[논문]스마트 3축 힘센서 설계

이경준; 김현민; 김갑순

doi:10.5302/j.icros.2016.15.0158

스마트 3축 힘센서 설계
Design of Smart Three-Axis Force Sensor 원문보기

제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, v.22 no.3, 2016년, pp.226 - 232

이경준 (경상대학교 제어계측공학과) , 김현민 ((주)로봇플러스 연구소) , 김갑순 (경상대학교 제어계측공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper describes the design of a smart three-axis force sensor for measuring forces Fx, Fy and Fz. The smart three-axis force sensor is composed of a three-axis force sensor, a force-measuring device, housing and a cover, where the three-axis force sensor and the force-measuring device are inside the housing and the cover. The measuring device measures forces Fx, Fy and Fz from the three-axis force sensor, and calculates the resultant force using the measured forces, and then sends the resultant force and forces to a PC or other controller using RS-485 communication. The repeatability error and the non-linearity error of the smart three-axis force sensor are less than 0.03%, and the interference error of the sensor is less than 0.87%. It is thought that the sensor can be used for measuring forces in a robot, automatic systems and so on.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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제안 방법

그리고 그림 8(b)는 X방향의 정격힘 Fx을 가하는 모습, ©는 y 방향의 정격힘 Fy를 가하는 모습, (d)는 z방향의 정격힘 Fz를 가하는 모습을 각각 나타내고 있다. 3축 힘센서는 정격용량인 Fx=Fy=Fz=300N< 가하고 정격출력을 측정 하였고, 총 세 번을 실시하여 평균값을 각 센서의 정격출력으로 결정하였다. 표 2는 3축 힘센서의 이론 해석 결과와 실험 결과의 정격출력 및 오차를 나타내고 있다.
3축 힘센서를 설계하기 위한 설계 변수의 정격출력을0.50mV/V(정격변형률 약 1000 um/m), Fx센서, Fy센서, Fz 센서의 각각의 정격용량을 300N(최대허용용량은 안전률 3을 적용하여 900N임)으로 결정하였고, 센서의 전체 크기를 106mm x31mmxl6mm, 스트레인 게이지의 부착위치를 보의 길이 방향으로는 1.5 mm, 폭 방향으로는 1/2, 스트레인 게이지 부착 위치에서의 정격변형률을 약 1000um/m(각 스트레인 게이지부착 위치에서의 변형률은 250um/m), 보의 길이를 각각 ll=12=13=8mm, 보의 폭 bl=b3=16mm, b2=14mm로 결정하였다. 결정된 설계 변수 값들을 식 (7-1), (7-2), (11-1), (11-2)에 대입하여 보의 두께 tl, t2, t3를 결정하였다.
스마트 3축 힘센서를 설계하였다. 3축 힘센서를 이론 해석하였고, 이론식을 이용하여 3축 힘센서의 각 센서의 감지 부의 크기를 설계하였으며, 스트레인 게이지를 부착하여 제작하였다. 그리고 센서 하우징 안에 내장될 수 있는 측정 장치를 DSP (Digital Signal Processor)을 이용하여 설계 및 제작하였다.
3축 힘센서를 이론 해석하였고, 이론식을 이용하여 3축 힘센서의 각 센서의 감지 부의 크기를 설계하였으며, 스트레인 게이지를 부착하여 제작하였다. 그리고 센서 하우징 안에 내장될 수 있는 측정 장치를 DSP (Digital Signal Processor)을 이용하여 설계 및 제작하였다. 그리고 제작한 스마트 3축 힘센서의 특성 실험을 실시하였다.
스마트 3축 힘 센서의 재현도오차 특성 실험은 각 센서에 0N에서 300N까지 30N 단계로 증가순으로 가한 후 컴퓨터로 측정하였다. 그리고 이과정을 3회 실시한 후 재현도오차를. 계산한 결과, 최대 0.
그리고 센서 하우징 안에 내장될 수 있는 측정 장치를 DSP (Digital Signal Processor)을 이용하여 설계 및 제작하였다. 그리고 제작한 스마트 3축 힘센서의 특성 실험을 실시하였다.
87% 이내로 매우 우수하므로 힘센서로 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 3축 힘센서의 하우징에 내장될 수 있는 크기로 DSP를 이용한 힘측정 장치를 설계 및 제작하였으며, 제작한 3축 힘 센서와 힘측정 장치를 하우징에 내장하여 스마트 3축 힘센 서를 제작하였다. 제작한 스마트 3축 힘센서의 재현도오차가 0.
Fy 센서의 보정된 출력값 SFy c 와 £ 센서의 보정된 출력값 SFz c 도 Fx 센서의 보정된 출력값 S心 과 마찬가지로 계산할 수 있다. 본 논문에서는 식(14-1X14-3)으로 프로그램을 제작하여 스마트 3축 힘 센서의 측정 장치에 저장하였다. 그리고 특성 실험한 결과 상호 간섭 오차가 0.
본 논문에서는 하우징 안에 3축 힘센서와 측정 장치가 내장되는 스마트 3축 힘센서를 설계하였다. 3축 힘센서를 이론 해석하였고, 이론식을 이용하여 3축 힘센서의 각 센서의 감지 부의 크기를 설계하였으며, 스트레인 게이지를 부착하여 제작하였다.
본 논문에서는 힘 Fx, Fy, Fz를 동시에 측정할 수 있는 스마트 3축 힘센서를 설계하였다. 3축 힘센서의 감지부를 설계하기 위해 이론식을 유도하였고, 이론식에 의한 정격출력과 실험에 의한 정격출력이 1.
센서의 설계를 용이하게 하기 위해 정격용량, 정격출력, 센서의 전체 크기를 먼저 결정하고 감지부인 크기인 길이, 폭, 두께를 변경하여 설계한다.
Fy센서와 Fz센서도 Fx센서와 마찬가지로 실시하여 교정하였다. 스마트 3축 힘 센서의 재현도오차 특성 실험은 각 센서에 0N에서 300N까지 30N 단계로 증가순으로 가한 후 컴퓨터로 측정하였다. 그리고 이과정을 3회 실시한 후 재현도오차를.
전원부는 외부의 전원을 받아 DSP에 필요한 3.3V와 1.8V 그리고 기타 사용된 전자부분에 필요한 5V의 전압으로 다운시키기 위해 설계 및 제작되었다. 전원부는 외부의 6V 이상의 전원을 받아 LM7805를 이용하여 5V로 변환 시키고, LM1117를 이용하여 3.

대상 데이터

측정 장치는 DSP (Digital Signal Processor, TMS320F2812 (32bit/l 50MH^l 50MIPS/ 150MMAC), 증폭부 통신부, 전원부 등으로 구성되었다. 사용된 DSP 는 128kword 용량의 플레시 롬 (flash read only memoiy (ROM)), IMword 용량의 램 (random access memoiy(RAM)), 최고 12.5 Mbps로 변환 가능한 AD 컨버터(12-bit ultra-fast analog/ digital converter) 등으로 구성된 텍사스 인스투루먼트사(TT)에서 제작한 고성능의 프로세서의 일종이다. 이것은 전원부로부터 3.
증폭부는 증폭기(AD627), 가변저항, 커패시터 등으로 구성되었고, 사용된 증폭기는 아날로그 디바이스 사(Analog Device Company)에서 제작한 계측증폭기이다. AD627은 증폭기 3개를 단일 칩으로 집적시켜 제작되었고 외부저항으로 증폭률을 6-1000배로 조절할 수 있다.
측정 장치의 사진을 나타내고 있다. 측정 장치는 DSP (Digital Signal Processor, TMS320F2812 (32bit/l 50MH^l 50MIPS/ 150MMAC), 증폭부 통신부, 전원부 등으로 구성되었다. 사용된 DSP 는 128kword 용량의 플레시 롬 (flash read only memoiy (ROM)), IMword 용량의 램 (random access memoiy(RAM)), 최고 12.

성능/효과

3축 힘센서를 설계하였다. 3축 힘센서의 감지부를 설계하기 위해 이론식을 유도하였고, 이론식에 의한 정격출력과 실험에 의한 정격출력이 1.45% 이하의 오차를 가지고 있으므로 유도한 이론식은 3축 힘센서를 설계하는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 그리고 제작한 3축 힘센 서는 재현도 오차와 비직선성오차가 0.
45% 이하의 오차를 가지고 있으므로 유도한 이론식은 3축 힘센서를 설계하는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 그리고 제작한 3축 힘센 서는 재현도 오차와 비직선성오차가 0.03% 이내로 기존의 다축 힘센세 1-12]와 유사하고, 상호간섭오차가 0.87% 이내로 매우 우수하므로 힘센서로 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 3축 힘센서의 하우징에 내장될 수 있는 크기로 DSP를 이용한 힘측정 장치를 설계 및 제작하였으며, 제작한 3축 힘 센서와 힘측정 장치를 하우징에 내장하여 스마트 3축 힘센 서를 제작하였다.
본 논문에서는 식(14-1X14-3)으로 프로그램을 제작하여 스마트 3축 힘 센서의 측정 장치에 저장하였다. 그리고 특성 실험한 결과 상호 간섭 오차가 0.41% 이내로 나타났고, 비직선성오차와 재현도 오차는 변화가 없는 것으로 나타났다. 상호 간섭 오차가 감소한 것은 유도한 보정식을 스마트 3축 힘센서에 적용할 수 있음을 날 수 있고, 비직선성오차와 재현도오차가 변화가 없는 것은 이것들은 각 센서 별로 특성 실험을 한 것으로 오차를 계산하기 때문이다.
있다. 이론해석 결과를 기준으로 실험 결과의 오차는 최대 1.45 %이었다. 이 오차는 스트레인 게이지의 부착오차, 감지부의 가공오차 등으로 발생되었다고 생각된다.

후속연구

그러므로 보정식을 이용하여 제작된 프로그램은 매우 정확한 각 센서의 힘값을 측정할 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 제작한 스마트 3축 힘센서는 로봇 분야 등 각종 산업에서 3방향의 힘을 측정하는데 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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