KR102001656B1 - 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유연 메커니즘 기반 로봇에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면, 길이방향을 따라서 연장되고 유연한 전기절연성 재질로 이루어지는 제1 레이어부; 상기 제1 레이어부의 일면 측에 위치하는 유연한 전기절연성 재질로 이루어지는 제2 레이어부; 및 상기 제1 레이어부와 상기 제2 레이어부의 사이에 위치하여 상기 제1 레이어부와 상기 제2 레이어부를 접착시키고, 길이방향을 따라서 이격되어서 배치되는 제3A 레이어부 및 제3B 레이어부를 포함하며, 상기 제1 레이어부에서 상기 제2 레이어부와 대향하는 면에는 제1 전도층 패턴이 상기 제3A 레이어부와 상기 제3B 레이어부 사이의 이격 구간에 위치하도록 형성되고, 상기 제2 레이어부에서 상기 제1 레이어부와 대향하는 면에는 상기 제1 전도층 패턴과 대향하는 제2 전도층 패턴이 형성되며, 상기 제1 레이어부와 상기 제2 레이어부에서 상기 제3A 레이어부와 상기제3B 레이어부 사이의 구간이 편평한 상태에서는, 상기 제1 전도층 패턴과 상기 제2 전도층 패턴이 상기 제3A 레이어부 및 상기 제3B 레이어부에 의해 비접촉 상태를 유지하며, 상기 제1 레이어부와 상기 제2 레이어부에서 상기 제3A 레이어부와 상기제3B 레이어부 사이의 구간이 굽혀진 상태에서는, 상기 제1 전도층 패턴과 상기 제2 전도층 패턴이 접촉된 상태를 유지하는 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치가 제공된다.

Description

유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치 및 이의 제조방법 {JOINT DEVICE FOR ROBOT BASED ON COMPLIANT MECHANISM AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 유연 메커니즘 기반 로봇 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 로봇의 움직임을 제어할 때, 그 움직임을 측정하는 센서가 필수적으로 사용되는데, mm에서 cm 단위의 크기를 갖는 작은 로봇에는 기존의 센서를 설치하는데 큰 제약이 따르고, 설치하더라도 하드웨어의 집적도가 떨어진다는 문제가 있다.

그에 따라, 작은 로봇의 무게나 크기를 크게 증가시키지 않으면서, 그 움직임을 정확하게 측정할 수 있는 기술이 요구되고 있다. 최근 작은 로봇의 경우 볼트나 너트와 같은 연결 부품을 사용하지 않는 유연 메커니즘(compliant mechanism)에 기반한 로봇에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

대한민국 공개특허공보 공개번호 10-2012-0114961 "굽힘 감지 센서 및 그를 제조하는 방법" (2012.10.17.)

본 발명의 목적은 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 움직임을 측정할 수 있는 센서가 내장된 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 길이방향을 따라서 연장되고 유연한 전기절연성 재질로 이루어지는 제1 레이어부; 상기 제1 레이어부의 일면 측에 위치하는 유연한 전기절연성 재질로 이루어지는 제2 레이어부; 및 상기 제1 레이어부와 상기 제2 레이어부의 사이에 위치하여 상기 제1 레이어부와 상기 제2 레이어부를 접착시키고, 길이방향을 따라서 이격되어서 배치되는 제3A 레이어부 및 제3B 레이어부를 포함하며, 상기 제1 레이어부에서 상기 제2 레이어부와 대향하는 면에는 제1 전도층 패턴이 상기 제3A 레이어부와 상기 제3B 레이어부 사이의 이격 구간에 위치하도록 형성되고, 상기 제2 레이어부에서 상기 제1 레이어부와 대향하는 면에는 상기 제1 전도층 패턴과 대향하는 제2 전도층 패턴이 형성되며, 상기 제1 레이어부와 상기 제2 레이어부에서 상기 제3A 레이어부와 상기제3B 레이어부 사이의 구간이 편평한 상태에서는, 상기 제1 전도층 패턴과 상기 제2 전도층 패턴이 상기 제3A 레이어부 및 상기 제3B 레이어부에 의해 비접촉 상태를 유지하며, 상기 제1 레이어부와 상기 제2 레이어부에서 상기 제3A 레이어부와 상기제3B 레이어부 사이의 구간이 굽혀진 상태에서는, 상기 제1 전도층 패턴과 상기 제2 전도층 패턴이 접촉된 상태를 유지하는 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치가 제공된다.

상기 제1 레이어부에는 상기 제1 전도성 패턴과 연결되는 제1 전극층과 제2 전극층이 더 형성되며, 상기 제1 전도층 패턴은 지그재그로 연장되는 형태이고, 상기 제1 전도층 패턴의 양단에 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층이 각각 연결될 수 있다.

상기 제3A 레이어부와 상기 제3B 레이어부는 양면접착 폴리이미드 필름일 수 있다.

상기 제2 레이어부는 단면접착 폴리이미드 필름이며, 상기 제2 레이어부의 비접착면에 상기 제3A 레이어부와 상기 제3B 레이어부가 접착될 수 있다.

상기 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치는, 상기 제2 레이어부를 사이에 두고 상기 제1 레이어부의 반대편에 위치하고 길이방향을 따라서 서로 이격되어서 배치되는 제4A 레이어부 및 제4B 레이어부와, 상기 제1 레이어부를 사이에 두고 상기 제2 레이어부의 반대편에 위치하고 길이방향을 따라서 서로 이격되어서 배치되는 제5A 레이어부 및 제5B 레이어부를 더 포함하며, 상기 제4A, 제4B 레이어부와 상기 제5A, 제5B 레이어부는 상기 제1 레이어부, 상기 제2 레이어부 및 상기 제3A, 제3B 레이어부보다 큰 강성을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 상기 제4A, 제4B 레이어부와 상기 제5A, 제5B 레이어부는 에폭시글라스 재질일 수 있다.

상기 제4A 레이어부와 상기 제4B 레이어부 사이의 이격 구간 및 상기 제5A 레이어부와 상기 제5B 레이어부 사이의 이격 구간에 상기 제1 전도층 패턴과 상기 제2 전도층 패턴이 위치한다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 유연한 제1 절연 필름과, 상기 제1 절연 필름의 일면에 형성된 제1 전극층 및 제2 전극층과, 상기 제1 절연 필름의 일면에 형성되어서 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층을 연결하는 제1 전도층 패턴을 구비하는 제1 레이어를 준비하는 제1 레이어 준비 단계; 유연한 제2 절연 필름과, 상기 제2 절연 필름의 일면에 상기 제1 전도층 패턴과 대응하는 제2 전도층 패턴을 구비하는 제2 레이어를 준비하는 제2 레이어 준비 단계; 유연하고 상기 제1 전도층 패턴과 상기 제2 전도층 패턴에 대응하는 제1 개구부가 형성된 제3 레이어를 준비하는 제3 레이어 준비 단계; 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어의 사이에 상기 제3 레이어가 위치하고, 상기 제1 개구부에 상기 제1 전도층 패턴과 상기 제2 전도층 패턴이 위치하도록 상기 제1 레이어, 상기 제2 레이어 및 상기 제3 레이어를 적층하여 정렬하는 정렬 단계; 및 상기 적층된 제1 레이어, 상기 제2 레이어 및 상기 제3 레이어를 라미네이션하여 중간품을 제조하는 라미네이션 단계를 포함하는 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치의 제조방법이 제공된다.

상기 제1 레이어는 상기 제1 절연 필름에 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층이 형성되는 상기 제1 전도층 패턴이 형성되어서 제조되며,상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층은 잉크젯 프린팅하여 형성되고, 상기 제1 전도층 패턴은 스크린 프린트 방식으로 형성될 수 있다.

유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치의 제조방법은, 상기 제1 절연 필름, 상기 제2 절연 필름 및 상기 제3 레이어보다 큰 강성을 가지며 상기 제1 개구부에 대응하는 제2 개구부가 형성되는 제4 레이어를 준비하는 제4 레이어 준비 단계와, 상기 제1 절연 필름, 상기 제2 절연 필름 및 상기 제3 레이어보다 큰 강성을 가지며 상기 제1 개구부에 대응하는 제3 개구부가 형성되는 제5 레이어를 준비하는 제5 레이어 준비 단계를 더 포함하며, 상기 정렬 단계에서, 상기 제4 레이어는 상기 제2 레이어를 사이에 두고 상기 제1 레이어의 반대편에 위치하도록 적층되고, 상기 제5 레이어는 상기 제1 레이어를 사이에 두고 상기 제2 레이어의 반대편에 위치하도록 적층되며, 상기 라미네이션 단계에서, 적층된 상기 제1 레이어, 상기 제2 레이어, 상기 제3 레이어, 상기 제4 레이어 및 상기 제5 레이어에 대한 라미네이션이 수행될 수 있다.

유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치의 제조방법은, 상기 중간품을 원하는 형상으로 절단하는 커팅 단계를 더 포함하며, 상기 커팅 단계를 통해 상기 제4 레이어와 상기 제5 레이어에서 상기 제2 개구부와 상기 제3 개구부의 양측 부분이 제거된다.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 관절부에서 인접한 두 레이어 각각에 이격된 상태로 대향하는 제1 전도층 패턴과 제2 전도층 패턴이 형성되고, 관절부가 굽혀짐에 따라 상기 제1 전도층 패턴과 상기 제2 전도층 패턴이 접촉하고, 굽혀지는 정도가 증가함에 따라 그 접촉 면적도 증가하므로 관절부에서의 저항 변화를 측정함으로써, 별도의 센서를 설치하지 않아도 관절부의 움직임이 정확하게 감지될 수 있다.

또한, 복수 개의 레이어를 적층하는 단순한 구조 및 방식으로 제조될 수 있으므로, 유연 메커니즘 기반용 로봇의 관절장치에 적합하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치의 분해사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치의 A-A 선에 대한 단면도이다.
도 4는 도 3에서 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치가 굽혀진 상태를 도시한 부분 확대도이다.
도 5는 도 2에 도시된 제1 레이어의 평면도이다.
도 6은 도 2에 도시된 제2 레이어의 배면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 제1 레이어에 형성된 제1 전도층 패턴과 도 6에 도시된 제2 레이어에 형성된 제2 전도층 패턴의 평면 배치 상태를 보여주는 도면이다.
도 8은 도 1에 도시된 유연 메커니즘 로봇용 관절장치의 제조방법을 보여주는 순서도이다.
도 9는 도 8의 제1 레이어 준비 단계를 통해 준비된 제1 레이어를 도시한 사시도이다.
도 10은 도 8의 제2 레이어 준비 단계를 통해 준비된 제2 레이어를 도시한 사시도이다.
도 11은 도 8의 제3 레이어 준비 단계를 통해 준비된 제3 레이어를 도시한 사시도이다.
도 12는 도 8의 제4 레이어 준비 단계를 통해 준비된 제4 레이어를 도시한 사시도이다.
도 13은 도 8의 제5 레이어 준비 단계를 통해 준비된 제5 레이어를 도시한 사시도이다.
도 14는 도 8의 제6 레이어 준비 단계를 통해 준비된 제6 레이어를 도시한 사시도이다.
도 15는 도 8의 정렬 단계를 통해 정렬되는 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 레이러를 도시한 측면도이다.
도 16은 도 8의 라미네이션 단계를 통해 라미네이팅된 상태를 도시한 평면도로서, 도 8의 커팅 단계가 수행되는 절단선을 함께 도시한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

도 1, 도 2 및 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 메커니즘 기반 로봇의 관절장치(이하, '관절장치'로 약칭함)가 사시도, 분해사시도 및 단면도로서 각각 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 관절장치(100)는 전체적으로 얇은 판상의 형태로서, 다수의 레이어가 적층되어서 형성된 것이다. 관절장치(100)는 제1 레이어부(110)와, 제2 레이어부(120)와, 제1 레이어부(110)와 제2 레이어부(120)의 사이에 위치하고 서로 이격되어서 위치하는 제3A 레이어부(130a) 및 제3B 레이어부(130b)와, 제2 레이어부(120)를 사이에 두고 제3A, 제3B 레이어부(130a, 130b)의 반대편에 위치하고 서로 이격되어서 위치하는 제4A 레이어부(140a) 및 제4B 레이어부(140b)와, 제1 레이어부(110)를 사이에 두고 제2 레이어부(120)의 반대편에 위치하고 서로 이격되어서 위치하는 제5A 레이어부(150a) 및 제5B 레이어부(150b)와, 제1 레이어부(110)와 제5A, 제5B 레이어부(150a, 150b)의 사이에 위치하고 서로 이격되어서 위치하는 제6A 레이어부(160a) 및 제6B 레이어부(160b)를 포함한다. 설명의 편의를 위하여, 관절장치(100)의 길이방향을 정의하는데, 관절장치(100)의 길이방향은 관절장치(100)의 양단을 연결하는 방향을 의미한다.

제1 레이어부(110)는 길이방향을 따라 연장되는 대체로 바아(bar) 형태로서, 유연한 전기절연성 재질로 이루어지는데, 본 실시예에서는 제1 레이어부(110)가 PET 재질인 것으로 설명한다. 도 5에는 제1 레이어부(110)가 평면도로서 도시되어 있다. 도 2, 도 3 및 도 5를 참조하면, 제1 레이어부(110)의 제1 면(도면에서 상면)에는 제1, 제2 전극층(113a, 113b)) 및 두 전극층(113a, 113b)을 연결하는 제1 전도층 패턴(115)이 형성된다. 본 실시예에서 두 전극층(113a, 113b)의 재질은 은이며, 제1 전도층 패턴(115)은 전기전도성 폴리머 중 하나인 PEDOT:PSS 재질인 것으로 설명한다. 제1 전극층(113a)과 제2 전극층(113b) 각각에는 외부 접속을 위한 제1 접속구(114a)와 제2 접속구(114b)가 각각 형성된다. 본 실시예에서 제1 전도층 패턴(115)은 제1 전극층(113a, 113b) 사이에서 지그재그로 연장되는 형태인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 전도층 패턴(115)는 길이방향을 따라서 직선 연장되고 서로 나란하게 배치되는 복수 개의 연장부(116)와, 인접한 두 연장부(116)을 연결하며 연장부(116)보다는 짧게 형성되는 연결부(117)를 구비한다.

제2 레이어부(120)는 제1 레이어부(110)와 대체로 동일한 형태로서, 유연한 단면 접착 필름으로 이루어지는데, 본 실시예에서는 단면접착 폴리이미드 필름인 것으로 설명한다. 제2 레이어부(120)는 제1 레이어부(110)의 제1 면(도면에서 상면) 측에 위치하도록 배치되며, 제2 레이어부(120)의 접착면은 제1 레이어부(110)의 반대편을 향한다. 도 6에는 제2 레이어부(120)가 배면도로서 도시되어 있다. 도 2, 도 3 및 도 6을 참조하면, 제2 레이어부(120)에서 접착면의 반대면에는 제2 전도층 패턴(125)이 형성된다. 제2 전도층 패턴(125)는 제1 레이어부(110)에 형성된 제1 전도층 패턴(115)과 대향하도록 배치된다. 제2 전도층 패턴(125)는 도 7에 도시된 바와 같이 제1 전도층 패턴(115)이 형성된 영역에 대응하는 면적을 갖는다. 본 실시예에서는 제2 전도층 패턴(125)이 대체로 사각형 형상인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 다각형 또는 원형 등이 형상을 가질 수 있다. 본 실시예에서는 제2 전도층 패턴(125)이 제1 전도층 패턴(115)과 동일한 PEDOT:PSS 재질인 것으로 설명한다. 제2 레이어부(120)에는 제1 레이어부(110)에 형성되는 제1 접속구(114a)에 대응하여 형성되는 제1A 접속구(124a)와 제1 레이어부(110)에 형성되는 제2 접속구(114b)에 대응하여 형성되는 제2A 접속구(124b)가 구비된다.

제3A 레이어부(130a)와 제3B 레이어부(130b)는 유연한 양면 접착 필름으로서, 본 실시예에서는 양면 접착 폴리이미드 필름인 것으로 설명한다. 제3A 레이어부(130a)와 제3B 레이어부(130b)는 제1 레이어부(110)와 제2 레이어부(120)의 사이에 위치한다. 제1 레이어부(110)와 제2 레이어부(120)는 양면 접착 필름인 제3A 레이어부(130a)와 제3B 레이어부(130b)에 의해 접착된다. 제3A 레이어부(130a)와 제3B 레이어부(130b)는 길이방향을 따라 이격되어서 배치된다. 제3A 레이어부(130a)와 제3B 레이어부(130a) 사이의 이격 구간에 제1 레이어부(110)에 형성된 제1 전도층 패턴(115)과 제2 레이어부(120)에 형성된 제2 전도층 패턴(125)이 서로 대향한다. 제3A 레이어부(130a)와 제3B 레이어부(130b)의 두께는 제1 전도층 패턴(115)의 두께와 제2 전도층 패턴(125)의 두께의 합보다 크므로, 제1 전도층 패턴(115)과 제2 전도층 패턴(125)는 제3A 레이어부(130a)와 제3B 레이어부(130b)에 의해 도 3에 도시된 바와 같이 구부러지지 않은 상태에서는 서로 떨어진 상태를 유지하게 된다. 제3A 레이어부(130a)에는 제1 레이어부(110)에 형성되는 제1 접속구(114a)에 대응하여 형성되는 제1B 접속구(134a)와 제1 레이어부(110)에 형성되는 제2 접속구(114b)에 대응하여 형성되는 제2B 접속구(134b)가 구비된다.

제4A 레이어부(140a)와 제4B 레이어부(140b)는 제1 레이어부(110), 제2 레이어부(120), 제3A, 제3B 레이어부(130a, 130b)에 비해 상대적으로 큰 강성을 갖는 재질로서, 본 실시예에서는 에폭시 글라스 재질로 이루어지는 것으로 설명한다. 제4A 레이어부(140a)와 제4B 레이어부(140b)는 제2 레이어부(120)의 일면(도 1에서 상면)에 형성된 접착면에 접착된다. 제4A 레이어부(140a)와 제4B 레이어부(140b)는 길이방향을 따라 이격되어서 배치되며, 이격된 제4A 레이어부(140a)와 제4B 레이어부(140b) 사이의 구간에 제1 전도층 패턴(115)과 제2 전도층 패턴(125)에 대응하는 영역이 위치한다. 제4A 레이어부(140a)에는 제1 레이어부(110)에 형성되는 제1 접속구(114a)에 대응하여 동일한 위치에 형성되는 제1C 접속구(144a)와 제1 레이어부(110)에 형성되는 제2 접속구(114b)에 대응하여 형성되는 제2C 접속구(144b)가 형성된다.

제5A 레이어부(150a)와 제5B 레이어부(150b)는 제1 레이어부(110), 제2 레이어부(120), 제3A, 제3B 레이어부(130a, 130b)에 비해 상대적으로 큰 강성을 갖는 재질로서, 본 실시예에서는 제4A 레이어부(140a) 및 제4B 레이어부(140b)와 동일한 에폭시 글라스 재질로 이루어지는 것으로 설명한다. 제5A 레이어부(150a) 및 제5B 레이어부(150c)는 제4A 레이어부(140a) 및 제4B 레이어부(140b)와 각각 동일한 형상을 갖는데, 제1 레이어부(110)에서 제1 전도층 패턴(115)이 형성되지 않은 면(도 1에서 하면) 측에 제6A 레이어부(160a)와 제6B 레이어부(160b)를 사이에 두고 위치된다. 제5A 레이어부(150a)와 제5B 레이어부(150b)는 길이방향을 따라 이격되어서 배치되며, 이격된 제5A 레이어부(150a)와 제5B 레이어부(150b) 사이의 구간에 제1 전도층 패턴(115)과 제2 전도층 패턴(125)에 대응하는 영역이 위치한다. 제5A 레이어부(150a)에는 제1 레이어부(110)에 형성되는 제1 접속구(114a)에 대응하여 동일한 위치에 형성되는 제1D 접속구(154a)와 제1 레이어부(110)에 형성되는 제2 접속구(114b)에 대응하여 형성되는 제2D 접속구(154b)가 형성된다.

제6A 레이어부(160a)와 제6B 레이어부(160b)는 양면 접착 필름으로서, 본 실시예에서는 양면 접착 폴리이미드 필름인 것으로 설명한다. 제6A 레이어부(160a)는 제1 레이어부(110)와 제5A 레이어부(150a)의 사이에 위치하고 제6B 레이어부(160b)는 제1 레이어부(110)와 제5B 레이어부(150b)의 사이에 위치한다. 제1 레이어부(110)와 제5A 레이어부(150a)는 양면 접착 필름인 제6A 레이어부(160a)에 의해 접착되고, 제1 레이어부(110)와 제5B 레이어부(150b)는 양면 접착 필름인 제6B 레이어부(160b)에 의해 접착된다. 제6A 레이어부(160a)와 제6B 레이어부(160b)는 길이방향을 따라 이격되어서 배치된다. 제6A 레이어부(160a)와 제6B 레이어부(160a) 사이의 이격 구간에서 제1 레이어부(110)에 형성된 제1 전도층 패턴(115)과 제2 레이어부(120)에 형성된 제2 전도층 패턴(125)이 서로 대향한다. 제6A 레이어부(160a)에는 제1 레이어부(110)에 형성되는 제1 접속구(114a)에 대응하여 형성되는 제1E 접속구(164a)와 제1 레이어부(110)에 형성되는 제2 접속구(114b)에 대응하여 형성되는 제2E 접속구(164b)가 구비된다.

도 1과 도 3을 참조하면, 관절장치(100)는 제4A 레이어부(140a)와 제5A 레이어부(150a)가 위치하는 제1 링크부(100b)와 제4B 레이어부(140b)와 제5B 레이어부(150b)가 위치하는 제2 링크부(100c)와, 제1 링크부(100b)와 제2 링크부(100c) 사이에 형성되는 관절부(100a)를 구비한다. 제1 링크부(100b)와 제2 링크부(100c)는 관절부(100a)보다 큰 강성을 갖는다. 제1 링크부(100b)와 제2 링크부(100c)는 외부 구성이 연결되는 연결부로서의 역할을 한다. 관절부(100a)는 유연하여 쉽게 구부러질 수 있어서 관절의 역할을 하게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 관절장치(100)에 외력이 작용하지 않아서 굽혀지지 않은 상태에서는 제1 도전층 패턴(115)과 제2 도전층 패턴(125)은 서로 이격되어서 접촉되지 않는다. 그에 따라, 도 3과 같이 굽혀지기 전에는 제1 도전층 패턴(115)의 저항만이 측정된다. 도 3에 도시된 상태에서, 외력이 작용하면, 관절부(100a)가 굽혀지면서, 도 4와 같은 상태가 된다. 도 4를 참조하면, 관절부(100a)가 굽혀짐에 따라, 제1 도전층 패턴(115)과 제2 도전층 패턴(125)이 점점 접촉하면서, 전체적인 저항은 점차 감소하게 된다. 그에 따라, 관절부(100a)의 굽혀지는 상태 및 각도가 측정될 수 있다.

도 8에는 위에서 설명된 관절장치(100)의 제조방법에 대한 일 실시예가 순서도로서 도시되어 있다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 관절장치의 제조방법은, 제1 레이어를 제조하여 준비하는 제1 레이어 준비 단계(S10)와, 제2 레이어를 제조하여 준비하는 제2 레이어 준비 단계(S20)와, 제3 레이어를 제조하여 준비하는 제3 레이어 준비 단계(S30)와, 제4 레이어를 제조하여 준비하는 제4 레이어 준비 단계(S40)와, 제5 레이어를 제조하여 준비하는 제5 레이어 준비 단계(S50)와, 제6 레이어를 제조하여 준비하는 제6 레이어 준비 단계(S60)와, 준비된 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 레이어를 정렬하여 적층하는 정렬 단계(S70)와, 정렬 단계(S70)를 통해 정렬되어 적층된 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 레이어를 라미네이팅하는 라미네이션 단계(S80)와, 라미네이션된 중간품을 커팅하는 커팅 단계(S90)를 포함한다.

제1 레이어 준비 단계(S10)에서는 제1 레이어가 제조되어 준비된다. 제1 레이어 준비 단계(S10)에서 준비되는 제1 레이어는 도 2에 도시된 제1 레이어부(110)에 대응하는 구성이다. 도 9에는 제1 레이어 준비 단계(S10)를 통해 준비되는 제1 레이어가 사시도로서 도시되어 있다. 도 9를 참조하면, 제1 레이어(110a)는 직사각형 형태의 유연한 제1 절연 필름(본 실시예에서는 PET 필름)(110b)과, 제1 절연 필름(110b)의 일면에 형성된 제1 전극층(113a) 및 제2 전극층(113b)과, 제1 절연 필름(110b)의 일면에 형성되어서 두 전극층(113a, 113b)을 연결하는 제1 전도층 패턴(115)을 구비한다. 제1 전극층(113a)에는 제1 접속구(114a)가 형성되고 제2 전극층(113b)에는 제2 접속구(114b)가 형성된다. 제1 절연 필름(110b)의 각 모서리에는 정렬용 관통구들(118)이 형성된다.

도 9에 도시된 바와 같은 제1 레이어(110a)는 다음과 같은 방식으로 제조될 수 있다. 먼저, 제1 절연 필름(110b)의 일면에 잉크젯 프린팅과 같은 방식으로 은을 출력하여 제1 전극층(113a)과 제2 전극층(113b)을 형성한다. 다음, 레이저 커팅과 같은 커팅 방식을 이용하여 제1, 제2 접속구(114a, 114b) 및 관통구들(118)이 형성된다. 다음, 제1 전도층 패턴(115)이 스크린 프린트와 같은 방식으로 프린트되어서 형성된다.

제2 레이어 준비 단계(S20)에서는 제2 레이어가 제조되어서 준비된다. 제2 레이어 준비 단계(S20)에서 준비되는 제2 레이어는 도 2에 도시된 제2 레이어부(120)에 대응하는 구성이다. 도 10에는 제2 레이어 준비 단계(S20)를 통해 준비된 제2 레이어가 사시도로서 도시되어 있다. 도 10을 참조하면, 제2 레이어(120a)는 직사각형 형태의 유연한 제2 절연 필름(본 실시예에서는 단면접착 폴리이미드 필름)(120b)과, 제2 절연 필름(120b)의 일면(접착면의 반대면)에 형성된 제2 전도층 패턴(125)을 구비한다. 제2 절연 필름(120b)에는 제1A 접속구(124a)와 제2A 접속구(124b)가 형성된다. 제2 절연 필름(120b)의 각 모서리에는 정렬용 관통구들(128)이 형성된다.

도 10에 도시된 바와 같은 제2 레이어(120a)는 다음과 같은 방식으로 제조될 수 있다. 먼저, 제2 절연 필름(120b)에 레이저 커팅과 같은 커팅 방식을 이용하여 제1A, 제2A 접속구(124a, 124b) 및 관통구들(128)이 형성된 후 산소 플라즈마 처리된다. 다음, 제2 전도층 패턴(125)이 스크린 프린트와 같은 방식으로 접착면의 반대면에 프린트되어서 형성된다.

제3 레이어 준비 단계(S30)에서는 제3 레이어가 제조되어서 준비된다. 제3 레이어 준비 단계(S30)에서 준비되는 제3 레이어는 도 2에 도시된 제3A, 제3B 레이어부(130a, 130b)에 대응하는 구성이다. 도 11에는 제3 레이어 준비 단계(S30)를 통해 준비된 제3 레이어가 사시도로서 도시되어 있다. 도 11을 참조하면, 제3 레이어(130)는 직사각형 형태의 유연한 제1 양면 접착 필름(본 실시예에서는 양면접착 폴리이미드 필름)(130d)에 제1 개구부(130c), 제1B 접속구(134a), 제2B 접속구(134b)가 형성된다. 제1 양면 접착 필름(130d)의 각 모서리에는 정렬용 관통구들(138)이 형성된다. 제1 개구부(130c)의 크기 및 위치는 그 내부 영역에 제1 레이어(110a)에 형성된 제1 전도층 패턴(115) 및 제2 레이어(120a)에 형성된 제2 전도층 패턴(125)이 포함되도록 형성된다. 제1 개구부(130c), 제1B, 제2B 접속구(134a, 134b) 및 관통구들(138)은 레이저 커팅과 같은 방식으로 형성된다.

제4 레이어 준비 단계(S40)에서는 제4 레이어가 제조되어서 준비된다. 제4 레이어 준비 단계(S40)에서 준비되는 제4 레이어는 도 2에 도시된 제4A, 4B 레이어부(140a, 140b)에 대응하는 구성이다. 도 12에는 제4 레이어 준비 단계(S40)를 통해 준비된 제4 레이어가 사시도로서 도시되어 있다. 도 12를 참조하면, 제4 레이어(140)는 제1 절연 필름(110a) 및 제2 절연 필름(120a)보다 큰 강성을 갖는 직사각형의 제1 판 부재(140d)(본 실시예에서는 에폭시 글라스)에 제2 개구부(140c)와, 제1C 접속구(144a), 제2C 접속구(144b)가 형성된다. 제1 판부재(140d)의 각 모서리에는 정렬용 관통구들(148)이 형성된다. 제2 개구부(140c)의 크기 및 위치는 그 내부 영역에 제1 레이어(110a)에 형성된 제1 전도층 패턴(115) 및 제2 레이어(120a)에 형성된 제2 전도층 패턴(125)이 포함되도록 형성된다. 제2 개구부(140c), 제1C, 제2C 접속구(144a, 144b) 및 관통구들(148)은 레이저 커팅과 같은 방식으로 형성된다.

제5 레이어 준비 단계(S50)에서는 제5 레이어가 제조되어서 준비된다. 제5 레이어 준비 단계(S50)에서 준비되는 제5 레이어는 도 2에 도시된 제5A, 5B 레이어부(150a, 150b)에 대응하는 구성이다. 도 13에는 제5 레이어 준비 단계(S50)를 통해 준비된 제5 레이어가 사시도로서 도시되어 있다. 도 13을 참조하면, 제5 레이어는 제1 절연 필름(110a) 및 제2 절연 필름(120a)보다 큰 강성을 갖는 직사각형의 제2 판 부재(150d)(본 실시예에서는 제1 판 부재(140d)와 동일한 에폭시 글라스)에 제3 개구부(150c)와, 제1D 접속구(154a), 제2D 접속구(154b)가 형성된다. 제2 판 부재(150d)의 각 모서리에는 정렬용 관통구들(158)이 형성된다. 제3 개구부(150c)의 크기 및 위치는 그 내부 영역에 제1 레이어(110a)에 형성된 제1 전도층 패턴(115) 및 제2 레이어(120a)에 형성된 제2 전도층 패턴(125)이 포함되도록 형성된다. 제3 개구부(150c), 제1D, 제2D 접속구(154a, 154b) 및 관통구들(158)은 레이저 커팅과 같은 방식으로 형성된다.

제6 레이어 준비 단계(S60)에서는 제6 레이어가 제조되어서 준비된다. 제6 레이어 준비 단계(S60)에서 준비되는 제6 레이어는 도 2에 도시된 제6A, 제6B 레이어부(160a, 160b)에 대응하는 구성이다. 도 14에는 제6 레이어 준비 단계(S60)를 통해 준비된 제6 레이어가 사시도로서 도시되어 있다. 도 14를 참조하면, 제6 레이어(160)는 직사각형 형태의 유연한 제2 양면 접착 필름(본 실시예에서는 양면접착 폴리이미드 필름)(160d)에 제4 개구부(160c), 제1E 접속구(164a), 제2E 접속구(164b)가 형성된다. 제2 양면 접착 필름(160d)의 각 모서리에는 정렬용 관통구들(168)이 형성된다. 제4 개구부(160c)의 크기 및 위치는 그 내부 영역에 제1 레이어(110a)에 형성된 제1 전도층 패턴(115) 및 제2 레이어(120a)에 형성된 제2 전도층 패턴(125)이 포함되도록 형성된다. 제4 개구부(160c), 제1E, 제2E 접속구(164a, 164b) 및 관통구들(168)은 레이저 커팅과 같은 방식으로 형성된다.

정렬 단계(S70)에서는 제1 레이어 준비 단계(S10)에서 준비된 제1 레이어(도 9의 110a), 제2 레이어 준비 단계(S20)에서 준비된 제2 레이어(도 10의 120a), 제3 레이어 준비 단계(S30)에서 준비된 제3 레이어(도 11의 130), 제4 레이어 준비 단계(S40)에서 준비된 제4 레이어(도 12의 140), 제5 레이어 준비 단계(S50)에서 준비된 제5 레이어(도 13의 150), 제6 레이어 준비 단계(S60)에서 준비된 제6 레이어(도 14의 160)가 적층을 위해 정렬된다. 도 15에는 각 레이어들(110a, 120a, 130, 140, 150, 160)이 정렬을 위해 적층되는 순서가 도시되어 있다. 아래로부터 위로 제5 레이어(150), 제6 레이어(160), 제1 레이어(110a), 제3 레이어(130), 제2 레이어(120a), 제4 레이어(140)의 순서대로 적층된다. 적층시 제1 레이어(110a)에 형성된 제1 전도층 패턴(115), 제2 레이어(120a)에 형성된 제2 전도층 패턴(125), 제3 레이어(130)에 형성된 제1 개구부(130c), 제4 레이어(140)에 형성된 제2 개구부(140c), 제5 레이어(150)에 형성된 제3 개구부(150c), 제6 레이어(160)에 형성된 제4 개구부(160c)가 겹치고, 제1 레이어(110a)에 형성된 제1 접속구(114a)에 제2 레이어(120a)에 형성된 제1A 접속구(124a), 제3 레이어(130)에 형성된 제1B 접속구(134a), 제4 레이어(140)에 형성된 제1C 접속구(144a), 제5 레이어(150)에 형성된 제1D 접속구(154a) 및 제6 레이어(160)에 형성된 제1E 접속구(164a)가 일치하며, 제1 레이어(110a)에 형성된 제2 접속구(114b)에 제2 레이어(120a)에 형성된 제2A 접속구(124b), 제3 레이어(130)에 형성된 제2B 접속구(134b), 제4 레이어(140)에 형성된 제2C 접속구(144b), 제5 레이어(150)에 형성된 제2D 접속구(154b) 및 제6 레이어(160)에 형성된 제2E 접속구(164b)가 일치하도록 정렬된다. 이러한 정렬은 각 레이어들(110a, 120a, 130, 140, 150, 160)에 형성된 정렬용 관통구(118, 128, 138, 148, 158, 168)을 이용하여 이루어질 수 있다.

라미네이션 단계(S80)에서는 도 15와 같은 순서로 적층된 각 레이어들(110a, 120a, 130, 140, 150, 160)에 대한 라미네이션이 수행되어서 도 16과 같은 평면 형상을 갖는 판상의 중간품(100a)이 완성된다. 라미네이션 단계(S80)의 완료 후 커팅 단계(S90)가 수행된다.

커팅 단계(S90)에서는 도 16에 도시된 바와 같은 중간품(100a)을 파선으로 도시된 바와 같은 절단선(C)을 따라서 레이저 커팅과 같은 방법을 이용하여 절단하여 도 1에 도시된 바와 같은 원하는 형태의 관절장치(100)가 제조될 수 있다. 커팅 단계(S90)를 통해 관절부(도 1의 100a)에 해당하는 부분에 제4 레이어(140)와 제5 레이어(150)가 남지 않게 된다.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

100 : 관절장치 110 : 제1 레이어부
113a : 제1 전극층 113b : 제2 전극층
115 : 제1 전도층 패턴 120 : 제2 레이어부
125 : 제2 전도층 패턴 130a : 제3A 레이어부
130b ; 제3B 레이어부 140a : 제4A 레이어부
140b : 제4B 레이어부 150a : 제5A 레이어부
150b : 제5B 레이어부 160a : 제6A 레이어부
160b : 제6B 레이어부

Claims (23)

1. 길이방향을 따라서 연장되고 유연한 전기절연성 재질로 이루어지는 제1 레이어부;
   상기 제1 레이어부의 일면 측에 위치하는 유연한 전기절연성 재질로 이루어지는 제2 레이어부;
   상기 제1 레이어부와 상기 제2 레이어부의 사이에 위치하여 상기 제1 레이어부와 상기 제2 레이어부를 접착시키고, 길이방향을 따라서 서로 연결되지 않고 이격되어서 배치되는 제3A 레이어부 및 제3B 레이어부;
   상기 제2 레이어부를 사이에 두고 상기 제1 레이어부의 반대편에 위치하고 길이방향을 따라서 서로 연결되지 않고 이격되어서 배치되며 상기 제2 레이어부에 접착되는 제4A 레이어부 및 제4B 레이어부; 및
   상기 제1 레이어부를 사이에 두고 상기 제2 레이어부의 반대편에 위치하고 길이방향을 따라서 서로 연결되지 않고 이격되어서 배치되며 상기 제1 레이어부에 접착되는 제5A 레이어부 및 제5B 레이어부를 포함하며,
   상기 제1 레이어부에서 상기 제2 레이어부와 대향하는 면에는 제1 전도층 패턴이 상기 제3A 레이어부와 상기 제3B 레이어부 사이의 이격 구간에 위치하도록 형성되고, 상기 제2 레이어부에서 상기 제1 레이어부와 대향하는 면에는 상기 제1 전도층 패턴과 대향하는 제2 전도층 패턴이 형성되며,
   상기 제1 레이어부와 상기 제2 레이어부에서 상기 제3A 레이어부와 상기 제3B 레이어부 사이의 구간이 편평한 상태에서는, 상기 제1 전도층 패턴과 상기 제2 전도층 패턴이 상기 제3A 레이어부 및 상기 제3B 레이어부에 의해 비접촉 상태를 유지하며,
   상기 제1 레이어부와 상기 제2 레이어부에서 상기 제3A 레이어부와 상기 제3B 레이어부 사이의 구간이 굽혀진 상태에서는, 상기 제1 전도층 패턴과 상기 제2 전도층 패턴이 접촉된 상태를 유지하며,
   상기 제4A 레이어부와 상기 제4B 레이어부 사이의 이격 구간 및 상기 제5A 레이어부와 상기 제5B 레이어부 사이의 이격 구간에 상기 제1 전도층 패턴과 상기 제2 전도층 패턴이 위치하며,
   상기 제4A, 제4B 레이어부와 상기 제5A, 제5B 레이어부는 상기 제1 레이어부, 상기 제2 레이어부 및 상기 제3A, 제3B 레이어부보다 큰 강성을 갖는 재질로 이루어져서, 상기 제4A 레이어부와 상기 제5A 레이어부는 외부 구성이 연결되는 제1 링크부를 형성하고, 상기 제4B 레이어부와 상기 제5B 레이어부는 다른 외부 구성이 연결되는 제2 링크부를 형성하며, 상기 제1 링크부와 상기 제2 링크부 사이의 부분이 상기 두 링크부에 대해 구부러지는 관절부를 형성하는, 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 레이어부에는 상기 제1 전도층 패턴과 연결되는 제1 전극층과 제2 전극층이 더 형성되는 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 전도층 패턴은 지그재그로 연장되는 형태이며,
   상기 제1 전도층 패턴의 양단에 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층이 각각 연결되는 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제1 전도층 패턴은 상기 길이방향을 따라 연장되고 서로 나란하게 배치되는 복수 개의 연장부들와, 상기 복수 개의 연장부들 중 인접한 두 연장부를 연결하는 연결부를 구비하는 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 전도층 패턴은 PEDOT:PSS 재질인 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 레이어부는 PET 재질인 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 전도층 패턴은 PEDOT:PSS 재질인 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 제3A 레이어부와 상기 제3B 레이어부는 양면접착 필름인 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 제3A 레이어부와 상기 제3B 레이어부는 양면접착 폴리이미드 필름인 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 레이어부는, 접착면과 상기 접착면의 반대면에 형성되는 비접착면을 구비하는 단면접착 필름이며,
    상기 제2 레이어부의 상기 비접착면에 상기 제3A 레이어부와 상기 제3B 레이어부가 접착되며,
    상기 제2 레이어부의 상기 접착면에 상기 제4A, 제4B 레이어부가 접착되는 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 레이어부는 단면접착 폴리이미드 필름인 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치.
12. 삭제
13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제4A, 제4B 레이어부와 상기 제5A, 제5B 레이어부는 에폭시글라스 재질인 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치.
14. 삭제
15. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 레이어부에 상기 제5A 레이어부를 접착시키는 양면접착 필름인 제6A 레이어부와, 상기 제1 레이어부에 상기 제5B 레이어부를 접착시키는 양면 접착 필름인 제6B 레이어부를 더 포함하는 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제6A 레이어부와 상기 제6B 레이어부는 양면접착 폴리이미드 필름인 유연메커니즘 기반 로봇용 관절장치.
17. 유연한 제1 절연 필름과, 상기 제1 절연 필름의 일면에 형성된 제1 전극층 및 제2 전극층과, 상기 제1 절연 필름의 일면에 형성되어서 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층을 연결하는 제1 전도층 패턴을 구비하는 제1 레이어를 준비하는 제1 레이어 준비 단계;
    유연한 제2 절연 필름과, 상기 제2 절연 필름의 일면에 상기 제1 전도층 패턴과 대응하는 제2 전도층 패턴을 구비하는 제2 레이어를 준비하는 제2 레이어 준비 단계;
    유연하고 상기 제1 전도층 패턴과 상기 제2 전도층 패턴에 대응하는 제1 개구부가 형성된 제3 레이어를 준비하는 제3 레이어 준비 단계;
    상기 제1 절연 필름, 상기 제2 절연 필름 및 상기 제3 레이어보다 큰 강성을 가지며 상기 제1 개구부에 대응하는 제2 개구부가 형성되는 제4 레이어를 준비하는 제4 레이어 준비 단계;
    상기 제1 절연 필름, 상기 제2 절연 필름 및 상기 제3 레이어보다 큰 강성을 가지며 상기 제1 개구부에 대응하는 제3 개구부가 형성되는 제5 레이어를 준비하는 제5 레이어 준비 단계;
    상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어의 사이에 상기 제3 레이어가 위치하고, 상기 제2 레이어를 사이에 두고 상기 제1 레이어의 반대편에 상기 제4 레이어가 위치하며, 상기 제1 레이어를 사이에 두고 상기 제2 레이어의 반대편에 상기 제5 레이어가 위치하고, 상기 제2 개구부와 상기 제3 개구부가 상기 제1 개구부에 대응하여 위치하며, 상기 제1 개구부에 상기 제1 전도층 패턴과 상기 제2 전도층 패턴이 위치하도록 상기 제1 레이어, 상기 제2 레이어, 상기 제3 레이어, 상기 제4 레이어 및 상기 제5 레이어를 적층하여 정렬하는 정렬 단계;
    상기 적층된 제1 레이어, 상기 제2 레이어, 상기 제3 레이어, 상기 제4 레이어 및 상기 제5 레이어를 라미네이션하여 중간품을 제조하는 라미네이션 단계; 및
    상기 중간품을 원하는 형상으로 절단하는 커팅 단계를 포함하며,
    상기 커팅 단계를 통해 상기 제3 레이어, 상기 제4 레이어 및 상기 제5 레이어에서 상기 제1 개구부, 상기 제2 개구부 및 상기 제3 개구부 각각의 양측 부분이 제거되는 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치의 제조방법.
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1 레이어는 상기 제1 절연 필름에 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층이 형성된 후에 상기 제1 전도층 패턴이 형성되어서 제조되는 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치의 제조방법.
19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층은 잉크젯 프린팅하여 형성되는 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치의 제조방법.
20. 청구항 18에 있어서,
    상기 제1 전도층 패턴은 스크린 프린트 방식으로 형성되는 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치의 제조방법.
21. 삭제
22. 삭제
23. 청구항 17에 있어서,
    유연하고 상기 제1 개구부에 대응하는 제4 개구부가 형성된 양면접착 필름으로 이루어진 제6 레이어를 준비하는 제6 레이어 준비 단계를 더 포함하며;
    상기 정렬 단계에서, 상기 제6 레이어는 상기 제1 레이어와 상기 제5 레이어의 사이에 위치하도록 적층되며,
    상기 라미네이션 단계에서, 적층된 상기 제1 레이어, 상기 제2 레이어, 상기 제3 레이어, 상기 제4 레이어, 상기 제5 레이어 및 상기 제6 레이어에 대한 라미네이션이 수행되는 유연 메커니즘 기반 로봇용 관절장치의 제조방법.
    

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