KR100791592B1 - Linear manipulator with piezoelectric device - Google Patents
Linear manipulator with piezoelectric device Download PDFInfo
- Publication number
- KR100791592B1 KR100791592B1 KR1020060131869A KR20060131869A KR100791592B1 KR 100791592 B1 KR100791592 B1 KR 100791592B1 KR 1020060131869 A KR1020060131869 A KR 1020060131869A KR 20060131869 A KR20060131869 A KR 20060131869A KR 100791592 B1 KR100791592 B1 KR 100791592B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- mover
- clamp device
- clamp
- input
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 description 3
- 239000000077 insect repellent Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 240000001973 Ficus microcarpa Species 0.000 description 1
- 241000256247 Spodoptera exigua Species 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/04—Constructional details
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/005—Mechanical details, e.g. housings
- H02N2/0055—Supports for driving or driven bodies; Means for pressing driving body against driven body
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
Abstract
Description
도 1a는 종래의 자벌레형 구동기의 개략도이다.1A is a schematic diagram of a conventional self-supporting driver.
도 1b는 도 1a에 나타낸 자벌레형 구동기의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.FIG. 1B is a configuration diagram for explaining the operation of the self-worm driver shown in FIG. 1A.
도 2는 종래의 압전소자 드라이브를 이용한 조정장치의 개략도이다.2 is a schematic diagram of an adjusting apparatus using a conventional piezoelectric element drive.
도 3은 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 선형 구동기의 사시도이다.3 is a perspective view of a linear driver using a piezoelectric element according to the present invention.
도 4a ~ 도 4c는 압전소자를 이용한 선형 구동기의 동작 원리를 설명하기 위한 구성도이다.4A to 4C are configuration diagrams for describing an operation principle of a linear driver using a piezoelectric element.
도 5a와 도 5b는 클램프 기구의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.5A and 5B are diagrams for explaining the operation of the clamp mechanism.
도 6a와 도 6b는 구동 기구의 동작을 설명하기 위한 구성도이다. 6A and 6B are configuration diagrams for explaining the operation of the drive mechanism.
도 7은 전원과 연결된, 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 선형 구동기의 구성도이다.7 is a configuration diagram of a linear driver using a piezoelectric element according to the present invention connected to a power source.
도 8a는 이동자를 오른쪽으로 이동시키기 위하여 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 선형 구동기에 가해지는 전압 파형도이다.8A is a voltage waveform diagram applied to a linear driver using a piezoelectric element according to the present invention for moving the mover to the right.
도 8b는 이동자를 왼쪽으로 이동시키기 위하여 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 선형 구동기에 가해지는 전압 파형도이다.8B is a voltage waveform diagram applied to a linear driver using a piezoelectric element according to the present invention for moving the mover to the left.
도 9a ~ 도 9g는 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 선형 구동기가 하나의 행정을 수행하여 이동자를 이동시키는 과정을 설명하기 위한, 그 구성도이다.9A to 9G are diagrams for explaining a process of moving a mover by performing a single stroke by a linear driver using a piezoelectric element according to the present invention.
본 발명은 압전소자를 이용한 선형 구동기에 관한 것으로서, 특히 하나의 행정(사이클)을 수행하여 두 걸음 변위(two step displacement)를 이동할 수 있는 압전소자를 이용한 선형 구동기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
압전소자(piezoelectric device)는 입력된 전압에 비례하여 그 길이가 변하는 반도체 소자로서, 그 길이가 선형으로 미세하게 조절될 수 있기 때문에, 초정밀 기계의 구동기와 같은, 여러 분야의 응용기기에 이용되고 있다. 이러한 종래의 응용기기 중에서, 소정의 개수의 압전소자를 설치하고 그 길이를 조절하여 동작하는 종래의 선형 구동기를, 도면과 함께, 설명하면 다음과 같다.Piezoelectric devices (piezoelectric devices) are semiconductor devices whose length varies in proportion to the input voltage, and since their length can be finely adjusted linearly, they are used in various applications such as drivers of ultra-precision machinery. . Among such conventional application devices, a conventional linear driver, in which a predetermined number of piezoelectric elements are installed and operated by adjusting the length thereof, will be described with reference to the drawings.
도 1a는 종래의 자벌레형 구동기(inchworm type motor)의 개략도로서, 진행 방향에 대하여 수직방향으로 배열된 압전소자를 갖는 제1 및 제2 클램프(C1, C2)와, 제1 및 제2 클램프(C1, C2) 사이에 위치하고 진행 방향과 나란하게 배열된 압전소자를 갖는 모터 프레임(MF)로 구성된다. 이와 같이 구성된 자벌레형 구동기는 각 각의 압전소자가 구동되어 길이가 늘어나고 줄어듦에 따라 안내길(G)을 따라 이동한다. 이러한 동작을 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.1A is a schematic diagram of a conventional inchworm type motor, in which first and second clamps C1 and C2 having piezoelectric elements arranged in a direction perpendicular to a traveling direction, and first and second clamps ( It consists of a motor frame MF having a piezoelectric element positioned between C1 and C2 and arranged in parallel with the traveling direction. The self-assembly-type driver configured as described above moves along the guideway G as each piezoelectric element is driven to increase and decrease in length. This operation will be described in detail with reference to the drawings as follows.
도 1b는 도 1a에 나타낸 자벌레형 구동기의 동작을 설명하기 위한 구성도이 다.FIG. 1B is a configuration diagram for explaining the operation of the self-worm driver shown in FIG. 1A.
먼저, 안내길(G)에 놓인 자벌레 구동기가 평형 상태로부터 이동하기 위하려면, 제1 클램프(C1)가 압전소자의 길이가 늘어나고 그에 따라 안내길(G)의 벽에 고정된다 (단계 S1). 그 다음에 모터 프레임(MF)의 압전소자가 제1 클램프(C1)를 기준으로 늘어남으로써, 모터 프레임(MF)의 다른 끝에 위치한 제2 클램프(C2)가 안내길(G)를 따라 길이(L) 만큼 이동한다 (단계 S2). 이때 제2 클램프(C2)의 압전소가의 길이가 늘어나고 그에 따라 제2 클램프(C2)가 안내길의 벽에 고정된다 (단계 S3). 제2 클램프(C2)가 안내길의 벽에 고정된 상태에서 다시 제1 클램프(C1)의 압전소자가 수축하고 그에 따라 제1 클램프(C1)은 안내길(G)로부터 떨어진다 (단계 S4). 그 다음에 모터 프레임(MF)의 압전소자가 제2 클램프(C2)를 기준으로 수축함으로써, 모터 프레임(MF)의 끝에 위치한 제1 클램프(C1)가 안내길(G)를 따라 길이(L) 만큼 이동한다 (단계 S5). 그 다음에 제1 클램프(C1)의 압전소가의 길이가 늘어나고 그에 따라 제1 클램프(C1)가 안내길의 벽에 고정된다 (단계 S6). 그 다음에는 상기 단계 (S1)과 상기 그 이후의 단계를 반복한다. 즉, 종래의 자벌레 구동기는 단계(S1)에서 단계(S6)의 과정을 하나의 행정으로서 반복적으로 수행한다.First, in order to move the insect repellent driver placed on the guideway G from the equilibrium state, the first clamp C1 is extended to the length of the piezoelectric element and is thus fixed to the wall of the guideway G (step S1). Then, the piezoelectric element of the motor frame MF extends with respect to the first clamp C1, so that the second clamp C2 located at the other end of the motor frame MF is along the length G along the guide path G. ), (Step S2). At this time, the length of the piezoelectric value of the second clamp C2 is increased, and accordingly, the second clamp C2 is fixed to the wall of the guide path (step S3). In the state where the second clamp C2 is fixed to the wall of the guide road, the piezoelectric element of the first clamp C1 contracts again, so that the first clamp C1 is separated from the guide road G (step S4). Then, the piezoelectric element of the motor frame MF contracts with respect to the second clamp C2, so that the first clamp C1 located at the end of the motor frame MF along the guide path G has a length L. FIG. Move by (step S5). Then, the length of the piezoelectric value of the first clamp C1 is increased, and accordingly, the first clamp C1 is fixed to the wall of the guide path (step S6). After that, the step S1 and the subsequent steps are repeated. In other words, the conventional self-learning driver repeatedly performs the process of step S6 in step S1 as one stroke.
이러한 자벌레 구동기는 하나의 행정(cycle)을 수행하면 모터 프레임(MF)의 압전소자가 늘어난 길이(L) 만큼만 이동한다. 즉, 종래의 자벌레 구동기가 하나의 행정을 수행하여 이동하는 거리 또는 변위는 한 걸음(1 step)이 된다. 이때 그 한 걸음은 자벌레 구동기의 분해능이 된다. 따라서, 자벌레 구동기가 하나의 행정을 n개의 걸음(step)으로 구동한다면, 그 분해능은 1/n 배가 된다.When the self-leavening driver performs one cycle, the piezoelectric element of the motor frame MF moves only as much as the length L. That is, the distance or displacement of the conventional insect repellent drive by performing one stroke is one step. One step is the resolution of the insect insect driver. Therefore, if the insect insect driver drives one stroke in n steps, its resolution is 1 / n times.
한편 종래의 압전소자를 이용한 선형구동기의 다른 예로는, 미국 특허번호 제5,424,597호에 기재된 압전소자 드라이브를 이용한 조정장치를 들 수 있다. 이를 도 2와 함께 설명하면 다음과 같다. On the other hand, as another example of a linear driver using a piezoelectric element, an adjusting device using a piezoelectric element drive described in US Patent No. 5,424,597 may be mentioned. This will be described with reference to FIG. 2.
도 2에 나타낸 것과 같이, 종래의 압전소자 드라이브를 이용한 조정장치는 두 개의 압전소자가 부착된 병진운동부(1, 2)와, 각 병진운동부(1, 2)를 지지하는 링크(3, 4)와, 이들을 지지하고 여러 요소들(상세한 설명은 생략)로 구성된다.As shown in FIG. 2, a conventional apparatus using a piezoelectric element drive includes a
그러나 이러한 압전소자 드라이브를 이용한 조정장치는 각각의 병진 운동부(1, 2)가 교대로 선형운동을 수행함으로써, 그 각 병진운동부를 이루는 압전소가가 늘어난 길이 만큼만 피구동 요소(8)을 이동시킨다. 즉, 종래의 자벌레 구동기의 동작과 마찬가지로, 압전소자 드라이브를 이용한 조정장치가 하나의 행정을 수행함으로써 피동 요소(8)가 이동하는 거리 또는 변위는 한 걸음(1 step)이 된다. 따라서, 그 한 걸음은 압전소자 드라이브를 이용한 조정장치의 분해능이 되고, 하나의 행정을 n개의 걸음(step)으로 구동한다면, 그 분해능은 1/n 배가 된다.However, the adjusting device using the piezoelectric element drive alternately moves the driven
따라서, 종래의 압전소자를 이용한 선형 구동되는 하나의 행정을 수행하여 한 걸음(step)만 이동할 수 있고 그에 따라 그 분해능도 작기 때문에, 피동 요소를 세밀하게 이동시키는데 한계가 있다.Therefore, since only one step can be moved by performing a linear drive using a conventional piezoelectric element and the resolution thereof is also small, there is a limit to moving the driven element finely.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하여, 하나의 행정(사이클)을 수행하여 두 걸음 변위(two step displacement)를 이동할 수 있는, 압전소자를 이용한 선형 구동기를 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, and to provide a linear driver using a piezoelectric element capable of moving two step displacement by performing one stroke (cycle).
본 발명은 나의 행정(사이클)을 수행하여 두 걸음 변위(two step displacement)를 이동함으로써 분해능이 큰, 압전소자를 이용한 선형 구동기를 제공하는 데에 있다.The present invention is to provide a linear driver using a piezoelectric element having a high resolution by performing two strokes to move two step displacements.
이를 위하여 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 선형 구동기는 서로 소정의 거리에 만큼 떨어져서 위치하고, 이동자의 하부에서 이동자를 지지하고 이동시키는 제1 클램프 기기 및 제2 클램프 기기와, 상기 제1 및 제2 클램프 사이에 위치하는 구동 기기와, 상기 제1 클램프 기기와 상기 구동 기기를 연결하는 제1 기준부와, 상기 제2 클램프 기기와 상기 구동 기기를 연결하는 제2 기준부와, 상기 제1 및 제2 기준부와 상기 구동 기기의 한 끝이 연결되며 바닥에 고정되는 바닥부를 포함하여 실시함으로써 달성된다.To this end, the linear actuator using the piezoelectric element according to the present invention is located at a predetermined distance from each other, the first clamp device and the second clamp device for supporting and moving the mover from the bottom of the mover, the first and second clamp A drive device positioned between the first reference device, the first reference device connecting the first clamp device and the drive device, the second reference device connecting the second clamp device and the drive device, and the first and second devices. This is achieved by including a base portion connected to one end of the drive device and fixed to the bottom.
여기서, 상기 이동자를 지지하는 상기 제1 클램프 기기 또는 제2 클램프 기기 중에 어느 하나의 클램크 기기가 상기 이동자와 떨어지고 상기 다른 하나의 클램프 기기가 상기 이동자를 지지하는 동안에, 상기 구동기기는 상기 다른 하나의 클램프 기기와 함께 상기 이동자를 한 걸음 이동시키는 절반의 행정을 수행한다. 또한, 상기 이동자가 한 걸음 이동한 후에, 상기 어느 하나의 클램프 기기가 상기 이동자를 지지하고 상기 다른 하나의 클램프 기기가 상기 이동자와 떨어지면, 상기 구동기기가 원래의 위치로 복귀하여 상기 하나의 클램프 기기와 함께 상기 이동자를 한 걸음 이동시키는 절반의 행정을 수행한다.Here, while the clamp device of any one of the first clamp device or the second clamp device supporting the mover is separated from the mover and the other clamp device supports the mover, the driving device is the other one. Perform a half stroke to move the mover one step with the clamping device of. Further, after the mover moves one step, if the one clamp device supports the mover and the other clamp device is separated from the mover, the drive device returns to its original position and the one clamp device And half the stroke to move the mover one step further.
발명에 따른 압전소자를 이용한 선형 구동기의 구성과 동작을, 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.The configuration and operation of a linear driver using a piezoelectric element according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 3은 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 선형 구동기의 사시도로서, 서로 소정의 거리에 만큼 떨어져서 위치하고, 이동자(50)의 하부에서 이동자(50)를 지지하고 이동시키는 제1 클램프 기기(10) 및 제2 클램프 기기(40)와, 제1 및 제2 클램프(10, 40) 사이에 위치하는 구동 기기(20)와, 제1 클램프 기기(10)와 구동 기기(20)를 연결하는 제1 기준부(31)와, 제2 클램프 기기(40)와 구동 기기(20)를 연결하는 제2 기준부(32)와, 제1 및 제2 기준부(31, 32)와 구동 기기(20)의 한 끝이 연결되며 바닥에 고정되는 바닥부(30)로 이루어진다.3 is a perspective view of a linear driver using a piezoelectric element according to the present invention, which is located at a predetermined distance from each other, and includes a
여기서, 제1 클램프 기기(10)는 그 길이방향이 수평방향이 되게 설치된 제1 압전소자(11)와, 제1 압전소자(11)의 양쪽 끝을 연결하는 제1 및 제2 몸체부와, 제1 및 제2 몸체부의 같은 방향에 위치한 한쪽 끝을 연결하고 이동자(11)를 지지하는 제1 지지부(12)와, 제1 압전소자(11)를 중심으로 제1 지지부(12)의 반대쪽에 위치하고 제1 및 제2 몸체부의 다른 한 쪽 끝을 연결하며 제1 기준부(31)에 연결된 제1 힌지부로 이루어진다.Here, the
제1 클램프 기기(10)와 같은 구조로서, 제2 클램프 기기(40)는 그 길이방향이 수평방향이 되게 설치된 제2 압전소자(41)와, 제2 압전소자(41)의 양쪽 끝을 연결하는 제3 및 제4 몸체부와, 제3 및 제4 몸체부의 같은 방향에 위치한 한쪽 끝을 연결하고 이동자(11)를 지지하는 제2 지지부(42)와, 제2 압전소자(41)를 중심으로 제1 지지부(42)의 반대쪽에 위치하고 제3 및 제4 몸체부의 다른 한 쪽 끝을 연결하며 제2 기준부(32)에 연결된 제2 힌지부로 이루어진다.In the same structure as the
구동 기기(20)는, 제1 압전소자(11)와 제2 압전소자(41)의 길이방향과 수직방향이 되는 방향으로 그 길이방향을 갖는 제3 압전소자(21)와, 제3 압전소자(21)의 양쪽 끝을 연결하는 제5 및 제6 몸체부와, 제5 및 제6 몸체부의 같은 방향에 위치한 한쪽 끝을 연결하고 제1 기준부(31)에 연결되는 제3 힌지부와, 제3 압전소자(21)를 중심으로 제3 힌지부의 반대쪽에 위치하고 제5 및 제6 몸체부의 다른 한 쪽 끝을 연결하며 제2 기준부(32)에 연결된 제4 힌지부로 이루어진다.The
여기서, 제1 및 제2 지지부(12, 42)는 이동자(50)를 지지하기 위하여 소정의 모양, 바람직하게는 반원통형의 돌기가 형성되어 이동자와 선접촉을 한다.Here, the first and
이와 같이 구성된 선형 구동기의 원리를, 도 4a ~ 도 4c와 함께 설명하면 다음과 같다.The principle of the linear driver configured as described above will be described with reference to FIGS. 4A to 4C.
먼저, 도 4a에 나타낸 것과 같이, 선형 구동기가 평형 상태에서는, 제1 및 제2 클램프 기기(10, 40)의 제1 및 제2 압전소자(11, 41)가 평형상태의 길이를 유지하고 제1 및 제2 지지부(12, 42)가 이동자(50)를 지지하고, 구동 기기(20)의 제3 압전소자(21)도 평형상태의 길이를 유지하고 그에 따라 구동 기기(20)가 제1 및 제2 클램프 기기(10, 40) 사이에서 일정한 위치에 있게 된다.First, as shown in FIG. 4A, when the linear driver is in an equilibrium state, the first and second
도 4a의 평형상태에서 선형 구동기의 제2 클램프 기기(10) 및 구동기기(40)의 모양이 변하면 (실질적으로는 제2 및 제3 압전소자(41, 21)가 늘어나고, 그에 따라 제2 지지부가 이동자로부터 떨어지고 제1 및 제2 기준부 구동기기 쪽으로 다가감; 이에 대해서는 다음에서 상세하게 설명함), 이동자(50)는 바닥부(30)를 기준으로 오른쪽으로 한 걸음(ST 1)만큼 이동한다. 즉, 도 4b와 같이, 제2 클램프의 높 이가 낮아짐(실질적으로 제2 압전소자가 늘어남)으로써 제2 지지부(42)가 이동자(50)로부터 떨어진다. 그 다음에 구동 기기(20)가 제1 및 제2 기준부를 잡아당김(실질적으로 제3 압전소자(21)가 늘어남)으로써, 제1 및 제2 클램프 기기(10, 40)는 바닥부(30)를 기준으로 수축한다 (바닥부(30) 쪽으로 다가간다). 이때, 제1 클램프 기기(10)가 이동자(50)를 지지하고 있기 때문에, 이동자(30)는 바닥부(30)를 기준으로 제1 기준부(31)가 이동한 거리만큼 제1 클램프 기기(10)와 함께 오른쪽으로 이동한다. 여기서, 이동자(30)가 이동한 거리를 한 걸음(ST1)으로 정의하면, 구동기기(20)가 수축하는 동작을 수행함으로써 이동자(50)는 한 걸음 (ST1) 이동한다.When the shape of the
도 4b와 같이, 이동자(30)가 한 걸음 이동한 상태에서, 선형 구동기의 제2 및 제3 압전소자(41, 21)가 원래의 길이로 복귀하고 제1 클램프 기기(10)의 제1 지지부(12)가 이동자로부터 떨어지면 (실질적으로 제1 압전소자(11)가 늘어남), 이동자(50)는 바닥부(30)을 기준으로 오른쪽으로 한 걸음(ST 1)만큼 이동한다. 즉, 도 4c와 같이, 제2 클램프 기기(40)가 원래의 길이로 복귀하여 (실질적으로 제2 압전소자(41)의 길이가 줄어듦) 제2 지지부(42)가 이동자(50)를 지지하고 제1 클램프 기기(10)의 제1 지지부가 이동자로부터 떨어진다 (실질적으로 제1 압전소가 (11)의 길이가 늘어남). 그 다음에 구동 기기(20)의 제3 압전소자(21)가 원래의 길이로 복귀함으로써, 제1 및 제2 클램프 기기(10, 40)가 고정된 제1 및 제2 기준부가 바닥부(30)로부터 멀어진다. 이때, 제2 클램프 기기(40)가 이동자(50)를 지지하고 있기 때문에, 이동자(50)는 바닥부(30)를 기준으로 제2 클램프 기기(40)과 연결된 제2 기준부가 이동한 거리만큼 제2 클램프 기기(40)와 함께 오른쪽으로 이동한다 (실질적으로 제3 압전소자(21)는 줄어듦). 여기서, 이동자(30)가 이동한 거리를 한 걸음(ST1)으로 정의하면, 구동 기기(20)가 복귀하는 동작을 수행함으로써 이동자(50)는 한 걸음(ST1) 이동한다.As shown in FIG. 4B, in the state where the
따라서, 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 선형 구동기는 하나의 행정을 수행함으로써 이동자를 두 걸음 이동시킨다.Therefore, the linear driver using the piezoelectric element according to the present invention moves the mover two steps by performing one stroke.
한편, 이동자(50)의 상하에서 위치한 로울러(51)는 제1 및 제2 클램프 기기의 제1 및 제2 지지부가 지지하고 떨어지는 동작을 수행할 때 이동자의 수직 위치를 일정하게 유지시켜 준다.On the other hand, the
지금까지는, 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 선형 구동기의 동작을 개략적으로 설명하였지만, 실질적으로 제1 및 제2 클램프 기기와 구동 기기들 사이에 위치한 힌지의 동작과 함께, 선형 구동기의 동작을 도면과 함께 설명하면 다음과 같다.Up to now, although the operation of the linear driver using the piezoelectric element according to the present invention has been schematically described, the operation of the linear driver with the operation of the hinge positioned substantially between the first and second clamp device and the drive device is shown in FIG. The explanation is as follows.
먼저, 제1 클램프 기기(10)와 제2 클램프 기기(40)는 그 구조와 동작이 같기 때문에, 제1 클램프(10)를 예로 들어 그 동작을 설명한다.First, since the structure and operation | movement of the
도 5a와 도 5b는 클램프 기구의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.5A and 5B are diagrams for explaining the operation of the clamp mechanism.
도 5a에 나타낸 것과 같이, 제1 클램프 기기(10)가 평형 상태에 있으면, 제1 압전소자(11)는 소정의 길이(L1)를 유지하고, 제1 지지부(12)와 제1 힌지가 제1 압전소자(11)를 기준으로 제1 압전소자(11)로부터 바깥쪽으로 멀어진 상태를 유지한다. 이때, 도 5b와 같이, 제1 클램프 기기(10)가 동작하여 그 길이가 늘어나면, 제 1 클램프 기기(10)는, 제1 기준부(31)를 기준으로, 점선으로 나타낸 "수평 평형상태"로부터 실선으로 나타낸 "수평 늘어난 상태"로 그 위치가 변한다. 즉, 제1 압전소가(11)가 길이(L2)로 늘어나면, 제1 압전소자(11)의 양 끝을 고정한 몸체부의 위치가 제1 기준부(31)로부터 멀어지고 그에 따라 제1 지지부(12)와 제1 힌지는 제1 압전소자(11)쪽으로 다가간다. 이때, 제1 힌지가 제1 기준부(31)에 고정되어 있기 때문에, 제1 압전소자(11)는 수평방향으로 늘어남과 동시에 제1 힌지로 다가가는 수직이동을 하고, 몸체부는 수평이동과 함께 제1 힌지로 다가가는 수직이동을 한다. 또한, 제1 지지부(12)는 몸체부가 동작함에 따라 제1 힌지로 다가가는 수직이동을 한다.As shown in FIG. 5A, when the
지금까지 설명한 것과 같이, 제1 클램프 기기(10)는 "수평 평형상태"와 "수평 늘어난 상태"를 반복하여 동작한다.As described so far, the
한편, 힌지와 함께 구동 기기(20)의 동작을 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, the operation of the driving
도 6a와 도 6b는 구동 기구의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.6A and 6B are configuration diagrams for explaining the operation of the drive mechanism.
도 6a에 나타낸 것과 같이, 구동 기기(20)가 평형 상태에 있으면, 제3 압전소자(21)는 소정의 높이(H1)를 유지하고, 제1 기준부(31)와 연결된 제3 힌지와 제2 기준부(32)와 연결된 제4 힌지가 제3 압전소자(21)를 기준으로 제3 압전소자(21)로부터 바깥쪽으로 멀어진 상태를 유지한다. 이때, 도 6b와 같이, 구동 기기(20)가 동작하여 그 길이가 늘어나면, 구동 기기(20)는, 바닥부(30)를 기준으로, 점선으로 나타낸 "수직 평형 상태"로부터 실선으로 나타낸 "수직 늘어난 상태"로 그 위치가 변한다. 즉, 제3 압전소자(21)가 길이(H2)로 늘어나면, 제3 압전소자(21)의 양 끝 을 고정한 몸체부가 제3 압전소자(21)을 기준으로 양쪽으로 늘어난다. 이때, 제3 압전소자(21)의 한 쪽 끝에 위치한 몸체부가 바닥부(30)에 고정되기 때문에, 제3 압전소자의 다른 쪽 끝에 위치한 몸체부가 바닥부(30)을 기준으로 수직방향으로 2배로 상대적으로 멀어진다. 몸체부가 수직 이동함에 따라 제1 기준부(31)와 연결된 제3 힌지와 제2 기준부(32)와 연결된 제4 힌지는 제3 압전소자(21)쪽으로 다가가는 수평이동과 동시에 수직이동을 한다. 이때, 바닥부(30)와 두 군데가 고정되어 있는 제1 및 제2 기준부(31, 32)는 제3 압전소자(21)쪽으로 수평이동만 수행한다. 따라서, 제1 및 제2 기준부(31, 32)는 제1 및 제2 클램프 기구(10, 40)를 수평으로 이동시키는 운동만 수행할 수 있다.As shown in FIG. 6A, when the driving
지금까지 설명한 것과 같이, 구동 기기(20)는 "수직 평형상태"와 "수직 늘어난 상태"를 반복하여 동작한다.As described so far, the
따라서, 제1 클램프 기기(10)와 구동 기기(20)는 제1 기준부(31)를 통하여 서로 연결되고, 제2 클램프 기기(40)와 구동 기기(20)는 제2 기준부(32)를 통하여 서로 연결되기 때문에, 제1 및 제2 클램프 기기(10, 40)와 구동 기기(20)가 시간차를 두고 제어됨으로써 이동자(30)의 이동을 제어할 수 있다.Accordingly, the
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 선형 구동기가 제어되어 이동자를 이동시키는 과정을 도면과 함께 설명하면 다음과 같다.The process of moving the mover by controlling the linear driver using the piezoelectric element according to the present invention configured as described above will be described below.
도 7은 전원과 연결된, 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 선형 구동기의 구성도이다.7 is a configuration diagram of a linear driver using a piezoelectric element according to the present invention connected to a power source.
제1 및 제2 클램프 기기 (10, 40) 및 구동 기기(20)는 전압에 의하여 제어되 는 반도체 소자로서, 제1, 제2, 및 제3 압전소자(11, 41, 21)를 포함하기 때문에,제1 압전소자(11)는 전압(VL)이 연결되고, 제2 압전소자(41)는 전압(VR)이 연결되며, 제3 압전소자(21)는 전압(VM)이 연결된다.The first and
이렇게 연결된 상태에서, 각각의 압전소자에 시차를 두면서 전압을 가해줌으로써 이동자를 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 선형 구동기가 자신을 기준으로 이동자를 오른쪽으로 이동시키는 과정을 설명하면 다음과 같다.In this connection state, the mover can be moved by applying a voltage while staggering each piezoelectric element. For example, a process of moving the mover to the right based on the linear driver will be described as follows.
도 8a에 나타낸 것과 같이, 제1, 제2, 및 제3 압전소자(11, 41, 21)에 펄수 파형의 전압을 가해주면, 선형 구동기는 도 9a ~ 도 9g에 나타낸 것과 같이 동작하여 이동자를 이동시킨다.As shown in FIG. 8A, when a pulse wave voltage is applied to the first, second, and third
시점(t0)에는, 제1, 제2, 및 제3 압전소자(11, 41, 21)에 전압(VL, VR, VM)이 입력되지 않기 때문에, 선형구동기는 도 9a에 나타낸 것과 같이 평형상태에 있게 된다.At the time t0, since the voltages VL, VR, VM are not input to the first, second, and third
시점(t1)에, 제1 및 제3 압전소자(11, 21)에 전압(VL, VM)이 입력되지 않고, 제2 전압소자(41)에 전압(VR)이 입력되면, 선형 구동기는 도 9b에 나타낸 것과 같이 제2 클램프 기기(40)의 길이가 늘어나서 제2 지지부가 이동자로부터 떨어진다.At the time point t1, when the voltages VL and VM are not input to the first and third
제2 클램프 기기(40)의 제2 지지부가 이동자로부터 떨어져 있는 상태를 유지할 때, 시점(t2)에, 제1 압전소자(11)에 전압(VL)이 입력되지 않고, 제3 압전소자(21)에 전압(VM)이 입력되면, 구동 기기(20)는 도 6b와 같이 그 길이가 늘어난다. 즉, 도 9c에 나타낸 것과 같이, 구동 기기(20)가 늘어나서 이동자(50)를 지지한다. 동시에 구동 기기(20)가 수직 평형 상태에서 이동자(50)를 지지할 때까지 늘 어나는 과정동안, 도 4b와 같이, 제1 기준부(31)와 제2 기준부(32)가 구동 기기(20) 쪽으로 이동한다. 따라서, 도 9c에 나타낸 것과 같이, 제1 기준부(31)에 고정되어 이동자(50)를 지지하는 제1 클램프 기기(10)는 이동자(50)와 함께 Δx 만큼의 거리(한 걸음(1 step))를 오른쪽으로 이동한다.When the second support portion of the
이동자(50)가 Δx 만큼 오른쪽으로 이동한 상태를 유지할 때, 시점(t3)에, 제2 압전소자(41)에 가해진 전압(VR)을 접지시켜 제2 클램프 기기(40)의 길이가 줄어들어 수평 평형 상태로 복귀한다. 즉, 도 9d에 나타낸 것과 같이, 제2 클램프 기기(40)은 그 길이가 줄어듦으로써 제2 지지부(42)가 이동자를 지지한다. 따라서, 제1 및 제2 클램프 기기(10, 40)가 수평 평형상태를 유지하고, 구동 기기(40)는 수직 늘어난 상태를 유지한다.When the
시점(t4)에서, 제1 압전소자(11)에 전압(VL)을 가하면, 제1 클램프 기기(10)은 길이가 늘어나고, 그에 따라 제1 지지부(12)가 이동자(50)로부터 떨어진다. 즉,도 9e에 나타낸 것고 같이, 제1 클램프 기기(10)는 이동자(50)로부터 떨어지고 수평 늘어난 상태를 유지한다.At the time point t4, when the voltage VL is applied to the first
제1 클램프 기기(10)의 제1 지지부가 이동자(50)로부터 떨어진 상태를 유지할 때, 시점(t5)에 제3 압전소자(21)에 가해진 전압(VM)을 접지시키면, 구동 기기(20)는 도 6b의 수직 늘어난 상태에서 도 6a의 수직 평형 상태로 변한다. 구동 기기(20)가 수직 늘어난 상태에서 수직 평형 상태로 변하는 동안에, 구동 기기(20)는 도 4c와 같이 자신으로부터 제1 기준부(31)와 제2 기준부(32)를 밀어낸다. 따라서, 도 9e에 나타낸 것과 같이, 제2 기준부(32)에 고정되어 이동자(50)를 지지하는 제2 클램프 기기(40)는 이동자(50)과 함께 Δx 만큼의 거리(한 걸음(1 step))를 오른쪽으로 이동한다.When the first support part of the
그 다음에는, 시점(t6)에서 제1 압전소자(11)에 가해진 전압(VL)을 접지시킴으로써, 선형 구동기는 도 9f에 나타낸 것과 같이 이동자(50)를 2Δx 만큼의 거리(두 걸음(2 steps))를 이동시키고 시점(t0)의 상태로 되돌아 간다.Then, by grounding the voltage VL applied to the first
따라서, 본 발명에 따른 선형 구동기는 시점(t0)에서 시점(t6) 동안 제1 및 제2 클램프 기기(10, 40) 및 구동 기기(20)가 동작하여 이루는 하나의 행정(cycle)을 수행함으로써 이동자를 두 걸음 이동시킬 수 있다.Accordingly, the linear driver according to the present invention performs one cycle by operating the first and
한편, 지금까지는 이동자(50)를 선형 구동기를 기준으로 도면의 오른쪽으로 이동하는 예를 설명하였지만, 제1 및 제2 압전소자 및 구동기기에 가해지는 전압(VL, VR, VM)의 입력 순서를 도 8b와 같이 입력한다면, 선형 구동기는 자신을 기준으로 도면의 왼쪽으로 이동자를 이동시킬 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 8b와 함께 선형 구동기의 동작을 설명과 같기 때문에 생략한다.In the meantime, the above example of moving the
지금까지 설명한 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 선형 구동기는 하나의 행정을 수행하여 이동자를 두 걸음 이동시킬 수 있고, 그에 따라 종래의 선형 구동비의 분해능에 비하여 두 배로 향상되었다.The linear driver using the piezoelectric element according to the present invention described so far can move the mover two steps by performing one stroke, thereby doubling the resolution of the conventional linear drive ratio.
따라서, 본 발명에 따른 선형 구동기는 소형 초정밀 로봇 매니플레이터의 관절 구동기, 소형 초정밀 기계의 구동기, AFM용 테이블 구동기, 소형 3차원 측정기용 구동기, 등에 이용될 수 있다.Therefore, the linear driver according to the present invention can be used for a joint driver of a small ultra-precision robot manifold, a driver of a small ultra-precision machine, a table driver for an AFM, a driver for a small three-dimensional measuring instrument, and the like.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060131869A KR100791592B1 (en) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Linear manipulator with piezoelectric device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060131869A KR100791592B1 (en) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Linear manipulator with piezoelectric device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR100791592B1 true KR100791592B1 (en) | 2008-01-04 |
Family
ID=39216689
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020060131869A KR100791592B1 (en) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Linear manipulator with piezoelectric device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100791592B1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101789714A (en) * | 2010-03-16 | 2010-07-28 | 南京航空航天大学 | Linear ultrasonic motor comprising two bent vibrating beams and method thereof for electric excitation |
CN105743387A (en) * | 2016-03-30 | 2016-07-06 | 南京航空航天大学 | Lever amplification based alternative stepping piezoelectric linear motor |
CN112787544A (en) * | 2021-01-29 | 2021-05-11 | 华侨大学 | Staggered four-foot driving piezoelectric stepping linear motor |
CN116759376A (en) * | 2023-08-22 | 2023-09-15 | 上海隐冠半导体技术有限公司 | Piezoelectric driving clamping device, motion system and substrate detection method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02241373A (en) * | 1989-03-10 | 1990-09-26 | Fujitsu Ltd | Piezoelectric actuator |
KR20030069163A (en) * | 2000-08-11 | 2003-08-25 | 피에조모터 웁살라 에이비 | Walking actuator |
JP2008005831A (en) * | 2006-05-29 | 2008-01-17 | Takano Foods Kk | Soymilk-containing soybean curd |
-
2006
- 2006-12-21 KR KR1020060131869A patent/KR100791592B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02241373A (en) * | 1989-03-10 | 1990-09-26 | Fujitsu Ltd | Piezoelectric actuator |
KR20030069163A (en) * | 2000-08-11 | 2003-08-25 | 피에조모터 웁살라 에이비 | Walking actuator |
JP2008005831A (en) * | 2006-05-29 | 2008-01-17 | Takano Foods Kk | Soymilk-containing soybean curd |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101789714A (en) * | 2010-03-16 | 2010-07-28 | 南京航空航天大学 | Linear ultrasonic motor comprising two bent vibrating beams and method thereof for electric excitation |
CN105743387A (en) * | 2016-03-30 | 2016-07-06 | 南京航空航天大学 | Lever amplification based alternative stepping piezoelectric linear motor |
CN112787544A (en) * | 2021-01-29 | 2021-05-11 | 华侨大学 | Staggered four-foot driving piezoelectric stepping linear motor |
CN112787544B (en) * | 2021-01-29 | 2022-03-11 | 华侨大学 | Staggered four-foot driving piezoelectric stepping linear motor |
CN116759376A (en) * | 2023-08-22 | 2023-09-15 | 上海隐冠半导体技术有限公司 | Piezoelectric driving clamping device, motion system and substrate detection method |
CN116759376B (en) * | 2023-08-22 | 2023-12-01 | 上海隐冠半导体技术有限公司 | Piezoelectric driving clamping device, motion system and substrate detection method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100791592B1 (en) | Linear manipulator with piezoelectric device | |
CN107005179B (en) | Scale-up version piezoelectric actuator with motorized adjustment screw | |
CN1278796C (en) | Hortzontal regulation device of auxiliarg apparatus | |
CN105856191A (en) | Rope parallel-driving type high-speed multi-body mechanism | |
KR100568206B1 (en) | Stage apparatus | |
CN102962683A (en) | Two-degree of freedom translational parallel high-bandwidth micro-motion platform | |
US11159103B2 (en) | Six-degree-of-freedom large-stroke uncoupling large hollow series-parallel piezoelectric micro-motion platform | |
CN102323720A (en) | Flexible micro-positioning platform based on driving of piezoelectric ceramics | |
Li et al. | Development of a miniature quadrupedal piezoelectric robot combining fast speed and nano-resolution | |
ATE418096T1 (en) | INPUT DEVICE USING THE PARALLEL KINEMATIC PRINCIPLE AND WITH HAPTIC FEEDBACK | |
KR20160121893A (en) | 2 axes linear motion hollow stage using flexure mechanism | |
Moon et al. | Design, modeling, and testing of a novel 6-DOF micropositioning stage with low profile and low parasitic motion | |
KR20140071538A (en) | Elongation Tester | |
CN106546770B (en) | A kind of scanning tunneling microscope based on inertia piezoelectric motor | |
CN1592071A (en) | Lever-arm displacement-increasing device | |
Tao et al. | Additional actuations for obstacle overcoming by a leg mechanism | |
CN1056551C (en) | Machine tool structure with dioctahedral frame virtual shaft | |
JP2000020128A (en) | Parallel mechanism applied with piezoelectric element | |
KR100876617B1 (en) | Precision linear piezoelectric stepping positioner | |
JP3073369B2 (en) | Tuned active damping device | |
US9527733B2 (en) | Method and apparatus for dynamic-tuning | |
KR102063025B1 (en) | Piezoelectric actuator | |
JP5295543B2 (en) | Slide drive device | |
JP4519517B2 (en) | Precision high speed moving method and apparatus using composite piezo element | |
Zhang et al. | Design of a Flexure XY Micropositioning Stage With Large Hollow Platform |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20111220 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120816 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |