This thesis describes to design an optical torque sensor and analyze its influences on impedance controller. Impedance control adjusts dynamic interaction between manipulator and environment, which provides a robot compliance. Capacitive type or optical type torque sensors have been adopted for force control recently since strain gauge-based torque sensor have bonding and wiring problems. These sensors could measure rough torque signal exerted by unexpected environment that surrounds a robot, which would affect the control quality. To analyze the control performance on sensor types, we developed a novel optical type torque sensor and implemented impedance control. The proposed torque sensor is designed to measure up to 30Nm and have two optical chips symmetrically in order to decouple undesired load components, which shows lower interference rate than the commercial optical torque sensor. Static calibration and dynamic test were conducted. Finally, the control performance indices were compared between strain gauge type and proposed sensor with frequency. The results imply that the robot could provide ensuring safety by using optical torque sensor instead of strain-gauge torque sensor.
본 논문에서는 광학 방식 토크 센서를 개발하고 센서가 임피던스 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 임피던스 제어는 매니퓰레이터와 환경 사이의 동적 상호작용을 조절함으로써 로봇에게 유연성을 제공한다. 스트레인 게이지 방식은 센서 부착과 전선의 문제가 있으므로 정전 방식과 광학 방식 토크 센서가 최근 힘 제어에 많이 사용되고 있다. 이 센서들은 외부 환경에서 가해지는 토크 값을 대략적으로 측정하기 때문에 제어 성능에 영향을 미치게 된다. 센서 방식이 제어 성능에 미치는 영향을 분석하기 위해 새로운 방식의 광학식 토크 센서를 설계하고 임피던스 제어를 구현할 것이다. 제안된 토크 센서는 최대 30Nm까지 측정할 있도록 설계되어 있으며 원하지 않은 방향의 성분을 제거하기 위해 두 개의 광학 칩을 대칭적으로 사용하여 간섭률을 낮추었다. 그리고 제작된 센서의 성능 분석을 하기 위해 정적 교정과 동적 실험이 수행되었다. 마지막으로 스트레인 게이지 방식과 제안된 센서 사이의 제어 성능 지표를 주파수에 따라 비교하였다. 결과는 스트레인 게이지 토크 센서 대신 제안된 광학식 토크 센서를 사용하여 안전성을 제공할 수 있다는 것을 의미한다.
