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1축 힘의 방향 및 2축 모멘트 방향을 갖는 3축 힘센서 구조에 있어서,적어도 네 부분의 힘센서 분포를 갖는 제 1힘센서 필름(10);상기 제 1힘센서 필름(10)을 상부에서 하부로 누르는 누름부재(31) 및 상기 누름부재(31) 상부에 연결되어 상기 누름부재(31)에 외력을 전달하는 범퍼축(32)으로 구성된 범퍼(30);상기 누름부재(31)와 상기 제 1힘센서 필름(10) 사이에 위치하는 패드(40);상기 제 1힘센서 필름(10)의 하부에 위치하여 상기 외력의 작용에 반작용하는 하판(50); 및상기 하판(50)과 가장자리에서 접하고 상기 범퍼축(32)의 상단을 외부로 돌출시키기 위한 제 1홀(61)과 상기 제 1힘센서 필름(10)과 연결되는 신호 입출력선을 인출하는 제 2홀(62)이 형성되어 있으며 상기 범퍼(30)의 상부에서 상기 제 1힘센서 필름(10) 및 상기 범퍼(30)를 함입하는 상판(60);을 포함하고, 상기 상판(60) 및 상기 하판(50)은 금속 또는 고분자 물질로 제조된 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 3축 힘센서 구조
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제 1항에 있어서,상기 제 1힘센서 필름(10)은 서로 직교하는 방향으로 상기 각 방향에 대응하는 최소 네 부분 이상의 힘센서 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 3축 힘센서 구조
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제 1항에 있어서,상기 제 1힘센서 필름(10)은 접촉저항형의 필름, 정전용량형의 필름 및 압전필름 중 어느 하나의 필름인 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 3축 힘센서 구조
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제 1항에 있어서,상기 범퍼(30)의 소재는 금속 또는 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 3축 힘센서 구조
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제 1항에 있어서,상기 패드(40)는 실리콘 패드(40) 또는 고분자 패드(40)인 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 3축 힘센서 구조
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제 1항에 있어서,상기 상판(60)은 가장자리에서 상기 하판(50) 가장자리에 형성된 다수의 나사홀(51)과 볼트(52) 결합 또는 상기 하판(50)과 접하는 부위에 접착제로 접착되는 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 3축 힘센서 구조
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제 1항에 있어서,상기 상판(60)은 상기 누름부재(31) 및 상기 범퍼축(32)과 맞춤되는 오목구조를 가지되, 상기 누름부재(31) 외측의 수직면은 대면하는 상기 상판(60) 내측의 수직면과 제 1갭(71)을 형성하고 상기 범퍼축(32) 외측의 수직면은 대면하는 상기 상판(60) 내측의 수직면과 제 2갭(72)을 형성하며,상기 상판(60) 내측 수평면과 대면하는 상기 누름부재(31) 외측의 수평면은 상기 상판(60) 내측의 수평면과 제 3갭(73)을 형성하는 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 3축 힘센서 구조
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제 8항에 있어서,상기 제 1갭(71) 및 상기 제 2갭(72)에 대응하는 거리는 0
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제 8항에 있어서,상기 제 3갭(73)에 대응하는 거리는 0
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제 8항에 있어서,상기 제 1힘센서 필름은 상기 누름부재(31)의 하면과 맞춤되어 크기가 동일한 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 3축 힘센서 구조
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제 1항에 있어서,상기 상판(60)과 상기 누름부재(31)의 상면 사이에 위치하며 적어도 네 부분의 힘센서 분포를 갖는 제 2힘센서 필름(20)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 3축 힘센서 구조
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제 12항에 있어서,상기 제 2힘센서 필름(20)은 서로 직교하는 방향으로 상기 각 방향에 대응하는 네 부분의 힘센서 분포를 가지며,상기 제 1힘센서 필름(10)과 상기 제 2힘센서 필름(20)은 상하로 동일한 힘센서 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 힘센서를 이용한 3축 힘센서 구조
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상판(60)에 형성된 제 1홀(61)을 통해 외부로 노출된 범퍼축(32)이 외력을 전달받는 제 1전달단계(S100);상기 범퍼축(32)과 연결된 누름부재(31)가 상기 범퍼축(32)으로부터 상기 외력을 전달받는 제 2전달단계(S110);상기 누름부재(31) 하부에 위치한 적어도 네 부분의 힘센서 분포를 갖는 제 1힘센서 필름(10)이 상기 외력을 전달받는 제 3전달단계(S120);상기 각 힘센서가 상기 외력의 분력에 대응하는 각 전기 신호를 출력하는 단계(S130); 연산수단이 상기 제 1힘센서 필름(10)과 연결된 신호 입출력선을 통해 상기 각 전기 신호를 입력받는 단계(S140); 및상기 연산수단이 상기 각 전기 신호에 기초하여 상기 외력에 의한 1축 힘과 2축 모멘트를 산출하는 단계(S150);를 포함하고, 상기 산출하는 단계(S150)에서 1축 힘의 산출은 상기 연산수단이 다음의 수학식 1Fz = F1 + F2 + F3 + F4에 기초하여 상기 Fz 크기를 산출하는 단계;인 것을 특징으로 하는 3축 힘센서 구조에 의한 힘 및 모멘트 측정방법:상기 수학식 1에서 Fz는 상기 범퍼축(32)의 축 방향의 힘크기이며, F1, F2, F3, F4는 상기 각 힘센서에 작용하는 분력의 크기이다
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제 14항에 있어서,상기 산출하는 단계(S150)에서 2축 모멘트의 산출은 상기 연산수단이 다음의 수학식 2Mx = (F4-F2)a, My = (F1-F3)b에 기초하여 상기 Mx 크기 및 상기 My 크기를 산출하는 단계;인 것을 특징으로 하는 3축 힘센서 구조에 의한 힘 및 모멘트 측정방법:상기 수학식 2에서 Mx는 임의의 x축을 중심으로 하는 모멘트 크기이고, F4 및 F2는 상기 제 1힘센서 필름(10)상의 상기 범퍼축(32) 중심에 대칭하여 분포하는 제 4힘센서(14)와 제 2힘센서(12)에 작용하는 분력의 크기, a는 상기 범퍼축(32) 중심과 상기 제 2힘센서(12) 간의 거리이며,My는 상기 x축에 수직하는 y축을 중심으로 하는 모멘트 크기이고, F1 및 F3는 상기 제 4힘센서(14)와 상기 제 2힘센서(12)를 잇는 선에 수직으로 상기 범퍼축(32) 중심에 대칭하여 분포하는 제 1힘센서(11)와 제 3힘센서(13)에 작용하는 분력의 크기, b는 상기 범퍼축(32) 중심과 상기 제 1힘센서(11) 간의 거리이다
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상판(60)에 형성된 제 1홀(61)을 통해 외부로 노출된 범퍼축(32)이 외력을 전달받는 제 1전달단계(S200);상기 범퍼축(32)과 연결된 누름부재(31)가 상기 범퍼축(32)으로부터 상기 외력을 전달받는 제 2전달단계(S210);상기 누름부재(31) 하부에 위치한 적어도 네 부분의 힘센서 분포를 갖는 제 1힘센서 필름(10) 및 상기 누름부재(31) 상부에 위치하면서 상기 제 1힘센서 필름(10)과 동일한 부분에 힘센서 분포를 갖는 제 2힘센서 필름(20)이 상기 외력을 전달받는 제 3전달단계(S220);상기 제 1힘센서 필름(10)의 상기 각 힘센서 및 상기 제 2힘센서 필름(20)의 상기 각 힘센서가 상기 외력의 분력에 대응하는 각 전기 신호를 출력하는 단계(S230); 소정 연산수단이 상기 제 1힘센서 필름(10) 및 상기 제 2힘센서 필름(20)과 연결된 신호 입출력선을 통해 상기 각 전기 신호를 입력받는 단계(S240); 및상기 연산수단이 상기 각 전기 신호에 기초하여 상기 외력에 의한 1축 힘과 2축 모멘트를 산출하는 단계(S250);를 포함하는 것을 특징으로 하는 3축 힘센서 구조에 의한 힘 및 모멘트 측정방법
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제 17항에 있어서,상기 외력은 상기 범퍼축(32)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 3축 힘센서 구조에 의한 힘 및 모멘트 측정방법:상기 수학식에서 F-z는 상기 범퍼축(32)의 압축 방향의 힘크기이고 F1, F2, F3, F4는 상기 제 1힘센서 필름(10)상의 각 힘센서에 작용하는 분력의 크기이며, F+z는 상기 범퍼축(32)의 인장 방향의 힘크기이고 F5, F6, F7, F8는 상기 제 2힘센서 필름(20)상의 각 힘센서에 작용하는 분력의 크기이다
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제 17항에 있어서,상기 외력은 상기 범퍼축(32)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 3축 힘센서 구조에 의한 힘 및 모멘트 측정방법:상기 수학식에서 Mx는 임의의 x축을 중심으로 하는 모멘트의 크기이고, F1, F2, F3 및 F4는 상기 제 1힘센서 필름(10)상에 상기 범퍼축(32)을 중심으로 90°사이 각을 가지고 상기 범퍼축(32) 중심으로부터 등 거리 a로 분포하는 제 1힘센서(11), 제 2힘센서(12), 제 3힘센서(13) 및 제 4힘센서(14)에 작용하는 분력의 크기이며,My는 상기 x축에 수직하는 y축을 중심으로 하는 모멘트의 크기이고, F5, F6, F7 및 F8은 상기 제 2힘센서 필름(20)상에 상기 범퍼축(32)을 중심으로 90°사이 각을 가지고 상기 범퍼축(32) 중심으로부터 등 거리 a로 분포하고 상기 제 1힘센서(11), 상기 제 2힘센서(12), 상기 제 3힘센서(13) 및 상기 제 4힘센서(14)와 상하로 대응하는 제 5힘센서(21), 제 6힘센서(22), 제 7힘센서(23) 및 제 8힘센서(24)에 작용하는 분력의 크기이다
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