전도성 복합소재의 정전용량 변화를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치
In-situ self-sensing mechanism using capacitance of conductive composites
특허 요약
본 발명은, 서로 조립되거나 접촉되는 두 개의 부품들을 각각 전도성 복합소재로 형성하고, 두 개의 부품 사이의 정전 용량을 측정함으로써, 별도의 변위 센서나 하중 센서를 부착하지 않고도 변위나 하중을 자체 센싱(In-situ self-sensing)할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은, 두 개의 부품 사이의 정전 용량을 측정하기 때문에, 표면이 비전도성 매트릭스 수지층으로 이루어진 전도성 복합소재를 그대로 이용할 수 있으므로, 센싱을 위한 별도의 후처리 공정 등이 필요하지 않는 이점이 있을 뿐만 아니라, 표면 조도가 우수하여 센싱의 정확도가 좋고 접촉 위치 변화에 따른 오차가 발생하지 않으므로 반복적인 사용이 가능하다.
청구항
번호청구항
1

제1전도성 물질이 제1비전도성 매트릭스에 함침된 구조의 제1전도성 복합소재로 형성되어 표면이 절연된 제1센싱부를 포함하고, 상기 제1센싱부는 나머지 부분보다 유전율이 큰 소재로 형성된 제1부품과;상기 제1부품과 조립되어 상기 제1부품과 접촉되게 배치되고, 제2전도성 물질이 제2비전도성 매트릭스에 함침된 구조의 제2전도성 복합소재로 형성되어 표면이 절연된 제2센싱부를 포함하고, 상기 제2센싱부는 나머지 부분보다 유전율이 큰 소재로 형성된 제2부품과;상기 제1부품과 상기 제2부품을 연결하여, 상기 제1부품과 상기 제2부품의 상대적 위치에 따라 변하는 상기 제1부품과 상기 제2부품 사이의 정전 용량 변화를 측정하는 정전 용량 측정 모듈과;상기 정전 용량 측정 모듈에서 측정된 정전 용량에 따라 상기 제1부품과 상기 제2부품 사이에 발생된 변위를 도출하는 제어부를 포함하고,상기 제어부는, 미리 설정된 상기 제1부품과 상기 제2부품의 조립위치에 따라 미리 저장된 기준값과 상기 정전 용량 측정 모듈에서 측정된 정전 용량을 비교하고, 그에 따라 상기 제1부품과 상기 제2부품의 접촉 면적을 판단하여 조립 위치와 조립 정도를 판단하여 상기 조립의 정확도를 판단하는 전도성 복합소재의 정전용량 변화를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.

2

청구항 1에 있어서,상기 제어부는,상기 정전 용량 측정 모듈에서 측정된 정전 용량에 따라 상기 제1부품과 상기 제2부품 중 적어도 하나에 가해지는 하중을 도출하는 전도성 복합소재의 정전용량 변화를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.

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4

청구항 1에 있어서,상기 제1,2전도성 복합소재는, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)을 포함하는 전도성 복합소재의 정전용량 변화를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.

5

청구항 1에 있어서,상기 제1,2전도성 물질은, 탄소나노튜브, 그래핀 및 탄소섬유 중 적어도 하나를 포함하는 전도성 복합소재의 정전용량 변화를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.

6

청구항 5에 있어서,상기 제1,2비전도성 매트릭스는,고분자 수지를 포함하는 전도성 복합소재의 정전용량 변화를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.

7

청구항 1에 있어서,상기 제1부품과 상기 제2부품은, 체결부재에 의해 상호 체결되는 부품인 전도성 복합소재의 정전용량 변화를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.

8

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9

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10

청구항 1에 있어서,상기 제1부품과 상기 제2부품은, 로봇 암의 관절을 이루는 부품인 전도성 복합소재의 정전용량 변화를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.

11

청구항 10에 있어서,상기 제어부는,상기 제1부품과 상기 제2부품 사이의 정전 용량 변화값에 따라 상기 관절의 회전 각도를 판단하는 전도성 복합소재의 정전용량 변화를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.

12

청구항 10에 있어서,상기 제어부는,상기 제1부품과 상기 제2부품 사이의 정전 용량 변화값에 따라 상기 관절에 가해지는 하중을 판단하는 전도성 복합소재의 정전용량 변화를 이용한 자체 센싱이 가능한 장치.

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