KR101138649B1 - 하이브리드형 다자유도 구동 장치 - Google Patents

하이브리드형 다자유도 구동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 하이브리드형 다자유도 구동 장치는, 하우징(housing) 내에서 로테이팅(rotating) 또는 틸팅(tilting) 가능하도록 결합되는 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심; 하우징 내에 마련되며, 전자기적 상호 작용에 의해 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심을 로테이팅시키는 로테이팅 구동부; 및 하우징 내에 마련되며, 전자기적 상호 작용에 의해 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심을 틸팅시키는 틸팅 구동부;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 간단한 구조에 의해 구동 방향을 다방향으로 구현할 수 있어 종래에 비해 구동 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 전체적인 장치의 사이즈를 축소시킬 수 있고, 또한 인가되는 전류의 양에 따라 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심의 회전 각도 또는 틸팅 각도를 정확히 조절할 수 있으며, 이로 인해 동작의 정확성을 향상시킬 수 있다.
로봇, 다자유도, 구동, 모터, 로테이팅, 틸팅

Description

하이브리드형 다자유도 구동 장치{Hybrid type driving apparatus having multi-degrees of freedom}
본 발명은, 하이브리드형 다자유도 구동 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 종래에 비해 간단한 구조로 마련되면서도 다자유도를 가짐으로써 자유로운 구동이 가능하며, 이로 인해 구동의 효율성을 향상시킬 수 있는 하이브리드형 다자유도 구동 장치에 관한 것이다.
근래 들어, 여러 분야에 걸쳐 로봇(robot)의 이용이 증가하고 있다. 예를 들면, 산업 현장에서 사용되는 산업 로봇, 군대에서 사용되는 군용 로봇, 외부 탐사에 사용되는 탐사용 로봇, 그리고 실제 가정에서 사용되는 가정 로봇 등에 이르기까지 로봇은 현재 다방면에 사용되고 있을 뿐만 아니라 그에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.
특히, 산업 로봇 또는 휴머노이드(humanoid) 로봇의 관절 부분의 구조 또는 비전 카메라와 같은 카메라 시스템의 구동 구조 등의 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 대해 설명하면, 종래의 로봇의 관절 부분을 살펴보면, 로봇의 일부분을 다른 부분에 대해 회전시키기 위한 회전 모터와, 로봇의 일부분을 다른 부분에 대해 선형 이동시키기 위한 리니어(linear) 모터와, 또는 로봇의 일부분을 다른 부분에 틸팅 이동시키기 위한 구동 모터 등이 모두 별도로 마련되며, 이러한 모터들 전부가 하나의 구동 장치 내에 장착되는 구조를 갖는다.
따라서, 전체적인 장치의 구조가 매우 복잡할 뿐만 아니라 전체적인 사이즈가 부품수에 비례하여 커지는 문제점이 있으며, 정확한 동작을 구현하는 데에도 한계가 있었다.
이에, 구동 구조를 보다 단순화함으로써 전체적인 사이즈를 축소시킬 수 있으면서도, 다방향으로 정확한 동작을 구현할 수 있는 새로운 구동 장치의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은, 로봇의 관절 부분으로 사용되거나 비전 카메라 등의 구동축으로 사용 가능한 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심을 로테이팅(rotating)시키거나 다방향으로 틸팅(tilting)시킬 수 있어, 종래에 비해 구동 효율을 향상시킬 수 있는 하이브리드형 다자유도 구동 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 종래에 비해 현저히 간단한 구조를 가질 뿐만 아니라 제조 부품수를 줄임으로써, 전체적인 장치의 사이즈를 축소시킬 수 있는 하이브리드형 다자유도 구동 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 인가되는 전류의 양에 따라 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심의 회전 각도 또는 틸팅 각도를 정확히 조절할 수 있으며, 이로 인해 동작의 정확성을 향상시킬 수 있는 하이브리드형 다자유도 구동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드용 다자유도 구동 장치는, 하우징(housing) 내에서 로테이팅(rotating) 또는 틸팅(tilting) 가능하도록 결합되는 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심; 상기 하우징 내에 마련되며, 전자기적 상호 작용에 의해 상기 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심을 로테이팅시키는 로테이팅 구동부; 및 상기 하우징 내에 마련되며, 전자기적 상호 작용에 의해 상기 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심을 틸팅시키는 틸팅 구동부;를 포함하며, 이로 인해 로봇의 관절 부분으로 사용되거나 비전 카메라 등의 구동축으로 사용 가능한 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심을 로테이팅 및 다방향으로 틸팅시킬 수 있어, 종래에 비해 구동 효율을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심은, 길이 방향을 가지며 하우징에 고정 결합되는 고정 축심부재; 및 상기 고정 축심부재에 로테이팅 및 틸팅 가능하게 결합되는 이동 축심부재를 포함할 수 있으며, 이로 인해 고정 축심부재에 대해 이동 축심부재가 로테이팅 또는 틸팅됨으로써 이동 축심부재에 장착되는 장치들의 위치를 조절할 수 있다.
상기 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심은, 상기 고정 축심부재와 상기 이동 축심부재의 연결 부분에 결합되어, 상기 고정 축심부재에 대한 상기 이동 축심부재의 로테이팅 및 틸팅을 가능하게 하는 스피리컬 베어링(spherical bearing)을 더 포함할 수 있다.
상기 로테이팅 구동부는, 상기 하우징의 내벽의 둘레 방향을 따라 고정 결합되는 복수 개의 스테이터(stator); 및 상기 이동 축심부재에 관통 결합되며, 상기 복수 개의 스테이터에 전류 인가 시 상기 복수 개의 스테이터와 전자기적으로 상호 작용함으로써 상기 이동 축심부재를 로테이팅시키는 로터(rotor)를 포함할 수 있다.
상기 로터를 향하는 상기 스테이터의 표면은 내측으로 오목한 곡면 형상을 가지며, 상기 스테이터의 표면을 향하는 상기 로터의 표면은 상기 스테이터의 오목 한 곡면 형상과 대응되는 볼록한 곡면 형상을 가질 수 있으며, 이로 인해 스테이터가 마련된 영역 내에서 로터가 틸팅 이동함으로써 로터가 스테이터로부터 벗어나는 것을 저지할 수 있다.
상기 로터는, 상기 이동 축심부재에 관통 결합되되 고정 결합되는 원반 형상의 로터몸체; 및 상기 로터몸체에 매입 결합되며, 상기 스테이터에 전류 인가 시 상기 스테이터와 전자기적으로 상호 작용함으로써 상기 로터몸체가 고정 결합된 상기 이동 축심부재를 상기 고정 축심부재에 대해 로테이팅시키는 한 쌍씩의 N극 및 S극 자석을 포함하되, 상기 한 쌍씩의 N극 및 S극 자석은 상호 가로 방향을 갖도록 교번 배치될 수 있다.
상기 틸팅 구동부는 리니어 인덕션 모터(LIM, linear induction motor)이며, 상기 리니어 인덕션 모터는, 베어링에 의해서 상기 이동 축심부재에 관통 결합되는 리액션 플레이트(reaction plate); 및 상기 하우징의 내벽의 둘레 방향을 따라 고정 결합되며, 유도 전류 인가 시 상기 리액션 플레이트와 전자기적으로 상호 작용함으로써 상기 리액션 플레이트가 결합된 상기 이동 축심부재를 상기 고정 축심부재에 대해 틸팅시키는 복수 개의 인덕션 코일부재를 포함할 수 있다.
상기 리액션 플레이트는 알루미늄 재질의 알루미늄 플레이트(Aluminium Plate)이며, 하면은 평평하고 상면은 상부로 볼록한 형상을 가질 수 있다.
상기 복수 개의 인덕션 코일부재는 상호 마주보는 2쌍의 인덕션 코일부재이되, 상기 2쌍의 인덕션 코일부재는 가로 방향을 갖도록 상기 하우징에 마련될 수 있다.
상기 로테이팅 구동부 또는 상기 틸팅 구동부에 인각되는 전류의 양을 조절함으로써 상기 로테이팅 구동부에 의한 상기 이동 축심부재의 회전 각도 또는 상기 틸팅 구동부에 의한 상기 이동 축심부재의 틸팅 각도를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 로봇의 관절 부분으로 사용되거나 비전 카메라 등의 구동축으로 사용 가능한 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심을 로테이팅 및 다방향으로 틸팅시킬 수 있어, 종래에 비해 구동 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래에 비해 현저히 간단한 구조를 가질 뿐만 아니라 제조 부품수를 줄임으로써, 전체적인 장치의 사이즈를 축소시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 인가되는 전류의 양에 따라 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심의 회전 각도 또는 틸팅 각도를 정확히 조절할 수 있으며, 이로 인해 동작의 정확성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기 술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 다자유도 구동 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 투영 사시도이고, 도 3은 도 2의 일부분을 단면 처리한 단면 사시도이며, 도 4는 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 로테이팅 구동부에 의한 이동 축심부재의 회전 동작을 설명하는 도면이며, 도 6은 틸팅 구동부에 의한 이동 축심부재의 틸팅 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 다자유도 구동 장치(100)는, 하우징(101) 내에서 로테이팅(rotating) 또는 틸팅(tilting) 가능하도록 결합되는 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심(110)과, 하우징(101) 내에 마련되며 전자기적인 상호 작용에 의해 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심(110)의 적어도 일부분을 로테이팅(rotating)시키는 로테이팅 구동부(130)와, 하우징(101) 내에 마련되며 전자기적 상호 작용에 의해 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심(110)의 적어도 일부분을 틸팅(tilting)시키는 틸팅 구동부(150)와, 로테이팅 구동부(130) 또는 틸팅 구동부(150)에 인가되는 전류의 양을 조절함으로써 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심(110)의 회전 각도 또는 틸팅 각도를 제어하는 제어부(미도시)를 포함한다.
먼저 하우징(101)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 하이브 리드형 다자유도 구동 장치(100)의 외관을 이루는 부분으로서, 내부에 수용되는 다수의 구성을 보호하는 역할을 할 뿐만 아니라, 후술할 구성들의 일부 구성이 하우징(101)의 내면에 장착되도록 함으로써 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심(110)의 로테이팅 또는 틸팅 동작이 이루어질 수 있도록 한다.
로테이팅 및 틸팅 겸용 축심(110)은 비전 카메라와 같은 장치가 실제 장착되거나 로봇의 관절로 적용될 수 있는 부분이다. 예를 들면, 비전 카메라 등은 회전 동작 또는 틸팅 동작에 의해서 다양한 방향으로 이동할 수 있어야 하는데, 본 실시예의 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심(110)은 로테이팅 또는 틸팅 동작할 수 있는 구조를 가짐으로써 그에 장착되는 구성들이 제 기능을 원활하면서도 효율적으로 수행할 수 있도록 한다.
또한, 전술한 바와 같이, 종래에는 비전 카메라 또는 로봇의 관절 부분 등을 구동하기 위해서는, 회전을 위한 회전 모터, X축 방향으로 이동시키기 위한 구동 모터 또는 Y축 방향으로 이동시키기 위한 다수의 모터들이 각각 장착되어야 하는데, 본 실시예의 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심(110)은 일부분에 대해 다른 부분이 로테이팅되거나 틸팅 가능하도록 함으로써, 종래와 같이 다수의 모터가 필요치 않으며, 따라서 기존의 구조보다 효율적인 측면에서 유리한 점이 있다.
본 실시예의 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심(110)은, 도 3 및 도4에 도시된 바와 같이, 길이 방향을 가지며 하우징(101)에 고정 결합되는 고정 축심부재(111)와, 고정 축심부재(111)에 로테이팅 및 틸팅 가능하게 결합되는 이동 축심부재(115)와, 고정 축심부재(111)와 이동 축심부재(115)의 연결 부분에 결합되어, 고 정 축심부재(111)에 대한 이동 축심부재(115)의 로테이팅 또는 틸팅을 가능하게 하는 스피리컬 베어링(117, spherical bearing)을 포함할 수 있다.
먼저 고정 축심부재(111)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(101)의 바닥 부분에 기립되게 고정 결합된다. 이러한 고정 축심부재(111)는, 실제적으로 로테이팅 또는 틸팅 동작하는 이동 축심부재(115)의 기준 역할을 한다.
이동 축심부재(115)는, 후술할 로테이팅 구동부(130) 및 틸팅 구동부(150)에 의해 실제 구동되는 부분이다. 따라서, 이러한 이동 축심부재(115)는 전술한 고정 축심부재(111)에 대해 로테이팅 또는 틸팅 가능하도록 결합된다.
고정 축심부재(111)에 대한 이동 축심부재(115)의 로테이팅 또는 틸팅 동작은, 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 고정 축심부재(111) 및 이동 축심부재(115)의 연결 부분에 마련되는 스피리컬 베어링(117)의 구조적 특징에 의해 가능하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스피리컬 베어링(117)에 이동 축심부재(115)가 고정 결합되고, 스피리컬 베어링(117)은 고정 축심부재(111)에 대해 이동 가능하도록 결합된다. 즉, 이동 축심부재(115)가 고정 결합된 스피리컬 베어링(117)은 고정 축심부재(111)에 대해 로테이팅 가능할 뿐만 아니라 연결 부분을 중심으로 틸팅 가능하다. 따라서, 후술할 로테이팅 구동부(130) 또는 틸팅 구동부(150)에 의해 회전력 또는 틸팅력이 가해질 때 이동 축심부재(115)는 고정 축심부재(111)에 대해 로테이팅되거나 틸팅될 수 있다.
다만, 본 실시예에서는, 스피리컬 베어링(117)에 의해 이동 축심부재(115) 가 고정 축심부재(111)에 대해 로테이팅 또는 틸팅 가능하다고 상술하였으나, 다른 연결 구조에 의해 고정 축심부재(111)에 대한 이동 축심부재(115)의 로테이팅 또는 틸팅이 구현되어도 무방하다 할 것이다.
한편, 로테이팅 구동부(130)는, 실질적으로 비전 카메라가 장착되거나, 로봇의 관절 등으로 사용되는 이동 축심부재(115)를 고정 축심부재(111)에 대해 로테이팅시키는 구동력을 발생시키는 부분으로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(101)의 내벽의 둘레 방향을 따라 고정 결합되는 복수 개의 스테이터(131, stator)와, 이동 축심부재(115)에 관통 결합되며 복수 개의 스테이터(131)에 전류 인가 시 복수 개의 스테이터(131)와 전자기적으로 상호 작용함으로써 이동 축심부재(115)를 로테이팅시키는 로터(135, rotor)를 포함한다.
복수 개의 스테이터(131)에는, 전류 인가 시 로터(135)와 전자기적으로 상호 작용하기 위한 코일(미도시)이 내장되어 있다. 여기서, 스테이터(131)에 인가되는 전류의 양은 제어부에 의해 제어되며, 이에 따라 스테이터(131)와 로터(135)의 상호 전자기적인 작용에 의해 회전하는 이동 축심부재(115)의 회전 각도를 조절할 수 있다.
그리고 로터(135)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 이동 축심부재(115)에 관통 결합되되 고정 결합되는 원반 형상의 로터몸체(136)와, 로터몸체(136)에 매입 결합되며 스테이터(131)에 전류 인가 시 스테이터(131)와 전자기적으로 상호 작용함으로써 로터몸체(136)가 고정 결합된 이동 축심부재(115)를 고정 축심부재(111)에 대해 로테이팅시키는 한 쌍씩의 N극 및 S극 자석(138)을 포함한다.
여기서, 한 쌍씩의 N극 및 S극 자석(138)은 상호 가로 방향을 갖도록 교번 배치된다. 따라서, 등간격으로 배치되는 스테이터(131)에 전류 인가 시 로터(135)와의 상호 전자기적인 작용에 의해 전자기력이 발생되고, 발생된 전자기력은 로터(135)가 고정 결합된 이동 축심부재(115)를, 하우징(101)에 고정 결합된 고정 축심부재(111)에 대해 소정 각도만큼 로테이팅시킬 수 있다.
또한, 자석(138)이 로터몸체(136)에 매입되는 구조는 매입형 영구 자석(IPM, Interior Permanent Magnet) 구조를 갖는데, 이러한 구조적 특징에 의해, 스테이터(131)와 로터(135) 사이에 코킹 토크(cogging torque, 회전축을 회전시킬 때 회전을 방해하는 토크의 회전을 방해하는 토크를 가리킴)가 발생되는 것을 저지할 수 있고, 따라서 고정 축심부재(111)에 대한 이동 축심부재(115)의 회전이 간섭 없이 원활하게 진행될 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 로터(135)를 향하는 스테이터(131)의 표면은 내측으로 오목한 곡면 형상을 가지며, 스테이터(131)의 표면을 향하는 로터(135)의 표면은 스테이터(131)의 오목한 곡면 형상과 대응되는 볼록한 곡면 형상을 갖는다.
이러한 형상으로 인해, 후술할 틸팅 구동부(150)에 의해 이동 축심부재(115)가 고정 축심부재(111)에 대해 틸팅하더라도, 로터(135)가 스테이터(131)로부터 벗어나는 것을 방지할 수 있다. 즉, 로터(135)의 외면이 스테이터(131)의 상단 및 하단에 걸리는 구조를 가짐으로써, 로터(135)는 스테이터(131)가 마련된 영역 내에서만 틸팅할 수 있으며, 이에 따라 로터(135)가 스테이터(131)로부터 벗어 나는 것을 방지할 수 있는 것이다.
한편, 본 실시예의 틸팅 구동부(150)는, 이동 축심부재(115)를 고정 축심부재(111)에 대해 틸팅시키는 구동력을 발생시키는 부분으로서, 유도 전류를 이용하는 리니어 인덕션 모터(LIM, Linear Induction Motor)로 마련될 수 있다.
이러한 틸팅 구동부(150), 즉 본 실시예의 리니어 인덕션 모터(150)의 구성에 대해 구체적으로 설명하면, 본 실시예의 틸팅 구동부(150)는, 도 2, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 볼 베어링(118, ball bearing)과 같은 베어링(118)에 의해서 이동 축심부재(115)에 관통 결합되는 리액션 플레이트(155, reaction plate)와, 하우징(101)의 내벽의 둘레 방향을 따라 고정 결합되며 유도 전류 인가 시 리액션 플레이트(155)와 전자기적으로 상호 작용함으로써, 리액션 플레이트(155)가 결합된 이동 축심부재(115)를 고정 축심부재(111)에 대해 틸팅시키는 복수 개의 인덕션 코일부재(151)를 포함한다.
본 실시예의 리액션 플레이트(155)는, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 하면은 평평하고 상면은 상부로 볼록한 형상을 갖는 알루미늄 재질의 알루미늄 플레이트(Aluminium Plate)로 마련된다. 다만, 본 실시예에서는 인덕션 코일부재(151)와 전자기적으로 상호 작용이 우수하게 발생되는 리액션 플레이트(155)로서 알루미늄 플레이트(155)를 적용하였으나, 다른 재질의 리액션 플레이트가 적용될 수 있음은 물론이다.
인덕션 코일부재(151)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 2쌍이 마련되되, 쌍끼리는 상호 마주보는 구조를 갖는다.
즉, 두 쌍의 인덕션 코일부재(151) 중 한 쌍의 인덕션 코일부재(151a)는 상호 전자기적으로 작용하여 알루미늄 플레이트(155)를 도 6의 'A' 방향으로 틸팅 이동시키고, 다른 한 쌍의 인덕션 코일부재(151b)는 상호 전자기적으로 작용하여 알루미늄 플레이트(155)를 도 6의 'B' 방향으로 틸팅 이동시킨다. 또한, 두 쌍의 인덕션 코일부재(151)에 상호 다른 전류가 인가되는 경우, 알루미늄 플레이트(155)는, 전술한 'A' 및 'B' 방향이 아닌 그의 조합된 방향으로도 틸팅될 수 있다.
이에 대해 부연 설명하면, 제어부는 외부로부터 제공되는 위치 정보 등에 기초하여 고정 축심부재(111)에 대한 이동 축심부재(115)의 회전 각도 및 틸팅 각도를 조절하게 되는데, 이때 틸팅 각도를 조절하는 경우, 인덕션 코일부재(151)에 인가되는 유도 전류의 양을 조절함으로써 알루미늄 플레이트(155)를 전술한 도 6의 'A' 방향 또는 도 6의 'B' 방향, 그리고 'A' 및 'B' 방향이 아닌 그의 조합된 방향으로 위치 조절할 수 있으며, 이에 따라 알루미늄 플레이트(155)가 관통 결합되는 이동 축심부재(115)의 틸팅 각도를 조절할 수 있는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는, 이동 축심부재(115)가 고정 축심부재(111)에 대해 로테이팅 또는 틸팅 가능하게 결합되고, 또한 로테이팅 구동부(130) 및 틸팅 구동부(150)가 고정 축심부재(111)에 대한 이동 축심부재(115)의 로테이팅 또는 틸팅을 위한 구동력을 발생시킴으로써, 실질적으로 비전 카메라 등이 장착되거나 로봇 관절 등으로 사용되는 이동 축심부재(115)를 다양한 방향, 즉 다자유도로 구동시킬 수 있다.
이하에서는, 이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 형 다자유도 구동 장치(100)의 구동 방법에 대해 개략적으로 설명하기로 한다.
먼저, 외부의 위치 정보 등을 획득한 후, 그 정보에 기초하여 비전 카메라 등이 장착되거나 로봇 관절 등으로 사용되는 이동 축심부재(115)의 회전 각도 및 틸팅 각도를 결정한다.
이어서, 제어부는 결정된 회전 각도 및 틸팅 각도만큼 고정 축심부재(111)에 대해 이동 축심부재(115)를 구동시킬 수 있는 전류를 로테이팅 구동부(130) 및 틸팅 구동부(150)에 인가하여, 고정 축심부재(111)에 대해 이동 축심부재(115)가 로테이팅하거나 틸팅될 수 있도록 한다.
다만, 이때 회전 동작 및 틸팅 동작은 동시에 진행될 수 있을 것이나, 하나의 동작이 다른 동작에 선행되어 진행될 수 있음은 당연하다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 다자유도 구동 장치(100)는, 다양한 방향으로의 구동을 위한 구조가 단순하면서도, 이러한 단순한 구동 방법에 의해 정확한 위치 제어를 수행할 수 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 다자유도 구동 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 투영 사시도이다.
도 3은 도 2의 일부분을 단면 처리한 단면 사시도이다.
도 4는 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 로테이팅 구동부에 의한 이동 축심부재의 회전 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은 틸팅 구동부에 의한 이동 축심부재의 틸팅 동작을 설명하기 위한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 하이브리드형 다자유도 구동 장치
110 : 로테이팅 및 틸팀 겸용 축심 130 : 로테이팅 구동부
131 : 스테이터 135 : 로터
150 : 틸팅 구동부 151 : 인덕션 코일부재
155 : 리액션 플레이트

Claims (10)

  1. 하우징(housing) 내에서 로테이팅(rotating) 또는 틸팅(tilting) 가능하도록 결합되는 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심;
    상기 하우징 내에 마련되며, 전자기적 상호 작용에 의해 상기 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심을 로테이팅시키는 로테이팅 구동부; 및
    상기 하우징 내에 마련되며, 전자기적 상호 작용에 의해 상기 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심을 틸팅시키는 틸팅 구동부;
    를 포함하며,
    상기 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심은,
    길이 방향을 가지며 하우징에 고정 결합되는 고정 축심부재; 및
    상기 고정 축심부재에 로테이팅 및 틸팅 가능하게 결합되는 이동 축심부재를 포함하는 하이브리드형 다자유도 구동 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 로테이팅 및 틸팅 겸용 축심은,
    상기 고정 축심부재와 상기 이동 축심부재의 연결 부분에 결합되어, 상기 고정 축심부재에 대한 상기 이동 축심부재의 로테이팅 및 틸팅을 가능하게 하는 스피리컬 베어링(spherical bearing)을 더 포함하는 하이브리드형 다자유도 구동 장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 로테이팅 구동부는,
    상기 하우징의 내벽의 둘레 방향을 따라 고정 결합되는 복수 개의 스테이터(stator); 및
    상기 이동 축심부재에 관통 결합되며, 상기 복수 개의 스테이터에 전류 인가 시 상기 복수 개의 스테이터와 전자기적으로 상호 작용함으로써 상기 이동 축심부재를 로테이팅시키는 로터(rotor)를 포함하는 하이브리드형 다자유도 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 로터를 향하는 상기 스테이터의 표면은 내측으로 오목한 곡면 형상을 가지며, 상기 스테이터의 표면을 향하는 상기 로터의 표면은 상기 스테이터의 오목한 곡면 형상과 대응되는 볼록한 곡면 형상을 갖는 하이브리드형 다자유도 구동 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 로터는,
    상기 이동 축심부재에 관통 결합되되 고정 결합되는 원반 형상의 로터몸체; 및
    상기 로터몸체에 매입 결합되며, 상기 스테이터에 전류 인가 시 상기 스테이터와 전자기적으로 상호 작용함으로써 상기 로터몸체가 고정 결합된 상기 이동 축심부재를 상기 고정 축심부재에 대해 로테이팅시키는 한 쌍씩의 N극 및 S극 자석을 포함하되,
    상기 한 쌍씩의 N극 및 S극 자석은 상호 가로 방향을 갖도록 교번 배치되는 하이브리드형 다자유도 구동 장치.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 틸팅 구동부는 리니어 인덕션 모터(LIM, linear induction motor)이며,
    상기 리니어 인덕션 모터는,
    베어링에 의해서 상기 이동 축심부재에 관통 결합되는 리액션 플레이트(reaction plate); 및
    상기 하우징의 내벽의 둘레 방향을 따라 고정 결합되며, 유도 전류 인가 시 상기 리액션 플레이트와 전자기적으로 상호 작용함으로써 상기 리액션 플레이트가 결합된 상기 이동 축심부재를 상기 고정 축심부재에 대해 틸팅시키는 복수 개의 인덕션 코일부재를 포함하는 하이브리드형 다자유도 구동 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 리액션 플레이트는 알루미늄 재질의 알루미늄 플레이트(Aluminium Plate)이며, 하면은 평평하고 상면은 상부로 볼록한 형상을 갖는 하이브리드형 다자유도 구동 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수 개의 인덕션 코일부재는 상호 마주보는 2쌍의 인덕션 코일부재이되, 상기 2쌍의 인덕션 코일부재는 가로 방향을 갖도록 상기 하우징에 마련되는 하이브리드형 다자유도 구동 장치.
  10. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 로테이팅 구동부 또는 상기 틸팅 구동부에 인각되는 전류의 양을 조절함으로써 상기 로테이팅 구동부에 의한 상기 이동 축심부재의 회전 각도 또는 상기 틸팅 구동부에 의한 상기 이동 축심부재의 틸팅 각도를 제어하는 제어부를 더 포함하는 하이브리드형 다자유도 구동 장치.
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