KR101513097B1 - 회전운동장치 - Google Patents

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강춘길
오일권
강대현
정진영
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 주몸체, 상기 주몸체를 기준으로 회전가능하게 장착되는 회전체, 상기 주몸체와 상기 회전체를 연결하는 구동장치를 포함하고, 상기 구동장치는, 공간을 구비하고 변형가능하도록 형성되는 링크유닛, 상기 공간 사이에 배치되고, 상기 링크유닛의 형상이 변형되도록 길이의 변형이 가능한 압전작동기, 일단은 상기 링크유닛에 장착되고 타단은 상기 회전체에 연결되어, 상기 링크유닛의 변형에 의하여 상기 회전체를 회전시키는 연결바를 포함하는 회전운동장치를 제공한다.

Description

회전운동장치{ROTATING APPARATUS}
본 발명은 축방향의 힘을 이용하여 회전력을 발생시키는 메커니즘을포함하는 회전운동장치에 관한 발명이다.
일반적으로 회전 발생 장치 또는 굽힘 운동을 생성해내는 장치는 스트로크 발생장치-크랭크축, 랙-피니언 기어를 이용하여 직선 운동을 회전으로 변환하거나, 지렛대 원리를 적용하여 특정한 피벗점을 중심으로 회전운동을 만들어내는 방식을 이용한다.
이들 장치들은 각기 다른 종류의 회전 변환 방식을 취하고 있으나, 궁극적으로는 직선 운동을 하는 장치를 이용하여 스트로크를 발생하며, 이를 다시 회전운동을 하는 기계요소를 통하여 회전운동으로 변환하여 사용한다.
다만, 상기 방식들은 고출력을 갖는 장치, 대형 장치에는 적합하지만, 소형화된 장치 또는 한정된 공간을 갖는 장치에서는 활용하기 어렵다. 또한, 구조적 특성상 제한된 범위의 미소 회전각을 제공하기 어렵다.
예를 들어, 크랭크축을 적용하는 장치는 일반적으로 고속, 고하중, 360도 회전에 유리하며 소형 장치 및 한정된 공간에는 불리하다. 랙-피니언 구조는 한정된 범위 내에서 직선-회전 운동 변환에 유리하지만 정밀제어를 해야 하는 경우 매우 정밀한 가공이 필요하며, 기어가 적용된 장치에서 주로 발생하는 백래시와 같은 현상으로 인하여 정밀한 장치에는 적용이 적합하지 않다. 지렛대를 적용하는 다절 링크의 경우에는 지렛대 피벗점에서 발생하는 회전을 만들어내기 위해 지나치게 큰 스트로크를 요하므로, 한정된 공간에 적용하는 것으로는 바람직하지 않다.
또한, 이들 장치는 스트로크-회전 변환의 경로를 만들어내기 위해서 선형모터, 유압장치를 사용하도록 되어 있어, 작동 속도가 느리기 때문에 신속한 작동이 필요한 분야에 적용하기에는 적합하지 않다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 보다 작은 축방향 변형에도 충분한 각도를 생성해낼 수 있는 회전운동장치를 제공하는 것에 있다,
이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위한 일 실시예에 따른 회전운동장치는 주몸체, 상기 주몸체를 기준으로 회전가능하게 장착되는 회전체, 상기 주몸체와 상기 회전체를 연결하는 구동장치를 포함하고, 상기 구동장치는 기 설정된 크기의 공간을 구비하고 변형가능하도록 형성되는 링크유닛, 상기 공간 사이에 배치되고, 상기 링크유닛의 형상이 변형되도록 길이의 변형이 가능한 압전작동기, 일단은 상기 링크유닛에 장착되고 타단은 상기 회전체에 연결되어, 상기 링크유닛의 변형에 의하여 상기 회전체를 회전시키는 연결바를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 압전작동기는 전류가 공급되면 물리적인 크기가 변형되는 압전재료로 이루어지며, 상기 압전작동기는 상기 길이방향으로 확장 또는 축소가능하도록 형성된다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 링크유닛은 일체형으로 구성되는 복수의 링크구 및 상기 링크구와 일체로 형성되어 복수의 링크구를 연결하는 연결영역을 포함하고, 상기 복수의 링크구는 폐루프를 이루도록 형성된다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 링크구는 상기 압전작동기가 일방향으로 확장되면, 각 링크구가 상기 일방향을 기준으로 기 설정된 각도로 회전된다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 링크유닛은 두 개의 링크구와 연결되어 상기 일 방향을 기준으로 회전하고, 상기 연결바와 고정되는 회전변환구를 더 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 압전작동기의 양단 및 상기 링크구 중 적어도 두 개와 연결되어 상기 압전작동기의 변형에 근거한 힘을 상기 링크구에 전달하도록 형성되는 커넥터를 더 포함한다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면 전기적인 자극에 의하여 선형적으로 변형되는 압전작동기를 이용하여 회전력을 형성할 수 있으므로, 별도의 전환장치 없이 보다 크기가 작은 회전체를 구현할 수 있다.
도 1은 구동장치를 포함하는 회전운동장치의 단면 사시도.
도 2a 및 도 2b는 회전운동장치의 구동상태를 설명하기 위한 단면도.
도 3은 연결바를 제외한 구동장치의 구성을 설명하기 위한 사시도.
도 4a 및 도 4b는 구동장치의 구동방법을 설명하기 위한 개념도.
이하, 본 발명과 관련된 회전운동장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 구동장치를 포함하는 회전운동장치의 단면 사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 회전운동장치의 구동상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 회전운동장치(1000)는 주몸체(100), 회전체(200) 및 구동장치(300)를 포함한다. 상기 주몸체(100)와 상기 회전체(200)는 제1 방향(D1)을 따라 연장된 형태로 형성될 수 있다. 상기 주몸체(100)의 일단부에 상기 회전체(200)가 연결된다. 상기 회전체(200)는 상기 주몸체(100)에 연결된 상태로, 상기 제1 방향(D1)으로 연장되는 가상의 축을 기준으로 기 설정된 각도만큼 회전할 수 있다.
상기 몸체(100)와 상기 회전체(200)는 분리가능하게 형성될 수 있으며, 상기 구동장치(300)의 일 구성에 의하여 연결된다. 상기 몸체(100)는 제1 내부공간(101)을 구비하고, 상기 회전체(200)는 제2 내부공간(201)을 구비한다. 상기 제1 및 제2 내부공간(101, 201)에 상기 구동장치(300)의 일부가 수납된다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 구동장치(300)의 일 구성의 형상이 변형되고, 상기 형상의 변경에 의하여 상기 회전체(200)가 회전하게 된다. 구체적으로 상기 구동장치(300)는 링크유닛, 연결바(320), 압전작동기(340) 및 커넥터(350)를 포함한다. 상기 압전작동기(340)에 의하여 상기 링크유닛의 형상이 변경된다. 이에 따라 상기 링크구(330)에 연결되어 있는 연결바(320)가 회전하고, 상기 연결바(320)에 의하여 상기 회전체(200)가 회전하게 된다.
이하, 상기 구동장치(300)의 구체적인 구성 및 구동방법을 설명한다.
도 3은 연결바를 제외한 구동장치의 구성을 설명하기 위한 사시도이고, 도 4a 및 도 4b는 구동장치의 구동방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 상기 구동장치(300)는 링크구(330) 및 회전변환구(330')로 이루어지는 링크유닛, 연결영역(331), 압전작동기(340) 및 커넥터(350)를 포함한다.
상기 링크유닛은 상기 연결영역(331)로 연결된 복수의 링크구(330)로 이루어지며, 상기 복수의 링크구(330)는 기 설정된 형상의 공간을 형성한다. 예를 들어, 상기 링크유닛은 폐루프 형상을 이루도록 결합되는 8개의 링크구(330)를 포함하고, 각 링크구(330) 들은 연결영역(331)에 의하여 기구적으로 결합된다. 상기 연결영역(331)는 상기 각 링크구(330)들과 일체로 형성된다.
상기 연결영역(331)에 의한 각 링크구(330)의 연결에 의하여 각 링크구(330)들은 서로 상대운동을 할 수 있다. 이에 따라 외부에서 힘이 제공되면, 상기 폐루프형상의 링크유닛의 형상이 변형될 수 있다. 도 4b를 참조하면, 상기 연결영역(331)에 의하여 복수의 링크구(330)들이 연결된 상태에서, 힘이 작용하면 각 링크구(330)들이 서로 비뚤어지도록 이동할 수 있다.
상기 압전작동기(340)는 상기 공간에 배치된다. 예를 들어, 상기 압전작동기(340)는 일 방향으로 연장된 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 압전작동기(340)는 압전재료로 구성되고, 선형의 축방향 변형이 가능하다. 즉, 상기 압전작동기(340)는 제공되는 전기적인 에너지(전류)에 의하여 물리적 형태가 변형하도록 형성된다. 상기 압전작동기(340)는 압전재료 또는 적측형 압전재료로 이루어질 수 있다.
본 실시예에 다르면, 상기 압전작동기(340)는 상기 일 방향을 따라 길이가 가변하도록 이루어질 수 있다.
상기 압전작동기(340)의 양단에는 커넥터(350)가 배치된다. 상기 커넥터는 상기 압전작동기(340)와 상기 링크유닛의 내부면을 연결한다. 구체적으로 상기 커넥터(350)는 서로 마주보는 링크구(330)의 내부면에 고정된다. 따라서, 상기 압전작동기(340)가 변형되면, 상기 변형되는 힘을 상기 커넥터(340)가 상기 링크구(330)에 전달한다. 상기 힘에 의하여 상기 연결영역(331)에 의하여 연결된 링크구(330) 각각이 이동하면서 상기 링크유닛의 형상이 변형된다.
상기 커넥터는 조립, 끼워맞춤, 핀 고정 및 용접과 같은 기계적인 방법에 의하여 압전 작동기와 연결된다.
한편, 상기 링크유닛은 상기 공간의 중앙부에 위치하도록, 다른 링크구(330)와 연결되는 회전변환구(330')를 더 포함한다. 예를 들어, 상기 회전변환구(330')는 폐루프를 이루는 링크구(330) 중 서로 마주보는 두 개의 링크구(330)에 연결될 수 있으며, 상기 회전변환구(330') 및 상기 두 개의 링크구(330)는 각각 연결영역(331)로 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 링크구(330)의 움직임에 의하여 상기 회전변환구(330')가 회전할 수 있다. 즉, 압전작동기(340)의 선형적인 변형에 의하여, 상기 링크구(330)들에 힘이 작용되고, 상기 링크구(330)들은 상대적인 회전운동을 하게 된다. 상기 링크구(330)들이 서로 상대적인 운동을 하기 위하여 상기 링크유닛은 탄성변형이 가능한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 링크구(330)들의 회전에 근거하여 두개의 링크구(330)와 연결되는 회전변환구(330')이 회전하게 된다. 상기 링크구(330)들과 상기 회전변환구(330')들이 회전하는 회전축은 모두 실질적으로 평행하도록 구현된다.
상기 회전변환구(330')의 회전에 의하여 상기 회전바(320)는, 상기 회전변환구(330')를 지나는 상기 회전축을 기준으로 회전하게 된다. 상기 회전바는 상기 몸체(100)의 내부에서 형성되는 것으로 정의된다.
이에 따라 상기 회전바(320)와 연결된 상기 회전체(200) 또한 상기 회전축을 기준으로 회전된다. 이에 따라, 외부에서 상기 회전체(200)는 상기 몸체(100) 내부에 형성되는 회전축을 기준으로 회전되도록 구현될 수 있다.
도면에 도시되지 아니하였으나. 상기 압전작동기(340)가 축소되면, 상기 각 링크구(330)들은 반대방향으로 회전하고, 이에 따라 상기 회전바(320)에 연결된 상기 회전체(200) 또한 반대방향으로 회전하게 된다.
상기와 같이 설명된 회전운동장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (5)

  1. 주몸체;
    상기 주몸체를 기준으로 회전가능하게 장착되는 회전체;
    상기 주몸체와 상기 회전체를 연결하는 구동장치를 포함하고, 상기 구동장치는,
    공간을 구비하고 변형가능하도록 형성되는 링크유닛;
    상기 공간 사이에 배치되고, 상기 링크유닛의 형상이 변형되도록 길이의 변형이 가능한 압전작동기;
    일단은 상기 링크유닛에 장착되고 타단은 상기 회전체에 연결되어, 상기 링크유닛의 변형에 의하여 상기 회전체를 회전시키는 연결바를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전운동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 링크유닛은 복수의 링크구 및 각 링크구가 서로 상대운동 가능하도록 상기 각 링크구를 연결하는 복수의 연결영역을 포함하고,
    상기 복수의 링크구는 폐루프를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 회전운동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 링크구는 상기 압전작동기가 일방향으로 확장되면, 각 링크구가 상기 일방향을 기준으로 기 설정된 각도로 회전되는 것을 특징으로 하는 회전운동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 링크유닛은 두 개의 링크구와 연결되어 상기 일 방향을 기준으로 회전하고, 상기 연결바와 고정되는 회전변환구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전운동장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 링크구 중 적어도 두개와 상기 압전작동기의 양단에 연결되어 상기 압전작동기의 변형에 근거한 힘을 상기 링크구에 전달하도록 형성되는 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전운동장치.
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