촉각센서의 3축 힘 측정, 누르는 힘과 미는 힘은 어떻게 다를까?



물체를 잡을 때는 표면을 누르는 힘뿐 아니라 옆으로 미는 힘도 생길 수 있습니다. 촉각센서를 검토할 때 힘을 측정한다는 설명만으로는 어떤 정보를 얻는지 알기 어렵습니다.

3축 힘 측정은 세 방향의 힘 성분을 구분하는 개념입니다.

접촉면을 기준으로 수직 방향과 표면을 따라 작용하는 방향을 나눠 보면 이해하기 쉽습니다.

1. 수직력은 표면을 누르는 방향의 힘입니다



책상 위 지우개를 위에서 누르면 책상 표면에 수직인 방향으로 힘이 작용합니다. 이런 성분을 수직력, 또는 법선력이라고 부릅니다.

이번 설명에서는 센서 표면에 수직인 방향을 Z축, 표면 위 두 방향을 X·Y축으로 정하겠습니다. 실제 제품의 축 방향과 양수·음수 부호는 매뉴얼을 따라야 합니다.물체를 얼마나 세게 누르고 있는지 확인하는 데 수직력 정보가 쓰일 수 있습니다.

2. 전단력은 표면을 따라 작용하는 힘입니다



지우개를 누른 상태에서 옆으로 밀면 접촉면에 평행한 힘이 생깁니다. 이처럼 표면을 따라 작용하는 힘을 전단력 또는 접선력이라고 설명합니다.

위에서 정한 좌표에서는 Fx와 Fy가 접선 방향 성분, Fz가 수직 방향 성분입니다. 물체가 아직 움직이지 않아도 접선 방향 힘은 존재할 수 있습니다. 따라서 전단력이 검출됐다는 사실만으로 미끄러짐이 이미 발생했다고 단정하면 안 됩니다.

미끄러짐을 판단하거나 예측하려면 힘의 변화, 접촉 상태, 재질과 마찰 조건, 데이터 처리 방법 등을 함께 검토해야 합니다.





3. 힘·압력·힘의 분포는 구분해서 읽어야 합니다



표현 | 확인할 내용

힘 | 특정 방향으로 작용하는 힘의 크기. 단위 예: N

압력 | 면적당 작용하는 수직력. 단위 예: Pa, kPa

접촉 분포 | 센서의 어느 영역에서 신호가 발생하는지

3축 힘 | 세 방향 힘 성분을 각각 제공하는지



리파인 tashan센서 전단력



컬러맵에 여러 점이 표시된다고 해서 모든 점이 각각 Fx·Fy·Fz를 출력한다고 볼 수는 없습니다. 반대로 힘 화살표 하나를 보여주는 화면에서도 내부 데이터가 어떤 단위와 채널로 제공되는지는 별도 확인이 필요합니다.

센서 수가 측정 소자의 개수인지, 모듈 수인지, 출력 채널 수인지도 구분해야 합니다.

또한 3축 힘은 6축 힘·토크와 다릅니다. 6축 센서에서는 Fx·Fy·Fz뿐 아니라 회전 방향의 토크 Tx·Ty·Tz를 별도 항목으로 다루기도 합니다. ATI 공식 사양의 축 구분

(https://www.ati-ia.com/products/ft/ft_models.aspx?id=delta)

4. Tashan을 검토할 때는 모델별 출력부터 확인하세요



리파인의 Tashan 제품 페이지는 TS-F-A·TS-E-A를 ‘3D Force Sensing’, TS-F-A2·TS-E-B를 ‘Matrix Sensing’으로 구분해 안내합니다. 모델별 매뉴얼과 개발 자료도 연결돼 있습니다.

리파인 Tashan 제품 자료 (https://products.refind.kr/products/physical-ai/tashan)

여기서 중요한 것은 표의 이름만으로 모든 모델의 세부 기능을 같은 것으로 묶지 않는 것입니다.

- 각 출력값은 힘인가요, 압력인가요, 보정 전 신호인가요?

- 센서 전체의 합력인가요, 영역별 값인가요?

- 축 방향과 부호는 어떻게 정의돼 있나요?

- 값의 갱신 주기와 영점 설정 방법은 무엇인가요?

- 측정 범위·분해능·정확도는 각각 어떻게 기재돼 있나요?

특히 작은 변화가 구분된다는 뜻의 분해능과, 실제 값에 얼마나 가까운지를 나타내는 정확도는 같은 수치가 아닙니다.



5. 센서 출력이 곧 로봇의 자동 반응은 아닙니다



촉각센서가 힘 정보를 보내더라도, 그 정보를 읽어 그리퍼의 힘이나 로봇의 동작을 바꾸는 제어 구성이 필요합니다. 센서 장착만으로 파지력 조절이나 미끄러짐 대응이 완성된다고 보기는 어렵습니다.

리파인에 촉각센서 구성을 문의하실 때는 ‘접촉 여부만 필요한지’, ‘수직력과 전단력을 나눠 봐야 하는지’, ‘접촉 위치의 분포까지 필요한지’를 알려주세요. 적용할 물체와 장착 공간, 사용하는 제어 환경도 함께 정리하면 좋습니다.

촉각센서의 비교는 센서 개수보다, 우리 작업에 필요한 정보를 어떤 형태로 받을 수 있는지에서 시작합니다.

Tashan 모델별 자료와 상담 안내

(https://products.refind.kr/products/physical-ai/tashan)

참고 자료

리파인 — Tashan 모델 비교·개발 자료

https://products.refind.kr/products/physical-ai/tashan

ATI — Delta Force/Torque 사양

https://www.ati-ia.com/products/ft/ft_models.aspx?id=delta