KR101341089B1 - 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터 및 역감 제공 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 회전식 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전류를 인가하면 자기장을 발생시켜 자속선(Flux line)을 형성하는 솔레노이드; 상기 솔레노이드의 내면, 외면 및 상면을 감싸는 원통형으로서, 상기 솔레노이드의 통공된 중앙부에 위치하는 회전축(Shaft)을 포함하여 구성되며, 상기 회전축을 중심으로 자유 회전 운동하는 회전부; 상기 솔레노이드의 내면, 외면 및 하면과, 상기 회전부의 내면, 외면 및 하면을 감싸는 원통형으로서, 상기 회전부와 맞물려 결합되도록 구성된 하우징; 및 상기 하우징 내에 주입되어, 상기 솔레노이드, 회전부 및 하우징의 조립 틈에 구비되며, 상기 자기장 형성 시 상기 자속선을 따라 자기 체인(Magnetic Chain)을 형성하는 자기유변유체를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터 및 역감 제공 방법에 따르면, 솔레노이드, 회전부, 하우징 및 자기유변유체를 새로운 구조로 결합하여 역감 피드백을 제공하도록 구성함으로써, 낮은 전력으로 높은 저항력을 얻을 수 있고, 액추에이터가 소형화, 경량화되어 다른 기구물에 조립 및 탈부착이 용이하며, 여러 환경에서의 적용이 가능하게 된다.
본 발명에서 제안하고 있는 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터 및 역감 제공 방법에 따르면, 솔레노이드, 회전부, 하우징 및 자기유변유체를 새로운 구조로 결합하여 역감 피드백을 제공하도록 구성함으로써, 낮은 전력으로 높은 저항력을 얻을 수 있고, 액추에이터가 소형화, 경량화되어 다른 기구물에 조립 및 탈부착이 용이하며, 여러 환경에서의 적용이 가능하게 된다.
Description
본 발명은 회전식 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터 및 역감 제공 방법에 관한 것이다.
액추에이터(actuator)는 시스템을 움직이거나 제어하는 데 쓰이는 기계 장치를 말하는 것으로서, 전기나 유압, 압축 공기 등을 이용하는 원동 구동장치를 두루 일컫는다. 일반적으로 전류, 작동 유압, 기력압 형태로 된 에너지원에 의해 작동하며, 이 에너지를 어떠한 종류의 움직임으로 변환한다. 최근에는 사용자의 신체에 구비되어 역감을 제공하는 목적으로서의 액추에이터가 많이 개발되고 있다. 현재까지 개발되고 있는 역감 제공 목적의 액추에이터는, 신체에 진동 모터나, 유압이나 공압 펌프 등을 이용하는 것이 대부분이다(특허출원번호 제10-2001-0057470호, 제10-2007-0132361호 참조). 즉, 다수의 공지된 진동 모터를 의복 등에 설치하거나, 공압식 공기주머니에 공기를 주입하여 피부에 압박을 가하는 방법이 이에 해당한다.
그러나 이와 같은 종래의 역감 제공 목적의 액추에이터들은 부피 및 중량이 커서 사용성 및 공간상 제약이 많고, 그 활용이 특수 분야 및 한정된 분야에서만 적용이 가능하다는 문제가 있었다. 특히, 손가락 등에 장착되어 역감적 햅틱 피드백을 제공하기 위해서는 소형화 및 경량화된 액추에이터의 사용이 요구되는바, 저전력, 소형으로 슬림하게 여러 환경에 적용 가능한 단일 모듈의 개발이 요구되고 있다.
한편, 자기유변유체(Magnetic rheological fluid)는, 평소에는 액체이나 자기장에 노출되면 점성이 변화하여 고체화되는 액체 자석으로서, 이와 같은 특성을 이용하여 다양한 동력 또는 제어 장치에 사용되고 있다. 본 발명자들은, 자기유변유체를 이용하여 새로운 구조의 액추에이터 및 이를 이용한 역감 제공 방법을 개발하고자 한다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 솔레노이드, 회전부, 하우징 및 자기유변유체를 새로운 구조로 결합하여 역감 피드백을 제공하도록 구성함으로써, 낮은 전력으로 높은 저항력을 얻을 수 있고, 액추에이터가 소형화, 경량화되어 다른 기구물에 조립 및 탈부착이 용이하며, 여러 환경에서의 적용이 가능한, 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터 및 역감 제공 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터는,
전류를 인가하면 자기장을 발생시켜 자속선(Flux line)을 형성하는 솔레노이드;
상기 솔레노이드의 내면, 외면 및 상면을 감싸는 원통형으로서, 상기 솔레노이드의 통공된 중앙부에 위치하는 회전축(Shaft)을 포함하여 구성되며, 상기 회전축을 중심으로 자유 회전 운동하는 회전부;
상기 솔레노이드의 내면, 외면 및 하면과, 상기 회전부의 내면, 외면 및 하면을 감싸는 원통형으로서, 상기 회전부와 맞물려 결합되도록 구성된 하우징; 및
상기 하우징 내에 주입되어, 상기 솔레노이드, 회전부 및 하우징의 조립 틈에 구비되며, 상기 자기장 형성 시 상기 자속선을 따라 자기 체인(Magnetic Chain)을 형성하는 자기유변유체를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 회전부의 내부 형태는,
상기 솔레노이드의 상면에서 하면 방향으로 갈수록 상기 솔레노이드의 내면 및 외면을 감싸는 두께가 얇아지는 형태로 형성되고,
상기 회전축을 중심으로 미리 정해진 두께의 공간이 형성되어, 그에 대응되는 형태의 하우징과 맞물려 결합하도록 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 하우징의 내부 형태는,
상기 솔레노이드의 하면에서 상면 방향으로 갈수록 상기 솔레노이드의 내면 및 외면을 감싸는 두께가 얇아지는 형태로 형성되고,
상기 회전축을 미리 정해진 두께로 감싸는 형태로 형성되어, 상기 회전부의 상기 회전축을 중심으로 형성된 미리 정해진 두께의 공간에 맞물려 결합하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는,
상기 회전부 상측에 구비되어 상기 하우징 상단과 결합하는 덮개부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 회전식 액추에이터는,
신체 관절 부위에 구비되어 역감 피드백을 제공하는 햅틱 액추에이터로 사용될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 역감 제공 방법은,
(1) 전류를 인가하면 자기장을 발생시켜 자속선(Flux line)을 형성하는 솔레노이드, 상기 솔레노이드의 내면, 외면 및 상면을 감싸는 원통형으로서 상기 솔레노이드의 통공된 중앙부에 위치하는 회전축(Shaft)을 포함하여 구성되며 상기 회전축을 중심으로 자유 회전 운동하는 회전부, 상기 솔레노이드의 내면, 외면 및 하면과 상기 회전부의 외면 및 하면을 감싸는 원통형으로서 상기 회전부와 맞물려 결합되도록 구성된 하우징, 및 상기 하우징 내에 주입되어 상기 솔레노이드, 회전부 및 하우징의 조립 틈에 구비되며 상기 자기장 형성 시 상기 자속선을 따라 자기 체인(Magnetic Chain)을 형성하는 자기유변유체를 포함하는 회전식 액추에이터에서, 상기 솔레노이드에 전류가 인가되어 자기장을 발생시켜 자속선을 형성하는 단계;
(2) 상기 하우징과 상기 회전부 사이의 틈에 자기 체인이 형성되는 단계;
(3) 상기 회전부가 회전축을 중심으로 회전하여 상기 단계 (2)에서 생성된 자기 체인에 끊어지려는 힘이 가해지는 단계; 및
(4) 상기 단계 (3)의 자기 체인에 가해지는 힘에 반발하는 힘이 발생하는 단계를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는,
(5) 상기 단계 (3) 및 단계 (4)가 반복 수행됨으로써, 상기 회전식 액추에이터 구비 부분에 역감을 제공하는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터 및 역감 제공 방법에 따르면, 솔레노이드, 회전부, 하우징 및 자기유변유체를 새로운 구조로 결합하여 역감 피드백을 제공하도록 구성함으로써, 낮은 전력으로 높은 저항력을 얻을 수 있고, 액추에이터가 소형화, 경량화되어 다른 기구물에 조립 및 탈부착이 용이하며, 여러 환경에서의 적용이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 회전부를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 하우징을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터에서 자기유변유체의 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 단면을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 RZ 평면과 액추에이터에 대한 자속선 및 자기 체인 형성상태를 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 사용례를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 역감 제공 방법의 흐름을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 회전부를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 하우징을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터에서 자기유변유체의 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 단면을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 RZ 평면과 액추에이터에 대한 자속선 및 자기 체인 형성상태를 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 사용례를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 역감 제공 방법의 흐름을 도시한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 구성을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터는, 솔레노이드(100), 회전부(200), 하우징(300) 및 자기유변유체(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
솔레노이드(100)는, 전류를 인가하면 자기장을 발생시켜 자속선(Flux line)을 형성할 수 있다. 실시예에 따라서는, 전선을 가는 피치로, 원통 모양의 코일(coil) 상으로 감아 만든 중공 원통상의 구조를 가질 수 있다. 본 발명에서는 솔레노이드(100)에 의해 형성된 자속선을 이용하여 회전부(200)의 회전운동에 Brakes를 발생시키고 이로써 역감을 제공하는, 역감 제공 목적의 회전식 액추에이터 구조를 제안하고자 한다.
회전부(200)는, 솔레노이드(100)의 내면, 외면 및 상면을 감싸는 원통형으로서, 솔레노이드의 통공된 중앙부에 위치하는 회전축(Shaft, 210)을 포함하여 구성되며, 회전축(210)을 중심으로 자유 회전 운동할 수 있다. 즉, 회전축(210)을 중심으로 회전 운동 시, 하우징(300) 및 자기유변유체(400)와의 관계에서 Brakes 힘을 전달하고, 이로 인해, 사용자에게 역감을 제공할 수 있다. 이와 같은 역감 제공 원리에 대해서는 추후 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 회전부를 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 액추에이터에서 회전부(200)의 내부 형태는, 솔레노이드의(100) 상면에서 하면 방향으로 갈수록 솔레노이드(100)의 내면 및 외면을 감싸는 두께가 얇아지는 형태로 형성되고, 회전축(210)을 중심으로 미리 정해진 두께의 공간이 형성되어, 그에 대응되는 형태의 하우징(300)과 맞물려 결합하도록 구성될 수 있다.
하우징(300)은, 솔레노이드(100)의 내면, 외면 및 하면과, 회전부(200)의 내면, 외면 및 하면을 감싸는 원통형으로서, 회전부(200)와 맞물려 결합되도록 구성될 수 있다. 즉, 하우징(300)은, 액추에이터 부품들을 내부에 포함하는 외형 구조체로서, 내부적으로는, 회전부(200) 및 자기유변유체(400)와 기능하여 액추에이터의 역감 제공 기능에 기여할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 하우징을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 액추에이터에서 하우징(300)의 내부 형태는, 솔레노이드(100)의 하면에서 상면 방향으로 갈수록 솔레노이드(100)의 내면 및 외면을 감싸는 두께가 얇아지는 형태로 형성되고, 회전축(210)을 미리 정해진 두께로 감싸는 형태로 형성되어, 회전부(200)의 회전축(210)을 중심으로 형성된 미리 정해진 두께의 공간에 맞물려 결합하도록 구성될 수 있다.
자기유변유체(400)는, 자성체의 미립자를 분산시킨 현탁액으로서, 자기장에 의하여 분산 입자의 구조가 변화되어 겉보기 점도가 변화하는 기능성 유체이다. 본 발명에서 자기유변유체(400)는, 솔레노이드(100), 회전부(200) 및 하우징(300)의 조립 틈에 구비되며, 자기장 형성 시 자속선을 따라 자기 체인(Magnetic Chain)을 형성할 수 있다. 자기 체인이 형성되어지면 회전부(200)의 회전 운동을 억제할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터에서 자기유변유체의 구성을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 액추에이터의 자기유변유체(400)는, 평소에는 액체이지만 자기장에 노출되면 고체화되는 액체 자석으로서, 자성을 띄는 입자(Magnetic Particles)가 Carrier oil(입자가 녹아있을 첨가물) 등에 녹아 있는 형태로 구성될 수 있다. 자기유변유체는, 평소에는 첨가물(Carrier oil)에 녹아있는 Magnetic particle들이 자기장이 형성될 때, 자기장의 자속선을 따라 나열하여 자기 체인을 형성하게 된다. 이때 이 자기 체인을 끊으려는 힘이 발생하면, 이 자기 체인에서 끊어지지 않으려는 역감이 발생하게 된다. 본 발명에서는 이와 같은 원리를 액추에이터에 이용하여 사용자에게 역감을 제공하는 구조를 제안한다. 여기서 Magnetic Flux Line의 빈도는 Magnetic chain이 생성되는 빈도수와 비례하며, Magnetic density의 경우는 각각 Magnetic chain의 결합 강도와 비례한다.
이와 같이 본 발명에서 제안하고 있는 자기유변유체 기반의 역감 피드백 제공이 가능한 회전식 액추에이터는, 수동적(passively)으로 동작하는 자기유변유체의 특성상 매우 안정적이라는 특징이 있고, 빠른 반응속도(1ms)를 가지며, 낮은 전력 소모로 높은 저항력을 나타내어 효과적인 햅틱 피드백을 제공할 수 있다. 또한, 평소에 액체 형태를 띔으로써, 다양한 사이즈나 모양으로 디자인이 가능하다는 장점도 있다. 그리고 적용 온도 범위가 -40°∼ 150°이며, 넓은 범위의 힘 제어가 가능하다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 단면을 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제안하고 있는 회전식 액추에이터는, 통공된 솔레노이드(100)를 중심으로 미리 정해진 기울기를 가지고 솔레노이드(100)를 감싸는 두께가 달라지도록 형성될 수 있는데, 바람직하게는, 솔레노이드(100)의 상면을 감싸는 회전부(200)는 아래로 갈수록 솔레노이드(100)를 감싸는 두께가 좁아지는 형태이고, 솔레노이드(100)의 하면을 감싸는 하우징(300)은 아래로 갈수록 솔레노이드(100)를 감싸는 두께가 넓어지는 형태일 수 있다. 즉, 회전부(200)와 하우징(300)은 내부적으로 서로 맞물려 결합되는 형태이므로, 서로 대응되는 구조를 가지게 된다. 또한, 회전부(200)의 회전축(210)이 미리 정해진 두께의 하우징(300)의 일부분으로 감싸지는 형태로 형성될 수도 있다. 한편, 회전부(200) 상측에 구비되어 하우징(300) 상단과 결합하는 덮개부(Cover)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 RZ 평면과 액추에이터에 대한 자속선 및 자기 체인 형성상태를 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면이다. 시뮬레이션 결과, 도 6에 도시된 바와 같이, 회전부(200)와 하우징(300) 사이에 자속선이 원활하게 형성되어 있음을 확인할 수 있으며, 솔레노이드(100)에 자기장이 발생되면, 회전부(200)와 하우징(300) 사이의 틈에 자기 체인이 형성된다. 실제 회전하는 부분인 회전부(200)를 회전시키면, 자기 체인에 끊어지려는 힘이 가해지게 되고, 이에 반발하는 힘이 자기 체인에서 발생하여 사용자에게 역감을 전해주게 된다. 자기 체인은 끊어짐과 이어짐을 반복하며, 사용자에게 꾸준한 역감을 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 사용례를 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터는, 신체 관절 부위에 구비되어 역감 피드백을 제공하는 햅틱 액추에이터로 사용될 수 있다. 본 발명은, 소형화 및 경량화된 역감 제공 목적의 회전식 액추에이터에 관한 것으로서, 기존의 진동 모터, 유, 공압 펌프 등을 이용하는 방식이 아닌, 새로운 방식의 자기유변유체를 이용하였다. 솔레노이드(100), 회전부(200), 하우징(300) 및 자기유변유체(400)를 앞서 도 1 내지 도 6과 관련하여 설명한 바와 같은 구조로 구성함으로써, 회전 운동을 할 수 있는 기구물에 접목시켜 기구물에 대한 회전 운동에 Brakes를 인가하여 사용자가 실제 가상의 대상물을 조작할 때, 사용자의 손가락 등에 역감(특히, 손가락의 근감각)을 제공할 수 있다. 즉, 실제 사람의 손에 물건을 잡았을 때의 그립감 및 버튼을 누를 시에 느껴지는 동작감을 느끼게 할 수 있는 물리적 장치로 이용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 역감 제공 방법의 흐름을 도시한 도면이다. 본 발명의 일실시예에 따른 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 역감 제공 방법은, 전류를 인가하면 자기장을 발생시켜 자속선(Flux line)을 형성하는 솔레노이드, 솔레노이드의 내면, 외면 및 상면을 감싸는 원통형으로서 솔레노이드의 통공된 중앙부에 위치하는 회전축(Shaft)을 포함하여 구성되며 회전축을 중심으로 자유 회전 운동하는 회전부, 솔레노이드의 내면, 외면 및 하면과 회전부의 외면 및 하면을 감싸는 원통형으로서 회전부와 맞물려 결합되도록 구성된 하우징, 및 하우징 내에 주입되어 솔레노이드, 회전부 및 하우징의 조립 틈에 구비되며 자기장 형성 시 자속선을 따라 자기 체인(Magnetic Chain)을 형성하는 자기유변유체를 포함하는 회전식 액추에이터에서, 솔레노이드에 전류가 인가되어 자기장을 발생시켜 자속선을 형성하는 단계(S100), 하우징과 회전부 사이의 틈에 자기 체인이 형성되는 단계(S200), 회전부가 회전축을 중심으로 회전하여 단계 S200에서 생성된 자기 체인에 끊어지려는 힘이 가해지는 단계(S300), 및 단계 S300의 자기 체인에 가해지는 힘에 반발하는 힘이 발생하는 단계(S400)를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 바람직하게는, 단계 S300 및 단계 S400이 반복 수행됨으로써, 회전식 액추에이터 구비 부분에 역감을 제공하는 단계(S500)를 더 포함하여 구현될 수 있다. 상기 각 단계에 대해서는 앞서 도 1 내지 도 7과 관련하여 설명한 바와 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터 및 이를 이용한 역감 제공 방법은, 자기유변유체 기반의 브레이크 모듈을 포함하는 초소형 회전식 액추에이터를 이용하는 것으로서, 단일모듈화, 소형화, 경량화가 가능하여 다양한 분야에서 적용이 가능하다. 그 예로, 군수분야, 민간분야에서 가상 시뮬레이션 시스템에 적용되어 항공기 훈련 장치 등에 활용할 수 있고, 그 밖에도 의료 분야, 극한 상황 작업 등의 특수 환경에서 사용되는 시뮬레이션 시스템, 각종 놀이 시설 등에도 활용이 가능하다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 솔레노이드 200: 회전부
210: 회전축 300: 하우징
400: 자기유변유체
S100: 전류를 인가하면 자기장을 발생시켜 자속선(Flux line)을 형성하는 솔레노이드, 솔레노이드의 내면, 외면 및 상면을 감싸는 원통형으로서 솔레노이드의 통공된 중앙부에 위치하는 회전축(Shaft)을 포함하여 구성되며 회전축을 중심으로 자유 회전 운동하는 회전부, 솔레노이드의 내면, 외면 및 하면과 회전부의 외면 및 하면을 감싸는 원통형으로서 회전부와 맞물려 결합되도록 구성된 하우징, 및 하우징 내에 주입되어 솔레노이드, 회전부 및 하우징의 조립 틈에 구비되며 자기장 형성 시 자속선을 따라 자기 체인(Magnetic Chain)을 형성하는 자기유변유체를 포함하는 회전식 액추에이터에서, 솔레노이드에 전류가 인가되어 자기장을 발생시켜 자속선을 형성하는 단계
S200: 하우징과 회전부 사이의 틈에 자기 체인이 형성되는 단계
S300: 회전부가 회전축을 중심으로 회전하여 단계 S200에서 생성된 자기 체인에 끊어지려는 힘이 가해지는 단계
S400: 단계 S300의 자기 체인에 가해지는 힘에 반발하는 힘이 발생하는 단계
S500: 단계 S300 및 단계 S400이 반복 수행됨으로써, 회전식 액추에이터 구비 부분에 역감을 제공하는 단계
210: 회전축 300: 하우징
400: 자기유변유체
S100: 전류를 인가하면 자기장을 발생시켜 자속선(Flux line)을 형성하는 솔레노이드, 솔레노이드의 내면, 외면 및 상면을 감싸는 원통형으로서 솔레노이드의 통공된 중앙부에 위치하는 회전축(Shaft)을 포함하여 구성되며 회전축을 중심으로 자유 회전 운동하는 회전부, 솔레노이드의 내면, 외면 및 하면과 회전부의 외면 및 하면을 감싸는 원통형으로서 회전부와 맞물려 결합되도록 구성된 하우징, 및 하우징 내에 주입되어 솔레노이드, 회전부 및 하우징의 조립 틈에 구비되며 자기장 형성 시 자속선을 따라 자기 체인(Magnetic Chain)을 형성하는 자기유변유체를 포함하는 회전식 액추에이터에서, 솔레노이드에 전류가 인가되어 자기장을 발생시켜 자속선을 형성하는 단계
S200: 하우징과 회전부 사이의 틈에 자기 체인이 형성되는 단계
S300: 회전부가 회전축을 중심으로 회전하여 단계 S200에서 생성된 자기 체인에 끊어지려는 힘이 가해지는 단계
S400: 단계 S300의 자기 체인에 가해지는 힘에 반발하는 힘이 발생하는 단계
S500: 단계 S300 및 단계 S400이 반복 수행됨으로써, 회전식 액추에이터 구비 부분에 역감을 제공하는 단계
Claims (7)
- 회전식 액추에이터로서,
전류를 인가하면 자기장을 발생시켜 자속선(Flux line)을 형성하는 솔레노이드;
상기 솔레노이드의 내면, 외면 및 상면을 감싸는 원통형으로서, 상기 솔레노이드의 통공된 중앙부에 위치하는 회전축(Shaft)을 포함하여 구성되며, 상기 회전축을 중심으로 자유 회전 운동하는 회전부;
상기 솔레노이드의 내면, 외면 및 하면과, 상기 회전부의 내면, 외면 및 하면을 감싸는 원통형으로서, 상기 회전부와 맞물려 결합되도록 구성된 하우징; 및
상기 하우징 내에 주입되어, 상기 솔레노이드, 회전부 및 하우징의 조립 틈에 구비되며, 상기 자기장 형성 시 상기 자속선을 따라 자기 체인(Magnetic Chain)을 형성하는 자기유변유체를 포함하며,
상기 회전부의 내부 형태는,
상기 솔레노이드의 상면에서 하면 방향으로 갈수록 상기 솔레노이드의 내면 및 외면을 감싸는 두께가 얇아지는 형태로 형성되고,
상기 회전축을 중심으로 미리 정해진 두께의 공간이 형성되어, 그에 대응되는 형태의 하우징과 맞물려 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 하우징의 내부 형태는,
상기 솔레노이드의 하면에서 상면 방향으로 갈수록 상기 솔레노이드의 내면 및 외면을 감싸는 두께가 얇아지는 형태로 형성되고,
상기 회전축을 미리 정해진 두께로 감싸는 형태로 형성되어, 상기 회전부의 상기 회전축을 중심으로 형성된 미리 정해진 두께의 공간에 맞물려 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터.
- 제1항에 있어서,
상기 회전부 상측에 구비되어 상기 하우징 상단과 결합하는 덮개부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터.
- 제1항에 있어서, 상기 회전식 액추에이터는,
신체 관절 부위에 구비되어 역감 피드백을 제공하는 햅틱 액추에이터로 사용되는 것을 특징으로 하는, 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터.
- 역감 제공 방법으로서,
(1) 전류를 인가하면 자기장을 발생시켜 자속선(Flux line)을 형성하는 솔레노이드, 상기 솔레노이드의 내면, 외면 및 상면을 감싸는 원통형으로서 상기 솔레노이드의 통공된 중앙부에 위치하는 회전축(Shaft)을 포함하여 구성되며 상기 회전축을 중심으로 자유 회전 운동하는 회전부, 상기 솔레노이드의 내면, 외면 및 하면과 상기 회전부의 외면 및 하면을 감싸는 원통형으로서 상기 회전부와 맞물려 결합되도록 구성된 하우징, 및 상기 하우징 내에 주입되어 상기 솔레노이드, 회전부 및 하우징의 조립 틈에 구비되며 상기 자기장 형성 시 상기 자속선을 따라 자기 체인(Magnetic Chain)을 형성하는 자기유변유체를 포함하는 회전식 액추에이터에서, 상기 솔레노이드에 전류가 인가되어 자기장을 발생시켜 자속선을 형성하는 단계;
(2) 상기 하우징과 상기 회전부 사이의 틈에 자기 체인이 형성되는 단계;
(3) 상기 회전부가 회전축을 중심으로 회전하여 상기 단계 (2)에서 생성된 자기 체인에 끊어지려는 힘이 가해지는 단계; 및
(4) 상기 단계 (3)의 자기 체인에 가해지는 힘에 반발하는 힘이 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 역감 제공 방법.
- 제6항에 있어서,
(5) 상기 단계 (3) 및 단계 (4)가 반복 수행됨으로써, 상기 회전식 액추에이터 구비 부분에 역감을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기유변유체를 이용한 회전식 액추에이터의 역감 제공 방법.
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