듀얼 노즐 3D 프린팅 기반 3자유도 힘 센서 및 스트레인 게이지 캘리브레이션

3-DOF force sensor using dual-nozzle 3D printing and Wheatstone bridge strain-gauge calibration

연구 내용

듀얼 노즐 멀티머티리얼 3D 프린팅으로 삼각 구조의 3자유도 힘 센서를 구현하고 캘리브레이션 절차를 확립하는 연구

본 연구는 외부 힘의 3성분을 계측하기 위해 3자유도 힘 센서를 설계·제작하는 방법을 제시합니다. PLA-Filament로 프레임 구조와 탄성 변형 부위를 일체형으로 형성하고, conductive-PLA-filament로 트랜스듀서 영역을 제작하여 멀티머티리얼을 한 번의 인쇄 공정에서 동시에 구현합니다. 삼각(tripod) 구조 기반의 기계적 해석을 통해 탄성 변형을 로드셀로 해석하며, Wheatstone bridge 회로의 스트레인 게이지 출력 모델을 구성합니다. 회전 스테이지를 포함한 캘리브레이션 장치로 2자유도 회전 조건에서 입력 힘 방향을 제어하고, 선형성 및 안정성 편차를 평가하여 센서 해상도와 성능 특성을 산출합니다.

관련 프로젝트

0건

연구 흐름

초기 단계에서는 듀얼 노즐 3D 프린팅을 활용해 프레임과 트랜스듀서를 멀티머티리얼로 일체 제작하는 공정 구조를 확립하고, 삼각 구조에서 발생하는 탄성 변형을 3자유도 힘 성분과 연계하는 기계적 해석을 수행했습니다. 이후에는 Wheatstone bridge 기반 출력 모델을 구성하여 신호-입력 관계를 캘리브레이션 관점에서 정리했습니다. 마지막으로 회전 스테이지 기반 시험 장치로 힘 방향을 체계적으로 변화시키며 선형성 및 안정성 편차를 평가하여 센서의 신뢰 가능한 작동 범위를 도출했습니다. 이 결과를 정밀 계측용 입력 센싱 모듈로 확장 가능한 기반으로 확보했습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

3자유도 힘 성분 계측
스트레인 게이지 기반 센싱 모듈
정밀 기구 설계 검증용 힘 데이터 수집
초정밀 구동 장치의 하중 진단
듀얼 노즐 3D 프린팅 센서 제작 공정
계측 캘리브레이션 시험 장치 구성
모듈형 로드셀 구조 개발
기계 계측에서 센서 교체형 실험
다자유도 힘 측정 기반 공정 제어
정밀 제조 공정의 품질 신호 확보