KR101931791B1 - 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기 - Google Patents

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한재흥
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성열훈
이종완
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Abstract

본 발명은 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양방향 안정성을 갖는 쌍안정 구조체를 새로운 구동 메커니즘으로 구동시킬 수 있는 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기에 관한 것이다.
실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기는, 안정된 상태의 제1 형상과 상기 제1 형상과 다른 안정된 상태의 제2 형상을 갖는 쌍안정 구조체; 고정된 길이를 갖고, 일단이 상기 쌍안정 구조체에 연결된 핀; 상기 핀의 타단에 연결된 줄; 상기 줄을 꼬거나 풀어 상기 줄의 길이가 가변되도록 제어하는 모터; 및 상기 쌍안정 구조체의 양단을 지지하는 한 쌍의 지지체;를 포함하고, 상기 한 쌍의 지지체 사이의 간격은, 상기 쌍안정 구조체의 길이보다 작고, 상기 줄의 길이가 가변됨에 따라 상기 핀이 이동하고, 상기 핀의 이동에 따라 상기 쌍안정 구조체가 상기 제1 형상에서 상기 제2 형상으로 변형된다.

Description

쌍안정성 기반의 온-오프 구동기 {ON-OFF ACTUATOR BASED ON BISTABLE STRUCTURE}
본 발명은 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양방향 안정성을 갖는 쌍안정 구조체를 새로운 구동 메커니즘으로 구동시킬 수 있는 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기에 관한 것이다.
최근 들어, 구조적으로 안정된 두 개의 형상을 가지는 구조체, 즉 양방향 안정성을 가지는 구조체(이하, '쌍안정 구조체'라 함)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 쌍안정 구조체는 로켓이나 항공기 등에서 진행 경로 변경 또는 자세 제어를 위한 날개 부분, 우주 탐사선 등에서 형상(자세)을 변경하는 목적으로 활용 가능성이 증가하고 있다.
양방향 안정성이란, 구조적으로 두 개의 안정된 상태를 가지는 특성을 의미한다. 양방향 안정을 갖는 쌍안정 구조체는, 인가되는 외력의 크기에 따라 제1 안정 상태 또는 제2 안정 상태로 변형된다.
쌍안정 구조체는 온-오프 또는 업-다운 운동을 생성하는 다양한 종류의 선형 구동기에 비교하여 여러 이점을 갖는다. 그러나, 쌍안정 구조체는 현재의 제1 안정 상태에서 다음의 제2 안정 상태로 움직이기 위해서는 별도의 구동 메커니즘을 필요로 한다.
종래에 쌍안정 구조체를 구동시키는 구동 메커니즘을 개시한 (특허문헌 1)과 (특허문헌 2)가 존재한다.
(특허문헌 1)과 (특허문헌 2)에서는 쌍안정 구조체의 구동을 위해 형상기억합금(Shape Memory Alloy; SMA) 및 스프링 등을 사용한다. 그런데, (특허문헌 1)과 (특허문헌 2)에서는 형상기억합금이 온도 변화에 따라 길이가 변화하는 점을 이용하는데, 일반적으로 형상기억합금의 온도 변화에는 비교적 높은 소비전력과 긴 변형시간이 필요한 단점이 존재한다.
또한, 종래에 쌍안정 구조체를 구동시키는 구동 메커니즘을 개시한 (비특허문헌 1)과 (비특허문헌 2)가 존재한다.
(비특허문헌 1)과 (비특허문헌 2)에서는 쌍안정 구조체의 구동을 위해 압전재료 또는 형상기억합금 등을 사용한다. 그런데, 압전재료 방식의 구동 메커니즘은 비교적 큰 시스템, 약한 내구도, 높은 작동전압 및 비싼 가격 등의 단점이 존재하며, 형상기억합금 방식의 구동 메커니즘은 비교적 높은 소비전력과 긴 변형시간이 필요((비특허문헌 2)의 경우 약 30초 소요)하는 등의 단점이 존재한다.
KR 10-1239218 B WO 2013-061234 A1
Choon-Gil Kang, Jun-Seong Lee and Jae-Hung Han, "Development of bi-stable and millimeter-scale displacement actuator using snap-through effect for reciprocating control fins", Aerospace Science and Technology, Vol.32, pp.131-141, 2014 Terrance Johnson, "Bistable Devices for Morphing Rotor Blades", Ph.D. Dissertation, The Pennsylvania State University, 219 pages, 2010
해결하고자 하는 과제는, 새로운 구동 메커니즘을 통해 쌍안정 구조체를 구동시킬 수 있는 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기를 제공한다.
또한, 전체 구조가 간단한 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기를 제공한다.
또한, 크기가 작고 가벼운 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기를 제공한다.
또한, 제작 비용이 낮은 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기를 제공한다.
또한, 낮은 소비전력으로 큰 변위와 높은 구동속도를 얻는 것이 가능한 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기를 제공한다.
실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기는, 안정된 상태의 제1 형상과 제1 형상과 다른 안정된 상태의 제2 형상을 갖는 쌍안정 구조체; 고정된 길이를 갖고, 일단이 쌍안정 구조체에 연결된 핀; 핀의 타단에 연결된 줄; 및 줄을 꼬거나 풀어 줄의 길이가 가변되도록 제어하는 모터;를 포함하고, 줄의 길이가 가변됨에 따라 핀이 이동하고, 핀의 이동에 따라 쌍안정 구조체가 제1 형상에서 제2 형상으로 변형된다. 이러한 실시 형태에 의하면, 새로운 구동 매커니즘으로 쌍안정 구조체를 구동시킬 수 있고, 전력을 소모하는 구성은 모터뿐이기 때문에 전력 소모량이 작은 이점이 있고, 단가가 비교적 저렴한 줄과 모터로 쌍안정 구조체를 구동시킬 수 있는 이점이 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 모터는 제1 모터 및 제1 모터와 소정 간격 떨어져 배치된 제2 모터를 포함하고, 줄은 제1 모터와 핀을 연결하는 제1 줄 및 제2 모터와 핀을 연결하는 제2 줄을 포함하고, 핀의 타단은 제1 줄과 제2 줄의 길이의 가변에 따라 제1 모터와 제2 모터 사이에서 직선 왕복 운동을 하고, 직선 왕복 운동에 의해 쌍안정 구조체가 제1 형상에서 제2 형상으로 변형될 수 있다. 이러한 실시 형태에 의하면, 하나의 핀을 사용하여 쌍안정 구조체를 제1 형상에서 제2 형상으로 또는 제2 형상에서 제1 형상을 변형시킬 수 있는 이점이 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 제1 모터와 제2 모터는 서로 반대 방향으로 회전하고, 제1 형상에서 제1 줄은 비꼬인 상태이고 제2 줄은 꼬인 상태이고, 제2 형상에서 제1 줄은 꼬인 상태이고 제2 줄은 비꼬인 상태일 수 있다. 이러한 실시 형태에 의하면, 하나의 핀의 타단을 안정적이고 정확하게 직선 왕복 운동시킬 수 있는 이점이 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 모터는 제1 모터 및 제1 모터와 소정 간격 떨어져 배치된 제2 모터를 포함하고, 줄은 제1 모터에 연결된 제1 줄 및 제2 모터에 연결된 제2 줄을 포함하고, 핀은 쌍안정 구조체의 일측에 연결된 일단과 제1 줄에 연결된 타단을 포함하는 제1 핀 및 쌍안정 구조체의 타측에 연결된 일단과 제2 줄에 연결된 타단을 포함하는 제2 핀을 포함하고, 제1 핀의 타단은 제1 줄의 길이의 가변에 따라 제1 모터로부터 멀어지거나 가까워지는 제1 직선 왕복 운동을 하고, 제2 핀의 타단은 제2 줄의 길이의 가변에 따라 제2 모터로부터 멀어지거나 가까워지는 제2 직선 왕복 운동을 하고, 제1 직선 왕복 운동과 제2 직선 왕복 운동에 의해 쌍안정 구조체가 제1 형상에서 제2 형상으로 변형될 수 있다. 이러한 실시 형태에 의하면, 두 개의 핀을 사용하여 쌍안정 구조체를 제1 형상에서 제2 형상으로 또는 제2 형상에서 제1 형상을 변형시킬 수 있는 이점이 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 제1 모터와 제2 모터는 같은 방향으로 회전하고, 제1 형상에서 제1 줄은 비꼬인 상태이고 제2 줄은 꼬인 상태이고, 제2 형상에서 제1 줄은 꼬인 상태이고 제2 줄은 비꼬인 상태일 수 있다. 이러한 실시 형태에 의하면, 두 개의 핀의 타단 각각 안정적이고 정확하게 직선 왕복 운동시킬 수 있는 이점이 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 핀의 일단의 중심은 쌍안정 구조체의 일단으로부터 소정 거리 떨어진 위치에 연결되고, 소정 거리는 쌍안정 구조체의 전체 길이의 10% 이상 25% 이하일 수 있다. 이러한 실시 형태에 의하면, 최소의 모멘트로 쌍안정 구조체를 제1 형상에서 제2 형상으로 또는 제2 형상에서 제1 형상을 변형시킬 수 있는 이점이 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 핀의 일단의 중심은 쌍안정 구조체의 일단으로부터 소정 거리 떨어진 위치에 연결되고, 소정 거리가 커질수록 쌍안정 구조체를 제1 형상에서 제2 형상으로 변형되는데 필요한 모멘트는 증가하되 모멘트의 변화량은 감소할 수 있다. 이러한 실시 형태에 의하면, 모멘트에 따라 핀이 쌍안정 구조체에 연결되는 위치를 적절히 조절할 수 있는 이점이 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 쌍안정 구조체의 양단을 지지하는 한 쌍의 지지체를 더 포함하고, 한 쌍의 지지체 사이의 간격은 쌍안정 구조체의 길이보다 작을 수 있다. 이러한 실시 형태에 의하면, 쌍안정 구조체에 설계에 필요한 적절한 횡력을 가할 수 있는 이점이 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 모터와 상기 줄을 연결하는 연결부재;를 더 포함하고, 연결부재는 모터의 회전축에 결합되어 회전축과 연동하고, 줄은 연결부재에 연결되어 회전축의 회전에 따라 꼬이거나 풀릴 수 있다. 이러한 실시 형태에 의하면, 줄을 모터에 안정적으로 결합시킬 수 있고, 모터의 회전력을 그대로 줄에 전달해 줄 수 있는 이점이 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 줄은 다수의 줄을 포함할 수 있다. 이러한 실시 형태에 의하면, 모터의 회전에 의해 줄의 길이 변화가 증가되는 이점이 있다.
실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기를 사용하면, 쌍안정 구조체를 새로운 구동 메커니즘으로 구동시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 전체 구조가 간단한 이점이 있다.
또한, 크기가 작고 가벼운 이점이 있다.
또한, 제작 비용이 낮은 이점이 있다.
또한, 낮은 소비전력으로 큰 변위와 높은 구동속도를 얻는 것이 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기의 개략도로서, 도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기의 쌍안정 구조체(110)가 제1 형상인 경우의 개략도이고, 도 1의 (b)는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기의 쌍안정 구조체(110)가 제2 형상인 경우의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 한 쌍의 모터(151, 155)와 한 쌍의 줄(171, 175)의 연결을 구체적으로 보여주는 일 예이다.
도 3은 쌍안정 구조체(110)의 일단으로부터 핀(130)의 일단(상단)의 중심까지의 거리(Xp)에 따른 쌍안정 구조체(110)의 트리거 모멘트를 보여주는 실험 그래프이다.
도 4는 쌍안정 구조체(110)의 일단으로부터 핀(130)의 일단(상단)의 중심까지의 거리(Xp)와 쌍안정 구조체(110)의 길이(L) 사이의 관계를 보여주는 실험 그래프이다.
도 5 내지 도 6은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(100)를 실제로 제작하고 실험한 결과를 보여주는 사진들이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(200)의 개략도로서, 도 7의 (a)는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기의 쌍안정 구조체(210)가 제1 형상인 경우의 개략도이고, 도 7의 (b)는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기의 쌍안정 구조체(210)가 제2 형상인 경우의 개략도이다.
도 8은 도 7에 도시된 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(200)를 실제로 제작하고 실험한 결과를 보여주는 사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명된다. 도면들 중 인용부호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 인용부호들로 표시됨을 유의해야 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시 형태의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태들에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기는, 양방향 안정성을 가지는 구조체(이하, '쌍안정 구조체'라 함)를 안정된 상태의 제1 형상에서 제1 형상과 다른 안정된 상태의 제2 형상으로 변경시키기 위한 새로운 구동 메커니즘을 제공한다.
본 발명의 실시 형태들에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기의 새로운 구동 메커니즘은 줄(string)이 가진 꼬임 특성 이용하여 쌍안정 구조체를 구동한다. 구체적으로, 본 발명의 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기의 새로운 구동 메커니즘은 줄이 외력에 의해 꼬여지거나 풀리는 것에 따라 줄의 길이가 줄어드는 현상을 이용하여 쌍안정 구조체를 제1 형상에서 제2 형상으로 변화시킨다.
본 발명의 실시 형태들은 쌍안정 구조체를 제1 형상에서 제2 형상으로 변화시키기 위해서, 고정된 길이를 갖고 일단이 쌍안정 구조체에 연결된 핀; 핀의 타단에 연결된 줄; 및 줄을 꼬거나 풀어 줄의 길이가 가변되도록 제어하는 모터;를 포함할 수 있다. 이러한 실시 형태들에서 전력을 소모하는 구성은 모터뿐이기 때문에, 전력 소모량이 작은 이점이 있다. 또한, 단가가 비교적 저렴한 줄과 모터로 쌍안정 구조체를 구동시킬 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기의 여러 실시 형태를 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기의 개략도이다. 도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기의 쌍안정 구조체(110)가 제1 형상인 경우의 개략도이고, 도 1의 (b)는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기의 쌍안정 구조체(110)가 제2 형상인 경우의 개략도이다.
도 1의 (a) 내지 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(100)는, 쌍안정 구조체(110), 한 쌍의 지지체(121, 125), 핀(130), 한 쌍의 모터(151, 155), 및 한 쌍의 줄(171, 175)을 포함할 수 있다.
쌍안정 구조체(110)는 양방향 안정성을 갖는다.
쌍안정 구조체(110)는 구조적으로 안정된 상태가 유지되고 서로 다른 두 개의 형상, 즉, 제1 형상 및 제2 형상을 갖는다. 제1 형상은 도 1의 (a)에 도시된 형상이고, 제2 형상은 도 1의 (b)에 도시된 형상일 수 있다.
쌍안정 구조체(110)는 소정의 두께를 갖는 평판 또는 빔(beam)일 수 있다. 쌍안정 구조체(110)는 금속 재질일 수 있다.
쌍안정 구조체(110)는 쌍안정 구조체(110)의 양단에 위치하는 한 쌍의 지지체(121, 125)에 의한 횡력에 의해 미리 버클링(buckling)되어 도 1의 (a)에 도시된 제1 형상 또는 도 1의 (b)에 도시된 제2 형상 중 어느 하나로 된다.
쌍안정 구조체(110)의 버클링은 쌍안정 구조체(110)를 구성하는 재료가 허용하는 정상 응력 아래에서 발생한다. 쌍안정 구조체(110)는 버클링된 후에도 소정의 하중을 지지할 수 있다.
쌍안정 구조체(110)는 임계 버클링 하중을 갖는다. 임계 버클링 하중은 쌍안정 구조체(110)를 약간 구부러진 형태로 유지하기에 충분한 하중을 의미한다.
힘 또는 모멘트를 사용하여 쌍안정 구조체(110)를 하나의 안정된 형상에서 다른 형상으로 변하는 스냅-스루(snap-through) 버클링 현상을 트리거할 수 있다.
축(X) 방향으로 압축된 쌍안정 구조체(110)는 두 개의 안정된 상태인 제1 형상과 제2 형상 사이를 이동할 때 음의 강성 거동(negative stiffness behavior)을 갖는다. 두 가지 전이 상태 사이에서, 쌍안정 구조체(110)은 서로 다른 모양 변형을 겪는다.
이러한 스냅-스루를 유도하기 위해 설계된 쌍안정 구조체(110)의 임계 버클링 하중보다 큰 하중과 변위를 제공하는 액추에이터가 요구된다. 액추에이터는 핀(130), 한 쌍의 모터(151, 155), 및 한 쌍의 줄(171, 175)을 포함한다.
한 쌍의 지지체(121, 125)는 쌍안정 구조체(110)의 양단에 결합된다. 제1 지지체(121)는 쌍안정 구조체(110)의 일단에 결합되고, 제2 지지체(125)는 쌍안정 구조체(110)의 타단에 결합된다.
제1 지지체(121)와 제2 지지체(125) 사이의 간격은, 쌍안정 구조체(110)의 길이보다 작다. 따라서, 제1 지지체(121)와 제2 지지체(125)는 쌍안정 구조체(110)에 횡력을 가한다. 제1 지지체(121)와 제2 지지체(125)에 의해서, 쌍안정 구조체(110)는 도 1의 (a)에 도시된 제1 형상 또는 도 1의 (b)에 도시된 제2 형상을 유지하게 된다.
쌍안정 구조체(110)의 길이(L)가 증가하면, 쌍안정 구조체(110)를 제1 형상에서 제2 형상으로 변형되는데 필요한 모멘트는 감소한다.
쌍안정 구조체(110)의 두께가 증가함에 따라, 쌍안정 구조체(110)를 제1 형상에서 제2 형상으로 변형되는데 필요한 모멘트는 증가한다.
쌍안정 구조체(110)의 스냅 변위(d)는 한 쌍의 지지체(121, 125) 사이의 거리에 따라 변한다. 한 쌍의 지지체(121, 125) 사이의 거리가 가까워질수록 스냅 변위(d)는 증가한다. 스냅 변위(d)가 증가하면, 쌍안정 구조체(110)를 제1 형상에서 제2 형상으로 변형되는데 필요한 모멘트는 증가한다.
핀(130), 한 쌍의 모터(151, 155) 및 한 쌍의 줄(171, 175)은 쌍안정 구조체(110)를 밴딩 모멘트(banding moment)를 생성한다. 생성되는 밴딩 모멘트에 의해, 쌍안정 구조체(110)는 제1 안정 상태인 제1 형상에 제2 안정 상태인 제2 형상으로 또는 상기 제2 형상에서 상기 제1 형상으로 변형될 수 있다.
핀(Pin, 130)은 소정의 길이를 갖는 부재로서, 길이가 변하지 않는 재료로 구성될 수 있다.
핀(130)의 양단 중 일단은 쌍안정 구조체(110)에 결합되고, 타단은 한 쌍의 줄(171, 175)과 결합된다.
핀(130)의 일단은 쌍안정 구조체(110)의 일단과 쌍안정 구조체(110)의 중간부 사이에 결합될 수 있다.
쌍안정 구조체(110)의 일단으로부터 핀(130)의 일단(상단)의 중심까지의 거리(Displacement (mm), Xp)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 거리(Xp)가 커질수록, 쌍안정 구조체(110)를 제1 형상에서 제2 형상으로 변형되는데 필요한 모멘트(moment)는 증가하지만, 상기 거리(Xp)가 커질수록 모멘트의 변화량은 점점 감소한다.
상기 거리(Xp)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 쌍안정 구조체(110)의 길이(L)의 10%와 25% 사이에서 쌍안정 구조체(110)를 제1 형상에서 제2 형상으로 변형되는데 필요한 모멘트를 최소로 갖는다. 도 4를 참조하면, 10% 미만에서 쌍안정 구조체(110)의 형상 변형을 위해 필요한 모멘트의 변화량은 10% 이상에서 상기 모멘트의 변화량보다 상대적으로 크고, 25% 초과에서 상기 모멘트의 변화량이 25% 이하에서 상기 모멘트의 변화량보다 상대적으로 큰 것을 확인할 수 있다. 이는 10% 미만과 25% 초과에서는 상기 모멘트가 급격히 커진다는 문제가 있다. 따라서, 상기 거리(Xp)가 쌍안정 구조체(110)의 길이(L)의 10% 이상 25% 이하이면, 쌍안정 구조체(110)의 형상 변형을 위해 필요한 모멘트를 급격히 줄일 수 있는 이점이 있다. 여기서, 보다 바람직하게 상기 거리(Xp)는 쌍안정 구조체(110)의 길이(L)의 15%와 20% 사이일 수 있다. 가장 바람직하게는 쌍안정 구조체(110)의 길이(L)의 18% 내외에서 최소 모멘트를 가질 수 있다.
핀(130)과의 결합을 위해 쌍안정 구조체(110)는 핀(130)의 일단이 삽입될 수 있는 슬롯(slot)를 가질 수 있다. 핀(130)은 쌍안정 구조체(110)의 슬롯에 삽입되어 너트와 같은 체결 부재를 통해 쌍안정 구조체(110)에 체결될 수 있다.
핀(130)의 타단에는 제1 줄(171)과 제2 줄(175)이 결합된다.
한 쌍의 모터(151, 155)는 한 쌍의 줄(171, 175)을 꼬이게 하거나 꼬인 한 쌍의 줄(171, 175)을 푼다.
한 쌍의 모터(151, 155)는 제1 모터(151)와 제2 모터(155)를 포함한다. 제1 모터(151)과 제2 모터(155)는 소정 간격 떨어져 배치되고, 제1 모터(151)과 제2 모터(155) 사이에 핀(130)의 타단이 배치된다. 제1 모터(151)과 제2 모터(155) 사이에서 핀(130)의 타단이 직선 왕복 운동한다. 제1 모터(151)는 제1 지지체(121) 측에 인접하여 배치되고, 제2 모터(155)는 제1 지지체(121)와 제2 지지체(125) 사이에 배치되되 제2 지지체(125)보다 제1 지지체(121)측에 더 가깝게 배치될 수 있다.
제1 모터(151)과 제2 모터(155)는 같은 방향으로 회전한다. 따라서, 제1 모터(151)과 제2 모터(155)가 서로 마주보고 배치되면, 서로 반대되는 방향으로 회전력을 일으킨다.
제1 모터(151)과 제2 모터(155)를 구동시키기 위한 각 구동 신호는 서로 위상이 일치하는 것이 바람직하다.
한 쌍의 줄(171, 175)은 제1 줄(171)과 제2 줄(175)을 포함한다. 제1 줄(171)은 제1 모터(151)와 핀(130)을 연결하고, 제2 줄(175)는 제2 모터(155)와 핀(130)을 연결한다. 예를 들어, 제1 줄(171)은 제1 모터(151)의 회전축과 핀(130)의 타단(하단)을 연결하고, 제2 줄(175)는 제2 모터(155)의 회전축과 핀(130)의 타단(하단)을 연결할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 한 쌍의 모터(151, 155)와 한 쌍의 줄(171, 175)의 연결을 구체적으로 보여주는 일 예이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(100)는 연결부재(connector, 160)를 더 포함할 수 있다.
연결부재(160)는 제1 모터(151)와 제1 줄(171)를 연결하는 부재이다. 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 본 발명의 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(100)는 제2 모터(155)와 제2 줄(175)를 연결하는 연결부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.
연결부재(160)의 일 측은 제1 모터(151)의 회전축(151a)에 결합된다. 연결부재(160)는 제1 모터(151)의 회전과 함께 연동한다.
연결부재(160)의 타 측은 제1 줄(171)과 연결된다. 제1 줄(171)은 도 2에 도시된 바와 같이 2개의 줄(171a, 171b)로 구성될 수 있다. 연결부재(160)의 일 방향 회전에 의해 2개의 줄(171a, 171b)가 서로 꼬여지고, 꼬임에 의해 제1 줄(171)의 길이가 줄어들 수 있다. 또한, 연결부재(160)의 역 방향 회전에 의해 서로 꼬여있는 2개의 줄(171a, 171b)이 풀리면서 제1 줄(171)의 길이가 늘어날 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 제1 줄(171)과 제2 줄(175)은 제1 모터(151)와 제2 모터(155)의 구동(회전)에 의해 꼬이거나 풀릴 수 있다. 꼬임에 의해 제1 줄(171)과 제2 줄(175)은 그 길이가 줄어들고, 풀림에 의해 제1 줄(171)과 제2 줄(175)은 길이가 늘어난다.
제1 줄(171)과 제2 줄(175) 각각은, 단일의 줄로 구성될 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 2 이상의 다수의 줄로 구성될 수도 있다.
제1 줄(171)은 비꼬인(untwisted) 상태이고, 제2 줄(175)은 꼬인(twisted) 상태일 수 있다. 반대로 제1 줄(171)은 꼬인 상태이고, 제2 줄(175)는 비꼬인 상태일 수 있다. 즉, 제1 줄(171)과 제2 줄(175)는 서로 상반된 상태를 가질 수 있다.
도 1의 (a)에서 쌍안정 구조체(110)가 제1 형상을 유지하기 위해서, 제1 줄(171)은 비꼬인(untwisted) 상태이고, 제2 줄(175)은 꼬인(twisted) 상태일 수 있다.
도 1의 (a)에서 쌍안정 구조체(110)가 제1 형상을 유지한 상태에서, 제1 모터(151)가 제1 줄(171)을 꼬이도록 구동하고, 제2 모터(155)가 제2 줄(175)을 풀도록 구동하면, 제1 줄(171)은 꼬여서 길이가 줄어들고, 제2 줄(175)은 풀려서 길이가 늘어난다. 그러면, 핀(130)의 타단(하단)은 제2 모터(155) 측에서 제1 모터(151)측 방향으로 직선 운동한다. 핀(130)의 타단(하단)의 직선 운동은 고정된 길이를 갖는 핀(130)의 일단(상단)을 우측 아랫 방향으로 이동시키는 모멘트로 작용하고, 핀(130)의 일단(상단)의 이동은 쌍안정 구조체(110)를 도 1의 (b)에 도시된 바와 같은 제2 형상으로 변형시키는 밴딩 모멘트로 작용한다.
반대로, 도 1의 (b)에서 쌍안정 구조체(110)가 제2 형상을 유지한 상태에서, 제1 모터(151)가 제1 줄(171)을 풀도록 구동하고, 제2 모터(155)가 제2 줄(175)을 꼬이도록 구동하면, 제1 줄(171)은 풀어져서 길이가 늘어나고, 제2 줄(175)은 꼬여서 길이가 줄어든다. 그러면, 핀(130)의 타단(하단)은 제1 모터(151) 측에서 제2 모터(155)측 방향으로 직선 운동한다. 핀(130)의 타단(하단)의 직선 운동은 고정된 길이를 갖는 핀(130)의 일단(상단)을 좌측 윗 방향으로 이동시키는 모멘트로 작용하고, 핀(130)의 일단(상단)의 이동은 쌍안정 구조체(110)를 도 1의 (a)에 도시된 바와 같은 제1 형상으로 변형시키는 밴딩 모멘트로 작용한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(100)는 쌍안정 구조체(110)와 액추에이터를 포함하는데, 액추에이터는 핀(130), 한 쌍의 모터(151, 155) 및 한 쌍의 줄(171, 175)를 포함한다. 한 쌍의 모터(151, 155)의 구동으로 한 쌍의 줄(171, 175)의 길이가 줄어들거나 늘어나 핀(130)이 이동되고, 핀(130)의 이동에 따라 쌍안정 구조체(110)가 제1 형상에서 제2 형상으로 또는 제2 형상에서 제1 형상을 변형된다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(100)의 액추에이터를 구성하는 요소들 중에서, 전력을 소비하는 구성은 한 쌍의 모터(151, 155)뿐이기 때문에, 작은 소비 전력으로 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(100)를 구동시킬 수 있는 이점이 있고, 액추에이터의 구성하는 요소들 각각이 단가가 비싼 재료로 이루어지는 것이 아니기 때문에, 작은 비용으로 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(100)를 생산할 수 있는 이점도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(100)는 제어 핀(control fin, 190)을 더 포함할 수 있다. 제어 핀(190)은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(100)를 온-오프(on-off) 타입 구동기로 사용할 때, 온-오프(on-off) 타입 구동기의 온 상태와 오프 상태 각각을 나타내는 스위치의 역할을 할 수 있다.
도 5 내지 도 6은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(100)를 실제로 제작하고 실험한 결과를 보여주는 사진들이다.
제1 모터(151)와 제2 모터(155)에 정현파 또는 사각파 형태의 입력 전압에 대한 실험을 수행하였다. 실험결과, 본 발명의 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(100)는 8mm의 스트로크(Stroke)와 5Hz의 대역폭에서 작동할 수 있음을 확인하였다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(200)의 개략도이다. 도 7의 (a)는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(200)의 쌍안정 구조체(210)가 제1 형상인 경우의 개략도이고, 도 7의 (b)는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(200)의 쌍안정 구조체(210)가 제2 형상인 경우의 개략도이다.
도 7의 (a) 내지 (b)를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(200)는, 쌍안정 구조체(210), 한 쌍의 지지체(221, 225), 한 쌍의 핀(231, 235), 한 쌍의 모터(251, 255), 및 한 쌍의 줄(271, 275)을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(200)에서, 쌍안정 구조체(210)와 한 쌍의 지지체(221, 225)는 도 1에 도시된 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(100)의 쌍안정 구조체(110)와 한 쌍의 지지체(121, 125)와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략하고 앞서 상술한 내용으로 대체한다.
한 쌍의 핀(231, 235)은 제1 핀(231)과 제2 핀(235)를 포함한다. 제1 핀(231)과 제2 핀(235)는 소정의 길이를 갖는 부재로서, 길이가 변하지 않는 재료로 구성될 수 있다.
제1 핀(231)의 양단 중 일단(상단)은 쌍안정 구조체(210)에 결합되고, 타단(하단)은 제1 줄(271)과 결합된다. 제1 핀(231)의 일단(상단)은 쌍안정 구조체(210)의 일단과 쌍안정 구조체(210)의 중간부 사이에 결합될 수 있다.
제2 핀(235)의 양단 중 일단(상단)은 쌍안정 구조체(210)에 결합되고, 타단(하단)은 제2 줄(275)과 결합된다. 제2 핀(235)의 일단(상단)은 쌍안정 구조체(210)의 타단과 쌍안정 구조체(210)의 중간부 사이에 결합될 수 있다.
쌍안정 구조체(210)의 일단으로부터 제1 핀(231)의 일단(상단)의 중심까지의 거리(Xp) 및 쌍안정 구조체(210)의 타단으로부터 제2 핀(235)의 일단(상단)의 중심까지의 거리(Xp)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 거리(Xp)가 커질수록, 쌍안정 구조체(210)를 제1 형상에서 제2 형상으로 변형되는데 필요한 모멘트(moment)는 증가하지만, 상기 거리(Xp)가 커질수록 모멘트의 변화량은 점점 감소한다.
상기 거리(Xp)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 쌍안정 구조체(210)의 길이(L)의 10%와 25% 사이에서 쌍안정 구조체(210)를 제1 형상에서 제2 형상으로 변형되는데 필요한 모멘트를 최소로 갖는다. 도 4를 참조하면, 10% 미만에서 쌍안정 구조체(210)의 형상 변형을 위해 필요한 모멘트의 변화량은 10% 이상에서 상기 모멘트의 변화량보다 상대적으로 크고, 25% 초과에서 상기 모멘트의 변화량이 25% 이하에서 상기 모멘트의 변화량보다 상대적으로 큰 것을 확인할 수 있다. 이는 10% 미만과 25% 초과에서는 상기 모멘트가 급격히 커진다는 문제가 있다. 따라서, 상기 거리(Xp)가 쌍안정 구조체(210)의 길이(L)의 10% 이상 25% 이하이면, 쌍안정 구조체(210)의 형상 변형을 위해 필요한 모멘트를 급격히 줄일 수 있는 이점이 있다. 여기서, 보다 바람직하게 상기 거리(Xp)는 쌍안정 구조체(210)의 길이(L)의 15%와 20% 사이일 수 있다. 가장 바람직하게는 쌍안정 구조체(210)의 길이(L)의 18% 내외에서 최소 모멘트를 가질 수 있다.
한 쌍의 모터(251, 255)는 한 쌍의 줄(271, 275)을 꼬이게 하거나 꼬인 한 쌍의 줄(271, 275)을 푼다.
한 쌍의 모터(251, 255)는 제1 모터(251)와 제2 모터(255)를 포함한다. 제1 모터(251)과 제2 모터(255)는 소정 간격 떨어져 배치된다. 제1 모터(251)은 제1 지지체(221)에 인접하여 배치되고, 제2 모터(255)는 제1 지지체(221)와 제2 지지체(225) 사이에 배치되되 제1 지지체(121)보다 제2 지지체(125)측에 더 가깝게 배치될 수 있다.
제1 모터(251)과 제2 모터(255)는 같은 방향으로 회전한다. 따라서, 제1 모터(251)와 제2 모터(255)가 축(X)과 평행한 방향으로 나란히 배치되면, 서로 같은 방향으로 회전력을 일으킨다.
제1 모터(251)과 제2 모터(255)를 구동시키기 위한 각 구동 신호는 서로 위상이 일치하는 것이 바람직하다.
한 쌍의 줄(271, 275)은 제1 줄(271)과 제2 줄(275)을 포함한다. 제1 줄(271)은 제1 모터(251)와 제1 핀(231)을 연결하고, 제2 줄(275)는 제2 모터(255)와 제2 핀(235)을 연결한다. 예를 들어, 제1 줄(271)은 제1 모터(251)의 회전축과 제1 핀(231)의 타단(하단)을 연결하고, 제2 줄(275)는 제2 모터(255)의 회전축과 제2 핀(235)의 타단(하단)을 연결할 수 있다.
제1 줄(271)과 제1 모터(251)의 연결 시, 도 2에 도시된 연결부재(160)가 게재될 수 있다. 또한, 제2 줄(275)와 제2 모터(255)의 연결 시, 도 2에 도시된 연결부재(160)가 게재될 수 있다.
제1 줄(271)과 제2 줄(275)은 제1 모터(251)와 제2 모터(255)의 구동(회전)에 의해 꼬이거나 풀릴 수 있다. 꼬임에 의해 제1 줄(271)과 제2 줄(275)은 그 길이가 줄어들고, 풀림에 의해 제1 줄(271)과 제2 줄(275)은 길이가 늘어난다.
제1 줄(271)과 제2 줄(275) 각각은, 단일의 줄로 구성될 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 2 이상의 다수의 줄로 구성될 수도 있다.
제1 줄(271)은 비꼬인(untwisted) 상태이고, 제2 줄(275)은 꼬인(twisted) 상태일 수 있다. 반대로 제1 줄(271)은 꼬인 상태이고, 제2 줄(275)는 비꼬인 상태일 수 있다. 즉, 제1 줄(271)과 제2 줄(275)는 서로 상반된 상태를 가질 수 있다.
도 7의 (a)에서 쌍안정 구조체(210)가 제1 형상을 유지하기 위해서, 제1 줄(271)은 비꼬인(untwisted) 상태이고, 제2 줄(275)은 꼬인(twisted) 상태일 수 있다.
도 7의 (a)에서 쌍안정 구조체(210)가 제1 형상을 유지한 상태에서, 제1 모터(251)가 제1 줄(271)을 꼬이도록 구동하고, 제2 모터(255)가 제2 줄(275)을 풀도록 구동하면, 제1 줄(271)은 꼬여서 길이가 줄어들고, 제2 줄(275)은 풀려서 길이가 늘어난다. 그러면, 제1 핀(231)의 타단(하단)은 제1 모터(251)측 방향으로 직선 운동한다. 그리고, 제2 핀(235)의 타단(하단)은 제2 모터(255)와 멀어지는 방향으로 직선 왕복 운동한다. 제1 핀(231)의 타단(하단)의 직선 운동은 고정된 길이를 갖는 제1 핀(231)의 일단(상단)을 우측 아랫 방향으로 이동시키는 모멘트로 작용하고, 제2 핀(231)의 타단(하단)의 직선 운동은 고정된 길이를 갖는 제2 핀(235)의 일단(상단)을 좌측 아랫 방향으로 이동시키는 모멘트로 작용한다. 이러한 제1 핀(231)과 제2 핀(235)의 일단(상단)의 이동은 쌍안정 구조체(210)를 도 7의 (b)에 도시된 바와 같은 제2 형상으로 변형시키는 밴딩 모멘트로 작용한다.
반대로, 도 7의 (b)에서 쌍안정 구조체(210)가 제2 형상을 유지한 상태에서, 제1 모터(251)가 제1 줄(271)을 풀도록 구동하고, 제2 모터(255)가 제2 줄(275)을 꼬이도록 구동하면, 제1 줄(271)은 풀어져서 길이가 늘어나고, 제2 줄(275)은 꼬여서 길이가 줄어든다. 그러면, 제1 핀(231)의 타단(하단)은 제1 모터(251)로부터 멀어지는 방향으로 직선 운동한다. 그리고, 제2 핀(235)의 타단(하단)은 제2 모터(255)측 방향으로 직선 운동한다. 제1 핀(231)의 타단(하단)의 직선 운동은 고정된 길이를 갖는 제1 핀(231)의 일단(상단)을 좌측 윗 방향으로 이동시키는 모멘트로 작용하고, 제2 핀(231)의 타단(하단)의 직선 운동은 고정된 길이를 갖는 제2 핀(235)의 일단(상단)을 우측 윗 방향으로 이동시키는 모멘트로 작용한다. 이러한 제1 핀(231)과 제2 핀(235)의 일단(상단)의 이동은 쌍안정 구조체(210)를 도 7의 (a)에 도시된 바와 같은 제1 형상으로 변형시키는 밴딩 모멘트로 작용한다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(200)는 쌍안정 구조체(210)와 액추에이터를 포함하는데, 액추에이터는 한 쌍의 핀(231, 235), 한 쌍의 모터(251, 255) 및 한 쌍의 줄(271, 275)를 포함한다. 한 쌍의 모터(251, 255)의 구동으로 한 쌍의 줄(271, 275)의 길이가 줄어들거나 늘어나 한 쌍의 핀(231, 235)이 이동되고, 한 쌍의 핀(231, 235)의 이동에 따라 쌍안정 구조체(210)가 제1 형상에서 제2 형상으로 또는 제2 형상에서 제1 형상을 변형된다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(200)의 액추에이터를 구성하는 요소들 중에서, 전력을 소비하는 구성은 한 쌍의 모터(251, 255)뿐이기 때문에, 작은 소비 전력으로 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(200)를 구동시킬 수 있는 이점이 있고, 액추에이터의 구성하는 요소들 각각이 단가가 비싼 재료로 이루어지는 것이 아니기 때문에, 작은 비용으로 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(200)를 생산할 수 있는 이점도 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(200)는 제어 핀(control fin, 290)을 더 포함할 수 있다. 제어 핀(290)은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(200)를 온-오프(on-off) 타입 구동기로 사용할 때, 온-오프(on-off) 타입 구동기의 온 상태와 오프 상태 각각을 나타내는 스위치의 역할을 할 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(200)를 실제로 제작하고 실험한 결과를 보여주는 사진이다.
제1 모터(251)와 제2 모터(255)에 정현파 또는 사각파 형태의 입력 전압에 대한 실험을 수행하였다. 실험결과, 본 발명의 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(200)는 8mm의 스트로크(Stroke)와 5Hz의 대역폭에서 작동할 수 있음을 확인하였다.
도 1 내지 도 8에 도시된 본 발명의 여러 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(100, 200)는 쌍안정 구조체(110, 210)의 서로 다른 두 가지 안정된 형상들 사이의 반복적 변경이 가능하기 때문에, 이를 다른 장치를 구동하는데 활용할 수 있는 온-오프(on-off) 타입 구동기로 이용할 수 있다. 따라서, 온-오프(on-off) 타입 구동기를 필요로 하는 산업 전반에 적용이 가능하다. 대표적으로 항공기 또는 각종 발사체(포탄, 미사일 등)의 효율성/성능 향상을 위한 유동 제어, 각종 기계 장치들의 on-off 제어 등에 적용 가능할 것으로 예상된다.
도 1 내지 도 8에 도시된 본 발명의 여러 실시 형태에 따른 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기(100, 200)는 전체 시스템의 크기가 작고 가벼우며 제작 비용이 저렴함과 동시에 낮은 소비전력으로도 큰 변위 및 높은 구동속도를 얻는 것이 가능하기 때문에, 종래의 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기들과 비교할 때, 비용 대비 우수한 성능을 가질 수 있다.
이상에서 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시 형태에 포함되며, 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200: 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기
110, 210: 쌍안정 구조체
130: 핀
231: 제1 핀
235: 제2 핀
151, 251: 제1 모터
155, 255: 제2 모터
171, 271: 제1 줄
175, 275: 제2 줄

Claims (10)

  1. 안정된 상태의 제1 형상과 상기 제1 형상과 다른 안정된 상태의 제2 형상을 갖는 쌍안정 구조체;
    고정된 길이를 갖고, 일단이 상기 쌍안정 구조체에 연결된 핀;
    상기 핀의 타단에 연결된 줄;
    상기 줄을 꼬거나 풀어 상기 줄의 길이가 가변되도록 제어하는 모터; 및
    상기 쌍안정 구조체의 양단을 지지하는 한 쌍의 지지체;를 포함하고,
    상기 한 쌍의 지지체 사이의 간격은, 상기 쌍안정 구조체의 길이보다 작고,
    상기 줄의 길이가 가변됨에 따라 상기 핀이 이동하고, 상기 핀의 이동에 따라 상기 쌍안정 구조체가 상기 제1 형상에서 상기 제2 형상으로 변형되는, 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터는, 제1 모터 및 상기 제1 모터와 소정 간격 떨어져 배치된 제2 모터를 포함하고,
    상기 줄은, 상기 제1 모터와 상기 핀을 연결하는 제1 줄 및 상기 제2 모터와 상기 핀을 연결하는 제2 줄을 포함하고,
    상기 핀의 타단은 상기 제1 줄과 상기 제2 줄의 길이의 가변에 따라 상기 제1 모터와 상기 제2 모터 사이에서 직선 왕복 운동을 하고, 상기 직선 왕복 운동에 의해 상기 쌍안정 구조체가 상기 제1 형상에서 상기 제2 형상으로 변형되는, 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 모터와 상기 제2 모터는 서로 반대 방향으로 회전하고,
    상기 제1 형상에서, 상기 제1 줄은 비꼬인 상태이고, 상기 제2 줄은 꼬인 상태이고,
    상기 제2 형상에서, 상기 제1 줄은 꼬인 상태이고, 상기 제2 줄은 비꼬인 상태인, 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터는, 제1 모터 및 상기 제1 모터와 소정 간격 떨어져 배치된 제2 모터를 포함하고,
    상기 줄은, 상기 제1 모터에 연결된 제1 줄 및 상기 제2 모터에 연결된 제2 줄을 포함하고,
    상기 핀은, 상기 쌍안정 구조체의 일측에 연결된 일단과 상기 제1 줄에 연결된 타단을 포함하는 제1 핀 및 상기 쌍안정 구조체의 타측에 연결된 일단과 상기 제2 줄에 연결된 타단을 포함하는 제2 핀을 포함하고,
    상기 제1 핀의 타단은 상기 제1 줄의 길이의 가변에 따라 상기 제1 모터로부터 멀어지거나 가까워지는 제1 직선 왕복 운동을 하고,
    상기 제2 핀의 타단은 상기 제2 줄의 길이의 가변에 따라 상기 제2 모터로부터 멀어지거나 가까워지는 제2 직선 왕복 운동을 하고,
    상기 제1 직선 왕복 운동과 상기 제2 직선 왕복 운동에 의해 상기 쌍안정 구조체가 상기 제1 형상에서 상기 제2 형상으로 변형되는, 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 모터와 상기 제2 모터는 같은 방향으로 회전하고,
    상기 제1 형상에서, 상기 제1 줄은 비꼬인 상태이고, 상기 제2 줄은 꼬인 상태이고,
    상기 제2 형상에서, 상기 제1 줄은 꼬인 상태이고, 상기 제2 줄은 비꼬인 상태인, 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핀의 일단의 중심은 상기 쌍안정 구조체의 일단으로부터 소정 거리 떨어진 위치에 연결되고,
    상기 소정 거리는 상기 쌍안정 구조체의 전체 길이의 10% 이상 25% 이하인, 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핀의 일단의 중심은 상기 쌍안정 구조체의 일단으로부터 소정 거리 떨어진 위치에 연결되고,
    상기 소정 거리가 커질수록 상기 쌍안정 구조체를 상기 제1 형상에서 상기 제2 형상으로 변형되는데 필요한 모멘트는 증가하되 상기 모멘트의 변화량은 감소하는, 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기.
  8. 삭제
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터와 상기 줄을 연결하는 연결부재;를 더 포함하고,
    상기 연결부재는 상기 모터의 회전축에 결합되어 상기 회전축과 연동하고, 상기 줄은 상기 연결부재에 연결되어 상기 회전축의 회전에 따라 꼬이거나 풀리는, 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 줄은 다수의 줄을 포함하는, 쌍안정성 기반의 온-오프 구동기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11460009B1 (en) 2021-03-22 2022-10-04 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Actuator for holding an object

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014531125A (ja) * 2011-10-28 2014-11-20 サエス・ゲッターズ・エッセ・ピ・ア 形状記憶アクチュエータを有する双安定電気スイッチ

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