 42, 43, 44)과의 거리이다
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