KR101521349B1 - 조합형 인공 근육 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 팽창에 대한 복원력을 가지는 근육튜브; 상기 근육튜브의 양단에 각각 고정되고, 외측과 상기 근육튜브의 내측을 서로 연결시키도록 제 1 및 제 2 유로가 각각 형성되는 제 1 및 제 2 튜브고정부; 상기 근육튜브 내에 위치하도록 상기 제 1 튜브고정부에 고정되는 피스톤로드; 상기 피스톤로드에 고정되는 피스톤; 및 상기 피스톤이 상기 제 1 유로를 통해 공급되는 유체의 압력에 의해 내측에서 슬라이딩될 수 있도록 설치되고, 상기 근육튜브 내에 위치하여 상기 제 2 유로가 내부와 연결되도록 상기 제 2 튜브고정부에 고정되는 실린더를 포함하도록 한 조합형 인공 근육에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 근육튜브의 내부 압력과 실린더의 구동력을 동시에 이용함으로서 근육튜브의 수축 및 이완 효율을 높이도록 하고, 초기 기동력을 증가시키며, 유체의 공급 압력에 의해 응답성을 향상시키도록 한다.
본 발명에 따르면, 근육튜브의 내부 압력과 실린더의 구동력을 동시에 이용함으로서 근육튜브의 수축 및 이완 효율을 높이도록 하고, 초기 기동력을 증가시키며, 유체의 공급 압력에 의해 응답성을 향상시키도록 한다.
Description
본 발명은 조합형 인공 근육에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 근육튜브의 수축 효율을 높이도록 하고, 초기 기동력을 증가시키며, 유체의 공급 압력에 의한 응답이 신속한 조합형 인공 근육에 관한 것이다.
일반적으로 공압 근육은 고무튜브를 고강성의 플라스틱 그물망으로 감싼 근육튜브로 이루어져서 근육튜브 내측에 공급되는 공압에 의해 근육튜브의 길이가 짧아짐으로써 수축되고, 공압을 낮추면 근육튜브가 원래의 상태로 늘어나도록 이완되어, 인간의 근육 운동 형태와 유사하게 동작하는 액츄에이터를 의미한다.
이와 같은 공압 근육을 이용하는 기술로는, 한국공개특허 제10-2011-0066567호의 "공압근육을 이용한 양팔 재활 운동 기구"가 제시된 바 있는데, 이는 사용자의 환측 팔에 장착되어 팔이 어깨관절 및 팔꿈치관절을 중심으로 굽히거나 펴지게 할 수 있도록 근력을 보조하도록 동작되는 기구부; 상기 기구부의 움직임을 제어하는 제어부; 사용자의 건측 팔에 장착되어 상기 건측 팔의 움직임을 감지하여 이를 상기 제어부로 전송하여 상기 환측 팔이 건측 팔을 따라 움직일 수 있도록 하는 입력부를 포함하고, 기구부에는 상하에 쌍으로 구비되는 공압근육을 가지는 공압근육부를 포함한다. 여기서 공압근육은 고무튜브를 고강성의 플라스틱 그물망이 감싸고 있는 구조로 공기의 압력을 높이면 근육이 수축되고, 공기의 압력을 낮추면 이완된다.
그러나 이와 같은 종래의 공압 근육은 근육튜브의 수축력이 공압의 공급에 의한 내부 압력에만 의존함으로써 근육튜브의 수축 효율을 높이는데 한계를 가지고, 특히 초기 기동력을 높이는데 어려움이 따르며, 공압의 공급에 의한 응답속도가 매우 낮다는 문제점을 가지고 있었다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 근육튜브의 수축 및 이완 효율을 높이도록 하고, 초기 기동력을 증가시키며, 제어의 응답특성을 개선하는데 목적이 있다. 본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 따르면, 팽창에 대한 복원력을 가지는 근육튜브; 상기 근육튜브의 양단에 각각 고정되고, 외측과 상기 근육튜브의 내측을 서로 연결시키도록 제 1 및 제 2 유로가 각각 형성되는 제 1 및 제 2 튜브고정부; 상기 근육튜브 내에 위치하도록 상기 제 1 튜브고정부에 고정되는 피스톤로드; 상기 피스톤로드에 고정되는 피스톤; 및 상기 피스톤이 상기 제 1 유로를 통해 공급되는 유체의 압력에 의해 내측에서 슬라이딩될 수 있도록 설치되고, 상기 근육튜브 내에 위치하여 상기 제 2 유로가 내부와 연결되도록 상기 제 2 튜브고정부에 고정되는 실린더를 포함하는 조합형 인공 근육이 제공된다.
상기 제 1 튜브고정부는 상기 근육튜브의 일단 내측에 끼워지고, 상기 제 1 유로가 형성되며, 상기 피스톤로드가 고정되는 제 1 몸체; 상기 제 1 몸체에 마련되는 제 1 고정단자; 및 상기 근육튜브의 일단 외측에 끼워져서 상기 제 1 몸체의 외측에 결합되는 제 1 커버를 포함하고, 상기 제 2 튜브고정부는 상기 근육튜브의 다른 일단 내측에 끼워지고, 상기 제 2 유로가 형성되며, 상기 실린더가 고정되는 제 2 몸체; 상기 제 2 몸체에 마련되는 제 2 고정단자; 및 상기 근육튜브의 다른 일단 외측에 끼워져서 상기 제 2 몸체의 외측에 결합되는 제 2 커버를 포함할 수 있다.
상기 제 1 튜브고정부는 상기 근육튜브의 일단 외측과 상기 제 1 커버 사이에 개재되고, 길이방향으로 절개되는 제 1 슬릿이 둘레를 따라 다수로 형성되며, 상기 제 1 커버가 상기 제 1 몸체에 나사 결합되어 가압시 상기 제 1 슬릿에 의해 압축되도록 가이드하는 제 1 가이드면이 테이퍼지게 형성되는 제 1 고정슬리브를 더 포함하고, 상기 제 2 튜브고정부는 상기 근육튜브의 다른 일단 외측과 상기 제 2 커버 사이에 개재되고, 길이방향으로 절개되는 제 2 슬릿이 둘레를 따라 다수로 형성되며, 상기 제 2 커버가 상기 제 2 몸체에 나사 결합되어 가압시 상기 제 2 슬릿에 의해 압축되도록 가이드하는 제 2 가이드면이 테이퍼지게 형성되는 제 2 고정슬리브를 더 포함할 수 있다.
상기 실린더는 상기 피스톤로드에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 실린더커버가 끝단에 결합되고, 상기 제 1 유로를 통해 공급되는 유체의 압력이 상기 피스톤 측으로 가해지도록 상기 실린더커버에 제 3 유로가 형성될 수 있다.
상기 실린더커버는 상기 피스톤로드의 둘레에 위치하도록 댐핑홈이 형성되고, 상기 피스톤은 상기 실린더커버 측으로 이동시 상기 댐핑홈에 삽입되어 밀폐압축에 의한 댐핑을 수행하는 댐핑돌기가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 조합형 인공 근육에 의하면, 근육튜브의 내부 압력과 실린더의 구동력을 동시에 이용함으로서 근육튜브의 수축 및 이완 효율을 높이도록 하고, 초기 기동력을 증가시키며, 유체의 공급 압력에 의해 응답성을 향상시키도록 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조합형 인공 근육을 도시한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조합형 인공 근육의 고정슬리브를 도시한 사시도이고,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조합형 인공 근육의 수축 상태를 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조합형 인공 근육의 이완 작용을 설명하기 위한 단면도이고,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 조합형 인공 근육을 도시한 단면도이고,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 조합형 인공 근육의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조합형 인공 근육의 고정슬리브를 도시한 사시도이고,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조합형 인공 근육의 수축 상태를 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조합형 인공 근육의 이완 작용을 설명하기 위한 단면도이고,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 조합형 인공 근육을 도시한 단면도이고,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 조합형 인공 근육의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조합형 인공 근육을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조합형 인공 근육(100)은 근육튜브(110), 제 1 및 제 2 튜브고정부(120,130), 피스톤로드(140), 피스톤(150) 그리고 실린더(160)를 포함할 수 있다.
근육튜브(110)는 팽창에 대한 복원력을 가지고, 튜브 형태로 이루어지는데, 이를 위해 신축이 가능한 고무, 합성수지를 비롯하여 다양한 재질로 이루어질 수 있으며, 예컨대 고무튜브를 고강성의 플라스틱 그물망이 감싸고 있는 구조로 이루어질 수 있다. 여기서 튜브는 내경이 일정하도록 형성될 수 있으며, 이와 달리 내경이 상이하도록 형성될 수 있다.
제 1 및 제 2 튜브고정부(120,130)는 근육튜브(110)의 양단에 각각 고정되어 근육튜브(110)의 내측이 기밀을 유지하도록 하되, 외측과 근육튜브(110)의 내측을 서로 연결시키도록 제 1 및 제 2 유로(121,131)가 각각 형성될 수 있다. 여기서 제 1 유로(121)는 외부 유체압력공급부로부터 유체의 압력, 예컨대 공압을 공급하기 위한 공급라인이 연결되기 위한 피팅부재가 설치될 수 있다. 또한 제 2 유로(131)는 실린더(160), 피스톤(150) 등이 복동 실린더로서의 역할을 하는 경우 외부 유체압력공급부로부터 유체의 압력, 예컨대 공압을 공급하기 위한 공급라인이 연결되기 위한 피팅부재가 설치될 수 있다. 유체압력공급부는 공급하는 유체의 압력이 일례로 공압임을 예로 들었으나, 이 밖에도 오일의 압력, 즉 유압일 수 있으며, 이 밖에도 다양한 작동유체의 압력일 수 있다.
제 1 튜브고정부(120)는 근육튜브(110)의 일단 내측에 끼워지고, 제 1 유로(121)가 형성되며, 피스톤로드(140)가 고정되는 제 1 몸체(122)와, 제 1 몸체(122)에 마련되는 제 1 고정단자(123)와, 근육튜브(110)의 일단 외측에 끼워져서 제 1 몸체(122)의 외측에 결합되는 제 1 커버(124)를 포함할 수 있다. 여기서 제 1 유로(121)는 제 1 몸체(122)의 측부로부터 내측까지 연장되도록 형성될 수 있다. 제 1 고정단자(123)는 돌기 형태로 이루어져서 구동력을 제공하기 위한 부재에 연결되는 역할을 하는데, 이러한 돌기 형태 이외에 홈이나 고리 또는 그 밖의 다양한 연결 구조를 제공할 수 있다. 제 1 커버(124)는 링 형태로 이루어질 수 있고, 제 1 몸체(122)와의 사이에 근육튜브(110)의 일단이 개재되도록 하고, 제 1 몸체(122)에 결합, 예컨대 나사 결합에 의해 근육튜브(110)의 일단이 고정되도록 한다.
제 1 튜브고정부(120)는 근육튜브(110)의 고정력을 높이기 위하여, 제 1 고정슬리브(125)를 더 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 고정슬리브(125)는 일례로 근육튜브(110)의 일단을 감싸도록 링 형태로 이루어질 수 있고, 근육튜브(110)의 일단 외측과 제 1 커버(124) 사이에 개재될 수 있고, 길이방향으로 절개되는 제 1 슬릿(126)이 둘레를 따라 다수로 형성될 수 있으며, 제 1 커버(124)가 제 1 몸체(122)에 나사 결합되어 가압시 제 1 슬릿(126)에 의해 압축되도록 가이드하는 제 1 가이드면(127)이 테이퍼(taper)지게 형성될 수 있다. 따라서 제 1 고정슬리브(125)는 근육튜브(110)의 일단 외측을 감싼 상태에서, 제 1 커버(124)가 제 1 몸체(122)에 나사 결합되어 제 1 가이드면(127)을 따라 이동하면서 가압하면, 조여져서 근육튜브(110)의 일단이 제 1 몸체(122)에 밀착되도록 고정시킨다.
제 2 튜브고정부(130)는 근육튜브(110)의 다른 일단 내측에 끼워지고, 제 2 유로(131)가 형성되며, 실린더(160)가 고정되는 제 2 몸체(132)와, 제 2 몸체(132)에 마련되는 제 2 고정단자(133)와, 근육튜브(110)의 다른 일단 외측에 끼워져서 제 2 몸체(132)의 외측에 결합되는 제 2 커버(134)를 포함할 수 있다. 여기서 제 2 유로(131)는 제 2 몸체(132)의 측부로부터 내측까지 연장되도록 형성될 수 있다. 제 2 고정단자(133)는 돌기 형태로 이루어져서 구동력을 제공하기 위한 부재에 연결되는 역할을 하는데, 이러한 돌기 형태 이외에도 홈이나 고리 또는 그 밖의 다양한 연결 구조를 제공할 수 있다. 제 2 커버(134)는 링 형태로 이루어질 수 있고, 제 2 몸체(132)와의 사이에 근육튜브(110)의 다른 일단이 개재되도록 하고, 제 2 몸체(132)에 결합, 예컨대 나사 결합에 의해 근육튜브(110)의 다른 일단이 고정되도록 한다.
제 2 튜브고정부(130)는 근육튜브(110)의 고정력을 높이기 위하여 제 2 고정슬리브(135)를 더 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 고정슬리브(135)는 일례로 근육튜브(110)의 다른 일단 외측을 감싸도록 링 형태로 이루어질 수 있고, 근육튜브(110)의 다른 일단 외측과 제 2 커버(134) 사이에 개재되고, 길이방향으로 절개되는 제 2 슬릿(136)이 둘레를 따라 다수로 형성되며, 제 2 커버(134)가 제 2 몸체(132)에 나사 결합되어 가압시 제 2 슬릿(136)에 의해 압축되도록 가이드하는 제 2 가이드면(137)이 테이퍼(taper)지게 형성될 수 있다. 따라서 제 2 고정슬리브(135)는 근육튜브(110)의 다른 일단 외측을 감싼 상태에서 제 2 커버(134)가 제 2 몸체(132)에 나사 결합되어 제 2 가이드면(137)을 따라 이동하면, 조여져서 근육튜브(110)의 다른 일단이 제 2 몸체(132)에 밀착되어 고정되도록 한다.
피스톤로드(140)는 근육튜브(110) 내에 위치하도록 제 1 튜브고정부(120)에 고정될 수 있으며, 본 실시예에서처럼 제 1 몸체(122)의 내측에 억지 끼움이나 나사 결합 또는 볼트나 축고정부재 등과 같은 별도의 고정부재를 사용하여 고정될 수 있다.
피스톤(150)은 피스톤로드(140)에 고정되는데, 이를 위해 피스톤로드(140)의 끝단 외측에 끼워져서 요철 결합 또는 별도의 고정핀이나 볼트, 그 밖에 고정부재 등을 이용하여 고정될 수 있다. 또한 피스톤(150)은 내주면과 외주면에 유체의 압력에 대한 기밀을 유지하도록 기밀씰(151)이 각각 마련될 수 있다.
실린더(160)는 피스톤(150)이 제 1 유로(121)를 통해 공급되는 유체의 압력, 예컨대 공압에 의해 내측에서 슬라이딩될 수 있도록 설치되고, 근육튜브(110) 내에 위치하여 제 2 유로(131)가 내부와 연결되도록 제 2 튜브고정부(130)에 고정된다. 한편 실린더(160)는 피스톤(150)의 슬라이딩을 위해 사용되는 유체의 압력으로서, 일례로 공압을 예로 들었으나, 이에 한하지 않고 오일의 압력, 즉 유압을 비롯하여 다양한 작동유체의 압력이 사용될 수 있으며, 이하 유체의 압력에 대해서 마찬가지로 적용될 수 있다.
실린더(160)는 본 실시예에서처럼 제 2 몸체(132)의 내측에 억지 끼움이나 나사 결합 또는 볼트나 브라켓 등과 같은 별도의 고정부재를 사용하여 고정될 수 있다.
실린더(160)는 피스톤로드(140)에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 실린더커버(161)가 끝단에 결합될 수 있고, 제 1 유로(121)를 통해 공급되는 유체의 압력이 피스톤(150) 측으로 가해지도록 실린더커버(161)에 제 3 유로(162)가 형성될 수 있다. 제 3 유로(162)는 단일로 형성될 수 있으며, 이와 달리 실린더커버(161)에서 피스톤로드(140)의 둘레를 따라 다수로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 실린더커버(161)는 피스톤로드(140)의 둘레에 위치하도록 댐핑홈(163)이 형성될 수 있다. 이때 피스톤(150)은 실린더커버(161)측으로 이동시 댐핑홈(163)에 삽입되어 쿠션(cushion)에 의한 밀폐압축에 의해 댐핑(damping)을 수행하는 댐핑돌기(152)가 댐핑홈(163)을 향하는 측으로 연장되도록 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 조합형 인공 근육을 도시한 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 조합형 인공 근육(200)은 근육튜브(210), 제 1 및 제 2 튜브고정부(220,230), 피스톤로드(240), 피스톤(250) 및 실린더(260)를 포함하되, 근육튜브(210), 피스톤로드(240), 피스톤(250) 및 실린더(260)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조합형 인공 근육(100)에서 동일 명칭의 구성요소로 상세히 설명하였으므로 그 설명을 생략하기로 한다.
제 1 튜브고정부(220)는 근육튜브(210)의 일단 내측에 끼워지고, 제 1 유로(221)가 형성되며, 피스톤로드(240)가 고정되는 제 1 몸체(222)와, 제 1 몸체(222)에 마련되는 제 1 고정단자(223)와, 근육튜브(210)의 일단 외측에 끼워져서 제 1 몸체(222)의 외측에 결합되는 제 1 커버(224)를 포함한다. 또한 제 2 튜브고정부(230)는 근육튜브(210)의 다른 일단 내측에 끼워지고, 제 2 유로(231)가 형성되며, 실린더(260)가 고정되는 제 2 몸체(232)와, 제 2 몸체(232)에 마련되는 제 2 고정단자(233)와, 근육튜브(210)의 다른 일단 외측에 끼워져서 제 2 몸체(232)의 외측에 결합되는 제 2 커버(234)를 포함한다.
제 1 튜브고정부(220)는 제 1 몸체(222)에 제 1 커버(224)가 나사 결합시 근육튜브(210)의 일단을 압축시키도록 가이드하기 위한 제 1 테이퍼부(225)가 형성될 수 있고, 근육튜브(210)를 제 1 커버(224)에 밀착시키는 제 1 고정돌기(226)가 제 1 테이퍼부(225)에 형성될 수 있다. 따라서 제 1 몸체(222)와 제 1 커버(224) 사이에 근육튜브(210)이 위치하도록 한 상태에서 제 1 커버(224)를 제 1 몸체(222)에 나사 결합시 제 1 테이퍼부(225)에 의해 가이드되어 제 1 몸체(222)와 제 1 커버(224) 사이에 근육튜브(210)이 일단이 압축되도록 하고, 제 1 고정돌기(226)가 근육튜브(210)을 고정시키도록 한다.
제 2 튜브고정부(230)는 제 2 몸체(232)에 제 2 커버(234)가 나사 결합시 근육튜브(210)의 다른 일단을 압축시키도록 가이드하기 위한 제 2 테이퍼부(235)가 형성될 수 있고, 근육튜브(210)를 제 2 커버(234)에 밀착시키는 제 2 고정돌기(236)가 제 2 테이퍼부(235)에 형성될 수 있다. 따라서 제 2 몸체(232)와 제 2 커버(234) 사이에 근육튜브(210)이 위치하도록 한 상태에서 제 2 커버(234)를 제 2 몸체(232)에 나사 결합시 제 2 테이퍼부(235)에 의해 가이드되어 제 2 몸체(232)와 제 2 커버(234) 사이에 근육튜브(210)이 일단이 압축되도록 하고, 제 2 고정돌기(236)가 근육튜브(210)을 고정시키도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 조합형 인공 근육의 작용을 본 발명의 제 1 실시예를 참조하여 설명하기로 하며, 이는 본 발명의 제 2 실시예에도 마찬가지로 적용된다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 조합형 인공 근육(100)은 제 1 유로(121)에 유체의 압력, 예컨대 공압이 공급되면, 근육튜브(110)의 내측 압력을 상승시켜서 근육튜브(110)가 측방향으로 팽창하여 길이가 짧아지도록 수축이 발생하도록 하고, 이와 동시에 제 3 유로(162)를 통해 피스톤(150)에 압력이 가해져서 실린더(160)의 압축에 의해 길이가 짧아지도록 수축이 발생하도록 한다. 이때 실린더(160)의 압축에 의해 실린더(160) 내의 유체는 제 2 유로(131)를 통해서 배출된다.
본 발명에 따른 조합형 인공 근육(100)은 단동실린더가 아닌 복동실린더의 역할을 할 수 있으며, 실린더(160)에 유체의 압력이 가해지면 이완이 이루어지는데, 이때 아래의 수학식 1과 같은 힘(F1)이 작용되며, 공급되는 유체의 량(量)에 의하여 작동속도는 결정된다.
여기서, p는 사용 유체의 공급 압력이고, d1은 실린더의 내경이다.
상기한 수학식 1에 의하여 제 2 유로(131)에 유체의 압력, 예컨대 공압이 가해지면 실린더(160)가 전진되며, 조합형 인공 근육(100)이 이완된다. 이 때 근육 튜브(110) 내부 공간을 실린더(160)가 일부 차지하고 있으므로 내부 공간이 작아져 유체, 예컨대 공기의 압축률이 향상되어 수축과 이완의 응답속도가 빨라지는 역할을 하게 된다. 또한 근육튜브(110)를 단독으로 사용하여 수축력을 얻는 값보다, 거시적으로 실린더(160) 내에서의 피스톤(150)이 후진하는 수학식 2의 힘(F2)만큼 수축력을 증가시키게 된다.
여기서, p는 사용 유체의 압력이고, d1은 실린더의 내경이며, d2는 피스톤로드의 외경이다.
근육튜브(110) 내로 공급되는 유체의 압력이 일정한 때, 조합형 인공 근육(100)에 인가되는 하중을 증가시키면 수축률의 값이 감소하여 0에 이르게 되는데, 조합형 인공 근육(100)은 일정한 압력만큼의 힘(F2)이 실린더(160)에 존재하여, 근육튜브(110) 단독을 이용한 종래에 비하여, F2 만큼의 하중특성을 개선할 수 있다. 도 6은 실린더(①), 근육(②), 본 발명(③; 실린더와 근육의 조합)의 3종류를 각각 1Kg/cm2에서 6Kg/cm2의 압력하에서 수축력의 크기를 실험한 데이터를 나타낸다. 도 6에서와 보이는 바와 같이 본 발명(③) 결과값은 실린더(①)와 근육(②)의 결과값 합과 같음을 알 수 있다.
또한 복원에 따른 길이가 신장시, 댐핑돌기(152)와 댐핑홈(163)의 결합에 의한 쿠션(cushion) 효과로 인해 댐핑을 수행함으로써 동작의 안정성을 제공할 수 있다. 또한 근육튜브(110) 안의 실린더(160) 체적을 이용하여 제어를 하면 조합형 인공 근육(100)을 이완시킬 때 등속을 얻을 수 있으며, 근육튜브(110)의 체적 변화로 인한 충격부하의 흡수가 뛰어나다. 즉, 제 2 유로(131)에 미터 인(meter-in)과 미터 아웃(meter-out) 방식을 이용하면 수축과 이완시 등속제어가 가능하다.
도 4를 참조하면, 조합형 인공 근육(100)은 수축 후, 도 1에서와 같이 복귀에 의한 신장시, 측방향으로 팽창한 근육튜브(110)의 복원력(A)을 이용하거나, 이러한 복원력(A) 외에 제 2 유로(131)를 통해서 유체의 압력, 예컨대 공압(B)을 공급함으로써 복동실린더의 작용을 이용할 수 있다.
도 7을 참조하면, 유체의 공급과 배출에서 구형파 형태로 인가시, 본 발명의 조합형 인공 근육(100)은 종래의 인공근육이나 실린더에 비하여 더욱 정확한 변위를 가짐을 알 수 있으며, 종래의 인공근육이나 실린더에 비하여 제어특성이 우수함을 알 수 있다. 즉 도 7에서, 실린더, 근육, 본 발명(근육과 실린더의 조합)의 3종류로 실험한 자료이다. 목표값(reference value;①), 실린더(②), 근육(③), 근육과 실린더의 조합 근육(④), 사용압력(⑤)을 이용하여 실험한 결과이다. 주기는 4초로 제어방법은 PI제어를 하였는데, 제어특성은 실린더(②)로 위치제어가 주기 4초내에 제어하는데 불가능한 반면, 근육과 실린더의 조합(④)은 가능하였다. 또한 근육(③)보다는 근육과 실린더의 조합(④)이 짧은 시간에 제어가 가능함을 보이고 있다.
이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 한정되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110,210 : 근육튜브 120,220 : 제 1 튜브고정부
121,221 : 제 1 유로 122,222 : 제 1 몸체
123,223 : 제 1 고정단자 124,224 : 제 1 커버
125 : 제 1 고정슬리브 126 : 제 1 슬릿
127 : 제 1 가이드면 130,230 : 제 2 튜브고정부
131,231 : 제 2 유로 132,232 : 제 2 몸체
133,233 : 제 2 고정단자 134,234 : 제 2 커버
135 : 제 2 고정슬리브 136 : 제 2 슬릿
137 : 제 2 가이드면 140,240 : 피스톤로드
150,250 : 피스톤 151 : 기밀씰
152 : 댐핑돌기 160,260 : 실린더
161 : 실린더커버 162 : 제 3 유로
163 : 댐핑홈 225 : 제 1 테이퍼부
226 : 제 1 고정돌기 235 : 제 2 테이퍼부
236 : 제 2 고정돌기
121,221 : 제 1 유로 122,222 : 제 1 몸체
123,223 : 제 1 고정단자 124,224 : 제 1 커버
125 : 제 1 고정슬리브 126 : 제 1 슬릿
127 : 제 1 가이드면 130,230 : 제 2 튜브고정부
131,231 : 제 2 유로 132,232 : 제 2 몸체
133,233 : 제 2 고정단자 134,234 : 제 2 커버
135 : 제 2 고정슬리브 136 : 제 2 슬릿
137 : 제 2 가이드면 140,240 : 피스톤로드
150,250 : 피스톤 151 : 기밀씰
152 : 댐핑돌기 160,260 : 실린더
161 : 실린더커버 162 : 제 3 유로
163 : 댐핑홈 225 : 제 1 테이퍼부
226 : 제 1 고정돌기 235 : 제 2 테이퍼부
236 : 제 2 고정돌기
Claims (6)
- 팽창에 대한 복원력을 가지는 근육튜브;
상기 근육튜브의 양단에 각각 고정되고, 외측과 상기 근육튜브의 내측을 서로 연결시키도록 제 1 및 제 2 유로가 각각 형성되는 제 1 및 제 2 튜브고정부;
상기 근육튜브 내에 위치하도록 상기 제 1 튜브고정부에 고정되는 피스톤로드;
상기 피스톤로드에 고정되는 피스톤; 및
상기 피스톤이 상기 제 1 유로를 통해 공급되는 유체의 압력에 의해 내측에서 슬라이딩될 수 있도록 설치되고, 상기 근육튜브 내에 위치하여 상기 제 2 유로가 내부와 연결되도록 상기 제 2 튜브고정부에 고정되는 실린더를 포함하고,
상기 실린더는,
상기 피스톤로드에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 실린더커버가 끝단에 결합되고, 상기 제 1 유로를 통해 공급되는 유체의 압력이 상기 피스톤 측으로 가해지도록 상기 실린더커버에 제 3 유로가 형성되고,
상기 실린더커버는,
상기 피스톤로드의 둘레에 위치하도록 댐핑홈이 형성되고,
상기 피스톤은,
상기 실린더커버 측으로 이동시 상기 댐핑홈에 삽입되어 밀폐압축에 의한 댐핑을 수행하는 댐핑돌기가 형성되는, 조합형 인공 근육. - 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 튜브고정부는,
상기 근육튜브의 일단 내측에 끼워지고, 상기 제 1 유로가 형성되며, 상기 피스톤로드가 고정되는 제 1 몸체;
상기 제 1 몸체에 마련되는 제 1 고정단자; 및
상기 근육튜브의 일단 외측에 끼워져서 상기 제 1 몸체의 외측에 결합되는 제 1 커버를 포함하고,
상기 제 2 튜브고정부는,
상기 근육튜브의 다른 일단 내측에 끼워지고, 상기 제 2 유로가 형성되며, 상기 실린더가 고정되는 제 2 몸체;
상기 제 2 몸체에 마련되는 제 2 고정단자; 및
상기 근육튜브의 다른 일단 외측에 끼워져서 상기 제 2 몸체의 외측에 결합되는 제 2 커버를 포함하는, 조합형 인공 근육. - 청구항 2에 있어서,
상기 제 1 튜브고정부는,
상기 근육튜브의 일단 외측과 상기 제 1 커버 사이에 개재되고, 길이방향으로 절개되는 제 1 슬릿이 둘레를 따라 다수로 형성되며, 상기 제 1 커버가 상기 제 1 몸체에 나사 결합되어 가압시 상기 제 1 슬릿에 의해 압축되도록 가이드하는 제 1 가이드면이 테이퍼지게 형성되는 제 1 고정슬리브를 더 포함하고,
상기 제 2 튜브고정부는,
상기 근육튜브의 다른 일단 외측과 상기 제 2 커버 사이에 개재되고, 길이방향으로 절개되는 제 2 슬릿이 둘레를 따라 다수로 형성되며, 상기 제 2 커버가 상기 제 2 몸체에 나사 결합되어 가압시 상기 제 2 슬릿에 의해 압축되도록 가이드하는 제 2 가이드면이 테이퍼지게 형성되는 제 2 고정슬리브를 더 포함하는, 조합형 인공 근육. - 청구항 2에 있어서,
상기 제 1 튜브고정부는,
상기 제 1 몸체에 상기 제 1 커버가 나사 결합시 상기 근육튜브의 일단을 압축시키도록 가이드하기 위한 제 1 테이퍼부가 형성되고, 상기 근육튜브를 상기 제 1 커버에 밀착시키는 제 1 고정돌기가 상기 제 1 테이퍼부에 형성되며,
상기 제 2 튜브고정부는,
상기 제 2 몸체에 상기 제 2 커버가 나사 결합시 상기 근육튜브의 다른 일단을 압축시키도록 가이드하기 위한 제 2 테이퍼부가 형성되고, 상기 근육튜브를 상기 제 2 커버에 밀착시키는 제 2 고정돌기가 상기 제 2 테이퍼부에 형성되는, 조합형 인공 근육. - 삭제
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| KR1020130126158A KR101521349B1 (ko) | 2013-10-22 | 2013-10-22 | 조합형 인공 근육 |
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Citations (4)
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| JP2010279689A (ja) * | 2009-05-07 | 2010-12-16 | Hisao Ishimura | 圧縮気体を使った人工筋肉 |
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| JP2012176126A (ja) * | 2011-02-25 | 2012-09-13 | Chuo Univ | 人工筋肉に用いられる筒状体及び当該筒状体を備える人工筋肉並びに筒状体の製造方法 |
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2013
- 2013-10-22 KR KR1020130126158A patent/KR101521349B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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|---|---|
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