비조립식 5자유도 힘 센서의 설계 및 교정

Abstract

본 연구에서는 힘 센서의 다품종화, 소형화, 경량화, 다자유도화를 목적으로 비조립식 5자유도 힘 센서의 설계 및 교정이 수행되었다. 이를 위하여 5자유도 힘 센서의 탄성변형부, 신호변환부 및 각 부품들의 비조립화 통합 설계가 수행되었다. 설계된 센서는 다종재료를 사용하는 3D 프린터에 의해 비조립식으로 제작되었다. 또한 다자유도 힘 센서의 교호작용에 의한 오차를 보정하여 교정하기 위한 다자유도 교정 기술이 제안되었다. 이를 위하여 센서에 기지량의 다자유도 힘을 효율적으로 입력할 수 있는 장치가 개발되었다. 개발된 장치는 센서의 작용점과 보조작용점의 위치관계, 두개의 회전구동 장치에 의한 각도 변화에 의해 센서에 최대 6자유도의 외력을 가할 수 있도록 설계되었다. 장치에 의해 수집된 다자유도 입출력 교정시험 데이터를 뉴럴 네트워크로 학습하여 센서의 교정을 수행하였다. 제안된 다자유도 교정법은 각 축에 대하여 측정값의 평균 제곱 오차가 Fx : 1.7, Fy : 1.9, Fz : 0.36 (mN), Mx : 0.22 My : 0.12 (N*mm)로 평가되었으며 일반적인 최소제곱법에 의한 교정법 대비 99% 이상 감소하였다. 개발된 센서의 측정 불확도는 ufx = 54.3, ufy = 53.7, ufz = 54.2 (mN), umx = 1.67, ufy = 3.33 (N*mm)로 평가되었다.