A low cost force./moment sensor that can be used in the robot teaching task is presented. Force Sensing Resistor is used as the transducer. The principle of force/moment detection is explained, the architecture of the sensor is shown, and the measurement of the force/moment is presented. The force/moment sensor shown in this work is not meant to be used in a precise force/moment control, but it is intended to be used in the robot teaching where low accuracy can be tolerated.
This paper describes the development of a Stewart platform-based robot force sensor with distinctive structure of ball joints. The number of ball joints is only a half of the similar style sensors, so it is possible to reduce size and weight of the sensor. The structure of ball joint is described and discussed. Furthermore, we use strain gauges, but not liner voltage differential transformers, as sensing elements, in order to reduce size and weight of the sensor. It is also proposed that beams are replaced with pipes as sensing elements of the sensor. The ball joints and sensing elements with pipes can effectively reduce the error of the sensor. A geometric analysis model is also proposed. The external force and its moment can be measured with this model. Moreover, the performance of this sensor was tested. The test results conducted to evaluate the sensing capability of the sensor is reported and discussed.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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제3권1호
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pp.66-70
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2001
This paper describes the design of a two-axis force sensor for robots finger. In detects the x-direction force Fx and y-direction force Fy simultaneously. In order to safely grasp an unknown object using the robots fingers, they should detect the force or gripping direction and the force of gravity direction, and perform the force control using the forces detected. Therefore, the robots hand should be made by the robots finger with tow-axis force sensor that can detect the x-direction force and y-direction force si-multaneously. Thus, in this paper, the two-axis force sensor for robots finger is designed using several parallel-plate beams. The equations to calculate the strain of the beams according to the force in order to design the sensing element of the force sensor are derived and these equations are used to design the aize of two-axis force sensor sensing element. The reliability of the derive equa-tions is verified buy performing a finite element analysis of the sensing element. The strain obtained through this process is compared to that obtained through the theory analysis and a characteristics test of the fabricated sensor. It reveals that the rated strains calculated from the derive equations make a good agreement with the results from the Finite Element Method analysis and from the character-istic test.
This paper describes a design of a tactile sensor, which can measure three components force and temperature due to thermal conductive. The bio-mimetic tactile sensor, alternative to human's finger, is comprised of four micro force sensors and four thermal sensors, and its size being 10mm$\times$10mm. Each micro force sensor has a square membrane, and its force range is 0.1N - 5N in the three-axis directions. On the other hand, the thermal sensor for temperature measurement has a heater and four temperature sensor elements. The thermal sensor is designed to keep the temperature. $36.5^{\circ}C$, constant, like human skin, and measure the temperature $0^{\circ}C$ to $50^{\circ}C$. The MEMS technology is applied to fabricate the sensing element of the tactile sensor.
For factory automation using force/torque control, we need a networked-force management system as well as good force sensing and force generation. In this paper, we present a web-based force management system including 6-axis force/torque sensing system. Performance of the force-torque sensor is affected significantly by analog noise that is included in a sensor signal, and the noise should be reduced appropriately to obtain an adequate performance of the sensor. Moreover, the sensor itself should be convenient to install to a real application system. It should be compact in size and also easy to wire in real situation. In this viewpoint, we developed usb-based compact sensor system which is well communicated using web between two computers that exist far away. Software is programmed using LabVIEW and CCS-C. PIC microcontrollers are used for implementing a compact hardware. The proposed system is verified through experimental works.
This paper describes the development of 6-axis force/moment sensor for an intelligent robot's foot. In order to walk on uneven terrain safely, the foot should perceive the applied forces Fx, Fy, Fz and moments Mx, My, Mz to itself. The applied forces and moments should be measured from a 6-axis force/moment sensor attached to a humanoid robot's foot(ankle). They in the published paper already have some disadvantage in the size of the sensor, the rated output and so on. The rated output of each component sensor (6-axis force/moment sensor) is very important to design the 6-axis force/moment sensor for precision measurement. Therefore, each sensor should be designed to be gotten similar the rated output under each rated load. So, the sensing elements of the 6-axis force/moment sensor should get lots of design variables. Also, the size of 6- axis force/moment sensor is very important for mounting to robot's foot. In this paper, a 6-axis force/moment sensor for perceiving forces and moments in a humanoid robot's foot was developed using many PPBs (parallel plate-beams). The structure of the sensor was newly modeled, and the sensing elements (plate-beams) of the sensor were designed using FEM (Finite Element Method) analysis. Then, the 6-axis force/moment sensor was fabricated by attaching strain-gages on the sensing elements, and the characteristic test of the developed sensor was carried out. The rated outputs from FEM analysis agree well with that from the characteristic test.
This paper describes the development of a 3-axis finger force sensor to grasp an unknown object safely in an intelligent robot's hand. In order to safely grasp an unknown object, robot's hand should measure the weight of an object and the force of grasping direction simultaneous. But, in the published papers, the grippers and hands equippd with the force sensor that could only measure the force of grasping direction, and grasped objects using their sensors. These grippers and hands can't safely grasp unknown objects, because they can't measure the weight of it. Thus, it is necessary to develop 3-axis force sensor that can measure the weight of an object and the force of grasping direction for an intelligent gripper. In this paper, 3-axis finger force sensor to grasp an unknown object safely in an intelligent robot's hand was developed. In order to fabricate a 3-axis finger force sensor, the sensing elements were modeled using parallel plate beams, and the theoretical analysis was performed to determine the size of sensing elements, then the 3-axis finger force sensor was fabricated. Also, the characteristic test of the developed 3-axis finger force sensor was performed.
A sensing element for tri-axial force measurement, unit sensor of tactile sensor, was designed and evaluated by using finite element method (ANSYS). The sensor has a maximum force range of ${\pm}10$ N in the x, y, and z direction. Optimal cell structures and piezoresistor positions were determined by the strain distribution obtained from finite element analysis. Finally three Wheatstone birdge circuits were arranged and verified by $F_x$, $F_y$, and $F_z$ loading conditions. In addition, in case of sensing element subjected to thermal loading, the outputs of three bridge circuits were also evaluated.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제5권4호
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pp.419-428
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2007
This paper describes the development of a six-axis force/moment sensor with rectangular taper beams for an intelligent robot's wrist and ankle. In order to accurately push and pull an object with an intelligent robot's hand, and in order to safely walk with an intelligent robot's foot, the robot's wrist and ankle should measure three forces Fx, Fy, and Fz, and three moments Mx, My, and Mz simultaneously from the mounted six-axis force/moment sensor to the intelligent robot's wrist and ankle. Unfortunately, the developed six-axis force/moment sensor utilized in other industrial fields is not proper for an intelligent robot's wrist and ankle in the size and the rated output of the six-axis force/moment sensor. In this paper, the structure of a six-axis force/moment sensor with rectangular taper beams was newly modeled for an intelligent robot's wrist and ankle, and the sensing elements were designed by using the derived equations, following which the six-axis force/moment sensor was fabricated by attaching strain-gages on the sensing elements. Moreover, the characteristic test of the developed sensor was carried out by using the six-component force/moment sensor testing machine. The rated outputs from the derived equations agree well with those from the experiments. The interference error of the sensor is less than 2.87%.
In multi-axis force sensor, compliance matrices representing structural behaviour of internal sensor bodies play an important role in decoupled sensing and accuracy, Recently, error propagation through compliance matrices has been studied via approximation approach. However the upper bound of measured force error has not been known. In this paper, error propagation in force sensing is analysed in a unified way when both strain measurement error and compliance matrix error exist, and the upper bound of the measured force error is derived exactly(not approximately). The analysis is examined through a numerical example.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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