KR101032888B1 - 팬토그래프 로봇용 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 팬토그래프 로봇용 구동장치를 제공한다. 팬토그래프 로봇용 구동장치는 제 1고정부와, 제 1고정부의 저부에 배치되는 제 2고정부와, 제 1고정부와 제 2고정부의 사이에 설치되어 제 1고정부와 제 2고정부의 행정거리를 가변시키는 행정거리 가변부와, 제 2고정부와 연결되어 제 2고정부의 행정거리를 보정하는 위치보정부를 포함한다. 행정거리 가변부는, 제 1고정부의 하단과 제 2고정부의 상단을 서로 연결하며 외부로부터 전류값을 제공받아 신축하는 형상기억합금들과, 형상기억합금들로 기설정된 전류값을 제공하는 전류공급부와, 전류공급부를 작동시키는 제어부를 포함한다. 위치보정부는, 제 2고정부의 저부에 위치하는 회전체와, 회전체에 걸치어지고 제 2고정부에 연결되는 일단과 행정거리의 방향과 평행하도록 제 2고정부로부터 이격 배치되는 타단을 구비하는 와이어와, 와이어의 타단을 고정하는 고정나사부와, 고정나사부와 거리를 두고 와이어에 설치되어 제 2고정부의 복귀 시간을 단축시키는 스프링을 포함한다.

Description

팬토그래프 로봇용 구동장치{DRIVING APPARATUS FOR PENTOGRAPH}

도 1은 본 발명의 본 발명의 팬토그래프 로봇용 구동장치를 보여주는 도면들이다.

도 2는 도 1에 도시된 제 1,2고정부와 위치보정부와의 연결관계를 보여주는 도면이다.

도 3은 본 발명의 팬토그래프 로봇용 구동장치가 가동부를 더 구비한 것을 보여주는 사시도이다..

도 4는 본 발명의 팬토그래프 로봇용 구동장치의 동작을 보여주는 블럭도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 제 1고정부 120 : 원통부

130 : 가이드축 140 : 장력조절나사

200 : 제 2고정부 210 : 가동몸체

211 : 머리부 212 : 연장부

300 : 행정거리 가변부 310 : 전류공급부

320 : 제어부 330 : 형상기억합금

400 : 위치보정부 410 : 회전체

420 : 와이어 430 : 고정나사부

440 : 회전각 검출센서 450 : 스프링

500 : 가동부 510 : 제 1가동바

520 : 제 2가동바

본 발명은 팬토그래프 로봇용 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 병렬구조로 배치된 코일형상의 형상기억합금들로 인하여 행정거리가 가변되고 이 행정거리를 보정할 수 있는 팬토그래프 로봇용 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업용으로 사용되는 로봇에는 복수의 수직축 주위를 직교좌표형이나 원통좌표형 및 수직다관절형으로 회동하면서 작동되는 구조들이 채택되고 있다.

그러나, 이들중 기계부품들을 조립하는 데에는 복수의 수직축 주위를 회동하는 다관절 형식으로 된 구조가 그 적용범위가 넓기 때문에 많이 이용되고 있다.

또한, 여러가지 종류의 부품들이 조립되어져야 할 조립체가 콘베이어에 의해 조립위치로 이동되어져 공급장치가 조립위치주변에 정렬되어 있을때, 작은 부품만이 로보트가 조립하는데 필요한 이송거리와 작업시간을 단축시켜야 하기 때문에 완 전한 구형의 작동범위내에서 이용되어지게 된다.

이와 같은 종래의 문제점들을 해결하고자, "대한민국 특허 공개번호 특1986-0008007호"에서는 5각형의 링크를 구비한 로봇을 제시함으로서 불필요한 작업공간을 없애고 작업속도를 단축시키고자 하였다.

그러나, 이 5각형의 다관절의 링크로 이루어지는 로봇의 경우에 미세한 로봇에 적용되는 소형화 또는 경량화를 이루는데 어려움이 따른다.

이에 따라, 근래에는 로봇 시스템의 소형화에 대한 연구가 진행되고 있다. 이 연구는 구동로드부를 소형화하고 경량화 함과 아울러 고출력화 시키는 연구와 밀접한 관계가 있다.

이를 위하여 전기와 유압 및 공압 구동로드부의 크기와 무게를 줄였다. 그러나 이는 그 크기나 무게가 줄여짐에 따라 그 출력의 크기가 급격히 감소되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 극복하기 위해 근래에는 다른 형태의 구동로드부, 특히 형상기억합금(SMA; Shape Memory Alloy)에 관한 연구가 또한 활발히 진행되고 있다.

상기 형상기억합금은 중량 대 파워 비가 비교적 높기 때문에 소형 메커니즘의 이상적인 구동로드부로 사용될 수 있다.

상기 형상기억합금을 사용하는 구동로드부의 원리는 형상기억합금에 잔류변형이 발생하도록 응력을 가한 후 열을 가하게 되면 잔류변형이 존재하기 전의 상태로 돌아가는 현상을 이용하여 직선왕복 운동에 이용한다. 여기서, 상기 형상기억합금은 저항체이므로 전기적으로 쉽게 가열될 수 있다.

그러나, 상기 형상기억합금을 사용한 구동로드부는 다음과 같은 문제점을 갖는다.

첫째, 온도에 따른 상변화 관계 상에서 복잡한 히스테리시스와 같은 비선형 특성을 갖는 문제점이다.

따라서, 상기 형상기억합금은 상변화 온도까지 전기적으로 가열되어 오스테나이트 상까지 도달하는 시간(수축시간)은 비교적 작으나, 마르텐사이트 상까지 도달하는데 걸리는 시간(복귀시간)은 주변온도와 보상을 통해 냉각되므로 비교적 오랜 시간이 필요한 문제점을 갖는다.

둘째, 상기 형상기억합금은 물리적인 변형량이 전체 길이의 5(%)이내로 제한된다는 문제점을 갖는다.

따라서, 종래의 형상기억합금을 이용한 구동로드부는 그 설계 상에서 기계적인 변형량을 증가시키기 위하여, 일정 길이의 긴 와이어형태와 와이어를 감아서 만든 코일형태로 구분된다.

상기 긴 와이어의 형태가 채택되는 경우에, 큰 지름을 가진 와이어형태는 큰 인장력을 얻을 수 있으나, 와이어의 외부와 내부에 온도차이로 응답속도가 떨어진다. 또한, 큰 변형량을 얻기 위해 긴 와이어가 필요하므로 구동로드부 메커니즘이 크고, 복잡해지는 문제점이 있다.

또한, 코일형태는 와이어타입보다 지름이 상대적으로 작기 때문에 크기는 작으나, 일정 이상의 큰 인장력을 얻을 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1목적은 다수의 코일형태의 형상기억합금을 병렬 구조로 구성하여 크기를 소형화하고, 출력을 향상시키며, 형상기억합금으로 연결된 사이 길이인 행정거리를 용이하게 가변시킬 수 있는 팬토그래프 로봇용 구동장치를 제공함에 있다.

본 발명의 제 2목적은 가변되는 행정거리를 재보정할 수 있는 팬토그래프 로봇용 구동장치를 제공함에 있다.

본 발명의 제 3목적은 행정거리를 가변시키는 형상기억합금들의 원형 복귀시에 이에 소요되는 복귀시간을 효율적으로 단축 시킬수 있는 팬토그래프 로봇용 구동장치를 제공함에 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 팬토그래프 로봇용 구동장치의 일예를 제공한다.

상기 팬토그래프 로봇용 구동장치는 제 1고정부와, 상기 제 1고정부의 저부에 배치되는 제 2고정부와, 상기 제 1고정부와 상기 제 2고정부의 사이에 설치되어 상기 제 1고정부와 상기 제 2고정부의 행정거리를 가변시키는 행정거리 가변부와, 상기 제 2고정부와 연결되어 상기 제 2고정부의 행정거리를 보정하는 위치보정부를 포함한다. 상기 행정거리 가변부는, 상기 제 1고정부의 하단과 상기 제 2고정부의 상단을 서로 연결하며 외부로부터 전류값을 제공받아 신축하는 형상기억합금들과, 상기 형상기억합금들로 기설정된 전류값을 제공하는 전류공급부와, 상기 전류공급부를 작동시키는 제어부를 포함한다. 상기 위치보정부는, 상기 제 2고정부의 저부에 위치하는 회전체와, 상기 회전체에 걸치어지고 상기 제 2고정부에 연결되는 일단과 상기 행정거리의 방향과 평행하도록 상기 제 2고정부로부터 이격 배치되는 타단을 구비하는 와이어와, 상기 와이어의 타단을 고정하는 고정나사부와, 상기 고정나사부와 거리를 두고 상기 와이어에 설치되어 상기 제 2고정부의 복귀 시간을 단축시키는 스프링을 포함한다.

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상기 형상기억합금들은 코일형상으로 이루어지고, 상기 제 1고정부와 상기 제 2고정부의 사이에서 서로 병렬로 배치될 수 있다.

상기 위치보정부는, 상기 회전체의 회전각을 측정하고 측정된 회전각을 상기 제어부로 전송하는 회전각 검출기를 더욱 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 회전각을 전송받아 상기 회전각에 따르는 전류값으로 변환하여 상기 전류공급부를 통하여 상기 형상기억합금들을 신축하되, 상기 제어부에 설정되는 전류값은 상기 회전각과 비례할 수 있다.

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상기 제 1고정부는 판상의 몸체와, 상기 몸체의 중앙에 마련되는 원통부와, 상기 몸체의 저부 중앙으로부터 그 하방을 따라 일정 길이로 연장되는 가이드축을 구비하고, 상기 원통부에는 그 상부와 하부를 관통하며, 상기 형상기억합금들의 일단이 끼워지는 관통공들이 다수개로 마련될 수 있다.

상기 관통공들에는 장력조절나사들이 각각 설치되고, 상기 장력조절나사들은 상기 형상기억합금들의 일단과 각각 연결되어 일방향 또는 타방향으로 회전됨을 통하여 상기 형상기억합금들의 장력을 조절할 수 있다.

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상기 제 2고정부는 상기 가이드축이 끼워져 회동되는 중공이 형성된 가동몸체로 이루어지되, 상기 가동몸체는 상기 형상기억합금들의 타단이 그 상면에 고정되는 머리부와, 상기 머리부의 저부로부터 일정 길이 연장되는 연장부를 구비할 수 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 팬토그래프 로봇용 구동장치의 다른 예를 제공한다.

상기 팬토그래프 로봇용 구동장치는, 판상의 몸체와, 상기 몸체의 중앙에 마련되는 원통부와, 상기 몸체의 저부 중앙으로부터 그 하방을 따라 일정 길이로 연장되는 가이드축을 구비하고, 상기 원통부에는 그 상부와 하부를 관통하는 관통공들이 다수개로 마련되는 한 쌍의 제 1고정부와; 상기 가이드축이 끼워져 회동하는 중공이 형성된 가동몸체로 이루어지되, 상기 가동몸체는 머리부와, 상기 머리부의 저부로부터 연장되는 연장부를 구비하며, 상기 한 쌍의 제 1고정부의 저부에 배치되는 한 쌍의 제 2고정부와; 상기 제 1고정부들 각각에 마련되며, 일단이 상기 원통부의 관통공에 끼워지고 타단이 상기 머리부의 상면에 고정되어 상기 원통부의 하단과 상기 머리부의 상단을 서로 연결하며, 외부로부터 전류값을 전달받아 신축되는 다수개의 형상기억합금들과, 상기 형상기억합금들로 기설정된 전류값을 제공하는 전류공급부와, 상기 전류공급부를 작동시키는 제어부를 구비하는 행정거리 가변부와; 상기 제 2고정부들 각각의 상기 연장부의 저부에 위치하는 회전체들과, 상기 회전체들 각각에 걸치어지고, 상기 연장부들 각각의 하단에 일단이 연결되고 타단이 상기 행정거리의 방향과 평행하도록 상기 제 2고정부로부터 이격되어 배치되는 와이어들과, 상기 와이어들 각각의 타단을 고정하는 고정나사부들과, 상기 고정나사부들과 거리를 두고 상기 와이어들에 설치되어 상기 제 2고정부의 복귀 시간을 단축시키는 스프링들과, 상기 회전체들 각각의 회전각을 측정하고 측정된 회전각을 상기 제어부로 전송하는 회전각 검출기들을 구비하고, 상기 제어부에 설정되는 전류값은 상기 회전각과 비례하며, 상기 회전각을 상기 제어부로 전송하여 상기 회전각에 따르는 전류값으로 변환하고 상기 전류공급부를 통하여 상기 형상기억합금들을 신축하는 위치보정부와; 상기 회전체들에 연결되어 상기 제 2고정부의 행정 거리의 가변에 따라 그 위치가 가동되는 가동부를 포함한다.

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상기 형상기억합금들은 코일형상으로 이루어지고, 상기 제 1고정부와 상기 제 2고정부의 사이에서 서로 병렬로 배치될 수 있다.

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상기 관통공들에는 장력조절나사들이 각각 설치되고, 상기 장력조절나사들은 상기 형상기억합금들의 일단과 각각 연결되어 일방향 또는 타방향으로 회전됨을 통하여 상기 형상기억합금들의 장력을 조절할 수 있다.

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상기 가동부는 상기 회전체들의 중심축에 일단이 고정되어 서로 나란하도록 배치되는 일정 길이의 제 1가동바들과, 상기 제 1가동바들 각각의 끝단에 일단이 힌지연결되고 타단이 서로 힌지연결되는 제 2가동바들을 포함할 수 있다. 상기 제 2가동바는 상기 제 1가동바보다 더 길게 형성될 수 있다.

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이하, 첨부되는 도면들을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 따르는 팬토그래프 로봇용 구동장치를 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 본 발명의 팬토그래프 로봇용 구동장치를 보여주는 도면들이다. 도 2는 도 1에 도시된 제 1,2고정부와 위치보정부와의 연결관계를 보여주는 도면이다. 도 3은 본 발명의 팬토그래프 로봇용 구동장치가 가동부를 더 구비한 것을 보여주는 사시도이다. 도 4는 본 발명의 팬토그래프 로봇용 구동장치의 동작을 보여주는 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조로 하면, 본 발명의 일 실시예를 따르는 팬토그래프 로봇용 구동장치는 제 1고정부(100)와, 상기 제 1고정부(100)의 저부에 배치되는 제 2고정부(200)와, 상기 제 1고정부(100)와 상기 제 2고정부(200)의 사이에 설치되며, 외부로부터 제공되는 전류값에 따라 상기 제 1고정부(100)와 상기 제 2고정부(200)의 행정거리를 가변시키는 행정거리 가변부(300)와, 상기 제 2고정부(200)와 연결되어 상기 가변되는 제 2고정부(200)의 행정거리를 보정하는 위치보정부(400)로 구성된다.

먼저, 상기 제 1고정부(100)를 설명하도록 한다.

상기 제 1고정부(100)는 판상의 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 중앙에 마련되는 원통부(120)와, 상기 몸체(110)의 저부 중앙으로부터 그 하방을 따라 일정 길이로 연장되는 가이드축(130)으로 구성된다. 여기서, 상기 원통부(120)에는 그 상부와 하부를 관통하며, 후술될 형상기억합금들(330)의 일단이 끼워지는 관통공들(121)이 다수개로 마련된다.

이에 더하여, 상기 관통공들(121)에는 장력조절나사들(140)이 각각 설치된다.

상기 장력조절나사(140)는 상기 관통공(121)과 서로 스크류결합될 수 있기 때문에, 상기 장력조절나사(140)를 상기 관통공(121)과의 체결된 상태에서 일방향 또는 타방향으로 회전시킴으로써 상기 관통공(121)으로부터 일탈시키거나 삽입되도 록 할 수 있다. 이에 따라, 상기 형상기억합금들(330)의 장력은 서로 조절될 수 있다.

상기 제 2고정부(200)는 상기 제 1고정부(100)의 하방에 위치됨과 아울러 일정거리 이격되어 위치된다.

상기 제 2고정부(200)는 상기 가이드축(130)이 끼워져 회동되는 중공(210a)이 형성된 가동몸체(210)로 이루어진다. 상기 가동몸체(210)는 상기 형상기억합금들(330)의 타단이 그 상면에 고정되는 머리부(211)와, 상기 머리부(211)의 저부로부터 일정 길이 연장되는 연장부(212)로 구성된다. 상기 머리부(211)와 상기 연장부(212)는 원통형상으로 형성될 수 있고, 그 직선길이는 서로 다를 수 있다. 상기 연장부(212)의 직선길이는 상기 머리부(211)의 직선길이보다 길 수 있다.

따라서, 상기 제 2고정부(200)는 제 1고정부(100)의 가이드축(130)이 상기 중공(210a)에 끼워져 회동됨으로써, 직하방을 따라 일정거리 유동될 수 있다. 즉, 행정거리가 가변될 수 있다.

다음, 상기 제 1고정부(100)의 위치를 기준으로 제 2고정부(200)의 행정거리를 가변시키는 행정거리 가변부(300)를 설명하도록 한다.

상기 행정거리 가변부(300)는 상기 제 1고정부(100)의 하단과 상기 제 2고정부(200)의 상단을 서로 연결하며, 일정 길이를 갖고, 외부로부터 전류값을 전달받아 신축되는 다수개의 형상기억합금들(330)과, 상기 형상기억합금들(330)과 전기적으로 연결되어 상기 형상기억합금들(330)로 기설정된 전류값을 제공하는 전류공급부(310)와, 상기 전류공급부(310)를 작동시키며, 상기 전류값이 기설정되는 제어 부(320)로 구성된다.

여기서, 상기 형상기억합금들(330)은 그 일단이 상기 제 1고정부(100)의 원통부(120) 저면에 고정되고, 그 타단이 상기 제 2고정부(200)의 머리부(211) 상면에 고정된다. 특히, 상기 형성기억합금들(330)은 상기 제 1고정부(100)의 가이드축(130)의 둘레로부터 일정 거리 이격되어 에워싸도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 형상기억합금들(330)은 그 자체의 인장력을 보상할 수 있도록 코일(coil)형상으로 이루어지고, 상기 제 1고정부(100)와 상기 제 2고정부(200)의 사이에서 서로 병렬로 배치될 수 있다.

전류증폭회로와 같은 전류공급부(310)의 원리는 트랜지스터의 전류 증폭률 특성을 이용한다. 즉, 전류이득이 매우 큰 달링턴 회로를 기반으로 할 수 있다. 또한, 본 발명의 형상기억합금(330)들은 제 1,2고정부(100,200)의 사이에 4 개의 병렬형태로 구성되어 있고, 이에 따라 각각의 형상기억합금(330)에 기준 전압 값이 0.32(V) 일 때 최대전류 300(mA)가 흐를 수 있도록 설계될 수 있다.

상기 제어부(320)는 기설정된 전류값을 전류공급부(310)에 설정하고, 상기 전류공급부(310)는 상기 설정된 전류값을 전기배선(150)을 통하여 다수개의 형상기억합금들(330)로 제공한다. 따라서, 상기 형상기억합금들(330)은 온도의 변화가 발생된다. 즉, 전류값이 커짐에 따라 그 온도가 증가된다.

예컨대, 상기 형상기억합금들(330)은 이 공급되는 전류값에 따라 신축될 수 있다. 상기 형상기억합금들(330)은 상기 제어부(320)로부터 제공받는 전류값이 제 1전류값인 경우에 20mm의 길이로 수축될 수 있고, 상기 제 1전류값의 제공이 중지 되어 냉각되는 경우에 원래의 40mm의 길이로 신장할 수 있다.

이에 따라서, 제 2고정부(200)의 행정거리는 가변될 수 있다.

다음, 상기 제 2고정부(200)의 가변되는 행정거리를 보정할 수 있는 위치보정부(400)를 설명하도록 한다.

상기 위치보정부(400)는 상기 제 2고정부(200)의 저부, 즉 연장부(212)의 저부에 위치되는 풀리와 같은 회전체(410)와, 상기 회전체(410)에 걸치어지고, 상기 제 2고정부(200)의 연장부(212) 하단에 일단이 연결되고 타단이 상기 행정거리의 방향과 평행하도록 상기 제 2고정부(200)로부터 이격되어 배치되는 와이어(420)와, 상기 와이어(420)의 타단을 고정하는 고정나사부(430)와, 상기 회전체(410)의 회전각을 측정하고 측정된 회전각을 상기 제어부(320)로 전송하도록 상기 제어부(320)와 전기적으로 연결되는 회전각 검출기(440)로 구성된다.

상기 회전각 검출기(440)는 회전체(410)의 회전되기 전의 기준회전각과 회전체의 회전된 이후의 회전각을 제어부(320)로 전송할 수 있다. 이때, 상기 제어부(320)에는 가변되는 회전각에 따른 전류값이 기설정될 수 있다. 그리고, 상기 제어부(320)에 설정되는 전류값은 상기 회전각과 비례될 수 있다.

따라서, 상기 제어부(320)는 상기 회전각을 전송받아 상기 회전각에 따르는 전류값으로 변환할 수 있고, 상기 전류공급부(310)를 통하여 상기 형상기억합금들(330)을 신축할 수 있다.

이에 더하여, 상기 고정나사부(430)와 상기 와이어(420)의 타단은 일정 길이를 갖는 스프링(450)에 의하여 서로 연결될 수 있다. 이 스프링(450)은 제 2고정 부(200)가 원위치로 복귀하는 경우에 형상기억합금들(330)의 냉각시간 지연 따른 복귀시간의 지연을 방지할 수 있다, 즉, 제 2고정부(200)의 원위치로의 복귀시간을 단축할 수 있다.

또한, 상기 와이어(420)는 상기 고정나사부(430)에 의해 일정한 장력을 유지할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예를 따르는 팬토그래프 로봇용 구동장치를 설명하도록 한다.

도 1 내지 도 4를 참조로 하면, 상기 팬토그래프 구동장치는 서로 이격되어 배치되는 한 쌍의 제 1고정부(100)가 마련된다.

상기 제 1고정부들(100) 각각의 저부에는 제 2고정부들(200)이 각각 배치된다.

그리고, 상기 제 2고정부들(200)의 행정거리를 가변시키는 행정거리 가변부(300)를 구비한다.

여기서, 상기 제 1고정부(100)와 상기 제 2고정부(200)의 구성은 상기 일 실시예의 구성과 동일하기 때문에 이하에서 설명을 생략하기로 한다.

상기 행정거리 가변부(300)는 상기 제 1고정부들(100) 각각에 마련되며, 원통부(120)의 하단과 머리부(211)의 상단을 서로 연결하며, 일정 길이를 갖고 외부로부터 전류값을 전달받아 신축되는 다수개의 형상기억합금들(330)과, 상기 형상기억합금들(330)과 전기적으로 연결되어 상기 형상기억합금들(330)로 기설정된 전류 값을 제공하는 전류공급부(310)와, 상기 전류공급부(310)를 작동시키며, 상기 전류값이 기설정되는 제어부(320)를 구비한다.

또한, 상기 행정거리가 가변된 제 2고정부들(200)의 행정거리를 각각 보정하는 위치보정부(400)를 갖는다.

상기 위치보정부(400)는 상기 제 2고정부들(200) 각각의 상기 연장부(212)의 저부에 위치되는 회전체들(410)과, 상기 회전체들(410) 각각에 걸치어지고, 상기 연장부들(212) 각각의 하단에 일단이 연결되고 타단이 상기 행정거리의 방향과 평행하도록 상기 제 2고정부(200)로부터 이격되어 배치되는 와이어들(420)과, 상기 와이어들(420) 각각의 타단을 고정하는 고정나사부들(430)과, 상기 회전체들(410) 각각의 회전각을 측정하고 측정된 회전각을 상기 제어부(320)로 전송하도록 상기 제어부(320)와 전기적으로 연결되는 회전각 검출기들(440)로 구성된다.

상기 회전각 검출기(440)는 회전체(410)의 회전되기 전의 기준회전각과 회전체(410)의 회전된 이후의 회전각을 제어부(320)로 전송할 수 있다. 이때, 상기 제어부(320)에는 가변되는 회전각에 따른 전류값이 기설정될 수 있다. 그리고, 상기 제어부(320)에 설정되는 전류값은 상기 회전각과 비례될 수 있다.

이에 더하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 구동장치는 상기 회전체들(410)에 연결되어 상기 제 2고정부(200)의 행정 거리의 가변에 따라 그 위치가 가동되는 가동부(500)를 구비한다.

상기 가동부(500)는 상기 회전체들(410)의 중심축(411)에 일단이 고정되어 서로 나란하도록 배치되는 일정 길이의 제 1가동바들(510)과, 상기 제 1가동바 들(510) 각각의 끝단에 일단이 힌지연결되고 타단이 서로 힌지연결되는 제 2가동바들(520)을 구비한다.

상기 제 2가동바(520)는 상기 제 1가동바(510)보다 더 길게 형성된다. 상기 제 1가동바(510)의 제 1길이(L1)는 30mm이고, 상기 제 2가동바(520)의 제 2길이(L2)는 60mm일 수 있다.(L1<L2)

다음은, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 팬토그래프 로봇용 구동장치의 작용 및 효과를 설명하도록 한다.

먼저, 행정거리 가변부(300)를 통한 제 2고정부(200)의 행정거리가 가변되는 동작을 설명하도록 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제어부(320)에는 전기배선들(150)을 통하여 형상기억합금들(330)에 제공되는 전류값이 기설정된다. 상기 기설정되는 전류값은 회전체(410)의 회전각과 비례되는 값이다.

즉, 상기 전류값이 클수록 풀리와 같은 상기 회전체(410)가 회전되는 각도가 커지게 된다. 또한, 상기 제어부(320)에는 상기 회전체(410)의 회전 전의 기준회전각이 설정되고, 이 기준회전각으로부터 변화되는 회전각에 따르는 전류값이 기설정될 수 있다.

그리고, 제 1고정부(100)와 제 2고정부(200)의 사이에 고정된 4개의 형상기억합금들(330)의 장력을 균등하게 조절하여 주어야 한다.

이는 원통부(120)의 관통공들(121)에 설치된 장력조절나사들(140)을 일방향 또는 타방향으로 회전시킴으로써, 4개의 형상기억합금들(330)의 장력을 균등하게 조절할 수 있다.

이와 같은 상태에서, 상기 제어부(320)는 기설정된 전류값을 제공하려는 전기적 신호를 전류공급부(310)로 전송한다. 상기 전류공급부(310)는 전기배선(150)을 통하여 형상기억합금들(330)로 제공한다. 여기서, 상기 형상기억합금들(330)에 제공되는 전류값은 300mA일 수 있다.

따라서, 전류값을 제공받은 형상기억합금들(330)은 이 전류값에 해당되는 온도로 가열될 수 있고, 이에 따라, 상기 형상기억합금들(330)은 일정 길이로 수축될 수 있다. 예컨대, 신축전의 길이 40mm에서 20mm로 수축될 수 있다.

그러므로, 형상기억합금들(330)의 개당 0.4N의 인장력을 발생하는 경우에, 이론 상 최대출력은 약 1.6N이 될 수 있고, 이에 따라 연장로드(530)의 하단에 설치된 추(540)를 상승시키는데 요구되는 인장력은 0.5N보다 큰 출력이 발생될 수 있다.

이러한 경우에, 제 2고정부(200)는 제 1고정부(100)의 가이드축(130)이 제 2고정부(200)의 중공(210a)에 끼워져 있는 상태이므로 가이드축(130)의 길이방향을 따라 상방으로 상승할 수 있다. 즉, 행정거리가 가변될 수 있다.

그리고, 제 2고정부(200)의 연장부(212) 하단에 연결된 와이어(420)는 가이드축(130)의 길이 방향을 따라 상방으로 당기어지고, 이 와이어(420)에 걸치어진 회전체(410)는 화살표 a 방향을 따라 회전될 수 있다.

또한, 와이어(420)의 끝단과 고정나사부(430)의 하단을 서로 연결하고 있는 스프링(450)은 신장될 수 있다. 이때, 이 스프링(450)은 원상태로 복귀되려는 복원 탄성력이 형성되는 상태이다.

이어, 상기 화살표 a 방향을 따라 회전되는 회전체들(420)의 회전축(421)과 연결된 한 쌍의 제 1가동바들(510)은 상방으로 일정 각도 회전되어 위치될 수 있다. 이때, 상기 회전체(410)의 회전축(421)에 설치된 회전각 검출센서(440)는 기준회전각을 기준으로 회전된 회전각을 제어부(320)로 전송할 수 있다.

따라서, 상기 회전각 검출센서(440)는 두 개의 회전체들(410)의 가변되는 회전각을 제어부(320)로 전송할 수 있다.

이어, 상기 제 1가동바들(510)의 타단에 힌지연결된 한 쌍의 제 2가동바들(520)은 상방으로 회전되어 위치될 수 있다.

또한, 상기 제 2가동바들(520)의 타단에 힌지연결된 연장로드(530) 및 연장로드(530)의 하단에 설치된 추(540)는 직상방을 따라 일정 높이로 이동되어 위치될 수 있다.

즉, 상기 추(540)가 상방으로 이동되어 위치되는 높이는 상기 형상기억합금들(330)로 제공되는 전류값과 비례되고, 상기 회전각 검출센서(440)에 의하여 검출되는 회전각과 비례될 수 있다.

이에 더하여, 상기 추(540)의 중량에 따라 상기 전류값이 커지게 되고, 이에 따라 상기 회전각도 커질 수 있다.

한편, 상기 추(540)를 원위치로 복귀시키는 경우에, 상기 제어부(320)는 형상기억합금들(330)로 제공되는 전류값을 차단한다. 즉, 형상기억합금들(330)은 상기 전류값이 차단됨으로써, 그 온도가 하강된다. 즉, 냉각된다. 여기서, 상기 냉각 은 실온상태에서 서서히 냉각되기 때문에, 상기 형상기억합금들(330)이 원래의 형상으로 복귀되는 시간은 길어질 수 있다.

따라서, 본 발명에서의 스프링(450)은 복귀탄성력이 형성되어 있는 상태이기 때문에, 와이어(420)의 끝단을 고정나사부(430)의 하단측을 향하여 끌어 당기고, 이에 따라 와이어(420)의 일단에 연결된 제 2고정부(200)는 직하방으로 당기어진다.

그러므로, 상기 형상기억합금들(330)은 원래의 상태로 복귀되는 시간이 단축될 수 있는 것이다.

따라서, 형상기억합금들(330)이 변형 전의 원상태로 복귀되면, 제 2고정부(200)와 회전체(410) 및 와이어(420)의 끝단 역시 원래의 위치로 복귀될 수 있다. 여기서 회전체(410)는 화살표 b 방향을 따라 회전된다.

이에 더하여, 상기 회전체들(410)의 회전축(421)에 연결된 제 1가동바들(510)은 서로 평행한 상태가 되고, 이에 따라, 제 2가동바(520) 및 연장로드(530)도 원위치로 복귀될 수 있다.

따라서, 연장로드(530)의 하단에 설치된 추(540) 역시 원위치로 복귀되어 위치될 수 있다.

다음은, 위치보정부(400)의 동작을 설명하도록 한다.

상기 제 1가동바들(510)이 서로 평행한 상태, 즉 원래의 상태로 복귀되기 위해서는 회전각 검출센서(440)에 의하여 검출되는 복귀시 회전각 역시 초기의 회전각과 일치되어야 한다.

만일, 상기 복귀시의 회전각이 상기 초기의 회전각과 서로 다른 경우에, 예컨대, 제 1가동바들(510)의 회전각이 상기 초기 회전각을 기준으로 α각 만큼 더 회전되어 위치되는 경우에 제 1가동바들(510)은 서로 평행이 이루어질 수 없고, 추 역시 원위치 보다 더 낮은 위치에 위치된다.

따라서, 이러한 경우에 제어부(320)는 α각 만큼 역으로 회전됨에 필요한 전류값을 산출하고, 이 산출된 전류값을 전류공급부(310)를 통하여 형상기억합금들(330)로 제공할 수 있다. 물론, 상기 제어부(320)에는 상기 회전각에 따른 전류값이 기설정될 수 있다.

이에 따라, 상기 형상기억합금들(330)은 상방으로 일정 길이로 수축될 수 있다. 따라서, 복귀시의 회전각이 기준 회전각이 되면, 제 1가동바들(510)은 서로 평행을 이룰 수 있고, 그러므로 추(540) 역시 원위치로 상승되어 위치될 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같이 형상기억합금들(330)이 냉각되어 원상태로 복귀되는 경우에, 제 1가동바들(510)의 복귀시의 회전각을 기준 회전각 위치로 일치시킴으로써, 연장로드(530)의 하단에 설치된 추(540)의 복귀 위치를 보정할 수 있다.

여기서, 미설명 도면번호인 '600'은 본체이고, '610'은 서로 상하로 이격되어 배치되는 판이고, '611'은 홀이고. '620'은 캡이며, '630'은 '610'인 판들을 서로 지지하는 지지봉들이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다수의 코일형태의 형상기억합금을 병렬 구조로 구성하여 장치의 크기를 소형화하고, 출력을 향상시키며, 형상기억합금으로 연결된 사이 길이인 행정거리를 용이하게 가변시킬 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 제 2고정부의 가변되는 행정거리를 위치보정부를 통하여 재보정할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 행정거리를 가변시키는 형상기억합금들을 원형으로 복귀시키는 경우에, 스프링의 복귀력을 사용함으로써 복귀에 소요되는 시간을 효율적으로 단축시킬수 있는 효과를 갖는다.

Claims (14)

1. 제 1고정부;

   상기 제 1고정부의 저부에 배치되는 제 2고정부;

   상기 제 1고정부와 상기 제 2고정부를 연결하며 서로간 거리를 두고 병렬로 배치되고 외부로부터 전류값을 제공받아 신축하는 형상기억합금들과, 상기 형상기억합금들로 전류값을 제공하는 전류공급부와, 상기 전류공급부를 작동시키는 제어부를 포함하며, 상기 제 1고정부와 상기 제 2고정부의 행정거리를 가변시키는 행정거리 가변부; 및

   상기 제 2고정부의 저부에 위치하는 회전체와, 상기 회전체에 걸치어지고 상기 제 2고정부에 연결되는 일단과 상기 행정거리의 방향과 평행하도록 상기 제 2고정부로부터 이격 배치되는 타단을 구비하는 와이어와, 상기 와이어의 타단을 고정하는 고정나사부와, 상기 고정나사부와 거리를 두고 상기 와이어에 설치되어 상기 제 2고정부의 복귀 시간을 단축시키는 스프링과, 상기 회전체의 회전각을 측정하고 측정된 회전각을 상기 제어부로 전송하는 회전각 검출기를 포함하며, 상기 제 2고정부의 행정거리를 보정하는 위치보정부

   를 포함하고,

   상기 제어부는 상기 회전각에 비례하는 전류값을 상기 전류공급부로 전달하여 상기 회전체의 복귀 회전각이 상기 회전각과 일치하도록 상기 형상기억합금들을 신축시키는 팬토그래프 로봇용 구동장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 형상기억합금들은 코일형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 팬토그래프 로봇용 구동장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 제 1고정부는 판상의 몸체와, 상기 몸체의 중앙에 마련되는 원통부와, 상기 몸체의 저부 중앙으로부터 그 하방을 따라 일정 길이로 연장되는 가이드축을 구비하고, 상기 원통부에는 그 상부와 하부를 관통하며, 상기 형상기억합금들의 일단이 끼워지는 관통공들이 다수개로 마련되는 것을 특징으로 하는 팬토그래프 로봇용 구동장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 관통공들에는 장력조절나사들이 각각 설치되고,

   상기 장력조절나사들은 상기 형상기억합금들의 일단과 각각 연결되어 일방향 또는 타방향으로 회전됨을 통하여 상기 형상기억합금들의 장력을 조절하는 것을 특징으로 하는 팬토그래프 로봇용 구동장치.
8. 제6항에 있어서,

   상기 제 2고정부는 상기 가이드축이 끼워져 회동되는 중공이 형성된 가동몸체로 이루어지되,

   상기 가동몸체는 상기 형상기억합금들의 타단이 그 상면에 고정되는 머리부와, 상기 머리부의 저부로부터 일정 길이 연장되는 연장부를 구비하는 것을 특징으로 하는 팬토그래프 로봇용 구동장치.
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