네트워크 기반 촉각 센싱 시스템 2006. 10. 26 전자부품연구원 (KETI)

센터소개 개발배경 기술개요 기술개발 기술 응용 분야

센터 소개 나노메카트로닉스 연구센터

개발 배경 지능형 로봇 센서 기술 지능형 로봇의 응용 분야 촉각 센서 센서 기술

기술 개요 촉각이란? 인간피부의 특징 손가락 Tip의 특징 공간 분해능 : 손가락 Tip 1 mm, 등 피부 2 cm 열 전도성을 이용하여 물체를 인식 예 : 20℃의 동일 온도를 가지는 나무와 금속이 있다고 할지라도 열전도성의 차이를 감지 하여 두 물체를 구분함 손가락 Tip의 특징 공간 분해능 : 1 - 2 mm  1mm 이하의 공간에서는 여러 개의 물질도 하나로 인식함 힘 분해능 : 0.005 ~ 0.1 N 온도 및 진동 감지 pressure, force temperature vibration 로봇 산업 전반에 적용

기술 개요 촉각센서 요구 조건 Flexible (Robot hand) 3-axis sensible Array type High space resolution High Sensitivity Good uniformity Robust structure Easy fabrication Low cost

Bump/ACF bonding, Stopper 기술 개요 Flexible 촉각센서 개념설계 3-axis Sensible (Si,......) Flexible ( FPCB, Polymer,…..) High Sensitive, Low noise (Si, ΔR, ΔC,......) Array Electrical Interconnections (Bump bonding, Via Hole, Sanding, DRIE,…….) CMOS Compatible (Si,......) Uniform Performance (SOI,......) Easy, Low Cost & Batch Fabrication (Si, Polymer,……) Overload Protection (Stopper,…….) 3축, 1축 정밀 촉각센서 1축 저가 촉각센서 Si(SOI), ΔR, FPCB, Bump/ACF bonding, Stopper Polymer, ΔR, FPCB, ACF bonding, Stopper

기술 개발 (1) : Si 기반 CMOS 집적화 촉각 센서 단 축 3 축 Piezoresistor 2mm GND Col Row O2 O1 Vdd O3 O4 Membrane

Wafer level로 제조된 촉각센서(5”) 기술 개발 (1) : Si 기반 CMOS 집적화 촉각 센서 Wafer level로 제조된 촉각센서(5”)

Si 기반 CMOS 촉각센서 어레이용 FPCB Sensor chip FPCB 설계도 단축 3축 제작된 FPCB

FPCB에 실장된 Si 기반 CMOS 촉각센서 단축 실리콘 CMOS 촉각 센서 모듈 (16x16) 고투명 폴리머를 이용한 Protective Layer 코팅 3축 실리콘 CMOS 촉각 센서 모듈 (8x8) 인간피부색과 유사한 폴리머를 이용한 Protective Layer 코팅

기술 개발 (2) : FPCB 일체형 폴리머 촉각 센서 접속부 단축 폴리머 촉각센서 어레이 (release 전) NiCr strain Gauge

기술 개발 (2) : FPCB 일체형 폴리머 촉각 센서 FPCB 일체형 폴리머 촉각 센서 모듈 (16x16) Bottom View Top View 제조된 센서의 Flexibility 로봇손가락에 장착

기술 개발 (3] : 센서 어레이 자동 평가 시스템 센서 특성 평가 자동화 시스템 (H/W) Probe card 센서 특성 평가 동영상(Auto- probing)

기술 개발 (3] : 센서 어레이 자동 평가 시스템 센서 특성 평가 자동화 시스템 (S/W) - Array 및 인가 Force 결정 Force 인가 axis control Test sample moving control 인가 Force 및 Output data display

기술 개발 (4] : 촉각센서 모듈 제어기 촉각센서 모듈 제어기 촉각 센서 모듈 제어기 Block diagram 제작된 촉각 센서 모듈 제어기 보드 특 징 1축/3축 겸용 고속 센서 어드레싱 Cell Offset 보정 온도센서 내장/온도보정 메모리 내장/디지털 보정 USB2.0/RS-232C Specification 8x8/16x16 어레이 구동 Single cell addressing (Random Access) : 저소비전력 (3mA이하) 10bit ADC 적용 2.56ksps / Frame rate= 5Hz

Digital calibration 기술 기술 개발 (4] : 촉각센서 모듈 제어기 Digital calibration 기술 Offset 보정회로 - Cell-to-Cell 편차 보정 - Hardware Offset 보정 Software Gain 보정 On-board 온도센서에 의한 온도보상 Max/Min Calibration Flow Chart

기술 개발 (5] : 촉각센서 이미지 프로그램 촉각 센싱용 이미지 프로그램 - Window 프로그램 - RS-232, USB2.0 지원 - 촉각센서 전용통신 프로토콜 사용 - 촉각 센서의 3차원 이미지 표시 - 에러 및 감도 보정 - Raw data, Force vector 표시

안내용 로봇 및 엔터테인먼트 (접촉에 대한 장애물 회피, Touch Sensor] 기술 응용 분야 촉각 센싱 시스템 응용 분야 안내용 로봇 및 엔터테인먼트 (접촉에 대한 장애물 회피, Touch Sensor] 산업용 로봇 및 공정 자동화 물체 Grasping 및 형상 정보처리 ASIMO, AIBO Shadow robot company 개인용 휴대 멀티미디어 단말기 입력 장치 미세 절개 수술 및 원격 의료 진단 PPS 사

질의응답 전자부품연구원 전자부품연구원 나노메카트로닉스센터 기술확산실 김건년 책임연구원 양웅식 전임행정원 031-789-7314 kimkn@keti.re.kr 전자부품연구원 기술확산실 양웅식 전임행정원 031-789-7612 ryanyang@keti.re.kr