Force and Contact Position Detection Module for Robot Grippers using FSR sensors

Abstract

In this study, we propose the design of a practical contact sensor module employing a lever mechanism. The proposed module leverages low-cost force sensors to measure force variations and detect contact points in real time, offering a cost-effective solution that can be implemented simply without complex signal wiring or high computational overhead. In today’s robotic manipulator market—where stable and precise object handling is paramount—we focus on overcoming the design complexity, high cost, and processing burden associated with conventional large force–torque sensors and high-resolution tactile arrays. Composed of a simple lever- based structure paired with compact sensor components, the module can be easily integrated into a variety of gripper architectures. Grasping experiments on objects of differing geometries and material properties—such as cylindrical and prismatic shapes—demonstrated excellent force-measurement and contact-point-detection accuracy alongside rapid real-time responsiveness. These results indicate that the proposed sensor module can substantially enhance the performance and versatility of robotic grippers in industrial applications. Keywords: Robotic grippers, Contact sensor module, lever mechanism, Force sensing, Contact-point detection, Robotic manipulators

Keywords: Robotic grippers, Contact sensor module, lever mechanism, Force sensing, Contact-point detection, Robotic manipulators |본 연구에서는 레버 메커니즘을 활용한 실용적인 접촉 센서 모듈을 제안한다. 제안한 모듈은 저가의 힘 센서를 이용하여 힘의 변화를 측정하고 접촉 지점을 실시간으로 검출할 수 있으며, 복잡한 신호 배선이나 높은 연산 부담 없이도 구현 가능한 경제적인 대안을 제공한다. 안정적이고 정밀한 물체 조작이 중시되는 최근의 로봇 매니퓰레이터 시장 환경에서, 본 연구는 기존의 대형 6축 힘-토크 센서나 고해상도 촉각 배열이 갖는 설계 복잡성, 고비용, 높은 처리량 요구 등의 한계를 해결하는 데 중점을 둔다. 단순한 레버 기반 구조와 소형 센서 구성요소로 이루어진 본 모듈은 다양한 그리퍼 구조에 쉽게 통합할 수 있다. 전구와 같은 깨지기 쉬운 물체를 대상으로 수행한 파지 실험 결과, 제안한 센서 모듈은 우수한 힘 측정 정확도와 접촉 지점 검출 성능을 보였으며, 신속한 실시간 응답성을 확인하였다. 이러한 결과는 본 센서 모듈이 산업용 응용에서 로봇 그리퍼의 성능과 활용도를 크게 향상시킬 수 있음을 시사한다.

핵심어: 로봇 그리퍼, 접촉 센서 모듈, 레버 메커니즘, 힘 센싱, 접촉 지점 검출, 로봇 매니퓰레이터