For better walking performance of Humanoid robots, the measure of ZMP is inevitable. The traditional and basic tool for ZMP measurement is to use a Force-Torque sensor. Multi force-torque sensors are really important for the walking of humanoid robots, even they are also important in various field such as sports, biomedical, industrial robot systems and so on. A Force-Torque sensor is another name of multi-axis load cells, that is, it can measure force data in the several directions. A 6-axis Force-Torque sensor can measure all direction`s force data, 3 forces and 3 torques applied to a body. This paper describes mechanically coupled design of a 6-axis Force-Torque sensor using strain gauges. In mechanically coupled sensors, force data cannot be obtained directly from strain signals. Instead output data should be calculated through a additional matrix calculation. There are already many kind of multi-axis load cells in the world, and one can buy them. A suitable 6-axis Force-Torque sensor for humanoid robots , however, is not easy to find and its cost is also somewhat high. Signal transducers and data acquisition boards for the Force-Torque sensor are also big problem because of their size and cost. So we designed a small size data acquisition board and communication module, digital filter and AD/DA conversion system was included, too. Here we suggest design method of a small size 6-axis Force-Torque sensor module for humanoid robots. It includes sensor`s mechanical structure design and data acquisition board design. In this paper, we describe the sensor`s structure design, wheat-stone bridge composition using strain gages, amplitude circuit, and details for the data acquisition board.
휴머노이드 로봇의 보다 나은 보행 알고리즘의 구현을 위해서는 ZMP(Zero Moment Point)의 측정이 반드시 필요하다. 전형적인 ZMP 측정 방법은 힘-토크 센서를 이용하는 방법이다. 다축 힘-토크 센서는 휴머노이드 로봇의 보행에 있어서 매우 중요하며, 스포츠, 생체의학, 또는 산업용 로봇등의 시스템에 있어서도 중요한 역할을 한다. 힘-토크 센서는 다축 로드셀의 다른 이름이며, 여러 방향으로의 힘 데이터를 측정할 수 있다. 스트레인 게이지를 이용하는 6축 힘-토크 센서는 모든 방향의 힘과 토크(3방향의 힘과 3방향의 토크)를 측정할 수 있다. 본 논문은 기구학적으로 커플된 형태의 스트레인 게이지를 이용한 6축 힘-토크 센서의 설계에 대해서 다루고 있다. 기구학적으로 커플된 형태의 센서의 경우는 힘 데이터를 스트레인 신호로부터 직접적으로 얻을 수 없다. 대신에 일련의 행렬계산을 통해서 얻을 수 있다. 이미 많은 종류의 다축 로드셀들이 개발되어 있으며, 원하면 구매하여 사용할 수 있다. 그러나 가격과 용량 그리고 크기 때문에 휴머노이드 로봇에 적합한 6축 힘-토크 센서의 경우는 찾기가 쉽지 않다. 또한 신호를 계측하는 데이터 획득 보드의 경우도 크기와 가격 때문에 적합한 모델을 찾기가 쉽지않다. 따라서, 본 논문에서는 센서의 기구적인 설계 뿐만 아니라, 매우 작은 크기를 가지면서도 다양한 기능을 가지고 있는 데이터 획득 보드를 설계하는 방법까지 다루고 있다. 데이터 획득 보드의 경우는 증폭회로 뿐만 아니라 통신 모듈, D/A, A/D, 디지털 필터 등을 포함하고 있다.