KR101907796B1 - 소프트 액츄에이터 제조장치 및 이를 이용한 소프트 액츄에이터 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소프트 액츄에이터 제조장치 및 이를 이용한 소프트 액츄에이터 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 소프트 액츄에이터 제조장치는, 섬유의 일단부가 고정되는 릴; 상기 릴에 고정된 섬유를 긴장시키는 긴장수단; 상기 릴을 상기 릴의 축과 직각인 축을 기준으로 회전시키는 트위스팅수단; 상기 릴을 상기 릴의 축을 기준으로 회전시키는 권취수단; 및 상기 릴, 상기 긴장수단, 상기 트위스팅수단, 및 상기 고정수단이 고정되는 프레임;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 긴 길이의 소프트 액츄에이터를 용이하게 제작하는 것이 가능하다.

Description

소프트 액츄에이터 제조장치 및 이를 이용한 소프트 액츄에이터 제조방법{Soft actuator manufacturing apparatus and soft actuator manufacturing method using thereof}

본 발명은 소프트 액츄에이터 제조장치 및 이를 이용한 소프트 액츄에이터 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소프트 액츄에이터를 연속적으로 제작하는 것이 가능한 소프트 액츄에이터 제조장치 및 이를 이용한 소프트 액츄에이터 제조방법에 관한 것이다.

소프트 액츄에이터는 탄성이 있는 변형체를 통해 힘이나 변위를 전달하는 기구로서, 소프트 액츄에이터의 종류에는 쌍안정 액츄에이터, 전도성 고분자 액츄에이터 및 섬유강화 액츄에이터 등이 있다.

이들 중에서 섬유강화 액츄에이터는 폴리우레탄(polyurethane)이나 나일론 6(nylon 6) 등과 같이 탄성을 가지는 재질로 이루어지는 섬유의 꼬임(twist)을 이용한 것으로, 외부의 온도, 빛 또는 화학적 조건이 달라지는 경우 더 꼬이면서 신축하거나 꼬임이 풀어지면서 인장되어 구동하게 된다.

기존에는 섬유강화 액츄에이터를 제작하기 위하여, 일정한 길이의 섬유를 양단부에서 고정하고 일단부를 회전시키는 방법을 사용하였다.

그러나 상기한 기존 제작방법에 의해서는 한정된 길이의 섬유강화 액츄에이터만을 제작할 수 있고, 제작과정이 연속적이지 않아 액츄에이터 제작의 효율이 떨어지는 단점이 있다.

KR 10-2017-0021528 A KR 10-0792877 B1

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소프트 액츄에이터를 연속적으로 제작할 수 있어 긴 길이의 소프트 액츄에이터를 제작할 수 있고 제작의 효율이 우수한 소프트 액츄에이터 제조장치 및 이를 이용한 소프트 액츄에이터 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 섬유를 트위스팅하여 소프트 액츄에이터를 제조하는 장치에 있어서, 섬유의 일단부가 고정되는 릴; 상기 릴에 고정된 섬유를 긴장시키는 긴장수단; 상기 릴을 상기 릴의 축과 직각인 축을 기준으로 회전시키는 트위스팅수단; 상기 릴을 상기 릴의 축을 기준으로 회전시키는 권취수단; 및 상기 릴, 상기 긴장수단, 상기 트위스팅수단, 및 상기 권취수단이 고정되는 프레임;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소프트 액츄에이터 제조장치에 의해 달성된다.

상기 트위스팅수단은, 제1모터, 상기 제1모터에 의해 구동하는 제1구동기어, 상기 제1구동기어에 맞물리는 제1종동기어, 및 상기 제1종동기어에 의해 회전하며 상기 릴이 상기 제1종동기어의 축과 직각을 이루는 상태로 회전 가능하게 고정되는 릴용 프레임을 구비할 수 있다.

상기 권취수단은, 제2모터, 상기 제2모터에 의해 구동하며 상기 제1종동기어의 중심과 상기 릴용 프레임을 관통하여 형성되는 연장축, 상기 연장축에 연결되어 구동하는 제2구동기어, 및 상기 릴용 프레임 상에서 상기 제2구동기어에 의해 상기 릴의 축과 동일한 축을 기준으로 회전하여 상기 릴을 회전시키는 제2종동기어를 구비할 수 있다.

상기 릴은 상기 프레임의 상단부에 배치되고, 상기 긴장수단은 상기 릴의 하부 위치에서 상기 프레임을 따라 상하로 이동하며 섬유가 걸쳐지는 풀리로 이루어질 수 있다.

상기 프레임 상에서 상기 풀리의 위치를 감지하는 센서를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 프레임의 상단부에 배치되고 섬유의 타단부가 권취된 원사롤을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 원사롤을 양방향으로 회전시키는 제3모터를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 소프트 액츄에이터 제조장치를 이용하여 소프트 액츄에이터를 제조하는 방법에 있어서, 상기 긴장수단을 거쳐 섬유의 일단부를 상기 릴에 고정하는 섬유설치단계; 상기 릴을 상기 릴의 축과 직각인 축을 기준으로 회전시키는 트위스팅단계; 상기 릴을 상기 릴의 축을 기준으로 회전시키는 권취단계; 및 상기 긴장수단을 상기 릴에서 이격시키는 섬유풀기단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소프트 액츄에이터 제조방법이 제공된다.

상기 트위스팅단계는, 한 가닥 혹은 여러 가닥의 섬유를 트위스팅하여 프리코일을 형성하는 프리코일 형성단계; 및 상기 프리코일을 트위스팅하여 1차 코일을 형성하는 1차 코일 형성단계;로 이루어질 수 있다.

상기 트위스팅단계는, 한 가닥 혹은 여러 가닥의 섬유를 트위스팅하여 프리코일을 형성하는 프리코일 형성단계; 상기 프리코일을 트위스팅하여 1차 코일을 형성하는 1차 코일 형성단계; 및 상기 1차 코일을 트위스팅하여 2차 코일을 형성하는 2차 코일 형성단계;로 이루어질 수 있다.

상기 트위스팅단계, 상기 권취단계 및 상기 섬유풀기단계는 다수 회 반복되는 것이 바람직하다.

상기 트위스팅수단은, 제1모터, 상기 제1모터에 의해 구동하는 제1구동기어, 상기 제1구동기어에 맞물리는 제1종동기어, 및 상기 제1종동기어에 의해 회전하며 상기 릴이 상기 제1종동기어의 축과 직각을 이루는 상태로 회전 가능하게 고정되는 릴용 프레임을 구비하고, 상기 권취수단은, 제2모터, 상기 제2모터에 의해 구동하며 상기 제1종동기어의 중심과 상기 릴용 프레임을 관통하여 형성되는 연장축, 상기 연장축에 연결되어 구동하는 제2구동기어, 및 상기 릴용 프레임 상에서 상기 제2구동기어에 의해 상기 릴의 축과 동일한 축을 기준으로 회전하여 상기 릴을 회전시키는 제2종동기어를 구비하며, 이 경우, 상기 트위스팅단계에서는 상기 트위스팅수단과 상기 권취수단이 동일한 속력으로 구동하고, 상기 권취단계에서는 상기 권취수단만이 구동하거나 상기 트위스팅수단과 상기 권취수단이 서로 다른 속력으로 구동한다.

상기 릴은 상기 프레임의 상단부에 배치되고, 상기 긴장수단은 상기 릴의 하부 위치에서 상기 프레임을 따라 상하로 이동하며 섬유가 걸쳐지는 풀리로 이루어지며, 상기 소프트 액츄에이터 제조장치는 상기 프레임의 상단부에 배치되고 섬유의 타단부가 권취된 원사롤을 더 포함하며, 이 경우, 상기 트위스팅단계와 상기 권취단계에서는 상기 원사롤에 섬유의 타단부를 권취시키고, 상기 섬유풀기단계에서는 상기 원사롤에서 섬유를 풀어낸다.

본 발명에 따른 소프트 액츄에이터 제조장치 및 이를 이용한 소프트 액츄에이터 제조방법에 의해서는, 긴 길이의 소프트 액츄에이터를 제조하는 것이 가능하다.

긴 길이의 소프트 액츄에이터는 구간별로 나뉘어 제조되되, 각 구간에 대한 작업을 연속적으로 진행할 수 있으므로 소프트 액츄에이터의 제조에 드는 노력과 시간을 줄일 수 있다.

그리고 소프트 액츄에이터 제조 중 소프트 액츄에이터의 재료가 되는 섬유의 긴장력이 계속해서 유지되므로, 제조된 소프트 액츄에이터의 성능이 우수하다.

또한, 센서를 구비하는 경우 소프트 액츄에이터 제조 중 소프트 액츄에이터 제조장치를 구성하는 부재들 간의 간섭을 피할 수 있으므로, 액츄에이터 제조장치에 대한 유지보수의 필요성이 적다.

도 1은 본 발명에 의한 소프트 액츄에이터 제조장치의 전체 사시도,
도 2는 상기 소프트 액츄에이터를 구성하는 릴, 트위스팅수단 및 권취수단 부분의 사시도,
도 3은 상기 소프트 액츄에이터를 구성하는 트위스팅수단과 권취수단의 동작에 관한 설명도,
도 4는 본 발명에 의한 소프트 액츄에이터 제조방법의 순서도,
도 5 내지 7은 상기 소프트 액츄에이터 제조방법의 각 단계에 관한 설명도,
도 8은 상기 소프트 액츄에이터 제조방법의 트위스팅단계가 1차 코일 형성단계와 2차 코일 형성단계로 이루어지는 경우에 관한 설명도이다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참고하여 자세하게 설명하도록 한다.

도 1에는 본 발명에 의한 소프트 액츄에이터 제조장치(1)의 전체 사시도가 도시되어 있다.

본 발명에 의한 소프트 액츄에이터 제조장치(1)는 크게, 프레임(50), 릴(10), 긴장수단(20), 트위스팅수단(30) 및 권취수단(40)을 포함하여 이루어진다.

프레임(50)은 소프트 액츄에이터 제조장치(1)의 다른 구성들을 지지하는 역할을 하는 것으로서, 2개가 평행하게 세워져 설치된 수직프레임(51), 상기 수직프레임(51)의 하단부에 수평하게 접합되는 하부 수평프레임(52), 및 상기 수직프레임(51)의 상단부에 수평하게 접합되는 상부 수평프레임(53)을 구비한다. 긴장수단(20)은 상기 수직프레임(51)에 접합되며, 릴(10), 트위스팅수단(30) 및 권취수단(40)은 상부 수평프레임(53)에 직간접적으로 접합된다.

릴(reel)(10)은 소프트 액츄에이터의 재료가 되는 긴 섬유의 일단부가 고정되는 부분으로 수직프레임(51)의 상단부 사이 공간에 배치된다. 섬유는 상기 릴(10)에 고정된 상태에서 제조 과정을 거치게 되며, 트위스팅(twisting) 과정을 거쳐 소프트 액츄에이터가 된 섬유는 릴(10)에 감기게 된다.

참고로, 소프트 액츄에이터의 재료가 되는 섬유는 한 가닥 혹은 여러 가닥이 병렬 배치된 상태로 준비되며, 단독으로 혹은 함께 트위스팅 되어 한 가닥의 소프트 액츄에이터를 형성한다.

긴장수단(20)은 섬유의 일단부 측 일부 구간을 긴장하여, 섬유가 긴장된 구간 전체에서 고르고 원활하게 트위스팅될 수 있도록 한다.

트위스팅수단(30)은 상기 릴(10)을, 릴(10)의 축과 직각인 축을 기준으로 회전시키는 역할을 한다. 릴(10)이 그 축과 직각인 축을 기준으로 회전함으로 인해 릴(10)에 고정된 섬유는 일단부가 길이방향을 기준으로 회전하게 되어 트위스팅 된다. 즉, 트위스팅수단(30)의 동작에 의해 섬유는 소프트 액츄에이터가 된다.

권취수단(40)은 상기 릴(10)을, 릴(10)의 축을 기준으로 회전시킨다. 이에 따라, 섬유가 트위스팅됨으로써 제조된 소프트 액츄에이터가 릴(10)에 감기게 된다.

이러한 본 발명의 소프트 액츄에이터 제조장치(1)에 의해서는, 섬유의 일단부를 소프트 액츄에이터로 만들고 릴(10)에 감은 후, 다시 기 제조된 소프트 액츄에이터 후방에 위치한 섬유의 일부 구간을 긴장수단(20)으로 긴장하여 소프트 액츄에이터로 만들고 릴(10)에 감는 작업을 반복 진행하게 된다. 즉, 긴 섬유의 각 구간을 차례대로 소프트 액츄에이터로 만들되, 섬유를 구간별로 절단하지 않고 기 제조된 소프트 액츄에이터에 연속되게 다음 구간에서 소프트 액츄에이터를 만들 수 있다.

따라서, 작은 크기의 제조장치를 통해 매우 긴 길이를 가지는 소프트 액츄에이터를 제작할 수 있으며, 제조과정을 연속적으로 진행할 수 있어 소프트 액츄에이터의 제작에 소요되는 수고와 시간을 줄일 수 있다.

이하에서는 본 발명에 의한 소프트 액츄에이터 제조장치(1)의 보다 세부적인 특징에 대하여 설명하도록 한다.

도 2에는 릴(10), 트위스팅수단(30) 및 권취수단(40) 부분의 사시도가 도시되어 있다.

트위스팅수단(30)은 제1모터(31), 제1구동기어(32), 제1종동기어(33) 및 릴용 프레임(34)을 구비하도록 형성될 수 있다.

상기 제1모터(31)는 상부 수평프레임(53)에 고정되어 수직프레임(51)들 사이 공간의 상단부에 배치되며, 회전축이 수직하게 세워지도록 위치한다. 제1구동기어(32)는 제1모터(31)의 회전축에 고정되어 제1모터(31)가 구동함에 따라 회전하며, 제1종동기어(33)는 상기 제1구동기어(32)에 맞물려 제1종동기어(33)의 축과 평행한 수직축을 기준으로 회전한다. 릴용 프레임(34)은 상기 제1종동기어(33)에 고정되어 제1종동기어(33)와 함께 회전하며, 릴(10)이 회전 가능하게 고정된다. 릴(10)은 수평한 상태로 릴용 프레임(34)의 내부공간에 위치하도록 상기 릴용 프레임(34)에 고정된다.

릴용 프레임(34)은 제1종동기어(33)에 의해 수직한 축을 기준으로 회전하고 릴(10)은 릴용 프레임(34)에 수평한 상태로 고정되므로, 릴용 프레임(34)이 회전함에 의하여 릴(10)은 릴(10)의 축과 직각을 이루는 축을 기준으로 회전하게 된다. 이에 따라, 릴(10)에 일단부가 고정된 섬유는 트위스팅 된다.

권취수단(40)은, 제2모터(41), 연장축(42), 제2구동기어(43), 제2종동기어(44) 및 상기 제2구동기어(43)와 제2종동기어(44) 사이에 배치되어 제2구동기어(43)의 구동력을 제2종동기어(44)로 전달하는 1개 이상의 전달기어 등을 구비하도록 형성될 수 있다.

제2모터(41)는 상기 제1모터(31)와 마찬가지로 상부 수평프레임(53)에 고정되어 수직프레임(51)들 사이 공간의 상단부에 배치되며, 제1모터(31)와 평행을 이루도록 수직하게 세워져 위치한다. 연장축(42)은 제2모터(41)의 회전축에서 연장 형성되며 트위스팅수단(30)의 제1종동기어(33) 중심과 릴용 프레임(34)을 관통하도록 배치된다. 제2구동기어(43)는 상기 연장축(42)에 연결되어 구동하는데, 연장축(42)이 제1종동기어(33)의 중심 및 릴용 프레임(34)을 관통하여 배치되므로 제1종동기어(33)와 별도로 회전하는 것이 가능하다. 제2종동기어(44)는 상기 전달기어를 통해 제2구동기어(43)의 구동력을 전달받아 릴용 프레임(34) 상에서 릴(10)의 축과 동일한 축을 기준으로 회전하여 릴(10)을 회전시키고, 이에 따라 소프트 액츄에이터가 릴(10)에 감기게 된다.

제2종동기어(44)는 릴(10)과 동일하게 수평한 축을 기준으로 회전하는데 제2구동기어(43)는 수직한 축을 기준으로 회전하므로, 제2구동기어(43)에서 제2종동기어(44)로 구동력을 전달하기 위해서는 제2구동기어(43), 제2종동기어(44) 또는 전달기어가 베벨기어로 형성되어야 할 것이다. 참고로, 도 2 등에서는 제2구동기어(43)와 전달기어 하나가 베벨기어로 형성된 것을 볼 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 제2구동기어(43)와 제2종동기어(44)는 전달기어들을 통해 간접적으로 맞물릴 수도 있으나 서로 직접 맞물리도록 형성될 수도 있다. 제2구동기어(43)와 제2종동기어(44)가 간접적으로 맞물리는 경우에는 릴(10)이 제2구동기어(43)와 이격된 상태에서 릴(10)의 축을 기준으로 회전할 수 있도록 할 수 있으며, 이 경우 릴(10)을 릴용 프레임(34)에서 쉽게 탈착할 수 있고 릴(10)에 권취되는 소프트 액츄에이터가 제2구동기어(43)와 접촉하게 되는 것을 방지할 수 있다.

트위스팅수단(30)과 권취수단(40)이 도 2에 도시된 것과 같이 형성되는 경우, 상기했던 바와 같이 권취수단(40)의 제2구동기어(43)는 트위스팅수단(30)의 제1종동기어(33)에 영향을 주지 않고 회전할 수 있지만, 권취수단(40)의 제2종동기어(44)가 트위스팅수단(30)의 릴용 프레임(34)에 고정되는 이유로 제1종동기어(33)에 의해 릴용 프레임(34)이 회전할 때 제2종동기어(44)가 정지한 제2구동기어(43)에 대하여 상대적으로 회전하여 상기 릴(10)을 릴(10)의 축을 기준으로도 회전시키게 된다. 따라서, 섬유를 트위스팅 할 때에는 도 3의 (a)에 도시되어 있는 것과 같이 제1모터(31)와 제2모터(41)를 동일한 속력으로 함께 구동(│v1│=│v2│)하여 권취수단(40)의 제2구동기어(43)가 트위스팅수단(30)의 릴용 프레임(44)과 동일한 속력과 방향으로 회전할 수 있도록 함으로써, 권취수단(40)의 제2종동기어(44)가 트위스팅수단(30)의 릴용 프레임(34)에 대하여 상대적으로 회전하지 않도록, 즉 제2종동기어(44)의 축을 기준으로 회전하지 않도록 한다. 그리고 제조된 소프트 액츄에이터를 릴(10)에 감을 때에는 도 3의 (b)에 도시되어 있는 것과 같이 제2모터(41)만을 구동(│v1│= 0, │v2│≠ 0)시키거나 제1모터(31)의 구동 속력과 제2모터(41)의 구동 속력을 서로 다르게 하여(│v1│≠│v2│) 제2종동기어(44)가 제2종동기어(44)의 축을 기준으로 회전하도록 한다.

상기했던 바와 같이 릴(10)은 프레임(50)의 상단부에 배치될 수 있으며, 이때 긴장수단(20)은 릴(10)의 하부 위치에서 프레임(50)을 따라 상하로 이동하는 풀리(21)로 이루어질 수 있다.

상기 풀리(21)에는 섬유가 걸쳐지고, 풀리(21) 자체의 무게 또는, 풀리(21)와 풀리(21)에 매단 무게추의 무게에 의하여 릴(10)과 풀리(21) 사이에 위치하는 섬유의 일부분이 긴장될 수 있다.

풀리(21)는 위치가 완전히 고정되는 것이 아니라 프레임(50)을 따라 이동 가능하게 형성되므로 풀리(21) 등의 무게가 섬유에 가해질 수 있고, 섬유가 트위스팅 되거나 릴(10)에 권취되면서 릴(10)과 풀리(21) 사이에서 섬유의 외관상 길이가 줄어들 때 풀리(21)가 프레임(50)을 따라 상부로 이동하게 된다.

도 1에 도시되어 있는 것과 같이 풀리(21)는 수직프레임(51)들 사이에 위치하며, 풀리(21)의 축 양단에서 연장되는 연결부재(22)에 의해 수직프레임(51)에 접합된다. 수직프레임(51)과 면하는 연결부재(22)의 일측에는 롤러(23)가 구비되어 있어, 풀리(21)와 연결부재(22)가 상하로 이동할 때 수직프레임(51)과 연결부재(22) 사이에 마찰력이 발생하는 것을 방지함으로써 풀리(21) 등의 무게가 섬유에 그대로 가해질 수 있다.

수직프레임(51)에는 센서(60)가 더 구비될 수 있다.

상기 센서(60)는 수직프레임(51) 상에서 풀리(21)의 위치를 감지하여 풀리(21)가 상부로 이동한 거리에 따라 트위스팅 등의 과정이 어느 정도 진행되었는지 확인할 수 있으며, 풀리(21)가 일정 높이 이상으로 이동하지 않도록 함으로써 풀리(21)가 릴(10)에 부딪히게 되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 의한 소프트 액츄에이터 제조장치(1)는 원사롤(70)을 더 구비할 수 있다.

상기 원사롤(70)은 원사, 즉 트위스팅 과정을 거치기 전 섬유의 타단부가 권취되어 있어 일 구간에 대한 트위스팅 과정과 릴(10)에 대한 권취 과정이 진행됨에 따라 회전하면서 릴(10) 방향으로 계속해서 섬유를 공급하는 역할을 한다.

이러한 원사롤(70)은 프레임(50)의 상단부에 배치되어 풀리(21)에 대하여 상부에 위치하는 원사롤(70)과 릴(10) 사이에서 섬유가 풀리(21) 등의 무게에 의해 긴장될 수 있다.

원사롤(70)에 권취된 섬유를 모두 사용한 경우 원사가 권취된 새로운 원사롤(70)로 교체할 수 있도록 원사롤(70)은 프레임(50)에서 탈착 가능하게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 원사롤(70)은 제3모터(71)에 의하여 양방향으로 회전할 수 있다.

상기한 바와 같이 원사롤(70)은 릴(10) 방향으로 섬유를 공급하는 역할을 하는 것으로서 섬유를 풀어내기 위하여 일방향으로 회전한다.

한편, 트위스팅 과정과 권취 과정을 진행하면서 릴(10)과 풀리(21) 사이에서 섬유의 외관상 길이가 줄어들게 되면 상대적으로 풀리(21)와 원사롤(70) 사이에서 섬유의 길이가 더 길어지면서 원사롤(70) 측의 섬유가 릴(10) 측으로 이동하여 트위스팅 과정 등에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 트위스팅 과정 등을 진행할 때에는 제3모터(71)로 원사롤(70)을 타방향으로 회전하게 하여 섬유의 타단부를 원사롤(70)에 권취시킴으로써 원사롤(70)과 풀리(21) 사이의 섬유가 릴(10)과 풀리(21) 사이의 섬유와 동일한 길이만큼 줄어들 수 있도록 조절한다.

이하에서는 상기한 소프트 액츄에이터 제조장치(1)를 이용하여 소프트 액츄에이터를 제조하는 방법에 대하여 설명한다. 도 4에는 본 발명에 의한 소프트 액츄에이터 제조방법의 순서도가 도시되어 있고, 도 5 내지 7에는 상기 소프트 액츄에이터 제조방법의 각 단계에 관한 설명도가 도시되어 있다.

본 발명에 의한 소프트 액츄에이터 제조방법은 섬유설치단계(S1), 트위스팅단계(S2), 권취단계(S3) 및 섬유풀기단계(S4)를 포함하여 이루어진다.

섬유설치단계(S1)에서는 섬유가 권취된 원사롤(70)을 프레임(50)에 고정한 후, 원사롤(70)에서 섬유를 풀어내면서 섬유의 일단부를 풀리(21)를 거쳐 릴(10)에 고정한다. 섬유에 필요한 장력의 크기에 따라 상기 풀리(21)에는 무게추를 매달 수 있다. 이러한 섬유설치단계(S1)를 진행하는 것으로 섬유를 소프트 액츄에이터로 만들 준비가 완료된다.

트위스팅단계(S2)에서는 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 섬유의 일단부가 고정된 릴(10)을 그 축과 직각인 축을 기준으로 회전시킴으로써 트위스팅 한다. 섬유는 풀리(21)에 의해 긴장된 상태를 유지할 수 있고, 섬유와 풀리(21)가 밀착된 부분에 의해 섬유를 트위스팅시키는 힘이 풀리(21)와 릴(10) 사이의 구간에서만 작용하게 된다.

트위스팅수단(30)이 제1모터(31), 제1구동기어(32), 제1종동기어(33) 및 릴용 프레임(34)으로 이루어지고 권취수단(40)이 상기 릴용 프레임(34) 상에 배치되는 제2종동기어(44) 등으로 이루어져 제1모터(31)에 의해 릴용 프레임(34)이 회전할 때 제2종동기어(44)가 제2종동기어(44)의 축을 기준으로 회전하게 되는 경우, 트위스팅단계(S2)에서 트위스팅수단(30)과 권취수단(40)을 동일한 속력으로 구동하게 함으로써 권취수단(40)의 제2종동기어(44)가 제2종동기어(44)의 축을 기준으로 회전하지 않도록 한다. 이에 따라, 섬유는 릴(10)에 권취되지 않고 트위스팅된다.

섬유가 트위스팅 되면서 릴(10)과 풀리(21) 사이에서 섬유의 외관상 길이가 줄어들게 될 때 풀리(21)와 원사롤(70) 사이의 섬유가 릴(10) 측으로 이동하지 않도록, 트위스팅단계(S2)에서는 상기 원사롤(70)에 섬유의 타단부를 권취시켜 원사롤(70)과 풀리(21) 사이의 섬유 길이를 릴(10)과 풀리(21) 사이에 위치한 섬유의 외관상 길이와 동일한 정도로 줄어들도록 조절해주는 것이 바람직하다.

상기 트위스팅단계(S2)는 프리코일 형성단계(S21)와 1차 코일 형성단계(S22)로 이루어지거나, 프리코일 형성단계(S21), 1차 코일 형성단계(S22) 및 2차 코일 형성단계(S23)로 이루어진다.

소프트 액츄에이터의 재료가 되는 섬유(F)는 한 가닥 혹은 여러 가닥이 병렬 배치된 상태로 준비되고, 이 섬유(F)(들)를 트위스팅하면 초기에는 섬유(F)의 전체적인 외관 형상이 트위스팅 하기 전 섬유(F)의 형상과 크게 다르지 않은 프리코일(BF)이 만들어진다. 도 8에서는 예시적으로 여러 가닥의 섬유(F)로 소프트 액츄에이터를 만드는 과정이 도시되어 있는데, 도 8의 (a)에서와 같이 트위스팅을 하기 전 평행하게 배치되었던 섬유(F)들은 도 8의 (b)에서와 같이 프리코일 형성단계(S21)를 거친 후에도 전체적인 외관이 크게 변화되지 않고 원기둥 형상을 유지한다. 여러 가닥의 섬유로 소프트 액츄에이터를 만드는 경우, 프리코일 형성단계(S21)를 거침으로써 코일들은 함께 꼬여 일체로 거동할 수 있게 된다.

이러한 프리코일(BF)을 더 트위스팅하면 프리코일(BF)의 전체적인 외관이 나선형상이 되고, 프리코일(BF)의 트위스팅 횟수가 증가할수록 점점 더 작은 피치를 가지는 나선형상을 이루게 된다. 그리고 프리코일(BF)이 충분히 여러 번 트위스팅 되면 도 8의 (c)에 도시되어 있는 것과 같이 피치가 프리코일(BF)의 두께와 거의 동일한 1차 코일(C1)이 형성된다.

이러한 1차 코일(C1)을 더 트위스팅 하면 피치가 섬유의 두께보다 작아질 수 없어 1차 코일(C1)이 겹쳐지면서 트위스팅 되어 도 8의 (d)에 도시되어 있는 것과 같은 2차 코일(C2)을 형성하게 된다.

상기 2차 코일(C2)은 1차 코일(C1)에 비하여 더 큰 구동력을 발휘할 수 있다. 따라서, 작은 구동력이 필요한 소프트 액츄에이터를 제조하고자 하는 경우에는 1차 코일(C1)을 형성하는 1차 코일 형성단계(S22)에서 트위스팅단계(S2)를 마무리하고, 큰 구동력이 필요한 소프트 액츄에이터를 제조하고자 하는 경우에는 2차 코일(C2)을 형성하는 2차 코일 형성단계(S23)까지 진행한 후 트위스팅단계(S2)를 마무리한다.

트위스팅단계(S2)를 어느 단계까지 진행할지는 섬유의 재질에 따라 달라질 수도 있다. 예를 들어, 섬유가 우수한 탄성력을 가지는 폴리우레탄 재질로 이루어지는 경우에는 1차 코일의 형성에 의해 충분한 구동력을 발휘하는 것이 쉽지 않으므로 트위스팅단계(S2)를 2차 코일 형성단계(S23)까지 진행하며, 섬유가 상대적으로 작은 탄성력을 가지는 나일론 6 재질로 이루어지는 경우에는 1차 코일로 충분한 구동력을 발휘할 수 있고 2차 코일 형성시 섬유가 손상될 위험이 있으므로 트위스팅단계(S2)를 1차 코일 형성단계(S22)까지만 진행한다.

권취단계(S3)에서는 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 릴(10)을 그 축을 기준으로 회전시켜, 트위스팅 되어 소프트 액츄에이터로서 작용할 수 있는 섬유가 릴(10)에 권취되도록 한다.

릴(10)을 그 축에 대하여 회전시키는 제2종동기어(44)는 권취수단(40)의 제2모터(41)만을 구동하거나, 트위스팅수단(30)의 제1모터(31)와 권취수단(40)의 제2모터(41)를 서로 다른 속력으로 구동하여 릴용 프레임(34)에 대하여 상대적으로 회전할 수 있다. 즉, 릴용 프레임(34)이 정지한 상태에서 제2종동기어(44)만이 회전하게 하거나, 릴용 프레임(34)이 회전함에 따라 제2종동기어(44)가 제2종동기어(44)의 축에 직각인 축을 기준으로 회전하게 하되 제2종동기어(44)의 축을 기준으로도 회전하게 함으로써 릴(10)에 섬유가 권취되도록 한다.

섬유가 트위스팅 될 때와 마찬가지로 트위스팅 된 섬유가 릴(10)에 권취될 때에도 릴(10)과 풀리(21) 사이에서 섬유의 외관상 길이가 줄어들게 되므로, 풀리(21)와 원사롤(70) 사이의 섬유가 릴(10) 측으로 이동하지 않도록 권취단계(S3)에서도 상기 원사롤(70)에 섬유의 타단부를 권취시켜 원사롤(70)과 풀리(21) 사이의 섬유 길이가 릴(10)과 풀리(21) 사이에 위치한 섬유의 외관상 길이와 동일한 정도로 줄어들게 만들어준다.

트위스팅 된 섬유가 릴(10)에 권취된 후에는 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 풀리(21)와 릴(10)을 이격시키면서 풀리(21)와 릴(10) 사이에 트위스팅 되지 않은 섬유의 후속 구간이 위치하도록 하는 섬유풀기단계(S4)를 진행한다.

섬유풀기단계(S4)에서 원사롤(70)은 제3모터(71)에 의해 회전하면서 원사롤(70)을 풀어주어야 할 것이다.

섬유풀기단계(S4)의 진행 후에는 다시 트위스팅단계(S2)와 권취단계(S3)를 진행하여 섬유의 후속 구간을 소프트 액츄에이터로 만들고 이를 릴(10)에 권취한다.

즉, 트위스팅단계(S2), 권취단계(S3) 및 섬유풀기단계(S4)를 계속해서 반복하여 진행함으로써 긴 길이의 소프트 액츄에이터를 제조한다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

1 : 소프트 액츄에이터 제조장치
10 : 릴 20 : 긴장수단
21 : 풀리 30 : 트위스팅수단
31 : 제1모터 32 : 제1구동기어
33 : 제1종동기어 34 : 릴용 프레임
40 : 권취수단 41 : 제2모터
42 : 연장축 43 : 제2구동기어
44 : 제2종동기어 50 : 프레임
60 : 센서 70 : 원사롤
71 : 제3모터

Claims (13)

1. 섬유를 트위스팅하여 소프트 액츄에이터를 제조하는 장치에 있어서,
   섬유의 일단부가 고정되는 릴;
   상기 릴에 고정된 섬유를 긴장시키는 긴장수단;
   상기 릴을 상기 릴의 축과 직각인 축을 기준으로 회전시키는 트위스팅수단;
   상기 릴을 상기 릴의 축을 기준으로 회전시키는 권취수단;
   상기 릴, 상기 긴장수단, 상기 트위스팅수단, 및 상기 권취수단이 고정되는 프레임;을 포함하여 이루어지되,
   상기 릴은 상기 프레임의 상단부에 배치되고, 상기 긴장수단은 상기 릴의 하부 위치에서 상기 프레임을 따라 상하로 이동하며 섬유가 걸쳐지는 풀리로 이루어지며,
   상기 프레임의 상단부에 배치되고 섬유의 타단부가 권취된 원사롤과, 상기 원사롤을 양방향으로 회전시켜 상기 원사롤에 섬유의 타단부가 권취되도록 하거나 상기 원사롤에서 섬유가 풀어지도록 하는 제3모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트 액츄에이터 제조장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 트위스팅수단은, 제1모터, 상기 제1모터에 의해 구동하는 제1구동기어, 상기 제1구동기어에 맞물리는 제1종동기어, 및 상기 제1종동기어에 의해 회전하며 상기 릴이 상기 제1종동기어의 축과 직각을 이루는 상태로 회전 가능하게 고정되는 릴용 프레임을 구비하는 것을 특징으로 하는 소프트 액츄에이터 제조장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 권취수단은, 제2모터, 상기 제2모터에 의해 구동하며 상기 제1종동기어의 중심과 상기 릴용 프레임을 관통하여 형성되는 연장축, 상기 연장축에 연결되어 구동하는 제2구동기어, 및 상기 릴용 프레임 상에서 상기 제2구동기어에 의해 상기 릴의 축과 동일한 축을 기준으로 회전하여 상기 릴을 회전시키는 제2종동기어를 구비하는 것을 특징으로 하는 소프트 액츄에이터 제조장치.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 프레임 상에서 상기 풀리의 위치를 감지하는 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 소프트 액츄에이터 제조장치.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 의한 소프트 액츄에이터 제조장치를 이용하여 소프트 액츄에이터를 제조하는 방법에 있어서,
   상기 긴장수단을 거쳐 섬유의 일단부를 상기 릴에 고정하는 섬유설치단계;
   상기 릴을 상기 릴의 축과 직각인 축을 기준으로 회전시키는 트위스팅단계;
   상기 릴을 상기 릴의 축을 기준으로 회전시키는 권취단계; 및
   상기 긴장수단을 상기 릴에서 이격시키는 섬유풀기단계;를 포함하며,
   상기 릴은 상기 프레임의 상단부에 배치되고, 상기 긴장수단은 상기 릴의 하부 위치에서 상기 프레임을 따라 상하로 이동하며 섬유가 걸쳐지는 풀리로 이루어지며,
   상기 소프트 액츄에이터 제조장치는 상기 프레임의 상단부에 배치되고 섬유의 타단부가 권취된 원사롤을 더 포함하며,
   상기 트위스팅단계와 상기 권취단계에서는 상기 원사롤에 섬유의 타단부를 권취시키고, 상기 섬유풀기단계에서는 상기 원사롤에서 섬유를 풀어내는 것을 특징으로 하는 소프트 액츄에이터 제조방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 트위스팅단계는,
   한 가닥 혹은 여러 가닥의 섬유를 트위스팅하여 프리코일을 형성하는 프리코일 형성단계; 및
   상기 프리코일을 트위스팅하여 1차 코일을 형성하는 1차 코일 형성단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소프트 액츄에이터 제조방법.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 트위스팅단계는,
    한 가닥 혹은 여러 가닥의 섬유를 트위스팅하여 프리코일을 형성하는 프리코일 형성단계;
    상기 프리코일을 트위스팅하여 1차 코일을 형성하는 1차 코일 형성단계; 및
    상기 1차 코일을 트위스팅하여 2차 코일을 형성하는 2차 코일 형성단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소프트 액츄에이터 제조방법.
    
11. 제8항에 있어서,
    상기 트위스팅단계, 상기 권취단계 및 상기 섬유풀기단계는 다수 회 반복되는 것을 특징으로 하는 소프트 액츄에이터 제조방법.
    
12. 제8항에 있어서,
    상기 트위스팅수단은, 제1모터, 상기 제1모터에 의해 구동하는 제1구동기어, 상기 제1구동기어에 맞물리는 제1종동기어, 및 상기 제1종동기어에 의해 회전하며 상기 릴이 상기 제1종동기어의 축과 직각을 이루는 상태로 회전 가능하게 고정되는 릴용 프레임을 구비하고,
    상기 권취수단은, 제2모터, 상기 제2모터에 의해 구동하며 상기 제1종동기어의 중심과 상기 릴용 프레임을 관통하여 형성되는 연장축, 상기 연장축에 연결되어 구동하는 제2구동기어, 및 상기 릴용 프레임 상에서 상기 제2구동기어에 의해 상기 릴의 축과 동일한 축을 기준으로 회전하여 상기 릴을 회전시키는 제2종동기어를 구비하며,
    상기 트위스팅단계에서는 상기 트위스팅수단과 상기 권취수단이 동일한 속력으로 구동하고, 상기 권취단계에서는 상기 권취수단만이 구동하거나 상기 트위스팅수단과 상기 권취수단이 서로 다른 속력으로 구동하는 것을 특징으로 하는 소프트 액츄에이터 제조방법.
    
13. 삭제

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