KR101380737B1

KR101380737B1 - Multiple degree of freedom actuator having displacement sensor

Info

Publication number: KR101380737B1
Application number: KR1020120096973A
Authority: KR
Inventors: 이주; 박현종; 이호준; 이원국; 원성홍; 강동우
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2014-04-02
Also published as: KR20140030600A

Abstract

본 발명에 의한 변위센서를 구비하는 다자유도 구동장치는, 길이방향 일측단이 상호 회전 가능한 구조로 결합되는 제1 샤프트 및 제2 샤프트 상기 제1 샤프트에 결합되는 제1 브라켓 상기 제1 브라켓과 겹쳐지도록 상기 제2 샤프트에 결합되는 제2 브라켓 상기 제2 브라켓에 형성되는 감지패턴 상기 제1 브라켓에 구비되되, 상기 감지패턴과 대응되는 지점에 장착되어 상기 제1 브라켓과 제2 브라켓 간의 상대각도 변화를 감지하는 변위센서를 포함한다. 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 변위센서의 구성이 간단하여 제작이 용이해지고 이에 따라 제조비용 절감이 가능해지며, 상기 변위센서가 기기의 내측에 장착됨으로써 파손의 우려가 감소되고, 별도의 구조물 없이 변위센서 장착이 가능하므로 제품의 소형화가 가능해진다는 장점이 있다.A multiple degree of freedom drive device having a displacement sensor according to the present invention includes a first bracket coupled to a first shaft and a second shaft coupled to the first shaft, and the first bracket coupled to the first shaft in a longitudinal direction. Second bracket coupled to the second shaft to overlap the sensing pattern formed on the second bracket is provided in the first bracket, mounted on a point corresponding to the sensing pattern relative angle between the first bracket and the second bracket It includes a displacement sensor for detecting the change. The multiple degree of freedom drive device according to the present invention, the configuration of the displacement sensor is simple, making it easy to manufacture, thereby reducing the manufacturing cost, the risk of damage is reduced by mounting the displacement sensor inside the device, Displacement sensor can be installed without structure, which makes it possible to miniaturize the product.

Description

Multiple degree of freedom actuator having displacement sensor

본 발명은 둘 이상의 방향으로 틸팅 가능하며 연결부위를 중심으로 일측이 자전 가능한 다자유도 구동장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 틸팅 및 자전 각도 측정을 위한 변위센서가 내장되는 다자유도 구동 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-degree of freedom drive device capable of tilting in two or more directions and capable of rotating one side around a connection portion, and more particularly, to a multi-degree of freedom drive device having a displacement sensor for measuring tilting and rotating angles. It is about.

근래 들어, 여러 분야에 걸쳐 로봇(robot)의 이용이 증가하고 있다. 예를 들면, 산업 현장에서 사용되는 산업로봇, 군대에서 사용되는 군용 로봇, 외부 탐사에 사용되는 탐사용 로봇, 그리고 실제 가정에서 사용되는 가정로봇 등에 이르기까지 로봇은 현재 다방면에 사용되고 있을 뿐만 아니라 그에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.Recently, the use of robots has been increasing in various fields. For example, robots are currently being used in various fields, ranging from industrial robots used in the industrial field, military robots used in the military, robotic robots used in external exploration, and home robots used in the home. Research is also under way.

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.Particularly, studies on the structure of a joint part of an industrial robot or a humanoid robot, or a driving structure of a camera system such as a vision camera are being actively conducted. To describe this, a joint part of a conventional robot includes a rotary motor for rotating a part of the robot relative to another part, a linear motor for linearly moving a part of the robot relative to the other part, And a driving motor for moving a part of the motor to another part in a tilting manner, and all of these motors are mounted in one driving device.

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 다자유도 구동장치의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, the overall structure of the apparatus is very complicated, and the overall size of the apparatus is increased in proportion to the number of components, and there is a limit to realizing accurate operation. Accordingly, there is a need for the development of a multiple degree of freedom drive device capable of reducing the overall size by simplifying the drive structure and realizing accurate operation in multiple directions.

한편, 종래의 다자유도 구동장치는, 틸팅각도 및 자전각도를 측정하기 위하여 구동하는 프레임의 각 축에 엔코더를 장착시키는 방법이 사용되어 왔는데, 이와 같이 엔코더를 장착시키는 경우 시스템의 구조가 복잡해지고, 엔코더 추가로 인한 중량 증가로 인해 시스템의 동작 성능이 저하된다는 문제점이 있다.Meanwhile, in the conventional multi-degree of freedom drive device, a method of mounting an encoder on each axis of a driving frame has been used to measure the tilting angle and the rotating angle. However, there is a problem that the operating performance of the system is reduced due to the weight increase due to the addition of the encoder.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 변위센서의 구성이 간단하여 제작이 용이해지고 제조비용이 절감될 수 있으며, 상기 변위센서가 기기의 내측에 장착됨으로써 파손의 우려가 감소되고, 별도의 구조물 없이 변위센서 장착이 가능하도록 구성되는 다자유도 구동장치를 제공하는데 목적이 있다.The present invention has been proposed in order to solve the above problems, the configuration of the displacement sensor can be simple to manufacture and the manufacturing cost can be reduced, the risk of damage is reduced by mounting the displacement sensor inside the device It is an object of the present invention to provide a multiple degree of freedom drive device configured to be equipped with a displacement sensor without a separate structure.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 변위센서를 구비하는 다자유도 구동장치는, 길이방향 일측단이 상호 회전 가능한 구조로 결합되는 제1 샤프트 및 제2 샤프트 상기 제1 샤프트에 결합되는 제1 브라켓 상기 제1 브라켓과 겹쳐지도록 상기 제2 샤프트에 결합되는 제2 브라켓 상기 제2 브라켓에 형성되는 감지패턴 상기 제1 브라켓에 구비되되, 상기 감지패턴과 대응되는 지점에 장착되어 상기 제1 브라켓과 제2 브라켓 간의 상대각도 변화를 감지하는 변위센서를 포함한다.Multi-degree of freedom drive device having a displacement sensor according to the present invention for achieving the above object is coupled to the first shaft and the first shaft and the second shaft, the longitudinal one side end is coupled to each other rotatable structure First bracket A second bracket coupled to the second shaft so as to overlap the first bracket is provided in the first pattern of the sensing pattern formed on the second bracket, mounted on a point corresponding to the sensing pattern, the first bracket It includes a displacement sensor for detecting a change in the relative angle between the bracket and the second bracket.

상기 감지패턴은 일측으로 길게 형성되어 폭방향으로 배열되는 복수개의 홈, 슬롯, 슬릿, 테이프 중 어느 하나로 설정되고, 상기 변위센서는 단위시간 당 기준점을 지나는 상기 감지패턴의 개수 및 각도를 감지하도록 구성된다.The sensing pattern is set to one of a plurality of grooves, slots, slits, and tapes that are formed long in one side and arranged in a width direction, and the displacement sensor is configured to detect the number and angle of the sensing patterns passing a reference point per unit time. do.

상기 제2 샤프트는 상기 제1 샤프트에 볼조인트 구조로 결합되고, 상기 제1 브라켓과 제2 브라켓은, 상호 마주보는 면이 상기 제1 샤프트와 제2 샤프트의 회전중심점을 구심점으로 갖는 구면으로 형성된다.The second shaft is coupled to the first shaft in a ball joint structure, the first bracket and the second bracket, the mutually opposite surface is formed as a spherical surface having the center of rotation of the first shaft and the second shaft as a center point do.

상기 제2 브라켓은 상기 제1 브라켓의 외주면을 감싸도록 형성된다.The second bracket is formed to surround an outer circumferential surface of the first bracket.

상기 감지패턴은, 상기 제2 샤프트의 길이방향을 따라 길게 형성되되 상기 제2 샤프트의 중심축을 기준으로 원형으로 배열되는 복수개의 회전감지패턴과, 상기 제2 샤트프의 길이방향과 직각을 이루는 방향으로 길게 형성되되 상기 제2 샤프트의 길이방향으로 배열되는 복수개의 틸팅감지패턴을 포함하고, 상기 변위센서는, 상기 회전감지패턴을 감지하는 회전변위센서와, 상기 틸팅감지패턴을 감지하는 틸팅변위센서를 포함한다.The sensing pattern may include a plurality of rotation sensing patterns formed in a lengthwise direction of the second shaft and arranged in a circle with respect to the central axis of the second shaft, and in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the second shaft. And a plurality of tilting sensing patterns formed to be long and arranged in the longitudinal direction of the second shaft, wherein the displacement sensor includes a rotational displacement sensor for sensing the rotation sensing pattern and a tilting displacement sensor for sensing the tilting sensing pattern. It includes.

상기 제1 브라켓의 내측면과 마주보도록 상기 제2 샤프트에 결합되는 회전자코어를 더 포함하고, 상기 회전자코어와 상기 제1 브라켓이 마주보는 면 중 어느 일측에는 마그네트가 장착되고, 상기 회전자코어와 상기 제1 브라켓이 마주보는 면 중 타측에는 코일이 장착되어, 상기 마그네트와 코일 간에 발생되는 전자기력에 의해 상기 제1 샤프트와 제2 샤프트 중 적어도 하나가 회동되도록 구성된다.Further comprising a rotor core coupled to the second shaft to face the inner surface of the first bracket, the magnet is mounted on any one side of the surface facing the rotor core and the first bracket, the rotor A coil is mounted on the other side of the surface where the core and the first bracket face each other, such that at least one of the first shaft and the second shaft is rotated by an electromagnetic force generated between the magnet and the coil.

상기 마그네트와 코일은, 상기 제1 샤프트와 제2 샤프트의 회전중심점을 중심으로 하는 원을 따라 복수 개 배열된다.The magnet and the coil are arranged in plural along a circle centered on the center of rotation of the first shaft and the second shaft.

상기 코일은, 상기 마그네트와 대응되는 지점이 상기 제2 샤프트의 길이방향과 평행하도록 사각형으로 감겨지는 회전코일과, 상기 회전코일 내측 공간에 마련되는 틸팅코일을 포함한다.The coil includes a rotary coil wound in a quadrangular shape such that a point corresponding to the magnet is parallel to the longitudinal direction of the second shaft, and a tilting coil provided in an inner space of the rotary coil.

상기 회전자코어는 상기 제2 샤프트와 동일 중심축을 갖는 링형상으로 형성되고, 상기 회전자코어의 내측공간에 위치되도록 상기 제1 샤프트에 고정 결합되는 센서브라켓과, 상기 센서브라켓에 장착되어 상기 회전자코어의 내측면으로 빛을 조사하여 상기 회전자코어의 회전을 감지하는 광센서를 더 포함한다.The rotor core is formed in a ring shape having the same central axis as the second shaft, the sensor bracket is fixed to the first shaft to be located in the inner space of the rotor core, mounted on the sensor bracket and the rotation It further comprises an optical sensor for detecting the rotation of the rotor core by irradiating light to the inner surface of the electronic core.

상기 제1 브라켓과 제2 브라켓이 항상 일정한 간격으로 이격된 상태를 유지할 수 있도록, 상기 제1 브라켓과 제2 브라켓 사이에는 볼 플런져가 구비된다.A ball plunger is provided between the first bracket and the second bracket so that the first bracket and the second bracket are always spaced at regular intervals.

본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 변위센서의 구성이 간단하여 제작이 용이해지고 이에 따라 제조비용 절감이 가능해지며, 상기 변위센서가 기기의 내측에 장착됨으로써 파손의 우려가 감소되고, 별도의 구조물 없이 변위센서 장착이 가능하므로 제품의 소형화가 가능해진다는 장점이 있다.The multiple degree of freedom drive device according to the present invention, the configuration of the displacement sensor is simple, making it easy to manufacture, thereby reducing the manufacturing cost, the risk of damage is reduced by mounting the displacement sensor inside the device, Displacement sensor can be installed without structure, which makes it possible to miniaturize the product.

도 1은 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 수직단면 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 수직단면도 및 수평단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치에 포함되는 제1 브라켓의 부분사시도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 의한 다자유도 구동장치에 포함되는 제1 브라켓과, 마그네트와, 제1 샤프트 및 제2 샤프트의 결합구조를 도시하는 사시도이다.
도 9는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치에 포함되는 제2 샤프트의 사시도이다.
도 10은 도 3에 도시된 상태에서 제2 샤프트가 일측으로 기울어진 형상을 도시하는 수직단면도이다.
도 11 및 도 12는 제2 샤프트가 기울어지는 방향에 따라 틸팅변위센서의 감지영역이 이동하는 경로를 도시한다.1 is a perspective view of a multi-degree of freedom driving apparatus according to the present invention.
Figure 2 is a vertical sectional perspective view of the multiple degree of freedom drive device according to the present invention.
3 and 4 are a vertical cross-sectional view and a horizontal cross-sectional view of the multi-degree of freedom drive device according to the present invention.
5 is a partial perspective view of the first bracket included in the multiple degree of freedom driving device according to the present invention.
6 to 8 are perspective views illustrating a coupling structure of a first bracket, a magnet, a first shaft, and a second shaft included in the multiple degree of freedom driving device according to the present invention.
9 is a perspective view of a second shaft included in the multiple degree of freedom driving device according to the present invention.
FIG. 10 is a vertical cross-sectional view illustrating a shape in which the second shaft is inclined to one side in the state shown in FIG. 3.
11 and 12 illustrate a path in which the sensing area of the tilting displacement sensor moves along the direction in which the second shaft is inclined.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 실시예를 상세히 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of a multi-degree of freedom driving apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 수직단면 사시도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 수직단면도 및 수평단면도이다.1 is a perspective view of a multi-degree of freedom drive device according to the present invention, Figure 2 is a vertical cross-sectional perspective view of the multi-degree of freedom drive device according to the present invention, Figures 3 and 4 of the multi-degree of freedom drive device according to the present invention. Vertical and horizontal cross-sectional views.

본 발명에 의한 변위센서(300)를 구비하는 다자유도 구동장치는, 길이방향 일측단이 상호 회전 가능한 구조로 결합되는 제1 샤프트(100) 및 제2 샤프트(200)와, 상기 제1 샤프트(100)에 결합되는 제1 브라켓(110)과, 상기 제1 브라켓(110)과 겹쳐지도록 제2 샤프트(200)에 결합되는 제2 브라켓(210)을 포함하여 구성된다. 제1 브라켓(110)은 제1 샤프트(100)에 고정 결합되고, 제2 브라켓(210)은 제2 샤프트(200)에 고정 결합되는바, 제1 샤프트(100)와 제2 샤프트(200)가 상호 연격각도가 변경되도록 절곡되면, 제1 브라켓(110)과 제2 브라켓(210)은 상호 겹쳐지는 부위가 모양 및 면적에 있어 변화가 발생된다. 즉, 본 실시예에서는 제1 샤프트(100)와 제2 샤프트(200)가 일직선을 이루도록 배열되어 있는 상태이므로 제1 브라켓(110)과 제2 브라켓(210)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 좌우가 동일한 구조로 겹쳐져 있지만, 도 3에 도시된 상태에서 제2 샤프트(200)가 어느 일측으로 기울어지면 상기 제2 샤프트(200)에 결합되어 있던 제2 브라켓(210)은 제2 샤프트(200)의 회전중심을 중심으로 자전하게 되므로, 도 3 상에서의 우측은 제1 브라켓(110)과 제2 브라켓(210)이 겹쳐지는 면적이 넓어지고, 도 3 상에서의 좌측은 제1 브라켓(110)과 제2 브라켓(210)이 겹쳐지는 면적이 좁아진다.The multiple degree of freedom drive device having a displacement sensor 300 according to the present invention includes a first shaft 100 and a second shaft 200 coupled to each other in a longitudinally rotatable structure, and the first shaft. The first bracket 110 is coupled to the (100), and the second bracket 210 is coupled to the second shaft 200 to overlap the first bracket (110). The first bracket 110 is fixedly coupled to the first shaft 100, the second bracket 210 is fixedly coupled to the second shaft 200, the first shaft 100 and the second shaft 200 When the bent to change the mutual angular angle, the first bracket 110 and the second bracket 210 is a change occurs in the shape and area of the overlapping portion. That is, in this embodiment, since the first shaft 100 and the second shaft 200 are arranged to form a straight line, the first bracket 110 and the second bracket 210 are shown in FIGS. 2 and 3. As shown in FIG. 3, when the second shaft 200 is inclined to one side, the second bracket 210 coupled to the second shaft 200 is inclined to the second shaft. Since the rotation centers around the center of rotation of 200, the area on the right side of FIG. 3 overlaps the first bracket 110 and the second bracket 210, and the left side on FIG. 3 has the first bracket ( The area where the 110 and the second bracket 210 overlap is narrowed.

이때 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 상기 제2 브라켓(210)에 감지패턴(220)이 형성되고 제1 브라켓(110)에 변위센서(300)가 구비되어, 제1 브라켓(110)과 제2 브라켓(210) 간의 상대각도 변화를 감지함으로써 제1 샤프트(100)와 제2 샤프트(200)의 연결각도 및 절곡방향을 산출할 수 있도록 구성된다는 점에 가장 큰 특징이 있다. 이와 같이 제1 샤프트(100)와 제2 샤프트(200) 간의 결합각도를 측정하기 위한 구성요소 즉, 감지패턴(220)과 변위센서(300)가 제1 샤프트(100) 및 제2 샤프트(200)에 직접 장착되지 아니하고 제1 브라켓(110) 및 제2 브라켓(210)에 장착되면, 감지패턴(220) 및 변위센서(300)의 파손을 방지할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 제1 브라켓(110) 및 제2 브라켓(210)은 제1 샤프트(100)와 제2 샤프트(200) 간의 구동력 발생을 위한 장치 설치 및 상기 언급한 장치들을 외부로부터 보호하기 필수적으로 요구되는 구성요소이므로, 본 발명과 같이 감지패턴(220) 및 변위센서(300)를 제1 브라켓(110) 및 제2 브라켓(210)에 장착시키는 경우 감지패턴(220) 및 변위센서(300) 장착을 위한 별도의 구성요소를 생략할 수 있다는 장점이 있다. 감지패턴(220) 및 변위센서(300) 장착을 위한 별도의 구성요소의 생략이 가능해지면, 제품의 구성이 간단해지고, 이에 따라 제품의 경량화 및 소형화가 가능해진다는 효과를 얻을 수 있다.In this case, in the multi-degree of freedom driving apparatus according to the present invention, the sensing pattern 220 is formed on the second bracket 210 and the displacement sensor 300 is provided on the first bracket 110, thereby providing the first bracket 110. The most characteristic feature is that the connection angle and bending direction of the first shaft 100 and the second shaft 200 can be calculated by detecting a change in the relative angle between the second bracket 210 and the second bracket 210. As such, a component for measuring an engagement angle between the first shaft 100 and the second shaft 200, that is, the sensing pattern 220 and the displacement sensor 300 may be provided in the first shaft 100 and the second shaft 200. If not mounted directly to the first bracket 110 and the second bracket 210, there is an advantage that the damage to the sensing pattern 220 and the displacement sensor 300 can be prevented. In addition, the first bracket 110 and the second bracket 210 are essential to install the device for generating the driving force between the first shaft 100 and the second shaft 200 and to protect the above-mentioned devices from the outside. Since it is a component, when the detection pattern 220 and the displacement sensor 300 is mounted on the first bracket 110 and the second bracket 210 as in the present invention, mounting of the detection pattern 220 and the displacement sensor 300 is performed. There is an advantage that a separate component can be omitted. When omission of separate components for mounting the sensing pattern 220 and the displacement sensor 300 becomes possible, the configuration of the product may be simplified, and thus the weight and size of the product may be reduced.

이때 상기 제1 브라켓(110)과 제2 브라켓(210)이 상대적으로 어느 정도 회전되었는지를 측정하기 위해서는 제1 브라켓(110)과 제2 브라켓(210)에 각각 송신센서와 수신센서를 장착시킬 수도 있지만, 이와 같은 송신센서와 수신센서는 가격이 높다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 송신센서와 수신센서를 장착시키기 위한 별도의 장착공간을 확보해야 하므로 제품의 소형화에 한계가 있다는 단점이 있다. 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 상기 감지패턴(220)을 일측으로 길게 형성되는 복수개의 홈, 슬롯, 슬릿, 테이프 중 어느 하나로 설정하되, 상기 감지패턴(220)을 감지패턴(220)의 폭방향으로 병렬 배열하고, 상기 변위센서(300)는 단위시간 당 기준점을 지나는 상기 감지패턴(220)의 개수 및 각도를 감지함으로써 제1 브라켓(110)에 대해 제2 브라켓(210)이 어느 방향으로 얼마나 빠르게 회전되는지를 산출하도록 구성된다. 이때, 상기 감지패턴(220)은 별도의 전기장치가 연결되어 있지 아니하므로 외부로부터 충격을 직접 받더라도 파손의 우려가 적지만, 변위센서(300)는 외부로부터 충격을 받았을 때 쉽게 손상될 수 있으므로, 감지패턴(220)이 형성된 제2 브라켓(210)은 변위센서(300)가 장착된 제1 브라켓(110)의 외주면을 감싸도록 배치됨이 바람직하다.In this case, in order to measure how much the first bracket 110 and the second bracket 210 are rotated relative to each other, the first sensor 110 and the second bracket 210 may be equipped with a transmitting sensor and a receiving sensor, respectively. However, such a transmitting sensor and a receiving sensor not only have a problem that the price is high, but also need to secure a separate mounting space for mounting the transmitting sensor and the receiving sensor has a disadvantage in that there is a limit in miniaturization of the product. In order to solve the above problems, the multi-degree of freedom driving apparatus according to the present invention sets the sensing pattern 220 to one of a plurality of grooves, slots, slits, and tapes formed to one side, and the sensing pattern ( 220 is arranged in parallel in the width direction of the sensing pattern 220, and the displacement sensor 300 detects the number and angle of the sensing pattern 220 passing the reference point per unit time to the first bracket 110 It is configured to calculate how fast the second bracket 210 rotates in which direction. At this time, since the sensing pattern 220 is not connected to a separate electric device, even if the shock is directly received from the outside, there is little risk of damage, but the displacement sensor 300 may be easily damaged when the shock is received from the outside. The second bracket 210 having the sensing pattern 220 is preferably disposed to surround the outer circumferential surface of the first bracket 110 on which the displacement sensor 300 is mounted.

본 발명에서는 상기 감지패턴(220)이 슬롯 형상으로 형성되는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 감지패턴(220)은 본 실시예에 도시된 슬롯 형상뿐만 아니라 홈이나 슬릿 형상으로 제작될 수도 있다. 또한, 상기 감지패턴(220)은 변위센서(300)에 의해 유무가 감지될 수 있는 테이프로 선택되어 제2 브라켓(210) 중 변위센서(300)와 대응되는 부위에 병렬로 배열되도록 부착될 수 있다. 이때, 슬롯이나 슬릿, 홈, 테이프 등의 유무 및 시간을 감지할 수 있는 센서는, 이미 본 발명이 해당하는 기술분야에서 다양한 구조로 널리 사용되고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.In the present invention, only the case in which the sensing pattern 220 is formed in the shape of a slot, the sensing pattern 220 may be manufactured in a groove or slit shape as well as the slot shape shown in this embodiment. In addition, the sensing pattern 220 is selected as a tape that can be detected whether the presence or absence by the displacement sensor 300 may be attached to be arranged in parallel to the portion corresponding to the displacement sensor 300 of the second bracket (210). have. At this time, the sensor that can detect the presence and time of the slot, slit, groove, tape, etc. is already widely used in various structures in the technical field corresponding to the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

한편, 제1 샤프트(100)와 제2 샤프트(200)가 별도의 회전축을 연결 매개체로 힌지결합되면, 상기 회전축을 중심으로 하는 일방향 회전만이 가능하므로 자유도가 매우 낮아진다는 단점이 발생된다. 따라서 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는 제1 샤프트(100)에 대해 제2 샤프트(200)가 다양한 방향으로 회동할 수 있도록, 상기 제2 샤프트(200)는 상기 제1 샤프트(100)에 볼조인트 구조로 결합됨이 바람직하다. 이와 같이 제2 샤프트(200) 일측(202)이 제1 샤프트(100)에 볼조인트 구조로 결합되면, 상기 제2 샤프트(200)는 전후 및 좌우방향뿐만 아니라 각 대각선 방향으로도 자유롭게 틸팅될 수 있으며, 제2 샤프트(200)의 길이방향 중심축을 회전축으로 하는 자전 동작까지 가능해지므로, 자유도가 매우 높아지게 된다.On the other hand, when the first shaft 100 and the second shaft 200 is hinged to a separate rotation axis as a connecting medium, there is a disadvantage that the degree of freedom is very low because only one direction rotation around the rotation axis is possible. Therefore, in the multi-degree of freedom driving apparatus according to the present invention, the second shaft 200 may be rotated in various directions with respect to the first shaft 100, so that the second shaft 200 is connected to the first shaft 100. It is preferable to combine the ball joint structure. As such, when one side 202 of the second shaft 200 is coupled to the first shaft 100 in a ball joint structure, the second shaft 200 may be tilted freely in each diagonal direction as well as in the front, rear, left, and right directions. In addition, since the rotational operation using the longitudinal center axis of the second shaft 200 as the rotation axis is possible, the degree of freedom becomes very high.

한편, 상기 제1 브라켓(110)과 제2 브라켓(210)은 제2 샤프트(200)가 상기 언급한 각종 동작을 하더라도 상호 간섭되지 아니하도록 크기가 상이하게 제작되어야 한다. 이때, 제1 브라켓(110)과 제2 브라켓(210)에는 각각 감지패턴(220)과 변위센서(300)가 장착되어 제1 브라켓(110)을 기준으로 제2 브라켓(210)이 어느 방향으로 어느 정도의 속도로 회전되고 있는지가 검출되도록 구성되는데, 상기 제1 브라켓(110)과 제2 브라켓(210)이 다면체나 원통형상으로 제작되면 제2 브라켓(210)의 회전방향 및 회전각도에 따라 감지패턴(220)과 변위센서(300) 간의 거리가 변경되어 제2 브라켓(210)의 회전을 정상적으로 감지할 수 없다는 문제점이 발생된다. 따라서 제2 브라켓(210)의 회전에 관계 없이 제1 브라켓(110)과 제2 브라켓(210) 간의 이격거리가 항상 일정하게 유지될 수 있도록, 상기 제1 브라켓(110)과 제2 브라켓(210)은 상호 마주보는 면이 제1 샤프트(100)와 제2 샤프트(200)의 회전중심점을 구심점으로 갖는 구면으로 형성됨이 바람직하다.On the other hand, the first bracket 110 and the second bracket 210 should be manufactured differently in size so that the second shaft 200 does not interfere with each other even if the above-described various operations. At this time, the first bracket 110 and the second bracket 210 are respectively mounted with a sensing pattern 220 and the displacement sensor 300 so that the second bracket 210 in any direction relative to the first bracket 110 It is configured to detect what speed is being rotated, if the first bracket 110 and the second bracket 210 is made of a polyhedron or cylindrical shape according to the rotation direction and angle of rotation of the second bracket (210) Since the distance between the sensing pattern 220 and the displacement sensor 300 is changed, there is a problem that the rotation of the second bracket 210 cannot be detected normally. Therefore, the first bracket 110 and the second bracket 210 so that the separation distance between the first bracket 110 and the second bracket 210 is always maintained regardless of the rotation of the second bracket 210. ) Are preferably formed as spherical surfaces having the center of rotation of the first shaft 100 and the second shaft 200 as the center point.

또한 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 제2 샤프트(200)가 일측으로 기울어지는 동작(틸팅 동작)과 제2 샤프트(200)가 자전하는 동작을 각각 감지할 수 있도록, 감지패턴(220) 및 변위센서(300)를 각각 별도로 구비함이 바람직하다. 즉, 상기 감지패턴(220)은, 제2 샤프트(200)의 길이방향을 따라 길게 형성되되 제2 샤프트(200)의 중심축을 기준으로 원형으로 배열되는 복수개의 회전감지패턴(221)(본 실시예에서는 상하 방향으로 세워진 슬롯)과, 상기 제2 샤트프의 길이방향과 직각을 이루는 방향으로 길게 형성되되 상기 제2 샤프트(200)의 길이방향으로 배열되는 복수개의 틸팅감지패턴(222)(본 실시예에서는 수평방향으로 뉘어진 슬롯)을 포함하도록 구성된다. 또한 상기 변위센서(300)는, 상기 회전감지패턴(221)을 감지하는 회전변위센서(310)와, 상기 틸팅감지패턴(222)을 감지하는 틸팅변위센서(320)를 포함하도록 구성된다.In addition, the multi-degree of freedom drive device according to the present invention, so that the second shaft 200 is tilted to one side (tilting operation) and the second shaft 200 to detect the rotation of the sensing pattern 220, respectively ) And the displacement sensor 300 are preferably provided separately. That is, the sensing pattern 220 is formed along the longitudinal direction of the second shaft 200, a plurality of rotation sensing patterns 221 arranged in a circle with respect to the central axis of the second shaft 200 (this embodiment) In the example, a plurality of tilting sensing patterns 222 (not shown) are formed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the second shaft 200 and arranged in the longitudinal direction of the second shaft 200. In an embodiment, the slots are arranged in a horizontal direction. In addition, the displacement sensor 300 is configured to include a rotation displacement sensor 310 for detecting the rotation detection pattern 221, and a tilting displacement sensor 320 for detecting the tilting detection pattern 222.

회전변위센서(310)는 제1 브라켓(110) 중 회전감지패턴(221)과 대응되는 부위에 형성되어(도 6 참조), 제2 브라켓(210)이 제2 샤프트(200)를 중심으로 자전할 때 단위시간동안 몇 개의 회전감지패턴(221)이 지나가는지를 측정하여 제2 브라켓(210) 및 이에 결합된 제2 샤프트(200)의 자전 속도를 산출하게 된다. 또한 틸팅변위센서(320)는 제1 브라켓(110) 중 틸팅감지패턴(222)과 대응되는 부위에 형성되어, 제2 브라켓(210)이 제1 샤프트(100)와 제2 샤프트(200)의 결합중심점을 중심으로 일측으로 기울어질 때 단위시간동안 몇 개의 틸팅감지패턴(222)이 지나가는지를 측정하여 제2 브라켓(210) 및 이에 결합된 제2 샤프트(200)의 틸팅방향 및 틸팅속도를 산출하게 된다.The rotation displacement sensor 310 is formed at a portion corresponding to the rotation sensing pattern 221 of the first bracket 110 (see FIG. 6), so that the second bracket 210 rotates around the second shaft 200. When the number of rotation detection pattern 221 passes during the unit time is measured to calculate the rotating speed of the second bracket 210 and the second shaft 200 coupled thereto. In addition, the tilting displacement sensor 320 is formed at a portion corresponding to the tilting sensing pattern 222 of the first bracket 110, so that the second bracket 210 is formed of the first shaft 100 and the second shaft 200. The tilting direction and the tilting speed of the second bracket 210 and the second shaft 200 coupled thereto are calculated by measuring how many tilting sensing patterns 222 pass during the unit time when the tilting direction is inclined toward one side about the coupling center point. Done.

이와 같이 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 제1 샤프트(100)에 대한 제2 샤프트(200)의 자전 및 틸팅이 어느 방향으로 얼마나 빠르게 발생되는지를 정확하게 측정할 수 있다는 장점이 있다.As described above, the multiple degree of freedom drive device according to the present invention has an advantage of accurately measuring how fast and in which direction the rotation and tilting of the second shaft 200 with respect to the first shaft 100 occurs.

한편, 본 실시예에서는 회전감지패턴(221)이 수직으로 세워지고 틸팅감지패턴(222)이 수평으로 뉘어지는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 회전감지패턴(221)과 틸팅감지패턴(222)의 방향은 수직과 수평에 한정되지 아니하고 다양한 방향으로 변경될 수 있다. 다만, 회전감지패턴(221)이 제2 샤프트(200)의 길이방향과 직각인 방향으로 길이를 갖도록 형성되면 제2 샤프트(200)가 자전되더라도 회전변위센서(310)가 회전감지패턴(221)의 지나감을 감지할 수 없으므로, 상기 회전감지패턴(221)은 길이방향이 제2 샤프트(200)의 길이방향과 일치하도록 구성됨이 바람직하다. 마찬가지로, 틸팅감지패턴(222)은 제2 샤프트(200)의 길이방향과 직각을 이루는 방향으로 길이를 갖도록 형성됨이 바람직하다.Meanwhile, in the present exemplary embodiment, only the case in which the rotation sensing pattern 221 is erected vertically and the tilting sensing pattern 222 is horizontally laid is illustrated, but the directions of the rotation sensing pattern 221 and the tilting sensing pattern 222 are shown. Is not limited to vertical and horizontal, but may be changed in various directions. However, if the rotation sensing pattern 221 is formed to have a length in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the second shaft 200, even if the second shaft 200 is rotated, the rotation displacement sensor 310 is the rotation sensing pattern 221. Since it is not possible to detect the passing of the rotation sensing pattern 221, it is preferable that the longitudinal direction is configured to coincide with the longitudinal direction of the second shaft 200. Similarly, the tilting sensing pattern 222 may be formed to have a length in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the second shaft 200.

도 5는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치에 포함되는 제1 브라켓(110)의 부분사시도이고, 도 6 내지 도 8은 본 발명에 의한 다자유도 구동장치에 포함되는 제1 브라켓(110)과, 마그네트(400)와, 제1 샤프트(100) 및 제2 샤프트(200)의 결합구조를 도시하는 사시도이며, 도 9는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치에 포함되는 제2 샤프트(200)의 사시도이다.5 is a partial perspective view of the first bracket 110 included in the multiple degree of freedom driving device according to the present invention, and FIGS. 6 to 8 illustrate the first bracket 110 included in the multiple degree of freedom driving device according to the present invention. And, a perspective view showing a coupling structure of the magnet 400, the first shaft 100 and the second shaft 200, Figure 9 is a second shaft 200 included in the multiple degree of freedom drive device according to the present invention ) Is a perspective view.

본 발명에 의한 다자유도 구동장치는 전류가 흐르는 코일(120)과 마그네트(400) 간에 발생되는 전자기력에 의해 구동력이 발생되도록 구성된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 브라켓(110)의 내측면과 마주보도록 제2 샤프트(200)에 결합되는 회전자코어(420)와, 상기 회전자코어(420) 중 제1 브라켓(110)의 내측면과 대응되는 면에 결합되는 마그네트(400)와, 제1 브라켓(110)의 내측면 중 상기 마그네트(400)와 대응되는 면에 감겨지는 코일(120)을 포함하여 구성된다. 상기 코일(120)에 전류가 인가되면 마그네트(400)와 코일(120) 간에 발생되는 전자기력에 의해 마그네트(400)와 코일(120) 간에는 힘이 발생되는데, 본 실시예에서는 제1 샤프트(100)와 이에 결합된 제1 브라켓(110)이 고정되는바 회전자코어(420)와 이에 결합된 제2 샤프트(200)가 움직이게 된다. 이와 같이 마그네트(400)와 코일(120) 간에 발생되는 전자기력에 의해 동력이 발생되는 원리는 전동기 원리와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 본 실시예에서는 회전자코어(420)에 마그네트(400)가 장착되고 제1 브라켓(110)에 코일(120)이 장착되는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 마그네트(400)와 코일(120)의 장착위치는 상호 바뀔 수 있다.The multiple degree of freedom driving device according to the present invention is configured such that a driving force is generated by an electromagnetic force generated between the coil 120 and the magnet 400 through which current flows. That is, as shown in FIG. 3, the rotor core 420 coupled to the second shaft 200 to face the inner surface of the first bracket 110, and the first bracket (of the rotor core 420). The magnet 400 is coupled to a surface corresponding to the inner surface of the 110, and the coil 120 is wound around the surface corresponding to the magnet 400 of the inner surface of the first bracket (110). When the current is applied to the coil 120, a force is generated between the magnet 400 and the coil 120 by the electromagnetic force generated between the magnet 400 and the coil 120, in this embodiment the first shaft 100 The first bracket 110 coupled thereto is fixed to the rotor core 420 and the second shaft 200 coupled thereto. As such, the principle of generating power by the electromagnetic force generated between the magnet 400 and the coil 120 is substantially the same as that of the electric motor, and thus a detailed description thereof will be omitted. In addition, in the present embodiment, only the case in which the magnet 400 is mounted on the rotor core 420 and the coil 120 is mounted on the first bracket 110, the magnet 400 and the coil 120 are shown. The mounting positions of can be interchanged.

이때, 제2 샤프트(200)가 도 3에 도시된 상태에서 어느 정도의 각도만큼 자전을 하더라도 마그네트(400)와 코일(120) 간에 동력이 일정하게 발생될 수 있도록, 상기 마그네트(400)와 코일(120)은 제1 샤프트(100)와 제2 샤프트(200)의 회전중심점을 중심으로 하는 원을 따라 복수 개 배열된다. 따라서 코일(120)이 장착되는 제1 브라켓(110)은 도 6에 도시된 바와 같이 제1 샤프트(100)와 제2 샤프트(200)가 결합되는 지점을 둘러싸도록 구성되고, 마그네트(400)가 장착되는 회전자코어(420)는 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이 링 형상으로 형성되어야 할 것이다. 이와 같이 회전자코어(420)가 링 형상으로 형성되는 경우, 상기 회전자코어(420)를 제2 샤프트(200)에 결합시키는 회전자브라켓(410)이 추가로 구비될 수 있다.In this case, even if the second shaft 200 rotates by a certain angle in the state shown in FIG. 3, the magnet 400 and the coil may be constantly generated so that power is constantly generated between the magnet 400 and the coil 120. The plurality of 120 may be arranged along a circle centered on the rotation center of the first shaft 100 and the second shaft 200. Therefore, the first bracket 110 to which the coil 120 is mounted is configured to surround the point where the first shaft 100 and the second shaft 200 are coupled as shown in FIG. 6, and the magnet 400 is The rotor core 420 to be mounted should be formed in a ring shape as shown in FIGS. 3 and 7. As described above, when the rotor core 420 is formed in a ring shape, a rotor bracket 410 for coupling the rotor core 420 to the second shaft 200 may be further provided.

한편, 제2 샤프트(200)가 움직이는 동작은, 도 3에 도시된 상태에서 수직 중심축을 중심으로 자전을 하는 동작과, 제1 샤프트(100)와 결합된 하측단(202)을 중심으로 일측으로 기울어지는 틸팅동작으로 구분될 수 있다. 따라서 상기 코일(120)은 제1 샤프트(100)를 자전시키는 힘을 발생시키는 회전코일(122)과, 제1 샤프트(100)를 틸팅시키는 힘을 발생시키는 틸팅코일(124)로 구분된다. 이때 회전코일(122)은 제2 샤프트(200)의 길이방향 중심축을 중심으로 자전하는 방향으로 동력을 발생시킬 수 있도록 도 5에 도시된 바와 같이 마그네트(400)와 대응되는 지점이 제2 샤프트(200)의 길이방향과 평행하도록 사각형으로 감겨지고, 틸팅코일(124)은 공간의 활용성을 높이기 위하여 상기 회전코일(122) 내측 공간에서 감겨지도록 구성된다. 이때, 상기 틸팅코일(124)은 상기 마그네트(400)에 상하 방향으로 동력을 인가하기 위하여 비스듬히 경사진 부위를 갖는 형상 즉, 8자 형상으로 감겨짐이 바람직하다. 이와 같이 코일(120)의 형상에 따라 발생되는 힘의 방향이 결정되는 원리는 이미 널리 알려진 기술사상이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.On the other hand, the movement of the second shaft 200 is rotated about the vertical center axis in the state shown in FIG. 3, and the one side around the lower end 202 coupled with the first shaft 100. It can be classified into a tilting tilting operation. Therefore, the coil 120 is divided into a rotary coil 122 for generating a force for rotating the first shaft 100 and a tilting coil 124 for generating a force for tilting the first shaft 100. At this time, the rotary coil 122 is a point corresponding to the magnet 400 as shown in Figure 5 so as to generate power in the direction of rotation around the central longitudinal axis of the second shaft 200 is the second shaft ( It is wound in a square to be parallel to the longitudinal direction of the 200, the tilting coil 124 is configured to be wound in the space inside the rotary coil 122 to increase the usability of the space. At this time, the tilting coil 124 is preferably wound in a shape having an obliquely inclined portion, that is, 8-shape in order to apply power to the magnet 400 in the vertical direction. As such, the principle of determining the direction of the force generated according to the shape of the coil 120 is already known in the art, and thus a detailed description thereof will be omitted.

또한 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 회전자코어(420)의 내측공간에 위치되도록 제1 샤프트(100)에 고정 결합되는 센서브라켓(510)과, 상기 센서브라켓(510)에 장착되어 회전자코어(420)의 내측면으로 빛을 조사함으로써 회전자코어(420)의 회전을 감지하는 광센서(500)를 더 포함할 수 있다. 상기 광센서(500)는 제1 샤프트(100)에 고정결합되어 있는 센서브라켓(510)에 장착되어, 제2 샤프트(200)에 고정결합된 회전자코어(420)의 움직임을 감지함으로써, 제1 샤프트(100)에 대한 제2 샤프트(200)의 움직임을 산출할 수 있게 된다.In addition, the multiple degree of freedom drive device according to the present invention, the sensor bracket 510 is fixedly coupled to the first shaft 100 so as to be located in the inner space of the rotor core 420, and is mounted to the sensor bracket 510 It may further include an optical sensor 500 for detecting the rotation of the rotor core 420 by irradiating light to the inner surface of the rotor core 420. The optical sensor 500 is mounted on the sensor bracket 510 fixedly coupled to the first shaft 100 to detect the movement of the rotor core 420 fixedly coupled to the second shaft 200. It is possible to calculate the movement of the second shaft 200 relative to the first shaft 100.

한편, 제1 브라켓(110)에 구비된 변위센서(300)와 제2 브라켓(210)에 형성된 감지패턴(220)을 이용하여 제1 브라켓(110)과 제2 브라켓(210) 간의 상대운동을 감지하고자 하는 경우, 상기 제1 브라켓(110)과 제2 브라켓(210)이 항상 일정한 간격으로 이격된 상태를 유지할 수 있도록 상기 제1 브라켓(110)과 제2 브라켓(210) 사이에는 볼 플런져(미도시)가 구비될 수 있다. 이와 같이 상호 독립적으로 구동되는 두 개의 구성요소 간격을 일정하기 유지시키기 위한 볼 플런져는 다양한 구조로 제작되어 상용화되어 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.On the other hand, the relative movement between the first bracket 110 and the second bracket 210 by using the displacement sensor 300 provided in the first bracket 110 and the sensing pattern 220 formed in the second bracket 210. If you want to detect, the ball plunger between the first bracket 110 and the second bracket 210 so that the first bracket 110 and the second bracket 210 are always spaced at regular intervals. (Not shown) may be provided. As described above, the ball plunger for maintaining a constant distance between two components driven independently of each other is manufactured and commercialized in various structures, and a detailed description thereof will be omitted.

도 10은 도 3에 도시된 상태에서 제2 샤프트(200)가 일측으로 기울어진 형상을 도시하는 수직단면도이고, 도 11 및 도 12는 제2 샤프트(200)가 기울어지는 방향에 따라 틸팅변위센서(320)의 감지영역(P)이 이동하는 경로를 도시한다.10 is a vertical cross-sectional view illustrating a shape in which the second shaft 200 is inclined to one side in the state shown in FIG. 3, and FIGS. 11 and 12 show tilting displacement sensors according to a direction in which the second shaft 200 is inclined. A path along which the sensing region P of 320 is moved is shown.

도 3에 도시된 상태에서 틸팅코일(124)에 전류가 인가되어 마그네트(400)에 상하방향으로의 회전력이 인가되면, 도 10에 도시된 바와 같이 마그네트(400)와 일체로 결합된 회전자코어(420), 회전브라켓, 제2 브라켓(210)은 일측이 아래로 내려가고 타측이 위로 올라가도록 회전되고, 상기 제2 샤프트(200)는 일측(도 10에서는 우측)으로 기울어지는 결과가 나타나게 된다. 이때, 틸팅코일(124)과 마그네트(400)는 제1 샤프트(100) 및 제2 샤프트(200)의 길이방향 중심축을 중심으로 하는 원형을 따라 다수 개 배열되어 있는바, 어느 측 방향의 틸팅코일(124)에 전류를 인가하는지에 따라 제1 샤프트(100)는 다양한 방향으로 틸팅이 가능해진다.When a current is applied to the tilting coil 124 in the state shown in FIG. 3 and a rotational force is applied to the magnet 400 in the vertical direction, as shown in FIG. 10, the rotor core is integrally coupled with the magnet 400. 420, the rotating bracket, the second bracket 210 is rotated so that one side is lowered down and the other side is upwardly raised, and the second shaft 200 is inclined toward one side (the right side in FIG. 10). . At this time, the tilting coil 124 and the magnet 400 are arranged in a plurality along the circle centered on the longitudinal center axis of the first shaft 100 and the second shaft 200, the tilting coil of any side direction Depending on whether a current is applied to 124, the first shaft 100 can be tilted in various directions.

이때, 제1 브라켓(110) 및 이에 결합된 제1 샤프트(100)는 고정된 상태를 유지하고, 제2 브라켓(210) 및 이에 결합된 제2 샤프트(200)는 일측으로 틸팅되므로, 제1 브라켓(110)에 장착된 틸팅변위센서(320)의 감지영역(P)에는 제2 브라켓(210)에 형성된 다수 개의 틸팅감지패턴(222)이 다수 개 지나게 된다. 상기 틸팅변위센서(320)는 제1 브라켓(110)의 외측면을 수평방향으로 둘러싸도록 다수 개 장착되어 있는바, 어느 지점에 위치하는 틸팅변위센서(320)에 틸팅감지패턴(222)이 어느 방향으로 지나는지를 감지함으로써 제2 샤프트(200)가 어느 방향으로 틸팅되는 지를 산출할 수 있게 된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 상태에서 제1 브라켓(110)이 시계방향으로 회전하게 되면, 우측에 위치하는 틸팅변위센서(320)의 감지영역(P)에는 다수 개의 틸팅감지패턴(222)이 하향으로 지나게 되고, 좌측에 위치하는 틸팅변위센서(320)의 감지영역(P)에는 다수 개의 틸팅감지패턴(222)이 상향으로 지나게 된다(도 11 참조). 또한, 전방과 후방에 위치한 틸팅변위센서(320)의 감지영역(P)에는 다수 개의 틸팅감지패턴(222)이 비스듬한 대각선 방향으로 지나게 된다(도 12 참조). 이와 같이 각각의 틸팅변위센서(320)에 틸팅감지패턴(222)이 어느 방향으로 지나는지를 감지하게 되면 제2 샤프트(200)가 어느 방향으로 틸팅되는지를 산출할 수 있게 된다. 또한 상기 틸팅변위센서(320)는 단위 시간 내에 틸팅감지패턴(222)이 몇 개 지났는지를 카운팅하여 제2 샤프트(200)의 틸팅속도까지 산출할 수 있게 된다. In this case, the first bracket 110 and the first shaft 100 coupled thereto are maintained in a fixed state, and the second bracket 210 and the second shaft 200 coupled thereto are tilted to one side. In the sensing region P of the tilting displacement sensor 320 mounted on the bracket 110, a plurality of tilting detection patterns 222 formed in the second bracket 210 pass. The tilting displacement sensor 320 is mounted in plural so as to surround the outer surface of the first bracket 110 in a horizontal direction, and the tilting detection pattern 222 is attached to the tilting displacement sensor 320 located at a certain point. By sensing the direction passing, it is possible to calculate in which direction the second shaft 200 is tilted. For example, when the first bracket 110 is rotated clockwise in the state shown in FIG. 3, a plurality of tilting detection patterns 222 are provided in the sensing area P of the tilting displacement sensor 320 located on the right side. The tilting direction passes downward, and a plurality of tilting detection patterns 222 pass upward in the sensing area P of the tilting displacement sensor 320 positioned on the left side (see FIG. 11). In addition, a plurality of tilting detection patterns 222 pass in an oblique diagonal direction in the sensing area P of the tilting displacement sensor 320 located at the front and the rear (see FIG. 12). As described above, when the tilting sensing pattern 222 passes through the tilting displacement sensor 320 in which direction, the second shaft 200 may be tilted in which direction. In addition, the tilting displacement sensor 320 may calculate the tilting speed of the second shaft 200 by counting how many tilting detection patterns 222 have passed within a unit time.

마찬가지로, 도 3에 도시된 상태에서 회전코일(122)에 전류가 인가되어 마그네트(400)에 제2 샤프트(200)의 길이방향 중심축을 중심으로 하는 회전력이 인가되면, 상기 마그네트(400) 및 이에 결합된 회전자코어(420)는 제2 샤프트(200)의 길이방향 중심축을 중심으로 회전하게 되고, 제2 샤프트(200)는 자전을 하게 된다. 이때, 제1 브라켓(110)은 고정된 상태를 유지하고 제2 브라켓(210)은 제2 샤프트(200)를 중심으로 자전을 하므로, 하나의 회전변위센서(310)의 감지영역(P) 상으로 다수 개의 회전감지패턴(221)이 지나게 된다. 상기 회전변위센서(310)는 단위 시간 내에 회전감지패턴(221)이 몇 개 지났는지를 감지하여 제2 브라켓(210) 및 제2 샤프트(200)가 어느 정도의 속도로 자전을 하는지를 산출할 수 있게 된다. 물론, 제2 샤프트(200)가 일측으로 틸팅된 상태에서 자전을 하는 경우, 회전변위센서(310)의 감지영역(P)에는 도 12를 참조하여 설명한 경우와 마찬가지로 회전감지패턴(221)이 비스듬히 경사진 방향으로 지나게 되는바, 상기 회전변위센서(310)는 이와 같은 특성을 고려하여 제2 브라켓(210) 및 제2 샤프트(200)의 자전속도를 산출할 수 있도록 구성되어야 할 것이다.Similarly, when a current is applied to the rotary coil 122 in the state shown in FIG. 3 and a rotational force about the longitudinal center axis of the second shaft 200 is applied to the magnet 400, the magnet 400 and the The combined rotor core 420 rotates about the longitudinal center axis of the second shaft 200, and the second shaft 200 rotates. At this time, since the first bracket 110 is maintained in a fixed state and the second bracket 210 rotates around the second shaft 200, the first bracket 110 is rotated around the sensing area P of one rotation displacement sensor 310. As a result, a plurality of rotation detection patterns 221 pass. The rotation displacement sensor 310 detects how many rotation detection patterns 221 have passed within a unit time and calculates the speed at which the second bracket 210 and the second shaft 200 rotate at a certain speed. Will be. Of course, in the case where the second shaft 200 is rotated in one side tilted state, the rotation detection pattern 221 is obliquely in the sensing area P of the rotation displacement sensor 310 as described with reference to FIG. 12. Passed in the inclined direction, the rotation displacement sensor 310 should be configured to calculate the rotating speed of the second bracket 210 and the second shaft 200 in consideration of such characteristics.

이와 같이 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 바깥쪽에 위치하는 브라켓 즉, 제2 브라켓(210)에 회전감지패턴(221) 및 틸팅감지패턴(222)이 형성되고, 안쪽에 위치하는 브라켓 즉, 제1 브라켓(110)에 회전변위센서(310) 및 틸팅변위센서(320)가 장착되는 구조만으로, 제2 샤프트(200)의 자전 및 틸팅을 정확하게 감지할 수 있으므로, 별도의 엔코더 등과 같은 감지장치를 생략할 수 있다는 장점이 있다. 이와 같이 별도의 감지장치를 생략할 수 있으면 다자유도 구동장치의 구성을 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라 제품의 경량화 및 소형화가 가능해지므로, 유지 및 보수가 용이해진다는 장점이 있다.As described above, the multi-degree of freedom driving device according to the present invention includes a bracket that is located at the outside, that is, a rotation sensing pattern 221 and a tilting sensing pattern 222 are formed at the second bracket 210, and the bracket is located at the inside. Since only the structure in which the rotation displacement sensor 310 and the tilting displacement sensor 320 are mounted on the first bracket 110 can detect the rotation and tilting of the second shaft 200 accurately, a separate encoder or the like can be detected. The advantage is that the device can be omitted. As such, if a separate sensing device can be omitted, not only the configuration of the multi-degree of freedom driving device can be simplified, but also the weight and size of the product can be reduced, and thus maintenance and repair are easy.

또한, 제2 샤프트(200)의 자전 및 틸팅을 감지하기 위한 각종 센서들이 외부로 직접 노출되지 아니하는바, 외부로부터 인가되는 충격에 의해 각종 센서들이 파손되는 현상을 방지할 수 있는 효과도 있다.In addition, the various sensors for sensing the rotation and tilting of the second shaft 200 are not directly exposed to the outside, there is an effect that can prevent the various sensors are damaged by the impact applied from the outside.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

100 : 제1 샤프트 110 : 제1 브라켓
120 : 코일 122 : 회전코일
124 : 틸팅코일 200 : 제2 샤프트
210 : 제2 브라켓 220 : 감지패턴
221 : 틸팅감지패턴 222 : 틸팅감지패턴
300 : 변위센서 310 : 회전변위센서
320 : 틸팅변위센서 400 : 마그네트
410 : 회전자브라켓 420 : 회전자코어
500 : 광센서 510 : 센서브라켓100: first shaft 110: first bracket
120: coil 122: rotary coil
124: tilting coil 200: second shaft
210: second bracket 220: detection pattern
221: tilting detection pattern 222: tilting detection pattern
300: displacement sensor 310: rotation displacement sensor
320: tilting displacement sensor 400: magnet
410: rotor bracket 420: rotor core
500: light sensor 510: sensor bracket

Claims

A first shaft and a second shaft having longitudinal one ends coupled to each other in a rotatable structure;
A first bracket coupled to the first shaft;
A second bracket coupled to the second shaft so as to overlap the first bracket;
A sensing pattern formed on the second bracket;
A displacement sensor provided in the first bracket and mounted at a point corresponding to the sensing pattern to detect a change in relative angle between the first bracket and the second bracket;
Including;
The sensing pattern may include a plurality of rotation sensing patterns formed in a lengthwise direction of the second shaft and arranged in a circle with respect to the central axis of the second shaft, and in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the second shaft. The multi-degree of freedom spherical motor is formed long to include a plurality of tilting detection patterns arranged in the longitudinal direction of the second shaft.

The method of claim 1,
The sensing pattern is set to one of a plurality of grooves, slots, slits, and tapes that are formed long in one side and arranged in a width direction, and the displacement sensor is configured to detect the number and angle of the sensing patterns passing a reference point per unit time. Multi-degree of freedom spherical motor.

3. The method of claim 2,
The second shaft is coupled to the first shaft in a ball joint structure,
The first bracket and the second bracket, the mutually free surface is a spherical motor having a spherical surface having a center of rotation of the center of rotation of the first shaft and the second shaft.

The method of claim 3,
The second bracket is a multiple degree of freedom spherical motor formed to surround the outer peripheral surface of the first bracket.

The method of claim 3,
The displacement sensor may include a rotational displacement sensor for detecting the rotational sensing pattern and a tilting displacement sensor for sensing the tilting sensing pattern.

6. The method according to any one of claims 3 to 5,
Further comprising a rotor core coupled to the second shaft to face the inner surface of the first bracket,
A magnet is mounted on one side of the surface where the rotor core and the first bracket face each other, and a coil is mounted on the other side of the surface where the rotor core and the first bracket face each other, and is generated between the magnet and the coil. The multiple degree of freedom spherical motor configured to rotate at least one of the first shaft and the second shaft by an electromagnetic force.

The method according to claim 6,
The magnet and the coil, a multiple degree of freedom spherical motor is arranged along a circle around the center of rotation of the first shaft and the second shaft.

The method according to claim 6,
The coil has a multiple degree of freedom spherical motor including a rotary coil wound in a square so that a point corresponding to the magnet is parallel to the longitudinal direction of the second shaft, and a tilting coil provided in the inner space of the rotary coil.

The method according to claim 6,
The rotor core is formed in a ring shape having the same central axis as the second shaft,
A sensor bracket fixedly coupled to the first shaft so as to be located in the inner space of the rotor core, and light mounted on the sensor bracket to radiate light to an inner surface of the rotor core to detect rotation of the rotor core; A multiple degree of freedom spherical motor further comprising a sensor.

The method according to any one of claims 1 to 5,
And a ball plunger is provided between the first bracket and the second bracket so that the first bracket and the second bracket are always spaced at regular intervals.