KR101834970B1

KR101834970B1 - 인공근육모듈의 구동장치와 인공근육모듈의 구동방법

Info

Publication number: KR101834970B1
Application number: KR1020160170534A
Authority: KR
Inventors: 박철훈; 손영수; 함상용; 최상규; 홍두의; 최경준; 박성준
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2018-03-08
Also published as: EP3437591A4; US20190152052A1; US10792806B2; EP3437591A1; WO2018110874A1

Abstract

본 발명은 인공근육모듈에 충진되는 유체의 온도에 따라 인공근육모듈의 유연한 움직임을 구현하면서 인공근육모듈의 응답성을 빠르게 하고, 종래에 비해 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 인공근육모듈의 구동장치와 인공근육모듈의 구동방법에 관한 것이다.
이를 위해 인공근육모듈의 구동장치는 고온수탱크와 저온수탱크를 포함하는 유체탱크유닛과, 인공근육모듈과 유체탱크유닛을 연결하는 유체공급라인 및 유체회수라인과, 인공근육모듈과 유체탱크유닛 사이에서 유체를 순환시키는 순환펌프유닛과, 고온수탱크에서 배출되는 유체와 저온수탱크에서 배출되는 유체를 이용하여 인공근육모듈의 형상을 변형시키기 위한 기설정된 작동온도를 갖는 유체를 형성하는 온도조절유닛과, 기설정된 분배조건에 따라 유체회수라인의 유체를 고온수탱크 또는 저온수탱크로 분배하는 유체분배유닛을 포함한다.

Description

인공근육모듈의 구동장치와 인공근육모듈의 구동방법{DRIVING DEVICE OF ARTIFICIAL MUSCLE MODULE AND DRIVING METHOD OF ARTIFICIAL MUSCLE MODULE}

본 발명은 인공근육모듈의 구동장치와 인공근육모듈의 구동방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 인공근육모듈에 충진되는 유체의 온도에 따라 인공근육모듈의 유연한 움직임을 구현하면서 인공근육모듈의 응답성을 빠르게 하고, 종래에 비해 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 인공근육모듈의 구동장치와 인공근육모듈의 구동방법에 관한 것이다.

일반적으로, 생체근육은 신경세포로부터 전달되는 전기적 신호에 의해 반응한다. 이와 유사하게 인공근육은 외부의 전기적 입력에 의해 반응하도록 제작되어 생체근육의 대용기능을 수행한다.

이러한 인공근육은 대개 자유로운 신체활동이 어려운 장애인의 팔다리 역할을 하는 재활 로봇이나, 우주 탐사 또는 해저 탐사나 원자력발전소 같이 인간이 직접 작업하기 어려운 특수 환경에서 작업을 수행하는 작업용 로봇, 더 나아가 초소형이며 고도의 복잡한 동작을 위한 미세전자기계시스템(Micro Electro Mechanical System, MEMS) 같은 첨단 제품 등에 활용되기 위한 목적으로 제작되고 있다.

이러한 인공근육은 형상기억합금(Shape-memory Alloy, SMA), 형상기억수지, 탄소나노튜브, 나일론 등과 같이 온도 변화에 따라 수축 또는 팽창 형상이 일어나는 열반응구동소자가 이용된다.

일예로, 형상기억합금은 빠른 동작 속도를 구현하기 위해 효과적인 가열/냉각 구조가 필요하다. 이에 대해 종래에는 전기저항을 이용한 가열방법이 이용되었고, 공기나 물을 이용한 냉각방법이 이용되었다.

하지만, 전기저항을 이용한 가열방법의 경우, 인공근육의 응답성이 낮고, 에너지 소모가 많으며, 인공근육의 부하용량을 높이기 위해서는 전원의 크기를 증가시켜야 하고, 전기 절연이 필수적이었다

이에 따라, 종래의 구동방식에 대한 문제점을 해결하기 위한 새로운 방식의 인공근육 구동 방식이 필요하게 되었다.

대한민국 등록특허공보 제10-0911269호(발명의 명칭: 동작지원장치 및 동작지원 방법, 2009. 08. 11. 공고)

본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 인공근육모듈에 충진되는 유체의 온도에 따라 인공근육모듈의 유연한 움직임을 구현하면서 인공근육모듈의 응답성을 빠르게 하고, 종래에 비해 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 인공근육모듈의 구동장치와 인공근육모듈의 구동방법을 제공함에 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 인공근육모듈의 구동장치는 열에 의해 반응하면서 형상이 변형되는 열반응구동유닛과, 유체가 충진되는 내부공간을 형성하면서 상기 열반응구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 케이싱유닛을 포함하는 인공근육모듈을 수축 또는 이완시키는 인공근육모듈의 구동장치에 있어서, 기설정된 고온을 갖는 유체가 수용되는 고온수탱크와, 기설정된 고온보다 낮은 기설정된 저온을 갖는 유체가 수용되는 저온수탱크를 포함하는 유체탱크유닛; 상기 인공근육모듈에 유체를 공급하기 위한 공급경로를 형성하도록 상기 인공근육모듈의 일측과 상기 유체탱크유닛을 연결하는 유체공급라인; 상기 인공근육모듈에 충진되는 유체를 회수하기 위한 회수경로를 형성하도록 상기 인공근육모듈의 타측과 상기 유체탱크유닛을 연결하는 유체회수라인; 상기 유체공급라인과 상기 유체회수라인 중 적어도 어느 하나에 구비되어 상기 인공근육모듈과 상기 유체탱크유닛 사이에서 유체를 순환시키는 순환펌프유닛; 상기 유체공급라인에 구비되고, 상기 고온수탱크에서 배출되는 유체와 상기 저온수탱크에서 배출되는 유체를 이용하여 상기 열반응구동유닛의 형상을 변형시키기 위한 기설정된 작동온도를 갖는 유체를 형성하는 온도조절유닛; 및 상기 유체회수라인에 구비되고, 기설정된 분배조건에 따라 상기 유체회수라인의 유체를 상기 고온수탱크 또는 상기 저온수탱크로 분배하는 유체분배유닛;을 포함한다.

여기서, 상기 유체탱크유닛은, 상기 고온수탱크에 수용되는 유체의 온도가 기설정된 고온을 유지하도록 상기 고온수탱크에 수용되는 유체를 가열하는 가열유닛;을 더 포함한다.

여기서, 상기 유체탱크유닛은, 상기 저온수탱크에 수용되는 유체의 온도가 기설정된 저온을 유지하도록 상기 저온수탱크에 수용되는 유체를 냉각시키는 냉각유닛;을 더 포함한다.

여기서, 상기 온도조절유닛은, 상기 고온수탱크에서 배출되는 유체의 유량을 조절하는 제1조절밸브; 및 상기 저온수탱크에서 배출되는 유체의 유량을 조절하는 제2조절밸브;를 포함하고, 상기 제1조절밸브를 통과한 유체의 유량과 상기 제2조절밸브를 통과한 유체의 유량을 합하면, 상기 온도조절유닛 통과한 유체는 기설정된 작동온도를 갖는다.

여기서, 상기 온도조절유닛은, 상기 고온수탱크에서 배출되는 유체의 유량에 대응하여 상기 저온수탱크에서 배출되는 유체의 유량을 조절하여 유체를 배출하는 유량조절밸브;를 포함하고, 상기 유량조절밸브에 의해 상기 고온수탱크에서 배출되는 유체와 상기 저온수탱크에서 배출되는 유체 사이의 유량비가 조절되면, 상기 온도조절유닛을 통과한 유체는 기설정된 작동온도를 갖는다.

여기서, 상기 유체분배유닛은, 상기 유체회수라인을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크로 분배하는 제1분배밸브; 및 상기 유체회수라인을 통해 회수되는 유체를 상기 저온수탱크로 분배하는 제2분배밸브;를 포함하고, 기설정된 분배조건에 따라 상기 제1분배밸브 또는 상기 제2분배밸브가 동작되어 상기 유체회수라인을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크 또는 상기 저온수탱크로 분배한다.

여기서, 상기 유체분배유닛은, 상기 유체회수라인을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크 또는 상기 저온수탱크로 분배하는 회수분배밸브;를 포함하고, 기설정된 분배조건에 따라 상기 회수분배밸브가 동작되어 상기 유체회수라인을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크 또는 상기 저온수탱크로 분배한다.

본 발명에 따른 인공근육모듈의 구동장치는 상기 인공근육모듈의 형상 변형을 위한 변위명령을 기반으로 상기 인공근육모듈의 형상 변형을 위한 유체의 작동온도를 결정하여 상기 순환펌프유닛과, 상기 온도조절유닛과, 상기 유체분배유닛의 동작을 제어하는 제어유닛;을 더 포함한다.

본 발명에 따른 인공근육모듈의 제어방법은 상기 인공근육모듈을 수축 또는 이완시키는 인공근육모듈의 구동방법에 있어서, 상기 인공근육모듈의 형상 변형을 위한 변위명령을 수신하는 변위수신단계; 상기 변위명령을 기반으로 상기 인공근육모듈의 형상 변형을 위한 유체의 작동온도를 결정하는 온도결정단계; 상기 인공근육모듈과 상기 유체탱크유닛 사이에서 유체를 순환시키는 유체순환단계; 상기 작동온도를 기반으로 상기 고온수탱크에서 배출되는 유체와 상기 저온수탱크에서 배출되는 유체를 이용하여 상기 인공근육모듈의 형상 변형을 위해 기설정된 작동온도를 갖는 유체를 형성하는 온도조절단계; 및 기설정된 분배조건에 따라 상기 유체회수라인을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크 또는 상기 저온수탱크로 분배하는 유체분배단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 인공근육모듈의 구동방법은 상기 유체탱크유닛에서 유입 또는 배출되는 유체에 대응하여 상기 고온수탱크에 수용되는 유체의 온도를 기설정된 고온으로 유지시키거나, 상기 저온수탱크에 수용되는 유체의 온도를 기설정된 저온으로 유지시키는 유체온도유지단계;를 더 포함한다.

본 발명에 따른 인공근육모듈의 구동장치와 인공근육모듈의 구동방법에 따르면, 인공근육모듈에 충진되는 유체의 온도에 따라 인공근육모듈의 유연한 움직임을 구현하면서 인공근육모듈의 응답성을 빠르게 하고, 종래에 비해 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 기설정된 고온의 유체와 기설정된 저온의 유체를 다양한 형태로 혼합 제공함으로써, 열반응구동유닛의 수축 또는 이완에 필요한 작동온도를 쉽게 구현할 수 있고, 인공근육모듈의 변위제어를 간소화시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 유체탱크유닛에서 기설정된 고온과 기설정된 저온의 유지가 간편하고, 유체탱크유닛에 수용되는 유체의 온도 변화를 최소화하여 유체의 혼합에 따른 작동온도 구현을 편리하게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 작동온도를 구현하면서 인공근육모듈에 제공하기 위한 유체의 유량 조절이 용이하다.

또한, 본 발명은 작동온도를 구현하기 위한 유체의 혼합비 설정이 간편하고, 유체탱크유닛에서 배출되는 유체의 거동을 안정화시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 인공근육모듈에서 배출되는 유체의 회수를 간편하게 하고, 유체탱크유닛에 수용된 유체의 온도 변화를 최소화시켜 유체탱크유닛에 수용되는 유체의 온도 유지가 쉬워진다.

또한, 본 발명은 인공근육모듈에서 배출되는 유체의 분배를 명확하게 하고, 유체탱크유닛으로 회수되는 유체에 따라 유체탱크유닛에서 유체의 온도 유지를 위한 오동작을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 인공근육모듈에 공급되는 유체의 온도 변화를 다양화시켜 인공근육모듈이 생체근육과 유사한 유연성을 간편하게 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치에 적용되는 제어유닛을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치에서 온도조절유닛의 제1예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치에서 온도조절유닛의 제2예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치에서 유체분배유닛의 제1예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치에서 유체분배유닛의 제1예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치에서 인공근육모듈이 수축한 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치에서 인공근육모듈이 이완된 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동방법을 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 인공근육모듈의 구동장치와 인공근육모듈의 구동방법의 일 실시예를 설명한다. 이때, 본 발명은 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 생략될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치에 적용되는 제어유닛을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치에서 온도조절유닛의 제1예를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치에서 온도조절유닛의 제2예를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치에서 유체분배유닛의 제1예를 도시한 도면이이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치에서 유체분배유닛의 제1예를 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치에서 인공근육모듈이 수축한 상태를 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치에서 인공근육모듈이 이완된 상태를 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치는 인공근육모듈(10)을 수축 또는 이완시키기 위한 인공근육모듈의 구동장치이다.

먼저, 상기 인공근육모듈(10)은 열에 의해 반응하면서 형상이 변형되는 열반응구동유닛과, 유체가 충진되는 내부공간(126)을 형성하면서 상기 열반응구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 케이싱유닛(12)을 포함한다.

상기 열반응구동유닛은 열에 반응하는 형상기억합금 스프링(11)을 포함할 수 있다. 상기 형상기억합금 스프링(11)은 형상기억합금 재질의 와이어를 스프링 가공으로 구현할 수 있고, 열에 의하여 수축 또는 이완된다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 열반응구동유닛은 한 쌍의 상기 형상기억합금 스프링(11)으로 구성되고, 한 쌍의 상기 형상기억합금 스프링(11)은 서로 병렬 배치되는 것으로 도시하였다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정하는 것은 아니고, 상기 형상기억합금 스프링(11)의 개수는 하나 이상으로 구비될 수 있으며, 상기 인공근육모듈(10)의 부하용량에 대응하여 상기 형상기억합금 스프링(11)의 개수를 다양화할 수 있다.

상기 열반응구동유닛은 열에 의하여 반응하는 다양한 열반응 물질, 예를 들면, 형상기억수지(shape memory resin), 형상기억고분자(shape memory polymer, SMP), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리아미드(polyamide), 나일론(nylon) 등으로 제작될 수 있다.

상기 케이싱유닛(12)은 신축 가능한 신축관(125)과, 상기 신축관(125)의 일단에 배치되는 제1마개(121)와, 상기 신축관(125)의 타단에 배치되는 제2마개(123)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 신축관(125)으로 주름관 또는 벨로우즈관이 사용되는 것으로 도시하였다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정하는 것은 아니고, 상기 신축관(125)이 외력에 의하여 변형 가능한 재질 또는 구조를 가지면 어떠한 형태라도 무방하다.

그러면, 상기 제1마개(121)는 상기 신축관(125)의 일측과 기밀하게 결합되고, 상기 제2마개(123)는 상기 신축관(125)의 타측과 기밀하게 결합되어, 상기 케이싱유닛(12)의 내부에 상기 내부공간(126)을 형성하게 된다.

상기 제1마개(121)에는 상기 인공근육모듈(10)을 동작시키기 위한 유체가 유입되는 유체입구(122)가 관통형성되고, 상기 제2마개(123)에는 상기 내부공간(126)의 유체가 배출되는 유체출구(124)가 관통 형성되어 있다.

또한, 상기 제1마개(121)에는 상기 형상기억합금 스프링(11)의 일단이 결합하는 제1결합부가 형성되어 있고, 상기 제2마개(123)에는 상기 형상기억합금 스프링(11)의 타단이 결합하는 제2결합부가 형성되어 있다.

상기 형상기억합금 스프링(11)의 수축 또는 이완시 상기 형상기억합금 스프링(11)의 길이방향을 따라 상기 제1마개(121) 및 상기 제2마개(123)가 함께 이동함으로써 상기 제1마개(121) 및 상기 제2 마개와 결합된 상기 신축관(125)이 수축 또는 이완하게 된다.

여기서, 상기 제1마개(121)와 상기 제2 마개는 상기 형상기억합금 스프링(11)의 온도변화를 견딜 수 있는 내열성을 가지는 것이 바람직하다.

물론, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 형상기억합금 스프링(11)의 일단이 결합하는 상기 제1결합부에는 제1실링부재가 설치되고, 상기 형상기억합금 스프링(11)의 타단이 결합하는 제2결합부에는 제2실링부재가 설치될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치는 유체탱크유닛(20)과, 유체공급라인(30)과, 유체회수라인(40)과, 순환펌프유닛(50)과, 온도조절유닛(60)과, 유체분배유닛(70)을 포함할 수 있다.

상기 유체탱크유닛(20)은 가열된 유체와 냉각된 유체가 각각 저장된다. 상기 유체탱크유닛(20)은 기설정된 고온을 갖는 유체가 수용되는 고온수탱크(21)와, 기설정된 고온보다 낮은 기설정된 저온을 갖는 유체가 수용되는 저온수탱크(23)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 유체탱크유닛(20)은 상기 고온수탱크(21)에 수용되는 유체의 온도가 기설정된 고온을 유지하도록 상기 고온수탱크(21)에 수용되는 유체를 가열하는 가열유닛(22)을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 가열유닛(22)을 한정하는 것은 아니고 다양한 형태를 통해 상기 고온수탱크(21)에 수용된 유체를 가열하여 유체가 기설정된 고온을 유지할 수 있도록 한다.

또한, 상기 유체탱크유닛(20)은 상기 저온수탱크(23)에 수용되는 유체의 온도가 기설정된 저온을 유지하도록 상기 저온수탱크(23)에 수용되는 유체를 냉각시키는 냉각유닛(24)을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 냉각유닛(24)을 한정하는 것은 아니고 다양한 형태를 통해 상기 저온수탱크(23)에 수용된 유체를 냉각하여 유체가 기설정된 저온을 유지할 수 있도록 한다.

상기 고온수탱크(21)에는 유체가 유입되는 고온수입구(211)와, 유체가 배출되는 고온수출구(212)와, 상기 고온수탱크(21)의 내부를 고온혼합부와 고온유지부로 구획하는 고온수분배부(213)가 포함될 수 있다. 상기 고온혼합부는 상기 고온수입구(211)로부터 유입되는 유체와 상기 고온수탱크(21)의 내부에 수용된 유체가 혼합되는 구간이고, 상기 고온유지부는 상기 고온혼합부에서 혼합된 유체를 기설정된 고온으로 유지시키는 구간이다. 상기 고온유지부는 상기 가열유닛(22)에 의해 유체가 가열되도록 한다. 도시되지 않았지만, 상기 고온수분배부(213)에는 고온연통공이 관통 형성되어 상기 고온수탱크(21)의 유체가 배출됨에 따라 상기 고온혼합부의 유체가 상기 고온유지부로 이동될 수 있다.

이때, 상기 고온수분배부(213)를 통해 상기 고온수탱크(21)에서 상기 고온유지부만을 가열하기 때문에 상기 고온수탱크(21)에 수용되는 유체의 온도 변화(특히, 상기 고온유지부의 열 손실)를 억제시키고, 상기 고온수탱크(21) 내부에서 유체의 온도 성층화를 구현할 수 있으며, 상기 고온수출구(212)에서 배출되는 유체는 항상 기설정된 고온으로 유지할 수 있다.

상기 저온수탱크(23)에는 유체가 유입되는 저온수입구(231)와, 유체가 배출되는 저온수출구(232)와, 상기 저온수탱크(23)의 내부를 저온혼합부와 저온유지부로 구획하는 저온수분배부(233)가 포함될 수 있다. 상기 저온혼합부는 상기 저온수입구(231)로부터 유입되는 유체와 상기 저온수탱크(23)의 내부에 수용된 유체가 혼합되는 구간이고, 상기 저온유지부는 상기 저온혼합부에서 혼합된 유체를 기설정된 저온으로 유지시키는 구간이다. 상기 저온유지부는 상기 냉각유닛(24)에 의해 유체가 냉각되도록 한다. 도시되지 않았지만, 상기 저온수분배부(233)에는 저온연통공이 관통 형성되어 상기 저온수탱크(23)의 유체가 배출됨에 따라 상기 저온혼합부의 유체가 상기 저온유지부로 이동될 수 있다.

이때, 상기 저온수분배부(233)를 통해 상기 저온수탱크(23)에서 상기 저온유지부만을 냉각하기 때문에 상기 저온수탱크(23)에 수용되는 유체의 온도 변화(특히, 상기 저온유지부의 열 손실)를 억제시키고, 상기 저온수탱크(23) 내부에서 유체의 온도 성층화를 구현할 수 있으며, 상기 저온수출구(232)에서 배출되는 유체는 항상 기설정된 저온으로 유지할 수 있다.

상기 유체공급라인(30)은 상기 인공근육모듈(10)에 유체를 공급하기 위한 공급경로를 형성하도록 상기 인공근육모듈(10)의 일측과 상기 유체탱크유닛(20)을 연결한다. 상기 유체공급라인(30)에는 상기 인공근육모듈(10)에 공급되는 유체의 온도를 감지하는 공급온도감지부(35)가 구비될 수 있다.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 상기 유체공급라인(30)은 상기 고온수탱크(21)에서 배출되는 유체의 이송경로를 형성하는 제1공급라인(31)과, 상기 저온수탱크(23)에서 배출되는 유체의 이송경로를 형성하는 제2공급라인(32)과, 상기 인공근육모듈(10)에 공급되는 유체의 이송경로를 형성하는 병합공급라인(33)을 포함한다. 상기 병합공급라인(33)에는 기설정된 고온의 유체와 기설정된 저온의 유체가 혼합된 유체가 이송될 수 있다. 상기 공급온도감지부(35)는 상기 병합공급라인(33)에 구비될 수 있다.

그러면, 상기 제1공급라인(31)과 상기 제2공급라인(32)은 상기 병합공급라인(33)에서 각각 분기되는 형태를 나타낸다. 여기서, 상기 제1공급라인(31)은 상기 고온수출구(212)와 상기 온도조절유닛(60)을 연결하고, 상기 제2공급라인(32)은 상기 저온수출구(232)와 상기 온도조절유닛(60)을 연결하며, 상기 병합공급라인(33)은 상기 유체입구(122)와 상기 온도조절유닛(60)을 연결한다.

상기 유체회수라인(40)은 상기 인공근육모듈(10)에 충진되는 유체를 회수하기 위한 회수경로를 형성하도록 상기 인공근육모듈(10)의 타측과 상기 유체탱크유닛(20)을 연결한다. 상기 유체회수라인(40)에는 상기 인공근육모듈(10)에서 배출되는 유체(상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체)의 온도를 감지하는 회수온도감지부(45)가 구비될 수 있다.

도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 상기 유체회수라인(40)은 상기 고온수탱크(21)로 회수되는 유체의 이송경로를 형성하는 제1회수라인(41)과, 상기 저온수탱크(23)로 회수되는 유체의 이송경로를 형성하는 제2회수라인(42)과, 상기 인공근육모듈(10)에서 배출되는 유체의 이송경로를 형성하는 분배회수라인(43)을 포함한다. 상기 회수온도감지부(45)는 상기 분배회수라인(43)에 구비될 수 있다.

그러면, 상기 제1회수라인(41)과 상기 제2회수라인(42)은 상기 분배회수라인(43)에서 각각 분기되는 형태를 나타낸다. 여기서, 상기 제1회수라인(41)은 상기 고온수입구(211)와 상기 유체분배유닛(70)을 연결하고, 상기 제2회수라인(42)은 상기 저온수입구(231)와 상기 유체분배유닛(70)을 연결하며, 상기 분배회수라인(43)은 상기 유체출구(124)와 상기 유체분배유닛(70)을 연결한다.

상기 순환펌프유닛(50)은 상기 유체공급라인(30)과 상기 유체회수라인(40) 중 적어도 어느 하나에 구비되어 상기 인공근육모듈(10)과 상기 유체탱크유닛(20) 사이에서 유체를 순환시킨다.

상기 순환펌프유닛(50)은 상기 유체공급라인(30)에에 구비되어 상기 유체탱크유닛(20)의 유체를 상기 인공근육모듈(10)로 이송시키는 제1펌프(51)와, 상기 유체회수라인(40)에 구비되어 상기 인공근육모듈(10)에서 배출되는 유체를 상기 유체탱크유닛(20)으로 이송시키는 제2펌프(52)로 구분할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 제1펌프(51)는 상기 병합공급라인(33) 상에 구비되는 것으로 표현하였으나, 여기에 한정하는 것은 아니고, 상기 제1펌프(51)는 상기 제1공급라인(31)과 상기 제2공급라인(32) 상에 구비되는 등 다양한 배치 구조를 통해 상기 인공근육모듈(10)에 유체를 공급하거나 상기 유체탱크유닛(20)과 상기 인공근육모듈(10) 사이에서 유체가 안정되게 순환시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 제2펌프(52)는 상기 분배회수라인(43) 상에 구비되는 것으로 표현하였으나, 여기에 한정하는 것은 아니고, 상기 제2펌프(52)는 상기 제1회수라인(41)과 상기 제2회수라인(42) 상에 구비되는 등 다양한 배치 구조를 통해 상기 인공근육모듈(10)에서 배출되는 유체를 상기 유체탱크유닛(20)으로 회수하거나 상기 유체탱크유닛(20)과 상기 인공근육모듈(10) 사이에서 유체가 안정되게 순환시킬 수 있다.

상기 온도조절유닛(60)은 상기 유체공급라인(30)에 구비된다. 상기 온도조절유닛(60)은 상기 고온수탱크(21)에서 배출되는 유체와 상기 저온수탱크(23)에서 배출되는 유체를 이용하여 상기 열반응구동유닛의 형상을 변형시키기 위해 기설정된 작동온도를 갖는 유체를 형성한다.

제1예로, 상기 온도조절유닛(60)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 고온수탱크(21)에서 배출되는 유체의 유량을 조절하는 제1조절밸브(61)와, 상기 저온수탱크(23)에서 배출되는 유체의 유량을 조절하는 제2조절밸브(62)를 포함할 수 있다. 그러면, 상기 제1조절밸브(61)를 통과한 유체와 상기 제2조절밸브(62)를 통과한 유체를 합하면, 상기 온도조절유닛(60) 통과한 유체는 기설정된 작동온도를 갖게 된다.

제2예로, 상기 온도조절유닛(60)은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 고온수탱크(21)에서 배출되는 유체의 유량에 대응하여 상기 저온수탱크(23)에서 배출되는 유체의 유량을 조절하여 유체를 배출시키는 유량조절밸브(63)를 포함할 수 있다. 그러면, 상기 유량조절밸브(63)에 의해 상기 고온수탱크(21)에서 배출되는 유체와 상기 저온수탱크(23)에서 배출되는 유체 사이의 유량비가 조절되면, 상기 온도조절유닛(60)을 통과한 유체는 기설정된 작동온도를 갖게 된다.

상기 유체분배유닛(70)은 상기 유체회수라인(40)에 구비된다. 상기 유체분배유닛(70)은 기설정된 분배조건에 따라 상기 유체회수라인(40)의 유체를 상기 고온수탱크(21) 또는 상기 저온수탱크(23)로 분배한다.

기설정된 분배조건은 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체의 온도일 수 있다. 그러면, 기설정된 분배온도를 기준으로 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체의 온도가 기설정된 분배온도보다 작은 경우, 상기 유체분배유닛(70)은 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체를 상기 저온수탱크(23)로 분배할 수 있다. 또한, 기설정된 분배온도를 기준으로 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체의 온도가 기설정된 분배온도보다 큰 경우, 상기 유체분배유닛(70)은 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크(21)로 분배할 수 있다. 또한, 기설정된 분배온도를 기준으로 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체의 온도가 기설정된 분배온도와 실질적으로 동일한 경우, 상기 유체분배유닛(70)은 별도의 사용조건에 따라 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크(21) 또는 상기 저온수탱크(23)로 분배할 수 있다.

이에 따라 상기 유체분배유닛(70)은 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크(21) 또는 상기 저온수탱크(23)로 분배하기 때문에, 상기 고온수탱크(21) 내부의 유체 온도 변화를 작게 함은 물론 상기 저온수탱크(23) 내부의 유체 온도 변화를 작게 하고, 유체의 가열 또는 유체의 냉각을 위한 소비전력을 감소시키며, 상기 유체탱크유닛(20)에서 유체의 온도 유지가 쉬워진다.

제1예로, 상기 유체분배유닛(70)은 도 5에 도시된 바와 같이 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크(21)로 분배하는 제1분배밸브(71)와, 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체를 상기 저온수탱크(23)로 분배하는 제2분배밸브(72)를 포함한다. 그러면, 상기 회수온도감지부(45)에서 감지되는 유체의 온도에 따라 상기 제1분배밸브(71) 또는 상기 제2분배밸브(72)가 동작되어 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크(21) 또는 상기 저온수탱크(23)로 분배하게 된다.

제2예로, 상기 유체분배유닛(70)은 도 6에 도시된 바와 같이 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크(21) 또는 상기 저온수탱크(23)로 분배하는 회수분배밸브(73)를 포함할 수 있다. 그러면, 상기 회수온도감지부(45)에서 감지되는 유체의 온도에 따라 상기 회수분배밸브(73)가 동작되어 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크(21) 또는 상기 저온수탱크(23)로 분배하게 된다.

상기 제어유닛(80)은 상기 인공근육모듈(10)의 형상 변형을 위한 변위명령을 기반으로 기설정된 작동온도를 결정하여 상기 순환펌프유닛(50)과, 상기 온도조절유닛(60)과, 상기 유체분배유닛(70)의 동작을 제어한다.

도 2에 도시된 바와 같이 상기 제어유닛(80)은 변위수신부(81)와, 온도결정부(82)와, 조절유닛제어부(83)와, 분배유닛제어부(84)와, 펌프제어부(85)를 포함할 수 있다.

상기 변위수신부(81)는 상기 인공근육모듈(10)의 형상 변형을 위한 변위명령을 수신한다. 상기 변위명령은 다양한 형태로 나타낼 수 있으며, 상기 인공근육모듈(10)을 수축 또는 이완시키기 위한 변위량에 대한 정보가 포함된다.

상기 온도결정부(82)는 상기 변위명령을 기반으로 작동온도를 결정한다. 상기 작동온도는 상기 변위명령에 대응하여 기설정된 값을 나타낼 수 있다.

상기 조절유닛제어부(83)는 상기 온도조절유닛(60)의 동작을 제어한다. 상기 조절유닛제어부(83)는 상기 작동온도를 기반으로 상기 온도조절유닛(60)의 동작을 제어함으로써, 상기 고온수탱크(21)에서 배출되는 유체와 상기 저온수탱크(23)에서 배출되는 유체를 이용하여 상기 인공근육모듈(10)의 형상 변형을 위해 기설정된 작동온도를 갖는 유체가 형성되도록 할 수 있다. 상기 조절유닛제어부(83)는 상기 공급온도감지부(35)에서 감지되는 온도를 피드백받아 상기 작동온도의 구현 상태를 모니터링하거나, 유체의 작동온도를 보상할 수 있다.

상기 분배유닛제어부(84)는 상기 유체분배유닛(70)의 동작을 제어한다. 상기 분배유닛제어부(84)는 기설정된 분배조건을 기반으로 상기 유체분배유닛(70)의 동작을 제어할 수 있다. 상기 분재유닛제어부는 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체의 온도와 기설정된 분배온도를 비교하여 비교 결과에 따라 상기 유체분배유닛(70)의 동작을 제어하여 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체가 상기 고온수탱크(21) 또는 상기 저온수탱크(23)로 분배되도록 할 수 있다.

상기 펌프제어부(85)는 상기 순환펌프유닛(50)을 제어한다. 상기 펌프제어부(85)는 상기 변위명령 또는 상기 작동온도를 기반으로 상기 순환펌프유닛(50)의 동작을 제어할 수 있다. 상기 펌프제어부(85)는 상기 순환펌프유닛(50)의 동작을 제어하여 상기 인공근육모듈(10)과 상기 유체탱크유닛(20) 사이에서 유체가 순환되도록 할 수 있다.

상기 제어유닛(80)은 고온수제어부(86)와 저온수제어부(87) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.

상기 고온수제어부(86)는 상기 가열유닛(22)을 제어한다. 상기 고온수제어부(86)는 상기 고온수탱크(21)에 수용되는 유체(상기 고온유지부에 수용되는 유체)의 온도에 따라 상기 가열유닛(22)을 동작시켜 상기 고온수탱크(21)에 수용되는 유체의 온도를 기설정된 고온으로 유지시킬 수 있다.

상기 저온수제어부(87)는 상기 냉각유닛(24)을 제어한다. 상기 저온수제어부(87)는 상기 저온수탱크(23)에 수용되는 유체(상기 저온유지부에 수용되는 유체)의 온도에 따라 상기 냉각유닛(24)을 동작시켜 상기 저온수탱크(23)에 수용되는 유체의 온도를 기설정된 저온으로 유지시킬 수 있다.

지금부터는 상기 온도조절유닛(60)에 대하여 좀더 자세하게 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이 제1예에 따른 온도조절유닛(60)을 살펴보면, 상기 제1조절밸브(61)는 상기 제1공급라인(31) 상에 구비되고, 상기 제2조절밸브(62)는 상기 제2공급라인(32) 상에 구비된다.

상기 순환펌프유닛(50)이 동작되면, 상기 순환펌프유닛(50)의 펌핑력에 의해 상기 고온수출구(212)에서는 기설정된 고온의 유체가 배출되고, 상기 저온수출구(232)에서는 기설정된 저온의 유체가 배출된다. 이때, 상기 조절유닛제어부(83)의 동작에 따라 상기 제1조절밸브(61)와 상기 제2조절밸브(62)의 개도가 조절됨으로써, 기설정된 고온을 가지고 상기 제1공급라인(31)을 통과하는 유체의 유량과, 기설정된 저온을 가지고 상기 제2공급라인(32)을 통과하는 유체의 유량을 조절할 수 있다.

상기 제1공급라인(31)을 통과한 유체와 상기 제2공급라인(32)을 통과한 유체를 합하면, 상기 인공근육모듈(10)에 공급하기 위해 기설정된 작동온도를 갖는 유체를 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 유체는 상기 순환펌프유닛(50)의 펌핑력에 의해 상기 병합공급라인(33)을 따라 이송되어 상기 인공근육모듈(10)에 전달된다.

이때, 상기 온도조절유닛(60)은 기설정된 고온의 유체와 기설정된 저온의 유체를 교반하는 공급유체믹서(64)를 더 포함함으로써, 기설정된 고온의 유체와 기설정된 저온의 유체가 안정적으로 혼합되어, 혼합된 유체는 빠르게 기설정된 작동온도를 가질 수 있고, 혼합된 유체가 상기 병합공급라인(33)을 이송할 때, 열 손실이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이 제2예에 따른 온도조절유닛(60)을 살펴보면, 상기 유량조절밸브(63)에는 상기 고온수탱크(21)에서 배출되는 유체가 유입되는 제1유입구(632)와, 상기 저온수탱크(23)에서 배출되는 유체가 유입되는 제2유입구(633)와, 유체가 배출되는 작동유체공급구(635)가 포함된다. 또한, 상기 유량조절밸브(63)에는 유량조절유로(631), 배출분기유로(634)와, 유량조절블럭(636)과, 조절구동부(637)가 포함된다.

상기 유량조절유로(631)는 상기 제1유입구(632)와 상기 제2유입구(633)를 연결하고, 상기 제1유입구(632)와 상기 제2유입구(633) 사이에서 유체의 이송경로를 형성한다.

상기 배출분기유로(634)는 상기 유량조절유로(631)에서 분기되어 상기 작동유체공급구(635)와 연결되고, 상기 유량조절유로(631)와 상기 작동유체공급구(635) 사이에서 유체의 이송경로를 형성한다.

상기 유량조절블럭(636)은 상기 배출분기유로(634)와 마주보는 상태에서 상기 유량조절유로(631) 상에 구비되고, 상기 유량조절유로(631)의 유체를 상기 배출분기유로(634)로 안내한다. 상기 유량조절블럭(636)은 상기 유량조절유로(631)에서 회전 또는 슬라이드 이동이 가능하다.

상기 조절구동부(637)는 유량조절블럭(636)을 동작시킨다.

여기서, 상기 제1공급라인(31)은 상기 고온수탱크(21)의 상기 고온수출구(212)와 상기 제1유입구(632)를 연결하고, 상기 제2공급라인(32)은 상기 저온수탱크(23)의 상기 저온수출구(232)와 상기 제2유입구(633)를 연결하며, 상기 병합공급라인(33)은 상기 작동유체공급구(635)와 상기 인공근육모듈(10)의 유체입구(122)를 연결한다.

상기 순환펌프유닛(50)이 동작되면, 상기 순환펌프유닛(50)의 펌핑력에 따라 기설정된 고온의 유체와 기설정된 저온의 유체는 각각 상기 유량조절유로(631)에 공급된다. 이때, 상기 조절유닛제어부(83)의 동작에 따라 상기 조절구동부(637)의 동작이 제어되어 상기 유량조절블럭(636)이 움직임으로써, 기설정된 고온의 유체와 기설정된 저온의 유체 사이에 기설정된 유량비를 조절할 수 있다. 여기서, 기설정된 유량비라 함은 상기 배출분기유로(634)를 통과하는 100유량을 기준으로 기설정된 고온의 유체의 유량을 N 이라고 하면, 기설정된 저온의 유체의 유량은 100-N이 된다는 것을 의미한다.

상기 유량조절블럭(636)을 동작시켜 기설정된 유량비를 조절하면, 상기 인공근육모듈(10)에 공급하기 위해 기설정된 작동온도를 갖는 유체를 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 유체는 상기 제1펌프(51)의 펌핑력에 의해 상기 병합공급라인(33)을 따라 이송되어 상기 인공근육모듈(10)에 전달된다.

지금부터는 상기 유체분배유닛(70)에 대하여 좀더 자세하게 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이 제1예에 따른 유체분배유닛(70)을 살펴보면, 상기 제1분배밸브(71)는 상기 제1회수라인(41) 상에 구비되고, 상기 제2분배밸브(72)는 상기 제2회수라인(42) 상에 구비된다.

상기 순환펌프유닛(50)이 동작되면, 상기 순환펌프유닛(50)의 펌핑력에 의해 상기 분배회수라인(43)에서는 상기 인공근육모듈(10)에서 배출되는 유체가 이송된다. 그리고 상기 분배유닛제어부(84)의 동작에 따라 기설정된 분배조건에 의해 상기 제1분배밸브(71) 또는 상기 제2분배밸브(72)의 동작이 제어되어 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크(21) 또는 상기 저온수탱크(23)로 분배할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이 제2예에 따른 유체분배유닛(70)을 살펴보면, 상기 회수분배밸브(73)에는 상기 고온수탱크(21)로 유입되는 유체가 배출되는 제1배출구(732)와, 상기 저온수탱크(23)로 유입되는 유체가 배출되는 제1배출구(732)와, 상기 인공근육모듈(10)에서 배출되는 유체가 유입되는 회수유체유입구(734)가 포함된다. 또한, 상기 회수분배밸브(73)에는 회수분배유로(731)와 유입분기유로(734)와, 회수분배블럭(736)과, 분배구동부(737)가 포함된다.

상기 회수분배유로(731)는 상기 제1배출구(732)와 상기 제2배출구(733)를 연결하고, 상기 제1배출구(732)와 상기 제2배출구(733) 사이에서 유체의 이송경로를 형성한다.

상기 유입분기유로(734)는 상기 회수분배유로(731)에서 분기되어 상기 회수유체유입구(734)와 연결되고, 상기 회수분배유로(731)와 상기 회수유체유입구(734) 사이에서 유체의 이송경로를 형성한다.

상기 회수분배블럭(736)은 상기 유입분기유로(734)와 마주보는 상태에서 상기 회수분배유로(731) 상에 구비되고, 상기 회수분배유로(731)의 유체를 상기 유입분기유로(734)로 안내한다. 상기 회수분배블럭(736)은 상기 회수분배유로(731)에서 회전 또는 슬라이드 이동이 가능하다.

상기 분배구동부(737)는 상기 회수분배블럭(736)을 동작시킨다.

여기서, 제1회수라인(41)은 상기 고온수탱크(21)의 상기 고온수입구(211)와 상기 제1배출구(732)를 연결하고, 상기 제2회수라인(42)은 상기 저온수탱크(23)의 상기 저온수입구(231)와 상기 제2배출구(733)를 연결하며, 상기 분배회수라인(43)은 상기 회수유체유입구(734)와 상기 인공근육모듈(10)의 유체출구(124)를 연결한다.

상기 순환펌프유닛(50)이 동작되면, 상기 순환펌프유닛(50)의 펌핑력에 따라 상기 인공근육모듈(10)에 수용된 유체는 상기 분배회수라인(43)을 따라 이송되어 상기 유입분기유로(734)에 공급된다. 이때, 상기 분배유닛제어부(84)의 동작에 따라 상기 분배구동부(737)의 동작이 제어되어 상기 회수분배블럭(736)이 움직임으로써, 상기 회수분배블럭(736)은 상기 제1배출구(732) 또는 상기 제2배출구(733)를 상기 회수유체유입구(734)와 연결하며, 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크(21) 또는 상기 저온수탱크(23)로 분배할 수 있다. 또한, 상기 회수분배블럭(736)은 상기 회수유체유입구(734)를 폐쇄할 수 있고, 상기 유입분기유로(734)의 유체가 상기 제1배출구(732)와 상기 제2배출구(733)로 모두 이송되는 것을 방지할 수 있다.

도 2와 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치를 이용하여 인공근육모듈이 수축되는 동작을 설명한다.

먼저, 상기 변위수신부(81)에서 상기 인공근육모듈(10)의 수축 변형을 위한 변위명령이 수신되면, 상기 온도결정부(82)는 상기 변위명령을 기반으로 상기 인공근육모듈(10)의 수축 변형을 위한 유체의 작동온도를 결정한다.

상기 펌프제어부(85)는 상기 순환펌프유닛(50)의 동작을 제어하여 상기 유체탱크유닛(20)과 상기 인공관절유닛 사이에서 유체가 순환되도록 한다. 이때, 상기 조절유닛제어부(83)는 상기 온도조절유닛(60)의 동작을 제어함으로써, 상기 병합공급라인(33)에는 상기 인공근육모듈(10)의 수축 변형을 위해 기설정된 작동온도를 갖는 유체가 형성되도록 한다.

계속해서, 상기 병합공급라인(33)의 유체는 상기 인공근육모듈(10)에 공급됨에 따라 상기 열반응구동유닛을 수축시킨다. 이때, 상기 인공근육모듈(10)에 공급되는 유체는 수축을 위한 기설정된 작동온도를 나타내므로, 상기 열반응구동유닛은 상기 변위명령에 대응하여 정밀하게 수축될 수 있다.

그리고 상기 인공근육모듈(10)에서 배출되는 유체는 상기 분배회수라인(43)을 거쳐 상기 유체분배유닛(70)으로 전달되고, 상기 분배유닛제어부(84)는 기설정된 분배조건에 따라 상기 유체분배유닛(70)의 동작을 제어함으로써, 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체는 상기 고온수탱크(21) 또는 상기 저온수탱크(23)로 분배된다.

도 2와 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치를 이용하여 상기 인공근육모듈(10)이 이완되는 동작을 설명한다.

먼저, 상기 변위수신부(81)에서 상기 인공근육모듈(10)의 이완 변형을 위한 변위명령이 수신되면, 상기 온도결정부(82)는 상기 변위명령을 기반으로 상기 인공근육모듈(10)의 변형 변형을 위한 유체의 작동온도를 결정한다.

상기 펌프제어부(85)는 상기 순환펌프유닛(50)의 동작을 제어하여 상기 유체탱크유닛(20)과 상기 인공관절유닛 사이에서 유체가 순환되도록 한다. 이때, 상기 조절유닛제어부(83)는 상기 온도조절유닛(60)의 동작을 제어함으로써, 상기 병합공급라인(33)에는 상기 인공근육모듈(10)의 이완 변형을 위해 기설정된 작동온도를 갖는 유체가 형성되도록 한다.

계속해서, 상기 병합공급라인(33)의 유체는 상기 인공근육모듈(10)에 공급됨에 따라 상기 열반응구동유닛을 이완시킨다. 이때, 상기 인공근육모듈(10)에 공급되는 유체는 이완을 위한 기설정된 작동온도를 나타내므로, 상기 열반응구동유닛은 상기 변위명령에 대응하여 정밀하게 이완될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동장치에서는 상기 인공근육모듈(10)에 공급되는 유체의 온도가 기준온도보다 높으면 상기 인공근육모듈(10)이 수축되고, 상기 인공근육모듈(10)에 공급되는 유체의 온도가 기준온도보다 낮으면 상기 인공근육모듈(10)이 이완되는 동작으로 설명하였으나, 상기 열반응구동유닛의 종류에 따라 상기 인공근육모듈(10)에 공급되는 유체의 온도가 기준온도보다 높으면 상기 인공근육모듈(10)이 이완되고, 상기 인공근육모듈(10)에 공급되는 유체의 온도가 기준온도보다 낮으면 상기 인공근육모듈(10)이 수축될 수 있다.

지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동방법에 대하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동방법을 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동방법은 상기 인공근육모듈(10)을 수축 또는 이완시키는 방법이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공근육모듈의 구동방법은 변위수신단계(S1)와, 온도결정단계(S2)와, 유체순환단계(S3)와, 온도조절단계(S4)와, 모듈동작단계(S5)와, 유체분배단계(S6)를 포함하고, 유체온도유지단계(S7)를 더 포함할 수 있다.

상기 변위수신단계(S1)는 상기 인공근육모듈(10)의 형상 변형을 위한 변위명령을 수신한다. 상기 변위수신단계(S1)는 상기 변위수신부(81)의 동작에 따라 실시될 수 있다.

상기 온도결정단계(S2)는 상기 변위명령을 기반으로 상기 인공근육모듈(10)의 형상 변형을 위한 유체의 작동온도를 결정한다. 상기 온도결정단계(S2)는 상기 온도결정부(82)의 동작에 따라 실시될 수 있다.

상기 유체순환단계(S3)는 상기 인공근육모듈(10)과 상기 유체탱크유닛(20) 사이에서 유체를 순환시킨다. 상기 유체순환단계(S3)는 상기 펌프제어부(85)와 상기 순환펌프유닛(50)의 동작에 따라 실시될 수 있다.

상기 온도조절단계(S4)는 상기 작동온도를 기반으로 상기 고온수탱크(21)에서 배출되는 유체와 상기 저온수탱크(23)에서 배출되는 유체를 이용하여 상기 인공근육모듈(10)의 형상 변형을 위해 기설정된 작동온도를 갖는 유체를 형성한다. 상기 온도조절단계(S4)는 상기 조절유닛제어부(83)와 상기 온도조절유닛(60)의 동작에 따라 실시될 수 있다.

상기 모듈동작단계(S5)는 기설정된 작동온도를 갖는 유체에 의해 상기 인공근육모듈(10)의 형상이 변형된다. 상기 모듈동작단계(S5)는 기설정된 작동온도를 갖는 유체와 상기 인공근육모듈(10)의 상호 작용으로 실시될 수 있다.

상기 유체분배단계(S6)는 기설정된 분배조건에 따라 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크(21) 또는 상기 저온수탱크(23)로 분배한다. 상기 유체분배단계(S6)는 상기 분배제어부와 상기 유체분배유닛(70)의 동작에 따라 실시될 수 있다.

상기 유체온도유지단계(S7)는 상기 유체탱크유닛(20)에서 유입 또는 배출되는 유체에 대응하여 상기 고온수탱크(21)에 수용되는 유체의 온도를 기설정된 고온으로 유지시키거나, 상기 저온수탱크(23)에 수용되는 유체의 온도를 기설정된 저온으로 유지시킨다.

상기 유체온도유지단계(S7)에서 기설정된 고온의 유지는 상기 고온수제어부(86)와 상기 가열유닛(22)의 동작에 따라 실시되고, 기설정된 저온의 유지는 상기 저온수제어부(87)와 상기 냉각유닛(24)의 동작에 따라 실시될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상술한 기설정된 분배조건은 상기 인공근육모듈(10)의 형상 변형을 위한 변위명령일 수 있다. 그러면, 상기 변위명령이 상기 인공근육모듈(10)의 수축을 위한 것이라면, 상기 인공근육모듈(10)에 수용되어 있는 유체의 온도는 상기 인공근육모듈(10)에 공급해야 되는 유체의 온도보다 낮기 때문에 상기 유체분배유닛(70)은 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체를 상기 저온수탱크(23)로 분배할 수 있다. 또한, 상기 변위명령이 상기 인공근육모듈(10)의 이완을 위한 것이라면, 상기 인공근육모듈(10)에 수용되어 있는 유체의 온도는 상기 인공근육모듈(10)에 공급해야 되는 유체의 온도보다 높기 때문에 상기 유체분배유닛(70)은 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크(21)로 분배할 수 있다.

이때, 상기 분배유닛제어부(84)는 상기 변위명령에 따라 상기 유체분배유닛(70)의 동작을 제어하여 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체가 상기 고온수탱크(21) 또는 상기 저온수탱크(23)로 분배되도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상술한 기설정된 분배조건은 상기 고온수탱크(21)와 상기 저온수탱크(23)의 수위일 수 있다.

그러면, 상기 고온수탱크(21)와 상기 저온수탱크(23)의 수위가 기준수위보다 낮아지면, 상기 유체분배유닛(70)은 기준수위보다 낮은 수위를 갖는 해당 탱크에 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체를 분배할 수 있다. 또한, 상기 고온수탱크(21)의 수위와 상기 저온수탱크(23)의 수위를 비교하여 상기 유체분배유닛(70)은 상대적으로 낮은 수위를 갖는 해당 탱크에 상기 유체회수라인(40)을 통해 회수되는 유체를 분배할 수 있다.

상술한 인공근육모듈의 구동장치와 인공근육모듈의 구동방법에 따르면, 상기 인공근육모듈(10)에 충진되는 유체의 온도에 따라 상기 인공근육모듈(10)의 유연한 움직임을 구현하면서 상기 인공근육모듈(10)의 응답성을 빠르게 하고, 종래에 비해 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 기설정된 고온의 유체와 기설정된 저온의 유체를 다양한 형태로 혼합 제공함으로써, 상기 열반응구동유닛의 수축 또는 이완에 필요한 작동온도를 쉽게 구현할 수 있고, 상기 인공근육모듈(10)의 변위제어를 간소화시킬 수 있다. 또한, 상기 유체탱크유닛(20)에서 기설정된 고온과 기설정된 저온의 유지가 간편하고, 상기 유체탱크유닛(20)에 수용되는 유체의 온도 변화를 최소화하여 유체의 혼합에 따른 작동온도 구현을 편리하게 할 수 있다.

또한, 작동온도를 구현하면서 상기 인공근육모듈(10)에 제공하기 위한 유체의 유량 조절이 용이하다. 또한, 작동온도를 구현하기 위한 유체의 혼합비 설정이 간편하고, 상기 유체탱크유닛(20)에서 배출되는 유체의 거동을 안정화시킬 수 있다. 또한, 상기 인공근육모듈(10)에서 배출되는 유체의 회수를 간편하게 하고, 상기 유체탱크유닛(20)에 수용된 유체의 온도 변화를 최소화시켜 상기 유체탱크유닛(20)에 수용되는 유체의 온도 유지가 쉬워진다. 또한, 상기 인공근육모듈(10)에서 배출되는 유체의 분배를 명확하게 하고, 상기 유체탱크유닛(20)으로 회수되는 유체에 따라 상기 유체탱크유닛(20)에서 유체의 온도 유지를 위한 오동작을 방지할 수 있다. 또한, 상기 인공근육모듈(10)에 공급되는 유체의 온도 변화를 다양화시켜 상기 인공근육모듈(10)이 생체근육과 유사한 유연성을 간편하게 구현할 수 있다.

상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.

10: 인공근육모듈 11: 형상기억합금 스프링 12: 케이싱유닛
121: 제1마개 122: 유체입구 123: 제2마개
124: 유체출구 125: 신축관 126: 내부공간
20: 유체탱크유닛 21: 고온수탱크 211: 고온수입구
212: 고온수출구 213: 고온수분배부 22: 가열유닛
23: 저온수탱크 231: 저온수입구 232: 저온수출구
233: 저온수분배부 24: 냉각유닛 30: 유체공급라인
31: 제1공급라인 32: 제2공급라인 33: 병합공급라인
35: 공급온도감지부 40: 유체회수라인 41: 제1회수라인
42: 제2회수라인 43: 분배회수라인 45: 회수온도감지부
50: 순환펌프유닛 51: 제1펌프 52: 제2펌프
60: 온도조절유닛 61: 제1조절밸브 62: 제2조절밸브
63: 유량조절밸브 631: 유량조절유로 632: 제1유입구
633: 제2유입구 634: 배출분기유로 635: 작동유체공급구
636: 유량조절블럭 637: 조절구동부 64: 공급유체믹서
70: 유체분배유닛 71: 제1분배밸브 72: 제2분배밸브
73: 회수분배밸브 731: 회수분배유로 732: 제1배출구
733: 제2배출구 734: 유입분기유로 735: 회수유체입구
736: 회수분배블럭 737: 분배구동부 80: 제어유닛
81: 변위수신부 82: 온도결정부 83: 조절유닛제어부
84: 분배유닛제어부 85: 펌프제어부 86: 고온수제어부
87: 저온수제어부 S1: 변위수신단계 S2: 온도결정단계
S3: 유체순환단계 S4: 온도조절단계 S5: 모듈동작단계
S6: 유체분배단계 S7: 유체온도유지단계

Claims

열에 의해 반응하면서 형상이 변형되는 열반응구동유닛과, 유체가 충진되는 내부공간을 형성하면서 상기 열반응구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 케이싱유닛을 포함하는 인공근육모듈을 수축 또는 이완시키는 인공근육모듈의 구동장치에 있어서,
기설정된 고온을 갖는 유체가 수용되는 고온수탱크와, 기설정된 고온보다 낮은 기설정된 저온을 갖는 유체가 수용되는 저온수탱크를 포함하는 유체탱크유닛;
상기 인공근육모듈에 유체를 공급하기 위한 공급경로를 형성하도록 상기 인공근육모듈의 일측과 상기 유체탱크유닛을 연결하는 유체공급라인;
상기 인공근육모듈에 충진되는 유체를 회수하기 위한 회수경로를 형성하도록 상기 인공근육모듈의 타측과 상기 유체탱크유닛을 연결하는 유체회수라인;
상기 유체공급라인과 상기 유체회수라인 중 적어도 어느 하나에 구비되어 상기 인공근육모듈과 상기 유체탱크유닛 사이에서 유체를 순환시키는 순환펌프유닛;
상기 유체공급라인에 구비되고, 상기 고온수탱크에서 배출되는 유체와 상기 저온수탱크에서 배출되는 유체를 이용하여 상기 열반응구동유닛의 형상을 변형시키기 위한 기설정된 작동온도를 갖는 유체를 형성하는 온도조절유닛; 및
상기 유체회수라인에 구비되고, 기설정된 분배조건에 따라 상기 유체회수라인의 유체를 상기 고온수탱크 또는 상기 저온수탱크로 분배하는 유체분배유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공근육모듈의 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 유체탱크유닛은,
상기 고온수탱크에 수용되는 유체의 온도가 기설정된 고온을 유지하도록 상기 고온수탱크에 수용되는 유체를 가열하는 가열유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공근육모듈의 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 유체탱크유닛은,
상기 저온수탱크에 수용되는 유체의 온도가 기설정된 저온을 유지하도록 상기 저온수탱크에 수용되는 유체를 냉각시키는 냉각유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공근육모듈의 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 온도조절유닛은,
상기 고온수탱크에서 배출되는 유체의 유량을 조절하는 제1조절밸브; 및
상기 저온수탱크에서 배출되는 유체의 유량을 조절하는 제2조절밸브;를 포함하고,
상기 제1조절밸브를 통과한 유체의 유량과 상기 제2조절밸브를 통과한 유체의 유량을 합하면, 상기 온도조절유닛 통과한 유체는 기설정된 작동온도를 갖는 것을 특징으로 인공근육모듈의 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 온도조절유닛은,
상기 고온수탱크에서 배출되는 유체의 유량에 대응하여 상기 저온수탱크에서 배출되는 유체의 유량을 조절하여 유체를 배출하는 유량조절밸브;를 포함하고,
상기 유량조절밸브에 의해 상기 고온수탱크에서 배출되는 유체와 상기 저온수탱크에서 배출되는 유체 사이의 유량비가 조절되면, 상기 온도조절유닛을 통과한 유체는 기설정된 작동온도를 갖는 것을 특징으로 하는 인공근육모듈의 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 유체분배유닛은,
상기 유체회수라인을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크로 분배하는 제1분배밸브; 및
상기 유체회수라인을 통해 회수되는 유체를 상기 저온수탱크로 분배하는 제2분배밸브;를 포함하고,
기설정된 분배조건에 따라 상기 제1분배밸브 또는 상기 제2분배밸브가 동작되어 상기 유체회수라인을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크 또는 상기 저온수탱크로 분배하는 것을 특징으로 하는 인공근육모듈의 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 유체분배유닛은,
상기 유체회수라인을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크 또는 상기 저온수탱크로 분배하는 회수분배밸브;를 포함하고,
기설정된 분배조건에 따라 상기 회수분배밸브가 동작되어 상기 유체회수라인을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크 또는 상기 저온수탱크로 분배하는 것을 특징으로 하는 인공근육모듈의 구동장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인공근육모듈의 형상 변형을 위한 변위명령을 기반으로 상기 인공근육모듈의 형상 변형을 위한 유체의 작동온도를 결정하여 상기 순환펌프유닛과, 상기 온도조절유닛과, 상기 유체분배유닛의 동작을 제어하는 제어유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공근육모듈의 구동장치.
제1항에 기재된 상기 인공근육모듈을 수축 또는 이완시키는 인공근육모듈의 구동방법에 있어서,
상기 인공근육모듈의 형상 변형을 위한 변위명령을 수신하는 변위수신단계;
상기 변위명령을 기반으로 상기 인공근육모듈의 형상 변형을 위한 유체의 작동온도를 결정하는 온도결정단계;
상기 인공근육모듈과 상기 유체탱크유닛 사이에서 유체를 순환시키는 유체순환단계;
상기 작동온도를 기반으로 상기 고온수탱크에서 배출되는 유체와 상기 저온수탱크에서 배출되는 유체를 이용하여 상기 인공근육모듈의 형상 변형을 위해 기설정된 작동온도를 갖는 유체를 형성하는 온도조절단계; 및
기설정된 분배조건에 따라 상기 유체회수라인을 통해 회수되는 유체를 상기 고온수탱크 또는 상기 저온수탱크로 분배하는 유체분배단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공근육모듈의 구동방법.
제9항에 있어서,
상기 유체탱크유닛에서 유입 또는 배출되는 유체에 대응하여 상기 고온수탱크에 수용되는 유체의 온도를 기설정된 고온으로 유지시키거나, 상기 저온수탱크에 수용되는 유체의 온도를 기설정된 저온으로 유지시키는 유체온도유지단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공근육모듈의 구동방법.