KR101907583B1 - 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기 및 이를 적용한 역감 전달 시스템 - Google Patents

자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기 및 이를 적용한 역감 전달 시스템 Download PDF

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조인성
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울산과학기술원
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Abstract

본 발명은, 피스톤 헤드가 복수의 날개들이 서로 이격되게 방사형으로 배치된 형상으로 형성됨으로써, 자기장이 발생하지 않는 경우에는 자기 유동성 유체가 상기 날개들 사이로 원활하게 흐를 수 있으므로 유체의 저항이 최소화될 수 있다. 또한, 제1,2,3방사형 피스톤 헤드가 다단으로 적층된 구조로 형성되고, 복수의 코일들이 구비되는 구조로 구성됨으로써, 코일에 의한 자기장 효과를 최대화시키고, 자기장 활성화 영역도 충분히 확보하여 자기장의 효과도 극대화할 수 있는 이점이 있다.

Description

자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기 및 이를 적용한 역감 전달 시스템{Variable stiffness drive system using magnetorheological fluid and force reflecting system using the same}
본 발명은 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기 및 이를 적용한 역감 전달 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기장에 따라 유동성이 변하는 자기 유동성 유체를 이용하여 강성을 제어하는 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기 및 이를 적용한 역감 전달 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 자기 유동성(magnetorheological, MR) 유체를 이용한 MR 댐퍼는, 외부에서 인가되는 전류에 의해 코일 주변에 전자기장을 발생시켜, 자기 유동성 유체의 점성을 변화시키고 감쇠력을 조절하는 장치이다.
상기 자기 유동성 유체는, 실리콘 오일과 같은 유체에 금속 분말이 섞여 있는 것으로, 자기장이 없을 때에는 상기 금속 분말이 유체의 흐름에 따라 자유롭게 움직이고, 자기장의 영향을 받게 되면 상기 금속 분말이 체인 구조를 형성하여 유체의 움직임을 방해하여 점성이 높아진다.
종래의 MR 댐퍼는, 자기 유동성 유체가 충전되는 실린더와, 상기 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤 로드와, 상기 피스톤 로드에 연결된 피스톤과, 상기 피스톤 헤드에 감긴 코일 등으로 구성된다.
종래의 MR 댐퍼는, 피스톤 헤드와 실린더 사이의 좁은 공간으로 유체가 지나가기 때문에, 자기장이 없을 때에도 유체에 의한 저항이 큰 단점이 있다.
한국등록특허 10-1686113
본 발명의 목적은, 자기장이 없을 때 자기 유동성 유체의 흐름은 원활하게 하고, 자기장의 생성시 자기장의 효과를 극대화시킬 수 있는 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기 및 이를 적용한 역감 전달 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기는, 자기 유동성(magnetorheological, MR) 유체가 충진되는 실린더와; 상기 실린더에 구비된 피스톤 로드와; 상기 피스톤 로드를 중심으로 복수개의 날개들이 방사형으로 배치되고, 각 내주면은 상기 피스톤 로드에 연결되며, 외주면은 상기 실린더와 소정 간격 이격되게 배치되어, 상기 실린더와 외주면의 사이에 자기장이 흐르는 아우터 자기장 활성화 영역을 형성하는 제1방사형 피스톤 헤드와; 상기 제1방사형 피스톤 헤드의 날개들의 상면에 각각 연결되고, 상기 피스톤 로드에 평행하게 배치된 복수의 상부 코어들과; 상기 상부 코어들에 각각 감기는 복수의 상부 코일들과; 상기 상부 코어들의 각 상면에 연결되고, 상기 피스톤 로드를 중심으로 복수개의 날개들이 방사형으로 배치되고, 내주면은 상기 피스톤 로드로부터 소정 간격 이격되며, 외주면은 상기 실린더로부터 소정 간격 이격되게 배치되어, 상기 피스톤 로드와 내주면의 사이에 자기장이 흐르는 이너 자기장 활성화 영역을 형성하고, 상기 실린더와 외주면의 사이에 자기장이 흐르는 아우터 자기장 활성화 영역을 형성하는 제2방사형 피스톤 헤드를 포함한다.
본 발명에 따른 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기를 이용한 역감 전달 시스템은, 손등에 착용하는 손등 착용부와; 상기 손등 착용부에 구비되어, 전원의 인가에 따라 강성이 제어되는 가변 강성 구동기와; 상기 가변 강성 구동기로부터 구동력을 전달받도록 결합되고, 단부에는 손가락에 착용가능하도록 손가락 홀더가 구비된 링크부를 포함하고, 상기 가변 강성 구동기는, 자기 유동성(magnetorheological, MR) 유체가 충진되는 실린더와; 상기 실린더에 구비되고, 상기 링크부에 연결되는 피스톤 로드와; 상기 피스톤 로드를 중심으로 복수개의 날개들이 방사형으로 배치되고, 각 내주면은 상기 피스톤 로드에 연결되며, 외주면은 상기 실린더와 소정 간격 이격되게 배치되어, 상기 실린더와 외주면의 사이에 자기장이 흐르는 아우터 자기장 활성화 영역을 형성하는 제1방사형 피스톤 헤드와; 상기 제1방사형 피스톤 헤드의 날개들의 상면에 각각 연결되고, 상기 피스톤 로드에 평행하게 배치된 복수의 상부 코어들과; 상기 상부 코어들에 각각 감기는 복수의 상부 코일들과; 상기 상부 코어들의 각 상면에 연결되고, 상기 피스톤 로드를 중심으로 복수개의 날개들이 방사형으로 배치되고, 내주면은 상기 피스톤 로드로부터 소정 간격 이격되며, 외주면은 상기 실린더로부터 소정 간격 이격되게 배치되어, 상기 피스톤 로드와 내주면의 사이에 자기장이 흐르는 이너 자기장 활성화 영역을 형성하고, 상기 실린더와 외주면의 사이에 자기장이 흐르는 아우터 자기장 활성화 영역을 형성하는 제2방사형 피스톤 헤드와; 상기 제1방사형 피스톤 헤드의 날개들의 하면에 각각 연결되고, 상기 피스톤 로드에 평행하게 배치된 복수의 하부 코어들과; 상기 하부 코어들에 각각 감기는 복수의 하부 코일들과; 상기 하부 코어들의 각 하면에 연결되고, 상기 피스톤 로드를 중심으로 복수개의 날개들이 방사형으로 배치되고, 내주면은 상기 피스톤 로드로부터 소정 간격 이격되며, 외주면은 상기 실린더로부터 소정 간격 이격되게 배치되어, 상기 피스톤 로드와 내주면의 사이에 자기장이 흐르는 이너 자기장 활성화 영역을 형성하고, 상기 실린더와 외주면의 사이에 자기장이 흐르는 아우터 자기장 활성화 영역을 형성하는 제3방사형 피스톤 헤드를 포함한다.
본 발명은, 피스톤 헤드가 복수의 날개들이 서로 이격되게 방사형으로 배치된 형상으로 형성됨으로써, 자기장이 발생하지 않는 경우에는 자기 유동성 유체가 상기 날개들 사이로 원활하게 흐를 수 있으므로 유체의 저항이 최소화될 수 있다.
또한, 제1,2,3방사형 피스톤 헤드가 다단으로 적층된 구조로 형성되고, 복수의 코일들이 구비되는 구조로 구성됨으로써, 코일에 의한 자기장 효과를 최대화시키고, 자기장 활성화 영역도 충분히 확보하여 자기장의 효과도 극대화할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 피스톤을 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 피스톤 로드와 피스톤 헤드를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 가변 강성 구동기의 종단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 가변 강성 구동기에서 A-A선으로 자른 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 가변 강성 구동기에서 B-B선으로 자른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가변 강성 구동기를 적용한 역감 전달 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기를 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 피스톤을 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2에 도시된 피스톤 로드와 피스톤 헤드를 나타낸 사시도이다. 도 4는 도 1에 도시된 가변 강성 구동기의 종단면도이다. 도 5는 도 1에 도시된 가변 강성 구동기에서 A-A선으로 자른 단면도이다. 도 6은 도 1에 도시된 가변 강성 구동기에서 B-B선으로 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가변 강성 구동기(1)는, 실린더(10), 피스톤(100) 및 코일들(200)을 포함한다.
상기 실린더(10)는, 원통 형상으로 형성된다. 상기 실린더(10)의 내부에는, 자기 유동성(magnetorheological, MR) 유체가 충진된다.
상기 피스톤(100)은, 피스톤 로드(101)와, 제1,2,3방사형 피스톤 헤드(110)(120)(130)를 포함한다.
상기 피스톤 로드(101)는, 상기 실린더(10)의 상,하부를 관통하도록 배치된다.
상기 제1,2,3방사형 피스톤 헤드(110)(120)(130)는 상기 피스톤 로드(101)의 길이방향을 따라 서로 소정간격 이격되게 위치된다.
상기 제1,2,3방사형 피스톤 헤드(110)(120)(130) 중 일부는 상기 피스톤 로드(101)에 연결되고, 나머지는 상기 피스톤 로드(101)에 연결되지 않는다. 본 실시예에서는, 상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)를 중심으로 상,하측에 상기 제2,3방사형 피스톤 헤드(120)(130)가 대칭되게 위치되고, 중간에 위치한 상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)는 상기 피스톤 로드(101)에 연결되고, 상기 제2,3방사형 피스톤 헤드(120)(130)는 상기 피스톤 로드(101)에 연결되지 않는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)의 날개들의 상면에는 복수의 상부 코어들(222)이 형성되어, 상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)와 상기 제2방사형 피스톤 헤드(120)는 상기 상부 코어들(222)에 의해 연결된다.
상기 상부 코어들(222)은, 상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)의 날개들의 각 상면에 연결되고, 상기 피스톤 로드(101)에 평행한 방향으로 각각 배치된다.
상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)의 날개들의 각 하면에는 복수의 하부 코어들(232)이 형성되어, 상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)와 상기 제3방사형 피스톤 헤드(130)는 상기 하부 코어들(232)에 의해 연결된다.
상기 하부 코어들(232)은, 상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)의 날개들의 각 하면에 연결되고, 상기 피스톤 로드(101)에 평행한 방향으로 각각 배치된다.
상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)는, 상기 피스톤 로드(101)를 중심으로 복수개의 날개들이 방사형으로 배치된다. 본 실시예에서는, 상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)는, 5개의 날개들이 서로 이격되게 방사형으로 구비된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)의 날개들의 개수는 상기 자기 유동성 유체의 유량, 반발력, 후술하는 자기장 활성화 영역의 크기 설정에 따라 조절될 수 있다. 상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)의 날개들 사이에는 상기 자기 유동성 유체가 원활하게 통과할 수 있도록 소정의 유동공간(S)이 형성된다.
도 6을 참조하면, 상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)의 날개들의 각 내주면은 상기 피스톤 로드(101)에 연결되고, 각 외주면은 상기 실린더(10)의 내주면에서 소정 간격 이격되게 배치된다.
상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)의 날개들의 외주면은, 상기 실린더(10)의 내주면에 평행하고 소정 간격 이격되게 원호 형상으로 형성된다. 상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)의 외주면과 상기 실린더(10)의 내주면은 제1설정간격(d1)이격된다.
도 6b는 상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)의 외주면에 각각 형성된 자기장 활성화 영역을 나타낸다.
도 6b를 참조하면, 상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)의 외주면과 상기 실린더(10)의 내주면이 상기 제1설정간격(d1)으로 이격됨으로써, 이격 공간은 전원 인가시 자기장이 흐르는 아우터 자기장 활성화 영역(ARo, Outer Active region)을 형성한다.
상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)의 날개들은, 상기 피스톤 로드(101)에 연결되는 부분을 제외하면 부채꼴 형상으로 형성된다. 즉, 상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)의 날개들은 각각 적어도 일부분이 내주면에서 외주면으로 가는 방향으로 갈수록 단면적이 커지는 부채꼴 형상으로 형성된다.
상기 제2방사형 피스톤 헤드(120)는, 상기 상부 코어들(222)의 상면에만 연결되고 상기 피스톤 로드(101)에는 연결되지 않는다.
상기 제2방사형 피스톤 헤드(120)는, 상기 피스톤 로드(101)를 중심으로 복수개의 날개들이 방사형으로 배치된다. 상기 제2방사형 피스톤 헤드(120)의 날개들의 개수는 상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)의 날개들의 개수와 동일하게 설정된다. 즉, 상기 제2방사형 피스톤 헤드(120)는, 5개의 날개들이 서로 이격되게 방사형으로 구비된 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 제2방사형 피스톤 헤드(120)의 날개들 사이에는 상기 자기 유동성 유체가 원활하게 통과할 수 있도록 소정의 유동공간(S)이 형성된다.
도 5를 참조하면, 상기 제2방사형 피스톤 헤드(120)의 날개들의 각 내주면은 상기 피스톤 로드(101)로부터 소정 간격 이격되게 배치된다. 상기 제2방사형 피스톤 헤드(120)의 내주면과 상기 피스톤 로드(101)사이의 간격은 제2설정간격(d2)으로 이격된다.
도 5b는 상기 제2방사형 피스톤 헤드(120)의 내주면과 외주면에 각각 형성된 자기장 활성화 영역을 나타낸다.
도 5b를 참조하면, 상기 제2방사형 피스톤 헤드(120)의 내주면과 상기 피스톤 로드(101)사이가 상기 제2설정간격(d2)으로 이격됨으로써, 이격 공간은 전원 인가시 자기장이 흐르는 아우터 자기장 활성화 영역(ARi, Inner Active region)을 형성한다.
상기 제2방사형 피스톤 헤드(120)의 각 외주면은 상기 실린더(10)의 내주면으로부터 소정간격 이격되게 배치된다. 상기 제2방사형 피스톤 헤드(120)의 외주면과 상기 실린더(10)의 내주면은 상기 제1설정간격(d1)이격된다. 상기 제2방사형 피스톤 헤드(120)의 외주면과 상기 실린더(10)의 내주면이 상기 제1설정간격(d1)으로 이격됨으로써, 이격 공간은 전원 인가시 자기장이 흐르는 아우터 자기장 활성화 영역(ARo, Outer Active region)을 형성한다.
따라서, 상기 제2방사형 피스톤 헤드(120)의 내주측과 외주측에 각각 자기장 활성화 영역이 모두 형성된다.
상기 제2방사형 피스톤 헤드(120)의 외주면은, 상기 실린더(10)의 내주면에 평행하고 소정 간격 이격되게 원호 형상으로 형성된다. 즉, 상기 제2방사형 피스톤 헤드(120)의 날개들은, 내주면에서 외주면으로 가는 방향으로 갈수록 단면적이 커지는 부채꼴 형상으로 형성된다.
상기 제3방사형 피스톤 헤드(130)는, 상기 하부 코어들(232)의 하면에만 연결되고 상기 피스톤 로드(101)에는 연결되지 않는다.
상기 제3방사형 피스톤 헤드(130)는, 상기 피스톤 로드(101)를 중심으로 복수개의 날개들이 방사형으로 배치된다. 상기 제3방사형 피스톤 헤드(130)의 날개들의 개수는 상기 제1방사형 피스톤 헤드(110)의 날개들의 개수와 동일하게 설정된다. 즉, 상기 제3방사형 피스톤 헤드(130)는, 5개의 날개들이 서로 이격되게 방사형으로 구비된 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 제3방사형 피스톤 헤드(130)의 날개들 사이에는 상기 자기 유동성 유체가 원활하게 통과할 수 있도록 소정의 유동공간(S)이 형성된다.
상기 제3방사형 피스톤 헤드(130)의 각 내주면은 상기 피스톤 로드(101)로부터 소정 간격 이격되게 배치된다. 상기 제3방사형 피스톤 헤드(130)의 내주면과 상기 피스톤 로드(101)사이의 간격은 상기 제2설정간격(d2)으로 이격된다. 상기 제3방사형 피스톤 헤드(130)의 내주면과 상기 피스톤 로드(101)사이가 상기 제2설정간격(d2)으로 이격됨으로써, 이격 공간은 전원 인가시 자기장이 흐르는 아우터 자기장 활성화 영역(ARi, Inner Active region)을 형성한다.
상기 제3방사형 피스톤 헤드(130)의 각 외주면은 상기 실린더(10)의 내주면으로부터 소정간격 이격되게 배치된다. 상기 제3방사형 피스톤 헤드(130)의 외주면과 상기 실린더(10)의 내주면은 상기 제1설정간격(d1)이격된다. 상기 제3방사형 피스톤 헤드(130)의 외주면과 상기 실린더(10)의 내주면이 상기 제1설정간격(d1)으로 이격됨으로써, 이격 공간은 전원 인가시 자기장이 흐르는 아우터 자기장 활성화 영역(ARo, Outer Active region)을 형성한다.
따라서, 상기 제3방사형 피스톤 헤드(130)의 내주측과 외주측에 각각 자기장 활성화 영역이 모두 형성된다.
상기 제3방사형 피스톤 헤드(130)의 외주면은, 상기 실린더(10)의 내주면에 평행하고 소정 간격 이격되게 원호 형상으로 형성된다. 즉, 상기 제3방사형 피스톤 헤드(130)는, 내주면에서 외주면으로 가는 방향으로 갈수록 단면적이 커지는 부채꼴 형상으로 형성된다.
상기 코일들(200)은, 상기 상부 코어들(222)에 감기는 복수의 상부 코일들(220)과, 상기 하부 코어들(232)에 감기는 복수의 하부 코일들(230)을 포함한다.
상기 상부 코어들(222)은 5개가 형성되므로, 상기 상부 코일들(220)도 5개로 이루어진다. 상기 하부 코어들(232)은 5개가 형성되므로, 상기 하부 코일들(230)도 5개로 이루어진다.
따라서, 한 층에 5개의 코일들이 구비되고, 상,하부에 두 개의 코일층이 형성되기 때문에, 복수의 코일들에 의한 자기장 효과를 극대화할 수 있다.
한편, 자기장 형성시 자기장이 폐곡선 형태에 집중될 수 있도록 상기 실린더(10)의 외부는 자기장에 영향이 없는 알루미늄 소재로 형성되고,
상기 실린더(10)의 내주면, 상기 제1,2,3방사형 피스톤 헤드(110)(120)(130) 및 상기 피스톤 로드(101)는 상대적 도자율(Relative permeability)이 큰 규소 강(silicon steel)로 형성된다.
상기 피스톤 로드(101)는 전체가 규소 강으로 형성되는 것도 가능하고, 상기 피스톤 로드(101) 중에서 상기 제2방사형 피스톤 헤드(120)에서 상기 제3방사형 피스톤 헤드(130)사이의 부분은 규소 강으로 형성되고, 그 외 나머지 부분은 알루미늄 소재로 형성되어 자기장을 집중시키는 것도 물론 가능하다.
본 실시예에서는, 3개의 방사형 피스톤 헤드들을 포함하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 피스톤 로드(101)의 길이 방향을 따라 3개 이상의 방사형 피스톤 헤드들이 다단으로 구비될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 가변 강성 구동기의 작동을 살펴보면 다음과 같다.
도 4를 참조하면, 상기 상부 코일들(220)과 상기 하부 코일들(230)에 전류가 흐르면, 자기장이 화살표 방향의 폐곡선 형태로 흐르게 된다.
이 때, 상기 폐곡선 안에 포함되는 상기 아우터 자기장 활성화 영역들(ARo)과 상기 이너 자기장 활성화 영역들(ARi)에 있는 상기 자기 유동성 유체만이 자기장의 영향을 받게 된다. 즉, 전류 인가시, 상기 실린더(10)의 내부에 있는 상기 자기 유동성 유체가 전부 자기장의 영향을 받는 것은 아니다. 상기 실린더(10)의 외측부와 상기 피스톤 로드(101)는 자기장의 영향을 받지 않는 알루미늄으로 제작되고, 상기 제1,2,3방사형 피스톤 헤드(110)(120)(130)와 상기 실린더(10)의 내주면은 규소강으로 형성됨으로써, 상기 자기장이 상기 폐곡선에 집중될 수 있다.
상기 피스톤(100)이 움직일 때 상기 피스톤(100)의 움직임과 반대방향으로 상기 자기 유동성 유체가 움직이며, 상기 아우터 자기장 활성화 영역들(ARo)과 상기 이너 자기장 활성화 영역들(ARi)에 있는 상기 자기 유동성 유체가 상기 자기장에 의해 점성(viscosity)이 올라가서 저항이 발생된다.
한편, 상기 코일들(200)에 전류가 흐르지 않는 동안에는 상기 자기 유동성 유체가 흐를 수 있는 공간이 충분하기 때문에, 상기 자기 유동성 유체의 저항이 최소화될 수 있다.
즉, 상기 제1,2,3방사형 피스톤 헤드(110)(120)(130)의 각 날개들이 각각 방사형태로 형성되어 상기 유동공간들(S)을 형성함으로써, 상기 유동공간들(S)을 통해 상기 자기 유동성 유체의 흐름이 원활할 수 있다. 상기 피스톤 헤드의 단면이 원형인 경우에 비해 상기 자기 유동성 유체가 흐를 수 있는 공간이 훨씬 넓어질 수 있다.
또한, 상기 아우터 자기장 활성화 영역들(ARo)과 상기 이너 자기장 활성화 영역들(ARi)이 충분히 확보될 수 있기 때문에, 상기 자기장이 생성되지 않는 동안에 상기 유동공간들(S)을 충분히 확보하면서도, 상기 자기장 활성화 영역의 감소를 최소화시킬 수 있다.
또한, 상기 복수의 코일들(200)을 사용함으로써, 상기 자기장의 효과도 함께 극대화시킬 수 있다.
또한, 상기 제2,3방사형 피스톤 헤드(120)(130)는 외주측 뿐만 아니라 내주측에도 상기 이너 자기장 활성화 영역(ARi)을 형성하기 때문에, 상기 자기장의 효과가 보다 향상될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가변 강성 구동기를 적용한 역감 전달 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 가변 강성 구동기(1)를 적용한 역감 전달 시스템은, 사람의 손에 착용하여 손가락에 역감을 전달하는 햅틱 디바이스이다.
상기 가변 강성 구동기(1)는, 손등에 착용하는 손등 착용부(501)에 설치되고, 상기 피스톤 로드(101)가 손가락에 역감을 전달하도록 구비된 링크부(500)에 연결된다.
상기 링크부(500)는, 복수의 링크들이 서로 회전가능하게 결합되어, 상기 가변 강성 구동기(1)의 구동력을 손가락에 전달하도록 구성된다.
상기 링크부(500)의 단부에는 손가락의 단부가 착용가능하도록 손가락 홀더(510)가 결합된다.
따라서, 상기 가변 강성 구동기(1)에 전원이 인가되어 자기장이 생성되면, 상기 피스톤 로드(101)가 상기 링크부(500)의 움직임을 제어하여, 손가락의 움직임을 방해하는 반발력을 가할 수 있다.
상기 전원이 오프되어 자기장이 생성되지 않는 경우, 손가락이 자유롭게 움직일 수 있으며 상기 손가락이 움직이는 힘에 의해 상기 링크부(500)가 움직일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 가변 강성 구동기 10: 실린더
100: 피스톤 101: 피스톤 로드
110: 제1방사형 피스톤 헤드 120: 제2방사형 피스톤 헤드
130: 제3방사형 피스톤 헤드 200: 코일
220: 상부 코일 222: 상부 코어
230: 하부 코일 232: 하부 코어

Claims (12)

  1. 자기 유동성(magnetorheological, MR) 유체가 충진되는 실린더와;
    상기 실린더에 구비된 피스톤 로드와;
    상기 피스톤 로드를 중심으로 복수개의 날개들이 방사형으로 배치되고, 각 내주면은 상기 피스톤 로드에 연결되며, 외주면은 상기 실린더와 소정 간격 이격되게 배치되어, 상기 실린더와 외주면의 사이에 자기장이 흐르는 아우터 자기장 활성화 영역을 형성하는 제1방사형 피스톤 헤드와;
    상기 제1방사형 피스톤 헤드의 날개들의 상면에 각각 연결되고, 상기 피스톤 로드에 평행하게 배치된 복수의 상부 코어들과;
    상기 상부 코어들에 각각 감기는 복수의 상부 코일들과;
    상기 상부 코어들의 각 상면에 연결되고, 상기 피스톤 로드를 중심으로 복수개의 날개들이 방사형으로 배치되고, 내주면은 상기 피스톤 로드로부터 소정 간격 이격되며, 외주면은 상기 실린더로부터 소정 간격 이격되게 배치되어, 상기 피스톤 로드와 내주면의 사이에 자기장이 흐르는 이너 자기장 활성화 영역을 형성하고, 상기 실린더와 외주면의 사이에 자기장이 흐르는 아우터 자기장 활성화 영역을 형성하는 제2방사형 피스톤 헤드를 포함하는 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1방사형 피스톤 헤드의 날개들의 하면에 각각 연결되고, 상기 피스톤 로드에 평행하게 배치된 복수의 하부 코어들과;
    상기 하부 코어들에 각각 감기는 복수의 하부 코일들과;
    상기 하부 코어들의 각 하면에 연결되고, 상기 피스톤 로드를 중심으로 복수개의 날개들이 방사형으로 배치되고, 내주면은 상기 피스톤 로드로부터 소정 간격 이격되며, 외주면은 상기 실린더로부터 소정 간격 이격되게 배치되어, 상기 피스톤 로드와 내주면의 사이에 자기장이 흐르는 이너 자기장 활성화 영역을 형성하고, 상기 실린더와 외주면의 사이에 자기장이 흐르는 아우터 자기장 활성화 영역을 형성하는 제3방사형 피스톤 헤드를 포함하는 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1방사형 피스톤 헤드의 날개들은, 내주면은 상기 피스톤의 로드에 연결되고, 외주면은 상기 실린더의 내주면에 평행하도록 원호 형상으로 형성된 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1방사형 피스톤 헤드의 날개들은, 적어도 일부분이 내주면에서 외주면으로 가는 방향으로 갈수록 단면적이 커지도록 형성된 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2,3방사형 피스톤 헤드의 날개들은, 내주면은 상기 피스톤의 로드의 외주면에 평행한 원호 형상으로 형성되고, 외주면은 상기 실린더의 내주면에 평행한 원호 형상으로 형성된 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2,3방사형 피스톤 헤드의 날개들은, 내주면에서 외주면으로 가는 방향으로 갈수록 단면적이 커지도록 형성된 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 피스톤 로드는 상기 실린더의 상,하부를 관통하도록 형성되고,
    상기 제2방사형 피스톤 헤드와 상기 제3방사형 피스톤 헤드는, 상기 제1방사형 피스톤 헤드를 중심으로 상하대칭을 이루도록 형성된 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 실린더의 외측부는 알루미늄 소재로 형성되고,
    상기 실린더의 내주면은, 규소 강(Silicon steel)으로 형성된 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 실린더의 외측부는 알루미늄 소재로 형성되고,
    상기 제1,2,3방사형 피스톤 헤드는, 규소 강(Silicon steel)으로 형성된 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 피스톤 로드는, 규소 강(Silicon steel)으로 형성된 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기.
  11. 청구항 2에 있어서,
    상기 피스톤 로드는,
    상기 제2방사형 피스톤 헤드로부터 상기 제3방사형 피스톤 헤드까지 대응되는 부분은 규소 강(Silicon steel)으로 형성되고,
    나머지 부분은 알루미늄 소재로 형성된 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기.
  12. 손등에 착용하는 손등 착용부와;
    상기 손등 착용부에 구비되어, 전원의 인가에 따라 강성이 제어되는 가변 강성 구동기와;
    상기 가변 강성 구동기로부터 구동력을 전달받도록 결합되고, 단부에는 손가락에 착용가능하도록 손가락 홀더가 구비된 링크부를 포함하고,
    상기 가변 강성 구동기는,
    자기 유동성(magnetorheological, MR) 유체가 충진되는 실린더와;
    상기 실린더에 구비되고, 상기 링크부에 연결되는 피스톤 로드와;
    상기 피스톤 로드를 중심으로 복수개의 날개들이 방사형으로 배치되고, 각 내주면은 상기 피스톤 로드에 연결되며, 외주면은 상기 실린더와 소정 간격 이격되게 배치되어, 상기 실린더와 외주면의 사이에 자기장이 흐르는 아우터 자기장 활성화 영역을 형성하는 제1방사형 피스톤 헤드와;
    상기 제1방사형 피스톤 헤드의 날개들의 상면에 각각 연결되고, 상기 피스톤 로드에 평행하게 배치된 복수의 상부 코어들과;
    상기 상부 코어들에 각각 감기는 복수의 상부 코일들과;
    상기 상부 코어들의 각 상면에 연결되고, 상기 피스톤 로드를 중심으로 복수개의 날개들이 방사형으로 배치되고, 내주면은 상기 피스톤 로드로부터 소정 간격 이격되며, 외주면은 상기 실린더로부터 소정 간격 이격되게 배치되어, 상기 피스톤 로드와 내주면의 사이에 자기장이 흐르는 이너 자기장 활성화 영역을 형성하고, 상기 실린더와 외주면의 사이에 자기장이 흐르는 아우터 자기장 활성화 영역을 형성하는 제2방사형 피스톤 헤드와;
    상기 제1방사형 피스톤 헤드의 날개들의 하면에 각각 연결되고, 상기 피스톤 로드에 평행하게 배치된 복수의 하부 코어들과;
    상기 하부 코어들에 각각 감기는 복수의 하부 코일들과;
    상기 하부 코어들의 각 하면에 연결되고, 상기 피스톤 로드를 중심으로 복수개의 날개들이 방사형으로 배치되고, 내주면은 상기 피스톤 로드로부터 소정 간격 이격되며, 외주면은 상기 실린더로부터 소정 간격 이격되게 배치되어, 상기 피스톤 로드와 내주면의 사이에 자기장이 흐르는 이너 자기장 활성화 영역을 형성하고, 상기 실린더와 외주면의 사이에 자기장이 흐르는 아우터 자기장 활성화 영역을 형성하는 제3방사형 피스톤 헤드를 포함하는 자기 유동성 유체를 이용한 가변 강성 구동기를 적용한 역감 전달 시스템.
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