KR101996465B1

KR101996465B1 - 3자유도 회전 운동 구현 장치

Info

Publication number: KR101996465B1
Application number: KR1020180002899A
Authority: KR
Inventors: 오세형; 이부건; 박형민; 최해천
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2019-07-04

Abstract

일 실시 예에 따르면 3자유도 회전 운동 구현 장치는, 독립적으로 회전 가능한 복수 개의 구동 샤프트; 상기 복수 개의 구동 샤프트 중 어느 하나의 구동 샤프트에 연결되어 요잉 회전 가능한 하우징; 및 상기 하우징 내에 배치되고, 상기 복수 개의 구동 샤프트 중 다른 구동 샤프트로부터 동력을 전달받아 피칭 또는 롤링 회전 가능한 출력부를 포함할 수 있다.

Description

3자유도 회전 운동 구현 장치{DEVICE FOR IMPLEMENTING THREE DEGREES OF FREEDOM ROTATIONAL MOTION}

아래의 설명은 3자유도 회전 운동을 구현하기 위한 장치에 관한 것이다.

항공 기술 및 통신 기술의 급격한 발전에 따라 탐사 및 정찰 등을 목적으로 하는 무인 비행 시스템의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 인간은 무인 비행 시스템을 통해 직접 비행체에 탑승하여 수행하기에 위험하거나 어려운 작업도 안전하게 수행할 수 있다.

통상적으로 무인 비행체는 프로펠러의 회전에 의해 추력을 발생시키는 장치를 이용하여 비행하는 것이 일반적이다. 그러나, 프로펠러의 회전에 의해 추력을 발생시키는 장치는 크기가 크고, 무거우므로, 초소형 무인 비행체에 적용하기에 부적절하다. 초소형 무인 비행체는 크기가 작고, 가벼운 추진 장치를 필요로 한다.

크기가 작고, 가벼운 추진 장치의 대표적인 예로서, 곤충이나 새와 같이 날개를 움직여서 작동하는 추진 장치가 있다. 이러한 추진 장치는 3자유도 회전 운동을 하는 날개를 구비한다. 따라서, 초소형 무인 비행체의 개발을 위해서는 3자유도 회전 운동에 의해 작동하는 날개를 모사하여, 날개가 주변 유동장에 미치는 영향을 평가하는 과정이 필요하다.

따라서, 피칭(pitching), 롤링(rolling) 및 요잉(yawing) 회전 운동의 3자유도 회전 운동을 발생시키는 장치가 필요하다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.

일 실시 예의 목적은, 구조가 단순하고, 견고하고, 컴팩트한 구조를 가지면서도, 3자유도 회전 운동을 효과적으로 구현할 수 있는 3자유도 회전 운동 구현 장치를 제공하는 것이다.

상기 복수 개의 구동 샤프트은, 축에 수직한 방향으로 서로 오버랩될 수 있다.

상기 복수 개의 구동 샤프트의 회전 중심축은 동일할 수 있다.

상기 복수 개의 구동 샤프트는, 제 1 구동 샤프트; 상기 제 1 구동 샤프트를 둘러싸고, 상기 제 1 구동 샤프트에 대해 독립적으로 회전 가능한 제 2 구동 샤프트; 및 상기 제 2 구동 샤프트를 둘러싸고, 상기 제 2 구동 샤프트에 대해 독립적으로 회전 가능하고, 상기 하우징에 연결되는 제 3 구동 샤프트를 포함하고, 상기 제 1 구동 샤프트 및 제 2 구동 샤프트는 상기 출력부에 동력을 전달할 수 있다.

상기 제 1 구동 샤프트는 상기 제 2 구동 샤프트 보다 길이가 길고, 상기 제 2 구동 샤프트는 상기 제 3 구동 샤프트 보다 길이가 길 수 있다.

상기 제 1 구동 샤프트의 양 단부는 외부로 노출되고, 상기 제 2 구동 샤프트의 양 단부는 외부로 노출될 수 있다.

상기 3자유도 회전 운동 구현 장치는 상기 제 1 구동 샤프트에 연결되고, 상기 출력부의 일측에 동력 전달하는 제 1 동력 전달부; 및 상기 제 2 구동 샤프트에 연결되고, 상기 출력부의 타측에 동력을 전달하는 제 2 동력 전달부를 더 포함할 수 있다.

상기 제 1 동력 전달부는, 상기 제 1 구동 샤프트에 연결되고, 상기 제 1 구동 샤프트의 축에 대해 수직한 방향으로 배치되는 제 1 기어 세트; 상기 제 1 기어 세트로부터 동력을 전달받아, 상기 제 1 구동 샤프트의 축에 평행한 축을 중심으로 회전 가능한 제 1 웜기어; 및 상기 제 1 웜기어로부터 동력을 전달받아, 상기 제 1 구동 샤프트의 축에 직교하는 축을 중심으로 회전 가능한 제 1 베벨 기어를 포함할 수 있다.

상기 제 2 동력 전달부는, 상기 제 2 구동 샤프트에 연결되고, 상기 제 2 구동 샤프트의 축에 대해 수직한 방향으로 배치되는 제 2 기어 세트; 상기 제 2 기어 세트로부터 동력을 전달받아, 상기 제 2 구동 샤프트의 축에 평행한 축을 중심으로 회전 가능한 제 2 웜기어; 및 상기 제 2 웜기어로부터 동력을 전달받아, 상기 제 2 구동 샤프트의 축에 직교하는 축을 중심으로 회전 가능한 제 2 베벨 기어를 포함할 수 있다.

상기 출력부는, 상기 하우징에 회전 가능하게 연결되는 출력 샤프트; 상기 출력 샤프트에 회전 가능하게 연결되고, 상기 제 1 베벨 기어 및 제 2 베벨 기어에 맞물리는 출력 기어; 및 상기 출력 기어에 연결되고, 모형을 지지 가능한 모형 지지대를 포함할 수 있다.

상기 출력 기어의 축은 상기 출력 샤프트의 축과 직교할 수 있고, 제 3 구동 샤프트의 축과 교차할 수 있다.

상기 출력 샤프트의 축은 상기 제 3 구동 샤프트의 축과 직교할 수 있다.

상기 하우징은, 상기 제 3 구동 샤프트의 길이 방향으로 연장되는 형상을 포함하고, 상기 제 3 구동 샤프트의 외면에 고정되는 커플러; 및 상기 커플러 하측에 장착되고, 상기 출력부를 지지하는 케이스를 포함할 수 있다.

상기 하우징은, 상기 출력부의 롤링 회전 경로를 따라 형성되는 가이드 홈을 더 포함할 수 있다.

상기 3자유도 회전 운동 구현 장치는, 상기 복수 개의 구동 샤프트에 동력을 전달하는 복수 개의 모터를 더 포함할 수 있다.

상기 3자유도 회전 운동 구현 장치는, 상기 복수 개의 모터를 작동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 3자유도 회전 운동 구현 장치는, 내부에 유체를 저장 가능한 수조를 더 포함하고, 상기 하우징은 상기 수조 내부에 수용되고, 상기 복수 개의 모터 및 제어부는 상기 수조 외부에 배치될 수 있다.

일 실시 예에 따르면 3자유도 회전 운동 구현 장치는, 제 1 구동 샤프트; 상기 제 1 구동 샤프트를 감싸고, 상기 제 1 구동 샤프트에 대해 독립적으로 회전 가능한 제 2 구동 샤프트; 상기 제 2 구동 샤프트를 감싸고, 상기 제 2 구동 샤프트에 대해 독립적으로 회전 가능한 제 3 구동 샤프트; 및 상기 제 1 구동 샤프트, 제 2 구동 샤프트 및 제 3 구동 샤프트에 의해 3자유도 회전 가능한 출력부를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면 3자유도 회전 운동 구현 장치는, 제 1 구동 샤프트; 상기 제 1 구동 샤프트를 감싸는 제 2 구동 샤프트; 상기 제 2 구동 샤프트를 감싸는 제 3 구동 샤프트; 상기 제 3 구동 샤프트에 연결되는 하우징; 및 상기 하우징 내에 배치되고, 상기 제 1 구동 샤프트 및 제 2 구동 샤프트로부터 동력을 전달받는 출력부를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따른 3자유도 회전 운동 구현 장치는, 구조가 단순하고, 견고하고, 컴팩트한 구조를 가지면서도, 3자유도 회전 운동을 효과적으로 구현할 수 있다.

도 1은 일 실시 예에 따른 3자유도 회전 운동 구현 장치가 구비된 유동 실험 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 3자유도 회전 운동 구현 장치의 사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 하우징을 생략 도시한 3자유도 회전 운동 구현 장치의 사시도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 복수 개의 구동 샤프트, 커플러, 제 1 평기어 및 제 2 평기어의 분해 사시도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 3자유도 회전 운동 구현 장치의 블록도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 3자유도 회전 운동 구현 장치의 단면도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 3자유도 회전 운동 구현 장치의 정면도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 3자유도 회전 운동 구현 장치의 배면도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 하우징을 일부 생략 도시한 3자유도 회전 운동 구현 장치의 측면도이다.

이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 3자유도 회전 운동 구현 장치가 구비된 유동 실험 장치를 도시한 개략도이다.

도 1을 참조하면, 3자유도 회전 운동 구현 장치(1)는 수조(T)를 포함할 수 있다. 수조(T)는 내부에 유체(F)를 저장할 수 있다. 3자유도 회전 운동 구현 장치(1)는 유체(F)를 수용하고 있는 수조(T) 내부에서 날개(W)의 3자유도 회전 운동을 구현할 수 있다. 날개(W)는 3자유도 회전 운동 구현 장치(1)에 의해, 피칭(pitching), 롤링(rolling) 및 요잉(yawing) 회전 운동할 수 있다. 3자유도 회전 운동 구현 장치(1)는 제어부(19)와, 제어부(19)에 의해 제어되는 복수 개의 모터(18)와, 복수 개의 모터(18)로부터 동력을 전달받아 회전하는 복수 개의 구동 샤프트(10)와, 복수 개의 모터(18) 및 복수 개의 구동 샤프트(10)를 연결하는 복수 개의 동력 전달 부재(17)를 포함할 수 있다.

복수 개의 모터(18)는 제 1 모터(181), 제 2 모터(182) 및 제 3 모터(183)를 포함할 수 있다. 복수 개의 모터(18)는, 예를 들어, 서보 모터일 수 있다.

제어부(19)는 복수 개의 모터(18)와 전기적으로 연결되어, 복수 개의 모터(18)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(19)는 복수 개의 모터(18)의 분당 회전 수 또는 출력축의 회전 방향을 제어할 수 있다.

복수 개의 구동 샤프트(10)는 복수 개의 모터(18)로부터 각각 동력을 인가 받아 독립적으로 회전할 수 있다. 후술되는 바와 같이, 복수 개의 구동 샤프트(10)는 제 1 구동 샤프트, 제 1 구동 샤프트를 감싸는 제 2 구동 샤프트와, 제 2 구동 샤프트를 감싸는 제 3 구동 샤프트를 포함할 수 있다. 복수 개의 구동 샤프트(10)에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.

복수 개의 동력 전달 부재(17)는 복수 개의 구동 샤프트(10)를 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 동력 전달 부재(17)는 제 1 구동 샤프트를 구동하는 제 1 동력 전달 부재(171)와, 제 2 구동 샤프트를 구동하는 제 2 동력 전달 부재(172)와, 제 3 구동 샤프트를 구동하는 제 3 동력 전달 부재(173)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 동력 전달 부재(17)는 풀리 또는 타이밍 벨트 등일 수 있다.

날개(W)는 복수 개의 구동 샤프트(10)로부터 동력을 전달받아 3자유도 회전 운동할 수 있다. 예를 들어, 날개(W)는 피칭, 롤링 및 요잉 회전 운동할 수 있다. 날개(W)는 3자유도 회전 운동 구현 장치(1)에 탈착 가능하다. 사용자는 원하는 날개(W)는 3자유도 회전 운동 구현 장치(1)에 장착한 뒤, 날개(W)를 회전 운동하게 하여, 유체(F)의 유동장의 변화를 관찰할 수 있다.

도 2는 일 실시 예에 따른 3자유도 회전 운동 구현 장치의 사시도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 하우징을 생략 도시한 3자유도 회전 운동 구현 장치의 사시도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 복수 개의 구동 샤프트, 커플러, 제 1 평기어 및 제 2 평기어의 분해 사시도이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 3자유도 회전 운동 구현 장치의 블록도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 3자유도 회전 운동 구현 장치(1)는 복수 개의 구동 샤프트(10), 제 1 동력 전달부(11), 제 2 동력 전달부(12), 하우징(13), 출력부(14), 복수 개의 동력 전달 부재(17, 도 1 참조), 복수 개의 모터(18, 도 1 참조) 및 제어부(19, 도 1 참조)를 포함할 수 있다.

복수 개의 구동 샤프트(10)는 제 1 구동 샤프트(101), 제 2 구동 샤프트(102) 및 제 3 구동 샤프트(103)를 포함할 수 있다. 제 1 구동 샤프트(101), 제 2 구동 샤프트(102) 및 제 3 구동 샤프트(103)는 각각 독립적으로 회전 가능하다. 제 1 구동 샤프트(101)는 상대적으로 작은 직경을 갖는 기둥 형상의 샤프트일 수 있다. 제 2 구동 샤프트(102)는 제 1 구동 샤프트(101)를 둘러싸고, 제 1 구동 샤프트(101)에 대해 독립적으로 회전 가능한 샤프트일 수 있다. 제 3 구동 샤프트(103)는 제 2 구동 샤프트(102)를 둘러싸고, 제 2 구동 샤프트(102)에 대해 독립적으로 회전 가능한 샤프트일 수 있다. 제 2 구동 샤프트(102) 및 제 3 구동 샤프트(103)는 중앙부를 길이 방향으로 관통하는 중공을 포함할 수 있다. 제 2 구동 샤프트(102)의 중공에는 제 1 구동 샤프트(101)가 끼워지고, 제 3 구동 샤프트(103)의 중공에는 제 2 구동 샤프트(102)가 끼워질 수 있다. 제 2 구동 샤프트(102)의 직경은 제 1 구동 샤프트(101)의 직경보다 크고, 제 3 구동 샤프트(103)의 직경은 제 2 구동 샤프트(102)의 직경보다 클 수 있다. 다시 말하면, 복수 개의 구동 샤프트(10)는 축에 수직한 방향으로 서로 오버랩될 수 있다. 또한, 복수 개의 구동 샤프트(10)는 동일한 회전 축을 가질 수 있다.

복수 개의 구동 샤프트(10)는 각각 다른 곳으로 동력을 전달할 수 있다. 구체적으로, 제 1 구동 샤프트(101)는 제 1 동력 전달부(11)에 동력을 전달하고, 제 2 구동 샤프트(102)는 제 2 동력 전달부(12)에 동력을 전달하고, 제 3 구동 샤프트(103)는 하우징(13)에 동력을 전달할 수 있다. 제 1 동력 전달부(11) 및 제 2 동력 전달부(12)로 전달된 동력은 최종적으로 출력부(14)에 전달될 수 있다.

제 1 구동 샤프트(101)는 제 1 동력 전달 부재(171, 도 1 참조) 및 제 1 동력 전달부(11)에 연결될 수 있다. 제 1 구동 샤프트(101)는 제 1 동력 전달 부재(171, 도 1 참조)로부터 제 1 동력 전달부(11)로 동력을 전달할 수 있다. 제 1 구동 샤프트(101)는 제 2 구동 샤프트(102) 및 제 3 구동 샤프트(103) 보다 길이가 길 수 있다. 제 1 구동 샤프트(101)의 양 단부는 제 2 구동 샤프트(102)에 의해 둘러싸이지 않고, 외부로 노출될 수 있다. 제 1 구동 샤프트(101)의 일 단부는 제 1 동력 전달 부재(171, 도 1 참조)에 연결될 수 있고, 제 1 구동 샤프트(101)의 타 단부는 제 1 동력 전달부(11)에 연결될 수 있다.

제 2 구동 샤프트(102)는 제 2 동력 전달 부재(172, 도 1 참조) 및 제 2 동력 전달부(12)에 연결될 수 있다. 제 2 구동 샤프트(102)는 제 2 동력 전달 부재(172, 도 1 참조)로부터 제 2 동력 전달부(12)로 동력을 전달할 수 있다. 제 2 구동 샤프트(102)는 제 3 구동 샤프트(103) 보다 길이가 길 수 있다. 제 2 구동 샤프트(102)의 양 단부는 제 3 구동 샤프트(103)에 의해 둘러싸이지 않고, 외부로 노출될 수 있다. 제 2 구동 샤프트(102)의 일 단부는 제 2 동력 전달 부재(172, 도 1 참조)에 연결될 수 있고, 제 2 구동 샤프트(102)의 타 단부는 제 2 동력 전달부(12)에 연결될 수 있다.

제 3 구동 샤프트(103)는 하우징(13)에 연결될 수 있다. 제 3 구동 샤프트(103)는 하우징(13)을 z축을 중심으로 회전시킬 수 있다. 하우징(13) 내에 구비된 출력부(14)는 하우징(13)이 회전함에 따라, z축을 중심으로 회전할 수 있다. 다시 말해서, 출력부(14)는 제 3 구동 샤프트(103)에 의해 요잉(yawing) 회전 운동할 수 있다.

제 1 동력 전달부(11)는 제 1 구동 샤프트(101)에 연결되고, 출력부(14)의 일측에 동력을 전달할 수 있다. 예를 들어, 제 1 동력 전달부(11)는 제 1 기어 세트(111, 112), 제 1 전달 샤프트(113), 제 1 웜기어(114), 제 1 구동 기어(115)를 포함할 수 있다.

제 1 기어 세트(111, 112)는 제 1 구동 샤프트(101)의 축에 수직한 방향으로 배치되는 2개의 제 1 평기어를 포함할 수 있다. 상기 2개의 제 1 평기어 중 어느 하나의 제 1 평기어(111)는 제 1 구동 샤프트(101)에 연결되어 회전할 수 있다. 다른 하나의 제 1 평기어(112)는 제 1 구동 샤프트(101)의 축에 수직한 방향으로, 상기 어느 하나의 제 1 평기어(111)와 나란하게 배치될 수 있다.

제 1 전달 샤프트(113)는 제 1 평기어(112)에 연결될 수 있다. 제 1 전달 샤프트(113)의 축은 제 1 구동 샤프트(101)의 축과 평행할 수 있다.

제 1 웜기어(114)는 제 1 전달 샤프트(113)의 하부에 구비될 수 있다. 제 1 웜기어(114)는 회전 방향을 바꿀 수 있다. 예를 들어, 제 1 웜기어(114)는 z축을 중심으로 한 회전 운동을 y축을 중심으로 한 회전 운동으로 바꿀 수 있다.

제 1 구동 기어(115)는 제 1 웜휠(1151) 및 제 1 베벨 기어(1152)를 포함할 수 있다. 제 1 베벨 기어(1152)는 제 1 기어 세트(111, 112)로부터 동력을 전달받을 수 있다. 제 1 베벨 기어(1552)는 제 1 웜휠(1551)과 연결될 수 있고, 제 1 웜휠(1151)은 제 1 웜기어(114)에 맞물릴 수 있다. 구체적으로, 제 1 기어 세트(111, 112)는 제 1 전달 샤프트(113) 및 제 1 웜기어(114)를 회전 시키고, 제 1 웜기어(114)는 제 1 웜휠(1151)과 제 1 베벨 기어(1552)를 회전 시킬 수 있다. 제 1 베벨 기어(1152)는 제 3 구동 샤프트(103)의 축에 직교하는 축을 중심으로 회전 가능하다. 예를 들어, 제 1 베벨 기어(1152)의 축은 제 3 구동 샤프트(103)의 축에 직교할 수 있다. 제 1 웜휠(1151)은 제 1 웜기어(114)에 맞물리고, 제 1 웜휠(1151)은 제 1 베벨 기어(1152)와 연결되고, 제 1 베벨 기어(1152) 는 출력부(14)의 일측에 맞물릴 수 있다.

제 2 동력 전달부(12)는 제 2 구동 샤프트(102)에 연결되고, 출력부(14)의 타측에 동력을 전달할 수 있다. 예를 들어, 제 2 동력 전달부(12)는 제 2 기어 세트(121, 122), 제 2 전달 샤프트(123), 제 2 웜기어(124), 제 2 구동 기어(125)를 포함할 수 있다.

제 2 기어 세트(121, 122)는 제 2 구동 샤프트(102)의 축에 수직한 방향으로 배치되는 2개의 제 2 평기어를 포함할 수 있다. 상기 2개의 제 2 평기어 중 어느 하나의 제 2 평기어(121)는 제 2 구동 샤프트(102)에 연결되어 회전할 수 있다. 제 2 평기어(121)는 제 1 평기어(111) 보다 상방에 위치할 수 있다. 다른 하나의 제 2 평기어(122)는 제 2 구동 샤프트(102)의 축에 수직한 방향으로, 상기 어느 하나의 제 2 평기어(121)와 나란하게 배치될 수 있다.

제 2 전달 샤프트(123)는 제 2 평기어(122)에 연결될 수 있다. 제 2 전달 샤프트(123)의 축은 제 2 구동 샤프트(102)의 축과 평행할 수 있다.

제 2 웜기어(124)는 제 2 전달 샤프트(123)의 하부에 구비될 수 있다.

제 2 구동 기어(125)는 제 2 웜휠(1251) 및 제 2 베벨 기어(1252)를 포함할 수 있다. 제 2 베벨 기어(1252)는 제 2 기어 세트(121, 122)로부터 동력을 전달받을 수 있다. 제 2 베벨 기어(1252)는 제 2 웜휠(1251)과 연결될 수 있고, 제 2 웜휠(1251)은 제 2 웜기어(124)에 맞물릴 수 있다. 구체적으로, 제 2 기어 세트(121, 122)는 제 2 전달 샤프트(123) 및 제 2 웜기어(124)를 회전 시키고, 제 2 웜기어(124)는 제 2 웜휠(1251)과 제 2 베벨 기어(1252)를 회전 시킬 수 있다. 제 2 베벨 기어(1252)는 제 3 구동 샤프트(103)의 축에 직교하는 축을 중심으로 회전 가능하다. 예를 들어, 제 2 베벨 기어(1252)의 축은 제 3 구동 샤프트(103)의 축에 직교할 수 있다. 제 2 웜휠(1251)은 제 2 웜기어(124)에 맞물리고, 제 2 베벨 기어(1252)는 출력부(14)의 타측에 맞물릴 수 있다.

하우징(13)은 제 3 구동 샤프트(103)에 연결될 수 있다. 하우징(13)은 제 3 구동 샤프트(103)의 회전에 따라 z축을 중심으로 요잉 회전 가능하다. 하우징(13)은 커플러(131), 케이스(132) 및 가이드 홈(133)을 포함할 수 있다.

커플러(131)는 제 3 구동 샤프트(103)의 길이 방향으로 연장되는 형상을 포함할 수 있다. 커플러(131)는 하우징(13) 및 제 3 구동 샤프트(103) 사이의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 커플러(131)는 하우징(13)이 제 3 구동 샤프트(103)에 안정적으로 연결될 수 있도록 보조할 수 있다.

케이스(132)는 커플러(131)의 하측에 장착될 수 있다. 케이스(132)는 박스 형상의 부재일 수 있다. 케이스(132)는 제 1 동력 전달부(11), 제 2 동력 전달부(12) 및 출력부(14)를 지지할 수 있다.

가이드 홈(133)은 케이스(132)의 하부 플레이트에 형성될 수 있다. 가이드 홈(133)은 출력부(14)의 롤링 회전 경로를 따라 형성될 수 있다. 가이드 홈(133)으로 인해, 출력부(14)는 180도 이상으로 롤링 회전할 수 있다.

출력부(14)는 하우징(13) 내에 배치되고, 제 1 구동 샤프트(101) 및 제 2 구동 샤프트(102)로부터 동력을 전달받아 피칭 또는 롤링 회전 가능하다. 출력부(14)는 출력 샤프트(141), 출력 기어(142) 및 모형 지지대(143)를 포함할 수 있다.

출력 샤프트(141)는 하우징(13)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 출력 샤프트(141)의 양 단부는 하우징(13)의 양 측벽에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 출력 샤프트(141)는 제 1 웜휠(1151), 제 1 베벨 기어(1152), 제 2 웜휠(1251) 및 제 2 베벨 기어(1252)의 중앙부를 통과할 수 있다. 출력 샤프트(141)의 축은 제 1 구동 샤프트(101), 제 2 구동 샤프트(102) 또는 제 3 구동 샤프트(103)의 축과 직교할 수 있다.

출력 기어(142)는 출력 샤프트(141)에 회전 가능하게 연결된다. 예를 들어, 출력 기어(142)는 출력 샤프트(141)의 축에 대해 수직한 방향으로 연장 형성되는 축을 중심으로 회전할 수 있다. 출력 기어(142)는 제 1 베벨 기어(1152) 및 제 2 베벨 기어(1252)에 맞물릴 수 있다. 예를 들어, 출력 기어(142)의 우측은 제 1 베벨 기어(1152)에 맞물리고, 출력 기어(142)의 좌측은 제 2 베벨 기어(1252)에 맞물릴 수 있다. 출력 기어(142)의 축은 출력 샤프트(141)의 축과 직교할 수 있고, 제 3 구동 샤프트(103)의 축과 교차할 수 있다.

모형 지지대(143)는 출력 기어(142)에 연결되고, 모형을 지지할 수 있다. 예를 들어, 모형 지지대(143)는 모형 내로 삽입 가능한 형상을 가질 수 있다.

이하, 출력부(14)의 3자유도 회전 운동 메커니즘에 관하여 구체적으로 설명한다.

출력부(14)는 하우징(13) 내측에 구비되므로, 제 3 구동 샤프트(103)가 회전함에 따라, z축을 중심으로 회전 가능하다. 다시 말하면, 출력부(14)는 요잉 회전할 수 있다.

출력부(14)는 제 1 동력 전달부(11) 및 제 2 동력 전달부(12)로부터 전달받는 동력에 기초하여, 피칭 회전 및/또는 롤링 회전 운동할 수 있다. 예를 들어, 제 1 베벨 기어(1152) 및 제 2 베벨 기어(1252)가 같은 속도, 반대 방향으로 출력 기어(142)를 회전시킬 경우, 출력부(14)는 x축을 중심으로 회전 가능하다. 다시 말하면, 출력부(14)는 피칭 회전할 수 있다.

한편, 제 1 베벨 기어(1152) 및 제 2 베벨 기어(1252)가 같은 속도, 같은 방향으로 출력 기어(142)를 회전시킬 경우, 출력부(14)는 출력 기어(142)의 축을 중심으로 회전하지 않고, y축을 중심으로 회전 가능하다. 다시 말하면, 출력부(14)는 롤링 회전할 수 있다.

한편, 제 1 베벨 기어(115) 및 제 2 베벨 기어(125)가 다른 속도로 출력 기어(142)를 회전 시킬 경우, 출력부(14)는 출력 기어(142)의 축을 중심으로도 회전하고, y축을 중심으로도 회전 가능하다. 다시 말하면, 출력부(14)는 피칭 회전 및 롤링 회전을 동시에 할 수 있다.

제어부(19)는 복수 개의 모터(18, 도 1 참조)를 제어하여, 복수 개의 구동 샤프트(10)의 회전 속도를 제어함으로써, 출력부(14)의 3자유도 회전 운동을 제어할 수 있다.

하우징(13)은 수조(T, 도 1 참조) 내에 수용되고, 복수 개의 모터(18, 도 1 참조) 및 제어부(19)는 수조(T) 외부에 배치될 수 있다. 3자유도 회전 운동 구현 장치를 통해 구현하고자 하는 회전 운동이 고 주파수, 예를 들어 수십 내지 수백 헤르츠에 해당할 경우, 유체의 동적 상사를 고려하여 공기 중이 아닌 물이나 오일에서 출력부(14)를 회전시키는 것이 바람직하다. 따라서, 복수 개의 모터(18) 및 제어부(19)는 수조(T) 외부에 배치되어, 안정적으로 동력을 생성 및 제어할 수 있고, 복수 개의 샤프트(10)는 하우징(13)을 수조(T) 안쪽으로 안내하여 출력부(14)가 유체 내에서 회전 운동할 수 있게 보조할 수 있다.

도 6은 일 실시 예에 따른 3자유도 회전 운동 구현 장치의 단면도이고, 도 7은 일 실시 예에 따른 3자유도 회전 운동 구현 장치의 정면도이고, 도 8은 일 실시 예에 따른 3자유도 회전 운동 구현 장치의 배면도이고, 도 9는 일 실시 예에 따른 하우징을 일부 생략 도시한 3자유도 회전 운동 구현 장치의 측면도이다.

도 6 내지 도 9를 참조하면, 복수 개의 구동 샤프트(10) 각각의 축(A1)은 동일할 수 있다. 복수 개의 구동 샤프트(10)의 축(A1)은 출력 샤프트(141)의 축(A2)에 직교할 수 있다.

제 1 동력 전달부(11) 및 제 2 동력 전달부(12)의 축(A3)은 복수 개의 구동 샤프트(10)의 축(A1)과 평행할 수 있다. 이와 같은 구조로 인해, 출력 샤프트(141)의 축(A2)은 복수 개의 구동 샤프트(10)의 축(A1)에 직교할 수 있다

출력부(14)는 복수 개의 구동 샤프트(10)의 축(A1) 및 출력 샤프트(141)의 축(A2)의 교차점을 중심으로 피칭 회전 또는 롤링 회전할 수 있 있다.

이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims

독립적으로 회전 가능한 복수 개의 구동 샤프트;
상기 복수 개의 구동 샤프트 중 어느 하나의 구동 샤프트에 연결되어 요잉 회전 가능한 하우징; 및
상기 하우징 내에 배치되고, 상기 복수 개의 구동 샤프트 중 다른 구동 샤프트로부터 동력을 전달받아 피칭 또는 롤링 회전 가능한 출력부를 포함하는 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 구동 샤프트는, 축에 수직한 방향으로 서로 오버랩되는 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 구동 샤프트의 회전 중심축은 동일한 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 구동 샤프트는,
제 1 구동 샤프트;
상기 제 1 구동 샤프트를 둘러싸고, 상기 제 1 구동 샤프트에 대해 독립적으로 회전 가능한 제 2 구동 샤프트; 및
상기 제 2 구동 샤프트를 둘러싸고, 상기 제 2 구동 샤프트에 대해 독립적으로 회전 가능하고, 상기 하우징에 연결되는 제 3 구동 샤프트를 포함하고,
상기 제 1 구동 샤프트 및 제 2 구동 샤프트는 상기 출력부에 동력을 전달하는 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 구동 샤프트는 상기 제 2 구동 샤프트 보다 길이가 길고,
상기 제 2 구동 샤프트는 상기 제 3 구동 샤프트 보다 길이가 긴 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 구동 샤프트의 양 단부는 외부로 노출되고,
상기 제 2 구동 샤프트의 양 단부는 외부로 노출되는 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 구동 샤프트에 연결되고, 상기 출력부의 일측에 동력 전달하는 제 1 동력 전달부; 및
상기 제 2 구동 샤프트에 연결되고, 상기 출력부의 타측에 동력을 전달하는 제 2 동력 전달부를 더 포함하는 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 동력 전달부는,
상기 제 1 구동 샤프트에 연결되고, 상기 제 1 구동 샤프트의 축에 대해 수직한 방향으로 배치되는 제 1 기어 세트;
상기 제 1 기어 세트로부터 동력을 전달받아, 상기 제 1 구동 샤프트의 축에 평행한 축을 중심으로 회전 가능한 제 1 웜기어; 및
상기 제 1 웜기어로부터 동력을 전달받아, 상기 제 1 구동 샤프트의 축에 직교하는 축을 중심으로 회전 가능한 제 1 웜휠 및 제 1 베벨 기어를 포함하는 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 제 2 동력 전달부는,
상기 제 2 구동 샤프트에 연결되고, 상기 제 2 구동 샤프트의 축에 대해 수직한 방향으로 배치되는 제 2 기어 세트;
상기 제 2 기어 세트로부터 동력을 전달받아, 상기 제 2 구동 샤프트의 축에 평행한 축을 중심으로 회전 가능한 제 2 웜기어; 및
상기 제 2 웜기어로부터 동력을 전달받아, 상기 제 2 구동 샤프트의 축에 직교하는 축을 중심으로 회전 가능한 제 2 웜휠 및 제 2 베벨 기어를 포함하는 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 출력부는,
상기 하우징에 회전 가능하게 연결되는 출력 샤프트;
상기 출력 샤프트에 회전 가능하게 연결되고, 상기 제 1 베벨 기어 및 제 2 베벨 기어에 맞물리는 출력 기어; 및
상기 출력 기어에 연결되고, 모형을 지지 가능한 모형 지지대를 포함하는 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 출력 기어의 축은 상기 출력 샤프트의 축과 직교하고, 제 1 구동 샤프트 또는 제 2 구동 샤프트의 축과 교차하는 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 출력 샤프트의 축은 상기 제 1 구동 샤프트 또는 제 2 구동 샤프트의 축과 직교한 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징은,
상기 어느 하나의 구동 샤프트의 길이 방향으로 연장되는 형상을 포함하고, 상기 어느 하나의 구동 샤프트의 외면에 고정되는 커플러; 및
상기 커플러 하측에 장착되고, 상기 출력부를 지지하는 케이스를 포함하는 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 하우징은,
상기 출력부의 롤링 회전 경로를 따라 형성되는 가이드 홈을 더 포함하는 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 구동 샤프트에 동력을 전달하는 복수 개의 모터를 더 포함하는 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 복수 개의 모터를 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 16 항에 있어서,
내부에 유체를 저장 가능한 수조를 더 포함하고,
상기 하우징은 상기 수조 내에 수용되고,
상기 복수 개의 모터 및 제어부는 상기 수조 외부에 배치되는 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 1 구동 샤프트;
상기 제 1 구동 샤프트를 감싸고, 상기 제 1 구동 샤프트에 대해 독립적으로 회전 가능한 제 2 구동 샤프트;
상기 제 2 구동 샤프트를 감싸고, 상기 제 2 구동 샤프트에 대해 독립적으로 회전 가능한 제 3 구동 샤프트; 및
상기 제 1 구동 샤프트, 제 2 구동 샤프트 및 제 3 구동 샤프트에 의해 3자유도 회전 가능한 출력부를 포함하는 3자유도 회전 운동 구현 장치.
제 1 구동 샤프트;
상기 제 1 구동 샤프트를 감싸는 제 2 구동 샤프트;
상기 제 2 구동 샤프트를 감싸는 제 3 구동 샤프트;
상기 제 3 구동 샤프트에 연결되는 하우징; 및
상기 하우징 내에 배치되고, 상기 제 1 구동 샤프트 및 제 2 구동 샤프트로부터 동력을 전달받는 출력부를 포함하는 3자유도 회전 운동 구현 장치.