협동 로봇 관절의 힘 제어를 구현하고 통합도를 향상시키기 위해, 하모닉 감속기 내부에 통합된 토크 센서를 제안하여 관절 출력 토크 값을 정확하게 획득함으로써 지능형 제어 실현을 촉진한다. 유한 요소 해석 방법을 사용하여 하모닉 감속기 플렉스휠 하단면 변형률과 가해지는 토크 간의 관계를 분석하였으며; 그 후 유한 요소 해석 결과를 바탕으로 플렉스휠 하단면 감응 그리드의 와이어 길이, 와이어 간격 및 위치가 다른 조건에서 하단 변형률과 토크 변화 피어슨 상관 계수의 반응 표면 모델을 구축하였다. 모델을 해결하여 최적의 감응 그리드 구조 매개변수를 얻어 해당 구조 하에서 통합 센서가 최적의 선형 응답을 가지도록 하였고, 휘스톤 브리지 원리를 결합하여 토크 센서 구조를 설계하였다; 마지막으로 통합 토크 센서를 보정하고 테스트하였다. 결과는 통합 토크 센서의 감도가 0.249 mV/N·m, 선형도가 0.99974이며, 이력 오차가 2.19%임을 보여준다. 0~70 N·m 구간에서 계단식 하중 토크를 가하고 반복 실험을 수행한 결과, 통합 토크 센서의 표준 토크 센서 대비 RMS 오차는 0.89~0.98 N·m였다. ±70 N·m 범위 내에서 사인파 변동 하중 토크를 가했을 때 RMS 오차는 0.96~1.05 N·m였다. 이 통합 토크 센서는 상대적으로 정확하게 하중 토크를 감지할 수 있어 협동 로봇 관절 힘 제어 실현과 로봇 시스템 통합도 향상에 기여한다.

토크 센서;하모닉 감속기;유한 요소 해석;감응 그리드;반응 표면법